(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの符号を割り当てられたディジタル信号の雑音電力を推定する方法であって、前記ディジタル信号が、異なる符号を割り当てられた、Ｍ−１個の他のディジタル信号と同時に受信機によって受信され、
受信されたディジタル信号の各々について、雑音電力を推定し、
推定された雑音電力の総計と受信された符号の総数Ｍとの比である平均雑音電力を、前記ディジタル信号に割り当てることを含む、方法。
【請求項２】
符号が、直交符号である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
同時に受信されたディジタル信号の少なくとも一部が、雑音電力が推定される受信機以外の受信機に向けられたものである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
符号を割り当てられた、受信機によって受信されたすべてのディジタル信号について、雑音電力が決定され、
この推定が、その受信機に向けられている符号がない場合でも、連続的に実行される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
１つの符号を割り当てられたディジタル信号の信号対雑音比を推定する方法であって、
前記１つの符号を割り当てられたディジタル信号が、異なる符号を割り当てられた他のディジタル信号と同時に受信機によって受信され、
この信号対雑音比を推定するために使用される雑音電力が、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法によって決定される雑音電力である方法。
【請求項６】
受信されたディジタル信号の電力の平均値が、推定される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
受信されたディジタル信号が、ｎ個の状態で位相変調され、
信号の平均と分散の推定が、信号ＸＩ２＋ＸＱ２の平均の推定値で実行される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
信号対雑音比
【数１】
0004521913.tif 000030
が、次の関係式
【数２】
0004521913.tif 000031
から推定され、
上の関係式で、ｓ２＝μＩ２＋μＱ２であり、
μＩおよびμＱが、変数ＸＩおよびＸＱの平均値であり、
σ２が、変数ＸＩおよびＸＱの分散であり、
【数３】
0004521913.tif 000032
【数４】
0004521913.tif 000033
が成り立つ、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
受信されたディジタル信号が、ｎ個の状態で位相変調され、
１つの同じランダム変数と考えられる変数ＸＩ２と信号ＸＱ２の平均と分散が、推定される、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
信号対雑音比
【数５】
0004521913.tif 000034
が、次の関係式
【数６】
0004521913.tif 000035
から決定され、
上式で、
【数７】
0004521913.tif 000036
【数８】
0004521913.tif 000037
が成り立ち、
μが、変数ＸＩとＸＱに共通の平均であり、
σ２が、これらの変数ＸＩとＸＱの分散である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
受信機において、信号対雑音比が少なくとも基準値に常に等しくなるような形で電力が決定される送信機に割り当てられる電力を決定する方法であって、
受信機の信号対雑音比が、請求項６から１０のいずれか一項に記載の方法に従って推定される、方法。
【請求項１２】
送信機と受信機が周回衛星に搭載された再伝送手段によって通信する通信システムに請求項１１に記載の方法を適用する方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の雑音電力を推定する方法に基づいて、通信装置の送信電力を制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信受信機によって受信されるディジタル信号の信号対雑音比を推定する方法に関する。詳細には、本発明は、通信リソースが複数の符号に従って共用される無線通信システム内の信号対雑音比を推定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタルタイプの通信システムでは、多数の異なる通信を同時に伝送することができることが知られている。この同時性は、異なる符号および／または周波数および／またはタイムスロットに頼ることによって得られる。
【０００３】
ここで、例えば、特に衛星に搭載された再伝送（ｒｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）手段によって、複数の端末が制御局と通信する電気通信システムが考えられる。端末間通信は、制御局によって実行される。その結果、制御局は、端末の集合と同時に通信する。この同時通信の多重性のために、共用の符号および／または周波数および／またはタイムスロットのリソースに頼ることが必要になる。
【０００４】
このシステムでは、リソースは、衛星に搭載された装置の再伝送容量によって制限される。したがって、各送信機に、通信の要求を満足するのに十分なだけの電力、すなわち、ビット誤り率を常に要求される率より低くすることを可能にする電力を割り振ることが必要である。この要求を満足するために、どの瞬間にも受信信号の信号対雑音比が所定の値より大きいことが保証される。
【０００５】
伝搬条件は、特に気象条件の変化の結果として変化する可能性があるので、信号対雑音比のこの測定は、連続的に実行される。例えば、雨天時には、晴天時の通信と比較して受信信号の減衰が大きくなる。また、加算的および減算的な組み合わせを発生させる多数の信号経路に起因するジッタと、アンテナが移動中のソース（衛星）を追尾しており、かつ送信される信号の経路上に障害物が介在する時に発生するマスキング（ｍａｓｋｉｎｇ）との結果として、伝搬条件が低下する可能性があることも指摘できる。
【０００６】
信号対雑音比の測定の精度は、極めて重要であると考えられる。というのは、測定の精度が低いと、各送信機に過剰な電力が割り振られるからであり、通信能力が低下する。これには逆に、測定が正確な場合、各送信機にはそれに必要な電力だけが割り当てられ、その結果、通信リソースを最大限にすることが可能になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
信号対雑音比を測定する現在まで使用されている方法は、比較的低い精度を提供する。
【０００８】
最良の結果を提供する信号対雑音比を推定する方法は、ディジタル信号の場合には、一方では相関方法（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ）で、他方では受信信号を直接測定する方法である。
【０００９】
第１の方法（相関方法）は、受信された２進信号を、復号化され次いで再符号化される信号と相関させる方法である。これは、送信された２進信号が情報の堅固な伝送を可能にするために冗長情報を含むことが知られているためである。例えば、４２４ビットを含むＡＴＭセルは８４８ビットで送信される。復号化は、４２４個の有用なビットを抽出するステップからなり、符号化は、４２４個の有用なビットを送信するように意図された８４８個のビットに変換するステップからなる。その結果、受信された２進信号と符号器の出力の信号は、同じフォーマットと同じビット数を有する。
【００１０】
相関は、受信信号Ｓを符号器の出力の信号Ｘで乗算するステップからなる。信号対雑音比
【００１１】
【数９】
0004521913.tif 000002
は、一連のＮ個のサンプルについて測定されたこの積Ｚ＝Ｘ・Ｓの平均値と分散から決定される。その結果、この信号対雑音比は、平均値の２乗と分散の２倍の比になる。この方法は、復号器の性能によって制約を受ける。リンクの品質が低い場合、復号器は誤った結果を提供し、したがって、提供された測定値は信頼できない。したがって、推定された信号対雑音比は、その値が十分に大きい場合にのみ正確な値を有する。
【００１２】
第２の方法（受信信号Ｓを直接測定する方法）は、サンプルの絶対値｜Ｓ｜を決定するステップと、例えば次式の助けを借りて、このサンプルの絶対値の平均と分散とから信号対雑音比を推定するステップからなる。
【００１３】
【数１０】
0004521913.tif 000003
【００１４】
【数１１】
0004521913.tif 000004
【００１５】
【数１２】
0004521913.tif 000005
これらの式で、
【００１６】
【数１３】
0004521913.tif 000006
は平均、
【００１７】
【数１４】
0004521913.tif 000007
は分散、
【００１８】
【数１５】
0004521913.tif 000008
は信号対雑音比である。
【００１９】
信号対雑音比が絶対値から決定されると、その結果は、この比が十分に大きい値を有する場合にのみ満足できるものである。これは、絶対値のみが考慮されるので、負の値が正の値に反転され、信号対雑音比がゼロに近づくと、この反転の結果、元の信号の統計的特性が悪化し、平均（１）と分散（２）の推定値がもはやその結果生じた信号に適うものではないからである。
【００２０】
本発明は、受信信号がいくつかの符号を含む場合の推定値の分散を大幅に低減する、雑音を推定する方法を提供する。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明によれば、すべての受信符号について雑音電力が推定され、符号ごとに信号対雑音比を推定するために使用される雑音の平均値が決定される。
【００２２】
本発明は、符号ごとに観測される雑音が同じランダムプロセスから発生するにもかかわらず相関されていないという考察から生まれたものである。
【００２３】
Ｍが拡散係数、または符号数とすると、雑音の推定が、残りの符号を考慮することなく、各符号について個別に実行される場合に匹敵し、雑音推定値の分散が、Ｍで割られる。
【００２４】
さらに、雑音電力の推定は、推定が実行される受信機がそれに向けられた信号を全く受信していない場合にも実行できる。これは、他の受信機に向けられた受信符号について、この推定が実行できるためである。
【００２５】
こうして推定された雑音から信号対雑音比を推定するために、信号の推定手段の知られている方法に頼ることができる。
【００２６】
特に２つまたは４つの状態を有する位相変調信号の場合、本発明は、別の態様によれば、信号ＸＩ２＋ＸＱ２の平均と分散、または１つの同じランダム変数と考えられる信号ＸＩ２と信号ＸＱ２の平均と分散の推定を提供する。
【００２７】
本発明は、１つの符号を割り当てられた所与のディジタル信号の雑音電力を推定する方法であって、前記所与のディジタル信号が、異なる符号を割り当てられた複数の他のディジタル信号と同時に受信機によって受信され、雑音電力が、符号を割り当てられた受信ディジタル信号の各々について推定され、一方の推定された雑音電力の総計と他方の受信された符号の総数Ｍとの比である平均雑音電力が、所与のディジタル信号に割り当てられることを特徴とする方法を提供する。
【００２８】
符号は、例えば直交符号である。
【００２９】
一実施形態によれば、同時に受信されたディジタル信号の少なくとも一部は、雑音電力が推定される受信機とは異なる受信機に向けられている。
【００３０】
この場合、符号を割り当てられた、受信機によって受信されたすべてのディジタル信号について雑音電力が決定され、この推定は、その受信機に向けられている符号がない場合でも連続して実行できる。
【００３１】
本発明はまた、１つの符号を割り当てられたディジタル信号の信号対雑音比を推定する方法であって、前記１つの符号を割り当てられたディジタル信号が、異なる符号を割り当てられた他のディジタル信号と同時に受信機によって受信され、この信号対雑音比を推定するために使用される雑音電力が、上記の雑音電力推定方法によって決定される雑音電力である方法を提供する。
【００３２】
この場合、受信されたディジタル信号の電力の平均値が推定される。
【００３３】
受信されたディジタル信号が、ｎ個の状態で位相変調される時に、信号の平均と分散の推定は、一実施形態では、信号ＸＩ２＋ＸＱ２の平均の推定値について実行される。
【００３４】
この場合、信号対雑音比
【００３５】
【数１６】
0004521913.tif 000009
は、次の関係式から推定できる。
【００３６】
【数１７】
0004521913.tif 000010
上の関係式で、ｓ２＝μＩ２＋μＱ２で、μＩおよびμＱが変数ＸＩおよびＸＱの平均値で、σ２がこれらの変数の分散で、
【００３７】
【数１８】
0004521913.tif 000011
【００３８】
【数１９】
0004521913.tif 000012
である。
【００３９】
受信されたディジタル信号が、ｎ個の状態で位相変調される時に、１つの同じランダム変数と考えられる変数ＸＩ２と信号ＸＱ２の平均と分散も推定される。
【００４０】
後者の場合、信号対雑音比
【００４１】
【数２０】
0004521913.tif 000013
は、次の関係式から決定できる。
【００４２】
【数２１】
0004521913.tif 000014
上式で、
【００４３】
【数２２】
0004521913.tif 000015
【００４４】
【数２３】
0004521913.tif 000016
で、
μは変数ＸＩとＸＱに共通の平均で、σ２はこれらの変数ＸＩとＸＱの分散である。
【００４５】
本発明はまた、受信機において、信号対雑音比が少なくとも基準値に等しくなるような形で電力が決定される送信機に割り当てられる電力を決定する方法であって、受信機の信号対雑音比が上述の方法に従って推定されることを特徴とする方法を提供する。
【００４６】
本発明はまた、後者の送信機に割り当てられる電力を決定する方法の、送信機と受信機が周回衛星に搭載された再伝送手段によって通信する通信システムへの適用を提供する。
【００４７】
本発明のその他の特徴と利点は、添付図面を参照する以下のいくつかの実施形態の説明を読めば明らかになろう。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下に図面に関して説明する例は、１つのみが図示されているゾーン１０に地表が分割される通信システム（図１）に関係する。各ゾーン内には、中央制御または接続局２０と、端末または加入者の集合１６、１８などがある。
【００４９】
端末１６、１８などは、低軌道または中軌道にある衛星１４に搭載された再伝送装置によって互いに通信する。この例では、衛星の高度は、約１５００ｋｍである。この衛星１４は、他の衛星が存在する軌道１２を移動する。地球全体またはその大部分をカバーするために、いくつかの軌道１２が提供される。
【００５０】
衛星１４がゾーン１０を見失うと、例えば同じ軌道１２の次の衛星（図示せず）の装置が、その通信を引き継ぐ。以下、話を簡単にするために、「衛星」という単語を衛星に搭載された装置に使用することがある。
【００５１】
制御および接続局２０は、端末１６、１８などの間の通信の管理を提供する。特に、制御および接続局２０は、端末の各々について、周波数、電力および符号リソースを割り振る。そのために、この局２０は、やはり衛星１４によって、端末の各々と通信する。
【００５２】
端末間の通信は、局２０によって実行される。言い換えれば、端末１６が端末１８と通信する時に、端末１６は、衛星によって局２０にデータを送信し、局２０は、やはり衛星によってこれらのデータを端末１８に再伝送する。
【００５３】
局２０は、この例ではＡＴＭタイプの地上ネットワーク２２に接続される。その結果、この局２０は、ＡＴＭ交換機３４によって、広帯域ネットワーク３６と、狭帯域ネットワーク３８と、サーバ２８とに接続される。狭帯域ネットワーク３８によって、ユーザ３０とサーバ２４が接続できる。同様に、広帯域ネットワーク３６によって、ユーザ３２とサーバ２６が接続できる。
【００５４】
非同期タイプのそのような通信システムによって、大容量で、伝送による遅延が小さい高速データレートを実現することができる。
【００５５】
特にＡＴＭタイプの非同期ネットワークでは、データはディジタル形式であり、ＡＴＭ標準の場合、３８４個のデータビット（またはシンボル）と４０個のヘッダビット（またはシンボル）を含むパケットまたはセルに構成される。
【００５６】
本発明が解決しようとする問題は、制御局２０から端末１６、１８への、および端末１６、１８から制御局２０への各通信に、信号対雑音比が仕様を満足するのに必要なだけの電力リソースを割り振ることである。その結果、通信は、過剰な電力消費なしに、所定の限界値よりも低いビット誤り率を保証する必要なサービス品質を有するであろう。これは、衛星で利用可能な電力が制限されており、通信がより多くの電力を必要とする場合、余分の電力は他の通信に割り振られる電力を低減することによって得られるので、送信された電力は必要最小限でなければならないためである。
【００５７】
さらに、端末は、その価格ができるだけ低くなければならない大量に販売される装置であり、その電力は、制限されていることが好ましい。
【００５８】
送信電力を調整するために、信号対雑音比は、受信時に決定され、送信電力は、この信号対雑音比が基準値に等しくなるように調整される。本発明は、より詳細に言えば、雑音の推定と信号対雑音比の推定に関する。
【００５９】
衛星送信システムの場合、受信機によって受信される電力は、特に気象条件のランダムな変化による伝搬条件の変化のために大幅に変動することがあるので、送信電力の調整、したがって、信号対雑音比の推定が、特に重要である。特に、雨天時には、晴天時と比較して伝搬が大幅に劣化する。伝搬はジッタとマスキングによっても劣化する。
【００６０】
伝搬条件はまた、雑音を発生させることがあり、雑音源自体は、変動する特性を有する。熱雑音以外に、雑音の原因は、特に、隣接ゾーンに対して同一周波数を使用することによる干渉、または他の伝送システムによる電波障害である。
【００６１】
本発明の第１の態様によれば、セルが直交符号などの符号を割り当てられる場合に、特に正確な雑音推定方法が提供される。
【００６２】
局２０から端末１６に、または端末１６から局２０に送信される信号Ｓは、次の形式の信号である。
【００６３】
【数２４】
0004521913.tif 000017
Ｃｉは符号を、ｃｅｌｌｉはセルを表す。この例では、符号の数は８０に等しい。
【００６４】
受信時のこの信号の復号化のために、信号Ｓを受信する第１の入力と、符号Ｃ１、Ｃ２、．．．、またはＣ８０が加えられる第２の入力とを各々が含む乗算器４２１、４２２、．．．、４２８０を含む、図２に示された装置が使用される。
【００６５】
これらの条件下では、乗算器４２ｉの出力で、セルｃｅｌｌｉが符号の直交性特性の結果として得られる。すなわち、
ｉ！ｊの場合、Ｃｉ・Ｃｊ＝０で、ｉ＝ｊの場合、Ｃｉ・Ｃｊ＝１である。
【００６６】
したがって、各信号受信機または端末は、所与の瞬間に送信されるすべてのＭ符号を受信する。本発明は、Ｍ個の符号を同時に受信することを利用して、雑音推定値の分散を大幅に低減する。これは、符号ごとに観測される雑音寄与が、同じランダムプロセスから発生するにもかかわらず相関されていないということを示すことができるためである。
【００６７】
したがって、図３に示すように、雑音の推定は、すべての受信セルについて行われる。すなわち、符号ごとの雑音電力が総計され、雑音電力の算術平均が計算される。この平均が、セルの信号対雑音比の推定に使用される。したがって、図３で、送信機５０が、送信されるセルの各々に符号を割り当て、すべての符号が、直交符号であることがわかる。この符号割り当てを拡散と呼ぶ（ブロック５２）。
【００６８】
それぞれ１〜Ｍの符号を割り当てられたＭ個のセルは、雑音源であるチャネル５４（無線送信）によって送信される。
【００６９】
受信機５６では、図２に示すように逆拡散のシーケンス５８が実行され、各セルについて雑音電力が決定される（ブロック６０１〜６０Ｍ）。これらの雑音電力推定値は加算され、次いで、総計がＭで割られる。図３では、この演算は、平均ブロック６２によって実行される。その結果、セルごとに信号対雑音比を推定するのに使用される雑音
【００７０】
【数２５】
0004521913.tif 000018
が発生する。
【００７１】
雑音電力推定は、受信信号の分散を決定することで実行される。信号対雑音比は、さらに信号の平均を推定することで得られる。
【００７２】
受信機が、いずれもそれに向けたものではない信号を受信する場合であっても、雑音の正確な推定が得られることが分かるであろう。この場合、雑音測定は、その受信機に向けられた信号の雑音のその後の推定のために使用できる。
【００７３】
図４および５に示された本発明の好ましい実施形態では、送信信号は、２つまたは４つの状態で位相変調される。
【００７４】
そのような変調の原理について、以下に説明する。同一周波数、同一の一定の振幅の２つの信号が、同時に送信される。４状態位相変調システムでは、これらの２つの信号の間の位相は、４つの値、例えば、π／４、３π／４、５π／４および７π／４をとることができ、これらの位相差の各々は、２進数の対００、０１、１０または１１を表す。２状態位相変調では、位相は、それぞれ「０」と「１」とを表す２つの値しかとることができない。
【００７５】
位相変調信号は、それぞれＩおよびＱ軸に沿った複素信号の射影である２つの実信号ＸＩ（Ｎ）およびＸＱ（Ｎ）によって表すことができる複素信号Ｘ（Ｎ）によって表される。
【００７６】
伝搬チャネル５４がガウス形の場合、信号ＸＩ（Ｎ）およびＸＱ（Ｎ）は、平均μＩおよびμＱのガウス形ランダム変数と分散σ２に対応する。
【００７７】
信号対雑音比を決定するために、第１の実施形態では、
【００７８】
【数２６】
0004521913.tif 000019
になるようなランダム変数Ｙ（Ｎ）が考えられる。
【００７９】
変数ＸＩ（Ｎ）２およびＸＱ（Ｎ）２が、ゼロとは異なる平均のガウス形ランダム変数であるため、ランダム変数Ｙ（Ｎ）は、自由度２を有する非対称のχ２法則に従う。
【００８０】
以上に鑑みて、位相変調された信号の信号対雑音比は、Ｙ（Ｎ）の平均および分散を推定することで決定できる。そのために、次の関係式が使用される。
【００８１】
【数２７】
0004521913.tif 000020
【００８２】
【数２８】
0004521913.tif 000021
上式で、
【００８３】
【数２９】
0004521913.tif 000022
したがって、Ｓ２およびσ２は、μｙおよびσｙ２の関数として表される。この条件のもとで、信号対雑音比
【００８４】
【数３０】
0004521913.tif 000023
は、次の値を有する。
【００８５】
【数３１】
0004521913.tif 000024
第２の実施形態では、信号ＸＩ（Ｎ）およびＸＱ（Ｎ）は、次式で示す２つの成分ＸＩ（Ｎ）２およびＸＱ（Ｎ）２を有するベクトルＹ（Ｎ）として記述される１つの同じランダム変数と考えられる。
【００８６】
【数３２】
0004521913.tif 000025
このランダム変数は、自由度１を有する非対称のχ２法則に従う。したがって、この場合、次式が得られる。
【００８７】
【数３３】
0004521913.tif 000026
【００８８】
【数３４】
0004521913.tif 000027
これらの式では、μは２つの変数ＸＩとＸＱに共通の平均である。
【００８９】
したがって、信号対雑音比は、次の関係式で表される。
【００９０】
【数３５】
0004521913.tif 000028
図４は、変数ｙが、ＸＩの２乗とＸＱの２乗の総計である本方法の様々なステップを示す。
【００９１】
ブロック７０は、特定の符号ｊにおける復号化された信号に対応する。
【００９２】
次に（ブロック７２で）、この信号は２乗される。この２乗された信号から信号ｙの平均と分散が推定される（ブロック７４）。この符号ｊの場合、平均と分散、すなわち、上式（９）の分子が計算され(ブロック７６）、上式（９）の分母が計算される（ブロック７８）。分散は、上述のように図３に関連して、すなわち、符号の各々の個々の分散の総計の平均を計算することで示される（ブロック８０）。
【００９３】
次に、ブロック８２で、ブロック７６によって提供された平均値の、ブロック８０によって提供された分散
【００９４】
【数３６】
0004521913.tif 000029
の４倍に対する比を計算することで、信号対雑音比が推定される。
【００９５】
符号を割り当てられた信号の雑音電力を推定する方法は、位相変調信号に関して前述した信号対雑音比を推定する方法から独立して使用できることに留意しなければならない。特に、序論で述べた従来技術の信号対雑音比を推定する方法に頼ることができる。この方法が、位相変調に限定されないのは当然である。
【００９６】
同様に、位相変調ディジタル信号の信号対雑音比を推定する方法は、図３に関連して述べた信号対雑音比を推定する方法から独立して使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される衛星通信システムの図である。
【図２】それ自体知られている符号分割装置の図である。
【図３】本発明による雑音推定原理を示す図である。
【図４】本発明による方法の実施形態を示す図である。
【図５】本発明による方法の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１０  ゾーン
１２  軌道
１４  衛星
１６、１８  端末
２０  局
２４、２６、２８  サーバ
３０、３２  ユーザ
３４  ＡＴＭスイッチ
３６  広帯域ネットワーク
３８  狭帯域ネットワーク
４２１、４２２、４２８０、４２ｉ  乗算器
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ８０  符号
ｃｅｌｌｉ、ｃｅｌｌ１、ｃｅｌｌ２、ｃｅｌｌ８０  セル
５０  送信機
５４  チャネル
５６  受信機
【図１】
0004521913.tif 000038
【図２】
0004521913.tif 000039
【図３】
0004521913.tif 000040
【図４】
0004521913.tif 000041
【図５】
0004521913.tif 000042