(57)【要約】      （修正有）【課題】時間変化的および周波数選択的なチャネルを推定するための方法を提供する。【解決手段】直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）ネットワーク１２０において時間変化的および周波数選択的なチャンネル１３０が、１組のＯＦＤＭシンボルの１組のパイロットトーン１００に対応する受信信号を受信機１２２のバッファに最初に格納することによって推定され、パイロットトーンが、あらかじめ決められて、ＯＦＤＭシンボルの周波数搬送波およびタイムスロットに挿入される。受信信号の共分散行列が推定される。対角行列が、分散行列、および受信信号中のノイズの分散に基づいて推定される。対角行列は、時間領域における非零（ノンゼロ）経路の遅延を示す。各ＯＦＤＭシンボルに対するチャネルインパルス応答（ＣＩＲ）が、対角行列および受信信号を使用して推定される。そして、チャネル周波数応答（ＣＦＲ）を得るために、ＣＩＲが周波数領域へ変形される。【選択図】図１
2013046131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）ネットワークにおいて時間変化的および周波数選択的なチャネルを推定するための方法であって、
１組のＯＦＤＭシンボルの１組のパイロットトーンに対応する受信信号を、受信機でバッファに格納すること、ここで、前記パイロットトーンはあらかじめ決められて、前記ＯＦＤＭシンボルの周波数搬送波およびタイムスロットに挿入され、
前記受信信号の共分散行列を推定すること、
前記共分散行列および前記受信信号におけるノイズのバリアンスに基づいて対角行列を推定すること、ここで、前記対角行列は時間領域における非零経路の遅延を示し、
前記対角行列および受信信号を使用して各ＯＦＤＭシンボルに対するチャネルインパルス応答（ＣＩＲ）を推定すること、
前記チャネル周波数応答（ＣＦＲ）を得るために、前記ＣＩＲを前記周波数領域へ変形すること、
を備える、方法。
【請求項２】
前記パイロットトーンの組は、送信機で、一様に且つランダムに伝送信号に挿入される、請求項１の方法。
【請求項３】
単一のＯＦＤＭシンボルの前記パイロットトーンの組の中の前記パイロット副搬送波の数は、前記チャネルにおける遅延経路の数に依存し、ここで、前記遅延経路は非零であり重要である、請求項１の方法。
【請求項４】
前記数は、前記チャネルにおけるドップラースプレッドに依存する、請求項３の方法。
【請求項５】
前記数は、前記受信機のモビリティに依存する、請求項３の方法。
【請求項６】
前記数は、前記受信機が動作する環境に依存する、請求項３の方法。
【請求項７】
前記ＣＩＲは、圧縮検出プロセスを使用して推定される、請求項１の方法。
【請求項８】
前記ＣＩＲを推定することは、前記ＯＦＤＭシンボルの組に亘って共同で行われる、請求項１の方法。
【請求項９】
瞬時チャネル利得が時間変化的である場合でも、前記チャネルの電力遅延プロファイルは固定される、請求項１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的に通信網に関し、特に、チャネルインパルス応答（ＣＩＲ）推定である、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）および推定チャネル状態情報（ＣＳＩ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通信網では、同期検波のために、瞬時チャネル状態情報（ＣＳＩ）が受信機で必要になる。実際には、これを達成するために、送信機は、受信機側であらかじめ決められて知られているパイロットトーンを含むパイロット信号を送信する。その後、受信機は、受信信号に基づいてＣＳＩを評価する。
【０００３】
ＯＦＤＭでは、パイロットトーンが副搬送波上に挿入されたＣＳＩを推定するために、パイロットシンボルに支援された変調（ＰＳＡＭ）を使用することができる。副搬送波の一部または全体をパイロットトーンに割り当てることができる。パイロットトーンが多くなるほど、ＣＳＩの精度が改善される。しかしながら、パイロットトーンは帯域幅を消費し、有効データレートを減少させる。
【０００４】
多重通路伝送（マルチパス）により、ワイヤレスチャネルには、周波数ドメイン（領域）においてランダムな変動があり、それによりチャネル周波数を選択的にさせている。また、モビリティ（変動性）はドップラー効果に帰着する場合があるので、チャネルは時間変化的になる。多重通路伝送および時間変動の組合せで、ワイヤレスチャネルは時間ドメイン（領域）および周波数領域の両方における変動で２重に選択的になる。
【０００５】
２重に選択的なチャネルを推定する１つの方法は、時間領域および周波数領域にパイロットトーンを挿入することである。そして、２次元フィルタを、時間および周波数においてパイロットトーンを処理するＣＳＩ推定器として、構成することができる。しかしながら、これは高い計算の複雑さおよび追加的処理遅延を必要とする。
【０００６】
挿入されるパイロットトーンの数は、時間領域および周波数領域において、チャネル選択性に関連づけることができる。チャネルが周波数領域において高い選択性を有している場合、より多くのパイロットトーンを周波数領域において割り当てることができる。同様に、時間変化的チャネルに対して、より多くのパイロットトーンを時間領域において割り当てることができる。
【０００７】
実際には、特定のＯＦＤＭシンボルのすべての副搬送波がパイロットトーンに割り振られる、ブロック型のパイロットトーン割当が、低速フェージング且つ周波数選択的チャネルに対して役立つ。対照的に、特定の副搬送波（周波数）がパイロットトーンに割り当てられる、櫛型のパイロット割当が、高速フェージングチャネルに対して適切である。
【０００８】
チャネル推定は、時間領域と共に周波数領域においても、行うことができる。周波数領域では、チャネル周波数応答（ＣＦＲ）が推定される。時間領域では、チャネルインパルス応答（ＣＩＲ）が推定され、そこでは、チャネル周波数応答がＣＩＲの離散的フーリエ変換によって見つけ出される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、パイロットトーンを使用して、無線通信ネットワークにおいてチャネルを推定する方法を提供する。送信機は、周波数搬送波およびタイムスロットに周期的に挿入されるパイロットトーンを送信する。
【００１０】
送信機での、周波数領域および時間領域においてパイロットトーンの数およびそれらの割振を決定する方法が、記述される。また、受信機でのチャネル推定プロセス（処理）が記述される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
具体的には、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）ネットワークにおいて時間変化的および周波数選択的なチャネルが、１組のＯＦＤＭシンボルの１組のパイロットトーンに対応する受信信号を受信機のバッファに最初に格納（記憶）することによって推定され、パイロットトーンが、あらかじめ決められて、ＯＦＤＭシンボルの周波数搬送波およびタイムスロットに挿入される。受信信号の共分散行列が推定される。対角行列が、分散行列、および受信信号中のノイズ（雑音）のバリアンス（分散）に基づいて推定される。対角行列は、時間領域における非零（ノンゼロ）経路の遅延を示す。各ＯＦＤＭシンボルに対するチャネルインパルス応答（ＣＩＲ）が、対角行列および受信信号を使用して推定される。そして、チャネル周波数応答（ＣＦＲ）を得るために、ＣＩＲが周波数領域へ変形される。
【発明の効果】
【００１２】
従来のチャネル推定と比較して、この発明は次の利点を有する。
ａ．この発明は、シンボル間の、遅延経路のそれらの構造における相関の活用により、２重に選択的なチャネルにおけるパイロット副搬送波の必要数を低減することができる。
ｂ．この発明は、周波数領域における周波数選択性に依存しない。したがって、非常に周波数選択的なチャネルにおいても、より少数のパイロットトーンしか必要としない。
ｃ．この発明は、チャネル共分散行列のようなチャネルスタティスティックについての先験的な知識を必要としない。
ｄ．この発明は、多数のシンボルに対して非零経路遅延を検知することにより、計算の複雑さを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１によるワイヤレスネットワークの概略図である。
【図２】この発明の実施の形態１による直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）シンボルのブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるチャネルを推定する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１に示されるように、我々の発明の実施の形態は、パイロットトーン１００を使用して、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）無線通信ネットワーク１２０の受信機１２２において、チャネル１３０を推定するための方法３００を提供する。送信機１２１は、パイロットトーンを周期的に送信する。
【００１５】
ランダムなパイロットトーン割当
図２に示されるように、１組のパイロットトーン１００が、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）シンボル２００の周波数搬送波１０１およびタイムスロット１０２に挿入される。例示シンボルは、各ＯＦＤＭシンボルにおいて１組の、１０個のタイムスロットおよび８個の周波数を使用する。
【００１６】
単一のＯＦＤＭシンボルの１組のパイロットトーンの中のパイロット副搬送波の数は、チャネル１２０における非零（重要な）遅延経路の数に依存することができる。その周波数の数に基づいて、送信機は、１組のパイロットトーンを、一様に且つランダムに、割当周波数に割り振る。パイロットトーンの数およびそれらの周波数は、受信機であらかじめ決められて知られている。
【００１７】
時間領域内のパイロットトーンの発生回数は、ドップラースプレッド（拡散）、受信機のモビリティ（移動性）、または受信機が動作する環境、に依存することができる。例えば、屋内環境では、パイロットトーンは、アウトドア（屋外）やモバイル（移動）環境においてよりも頻繁には送信することができない。
【００１８】
受信機でのチャネル推定
送信機と受信機との間の各チャネル１３０は、インパルス応答として、次式のようにモデル化される。
【００１９】
【数１】
2013046131.tif 000003
【００２０】
ここで、αｌは複素利得であり、τｌはｌ番目の経路に対応する遅延であり、またＴｓサンプリング間隔である。また、非零（重要な）遅延経路がある。
【００２１】
ｈをチャネルインパルス応答（ＣＩＲ）のベクトルとして表わせば、チャネル周波数応答（ＣＦＲ）は、
【数２】
2013046131.tif 000004
として表わすことができる。ここで、Ｆは離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）行列であり、
【数３】
2013046131.tif 000005
はＣＦＲのベクトルである。
【００２２】
所定数のパイロットトーンが送信されると、受信信号は、
【数４】
2013046131.tif 000006
として表わすことができる。ここで、
【数５】
2013046131.tif 000007
は、それぞれ、ＣＦＲ、伝送されたパイロット信号、およびｋ番目のＯＦＤＭシンボルでのｎ番目の副搬送波に対する付加的なガウスノイズ、である。
【００２３】
上記のＣＦＲを使用して、受信信号は、
【数６】
2013046131.tif 000008
である。ここで、ＦＰはパイロット搬送波に対応する行を含むＤＦＴ行列の小行列であり、また、
【数７】
2013046131.tif 000009
は独立し且つ一様分布したガウスノイズのベクトルであり、また、
【数８】
2013046131.tif 000010
はｋ番目のＯＦＤＭシンボルのＣＩＲである。
【００２４】
パイロットトーンの数が不十分な場合には、基底追跡（ｂａｓｉｓ  ｐｕｒｓｕｉｔ）（ＢＰ）、マッチング追跡（ｍａｔｃｈｉｎｇ  ｐｕｒｓｕｉｔ）（ＭＰ）、または直交マッチング追跡（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｍａｔｃｈｉｎｇ  ｐｕｒｓｕｉｔ）（ＯＭＰ）等の圧縮検知プロセス（ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を使用して、
【数９】
2013046131.tif 000011
を推定することができる。圧縮検知は、当該技術において知られているように、予備的知識、例えば信号の構造や冗長性、を利用するスパース（疎な）すなわち圧縮可能な信号を取得し再構成する。
【００２５】
【数１０】
2013046131.tif 000012
の推定は、多数のＯＦＤＭシンボルに亘って共同で行われる。ここで、瞬時チャネル利得が時間変化的である場合でも、チャネルのパワー（電力）遅延プロファイル（ＰＤＰ）が固定されていると仮定する。すなわち、
【数１１】
2013046131.tif 000013
は次式のような２つの成分に分離される。
【００２６】
【数１２】
2013046131.tif 000014
【００２７】
ここで、対角行列Ｑは、各経路が零係数を有しているか、または非零係数を有しているかを表し、また、
【数１３】
2013046131.tif 000015
はｋ番目のＯＦＤＭシンボルでの実際の係数利得のベクトルである。上記の仮定で、行列Ｑおよび
【数１４】
2013046131.tif 000016
の統計量は、多数のＯＦＤＭシンボルに対して固定されている。
【００２８】
ｋ番目のＯＦＤＭシンボルでは、受信信号ベクトルは次式のように表わされる。
【００２９】
【数１５】
2013046131.tif 000017
【００３０】
受信信号の共分散行列は、次式のように決定される。
【００３１】
【数１６】
2013046131.tif 000018
【００３２】
ここで、
【数１７】
2013046131.tif 000019
は受信信号にけるノイズ（雑音）のバリアンス（分散）である。
【００３３】
而して、次式のようになる。
【００３４】
【数１８】
2013046131.tif 000020
【００３５】
実際には、
【数１９】
2013046131.tif 000021
は多数のＯＦＤＭシンボルから次式のように決定することができる。
【００３６】
【数２０】
2013046131.tif 000022
【００３７】
【数２１】
2013046131.tif 000023
は、受信機で利用できないＰＤＰを表わす。その場合、ＰＤＰは、一定または指数関数的に減衰する関数であると仮定することができる。
【００３８】
上記に定義したように、行列Ｑの中の対角線成分は、遅延経路が零係数を有するか、または非零係数を有するかを表す。したがって、非零（重要な）遅延経路の検出は、行列Ｑの非零対角線成分の検出に相当する。
【００３９】
様々な圧縮検知プロセス、ＢＰ、ＭＰまたはＯＭＰを、行列Ｑの対角線成分を検出するために使用することができる。
【００４０】
非零遅延経路の検出の後、ｋ番目のＯＦＤＭシンボルでの遅延経路に対応する係数は、次の式から推定することができる。
【００４１】
【数２２】
2013046131.tif 000024
【００４２】
ここで、
【数２３】
2013046131.tif 000025
はＤＦＴ行列の小行列であり、それは単に非零遅延経路に対応する列のみを有しており、また、
【数２４】
2013046131.tif 000026
は単に非零遅延経路のみを有する。推定される
【数２５】
2013046131.tif 000027
は、最小自乗（ＬＳ）推定を使用して見つけることができる。
【００４３】
図３は、我々の発明の実施の形態による、チャネルを推定するための方法３００を示す。
【００４４】
Ｎｐパイロットトーンの組に対応する受信信号は、バッファ３１０に格納３１１されている。
【００４５】
１組のＫ個のＯＦＤＭシンボル（ここで、Ｋはチャネル環境に基づいてあらかじめ決められる）を受信した後に、受信信号の共分散行列が決定３１２される。ＯＦＤＭシンボルの、周波数搬送波、タイムスロットおよび数は、受信機であらかじめ決められ、知られている。
【００４６】
対角行列Ｑは、共分散行列およびノイズのバリアンス（分散）に基づいて推定３１３される。行列Ｑは、時間領域における非零（重要な）経路の遅延を示す。行列Ｑは、ＢＰ、ＭＰまたはＯＭＰのような圧縮検出プロセスを使用して推定される。
【００４７】
ｋ番目のＯＦＤＭシンボルに対するＣＩＲは、行列Ｑおよび受信信号Ｙ［ｋ］を使用して、推定３１４される。
そして、ＣＩＲは、ＣＦＲを得るため、周波数領域へ変形３１５される。
【００４８】
従来のチャネル推定と比較して、この発明は次の利点を有する。
ａ．この発明は、シンボル間の、遅延経路のそれらの構造における相関の活用により、２重に選択的なチャネルにおけるパイロット副搬送波の必要数を低減することができる。
ｂ．この発明は、周波数領域における周波数選択性に依存しない。したがって、非常に周波数選択的なチャネルにおいても、より少数のパイロットトーンしか必要としない。
ｃ．この発明は、チャネル共分散行列のようなチャネルスタティスティックについての先験的な知識を必要としない。
ｄ．この発明は、多数のシンボルに対して非零経路遅延を検知することにより、計算の複雑さを低減することができる。
【００４９】
この発明は好適な実施の形態の例示により記述されたが、様々な他の修正および変更がこの発明の精神および範囲内においてなされることがあることを理解すべきである。したがって、この発明の真実の趣旨および範囲内に入るような、すべての変更例および変形例をカバーすることが、添付の特許請求の範囲の目的である。
【図１】
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【図２】
2013046131.tif 000029
【図３】
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【外国語明細書】
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