JP2006519529A - マルチユーザー検出の最適化 - Google Patents

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Abstract

マルチユーザー検出(MUD)性能は、処理中に不必要なパワーの使用をなくすように最適化される。過剰に構築されたA−マトリクス、つまりシステム応答マトリクスが提供される。過剰に構築されたA−マトリクスは、たとえば、ブラインドコード検出(BCD)によって提供される候補コードリスト(CCL)で識別される全コードなど、すべての可能なコードを使用する。過剰に構築されたA−マトリクスは、実際に受信されたコードに必要な行または列のみを抽出するMUDに渡されるので、実際に受信されたコードに対応しない白色化整合フィルタ(WMF)出力を再計算する必要がなくなる。

Description

本発明は、一般に無線通信に関し、具体的にはそのようなシステムにおけるジョイント検出に関する。
マルチユーザー検出器(MUD)などのジョイント検出器は、多重アクセス干渉の影響を低減するので、システム容量を増大させる。MUDはセル内の干渉をキャンセルし、システム容量はMUDアルゴリズムの効率およびセル間干渉によって決まる。容量の改善に加えて、MUDは、直接シーケンス−符号分割多元接続(DS−CDMA)通信システムに特有な遠/近問題を緩和する。
従来のMUDアルゴリズムは、実際に受信されたコードではなく、システム応答マトリクス(すなわちA−マトリクス)からすべてのコードを抽出する。これは、多大な計算パワーの浪費であり、システムの遅延を増大させる。たとえば、UMTS広帯域−符号分割多元接続(W−CDMA)の時分割二重通信(TDD)モードのタイムスロットで送信されるコードの最大数は、16コードである。したがって、A−マトリクスは16コードを使用して構築することができる。ただし、8コードしか送信されなかったと仮定する。MUDアルゴリズムの計算の複雑さは、使用されるコードの数の2乗にほぼ比例するので、コードを2倍にすることでMUDの複雑さは4倍に増える。2つの一般的なMUD実施では、ゼロ強制(ZF)ブロック線形等化器(BLE)および最小平均2乗誤差(MMSE)ソリューションを使用する。ZF BLEは、式1で表される。
Figure 2006519529
Aはシステム応答マトリクスである。(・)は複素共役転置オペレーションである。
Figure 2006519529
は、特定のデータフィールドに対する受信信号ベクトルである。
Figure 2006519529
は、ソフトシンボルベクトルである。行列反転(Matrix inversion)を使用することにより、ソフトシンボルベクトル
Figure 2006519529
は式2によって求められる。
Figure 2006519529
(o)−1は行列反転である。
MMSEは、式3により表される。
Figure 2006519529
σは、雑音分散であり、Iは単位行列である。行列反転を使用することにより、ソフトシンボルベクトル
Figure 2006519529
は式4によって求められる。
Figure 2006519529
オペレーション
Figure 2006519529
は通常、白色化整合フィルタ(WMF)と呼ばれる。これは上記のMUD式内に出現することに留意されたい。WMF単独では、通常、MUD出力ほどは信頼できないソフトシンボルを推定する手段であるが、ソフトシンボルベクトルの低品質の推定としての特定の用途がある。
MUD性能は一般に、場合によっては節約できるパワーを消費する計算の実行を伴うので、経済的な利点をもたらす。具体的には、ブラインドコード検出(BCD)および不連続送信(DTX)を支援する計算は、パワーを使用する処理を伴い、余分な回路またはソフトウェアを必要とする場合もある。
米国特許第10/396,992号
近似コレスキー分解または高速フーリエ変換(FFT)処理などの、MUD実装の複雑さを軽減するために、さまざまな技法が存在する。たとえそうであっても、MUDは受信機処理の大きな部分を占め、さらに受信信号パスに遅延を生じさせる。したがって、処理必要条件および/または遅延を軽減することにより、受信機/MUDの効率を高めることが望ましい。
本発明は、どのコードが所定のタイムスロットで受信されたかを判別し、MUD、BCDおよび/またはDTX関連の処理を実行する場合の冗長な計算を除去する方法およびシステムを提供する。
方法は、符号分割多元接続(CDMA)システム、またはコードによって区別される複数のデータ信号を受信する無線送受信装置(WTRU)において実施される。A−マトリクスは、可能なコードのリストおよびそのコードに関連付けられているチャネル応答を使用して構築されるが、可能なコードのリストはシステム設計に基づくすべての可能なコードまたはBCDによって提供される候補コードリスト(CCL)など別の受信機アルゴリズムによって提供される縮小リストのいずれかによって構成される。構築されたマトリクスに基づいて、ソフトシンボル推定値は、各々可能なコードの最初のN個のシンボルに対して計算される。ソフトシンボル推定値は、WMF出力
Figure 2006519529
を基にすることもできる。N個のソフトシンボル推定値に基づいて、受信されたコードの識別が判別される。
ユーザーデータは、最終的に受信信号から抽出される。データの抽出はMUDを使用して実行することができるが、これは判別された受信コードの識別を使用する。N個のソフトシンボル推定値はMUDに渡され、識別された受信コードに関連付けられている最初のN個のシンボルに対して同じWMF値を再計算することを避けることができる。
受信された識別されたA−マトリクス内のコードは、有効なものとしてマーク付けされる。受信されていないと識別されたA−マトリクス内のコードは、無効なものとしてマーク付けされる。無効なコードは、ユーザーデータを抽出するためにMUDによって使用されることはない。
受信されたコードの識別は、N個のソフトシンボル推定値から導かれるコードエネルギー測定値によって判別することができる。コードエネルギー測定値および受信コードの識別の判別は、ブラインドコート検出(BCD)および/またはDTX終了検出などの受信機プロセスによって実行することができる。
本発明は、例として示され、添付の図と併せて理解される好ましい例に関する以下の説明から、さらに深く理解されるであろう。
好ましい実施形態は、好ましいTDD/CDMAまたは時分割多元接続(TDMA)/CDMA通信システムと併せて説明されるが、一部の態様はさらに一般的にCDMAシステムにも適用可能である。しかしながら、その広範な形態をとる本発明は、他の送信のシステムにも制限なく適用可能であると想定される。
これ以降、無線送受信装置(WTRU)は、ユーザー機器、移動局、固定または移動加入者装置、ページャ、または無線環境において動作可能な任意の他の種類の装置を含んでいるが、これらに限定されることはない。これ以降参照される場合、基地局は、基地局、ノードB、サイトコントローラ、アクセスポイント、または無線環境における他のインターフェース装置を含んでいるが、これらに限定されることはない。
本発明の好ましい実施形態はWTRUにおけるものであるが、基地局において使用するように適用させることもできる。
図1は、無線受信機システム100の好ましい実施形態を示している。無線受信機システム100は、チャネル推定装置105、A−マトリクス構築装置110、MUD115、BCD装置120、ミッドアンブル消去装置125およびDTX終了(End−of−DTX)装置130を含んでいる。BCD装置120は、候補コードリスト(CCL)装置135、コード検出装置140、コードエネルギー測定装置145およびWMF150を含んでいる。好ましい実施形態は、MUD115、BCD装置120およびDTX終了装置130を使用して説明されているが、本発明は、BCDまたはDTX終了装置の有無にかかわらず、Rake受信機のようなMUD以外の異なる受信機アルゴリズムを使用する代替の受信機の実施態様に適用することができる。無線受信機システム100は、集積回路(IC)に組み込むことも、あるいは多数の相互接続コンポーネントからなる回路に構成することもできる。
図2は、「過剰に構築された(overbuilt)」A−マトリクス110に基づくN個のシンボルのWMF結果150を示している。「過剰に構築された」A−マトリクスは、タイムスロット内のM個の可能なコードのリストに基づいて構築される。M個の可能なコードのリストは、推測的な既知のコードのリストであり、BCD装置120内のCCL装置135によって提供される。BCDを含まない実施形態において、M個の可能なコードのリストは、他のアルゴリズムによって提供されるか、またはシステム設計に基づいて推測的に知ることができる。可能な実施形態については、参照により本明細書に組み込まれている、2003年9月15日に出願した(特許文献1)において説明されている。どのコードが存在するかを判別するため、BCDコードエネルギー測定145およびDTX終了装置130によって実行されたアルゴリズムは、可能な各コードのN個のシンボルを使用して実行される。ここでNは、タイムスロット内のコードごとのシンボルの合計数よりも小さい。コードエネルギー測定は、受信した信号のNシンボルに対して「過剰に構築された」A−マトリクスで実行されるWMFオペレーションの出力を使用して行われる。
UMTS W−CDMAのTDDモードの好ましい実施形態において、データバーストはミッドアンブルおよび2つのデータフィールドを含み、チャンネル推定はミッドアンブルに対して計算される。チャネル推定は、拡散コードおよびスクランブルコードで畳み込まれて(convolved)、A−マトリクスを生成する。これは、基本的にシステム応答を記述する組み合わされたコード/チャネルのモデルである。次に、N個のソフトシンボル推定値は、WMFを介して生成される。
図2は、WMF150によって出力されるM*Nソフトシンボルのすべてを示している。ここで、Nシンボルの各々に対してMソフト値は受信されたまたは受信されていないMコードに対応する。Aij(0≦i≦N−1,0≦j≦M−1)の表記は、コードjを使用して計算されたソフトシンボルiに対応するArベクトルの要素を示すために使用される。たとえば、A02は、コード2を使用してシンボル0に対して計算されたソフト値を示している。
BCD装置120およびDTX終了装置130が完了した後、受信されていない、つまり存在しないと判別されたコードはさまざまなアドレス指定技法を使用して無効にされる。それによって、ベクトルのセットはA−マトリクスのどの列/行が無効でありどの列/行が無効ではないか示す。次にWMF150の結果は、図3に示されるように、シンボル値が関連付けられているコードに基づいて有効または無効にすることができる。たとえば、コード1が存在すると判別される場合、ベクトルセット内のコード1に関連付けられているビットは「1」で満たされる。このビットは、A−マトリクスの第1列が有効であることを示し、この列が処理中に考慮される。コード1に対して計算されたWMF結果150は有効であると見なされ、MUD計算115に使用される。代替として、コード1が存在しないと判別される場合、ビットは「0」で満たされ、特定の列が残りのプロセスに対して無視されることを示し、コード1のWMF結果はMUD計算に使用されない。MUDアルゴリズムを実行する前に、チェックマーク、X、1/0、または他のインジケータがコードの有効性をマーク付けするために使用されたリストが生成される。M個のコードの有効性を示すベクトル結果は、BCD120からMUD115に送信される。MUD115は、有効と指定されたコードについてのみタイムスロット内のシンボルを処理するので、計算、パワーを節約し、処理時間(待ち時間)を短縮することになる。
WMF150はすでにN個のシンボルに対して実行されているため、MUDアルゴリズム115のWMF部分は残りの(Ntotal−N)シンボルについてWMFを実行する必要があるだけである。ここでNtotalはデータバーストのシンボルの合計数である。MUDは、図3に示されるように、有効と認められている過剰に構築されたA−マトリクスの行または列に基づいてこれらのWMF計算を実行する。これはさらに、計算およびパワーを節約し、その上処理時間(待ち時間)を短縮する。
図4を参照すると、プロセス400における以下の例示的なステップはUMTS W−CDMAのTDDモードの好ましい実施形態の実行時に実施することができるが、これらのステップは他の無線システムに適用することができる。
(1)チャネル推定装置105は、存在するミッドアンブルシフトの識別を判別し、通信チャネル特性を推定し、ミッドアンブルパワーを推定するために受信したバーストのミッドアンブルフィールドを分析するミッドアンブル検出アルゴリズムを実行する。結果はBCD装置120およびDTX終了装置130に渡される(ステップ405)。
(2)BCD装置120のCCL装置135は、チャネル推定装置105によって実施されたミッドアンブル検出アルゴリズムの結果を分析し、特定のコードをマスターリストから削除する。次にCCL装置135は、M個のコードの縮小されたリストをA−マトリクス構築装置110に渡す(ステップ410)。
(3)過剰に構築されたA−マトリクスは、M個のコードの縮小されたリストを使用して、タイムスロットごとに1回A−マトリクス構築装置110によって構築される(ステップ415)。
(4)WMF150は、過剰に構築されたA−マトリクスを使用し、M個のコードのN個のシンボルに対してソフトシンボル推定を提供する。ここでN≦Ntotalである。N、つまりコードエネルギー測定145で使用されるシンボルの数は、コード検出装置140およびDTX終了装置130に必要とされるシンボルの数よりも大きい値である。ソフトシンボルは、各コードに関連付けられているWMF150から出力される(ステップ420)。
(5)測定は、どのコードが存在するかを判別するために、Nソフトシンボルに対して実行される(ステップ425)。測定およびコード存在の決定は、各コードに対応するシンボルから計算されたエネルギー推定(コードエネルギー測定)、並びに、コード電力およびノイズ電力推定に基づくしきい値を基にすることができる。
(6)N個のソフトシンボル推定値は、MUD115に渡される。存在することが宣言されないコードは無効にされ、存在することが宣言されたコードは有効にされる。存在することまたは存在しないことを宣言されたコードに関する情報、N個のソフトシンボル、およびA−マトリクス110は、MUD115に渡される(ステップ430)。MUD115は、存在することを宣言されたコードに対応するシンボルのみを使用するので、WMF150出力(存在を宣言されたコードの数をNに乗じる)を再計算する必要がなくなる。
最初に、どのコードが有効および無効であるかを知るため、ArのN≦Ntotalシンボルのみが処理される。それが完了すると、1つの可能なオプションは、受信されたコードだけがそこに組み込まれ、Arがすべてのシンボルに対して再計算されるようにA−マトリクスを再構築することである。このプロセスは非効率的であり、相当量のリソースを使用する。好ましい実施形態により、他の代替を使用することもできるが、A−マトリクス内にどの行または列が存在するかを示すベクトルが確立される。有効なコードに対応するシンボルのAr出力はすでに計算されているので、それらが使用され、再計算されることはなく、Ntotal−Nの追加のシンボルのみが、有効と宣言されたコードに対応して計算される。
以上の説明は、必要に応じて、パワーの不必要な使用を防ぎ、ハードウェア要件を軽減し、処理待ち時間を短縮して、不必要な回路またはソフトウェアを避けるために、本発明を使用してMUD115処理をいかに最適化できるかを示す例である。本発明の方法は、本発明の範囲を逸脱することなく、変更をすることができることに留意されたい。
本発明は、好ましい実施形態を参照しながら詳しく示し、説明してきたが、前述のように本発明の範囲を逸脱することなく形態および詳細に変更を加えることができることが、当業者には明らかとなろう。
本発明が実施される無線受信機システムを示すブロック図である。 過剰に構築されたA−マトリクスを使用するN個のシンボルのWMF結果を示す図である。 MUD WMF結果を示す図である。 有効および無効なコードを判別するプロセスを示す図である。

Claims (32)

  1. コードによって識別される複数のデータ信号を受信する符号分割多元接続(CDMA)システムにおいて、
    (a)すべての可能なコードおよびそれらのコードに関連付けられたチャネル応答を使用してシステム応答マトリクスを構築するステップと、
    (b)前記構築されたマトリクスに基づいて、前記可能な各コードの最初のN個のシンボルに対してN個のソフトシンボル推定を実行するステップと、
    (c)前記可能な各コードの最初のN個のシンボルに対する前記N個のソフトシンボル推定に基づいて、受信されたコードを判別するステップと、
    (d)前記受信されたコードに関連付けられた前記マトリクスからデータを抽出するステップと、
    を備えることを特徴とする方法。
  2. データを抽出する前記ステップは、マルチユーザー検出器(MUD)を使用して実行されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. (e)前記N個のソフトシンボル推定値をMUDに渡すステップであって、前記MUDは各受信されたコードのN個のソフトシンボルの前記計算を繰り返さないこと、をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. (f)前記システムによって受信されていない前記構築されたマトリクス内のコードを無効としてマーク付けするステップと、
    (g)前記システムによって受信された前記構築されたマトリクス内のコードを有効としてマーク付けするステップであって、前記無効なコードはデータの処理を実行するために使用されないことと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. 前記N個のソフトシンボル推定値は、ブラインドコード検出のコードエネルギー測定に使用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 前記N個のソフトシンボル推定値は、DTX終了検出コードエネルギー測定を実行するために使用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  7. 前記N個のソフトシンボル推定値は、白色化整合フィルタ(WMF)出力に基づくことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  8. コードによって識別される複数のデータ信号を受信する無線送受信装置(WTRU)において、
    (a)すべての可能なコードおよびそれらのコードに関連付けられたチャネル応答を使用してシステム応答マトリクスを構築するステップと、
    (b)前記構築されたマトリクスに基づいて、前記可能な各コードの最初のN個のシンボルに対してN個のソフトシンボル推定を実行するステップと、
    (c)前記可能な各コードの最初のN個のシンボルに対する前記N個のソフトシンボル推定に基づいて、受信されたコードを判別するステップと、
    (d)前記受信されたコードに関連付けられた前記マトリクスからデータを抽出するステップと、
    を備えることを特徴とする方法。
  9. データを抽出する前記ステップは、マルチユーザー検出器(MUD)を使用して実行されることを特徴とする請求項8に記載の方法。
  10. (e)前記N個のソフトシンボル推定値をMUDに渡すステップであって、前記MUDは各受信コードのN個のソフトシンボルの前記計算を繰り返さないこと、をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載の方法。
  11. (f)前記WTRUによって受信されていない前記構築されたマトリクス内のコードを無効としてマーク付けするステップと、
    (g)前記WTRUによって受信された前記構築されたマトリクス内のコードを有効としてマーク付けするステップであって、前記無効なコードはデータの処理を実行するために使用されないことと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項8に記載の方法。
  12. 前記N個のソフトシンボル推定値は、ブラインドコード検出のコードエネルギー測定に使用されることを特徴とする請求項8に記載の方法。
  13. 前記N個のソフトシンボル推定値は、DTX終了検出コードエネルギー測定を実行するために使用されることを特徴とする請求項8に記載の方法。
  14. 前記N個のソフトシンボル推定値は、白色化整合フィルタ(WMF)出力に基づくことを特徴とする請求項8に記載の方法。
  15. コードによって識別される複数のデータ信号を受信する無線送受信装置(WTRU)であって、
    (a)すべての可能なコードおよびそれらのコードに関連付けられたチャネル応答を使用してシステム応答マトリクスを構築する手段と、
    (b)前記構築されたマトリクスに基づいて、前記可能な各コードの最初のN個のシンボルに対してN個のソフトシンボル推定を実行する手段と、
    (c)前記可能な各コードの最初のN個のシンボルに対する前記N個のソフトシンボル推定に基づいて、受信されたコードを判別する手段と、
    (d)前記受信されたコードに関連付けられた前記マトリクスからデータを抽出する手段と、
    を備えることを特徴とするWTRU。
  16. データを抽出する前記手段は、マルチユーザー検出器(MUD)であることを特徴とする請求項15に記載のWTRU。
  17. (e)前記N個のソフトシンボル推定値をMUDに渡す手段であって、前記MUDは各受信されたコードのN個のソフトシンボルの前記計算を繰り返さないこと、をさらに備えることを特徴とする請求項16に記載のWTRU。
  18. (f)前記WTRUによって受信されていない前記構築されたマトリクス内のコードを無効としてマーク付けする手段と、
    (g)前記WTRUによって受信された前記構築されたマトリクス内のコードを有効としてマーク付けする手段であって、前記無効なコードはデータの処理を実行するために使用されないことと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項15に記載のWTRU。
  19. 前記N個のソフトシンボル推定値は、ブラインドコード検出のコードエネルギー測定に使用されることを特徴とする請求項15に記載のWTRU。
  20. 前記N個のソフトシンボル推定値は、DTX終了検出コードエネルギー測定を実行するために使用されることを特徴とする請求項15に記載のWTRU。
  21. 前記N個のソフトシンボル推定値は、白色化整合フィルタ(WMF)出力に基づくことを特徴とする請求項15に記載のWTRU。
  22. コードによって識別される複数のデータ信号を受信する無線送受信装置(WTRU)であって、
    (a)すべての可能なコードおよびそれらのコードに関連付けられたチャネル応答を使用してシステム応答マトリクスを構築する装置と、
    (b)前記構築されたマトリクスに基づいて、前記可能な各コードの最初のN個のシンボルに対してN個のソフトシンボル推定を実行する白色化整合フィルタ(WMF)であって、受信されたコードは前記可能な各コードの最初のN個のシンボルに対する前記N個のソフトシンボル推定に基づくことと、
    (c)前記受信されたコードに関連付けられた前記マトリクスからデータを抽出するマルチユーザー検出器(MUD)であって、前記WMFは前記N個のソフトシンボル推定値をMUDに渡し、各受信コードのN個のソフトシンボルの前記計算を繰り返さないことと、
    を備えることを特徴とするWTRU。
  23. 前記WTRUによって受信されていない前記構築されたマトリクス内のコードが無効としてマーク付けされて前記データの処理を実行するために使用されることはなく、前記WTRUによって受信された前記構築されたマトリクス内のコードが有効としてマーク付けされることを特徴とする請求項22に記載のWTRU。
  24. コードによって識別される複数のデータ信号を受信する集積回路(IC)であって、
    (a)すべての可能なコードおよびそれらのコードに関連付けられたチャネル応答を使用してシステム応答マトリクスを構築する手段と、
    (b)前記構築されたマトリクスに基づいて、前記可能な各コードの最初のN個のシンボルに対してN個のソフトシンボル推定を実行する手段と、
    (c)前記可能な各コードの最初のN個のシンボルに対する前記N個のソフトシンボル推定に基づいて、受信されたコードを判別する手段と、
    (d)前記受信されたコードに関連付けられた前記マトリクスからデータを抽出する手段と、
    を備えることを特徴とするIC。
  25. データを抽出する前記手段は、マルチユーザー検出器(MUD)であることを特徴とする請求項24に記載のIC。
  26. (e)前記N個のソフトシンボル推定値をMUDに渡す手段であって、前記MUDは各受信されたコードのN個のソフトシンボルの前記計算を繰り返さないこと、をさらに備えることを特徴とする請求項25に記載のIC。
  27. (f)前記ICによって受信されていない前記構築されたマトリクス内のコードを無効としてマーク付けする手段と、
    (g)前記ICによって受信された前記構築されたマトリクス内のコードを有効としてマーク付けする手段であって、前記無効なコードはデータの処理を実行するために使用されないことと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項24に記載のIC。
  28. 前記N個のソフトシンボル推定値は、ブラインドコード検出のコードエネルギー測定に使用されることを特徴とする請求項24に記載のIC。
  29. 前記N個のソフトシンボル推定値は、DTX終了検出コードエネルギー測定を実行するために使用されることを特徴とする請求項24に記載のIC。
  30. 前記N個のソフトシンボル推定値は、白色化整合フィルタ(WMF)出力に基づくことを特徴とする請求項24に記載のIC。
  31. コードによって識別される複数のデータ信号を受信する集積回路(IC)であって、
    (a)すべての可能なコードおよびそれらのコードに関連付けられたチャネル応答を使用してシステム応答マトリクスを構築する装置と、
    (b)前記構築されたマトリクスに基づいて、前記可能な各コードの最初のN個のシンボルに対してN個のソフトシンボル推定を実行する白色化整合フィルタ(WMF)であって、受信されたコードは前記可能な各コードの最初のN個のシンボルに対する前記N個のソフトシンボル推定に基づくことと、
    (c)前記受信されたコードに関連付けられた前記マトリクスからデータを抽出するマルチユーザー検出器(MUD)であって、前記WMFは前記N個のソフトシンボル推定値をMUDに渡し、各受信されたコードのN個のソフトシンボルの前記計算を繰り返さないことと、
    を備えることを特徴とするIC。
  32. 前記ICによって受信されていない前記構築されたマトリクス内のコードが無効としてマーク付けされて前記データの処理を実行するために使用されることはなく、前記ICによって受信された前記構築されたマトリクス内のコードが有効としてマーク付けされることを特徴とする請求項31に記載のIC。
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