JP2001506079A - 受信方法及び受信器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、受信信号に対して同期がなされる無線システムに使用される同期方法及び受信器であって、無線システムは少なくとも１つの受信器(100,200,300)を備え、この受信器は記号より成る変調された部分的に既知の信号を受信し、そしてこの信号は時間及び周波数偏差を含むような受信方法及び受信器に係る。この受信器は、受信信号にその受信信号の既知の部分を乗算して積を得るための乗算手段(402)と、その積を相関させて比を得るための変換手段(403)と、この比を予め設定された相関スレッシュホールド値と比較し、この比較に基づいて受信信号に対する同期について判断するための比較手段(404)とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 受信方法及び受信器発明の分野 本発明は、受信信号に同期するために無線システムに使用される受信方法であ って、無線システムは少なくとも１つの受信器を備え、この受信器は記号より成 る変調された部分的に既知の信号を受信し、そしてこの信号は時間及び周波数偏 差を含むような受信方法に係る。 更に、本発明は、受信信号に対して同期がなされる無線システムに使用される 受信器であって、無線システムは少なくとも１つの受信器を備え、この受信器は 記号より成る変調された部分的に既知の信号を受信し、そしてこの信号は時間及 び周波数偏差を含むような受信器に係る。先行技術の説明 無線システムでは、無線経路を経て受信器へ送られる高周波信号が、通常、ユ ーザデータ信号で変調される。受信器は、無線システムにもよるが、送信器から かなり離れて配置することができる。例えば、衛星無線システムでは、トランシ ーバとして機能するベースステーションを赤道上３８０００ｋｍの高度に配置す ることができる。送信器と受信器との間の無線経路では、信号が常に干渉を受け 、信号の特性が損なわれる。衛星無線システムでは、ベースステーションが、通 常、地球に対して移動し、地上から見ると、ベースステーションが固定となる。 又、ベースステーションは、比較的低い軌道に配置することもでき、このとき、 衛星は、上記衛星システムの衛星よりも地球に対して高速で移動する。衛星の移 動は、周波数及び時間遅延に大きな変化を生じさせる。 無線システム環境については、ユーザとベースステーションとの間を進行する 信号がまっすぐに進まず、環境によって信号は送信器から受信器まで種々の長さ の経路を伝播するというのが一般的である。このような多経路伝播は、ベースス テーションと移動ステーションとの間にまっすぐな視線があっても生じる。多経 路伝播は、信号が遭遇する周囲界面において信号が反射され、散乱されることか ら生じる。異なる経路を伝播する信号は、異なる長さの伝播遅延を有し、従って 、 信号は異なる位相で受信器に到達する。 無線経路においては、種々の形式の干渉が変調信号を変化させ、従って、受信 器におけるデータ信号の分離又は復調を著しく複雑にする。送信器によって送信 された信号の伝播時間が制限されるときには、信号が遅延を受ける。送信器と受 信器との間の距離が長いほど、大きな遅延が発生する。更に、ベースステーショ ン又は加入者ターミナル例えば移動電話が移動すると、ドップラー周波数が発生 する。ドップラー周波数は、受信器により受け取られる信号周波数を変化させる 。信号周波数の変化は、受信器を受信信号に同期させる上で問題を生じさせる。 上記の遅延及び周波数の問題は、相関をベースとする方法のような種々のアル ゴリズム方法を用いて回避されている。しかしながら、相関をベースとする方法 には幾つかの制約が課せられる。例えば、この方法の使用により同期をとれるよ うにするために、受信器により受け取られる信号の非常に僅かな周波数エラーが 許されている。公知の解決策では充分な時間同期が達成されていない。 公知の方法は、送信器によって送信される信号バースト電力を指示することを ベースとしている。この方法では、信号電力及びノイズ電力を推定するためにス ライドウインドウが使用される。信号電力がノイズ電力と比較されて、不都合な 信号特性を推定することができる。しかしながら、バースト状信号を推定するた めの方法を使用することしかできない。更に、この方法は、信号対雑音比の小さ い無線システムには適用することができない。その結果、公知の方法は、例えば 、衛星無線システムには充分に適用されていない。発明の要旨 本発明の目的は、遅延及び周波数により生じた相当量の変化を含む受信信号に 受信器が同期でき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、受信信号に該信号の既知の部分を乗算し て積を得、その積を相関させて比を得、次いで、この比を予め設定された相関ス レッシュホールド値と比較し、この比較に基づいて受信信号に対する同期につい て判断を行うことを特徴とする方法により達成される。 本発明の受信器は、受信信号にその受信信号の既知の部分を乗算して積を得る ための乗算手段と、その積を相関させて比を得るための変換手段と、この比を予 め設定された相関スレッシュホールド値と比較し、この比較に基づいて受信信号 に対する同期について判断するための比較手段とを備えたことを特徴とする。 本発明の方法では顕著な効果が達成される。この方法では受信信号のある部分 が既知である。受信信号は、受信信号の既知の部分で乗算される。信号の乗算は 、受信信号が既知の部分に対応するときに信号の変調を除去する。変調は、１つ の記号という精度で除去される。好ましくはＦＦＴ変換を用いて相関された積が 、信号の乗算により得られる。相関は、時間及び周波数レベルにおいて実質的に 同時に実行される。相関は、受信信号に対する同期を判断すると共に、受信信号 における大きな周波数偏差も計算できるようにする。この方法では、相関に基づ いて得た比が、予め設定された相関スレッシュホールド値を越える場合に、信号 に対して同期がとられる。この方法は、更に、信号対雑音比の小さい信号にも適 用できる。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、公知の解決策を示す図である。 図２は、本発明の方法を用いた無線システムを示す図である。 図３は、本発明の受信器の構造を示すブロック図である。好ましい実施形態の詳細な説明 図１は、デジタル信号に同期するために使用される公知の解決策を示す図であ る。この解決策は、信号受信における遅延及び周波数変化によって生じる信号の 問題を軽減する。この解決策は、情報を含む信号からノイズを分離する手段１０ を備えている。この解決策は、更に、手段１０と通信する手段１１及び１２も備 えている。手段１１は、情報を含む信号に対するスライドウインドウを形成する 。手段１２は、ノイズに対するスライドウインドウを形成する。更に、この解決 策は、互いに接続された手段１３及び１４も備えている。 信号は、手段１１及び１２から手段１３へ搬送され、該手段１３は、この信号 の信号対雑音比の推定値を計算する。手段１４は、信号対雑音比に基づいて上記 信号の同期の存在について判断を行う。更に、手段１４は、信号の周波数エラー から推定値を発生する。この解決策は、受信信号がバースト状でありそして信号 の信号対雑音比が大きいときには実質的に効果的である。以上の説明から、この 解決策は、信号対雑音比が小さくそして信号の周波数及び時間偏差が大きい無線 システムを実施するのに充分適用できない。 図２は、本発明の方法を用いた無線システムを示す。この無線システムは、加 入者ターミナル１００と、ベースステーション２００及び３００とを備えている 。加入者ターミナル１００は、ベースステーション２００、３００を経て他の加 入者ターミナル１００への接続を確立する。図２の解決策において、ベースステ ーション２００は、地球ステーションとして機能し、そしてベースステーション ３００は、衛星ステーションとして機能する。図２の無線システムにおいて、ベ ースステーション２００は、例えばＰＣＭ技術を用いて送信ライン２０２上で接 続される。加入者ターミナル１００はアンテナ１０１を備え、ベースステーショ ン２００はアンテナ２０１を備え、そしてベースステーション３００はアンテナ ３０１を備えている。これらのアンテナは、送信及び受信アンテナとして機能す る。衛星無線システムでは、加入者ターミナル１００の送信電力が、一般に、衛 星ステーション３００への接続を確立するのに充分である。 地球ステーション２００と衛星ステーション３００との間の距離は、地球無線 システムのベースステーション２００間の距離に比して長い。この長い距離は、 相当の信号減衰を生じさせると共に、著しい量の遅延を信号に生じさせる。更に 、ステーション３００は、衛星システム内を移動し、この移動により信号に対し てドップラー周波数を生じさせる。ドップラー周波数は、更に、地球ステーショ ン及び衛星ステーションにおいて信号受信を複雑にする。又、加入者ターミナル １００も、それらが移動するときにドップラー周波数を生じさせる。 図３は、本発明の受信器の構造を示すブロック図である。本発明の受信器は、 例えば、加入者ターミナル１００及びベースステーション２００、３００に使用 することができる。この受信器はアンテナ４００を備え、これを用いて、ベース ステーション２００により送信された信号が受け取られる。実際には、受信アン テナ４００は、信号の送信にも使用される。受信器によって受信された信号は、 記号を形成するビットより成る。受信信号は、複素数部分で形成することができ る。通常、１つ又は２つのビットで記号が形成される。又、受信器は、受信信号 のためのスライドウインドウを形成する手段４０１も備えている。更に、受信器 は、乗算手段４０２と、変換手段４０３と、比較手段４０４も備えている。 受信器は、転送中に時間的不安定さ及び周波数変化が生じている変調信号を受 信する。受信の後に、信号は、信号に対するスライドウインドウを形成する手段 ４０１へ送られる。手段４０１で形成されるスライドウインドウの巾は、例えば 、９６ビットである。手段４０１から、信号は乗算手段４０２へ送られる。スラ イドウインドウの巾は、乗算手段４０２に一度に到達するビットの数を決定する 。本発明の受信器は、例えば、加入者ターミナル１００又はベースステーション ２００、３００に配置することができる。 受信器は、受信信号のある部分について既に知っている。乗算手段４０２は、 手段４０１から到達する信号に、その信号の既に知られた比較シーケンス、例え ば、その信号の同期部分を乗算し、これにより、積が得られる。更に、乗算手段 ４０２は、充填ビット、この場合はゼロビットを信号に追加する。乗算手段４０ ２は、乗算に対応する別の方法、例えば、加算を使用することにより、積を形成 することもできる。既知の比較シーケンスを乗算すると、スライドウインドウが そのシーケンスにおいて受信信号内にあるときに信号変調が除去される。この状 態では手段４０３により形成される相関にピークがある。この瞬間のスライドウ インドウの位置に関する情報は、時間的不安定さを除去することができる。 変換手段４０３は、乗算手段４０２から到達する信号の相関を形成する。又、 変換手段４０３は、この信号の周波数エラーから推定値も形成する。更に、変換 手段４０３は、受信信号のノイズ電力の大きさも推定する。変換手段４０３は、 ＦＦＴ変換（高速フーリエ変換）を実行するのが好ましい。その一般的なモード において、フーリエ変換は、次のように積分として計算される。 但し、Ｆはフーリエ変換を表わし、ｆ(t)は時間ｔの関数であり、Ｆ(ω)はフー リエ変換された関数であり、ωは周波数変数であり、ｉは虚数単位であり、そし てΠは数字πを表わす。このフーリエ変換積分は、加算されるべきＮ個の項が含 まれた加算を用いてデジタルシステムにおいて計算される。しかしながら、 ＦＦＴ変換における演算の数は、著しく減少される。フーリエ変換は、通常、Ｎ² 回の演算を必要とするが、ＦＦＴ変換は、Ｎ＊ｌｏｇ₂(Ｎ)演算（ダニールソン −ランクゾー理論）で実行できるのが好ましい。 ＦＦＴ変換に代わって、例えば、ラプラス変換を使用することもできる。しか しながら、長い周波数間隔で周波数が推定されるときには、ＦＦＴ変換が効率的 な方法である。変換手段４０３は、ＦＦＴ変換された信号からピーク値を実質的 にサーチし、そして信号の平均を計算する。次いで、変換手段４０３は、ピーク 値をその信号の平均値と比較し、比を得る。この比は、例えば、除算をベースと することができる。相関は、受信信号から同期の存在について判断できるように する。信号の乗算及び相関は、次の式（１）で行なわれる。 既知の比較シーケンスの複素共役記号はａ_n＊で表わされ、そして比較シーケン スのシーケンス長さは式においてＮで表わされる。受信器により受信された複素 信号はｚで表わされ、そして受信信号の周波数推定値はｆｅで表わされる。時間 はｔで表わされ、そして記号時間はＴｓで表わされる。本発明の解決策では、信 号は、時間及び周波数レベルにおいて同時に相関される。変換手段４０３で形成 された平均値及びピーク値の比は、予め設定されたスレッシュホールド値と比較 される。本発明の解決策では、受信器により受信された信号の同期についての判 断は、この比がスレッシユホールド設定値を越えた場合に行なわれる。 手段４０１で形成されるスライドウインドウは、一度に１つの記号をスライド させる。記号は手段４０１から乗算手段４０２へ送られ、ここで、記号に既知の シーケンスが乗算される。信号の変調は、乗算の際に除去される。次いで、信号 にゼロが追加される。ゼロを追加することにより、信号シーケンスの長さは、変 換手段４０３に一致するように適応される。又、ゼロの追加は、信号の周波数分 解能も高める。変換手段４０３は、予め加算された周波数範囲ｆｅから相関周波 数をサーチし、次いで、上記信号が比較される。 上記判断を行う別の方法は、変換手段４０３により推定された信号ノイズ電力 を使用することである。この方法では、ノイズ電力は、ＦＦＴ変換から得た信号 ピーク値と実質的に比較される。この方法においても、判断は、信号の比が予め 設定されたスレッシュホールド値を越えた場合に行なわれる。既に知られた長さ のシーケンスは、変換手段４０３において一度に処理され、これらシーケンスは 、更に、比較手段４０４へ送られる。比較手段４０３に到達するシーケンスのシ ーケンス長さの好ましくは２倍のシーケンスが変換手段４０３から送られる。 更に、この方法は、実質的に、信号ノイズ電力ピーク値及びノイズ電力平均値 を計算できるようにし、これらの計算された値が比較される。平均結果に基づく 信号は、ノイズ電カ力ーク値及び平均比の形成まで遅延される。ノイズ電力推定 をベースとする方法の使用は、信号対雑音比の低い信号でも可能である。更に、 この方法は、バースト状信号にも適用できる。両方法は、時間及び周波数を同時 に同期できるようにする。 以上、添付図面を参照して本発明を詳細に説明したが、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考え方の中で種々の変更が なされ得ることが理解されよう。

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，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，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．受信信号に同期するために無線システムに使用される受信方法であって、無 線システムは少なくとも１つの受信器(100,200,300)を備え、該受信器は記号 より成る変調された部分的に既知の信号を受信し、そして該信号は時間及び周 波数偏差を含むような受信方法において、 受信信号に該信号の既知の部分を乗算して積を得、 その積を相関させて比を得、そして この比を予め設定された相関スレッシュホールド値と比較し、この比較に基 づいて受信信号に対する同期について判断を行う、 という段階を含むことを特徴とする方法。 ２．実質的に、上記比を得るために互いに比較される相関最大値及び平均値が相 関の後に計算される請求項１に記載の方法。 ３．上記比が予め設定された相関スレッシュホールド値を越えるときに受信信号 に対して同期がとられる請求項１に記載の方法。 ４．実質的に平均信号ノイズ電力が計算され、そして実質的に信号の最大値と平 均信号ノイズ電力との関係から上記比が計算される請求項１に記載の方法。 ５．実質的に平均信号ノイズ電力が計算され、そして実質的に信号ノイズ電力の 最大値と平均信号ノイズ電力との関係から上記比が計算される請求項１に記載 の方法。 ６．相関にＦＦＴ方法を使用して受信信号の周波数偏差が計算される請求項１に 記載の方法。 ７．上記信号乗算は信号の変調を除去する請求項１に記載の方法。 ８．受信信号は、時間及び周波数レベルにおいて実質的に同時に相関される請求 項１に記載の方法。 ９．受信信号に対して同期がとられる無線システムに使用される受信器であって 、無線システムは少なくとも１つの受信器(100,200,300)を備え、この受信器 は記号より成る変調された部分的に既知の信号を受信し、そしてこの信号は時 間及び周波数偏差を含むような受信器において、 受信信号にその受信信号の既知の部分を乗算して積を得るための乗算手段 (402)と、 その積を相関させて比を得るための変換手段(403)と、 この比を予め設定された相関スレッシュホールド値と比較し、この比較に基 づいて受信信号に対する同期について判断するための比較手段(404)と、 を備えたことを特徴とする受信器。 10．上記変換手段(403)は、実質的に、上記比を得るために互いに比較される相 関最大値及び平均値を計算する請求項９に記載の受信器。 11．上記受信器は、上記比が予め設定された相関スレッシュホールド値を越えた ときに受信信号に対して同期がとられる請求項９に記載の受信器。 12．上記変換手段(403)は、信号ノイズ電力を計算し、そして上記変換手段(403) は、実質的に信号の最大値と平均信号ノイズ電力との関係から上記比を計算す る請求項９に記載の受信器。 13．上記変換手段(403)は、信号ノイズ電力を計算し、そして上記変換手段(403) は、実質的に信号ノイズ電力の最大値と平均信号ノイズ電力との関係から上記 比を計算する請求項９に記載の受信器。 14．上記変換手段(403)は、相関にＦＦＴ方法を使用して受信信号の周波数偏差 を計算する請求項９に記載の受信器。 15．上記乗算手段(402)は、信号乗算において信号の変調を除去する請求項９に 記載の受信器。 16．上記変換手段(403)は、時間及び周波数レベルにおいて実質的に同時に信号 を相関する請求項９に記載の受信器。