JP4641133B2 - 伝送チャネルの特性を推定するための方法、受信機、送信機、および、電気通信システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チャネルを介して送信機から受信機に伝送されるチャネル推定系列に関する。そのような系列は、たとえば、本発明の目的でもある伝送チャネルを推定する方法において用いられる。このチャネル推定方法を用いる結果、シングルパスあるいはマルチパスを伴うチャネルの場合に、種々のパスの遅延、位相および減衰の最適な推定が行われる。後に明らかになるが、この最適な推定は、判定される持続時間を有し、それゆえ、チャネル推定系列が構成される際に選択することができる時間窓において得られる。
【０００２】
【従来の技術】
電気通信システムでは、情報は、チャネルを介して送信機と受信機との間を流れる。図１は、伝送チャネル３を介する送信機１と受信機２との間の伝送系列の、時間的に離散したモデルを示す。全般的に用語「伝送チャネル」は、種々の物理媒体、すなわち無線媒体、ケーブル媒体、光学媒体等と、種々の環境、すなわち固定通信あるいは移動体通信、衛星、海底ケーブル等に対応することができる。
【０００３】
送信機１によって送信される波が受ける場合がある多数の反射のため、そのチャネル３はいわゆるマルチパスチャネルである。なぜなら、一般に、送信機１と受信機２との間に障害物が存在し、その結果、その波の反射波がいくつかのパスに沿って伝搬することになるためである。マルチパスチャネルは一般に図１に示されるようにモデル化される。すなわち、マルチパスチャネルは、１〜Ｌの値を取ることができ、その入力にシンボルが到達する度にその中身が図１の右方向にスライドする、指標ｋによって参照される一連のＬ個の箱（ここではＬ＝５）を有するシフトレジスタ３０からなる。指標ｋの各箱からの出力は、受けた干渉を表し、減衰ａ_kを伴って振幅に作用し、位相シフトα_kおよび遅延ｒ_kを与えるフィルタ３１に入力される。その後、各フィルタ３１の出力は加算器３２において加算される。こうして得られた全体的なパルス応答がｈ（ｎ）で示される。チャネルのこのパルス応答ｈ（ｎ）は以下の形に書き表すことができる。
【０００４】
【数１】

【０００５】
ただし、δ（ｎ）はディラックパルスを表し、δ（ｎ−ｒ_k）は値ｒ_kの遅延関数を示す。
【０００６】
加算器３２の出力は、その電気通信システム内に存在する熱雑音に対応する、白色ガウス雑音ｗ（ｎ）によってモデル化されるランダムな信号を加算するために、加算器３３の入力に供給される。
【０００７】
送信機１が信号ｅ（ｎ）を送信する場合には、受信機２によって受信される信号ｒ（ｎ）は以下の形に書き表すことができることは理解されよう。
【０００８】
【数２】

【０００９】
演算子＊は、一般的に以下の式によって定義されるたたみこみ積を意味する。
【００１０】
【数３】

【００１１】
送信機１によって送信される信号ｅ（ｎ）において生成される歪みを相殺するために、チャネル３の特性を各瞬間に判定あるいは推定すること、すなわち、図１の示されるチャネル３のモデルの係数ａ_k、ｒ_kおよびα_kを全て推定することが必要になる。チャネルの特性が変化する速度に応じて、より多くの頻度またはより少ない頻度で、この推定動作を繰り返す必要がある。
【００１２】
チャネルを推定することに関する幅広い方法は、送信機１によって送信され、かつ受信機２によって予め設定され、認識されているパイロット信号ｅ（ｎ）を生成するステップと、受信機２において受信される信号ｒ（ｎ）を、たとえば非周期的な相関を用いて受信機で予想される信号と比較し、そこから送信機１と受信機２との間のチャネル３の特性を推定するステップとからなる。
【００１３】
長さＮの２つの信号の非周期的な相関は全長２Ｎ−１を有し、たたみ込み積から、有限の長さＮの２つの信号ａ（ｎ）およびｂ（ｎ）の場合に以下の式によって表される。
【００１４】
【数４】

【００１５】
ただし、指数^*に対する符号は共役複素演算を示す。
【００１６】
非周期的な相関演算の結果は、そのチャネルのパルス応答の推定値を構成する。
【００１７】
それゆえ、受信機２によって受信される信号ｒ（ｎ）と、送信機１によって送信され、受信機２に認識されている信号ｅ（ｎ）との非周期的な相関は、以下のように書き表される。
【００１８】
【数５】

【００１９】
実際には、送信機１によって送信される系列ｅ（ｎ）は、ｋを実数とするときに自己相関φ_e,e（ｎ）が結果的にｋ・δ（ｎ）になるように、かつφ_e,w（ｎ）／φ_e,e（ｎ）が結果として０に向かうように選択されるであろう。それは、その際、非周期的な相関が以下のように書き表すことができるためである。
【００２０】
【数６】

【００２１】
φ_e,e（ｎ）と比べてφ_e,w（ｎ）が無視できるため、以下のように表すことができる。
【００２２】
【数７】

【００２３】
その際、上記の仮説を考慮すると、受信機２によって受信される信号ｒ（ｎ）と、送信機１によって送信され、受信機２に認識されている信号ｅ（ｎ）との非周期的な相関の結果が、チャネル３のパルス応答の推定値を構成する。
【００２４】
非周期的な自己相関関数φ_e,e（ｎ）＝ｋ・δ（ｎ）である固有の系列ｅ（ｎ）が存在しないことを示すこともできる。
【００２５】
本発明の１つの目的は、その非周期的な自己相関の和が完全なディラック関数であるという特性を有する相補系列の対を用いることからなる。
【００２６】
２つの相補系列をｓ（ｎ）およびｇ（ｎ）（ｎ＝０、１、Ｋ、Ｎ−１）とすると、定義によって以下のような書き表すことができる。
【００２７】
【数８】

【００２８】
そのような相補系列、たとえばゴーレイ相補系列、多相相補系列、ウェルチ系列等を構成するための文献において、いくつかの方法が知られている。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
それゆえ、本発明の目的は、相補系列を用いる伝送あるいは電気通信チャネルを推定する方法を提案することである。
【００３０】
より厳密には、本発明の目的は、チャネル推定方法を実施できるように、チャネルを介して送信機から受信機に送信されることになるチャネル推定系列を提案することであり、そのチャネル推定系列は、それぞれ２つの相補系列からなる２つの連結された系列から構成される。そのチャネル推定方法に関して言えば、送信機側では、チャネル推定系列を送信するステップからなり、受信機側では、受信された信号と第１の相補系列との相関をとるステップと、受信された信号と遅延された第２の相補系列との相関をとるステップと、２つの相関の結果を加算するステップとからなる相関プロセスと、その相関プロセスの結果からチャネルの特性を推定するステップとから構成される。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、２つの相補系列は、その開始部分および／または終了部分からなるレプリカを構成し、その系列の終わりおよび／または初めにそれぞれ連結される拡張部によって周期的に拡張される。
【００３２】
本発明の別の特徴によれば、拡張部の長さは、その和がそのチャネルの長さ以上になるようになされる。
【００３３】
本発明の別の特徴によれば、その拡張部の長さは同じ値に等しい。
【００３４】
また本発明は、まさに上述されたようなチャネル推定系列を実装する送信機と受信機との間の伝送チャネルの特性を推定する方法に関する。
【００３５】
本発明の上記の特徴および他の特徴は、例示的な実施形態の以下に記載する説明を読むことにより一層明らかになるであろう。その説明は添付の図面に関連して与えられる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、チャネル推定系列Ｓ^Eは、２つの相補系列ｓおよびｇからそれぞれ形成される、２つの連結された系列ＳおよびＧ（第２の系列Ｇは、第１の系列Ｓの長さだけ時間的にシフトされる）からなる。
【００３７】
たとえば、その２つの系列ｓおよびｇは、ゴーレイ相補系列、多相相補系列あるいはウェルチ系列等である。一般に、その非周期的な自己相関の和が完全ディラック関数であるため、その系列は相補的である。それゆえ、それらの系列は以下の式を満たす。
【００３８】
【数９】

【００３９】
各相補系列ｓおよびｇは、Ｎの長さを有する。それゆえ、その系列は以下のように表すことができる。
【００４０】
【数１０】

【００４１】
本発明によれば、系列ＳおよびＧを得るために、系列ｓおよびｇが、その系列の終わりおよび／または初めにそれぞれ連結される開始部および／または終了部のレプリカからなる拡張部によって拡張される。その際、これらは周期的な拡張部と呼ばれる。
【００４２】
図２に示される実施形態では、系列ｓおよびｇは、拡張部ｅ_s ^f、ｅ_s ^d、ｅ_g ^f、ｅ_g ^dによってそれぞれ右側および左側に周期的に拡張される。拡張部ｅ_s ^f、ｅ_g ^fは、系列ｓおよびｇの各終了部のレプリカである。拡張部ｅ_s ^d、ｅ_g ^dに関しては、同じ系列ｓおよびｇの各開始部のレプリカである。
【００４３】
拡張部の長さは、たとえばＫ^fおよびＫ^dである。図２に示される実施形態によれば、長さＫ^fおよびＫ^dは、同じ値Ｋに等しい。
【００４４】
こうして、図２の特定の実施形態の場合、その拡張部は以下のように書き表すことができる。
【００４５】
【数１１】

【００４６】
特定の実施形態では、長さＫ^fあるいはＫ^dのいずれかを０にすることができることに留意されたい。
【００４７】
図３では、受信機２によって受信される信号ｒ（ｎ）は、一方では第１の相関器２１に、もう一方では第２の相関器２２に適用される。第１の相関器２１は、信号ｒ（ｎ）と、チャネル推定系列Ｓ^Eを生成するために用いられた系列ｓ（ｎ）との相関を確立し、一方第２の相関器２２は、同じ信号ｒ（ｎ）と、他の系列ｇ（ｎ）との相関を確立し、その系列ｇ（ｎ）は、第１の系列ｓ（ｎ）の長さＮを第１の系列ｓ（ｎ）の左側拡張部ｅ_s ^dおよび第２の系列ｇ（ｎ）の右側拡張部ｅ_g ^fの長さＫ^dおよびＫ^fに加算した和だけ、遅延部２３において予め遅延されたチャネル推定系列Ｓ^Eを生成するための役割も果たす。こうして、第１の相関器２１は相関関数φ（ｒ（ｎ），ｓ（ｎ））を達成し、第２の相関器２２は関数（ｒ（ｎ），ｇ（ｎ−Ｎ−Ｋ^d−Ｋ^f））を達成する。
【００４８】
第１および第２の相関器２１および２２の各出力は、加算器２４の各入力に接続され、その後、加算器２４は以下の相関信号ＰＣ_r、s、gを給送する。
【００４９】
【数１２】

【００５０】
理論的には、窓［−Ｋ^f，Ｋ^d］内にあるこの相関信号が、一定の範囲内で、ディラックパルスであることを示すことができる。
【００５１】
これは、Ｋ^f＝Ｋ^d＝Ｋである場合に、この相関信号が以下のように書き表すことができるためである。
【００５２】
【数１３】

【００５３】
しかしながら、その等式の第２の辺の各項は長さ２（Ｎ＋Ｋ）−１からなり、相互相関項φ（Ｓ（ｎ），ｇ（ｎ−Ｎ−２Ｋ））およびφ（Ｇ（ｎ−Ｎ−２Ｋ），ｓ（ｎ））は、Ｋ＜Ｌのときに
【数１４】

の場合に０であることを意味する。したがって、Ｋ＜Ｌの場合のインターバル［−Ｋ，Ｋ］では、相関信号は以下のように低減される。
【００５４】
【数１５】

【００５５】
さらに、一般に、相関信号ＰＣ_r、s、gの長さは２Ｎ＋Ｋ^f＋Ｋ^d−１に等しい。
【００５６】
実際には、相関信号に含まれる解析窓［−Ｋ^f，Ｋ^d］内の相関信号ＰＣ_r、s、gのピークの位置から、受信機２によって受信される信号ｒ（ｎ）の時間的な位置を判定することができる。言い換えると、チャネル３によって生成される遅延ｒ_kを判定することができる。また、解析窓内のピークの特性によって、チャネル３の他の特性、すなわちチャネル３によって生成される減衰ａ_kおよび位相シフトα_kも判定することができる。解析窓［−Ｋ^f，Ｋ^d］の幅（Ｋ^f＋Ｋ^d）が、チャネル３の長さＬ以上である場合には、全てのパスの全ての受信された信号ｒ（ｎ）の時間的な位置を完全に判定することができる。
【００５７】
この解析窓［−Ｋ^f，Ｋ^d］の外側でも、受信される信号の位置を判定することはできるが、完全ではない。解析窓［−Ｋ^f，Ｋ^d］の外側におけるそのような解析は、解析窓［−Ｋ^f，Ｋ^d］の幅（Ｋ^f＋Ｋ^d）が長さＬより短いときに実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 伝送システムの概略図である。
【図２】 伝送システムの送信機によって送信される、本発明によるチャネル推定系列の図である。
【図３】 本発明による相関装置のブロック図である。

Claims (10)

1. 電気通信システムにおける伝送チャネル（３）の特性を推定するための方法であって、
   伝送チャネル（３）を介して送信機（１）から受信機（２）へ連結された２つの系列Ｓ及びＧからなるチャネル推定系列を送信するステップと、
   前記受信機（２）により前記チャネル推定系列を受信するステップと
   を備え、
   前記系列Ｓは、系列ｓ及び延長部ｅ _ｓ ^ｆ と延長部ｅ _ｓ ^ｄ のうちの少なくとも１つを含み、前記延長部ｅ _ｓ ^ｆ は系列ｓの終わりの部分を複製したものを含み、前記延長部ｅ _ｓ ^ｄ は系列ｓの始めの部分を複製したものを含むものであって、
   前記系列Ｇは、系列ｓと相補する系列ｇ及び延長部ｅ _ｇ ^ｆ と延長部ｅ _ｇ ^ｄ のうちの少なくとも１つを含み、前記延長部ｅ _ｇ ^ｆ は系列ｇの終わりの部分を複製したものを含み、前記延長部ｅ _ｇ ^ｄ は系列ｇの始めの部分を複製したものを含む
   ことを特徴とする伝送チャネルの特性を推定するための方法。
2. 前記系列ｓおよび前記系列ｇは、共に、Ｇｏｌａｙ系列であることを特徴とする請求項１に記載の伝送チャネルの特性を推定するための方法。
3. 受信機（２）における伝送チャネル（３）の特性を推定するための方法であって、
   連結された系列Ｓ及びＧからなるチャネル推定系列を受信するステップであって、前記系列Ｓは、系列ｓ及び延長部ｅ _ｓ ^ｆ と延長部ｅ _ｓ ^ｄ のうちの少なくとも１つを含み、前記延長部ｅ _ｓ ^ｆ は系列ｓの終わりの部分を複製したものを含み、前記延長部ｅ _ｓ ^ｄ は系列ｓの始めの部分を複製したものを含み、前記系列Ｇは、前記系列ｓと相補する系列ｇ及び延長部ｅ _ｇ ^ｆ と延長部ｅ _ｇ ^ｄ のうちの少なくとも１つを含み、前記延長部ｅ _ｇ ^ｆ は系列ｇの終わりの部分を複製したものを含み、前記延長部ｅ _ｇ ^ｄ は系列ｇの始めの部分を複製したものを含む、ステップと、
   受信した前記チャネル推定系列を前記系列ｓに関連付けて、第１の関連結果を生成するステップと、
   受信した前記チャネル推定系列を前記系列ｇに関連付けて、第２の関連結果を生成するステップと、
   前記第１の関連結果および前記第２の関連結果を総計するステップと
   を備えたことを特徴とする伝送チャネルの特性を推定するための方法。
4. 前記系列ｓおよび前記系列ｇは、共に、Ｇｏｌａｙ系列であることを特徴とする請求項３に記載の伝送チャネルの特性を推定するための方法。
5. 送信機（１）との間の伝送チャネル（３）の特性を推定するためにチャネル推定系列を受信するための受信機（２）であって、
   前記チャネル推定系列は、連結された系列Ｓ及びＧを含み、前記系列Ｓは、系列ｓ及び延長部ｅ _ｓ ^ｆ と延長部ｅ _ｓ ^ｄ のうちの少なくとも１つを含み、前記延長部ｅ _ｓ ^ｆ は系列ｓの終わりの部分を複製したものを含み、前記延長部ｅ _ｓ ^ｄ は系列ｓの始めの部分を複製したものを含み、前記系列Ｇは、前記系列ｓと相補する系列ｇ及び延長部ｅ _ｇ ^ｆ と延長部ｅ _ｇ ^ｄ のうちの少なくとも１つを含み、前記延長部ｅ _ｇ ^ｆ は系列ｇの終わりの部分を複製したものを含み、前記延長部ｅ _ｇ ^ｄ は系列ｇの始めの部分を複製したものを含み、
   前記受信機（２）は、
   前記チャネル推定系列を前記系列ｓに関連付けて第１の関連結果を生成するとともに、前記チャネル推定系列を前記系列ｇに関連付けて第２の関連結果を生成する関連付け手段と、
   前記第１の相関結果および前記第２の相関結果を総計する総計手段と
   を備えたことを特徴とする受信機。
6. 前記系列ｓおよび前記系列ｇは、共に、Ｇｏｌａｙ系列であることを特徴とする請求項５に記載の受信機。
7. 受信機（２）との間の伝送チャネル（３）の特性を推定するためにチャネル推定系列を送信するための送信機（１）であって、
   前記チャネル推定系列は、連結された系列Ｓ及びＧを含み、前記系列Ｓは、系列ｓ及び延長部ｅ _ｓ ^ｆ と延長部ｅ _ｓ ^ｄ のうちの少なくとも１つを含み、前記延長部ｅ _ｓ ^ｆ は系列ｓの終わりの部分を複製したものを含み、前記延長部ｅ _ｓ ^ｄ は系列ｓの始めの部分を複製したものを含み、前記系列Ｇは、前記系列ｓと相補する系列ｇ及び延長部ｅ _ｇ ^ｆ と延長部ｅ _ｇ ^ｄ のうちの少なくとも１つを含み、前記延長部ｅ _ｇ ^ｆ は系列ｇの終わりの部分を複製したものを含み、前記延長部ｅ _ｇ ^ｄ は系列ｇの始めの部分を複製したものを含み、
   送信された前記チャネル推定系列は、受信側で、前記系列ｓおよび前記系列ｇとそれぞれ関連付けられて、それらの関連結果は総計される
   ことを特徴とする送信機。
8. 前記系列ｓおよび前記系列ｇは、共に、Ｇｏｌａｙ系列であることを特徴とする請求項７に記載の送信機。
9. 連結された系列Ｓ及びＧを含むチャネル推定系列を送信するための送信機（１）であって、前記系列Ｓは、系列ｓ及び延長部ｅ _ｓ ^ｆ と延長部ｅ _ｓ ^ｄ のうちの少なくとも１つを含み、前記延長部ｅ _ｓ ^ｆ は系列ｓの終わりの部分を複製したものを含み、前記延長部ｅ _ｓ ^ｄ は系列ｓの始めの部分を複製したものを含み、前記系列Ｇは、系列ｓと相補する系列ｇ及び延長部ｅ _ｇ ^ｆ と延長部ｅ _ｇ ^ｄ のうちの少なくとも１つを含み、前記延長部ｅ _ｇ ^ｆ は系列ｇの終わりの部分を複製したものを含み、前記延長部ｅ _ｇ ^ｄ は系列ｇの始めの部分を複製したものを含む、送信機（１）と、
   前記チャネル推定系列を受信する受信機（２）と
   を備え、
   前記受信機（２）は、
   前記チャネル推定系列を前記系列ｓに関連付けて第１の関連結果を生成するとともに、前記チャネル推定系列を前記系列ｇに関連付けて第２の関連結果を生成する関連付け手段と、
   前記第１の関連結果および前記第２の関連結果を総計する総計手段と
   を備えている
   ことを特徴とする電気通信システム。
10. 前記系列ｓおよび前記系列ｇは、共に、Ｇｏｌａｙ系列であることを特徴とする請求項９に記載の電気通信システム。

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