JPH10501387A

JPH10501387A - マルチパス時間分散信号のダイバーシチ受信機

Info

Publication number: JPH10501387A
Application number: JP8501126A
Authority: JP
Inventors: イー．ボットムレイ，ジョージ
Original assignee: Ericsson Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 1998-02-03
Also published as: CN1149363A; CA2189121A1; WO1995033314A1; FI964743A; EP0763286A1; US5499272A; AU2655895A; FI964743A0; BR9507904A; CN1078410C; CA2189121C

Abstract

(57)【要約】デジタル通信受信機は連合されたＭＬＳＥ等化およびダイバーシチ結合を提供する。複数のダイバーシチ分岐が処理されて複素受信データサンプルおよび同期化情報が得られる。次にチャネル推定器によりデータサンプルおよび同期化情報からチャネル推定値が形成される。次にデータサンプルおよびチャネル推定値を使用してプリプロセッサにより計量乗数が得られる。最後に、計量乗数が仮定データシーケンスと結合されシーケンス推定アルゴリズムを使用して計量を発生して累算し復調データ流が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】マルチパス時間分散信号のダイバーシチ受信機発明の分野本発明はデジタル無線通信用受信機におけるダイバーシチ結合および等化に関する。発明の背景近年、デジタル無線通信システムは多数の位置間でさまざまな情報を運ぶのに使用されてきている。デジタル通信では、情報は通信の目的でビットと呼ばれるデジタルすなわち２進形式へ変換される。送信機がこのビットストリームを変調されたシンボルストリームへマッピングし、それがデジタル受信機により検出されてビットおよび情報へマッピングし戻される。デジタル無線通信では、無線環境により首尾良い通信を妨げるさまざまな困難な問題が生じる。その１つの問題は信号が多数の経路を進み得るために、信号レベルが次第に小さくなってゆくことである。その結果、信号像は位相がずれて受信機アンテナに到来する。この種のフェージングは通常レーリーフェージングもしくは高速フェージングと呼ばれる。信号のフェージングが生じると、信号対ノイズ比が低下して通信リンクの品質が劣化する。多数の信号経路の長さが非常に異なる場合に第２の問題が生じる。この場合には、時間分散が生じ、多数のフェージング信号像がさまざまな時間に受信機アンテナに到来して信号エコーを生じる。これによりシンボル間干渉（ＩＳＩ）を生じ、１つのシンボルのエコーが後続記号と干渉する。レーリーフェージングは、アンテナダイバーシチ等のダイバーシチを使用して、受信機において軽減することができる。信号は複数のアンテナで受信される。アンテナは位置および／もしくはアンテナパターンが幾分異なるため、アンテナのフェージングレベルも異なる。受信機において、これら多数のアンテナ信号は信号検出の前もしくは後で最大比結合、等利得結合および選択結合等の技術を使用して結合される。これらの技術は当業者には周知であり、１９８２年、ニューヨーク、マグローヒル社刊、Ｗ．Ｃ．Ｙ．Ｌｅｅの移動通信技術等の、標準テキストブックに記載されている。時間分散は等化器を使用して軽減することができる。一般的な形式の等化器は線形等化器、決定帰還（デシジョン・フィードバック）等化器、および最尤シーケンス推定（ＭＬＳＥ）等化器により提供される。線形等化器は受信信号を濾波することによりチャネルの影響を解消する。決定帰還等化器は前のシンボル検出を利用してこれら前のシンボルのエコーによるシンボル間干渉を相殺する。最後に、ＭＬＳＥ等化器は送信されたさまざまなシンボルシーケンスを仮定し、分散チャネルのモデルにより、どの仮定が受信データに最も適合するかを決定する。当業者ならばこれらの等化技術は周知であり、１９８９年、ニューヨーク、マグローヒル社刊、Ｊ．Ｇ．Ｐｒｏａｋｉｓのデジタル通信第２編等の、標準テキストブックに記載されている。３つの良く知られた等化技術の中では、ＭＬＳE等化が性能の観点から好ましい。ＭＬＳＥ等化器では考えられる全ての送信シンボルシーケンスが考慮される。各仮定シーケンスに対して、マルチパスチャネルのモデルを使用して受信信号サンプルが予測される。予測エラーと呼ばれる予測された受信信号サンプルと実際の受信信号サンプルとの差により特定の仮定がどれだけ良い仮定であるかが表示される。予測エラーの大きさの二乗が特定の仮定を評価するための計量（メトリック）として使用される。この計量をさまざまな仮定について累算してどの仮定がより良い仮定であるかを決定するのに使用される。このプロセスは１形式のダイナミックプログラミングであるビタビアルゴリズムを使用して効率的に実現される。理想的には、ダイバーシチ結合プロセスおよび等化プロセスはある最適な方法で結合しなければならない。最近の研究によりＭＬＳＥ等化については、等化器内でダイバーシチ結合を行わなければならないことが判っている。この研究は１９９１年１０月、ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｃｏｍｍuｎ．，第３９巻、第１４５ルチパスフェージングチャネルのＭＬＳＥ等化および復号”、１９９２年１０月１９〜２１日、マサチューセツ州ボストンにおけるパーソナル室内および移動無線通信国際シンポジウム第２４５〜２４９頁のＱ．ＬｉｕおよびＹ．Ｗａｎの論文“二重ダイバーシチ結合／選択を有する適応型最尤シーケンス推定受信機”、および１９９３年、５月１８〜２０日、ニュージャージー州シーカーカスにおける第４３回ＩＥＥＥ車両技術会議の第２６５〜２６８頁のＱ．ＬｉｕおよびＹ．Ｗａｎの論文“ＴＤＭＡデジタルセルラー無線電話用統一ＭＬＳＥ検出技術”に記載されている。上記研究において、ダイバーシチ結合は、計量を形成する時に、異なるダイバーシチチャネルからその大きさを二乗した予測エラーを一緒に加算して実施される。それらの異なるダイバーシチ分岐からその二乗された予測エラーをスケーリングすることにより、さらに改善することができる。このようなＭＬＳＥ等化器の詳細説明は、Ｔ．Ｏ．Ｂａｃｋｓｔｒｏｍ等の米国特許第５，１９１，５９８号に記載されており、参照としてここに組み入れられている。残念ながら、ＭＬＳＥ等化器には多くの二乗予測エラー項の計算が伴う。これによりハードウェアやソフトウェアが複雑化して高くつくことがある。そのためＭＬＳＥ等化器／ダイバーシチ結合器の複雑さを減じたいというニーズがある。１９７４年５月、ＩＥＥＥ（スペース）Ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．第ＣＯＭ −２２巻、第４号、第６２４〜５３５頁のＧ．Ｕｎｇｅｒｂｏｅｃｋの論文“キャリア変調データ伝送システム用適応型最尤受信機”に記載されているように、ダイバーシチ結合の無いＭＬＳＥ等化器については、Ｕｎｇｅｒｂｏｅｃｋ法により２つのステップを適用して複雑さが減じられる。第１のステップは大きさ二乗項を展開して全ての仮定に共通する項を消去することである。簡単な例として、（ａ−ｂ）²項はａ²−２ａｂ＋ｂ²へ展開することができる。“ａ”が仮定データに依存しなければ、ａ²項は計量の計算から抜かすことができる。Ｕｎｇｅｒｂｏｅｃｋが使用した第２のステップは、計量計算の順序を入れ替えることである。標準ＭＬＳＥ等化により、計量が計算され、連続的に受信するデータサンプルに基づいて更新される。ビタビアルゴリズムの各反復は、新たに受信されるデータサンプルに対応する。第２のステップを使用すれば、ビタビアルゴリズムの各反復は新たに送信されるシンボルに対応する。これら２つのステップは簡単な例によりさらに説明することができる。送信機がシンボルストリームｓ（ｎ）を送信し、各ｓ（ｎ）がＳ個の複素数値の中の１つをとれるものとする。受信機において、シンボル周期であるＴ秒毎に受信信号がサンプルされて受信信号ストリームｒ（ｎ）が得られる。干渉チャネルは２つのフェージング波、すなわち主波およびエコーからなり、エコーはＴ秒後に到来する。受信信号は下記のようにモデル化することができる。ここに、ｃ（０）およびｃ（１）は複素チャネルタップ値であり、ｎ（ｎ）はある種の付加的なノイズである。ＭＬＳＥ等化器では、ｎ反復時に、ｓ（ｎ−１）に対して可能なＳ個の値に対応する異なるＳ個の前の“状態”が存在する。前の各状態には、前の反復から累積された、累積計量が関連している。現在の状態もＳ個となり、それらはｓ（ｎ）に対して可能なＳ個の値に対応している。前の状態と現在の状態との各対は、仮定シーケンス｛ｓ_h（ｎ），ｓ_h（ｎ−１）｝に対応している。各仮定に対して、予測受信信号値は次式で示される。対応する分岐すなわちデルタ計量は次式で示される。現在状態に対する候補計量は、分岐計量とｓ_h（ｎ−１）に関連する前に累積された計量との和となる。各現在状態にはＳ個の前の状態がある。各現在状態について、最小の候補計量を与える前の状態が先行状態として選定され、候補計量はその現在状態に対する累算計量となる。次の反復時に、ｒ（ｎ＋１）を使用すると、時間ｎからの現在状態は時間ｎ＋１において前の状態となる。全データが受信された後で、累算計量が最小である状態および全ての先行状態は最尤送信シンボルシーケンスを示し、それは検出されたシンボルシーケンスとなる。決定深さを使用して全データを受信する前に決定がなされることもある。第１のＵｎｇｅｒｂｏｅｋステップは、Ｍ_h（ｎ）の式を展開して説明することができる。それは次式である。ここに、また、“^*”は複素共役化を示す。Ｕｎｇｅｒｂｏｅｋ法では、全てのＭ_h（ｎ）に共通するＡ（ｎ）項は抜かされている。第２のＵｎｇｅｒｂｏｅｋステップにおいては、さまざまな反復からｓ_h ^*（ｎ）に比例する項が結合される。ｎ＋１反復時に、この項は下記のようになる。したがって、両方の反復にｓ_h ^*（ｎ）に比例する項がある。これらは、下記の新しい計量Ｍ’_h（ｎ）を定義することにより再結合することができる。ここに、その結果、Ｂ’（ｎ）はｆ（ｎ）を含み、それはタップｃ^*（０）およびｃ^*（１）を使用するフィルタにより受信データｒ（ｎ）を濾波して実現することができる。したがって、新しい計量は、１つだけのデータサンプルｒ（ｎ）ではなく、２つのデータサンプルｒ（ｎ）およびｒ（ｎ＋１）を使用する。また、Ｂ（ｎ）およびＣ（ｎ）とは異なりＢ’（ｎ）およびＣ’（ｎ）は、２つの仮定されたシンボルｓ_h（ｎ）およびｓ_h（ｎ−１）ではなく１つだけの仮定されたシンボルｓ_h （ｎ）によって決まる。したがって、概念的に、反復ｎは受信データ値ｒ（ｎ）ではなく送信記号ｓ_h（ｎ）に対応する。ＭＬＳＥ等化およびダイバーシチ結合が一緒に実施される場合には、Ｕｎｇｅｒｂｏｅｋ形式を使用して複雑さを減じることができる。ｃ（０）およびｃ（１）が時間と共に変化しないスタティックチャネルケースと呼ばれる状況が、Ａｔｋｉｎｓｏｎ等の米国特許第５，０３１，１９３号に記載されている。Ａｔｋｉｎｓｏｎ等の特許では、両方のＵｎｇｅｒｂｏｅｋステップを使用して、米国特許第５，０３１，１９３号の第ｌ図および第２図に示す復調器が得られる。Ａｔｋｉｎｓｏｎ等の特許の第２図において、ｆ（ｎ）項は、ダイバーシチ分岐１上の整合フィルタおよびダイバーシチ分岐２上の整合フィルタにより実現される。しかしながら、Ｕｎｇｅｒｂｏｅｋ形式を使用することによる欠点がある。その１つは、チャネルタップ値、前例におけるｃ（０）およびｃ（１）、がサンプル期間ｎと共に変化することがある点である。従来の形式では、ｃ（０）およびｃ（１）項は全てｃ（０，ｎ）およびｃ（１，ｎ）と置換することができる。その結果、Ｕｎｇｅｒｂｏｅｋ形式は、時間ｎと時間ｎ＋１からのチャネルタップの混合を含む。そのため、多数のチャネルタップセットに対する記憶能力を必要とし、チャネルトラッキングが一層困難になることがある。チャネルトラッキングおよび予測は良く知られており、その例は、１９８９年９月ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．，第３７巻、第９１８〜９２６頁のＡ．Ｐ．ＣＩａｒｋおよびＳ．Ｈａｒｉｈａｒａｎの論文“ＨＦ無線リンク用適応型チャネル推定器”に記載されている。米国特許第５，０３１，１９３号には、時間変化チャネルタップのケースを扱う別の解法が記載されている。しかしながら、この解法はＵｎｇｅｒｂｏｅｋ形式を使用せず、等化およびダイバーシチ結合が最適に結合されてはいない。そのかわり、各ダイバーシチ分岐は別々の等化器を有している。チャネルトラッキングはダイバーシチ結合の恩恵を受けない分岐検出を使用して実施される。次に、これらの等化器の出力は、標準ダイバーシチ結合技術を使用して結合される。そのため、等化およびダイバーシチ結合ステップは一緒ではなく別々に実施されている。したがって、ＭＬＳＥ等化とダイバーシチ結合を一緒に実施しかつチャネルが時間の関数として変動するケースに役立つ受信機に対するニーズがある。発明の要約本発明の目的は、無線デジタル通信の受信機に使用するＭＬＳＥ等化とダイバーシチ結合の効率的な連合形式を提供することである。これは測定基準式を展開し同じ仮定送信シンボルに対応する項を集めて達成される。スタティックおよび時間変化チャネルの両方のケースについて実施例を挙げる。１実施例によれば、複数のダイバーシチ分岐を信号処理して複素受信データサンプルおよび同期化情報を発生する手段を具備するデジタル通信受信機が開示される。次に、チャネル推定手段により、データサンプルおよび同期化情報からチャネル推定値が形成される。次に、前処理手段が、データサンプルおよびチャネル推定値を使用して計量乗数を求める。最後に、結合手段が、計量乗数を仮定データシーケンスと結合し、シーケンス推定アルゴリズムを使用して計量を発生して累積し、復調されたデータストリームを得る。もう１つの実施例によれば、複数のダイバーシチ分岐を信号処理して複素受信データサンプルおよび同期化情報を得る手段を具備するデジタル通信受信機が開示される。次に、チャネル推定手段により同期化情報および初期データ検出を使用してチャネル推定値が形成され、時間変化チャネル推定値が得られる。次に、前処理手段が、データサンプルおよびチャネル推定値を使用して計量乗数を求める。最後に、結合手段が、計量乗数を仮定データシーケンスと結合し、シーケンス推定アルゴリズムを使用して計量を発生して累積し、復調されたデータストリームを得る。図面の簡単な説明当業者ならば、本発明のこれらおよびその他の特徴および利点は、図面と関連して以下の説明を読めば容易にお判りと思われる。ここに、第１図は本発明の１実施例によるデジタル通信受信機を示す図。第２図は本発明の１実施例による分岐信号プロセッサを示す図。第３図は本発明の１実施例による計量プリプロセッサを示す図。第４図は本発明の１実施例によるデジタル通信受信機を示す図。第５図は本発明の１実施例による分岐信号プロセッサを示す図。第６図は本発明の１実施例による計量プリプロセッサを示す図。発明の詳細な説明本発明において、ＭＬＳＥ等化およびダイバーシチ結合はダイバーシチ等化器において一緒に実施される。本実施例では、ｓ（ｎＴ）項は送信シンボルシーケンスであり、シンボル周期はＴ秒である。パルス整形を使用して連続時間信号ｔ（ｔ）が発生される。さらに、ｒ_d（ｔ）はダイバーシチ分岐ｄからのベースバンドの複素受信信号である。同期化後、サンプルされた受信値が処理され、シンボル周期Ｔ当たりＭサンプルがある。そのため、シンボルに基づく等化（Ｍ＝１）および分数間隔の等化（Ｍ＞１）の両方が考えられる。このように、期間（ｎＴ，（ｎ＋１）Ｔ）内に、各ダイバーシチ分岐においてサンプルｒ。（ｎＴ），ｒ_d（（ｎ＋１／Ｍ））Ｔ）．．．ｒ_d（（ｎ＋（Ｍ−１）／Ｍ）Ｔ）が受信され、１つのサンプルが各サンプリング相に対応している。これらの受信信号について下記のチャネルモデルが使用される。ここに、Ｊは各モデル内のチャネルタップ数であり、ｃ_d,m（ｊ，ｎ）は時間間隔ｎにおけるダイバーシチ分岐ｄ，サンプリング相ｍに対する第ｊ番目のチャネルタップである。下記のデルタ計量が反復ｎのビタビアルゴリズムに使用される。ここに、であり、ｓ_h（ｊ）は仮定シンボルｓ（ｊＴ）を示す。この計量は著しい量の計算を必要とする。計量を形成する時に重みづけされた和を利用するのが有利な応用もある。それにより新しい形式が得られる。ここに、ｗ_d,m（ｎ）は非複素重み付け係数である。最適結合の場合、これらの重みはサンプリング相ｍにおけるリンクｄのノイズパワーの逆数の推定値である、すなわち、ｗ_d,m（ｎ）＝１／Ｎ_d,m（ｎ）となる。ノイズパワーは全反復もしくはある反復にわたって一定に維持したり、各反復ｎ毎に変動することがある。ノイズサンプルは周知の同期化シーケンスに基づいて受信信号サンプルと予測信号サンプルの差をとって求めることができるため、ノイズパワーは初期チャネルタップ推定値および同期化データから求めることができる。これらのノイズサンプルは大きさを二乗して平均化し、Ｎ_d,m（ｎ）の推定値を得ることができる。さまざまなサンプリング相ｍからの推定値を結合して時間およびサンプリング相に無関係の重みｗ_d＝１／Ｎ_dを得ることが望ましい。時間変化チャネルの場合には、各チャネルトラッカーの内部信号を使用して時間変化ノイズパワーを推定することができる。これは検出シンボル、チャネルタップ推定値、および受信データを使用して行うこともできる。多数のサンプリング相からの結果を結合して、ｗ_d（ｎ）＝１／Ｎ_d（ｎ）を得ることができる。準最適結合の場合には、これらの重みは全て１として、実行において無視することができる。選択結合の場合には、選択されたダイバーシチチャネルおよびサンプリング相に対するものを除き、これらの重みは全てゼロとされる。選択は、各分岐における信号や受信パワーの推定値および可能であればサンプリング相だけでなく、各分岐における信号対ノイズ比の推定値等のいくつかの基準および可能であればサンプリング相に基づいて行うことができる。これらの重みに対する他の可能性も存在する。それらは何らかの形でダイバーシチ分岐品質に関連している。複雑さを減じるために、各ダイバーシチ分岐および各サンプリング相にＵｎｇｅｒｂｏｅｃｋステップが適用される。全ての仮定に共通する項は消去される。その結果、次式が得られる。ここに、である。この段階においては、さまざまな反復から項を集める第２のＵｎｇｅｒｂｏｅｃｋステップは実施されない。替わりに、本発明に従って同じ反復内で求和順序が変えられる。それにより新しい形式が得られる。中括弧内の項は仮定データに依存しない。したがって、これらの項は計量プリプロセッサで計算することができ、計量を計算する時に何回も使用される。Ｂ’_h（ｎ）の中括弧内の項において、ｍの内部求和によりダイバーシチ分岐ｄの受信データに対するＭタップＦＩＲフィルタが得られる。この求和はｊの各値、すなわち、さまざまな波やチャネルタップに対して異なるため、これはｊの各値について１つずつの各分岐のＦＩＲフィルタバンクを意味するものである。Ｔ間隔等化器の場合、Ｍ＝１であれば、各ＦＩＲフィルタは１タップフィルタに過ぎず、それは乗算器と等価である。各ＦＩＲフィルタの出力は入力データがシフトするたびに計算する必要はない。一般的には、入力データのＭシフト毎に１出力が必要なだけである。この出力はＦＩＲデータ内容がｒ（ｎＴ）からｒ（（ｎ＋（Ｍ−１）／Ｍ）Ｔ）のＭ個の値である場合に対応する。したがって、これは時間ｎにおいてこれらのデータ値がロードされるレジスタにより等価的に実現することができる。次に時間ｎに対するチャネルタップ推定値を使用してレジスタの内容を乗算し、その積は累算器により累算される。ｄの外部求和はＦＩＲフィルタバンクの出力を結合された出力の１バンクへ結合することを意味し、各エレメントは異なるチャネルタップｊに対応している。また、Ｃ’_h（ｎ）およびＤ’_h（ｎ）項について、中括弧内の項はチャネルタップだけで決まる。チャネルタップが変化しないか、又は、非常に多くの反復毎に更新される場合には、中括弧内のこれらの項は多数の反復に再使用することができる。これらのインプリメンテーション上の要件から本発明の下記の形式が導かれる。デルタ計量は次のように計算される。ここに、であり、かつ、である。ｅ（ｊ，ｎ），ｆ（ｊ，ｎ）およびｇ（ｊ，ｋ，ｎ）項は計量プリプロセッサで予め計算することができる。これらは等化器の計量を形成するための乗算に使用されるので、計量乗数と呼ばれる。次に、計量プロセッサは、予め計算された量を利用してビタビアルゴリズムを実現する。計量乗数を計算する時に、メモリと処理上の必要条件とを交換する技術も利用できることをお判り願いたい。例えば、ｗ_d,m（ｎ）の平方根としてｘ_d,m（ｎ）（（ｎ＋ｍ／Ｍ）Ｔ）＝ｘ_d,m（ｎ）ｒ_d（（ｎ＋ｍ／Ｍ）Ｔ）で置き換えることができる。また、ｃ’_d,m（ｊ，ｎ）＝ｗ_d,m（ｎ）ｃ_d,m（ｊ，ｎ）を定義し、プライムシンボルのあるチャネルモデルと無いチャネルモデルの混合したものを使用することができる。また、Ｂ’_h（ｎ）およびＤ’_h（ｎ）から２の因子を落とし、Ｃ’_h（ｎ）に１／２の因子を含めることができる。最後に、全項を無効にして、最大化される計量を与えることもできる。また、ある変調方式に対しては全送信シンボルが同じ振幅を有する、すなわち、全てのｈおよびｎに対して｜ｓ_h（ｎ）｜が同じであることもお判り願いたい。この場合、Ｃ’_h（ｎ）およびｆ（ｊ，ｎ）項は計算する必要がない。また、ある変調方式では、典型的に少ない値しかとることがないため、ｓ_h（ｎ−ｊ）ｓ_h ^*（ｎ−ｋ）項はＪ（Ｊ−１）回計算する必要はない。１つの可能性は、仮定シンボル値によりインデクスが決定されるルックアップテーブルに、これらの値を格納することである。最後に、ある変調に対しては、仮定シンボル値は単純な値であり、乗算は不要である。例えば、ＢＰＳＫでは＋１および−１の仮定シンボル値が与えられ、乗算は符号変化で置換できるようにされる。同じ性質はＱＰＳＫもしくはＱＰＳＫに基づく変調についても適用できる。最初に、特定の同期化フィールドに関連するデータの復調についてチャネルモデルがスタティックである、すなわち、時間的に変動しない場合について考える。これはＧＳＭシステムのように持続時間の短いバーストを使用するデジタルＴＤＭＡシステムで生じることがある。これはｎに無関係に、ｃ_d,m（ｊ，ｎ）＝ｃ_d,m（ｊ），ｅ（ｊ，ｎ）＝ｅ（ｊ），ｆ（ｊ，ｎ）−ｆ（ｊ）およびｇ（ｊ，ｋ，ｎ）＝ｇ（ｊ，ｋ）であることを意味する。したがって、各ダイバーシチ分岐およびサンプリング相に対して１組のチャネル推定値が必要である。また、最適結合を使用する場合には、重みｗ_d,m（ｎ）はｗ_d,mとなる。前記した概念は、第１図に示す本発明の１実施例に従った受信機で実現される。無線信号は複数のアンテナ１００を介して受信される。各アンテナ信号は、同期化情報だけでなくベースバンドの複素データサンプルを発生する分岐信号プロセッサ１０１により処理される。この情報には、タイミング情報、および、可能であれば周知の同期化シーケンスと受信データとの相関から得られる初期チャネルタップ推定値が含まれている。分岐信号プロセッサはデータサンプルを格納するバッファを含むこともできる。チャネル推定器１０４が、同期化情報および同期化フィールドに対応するサンプルされたデータを使用して、チャネルタップ推定値を求める。チャネル推定器１０４は、さまざまな方法を使用してチャネルタップ推定値を求めることができる。このような１つの方法が米国特許第５，０３１，１９３号に記載されており、そこでは同期化相関値が単にチャネルタップ推定値として維持されている。別の方法は、最小二乗判断により、同期化フィールドに対応する受信データを最もよく予測するチャネルタップ推定値を見つけることである。これらのチャネルタップ推定値はノイズが多いため、これらの推定値をさらに処理するのは有用なことである。データサンプルおよびチャネルタップ推定値は必要に応じて計量プリプロセッサ１０２により処理され、それは要求される計量乗数ｅ（ｊ），ｇ（ｊ，ｋ）およびｆ（ｊ）を本質的に計算する。これらの乗数は計量プロセッサ１０３へ送られ、そこでビタビ等化プロセスが実施される。その結果、情報ビットストリームへ変換することができる検出シンボルシーケンスが生じる。データすなわちビットストリームは、ソフト形式とするか、もしくは、後の復号に使用できるソフト情報と共に通すことができる。データ値へ変換する時に、計量プロセッサ１０３は、ＢＰＳＫ，ＧＭＳＫ，ＱＰＳＫ，ＤＢＰＳＫ，ＤＱＰＳＫ，もしくはπ／４シフトＤＱＰＳＫ等の任意の変調形式を使用して変調されているデータを有効に復調する。チャネルがスタティックであるため、ｆ（ｊ）およびｇ（ｊ，ｋ）項は１度だけ、もしくは所定の変調期間毎に１度だけ計算すればよい。また、計量プロセッサ１０３において、Ｃ’_hおよびＤ’_hを全仮定について予め計算してテーブルに格納し、反復毎に使用することができる。広く使用されるデジタル変調方式の場合のように、全仮定について｜ｓ_h（ｎ）｜が同じであれば、ｆ（ｊ）およびＣ ’_h項は計算する必要がない。ダイバーシチ分岐毎に１つの分岐信号プロセッサの実施例を第２図に示す。無線受信機２００により、無線信号がサンプルされた複素ベースバンド受信信号へ変換される。この変換を行う方法はいろいろあり、大概の方法にはある形式の濾波、局部発振器信号との混合、および増幅が伴う。１つの周知の方法が米国特許第５，０３１，１９３号の第２図に示されている。別の方法には、参照としてここに組み入れられている、米国特許第５，０４８，０５９号に示すように、対数極量子化と後に続く複素サンプルへの変換が伴う。受信信号サンプルはバッファ２０１に格納される。デジタルセルラーシステムがＴＤＭもしくはＴＤＭＡである場合には、バッファはデータの少なくとも１つのタイムスロットを格納することができる。ＦＤＭもしくはＦＤＭＡシステムの場合には、バッファ２０１を省くことができる。各々がＴ秒毎に１サンプルを保持することに対応する、１つ以上のサンプリング相を選定することにより、同期装置２０２はどのデータサンプルをさらに処理するために保持するべきかを決定する。分数間隔等化については、２つ以上のサンプル相が保持される（Ｍサンプル相が保持される）。同期化方法はよく知られている。代表的には、同期装置により受信データが１つ以上の周知の同期化シーケンスと相関される。周知の同期化シーケンスの一部、すなわち部分シーケンス、しか使用されないこともある。代表的には、相関値は何らかの方法で結合され、次に相互比較されて、同期化位置および最善サンプリング相が決定される。このサンプリング情報は、各選定サンプリング相に対して、Ｔ秒毎に１データサンプルしか保持しないデシメータ２０３へ送られる。同期装置はフレームタイミング情報やチャネルタップ情報等の同期化情報も供給する。チャネルタップ情報は同期化中に計算される相関値に直接関連することができる。ダイバーシチ分岐信号プロセッサの別の実施例を第５図に示す。無線受信機５００は第２図に関して前記したようにバッファ５０１内に格納することができるサンプルされた複素ベースバンド受信信号へ無線信号を変換する。第２図の実施例とは異なり、無線受信機５００は受信データをオーバーサンプルしない。そのかわり、無線受信機はシンボル周期Ｔ毎にＭＴのデータサンプルを供給する。したがって、複素データストリームを間引きする必要がない。しかしながら、同期装置５０２は同期化情報のみを供給する。計量プリプロセッサの詳細を第３図に示す。このプリプロセッサは、必要に応じて計量乗数ｅ（ｊ），ｇ（ｊ，ｋ）およびｆ（ｊ）の計算に使用される。各ダイバーシチ分岐について、複数のＦＩＲフィルタ３００からなるＦＩＲフィルタバンク３０１がある。各フィルタバンク３０１内にＪ個のＦＩＲフィルタ３００がある、すなわち、チャネルモデル内の波毎に１個のＦＩＲフィルタがある。第１のＦＩＲフィルタ出力が求和され、第２のＦＩＲフィルタ出力が求和され、以下同様の如く、これらのＦＩＲフィルタの出力が求和される。これらの求和は加算器３０２により実施される。これによりＢ’_h（ｎ）項のＪ個計量乗数が得られる。計量プリプロセッサはＣ’_h（ｎ）およびＤ’_h（ｎ）の計量乗数も計算する。これらの各項はチャネルタップ積の和からなっている。これらはチャネルタッププリプロセッサ３０３を使用して計算することができ、チャネルがスタティックであれば１回計算するだけでよい。プリプロセッサの結果は全てバッファ３０４に格納される。第１図に示す実施例は、特定の同期化フィールドに関連するデータについてチャネルがあまり変化しない場合に適用できる。しかしながら、そうでない場合には、各ダイバーシチ分岐についてチャネルタップを適応的に推定すなわち予測しなければならない。このような状況で使用する受信機を第４図に示し、同じ要素は第１図の同じ要素に対応している。この実施例では、同期化プロセスから初期チャネルタップ推定値を求めることができ、これらの推定値は、チャネルトラッカーを同期フィールドにわたって調整することによりさらに改善することができる。最後に、仮のシンボル検出結果をダイバーシチ分岐チャネルトラッカーへ帰還させて、チャネル推定値すなわち予測値を改善することができる。第４図において、各ダイバーシチ分岐にはチャネルトラッカー４０４が関連している。このトラッカーは、計量プリプロセッサ４０２へ送られるサンプルされたデータに対応するチャネルタップを推定すなわち予測する。トラッカーはダイバーシチ分岐信号プロセッサ４０１から供給される同期化情報を使用して初期化することができる。初期化およびトラッキング方法は１９９２年、９月に出願されたＬａｒｓｓｏｎ等の米国特許出願第０７／９４２，２７０号“時間変化無線チャネル用チャネル推定値形成方法”に記載されており、参照としてここに組み入れられている。チャネルトラッカーは訓練モードと決定指向モードの２つのモードを有する。訓練モード中に、チャネルトラッカーは送られた知識を使用してチャネルタップ推定値を整える。この知識は同期化シーケンスもしくは送信されたシンボル流内の他の周知のシーケンスに対応することができる。決定指向モード中に、チャネルトラッカーは計量プロセッサ４０３から仮検出データを取り出し、それらは正しいものと仮定する。それによりチャネルトラッカーはチャネルタップ推定値を更新することができる。当業者ならばさまざまな形式のチャネルトラッキングおよび予測があることがお判りと思われる。計量プリプロセッサ４０２は、サンプルされたデータとチャネルタップ推定値もしくは予測値から必要な計量乗数を計算する。計量プロセッサ４０３はシーケンス推定アルゴリズムにより計量乗数を使用して仮および最終検出データを提供する。仮データはチャネルトラッキングの目的に使用される。時間ｎにおいて、仮データは送信シンボルｓ（ｎ−ｕｐｄ）からｓ（ｎ−ｕｐｄ−Ｊ＋１）についての決定に対応し、ここでｕｐｄは更新遅延設計パラメータであり、それは負でないある整数である。これらのシンボル値の知識により、チャネルトラッカーはある受信データ値を予測して実際の値と比較することができる。差を使用してチャネルタップ推定値を更新することができ、それを使用して時間ｎ＋１に対するチャネル値を予測することができる。本発明の１実施例では、本発明はＩＳ５４ＴＤＭＡデジタルセルラー信号のための受信機において使用される。２分岐アンテナダイバーシチが使用され（Ｄ＝２）、かつ、Ｔ／２間隔等化（Ｍ＝２）が使用される。チャネルタップ数（Ｊ）は２である。変調がπ／４シフトＤＱＰＳＫである限り、π／４シフトは受信データから除去することができる。データサンプル（ｎ＋ｍ／Ｍ）Ｔに対して、これはｅｘｐ（−π（ｎ＋ｍ／Ｍ）４）の乗算により行われる。その結果得られるデータはＱＰＳＫシンボルストリームとして処理することができる。第４図の実施例は受信信号の復調に使用することができる。反復ｎにおいて、計量乗数は次式で与えられる。全てのｈに対して｜ｓ_h（ｎ）｜²＝１であるため、ｆ（ｊ，ｎ）項は省くことができる。計量を形成する時に、Ｃ’_h項も省くことができる。計量プリプロセッサの実施例を第６図に示す。受信データ値はデータバッファ６００内に格納され、チャネルタップ推定値はチャネルタップバッファ６０１内に格納され、重み付け係数は重み付け係数バッファ６０２内に格納される。時間ｎにおいて、計量乗数が一時に１つずつ計算される。選定装置６０３により２つの複素数値、及び、データ値とチャネルタップ値もしくは２つのチャネルタップ値の内のどちらかが選定される。これらの選定値は複素／複素乗算器６０４により乗算され、一方の値に他方の値の共役が乗ぜられて第１の積が形成される。選定装置６０５が１つのスカラー重み付け係数を選定し、それには複素／スカラー乗算器６０６で第１の積が乗ぜられ、複素およびスカラー値を乗じて第２の積が得られる。この第２の積は累算器６０７により累算される。このプロセスを４回繰り返して特定の計量乗数が得られる。次に、累算器の内容がリセットされ３つの計量乗数が全て得られるまでプロセスが繰り返される。計量プリプロセッサには、時間ｎにおいて、仮定の第（ｎ−１）番目のシンボルに対応する４つの前の状態および仮定の第ｎ番目のシンボルのシンボル値に対応する４つの現在状態がある。そのため１６の仮定が考えられる。任意の仮定ｈに関連するデルタ計量は次式で与えられる。ｓ_h ^*（ｎ），ｓ_h ^*（ｎ−１）およびｓ_h ^*（ｎ）ｓ_h（ｎ−１）のこれらの仮定値は全て＋１，−１，＋ｉおよび−ｉであり、ｉは虚数単位を示すため、計量乗数には仮定のシンボル値が明確には乗ぜられない。したがって、ａ＋ｉｂとこれらの値の乗算はそれぞれａ＋ｉｂ，−ａ＝ｉｂ，−ｂ＋ｉａおよびｂ−ｉａを形成することと等価である。したがって、計量予乗数の実部および虚部を加算および符号反転する、１組の加算器および反転器により１６の分岐計量を形成することができる。当業者であれば、ビタビアルゴリズム以外の、他のシーケンス推定アルゴリズムを使用し計量を利用して検出決定を見つけられることがお判りと思われる。例えば、逐次復号および他の非全数探求方法を使用することができる。当業者ならば前記した発明は周波数ダイバーシチ、時間ダイバーシチ、および偏極ダイバーシチ等の他の形式のダイバーシチにも応用できることがお判りと思われる。最後に、１９８８年１月、ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｉｎ．第３６巻、第１３〜２０頁のＭ．Ｖ．ＥｙｕｂｏｇｌｕおよびＳ．Ｕ．Ｈ．Ｑｕｒｅｓｈｉの論文 “縮小状態シーケンス推定および設定分割および決定帰還”に記載されているように、前記した発明を使用してＭＬＳＥおよび決定帰還等化を効率的に実現することができる。当業者ならば、本発明の精神もしくは本質的特徴を逸脱することなく、他の特定形式で本発明を実施できることがお判りと思われる。したがって、ここに開示した実施例はあらゆる点で説明用であって、制約的意味合いは無いことをお判り願いたい。本発明の範囲は前記した説明ではなく請求の範囲によって示され、等価的意味合いおよび範囲に入る変更は全て請求の範囲に含まれるものとする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．デジタル通信受信機であって、複数のダイバーシチ分岐の信号処理を行って受信信号から複素受信データサンプルおよび同期化情報を発生する手段と、前記データサンプルおよび前記同期化情報からチャネルタップ推定値を形成する手段と、前記データサンプル、チャネルタップ推定値、および前記同期化情報を使用して重み付け係数を形成する手段と、前記データサンプル、前記チャネルタップ推定値、および前記重み付け係数を前処理して計量乗数を発生する手段と、前記計量乗数を仮定データシーケンスと結合し、シーケンス推定アルゴリズムを使用して計量を発生して累算し、復調データストリームを得る手段と、を具備するデジタル通信受信機。２．請求項１記載の受信機であって、前記信号処理手段は、無線信号を処理して複素データサンプルを得る手段と、前記複素データサンプルを使用して前記受信機を同期化させ、タイミング情報および初期チャネルタップ推定値を得る手段と、を具備する、デジタル通信受信機。３．請求項２記載の受信機であって、前記信号処理手段はさらに、前記複素データサンプルを格納する手段を具備する、デジタル通信受信機。４．請求項１記載の受信機であって、前記信号処理手段は、無線信号を処理して複素データサンプルを得る手段と、前記複素データサンプルを使用して前記受信機を同期化させ、タイミング情報およびチャネルモデル情報を得る手段と、前記同期化により決定されるサンプリング相を使用して前記複素データサンプルを間引きする手段と、を具備する、デジタル通信受信機。５．請求項１記載の受信機であって、前記前処理手段は、１団のＦＩＲフィルタとチャネルタップ推定値に基づくフィルタ係数を使用して各分岐データサンプルストリームを濾波する手段と、チャネルタップ推定値を使用して積およびそれらの和を計算する手段と、を具備する、デジタル通信受信機。６．デジタル通信受信機であって、複数のダイバーシチ分岐の信号処理を行って受信信号から複素受信データサンプルおよび同期化情報を発生する手段と、前記データサンプル、前記同期化情報および仮のデータ検出結果から時間変化チャネルタップ推定値を形成する手段と、前記データサンプル、前記チャネルタップ推定値、前記同期化情報、および仮のデータ検出結果を使用して時間変化重み付け係数を形成する手段と、前記データサンプル、前記チャネルタップ推定値、および前記重み付け係数を前処理して計量乗数を発生する手段と、前記計量乗数を仮定データシーケンスと結合し、シーケンス推定アルゴリズム使用して計量を発生して累算し、復調データストリームを得る手段と、を具備するデジタル通信受信機。７．請求項６記載の受信機であって、前記信号処理手段は、無線信号を処理して複素データサンプルを得る手段と、前記複素データサンプルを使用して前記受信機を同期化させ、タイミング情報および初期チャネルモデル情報を得る手段と、を具備する、デジタル通信受信機。８．請求項７記載の受信機であって、前記信号処理手段はさらに、前記複素データサンプルを格納する手段を具備する、デジタル通信受信機。９．請求項６記載の受信機であって、前記信号処理手段は、無線信号を処理して複素データサンプルを発生する手段と、前記複素データサンプルを使用して前記受信機を同期化させ、タイミング情報およびチャネルモデル情報を発生する手段と、前記同期化により決定されるサンプリング相を使用して前記複素データサンプルを間引きする手段と、を具備する、デジタル通信受信機。１０．請求項６記載の受信機であって、前記前処理手段は、１団のＦＩＲフィルタとチャネルタップ推定値に基づくフィルタ係数を使用して各分岐データサンプルストリームを濾波する手段と、チャネル推定値を使用して積およびそれらの和を計算する手段と、を具備する、デジタル通信受信機。１１．デジタル通信受信機における等化およびダイバーシチ結合の連合方法であって、複数のダイバーシチ分岐の信号処理を行って受信信号から複素受信データサンプルおよび同期化情報を発生するステップと、前記データサンプルおよび前記同期化情報からチャネルタップ推定値を形成するステップと、前記データサンプル、チャネルタップ推定値、および前記同期化情報を使用して重み付け係数を形成するステップと、前記データサンプル、前記チャネルタップ推定値、および前記重み付け係数を前処理して計量乗数を発生するステップと、前記計量乗数を仮定データシーケンスと結合し、シーケンス推定アルゴリズムを使用して計量を発生して累算し、復調データストリームを発生するステップと、を具備する等化およびダイバーシチ結合の連合方法。１２．デジタル通信受信機における等化およびダイバーシチ結合の連合方法であって、複数のダイバーシチ分岐の信号処理を行って受信信号から複素受信データサンプルおよび同期化情報を発生するステップと、前記データサンプル、前記同期化情報、および仮のデータ検出結果から時間変化チャネルタップ推定値を形成するステップと、前記データサンプル、前記チャネルタップ推定値、前記同期化情報および仮のデータ検出結果を使用して時間変化重み付け係数を形成するステップと、前記データサンプル、前記チャネルタップ推定値、および前記重み付け係数を前処理して計量乗数を発生するステップと、前記計量乗数を仮定データシーケンスと結合し、シーケンス推定アルゴリズムを使用して計量を発生して累算し、復調データストリームを得るステップと、を具備する等化およびダイバーシチ結合の連合方法。１３．ＩＳ５４に基づくＴＤＭＡデジタル通信システムにおける受信機であって、複数のダイバーシチ分岐の信号処理を行って受信信号から複素受信データサンプルおよび同期化情報を発生する手段と、前記データサンプル、前記同期化情報、および仮のデータ検出結果から時間変化チャネルタップ推定値を形成する手段と、前記データサンプル、前記チャネルタップ推定値、前記同期化情報および仮のデータ検出結果を使用して時間変化重み付け係数を形成する手段と、前記データサンプル、前記チャネルタップ推定値、および前記重み付け係数を前処理して計量乗数を発生する手段と、前記計量乗数を仮定データシーケンスと結合し、シーケンス推定アルゴリズムを使用して計量を発生して累算し、復調データストリームを得る手段と、を具備するデジタル通信システムにおける受信機。１４．ＩＳ５４に基づくＴＤＭＡデジタル通信システムにおけるデータ通信受信機内の等化およびダイバーシチ結合の連合方法であって、複数のダイバーシチ分岐の信号処理を行って受信信号から複素受信データサンプルおよび同期化情報を発生するステップと、前記データサンプル、前記同期化情報、および仮のデータ検出結果から時間変化チャネルタップ推定値を形成するステップと、前記データサンプル、前記チャネルタップ推定値、前記同期化情報、および仮のデータ検出結果を使用して時間変化重み付け係数を形成するステップと、前記データサンプル、前記チャネルタップ推定値、および前記重み付け係数を前処理して計量乗数を発生するステップと、前記計量乗数を仮定データシーケンスと結合し、シーケンス推定アルゴリズムを使用して計量を発生して累算し、復調データストリームを得るステップと、を具備する等化およびダイバーシチ結合の連合方法。