JP4387239B2 - 受信品質判定方法及び受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＤＭＡ（符号分割多重アクセス）方式で通信を行う無線通信端末に適用して好適な受信品質判定方法、及びその受信品質判定処理を行う受信装置に関し、例えばＨＳＤＰＡ方式の無線通信端末でのデータ受信に適用して好適な技術に関する。

無線電話システムの１つとして、ＣＤＭＡ方式の１つである、Ｗ−ＣＤＭＡを適用したシステムであるユニバーサル移動電話通信システム（ＵＭＴＳシステム）で、高速ダウンリンクデータ伝送を実現するハイスピード・ダウンリンク・パケット・アクセス（High Speed Downlink Packet Access:以下ＨＳＤＰＡと称する）方式が開発されている。

ＨＳＤＰＡ方式は、適応変調を用いた通信方式であり、基地局から無線通信端末へのダウンリンク（下り回線）のデータ伝送を高速化するもので、端末においては、下り回線のユーザデータチャネルの受信品質を検出（実際には推定）して、上り回線で基地局に報告する。

従来の受信品質の検出処理としては、例えば、まず下りの共通パイロットチャネルの信号・雑音比（signal to noise ratio:以下ＳＮＲという）を求め、その共通パイロットチャネルのＳＮＲから、ＨＳＤＰＡ方式で使うユーザデータチャネルのＳＮＲを求め、さらに、ユーザデータチャネルのＳＮＲから受信品質を求める。

この受信品質を求める処理の詳細について説明すると、共通パイロットチャネルのＳＮＲは、次の［数１］式と［数２］式で、信号電力と雑音電力を求め、両電力から［数３］式で共通パイロットチャネルのＳＮＲを算出する。

これらの式において、
pilot symbol：復調後の共通パイロットチャネル
Ｓ：信号電力
Ｎ：雑音電力
Pilot ＳＮＲ：共通パイロットチャネルのＳＮＲ
Ｎ_１：共通パイロットチャネルのＳＮＲを求めるのに用いる共通パイロットチャネルシンボル数
ｉ：共通パイロットチャネルのシンボル番号
ｊ：ＳＮＲを求めるのに用いる共通パイロットチャネルシンボル番号の初期番号

このようにして［数３］式で求まった共通パイロットチャネルのＳＮＲから、同期チャネルであるユーザデータチャネルのＳＮＲを推定する。［数４］式は、ユーザデータチャネルのＳＮＲであるData ＳＮＲを算出する式である。

この［数４］式において、ＳＦ_pilotは、共通パイロットチャネルの拡散率（２５６）であり、ＳＦ_dataは、ユーザデータチャネルの拡散率（１６）である。また、Γはパワーオフセットの値である。このパワーオフセットの値は、ユーザデータチャネルの受信品質を用いる際に想定されるユーザデータチャネルと共通チャネルの電力差である。ＨＳＤＰＡ方式では、ユーザデータチャネルの拡散率と共通パイロットチャネルの拡散率との比は、１／１６であり、［数４］式では基本的に共通パイロットチャネルのＳＮＲを１／１６する処理が行われる。

このようにして求まった（推定された）ユーザデータチャネルのＳＮＲから、受信品質を求める。即ち、例えば［数４］式で求まった値を、図８に示した表の中のＡからＩまでの閾値と比較して、その閾値との大小関係から、０から３０までの３１段階の受信品質値を得る。特許文献１には、無線電話システムにおいて、受信品質を検出して報告することについての開示がある。
特開２００３−１７４４８５号公報

このように算出される従来の受信品質では、以下のような問題がある。
即ち、上述した［数１］式では、ノイズ成分が白色ガウス雑音（Additive White Noise:ＡＷＧＮ）であることが仮定されている。また、［数４］式の拡散率ＳＦの換算についても、白色ガウス雑音であることを仮定している。

［数１］式では、共通チャネルシンボルの平均をとることで、雑音成分の影響を取り除き、信号電力を算出している。しかし、平均が０にならないような雑音成分が存在したときには、雑音成分がなくならず、信号電力を正確に算出することができず、かつ、信号電力から求められている雑音電力も正確に算出することができなくなる。

拡散率ＳＦの換算式においても、共通パイロットチャネルのＳＮＲの１／１６を、ユーザデータチャネルのＳＮＲとしているが、白色ガウス雑音の前提が崩れると、拡散利得が得られず、この関係も崩れてしまう。

また、ＨＳＤＰＡ方式が適用されるシステムであるＷ−ＣＤＭＡ方式では、同期チャネル（ＳＣＨ：Synchronization Channel）が存在するが、この同期チャネルは他のチャネルと直交関係にない。そのため、共通パイロットチャネルを逆拡散したときや、ユーザデータチャネルを逆拡散したときに、直交していないために同期チャネルが雑音成分となってしまう。そして、この雑音成分は、白色ガウス雑音とはならず、相関がある雑音になってしまう。従って、同期チャネルの影響が大きくなると、上述した［数１］〜［数３］式の計算結果に予期せぬ影響を与え、かつ拡散率ＳＦの換算の関係式が崩れることになる。

図７に、Ｗ−ＣＤＭＡ方式での同期チャネルの送信タイミングについて説明すると、各スロット内の所定区間（先頭部分）で、２５６チップの第１ＳＣＨ（第１同期チャネル）と第２ＳＣＨ（第２同期チャネル）を送信するようにしてある。

このような同期チャネルが存在すると、全雑音成分に対して、白色雑音が支配的な状況と、同期チャネルによる雑音成分が支配的な状況では、図８に示したユーザデータチャネルのＳＮＲと閾値との関係が変化してしまう。閾値を求めたときの想定が、白色雑音が支配的ならば、同期チャネルが支配的になったときに、正確な受信品質の検出ができなくなり、逆に、閾値を求めたときの想定が、同期チャネルが支配的ならば、白色雑音が支配的になった場合に、正確な受信品質の検出ができなくなる問題がある。

ＨＳＤＰＡ方式では、受信品質に応じて、適応的に変調方式を変化させることで、システムのスループットを上げている。従って、どのような受信状況であっても、正確な受信品質を基地局側に報告することが、システムのスループットを上げるとい観点から重要であるが、従来のシステムでは、常時正確な受信品質の報告が行えているとは言えなかった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、この種の無線伝送システムで、正確な受信品質の検出ができるようにすることを目的とする。

本発明は、符号分割多重アクセス方式で伝送された信号の受信品質を判定する場合であって、データを受信するチャネルとは直交関係にない同期チャネルを有するシステムで受信品質を判定する場合に、所望のチャネルの雑音成分を判定し、その判定した雑音に対する同期チャネルに起因する雑音成分の度合いを判定し、判定した雑音成分の度合いに基づいて、受信チャネルの受信品質を検出するようにしたものである。

このようにしたことで、同期チャネルに起因する雑音成分の度合いを考慮した正確な受信品質検出が可能になる。

本発明によると、同期チャネルに起因する雑音成分の度合いを考慮した正確な受信品質検出が可能になり、同期チャネルに起因する雑音が支配的な状況であっても、正確な受信品質検出が行える。このため、例えば正確に検出した受信品質を通信の相手側に報告することで、期待通りのスループットを達成しやすくなる。

以下、本発明の一実施の形態を、図１〜図７を参照して説明する。
本例においては、背景技術として説明したＷ−ＣＤＭＡ方式を適用した無線電話通信システムであるＵＭＴＳシステム（ユニバーサル移動電話通信システム）の、高速ダウンリンクデータ伝送を実現するＨＳＤＰＡ（ハイスピード・ダウンリンク・パケット・アクセス）方式に適用した例としてある。このシステムでは、すでに説明したようにデータチャネルなどと直交関係にない同期チャネル（図７）が存在する。

ＨＳＤＰＡ方式は、無線電話システムの基地局から携帯電話端末への高速ダウンリンクデータ伝送に適用されるシステムであり、まず、携帯電話端末（無線通信端末）の構成例を、図１を参照して説明する。

本例の携帯電話端末は、アンテナ１１がＲＦ（高周波）処理部１２に接続してあり、ＲＦ処理部１２で所定の周波数帯の無線信号を受信すると共に、送信信号を所定の周波数帯で無線送信する。無線接続方式としては、Ｗ−ＣＤＭＡ方式を適用してあるので、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access：符号分割多元接続）方式を基本とした無線接続が行われる。ＲＦ処理部１２には、通信処理部１３が接続してあり、受信した信号の復調、復調されたデータの受信データ処理などが行われると共に、送信するデータの処理、送信用の変調などが行われる。

通信処理部１３で得られた受信データや制御データは、この端末の各部の動作を制御する制御手段である制御部１４に供給され、蓄積させる必要のある受信データについては、メモリ１５に記憶される。また、受信した通話用の音声データについては、図示しない音声系の回路に供給して、出力させる。メモリ１５に記憶などされた送信するデータについては、制御部１４の制御で、通信処理部１３に送られて、送信処理が行われる。制御部１４には、表示部１６が接続してあり、受信したデータに基づいた表示などが行われる。さらに、端末に配置されたキー１７の操作情報が制御部１４に供給され、キー操作に基づいた動作が行われる。

次に、本例の携帯電話端末内の、制御部１４の制御で、通信処理部１３などで実行される受信品質の検出処理構成を、図２を参照して説明する。図２の構成は、受信品質の検出処理状態を説明するための機能ブロックであり、必ずしも図２に示した各ブロックが装置内に存在するわけではなく、ソフトウェア化されて、制御部１４などでの演算で実行される場合もある。

本例の受信品質の検出処理を、図２の構成に基づいて説明すると、所望のチャネル（ここでは共通パイロットチャネル）の受信信号をチャネル雑音判定部２１に送って、共通パイロットチャネルのチャネル雑音を判定し、その共通パイロットチャネルのチャネル雑音から、ユーザデータチャネルのチャネル雑音を判定する。判定したチャネル雑音のデータは、同期チャネル雑音比率判定部２２に送り、同期チャネルに起因する雑音成分の度合い（比率）を考慮に入れた判断を行い、その結果（同期チャネル雑音比率）に基づいて、受信品質判定部２３で受信品質を判断する。受信品質判定部２３としては、後述する受信品質と閾値との対応を示したテーブルが、接続されたメモリなどに記憶されて用意されて、そのテーブルのデータを参照して、最終的な受信品質値を得る。なお、本例のテーブルでは、複数の閾値の組み合わせ（後述する閾値セット）のデータが記憶させてあり、その閾値セットの中の、どの組み合わせの閾値を使用するかは、同期チャネル雑音比率に基づいて選択する。

また、受信品質判定部２３で受信品質を判断する際には、チャネル状況判定部２４で判定したチャネル状況を考慮してもよい。チャネル状況判定部２４としては、例えば、端末の移動速度や、マルチパスの有無などがある。チャネル状況判定部２４で判断したチャネル状況によって、受信品質判定部２３では、受信チャネルの受信品質を検出するための閾値の組み合わせを変化させたり、或いは雑音成分を判定する参照時間を変化させる等の処理が行える。

次に、図３のフローチャートを参照して、本例での受信品質判定処理を説明する。まず、下り共通パイロットチャネルの信号・雑音比（ＳＮＲ）を求め、その共通パイロットチャネルのＳＮＲから、ユーザデータチャネルのＳＮＲを求める（ステップＳ１１）。

その後、同期チャネルに起因する雑音成分を求め、ステップＳ１１で求めたユーザチャネルのＳＮＲとの比から、同期チャネル雑音比率（Noise Ratio）を検出する（ステップＳ１２）。同期チャネルは、既に説明した図７に示したように、各スロットの先頭部分に２５６チップ区間だけ存在する。この２５６チップ区間は、共通パイロットチャネルの１シンボル分に相当する。

ここで、同期チャネルが送信されるタイミングでの共通パイロットチャネルのＳＮＲを算出する処理を、次の［数５］式、［数６］式、［数７］式に示す。

これらの式において、
pilot symbol：復調後の共通パイロットチャネル
Ｓ_SCH：同期チャネルが送信されるタイミングの信号電力
Ｎ_SCH：同期チャネルが送信されるタイミングの雑音電力
Pilot ＳＮＲ_SCH：同期チャネルが送信されるタイミングの共通パイロットチャネルのＳＮＲ
Ｎ_２：ＳＮＲ_SCHを求めるのに用いる共通パイロットチャネルシンボル数
ｉ′：共通パイロットチャネルの各シンボル番号で、ｉ＝１０×ｉ′とする。ここで、各ｉ＝０は、スロットの先頭の共通パイロットチャネルシンボル番号を指し示すものとする（ｉは［数３］式の説明参照）
ｊ′：Pilot ＳＮＲ_SCHを求めるのに用いる共通パイロットチャネルシンボル番号の初期番号

なお、同期チャネルが送信されるタイミング以外でも検出される共通パイロットチャネルのＳＮＲについては、既に［数１］式、［数２］式、［数３］式に示した処理を適用する。

そして本例においては、同期チャネルが送信されるタイミングでの共通パイロットチャネルのＳＮＲ（ＳＮＲ_SCH）と、同期チャネルが送信されるタイミング以外を含んだ共通パイロットチャネルのＳＮＲとから、同期チャネル雑音比率Noise Ratioを、次式に基づいて算出する（ステップＳ１１）。

図３のフローチャートの説明に戻ると、ステップＳ１２で算出された同期チャネル雑音比率Noise Ratioから、受信品質を決める際の閾値の組み合わせである閾値セットの変更を行うか否か判断する（ステップＳ１３）。図４は、本例での受信品質と閾値との対応の例を示した図である。この例では、閾値セットとして、セット１，セット２，セット３の３つの組み合わせを用意してあり、それぞれ０から３０までの３１段階の受信品質値を求めるようにしてある。各セットでは、この３１段階の値を決める閾値が異なる。即ち、閾値セット１が選ばれた場合には閾値Ａ，Ｂ，・・・，Ｉを使用し、閾値セット２が選ばれた場合には閾値Ａ′，Ｂ′，・・・，Ｉ′を使用し、閾値セット３が選ばれた場合には閾値Ａ″，Ｂ″，・・・，Ｉ″を使用する。

ステップＳ１３での、同期チャネル雑音比率Noise Ratioから閾値セットを選択する処理としては、例えば、算出された同期チャネル雑音比率Noise Ratioを、大中小の３つに分類する。そして、同期チャネル雑音比率が小と分類されたとき、閾値セット１を使用し、同期チャネル雑音比率が中と分類されたとき、閾値セット２を使用し、同期チャネル雑音比率が大と分類されたとき、閾値セット３を使用する。

そして、現在設定されている閾値セットと、選択された閾値セットとを比較し、比較結果が異なれば、使用する閾値セットを新たに選択されたものに変更し（ステップＳ１４）、比較結果が同じであれば、使用する閾値セットを変更しない。

この閾値セットの変更（又は変更なし）が行われた後に、設定された閾値セット内の閾値の値を使用して、３１段階の受信品質値を求める（ステップＳ１５）。このようにして求まった受信品質値のデータは、基地局に送信される。

このようにして、受信品質を検出することで、同期チャネルの影響を考慮した正確な受信品質の検出ができる。なお、Pilot ＳＮＲ（共通パイロットチャネルのＳＮＲ）とPilot ＳＮＲ_SCH（同期チャネルが送信されるタイミングの共通パイロットチャネルのＳＮＲ）を算出するのに用いる共通パイロットチャネルシンボルは異なるが、算出方法は同じである。従って、算出区間のチャネル状況に大きな変動が無ければ、白色ガウス雑音が雑音成分として支配的になるのに伴い、Pilot ＳＮＲ（共通パイロットチャネルのＳＮＲ）とPilot ＳＮＲ_SCHは一致する方に近づき、同期チャネル雑音比率Noise Ratioの値が小さくなる。一方、同期チャネルによる雑音が支配的になるのに伴い、同期チャネル雑音比率Noise Ratioの値が大きくなる。このため、同期チャネル雑音比率から、白色ガウス雑音と同期チャネルによる雑音の比率を算出することが可能になる。

図５及び図６に、雑音の比率をα，β，γに固定したときの同期チャネル雑音比率の発生確率をシミュレーションした結果を示す。白色ガウス雑音の比率はαが一番高く（同期チャネルに起因する雑音の比率は小さい）、γの白色ガウス雑音の比率が一番低い（同期チャネルに起因する雑音の比率は大きい）。また、図５に示した結果は、図６に示した結果に比べて、同期チャネル雑音比率を求める算出区間が短い。即ち、上述した数式中のＮ_１，Ｎ_２の値が小さい。そのため、図６の結果の方が、同期チャネル雑音比率のばらつきが少なく、より正確な閾値セットの設定が可能になる。

図５、図６から、雑音比率に応じて、同期チャネル雑音比率の分布が異なることが判り、同期チャネル雑音比率を基に、雑音の比率を推定することが判る。上述した同期チャネル雑音比率の大中小の分類は、例えば図５、図６におけるそれぞれの分布が交差する点を指し示すNoise Ratioの値を境に行う。図５、図６には、そのようにして閾値セットを選定した例が記載してある。

上述した同期チャネル雑音比率の大中小には、それぞれ特定の雑音比率が対応する。分類に対応する閾値セットは、対応する雑音比率の環境で求めた値を使用する。即ち、小に雑音比率α、中に雑音比率β、大に雑音比率γが対応するとき、閾値セット１は、雑音比率がαの状況で求められ、閾値セット２は、雑音比率がβの状況で求められ、閾値セット３は、雑音比率がγの状況で求められる。初期状態での閾値セットは、例えば閾値セット１を使用する。或いは、前回に使用したセットを使用してもよい。

なお、図２に示したチャネル状況判定部２４での判定結果に基づいて、例えば図５、図６における算出時間を変更しても良い。算出時間は長い方が正確な推定ができる。しかし、チャネル状況の変動が激しい時には、算出時間を長くすることはできない。このように変更することで、チャネル状況に応じて、可能な限り正確な推定（検出）を行うことができる。

また、図５の例では、各分布が一部重なっている。これは、分類を行うときに間違える可能性を示している。チャネル状況の変動が激しく、算出区間を長くすることができないときには、分類する数を減らすことで、誤った推定を減らすようにしてもよい。即ち、ず５の例では、閾値セット１，２，３の３つに分類させたが、２つの閾値セットに分類させるように減らしてもよい。

逆に、多少分類を間違ってもよいから、閾値セットを多数用意して、細かく閾値セットを変更するようにしてもよい。例えば、図６におけるαとβの間や、βとγの間で、それぞれもう１種類の雑音比率を分類し、５種類の閾値セットで細かく設定してもよい。

また、算出区間を変更するときには、上述したＮ_１とＮ_２を変更するのではなく、算出された統計を取ることで、推定のばらつきを減らしてもよい。例えば、Pilot ＳＮＲとPilot ＳＮＲ_SCHの統計を取るようにする。

また、雑音比率を求めるときに使う、各スロットのシンボル位置は、上述した実施の形態に限定されるものではない。毎スロットの２〜１０番目のシンボルを使って求めたＳＮＲを用いてもよい。同様に、ユーザデータチャネルのＳＮＲであるData ＳＮＲを算出する際に用いるシンボルも、限定されない。上述した実施の形態では、全てのシンボルを使用しているが、毎スロットの２〜１０番目のシンボルのみを使ってもよい。

また、マルチパスのときを想定して、同期チャネルの影響を受ける共通パイロットシンボルを、各スロットの最初の２シンボル分とし、Pilot ＳＮＲ_SCHを求めてもよい。もしくは、マルチパスのときとシングルパスのときで、用いるシンボルを切り替えるようにしてもよい。

さらに、上述した実施の形態では、Ｗ−ＣＤＭＡ方式を適用した無線電話通信システムであるＵＭＴＳシステムのＨＳＤＰＡ方式の伝送に適用して、基地局から端末への高速データ伝送を行う場合の例としたが、その他の方式の無線データ伝送にも適用可能であることは勿論である。基本的に同期チャネルを有するＣＤＭＡ方式であれば、無線電話通信以外の各種方式の無線データ通信にも適用可能である。

本発明の一実施の形態による端末の構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態による受信品質判定処理構成例を示した機能ブロック図である。 本発明の一実施の形態による受信品質判定処理例を示したフローチャートである。 本発明の一実施の形態による受信品質と閾値との関係を示した説明図である。 本発明の一実施の形態による算出時間が短い場合のノイズレシオの発生確率の例を示した説明図である。 本発明の一実施の形態による算出時間が長い場合のノイズレシオの発生確率の例を示した説明図である。 同期チャネルの送信タイミングの例を示したタイミング図である。 従来の受信品質と閾値との関係の例を示した説明図である。

符号の説明

１１…アンテナ、１２…ＲＦ処理部、１３…通信処理部、１３ａ…バッファ、１４…制御部、１５…メモリ、１６…表示部、１７…キー、２１…チャネル雑音判定部、２２…同期チャネル雑音比率判定部、２３…受信品質判定部、２４…チャネル状況判定部

Claims (12)

1. 符号分割多重アクセス方式で伝送された信号の受信品質を判定する受信品質判定方法であって、データを受信するチャネルとは直交関係にない同期チャネルを有するシステムで受信品質を判定する受信品質判定方法において、
   所望のチャネルの雑音成分を判定し、
   前記判定した雑音に対する同期チャネルに起因する雑音成分の度合いを判定し、
   前記判定した雑音成分の度合いに基づいて、受信チャネルの受信品質を検出する
   受信品質判定方法。
2. 請求項１記載の受信品質判定方法において、
   受信品質を求める受信品質テーブルを設けて、
   前記判定した雑音成分の度合いから、前記受信品質テーブルを参照して、受信チャネルの受信品質を検出する
   受信品質判定方法。
3. 請求項１記載の受信品質判定方法において、
   前記雑音成分の度合いの判定は、前記同期チャネルの信号・雑音比を算出して行う
   受信品質判定方法。
4. 請求項１記載の受信品質判定方法において、
   前記雑音成分の度合いの判定は、前記受信チャネルのチャネル状況を判断して行う
   受信品質判定方法。
5. 請求項４記載の受信品質判定方法において、
   前記チャネル状況の判断により、前記受信チャネルの受信品質を検出するための閾値の組み合わせを変化させる
   受信品質判定方法。
6. 請求項１記載の受信品質判定方法において、
   前記チャネル状況の判断により、前記所望のチャネルの雑音成分を判定する参照時間を変化させる
   受信品質判定方法。
7. 符号分割多重アクセス方式で伝送された信号を受信する受信装置であって、データを受信するチャネルとは直交関係にない同期チャネルを有するシステムで受信品質を判定する受信装置において、
   所望のチャネルの雑音成分を判定する雑音成分判定手段と、
   前記雑音成分判定手段で判定した雑音に対する同期チャネルに起因する雑音成分の度合いを判定する同期チャネル度合判定手段と、
   前記同期チャネル度合判定手段で判定した雑音成分の度合いに基づいて、受信チャネルの受信品質を検出する受信品質検出手段とを備えた
   受信装置。
8. 請求項７記載の受信装置において、
   前記受信品質検出手段は、受信品質を求める受信品質テーブルを有し、
   前記同期チャネル度合判定手段で判定した雑音成分の度合いから、前記受信品質テーブルを参照して、受信チャネルの受信品質を検出する
   受信装置。
9. 請求項７記載の受信装置において、
   前記同期チャネル度合判定手段での雑音成分の度合いの判定は、前記同期チャネルの信号・雑音比を算出して行う
   受信装置。
10. 請求項７記載の受信装置において、
    前記同期チャネル度合判定手段での雑音成分の度合いの判定は、受信チャネルのチャネル状況を判断して行う
    受信装置。
11. 請求項１０記載の受信装置において、
    前記チャネル状況の判断により、受信チャネルの受信品質を検出するための閾値の組み合わせを変化させる
    受信装置。
12. 請求項１０記載の受信装置において、
    前記チャネル状況の判断により、前記雑音成分判定手段で雑音成分を判定する参照時間を変化させる
    受信装置。

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