JPH07240734A

JPH07240734A - 符号分割多重通信受信装置

Info

Publication number: JPH07240734A
Application number: JP6029565A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Kawahara; 敏朗河原; Tadashi Matsumoto; 正松本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Mobile Communications Networks Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1995-09-12

Abstract

(57)【要約】【目的】複数伝搬路が存在しても同時通信者数の逆相
関フィルタの雑音強調以上の強調を受けない。【構成】入力信号はパス分離手段１２でパスごとの信
号に分離した並列信号ベクトルとして出力され、この信
号ベクトルは逆相関フィルタ１３，１４へ供給される。
フィルタ１３の伝達関数はＳ（ｚ）^-1であって、フィル
タ１３の出力は他の伝搬路の信号からの干渉が除去さ
れ、この各出力に判定回路１７の出力の対応するものの
逆数をインパルス応答推定器１６で乗算してインパルス
応答Ｐ_ijを推定し、この結果を用いて逆相関フィルタ１
４の伝達関数を〔Ｐ^HＳ（ｚ）Ｐ〕^-1とし、フィルタ１
４の出力を回路１７で各通信者ごとに判定して出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業の上の利用分野】この発明は、例えば移動通信に
適用され、スペクトラム拡散通信を用いた符号分割多重
通信用受信装置、特に逆相関フィルタ処理により複数の
通信者からの相互干渉を除去するように構成されている
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動通信システムにおいてスペクトラム
拡散通信を用いた符号分割多重通信方式（ＣＤＭＡ）
は、現在運用されている周波数分割多重（ＦＤＭＡ）方
式や分割多重（ＴＤＭＡ）方式に基づくシステムと比較
して、スペクトラム利用率を大幅に改善する可能性があ
ることが種々の文献（例えば、Ｋ．Ｓ．Ｇｉｌｈｏｕｓ
ｅｎ，Ｉ．Ｍ．Ｊａｃｏｂｓ，Ｒ．Ｐａｄｏｖａｎｉ，
Ａ．Ｖｉｔｅｒｂｉ，Ｌ．Ａ．Ｗｅａｖｅｒ，Ｊｒ．ａ
ｎｄＣ．Ｅ．Ｗｈｅａｔｌｅｙ III ，“Ｏｎｔｈｅ
ＣａｐａｃｉｔｙｏｆａＣｅｌｌｕｌａｒＣ
ＤＭＡＳｙｓｔｅｍ”，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｖ
Ｔ，Ｖｏｌ．ＶＴ−４０，ｐｐ．３０３−３１２，１９
９１）に示されており、実用のための検討がさかんにな
りつつある。

【０００３】ところで、移動通信システムにＣＤＭＡ方
式を適用する場合の問題点は、移動局の所在位置によっ
て基地局が受信する受信波の電力が大きく異なる遠近問
題が生じることにある。ＣＤＭＡ方式では、同一の周波
数帯域を複数の通信者が共有するので、通信品質を劣化
させるのは他の通信者からの干渉妨害になる。例えば、
基地局の近くの移動局と遠くの移動局が同時に通信を行
う場合、基地局では近くの移動局からの信号電力は大き
く受信されるのに対して、遠くの移動局からの信号電力
は小さく受信されることになる。このことは、遠くの移
動局と基地局間の通信が、近くの移動局の信号からの干
渉を受けて大きく特性劣化することを意味する。セルラ
ー構成の移動通信システムでは、隣接ゾーンとの境界付
近の移動局は隣接ゾーンからの干渉妨害も受けることに
なるから、このような遠近問題に起因する通信品質の劣
化は上り（移動局から基地局）と下り（基地局から移動
局）の両者の通信でも発生することになる。

【０００４】遠近問題を解決するための技術として、従
来から送信電力制御が検討されてきた。送信電力制御で
は、受信局（上りでは基地局、下りでは移動局）が受信
する信号電力、又はその受信電力から定まる信号電力対
干渉電力比が、移動局の所在位置によらず一定になるよ
うに制御するもので、これによってサービスエリア内で
均一の通信品質が得られることになる。所定の通信品質
で通信を行える場所率の、送信電力制御による改善効果
は文献：Ｗ．Ｃ．Ｙ．Ｌｅｅ，“Ｏｖｅｒｉｅｗｏｆ
ＣｅｌｌｕｌａｒＣＤＭＡ”，ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．ＶＴ，Ｖｏｌ．ＶＴ−４０，ｐｐ．２９１−３０
２，１９９１によって解析されている。移動通信電波伝
搬環境で発生するフェージングの変動に追随し得る高速
な送信電力制御が実現できれば、周波数有効利用効率を
北米ＡＭＰＳ移動通信システムの約２０倍に高められ
る、との試算も報告されている（詳細は、Ｋ．Ｓ．Ｇｉ
ｌｈｏｕｓｅｎ，Ｉ．Ｍ．Ｊａｃｏｂｓ，Ｒ．Ｐａｄｏ
ｖａｎｉ，Ａ．Ｊ．Ｖｉｔｅｒｂｉ，Ｌ．Ａ．Ｗｅａｖ
ｅｒ，Ｊｒ，ａｎｄＣ．Ｅ．Ｗｈｅａｔｌｅｙ II
I，“ＯｎｔｈｅＣａｐａｃｉｔｙｏｆａＣ
ｅｌｌｕｌａｒＣＤＭＡＳｙｓｔｅｍ”，ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ．ＶＴ，Ｖｏｌ．ＶＴ−４０，ｐｐ．３０３
−３１２，１９９１を参照されたい）。

【０００５】しかし、送信電力制御後の場所率は、さま
ざまな要因で発生する制御誤差の影響を大きく受ける。
例えば、文献：Ｅ．ＫｕｄｏｈａｎｄＴ．Ｍａｔｓ
ｕｍｏｔｏ，“ＥｆｆｅｃｔｏｆＴｒａｎｓｍｉｔ
ｔｅｒＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌＩｍｐｅｒｆｅ
ｃｔｉｏｎｓｏｎＣａｐａｃｉｔｙｉｎＤＳ／
ＣＤＭＡＣｄｌｌｕｌａｒＭｏｂｉｌｅＲａｄｉ
ｏｓ”，Ｐｒｏｃ．ｏｆＩＥＥＥＩＣＣ’９２，Ｃｉ
ｃａｇｏ，ｐｐ．３１０．１．１−６，１９９２には、
１ｄＢの制御誤差があると、相対周波数利用効率は２９
％（上り）、３１％（下り）に低下することが示されて
いる。

【０００６】一方最近、米国プリンストン大学のＲｕｘ
ａｎｄｒａＬｕｐａｓとＳｅｒｇｉｏＶｅｒｄｕ
は、加法性のガウス雑音を受ける２値非同期ＣＤＭＡシ
ステムに対して、受信信号電力に差があっても各通信者
からの受信信号から送信信号を推定できる線形フィルタ
のクラスを明らかにした。このクラスのフィルタを逆相
関フィルタと呼んでいる。この逆相関フィルタの処理量
は、同時通信者数Ｎに比例して増大する程度に留まり、
著しく増大することはない。このことは、文献：Ｒ．Ｌ
ｕｐａｓａｎｄＳ．Ｖｅｒｄｕ，“Ｎｅａｒ−Ｆａ
ｒＲｅｓｉｓｔａｃｅｏｆＭｕｌｔｉｕｓｅｒ
ＤｅｔｅｃｔｏｒｓｉｎＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
Ｃｈａｎｎｅｌｓ”，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＣＯ
Ｍ，Ｖｏｌ．ＣＯＭ−３８，ｐｐ．４９６−５０８，１
９９０に示されている。

【０００７】このような特性を持った逆相関フィルタを
移動通信環境に適するように改良する試みが特願平４−
６６３３１，及び特願平４−３２７９８に示されてい
る。さらに、その逆相関フィルタの構成で必要となる有
理関数行列（１情報シンボル長時間Ｔの遅延演算子ｚを
変数とする）の逆行列演算を回避し、実用的な処理量で
これを実現するための方法が特願平５−２８９１６４，
及び特願平５−２８８０３６に示されている。従って、
これらを用いることで上記の遠近問題に起因するＣＤＭ
Ａシステムの問題点は送信電力制御を行うことなく解決
できるように考えられる。

【０００８】さて、スペクトラム拡散通信を移動体通信
に用いる場合のもう一つの特徴は、逆拡散の過程で、複
数の伝搬路を経由した信号の合成信号である受信信号か
ら、それぞれ伝搬路に対応した信号を分離できることに
ある。すなわち、移動通信環境では送信局から送信され
た信号は複数の電波伝搬路を経て受信局へ到達するが、
もし、スペクトラム拡散後の帯域幅の逆数（＝チップレ
ート）が、これら各伝搬路の遅延時間差よりも小さけれ
ば、逆拡散後にはこれら各伝搬路を経由して受信される
各信号に対応した相関ピークが現れる（このことをパス
分離という）。各信号は独立なフェージングを受けてい
るから、これらを合成すればダイバーシティによる改善
効果が得られる。このことを利用する受信方法はＲＡＫ
Ｅ受信として知られている。

【０００９】しかし、このような逆拡散によるパス分離
機能は、以下のような欠点をもたらす。すなわち、前述
の送信電力制御で制御可能なのは合成受信波の電力であ
り、伝搬路毎の送信電力制御はできない。このことは、
パス分離後の信号には、いぜんとしてフェージングに起
因する変動が残ることを意味する。パス分離後の信号は
全てが同一の希望信号成分であるにもかかわらず、これ
ら個々の受信電力は一定になるように制御されないか
ら、これらの相互の干渉（希望信号の拡散系列の自己相
関特性に依存する）によってＲＡＫＥ受信によるダイバ
ーシティ効果が得られなくなる。

【００１０】さらに、他の通信者からの受信信号も複数
の伝搬路を経由して受信されるから、希望信号は、これ
ら他の通信者の複数の伝搬路を経由したそれぞれの受信
信号からの干渉を独立に受けることになる。上述のよう
に、合成受信波の電力が一定となるように制御されてい
てもパス分離後の信号には変動が残るから、希望信号が
被る干渉の影響は分離後の信号の変動と同じ速さで変化
することになる。

【００１１】この欠点を回避する一方法は、各通信者の
パス分離後の各信号成分を独立した干渉波とみなして、
上述の逆相関フィルタを適用することである。すなわ
ち、例えば、Ｎ人の通信者が存在して、それらの全てが
ｍケの伝搬路を持つとき、逆拡散によるパス分離後に得
られるｍＮケの信号を独立の通信者からの信号とみなし
て、逆相関フィルタ（このとき、逆相関フィルタの伝達
関数はｍＮ×ｍＮの有理関数行列になる）を構成する。
上述のように、逆相関フィルタは各受信信号の電力に差
があっても影響を受けないから、パス分離後の信号に変
動が残っても干渉波の影響を取り除ける。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この方法は
以下のような致命的な欠陥がある。すなわち、逆相関フ
ィルタは優れた干渉キャンセル効果があるが、同時に雑
音強調効果がありその程度はその逆相関フィルタのサイ
ズが大きいほど大きくなる。各通信者のパス分離後の各
信号成分を独立した干渉波とみなして逆相関フィルタを
構成する方法では、各通信者がｍケの伝搬路を持つとき
逆相関フィルタのサイズはｍ倍になってしまう。換言す
れば、Ｎ人の通信者しか存在しないにもかかわらず、ｍ
Ｎ人の通信者に対する逆相関フィルタと同程度の雑音強
調を被ることになる。

【００１３】前述のＲ．ＬｕｐａｓａｎｄＳ．Ｖｅ
ｒｄｕは、逆相関フィルタの雑音強調効果を評価する尺
度として漸近特性（ＡｓｙｍｐｔｏｔｉｃＥｆｆｉｃ
ｉｅｎｃｙ）を用いることを提案している。いま、ｋ番
目の通信者を参照する希望通信者とするとき、この通信
者の漸近特性η_kは、 η_k＝ｌｉｍｅ_k（σ）／ｗ_k （１）で定義される。但し、ｌｉｍはσ→０、ｅ_k（σ）は干
渉が無いＡＷＧＮ下（雑音電力σ²）でｋ番目のユーザ
が誤り率Ｐ_k（σ）を得るのに必要な信号電力、ｗ_kは
他の通信者が存在する環境で同一の誤り率Ｐ_k（σ）を
得るのに必要な信号電力である。σ→０はＳＮＲ→∞を
表すから、１／η_kは誤り率カーブの漸近特性比（ｄＢ
では差）に他ならない。このことは、逆相関フィルタの
雑音強調効果のために、同一の誤り率を得るのに必要な
希望波信号電力が最大で１／η_k倍必要なことを表す
（但し、干渉波の影響は受けない）。

【００１４】漸近特性は逆相関フィルタの伝達関数から
計算できる。図２は、漸近特性を示したもので、横軸は
通信者数、縦軸は第１通信者に対する漸近特性η₁であ
る。但し、拡散率は３１、拡散系列はＧｏｌｄ系列であ
る。パラメータは、伝搬路数１、カーブ２は伝搬路数２
の場合を示している。伝搬路数２の場合、伝搬路数１と
比較して漸近特性η₁の劣化が著しい。

【００１５】このように各通信者のパス分離後の各信号
成分を独立した干渉波とみなす方法では、複数の伝搬路
が存在する下では大きな雑音強調効果を受けているた
め、結局逆相関フィルタによる干渉キャンセル効果を相
殺する結果となってしまう。この発明の目的は、複数の
伝搬路が存在する環境においても同時通信者数環境にお
ける逆相関フィルタの雑音強調以上の強調効果を受けな
いＣＤＭＡ受信装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明では、逆相関フ
ィルタが複数の伝搬路が存在する下で大きな雑音強調効
果を受ける問題を回避するために、各通信者からの受信
信号を、拡散系列波形をチャネルのインパルス応答で畳
み込んだ波形に対し逆拡散手段、つまり整合フィルタ又
は、スライディング相関で逆拡散し、その逆拡散結果の
信号ベクトルに対して逆相関フィルタを適用する。この
ことは、以下に述べる手段で具体的に実現できる。

【００１７】まず、信号処理手段により各通信者の各伝
搬路に対応する信号をパス分離する。つまり前述のよう
に、各通信者の各パスの各信号成分を独立した干渉波と
みなして、それぞれに対して逆拡散することでパス分離
を実現する。これは通常のＲＡＫＥ受信におけるパス分
離と同一である。このパス分離の後に、その分離された
各信号成分を並べたベクトルを作り、このベクトルに対
して、伝達関数Ｇ（ｚ）がＧ（ｚ）＝〔Ｐ^HＳ（ｚ）Ｐ〕^-1Ｐ^H （２）で与えられる逆相関フィルタを適用する。但し、Ｐはパ
スのインパルス応答を通信者ごとに並べた行列で、Ｎ人
の通信者がそれぞれｍケの伝搬路を持つとき、ｍＮ×Ｎ
の複素行列となる。例えばｍ＝２の場合、Ｐは、となる。但し、Ｐ_ijはｉ番目の通信者のｊ番目の伝搬路
のインパルス応答で、この伝搬路のフェージング複素振
幅に他ならない。Ｈは複素共役転置を表す。また、式
（２）において、Ｓ（ｚ）^-1はパス分離後に得られる信
号を独立の通信者からの信号とみなす場合の逆相関フィ
ルタの伝達関数で、それぞれの通信者がｍケの伝搬路を
持つときｍＮ×ｍＮの有理関数行列になることは前述し
たとおりである。

【００１８】式（２）の伝達関数行列の逆ｚ変換である
インパルス応答を前記パス分離された各信号成分を並べ
たベクトルに対して畳み込み演算を行うことは、各信号
源（通信者）ごとに、複数のパスが存在しても、それぞ
れ各信号源（通信者）ごとに一つの信号として合成され
た信号に対して逆相関フィルタ処理を行うことと数学的
に等価である。従って複数の伝搬路が存在しても、受信
機入力におけるそれらの合成結果が一つの信号とみなさ
れることになり、この合成後の信号に対して逆相関フィ
ルタが適用され、雑音強調効果は伝搬路の数が通信者の
数と一致している場合と等しくなり、雑音強調効果が増
大することはない。

【００１９】

【実施例】図１Ａにこの発明の実施例を示す。入力端子
１１からの受信信号は信号処理手段１２で各通信者の各
伝搬路に対応する信号がパス分離され、これら各信号成
分を並べたベクトルとして出力される。これは例えば通
信者ごとに、その各伝搬路ごとに対応した整合フィルタ
又はスライディング相関器を用いて取り出せる。この信
号ベクトルは逆相関フィルタ１３と１４とへ供給され
る。逆相関フィルタ１３の伝達関数はＳ（ｚ）^-1であ
り、逆相関フィルタ１４の伝達関数は〔Ｐ^HＳ（ｚ）
Ｐ〕^-1Ｐ^Hである。逆相関フィルタ１３の出力と、スイ
ッチ１５からの参照応答信号とがインパルス応答推定器
１６に入力され、伝搬路のインパルス応答推定値行列Ｐ
が求められ、このインパルス応答推定行列Ｐと伝達関数
Ｓ（ｚ）^-1から逆相関フィルタ１４の伝達関数〔Ｐ^HＳ
（ｚ）Ｐ〕^-1Ｐ^Hが設定される。逆相関フィルタ１４の
出力は判定回路１７で各通信者の送信情報が最終的に判
定識別される。スイッチ１５は判定回路１７の出力と端
子１８からのトレーニング信号とを切替えてインパルス
応答推定器１６へ供給する。

【００２０】入力端子１１に受信される信号系列のフレ
ーム構成は図１Ｂに示すようにトレーニング信号２１
と、各通信者の情報データ２２とが交互に繰返されるも
のである。トレーニング信号２１のパターンとタイミン
グとは送信側と受信側とで互いに知られている。従って
トレーニング信号２１の区間ではスイッチ１５は端子１
８側に接続されて、受信側で発生された正しいトレーニ
ング信号２１が参照応答信号としてインパルス応答推定
器１６に入力される。

【００２１】各通信者のパス分離された各伝搬路に対応
する信号は、これらを独立した干渉とみなすことにより
構成される逆相関フィルタ１３の出力信号として得ら
れ、つまり逆相関フィルタ１３から他の伝搬路に対応す
る信号よりの干渉の影響が除去された各伝搬路に対応す
る信号成分が得られるため、例えばトレーニング信号を
受信中における逆相関フィルタ１３からの各通信者の伝
搬路と対応する信号に、端子１８からの正しいトレーニ
ング信号２１の逆数を、インパルス応答推定器１６で乗
算して各伝搬路のインパルス応答Ｐ_ijを求める。あるい
は正しいトレーニング信号の複素共役、逆相関フィルタ
１３の出力に乗算して、インパルス応答を求めてもよ
い。

【００２２】このようにして得られたインパルス応答Ｐ
_ijを用いて逆相関フィルタ１４の伝達関数〔Ｐ^HＳ
（ｚ）Ｐ〕^-1Ｐ^Hが設定される。逆相関フィルタ１４の
出力は判定回路１７で各通信者毎に送信情報の判定（Ｂ
ＰＳＫ伝送の場合は２値判定）がなされてその判定結
果が出力端子１９に出力される。通信者の移動に伴っ
て、各伝搬路のインパルス応答は変動する。このような
環境においても、伝搬路の変動に追随しながらインパル
ス応答の推定値を平滑化するアリゴリズム、例えば逐次
最小２乗法等の適応アルゴリズムが適用される。情報デ
ータ２２を受信中は判定回路１７からの各通信者ごとの
判定結果が参照応答信号としてインパルス応答推定器１
６に入力される。このように逆相関フィルタ１４の出力
を各通信者ごとに判定した結果を、前記適応アルゴリズ
ムに必要とする参照応答信号としているため、この参照
応答信号は同時通信者数以上の雑音強調効果を受けてい
ない。従ってその分だけ追随特性が向上する。

【００２３】上述において、通信者の数が１つ、また１
つの通信者について伝搬路の数が１つであっても、干渉
除去された信号を得ることができる。またこの発明は移
動通信のみならず、他の通信においても適用できる。

【００２４】

【発明の効果】以上、説明したようにこの発明によれ
ば、逆相関フィルタは、その雑音強調効果は伝搬路の数
に依存することなく、通信者の数で決まる。逆相関フィ
ルタにこのような特徴を持たせるために必要な各伝搬路
のインパルス応答を、パス分離された各伝搬路に対応す
る信号を独立した干渉とみなすことにより構成される逆
相関フィルタ出力を用いて推定するので、この過程では
他の伝搬路に対応する信号からの干渉の影響を受けな
い。また、この推定過程において、適応アルゴリズムが
必要とするインパルス応答信号にこの発明による逆相関
フィルタ出力を各通信者ごとに判定した結果を用いるた
め、参照信号は同時通信者数以上の雑音強調効果を受け
ない。従って、適応アリゴリズムのチャネル変動への追
随特性は向上する。

【００２５】図２に、前述の内容に加えて、この発明に
よる逆相関フィルタを用いる場合の第１通信者に対する
漸近特性η₁も示してある。カーブ３は、伝搬路数２の
場合のこの発明による漸近特性η₁である。伝搬路数が
２であるにもかかわらず、伝搬路数１の場合の漸近特性
η₁（カーブ１）に一致し、漸近特性η₁は劣化しな
い。つまりこの発明によれば同一信号の伝搬路数が増加
しても雑音強調効果が増大しないことが理解される。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａはこの発明の実施例を示すブロック図、Ｂは
伝送信号のフレーム構成の一例を示す図である。

【図２】雑音強調効果の評価に用いられる漸近特性を示
し、横軸は通信者数、縦軸は第１通信者に対する漸近特
性η₁であり、拡散率は３１、拡散系列はＧｏｌｄ系列
で、カーブ１：伝搬路数１の場合の第１通信者に対する
漸近特性η₁、カーブ２：伝搬路数２の場合の各通信者
のパス分離後の各信号成分を独立した干渉波とみなす逆
相関フィルタの第１通信者に対する漸近特性η₁、カー
ブ３：伝搬路数２の場合の、この発明が適用された逆相
関フィルタの第１通信者に対する漸近特性η₁を示す
図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単数、又は複数の通信者からの、単数、
又は複数の伝搬路を経由して受信されるそれぞれの受信
信号をそれぞれ対応する拡散系列で逆拡散して逆拡散後
の信号ベクトルを得る信号処理手段と、上記逆拡散後の信号ベクトルに対して伝達関数行列がＳ
（ｚ）^-1で与えられる逆相関フィルタの演算を行う手段
と、上記単数、又は複数の通信者からの送信情報の推定値、
及び、上記伝達関数行列Ｓ（ｚ）^-1の逆相関フィルタの
出力ベクトルを入力として上記単数又は複数の通信者の
単数、又は複数の伝搬路のそれぞれのインパルス応答を
逐次的に推定してその推定値を並べた行列Ｐを出力する
手段と、上記インパルス応答の推定値を並べた行列Ｐ、及び上記
Ｓ（ｚ）により決る伝達関数行列が〔Ｐ^HＳ（ｚ）Ｐ〕
^-1Ｐ^Hで与えられる逆相関フィルタの演算を上記逆拡散
後の信号ベクトルに対して行う手段と、上記伝達関数行列〔Ｐ^HＳ（ｚ）Ｐ〕^-1Ｐ^Hの逆相関フ
ィルタの出力ベクトルを判別識別して上記単数、又は複
数の通信者からの送信情報を推定して上記送信情報の推
定値とする手段と、を具備することを特徴とする符号分
割多重通信受信装置。
【請求項２】トレーニング信号を受信している区間
は、上記送信情報の推定値にかえ、受信トレーニング信
号と対応する正しいトレーニング信号を上記ベクトルＰ
を出力する手段へ供給する切替え手段を具備することを
特徴とする請求項１記載の符号分割多重通信受信装置。
【請求項３】上記通信者は複数であり、かつ、その通
信者の少くとも１人からの伝搬路は複数であることを特
徴とする請求項１又は２記載の符号分割多重受信装置。