JPH07240735A - 符号分割多重通信受信装置及び受信方法 - Google Patents

符号分割多重通信受信装置及び受信方法

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JPH07240735A
JPH07240735A JP6029566A JP2956694A JPH07240735A JP H07240735 A JPH07240735 A JP H07240735A JP 6029566 A JP6029566 A JP 6029566A JP 2956694 A JP2956694 A JP 2956694A JP H07240735 A JPH07240735 A JP H07240735A
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JP6029566A
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Tadashi Matsumoto
正 松本
Toshiro Kawahara
敏朗 河原
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NTT Docomo Inc
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Mobile Communications Networks Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 逆相関フィルタ処理における通信者数の増加
に伴う雑音強調効果を減少させる。 【構成】 通信者ごとに逆拡散して逆拡散出力ベクトル
を作り(S1 )、それを蓄積すると共に振幅を推定する
(S2 ,S3 )、前記逆拡散出力ベクトルを逆相関フィ
ルタ処理し(S4 )、その出力を通信者毎に識別し、更
に誤り符号を復号して誤りの有無を検出する(S5 ,S
6 )、誤り検出されなかった通信者の識別結果と推定振
幅とを相関フィルタ処理して、逆拡散出力ベクトル中の
誤り検出されなかった通信者の信号成分を得(S8 ,S
9 )、これを蓄積中の逆拡散出力ベクトルから減算し、
その結果を新たな逆拡散出力ベクトルとして蓄積すると
共にステップS4 に戻る(S10,S11)。この後の処理
を前記減算分の信号数が減少した処理となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】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
信受信装置、特に受信信号を奏する複数の拡散系列によ
り逆拡散し、これら逆拡散系列を逆相関フィルタ処理し
て干渉除去された逆拡散出力を得る受信装置及びその受
信方法に関する。
【0002】
【従来の技術】スペクトラム拡散通信の優れた耐干渉性
や秘匿性から、さまざまな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(CDM
A)の実用のための検討がさかんになりつつある。CD
MA方式の問題点は通信者の所在位置によって中心局が
受信する受信信号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。
【0003】例えば、中心局の近くの通信者と遠くの通
信者が同時に通信を行う場合、中心局では近くの通信者
からの信号電力は大きく受信されるのに対して、遠くの
通信者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、遠くの通信者と中心局間の通信が、近くの
通信者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。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、通信者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。
【0004】遠近問題が主な特性劣化要因となる代表的
な通信システムは、移動通信システムである。この移動
通信システムにおいて前述の送信電力制御を行う場合、
所定の通信品質で通信を行えるゾーン内の場所率の、送
信電力制御による改善効果は文献:W.C.Y.Le
e,“Overview of Cellular C
DMA”,IEEE Trans.VT.Vol.VT
−40,pp.291−302,1991によって解析
されている。また、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.Gilhousen,I.
M.Jacobs,R.Padovani,A.J.V
iterbi,L.A.Weaver,Jr,and
C.E.Wheatley III,“On the Ca
pacity of a Cellular CDMA
System”,IEEETrans.VT,Vo
l.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.Kudoh and T.Mats
umoto,“Effect of Transmit
ter Power Control Imperfe
ctions on Capacity in DS/
CDMA Cdllular Mobile Radi
os”,Proc.of IEEE ICC '92,C
icago,pp.310.1.1−6,1992は、
前述の移動通信システムの相対周波数利用効率に及ぼす
制御誤差の影響について考察している。それによれば、
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
andra LupasとSergio Verdu
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。このクラスは逆相関フィルタ
と呼ばれている。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.Lupas
and S.Verdu,“Near−Far Re
sistaceof Multiuser Detec
tors in Asynchronous Chan
nels”,IEEE Trans.COM,Vol.
COM−38,pp.496−508,1990に示さ
れている。また、このような特性を持った逆相関フィル
タを実用的な処理量で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。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この逆相関
フィルタには以下のような欠点がある。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、その雑音強調効果の程度は同時
通信者数が大きいほど大きくなる。このことは、多くの
同時通信者を収容しようとすると、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とを意味する。
【0008】この発明の目的は、逆相関フィルタにより
干渉キャンセルを行うと共に雑音強調効果を低減した符
号分割多重通信受信装置及び受信方法を提供することに
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】先ずこの発明の原理を説
明する。逆拡散の過程の伝達関数(同時通信者数をNと
して、N×N行列) GN (z)-1=R1 t z+R0 +R1 -1 (1) で表現され、その逆拡散出力ベクトルのz変換Y
N (z)が YN (z)=GN (z)-1WBN (z) (2) で与えられることを、逆相関フィルタはその原理に用い
ている。但し、BN (z)は各通信者の送信情報ビット
(又はシンボル)を並べたベクトルのz変換、Wは各通
信者の受信信号の振幅を対角要素に並べた正方行列、R
0 ,R1 は複素数体CNxN を定義体とする各通信者に対
応する拡散系列相互の部分相関行列である(詳細は、前
述のRuxandra LupasとSergio V
erduの文献を参照されたい)。逆相関フィルタは式
(1)の逆行列(N×Nの有理関数行列)、 GN (z)=(R1 t z+R0 +R1 -1-1 (3) を伝達関数とする線形フィルタであり、その出力はWb
N となる。但し、bN は各通信者の送信情報ビット(又
はシンボル)を並べたベクトルで、BN (z)の逆z変
換である。WbN を各通信者毎に判定識別すればN人の
同時通信者の送信情報が推定できることになる。
【0010】逆拡散出力ベクトルのz変換YN (z)は
WとBN (z)を用いて式(2)で与えられるから、誤
りが検出されなかった通信者(K人とする)の判定識別
後のビット(又はシンボル)列に対して、式(2)の演
算をすれば逆拡散出力ベクトルに含まれるこれらの誤り
を検出しなかった通信者の信号成分を知ることができ
る。従って、これらの誤りを検出しなかった通信者の信
号成分を逆拡散出力ベクトルから差し引いたベクトル
は、誤りを検出した通信者の信号成分と雑音成分を含
み、通信者数がN−K人に減っているものになる。従っ
て、この残りのN−K人の逆拡散ベクトルに対し再び逆
相関フィルタ処理を行えば、その出力信号が被る雑音強
調効果はN人の同時通信者に対する逆相関フィルタの場
合よりも小さくなる。
【0011】上述の処理を繰り返すことで、雑音強調効
果を順次小さくしていくことができる。そして、この処
理を終了するのは、(i)全ての通信者で誤りを検出し
なくなったとき、或は(ii)繰り返しによって誤りを
検出しない通信者数が減らなくなったとき、のいずれか
である。以上がこの発明の原理であって、この発明によ
ればN人(Nは2以上の整数)の通信者からのそれぞれ
の受信信号はそれぞれ対応する拡散系列で逆拡散されて
信号ベクトルが信号処理手段で得られ、その信号ベクト
ルは蓄積手段に蓄積されると共に逆相関フィルタで伝達
関数行列G(z)=(R1 t z+R0 +R1 -1-1
演算処理が行われる。逆相関フィルタの出力は各通信者
毎に識別手段で判定識別され、その判定識別結果につい
て各通信者毎に、誤り検出手段で誤り検出符号が復号さ
れて誤り検出がなされる。一方、各通信者毎の受信信号
の振幅が振幅検出手段で検出され、誤りが検出されなか
った各通信者の判定識別の結果にそれぞれ対応する振幅
検出結果が乗算された系列が相関フィルタで伝達関数行
列G(z)-1=R1 t z+R0 +R1 -1の演算処理が
行われて誤りが検出されなかった通信者の信号成分が得
られる。この誤りが検出されなかった通信者の信号成分
が蓄積手段に蓄積されている信号ベクトルが減算手段で
減算され、その減算結果が蓄積手段に蓄積されると共
に、逆相関フィルタへ供給され、上記のことが繰返され
る。この繰返しは、誤りが検出されなくなるまで、又は
誤り検出しない通信者の数が減少しなくなるまで行う。
【0012】
【実施例】図1にこの発明の実施例を示す。この発明で
は誤り検出符号化された信号を受信の対象とする。つま
り送信側において、入力端子11からの情報データは符
号化器12において、伝送路上で誤りが生じた場合に、
これを検出することができるように誤り検出符号とさ
れ、その符号化出力は拡散器13でスペクトル拡散され
て出力端子14から送信される。
【0013】受信側、つまりこの発明による受信装置に
おいては、入力端子15から入力されたN人の通信者か
らの各受信信号はそれぞれ対応する拡散系列により信号
処理手段16において、整合フィルタ又はスライディン
グ相関器によりそれぞれ逆拡散され、逆拡散出力ベクト
ル(そのz変換をYN (z)とする)が出力される。こ
の逆拡散出力ベクトルは蓄積器17に蓄積される。蓄積
器17から読出された逆拡散出力ベクトルは減算器18
を通じて逆相関フィルタ19に供給される。
【0014】逆相関フィルタ19の伝達関数はG
N-K (z)で与えられる(1回目の処理ではK=0で式
(3)で与えられる)。逆相関フィルタ19から通信者
相互の干渉が除去された逆拡散ベクトルが得られ、この
逆拡散ベクトルは判定識別回路21で通信者毎に判定識
別される。その判定識別の結果は出力端子22から出力
されると共に誤り検出符号復号器23へ供給され、各通
信者毎に誤りの有無が調べられる。この誤りが検出され
たか否かにより、b′N 生成回路24において誤りが検
出されなかった通信者に対しては判定識別結果を、誤り
が検出された通信者に対しては0をそれぞれ並べたベク
トルb′N を生成する。
【0015】 b′N =〔b1 0 b3 0 … 0 bi 0 … 0 bN-1 N 〕 (4) この式(4)は第1,第3,第i,第N−1,第N通信
者には誤りが検出されず、第2通信者には誤りが検出さ
れ、残りは不明であり、誤りが検出されなかった通信者
の数K=5の場合である。このベクトルb′N は伝達関
数がGN -1(z)の相関フィルタ25へ供給される。一
方、信号処理部16からの信号ベクトルは振幅推定回路
26へも供給され、振幅検波又は適応アルゴリズムによ
り各通信者の受信信号の振幅が推定され、その推定振幅
を対角要素に並べた正方行列Wが出力されて相関フィル
タ25へ供給される。相関フィルタ25で Y′N (z)=GN (z)-1WBN (z) (5) が演算される。BN (z)はbN のz変換である。従っ
て式(2)から理解されるように、相関フィルタ25の
出力Y′N (z)は、信号処理部16よりの逆拡散出力
ベクトル中の誤りが検出されなかったK人の通信者の信
号成分に相当する。このK人の通信者の信号成分Y′N
(z)が減算器18へ供給されて、蓄積器17に蓄積さ
れていた逆拡散出力ベクトルYN (z)から引算され
る。この減算器18の出力ベクトルYN (z)−Y′N
(z)=YN-K (z)は誤りを検出した通信者の信号成
分と雑音成分を含む。
【0016】このN−K人の通信者に対応する逆拡散出
力を並べたベクトル、つまりそのz変換YN-K (z)を
蓄積器17に新たに蓄積すると共に、再び逆相関フィル
タ19へ供給して、新たに構成した伝達関数G
N-K (z)を乗算する。この逆相関フィルタ19の出力
信号GN-K (z)YN-K (z)に対して判定識別回路2
1で再び判定識別を行って、前回の処理で誤りが検出さ
れたN−K人の通信者の送信情報が推定できる。
【0017】このとき、GN-K (z)YN-K (z)が被
る雑音強調効果はGN (z)YN (z)が被る雑音強調
効果よりも小さいから、このN−K人の内の何人かの推
定系列には誤りがされなくなる可能性がある。誤りの有
無を調べるために、再び誤り検出符号を復号する。その
結果、もし、N−K人の内の何人かに誤りが検出されな
くなれば、上記の処理を繰り返し行う。繰り返しによ
り、雑音強調効果は順次低減していく。誤りを検出しな
い通信者が存在しなくなれば、その時点で処理を中止す
る。
【0018】制御回路27において、誤り検出符号の復
号によって誤りが検出されずに次回以降の処理から除去
されるべき通信者と、誤りが検出されたために処理を次
回以降に残す通信者の情報から、対応するY
N-K (z),Y′N-K (z),bN-K ′,G
N-K (z),及びG-1 N-K (z)を作ることを減算器1
8、相関フィルタ25、bN-K ′生成回路24、相関フ
ィルタ25、及び逆相関フィルタ19にそれぞれ指令す
る。
【0019】以上の処理の流れ、つまりこの発明の受信
方法を図2に示す。即ち先ず逆拡散により逆拡散出力ベ
クトルが作られ(S1 )、その逆拡散出力ベクトルを蓄
積手段に蓄積し(S2 )、かつ各通信者の受信信号の振
幅を推定して行列Wを作成する(S3 )。次に上記蓄積
した逆拡散出力ベクトルを伝達関数GN (z)で逆相関
処理し(S4 )、その処理結果に対し通信者毎に判定識
別を行い(S5 )、その各通信者毎の判定識別結果につ
いて、誤り検出符号を復号して誤り検出の有無をチェッ
クする(S6 )。誤り検出がなくなるか、誤り検出され
る通信者の数が一定となるかをチェックし(S7 )、何
れでもなければベクトルb′N を生成し(S8 )、その
ベクトルb′N 、振幅行列Wを伝達関数G(z)-1で相
関処理し(S9 )、その相関処理結果を蓄積手段中の逆
拡散出力ベクトルから減算し(S 10)、その減算結果を
新たな逆拡散出力ベクトルとして蓄積手段に蓄積する
(S 11)、また通信者数Nから誤りが検出されなかった
通信者数Kを減算し、その(N−K)を新たな通信者数
NとしてステップS4 に戻る(S12)。このステップS
4 以後では誤り検出されなかった通信者の信号成分の除
去と対応した逆相関伝達関数、相関伝達関数などが用い
られる。ステップS7 で何れかの条件が成立すると処理
を終了とする。
【0020】上述において通信者毎の振幅の推定は、上
述したように受信信号の各通信者毎の振幅を検波して求
める他に、送信信号にトレーニング信号が含まれる場合
は、そのトレーニング信号の受信区間において、例えば
逆相関フィルタ19の出力を、受信側で生成した正しい
トレーニング信号で除算して、各通信者と対応した伝搬
路のインパルス応答を求め、そのある時間の平均的な値
を適応アルゴリズムで推定して、その振幅成分を求めて
もよい。また上述ではこの発明を移動通信に適用した
が、衛星通信、その他の通信にも適用できる。
【0021】
【発明の効果】以上、説明したようにこの発明によれ
ば、符号分割多重通信受信装置において雑音強調効果を
低減し得る逆相関フィルタが構成できる。この発明の有
効性を実証するために行った計算機シミュレーションの
結果を示す。このシミュレーションでは、一次変調をB
PSK、長さ31チップのGold系列で拡散を行い
(プロセスゲイン=31)、同時通信者数を8とし、全
員が等振幅で受信されるものとし(全通信者の受信信号
振幅は既知であるものとした。これは、受信側での振幅
検波や適応アルゴリズムで推定できる)、誤り検出符号
にはCCITT勧告のCRC16符号を用い、フレーム
長は128ビットとし、各通信者は、非同期CDMA環
境で通信を行うこととした。
【0022】図3Aは、このシミュレーションの結果を
示し、横軸は逆拡散後の信号電力対雑音電力比(SN
R)、縦軸は誤り率を表している。●は従来の逆相関フ
ィルタの特性を、○はこの発明の特性を表している。ま
た、点線は単一通信者の場合の理論値を示している。従
来の逆相関フィルタは、その雑音強調効果のために単一
通信者の場合から大きく劣化するのに対して、この発明
によればSNRが大きくなるに従って単一通信者の理論
値に漸近する。
【0023】図3Bは、同じくシミュレーション結果で
あり、横軸は第1の通信者の信号電力対他の通信者の信
号電力比(SIR)、縦軸は第1の通信者の誤り率を表
している。●は従来の逆相関フィルタの特性を、○はこ
の発明の特性を表している。但し、この場合同時通信者
数は16であり、第2〜第16の全ての通信者が第1の
通信者よりも横軸の値だけ大きな受信電力を持つ。ま
た、SNRは−9dBである。他の条件は、図3Aのシ
ミュレーション条件と同一である。
【0024】図3Bからわかるように、この発明によれ
ば他の通信者の受信電力が大きくなると、第1の通信者
の誤り率が改善される。これは、これら大きな受信電力
を持つ通信者の信号は誤り率が小さいから誤りが検出さ
れず、この発明によりその影響が除去され、結果的に少
ない雑音強調効果が実現されているためである。このよ
うに、受信信号電力にバラツキがあるほど、良い特性を
得ることができることが、この発明の特徴である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示すブロック図。
【図2】この発明における処理手順の一例を示す流れ
図。
【図3】誤り率特性のシミュレーション結果を示す図。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 N人(Nは2以上の整数)の通信者から
    の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を蓄積する手段と、 上記逆拡散後の信号ベクトルに対して、複素数体CNxN
    を定義体とする上記N人の通信者に対応する拡散系列相
    互の部分相関行列R0 ,R1 から構成される伝達関数行
    列 G(z)=(R1 t z+R0 +R1 -1-1 の演算を行う逆相関フィルタと、 その逆相関フィルタの出力をそれぞれの通信者毎に判定
    識別する手段と、 そのそれぞれの通信者毎に上記受信信号の振幅を検出す
    る手段と、 上記各通信者毎の判定識別結果について誤り検出符号の
    復号を行う手段と、 上記誤り検出符号の復号の結果、誤りが検出されなかっ
    た通信者の上記判定識別の結果のそれぞれに、対応する
    上記振幅検出の結果を乗算した系列に対して、複素数体
    NxN を定義体とする上記N人の通信者に対応する拡散
    系列相互の部分相関行列R0 ,R1 から構成される伝達
    関数行列 G(z)-1=R1 t z+R0 +R1 -1 の演算を行う相関フィルタと、 上記蓄積された逆拡散後の信号ベクトルから上記相関フ
    ィルタの演算結果を減算する手段と、 上記減算結果を上記蓄積手段に新たに蓄積するととも
    に、上記通信者数Nから上記誤りが検出されなかった通
    信者数を減じた数を新たな通信者数Nとして、誤りが検
    出された通信者に対応する拡散系列相互の部分相関行列
    0 ,R1 から逆相関フィルタを新たに構成して、上記
    逆相関フィルタ以降の処理を繰り返す制御手段と、 を具備する符号分割多重通信受信装置。
  2. 【請求項2】 N人(Nは2以上の整数)の通信者から
    その各受信信号を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第1ステップと、 上記信号ベクトルを蓄積手段に蓄積する第2ステップ
    と、 上記通信者毎の各受信信号の振幅を検出する第3ステッ
    プと、 上記蓄積手段に蓄積されている信号ベクトルを入力し、
    その信号ベクトルに対し、複素数体CNxN を定義体とす
    る上記N人の通信者に対応する拡散系列相互の部分相関
    行列R0 ,R1 から構成される伝達関数行列 G(z)=(R1 t z+R0 +R1 -1-1 で逆相関フィルタ処理をする第4ステップと、 上記逆相関フィルタ処理された結果について通信者毎に
    判定識別する第5ステップと、 上記判定識別結果について通信者ごとの誤り検出符号を
    復号する第6ステップと、 上記誤り検出符号の復号の結果、誤りが検出されるもの
    がなくなったか、繰返し同一誤り数の誤りが検出される
    かの条件が成立すると処理を終了とし、条件が成立しな
    いと次のステップに移る第7ステップと、 上記条件が成立しない場合に、上記誤り検出符号の復号
    の結果、誤りが検出されなかった通信者の上記判定識別
    結果のそれぞれに、対応する上記検出振幅を乗算した系
    列に対して、上記部分相関行列R0 ,R1 から構成され
    る伝達関数行列 G(z)-1=R1 t z+R0 +R1 -1 で相関フィルタ処理をする第8ステップと、 上記蓄積手段に蓄積されている信号ベクトルから上記相
    関フィルタ処理された結果を減算する第9ステップと、 上記減算結果を新たな信号ベクトルとして上記蓄積手段
    に蓄積すると共に、上記通信者数Nから上記誤りが検出
    されなかった通信者の数Kを減じた数N−Kを新たな通
    信者数Nとして上記第4ステップに戻る第10ステップ
    と、 を備える符号分割多重通信受信方法。
  3. 【請求項3】 上記第8ステップは、上記誤りが検出さ
    れなかった通信者に対しては上記判定識別結果を、誤り
    が検出された通信者に対しては0をそれぞれ並べたベク
    トルのz変換B(z)を生成するステップと、上記検出
    された振幅を対角要素に並べた正方行列Wと、上記B
    (z)、上記G(z)-1との積G(z) -1WB(z)を
    求めるステップとよりなることを特徴とする請求項2記
    載の符号分割多重通信受信方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001089125A1 (fr) * 2000-05-11 2001-11-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Appareil et procédé d'annulation d'interférences
KR100477233B1 (ko) * 1996-06-27 2005-05-16 지멘스 악티엔게젤샤프트 Cdma수신장치의수신신호의합성신호중의스퓨리어스성분을검출하기위한방법및신호평가장치

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