JP4590269B2 - Ｃｄｍａシステムにおける簡易化されたデコリレイションを有するマルチユーザ検出のための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＤＭＡにおけるデコリレイション(de-correlation)方法と関連する装置に係り、特に、ＴＤ−ＳＣＤＭＡマルチユーザ検出における簡易化されたデコリレイションと関連する装置に係る。

チャネルマルチパス分散、シンボル間干渉及び多重アクセス干渉が集合的に影響するような状況下においては、マルチユーザ検出が実際的か否か、マルチユーザ検出相殺アルゴリズム、つまりデコリレイション方法の複雑さをいかにして許容可能な程度に抑えるかが鍵となる。受信されたシンボルベクトルは、雑音ベクトルと、チャネル相関行列Ｒによって左から乗算された、送信されたシンボルベクトルＤの積との総和として表現することができる。受信されたシンボルベクトルを復調し、送信されたシンボルの推定

を得るアルゴリズムのなかで、最も複雑なステップはチャネル相関行列Ｒの逆行列Ｒ^−１を得ることである。例えば、現存の技術は、通常、以下のような方法を採用する。つまり、拡散係数（ＳＦ）が１６であるダウンリンクにおいて、１タイムスロット内にはＫ個のユーザが存在して、１≦Ｋ≦１６であるものと仮定すると、データ部分のおのおの内には全体でＫ＊Ｎ個のデータシンボルが存在し、各ユーザはＮ＝２２個のデータシンボルを有する。Ｋ個のユーザ全てのｎ番目に送信されたデータシンボルを

とする。

各ユーザのシンボルシーケンスは、間隔Ｔｓを有するＮ個の要素から成る。これら要素は、複素アルファベット（１，ｊ，−１，−ｊ）から取られる。ユーザＫの各データシンボルは、そのユーザに特定な署名シーケンスによって乗算される。この特定な署名シーケンスは

として表される。

ここで［ ・ ］^Ｔはベクトル／行列の転置を意味する。このユーザに特定な署名シーケンスは、Ｔｓ／Ｑに等しいチップ間隔ＴｃでＱ個のチップから成る。Ｋ個のチャネルの各々は、その離散インパルス応答によって特徴付けられる。ｋ番目のチャネルの離散インパルス応答は

として表される。

この離散インパルス応答は、チップレート間隔（chip rate interval）ＴｃでＷ個のサンプルから成る。このチャネルインパルス応答は１タイムスロットを通じて変化しないと想定される。

非常に明らかなように、Ｗ＞１のときは、シンボル間干渉ＩＳＩが発生し、同時に、チャネルの歪みと非直交なシンボルＣ^（ｋ）とに起因して多重アクセス干渉ＭＡＩも発生する。この組み合わせられたチャネルインパルス応答は畳み込み

によって定義される。

受信されたシーケンスｅは上記チップレートで得られる。この受信シーケンスは、各々が長さ（Ｎ・Ｑ＋Ｗ−１）を有するＫ個のシーケンスの総和から成り、これらＫ個のシーケンスは同期的に到着するが、同一の長さを有する雑音シーケンス

によって乱されて到着するものと想定される。

この受信されるシーケンスは

と書くことができる。

送信されたデータベクトルは

と書くことができ、ここで、

は、Ｋ個のユーザ全てのｎ番目のシンボルであって、

である。

この行列は

として与えられる。

この受信シーケンスｅは、ユーザに特定な署名シーケンスＣ^（ｋ）とそのチャネルの相互相関Ｈ^（ｋ）（ｋ＝１，・・・，Ｋ）とが受信機の所で知られているとの想定の下で、送信されたデータシンボルＤに関する決定を得るために処理されなければならない。

同時に、ゼロフォーシング方法がＭＡＩとＩＳＩとを除去するために用いられる。これは

を最小化することに基づく。

ここで、

は、Ｋ個のユーザ全ての送信されたシンボルの推定を表し、このため

と表すことができる。

ここで、［ ・ ］^Ｈはエルミート転置を意味し、Ａ^Ｈｅは整合フィルタの出力であり、（Ａ^ＨＡ）^‐１Ａ^Ｈｎは雑音項である。上の

は、所望の出力Ｄと雑音とを含み、ＭＡＴとＩＳＩは含まない。この共分散行列δ^２（Ａ^ＨＡ）^‐１は雑音項の相関を与える。一般に、この雑音項の分散は、整合フィルタ方法が用いた結果として得られる雑音項よりも大きくなる。デコリレイションの出力でのシンボル当りのＳＮＲは

に等しい。

そして、
Ｒ＝Ａ^ＨＡ （１３）
とすると、式（１１）は

となる。

このＲの逆行列演算（matrix inversion operation）には困難さが存在するために、ＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムにおける計算負荷はより大きなものとなる。

本発明は、この技術的問題を解決することを欲し、マルチユーザ検出計算における複雑さの程度を大幅に低減するために、簡易化されたデコリレイション方法を提供する。

上述の問題を解決するために本発明は技術的プロジェクトを採用する。つまり、提供されるデコリレイションは、
ａ．無線シンボルＳを受信するステップと、
ｂ．チャネル相関行列Ｒを得、Ｒから一部を取り、部分相関行列Ｒ_ｐを得るステップと、
ｃ．この部分相関行列Ｒ_ｐの逆演算を行うことで、行列Ｖ_（ｍ）を得るステップと、
ｄ．受信されたシンボルＳから、送信されたデータシンボルＤの位置と対応するＶ^（ｍ）に従って、送信されたデータシンボルＤをそれぞれ回復するステップと、を含む。

上述の方法による装置は
上記部分相関行列Ｒ_ｐを定義するための関連する計算装置と、
新たな行列Ｖ^（ｍ）を定義するための逆行列装置およびドローイングアウト装置（drawing out device）と、
受信された無線シンボルＳに前記行列Ｖ^（ｍ）を乗じるための行列・ベクトル乗算装置と、を備え、これらは互いに順々に接続される。

チャネル相関行列の特性に基づいて、本発明は、逆行列を得る計算を大幅に低減し、復調性能（de-modulate performance）の損失を低減するように、相関行列Ｒの対角部分行列Ｒ_ｐの逆行列のみに従って復調された。ｐ＝２と想定した場合、最大遅延時間は４チップ、マルチパスは４となり、ユーザの総数が１２であるときは、性能は簡易化されない場合と同一となる。Ｍ＊Ｍなるサイズの行列の計算の複雑さは、Ｍ^３に直接に比例するために、Ｐ＝２２、Ｎ＝２２のときは、この簡易化された逆行列は、元の簡易化されてない逆行列の計算の複雑さの（５／２２）^３倍だけとなる。これは非常に大きな低減である。同様に、シンボル回復の計算においても、複雑さは、元の演算の（５／２２）に低減される。

元の送信されたデータシンボルは

として表現すことができる。

上述のｄ_１ ^{（ｎ−ｐ）}，ｄ_２ ^{（ｎ−ｐ）}，・・・，ｄ_ｋ ^{（ｎ−ｐ）}はＫ個のユーザ全てのｎ−ｐ番目のシンボルを意味する。上述のｄ_１ ^（ｎ），ｄ_２ ^（ｎ），・・・，ｄ_ｋ ^（ｎ）はＫ個のユーザ全てのｎ番目のシンボルを意味する。上述のｄ_１ ^{（ｎ＋ｐ）}，ｄ_２ ^{（ｎ＋ｐ）}，・・・，ｄ_ｋ ^{（ｎ＋ｐ）}はＫ個のユーザ全てのｎ＋ｐ番目のシンボルを意味する。

受信されたシンボルＳは

として表現することができる。上述の

はＫ個のユーザ全てのｎ−ｐ番目のシンボルを意味する。上述の

はＫ個のユーザ全てのｎ番目のシンボルを意味する。上述の

はＫ個のユーザ全てのｎ＋１番目のシンボルを意味する。

をＳ^（ｎ）として定義する。ＴＤ−ＳＣＤＭＡにおけるマルチパス拡散（multi-path spread）は１２チップより少なく、また、ダウンリンクに対する拡散係数は１６であるものと仮定されるために、２シンボルよりも多く離れたシンボルからのシンボル間干渉ＩＳＩは存在しない。また、任意の特定の他のユーザシンボルからの多重アクセス干渉ＭＡＩとシンボル間干渉ＩＳＩ部分とは、常に、所望のユーザシンボルの振幅よりもはるかに小さい。Ｄ^（ｎ）＝ｄ_１ ^（ｎ），ｄ_２ ^（ｎ），・・・，ｄ_ｋ ^（ｎ）を回復するためには、Ｓ^（ｔ）（ｔ＜ｎ−ｐ或いはｔ＞ｎ＋ｐ）内のシンボルからの影響は無視することができる。このことは、Ｄ^（ｎ）が、受信されたシンボル

から回復できることを意味する。上述の

はＫ個のユーザ全てのｎ−ｐ番目のシンボルを意味する。
上述の

はＫ個のユーザ全てのｎ番目のシンボルを意味する。上述の

はＫ個のユーザ全てのｎ＋ｐ番目のシンボルを意味する。Ｐは十分に大きなものと想定する。

ここで、我々は部分相関行列を
Ｒ_ｐ＝｛ｒ_ｉ，ｊ｝ （ｉ，ｊ＝１，・・・，（２Ｐ＋１）Ｋ）
定義する。
ここでｒ_ｉ，ｊはｉ番目の行、ｊ番目の列内のＲの要素である。

新たな行列Ｖ^（ｍ）＝｛ｖ_ｉ，ｊ ^（ｍ）｝
ｖ_ｉ，ｊ ^（ｍ）＝（Ｒ^−１ _ｐ）_{ｉ＋（ｍ−１）Ｋ，ｊ}，（ｉ＝１，・・・，Ｋ、ｊ＝１，・・・，（２Ｐ＋１）Ｋ、ｍ＝１，・・・,２Ｐ＋１）
を定義する。

ここでＲ^−１ _ｐは逆行列を意味する。Ｐ＋１≦ｎ≦Ｎ−Ｐのときは、Ｄ^（ｎ）は

として回復することができる。

は送信されたシンボルの推定である。ｎ≦Ｐのとき、つまり、Ｄ^（ｎ）の前の干渉シンボルがＰより小さなときは、Ｄ^（ｎ）は

として回復することができる。

ここで、Ｓ_ｐ ^（ｎ）は

として定義される。

上述の

はＫ個のユーザ全ての最初のシンボルである。上述の

はＫ個のユーザ全てのｎ番目のシンボルである。上述の

はＫ個のユーザ全ての２Ｐ＋１番目のシンボルである。

ｎ≧Ｎ＋１−Ｐで、Ｄ^（ｎ）の後の干渉シンボルがＰより小さなときは、Ｄ^（ｎ）は

として回復することができる。

ここでＳ_ｐ ^（ｎ）は

として定義される。

上述の

はＫ個のユーザ全てのＮ−２Ｐ番目のシンボルである。上述の

はＫ個のユーザ全てのｎ番目のシンボルである。上述の

はＫ個のユーザすべてのＮ番目のシンボルである。

加えて、この簡易化されたデコリレイション方法は部分デコリレイションと命名することもできるが、この命名は、このデコリレイション方法が、現在のシンボルよりも早い或いは遅いシンボルの影響を排除するために、現在のシンボルより早い或いは遅い、わずかＰ個のグループのシンボルに従って用いられることによる。

図１はこの簡易化されたデコリレイション方法に従って採択される装置の構造のスケッチマップである。

これは、Ｋ個の整合フィルタ１と、Ｋ個の整合フィルタと対応するように接続されたＫ個のバッファメモリ２と、部分相関行列Ｒ_ｐを定義するための関連する計算装置３と、この関連する計算装置の後に、新たな行列Ｖ^（ｍ）を定義するためにタグ付けを行うための逆行列装置４及びドローイングアウト装置５とを含む。上述のバッファメモリ２の出力とドローイングアウト装置３の出力とは、行列ベクトル乗算６の入力に接続される。

上述のＫ個のユーザのベースバンドシンボルは、受信シンボルＳ_ｐ ^ｎを得るために、それぞれ、Ｋ個の整合フィルタ１とＫ個のメモリ２に入力される。（整合フィルタ）１と（メモリ）２は互いに対応するように接続される。上述のユーザ署名シーケンスＣ^（ｋ）＝（ｃ_１ ^（ｋ），ｃ_２ ^（ｋ），・・・，Ｃ_Ｑ ^（ｋ））^Ｔ、チャネルインパルス応答Ｈ^（１），Ｈ^（２），・・・，Ｈ^（ｋ）、チャネルに特定の乗算係数は、それぞれ、関連する計算装置３に入力することで、部分相関行列が得られ、次に、逆行列装置４とドローイングアウト装置５を介して行列Ｒ_ｐの逆行列Ｖが得られ、その後、これから部分行列Ｖ^（ｍ）がドローアウトされる（取り出される）。行列ベクトル乗算６を通じて、上述の受信シンボルＳ_ｐ ^（ｎ）とＶ^（ｍ）からシンボル推定値

を得ることができる。

本発明は上述の装置と方法に制限されるものではなく、当分野の通常の技術者であれば知っている全ての技術的変更が本発明の保護範囲に入るべきである。

本発明の簡易化されたデコリレイション方法に従って採用された装置を示す図である。

Claims (9)

1. 無線シンボルＳを受信するステップと、
   チャネル相関行列Ｒを得、前記チャネル相関行列Ｒから一部を取り、前記チャネル相関行列Ｒの部分相関行列Ｒ_ｐを得るステップと、
   前記部分相関行列Ｒ_ｐに対して逆演算を行い、その後、 前記部分相関行列Ｒ_ｐの逆演算したものを用いて行列Ｖ^（ｍ）を得るステップと、
   受信されたシンボルＳから元のデータシンボルＤを、前記行列Ｖ^（ｍ）によって回復するステップと、を含み、
   前記部分相関行列Ｒ _ｐ ＝｛ｒ _ｉ，ｊ ｝、（ｉ＝１，・・・，（２Ｐ＋１）Ｋ，ｊ＝１，・・・，（２Ｐ＋１）Ｋでかつｉ＝ｊ）は、チャネル相関行列Ｒの対角線上の部分行列であり、前記Ｋは１タイムスロット内のユーザの数を表し、前記Ｐは現在のシンボルよりも早く或いは遅いシンボルであって現在のシンボルに影響を与えるシンボルの数であることを特徴とする、ＴＤ−ＳＣＤＭＡマルチユーザ検出における簡易化されたデコリレイション方法。
2. 前記行列Ｖ^（ｍ）＝
   

   

   は、
   

   

   であることを特徴とする請求項１記載のＴＤ−ＳＣＤＭＡマルチユーザ検出における簡易化されたデコリレイション方法。
3. 元のデータシンボルＤの位置は３つの状態を有し、
   １）１≦ｎ≦Ｐ、Ｖ^（ｍ）＝Ｖ^（ｎ）のときは、Ｄ^（ｎ）は
   

   

   として回復することができ、
   ２）Ｐ＋１≦ｎ≦Ｎ−Ｐ、Ｖ^（ｍ）＝Ｖ^{（Ｐ＋１）}のときは、Ｄ^（ｎ）は
   

   

   として回復することができ、
   ３）Ｎ＋１−Ｐ≦ｎ≦Ｎ、Ｖ^（ｍ）＝Ｖ^{（２Ｐ＋１＋ｎ−Ｎ）}のときは、Ｄ^（ｎ）は
   

   

   として回復することができ、
   前記
   

   

   は元のシンボルの推定であり、前記ｎはチップの位置であることを特徴とする請求項１記載のＴＤ−ＳＣＤＭＡマルチユーザ検出における簡易化されたデコリレイション方法。
4. Ｐ＋１≦ｎ≦Ｎ−Ｐのときは、受信された無線シンボルＳは
   

   

   として定義することができ、
   ここで、前記
   

   

   はＫ個のユーザ全てのｎ−Ｐ番目のシンボルであり、前記
   

   

   はＫ個のユーザ全てのｎ番目のシンボルであり、前記
   

   

   はＫ個のユーザ全てのｎ＋Ｐ番目のシンボルであり、
   １≦ｎ≦Ｐのときは、受信された無線シンボルＳは
   

   

   として定義することができ、
   ここで、前記
   

   

   はＫ個のユーザ全ての一番目のシンボルであり、前記
   

   

   はＫ個のユーザ全てのｎ番目のシンボルであり、前記
   

   

   はＫ個のユーザ全ての２Ｐ＋１番目のシンボルであり、
   Ｎ＋１−Ｐ≦ｎ≦Ｎのときは、受信された無線シンボルＳは
   

   

   として定義することができ、
   ここで、前記
   

   

   はＫ個のユーザ全てのＮ−２ｐ番目のシンボルであり、前記
   

   

   は全てのＫ個のユーザのｎ番目のシンボルであり、前記
   

   

   はＫ個のユーザ全てのＮ番目のシンボルであることを特徴とする請求項１記載のＴＤ−ＳＣＤＭＡマルチユーザ検出における簡易化されたデコリレイション方法。
5. 前記Ｋは１≦Ｋ≦１６であることを特徴とする請求項１記載のＴＤ−ＳＣＤＭＡマルチユーザ検出における簡易化されたデコリレイション方法。
6. 前記Ｐは整数であり、前記Ｎは２２であることを特徴とする請求項１記載のＴＤ−ＳＣＤＭＡマルチユーザ検出における簡易化されたデコリレイション方法。
7. 前記Ｐは２であることを特徴とする請求項６記載のＴＤ−ＳＣＤＭＡマルチユーザ検出における簡易化されたデコリレイション方法。
8. チャネル相関行列Ｒから一部を取り、前記チャネル相関行列Ｒの部分相関行列Ｒ_ｐを得るステップチャネル相関行列Ｒから一部を取り、前記チャネル相関行列Ｒの部分相関行列Ｒ_ｐを得るステップを定義するための対応する計算装置と、
   前記部分相関行列Ｒ_ｐを用いて新たな行列Ｖ^（ｍ）を定義するためのドローアウト及び逆行列装置と、
   受信された無線シンボルＳに前記行列Ｖ^（ｍ）を乗じる行列・ベクトル乗算器とを備え、
   前記部分相関行列Ｒ _ｐ ＝｛ｒ _ｉ，ｊ ｝、（ｉ＝１，・・・，（２Ｐ＋１）Ｋ，ｊ＝１，・・・，（２Ｐ＋１）Ｋでかつｉ＝ｊ）は、チャネル相関行列Ｒの対角線上の部分行列であり、前記Ｋは１タイムスロット内のユーザの数を表し、前記Ｐは現在のシンボルよりも早く或いは遅いシンボルであって現在のシンボルに影響を与えるシンボルの数であることを特徴とする、ＴＤ−ＳＣＤＭＡのＵＥシステム。
9. 更に、Ｋ個の整合フィルタと、これら整合フィルタとひとつずつ対応するように接続されたＫ個のバッファメモリと、を備えることを特徴とする請求項８記載のＴＤ−ＳＣＤＭＡのＵＥシステム。

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