(57)【要約】  少なくとも1つの所望無線基地局から送信された電波の全受信電力(PSOI)と、少なくとも1つの干渉基地局から送信された電波の全受信電力(PSNOI)及び既知の雑音電力(Pn)の和(PSNOI＋Pn)との比で表される無線通信品質情報(CINR)における分母と分子が互いに相関の無いアルゴリズムで推定された値を用いる。また、無線通信品質情報を既知信号部分で計算する場合に、既知信号部分とデータ部分の電力が異なる場合は、その差異を考慮に入れて無線通信品質情報を計算する。
2008129636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信した所望信号の電力を示す第１の電力を求める第１ステップと、
受信した干渉信号の電力と雑音電力との和を示す第２の電力を求める第２ステップと、
該第１の電力と第２の電力との比から無線通信品質を求める第３ステップと、
を備え、該第１及び第２の電力が互いに相関の無い推定値であることを特徴とした無線通信品質推定方法。
【請求項２】
請求項１において、
該第１ステップが、隣接する二つのサブキャリアにおける受信信号と既知信号との比の共役複素数同士の積に基づいて該第１の電力を求めるステップを含み、該第２ステップが、該受信信号と該既知信号と該受信信号に対するチャネル推定値とに基づいて該第２の電力を求めるステップを含むことを特徴とした無線通信品質推定方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
該第２ステップが、該第２の電力に所定のスカラー変数を乗ずるステップを含むことを特徴とした無線通信品質推定方法。
【請求項４】
請求項２において、
該第２ステップが、該受信信号における該既知信号の部分とデータ部分との電力比を求めるステップと、該受信信号中のガードバンドの平均受信電力を求めるステップと、該電力比及び該平均受信電力を用いて該第２の電力を求めるステップとを含むことを特徴とした無線通信品質推定方法。
【請求項５】
請求項２において、
該サブキャリアのサンプル点数が充分に大きく隣接サブキャリア間の周波数選択性が低いことを特徴とした無線通信品質推定方法。
【請求項６】
受信した所望信号の電力を示す第１の電力を求める第１手段と、
受信した干渉信号の電力と雑音電力との和を示す第２の電力を求める第２手段と、
該第１の電力と第２の電力との比から無線通信品質を求める第３手段と、
を備え、該第１及び第２の電力が互いに相関の無い推定値であることを特徴とした無線通信品質推定装置。
【請求項７】
請求項６において、
該第１手段が、隣接する二つのサブキャリアにおける受信信号と既知信号との比の共役複素数同士の積に基づいて該第１の電力を求める手段を含み、該第２手段が、該受信信号と該既知信号と該受信信号に対するチャネル推定値とに基づいて該第２の電力を求める手段を含むことを特徴とした無線通信品質推定装置。
【請求項８】
請求項６又は７において、
該第２手段が、該第２の電力に所定のスカラー変数を乗ずる手段を含むことを特徴とした無線通信品質推定装置。
【請求項９】
請求項７において、
該第２手段が、該受信信号における該既知信号の部分とデータ部分との電力比を求める手段と、該受信信号中のガードバンドの平均受信電力を求める手段と、該電力比及び該平均受信電力を用いて該第２の電力を求める手段とを含むことを特徴とした無線通信品質推定装置。
【請求項１０】
請求項７において、
該サブキャリアのサンプル点数が充分に大きく隣接サブキャリア間の周波数選択性が低いことを特徴とした無線通信品質推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信品質推定方法及び装置に関し、特に無線通信用端末又は無線通信用基地局において、対向する基地局又は端末との間の無線通信品質を推定する方法とその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られている無線通信品質推定方法及び装置を図3及び図4を参照して以下に説明する。なお、ここでは一例として、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)技術を基本として説明する。【０００３】
まず、無線通信品質を推定するシステムとして、図3に示すように、無線通信用端末1と所望基地局2と干渉基地局3とで構成されるシステムを考える。【０００４】
無線通信信号のフレーム同期が正常に確立したと仮定して、FFT（高速フーリェ変換）後におけるk番目の周波数ポイントfkにおけるダウンリンクの信号モデルを下記の式(1)に定義する。【０００５】
【数１】
2008129636.tif 000003
【０００６】
ここで、y(fk)は端末1でのFFT後の受信信号、x(fk)は所望基地局2から端末1へ送られた既知信号（プリアンブル）(BPSK:±1)、v(fk)は干渉基地局3から端末1へ送られた既知信号(BPSK:±1)、h(fk)は所望基地局2から端末1への伝搬路応答、u(fk)は干渉基地局3から端末1への伝搬路応答、n(fk)は端末1側の熱雑音を表す。なお、x(fk)とv(fk)は自己相関と相互相関が低い既知信号を仮定している。【０００７】
このとき、従来手法では下記の式(2)により、無線通信品質CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)convを伝搬路応答h(fk)の推定値
2008129636.tif 000004
を用いて等価的に表している。【０００８】
【数２】
2008129636.tif 000005
【０００９】
ここで
2008129636.tif 000006
はh(fk)の推定値である。【００１０】
すなわち、図4に示す如く、端末1では、受信信号y(t)をFFT演算部110でFFT演算して周波数領域の受信信号y(fk)に変換した後、この受信信号y(fk)に基づきチャネル推定部120で伝搬路応答h(fk)の推定値
2008129636.tif 000007
を演算して出力する。この推定値
2008129636.tif 000008
は電力計算部130及び140に送られる。【００１１】
電力計算部130では、チャネル推定値
2008129636.tif 000009
と既知信号発生部150から発生された既知信号x(fk)とを乗算し、その二乗和を計算することによりチャネル推定値
2008129636.tif 000010
を用いた所望信号の電力
2008129636.tif 000011
を求める。電力計算部140では、推定値
2008129636.tif 000012
と既知信号x(fk)と受信信号y(fk)とで端末1側の干渉信号及び雑音の電力
2008129636.tif 000013
を求める。【００１２】
そして、演算部160で、電力計算部130及び140の計算値をそれぞれ分子及び分母とした上記の式(2)による無線通信品質CINRconvを求める。【００１３】
なお、複数の副搬送波に所定のパイロットシーケンスをエレメント別に相関させて出力する相関器と、前記相関器から出力された複数の副搬送波に対する相関値と少なくとも一つの隣接した副搬送波から求められる相関値との差を計算して出力する信号雑音算出部と、前記信号雑音算出部からの前記各副搬送波に対する相関値間の差から干渉及び雑音パワーを求める干渉及び雑音パワー算出部とを含む通信システムにおける干渉及び雑音推定装置及びその方法がある（例えば特許文献1参照。）。【００１４】
この特許文献1では、無線通信品質CINR＝(受信信号電力−干渉雑音電力)/干渉雑音電力の算出式により、CINR推定値を求めている。
【特許文献１】特開2005-204307号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記の推定値
2008129636.tif 000014
の一番簡単な求め方は、
2008129636.tif 000015
であるが、この場合、当該
2008129636.tif 000016
を式(2)に代入すると下記の式(3)に示すように分母が“0”になるため、CINRconvは無限大となってしまい、正しい値を求めることができない。【００１６】
【数３】
2008129636.tif 000017
【００１７】
そこで、推定値
2008129636.tif 000018
【００１８】
の求め方を変更し、fkの前後サブキャリアにおける伝搬路応答(h(fk-1);h(fk);h(fk+1),u(fk-1);u(fk);u(fk+1))の周波数選択性がほとんど無いことを利用して、下記の式(4)で定義される推定方法を用いる。【００１９】
【数４】
2008129636.tif 000019
【００２０】
式(1)及び式(4)を式(2)に代入すると下記の式(5)となる。【００２１】
【数５】
2008129636.tif 000020
【００２２】
一方、理想的な無線通信品質情報は下記の式(6)で定義される。【００２３】
【数６】
2008129636.tif 000021
【００２４】
ここでPSOI, PSNOI,及びPnは下記の式(7)で表される。【００２５】
【数７】
2008129636.tif 000022
【００２６】
なお、式(6)におけるu(fk)v(fk)とn(fk)との相互相関は低いので両者の乗算値は無視されている。【００２７】
前述したように、x(fk)とv(fk)は自己相関と相互相関が低い既知信号を仮定しているので、式(5)の分母における第一項は上記の式(7)を用いると、下記の式(8)の関係が得られる。【００２８】
【数８】
2008129636.tif 000023
【００２９】
また式(5)の分母における第二項はガウス分布の足し算なので、式(7)を用いると下記の式(9)の関係がある。【００３０】
【数９】
2008129636.tif 000024
【００３１】
また、式(5)の分子における第二項は、式(7)を用いると下記の式(10)の関係がある。【００３２】
【数１０】
2008129636.tif 000025
【００３３】
また式(5)の分子における第三項はガウス分布の足し算なので、式(7)を用いると下記の式(11)の関係がある。【００３４】
【数１１】
2008129636.tif 000026
【００３５】
上記の式(8)及び式(9)より、式(5)の分母が取り得る範囲は下記の式(12)で与えられる。【００３６】
【数１２】
2008129636.tif 000027
【００３７】
また式(10)及び式(11)より、式(5)の分子が取り得る範囲は下記の式(13)で与えられる。【００３８】
【数１３】
2008129636.tif 000028
【００３９】
上記の式(12)及び式(13)より、従来手法によって求めた無線通信品質CINRconvは理想的な式(6)の分母及び分子とそれぞれ異なる値を取る。更に式(13)には必要ないPSNOIとPnの成分が入っており、理想値からの誤差が大きくなるという課題がある。【００４０】
なお、ここでは3つのサブキャリアとの平均値で伝搬路応答を求めたが、3つ以外の場合でも上記と同様な問題が生じる。【００４１】
従って、本発明は、できるだけ理想値に近い無線通信品質(CINR)を推定できる方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４２】
上記の目的を達成するため、本発明に係る無線通信品質推定方法（又は装置）は、受信した所望信号の電力を示す第１の電力を求める第１ステップ（又は手段）と、受信した干渉信号の電力と雑音電力との和を示す第２の電力を求める第２ステップ（又は手段）と、該第１の電力と第２の電力との比から無線通信品質を求める第３ステップ（又は手段）と、を備え、該第１及び第２の電力が互いに相関の無い推定値であることを特徴とする。【００４３】
ここで、上記の第１ステップは、隣接する二つのサブキャリアにおける受信信号と既知信号との比の共役複素数同士の積に基づいて該第１の電力を求めるステップを含み、該第２ステップは、該受信信号と該既知信号と該受信信号に対するチャネル推定値とに基づいて該第２の電力を求めるステップを含むことができる。【００４４】
すなわち、式(5)で表されるような従来手法では、式(5)の分子には不必要なPSNOIとPnが含まれているので、PSNOIとPnの成分を除去することによって、式(6)で表される理想的な通信品質情報の分子に近い値（所望信号電力）にすることが可能となる。【００４５】
また、式(12)の分母に関しては求めたいPSNOIとPnだけしか含まれていないので、上記の第２ステップでは、スカラー変数を乗算すればよい。スカラー変数を乗算することによって、式(6)で表される理想的な通信品質情報の分母に近い値にすることが可能となる。【００４６】
また、上記の第２ステップは、該受信信号における該既知信号の部分とデータ部分との電力比を求めるステップと、該受信信号中のガードバンドの平均受信電力を求めるステップと、該電力比及び該平均受信電力を用いて該第２の電力を求めるステップとを含むことができる。【００４７】
すなわち、受信信号における既知信号部分がデータ部分より大きい場合等を考慮してPSNOIとPnの成分を補正することができる。【００４８】
なお、上記のサブキャリアは、そのサンプル点数が充分に大きく隣接サブキャリア間の周波数選択性が低いことが好適である。
【発明の効果】
【００４９】
本発明により、無線通信品質情報の正確さが高まる。その結果、適応変調/コーディングを誤り無く実行できる。そのため再送要求などのオーバヘッド回数が減ることでシステムのスループットを上げられるだけでなく、処理遅延を抑えることが可能となり、以て効率の良いシステムを構築することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
実施例[1]
本発明の実施例[1]では、まず、無線通信品質CINRの分母（干渉信号＋雑音電力）には下記の式(14)のように式(2)の分母にスカラー変数αを乗算する。【００５１】
【数１４】
2008129636.tif 000029
【００５２】
式(12)より、
2008129636.tif 000030
は、
2008129636.tif 000031
の範囲の値をとるので、平均的に
2008129636.tif 000032
に近い値になる。従って、αとしては9/8から3/2の間
2008129636.tif 000033
を取ればよい。   【００５３】
また、無線通信品質CINRの分子（キャリア（所望信号）電力）には、式(2)の分子の代わりに下記の式(15)で定義される推定値を用いる。【００５４】
【数１５】
2008129636.tif 000034
【００５５】
上記の式(15)で隣接する２つのサブキャリアを用いているのは、他の基地局からの電波も抑圧するためであるが、上述の如く隣接サブキャリア間には周波数選択性が殆んど無いので、実質的には同一サブキャリアで共役複素数の積を求めていることになる。【００５６】
ここで、
2008129636.tif 000035
と定義すると、
2008129636.tif 000036
は下記の式(16)式で与えられる。【００５７】
【数１６】
2008129636.tif 000037
【００５８】
上記の式(16)より、
2008129636.tif 000038
は下記の式(17)で与えられる。【００５９】
【数１７】
2008129636.tif 000039
【００６０】
上記の如く、x(fk)とv(fk)は自己相関と相互相関が低く、また、n(fk)は白色ガウス雑音を想定しているので、kのサンプル点数が十分にあるとき、上記の式(17)の右辺第二〜第四項は実質的に“0”に等しく、以て式(15)は下記の式(18)の値に近づく。【００６１】
【数１８】
2008129636.tif 000040
【００６２】
この式(18)は、上記の式(7)のPSOIと等価であるので、式(6)の理想CINRidealは、式(14)と式(15)で下記の式(19)に示すように実現できることが分かる。【００６３】
【数１９】
2008129636.tif 000041
【００６４】
すなわち、図１に示す本発明に係る無線通信品質推定方法及び装置では、受信信号y(fk)と既知信号x(fk)とを用いて電力計算部13において、式(15)による所望信号の電力を求めると共に電力計算部14においては、式(14)による干渉信号＋雑音の電力にスカラー変数αを乗じた値
2008129636.tif 000042
【００６５】
を求める。そして、これら電力計算部13及び14でそれぞれ求めた電力を分子及び分母として式(19)による本発明のCINRprpを求めている。
・計算機シミュレーション結果
IEEE standard 802.16-2004のシステムを参考にして、計算機シミュレーションによって本実施例手法の評価を行う。シミュレーション諸元を下記の表１に示す。【００６６】
【表１】
2008129636.tif 000043
【００６７】
なお、FFTサイズが1024の場合、既知信号が挿入されている数（サブキャリア数k）は284個である。【００６８】
また従来手法と本発明手法をそれぞれ式(20)及び式(21)で具体的に定義する。【００６９】
【数２０】
2008129636.tif 000044
【００７０】
【数２１】
2008129636.tif 000045
【００７１】
なお、上記の式(20)及び式(21)において、伝搬路推定値は式(4)より、
2008129636.tif 000046
とする。また、式(21)の分母における“282”はチャネル推定値
2008129636.tif 000047
がサブキャリアの端の値を取れないため、“1”だけ少なくなっている。【００７２】
上記の式(20)及び式(21)によるシミュレーション結果を図2(2)及び(1)に示す。横軸は理想値CINRidealとの誤差の絶対値表示[db]で、縦軸はCDF（累積密度関数:確率）である。すなわち、図2のシミュレーション結果は、端末1に対して離散的に与えた受信信号y(f)から式(6)と式(19)及び式(20)を用いてそれぞれ演算した無線通信品質CINRの精度（理想無線通信品質CINRidealからの誤差）を示したものである。【００７３】
また、シナリオ1〜6は、パラメータ（既知信号x,v、端末側の熱雑音n、及び所望基地局及び干渉基地局からの各伝搬路応答h,u）を変えることにより、式(6)の理想無線通信品質CINRidealがそれぞれ平均で2,8, 14, 20, 25, 25[dB]となるような想定システムに対応している。【００７４】
同図(1)に示す本発明手法の方が、同図(2)に示す従来手法より、理想無線通信品質CINRidealに近い確率が高く特性が良好であることが確認できる。【００７５】
実施例[2]
上記の実施例[1]では、受信信号フレームにおける既知信号（プリアンブル）をデータ部分と擬制して無線通信品質CINRを求めたものであるが、実際には、既知信号部分の方がデータ部分より電力が大きいことがあり、本実施例[2]では、これに対するオフセットを掛けている。【００７６】
すなわち、既知信号部分とデータ部分の電力比βが下記の式(22)で与えられるとき(β≧1のとき)、本発明では上記の式(21)のCINRprpを下記の式(23)で計算することができる。【００７７】
【数２２】
2008129636.tif 000048
【００７８】
【数２３】
2008129636.tif 000049
【００７９】
ここで、
2008129636.tif 000050
はPnの推定値である。具体的にはガードバンドの平均受信電力を求めることで計算できる。【００８０】
なお、上記の式(23)では、分母において、上記と同様の第一項に雑音電力成分
2008129636.tif 000051
を加えればよいが、同第一項にはPnが含まれているので、
2008129636.tif 000052
としている。【００８１】
なお、本発明は、上記実施例によって限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づき、当業者によって種々の変更が可能なことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明に係る無線通信品質の推定方法及び装置の構成例を示したブロック図である。
【図２】本発明及び従来例の計算機シミュレーションによる無線通信品質CINRを示したグラフ図である。
【図３】本発明及び従来例に共通の一般的な無線通信系統を示したブロック図である。
【図４】従来例よる無線通信品質の推定方法及び装置の構成例を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００８３】
1  端末
2  所望基地局
3  干渉基地局
11  FFT演算部
12  チャネル推定部
13, 14  電力計算部
15  既知信号発生部
16  CINR演算部
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【図１】
2008129636.tif 000053
【図２】
2008129636.tif 000054
【図３】
2008129636.tif 000055
【図４】
2008129636.tif 000056
【国際調査報告】
2008129636.tif 000057
2008129636.tif 000058
2008129636.tif 000059
2008129636.tif 000060