JP2001522197A - 多重ユーザ信号の複合的等化および検出方法 - Google Patents
多重ユーザ信号の複合的等化および検出方法Info
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Abstract
Description
スの等化および検出を複合的に実行する方法に関するものである。
ることである。無線通信システムにおいて、例えば、シンボル間干渉(ISl)
や加法的雑音の要因となり得るチャンネルひずみを含む情報を良好に送受信する
ためには、多くの障害を克服しなければならない。受信機はチャンネルひずみの
影響と、結果として起こるシンボル間干渉を補償しなければならない。これは通
常、受信機側の等化器/検出器によって解決できる。
キームが使用されてきた。最も一般的なアプローチには、デシジョンフィードバ
ック等化(DFE)と最尤シーケンス推定(MLSE)がある。最尤シーケンス
推定等化スキームでは、与えられた受信サンプルシーケンスに対して最も確から
しいシンボルシーケンスが検出器で生成される。最尤シーケンス検出を実行する
ためのアルゴリズムはビタビアルゴリズムであって、これは元来、畳み込み符号
を復号するために考案されたものである。ISIを伴う場合のシーケンス検出の
問題にビタビアルゴリズムを応用することについては、Gottfried U
ngerboeckが「”Adaptive Maximum Likelih
ood Receiver for Carrier Modulated D
ata Transmission Systems,” IEEE Tran
sactions on Communications, Volume C
OM−22.#5,May 1974」に記述している。このMLSEアプロー
チには、整合フィルタが使われ、続いてMLSEアルゴリズムと補助チャンネル
推定スキームが使われる。
ることの一番の欠点は、計算量がシンボル間干渉のスパンおよび干渉ユーザ数の
関数として指数関数的に増大することである。その結果、最尤シーケンス検出は
、シンボル間干渉が2〜3シンボルだけのシングルユーザ信号の場合に限って実
用的といえる。したがって、シーケンス推定への最尤シーケンス検出に伴う計算
量を減少させる新しいアプローチに関心が高まっている。
を提供する。伝送シンボルシーケンスは波形ひずみを生じるおそれのある通信チ
ャネル上で受信される。それぞれ可能な伝送シンボルは、それらをシンボルライ
ブラリベクトルから選択するために使用されるインジケータベクトルによって表
される。推定シンボル確率ベクトルと呼ばれるインジケータベクトルの推定値が
計算され、その値は伝送シンボルの推定値を選択するのに使用される。
るt番目シンボルが伝送された確率の推定値である。推定シンボル確率ベクトル
を生成するために、伝送された各シンボルについてチャンネル推定インパルス応
答を表すチャンネル推定値が生成される。チャンネル推定値は、整合媒体応答(
matched medium response)ベクトルおよび干渉マトリ
クスを生成するために使用される。
クトルの組合せによって生成され、シンボルライブラリベクトルにおける可能な
伝送シンボルの整合媒体応答成分を表す。干渉マトリクスはチャンネル推定値と
シンボルライブラリベクトルに基づくもので、干渉し合うシンボル間の干渉を含
んでいる。整合媒体応答ベクトルおよび干渉マトリクスは、伝送シンボルシーケ
ンスの各シンボルに関する推定シンボル確率ベクトルを導出するために使用され
る。推定シンボル確率ベクトルは、前記シンボルシーケンスの各伝送シンボルの
推定値をシンボルライブラリベクトルから選択するために使用される。
シンボル確率ベクトルの前回推定値に基づいて、各推定シンボル確率ベクトルの
各要素を反復推定することによって生成される。各推定シンボル確率ベクトルの
各要素の反復推定は、いくつかの所定収斂基準を満足するか、予定の反復回数に
達するまで実行される。推定過程の反復性によって、シンボルライブラリベクト
ルから伝送されたシンボルの推定値選択に使用可能なインジケータベクトルの最
大帰納推定値が得られる。
アプローチによれば、状態空間は従来のビタビアルゴリズムによるNb Nuに対し て、(Nu×Nb)のオーダになる。このような総合的複雑さの減少はアルゴリズ
ムにおける多重繰り返しによって達成される。
ンパルス応答F(t)をもつ送信機12、加法的白色ガウスノイズ(AWGN)
を伴う通信チャネル14、インパルス応答f(t)をもつ受信機16、受信機1
6の出力を周期的に抽出するサンプラ18、シンボル検出器20で構成される。
送信機12には通常、伝送情報を表す入力データシーケンスが入力される。入力
データシーケンスはデジタル形式であると仮定する。送信機16は、パルス振幅
変調(PAM)や直交振幅変調(QAM)など、M進変調スキームを使用して搬
送波信号を入力シーケンスで変調する。入力データシーケンスはkビットシンボ
ルに分割され、各シンボルはそれぞれ異なった信号波形によって表され、本明細
書ではこれを伝送信号と呼ぶ。伝送信号は、通信チャネル14において位相ひず
みや振幅ひずみの原因となる外乱を受ける。また、混入した雑音によって伝送信
号の劣化も生じる。このようなチャンネル障害を受けた信号が受信機16で受信
される。受信機で受信される信号は、本明細書で受信信号yiと呼ぶ。
パルス応答f(t)を持っている。実際には、理想的な受信機16は実現不可能
であるので、理想的な受信機16に近いものが使用される。受信機16の出力は
サンプリング回路18によって周期的にサンプリングされる。受信信号yiから 抽出されるタイミング信号は、受信信号yiをサンプリングする際のクロックと して使用される。サンプリングされてフィルタを通過した受信信号yiは検出器 20に供給される。検出器20の目的は受信信号yiに含まれる伝送シーケンス Smを推定することである。
ける最適な検出器は、与えられた受信シンボルシーケンスに対応する確率が最も
高いシンボルシーケンスを生成する最尤シンボルシーケンス検出器(MLSD)
である。次の式で定義される事後確率の計算に基づいて決定基準が使われる。
ト{P(Sm)}の最大値に対応するシーケンスを選択することによって決まる 。この基準は正しい決定の確率を最大にするとともに、誤りの確率を最小にする
。この決定基準は最大事後確率(MAP)基準と呼ばれる。
…,Mに対する先験的確率P(Sm)および条件付きp.d.f.f(yi|Sm )を知る必要がある。条件付きp.d.f.は尤度関数と呼ばれる。
後確率P(Sm|yi)を最大にする信号の検出に基づいた決定基準は、尤度関数
f(yi|Sm)を最大にする信号を検出することと等価である。
合、受信信号は下記式で表されると仮定する。
ルslを、次のように2ベクトル関数で数学的に表す。
である。lのすべての値について、シンボルライブラリベクトルBlを一定にす ることが可能であり、その場合、変調度は時間的に変化しない(例えば、QPS
K)。符号化された変調シーケンスを表すためにシンボルライブラリベクトルS l を時間的に変化させることは可能である。シンボルライブラリベクトルBlは要
素としてすべての可能な伝送シンボルを含んでいる。インジケータベクトルZl は「1」に等しい単一の要素と“0”に等しい残余要素から成る複数要素を含ん
でいる。インジケータベクトルZlの要素数はシンボルライブラリベクトルBlの
要素(または、シンボル)の数に等しい。その結果、インジケータベクトル中の
「1」要素の位置はシンボルライブラリベクトルBlの同じ位置にあるシンボル と一義的に対応する。例えば、3番目の位置に「1」要素があるインジケータベ
クトルは、シンボルライブラリベクトルBlの3番目の要素が伝送されたことを 示す。
グ尤度関数は次のようになる。
。この記述における隣接シンボルは、与えられた受信シンボルにおいてISIを
引き起こす局部的受信シンボル近傍に位置するシンボルを意味する。後述のよう
に、式(8)のログ尤度関数は、与えられた受信シンボルslの推定シンボル確 率ベクトル
推定シンボル確率ベクトル
定シンボル確率ベクトルを表す。NbはシンボルライブラリベクトルBlの可能な
シンボル数、nlはslの局部的近傍における推定インジケータベクトル
ラメタと呼ばれる。
的なものとする。定義によれば、ISIは、与えられたサンプリング間隔が直接
そのサンプリング間隔と関連づけられるシンボルに関する情報を含むだけではな
く、隣接サンプリング間隔中に受信されるシンボルに関する情報をも含むことを
意味する。したがって、与えられたサンプリング間隔でシンボルの値を正確に推
定するためには、隣接サンプリング間隔の内容または推定内容も知る必要がある
。式(11)は、p番目反復演算の特定シンボルに関するシンボル確率ベクトル
の推定値と、前回(p−1)番目の反復演算におけるそのシンボルの干渉隣接シ
ンボルに対応する推定シンボル確率ベクトルとの間の再帰的関係を定義する。
ル
p−1)番目の反復演算から得られた推定シンボル確率ベクトル
推定シンボル確率ベクトル
満たされるまで繰り返される。
クトル
クトル
クトルのセットが得られる。そして、新たな反復演算が必要であるか否かが決定
される。必要な場合には推定シンボル確率ベクトルの計算が繰り返され、推定値
が更新される。この過程は所定の反復回数、または所定の収斂基準が満たされる
まで繰り返される。
過程の後、推定シンボル確率ベクトル
クトル
ルを正確に反映する尤度を反映する数値が得られる。それ以上の反復が不要であ
ると考えられるとき、推定シンボル確率ベクトル
ンボルまたはシンボルシーケンスに関するソフトデシジョンまたはハードデシジ
ョンを行う際に補助的に利用することができる。
法を多重ユーザ信号にも容易に拡張することができる。多重ユーザ構成を実現す
るためには、単一ユーザ構成に関して上述した数式にわずかな変更を必要とする
。しかし、これら数式の基本的趣旨は変わらない。
ザの場合の式(4)は次のようになる。
に関して時間lに遅延k−lで受信した信号に寄与するチャンネルインパルス応
答である。hl,m(u,r)はユーザu、v間の干渉を表す。この場合も、ユー ザ数Nuについての総和が付け加えられている。
渉マトリクス発生器30を含む。チャンネル推定器22は受信信号yiに基づい てチャンネルインパルス応答gi-l,lの推定値を生成する。gi-l,lは遅延ファク
タi−lをもつl番目シンボルに対応するチャンネルインパルス応答を表す。チ
ャンネルインパルス応答gi-l,lの推定値は周知の方法で計算される。チャンネ ル推定値は、周知のトレーニングシンボルを用いて生成することができる。ある
いは、ハードまたはソフト検出シンボルを用いてチャンネル推定値を生成するこ
とも可能である。チャンネルインパルス応答gi-l,lの推定値は整合媒体応答ベ クトル発生器24およびシンボル干渉マトリクス発生器30に供給される。
発生器28を有する。受信信号yiとチャンネルインパルス応答gi-l,l(u)の
推定値が与えられる場合、整合媒体応答フィルタ26によってそれぞれのユーザ
uのシンボルlに関する送信機とチャンネル媒体の両方に対する整合媒体応答r l,u が計算される。そして、整合媒体応答rl,uはベクトル発生器28に供給され
、そこでシンボルライブラリ36の情報に基づいて整合媒体応答ベクトルUl,u が計算される。
34を有する。干渉係数発生器32は、それぞれのユーザ対u、vについてシン
ボルl、mのチャンネル応答を表すシンボル干渉係数hl,m(u,v)を計算す る。シンボル干渉係数hl,m(u,v)はマトリクス発生器34に供給され、シ ンボルライブラリ36にある情報を利用してシンボル干渉マトリクスVl,mが生 成される。整合媒体応答ベクトルUl,uおよびシンボルの干渉マトリクスVl,m(
u、v)は最終的には推定シンボル確率ベクトル発生器40に供給され、そこで
式(16)に従って推定シンボル確率ベクトル
確率ベクトル発生器40は反復演算プロセッサ42と、反復演算出力コントロー
ラ46と、反復演算バッファ44で構成される。マルチユーザ実施例において反
復演算プロセッサ42は、与えられたシンボルlおよびユーザuについて推定シ
ンボル確率ベクトル
インジケータベクトル
いる。反復演算コントロール手法として可能なものには、一定回数の反復回数を
定義すること、あるいは前述のログ尤度関数のようなZ依存関数を観察、監視す
ること、などが含まれる。この場合、順次計算される
判定することができる。コントローラ46の決定に応じて新たな反復演算が必要
になると、新たに計算された推定シンボル確率ベクトルセット
に格納された推定シンボル確率ベクトル
れる。
復演算の終了基準を監視し、反復過程で最適化された推定シンボル確率ベクトル
0は信号yiを受信した後、伝送シンボルに対する通信チャネルの推定インパル ス応答を表すチャンネル推定値gi-l,lを計算する(ブロック100)。そして 、検出器20は整合媒体応答ベクトルUl,uの計算(ブロック102)およびシ ンボル干渉係数マトリクスVl,uの計算(ブロック104)を行う。整合媒体応 答ベクトルUl,uはチャンネル推定値gi-l,lおよび受信信号yiに基づいて計算 される。シンボル干渉係数マトリクスVl,uはチャンネル推定値gi-l,lに基づい
て計算され、これは隣接シンボル間の干渉を表す。そして、整合媒体応答ベクト
ルUl,uおよびシンボル干渉係数マトリクスVl,uは、それぞれの受信シンボルに
ついて推定シンボル確率ベクトル
ットに関するログ尤度は、ログ尤度方程式によって計算される(ブロック108
)。推定シンボル確率ベクトル
グ尤度から得られる。検出器20は次に、新たな反復演算が必要か否かを、例え
ばいくつかの所定収斂基準にしたがって決定する(ブロック110)。必要なら
ば、それぞれの受信シンボルについて新しいセットの推定シンボル確率ベクトル
が計算される(ブロック106)。そして、この新しいセットの推定シンボル確
率ベクトルに基づいてログ尤度が計算される(ブロック108)。この過程は、
新たな反復演算が必要でないことを検出器20が判定するまで繰り返される(ブ
ロック110)。最終セットの推定シンボル確率推定値は次に、伝送シンボルの
ハードデシジョン推定値を生成するために使用されるか、あるいはソフトデシジ
ョンデコーダに供給される(ブロック112)。
考慮される最尤シーケンス推定値を検出するための代替法を提供するものである
。本発明は発明の趣旨および基本的特質から逸脱することなく記述例以外の方法
で実施することが可能である。したがって、本実施例はあらゆる点で説明手段で
あって、なんら制限的な意味をもたず、特許請求の範囲におけるすべての変更は
本発明に包含されるものとする。
ルslを、次のように2ベクトル関数で数学的に表す。
である。lのすべての値について、シンボルライブラリベクトルBlを一定にす ることが可能であり、その場合、変調度は時間的に変化しない(例えば、QPS
K)。符号化された変調シーケンスを表すためにシンボルライブラリベクトルS l を時間的に変化させることは可能である。シンボルライブラリベクトルBlは要
素としてすべての可能な伝送シンボルを含んでいる。インジケータベクトルZl は「1」に等しい単一の要素と“0”に等しい残余要素から成る複数要素を含ん
でいる。インジケータベクトルZlの要素数はシンボルライブラリベクトルBlの
要素(または、シンボル)の数に等しい。その結果、インジケータベクトル中の
「1」要素の位置はシンボルライブラリベクトルBlの同じ位置にあるシンボル と一義的に対応する。例えば、3番目の位置に「1」要素があるインジケータベ
クトルは、シンボルライブラリベクトルBlの3番目の要素が伝送されたことを 示す。
法を多重ユーザ信号にも容易に拡張することができる。多重ユーザ構成を実現す
るためには、単一ユーザ構成に関して上述した数式にわずかな変更を必要とする
。しかし、これら数式の基本的趣旨は変わらない。
ザの場合の式(4)は次のようになる。
に関して時間lに遅延k−lで受信した信号に寄与するチャンネルインパルス応
答である。hl,m(u,r)はユーザu、v間の干渉を表す。この場合も、ユー ザ数Nuについての総和が付け加えられている。
Claims (19)
- 【請求項1】 複数のシンボルを含む伝送シンボルシーケンスに対応する受
信信号を復調するための方法であって、 a) 通信チャネル上の信号を受信するステップと、 b) 伝送シンボルシーケンスにおける可能な伝送シンボルを表すシンボルラ
イブラリベクトルを生成するステップと、 c) それぞれの伝送シンボルに対する通信チャネルの推定インパルス応答を
表すチャンネル推定値を生成するステップと、 d) 受信信号と、チャンネル推定値と、シンボルライブラリベクトルとに基
づいて整合媒体応答(matched medium response)ベク
トルを生成するステップと、 e) チャンネル推定値およびシンボルライブラリベクトルに基づいて干渉マ
トリクスを生成するステップと、 f)伝送シンボルシーケンスにおけるそれぞれの伝送シンボルの推定値を選択
するために複数の要素を含む推定シンボル確率ベクトルを生成するステップとを
含む前記方法において、整合媒体応答ベクトルと、干渉マトリクスと、シンボル
干渉の推定シンボル確率ベクトルの前回推定値とに基づいてそれぞれの推定シン
ボル確率ベクトルの各要素を再帰的に推定することによって推定シンボル確率ベ
クトルを生成する前記方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の復調方法であって、所定の収斂基準を満足す
るまで各推定シンボル確率ベクトルの各要素の再帰的推定を実行する前記復調方
法。 - 【請求項3】 請求項1記載の復調方法であって、各推定シンボル確率ベク
トルの各要素の再帰的推定を所定回数反復実行する前記復調方法。 - 【請求項4】 請求項1記載の復調方法であって、推定シンボル確率ベクト
ルをソフトデシジョンベクトルとして出力する前記復調方法。 - 【請求項5】 請求項1記載の復調方法であって、更に、推定シンボル確率
ベクトルに基づいてシンボルライブラリベクトルからシンボルを選択し、選択し
たシンボルをハードデシジョンとして出力するステップを含む前記復調方法。 - 【請求項6】 請求項1記載の復調方法であって、更に、推定シンボル確率
ベクトルの反復演算中にチャンネル推定値を再生するステップを含む前記復調方
法。 - 【請求項7】 請求項1記載の復調方法であって、前回の推定シンボル確率
ベクトルの関数を次回反復演算時にシンボル確率ベクトルの推定値の計算に使用
する前記復調方法。 - 【請求項8】 複数のシンボルを含む伝送シンボルシーケンスにそれぞれが
対応する多重ユーザ信号を復調するための方法であって、 a) 通信チャネル上の前記多重ユーザ信号を受信するステップと、 b) 伝送シンボルシーケンスにおける可能な伝送シンボルを表すシンボルラ
イブラリベクトルをユーザ信号ごとに生成するステップと、 c) ユーザ信号のそれぞれにおける各伝送シンボルに対する通信チャネルの
推定インパルス応答を表すチャンネル推定値を生成するステップと、 d) ユーザ信号と、対応のチャンネル推定値と、対応のシンボルライブラリ
ベクトルとに基づいて整合媒体応答ベクトルをユーザ信号ごとに生成するステッ
プと、 e) 対応のチャンネル推定値およびシンボルライブラリベクトルに基づいて
干渉マトリクスをユーザ信号ごとに生成するステップと、 f)各ユーザ信号におけるそれぞれの伝送シンボルの推定値を選択するために
複数の要素を含む推定シンボル確率ベクトルを生成するステップとを含む前記方
法において、整合媒体応答ベクトルと、干渉マトリクスと、シンボル干渉の推定
シンボル確率ベクトルの前回推定値とに基づいてそれぞれの推定シンボル確率ベ
クトルの各要素を再帰的に推定することによって推定シンボル確率ベクトルを生
成する前記方法。 - 【請求項9】 請求項8記載の復調方法であって、推定シンボル確率ベクト
ルの前回推定値に基づいて推定シンボル確率ベクトルの各要素を再帰的に計算す
る前記方法。 - 【請求項10】 請求項8記載の復調方法であって、所定の収斂基準を満足
するまで各推定シンボル確率ベクトルの各要素の再帰的推定を実行する前記復調
方法。 - 【請求項11】 請求項8記載の復調方法であって、各推定シンボル確率ベ
クトルの各要素の再帰的推定を所定回数反復実行する前記復調方法。 - 【請求項12】 請求項8記載の復調方法であって、推定シンボル確率ベク
トルをソフトデシジョンベクトルとして出力する前記復調方法。 - 【請求項13】 請求項8記載の復調方法であって、更に、インジケータベ
クトルに基づいてシンボルライブラリベクトルからシンボルを選択し、選択した
シンボルをハードデシジョンとして出力するステップを含む前記復調方法。 - 【請求項14】 請求項8記載の復調方法であって、更に、推定シンボル確
率ベクトルの反復演算中にチャンネル推定値を再生するステップを含む前記復調
方法。 - 【請求項15】 請求項8記載の復調方法であって、前回の推定シンボル確
率ベクトルの関数を次回反復演算時にシンボル確率ベクトルの推定値の計算に使
用する前記復調方法。 - 【請求項16】 複数のシンボルを含む伝送シンボルシーケンスに対応する
受信信号を復調するための方法であって、 a) 通信チャネル上の信号を受信するステップと、 b) 伝送シンボルシーケンスにおける可能な伝送シンボルを表すシンボルラ
イブラリベクトルを生成するステップと、 c) それぞれの伝送シンボルに対する通信チャネルの推定インパルス応答を
表すチャンネル推定値を生成するステップと、 d) 受信信号と、チャンネル推定値と、シンボルライブラリベクトルとに基
づいて整合媒体応答ベクトルを生成するステップと、 e) チャンネル推定値およびシンボルライブラリベクトルに基づいて干渉マ
トリクスを生成するステップと、 f)それぞれの伝送シンボルの推定値を選択するために前記整合媒体応答ベク
トルおよび前記干渉マトリクスに基づいて推定シンボル確率ベクトルを生成する
ステップとを含む前記方法において、前記推定シンボル確率ベクトルが、シンボ
ルライブラリベクトルの要素に対応する複数の要素を含み、シンボルライブラリ
ベクトルにおける対応要素が伝送シンボルである確率を推定シンボル確率ベクト
ルの各要素によって表す前記方法。 - 【請求項17】 請求項16記載の復調方法であって、推定シンボル確率ベ
クトルをソフトデシジョンベクトルとして出力する前記復調方法。 - 【請求項18】 請求項16記載の復調方法であって、更に、インジケータ
ベクトルに基づいてシンボルライブラリベクトルからシンボルを選択し、選択し
たシンボルをハードデシジョンとして出力するステップを含む前記復調方法。 - 【請求項19】 請求項16記載の復調方法であって、更に、推定シンボル
確率ベクトルの反復演算中にチャンネル推定値を再生するステップを含む前記復
調方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/962,249 US5887035A (en) | 1997-10-31 | 1997-10-31 | Method for joint equalization and detection of multiple user signals |
US08/962,249 | 1997-10-31 | ||
PCT/US1998/022402 WO1999023795A1 (en) | 1997-10-31 | 1998-10-22 | Method for joint equalization and detection of multiple user signals |
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CN (1) | CN1278382A (ja) |
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DE (1) | DE69839967D1 (ja) |
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WO (1) | WO1999023795A1 (ja) |
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US6049574A (en) * | 1998-04-17 | 2000-04-11 | Trustees Of Tufts College | Blind adaptive equalization using cost function that measures dissimilarity between the probability distributions of source and equalized signals |
DE19824408A1 (de) * | 1998-05-30 | 1999-12-02 | Philips Patentverwaltung | Empfänger für ein digitales Übertragungssystem |
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