JPWO2011102289A1

JPWO2011102289A1 - 受信機および信号受信電力推定方法

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Publication number: JPWO2011102289A1
Application number: JP2012500570A
Authority: JP
Inventors: 雅人左貝; 田村　浩一; 浩一田村; クアングエン; チャイタニャラオ
Original assignee: NTT Docomo Inc; NEC Corp
Current assignee: NTT Docomo Inc; NEC Corp
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2013-06-17
Also published as: WO2011102289A1; EP2538589A4; CN102783062A; US8731083B2; US20130034191A1; EP2538589A1; TW201214985A

Abstract

良好な受信信号電力推定精度を実現する受信機および信号受信電力推定方法を提供する。複数のサブキャリアを用いて並列伝送された情報を受信する受信機（１０）において、複数のサブキャリアのそれぞれに対するチャネル推定値を求めるチャネル推定部（１３）と、チャネル推定部（１３）の求めたチャネル推定値から、情報の信号受信電力を推定する信号受信電力推定部（１６）とを有し、信号受信電力推定部（１６）は、並列伝送に用いられるサブキャリア数が所定値より少ない狭帯域の場合には、チャネル推定部（１３）が推定したチャネル推定値に、時間方向同相加算、周波数方向平均化および共役乗算の順で処理を行い、並列伝送に用いられるサブキャリア数が所定値以上の広帯域の場合には、チャネル推定部（１３）が推定したチャネル推定値に、周波数方向平均化、共役乗算および時間方向同相加算の順で処理を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、複数のサブキャリア（副搬送波）を用いて並列伝送された情報を受信する受信機およびそのような受信機で用いられる信号受信電力推定方法に関する。

次世代の通信方式として、３ＧＰＰ（３ｒｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＰａｒｔｎｅｒｓｈｉｐＰｒｏｊｅｃｔ）で標準化されているＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ）などのＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式が注目されている。ＬＴＥなどの通信方式では、非特許文献１に規定されているように、受信機は、信号受信電力（ＲＳＲＰ：ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＳｉｇｎａｌＲｅｃｅｉｖｅｄＰｏｗｅｒ）を上位レイヤに報告する必要がある。受信機において推定したＲＳＲＰなどの情報を元に、基地局間のハンドオーバを行うかどうかが判断される。適切な基地局とのハンドオーバを実施するためには、受信機における電力推定精度を向上させる必要がある。

従来のＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）通信方式においては、たとえば非特許文献２に示されるように、ＲＡＫＥ合成後のパイロット信号の同相加算を行うことで、信号受信電力の測定を行っていた。また、この推定精度を向上させるため、たとえば特許文献１に示されるように、ＲＡＫＥ合成前の信号を用いて精度良く信号受信電力を推定する方法や、特許文献２に示されるように、同相加算と受信信号の二乗平均とを併用し、精度の良い値を採用するような方法などが考えられてきた。

しかし、複数のサブキャリア（副搬送波）を用いて情報を並列伝送するＯＦＤＭ通信方式においては、ＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｅｒ）タイミングにオフセットが存在すると、チャネル推定値が回転してしまう。このため、そのまま同相加算を行ったのでは、信号受信電力が実際よりも小さく推定されてしまうことがある。このような例を図５に示す。非特許文献３には、このような課題を解決するため、隣接するチャネル推定値間で共役乗算を行った後に同相加算を行う手法を導入することが示されている。

一方、ＬＴＥでは、非特許文献４で規定されるような精度で、ＲＳＲＰを推定する必要がある。非特許文献３に示される手法では、このような規格を満たすような精度でＲＳＲＰを推定することは困難である。

特開２００４−１４０４８９号公報特開２００６−１３９１５号公報

３ＧＰＰ，ＴＳ３６．２１４ｖ８．５．０，２００８年１２月清尾俊輔、奥村幸彦、土肥智弘、「ＤＳ-ＣＤＭＡの適応送信電力制御におけるＳＩＲ測定法の検討」、信学ソ大１９９６Ｂ-３３０，１９９６大西聡明、三瓶政一、「ＯＦＤＭ適応変調方式を用いた１セル繰り返しＴＤＭＡシステムにおける受信ＳＩＮＲ推定技術に関する検討」、信学技報ＲＣＳ２００６-６，Ａｐｒ．２００６３ＧＰＰ，ＴＳ３６．１３３ｖ８．６．０，２００９年５月

本発明は、上記のような課題を鑑みて行われたものであり、良好な受信信号電力推定精度を実現することのできる受信機および信号電力推定方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点によると、複数のサブキャリアを用いて並列伝送された情報を受信する受信機において、複数のサブキャリアのそれぞれに対するチャネル推定値を求めるチャネル推定部と、チャネル推定部の求めたチャネル推定値から信号受信電力を推定する信号受信電力推定部とを有し、信号受信電力推定部は、並列伝送に用いられるサブキャリア数が所定値より少ない狭帯域の場合には、チャネル推定部が推定したチャネル推定値に、時間方向同相加算、周波数方向平均化および共役乗算の順で処理を行い、並列伝送に用いられるサブキャリア数が所定値以上である広帯域の場合には、チャネル推定部が推定したチャネル推定値に、周波数方向平均化、共役乗算および時間方向同相加算の順で処理を行うことを特徴とする受信機が提供される。

本発明の第２の観点によると、複数のサブキャリアを用いて並列伝送された情報を受信してその信号受信電力を推定する方法において、並列伝送に用いられるサブキャリア数が所定値より少ない狭帯域の場合には、それぞれのサブキャリアに対するチャネル推定値に、時間方向同相加算、周波数方向平均化および共役乗算の順で処理を行い、並列伝送に用いられるサブキャリア数が所定値以上である広帯域の場合には、それぞれのサブキャリアに対するチャネル推定値に、周波数方向平均化、共役乗算および時間方向同相加算の順で処理を行うことを特徴とする信号受信電力推定方法が提供される。

本発明によれば、時間方向同相加算が導入され、同相加算処理に使用するサンプル数が増やされている。また、周波数方向平均化処理が導入され、事前にチャネル推定値の平滑化が行われることによって、雑音の影響が軽減される。これらの手法によって、受信信号電力推定精度が向上する。さらに、同相加算に十分な数のサンプルを使用できる広帯域のケースでは、処理順序を入れ替えることによって、受信機でバッファリングするデータ量が削減される。

本発明の実施の形態に係る受信機の構成例を示すブロック図である。図１に示す受信機内のＲＳＲＰ推定部による信号受信電力（ＲＳＲＰ）推定の処理の流れを示す図である。図１に示す受信機中のＲＳＲＰ推定部における周波数方向平均化処理の窓幅を信号対雑音比に応じて変化させる制御を説明する図である。図１に示す受信機中のＲＳＲＰ推定部における時間方向同相加算スロット数Ｍを信号対雑音比に応じて変化させる制御を説明する図である。受信信号電力が実際よりも小さく推定される状況を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

［構成例］
図１は、本発明の実施の形態に係る受信機の構成例を示すブロック図である。ここでは、３ＧＰＰにおいて標準化されているＬＴＥを例として説明する。ただし、本発明は、ＬＴＥに限定されるものではない。なお、ＬＴＥの場合には、推定する信号受信電力を、ＲＳＲＰ（ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＳｉｇｎａｌＲｅｃｅｉｖｅｄＰｏｗｅｒ）と呼称している。そこで、以下では、このＲＳＲＰという用語を用いて説明を行うことにする。

図１に示す受信機１０は、ＲＦ部１１、ＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｅｒ）部１２、チャネル推定部１３、復調部１４、チャネル復号部１５およびＲＳＲＰ推定部１６を備える。

受信機１０は、受信アンテナ（図示せず）により、基地局から複数のサブキャリアを用いて並列伝送された情報を受信する。ＲＦ部１１は、受信アンテナで受信した信号をアナログ・ディジタル変換する。ＦＦＴ部１２は、ディジタル変換された受信信号を、フーリエ変換により周波数成分のデータに分ける。チャネル推定部１３は、周波数リソース上にあらかじめマッピングされていた既知信号（ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＳｉｇｎａｌ）を用い、複数のサブキャリアのそれぞれに対するチャネル推定値を求め、チャネル状態を表すチャネル推定値行列とする。復調部１４は、受信信号を、チャネル推定部１３で推定したチャネル推定行列などに基づいて、Ｉ−Ｑ成分から尤度情報へと復調する。チャネル復号部１５は、誤り訂正復号および誤り検出を行う。ＲＳＲＰ推定部１６は、信号受信電力推定部として動作し、チャネル推定部１３で推定したチャネル推定行列に基づいてＲＳＲＰを推定し、上位レイヤでフィルタリング処理などを行った後、基地局へとフィードバックを行う。

ＲＳＲＰ推定部１６は、ＲＳＲＰの推定において、並列伝送に用いられるサブキャリア数が所定値より少ない狭帯域の場合には、チャネル推定部１３が推定したチャネル推定値に、時間方向同相加算、周波数方向平均化および共役乗算の順で処理を行う。また、ＲＳＲＰ推定部１６は、並列伝送に用いられるサブキャリアの数が所定値以上である広帯域の場合には、チャネル推定部１３が推定したチャネル推定値に、周波数方向平均化、共役乗算および時間方向同相加算の順で処理を行う。これについて、以下にさらに詳しく説明する。

［ＲＳＲＰ推定部１６の動作］
図２は、図１に示す受信機１０内のＲＳＲＰ推定部１６によるＲＳＲＰ推定の処理の流れを示す図である。

まず、ＲＳＲＰ推定部１６は、使用するサブキャリア数に相当する帯域幅情報を元に、伝送帯域が狭帯域か広帯域かを判定する。たとえば、使用するサブキャリア数が所定値より少ない場合には狭帯域であると判定し、使用するサブキャリア数が所定値より多い場合には、広帯域であると判定する。このときの判断基準となる所定値については、あらかじめ、任意に設定することができる。ＲＳＲＰ推定部１６は、狭帯域であると判定した場合には、ステップＳ２〜ステップＳ４の処理を、狭帯域用処理として実行する。一方、広帯域であると判定した場合には、ＲＳＲＰ推定部１６は、ステップＳ５〜ステップＳ７の処理を、広帯域用処理として実行する。

［狭帯域用処理］
狭帯域用処理を行う場合、ＲＳＲＰ推定部１６は、まず、チャネル推定部１３で推定したＺｅｒｏＦｏｒｃｉｎｇ後のチャネル推定値ｈＺＦを用いて、以下のように時間方向同相加算処理を行う（ステップＳ２）。

ここで、ａは受信アンテナ、ｂは送信アンテナ、ｎはスロット番号、ｉは既知信号のインデックス番号、Ｎは測定を開始するスロット番号、Ｍは同相加算を行うスロット数を表す。

次に、ＲＳＲＰ推定部１６は、時間方向同相加算後の結果に対して、以下のように周波数方向平均化処理を行う（ステップＳ３）。

ここで、Ｎ_ＲＳは帯域内に含まれる既知信号数を表す。

次に、ＲＳＲＰ推定部１６は、以下のように、隣接する既知信号間で共役乗算処理を行う（ステップＳ４）。

［広帯域用処理］
広帯域用処理を行う場合、ＲＳＲＰ推定部１６はまず、チャネル推定部１３で推定したＺｅｒｏＦｏｒｃｉｎｇ後のチャネル推定値ｈ_ＺＦを用いて、以下のように周波数方向平均化処理を行う（ステップＳ５）。

次に、ＲＳＲＰ推定部１６は、以下のように、隣接する既知信号間で共役乗算処理を行う（ステップＳ６）。

次に、ＲＳＲＰ推定部１６は、以下のように、時間方向同相加算処理を行う（ステップＳ７）。

［電力算出処理］
狭帯域用および広帯域用のそれぞれの処理により算出したチャネル推定値の同相加算結果に対して、ＲＳＲＰ推定部１６は、最後に、以下のように電力算出処理を行う（ステップＳ８）。

ここで、Ｎ_ｒｘは受信アンテナ数、Ｎ_ｔｘは送信アンテナ数である。

［実施の形態による効果］
以上の実施の形態によれば、チャネル推定値を時間方向に同相加算するようにしたので、伝送帯域が狭帯域である場合でも、信号受信電力推定に用いるサンプル数を増加させることができる。また、チャネル推定値を周波数方向に平均化するようにしたので、効率良く雑音を除去することができる。すなわち受信信号電力の推定精度を向上させることができる。

また、同相加算に多くのサンプルを使用できる広帯域の場合には、周波数方向の平均化（サブチャネル間の平均化）を先に行うことで、受信機１０におけるバッファリングデータ量を削減し、結果として、受信機１０のＲＡＭサイズを削減することができる。

［変形例］
以上説明した実施の形態では、ＲＳＲＰ算出に、ＺｅｒｏＦｏｒｃｉｎｇ後のチャネル推定値を用いるものとしたが、雑音抑圧処理などを行った後のチャネル推定値や、周波数方向補間後のチャネル推定値を用いても良い。

以上説明した実施の形態では、周波数方向平均化処理を行う際に、隣接する２つの既知信号における平均値を算出しているが、平均化に用いる既知信号数（窓幅）を３つ以上にしても良い。また、図３に示すように、別途算出した信号受信状況の指標、たとえば信号対雑音比ＳＮＲ（ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅｐｏｗｅｒＲａｔｉｏ）に基づいて、信号受信状況が所定のしきい値より良好なときにはこの窓幅を小さくし、信号受信状況がしきい値より劣悪な時には大きくするなど、周波数方向平均化の窓幅を信号受信状況に応じて変化させるような制御を行っても良い。このときのしきい値は、実際の状況に応じて、任意の値に設定することができる。

また、図４に示すように、別途算出したＳＮＲなどの信号受信状況の指標を元に、信号受信状況が所定のしきい値より良好な時には時間方向同相加算処理に用いるスロット数を少なくし、劣悪な時には用いるスロット数を増やす、というように、時間方向同相加算スロット数に対して、動的な制御を行っても良い。このときのしきい値は、実際の状況に応じて、任意の値に設定することができる。これにより、信号受信状況が良好な際にＲＳＲＰ測定にかかる時間を短縮することができ、結果として受信機の消費電力を削減することができる。

以上の説明では、ＬＴＥを利用した携帯電話機における通信を例に説明したが、ＯＦＤＭ・ＦＤＭを利用した携帯電話機、ＰＨＳやＷｉｒｅｌｅｓｓＬＡＮなどの無線通信システムにおいても、同様の手法を適用することが可能である。

１０受信機
１１ＲＦ部
１２ＦＦＴ部
１３チャネル推定部
１５復調部
１５チャネル復号部
１６ＲＳＲＰ推定部（信号受信電力推定部）

Claims

複数のサブキャリアを用いて並列伝送された情報を受信する受信機において、
上記複数のサブキャリアのそれぞれに対するチャネル推定値を求めるチャネル推定部と、
上記チャネル推定部の求めたチャネル推定値から、上記情報の信号受信電力を推定する信号受信電力推定部と
を有し、
上記信号受信電力推定部は、
上記並列伝送に用いられるサブキャリア数が所定値より少ない狭帯域である場合には、上記チャネル推定部が推定したチャネル推定値に、時間方向同相加算、周波数方向平均化および共役乗算の順で処理を行い、
上記並列伝送に用いられるサブキャリア数が所定値以上の広帯域である場合には、上記チャネル推定部が推定したチャネル推定値に、周波数方向平均化、共役乗算および時間方向同相加算の順で処理を行う
ことを特徴とする受信機。
請求項１記載の受信機において、前記信号受信電力推定部は、信号受信状況の指標に基づいて、信号受信状況が所定のしきい値より良好なときには前記周波数方向平均化の処理の窓幅を小さくし、信号受信状況が上記所定のしきい値より劣悪なときには前記周波数方向平均化の処理の窓幅を大きくすることを特徴とする受信機。
請求項１または２記載の受信機において、前記信号受信電力推定部は、信号受信状況の指標に基づいて、信号受信状況が所定のしきい値より良好なときには前記時間方向同相加算の処理に用いるスロット数を少なくし、信号受信状況が上記所定のしきい値より劣悪なときには前記時間方向同相加算の処理のスロット数を増やすことを特徴とする受信機。
請求項２または３記載の受信機において、前記信号受信状況の指標として信号対雑音比を用いることを特徴とする受信機。
複数のサブキャリアを用いて並列伝送された情報を受信してその信号受信電力を推定する方法において、
上記並列伝送に用いられるサブキャリア数が所定値より少ない狭帯域である場合には、それぞれのサブキャリアに対するチャネル推定値に、時間方向同相加算、周波数方向平均化および共役乗算の順で処理を行い、
上記並列伝送に用いられるサブキャリアの数が所定値以上の広帯域である場合には、それぞれのサブキャリアに対するチャネル推定値に、周波数方向平均化、共役乗算および時間方向同相加算の順で処理を行う
ことを特徴とする信号受信電力推定方法。