JP5003490B2 - アンテナ検証方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に無線電気通信システムに関し、特に、無線電気通信システムにおいて通信受信機によって基地局にあらかじめ伝達されたアンテナ重みを検証する方法に関する。

本発明の具体的な用途の１つは、第３世代広帯域符号分割多重アクセス（Ｗ−ＣＤＭＡ）システムに準拠したシステムにおけるものであるので、この適用例に関して本発明を説明するのが好都合であろうが、本発明は、この適用例に限定されない。これを念頭に置き、実施形態の説明の全体を通して、３ＧＰＰ用語の「ユーザ機器（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）」が、通信受信機を意味するために用いられる。しかしながら、本発明は、３ＧＰＰによって規定される規格に従って動作する通信受信機での使用に限定されるものとみなされるべきではない。

現行のＷ−ＣＤＭＡ規格は、閉ループのフィードバックモードの送信ダイバーシチの使用を規定している。図１は、専用物理チャネル（ＤＰＣＨ）送信のための閉ループモードの送信ダイバーシチをサポートする、一般的なＷ−ＣＤＭＡ送信機の構造を示す。ＤＰＣＨは、拡散およびスクランブルされる。その後、拡散された複素数値信号は、２つの送信アンテナブランチＡｎｔ₁およびＡｎｔ₂に与えられ、それぞれ、アンテナ固有の重み係数ｗ₁およびｗ₂によって重み付けされる。これらの重み係数は、複素数値であり、ユーザ機器２によって決まる、２つのアンテナパスの位相オフセットに対応し、アップリンク専用物理制御チャネル（ＤＰＣＣＨ）を介して基地局１に伝達される。アップリンクＤＰＣＣＨは、チャネル推定をサポートする既知のパイロットビット、ダウンリンク電力制御、フィードバック情報（ＦＢＩ）、およびオプションのトランスポートフォーマット組み合わせインジケータからなる制御情報を搬送するために用いられる。図２は、アップリンクＤＰＣＣＨのフレーム構造を示す。各無線フレームは、長さが１０ｍｓであり、１５個のスロットに分割され、各スロットの長さは、電力制御の１周期に対応する２５６０チップである。

ユーザ機器２は、ＣＰＩＣＨを用いて、各アンテナＡｎｔ₁およびＡｎｔ₂から捕捉したチャネルを個別に推定する。ユーザ機器２は、スロットごとに一度、モード固有の送信重みセットの中から最適な重みを選択する。最適な重みは、基地局１において適用された場合に、ユーザ機器２において受信電力が最大になるように、選択される。その後、ユーザ機器２は、どの電力設定または位相設定が用いられるべきかを基地局１に伝えるＦＢＩビットを、基地局１にフィードバックする。

送信電力が高いほどチャネル推定の信頼性が高まることから、ユーザ機器２は一般に、ＣＰＩＣＨチャネルをチャネル推定に利用しようとする。ユーザ機器２は、ＣＰＩＣＨ１およびＣＰＩＣＨ２に対応するチャネル推定を適切に結合するために、基地局１によって用いられた送信重みを知らなければならない。しかしながら、ＦＢＩビットをユーザ機器２から基地局１に送信するために用いられるフィードバックチャネルは、アンテナＡｎｔ₁およびＡｎｔ₂の位相または振幅のシフトを操作するために基地局１によって用いられるが、エラーが生じやすい。したがって、基地局１は、ユーザ機器２によって決定された最適な位相オフセットまたは振幅オフセットで必ずＤＰＣＨを送信できるとは限らない。基地局１によって実際に用いられた位相オフセットまたは振幅オフセットがわからないと、ユーザ機器２は間違ったチャネル推定を行い、ユーザ機器の性能を低下させてしまう。

ユーザ機器２がアンテナ固有の重み係数ｗ₁およびｗ₂を推定することを可能にする技術は、存在する。しかしながら、既存の技術は、エラーを起こしがちであって信頼性が低く、かつ／または、高価であって消費電力が大きな計算リソースを必要とする。そこで現状では、ユーザ機器によって基地局にあらかじめ伝達されたアンテナ重みをユーザ機器が検証することを可能にする方法であって、シンプルかつ効率的であり、ユーザ機器がその方法を実行するのに必要なリソースが最小限になるような方法を提供することが求められている。

以上を念頭に置き、本発明の一態様は、通信受信機によって基地局にあらかじめ伝達されたアンテナ重みを通信受信機が検証することを可能にする方法を提供し、この方法は、
共通パイロットチャネルのチャネル推定の複素共役によって専用パイロットチャネルのチャネル推定を等化して、基地局によって用いられる送信重みの推定を形成するステップと、
送信スロットごとに、現在および前のスロットについての送信重み推定の成分を結合して、最適化された送信重み推定を形成するステップと、を含む。

送信重みは、位相オフセット、振幅オフセット、または同様の量の、１つまたは複数を含んでもよい。

基地局は、送信ダイバーシチのための、２つ以上のアンテナを含んでもよい。

通信受信機および基地局は、Ｗ−ＣＤＭＡ無線通信システムまたは同様の無線通信システムの一部を形成してもよい。

好ましくは、結合される送信重み推定の成分は、現在の送信重みに影響する最終フィードバック情報のアップリンクスロット番号に依存してもよい。

この方法はさらに、
等化ステップを遅延させるステップと、
現在、前、および後のスロットについての送信重み推定の成分から、最適化された送信重み推定を形成するステップと、を含んでもよい。

通信受信機および基地局がＷ−ＣＤＭＡシステムの一部を形成する、本発明の実施形態では、最終フィードバック情報ビットのアップリンクスロット番号が奇数のときは、送信重み推定の同相成分が結合される。

通信受信機および基地局がＷ−ＣＤＭＡシステムの一部を形成する、本発明の実施形態では、最終フィードバック情報ビットのアップリンクスロット番号が偶数またはゼロのときは、送信重み推定の直交成分が結合される。

本発明の別の態様は、通信受信機が前述の方法を実行することを可能にする処理手段を含む、基地局との通信に適合された通信受信機を提供する。

以下では、本発明の様々な特徴をさらに詳細に説明する。以下の説明では、本発明の理解を容易にするために、ユーザ機器がアンテナ重みを検証することを可能にする方法を好ましい実施形態の形で例示した添付図面を参照する。しかしながら、本発明は、例示される好ましい実施形態に限定されないことを理解されたい。

以下の説明が明確になるように、基地局１による位相オフセットを「実際の位相オフセット」と称し、ユーザ機器２が基地局１に伝達した位相オフセットを「目的の位相オフセット」と称する。この例示的実施形態では、基地局１によって設定されるアンテナ重みの例として位相オフセットが用いられるが、本発明の他の実施形態では、アンテナ重みは振幅オフセットや他の量であってよいことを理解されたい。

実際の位相オフセットは、基地局１が両方のフィードバック情報（ＦＢＩ）ビットをエラーなしで受信する場合には、目的の位相オフセットと同じである。これに対し、２つのＦＢＩビットの１つ以上にエラーがある場合、実際の位相オフセットは、目的の位相オフセットと異なる。ソフトハンドオーバ時には、エラーのあるＦＢＩビットを受信する基地局は、他の基地局に対して別の位相オフセットを設定するため、アンテナ検証手順は、各無線リンクに個別に適用されなければならない。

ユーザ機器２は、可能な位相オフセット値のどれが、実際の位相オフセットである確率が最も高いかを推定する。以下の説明が明確になるように、ユーザ機器２によって選択される位相オフセットを「位相オフセット硬推定」と称する。アンテナＡｎｔ₂から捕捉されたチャネルの推定は、ＤＰＣＨシンボルが等化される前に、位相オフセット硬推定によって回転させられる。

図３に見られるように、ユーザ機器２は、ステップ１０で、アンテナＡｎｔ₂用パイロットシンボルパターンを用いてＤＰＣＨパイロットシンボルを復調する。ステップ１２で、復調されたパイロット信号の和が計算される。この和は、アンテナＡｎｔ₂チャネルのＤＰＣＨベースのチャネル推定であって実際の位相オフセットを含む。ＤＰＣＨのアンテナＡｎｔ₁成分は、このチャネル推定には存在しないが、これは、アンテナＡｎｔ₁およびアンテナＡｎｔ₂用のパイロットシンボルパターンが直交するためである。

ステップ１４では、ユーザ機器２は、アンテナＡｎｔ₂についてのＣＰＩＣＨチャネル推定の複素共役を用いて、アンテナＡｎｔ₂チャネルについてのＤＰＣＨベースのチャネル推定を等化するよう動作する。これは、そのチャネルの位相回転を除去するよう動作する。

ステップ１６で、その結果が、同じ無線リンクに割り当てられたすべてのフィンガ（ｆｉｎｇｅｒ）にわたって合計されて、実際の位相オフセットの推定が形成される。以下の説明では、この推定を「位相オフセット軟推定」と称する。

代替として、ＤＰＣＨパイロットシンボルおよびＣＰＩＣＨチャネル推定は、同じ無線リンクに割り当てられたすべてのフィンガにわたって結合されることが可能であり（ステップ１８を参照）、これらの結合されたシンボルが復調および等化のステップ１０〜１６で用いられて、無線リンクについての位相軟推定が形成される。どの方法が用いられるかは、ユーザ機器２で用いられるレイク（Ｒａｋｅ）受信機（図示せず）の実装に依存する。

ステップ１０〜１４でユーザ機器２によって計算される、同じ無線リンクの各フィンガ「ｆ」についての位相軟推定は、次式で与えられる。

ここで、Ｒ_i,fは、フィンガ「ｆ」で受信されたＤＰＣＨパイロットシンボルを表す。

は、アンテナ２パイロットシンボルパターンの複素共役を表す。
Ｎ_pilotは、スロット内のパイロットシンボルの数である。
Ｃ_2,f ^*は、フィンガ「ｆ」についてのアンテナ２チャネル推定の複素共役である。
Ｗ_fは、フィンガ「ｆ」についての位相オフセット軟推定である。

ステップ１６で、同じ無線リンクに割り当てられたすべての有効なフィンガにわたって合計される位相オフセット軟推定は、次式で与えられる。

ユーザ機器２は、位相オフセット硬推定を導出するために、ステップ１０〜１６で計算された位相軟推定を用いる。この分野では他のアルゴリズムも提案されているが、本方法のアルゴリズムほど効率的に位相オフセット軟推定を用いるアルゴリズム、または、本方法のアルゴリズムほど低いエラーレートで位相オフセット硬推定を生成するアルゴリズムはない。

各スロットにおいては、実際の位相オフセットの同相成分と直交成分とのいずれかが、現在のスロットおよび前のスロットについて同じ値を有する。ステップ２０で、ユーザ機器２は、位相オフセット硬推定のエラーレートを下げるために、現在および前の位相オフセット軟推定のこの成分を結合するよう動作する。

結合された位相オフセット軟推定の成分は、現在の実際の位相オフセットに影響する最終ＦＢＩビットのアップリンクスロット番号に依存する。Ｗ−ＣＤＭＡシステムにおける３つの異なる可能なケースは、スロット番号０を除く偶数アップリンクスロット番号、奇数アップリンクスロット番号、およびアップリンクスロット番号０である。ユーザ機器２は、現在のスロットのダウンリンク番号および閉ループタイミングモード（Ｊ＋１またはＪ＋２）を用いて、現在のスロットの実際の位相オフセットに影響する最終ＦＢＩビットのアップリンクスロット番号を決定するように適合される。

表１は、Ｗ−ＣＤＭＡシステムにおいて、現在の送信重みをに影響する最終ＦＢＩビットのアップリンクスロット番号にしたがって、実際の位相オフセットのどの成分が結合されるかを示す。

表１では、

および

は、現在のスロットについてのＷの同相成分および直交成分であり、

および

は、前のスロットについてのＷの同相成分および直交成分であり、

および

は、前のスロットの前のスロットについてのＷの同相成分および直交成分である。

奇数スロット番号の場合は、これらのスロットについては実際の位相オフセットの同相成分が必ず同じになることが知られているため、現在のスロットおよび前のスロットについての位相オフセット軟推定の同相成分が結合される。

フレームごとに一度、実際の位相オフセットの直交成分が同じである３つのスロットが連続する。これが起こるのは、２つの偶数番号スロットが連続するため、すなわち、スロット１４の後に次のフレームのスロット０が続くためである。現在のスロット番号が０のときは、３つの位相オフセット軟推定の直交成分をすべて結合することにより、特別の利益が得られる。

データシンボルの等化を、チャネル推定とともに、基地局１において遅延させることができれば、後のスロットの位相オフセット軟推定も用いることが可能である。これにより、位相オフセット硬推定のエラーレートがさらに下がる。

表２は、そのようなケースにおいて結合される、現在、前、および後のスロットの成分を示す。

表２では、

および

は、次のスロットについてのＷの同相成分および直交成分である。

このように計算された、結合された位相オフセット軟推定から、表３に示すように、対応する位相オフセット硬推定が、ユーザ機器２によって決定される。

前記の内容から、前述の方法が、ダウンリンク信号品質、アップリンクの仮定ＦＢＩエラーレート、または他の任意の関係情報を考慮するように拡張されることが可能であることを理解されたい。たとえば、目的の位相オフセットの確率は、他の位相オフセットの確率より高い。さらに、位相オフセット軟推定の分散はダウンリンク信号品質に関連するので、ダウンリンク信号品質が低ければ、位相軟推定の重みを少なく設定し、ダウンリンク信号品質が高ければ、重みを多く設定してもよい。このように、各位相オフセットのアプリオリの確率と、位相オフセット軟推定の推定分散とを反映するように、領域を変更してもよい。

（現行の３ＧＰＰ規格で規定されているように）閉ループモード２に対しては、アンテナ検証を行うことができない。これは、２つのアンテナＡｎｔ₁およびＡｎｔ₂に対するＤＰＣＨパイロットパターンが直交していないためである。しかしながら、ＤＰＣＨパイロットパターンが直交するように変更されれば、前述の方法を閉ループモード２に適切に拡張することが可能である。現行の３ＧＰＰ規格は、位相オフセット軟推定から位相オフセット硬推定を導出するためのアプローチを２つ記している。その第１の３ＧＰＰ方法では、スロットごとに４つの仮説試験を使用する。各仮説は、４つの可能な位相オフセット値のうちの１つに基づく（この４つの値は表３に示されている）。しかしながら、この方法は、前のスロットと現在のスロットの実際の位相オフセットが同一半平面内になければならないにもかかわらず、前のスロットの位相オフセット軟推定を使用しない。本明細書に記載の方法は、図１〜３で示された例示的実施形態の文脈では、やはり、スロットごとの４仮説試験を使用するが、位相オフセット硬推定の信頼度を高めるために前のスロットの位相軟推定を用いることにより、大幅な改良をもたらす。

現行３ＧＰＰ規格に記載された第２の３ＧＰＰ方法は、現在のスロットの実際の位相オフセットに影響する最終ＦＢＩビットの、２つの可能な受信ＦＢＩ値に基づく、スロットごとの２仮説試験を使用する。この文脈では、「受信ＦＢＩ値」は、基地局１で検出され、実際の位相オフセットを決定するために用いられるＦＢＩ値である。基地局１によって受信されたＦＢＩ値の、ユーザ機器２による最良の推定を、「ＦＢＩ値推定」と称する。特定のダウンリンクスロットのＦＢＩ値は、そのＦＢＩ値が、あらかじめアップリンク１または２スロットで送信されていた場合でも、そのスロットの実際の位相オフセットに影響する最終受信ＦＢＩ値に対応することになっている。第２の３ＧＰＰ方法に関連する現行の３ＧＰＰ規格によれば、最終偶数番号および最終奇数番号のアップリンクスロットからのＦＢＩ値推定が、位相オフセット硬推定を決定する。この方法で推定されたＦＢＩ値が正しくない場合は、連続する少なくとも２つのスロットについて、推定された位相オフセットが正しくないであろうことに注意されたい。現行の３ＧＰＰ方法は、両スロットの実際の位相オフセットが、前のスロットの受信ＦＢＩ値に依存するにもかかわらず、前のスロットのＦＢＩ値推定に対して、現在および前のスロットの位相オフセット軟推定の両方を使用しない。

本明細書に記載の方法は、また、スロットごとに２仮説試験を行う方法の場合にも当てはまる。したがって、現在のスロットの位相軟推定は、前のスロットのＦＢＩ値推定の信頼度を改正および改善するために使用されて、既存の第２の３ＧＰＰ方法に対する大幅な改善をもたらすことが可能である。

本明細書に記載のアンテナ重み検証方法は、アンテナ間の位相オフセット、振幅オフセットまたは他の量が複数周期にわたって保持される、閉ループ送信ダイバーシチシステム、または他の通信システムに適用可能である。位相オフセット、振幅オフセット、または他の量の推定の信頼度をより高めるために、複数周期にわたって保持された軟推定の成分が軟結合される。本明細書では、基地局およびユーザ機器を含む３ＧＰＰ Ｗ−ＣＤＭＡシステムにおける閉ループモード１の送信ダイバーシチについてのアンテナ検証の文脈で本発明を説明してきたが、これは本発明の一例示的適用にすぎないこと、ならびに、本発明が、別のタイプの通信受信機およびネットワーク装置を含む他の技術およびシステムにも適用できることを理解されたい。

Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムの一部を形成する例示的な基地局およびユーザ機器の概略図である。 図１のユーザ機器から基地局にスロットごとにフィードバック情報が送信されるアップリンク専用制御チャネルの概略図である。 図１のユーザ機器によって基地局にあらかじめ伝達されたアンテナ重みを検証するために、図１のユーザ機器によって実施されるステップを示すフローチャートである。

Claims (6)

1. 通信受信機によって基地局にあらかじめ伝達されたアンテナ重みを前記通信受信機が検証することを可能にする方法であって、
   共通パイロットチャネルのチャネル推定の複素共役によって専用パイロットチャネルのチャネル推定を等化して、前記基地局によって用いられる前記送信重みの推定を形成するステップと、
   現在の送信重みに影響する最終フィードバック情報のアップリンクスロット番号が奇数の場合、送信スロットごとに、現在および前のスロットについての前記送信重み推定の同相成分が結合され、前記アップリンクスロット番号がゼロを除く偶数の場合、送信スロットごとに、現在及び前のスロットについての前記送信重み推定の直交成分が結合され、前記アップリンクスロット番号がゼロの場合、現在、前及び現在より２つ前の直交成分が結合されて、最適化された送信重み推定を形成するステップと、
   を含む方法。
2. 前記送信重みが、位相オフセットまたは振幅オフセットのうちの任意の１つまたは複数
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記基地局が、送信ダイバーシチのための、２つ以上のアンテナを含む、請求項１また
   は２のいずれか一項に記載の方法。
4. 前記通信受信機および基地局が、Ｗ−ＣＤＭＡ無線通信システムの一部を形成する、先
   行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記等化ステップを遅延させるステップと、
   現在、前、および後のスロットについての前記送信重み推定の成分から、最適化された送信重み推定を形成するステップと、
   をさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 先行する請求項のいずれか一項に記載の方法を通信受信機が実行することを可能にする
   処理手段を含む、基地局との通信に適合された通信受信機。

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