JP2001211104A - 受信機および符号分割多元接続システム - Google Patents
受信機および符号分割多元接続システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アンテナアレイを用いて干渉を低減し、適度
な計算量で信号獲得および信号処理を改善したＣＤＭＡ
システムおよびその動作方法を実現する 【解決手段】 システムは、複数のアンテナからなるア
ンテナアレイに接続され複数のユーザにサービスする基
地局を有する。基地局内の受信機２０は、アンテナアレ
イに接続された普遍逆相互相関行列と、各ユーザにサー
ビスする信号獲得回路および信号処理回路２２とを有す
る。各信号獲得回路は、遅延段の列を有する。その各段
において、入力アンテナ信号と、拡散符号との相関をと
り、普遍逆相互相関行列に接続された乗算器で結合する
ことにより、信号獲得の時間遅延推定を改善する。各乗
算器は、その段の相関後の信号を、普遍逆相互相関行列
の出力と結合して、与えられた期間のアンテナパスにお
ける信号エネルギーを表す信号振幅を生成する。
な計算量で信号獲得および信号処理を改善したＣＤＭＡ
システムおよびその動作方法を実現する 【解決手段】 システムは、複数のアンテナからなるア
ンテナアレイに接続され複数のユーザにサービスする基
地局を有する。基地局内の受信機２０は、アンテナアレ
イに接続された普遍逆相互相関行列と、各ユーザにサー
ビスする信号獲得回路および信号処理回路２２とを有す
る。各信号獲得回路は、遅延段の列を有する。その各段
において、入力アンテナ信号と、拡散符号との相関をと
り、普遍逆相互相関行列に接続された乗算器で結合する
ことにより、信号獲得の時間遅延推定を改善する。各乗
算器は、その段の相関後の信号を、普遍逆相互相関行列
の出力と結合して、与えられた期間のアンテナパスにお
ける信号エネルギーを表す信号振幅を生成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、符号分割多元接続
（ＣＤＭＡ）のシステムおよび動作方法を用いたワイヤ
レスシステムに関し、特に、受信機において複数のアン
テナを使用するワイヤレスＣＤＭＡシステムに関する。
（ＣＤＭＡ）のシステムおよび動作方法を用いたワイヤ
レスシステムに関し、特に、受信機において複数のアン
テナを使用するワイヤレスＣＤＭＡシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＤＭＡシステムでは、受信機において
干渉を低減する処理は、ノイズの低減によりリンク品質
を改善し、システムによりサービスされるユーザ（移動
機という）の数の増大によりシステム容量を改善する。
したがって、干渉の低減はＣＤＭＡシステムの重要な目
標である。しかし、ＣＤＭＡ受信機で信号処理を行うこ
とができる前に、逆拡散が可能になるように、各受信信
号のタイミングを正確に推定しなければならない。各受
信信号のタイミングを推定するプロセスを同期という。
従来提案されている、干渉を低減する信号処理方法は、
処理の前に同期が完了していることを仮定している。し
かし、すべての受信信号の時間遅延を推定することは、
受信信号の数が増大するにつれて干渉が増大するため
に、より困難になる。
干渉を低減する処理は、ノイズの低減によりリンク品質
を改善し、システムによりサービスされるユーザ（移動
機という）の数の増大によりシステム容量を改善する。
したがって、干渉の低減はＣＤＭＡシステムの重要な目
標である。しかし、ＣＤＭＡ受信機で信号処理を行うこ
とができる前に、逆拡散が可能になるように、各受信信
号のタイミングを正確に推定しなければならない。各受
信信号のタイミングを推定するプロセスを同期という。
従来提案されている、干渉を低減する信号処理方法は、
処理の前に同期が完了していることを仮定している。し
かし、すべての受信信号の時間遅延を推定することは、
受信信号の数が増大するにつれて干渉が増大するため
に、より困難になる。
【０００３】ＣＤＭＡシステムにおいて干渉を低減しシ
ステム容量を増大させる１つの信号処理方法は、複数の
アンテナあるいはアンテナアレイを使用するものであ
る。アンテナアレイは、ダイバーシチ受信を行うことが
できる（ダイバーシチ利得という）とともに、平均の信
号対ノイズ比を改善する（アパーチャ利得という）た
め、マルチパスフェージングの存在下でワイヤレスリン
クがより頑強（ロバスト）になる。また、アンテナアレ
イは、適当なアンテナ結合を通じて干渉除去を達成する
ことも可能である（信号対干渉＋ノイズ（ＳＩＮＲ）利
得という）。容量改善は、干渉を消去し所望の信号を強
調するように各アンテナの重みつき出力を結合すること
によって実現される。重みは、最適化基準および対応す
る適応アルゴリズムに従って計算される（また、必要で
あればリアルタイムで追跡される）。通常のアルゴリズ
ムは、受信される各信号ごとに、アンテナ相互相関行列
の推定を必要とする。相互相関行列は、干渉を低減する
のに適当なアンテナ重みを計算する際に有用な、干渉信
号に関する情報（例えば、パワーや、到着角）を含む。
ＣＤＭＡシステムでは、相互相関行列は通常、後相関信
号(post-correlated signal)（すなわち、逆拡散後の信
号）を用いて形成される。相関前の（前相関）行列は、
チップレートでベクトル外積を計算することを含み、こ
れは高速計算を必要とする。他方、相関後の相互相関行
列を計算することは、同期が事前に行われることを必要
とし、これは、改善された信号獲得技術を必要とする。
従来必要とされているのは、信号獲得において干渉低減
のための改善された同期技術を提供するとともに、前相
関信号を処理する際の計算量（複雑さ）があまり大きく
ならないような、ＣＤＭＡシステムおよびその動作方法
である。
ステム容量を増大させる１つの信号処理方法は、複数の
アンテナあるいはアンテナアレイを使用するものであ
る。アンテナアレイは、ダイバーシチ受信を行うことが
できる（ダイバーシチ利得という）とともに、平均の信
号対ノイズ比を改善する（アパーチャ利得という）た
め、マルチパスフェージングの存在下でワイヤレスリン
クがより頑強（ロバスト）になる。また、アンテナアレ
イは、適当なアンテナ結合を通じて干渉除去を達成する
ことも可能である（信号対干渉＋ノイズ（ＳＩＮＲ）利
得という）。容量改善は、干渉を消去し所望の信号を強
調するように各アンテナの重みつき出力を結合すること
によって実現される。重みは、最適化基準および対応す
る適応アルゴリズムに従って計算される（また、必要で
あればリアルタイムで追跡される）。通常のアルゴリズ
ムは、受信される各信号ごとに、アンテナ相互相関行列
の推定を必要とする。相互相関行列は、干渉を低減する
のに適当なアンテナ重みを計算する際に有用な、干渉信
号に関する情報（例えば、パワーや、到着角）を含む。
ＣＤＭＡシステムでは、相互相関行列は通常、後相関信
号(post-correlated signal)（すなわち、逆拡散後の信
号）を用いて形成される。相関前の（前相関）行列は、
チップレートでベクトル外積を計算することを含み、こ
れは高速計算を必要とする。他方、相関後の相互相関行
列を計算することは、同期が事前に行われることを必要
とし、これは、改善された信号獲得技術を必要とする。
従来必要とされているのは、信号獲得において干渉低減
のための改善された同期技術を提供するとともに、前相
関信号を処理する際の計算量（複雑さ）があまり大きく
ならないような、ＣＤＭＡシステムおよびその動作方法
である。
【０００４】ＣＤＭＡシステムにおいて干渉を低減する
ことに関係する従来技術には以下のものがある。
ことに関係する従来技術には以下のものがある。
【０００５】米国特許第５，５００，８５６号（発行
日：１９９６年３月１９日）には、各チャネルの送信情
報ビットと、各チャネルの拡散符号データ系列と各チャ
ネルの拡散符号データ系列間のあらかじめ求められた相
互相関行列に対する逆行列の成分との積の総和との積を
表すデータのセットを記憶するメモリを有する送信デコ
リレータが記載されている。総和は、逆行列の行の方向
についての積を加算したものに対応する。カウンタ装置
の動作により、メモリは、データを順次出力する。加算
器が、各チャネルについてメモリから出力されたデータ
の総和を計算するように作用する。
日：１９９６年３月１９日）には、各チャネルの送信情
報ビットと、各チャネルの拡散符号データ系列と各チャ
ネルの拡散符号データ系列間のあらかじめ求められた相
互相関行列に対する逆行列の成分との積の総和との積を
表すデータのセットを記憶するメモリを有する送信デコ
リレータが記載されている。総和は、逆行列の行の方向
についての積を加算したものに対応する。カウンタ装置
の動作により、メモリは、データを順次出力する。加算
器が、各チャネルについてメモリから出力されたデータ
の総和を計算するように作用する。
【０００６】米国特許第５，５６８，４７３号（発行
日：１９９６年１０月２２日）には、システム内のすべ
てのユーザの拡散系列を表す単一の参照系列を構成する
ことにより、他のユーザからの干渉を消去することが記
載されている。他のユーザからの干渉を消去することが
できるためには、各受信機が、システム内の他の各ユー
ザに対する個別のデコリレータを使用することや、あら
ゆる送信信号の受信パワーレベルの正確な推定を行うこ
とは不要である。
日：１９９６年１０月２２日）には、システム内のすべ
てのユーザの拡散系列を表す単一の参照系列を構成する
ことにより、他のユーザからの干渉を消去することが記
載されている。他のユーザからの干渉を消去することが
できるためには、各受信機が、システム内の他の各ユー
ザに対する個別のデコリレータを使用することや、あら
ゆる送信信号の受信パワーレベルの正確な推定を行うこ
とは不要である。
【０００７】従来技術には、アンテナアレイを用いたＣ
ＤＭＡシステムおよびその動作方法において、信号獲得
の際の干渉低減のための同期を改善し、信号獲得および
信号処理の両方の計算量があまり大きくならないような
ものはない。
ＤＭＡシステムおよびその動作方法において、信号獲得
の際の干渉低減のための同期を改善し、信号獲得および
信号処理の両方の計算量があまり大きくならないような
ものはない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、１個
以上のアンテナアレイを用いて干渉を低減し、適度な計
算量で信号獲得および信号処理を改善したＣＤＭＡシス
テムおよびその動作方法を実現することである。
以上のアンテナアレイを用いて干渉を低減し、適度な計
算量で信号獲得および信号処理を改善したＣＤＭＡシス
テムおよびその動作方法を実現することである。
【０００９】本発明のもう１つの目的は、１個以上のア
ンテナアレイを有するＣＤＭＡシステムにおいて、信号
獲得および信号処理のための同期が改善された受信機お
よびその動作方法を実現することである。
ンテナアレイを有するＣＤＭＡシステムにおいて、信号
獲得および信号処理のための同期が改善された受信機お
よびその動作方法を実現することである。
【００１０】本発明のもう１つの目的は、１個以上のア
ンテナアレイを有するＣＤＭＡシステムにおいて、普遍
逆相互相関行列を信号獲得および信号処理の両方で使用
して、計算量を低減することである。
ンテナアレイを有するＣＤＭＡシステムにおいて、普遍
逆相互相関行列を信号獲得および信号処理の両方で使用
して、計算量を低減することである。
【００１１】本発明のもう１つの目的は、１個以上のア
ンテナアレイを有するＣＤＭＡシステムにおいて、普遍
逆相互相関行列を利用して信号獲得における同期を容易
にするとともに、信号獲得および信号処理の両方で計算
量を低減することである。
ンテナアレイを有するＣＤＭＡシステムにおいて、普遍
逆相互相関行列を利用して信号獲得における同期を容易
にするとともに、信号獲得および信号処理の両方で計算
量を低減することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の上記およびその
他の目的、構成および効果は、受信信号の干渉を低減
し、信号獲得を改善し、低減された計算量で処理を行う
符号分割多元接続システムおよびその動作方法において
達成される。本発明のシステムは、少なくとも２個以上
のアンテナからなるアンテナアレイに接続され複数のユ
ーザにサービスする基地局を有する。基地局内の受信機
は、アンテナアレイに接続された普遍逆相互相関行列
と、各ユーザにサービスする信号獲得回路および信号処
理回路とを有する。各信号獲得回路は、遅延段の列を有
する。その各段において、入力アンテナ信号と、拡散符
号との相関をとり、普遍逆相互相関行列に接続された乗
算器で結合することにより、信号獲得の時間遅延推定を
改善する。各乗算器は、その段の相関後の信号を、普遍
逆相互相関行列の出力と結合して、与えられた期間のア
ンテナパスにおける信号エネルギーを表す信号振幅を生
成する。個々の遅延は、チップ期間の半分で分離され
る。各遅延段の振幅は、最強の受信信号の選択のための
しきい値情報を含むバッファに捕捉される。信号処理回
路は、乗算器で、最強受信信号を、チャネル推定値およ
び普遍逆行列出力と結合して、復調および復号のための
出力信号を生成する。この信号の品質は、（ａ）干渉の
低減、（ｂ）信号の獲得および処理の時間遅延推定の改
善、ならびに、（ｃ）普遍逆相互相関行列が信号獲得お
よび信号処理で計算量を低減していること、により改善
される。
他の目的、構成および効果は、受信信号の干渉を低減
し、信号獲得を改善し、低減された計算量で処理を行う
符号分割多元接続システムおよびその動作方法において
達成される。本発明のシステムは、少なくとも２個以上
のアンテナからなるアンテナアレイに接続され複数のユ
ーザにサービスする基地局を有する。基地局内の受信機
は、アンテナアレイに接続された普遍逆相互相関行列
と、各ユーザにサービスする信号獲得回路および信号処
理回路とを有する。各信号獲得回路は、遅延段の列を有
する。その各段において、入力アンテナ信号と、拡散符
号との相関をとり、普遍逆相互相関行列に接続された乗
算器で結合することにより、信号獲得の時間遅延推定を
改善する。各乗算器は、その段の相関後の信号を、普遍
逆相互相関行列の出力と結合して、与えられた期間のア
ンテナパスにおける信号エネルギーを表す信号振幅を生
成する。個々の遅延は、チップ期間の半分で分離され
る。各遅延段の振幅は、最強の受信信号の選択のための
しきい値情報を含むバッファに捕捉される。信号処理回
路は、乗算器で、最強受信信号を、チャネル推定値およ
び普遍逆行列出力と結合して、復調および復号のための
出力信号を生成する。この信号の品質は、（ａ）干渉の
低減、（ｂ）信号の獲得および処理の時間遅延推定の改
善、ならびに、（ｃ）普遍逆相互相関行列が信号獲得お
よび信号処理で計算量を低減していること、により改善
される。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は、ＣＤＭＡシステムにお
ける受信機およびその動作方法を提供する。受信機は、
前相関信号から得られる普遍相互相関行列（すなわち、
すべてのユーザ信号に対して使用可能な相互相関行列）
を有する。これを用いて同期を改善するとともに、干渉
低減によりシステム容量を改善する。さらに、単一の、
すなわち、普遍的な行列アレイが、基地局に到着するす
べてのユーザ信号に対して使用可能であるため、本発明
の方法の複雑さはあまり高くない。
ける受信機およびその動作方法を提供する。受信機は、
前相関信号から得られる普遍相互相関行列（すなわち、
すべてのユーザ信号に対して使用可能な相互相関行列）
を有する。これを用いて同期を改善するとともに、干渉
低減によりシステム容量を改善する。さらに、単一の、
すなわち、普遍的な行列アレイが、基地局に到着するす
べてのユーザ信号に対して使用可能であるため、本発明
の方法の複雑さはあまり高くない。
【００１４】本発明の普遍アレイ処理方法は、各アンテ
ナ上の受信サンプルの相関をとって、共通の、すなわ
ち、普遍的な相関行列を生成することを含む。この普遍
行列の逆行列をとり、受信サンプルに乗じた結果が、そ
れぞれの所望の信号に対する正しい信号タイミング（す
なわち、同期）を推定するために使用される。この処理
は、同期に使用される信号における干渉を低減するの
で、従来の同期方法よりも頑強な同期が実現される。さ
らに、同期および相関後、この普遍アレイ行列を、それ
ぞれの後相関信号の処理に使用する。この後相関処理
は、検出時に各ユーザ信号から見える干渉を低減するこ
とにより、システム容量を改善する。また、共通のアレ
イを使用することにより、本発明の処理の複雑さは、従
来のＣＤＭＡシステムおよび受信機に比べて低減され
る。
ナ上の受信サンプルの相関をとって、共通の、すなわ
ち、普遍的な相関行列を生成することを含む。この普遍
行列の逆行列をとり、受信サンプルに乗じた結果が、そ
れぞれの所望の信号に対する正しい信号タイミング（す
なわち、同期）を推定するために使用される。この処理
は、同期に使用される信号における干渉を低減するの
で、従来の同期方法よりも頑強な同期が実現される。さ
らに、同期および相関後、この普遍アレイ行列を、それ
ぞれの後相関信号の処理に使用する。この後相関処理
は、検出時に各ユーザ信号から見える干渉を低減するこ
とにより、システム容量を改善する。また、共通のアレ
イを使用することにより、本発明の処理の複雑さは、従
来のＣＤＭＡシステムおよび受信機に比べて低減され
る。
【００１５】図１において、ＣＤＭＡシステム１０は、
複数のアンテナ１４、１６を通じて複数のユーザ（例え
ば、ユーザ１、ユーザ２、...、ユーザｋ（Ｕ1〜
Ｕk））に接続された基地局（ＢＳ）１２を有する。図
１には２個のアンテナしか示していないが、本発明で
は、基地局におけるアンテナの数は任意である。
複数のアンテナ１４、１６を通じて複数のユーザ（例え
ば、ユーザ１、ユーザ２、...、ユーザｋ（Ｕ1〜
Ｕk））に接続された基地局（ＢＳ）１２を有する。図
１には２個のアンテナしか示していないが、本発明で
は、基地局におけるアンテナの数は任意である。
【００１６】図２において、基地局１２内の受信機２０
は、アンテナ１４および１６に接続された、ユーザ１，
２，...，ｋに対する信号処理回路２２1，...，２２kを
有する。各信号処理回路は、同期回路２３1，...，２３
kを含む。すべてのユーザ信号は、同じ周波数帯域およ
び同じ受信アンテナを使用するため、すべて同様の干渉
環境にある。従って、これらのユーザ信号に対して、普
遍干渉行列２４が存在する。これは、すべてのユーザ信
号の干渉部分空間を表す。このため、行列２４を用いて
同期を改善することができるとともに、行列２４は、従
来の個別の処理の代わりに、すべてのユーザ信号のアレ
イ処理を行うブロック２５の入力とすることができる。
行列２４は、すべてのアンテナ入力の相互相関行列であ
る。非常に大きい干渉信号がある場合、逆行列法は、そ
れらの値を低減し、同期および検出処理に使用される信
号の品質を改善することを示すことができる。逆行列成
分を計算するプロセスについては、図４に関連して後述
する。
は、アンテナ１４および１６に接続された、ユーザ１，
２，...，ｋに対する信号処理回路２２1，...，２２kを
有する。各信号処理回路は、同期回路２３1，...，２３
kを含む。すべてのユーザ信号は、同じ周波数帯域およ
び同じ受信アンテナを使用するため、すべて同様の干渉
環境にある。従って、これらのユーザ信号に対して、普
遍干渉行列２４が存在する。これは、すべてのユーザ信
号の干渉部分空間を表す。このため、行列２４を用いて
同期を改善することができるとともに、行列２４は、従
来の個別の処理の代わりに、すべてのユーザ信号のアレ
イ処理を行うブロック２５の入力とすることができる。
行列２４は、すべてのアンテナ入力の相互相関行列であ
る。非常に大きい干渉信号がある場合、逆行列法は、そ
れらの値を低減し、同期および検出処理に使用される信
号の品質を改善することを示すことができる。逆行列成
分を計算するプロセスについては、図４に関連して後述
する。
【００１７】ブロック２４の出力は、相互相関行列Ｒxx
の逆行列であり、Ｒtot -1を生成するブロック２５に入
力される。ブロック２５の機能については、図４に関連
して後で説明する。また、ブロック２４の出力は、同期
回路２３1，...，２３kにも送られる。同期回路につい
ては、図３および図５に関連して説明する。信号処理回
路２２1，...，２２kの出力は、図２の下部の数学的関
係で示すように、乗算器２６で、逆行列２５の出力と結
合され、標準的な復調器・復号器回路２８1，...，２８
kに送られる。後相関信号ｙが、復調器・復号器２８に
よる処理のためのチャネル推定値と結合される信号処理
について説明する前に、図３に示した同期回路２３につ
いて説明するのが適当である。
の逆行列であり、Ｒtot -1を生成するブロック２５に入
力される。ブロック２５の機能については、図４に関連
して後で説明する。また、ブロック２４の出力は、同期
回路２３1，...，２３kにも送られる。同期回路につい
ては、図３および図５に関連して説明する。信号処理回
路２２1，...，２２kの出力は、図２の下部の数学的関
係で示すように、乗算器２６で、逆行列２５の出力と結
合され、標準的な復調器・復号器回路２８1，...，２８
kに送られる。後相関信号ｙが、復調器・復号器２８に
よる処理のためのチャネル推定値と結合される信号処理
について説明する前に、図３に示した同期回路２３につ
いて説明するのが適当である。
【００１８】図３において、各ユーザ１，２，...，ｋ
に対する信号獲得回路２３は、遅延素子３５により分離
された遅延段の列ｄ１，ｄ２，...，ｄＮを有する。各
遅延素子は、通常、チップ遅延の半分である。各遅延段
は、相関器３６および３７（すなわち、アンテナ素子の
数に等しい）と、１個の総和器・乗算器３９とからな
る。アンテナ１４および１６は、各遅延段内の相関器３
６、３７に接続される（それぞれの相関器は、同相信号
および直交信号との相関をとる）。相関器は、ユーザの
拡散符号と受信信号サンプルの相関をとり、当業者に周
知である。拡散符号は相関器に既知であるが、対象とな
る信号の位相およびタイミングは未知である。獲得回路
２３は、各アンテナから入力サンプルストリームを受け
取り、それと拡散符号の相関をとり、乗算器３９で逆行
列成分と結合して、その遅延期間に対する信号エネルギ
ーを示す出力を記憶バッファ３１に送る。乗算器３９で
行われる演算の数学的関係は、図３の下部に与えられて
いる。記憶バッファ３１は、任意の遅延で信号の存在を
判定することを可能にするしきい値情報を含む。しきい
値の選択は、システム設計パラメータである。単一の時
間遅延に対するエネルギーを計算するプロセスについて
は、後で図５に関連してさらに詳細に説明する。
に対する信号獲得回路２３は、遅延素子３５により分離
された遅延段の列ｄ１，ｄ２，...，ｄＮを有する。各
遅延素子は、通常、チップ遅延の半分である。各遅延段
は、相関器３６および３７（すなわち、アンテナ素子の
数に等しい）と、１個の総和器・乗算器３９とからな
る。アンテナ１４および１６は、各遅延段内の相関器３
６、３７に接続される（それぞれの相関器は、同相信号
および直交信号との相関をとる）。相関器は、ユーザの
拡散符号と受信信号サンプルの相関をとり、当業者に周
知である。拡散符号は相関器に既知であるが、対象とな
る信号の位相およびタイミングは未知である。獲得回路
２３は、各アンテナから入力サンプルストリームを受け
取り、それと拡散符号の相関をとり、乗算器３９で逆行
列成分と結合して、その遅延期間に対する信号エネルギ
ーを示す出力を記憶バッファ３１に送る。乗算器３９で
行われる演算の数学的関係は、図３の下部に与えられて
いる。記憶バッファ３１は、任意の遅延で信号の存在を
判定することを可能にするしきい値情報を含む。しきい
値の選択は、システム設計パラメータである。単一の時
間遅延に対するエネルギーを計算するプロセスについて
は、後で図５に関連してさらに詳細に説明する。
【００１９】図２に戻り、逆行列成分（ブロック２４お
よび２５）を計算するプロセスについて、図４に関連し
て説明する。図４において、逆行列成分を計算するプロ
セスはブロック４０から始まる。ブロック４０で、イン
デックスＫを０とおく。ただし、Ｋは、相互相関行列を
生成するために平均されるベクトル外積の個数である。
ブロック４１で、アンテナ１４および１６からの入力信
号が、Ｎチップ（すなわち、拡散符号のシンボル）にわ
たりレジスタ（図示せず）に蓄積されるか、または、単
にＮチップごとにサンプリングされる。前者の選択肢の
ほうが多くの計算量を必要とするが、より良好な信号対
ノイズ比を有する。結果として得られた信号から、ブロ
ック４２で、ベクトル外積を計算する。アンテナの個数
がＭである場合、ベクトルはＭ×１であり、外積の結果
はＭ×Ｍである。ブロック４３で、この外積と以前の結
果との和をとる（Ｋ＞１の場合）。ブロック４４で、イ
ンデックスＫを１だけ増加させる。ブロック４５で、Ｋ
の値が所定のウィンドウサイズより大きいかどうかを判
定するテストを行う。ウィンドウサイズは、適当な性能
のために、アンテナの個数より大きく選択すべきであ
る。Ｋ＋１がウィンドウサイズより小さい場合、プロセ
スは、次の反復のためにブロック４０に戻り、Ｋが次の
計算のために更新される。反復数Ｋがウィンドウサイズ
に等しくなると、ブロック４６で、逆行列をとり、その
結果を同期回路とステップ４８に送る。逆行列をとるプ
ロセスは周知であり、教科書、Golub and Van Loan, "M
atrix Computation", The John Hopkins University Pr
ess, Baltimore and London, 1989, p.142-154、に記載
されている。ブロック４８は、次式に従って、信号処理
のための拡大行列Ｒｔｏｔ-1を計算する。
よび２５）を計算するプロセスについて、図４に関連し
て説明する。図４において、逆行列成分を計算するプロ
セスはブロック４０から始まる。ブロック４０で、イン
デックスＫを０とおく。ただし、Ｋは、相互相関行列を
生成するために平均されるベクトル外積の個数である。
ブロック４１で、アンテナ１４および１６からの入力信
号が、Ｎチップ（すなわち、拡散符号のシンボル）にわ
たりレジスタ（図示せず）に蓄積されるか、または、単
にＮチップごとにサンプリングされる。前者の選択肢の
ほうが多くの計算量を必要とするが、より良好な信号対
ノイズ比を有する。結果として得られた信号から、ブロ
ック４２で、ベクトル外積を計算する。アンテナの個数
がＭである場合、ベクトルはＭ×１であり、外積の結果
はＭ×Ｍである。ブロック４３で、この外積と以前の結
果との和をとる（Ｋ＞１の場合）。ブロック４４で、イ
ンデックスＫを１だけ増加させる。ブロック４５で、Ｋ
の値が所定のウィンドウサイズより大きいかどうかを判
定するテストを行う。ウィンドウサイズは、適当な性能
のために、アンテナの個数より大きく選択すべきであ
る。Ｋ＋１がウィンドウサイズより小さい場合、プロセ
スは、次の反復のためにブロック４０に戻り、Ｋが次の
計算のために更新される。反復数Ｋがウィンドウサイズ
に等しくなると、ブロック４６で、逆行列をとり、その
結果を同期回路とステップ４８に送る。逆行列をとるプ
ロセスは周知であり、教科書、Golub and Van Loan, "M
atrix Computation", The John Hopkins University Pr
ess, Baltimore and London, 1989, p.142-154、に記載
されている。ブロック４８は、次式に従って、信号処理
のための拡大行列Ｒｔｏｔ-1を計算する。
【数１】 Ｒｔｏｔ-1の次元はＭＬ×ＭＬである。ただし、Ｍはア
ンテナの個数であり、Ｌは、追跡されるマルチパスの最
大数である。
ンテナの個数であり、Ｌは、追跡されるマルチパスの最
大数である。
【００２０】次に、入力信号タイミングを決定するプロ
セス（すなわち、同期）について、図３に示した信号獲
得回路２３に関連して、図５で説明する。開始ブロック
５０で、同期プロセスを開始するために、時間のサンプ
ル点を決定する。ブロック５１で、探索点を２分の１チ
ップだけ進める。（これは、図３では、２分の１チップ
の遅延３５として表されている。遅延は、１チップの２
分の１以外とすることも可能であり、システム設計者に
よって決定されるべきものである。）ブロック５２で、
各アンテナからの相関後の信号サンプルから１×２行列
のベクトル（２個のアンテナの場合。一般にはこのベク
トルは１×Ｍとなる）［Ｘ１，ｍ，Ｘ２，ｍ］を生成
し、ブロック５３で、同じ信号サンプルを用いて第２の
２×１行列のベクトルを生成する。これらの２個のベク
トルを、ブロック５３に示すように、Ｒｘｘの逆行列の
前後から乗じる。ただし、（）*は複素共役を表す。ブ
ロック５３の結果は、ブロック５４で、選択されたウィ
ンドウサイズにわたり蓄積され、図３の記憶バッファ３
１に記憶される。ブロック５５で、記憶バッファ内の結
果を、信号エネルギーを表すしきい値レベルと比較す
る。このしきい値はシステム設計者によって決定され
る。信号エネルギーがしきい値より小さい場合、しきい
値を超えるまで、または、すべての遅延が探索されるま
で、プロセスは反復される。エネルギーがしきい値を超
える場合、受信信号に対する正しい時間遅延が見つかっ
ており、同期プロセスは、すべての遅延が探索されるま
で、ブロック５７に進む。
セス（すなわち、同期）について、図３に示した信号獲
得回路２３に関連して、図５で説明する。開始ブロック
５０で、同期プロセスを開始するために、時間のサンプ
ル点を決定する。ブロック５１で、探索点を２分の１チ
ップだけ進める。（これは、図３では、２分の１チップ
の遅延３５として表されている。遅延は、１チップの２
分の１以外とすることも可能であり、システム設計者に
よって決定されるべきものである。）ブロック５２で、
各アンテナからの相関後の信号サンプルから１×２行列
のベクトル（２個のアンテナの場合。一般にはこのベク
トルは１×Ｍとなる）［Ｘ１，ｍ，Ｘ２，ｍ］を生成
し、ブロック５３で、同じ信号サンプルを用いて第２の
２×１行列のベクトルを生成する。これらの２個のベク
トルを、ブロック５３に示すように、Ｒｘｘの逆行列の
前後から乗じる。ただし、（）*は複素共役を表す。ブ
ロック５３の結果は、ブロック５４で、選択されたウィ
ンドウサイズにわたり蓄積され、図３の記憶バッファ３
１に記憶される。ブロック５５で、記憶バッファ内の結
果を、信号エネルギーを表すしきい値レベルと比較す
る。このしきい値はシステム設計者によって決定され
る。信号エネルギーがしきい値より小さい場合、しきい
値を超えるまで、または、すべての遅延が探索されるま
で、プロセスは反復される。エネルギーがしきい値を超
える場合、受信信号に対する正しい時間遅延が見つかっ
ており、同期プロセスは、すべての遅延が探索されるま
で、ブロック５７に進む。
【００２１】同期後、図２に示した受信機２０で信号処
理が行われる。これについて、図６に関連して説明す
る。開始ブロック６０から開始する。ブロック６１で、
信号処理を開始し、同期回路２３で取得したタイミング
情報を用いて受信信号と拡散符号との相関をとり、アン
テナ１４および１６に対する後相関信号ｙ１，ｎおよび
ｙ２，ｎを生成する。これらは、１×２行列のベクトル
［ｙ１，ｎ，ｙ２，ｎ］として表される。ただし、ｎ
は、遅延成分（すなわち、受信信号を遅延したもの）を
示す。この信号は、乗算器２６に送られる（この場合
も、注意すべき点であるが、Ｍ個のアンテナという一般
の場合、ベクトルの次元は１×Ｍとなる）。ブロック６
２で、チャネル推定を行い、各遅延ｎにおける各アンテ
ナに対するチャネル推定値ａ１，ｎおよびａ２，ｎを得
る。チャネル推定は、各遅延におけるチャネルの相対的
な強度および位相を示すために実行され、２×１行列の
ベクトルａｎ＝［ａ１，ｎ，ａ２，ｎ］Tとして表され
る。チャネル推定を行うにはいくつかの方法がある。米
国特許出願第０９／２９６，６５４号（出願：１９９９
年５月）に記載のものは、本発明に適合するチャネル推
定である。
理が行われる。これについて、図６に関連して説明す
る。開始ブロック６０から開始する。ブロック６１で、
信号処理を開始し、同期回路２３で取得したタイミング
情報を用いて受信信号と拡散符号との相関をとり、アン
テナ１４および１６に対する後相関信号ｙ１，ｎおよび
ｙ２，ｎを生成する。これらは、１×２行列のベクトル
［ｙ１，ｎ，ｙ２，ｎ］として表される。ただし、ｎ
は、遅延成分（すなわち、受信信号を遅延したもの）を
示す。この信号は、乗算器２６に送られる（この場合
も、注意すべき点であるが、Ｍ個のアンテナという一般
の場合、ベクトルの次元は１×Ｍとなる）。ブロック６
２で、チャネル推定を行い、各遅延ｎにおける各アンテ
ナに対するチャネル推定値ａ１，ｎおよびａ２，ｎを得
る。チャネル推定は、各遅延におけるチャネルの相対的
な強度および位相を示すために実行され、２×１行列の
ベクトルａｎ＝［ａ１，ｎ，ａ２，ｎ］Tとして表され
る。チャネル推定を行うにはいくつかの方法がある。米
国特許出願第０９／２９６，６５４号（出願：１９９９
年５月）に記載のものは、本発明に適合するチャネル推
定である。
【００２２】ブロック６３で、各アンテナの各パスに対
する相関器出力を結合して単一のベクトルｙ＝［ｙ１T
ｙ２T ... ｙＬT］Tを形成する。ただし、ｙｎは、
各遅延に対する２×１ベクトル［ｙ１，ｎ，ｙ２，ｎ］
Tである。乗算器２６は、アンテナ信号ベクトルｙを、
チャネル推定値ベクトルａ＝［ａ１T ａ２T ...ａ
ＬT］Tおよび逆行列Ｒｔｏｔ-1と結合する。この乗算
は、図２の下部に与えられた数学的関係によって表され
る。ユーザに対して結果として得られた信号は、ブロッ
ク６４で、複数のユーザに対して信号品質が改善され
た、アンテナからの結合出力（各信号処理回路２２ごと
に１つずつ）として、復調器・ビタビ復号器に送られ
る。ステップ６５で、信号処理は終了する。復調（ある
いは検出）およびビタビ復号は当業者に周知である。
する相関器出力を結合して単一のベクトルｙ＝［ｙ１T
ｙ２T ... ｙＬT］Tを形成する。ただし、ｙｎは、
各遅延に対する２×１ベクトル［ｙ１，ｎ，ｙ２，ｎ］
Tである。乗算器２６は、アンテナ信号ベクトルｙを、
チャネル推定値ベクトルａ＝［ａ１T ａ２T ...ａ
ＬT］Tおよび逆行列Ｒｔｏｔ-1と結合する。この乗算
は、図２の下部に与えられた数学的関係によって表され
る。ユーザに対して結果として得られた信号は、ブロッ
ク６４で、複数のユーザに対して信号品質が改善され
た、アンテナからの結合出力（各信号処理回路２２ごと
に１つずつ）として、復調器・ビタビ復号器に送られ
る。ステップ６５で、信号処理は終了する。復調（ある
いは検出）およびビタビ復号は当業者に周知である。
【００２３】
【発明の効果】要約すれば、本発明は、アンテナダイバ
ーシチのために１個以上のアンテナアレイを有するＣＤ
ＭＡシステムにおける受信機およびその動作方法に関す
る。受信機は、信号遅延推定（同期）および信号処理の
両方を行うための普遍行列アレイを有する。アンテナダ
イバーシチおよび普遍行列アレイ処理は、ＣＤＭＡシス
テムにおいて同期を改善しノイズを低減するため、この
ようなシステムでは、従来のシステムおよび方法に比べ
て、可能な同時ユーザ数が増大するとともに、受信機回
路の計算量が低減する。
ーシチのために１個以上のアンテナアレイを有するＣＤ
ＭＡシステムにおける受信機およびその動作方法に関す
る。受信機は、信号遅延推定（同期）および信号処理の
両方を行うための普遍行列アレイを有する。アンテナダ
イバーシチおよび普遍行列アレイ処理は、ＣＤＭＡシス
テムにおいて同期を改善しノイズを低減するため、この
ようなシステムでは、従来のシステムおよび方法に比べ
て、可能な同時ユーザ数が増大するとともに、受信機回
路の計算量が低減する。
【図１】複数のユーザにサービスする複数のアンテナに
接続された、ＣＤＭＡシステムにおける基地局の図であ
る。
接続された、ＣＤＭＡシステムにおける基地局の図であ
る。
【図２】図１の基地局にあり、本発明の原理を含む受信
機のブロック図である。
機のブロック図である。
【図３】図２の信号処理回路にあり、本発明の原理を含
む信号同期回路のブロック図である。
む信号同期回路のブロック図である。
【図４】図２および図３に含まれる逆行列の成分を計算
するための流れ図である。
するための流れ図である。
【図５】図２の信号獲得回路において信号時間遅延を計
算するための流れ図である。
算するための流れ図である。
【図６】図２の信号処理回路において信号を処理するた
めのための流れ図である。
めのための流れ図である。
１０ ＣＤＭＡシステム １２ 基地局 １４ アンテナ １６ アンテナ ２０ 受信機 ２２ 信号処理回路 ２３ 同期回路 ２６ 乗算器 ２８ 復調器・復号器回路 ３１ 記憶バッファ ３５ 遅延素子 ３６ 相関器 ３７ 相関器 ３９ 総和器・乗算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 アール、マイケル ビューラー アメリカ合衆国、07960 ニュージャージ ー、モーリスタウン、ロングビュー テラ ス １ (72)発明者 シャン チエ リウ アメリカ合衆国、07828 ニュージャージ ー、バッド レイク コーネリー アベニ ュー 87
Claims (15)
- 【請求項１】 複数の信号を受信するアンテナ手段と、 受信信号に結合される普遍逆相互相関行列と、 前記普遍逆相互相関行列および受信信号に結合され、受
信信号の信号時間遅延を決定して第１出力を生成する手
段と、 前記普遍逆相互相関行列および第１出力に結合され、改
善された信号品質を有する出力信号を生成する手段とを
有することを特徴とする受信機。 - 【請求項２】 前記アンテナ手段に結合され、遅延期間
における受信信号の相関をとる手段と、 遅延された相関後の受信信号および前記普遍逆相互相関
行列に結合され、前記第１出力を生成する手段とをさら
に有することを特徴とする請求項１記載の受信機。 - 【請求項３】 前記第１出力に結合され、遅延期間だけ
遅延された相関後の受信信号を記憶する手段と、 最大振幅の遅延された相関後の受信信号を前記出力信号
として選択する手段とをさらに有することを特徴とする
請求項２記載の受信機。 - 【請求項４】 出力信号として選択された最大振幅の受
信信号を復調し復号する手段をさらに有することを特徴
とする請求項３記載の受信機。 - 【請求項５】 前記アンテナ手段に結合され、チップレ
ートに関連する遅延期間だけ受信信号を遅延する手段を
さらに有することを特徴とする請求項２記載の受信機。 - 【請求項６】 少なくとも２個のアンテナに結合され、
拡散符号およびチップレートを有する信号サンプルを受
信する基地局受信機と、 受信信号サンプルに応答して動作する、前記受信機内の
信号獲得回路と、 前記信号獲得回路に結合された信号処理回路と、 改善された時間遅延推定を行うために前記信号獲得回路
に結合されるとともに、改善された信号品質の出力信号
を生成する際に前記信号処理回路にも結合される普遍逆
相互相関行列とを有することを特徴とする符号分割多元
接続システム。 - 【請求項７】 前記アンテナに結合され、受信信号サン
プルを遅延期間だけ遅延して、最大信号振幅を有する受
信信号サンプルを決定する手段をさらに有することを特
徴とする請求項６記載の符号分割多元接続システム。 - 【請求項８】 遅延された受信信号サンプルは、最大信
号振幅を有する受信信号サンプルの選択のためのバッフ
ァに記憶されることを特徴とする請求項７記載の符号分
割多元接続システム。 - 【請求項９】 遅延された受信信号サンプルを、前記逆
相互相関行列からの出力信号と結合して、前記信号処理
回路への入力を形成する結合手段をさらに有することを
特徴とする請求項８記載の符号分割多元接続システム。 - 【請求項１０】 前記結合手段に結合され、遅延された
受信信号サンプルを記憶する手段をさらに有することを
特徴とする請求項９記載の符号分割多元接続システム。 - 【請求項１１】 最大信号振幅を有する記憶された遅延
受信信号サンプルを決定する手段をさらに有することを
特徴とする請求項１０記載の符号分割多元接続システ
ム。 - 【請求項１２】 アンテナアレイと、普遍逆相互相関行
列に結合された信号獲得回路および信号処理回路とを有
するＣＤＭＡシステムで、拡散符号およびチップレート
を有する信号を受信し、信号の獲得および処理のために
改善された同期により受信信号を処理する方法におい
て、 遅延期間において受信信号サンプルの相関をとり、各遅
延期間ごとに第１出力を生成するステップと、 前記普遍逆相互相関行列において受信信号サンプルを処
理し、第２出力を生成するステップと、 第１出力と第２出力を結合し、各遅延期間ごとに、第３
出力を記憶手段に出力する結合ステップと、 しきい値を超え、かつ、改善された同期による低減され
たノイズ干渉を有する第３出力を前記記憶手段から出力
するステップと、 前記第３出力および第２出力を処理し、改善された信号
品質の出力信号を取得する処理ステップとを有すること
を特徴とする、ＣＤＭＡシステムにおいて信号を受信し
処理する方法。 - 【請求項１３】 前記普遍逆相互相関行列は、 ａ）相互相関行列を生成するために平均されるベクトル
外積の個数であるインデックスＱを０に設定するステッ
プと、 ｂ）Ｎをシステム設計パラメータとして、Ｎチップの拡
散符号にわたり、入力受信信号を蓄積するステップと、 ｃ）受信信号のベクトル外積を計算するステップと、 ｄ）サンプリングウィンドウにわたり外積信号を平均す
るステップと、 ｅ）Ｑ＋１をＱとし、Ｑがウィンドウサイズより大きい
かどうかを判定するステップと、 ｆ）Ｑがウィンドウサイズより大きい場合、受信信号の
逆行列をとり、Ｑがウィンドウサイズより小さい場合、
ステップｂに戻るステップと、 ｇ）受信信号に対する普遍逆相互相関行列を形成するス
テップとにより形成されることを特徴とする請求項１２
記載の方法。 - 【請求項１４】 前記結合ステップは、 ａ）前記第３出力を処理するために遅延期間を所定量だ
けシフトするステップと、 ｂ）受信信号に対する第１ベクトルおよび第２ベクトル
を形成するステップと、 ｃ）前記第１ベクトルと第２ベクトルを乗算して、前記
第１ベクトルと第２ベクトルの和である逆行列を得るス
テップと、 ｄ）ステップａ、ｂおよびｃを反復し、結果を蓄積する
ステップと、 ｅ）ステップｄの結果が前記しきい値より大きいかどう
かを判定するステップと、 ｆ）前記しきい値を超えない場合、ステップａに戻るス
テップと、 ｇ）前記しきい値を超える場合、前記第３出力を結合出
力として出力するステップとを有することを特徴とする
請求項１２記載の方法。 - 【請求項１５】 前記処理ステップは、 ａ）受信信号から、同期獲得および相関後のベクトルと
してベースバンド信号を決定するステップと、 ｂ）受信信号のチャネルひずみをベクトルとして推定す
るステップと、 ｃ）ベースバンド信号ベクトル、チャネル推定値ベクト
ルおよび前記普遍逆相互相関行列を結合して出力信号を
形成するステップと、 ｄ）前記出力信号を信号シンクに出力するステップとを
有することを特徴とする請求項１２記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/455,947 US6549565B1 (en) | 1999-12-07 | 1999-12-07 | Code division multiple access system and method of operation with improved signal acquisition and processing |
| US09/455947 | 1999-12-07 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001211104A true JP2001211104A (ja) | 2001-08-03 |
| JP2001211104A5 JP2001211104A5 (ja) | 2004-09-16 |
| JP3980263B2 JP3980263B2 (ja) | 2007-09-26 |
Family
ID=23810848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000372278A Expired - Fee Related JP3980263B2 (ja) | 1999-12-07 | 2000-12-07 | 受信機および符号分割多元接続システム |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6549565B1 (ja) |
| EP (1) | EP1107468A3 (ja) |
| JP (1) | JP3980263B2 (ja) |
| KR (1) | KR100757696B1 (ja) |
| CN (1) | CN1299199A (ja) |
| AU (1) | AU7203100A (ja) |
| BR (1) | BR0007325A (ja) |
| CA (1) | CA2326934A1 (ja) |
| ID (1) | ID27524A (ja) |
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| US8422955B2 (en) | 2004-12-23 | 2013-04-16 | Qualcomm Incorporated | Channel estimation for interference cancellation |
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|---|---|---|---|---|
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| US7929498B2 (en) | 1995-06-30 | 2011-04-19 | Interdigital Technology Corporation | Adaptive forward power control and adaptive reverse power control for spread-spectrum communications |
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