(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトラム拡散された信号を受信し、所望の受信信号の受信信号電力を測定する電力測定装置において、
スペクトラム拡散された信号を受信し、前記受信信号を抽出する受信手段と、
前記受信信号の包絡線レベルに応じた制御信号に基づいて、前記受信信号の強度を一定に維持する利得制御手段と、
前記利得制御手段の出力信号に基づいて、全受信電力値（PR）を算出する第１演算手段と、
前記利得制御手段の出力信号に対し逆拡散処理を行う逆拡散処理手段と、
前記逆拡散処理手段の出力信号に基づいて、前記受信信号の信号電力値（Ps）を算出する第２演算手段と、
前記制御信号に基づいて前記受信手段の入力における全電力値（Rr）を算出する受信電力演算手段と、
前記第１演算手段の出力である全受信電力値（PR）、前記第２演算手段の出力である信号電力値（Ps）および前記受信電力演算手段の出力である全電力値（Rr）に基づいて前記受信信号の受信信号電力値（Sr）を算出する信号電力演算手段と、
から構成されることを特徴とする電力測定装置。
【請求項２】
前記受信信号の受信電力（Sr）は、式Rr・（PS／PR）を演算することにより求められることを特徴とする請求項１記載の受信信号電力測定装置。
【請求項３】
前記利得制御手段の出力信号をデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の電力測定装置。
【請求項４】
前記制御信号は、ナイキスト・フィルタで信号波形が整形されてから前記逆拡散処理手段に加えられることを特徴とする請求項１記載の電力測定装置。
【請求項５】
前記第２演算手段は、前記受信信号に含まれるパイロット・シンボルを１シンボル毎に積分する積分回路を含むことを特徴とする請求項１記載の電力測定装置。
【請求項６】
前記第２演算手段は、前記積分回路から出力される積分された全シンボルの平均を演算して、平均ベクトルを算出する平均ベクトル演算手段を含むことを特徴とする請求項５記載の電力測定装置。
【請求項７】
前記第２演算手段は、前記平均ベクトルの絶対値を二乗して前記信号電力値を算出する信号電力演算回路を含むことを特徴とする請求項６記載の電力測定装置。
【請求項８】
１シンボル毎に積分された前記パイロット・シンボルの分散を演算することにより雑音干渉電力（PNI）を求める第３演算手段をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の電力測定装置。
【請求項９】
前記受信信号に含まれる雑音干渉電力（NIr）は、式Rr・（PNI／PR）を演算することにより求められることを特徴とする請求項８記載の受信信号電力測定装置。
【請求項１０】
スペクトラム拡散された受信信号を受信し、前受信信号中に含まれるパイロット・シンボルから受信信号電力を測定する電力測定装置において、
前記受信信号を抽出する受信手段と、
前記受信信号を検波して前記受信信号の包絡線レベルに応じた制御信号を検出し、前記受信信号の振幅を一定に維持する利得制御手段と、
前記利得制御手段の出力信号をデジタルに変換してデジタル受信信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル受信信号に含まれる前記パイロット・シンボルから、全受信電力値（PR）を算出する第１演算手段と、
前記デジタル受信信号に対し逆拡散処理を行う逆拡散処理手段と、
前記逆拡散処理手段の出力信号にに含まれる前記パイロット・シンボルを１シンボル毎に積分し、さらに積分された全ての前記シンボルを平均して求められた平均ベクトルの絶対値を二乗し、前記受信信号の信号電力値（Ps）を算出する第２演算手段と、
前記制御信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を含み、前記制御信号に基づいて前記受信手段の入力における全電力値（Rr）を算出する受信電力演算手段と、
前記第１演算手段の出力である全受信電力値（PR）、前記第２演算手段の出力である信号電力値（Ps）および前記受信電力演算手段の出力である全電力値（Rr）に基づいて前記受信信号の受信信号電力値（Sr）を算出する信号電力演算手段と、
から構成されることを特徴とする電力測定装置。
【請求項１１】
前記受信信号の受信電力（Sr）は、式Rr・（PS／PR）を演算することにより求められることを特徴とする請求項１０記載の電力測定装置。
【請求項１２】
前記全受信電力値（PR）は、前記デジタル受信信号に含まれる前記パイロット・シンボルのサンプル列の二乗和をシンボル数で除することにより求められることを特徴とする請求項１０記載の電力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信装置に関し、さらに詳しくは受信電力中の信号電力および雑音干渉電力を求める電力測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ＣＤＭＡ通信を利用するデジタル無線電話システムが急速に普及している。ＣＤＭＡ通信では、信号送信時に特定の拡散符号と呼ばれる擬似乱数列、例えばＰＮ符号を用いて、送信信号を１シンボル毎に乗算（拡散）し、受信時に送信時の拡散符号と同じ符号を用いて元の信号に変換する逆拡散処理を行う。送受信時にこのような変換処理を施すことにより、同一の符号で拡散／逆拡散を行う送受信間のみで通信が成立する。送信時に拡散処理を行うため、例えば、１シンボルを１２８チップ（ビット）で拡散すると、通信帯域幅は極めて広くなるが、拡散および逆拡散符号の一致した基地局と移動局のみに通信回線が設定されるので、その通信帯域に収容できる回線数は飛躍的に増大する。
【０００３】
ＣＤＭＡ通信方式では、同一搬送波上に多数の回線が設定され、各回線は上述した拡散符号の相違のみで識別される。しかしながら、同一セル内では同じ搬送周波数が使用されるので、拡散符号が異なっていても回線同士では相互干渉として影響を及ぼす。各移動局からの送信電力が同一であるとすると、基地局近傍において、基地局に近い移動局からの送信電波の強度は遠くにある移動局のそれと比べると強い。この結果、基地局から遠い移動局は基地局から近い移動局の送信電波により干渉を受け正常に信号を受信することが困難になる。そこで、一般に移動局は、基地局との距離が近くなるに従い送信電力の強度を弱める制御を行う。
【０００４】
図１は、上述した送信電力を制御する従来技術の一例を示す移動機１０の概略ブロック図である。基地局と移動局との間の通信チャネルにはパイロット・チャネル、シンク・シャネル、トラフィック・チャネル等の様々なチャネルが用意され、これらのチャネルを介して両局間における制御信号、音声信号などの信号が伝送される。移動局の電力制御のために、基地局は基地局の送信電力の強度を移動局に送信し、移動局は受信した信号強度を観測し、送信電力と受信電力との差から送信信号が回線上でどの程度減衰したかを求める。一般に、送信信号の減衰は基地局と移動局との距離に比例していると推定され、その減衰の程度を求めることにより、移動局の送信信号の強度を制御することが可能となる。換言すれば、移動局は、受信端における受信信号の電力を測定することにより基地局と移動局との距離を推定する。その推定された距離に基づき、移動局の送信電力を決定する。本明細書では、基地局から送られる上記パイロット・チャネルが同じシンボル符号を繰り返し送信しているので、パイロット・チャネル上のシンボル符号の電力を測定する。
【０００５】
図１は従来の信号電力の測定装置１０を示す。基地局から伝送された送信信号は、アンテナ１１を介して受信回路１２に送られる。受信回路１２は、周波数変換を行った後にベースバンドの受信信号を抽出し、自動利得制御回路１３へ送る。自動利得制御回路１３は、受信信号の強度を一定に保つため、回路１３の入力信号の包絡線を抽出し、その包絡線の変化に応じて回路１３の利得を制御する。即ち、回路１３の出力信号１４は、Ａ／Ｄ変換器１５に与えられるとともに、検波回路１６に与えられ、そこで出力信号１４の包絡線を検出する。検波回路１６の出力１７は、ループ利得を与える増幅回路１８に送られるとともに、出力１７をデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器１９に入力される。後述するように、出力１７は、現在受信しているチャネルの全受信電力Ｐ１に相当する。増幅回路１８に与えられた出力１７は、増幅された後、制御信号として自動利得制御回路１３の利得を与える。
【０００６】
Ａ／Ｄ変換器１５は、出力信号１４をデジタルに変換し、その信号列は基地局における拡散処理後の信号列に対応する。そこでその信号列は乗算回路２０において基地局で用いられたのと同じ符号列である逆拡散符号２１と乗算することにより、逆拡散処理が行われる。乗算回路２０の出力は、復調回路２２において、各シンボル毎に積分され、基地局から送信された信号Ｐ0が再現される。
【０００７】
次に、受信信号の電力とその信号に含まれる雑音について検討する。図２は、受信回路１２からの出力信号に含まれる信号電力Ｓｃ、雑音電力Ｎｃおよび干渉電力Ｉｃの構成をそれぞれ表わす。受信回路１２からの出力信号は、逆拡散処理前であるので、送信局での拡散処理におけるチップ・レートに相当する帯域幅ｆｃを有している。信号電力Ｓｃは所望の信号が有する電力であり、雑音電力Ｎｃは雑音電力で受信回路１２において発生した雑音が支配的である。また、干渉電力Ｉｃは、ＣＤＭＡ通信特有の雑音で、異なる拡散符号によって生成された送信信号によって引き起こされる雑音である。これら信号電力Ｓｃ、雑音電力Ｎｃおよび干渉電力Ｉｃからなる入力信号を逆拡散符号で逆拡散および積分処理した後の各電力の配分は、図３に示すとおりとなる。つまり、帯域幅はシンボル・レートに相当する幅ｆｓに狭まり、信号電力Ｓｓ、雑音電力Ｎｓおよび干渉電力Ｉｓからなる。干渉を別途キャンセルしなかぎり逆拡散符号との相関関係によって発生した干渉電力Ｉｓと雑音電力Ｎｓを識別することができないので、干渉電力Ｉｓと雑音電力ＮｓはまとめてＮＩｓとして識別される。従って、逆拡散後の信号（Ｓｓ＋ＮＩｓ）から信号電力（Ｓｓ）と雑音電力（ＮＩｓ）とを求め、その比をＡ／Ｄ変換器１９の出力Ｐ１（アンテナ入力電力に相当する。）に乗じることにより、アンテナ１１に入力される信号電力が求められる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図４は、アンテナ入力（dBm）と測定アンテナ入力電力との関係を示すグラフである。アンテナ１１に入力される信号電力が増大するにつれ、出力Ｐ１はその入力に比例して大きくなる。逆に、アンテナ１１への入力信号の電力を小さくすれば、同様に出力Ｐ１も減少する。しかしながら、アンテナ入力信号の電力がある値（例えば、‐110dBm：この数値は受信機およびその周辺回路の設計によって異なる。）以下になると、入力をいくら小さくしてもＡ／Ｄ変換器１９の出力Ｐ１は小さくならず、ほぼ一定の値を与える。アンテナ入力が‐100 dBmを下回ると減少の変化が少なくなり、‐110 dBm以下ではほぼ一定となる。これは、受信回路１２で発生する内部熱雑音が常時出力され、検波回路１６および増幅回路１８を介して自動利得制御回路１３の利得を制御するからである。
【０００９】
他方、受信した信号電力について検討すると、アンテナに入力された信号電力がある値（例えば‐100 dBm）を越える場合、内部熱雑音電力より十分大きいとみなせるので、逆拡散後の信号電力は一定の値を示す。図５は、干渉電力がないとした場合におけるアンテナ入力における信号電力（横軸）と、逆拡散後に得られる信号電力値（縦軸）との関係を示す。図から分かるように、‐100 dBmを越える領域では、信号電力が雑音電力より大きく支配的であるので、自動利得制御回路１３の働きにより、信号電力はほぼ一定になる。これに対し、‐100 dBm以下では内部雑音電力と信号電力との相対比に応じて変化するため直線的には減少しない。
【００１０】
以上のように、従来、受信信号電力を求めるためには、受信電力がある閾値を境にして異なる求め方をする必要があり、これは非常に煩雑であるとともに、アンテナ入力電力が‐110 dBmないし‐100 dBmの範囲である場合は、２つの求め方を組み合わせて算出する必要があり、受信信号電力を求める処理は単純ではない。また、自動利得回路はアナログ回路であり、自動利得回路の出力が一定（飽和）となるレベルが変動するおそれがある。さらに、図４に示されるように、内部雑音電力が支配的な領域（‐100 dBm以下の領域）で、干渉電力が存在すると受信電力を正しく計算できないという問題がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために成されたもので、アンテナ入力電力の大きさに影響されることなく、場合分けをすることなく受信信号電力および受信干渉電力を求めることのできる電力測定装置を提供する。
【００１２】
本発明は、スペクトラム拡散された信号を受信し、所望の受信信号の受信信号電力を測定する電力測定装置において、スペクトラム拡散された信号を受信し、受信信号を抽出する受信手段と、受信信号の包絡線レベルに応じた制御信号に基づいて、受信信号の強度を一定に維持する利得制御手段と、利得制御手段の出力信号に基づいて、全受信電力値（PR）を算出する第１演算手段と、利得制御手段の出力信号に対し逆拡散処理を行う逆拡散処理手段と、逆拡散処理手段の出力信号に基づいて、受信信号の信号電力値（Ps）を算出する第２演算手段と、制御信号に基づいて受信手段の入力における全電力値（Rr）を算出する受信電力演算手段と、第１演算手段の出力である全受信電力値（PR）、第２演算手段の出力である信号電力値（Ps）および受信電力演算手段の出力である全電力値（Rr）に基づいて受信信号の受信信号電力値（Sr）を算出する信号電力演算手段と、から構成される電力測定装置である。さらに、本発明において、受信信号の受信電力（Sr）は、式Rr・（PS／PR）を演算することにより求められる。
【００１３】
【実施例】
図６は、本発明を一実施例である符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信方式の受信機における電力測定装置３０の概略ブロック図である。ＣＤＭＡ通信方式の受信機は、前述したように基地局との間で送信電力を制御する必要がある。本発明は、ＣＤＭＡ通信方式の受信機に適用でき、Ｗ−ＣＤＭＡにも応用が可能である。
【００１４】
基地局から所定の拡散符号で拡散された信号が送信されるとする。移動局において、送信信号の電力の減衰を検出するためには、基地局からの送信信号パターンが移動局側で判明していることが望ましい。そこで、ここでは基地局から既知の同じ信号パターンが繰り返し送られるＮ個のパイロット・シンボル（Ｐ1，Ｐ2，・・・ＰN）の受信電力を求め、その受信電力に基づき移動局からの送信電力を制御する。
【００１５】
次に、図６に示された電力測定装置３０の動作を説明する。基地局から送られた送信信号は、アンテナ３１によって受信され、高周波増幅回路３２で増幅される。増幅された高周波増幅回路３２の出力信号は、ミキサ３３でローカル周波数信号と混合されて中間周波（ＩＦ）信号に変換される。このＩＦ信号は、自動利得制御回路３４に入力され、利得制御信号３５に応答して利得制御が行われ、ミキサ３６に与えられる。利得制御されたＩＦ信号はミキサ３６で再びローカル周波数信号と混合され、ベース・バンド信号３７に変換される。なお、ベース・バンド信号は、一般に、複素記号で表現されるが、簡略化のため便宜上実数表現で記述する。ベース・バンド信号３７は、当業者でよく知られたナイキスト・フィルタ３８で波形整形された後、Ａ／Ｄ変換器３９でアナログ信号からデジタル信号に変換される。
【００１６】
ベース・バンド信号３７は、さらに検波回路４０に与えられ、その包絡線を検出し出力する。検波回路４０は、よく知られたダイオード検波回路を用いることができる。検波回路４０からの出力は受信中のチャネルの全電力に相当し、この全電力値は、後述するように受信中の信号電力を算出する際に利用される。検波回路４０の出力は、ローパス・フィルタ４１で高域信号を濾波したの後、利得制御信号として自動利得制御回路３４に与えられる。ローパス・フィルタ４１の時定数は、例えば、100μSないし1ｍSの値が選ばれる。自動利得制御回路３４は、利得制御信号３５に応じて、ＩＦ信号の電力強度を一定に保持すべく制御する。
【００１７】
Ａ／Ｄ変換器３９から出力されるデジタル信号は、乗算回路４２で逆拡散符号４３と掛け合わされ逆拡散演算が実行される。基地局で拡散処理に使用された拡散符号と同一である逆拡散符号を有する移動局のみが正しく復調処理が行われることになる。Ａ／Ｄ変換器３９からのデジタル信号のサンプル列をｘnとし、逆拡散符号列をｃnとすると、逆拡散処理を行った乗算器４２の出力信号列ｙnは式（１）で表わされる。
【００１８】
【数１】
ｙn=ｃn・ｘn
次に、出力信号列ｙnは、積分回路４４に与えられ、シンボル毎に積算される。すなわち、ｉ番目のシンボル出力Ｐiは、式（２）で表わされる。
【数２】
0004165629.tif 000002
ここで、Ｎpはパイロット・シンボルの数、Ｎsはシンボルあたりのチップ数を表わし、ｉはパイロット・シンボルの番号（０≦ｉ≦Ｎp‐１）を示す。
【００１９】
基地局から送信される各Ｐiの各位相角と振幅は既知であるから、適当に回転およびスケーリングを行うことによりすべての送信パイロット・ベクトルＰiは等価なベクトルと考えることができる。そこで、位相角の影響を無視すると、全パイロット・シンボルの平均ベクトルＰ（バー）は、式（３）となる。
【数３】
0004165629.tif 000003
雑音の性質により受信信号の平均ベクトルＰ（バー）に含まれる雑音は１／Ｎpに減少する。従って、Ｎpを適当な数（たとえば４ないし８）以上に設定すれば、平均ベクトルＰ（バー）は信号電力のみからなると考えられる。さらに、平均ベクトルＰ（バー）と各シンボル出力Ｐiとの差分ベクトルは、雑音ベクトルと考えられる。
【００２０】
そこで、積分回路４４のシンボル出力Ｐiを、平均ベクトル演算回路４５に送り、式（３）に従って平均ベクトルＰ（バー）を算出する。この平均ベクトルＰ（バー）はさらに信号電力演算回路４６に与えられ、式（４）に示す平均ベクトルP（バー）の絶対値を二乗することにより、信号電力ＰSが求められる。
【数４】
0004165629.tif 000004
また、雑音・干渉電力ＰNIは、受信したパイロット・シンボルＰiの分散と考えられるので、雑音電力演算回路４７は、雑音・干渉電力ＰNIを式（５）に従って算出する。
【数５】
0004165629.tif 000005
次に、Ａ／Ｄ変換器３９の出力信号列ｘnが電力演算器４８に与えられ、この信号列から全電力ＰRが式（６）により求められる。
【数６】
0004165629.tif 000006
ここに、αはシンボルあたりのチップ数ＮSと逆拡散符号列の絶対値|ｃn|によって決まる定数で、式（７）で求められ、全電力ＰRを信号電力ＰSおよび雑音・干渉電力ＰNIと直接比較するために、これらのスケーリングを一致させるために使用される。
【数７】
0004165629.tif 000007
信号電力ＰS、雑音・干渉電力ＰNI、および全電力ＰRは、図７に示すように、帯域ｆsでシンボル当たりに換算した電力をそれぞれ与えるが、これらの間には式（８）の関係がある。
【数８】
0004165629.tif 000008
ここで、ＰIは干渉電力の中で拡散符号の直交性によって、雑音・干渉電力ＰNIに寄与しない分を示し、逆拡散処理を行うと無くなる。
【００２１】
次に、検波回路４０の出力信号をローパス・フィルタ４９に与え、その出力をＡ／Ｄ変換器５０に加える。ローパス・フィルタ４９の時定数は通常10ｍs程度に選ばれ、その時定数程度の時間平均をとったからアンテナ受信端における入力電力Ｒrを求めることができる。この入力電力Ｒrは、信号/雑音電力演算回路５１に送出され、以下述べるように、アンテナ入力端における信号、雑音電力がそれぞれ計算される。
【００２２】
信号電力ＰS、雑音電力ＰNI、全電力ＰRは、ローパス・フィルタ４９とほぼ同じ時定数を有するローパス・フィルタ５２，５３，５４にそれぞれ与えられる。ローパス・フィルタ５２，５３，５４は、どのような構成であってもよいが、例えば、式（９）ないし（１１）で示す計算式を実行する演算回路でもよい。
【数９】
0004165629.tif 000009
【数１０】
0004165629.tif 000010
【数１１】
0004165629.tif 000011
ここで、Ｍは平均化するサンプル数（スロット数）で、ローパス・フィルタ６１と同等の時定数となるように選ばれる。また、ｍはサンプルの番号である。ローパス・フィルタ５２，５３，５４の出力ＰSd，ＰNId，ＰRdは、それぞれ信号/雑音電力演算回路５１に送られる。
【００２３】
信号/雑音電力演算回路５１は、入力電力Ｒr、およびローパス・フィルタ５２，５３，５４の出力である信号電力ＰSd、雑音電力ＰNId、全電力ＰRdからアンテナ端における信号電力Ｓrおよび雑音電力Ｎrが、式（１２）および式（１３）から求められる。
【数１２】
0004165629.tif 000012
【数１３】
0004165629.tif 000013
以上のように、本実施例に従えば、入力レベルに応じて計算方法を切り換える必要がなく、また自動制御増幅回路の動作状態に影響されずに入力信号電力を求めることができる。また、自動制御増幅回路あるいはＡ／Ｄ変換器までの利得を予め求め記憶しておく必要がない。さらに、干渉電力や雑音電力に対していかなる条件を設ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】送信電力を制御する従来技術の一例を示す移動機の概略ブロック図である。
【図２】受信回路からの出力信号に含まれる信号電力Ｓｃ、雑音電力Ｎｃおよび干渉電力Ｉｃそれぞれの構成を表わす
【図３】逆拡散後の信号電力Ｓｃ、雑音電力Ｎｃおよび干渉電力Ｉｃからなる入力信号の各電力配分を示す
【図４】アンテナ入力（dBm）と測定アンテナ入力電力との関係を示すグラフである。
【図５】干渉電力がないとした場合におけるアンテナ入力における信号電力（横軸）と、逆拡散後に得られる信号電力値（縦軸）との関係を示す。
【図６】本発明を一実施例である符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信方式の受信機における電力測定装置の概略ブロック図である。
【図７】ベースバンド信号の電力配分を示す図である。
【符号の説明】
１０：測定装置
１１：アンテナ
１２：受信回路
１３：自動利得制御回路
１４：出力信号
１５，１９：Ａ／Ｄ変換器
１６：検波回路
１７：出力
１８：増幅回路
２０：乗算回路
２１：逆拡散符号
２２：復調回路
３０：電力測定装置
３１：アンテナ
３２：高周波増幅回路
３３：ミキサ
３４：自動利得制御回路
３５：利得制御信号
３６：ミキサ
３７：ベース・バンド信号
３８：ナイキスト・フィルタ
３９：Ａ／Ｄ変換器
４０：検波回路
４１：ローパス・フィルタ
４２：乗算回路
４３：逆拡散符号
４４：積分回路
４５：平均ベクトル演算回路
４６：信号電力演算回路
４７：雑音電力演算回路
４８：電力演算器
４９：ローパス・フィルタ
５０：Ａ／Ｄ変換器
５１：信号/雑音電力演算回路
５２，５３，５４：ローパス・フィルタ
【図１】
0004165629.tif 000014
【図２】
0004165629.tif 000015
【図３】
0004165629.tif 000016
【図４】
0004165629.tif 000017
【図５】
0004165629.tif 000018
【図６】
0004165629.tif 000019
【図７】
0004165629.tif 000020