(57)【要約】タイムスロット分割移動通信システムにおける時変チャネルの較正方法が本発明において開示される。この方法は、スロットや突然受信した信号に対してチャネルの推定と信号の検出とを行い、チャネル推定コード付近の部分的な検出結果を用いてチャネルの誤差を推定し、推定したチャネルの誤差を用いてチャネル推定を変更し、変更したチャネル推定を用いて前述の検出結果を復調する。この手順を１回又は複数回行うことができる。本発明は、ブロック処理方法の基本的な特徴を保ったままブロック処理方法をスロット内のチャネル応答のある程度の変化に適応させて、スロットを設けたＣＤＭＡやブロック処理システムの使用範囲の制限を広げることができ、また、周波数誤差及び偏差が大きい場合や高速で移動する端末の場合でもシステム性能を改善することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイムスロット分割移動通信システムにおける時変チャネルの修正方法であって、
Ａ．受信したタイムスロット又はバースト信号に対し、時間的に不変なブロックの処理方法を用いてチャネルの推定を行い、チャネル推定結果を用いて信号の検出を行い、検出結果を取得し、
Ｂ．前記検出結果を復調して送信データを回復し、
該修正方法は、ステップＡとステップＢとの間で、さらに、
Ａ１．チャネル推定コード付近にあるいくつかの記号の検出結果によってチャネル偏差を推定し、
Ａ２．前記推定チャネル偏差を用いてチャネル推定を修正し、
修正した前記チャネル推定を用いて前記検出結果をステップＢにおいて復調する、
修正方法。
【請求項２】
ステップＡの前記信号の検出が、ゼロフォーシング−ブロック線形等化（ＺＦ−ＢＬＥ）、最小平均二乗誤差−ブロック線形等化（ＭＭＳＥ−ＢＬＥ）もしくは干渉除去（ＩＣ）を含むジョイント検出方法、照合フィルタリング検出（ＭＦ）方法、又はＲＡＫＥ受信機によって実施される、請求項１に記載の修正方法。
【請求項３】
さらに、
ステップＡ１の実行前に、ステップＡ１及びステップＡ２を繰り返す反復回数を設定し、
ステップＡ１を行う前に前記反復回数に達したか否かを検出し、
前記反復回数に達している場合はステップＢに移り、
前記反復回数に達していない場合はステップＡ１及びステップＡ２を繰り返し、
ステップＡ１の実行の際、現行の反復のために選択した前記チャネル推定コード付近の前記記号の数が直前の反復の記号の数よりも大きい、
請求項１に記載の修正方法。
【請求項４】
前記チャネル推定コード付近のいくつかの記号の前記検出結果が前記選択した数のデータ記号の検出結果であり、
前記選択した数は前記移動通信システムによって採用された変調モードにより許容される位相及び振幅の最大変動に関連し、前記振幅及び位相の許容可能な前記最大変動が大きいほど前記数が大きい、
請求項１に記載の修正方法。
【請求項５】
ステップＡ１における前記チャネル偏差の推定が、
前記チャネル推定コード付近にある前記選択した記号を記号によって復調し、硬判定し、再変調し、
該再変調結果を前記復調の前の前記検出結果と比較し、振幅偏差及び位相偏差を含む前記チャネル偏差を推定する、
ことを含む、
請求項１に記載の修正方法。
【請求項６】
ステップＡ１における前記チャネル偏差の推定が、
前記チャネル推定コード付近にある前記選択した記号を記号間の位相差によって復調し、硬判定し、再変調し、
該再変調結果を前記復調の前の前記検出結果と比較し、振幅偏差及び位相偏差を含む前記チャネル偏差を推定する、
ことを含む、
請求項１に記載の修正方法。
【請求項７】
ステップＡ１における前記チャネル偏差の推定が、マルチコードチャネルユーザに対し、該ユーザの各コードチャネルのチャネル偏差の推定を平均化して統計平均を取得することをさらに含み、
前記統計平均は、同一ユーザの異なるコードチャネルのチャネル偏差の推定として使用される、
請求項１に記載の修正方法。
【請求項８】
前記推定チャネル偏差を用いて前記チャネル推定を修正するステップＡ２が、
前記推定チャネル偏差を用いて決定されたパラメータを有するチャネル変化の近似モデルを定め、
決定されたパラメータを有する前記チャネル変化の近似モデルを用いてデータフィールド内の各記号の偏差を計算し、
前記偏差を用いて前記チャネル推定を修正する、
ことを含む、
請求項１に記載の修正方法。
【請求項９】
前記チャネル変化の近似モデルが、一定の傾きをもつ直線を用いて１つのタイムスロット内のチャネル変化を近似する線形モデルである、請求項８に記載の修正方法。
【請求項１０】
前記チャネル変化の近似モデルが、各データフィールドの中央の固定値に変換することによって２つのデータフィールドのチャネル変化をそれぞれ近似するラダー近似モデルである、請求項８に記載の修正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は移動通信技術に関し、詳細にはタイムスロット分割移動通信システムにおける時変チャネルの修正方法に関する。本発明は、タイムスロットを設けたＣＤＭＡシステムや他の類似するブロック処理システムに適用可能なチャネル推定用の反復修正方法を提案する。
【背景技術】
【０００２】
チャネルの複雑さと時変性は無線移動通信の最も明白な特性である。コヒーレントな受信システムでは、受信端でチャネルを推定して測定し、得られたチャネル応答を用いてコヒーレントな検出を行うことが必要である。
【０００３】
チャネル応答は、送信デバイス、無線チャネルにおけるＲＦ搬送波の伝播、そして受信デバイスの特性によって測定される。端末の移動、無線伝播チャネル応答の変化、フェーディング、周波数のドリフト、デバイスの偏差等によってドップラー周波数が変わると時変チャネル応答が生じ、その結果システムの性能に影響する。従って、受信端では、受信データの良好な復調性能を保証するためにチャネルの推定と測定はチャネルの変化に対応するものでなければならない。
【０００４】
タイムスロットを設けたＣＤＭＡシステムや類似するブロック処理システムでは、通常、１ブロック（タイムスロット又はバースト信号）内のチャネル応答が時間的に不変であると仮定される。この仮定や他の制限によってシステムの設計や関連処理がかなり簡便になる。それにもかかわらず、１ブロック内のチャネル応答が時間的に不変であるという仮定によってシステムの使用が制限されてしまう。即ち、このシステムの使用では周波数の偏差や偏移、そして端末の移動速度に対して高い要求が課せられる。
【０００５】
更なる説明のために、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ（３ＧＰＰ  １．２８Ｍｃｐｓ  ＴＤＤ）システムにおけるトラフィックタイムスロットのバースト構造を例として挙げる。図１に示すように、バースト信号の中央にあるミッドアンブル(midamble)がチャネルの推定に使用され、これをチャネル推定コードと呼ぶことができる。ミッドアンブルの両側にはトラフィックデータフィールドがある。ＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムにおいて、トラフィックタイムスロットのパラメータはタイムスロット長が６７５μｓであり、拡散係数(spread factor)が１６であるときの記号（シンボル）の長さが１２．５μｓであり、チップの長さが７８１ｎｓである。各タイムスロット（又はバースト信号）には２つのトラフィックデータフィールドがあり、各々のフィールドには２２の記号（拡散係数１６）がある。このように、２つのトラフィックデータフィールドの各々は合計で３５２チップを有し、ミッドアンブルは１４４（１２８＋１６）チップを有する。
【０００６】
チャネル応答がタイムスロットにおいて時間的に不変であると仮定すると、このタイムスロットにおけるユーザ毎のチャネル応答推定はミッドアンブルを用いて得ることができる。この固定チャネル応答推定結果を用いてジョイント検出（又は照合フィルタリング）と復調とを２つのトラフィックデータフィールドに対して行い、送信端からのデータを受信端で回復することができる。このブロック処理モードにより、システムの設計や受信端でのチャネル推定と信号の検出が簡便になり、マルチユーザチャネルの推定や信号のジョイント検出などの新しい技術を実際に適用することができる（非特許文献１および２参照）。
【０００７】
それにもかかわらず、このブロック処理方法はシステムの動作条件を制限してしまう。チャネル応答がタイムスロット内で変化すると、システム性能は明らかに低下する。チャネル応答の変化によって位相の偏移が生じ、これによって位相偏移キーイング（ＰＳＫ）や直交振幅変調（ＱＡＭ）などの位相変調信号を含む復調の性能が低下する。また、チャネル応答の変化によって振幅が変化し、これによってＱＡＭなどの振幅変調信号を含む復調の性能が低下する。チャネル応答の変化を生じる主な原因は、送信周波数と受信周波数との間の偏差、端末の移動や急速なフェーディングによって生じるドップラー周波数の偏移等である。例えば、２ＧＨｚの搬送周波数を用いた場合、端末の移動速度が２５０ｋｍ／ｈであるときの最大ドップラー周波数偏移は４６３Ｈｚであり、ＴＤ−ＳＣＤＭＡタイムスロットの中央の位相に対するタイムスロットの２つの端部のうち一方の位相の偏移は最大で１．２５×π／４になる可能性があり、ＱＰＳＫ信号の復調が不可能になる。この制限は、８−ＰＳＫ変調又は１６−ＱＡＭ変調が用いられた場合にいっそう厳しくなる。
【０００８】
ブロック処理に基づいた移動通信システムのシステム性能はチャネルが急速に変化すると低下する、ということが上記の例からわかる。従って、チャネル応答が１つのタイムスロット内で変化しないことが要求される場合にシステムの使用が厳しく制限される。この制限の対象となるのは主に周波数の偏差と偏移、そして端末の移動速度である。
【０００９】
従って、タイムスロットを設けたＣＤＭＡシステムや他の類似するブロック処理システムでは、チャネルが急速に変化する場合にシステム性能を改善することは非常に有意義なことである。即ち、ブロック処理システムのための１ブロック内でのチャネル応答の変化を修正することが必要である。しかし、修正を行うにあたって２つの問題点がある。
【００１０】
１つは処理の複雑さである。１ブロック内の時間不変特性が失われると処理がかなり複雑になり、実用化が難しくなる。
【００１１】
もう１つは、チャネル応答の変化を得るのが難しくなることである。１つのタイムスロットに１つのチャネル推定しか与えられず、３ＧＰＰにおける時分割二重通信（ＴＤＤ）システムのようにユーザの隣接する２つのタイムスロットが連続していない場合、補間や予測によってチャネル推定結果からチャネル応答の変化状態を知ることは不可能である。
【００１２】
要約すると、タイムスロットＣＤＭＡやこれに類似するシステムにおいて、時間的に不変のチャネル応答を用いてバーストデータやタイムスロットデータをブロックとして処理すると、マルチユーザチャネルの推定やジョイント検出などの技術を実用化できるため、システムの設計や受信端でのチャネル推定と信号検出が簡便になる。それにもかかわらず、このブロック処理方法を用いるシステムでは、周波数の偏差と偏移、そして端末の高速移動などの要因によって更に厳しい制限がチャネル応答の変化に課せられる。チャネル特性がブロック内で変化すると、ブロック処理に基づいたシステムの性能が低下する。その結果、ブロック処理方法は、システム内の周波数の偏差と偏移の範囲や端末の移動速度を制限するため、システムの使用を制限してしまう。
【非特許文献１】クライン(A.Klein)、カレー(G.K.Kaleh)、バイアー(P.W.Baier)、「符号分割多重アクセス方式のチャネルにおけるマルチユーザ検出のためのゼロフォーシング及び最小平均二乗誤差の等化("Zero forcing and minimum mean square error equalization for multiuser detection in code division multiple access channels")」、ＩＥＥＥトランザクション・移動通信技術（IEEE trans. Veh. Tech.）、１９９６年５月、第４５巻、第２７６−２８７頁
【非特許文献２】フォルマー(M. Vollmer)、ハールト(M. Haardt)、ゴツェ(J. Gotze)、「ＴＤ−ＣＤＭＡベースの移動無線システムのためのジョイント検出技術の比較研究(Comparative study of joint-detection techniques for TD-CDMA based mobile radio systems"」、ＩＥＥＥ・Ｊ．セレクション・エリア通信（IEEE J. Select. Areas Commun.）、２００１年８月、第１９巻、第８号、第１４６１−１４７５頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、タイムスロットを設けた移動通信システムにおける時変チャネルのための修正方法を提供することである。この簡潔で有効な方法は、ブロック処理方法の基本的な特徴を保ったまま、タイムスロット内のチャネル応答の一定程度の変化に適応可能である。この修正方法により、タイムスロットを設けたＣＤＭＡシステムやこれに類似するブロック処理システムの使用範囲を広げることができ、システム内の周波数の偏差と偏移が更に大きくなったり端末の移動速度が更に速くなったりしてもその性能を改善することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための技術案は以下の通りである。
【００１５】
タイムスロット分割移動通信システムにおける時変チャネルの修正方法であって、Ａ．受信したタイムスロット又はバースト信号に対し、時間的に不変なブロックの処理方法を用いてチャネルの推定を行い、チャネル推定結果を用いて信号の検出を行い、検出結果を取得し、Ｂ．検出結果を復調して送信データを回復し、該修正方法は、ステップＡとステップＢとの間で、さらに、Ａ１．チャネル推定コード付近の検出結果の一部を用いてチャネル偏差を推定し、Ａ２．前記推定チャネル偏差を用いてチャネル推定を修正し、修正した前記チャネル推定を用いて前記検出結果をステップＢにおいて復調する。
【００１６】
前述のステップＢでは、修正したチャネル推定を用いて検出結果の復調を実施する。
【００１７】
まず、時間的に不変のブロックの処理方法を用いて検出結果を得る。検出結果の一部を復調し、この復調結果を用いてチャネルの偏差を推定し、これを修正する。このようにして、ブロック内のチャネルの変化を得る。次に検出結果を再度復調し、送信データを回復する。
【００１８】
本発明により提案される時変チャネルのための修正方法は、データブロック（フィールド）内で生じるチャネルの変化を修正して復調データを得ることのできる簡潔な方法である。この方法は反復的に行われ、各反復では、チャネル推定コード付近にある記号の変化する数を選択する。反復回数が増えるにつれて復調データが徐々に増加する。反復が設定回数に達すると、全てのデータを復調したことになる。
【００１９】
本発明の主な特徴は、時間的に不変のブロックの処理方法を用いてチャネルの推定と信号検出を行うこと、チャネル推定コード付近にある記号の一部を用いてチャネルの変化を推定すること、そして推定偏差を用いて反復的な修正を行い、正確さを増した偏差推定値を得、最終的に送信データを回復することである。
【００２０】
本発明は、タイムスロットＣＤＭＡシステムと他の類似するブロック処理システムの使用範囲を広げ、即ち、その使用条件の制限を少なくし、チャネルが急速に変化する際のシステム性能を改善する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
添付の図面を参照しながら本発明を詳しく説明する。
【００２２】
本発明の方法は主に以下のステップを含む：
１） 時間的に不変のブロック処理のために存在する方法を用いてチャネルの推定を行い、このチャネル推定結果を用いて信号検出を行い、データフィールド内の全ての記号の検出結果を得るステップ。
２）データフィールド内のチャネル推定コード付近にあるいくつかの記号の検出結果に対して復調、硬判定及び再変調を行い、再変調結果を復調前の検出結果と比較することによってチャネルの偏差を推定するステップ。
３）推定したチャネルの偏差を用いてチャネル推定結果を近似モデルに従い修正するステップ。
４）ステップ１）で得たデータフィールド内の全ての記号の検出結果を、修正したチャネル推定値を用いて再度復調し、送信データを回復するステップ。
【００２３】
上記のステップ２）及びステップ３）を、例えば携帯端末のために１回実行するか、又は例えば基地局のために複数回（例えば２回）実行することができる。
【００２４】
図２を参照しながら、上記ステップを実施の形態の一によって以下に詳述する。
【００２５】
本実施の形態は、ＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムのトラフィックタイムスロットにおいて実行される。即ち、ＴＤ−ＳＣＤＭＡトラフィックタイムスロットには２つのデータフィールドがある。１つのデータフィールドか又は複数のデータフィールドを有するタイムスロットでは、チャネル修正の実施は類似している。
【００２６】
「ステップ１」
まず、チャネル応答がデータブロック（フィールド）内で時間的に不変である処理方法を用いてチャネルの推定と信号の検出を行う（ステップ１１）。信号検出アルゴリズムは、ゼロフォーシング−ブロック線形等化(Zero Forcing-Block Linear Equalization (ZF-BLE))、最小平均二乗誤差−ブロック線形等化(Minimum Mean Square Error-Block Linear Equalization (MMSE-BLE))及び干渉除去(Interference Cancellation (IC))などのジョイント検出アルゴリズムであってもよいし、照合フィルタリング検出（MF）又はＲＡＫＥ受信機を用いてもよい。本発明では、反復的な修正動作はブロック処理の検出出力を入力信号として用いる（ステップ１２）。
【００２７】
通常、反復回数と、各反復のチャネル推定コード付近で採用される記号の数Ｍは、アルゴリズムのオーバヘッドと、シミュレーション及び実地テストの結果によって決定される（ステップ１３）。本実施の形態では、反復は２回行われる。第１の反復のＭは８であり、第２の反復のＭは１６である。Ｍは、コードチャネル内のデータ記号の合計数Ｎ以下、即ちＭ≦Ｎでなければならない。ＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムにおけるＮは２２（図１参照）であり、ブロック処理の検出出力は復元(de-spread)後の記号であると仮定する。これを以下の式で表すことができる。
【００２８】
【数１】
2006512808.tif 000003
【００２９】
式中、ｋ＝１，．．．，Ｋであり、ｋはタイムスロット内の異なるコードチャネルを表し、ｎ＝１，．．．，Ｎであり、ｎはコードチャネル内の異なる記号、即ちコードチャネル内の記号の合計数を表している。
【００３０】
式（１−１）はバースト構造における第１のデータフィールドの検出結果であり、式（１−２）はバースト構造における第２のデータフィールドの検出結果である。
【００３１】
「ステップ２」
チャネル推定コード付近のいくつかの記号（数は２Ｍ）の検出結果の復調及び硬判定を行い（ステップ２２）、硬判定結果を再度変調する（ステップ２３）。次に、再度変調した信号を復調前の２Ｍ個の記号の検出結果と比較し、チャネルの偏差を推定する（ステップ２４）。
【００３２】
各データフィールド（ブロック）内のチャネル推定コード付近にあるＭ＝８の記号を第１の反復において選択し、各データフィールド内のＭ個の記号の検出出力結果が以下の通りであると仮定する。
【００３３】
【数２】
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【００３４】
復調し、硬判定を行い、再度変調したこれらの２Ｍ個の記号を復調前の２Ｍ個の記号と比較し、チャネル偏差を以下のように推定する。
【００３５】
【数３】
2006512808.tif 000005
2006512808.tif 000006
【００３６】
ＱＰＳＫ信号の場合は、位相偏差のみを解き、振幅の偏差を解かなくてもよい。
【００３７】
実施の際、Ｍの値は、適切な変調モードにより許容される振幅及び位相の最大変動値によって決定される。振幅及び位相の許容可能な変動範囲が大きい場合にはより大きいＭをとり、振幅及び位相の許容可能な変動範囲が小さい場合にはより小さいＭをとる。例えば、ＱＰＳＫ変調の場合、ある場合の最小位相差はπ／２であり、ノイズ干渉がない場合の許容可能な最大位相推定誤差はπ／４であり、受信した信号のノイズ干渉許容差を考慮に入れる場合、位相誤差を０．５×π／４などより小さくすべきである。８−ＰＳＫ変調の場合、ある場合の最小位相差はπ／４であり、ノイズ干渉がない場合の許容可能な最大位相推定誤差はπ／８であり、受信した信号のノイズ干渉許容差を考慮に入れる場合、位相誤差を例えば０．５×π／８などより小さくすべきである。
【００３８】
更に、マルチコードチャネルユーザの場合、同一のユーザに属する異なるチャネルの偏差（ステップ２４で推定）を再度平均化して統計平均を得、これを元の推定チャネル偏差と置き換えることができる。
【００３９】
具体的な動作は以下の通りである。
【００４０】
ユーザがＫｃ個のコードチャネルを有し、各チャネルの元の推定偏差（振幅又は位相）がｙ'k，ｋ＝１，．．．，Ｋｃであると仮定すると、統計平均は以下のようになる。
【００４１】
【数４】
2006512808.tif 000007
【００４２】
チャネルの位相偏差を推定する際、ステップ２４のような各記号に基づいた方法（絶対偏差）の他に、記号間の位相差（相対偏差）に基づいた差分法をチャネルの位相偏差の推定に用いることもできることを付け加えたい。即ち、記号間の位相差（相対偏差）を復調し、硬判定を行って再度変調し、その結果を復調前の結果と比較してチャネルの推定位相偏差を得ることもできる。
【００４３】
「ステップ３」
２Ｍ個の記号により与えられる２Ｍ個の偏差によって決定されたパラメータをもつチャネル変化の近似モデルを採用する。
【００４４】
通常は２種類のモデルが採用される。１つは、一定の傾きを持った直線を用いてタイムスロット全体のチャネル変化を近似する線形近似モデルである。もう１つは、２つのデータフィールドのチャネル変化を、各データフィールドの中央の固定値に変換することで近似するラダー(ladder)近似モデルである。
【００４５】
本実施の形態では線形近似モデルを採用する。
ｙn(k)＝ａ(k)ｔn        （４−１）
式中、ｔnは記号の時間位置であり、ｙn(k)は時間位置に対応するｋ番目のコードチャネルのチャネル偏差である。ｔn＝０がタイムスロットの中央に対応すると仮定すると、ｙ0(k)＝０である。
【００４６】
決定する必要のあるパラメータはα(K)である。直前のステップ２４で得られたチャネル偏差と、タイムスロット内の２Ｍ個の記号の対応位置を用いて、各記号（αn(k)で表される）に対応するα(K)を式（４−１）によって得ることができる。α(K)は最終的には以下のようになる。
【００４７】
【数５】
2006512808.tif 000008
【００４８】
このように、各コードチャネルのチャネル応答変化の近似モデルを得る。
【００４９】
「ステップ４」
最後のステップで得たチャネル応答変化の近似モデルを用いて、各コードチャネル内の各記号の偏差を計算できる。得られた偏差によってチャネル推定を修正し、修正したチャネル推定を用いて式（１−１）及び（１−２）の検出データｄ1(k)及びｄ2(k)を修正し、修正データｄ1"(k)及びｄ2"(k)を得、ステップ２１に戻る。
【００５０】
「ステップ２１」
反復回数に達したか否かを検出し、達していない場合は更なる修正が必要である。即ち、ｄ1(k)＝ｄ1"(k)及びｄ2(k)＝ｄ2"(k)とし、ステップ２２、２３、２４、ステップ３及び４に移り、修正を続ける。設定回数に達した場合はステップ５に移り、修正済の検出データを全て復調し、出力する。
【００５１】
本発明の方法を用いることで、チャネルの正確な偏差のみならず、現行のタイムスロットの最終的な復調データもタイムスロットデータやバーストデータのために得ることができる。この方法は、チャネル推定コード付近にあるいくつかの記号を復調する前の検出結果を復調、判定及び再変調後の結果と比較することによって偏差を修正する。この方法は、チャネル応答の振幅及び位相を表す近似モデルも提供する。
【００５２】
本方法は基地局及び携帯端末の受信処理に使用されることができる。
【００５３】
好適な実施の形態である上記の説明は、本発明の方法を用いる任意の当業者に対してなされたものである。本実施の形態に対する種々の変更は当業者には明白である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】ＴＤ−ＳＣＤＭＡバースト構造を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態のフローチャートである。
【図１】
2006512808.tif 000009
【図２】
2006512808.tif 000010
【国際調査報告】
2006512808.tif 000011
2006512808.tif 000012
2006512808.tif 000013
2006512808.tif 000014