JP2006217092A - 無線通信システムの基地局でスリーステート信号を検出する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信システムの基地局で、ネットワーク・スループットの最適化を目的とするスリーステート信号を検出する方法および装置を提供すること。
【解決手段】基地局（２０１）での受信信号からの、移動端末（２０２）が送信したのがＡＣＫか、ＮＡＣＫか、それともＮＵＬＬかの判断は、受信信号の大きさに基づく加重判断コストの合計を最小にすることによりネットワーク・スループットを最大にする判断規則を順次適用して、３つの可能な送信シンボルの１つを連続して除去する（３０３、３０４、３０７）ことによりなされる。
【選択図】図３

Description

本発明は無線通信に関し、より詳細には、無線通信システムの基地局で受信した信号の処理に関する。

ＣＤＭＡ２０００標準により動作する無線通信システムでは、逆方向チャネルで肯定応答チャネルを使用して、ダウンリンクチャネルで送信されたデータ・パケットを移動端末が受信しているかどうか基地局に知らせる。移動端末は、ダウンリンク・データ・パケットを正常に回復しているときにはＡＣＫシンボル（＋１）を、パケット・データを受信したがそれを正常に回復していないときにはＮＡＣＫ（−１）シンボルを、移動端末が何も受信せず、静止状態のままで、何も送信しないときにはＮＵＬＬシンボル（０）を送信する。

したがって、かかるシステムの基地局受信機は、データ・パケットを再送信する必要があるかどうか判定するために、肯定応答チャネル上で送信されたシンボル（ＡＣＫ、ＮＡＣＫ、またはＮＵＬＬ）を回復する必要がある。したがって、そのような受信機は、移動端末により肯定応答チャネルで送信されているのが、ＡＣＫか、ＮＡＣＫか、それともＮＵＬＬか判断するスリーステート検出器を含む。このスリーステート検出器の性能は、ネットワーク・スループットに直接影響を及ぼす。従来方式では、スリーステート検出器は、検出誤りの平均確率を最小にするように設計される。そのような検出器は、実際にはＮＡＣＫが送信されたときにＡＣＫを検出する誤りを、実際にはＡＣＫが送信されたときにＮＡＣＫを検出する誤りなどと同様に取り扱う。図１に、基地局受信機による受信信号「ｒ」の応答信号の従来技術での処理を示す。図でわかるように、大きさＲの信号「ｒ」を受信した（ステップ１０１）後、Ｒが閾値Ｔ１より大きいかどうか判定される（ステップ１０２）。Ｒが閾値Ｔ１より大きい場合、送信されたシンボルはＡＣＫであると判断される（ステップ１０３）。Ｒが閾値Ｔ１以下である場合、Ｒは別の閾値Ｔ２と比較される（ステップ１０４）。ＲがＴ２より小さい場合、送信されたシンボルはＮＡＣＫであると判断される（ステップ１０５）。しかしながら、ＲがＴ２より大きい場合は、送信されたシンボルはＮＵＬＬであると判断される（ステップ１０６）。

不都合なことに、この従来技術の方法は、ネットワーク・スループットの点で最適なネットワーク性能を提供しない。したがって、ネットワーク・スループットの最適化を目的とするスリーステート検出器が求められている。

本発明の実施形態によれば、基地局での受信信号からの、移動端末が送信しているのがＡＣＫか、ＮＡＣＫか、それともＮＵＬＬかの判断は、受信信号の大きさに基づく加重判断コストの合計を最小にすることによりネットワーク・スループットを最大にする判断規則を順次適用して、３つの可能な送信シンボルの１つを連続して除去することによりなされる。判断コストは、同じ、または異なるシンボルが実際に送信されたときに最も可能性の高い送信シンボルとして特定のシンボルを選択することによる全体の性能への影響に基づくものである。次いで、そのような各コストは、特定のシンボルが実際に送信された事前確率に、その受信の大きさに基づいて受信信号に対して行われた判断の事後条件付き確率を掛けたもので重み付けされる。

本発明は、マルチステート信号が送信され、全体的システム性能が判断誤りの異なる組合せにより異なる影響を受け、システム性能に対するコストがそのような判断誤りに起因して生じ得るどんな種類の通信システムでも適用され得る。

前述の本発明の実施形態は、誤りの種類ごとに検出誤りに伴う「コスト」を考慮することによりネットワーク・スループットを最適化しようとするものである。図２に、基地局２０１と移動端末２０２の間のデータ通信を示す。まず、移動端末２０２が、基地局２０１にデータを求める要求を送信する。次いで、基地局２０１が、それに応答して移動端末２０２にデータ・パケットを送信する。次いで、移動端末２０２が、それに応答して基地局２０１に、ＡＣＫ、ＮＡＣＫまたはＮＵＬＬを送信する。移動端末２０２がデータを正常に受信した（すなわち、パケットを受信し、パケットが巡回冗長検査［ＣＲＣ］に合格した）場合、それはＡＣＫを送信する。ＣＲＣに合格しなかった場合、移動端末２０２は基地局にＮＡＣＫを送信する。基地局２０１がデータ・パケット送信後にＡＣＫを受信した場合、それは新しいパケットを送信する。基地局２０１がＮＡＣＫを受信した場合、それはパケット全体、またはその一部を再送信する。しばらくしても移動端末から何も受け取らなかった場合、基地局は、それをＮＵＬＬとして取り扱い、パケット全体を再送信する。

どのシンボルが移動端末により実際に送信されたかを受信信号から検出する際の誤りに起因して、異なる「コスト」が生じ得る。例えば、移動端末がＡＣＫを送信したが、基地局受信機がそれをＮＡＣＫまたはＮＵＬＬとして検出した場合には、結果としてスループット低下という「コスト」が生じる。というのは、基地局は、ＮＡＣＫまたはＮＵＬＬに応答して、移動端末に、移動端末がすでに持っているデータ・パケットを再送信することになるからである。これはリソースの無駄であり、基地局は移動端末に、移動端末が受信し直す必要のなかったデータ・パケットではなく、新しいデータ・パケットを送信することができるはずである。移動端末がＮＡＣＫを送信し、基地局がそれをＡＣＫとして検出したときには、さらに悪い状況が生じる。その場合、基地局は、移動端末が送信データ・パケットを受信していると判断し、移動端末への新しいデータ・パケットの送信に移る。次いで、移動端末は、同期を失い、結局は、移動端末が同期を回復するために、基地局がはるかに多くのデータを送信することが必要になる。移動端末がＮＡＣＫを送信し、基地局が受信信号をＮＵＬＬとして検出した場合、ＮＡＣＫに対してパケット全体が送信されるのであれば、「損失」は生じない。しかしながら、基地局が、通常、ＮＡＣＫの受信時にはパケットの一部だけを送信し、ＮＵＬＬの受信時には完全なパケットを送信する場合には、スループットが影響を受ける。移動端末がＮＵＬＬを送信し、基地局が受信信号をＡＣＫとして検出した場合で、基地局がすでに何かを送信したが、移動端末がそれを受信していなかった場合には、基地局は、それが送信したものが受信されたと想定して、新しいデータ・パケットを送信し、前述の同期問題を生じる。移動端末がＮＵＬＬを送信し、基地局が受信信号をＮＡＣＫとして検出した場合、基地局は、ＮＵＬＬおよびＮＡＣＫの応答に際してのその基地局の方針に応じて、そのパケット全体、またはパケットの一部だけを再送信する。

エラーの種類ごとに、検出誤りに起因して、異なる「コスト」が生じ得る。したがって、前述のように、実際にはＮＡＣＫが送信されたときにＡＣＫを検出することに伴う「コスト」は、実際にはＡＣＫが送信されたときにＮＡＣＫを検出することに伴う「コスト」とは異なる。これらの「コスト」は、特定の誤りのネットワーク・スループットへの影響によって決まる。本発明のスリーステート検出器の実施形態によれば、その目的は、以下のリスクを最小にすることである。

上記の式では、以下の定義が適用される。
Ｈ_０、Ｈ_１、Ｈ_２は、それぞれ、ＮＵＬＬ、ＮＡＣＫ、ＡＣＫの状態を表し、
Ｐ_０、Ｐ_１、Ｐ_２は、それぞれ、Ｈ_０、Ｈ_１、Ｈ_２での事前確率であり、
Ｃ_ｉｊは、実際にはシンボルＨ_ｊが送信されたときに送信シンボルとしてＨ_ｉを選択することに伴うコストである（ｉ、ｊ＝０、１、２、Ｃ_ｉｊは［０，１］の範囲内にある）。
ｐ（ｒ｜Ｈ_ｊ）は、Ｈ_ｊ（ｊ＝０、１、２）が送信されていることを条件とする受信（未処理）信号ｒの確率密度関数（ＰＤＦ）であり、
Ｚ_ｉは、Ｈ_ｉ（ｉ＝０、１、２）が選択された場合の観測空間の領域であり、その領域がリスクを最小化するように選択される。

したがって、このリスクは、各可能な判断を行うことに伴う加重コストの合計である。これは、実際に同じまたは異なるシンボルが送信されたときに最も可能性の高い送信シンボルとしてシンボルを選択することに伴うコストに、特定のシンボルが送信された事前確率を掛け、受信信号の大きさが与えられた場合の送信シンボルに対する判断の事後条件付き確率を掛けたものの、検出シンボルと送信シンボルの各可能な組合せごとの、合計に等しい。このリスクを最小にすることにより、スループットが最大になる。

基地局で以下の判断規則を適用し、受信信号ｒの大きさＲが与えられたものとして、どのシンボルが移動端末により送信されたか判断することにより、リスクが最小化されることを以下で数学的に示し得る。

式中、

は、Ｘ＞Ｙの場合、判断はＨ_２またはＨ_０になるはずであり、そうでない場合は、Ｈ_１またはＨ_０になるはずであることを意味する。
式（２）、（３）、（４）では、尤度比Λ_１（Ｒ）およびΛ_２（Ｒ）は、以下のように定義される。

これらの判断規則を大きさＲの受信信号に順次適用することにより、比較ごとに、３つの可能な送信シンボルのセットから、１つの送信シンボルが可能な送信シンボルとして除去され得る。したがって、これらの判断規則の２つの適用後に、最も可能性の高い送信シンボルが判定され得る。さらに、このようにこれらの判断規則を適用することにより、誤った判断を行うことに伴うシステム・スループットに対するコストを考慮に入れるリスクが最小化される。

実際のシステム設計に判断規則を適用するに際しては、受信信号の大きさを、実際に送信された信号から逸脱させる干渉は、白色ガウス雑音（ＷＧＮ）としてモデル化され得ると想定される。その場合、Λ_１（Ｒ）およびΛ_２（Ｒ）は以下により与えられる。

Ｋ_１およびＫ_２は、受信機の自動利得制御（ＡＧＣ）設定などの要因を含めて、システム設計に依存する。Ｋ_１およびＫ_２は、以下により与えられる。

Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ＿ＡＣＫ＿ａｍｐｌｉｔｕｄｅ＝＋１かつＴｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ＿ＮＡＣＫ＿ａｍｐｌｉｔｕｄｅ＝−１では、Ｋ_２＝−Ｋ_１である。式（９）および（１０）では、σ^２ _{ｎｏｉｓｅ}は、他のユーザにより生じた熱雑音および干渉のエネルギーである。ＡＧＣ_ｇａｉｎもσ^２ _{ｎｏｉｓｅ}も可測量である。したがって、ｒ＝Ｒの所与の受信信号レベルについて、尤度比、Λ_１（Ｒ）およびΛ_２（Ｒ）が計算され得る。

式（２）から（５）の判断規則で使用される表記法は、以下を定義することより簡略化される。
Ａ_１＝Ｐ_１（Ｃ_０１−Ｃ_１１）Λ_１（Ｒ） （１１）
Ａ_２＝Ｐ_０（Ｃ_１０−Ｃ_００）＋Ｐ_２（Ｃ_１２−Ｃ_０２）Λ_２（Ｒ） （１２）
Ｂ_１＝Ｐ_２（Ｃ_０２−Ｃ_２１）Λ_２（Ｒ） （１３）
Ｂ_２＝Ｐ_０（Ｃ_２０−Ｃ_００）＋Ｐ_１（Ｃ_２１−Ｃ_０１）Λ_１（Ｒ） （１４）
Ｃ_１＝Ｐ_２（Ｃ_１２−Ｃ_２２）Λ_２（Ｒ） （１５）
Ｃ_２＝Ｐ_０（Ｃ_２０−Ｃ_１０）＋Ｐ_１（Ｃ_２１−Ｃ_１１）Λ_１（Ｒ） （１６）

ＮＵＬＬ、ＮＡＣＫ、またはＡＣＫが、それぞれ、実際に送信されたときにＮＵＬＬ、ＮＡＣＫ、またはＡＣＫを選択することに伴う「コスト」は、ゼロに等しいと想定され得るため、式（１１）から（１６）のＣ_００、Ｃ_１１、Ｃ_２２を「０」に設定することができ、そのため、式（１１）から（１６）が以下のように簡略化される。
Ａ_１＝Ｐ_１Ｃ_０１Λ_１（Ｒ） （１７）
Ａ_２＝Ｐ_０Ｃ_１０＋Ｐ_２（Ｃ_１２−Ｃ_０２）Λ_２（Ｒ） （１８）
Ｂ_１＝Ｐ_２（Ｃ_０２−Ｃ_２１）Λ_２（Ｒ） （１９）
Ｂ_２＝Ｐ_０Ｃ_２０＋Ｐ_１（Ｃ_２１−Ｃ_０１）Λ_１（Ｒ） （２０）
Ｃ_１＝Ｐ_２Ｃ_１２Λ_２（Ｒ） （２１）
Ｃ_２＝Ｐ_０（Ｃ_２０−Ｃ_１０）＋Ｐ_１Ｃ_２１Λ_１（Ｒ） （２２）

図３に、式（１）により定義されるリスクが最小になるように、式（２）から（５）で定義される判断規則を受信信号に順次適用して移動端末により送信された可能性の最も高いシンボルを判断する、本発明のスリーステート検出器の方法の実施形態を示す。ステップ３０１で、大きさＲを持つ信号ｒを受信する。ステップ３０２で、Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_１、Ｂ_２、Ｃ_１、Ｃ_２、が計算される。ステップ３０３で、式（２）で定義される判断規則を適用して、Ａ_１とＡ_２が比較される。Ａ_１がＡ_２より大きい場合、この判断規則により、可能な送信シンボルとしてＮＵＬＬを除去することができ、送信シンボルの残りの可能な候補としてＡＣＫおよびＮＡＣＫが残される。Ａ_１がＡ_２以下である場合、この判断規則により、可能な送信シンボルとしてＮＡＣＫを除去することができ、送信シンボルの残りの可能な候補としてＡＣＫおよびＮＵＬＬが残される。ステップ３０３で、可能な送信シンボルとしてＮＡＣＫが除去された場合、ステップ３０４で、残りの可能な候補、ＡＣＫおよびＮＵＬＬに式（３）の判断規則が適用される。したがって、式（３）の判断規則に従ってＢ_１とＢ_２が互いに比較される。Ｂ_１がＢ_２より大きい場合、この式（３）の判断規則により、可能な送信シンボルとしてＮＵＬＬが除去され、ステップ３０５で、最も可能性の高い送信シンボルの最終判断がＡＣＫであることになる。他方、Ｂ_１がＢ_２以下である場合、式（３）の判断規則により、可能な送信シンボルとしてＡＣＫが除去され、ステップ３０６で、最も可能性の高い送信シンボルの最終判断がＮＵＬＬであることになる。ステップ３０３で、可能な送信シンボルとしてＮＵＬＬが除去された場合、ステップ３０７で、式（４）の判断規則が適用されて、ＮＡＣＫとＡＣＫのどちらが最も可能性の高い送信信号であるか判断される。したがって、Ｃ_１がＣ_２より大きい場合、可能な送信信号としてＮＡＣＫが除去され、ステップ３０５で、ＡＣＫが最も可能性の高い送信信号であると判定される。他方、Ｃ_１がＣ_２以下である場合、可能な送信信号としてＡＣＫが除去され、ステップ３０８で、ＮＡＣＫが最も可能性の高い送信信号であるという最終判断になる。

図４に、ステップ４００での大きさＲの受信入力信号ｒからのＡ_１、Ａ_２、Ｂ_１、Ｂ_２、Ｃ_１、Ｃ_２の計算を示す。ステップ４０１で、Ｋ_１を求める式（９）を用いて尤度比

が計算される。同様に、ステップ４０２で、Ｋ_２を求める式（１０）を用いて尤度比

が計算される。次いで、ステップ４０３、４０４、４０５で、それぞれ、式（１７）、（２０）、（２２）に計算されたΛ_１（Ｒ）を用いて、Ａ_１、Ｂ_２、Ｃ_２が求められる。同様に、ステップ４０６、４０７、４０８で、それぞれ、式（１８）、（１９）、（２１）に計算されたΛ_２（Ｒ）を用いて、Ａ_２、Ｂ_１、Ｃ_１が求められる。各誤り判断に関連付けられた、範囲［０，１］のコストＣ_ｉｊ、ならびに３つの送信シンボルのそれぞれに関連付けられた事前確率、Ｐ_０、Ｐ_１、Ｐ_２が、システム・レベル・シミュレーションおよび／または実地の測定値に基づいてシステムにより供給される。

以上、例示的実施形態を参照して具体的発明について説明してきたが、この説明は、限定的な意味で解釈すべきものではない。以上のように本発明について説明してきたが、この説明を参照すれば、当分野の技術者には、本明細書に添付の特許請求の範囲に記載された本発明の精神から逸脱することなく、これらの例示的実施形態の様々な修正、ならびに本発明の別の実施形態が明らかになるであろうことを理解されたい。例えば、無線通信システムで移動端末から基地局に送信されたシンボルがＡＣＫか、ＮＡＣＫか、それともＮＵＬＬか検出するスリーステート検出器の実施形態に関して説明したが、本発明は、マルチステートの信号が送信され、全体のシステム性能が判断誤りの異なる組合せにより異なる影響を受け、システム性能に対するコストがそのような判断誤りに起因して生じ得る、任意の種類の通信システムで適用され得る。さらに、スリーステート検出に関して説明したが、本発明は、任意のマルチステートシステムに容易に適用され得るはずである。したがって、本発明は、基地局、基地局制御装置および／または移動交換局、あるいはどんな種類のシステムで本発明が用いられるかに応じた他の場所といった、様々な場所で実施され得る。さらに、前述の発明を実施し、使用するのに必要とされる処理回路は、特定用途向け集積回路、ソフトウェア駆動処理回路、ファームウェア、プログラム可能論理デバイス、ハードウェア、あるいは本開示の恩恵を受ける分野の技術者であれば理解するはずの上記の構成要素の個々のコンポーネントまたはそれらの構成物として実施され得る。本明細書で図示し、説明した適用例に厳密に従わず、しかも本発明の範囲および精神から逸脱することなく、本発明での上記その他の様々な改変形態、構成物および方法が実施され得ることを、当分野の技術者は容易に理解するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内に含まれる任意のそのような改変形態または実施形態を包含するものであることが企図されている。

従来技術のスリーステート信号検出の方法を示す図である。 無線通信システムでの移動端末と基地局の間のデータ通信を示す図である。 本発明の実施形態による、ネットワーク・スループットを最大にするスリーステート信号検出の方法を示す図である。 図３の方法で、最も可能性の高い送信信号を判定する際に受信信号に適用される判断規則で使用される各項の計算を示す図である。

Claims (10)

1. 受信信号から、複数の可能な送信シンボルの中で最も可能性の高い送信シンボルを判定する方法であって、
   前記受信信号の大きさに基づく加重判断コストの合計を最小にすることによりネットワーク・スループットを最大にする複数の判断規則を前記受信に順次適用して、前記複数の可能な送信シンボルの少なくとも１つを前記判定された送信シンボルとして連続して除去するステップであって、前記判断コストが、同じ、または異なるシンボルが実際に送信されたときに特定のシンボルを最も可能性の高い送信シンボルとして選択することによる全体のスループット性能への影響に関連付けられているステップ
   を特徴とする方法。
2. 前記合計において、各コストが、特定のシンボルが実際に送信された事前確率に、その受信の大きさに基づいて前記受信信号に対して行われた判断の事後条件付き確率を掛けたもので重み付けされる請求項１に記載の方法。
3. 前記可能な送信シンボルが、無線通信システムにおいて基地局が移動端末から受信したＡＣＫ、ＮＡＣＫおよびＮＵＬＬである請求項１に記載の方法。
4. 各コストが０と１の間になるように正規化される請求項１に記載の方法。
5. 送信シンボルが実際に送信されたときの該送信シンボルの判断コストがゼロである請求項４に記載の方法。
6. 前記可能な送信シンボルの１つを表す信号を受信する手段（３０１）を含む、複数の可能な送信シンボルの中から最も可能性の高いシンボルを判定するマルチステート検出器であって、
   前記受信信号の大きさに基づく加重判断コストの合計を最小にすることによりネットワーク・スループットを最大にする複数の判断規則を前記受信に順次適用して、前記複数の可能な送信シンボルの少なくとも１つを前記判定された送信シンボルとして連続して除去する手段（３０３、３０４、３０７）であって、前記判断コストが同じ、または異なるシンボルが実際に送信されたときに特定のシンボルを最も可能性の高い送信シンボルとして選択することによる全体のスループット性能への影響に関連付けられている手段
   をさらに含むことを特徴とする検出器。
7. 前記合計において、各コストが、特定のシンボルが実際に送信された事前確率に、その受信の大きさに基づいて前記受信信号に対して行われた判断の事後条件付き確率を掛けたもので重み付けされる請求項６に記載の検出器。
8. 前記可能な送信シンボルが、無線通信システムにおいて基地局が移動端末から受信したＡＣＫ、ＮＡＣＫおよびＮＵＬＬである請求項６に記載の検出器。
9. 各コストが０と１の間になるように正規化される請求項６に記載の検出器。
10. 送信シンボルが実際に送信されたときの該送信シンボルの判断コストがゼロである請求項８に記載の検出器。
    

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