(57)【要約】      （修正有）【課題】  同期と伝送劣化推定を併せて実行することができ、それにより受信パケットのデコーディングのための貴重な時間が節約される。【解決手段】  同期と伝送劣化推定を併せて実行するための方法及びソフトウェアプログラムを提供する。パケットに含まれる既知のデータパターンと、既知の受信機スプリアス周波数とを用いて、アルゴリズムは、それぞれの制約された範囲における最良の周波数オフセット選択肢とタイミングオフセット選択肢との組合せを与えるようなエラー測定の最小値と共に、信号の大きさ及び位相、少なくとも１つのＤＣオフセットの大きさ及び位相、スプリアスの大きさ及び位相の推定値を求めることができるのが好ましい。【選択図】    図２
2006191587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムにおいて同期と伝送劣化推定を実行する方法であって、
初期同期を実行する過程と、
前記初期同期に基づき周波数オフセットの取り得る値を第１の範囲内に限定し、前記第１の所定の範囲内で第１の離散数の周波数オフセット選択肢を与える過程と、
前記初期同期に基づきタイミングオフセットの取り得る値を第２の範囲内に限定し、前記第２の範囲内で第２の離散数のタイミングオフセット選択肢を与える過程と、
パケットに含まれる既知のデータパターンと、既知の受信機スプリアス周波数とを用いて、エラー測定の最小値を与えるような周波数オフセット選択肢とタイミングオフセット選択肢との組合せを前記第１の範囲及び前記第２の範囲において決定し、それによって、信号の大きさ及び位相の推定値、少なくとも１つのＤＣオフセットの大きさ及び位相の推定値、スプリアスの大きさ及び位相の推定値を求める過程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記エラー測定の前記最小値を決定する過程が、前記信号の大きさ及び位相と、前記ＤＣオフセットの大きさ及び位相と、前記スプリアスの大きさ及び位相とを含むような最小２乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムを用いる過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記最小２乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムが、次式
2006191587.tif 000021
によって求められることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記エラー測定の前記最小値が、次式
2006191587.tif 000022
によって求められることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
無線通信システムにおいて同期と伝送劣化推定を併せて実行するためのソフトウェアプログラムであって、
初期同期に基づき周波数オフセットの取り得る値を第１の範囲内に限定し、前記第１の範囲内で第１の離散数の周波数オフセット選択肢を与えるためのコードと、
前記初期同期に基づきタイミングオフセットの取り得る値を第２の範囲内に限定し、前記第２の範囲内で第２の離散数のタイミングオフセット選択肢を与えるためのコードと、
パケットに含まれる既知のデータパターンと既知の受信機スプリアス周波数とを用いるためのコードと、
前記第１の範囲及び前記第２の範囲において周波数オフセット選択肢とタイミングオフセット選択肢の最良の組合せを与えるようなエラー測定の最小値と、信号の大きさ及び位相の推定値、少なくとも１つのＤＣオフセットの大きさ及び位相の推定値、スプリアスの大きさ及び位相の推定値を決定するためのコードとを含むことを特徴とするソフトウェアプログラム。
【請求項６】
前記エラー測定の前記最小値を決定するための前記コードが、信号の大きさ及び位相と、少なくとも１つのＤＣオフセットの大きさ及び位相と、スプリアスの大きさ及び位相とを含むような最小２乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムを含むことを特徴とする請求項５に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項７】
前記最小２乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムが、次式
2006191587.tif 000023
によって求められることを特徴とする請求項６に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項８】
前記エラー測定の前記最小値が、次式
2006191587.tif 000024
によって求められることを特徴とする請求項７に記載のソフトウェアプログラム。
【請求項９】
前記行列（ＭＴＭ）−１ＭＴが、予め計算済みであることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記受信波形
2006191587.tif 000025
が、処理開始前にメモリに格納されていることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
無線通信システムにおいて同期と伝送劣化推定を実行する方法であって、
初期同期を実行する過程と、
前記初期同期に基づき周波数オフセットの取り得る値を第１の範囲内に限定する過程と、
前記初期同期に基づきタイミングオフセットの取り得る値を第２の範囲内に限定する過程と、
パケットに含まれる既知のデータパターンと、既知の受信機スプリアス周波数とを用いて、エラー測定の最小値を与えるような周波数オフセット選択肢とタイミングオフセット選択肢との組合せを前記第１の範囲及び前記第２の範囲において決定し、それによって、信号の大きさ及び位相の推定値、少なくとも１つのＤＣオフセットの大きさ及び位相の推定値、スプリアスの大きさ及び位相の推定値を求める過程とを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信に関し、特に、パケットで送信される既知のデータパターンを用いて同期と伝送劣化推定（impairment estimation）を併せて行うための方法及びソフトウェアプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムにおいて、受信機は、パケットの正確なデコードを確実にするためにキャリア／タイミング同期を達成する必要がある。更に、受信機は、ＤＣオフセットやスプリアス信号または干渉信号（即ちスプリアス）など種々のアナログ回路伝送劣化を推定しかつ補正しなければならない。個々に同期を取ったり伝送劣化推定を実行したりするために多くのアルゴリズムを用いることができる。例えば、非特許文献１には、ＰＬＣＰプリアンブルと、低精度及び高精度の周波数推定を実行する際のショートトレーニングシンボル及びロングトレーニングシンボルの機能に関する記載がある。種々の文献（例えば非特許文献２及び３）には、ＰＨＳ同期に関する方法が記載されている。一般的に、伝送劣化の推定に関しては、ＤＣオフセットの推定は平均化によって（例えばローパスフィルタを用いて）行うことができ（例えば特許文献１を参照）、スプリアスの推定はＤＣに変換してその後平均化することによって（例えばスプリアス周波数でバンドパスフィルタを用いて）行うことができる。これらのアルゴリズムをコンピュータで計算するとなると、他の重要な受信機機能、例えばパケットペイロードの実際のデコーディングに用いることができたであろう貴重な時間が浪費される。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，７８５，５２３号明細書
【非特許文献１】IEEE 820.11a standard (1999) in Section 17.3.2.1(a)
【非特許文献２】Matsumoto, Y. et al, “π/4-shift QPSK Coherent Detection Demodulator for TDMA/TDD systems,” Vehicular Technology Conference, 1993 IEEE 43rd.
【非特許文献３】Matsumoto, Y. et al, “A Low Power Demodulator LSIC for Personal Communications High Performance Coherent Detection Demodulator,” PIMRC, 1994.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明は、上記に鑑み、同期と伝送劣化推定を速やかに行う技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、同期と伝送劣化推定を併せて実行することができ、それによって、受信パケットのデコーディングのための貴重な時間が節約される。ＴＤＭＡシステム（例えばＰＨＳ（personal handy phone system））においては、初期同期の実行が可能である。この初期同期を用いて、周波数オフセット選択肢とタイミングオフセット選択肢を制約された範囲内に限定することが可能であるのが好ましい。パケットに含まれる既知のデータパターンと、既知の受信機スプリアス周波数とを用いて、アルゴリズムは、それぞれの制約された範囲における最良の周波数オフセット選択肢とタイミングオフセット選択肢との組合せを与えるようなエラー測定の最小値と、信号の大きさ及び位相の推定値、少なくとも１つのＤＣオフセットの大きさ及び位相の推定値、スプリアスの大きさ及び位相の推定値を求めることができるのが好ましい。
【０００６】
エラー測定の最小値を決定する過程には、信号の大きさ及び位相、ＤＣオフセットの大きさ及び位相、スプリアスの大きさ及び位相を含むような最小２乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムを用いる過程を含めることができる。最小２乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムは、次式によって求めることができる。
2006191587.tif 000003
ここで、最小エラーは次式によって求めることができる。
2006191587.tif 000004
【発明の効果】
【０００７】
同期と伝送劣化推定を併せて実行することができ、それにより受信パケットのデコーディングのための貴重な時間が節約される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の一実施形態に基づき、受信機は、短い既知のデータパターンを用いて同期と伝送劣化推定を併せて行うことができる。この短い既知のデータパターンは「ユニークワード」と呼ばれる。特に、無線通信システムにおいてセルステーションは伝送のための他とはっきり異なるユニークワードを有し得る。同様に、無線通信システムにおいて送受器は伝送されるディジタル情報に組み込まれたユニークワードを有するが、これはセルステーションのためのユニークワードと異なっていてもよい。プリアンブル１０１と、ユニークワード１０２と、ペイロード１０３と、巡回冗長検査（ＣＲＣ）値１０４とを含むパケットの簡単な図を図１に示す。
【０００９】
一実施形態において、ユニークワード１０２は、８シンボル（即ち１６ビット）しか有しない。ＰＨＳ規格に基づき、受信機は、ユニークワード１０２をデコードしてビットエラーが存在するか否かを判定する。ビットエラーがなければ、受信は良好であり、ペイロード１０３を正確にデコードすることができる。ユニークワード１０２はＣＲＣ値１０４に冗長機能を効果的に与えるが、それはペイロード１０３のデコーディングが完了する前であることに留意されたい。本発明の一側面によれば、ユニークワードを用いて２つの目的を達成する、即ち（１）ビットエラーの存在を判定し、（２）同期と伝送劣化推定（ＤＣオフセットやスプリアスなど）を併せて行うことができるのが好ましい。
【００１０】
ＤＣオフセット及び／またはスプリアスが存在する場合には、特定の時間間隔の受信信号波形
2006191587.tif 000005
は、次式によって求めることができる。
2006191587.tif 000006
ここで、ベクトル
2006191587.tif 000007
はユニークワードの波形、Ａは信号の大きさ及び位相を表す複素数値、ＢはＤＣオフセットの大きさ及び位相を表す複素数値、Ｃはスプリアスの大きさ及び位相を表す複素数値、woffsetは送信機と受信機間の周波数オフセット、wspurは受信機スプリアス周波数である。これらの変数のうち、ユニークワード
2006191587.tif 000008
と受信機スプリアス周波数wspurのみが既知である。従って、信号の大きさ及び位相Ａ、ＤＣオフセットの大きさ及び位相Ｂ、スプリアスの大きさ及び位相Ｃ、周波数オフセットwoffset（即ち６変数中の４変数）は未知である。
【００１１】
別の未知の変数即ちタイムオフセットが存在することも黙示的に認識できることに留意されたい。具体的には、ｙはオーバーサンプルされた信号であり、ユニークワード波形に対応する開始サンプルのタイミングオフセットは最初から既知であるわけではない。しかし、ＴＤＭＡシステムにおいて各パケットは特定の間隔で届くので、±１シンボルなどの制約された範囲内でタイミングを推定するには十分である。一実施形態では、各シンボルは８つのオーバーサンプルされたサンプル時間を有し得るので、ユニークワードの初期サンプルに対応する受信波形の初期サンプルに対して異なる１７の選択肢を与える。このように、本発明の一側面に基づき、初期同期中にこの所定範囲を用いてタイムオフセット値の取り得る値を限定（または「制約」）することが可能であるのが好ましい。
【００１２】
本発明の別の側面に基づけば、非常に精度の高い温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）を用いた周波数オフセットwoffsetの推定が可能である。別の実施形態では、２００４年１２月３０日に出願された「Frequency Offset Correction Techniques For Crystals Used In Communication Systems」と題する米国特許出願第１０／ＸＸＸ，ＸＸＸ号に開示された方法を用いて、周波数オフセットwoffsetを推定することもできる。尚、上記米国特許出願は、引用を以って本明細書の一部となす。非ＴＣＸＯの周波数を得るためにオープンループの温度ベース技術とクローズドループの周波数推定ベース技術の両方を用いることができるのが好ましい。これらの技術を用いて、周波数オフセットwoffsetの取り得る値を即座に±２ｐｐｍに限定することができる。この場合、０．２５ｐｐｍの測定単位で９つの周波数オフセットが可能であることがある。このように、初期同期中にこの所定範囲を用いても周波数オフセット値の取り得る値を限定することが可能であるのが好ましい。
【００１３】
実施形態によっては、woffsetまたはタイムオフセット値は、制約された範囲の値が単一の値であることがあり、十分に正確に知られていることがある。
【００１４】
特に、タイミングオフセット変数及び周波数オフセット変数の値を限定してしまえば、可能なタイミングオフセットと周波数オフセットの各ペアに対して残る未知の変数は３つだけ、即ちＡ、Ｂ、Ｃだけになる。
【００１５】
式１は
2006191587.tif 000009
の場合に
2006191587.tif 000010
と書き換えることができることに留意されたい。
【００１６】
所与の周波数オフセットfreq_offset及びタイミングオフセットtim_offsetに対し、未知数（Ａ、Ｂ、Ｃ）を次のＬＭＳアルゴリズムによって求めることができる。
2006191587.tif 000011
ここで、残留エラー（residual error）は
2006191587.tif 000012
によって求めることができる。
【００１７】
上式で、
2006191587.tif 000013
は、制約された範囲内で特定の時間サンプルから始まる受信信号を表す。
【００１８】
幾つかの実施形態では、スプリアスまたはＤＣ値の寄与は僅かであることが知られているであろうから、式３中の
2006191587.tif 000014
または
2006191587.tif 000015
を省いてＭ行列を単純化することができる。例えば、スプリアスが重要でないことが分かっていれば、Ｍ行列中
2006191587.tif 000016
の項と
2006191587.tif 000017
の入力を省くことができる。
【００１９】
重要なことであるが、項
2006191587.tif 000018
及び
2006191587.tif 000019
は既知であり、離散的でかつ取り得る値が限定されているので、行列（ＭＴＭ）−１ＭＴを予め計算しておくことができるのが好ましい。
【００２０】
同期と伝送劣化推定を併せて実行するために好ましい使用可能な技術２００を図２に示す。この技術では、ステップ２０１は、ＴＤＭＡシステム（時分割多元接続方式。デジタルデータ送信を各装置に「交代で」割り当てることにより、同じ周波数帯を複数の装置で同時に共有することができるようにする。各装置に割り当てられる時間をタイムスロットと呼ぶ。）において初期同期を実行する過程を含み得る。
【００２１】
一実施形態においては、制御装置（例えばセルステーションまたはベースステーション）からの受信パケット（例えばＣＣＨ、ＴＣＨ、または同期バースト伝送）を用いてこの初期同期を実行することができる。ＣＣＨパケットは、制御チャネル（ＰＨＳ電話が接続ステータス及び制御データをリッスンする所定周波数）で送信される長いプリアンブル・エンティティである。ＴＣＨパケット（伝送チャネルを通るＴＤＭＡデータパケット）は、比較的短いプリアンブルデータと、伝送チャネルで時々発生する同期ブロックとを有する（同期ブロックは、ＣＣＨパケットとほとんど同じプリアンブル特性を与えるが制御データは与えない）。
【００２２】
この初期同期に基づき、ステップ２０２において、所定数の周波数オフセット選択肢とタイミングオフセット選択肢を所定範囲内に限定することが可能であるのが好ましい。これらの所定の周波数／タイミングオフセット選択肢が与えられ、パケットに含まれる既知のデータパターンと、既知の受信機スプリアス周波数とが与えられると、ステップ２０３においてそれぞれの範囲で最良の周波数オフセット選択肢とタイミングオフセット選択肢との組合せを与えるような最小値
2006191587.tif 000020
と、信号の大きさ及び位相Ａの推定値、ＤＣオフセットの大きさ及び位相Ｂの推定値、スプリアスの大きさ及び位相Ｃの推定値を求めることができる。エラー表面３０１を含む離散点空間３００のグリッドの例を図３に示す。エラー表面３０１において、矢印３０２は最小エラーを示している。
【００２３】
添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、本発明がこれらの明確な実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。上記した実施形態は、本発明を網羅する意図で開示したものでも本発明を明確な形状に限定する意図で開示したものでもない。そのようなものとして、多くの改変及び変形ができることは明らかであろう。
【００２４】
例えば、一実施形態において、信号のバッファリングを行うことができ、それによって、同期と伝送劣化推定を実行した後に受信機が「遅れを取り戻す」ことが可能になる。別の実施形態においては、ソフトウェアプログラムを使って、無線通信システムにおいて同期と伝送劣化推定を併せて実行することができる。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載された請求項によって画定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】プリアンブルと、ユニークワードと、ペイロードと、巡回冗長検査値とを含むパケットの簡単な図である。ユニークワードは、送受器またはセルステーションとして伝送エンティティを識別することができるデータパターンとして知られている。
【図２】同期と伝送劣化推定を併せて実行する技術を示す図である。
【図３】エラー表面を含む離散点空間のグリッドの例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１００  パケット
１０１  プリアンブル
１０２  ユニークワード
１０３  ペイロード
１０４  ＣＲＣ
３００  離散点空間
３０１  エラー表面
【図１】
2006191587.tif 000026
【図２】
2006191587.tif 000027
【図３】
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