JP4741063B2 - 移動ステーションにおける無線信号の受信方法及び無線信号の送受信のための無線ステーション - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベースステーションから無線信号が送信され移動ステーションにおいて無線信号を受信するための方法及び無線信号の送受信のための移動ステーションに関する。
【０００２】
【従来技術】
符号拡散の際、プリディストーション、事前ひずみをプリレイク（Pre−Rake）−事前ひずみ化、ないし、プリディストーションを用いて行うことが下記刊行物から公知である。R. Esmailzadeh及びM. Nakagawa: “Pre-Rake Diversity Combination for Direct Sequence Spread Spectrum Mobile Communications Systems ”, IEICE Trans. Commun.,Vol. E76-B., No. 8, August １９９３。送信すべき信号の上記事前ひずみ化、ないし、プリディストーションは、有利に、ベースステーションにて実施される。それというのは、給電源網に接続されているベースステーションにおいては、その電池の、又は蓄電池の耐用寿命が限られている移動ステーションにおけるより一層容易に、複雑な信号処理を統合化できるからである。当該の事前ひずみ化、ないし、プリディストーションの条件、前提となることは、移動ステーションは、ベースステーションへ、所謂戻りバックワード区間ないしアップリンクにてトレーニングシンボルをその他の無線信号と共に送信するということであり、それにより、ベースステーションは、ベースステーションと移動ステーションとの間での無線チャネルの伝送特性を推定できるようにするのである。ベースステーションから移動ステーションへのフォワードないしダウン区間リンクにて、トレーニングシンボルは必要でない、それというのは、ベースステーションは、戻りバックワード区間ないしアップリンク区間のチャネル推定からフォワードないしダウン区間リンクを推定することができるからである。所謂チャネル相反性が仮定される。これにより、斯様な非対称のベースステーション−移動ステーション構造の使用により伝送帯域幅が節減される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題とするところは、位相誤差に関してプリディストーション、事前ひずみを受けた符号拡散された、位相変調された無線信号を位相誤差に関して補正することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、特許請求の範囲の構成要件により解決される。
【０００５】
本発明の無線信号の受信方法ないし移動ステーションにおいてそれの独立形式の請求項により得られる利点とするところは、プリディストーション、事前ひずみが改善されることである、それというのは、絶対的チャネル相反性が与えられておらず、位相補正により当該のそれにより生じる誤差エラーが有利に補正され、受信する移動ステーションにて一層良好なデータ検出結果が得られるからである。
【０００６】
更に有利なことには、移動ステーション及びベースステーションにおける異なる送信技術及び使用されたエレメントの異なる品質に基づき移動ステーションにより受信された無線信号の位相誤差エラーが平均化により識別され、除去される。短い平均化により変化する無線チャネルに基づく位相変化を補正することができる。
【０００７】
従属形式請求項にて特定された手段により、独立形式請求項に特定された方法ないし移動ステーションの有利な発展形態及び改善が可能である。
【０００８】
有利には、位相補正ファクタが次のようにして計算される、即ち、平均値を正規化するのである、それにより、位相補正ファクタにより位相変調が生ぜず、位相が共役化される。換言すれば、位相誤差の極性が反転され、それにより平均位相誤差が除去される。
【０００９】
本発明の有利な発展形態によれば位相変調のほかに、位相変調と振幅変調の組合せ、例えば、直交振幅変調（ＱＡＭ）が可能であるように構成する。それにより、変調された信号に対して遙かに一層より多くの状態を形成し得る。
【００１０】
【実施例】
図１には実施例が示してあり、以降詳述する。
【００１１】
無線通信システムはベースステーション及び複数の移動ステーションを有し、ここで、或１つの移動ステーションはたんにベースステーションとのみ接続交信する。ベースステーションから移動ステーションへの伝送は、ダウンリンクDownlink又はフォワード、往路区間リンクと称され、一方、移動ステーションからベースステーションへの伝送区間は、アップリンクUplink又はバックワード戻り区間と称される。ベースステーションは通常建造物又は柱に設置され、当該のベースステーションは給電源網に接続され、ベースステーションは、比較的大の領域の使用向けに設けられているのでベースステーション内には、移動ステーションにおけるより良好で多くのエネルギを消費する機能を統合化でき、前記移動ステーションは、電池又は蓄電池を用いての限られた電流給電源を有する。要するに、移動ステーションのエネルギ消費を最小化するのが目標である。更に、ベースステーションは、量産品プロダクトである移動ステーションより遙かに小さい数量で販売されるプロダクトである。従って、１つの移動ステーションにおける価格上の要請は、一層より大であり、移動ステーションをできるだけ安価にするためできるだけ多くの機能をベースステーション内に移し替えるべきである。
【００１２】
符号拡散はＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunication System）のような将来の移動無線システムのような移動無線システムを支配する変調技術である。符号拡散の場合、移動ステーションごとに、１つの特定の符号が使用され、送信すべき情報をコード化、コーディングし、受信された情報をデコーディングする。
【００１３】
そこにて１つのベースステーション及び複数の移動ステーションが配置されている１つの無線セルに対して、符号拡散の場合、無線信号のすべての伝送に対して無線信号の伝送のため１つのスペクトルのみが使用される。それにより、設けられる周波数スペクトルの一層良好な利用が可能である。個々の移動ステーションに対する符号は次のように設計構成されている、即ち、当該の符号で拡散させる送信された信号が相互に妨害し合わないように設計構成されており、ここで当該の特性は直交性と称される。受信器においても符号が直交である場合、符号逆拡散のためには簡単な相関器で事足り、この相関器は、信号プロセッサ上にインプリメントされる。
【００１４】
１つの無線チャネルの伝送特性に基づき、種々の符号が伝送中それらの相互間の直交性を失うことが可能である。それに向けられた信号を逆拡散する１つの移動ステーションは、他の符号でコード化された信号のわずかな成分割合も亦逆拡散する。それというのは、直交性が失われるからである。当該の成分は、ノイズとして現れ、受信された信号のＳ／Ｎ比を劣化し、よって、受信品質を悪化する。
【００１５】
符号逆拡散のための簡単な相関のほかに、さらなる手法が開発された。そのような手法は、所謂共同検出Joint−Detectionであり、ここで、１つの移動ステーションにより、すべての受信された符号が、符号逆拡散され、次いで当該の移動ステーションに対して送信された信号が更に使用され、他の逆拡散された信号が破棄される。上記の手法は、移動ステーションに対する高められたハードウドウエアコスト、ひいては、一層大きなエネルギ-消費を意味する。Joint-Detectionの場合、受信された無線信号におけるトレーニングシンボルが記憶されたトレーニングシンボルと比較され、無線チャネルの伝送特性が求められ、符号相互間の直交性が再形成される。
【００１６】
１つのベースステーションの送信器での所謂Joint-Detectionの使用により、当該の手法プロセスは、送信すべき信号の事前ひずみ化、ないし、プリディストーションとして使用される。このためにベースステーションは、戻りチャネルにて、ベースステーションにより受信された信号により無線チャネルの伝送特性を推定し、それにより送信すべき無線信号がプリディストーション、事前ひずみを相応に受けるようにし、その結果受信移動ステーションにおける符号の直交性が確保されるようにしなければならない。そのために移動ステーションは、トレーニングシンボルをベースステーションへ送信し、このベースステーションは受信されたトレーニングシンボルと比較し、それにより、無線チャネルの伝送特性を求める。要するに、チャネルの相反性が仮定される。ここで、有利にはベースステーションから移動ステーションへトレーニングシンボルを送信する必要がなく、それにより伝送帯域幅が節減される。要するに、そのようなプリディストーション、事前ひずみの基礎を成す仮定とするところは、送信すべき無線信号に対するチャネルが、丁度受信した無線信号に対するチャネルと同じ特性を有することである。この手法は相反性と称される。但し、移動ステーションのキャリア搬送波は移動するので相反性の手法は適正でない、それというのは、無線チャネルひいては、当該無線チャネルの伝送特性が変化する。受信された無線信号の位相の補正により、相反性の誤った仮定の改善が可能である。
【００１７】
図１には、符号拡散された無線信号の受信のための本発明の方法のステップを示してある。方法ステップ１では、方法プロセスがスタートされる。方法ステップ２では、符号拡散された無線信号が受信され、増幅され、フィルタリングされ、中間周波が逓降混合変換され、デジタル化される。方法ステップ３では受信された無線信号が符号逆拡散を受ける。上記の符号逆拡散は、相関器を用いて実施される。要するに、移動ステーションに向けられた信号のみが逆拡散される、それというのは無線信号は、上述のようにJoint-Detectionを用いてプリディストーション、事前ひずみを受けるからである。
【００１８】
方法ステップ４にて符号逆拡散された信号に対してシンボルごとに、１つの位相が求められ、ひいては、無線信号が復調される。無線信号は、複数のシンボルを有するので、各シンボルごとに、つまり、シンボル持続時間ごとに１つの位相値が求められる。ここでコヒーレントな復調がなされる。無線信号におけるシンボルの位相が次のようにして求められる、即ち、受信された信号が搬送波信号と乗算されるのである。それによりシンボルごとに位相が得られる。搬送波信号は、例えば零角度を成し、乗算により、受信された信号の位相と、搬送波の位相との間に差項が生じ、それにより受信された信号の位相が得られる。搬送波信号は、公知のように制御ループを用いて追従制御される。
【００１９】
方法ステップ５では、求められた位相が所定のイメージング写像変換規定を用いて所定の位相セクションにてイメージング写像変換される。或１つの位相誤差がすべての位相に対して求められることは重要である。ここで、個々の位相の絶対的位置状態が重要でなく、偏差のみが重要である。従って、すべての位相が１つの所定の値にイメージング写像変換され、この値からの偏差により、無線信号に対して補正として使用される位相誤差が生じる。
【００２０】
ここで、４相位相変調（ＱＰＳＫ＝４相偏移位相変調ないし４相位相変調シフトキーイング；Quadraturphasenumtastung）が使用される。４相位相変調の場合、所謂位相−信号空間図ダイヤグラムにて、変調のための４つの位相、即ち、例えば、４５°，１３５°，２２５°，３１５°が使用される。位相−信号空間図ダイヤグラムでは１つの複素平面が張られ、この複素平面内では１つの信号がそれの振幅及び位相に関してエントリされる。横座標上には実部が記され、縦座標上には虚部が記される。ここで振幅は変調されない。本発明の発展形態では、振幅を変調することも可能である。
【００２１】
振幅及び位相を変調する場合、直交振幅変調が行われる。ここで使用される４相位相変調の場合、個々の位相が位相−信号空間図ダイヤグラムの第１象限内にイメージング写像変換される。ＱＰＳＫの場合、位相−信号空間図ダイヤグラムの横座標及び縦座標が判定限界値として使用され、その結果４つの判定限界値が得られる。従って、第１象限は、所定の位相領域である。
【００２２】
時点Ｋ^*Ｔ−ここで、Ｔは、シンボル持続時間、Ｋは、整数である−での受信器における復調されたベースバンド信号は、次式で表わされる；
y_k=d_k・e^{j Δφ}＋n_k
、ここで、ｄ_kは、種々の変調状態を表す複素シンボルである。それは、復調された位相である。ｎ_kは、加法的白色ノイズを表し、Δφは位相誤差を表す。それに対して極座標で一般表示を使用する場合、一般的に次の通りである
【００２３】
【数１】

【００２４】
、ここで、φ_yは全位相を表し、ｙ_kは、大きさを表す。
【００２５】
イメージング写像変換の規定としてＱＰＳＫの場合、複素信号空間が４つのセクタに分けられる
【００２６】
【数２】

【００２７】
すべての走査値、ないし、サンプリング、サンプル値が、セクタＳ１，即ち、第１象限内にイメージング写像変換され、ここで次のアルゴリズムによりイメージング写像変換される。セクタＳ１内に位置する角度に対して角度は変わらないままにおかれる。セクタＳ２内に位置する角度に対して、角度は−Π／２だけ変化され、その結果角度はセクタＳ２内に位置する。セクタ３内に位置する角度に対して、角度は、−Πだけ回転され、その結果角度は、セクタ１内に位置する。セクタ４内に位置する角度に対して、角度は−３Π／２だけ回転され、その結果当該の角度はセクタＳ４内に位置する。
【００２８】
方法ステップ６では位相偏差の平均値が複数のシンボルに亘って計算される。ｙのｎシンボルに亘っての直線平均化が下式により得られる。
【００２９】
【数３】

【００３０】
平均化のため使用されるシンボルの数が設定される。比較的大きな数にすると、このことは、送信器及び受信器におけるアンテナコンポーネントに由来する位相誤差を補正するのに役立つ。ここで、例えば走行車両に基づき、変化された無線チャネルに基づく短時間の位相誤差が平均化により、除去される。従って比較的小さなシンボル数が、最後に述べた効果による位相誤差の除去のため平均化に適する。
【００３１】
方法ステップ７での正規化及び共役化の後、位相補正ファクタＰは、従って次のように計算される
【００３２】
【数４】

【００３３】
方法ステップ８では、方法ステップ４からの逆拡散された、復調された無線信号が、位相補正ファクタと乗算され、その結果無線信号は平均的位相誤差だけ補正される。方法ステップ９では、データ検出が次のようにして実施され、即ち、シンボルの位相が判定限界値と比較されるのであり、方法ステップ１０にて、検出されたデータが生ぜしめられる。
【００３４】
図２には受信部２０及び送信部２１を有する本発明の移動ステーションを示す。受信部２０に属するものは、アンテナ１１，高周波受信装置１２，受信器１３，データ検出器１４及び検出されたデータに対する出力側１５である。送信部２１に属するものは、データ源１６，変調器１７，高周波送信装置１８及びアンテナ１９である。
【００３５】
アンテナ１１を用いて、無線信号は受信され、高周波受信装置１２にて増幅され、フィルタリングされ、中間周波に変換される。更に、信号はデジタル化される。受信器１３にて、信号が逆拡散され、上述の位相補正が行われる。前記受信器１３は、信号プロセッサ上にインプリメントされている。補正された信号はデータ検出器１４−これは同じ信号プロセッサ上にインプリメントされてよいが別個のプロセッサ上に設けられていてもよい−にて検出される。出力側１５には検出された信号がデータ流として現れる。
【００３６】
データ源−ここには音響信号を電気信号に変換し、それ等の信号を増幅し、デジタル化するための電子回路の接続されたマイクロホンが設けられる−では、送信すべきデータが生成される。マイクロホンのほかに、コンピュータ又はカメラがデータ源であってもよい。変調器１７において、データ源から到来する信号により変調信号が生ぜしめられ、これらの変調信号は、上述の４相位相変調ないし４相偏移位相変調、シフトキーイングで変調されたものである。更に、変調器１７にて、送信すべき信号が符号拡散される。変調器１７では、トレーニング信号も亦有効信号に追加される。変調器１７は、１つのプロセッサ上にインプリメントされている。高周波送信装置１８にて、送信すべき信号が、送信周波に変換され、次いで、アンテナ１９を用いて送信される。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、位相誤差に関してプリディストーション、事前ひずみを受けた符号拡散された、位相変調された無線信号を位相誤差に関して補正することができるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無線信号の受信方法を説明するためのフローチャートの図。
【図２】本発明の移動ステーションの実施例のブロック接続図。
【符号の説明】
１１ アンテナ
１２ 受信装置
１３ 受信器
１４ データ検出器
１５ データ
１６ データ源
１７ 変調器
１８ 高周波送信装置
１９ アンテナ
２０ 受信部
２１ 送信部

Claims (6)

1. ベースステーションから無線信号が送信され移動ステーションにおいて無線信号を受信するための方法であって、
   無線信号が１つのベースステーションから少なくとも１つの移動ステーションへ送信され、
   前記無線信号は、複数のシンボルを有し、
   前記無線信号は、ベースステーションにおいて各移動ステーション毎に１つの符号コードで符号拡散され、ここで前記無線信号は、ベースステーションにて移動ステーションに対する予期される伝送特性に従って、事前ひずみ化、ないし、プリディストーションを施され、その際無線信号はその位相に関して変調され、
   さらにベースステーションから移動ステーションへ送信された無線信号が当該の移動ステーションにより符号逆拡散される（３）ようにした無線信号受信方法において、
   移動ステーションにより、位相復調を行うため、受信した無線信号に搬送波信号を乗算することによって各シンボル毎に無線信号の位相が求められ（４）、
   移動ステーションにより、位相が所定の規則に従って１つの位相領域へ写像変換され（５）、
   所定数の写像変換された位相から１つの平均値が形成され（６）、当該平均値と所定の値との偏差が平均的な位相エラーを表し、
   平均値から位相補正ファクタが計算され（７）、
   位相補正ファクタを復調された無線信号と乗算し（８）、それによって、無線信号の検出される前に、平均的な位相誤差が補正されるようにしたことを特徴とする移動ステーションにおける無線信号の受信方法。
2. 位相補正ファクタを平均値の正規化及び共役化により計算することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 無線信号をそれの位相及び振幅に関して変調することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 無線信号を送受信するための移動ステーションであって、
   受信部（２０）が設けられており、該受信部（２０）は符号拡散された無線信号を受信するように構成されており、
   送信部（２１）が設けられており、該送信部（２１）は移動ステーションから符号拡散された無線信号をトレーニング信号と共に送信するように構成されており、
   前記無線信号は複数のシンボルを有し、
   前記移動ステーションの受信部（２０）は、無線チャネルの予期される伝送特性に従って事前ひずみ化、ないし、プリディストーションを施された無線信号を受信するように構成され、ここにおいて前記移動ステーションは、送信部（２１）内に変調器（１７）を含んでおり、該変調器（１７）は送信すべき無線信号を、位相に関して変調するように構成されおり、移動ステーションの受信部（２０）内部の受信器（１３）は、当該移動ステーションへ送信された無線信号を符号逆拡散するように構成されている移動ステーションにおいて、
   前記受信器（１３）は、位相復調を行うため、受信した無線信号を搬送波で乗算することによって、無線信号の位相を各シンボル毎に求めるように構成されており、
   前記受信器（１３）は、所定の規則に従って、位相を１つの位相領域へ写像変換するように構成されており、
   前記受信器（１３）は、写像変換された位相から１つの平均値を形成し、その際該平均値と所定の値との偏差は平均的な位相エラーを表しており、
   前記受信器（１３）は、平均値から、位相補正ファクタを計算するように構成されており、さらに、
   前記受信器（１３）は、位相補正ファクタを符号逆拡散された無線信号と乗算し、それによってデータ検出器（１４）により無線信号の検出される前に平均的な位相誤差が補正されるように構成されていることを特徴とする移動ステーション。
5. 受信器は、平均値の正規化及び共役化により位相補正ファクタを計算するものであることを特徴とする請求項４記載の移動ステーション。
6. 移動ステーションは、無線信号をそれの位相及び振幅に関して変調することを特徴とする請求項４記載の移動ステーション。

Images