【発明の詳細な説明】
ダイバーシティ合成方法及び受信器発明の分野
本発明は、デジタル無線システムの受信器におけるダイバーシティ合成方法で
あって、受信器内では、整合フィルタ及び最大見込み検出が使用されそして推定
チャンネルインパルス応答及び該インパルス応答の自動相関タップが発生され、
そして無線システム内では、実質的に全ての信号処理が記号として行なわれそし
て所望の信号が所定のシーケンスを含むような方法に係る。
又、本発明は、整合フィルタ、ダイバーシティ岐路及び最大見込み検出器を備
えたデジタル無線システムにおける受信器であって、この受信器は推定チャンネ
ルインパルス応答及び該インパルス応答の自動相関タップを発生するように構成
され、そして無線システム内では、所望の信号が所定のシーケンスを含みそして
信号処理が記号として行なわれるよう構成された受信器にも係る。先行技術の説明
無線システムにおいては、ベースステーションと加入者ターミナルとの間の接
続の質が連続的に変化する。この変化は、無線経路の干渉ファクタ及び無線波の
減衰によりフェージングチャンネルにおける距離及び時間の関数として生じる。
接続の質は、例えば、受信電力を観察することにより測定できる。接続の質の変
化は、電力調整によりその一部分を補償することができる。
しかしながら、デジタル無線システムでは、接続の質を推定するために、電力
測定より正確な方法が必要とされる。このときの既知の質パラメータは、例えば
、ビットエラー率(BER)及び信号対雑音比である。
従来、受信信号の信号対雑音比を推定するためにML(最大見込み)型検出の
判断を使用することが知られている。従って、ビタビ検出器が通常ML検出器と
して機能し、そしてベースステーション又は加入者ターミナルが受信器となる。
既知の解決策では、ビタビ検出は、信号対雑音比を決定する前に全受信バースト
において実行される。しかしながら、ビタビアルゴリズムは、受信器に許された
処理時間中にデジタル信号処理プログラムを実行するために頻繁に必要とされる
ので、個別のビタビハードウェアを使用しなければならない。これは、参考とし
てここに取り上げるIEEE GLOBECOM 1989、テキサス州、ダラ
ス、1989年11月のJ.ハジェノーヤ、P.ホーヤ著の「ソフト判断出力を
伴うビタビアルゴリズム及びそのアプリケーション(A Viterbi Algorithm with
Soft-decision Outputs and its Applications)」に詳細に説明されている。
異なるダイバーシティ受信器を使用するときには、ほとんどの場合信号対雑音
比である信号の質の推定が必要とされる。ダイバーシティ受信において最も一般
的なダイバーシティ受信器は、検出の前又は後に信号を合成し、そして例えば、
選択的合成、最大比合成及び等利得合成を含む。ダイバーシティ信号は、通常、
ビタビ検出器を用いて検出され、これら信号は検出の後に合成される。しかしな
がら、信号の大きな増幅を達成するために、検出前に信号を合成するのが好まし
い。ダイバーシティ受信器は、例えば、参考としてここに取り上げる1982年
、米国、マグローヒルのウィリアムC.Y.リー著の「移動通信工学、第10章
、合成技術(Mobile Communications Engineering,chapter 10,Combining tech
nology)」、第291−336ページに掲載されている。発明の要旨
本発明の目的は、ML検出の助けを伴わずに受信信号から干渉強度を直接的に
推定すると同時に、ダイバーシティ受信器を使用するときには検出の前にダイバ
ーシティ信号の合成を行えるようにする方法を提供することである。
これは、冒頭で述べた方法において、推定チャンネルインパルス応答及び所定
のシーケンスからコンボリューションにより基準信号を発生し;この基準信号と
、チャンネルから受け取った所定のシーケンスとの差を用いて、所望信号に結合
される干渉強度を発生し;所望信号の強度値を発生し、これにより、所望信号の
強度値を所望信号の干渉強度で除算することにより質の推定値を発生し;そして
ダイバーシティ合成を行って、時間ドメインにおいて互いに対応する異なる岐路
の記号を合成すると共に、各岐路の整合フィルタの出力及びインパルス応答の自
動相関タップを各岐路の質の推定値で重み付けすることを特徴とする方法によっ
て達成される。
本発明の受信器は、推定チャンネルインパルス応答及び所定のシーケンスから
コンボリューションにより基準信号を発生する基準信号手段と;この基準信号と
、
チャンネルから受け取った所定のシーケンスとの差を用いて、所望信号に関連し
た干渉強度を発生する干渉手段とを備え;この受信器は所望信号の強度値を発生
するように構成され、そして所望信号の強度値を所望信号の干渉強度で除算する
ことにより質の推定値を発生するように質の手段が構成され;そしてダイバーシ
ティ岐路の合成手段は、時間ドメインにおいて互いに対応する異なる岐路の記号
を合成し、そしてこの受信器は、各岐路の整合フィルタの出力及びインパルス応
答の自動相関タップを各岐路の質の推定値で重み付けするように構成されたこと
を特徴とする。
本発明により著しい効果が達成される。本発明の方法では、ビタビ検出を実行
せずに受信信号から干渉強度を直接的に推定することができる。ML方法に通常
適用されるビタビアルゴリズムの使用を回避することにより、計算に使用される
メモリ及び時間が節約される。発生される干渉強度は、チャンネルの状態を推定
するのに使用でき、これは、不良フレームを推定しそしてMLメトリックをスケ
ーリングする方法において助けとなる。更に、干渉強度はダイバーシティ合成に
使用できると共に、多経路信号が検出前に合成されるときに特に有効である。図面の簡単な説明
以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図1は、無線システムを示す図である。
図2は、GSMシステムの通常バーストを示す図である。
図3は、受信器のブロック図である。
図4は、受信器のブロック図である。
図5は、ダイバーシティ合成技術を用いた受信器を示す図である。好ましい実施形態の詳細な説明
本発明の方法及び受信器は、GSM無線システム(移動通信用のグローバルシ
ステム)に適用できるが、これに限定されるものではない。図1において、無線
システムは、ベースステーション1、及び該ベースステーションとの両方向接続
6−8を有する多数の一般的な移動加入者ターミナル2―4を備えている。ベー
スステーション1は、ターミナル2―4の接続状態をベースステーションコント
ローラ5へ送信し、該ベースステーションコントローラは、それをシステム
の他の部分へ更に送信すると共に、必要に応じて、固定ネットワークへも送信す
る。ベースステーションコントローラ5は、1つ又は多数のベースステーション
1のファンクションを制御する。GSMシステムでは、ベースステーション1及
びターミナル2―4が接続の質を常時測定する。
GSMシステムにおいて本発明の解決策を詳細に検討する。GSMシステムの
通常バーストが図2に示されており、このバーストは全部で148個の記号より
成る。記号はビット及びビットの組み合わせより成る。バーストの記号は、3つ
の開始記号(TS)10と、58個のデータ記号(Data)11と、26個の
トレーニング記号(TRS)12と、58個のデータ記号(Data)13と、
3つの終了記号(TS)14とを含むシーケンスで構成される。本発明の解決策
では、基準信号の記号シーケンスは、トレーニングシーケンス12と、好ましく
は上記シーケンスのコンボリューションである推定されたチャンネルインパルス
応答との関数として計算される。コンボリューション関数h(t)の発生は、関
数f(t)とg(t)との間で次のように一般式で表わすことができる。
本発明の1つの方法を、特にGSMシステムに適用した場合について以下に説
明する。チャンネルの瞬時質推定値QEの計算は、次の2つの本質的な段階を備
えている。即ち、第1に、推定されたチャンネルインパルス応答H及びトレーニ
ングシーケンスTRS(図2のトレーニング記号12)から基準信号YRを好ま
しくはコンボリューションとして発生し、そして第2に、この基準信号YR及び
チャンネルから変量状の形態で受け取られたトレーニングシーケンスYから例え
ば干渉エネルギーVARとして干渉強度を発生する。コンボリューションを計算
することにより、チャンネル上の実際の信号と同様に基準信号YRが発生され、
そしてその結果をチャンネルから受け取った所望の信号と比較することにより、
干渉強度を推定できるという効果が達成される。変量VARは、一般に、離散的
分布に対して次のように計算される。
但し、μは予想値である。又、干渉強度は、例えば、標準偏差状の形態でも決定
できる。標準偏差δは、その定義によれば、変量δ2の正の平方根である。更に
、二次の差(Xj−μ)2は、本発明の方法では、差の絶対値の指数|Xj−μ|z
と置き換えることができ、但し、zは任意の実数である。干渉強度VARが基準
信号YR及びチャンネルから変量形態で受け取った信号から計算されるときには
、その得られた結果がそのまま干渉の有効値であるという効果が達成される。
トレーニングシーケンスTRSは予め決定されるので、推定チャンネルインパ
ルス応答Hを瞬時に決定することができる。通常、推定インパルス応答Hは5つ
の記号を有し、即ち記号の数Nに対してN=5が有効となる。本発明の方法の第
1の段階では、上記の推定インパルス応答Hをもつ受け取ったトレーニングシー
ケンスTRSの予想値である基準信号YRは、例えば、式(3)に基づき、推定
チャンネルインパルス応答H及びトレーニングシーケンスTRSのコンボリュー
ションとして計算される。
但し、Nは推定インパルス応答Hにおける記号の数であり、そして計算されるべ
き記号を示す記号インデックスjに対してj≧Nが有効である。全基準信号YR
は、Nと26即ち所定シーケンスにおける記号の数との間の記号jを通ることに
よって得られる。得られた基準信号YRと、トレーニングシーケンスを含む受信
信号Yとを使用して、その変量型の干渉強度VARが、例えば、次の式(4)を
使用することにより計算される。
式(4)において考慮される記号の最大数は、所定シーケンス12の記号の数よ
り推定チャンネルインパルス応答における記号の数だけ少ないものである。従っ
て、計算において考慮される記号の数は、自由に選択することができる。従って
、干渉強度VARは変量として計算されるが、分母の数値Kは重要ではない。と
いうのは、分母は単に形成されればよく、干渉強度のスカラー量として機能する
に
過ぎないからである。これは、質の推定値を発生するいずれの段階においても観
察及び修正が容易である。式(4)において、変量型結果VARの値は、加算に
使用される記号の数が除数Kの値としてセットされる場合にはサンプル当たりの
干渉エネルギーと同じであり、或いは除数Kの値が1の場合には全シーケンス当
たりのエネルギーとなる。式(4)において、I/Q変調表示が使用され、これ
ら記号は複素数モードで示されている。式(4)にはオフセットも見られ、即ち
受信信号の記号が基準信号の記号に対応するように受信信号の記号を転送するの
が好ましい。
受信した所望信号の強度値Eは、加算に考慮されるべき記号の振幅強度である
か或いは記号振幅の有効値又は別の対応する指数であり、これは、推定チャンネ
ルインパルス応答Hを用いるか、基準信号YRを用いるか、又はチャンネルから
受信した所望信号を用いて計算することができる。推定チャンネルインパルス応
答Hのタップの有効値を計算する効果は、信号のエネルギーEが記号当たりで得
られることである。エネルギーEが、基準信号のI/Q変調の複素記号を用いて
計算され、例えば、式(5)を用いて計算されるときには、
基準信号の全エネルギーが直接的に得られる。チャンネルから受信した信号のエ
ネルギーも同様に計算することができる。エネルギーEに対応する信号の正規化
された平均エネルギーが公知技術により前処理手段24によって形成される場合
には、それを個別に計算する必要はない。所望信号の強度値は、式(5)の場合
のように所望信号から直接計算されるが、基準信号YRの記号は、所望信号Yの
記号と置き換えられる。
瞬時チャンネル質推定値QEは、式(6)に示すように干渉強度の逆数を形成
することにより得られるのが好ましい。
又、質推定値QEは、原理的には式(7)に示すように、記号の数が式(4)の
除数Kの値として使用されるときには記号当たりの信号エネルギーEを記号当た
りのノイズエネルギーVARで除算することにより形成することもできる。
式(7)に基づき質推定値QEを計算する別の好ましい方法は、式(4)の除数
Kの値が1であるときに全信号エネルギーEを全ノイズエネルギーVARで除算
し、そして式(4)及び(5)はこの場合に加算されるべき実質的に等しい量の
エレメントを含むので不必要な除算を回避することである。受信器が多数のダイ
バーシティ岐路を含むときには、異なるダイバーシティ岐路の信号成分及び推定
インパルス応答の自動相関タップが各岐路の質推定値QEで重み付けされる。こ
の重み付けは、整合フィルタにおける信号成分に推定インパルス応答の自動相関
タップを、それらが発生されるときに、乗算することにより行うのが好ましい。
質推定値QEは、接続の質が短い時間中でも相当に異なるときには各バースト
ごとに別々に計算されるのが好ましい。
本発明のセルラー無線システムの受信器について以下に詳細に説明する。その
本質的な部分が図3のブロック図に示されている。ベースステーション及び加入
者ターミナルの両方が本発明の受信器として機能することができる。この受信器
のアンテナ21は、受信した所望信号を高周波部分22へ搬送し、ここで、信号
が中間周波に変換される。高周波部分から、信号は変換手段23へ送られ、ここ
で信号がアナログからデジタル形態へ変換される。デジタル信号は、前処理手段
24へ伝播し、ここで信号を例えばフィルタすることができ、DCオフセットを
そこから除去することができ、デジタル信号の自動増幅を制御することができ、
そして信号を復調することができる。チャンネルに整合されたフィルタ25は、
チャンネルにおいて歪んだ信号を、低い記号エラー確率でオリジナルデータ流へ
と回復する。チャンネルインパルス応答推定値及びその有効値は、手段26によ
り発生される。推定されたチャンネルインパルス応答の自動相関タップ34は、
手段27を用いてインパルス応答情報から発生される。
デジタル無線システムでは、チャンネルインパルス応答が、Nこの記号を構成
する数字で表わされる。チャンネルインパルス応答は、通常、5つの記号より成
り、即ちNは値5である。質推定値32(QE)は、本発明の方法では、手段2
8a、28b及び28cを含む手段28を用いて計算される。基準信号手段28
aは、推定チャンネルインパルス応答及び信号に含まれた所定のシーケンスから
基準信号30(YR)を発生するのに使用される。干渉手段28bは、基準信号
YRと受信した所定シーケンスとの差から干渉強度31を発生する。質の手段2
8cは、本発明の接続の質推定値QEを、それが所望信号に結合される干渉に逆
比例するように発生する。又、受信器は、基準信号30及び所定のシーケンスの
オフセット又は信号を修正し、即ち伝播遅延により生じる互いの記号の時間内に
転送するように構成される。更に、受信器のML検出手段29、好ましくはビタ
ビ検出器は、整合フィルタ25の出力33、即ち図2に示す受信バーストの異な
るシーケンス、及び手段27からのチャンネルインパルス応答の児童相関タップ
34を受け取る。この受信器の解決策では、手段27におけるインパルス応答の
自動相関タップ34及び整合フィルタ25の所望信号が両方とも質推定値QEで
重み付けされる。検出された記号は、ML検出手段29の出力である。
第1の受信器とは別のものである本発明の第2の無線システム受信器について
以下に詳細に説明する。その本質的な部分が図4のブロック図に示されている。
この受信器は、図3の受信器に非常によく類似している。この受信器の解決策で
は、質推定値32(QE)が質の手段28cから手段26へ転送され、該手段は
質推定値QEで重み付けされたインパルス応答を発生し、これにより、質推定値
QEは、整合フィルタ25の出力33に作用し、そして処理されている所望信号
を重み付けする。検出された記号は、ML検出手段29の出力となる。
図3及び4に示す解決策は、多経路受信に使用できるのが好ましく、図5は、
受信器がダイバーシティ合成を使用するときのこのような構成を示している。図
5の受信器は、2つのダイバーシティ岐路50、51を備え、これらは、両方と
も、アンテナ41及び42と、手段43及び44とを備え、該手段は、図3及び
4の受信器と同様に、例えば、高周波部分22、変換手段23、前処理手段24
、整合フィルタ25、チャンネルインパルス応答推定手段26、及び質推定値の
計算手段28を備えている。図5は、2つのダイバーシティ岐路即ちチャンネル
50、51しか示していないが、同様のダイバーシティ合成を多数のチャンネル
に適用することもできる。異なるチャンネルの推定インパルス応答自動相関タッ
プ
34は、図3及び4の手段27と同じファンクションを表わす手段27によって
発生される。異なるチャンネルから到着しそして整合フィルタ25の出力33で
ある信号成分は、手段45によって合成され、この合成は、例えば加算又は平均
化によって行なわれ、そして所望ならば、信号に適当な定数を乗算することによ
り行なわれる。本発明の解決策では、各ダイバーシティ岐路の信号成分は、特定
の岐路50、51の質推定値QEにより重み付けされる。急激な重み付けにおい
ては、最良の信号成分(1つ又は複数)のみが質推定値QEに基づき検出器29
に対して選択される。合成の後に、信号がML検出手段29へ搬送される。又、
インパルス応答自動相関タップの発生手段27の出力34は、手段46によって
合成され、これは、例えば加算又は平均化によって行なわれ、そして所望ならば
、信号に適当な定数を乗算することにより行なわれる。ダイバーシティ岐路50
、51及び相関タップ34の合成において、互いに時間的に対応する記号又はビ
ットのみを合成するのが好ましい。又、手段46の出力は、ML検出手段29に
送られる。このような解決策は、信号成分が検出前に合成されるときに信号の大
幅な増幅が達成されるので、特に有効である。
本発明の解決策は、例えばASIC又はVLSI回路でのデジタル信号処理に
関連して特に実施できる。実行されるべきファンクションは、マイクロプロセッ
サ技術をベースとするプログラムとして実施されるのが好ましい。
以上、添付図面を参照して本発明を説明したが、本発明は、これに限定される
ものではなく、請求の範囲に記載した本発明の範囲内で種々のやり方で変更し得
ることが明らかである。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項
【提出日】平成10年10月22日(1998.10.22)
【補正内容】請求の範囲
1.デジタル無線システムの受信器(1-4)におけるダイバーシティ合成方法であ
って、受信器内では、整合フィルタ及び最大見込み検出が使用されそして推定
チャンネルインパルス応答及び該インパルス応答の自動相関タップが発生され
、そして無線システム内では、実質的に全ての信号処理が記号として行なわれ
そして所望の信号が所定のシーケンス(12)を含むような方法において、
推定チャンネルインパルス応答及び所定のシーケンス(12)からコンボリュー
ションにより基準信号(30)を発生し;
この基準信号(30)と、チャンネルから受け取った所定のシーケンス(12)との
差を用いて、所望信号に関連した干渉強度(31)を発生し;
所望信号の強度値(35)を発生し、これにより、所望信号の干渉強度(31)の逆
数を形成することにより質の推定値(32)を発生し;そして
ダイバーシティ合成を行って、時間ドメインにおいて互いに対応する異なる
岐路(50,51)の記号を合成すると共に、各岐路(50,51)の整合フィルタ(25)の出
力(33)及びインパルス応答の自動相関タップを各岐路(50,51)の質の推定値(32
)で重み付けすることを特徴とする方法。
2.上記ダイバーシティ合成は、最大見込み検出の前に行う請求項1に記載の方
法。
3.所望信号に関連した干渉強度(31)は、基準信号(30)と所望信号の所定シーケ
ンス(12)との間の差から変量状の形態又は標準偏差状の形態で好ましく発生さ
れ、そして
所望信号の強度値(35)は、基準信号(30)の記号強度の和、二次の和又は別の
対応する累乗の和、推定チャンネルインパルス応答の所望信号またはタップ(3
4)として発生される請求項1に記載の方法。
4.上記干渉強度(31)の逆数は、所望信号の強度値(35)により乗算される請求項
1に記載の方法。
5.送信がバーストで行なわれるときに、各受信バーストごとに別々に質推定値
(32)が計算される請求項1に記載の方法。
6.無線システムがGSMシステムであるときに、所定シーケンス(12)は、GS
Mシステムの通常バーストのトレーニングシーケンスである請求項1に記載の
方法。
7.整合フィルタ(25)、ダイバーシティ岐路(50,51)及び最大見込み検出器(29)
を備えたデジタル無線システムの受信器(10-13)であって、この受信器は推定
チャンネルインパルス応答及び該インパルス応答の自動相関タップ(34)を発生
するように構成され、そして無線システム内では、所望信号が所定のシーケン
ス(12)を含みそして信号処理が記号として行なわれるよう構成された受信器に
おいて、
推定チャンネルインパルス応答及び所定のシーケンス(12)からコンボリュー
ションにより基準信号(30)を発生する基準信号手段(28a)と;
この基準信号(30)と、チャンネルから受け取った所定のシーケンス(12)との
差を用いて、所望信号に関連した干渉強度(31)を発生する干渉手段(28c)とを
備え;
上記受信器は所望信号の強度値(35)を発生するように構成され、そして所望
信号の干渉強度(31)の逆数を形成することにより質の推定値(32)を発生するよ
うに質の手段(28b)が構成され;そして
ダイバーシティ岐路(50,51)の合成手段(45,46)は、時間ドメインにおいて互
いに対応する異なる岐路(50,51)の記号を合成し、そして上記受信器は、各岐
路(50,51)の整合フィルタ(25)の出力(33)及びインパルス応答の自動相関タッ
プを各岐路(50,51)の質の推定値で重み付けするように構成されたことを特徴
とする受信器。
8.ダイバーシティ岐路(50,51)の合成手段(45,46)は、最大見込み検出手段(29)
の前に配置される請求項7に記載の受信器(10-13)。
9.上記干渉手段(28c)は、基準信号(30)と所望信号の所定シーケンス(12)との
間の差から好ましくは変量状の形態又は標準偏差状の形態で所望信号に関連さ
れた干渉強度(31)を発生するように構成され、そして
上記受信器は、所望信号の強度値(35)を、基準信号(30)の記号強度の和、二
次の和又は別の対応する累乗の和、推定チャンネルインパルス応答の所望信号
又はタップ(34)として発生する請求項7に記載の受信器。
10.上記質の手段(28b)は、干渉強度(31)の逆数を所望信号の強度値(35)で乗算
するように構成された請求項7に記載の受信器(10-13)。
11.送信がバーストで行なわれるときに、上記受信器は、各受信バーストごとに
別々に質の推定値(32)を発生するように構成された請求項7に記載の受信器。
12.無線システムがGSMシステムであるときに、所定シーケンス(12)は、GS
Mシステムの通常バーストのトレーニングシーケンスである請求項7に記載の
受信器。
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フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S
D,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG
,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT
,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,
CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,F
I,GB,GE,GH,HU,IL,IS,JP,KE
,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,
LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,M
X,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE
,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,
UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZW
(72)発明者 ランタ ペッカ
フィンランド エフイーエン―03100 ヌ
ーメラ ティースメーエンポルク 4