JP5078206B2 - 受信機およびチャネルに対する新しい直交シーケンスを展開するための方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雑音およびシンボル間干渉を誘導するチャネルから信号を受信する受信機をトレーニングする技術に係り、特に短い待ち時間を有する最小二乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムを使用してトレーニングが実行され得るようにトレーニングシーケンスを生成するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ａ）雑音およびシンボル間干渉を誘導するチャネルから信号を受信し、かつｂ）最小二乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムを使用する受信機をトレーニングする技術における問題点は、ＬＭＳアルゴリズムを実行するために必要とされる高速演算が、データの送信レートを制限することである。したがって、従来技術は、トレーニングシーケンスのエレメントが直交的であるかのように演算がほぼ同じになるように小さいステップサイズを使用する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このアプローチは、粗いチャネル推定値を導き、小さいステップサイズのためにトレーニングが望ましくないほど長くかかる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
トレーニングシーケンスの項が、実際に互いに直交する場合、ＬＭＳアルゴリズムが大幅にスピードアップされ得ることを認識した。いくつかの直交的シーケンスが見出されたが、特定の条件に限定されており、例えば、それらが使用され得る所定の長さまたは変調スキームは、従来使用されていた変調装置に対応しない。しかし、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタとしてチャネルを適切に記述するために重みの数が必要とされる場合、直交項を有するトレーニングシーケンスを展開するための方法が存在しない。
【０００５】
したがって、本発明の原理により、長さＭ_old1およびＭ_old2が共通プライムナンバーファクタを有しない場合、Ｍ_old1およびＭ_old2の積がＭ_newに等しくなるように、各々がＭ_newより短いそれぞれの長さＭ_old1およびＭ_old2を有する少なくとも２つのチャネルに対する既に存在する直交トレーニングシーケンスから、長さＭ_newを有する有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタとして記述されるチャネルに対してそれにより直交トレーニングシーケンスが展開され得るプロセスを考案した。
【０００６】
具体的には、例えば、この技術分野において知られている手法を使用して、または長さＭのチャネルの場合既知のシンボル集団についてコンピュータサーチを実行することにより、初期の存在する直交トレーニングシーケンスのセットが見出される。その後、長さＭ_new の直交トレーニングシーケンスが、第１の連結シーケンスおよび第２の連結シーケンスの両方が同じ長さを有するように、第１の連結シーケンスを形成するために、トレーニングシーケンスｏｌｄ１をＭ_old2回反復し、かつ第２の連結シーケンスを形成するために、トレーニングシーケンスｏｌｄ２をＭ_old1回反復することにより展開される。ここで、Ｍ_old1およびＭ_old2の積はＭ_newに等しい。
【０００７】
第１の連結シーケンスの各項は、得られるＭ_new積を形成する新しいシーケンスにおいて同じロケーションに配置された第２の連結シーケンス中の対応するように配置された項と乗算される。この新しいシーケンスは、長さＭ_new の直交シーケンスである。特定の長さのチャネルに対して１つより多い存在する直交シーケンスがある場合、例えば、同じ長さのチャネルに対して異なる変調スキームについての異なる直交シーケンスがある場合、設計者は、所望の結果を与えるどのような直交シーケンスも選択することができる。しばしば、特定のアプリケーションに対して、最高の速度を生じ得る実際のチャネルと共に使用することに最も適している変調スキームを生じる結果、または具現化のために必要とされるハードウェアを低減することになる最小のアルファベットを生じる結果が望ましい。
【０００８】
好都合なことに、そのような直交トレーニングシーケンスを使用する受信機は、最適なステップサイズを使用し、最も速いトレーニングを生じ得る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、フローチャートの形式で、Ｍ_old1およびＭ_old2が共通プライムナンバーファクタを有しない場合Ｍ_old1およびＭ_old2の積がＭ_newに等しくなるように、各々がＭ_newより短いそれぞれの長さＭ_old1およびＭ_old2を有する少なくとも２つのチャネルに対する既に存在する直交トレーニングシーケンスから長さＭ_newを有する有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタとして記述されるチャネルに対して展開される直交トレーニングシーケンスを展開するための例示的なプロセスを示す。プロセスはステップ１０１において、新しいトレーニングシーケンスが必要とされる場合、例えば新しいワイヤレス通信システムが展開されるときに、開始する。
【００１０】
次に、ステップ１０３において、Ｍ_old1およびＭ_old2が共通プライムナンバーファクタを有しない場合Ｍ_old1およびＭ_old2の積がＭ_newに等しくなるように、各々がＭ_newより短いそれぞれの長さＭ_old1およびＭ_old2を有する少なくとも２つのチャネルに対する２つの既に存在する直交トレーニングシーケンスｏｌｄ１およびｏｌｄ２が選択される。Ｍ_old1およびＭ_old2の積がＭ_newに等しくなるような、例えばＭ_newがプライムナンバーであるような値を見つけることができない場合、プロセスは、エラー状態において終了しなければならない。しかし、実際的な観点から、典型的には、求められる正確なＭ_newの値ではなくＭ_newのより大きな値を使用することで、正確な結果を得ることになる。
【００１１】
初期的直交シーケンスは、直交トレーニングシーケンスの存在を決定するために、特定の変調スキームのアルファベットおよび与えられたチャネル長に対する可能性のある組合せの各々について徹底的なサーチを実行することにより得られ得る。そのようなサーチの全てが、直交シーケンスを生じることにはならず、例えば１３のチャネル長に対してそのようなシーケンスはまだ発見されていない。また、そのようなサーチの各々を実行するために必要とされる時間は、極めて長い。今日までに発見された直交シーケンスが、表１に示されている。特に、表１は、例示的な直交シーケンスおよびそれらが発見されたものに対する対応する長さおよび変調スキームを示す。表１は、この技術分野において知られている長さ４および長さ１６の直交シーケンスを含む。
【００１２】

【００１３】
その後、ステップ１０５において、トレーニングシーケンスｏｌｄ１が、第１の連結シーケンスを形成するために、Ｍ_old2回反復される。同様に、トレーニングシーケンスｏｌｄ２は、第２の連結シーケンスを形成するために、Ｍ_old1回反復される。そして、第１の連結シーケンスおよび第２の連結シーケンスの両方は、望ましいシーケンス長さＭ_newである同じ長さを有することになる。例えば、Ｍ_old1がＰＡＭを使用する３であり、Ｍ_old2がＰＡＭを使用する７である場合、２１に等しい長さＭ_newを有するシーケンスが形成される。表２は、ＰＡＭを使用する３であるＭ_old1および７であるＭ_old2に対して形成される連結シーケンスを示す。表３は、Ｍ_old2がＰＡＭを使用する７であり、Ｍ_old1が３である場合を示す。
【００１４】
表２
-2 -2 1 -2 -2 1 -2 -2 1 -2 -2 1 -2 -2 1 -2 -2 1 -2 -2 1
表３
-2 -2 -1 1 1 -2 1 -2 -2 -1 1 1 -2 1 -2 -2 -1 1 1 -2 1
【００１５】
ステップ１０７において、第１の連結シーケンスの各項は、第２の連結シーケンス中の対応して配置された項と乗算され、得られる積が、結果としてのＭ_new積を作る新しいシーケンス中の同じ対応するロケーションに配置される。この新しいシーケンスは、長さＭ_newの直交シーケンスである。表４は、表２および３の項の積から形成される得られる新しいトレーニングシーケンスを示す。ここで、Ｍ_newは２１である。Ｍ_new＝２１に対するこの新しいトレーニングシーケンスは、Ｍ＝２１に対するコンピュータサーチにより見出されたトレーニングシーケンスと異なる。
【００１６】
表４
4 4 -1 -2 -2 -2 -2 4 -2 2 -2 1 4 -2 -2 4 2 1 -2 4 1
そして、プロセスは、ステップ１０９において終了する。
【００１７】
特定の長さのチャネルに対して１つより多い存在する直交シーケンスがある場合、例えば、同じ長さのチャネルに対して異なる変調スキームに対する異なる直交シーケンスがあり得る場合、設計者は、望ましい結果を与えるどのような直交シーケンスも選ぶことができる。しばしば、特定のアプリケーションに対して、最高の速度を生じ得る実際のチャネルと共に使用することに最も適した変調スキームを生じる結果、または具現化に必要とされるハードウェアを減少させることになる最小のアルファベットを生じる結果が望ましい。
【００１８】
表５は、本発明の手順を使用して得られた更なるいくつかの例示的なトレーニングシーケンスを示す。
表５
M=14 V.29 1-j,-1-j,1-j,-1-j,1-j,-1-j,5j,-1-j,1-j,-1-j,1-j,-1-j,1-j,-5
M=20 2,2,2,-2,-3,2,2,-2,2,-3,2,-2,2,2,-3,-2,2,2,2,3
【００１９】
図２は、本発明の原理による例示的な受信機２００を示す。受信機２００は、
【数１】

を演算する。ここで、Ｘは、ｋ−ｐの時点でスタートするトレーニングシーケンスのＭ個のエレメントを含む。ｋは、絶対時間であり、ｐは、それに対する相対遅れであり、＊は、共役複素数であり、ｅ（）は、Ｘ_k-pを使用する誤差であり、Ｗはチャネル推定値である。図２には、ａ）並列重みコンピュータ２０１−１ないし２０１−Ｍを含む並列重みコンピュータ２０１、ｂ）加算器２０３、ｃ）乗算器２０５およびｄ）新しい重みベクトルプロデューサ２０７が示されている。
【００２０】
従来技術よりも高い演算効率を得るために、少なくとも２つの並列重みコンピュータ２０１があり、Ｍ個より多くない並列重みコンピュータ２０１があり、ここで、Ｍはチャネル長である。並列重みコンピュータ２０１の各々は、
【数２】

を演算する。このために、並列重みコンピュータ２０１の各々は、トレーニングシーケンスＸおよび時刻ｋにおいて実際に受信されたシンボルであるｄ（ｋ）、並びに重みベクトルＷの最新値を受信する。特に、
【数３】

である。ここで、Ｔは展置を意味する。ＸおよびＷはベクトルであり、ｄ（ｋ）はスカラである。
【００２１】
加算器２０３は、並列重みコンピュータ２０１の各々の出力を加算し、即ち並列重みコンピュータ２０１により出力されるベクトルの対応する位置の各々が加算される。加算器２０３による出力として生成される和のベクトルが、乗算器２０５に供給され、和のベクトルの各エレメントをステップサイズμで乗算し、和のベクトルをμでスケーリングする。そして、スケーリングされた和のベクトルが、新しい重みベクトルプロデューサ２０７に供給され、スケーリングされた和のベクトルを以前に生成された重みベクトルに加算し、これが、新しい重みベクトルプロデューサ２０７に記憶され、新しい重みとして結果の値を供給し、それを記憶する。
【００２２】
直交トレーニングシーケンスとしてここで呼ばれた直交シーケンスは、それらはトレーニングシーケンスとしての使用に適しているが、トレーニングのために実際に使用される必要はない。また、直交シーケンスは、同期化の目的のためにも使用され得る。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、短い待ち時間を有する最小二乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムを使用して受信機のトレーニングが実行され得るようにトレーニングシーケンスを生成するシステムを提供することができる。
【００２４】
特許請求の範囲の発明の要件の後に括弧で記載した番号は、本発明の一実施例の対応関係を示すもので本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理による直交トレーニングシーケンスを展開するための例示的なプロセスを示すフローチャート。
【図２】本発明の原理により構成される例示的な受信機を示す図。
【符号の説明】
２００ 受信機
２０１ 並列重みコンピュータ
２０３ 加算器
２０５ 乗算器
２０７ 新しい重みベクトルプロデューサ

Claims (11)

1. 新しい直交シーケンスを使用する電磁気信号を形成する方法であって、前記信号はチャネルで用いるよう適合され、前記チャネルは長さＭ_ｎｅｗを有し、前記方法は、
   長さＭ_ｏｌｄ１およびＭ_ｏｌｄ２の積がＭ_ｎｅｗに等しく、Ｍ_ｏｌｄ１およびＭ_ｏｌｄ２が共通プライムナンバーファクタを有しないようなそれぞれの長さＭ_ｏｌｄ１およびＭ_ｏｌｄ２を有する少なくとも２つのチャネルに対する第１および第２の存在する直交シーケンスｏｌｄ１およびｏｌｄ２を選択するステップと、
   第１の連結シーケンスを形成するために、前記シーケンスｏｌｄ１をＭ_ｏｌｄ２回反復するステップと、
   第２の連結シーケンスを形成するために、前記シーケンスｏｌｄ２をＭ_ｏｌｄ１回反復するステップと、
   前記第１の連結シーケンス中の各項と、前記第２の連結シーケンス中の対応して配置された項とを乗算するステップと、
   前記乗算するステップにおいて生成された各積を、その中の対応するロケーションに配置することにより、前記新しいシーケンスを形成するステップと、
   前記新しい直交シーケンスを、得られた前記直交シーケンス内の情報を表す電磁気信号へ変換するステップとを有することを特徴とする方法。
2. 前記選択するステップにおいて使用するための直交シーケンスの存在を決定するために、特定の変調スキームのアルファベットおよび与えられたチャネル長に対する可能性のある組合せの各々についてサーチを実行するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
3. 前記第１の存在する直交シーケンス、前記第２の存在する直交シーケンス、および前記新しい直交シーケンスのうちの少なくとも１つが、トレーニングシーケンスとして使用される、請求項１記載の方法。
4. 前記第１の存在する直交シーケンス、前記第２の存在する直交シーケンス、および前記新しい直交シーケンスのうちの少なくとも１つが、同期化シーケンスとして使用される、請求項１記載の方法。
5. 第１および第２の存在する直交シーケンスは、各々、互いに共通プライムナンバーファクタを有しない長さを有する、請求項１記載の方法。
6. コンピュータ読み取り可能な形式で、電磁気信号の表現が記憶された記憶媒体製品であって、前記電磁気信号は、第１および第２の存在する直交シーケンスの関数として展開された新しい直交シーケンスを用いており、前記第１および第２の存在する直交シーケンスは、各々、互いに共通プライムナンバーファクタを有しない長さを有し、
   前記新しい直交シーケンスを展開するための前記関数は、
   長さＭ_ｏｌｄ１およびＭ_ｏｌｄ２の積がＭ_ｎｅｗに等しく、Ｍ_ｏｌｄ１およびＭ_ｏｌｄ２が共通プライムナンバーファクタを有しないようなそれぞれの長さＭ_ｏｌｄ１およびＭ_ｏｌｄ２を有する少なくとも２つのチャネルに対する前記第１および第２の存在する直交シーケンスｏｌｄ１およびｏｌｄ２を選択するステップと、
   第１の連結シーケンスを形成するために、前記シーケンスｏｌｄ１をＭ_ｏｌｄ２回反復するステップと、
   第２の連結シーケンスを形成するために、前記シーケンスｏｌｄ２をＭ_ｏｌｄ１回反復するステップと、
   前記第１の連結シーケンス中の各項と、前記第２の連結シーケンス中の対応して配置された項とを乗算するステップと、
   前記乗算するステップにおいて生成された各積を、その中の対応するロケーションに配置することにより、前記新しい直交シーケンスを形成するステップと
   を有した、記憶媒体製品。
7. 受信機であって、前記受信機は、当該受信機で受信される電磁気信号に具現化された新しい直交シーケンス信号をトレーニング信号として用いるよう適合され、前記新しい直交シーケンスは、第１および第２の存在する直交シーケンスの関数として展開され、前記第１および第２の存在する直交シーケンスは、各々、互いに共通プライムナンバーファクタを有しない長さを有し、
   前記新しい直交シーケンスを展開するための前記関数は、
   長さＭ_ｏｌｄ１およびＭ_ｏｌｄ２の積がＭ_ｎｅｗに等しく、Ｍ_ｏｌｄ１およびＭ_ｏｌｄ２が共通プライムナンバーファクタを有しないようなそれぞれの長さＭ_ｏｌｄ１およびＭ_ｏｌｄ２を有する少なくとも２つのチャネルに対する前記第１および第２の存在する直交シーケンスｏｌｄ１およびｏｌｄ２を選択するステップと、
   第１の連結シーケンスを形成するために、前記シーケンスｏｌｄ１をＭ_ｏｌｄ２回反復するステップと、
   第２の連結シーケンスを形成するために、前記シーケンスｏｌｄ２をＭ_ｏｌｄ１回反復するステップと、
   前記第１の連結シーケンス中の各項と、前記第２の連結シーケンス中の対応して配置された項とを乗算するステップと、
   前記乗算するステップにおいて生成された各積を、その中の対応するロケーションに配置することにより、前記新しい直交シーケンスを形成するステップと
   を有した、受信機。
8. 前記受信機は、最適なステップサイズを用いて、最も高速の可能性あるトレーニングを達成するよう適合される、請求項７に記載の受信機。
9. 前記受信機は、トレーニングのためにステップサイズμ_０＝１／‖Ｘ_ｋ‖を使用するように適合されており、Ｘ_ｋは、トレーニングシーケンスのＭ個のエレメントを含むベクトルであり、‖Ｘ_ｋ‖は、Ｘ_ｋの二乗ノルムを表す、請求項７記載の受信機。
10. 前記受信機は、
    

    

    を演算し、Ｘは、ｋ−ｐの時点でスタートする前記新しい直交シーケンスのＭ個のエレメントを含み、ｋは、絶対時間であり、ｐは、それに対する相対遅れであり、＊は、共役複素数を意味し、ｅ（）は、Ｘ_ｋ−ｐを使用する誤差であり、Ｗはチャネル推定値を表す重みベクトルであり、μはステップサイズである、請求項７記載の受信機。
11. 複数の並列重みコンピュータと、
    前記並列重みコンピュータの出力を受信し、かつ加算するように結合された加算器と、
    前記加算器による出力として生成されるベクトルを、ステップサイズでスケーリングする乗算器と、
    出力として、以前に生成された重みベクトルおよび前記乗算器により供給されるスケーリングされたベクトルの関数としての新しい重みベクトルを供給する新しい重みベクトルプロデューサとを備える、請求項７記載の受信機。

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