JP4365063B2 - 可変拡散率に適応したマルチユーザ検出器 - Google Patents
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Description
(発明の分野)
本発明は、概括的には多元接続デジタル通信システムに関する。さらに詳しくは、本発明は互いに異なる拡散率を有する複数のユーザから同時にデータを受信するマルチユーザ検出器システムとその方法とに関する。
【0002】
(関連技術の説明)
多元接続通信システムは、複数のユーザが同一の通信媒体にアクセスして、情報を送信または受信することを可能にする。この媒体は、たとえばローカルエリアネットワークLANのネットワークケーブル,在来の電話システムの銅線または無線通信のための無線インタフェースによって構成される。
【0003】
従来技術による多元接続通信システムを図1に示す。通信媒体は通信チャネルと呼ばれる。周波数分割多元接続FDMA,時分割多元接続TDMA,キャリアセンス多元接続CSMA,符号分割多元接続CDMAその他の通信技術により、2カ所以上のユーザに同一の通信媒体へのアクセスが可能になる。これらの技術を組み合わせて、種々の複合多元接続の手法を構成することができる。たとえば、第3世代W−CDMA技術標準案の時分割複信TDDモードは、TDMAとCDMAとを組み合わせたものである。
【0004】
従来技術によるCDMA通信システムの一例を図2に示す。CDMAとは、送信すべき信号を擬似雑音信号で変調することにより帯域を広げて(スペクトラム拡散)データを送信する通信技術である。送信すべきデータ信号は、数百万ヘルツにわたる1つの周波数帯域に分散するわずか数千ヘルツの帯域幅を有する。その通信チャネルをK個の互いに別々のサブチャネルが同時並行に用いる。各サブチャネルにとっては、それ以外のすべてのサブチャネルは見かけ上干渉になる。
【0005】
図示のとおり、ある帯域幅の一つのサブチャネルを特有の拡散符号、すなわち広帯域幅の擬似雑音(pn)系列発生器で生成した所定のパターンを繰り返す特有の拡散符号と混合する。これらユーザ特有の拡散符号は、拡散符号相互間の相互相関を零に近くするために、通常は疑似直交符号にする。pn系列で変調してデジタルスペクトラム拡散信号を発生する。次に、搬送波信号をそのデジタルスペクトラム拡散信号で変調し、送信媒体経由で送信する。受信機はその送信信号を復調して、上記デジタルスペクトラム拡散信号を抽出する。送信されてきたデータは、送信側と一致したpn系列との相関をとって再生する。拡散符号が互いに直交する場合は、受信信号は特定の拡散符号に関連する特定のユーザ信号との間で相関を示し、上記特定の拡散符号に関連する所望のユーザ信号のみを強調し、それ以外のすべてのユーザに関連する他の信号は強調しない。
【0006】
拡散符号の各値はチップと呼ばれ、データ速度以上のチップ速度を有する。チップ速度とサブチャネルデータ速度との比を拡散率(spreading factor)と呼ぶ。
【0007】
データ信号のとり得る値の範囲を広げるために、三つ以上の2進値を表すシンボルを用いる。3値シンボルおよび4値シンボルは、それぞれ三値と四値をとる。シンボルの考え方により、各シンボルのビット内容が独自のパルス形状を決定するので、情報伝達量をより大きくすることができる。使用シンボル数に応じて、同数の独自のパルスまたは波形が存在する。送信源における情報をシンボルに変換し、そのシンボルで変調を施してサブチャネル経由で送信し、送信先で復調する。
【0008】
CDMAシステムにおける拡散符号は、所望のサブチャネルとそれ以外のすべてのサブチャネルとの間の干渉を最小限に抑えるよう選ばれる。従って、所望のサブチャネルを復調するための標準的な手法は、それ以外のすべてのサブチャネルを、通信媒体に現れる干渉と同様の干渉として扱う手法であった。この信号処理に適合するように設計した受信機は単独ユーザ用整合フィルタ受信機およびレーキ受信機である。
【0009】
互いに異なるサブチャネルは互いに何らかの形で干渉し合うので、別の手法として、すべてのサブチャネルを受信機において復調する手法がある。この受信機は、同時並行に送信中のユーザ各々に関する復号化アルゴリズムを並行して実行することにより、それらユーザ全部を受信できる。この手法をマルチユーザ検出と呼ぶ。マルチユーザ検出は、単独ユーザ受信機に比べて性能を大幅に向上させることができる。
【0010】
図3を参照すると、マルチユーザ検出器を用いた従来技術によるCDMA受信機のシステムブロック図が示してある。当業者には明らかなとおり、この受信機は、無線周波数RFダウンコンバージョンおよび無線周波数チャネルのための関連フィルタ処理,アナログ−デジタル変換または特定の通信媒体のための光信号復調などの機能を備え得る。受信機の出力は、すべての活性状態のサブチャネルの合成拡散信号を含むアナログまたはデジタルの処理済み信号である。マルチユーザ検出器はマルチユーザ検出を行い、各々の活性状態のサブチャネルに対応する複数の信号を出力する。サブチャネルの総数のすべて、あるいはそれよりも少ない数のサブチャネルを処理することができる。
【0011】
最も好ましいマルチユーザ検出器は、数多くの複素演算を実行する計算集中型装置であり、それを経済的に実現することは困難である。費用を最小限に抑えるために、最適の検出器の性能に近い妥協案として、計算の複雑性を軽減した線形検出器などの次善のマルチユーザ検出器が開発されている。線形検出器は、相関解除装置、最小二乗平均誤差MMSE検出器および零強制ブロック線形等化器ZF−BLEを含む。
【0012】
同期式または非同期式CDMA通信のための従来技術による線形マルチユーザ検出器のシステムブロック図を図4に示す。通信媒体特定受信機(図3に示す)から出力されるデータをサブチャネル推算装置、すなわちそれぞれのサブチャネル経由で送信される各シンボルのインパルス応答を推算するサブチャネル推算装置に供給する。線形検出器は、このインパルス応答推算値とサブチャネルの拡散符号とを用いてそのサブチャネルのデータを復調する。このデータをそれぞれのユーザ対応のサブチャネルデータ処理ブロックに出力する。
【0013】
実際のシステムにおいてK個のサブチャネルユーザを同時並行的に検出するためには、線形マルチユーザ検出器手法は、固定ゲートアレイ、マイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサDSPなどの形で実働化する。固定論理システムは処理速度を上げることを可能にするが、マイクロプロセッサ駆動システムではプログラミングの融通性が得られる。マルチユーザ検出を受け持ついずれの手段も、一連の数学的演算を実行する。この機能を説明するために、以下の変数で線形マルチユーザ検出器の構造と動作とを定義するのが通常である:
K=システム内の活性状態のユーザ/送信機の総数
Nc=データブロック内のチップ数。拡散率を変えた場合のすべてのユーザに共通の尺度としてチップ数が必要になる。チップ数は許容最大拡散率で割り切れる。同期式CDMAの場合、最大拡散率のユーザからのシンボルがデータのブロックを構成し得る。従って、Ncを最大拡散率と等しくなるまで減ずることができる
W=通信チャネルインパルス応答の長さをチップで表した値。一般にシステムの予め定められたパラメータである
Q(k)=ユーザkの拡散率。拡散率は、ユーザのデータのシンボルを拡散するのに用いるチップ数に等しい。システムには拡散率は既知であり、被受信データから推算する必要はない
Ns (k)=ユーザkが送ったシンボルの総数。Ns (k)=Nc/Q(k)
=送られた符号の総数
d(k)=ユーザkが送ったデータ(情報)。このデータは、ベクトルの形式で表され、一つのベクトルは一つの添字変数により示されるデータのアレイである。以下のベクトル演算および行列演算のために、すべてのベクトルは行ベクトルとして定義する。d(k)のn番目の要素は、k番目のユーザにより送信されるn番目のシンボルである
h(k)=ユーザkのサブチャネルが受けるインパルス応答をベクトルで表したもの。この量を受信機で推算する必要がある。サブチャネルのインパルス応答の受信機による推算値をh(k)と称する。ベクトルh(k)の要素は、通常は複素数であり、そのサブチャネルにより導入される振幅および位相の変動を表す
v(k)=ベクトルとして表したユーザkの拡散符号を線形マルチユーザ検出のために特定のシンボルを拡散する拡散符号の部分を含むベクトルとして考えると有用である。従って、ベクトルv(k,n)は、k番目のユーザにより送信されるn番目の符号の拡散に用いる拡散符号である。数学的には、これは(n-1)Q(k)+1≦i≦nQ(k)についてvi(k,n)=vi(k)と定義され、他のすべてのiに関して0となる。ただしiはベクトル要素のインデックスである
r(k)=ユーザkのデータを表すベクトルで、拡散系列v(k)により拡散され、そのユーザのサブチャネルh(k)経由で送信されてきたもの。ベクトルr(k)は、データのブロックが到着する期間中に実行されるチャネル観測結果を表す。ベクトルr(k)のi番目の要素は次の式で定義できる:
【式1】
【0014】
受信機が受信する信号には、すべてのユーザ信号r(k)と雑音が含まれる。従って、受信データベクトルrを次のように定義することができる:
【式2】
【0015】
式2内のベクトルnは、通信チャネルに導入される雑音を表す。
【0016】
図5は、従来技術による線形マルチユーザ検出器のシステムおよび方法を示す。サブチャネルインパルス応答推算値ベクトルh(k)と拡散符号v(k)とを用いて、各ユーザkについてのシステム送信応答行列を形成する。一つの行列は、二つの添字変数により表示した数のブロックであり、第1の添字変数を行インデックスとし、第2の添字変数を列インデックスとして長方形のグリッド状に配列する。
【0017】
ユーザkのシステム送信応答行列は、通常はA(k)で示す。第i行第n列の要素はAi,n (k)で示し、次のとおり定義する:
【式3】
【0018】
行列A(k)の各列は、検討対象の期間中にユーザkが送る特定のシンボルについての整合フィルタ応答に対応する。図5を参照すると、受信データrを、すべてのユーザの拡散符号およびサブチャネルインパルス応答の組み合わせと整合させる。従って、A(k)はNs (k)個の整合フィルタ応答を含む。
【0019】
A(k)の列は、次の形式をとる:
【式4】
【0020】
ただし、各ベクトルbn (k)は次の大きさをもつ:
【式5】
【0021】
また、行列An (k)の先頭から次の値だけずれる:
【式6】
【0022】
拡散符号はシンボル時間にわたり周期的でないのでi≠jの場合、bi (k)≠bj (k)である。非零値であり得るベクトルの要素をベクトルの台と呼ぶ。従って、bn (k)はAn (k)の台である。
【0023】
各ユーザについてのシステム送信行列が形成されると、すべてのユーザについてのシステム送信行列を結合することによって総システム送信応答行列を次のとおり形成できる。
【0024】
【式7】
【0025】
従来技術の変調手法によると、h(k)の要素は複素数でありうる。したがって、Aの非零要素は複素数でありうる。
【0026】
式4,5,6,7により組み立てた仮定の慣用マルチユーザ検出器についての総システム送信応答行列の一例は次のようになる:
【式8】
【0027】
ここで、ユーザ数は2、すなわちユーザA(1)およびA(2)とし(k=2)、データブロック内のチップ数16個であり(Nc=16),チャネルインパルス応答長は4であり(W=4)、第1のユーザの拡散率は2(Q(1)=2)であり、第2のユーザの拡散率は4(Q(2)=4)であると仮定してある。結果として得られる総システム送信応答行列A,bn,i (k)はk番目のユーザのn番目のシンボルについての合成システム応答およびチャネル応答の第i要素を示す。
【0028】
受信データrは、総システム送信応答行列A、すなわちyで示した整合フィルタ出力のベクトルを形成するための一連の整合フィルタ応答を表す総システム送信応答行列Aを用いて処理する。この整合フィルタ演算は、次のように定義される:
【式9】
【0029】
行列AHは、行列Aのエルミート(複素)転置行列を表す。エルミート転置行列は、Aij H=反転Ajiと定義される。ここで、反転(バー)は複素数の共役値をとる演算を示す。次に、整合フィルタ出力を目的行列Oの逆数と乗算する。目的行列Oは、線形受信機モデルの各タイプを区別する処理を表す。これはシステム送信応答行列Aから導かれる。
【0030】
零強制ブロック線形等化器(ZF−BLE)受信機は、O=AHAで特定される目的行列を有する線形受信機である。最小二乗平均誤差ブロック線形等化器(MMSE−BLE)受信機は、O=AHA+σ2Iで特定され目的行列を有する線形受信機である。ここで、σ2は受信データベクトルrのシンボルの各々に存在する雑音の分散であり、行列Iは単位行列と呼ばれる。単位行列は、正方形で対称形であり、その主対角線に1が、残りには0が配置された構成を有する。単位行列の大きさは、線形代数の法則に従い加算演算が有効になるよう選ぶ。
【0031】
相関解除装置(相関解除受信機)については、チャネル応答h(k)を無視し、拡散符号およびそれら符号の相互相関(干渉)特性のみを考慮することによって、行列Aを簡略化する。通常Rと呼ばれる相互相関行列は、一般に相関解除型の受信機について構築される。この行列は、上記のAの定義(すなわち各サブチャネルのチャネル応答がインパルス応答である)において、W=1およびhi (k)=1と仮定することにより構築することができる。これで相互相関行列Rは、ZF−BLE受信機について定義される目的行列Oとなる。相関解除装置は、より複雑なマルチユーザ検出受信機のサブプロセスとして働くことが多い。目的行列が生成されると、マルチユーザ検出器はO−1と示される形に行列を反転させる。
【0032】
次に目的行列の逆数に整合フィルタ出力ベクトルyを乗算して、データベクトルdの推算値、すなわちd(推算値)=O−1yを得る。目的行列の反転は、複雑で演算集中的なプロセスである。このプロセスを実行するために必要な演算の数は、行列Oの大きさの3乗の形で増加する。大半の非同期式CDMA受信機については、Oの大きさはきわめて大きくなり、そのために反転のプロセスは実行不可能となる。
【0033】
この制約を克服し、このシステムを実際に実現可能にするために、コレスキー(Cholesky)による数値法を用いる。コレスキー分解は、行列Oが帯行列の場合は、その行列Oを反転する際の演算の複雑度を大幅に軽減することができる。
【0034】
帯行列は、主対角軸から離れたいくつかの対角線上のみに非零値を含む正方行列である。少なくとも一つの非零要素を有する主対角線に隣接する非零対角線の数を帯域幅と呼ぶ。したがって、対称行列Mは、帯域幅pが:
【式10】
すべてのj>i+pについてmij=0
【0035】
の場合、帯行列であると言われる。ここで、mijは、Mの要素であり、iは行インデックス、jは列インデックスである。大きさがnで帯域幅pの帯行列については、コレスキー分解により、目的行列Oの反転に必要な数値演算の回数を行列の大きさの3乗から、帯域幅の2乗と行列の大きさとの積np2まで減らすことができる。
【0036】
上述のとおり、ZF−BLE受信機についての目的行列はO=AHAである。数値的な複雑さを説明するために、式6に示す総システム応答行列Aの目的行列Oは:
【式11】
【0037】
となる。この行列で、0は数学的演算により零を与えるすべての要素を示し、xは非零値を表す。総システム応答行列Aの第i行および第j列の非零要素が同じベクトルインデックスを持たない場合、行インデックスiおよび列インデックスjの目的行列Oの対応する要素は零になる。Oの帯域幅(式11)は、主対角線から9列離れて非零要素があるので、9に等しい。
【0038】
図5に示す慣用の受信機において構築される目的行列Oは帯行列ではない。従って、行列Oを反転する際の演算の複雑性を軽減するためにコレスキー分解を効果的に用いることはできない。しかし、従来技術は、すべてのユーザが互いに等しい拡散率で送信する場合、目的行列Oの計算に先立ち総システム送信応答行列Aの再配列を実行して行列Oを帯行列に変えることができると開示している。このプロセスについてのシステムブロック図を図6に示す。
【0039】
行列Aの列再配列を計算するプロセスは、追加の情報なしにこの再配列を実行する。再配列により、行列を反転する際の演算上の複雑性を軽減する。検出手順が完了すると、ユーザベクトルdが計算され、逆向きの再配列プロセスが実行されて、ベクトルdのスクランブルを解除し、その元の形式に戻して更なる処理を行う。
【0040】
通常のCDMAシステムにおいては、再配列ずみの目的行列の帯域幅は、その元の大きさの少なくとも10倍小さい。従って、再配列ずみの総システム応答行列に基づいて目的行列でコレスキー分解を実行すると、処理時間が少なくとも100倍は節約される。しかし、従来技術は、活性状態のユーザ相互間で互いに異なる拡散率を用いた場合の再配列法は検討対象としていない。
【0041】
IEEE
Transactions on Vehicular Technology 第45巻第2号(1996年5月号)第276−287頁所載のKleinほか著の論文「符号分割多元接続チャネルにおけるマルチユーザ検出のための零強制および最小二乗平均誤差等化」はマルチユーザ検出の手法を開示している。それらの手法は零強制等化器にシステム応答行列を用い、データ再生のために最小二乗平均誤差等化を用いている。
【0042】
パーソナル、屋内および移動無線通信に関するIEEE国際シンポジウム論文集XX,XX,第3巻(1998年)第1340−1345頁所載のKarimiほか著の論文「近似コレスキー因数分解を用いたブロック利用共同検出への新規で効率的な解法」は近似コレスキー因数を用いた零強制線形等化器を開示している。このコレスキー因数はシステム応答行列を用いて導き出される。
【0043】
従って、互いに異なる拡散率を用いるときに反転ステップの数を軽減する方法を決定する必要がある。
【0044】
【発明の概要】
【0045】
本発明は、互いに異なる拡散率を有する同期式または非同期式のCDMAサブチャネルを演算の複雑性を軽減した形で検出し復号化するマルチユーザ検出器に関する。本発明のマルチユーザ検出器はZF−BLEやMMSEや相関解除検出器などコレスキー分解を利用する検出器と互換性をもち、数値演算を最小限に抑える。本システムおよび方法は、個々のユーザの応答特性を表すシステム送信応答行列の列を、受信データのあるブロックについての複数の整合フィルタ応答を表す総システム送信応答帯行列に配列する。本発明は、コレスキー分解との組合せにより並行整合フィルタ処理に先立つ所要の数学的演算の回数を減らす。
【0046】
したがって、本発明の目的は、各ユーザが互いに異なる拡散率を用いる場合に演算の複雑性を軽減してCDMAインタフェース経由送信中の複数のユーザを検出することである。
【0047】
本発明のもう一つの目的は、すべてのCDMAサブチャネル相互間で同一の拡散率を要することなくマルチユーザ検出器に既存の線形検出器を用いることである。
【0048】
本発明のさらにもう一つの目的は、反転前の複数の整合フィルタを表す行列の帯域幅を効率的に制限することである。
【0049】
本システムおよび方法の上記以外の目的および利点は、好適な実施例の詳細な説明を参照することにより当業者には明白になろう。
【0050】
【好適な実施例の説明】
【0051】
全図を通じて同じ構成要素を同じ参照番号で示した図面を参照して実施例を説明する。
【0052】
図7は、共用CDMAチャネル経由で送信を行う複数のユーザからの信号を受信ののち検出する本発明のマルチユーザ検出器17を示す。マルチユーザ検出器17は、種々のベクトル演算および行列演算を実行する複数の補助メモリ付きのプロセッサを備える。本発明の代替実施例は、種々のプロセッサの機能を実行する固定ゲートアレイおよびDSPを備える。また、検出器17は、ベクトルh(k)としてモデル化した個々のk個のサブチャネルインパルス応答推算値を入力して、サブチャネル自身のシンボルに起因する符号間干渉ISIとすべての受信データ信号について他のユーザのサブチャネルからのシンボルに起因する多重アクセス干渉MAIとを修正する第1の入力19と、離散的時間ブロック内に送信される全ユーザkからのデータを各ユーザのサブチャネルからの合成データを含む入力ベクトルrの形で入力する第2の入力21と、受信チャネルデータrから各ユーザkに関するユーザデータd(k)を出力ベクトルの形で出力する出力23とを備える。ユーザの総数Kと各ユーザk(k=1,2,3...K)についての拡散率Q(k)41は推算により既知である。
【0053】
合成ユーザデータrから特定のユーザについてのユーザデータd(k)を得るには、そのユーザデータを整合フィルタ25などによりフィルタ処理しなければならない。整合フィルタ25が送信前の信号を表すレベルの出力を生成するには、拡散ずみのパルス形状およびユーザサブチャネルのインパルス応答の組み合わせの複素共役値であるインパルス特性を必要とすることは当業者には認識されよう。フィルタ25への入力信号のうち所定の応答特性に一致しない入力信号は、より低い出力を生ずる。
【0054】
個々のサブチャネルkのインパルス応答推算値h(k)が第1のメモリ27に入力され、そこで同じユーザの拡散符号29(式3)と合成されてそのユーザについてのシステム送信応答推算値行列A(k)が生成される。本発明17の配列プロセッサ33は、すべての行列An (k)列の再配置を実行する。配列法99によると、各サブチャネルシステム送信応答行列A(k)は線形受信機に通常該当する式4で定義される列構造を備える必要がある。システム送信応答行列A(k)が式4に定義される形式でない場合は、配列プロセッサ33は式4で定義される構成に上記列をまず再配列する。本発明17では、システム送信応答行列A(k)全部を式7で定義される総システム送信応答行列Aに連結する必要はない。
【0055】
配列プロセッサ33は、図8に示す(一つの行列について)第1行のずれo(k) Tnおよび最下行のずれo(k) Bnを定義する各ベクトルbn (k)の台(式4)から零値要素の数に関する各システム送信応答行列A(1),A(2),A(3)...A(k)列を調べる。上述のとおり、各システム送信応答行列A(k)は、同数の行を有し、列数のみが変わる。図9に示すとおり、配列プロセッサ33は、それぞれの第1行のずれo( k) Tnおよび最下行のずれo(k) Bnに基づき、各システム送信応答行列A(k)の各列についてのインデックス値niを割り当てる。すなわち、第1行のずれが最小で最下行のずれが最大となる列から、第1行のずれが最大で最下行のずれが最小となる列までの昇順に割り当てる。
【0056】
一つの列が他の列よりも大きい第1行ずれおよび最下行ずれを有する二つの列が存在する場合であって、第1行ずれ相互間の差が最下行ずれ相互間の差よりも大きい場合は、第1行ずれの小さいほうの列に小さいほうのインデックスniを割り当てる。最下行ずれ相互間の差が第1行ずれ相互間の差よりも大きい場合は、最下行ずれの大きいほうの列に小さいほうのインデックスniを割り当てる。第1行ずれ相互間の差と最下行ずれ相互間の差とが等しい場合は、2つの列のいずれかに小さいほうのインデックスniを割り当てることもできる。配列プロセッサ33は、割り当てずみのインデックスniの順序に総システム送信応答行列A'を形成する。列インデックスniはメモリ33内に保持され、スクランブル解除プロセス45の期間中に用いられる。例として、式8に説明し図示した総システム送信応答行列A(1),A(2)を用いて、本発明17の配列法99が、以下に示す総システム送信応答行列Aを生成する。
【0057】
【式12】
【0058】
配列法99では、システム送信応答行列A(1)の8列(1〜8)およびシステム送信応答行列A(2)の4列(9〜12)に、1,9,2,3,10,4,5,11,6,7,12,8の順序にインデックスを付け、良好に帯行列化した総システム送信応答行列A(式12)を生ずる。
【0059】
上述の配列法99の実施例では、各システム送信応答行列A(1),A(2),A(3)...A(k)を調べ、第1行のずれo(k) Tnおよび最下行のずれo(k) Bnに付き各列を一つおきの列と比較する。各システム送信応答行列A(k)の特別の構成が与えられると、すなわち、各行列の列を左から右への進行に伴い第1行のずれが増加し最下行のずれが減少する順序に配列すると(式8,行列A(1)およびA(2)参照)、各システム送信応答行列A(k)を直接的に調べる必要なしに代替方法199を実行することができる。
【0060】
代替方法199を図10Aおよび図10Bに示す。互いに等しい拡散率を有するユーザに対応する(ステップ201)すべてのシステム送信応答行列A(k)をグループ化する(ステップ203)。各拡散率群gについて、全システム送信応答行列A(1),A(2),A(3)...A(k)からの列のすべてを格納できるプロセッサ33内に、メモリを割り当てる。拡散率群gは、拡散率の昇順に配列する。
【0061】
本発明199の性能を表すシステム例は、次のように割り当てた四つの互いに異なる拡散率Q(k)を有する七つのユーザを含む:
ユーザ1(Q(1))=8,ユーザ2(Q(2))=8,ユーザ3(Q(3))=8,ユーザ4(Q(4))=32,ユーザ5(Q(5))=16,ユーザ6(Q(6))=16,ユーザ7(Q(7))=4
本発明17のシステムおよび方法199を用いると、システム送信応答行列A(k)は、次のとおり拡散率群にグループ化される:
群1(拡散率4)A(7)
群2(拡散率8)A(1),A(2),A(3)
群3(拡散率16)A(5),A(6),
群4(拡散率32)A(4)
個々の拡散率群gは、少なくとも1つのシステム送信応答行列A(k)を含む。ここで、各行列A(k)には1からL(g)まで任意のインデックスを付ける。各拡散率群gには、拡散率の大きさの昇順にインデックスを付ける。
【0062】
各拡散率群の中では、関連のシステム送信応答行列A(k)の列を共通の拡散率群送信応答行列AG (g)に組み立てる。ここで、g=1,2,3,...Gである(ステップ205)。図11に示すとおり、方法199はインデックス1のシステム送信応答行列の第1列をAG (g)の第1空白列に複製し、インデックス2のシステム送信応答行列の第1列をAG (g)の第2空白列に複製し、それぞれの拡散率群g内の残りのシステム送信応答行列全部について第1列すべてを複製するまで上記複製を続ける。方法199は、それぞれの拡散率群AG (g)の各行列A(k)について第2列、第3列などの複製を進める。
【0063】
拡散率群g内のすべての行列は拡散率が互いに同じであるので同数の列を有する。従って、構築された拡散率群送信応答行列AG (g)は、一つの関連システム送信応答行列A(k)内の列数のL(g)倍の列を有することになる。互いに等しい拡散率については、群毎に各システム送信応答行列に適用される配列方法は総システム送信応答行列Aを構築する従来技術と同様である。
【0064】
可変拡散率を許容する総システム送信応答行列A'を構築するには、最小拡散率の拡散率群送信応答行列AG (g)を第1列すなわちAG (g)の第1列から始めてA'の第1割当列までメモリ33a内に順次複製する(ステップ207)。最小拡散率の拡散率群送信応答行列AG (g)が最大列数を有する。それ以外の拡散率の拡散率群送信応答行列の列はこの基底行列A'に挿入される。
【0065】
システム拡散率が相互に整数倍の関係にある場合(ステップ209)は、プロセッサ33は、任意の順序で残りの拡散率群送信行列AG (g)を考慮することにより(ステップ209)、総システム送信行列A'を構築する(ステップ211)。各拡散率群送信行列AG (g)について、プロセッサ33は、列配置基準インデックスmを導く:
【式13】
【0066】
ここで、Q(g)は、検討中の拡散率群送信行列AG (g)に伴う拡散率を示し、Q(1)は全群内の最小の拡散率を示し、nは検討中の拡散率群送信応答行列AG (g)の列であってn=1,2,3,...N(ステップ211)である。
【0067】
列配置インデックスmを用いるために、最小拡散率の拡散率群行列を構成するシステム送信応答行列の総数L(1)を用いてA'の中の基準位置を導く(ステップ215)。
【0068】
【式14】
【0069】
プロセッサ33は、検討中の拡散率群に属するシステム送信応答行列の数を用いて、その拡散率群送信応答行列AG (g)から列集合を導く(ステップ217):
【式15】
L(g) x (n-1) +1〜L(g) x n
【0070】
プロセッサ33は、式15で定義される列集合をAG (g)から複製し、それを図12の式14で定義される基準位置を有するAG (1)の列の後で基底行列A'内に挿入する(ステップ219)。検討中の拡散率群行列の残りの列も同様に複製され基底行列A'内に挿入される。一つの拡散率群行列のすべての列を配置すると、プロセッサ33は次の拡散率群行列AG (g)を選択し(ステップ223)、上記の方法を実行する。式13、14および15により、残りの拡散率群送信行列AG (g)からi番目の列を類似の台を有するm番目の列の後でA'内に配置することができる(ステップ225)。
【0071】
システム拡散率が相互に整数の関係にない場合は、式13の右辺は整数にならない。その場合、プロセッサ33は式13の解をその値よりも大きい最寄りの整数、あるいはそれより小さい最寄りの整数に切り上げまたは切り下げる(ステップ213)。切上げ/切下げる方向がシステム全体の性能に及ぼす影響は無視できる程度である。残りの群システム送信行列AG (g)を検討する順序は、システム性能に多少影響する。拡散率に関する推測ができる場合は、それを用いて最適の順序を予め選ぶことができる。
【0072】
上述の配列法を用いると、拡散率が互いに整数倍の関係にある場合については、次式で制約される行列帯域幅Bを得ることができる:
【式16】
【0073】
式16は式11の総システム送信応答行列の帯域幅が3乃至6であることを予測させる。式12から本発明17の方法99でも方法199でもその方法実施の後では帯域幅が4になることがわかる。
【0074】
本発明17がもたらす改良は送信シンボルの数の増加とともにさらに高く評価される。システムが16,000チップ(第1のユーザに対して800シンボル、第2のユーザに対して400シンボル)を送ると、行列AHAの帯域幅は約800となる。配列法99を用いて総システム応答行列Aを生成すると、A’HA’の帯域幅は4に留まる。すなわち、帯域幅(式16)が送信シンボル数に左右されないからである。目的行列Oのすべての要素を導いたあと反転41を実行する。行列の反転の複雑性はその帯域幅の2乗に比例するので、本発明17は演算の複雑性を約(800/4)2=2002=40,000分の1に低減する。
【0075】
総システム送信応答行列A'は整合フィルタ25に応答特性を与える。システム応答行列A'の各列は、特定のシンボルの応答特性を表すベクトルである。受信データベクトルrが整合フィルタ25に入力され、そこで総システム送信応答行列A'の各応答特性と整合されて、整合フィルタ出力ベクトルyを生成する。出力ベクトルyの各要素は、所定のユーザが送信する特定のシンボルの予備推算値に対応する。整合フィルタ25の出力ベクトルyを反転した目的行列Oと共に乗算器43に加える。整合フィルタ25の出力ベクトルyおよび反転された目的行列Oの両方を乗算し、ユーザデータベクトルdを生ずる。ユーザデータベクトルdは、離散的時間ブロックの期間中にすべてのユーザが送信したすべてのデータを含む。目的行列Oおよび整合フィルタ25の出力は、総システム応答行列A'に基づくので、ユーザデータベクトルdはスクランブル解除しなければならない。スクランブル解除のプロセス149は、配列方法99,199の逆である。
【0076】
スクランブル解除器45は、配列方法99または199の実行中に実施される列の再割当に基づき、ユーザデータベクトルdの各要素を再配列する。データベクトルdの要素は、総送信応答行列Aにより決まる順序と同じ1,9,2,3,10,4,5,11,6,7,12,8が縦に転置された順序である。スクランブル解除器45は、同じ大きさのメモリ領域を割り当て、各ベクトル要素を順次式にすなわち1〜12の順に割り当てる。ユーザデータベクトルdのスクランブル解除したあと(149)、ユーザデータを出力(23)してさらに処理する。
【0077】
本発明を好適な実施例と関連づけて上に述べてきたが、添付の請求項に示した本発明の範囲内の上記以外の変形も当業者には自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【0078】
【図1】 従来技術による多元接続通信システムの簡略化したブロック図。
【図2】 従来技術によるCDMA通信システムの簡略化したブロック図。
【図3】 マルチユーザ検出を行う従来技術によるCDMA受信機の簡略化したブロック図。
【図4】 従来技術によるマルチユーザ検出器の簡略化したブロック図。
【図5】 従来技術による線形マルチユーザ検出器のブロック図。
【図6】 コレスキー分解を用いた従来技術による線形マルチユーザ検出器のブロック図。
【図7】 本発明の線形マルチユーザ検出器のブロック図。
【図8】 システム送信応答行列A(k)の第1列と最下列のずれを示す図。
【図9】 行列の列インデックス値割当てを示す図。
【図10A】 本発明を実行する代替の方法の流れ図。
【図10B】 本発明を実行する代替の方法の流れ図。
【図11】 拡散率群行列AG (g)を構築するステップを示す図。
【図12】 本発明によるA'行列の構築のステップを示す図。
【符号の説明】
【0079】
19 チャネルインパルス応答推算値h(1),・・・h(k)を入力する
21 受信ベクトルrを入力する
23 ユーザデータd(k)を出力する
25 AHによりrを整合フィルタ処理し、整合フィルタ出力のベクトルであるyを生成する
27 システム応答行列A(n) (k)を構築する
29 拡散符号
31 総システム送信行列Aを構築する
33 再配列プロセッサ
37 Aの列を再配列する
39 A'に基づき目的行列Oを形成する
41 Oを反転する
41 拡散率Q(k)
43 yにOの逆数を乗算して、推算されたユーザデータベクトルdを生成する
45 ユーザデータベクトルdのスクランブルを解除し、適切なユーザに出力する
201 開始
203 システム送信応答行列を互いに等しい拡散率に従ってグループ化する
205 すべての拡散率群について拡散率群行列AG (g)を組み立てる
207 最小拡散率群行列を用いて基底A'行列を形成する
209 残りの拡散率行列から検討対象の行列を選択する
211 列配置基準を導く(式13)
213 基準が整数?
215 端数切り上げ/切り下げ
217 基準位置を導く(式14)
219 基準位置列後の検討対象の拡散率群行列から列集合を導く
221 すべての列を検討対象の拡散率行列から複製した?
223 すべての拡散率行列を処理した?
225 終了
Claims (30)
- 無線符号分割多元接続通信システムにおいて送信されてきた複数のデータ信号、すなわち互いに異なる拡散率を有するデータ信号を再生する方法であって、前記複数のデータ信号を受信し(21)、それら受信したデータ信号の各々についてインパルス応答を算定し(19)、データ信号の各々についてそのデータ信号のインパルス応答およびそのデータ信号の拡散符号(29)を用いてシステム応答行列を導き出す(27)データ信号再生方法において、
前記システム応答行列を互いに対応のデータ信号について同じ拡散率を有するグループにグループ化する過程(203)と、
前記グループの各々につき、そのグループの中のシステム応答行列すべての列を含むグループ応答行列を構築する過程(205)と、
最低拡散率を有するグループを除外した前記グループの各々につき、そのグループの列を最低拡散率グループに順次的に挿入して総システム応答行列とする過程(209−223)と、
前記受信したデータ信号および前記総システム応答行列を用いて前記データ信号のデータを算定する過程(25、41、43、45、23)と
を含むことを特徴とする方法。 - 前記算定したデータをスクランブル解除する過程をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記各グループのシステム応答行列を構築する過程がそのグループの各システム応答行列からの一列を順次的に交互に挿入すること(37)によることをさらに特徴とする請求項1または2記載の方法。
- 前記除外した以外のグループの各列をインデックスを用いて挿入したことをさらに特徴とする請求項1、2または3記載の方法。
- 前記インデックスがその列のグループの拡散率およびそのグループの最低拡散率に部分的に基づくことをさらに特徴とする請求項4記載の方法。
- 前記除外した以外の各列について、そのグループのインデックスおよび最低拡散率グループの多数の組合せ行列を用いて基準挿入位置を算定する過程をさらに含むことを特徴とする請求項5記載の方法。
- 前記インデックスを整数に切り上げ切り下げすることをさらに特徴とする請求項5記載の方法。
- 前記データを算定する過程が最小二乗平均誤差検出器を用いる請求項1−7のいずれかに記載の方法。
- 前記データを算定する過程が零強制ブロック線形等化器を用いる請求項1−7いずれかに記載の方法。
- 前記データを算定する過程が無相関器を用いる請求項1−7のいずれかに記載の方法。
- 無線符号分割多元接続通信システムにおいて送信されてきた複数のデータ信号、すなわち互いに異なる拡散率を有するデータ信号を再生する受信機であって、前記複数のデータ信号を受信し、それら受信したデータ信号の各々についてインパルス応答を算定し、データ信号の各々についてそのデータ信号のインパルス応答およびそのデータ信号の拡散符号を用いてシステム応答行列を導き出す受信機において、
前記システム応答行列を互いに対応のデータ信号について同じ拡散率を有するグループにグループ化する手段(33)と、
前記グループの各々につき、そのグループの中のシステム応答行列すべての列を含むグループ応答行列を構築する手段(33)と、
最低拡散率を有するグループを除外した前記グループの各々につき、そのグループの列を最低拡散率グループに順次的に挿入して総システム応答行列とする手段(33)と、
前記受信したデータ信号および前記総システム応答行列を用いて前記データ信号のデータを算定する手段(33)と
を含むことを特徴とする受信機。 - 前記算定したデータをスクランブル解除することをさらに含むことを特徴とする請求項11記載の受信機。
- 前記各グループのシステム応答行列の構築がそのグループの各システム応答行列からの一列を順次的に交互に挿入すること(37)によることをさらに特徴とする請求項11または12記載の受信機。
- 前記除外した以外のグループの各列をインデックスを用いて挿入したことをさらに特徴とする請求項11、12または13記載の受信機。
- 前記インデックスがその列のグループの拡散率およびそのグループの最低拡散率に部分的に基づくことをさらに特徴とする請求項14記載の受信機。
- 前記除外した以外の各列について、そのグループのインデックスおよび最低拡散率グループの多数の組合せ行列を用いて基準挿入位置を算定することをさらに特徴とする請求項15記載の受信機。
- 前記インデックスを整数に切り上げ切り下げすることをさらに特徴とする請求項15記載の受信機。
- 前記データの算定が最小二乗平均誤差検出器を用いる請求項11−17のいずれかに記載の受信機。
- 前記データの算定が零強制ブロック線形等化器を用いる請求項11−17のいずれかに記載の受信機。
- 前記データの算定が無相関器を用いる請求項11−17のいずれかに記載の受信機。
- 無線符号分割多元接続通信システムにおいて送信されてきた複数のデータ信号、すなわち互いに異なる拡散率を有するデータ信号を再生する受信機であって、前記複数のデータ信号を受信し(21)、それら受信したデータ信号の各々についてチャネル推算装置によりインパルス応答を算定し(19)、データ信号の各々について線形データ検出器によりそのデータ信号のインパルス応答およびそのデータ信号の拡散符号(29)を用いてシステム応答行列を導き出す(27)受信機において、
前記システム応答行列を互いに対応のデータ信号について同じ拡散率を有するグループにグループ化し、前記グループの各々につきそのグループの中のシステム応答行列すべての列を含むグループ応答行列を構築し、最低拡散率を有するグループを除外した前記グループの各々につきそのグループの列を最低拡散率グループに順次的に挿入して総システム応答行列とする再配列プロセッサ(33)を含み、
前記受信したデータ信号および前記総システム応答行列を用いて前記データ信号のデータを算定する
ことを特徴とする受信機。 - 前記算定したデータをスクランブル解除することをさらに特徴とする請求項21記載の受信機。
- 前記各グループのシステム応答行列の構築がそのグループの各システム応答行列からの一列を順次的に交互に挿入すること(37)によることをさらに特徴とする請求項21または22記載の受信機。
- 前記除外した以外のグループの各列をインデックスを用いて挿入したことをさらに特徴とする請求項21、22または23記載の受信機。
- 前記インデックスがその列のグループの拡散率およびそのグループの最低拡散率に部分的に基づくことをさらに特徴とする請求項24記載の受信機。
- 前記除外した以外の各列について、そのグループのインデックスおよび最低拡散率グループの多数の組合せ行列を用いて基準挿入位置を算定することをさらに特徴とする請求項25記載の受信機。
- 前記インデックスを整数に切り上げ切り下げすることをさらに特徴とする請求項25記載の受信機。
- 前記データの算定が最小二乗平均誤差検出器を用いる請求項21−27のいずれかに記載の受信機。
- 前記データの算定が零強制ブロック線形等化器を用いる請求項21−27のいずれかに記載の受信機。
- 前記データの算定が無相関器を用いる請求項21−27のいずれかに記載の受信機。
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