JPH04505527A - 受信機における信号の受信および処理を制御する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高速受信信号強度表示 発明の分野 本発明は、高速受信信号強度表示に関する。より特定的には、本発明は、エコー を有する時間分散信号（ｔ　ｉｍｅ−ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ　ｓｉｇｎａｌ）の迅 速な受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）の方法に関する。すなわち、受信機に到達す る信号は、多くの部分に分解される送信信号のエネルギからなり、該エネルギの 各部分は受信機に対し異なる経路をとりかつ従って異なる時間に到達するものと 考えられる。これらの時間の範囲は遅延広がりを記述する１つの方法である。本 発明においては、前記遅延広がりが送信ビット時間の少なくともかなりの部分に ある場合のそのような信号の強度が決定される。

発明の背景 移動、または非静止、無線受信機における信号強度を評価する上での問題の１つ は時間分散された反射波（またはエコー）の各位相が組合わされて１つの複合信 号を生成することである。この複合信号は、任意の特定の測定期間または一連の 期間の間に対し伝統的な方法で処理された時、結果として得られる時間に応じた 信号強度の大きな変動のため、信号電力の不正確な評価を生み出す。これは合理 的に正確な信号強度評価を確立するためには長いろ波時定数または長い平均期間 を必要とさせる。

他の測定方法は、それらの正確性が信号エンベロープ、信号の瞬時パワーの平方 根、の変化率に敏感であるという弱点を有し、従ってゆっくり変化する瞬時信号 電力が合理的な測定精度のためには比較的長い時定数または平均インターバルを 必要とさせる。

セルラ電話においては、システムは接続が他のセルサイトのチャネルに、または 現在のセルサイトの他のチャネルに変更されるべきか否かを適切に決定するため それが現在聴取しているチャネルにおける代表的な信号強度を迅速かつ正確に決 定することができなければならない。接続を変更するプロセスはハンドオフと呼 ばれる。これらの目的のための「信号強度」は、もし必要であれば、電力に関係 付けられる、ある受信信号レベルによるものとすることができる。

セルラ電話呼の通常の場合には、加入者は手持ち型携帯電話の場合のように、は とんど動かないかもしれず、あるいはフリーウェイにおける移動電話の場合のよ うに、高速で動いているかもしれない。結果として受信信号のエンベロープにお ける変化率の広いスペクトラムが生ずる。これらの条件下では、信号強度を同じ 精度でより迅速に評価し、または同じ時間により正確に評価し、かつさらに加入 者の動きに比較的敏感でないようにできる受信機が極めて有利であろう。

従って、この発明はその目的をこれらの挑戦に向けかつこれらおよび以下に述べ るある他の利点を実現することに向ける。

発明の概要 この発明はチャネルのインパルス応答を得るためにチャネル測量（ｃｈａｎｎｅ ｌ　ｓｏｕｎｄｉｎｇ）を使用する受信機において使用されるべきである。イン パルス応答は、適切に処理されると、単に周期的に信号のエンベロープをサンプ リングすることによるよりはさら−に迅速かつ正確に受信信号強度に対するより 代表的な値を提供する情報を含んでいることが認められる。

本発明によれば、エコーを有する時間分散信号の迅速な受信信号強度表示（ＲＳ ＳＩ）の方法が提供される。エコーを有する時間分散信号の迅速な受信信号強度 表示（ＲＳＳＩ）の方法が提供される（この場合、時間分散は送信符号期間のか なりの部分またはそれ以上を表す）。それは信号が送信される通信チャネルの時 間分散関数を得るために知られたシーケンスに対してまたはチャネル測定によっ て受信信号のすべり相関（ｓｌｉｄｉｎｇ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）、および 時間分散関数を用いて時間分散エコーの間に存在するエネルギを決定するために 相関関数により規定されるエネルギを積分するために相関の相対的な最大値（相 関ピークはしきい値レベルに関して決定される）におけるエネルギの直角位相成 分の２乗の加算を具備する。

従って、時間分散エコーに存在するエネルギは受信信号強度に関係し、Ｒ３５Ｉ は存在するエネルギのスカラーを具備しかつ該スカラーは受信機のゲインの関数 を具備し、任意の与えられたインターバルの間のＲ８５Ｉの決定は受信機の移動 速度にあまり依存せず、かつ同等の精度のＲ８５Ｉ決定がより迅速に得られある いはより正確なＲ３５Ｉ決定が単位時間あたりに得られる。これは無線信号を送 信しかつ受信する実際の物理的プロセスに対する単純化による。

実際の物理的なケースにおいては、受信機において見られるエネルギは時間にわ たり多少連続的に分布する。本発明のために、我々は、受信信号をあたかもそれ が時間的に離れた、個々の反射から成るものとして扱う、注目の場合につき有効 な、単純化したモデルを使用する。これらの反射はまた放射（ｒａｙｓ）または エコーと称される。

本方法は、それにより信号が送信される通信チャネルの時間分散関数、すなわち インパルス応答、を得るために、同期シーケンスのような、信号の知られた部分 を使用しかつ次にＲ３Ｓ　Ｉに到達する時間分散エコーの間に存在するエネルギ を決定する段階を具備する。従って、最初に、チャネルのインパルス応答を表す 、相関関数が得られ、該相関は知られたトレーニングパターンを含む受信信号の 部分と受信機に記憶されたパターンのコピーとの間でとられ、 しきい値を用いて、前記相関関数のピークが得られ、各ピークは前記受信信号の 単純化したモデルを構成する前記放射の１つにおける電力に比例し、 信号電力がこれらの放射の電力の尺度変更された（ＳＣａｌｅｄ）和としてとら れ、この場合前記尺度変更は増幅器のゲインおよび電圧出力のような受信機の電 気的特性、および測定が行われた期間を考慮する。信号電力のこの測定は高速Ｒ ３５Ｉ測定と称される。

図面の説明 本発明の付加的な目的、特徴、および利点は添付の図面を参照して、以下の詳細 な説明からより明瞭に理解されかつそれを実施するために考慮された最善の形態 をその好ましい実施例において理解できるであろう。

第１図は、本発明の好ましい実施例に従って受信されかつ評価される例示的なＴ ＤＭＡ信号を示す。

第２図は、本発明の好ましい実施例に係わる受信機のブロック図である。

第３図は、本発明に係わる信号強度表示を決定するためのプロセスを示す図であ る。

本発明は時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）を用いたセルラ無線電話システムにお いて実施される。

第１図は、本発明の好ましい実施例に従って受信されかつ評価される例示的なＴ ＤＭＡ信号を示す。

第１ａ図に示されるように、４．６１６ミリセカンドの期間のフレームがシステ ムを通して順次送信される。各フレーム（Ｆ　ｒ　ａｍｅ）は進行するスピーチ またはデータトラフィックのための８個のタイムスロット（タイムスロット０− ７）からなる。１つの例外は、セルごとに１つのキャリア周波数２重対において のみ、１つのタイムスロット（タイムスロット０）が、アクセス要求およびペー ジングのような、システム制御データのために確保されることである。

第１ｂ図に示されるように、０．５７７ミリセカンドの期間の各タイムスロット は、それに対し受信機がそれら自身を送信に同期させることができるシーケンス （同期シーケンス）を含む、１５６．２５ビツトのインターバルに１４８ビツト の情報を含み、第１Ｃ図にさらに示されるように、受信機への信号（Ｄ）および そのエコーの遅延した、時間分散した到達を許容する。

第２図は、本発明の好ましい実施例に係わる受信機のブロック図である。

該受信機はアンテナからミキサおよびバンドパス・フィルタまで伝統的な無線技 術を用いる。混合されかつろ波された信号は中間周波増幅器２０５において増幅 され、該中間周波増幅器２０５のゲインはラッチング・デジタル−アナログ変換 器２３９によって規定される所定の値で各タイムスロットの受信の間固定される 。増幅された信号は固定ゲインの、伝統的なりオドラチャ検波に至る。クオドラ チャ検波器はローカル発振器２０７．９０度位相シフタ２０９および一対の復調 器２１１および２１３を具備し、該ローカル発振器２０７は受信されたキャリア に位相ロックされている。■およびＱアナログ信号成分はろ波され（２１７およ び２１５）かつ符号期間ごとに８回一対の固定ゲインの高速アナログ−デジタル 変換器（Ａ／Ｄ　：　２１９および２２１）においてデジタル化される。

受信機は伝統的な技術によりシステムに同期し、かつ一旦同期すると、信号の各 タイムスロットにおいて処理を始めるため適切な時間を計算することができる。

受信機は全タイムスロットのサンプルを受信しかつ記憶しそして後に時間分散関 数、すなわちチャネルのインパルス応答を決定し、かつ以下のようにして高速Ｒ ８５Ｉを計算する。

タイムスロットにわたり、ＤＳＰ　２２３は、そのＤＭＡ　２２９を介して、ト ライステート・ゲート（２２５および２２７）をイネーブルしデジタル化された 番号対をランダムアクセスメモリのロケーション（ＲＡＭ：２３５および２３７ ）のＭの順次的な対にゲートし、従って信号５（ｔ）−ｓ　、（ｔ）＋ｓ　（ｔ ）の全実数部を保存し、かＩ　Ｑ つその本来的な時間分散特性を保存する。

リードオンリ・メモリ（ＲＯＭ：２４３．２４５および２４７）は定数および結 果が記憶される他のメモリを含むとともに、Ｎの順次的な対の値からなる、予期 される同期シーケンスｒ　（ｔ）　＝ｒ　−（ｔ）　＋ｒ　（ｔ）のローカル１ 　ｑ な複製を含む。次に、このローカルな複製のサンプルされたものを次のように書 くことができる。

ｒ　（ｎ）＝ｒ、（ｎ）＋ｒ　（ｎ）、ｎ＝１．２．−、Ｎ１　ｑ 同様にして、受信信号のサンプルされたものは、ｓ　（ｎ）＝ｓ−（ｎ）＋ｓ　 （ｎ）、ｎ＝１．２．−、Ｍｌ　ｑ となり、この場合Ｍは、同期シーケンスの正確な位置が受信機に知られていない のと同じ程度に、Ｎより大きいかあるいは等しくなる傾向にある。

このポイントにおいてサンプルされたポイントｒ　（ｎ）が示しているものを説 明することは有益である。これらのポイントは、一旦送信機から放射されると、 送信機および受信機の間の多くの物体により反射される信号を記述する時間的に 連続な関数のサンプルされたものである。反射は送信された信号のエネルギを各 々の反射物体からの各エコーが受信機に到達するためにはどのくらい遠く進まな ければならないかによって決まる、期間にわたり到達させる。

受信信号においては、信号符号時間（ｓｉｇｎａｌｉｎｇｓｙｍｂｏｌ　ｔｉｍ ｅ）の間に送信されたエネルギが広がり、あるいは送信符号時間より長い時間に わたり反射プロセスにより時間分散される。今日文献（たとえば、イタリア国、 ペニス、１９８７年６月３０日−７月３日、デジタル陸上移動無線通信に関する 国際会議、アール・ダブリュ・ロレンツ、「伝播に関するＣ０３Ｔ　２０７ワー キンググループの活動」）においてよく知られた、送信のためのモデルは受信信 号を異なる到達時間および信号強度の、有限の数の放射、またはエコーからなる ものとして取扱う。

今、時間的に連続な表現を用いると、受信機のアンテナにおける信号は、 となり、この場合、Ｌの放射が考えられている。今、我々はＡ／Ｄ変換器による サンプリングのちょうど前に受信機において信号がどのように見えるかを示す。

Ｌ＝１の場合には、単一の放射が受信機に到達しかつ受信信号はいわゆる直角位 相形式で次のように表される。

ｓ　（ｔ）＝Ｉ　（ｔ）ｃｏｓ　（ω　ｔ）に の場合、ω　はＲＦキャリアのラジアン（角）周波数である。

”Ｉ”、または同相分岐においては、ローカル発振器はｃｏｓ　（ω　ｔ）、２ １３、であり、かつ“Ｑ”または直角位相分岐においては、ローカル発振器は一 ９０度、シフトされる、２１１゜各々は受信信号からその送信された分岐を次の 式に従って、取出す。すなわち、ｓ、（ｔ）＝　（ｓ　（ｔ）＊ｃｏｓ　（ω　 ｔ））　ＬＰＦ；Ｉ　Ｃ ｓ　（ｔ）＝（ｓ（ｔ）＊５ｉｎ（ω　ｔ））ＬｐＦｑ　ｃ であり、この場合、（）　はローパス・フィルタをＬＰＦ 介して括弧でかこまれた量が取られることを示す。三角法を解くことにより■分 岐における単一の放射に対する応答は、 １　（ｔ）＊　（１／２） となり、同様にＱ分岐においては、 −Ｑ　（ｔ）＊　（１／２） となる。

２つの放射が含まれる時、■分岐においては次のように示される。

ｓ　−（ｔ）＝　［Ｉ　（ｔ）／２］ ＋［Ｉ’　（ｔ）／２コ　ｃｏｓ　（−φ）−［Ｑ’　（ｔ）／２コ　５ｉｎ（ −φ）同様に、Ｑ分岐においては、 ｓ　（ｔ）＝−［Ｑ　（ｔ）／２］ 十　［Ｉ’　（ｔ）／２コ　５ｉｎ（φ）−［Ｑ’　（ｔ）／２コ　ｃｏｓ　（ φ）となり、この場合Ｉ’　（ｔ）およびＱ’　（ｔ）は第２の放射の時間変化 部分であり、かつφは第１の放射のキャリアに関する第２の放射のキャリアの位 相オフセットである。

信号ｓ　（ｔ）の瞬時電力は、 によって与えられ、これは、 ＝１２（ｔ）　＋Ｑ２（ｔ）　＋Ｉ’　２（ｔ）　＋Ｑ’　２（ｔ）＋２　（１ （ｔ）　１’　（ｔ） ＋Ｑ　（ｔ）Ｑ’　（ｔ））ｃｏｓ　（φ）＋２　（１（ｔ）Ｑ’　（ｔ） Ｑ　（ｔ）Ｉ’　（ｔ））ｓｉｎ　（φ）。

のように解くことができる。最後の４つの項は瞬時電力における急速な変動を表 す。我々は最初の４つの項のみを得たいが、しかしながら直接ｓ　（ｔ）のサン プルされたもののエンベロープを見てこれを行う方法はない。本発明は各々の放 射によって受信された電力である、各々の受信された放射に対するＩ　（ｔ）＋ Ｑ２（ｔ）をどのようにして得るかを示す。これらの累乗の、またはそれらに比 例する何かの合計は単に受信信号のエンベロープを測定するより信号強度のより 安定かつ正確な評価を与える。

第３図は、本発明に係わる信号強度表示を決定するためのプロセスを示すもので ある。３０１および３０３に示されるプロセスは上に説明した。

次に、ｓ　（ｎ）およびｒ　（ｎ）の間の複素相関関数Ｒ８ｒ（２）を計算する ことによりチャネルのインパルス応答を得る、３０４゜これはｓ　（ｎ）および ｒ　（ｎ）の双方を複素量として取扱うことにより数学的に処理される。複素相 関は、ｓ　（ｎ）およびｒ　（ｎ）の間の相対的なシフトを表す、パラメータ２ の関数である。複素相関関数はよく知られておりかつ、 Ｒ（ｚ）＝Σｓ　（ｉ−ｚ）ｒ＊　（ｉ）　ｒ ｉ＝１ で与えられ、この場合ｒ＊　（ｉ）は共役複素数を表しかつ、各々のシフト２に 対し、ローカルに格納された基準のすべての非ゼロサンプルに対し合計が行なわ れる。相関がローカルに最大であるこれらのシフトｚ＝Ｚ　に対しては、直線的 に組合わされた放射の１つが前記ローカル基準と整列されかつその放射に対する そのポイントにおける相関は、で与えられ、この場合５２（ｔ）は、複素数につ いて習慣である、ｓ　（ｔ）ｓ＊　（ｔ）として定義される。これは放射または エコーの１つにおけるエネルギに比例する。上の式における係数αは与えられた 入力信号強度に対する予期される受信機の出力電圧レベルおよび計算における複 数のディスクリートなサンプルの使用のためのスケーリング（ｓｃａｌｉｎｇ） を考慮したものである。ここに技術の本質的な部分がある。複素相関関数を計算 するプロセスは本質的に各々の放射またはエコーに対するＺ　を知ることにより 時間的な位置を明らかにしかつ、本発明にとって最も重要なことに、Ｒ（Ｚ）の 大きさによりその強度Ｓ　ｒ　ｎ を明らかにする。

上記相関関数にはいくつかのローカルなピークがあり、かつあるしきい値より上 のもののみが考察されるべきである、３０５゜所定のしきい値より上の、すべて のローカルな最大値が３０６において検出された時、最後のステップはエネルギ 、または２乗した電圧、または絶対電力の、いずれか計算上都合のよいものを合 計することである、３０７゜測定を使用することである判断プロセスはどの測定 が使用されているか、どれがスケーリングファクタαに含まれ得るかを知ること が重要であるのみである。従ってこれが高速Ｒ８５Ｉ測定を表す。最後に、次の タイムスロットからのサンプルが待機される、３０８゜インパルス応答の変化率 がチャネルのインパルス応答を決定するために使用されるトレーニング・シーケ ンスの繰返しレートに比較してかなり低い場合には、計算された高速Ｒ８５Ｉは 単独で、あるいは次に受信されるデータフィールドの強度の予測値として取るこ とができる。インパルス応答の変化率かより高速である場合には、Ｒ５５Ｉ値の シーケンスをいくらか平均化しあるいはろ波することが適切である。該プロセス は無限インパルス応答ろ波、ランニングまたはすべり平均を用いて有用な結果を 生み出すことができる。

この方法はバースト送信に限定されないが、ある知られたシーケンスが予測可能 なインターバルで発生する任意のタイプの送信（単数または複数）の受信に同等 に適用可能であることにさらに注意を要する。

また、本発明における技術はディスクリートな時間、またはサンプルされた、処 理に限定される必要がないことも真実である。本質的に、同じ計算は相関が、表 面音響波装置のような、連続的な時間装置によって行われる場合に適用できるで あろう。

以上要するに、エコーを有する時間分散信号の高速の受信信号強度表示（Ｒ８Ｓ Ｉ）の方法が提供され、この場合、時間分散は送信された符号のインターバルの かなりの部分または該インターバルより大きいものを表す。それは受信信号と受 信機に記憶された知られたシーケンスの間の複素相関関数の生成段階を具備する 。結果として得られる相関関数は、その各々がエネルギに比例する、かつ、該信 号の時間スケールが知られているから、個々のエコーの電力に比例する、ローカ ルな最大値に対する各々の新しい測定試行において発生されたしきい値より上の 領域において調べられる。これらのエネルギ、または電力、あるいはピーク電圧 は加算されて初期の方法より受信機の速度により依存しない任意の与えられたイ ンターバルの間のＲ８Ｓ■決定を与える。さらに、等価な精度のＲ８５Ｉ決定が より迅速に得られ、あるいは単一のエンベロープのサンプリング方法よりもより 正確なＲ８５Ｉ決定が与えられた時間に得られる。

エコーを有する時間分散信号（時間分散は送信された符号のインターバルのかな りの部分または該インターバルより多くを表す）の迅速な受信信号強度表示（Ｒ ＳＳＩ）の方法が提供される。それは信号が送信される通信チャネルの時間分散 関数を得るために知られたシーケンスに対するあるいはチャネル測定による受信 信号のすべり相関段階、および時間分散関数を利用した時間分散エコーの間に存 在するエネルギの決定のための相関関数により規定されるエネルギを積分するた め相関の相対的な最大値（相関のピークはしきい値レベルに関して決定される） におけるエネルギの直角位相成分の２乗の加算段階を具備する。従って、時間分 散エコーに存在するエネルギは受信信号強度に関係し、Ｒ３５Ｉは存在するエネ ルギのスカラーからなりかつ該スカラーは受信機のゲインの関数からなり、任意 の与えられたインターバルの間のＲ３５Ｉ決定は受信機の移動速度に依存するこ とが少なくなり、かつ等価的な精度のＲ３５Ｉ決定がより迅速に得られあるいは より正確なＲ５５Ｉ決定が単位時間ごとに得られる。

本発明の好ましい実施例が述べられかつ示されたが、当業者にはこの発明のさら に他の変形および修正を行うことが可能であることが理解されるであろう。これ らおよびすべての他の変更および適用は添付の請求の範囲の範囲内にあるものと 考えられる。

−ｈ 国際調査報告 １ｍ番ＩＭｌｌＩＩＩａｌＡｏｏｌｌｆｌｊ１１６ＭＮＬＰσ／１ＫＱｎ１０フ Ｌ７フ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．エコーを有する時間分散信号の迅速な受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）の方法 であって、 信号が送信される通信チャネルの時間分散関数を得る段階、そして 得られた時間分散関数を利用して時間分散したエコーの中に存在するエネルギを 決定する段階、を具備し、それにより時間分散エコーに存在するエネルギが受信 信号強度に関連付けられる時間分散信号の高速受信信号強度表示の方法。
2. ２．前記チャネル応答はチャネル測量により決定される、請求の範囲第１項に記 載の方法。
3. ３．前記時間分散関数を得る段階は知られたシーケンスに対し受信信号を相関す る段階を具備しかつ存在するエネルギを決定する段階は相関関数から得られたエ ネルギを積分する段階を具備する、請求の範囲第１項に記載の方法。
4. ４．前記相関段階は信号およびエコーの複合体のすべり相関を行う段階を備え、 前記エネルギを決定する段階は前記相関の相対的な最大値におけるエネルギを加 算する段階を具備し、かつ前記相関は直角位相受信信号および直角位相基準信号 の複素相関である、請求の範囲第３項に記載の方法。
5. ５．前記相対的な最大値はしきい値レベルに関して決定される、請求の範囲第３ 項に記載の方法。
6. ６．前記エネルギを決定する段階は前記相関の相対的な最大値における直角位相 成分の２乗を加算する段階を具備しかつ前記複素相関はチャネルの時間分散特性 に関するビタービ・アルゴリズム（ｖｉｔｕｒｂｉ−ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）等価 器に情報を提供するために利用される、請求の範囲第５項に記載の方法。
7. ７．前記ＲＳＳＩは存在するエネルギのスカラーを具備し、該スカラーは受信機 のゲインの関数を具備し、前記ＲＳＳＩは受信機の必須のゲインを確立するため に利用される、請求の範囲第１項に記載の方法。
8. ８．前記時間分散は送信符号インターバルのかなりの部分または送信符号インタ ーバル以上を表しかつ前記ＲＳＳＩはセルラ無線電話システムにおけるハンドオ フ決定に供するために利用される、請求の範囲第１項に記載の方法。
9. ９．エコーを有する時間分散信号の高速受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）の方法で あって、 それにより信号が送信される通信チャネルの時間分散関数を得るために知られた シーケンスに対し受信信号および受信されたエコーのスライド相関（直角位相信 号の複素相関）を行う段階、そして 得られた時間分散関数を用いて時間分散エコーの中に存在するエネルギを決定す るため前記相関の相対的な最大値における複素相関の直角位相成分の２乗の加算 を行う段階、を具備するエコーを有する時間分散信号の高速受信信号強度表示（ ＲＳＳＩ）の方法。
10. １０．エコーを有する時間分散信号（時間分散は送信された符号のインターバル のかなりの部分または送信された符号のインターバル以上を表す）の高速受信信 号強度表示（ＲＳＳＩ）の方法であって、 信号が送信される通信チャネルの時間分散関数を得るために知られたシーケンス に対しあるいはチャネル測定により受信信号およびエコーのスライド相関（直角 位相信号の複素相関）を行う段階、そして 得られた時間分散関数を用いて時間分散エコーの中に存在するエネルギを決定す るために前記相関関数から得られたエネルギを積分するため相関の相対的な最大 値において（相関のピークはしきい値レベルに関して決定される）複素相関の直 角位相成分の２乗の加算を行う段階、を具備し、それにより時間分散エコーに存 在するエネルギが受信信号強度に関係付けられるエコーを有する時間分散信号の 高速受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）の方法。