JP2006527929A - マルチユーザ検出のための通信方法、及び装置 - Google Patents

Abstract

マルチユーザ検出受信機では、マルチユーザ検波器ＤＥＴは、多重アクセスチャネルＭＡからの信号及び受信信号に対する各ユーザの寄与の現在の軟推定値を受け、全ての干渉ユーザの現在の軟推定値を減じることによって、各ユーザの更新された軟推定値を出力する。更新された軟推定値は、軟復調器ＤＥＭ_１．．．ＤＥＭ_Ｋによって軟復調され、符号の知識を考慮に入れることによって軟復調器ＤＥＭ_１．．．ＤＥＭ_Ｋから導出された符号化ビットの確率を改良する軟復号器ＤＥＣ_１．．．ＤＥＣ_Ｋによって復号され、軟変調器Ｍ_１．．．Ｍ_Ｋへ出力される。ＭＵＤ受信機アルゴリズムの各々の反復について、捕捉機能ＡＣＱは、チャネルに対する各ユーザの寄与の推定値のタイミングを捕捉する。このタイミングは、次の反復で検出器ＤＥＴによって使用される。これは従来の単一ユーザ技術よりも改善された捕捉性能を与える。

Description

発明の分野

本発明は、マルチユーザ検出および復号のために信号を反復的に捕捉する方法、装置、およびコンピュータプログラムに関する。

背景

マルチユーザ検出および復号（ＭＵＤ）技術は、干渉チャネルにおける二以上の相互干渉ユーザによる伝送を検出すること、及び復号することを可能にする。

一般的に、ＭＵＤは、受信されたコンポジット信号を各々のユーザ用のシンボル推定値に分解する検出プロセス、及び、順方向誤り訂正（ＦＥＣ）復号アルゴリズムを使用してシンボルを復号し、データ内容を復元する復号プロセスを含む。最適結合復号器（optimal joint detector）は、最大尤度復号技術を使用して、これら二つのプロセスを結合し、復号器の誤りの確率を最小にする。この技術は、ユーザ数およびＦＥＣ符号語の長さと共に指数的に増加する複雑度を有し、或る種のＦＥＣ符号化手法、例えばターボ符号を用いることができない。したがって、複雑度の少ない準最適技術を案出する必要がある。

一つの準最適アプローチは、検出プロセスと復号プロセスを分離する。検出プロセスでは、各々のシンボルについて結合判定が行われ、次に通常の復号を使用して、シンボルストリームが独立的に復号される。

別のアプローチは反復復号であり、検出器による軟判定値が各々のユーザ用の別々の復号器へ入力され、復号器による軟判定値が検出器へ反復的にフィードバックされる。反復復号アルゴリズムの例は、’Ａｎ Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ Ｄｅｃｏｄｅｒ ｆｏｒ Ｎｅａｒ−Ｃａｐａｃｉｔｙ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ’，Ｍｏｈｅｒ Ｍ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｖｏｌ． ４６，Ｎｏ． ７，Ｊｕｌｙ １９９８および’Ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｂｅａｍ ｓｙｓｔｅｍｓ’，Ｍｏｈｅｒ Ｍ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｕｌｙ ２０００，Ｖｏｌｕｍｅ ４９，Ｎｕｍｂｅｒ ４，ｐａｇｅｓ １２２６−１２３４に開示されている。

検出および復号が行なわれる前に、各々の伝送のタイミング、周波数、及び位相オフセットが捕捉されなければならない。周波数および位相の推定は、正しいタイミングが捕捉されることに依存するので、タイミングの捕捉は特に重要である。また、信号を捕捉できない場合、又は信号を不正確に捕捉した場合には、信号を復号することはできない。

発明の陳述

本発明の一側面によれば、多重アクセス干渉チャネル上で受信された信号における複数の伝送のタイミングを、反復的に捕捉する方法が提供される。この方法は、各々の伝送の相対的なタイミングを推定するステップと、各々の伝送を別々に軟復調、復号、および再変調して、各々の伝送の軟推定値を生成するステップと、各々の伝送について、他の伝送の軟推定値をキャンセルして、その伝送の更新された推定値を生成するステップと、各々の伝送の更新された推定値の相対的なタイミングを推定するステップを含む。

本発明の他の態様は、方法を実行するコンピュータプログラム、および方法を実行するように構成された装置を含む。

以下、添付の図面を参照して、本発明の具体的な実施の形態を説明する。

実施の形態の詳細な説明

［バーストのフォーマット］

図１は、本発明の実施の形態において捕捉される伝送バーストのフォーマットの一例を示す。バーストＢは、先頭のユニークワードＵＷ１、データＤ、および後尾のユニークワードＵＷ２を含む。ユニークワードは、所定のビット系列であって、低い自己相関を有しており、受信機によって知られている。したがって、ユニークワードは、バーストの捕捉に使用可能である。後尾のユニークワードＵＷ２の存在は必須ではないが、両ユニークワードの使用によって、捕捉の性能が改善される。

データＤは、後で詳細に説明するように、変調されたシンボルの系列ｘ［ｉ］を含む。

プリアンブルまたは制御ワード（図示せず）が先頭のユニークワードＵＷ１の前に伝送されてもよく、ガードインターバルが同じ周波数チャネル中の連続バーストの間に残されてもよい。

１つの具体的な例として、バーストＢは、次のようにＩｎｍａｒｓａｔ（商標）ＭＰＤＳ（移動パケットデータサービス）仕様に準拠したＭＥＳＰ５またはＭＥＳＰ２０パケットであってもよい。

［送信機］

図２は、複数Ｋのユーザが、符号化器Ｃ_１．．．Ｃ_Ｋによって符号化されるビット系列ｂ_１［ｉ］．．．ｂ_Ｋ［ｉ］を出力し、符号化済み系列ｄ_１［ｉ］．．．ｄ_Ｋ［ｉ］が生成され、これらの符号化済み系列が、それぞれのインタリーバΠ_１．．．Π_Ｋによってインタリーブされ、インタリーブ済み系列Π_１（ｄ_１［ｉ］）．．．Π_Ｋ（ｄ_Ｋ［ｉ］）が生成され、これらのインタリーブ済み系列が変調器Ｍ_１．．．Ｍ_Ｋによって変調され、変調されたシンボルの時間ｉでの系列ｘ_１［ｉ］．．．ｘ_Ｋ［ｉ］がそれぞれ生成されることを示す。変調されたシンボルは、図１で示されるようなバーストとして伝送される。データ部分Ｄは、好ましくは、符号化器Ｃ_１．．．Ｃ_Ｋによって符号化された整数個のブロックを含み、符号化器は各々のブロックの後でリセットされ、その結果、一つのバーストの符号化が他のバーストの内容に非依存になる。

一つの具体的な例において、符号化器Ｃ_１．．．Ｃ_Ｋはターボ符号化器、即ち並列システマチック回帰畳み込み符号化器（parallel systematic recursive convolutional encoder）であり、それらの中の全てではなく一つ以上が、例えば’Ｎｅａｒ Ｓｈａｎｎｏｎ ｌｉｍｉｔ ｅｒｒｏｒ−ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ ｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｃｏｄｉｎｇ： Ｔｕｒｂｏ ｃｏｄｅｓ’，Ｂｅｒｒｏｕ，Ｃ．，Ｇｌａｖｉｅｕｘ，Ａ． ａｎｄ Ｔｈｉｔｉｍａｊｓｈｉｍａ，Ｐ，Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＩＣＣ’９３，ｐｐ １０６４−１０７０で説明されているように、入力にインタリーバを有する。変調器Ｍ_１．．．Ｍ_Ｋは、例えばＩｎｍａｒｓａｔ（商標）ＭＰＤＳで使用される１６ＱＡＭ変調器であってもよい。

［多重アクセスチャネル］

変調されたシンボル系列ｘ_１［ｉ］．．．ｘ_Ｋ［ｉ］が多重アクセスチャネルＭＡ上を伝送され、シンボル系列ｙ_１［ｉ］．．．ｙ_Ｋ［ｉ］のセットが受信機で受信される。多重アクセスチャネルＭＡの効果は、次のようにモデル化され得る。
ｙ［ｉ］＝ＡＷ_ｘ［ｉ］＋ｎ［ｉ］ （１）
ここで、ｙ［ｉ］は複素ベクトルチャネル出力であり、Ａはシンボル系列間の相互相関を表す正規化された相関行列であり、Ｗは各々のユーザの振幅を表す対角行列であり、ｎ［ｉ］はチャネル雑音を表す。

［受信機のアーキテクチャ］

受信信号ｙ_１［ｉ］．．．ｙ_Ｋ［ｉ］は、図３で示されるような反復ＭＵＤ受信機によって検出および復号される。マルチユーザ検出器ＤＥＴは、その入力として、多重アクセスチャネルＭＡの出力、及びデータ上の現在の確率分布に従った、受信信号への各々のユーザの平均寄与の現在の軟推定値（最初の反復ではゼロに初期化される）を取る。検出器ＤＥＴは、全ての干渉ユーザの現在の軟推定値を減じることによって、各々のユーザについて更新された軟推定値を出力する。

それぞれのユーザの軟推定値は、軟復調器ＤＥＭ_１．．．ＤＥＭ_Ｋによって軟復調される。これらの軟復調器は、変調コンスタレーションの各々がとり得るシンボルの事後確率を計算する。例えば、１６ＱＡＭスキームの場合、各々の入力シンボルについて、コンスタレーションがとり得る１６のシンボルの各々であるシンボルの確率が計算される。対応の軟検出されたビットは、デインタリーバ（簡明にするため図示せず）によって再配列され、軟復号器ＤＥＣ_１．．．ＤＥＣ_Ｋへ入力される。これらの軟復号器は、ＦＥＣ符号の知識を考慮に入れることによって、軟復調器ＤＥＭ_１．．．ＤＥＭ_Ｋから導出された符号化ビットの確率を改良する。ビットは、それぞれのインタリーバ（図示されず）によって再び再配列され、軟変調器Ｍ_１．．．Ｍ_Ｋへ出力される。これらの軟変調器は、復号器ＤＥＣ_１．．．ＤＥＣ_Ｋによって計算された事後確率に従って、符号化及び変調されたシンボルの条件付き期待値を生成する。これらの平均シンボルは、推定多重アクセスチャネルＥＭＡのモデルへ入力される。ＥＭＡは、捕捉機能ＡＣＱによって導出された推定チャネルパラメータに基づいて、各々のユーザに対するチャネル推定値を更新し、これらを次の反復のためにマルチユーザ検出器ＤＥＴへフィードバックする。

ＭＵＤ受信機のアルゴリズムの各々の反復について、捕捉機能ＡＣＱは、チャネルに対する各々のユーザの寄与の推定値をマルチユーザ検出器ＤＥＴから受け取り、後で説明するように、各々の推定値について捕捉アルゴリズムを実行する。各々のユーザについて検出された時間、周波数、および位相は、次の反復での使用のためにマルチユーザ検出器ＤＥＴへ出力される。最初の反復では、マルチユーザ検出器ＤＥＴは、多重アクセスチャネルに対するユーザの寄与の知識をもっておらず、したがってその出力は単純にその入力と等しい。検出された時間、周波数、および位相は、更に、推定多重アクセスチャネルＥＭＡへ出力される。

各々のユーザの寄与は、その捕捉された特性、例えばタイミング並びに必要に応じて周波数及び位相によって特定され、ＭＵＤ受信機の別々の「アーム」は、捕捉された特性を有するそれぞれのユーザ用の更新された軟推定値について動作する。ＭＵＤ受信機の最初の反復の間には、現在の軟推定値は存在しないから、キャンセルは実行されず、各々のアームは、それぞれのユーザの捕捉された特性を有する同じ受信信号に対して動作する。

少なくとも一のユーザが、ＭＵＤ受信機のアルゴリズムの最初の反復で捕捉されるならば、そのユーザの寄与は、後続の反復で、より弱いユーザの寄与から減じられる。これによって、後続の反復で、より弱いユーザの捕捉成功の可能性が改善される。したがって、反復捕捉手法は、より強いユーザからの干渉が存在するとき、弱いユーザを捕捉するのに特に適している。

ユーザの誤った捕捉が、捕捉機能ＡＣＱによって行われると、次のＭＵＤの反復は、そのユーザからの復号信号に低い確率を帰し、マルチユーザ検出器ＤＥＴによって、そのユーザの寄与の非常に低い加重が導かれる。したがって、誤った捕捉は、他のユーザの捕捉および復号に殆ど影響しない。後続の反復において、一度、他のユーザの推定値が改善すると、そのユーザは正しく捕捉される。

ＭＵＤの反復は、同じ受信信号ｙ_１［ｉ］．．．ｙ_Ｋ［ｉ］に対して、所望の復号性能および許容処理遅延によって決定される回数、繰り返される。例えば、受信信号のセット当たりのＭＵＤの反復の数は、殆どの条件の下で所望の性能を与えそうな数へ固定されてもよい。あるいは、ＭＵＤの反復は、反復の最大数または最大処理遅延による制限の下、所望の復号の精度が一以上のユーザについて達成されるまで反復されてもよい。これは、軟復号器ＤＥＣ１．．．ＤＥＣＫによって出力された確率が所定の閾値を超えることによって決定されてもよい。次に、各々のユーザについて復号されたビットは、ＭＵＤ受信機によって出力される。

受信機のアーキテクチャは、ソフトウェアで実現されてもよく、例えば、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）または端末の一部分を形成する他のハードウェアまたはファームウェアの中へプログラムされてもよい。図３で示される機能ブロックは、必ずしも分離したハードウェアコンポーネントに対応しない。

［受信機の機能の説明］

（マルチユーザ検出器）

マルチユーザ検出器ＤＥＴは、次の入力を有する。

マルチユーザ検出器ＤＥＴは、次の出力を有する。

マルチユーザ検出器ＤＥＴは、次のオペレーションを行なう。
同期チャネルについて、

これは、ユーザｋ用のフィルタと、チャネル出力からユーザｋ以外の全ての推定成分をキャンセルした結果との内積である。非同期チャネルについては、各々の系列

が遅延および等化され、例えば捕捉機能ＡＣＱによって決定されるようなシンボルのタイミングおよび周波数のオフセットが補償される。

行列Ｍ［ｉ］の系列は、時間変動行列（time-varying matrix）フィルタを表す。最も単純な場合、これは利得および位相を表す複素数値の対角行列であってもよい。これらは、ゆっくりと変動していると仮定されており、バーストの始めおよび終わりにユニークワードから推定される。

各々のユーザについて雑音を加えた残留干渉は、完全にキャンセルされた次の信号から推定される。

次の分散推定手法を使用する。

ここで、Ｌはバースト内の記号の数である。

（軟復調器）

各々の軟復調器ＤＥＭ_ｋは、次の入力

を有し、次の出力、

を有し、次式のようにビット確率を計算する。

ここで、ηは、ゼロ平均、分散σ² _kのガウス確率密度関数である。

（チャネルインタリーバ）

各々のチャネルインタリーバおよびパンクチャラ（puncturer）は、入力として、対応する符号化器Ｃ_ｋからデータおよびパリティビットを受け取り、それらをインタリーブおよびパンクチャしてビットの集合を生成する。各々の集合は、変調用の一つの記号に対応する。このタイプのインタリーバおよびパンクチャラは、Ｉｎｍａｒｓａｔ（商標）ＩＰＤＳで使用されている。各々のユーザは、同じインタリーブおよびパンクチャのパターンを使用する。

（軟復号器）

各々の軟復号器ＤＥＣ_ｋは、次の入力

を有し、次の出力

を有する。

符号化および非符号化ビット事後確率は、反復「軟入力／軟出力」ターボ復号器を使用して、符号化および非符号化ビット事前確率から計算される。反復ターボ復号の手法は、当分野で良く知られている。例えば、’Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｏｆ Ｂｉｎａｒｙ Ｂｌｏｃｋ ａｎｄ Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ Ｃｏｄｅｓ’，Ｈａｇｅｎａｕｅｒ Ｊ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ，Ｖｏｌ． ４２，Ｎｏ． ２，Ｍａｒｃｈ １９９６に記載されている。

（軟変調器）

各々の軟変調器Ｍ_ｋは、次の入力

を有し、次の出力

を有する。
推定値は、次のように、現在のシンボルの確率に応じて信号コンスタレーションの期待値として計算される。

ここで、シンボルの確率は次式に従って計算される。

なお、

は補集合である（即ち、１であるビットのインデックス）。

（捕捉機能）

捕捉機能ＡＣＱは次の入力

を有し、現在のチャネルパラメータ（位相、周波数、タイミング、および振幅）を出力する。捕捉機能は、異なったユーザに対応する各々の系列についてチャネルパラメータを推定する。

（推定多重アクセスチャネル）

推定多重アクセスチャネルＥＭＡは、次の入力

を有し、次の出力

を有する。

推定多重アクセスチャネルＥＭＡは、チャネルパラメータの現在の推定値に従って、実際の多重アクセスチャネルの効果をモデル化する。例えば、チャネルがシンボル同期であれば、

である。
ここで、

は、ユーザＫから出力ｊへの推定複素利得である。

［捕捉アルゴリズム］

（遅延検波）

一つの具体的な実施の形態において、遅延検波アルゴリズムが捕捉機能ＡＣＱで使用される。図４に示すように、アルゴリズムは、対象のバーストＢの先頭及び後尾のユニークワードＵＷ１及びＵＷ２を、入力として取り、時間オフセット推定ＡＣＱ_ｔを実行する。次に、推定されたオフセットτは、入力として、周波数推定ステージＡＣＱ_ｆへ提供される。このステージは、先頭のユニークワードＵＷ１のみを使用して周波数オフセットｆを計算する。周波数推定ステージＡＣＱ_ｆについては、これ以上説明しない。

このアルゴリズムにおいて、時間オフセットは、受信されたバーストと先頭及び後尾のユニークワードＵＷ１およびＵＷ２の参照値との間の遅延相関を使用することによって、検出される。この方法は、ユニークワードの自己相関が低いので、可能になっている。

ユニークワードＵＷ１およびＵＷ２は、全てのバーストについて一定であるか、複数の候補のユニークワードの一つから選択されてもよい。この技術は、ここでは説明しない様々な使用法を有する。後者の場合、相関は、受信されたバーストと候補の参照ユニークワードの各々との間で実行されてもよく、最大相関ピークを有する参照ユニークワードは、受信されたバーストの中に存在するユニークワードと対応するように決定される。

最初に、受信信号ｙ（ｔ）は、参照ユニークワードの共役

とテスト・オフセットτで、次のようにスカラー乗算される。テスト・オフセットτは、一つのサンプル期間のステップで、ゼロと最大時間オフセットの間で変動する。

次に、その結果のパワーＲ_０が、次式によって計算される。

ここで、ｓ’（ｔ）はｓ（ｔ）の転置である。次に、遅延パワーＲ_１は次式によって計算される。

ここで、Ｔ_{ｓａｍｐｌｅ}は受信機のサンプル間隔であり、Ｔ_{ｓｙｍｂｏｌ}はシンボル期間である。例えば、４倍オーバサンプル型受信機では、Ｔ_{ｓｙｍｂｏｌ}＝４×Ｔ_{ｓａｍｐｌｅ}である。

Ｒ_０に対するＲ_１の比は、τの各々の値について計算され、最高の比を与えるτの値が、受信バーストの時間オフセットの最良推定値とされる。

次の疑似コードは、遅延検波アルゴリズムを記述する。

推定のスタート
受信パケットからガードおよび制御ワードを除去する
ＦＯＲ Ｉ＝０；１サンプルステップ；最大オフセット
受信信号と参照ユニークワードの共役とをスカラー乗算する
乗算結果のパワーを計算する
乗算結果の遅延パワーを計算する
二つのパワーの比及び対応の時間オフセットを計算および記録する
参照ユニークワードを１サンプルだけオフセットする
ＦＯＲの終わり
記録されたパワーの比の最大値を検出する
最大値に対応する時間オフセットを返却する
推定の終わり

遅延検波は、大きな周波数オフセット（例えば、＞５００Ｈｚ）を有するパケットを検出するとき、低い複雑度を有する。しかし、例えば以下で説明するように、計算的に更に複雑な同期検波アルゴリズムを使用することによって、性能の向上が期待される。

（同期検波）

代替の実施の形態では、捕捉機能ＡＣＱの中で同期検波アルゴリズムが使用される。図５で表されるように、アルゴリズムは、対象のバーストＢの先頭及び後尾のユニークワードＵＷ１およびＵＷ２を使用して、時間及び周波数両者のオフセットＡＣＱ_ｔ，ｆの同期推定を実行する。次に、推定された時間オフセットτおよび周波数オフセットは、位相推定ステージＡＣＱ_φによって使用される。このステージは、先頭のユニークワードＵＷ１のみを使用して位相オフセットφを計算する。位相推定ステージＡＣＱ_φについては、これ以上説明しない。

最初に、バーストの始めおよび終わりから、先頭のユニークワードＵＷ１の長さに対応する長さを有する二つのデータ・ウィンドウをそれぞれ抽出することによって、周波数オフセットが推定される。第１のウィンドウは、参照先頭ユニークワードＵＷ１との相関が求められ、第２のウィンドウは参照後尾ユニークワードＵＷ２との相関が求められる。各々のウィンドウと参照ＵＷとの相関は、次式によってモデル化される。

ここで、ｙ（ｔ）は受信信号であり、

は参照ＵＷであり、τは現在の反復で適用された時間オフセットである。この時間オフセットは、受信機の一つのサンプル期間のステップでゼロから最大オフセットまで変動する。記号「＊」は相関を示す。

次に、相関の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が求められ、それらの振幅が加算され、ベクトルが生成される。ベクトルは、その最大値を発見するために選択されたピークである。ＦＦＴは次式に従って計算される。

ここで、Ｎはサンプルの数であり、ｎは時間ｔの離散的表現であり、ｋは周波数ωの離散的表現である。

抽出は、１サンプルのステップで、ゼロから最大時間オフセットまで行われる。最大ピークが存在する周波数が、推定された周波数オフセットとされる。最大ピークのサンプルインデックスは、推定された時間オフセットに対応する。

次の疑似コードは、同期推定アルゴリズムの実現の形態を記述する。

推定のスタート
受信パケットからガードおよび制御ワードを除去する
ＦＯＲ Ｉ＝０；１サンプルステップ；最大オフセット
受信信号と参照ユニークワードとの相関を求める
相関結果をＦＦＴする
最大ＦＦＴピーク及びその対応する周波数を発見および記録する
参照ユニークワードを１サンプルだけオフセットする
ＦＯＲの終わり
記録された最大ピークの中で最大値を発見する
最大値に対応する時間オフセットおよび周波数を返却する
推定の終わり

（最適マルチユーザ捕捉）

高い干渉状態のもとでは、前述した単一ユーザ捕捉アプローチ（遅延または同期検波）は性能を制限し、マルチユーザ捕捉アルゴリズムを使用するのが好ましいこともあり得る。このようなマルチユーザアルゴリズムは、一般的に、複雑すぎて、詳細を評価することができないが、一つの採用し得るアプローチの概略を以下に説明する。

次のベースバンド線形ガウス信号モデルが仮定される。Ｋのユーザが、同一の既知のユニークワードｘ（ｔ）を受信機へ送信する。ユーザの相対的時間オフセットは、ベクトルτ＝（τ_１，τ_２．．．τ_Ｋ）として表される。簡明にするため、データ部分Ｄは無視され、信号ｘ（ｔ）は、ユニークワードの区間の外側ではゼロであると仮定される。受信信号のベクトルは、

である。ここで、Ａ_ｉｋは、ｋ番目のユーザの送信機から、多重スポット・ビーム衛星システム内のスポット・ビームｉへの利得である。ｎ_ｉ（ｔ）は、τ＝０およびｉ＝ｊであれば、共分散

を有し、他の場合にはゼロを有する循環対称複素ガウス雑音（circularly symmetriccomplex Gaussian noise)である。簡単にするため、周波数および位相オフセットはゼロと仮定される。

チャネル利得Ａ_ｉｋが受信機で既知でないならば、最適最大尤度検出器は、次式に従って利得および遅延τ_１、τ_２．．．τ_Ｋについて同時決定を行う。

ガウスの仮定のもとで、
受信信号ｙと仮定信号（hypothesized signal）

との間のユークリッド距離を最小にするチャネル利得

及び遅延

を選択する。ここで、

である。

したがって、最適検出器は次式に従って動作する。

チャネル利得が既知であれば、遅延のみが推定される。即ち、最大化はτに関してのみ実行される。最大尤度検出器は、本質的に、最大比の結合を受信信号について実行し、ユーザ遅延の全てのあり得る組み合わせをサーチすることに関している。これは複雑で、現在のハードウェアで実行することは非常に困難であるが、プロセッサ能力の進歩によって容易となり得る可能性もある。位相および周波数オフセットも存在すれば、全てのユーザについて、遅延、周波数、および位相オフセットの全てのとり得る組み合わせが、サーチされねばならない。

したがって、マルチユーザ捕捉の実行は可能であるが、単一ユーザ技術が好ましい。

［捕捉シミュレーションの結果］

同期検波を使用する反復捕捉の効果を、２ユーザシナリオでシミュレートした。「強」ユーザは干渉比Ｃ／Ｉ＝１０ｄＢまでの搬送波を有し、「弱」ユーザを、より小さいＣ／Ｉ値の範囲を使用してシミュレートする。熱雑音パワーＥ_ｓ／Ｎ_０を、双方のユーザに対して同一に設定する。ランダムなユーザデータＤを作り出し、バーストへカプセル化した。ランダムな時間オフセットを０と０．５ｍｓの間に設定したが、周波数または位相オフセットは設定しなかった。なぜなら、タイミング捕捉性能のテストだけが目的であったからである。バーストを、シミュレートしたマルチユーザチャネルの中で結合し、追加の白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）を付加した。

下記の表３〜表５は、弱ユーザのＣ／Ｉ＝１、２、及び４ｄＢとして、ＭＵＤアルゴリズムを１回および２回反復した後の、１０，０００個の２０ｍｓフレームをシミュレートした結果を示す。

図６は、強ユーザが減じられる前及び減じられた後（陰影領域）の弱ユーザの捕捉性能を示す。これらの結果は、単一ユーザ非反復手法によっては捕捉され得ないユーザを、反復捕捉方法が成功裏に捕捉できることを示す。Ｅ_Ｓ／Ｎ_０≧１の場合、反復方法を使用して弱ユーザを捕捉することができる（誤り率は１０^−４よりも小さい）。

Ｉｎｍａｒｓａｔ（商標）ＩＰＤＳベアラサブタイプＬ３を使用して、更なるシミュレーションを実行した。このサブタイプは、フェージング状態（Ｃ／Ｍ＝１５ｄＢ、フェージング帯域幅（fading bandwidth)２０Ｈｚ、マルチパス遅延＝０）のもとで１／３の符号化レートを有する。他の点では、パラメータは上記のシミュレーションと同じであった。結果を以下の表６〜表８に示す。

結果は図７で示される。単一ユーザ非反復手法のみでは不可能であった領域で、捕捉が再び可能になっている。Ｅ_Ｓ／Ｎ_０＞２．２５の場合、弱ユーザを成功裏に捕捉することができる。

図８は、強ユーザがＣ／Ｉ＝１０ｄＢを有する場合に、反復捕捉方法を使用して弱ユーザを成功裏に捕捉できる領域を示す。水平軸は弱ユーザのＣ／Ｉを表し、垂直軸は双方のユーザに共通の信号対雑音比（Ｅ_Ｓ／Ｎ_０）を表す。線の上方および右側にある陰影領域は、１０^−４よりも小さい誤り率で弱ユーザの捕捉を達成できる条件を表す。したがって、反復方法は、より弱いユーザの捕捉性能を大きく改善する。

要約すると、マルチユーザ検出器において、反復復号技術と組み合わせた反復捕捉技術の使用は、非反復初期技術手法（non-iterative initial acquisition techniques)よりも優れた性能を与えることが例証された。優れた性能は、少なくとも部分的に、復号反復によって導出された情報を使用して次の技術反復の性能を改善することに起因する。この利点は、前述した実施例の具体的な詳細およびシミュレーションに依存しない。したがって、当業者は、本発明が特許請求の範囲で定義されることを除いて限定されないことを認識するだろう。

本発明の実施の形態において捕捉されるバーストのフォーマットを示す図である。 多重アクセスチャネルを介してバーストを送信する複数の送信機の図である。 本発明の実施の形態における捕捉機能を有するマルチユーザ検出器および復号器の概略図である。 捕捉機能で使用される遅延検波器の図である。 捕捉機能で使用される同期検波器の図である。 実施の形態の第１のシミュレーションにおける捕捉性能を示すグラフである。 実施の形態の第２のシミュレーションにおける捕捉性能を示すグラフである。 実施の形態で捕捉を達成できる領域を示すチャートである。

Claims (30)

1. 多重アクセス干渉チャネル上で結合信号として第２の伝送と共に受信された第１の伝送のタイミングを推定する方法であって、
   ａ．前記第２の伝送のタイミングを推定するステップと、
   ｂ．前記第２の伝送の推定されたタイミングに基づいて前記第２の伝送を復調、復号、および再変調し、前記第２の伝送の推定値を生成するステップと、
   ｃ．前記結合信号から前記第２の伝送の前記推定値をキャンセルして、前記第１の伝送の推定値を生成するステップと、
   ｄ．前記第１の伝送の推定値から前記第１の伝送のタイミングを推定するステップと
   を含む方法。
2. 前記第２の伝送の前記推定値のキャンセルが、前記推定値の確率に応じて重み付けされる、請求項１に記載の方法。
3. 前記推定値の前記確率が、前記第２の伝送を復号するための軟復号技術を使用して計算される、請求項２に記載の方法。
4. 前記推定値の前記確率が、前記第２の伝送を復調するための軟復調技術を使用して計算される、請求項２または３に記載の方法。
5. ｅ．前記第１の伝送の推定されたタイミングに基づいて、前記第１の伝送を復調、復号、および再変調し、前記第１の伝送の推定値を生成するステップと、
   ｆ．前記結合信号から前記第１の伝送の前記推定値をキャンセルして、前記第２の伝送の推定値を生成するステップと、
   ｇ．前記第２の伝送の前記推定値から前記第２の伝送のタイミングを推定するステップと、
   を更に含む、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
6. ステップｂ〜ｇを反復して、前記第１及び第２の伝送の前記タイミングの改善された推定値を取得することを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記結合信号が一つ以上の更なる伝送を含む、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
8. ステップａが、前記一つ以上の更なる伝送のタイミングを推定することを含み、ステップｂが、前記一つ以上の更なる伝送それぞれの推定されたタイミングに基づいて、前記一つ以上の更なる伝送を復調、復号、および再変調し、前記一つ以上の更なる伝送の推定値を生成することを含み、ステップｃが、前記結合信号から前記一つ以上の更なる伝送の前記推定値をキャンセルして、前記第１の伝送の推定値を生成することを含む、請求項７に記載の方法。
9. ステップｆが、前記結合信号から前記一つ以上の更なる伝送の前記推定値をキャンセルして、前記第２の伝送の前記推定値を生成することを含む、請求項５に従属する場合の請求項８に記載の方法。
10. 多重アクセスチャネル上で結合信号として受信された複数の伝送のタイミングを推定する方法であって、
    ａ．前記複数の伝送の各々の前記タイミングを推定するステップと、
    ｂ．前記複数の伝送の各々の現在の推定値を、それら伝送のそれぞれの推定されたタイミングに基づいて軟復調、軟復号、および軟再変調し、前記伝送の各々の軟推定値を生成するステップと、
    ｃ．前記伝送の各々の現在の推定値を、前記結合信号から他の伝送の前記軟推定値をキャンセルすることによって、更新するステップと、
    ｄ．前記伝送のそれぞれの現在の推定値から前記伝送の各々のタイミングを推定するステップと、
    ｅ．ステップｂ〜ｅを反復して、前記伝送の各々のタイミングの累進的な推定値を取得するステップと、
    を含む方法。
11. ステップａ〜ｅが、所定の条件が満たされるまで反復される、請求項１０に記載の方法。
12. 軟復号された現在の推定値を出力するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記タイミングを推定するステップが、遅延検波を使用して実行される、先行する請求項の何れか一項に記載の方法。
14. 前記タイミングを推定するステップが、同期検波を使用して実行される、先行する請求項の何れか一項に記載の方法。
15. 実行時に、先行する請求項の何れか一項に記載の方法を実行するコンピュータプログラム。
16. 請求項１５に記載のコンピュータプログラムを記憶するコンピュータプログラム・プロダクト。
17. 多重アクセス干渉チャネル上で第２の伝送と共に結合信号として受け取られた第１の伝送のタイミングを推定する装置であって、
    ａ．前記第２の伝送のタイミングを推定するステップと、
    ｂ．前記第２の伝送の推定されたタイミングに基づいて前記第２の伝送を復調、復号、および再変調して、前記第２の伝送の推定値を生成するステップと、
    ｃ．前記結合信号から前記第２の伝送の推定値をキャンセルして、前記第１の伝送の推定値を生成するステップと、
    ｄ．前記第１の伝送の前記推定値から前記第１の伝送のタイミングを推定するステップと
    を実行するように構成された装置。
18. 前記第２の伝送の前記推定値のキャンセルが、前記推定値の確率に応じて重み付けらされている、請求項１７に記載の装置。
19. 前記推定値の前記確率が、前記第２の伝送を復号するための軟復号技術を使用して計算される、請求項１８に記載の装置。
20. 前記推定値の前記確率が、前記第２の伝送を復調するための軟復調技術を使用して計算される、請求項１７または１８に記載の装置。
21. ｅ．前記第１の伝送の推定されたタイミングに基づいて前記第１の伝送を復調、復号、および再変調して、前記第１の伝送の推定値を生成するステップと、
    ｆ．前記結合信号から前記第１の伝送の前記推定値をキャンセルして、前記第２の伝送の推定値を生成するステップと、
    ｇ．前記第２の伝送の前記推定値から前記第２の伝送のタイミングを推定するステップと、
    を更に実行するように構成された、請求項１７〜２０の何れか一項に記載の装置。
22. 更に、ステップｂ〜ｇを反復して、前記第１および第２の伝送の前記タイミングの改善された推定値を取得するように構成された、請求項２１に記載の装置。
23. 前記結合信号が一つ以上の更なる伝送を含む、請求項１７〜２２の何れか一項に記載の装置。
24. ステップａが、前記一つ以上の更なる伝送のタイミングを推定するステップを含み、ステップｂが、前記一つ以上の更なる伝送それぞれの推定されたタイミングに基づいて、前記一つ以上の更なる伝送を復調、復号、および再変調し、前記一つ以上の更なる伝送の推定値を生成するステップを含み、ステップｃが、前記結合信号から前記一つ以上の更なる伝送の前記推定値をキャンセルして、前記第１の伝送の推定値を生成するステップを含む、請求項２３に記載の装置。
25. ステップｆが、前記結合信号から前記一つ以上の更なる伝送の前記推定値をキャンセルして、前記第２の伝送の前記推定値を生成するステップを含む、請求項２１に従属する場合の請求項２４に記載の方法。
26. 多重アクセスチャネル上で結合信号として受け取られた複数の伝送のタイミングを推定する装置であって、
    ａ．前記複数の伝送の各々のタイミングを推定するステップと、
    ｂ．前記複数の伝送の各々の現在の推定値を、それら伝送のそれぞれの推定されたタイミングに基づいて軟復調、軟復号、および軟再変調して、前記伝送の各々の軟推定値を生成するステップと、
    ｃ．前記伝送の各々の現在の推定値を、前記結合信号から他の伝送の前記軟推定値をキャンセルすることによって、更新するステップと、
    ｄ．前記伝送のそれぞれの現在の推定値から前記伝送の各々のタイミングを推定するステップと、
    ｅ．ステップｂ〜ｅを反復して、前記伝送の各々のタイミングの累進的な推定値を取得するステップと、
    を実行するように構成された装置。
27. ステップａ〜ｅが、所定の条件が満たされるまで反復される、請求項２６に記載の装置。
28. 軟復号された現在の推定を出力するステップを含む、請求項２７に記載の装置。
29. 前記タイミングを推定するステップが、遅延検波を使用して実行される、請求項１７〜２８の何れか一項に記載の装置。
30. 前記タイミングを推定するステップが、同期検波を使用して実行される、請求項１７〜２９の何れか一項に記載の装置。
    

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