JP2002506595A - 受信方法及び受信器 - Google Patents

受信方法及び受信器

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JP2002506595A JP50648999A JP50648999A JP2002506595A JP 2002506595 A JP2002506595 A JP 2002506595A JP 50648999 A JP50648999 A JP 50648999A JP 50648999 A JP50648999 A JP 50648999A JP 2002506595 A JP2002506595 A JP 2002506595A
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アリ ホッティネン
ヨルマ リーレベルグ
アンティ トスカーラ
ハーリ ホルマ
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ノキア ネットワークス オサケ ユキチュア
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、各セルのエリアに位置するターミナルと通信するベースステーションを各セルに備えたシステムにおける受信方法及び受信器に係る。受信信号は、多数の送信器から発せられる信号の和の信号を含む。受信器は、信号に対して干渉除去及び同時マルチユーザ検出を実行する手段(208)と、信号パラメータをサーチする手段(210)とを備えている。必要な計算容量を減少するために、受信器は、更に、受信した和の信号から既知のユーザの信号の作用を除去する手段(210)と、狭帯域の残留信号から未知の信号のパラメータを推定する手段(210)とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 受信方法及び受信器発明の分野 本発明は、各セルのエリアに位置するターミナルと通信する少なくとも1つの ベースステーションを各セルに備え、コード分割多重アクセスが使用されたセル ラー無線システムにおける受信方法であって、受信信号は、多数の送信器から発 せられる信号の和の信号を含み、これら信号は、記号を含み、干渉除去及び同時 マルチユーザ検出が上記信号に対して行なわれ、そして受信信号に対して推定値 が形成される受信方法に係る。 更に、本発明は、各セルのエリアに位置するターミナルと通信する少なくとも 1つのベースステーションを各セルに備え、コード分割多重アクセスが使用され たセルラー無線システムにおける受信方法であって、受信信号は、多数の送信器 から発せられる信号の和の信号を含み、干渉除去及び同時マルチユーザ検出が上 記信号に対して行なわれる受信方法にも係る。先行技術の説明 本発明は、多数の異なる形式の無線システム、例えば、CDMAシステムに適 用できる。CDMAは、拡散スペクトル技術をベースとする多重アクセス方法で あり、この方法は、従来のFDMA及びTDMAシステムに加えてセルラー無線 システムに最近適用されてきたものである。CDMAは、周波数プランニングが 簡単で、スペクトル効率が良いといった、従来の方法に勝る多数の効果を有する 。 CDMA方法においては、狭帯域のユーザデータ信号が、そのデータ信号より 著しく広帯域である拡散コードによって比較的広い帯域へと乗算される。既知の テストシステムに使用される帯域巾は、例えば、1.25MHz、10MHz及 び25MHzである。乗算に関連して、使用されるべき全帯域にわたってデータ 信号が拡散される。全てのユーザは、同じ周波数帯域で同時に送信する。ベース ステーションと移動ステーションとの間の各接続には独特の拡散コードが使用さ れ、そしてユーザ信号は、受信器において各ユーザの拡散コードに基づいて互い に区別することができる。拡散コードを、それらが相互に直交するように、換言 すれば、それらが互いに相関しないように選択することが目的である。 従来のやり方で実施されるCDMA受信器の相関装置は、拡散コードに基づい て識別される所望の信号と同期される。データ信号は、受信器において送信段階 の場合と同じ拡散コードをこれに再乗算することにより元の帯域に回復される。 他の何らかの拡散コードで乗算された信号は、理想的には、狭帯域信号に相関及 び回復しない。従って、それらは、所望信号に対してノイズとして現われる。多 数の干渉信号の中から所望のユーザの信号を検出することが目的である。実際に は、拡散コードは直交せず、他のユーザの信号が、受信信号を非直線的に歪ませ ることにより所望の信号の検出を妨げる。ユーザ間のこの相互干渉は、多重アク セス干渉と称される。TDMA及びFDMAのような他の多重アクセス方法にも 同様の多重アクセス干渉が生じる。 多重アクセス干渉により生じる信号クオリティの低下を排除するために、多数 の受信方法が開発されている。これらの方法の中には、従来の単一ユーザ受信や 、同時マルチユーザ検出を可能にする方法がある。従来の単一ユーザ受信におい ては、受け取られた送信が、送信に含まれた所望のユーザ信号以外の全ての信号 を無視する直線的な整合フィルタによって相関される。この受信方法は、多重ア クセス干渉除去において早急に実施されるが非常に効率が悪い。 多重アクセス干渉が広帯域信号から除去され、そして拡散コードがデコードさ れるところの狭帯域信号に対して検出が行なわれる方法が開示されている。この ような方法は、参考としてここに取り上げるシーレッケ著の「CDMAシステム におけるチャンネル推定に適用される干渉の減少(Interference Reduction Apph ed to Channel Estimation in CDMA Systems)」、プロシーディングズ・オブ・ビ ーキュラー・テクノロジー・コンファレンス、1994年、ストックホルムに開 示されている。しかしながら、実際には、このような方法は、信号処理が広帯域 で行なわれ、換言すればチップレベルで行なわれるので、実施が困難である。 最適なマルチユーザ検出器(MUD)は、多数の直線的整合フィルタ及びビタ ビ検出器を備えている。既知の直線的マルチユーザ検出器は、相関解除検出器と 称する最小二乗検出器(LS検出器)である。この検出器は、使用するコードの 相互クロス相関に関するデータを必要とする。 更に、既知の方法の欠点は、それらが静的なシステムに対して開発されたもの であり、換言すれば、ユーザの数が不変である状態に対して開発されたことであ る。しかしながら、実際には、無線システムは、時間と共に変化する係数であっ て、受信器を設計するときに考慮しなければならない係数を多数含んでいる。新 たなユーザは、ハンドオーバー又は新たなセルに関連してセルに導入される。又 、隣接セルから供給される干渉信号の数及びクオリティも常時変化する。発明の要旨 本発明の目的は、従来の解決策の欠点を回避することのできる受信方法及び受 信器を提供することである。本発明の解決策は、迅速且つ正確な同期を行うこと ができ、これにより、接続の設定及び干渉排除のクオリティを改善することがで きる。 これは、冒頭で述べた形式の方法において、推定値が、受信したユーザ信号の 1つ以上の推定値を含み、そして記号レベルで推定される記号の作用が、受信し た和の信号から減算され、これにより、狭帯域の記号レベルの残留信号が得られ ることを特徴とする方法によって達成される。 又、上記目的は、冒頭で述べた形式の方法において、推定値が、受信したユー ザ信号の1つ以上の推定値を含み、受信した和の信号が特定の拡散コードで相関 され、これにより、第1の記号レベルの信号が得られ、更に、計算された推定値 が同じ拡散コードで相関され、これにより、第2の記号レベルの信号が得られ、 そして第2の記号レベルの信号が第1の記号レベルの信号から減算されて、狭帯 域の記号レベルの残留信号が得られることを特徴とする方法によって達成される 。 更に、本発明は、各セルのエリアに位置するターミナルと通信する少なくとも 1つのベースステーションを各セルに備え、受信信号が、多数の送信器から発せ られる信号の和の信号を含むようなセルラー無線システムにおける受信器であっ て、信号に対して干渉除去及び同時マルチユーザ検出を実行する手段と、信号パ ラメータをサーチする手段とを備えた受信器にも係る。本発明の受信器は、既知 のユーザの信号の作用を除去する手段と、狭帯域残留信号から未知の信号のパラ メータを推定する手段とを更に備えたことを特徴とする。 本発明の方法により多数の効果を得ることができる。本発明の方法は、無線経 路の伝播環境において新たなユーザ又は未知の侵入者の信号のような動的な変化 を迅速に通知することができる。又、ほとんどの場合、本発明の解決策は、従来 の解決策よりも処理容量を必要としない。本発明の解決策は、既存の装置におい て大きな変更を必要とせず、現在のシステムに低いコストで使用することができ る。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に記載する。図面の簡単な説明 以下、添付図面の例を参照して、本発明を詳細に説明する。 図1は、本発明を適用できるシステムを示す。 図2は、本発明の受信器の構造を示すブロック図である。好ましい実施形態の詳細な説明 本発明は、多数の異なる形式の無線システム、例えばCDMAシステムに適用 することができる。以下、本発明は、CDMAシステムに関連して説明するが、 これに限定されるものではない。 図1は、典型的なセルラー無線システムの構造を示す図である。ベースステー ション104、106を各々含む2つのセル100、102が図示されている。 セル100は、ベースステーション104と通信する3つのアクティブなターミ ナル108ないし112を備えている。対応的に、セル102は、ベースステー ション106と通信する2つのアクティブなターミナル116、118を備えて いる。 ターミナルの信号は、ベースステーションに受信され、そして受信信号に対し て同時マルチユーザ検出が実行される。ベースステーション104の状態を検討 する。ベースステーションは、そのエリアに位置するアクティブなターミナル1 08ないし112と通信し、その信号120ないし124を受信する。ベースス テーションのアンテナにより受信される和の信号は、隣接セルに位置するターミ ナルの信号126も含み、これは、受信器に対する干渉信号である。ベースステ ーション104は、既知のMUDアルゴリズムによって同時マルチユーザ検出を 実行する。従って、ベースステーションは、ここでは、所望の信号120ないし 124を検出し、干渉信号126の作用を所望の信号から除去する。もちろん、 隣接セルから送られる信号だけでなく、他の全ての信号の作用も、各所望の信号 から除去することができる。これは、実施上の制約と、推定の信頼性とに依存す る。 次いで、本発明の受信器、この例ではベースステーションを、図2のブロック 図について説明する。受信器は、多数の送信器から発せられる信号の和の信号を 受信するアンテナ200を含む。このアンテナは、単一のアンテナでもよいし、 2つ以上のアンテナより成るアンテナアレーでもよい。アンテナから、信号は、 高周波部分202に搬送され、ここで、信号は通常増幅され、そして中間周波数 又は基本帯域周波数へと変換される。高周波部分から、信号はサンプリング手段 204へ搬送され、換言すれば、アナログ/デジタルコンバータへ搬送され、こ こで、信号は、所望のサンプリング周波数でそのサンプルを取り上げることによ りデジタル形態へと変換される。 サンプリング手段204から、信号は、多数の相関装置又は整合フィルタを含 む相関装置バンク206へ搬送され、各相関装置は、信号パラメータに基づいて 識別する和の信号の1つの信号成分に同期される。相関装置は、信号の拡散コー ドをデコードし、換言すれば、それを狭帯域へ変換する。狭帯域信号212は、 同時マルチユーザ検出が行なわれる検出ユニット208へ搬送される。検出ユニ ットから得られた所望の信号記号のソフト判断214は、後処理ユニット216 へ搬送されると共に、受信器の他の部分へ送られる。後処理ユニット216にお いて、信号は、例えば、デインターリーブされそしてチャンネルデコードされる 。検出ユニットの後に信号がいかに処理されるかは、本発明に関与しない。 相関装置バンクに必要とされる信号パラメータは、拡散コード、データレート 、相対的遅延、及び任意であるが、信号送信に使用される振幅を含む。いずれか のパラメータが変化したときには、相関装置を更新しなければならない。拡散コ ードは、ユーザがセルから出たりセルに入ったりするときに変化し、これは、ハ ンドオーバー又はスイッチオンに関連して生じる。 これらのパラメータに関するデータは重要であるから、受信器は、当然、これ らの変化するパラメータを関し及び推定しなければならない。これは、いわゆる サーチユニット210において行なわれる。サンプリング手段202から受け取 られた和の信号は、相関装置バンクに加えて、新たな信号成分及びそれらのパラ メータをサーチするサーチユニット210へ搬送される。 サーチユニット210により推定及び計算された信号パラメータは、アクティ ブなユーザの数、物理的なチャンネル、チャンネルインパルス応答、フレームパ ラメータ及びそれらの機能を含む。コード間の相関マトリクスもサーチユニット において計算される。相関マトリクスは、チャンネルに動的な変化が生じたとき 、即ち遅延及びビットレートが変化したときに、更新されねばならない。検出ユ ニットは、これらのデータを使用して、同時マルチユーザ検出及び干渉除去にお ける信号間の相関を計算する。 本発明の解決策では、受信した和の信号に加えて、既知のユーザの信号の作用 をその受信した和の信号から除去した信号がサーチユニットに入力として導入さ れるようにして、サーチユニットの動作が著しく軽減される。未知の信号のパラ メータは、この残留信号から推定する方が、元の和の信号から推定するよりも、 著しく容易である。ここでは、特に、パケット形態のデータに関しては受信器の 受信器の迅速な動作が重要である。 新たな信号が見つかりそしてそのパラメータが識別されると、2つの選択肢が 存在する。信号が干渉信号であって、例えば隣接セルに属するターミナルの信号 である場合には、推定されたパラメータにより見つかった信号の作用が受信信号 から除去される。しかしながら、信号が所望の信号であって、例えば、ベースス テーションのセルのエリアへ移行してベースステーションとのマクロダイバーシ ティ接続を設定しようとしているターミナルの信号である場合には、推定された パラメータにより見つかった信号が、同時マルチユーザ検出を使用することによ り検出される。 未知の信号の推定は、異なる選択肢を伴う。受信器は、サーチされるべき信号 に関するある先行情報を有する。信号は、例えば、隣接セルから供給され、これ により、隣接セルのベースステーションは、潜在的な干渉信号のパラメータを前 もって送信することができる。このような場合に、例えば、拡散コードは既知で あるが、遅延は未知である。一方、同期システムにおいては、遅延が既知であり 、拡散コードが未知である。又、干渉信号のパラメータは前もって分からないと 考えられる。他方、パケットトラフィック又はランダムアクセス送信に関しては 、 例えば、コードは既知であるが、遅延は未知である。 サーチされるべき信号の幾つかのパラメータが既知であるときには、これらの データが、他のパラメータがサーチされるときに使用され、これは、当然、サー チをより迅速なものにする。 例えば、多数の潜在的な侵入者が分かっている場合には、所望のユーザと潜在 的な干渉信号との間のクロス相関を前もって計算することができる。次いで、推 定された記号、既知の遅延及びコードを用いて、既知の信号の作用が、受信した 和の信号から除去される。次いで、サーチウインドウを減少するために、先行デ ータを用いることにより残留信号から未知の信号がサーチされる。 本発明の解決策の数学的な基礎について説明する。受信信号rは、次のの式で 表わされる。 r=S111+n 但し、マトリクスSは、時間tに、アクティブなユーザの全てのコードを含み、 Aは、時間tに、アクティブなユーザの全てめチャンネル係数を含み、bは、時 間tに、アクティブなユーザの全てのビットを含み、そしてnはノイズである。 新たなユーザがシステムに導入されると、識別されねばならない新たな列が上記 式のマトリクスSに現われる。 この問題を解くための既知の方法は、受信信号をマトリクスSに属さない既知 のコードs2で相関することである。 s2 Hr この相関に基づき、新たな信号が特定のコードを用いることにより送信されたか そして信号がどんな遅延を受けたかが決定される。相関結果により送信器が見出 されるまでコード及び遅延が1つづつ検査される。 上記シーレッケ著の論文に開示された別の方法は、干渉除去の実行に関する判 断を広帯域残留信号に基づいて行うことである。 ここで、広帯域推定値が受信信号から減算される。 本発明の好ましい実施形態は、狭帯域信号、即ちレーキ岐路の出力から得られ た信号を処理することに基づく。この方法によれば、既知の信号の推定値が最初 に発生される。 次いで、残留信号が、サーチされるべきコードによって相関される。 これにより、狭帯域信号に対して干渉推定値が得られる。次いで、推定された狭 そして狭帯域残留信号に対して判断がなされる。ユーザkにとって、この判断は 、次の信号からなされ、 この判断は、例えば、残留信号の強度、或いはチャンネル推定値又は振幅推定 値に基づいて行うことができる。残留信号は、記号レベルでコヒレントに又はイ ンコヒレントに合成することができる。コヒレントな合成は、既知のトレーニン グシーケンスを送信するか、又は判断フィードバックによって行うことができる 。新たな信号がs2を含まない場合には、残留信号の信号対雑音比が低く、そし て逆のケースでは、動作によって干渉が減少されると共に、信号対雑音比が著し く改善される。本発明の方法の顕著な効果は、いずれかの段階でクロス相関を計 算する必要がなく、従って、この方法は、たとえコードが記号ごとに変化しても 、非常に簡単に実施できる。一方、コードが一定に保たれ、即ち記号ごとに変化 し ドは変化しないので、計算量は、著しく増加しない。 狭帯域残留信号の計算は、依然として必要な手順であり、従って、あまり頻繁 に計算を行えない方法が効果的である。これを行う1つのやり方は、従来の相関 装置s2 Hrを適用し、これにより、多数のテスト遅延をサーチすることであり、 その中におそらく正しい遅延/コードが存在する。このようにして得られた全て のテスト遅延に対し、残留信号zr ωをベースとするより正確な遅延/コード推 定値を計算することができる。従って、|L1|/|L2|の係数で複雑さを減少 することができ、但し、|L1|は、サーチされるテスト遅延の数であり、そし て|L2|は、全ての考えられる遅延の数である。もちろん、計算は、多数のテ スト遅延に対して並列に行うこともできるし、又は一度に1つの遅延に対して順 次に行うこともできる。 本発明の別の好ましい実施形態では、干渉信号の少なくとも1つの推定値が、 受信信号から除去され、そして未知の信号のパラメータが、得られた残留信号か ら推定される。この別の形態は、例えば、ランダムアクセス信号が含まれるとき に効果的である。このような場合に、干渉信号は、一度だけの作用しか形成しな い。この信号の作用は、受け取られた送信から除去することができ、そしてこの ようにして得られたあまり干渉しない残留信号から未知の信号のパラメータが推 定される。干渉信号推定値は、複雑な振幅、チャンネル係数、遅延等を含む。 次に、図2のブロック図を参照して、本発明の受信器、この例ではベースステ ーション、の構造について説明する。従って、受信器は、多数の相関装置又は整 合フィルタより成る相関装置バンク206を備え、その出力信号212は、既知 の拡散コードで乗算されそして狭帯域へと変換される。検出手段208は、信号 212に対して干渉除去及び同時マルチユーザ検出を実行する。 受信器は、更に、信号パラメータをサーチする手段210も備えている。受信 した和の信号は、サーチ手段へ1つの入力として導入される。検出手段208か ら、既知の信号パラメータのデータ218は、サーチ手段へ搬送される。信号2 18は、例えば、検出された信号の数、各信号に対する予めの遅延推定値、及び アクティブなコードセットを含む。サーチ手段は、既知のユーザの信号の作用を 受信した和の信号から除去し、そしてその残留信号から未知の信号のパラメータ を上記のように推定する。サーチ手段によって計算されたパラメータ220は、 相関装置バンク206及び検出ユニット208へ搬送されて利用される。サーチ 手段210及び検出手段208は、実際には、信号プロセッサ又は汎用プロセッ サを用いるか、或いは個別部品又はASIC回路を用いて、ソフトウェアにより 好都合に実施することができる。 添付図面の例を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明は、これに限定さ れるものではなく、請求の範囲に記載した本発明の考え方の範囲内で多数の種々 の変更がなされ得る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR, NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,L S,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL ,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR, BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,E E,ES,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU ,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR, KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,M D,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL ,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK, SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,U Z,VN,YU,ZW (72)発明者 トスカーラ アンティ フィンランド エフイーエン―00100 ヘ ルシンキ ヴェイネメイセンカテュ 25ア ー13 (72)発明者 ホルマ ハーリ フィンランド エフイーエン―02100 エ スプー イテテューレンクーヤ 1ベー32

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.各セルのエリアに位置するターミナルと通信する少なくとも1つのベースス テーションを各セルに備え、コード分割多重アクセスが使用されたセルラー無 線システムにおける受信方法であって、受信信号は、多数の送信器から発せら れる信号の和の信号を含み、これら信号は、記号を含み、干渉除去及び同時マ ルチユーザ検出が上記信号に対して行なわれ、そして受信信号に対して推定値 が発生される受信方法において、 上記推定値は、受信したユーザ信号の1つ以上の推定値を含み、そして 記号レベルで推定される記号の作用が、受信した和の信号から減算され、こ れにより、狭帯域の記号レベルの残留信号が得られることを特徴とする方法。 2.各セルのエリアに位置するターミナルと通信する少なくとも1つのベースス テーションを各セルに備え、コード分割多重アクセスが使用されたセルラー無 線システムにおける受信方法であって、受信信号は、多数の送信器から発せら れる信号の和の信号を含み、干渉除去及び同時マルチユーザ検出が上記信号に 対して行なわれる受信方法において、 上記推定値は、受信したユーザ信号の1つ以上の推定値を含み、 上記受信した和の信号は、特定の拡散コードで相関され、これにより、第1 の記号レベルの信号が得られ、 計算された推定値が同じ拡散コードで相関され、これにより、第2の記号レ ベルの信号が得られ、そして 第2の記号レベルの信号が第1の記号レベルの信号から減算されて、狭帯域 の記号レベルの残留信号が得られることを特徴とする方法。 3.未知の信号のパラメータが狭帯域の残留信号から推定される請求項1又は2 に記載の方法。 4.新たなユーザ信号が見つかったかどうかの判断は、パラメータによって行な われる請求項1に記載の方法。 5.推定されたパラメータにより、上記見つかった信号は、同時マルチユーザ検 出を用いて検出される請求項3に記載の方法。 6.受信した和の信号は、先ず、既知の信号のパラメータが推定される多数の整 合フィルタ(206)へ送られ、そして上記信号は、同時マルチユーザ検出が行な われる検出器(208)へ送られる請求項1又は2に記載の方法。 7.信号パラメータは、信号の位相、振幅及び使用する拡散コードを含む請求項 6に記載の方法。 8.信号パラメータは、並列に推定される請求項6に記載の方法。 9.信号パラメータは、逐次に推定される請求項6に記載の方法。 10.未知の信号のあるパラメータが分かると、これらデータは、他のパラメータ がサーチされるときに使用される請求項6に記載の方法。 11.上記残留信号は、ユーザ記号を含み、そしてそれら記号は、インコヒレント に合成される請求項1又は2に記載の方法。 12.上記残留信号は、ユーザ記号を含み、そしてそれら記号は、コヒレントに合 成される請求項1又は2に記載の方法。 13.上記パラメータは、予めの推定値が先ずサーチされ、それによって見つかっ た予めの推定値の中から、より正確な最終的な推定値が推定されるように、多 数の段階で推定される請求項1又は2に記載の方法。 14.各セルのエリアに位置するターミナルと通信する少なくとも1つのベースス テーションを各セルに備え、受信信号が、多数の送信器から発せられる信号の 和の信号を含むようなセルラー無線システムにおける受信器であって、信号に 対して干渉除去及び同時マルチユーザ検出を実行する手段(208)と、信号パラ メータをサーチする手段(210)とを備えた受信器において、受信した記号レベ ルの和の信号から既知のユーザの信号の作用を除去する手段(210)と、狭帯域 の残留信号から未知の信号のパラメータを推定する手段(210)とを更に備えた ことを特徴とする受信器。 15.推定されたパラメータにより、上記見つかった信号の作用を受信信号から除 去するための手段(208)を更に備えた請求項14に記載の受信器。 16.推定されたパラメータにより、同時マルチユーザ検出を使用して、上記見つ かった信号を検出するための手段(208)を更に備えた請求項14に記載の受信 器。
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