(57)【要約】  無線中継器内での帰還ループの安定性をモニタリングするための方法は、所定の期間の間周期的に中継器の帰還ループ内で利得制御メトリックを測定することであって、利得制御メトリックは、中継器の帰還ループのループ利得を示すことと、中継器の帰還ループの安定性を決定するために利得制御メトリックの大きさをモニタリングすること、とを含む。動作の際には、利得制御メトリックの大きい大きさは、中継器の帰還ループ内での不安定性を示す。
2012527181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線中継器内での帰還ループの安定性をモニタリングするための方法であって、
前記中継器の受信アンテナで入力信号を受信することであって、前記入力信号は、中継されるべき遠隔信号及び前記受信アンテナと送信アンテナとの間の帰還チャネルの結果生じる帰還信号の合計であり、前記帰還チャネルは、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間で帰還ループを形成することと、
前記送信アンテナで出力信号を送信することであって、前記出力信号は、増幅された入力信号であることと、
所定の期間の間周期的に前記中継器の前記帰還ループ内で利得制御メトリックを測定することであって、前記利得制御メトリックは、前記中継器の前記帰還ループのループ利得を示すことと、
前記中継器の前記帰還ループの前記安定性を決定するために前記利得制御メトリックの前記大きさをモニタリングすることであって、前記利得制御メトリックの大きい大きさは、前記中継器の前記帰還ループ内での不安定性を示すことと、を含む、方法。
【請求項２】
前記入力信号からの帰還信号推定値を除去することをさらに備え、
所定の期間の間周期的に前記中継器の帰還ループ内で利得制御メトリックを測定することは、所定の期間の間に除去されなかった残留帰還信号を周期的に測定することを備え、前記残留帰還信号は、前記中継器の前記ループ利得を示し、大きい残留帰還信号は、前記中継器の前記帰還ループ内での不安定性を示す請求項１に記載の方法。
【請求項３】
所定の期間の間周期的に前記中継器の帰還ループ内で利得制御メトリックを測定することは、前記入力信号内の前記帰還信号を前記中継器の前記帰還ループ内のいずれの地点でも測定することを備え、前記帰還信号は、前記送信された信号が前記受信アンテナと送信アンテナとの間のアンテナ分離によって完全にブロックされない結果であり、大きい帰還信号は、前記中継器の前記帰還ループ内での不安定性を示す請求項１に記載の方法。
【請求項４】
所定の期間の間周期的に前記中継器の帰還ループ内で利得制御メトリックを測定することは、
利得制御入力信号に基づいて前記利得制御メトリックを計算することであって、前記利得制御入力信号は、前記中継器の前記帰還ループ内のいずれの地点からも取得され、前記利得制御メトリックは、前記利得制御入力信号と前記利得制御入力信号の遅延されたバージョンとの間の相関関係を示すことと、
所定の期間の間周期的に前記利得制御入力信号に基づいて前記利得制御メトリックを測定することと、を備え、大きい相関関係は、前記中継器の前記帰還ループ内での不安定性を示す請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記利得制御メトリックの前記大きさに基づいて前記中継器の利得を制御することをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記中継器の前記ループ利得が１未満であるように前記中継器の前記利得を制御することをさらに備える請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記中継器の前記ループ利得が予め決定された値よりも小さいか又は予め決定された範囲内であるように前記中継器の前記利得を制御することをさらに備える請求項５に記載の方法。
【請求項８】
入力信号を受信するための受信アンテナ及び出力信号を送信するための送信アンテナを有する無線中継器であって、前記入力信号は、中継されるべき遠隔信号及び前記受信アンテナと前記送信アンテナとの間の帰還チャネルの結果生じる帰還信号の合計であり、前記帰還チャネルは、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間で帰還ループを形成し、前記出力信号は、増幅された入力信号であり、
前記中継器の利得を制御するように構成された利得制御ブロックを備え、前記利得制御ブロックは、所定の期間の間周期的に前記中継器の前記帰還ループ内で利得制御メトリックを測定するように構成された利得メトリック計算器を備え、前記利得制御メトリックは、前記中継器のループ利得を示し、前記利得制御メトリックは、前記中継器の前記帰還ループの前記安定性を決定するためにモニタリングされ、前記利得制御メトリックの大きい大きさは、前記中継器の前記帰還ループ内での不安定性を示す、無線中継器。
【請求項９】
前記入力信号からの帰還信号推定値を除去するように構成されたエコー除去装置をさらに備え、
前記利得メトリック計算器は、所定の期間の間に除去されなかった前記入力信号内の残留帰還信号を周期的に測定するように構成され、前記残留帰還信号は、前記中継器の前記ループ利得を示し、大きい残留帰還信号は、前記中継器の前記帰還ループの不安定性を示す請求項８に記載の無線中継器。
【請求項１０】
前記利得メトリック計算器は、前記中継器の前記帰還ループ内のいずれの地点でも所定の期間の間前記入力信号内の前記帰還信号を周期的に測定するように構成され、前記帰還信号は、前記送信された信号が前記受信アンテナと送信アンテナとの間のアンテナ分離によって完全にブロックされない結果であり、大きい帰還信号は、前記中継器の前記帰還ループ内での不安定性を示す請求項８に記載の無線中継器。
【請求項１１】
前記利得メトリック計算器は、利得制御入力信号に基づいて前記利得制御メトリックを計算するように構成され、前記利得制御入力信号は、前記中継器の前記帰還ループ内のいずれの地点からも取得され、前記利得制御メトリックは、前記利得制御入力信号と前記利得制御入力信号の遅延されたバージョンとの間の相関関係を示し、前記利得メトリック計算器は、所定の期間の間周期的に前記利得制御入力信号に基づいて前記利得制御メトリックを測定するようにさらに構成され、大きい相関関係は、前記中継器の前記帰還ループ内での不安定性を示す請求項８に記載の無線中継器。
【請求項１２】
前記利得制御ブロックは、前記利得制御メトリックを受信し及び前記利得制御メトリックの前記大きさに少なくとも基づいて前記中継器の前記利得を制御するように構成された利得制御アルゴリズムブロックをさらに備える請求項８に記載の無線中継器。
【請求項１３】
前記利得制御アルゴリズムブロックは、前記中継器の前記ループ利得が１より小さいように前記中継器の前記利得を制御するように構成される請求項１２に記載の無線中継器。
【請求項１４】
前記利得制御アルゴリズムブロックは、前記中継器の前記ループ利得が予め決定された値よりも小さいか又は予め決定された範囲内であるように前記中継器の前記利得を制御するように構成される請求項１２に記載の無線中継器。
【請求項１５】
入力信号を受信するための受信アンテナ及び出力信号を送信するための送信アンテナを有する無線中継器であって、前記入力信号は、中継されるべき遠隔信号及び前記受信アンテナと前記送信アンテナとの間の帰還チャネルの結果生じる帰還信号の合計であり、前記帰還チャネルは、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間で帰還ループを形成し、前記出力信号は、増幅された入力信号であり、
前記中継器の利得を制御するための手段を備え、前記手段は、所定の期間の間周期的に前記中継器の前記帰還ループ内で利得制御メトリックを測定するための手段を備え、前記利得制御メトリックは、前記中継器のループ利得を示し、前記利得制御メトリックは、前記中継器の前記帰還ループの前記安定性を決定するためにモニタリングされ、前記利得制御メトリックの大きい大きさは、前記中継器の前記帰還ループ内での不安定性を示す、無線中継器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国仮特許出願一連番号第６１／１７７，２０９号（出願日：２００９年５月１１日）の利益を主張するものであり、該出願は、その全体が引用によってここに組み入れられている。
【０００２】
本開示は、概して、無線通信システムにおける中継器に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
無線通信システム及び技法は、通信方法の重要な一部となっている。しかしながら、カバレッジを提供することは、無線サービスプロバイダにとって重大な難題になる可能性がある。カバレッジを拡大する一方法は、中継器を配備することである。
【０００４】
概して、中継器は、信号を受信し、その信号を増幅し、増幅された信号を送信するデバイスである。図１は、携帯電話システムの状況における中継器１１０の基本図を示す。中継器１１０は、基地局１２５、等のネットワークインフラストラクチャへのネットワークインタフェース例としてのドナーアンテナ（ｄｏｎｏｒ  ａｎｔｅｎｎａ）１１５を含む。中継器１１０は、モバイルデバイス１３０へのモバイルインタフェースとしてのサーバアンテナ（ｓｅｒｖｅｒ  ａｎｔｅｎｎａ）１２０（“カバレッジアンテナ”とも呼ばれる）も含む。動作の際には、ドナーアンテナ１１５は、基地局１２５と通信し、サーバアンテナ１２０は、モバイルデバイス１３０と通信する。
【０００５】
中継器１１０内において、基地局１２５からの信号は、順方向リンク回路１３５を用いて増幅され、他方、モバイルデバイス１３０からの信号は、逆方向リンク回路１４０を用いて増幅される。順方向リンク回路１３５及び逆方向リンク回路１４０に関して数多くの構成を用いることができる。
【０００６】
数多くのタイプの中継器が存在する。幾つかの中継器では、ネットワークインタフェース及びモバイルインタフェースの両方が無線であり、その他では、有線ネットワークインタフェースが用いられる。幾つかの中継器は、第１の搬送波周波数を有する信号を受信し、第２の異なる搬送波周波数を有する増幅された信号を送信し、その他は、同じ搬送波周波数を用いる信号を受信及び送信する。“同じ周波数”の中継器に関して、１つの特定の難題は、送信された信号の一部が漏洩して受信回路に戻り、増幅されて再送信される可能性があることに起因して発生する帰還（ｆｅｅｄｂａｃｋ）を管理することである。
【０００７】
既存の中継器は、幾つかの技法を用いて帰還を管理する。例えば、中継器は、２本のアンテナ間の物理的分離を提供するように構成され、フィルタが用いられ、又はその他の技法を採用することができる。
【発明の概要】
【０００８】
ここにおいて開示されるシステム、装置、及び方法は、拡張された中継器能力を可能にする。一実施形態においては、無線中継器内での帰還ループの安定性をモニタリングするための方法は、中継器の受信アンテナで入力信号を受信することであって、入力信号は、中継されるべき遠隔信号（ｒｅｍｏｔｅ  ｓｉｇｎａｌ）及び受信アンテナと送信アンテナとの間の帰還チャネルの結果生じる帰還信号の合計であり、帰還チャネルは、送信アンテナと受信アンテナとの間で帰還ループを形成することと、送信アンテナで出力信号を送信することであって、出力信号は、増幅された入力信号であることと、所定の期間の間周期的に中継器の帰還ループ内で利得制御メトリックを測定することであって、利得制御メトリックは、中継器の帰還ループのループ利得を示すことと、中継器の帰還ループの安定性を決定するために利得制御メトリックの大きさをモニタリングすることと、を含む。動作の際には、利得制御メトリックの大きい大きさは、中継器の帰還ループ内での不安定性を示す。
【０００９】
他の実施形態においては、入力信号を受信するための受信アンテナ及び増幅された入力信号である出力信号を送信するための送信アンテナを有する無線中継器が説明される。入力信号は、中継されるべき遠隔信号及び受信アンテナと送信アンテナとの間の帰還チャネルの結果生じる帰還信号の合計であり、帰還チャネルは、送信アンテナと受信アンテナとの間で帰還ループを形成する。中継器は、中継器の利得を制御するように構成された利得制御ブロックを含む。利得制御ブロックは、所定の期間の間周期的に中継器の帰還ループ内で利得制御メトリックを測定するように構成された利得メトリック計算器（ｇａｉｎ  ｍｅｔｒｉｃ  ｃａｌｃｕｌａｔｏｒ）を含む。利得制御メトリックは、中継器のループ利得を示す。利得制御メトリックは、中継器の帰還ループの安定性を決定するためにモニタリングされる。動作の際には、利得制御メトリックの大きい大きさは、中継器の帰還ループ内での不安定性を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】先行技術による中継器の簡略化された概略図である。
【図２】本開示の幾つかの実施形態による中継器環境の概略図を示した図である。
【図３】中継器入力部でのノイズフロアに対する帰還信号の影響を例示した図である。
【図４】本発明の一実施形態による利得制御方法を実装する中継器に関する中継器入力部でのノイズフロアに対する帰還信号の影響を例示した図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による無線中継器に関する利得制御方法を例示したフローチャートである。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による中継器のブロック図である。
【図５Ｃ】本発明の他の実施形態による中継器のブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態による利得制御ユニットを組み入れた中継器のブロック図である。
【図７】対象となるループ利得領域全体を網羅するための単一の低速利得制御メトリックの使用を例示した図である。
【図８】本発明の一実施形態による対象となるループ利得領域全体をモニタリングするための低速及び高速利得制御メトリックの使用を例示した図である。
【図９】本発明の一実施形態による中継器の利得制御ユニット内の利得メトリック計算器のブロック図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるより短い及びより長いコヒーレント積分時間を用いた高速及び低速メトリックの相関値Ｒｉの計算を例示した図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるより短い及びより長いコヒーレント積分時間を用いた高速及び低速メトリックの正規化値Ｓｉの計算を例示した図である。
【図１２】本発明の一実施形態による図１０及び図１１の相関値及び正規化値を用いた高速及び低速メトリックの計算を例示した図である。
【図１３】本発明の代替実施形態による利得制御方法を例示するエコー除去を採用する中継器のブロック図である。
【図１４】本発明の代替実施形態による利得制御方法を組み入れた中継器の数学モードを例示した図である。
【図１５】エコー除去を有さず及び本発明の一実施形態による利得制御方法を実装する中継器のブロック図である。
【図１６】本発明の一実施形態によるラグτにおける相関項Ｒに関する更新演算を例示した図である。
【図１７】本発明の一実施形態によるラグτにおける正規化項Ｓに関する更新演算を例示した図である。
【図１８】本発明の一実施形態による利得調整制御ゾーンを例示した概略図である。
【図１９】本発明の一実施形態による多メトリック利得制御を実装する図６の中継器に対して適用される利得調整ステッピング制御方法を例示したフローチャートである。
【図２０】本発明の一実施形態による遅延ラグにわたる及び経時でのメトリック分散の計算を例示した図である。
【図２１】本発明の一実施形態による利得制御アルゴリズムに実装された利得制御メトリックプルーニング方法を例示したフローチャートである。
【図２２】本発明の代替実施形態による利得制御アルゴリズムに実装された利得制御メトリックプリーニング方法を例示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
開示された方法及び装置の性質、目的、及び利点は、以下の詳細な発明を実施するための形態を添付図と関係させて検討した後に当業者にとってより明確になるであろう。
【００１２】
先行技術の中継器、例えば上述されるそれら、は、携帯電話又は類似のネットワークにとって重要な利点を提供することができる。しかしながら、既存の中継器構成は、幾つかの用途にとっては適切でないことがある。例えば、既存の中継器構成は、中継器のアンテナ間で希望される分離を確保するのがより難しいことがある屋内でのカバレッジ用途（例えば、住宅又は企業環境のための信号の中継）には適さないことがある。さらに、幾つかの伝統的な中継器実装では、目標は、安定した帰還ループを維持しつつ合理的に可能な限り高い利得（１よりも小さいループ利得）を達成することである。しかしながら、中継器利得を増大させることは、増大された信号が漏洩してドナーアンテナ内に戻ることに起因して分離をより困難にする。概して、ループの安定性の要求は、カバレッジアンテナから漏洩してドナーアンテナ内に戻る信号が遠隔信号（中継されるべき信号）よりもはるかに小さいことを要求する。中継器の出力部での最大の達成可能な信号対干渉／雑音比（ＳＩＮＲ）は、中継器への入力部における遠隔信号のＳＩＮＲと同じである。高利得及び向上された分離は、現代の中継器、特に屋内用途のためのそれら、に関して求められる２つの要求を成す。
【００１３】
ここにおけるシステム及び技法は、中継器のドナーアンテナ（例えば順方向リンク送信の例のための“受信アンテナ”）とカバレッジアンテナ（例えば、順方向リンク送信のための“送信アンテナ”）との間で向上された分離を有する無線中継器を提供する。さらに、幾つかの実施形態においては、ここにおけるシステム及び技法は、分離を有意に向上させるために干渉除去（ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ）又はエコー除去を採用する独自の中継器設計を提供する。幾つかの実施形態においては、干渉除去又はエコー除去は、チャネルの正確な推定のためにここにおいて提供される向上されたチャネル推定技法を用いて実現される。有効なエコー除去は、漏洩チャネルの非常に正確なチャネル推定を要求する。概して、チャネル推定がより正確であるほど、除去がより高くなり、従って有効な分離がより高くなる。ここにおいては、“干渉除去”又は“エコー除去”は、中継器アンテナ間での漏洩信号の量を低減させるか又は除去する技法を意味する。すなわち、“干渉除去”は、推定された漏洩信号の除去を意味し、それは、実際の漏洩信号の部分的な又は完全な除去を提供する。
【００１４】
本発明の他の態様により、ここにおけるシステム及び技法は、中継器システムの安定性を向上させるための利得制御技法を採用する独自の無線中継器設計を提供する。幾つかの実施形態においては、中継器システムの安定性を測定するためのメトリックが提供される。中継器の利得は、安定性の指標としてのメトリックの値に基づいて制御される。例えば、大きい信号ダイナミックス（ｄｙｎａｍｉｃｓ）の場合は、メトリック、例えばループ利得、は劣化し、利得は、中継器システムを安定した状態に維持するために低減される。利得制御方法及びシステムは、干渉除去を採用する中継器又は干渉除去を採用しない中継器に対して有利に適用することができる。
【００１５】
最後に、本発明のさらに他の態様により、ここにおけるシステム及び技法は、多中継器環境での無線中継器の性能を向上させることを提供する。幾つかの実施形態においては、中継器間通信を容易にするシステム及び技法が提供される。その他の実施形態においては、近隣の中継器から拡散された干渉を抑止し及び遅延を短縮するためのシステム及び技法が提供される。
【００１６】
図２は、本開示の実施形態による中継器２１０に関する動作環境２００の概略図を示す。図２の例は、順方向リンク送信を例示し、すなわち、基地局２２５からの遠隔信号１４０は、モバイルデバイス２３０を対象とする。中継器、例えば中継器２１０、は、基地局２２５とモバイルデバイス２３０との間の経路２２７に沿った中継されない信号がモバイルデバイス２３０で受信される有効な音声及び／又はデータ通信のための十分な信号を提供しない場合に環境２００において用いることができる。利得Ｇ及び遅延Δを有する中継器２１０は、ドナーアンテナ２１５で基地局２２５から受信された信号をサーバアンテナ２２０を用いてモバイルデバイス２３０に中継するように構成される。中継器２１０は、基地局２２５から受信された信号を増幅してドナーアンテナ２１５及びサーバアンテナ２２０を通じてモバイルデバイス２３０に送信するための順方向リンク回路を含む。中継器２１０は、モバイルデバイス２３０からの信号を増幅して基地局２２５に返送するための逆方向リンク回路も含むことができる。中継器２１０において、遠隔信号ｓ（ｔ）は、入力信号として受信され、遠隔信号ｓ（ｔ）は、中継された又は増幅された信号ｙ（ｔ）として中継され、ここで、
【数１】
2012527181.tif 000003
【００１７】
である。理想的には、利得Ｇは大きく、中継器の固有の遅延Δは小さく、入力ＳＩＮＲが中継器２１０の出力部で維持され（これは、データトラフィックのサポートにとって特に重要である可能性がある）、希望される搬送波のみが増幅されることである。
【００１８】
実際上は、中継器２１０の利得は、ドナーアンテナ２１５とサーバアンテナ２２０との間の分離によって制限される。利得が大きすぎる場合は、中継器は、信号漏洩に起因して不安定になる可能性がある。信号漏洩は、図２の帰還経路２２２によって示されるように、一方のアンテナ（図２ではサーバアンテナ２２０）から送信された信号の一部分が他方のアンテナ（図２ではドナーアンテナ２１５）によって受信される現象を意味する。換言すると、信号漏洩は、送信された信号が受信アンテナと送信アンテナとの間のアンテナ分離によって完全にブロックされない結果である。干渉除去又はその他の技法が用いられない場合は、中継器は、漏洩信号とも呼ばれるこの帰還信号をそれの正常な動作の一環として増幅し、増幅された帰還信号は、サーバアンテナ２２０によって再送信されることになる。信号漏洩及び高い中継器利得に起因する増幅された帰還信号の繰り返された送信は、中継器の不安定に至る可能性がある。さらに、中継器２１０内での信号処理は、固有の無視できない遅延Δを有する。中継器の出力ＳＩＮＲは、ＲＦの非直線性及びその他の信号処理に依存する。従って、上記の理想的な中継器動作特性は、しばしば達成されない。最後に、実際上は、希望される搬送波は、中継器が配備される動作環境又は市場（ｍａｒｋｅｔ）に依存して変動する可能性がある。希望される搬送波のみを増幅する中継器を提供するのは常に可能なわけではない。
【００１９】
本開示の実施形態においては、屋内カバレッジ（例えば、企業、住宅、又は同様の用途）に適する中継器が提供される。中継器は、中規模の住宅内でのカバレッジにとって十分な利得の例である約７０ｄＢ以上のアクティブ利得を有する。さらに、中継器は、安定性のために１よりも小さいループ利得（ループ利得は、送信アンテナと受信アンテナとの間の帰還ループの利得と呼ばれる）及び安定性のための十分な余裕（ｍａｒｇｉｎ）量及び低い出力ノイズフロアを有する。幾つかの実施形態においては、中継器は、８０ｄＢよりも大きい全体的分離を有する。幾つかの実施形態においては、中継器は、高レベルのアクティブな分離を達成させるために干渉／エコー除去を採用し、それは、利用可能な中継器の要求よりもかなりの難題である。
【００２０】
本開示の幾つかの技法は、要求されるレベルのエコー除去を可能にするためにチャネル推定を利用する。帰還チャネル（アンテナ間のチャネル）を十分な精度まで推定することによって、エコー除去後の残留誤差は、安定性のための希望されるループ利得余裕を実現させる上で遠隔信号よりも十分に低くすることが可能である。
【００２１】
本発明の中継器を配備することができる通信システムは、赤外線、無線、及び／又はマイクロ波技術に基づく様々な無線通信ネットワークを含む。該ネットワークは、例えば、無線ワイドエリアネットワーク（ＷＷＡＮ）と、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）と、無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）と、等を含むことができる。ＷＷＡＮは、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）ネットワーク、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）ネットワーク、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）ネットワーク、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）ネットワーク、単一搬送波周波数分割多元接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）ネットワーク、等であることができる。ＣＤＭＡネットワークは、１つ以上の無線アクセス技術（ＲＡＴ）、例えばＣＤＭＡ２０００、広帯域ＣＤＭＡ（Ｗ−ＣＤＭＡ）、等を実装することができる。ＣＤＭＡ２０００は、ＩＳ−９５規格と、ＩＳ−２０００規格と、ＩＳ−８５６規格と、を含む。ＴＤＭＡネットワークは、グローバル移動体通信システム（Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）（ＧＳＭ（登録商標））、デジタルアドバンストモバイルフォンシステム（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｐｈｏｎｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）（Ｄ−ＡＭＰＳ）、又は何らかのその他のＲＡＴを実装することができる。ＧＳＭ及びＷ−ＣＤＭＡは、“第３世代パートナーシッププロジェクト”（３ＧＰＰ）という名称の組織からの文書において記述されている。ＣＤＭＡ２０００は、“第３世代パートナーシッププロジェクト２”（３ＧＰＰ２）という名称の組織からの文書において記述されている。３ＧＰＰ及び３ＧＰＰ２文書は、公に入手可能である。ＷＬＡＮは、ＩＥＥＥ８０２．１Ｉｘネットワークであることができ、ＷＰＡＮは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標)ネットワーク、ＩＥＥＥ８０２．１５ｘ、又は何らかのその他のタイプのネットワークであることができる。ここにおいて説明されるシステム及び技法は、ＷＷＡＮ、ＷＬＡＮ及び／又はＷＰＡＮのあらゆる組み合わせに関して用いることもできる。
【００２２】
利得制御技法
本発明の実施形態により、中継器にとっての最適な利得値を確定するための利得制御技法が説明される。ここにおいて説明される利得制御技法は、エコー除去を実装する中継器又はエコー除去を実装しない中継器に適用される。中継器の動作を安定した状態に維持するためには、中継器のループ利得の制御が極めて重要である。中継器のループ利得は、チャネル内の信号レベルの突然の変化に起因して突然変化することがある。大きな信号ダイナミックスが存在する状態で中継器システムを安定させるための方法が希望される。
【００２３】
一実施形態においては、中継器の安定性の指標として利得制御メトリックが設定される。利得制御メトリックは、モニタリングされ、メトリックが劣化したときに、中継器の安定性を維持するために中継器の利得が低減される。動作の際には、利得制御メトリックは、連続的にモニタリングされ、中継器の利得は、システムの安定性及び要求された出力ＳＩＮＲを同時に維持しつつ可能な限り高い利得を出力するように上方及び下方調整される。
【００２４】
１．ＳＩＮＲ及びデータレートを最適化する中継器利得制御
伝統的な中継器実装では、目標は、帰還ループが確実に安定した状態を維持するようにしつつ可能な限り高い利得を達成させることである（１よりも小さいループ利得）。高い利得レベルは、最大の可能なカバレッジエリアを提供する。ループの安定性要求は、カバレッジアンテナから漏洩してドナーアンテナ内に戻る信号が遠隔信号（中継されるべき信号）よりも典型的に大幅に低いことを要求する。中継器の出力部での最大の達成可能なＳＩＮＲは、中継器の入力部での遠隔信号のＳＩＮＲと同じである。
【００２５】
中継器利得は、干渉除去技法の使用を通じて有意に増大させることができる。これらの技法を用いることで、カバレッジアンテナから漏洩してドナーアンテナ内に戻る信号は、干渉として処理されてベースバンド（ｂａｓｅｂａｎｄ）技法を通じて除去され、それにより、より高い中継器利得を用いるのを可能にする。より高い中継器利得は、中継器のカバレッジエリアを拡大させるため非常に望ましい。幾つかの場合においては、利得が高いときには、カバレッジアンテナからドナーアンテナ内に漏洩した信号は、遠隔信号よりも有意に大きくなる可能性がある。しかしながら、受信機における、例えば量子化に起因する、ＲＦ歪みは、受信された信号に依存する。帰還信号が遠隔信号よりも有意に大きい場合は、大きい帰還信号は、遠隔信号にノイズフロアを導入する。換言すると、大きい帰還信号は、干渉除去が理想的に機能した場合でも、すなわち、帰還信号全体が除去された場合でも、カバレッジアンテナ出力部において達成可能なＳＩＮＲに対してフロア（ｆｌｏｏｒ）を導入する。このように、（中継器が配備されるＲＦ状態に依存して）遠隔信号のＳＩＮＲが非常に大きい場合でも、中継器の出力部のＳＩＮＲは、中継器入力部で導入された誤差フロアによって制限される。
【００２６】
図３は、中継器入力部でのノイズフロアに対する帰還信号の影響を例示する。この例示では、中継器利得は８０ｄＢである。遠隔信号が−７０ｄＢであると仮定すると、出力信号は１０ｄＢである。送信アンテナと受信アンテナとの間のアンテナ分離が４０ｄＢであるとさらに仮定すると、送信アンテナから受信アンテナへの帰還信号は、−３０ｄＢになる。ＲＦ歪み／量子化フロアが帰還信号よりも５０ｄＢ低いときには、ノイズフロアは、１０ｄＢのみのＳＩＮＲフロアを導入する−８０ｄＢになる。すなわち、ノイズフロアは、遠隔信号よりもわずかに１０ｄＢ低い。低いＳＩＮＲは、中継器が無線データの使用をサポートするときに問題である。大きい中継器利得は、カバレッジエリアは大きくなるが達成可能なＳＩＮＲの上限がこの中継器を通じて達成可能な最大のデータレートの上限を意味することを意味する。この中継器を通じて通信するデバイスの使用上の要求（例えば、高データレート）に依存して、データレートに対する制限は許容できないことがある。
【００２７】
本発明の一態様により、無線中継器内の中継器利得を制御する方法は、出力信号対干渉／雑音比（ＳＩＮＲ）及びデータレートに関する要求に基づいて中継器利得を調整する。一実施形態においては、入力ＳＩＮＲは、出力ＳＩＮＲの指標として及びノイズフロアの尺度として用いられ、中継器利得は、希望される雑音耐性及び希望されるデータレートの関数として上方調整（増大）又は下方調整（低減）される。換言すると、中継器の利得及びＳＩＮＲは、希望されるカバレッジエリア対データレートを最適化するために互いに犠牲にされる。例えば、より多い雑音又はより低いＳＩＮＲに耐えることができるときには、より低いＳＩＮＲに起因するより低いデータレートを犠牲にしてより大きいカバレッジエリアを実現させるためにより高い中継器利得設定が用いられる。他方、より少ない雑音又はより高いＳＩＮＲが望まれるときには、カバレッジエリアを小さくするがデータレートを増大させるより低い中継器利得設定が用いられる。
【００２８】
図４は、本発明の一態様による利得制御方法を実装する中継器に関する中継器入力部でのノイズフロアに対する帰還信号の影響を例示する。図４に示される実施形態においては、中継器の利得は、７０ｄＢに低減される。中継器のカバレッジエリアが低減された利得に起因して小さくされる一方で、達成可能なＳＩＮＲは２０ｄＢに増大され、それにより、より高いデータレートを用いるのを可能にする。
【００２９】
より具体的には、中継器の全体的利得を低減させることは、帰還信号の電力を低減させる。これは、ＲＦ歪み及び量子化の影響に起因するノイズフロアを低下させ、それによってより高い達成可能なＳＩＮＲを可能にする。より高いＳＩＮＲに起因してより高いデータレートを用いることができる。達成可能なＳＩＮＲは、遠隔信号のＳＩＮＲのみによって制限される。図４に示される実施形態においては、ＳＩＮＲの１０ｄＢの増大は、図３に示される実施形態と比較して１０ｄＢの利得低減で実現される。しかしながら、中継器利得を低減させることは、カバレッジエリアも小さくする。中継器の使用法に依存して、カバレッジエリアが小さくなることは、エンドユーザにとって許容可能であることができる。本発明の利得制御方法は、エンドユーザが中継器カバレッジエリアと（最大データレートに対応する）達成可能な出力ＳＩＮＲを比較考量するのを可能にする。本発明の利得制御方法は、エンドユーザがより高いデータレートを要求するアプリケーションを使用するときにカバレッジエリアを進んで犠牲にすることになると思われる場合に無線データトラフィックにとって特に有用である。
【００３０】
本発明の利得制御方法は、今度は図５Ａ及び５Ｂを参照して詳細に説明される。図５Ａは、本発明の一実施形態による無線中継器のための利得制御方法を例示するフローチャートである。図５Ｂは、本発明の一実施形態による中継器のブロック図である。図５Ａ及び５Ｂを参照し、中継器３５０は、ドナーアンテナ３１５で入力信号を受信する（ステップ３０２）。中継器３５０は、サーバアンテナ３２０で出力信号を送信もする（ステップ３０４）。中継器３５０は、帰還信号の除去を実装するためのエコー除去装置３５２を含む。中継器３５０は、可変利得Ｇを提供する利得段３５６で入力信号を増幅する。可変利得Ｇは、利得制御ブロック３５４によって設定される。動作の際には、本発明の利得制御方法は、中継器の入力ＳＩＮＲ（ステップ３０５）及び出力ＳＩＮＲ（ステップ３０６）を決定する。一実施形態においては、入力ＳＩＮＲは、出力ＳＩＮＲ及び中継器によって付加されたノイズフロアの指標として用いられる。次に、中継器利得は、希望されるカバレッジエリア及び達成可能なデータレートを得るために上方又は下方調整される（ステップ３０８）。中継器利得は、カバレッジエリアを小さくするがデータレートを増大させるために低減される（ステップ３１０）。利得を低減させることによって、達成可能なＳＩＮＲが増大される。中継器利得は、カバレッジエリアを拡大させるがデータレートを低減させるために増大される（ステップ３１２）。利得を増大させることによって、達成可能なＳＩＮＲが低減される。このようにして、中継器利得及び中継器のカバレッジエリアは、中継器の入力部又は出力部でのＳＩＮＲを最適化し及び中継器によって用いられるデータレートを最適化するために互いに犠牲にされる。
【００３１】
図５Ｃは、本発明の他の実施形態による中継器のブロック図である。図５Ｃは、ドナーアンテナ及びサーバアンテナ３１５、３２０で通信を提供する移動局モデム（ＭＳＭ）と可変の中継器動作を実施するためのプロセッサ３６４とデータを格納するためのメモリ３６６とを含む中継器３６０の機能ブロック図を例示する。本実施形態においては、中継器のＭＳＭ（移動局モデム）は、入力ＳＩＮＲの推定値を与えるために用いられる。その他の実施形態においては、中継器の入力又は出力ＳＩＮＲを推定するためのその他の方法を用いることができる。
【００３２】
２．多メトリック利得制御
本発明の実施形態により、中継器は、複数のメトリックをシステムの安定性の指標として採用する利得制御ブロックを含み、複数のメトリックは、中継器の利得を制御する際の使用のためにモニタリングされる。利得制御ブロックは、中継器利得が複数のメトリックに基づいて制御される利得制御方法を実装する。図６は、本発明の一実施形態による利得制御ブロックを組み入れた中継器のブロック図である。本実施形態においては、利得制御ブロックは、エコー除去中継器に実装される。その他の実施形態においては、利得制御ブロックは、後述されるように複数のメトリックに基づいて利得制御を提供するためにエコー除去を有さない中継器に実装することができる。
【００３３】
図６を参照し、エコー除去中継器４１０は、ドナーアンテナ（入力ノード４４０として表される）で中継されるべき遠隔信号ｘ［ｋ］を受信し、サーバアンテナ（出力ノード４７０として表される）で送信される出力信号ｙ［ｋ］を生成する。サーバアンテナからドナーアンテナへ戻る信号漏洩は、出力信号ｙ［ｋ］の一部を中継器によって受信される前に漏洩させて戻させ、遠隔信号に付加させる。信号漏洩は、出力ノード４７０と入力ノード４４０との間の信号経路４５４として表される帰還チャネルｈ［ｋ］として表される。従って、中継器４１０は、実際には、遠隔信号ｘ［ｋ］及び帰還信号ｗ［ｋ］の合計である受信信号ｑ［ｋ］をノード４４３で入力信号として受信する。帰還チャネルｈ［ｋ］は、ドナーアンテナとサーバアンテナとの間で中継器４１０内における帰還ループを形成する。図６の加算器４４２は、受信信号ｑ［ｋ］の信号成分を例示することのみを目的とする象徴的なものであり、中継器４１０の動作環境における実際の信号加算器を表すものではない。
【００３４】
中継器４１０は、エコー除去中継器であり、受信信号（“入力信号”）内の希望されない帰還信号成分を除去するために帰還信号ｗ［ｋ］を推定するために動作する。その目的のために、中継器４１０は、加算器４４４及びチャネル推定ブロック４５０によって形成されたエコー除去装置を含む。受信信号ｑ［ｋ］は、受信信号ｑ［ｋ］から帰還信号推定値
【数２】
2012527181.tif 000004
【００３５】
を減じるために動作する加算器４４４に結合される。帰還信号推定値ｗ＾［ｋ］が正確である限りにおいて、希望されない帰還信号は、受信信号から除去されてエコー除去が実現される。本実施形態においては、除去後の信号ｐ［ｋ］は、除去後の信号にＧの利得を提供する可変利得段４５８に結合される。利得段４５８は、サーバアンテナでの送信のために出力ノード４７０で出力信号ｙ［ｋ］を生成する。図６は、本発明の利得制御方法の動作に該当する要素のみを例示する。中継器４１０は、図６には示されていないが完全な中継器の動作を実現させることが当業において知られているその他の要素を含むことができる。
【００３６】
帰還信号推定値ｗ＾［ｋ］は、帰還チャネル推定値
【数３】
2012527181.tif 000005
【００３７】
に基づいて生成され、帰還チャネル推定値は、チャネル推定ブロック４５０によって生成される。本実施形態においては、チャネル推定ブロック４５０は、受信信号ｑ［ｋ］を入力信号として取得し（ｔａｋｅ）、エコーが除去された信号ｐ［ｋ］をチャネル推定のためのパイロット信号又は基準信号として用いて帰還チャネル推定値ｈ＾［ｋ］を生成する。次に、エコー除去装置は、帰還チャネル推定値ｈ＾［ｋ］に基づいて帰還信号推定値ｗ＾［ｋ］を計算する。より具体的には、帰還信号推定値ｗ＾［ｋ］は、帰還チャネル推定値ｈ＾［ｋ］にパイロット信号ｐ［ｋ］を畳み込むことによって得られる（すなわち、
【数４】
2012527181.tif 000006
【００３８】
）。帰還信号推定値ｗ＾［ｋ］は、加算器４４４でのエコー除去のために用いられる。より具体的には、帰還信号推定値ｗ＾［ｋ］が受信信号ｑ［ｋ］から減じられてエコーが除去された信号ｐ［ｋ］が生成される。図６は、中継器にエコー除去を実装するための一方法を例示することに注目するのが不可欠である。図６は、例示であり、限定することは意図されていない。本発明のエコー除去無線中継器は、エコー除去のためのその他の方法を実装することができる。中継器で用いられる正確なエコー除去方法は、本発明の実践にとっては極めて重要なわけではない。
【００３９】
中継器４１０は、利得段４５８によって提供された可変利得値Ｇを調整するための利得制御ブロック４４７を組み入れる。利得制御ブロック４４７は、中継器の帰還ループ内のどこからでも取得することが可能な利得制御入力信号を受信する。より具体的には、利得制御入力信号は、エコー除去中継器内でのエコー除去前に又はエコー除去後に取得することができる。本実施形態においては、利得制御入力信号は、受信信号ｑ［ｋ］として取得されるが、これは、例示のみを目的とする。実際上は、利得制御入力信号が取得される正確な場所は、本発明の実践にとっては極めて重要なわけではない。その他の実施形態においては、中継器は、エコー除去を実装せず、利得制御ブロック４４７は、中継器の帰還ループ内のあらゆる場所における信号であることができる利得制御入力信号を受信する。繰り返しになるが、利得制御入力信号が取得される正確な場所は、本発明の実践にとっては極めて重要なわけではない。従って、後続する説明では、用語“利得制御入力信号”は、中継器の利得制御ブロックに提供された入力信号を意味し、中継器の帰還ループ内のいずれの地点でも取得される信号であることができ、エコー除去前、エコー除去後、又はエコー除去を実装していない中継器内の帰還ループ内のあらゆる地点を含む。
【００４０】
利得制御ブロック４４７は、利得制御入力信号を受信して一組の利得制御メトリックを計算及び生成するための利得メトリック計算器４６０を含む。一実施形態においては、２つの利得制御メトリックが用いられる。利得制御ブロック４４７は、利得メトリック計算器４６０から利得制御メトリックを受信する利得制御アルゴリズムブロック４６２をさらに含む。利得制御アルゴリズムブロック４６２は、中継器４１０内の利得段４５８の可変利得Ｇの制御を提供する。
【００４１】
第１の利得制御メトリックの導出が図６を参照して説明される。最初に、中継器帰還制御ループからの時間ｉにおける長さＮの複素信号セグメントがインターセプトされるか又は受信され、利得制御入力信号として用いられる。
【数５】
2012527181.tif 000007
【００４２】
本実施形態においては、複素信号ｒｉ［ｎ］は、エコー除去前であるノード４４３で取得される。その他の実施形態においては、複素信号ｒｉ［ｎ］は、帰還制御ループ内のその他の場所で、例えばエコー除去後に、取得することができる。本説明では、中継器帰還制御ループ（“制御ループ”とも呼ばれる）は、送信アンテナから受信アンテナへの帰還チャネルの結果として送信アンテナと受信アンテナとの間で中継器内において固有に形成される帰還ループを意味する。帰還ループの利得（“ループ利得”）は、ループの安定性を維持するために測定及び制御される。
【００４３】
利得メトリック計算器４６０は、送信アンテナから受信アンテナへの漏洩の結果として、信号の複製を採取するのを試みることによってループ内のこの信号成分の増大をモニタリングする。
【数６】
2012527181.tif 000008
【００４４】
において時間Ｎｄｅｌａｙ後に探索ウィンドウＷ内で探索することは、以下の式を与える。
【数７】
2012527181.tif 000009
【００４５】
上において与えられたループ利得メトリックｇｉ（τ）は、基本的には、システムの安定性の指標であるループ利得である。上において与えられたループ利得メトリックｇｉ（τ）は、各チャネルタップτに関するループ利得を計算し、以後は“タップごとの利得制御メトリック”と呼ばれる。タップごとの利得制御メトリックｇｉ（τ）は、全チャネルタップに関して合計されたときに、以下の式のような形で可変利得段４５８の利得Ｇｉを調整するために用いることができる。
【数８】
2012527181.tif 000010
【００４６】
すなわち、タップごとの利得制御メトリックｇｉ（τ）は、すべての希望されるチャネルタップに関して測定及び合計され、合計された値は、１よりも小さい値δとほぼ同じであるように維持される中継器のための利得制御メトリックｇｉである。典型的には、δは、出力ＳＩＮＲに関する要求によって決定される。一実施形態においては、δは、要求される出力ＳＩＮＲにより−１０ｄＢ乃至−２０ｄＢになるように選択される。さらに、典型的な中継器の動作に関しては、総ループ利得は、安定性のために１未満でなければならない（０ｄＢ）。一実施形態においては、δは、要求される出力ＳＩＮＲが２０ｄＢの範囲内にあるときに−２０ｄＢであるように選択される。上記の方程式において、利得制御メトリックｇｉは、全チャネルタップにおけるタップごとの利得制御メトリックｇｉ（τ）の線形結合（ｌｉｎｅａｒ  ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）として計算され、各々のタップごとの利得制御メトリックｇｉ（τ）にそれ自体の係数α（τ）が乗じられ、それは、タップごとの利得制御メトリックの項の直線和（ｓｔｒａｉｇｈｔ  ｓｕｍｍａｔｉｏｎ）に関しては１、その他の形の線形結合に関してはその他の値であることができる。その他の実施形態においては、利得制御メトリックｇｉは、すべての希望されるチャネルタップに関するタップごとの利得制御メトリックｇｉ（τ）の非線形結合として計算することができる。
【００４７】
一実施形態においては、上記の利得制御メトリックｇｉは、エコー除去及び利得制御が存在しない状態で及び白色入力信号を用いてシミュレーションされる。３０ＭＨｚのサンプリングレートが用いられ及びＮｄｅｌａｙ＝３０×５の探索ウィンドウの遅延が用いられる。探索ウィンドウの長さは、Ｎｔａｐ＝６４である。積分長は、Ｎ＝３０×１０サンプルである。利得制御メトリックは、−２０ｄＢよりも高いループ利得に関する実際のループ利得を正確に推定することができる。しかしながら、推定雑音ベースライン（ｎｏｉｓｅ  ｂａｓｅｌｉｎｅ）は、利得制御メトリックが−２０ｄＢより低いループ利得レベルを推定するのを妨げる。目標ループ利得レベルが−２０ｄＢである場合は、より低い雑音ベースラインを有するメトリックが望まれる。より低い雑音ベースラインは、積分長Ｎを大きくすることによって得ることができる。一実施形態においては、積分長Ｎは、３０×２００サンプルまで大きくされる。利得制御メトリックがＮ＝３０×２００サンプルの積分長を用いるときには、大きくされた積分長は、利得制御メトリックが−３０ｄＢ超において正確にループ利得を推定するのを可能にする。
【００４８】
本発明の利得制御方法の一実施形態においては、長い積分長を有する単一の利得制御メトリックが用いられる。長い積分長は、応答時間を長くし、従って、長い積分長を有する利得制御メトリックは、ここでは“低速メトリック”（ｓｌｏｗ  ｍｅｔｒｉｃ）と呼ばれる。例えば、一実施形態においては、Ｎ＝３０×２００サンプルの積分長を有する利得制御メトリック（“低速メトリック”）は、−２０ｄＢのループ利得目標を有する利得制御のために用いられる。図７は、対象となるループ利得領域全体をモニタリングするための単一の低速利得制御メトリックの使用を例示する。しかしながら、低速メトリックは、長い積分長を使用し、従って長い応答時間を有する。一例においては、Ｎ＝３０×２００サンプルの積分長は、２００μｓｅｃの応答時間を要求する。従って、低速メトリックは、低速調整にとって有利である一方で、低速メトリックは、低速すぎて、中継器を安定した領域から外れさせることがある突然の擾乱に応答できないことがある。
【００４９】
本発明の利得制御方法のその他の実施形態により、利得制御方法は、中継器利得を制御するためにループの安定性をモニタリングするための複数の利得制御メトリックを用いる。一実施形態においては、利得制御方法は、対象となるループ利得領域全体をモニタリングするために“低速メトリック”と組み合わせて“高速メトリック”（ｆａｓｔ  ｍｅｔｒｉｃ）を用いる。上述されるように、“低速メトリック”は、長い積分長、従って低速の応答時間、を有する利得制御メトリックを意味する。しかしながら、低速メトリックは、多数のサンプルを使用し、このため低速であるが非常に正確である。他方、“高速メトリック”は、短い積分長、従って高速の応答時間、を有する利得制御メトリックを意味する。しかしながら、高速メトリックは、少ない数のサンプルを使用し、従って、高速メトリックは、高速であるが低速メトリックよりも正確度が低い。一実施形態においては、高速の応答時間を有する高速メトリックは、中継器の帰還制御ループが不安定に近づく０ｄＢ付近における臨界ループ利得領域をモニタリングするために用いられる。この臨界領域では、ループの安定性を確保するために中継器利得を素早く調整するのを可能にするために高速応答が望まれる。他方、低速応答時間を有する低速メトリックは、より正確なループ利得測定が望まれる正常な安定したループ利得領域をモニタリングするために用いられる。この説明では、積分長は、コヒーレント積分時間と非コヒーレント積分時間の和であると定義される。
【００５０】
図８は、本発明の一実施形態による対象となるループ利得領域全体をモニタリングするための低速及び高速の利得制御メトリックの使用を例示する。図８を参照し、−１０ｄＢ以上の臨界ループ利得領域でのループ利得をモニタリングするために積分長Ｎ＝３０×１０サンプル及び１０μｓｅｃの応答時間を有する高速メトリックが用いられる。−１０ｄＢ以上のループ利得領域は、ループの不安定が結果的に生じる可能性がある０ｄＢに近づくループ利得（又は１以上のループ利得）を表す。高速メトリックは、中継器のために高速利得制御応答を保証する。高速メトリックと併用して、−１０ｄＢ超の正常な安定したループ利得領域内の及び−２０ｄＢの目標ループ利得周辺のループ利得をモニタリングするために積分長Ｎ＝３×２００サンプル及び２００μｓｅｃの応答時間を有する低速メトリックが用いられる。ループ利得が不安定領域から十分に離れているときには、希望される利得値に合わせた中継器利得の微調整を可能にするために正確なループ利得測定が望まれる。低速メトリックは、中継器利得を正確に制御するのを可能にするためにより正確なループ利得測定を提供する。対象となるループ利得領域全体をモニタリング及び測定するために２つのメトリックを用いることによって、−３０ｄＢから−１０ｄＢまでの正確な利得制御が実現され、−１０ｄＢ超の高速利得制御が実現される。
【００５１】
図９は、本発明の一実施形態による中継器の利得制御ブロック内の利得メトリック計算器のブロック図である。図９を参照し、利得メトリック計算器５６０は、利得制御入力信号を入力として取得し、高速メトリック及び低速メトリックを出力として生成する。高速メトリック及び低速メトリックは、図６に示されるように、中継器の可変利得を制御するための制御信号を生成するために利得制御ブロック内の利得制御アルゴリズムブロックによって用いられる。利得メトリック計算器５６０は、次のように構築される。受信信号ｑ［ｎ］が、利得メトリック計算のための利得制御入力信号として用いられる。ブロック５７０において、受信信号ｑ［ｎ］が、チャネルタップτにおいて帰還信号を検出するチャネルタップτにおける正規化された相関（複素）値ηｉ（τ）を計算するために用いられる。正規化された相関（複素）値ηｉ（τ）は、以下として与えられる。
【数９】
2012527181.tif 000011
【００５２】
次に、ブロック５７２において、正規化された相関値ηｉ（τ）が二乗され、全チャネルタップに関して合計されて推定された利得制御メトリック値ｇｉが生成される。より具体的には、複素正規化相関値ηｉ（τ）を二乗することは、チャネルタップτにおける出力信号エネルギーに関する帰還エネルギーを与え、他方、すべての対応するチャネルタップでの二乗されたηｉ（τ）を合計することは、帰還ループのループ利得の推定値である総相対帰還エネルギーを与える。推定された利得制御メトリックｇｉは、以下として与えられる。
【数１０】
2012527181.tif 000012
【００５３】
利得制御メトリックｇｉを計算後は、高速メトリック及び低速メトリックを平行して生成するために２つの無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタ５７４、５７６が平行して用いられる。その他の実施形態においては、その他のタイプのフィルタ、例えばＦＩＲ、を用いることもできる。ＩＩＲフィルタ５７４は、高速メトリックを生成するために用いられてＤｆａｓｔの遅延値を使用し、他方、ＩＩＲフィルタ５７６は、低速メトリックを生成するために用いられてＤｓｌｏｗの遅延値を使用し、ここで、Ｄｓｌｏｗは、Ｄｆａｓｔよりもはるかに大きい。遅延値は、フィルタ帯域幅によって決定される。ＩＩＲフィルタ５７４の出力は、Ｄｆａｓｔに等しいサンプリング時間Ｔｓａｍｐｌｅを有するスイッチ５７５によってサンプリングされる。ＩＩＲフィルタ５７６の出力は、Ｄｓｌｏｗに等しいサンプリング時間Ｔｓａｍｐｌｅを有するスイッチ５７７によってサンプリングされる。非コヒーレント積分時間は、遅延値Ｄｆａｓｔ又はＤｓｌｏｗによって決定される。
【００５４】
図９において、エコー除去前の受信信号ｑ［ｎ］は、利得メトリック計算のための利得制御入力信号として用いられる。その他の実施形態においては、帰還ループからの、例えばエコー除去後の、その他の信号を、利得メトリック計算のための利得制御入力信号として用いることができる。
【００５５】
本実施形態においては、利得メトリック計算器５６０は、メトリック計算においてあらゆる希望されないバイアスを除去するためのバイアス推定器５９０を含む。バイアス推定器５９０の詳細な動作が以下においてさらに詳細に説明される。概して、バイアス推定器５９０は、正規化された相関値（複素）ηｉ（τ）を入力として取得し、ＩＩＲフィルタからの高速及び低速メトリック出力から減じられるバイアス値を生成する。より具体的には、ＩＩＲフィルタ５７４のサンプリングされた出力は、加算器５８０に結合され、ＩＩＲフィルタ５７６のサンプリングされた出力は、加算器５８２に結合される。加算器５８０及び５８２において、推定されたバイアス値がサンプリングされた出力から減じられて高速メトリック及び低速メトリックがそれぞれ生成される。
【００５６】
このようにして構築された状態で、利得メトリック計算器５６０は、利得制御アルゴリズムによる使用のために２つの利得制御メトリックを提供する。利得制御アルゴリズムは、ループ利得値に基づいて希望されるメトリックを選択する。ループ利得が不安定領域の周辺又は非常に近くに存在する場合は（例えば、−５ｄＢ周辺）、高速利得制御応答を得るために高速メトリックが用いられる。ループ利得が正常な安定した領域内（例えば、−２０ｄＢ周辺）に存在する場合は、より正確な利得制御を得るために低速メトリックが用いられる。
【００５７】
上記の説明では、低速メトリック及び高速メトリックは、大きい数及び小さい数のサンプルをそれぞれ用いて実現される。本発明の利得制御方法の他の実施形態により、高速メトリック及び低速メトリックは、非コヒーレントフィルタリングを用いずに異なるコヒーレント積分時間を用いて実現される。高速メトリックに関しては、より短いコヒーレント積分時間が用いられる。低速メトリックに関しては、より長いコヒーレント積分時間が用いられる。図１０は、本発明の一実施形態によるより短い及びより長いコヒーレント積分時間を用いた高速メトリック及び低速メトリックの相関値Ｒｉの計算を例示する。より具体的には、相関値Ｒ１［τ］は、より長いコヒーレント積分時間が用いられる低速メトリックに対応し、他方、相関値Ｒ２［τ］は、より短いコヒーレント積分時間が用いられる高速メトリックに対応する。図１１は、本発明の一実施形態によるより短い及びより長いコヒーレント積分時間を用いた高速メトリック及び低速メトリックの正規化値Ｓｉの計算を例示する。より具体的には、正規化値Ｓ１は、より長いコヒーレント積分時間が用いられる低速メトリックに対応し、他方、正規化値Ｓ２は、より短いコヒーレント積分時間が用いられる高速メトリックに対応する。図１２は、本発明の一実施形態による図１０及び図１１の相関値Ｒｉ及び正規化値Ｓを用いた高速メトリックｇ２及び低速メトリックｇｉの計算を例示する。
【００５８】
３．中継器安定性指標
中継器は、無条件で安定した状態が維持されるべきである。従って、中継器の安定性を示すメトリックが望ましい。本発明の実施形態により、中継器安定性モニタリング方法及び装置は、中継器帰還ループからの信号の一定の期間をインターセプトすることによって動作し、ある時間に関するループ内でのその信号成分の“増大”をモニタリングする。帰還ループ内の信号成分が次第に弱化する場合に中継器システムは安定している。上述されるように、中継器帰還ループ（又は“制御ループ”）は、送信アンテナと受信アンテナとの間で中継器内において固有に形成される帰還ループを意味する。帰還ループの利得（“ループ利得”）は、ループの安定性を維持するために測定及び制御される。
【００５９】
図１３は、本発明の一実施形態による中継器安定性モニタリング及び利得制御方法を例示したエコー除去を採用する中継器のブロック図である。図１４は、本発明の一実施形態による中継器安定性モニタリング及び利得制御方法を組み入れた中継器の数学モードを例示する。図１３を参照し、エコー除去中継器６１０は、ドナーアンテナ（入力ノード６４０として表される）で中継される遠隔信号ｘ［ｋ］を受信し、サーバアンテナ（出力ノード６７０として表される）で送信される出力信号ｙ［ｋ］を生成する。サーバアンテナからドナーアンテナへ戻る信号漏洩は、出力信号ｙ［ｋ］の一部を中継器によって受信される前に漏洩させて戻させ、遠隔信号に付加させる。信号漏洩は、出力ノード６７０と入力ノード６４０との間の信号経路６５４として表される帰還チャネルｈ［ｋ］として表される。従って、中継器６１０は、実際には、遠隔信号ｘ［ｋ］と帰還信号ｗ［ｋ］の合計である受信信号ｑ［ｋ］をノード６４３での入力信号として受信する。帰還チャネルｈ［ｋ］は、ドナーアンテナとサーバアンテナとの間で中継器６１０内において帰還ループを形成する。図１３の加算器６４２は、受信信号ｑ［ｋ］の信号成分を例示することのみを目的とする象徴的なものであり、中継器６１０の動作環境における実際の信号加算器を表すものではない。
【００６０】
中継器６１０は、エコー除去中継器であり、受信信号（“入力信号”）内の希望されない帰還信号成分を除去するために帰還信号ｗ［ｋ］を推定するために動作する。その目的のために、中継器６１０は、加算器６４４とチャネル推定ブロック６５０とを含むエコー除去装置６８０を含む（図１４）。受信信号ｑ［ｋ］は、受信信号ｑ［ｋ］から帰還信号推定値ｗ＾［ｋ］を減じるために動作する加算器６４４に結合される。帰還信号推定値ｗ＾［ｋ］が正確である限りにおいて、希望されない帰還信号が受信信号から除去されてエコー除去が実現される。本実施形態においては、除去後の信号ｐ［ｋ］（ノード６４５）は、除去後の信号にＧの利得を提供する可変利得段６５８に結合される。利得段６５８は、サーバアンテナでの送信のために出力ノード６７０で出力信号ｙ［ｋ］を生成する。図１３は、本発明の利得制御方法の動作に該当する要素のみを例示する。中継器６１０は、図１３には示されていないが完全な中継器の動作を実現させることが当業において知られているその他の要素を含むことができる。
【００６１】
帰還信号推定値ｗ＾［ｋ］は、帰還チャネル推定値ｈ＾［ｋ］に基づいて生成され、帰還チャネル推定値は、チャネル推定ブロック６５０によって生成される。本実施形態においては、チャネル推定ブロック６５０は、受信信号ｑ［ｋ］を入力信号として取得し、エコーが除去された信号ｐ［ｋ］をチャネル推定のためのパイロット信号又は基準信号として用いて帰還チャネル推定値ｈ＾［ｋ］を生成する。次に、エコー除去装置は、帰還チャネル推定値ｈ＾［ｋ］に基づいて帰還信号推定値ｗ＾［ｋ］を計算する。より具体的には、帰還信号推定値ｗ＾［ｋ］は、帰還チャネル推定値ｈ＾［ｋ］にパイロット信号ｐ［ｋ］を畳み込むことによって得られる（すなわち、
【数１１】
2012527181.tif 000013
【００６２】
）。帰還信号推定値ｗ＾［ｋ］は、加算器６４４でエコー除去のために用いられる。より具体的には、帰還信号推定値ｗ＾［ｋ］が受信信号ｑ［ｋ］から減じられてエコーが除去された信号ｐ［ｋ］が生成される。図１３は、エコー除去を実装するための一方法を例示する。図１３は、例示であることのみが意図され、限定することは意図されていない。その他の実施形態においては、エコー除去を実装するためのその他の方法を用いることができる。
【００６３】
中継器６１０は、利得段６５８によって提供された可変利得値Ｇを調整するための利得制御ブロック６４７を組み入れる。利得制御ブロック６４７は、利得制御メトリックを計算及びモニタリングするための利得メトリック計算器６６０を含む。利得制御ブロック６４７は、利得メトリック計算器６６０から利得制御メトリックを受信する利得制御アルゴリズムブロック６６２をさらに含む。利得制御アルゴリズムブロック６６２は、中継器６１０内の利得段６５８の可変利得Ｇの制御を提供する。利得制御ブロック６４７は、中継器の帰還ループ内のどこからでも取得することが可能な利得制御入力信号を受信する。より具体的には、利得制御入力信号は、エコー除去中継器内でのエコー除去前に又はエコー除去後に取得することができる。本実施形態においては、利得制御入力信号は、除去後の信号ｐ［ｋ］として取得されるが、これは、例示のみを目的とする。実際上は、利得制御入力信号が取得される正確な場所は、本発明の実践にとっては極めて重要なわけではない。その他の実施形態においては、中継器は、エコー除去を実装せず、利得制御ブロック６４７は、中継器の帰還ループ内のあらゆる場所における信号であることができる利得制御入力信号を受信する。繰り返しになるが、利得制御入力信号が取得される正確な場所は、本発明の実践にとっては極めて重要なわけではない。
【００６４】
今度は、利得制御メトリックの導出が図１３及び図１４を参照して説明される。最初に、本実施形態においては、（ノード６４５における）中継器帰還制御ループからのｉにおける長さＮの複素信号セグメントがインターセプトされるか又は受信され、利得制御入力信号として用いられる。
【数１２】
2012527181.tif 000014
【００６５】
その他の実施形態においては、複素信号セグメントは、その他の場所、例えばエコー除去装置６８０よりも前のノード６４３で、取得することができる。
【００６６】
利得メトリック計算器６６０は、送信アンテナから受信アンテナへの漏洩の結果として、信号の複製を採取するのを試みることによってループ内でのこの信号成分の増大をモニタリングする。
【数１３】
2012527181.tif 000015
【００６７】
において時間Ｎｄｅｌａｙ後に探索ウィンドウＷ内で探索することは、以下の式を与える。
【数１４】
2012527181.tif 000016
【００６８】
上記のメトリックは、基本的には、システムの安定性の指標であるループ利得である。上において与えられたループ利得メトリックｇｉ（τ）は、各チャネルタップτに関するループ利得を計算し、以後は“タップごとの利得制御メトリック”と呼ばれる。タップごとの利得制御メトリックｇｉ（τ）は、全チャネルタップに関して合計されたときに、以下のような形で可変利得段６５８の利得Ｇｉを調整するために用いることができる。
【数１５】
2012527181.tif 000017
【００６９】
すなわち、タップごとの利得制御メトリックｇｉ（τ）は、一定の期間の間測定及び合計され、合計された値は、１よりも小さい値δとほぼ同じであるように維持される利得制御メトリックｇｉである。典型的には、δは、出力ＳＩＮＲに関する要求によって決定される。一実施形態においては、δは、要求される出力ＳＩＮＲにより−１０ｄＢ乃至−２０ｄＢになるように選択される。一実施形態においては、利得制御メトリックｇｉは、全チャネルタップに関するタップごとの利得制御メトリックｇｉ（τ）の線形結合として計算され、各々のタップごとの専用利得制御メトリックｇｉ（τ）にそれ自体の係数α（τ）が乗じられ、それは、タップごとの利得制御メトリックの項の直線和に関しては１、その他の形の線形結合に関してはその他の値であることができる。その他の実施形態においては、利得制御メトリックｇｉは、すべての希望されるチャネルタップに関するタップごとの利得制御メトリックｇｉ（τ）の非線形結合として計算することができる。
【００７０】
一実施形態においては、上記の利得制御メトリックｇｉは、白色入力信号を用いてシミュレーションされる。２０ＭＨｚのサンプリングレートが用いられ及びＮｄｅｌａｙ＝１００の探索ウィンドウの遅延が用いられる。探索ウィンドウの長さは、Ｎｔａｐ＝６４である。積分長は、Ｎ＝６４００サンプルである。利得制御メトリックｇｉは、ループ利得レベルを正確に示す。雑音ベースラインは、相関期間の６４００サンプルに関しては−３０ｄＢよりも小さい。
【００７１】
動作の際には、中継器のループ利得は、エコー除去装置６８０によって除去されなかった残留帰還信号を測定することによって推定される。非エコー除去中継器の場合は、アンテナ分離から取り残された帰還信号の量は、ループ利得の推定として測定される。除去される帰還信号が多いほど、システムはより安定する。
【００７２】
換言すると、利得制御メトリックは、送信された信号と受信された信号との間の相関関係の尺度である。大きい相関関係は、大きい漏洩量及びより低い安定性を示す。利得制御アルゴリズムは、利得制御メトリックに応答して利得を低減させる。小さい相関関係は、小さい帰還信号及び向上された安定性を示す。利得制御アルゴリズムは、利得制御メトリックに応答して利得を増大させる。このようにして、中継器の安定性が確保される。
【００７３】
４．利得制御メトリックの計算
図１３及び１４を参照して上述される利得制御メトリックｇｉは、中継器等の帰還システムの安定性を正確にモニタリングすることが可能である。中継器安定性モニタリング方法及び装置は、エコー除去を有する又はエコー除去を有さない中継器での使用のために好適化することができる。図１５は、エコー除去を有さず及び本発明の一実施形態による利得制御方法を実装する中継器のブロック図である。図１５を参照し、中継器７１０は、ドナーアンテナ（入力ノード７４０として表される）で中継される遠隔信号ｘ［ｋ］を受信し、サーバアンテナ（出力ノード７７０として表される）で送信される出力信号ｙ［ｋ］を生成する。サーバアンテナからドナーアンテナに戻る信号漏洩は、出力信号ｙ［ｋ］の一部を中継器によって受信される前に漏洩させて戻させ、遠隔信号に付加させる。信号漏洩は、出力ノード７７０と入力ノード７４０との間の信号経路７５４として表される帰還チャネルｈ［ｋ］として表される。従って、中継器７１０は、実際には、遠隔信号ｘ［ｋ］及び帰還信号ｗ［ｋ］の合計である受信信号ｐ［ｋ］をノード７４３で入力信号として受信する。帰還チャネルｈ［ｋ］は、ドナーアンテナとサーバアンテナとの間で中継器７１０内において帰還ループを形成する。図１５の加算器７４２は、受信信号ｐ［ｋ］の信号成分を例示することのみを目的とする象徴的なものであり、中継器７１０の動作環境における実際の信号加算器を表すものではない。受信信号ｐ［ｋ］は、Ｇの利得を提供する可変利得段７５８に結合される。利得段７５８は、サーバアンテナでの送信のために出力ノード７７０で出力信号ｙ［ｋ］を生成する。図１５は、本発明の利得制御方法の動作に該当する要素のみを例示する。中継器７１０は、図１５には示されていないが完全な中継器の動作を実現させることが当業において知られているその他の要素を含むことができる。
【００７４】
中継器７１０は、利得段７５８によって提供された可変利得値Ｇを調整するための利得制御ブロック７４７を組み入れる。利得制御ブロック７４７は、利得制御メトリックを計算及びモニタリングするための利得メトリック計算器７６０を含む。利得制御ブロック７４７は、利得メトリック計算器７６０から利得制御メトリックを受信する利得制御アルゴリズムブロック７６２をさらに含む。利得制御アルゴリズムブロック７６２は、利得メトリック計算器７６０によって生成された少なくとも利得制御メトリックを含む１つ以上の関数に基づいて中継器７１０内の利得段７５８の可変利得Ｇの制御を提供する。利得制御ブロック７４７は、中継器の帰還ループ内のどこからでも取得することが可能な利得制御入力信号を受信する。利得制御入力信号が取得される正確な場所は、本発明の実践にとっては極めて重要なわけではない。
【００７５】
上述されるように、本発明の異なる実施形態においては、中継器は、安定性を維持しつつ中継器のための最適な利得値を確定するための利得制御技法を実装する。その目的のために、中継器は、１つ以上の利得制御メトリックを測定及びモニタリングするように構成された利得制御ブロックを含む。利得制御ブロックは、利得制御メトリックに少なくとも部分的に基づいて中継器の利得を制御するようにも構成される。幾つかの実施形態においては、中継器は、エコー除去中継器（図１３）であり、利得制御ブロック６４７は、中継器の帰還ループ内のどこからでも取得することができる利得制御入力信号を受信する。より具体的には、利得制御入力信号は、エコー除去前又はエコー除去後に取得することができる。その他の実施形態においては、中継器は、エコー除去を実装せず（図１５）、利得制御ブロック７４７は、中継器の帰還ループ内のあらゆる場所における信号であることができる利得制御入力信号を受信する。以下の説明では、用語“利得制御入力信号”は、中継器の利得制御ブロックに提供された入力信号を意味し、中継器の帰還ループ内のあらゆる地点で取得された信号であることができ、エコー除去前、エコー除去後、又はエコー除去を有さないことを含む。
【００７６】
上述される時間ｉでの及びチャネルタップτにおけるタップごとの利得制御メトリックｇｉ（τ）がここで繰り返される。
【数１６】
2012527181.tif 000018
【００７７】
タップごとの利得制御メトリックｇｉ（τ）は、分子内の相関項Ｒｉを分母内の正規化項Ｓｉで割ることによって得られた値の平方値であるのが特徴であることができ、以下として与えられる。
【数１７】
2012527181.tif 000019
【００７８】
ここで、τは、例えばマルチパスの影響に起因する、時間領域内での帰還信号の拡散と関連付けられた時間領域のチャネルタップである。相関項及び正規化項は、Ｎの積分長に関して、すなわちＮのサンプルに関して、各々計算される。さらに、相関項は、利得制御入力信号及び利得制御入力信号の遅延されたバージョンの相関関係を表し、他方、正規化項は、遅延されない利得制御入力信号の電力を表す。
【００７９】
利得制御メトリックｇｉは、全チャネルタップに関するタップごとの利得制御メトリックｇｉ（τ）の合計であり、以下として与えられる。
【数１８】
2012527181.tif 000020
【００８０】
しかしながら、利得制御メトリックの計算は、計算集約的である。例えば、相関項Ｒｉを計算するためには、相関値を見つけるために多数の乗算が要求される。より具体的には、Ｎの積分長に関しては、相関項を更新する必要があるごとにＮ回の複素乗算を行わなければならず、さらに、正規化項を更新する必要があるごとに他のＮ回の複素乗算を行わなければならない。大きい積分長Ｎの場合は、計算の複雑さは、実際上は膨大になる可能性がある。
【００８１】
本発明の実施形態により、利得制御メトリック計算方法は、上述される利得制御メトリックの効率的な実装を可能にする。本発明の利得制御メトリック計算方法の特定の利点は、計算の複雑さが積分長Ｎと無関係であること、すなわち、計算の複雑さが積分長に比例して大きくならないことである。
【００８２】
最初に、相関項Ｒｉの計算の際には、各時間ｔにおいて、ほとんどの乗算は、１つ以外は前の時間サンプルにおいて既に計算されているそれらと同じである。本実施形態においては、以前のＮのサンプルに関して計算された各ラグτにおける相関値Ｒ［τ］を保持するためにレジスタが用いられる。以前の時間サンプルからの全乗算項は、計算及び合計されてレジスタに格納される。新しい時間サンプルが導入されたときには、（Ｎ＋１）番目の前サンプルは、古いサンプルすなわち旧サンプルになる。相関値Ｒ［τ］は、旧サンプルの乗算項を廃棄して新サンプルの乗算項を格納された相関値に加えることによって計算される。その結果、各時間サンプルでは２回のみの乗算が行われ、すなわち、新サンプルに関して１回及び旧サンプルに関して１回である。新サンプルに基づく積は格納された合計に加えられ及び旧サンプルに基づく積は格納された合計から減じられ、更新された相関値Ｒ［τ］が生成される。
【００８３】
より具体的には、各ラグτにおける相関値は以下として与えられる。
【数１９】
2012527181.tif 000021
【００８４】
相関値は、次のように、新サンプルが受け取られた時点で更新される。
【数２０】
2012527181.tif 000022
【００８５】
上記の方程式から観察できるように、従来の計算で要求されるＮ回の乗算の代わりに新サンプルごとに１つのラグごとに２回のみの複素乗算が要求される。図１６は、本発明の一実施形態によるラグτにおける相関項Ｒ［τ］のための更新演算を例示する。図１６に示されるように、以前のＮのサンプルに関して計算された各ラグτにおける相関値Ｒ［τ］を保持するために複素レジスタであるレジスタ７８０が用いられる。各々の新サンプルに関して、更新された相関項Ｒ［τ］を得るために新サンプルごとに１つのラグごとに２回のみの複素乗算が行われる。旧サンプルに関する項を計算するために１回の複素乗算（乗算器７７２）が行われ、新サンプルに関する項を計算するために１回の複素乗算（乗算器７７４）が行われる。新サンプルに基づく積は格納された合計に加えられ及び旧サンプルに基づく積は格納された合計から減じられ（加算器７７６）、更新された相関値Ｒ［τ］が生成される。
【００８６】
（全ラグに共通する）正規化項は、相関値と同様の方法で更新される。より具体的には、正規化項Ｓｉ＋１は、次のように更新される。
【数２１】
2012527181.tif 000023
【００８７】
図１７は、本発明の一実施形態によるラグτにおける正規化項Ｓに関する更新演算を例示する。図１７に示されるように、各ラグτにおける正規化値Ｓ［τ］を保持するためにレジスタ７９０が用いられる。以前の時間サンプルからの全乗算項は、計算及び合計されてレジスタ７９０に格納される。新しい時間サンプルが導入されたときには、正規化値Ｓは、（Ｎ＋１）番目の前サンプルである旧サンプルの乗算項を廃棄し（乗算器７８２）及び新サンプルの乗算項をレジスタ７９０内の格納された正規化値に加える（乗算器７８４）ことによって計算される。その結果、各時間サンプルでは２回のみの乗算が行われ、すなわち、新サンプルに関して１回及び旧サンプルに関して１回である。加算器７８６において新サンプルに基づく積は格納された合計に加えられ及び旧サンプルに基づく積は格納された合計から減じられ、更新された正規化値Ｓが生成される。
【００８８】
Ｒ及びＳの値を格納するためのレジスタは、サンプルレートで更新される。しかしながら、タップごとの利得制御メトリック
【数２２】
2012527181.tif 000024
【００８９】
の計算、及び対応する利得調整は、通常はサンプルレートよりもはるかに低速で行われる。
【００９０】
５．利得調整ステッピング（ｓｔｅｐｐｉｎｇ）制御
図１３は、利得制御メトリックをモニタリング及び計算するための利得制御メトリック計算器を用いた中継器を例示する。利得制御メトリックは、利得制御メトリックに少なくとも部分的に基づいて中継器の出力利得を制御する利得制御アルゴリズムを駆動する。本発明の実施形態により、可変利得段の利得調整ステップサイズ（ｓｔｅｐ  ｓｉｚｅ）は、利得制御メトリックによって測定された場合の中継器の少なくともループ利得の関数である。幾つかの実施形態においては、可変利得段の利得調整ステップサイズは、中継器のループ利得及び可変利得の関数である。より具体的には、一実施形態においては、中継器のループ利得は、異なる動作ゾーンに分割され、利得調整ステップサイズは、ゾーンに依存する。最後に、他の実施形態においては、利得調整ステップサイズは、中継器の動作のブートアップ状態と定常状態とを含む利得制御状態の関数である。
【００９１】
図１８は、本発明の一実施形態による利得調整制御ゾーンを例示する概略図である。図１８を参照し、定常状態での動作においては、ループ利得は、クールゾーン（ｃｏｏｌ  ｚｏｎｅ）（−２０ｄＢ乃至−２５ｄＢ）内にあり、利得値は、定常状態での動作に起因して大幅には変動しない。従って、小さい利得調整ステップサイズを提供するために小さい傾きを有する利得調整制御曲線８０２が用いられる。ブートアップ状態においては、ループ利得が安定した動作を示す目標ゾーン（−１５ｄＢ乃至−２０ｄＢ）内又はクールゾーン内にある場合は、利得増大率は、全体的な中継器出力利得の減少関数である（Δ＋ｄＢ／ｄＢ）。すなわち、利得調整ステップサイズは、中継器利得の減少関数である。中継器出力利得が高いほど、利得調整ステップサイズが小さくなり又は小さい利得調整傾きが用いられる。この理由は、中継器出力利得が高いほど、中継器は不安定により近くなるためである。従って、利得が高いときには、利得を増大させるためのより小さい利得調整ステップサイズが用いられる。曲線８０４は、利得調整制御曲線群が常在するエリアを結合する。中継器出力利得が増大するのに従い、より小さい傾きを有する利得調整曲線が用いられる。
【００９２】
ホットゾーン（ｈｏｔ  ｚｏｎｅ）（−１０ｄＢ乃至−１５ｄＢ）又は警戒ゾーン（ａｌｅｒｔ  ｚｏｎｅ）（−５ｄＢ乃至−１０ｄＢ）では、中継器の利得は、利得調整制御曲線８０６のうちの選択された１つに従って低減する。警戒ゾーン又はホットゾーン内の利得調整制御曲線８０６（曲線１乃至４）は、利得値がホットゾーン又は警戒ゾーン内にあるときに中継器利得を低減させるために用いることができる異なる利得調整ステッピング制御を例示する。より具体的には、利得低減率は、全体的な中継器出力利得の増加関数として設定される（Δ＋ｄＢ／ｄＢ）。すなわち、中継器出力利得が大きいほど、不安定により近く、従って、ホット又は警戒利得調整制御ゾーン内で利得を急速に低減させるために急な利得調整傾きが用いられる。例えば、低い中継器利得レベルでは、区分的線形傾きを有する曲線１が用いられ、ここで、ループ利得がホットゾーン内にあるときには利得は調整されないが、ループ利得が警戒ゾーンまで増大したときには、曲線１の傾きに従って中継器利得が低減される。一実施形態においては、曲線１は、−１ｄＢ／ｄＢの傾きを有する。曲線２によって示されるように非線形ステッピング制御を用いることができる。中継器出力利得が大きいときには、利得を急速に低減させるために曲線４によって示されるように利得調整ステップサイズに関する急な傾きが用いられる。
【００９３】
最後に、ループゾーンがガードゾーン（ｇｕａｒｄ  ｚｏｎｅ）（０ｄＢ乃至−５ｄＢ）内にある場合は、ループ利得が不安定に近づいているため中継器利得は非常に急速に低減される（利得調整制御曲線８０８）。従って、本実施形態においては、利得調整制御曲線８０８は、急な線形傾きを有する。その他の実施形態においては、利得調整制御曲線８０８は、希望される利得調整ステッピング制御を提供するために線形又は非線形の傾き及び該当する傾き値を有することができる。
【００９４】
一実施形態においては、中継器が利得調整制御ゾーンのうちのいずれにおいて動作中であるかを決定するために中継器の利得をモニタリングするために上述される多メトリック利得制御方法が用いられる。より具体的には、一実施形態においては、図１８に示されるように、向上された精度のために−５ｄＢよりも低いループ利得をモニタリングするために低速利得制御メトリックが用いられ、高速利得制御応答のために−５ｄＢよりも高いループ利得をモニタリングするために高速利得制御メトリックが用いられる。その他の実施形態においては、低速及び高速利得制御メトリックは、その他の利得調整制御ゾーン、例えば−１５ｄＢ、に対して適用することができる。
【００９５】
図１９は、本発明の一実施形態による多メトリック利得制御を実装する図６の中継器に適用される利得調整ステッピング制御方法を例示するフローチャートである。図１９を参照し、利得調整ステッピング制御方法８１０は、高速カウンタを０に設定し（ステップ８１２）及び低速カウンタも０に設定する（ステップ８１４）ことによって開始する。次に、方法８１０は、新サンプルを待つ（ステップ８１６）。サンプルバッファが更新され（ステップ８１８）、低速及び高速利得制御メトリックも新サンプルに基づいて更新される（ステップ８２０）。次に、高速及び低速カウンタが増分される（ステップ８２２）。高速カウンタが高速遅延値と等しくない場合は（ステップ８２４）、方法８１０は、ステップ８１６に戻って他の新サンプルを待つ。高速カウンタが高速遅延と等しい場合は（ステップ８２４）、高速利得制御メトリックは積分を終了している。高速利得制御メトリックはガードゾーン内のループ利得をモニタリングするために用いられるため、方法８１０は、ループ利得が０乃至−５ｄＢのガードゾーン内にあるかどうかを決定するために進む（ステップ８２６）。
【００９６】
ループ利得がガードゾーン内にある場合は、方法８１０は、曲線８０８を用いて中継器の利得を低減させて（ステップ８２８）ステップ８１２に戻り、そこで、高速カウンタがリセットされる。ループ利得がガードゾーン内にない場合は（ステップ８２６）、方法８１０は、低速カウンタが低速遅延と等しいかどうかを決定することによって低速利得制御メトリックが積分を終了しているかどうかを決定するために移動する（ステップ８３０）。低速カウンタが低速遅延と等しくない場合は、方法８１０は、他の新サンプルを受け取るためにステップ８１６に戻る。低速カウンタが低速遅延と等しい場合は、低速利得制御メトリックは積分を完了しており、方法８１０は、ループ利得が動作中であるゾーンを決定する（ステップ８３４）。すなわち、方法８１０は、ループ利得がクールゾーン、目標ゾーン、ホットゾーン又は警戒ゾーンで動作中であるかどうかを決定する。次に、中継器利得が、動作中のゾーン及び現在の中継器出力利得専用関数に基づいて調整される（ステップ８３６）。方法８１０は、ステップ８１４に戻り、そこで、低速カウンタがリセットされ、方法が続行する。
【００９７】
このようにして、利得調整ステッピング制御方法８１０は、低速及び高速利得制御メトリックを更新し、ループ利得がガードゾーン内にあるかどうかを決定するために高速メトリックを使用し、ループ利得がガードゾーン内にある場合は利得を低減させる。利得制御方法は、ループ利得がその他のゾーン（クール、目標、ホット、及び警戒）内にあるかどうかを決定するために低速メトリックをさらに使用し、ゾーン及び現在の出力利得専用関数に従って利得調整を更新する。このようにして、微調整利得制御が実現される。
【００９８】
６．利得制御メトリックバイアスの除去
利得制御は、中継器の安全なブートアップ及び安定した動作のために不可欠である。利得制御メトリックは、利得制御アルゴリズムが中継器利得の調整のために用いる量である。例えば、図１３は、利得制御メトリックをモニタリング及び計算するための利得制御メトリック計算器及び利得制御メトリックに応答して中継器利得を制御するための利得制御アルゴリズムを用いる中継器を例示する。しかしながら、利得制御メトリック推定値は、推定雑音に起因して大きいバイアスを有する。バイアスの存在は、利得制御アルゴリズムが中継器の安定性を正確に推定するのを妨げる。
【００９９】
上述されるように、タップごとの利得制御メトリックは、以下として与えられる。
【数２３】
2012527181.tif 000025
【０１００】
利得メトリックバイアスは、正規化された相関信号ηの分散の結果生じる。一実施形態においては、バイアスは、以下として表される。
【数２４】
2012527181.tif 000026
【０１０１】
特に、分散は、実数を得るために複素数ηを二乗することに起因して生じる。利得制御メトリックは、利得制御メトリック推定雑音が増大するのに従ってバイアスが大きくなる。より具体的には、上述されるように、利得制御メトリックは、送信された信号と受信された信号との間の相関関係の尺度である。大きい相関関係は、大量の漏洩及びより低い安定性を示す。利得制御アルゴリズムは、利得制御メトリックに応答して利得を低減させる。小さい相関関係は、小さい帰還信号及び向上された安定性を示す。利得制御アルゴリズムは、利得制御メトリックに応答して利得を増大させる。しかしながら、相関関係が存在しないときでも、すなわち、受信された信号内に検出された帰還信号が存在しないときでも、複素変数ηを二乗することは、実数の何らかの値を依然として与える。その結果として利得制御メトリックのバイアスが生じる。
【０１０２】
本発明の、図９に例示された一実施形態により、利得制御メトリック内のバイアスを推定するために利得メトリック計算器内にバイアス推定器５９０が組み入れられる。利得制御メトリックの分散は、次のように値δとして経時で各遅延ラグτにおいて推定される。
【数２５】
2012527181.tif 000027
【０１０３】
図２０は、本発明の一実施形態による遅延ラグに関する及び経時でのメトリック分散の計算を例示する。分散は、各遅延ラグに関して及び各時間サンプルにおいて計算され、従って、分散は、遅延ラグ全体における分散を推定するために加えられる。
【０１０４】
バイアス値δが計算された時点で、バイアスδは、次のように利得制御メトリックから減じられる。
【数２６】
2012527181.tif 000028
【０１０５】
利得メトリック計算器が複数の利得制御メトリックを使用するときには、バイアスδは、各々の利得制御メトリックから減じられる。
【０１０６】
７．利得制御メトリックプルーニング（ｐｒｕｎｉｎｇ）
同じ周波数の中継器の動作中に、大きな信号ダイナミックスが存在する状態で中継器内での安定性を維持するのが望ましい。中継器内での安定性を維持するためにデジタル利得制御を用いることができる。しかしながら、どのような利得制御アルゴリズムも、ループ利得によって表される安定性余裕を測定することができる必要があり、このため、それは、安定性を維持するために該当する利得を決定することができる。遠隔信号において大規模な電力の振れが存在する場合は、ループ利得を測定する典型的な手段は、不正確さの影響を受けやすく、利得制御は希望されるように機能しないことがある。
【０１０７】
本発明の一実施形態により、遠隔信号の大規模な信号ダイナミックスが存在する状態でロバスト（ｒｏｂｕｓｔ）である利得制御アルゴリズムが説明される。より具体的には、利得制御アルゴリズムは、遠隔信号の信号ダイナミックスの大きな変化と関連する利得制御メトリック、又は利得制御メトリックの少なくとも一部を廃棄するための利得制御メトリックプルーニングを実装する。このようにして、全体的な利得制御メトリック値は、受信信号の電力レベルの突然の変化に起因して壊れることがなく、安定性を達成させるためにロバストな利得制御が実現される。
【０１０８】
一実施形態においては、中継器内の、ループ利得によって表される安定性余裕は、送信された信号と帰還信号の相関関係を計算することによって決定される。この量は、ループ利得のバイアスのない推定値を得るために送信された信号の電力によって正規化される。ループ利得推定又は利得制御メトリックのための方程式が上記されており、ここで繰り返される。利得制御メトリックは、分子内の相関項Ｒｉを分母内の正規化項Ｓｉによって割って得られた値の平方値であるのが特徴であり、以下として与えられる。
【数２７】
2012527181.tif 000029
【０１０９】
しかしながら、遠隔信号内の電力が突然大量に増大した場合は、相関出力は、突然の増大（ｊｕｍｐ）を有することになり、そして、中継器を通じての遅延によって決定されるのちの時点で、送信された信号がエネルギーの増大を有することになる。この遅延に起因して、短時間の間、送信されたエネルギーによって正規化された相関エネルギーが極端に高くなり、実際には存在しない大きな正規化された相関関係を示す。その結果、従来の利得制御アルゴリズムは、遠隔信号電力の大きな増大が存在する状態で中継器利得を異常に低く維持する。換言すると、利得制御メトリック測定は、遠隔信号の信号電力の大きな振れが存在する状態で壊れ、利得制御アルゴリズムが適切に機能することができない。典型的な利得制御メトリックは相関項を含むため、その他の形の利得制御メトリックに関して利得メトリック測定の同じ崩壊が観察されるであろう。
【０１１０】
図２１は、本発明の一実施形態による利得制御アルゴリズムに実装された利得制御メトリックプリーニング方法を例示するフローチャートである。本発明の利得制御メトリックプルーニング方法は、エコー除去中継器、例えば図１３に示される中継器、に実装することができ、又は、該方法は、エコー除去を有さない中継器、例えば図１５に示される中継器、に実装することができる。利得制御メトリックプリーニング方法は、図１３及び１５の中継器の利得メトリック計算器６６０、７６０に実装することができる。
【０１１１】
図２１を参照し、利得制御アルゴリズムに実装された利得制御メトリックプルーニング方法９００は、遠隔信号の電力信号の大きい増大が検出された後の短い継続時間に関する利得制御メトリック測定の少なくとも一部分を無視するように動作する。方法９００は、遠隔信号を含む着信した受信信号を中継器において受信することによって開始する（ステップ９０２）。上述されるように、受信信号は、遠隔信号及び帰還信号の合計である。中継器の帰還ループ内の信号は、利得制御入力信号として用いられ、ここで、利得制御メトリックを計算するために利得制御入力信号のサンプルが用いられる。利得制御入力信号は、エコー除去前又はエコー除去後を含む中継器帰還ループ内のいずれの地点からも、又はエコー除去を有さない中継器帰還ループ内のいずれの地点からも取得することができる。従って、利得制御入力信号において大きい電力の振れが存在するかどうかを決定するために該信号の電力レベルの振れが検出される（ステップ９０４）。利得制御入力信号の電力レベルの振れは、利得制御入力信号から直接検出することができ、又は、それは、利得制御入力信号に対応する電力レベル応答を有するその他の信号の測定を通じて間接的に検出することができる。一実施形態においては、電力の振れは、受信信号内での電力の振れを測定することによって検出される。その他の実施形態においては、利得制御入力信号の振れは、ＦＩＲ（有限インパルス応答）又はＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタを用いて検出される。利得制御入力信号で大きい電力の振れが検出されないときには（ステップ９０６）、方法９００は、ステップ９０２に戻って着信する受信信号を受信するのを継続する。しかしながら、大きい電力の振れ、例えば９ｄＢ以上の電力の振れ、が検出されたときには（ステップ９０６）、利得制御メトリック測定、又は各利得制御メトリック測定の少なくとも一部分が、Ｔの期間に関して廃棄される（ステップ９０８）。一実施形態においては、利得制御メトリック測定の相関測定Ｒｉが、Ｔの期間に関して廃棄される。利得制御メトリック測定の一部分が廃棄される継続時間Ｔは、十分に短く（１０μｓのオーダー）、従って、正常な中継器の動作において起こりうる不安定性を検出する能力は妨げられない。次に、方法９００は、ステップ９０２に戻って着信する受信信号を受信するのを継続する。
【０１１２】
図２２は、本発明の代替実施形態による利得制御アルゴリズムに実装された利得制御メトリックプルーニング方法を例示するフローチャートである。図２２の方法９５０は、図２１の方法９００と類似しており、説明を簡略化するために同様の要素には同様の参照数字が与えられている。図２２を参照し、利得制御メトリックプルーニング方法９５０では、利得制御メトリックプルーニング方法は、遠隔信号電力の大きい増大が検出された後の短い継続時間Ｔに関して利得制御メトリック計算のために用いられる利得制御入力信号のサンプルを廃棄するために動作する（ステップ９５８）。このようにして、遠隔信号電力の振れと関連付けられた利得制御入力信号のサンプルは、それらのサンプルが利得制御メトリック測定を崩壊させる前に廃棄される。
【０１１３】
利得制御メトリックプルーニングを用いる利点は、オン周波数（ｏｎ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）中継器のための利得制御アルゴリズムが、遠隔信号の大規模な信号ダイナミックスが存在する状態でロバストに動作できることである。安定性を確保するための利得制御アルゴリズムを実装するのが極めて重要である。利得制御メトリックプルーニングが実装されない場合は、利得制御は、信号電力の大きい振れが存在する状態で利得が増大（ｒａｍｐ  ｕｐ）するのを可能にせず、中継器は、該状況下で完全に機能不良になるおそれがある。しかしながら、本発明の利得制御メトリックプルーニング方法が実装されているときには、利得制御アルゴリズムは、中継器が遠隔信号の変化し続ける状態に有効に応答するのを可能にするように遠隔信号の信号電力の大きい振れが存在する状態で中継器の利得を制御することができる。
【０１１４】
当業者は、情報及び信号は様々な異なる技術及び技法のうちのいずれかを用いて表すことができることを理解するであろう。例えば、データ、情報、信号、ビット、シンボル、チップ、命令、及びコマンドは、上記の説明全体を通じて参照されることがある。これらは、電圧、電流、電磁波、磁場、磁粒子、光学場、光学粒子、又はそれらのあらゆる組合せによって表すことができる。
【０１１５】
１つ以上の典型的な実施形態において、説明される機能及びプロセスは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらのあらゆる組み合わせにおいて実装することができる。ソフトウェアにおいて実装される場合は、これらの機能は、コンピュータによって読み取り可能な媒体に１つ以上の命令又は符号として格納すること又は１つ以上の命令又は符号として送信することができる。コンピュータによって読み取り可能な媒体は、コンピュータ記憶媒体と、１つの場所から他へのコンピュータプログラムの転送を容易にするあらゆる媒体を含む通信媒体と、の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセス可能なあらゆる利用可能な媒体であることができる。一例として、及び制限することなしに、該コンピュータによって読み取り可能な媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ又はその他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置又はその他の磁気記憶装置、又は命令又はデータ構造の形態で希望されるプログラムコードを搬送又は格納するために用いることができ及びコンピュータによってアクセス可能なあらゆるその他の媒体、を備えることができる。ここにおいて用いられるときのディスク（ｄｉｓｋ及びｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ＣＤ）（ｄｉｓｃ）と、レーザディスク（ｄｉｓｃ）と、光ディスク（ｄｉｓｃ）と、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）（ｄｉｓｃ）と、フロッピー（登録商標）ディスク（ｄｉｓｋ）と、ブルーレイディスク（ｄｉｓｃ）と、を含み、ここで、ｄｉｓｋは通常は磁気的にデータを複製し、ｄｉｓｃは、レーザを用いて光学的にデータを複製する。上記の組合せも、コンピュータによって読み取り可能な媒体の適用範囲に含められるべきである。ここにおいて用いられる用語“制御論理”は、（プロセッサを用いて実行するために機械によって読み取り可能な媒体上に格納された命令によって機能が実装される）ソフトウェア、（回路（例えば、論理ゲート）を用いて機能が実装され、その回路は、特定の入力のための特定の出力を提供するように構成される）ハードウェア、及び、（再プログラミング可能な回路を用いて機能が実装される）ファームウェアに対して適用され、及び、ソフトウェア、ハードウェア、及びファームウェアのうちの１つ以上の組み合わせに対しても適用される。
【０１１６】
ファームウェア及び／又はソフトウェアへの実装に関しては、方法は、ここにおいて説明される機能を果たすモジュール(例えば、手順、関数、等)を用いて実装することができる。ここにおいて説明される方法を実装する際には命令を有形に具現化するあらゆる機械によって読み取り可能な媒体を用いることができる。例えば、ソフトウェアコードは、メモリ、例えば移動局又は中継器のメモリ、に格納し、プロセッサ、例えばモデムのマイクロプロセッサ、によって実行することができる。メモリは、プロセッサ内に又はプロセッサの外部に実装することができる。ここにおいて用いられる場合において、用語“メモリ”は、あらゆるタイプの長期の、短期の、揮発性の、非揮発性の、又はその他のメモリを意味し、メモリのどのような特定のタイプにも又はメモリのどのような数にも、及びメモリが格納されている媒体のどのようなタイプにも、限定されるべきでない。
【０１１７】
さらに、コンピュータ命令／符号は、送信機から受信機へ物理的送信媒体を通じて信号を介して送信することができる。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、より対線、デジタル加入者ライン（ＤＳＬ）、又は無線技術、例えば、赤外線、無線、及びマイクロ波、の物理的構成要素、を用いてウェブサイト、サーバ、又はその他の遠隔ソースから送信される場合。上記の組み合わせも物理的送信媒体の範囲内に含まれるべきである。
【０１１８】
さらに、開示された実装に関する前説明は、当業者が本発明を製造又は使用することを可能にするために提供される。これらの実装に対する様々な修正は、当業者にとって容易に明確になるであろう、及びここにおいて定められる一般原理は、本発明の精神又は適用範囲を逸脱せずにその他の実装に対しても適用することができる。以上のように、本発明は、ここにおいて示される特徴に限定されることが意図されるものではなく、ここにおいて開示される原理及び新規の特徴に一致する限りにおいて最も広範な適用範囲が認められるべきである。
【図１】
2012527181.tif 000030
【図２】
2012527181.tif 000031
【図３】
2012527181.tif 000032
【図４】
2012527181.tif 000033
【図５Ａ】
2012527181.tif 000034
【図５Ｂ】
2012527181.tif 000035
【図５Ｃ】
2012527181.tif 000036
【図６】
2012527181.tif 000037
【図７】
2012527181.tif 000038
【図８】
2012527181.tif 000039
【図９】
2012527181.tif 000040
【図１０】
2012527181.tif 000041
【図１１】
2012527181.tif 000042
【図１２】
2012527181.tif 000043
【図１３】
2012527181.tif 000044
【図１４】
2012527181.tif 000045
【図１５】
2012527181.tif 000046
【図１６】
2012527181.tif 000047
【図１７】
2012527181.tif 000048
【図１８】
2012527181.tif 000049
【図１９】
2012527181.tif 000050
【図２０】
2012527181.tif 000051
【図２１】
2012527181.tif 000052
【図２２】
2012527181.tif 000053
【国際調査報告】
2012527181.tif 000054
2012527181.tif 000055