JP4188235B2 - 干渉しているデジタル変調された信号についてのパラメータ推定と追跡のためのシステム - Google Patents

Description

この発明は遠隔通信に係り、もっと特定をすると、改良されたパラメータ推定技術を利用して、干渉信号を分離する方法及び装置に関する。

同時継続の仮特許出願一連番号60／233,870，出願日２０００年９月２０日，Rachel Learned及びJoseph Suにより、参照によりここで組み入れられているものに記載されている通り、パラメータ推定ユニットを利用する干渉信号(interfering signals)を分離するためにシステムが提供される。このパラメータ推定ユニットの目的は、チャンネルパラメータを求めることができるようにすることであり、このパラメータは個々の信号の各々の特性を、信号が同じ通信帯域幅内に、しかも同じ瞬間に存在するという事実とは無関係に、独自のやり方で（uniquely）弁別する。こういったパラメータは負荷を大きくかけられたかオーバーロードした（overloaded）ユーザシステムについてのどんな信号分離システムによっても必要とされているものであり、一般には各信号についてチャンネル伝達関数を含んでおり、このチャンネル伝達関数は受領した電力、各受信信号を生成した発振器の位相、基地局クロックに対するタイミングのオフセット（offset）、キャリヤの周波数オフセット、及び多数経路（multipath）レプリカの構造を含んでいる。

実際には、しかしながら、信号についての受領した電力は実質的にバースト毎に変るものであり、これが意味するところはパラメータ推定が若干むづかしいものとなることである。同じように、発振器の位相もバースト毎に変ることができ、これは信号が通信システムの特定のタイミングスロット内で受領されることになるときの変動であるタイミングオフセットについても同様である。こういったパラメータのすべてはバースト毎に変るだけでなく、キャリヤの周波数も変ることができ、一番注目されるのがドップラシフト(Doppler shifts)によるものである。

結果は、信号分離が環境変化で次第にむづかしくなって行き、この環境では多数の移動（mobile）ユーザが同じチャンネル上で基地局と通信をすることを試みているのである。

上述の特許出願で記述したパラメータ推定方法は信号分離で有用であるが、その特徴の一つは通信環境の動的な本質を概観するパラメータ推定値の生成に対する直列(serial)アプローチを必要とすることである。実際には、このようなシステムは極めて頑丈なやり方で同時に発生している信号についての各種のパラメータを抽出することができるのであるが、その際には計算の直列という本質によってある時間にはブランク（blanks）とかブラックアウト（blackout）期間が存在することになり、この時間には同時発生している信号のいくらかのものが無視されたり追跡（tracked）されなかったりする。

多数ユーザ検出システムにとっては、それ故に変化している信号に動的に適合することができるようになる必要性がある。この変化している信号は移動ユーザが事実上移動しているという事実によって生ずるものであり、また各移動端末についての電力調節が基地局によって、ときにはバースト毎ということを基礎に、調節されるという事実に適合することが求められている。多数ユーザ構成の多くは、ＧＳＭ、その他のＴＤＭＡシステム及びＣＤＭＡシステムを含んでいる空気（air）インターフェースとの場合のように、電力メレベル調節は毎秒８００回というほど頻繁に行なわれる。その結果は特定の一点の時刻でのパラメータ推定は、電力レベルがハンドセットで変化されるというもの以外の理由がなければ、有効なものではない。これは組織されたルーチンのやり方で行なわれるが、重なっているか干渉している信号を考慮するときには、例えば他のパラメータが何もないときの電力の変化は同じチャンネル上の干渉している信号を分離する能力がないという結果をもたらす。

発明の要約
同じ通信チャンネル上に複数の干渉する信号を収納することができるようにするために、ここでこのチャンネルでは該信号が意図的に互に干渉することができるようにしてトラヒックチャンネルの最大利用を可能としているものであるとし、この主題となっている発明では、最初の推定が各種のパラメータについて取得チャンネル上の干渉のない受信信号と通常のトラヒックチャンネル学習用シーケンス（これは移動ユーザの各々を識別して、移動電話からのバースト伝送のためのタイミングを設定する）とを利用して作られる。その後に、第一のユーザもしくは来る者が存在し、特定のトラヒックチャンネルを指定されると、最初のパラメータ値であって取得チャンネルからのものがチャンネル伝達関数（channel transfer function)であって、そこに電力、多数経路構造、タイミングオフセット及びトラヒックチャンネル内の第一の来る者もしくは第一の信号の周波数を含むものの追跡で利用される。

その後に、トラヒックチャンネル上に第二の干渉する信号が存在すると、このシステムは最終の信号が入って来る前に、トラヒックチャンネル上のすべての信号の学習用(training)シーケンス部分を再生成して、これを受領した信号の学習用信号部分から減じて干渉のない信号を提供し、この信号からチャンネルへ新しく来る者についてのパラメータの推定を計算する。上述のものは受信した信号の学習用信号部分を利用する。これがすることは本質的に新しく来る者の信号を選抜することである。

チャンネルに対して新しく来る者の各種のパラメータの推定を有しかつチャンネル上に複数の干渉信号が存在すると仮定して、並列処理がそこで利用されて、同じチャンネルに割当てられた各信号を絶縁（isolate）するために利用される。この絶縁は前述の再生成と信号の学習用シーケンス部分を減ずる方法を利用して行なわれる。カスケード（cascaded）処理段階を利用する並列処理部分の僅かに修正を加えたバージョンもまた事象並列処理で提供されてはいるが望ましいものではない。

結果はこのシステムが干渉信号のすべてを実時間で、超高速パラメータ推定を提供することにより、同時に追跡することができることであり、これらの推定値は信号分離アルゴリズムによって利用されるものとなっている。

動作に際しては、開示された文献にあり、また今日使用されている各種プロセスがこのプロセスによって生成された干渉のない信号についてのパラメータ推定を実行するために使用できることが理解されよう。トラヒックチャンネル内の各活性信号についてのパラメータの高品質推定を計算するための一つの方法は、ある信号が与えられた時間期間についてトラヒックチャンネル内に置かれていて、パラメータの推定が進行しているという条件の下では、前に計算したパラメータのすべての移動窓（sliding window）の加重平均が高品質の推定を生成することは注目することになる。このことが意味しているのは、各バーストが到着してパラメータ推定が各バースについて個別に行なわれるので、前のバーストと関係しているパラメータ推定をある所定数まで遡って廃棄することが可能であり、最新のバーストを処理することからパラメータを平均することによって、改良された推定を求めることができることになることである。本質的にはこのことが、移動窓平均と等しいものであり、この平均で過去よりももっと重くより最近の推定を重み付けることができる。

結果はこのシステムがパラメータをバースト毎を基礎として推定できるのであり、併せてもっと頑丈なパラメータ推定がインテリジェントな平均化を介して達成されるようにできる。

それ故に達成されることは、複数の信号が互に干渉し、かつ信号がブランク期間とかパラメータ推定プロセスへにての中断なしに動的に変化しているという環境での信号分離をできるようにする能力である。ブランク期間もしくはパラメータの不正確な値にいずれもの信号分離もしくは多数ユーザ検出システム用の信号を分離することをできないようにすることに導くことになり、干渉しているユーザの情報ビットシーケンスの各々を回復するシステムの不能に導く。

記述してきたことはハンドセットの初期化とタイミングの追跡とに通常利用される取得チャンネルと学習用シーケンスの利用であり、勿論学習用シーケンスを分離するための数多くの技術が存在し、学習シーケンスのいずれかの側に対し信号をゼロアウト（zeroing out）するようなものがその例である。これは窓かけ（windowing）技術を介して、あるいはデジタル信号処理によって行うことができて、この処理では学習用シーケンスの外部の信号に対応している実際の値がゼロで置換される。

ここで使用されているように学習用シーケンスは、いずれかのアプリオリな（apriori）既知のビットまたはシンボルのシーケンスを指しており、これが利用されて、共通チャンネル伝送された信号の各々と関係している各種パラメータの推定を得るようにする。例えば、それはパイロットトーン、特定のビットストリームとなることができるし、あるいは完全に知られることになると仮定することができる回復され推定されたビットストリームとすることもできる。

ＧＳＭ伝送の場合のように、学習用シーケンスは各移動ユーザを識別するために利用され、またタイミングオフセットを取得するために利用され、それにより基地局が制御信号を送ってそのタイミングを変更するように移動ユニットに伝えることができる。こういった学習用信号は既存であることは理解されよう。存在するのであるから、主題のシステムはこれらの学習用信号を用いて急速なパラメータ推定をできるようにすることが可能である。

こうして、例えばＧＳＭでは、また他の無線多重アクセス通信システムでは、学習用信号が正規に利用される。いずれかのデジタル通信システムが主題のパラメータ推定システムの使用を可能にして干渉信号が分離できるようにすることはこの理由による。

要約すると、多数ユーザ検出システムにあっては、干渉信号が意図的に存在できるようにしてあり、パラメータ推定ユニットが提供されて、これが各受領された信号についてチャンネルを判断するための並列処理を利用しており、本質として各信号について受領された電力と、多数経路構造と、発振器の位相と、基地局クロックに関するタイミングのオフセットと、キャリヤ周波数のオフセットとを提供するとともに、信号分離ユニットにより必要とされるこういったパラメータについての実時間の中断のない推定を与えるシステムを提供している。一実施例では、推定されたパラメータは、推定された電力と、多経路構造と、タイミングと、周波数のオフセットとを取得チャンネル上の信号について第一に提供することによって得られる。ユーザが基地局と取得チャンネル上で通信をするときには、基地局はそこにトラヒックチャンネルを割当てる。トラヒックチャンネル上での信号スイッチングに先立って、基地局は電力と、タイミングオフセットと周波数オフセットとを推定する。取得チャンネルからのこういった初期値はトラヒックチャンネル用の追跡ユニットに向けて送られる。さらに、トラヒックチャンネル内の各信号については、位相もまた取得チャンネルからの推定の初期組を利用することなく追跡される。その理由は現在のシステムは取得チャンネルからトラヒックチャンネルへの位相のコヒーレントな遷移を要しないことであり、したがって、取得チャンネル内で行なわたいずれもの位相推定を無用のものと見做すことになるからである。もちろん、あるレベルのコヒーレンスが取得チャンネル上で受領した信号内のキャリヤ発振器位相とトラヒックチャンネル上で受領した信号の第一のもの（instance）との間に存在しているならば、その場合には初期位相推定が取得チャンネル内で行なわれて、トラヒックチャンネルパラメータ追跡ユニットに向けて他のすべての推定と一緒に送られることができる。第二の信号が基地局で検出されて、同じトラヒックチャンネルに割当てられるときには、パラメータ推定ユニットが学習用シーケンス信号部分をトラヒックチャンネル上のすべての信号について最終の信号が入ってくる前に再生成し、この学習シーケンス信号部分を受領した信号の学習用部分から減ずる。受領した信号の学習用部分は以前の信号のすべてについての集合体（aggregate）であるので、学習用信号部分の間にチャンネルへ新しく来る者によってのみ信号の推定を与えることになる。これが新しく来る者を孤立化させて、それにより、新しく来る者のパラメータを推定することがそこから来るクリーンな信号にとってできるようにする。短時間後に、このパラメータは新しく来る者に関して高品質のものとなる。その後はこのシステムはトラヒックチャンネル内のすべての信号を同時に追跡する。一実施例では、これがトラヒックチャンネル信号の学習用信号部分の並列再生成によって達成されて、それにより、一度には唯一人のユーザの信号を絶縁するようになる。五つの共チャンネル信号の場合には、一実施例では五つの並列処理ブロックであって各々がチャンネル内部で異なる信号を絶縁するものがある。

図１を参照すると、やがてはっきりしてくることであるが、多数の無線トランシーバ１０，１２，１４が基地局１６と通信し、基地局では無線トランシーバ１０，１２，１４からの信号は同じトラヒックチャンネル上に同時に存在している。

一緒に存在しているこういった信号の分離を可能とすることと、パラメータ推定システムでそれをすることが主題となっているシステムの目的であり、パラメータ推定システムは、信号分離ユニットに向けて急速に生成されたパラメータを提供することによって実時間信号分離に対して用意されている。

大部分のデジタル無線通信システムでは、学習用シーケンス（training sequence）がデータの各バーストの部分として送られて、その目的は、無線トランシーバが基地局と、またその逆方向に通信することを可能とするタイミングと他のパラメータをレシーバが判断し調節できるようにすることである。

ＧＳＭシステムでは、例えば、学習用シーケンスはバースの中でトラヒック、制御、信号などとして送られて、それにより無線ユニットからの適切な送信を提供するようにしている。この学習用信号の目的は、各送信機が他に関連して識別されることができるようになっていることと、その伝送もしくはバーストは適当な時間スロット内に置くことができて、基地局での復調にあてることができて、また併せてビットストリームの復調及び回復後にデータルート設定するための受領したデータストリームを分類するようにしている。

このようなシステムでの問題は、各無線送信機が同じチャンネル上で同じ周波数で同じ時間に送るときに発生する。このことが意味しているのは、基地局１６に同時信号が到着していて、しかも理解できるものであるために分離されていなければならないことである。このようなシステムは、オーバーロードした多重アクセスシステムと呼ばれ信号を弁別する各信号のある種のパラメータを信号分離のために必要とする。現在では、オーバーロードしたシステムは、信頼できる頑丈な信号分離デバイスを欠如していることが原因となって、その動作の中に存在していないが、信号が相互に干渉しているときに信号パラメータを推定して追跡することができる信頼できる頑丈なパラメータ推定の欠如がその理由の一部である。

参照番号２０に示したように、パラメータ推定ユニットは干渉しているユーザの各々についてのチャンネル伝達周波数をその出力で提供するものである。この記述の後の方で、信号分離にとって必要とされることになるパラメータが詳述されて、チャンネル伝達関数のもっと一般的な概念に代って特定されるのであるが、チャンネル伝達関数を知ることはこういったパラメータを知っていることと等価である。とくに、パラメータ推定ユニット２０は、干渉しているユーザの各々について、その出力で、受領した電力２２と、送られた信号の各々についての発振器の位相２４と、基地局クロックと伝送距離とに関するタイミングオフセット２６と、キャリヤ周波数オフセット２８と、多数経路構造２９とを提供する。特定のトラヒックチャンネル内の各信号はここではＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ …Ｓ_n とラベルを付してあるが、これらがその各種のパラメータについて実時間で識別される。これらのパラメータは識別されると、本件の譲受人に譲渡されている前掲の特許出願に記述されているように信号分離プロセスで利用される。

上述のように、無線送信機の移動によって生じ、また基本伝送自体と関係している一定に変化している電力レベルとが原因の多数経路とドップラシフトは、こういった変化のすべてについてパラメータ推定ユニットが追跡することを求めていて、それにより、パラメータ推定ユニットにより出力された値は実際の世界での情況(scenario)の中で何が起っているかと、実時間でしていることが何であるかを反映している。したがって、パラメータ推定システムは頑丈な実時間対応のやり方で動作できて、それにより正確なパラメータ値が存在しない空白や欠損が生じないようにしている。

ここで、図２を参照すると、一実施例では、取得チャンネルにおける信号は第一に推定された電力、タイミングオフセット、及び周波数オフセット値の初期の組を提供するのに利用される。

例えば、無線トランシーバ３０を採り上げると、これが取得チャンネル３２上で基地局１６へ向けて通信し、基地局は既知の技術を介して基地局との通信を求める第一の無線ユーザについての推定された電力３４と、タイミングオフセット３６と、周波数オフセット３８と、多数経路構造３９との推定の初期の組を提供する。

初期推定プロセスの目的は、基地局１６により指定されるトラヒックチャンネル内の第一の来る者もしくは第一の信号を追跡できるようになることである。

取得チャンネル３２上での通信の後に、無線トランシーバ３０は特定のトラヒックチャンネル（ここでは参照番号４０となっている）を割当てられる。次に、このトラヒックチャンネル内に存在し、かつ基地局１６により受領された第一の信号が、該取得チャンネル内の該信号の解析によって生成された初期値を利用して、その電力とタイミングオフセットと、キャリヤ周波数オフセットと多数経路構造とをもつことになる。ここで初期値は電力追跡アルゴリズム４２と、タイミングオフセット追跡アルゴリズム４４と、周波数追跡アルゴリズム４６と、多数経路構造追跡アルゴリズム４９とに適用され、これらの出力はこの特定の信号についての追跡（tracking）と対応しているパラメータとなっている。

そのほかに含まれているものとしてユニット４８があり、これがトラヒックチャンネル４０の第一の信号の相対的位相を推定して追跡する。注意したいのは、電力追跡、タイミングオフセット追跡、位相追跡及び多数経路構造追跡は通常行なわれているように行うことができ、これについては、“Spread Spectrum Communications Handbook”, Simon, Omura, Scholtz and Lebatt, McGraw Hill, Inc.1994に、あるいは他の公開書面に記述されているところであり、その中には既知の伝送された信号から全体のチャンネル伝達関数を推定し及び／または追跡する方法が含まれていて、そこでは、電力、タイミングオフセット、位相、周波数オフセット及び多数経路構造の分離推定が必要とされていない。ここでは参照番号５０としている出力はチャンネル内の第一の信号のパラメータ値に対応している。

図３を参照すると、学習用信号（training signal）の使用が記述されている。無線送信機３０がここではトラヒックチャンネル４０上で基地局１６と通信をしている。電力、タイミングオフセット、周波数オフセット、位相、及び多数経路構造であって、送信機３０に起因して受領された信号と対応しているものについての現在の推定が追跡されて、ライン５０上で利用可能となっている。第二の来る者もしくは無線送信機５２は基地局１６と同時に通信する。初期のパラメータ推定は参照番号３９で計算されていることに留意されたい。あらゆる場合について、既知の学習用シーケンスは二つの無線トランシーバに対して割当てられていると仮定する。こういった学習用シーケンスは参照番号５４で基地局１６内の学習用プロトコルとして記載されているように記憶される。そこでこういった学習用シーケンスとそれについての解析とから、その特定のパラメータ推定を提供するために第二の信号を分離できる。

これがどのように行なわれるかは次の通りである。第一の来る者３０からと第二の来る者５２とからの信号が基地局１６のチャンネル４０上に同時に存在している。両方の無線トランシーバ３０，５２は同時に学習用シーケンスを基地局１６に向けて各バーストの一部の間に送り戻す。参照番号６０に示すように、ユニットが提供されていて、これが最後の信号のトラヒックチャンネルへの加入に先行して該トラヒックチャンネル上のすべての信号の学習用シーケンス部分を、最も最近のパラメータ推定５０を用いて再生成（recreates）する。図では、チャンネル上にすでに信号が送信機３０により存在している。したがって、この信号はユニット６０によって再生成されることになる。新しく来る者の信号は送信機５２によるものであって、まだ高品質パラメータ推定は存在していない。したがって送信機５２による信号はユニット６０では再生成されない。

ユニット６０は参照番号７０上に、受領した信号７６の再生成された学習用シーケンス部分を出力する。信号７６は該新しく来る者の前にトラヒックチャンネル４０を利用するすべての信号によって存在しているものである。新しく来る者５２の前に、チャンネル４０にすでに割当てられた複数の送信機があったとすると、そのときは、すでに設定されたこういったユーザの各々に起因する信号は再生成されることになり、また一緒に加えられて、新しく来る者５２がいないときに、こういった設定されたユーザだけがチャンネル４０上で送信しているという条件の下で受領されることになる推定を生成する。ユニット６０はすべての設定されたユーザのタイミングオフセットについての知識を有し、これを用いて、ライン７０上で送られた信号が以下で述べる測定された信号と完全に整列することを確保する。

基地局１６で受領されかつ測定された信号は、各設定された信号に、同じトラヒックチャンネル４０に割当てられた新しく来る者による信号を加えた集合体（aggregate）からなり、それがライン７３上で窓がけ用（windowing）ユニット７４に向けて送られる。窓がけ用ユニット７４の機能は図式的に参照番号６２に示されていて、ここでは学習用シーケンス６４と一致している受領された信号が存在してもよいとされていて、しかし学習用シーケンスのいずれかの側に向けた受領信号は無視されるか、ゼロとされ、一実施例ではこれが単なる置換で行なわれている。この置換は測定されたデジタル値を、学習シーケンスを含んでいることが知られている時間ブロックの外部に来るサンプル点では、ゼロに置換するものである。窓がけユニット７４の出力はユニット７５上に示したように、加算用接合（summing junction）７２に印加される。

ユニット６０からの再生成された時間整列した(aligned)出力信号もまたゼロアウトされた(zeroed out)部分を有し、その部分が加算用接合７２に向けてライン７０上で配信されることになる、例えば未知のビットといった、データの配信元と対応している。この加算用接合の目的は、最終の信号が受領された信号の学習用シーケンスから入って来る前に、チャンネル４０上で通信しているすべての信号の学習用シーケンス部分を再生成できるようにすることと、推定されたすべてを含んでいる受領された信号と新しく来る者による信号とを加えたものから減ずることである。加算用接合の出力７８は学習用信号部分の間にチャンネルに向けた新しく来る者だけによる受領された信号の推定となっている。これが干渉のない新しく来る者についての信号を孤立化させて、電力の追跡８０と、タイミングオフセット８２と、周波数オフセット８４と、キャリヤ位相８６と、多数経路構造８８のような他のパラメータの追跡がトラヒックチャンネル上で第一の信号について上述したやり方で行なえるようにする。

短時間期間後に、トラヒックチャンネルを利用するための最新の信号と関係しているパラメータが高い精度で推定されることになる。新しく来る者のパラメータが満足できる精度レベルで推定されたときには、この新しく来る者がチャンネル上で設定されることになると考えられる。最近の新しく来る者の設定があった時刻と、次に新しく来る者の到着時との間で、すべての設定されたユーザに係るパラメータが追跡される。図４に示したように、主題となっているシステムでは並列処理技術が利用されて、同じトラヒックチャンネルを共用している各信号は絶縁されて、パラメータ追跡プロセスが継続されるようにする。これが並列に行なわれて、そこでは一つの処理ユニットが各信号にフォーカスを与えるように割当てることができるようにされ、そのためにはその特定の処理ユニットに対する関心のある一つを除いて、トラヒックチャンネル内のすべての信号の学習用シーケンス部を再創生することが行なわれる。

図４を参照すると、干渉用信号の並列追跡を受入れるために、学習用シーケンスがこういった信号について既知であり、また信号パラメータのすべてについての初期推定を有していると仮定すると（このパラメータは無論のこと電力、周波数オフセット、タイミングオフセット、及び多数経路構造のようなものである）、こういったパラメータは第一の信号と関係しているパラメータを、第二及び第三の信号から得られる情報を用いることにより、再計算することによって更新することができる。更新するための理由はパラメータが時間で変ることである。

先ず記述されるのは、直列更新方式（serial updating scheme）であって、この方式ではすべての要素と破線の箱９０とを含んでいる図３のパラメータ追跡ユニットが参照番号９０，９０′，９０″として複製されている。

動作の際には、第一の信号についてのパラメータを更新することを望んでいると仮定して、そのときにはパラメータ追跡ユニット９０′とパラメータ追跡ユニット９０″との出力がパラメータ追跡ユニット９０に帰還されて、それにより、信号２と信号３との再創生が可能となり、続いてそれを受領した信号から取り除く（strip away）ようにしている。新しく来る者のパラメータ推定について上述したように、追跡ユニット９０は一時的に信号１をあたかもそれが新しく来るもののように取扱って、送信機１の送信によるものであったとする受領された信号の推定を生成するようにする。干渉のない信号をこのように計算してしまうと、パラメータ推定が再び図３に示したように計算されて、図３で上記論述したように、このユーザについてのより古いパラメータ推定と平均される。

直列形式(serial fashion)でこれがすることは残っている信号について現在のパラメータで第一の信号についてのパラメータを更新することである。

直列処理方式を上で示したが、並列パラメータ追跡のすべては実際は図４に示すように並列方式で実施できることは勿論理解できると思料する。これが意味することは、所与のパラメータ追跡ユニットの最近の出力は、直ちに作られて、他のパラメータ追跡ユニットのすべてにとって利用可能とされて、それにより、全体の直列プロセスが完了するのを待つのではなく、計算は可能な限りフレーム毎のベースで現在の情報に操作される。

そこで、もし同じトラヒックチャンネル上に三つの信号が存在しているとすると、各信号に一つの三つの処理ユニットがあって、すべてが同時に動作している。各ユニットの出力はその信号についてのパラメータ推定の最も近時の組である。これらの推定は信号分離ユニットに向けて送られるだけでなく、他の処理ユニットの各々にも向けて送られて、それにより、最も近時の情報が、他の二つの信号に起因する受領された信号の学習用シーケンス部分の再生成時に、使用される。

したがって、提供されるものは並列処理システムであって、このシステムでは取得チャンネルの検出を介して初期パラメータが提供される後でこのチャンネル内の他の信号は中断なしに絶縁されることができるし、あるいはブランク期間を持たなければならないとして、パラメータ推定方法もしくはユニットを提供することができるようにする。ここでパラメータ推定方法またはユニットは上流信号分離プロセスの要件を満足することができ、またパラメータ値に関して正確でしかも頑丈な実時間更新を提供することができる。これが信号分離にとってシームレスベースで発生できるようにする。

複数ユーザの検出
別な背景による、ある複数ユーザ検出（multi-user detection）ＭＵＤシステムをここで記述する。このＭＵＤシステムではパラメータ推定ユニットが動作することになる。

第一に、一般に、最適な徹底的な（exhanstive）サーチのＭＵＤがViterbiアルゴリズム（最短経路アルゴリズム）で実施できて、デコードされたビットについての複雑さは指数関数的であり、この意味するところはステージ毎の状態数Ｍ＾（ｎＫ）は実用的でない程大きくシンボル間干渉（Inter-Symbol Interference(ISI)）数ｎにユーザ数Ｋを乗じたものが１２よりも大きいことである。したがって、実用的な複数ユーザ環境ｎ×Ｋは容易に２４を越えて、それによりデコードされたビットについての複雑さは数百ギカフロップス又はビットについての浮動小数点演算となる。一番大きなハンドセットの計算容量はメガフロップスのオーダーであり、この値はVerduの第４章にあるような徹底的な複数ユーザサーチ信号セパレータを支持することにはならない。複数ユーザ検出システムはテールチョッピング（tail chopping）によってｎを減らす。Ｋについては、電力に基づいた信号のグループ形成はＫを複数のサブグループに減らし、このサブグループでは各サブグループはｋを越えないユーザを含んでいて、またｎ×Ｋは過剰となっていない。

第二に、複雑さを減らすために以前に提案されたすべての方法は、、既存しまたやがて現われる無線システムについての既存の仕様から逸脱することになる新しい波形を設計することを要求するか、あるいは、干渉用波形が線形独立組を備えている限りはアドホック（ad-hoc）な干渉を許すかいずれかである。線形独立波形についての要件は、例えば単一セル内でＧＳＭセルラ時間スロットをオーバーパック（over-pack）したとき、あるいは単一スポットビーム内でＡＣＥＳ衛星時間スロットをオーバーパックしたときには維持されない。

複数ユーザ検出システムについては、主題となっているパラメータ推定ユニットが採用されていて、このシステムは新しい波形の設計を要求しないし、線形独立組の使用も必要とせずに、直交（orthogonal）シグナリングを採用している既存のまた提案のシステムについてのオーバーパッキングを達成するようにしている。このシステム以前には、オーバーパッキングのこのような方法は、Verduのテキストに記載されている計算上は実用的と言えない徹底したサーチの最適ＭＵＤの使用を要件としていた。

指数関数的な複雑さの問題は、理論的な洞察を改良することによって解決されてきており、洞察はこの非実用的な複雑さを排除するためにシンボル間干渉を伴う非同期線形依存信号についての複数のユーザ検出と対応しているものである。

複雑さを低減するための主たる理由は、実時間動作を現状のプロセッサで可能となるようにして、このプロセッサを現在の基地局、ユーザ電話、及び他の送信／受信デバイスであってこの主題のシステムを採用したいとしているものに挿入することができるようにすることである。

さらに、ユーザ電話又は小型デバイスは、基地局にとって許容可能としているものに対して複雑さを増すことは僅かなものしか許容可能とされない。この発明は既存の信号を利用可能な帯域幅内にパックするための方法を含んでいて、この方法は計算上単純とされているＭＵＤプロセスについて許されているのと同じとなっている。主題の小さなデバイス受信機アルゴリズムは、現状の受信機の状態のように計算上単純なものであって、ハンドセットについての既存の処理の現状の中で実時間で達成できる。

一実施例では、このシステムは次の五つの核となる部品で構成されている：
１．逆リンク（モバイルから基地へ、あるいは一般にユーザと関連する小型計算機処理デバイスから制御器と一般に関係している大型計算機処理デバイスへ）におけるチャンネルについての非同期オーバーパッキング方式；
２．信号分離ブロックを進行するパラメータ推定ブロック；
３．（例えば基地局受信機内にある）制御器用の信号分離ブロックであって、インターリーブを解き(de-interleaving)、かつ誤り補正デコードのような既存のシステム要素により処理されることになるチャンネルビットを出力するもの；
４．正リンク（基地からモバイルへあるいは大型デバイスから小型デバイスへ）用の同期パッキング方式；
５．ユーザのデバイス（例えばモバイル電話）についての信号分離ブロックであって、インターリーブを解き、かつ誤り補正デコードのような既存のシステム要素により処理されることになるチャンネルビットを出力するもの。

第六の電力制御方式が正と逆との両リンク上でのビット誤りレートを改善するために使用されてよい。

逆リンクチャンネル用のパッキング方式は非常に簡単である。制御器は単にいく人かのユーザを正しく同じチャンネルに割当てる。こうして、ＧＳＭシステムでは、基地局制御器はすべての空の時間スロットを活性のユーザに指定することになる。新しいユーザが時間スロットを要求するならば、制御器はすでに占有されている時間スロットを割当てる。

パラメータ推定ブロックは主題の技術により改良されていて、各ユーザの受領した電力と、ボー(baud)タイミングオフセットと、周波数オフセットと、発振器位相とについての推定を計算する。制御器は新しいユーザの取得の間に、受領した取得信号を予備的なパラメータ推定サブブロックに向けて送り、このサブブロックは受領した電力と、ボー(baud)タイミングオフセットと、周波数オフセットと発振器位相とについての最大尤度推定を計算する。この情報は次にパラメータ精製(refinement)サブブロックに送られて、該サブブロックは既存のユーザや共有の時間スロット内のユーザだけでなく新しいユーザについてのこういったパラメータの推定を精製する(refines)。

信号分離ブロックは受信機内部での動作の二つのモード間で自動的に変更をするアルゴリズムから成る。これが相対的な受領信号電力がストリッピング（stripping）にとって好ましいときには、可能な限り簡単なストリッピングプロセスに逆戻りする。ストリッピング動作が求められているビット誤りレートを与えることができないときはいつでも、受信機が最適非同期複数ユーザ検出器のシンボル間干渉（ＩＳＩ）テールチョップした(tail-chopped)バージョンに逆戻りする。二人以上のユーザについては、ＩＳＩチョップした(chopped)最適複数ユーザ検出とストリッピング動作との間の混成（hybrid）が使用される。

回復された信号の電力が６ｄＢに満たない隔りにあるときには、テールチョッピングが使用されて、計算上の複雑さを低減する。ストリッピングプロセスはすべての複数ユーザ検出プロセスの最低の複雑さを有しているが、悪性のビット誤りレートを蒙ることになり、これは受領した電力が６ｄＢを越える隔たりを有していて、最大電力信号がそこで支配的になっていることがない限り免れ得ない。

シンボル間干渉テールチョップした徹底的なサーチは、Verduのテキストに記述された最適な徹底したＭＵＤを越える改良となっていて、最大尤度接合シーケンスを見付けるために使用されるViterbiデコーダ内でのステージ当りの状態数を減らすことによって、複雑さを実質的に低減することに成功している。そうするためには、最適な徹底的サーチＭＵＤの形式化でシンボル間干渉テールの存在を無視することが行なわれている。

同じチャンネル内にパックされた複数のユーザには、グループ化したハイブリッド方法が採用される。この方法は受領した電力に従って信号をファミリィにグループ化する。一実施例では、一つのファミリィ内の最低電力信号は次に最低となっている電力ファミリィ内での最高の電力信号よりも６ｄＢ高いものとなっていなければならない。ＩＳＩチョップした徹底的なサーチＭＵＤが一度に一つのファミリィについて実行され、最大電力ファミリィから始まって、電力の順に下る方向で作業される。そのファミリィ内で各ユーザについてビットストリームが生成された後に、受信された信号は各ユーザについて全体のシグネチャ（signature）パルスを用いてＩＳＩテールチョップなしに再生成される。この再生成された干渉信号はそこでもともとの受領した信号から減じられて、干渉が減らされた信号を生成するようにする。干渉信号の再生成の前に、ビットストリームは、もし実際に行えるのであれば、適当な誤り補正を適用することによって訂正されてよいことに留意されたい。上述のMUD-remod-stripと呼ぶプロセスはすべての信号ファミリィが検出及び／又はデコードされるまで繰返される。このブロックはすべてのパラメータがパラメータブロック内で、各チャンネルを共用しているユーザの全数と一緒に推定されることを求めている。

テールチョッピングについては、テールチョッピングは、広範囲なサーチ複数ユーザ検出器（ＭＵＤ）に対するテールなしのユーザのシグネチャパルスのレプリカを与えることを求めている。多数の干渉信号の集合体で構成された受領した信号と関係するビットストリームの最適な組を判断するために徹底的なサーチを実行するトレリス(trellis)（Viterbiデコーダ）を構築するときには、各ユーザのシグネチャパルスのレプリカを用意しなければならないこと、またこのシグネチャパルスはViterbiデコーダに対して除去されたテールを提供されるものであることに留意されたい。

全体の非ゼロ継続期間にわたり完全なパルスを提供するときには、この期間はＫ個の干渉信号について６ビット以上の継続期間であるのが一般的であり、結果としてViterbiデコーダはＭ＾（Ｋｎ）状態をステージ毎にもつこととなる。ここでＭはＭ次変調に対応していて、例えばＭ＝２は二相シフトキーイングであり、Ｋは干渉しているユーザの数であり、またｎはＩＳＩ数（例えばシグネチャパルスが非ゼロであるビット継続の数）である。

可能とされるビット組合せ全てに対応している可能とされる経路のすべてをサーチするために、Viterbiデコーダにとって求められる計算上の複雑さは、数Ｍ＾（Ｋｎ）に比例しており、この数はトレリスのステージ当りの状態の数となっている。

この発明においては、ビット当りに求められている計算を著しく低減するために、各ユーザのシグネチャパルスについてのテールチョップしたバージョンが徹底的なサーチ複数ユーザ検出器に提供される。ｒ番目のビット継続期間を越えてパルスをゼロに選定することを選んだ場合には（ここでｒ＜ｎとする）、トレリス内のステージ当りの状態についての低減された数、すなわちＭ＾（Ｋｒ）でViterbiデコーダを介した徹底的なサーチをすることになる。

ユーザ信号が同じような電力で受領されているときには、このテールチョッピングは現在のサブオプチマルの（suboptimal）徹底的なサーチ複数ユーザ検出器の性能にもたらす劣化は無視できる程度のものであって、著しく低い複雑さで所望のビットストリームを提供する。

受領された信号がもっと大きな電力差によって分離されている場合には、例えば６〜７ｄＢ差という場合には、低い方の電力ユーザと関係しているビットストリーム内の誤りレートは徹底的なサーチ複数ユーザ検出器のテールチョップしたバージョンを用いることによって著しく劣化する。

この劣化問題を解決するために、この発明は電力で順序づけしたストリッピング技術を使用する。一番大きな電力信号と残りの信号との間の電力の分離が６ｄＢを越えるときは、一番大きな電力信号は全部のテールとともに取り除かれ、低い方の電力の信号は複雑さを排除するためにViterbiデコーダベースのサーチの形式化でチョップされたテールを有している。これらのテールは最適信号分離プロセスにおいて複雑さを生じさせている。

したがって、複雑性を低減するためにストリッピングを使用するというもっと一般的な場合には、いずれか二つの電力が接近している受領された信号が大きな量、例えば６ｄＢによって分離される場合を考えることになる。この場合には、高い方の電力信号のグループを取り除くことによって複雑さを減らし、したがって徹底的なサーチ複数ユーザ検出器により予期された干渉するユーザの数Ｋを減らしている。とくに、徹底的なサーチ複数ユーザ検出器に最高電力グループ形成におけるユーザの数としてＩのユーザだけが存在していることを告げる。実際に、すべての他のユーザを背景雑音として処理することを決めた。ひとたびこういったユーザがデコードされたならば、完全なＩＳＩテールを備えて再生成されて、受領した信号から取り除かれて干渉を減らされた信号を生成し、Ｉ信号のいずれもが最大電力グループの中に存在していないことを条件として、例えば受領されたものの推定を生成する。

他のユーザは、例えば高い方の電力グループ内の最低電力のユーザよりも６ｄＢ低い、受領した電力がすべてずっと低いものであるから、この副次的に最適な仮定は高い電力グループでのユーザのビット誤りレートに対しては無視できる程の劣化を生じさせている。

テールチョッピングとユーザを反復的に取り除くことの有利な点は、必要とされる計算上の複雑さが少くとも一桁低いことであり、その理由は必要とされる複雑さがデコードされたビット当りＭ＾（Ｉｒ）のオーダーの計算上のみとなっていることによる。これはＩ＜Ｋかつｒ＜ｎであるからＭ＾（Ｋｎ）よりは著しく小さいことによる。

ひとたび最高電力グループの中のＩのユーザと関係しているデコードされたビットがデコードされたならば、信号はｎビット継続期間をカバーしている完全なテールを備えた完全な信号を用いて再構築されて、この再構築された完全な信号が受領した信号から減ぜられる。ここで最高電力グループ内にＩのユーザを含んでいない受領した信号の推定をもつことになる。このプロセスは次に反復されて、信号の次の最も高い電力グループを検出して取り除くことが残っている信号がなくなるまで行なわれる。

１の実施例では、電力グループ分けがパラメータ推定ブロックによって行なわれる。このパラメータ推定ブロックはその機能の一部として各ユーザの電力を判断しなければならない。次にユーザを電力により順序付けする。ひとたび順序付けがされると、ユーザは電力ファミリィに従って一緒にグループ分けされ、このファミリィについては、大きな電力差、例えば６ｄＢが、あるファミリィ内の一番低い電力のユーザと、次に低い電力のファミリィ内での最高電力のユーザとの間に存在することを要する。

全体で二人のユーザしか存在しないとすると、そのときは電力グループ分けは、両者間に６ｄＢ以上の差があれば二つのグループに二人を分けるし、差がなければ一緒に一つのグループの中に入れる。

正方向（フォワード）リンクについては、フォワードリンクについての、主題となっている同期パッキング方式は単純な信号分離プロセスをユーザデバイス内でできるようにする。ここで、主題となっているシステムはフォワードチャンネルに向けて信号を送るのに先立って、制御器での順序付けした信号のパッキングを実行するための能力を得る。これはいずれものタイミングもしくは位相オフセットがパラメータ推定前にハンドセットによって既知となるという点で有用とされる。

ユーザデバイス内部の分離アルゴリズムブロックは基地局内のものと同じであってよいことに留意されたい。

別な改良として、電力制御方式はハンドセットにおける電力制御のために実施されるようにできて、電力レベルに基づいて受領した信号のグループについて電力制御を与えて、実際にはＫを小さい方のｋのサブグループに減らすことによってもっと急速な処理を可能とする。

超飽和状態の（supersaturated）通信の主要な恩恵は、次世代セルラ、ローカル無線ループ、及び無線ローカルエリア網といったデバイスや応用機器の無線インターネットワーキングのような将来の使用のために現在設計されているシステムだけでなく、既存のセルラ、ＰＣＳ、及び衛星多重アクセス通信システムのスループットでの著しい増加である。

この発明について僅かな数の実施例を記述して来たし、若干の修正と変形とを記載してきたが、当業者にとっては上記のことが限定することではなく、単に例示の目的でしたものであることは理解できるところと思料する。おびただしい数の修正と他の実施形態とは通常の技術の範囲内で可能とされるところであり、添付の特許請求範囲の記載とその均等物の範囲に入るものである。

信号分離プロセスにおけるパラメータ推定の利用の図式的提示。該プロセスではパラメータ推定が受領した電力、位相、タイミングのオフセット及びキャリヤ周波数のオフセットについてのそれぞれのパラメータ値を提供する。 取得チャンネルにおける信号の利用を介し、次に対応するトラヒックチャンネル内の第一の信号からパラメータ推定値の生成にあたる第一の段階を示すブロック図。 主題となっているシステムの動作のブロック図。ここでは第二の干渉信号が同じトラヒックチャンネルに指定され、主題のシステムは最後の信号の入来前にトラヒックチャンネル上のすべての信号の学習シーケンス部分の再生成を利用し、これを学習シーケンスから減ずる。 どのユーザもチャンネルの内外にドロップしていなかった定常状態でいくつかの干渉信号についての並列追跡方式を示すブロック図。

Claims (8)

1. 多重アクセスシテムのパラメータ推定を提供する方法において、前記多重アクセスシステムは、複数の無線トランシーバと基地局を有しており、前記基地局は取得チャンネルとトラフィックチャンネルを有し、複数の無線トランシーバから複数の信号を受信し、基地局によって受信される各信号は、既知の学習用シーケンスを有しており、前記方法は、
   ａ）取得チャンネル内の第１の信号を受信し、
   ｂ）前記第１の受信した信号からチャンネル特性を検出し、
   ｃ）前記チャンネル特性を用いて、前記第１の受信した信号についてのパラメータ推定を導出し、
   ｄ）前記第１の受信した信号をトラフィックチャンネルにアサインし、
   ｅ）前記第１の受信した信号についての前記導出したパラメータ推定を前記学習シーケンスと組合せて使用し、前記第１の受信した信号にのみ起因する第１の再生成された信号を生成し、
   ｆ）前記導出したパラメータ推定を用いて、トラフィックチャンネル上の新しい受信した信号を追跡し、
   ｇ）取得チャンネル内の新しく取得した信号を追跡し、
   ｈ）取得チャンネル内の新しい受信した信号の存在を決定し、
   ｉ）トラフィックチャンネル内の全ての前記受信した信号から、前記第１の再生成された信号を減じて、新しい受信した信号を分離し、
   ｊ）前記新しい受信した信号からチャンネル特性を検出し、
   ｋ）前記チャンネル特性を用いて、前記新しい受信した信号についてのパラメータ推定を導出し、
   ｌ）前記新しい受信した信号をトラフィックチャンネルにアサインし、
   ｍ）前記新しい受信した信号についての前記導出したパラメータ推定を前記学習シーケンスと組合せて使用し、前記新しい受信した信号にのみ起因する新しい再生成された信号を生成し、
   ｎ）前記導出したパラメータ推定を用いて、トラフィックチャンネル上の前記新しい受信した信号を追跡するステップを含んでおり、
   ｏ）前記複数の受信した信号の各々について、ステップｈ）からｎ）が反復して行なわれる、方法。
2. 意図的に干渉用信号が存在することが許されている処理装置において、
   複数の無線トランシーバと、
   取得チャンネルとトラフィックチャンネルを有し、複数の無線トランシーバから複数の信号を受信し、基地局によって受信される各信号は、既知の学習用シーケンスを有している、基地局と、
   取得チャンネル上で取得した信号を追跡し、取得チャンネル内の新しい受信した信号の存在を決定するための追跡ユニットと、
   各新しい受信された信号についてチャンネル特性を決定するための信号処理装置と、
   チャンネル伝達関数パラメータの推定を提供するための信号処理装置に接続された手段と、
   新しい受信した信号を、取得チャンネルからトラフィックチャンネルへ切換える前に、取得チャンネル内の各新しい受信した信号についてのチャンネル伝達関数を推定するためのパラメータ推定ユニットと、
   トラフィックチャンネル内の全ての前記受信した信号から前記新しい受信した信号を分離し、前記新しい受信した信号に対応する再生成された信号を提供するための信号分離ユニットとを備え、
   パラメータ推定ユニットは、トラフィックチャンネル内の前記各新しい受信した信号を追跡するために、各再生成された信号についてチャネル伝達関数を使用する、処理装置。
3. 前記基地局は、クロック周波数オフセットを有する基地局クロックを備えており、各受信した信号についての前記チャンネル伝達関数パラメータは、受信した電力と、干渉用信号を生成するために使用される発振器の発振器位相と、基地局クロック周波数オフセットに関するタイミングオフセットと、多くの多数経路レプリカと、各レプリカについての遅延との少くとも一つを含んでいる請求項２に記載の処理装置。
4. 前記推定されたパラメータは各干渉信号について推定されたチャンネル関数を第一に導出することにより得られる請求項３に記載の処理装置。
5. 前記トラヒックチャンネルについて、位相は取得チャンネルから前記推定の利用なしに追跡される請求項２に記載の処理装置。
6. 前記基地局によって検出されかつ前記トラヒックチャンネルに指定された第二の干渉信号について、前記パラメータ推定ユニットはすべての受信した信号の前記学習用信号部分を最後に受信された信号に先立って再生成して、前記最後に受信した信号の学習用部分から前記再生成された学習用信号を減じて、前記学習用信号部分の間に前記最後に受信した信号にのみ起因する推定を提供するようにして、前記最後の信号の推定から前記最後の信号のパラメータを計算できるようにする請求項２乃至５いずれか１項記載の処理装置。
7. 最初の推定の生成後に、前記追跡ユニットは前記トラヒックチャンネル内のすべての信号を同時に追跡する請求項２乃至６いずれか１項記載の処理装置。
8. 前記同時追跡はトラヒックチャンネル信号の学習用信号部分の並列再生成用のブロックを含み、各並列処理ブロックは前記トラヒックチャンネル内の異なる信号を分離する請求項７に記載の処理装置。

Images