JPWO2009066528A1

JPWO2009066528A1 - 受信電力推定方法および受信装置

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Publication number: JPWO2009066528A1
Application number: JP2009542508A
Authority: JP
Inventors: 務臼井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2011-04-07
Also published as: WO2009066528A1

Abstract

本発明は、レンジングコードを用いて受信電力の推定を行う受信電力推定方法であって、レンジングコードに対して所定の変調処理を行う変調ステップと、所定の遅延範囲内で遅延量を所定間隔で生成し、前記変調処理結果に対して、前記所定間隔で生成した遅延量とレンジングコードが割り当てられたサブキャリアの周波数とに基づいて位相補正を行い、位相補正信号とする位相補正ステップと、受信信号と前記位相補正信号との相互相関値を算出する相互相関値算出ステップと、前記算出された相互相関値を前記所定の範囲分積算する積算ステップと、を含み、前記積算結果に基づいて受信電力の推定を行うことを特徴とする。

Description

本発明は、レンジングコードを用いて受信電力の推定を行う受信電力推定方法および受信装置に関するものである。

以下、従来の技術について説明する。たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１６のＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式では、基地局（ＢＳ：Base Station)と移動端末（ＭＳ:Mobile Station）との間で通信の際、アップリンクで任意のレンジングスロット（複数サブキャリアにより構成される）にレンジングコードを割当ててサブフレームを送信する。受信側は、受信したサブフレームの当該レンジングスロットのサブキャリアと受信側で予め保持している上記のレンジングコード（以下、リファレンスコードという）との相互相関処理により受信電力を推定することができる。

IEEE Standard 802.16−2004，Oct.，2004.

しかしながら、上記従来の技術によれば、到来波が１波であるとして相互相関処理を行っている。このため、到来波が１波またはそれに準ずるものである場合には精度よく受信電力を推定することができるが、遅延波が考慮されていないため、マルチパス環境下では受信電力の推定精度が劣化する、という問題があった。

また、遅延波とリファレンスコードとの相互相関処理により遅延波の電力を受信電力に含めたとしても、遅延波には遅延量や周波数に依存した位相回転が生じているため推定精度が劣化する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、マルチパス環境下であってもレンジングにおける受信電力の推定を精度よく行うことができる受信電力推定方法および受信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レンジングコードを用いて受信電力の推定を行う受信電力推定方法であって、レンジングコードに対して所定の変調処理を行う変調ステップと、所定の遅延範囲内で遅延量を所定間隔で生成し、前記変調処理結果に対して、前記所定間隔で生成した遅延量とレンジングコードが割り当てられたサブキャリアの周波数とに基づいて位相補正を行い、位相補正信号とする位相補正ステップと、受信信号と前記位相補正信号との相互相関値を算出する相互相関値算出ステップと、前記算出された相互相関値を前記所定の範囲分積算する積算ステップと、を含み、前記積算結果に基づいて受信電力の推定を行うことを特徴とする。

この発明によれば、リファレンスコードに位相補正を行い、位相補正後の信号と、受信した信号との相互相関値を求め、所定の閾値以上となる相互相関値を所定の範囲の遅延時間分積算して、受信電力値を推定するようにしたので、マルチパス環境下であってもレンジングにおける受信電力の推定を精度よく行うことができる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる実施の形態１の受信装置を含む通信システムの構成例を示す図である。図２は、ＯＦＤＭＡのＵＬサブフレームの構成例を示す図である。図３は、レンジングコードが割当てられたＯＦＤＭＡシンボルを周波数軸上に示した一例を示す図である。図４は、本実施の形態のＢＳの機能構成例を示す図である。図５は、閾値判定部が抽出する相関値の一例を示す図である。

符号の説明

１ＢＳ
２−１，２−２ＭＳ
１１受信アンテナ
１２ＦＦＴ部
１３受信電力推定部
１４リファレンスコード選択部
１５位相補正部
１６メモリ
１７相互相関部
１８閾値判定部
１９受信電力積算部
２０受信電力補正部
２１〜２４相関値

以下に、本発明にかかる受信電力推定方法および受信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる実施の形態１の受信装置を含む通信システムの構成例を示す図である。図１に示すように本実施の形態の通信システムは、ＢＳ（基地局）１と、基地局１と無線通信を行うＭＳ（移動端末）２−１，２−２と、で構成される。本実施の形態では、本発明にかかる受信装置としてＢＳ１を例にあげて説明する。なお、図１では、ＭＳを２台としているが、これに限らず、ＢＳと無線通信を行うＭＳの数は何台でもよい。

本実施の形態の通信システムは、ＯＦＤＭＡ方式を採用することとする。図２は、ＯＦＤＭＡのＵＬ（Ｕｐｌｉｎｋ）サブフレームの構成例を示す図である。ＯＦＤＭＡ方式では、電力調整などのためのレンジング処理を行うが、レンジング処理に用いるレンジングコードを、図２に示すように複数サブキャリアにより構成されるレンジング領域（レンジングスロット）の任意のスロットに割当てる。図２では、レンジングコードを割当られたレンジングスロットの一例を斜線で示している。

図３は、レンジングコードが割当てられたＯＦＤＭＡシンボルを周波数軸上に示した一例を示す図である。送信側のＭＳ２−１，２−２は、上述のように任意のレンジングスロットにレンジングコードを割当てるが、ＯＦＤＭＡでは、基本的に４つの隣接するサブキャリア(以下、タイルという)複数個でサブチャネルを構成する。図中の矢印をサブキャリアＡとすると、図３に示すようになる。レンジングコードはＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調されていることとする。このようにレンジングコードがマッピングされたＵＬサブフレームは伝送路を伝搬し、ＢＳ１がそのＵＬサブフレームを受信する。

図４は、本実施の形態のＢＳ１の機能構成例を示す図である。図４に示すように、本実施の形態のＢＳ１は、受信アンテナ１１と、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部１２と、受信電力推定部１３と、リファレンスコード選択部１４と、位相補正部１５と、で構成される。受信電力推定部１３は、メモリ１６と、相互相関部１７と、閾値判定部１８と、受信電力積算部１９と、受信電力補正部２０と、で構成される。

つづいて、図４を用いて本実施の形態の受信電力推定処理について説明する。まず、受信アンテナ１１は、ＭＳ２−１，２−２から送信された信号を受信する。そして、ＦＦＴ部１２は、受信した信号に順次ＦＦＴ処理を施し、処理結果を受信電力推定部１３のメモリ１６に格納する。ここで、ＦＦＴ処理は任意の時間間隔毎に施されるものとする。

リファレンスコード選択部１４は、複数のあらかじめ定められたレンジングコードをリファレンスコードとして保持していることとする。リファレンスコード選択部１４は、保持している複数のリファレンスコードの中から相互相関演算に適用するリファレンスコードを選択し、ＢＰＳＫ変調を施し位相補正部１５へ出力する。すなわち、リファレンスコード選択部１４は、リファレンスコードの変調手段としての機能を有する。

位相補正部１５は、遅延量（遅延サンプル数）とサブキャリア周波数に応じた位相回転量を算出する。ここで、ＦＦＴポイント数をＮとし、ｊを虚数単位とし、帯域の中心周波数を０としたときのサブキャリア番号をｋとし、遅延サンプル数をｎとするとき、位相回転量ｗ_n,kは下記の式（１）に従って算出することができる。

遅延サンプル数ｎについては、あらかじめ所定の範囲（たとえば、０≦ｎ≦ｍ）を定めておく。そして、遅延サンプル数ｎを所定の範囲のなかで順次変えて、位相補正量を算出する。位相補正部１５は、算出された位相回転量に基づいて、リファレンスコード選択部１４から出力されたＢＰＳＫ変調信号に対して位相補正を施し、相互相関部１７へ出力する。なお、ＢＳ１は基準タイミングを保持していることとし、遅延量はこの基準タイミングに対する遅延とする。

相互相関部１７は、メモリ１６から信号を読み出し、読み出した信号と位相補正部１５から出力されたＢＰＳＫ変調信号を用いて下記の式（２）に基づいて相関値を算出し、閾値判定部１８へ出力する。ここで、ｆはレンジングコードが割り当てられた有効物理サブキャリアの総数、Ｒ_kはメモリから読みだした信号（受信信号）とし、ｂ_kはＢＰＳＫ変調信号（ＢＰＳＫマッピングされたレンジングコード）とし、ｆは既知であるとする。

閾値判定部１８は、相互相関部１７から出力される相関値を所定の閾値と比較し、閾値より大きい相関値のみを抽出して受信電力積算部１９へ出力する。図５は、閾値判定部１８が抽出する相関値の一例を示す図である。図５では、相互相関部１７から出力される相関値を矢印で示している。このうち、閾値判定部１８は閾値（図中の点線）より大きい相関値２１〜２４を抽出する。なお、閾値は伝送路状況や許容受信電力精度等に応じて設定することとする。

受信電力積算部１９は、閾値判定部１８から出力された相関値を所定の遅延時間（位相補正部１５が算出する遅延サンプルの所定の範囲に相当する遅延時間）分積算し、受信電力補正部２０へ出力する。受信電力補正部２０は、受信電力積算部１９から出力された積算値を受信電力値へと変換し、推定受信電力とする。たとえば、ａ，ｂを実数とするとき、積算値Ｐ_inを受信電力値Ｐ_rxに以下の式（３）にしたがって変換する。なお、ａ，ｂはあらかじめ測定や解析などによって定めておくこととする。
Ｐ_rx＝Ｐ_in・ａ＋ｂ …（３）

このように、本実施の形態では、位相補正部１５が所定の間隔で生成した遅延量とレンジングコードが割り当てられたサブキャリアの周波数とに基づいて位相補正を行い、位相補正後の信号と、受信した信号との相互相関値を求め、閾値以上となる相互相関値を所定の範囲の遅延サンプル数に対応する遅延時間分積算して、受信電力値を推定するようにした。このため、マルチパス環境下であってもレンジングにおける受信電力の推定を精度よく行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、位相補正部１５が、式（１）に従って位相回転量を算出した。したがって、実施の形態１では、この値を用いて位相補正をする際に乗算器による演算が必要であった。これに対し、本実施の形態では、位相回転量を硬判定値とする（量子化する）ことにより、位相補正を加算器と判定器による演算とし、演算量を低減することができる。

たとえば、位相回転量を０，π／２，π，３π／２の４種類の値とし（４種類に量子化し）、式（１）により算出される位相回転量ｗ_n,kが、−π／４≦ｗ_n,k＜π／４の場合は０に、π／４≦ｗ_n,k＜３π／４の場合はπ／２に、３π／４≦ｗ_n,k＜５π／４の場合はπに、５π／４≦ｗ_n,k＜７π／４の場合は３π／２に置き換える。このように、位相範囲（０〜２π）を所定の数に分割して（この例では４分割）、分割した各範囲内の位相回転量をそれぞれ分割した範囲ごとに定めた値とする。本実施の形態の受信装置の構成例および上記の位相補正処理以外の動作は、実施の形態１と同様である。

このように、本実施の形態では、位相補正に用いる位相回転量を量子化して求めるようにした。このため、実施の形態１に比べ演算量を削減することができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、レンジングコードが割当てられた全てのサブキャリアに対して相互相関処理を施した。この場合、対象とするレンジングコードの数，サブチャネル数，ＯＦＤＭＡシンボル数によっては回路規模や処理量が大きくなりすぎることが想定される。そこで、本実施の形態では、相互相関処理に適用するサブキャリア数を減らすことでこの問題の解決を図る。本実施の形態の受信装置の構成例は実施の形態１と同様である。

レンジングコードは複数のサブチャネルに割当てられるが、個々のサブチャネルは複数のタイルで構成されており、さらに、タイルは隣接する複数のサブキャリアで構成されている。また、任意のサブチャネルを構成する各タイルは周波数軸上に分散していることから、タイル内の１つのサブキャリアのみを用いて相互相関処理を行った場合でも周波数ダイバーシチ効果は得られる。このため、本実施の形態では、各タイルを構成するサブキャリアのうち所定数のサブキャリアのみ（たとえば、各タイルの先頭の１つのサブキャリアのみなど）を相互相関処理に用いるサブキャリア（以下、選択サブキャリアという）とする。なお、選択サブキャリア数は、削減したい回路規模や処理量などに基づいて決定する。また、受信電力推定精度は選択サブキャリア数に依存するため、許容劣化量を考慮して選択サブキャリア数を決定してもよい。

具体的には、実施の形態１の位相補正部１５の処理では、相互相関処理に用いるサブキャリアに対応する位相回転量のみを算出し、位相補正を行う。そして、相互相関部１７は、メモリ１６から読み出した信号のうち選択サブキャリアに相当する信号のみを抽出し、相関値の算出の際に、ｆ（レンジングコードが割り当てられた有効物理サブキャリアの総数）のかわりに、選択サブキャリアについてのみ積算を行う。本実施の形態のこれ以外の処理は、実施の形態１と同様である。

なお、本実施の形態では、相互相関処理に用いるサブキャリアに対応する位相回転量を実施の形態１と同様に求めるようにしたが、位相回転量については、実施の形態２と同様に量子化した値として求めるようにしてもよい。

このように、本実施の形態では、レンジングコードが割り当てられたタイルのうち所定数のサブキャリアのみを選択し、選択したサブキャリアに対応する相関値のみを算出して、算出した相関値を用いて実施の形態１と同様に受信電力を推定するようにした。このため、マルチパス環境下であってもレンジングにおける受信電力の推定を精度よく行うことができ、さらに、実施の形態１より回路規模や処理量を低減することができる。

以上のように、本発明にかかる受信電力推定方法および受信装置は、レンジングコードを用いて受信電力を推定する受信装置に適しており、特に、マルチパス環境下で受信電力を推定する受信装置に適している。

Claims

レンジングコードを用いて受信電力の推定を行う受信電力推定方法であって、
レンジングコードに対して所定の変調処理を行う変調ステップと、
所定の遅延範囲内で遅延量を所定間隔で生成し、前記変調処理結果に対して、前記所定間隔で生成した遅延量とレンジングコードが割り当てられたサブキャリアの周波数とに基づいて位相補正を行い、位相補正信号とする位相補正ステップと、
受信信号と前記位相補正信号との相互相関値を算出する相互相関値算出ステップと、
前記算出された相互相関値を前記所定の範囲分積算する積算ステップと、
を含み、
前記積算結果に基づいて受信電力の推定を行うことを特徴とする受信電力推定方法。
前記相互相関値算出ステップで算出された相互相関値から所定の閾値を超える相互相関値を抽出する相関値抽出ステップ、
をさらに含み、
前記積算ステップでは、前記相関値抽出ステップで抽出された相互相関値を前記所定の遅延範囲分積算することを特徴とする請求項１に記載の受信電力推定方法。
レンジングコードが割当てられたサブキャリアのうち所定のサブキャリアについて、前記位相補正ステップおよび前記相互相関値算出ステップを実施することを特徴とする請求項１または２に記載の受信電力推定方法。
前記位相補正算出ステップでは、前記所定間隔で生成した遅延量とレンジングコードが割り当てられたサブキャリアの周波数とに基づいて位相回転量を量子化して求め、前記回転量に基づいて前記位相補正を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の受信電力推定方法。
前記位相補正算出ステップでは、前記所定間隔で生成した遅延量とレンジングコードが割り当てられたサブキャリアの周波数とに基づいて位相回転量を量子化して求め、前記回転量に基づいて前記位相補正を行うことを特徴とする請求項３に記載の受信電力推定方法。
レンジングコードを用いて受信電力の推定を行う受信装置であって、
レンジングコードに対して所定の変調処理を行う変調手段と、
所定の遅延範囲内で遅延量を所定間隔で生成し、前記変調処理結果に対して、前記所定間隔で生成した遅延量とレンジングコードが割り当てられたサブキャリアの周波数とに基づいて位相補正を行い、位相補正信号とする位相補正手段と、
受信信号と前記位相補正信号との相互相関値を算出する相互相関値算出手段と、
前記算出された相互相関値を前記所定の範囲分積算する積算手段と、
を備え、
前記積算結果に基づいて受信電力の推定を行うことを特徴とする受信装置。