(57)【要約】マルチリンクホッピング無線システムにおける適応等化装置（５００）のための方法は、複数の無線リンク上で可変長の無線信号のバーストを受信するように複数の無線リンク間をホッピングすること、ならびに各無線リンクに対して低速チャネルの振幅および位相変動をその無線リンク上の受信バーストから等化させること、を含む。さらに、本方法は、各無線リンクに関連して推定したタップ係数を格納すること、ならびに無線リンクの現在のバーストのタップ重みを用いてその無線リンクの次の受信バーストのチャネル振幅および位相歪みを高い信頼性で事前補償すること、を含む。
2004528779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信元からバースト無線信号を受信し復号するための方法であって、
無線システム内の複数の無線リンク上で無線信号のバーストを受信するステップと、
複数の無線リンク上での受信バーストから非適応等化器、第１の適応等化器Ｉ、第２の適応等化器ＩＩを用いて各無線リンクに対する振幅および遅延歪みを補償するステップであって、ＫおよびＭは整数でありかつＫ≦Ｍであるとして、これらの等化器がＫ／Ｍの比率の間隔にあるような補償ステップと、
前記非適応等化器を用いて無線リンクの受信バーストをプレ等化するステップであって、前記非適応等化器のタップ係数が、前記無線リンクの以前受信されたバーストに対して動作させた適応等化器ＩＩから取得されるプレ等化ステップと、
前記受信バーストに対するキャリア位相オフセットを推定し除去するステップと、
前記適応等化器ＩＩの初期タップ係数値を、前記無線リンクの現在のバーストに対して動作している第１の適応等化器Ｉを用いて推定するステップと、
前記適応等化器ＩＩを前記推定したタップ係数値と共に用いて、遅延バージョンの現在のバーストを適応等化するステップと、
動作している無線リンクの現在のバーストの終了時点において、前記適応等化器ＩＩの推定タップ係数値を記憶装置内に格納するステップと、
適応等化器ＩＩに対する格納したタップ係数を前記記憶装置から前記非適応等化器に検索し、各無線リンクに対して次の受信バーストの残留する任意の振幅および遅延歪みを事前補償するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
各無線リンクに対して非適応性でＫ／Ｍ比率の間隔にある等化器内で、それぞれの前記無線リンクの以前のバーストに対する格納済みタップ係数を用いて受信バーストの振幅および遅延歪みを事前補償するステップ、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
無線信号の受信バーストのキャリア位相オフセットを補償するステップと、
受信バースト内の利用可能なパイロットシンボルおよびデータシンボルを用いて各リンクのキャリア位相を推定するステップと、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第２の適応性で分数間隔の等化器ＩＩに関する初期タップ係数値を、適応性でＫ／Ｍ比率の間隔にある等化器Ｉから提供するステップ、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の適応等化器ＩＩにおいて、前記第１の適応等化器Ｉの初期タップ係数値を初期係数重みとして用いて、前記複数の無線リンクのうちのある無線リンクに対して遅延およびキャリア位相補償した受信バーストを等化するステップ、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の適応等化器ＩＩのそれぞれの無線リンクの現在のバーストの終了時点で、得られた等化器タップ係数値を、前記無線リンクに対して非適応等化器内の次のデータバーストに対する初期タップ係数値として用いるステップ、
をさらに含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の適応等化器ＩＩのそれぞれの無線リンクの現在のバーストの終了時点で、得られた等化器タップ係数値を、前記無線リンクに対して前記第１の適応等化器Ｉ内の次のデータバーストに対する初期タップ係数値として用いるステップ、
をさらに含む請求項５に記載の方法。
【請求項８】
無線信号のバーストを受信する前記ステップが、
定常動作におけるデータバーストと、前記無線システム内の近隣リンクに関連付けした無線リンク上で結合動作においてそれぞれが新規の近隣リンクを結合させるための複数の勧誘パケットと、のうちの１つを受信するステップ、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
１つの無線リンクあたり各Ｓ個のプログラム可能なフレームごとにデータバーストと多重化されたプログラム可能な等化器トレーニングシーケンス（ＥＴＳ）を受信するステップであって、それぞれの各勧誘パケットがそれぞれの勧誘パケットの既知のタイミング位置に既知のトレーニングシンボルを備えているステップ、
をさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
プログラム可能なＥＴＳを受信する前記ステップが、
各Ｓ個のフレームごとの先頭に配置された妥当な相関特性を有する最大長シフトレジスタ（ＭＬＳＲ）コードシーケンスに、既知の変調フォーマットを周期的に多重化させるステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
Ｓ個のフレームの受信後に、前記複数の無線リンクの中から各リンクに対する送信されたフレーム構造を多重化させたＥＴＳバーストを受信するステップと、
第１の適応等化器Ｉおよび第２の適応等化器ＩＩのタップ係数を、受信したデータバーストを用いてトレーニングするステップと、
をさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
無線リンクの振幅および遅延歪みを補償するステップと、
前記受信バーストを既知のトレーニングシーケンスを用いて復調するステップと、
をさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記復調のステップが、
結合動作の間に前記勧誘パケット内の既知のトレーニングシーケンスからチャネル位相および振幅変動を推定するステップと、
定常動作においてＥＴＳシーケンスからチャネル位相および振幅変動を推定するステップと、
定常動作においてデータバーストを用いて決定指向モードでタップ係数を適応させるステップと、
選択した変調スキームＭ−ＱＡＭに基づいて処理シンボルを検出するステップと、
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
各Ｓ番目のフレームの先頭位置で、受信した各ＥＴＳバーストごとに複数の既知のコードシーケンスを用いてタップ係数を適応させ、前記等化器が変化するチャネル特性に追従し、それぞれのリンクごとのＬＭＳ（最小二乗平均）アルゴリズムにおいて遅れ誤差を最小化することを可能にするステップ、
をさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記無線システムを結合させる新規の結合用ノードにより無線リンクに対する勧誘バーストを受信するステップと、
前記勧誘パケットを用いて取得した格納されている等化器重みを前記第１の適応等化器Ｉに検索し、第２の適応性でＫ／Ｍ間隔の等化器ＩＩを定常動作させるための初期タップ係数値としてタップ係数の推定値を取得するステップと、
前記勧誘バーストを用いて取得した格納されている等化器重みを非適応性でＫ／Ｍ比率の間隔にある等化器内に検索し、キャリア位相リカバリユニット前にデータバーストを前処理するステップと、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記無線システムを結合させる新規の結合用ノードにより無線リンクに対するリンクパラメータを確定させるステップと、
前記リンクパラメータを定常動作のための初期格納チャネル情報として格納するステップと、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
データバースト内のパイロットシンボルおよびデータシンボルに基づいてキャリア位相の推定値を形成することによってデータバーストに対するキャリア位相を補償するステップと、
第１の適応等化器Ｉのタップ係数値を、Ｌ個のシンボルの後に第２の適応等化器ＩＩに前記第２の適応等化器ＩＩの初期タップ係数値としてロードするステップと、
決定指向モード動作において現在のデータバーストの（Ｋ＋Ｌ）シンボル遅延したバージョンを用いて前記第２の適応等化器ＩＩに対するタップ係数値を更新し適応させるステップと、
前記バースト内で第Ｌ番目のシンボルの後で前記第１の適応等化器Ｉのタップ係数値をフリーズし、前記値を前記第２の適応等化器ＩＩに提供するステップと、
新規のデータバーストを受信し次第、前記第１の適応等化器のタップ係数値の適応を再開するステップと、
現在のバーストのシンボルすべてを処理した後、前記第２の適応等化器ＩＩのタップ係数値をメモリブロック内に格納するステップと、
前記第１の適応等化器Ｉおよび前記第２の適応等化器ＩＩに先行して、非適応等化器において前記格納した等化器重みを用いてキャリア−位相リカバリのために前記データバーストを前処理するステップと、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
キャリア位相オフセットを推定する前記ステップが、
粗く補償した振幅および位相歪みをもつ無線信号バーストを用いて、無線信号のバーストのキャリア位相を推定するステップ、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
キャリア位相オフセットを推定し除去する前記ステップが、
チャネル劣化によるキャリア位相の影響を除去し、前記第１の適応等化器Ｉのタップ係数の収れんを受容可能な二乗平均誤差値まで改善させるステップ、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
計測した１つまたは複数のチャネル品質パラメータに基づいて、前記第１の適応等化器Ｉおよび前記第２の適応等化器ＩＩにおいて最小二乗平均方式のゲインパラメータを変更するステップ、
をさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記計測した１つまたは複数のチャネル品質パラメータが、受信した信号強度（ＲＳＳＩ）と信号対雑音比（ＳＮＲ）とを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
キャリア位相オフセットを推定し除去する前記ステップが、
第２の適応等化器ＩＩにおいてキャリア位相リカバリユニットから遅延信号を受信するステップであって、前記遅延信号はチャネル劣化によるキャリア位相の影響をその中から除去する元にあたる無線信号バーストを表しているステップと、
前記第２の適応等化器ＩＩにおいて遅延信号を用い、前記第２の適応等化器ＩＩのタップ係数を受容可能な二乗平均誤差値まで収れんさせるステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
リンクホッピング／バーストモード無線受信機で無線信号を受信するための方法であって、
第１の無線リンク上で第１の無線信号の第１のバーストを受信するステップと、
前記第１のバーストを用いて前記第１の無線リンクに対して第１の適応等化器Ｉに対する等化器重みを決定するステップと、
引き続いて、前記第１のバーストで取得した前記等化器重みを初期タップ係数値として使用して、前記第１の無線リンク上で前記第１の無線信号の次のバーストを受信するステップと、
を含む方法。
【請求項２４】
受信した信号の振幅および位相変動を事前補償するために固定等化器内で使用できるようにするため、現在のバーストの最終位置で第２の適応等化器ＩＩの等化器重みを格納するステップ、
をさらに含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
第２の無線リンク上で第２の無線信号の第１のバーストを受信するステップと、
前記第２の無線信号の第１バーストで取得した等化器重みを前記第２の無線信号の第１バーストの初期タップ係数値として用いて、前記第２の無線リンクに対する等化器重みを決定するステップと、
をさらに含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
第２の無線信号の第１バーストを受信する前記ステップが、
前記第２の無線リンクに対するチャネル情報を決定し、前記第２の無線リンクに対する等化器重みを後で使用できるように格納するステップと、
前記格納した情報を、前記第２の無線信号の第２バーストに対する第１の等化器の初期等化器重みとして使用するステップと、
を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
等化器重みを決定する前記ステップが、
前記第１の無線信号に対する固定等化器複素係数を第２の適応等化器ＩＩからダウンロードするステップ、
を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の適応等化器ＩＩと結合させたメモリ回路内に、前記無線リンク上の固定等化器および適応等化器Ｉに対する次バースト等化器重みを格納するステップ、
をさらに含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
マルチリンクホッピング／バースト適応性モデムで使用するための適応性で分数間隔の等化器方法であって、
振幅および位相歪みをもつ複素信号を、その各々が１つまたは複数のパイロットシンボルおよびデータシンボルを含む一連のバーストとして受信するステップと、
前記受信した複素信号の振幅および位相変動を固定で分数間隔の等化器を用いて事前補償するステップと、
バーストに対するキャリア位相を前記バーストのパイロットシンボルおよびデータシンボルを用いて推定するために、キャリア位相の粗い推定を用いてキャリア位相の推定値を形成するステップと、
第１の適応等化器Ｉを用いて前記第２の適応等化器の初期タップ値をＬ個のシンボルの後に推定するステップと、
第２の適応等化器ＩＩにおいて前記第１の適応等化器の遅延バージョンの入力受信信号を等化させるステップと、
を含む方法。
【請求項３０】
定常状態動作においてリンクホッピングバースト適応性モデムで使用するための適応等化器システムであって、
複数の無線リンクに対して事前定義されており、かつ前記それぞれの無線リンクに対するタップ係数値を格納している複数の記憶場所を有しているランダムアクセスデジタルメモリと、
前記リンクの前記データバーストの振幅および位相変動を事前補償するための固定等化器であって、前記リンクの以前のバーストに関連したタップ係数値が前記メモリからロードされており、事前補償済みの振幅および位相信号を生成しているような固定等化器と、
複数の通信リンクに対して歪みのあるキャリア位相を抽出しているキャリア位相リカバリユニットであって、
前記バーストのデータ内に含まれる複数の既知パイロットシンボルを用いてパイロット支援技法によって、前記歪みのあるキャリア位相に対する粗い推定値を得ている第１段と、
前記第１段と結合させた固定位相バイアス除去段と、
前記固定位相バイアス除去段と結合させた複素共役フェーザ発生段と、
粗い位相補償信号を生成するように推定した粗いキャリア位相を前記等化信号から除去するために前記フェーザ発生段が発生させたフェーザ信号によって前記等化信号を脱回転させるための脱回転手段と、
データ支援で決定指向の技法を用いて前記粗い位相補償信号から被変調信号を除去するためのデータ支援位相推定器段と、
ノイズ分散を減少させるために、前記データ支援位相推定器段からのＭ個のシンボルを平均するための平均化手段と、
を含んでいるキャリア位相リカバリユニットと、
第２の適応等化器ＩＩに対する初期タップ係数値を生成させるための第１の適応等化器Ｉユニットであって、等化した信号を生成すると共に、現在のバーストの最終位置において前記第２の適応等化器ＩＩのタップ係数値を、それぞれの無線リンクの次のバーストに関する固定等化器のタップ係数値として使用できるように前記メモリ内に格納している第１適応等化器Ｉユニットと、
を備えるシステム。
【請求項３１】
複数の通信リンクを含む無線システムの結合動作で使用するリンクホッピング適応性バーストモデム用の適応等化器システムであって、
その勧誘パケット内でＰ個の既知の直交振幅変調（ＱＡＭ）シンボルを使用しているトレーニングシーケンスと、バーストモードにおいて前記等化器システムの初期タップ値として利用できるように各無線リンクの適応等化器ＩおよびＩＩに対するタップ係数を作成するための適応性で分数間隔の等化器と、
を備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低速の時間と共に変動するチャネルを介して適応性ショートバーストモデムおよびマルチリンクホッピングメッシュ型無線ネットワークで動作するような、固定ブロードバンドワイヤレスアクセス（ＦＢＷＡ）の用途で利用される適応等化器サブシステムに関する。この適応性モデムは、こうしたチャネルを介してあるリンクから別のリンクへの高速リンクホッピングが可能である。すなわち、このチャネルは与えられた任意のリンクに対してバーストとバーストの間で擬似静的（ｑｕａｓｉ−ｓｔａｔｉｃ）である。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、Ｍ．Ｒａｆｉｅらの名のもとに２００１年１月１７日に出願された「Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｍｏｄｅｍｓ  ａｎｄ  Ｌｉｎｋ  Ｈｏｐｐｉｎｇ  Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」と題する特許出願第０９／７６４，２０２号に関連する。
【０００３】
本明細書に記載した実施形態は、「Ｂｒｏａｄｂａｎｄ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｍｅｓｈ  Ｔｏｐｏｌｏｇｙ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」と題するＪ．ＢｅｒｇｅｒおよびＩ．Ａａｒｏｎｓｏｎの名のもとに１９９８年１１月５日に出願された米国特許出願第０９／１８７，６６５号に記載されているタイプのワイヤレスメッシュ型トポロジーネットワーク、「Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｍｏｄｅｍｓ  ａｎｄ  Ｌｉｎｋ  Ｈｏｐｐｉｎｇ  Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」と題するＭ．Ｒａｆｉｅらの名のもとに出願された米国特許出願第０９／７６４，２０２号に記載されているキャリア位相リカバリシステム、および「Ｓｐａｔｉａｌｌｙ  Ｓｗｉｔｃｈｅｄ  Ｒｏｕｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｄａｔａ  Ｐａｃｋｅｔｓ」と題するＪ．Ｂｅｒｇｅｒらの名のもとに出願された米国特許出願第０９／４３３，５４２号に記載されている設計と同じ切り替え式マルチビームアンテナ設計を含むネットワークノードとの組合せ、ならびに「Ｊｏｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ａｄｍｉｔｔｉｎｇ  Ａ  Ｎｏｄｅ  Ｔｏ  Ａ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｍｅｓｈ  Ｎｅｔｗｏｒｋ」と題するＹ．Ｋａｇａｎの名のもとに２０００年１０月３０日に出願された米国特許出願第０９／６９９，５８２号に開示されている方法および装置との組合せで使用することができる。これらの米国特許出願の各々はその全体を参照により本明細書に組み込むものとする。これらの実施形態に関するその他の応用は本明細書の記載から明らかとなろう。
【０００４】
デジタルデータのバースト送信は、衛星用時分割多重アクセス、デジタル式セルラー無線、ワイドバンドモバイルシステム、ブロードバンドワイヤレスアクセスシステムなど幾つかの用途で利用されている。設計トレードオフならびに得られるアーキテクチャはこれらの用途の各々で異なっている。
【０００５】
一般に、受信機は、可能な最良のビット−誤差パフォーマンスをもたらすような方法で受信バースト波形をフィルタ処理しなければならない。ほとんどの場合、このことは、ノイズ、干渉および歪みのパワーに対する信号パワーの比を最大にすることを意味している。近頃のシステムでは、このことは整合フィルタまたは適応等化器を用いることを含意している。
【０００６】
こうした用途のほとんどでは、トレーニング目的のため、データパケットの各バーストの最初、中間または最後に既知のシンボルからなるプリアンブルを挿入している。こうした方式は、ショートバーストの送信を必要とするような用途には適当でない。既知データのシーケンスを挿入するため、ショートバーストに対する送信効率が大幅に低下する。その結果、プリアンブルをベースとしたアルゴリズムは、こうしたシステムに適用できない。
【０００７】
理想的には、初期収集または後続の適応のためのトレーニングシーケンスの使用を最小限にすることが極めて望ましい。この特徴は、ＩＳ−１３６、ＧＳＭ、ＥＤＧＥ、固定ブロードバンドワイヤレスアクセスシステムなど時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）を利用する既存の多くのワイヤレス通信用途で使用されるようなショートバーストフォーマットに関しては特に重要である。ショートバーストフォーマットは、エンドツーエンドの送信遅延を低下させ、かつ１回のバースト全体にわたるワイヤレスチャネルの時間変動を制限するために使用される。しかし、こうしたショートバーストフォーマットに関してはトレーニングオーバーヘッドが極めて重要になりかねない。このオーバーヘッドは多くのシステムにおいて最大３０％までの範囲となる。これらのシステムのオーバーヘッドは本発明において概括した適応等化装置を利用することによってリカバーすることができる。遅延スプレッドに関してより長い範囲またはより高い許容度を必要とするような場合では、これらのシステムに対して物理リンクフォーマットを変更することなしに適応等化を使用することができる。
【０００８】
固定バンド幅を介してスループットを増大させ続けることに対する絶え間ない要求がブロードバンドインターネットプロトコル（ＩＰ）の応用によって活気付けられることによって、システム設計者はよりスループット効率がよい変調スキームの方向に向かうように後押しされている。これらは比較的パフォーマンスが良好であるため、これらの用途の多くにおいては大きな直交振幅変調（ＱＡＭ）コンステレーションパターンが使用されている。大きなＱＡＭ星座パターンを使用することに関連する重大な問題の１つは無線リンクの振幅および遅延歪みに関する問題であり、多くの場合に、特にバーストモデムシステムにおいて、効率の理由からプリアンブルを使用せずに実行しなければならない。
【０００９】
適応等化に至る方式には幾つかの種類がある。最小二乗平均（ＬＭＳ）誤差アルゴリズムなど適応において複雑性が低いアルゴリズムが、適応等化器では一般的である。最小二乗（ＬＳ）法、リカーシブ最小二乗（ＲＬＳ）法、高速Ｋａｌｍａｎ法、平方根ＲＬＳ法などの高速の方式では、大量の計算を必要とする行列逆変換が必要であり、また（幾つかの場合では）安定性の問題が生じる。適応等化器はさらに、線形トランスバーサル構造とリカーシブ構造とに分類することができる。
【００１０】
トランスバーサル（タップ−遅延−ライン）等化器では、受信したシンボルｒ（ｔ−ｎＴ）に関する現在値および過去値を、等化器タップ係数（タップゲイン）ｃ（ｎ）によって線形に重み付けして加算し、等化した信号である
【００１１】
【数１】
2004528779.tif 000003
を生成している。
【００１２】
ゼロ化強制（ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ：ＺＦ）等化器が最悪のケースのＩＳＩ（ｉｎｔｅｒ−ｓｙｍｂｏｌ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：シンボル間干渉）のピーク歪みを最小限にするのは、等化前のピーク歪みが１００パーセント未満の場合だけである。しかしＬＭＳ等化器では、等化器タップ係数を選択して二乗平均誤差（すなわち、ＩＳＩ（シンボル間干渉）項のすべてに等化器の出力位置におけるノイズパワーを加えたものの二乗和）を最小限にしている。
【００１３】
非線形受信機構造のクラスにおいては、誤差確率に関連したさまざまな最適化基準が検討されている。これによって、Ｖｉｔｅｒｂｉアルゴリズム（ＶＡ）および適応バージョンのこの種の受信機を用いた最尤シーケンス推定器（ｍａｘｉｍｕｍ  ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ  ｅｓｔｉｍａｔｏｒ：ＭＬＳＥ）が開発される結果となった。ＭＬＳＥの計算上の複雑さは、シンボルのアルファベットサイズ（ｍ）および離散チャネルパルス応答（Ｌ）の項の数に従って指数関数的に増大し、ｍＬ−１に比例する。非線形および部分最適（ｓｕｂ−ｏｐｔｉｍａｌ）受信機構造の別の部門に決定フィードバック等化器（ＤＦＥ）がある。決定フィードバック等化器は無記憶式に決定を行い、後続のシンボル間干渉（ＩＳＩ）の項をすべて相殺している。しかしＤＦＥでは、決定を遅らせる能力がないため実効信号対雑音比（ＳＮＲ）が低下し、誤差伝播が生じる欠点がある。
【００１４】
ネットワーク内の各ノードが典型的にはショートバーストのデータをさまざまな無線リンクを介した多数の送信機から受け取るように適応しなければならないようなマルチポイントネットワークをポーリングする受信機の適応等化器では、高速の収れんが重要である。直交化ＬＭＳアルゴリズムを用いると等化器の収れんが高速化される。詳細には、適応等化器の高速トラッキングのためには、ＲＬＳや適応性格子（ａｄａｐｔｉｖｅ  ｌａｔｔｉｃｅ：ＡＬ）などの自己直交化技法が用いられている。Ｋａｌｍａｎ式（ＲＬＳ）および高速Ｋａｌｍａｎ式のアルゴリズムでは、通常の線形トランスバーサル等化器の係数に対して行う調整を直交化することによってその高速の収れんを得ている。一方、適応性格子アルゴリズムでは、受信信号成分の組を直交化するために格子型フィルタ構造を用いている。幾つかの用途では、計算上の複雑性や安定性の問題のため、高速収れん式の等化器の使用を避けている。
【００１５】
等化器が解決しなければならない劣化（ｉｍｐａｉｒｍｅｎｔ）が等化前にモデムがタイミングおよびキャリア位相を確実にトラッキングできる程に十分小さければ、その等化器はさらにより高速なトレーニングをするように製作することができる。チャネルにさらに激しい歪みがある場合、タイミングおよびキャリアのリカバリ前に等化器をトレーニングするような方式が必要となることがある。
【００１６】
Ｍ−ＱＡＭなど高水準の変調スキームにおけるキャリア位相誤差
2004528779.tif 000004
の影響は、同相および直交成分からのクロストーク干渉に加えて、所望の信号成分のパワーが
2004528779.tif 000005
分の１に小さくなることがある。同位相成分と直交成分の平均パワーレベルは同じであるから、位相誤差が小さいと、特に変調レベルが大きい（すなわち、Ｍ≧１６）場合に適応等化器のパフォーマンスが大きく減退する。「Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｍｏｄｅｍｓ  ａｎｄ  Ｌｉｎｋ  Ｈｏｐｐｉｎｇ  Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」と題する２００１年１月１７日にＭ．Ｒａｆｉｅらの名のもとに出願された米国特許出願第０９／７６４，２０２号に記載されている正確なキャリア位相リカバリユニットは、適応等化器のパフォーマンスおよび収れんに対するキャリア位相オフセットの悪影響を低下させるために、非適応性のプレ等化器の後、かつ２つの適応等化器の前で使用されている。
【００１７】
連続モデムの用途では、典型的には、トラッキングプロセスにより等化器のタップ係数を適応させている受信機の収集フェーズが終わるまでの間、ユーザはある時間期間待機することは厭わない。多くの場合、連続モデムにおけるタップ収れんプロセスは単に、適応等化器が受信信号に基づいてチャネルのインパルス応答および不要なノイズ（干渉とノイズとを加えたもの）を連続的にトラッキングできるようにするだけである。換言すると、収集プロセスはトラッキングプロセスとは異なる。
【００１８】
これに対してバーストモデムでは、所与の送信のユーザデータコンテンツは、数分の１ミリ秒でしかないことがある。収集時間が長いと、システムに対して受容しがたい程のオーバーヘッドを与えると共にキャパシティが大幅に低下する。したがって、バーストモデムでは、受信機の等化器に関して適正な受信機ゲイン、キャリア周波数および位相、サンプルタイミング周波数および位相、ならびにタップ係数を迅速に推定するような特殊な収集プロセスが必要である。さらに、その収集プロセスは、プロトコルスタックの高次レイヤがデータを適正にフォーマットできるように、バースト内のどのビットが第１ユーザデータビットであるかを高信頼性に特定しなければならない。
【００１９】
初期タップ係数値は、システムの結合（収集）モードでトレーニングシーケンスを用いて推定することができる。結合モードにおいてＱＰＳＫシグナリングシーケンスを用いて個々の各無線リンクの振幅および遅延歪みを補償することもある。次いで、タップ係数値を固定プレ等化器および反復適応等化器に対する初期タップ重みとして用いることがある（これについては以下に記載することにする）。
【００２０】
ワイヤレス通信における従来の等化では、トレーニングシーケンスを頻繁に送信する必要がある。このことはシステムオーバーヘッドを意味しており、情報速度を実効的に低下させる。一方、ブラインド等化技法ではトレーニングシーケンスは必要がない。最も普及しているブラインドアルゴリズムのうちの１つは、一定係数アルゴリズム（ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｍｏｄｕｌｕｓ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ：ＣＭＡ）の系統である。ＣＭＡ系統のアルゴリズムを使用することには幾つかの不都合がある。こうした不都合の１つは、極小値が存在することである。ブラインドアルゴリズムの別の欠点は、収れんが遅いこと、ならびにショートバーストでは等化を達成できないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
したがって、バーストモードのシステムにおける適応等化器技法のための方法および装置が必要とされている。さらに、無線通信のためにショート送信バーストを使用するリンクホッピングシステムにおける適応等化技法のための方法および装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
概要のみを目的として、本実施形態は、マルチリンクホッピング無線システムにおいて無線信号を受信するための方法を提供する。本方法は、ショートバーストを受信するために複数の無線リンク間をホッピングすること、ならびに各無線リンクに対して振幅および遅延歪みを補償すること、を含む。さらに、本方法は、適応等化器の推定タップ係数を格納すること、ならびにこれらのタップ係数値を無線リンクの次の受信バーストに対する初期タップ重み値として使用すること、を含む。
【００２３】
これらの実施形態はさらに、第１の無線リンク上で第１のバーストを受信し、この第１バーストを用いて第１の無線リンクに対してチャネル情報を決定すること（すなわち、等化器のタップ係数を推定すること）を含むような無線信号の受信方法を提供する。本方法はさらに、第１の無線リンクの第２のバーストなど次のバーストを、第１のバーストからの推定タップ係数を第１の無線リンクの第２バーストに対する等化器の初期タップ値として使用しながら受信することを含む。
【００２４】
これらの実施形態はさらに、マルチリンクホッピング／バースト適応性モデムで使用するための適応等化方法を提供する。本方法は、変調された振幅および遅延の歪みをもつ信号を一連のバーストとして受信することを含む。このシステムは、無線リンクごとに適応等化器によって生成させた以前のデータバーストからの等化器重みを用いて前記バーストのデータを等化するように構成した固定分数間隔の等化器を備える。さらに、本方法は、プレ等化したバーストからキャリア位相オフセットを推定し除去することを含む。
【００２５】
これらの実施形態はさらに、等化された出力信号が生成されるように前記バーストを等化し、かつ次のバーストのデータを等化するために固定等化器に次バースト等化器重みを提供している２つの適応性分数間隔等化器からなる反復適応等化器ユニットを含む。
【００２６】
これらの実施形態はさらに、定常動作のマルチリンクホッピング式でバースト適応性のモデムで使用するための適応等化システムを提供する。実施の一形態では、この適応等化システムは、記憶装置と、そのリンクに対する格納タップ係数が以前のバーストに対応しているような前記リンクの前記データバーストを等化するための固定等化器と、を含む。この適応等化器ユニットは、各無線リンクの振幅および位相歪みを受信バーストのデータの固定等化器を用いて事前補償する第１段と、この第１段と結合させたキャリア位相オフセット除去段と、このキャリア位相除去段と結合させた反復適応等化器段と、を含む。この反復適応等化器は、２つの分数間隔の適応等化器から構成されている。第１の適応等化器は、第２の適応等化器に対する初期タップ推定を提供するために必要である。この適応等化器システムはさらに、前記無線リンクの現在のバーストに基づいて動作する適応等化器の最終段のタップ係数値を格納するための記憶装置を含む。さらに、格納したこのタップ係数は、前記無線リンクの到来する次バーストの振幅および遅延変動を事前補償するために、本発明の第１段の固定等化器にダウンロードされている。
【００２７】
好ましい実施形態に関する上述の検討は、概説を目的として提供しただけである。この部分には、本発明の範囲を規定している添付の特許請求の範囲を限定するものとして取り上げたものは何もない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
マルチリンクホッピングワイヤレスシステムにおける適応等化器装置のための方法は、ショートバーストを受信するために複数の無線リンク間をホッピングすること、ならびに各無線リンクに対する振幅および遅延歪みをこの無線リンク上の受信バーストから等化すること、を含む。この適応等化器方法および装置は、１つの固定等化器と２つの適応等化器とからなる多段式等化技法を用いて利用可能な複数のリンクに対してバースト単位で独立に個々の各リンクの振幅および位相劣化を補償している。適応等化器のパフォーマンスは特定のリンクのチャネル動作に大きく依存するため、望ましくないチャネル特性を大まかに事前補償し、各リンクの受信バーストのキャリア位相オフセットをあらゆる適応等化処理スキームの前に独立に除去するような手段を設けている。複数のマルチホッピングリンクの各無線リンクに対して、現在のバーストに対応する適応等化器のタップ係数値を格納し、受信した次のバーストをプレ等化するための固定等化器で使用することになる。所与のリンク内の各バーストに関して、多段式キャリア位相リカバリシステムを用いてあらゆるキャリア位相オフセットを除去し、その等化器システムで利用している適応性アルゴリズムがより速やかに収れんできるようにしている。この適応等化器は、収集（結合）モードならびに定常（バースト）モードで動作する。
【００２９】
本実施形態は、固定のブロードバンドワイヤレスアクセスネットワークで使用されるリンクホッピングワイヤレスメッシュ型トポロジーアーキテクチャに対する適応等化器サブシステムに関する。こうしたネットワークは、２８ＧＨｚにおけるローカルマルチポイント分散システム（Ｌｏｃａｌ  Ｍｕｌｔｉ−ｐｏｉｎｔ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｓｅｒｖｉｃｅ：ＬＭＤＳ）バンドなどさまざまなスペクトルで動作する。ネットワークなどのノードのモデムは、低速で時間変動するチャネルを介してあるリンクから別のリンクに高速でリンクホッピングすることができる。すなわち、チャネルは、与えられた任意のリンクに対してバーストごとにほぼ静的である。多段式適応等化器技法は、たとえば、固定ブロードバンドワイヤレスアクセスを用いるような高速のショートバーストマルチリンクホッピングメッシュ型ネットワークトポロジーに関するコヒーレントな検出および等化のために提供される。
【００３０】
固定見通し（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ：ＬＯＳ）チャネルにおけるフェージングは、モバイルシステムと比較すれば軽微であるが、振幅および位相のトラッキングに対して破壊的な影響をもたらす。等化器システムに関してＲＬＳ、高速Ｋａｌｍａｎまたはブラインドアルゴリズムを用いることは、ショートバーストモデム用途には適さない。これらの適応性技法ではそのアルゴリズムのフェージングしたチャネル、複雑性および不安定性におけるサイクルスリップ速度が大きいこと、および／またはショートバーストブロードバンド用途では収れん速度が低いことのために、パフォーマンスの改善を提供することができない。
【００３１】
本実施形態は、可変ＱＡＭ変調シグナリングを伴う可変長ショートバーストモデムに適した高速で高効率のアルゴリズムを、実現の複雑性を低くまたスループット効率を高く維持しながら利用することによって、従来の適応等化スキームと比較してパフォーマンスを向上させるように設計している。キャリア位相オフセット推定サブシステムを伴う多段式適応等化技法は、適応性ＱＡＭ変調スキームを用いて高速のショートバーストデータを利用するようなダイナミックメッシュ型ネットワークで不可欠な時間変動するチャネル環境で送信された信号の振幅および遅延歪みを補償するようなこの実施形態の趣旨範囲にある。
【００３２】
ショートバーストフェージングチャネルでかつ高速のメッシュ型インフラストラクチャにおいてコヒーレントな検出を実現するためには、信頼性の高いキャリア−位相リカバリ方法および迅速な等化技法を実行しなければならない。原理的には、非支援かつ非適応性のスキーム単独とするのが最も効率がよい、しかし、これらのパフォーマンスは、低い信号対雑音比（ＳＮＲ）で動作させる場合および／またはそのチャネルがフェージングにより劣化している場合には、極めて堅牢な変調シグナリング（すなわち、Ｂ／ＱＰＳＫ）に対してであっても危機的状態となる。
【００３３】
バーストモードでは、本実施形態の適応等化ユニットは多段式等化スキームを実施する。先ず、受信した信号をタイミングリカバリ回路を用いてサンプリングし、整合フィルタで処理し、さらに固定Ｔ／Ｎ間隔の等化器を通過させて動作中のリンクの位相および振幅変動を補償している。ある特定のリンクの新規バーストをメッシュ型トポロジー（マルチポイント対マルチポイント）で受信すると、そのリンクの固定等化器に対する重みは、対応するリンクの以前のバーストに基づいた動作をした等化器のタップ係数に基づいて更新される。この実施形態では、記憶装置からのその固定等化器の（２Ｋ＋１）個のタップ係数Ｃｉ，ｊ（ｎ）をＴ／Ｍ間隔の等化器にロードする。すなわち、本実施形態では、各ノードは、近隣のＮ個のノードに対応したそのローカルメモリ内に格納したＮ組のタップ係数
Ｃｉ，ｊ（ｎ）＝［ｃｉ，ｊ（−Ｋ，ｎ）  ｃｉ，ｊ（−Ｋ＋１，ｎ）．．．ｃｉ，ｊ（Ｋ，ｎ）］Ｔ
ここで、ｉ＝１，．．．，Ｎならびにｎ，ｊ＝０，１，．．．
を有している。
【００３４】
本実施形態は適応等化に関する新規かつ改良型の方法およびシステムを提供する。その振幅および遅延歪みの補償は、２種類のモードで実施している。第１のモードは結合モードであり、ここではメッシュ型無線システムに結合するように新規のノードを勧誘する。このモードでは、第ｉ番目の近隣ノードの第ｊ番目バーストの等化器の時刻ｎにおけるタップ係数Ｃｉ，ｊ（ｎ）が、既知のトレーニングシンボルの長いシーケンスを介して推定される。この動作モードのことを収集モードと呼んでいる。
【００３５】
第２のモードでは、メッシュ型インフラストラクチャがバースト動作または定常動作にあるときに適応等化器を使用する。この検討の焦点は主に、適応等化のこのモードに置いている。多数の従来式の線形および非線形の適応等化器（すなわち、ＬＭＳトランスバーサル、決定フィードバック、ゼロ化強制など）が利用可能でありかつ本書で引用されているが、本実施形態では、新型の多段式構造を利用し、バースト単位でのリンクホッピングが可能な既存のメッシュ型ネットワーク内のショートバーストモデムで効率よく動作させている。
【００３６】
図１はメッシュ型トポロジーを利用している例示的なワイヤレス無線ネットワーク１００のブロック図である。図１に示すネットワーク１００は、無線通信における第１のノード１０２と、第２のノード１０４と、第３のノード１０６と、第４のノード１０８と、を含んでいる。このネットワーク１００は、任意の数のノードを含むことができる。図１に示す４つのノードは単なる一例である。図１の実施形態では、ネットワーク１００は、「Ｂｒｏａｄｂａｎｄ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｍｅｓｈ  Ｔｏｐｏｌｏｇｙ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」と題するＪ．ＢｅｒｇｅｒおよびＩ．Ａａｒｏｎｓｏｎの名のもとに１９９８年１１月５日に出願された米国特許出願第０９／１８７，６６５号に記載されているタイプのワイヤレスメッシュ型トポロジーネットワークである。
【００３７】
各ノード１０２、１０４、１０６、１０８は、データ処理装置と、ネットワーク１００の別のノードなどリモートの無線機とのデータ通信をするための無線機と、を含んでいる。この例示的な実施形態の各ノードは、多数のセクターに基づく無線通信を提供する指向性アンテナを含んでいる。これらのセクターは、あるノードの近傍の地理的エリアの一部分に及ぶような無線カバー範囲を提供する。したがって、ノード１０４はノード１０２を包含するエリア１１６に及ぶカバー範囲を提供するセクター１１２を含んでいる。ノード１０２は、エリア１１４に及ぶカバー範囲を提供している。ノード１０６は、エリア１１８に及ぶカバー範囲を提供しており、またノード１０８はエリア１２０に及ぶカバー範囲を提供している。
【００３８】
ネットワーク１００のノード１０２、１０４、１０６、１０８は同位（ピア：ｐｅｅｒ）と考えられる。これらは、同一の基準で互いに自由に通信することができる。このことは、セルラー無線電話システムの加入者ユニットと通信する基地局など階層システムと異なるところである。ノード１０２、１０４、１０６、１０８間での通信はピアツーピア通信である。
【００３９】
２つのノードは、そのアンテナセクターを一致させると無線通信状態になる。この場合では、これらのノードにより１つの無線リンクが完成しデータや制御情報をやりとりすることができる。したがって、ノード１０２とノード１０４とはリンク１２８によって通信しており、ノード１０２とノード１０８とはリンク１２６によって通信しており、またノード１０４とノード１０８とはリンク１３４によって通信している。
【００４０】
固定ブロードバンドワイヤレスネットワーク１００は２つのモードで動作する。第１のモードは収集／結合モードと呼んでいる。第２のモードは定常モードまたはバーストモードと呼んでいる。第１の動作モードでは、本発明は、結合パケットの指定されたスロット内に挿入されたＲ個のトレーニングシンボルを通じて、適応等化器の初期タップ係数値の正確な推定値を取得する。この結合プロセスは、Ｙ．Ｋａｇａｎらの名のもとに２０００年１０月３０日に出願された「Ｊｏｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ａｄｍｉｔｔｉｎｇ  Ａ  Ｎｏｄｅ  Ｔｏ  Ａ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｍｅｓｈ  Ｎｅｔｗｏｒｋ」と題する米国特許出願第０９／６９９，５８２号に記載されているタイプとすることができる。
【００４１】
図１の例示的な実施形態では、ノード１０６は既存のノード１０２、１０４、１０８を含んだネットワーク１００を結合させるプロセスにある結合用ノードと考えることができる。この結合用ノード１０６は、既存のノード１０２、１０４、１０８から勧誘パケットを受信しており、したがって、ノード１０２とはリンク１３０によって、ならびにノード１０８とはリンク１３２によって無線通信を確立することができる。
【００４２】
図２のシステム２００は、キャリア位相リカバリユニット２５０と適応等化器システム２７０とからなる従来技術の無線受信機の包括的ブロック図である。システム２００は、キャリア位相をリカバーし、システム１００の無線受信機において時間変動するフェージングチャネルの振幅および遅延歪みを補償するために必要な動作を図示したものである。キャリア位相推定器ユニット２５０の位置は、適応等化器２７０の前と後のいずれとすることもできる。システム２００は、理想化した、あるいは標準的な表現としている。図示した動作を実現することができるシステムの実際の実施形態では、マルチホッピングリンクシステムのコンテクストの範囲において
2004528779.tif 000006
およびＣｉ，ｊ（ｎ）を正確かつ効率よく推定することが必要である。特にシステム効率の理由から２個のシンボルからなるパイロット信号を含むショートバーストを実施しているような本システムでは、有効かつ効率のよい実施形態を形成することの困難さが加わる。
【００４３】
図２に示すコヒーレントな検出システム２００は、キャリアリカバリユニット２３０と、複素乗算器２２０と、トレーニングシーケンスブロック２４０と、スイッチ２６０と、適応等化器ブロック２７０と、を含んでいる。図２のシステム２００は、すでに整合フィルタ処理を受けかつ各Ｔ秒ごとにサンプリングを受けているような信号ｒ（ｎ）を受信している。
【００４４】
キャリア周波数オフセット
2004528779.tif 000007
やタイミング位相オフセット（シンボルエポック）
2004528779.tif 000008
などその他の同期パラメータは、受信機にとって既知であると仮定している。位相
2004528779.tif 000009
は、±πの範囲の値を取るような未知のランダムプロセスである。初めに、２４０のトレーニングシーケンスユニットを用いて適応等化器のタップ係数を推定する。キャリア位相リカバリプロセスは、Ｍ．Ｒａｆｉｅらの名のもとに２００１年１月１５日に出願された「Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｂｕｒｓｔ  Ｍｏｄｅｍｓ  Ａｎｄ  Ｌｉｎｋ  Ｈｏｐｐｉｎｇ  Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」と題する米国特許出願第０９／７６４，２０２号に記載されているタイプとすることができる。このキャリア位相リカバリプロセスは、前記バーストのデータ内に含まれる複数の既知パイロットシンボルを用いたパイロット支援技法を通じて歪みのあるキャリア位相に対する粗い推定値を収集している第１段と、この第１段と結合させた固定位相バイアス除去段と、この固定位相バイアス除去段と結合させた複素共役フェーザ発生段と、このフェーザ発生段が発生させたフェーザ信号によって等化信号を脱回転させて等化させた信号から推定した粗いキャリア位相を除去して粗い位相補償済み信号を生成させるための脱回転段と、データ支援の決定指向技法を用いて粗い位相補償済み信号から被変調信号を除去するためのデータ支援位相推定器段と、データ支援位相推定器段からのＭ個のシンボルを平均化しノイズ分散を減少させるための平均化段と、を含むような多数の段を含んでいる。シンボルエポックおよびキャリア周波数値は、あらかじめキャリア位相と独立に推定しており、バースト間で正確にトラッキングされる。
【００４５】
受信した平方根レイズドコサイン整合フィルタ信号２１０、ｒ（ｎ）、は、キャリア位相リカバリ回路２３０に入力される。Ｍ．Ｒａｆｉｅらの名のもとに２００１年１月１７日に出願された「Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｍｏｄｅｍｓ  ａｎｄ  Ｌｉｎｋ  Ｈｏｐｐｉｎｇ  Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」と題する米国特許出願第０９／７６４，２０２号に記載されているタイプのショートバースト用途に対する多段式キャリア位相リカバリの実現形態を、キャリア位相リカバリ回路２３０に使用することも可能である。推定した位相オフセット
2004528779.tif 000010
は、共役複素信号
【００４６】
【数２】
2004528779.tif 000011
を形成するために使用する。次いで、複素乗算器演算２２０を通じて推定した位相オフセットを受信信号２１０、ｒ（ｎ）、から除去し次式の等化器入力信号ｘ（ｎ）
【００４７】
【数３】
2004528779.tif 000012
を生成させている。
【００４８】
スイッチ２６０は、適応等化器の既知のトレーニングシーケンスをそのチャネルの状態に応じて収集モードまたは定常動作のいずれかに選択するために設けている。スイッチ２６０には、チャネルの振幅および遅延変動を補償するために適応等化器２７０を結合させている。受信した信号のキャリア位相オフセットリカバリに関する要件は、ショートバーストモデム用途における適応等化器の受容可能なパフォーマンスにとって重要である。連続性（非バースト性）用途では、その適応等化器は位相変動に対してより敏感でないため、したがって、そのキャリア位相リカバリシステムを適応等化器の後に置くことができる。
【００４９】
上述したように、システム２００は、受信信号に対するコヒーレントな検出および等化を行うための標準的な形態である。しかし、図１のシステムでは、無線信号を短い（たとえば、２個のシンボルの）パイロット信号からなるショートバーストとして受信している。さらに、図１のシステムは、１つの無線信号を１つの周波数によってある受信期間の間で受信しているようなリンクホッピングシステムである。これらの受信期間には、別の信号を受信するための期間を差し挟むことがある。以下で例示する実施形態は、リンクホッピング／バーストモード無線受信機においてキャリア位相をリカバーするためのシステムおよび方法に関するものである。
【００５０】
この例示的実施形態では、データの各バーストは、図３に図示したフォーマットを有することがある。図３は、図１のワイヤレスネットワーク１００で送信されたバーストのフレームフォーマットを図示している。図３のバーストは、ネットワーク１００のノード間で継続したバーストモード通信をさせるために使用されるタイプのバーストであり、図４に関連して以下に記載する結合プロセスで使用するバーストとは異なっている。図３のバーストは、データバーストの一例である。図３のデータバースト３００に示すように、定常モードのバーストは、その各々がデータバースト内部の既知のタイミング位置にあるような、データシンボル３０２と、既知のパイロットシンボル３０４と、を含んでいる。パイロットシンボル３０４は、パケットデータバースト３００のデータシンボル３０２の間に挿入されている。図示した実施形態では２個のパイロットシンボルを用いているが、シンボルは適当な任意の数とすることが可能である。パイロットシンボルはＱＡＭ星座パターンの最大振幅の隅に来るように選択される。図３に示すように、時間領域では、パイロットシンボルはバースト３００の中心の近傍に位置させることがある。たとえば３２個のシンボルからなるショートバーストでは、そのパイロットシンボルはそれぞれ１６番目と１７番目のシンボル位置に配置する。図示した実施形態において、ｍは、挿入するパイロットの前にある１パケットあたりのデータシンボル数であり、１５と選択している。パラメータｍ’はｍの任意の倍数とすることができる。実施の一形態では、他には全くパイロットシンボルを使用しない（すなわち、ｍ’＝∞である）。このバースト３００では、信頼性が高い位相推定とデータリカバリを得るため、データ内にパイロットシンボルを埋め込んでいる。図２のキャリア位相同期システム２００は、挿入したパイロットシンボルと推定したデータシンボルとを用いて、ショートバーストに対するキャリア位相オフセットを正確にリカバーしている。
【００５１】
同様に図４は、図１のワイヤレスネットワーク１００に対する結合プロセスで利用されるトレーニングシーケンスからなる送信された勧誘パケットのバースト４００を表している。結合モードでは、タップ重み推定の役目を担っているＲ個の既知のトレーニングシンボルは、図４に示すように送信された結合フレーム内の別の既知のシーケンスで多重化させている。
【００５２】
図５は、図１のワイヤレスネットワークのノードをバーストモード動作で使用するための適応等化器システム５００のブロック図である。システム５００は１つの包括的なキャリア位相リカバリシステムを形成している。システム５００は、図１のシステム１００などのリンクホッピング無線通信システムにおいて複数のリンク上で被変調信号を一連のデータバーストとして受信するような無線受信機内で実現することができる。具体的な実施形態では、各バーストは、１つまたは複数のパイロットシンボルおよびデータシンボルを含むことがある。実施の一形態では、システム５００を含む無線受信機は時間と共にゆっくりと変化しているチャネル上において、２８ＧＨｚのローカルマルチポイント分布サービス（ＬＭＤＳ）帯域内で動作している。この無線受信機は直交振幅変調された（ＱＡＭ）データからなる放送を受信している。この無線受信機は複数の無線リンク間でホッピングを行い、複数の無線リンク上で無線信号のバーストを受信している。具体的なネットワークの構成に応じて、受信機においてある特定のチャネル上である特定の送信機から受信するバーストに、他の送信機からの他のチャネル上のバーストを挟み込むことがある。別の動作特性を有するような別のシステムによる応用も同様に可能である。
【００５３】
適応等化器システム５００は、図１のワイヤレスネットワークのノードで使用するための適応等化器ユニットを表している。システム５００は、遅延エレメント５０２および５０５、混合器または複素乗算器５０４、適応等化器５０６、非適応等化器５０８、ならびにパイロットシンボルおよびデータシンボルと、スイッチ５３２および５０７と、メモリ回路５１２とを用いて前記バーストのデータに対する位相をリカバーしているキャリア位相リカバリユニット５１０、を含んでいる。入力５２０の位置で初期バースト（図５の信号ｒ（ｎ））を受信すると、このバーストを遅延ブロック５０２内で遅延させる。ライン５２１上の遅延データ（図５の信号ｉ６）に、複素乗算器内でキャリア位相リカバリユニット５１０からのライン５２６上の図５のキャリア位相推定信号ｉ５を乗算する。複素乗算器または混合器５０４は遅延させた前記バーストのデータと、リカバーさせた位相推定値とを合成し、ライン５２８上の図５の位相誤差補償済み信号ｘ（ｎ）を生成させる。キャリア位相リカバリユニット５１０の構造および動作は、参照によりその全体を本明細書に組み込む、Ｍ．Ｒａｆｉｅらの名のもとに２００１年１月１７日に出願された「Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｂｕｒｓｔ  Ｍｏｄｅｍｓ  Ａｎｄ  Ｌｉｎｋ  Ｈｏｐｐｉｎｇ  Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」と題する米国特許出願第０９／７６４，２０２号にさらに詳しく記載されている。
【００５４】
乗算器５０４からの出力信号ｘ（ｎ）は、ライン５２８上に提供される。この信号はそのチャネルの位相および振幅変動を補償している多段式適応等化器５０６に提供される。等化器５０６は、第１の適応等化器５０１と、第２の適応等化器５０３と、遅延ユニット５０５と、スイッチデバイス５０７と、から構成されている。適応等化器サブシステム５０６に対する入力信号５２８は、適応等化器５０１、５０３を通じて順次処理される。第１の適応等化器５０１は信号５２８のうちからＬ（すなわち、Ｌ＝３２）個のシンボルを費やして第２の適応等化器５０３に対する初期タップ係数値Ｃ’ｉ，ｊ（ｎ）を作成する。第ｉ番目の無線リンクの第ｊ番目の受信バーストの第Ｌ番目のシンボルにおいてスイッチ５０７を有効にした時点で、作成したタップ係数
Ｃ’ｉ，ｊ（ｎ）＝［ｃ’ｉ，ｊ（−Ｋ，ｎ）  ｃ’ｉ，ｊ（−Ｋ＋１，ｎ）．．．ｃ’ｉ，ｊ（Ｋ，ｎ）］Ｔ
は、第２の適応等化器５０３にダウンロードされる。スイッチの動作は、制御線５５２上の制御信号によって制御される。スイッチ５０７が提供する切り替え機能は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア、または前２者のある種の組合せによって提供される。タップ係数の組Ｃ’ｉ，ｊ（ｎ）は次式を通じて得られる。
【００５５】
【数４】
2004528779.tif 000013
ここで、ｉ＝１，．．．，Ｎ、ｊ，ｎ＝１，２，．．．
Ｎは有効ノードの無線リンクまたは近隣リンクの個数、ｊは第ｉ番目の無線リンクのバースト番号（２Ｋ＋１）は各等化器のタップ係数の個数、ｎは第ｉ番目のリンクの第ｊ番目のバースト内のサンプリング時間インスタンスである。
【００５６】
適応等化器５０６に対する入力信号５２８は、遅延ユニット５０５によってサンプルＮ個分、または第２の適応等化器５０３によって費やされる前にシンボル（Ｋ＋Ｌ）個分、遅延を受ける。適応等化器５０６は、図５の等化済み出力信号ｙｉ，ｊ（ｎ）を生成させる。さらに、次バースト等化器重み
Ｃｉ，ｊ（ｎ）＝［ｃｉ，ｊ（−Ｋ，ｎ）  ｃｉ，ｊ（−Ｋ＋１，ｎ）．．．ｃｉ，ｊ（Ｋ，ｎ）］Ｔ
を固定等化器５０８に提供する。上式において、Ｗｉ，ｊ＋１＝Ｃｉ，ｊ（Ｍ）、Ｍは第ｉ番目の無線リンクの第ｊ番目のバーストの長さ、また固定等化器５０８のタップ係数は
Ｗｉ，ｊ＝［ｗｉ，ｊ（−Ｋ）  ｗｉ，ｊ（−Ｋ＋１）．．．ｗｉ，ｊ（Ｋ）］Ｔ
である。
【００５７】
したがって、第ｉ番目の無線リンクの次のバースト（すなわち、第ｊ＋１番目のバースト）のデータを等化するための適応等化器５０１の初期タップ値は、Ｃ’ｉ，ｊ＋１（０）＝Ｃｉ，ｊ（Ｍ）である。ここで、適応等化器５０３のタップ係数は次式に基づいて取得される。
【００５８】
【数５】
2004528779.tif 000014
ここで、ｉ＝１，．．．，Ｎ、ｊ，ｎ＝１，２，．．．
上式において、適応等化器５０３のタップ係数の初期値はＣｉ，ｊ（０）＝Ｃ’ｉ，ｊ（Ｌ）に従って設定する。図示した実施形態では、Ｌは３２に設定しており、また次バーストの等化器重みはメモリ５１２に格納しているが、独立の記憶装置は省略することができる。
【００５９】
等化器５０６はＴ／Ｍ間隔の（すなわち、Ｍ＝２の）適応等化プロセスを実行し、等化済みでありかつキャリア−位相誤差補償した信号を出力５２２の位置に生成させる。適応等化プロセスの一部として、等化器重みは複素ＬＭＳアルゴリズムを用いて適応等化器５０６によって生成させる。
【００６０】
図６は、線形適応等化器システム６００の中核部分を図示したものである。線形適応等化器システム６００はＬＭＳ等化の動作を実現している。しかし、等化器システム６００は図５の等化器５０６を実現するように特に適合されている。
【００６１】
システム６００は、入力６０１と、遅延エレメント６０５と、乗算器６０２、加算器６０３および乗算器６０４を含む更新エレメントと、加算器６０６と、を含んでいる。システム６００はさらに、スライサ６４０と、加算器６４２と、スイッチ６２０と、スケール係数セレクタ６４８と、乗算器６４６と、を含んでいる。メモリブロック５３０は、トレーニングシーケンス５３０を格納している。
【００６２】
図６に図示した動作ブロックは、適当なハードウェア、ハードウェア要素と連携して動作するソフトウェア、あるいはハードウェアとソフトウェアとの組合せを用いて実現することができる。システム６００は、線形適応等化器システム６００を組み込んでいる受信機の媒体アクセスレイヤ（ＭＡＣレイヤ）６５０から受信したデータおよび命令の制御の下で動作する。媒体アクセスレイヤは、スケジュール動作、リソースの制御、その他を提供する。線形適応等化器システム６００に要求される適応はあまり高速では実施されないため、図６に表した動作はＭＡＣレイヤ６５０の制御下でソフトウェアで適切に実現することができる。
【００６３】
図５の等化器５０１および５０３用でありかつ線形適応等化器システム６００によって実現される適応アルゴリズムは次式となる。
【００６４】
【数６】
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および
【００６５】
【数７】
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上式において、μｋはＬＭＳアルゴリズムの調整速度を制御している適応性スケールファクタである。スケールファクタμｋは、図６のメモリブロック６３０内の事前に格納したＱ個の値（すなわち、ｋ＝１，２，．．．，Ｑ）から選択する。μｋの選択は、等化器の出力位置の推定される信号対雑音比ＳＮＲ、ならびにＭＡＣレイヤ６５０に提供されるその他のサイドチャネル情報に基づいてソフトウェア制御している。μｋの選択は、別のチャネルパフォーマンスのファクタまたは情報に基づくこともある。
【００６６】
上述のアルゴリズムを実現するために、システム６００は以下のように動作する。入力６０１の位置で入力信号ｘ（ｎ）を受信する。この入力信号は乗算器６０２および乗算器６０４に提供される。乗算器６０２は、項μｋεｉ，ｊ（ｎ）ｘ＊ｉ，ｊ（ｎ）を形成させる。加算器４０３は、以前にアクセスした記憶場所から検索することができる、項ｃｉｊ（ｎ−１）を加算する。この入力信号はさらに、遅延エレメント６０５内で遅延させると共に、システム６００の残りの更新エレメント内で同様の積および和を形成させる。すべての更新エレメントからの出力値は加算器６０６内で合成している。
【００６７】
加算器６０６の出力が信号
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である。この信号は星座パターンにまで量子化させるためスライサ６４０に提供される。このスライサ６４０は、制御線６５６上で、現在使用中の変調の種類を選択するための入力信号を受け取る。たとえば、入力信号の１つの値は１６−ＱＡＭに対応しており、また入力信号の第２の値は６４−ＱＡＭに対応することがある。スライサからの出力信号ｙ（ｎ）はシステム６００の出力位置に提供される。
【００６８】
出力信号ｙ（ｎ）はさらに、スイッチ６２０に提供される。スイッチ６２０は、この出力信号ｙ（ｎ）を加算器とメモリブロック５３０とのうちの一方に格納トレーニングシーケンスとして選択的に提供する。このスイッチはＭＡＣレイヤ４５０などライン６５４上で制御回路から受け取った制御信号に応答して動作する。このトレーニングシーケンスは、受信機の動作開始時点でシステム内に格納することがある。
【００６９】
加算器は量子化されていないスライサ入力信号
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と量子化されているスライサ出力信号ｙ（ｎ）とを合成し、誤差信号ε（ｎ）を形成させる。ここで、
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である。この出力信号はスライサ６４０によって星座パターンポイントまで量子化するが、正しい星座パターンポイントにならないことがある。入力信号は星座パターンポイントまで量子化させない。このシステムの動作はε（ｎ）を低下させる傾向がある。誤差が大きいほど生成される補正は大きくなる。したがって、誤差信号ε（ｎ）を選択したスケールファクタと乗算すると、その積は誤差の大きさに関連づけされた補正を生成させる傾向がある。このスケールファクタは、制御線６５２上で受け取った制御信号によってスケール係数セレクタから選択している。
【００７０】
図１のシステム１００のワイヤレスネットワークに対してはさらに、そのメッシュ型無線ネットワーク内にデータパケットが存在するのがより稀であるような状況において、図５の適応等化器５０１および５０３の収れんを支援するためのプログラム可能な等化器トレーニングシーケンス（ＥＴＳ）を設けている。実施の一形態として、送信されるＥＴＳのフレーム構造を図７に示す。図７に示した実施形態では、長さＩのＥＴＳ信号７１０を時刻Ｔにおいて発生させている。各無線リンク内には図７に示すＰミリ秒の周期で短い制御信号パケット７２０および７３０（それぞれ、送信要求（ｒｅｑｕｅｓｔ  ｔｏ  ｓｅｎｄ：ＲＴＳ）および送信可（ｃｌｅａｒ  ｔｏ  ｓｅｎｄ：ＣＴＳ））を周期的に挿入している。チャネル状態および等化器パフォーマンス（ＳＮＲ計測値）に基づいて、各Ｓ・Ｐミリ秒ごとに既知のＥＴＳ信号を挿入している。本発明の実施の一形態では、Ｓの値はＳ＝５と仮定している。このＥＴＳ信号は、自動送信パワー制御（ＡＴＰＣ）で必要となるような、受信機信号強度指示（ＲＳＳＩ）およびＳＮＲ計測に関する信頼性が高い推定値を得るために多用される。ＡＴＰＣはシステム間およびシステム内干渉の状況に対処するために重要である。
【００７１】
再び図５を参照すると、図５のブロック５０６の等化器重みは、現在処理中の受信無線信号の受け取り先にあたる前記のリンクに対応する。適応等化器５０６は、固定等化器５０８およびキャリア位相リカバリユニット５１０の構造と共に、そのチャネル内の振幅およびキャリア位相の変動を補償し、かつ／または各無線リンクに対して適当なチャネルサイド情報をその無線リンク上で受信バーストから提供する。
【００７２】
等化器重み、チャネル位相、またはその他の決定されたチャネル情報は、図５のメモリ５１２内に格納される。図示した実施形態では、メモリ５１２はランダムアクセスメモリである。代替的実施形態では、別の記憶デバイスによって代用することができる。図１のネットワーク１００などのリンクホッピングネットワーク実施形態では、その等化器重みは、これらが関連付けされているリンクの指示に従って格納することが好ましい。この方式では、等化器重みＷｉ，ｊは後続のバーストの等化で使用するために、メモリ５４０の入力位置で受け取った選択信号に応答して、メモリ５１２から検索することができる。具体的なあるリンクに対する後続の各バーストを受信すると、適応等化器５０６は現在の等化器重みを用いて次の受信バーストのために等化器重みを更新する。次いで反復適応等化器５０６は、更新したこの等化器重みをメモリ５１２内に格納する。
【００７３】
図５の固定等化器５０８は、この格納した等化器重みをメモリ５１２から信号Ｗｉ，ｊとして受け取る。指摘したように、マルチリンクまたはリンクホッピングシステムでは、格納した等化器重みは、受信しようとするリンクに従ってメモリから検索することが好ましい。等化器５０８は、その無線リンク上の次の受信バーストを信頼性高く受信するために、等化器重み、または無線リンクに対するその他の決定したチャネル情報を用いている。すなわち、その特定のリンクに対する次のバーストを受信すると、入力５４０の位置でメモリ５１２に対して選択信号をアサートにし、そのリンクに対して以前に格納してある等化器重みを検索させる。固定等化器５０８は、適応等化器５０６に関する検索した等化器重みを用いて、このチャネルの振幅および遅延歪みを事前補償している。等化を受けた信号
【００７４】
【数８】
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は、ライン５４２上でキャリア位相リカバリユニット５１０に提供される。
【００７５】
図５の遅延ブロック５０２は、固定等化器５０８およびキャリア位相リカバリユニット５１０のそれぞれで生じる処理遅延のすべてを考慮できるように設けている。
【００７６】
多重リンク環境では、図５のシステム５００は異なる受信機からの幾つかの独立のチャネルにわたるバーストを受信することができる。時には、システム５００は、単一の送信機から複数のバーストまたは連続性の送信を受け取ることがある。しかし一般的な場合では、システム５００は第１のチャネル上で１つの送信機からの１つのバーストを受信し、引き続いて、同じ第１チャネル上で同じ送信機から第２のバーストを受信する。このチャネルの第１バーストと第２バーストとの間には、他の１つまたは複数の送信機からのバーストが差し挟まれる。
【００７７】
したがってシステム５００は、第１の無線リンク上で第１の無線信号の第１のバーストを受信する。たとえば図１において、ノード１０２（この例ではシステム５００を含む）は、リンク１２６上でノード１０８からバーストを受け取ることができる。システム５００は、等化器重み、キャリア位相、あるいはその他のチャネル情報を格納している。次いでシステム５００は、図１のリンク１２８などの第２の無線リンク上で第２の無線信号の第１のバーストを受信する。システム５００は第２の無線信号の第１のバーストを用いて第２の無線リンクに対してチャネル情報を決定する。第２の無線リンクに対してチャネル情報は格納しておく。続いて、システム５００は、等化器重みまたはその他のチャネル情報を用いて、図１のリンク１２６など第１の無線リンク上で第１の無線信号の次のバーストを受信する。
【００７８】
結合プロセスでは、新規のノードまたは結合用ノードを、１つまたは複数のノードからなる既存のネットワークに追加する。たとえば、図１に示す例示的な実施形態において、ノード１０６が、すでにノード１０２、１０４、１０８を含んでいるネットワーク１００を結合させる結合用ノードであれば、このノード１０６は、ネットワーク１００内の別のノードからの無線信号に関して、無線信号の方向や周波数の特定を含め別のノードからの無線信号を特定しなければならない。さらに、ノード１０６はこの無線信号を用いて、その他のノードとのタイミング同期を収集しなければならない。さらにまた、結合用ノード１０６は、その存在がネットワーク内に記録されるように、１つまたは複数の既存ノードとの通信を開始しなければならない。
【００７９】
再び図４を参照すると、バースト４００は、実施の一形態では、すべてのトレーニングシンボル４０２を含んでいる。バースト４００は既知のシンボルＲ個分の持続時間であり、このＲは選択した任意の数とすることができる。望ましい統計的特性をもつような既知シンボルのみを送信することによって、結合用の受信機における結合プロセスが簡略化される。しかし、代替的実施形態では、別のデータコンテンツを含む別のフレーム構造で代用させることがある。したがってフレーム構造４００によって、勧誘パケット内部の既知のタイミング位置にデータシンボルと既知のトレーニングシンボルとを有するような勧誘バーストが形成される。
【００８０】
図５に示したシステムと連携して、適応等化の結合プロセスにおいて図４のデータバースト４００を用いると、固定等化器および第１の適応等化器のそれぞれのための格納初期タップ係数値をメモリ５１２内に埋め込むことができる。すなわち、ネットワークを結合させようとする結合用ノード内でシステム５００が一般に受信する第１のバーストは、図４に示すような勧誘バーストである。図５の適応性Ｔ／Ｍ間隔の等化器５０６によって等化させた後、この等化器重みはメモリ内に格納する。この等化器重みは、ネットワーク内の確立させたノードから結合用ノードへの、新規の無線リンクに対するリンクパラメータを形成する。このリンクパラメータまたは等化器重みは初期チャネル情報として格納する。後続のバーストを受信すると、このリンクパラメータは更新されることがある。新規の無線リンク上で確立済みノードから別の勧誘バーストまたはデータバーストのうちのいずれかを受信すると、格納してあるタップ重みは、チャネルの変動を反映した新規の等化器重みに更新させることがある。
【００８１】
以上のことから、本実施形態によって、バーストモードシステムにおける適応等化のための方法および装置が提供されることが理解できよう。そのリンクに適した等化器重みなど無線リンクに関する情報が、後で使用できるように受信機内に格納されている。適応等化では、先ず固定等化器を用いて低速で変動するチャネルに対する振幅および遅延歪みを事前補償する。受信したデータのパイロットシンボルを用いてキャリア位相リカバリユニットに関する粗い位相推定を行う。次いで、この粗い推定値を用いてデータ指向のキャリア位相リカバリ技法における精細な推定を行う。最後に、２つの適応性分数間隔の等化器からなる反復適応等化器は、ショートバーストかつメッシュ型ネットワークアーキテクチャにおけるチャネル振幅および遅延劣化を補償するために用いられる。
【００８２】
本発明の具体的な実施形態について図示し記載してきたが、修正形態も実施可能である。図面のブロック図に示した動作ブロックは、ハードウェア構成要素、ハードウェアと連携して動作するソフトウェアコード、あるいは前２者の組合せとして具現化することができる。こうした機能を、ハードウェア、ソフトウェア、あるいはこれらの組合せで実現することは、十分に当業者の理解の範囲にある。さらに、例示したこうした機能は、修正のための別の動作と組み合わせることができる。したがって、添付の特許請求の範囲には、本発明の真の精神および趣旨に従うような変更および修正を包含するように意図している。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】メッシュ型トポロジーを有するリンクホッピングワイヤレスネットワークのブロック図である。
【図２】キャリア位相リカバリユニットと結合させた従来技術の適応等化器のブロック概要図である。
【図３】図１のワイヤレスネットワークにおける送信バーストデータの図である。
【図４】図１のワイヤレスネットワークの結合プロセスで利用される送信勧誘パケットおよびトレーニングシーケンスの送信バーストデータの図である。
【図５】図１のワイヤレスネットワークのノードをバーストモード動作で使用するための適応等化器システムのブロック図である。
【図６】二乗平方誤差（ＭＳＥ）アルゴリズムを用いた線形適応等化器の図である。
【図７】図１のワイヤレスネットワークにおいて送信された等化器トレーニングシーケンス（ＥＴＳ）のフレーム構造の図である。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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