JP2006520128A - 異なるデータ速度の信号についてのマルチユーザ検出 - Google Patents

Abstract

第１検出器は、受信信号を受信し、および受信信号からデータ信号を抽出する。ハード決定変換器は、第１検出器によって出力されたソフトシンボルをハードシンボルに変換する。干渉キャンセラは、受信信号から音声信号を抽出する。第２検出器は、干渉キャンセラの出力に接続され、および個々の音声信号を抽出する。第２検出器は、第１検出器とは異なる型の検出器である。

Description

本発明は、一般には、ワイヤレス通信ネットワークに関し、より詳細には、周波数分割複信システムにおけるマルチユーザ検出に関する。

図１に示すように、周波数分割複信（ＦＤＤ）モードで、複数の信号を、例えば複数の音声信号（Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３）と複数のデータ信号（Ｄ１およびＤ２）とを送信することができる。通常、音声信号は、データ信号よりも低い出力で送信される。なぜならば、音声信号は、信号品質における著しい損失なしに、（高い拡散因子によってなど）低データ速度によって送信することができるからである。例えば、音声信号を拡散因子６４（データビット毎に６４チップ）によって送信することができるのに対して、データ信号は、高い伝送速度のために、データビット毎に４チップの拡散因子によって送信することができる。図１に例示するように、いくつかの音声信号およびデータ信号を、同一スペクトルで送信することができる。通常、音声通信（Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３）に対して、音声信号は、少量のシステム帯域幅を、したがって小さい伝送出力を必要とする。高速データ信号に対して、通常、高い伝送出力レベルを必要とする広い帯域幅が必要である。

ＵＭＴＳ（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｍｏｂｉｌｅ ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）のＦＤＤのアップリンクは、潜在的に多数の同時に送信される符号をサポートする。符号のシグネチャシーケンス（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）は、１フレーム（３８４００チップ）の期間を有する長符号によって高度に非構造化される。ショートシグネチャシーケンスはオプションとして許可される。しかし、こうしたショートシーケンスであっても２５６チップの期間を有する。比較により、マルチユーザ検出の方法が、より一般的に使用される時分割複信（ＴＤＤ）モードでは、シグネチャシーケンスは、１６チップの期間であり、はるかに短く、より厳密に構築される。

受信機がサポートする必要がある多数のユーザと組み合わさった、ＦＤＤにおけるシグネチャシーケンスの構造の欠如は、そのようなシステムにおけるデコリレータおよび最小二乗誤差（ｍｉｎｉｍｕｍ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｅｒｒｏｒ；ＭＭＳＥ）型受信機など、標準的なマルチユーザ検出器（ＭＵＤ）を実装することを実行不可能にさせる。他の一般的なＭＵＤの受信機構造も、この場合には必ずしも適さない。例えば、連続干渉キャンセラ（ＳＩＣ）は、ほぼ同一出力の多数の符号ではうまく動作しない。パラレル干渉キャンセラ（ＰＩＣ）は、複雑であり、および全干渉が上昇すると有効性が低下するので、必ずしも著しい性能改善を達成しない。したがって、ＰＩＣは、数人の高データ速度のユーザが存在すると、音声のユーザデータついての回復を完全には実行しない傾向がある。

さらに、物理チャネル復調とチャネルデコーダとの間で生じる著しい量のデータシャフリングが存在する。これにより、ジョイントチャネル（ｊｏｉｎｔ ｃｈａｎｎｅｌ）を復調かつ復号化する方法が、ほぼ実行不可能となる。

したがって、そのようなシステムに対して代替のＭＵＤ型受信機の設計を有することが望ましい。

第１検出器は、受信信号を受信し、および受信信号からデータ信号を抽出する。ハード決定変換器（ｈａｒｄ ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）は、第１検出器により出力されたソフトシンボルをハードシンボルに変換する。干渉キャンセラは、受信信号から音声信号を抽出する。第２検出器は、干渉キャンセラの出力に接続され、および個々の音声信号を抽出する。第２検出器は、第１検出器とは異なる型の検出器である。

本発明のより詳細な理解を、一例として与えられ、および添付の図面と共に理解される以下の望ましい実施形態の説明から得ることができる。

以下、本明細書では、無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）は、限定はしないが、ユーザ装置、移動局、固定または移動の加入者装置、ページャ、またはワイヤレス環境における動作可能な他のあらゆる種類の装置を含む。以下、本明細書において言及する場合には、基地局は、限定はしないが、基地局、Ｎｏｄｅ−Ｂ、サイトコントローラ、アクセスポイント、またはワイヤレス環境における他のあらゆるインターフェース装置を含む。背景技術ではＦＤＤのワイヤレスシステムを参照するが、実施形態は、高データと低データとの両方の速度サービスが共有スペクトルで送信される、様々なワイヤレスシステムに適用することができる。

図２は、本発明にかかるワイヤレス通信システムの動作において使用されるマルチユーザ検出器の一実施形態を例示する。送信機２００および受信機２０２は、ワイヤレス無線エアインターフェース２０８を介して互いに通信する。送信機２００は、ＷＴＲＵにまたは基地局に配置することができる。受信機２０２は、ＷＴＲＵおよび基地局の少なくとも一方に配置することができる。

受信機２０２に送信すべきデータシンボルは、送信機２００において変調および拡散装置２０４により処理される。変調および拡散装置２０４は、符号を用いて、およびデータを搬送する通信に割り当てられた拡散因子において、データを拡散する。通信は、送信機２００のアンテナ２０６またはアンテナアレイにより、ワイヤレス無線インターフェース２０８を介して発せられる。

受信機２０２において、通信は、恐らくは他の送信機の通信と共に、受信機２０２のアンテナ２１０またはアンテナアレイで受信される。受信信号は、チップレートでまたは複数のチップレートでなど、サンプリング装置２１２によりサンプリングされ、受信ベクトルを生成する。受信ベクトルは、チャネル推定装置２１６により処理され、受信された通信に対するチャネルインパルス応答を推定する。チャネル推定装置２１６は、受信された通信におけるトレーニングシーケンスを使用して、各々の通信により経験するチャネルを推定する。マルチユーザ検出装置２１４は、受信された通信の符号および推定したインパルス応答を使用して、拡散データのソフトシンボルを推定する。

図３に示すように、マルチユーザ検出器２１４は、サンプリング装置２１２からサンプリングされた信号を受信する。サンプルは、ブラインドアダプティブ検出器（ｂｌｉｎｄ ａｄａｐｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）３０４およびデータバッファ３０６に提供される。検出器３０４から出力されたソフトシンボルは、高データ速度のデータを回復するシンボルの処理に送られ（図３に図示せず）、およびハード決定変換器３１０に送られる。ハード決定変換器３１０の後に、信号は、干渉キャンセラ３１２に送られ、干渉キャンセラ３１２では、高データ速度のユーザ信号がサンプリングされた信号から除かれ（高データ速度のユーザ信号がデータバッファ３０６によって干渉キャンセラ３１２に伝えられ）、音声グレードユーザ検出器３１４により処理される音声信号を残す。

ブラインドアダプティブ検出器３０４は、高データ速度のユーザに対するＭＭＳＥ検出器を使用することが望ましいが、他の検出器を使用することもできる。一実施形態では、検出器３０４は、ブラインドアダプティブのマルチユーザ検出器（ＭＵＤ）、制約の多い最適化アプローチ、およびアレイ処理の方法に基づく。これらの方法は、高データ速度のユーザのすべてにＭＭＳＥ性能を達成するために使用される。

高データ速度のユーザ検出は、干渉キャンセルステージがあとに続き、干渉キャンセルステージにおいて、高データ速度のユーザにより送られた推定信号が、干渉キャンセラ３１２により受信信号から除かれる。通常、残りの信号は、多数の音声グレードのユーザからなる。これらの音声グレードのユーザを、標準的な整合フィルタリングの方法、例えばＲＡＫＥ受信機を使用することにより処理することができる。あるいはまた、低複雑度の検出スキームまたはパラレル干渉キャンセルの方法を、適用することができる。音声のユーザ検出に属する複雑度を低減するために、より単純な検出器を使用することが望ましいが、より複雑な検出器を使用することができる。例示するために、代替の実施形態では、ＷＴＲＵまたは基地局により他の目的で使用されることがある、より複雑な検出器を利用することが望ましい。一実施形態では、検出器３０４、３１４は、ブラインド検出器であり、および受信符号の完全な情報を有さない。これらの構成要素は、単一の集積回路、複数の集積回路、別個の構成要素、またはこれらの組合せに実装することができる。

図４は、異なるデータ速度のマルチユーザ検出についてのフローチャートであり、図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃの例図を用いて説明する。ステップ４００では、受信機は、共有スペクトルにおいて高データ速度信号と音声信号との両方を受信する。受信電力に関して図５Ａに例示するように、２つの高データ速度信号Ｄ１およびＤ２は、３つの音声信号Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３と共に受信され、３つの音声信号Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３ならびに雑音Ｎと共に受信される。

ステップ４０２では、データ検出を、高データ速度信号について実施することが望ましい。図５Ｂは、検出器３０４によるスペクトルの処理の例図である。検出器３０４は、音声信号を雑音Ｎとして処理する。高データ速度信号は、受信電力レベル、演繹的情報など、多くの手段により決定することができる。信号のすべてがこの検出器により処理されないので、低複雑度の検出器を使用することができる。これは、同様の受信電力レベルを通常有する高データ速度信号を処理するだけの検出器３０４により、さらに促進される。

ステップ４０４では、検出器３０４により生成されるシンボルを使用して、高データ速度信号の寄与を、受信ベクトルからキャンセルする。キャンセルの後に、サンプルは、図５Ｃのようになる。図５Ｃに示すように、高データ速度信号Ｄ１およびＤ２の寄与は、除かれる。ステップ４０６では、データ検出を、音声信号Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３について実施する。データ信号Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３の検出を図５Ａのキャンセルされていない信号について実施する場合、通常、図５Ｃにおけるように雑音Ｎだけではなく、Ｄ１、Ｄ２、および雑音は、すべて雑音および干渉のいずれか一方として処理される。高データ速度サービスが音声サービスから分離されている通常の実装について、通常、音声ユーザは、同様の電力レベルである。高データ速度サービスについての電力レベルが変化する可能性があるが、通常、こうしたサービスは、ずっと高い電力レベルを有する。通常、データ検出器が、等しい電力信号に対してより良く動作するので、信号の分離は性能を改善する傾向がある。

マルチユーザ検出器２１４の例示的実施形態は、次の３つの一般的機能を提供する。すなわち、（１）基本的（すなわち音声グレード）能力に対して最小費用での、限られた数の高性能の高データ速度のユーザに対するサポート、（２）多数のほぼ等しい電力のユーザ（すなわち、音声グレードのユーザ）に対する効果的な低複雑度の受信機、および（３）あるパラメータが異なる潜在的顧客の特定の必要に適合可能となるように、単一のアルゴリズムではなくて、アルゴリズムの族（ｆａｍｉｌｙ）をサポートする受信機の構造である。代替の実施形態では、一部の機能を、他の機能の方を選んで犠牲にすることができる。

上述の説明がユーザをデータと音声との２つの種類に分割したが、第３世代（３Ｇ）の移動電話通信に対する適用について自然な分割であるがゆえに、分割することが行われている。方法自体は、そのような分割に限定されず、およびより多くのレベルを、図３に示すように、データ検出および各々のレベルにおいて反復的に使用される連続する干渉キャンセルにより定義することができる。

受信信号の別の分割することは、リアルタイム信号と非リアルタイム信号とである。リアルタイム信号は、音声またはビデオ会議など、中継時間で送信する必要がある通信用である。通常、リアルタイム信号は、リアルタイム送信を容易にする連続的な専用リソースを必要とする。非リアルタイム信号は、インターネットブラウジングなど、リアルタイム送信を必要としない信号である。非リアルタイム信号が連続的な専用リソースを使用することができるが、非リアルタイム信号は、不連続なリソースを使用することができる。一つのアプローチは、初期検出器によってリアルタイム信号を検出し、および干渉キャンセルの後に非リアルタイム信号を検出することである。あるいはまた、初期検出器は、非リアルタイム信号を検出し、続いてリアルタイム信号を検出することができる。

複数の音声信号およびデータ信号を有する例示的ＦＤＤ送信ブロックのブロック図である。 本発明にかかる構築されるマルチユーザ検出器を使用する送信機および受信機を簡略化した図である。 図２に示すマルチユーザ検出器のブロック図である。 異なるデータ速度信号のマルチユーザ検出のフローチャートである。 受信ブロックを例示する図である。 受信ブロックを例示する図である。 受信ブロックを例示する図である。

Claims (27)

1. 音声信号およびデータ信号を含む受信信号のマルチユーザ検出を行うシステムであって、
   前記受信信号を受信する入力と出力とを有し、前記受信信号からデータ信号を抽出する第１検出器と、
   前記第１検出器の出力に接続された入力と出力とを有し、前記第１検出器により出力されたソフトシンボルをハードシンボルに変換するハード決定変換器と、
   前記受信信号を受信するように構成された第１入力と、前記ハード決定変換器の出力に接続された第２入力と、出力とを有し、データ信号の寄与を前記受信信号からキャンセルする干渉キャンセラと、
   前記干渉キャンセラ出力に接続された入力を有し、個々の音声信号を抽出し、前記第１検出器とは異なる型の検出器である第２検出器と
   を備えたことを特徴とするシステム。
2. 前記受信信号を受信する入力と、干渉キャンセラの第１入力に結合された出力とを有するデータバッファをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１検出器の出力は、シンボル処理装置にも接続され、および前記第２検出器の出力は、前記シンボル処理装置に接続されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１検出器は、ブラインドの最小二乗誤差の検出器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記第２検出器は、整合フィルタであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記第２検出器は、ＲＡＫＥであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 音声信号およびデータ信号を含む受信信号のマルチユーザ検出を行う方法であって、
   前記受信信号を格納するステップと、
   前記受信信号から前記データ信号を検出し、およびデータ信号を抽出するステップと、
   前記抽出されたデータ信号をソフトシンボルとして出力するステップと、
   前記ソフトシンボルをハードシンボルに変換するステップと、
   前記格納された受信信号からハードシンボルをキャンセルして、前記音声信号を抽出するステップと、
   個々の音声信号を検出するステップと
   を備え、第１および第２の検出するステップが異なる型の検出器により実行されるステップであることを特徴とする方法。
8. 前記第１の検出するステップは、ブラインドの最小二乗誤差の検出器を使用するステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記第２の検出するステップは、整合フィルタを使用するステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
10. 前記第２の検出するステップは、ＲＡＫＥを使用するステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
11. 高い電力レベルの信号グループと低い電力レベルの信号グループとを含む異なる電力レベルの複数の通信信号を受信するアンテナと、
    前記高い電力レベルの信号グループのデータを検出する高データ速度のデータ検出装置と、
    前記高い電力レベルの信号グループの検出されたデータを受信し、および前記高い電力レベルのグループの検出されたデータの寄与を干渉キャンセル信号として前記複数の通信信号からキャンセルする干渉キャンセル装置と、
    前記干渉キャンセル信号から前記低い電力レベルの信号グループのデータを検出する低データ速度のデータ検出装置と
    を備えた受信機。
12. 前記高データ速度のデータ検出装置は、ブラインドの最小二乗誤差の検出装置を含むことを特徴とする請求項１１に記載の受信機。
13. 前記低データ速度のデータ検出装置は、整合フィルタを含むことを特徴とする請求項１２に記載の受信機。
14. 前記低データ速度のデータ検出装置は、Ｒａｋｅを含むことを特徴とする請求項１２に記載の受信機。
15. 前記低データ速度のデータ検出装置は、マルチユーザ検出器を含むことを特徴とする請求項１２に記載の受信機。
16. 高い電力レベルの信号グループと低い電力レベルの信号グループとを含む異なる電力レベルの複数の通信信号を受信する手段と、
    前記高い電力レベルの信号グループのデータを検出する手段と、
    前記高い電力レベルの信号グループの検出されたデータを受信し、および高い電力レベルグループの検出されたデータの寄与を干渉キャンセル信号として前記複数の通信信号からキャンセルする高い電力レベル手段と、
    前記干渉キャンセル信号から前記低い電力レベルの信号グループのデータを検出する低い電力レベル手段と
    を備えた無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）。
17. 前記高い電力レベル手段は、ブラインドの最小二乗誤差データの検出装置を含むことを特徴とする請求項１６に記載のＷＴＲＵ。
18. 前記低い電力レベル手段は、整合フィルタを含むことを特徴とする請求項１７に記載のＷＴＲＵ。
19. 前記低い電力レベル手段は、Ｒａｋｅを含むことを特徴とする請求項１７に記載のＷＴＲＵ。
20. 前記低い電力レベル手段は、マルチユーザ検出器を含むことを特徴とする請求項１７に記載のＷＴＲＵ。
21. 高い電力レベルの信号グループと低い電力レベルの信号グループとを含む異なる電力レベルの複数の通信信号を受信する入力と、
    前記高い電力レベルの信号グループのデータを検出する高データ速度のデータ検出装置と、
    前記高い電力レベルの信号グループの検出されたデータを受信し、および高い電力レベルのグループの検出されたデータの寄与を干渉キャンセル信号として前記複数の通信信号からキャンセルする干渉キャンセル装置と、
    前記干渉キャンセル信号から前記低い電力レベルの信号グループのデータを検出する低データ速度のデータ検出装置と
    を備えた集積回路。
22. 前記高データ速度のデータ検出装置は、ブラインドの最小二乗誤差のデータ検出装置を含むことを特徴とする請求項２１に記載の集積回路。
23. 前記低データ速度のデータ検出装置は、整合フィルタを含むことを特徴とする請求項２２に記載の集積回路。
24. 前記低データ速度のデータ検出装置は、Ｒａｋｅを含むことを特徴とする請求項２２に記載の集積回路。
25. 前記低データ速度のデータ検出装置は、マルチユーザ検出器を含むことを特徴とする請求項２２に記載の集積回路。
26. リアルタイム信号と非リアルタイム信号とを含む受信信号のマルチユーザ検出を行うシステムであって、
    前記受信信号を受信する入力と出力とを有し、前記受信信号から前記リアルタイム信号を抽出する第１検出器と、
    前記第１検出器の出力に接続された入力と出力とを有し、前記第１検出器により出力されたソフトシンボルをハードシンボルに変換するハード決定変換器と、
    前記受信信号を受信するように構成された第１入力と、前記ハード決定変換器の出力に接続された第２入力と、出力とを有し、前記リアルタイム信号の寄与を前記受信信号からキャンセルする干渉キャンセラと、
    前記干渉キャンセラの出力に接続された入力を有し、前記非リアルタイム信号を抽出し、前記第１検出器とは異なる型の検出器ある第２検出器と
    を備えたことを特徴とするシステム。
27. リアルタイム信号と非リアルタイム信号とを含む受信信号のマルチユーザ検出を行うシステムであって、
    前記受信信号を受信する入力と出力とを有し、前記受信信号から前記非リアルタイム信号を抽出する第１検出器と、
    前記第１検出器の出力に接続された入力と出力とを有し、前記第１検出器により出力されたソフトシンボルをハードシンボルに変換するハード決定変換器と、
    前記受信信号を受信するように構成された第１入力と、前記ハード決定変換器出力に接続された第２入力と、出力とを有し、前記非リアルタイム信号の寄与を前記受信信号からキャンセルする干渉キャンセラと、
    前記干渉キャンセラ出力に接続された入力を有し、前記リアルタイム信号を抽出し、前記第１検出器とは異なる型の検出器である第２検出器と
    を備えたことを特徴とするシステム。
    

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