JP4543289B2 - ノイズレベル測定方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は無線通信装置に係り、特に受信シンボルから干渉波成分のレベル（ノイズレベル）を測定する方法および装置に関する。

一般に、ＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access)方式の無線通信装置では、受信シンボルから測定した希望波成分であるＲＳＣＰ(Received Signal Code Power)値と干渉波成分であるＩＳＣＰ(Interference Signal Code Power)値とを用いて受信品質ＳＩＲ(Signal to Interference Ratio)を検出し、この受信品質ＳＩＲを用いて送信電力制御や同期判定などを実行する。

図４（Ａ）は一般的なＳＩＲ測定回路の概略的ブロック図である。受信部３０１は受信ＲＦ信号に対して復調および逆拡散処理を行うことで受信シンボルを出力し、ＲＳＣＰ算出部３０２およびＩＳＣＰ算出部３０３は、この受信シンボルを入力してＲＳＣＰ値およびＩＳＣＰ値をそれぞれ算出する。さらにＳＩＲ算出部３０４は、ＲＳＣＰ値およびＩＳＣＰ値から受信品質ＳＩＲを算出し同期判定部などへ出力する。

このような受信品質ＳＩＲを精度よく測定するための技術が種々提案されている。たとえば、無線通信装置の送受信部に設けられた発振器に周波数誤差が発生すると周波数誤差に起因する位相回転が生じる。これを補正して測定精度を向上させる受信レベル測定回路が特許文献１に開示されている。具体的には、受信シンボルから希望波成分（ＲＳＣＰ）、干渉波成分（ＩＳＣＰ）および周波数誤差ベクトルを検出し、周波数誤差を補正する補正値を用いて希望波成分（ＲＳＣＰ）を補正することで受信レベルの測定精度を向上させる。

特開２００３−２６４５１４号公報

しかしながら、ノイズ成分であるＩＳＣＰ値も周波数変動の影響を受ける。ＩＳＣＰの場合、背景雑音が殆ど無いような環境の場合でも周波数差が有ると、その周波数差の成分が雑音として見えてしまいＩＳＣＰ値が本来の値より大きな値となることがある。

図４（Ｂ）は周波数誤差によるシンボル位置の変動を示すＩ−Ｑ平面上のシンボル配置図である。周波数誤差が発生すると、図４（Ｂ）に示すように、受信シンボル位置が本来のシンボル位置４０１からシンボル位置４０２へ変位し、その差４０３もノイズとして検出されてしまう。このためにＩＳＣＰ値が大きくなり、それに伴ってＳＩＲ値が小さくなる。ＳＩＲ値が小さくなると、送信電力制御により送信側は大きな送信電力で送信するので、結果的に無駄な電力を消費することとなる。さらにＳＩＲ値が小さくなると、受信環境が非常に劣化したと判断され、通信が切断されるという事態も生じうる。

そこで本発明の目的は、周波数誤差の影響を抑制し正確なノイズレベルを測定する方法および装置、並びにそれを用いた無線通信装置を提供することにある。

本発明によるノイズレベル測定装置は、前記受信シンボルから干渉波成分、周波数差および希望波成分をそれぞれ検出する検出手段と、前記周波数差および前記希望波成分を引数とした所定関数により干渉波成分の補正量を算出する補正量演算手段と、所望の補正効果を得るための係数を乗じた前記補正量を前記干渉波成分から減算することで、補正された干渉波成分をノイズレベルとして生成する補正手段と、を有することを特徴する。

本発明により、周波数誤差の影響を抑制し正確なノイズレベルを測定することが可能となる。

図１は本発明の一実施形態によるノイズレベル測定装置のブロック図である。Ｉ−Ｑ平面の信号点として表現されうるシンボルは、ＩＳＣＰ演算部１０１、周波数差演算部１０２およびＲＳＣＰ演算部１０３にそれぞれ入力する。

ＩＳＣＰ演算部１０１はシンボル分散等を利用した周知の演算によりノイズ成分のパワーであるＩＳＣＰ値ｉを算出し忘却処理部１０４へ出力する。忘却処理部１０４はＩＳＣＰ値ｉを忘却処理し、ＩＳＣＰ値ｉ’をＩＳＣＰ補正部１０５へ出力する。ただし、忘却処理を行わないことも可能である。ＩＳＣＰ補正部１０５は、ＩＳＣＰ値ｉ’と補正量ｚとを入力し、補正されたＩＳＣＰ値iscp = f2(i', z)をノイズレベルとして出力する。

周波数差演算部１０２は受信シンボルからシンボル間のズレ（周波数差ｘ）を周知の演算により算出し忘却処理部１０６へ出力する。忘却処理部１０６は周波数差ｘを忘却処理し、周波数差ｘ’を補正量演算部１０７へ出力する。ただし、忘却処理を行わないことも可能である。

ＲＳＣＰ演算部１０３は受信シンボルから周知の演算により信号成分パワーであるＲＳＣＰ値ｙを算出し補正量演算部１０７へ出力する。

補正量演算部１０７は周波数差ｘ’とＲＳＣＰ値ｙとを入力し、補正量ｚ=f1(x',y)を算出してＩＳＣＰ補正部１０５へ出力する。たとえば次式により補正量ｚを求めることができる。

この補正量ｚを求める関数は、任意の次数ｎで、係数αと周波数誤差ｘ（ここでは忘却処理後のｘ’）との乗数とＲＳＣＰ値ｙとから構成される。

ＩＳＣＰ補正部１０５は、ＩＳＣＰ値ｉ’と補正量ｚとを入力し、補正されたＩＳＣＰ値iscp = f2(i', z)を算出する。たとえば次式によりＩＳＣＰ値の補正を行うことができる。

ｉｓｃｐ＝ｍａｘ｛f2(i', z, β), ０｝
ただし、f2(i', z, β)＝ｉ'−β×ｚ
すなわち、ＩＳＣＰ値i'の補正は、補正量ｚに効果係数βを乗算した値で行われる。ただし、ｍａｘ｛｝としたのは補正量ｚが負の場合にｚ＝０に変換するためである。

忘却処理部１０４の出力ｉ’は、たとえば次式により算出されうる。

i'_m = γ×i'_m-1 + (1-γ)×i_m
忘却処理部１０６の出力ｘ’は、たとえば次式により算出されうる。

x'_m = γ×x'_m-1 + (1-γ)×x_m
いずれの忘却処理においても、忘却係数γを０にすれば忘却処理を省略できる。また、このような演算ではなく、フィルタを用いて同様の忘却処理を行うことも可能である。

なお、図１に示すノイズレベル測定装置の各機能ブロックは、ＣＰＵ等のプログラム制御プロセッサ上でプログラムを実行することにより同機能を実現することもできる。

図２は本発明の一実施例による無線通信装置の受信系を概略的に示すブロック図である。なお、図１に示すノイズレベル測定装置と同じブロックには同一参照番号を付して詳細な説明は省略する。

本実施例による無線通信装置の受信系は、直交検波などを行う受信部２０１、ＣＰＩＣＨ(Common Pilot Channel)に対する逆拡散部２０２、ＣＰＩＣＨから補正されたＩＳＣＰ値を測定するノイズレベル測定部２０３、および受信品質ＳＩＲの算出などの信号処理を行う信号処理部２０４を有する。

具体的には、ＣＰＩＣＨの受信シンボルがＩＳＣＰ演算部１０１、周波数差演算部１０２およびＲＳＣＰ演算部１０３にそれぞれ入力し、上述したようにＩＳＣＰ値ｉ、周波数差ｘおよびＲＳＣＰ値ｙを同時に算出する。補正量演算部１０７は、忘却処理された周波数差ｘ’とＲＳＣｐ値ｙとを引数とする関数f1(x',y)により補正量ｚを算出する。ただし、この関数ｚは補正したい効果量に応じて適宜変更することも可能である。

ＩＳＣＰ補正部１０５は、忘却処理されたＩＳＣＰ値ｉ’と補正量ｚと効果計数βとを用いて関数f2(i', z, β)により最終目的の補正されたＩＳＣＰ値ｉｓｃｐを求める。この補正により、ＩＳＣＰ値が周波数誤差の影響で本来より大きく見える現象が緩和され、上述したＳＩＲが不当に劣化するという問題を解決することができる。

図３は本実施例による補正の効果を量的に示すグラフである。横軸は周波数差ｘ、縦軸はＩＳＣＰ値と補正量ｚの大きさを示す。このグラフから、補正後のＩＳＣＰ値ｉｓｃｐは周波数差ｘが増大しても上昇が抑えられていることが分かる。このように周波数差ｘの変化によるＩＳＣＰ値の上昇が緩和されるので、受信品質ＳＩＲの劣化を抑えることができ、送信電力制御ループにおける送信側基地局からの送信電力の不要な増大を抑える事が出来る。また、受信品質ＳＩＲの不当な劣化を防止できるので不要な通信切断の発生などを抑える事が出来る。

本発明はＣＤＭＡ方式を利用する通信機器、携帯電話機などに適用可能である。

本発明の一実施形態によるノイズレベル測定装置のブロック図である。 本発明の一実施例による無線通信装置の受信系を概略的に示すブロック図である。 本実施例による補正の効果を量的に示すグラフである。 （Ａ）は一般的なＳＩＲ測定回路の概略的ブロック図であり、（Ｂ）は周波数誤差によるシンボル位置の変動を示すＩ−Ｑ平面上のシンボル配置図である。

符号の説明

１０１ ＩＳＣＰ演算部
１０２ 周波数差演算部
１０３ ＲＳＣＰ演算部
１０４ 忘却処理部
１０５ 忘却処理部
１０６ ＩＳＣＰ補正部
１０７ 補正量演算部
２０１ 受信部
２０２ 逆拡散部
２０３ ノイズレベル測定部
２０４ 信号処理部

Claims (13)

1. 受信シンボルのノイズレベルを測定するノイズレベル測定装置において、
   前記受信シンボルから干渉波成分、周波数差および希望波成分をそれぞれ検出する検出手段と、
   前記周波数差および前記希望波成分を引数とした所定関数により干渉波成分の補正量を算出する補正量演算手段と、
   所望の補正効果を得るための係数を乗じた前記補正量を前記干渉波成分から減算することで、補正された干渉波成分をノイズレベルとして生成する補正手段と、
   を有することを特徴するノイズレベル測定装置。
2. 前記補正量演算手段は、周波数差ｘ、希望波成分ｙ、所望の補正効果量に応じた係数αとする場合、次式により補正量ｚを算出することを特徴とする請求項１に記載のノイズレベル測定装置。
   
3. 前記補正手段は、干渉波成分ｉ、補正量ｚ、効果係数βとする場合、
   ｉｓｃｐ＝ｍａｘ｛f2(i’, z, β), ０｝
   ただし、f2(i’, z, β)＝ｉ’−β×ｚ
   により干渉波成分を補正することを特徴とする請求項１または２に記載のノイズレベル測定装置。
4. 前記干渉波成分に対して忘却係数による忘却処理を行った後に前記補正手段へ出力する第１忘却処理手段と、
   前記周波数差に対して忘却係数による忘却処理を行った後に前記補正量演算手段へ出力する第２忘却処理手段と、
   を更に有し、
   前記第１忘却処理手段は、前回の忘却処理後の干渉波成分をｉ’ _m-1 、今回の忘却処理後の干渉波成分をｉ’ _m 、忘却係数をγとすれば、
   i’ _ｍ = γ×i’ _m-1 + (1-γ)×i _ｍ
   により干渉波成分を算出し、
   前記第２忘却処理手段は、前回の忘却処理後の周波数差をｘ’ _m-1 、今回の忘却処理後の周波数差をｘ’ _m 、忘却係数をγとすれば、
   x’ _ｍ = γ×x’ _m-1 + (1-γ)×x _ｍ
   により周波数差を算出する、
   ことを特徴とする請求項１−３のいずれか１項に記載のノイズレベル測定装置。
5. 受信シンボルのノイズレベルを測定するノイズレベル測定方法において、
   検出手段が前記受信シンボルから干渉波成分、周波数差および希望波成分をそれぞれ検出し、
   補正量演算手段が前記周波数差および前記希望波成分を引数とした所定関数により干渉波成分の補正量を算出し、
   補正手段が所望の補正効果を得るための係数を乗じた前記補正量を前記干渉波成分から減算することで、補正された干渉波成分をノイズレベルとして生成する、
   ことを特徴するノイズレベル測定方法。
6. 周波数差ｘ、希望波成分ｙ、所望の補正効果量に応じた係数αとすれば、次式により補正量ｚを算出することを特徴とする請求項５に記載のノイズレベル測定方法。
   
7. 干渉波成分ｉ、補正量ｚ、効果係数βとすれば、
   ｉｓｃｐ＝ｍａｘ｛f2(i’, z, β), ０｝
   ただし、f2(i’, z, β)＝ｉ’−β×ｚ
   により干渉波成分を補正することを特徴とする請求項６または７に記載のノイズレベル測定方法。
8. 受信シンボルのノイズレベルを測定するノイズレベル測定装置としてコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
   前記受信シンボルから干渉波成分、周波数差および希望波成分をそれぞれ検出する機能と、
   補正量演算手段が前記周波数差および前記希望波成分を引数とした所定関数により干渉波成分の補正量を算出する機能と、
   補正手段が所望の補正効果を得るための係数を乗じた前記補正量を前記干渉波成分から減算することで、補正された干渉波成分をノイズレベルとして生成する機能と、
   を前記コンピュータに実現させることを特徴するプログラム。
9. 周波数差ｘ、希望波成分ｙ、所望の補正効果量に応じた係数αとすれば、次式により補正量ｚを算出することを特徴とする請求項８に記載のプログラム。
   
10. 干渉波成分ｉ、補正量ｚ、効果係数βとすれば、
    ｉｓｃｐ＝ｍａｘ｛f2(i’, z, β), ０｝
    ただし、f2(i’, z, β)＝ｉ’−β×ｚ
    により干渉波成分を補正することを特徴とする請求項７または８に記載のプログラム。
11. 受信シンボルのノイズレベルを測定する機能を有する無線通信装置において、
    前記受信シンボルから干渉波成分、周波数差および希望波成分をそれぞれ検出する検出手段と、
    前記周波数差および前記希望波成分を引数とした所定関数により干渉波成分の補正量を算出する補正量演算手段と、
    所望の補正効果を得るための係数を乗じた前記補正量を前記干渉波成分から減算することで、補正された干渉波成分をノイズレベルとして生成する補正手段と、
    を有することを特徴する無線通信装置。
12. ＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access)方式の受信手段および逆拡散手段を更に有し、前記干渉波成分としてＩＳＣＰ(Interference Signal Code Power)値、希望波成分としてＲＳＣＰ(Received Signal Code Power)値を用いたことを特徴とする請求項１１に記載の無線通信装置。
13. プログラム制御プロセッサを有する無線通信装置において、
    前記プログラム制御プロセッサ上に、
    前記受信シンボルから干渉波成分、周波数差および希望波成分をそれぞれ検出する機能と、
    補正量演算手段が前記周波数差および前記希望波成分を引数とした所定関数により干渉波成分の補正量を算出する機能と、
    補正手段が所望の補正効果を得るための係数を乗じた前記補正量を前記干渉波成分から減算することで、補正された干渉波成分をノイズレベルとして生成する機能と、
    を実現させるためのプログラムを実行することを特徴する無線通信装置。