JP3746580B2

JP3746580B2 - Ｃｄｍａ信号の波形品質測定方法

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Publication number: JP3746580B2
Application number: JP32840296A
Authority: JP
Inventors: 寿一中田
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2016-12-09
Also published as: US6104983A; DE69736546T2; JPH10173628A; EP0847153A2; EP0847153A3; DE69736546D1; EP0847153B1; KR19980063938A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、移動通信などに用いられているＣＤＭＡ（コード分割多元接続）方式の変調信号の波形品質を測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤＭＡ移動通信の基地局より放射される電波の各チャネル信号の評価パラメータ、つまり電力係数ρ_i、出力タイミングΔτ_i、位相オフセットΔθ_iを測定する従来の方法は例えばＨｅｗｌｅｔｔ−ＰａｃｋｏｒｄＪｏｕｒｎａｌＦｅｂ、１９９６、ｐｐ．７３〜９３“ＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆＣｏｄｅ−ＤｏｍａｉｎＰｏｗｅｒ，ＴｉｍｉｎｇａｎｄＰｈａｓｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ”に示されている。
【０００３】
この従来の方法を図３を参照して簡単に説明する。入力端子１１から基地局のＣＤＭＡ信号が入力され、ダウンコンバータ１２により中間周波信号に変換され、その中間周波信号は増幅器１３で増幅され、フィルタ１４で帯域制限された後、Ａ／Ｄ変換器１５でデジタル信号に変換される。このデジタル信号とされた測定信号は直交変換部１６で複素ベースバンド信号に変換され、このベースバンド信号は周波数・位相補償部１７で周波数ずれ及び位相ずれが補償された後、ρ_i計算・ビット検出部１８及びパラメータ評価部１９へ供給される。
【０００４】
パイロット信号生成部２０からの既知のパイロット信号が生成され、このパイロット信号と周波数・位相補償部１７の出力とからρ_i計算・ビット検出部１８で各チャネルごとの電力係数ρ_iが計算され、かつビットが検出される。その検出ビットと電力係数ρ_iと、パイロット信号とが理想信号生成部２１へ供給されて理想信号が生成され、その理想信号と周波数・位相補償部１７の出力がパラメータ評価部１９へ入力され、これら両信号の差の二乗平均を最小にするようにして、入力信号中のパイロットチャネルに対する他の各チャネルの出力タイミング（ずれ）Δτ_i、位相オフセット（ずれ）Δθ_iがそれぞれ演算され、このΔτ_i、Δθ_iを理想信号に帰還して、理想信号を作り直し、Δτ_i、Δθ_iを求めることを繰り返す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法はパラメータ評価部１９においてはΔτ_i、Δθ_iを最適化して求め、この際、電力係数ρ_iに対する最適化は行われていない。このため、得られた電力係数ρ_iはΔτ_i、Δθ_iの影響が含まれたもので、測定精度が悪かった。またこの精度の悪い電力係数ρ_iを用いて理想信号を生成するため、Δτ_i、Δθ_iも精度が悪いものとなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば直交変換ステップで入力信号を各種パラメータにより補正して測定ベースバンド信号を作り、その測定ベースバンド信号から復調データと初期推定振幅値を復調ステップで出力し、その復調データと振幅値、その他の推定パラメータから理想信号生成ステップで理想信号を生成し、その理想信号と測定ベースバンド信号から各種パラメータをパラメータ推定ステップで推定し、その推定された各種パラメータをもとに最適化ステップで測定ベースバンド信号、理想信号の生成に対し最適化して上記復調ステップ、理想信号ステップ、パラメータ推定ステップを行うことを繰返し、その最適化が得られた後、電力係数を電力係数計算ステップで計算する。
【０００７】
この発明ではパラメータ推定ステップで全パラメータについて推定を行う。この手法について説明する。次式で示すように測定信号Ｚと理想信号Ｒとの差εの二乗が最小になるように理想信号Ｒを最適化する。
ε²＝Σ _k=1 ^64N｜Ｚ_k−Ｒ＾_k｜² ・・・（１）
ｋはサンプリングされたデータの番号、Ｚ_kは測定信号Ｚをチップ間隔でサンプリングしたデータＺ_b＝Ｚ（ｔ_k）であり、Ｒ＾_kはεが最小になった時の最適理想信号を示す。
【０００８】
最適理想信号Ｒ＾_kは次の式で表わされる。

τ＾_iはｉ番チャネル信号の出力タイミングの最適値、Δω＾はキャリア周波数誤差の最適値、θ＾_iはｉ番チャネル信号のキャリア位相の最適値であり、
Σ _iはすべてのチャネルの理想信号の加算を表わす。
【０００９】
理想信号Ｒ_iは次式で表わせる。
Ｒ_i(t) ＝ａ_i［Σ _kｇ（ｔ−ｋＴ_c）cos φ_i.k＋ｊΣ _kｇ（ｔ−ｋＴ_c）sin φ_i.k］・・・（３）
上記最適化の過程（ステップ）で最適化されたとして、ａ_iをａ＾_iと置き換える。
【００１０】
Ｒ_i(t) ＝ａ＾_i［Σ _kｇ（ｔ−ｋＴ_c）cos φ_i.k＋ｊΣ _kｇ（ｔ−ｋＴ_c）sin φ_i.k］・・・（４）
この式の［］内は振幅が１の理想信号であり、ａ＾_iはｉ番チャネル信号の振幅の最適値であり、Ｒ＾_kは次式で表わせる。

Ｒ_i´は式（４）中の［］の部分である。
【００１１】
これらのパラメータの最適値から、
Δω＾：キャリア周波数誤差の推定値
Δτ＾_i＝τ＾_i−τ＾₀：０番目チャネルに対するｉ番目のチャネルのタイミング差（遅延差）の推定値
Δθ＾_i＝θ＾_i−θ＾₀：０番目の各チャネルに対するｉ番目のチャネルの位相差の推定値
が求められる。つまり０番目チャネルの推定遅延量τ＾₀、推定位相量θ＾₀は測定タイミング、測定時の位相の各適当な位置からの値になり、これらとその測定タイミングに対するｉ番目チャネルの推定遅延量τ＾_i、推定位相θ＾_iとからΔτ＾_i、Δθ＾_iがそれぞれ求まる。
【００１２】
最適化の過程においては、Ｚはτ＾₀が零になるようにサンプリングをやり直す。よって最終的にはτ＾₀が零となる時刻のサンプリングデータを元に最適化パラメータが決定される。最適化を終了した時点での測定信号Ｚを用いて次式により各チャネルの電力係数ρ_iが求められる。
【００１３】
【数１】

ｊ，ｋはサンプリング番号の代わりに用いた記号であり、いままでのｋをｋ´と書くと次式で表わせる。
ｋ´＝ｋ−１＋（ｊ−１）×６４
Ｒ_i.j.kは今までのＲ″と同じである。
【００１４】
式（１）で与えられたε²を最小化するためには、各パラメータで偏微分した式がゼロとなるようにすればよい。その各偏微分式は各パラメータの組み合わせの多項式になるが、各パラメータの二次以降の項を省略して近似して連立一次方程式を立て、連立方程式を解くことにより各パラメータを決定する。現在定義しているパラメータΔω＾，τ＾_i，θ＾_i，ａ＾_iを最適化式のパラメータとして扱うために、次の補正パラメータω′，τ′_i，θ′_i，ａ′_iを導入する。
【００１５】
Δω＾＝ω′＋Δω
τ＾_i＝τ′_i＋Δτ_i
θ＾_i＝θ′_i＋Δθ_i
ａ＾_i＝ａ′_i＋Δａ_i
これらのパラメータに於いてΔの付くパラメータが最終的にはゼロになるように最適化される。この最適化がなされる前はω′，τ′_i，θ′_i，ａ′_iは誤差を含んでいる。ω′は、最適化される前の推定値としてこのパラメータで測定信号を補正しておく。その他、τ′_i等は、最適化される前の推定値として理想信号を補正しておく。
【００１６】
これらのパラメータを導入することによって関数がゼロ点のまわりで近似できるようになり、最適化式の導出が容易になる。また、最適化式で近似式を用いても最適化ループを組むことによりω′等は補正されてゆくので、最適化ループの回数を重ねると近似精度が高くなってゆく。
τ′_iの定式化
理想信号Ｒの式においてτを定式化する。理想信号Ｒはサンプリング間隔でのデータだけが得られているものとする。サンプリング間隔の時刻をｔ_kで表してきた。よってＲは、
Ｒ（ｔ_k）
このサンプリングされたＲからτだけずらした値
Ｒ（ｔ_k−τ）
を得る方法としてデジタルフィルタリングの手法が知られている。適当なデジタルフィルタのインパルス応答をｈ(t) とすると、あらかじめτだけずらしたインパルス応答ｈ（ｍＴ_s−τ）を求めておき、このインパルス応答を用いると次の式によりτずれたＲが得られる。
Ｒ（ｔ_k−τ）＝Σ _m=-M ^Mｈ（ｍＴ_s−τ）・Ｒ（ｔ_k−ｍＴ_s）・・（７）
ここでＴ_sはサンプリング間隔である。このインパルス応答をゼロのまわりでテーラー展開して二次の項までで近似する。するとインパルス応答は次の式で書ける。
【００１７】
ｈ（ｍＴ_s−τ）≒ａ（ｍＴ_s）・τ²＋ｂ（ｍＴ_s）・τ＋ｃ（ｍＴ_s）・・・（８）
この式を用いてＲを書き直せば、

ここで、ｔ_k＝ｋＴ_sであるから、Ｔ_sを省略し、
Ｒ（ｔ_k−τ）＝［Σ _m=-M ^Mａ（ｍ) ・Ｒ（ｋ−ｍ）］・τ²＋［Σ _m=-M ^Mｂ（ｍ) ・Ｒ（ｋ−ｍ）］・τ＋［Σ _m=-M ^Mｃ（ｍ) ・Ｒ（ｋ−ｍ）］・・・（９）
とした。
【００１８】
この式を定義式に代入することによって、各パラメータによる連立方程式を立てることができる。
すべての数式を用いて最適化式を作ると非常に複雑になり、また、まとめて事前に計算しておくと計算量が減るので、次の５つの記号を導入してまとめる。
【００１９】
【数２】

定義式（１）から、それぞれのパラメータについての偏微分式を解く。
たとえば、∂ε²／∂Δω＝０として偏微分を実行して各パラメータの一次の項までで近似すると、各パラメータの項と定数項ができ、
【００２０】
【数３】

となる。ｐは、各項の係数である。このｐが係数行列になる。
以下で、それぞれの偏微分の結果を示す。・の左側にパラメータΔω，Δａ_i，Δτ_i，Δθ_i，Const を、・の右側に係数ｐ（ΔωΔω），ｐ（ΔωΔａ_i），ｐ（ΔωΔτ_i），ｐ（ΔωΔθ_i），ｃｏｎｓｔを示してある。
【００２１】
【数４】

【００２２】
【数５】

【００２３】
【数６】

【００２４】
【数７】

以上で与えられる係数ｐの行列とパラメータΔω，Δａ_i，Δτ_i，Δθ_iの行列との図１に示す連立方程式を解いて、各パラメータの値を求める。
この得られたパラメータΔω，Δａ_i，Δτ_i，Δθ_iを用いて補正パラメータω′，ａ′_i，τ′_i，θ′_iを次のように更新する。
【００２５】
ω′←ω′＋Δω
ａ′_i←ａ′_i＋Δａ_i
τ′_i←τ′_i＋Δτ_i
θ′_i←θ′_i＋Δθ_i ・・・（15）
この更新された補正パラメータにより、測定信号Ｚの補正、理想信号Ｒの再生成を行い、前記最適化を繰返す。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図２にこの発明の実施例を示し、図３と対応する部分に同一符号を付けてある。Ａ／Ｄ変換器１５よりのデジタル中間周波信号は直交変換部１７でベースバンド信号に変換されると共に、受信フィルタ又は測定用フィルタであるコンプリメンタリフィルタに通されてベースバンド測定信号Ｚ（ｋ）が得られる。この測定信号Ｚは、復調部２５においてパイロット信号生成部２０からのパイロット信号（ＰＮ符号）により逆拡散されてビットデータが復調され、同時に各チャネルの振幅ａ′_iが検出される。理想信号・補助データ生成部２６において、復調部２５よりのビットデータとパイロット信号生成部２０からのパイロット信号（ＰＮ符号）とから理想信号Ｒ_iが生成され、更にこの理想信号Ｒ_iから、式（１０）〜（１４）を演算して補助データが生成される。
【００２７】
なお、理想信号Ｒ_iは次のようにして得る。即ち復調部２５からの各チャネルｉの復調ビットデータをパイロット信号生成部２０からのＩ側のパイロット信号（ＰＮ符号）及びＱ側のパイロット信号（ＰＮ符号）でそれぞれ拡散し、その拡散されたＩ側チップ列、Ｑ側チップ列のそれぞれのチップ“０”を＋√２に、チップ“１”を−√２にそれぞれ変換して振幅が１のＱＰＳＫ信号のＩ，Ｑ信号を得、つまり振幅が正規化された理想信号Ｒ_i( ｋ−ｍ）が得られる。この理想信号Ｒ_i( ｋ−ｍ）と復調部２５からの振幅ａ´_iとを用いて式（１０）〜（１４）の補助データＡ_i( ｋ），Ｂ_i（ｋ），Ｃ_i( ｋ），Ｉ_i( ｋ），Ｈ_i( ｋ）が演算される。
【００２８】
これら補助データＡ_i (ｋ），Ｂ_i（ｋ），Ｃ_i（ｋ），Ｉ_i（ｋ），Ｈ_i（ｋ）と測定信号Ｚ（ｋ）とがパラメータ推定部２７に入力され、図１に示した連立方程式が解かれ、その解として各推定値Δａ_i，Δτ_i，Δθ_i，Δωが得られる。これら推定値を用いて変換部２８でそれまでの補正パラメータａ′_i，τ′_i，θ′_i，ω′が式（１５）により更新される。この更新された補正パラメータａ′_i，τ′_i，θ′_i，ω′を用いて、測定信号Ｚ（ｋ）に対する補正を行い、その補正された測定信号Ｚ（ｋ）について、再び復調部２５、理想信号・補助データ生成部２６、パラメータ推定部２７、変換部２８の各処理を行うことを、推定値Δａ_i，Δτ_i，Δθ_i，Δωが最適化するまで、ゼロ乃至これに近い、または繰返しても値が変化しなくなるまで行う、この繰返しが最適化ステップである。この最適化ステップにより、測定信号Ｚ（ｋ）のみならず、理想信号Ｒ_iに対する補正も行われることになる。
【００２９】
測定信号Ｚ（ｋ）に対する補正は前回のＺ（ｋ）に対し、次の演算により行う。

初期値として、ａ′₀＝１，τ′₀＝０，θ′₀＝０，ω′＝０とし、パラメータ推定部２７で推定値が得られるごとに、新たなａ′₀，τ′₀，θ′₀，ω′について、式（１６）を演算する。つまりこの補正演算は直交変換部・コンプリメンタルフィルタ１７に入力された信号、即ちＡ／Ｄ変換器１５の出力に対して行う。ベースバンドに変換された測定信号Ｚ（ｋ）に対して補正演算を行ってもよいが、このベースバンドに変換された信号はコンプリメンタルフィルタ（入力信号の帯域幅と同一の通過帯域幅）を通過した後の信号であり、周波数誤差が大であれば、このフィルタ処理により、信号の一部が除去され、つまりパラメータ推定等に用いられるべき測定信号が削られてしまうおそれがある。従って周波数推定の結果をコンプリメンタルフィルタの前段で補正する。ただし直交変換部・コンプリメンタルフィルタ１７でコンプリメンタルフィルタとせず十分帯域の広い低域通過フィルタを用いればベースバンドとされた測定信号に対して補正を行ってもよい。
【００３０】
また補正パラメータａ′_i，τ′_i，θ′_iを変換部２９で次式の変換を行う。
ａ″_i＝ａ′_i／ａ′₀
τ″_i＝τ′_i−τ′₀
θ″_i＝θ′_i−θ′₀ ただしｉ≠０・・・(17)
測定信号Ｚ（ｋ）については０番目チャネルのパラメータは式（１６）で補正されているから、０番目理想信号Ｒ_Oを補正するパラメータは正規化されて次の値となる。
【００３１】
ａ″₀＝１
τ″₀＝０
θ″₀＝０
０番目以外のチャネルの理想信号Ｒ_iに対するパラメータは０番目のパラメータで補正されて式（１７）となる。
【００３２】
つまり、前記最適化ステップの最初の繰り返しにおいては測定信号Ｚ（ｋ）に対して０番目チャネルの補正パラメータで補正されるので、補助データ生成部２６で用いる補正パラメータとして０番目チャネルのパラメータで正規化された式（１７）、つまり変換部２９の変換出力を用いる。即ち式（１７）で考えられるパラメータを用いて式（１０）〜（１４）の演算を行って補助データＡ_i（ｋ），Ｂ_i（ｋ），Ｃ_i（ｋ），Ｉ_i（ｋ），Ｈ_i（ｋ）を求める。この補助データを求める演算には、式（１６）により補正されたＺ（ｋ）を復調部２５で復調し、その結果のビットデータと、振幅ａ′_iを用いる。
【００３３】
以上、パラメータ推定部２７から推定値が得られるごとに前記両補正を行い、再びパラメータ推定を行うことを繰返し、この推定値が最適化すると、その時の測定信号Ｚ（ｋ）とパイロット信号（ＰＮ符号）とから電力係数ρ演算部３１で式（６）の演算を行って電力係数ρ_iを求める。なお式（６）は測定規格で示され、従来の技術で用いられているものと同一である。
【００３４】
また、変換部３２で次式の演算を行い、
ａ＾_i＝ａ′_i
Δτ＾_i＝τ′_i−τ′₀
Δθ＾_i＝θ′_i−θ′₀
Δω＾＝ω′ ・・・（18)
これらのパラメータａ＾_i，Δτ＾_i，Δθ＾_i，Δω＾，τ＾₀、演算部３１で求めた電力係数ρ_iを表示部３３に表示する。なお何れかのパラメータの推定を省略して、簡略化することができる。例えばΔａ′の推定をやめ、復調部２５で得られた振幅をそのまま用い、あるいはΔτ′の推定を省略して、Δτ′＝０とし、同様にΔωの推定を省略して、Δω＝０としてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、推定したパラメータにより測定信号Ｚ（ｋ）、理想信号Ｒ_iの補正を行い、その補正した両信号を用いて、再びパラメータ推定を行うことを推定したパラメータが最適化するまで行い、この最適化には全パラメータを用いているため全てのパラメータが最適化され、その最適化された後にその測定信号を用いて電力係数ρ_iを求めているため、電力係数ρ_iを精度よく求めることができる。また他のパラメータも測定信号を最適化ループに含めているため、精度がよいものが求まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のパラメータ推定ステップで用いる連立方程式を示す図。
【図２】この発明の実施例の機能構成を示すブロック図。
【図３】従来のＣＤＭＡ基地局送信信号の波形品質測定方法の機能構成を示すブロック図。

Claims

直交変換によりベースバンドとされたデジタルの測定信号に対し、搬送周波数のずれを補正する補正ステップと、
上記補正された測定信号を復調して、復調データと振幅値を得る復調ステップと、
上記復調データと上記振幅値と、推定パラメータから理想信号を生成する理想信号生成ステップと、
上記理想信号と上記補正された測定信号とから各種パラメータを推定するパラメータ推定ステップと、
上記推定されたパラメータを用いて、上記補正ステップの補正及び上記理想信号生成ステップの理想信号の生成を行い、かつ上記復調ステップ及び上記パラメータ推定ステップの各処理を行って上記推定パラメータが最適化されるまで上記補正、復調、推定を繰返す最適化ステップと、
上記最適化された状態で上記測定信号の電力係数を計算する電力係数演算ステップと、
を有するＣＤＭＡ信号の波形品質測定方法。
上記補正ステップは、上記測定信号に対しその測定信号中の特定チャネルの振幅パラメータ、遅延パラメータ、位相パラメータによる補正も行い、
上記パラメータ推定ステップでは、上記測定信号と上記理想信号との誤差の二乗を最小化するパラメータを近似連立方程式を解くことにより振幅パラメータ、遅延パラメータ、位相パラメータを推定することを特徴とする請求項１記載のＣＤＭＡ信号の波形品質測定方法。
上記パラメータ推定ステップは上記理想信号、振幅パラメータ、遅延パラメータ、位相パラメータとデータ番号（時刻）ｋを変数とする５つの補助データＡ（ｋ）、Ｂ（ｋ）、Ｃ（ｋ）、Ｉ（ｋ）、Ｈ（ｋ）を求めるステップと、上記５つの補助データと上記測定信号とを用いて、上記近似連立方程式を解くステップとよりなることを特徴とする請求項２記載のＣＤＭＡ信号の波形品質測定方法。