JP4540857B2 - 受信機におけるdcオフセットの修正方法 - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は無線周波数受信機に関し、特に、このような受信機においてDCオフセットを低減する方法に関する。
【0002】
(背景技術)
この技術分野では既知のように、受信した無線周波数信号は、様々な受信機を使いベースバンドに変換される。ホモダイン受信機では、受信した無線周波数信号が、受信した無線周波数信号の搬送周波数と周波数が等しい局地的な発振器と混合され、搬送周波数がDCに置き換えられ、受信した無線周波数信号の変調の、DCでの変調への「直接変換」を提供する。よって、ホモダイン受信機は時に、直接変換受信機とも呼ばれる。
【0003】
このような直接変換受信機は、低減されたコストという利点を有するが、このような受信機に関連するDCオフセットは、受信機性能に重大な問題を生じる。より詳しくは、DCオフセットがホモダイン処理から生じる。DCオフセットのレベルは、復調する所望の信号、すなわち変調よりも、相当に大きい場合がある。よって、一般的に、DCオフセット補償技法が必要とされる。異なる動作状態での柔軟性を保証するために、DCオフセット補償は、受信機のデジタルベースバンド部の一部、好適にはデジタル信号処理(DSP)ファームウェアの一部であってもよい。直接変換受信機の1つの応用法として、移動式又はセル式通信システムが挙げられる。このようなシステムでは、無線チャネルで受信された信号はまた、マルチパス無線伝搬及び送信機及び/又は受信機の濾波による、符号間干渉(ISI)の欠点を有する。
【0004】
より詳しくは、アナログ及びデジタル領域の両方における、様々なDCオフセット補償技法が示唆されてきた。移動式通信用グローバルシステム(GSM)(Global System for Mobile Communications)環境に関しては、これらの示唆された技法は、DCオフセットの源に大きく依存する。これは、DCオフセットの源によって、所望の信号レベルに対して異なるレベルのDCオフセットが生じるためである。「IEEE transactions on circuits and systems - II: analog and digital signal processing, June 97, pp 428-435」に掲載されたB・レザビ(B. Rezavi)による論文「Design considerations for direct-conversion receivers」に述べられている通り、直接変換受信機においてDCオフセットを生じる2つの主要な仕組みは、受信機の低ノイズ増幅器(LNA)及びミキサ入力への局地発振器(LO)分離と、LOへの干渉漏れ(すなわち自己混合(self-mixing))である。この場合のDCオフセットのレベルは、所望の信号のレベルよりもはるかに大きい。
【0005】
これらの2つの主要な仕組みによって発生するDCオフセットを除去するために様々な技法が示唆されてきた。これらの技法の例としては、ACカプリング、コンデンサを使ったオフセット相殺、サンプル平均(平均値)推定、バーストモード動作のための適応DCオフセット補償、及び再積分などが挙げられる。
【0006】
ACカプリングは、データ速度の0.1%のコーナ周波数を有する高域フィルタを必要とし、GSMではこれは270Hz以下である。この方法に関連する問題点は、DC付近の信号内容の消失、フィルタの群遅延特性、及び時間分割多元接続(TDMA)環境におけるセトリングタイム(settling time)、などである。
【0007】
TDMAシステムのための、コンデンサを使うオフセット相殺では、受信パスのオフセットを、待機モード中にコンデンサに保存することができ、実際の受信中に、このオフセットをバースト内の信号から減算できる。この方法に関する主要な問題は、kT/Cノイズと、干渉が他のオフセットと共に保存された場合の問題点である。
【0008】
サンプル平均(平均値)推定に基づく技法では、このような技法は、A.ベイトマン及びD.ヘインズ(A. Bateman and D. Haines)による「Proc. VTC '89, pp 57-62」の「Direct conversion transceiver design for compact low-cost portable mobile radio terminals」に説明されるように、十分に長い期間での平均化及び減算を含む。TDMAシステムでは、平均化処理は通常、バーストの存在期間を通して実行される。この方法に関連する問題点は、バースト内でのDCオフセットの変化を考慮しない、データストリームの中に異なる数の0と1が存在することによりバーストがゼロのDC成分を有さないため、なんらかのバイアスを導入する可能性がある、などである。その簡略性の他に、この方法は、いくつかの望ましい統計学的性質を有する。サンプル平均推定は、ガウス確率密度関数を有するゼロ平均のノイズでは、最小平均二乗エラー(最小分散不偏推定量でもある)の意味からも、最尤法の意味からも、最適なDCオフセット推定法である。ノイズの確率密度関数(pdf)が知られていない場合でも、信号の平均値は、最良の線形不偏推定量である。S.ケイ(S.Kay)による「Fundamentals of statistical signal processing: estimation theory, Prentice Hall, 1993」を参照。
【0009】
バーストモード動作のための適応DCオフセット補償は、S.サンペイ及びK.フェハー(S. Sampei and K. Feher)による「Proc. VTC '92, pp 93-96」での「Adaptive DC offset compensation algorithm for burst mode operated direct conversion receivers」という題名の論文に示されている。この方法は、プレアンブルからの、典型的には3−5ビットの既知のビットを用いてDCオフセットを取得する。シミュレーションにより、この技法がDCオフセット比(DCオフセットと送信された符号の最大振幅との振幅比率)が40%より小さい場合に効果的であることが示された。性能の低下は、1.5dBまでである。より一般的な連続受信の通信シナリオにおける同様の方法が、J.バーグマンズ(J. Bergmans)による「Digital baseband transmission and recording, Kluwer Academic Publishers, Section 8.8.2」に示されている。本質的には、この方法は、動的ループトラッキングDCオフセット(dynamic loop tracking DC offset)の1つの形式である。
【0010】
最小平均二乗(LMS)適応アルゴリズムに基づくデジタル補償は、J.ケイバーズ(J. Cavers)及びM.リアオ(M. Liao)による「IEEE Transactions on Vehicular Technology, November 93, pp 581-588」の「Adaptive compensation for imbalance and offset losses in direct conversion receivers」に記載されている。このような論文は、受信機及び送信機補償(変調器及び復調器)のモデル及び理論上の発達を説明する。最小平均二乗(LMS)アルゴリズムは、補償回路のパラメータを設定するために適用された(同相(In-phase)(I)及び直角(quadrature)(Q)の利得及び位相不均衡及びDCオフセットを補償する)。事実上、システムは、3つの適応係数を有する。このアルゴリズムの欠点は、収束時間の長さと、LMSのステップサイズパラメータの選択への感度である。
【0011】
再積分法は、B.リンドキスト(B. Lindquist)、M.イスバーグ(M. Isberg)、及びP.デント(P. Dent)による「Proc. VTC '93, pp 754-757 [7]」の「A new approach to eliminate the DC offset in a TDMA direct conversion receiver」という題名の論文に示される。この方法の考え方は、信号を微分し、デジタル化し、その後再度積分することであり、これによって、DC成分を除去する。これは、適応デルタ変調(adaptive delta modulation)に基づいており、時間定数が存在しないため、TDMA直接変換受信機を対象とする。論文内に提示されたシミュレーション結果は、ビットエラー率(BER)の範囲が1%から0.1%の時に、静止チャネル内の信号対ノイズ比(SNR)の低下が1dBであることを示す。
【0012】
GSMシステムでは、バースト全体が保存され、上述の全てのデジタル技法をDCオフセットを抽出するために適合させることができる。よって、図1を参照し、データ受信機は、バーストのデータ、r(k)を保存し、ここで、k=1...Nであり、Nはバースト内のサンプル数である。図示するように、各バーストは、データ(すなわち情報ビット)間に既知のビットシーケンスを有するミッドアンブル(mid-amble)を含む。このような既知のビットシーケンスは、等化を助けるために使われ、より詳しくは、チャネルインパルス応答(CIR)の計算を可能にするために使われる。図1に示すように、DCオフセットの推定値(Ae)が計算される。k=1...Nである推定されたDCオフセット(Ae)は、受信したバーストから減算される。この結果であるr(k)−(Ae)(ここでk=1...N)が処理され、チャネルインパルス応答(CIR)の推定値(he)が求められる。チャネルインパルス応答(CIR)の推定値(he)は、[r(k)−(Ae)]と既知のミッドアンブルビットシーケンスとの間の相互相関によって得られる。
【0013】
GSMシステムにおけるDCオフセット相殺の複雑さは、ベースバンドで実行される他の信号処理機能(同期、等化)に関係する。残存するDCオフセットは、データ受信機の性能に影響を及ぼす場合もある。
【0014】
(発明の開示)
本発明によれば、受信した信号からDCオフセットを低減する方法が提供される。方法は、このようなDCオフセットとチャネルインパルス応答、(he)とを同時推定するステップと、推定されたDCオフセットと推定されたチャネルインパルス応答(he)とに基づいてDCオフセットを低減するステップと、を含む。
【0015】
本発明のもう1つの特徴によれば、通信システムが提供され、この通信システムでは、情報が離散(discrete)チャネルインパルス応答h(k)(ここでkは時間インデックス)を有するチャネルを通じて送信され、チャネルの出力として信号r(k)を生成し、このr(k)は、
【数13】
であり、ここで、AはDCオフセット、
【数14】
はチャネル42を通じて送信された、変調された信号、b(n)は送信されたデータ符号、N(k)は加法的ノイズである。システムは、送信された情報を受信するための受信機を含む。受信機は、以下の連立方程式を解くようプログラムされたプロセッサを有する。
【0016】
【数15】
【数16】
ここで、f(e(k))は、推定エラーe(k)の、一般的には二次の関数であり、e(k)は、受信した信号と、受信した信号の推定値との差である。すなわち、
【数17】
である。
【0017】
本発明のもう1つの特徴によれば、通信システムが提供され、この通信システムでは、情報が一連のバーストとしてチャネルを通じて送信され、各バーストが、所定の一連のビットと、一連の情報ビットとを含む。システムは、送信された情報を受信するための受信機を含む。受信機は、(a)所定の一連のビット、(b)情報ビットの一時的な判定、又は所定の一連のビット及び情報ビットの一時的な判定の組合せからの、以下の連立方程式を解くようプログラムされたプロセッサを備える。
【0018】
【数18】
【数19】
ここで、f(e(k))は、推定エラーe(k)の、通常は二次の関数であり、e(k)は、受信した信号と受信した信号の推定値との差である。すなわち、
【数20】
である。
【0019】
(発明を実施するための最良の形態)
ここで図2を参照し、通信システム10、ここではTDMA通信システムのブロック図を示し、この通信システム10は、この図では送信機12として示される、データビットのバーストによって変調された無線周波数搬送波を生成するための送信機を含む。各バーストは、既知のビットシーケンスと、ここでは情報ビットである未知の一連のビットと、を含む。このような既知のビットシーケンスは、等化を助けるために使われ、より詳しくは、チャネルインパルス応答(CIR)の計算を可能にするために使われる。例えば、GSMでは、各バーストは、既知のビットシーケンスをミッドアンブルとして、一連の情報ビットの対間に配置して含む。ここで、ミッドアンブルは、後述のような方法で、受信機信号からのDCオフセットを、このようなDCオフセットとチャネルインパルス応答とを同時に推定し、推定されたDCオフセットと推定されたチャネルインパルス応答とに基づいてDCオフセットを低減することで、低減する。
【0020】
より詳しくは、情報は、データブロック発生装置14、インターリーバ18、バーストフォーマッタ20、変調器及びアナログ−デジタル変換器(ADC)22を通過した後、送信機24によって、空間(すなわち、無線伝搬チャネル26)を通って受信機28に送信される。より詳しくは、受信機28は直接変換受信機であり、ホモダイン受信部30と、ADC32と、データ受信機34(図3に関してより詳しく説明される)と、バースト復調器36と、復インターリーバ38(de-interleaver)と、デコーダ40と、を含む。ここで、チャネル42が、バーストフォーマッタ20の出力とADC32の出力との間に設けられていることに留意されたい。このようなチャネル42は、離散インパルス応答h(k)(ここでkは時間インデックス)によって特徴付けることができる。
【0021】
受信部30は、搬送周波数f0を有する、送信された無線周波数信号を受信するためのアンテナ43を備える。無線周波数信号搬送波は、送信機において、従来技術のいずれかの方法によって所望のデータで変調される。ここで、受信機は、時間領域多元接続(TDMA)システムにおいて使われる。アンテナ43は、図示するようにミキサ44に供給される。また、局地発振器LO発生器46によって生成された局地発振器信号もまた、ミキサ44に供給される。ここで、局地発振器によって生成された信号の周波数もまたf0である。ミキサ44の出力は、低域フィルタ48を通され、混合処理からの高調波が取り除かれる。この結果の、低域フィルタの出力において生成されるベースバンド信号、ここでは、バーストの列は、アナログ−デジタル変換器(ADC)32に供給され、変調が、対応するデジタルデータに変換される。データは、データ受信機34で処理され、このデータ受信機34は図示するように、デジタル信号プロセッサ(DSP)を有する。
【0022】
図3を参照し、データ受信機34を示し、データ受信機34は、DSP52によってバーストからDCオフセットを除去するために使われ、DCオフセット(Ae)とチャネルインパルス応答(he)との両方の同時推定によって助けられる等化を提供するための、バースト保存装置又はメモリ50を含む。DCオフセットAを除去するために使われる処理を理解するために、まず変換器の動的範囲が、DCオフセットと所望の信号(すなわち、ベースバンドにおける変調)との両方を収容するために十分に大きいと仮定し、アナログ−デジタル変換器(ADC)34の出力における複素ベースバンド信号のサンプル版が、以下の式によって表すことができると仮定する。
【0023】
【数21】
ここで、AはDCオフセットであり、
【数22】
は、ADCが受信した、変調された信号、kは時間インデックス、b(n)はデータ符号、h(k)はチャネル42のインパルス応答(すなわち、送信機ベースバンドから受信機ベースバンド)であり、変調器22と、送信機24と、無線伝搬チャネル26と、R.F.受信機30と、ADC32と、を有し、N(k)は加法的ノイズである。
【0024】
この公式化は、複素(すなわち、同相(I)及び直角(Q))信号を捕獲するため、かなり一般的である。
【0025】
受信した信号は、3つの項を含む。(1)DCオフセットと、(2)チャネル42を通過した信号、すなわち変調された信号と、(3)熱ノイズと、である。直感的に、変調された信号の効果を除去することができれば、DCオフセット推定処理の全体的なノイズを低減できる。
【0026】
この問題は、未知のDCオフセットと、チャネルインパルス応答の推定値を表すチャネル42の係数との同時推定問題として公式化できる。このようなチャネル42の係数は、DSP52によって設けられるデータ受信機34イコライザ53(図3)に必要とされる。すなわち、エラーe(k)の関数を、推定されたDCオフセット(Ae)に対して最小化し、同時に、エラーe(k)をチャネルインパルス応答(he)に対して最小化したい。ここで、e(k)は実際に受信した変調された信号r(k)及び推定された変調された信号(re)の関数であり、kは、時間インデックスである。すなわち、DCオフセット及びチャネルインパルス応答が、同時推定される。このf(e)の同時最小化を実行するために、以下の2つの連立方程式を解く。
【0027】
【数23】
【数24】
【数25】
例えば、GSMシステムでは、チャネル長に対する(he)の推定値を物理的なチャネルプロフィールに基づく5つの係数に制限する。この場合、受信された信号は、以下のようにベクトル形式で表記できる。ここで、*、T、Hはそれぞれ、共役、転置、エルミート行列(共役転置)を意味する。
【0028】
【数26】
ここで、→はベクトルを意味し、
【数27】
は、バースト内で固定されると仮定した、長さ(L+1)のチャネルベクトルである。対応するデータベクトルは、
【数28】
である。
【0029】
ここで、f(e(k))は、最小平均二乗エラー関数である。最適化の基準は、最小平均二乗エラー(MMSE)であり、符号E{ }は統計学的平均値を意味する。
【0030】
【数29】
DCオフセット値及び推定されたチャネルインパルス応答に対して微分し、得られた傾き(gradient)をゼロと等しくすることにより、連立方程式が得られる。すなわち、
【数30】
【数31】
である。
【0031】
この連立方程式を解くことにより、
【数32】
【数33】
となる。
【0032】
これらの方程式は、MMSEの意味から最適な解を提供する(ここで、最尤法の基準を使った場合でも、加法的ノイズがガウス分布を有すると仮定されているため、同じ解が得られたことに留意することが重要である)。
【0033】
以下に留意するべきである。統計学的平均値が与えられている場合(実際上はそうでなく、また下に言及される)、解は直感的である。DCオフセットは、一旦チャネルの影響が取り除かれた後に、受信したサンプルを通じた平均値を求めることにより計算され、推定されたチャネルインパルス応答(すなわち係数)は、受信したサンプルからDCオフセットを取り除いた後に得られる。方程式は相互連接しているため、反復処理をはじめる必要がある。すなわち、まず、パラメータの1つを推定し、DCオフセットが所望の信号よりもはるかに大きい場合があることを念頭に、計算を進める。DCオフセットの初期推定値は、チャネルの影響を無視した、受信サンプルの平均値であってもよい。これもまた、直感的である。ここでは、変調信号、例えば、ガウス最小シフトキーイング(Gaussian Minimum Shift Keying)(GMSK)の受信した信号の統計学的平均値はゼロである。これに加え、フェーディングチャネルを通過した所望の信号を、ガウス分布を有するものとして近似できる(欧州電気通信標準化機構(ETSI)のモデルではフェーディングチャネルのチャネル係数はガウスの複素整数(complex Gaussian)である)。この場合、ガウス確率密度関数(pdf)を有する、ゼロ平均のノイズでの最適なDCオフセット推定値は、受信信号の平均値から求められ、これは、MMSEの意味からも最尤法の意味からも最適である。ノイズのpdfが知られていない場合でも、信号平均は、最良の線形不偏推定量である。バースト内のタイミング推定値を計算する必要がある。これはミッドアンブル部から抽出されるため、DCオフセットを取り除いた後に実行されるべきである。
【0034】
受信したサンプル(GSMバースト)の有限な長さのため、実際のシステムでは、統計学的平均値は、利用不能であるが、最適な解法を実施するためにいくつかの方法が存在する。これらの全てが、統計学的平均値オペレータの特定の近似に基づく。
【0035】
一般的な解法
直接変換受信機信号からDCオフセットを低減する処理は、このようなDCオフセットと、チャネルインパルス応答(すなわち、チャネル42(図2)を表す係数)と、を同時に推定し、推定されたDCオフセット及び推定されたチャネルインパルス応答に基づいてDCオフセットを低減することにより、実行される。より詳しくは、図4を参照し、DSP52は、DSP52内のメモリによって、図4に示すフローチャートに基づいてプログラムされ、以下の方法を受信した信号r(k)に対して実行する。ステップ100において、受信したバーストサンプルr(k)が、DSP52のメモリ55に保存される。次に、ステップ102において、DCオフセットA及びチャネルインパルス応答(すなわち係数ベクトルh(k))とに対して共同すなわち同時最小平均二乗エラー最適化が行なわれ、この結果、同時に解かれる連立方程式が得られる。
【0036】
【数34】
【数35】
次に、ステップ104において、計算されたDCオフセットA0と計算されたチャネルインパルス応答h0(すなわち、係数ベクトル(h0)とが、図3のデータ受信機34に送られる。
【0037】
よって、図3を参照し、計算されたDCオフセットA0を、保存されたr(k)から減算器51によって減算し、信号r(k)−A0を生成することにより、保存されているr(k)は、そのDCオフセットAが取り除かれる。この信号r(k)−A0は、計算されたチャネルインパルス応答h0と共にイコライザ53に供給され、等化及びISI低減を助ける。
【0038】
LMSに基づく適応解法
解の傾きを得ることにより、統計学的平均値を一点近似によって置換できる。この場合、同時推定のための適応アルゴリズムは以下のようにまとめることができる。
【0039】
1.初期値を計算。
【0040】
【数36】
【数37】
Nは、平均化に必要な(バースト長までの)サンプル数である。
【0041】
2.受信したサンプルからA(0)を減算しタイミングを抽出。
【0042】
3.n=0,1,2...に対して、
【数38】
【数39】
【数40】
4.更なる処理のために、受信したサンプルからDCオフセット値を減算する。ここでμは、設計される各特定のシステムのために該システムのシミュレーションの結果決定される、最小平均二乗(LMS)ステップサイズパラメータである。計算の観点からは、この解は、非常に単純である。エラー計算における1つの内積のみを必要とする。LMS解法の潜在的な問題の1つは、長い収束時間であり、これは、ミッドアンブル長よりも相当に高い場合がある。したがって、受信機イコライザ53(図3)からフィードバックされる一時的な判断に頼る必要がある。一方、適応解法は、バースト内のDCオフセット及びチャネル応答の遅い変化を追跡できる。
【0043】
よって、図5を参照し、DSP52は、DSP52内に保存されたメモリによって、図5示すフローチャートに基づきプログラムされ、受信した信号r(k)に対して以下の方法を実行する。
【0044】
ステップ200において、受信したバーストサンプルr(n)(ここでnは1からN)が、DSP52内に設けられたメモリに保存される。次のステップ202において、初期DCオフセットA(0)が、受信したサンプルから、バーストを通じた平均値として計算される。次のステップ204において、初期DCオフセットA(0)が、受信したバーストr(n)(ここでn=1...N)から減算される(すなわち、r(n)−A(0))。次のステップ206において、エラー関数e(n)=r(n)−hH(n)b(n)−A(n)が計算される。次のステップ208において、DCオフセット値の更新A(n+1)=A(n)+μe(n)が実行される。次のステップ210において、チャネルインパルス応答(すなわち係数ベクトル値)の更新h(n+1)=h(n)+μb(n)e*(n)が実行される。次のステップ212において、計算されたDCオフセットA(n+1)及びチャネルインパルス応答(すなわち係数値)h(n+1)が、各サンプルの瞬間nにおいて、データ受信機34に送られる。処理は、バーストが終了するまで、ステップ206に戻る(ステップ214)。バーストが終了した時には、DSP52は、ステップ216において、データ受信機34及び復号(すなわち図2のデコーダ40)に進む。
【0045】
適応解法のもう1つの可能性は、再帰最小二乗(Recursive Least-Squares)(RLS)の利用である。しかしながら、再帰は、計算の負荷が高い。
【0046】
最小二乗解法
最小二乗の決定性基準を使う解法は、統計学的平均値が時間平均値によって置き換えられる以外は、最適MMSE解法と同一の形式を有する。ここでも、DSP52が、上述した(a)所定の一連のビット、(b)情報ビットの一時的な判断、又は所定の一連のビットと情報ビットの一時的な判断との組合せ、からの方程式を同時に解くようプログラムされることに留意することが重要である。
【0047】
【数41】
【数42】
最小二乗解法は、以下のようにまとめることができる。
【0048】
1.初期値を計算。
【0049】
【数43】
Nは平均化に必要なサンプル数(バースト長Nまでの数。シミュレーションによって決定される)である。
【0050】
2.受信したサンプルからA(0)を減算し、タイミングを抽出。
【0051】
3.n=0,1,2,...に対し、反復解法を計算。
【0052】
【数44】
【数45】
DCオフセット推定値A(n+1)は、ミッドアンブル長を通じて又はバースト長N全体を通じて計算できる。
【0053】
4.更なる処理のために、受信したサンプルから最終のDCオフセット値を減算。
【0054】
反復のインデックスnが、LMS解法の場合のように時間インデックスに対応せず、反復ステップに対応していることに留意することが重要である。GSMシステムにおけるミッドアンブルの相互相関性質により、行列反転が回避され、これによりチャネル推定が、既知のビットシーケンスとの単純な相互相関となる。必要な反復数は、シミュレーションによって決定する必要がある。
【0055】
よって、図6を参照し、DSP52は、図6に示すフローチャートに基づき、DSP52に保存されたメモリによってプログラムされ、受信した信号r(k)に対して、以下の方法を実行する。
【0056】
ステップ300において、受信したバーストサンプルr(k)がDSP52内に設けられたメモリに保存される。次のステップ302において、初期DCオフセットA(0)が、受信したサンプルから、バーストを通じた平均値として計算される。次のステップ304において、初期DCオフセットA(0)が、受信したバーストから減算される。次のステップ306において、チャネルインパルス応答(係数ベクトル値)、
【数46】
が更新される。次のステップ308において、DCオフセット値(既知のビットを有するミッドアンブル長を通じて又は復号されたビット、すなわち情報ビットの一時的な判断を有するバースト全体を通じて、計算される)、
【数47】
が更新される。次のステップ310において、必要な反復数Pが実行されたかどうかの判断が行われる(すなわち、必要な反復数Pが実行されたか)。もし実行されていなければ、処理は推定チャネルインパルス応答(すなわち係数)の更新及びDCオフセット値の更新に戻り、処理は、ステップ306に戻る。実行されていた場合、計算されたDCオフセットA(P)及びチャネルインパルス応答(係数)ベクトルh(P)が、ステップ312において、チャネル受信機に送られる。
【0057】
シミュレーション結果
DCオフセット及びチャネルインパルス応答(すなわち係数)の同時推定を実行することにより得られる、性能の改善を数値化するために、シミュレーションが実行された。マットラブ(Matlab)による第1のシミュレーションの集合は、サンプル平均推定法におけるDCオフセット推定エラーの確率密度関数と、同時推定法におけるDCオフセット推定エラーの確率密度関数と、を比較する。推定エラーは、準静的チャネルモデリング(バースト中のフェーディングチャネル係数が固定)を使い、信号の反回転(de-rotation)の後で信号の同相成分にDCオフセットが追加される連続受信機分析を適用して1000のバーストに対して分析された。高SNR(ノイズ無し)の場合と、低いSNR=8dBの場合、の2つのシナリオが分析された。この結果を、図7、図8、及び図9、及び以下の表1及び表2に示す。
【0058】
【表1】
ここで、静止は無線伝搬チャネル26(図2)のアンテナの代わりに直接接続を用いた場合を表し、RAはETSIによって定義される地方領域の場合を表し、TUはETSIによって定義される典型的な都市領域の場合を表し、HTはETSIによって定義される丘陵性領域の地域を表す。更に、「平均」は統計学的平均を表し、Stdは、標準偏差を表す。高SNRの場合には、同時推定では、変調された信号の存在の直接的な結果である静止チャネルに残存するDCオフセットのバイアス成分が除去される。同時に、全てのチャネル状態において、推定値の分散が低減された。標準分散の低減は、表1に数値化されているように、約2倍である。
【0059】
低SNRの場合、追加の熱ノイズのため、双方の推定法の標準偏差が高い。バースト長を通じて実行された同時推定法は、静止チャネルのバイアスを除去し、表2に数値化されているように、標準偏差を1/2に低減する。同時推定が、計算の複雑性を低減するためにミッドアンブル長を通じて実行された場合、いくつかの点に注目できる。全てのチャネル状態において、サンプルサイズが小さいため(ミッドアンブル長と全体バーストの関係)、推定の標準偏差が大きい。静止チャネルでは、残存DCオフセットが除去され、変分は、サンプル平均の場合と同等である。フェーディングチャネルでは、同時推定が使われた時には、残存するDCオフセットが1/2であり、標準偏差が10%小さい。
【0060】
【表2】
BERに対する影響を数値化するために、静止チャネルに対して、マットラブシミュレーションが実行された。この結果を図10にまとめる。
【0061】
以下のように、いくつかの事柄が仮定された。
【0062】
1.DCオフセットが、変調された信号より上に、50dBまでの、均一な分布のランダム値を有する。
【0063】
2.DCオフセットはバースト存在期間中一定である。
【0064】
3.同時推定技法は、最も複雑性の低い実施状態と仮定された(すなわち、最小二乗解法においては、単一の反復):
(a)バーストを通じた平均値による初期DCの推定。
【0065】
(b)初期DC減算後に5タップチャネルインパルス応答(5-tap channel impulse response)(CIR)の計算。
【0066】
(c)変調された信号を減算することによるDC推定値の修正は、バースト全体からのデータビット(判断にエラー無し)を推定されたCIRを通過させ、その後バーストを通じた平均を求めることにより得られた。
【0067】
(d)データ受信機34の最終チャネルインパルス応答(CIR)推定は、受信した信号からDC推定値を減算した後で行われた。
【0068】
図10に示すように、バースト長N全体を通じた同時DCオフセット補償(JE−N)は、サンプル平均推定法によって導入される残存DCオフセットによる性能低下を完全に除去できる可能性がある。ミッドアンブル長を通じた同時推定(JE−M)の実行の結果は、8dBより低いSNRでは、0.1dB程度の損失であり、8dBより大きいSNRでもこれより少なくない。
【0069】
他の実施形態は、添付する請求項の精神及び範囲内である。例えば、本発明はここまで、直接変換受信機におけるDCオフセットの低減について述べられてきたが、本発明をヘテロダイン受信機などの他の種類の受信機に使うこともできる。更に、本発明は、GSM以外のシステムで使うこともできる。
【図面の簡単な説明】
本発明のこれら及び他の特徴は、以下の図面と共に以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図1】 従来技術によるデータ受信機のブロック図である。
【図2】 本発明による無線通信システムのブロック図である。
【図3】 本発明による、図2に示す無線通信システムで使われるデータ受信機のブロック図である。
【図4】 本発明による、図2に示すシステムにおいてDCオフセットとチャネルインパルス応答とを同時に推定するために使われる処理を示すフローチャートである。
【図5】 本発明の1実施形態による、図2のシステムにおける、バースト存在期間中のサンプルごとに、最小平均二乗エラーに基づいてDCオフセットとチャネルインパルス応答とを同時に推定するために使われる処理を示すフローチャートである。
【図6】 本発明のもう1つの実施形態による、図2に示すシステムにおける、バースト全体を通じて特定数の反復によって処理することによる、最小二乗エラーに基づいてDCオフセットとチャネルインパルス応答とを同時に推定するために使われる処理を示すフローチャートである。
【図7】 高い信号対ノイズ比(SNR)、すなわちノイズが無い場合のDCオフセット推定エラーの確率密度関数(pdf)推定を示す図であり、従来技術(すなわち「サンプル平均」)のものと、バースト全体を通じて実行された本発明(すなわち、「同時推定」)のものを示す。
【図8】 SNR=8dbの場合の、従来技術の方法及びバースト全体を通じた本発明の方法の、DCオフセット推定エラーの確率密度関数(pdf)推定を示す図である。
【図9】 SNR=8dbの場合の、従来技術及びバースト中のミッドアンブル部を通じた本発明の方法の、DCオフセット推定エラーの確率密度関数(pdf)推定を示す図である。
【図10】 ビットエラー率(BER)をエネルギ毎ビット/ノイズ密度(Eb/No)の関数として示す図であり、DCオフセット補償が無い場合、従来技術の方法による補償がある場合、本発明による方法をバーストN全体(JE−N)を通じて用いた場合、及び本発明による方法をバーストのミッドアンブル部M(JE−M)を通じて用いた場合を示す。
Claims (5)
- 各バーストが所定の一連のビットと一連の情報ビットとを有する、一連のバーストとして情報がチャネルを通じて送信される通信システムであって、 送信された情報を受信する受信機であって、(a)前記所定の一連のビット、(b)前記情報ビットの一時的な判断、又は前記所定の一連のビットと前記情報ビットの前記一時的判断との組み合わせからの以下の連立方程式を解くようプログラムされたプロセッサを有する受信機を含むことを特徴とする通信システム。
- 受信機のDCオフセットを決定する方法であって、サンプルのバーストr(n)を受信するステップと、受信したバーストサンプルr(n)をメモリに保存するステップと、保存された受信サンプルから、サンプルのバーストを通じた平均値として初期DCオフセットA(0)を計算するステップと、前記保存された受信バーストから前記初期DCオフセットA(0)を減算し、r(n)−A(0)を生成するステップと、エラー関数e(n)=r(n)−hH(n)b(n)−A(n)を計算するステップと、DCオフセット値をA(n+1)=A(n)+μe(n)によって更新するステップと、チャネルインパルス応答を、h(n+1)=h(n)+μb(n)e*(n)にしたがって更新するステップと、計算されたDCオフセットA(n+1)及び計算されたチャネルインパルス応答h(n+1)をバーストの終了まで計算するステップと、を含むことを特徴とするDCオフセット決定方法。ここで、b(n)は送信されたデータ符号である。
- 既知の一連のビットと情報ビットとを含むバーストを受信する受信機のDCオフセットを決定する方法であって、受信したバーストサンプルr(k)をメモリに保存するステップと、 保存された受信サンプルから、バーストを通じた平均値として、初期DCオフセットA(0)を計算するステップと、前記保存された受信バーストから前記初期DCオフセットA(0)を減算するステップと、チャネルインパルス応答を、
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