WO2002039608A1 - Rake receiver apparatus and receiving method - Google Patents

Description

明 細 書

R A K E受信機及び受信方法 技術分野

本発明は、 C DMA移動通信システムに関し、 特にフィンガ（finger) に割り当てるパス（path)の選択を効率的に行う RAKE受信機及び受信 方法に関する。 背景技術

C D M A (Code Division Multiple Access)通信方式とは、各ユーザに 個別の拡散符号を割り当て、 それによつて複数のユーザの通信を可能に する通信方式である。マルチパス（multipath)を積極的に利用するとが特 徴である。

無線通信においては、 送信機から送信された信号は、 送信機または受 信機の移動に伴って生じるフェージング（fading)や、遮蔽物による回折、 減衰等の影響を受ける。 このため送信機から送信された信号は、 受信機 で複数の信号として受信される。 これら複数の受信信号のことを、 マル チパスと呼ぶ。 マルチパス中の 1つ 1つの受信信号をパスと呼ぶ。

T D M A (Time Division Multiple Access)や、 F D M A (Frequency Division Multiple Access)では、 その様なマルチパスの内、 1つを受信 すべき信号 （主信号） とした場合、 他の信号は、 その主信号を妨害する 雑音とされていた。

しかし、 CDMAでは、 マルチパスは 1つ 1つのパスに分離され、 全 てのパスが主信号として処理される。 このような処理は、 受信感度を上 げるためになされている。 RAKE受信機は、 このパスを分離し、 各々 の受信夕イミングを求め、 それらをフィンガへ割り当てるというのサー チ（search)機能を有している。 なお、 フィンガとは、 1つの受信夕イミ ングに対応する受信機能を有することを意味する。 図 1は、 前記サーチ機能を実現するための従来の RAKE受信機の基 本構成を示した図である。 図 1に示すように RAKE受信機は、 相関値 計算部 2、 遅延プロファイル（delayed pr o f i le)作成部 3、 パス選択部 4. フィンガ部 5を有している。

相関値計算部 2は、 RAKE受信可能な全てのタイミングで、 入力端 1より入力された受信信号と拡散符号との相関値を一定周期で計算する, 相関値計算部 2は、 計算した相関値を遅延プロファイル作成部 3へ通知 する。 なお、 「相関値」 とは、 下記の数式 （ 1 ) により算出される値とす る。

R [ t ] [ i ] ： 受信タイミング tの時の、 iチップ（chip)目の入力信 号 C [ i ] ： iチップ目の拡散符号

N ：相関を算出するチップ数

C o r [ t ] [n] ： n回目に求めた受信タイミング= tにおける相関 値として、

N-1

Cor [t] [n] =2( R [t] [i] x C [i] ) x ( R [t] [i] x C [i] ) * ( 1 )

i = 0

但し、 A*は、 Aの複素供役を表す

また、 以下の説明では、 受信タイミングの総数を、 「N t mg」 とする, 遅延プロファイル作成部 3では、 相関値計算部 2より得られた各受信 タイミング毎の相関値を、予め決められた回数だけ加算することにより、 平均化相関値を算出して、 遅延プロファイルを作成する。 図 2は、 各受 信夕イミングにおける遅延プロファイルを示す。

パス選択部 4では、 遅延プロファイルの平均化相関値の大きさを比較 し、 各フィンガへ割り当てるべき受信タイミングを選択し、 その受信夕 イミングをフィンガ部 5へ通知する。

一般に、 平均化相関値が大きい受信タイミングでフィンガが受信を行 つた場合、 Eb/ I 0 ( 1ビッ ト当たりのエネルギー対干渉電力密度比） の高い信号が受信できることが期待される。

ここで、 図 3は、 図 2に示す受信タイミングと伝搬経路との関係を示 した図である。 受信タイミング Α， Α ' は、 送信機から受信機までの伝 搬経路が同じである。 これに対し、 受信タイミング Βは、 送信機から反 射物を介して受信機に伝搬する経路となる。 したがって、 受信タイミン グ Βと受信タイミング Α、 Α ' とは伝搬経路が異なる。

ところが、 図 2に示す受信タイミング A ' と受信タイミング Βを比較 すると、 受信タイミング A ' の方が平均化相関値が大きいので、 A ' を フィンガに割り当てた方が良いと思われる。 しかし、 フェージングを考 慮すると、 もし、 既に Αをフィンガに割り当てているのであれば、 むし ろ、 平均化相関値は小さいが、 送信機から受信機までの伝搬経路が受信 タイミング Aとは異なる受信夕イミング Bをフィンガに割り当てた方が 特性が良くなることが期待される。

受信タイミング Α， Α ' は、 伝搬経路が同じであるので、 同一のフエ 一ジングを受ける。 そのため、 例えば、 受信タイミング Αがフエ一ジン グの影響を受けて受信電力が低くなつた場合、 受信タイミング A ' も同 様に低くなる。 したがって、 受信タイミング Α， Α ' のみをフィンガに 割り当てていた場合は、 受信特性が悪くなる可能性がある。

それに対し、 受信タイミング Αと受信夕イミング Bとは伝搬経路が異 なるので、 受信夕イミング Aがフェージングにより受信電力が低くなつ ても、 Bも同様に低くなる訳では無い。 このため、 フェージングによる 受信特性の劣化を防ぐ可能性がある。 これは、 基本的に、 伝搬経路が異 なればフエ一ジングの影響も異なると考えられるからである。

フィンガの数は、 ハードウェアの制約により、 通常有限である。 従つ て、 効率良く、 異なる伝搬経路のパスをフィンガに割り当てることが、 R A K E受信における受信特性に大きな影響を与える。

以下、 ハ一ドウエアの制約により有限となっているフィンガの数を、 「N f g r」 で表すこととする。

従来、 パスのフィンガ割り当ては、 受信タイミングを比較し、 その差 ( A = a b s (パス Aの受信タイミング） 一 （パス Bの受信夕イミング）） が予め定められた閾値以下である場合 （A≤T H )、 同一の伝搬経路によ るパスだと認識し、 いずれか一方しかフィンガへ割り当てなかった。 一 方、 その差が予め定められた閾値より上である場合 （A>TH)、 パス A とパス Bとは、 異なる経路と見なしていた。

伹し、 a b s ( X ) は Xの絶対値、 THは予め定められた闘値を表す。 このように従来の RAKE受信では、 フィンガ割り当ての際に、 同一 経路のパスか否かは、 受信夕イミングの差でしか判断していなかった。 そのため、 受信タイミングが殆ど同じであるが、 伝搬経路が異なるパス を同一と判断して、 一方を削ってしまっていた。 逆に、 同一伝搬経路で あるにも関わらず、 異なるパスと判断してフィンガに割り当てることも あった。 このため効率的なパス割り当てができなかった。

すなわち従来の RAKE受信では、 伝搬経路は異なるが、 伝搬距離が 殆ど同じパスに対しては、 同一の伝搬経路であると判断してしまい、 フ エージングの際の受信特性が劣化してしまう可能性があつた。

本発明の目的は、 相関値の大きさの変動状態の相関性を見ることによ りパス分離を行い、 フィンガへの効率的なパス割り当てを行う RAKE 受信機及び受信方法を提供することである。 発明の開示

本発明は、 C DMA移動通信システムの RAKE受信機において、 R AKE受信可能な全ての夕イミングで、 受信信号と拡散符号との相関値 を計算する相関値計算部と、 この相関値計算部より得られた各受信タイ ミング毎の相関値から平均化相関値を算出して、 遅延プロファイルを作 成する遅延プロファイル作成部と、 前記相関値計算部より通知された最 新の相関値と、 前回の相関値とを各受信タイミング毎に比較し、 差分履 歴を作成する差分履歴作成部と、 前記平均化相関値を大きさの順に並べ 替え、 前記遅延プロファイルと差分履歴とがそれぞれ所定の条件を満た した場合、 前記平均化相関値の大きい順にフィンガに割り当てるべき受 信タイミングを選択し、 その受信タイミングをフィンガ部へ通知するパ ス選択部と、 各受信夕イミング毎のパスに対応して受信するフィンガ部 とを備えることを特徴とする。

すなわち本発明は、 パスの強さの変動を計算し、 その計算値を、 遅延 プロファイルと、 フィンガに割り当てるパスの選択とに使用することに より、 効果的なパスのフィンガ割り当てを可能とするものである。 図面の簡単な説明

図 1は従来の RAKE受信機の基本構成を示す図である。

図 2は各受信タイミングにおける遅延プロファイルを示す図である。 図 3は受信夕イミングと伝搬経路との関係を示す図である。

図 4は本発明に係る実施の形態である RAKE受信機の構成を示す図 である。

図 5は本実施の形態の動作について説明するフローチャートである。 図 6は本実施の形態の動作について説明するフローチヤ一トである。 発明を実施するための最良の形態

次に、 本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 図 1は、 本発明に係る実施の形態である RAKE受信機の構成を示した図である。 相関値計算部 2は、 RAKE受信可能な全てのタイミングで、 入力端

1より入力された受信信号と拡散符号との相関値を一定周期で計算する その計算された相関値は、 遅延プロファイル作成部 3に入力されると共 に、 差分履歴作成部 6へも入力される。 なお、 「相関値」 の定義は、 従来 例と同様である。

遅延プロファイル作成部 3は、従来例と同様に、予め決めれた回数（以 下 「N p ow」 とする） 回だけ相関値を各受信タイミング毎に加算する。 これにより、 平均化相関値が算出され、 その結果が、 遅延プロファイル としてパス選択部 4へ通知される。 すなわち、 以下の様な処理となる。 まず、 次の様な、 C o r [ t ] [n] 及び D P [ t ] [n] を定義する。 C o r [ t ] [n] ：相関値計算部 2より、 n回目に通知された受信夕 イミング tにおける最新の相関値 D P [ t ] [n] ：受信タイミング tにおける n回目に通知された相関 値を加算した結果

相関値計算部 2から、 最新の相関値 C o r [ t ] [n] が通知される度 に、 全ての受信タイミング tに対して加算を行う。 例えば、 相関値が通 知されたのが、 n回目であれば、 D P [ t ] [n] =D P [ t ] [n— 1 ] + C o r [ t ] [n] f o r 0≤ t <N t mgのようになる。

但し、 上記式を行うのが N p ow回目 （すなわち、 nを 「0始まり」 としたら n = N p o w_ 1 ) だったら、 D P [ t ] [n] が遅延プロファ ィルとしてパス選択部 4へ通知される。 ここで、 D P [ t ] [一 1 ] は 0 とする。

なお、 遅延プロファイルとして、 相関値計算部 2から通知された相関 値の所定幅時間窓による移動平均を用いることもできる。

差分履歴作成部 6は、相関値計算部 2より通知された最新の相関値と、 自ら保持していた前回の相関値とを、 各受信タイミング毎に比較し、 そ の大きさの変化を記録する。 具体的には、 例えば、 以下の様な動作をす る。

H i s t [ t ] [n]：受信タイミング tにおける、 （n— 1 ) 回目に計 算した相関値と n回目に計算した相関値の差分履歴

Hist[t] [n]=Fn(Cor[t] [n - 1]， Cor[t] [n]) (2) 但し、 F n (x, y) = [+ 1 (x≤y), — 1 (x>y )]

すなわち F n (x, y ) は、 （x≤y) の範囲で + 1であり、 （x>y) の範囲で一 1である。

各受信タイミングに対して、 N p o w個の相関値における差分履歴 H i s t [ t ] [ n ] ( t = 0〜N t mg— 1、 n= 0〜Np ow— 1 ) が 求まったら、 全ての差分履歴 H i s t [ t ] [n] はパス選択部 4へ通知 される。

パス選択部 4は、 遅延プロファイル作成部 3から通知された遅延プロ ファイルを、 平均化相関値の大きい順に並べ換える。 さらに平均化相関 値の大きい順に、 その受信タイミングをフィンガ割り当て候補とし、 以 下の数式 （ 3)、 (4) に示す判定を行う。 全ての条件を満たしたら、 そ の受信タイミングはフィンガへ割り当てられる。

t 「 0」， t [ 1 ], · · ·， t [m— 1 ] ： これまでにフィンガに割り 当てた受信タイミング （m個）

t c ： フィンガ割り当て候補となった受信タイミング

D一 t h ： 予め定められた受信タイミングに関する闘値

H— t h ：予め定められた差分履歴に関する闘値として

abs(DP[tc] [Npow-Ι] - DP [t [i] ] [Npow-1] ) > D_th (0≤ i<m) ( 3 )

Npow-1 , 、

2 (Hist [tc] [j] x Hist [t [i] ] [j] ) < H _ th (0 ≤ i < m) \ 4 ) j=1

伹し、 a b s (x) は、 xの絶対値を表す

なお、 H i s t [ t ] [ 0 ] は、 H i s t [ ] [ ] の定義上、 0回目 と— 1回目との差分を表していることとなり、 現実的には意味がないの で、 加算しない。

この処理は、 全ての受信タイミングに対して行なわれ、 または、 フィ ンガ数が無くなるまで続けられる。 フィンガに割り付けられた受信タイ ミングはフィンガ部 5へ通知される。

次に、 図 2、 3のフローチャートを参照して本実施の形態の動作につ いて説明する。

最初に、 相関値計算部 2及び遅延プロファイル作成部 3のメモリバッ ファ（memory buffer)に格納された C o r [ t ] [一 1 ]、 及ぴ D P [ t ] [- 1 ] が 0に初期化される （ステップ 1 )。

次に、 相関値計算部 2は、 入力端 1より入力された受信信号と拡散符 号の相関を取ることにより、相関値 C 0 r [ t ] [ c n t ]を算出する（ス テツプ 3)。 求めた相関値 C o r [ t ] [ c n t ] は、 遅延プロファイル 作成部 3へ通知され、 遅延プロファイル D P C t ] Ce n t ] が求められ る （ステップ 4)。 更に、 相関値 C o r [ t ] [ c n t ] は、 差分履歴作 成部 6へ通知され、 前回の相鬨値 C o r [ t ] [ c n t— 1 ] と比較する ことにより、 差分履歴 H i s t [ t ] [ c n t 3 が求められる （ステツプ 5)。 以上ステップ 3〜 5の処理が N p ow回繰り返される （ステップ 2、 6、 7 )。

パス選択部 4は、 最初に、 遅延プロファイル作成部 3から通知された 遅延プロファイル D P [ t ] [N p o w- 1 ] ( t = 0〜N t mg— 1 ) の大きい順に、 受信タイミングを並べ換える関数 Tmg O r d [ i ] ( i = 0〜N t mg— 1；)を求める（ステツプ 8 )。この関数 Tmg 0 r d [ i ] ( i = 0〜N t mg— 1 ) は、 以下の式を満たす。

DP[0rd[i]] [Npow-1]≥DP [TmgOrd [i + j]] [Npow-1]

for 0≤KNpow-l

0≤ j<Npo -l-i

例えば、 T x = Tmg O r d [x]が成立するということは、 「D P [ t ] [Np ow— 1 ] を大きい順に並び変えた場合、 上位から X番目の受信 タイミングは、 T xである。」 ということを意味する。

次に、 遅延プロファイルの平均化相関値が最も大きい受信夕イミング が、 まず 1つのフィンガに割り当てられる （ステップ 1 0)。

以降、 前記数式 （ 3) 及び数式 （4) を満たす受信タイミングを、 平 均化相関値が大きい順に探す。 見つかったら、 その受信タイミングがフ ィンガへ割り当てられる （ステツプ 1 1〜 1 6、 ステップ 1 8 )。 伹し、 N f g r個のフィンガへの割り当てが終わるか （ステップ 1 7)、 あるい は N t mg個の受信タイミング全てに対して、 （式 3)、 （式 4)の検査が 終了したら （ステップ 1 9 )、 パス選択が終了する。 その後、 f g r個の フィンガ （フィンガ [ 0 ] · ··フィンガ [ f g r— 1 ]) に対して割り当 てた受信タイミングはフィンガ部 5へ通知される （ステップ 2 0)。

フィンガ部 5への通知が終了したら、 再び相関値計算部 2、 遅延プロ ファイル作成部 3のメモリバッファが 0に初期化され、 処理を継続され る （ステップ 1 )。

本発明の他の実施の形態では、 上記数式 （ 2 ) にある " H i s t [ t ] [n]" の計算を、 以下の様にする。

HistLt] [n]=Fn(Cor [t] [n-1], Cor[t] [n]) xCor [t] [n] ( 5 ) 但し、 F n (x, y ) = [+ 1 (x≤y), — 1 (x>y)]

数式 （2) を用いる方法では、 前回の相関値に比して大きくなつたか、 小さくなつたかという変化の方向のみに注目したが、 数式 （ 5) は、 変 化の方向の他に、 相関値の大きさにも注目している。

上述の様に、 相関値の大きい受信タイミングをフィンガに割り当てて 受信すると、 Ebノ I 0の高い信号が得られるので、 数式 （ 5) には、 E b/ I 0の低い信号をフィンガに割り当てることを防ぐ効果があり、 より 効率的な割り当てをできることが期待される。 産業上の利用可能性

以上説明したように、 本発明によれば、 フィンガへの受信タイミング の割り当てに際して、 同一の伝搬経路 同一のパス） か否かを判断す る手段として、 受信タイミングの差だけでは無く、 相関値の変化の履歴 を併せて使用するので、 より正確に同一パスか否かの判断ができる。 ハ ―ドウエア条件により限られたフィンガ数の中で、 フェージング環境下 において良好な受信特性が得られる様なパス割り当てが可能となる。

Claims

請 求 の 範 囲

1. CDMA移動通信システムの RAKE受信機において、

RAKE受信可能な全てのタイミングで、 受信信号と拡散符号との相 関値を計算する相関値計算部と、

この相関値計算部より得られた各受信夕イミング毎の相関値から平均 化相関値を算出して、 遅延プロファイルを作成する遅延プロファイル作 成部と、

前記相関値計算部より通知された最新の相関値と、 前回の相関値とを 各受信タイミング毎に比較し、 差分履歴を作成する差分履歴作成部と、 前記平均化相関値を大きさの順に並べ替え、 前記遅延プロファイルと 差分履歴とがそれぞれ所定の条件を満たした場合、 前記平均化相関値の 大きい順にフィンガに割り当てるべき受信夕イミングを選択し、 その受 信タイミングをフィンガ部へ通知するパス選択部と、

各受信夕イミング毎のパスに対応して受信するフィンガ部とを備える ことを特徴とする RAKE受信機。

2. 前記差分履歴が、

Hist [t] [n]=Fn(Cor [t] [n-1], Cor [t] [n])

または、

Hist [i] [n]=Fn(Cor[t] [n-1], Cor [t] [n]) XCor [t] [n]

にて定義されることを特徴とする請求項 1記載の RAKE受信機。

3. 前記パス選択部は、

前記遅延プロファイルが、

abs( DP[tc] CNpow-1] - DP[t [i]] [Npow-l])>D_th (0≤i<m) の条件を満たし、 かつ前記差分履歴が、

Npow-1

E (Hist [tc] [j] χ Hist [t [i]〗 [j] ) < H— th (0 ≤ i < m)

j=1

の条件を満たした場合、 前記相関値の大きい順にフィンガに割り当てる べき受信タイミングを選択することを特徴とする請求項 1または 2記載 の RAKE受信機。

4. CDMA移動通信システムの RAKE受信方法において、 受信信号と拡散符号との相関を取ることにより、 相関値を算出するス テツプと、

各受信タイミング毎の相関値から平均化相関値を算出して、 遅延プロ ファイルを求めるステップと、

最新の相関値と、 前回の相関値とを比較することにより、 差分履歴を 求めるステツプと、

前記平均化相関値の大きい順に受信タイミングを並べ換えるステップ と、

前記平均化相関値の値が最も大きい受信タイミングを、 フィンガに割 り当てるステップと、

前記遅延プロファイルと差分履歴とがそれぞれ所定の条件を満たす前 記受信タイミングを、 前記平均化相関値が大きい順に探し、 各フィンガ へ割り当てる処理を、 全てのフィンガに割り当て終了、 または全ての受 信タイミングに対して判定が終了するまで繰り返してパス選択を行うス テツプとを含むことを特徴とする RAKE受信方法。

5. 前記差分履歴が、

Hist[t] [n]=Fn(Cor [t] [n-1], Cor [t] [n])

または、

Hist [t] [n]Fn(Cor [t] [n-l]， Cor [t] [n]) XGor Ct] [n]

にて定義されることを特徴とする請求項 4記載の RAKE受信方法。

6. 前記パス選択を行う際、

前記遅延プロファイルが、

abs ( DP[tc] [Npow-1] - DP[t [i]] [Npow-1] ) >D_th (0≤ i<m) の条件を満たし、 かつ前記差分履歴が、

Npow-1

2 (Hist [tc] [j] χ Hist [t [i] ] tj] ) < H _ th (0 ≤ i < m) の条件を満たした場合、 前記相関値の大きい順にフィンガに割り当てる べき受信タイミングを選択することを特徴とする請求項 4または 5記載 の RAKE受信方法。