JP3795740B2 - 通信方法及び通信装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、受信信号を復調する通信装置及び当該通信装置における通信方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
符号分割多元接続(CDMA)方式は、同一の周波数帯域で複数の移動局が同時に通信を行う場合に、各ユーザ毎に符号系列を割り当てることによって、複数の回線接続を可能とする多元接続方式である。このCDMA方式の1つである直接拡散通信方式は、情報信号に拡散符号系列を乗ずることにより、本来の情報信号の帯域幅に比較して十分に広い帯域に拡散して伝送する方式であり、拡散符号系列の数や、拡散率、スペクトル拡散された信号の伝送速度により、1チャネル当りの情報伝送速度が一意的に求まる。従って、ある伝送帯域幅で、拡散符号系列の数や拡散率を変えることにより、低速から高速まで各種の伝送速度のサービスを同時にサポートすることができる。
【0003】
ところで、CDMA方式における受信技術として、ジョイントディテクション(Joint Detection )復調と称されるマルチユーザディテクション復調方式がある。ジョイントディテクション復調では、各ユーザの拡散符号系列とチャネルインパルスレスポンスとを畳み込んだ系列を要素として配置したシステム行列Aが生成される。このシステム行列Aを用いると、送信対象のデータシンボルd及び受信信号eは、雑音をnとすると、e=Ad+nなる関係で表されるため、システム行列Aに関する操作により、データシンボルdを推定することができる。以下、受信信号e、システム行列A、データシンボルd、雑音nの関係を具体的に説明する。
【0004】
ユーザk(k=1,2,…,K)の拡散符号系列c(k)とチャネルインパルスレスポンスh(k)をそれぞれ
c(k)=(c1 (k),c2 (k),…,cQ (k))T・・・・・(1)
h(k)=(h1 (k),h2 (k),…,hQ (k))T・・・・・(2)
で表す。ユーザkの拡散符号系列c(k)とチャネルインパルスレスポンスh(k)との畳み込み系列b(k)は、拡散率をQ、チャネルインパルスレスポンス幅をW、各ユーザの復調シンボル集合数をNとすると、
b(k)=(b1 (k),b2 (k),…,bQ+W−1 (k))T=c(k)*h(k)・・・・・(3)
となり(但し、「*」はコンボリュージョンを示す。)、行列式で表すと、
【0005】
【数1】
となる。システム行列Aは、この畳み込み系列b(k)を要素として配置したものであり、
【0006】
【数2】
と表される。上述したように,データシンボルd及び受信信号eは、e=Ad+nなる関係であるが、ここでは雑音nを省略してe=Adとし、データシンボルdの集合d(k)と、これに対応する受信信号の集合e(k)をそれぞれ
d(k)=(d1 (k),d2 (k),…,dN (k))T・・・・・(6)
e(k)=(e1 (k),e2 (k),…,eNQ+W−1 (k))T・・・・・(7)
で表すと、データシンボル集合d(k)と、受信信号集合e(k)との関係は、システム行列Aを用いて、
【0007】
【数3】
となる。この式(8)に基づいて、システム行列Aに関する操作を行うことにより、データシンボルdを推定することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したジョイントディテクション復調により、復調対象を複数の集合群に分けて、順を追って各々データシンボルdを復調していく場合、従来は、データシンボル集合d(k)内で、過去に求めたデータシンボルについても未知数として、その都度推定している。
【0009】
しかしながら、過去に求めたデータシンボルについても未知数としてその都度推定すると、システム行列Aのサイズが大きくなり、演算量が増加する。しかも、そこで推定される過去のデータシンボルは、データシンボル集合内の最初のシンボル以前と最後のシンボル以後のデータシンボルが考慮されていないため、精度が低下している。これは、データシンボル集合d(k)の最初と最後の数シンボルに対応する受信信号eには、他のデータシンボル集合に対応する信号が重なっているにも関わらず、システム行列Aとデータシンボル集合d(k)に、それに相当する成分が配置されないためである。従って、現時点で推定されるデータシンボルdにも、その誤差が波及する。
【0010】
本発明は、上記問題点を解決するものであり、その目的は、復調に必要な演算量を削減すること、及び、復調の精度を向上させることが可能な通信方法及び通信装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、受信信号を復調する通信装置における通信方法であり、過去の復調済みの信号を保持し、現在復調しようとする受信信号から、前記保持された過去の復調済みの信号を含む成分を差し引いて受信信号の復調を行う。
【0012】
このような通信方法では、現在復調しようとする信号に過去の復調済みの信号成分が含まれている場合に、その成分を差し引いた上で復調を行うことにより、復調時の演算量を削減することができ、併せて、過去の復調済みの信号を未知数として推定する場合と比較して、復調の精度を向上させることができる。
【0013】
また、本発明は、上述した、受信信号を復調する通信装置における通信方法であり、直接拡散通信方式における符号分割多元接続方式において、各ユーザの拡散符号系列とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を成分として配置した行列を基に、復調対象を複数の集合群に分けて、順次各データシンボルを復調する場合に、過去の復調済みのデータシンボルを保持し、現在復調しようとする受信信号から、前記保持された過去の復調済みのデータシンボルに拡散符号系列とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を乗じた信号を差し引いてデータシンボルの復調を行う。
【0014】
この場合には、現在復調しようとする受信信号から、過去の復調済みのデータシンボルに拡散符号系列とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を乗じた信号を差し引いて復調を行うことにより、各ユーザの拡散符号系列とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を成分として配置した行列のサイズを小さくすることができるため、演算量を削減することができ、併せて、過去の復調済みのデータシンボルを未知数として推定する場合と比較して、復調の精度を向上させることができる。
【0015】
また、本発明は、固定パターンの信号が含まれる受信信号を復調する通信装置における通信方法であり、前記固定パターンの信号を保持し、現在復調しようとする受信信号から、前記保持された固定パターンの信号を含む成分を差し引いて受信信号の復調を行う。
【0016】
この場合には、固定パターンの信号については、復調しなくてもその内容が既知であるため、受信信号に固定パターンの信号が含まれている場合に、現在復調しようとする受信信号から、固定パターンの信号成分を差し引いた上で復調を行うことにより、固定パターンを未知数として推定する、もしくは考慮しない場合と比較して、復調の精度を向上させることができる。
【0017】
また、本発明は、上述した、固定パターンの信号が含まれている受信信号を復調する通信装置における通信方法であり、直接拡散通信方式における符号分割多元接続方式において、各ユーザの拡散符号系列とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を成分として配置した行列を基に、各データシンボルを復調する場合に、現在復調しようとする受信信号から、前記保持された固定パターンの信号とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を差し引いてデータシンボルの復調を行う。
【0018】
この場合には、固定パターンを未知数として推定する、もしくは考慮しない場合と比較して、復調の精度を向上させることができる。
【0019】
また、請求項3および4に記載された発明は、請求項1および2に記載された通信方法に適した通信装置である。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。まず、直接拡散通信方式におけるCDMA方式の移動通信システムにおいて、基地局装置又は移動局装置が、各ユーザの拡散符号系列とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を成分として配置した行列を基に、ジョイントディテクション復調を行う第1実施例について説明する。
【0021】
本実施例においては、基地局装置又は移動局装置は、復調対象を複数の集合群に分けて、順を追って各データシンボルを復調する。ここで、各ユーザの復調シンボル集合数Nを5として、データシンボル集合(以下、「復調シンボル集合」と言う。)d(k)と、これに対応する受信信号集合e(k)を構成する場合、式(8)に示した復調シンボル集合d(k)、受信信号集合e(k)及びシステム行列Aは、
【0022】
【数4】
に示す関係となる。基地局装置又は移動局装置は、復調シンボル集合d(k)の中から中央に位置するデータシンボルd3のみを抽出し、抽出する毎に復調シンボル集合d(k)及び受信信号集合e(k)をスライドさせながら、順次続けて復調を行う。
【0023】
この場合、基地局装置又は移動局装置は、過去に求めたデータシンボルd1、d2を内蔵するデータ保持部に保持しておき、これら過去に求めたデータシンボルd1、d2に対し、式(4)で表される、各ユーザの拡散符号系列c(k)とチャネルインパルスレスポンスh(k)との畳み込み系列b(k)を乗ずる。データシンボルd1、d2に対し、畳み込み系列b(k)を乗じた演算結果は、受信信号e内における、データシンボルd1、d2に対応する成分を示す。基地局装置又は移動局装置は、この演算結果を受信信号eから差し引く。このとき、式(9)は、
【0024】
【数5】
と変形することができる。この式(10)によれば、システム行列Aは、復調シンボル集合数がN=3のサイズに縮小されるとともに、復調シンボル集合d(k )及び受信信号集合e(k)の各行列のサイズも縮小される。
【0025】
基地局装置又は移動局装置は、式(10)を用いて、復調シンボル集合d(k)の最初に位置するデータシンボルd3を抽出だけで済む。そして、基地局装置又は移動局装置は、復調シンボル集合d(k)及び受信信号集合e(k)をスライドさせて、再度、復調シンボル集合d(k)の最初に位置するデータシンボルd3(スライド前のデータシンボルd4)を抽出する。このような操作の繰り返しにより、復調シンボル集合d(k)内の各データシンボルが復調される。
【0026】
このように、データシンボルd3より前のデータシンボルが過去に復調され、既知であることを利用して、システム行列A、復調シンボル集合d(k)及び受信信号集合e(k)の各行列のサイズを縮小することができるため、行列計算の演算量を削減することが可能となる。また、復調シンボル集合d(k)内の最初のシンボル以前のデータシンボルも、そのデータシンボルの復調時にデータ保持部に保持され、復調シンボル集合d(k)内のデータシンボルの復調に利用することができるため、過去に求めたデータシンボルを未知数として推定する場合と比較して、復調の精度を向上させることができる。
【0027】
なお、復調シンボル集合数がN=5以外の場合でも、一般に、相応の過去の復調済みのデータシンボルに各ユーザの拡散符号系列c(k)とチャネルインパルスレスポンスh(k)との畳み込み系列b(k)を乗じ、受信信号eから差し引くことにより、システム行列A、復調シンボル集合d(k)及び受信信号集合e(k)の各行列のサイズが縮小されるため、行列計算の演算量を削減することができ、併せて、過去に求めたデータシンボルを未知数として推定する場合と比較して、復調の精度を向上させることができる。
【0028】
また、推定精度に関係してくるが、復調シンボル集合d(k)から1つのデータシンボルを抽出する手法に限らず、任意の位置で複数のデータシンボルを抽出することも可能である。さらに、順を追って各データシンボルを復調する際の順序については、受信信号の初めからでも、後からでも良い。
【0029】
また、現在復調しようとする受信信号から、過去の復調済みの信号を含む成分を差し引く操作を伴う復調であればよく、CDMA方式の復調に限定されるものではない。更に、拡散率Qを1にした場合には、シングルユーザディテクション復調方式となるが、本実施例は、このシングルユーザディテクション復調方式にも適用可能である。
【0030】
図1〜図3に、システム行列を縮小した場合における、基地局装置又は移動局装置としての受信機の構成例を示す。なお、以下においては、雑音nを
n=(n1,n2,…,nNQ+W−1)T・・・・・(11)
とする。また、Rn、Rdはそれぞれ
Rn=E(n・nT)・・・・・(12)
Rd=E(d・dT)・・・・・(13)
を示し、AHはAの共役行列を示すものとする。
【0031】
図1は、ホワイティングマッチドフィルタ(WMF:Whiting Matched Filter)を用いた受信機の構成例である。同図に示す受信機100は、データ保持部102、加算器104、WMF106を備えて構成される。
【0032】
データ保持部102には、過去に求めたデータシンボルdc,WMF、チャネルインパルスレスポンスh(k)、及び、各ユーザの拡散符号系列c(k)とチャネルインパルスレスポンスh(k)との畳み込み系列b(k)が保持されている。
【0033】
加算器104は、過去に求めたデータシンボルdc,WMFに各ユーザの拡散符号系列c(k)とチャネルインパルスレスポンスh(k)との畳み込み系列b(k)を乗じた演算結果を、受信信号eから差し引く。これにより、式(10)の左辺のマトリクスを得ることができる。WMF106は、加算器104の演算結果に対し、AH・Rn −1を乗じ、データシンボルdc,WMFを導出する。
【0034】
図2は、ZF−BLE(Zero Forcing ? Blocking Linear Equalizer )を用いた受信機の構成例である。同図に示す受信機200は、データ保持部202、加算器204、ZF−BLE206を備えて構成される。
【0035】
データ保持部202には、過去に求めたデータシンボルdc,ZF−BLE、チャネルインパルスレスポンスh(k)、及び、各ユーザの拡散符号系列c(k)とチャネルインパルスレスポンスh(k)との畳み込み系列b(k)が保持されている。
【0036】
加算器204は、過去に求めたデータシンボルdc,ZF−BLEに各ユーザの拡散符号系列c(k)とチャネルインパルスレスポンスh(k)との畳み込み系列b(k)を乗じた演算結果を、受信信号eから差し引く。ZF−BLE206は、加算器204の演算結果に対し、(AH・Rn −1・A)−1・AH・Rn −1を乗じ、データシンボルdc,ZF−BLEを導出する。ZF−BLE206を用いることにより、図1に示したWMF106を用いた場合よりも、復調されるデータシンボルの精度を向上させることができる。
【0037】
図3は、MMSE−BLE(Minimum Mean Square Error ? Blocking Linear Equalizer )を用いた受信機の構成例である。同図に示す受信機300は、データ保持部302、加算器304、MMSE−BLE306を備えて構成される。
【0038】
データ保持部302には、過去に求めたデータシンボルdc,MMSE−BLE、チャネルインパルスレスポンスh(k)、及び、各ユーザの拡散符号系列c(k)とチャネルインパルスレスポンスh(k)との畳み込み系列b(k)が保持されている。
【0039】
加算器304は、過去に求めたデータシンボルdc,MMSE−BLEに各ユーザの拡散符号系列c(k)とチャネルインパルスレスポンスh(k)との畳み込み系列b(k)を乗じた演算結果を、受信信号eから差し引く。MMSE−BLE306は、ZF−BLE308、最尤系列推定型等化器(Whiner estimator)310を備えている。ZF−BLE308は、加算器304の演算結果に対し、(AH・Rn −1・A)−1・AH・Rn −1を乗じる。最尤系列推定型等化器310は、この演算結果に対し、W0=(I+Rd・AH・Rn −1・A)−1・A)−1を乗じ、データシンボルdc,MMSE−BLEを出力する。MMSE−BLE306を用いることにより、図2に示したZF−BLE206を用いた場合よりも、復調されるデータシンボルの精度を更に向上させることができる。
【0040】
次に、直接拡散通信方式におけるCDMA方式の移動通信システムにおいて、基地局装置又は移動局装置が、各ユーザの拡散符号系列とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を成分として配置した行列を基に、ジョイントディテクション復調を行う場合であって、且つ、受信信号に、データシンボルの信号成分の他に固定パターンの信号成分が含まれている第2実施例について説明する。
【0041】
本実施例においては、基地局装置又は移動局装置は、固定パターンの系列を内蔵するデータ保持部に保持するとともに、この固定パターン系列とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を算出する。固定パターンの初めからW−1個の系列m(k)を
m(k)=(m1 (k),m2 (k),…,mW−1 (k))T・・・・・(14)
で表すと、これら固定パターン系列m(k)とチャネルインパルスレスポンスh(k)との畳み込み系列
p(k)=(p1 (k),p2 (k),…,pW−1 (k))T・・・・・(15)
は、
【0042】
【数6】
となる。この畳み込み系列p(k)は、受信信号e内における、固定パターン系列m(k)に対応する成分を示す。
【0043】
次に、基地局又は移動局装置は、固定パターン系列m(k)とチャネルインパルスレスポンスh(k)との畳み込み系列p(k)を受信信号eから差し引く。ここで、固定パターン系列m(k)がその時点で復調される受信信号以降に含まれている場合には、式(8)は、受信信号集合e(k)から畳み込み系列p(k)を差し引いて、
【0044】
【数7】
と変形することができる。
【0045】
一方、固定パターン系列m(k)がその時点で復調される受信信号以前に含まれている場合には、式(8)は、受信信号集合e(k)から畳み込み系列p(k)を差し引いて、
【0046】
【数8】
と変形することができる。
【0047】
これらの式(17)、(18)によれば、復調されるデータシンボルに関わる固定パターン系列m(k)の影響を除去する場合、固定パターン系列m(k)が既知であることに着目し、予め固定パターン系列m(k)を保持し、チャネルインパルスレスポンスh(k)との畳み込み系列p(k)を受信信号eから差し引くことにより、復調の精度を向上させることができる。また、固定パターン系列m(k)は既知の系列であるため、式(17)に示すように、その時点以降に現れる場合にも受信信号から差し引くことができる。
【0048】
なお、第2実施例に示した復調方法は、復調対象を複数の集合群に分けて、順を追って各データシンボルを復調するジョイントディテクション復調の場合だけでなく、一度で全ての連続したデータシンボルを復調する場合にも適用可能である。また、上述した第1実施例のように、過去に求めたデータシンボルを用いてシステム行列を縮小する場合にも、過去に求めたデータシンボルを未知数として推定してシステム行列を縮小しない場合にも適用可能である。
【0049】
また、現在復調しようとする受信信号から、固定パターンの信号成分を差し引く操作を伴う復調であればよく、CDMA方式の復調に限定されるものではない。更に、拡散率Qを1にした場合には、シングルユーザディテクション復調方式となるが、本実施例は、このシングルユーザディテクション復調方式にも適用可能である。
【0050】
第2実施例における基地局装置又は移動局装置としての受信機の構成は、第1実施例において図1〜図3に示した構成例と同様である。但し、データ保持部は、更に固定パターン系列m(k)、チャネルインパルスレスポンスh(k)、及び、これら固定パターン系列m(k)とチャネルインパルスレスポンスh(k)との畳み込み系列p(k)を保持し、加算器は、この畳み込み系列p(k)を受信信号eから差し引く。
【0051】
以上説明したように、直接拡散通信方式におけるCDMA方式の移動通信システムにおける基地局装置又は移動局装置において、各ユーザの拡散符号系列とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を成分として配置した行列を基に、復調対象を複数の集合群に分けて、順を追って各データシンボルを復調する場合に、過去に求めたデータシンボルを保持し、この過去のデータシンボルに対し、拡散符号とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を乗じた信号を、受信信号から差し引くことにより、ジョイントディテクション復調における演算量を、過去に求めたデータシンボルを未知数として計算する場合より削減することができ、併せて推定精度を向上させることもできる。
【0052】
また、固定パターンの信号が送信される場合には、その時点で復調されるデータシンボルに対し、固定パターンが時系列的に前後のどちらにあっても、受信信号から固定パターンとチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を差し引くことにより、復調の推定精度を向上させることができる。
【0053】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、過去の復調済みの信号を保持し、現在復調しようとする受信信号から、この過去の復調済みの信号を含む成分を差し引いて復調を行うことにより、復調時の演算量を削減することができ、併せて、過去の復調済みの信号を未知数として推定する場合と比較して、復調の精度を向上させることができる。
【0054】
また、本発明によれば、固定パターンの信号を保持し、現在復調しようとする受信信号から、この固定パターンの信号成分を差し引いて復調を行うことにより、固定パターンを未知数として推定する、もしくは考慮しない場合と比較して、復調の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】システム行列を縮小した場合における受信機の構成例であり、WMFを用いた場合の例を示す図である。
【図2】システム行列を縮小した場合における受信機の構成例であり、ZF−BLEを用いた場合の例を示す図である。
【図3】システム行列を縮小した場合における受信機の構成例であり、MMSE−BLEを用いた場合の例を示す図である。
【符号の説明】
100、200、300 受信機
102、202、302 データ保持部
104、204、304 加算器
106 WMF
206、308 ZF−BLE
306 MMSE−BLE
310 最尤系列推定型等化器
Claims (4)
- 受信信号を復調する通信装置における通信方法において、
直接拡散通信方式における符号分割多元接続方式において、各ユーザの拡散符号系列とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を成分として配置した行列を基に、復調対象を複数の集合群に分けて、順次各データシンボルを復調する場合に、
過去の復調済みのデータシンボルを保持し、
現在復調しようとする受信信号から、前記保持された過去の復調済みのデータシンボルに拡散符号系列とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を乗じた信号を差し引いてデータシンボルの復調を行うことを特徴とする通信方法。 - 固定パターンの信号が含まれる受信信号を復調する通信装置における通信方法において、
直接拡散通信方式における符号分割多元接続方式において、各ユーザの拡散符号系列とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を成分として配置した行列を基に、各データシンボルを復調する場合に、
前記固定パターンの信号を保持し、
現在復調しようとする受信信号から、前記保持された固定パターンの信号とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を差し引いてデータシンボルの復調を行うことを特徴とする通信方法。 - 受信信号を復調する通信装置において、
直接拡散通信方式における符号分割多元接続方式において、各ユーザの拡散符号系列とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を成分として配置した行列を基に、復調対象を複数の集合群に分けて、順次各データシンボルを復調する場合に、
過去の復調済みのデータシンボルを保持する保持手段と、
現在復調しようとする受信信号から、前記保持された過去の復調済みのデータシンボルに拡散符号系列とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を乗じた信号を差し引いて受信信号の復調を行う復調手段と、
を備えることを特徴とする通信装置。 - 固定パターンの信号が含まれている受信信号を復調する通信装置において、
直接拡散通信方式における符号分割多元接続方式において、各ユーザの拡散符号系列とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を成分として配置した行列を基に、各データシンボルを復調する場合に、
前記固定パターンの信号を保持する保持手段と、
現在復調しようとする受信信号から、前記保持された固定パターンの信号とチャネルインパルスレスポンスとの畳み込み系列を差し引いて受信データシンボルの復調を行う復調手段と、
を備えることを特徴とする通信装置。
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