JP2004159343A - 無線通信ネットワークにおける無線信号中の干渉をキャンセルする方法及び無線通信ネットワークの受信機で受信される無線信号中の干渉をキャンセルする装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、無線通信ネットワークにおける無線信号中の干渉をキャンセルする方法及び無線通信ネットワークの受信機で受信される無線信号中の干渉をキャンセルする装置を提供することを目的とする。
【解決手段】方法及び装置は、セルラ電話ネットワークのような無線通信ネットワークの受信機で受信される無線信号中の干渉をキャンセルする。干渉信号は、順次検出され、復調され、復号される。そして、所望の信号が回復されるまで、復号された信号のそれぞれがそのアナログ形態に再生されて無線信号から差し引かれる。
【選択図】図４

Description

ここで、本発明は、包括的には、無線通信ネットワークに関し、特に、無線ネットワークにおける干渉キャンセレーションに関する。

図１は、本発明を使用する、ＵＭＴＳ、ＣＤＭＡ−１ｘ、またはＦＯＭＡネットワークのような典型的な第３世代（３Ｇ）無線ネットワーク１００を示している。このネットワークは、基地局１０１〜１０３、低ビットレートユーザデバイス１１１、および高ビットレートユーザデバイス１１２を含む。低ビットレートユーザデバイス１１１は、主として、音声端末（セルラ電話機）、ページャ、および、個人情報端末のような携帯端末である。低ビットレートデバイスは、制限された電力、性能、Ｉ／Ｏ能力、および小さいサイズによって特徴づけられる。パーソナルコンピュータやより大規模のコンピュータシステムのような高ビットレートデバイス１１２の場合、消費電力およびサイズは大した関心事ではなく、性能が最重要事項である。

それらの２つの異なるカテゴリのデバイスを収容するため、３Ｇ無線ネットワークは、低ビットレートチャネル１２１および高ビットレートチャネル１２２を提供する。音声およびパケットデータチャネルのような低ビットレートチャネルは、保証型の低レイテンシで、保証型の容量を提供し、これは常に全利用可能容量の小部分である。ＵＭＴＳにおける高ビットレートパケットデータアクセス（ＨＳＤＰＡ）チャネルのような高ビットレートチャネルは、非常に大きくなり得る可変型の容量を提供するが、レイテンシは予測不可能であり、時には極めて大きくなる。部分的には、これは低ビットレートチャネル１２１上の音声チャネルに保証型レイテンシを提供するという要件によるものである。なお、チャネルは、単一の物理チャネル内の複数の仮想チャネルであってもよい。

このようにより大きいレイテンシおよび可変型の容量を許容し得るサービスのみが、高ビットレートチャネルを利用することができる。一般に、このようなチャネルは、ウェブ閲覧、ファイル転送および電子メールのようなアプリケーションを意図している。これらは音声より高いスループットを要求するが、同時に、可変型容量およびより大きいレイテンシには寛容である。これに対して、音声通信においては、信号の品質はそれほど重要ではないが、レイテンシは許容できない。

多くの地域で、高密度の基地局およびユーザデバイスが存在する。その結果、種々の信号が互いに干渉し合う。図１に示すように、各デバイスは、パワーレベルが十分に高ければ、すべての送信信号の重ね合わせを同時に受信する。所与のどのデバイスについても、最も近い基地局からの信号が一般には最も強いであろう。

無線受信機の性能を改善するために干渉キャンセレーション（ＩＣ）を使用することができる。具体的には、ＩＣは、無線チャネル上の所与のスループットのために要求される信号強度を減少させる。ＣＤＭＡ方式のシステムでは、送信パワーレベルの減少の直接の結果として、全システム容量が増大する。したがって、ＩＣは２つの可能な利益を有する。ＩＣは、使用するチャネルの全容量を少なくしながら同一スループットを達成することができるとともに、信号強度を増大させることなくより高いスループットを達成することができる。

無線チャネル１２１〜１２２は一般に「アップリンク」および「ダウンリンク」を含む。アップリンクは送信機と基地局の間にあり、ダウンリンクは基地局と受信機の間にある。本明細書に記載される干渉キャンセレーションは低および高ビットレート無線チャネルのアップリンクおよびダウンリンクの両方に適用可能であるが、高ビットレートダウンリンクのほうが、より多大な利益を受けるであろう。

無線システムにおける利用可能容量の最大部分が通常は高ビットレートチャネルに割り当てられ、逆に音声チャネルはより小さい部分が割り当てられる。例えば、ＵＭＴＳにおけるＨＳＤＰＡチャネルは、全利用可能容量の８０％程度を消費することがある。すでに述べたように、信号強度と容量とはＣＤＭＡ方式のシステムでは直接関係する。したがって、ＩＣは、低ビットレート音声チャネルよりも高ビットレートチャネルに対してのほうが容易である。

高ビットレートチャネルに対して完全なＩＣを実行するためには、受信機は、低ビットレート音声信号を含めて、チャネル上のすべての他の信号を検出しなければならない。同様に、低ビットレートチャネルについて、音声端末もまた、チャネル内の相当量の干渉をキャンセルするためには、高ビットレート信号とともにすべての他の音声信号を検出しなければならない。このことは、音声端末の複雑さを実質的に増大させる。

Holtzman等に対して２００２年６月１１日に発行された「CDMA multiple access interference cancellation using signal estimation」と題する米国特許第６，４０４，７６０号は、ＣＤＭＡシステムにおける干渉を減少させる方法を記載している。最強干渉信号の推定値が、その最強信号に関連するパイロット信号の分析から形成される。そして、その推定値を用いて最強信号のレプリカを生成し、これを受信チャネルの遅延バージョンから差し引くことができる。

この手法の問題点は、パイロット信号のパワーが他の信号のパワーに比べて比較的高いことである。したがって、パイロット信号が強力な干渉を生じる。しかし、Holtzmanは干渉するパイロット信号をキャンセルするいかなる方法も提供していない。

低ビットレートチャネルに対して干渉キャンセレーションが実行されない無線システムでは、基地局は、チャネルに存在するすべての他の低および高ビットレート信号により引き起こされる干渉にもかかわらず音声端末が信号を高い信頼性で受信し検出することを確実にするために、より高いパワーで送信をしなければならない。すべての信号が同一チャネルを共有するというＣＤＭＡ方式のシステムでは、これは一般に、閉ループパワー制御を用いて達成される。各音声端末がフィードバック信号を基地局に送る。このフィードバック信号を用いて、ダウンリンク上の信号強度を調整することにより、それが受信機において十分になることを確実にする。

一方法は、セルラ電話ネットワークのような無線通信ネットワークの受信機で受信される無線信号中の干渉をキャンセルする。

干渉信号は、順次検出され、復調され、復号される。次に、所望の信号が回復されるまで、復号された信号のそれぞれがそのアナログ形態に再生されて無線信号から差し引かれる。

図２は、高ビットレートユーザデバイスによって受信されるダウンリンク無線信号２００を示している。信号２００は、ダウンリンク信号群２０１〜２０３およびノイズ２０４を含む。パイロット、同期、および制御信号のような一部の信号は、比較的高いパワーレベルで送信される。低ビットレート音声信号および高ビットレートデータ信号のような他の信号は、フィードバック信号に基づいて決定される信号レベルで送信される。

本発明の目的上、所望信号２１０を除くすべての信号２１１およびノイズ２０４は干渉するとみなされ、キャンセルされるべきである。パイロット、制御、および同期信号のような中程度ないし高いパワーレベルの干渉信号の場合、特に重要である。実質的に低いパワーレベルの干渉信号、例えば遠方の基地局、他のユーザデバイス、およびノイズからの信号は、ほとんど実際のアプリケーションに対して無視することができる。したがって、例えば、所定しきい値より高いパワーレベルを有する干渉信号のみを考慮すればよい。しきい値は、所望信号２１０のパワーレベルに関係してもよい。

図３は、本発明による干渉キャンセレーションのための回路３００を示す。回路は、例えば４段のステージ３０１に構成された、複数の遅延３１０、干渉検出・再生モジュール３２０、および加算器３５０を含む。さらに、回路３００は、チャネル推定器３３０および所望信号検出器・復号器３４０を含む。

回路３００は、入力としてすべての受信無線信号２００を受け取る。入力無線信号２００は、干渉信号２１１および所望信号２１０を含む。各ステージ３０１は、所望信号２１０だけが残るまで、入力信号から干渉信号の再生バージョンを差し引くことによって干渉信号２１１の１つをキャンセルする。

図４は、回路３００によって実行される方法４００の各ステップを示す。ステップ４１０は、入力信号２００から干渉信号２１１の１つを検出し、復号し、復調する。これは、拡散符号、変調フォーマット、周波数、スクランブリング符号およびユーザマスク、ならびにチャネルインパルス応答が既知であれば行うことができる。ＣＤＭＡ無線受信機で一般に使用される周知の「ｒａｋｅ」受信機構造（例えばチャネル推定器３３０等）が、その動作の正規の副生成物としてこのような推定値を提供する。これらのパラメータが未知である場合には、干渉信号２１１に対する近似値の再生を可能にするために、最良予測推定値を使用することができる。

次に、ステップ４２０で、干渉信号のアナログ形態が再生される。

次に、再生された干渉信号２１１が、信号の種々のバージョンを時間的に揃えるためにすべて適当な遅延を入れて、入力信号２００から差し引かれる（４３０）。この動作は事実上干渉を除去し、所望信号２１０がステップ４１０で検出されるようにする。

このプロセスは、所望信号２１０のみが残るまで各ステージ３０１について順次繰り返され（４４０）、所望信号２１０は図３のモジュール３４０で検出し復号することができる。

前述のように、ＣＤＭＡ方式のシステムでは、各送信信号のパワーレベルは、目的受信機からのフィードバック情報に基づいて調整される。したがって、各送信信号のレベルは、目的受信機による検出が成功するには十分であるが、他の受信機による検出が成功するには必ずしも十分であるとは限らない。

しかし、ダウンリンクでは、ほとんどの受信機は非常に類似した干渉環境下にあり、目的受信機を満足させるのに必要な送信パワーレベルは、信号を他の受信機でも同様に検出可能にするのに必要な送信パワーレベルに近いであろう。

方法４００の反復的性質のため、例えば３〜１０段のステージが使用される場合、各ステージ３０１が最も「強力な（高パワーの）」干渉信号をキャンセルするにつれて、反復ごとにより多くの干渉信号が検出可能となり、回路３００の性能が向上する。３〜５段のステージで、妥当な結果を得ることができる。

検出の成功に十分なだけ強力なパワーレベルで受信される干渉信号２１１がほとんどまたは全くない場合があり得る。これは例えば、高ビットレートデータ受信機が基地局から遠くセル境界の近くにあり、他のセルからの干渉が特に強い場合に起こり得る。

他の場合、高ビットレート受信機によって受信される信号のパワーレベルが、その受信機が干渉信号の検出の成功に必要とするものよりわずかに小さいだけである。ほとんどの受信機は非常に類似の干渉環境下にあるため、このようなことが起こるのはまれではないことが知られている。これが起こっている場合、干渉信号の送信信号レベルを少し増大させれば、本発明による干渉キャンセレーションを実際に改善することができる。

したがって、本発明は、他の信号のパワーレベルの調整を可能にするフィードバック方式のパワー制御技法を提供することができる。例えば、高ビットレート受信機によって指定されたパワーレベルが目的受信者によって指定されたパワーレベルより高い場合、基地局は、随意に、２つのレベルのうちの高いほうを採用することができる。これは、追加的余裕をもって目的受信機の要件を満たすとともに、高ビットレート受信機が「高パワーの」音声信号を検出し、復調し、復号し、キャンセルすることに成功することを可能にする。

上記のように、受信機は、他の受信者宛の干渉信号を検出し、復調し、復号することができると仮定している。これが成り立つためには、受信機は、拡散符号、誤り訂正符号、符号化レート等のような変調および符号化の方式の種々のパラメータを知っている必要がある。これらのパラメータは、チャネルが設定される時に目的受信機に伝えられ、それらが後の時刻に変更される場合には必要に応じて更新される。

しかし、すべての現代的なディジタル無線ネットワークは、ユーザデータのプライバシーを保護するために暗号化を使用している。ＩＣが成功するためには、高ビットレート受信機は干渉信号中のデータを解読する必要はないことに注意することが重要である。チャネルパラメータが既知であれば十分である。高ビットレート受信機は、干渉波形を再生する目的のためにビットを検出するだけでよく、受信機はそれに含まれるデータを解読する必要はない。

したがって、プライバシーのために暗号化された信号を送信することは本発明にとって有利である。しかし、暗号化データの検出、復調および復号に必要なチャネルパラメータは、暗号化なしで、または本発明によるＩＣ対応受信機により解読可能な暗号化方法で、送信される。

以上、本発明について、好ましい実施の形態を例として説明したが、本発明の精神および範囲の内で種々の他の適応および変更を行うことが可能であることが理解されよう。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神および範囲の内に入るすべてのこのような変形および変更を包含することである。

本発明を使用する「第３世代」無線セルラネットワークの図。 高ビットレートデータユーザデバイスによって受信される全ダウンリンク信号のブロック図。 本発明による干渉キャンセレーションのための回路のブロック図。 本発明による干渉キャンセレーション方法の流れ図。

Claims (12)

1. 無線通信ネットワークにおける無線信号中の干渉をキャンセルする方法であって、
   前記無線信号に含まれる複数の干渉信号のすべてを検出し、復調し、復号すること、
   検出され、復調され、復号された信号から前記干渉信号のすべてを再生すること、
   所望信号を回復するために、前記無線信号から再生された干渉信号のすべてを差し引くこと
   を含む方法。
2. 検出すること、再生すること、および差し引くことは、前記干渉信号のそれぞれについて順次実行される請求項１に記載の方法。
3. 前記干渉信号は、ダウンリンク無線信号群を含む請求項１に記載の方法。
4. 各ダウンリンク無線信号群は、パイロット信号、同期および制御信号、ならびに音声信号を含む請求項３に記載の方法。
5. 前記ダウンリンク無線信号群は、高ビットレートおよび低ビットレート信号を含む請求項３に記載の方法。
6. 各干渉信号のチャネルインパルス応答を推定すること
   をさらに含む請求項１に記載の方法。
7. 前記所望信号は第１の基地局から受信され、前記干渉信号は第２の基地局から受信される請求項１に記載の方法。
8. 特定の干渉信号の送信機に対して、該特定の干渉信号のパワーレベルを増大させるように要求すること
   をさらに含む請求項１に記載の方法。
9. 前記要求は、前記特定の干渉信号の受信機からのフィードバック信号を通じて行われる請求項８に記載の方法。
10. 無線通信ネットワークの受信機で受信される無線信号中の干渉をキャンセルする装置であって、
    複数のステージを備え、
    各ステージは、
    前記無線信号に含まれる複数の干渉信号のすべてを検出し、復調し、復号する手段と、
    検出され、復調され、復号された信号から前記干渉信号のすべてを再生する手段と、
    所望信号を回復するために、前記無線信号から前記再生された干渉信号のすべてを差し引く手段と
    を備える無線信号中の干渉をキャンセルする装置。
11. 前記複数のステージに結合する遅延線
    をさらに備える請求項１０に記載の装置。
12. 前記干渉信号のチャネルインパルス応答を決定するチャネル推定器
    をさらに備える請求項１０に記載の装置。

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