(57)【要約】  OFDM符号化ディジタル信号の受信器用の信号処理の方法。OFDM符号化ディジタル信号は、いくつかの周波数チャネルにおいてデータ・シンボル・サブキャリアとして送信される。サブキャリアの部分集合は、受信器に既知のパイロット値(ap)を有するパイロット・サブキャリアの形式をとる。まず、受信信号（y0）が得られ、受信信号（y0）及び既知のパイロット値（ap）からパイロット・サブキャリアでパイロット・チャネル伝達関数（H0）の第１の推定が次いで得られる。次いで、チャネル伝達関数（H１）の第２の推定が、パイロット・チャネル伝達関数（H0）からサブキャリア全てで行われる。チャネル伝達関数（H１）の導関数（H’1）の第３の推定が、チャネル伝達関数（H１）と、過去のOFDMシンボルからのチャネル伝達関数（H3）から行われる。最後に、クリーニングされた受信信号（y1）の第４の推定を、パイロット誘起干渉の除去によって、導関数（H’1）、受信信号(y0)及びパイロット値（ap）から行う。
2008501274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
OFDM符号化ディジタル信号を処理する方法であって、前記OFDM符号化ディジタル信号は、いくつかの周波数チャネルにおいてデータ・シンボル・サブキャリアとして送信され、前記サブキャリアの部分集合は、既知パイロット値を有するパイロット・サブキャリアであり、
受信信号を得る工程と、
前記受信信号及び前記既知パイロット値からパイロット・サブキャリアでパイロット・チャネル伝達関数の第１の推定を行う工程と、
前記パイロット・チャネル伝達関数からサブキャリア全てでチャネル伝達関数の第２の推定を行う工程と、
該チャネル伝達関数の導関数を該チャネル伝達関数と、
過去又は将来のOFDMシンボルからのチャネル伝達関数から第３の推定を行う工程と、
パイロット誘起干渉の除去によって、前記導関数、前記受信信号及び前記パイロット値から、クリーニングされた信号の第４の推定を行う工程とを備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項1記載の方法であって、
前記クリーニングされた信号及び該チャネル伝達関数からのデータ値の第５の推定を行う工程と、
キャリア間干渉（ICI)の除去によって、前記クリーニングされた信号、前記導関数及び前記データ推定から第２の受信信号の第６の推定を行う工程と
前記第２の受信信号及び前記パイロット値から、パイロット位置でパイロット・チャネル伝達関数の第７の推定を行う工程と、
サブキャリア全てでの該チャネル伝達関数の第８の推定を行う工程とを更に備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法であって、前記第４の推定は、パイロット誘起干渉をサブキャリアの部分集合のみから除去することによって行われることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の方法であって、前記第３の推定はウィナー・フィルタであることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１、２又は３に記載の方法であって、前記第２の推定はウィナー・フィルタであることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１、２又は３に記載の方法であって、前記第８の推定はウィナー・フィルタであることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項４、５又は６に記載の方法であって、前記ウィナー・フィルタは、予め算出されたフィルタ係数を有するFIRフィルタであることを特徴とする方法。
【請求項８】
OFDM符号化ディジタル信号を処理するよう形成された信号プロセッサであって、前記OFDM符号化ディジタル信号は、いくつかの周波数チャネルにおいてデータ・シンボル・サブキャリアとして送信され、前記サブキャリアの部分集合は、既知パイロット値を有するパイロット・サブキャリアの形式をとり、
受信信号と、
該受信信号及び前記既知パイロット値からパイロット・サブキャリアでパイロット・チャネル伝達関数を推定するよう形成された第１の推定器と、
前記パイロット・チャネル伝達関数からサブキャリア全てでチャネル伝達関数を推定するよう形成された第２の推定器と、
該チャネル伝達関数の導関数を該チャネル伝達関数と、過去のOFDMシンボルからのチャネル伝達関数から推定するよう形成された第３の推定器と、
パイロット誘起干渉の除去によって前記導関数、前記受信信号及び前記パイロット値から、クリーニングされた信号を推定するよう形成された第４の推定器とを備えることを特徴とする信号プロセッサ。
【請求項９】
OFDM符号化ディジタル信号を受信するよう形成された受信器であって、前記OFDM符号化ディジタルはいくつかの周波数チャネルにおいてデータ・シンボル・サブキャリアとして送信され、前記サブキャリアの部分集合は、既知パイロット値を有するパイロット・サブキャリアであり、
受信信号と、
該受信信号及び前記既知パイロット値からパイロット・サブキャリアでパイロット・チャネル伝達関数を推定するよう形成された第１の推定器と、
前記パイロット・チャネル伝達関数からサブキャリア全てでチャネル伝達関数を推定するよう形成された第２の推定器と、
該チャネル伝達関数の導関数を該チャネル伝達関数と、過去のOFDMシンボルからのチャネル伝達関数から推定するよう形成された第３の推定器と、
パイロット誘起干渉の除去によって前記導関数、前記受信信号及び前記パイロット値から、クリーニングされた信号を推定するよう形成された第４の推定器とを備えることを特徴とする受信器。
【請求項１０】
モバイル装置であって、請求項９記載の受信器を備えることを特徴とするモバイル装置。
【請求項１１】
モバイル装置であって、請求項１乃至８の何れかに記載の方法を行うよう形成されたことを特徴とするモバイル装置。
【請求項１２】
電気通信システムであって、請求項１０又は１１に記載のモバイル装置を備えることを特徴とする電気通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムにおける、符号化ディジタル信号の受信器用の信号処理方法、及び対応する信号プロセッサに関する。
【０００２】
本発明は、OFDM符号化ディジタル信号を受信するよう形成された受信器と、該受信器を備えたモバイル装置とに更に関する。本発明は、前述のモバイル装置を備えた電気通信システムにも関する。上記方法は、パイロット・サブキャリアを備えたOFDM手法を用いたシステム（地上ビデオ放送システムDVB-Tなど）において、改良されたチャネル係数を導き出すのに用いることができる。モバイル装置は、例えば、ポータブルTV、携帯電話、携帯情報端末、ポータブル・コンピュータ（ラップトップなど）やこれらの何れかの組み合わせであり得る。
【背景技術】
【０００３】
ディジタル情報（音声信号やビデオ信号など）の伝送用の無線システムでは、直交周波数分割多重手法（OFDM）が広く用いられている。OFDMを用いて周波数選択性フェーディング無線チャネルに対処することができる。データのインタリーブを、効率的なデータ回復、及びデータ誤り訂正手法の使用に用いることができる。
【０００４】
OFDMは今日、例えば、ディジタル・オーディオ放送（DAB）システムEureka（ユーレカ）147及び地上ディジタルビデオ放送システム（DVB-T）に用いられている。DVB-Tは、変調及び符号化モードに応じて、8MHzの帯域幅にわたって5‐３０Mbpsのネット・ビットレートをサポートする。８Kモードの場合、（合計８１９２のうちの）６８１７のサブキャリアを、１１１６Hzのサブキャリア間隔で用いる。OFDMシンボルの有効持続時間は896μsであり、ODFMガード・インターバルは持続時間の1/4、1/8、1/16又は1/32である。
【０００５】
しかし、車や電車などのモバイル環境では、受信器によって認識されるチャネル伝達関数は、時間の関数として変動する。OFDMシンボル内の伝達関数のそうした変動は、OFDMサブキャリア間のキャリア間干渉（ICI）（受信信号のドップラー広がりなど）をもたらし得る。キャリア間干渉は、車両速度の増加とともに増加し、対抗手段なしでの、限界速度を超える速度での高信頼度の検出を不可能にする。
【０００６】
信号処理手法は、国際公開第02/067525号パンフレット、国際公開第02/067526号パンフレット、及び国際公開第02/067527号パンフレットによって従来から知られている。前述の文献では、信号a、並びにOFDMシンボルのチャネル伝達関数H及びその時間導関数H’が、対象の特定のOFDMシンボルについて算出される。
【０００７】
更に、米国特許第６，６５４，４２９号明細書は、パイロット付加チャネル推定の手法を開示している。上記手法では、時間周波数空間における所定の位置を占めるようにパイロット・シンボルを既知の位置で各データ・パケットに挿入する。受信信号を、２次元逆フーリエ変換、2次元フィルタリング及び２次元フーリエ変換にかけて、チャネル伝達関数を推定するようにパイロット・シンボルを回復する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、あまり複雑でない信号処理の方法を提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、チャネル伝達関数の推定のための信号処理の方法を提供することである。この方法は、ウィナー・フィルタリング手法を用いるものであり、効率的である。
【００１０】
本発明の更なる目的は、チャネル伝達関数の推定のための信号処理の方法を提供することである。この方法では、推定はパイロット誘起干渉の除去によって更に改良される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
これら及び他の目的は、ＯＦＤＭ符号化ディジタル信号を処理する方法によって満たされ、この方法では、このＯＦＤＭ符号化ディジタル信号はいくつかの周波数チャネルにおいてデータ・シンボル・サブキャリアとして伝送され、このサブキャリアの部分集合が、既知のパイロット値を有するパイロット・サブキャリアである。この方法は、受信信号を得る工程を備える。次いで、この受信信号及びこの既知のパイロット値から、パイロット・サブキャリアでのパイロット・チャネル伝達関数の第１の推定が行われ、次いで、このパイロット・チャネル伝達関数から、サブキャリア全てでチャネル伝達関数の第２の推定が、例えば、ウィナー・フィルタを用いて行われる。このチャネル伝達関数の導関数の第３の推定が、このチャネル伝達関数と、過去又は将来のＯＦＤＭシンボルからのチャネル伝達関数から行われる。最後に、クリーニングされた信号の第４の推定を、パイロット誘起干渉の除去によってこの導関数、この受信信号、及びこのパイロット値から行う。このようにして、より好適な推定を得る。
【００１２】
この方法は、クリーニングされたこの信号及びこのチャネル伝達関数からのデータ値の第５の推定と、キャリア間干渉（ICI)の除去による、クリーニングされたこの信号、この導関数及びこのデータ推定からの第２の受信信号の第６の推定と、この第２の受信信号及びこのパイロット値からの、パイロット位置でのパイロット・チャネル伝達関数の第７の推定と、サブキャリア全てでのチャネル伝達関数の第８の推定とを更に備え得る。
【００１３】
本発明の別の実施例では、第４の推定は、パイロット誘起干渉の部分的な前置除去と呼ばれる、サブキャリアの部分集合のみからのパイロット誘起干渉除去によって行われる。このようにして、効率をあまり失うことなく計算を更に削減することができる。
【００１４】
第２、第３及び第８の推定では、ウィナー・フィルタ（予め算出されたフィルタ係数を備えたFIRフィルタなど）を用いることができる。
【００１５】
本発明の別の局面では、前述の方法工程を行うために、OFDM符号化ディジタル信号の受信器用の信号プロセッサが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の更なる目的、特徴及び利点は、添付図面を参照して、本発明の例示的な実施例の以下の説明を検討することによって明らかになるであろう。
【実施例】
【００１７】
干渉制限システムでは、干渉除去／抑制を利用した反復チャネル推定又は反復データ推定を、より好適な推定を得るために通常、用いている。こうした手法では、干渉除去に加え、主にデ―タ推定誤差によって、誤差が信号に挿入される。一部の干渉源（訓練シンボル又はパイロット・シンボル）を受信器が分かっている場合、受信信号からのこうしたパイロット誘起干渉の除去は、クロストーク／結合係数が得られると直ちに行うことが可能である。パイロットの前置除去は、データ推定に先行してこうした干渉を除去する。この手法は、ウィナー・フィルタリングを備えた反復チャネル推定が用いられる場合に特に効果的であるが、それは、これによって、パイロットで挿入される誤差がパイロットと互いに関係していないことが確実になるからである。
【００１８】
OFDMシステムにおける、倍の選択性のチャネル（例えば、高速移動車両におけるDVB-T信号の受信の場合）は、静的チャネル周波数応答及び非静的チャネル周波数応答を有するものとしてモデリングすることが可能である。これによって、一OFDMシンボル内の周波数応答の変動が求められる。チャネルが一シンボル内でゆっくりと変動する場合、以下のように一次変動のみを考慮することが可能である。
【００１９】
【数１】
2008501274.tif 000003
ここで、yは（N個のサブキャリアを備えた）受信ベクトルであり、aは伝送ベクトルであり、Hは静的周波数応答であり、H’は周波数応答の1次変動であり、
【００２０】
【数２】
2008501274.tif 000004
は、固定の漏れ行列（又は結合行列）であり、nは相加性白色ガウス雑音である。
【００２１】
上記チャネル・パラメータ（すなわち、H及びH’）を推定する種々のやり方が存在している。このうちの１つは、図１に示すウィナー・フィルタリングを用いた反復チャネル推定である。この手法の考え方は、より好適なチャネル・パラメータ推定を得るためにキャリア間干渉（ＩＣＩ）が抑制された受信信号を用いるものである。これは、以下のやり方によって達成される。まず、パイロット位置
【００２２】
【数３】
2008501274.tif 000005
でのＨの未補正推定が、既知のパイロット・シンボルapから得られる。
【００２３】
【数４】
2008501274.tif 000006
を次いで、第１Hウィナー・フィルタに供給して、サブキャリア全てでの
【００２４】
【数５】
2008501274.tif 000007
の第１の推定を得る。H’の推定は、
【００２５】
【数６】
2008501274.tif 000008
をH’ウィナー・フィルタに供給することによって得られる。
【００２６】
【数７】
2008501274.tif 000009
を又、受信信号y0とともにデータ推定器（１タップ又は複数タップのウィナー等化器）に供給してデータ・シンボル
【００２７】
【数８】
2008501274.tif 000010
の第１の推定を得る。
【００２８】
【数９】
2008501274.tif 000011
とともに、
【００２９】
【数１０】
2008501274.tif 000012
は、y0からICIを除去するのに用いる。パイロット位置
【００３０】
【数１１】
2008501274.tif 000013
でのHの新たな未補正推定を、ICI抑制受信信号y2から作成し、第２のHのフィルタに更に供給して
【００３１】
【数１２】
2008501274.tif 000014
を得る。
【００３２】
シミュレーションが示すところでは、チャネルのτrmsが1μsであり、最大ドップラー周波数が112Hzである場合、
【００３３】
【数１３】
2008501274.tif 000015
は平均的に、−20.3dBの平均二乗誤差（MSE）を有する。
【００３４】
【数１４】
2008501274.tif 000016
のMSEを処理するよう設計された11タップの第１Hウィナー・フィルタによって、平均的に、
【００３５】
【数１５】
2008501274.tif 000017
は期待通り、−２７ｄBに減少する。ICIの除去によって、
【００３６】
【数１６】
2008501274.tif 000018
のMSEは−28.9dBに減少する。しかし、適宜設計された11タップの第２のフィルタでは、平均的に、
【００３７】
【数１７】
2008501274.tif 000019
のMSEが−３１．３ｄBにしか減少しない一方、理論的には、−35.5dBになることが予想される。
【００３８】
しかし、非パイロットのサブキャリアが受ける干渉は、パイロット誘起干渉を備える。よって、非パイロット・サブキャリアからのシンボル推定は、パイロット誘起干渉も有することになる。こうした推定が、パイロットに備えられる干渉の除去に用いられる場合、パイロット誘起干渉は、自己干渉としてパイロットに加えられる。自己干渉は、パイロットに互いに関係付けられる。干渉及び雑音が所望の信号と互いに関係していないという前提に基づいて第２Hウィナー・フィルタが設計されているので、第２Ｈウィナー・フィルタは、期待される改良をもたらすことが可能でない。
【００３９】
考えられる解決策は、所望の信号Ｈと自己干渉との間の相関を考慮に入れることによって第２Ｈウィナー・フィルタリングを再設計することである。しかし、この手法は好ましくない。それは、異なるチャネル実現形態毎に相関が異なり、よって、第２Ｈウィナー・フィルタを、別のチャネル実現形態を有する都度、再設計しなければならない。
【００４０】
本発明によれば、別の手法は、パイロット前置除去と呼ばれることを行うことによって、パイロットにおける自己干渉を避けるものである。自己干渉は、干渉除去に用いるデータ推定がパイロット誘起干渉を何ら有していない場合に避けることが可能である。パイロット信号apが知られており、H’が推定されている場合、データ推定
【００４１】
【数１８】
2008501274.tif 000020
からの、パイロット誘起干渉の除去を行うことが可能である。しかし、以下のように、データ推定器に入る前に、受信信号y0からの除去を行うほうがより簡単であり、より好ましいものであり得る。
【００４２】
【数１９】
2008501274.tif 000021
ここで、ｋがパイロット指数に等しい場合、pk=apであり、さもなければ0である。パイロットの前置除去を備えたチャネル推定手法は、図２に示す。
【００４３】
図３はパイロット前置除去によってもたらされる改良を示す。パイロットの前置除去が、自己干渉の欠如によって、
【００４４】
【数２０】
2008501274.tif 000022
並びに
【００４５】
【数２１】
2008501274.tif 000023
のMSEを低下させる（約2.3ｄB）ことが明らかになった。
【００４６】
【数２２】
2008501274.tif 000024
のMSEは4.3ｄB減少し、第２Hウィナー・フィルタは約4.4dBの利得を得ることができる。
【００４７】
パイロット誘起干渉は、パイロットに最も近いデータ・サブキャリアにおいて最も強いため、最も近いサブキャリアは、パイロット前置除去が理由で、より低い干渉レベルを有することになる。よって、サブキャリアでのデータ推定の品質はより好適になる。図４は、パイロット前置除去前後の残留ICI電力レベル（すなわち、y0及びy1の残留ICI電力レベル）を示す。残留ICI電力抑制は、（パイロットの隣のサブキャリアでの）２．５ｄBと、（パイロットでの）0.1dBとの間で変動する。完全に分かっているH’を用いた特定のチャネル実現形態のシミュレーションから、この抑制は、
【００４８】
【数２３】
2008501274.tif 000025
のMSEを、パイロットに最も近いサブキャリアで2.5dB減少させ、２つのパイロット間のサブキャリアで0.1dB減少させる。
【００４９】
【数２４】
2008501274.tif 000026
の品質における改良は後に、y2におけるICIレベルを、特にパイロットで（約4dB）減少させ、パイロットの隣のサブキャリアで（１．５‐２ｄB）減少させる。
【００５０】
パイロット前置除去は、完全に、又は部分的に行うことが可能である。完全なパイロット前置除去（式(2)）では、一パイロットによって生じる干渉は、サブキャリアでの干渉の強度にかかわらず、他のサブキャリア全てから完全に除去される。しかし、これは必要でないことがあり得る。それは、パイロット誘起干渉、特に遠隔パイロットからのものが、近傍サブキャリアからの干渉と比較してかなり小さいことがあり得る。したがって、除去されたか否かは、サブキャリアにおける干渉レベルにあまり影響を及ぼすものでない。更に、チャネル推定の視点からは、パイロット誘起干渉は、特定の近傍サブキャリアからしか除去する必要がないことがあり得る。それは、自己干渉はずっと速く崩壊し、よって、最も近い近傍サブキャリアからのもののみが、他の干渉と同様に支配的であるからである。
【００５１】
図５は、完全なパイロット前置除去及び部分的なパイロット前置除去（パイロット誘起干渉が、パイロットの左右の、最も近い５つのサブキャリアからのみ除去される）を備えた、（特定のチャネル実現形態上の）
【００５２】
【数２５】
2008501274.tif 000027
及び
【００５３】
【数２６】
2008501274.tif 000028
のＭＳＥを比較している。部分的前置除去を備えた
【００５４】
【数２７】
2008501274.tif 000029
のMSEは完全な前置除去を備えたものよりも高いが、ＭＳＥにおける差が一定でないことが分かる。この差は、除去されないパイロット間干渉によるものである。差が小さい領域では、データ推定のＭＳＥは大きい。ＩＣＩの除去によって生じる誤差は、残りのパイロット間干渉よりも支配的である。差が大きい領域では、データ推定のＭＳＥは小さい。（好適なデータ推定によって）かなり削減された誤差は、パイロット間干渉ほど支配的でない。
【００５５】
上記差にかかわらず、何れの場合にも第２のウィナー・フィルタリングからなお、かなりの改善が可能である。よって、第２のHのウィナー・フィルタからかなりの改善を得るために他のサブキャリア全てから、一パイロットによって生じるパイロット誘起干渉を予め除去する必要はない。しかし、図５に示すように、残りのパイロット間干渉によって、
【００５６】
【数２８】
2008501274.tif 000030
（y2と同様）の品質及び
【００５７】
【数２９】
2008501274.tif 000031
の品質が低くなり得る。
【００５８】
完全なパイロット前置除去は、
【００５９】
【数３０】
2008501274.tif 000032
の行列と、
【００６０】
【数３１】
2008501274.tif 000033
及びp（パイロット指数でパイロット・シンボルを有し、さもなければゼロを有する）の要素毎の乗算の結果との積からの、受信ベクトルy0の減算を行うことによって実施することが可能である。これは、N(N+1)の乗算（8kのDVB-Tの場合、6817×6818の乗算）を必要とするからのみならず、多くの乗算が不必要であるからでもある。しかし、こうした莫大な計算は、FFTに似た実施形態を用いる場合に避けることが可能である。
【００６１】
ゼロ乗算は、パイロット位置に相当する
【００６２】
【数３２】
2008501274.tif 000034
行列の列を得て、推定データ・ベクトルからゼロを除外することによって除外することが可能である。乗算の数は、N/12(N+1)（8kのDVB-Tの場合、568×6818）になる。
【００６３】
部分的なパイロット前置除去の実施形態及び複雑度は、パイロットからの干渉が除去されるサブキャリアの数によって変わってくる。パイロットによって誘起される干渉がn個の近接サブキャリアから除去される場合、所要乗算数は、(n+1)N/12である。
【００６４】
種々のフィルタ及び処理を、専用ディジタル信号プロセッサ（DSP）によって、かつソフトウェアで行うことができる。あるいは、方法工程の全部又は一部を、ハードウェア、又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせ（ASIC(特殊用途向集積回路)、PGA（プログラム可能ゲート・アレイ）等など）で行うことができる。
【００６５】
なお、「comprising」の表現は、他の要素又は工程を排除するものでなく、「a」又は「an」は、要素が複数存在することを排除するものでない。更に、特許請求の範囲における参照符号は、その範囲を限定するものと解されないものとする。
【００６６】
上記明細書では、添付図面を参照しながら本発明のいくつかの実施例を説明した。当業者は本明細書を検討して、他のいくつかの代替策を考えつくものであり、そうした代替策は本発明の範囲内に収まることが意図されている。更に、本明細書に特に記載したもの以外の他の組み合わせが本発明の範囲内に収まることが意図されている。本発明は、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明を用いることができる信号処理方法を示す概略構成図である。
【図２】本発明の適用を示す、図１と同様な概略構成図である。
【図３】図２による、本発明の効果を示すグラフ図である。
【図４】効果を拡大スケールで示すグラフ図である。
【図５】種々のサブキャリア指数にわたる、本発明による改良を示すグラフ図である。
【図１】
2008501274.tif 000035
【図２】
2008501274.tif 000036
【図３】
2008501274.tif 000037
【図４】
2008501274.tif 000038
【図５】
2008501274.tif 000039
【国際調査報告】
2008501274.tif 000040
2008501274.tif 000041
2008501274.tif 000042