JP4490265B2 - 同一チャネル干渉受信機 - Google Patents
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Description
本発明の部分は、政府の財政的支援とともに行われた可能性があり、政府には特定の権利がある可能性がある。
本願は、2002年7月24日に出願された米国仮出願第60/398,451号の利点を主張する。本願は、2002年4月16日に出願された米国仮出願第60/372,956号に対する優先権を主張する2002年8月26日に提出された米国出願第10/228,787号の一部継続出願である。本願は2002年3月25日に提出された米国出願第10/105,918号の一部継続出願でもある。本願は「マルチユーザ検出のための周波数不一致補償(Frequency Mismatch Compensation for Multiuser Detection)」(弁護士事件整理番号20020028−US)と題される2003年4月25日に出願された米国出願(番号未定)に関連する。本願は、「過飽和状態の通信用の延期されたDecorrelating決定フィードバック検出器(Deferred Decorrelating Decision−Feedback Detector For Supersaturated Communications)」(弁護士事件整理番号D4625−US)と題される2003年4月25日に提出された米国出願(番号未定)に関連している。これらの出願のそれぞれは全体として参照によりここに組み込まれる。
複雑であり、時間を要し、従ってリアルタイム動作を実行不可能にする。従来のツリープ
ルーニング(tree-pruning)アルゴリズムに基づいた複雑さが低減された手法はある程度ま
で役に立つ。しかしながら、このようなマルチユーザ検出アルゴリズムの性能は、パラメ
ータM(プルーニング(pruning)係数)が減少するにつれて劣化するが、Mは必要とされ
る計算数を支配する。したがって、不適切なプルーニングに対抗するには、基本的なツリ
ープルーニングが、Mが十分に大きいことを確実にしなければならない。その結果、従来
のプルーニング方法は、特に干渉信号の数が中程度から大であるときに、依然として計算量の多い高い複雑性と関連している。
うにする技法である。このような技法は、同一チャネル信号を正確に分離し、複雑な処理
を削減しなければならない。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、ツリープルーニング・アルゴリズムに基づくマルチユーザ検出と比較して、より計算量の少ないマルチユーザ検出法を提供することを目的とする。
図1を参照すると、マルチユーザ検出(MUD)受信機12と、同じ名目(nominal)データレートを有する、デジタル位相偏移変調(phase shift key)(PSK)または直角位相振幅変調(QAM)信号などのすべて同種の変調方式を使用して、同一チャネル干渉デジタル信号をすべて同じ周波数で同時に送信している複数のユーザ送信機111から11Kを備える通信システム10のシステムブロック図が示されている。
図2は、本発明の別の実施形態に従って二重偏向アンテナを有するマルチユーザ検出受信機を描いている。二重偏向アンテナ40を含むと、さらに優れたシンボル決定を行い、それによりシンボル誤り率を削減するためにマルチユーザ検出器18にさらに多くの情報が与えられる。この余分な情報は、直交偏向されたアンテナポートにより受信される信号が実質的には異なるチャネルを通って移動するという事実から引き出される。パラメータ推定器20は、マルチユーザ検出器18に、両方のアンテナポート(p=1,2)が受信するユーザ「k」ごとのシグナチャ波形30を提供する。したがって、マルチユーザ検出器18に渡されるKx2のシグナチャ波形30があるであろう。したがって、MUD18はただ1つの偏向と比較して2倍多くの式を有するが、解くための同数のシンボルを有するであろう。
図3は、本発明の別の実施形態に従って各アンテナが1つまたは2つの偏向を有する複数のアンテナを有するマルチユーザ検出受信機を描いている。余分なアンテナポートを含むと、MUD18になおさらに多くの情報が与えられ、さらによいシンボル決定を下し、それによりシンボル誤り率を削減することを可能にする。追加の利点を提供するために、余分なアンテナは空間ダイバースでなければならない。言い換えると、アンテナは大幅に異なる伝搬チャネルを提供するほど十分に離間されなければならない。このケースでは、パラメータ推定器20が、p=1,2...Pである信号r(n,p)を処理し、MUD18に渡すためのKxPのシグナチャ波形30を生成する。
図4は、各フレームセグメントの同じロケーションで受信された複合トレーニングシーケンスβ(n,p)を有するフレーム(framed)セグメントfm(n,p)のシーケンスを示す、指定されたダイバシティポート信号「p」について複数(K個)の同一チャネル干渉信号のケースについて受信されたベースバンド信号r(n,p)の下にあるフレーム構造の図であり、トレーニングシーケンスロケータで使用するためのトレーニングシーケンススライド式検索ウィンドウ(lm(τ,p))もまた示す。
図5は、本発明の一実施形態に従って構成されるパラメータ推定器のブロック図である。パラメータ推定器20は、トレーニングシーケンスロケータ56と、雑音推定器52と、信号推定器ループ57と、初期変換行列ビルダ63とを含むソフトウェアモジュールを備えて図示されている。該信号推定器ループ57は、さらにシグナチャ波形推定器58と、アクティブユーザテスタ60と、変換行列セレクタ61と、変換行列リビルダ62とを含む。代替実施形態及び構成は類似する機能性を実現してよい。
過去の情報を備える従来の最小平均二乗誤差(Minimum Mean Squared Error)(MMSE)マルチユーザ検出器が一般にターボ設定で現れる。ユーザの集合全体(通信チャネル)について同時に線形演算子を計算するために、代数的な手段が使用される。これは、時間の特定の瞬間ごとに、過去の情報、または情報の各ユーザのビットのありそうな値に関する知識を活用することにより行われる。しかしながら、このような従来のマルチユーザ検出器は、オーバロードされた通信システム向けに設計されていなかったため、不合理な計算の複雑性だけではなく数値の不安定性にもさらされる。
図11は、本発明のある実施形態に従ったターボMUD内の入信データストリームの反復処理の図表示である。各ストリームは異なるユーザに対応する。例えば、任意の1つのストリームは同じ周波数上で動作し、同時に送信しており、干渉信号を生じさせる複数のCDMA携帯電話からである場合がある。ストリームは、再び同じ周波数上で、同時にヘッドエンドシステムと通信している多くのケーブルボックスからである場合もある。代りに、ストリームが802.11無線ローカルエリアネットワークの複数のユーザから、あるいは超ワイドバンドネットワークからである場合がある。代りに、ストリームは、読み取られるヘッドが極めて濃密なトラックの1つまたは複数の重複しているデジタル記憶装置ディスク上の隣接するトラックからの干渉信号である場合がある。とにかく、発生する事実は、110でここで描かれている多くのパケットまたはデータの塊が同時に送信され、各パケットが例えば数百ビットを含んでいるということである。
部分的に量子化された過去の情報アルゴリズムを有する低複雑性Mudに根拠を与える数学的な背景がここに説明される。ターボMUDプロセッサのMUD処理ブロックが、それが以下の尤度関数を直接的に最大にするときにその究極の性能に達することは、文献の中で周知である。
MUDにより処理されるデータは、多元接続干渉からユーザを部分的に切り離すように事前白色化(prewhitened)することが可能で、これが性能を劇的に改善する。図16は、本発明のある実施形態に従って事前白色化されたデータに基づくM−アルゴリズムを実現する。この実施形態のモジュール205、208、210及び213は、例えば、図1から図3のマルチユーザ検出器を実現するために使用できるであろう。
Claims (19)
- K個の同一チャネル干渉合成信号を受信する同一チャネル干渉受信機であって、
前記受信機により受信される前記合成信号を事前に白色化するように構成され、多元接続干渉からユーザを部分的に切り離すように動作可能な整合フィルタと、
K個の同一チャネル干渉信号からの情報を含む前記合成信号を受信するように構成され、前記K個の同一チャネル干渉信号を復調するために、前記事前に白色化されたデータに基づいた計算量の少ないM−アルゴリズムで動作するように構成されたマルチユーザ検出器モジュールと、
前記合成信号を受信し、前記K個の同一チャネル干渉信号のそれぞれの推定シグナチャ波形を生成して、前記K個の同一チャネル干渉信号を復調する前記マルチユーザ検出器モジュールに、前記推定シグナチャ波形を提供するように構成されるパラメータ推定モジュールと、
前記パラメータ推定モジュールに動作可能に結合され、前記パラメータ推定モジュールからのパラメータ推定値に基づいてそれぞれの受信合成信号のモデルを作成し、前記整合フィルタにより出力されるフィルタリングされたデータを白色化する非同期ホワイトナモジュールを計算するように構成されるホワイトナデザイナモジュールと、
前記ホワイトナデザイナモジュールに動作可能に結合され、前記非同期ホワイトナモジュールにより出力される白色化されたデータを受信するように構成され、仮説の尤度を特徴付ける測定基準の連続した評価に基づいてシンボル仮説試験を実施するように構成されるシンボル仮説試験モジュールと、
を含む、同一チャネル干渉受信機。 - 前記ホワイトナデザイナモジュールは、前記パラメータ推定モジュールにより提供される相関行列を活用し、前記非同期ホワイトナモジュールでの白色化のために使用され、前記シンボル仮説試験モジュールでの仮説試験にも使用される対角にロードされるコレスキー因数分解を計算する、請求項1に記載の受信機。
- 前記ホワイトナデザイナモジュールは、ハウスホルダ変換を使用するQR因数分解を利用する、請求項1に記載の受信機。
- 前記ホワイトナデザイナモジュールは、受信されたエネルギー及び/または位相だけがシンボル期間の間に変化するときに前記非同期ホワイトナモジュールを効率的に更新する
ために双曲線ハウスホルダ変換を利用する、請求項1に記載の受信機。 - 前記ホワイトナデザイナモジュールは平方根因数分解を利用する、請求項1に記載の受信機。
- 前記非同期ホワイトナモジュールはデータを白色化するために前記ホワイトナデザイナモジュールにより生成される相関行列平方根因数分解を利用する、請求項1乃至5の何れか1項に記載の受信機。
- 前記非同期ホワイトナモジュールは、前記相関行列平方根因数分解の共役転置の逆数により定められるフィルタのバンクを利用する、請求項6に記載の受信機。
- 前記相関行列平方根因数分解は三角形構造を有し、前記非同期ホワイトナモジュールは後方置換を利用する、請求項7に記載の受信機。
- 前記シンボル仮説試験モジュールは、横幅第1技法を使用して実現されるデシジョンツリー内で前記ビット仮説を連続して評価するために測定基準に前記ホワイトナデザイナモジュールにより生成される相関行列平方根因数分解を利用する、請求項1に記載の受信機。
- 前記パラメータ推定モジュールはパラメータ推定値を提供し、前記パラメータ推定値は、各受信合成信号と関連付けられるチャネルをモデル化するために使用され、前記整合フィルタの適用及び非同期デコレレイトフィルタバンクの作成を可能にする、請求項1乃至9の何れか1項に記載の受信機。
- 前記パラメータ推定モジュールは、
前記受信合成信号の各フレーム内でトレーニングシーケンスロケーション指数を推定するように構成されるトレーニングシーケンスロケータモジュールと、
前記トレーニングシーケンスロケーション指数に従って前記受信合成信号の平均雑音電力の推定値を計算するように構成される雑音推定器モジュールと、
前記トレーニングシーケンスロケーション指数及び変換行列に従って前記受信合成信号内で各ユーザに一意のシグナチャ波形を推定するように構成されるシグナチャ波形推定器モジュールと、
前記雑音推定器モジュールの出力と、前記シグナチャ波形推定器モジュールの出力とに動作可能に結合され、前記受信合成信号に関連付けられるアクティブユーザの数を決定するように構成されるアクティブユーザテスタモジュールと、
前記アクティブユーザテスタモジュールと、各ユーザの事前に記憶された既知のトレーニングシーケンスとに動作可能に結合され、前記シグナチャ波形推定モジュールにより使用される前記変換行列を生成するように構成される変換行列リビルダモジュールと、
を含む、請求項1乃至10の何れか1項に記載の受信機。 - 前記マルチユーザ検出器モジュール及び前記パラメータ推定モジュールに動作可能に結合され、複数の送信機からそれぞれ1つまたは複数の複合波形信号を受信し、それぞれの受信された複合波形信号を対応する合成信号に変換するように構成されるアナログフロントエンドをさらに含む、請求項1乃至11の何れか1項に記載の受信機。
- 前記アナログフロントエンドは、
それぞれが受信された複合波形をデジタル波形に変換するように構成される1または複数のアナログ/デジタル変換器と、
それぞれがそれぞれのアナログ/デジタル変換器に動作可能に結合され、受信された複合波形に関連付けられる周波数をさらに低い周波数に変換するように構成される1または複数のダウンコンバータと、
を含む、請求項12に記載の受信機。 - 前記アナログフロントエンドは、
それぞれが前記複数の送信機から対応する複合波形信号を受信するように構成された1または複数のアンテナを含む、請求項12又は13に記載の受信機。 - 前記1または複数のアンテナは単一偏向アンテナである、請求項14に記載の受信機。
- 前記1または複数のアンテナは、2つの偏向ポートと構成される二重偏向アンテナであり、それにより偏向ダイバシティを提供する、請求項15に記載の受信機。
- 前記1または複数のアンテナは、それぞれが2つの偏向ポートと構成される2以上の二重偏向アンテナを含み、それにより空間ダイバシティ及び偏向ダイバシティを提供する、請求項14に記載の受信機。
- 前記パラメータ推定モジュールは、アクティブチャネルのタイミング、信号振幅、位相、偏向及び識別のうちの少なくとも1つを含む信号パラメータを推定するように構成される、請求項1乃至17の何れか1項に記載の受信機。
- K個の同一チャネル干渉信号からの情報を含む少なくとも1つの合成信号を受信する方法であって、
a)前記少なくとも1つの合成信号をフィルタリングして、多元接続干渉からユーザを部分的に切り離し、事前に白色化されたデータを提供するステップと、
b)前記K個の同一チャネル干渉信号のそれぞれのシグナチャ波形を推定するステップと、
c)事前に白色化されたデータに基づく計算量の少ないM−アルゴリズムで、前記推定されたシグナチャ波形に基づいて前記少なくとも1つの合成信号を処理するステップと、
d)前記少なくとも1つの合成信号のモデルをパラメータ推定値に基づいて作成するステップと、
e)前記事前に白色化されたデータを白色化するための前記モデルに基づいて非同期ホワイトナを計算するステップと、
f)仮説の尤度を特徴付ける測定基準の連続した評価に基づいてシンボル仮説試験を実施するステップと、
g)K個の同一チャネル干渉信号についての情報を提供するために、前記少なくとも1つの合成信号を復調するステップと
を含む、方法。
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