JP2008530888A - 信号品質概算のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システムＵＭＴＳネットワークのユーザ装置ＵＥ（１０）の受信器（１３）は、デジタルでエンコードされた無線信号を基地局（１２）からダウンリンク（１１）を介して受信する。ＵＥ（１０）のデジタル信号プロセッサＤＳＰ（１４）は、同期化処理から外れている間、信号で受信された電力制御コマンドのデータビットのＢＥＲを概算する。より具体的には、ＤＳＰ（１４）は、データビットが受信される振幅をサンプリングするとともに、サンプリングされた振幅の一つ以上のモーメントの関数の比率を決定する。その後、ＤＳＰ（１４）は、決定された比率をルックアップテーブル中の異なる比率におけるＢＥＲの一つ以上の値と比較して、ＢＥＲを概算する。

Description

この発明は、信号品質概算のための方法及び装置に関する。特に、これに限らないが、本発明は、信号のシンボルが受信される大きさの統計的特性を使用した信号のビット誤り率（ＢＥＲ）の概算に関する。

デジタル信号の品質を概算（評価（estimate））する一つの方法は、基本的に不正確である信号中のビットの一部分であるデジタル信号のビット誤り率（ＢＥＲ）を測定することである。明らかに、信号中の各ビットの期待値が知られている場合には、信号中の実際の値を期待値と比較することができ、ＢＥＲを正確に測定することができる。この技術は、時として、新たな通信リンクの構築中に通信システムにおいて使用され、また、一般に、しばしばパイロットビットと称される既知のビットシーケンスを受信器へ送信することを伴い、それに基づいて適切な比較を行うことができる。しかしながら、適切なパイロットビットを利用することができない場合があるために、多くの場合、受信信号とパイロットビットの既知のシーケンスとをビットごとに比較することは現実的ではない。また、パイロットビットの（測定可能な）ＢＥＲと、ＢＥＲを決定する必要がある信号のデータビットのＢＥＲとの間の関係は、未知である場合がある。

従って、ＢＥＲを概算するために他の技術が開発されてきた。これらの多くは、信号のシンボルが受信される大きさの統計的解析に依存している。例えば、加法的白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）の存在下でのバイナリ位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）信号に関しては、以下のようになるのが分かる。

ここで、ｅｒｆは、正規分布を積分することにより得られる誤差関数であり、μは、信号のビットが信号で受信される平均振幅であり、σは振幅の標準偏差である。信号のデータビットを平均振幅μとして受信することが期待される振幅の概算値を使用することは一般的である。同様に、振幅の標準偏差σは、信号に影響を与える雑音電力の平方根に等しいと仮定することができる。即ち、雑音電力はσ^２と等しくなり得る。従って、データビットが受信されることが期待される振幅及び信号に影響を与える雑音電力を正確に概算できる場合には、方程式（１）を使用してかなり簡単にＢＥＲの良好な概算を行うことができる。しかしながら、このタイプのＢＥＲ概算が常に可能であるとは限らない。例えば、ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム（ＵＭＴＳ）ネットワークにおいて、ユーザ機器は、基地局からダウンリンクで受信された電力制御コマンドのＢＥＲを決定する必要があるが、電力制御コマンドのビットが受信されることが期待される振幅及び電力制御コマンドに影響を及ぼす雑音電力は常に知られるとは限らない。従って、方程式（１）で規定される関係を使用してＢＥＲを決定することができない。

従って、信号のシンボルが受信される大きさの更に高度な統計的解析を使用してＢＥＲを決定し又は信号品質を概算する試みがなされてきた。これらは、大きさの複合関数に依存し易い。一般に、統計的解析が高度になればなるほど、信号品質概算は正確になるが、品質概算の計算が更に複雑になる可能性が高い。そのため、現在では、正確な信号品質概算を実施することが実際には困難となり得る。

本発明は、この問題を克服しようとするものである。

本発明の第１の態様によれば、信号品質を概算するための装置であって、信号のシンボルが受信される大きさをサンプリングするための受信器と、比率Ｆ_１／Ｆ_２（Ｆ_１及びＦ_２はそれぞれサンプリングされた大きさの一つ以上のモーメントの関数であり、また、Ｆ_１及びＦ_２は同一ではない）を決定するとともに、決定された比率から信号品質を概算するためのプロセッサとを備える装置が提供される。

また、本発明の第２の態様によれば、信号品質を概算する方法であって、信号のシンボルが受信される大きさをサンプリングするステップと、比率Ｆ_１／Ｆ_２（Ｆ_１及びＦ_２はそれぞれサンプリングされた大きさの一つ以上のモーメントの関数であり、また、Ｆ_１及びＦ_２は同一ではない）を決定するステップと、決定された比率から信号品質を概算するステップとを含む方法が提供される。

このように、信号品質概算は、受信信号中のシンボルのサンプリングされた大きさの一つ以上のモーメントの関数同士の間の比率に基づくことができる。出願人は、これが信頼できる信号品質概算値を与え得ると認識した。同時に、そのような比率は、比較的簡単に得ることができる。

一つの実施の形態において、Ｆ_１は、サンプリングされた大きさの一つのモーメントＭ_ｉの関数Ｆ_１［Ｍ_ｉ］（ｉは一つのモーメントＭ_ｉの次数）であり、Ｆ_２は、サンプリングされた大きさの他のモーメントＭ_ｊの関数Ｆ_２［Ｍ_ｊ］（ｊは他のモーメントＭ_ｊの次数であり、ｉ≠ｊ）である。

一つの実施の形態において、Ｆ_１［Ｍ_ｉ］＝Ｍ_ｉ ^ｋ／ｉであり、Ｆ_２［Ｍ_ｊ］＝Ｍ_ｊ ^ｋ／ｊであり、ｋは任意の実数である。特に、比率は、受信信号中のシンボルのサンプリングされた大きさから計算された一方のモーメントと同様にサンプリングされた大きさから計算された他方のモーメントとの間であってもよく、例えば大きさの二つのモーメント間の比率である。

選択的に、Ｍ_ｉは信号のｉ乗の期待値として計算され、Ｍ_ｊは信号のｊ乗の期待値として計算される。

Ｆ_１及びＦ_２の少なくとも一方は正規化係数を含んでいてもよい。

一つの実施の形態において、関数Ｆ_１及びＦ_２のモーメントはいずれも偶数次モーメント又は奇数次モーメントであることが好ましい。特に、比率は、サンプリングされた大きさの２次モーメントと４次モーメントとの間であることが好ましい。

比率が基礎としているモーメントを変えることが有益となり得る。

例えば、サンプリングされた大きさの分布が非対称である場合には奇数次モーメントの関数間の比率がより有利であることから、分布が非対称であるときに奇数次モーメントの関数間の比率を選択することが望ましい場合がある。より一般的には、プロセッサは、サンプリングされた大きさの分布の非対称性の度合いに従ってモーメントのうちの少なくとも一つの次数を変えてもよい。同様に、方法は、サンプリングされた大きさの分布の非対称性の度合いに従ってモーメントのうちの少なくとも一つの次数を変えることを含んでいてもよい。分布の非対称性の度合いは、分布の一つの奇数次モーメントの値又は例えば分布の奇数次モーメントと偶数次モーメントとの間の比率の値から決定することができる。

同様に、出願人は、いくつかの状況においては何らかの次数のモーメントの関数間の比率が他の次数のモーメントの関数間の比率よりも正確な信号品質概算値を生成できることを認識した。例えば、次数の差が大きいモーメントの関数間の比率は、信号品質が高くなるにつれて、より正確な信号品質概算を可能にする傾向がある。従って、より一般的には、プロセッサは、概算された信号品質に従ってモーメントのうちの少なくとも一つの次数を変えてもよい。同様に、方法は、概算された信号品質に従ってモーメントのうちの少なくとも一つの次数を変えることを含んでいてもよい。

比率は、それが有効である場合には信号品質の概算として使用されてもよい。従って、信号品質概算は比率を出力することを含んでいてもよい。しかしながら、他の実施例においては、信号の品質を規定する特定のパラメータとして信号品質を表すことが望ましい場合がある。即ち、プロセッサは、比率から信号品質パラメータのための値を得ることにより信号品質を概算してもよい。同様に、信号品質概算は、比率から信号品質パラメータのための値を得ることを含んでいてもよい。これを行う一つの方法は、比率をパラメータ値のルックアップテーブルと比較することである。即ち、装置は、異なる比率における信号品質パラメータ値のルックアップテーブルを備えていてもよく、プロセッサは、得られた比率をルックアップテーブル中の一つ以上の比率と比較することにより信号品質パラメータ値を得てもよい。同様に、信号品質パラメータ導出は、得られた比率を異なる比率における信号品質パラメータ値のルックアップテーブル中の一つ以上の比率と比較することを含んでいてもよい。比較は、信号品質パラメータ値を得るためにルックアップテーブル中の信号品質パラメータ値間で補間することを含んでいてもよい。また、いくつかの実施例では、値が対数であってもよい。なぜなら、これにより例えば補間の精度を向上させることができるからである。

パラメータは、任意の多くの異なる認識された信号品質パラメータであってもよい。しかしながら、パラメータがビット誤り率（ＢＥＲ）であることが特に好ましい。他の実施例において、パラメータは、信号対雑音比（ＳＮＲ）、ブロック誤り率（ＢＬＥＲ）、パケット誤り率（ＰＥＲ）であってもよい。これらは総て、よく使用されるとともに、有用なパラメータである。他の実施例において、パラメータは、ビット又はシンボルの複合グループの誤り率であってもよい。

シンボルサンプリングは、典型的には、サンプルのストリームの大きさをサンプリングすることを伴う。具体的には、受信器は、信号中の一つのシンボルストリームの総てのシンボルの大きさをサンプリングすることが好ましい。同様に、方法は、信号中の一つのシンボルストリームの総てのシンボルの大きさをサンプリングすることを含んでいることが好ましい。通常、受信器は、ある期間中に受信されたシンボルの大きさをサンプリングする。同様に、方法は、ある期間中に受信されたシンボルの大きさをサンプリングすることを含んでいる。その後、分布は、この期間中に受信されたシンボルに関与することができる。

上記期間が長くなればなるほど、信号品質概算が正確になる確率が高い。しかしながら、長いサンプリング周期を使用すると、信号品質概算が利用できるまでの遅延が長くなる。従って、サンプリング周期の長さの選択は、必然的に、これらの相反するファクタ間のトレードオフとなる。しかしながら、概算される信号品質が低下する可能性が高くなるにつれて上記期間を増大させることが有益となる場合がある。これは、概算される信号品質が低下する可能性が高くなる時期の予測に基づき得る。しかしながら、より簡単には、上記期間は、信号品質が（実際に）低下するにつれて増大させることができる。より一般的には、プロセッサは、概算された信号品質に従って上記期間を変えることができる。同様に、方法は、概算された信号品質に従って上記期間を変えることを含むことができる。これは、信号品質概算の信頼性を維持するのに役立ち得る。

本発明の先の説明では、モーメントの関数の比率が信号振幅に依存しないようにするために受信されたデータシンボル振幅が１に正規化されたと仮定している。あるいは、モーメントの関数の比率が計算されるときに正規化を含めることもできる。

本発明は、バイナリ位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）又は直交位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ）（二つの直交するＢＰＳＫストリームの組み合わせ）等のバイナリ変調方式を使用する通信システムにおいて最も簡単に実施される。ここで、シンボルは一般にビットである。しかしながら、本発明は、これに限定されず、他の例えば高次変調方式、例えばシンボルがビットを表す（マッピング方式に従って）１６直交振幅変調（１６−ＱＡＭ）等に適用することができる。いくつかの実施例において、シンボルはビット群を備えていてもよい。これらのビット群は、最初の処理及び／又はデコーディング段階によって組み合わせられてもよい。組み合わせは、例えば最大比率結合（ＭＲＣ）を使用するソフトコンバイニングを含んでいてもよい。

同様に、本発明は、振幅を使用してシンボルを直接に表す変調方式で最も簡単に実施される。このケースにおいて、サンプリングされる大きさは、振幅、例えばシンボルの絶対振幅であってもよい。しかしながら、本発明は、これに限定されず、差分変調方式に適用することができる。この場合、サンプリングされる大きさは、例えば信号の二つの連続するシンボル間の振幅の差であってもよい。また、本発明は位相変調方式に適用されてもよく、その場合には、サンプルの大きさが信号位相の指標であってもよい。他の実施例において、信号は、シンボルを生成するように処理されてもよい。例えば、所与の変調方式を用いて変調された信号は、バイナリ変調等の更に簡単な変調方式でシンボルのストリームを形成するために処理されてもよい。

上記した用語「プロセッサ」の使用は、特定的ではなく一般的となるように意図されている。本発明のいくつかの態様はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）又は中央処理ユニット（ＣＰＵ）等の個々のプロセッサを使用して実行されてもよいが、これらの態様は、装置の他の部品又は構成要素で同様に良好に実行することができる。例えば、一つの無線周波数（ＲＦ）ユニットがいくつかの処理機能を含んでいてもよく、及び／又は、装置が本発明の様々な特徴を実行するための複数のプロセッサを含んでいてもよい。同様に、本発明は、一つ又は複数の配線回路を使用して又は組み込みソフトウェアにより実施することができる。例えば、本発明は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）回路を使用して実施されてもよい。従って、用語「プロセッサ」は、文字通りの意味ではなく機能的な意味となるように意図されており、必要に応じて用語「複数のプロセッサ」、「処理手段」、「回路」又は「複数の回路」を含むように考慮されるべきである。

また、本発明はコンピュータプログラムコードを使用して実施することができることも理解される。従って、本発明の更なる態様においては、処理手段によって処理されるときに前述した方法を実行するようになっているコンピュータソフトウェア又はコンピュータプログラムコードが提供される。コンピュータソフトウェア又はコンピュータプログラムコードはコンピュータ可読媒体によって保持することができる。媒体は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）チップ等の物理記憶媒体であってもよい。あるいは、媒体は、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ−ＲＯＭ）又はコンパクトディスク（ＣＤ−ＲＯＭ）等のディスクであってもよい。また、媒体は、ワイヤを介して送られる電気信号等の信号、光信号、又は、衛星等の無線信号であってもよい。また、本発明は、ソフトウェア又はコードを実行するプロセッサ、例えば上述した方法を実行するように構成されたコンピュータにまでも及ぶ。

ここで、添付図面を参照して、単なる一例として、本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１を参照すると、ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム（ＵＭＴＳ）ネットワークの携帯端末又はユーザ機器（ＵＥ）１０は、デジタルでエンコードされた無線信号を基地局１２からダウンリンク１１を介して受信する。ＵＥ１０は、ダウンリンク１１を介して信号を受信するための受信器１３を有している。受信器１３は、従来と同様にその信号をフィルタ処理してベースバンドへシフトするとともに、フィルタ処理されたベースバンド信号を、信号を処理するためのＵＥ１０のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１４へ送信するように構成されている。また、ＵＥ１０は、アップリンク１６を介して信号を基地局１２へ送り返すための送信器１５も有している。

同期化処理から外れている間、ＵＥ１０は、それがダウンリンク１１を介した基地局１２との同期化を失っている場合には、その送信器１５をオフに切り換えることが必要とされる。ＵＥ１０は、電力制御コマンドのデータビットを基地局１２からダウンリンク１１を介して受信する。ＵＥ１０は、受信した電力制御コマンドのビット誤り率（ＢＥＲ）に基づいて、それがダウンリンク１１を介した基地局１２との同期化を失ってしまったことを決定する必要がある。従って、ＵＥ１０は電力制御コマンドのＢＥＲを決定しなければならない。明細書の冒頭で述べたように、ビット誤り率（ＢＥＲ）は、電力制御コマンドのデータビットの期待受信振幅μ及び電力制御コマンドに影響を与える雑音電力σ^２のレベルが知られている場合には、方程式（１）から概算することができる。しかしながら、ＵＭＴＳダウンリンク１１の電力制御コマンドに関しては、電力制御コマンドのデータビットの期待受信振幅μ及び電力制御コマンドに影響を与える雑音電力σ^２のレベルが必ずしも知られるとは限らない。

それにもかかわらず、受信されたデータビットに影響を与える雑音がほぼガウス雑音であり、等しい数の＋１データビット及び−１データビットが存在し（典型的には、十分な時間にわたって適正である）、＋１及び−１データビットが同じ電力を用いて送信されると仮定する場合、ＵＥ１０により受信されたデータビットの振幅は、実際のＢＥＲが２％である場合における図２に示されるように、二つの個々のガウス確率密度関数（ＰＤＦ）の和にほぼ等しいＰＤＦを有している。より具体的には、データビットの振幅のＰＤＦは以下のように書き表すことができる。

ここで、＋μは＋１データビットの期待受信振幅であり、−μは−１データビットの期待受信振幅であり、また、σ^２はデータビットに影響を及ぼす雑音電力である（その結果、σは、＋１又は−１データビットの受信振幅の標準偏差とならなければならない）。方程式（２）によって与えられるＰＤＦの２次モーメントＭ_２（例えば変化）は、以下のようになることが分かる。
Ｍ_２＝σ^２＋μ^２ （３）

即ち、総ての受信データビット振幅（＋１及び−１の両方）の全分布の２次モーメントＭ_２は、データビットに影響を与える雑音電力σ^２とデータビットの平方期待受信振幅μ^２との和に等しい。積率母関数を使用すると、方程式（２）によって与えられるＰＤＦにおいて、Ｍは以下のようになる。

ここで、ｖは任意の実数である。積分関数（４）は、以下を与える。

ｎ次非心モーメントＭ_ｎは、以下によって与えられる。

その結果、方程式（５）からの４次モーメントは、以下を与える。

方程式（１）、（３）、（７）から、以下のようになる。

即ち、４次モーメントＭ_４に対する２次モーメントＭ_２の比率は、ＢＥＲの関数であり、従って信号品質を示している。従って、図１を再び参照すると、ＵＭＴＳネットワークの同期化処理から外れている間にダウンリンク１１を介して受信器１３により受信される電力制御コマンドのデータビットの振幅が、ＤＳＰ１４によりある期間にわたってサンプリングされる。この期間は、統計的に十分な数の振幅を収集できる程度に十分に長く、例えば約１ｍｓ乃至１ｓである。例えば、１５ｋｂｐｓのデータ転送速度においては、サンプリング周期が１６ｍｓであってもよく、その結果、その周期にわたって２４０データビットの振幅がサンプリングされる。ＤＳＰ１４は、サンプリングされた振幅の２次モーメントＭ_２及び４次モーメントＭ_４を決定するとともに、得られた４次モーメントＭ_４に対する得られた２次モーメントＭ_２の比率を決定することにより信号品質を概算する。

電力制御コマンドのデータビットの実際のＢＥＲとサンプリングされた振幅の４次モーメントＭ_４に対する２次モーメントＭ_２の比率との間の関係は、図３に示されるように曲線をなしている。そのため、比率は、それが信号品質の概算に有効であることから使用することができる。例えば、一つの実施の形態において、ＤＳＰ１４は、比率が第１の閾値、例えば約０．０７４（約３０％のＢＥＲに対応している）を超えるときに送信器１５をオフにすることができ、また、比率が第２の閾値、例えば０．１５（約２０％のＢＥＲに対応している）を下回るときに送信器を再びオンに切り換えることができる。しかしながら、他の実施の形態において、ＤＳＰ１４は、４次モーメントＭ_４に対する２次モーメントＭ_２の異なる比率に関してＢＥＲ値のルックアップテーブルを有している。受信された電力制御コマンドのデータビットに関して比率が得られると直ちに、ＤＳＰ１４は、それをルックアップテーブル中の一つ以上の比率と比較して、その電力制御コマンドにおけるＢＥＲ値を得る。また、ルックアップテーブル中のＢＥＲ値に基づいてＢＥＲの更に正確な値を得るために補間を使用することができる。

以上、ＵＭＴＳネットワークの同期化処理の範囲外に関して本発明を説明してきたが、本発明はこれに限定されない。本発明は、一つの信号で受信され且つ信号の品質を概算することが望まれるシンボルの大きさをサンプリングできる任意の通信システムに適用することができる。特に、一つの信号で受信されたデータビットの振幅をサンプリングするのではなく、特定の通信システムの性質に従って、信号強度の絶対的な大きさ、差分の大きさ、位相、位相差、又は、何等かの尺度がサンプリングされてもよい。

図３を参照すると、電力制御コマンドのデータビットのサンプリングされた振幅の分布の偶数次モーメント間の他の比率も、ＢＥＲとの良好な曲線関係を有している。従って、本発明の他の実施の形態では、他の比率、例えば、６次モーメントＭ_６に対する２次モーメントＭ_２の比率、８次モーメントＭ_８に対する２次モーメントＭ_２の比率、あるいは、一つの信号で受信されたシンボルのサンプリングされた大きさの分布の８次モーメントＭ_８に対する４次モーメントＭ_４の比率を使用して信号品質を概算することができる。この場合も先と同様に、これらの比率は、信号品質の表示としてのみ使用することができ、あるいは、ルックアップテーブル等を用いてＢＥＲ等の従来の信号品質パラメータを得るために使用することができる。

いくつかの状況において、データビットの振幅のＰＤＦは、方程式（２）によって与えられるＰＤＦ等のように対称的ではなく、例えば異なる数の＋１データビット及び−１データビットが存在するときには非対称である。この場合、図４を参照すると、電力制御コマンドのデータビットのサンプリングされた振幅の分布の奇数次モーメント間の比率は、ＢＥＲとの良好な曲線関係を有している。従って、本発明の他の実施の形態では、更に他の比率、例えば、３次モーメントＭ_３に対する１次モーメントＭ_１の比率；５次モーメントＭ_５に対する１次モーメントＭ_１の比率；あるいは、一つの信号で受信されたシンボルのサンプリングされた大きさの分布の５次モーメントＭ_５に対する３次モーメントＭ_３の比率を使用して信号品質を概算することができる。更にこの場合も先と同様、これらの比率は、信号品質の表示としてのみ使用することができ、あるいは、ルックアップテーブル等を用いてＢＥＲ等の従来の信号品質パラメータを得るために使用することができる。

図３及び図４を更に詳しく見ると、比率のモーメントの次数間の大きな差異がＢＥＲの低い値で大きな感度を与えるのが分かる。例えば、６次モーメントＭ_６に対する２次モーメントＭ_２の比率は、４次モーメントＭ_４に対する２次モーメントＭ_２の比率及び６次モーメントＭ_６に対する４次モーメントＭ_４の比率よりもＢＥＲの低い値で感度が良好である。同様に、８次モーメントＭ_８に対する２次モーメントＭ_２の比率は、６次モーメントＭ_６に対する２次モーメントＭ_２の比率よりもＢＥＲの低い値で感度が良好である。しかしながら、高次モーメントの計算は計算的に更に厳しい。そのため、本発明の他の実施の形態において、ＤＳＰ１４は、信号品質が高まるにつれて、例えばＢＥＲの得られた値が減少するにつれて、比率のモーメントの次数間の差異を増大させる。

任意の二つの偶数次モーメント間の比率及び任意の二つの奇数次モーメント間の比率はＰＤＦの非対称度合いとは無関係であるが、任意の奇数次モーメント自体の値はＰＤＦの非対称性の増大と共に増大する。そのため、本発明の他の実施の形態において、ＤＳＰ１４は、電力制御コマンドのサンプリングされた振幅の分布の奇数次モーメント、例えば３次モーメントにおける値（しばしば、スキューと称される）を計算するとともに、奇数次モーメントの計算値の値に基づいて、信号品質概算において使用するための偶数次モーメント間の比率又は奇数次モーメント間の比率を選択する。

同様に、図５を参照すると、電力制御コマンドのサンプリングされた振幅の分布の一つの奇数次モーメントと一つの偶数次モーメントとの間の比率は、ＰＤＦの非対称性の度合いに応じて変化する。そのため、そのような比率も、上述した比率と同じ方法で信号品質を概算するために使用することができる。また、本発明の他の実施の形態において、ＤＳＰ１４は、電力制御コマンドのサンプリングされた振幅の分布の一つの奇数次モーメントと一つの偶数次モーメントとの間の比率、例えば３次モーメントＭ_３に対する２次モーメントＭ_２の比率を得ることができるとともに、一つの奇数次モーメントと一つの偶数次モーメントとの間の得られた比率により示されるＰＤＦの非対称性の度合いに基づいて、信号品質概算において使用するための偶数次モーメント間の比率又は奇数次モーメント間の比率を選択することができる。例えば、３次モーメントＭ_３に対する２次モーメントＭ_２の比率が例えば約１よりも小さい場合、ＰＤＦはかなり非対称であり、ＤＳＰは、信号品質概算で使用するために奇数次モーメント間の比率を選択することができる。３次モーメントＭ_３に対する２次モーメントＭ_２の比率が例えば約１よりも大きい場合、ＰＤＦはかなり対称であり、ＤＳＰは、信号品質概算で使用するために偶数次モーメント間の比率を選択することができる。

図６及び図７を参照すると、偶数次モーメントの特定の比率と対数ＢＥＲとの間の関係及び奇数次モーメントの特定の比率と対数ＢＥＲとの間の関係はかなり線形である。従って、本発明の他の実施の形態において、ＤＳＰ１４は、得られた比率と、異なる比率における対数ＢＥＲ値のルックアップテーブルとを比較して、電力制御コマンドにおけるＢＥＲ値を得る。そのような対数ＢＥＲ値間の補間は、対数ＢＥＲ値に対する比率のより線形な関係に起因して、非対数ＢＥＲ値間の補間よりも正確で且つ簡単となり得る。また、より線形な関係は、ルックアップテーブルに記憶される必要がある比率の値の数を減少させることができる。特に、図６及び図７から分かるように、次数の差が大きいモーメント間の比率は、次数の差が小さいモーメント間の比率よりも、対数ＢＥＲとの関係がより線形である。例えば、図６に示される８次モーメントＭ_８に対する２次モーメントＭ_２の比率は、対数ＢＥＲに対してほぼ正確に線形関係をなしているが、図６に示される４次モーメントＭ_４に対する２次モーメントＭ_２の比率は、対数ＢＥＲとの関係がかなり曲線をなしている。従って、８次モーメントＭ_８に対する２次モーメントＭ_２の比率は、異なる比率における対数ＢＥＲ値のルックアップテーブルを使用して信号品質を表すのに特に役立つ。

また、前述したＢＥＲ概算の精度は、ＢＥＲの実際の値に従って変化する可能性もある。更に詳細には、方程式（５）と方程式（７）とを組み合わせると、以下の二次式が得られる。

方程式（９）の低い方のルートを使用すると、高い方のルートがＭ_２よりも大きく、従って、意味がないため、以下のようになる。

また、方程式（３）から以下のことが既に分かっている。

方程式（１０）及び（１１）により与えられる関係を方程式（１）に挿入すると、以下のようになる。

従って、ＢＥＲは、サンプリングされたデータビット振幅の２次モーメントＭ及び_２４次モーメントＭ_４の一次関数として概算することができる。ここで、１６ｍｓサンプリング周期の間に収集されたサンプルデータビット振幅の分布のＢＥＲは、電力制御コマンドの実際のＢＥＲが５％であるときに最初に決定される。この決定は何回も繰り返され、計算されたＢＥＲのヒストグラムが図８に示されている。１６ｍｓサンプリング周期の間に収集されたサンプルデータビット振幅の分布のＢＥＲは、その後、電力制御コマンドの実際のＢＥＲが３０％であるときに何回も決定される。これらの計算されたＢＥＲのヒストグラムが図９に示されている。図から分かるように、決定されたＢＥＲは、実際のＢＥＲが５％であるときよりも、実際のＢＥＲが３０％であるときの方がかなり大きい広がりを持っている。

また、ＢＥＲは、やはり実際のＢＥＲが３０％であるときに、１ｓサンプリング周期の間に収集された電力制御コマンドのサンプリングされた振幅の分布において何回も決定される。これらの決定されたＢＥＲのヒストグラムが図１０に示されている。図から分かるように、このヒストグラムは、図９に示される１６ｍサンプリング周期を使用する実際のＢＥＲが３０％であるときのＢＥＲ概算のヒストグラムよりも狭い広がりを持っている。このことから、出願人は、信号品質概算の精度がサンプリング周期の長さに伴って高まることを確認した。従って、本発明の一つの実施の形態において、ＤＳＰ１４は得られた比率を監視し、また、信号品質が低下すると、例えば得られた比率が増大すると、ＤＳＰ１４はサンプリング周期を延長する。これにより、低い信号品質における信号品質概算の精度が維持される。

上記結果の総てにおいて、モデルにされた通信システムにより生成される信号に加えられる雑音は、一般的な多くの通信システムの場合と同様、ガウス雑音である。しかしながら、レイリー分散フェーディングを信号に対して適用することにより同様の結果が得られる。特に、図１１は、ガウス雑音によって影響される信号における実際のＢＥＲ対４次モーメントＭ_４に対する２次モーメントＭ_２の得られた比率（滑らかなライン）と、レイリー分散フェーディングによって影響される信号における実際のＢＥＲ対４次モーメントＭ_４に対する２次モーメントＭ_２の得られた比率（ジグザグのライン）との間の関係を示している。図から分かるように、これらの関係は、ほとんどの通信システムで直面するＢＥＲの範囲にわたって互いに非常に類似している。そのため、本発明は、ガウス雑音によって影響される通信システムと同様、レイリー分散フェーディングにより影響される通信システムにも等しく適用することができる。特に、本発明は、無線／ラジオ通信システムにおいて有用である。

以上、ＢＥＲの導出を考慮してきた。しかしながら、上述した比率から他の信号品質パラメータを得ることができる。例えば、方程式（１２）は、以下のように簡単に書き換えることができる。

従って、信号対雑音比（ＳＮＲ）は、サンプリングされたデータビット振幅の２次モーメントＭ及び_２４次モーメントＭ_４の一次関数として表すこともできる。従って、他の実施の形態において、ＤＳＰ１４は、異なる比率におけるＳＮＲ値のルックアップテーブルを有している。受信信号において比率が得られると、ＤＳＰ１４は、それをＳＮＲ値のルックアップテーブル中の比率と比較し、その信号におけるＳＮＲ値を得る。

特に、受信信号の各マルチパス成分（あるいは、タップ付き遅延線モデルの各タップ）のＳＮＲを概算することが役立ち得る。従って、本発明の他の実施の形態において、ＤＳＰ１４は、信号を受信するとともに、その信号に対して一つ以上の遅延を適用して、一つ以上の信号タップを生成する。ＤＳＰ１４は、各信号タップにおけるデータビットの振幅をサンプリングするとともに、４次モーメントＭ_４に対する２次モーメントＭ_２の比率を各信号サンプルごとに得る。その結果、得られた比率と、異なる比率におけるＳＮＲ値のルックアップテーブルとから、各信号タップごとにＳＮＲを概算することができる。

実施の形態の以上の説明では、受信されたデータシンボル振幅が１（即ち、μ＝１）に正規化されたと仮定している。これは、モーメントの比率が信号振幅に依存しないようにするために必要である。適切な正規化係数を得ることができることは容易に分かる。一つの例は、受信信号値を、
（方程式１０及び１１に基づく）を使用して得ることができる係数ａで割ることである。ここで、Ｍ’_２＝Ｅ［ｘ^２］及びＭ’_４＝Ｅ［ｘ^４］はそれぞれ、正規化を何等伴うことなく受信信号の平方及び４乗の期待値として計算されたモーメントである。あるいは、モーメントを計算する前にそれをデータに適用するのではなく、モーメントの比率が計算されるときにそのような正規化が含められてもよい。従って、例えば、Ｍ_２／Ｍ_４の代わりに、実施の一形態は、
を使用することができる。

他の可能性は、モーメントの累乗の比率を使用することである。例えば、Ｍ_２／Ｍ_４の代わりに、実施の一形態は、（Ｍ’_２）^２／Ｍ’_４（この値は、データの任意のスケーリングに依存しない）を使用することができる。この原理は、形式［（Ｍ’_ｉ）^１／ｉ／（Ｍ’_ｊ）^１／ｊ］^ｋの比率の累乗を考慮するべく更に一般的な方法で広げることができる。ここで、ｋは計算に都合良いように選択することができる。より一般的には、モーメントの任意の関数の比率、即ち、Ｆ_１［Ｍ’_ｉ］／Ｆ_２［Ｍ’_ｊ］を考慮することができ、あるいは、複数のモーメントの関数の比率を考慮することができる。そのような関数は、計算が容易となるように、また、ルックアップテーブルでの使用に適するように選択されることが好ましい。

本発明の前述した実施の形態は、本発明の実施方法の単なる例である。適切な技能及び知識を有する者であれば、前述した実施の形態に対する改良、変形、変更を想起することができる。これらの改良、変形、変更は、請求項及びその等価物に規定される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行うことができる。

本発明を実施するための受信器を組み込む無線通信システムの概略図である。 図１の通信システムを介して受信されるデータビットのサンプリングされた振幅の確率密度関数（ＰＤＦ）のグラフ図であって、ビット誤り率（ＢＥＲ）が２％のグラフ図である。 図１の通信システムを介して受信されるデータビットのサンプリングされた振幅の分布の偶数次モーメントの比率と実際のＢＥＲとの間の関係を示すグラフ表示である。 図１の通信システムを介して受信されるデータビットのサンプリングされた振幅の分布の奇数次モーメントの比率と実際のＢＥＲとの間の関係を示すグラフ表示である。 図１の通信システムを介して受信されるデータビットのサンプリングされた振幅の分布の３次モーメントに対する２次モーメントの比率と実際のＢＥＲとの間の関係を示すグラフ表示である。 図１の通信システムを介して受信されるデータビットのサンプリングされた振幅の分布の偶数次モーメントの比率と実際の対数ＢＥＲとの間の関係を示すグラフ表示である。 図１の通信システムを介して受信されるデータビットのサンプリングされた振幅の分布の奇数次モーメントの比率と実際の対数ＢＥＲとの間の関係を示すグラフ表示である。 図１の通信システムを介して受信されるデータビットのＢＥＲの概算値のヒストグラムであって、ＢＥＲの実際の値が５％のヒストグラムである。 図１の通信システムを介して受信されるデータビットのＢＥＲの概算値のヒストグラムであって、ＢＥＲの実際の値が３０％のヒストグラムである。 ＢＥＲの実際の値が３０％であり且つサンプリング周期が１６ｍｓから０．１ｓへ延長される場合の図１の通信システムを介して受信されるデータビットのＢＥＲの概算値のヒストグラムである。 ガウス雑音及びレイリー分散フェーディングの存在下における図１の通信システムを介して受信されるデータビットのサンプリングされた振幅の分布の４次モーメントに対する２次モーメントの比率と実際のＢＥＲとの間の関係を示すグラフ表示である。

Claims (41)

1. 信号品質を概算するための装置であって、
   信号のシンボルが受信される大きさをサンプリングするための受信器と、
   Ｆ_１及びＦ_２はそれぞれサンプリングされた大きさの一つ以上のモーメントの関数であり、かつ、Ｆ_１及びＦ_２は同一ではないものとして、比率Ｆ_１／Ｆ_２を決定するとともに、決定された比率から信号品質を概算するためのプロセッサと、
   を備えることを特徴とする装置。
2. ｉは一つのモーメントＭ_ｉの次数であるとして、Ｆ_１は、サンプリングされた大きさの一つのモーメントＭ_ｉの関数Ｆ_１［Ｍ_ｉ］であり、ｊは他のモーメントＭ_ｊの次数であり且つｉ≠ｊであるとして、Ｆ_２は、サンプリングされた大きさの他のモーメントＭ_ｊの関数Ｆ_２［Ｍ_ｊ］であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. Ｆ_１［Ｍ_ｉ］＝Ｍ_ｉ ^ｋ／ｉであり、Ｆ_２［Ｍ_ｊ］＝Ｍ_ｊ ^ｋ／ｊであり、ｋは任意の実数であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. Ｍ_ｉは、信号のｉ乗の期待値として計算され、Ｍ_ｊは、信号のｊ乗の期待値として計算されることを特徴とする請求項２又は３に記載の装置。
5. Ｆ_１及びＦ_２の少なくとも一方は、正規化係数を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
6. 比率Ｆ_１［Ｍ_ｉ］／Ｆ_２［Ｍ_ｊ］は、一方のモーメントＭ_ｉと他方のモーメントＭ_ｊとの間の比率を構成していることを特徴とする請求項２に記載の装置。
7. モーメントＭ_ｉ及びＭ_ｊは、いずれも偶数次モーメントであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. モーメントＭ_ｉ及びＭ_ｊは、いずれも奇数次モーメントであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
9. Ｍ_ｉは２次モーメントを構成し、Ｍ_ｊは４次モーメントを構成することを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. 前記プロセッサは、サンプリングされた大きさの分布の非対称性の度合い、サンプリングされた大きさのモーメントの値、概算された信号品質のうちの少なくとも一つに従ってモーメントのうちの少なくとも一つの次数を変えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記プロセッサは、前記比率から信号品質パラメータのための値を得ることにより信号品質を概算することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 異なる比率における信号品質パラメータ値のルックアップテーブルを更に備え、前記プロセッサは、得られた比率を前記ルックアップテーブル中の一つ以上の比率と比較することにより信号品質パラメータ値を得ることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記比較は、信号品質パラメータ値を得るために前記ルックアップテーブル中の信号品質パラメータ値間で補間を行うことを含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 前記ルックアップテーブル中の信号品質パラメータ値が対数的に離間していることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の装置。
15. 前記信号品質パラメータは、ビット誤り率、信号対雑音比、ブロック誤り率、パケット誤り率のうちの一つであることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記受信器は、信号中の一つのシンボルストリームの総てのシンボルの大きさをサンプリングすることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 前記受信器は、ある期間中に受信されたシンボルの大きさをサンプリングすることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 前記プロセッサは、概算された信号品質に従って前記期間を変えることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 前記シンボルは、ビットであることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の装置。
20. 前記大きさは、振幅であることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の装置。
21. 信号品質を概算する方法であって、
    信号のシンボルが受信される大きさをサンプリングするステップと、
    Ｆ_１及びＦ_２はそれぞれサンプリングされた大きさの一つ以上のモーメントの関数であり、かつ、Ｆ_１及びＦ_２は同一ではないものとして、比率Ｆ_１／Ｆ_２を決定するステップと、
    決定された比率から信号品質を概算するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
22. ｉは一つのモーメントＭ_ｉの次数であるとして、Ｆ_１は、サンプリングされた大きさの一つのモーメントＭ_ｉの関数Ｆ_１［Ｍ_ｉ］であり、ｊは他のモーメントＭ_ｊの次数であり且つｉ≠ｊであるとして、Ｆ_２は、サンプリングされた大きさの他のモーメントＭ_ｊの関数Ｆ_２［Ｍ_ｊ］であることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. Ｆ_１［Ｍ_ｉ］＝Ｍ_ｉ ^ｋ／ｉであり、Ｆ_２［Ｍ_ｊ］＝Ｍ_ｊ ^ｋ／ｊであり、ｋは任意の実数であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. Ｍ_ｉは、信号のｉ乗の期待値として計算され、Ｍ_ｊは、信号のｊ乗の期待値として計算されることを特徴とする請求項２２又は２３に記載の方法。
25. Ｆ_１及びＦ_２の少なくとも一方は、正規化係数を含んでいることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
26. 比率Ｆ_１［Ｍ_ｉ］／Ｆ_２［Ｍ_ｊ］は、一方のモーメントＭ_ｉと他方のモーメントＭ_ｊとの間の比率を構成していることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
27. 両方のモーメントが偶数次モーメントであることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
28. 両方のモーメントが奇数次モーメントであることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
29. 一方のモーメントが２次モーメントであり、他方のモーメントが４次モーメントであることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
30. サンプリングされた大きさの分布の非対称性の度合い、サンプリングされた大きさのモーメントの値、概算された信号品質のうちの少なくとも一つに従ってモーメントのうちの少なくとも一つの次数を変えるステップを含むことを特徴とする請求項２１乃至２９のいずれか一項に記載の方法。
31. 前記比率から信号品質パラメータのための値を得ることにより信号品質を概算するステップを含むことを特徴とする請求項２１乃至３０のいずれか一項に記載の方法。
32. 得られた比率を、異なる比率における信号品質パラメータ値のルックアップテーブル中の一つ以上の比率と比較することにより、信号品質パラメータ値を得るステップを含むことを特徴とする請求項２１乃至３１のいずれか一項に記載の方法。
33. 前記比較は、信号品質パラメータ値を得るために前記ルックアップテーブル中の信号品質パラメータ値間で補間を行うことを含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
34. 前記ルックアップテーブル中の信号品質パラメータ値が対数的に離間していることを特徴とする請求項３２又は３３に記載の方法。
35. 前記信号品質パラメータは、ビット誤り率、信号対雑音比、ブロック誤り率、パケット誤り率のうちの一つであることを特徴とする請求項３１乃至３４のいずれか一項に記載の方法。
36. 信号中の一つのシンボルストリームの総てのシンボルの大きさをサンプリングするステップを含むことを特徴とする請求項２１乃至３５のいずれか一項に記載の方法。
37. ある期間中に受信されたシンボルの大きさをサンプリングするステップを含むことを特徴とする請求項２１乃至３６のいずれか一項に記載の方法。
38. 概算された信号品質に従って前記期間を変えるステップを含むことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
39. 前記シンボルは、ビットであることを特徴とする請求項２１乃至３８のいずれか一項に記載の方法。
40. 前記大きさは、振幅であることを特徴とする請求項２１乃至３９のいずれか一項に記載の方法。
41. コンピュータ処理手段によって処理されるときに、請求項２１乃至４０のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されているコンピュータプログラムコード。