JP2002509382A

JP2002509382A - 複数のアンテナ要素有する移動局及び干渉抑制方法

Info

Publication number: JP2002509382A
Application number: JP2000539594A
Authority: JP
Inventors: マズールサラ，; フォルセン，イェランウルフ，; グドムンドソン，グドモンドブイェルン，; カールソンヨナス，
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲットエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 2002-03-26
Anticipated expiration: 2018-12-11
Also published as: CA2314102A1; DE69835449T2; JP4463982B2; AU1897699A; WO1999031820A1; DE69835449D1; EP1040597A1; US6167039A; EP1040597B1

Abstract

(57)【要約】アンテナ・ダイバーシチを使用する移動局が説明される。移動ユニットにおいて複数のアンテナ上で受信されたＣＤＭＡ信号を組み合わせる技法が提供され、この技法は望ましくない基地局からの干渉を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】

本発明は一般に無線通信システムに関し、より詳細には、移動局で受信される
信号の質を向上させる干渉抑制方法に関するものである。

【０００２】セルラー電話業界は、米国でも世界の他の国でも商業的運用において驚くべき
進歩を成し遂げた。主要な大都市地域における成長は予想をはるかに越え、急速
にシステムの容量を超えつつある。この傾向が続くと、この業界の成長の効果は
すぐにもっとも小さな市場にまで届くだろう。これらの増大する容量のニーズを
満たし、高品質のサービスを維持し、価格の上昇を抑えるために革新的な解決法
が要求されている。

【０００３】世界中で、無線通信システムの進歩における１つの重要なステップは、アナロ
グ送信からディジタル送信への変更である。同じく重要なのは、次世代技術を実
装するための効果的なディジタル送信スキームの選択である。更に、手軽に持ち
運べて、家庭、オフィス、道路、自動車などの中で呼を発信又は受信するために
使用できるコストの安い、ポケットサイズのコードレス電話を使用した第１世代
の個人通信ネットワーク（ＰＣＮ）は、たとえば、次世代のディジタル・セルラ
ー・システムのインフラストラクチャーを使用したセルラー通信事業者によって
提供されると広く信じられている。これらの新しいシステムで望まれる１つの重
要な機能は、増加されたトラフィックの容量である。

【０００４】現在、チャネル・アクセスは、主に、周波数分割多重アクセス方法（ＦＤＭＡ
）及び時分割多重アクセス方法（ＴＤＭＡ）を使用して達成されている。ＦＤＭ
Ａでは、通信チャネルは単一の無線周波数帯域で、この中に信号の送信電力が集
中される。通信チャネルと干渉する可能性がある信号は、隣接するチャネル上で
送信された信号（隣接チャネル干渉）、及び別のセルで同じチャネル上で送信さ
れた信号（同一チャネル干渉）を含む。隣接チャネルとの干渉は、指定された周
波数帯域内でだけ信号エネルギーを通過する帯域通過フィルタの使用によって制
限される。同一チャネル干渉は、同じ周波数チャネルが使用されるセルの間で最
小の分離距離を提供することにより、チャネルの再使用を制限することによって
、許容レベルまで削減される。したがって、各チャネルが異なる周波数に割り当
てられているので、システムの容量は使用可能な周波数によっても限定されてい
るし、チャネルの再使用によって課される制限によっても限定されている。ＦＤ
ＭＡは、ＡＭＰＳなどの第１世代のシステムにおけるチャネル・アクセスのため
に使用された。

【０００５】ＴＤＭＡシステムでは、チャネルはたとえば同じ周波数上の時間間隔の周期的
な列内の時間スロットから成り立つ。時間スロットの各周期はフレームと呼ばれ
る。所与の信号のエネルギーはこれらの時間スロットのうちの１つに制限されて
いる。隣接チャネル干渉は、正しい時間に受信された信号エネルギーだけを通過
する時間ゲート又は他の同期化要素の使用によって制限される。このように、各
チャネルが異なる時間スロットへ割り当てられているので、システム容量は使用
可能な時間スロットと、ＦＤＭＡに関して上記のようなチャネルの再使用によっ
て課される制限によって制限される。ＴＤＭＡを使用して、Ｄ−ＡＭＰＳなどの
第２世代の無線通信システムのためのチャネル・アクセスが提供された。

【０００６】ＦＤＭＡシステム及びＴＤＭＡシステムでは（同様にハイブリッドＦＤＭＡ／
ＴＤＭＡシステムでも）、システム設計者の１つの目的は、２つの干渉する可能
性のある信号が同時に同じ周波数を占めないことを確実にすることである。対照
的に、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）は、信号が時間と周波数の両方で重複
することを可能にするチャネル・アクセス技法である。ＣＤＭＡは一種のスペク
トル拡散通信で、第二次世界大戦の時代からあった。初期の用途は主に軍事向け
であった。しかし今日、スペクトル拡散通信は干渉に対して強固さを提供し、多
数の信号が同時に同じ帯域幅を占めることを可能にするので、スペクトル拡散シ
ステムを商業用途で使用することに関心が高まっている。このような商業用途の
例はディジタル・セルラー無線、地上移動無線、及び屋内個人通信ネットワーク
及び屋外個人通信ネットワークを含む。

【０００７】典型的なＣＤＭＡシステムでは、送信されるべき情報データのストリームは、
擬似ランダム符号生成器によって生成される、はるかに速いビット・レートのデ
ータ・ストリーム上に印加される。情報信号と擬似ランダム信号とは、典型的に
は、通常、符号化又は拡散化と呼ばれる処理で情報信号を多重化することによっ
て組み合わされる。各情報信号は一意的な拡散化符号を割り振られる。複数の符
号化された情報信号は、無線周波数搬送波で変調されて送信され、受信器におい
て複合信号として結合されて受信される。符号化された信号のそれぞれは、他の
すべての符号化された信号及び雑音関係信号と、周波数と時間の両方で重複して
いる。複合信号を一意的な拡散化符号のうちの１つの符号と相関づけることによ
って、対応する情報信号は分離され、復号される。

【０００８】送信電力制御方法は多くの同時送信器の相互干渉を削減するため、多くの同時
送信器を有するＣＤＭＡ通信システムには重要である。システムの特性に応じて
、このようなシステム内の電力制御は、アップリンク（つまり、遠隔端末からネ
ットワークへの送信）、ダウンリンク（つまり、ネットワークから遠隔端末への
送信）、又はその両方に関して重要である場合がある。ＴＤＭＡと同様に、ＣＤ
ＭＡが使用されて、ＩＳ−９５などのいくつかの後から開発された第２世代のシ
ステムにおけるチャネル・アクセスを提供してきた。

【０００９】情報技術と通信技術とは更に密接になり続けているので、高速データ・レート
・サポート（たとえば５６キロビット／秒より大きい）への需要は急速に増大し
、特にインターネットの出現とビデオ情報送信への要求と共に増大している。し
かし、第２世代の無線通信システムは、このような高速データ・レートを処理す
るように設計されていない。したがって、第３世代のシステムが現在開発中であ
り、これに関してはＴＤＭＡ及び広帯域ＣＤＭＡの両方がチャネル・アクセス用
に考えられている。

【００１０】今日の狭帯域システムに比べ、広帯域ＣＤＭＡセルラー・システムの特徴の１
つは、たとえば３８４キロビット／秒などの高速データ・レートでデータ通信を
サポートする可能性である。しかし、このような高速データ・レートで通信する
移動局は多くのシステム容量を消費する。高速データ・レート・ユーザがシステ
ム容量に与える影響を軽減するために、これらのユーザはより低い信号ノイズ比
（Ｅｂ／ＮＯ）を有する信号で動作することが必要となる場合り、つまり彼らの
受信器がより多い干渉を処理するように要求される可能性がある。

【００１１】更に、いわゆる「家庭」基地局を無線通信システムへ導入すると、新しいタイ
プの局所化された低い信号ノイズ比の信号が存在する状況が作り出される可能性
がある。家庭基地局コンセプトは、ユーザに対して、ユーザが家にいる時に呼を
行うためユーザの移動ユニットが通信できるような、家庭内の基地局ユニットを
提供することを含んでいる。これらの家庭基地局へのアクセスは、許可された家
庭ユーザだけに制限されることが目的とされている。したがって、（１つ又は複
数の）家庭基地局のそばを通過する無線通信へ接続された他のユニットでは、他
のユニットの接続をサポートする信号に対する、さらなる局所化された干渉と対
応する信号ノイズ比の低下とに陥る可能性がある。

【００１２】強固でない信号を処理するシステムの要件を満たすことは、更に発展した受信
器アルゴリズムを導入することによって達成できる可能性がある（つまり、比較
的弱い信号をよりよく検出することを提供する）。しかし、非常に低いＥｂ／Ｎ
Ｏを有する信号内で、受信器アルゴリズムが記号を分解する能力には限界がある
。出願人は、他の可能性のある解決法は、受信器のダイバーシチを使用すること
、つまり、移動局における多数のアンテナを使用し、受信された信号を組み合わ
せてＥｂ／ＮＯの低下を克服するところにあることを認識した。

【００１３】アンテナのダイバーシチ技法は、信号が送信媒体上で横断するパスの長さが比
較的短い時、多重信号画像はほとんど同時に到着するという知識に基づいている
。画像は建設的に追加されることもあるが破壊的に追加されることもあり、フェ
ージングを引き起こし、フェージングは典型的にレイリ分布を有する。パスの長
さが比較的長い時、送信媒体は時間分散的と見なされ、追加された画像は送信さ
れた信号のエコーと見なすことができ、符号間干渉（ＩＳＩ）を引き起こす。

【００１４】フェージングは、多数の受信アンテナを有し、選択的組合せ、同一ゲイン組合
せ、又は最大比組合せなどのなんらかの形式のダイバーシチ組合せを使用するこ
とによって緩和できる。異なるアンテナ上のフェージングが同じではないので、
１つのアンテナがフェージングされた信号を有する時、他のアンテナの信号はフ
ェージングされていない可能性があるということをダイバーシチにおいて利用す
る。

【００１５】ダイバーシチのために多数のアンテナを無線通信システム内で使用することは
、それ自体としては知られている。たとえば、基地局内でアレイ・アンテナを介
して受信された信号を処理するために使用されるアルゴリズムは、ＩＥＥＥ１９
９５のＮａｇｕｉｂ，ＡｙｍａｎＦ．らの「ＲｅｃｕｒｓｉｖｅＡｄａｐｔ
ｉｖｅＢｅａｍｆｏｒｍｉｎｇｆｏｒＷｉｒｅｌｅｓｓＣＤＭＡ」に説
明されている。しかし、Ｎａｇｕｉｂで説明されているようなアルゴリズムなど
は、アンテナ・ダイバーシチのほとんどの用途が基地局内で実施され、アップリ
ンク上で移動局によって送信された信号を受信している。多数のアンテナを有す
る移動局を実装したシステムはほとんどない。

【００１６】移動局におけるアンテナ・ダイバーシチの例、つまりダウンリンク上で基地局
によって送信された信号を処理するアンテナ・ダイバーシチの１つの例は、日本
のＰＤＣシステム内に見いだされる。ＰＤＣシステムはいわゆるスイッチ・ダイ
バーシチを使用し、これによって移動局内の受信器はそのアンテナに結合された
信号の２つのバージョンのどちらかを選択する。しかし、このダイバーシチの形
式は、受信された信号を組み合わせないので比較的単純化されており、したがっ
て比較的低い性能しか提供しない。更に、移動局におけるこのダイバーシチの従
来の実装は、家庭基地局によって引き起こされる重大な局所化された干渉の問題
と、より高いデータ送信レートへの来たるべきニーズに対処することに失敗して
いる。

【００１７】したがって、無線通信システム内の移動局において受信された信号を組み合わ
せることを操作し、より具体的には、移動局でアンテナ・アレイ要素を介して受
信された複数の信号の処理を操作するための技法を提供するニーズが存在する。

【００１８】

【発明の概要】

本発明の目的は、アレイ・アンテナを介して受信された複数の信号を処理し、
干渉を抑制する能力を有する受信器を提供することによって、上記の欠点を克服
することであり、この能力は移動局内に配置された受信器と共に使用されるよう
に構成される。この能力によって、本発明による移動局が、現在使用されている
より低い信号ノイズ比を有する信号上で動作することが可能になる。

【００１９】本発明による移動局は、複数のアンテナ（又はアンテナ要素）を使用して目的
の信号を受信し、他の基地局、たとえば家庭基地局からの送信に関連する干渉を
抑制するような方法を使用して、複数のアンテナ上で受信された信号を組み合わ
せる。より具体的には、本発明による技法は干渉共分散マトリックスを適用して
、望ましくない基地局からの干渉を最適に抑制する。抑制は干渉側基地局の拡散
化シーケンスの知識がなくても達成でき、又は、所望の基地局によって送信され
たデータを復調する必要なしに達成できる。干渉側の放射線の数がアンテナ又は
アレイ要素の数より少ない場合に、本発明による技法を使用して干渉抑制を非常
に大きくして、その結果、受信された信号の質は大幅に改善される。

【００２０】本発明が主に移動局における信号処理に関連する、つまりアップリンク送信で
はなくダウンリンク送信に関連するため、直交拡散化シーケンスは典型的にダウ
ンリンクに使用されるという事実が考慮される。その結果、各受信された信号バ
ージョンに重みを付けるために使用される重み付け係数は、干渉共分散マトリッ
クスではなくすべての信号の共分散マトリックスを使用して、本発明の例として
の実施形態によって計算される。

【００２１】本発明によって動作する移動局は、従来の移動局に比べていくつかの利点を提
供する。本発明による移動局は他の基地局から送信された信号に関連する干渉を
抑制する能力を持つため、本発明を使用しなければセルの縁で実行されるソフト
・ハンドオフの数を減少する傾向がある。たとえば、セルの縁の近くで動作して
いる移動局は、近隣の基地局から強い干渉信号を受信する可能性がある。受信さ
れた信号の強度は、システム内でハンドオフ・アルゴリズムを起動し、ハンドオ
フ・アルゴリズムは移動局を現在の基地局から近隣の基地局へハンドオフするこ
とを強制する。このハンドオフは、近隣の基地局の信号が十分に抑制できれば避
けられる可能性があり、これによってまた、移動局が現在接続されている基地局
から受信される信号の質を適切にする。ハンドオフの数を総体的に削減すること
によっても、システム全体の干渉が低減し、システムの容量が増加する。

【００２２】本発明のこれらの目的及び他の目的、特徴と利点は、図面と共に読まれる次に
書かれる説明から、当業者にはただちに明らかであろう。

【００２３】

【実施形態の詳細な説明】

以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、限定を目的としてで
はなく説明を目的として、特定の回路、回路構成要素、技法など特定の詳細が記
載されている。たとえば、種々の詳細は例としての変調と送信技法に関して提供
されている。しかし、当業者であれば、本発明はこれらの特定の詳細から離れた
別の実施形態内でも実施できることが明らかであろう。他の例では、本発明の説
明を不必要な詳細で曖昧にしないように、よく知られた方法、装置、回路の詳細
な説明は省略される。

【００２４】例としてのセルラー無線通信システム１００が図１に示されている。ここに示
されているように、システムによって処理される地理的な領域は、セル１１０ａ
〜ｎとして知られるｎ個のより小さな無線範囲に再分割されており、各セルはそ
れに関連してそれぞれ無線基地局１７０ａ〜ｎを有する。各無線基地局１７０ａ
〜ｎは、それに関連して複数の送信及び受信無線アンテナ１３０ａ〜ｎを有する
。六角形のセル１１０ａ〜ｎの使用は、特定の基地局１７０ａ〜ｎに関連する無
線範囲の領域を図示する、グラフィックに便利な方法として使用されていること
に注意されたい。実際には、セル１１０ａ〜ｎは不規則な形であったり、重複し
たりする場合があり、必ずしも隣接していない場合がある。各セル１１０ａ〜ｎ
は、更に、知られた方法によってセクタに再分割される場合がある。セル１１０
ａ〜ｎ内に配置されているのは、複数のｍ個の移動局１２０ａ〜ｍである。実際
のシステムでは、移動局の数ｍは、セルの数ｎよりはるかに多い。基地局１７０
ａ〜ｎは特に、複数の基地局送信器と基地局受信器（図示せず）とを備え、複数
の基地局送信器と基地局受信器とは、それぞれの呼内に位置する移動局１２０ａ
〜ｍとの双方向無線通信を提供する。図１に示されているように、基地局１７０
ａ〜ｎは移動電話交換局（ＭＴＳＯ）１５０に結合され、移動電話交換局（ＭＴ
ＳＯ）１５０は、特に、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）１６０への接続を提供し、
ここから通信装置１８０ａ〜ｃへの接続を提供する。セルラー・コンセプトは当
業者にはよく知られており、したがって、本明細書ではさらなる説明はしない。

【００２５】上記のように、基地局と移動局の間の無線通信は、ダイレクトシーケンス・符
号分割多重アクセス（ＤＳ−ＣＤＭＡ）を使用して実装できる。図２は、一般に
このコンセプトを示している。ＲＦ通信チャネル上で送信されるべきディジタル
情報１は、ＣＤＭＡ符号器２００内で符号化される。符号化信号を使用してミキ
サ２２０内でＲＦ搬送波を変調する。変調された搬送波は、送信アンテナ２４０
を介して空気インタフェース上を送信される。他の送信器、たとえば２…Ｎから
の他のディジタル情報も同様に送信される場合がある。受信器２５０の受信アン
テナ２６０は複合ＲＦ信号を受信し、別のミキサ２８０を使用して複合信号を復
調する。所望の信号はブロック３００におけるこの特定の接続に関してその受信
器に割り当てられた符号との相関によって、複合信号から抽出される。この符号
は、復号器３４０の一部である擬似乱数生成器３２０を使用して生成される。こ
の方法で抽出されたディジタル情報は、次いで、典型的には別の知られた構成要
素によってダウンストリーム処理され、たとえばＲＡＫＥ結合器を使用して知ら
れた方法で信号放射線を組み合わせることができる。

【００２６】上記のように、移動局において複数のアンテナを使用すると、強化された性能
を提供できる。本発明は種々の受信された信号バージョンを組み合わせるための
最適化技法を提供する。最適化技法は、従来のＲＡＫＥ受信器によって使用され
ている従来の最大比組合せに比べて改良された性能を提供する。図３は、本発明
の一例としての実施形態による移動局受信器構造を示す。

【００２７】この中で、信号は２つのアンテナ３５０及び３５２で受信される。この例とし
ての実施形態は２つのアンテナだけを示しているが、当業者であれば、本発明は
３又はそれ以上のアンテナで受信された信号を組み合わせることにも等しく応用
できることが理解されるであろう。１つ以上のアンテナ信号を得るために、追加
のアンテナを提供するいくつかの方法が存在する。携帯移動局では、二分極アン
テナを使用して２つの信号を得るか、第２のアンテナを電話フリップ(flip)に置
くことができる。携帯ユニットよりサイズが大きいより最新のデータ端末では、
いくつかのアンテナをデータ端末の種々の位置に置き、これらの各アンテナを二
分極にする場合もある。当業者であれば、本発明による処理ユニットに複数のア
ンテナ信号を提供するための多くの変形例及び修正例を、理解されるであろう。

【００２８】各受信された信号は、次いで、複数の受信信号分岐内で処理される。各分岐は
遅延ユニット３６０、逆拡散ユニット３７０、及び重み付けユニット３８０を含
む。遅延ユニット３６０及び逆拡散ユニット３７０は従来の方法で動作している
ので、ここでは更には説明されない。重み付けユニット３８０は複雑な重み付け
ベクトルを使用して各逆拡散ユニットの出力を重み付けし、複雑な重み付けベク
トルは、第２の結合器３９５において結合する第１の結合器３９０及びＲＡＫＥ
（最大比）によって実行される、望ましくない送信器からの干渉を抑制する目的
を考慮に入れる。本発明による最適な重み付け係数を計算して、より高品質の受
信信号を提供する技法を次に、詳細に論ずる。

【００２９】以下の時間離散モデルを使用して、例としてのＣＤＭＡシステムのダウンリン
クを説明し、本発明による移動受信器内で使用されるべき重み付け係数を計算す
る基礎を提供する。モデルは時間分解能として１つのチップで公式化され、完全
な時間遅延の推定、完全なチャネルの推定、電力制御がないこと、すべての受信
された放射線が相関していないこと（たとえば、異なる基地局からの信号は相関
されていなく、１つの基地局内の異なるユーザからの信号は相関されていなく、
個別のユーザからの放射線は相関されていない）、基地局によってダウンリンク
へ送信するために使用された拡散化シーケンスが直交であること、及び、各アン
テナ又はアンテナ要素において受信された信号の中間エネルギー・レベルが等し
いことを仮定している。しかし、当業者であればこれらの仮定は、単に、性能の
評価を簡単にするために行われたものであり、本発明はこれらの仮定が有効でな
い実施態様も含むことを意図とすることを理解されるであろう。

【００３０】移動局にＢ基地局から信号を受信させる。すべての基地局は拡散化係数Ｇを使
用し、各基地局はデータをＮ_ｂ移動局に送信し、ただしｂ＝１，…，Ｂは基地局
の添え字として使用される。

【００３１】基地局から移動局への無線チャネルは、レイリ分散振幅を有するフィルタ係数
を持つＦＩＲフィルタによって作られている。異なる基地局からのチャネルは相
関していないと仮定されている。基地局ｂからの放射線の数をＬ_ｂとし、異なる
放射線は相関していないチャネルを有すると仮定する。各ユーザに送信される平
均合計電力は値Ｐ_ｂ，ｎに個別に設定され、ただしｎ＝１，…，Ｎ_ｂはユーザの
添え字として使用される。各放射線の中間電力はＰ_{ｂ，ｎ，ｌ}と設定され、ここ
で

【００３２】

【数１】である。

【００３３】移動局はＭアンテナで信号を受信する。すべてのアンテナは同じ中間エネルギ
ー・レベルを持つ信号を受信すると仮定されている。移動局内で相関していない
信号を得るために、２つのアンテナ間の距離は比較的小さいので、したがって基
地局から移動局におけるＭ受信アンテナへの無線チャネルは相関されていないと
仮定される。アンテナ応答ベクトル

【００３４】

【数２】を使用して、実際のアンテナ応答及び無線チャネルの両方を形成するが、各放射
線の中間電力は例外である。これは、ａ_{ｂ，ｌ，ｍ}がレイリ分散振幅とランダム
位相を有するようにすることで達成される。予想される方形振幅は、すべてのア
ンテナについて同じであり、すべてのｂ及びｌについて、

【００３５】

【数３】である。

【００３６】次いで、基地局ｂにおいてユーザｎからＭアンテナにおいて受信された信号は
次のように表現される。

【００３７】

【数４】

【００３８】上式で、ｋはチップ・レベル上の時間の添え字、τ_ｂ，ｌは基地局ｂからの放
射線ｌに関する時間遅延、ｄ_ｂ，ｎ［ｋ］は、基地局ｂからユーザｎに送信され
たデータ・ビット、及びｃ_ｂ，ｎ［ｋ］は拡散化チップである。

【００３９】すべての基地局からの信号に追加して、白色ガウス雑音がアンテナｎ［ｋ］，
Ｅ｛ｎ［ｋ］ｎ_Ｈ［ｋ］｝＝σ^２ _ｎＩに追加される。

【００４０】最後に、移動局において受信された信号は、

【００４１】

【数５】のように表現される。

【００４２】次いで、移動局において受信されたＣＤＭＡ信号のこのモデルを使用し、基地
局１と通信しているユーザ１に関して、ビット・エラー・レートを導出する。第
１にこの移動局によって経験される信号ノイズ比は、合計（Ａ．５）を次のよう
に書き直すことによって計算される。

【００４３】

【数６】

【００４４】干渉項を次のように示す。

【００４５】

【数７】

【００４６】これは

【００４７】

【数８】を与える。

【００４８】各放射線の間の共分散は、

【００４９】

【数９】であり、すべての放射線が相関されていないと仮定されているため、干渉放射線
に関する相互相関は、

【００５０】

【数１０】となる。

【００５１】受信された信号ｘ［ｋ］は、図３の中で、たとえばそれぞれブロック３６０及
び３７０で結合された拡散化シーケンスを掛けることによって適切に遅延され、
逆拡散される。基地局１からのユーザ１のｌ：ｔｈ放射線からの逆拡散記号は、

【００５２】

【数１１】である。

【００５３】

【数１２】であること、及び、

【００５４】

【数１３】であることが分かるであろう。

【００５５】相関前ベクトルｘ［ｋ］の共分散は、

【００５６】

【数１４】であり、相関後ベクトルｙ１，１，ｌの共分散は、

【００５７】

【数１５】であり、上式で、基地局の数とユーザの数の依存は、Ｒ_ｙｙ，１内に残されてい
る。ｕ_{１，１，ｌ}＝ｉ_{１，１，ｌ}＋ｎ_{１，１，ｌ}を導入することにより、逆拡散
信号は１つの所望の部分と１つの望ましくない部分に分けられ、ｙ_{１，１，ｌ}＝
ｓ_{１，１，ｌ}＋ｕ_{１，１，ｌ}となり、上式で、望ましくない部分の共分散は、

【００５８】

【数１６】である。

【００５９】放射線ｌについて信号を逆拡散した後、信号は重さベクトルｗ_ｌを使用して組
み合わされ、

【００６０】

【数１７】となる。

【００６１】組合せ後のＳＮＩＲは、

【００６２】

【数１８】であり、上式で最大ＳＮＩＲ（シュワルツの不等式を使用して）、

【００６３】

【数１９】の場合だけ、

【００６４】

【数２０】が得られる。上式で、ηは定数であり、ＩＲＣは、干渉拒否組合せを意味する。

【００６５】異なる放射線が相関されていないという仮定の下で、最適な組合せは、各放射
線からの逆拡散され組み合わされた信号が、それに対応するＳＮＩＲで重み付け
られ共に合計される場合、ブロック３８０において実行される。最終的に組み合
わされた信号のビットごとのＳＮＩＲは

【００６６】

【数２１】である。

【００６７】上記のように、干渉抑制に関する重み付け係数を最適化することに加えて、重
み付け係数はまた、ＲＡＫＥ組合せに関しても最適化されるべきである。いくつ
かの放射線と、いくつかのアンテナからの信号を組み合わせるための従来のＲＡ
ＫＥ手順は、最大比組合せ（ＭＲＣ）を使用すること、すなわち各放射線をその
チャネル推定の共役複素数で乗算し、すべての信号を合計することである。

【００６８】ＭＲＣ結合器の重さは、干渉が空間的に相関していないこと、すなわち、Ｒ_ｕ _ｕ，ｌの対角線から逸れた要素がゼロであると仮定することによって得られる。
ＭＲＣ重さベクトルはしたがって、

【００６９】

【数２２】である。

【００７０】組合せの後にＳＮＩＲを与えられると、対応するビット・エラー率（ＢＥＲ）
を計算することが可能になる。ＡＷＧＮチャネルに関するＢＥＲは、ＭｃＧｒａ
ｗＨｉｌｌ、１９９５年第３版の、Ｊ．Ｇ．Ｐｒｏａｋｉｓによる「Ｄｉｇｉｔ
ａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」という題名のディジタル信号処理に関す
るよく知られた本に与えられており（ＢＰＳＫ変調は純粋に例として仮定する）
、次の通りであり、

【００７１】

【数２３】上式で、

【００７２】

【数２４】である。

【００７３】一般チャネルに関するＢＥＲは、

【００７４】

【数２５】であり、上式でｆ_γｂ（γ）はＳＮＩＲの可能性分布である。この分布はすべて
のユーザ、たとえばチャネル・モデルに関連するすべてのパラメータに依存して
おり、分析的に計算することが難しい。その代わりに数字的な方法が使用できる
。

【００７５】（Ｂ．２０）内のγが時間変化関数として考えられる場合、またすべてのユー
ザに関連するすべてのパラメータがその分布によって変化する場合、無限の整数
を有限な合計で近似値を出すことが可能になる。

【００７６】

【数２６】上式で、γ（ｋ）は、各ｋについてすべてのパラメータを新しく実現して、（Ｂ
．１６）によって計算される。

【００７７】最適な重み（Ｂ．１５）内で使用されるステアリング・ベクトルａ_１，ｌは、
次のように予想される。

【００７８】（Ｂ．９）及び（Ｂ．１０）から、次式が得られる。

【００７９】

【数２７】

【００８０】これをａ_１，ｌによって乗算することにより、

【００８１】

【数２８】が得られ，ηは実定数である。ステアリング・ベクトルａ_１，ｌはしたがって、
上記の固有値問題のもっとも大きな固有値に対応する固有ベクトルである。

【００８２】最適重み（Ｂ．１５）に使用される干渉共分散マトリックスＲ_ｕｕ，ｌを概算
する必要がある。しかし、直交符号は典型的にはダウンリンク内で使用されるた
め、干渉共分散マトリックスは概算が困難であり、したがって本発明の例として
の実施形態では、上記の等式（Ｂ．１５）内で等価の値に置き換える。特に、出
願者はＲ_ｕｕ，ｌは（Ｂ．１５）内のＲ_ｘｘ又はＲ_ｙｙ，ｌによって置き換える
ことができ、それでも最適の組合せが漸近的に得られることに注目した。これは
マトリックス反転補助定理を使用することによって示すことができる。

【００８３】本発明の別の例としての実施形態によれば、各時間遅延について上記のように
別に計算される重みは、次のように同時に計算できる。上記の等式（Ｂ．１５）
では、変数Ｒ_ｕｕ，ｌ及びａ_１，ｌはＲ_ｕｕ及びａ_ｌによって置き換えられ、上
式でＲ_ｕｕ＝Ｅ｛ｕ_１ｌ＊ｕ^Ｈ _１，ｌ｝であり、ｕ_１，ｌはすべてのｕ_ｌ，ｌ， _ｌを含むベクトルであり、ａ_ｌは、すべてのａ_ｌ，ｌを含むベクトルであり、し
たがって同時に実行されるべき種々の計算をスタックする。

【００８４】前述は、本発明による移動受信器構造内で使用される重み付け係数を得る方法
を説明している。出願人は、これらの構造の実施態様をシミュレートし、これら
の構造の実施態様によって、従来のＲＡＫＥ受信器が複数のアンテナと共に使用
されていたとしても、これら従来の受信器に比べて大幅な受信信号の品質の改良
が提供されることを発見した。これらのシミュレーションの結果を、図４〜６に
示されているグラフに関連して次に説明する。この中で、シミュレーションは、
拡散化係数＝３２、セルごとのユーザ数＝６、及び熱雑音分散＝１という共通の
システム・パラメータを使用する。

【００８５】図４は、単一の所望の信号放射線が移動局によって受信されるシミュレーショ
ンの結果を描く。グラフ内の一番上の関数は、単一のアンテナしか有しない、す
なわちダイバーシチ組合せのない移動局について、非符号化ビット・エラー率対
信号ノイズ比を表す。驚くべきことではないが、このシミュレーションはもっと
も低い品質を示す（もっとも高いＢＥＲ）。次に低い信号品質は、２つのアンテ
ナを有するが従来のＲＡＫＥ（ＭＲＣ組合せ）技法を使用するシミュレーション
された移動局によって経験される。次いで、本発明が３回シミュレーションされ
た。下降するＢＥＲグラフ・オーダの中で、１度は３つの基地局干渉を使用し、
１度は２つの基地局干渉を使用し、１度は単一の基地局干渉を使用した。２つの
アンテナ移動局について、単一の基地局からの干渉は更に大きく抑制され、受信
された信号のよりよい品質を提供していることに注意されたい。したがって、本
発明は、上記の家庭基地局を導入することによって生じる問題の優れた解決法を
提供する。干渉物の数がアンテナの追加数を超えると、性能は従来のＲＡＫＥ受
信器に近づき始めるが、それでもなお約２ｄＢ分よい。

【００８６】図５は、２つのアンテナを有する移動局に関するシミュレーション結果を示し
、この中で各チャネルは３つの放射線を含む。この場合、従来のＭＲＣ手法から
の結果と本発明の３つのシミュレーションとは、１つだけの干渉基地局が考慮さ
れている時でも、図４の結果より更に緊密にグループ化されている。これは移動
局における本発明による干渉抑制は、干渉基地局の放射線の数が移動基地局によ
って使用されているアンテナ（又はアンテナ要素）の数マイナス１より小さいか
等しい時に最大となる結論を導く。

【００８７】この後者の結論は、図６に示されたシミュレーションの結果によって支持され
る。この中で、所望のチャネルは移動局によって受信される３つの放射線を有す
るが、干渉基地局（複数可）は１つの放射線しか有しない。図５に見られる結果
とは異なり、１つだけの信号放射線しか有しない単一の干渉基地局については、
移動局において２つのアンテナを使用して実質的に完全な干渉抑制が達成される
ことに注意されたい。

【００８８】上記のように、将来はＣＤＭＡ基準とシステムの高速ビット・レートとがサポ
ートされる。ＣＤＭＡシステム内で高速ビット・レートを達成するための１つの
技法は、各個別のユーザに多重符号を提供することである。すなわち、ユーザは
多重拡散化符号を割り振られ、各拡散化符号が使用されて、より低いビット・レ
ート接続をサポートする。

【００８９】移動局が多重符号信号を受信する時、そこに割り当てられた各拡散化符号につ
いて複合信号を個別に処理することができる。別法としては、干渉抑制技法が使
用されて、本発明によるダウンリンク内で受信された信号を処理した場合、各移
動局の意図された信号が同じ無線チャネル（つまり、同じａ_１，ｌ）を通って通
過し、同じ干渉（同じＲ_ｕｕ，ｌ）によって妨害されているという事実を使用し
て、計算の複雑さを削減することができる。たとえばこれらのベクトルは、いく
つの拡散化符号が移動局に割り当てられたかにかかわらず１度だけ推定でき、こ
れらの推定値を使用して各割り当てられた符号について１度ずつ、複合信号を複
数回処理できる。別法としては、これらのベクトルの推定は、複合信号内のすべ
ての信号を同時に使用して行うことができる。これは推定内の推定エラーを減少
し、したがって性能を向上する。

【００９０】本発明が、理解を促進するために特定の実施形態に関して説明された。しかし
上記の実施形態は限定的なものではなく例示のためのものである。当業者であれ
ば本発明の中心的な精神と範囲から離れることなく、上記の特定の実施形態から
離れた例も作られることが容易に明らかであろう。したがって、本発明は上記の
例に限定されるものと見なされるべきではなく、その代わりに、等価物を含めた
首記の特許請求の範囲と同一基準のものと見なされるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的なセルラー無線通信システムを示す図である。

【図２】ＣＤＭＡ送信と受信システムの非常に一般的な構成図である。

【図３】本発明による受信器アーキテクチャを示す図である。

【図４】２つのアンテナを持つチャネルに配布された１放射線のレイリを有するシミュ
レーションを使用した、本発明に帰する利点を描いたグラフを示す図である。

【図５】２つのアンテナを持つ３つの放射線チャネル・シミュレーションを使用した従
来の受信器と比べた、本発明による受信器に関するシミュレーションの結果を示
す図である。

【図６】望ましくない基地局からの１つの放射線を有する、２つのアンテナを持つ３つ
の放射線チャネルに関するシミュレーションの結果を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，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，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者ブイェルン，グドムンドソン，グドモンドスウェーデン国ソレンテュナエス− 192 48，ポルスヴェーゲン 120 (72)発明者ヨナス，カールソン日本国横浜 236−0012，金沢区マリンシティービー−1305 Ｆターム(参考） 5K022 EE01 EE21 EE31 5K059 CC03 DD32 DD37 5K067 AA02 AA03 BB02 BB04 CC24 KK03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受信された信号の異なるバージョンを組み合わせ、干渉抑圧
を使用して干渉信号を取り除くするダイバーシチのための移動局であって、第１の信号と第２の信号とを受信するための、少なくとも２つのアンテナ要素
と、前記第１の信号と第２の信号とを処理するための複数の受信信号処理分岐であ
って、各分岐が、分岐への信号入力の遅延したバージョンを生成するための遅延
ユニットと、前記信号の前記遅延したバージョンを逆拡散するための逆拡散ユニ
ットと、重み付け係数を使用して前記逆拡散ユニットの出力を重み付けするため
の重み付けユニットとを含む複数の受信信号処理分岐と、対応する遅延を有する処理分岐内で重み付けユニットからの出力を組み合わせ
るための複数の第１の結合器と、前記複数の第１の結合器からの出力を組み合わせるための第２の結合器であっ
て、前記重み付け係数が選択されて前記干渉信号を取り除く第２の結合器とを備
えることを特徴とする移動局。
【請求項２】前記重み付け係数が、干渉拒否ベクトルと最大比組合せベク
トルの組合せを使用して計算されることを特徴とする請求項１に記載の移動局。
【請求項３】前記重み付け係数が前記望ましくない信号の共分散を使用し
て計算されることを特徴とする請求項１に記載の移動局。
【請求項４】前記重み付け係数がすべての受信された信号の共分散を使用
して計算されることを特徴とする請求項１に記載の移動局。
【請求項５】前記重み付け係数が各遅延について個別に計算されることを
特徴とする請求項１に記載の移動局。
【請求項６】前記重み付け係数がスタッキング動作内のすべての遅延につ
いて同時に計算されることを特徴とする請求項１に記載の移動局。
【請求項７】所望のＣＤＭＡ信号を移動局に送信するための少なくとも１
つの基地局と、少なくとも１つの干渉ＣＤＭＡ信号を前記移動局に送信するため
の少なくとも１つの基地局とを有するＣＤＭＡ無線通信システムであって、前記少なくとも１つの移動局は、前記所望のＣＤＭＡ信号のうち少なくとも２つのバージョンを受信するため
のアンテナ手段と、前記所望のＣＤＭＡ信号の前記少なくとも２つのバージョン内に含まれる情
報の組合せを使用して、前記受信器に向けられた情報を検出するための受信信号
処理手段であって、前記少なくとも１つの干渉ＣＤＭＡ信号を取り除くための手
段を含む受信信号処理手段とを備え、前記少なくとも１つの干渉ＣＤＭＡ信号を
取り除くための前記手段が重み付け係数を使用し、前記重み付け係数は干渉除去
ベクトルと最大比組合せベクトルとの組合せを使用して計算されることを特徴と
するＣＤＭＡ無線通信システム。
【請求項８】前記少なくとも１つの干渉信号を拒否するための前記手段が
、前記少なくとも１つの干渉基地局から前記信号の共分散を使用して前記重み付
け係数を計算することを特徴とする請求項７に記載のＣＤＭＡ無線通信システム
。
【請求項９】前記少なくとも１つの干渉信号を拒否するための手段が、す
べての受信された信号の共分散を使用して前記重み付け係数を計算することを特
徴とする請求項７に記載のＣＤＭＡ無線通信システム。
【請求項１０】前記重み付け係数が、複数の遅延のそれぞれについて個別
に計算されることを特徴とする請求項７に記載のＣＤＭＡ無線通信システム。
【請求項１１】前記重み付け係数が、スタッキング動作内で使用する複数
の遅延のそれぞれについて同時に計算されることを特徴とする請求項７に記載の
ＣＤＭＡ無線通信システム。
【請求項１２】少なくとも２つのアンテナ要素であって、各アンテナ要素
が前記移動局に向けられた信号及び少なくとも１つの干渉信号を受信する少なく
とも２つのアンテナ要素と、前記少なくとも２つのアンテナ要素のそれぞれ上で受信された前記所期信号を
、前記少なくとも１つの干渉信号と関連した共分散マトリックスを使用して、前
記少なくとも１つの干渉信号を抑制する方法で組み合わせるための手段とを備え
ることを特徴とする移動局。
【請求項１３】第１のユーザに関連する機器へ制限されたアクセスをする
ための家庭基地局であって、第２のユーザに関連した機器に関して干渉信号を送
信する家庭基地局と、所望の信号を前記第２のユーザに送信するためのセルラー基地局とを備える無
線通信システムであって、前記第２のユーザに関連する移動局は、前記所望の信号の第１のバージョンと第２のバージョンをそれぞれ受信し、
前記家庭基地局から送信された前記干渉信号を受信するための２つのアンテナ要
素と、前記干渉信号に関連する共分散マトリックスと、前記所望の信号と前記干渉
信号の両方に関連する共分散マトリックスのうち１つを使用して、前記干渉信号
を抑制する方法で、前記所望の信号の前記第１のバージョンと第２のバージョン
を組み合わせるための信号処理ユニットとを含むことを特徴とする無線通信シス
テム。
【請求項１４】移動局によって受信された合成ＣＤＭＡ信号を処理するた
めの方法であって、複数の拡散化符号を前記移動局に割り当てるステップと、前記複数の拡散化符号のそれぞれを使用して、前記合成ＣＤＭＡ信号を逆拡散
して複数の逆拡散信号を生成するステップと、前記複数の逆拡散信号のうち１つについて共分散マトリックスを計算し、前記
合成ＣＤＭＡ信号内で受信された望ましくない信号に関連する干渉を取り除くス
テップと、前記共分散マトリックスを前記複数の逆拡散信号の別のそれぞれに適用し、前
記合成ＣＤＭＡ信号内で受信された望ましくない信号に関連する干渉を取り除く
ステップとを含むことを特徴とする方法。