(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャネル予測方法であって、
（ａ）受信信号内の第１信号成分のＮ個のブロックに対して、１番目から（Ｎ−１）番目のブロックの各々についての時間に対するチャネル歪に関連して、線形回帰係数を記憶するステップであって、前記Ｎ個のブロック各々が前記第１信号成分の複数のサンプルを含んでいる、ステップ
（ｂ）前記Ｎ個のブロックのうちのＮ番目のブロック内のサンプルを受信するステップ、
（ｃ）前記受信したサンプルを用いて前記Ｎ番目のブロックに対して線形回帰係数を決定するステップ、及び
（ｄ）前記１番目から前記Ｎ番目のブロックに対する前記線形回帰係数に基づいてチャネル予測値を得るステップ
からなる方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記ステップ（ａ）の前に、さらに、
（ｅ）前記第１信号成分内で、周波数オフセットを補償するステップ
からなる方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、前記ステップ（ａ）が、前記１番目から（Ｎ−１）番目のブロックの各々に対して、前記１番目から（Ｎ−１）番目のブロックの対応する１つのブロック内のサンプルの平均二乗誤差を最小にするラインの傾斜と平均を、前記１番目から（Ｎ−１）番目のブロックの前記線形回帰係数として記憶することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、前記ステップ（ｃ）が、前記Ｎ番目のブロック内の前記受信サンプルの平均二乗誤差を最小にするラインの傾斜と平均を前記Ｎ番目のブロックの前記線形回帰係数として決定することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、前記ステップ（ｄ）が、前記１番目からＮ番目のブロックに対する前記線形回帰係数によって表された前記１番目からＮ番目のブロック内のサンプルの平均二乗誤差を最小にするラインの傾斜と平均を、前記チャネル予測値として得ることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、前記ステップ（ｃ）が、前記Ｎ番目のブロック内の前記受信サンプルの平均二乗誤差を最小にするラインの傾斜と平均を、前記Ｎ番目のブロックの前記線形回帰係数として決定することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、前記ステップ（ｄ）が、前記１番目からＮ番目のブロックに対する前記線形回帰係数で表された前記１番目からＮ番目のブロック内のサンプルの平均二乗誤差を最小にするラインの傾斜と平均を、前記チャネル予測値として得ることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、前記第１信号成分が既知の信号成分である方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、前記既知の信号成分がＣＤＭＡ２０００システムのパイロット信号である方法。
【請求項１０】
請求項８記載の方法において、前記既知の信号成分が周期的なトレーニングシーケンスである方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法において、前記第１信号成分がデータ信号の非同期検波成分である方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法であって、さらに、（ｅ）前記チャネル予測値を用いて第２信号成分のシンボルを決定するステップからなる方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、前記第１信号成分が信号セグメントの周期的なトレーニングシーケンスである方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、前記第２信号成分が前記信号セグメントのノントレーニングシーケンスである方法。
【請求項１５】
請求項１２記載の方法において、前記第１信号成分が前記受信信号内の前記第１信号成分の非同期検波成分から生ずる信号セグメントであり、前記第２信号成分が前記受信信号である方法。
【請求項１６】
請求項１記載の方法であって、さらに、
（ｅ）Ｎの値を自動的に変更するステップ
からなる方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法において、前記ステップ（ｅ）が、前記Ｎ個のブロックの内少なくとも１つのブロックに対する線形回帰係数に基づいて、Ｎの値を自動的に変更することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤレス通信に関し、特に、チャネル予測と、それに基づいた補償を行う方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、多くの新たな技術、たとえば、マルチキャリア伝送と、スマートアンテナアルゴリズム等が提案され、ワイヤレス通信システムにおける容量を増加させている。しかし、このような新たな技術による性能の向上にも、チャネル予測の精度による制約がある。チャネル予測とは、物理的なチャネルあるいは信号が伝送される媒体により導入される信号の送信器と受信器と間の歪みの予測である。この歪みを予測することすなわちチャネル予測により、受信器はこの歪みの一部を除去し、受信した信号の精度を向上させている。チャネル予測によるわずかな改良でも、マルチユーザ技術に対し大きな利点をもたらす。
【０００３】
従来のチャネル予測技術は、物理的なチャネルを前提としており、そのため、その中にある歪みは、有限の長さのサンプリングウィンドウにわたって時間に対し不変のものである。チャネル予測は、サンプリングウィンドウに対しある観測されたパラメータの平均値を採り、この平均値が受信信号内の歪みを除去するために加えられる。このような従来の技術の例は、巡回的最小二乗（Recursive least squares：ＲＬＳ）と、最小平均二乗（least mean squares：ＬＭＳ）と、移動平均フィルタリングを含む。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの技術は、移動局が移動し物理的チャネルが急速に変動するようなワイヤレス移動通信システムのような高速変動環境においては、好ましい結果を得ることが出来ない。
【０００５】
さらにまた、ＣＤＭＡシステムにおいては、低い信号対ノイズ比が容量を最大にするために、望ましく、さらにまた、高いノイズは、チャネル予測の問題を複雑にしてしまう。その理由はチャネル予測技術は、時間変動しない小さなウィンドウサイズの要件とノイズ耐性のための長いウィンドウサイズを相反する要件を満足しなければならないからである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のチャネル予測方法は、チャネルは時間に対し線形に変化することを仮定している。受信信号中の第１信号成分のサンプリングウィンドウ内での、サンプルに対する線形回帰を実行することにより、急速に変動する環境とともに変わるチャネル予測を得ることができる。
【０００７】
線形回帰を計算する際の複雑さは、サンプルのブロックに対し線形回帰係数を決定することにより単純化される。ブロック毎のベースで受信信号の新たなサンプルが得られ、それに対する線形回帰係数が抽出される。新たなブロックに対しては決定された線形回帰係数を用い、前のブロックに対しては記憶された線形回帰係数を用いることにより、ウィンドウ全体に対する線形回帰係数が決定される。
【０００８】
チャネル予測の複素共役を受信信号の第２信号成分に適用することにより、第２信号成分のチャネル歪みが大幅に低減される。
【０００９】
さらにまた、周波数オフセット（送信器の変調器と、受信器の復調器との間の周波数ミスマッチ）により引き起こされる歪みを予測し、チャネル予測を実行する前に、この周波数オフセットを補償する事により、はるかに長いサンプリングウィンドウを用いて、チャネル予測が実行できる。これによりノイズ耐性が向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１において、受信信号が、周波数オフセット予測器１０に与えられる。この受信信号中の既知の信号成分を用いて、周波数オフセット予測器１０は受信信号の周波数オフセット（ずれ量）を予測する。
【００１１】
式（１）は、受信信号の信号成分の受信シンボルを表す。
（１）ｒ（ｔ）＝ｓ（ｔ）×ｆ（ｔ）×ｇ（ｔ）＋白色雑音
ここで、ｒ（ｔ）は受信信号を、ｓ（ｔ）は送信されたシンボルを、ｆ（ｔ）は周波数オフセットを、ｇ（ｔ）はチャネル歪みを表す。
【００１２】
受信機側で信号を復調するのに用いられる発振器は、送信器側で信号を変調するのに用いられた発振器と、完全に同期しているわけではないので、これら２つの間のオフセット（差）が存在し、受信シンボル中の周波数オフセットと称する歪みとなって表れる。この歪みは、チャネル歪みに比較すると、小さなサンプリングウィンドウにわたって周期的信号として表れる。周波数オフセット予測器１０は、周波数オフセット予測値ｆ＾（ｔ）を生成し、この周波数予測値ｆ＾（ｔ）と、受信シンボルｒ（ｔ）を周波数オフセット補償器１２に与える。
【００１３】
この周波数オフセット補償器１２は、受信信号中の周波数オフセットを補償するために、予測された周波数オフセットｆ＾（ｔ）を用い、受信信号中の既知の信号成分と未知の信号成分で、補償された受信シンボルｒ’（ｔ）を生成する。
【００１４】
この補償された受信シンボルｒ’（ｔ）を、チャネル予測器１４が受領し、このチャネル予測器１４は、既知の信号成分の補償された受信シンボルｒ’（ｔ）と、ウィンドウサイズを用いて、チャネル歪みｇ（ｔ）の予測値ｇ＾（ｔ）を生成する。以下に説明するように、チャネル予測値ｇ＾（ｔ）は、線形回帰係数を構成する。チャネル予測器１４は、チャネル予測値ｇ＾（ｔ）と、補償された受信シンボルｒ’（ｔ）をチャネル予測補償器１６に与える。このチャネル予測補償器１６は、受信信号の未知の信号成分の補償された受信シンボルｒ’（ｔ）内のチャネル歪みを補償するために、チャネル予測値ｇ＾（ｔ）を用いる。
【００１５】
必ずしも必要なことではないが、好ましいこととしては、この装置はさらに、チャネル予測器１４からの線形回帰係数に基づいたウィンドウサイズＷを自動的に生成するウィンドウサイズ生成器１８を有してもよい。
【００１６】
次に本発明の動作を詳述する。前記したように、受信信号の既知の信号成分内のシンボルに基づいた予測値を用いて、受信信号の既知の成分と未知の成分に対する補償を行う。ＣＤＭＡ２０００のような、ある種のワイヤレス通信システムは、アップリンク（基地局が受信する）と、ダウンリンク（基地局が送信する）の両方で既知の信号成分を含む。ＣＤＭＡ２０００においては、アップリンクとダウンリンクの通信のパイロット信号が、既知の信号成分である。
【００１７】
別の構成例として、トレーニングシーケンスと称する既知のシンボルシーケンスが、未知の信号成分に周期的に挿入され、それを既知の信号成分として用いることが出来る。例えば、ＴＤＭＡシステムでは、このような周期的なトレーニングシーケンスを含む。
【００１８】
さらに別の構成例として、未知の信号成分のノンコヒレント検出（非同期検波、以下同じ）が行われる。このノンコヒレント検出は、チャネル歪みを考慮せずに、データシンボルの予測を行う。その後ノンコヒレント検出の結果は既知の信号成分として取り扱う。
【００１９】
前述したように、周波数オフセットは、周期的信号として表れ、次式（２）により表される。
（２）ｆ（ｔ）＝ｅ＾（ｊｗｔ）
ここで、ｗは、受信器側の復調器におけるローカル発振器と、送信器の変調器ににある発振器との間の周波数差である。従ってｗは、次式（３）に示すような、時間に対する隣接するシンボル間の位相差を平均化することにより予測できる。
【数１】
（３）
0003993734.tif 000002
ここで、ａ（ｎΔｔ）は、時間ｎΔｔにおける受信信号の既知の信号成分であり、ａ（ｎΔｔ−Δｔ）は、時間（ｎ−１）Δｔにおける受信信号の既知の信号成分であり、Δｔは、隣接するシンボル間の時間であり、ｓは、予測を生成するのに用いられるサンプル数である。
【００２０】
周波数オフセット予測器１０は、式（３）に従って、ｗを予測し、式（２）中のｗ＾をもちいて、周波数オフセット予測値ｆ＾（ｔ）を生成する。
【００２１】
周波数オフセット補償器１２は、周波数オフセット予測値ｆ＾（ｔ）の共役を、受信信号の受信シンボルｒ（ｔ）に適用することにより、周波数オフセットｆ（ｔ）を補償し、受信信号の補償された受信シンボルｒ’（ｔ）を生成する。周波数オフセットを予測し、それを補償することにより、より広いサンプリングウィンドウを用いて、チャネル予測を行い、そして利点としてより大きなノイズ耐性が得られる。
【００２２】
チャネル予測器１４は、ブロックごとのベースで、既知の信号成分のサンプルを受領し、ウィンドウサイズＷに等しいブロック数Ｎにわたってチャネル予測を決定する。本発明を組み入れた、ワイヤレス通信システムのセットアップの間中、ウィンドウサイズの潜在的な範囲が予測されるドプラ周波数範囲に基づいて決定される。この予測されるドプラー周波数範囲（移動局の移動速度に依存して決定される）に基づいて公知の技術を用いて決定される。
【００２３】
最大のウィンドウサイズと最小のウィンドウサイズを得ることにより、ウィンドウあたりのブロックの最大数と最小数が、式Ｎ＝（Ｗ／２）＾（１／２）により決定される。ブロックの最大数と最小数の間にある整数値は、設計者の好みにより、ウィンドウあたりのブロック数として選択される。必ずしも必須のことではないが、好ましくは、ブロックの数は、その整数倍がワイヤレス通信システムが動作するワイヤレス標準により規定されるデータのフレームのサイズに等しくなるのがよい。したがって、ブロック数Ｎを設定することに加えて、このプロセスは、初期のウィンドウサイズＷと、ブロックのサイズを確立する。
【００２４】
チャネル予測値を生成するためのチャネル予測器１４の動作を、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００２５】
ステップＳ２０において、係数値が１に設定され、チャネル予測器１４は、ＣがＮ−１より大きいか否かを、ステップＳ２５で決定する。ＣがＮ−１未満の時には、ステップＳ３０で、既知の信号成分に対するサンプルの次のブロックであるＣ番目のブロック内のサンプルを受信し、記憶する。これらのサンプルは、サンプルの以前に記憶されたブロックにわたって記憶され、その結果、チャネル予測器１４は、一時にサンプルの１つのブロックのみを記憶する。チャネル予測器１４は、サンプルの１つのブロックのみを記憶することに限定されるものではなく、こうすることにより、チャネル予測器１４のメモリ容量を低減させることが出来る。
【００２６】
ステップＳ３５においてチャネル予測器１４は、サンプルのＣ番目のブロックの線形回帰係数を計算し、記憶する。具体的に説明すると、チャネル予測器１４は、Ｃ番目のブロック内のサンプルの平均二乗誤差を最小にするような、ラインの平均と傾斜を計算する。次に、ステップＳ４０において、１番目のブロックからＣ番目のブロックにわたって、記憶された線形回帰係数を用い、チャネル予測器１４は、チャネル予測値を計算する。具体的に説明すると、チャネル予測器１４は、各ブロックに対する、線形回帰係数により表された１番目からＮ番目までのブロック内のサンプルの平均二乗誤差を最小にするようなラインの平均と傾斜を計算する。各ブロックに対するサンプルを用いる代わりに、線形回帰係数のみを用いる。従って、１番目からＣ−１番目のブロックに対するサンプルではなく、線形回帰係数のみが記憶される。
【００２７】
ステップＳ４０の後、ステップＳ５０でカウント数Ｃを１だけ増やす。そして処理は、ステップＳ２５に戻る。Ｎ−１個のブロックが処理され、それに対する線形回帰係数が記憶されると、カウント数Ｃは、Ｎ−１を越える。従って処理は、ステップＳ２５からステップＳ５５に移り、そしてサンプルの次のブロックを受信し、サンプリングウィンドウ全体に対するサンプルが受信される。
【００２８】
ステップＳ５５において、既知の信号成分に対するサンプルの次のブロックと、サンプルのＣ番目のブロックとを受領し、記憶する。これらのサンプルは、サンプルの以前に記憶されたブロックの間、記憶され、その結果、周波数オフセット予測器１０は、一時にサンプルの１つのブロックのみを記憶し続ける。上記したように、チャネル予測器１４は、サンプルの１つのブロックのみを記憶するよう限定されるものではないが、そのようにすることにより、チャネル予測器１４のメモリ要件を緩和する。
【００２９】
次に、ステップＳ６０において、チャネル予測器１４は、サンプルのＣ番目のブロックの線形回帰係数を計算し記憶する。具体的に説明すると、チャネル予測器１４は、Ｃ番目のブロックのサンプルの平均二乗誤差を最小にするラインの平均と傾斜を計算する。次に、ステップＳ６５において、ブロック（Ｃ＋１−Ｎ）から、Ｃ（これがサンプリングウィンドウのＮ個のブロックの総数、あるいはサイズ）に対する記憶された線形回帰係数を用いて、チャネル予測器１４は、チャネル予測値を計算する。
【００３０】
具体的に説明すると、チャネル予測器１４は、各ブロックに対する、線形回帰係数により表されるような、（Ｃ＋１−Ｎ）からＣまでのブロックのうちのサンプルの平均二乗誤差を最小にするラインの平均と傾斜を計算する。各ブロックに対するサンプルを用いずに、線形回帰係数のみが用いられる。従って、線形回帰係数のみ（サンプルではなく）が、Ｎ−１個のブロックに対し、記憶される。これは、チャネル予測器１４のメモリ要件を大幅に緩和する。
【００３１】
次に、ステップＳ７０において、Ｃ番目のブロックに対する線形回帰係数を（Ｃ＋１−Ｎ）番目のブロックに対する線形回帰係数の間、記憶する。ステップＳ７０の後、計数値Ｃは、Ｓ５０で１だけ増加し、そして処理はステップＳ２５に戻る。
【００３２】
従来のチャネル予測技術とは異なり、本発明のチャネル予測は、観測ウィンドウの間チャネルは一定と仮定していない。そうではなく、チャネルは、時間に対し線形に変化する（すなわち複素面において任意の直線）と見なしている。
【００３３】
さらにまた、一時に１つのブロックがサンプリングウィンドウをシフトするために更新させるようなブロック更新線形回帰によりチャネル予測値を生成することにより、大きな観測ウィンドウから生じる処理の遅延と計算の複雑さが、観測ウィンドウそのもの内のサンプルを用いることに比較して大幅に低減できる。線形回帰係数を用いる代わりに、サンプルそのものを用いて、チャネル予測値を生成することもできる。このような方法は大量のメモリを必要とする。
【００３４】
チャネル予測補償器１６は、チャネル予測器１４からのチャネル予測値ｇ＾（ｔ）の複素共役を受信信号内の未知の信号成分の補償された受信シンボルｒ’（ｔ）に適用して、補償された受信シンボルからのチャネル歪みを取り除く。
【００３５】
ＣＤＭＡ２０００のワイヤレス通信システムにおいては、未知の信号成分は、トラフィックチャネルである。トレーニングシーケンスを含む、上記した別の実施例においては、未知の信号成分は、受信信号の非トレーニングシーケンスの一部である。受信信号のノンコヒレントの検出に関連するさらに別の実施例においては、未知の信号成分内のノンコヒレント検出の前の受信信号及びノンコヒレント検出の後の受信信号は、既知の信号成分である。
【００３６】
次に、ウィンドウサイズ生成器１８の動作を説明する。この実施例においては、ウィンドウサイズ生成器１８は、チャネル予測器１４からの線形回帰係数に基づいて、サンプリングウィンドウのサイズＷを決定する。しかし、線形回帰係数を生成する前に、ウィンドウサイズ生成器１８は、上記の所定のウィンドウサイズをチャネル予測器１４に与える。このサンプリングウィンドウ（観測ウィンドウとも称する）のサイズは、設計パラメータであり、設計者の好みに合うように経験的に決定されるか、あるいは一定である。しかし、上記したように、この一実施例においては、サンプリングウィンドウのサイズＷは、次の（４）式によりチャネル予測器１４からの線形回帰係数に基づいて自動的に決定される。
【数２】
（４）
0003993734.tif 000003
ここで、alphaｌ１と、alphaｌ２は、設計者の選択要件に、最も合うような経験的に決定された定数である。なお、「PI」は円周率（π）である。
【００３７】
式（４）で決定されたウィンドウサイズが、ブロックのサイズだけ、現在のウィンドウサイズを超えている場合、あるいはブロックのサイズだけ、現在のウィンドウサイズよりも小さい場合には、ウィンドウサイズ生成器１８は、ウィンドウサイズＷをブロックだけそれぞれ増減させる。従って、ブロックの数Ｎは、それに従って増減する。新たなブロックの数Ｎ（すなわちブロックサイズ）が、チャネル予測器１４に与えられ、そこでチャネル予測値ｇ＾（ｔ）を生成するために用いられる。
【００３８】
上記した、本発明の方法は、適切にプログラムされたデジタル信号プロセッサ、あるいは十分なメモリ容量を有するＡＳＩＣ、および、送信された信号の受信器内にあるデジタル信号プロセッサ、あるいはＡＳＩＣである。したがって本発明の方法は、ワイヤレス通信システムの移動局と基地局の両方に採用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、チャネル予測を生成し、チャネル予測補償を行う装置のブロック図。
【図２】本発明によるチャネル予測値を生成する方法を表すフローチャート。
【符号の説明】
１０  周波数オフセット予測器
１２  周波数オフセット補償器
１４  チャネル予測器
１６  チャネル予測補償器
１８  ウィンドウサイズ生成器
【図１】
0003993734.tif 000004
【図２】
0003993734.tif 000005