JPH06224812A

JPH06224812A - 受信レベル測定回路

Info

Publication number: JPH06224812A
Application number: JP1279193A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Oda; 恭弘小田; Masayuki Sakamoto; 正行坂本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Mobile Communications Networks Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 1994-08-12
Anticipated expiration: 2015-10-03
Also published as: JP3095305B2

Abstract

(57)【要約】【目的】時間ｔにわたり取り込んだ無線受信機の受信
レベルから平均受信レベルの推定値を求める場合に、短
時間の測定でも推定誤差が小さくなるようにする。【構成】測定時間ｔが所定時間ｔ₀より短いときには
測定値が所定値以下のデータを省いて推定値を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は移動無線通信方式に利用
する。本発明は、移動局または基地局が相手局からの電
波の受信信号レベルを測定し、その測定結果を接続制御
のためのデータとする方式に利用する。本発明は、利用
周波数の切換に際して受信信号レベルを測定するための
時間がきわめて短くなる場合が生じる方式に利用するに
適する。

【０００２】

【従来の技術】自動車電話などの移動通信においては、
移動機の移動に伴ってその受信レベルが時間的に大きく
変動することがある。この変動速さは使用する無線周波
数と移動速度との双方に比例し、例えば８００ＭＨｚ帯
自動車・携帯電話では、数Ｈｚ以下から最大数十Ｈｚの
速さで変動する。変動の分布は一般にレイリー分布に従
うことが多い。

【０００３】このため移動通信では、受信レベルを測定
してその平均的受信レベルを推定する必要があることが
多い。例えば自動車・携帯電話では、無線チャネルが制
御専用チャネルと通信用チャネルとに分かれており、す
べての移動機は制御チャネルを正しく選択して受信する
必要がある。制御チャネルは各基地局からそれぞれ異な
る周波数で送信されており、移動機は、電源をオンにし
た場合などに、各基地局からの制御チャネル電波を受信
して最大受信レベルの制御チャネルを捕捉する。また、
通信中にも、いわゆるハンドオフのために、現在通信中
のチャネルの受信レベルを推定する必要がある。

【０００４】しかし、受信レベルが大きく変動するた
め、その推定には誤差が不可避である。この誤差が大き
いと、例えば制御チャネルの選択の場合には、最大受信
レベルではない基地局の制御チャネルを間違って選択
し、安定で確実な接続制御ができなくなることがある。
また、ハンドオフにおいて受信レベル推定に誤差がある
場合には、ハンドオフすべき低レベルであるのにこれを
十分なレベルと誤判断し、低い通信品質のままで通信を
行うことになる。

【０００５】したがって推定誤差をできるだけ小さくす
ることが必要であり、その方法として従来から、測定時
間を十分に長くして平均値または中央値（累積分布の値
が５０％となるレベル値）を求め、この値を推定値とす
ることにより受信レベル変動を吸収する方法が知られて
いる。平均化または中央値処理に必要な時間は少なくと
も変動の速さから決まる変動周期の数倍から１０倍程度
は必要であり、したがって変動速さが数十Ｈｚの場合は
１００ｍｓから数１００ｍｓ、変動速さが数Ｈｚの場合
は１秒から数秒の時間が必要である。自動車・携帯電話
などのように変動速さが一定していない場合には、安全
をみて平均化または中央値処理時間は数秒が必要という
ことになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、受信レ
ベルの測定は、十分な時間をかけて処理を行うことがで
きる場合ばかりではなく、極めて短時間に行うことが要
求される場合がある。例えば移動機の電源をオンにして
から制御チャネルを正しく捕捉するまでの時間は移動機
と基地局との間の制御が全く不能であり、したがって移
動機が使用できないことになる。制御チャネルを捕捉す
るまでの時間の大部分は各基地局からの電波の受信レベ
ルを測定する時間である。例えば測定すべき基地局制御
チャネルの数を１０とし、１チャネル当たりの測定時間
を５秒とすると、１０×５＝５０秒の間は移動機が使え
ないことになる。これは到底許容できる範囲でないこと
は明らかである。このため従来は、精度を犠牲にして短
い時間で測定した値をもとに平均受信レベルを推定して
いた。

【０００７】また、累積分布の５０％値を受信レベル推
定値とする方法では、測定時間が短い場合には測定デー
タ数が少ないから、信頼度の高い累積分布そのものが得
られず、したがって平均値を求める方法よりも精度は低
い。

【０００８】逆に、比較的長い測定時間が取れる場合も
ある。例えば、ハンドオフ制御において、通信中のチャ
ネルの受信レベルが規定値よりも低下し、ハンドオフを
すべきか否かを判断する場合であれば、受信レベル測定
に数秒をかけても差し支えない。なぜなら、既に通信中
であり、セル半径（通常は１．５ｋｍ以上）と移動速度
（車速６０ｋｍ／ｈ＝１６．６ｍ／ｓ）とから判断する
と、５秒程度ハンドオフが遅延したとしてもその間の自
動車の移動距離はセル半径に比較して無視できる程度に
十分に小さいからである。

【０００９】このように、従来の技術では、測定に長い
時間がかけられる受信レベル推定では高い精度が得られ
るものの、測定時間を短縮して短時間に受信レベルを推
定する必要がある場合には誤差が大きかった。

【００１０】本発明は、測定に長い時間をかけられる受
信レベル推定では従来の精度をそのまま維持し、短時間
で測定する必要がある場合には推定誤差を従来よりも小
さくすることのできる受信レベル測定回路を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の受信レベル測定
回路は、無線受信機の信号受信レベル測定値を電気信号
として検出する受信レベル測定手段と、この電気信号を
時間ｔにわたり取り込み、その電気信号に演算処理を施
して受信レベル測定結果として出力する演算手段とを備
えた受信レベル測定回路において、演算手段は、所定時
間ｔ₀を保持し、時間ｔがｔ＜ｔ₀のときには、その測
定値が所定値以下のデータを省いて測定結果を演算する
ことを特徴とする。時間ｔがｔ≧ｔ₀のときには、測定
値の一部を省くことなく測定結果を演算する。所定値
は、あらかじめ定められた値でもよく、測定値の最大値
または平均値を基準とし適応的に定められる値でもよ
い。

【００１２】

【作用】移動通信における受信レベルは、移動機と基地
局との距離あるいは移動機の周囲の伝搬路条件その他に
よって極めて大幅に変動する。このように大幅に変動す
る受信レベルを検出する場合、受信レベルを対数で表し
たｄＢ値で行うことが一般的である。

【００１３】ところで、レイリー分布の変動は、ｄＢで
表現した場合、その中央値を中心に考えると、中央値よ
りも低いレベルまで落ち込む確率は、逆に中央値よりも
レベルが高くなる確率よりも大きい性質がある。すなわ
ち、レイリー変動は複数の経路で伝搬してきた複数の電
波が合成される結果として生じる変動であるが、その中
央値あるいは平均値は受信電波の平均的エネルギーを表
している。したがって、中央値よりレベルが上がるのは
複数の電波が同相で合成される場合であり、中央値より
レベルが低下するのは複数の電波が逆相で合成される場
合である。合成される電波が正確に逆相であるほどいく
らでもレベルは低下し得るが、同相で合成される場合に
はトータルのエネルギーから考えてもそれほど高いレベ
ルにはなり得ない。

【００１４】このように、測定レベルが平均的レベルよ
り極端に増加することはほとんどないが、逆に、平均的
レベルよりも極端に下回る値が測定されることは比較的
起こりやすい。このため、短時間の測定でたまたま大き
なレベル低下に遭遇した場合には、その低レベルの値に
引っ張られて短時間内測定値の平均値も低い値になって
しまい、結果的には推定値の誤差が大きくなってしま
う。

【００１５】そこで本発明では、短時間の測定のときに
は、測定値が所定値以下のデータを省いて演算を行う。
一方、ある程度の時間をかけることのできる測定では、
従来どおり平均値または中央値を受信レベル推定値とす
る。長時間測定の場合には、その測定値の中に大きなレ
ベル低下が含まれていたとしても、全体の割合からいえ
ばそのレベル低下が理論的に現れる確率に等しいと考え
られ、真の平均値または中央値はこれらのレベル低下を
含んだ値だからである。したがって、測定時間の長短に
応じて精度の高測定が可能である。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の実施例を示すブロック構成図
であり、移動機内に受信レベル測定回路を備えた構成例
を示す。

【００１７】この移動機は、アンテナ１、送受信共用器
２、受信機３、送信機４、シンセサイザ５、受信レベル
測定回路６、制御回路７および送受話器８を備える。

【００１８】受信レベル測定回路６は、受信機３の信号
受信レベル測定値を電気信号として検出する受信レベル
測定手段としてサンプリング回路１０およびレベル検出
回路１１を備え、その電気信号を時間ｔにわたり取り込
み、その電気信号に演算処理を施して受信レベル測定結
果として出力する演算手段として演算回路１２およびラ
ンダムアクセスメモリ１３を備える。また、これらの動
作クロックの供給するクロック発生回路１４を備える。

【００１９】ここで本実施例の特徴とするところは、演
算回路１２には、所定時間ｔ₀が保持され、時間ｔがｔ
＜ｔ₀のときには測定値が所定値以下のデータを省いて
測定結果を演算するプログラム手段を備えたことにあ
る。このプログラム手段はまた、時間ｔがｔ≧ｔ₀のと
きには測定値の一部を省くことなく測定結果を演算す
る。

【００２０】移動機が待ち受け受信中または制御チャネ
ル探索中である場合には、基地局からの電波はアンテナ
１および送受信共用器２を経て受信機３で受信復調され
る。シンセサイザ５は受信機３に対して制御チャネル用
のローカル周波数を供給しており、受信機３の受信チャ
ネルは制御チャネルである。復調された制御信号は受信
信号として制御回路７に供給される。制御回路７はマイ
クロプロセッサ、ＲＯＭおよびＲＡＭにより構成され、
移動機各部の制御および基地局向けの制御信号の処理を
行う。制御手順はＲＯＭに記憶されている。送信すべき
制御信号がある場合は、制御回路７で生成された制御信
号が送信機４で変調され、送受信共用器２およびアンテ
ナ１を経て基地局に送信される。シンセサイザ５は、送
信機４に対して制御チャネル用ローカル周波数を供給す
る。通信時には、シンセサイザ５は通信チャネル用のロ
ーカル周波数を受信機３および送信機４に供給し、送受
話器８からの、または送受話器８への音声信号を送受信
する。

【００２１】受信レベル測定回路６では、サンプリング
回路１０により受信機３の受信レベルをクロック毎にサ
ンプリングし、それをレベル検出回路１１で測定する。
その測定値は演算回路１２により処理される。演算回路
１２は、レベル検出回路１１によるｄＢ表示の測定値を
一旦ＲＡＭ１３に蓄積し、制御回路７から指定された時
間ｔにわたる測定が終了した後に、蓄積された測定値す
なわち測定結果を平均化処理する。処理結果は受信レベ
ルの推定値として制御回路７に出力される。制御回路７
は、この推定値に基づいてチャネルの切り替えあるいは
ハンドオフの制御を行う。

【００２２】図２は演算回路１２による制御の流れを示
す。

【００２３】受信レベルを測定する時間ｔが制御回路７
により設定されると、演算回路１２は、その時間ｔだけ
測定を繰り返し、その受信レベル測定値をＲＡＭ１３に
蓄積する。この測定時間ｔが自分の保持している所定時
間ｔ₀より短い場合には、蓄積された測定値データのう
ち所定値より大きいのだけを取り出して平均値を求め、
それを推定値として出力する。測定時間ｔが所定時間ｔ
₀以上の場合には、蓄積された測定値データのすべてを
用いて平均値を求め、それを推定値として出力する。

【００２４】大小の判断の基準となる所定値としては、
あらかじめ定められたものを用いてもよく、最大の測定
値に対してあらかじめ定められた値だけ小さいものを所
定値として用いてもよく、さらには、最大のものから順
番に一定数番目の測定値を所定値として用いてもよい。
最大のものだけ利用することもできる。

【００２５】以上の実施例では受信レベル測定回路６を
個別の回路として示したが、サンプリング回路１０およ
びレベル検出回路１１は受信機３内の回路として設ける
ことができ、演算回路１２およびＲＡＭ１３は制御回路
７と共通であることが実用上は望ましい。クロック発生
回路１４もまた、移動機内のものを利用できる。

【００２６】図３はレイリー分布の累積確率分布を示
す。横軸は中央値を基準としたｄＢ表示の受信レベルで
ある。中央値から１０ｄＢ低下する確率は１０％弱であ
るのに対して、中央値から１０ｄＢ増加する確率は１０
０−９９．９９＝０．０１％にすぎない。さらに、中央
値から２０ｄＢ低下する確率は１％弱であり、中央値か
ら２０ｄＢ以上レベルが高くなる確率は１０^-28％（図
の範囲外）である。すなわち、１回の測定で中央値より
２０ｄＢ以上低下して測定される確率は１００回に１回
程度と比較的起こり易いのに対して、中央値より１０ｄ
Ｂ高いレベルが測定されることは事実上ないということ
がいえる。

【００２７】図４は、一定時間内の測定レベルのうち最
大の測定レベルを推定値とする場合と平均値を推定値と
する場合との推定値の標準偏差（ばらつき）を示す。こ
の値は計算機シミュレーションにより求めたものであ
り、縦軸はレベル測定時間、縦軸はレベル測定および推
定を多数回行った場合の推定値の標準偏差を示す。最大
ドップラ周波数で表現したフェージングの速さを５Ｈｚ
とし、従来の平均化処理を行ったものを推定値とした場
合の標準偏差を実線で、最大の測定レベルを推定値とす
る場合の標準偏差を破線で示す。測定時間が少なくとも
１００ｍｓまでは、最大値による処理のほうがばらつき
がないことがわかる。標準偏差を４ｄＢ以内に抑える場
合を考えると、従来の平均化処理では５０〜１００ｍｓ
にわたり測定する必要があるのに対して、最大値による
処理では２０ｍｓ強の時間があればよく、測定時間を１
／３程度に短縮可能であることがわかる。

【００２８】このような測定は、例えば、測定すべきチ
ャネルＦ１、Ｆ２、Ｆ３…を順次切り替えて、それぞれ
のチャネルの受信レベルを短い一定時間ｄＴだけ測定す
る場合に有効である。そのようなチャネル切り替えの例
を図５に示す。

【００２９】図６は、複数回の測定により得られたレベ
ルについて、平均値を推定値とする場合と最大値を推定
値とする場合との推定値の標準偏差を示す。この値は計
算機シミュレーションにより求めたものであり、縦軸は
レベル測定時間、縦軸はレベル推定を多数回行った場合
の推定値の標準偏差を示す。最大ドップラ周波数で表現
したフェージングの速さを５Ｈｚとし、従来の平均化処
理を行ったものを推定値とした場合の標準偏差を実線
で、最大の測定レベルを推定値とする場合の標準偏差を
破線で示す。複数回測定における測定間隔は０．３５秒
とした。

【００３０】このような受信レベルの測定が必要な例を
図７に示す。この例では、順次チャネルを切り替えて各
チャネルの受信レベルを瞬時に測定し、チャネルが一巡
すれば再度最初のチャネルから瞬時受信レベルの測定を
繰り返す。これをＮ回繰り返して各チャネルについてＮ
個の測定値を得る。このＮ個について、平均値処理また
は最大値処理を施す。この測定回数Ｎが図６の横軸に相
当する。

【００３１】図５に示した例では、フェージング速度が
遅い場合にはｄＴの測定時間にフェージングによるレベ
ル変動がほとんど現れず、ｄＴ内の測定が実行的には瞬
時測定と変わらないことがある。このため、全体の測定
時間〔（ｄＴ＋シンセサイザ切替時間）×チャネル数〕
のわりには精度が取れない。これに対して図７に示した
例では、全体の測定時間にわたるフェージング変動が測
定できるので、比較的高精度の測定が可能である。ただ
し、図７に示した例の場合には、シンセサイザの切り替
え時間が高速である必要がある。測定回数が１の場合に
は最大値と平均値とが同一であるから、そのばらつきは
変わらない。測定回数が２以上８回までは、最大値処理
のほうが標準偏差が小さくなり、測定精度が向上するこ
とがわかる。測定回数が８回以上の場合には平均値処理
のほうが高精度である。例えば、指定誤差の標準偏差を
３ｄＢ以下にする場合には、従来の方法では４回の測定
が必要であるのに対し、最大値処理では３回でよく、測
定時間を２５％短縮できる。したがって、この場合に
は、測定回数が８回以下では最大値処理を行い、測定回
数が８回を越える場合には平均値処理を行えばよい。

【００３２】なお、最大値により受信レベルを推定する
場合には、最大値の期待値は真の期待値（平均値）より
も大きな値になる。受信レベルの相対比較を行う場合に
はどの推定値も平均値に同じ値だけ大きくなるから特に
補正する必要はないが、絶対受信レベルを問題にする場
合には補正する必要がある。補正値は測定回数その他に
よって決まるものであり、図６のシミュレーションで用
いた測定条件の場合について計算機シミュレーションで
求めた値を図８に示す。

【００３３】図９は、短時間に複数回の測定を行い、一
定個数の大きな測定値だけを取り出して平均値を推定値
とした場合の推定値の標準偏差を示す。この値は図６と
同等の条件で計算機シミュレーションにより求めたもの
であり、全測定回数を５回、そのうち最大のＮ個の平均
値を推定値としたものである。５個の検出値のうち最大
の２〜３個の平均値を推定値とすると、誤差の標準偏差
すわなちばらつきが最も小さいことがわかる。

【００３４】図１０は、複数回の検出値のうち最大値ま
たは平均値から一定値以上低く測定された測定値を棄却
し、残りの測定値の平均値を推定値とした場合の推定誤
差の標準偏差を示す。これは、５回の測定値のうち、最
大値（図の実線）または平均値（図の破線）から横軸の
足切りレベル以上低く測定された測定値を棄却し、残り
の測定値の平均値を推定値とした場合の推定誤差の標準
偏差をシミュレーションにより求めたものである。足切
りレベルが「無限大（∞）」とは、全測定値の平均、す
なわち従来の方法による推定値である。わずかではある
が、足切りの効果が認められる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の受信レベ
ル測定回路は、短時間におけるレベル測定をもとに平均
受信レベルを推定するとき、低受信レベルの測定値を除
外した残りの測定値により推定を行う。これにより、全
ての測定値を平均処理する場合よりもばらつきが少なく
なる。また、測定時間が長い場合には、すべての測定値
の平均値または中央値を推定値とする。このため、測定
時間が短い場合と長い場合との双方で、高い精度の推定
値を得ることができる。

【００３６】したがって本発明は、移動機の電源をオン
にしてから通信可能となるまでの時間を短縮でき、サー
ビス性を向上させることができる。また、通信中チャネ
ル切り替えにおいては従来どうりの精度を保つことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック構成図であり、
移動機内に受信レベル測定回路を備えた構成例を示す
図。

【図２】演算回路による制御の流れを示す図。

【図３】レイリー分布の累積確率分布を示す図。

【図４】一定時間内の測定レベルのうち最大の測定レベ
ルを推定値とする場合と平均値を推定値とする場合との
推定値の標準偏差を示す図。

【図５】最大の測定レベルを推定値として効果があるチ
ャネル切り替え例を示す図。

【図６】複数回の測定により得られたレベルについて平
均値を推定値とする場合と最大値を推定値とする場合と
の推定値の標準偏差を示す図。

【図７】瞬時受信レベルの測定を繰り返すチャネル切り
替え例を示す図。

【図８】図６に示したシミュレーションに対する補正値
を示す図。

【図９】短時間に複数回の測定を行い、一定個数の大き
な測定値だけを取り出して平均値を推定値とした場合の
推定値の標準偏差を示す図。

【図１０】複数回の検出値のうち最大値または平均値か
ら一定値以上低く測定された測定値を棄却し、残りの測
定値の平均値を推定値とした場合の推定誤差の標準偏差
を示す図。

【符号の説明】

１アンテナ２送受信共用器３受信機４送信機５シンセサイザ６受信レベル測定回路７制御回路８送受話器１０サンプリング回路１１レベル検出回路１２演算回路１３ランダムアクセスメモリ１４クロック発生回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無線受信機の信号受信レベル測定値を電
気信号として検出する受信レベル測定手段と、前記電気信号を時間ｔにわたり取り込み、その電気信号
に演算処理を施して受信レベル測定結果として出力する
演算手段とを備えた受信レベル測定回路において、前記演算手段には、所定時間ｔ₀が保持され、前記時間
ｔがｔ＜ｔ₀のときには前記測定値が所定値以下のデー
タを省いて前記測定結果を演算する手段を備えたことを
特徴とする受信レベル測定回路。
【請求項２】前記演算手段には、前記時間ｔがｔ≧ｔ
₀のときには前記測定値の一部を省くことなく前記測定
結果を演算する手段を備えた請求項１記載の受信レベル
測定回路。
【請求項３】前記所定値は前記時間ｔにわたり取り込
んだ電気信号により適応的に定められる請求項１記載の
受信レベル測定回路。