JPH11136212A - Ｃｄｍａ受信方法及び受信機 - Google Patents

Ｃｄｍａ受信方法及び受信機

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JPH11136212A
JPH11136212A JP10237203A JP23720398A JPH11136212A JP H11136212 A JPH11136212 A JP H11136212A JP 10237203 A JP10237203 A JP 10237203A JP 23720398 A JP23720398 A JP 23720398A JP H11136212 A JPH11136212 A JP H11136212A
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signal
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cdma
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JP10237203A
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Tenjun Lim
テンジュン リム
Rasmussen Laas
ラスムッセン ラース
Daiki Sugimoto
大樹 杉本
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Wipro Techno Centre Singapore Pte Ltd
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CENTRE FOR WIRELESS COMMUN NATL UNIV OF SINGAPORE
Oki Techno Center Singapore Pte Ltd
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    • H04B1/7095—Sliding correlator type

Abstract

(57)【要約】 【課題】 性能の改善され、非同期のシステムでも用い
得るＣＤＭＡ受信方法及び受信機を提供する。 【解決手段】 複数の拡散符号で拡散されたシンボル値
を合成したＣＤＭＡ信号を受信する方法及び受信機であ
って、(a) ＣＤＭＡ信号をベースバンド信号に変換し、
(b) ベースバンド信号内の各ユーザのための、各マルチ
パスにおけるシンボル境界を認識して遅延推定値を生成
し、(c) 各マルチパスにより信号に与えられた減衰及び
位相の回転を推定してチャネル推定値を生成し、(d) サ
ンプリングレートで、各ユーザのための新しいシンボル
推定値を発生し、(e) 上記シンボル推定値及びチャネル
推定値を用いて受信信号の推定値を発生し、(f) 受信信
号をその推定値と比較し、推定誤差を、送信シンボルを
推定する手段に帰還し、(g)各ユーザの推定されたシン
ボル境界においてシンボル推定値をサンプルし、最終的
なシンボル推定値を得、(h) 各サンプル毎に上記(b)な
いし(g)を繰返す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、再帰推定に基づ
くマルチユーザＣＤＭＡ受信機に関する。特にＣＤＭＡ
信号を受ける方法に関する分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＤＭＡセルラー通信システムは、逆の
即ち上りの（即ち移動携帯機から基地局への）リンクに
おいて同一チャネル間干渉（ないしマルチユーザ又はマ
ルチプルアクセス干渉[ＭＡＩ])を受ける。これは、非
同期で送信をする個々の移動携帯機により使用されてい
る符号チャネル間の直交性を維持することが不可能だか
らである。この種の干渉により上りリンク容量が著しく
制限される。マルチユーザ干渉を減らすことができれ
ば、或いはマルチアクセス干渉(ＭＡＩ)を相関性のない
ノイズとして扱う単一ユーザ検波の代りに、ジョイント
検波を用いれば、容量が大幅に増加する。
【０００３】ＭＡＩ除去(cancellation)に関する研究
は、エス ヴェルデュ(S. Verdu') 「非同期ガウス型マ
ルチプルアクセスチャネルのための最小誤り確率（Mini
mum probability of error for asynchronous Gaussian
multiple-access channels)」IEEE Trans. Inf. Theor
y, vol. 32, no. 1, pp. 85-96, Jan. 1986に遡る。こ
れは、各ユーザにより送信されたビットの復調のための
最尤(ＭＬ)メトリック(metric)とともにビタビ復号器を
使用することについて記述している。最尤検波は複雑で
あり、その複雑さは指数関数的に増大する。２相位相変
調(ＢＰＳＫ)システムにおいて、およそ２K回の積和(mu
ltiply-and-add)を含む。ここで、Ｋはシステム内のユ
ーザの数である。この複雑さのために、ＭＬ検波の実施
が妨げられ、次善策が提案されている。
【０００４】これらのヴェルデュ (Verdu')のＭＬ検波
器から直接派生したもの中に、ゼッド シー（Z. Xi
e)、シー ケイ ラシュフォース(C. K. Rushforth)及
びアールティー ショーツ(R.T. Shorts)「シーケンシ
ャル復号を用いたマルチユーザ信号検波(Multi-user si
gnal detection using sequential decoding)」 IEEE T
rans. Communications, vol. 38, no. 5, pp. 578-583,
May 1990で議論されているシーケンシャル復号器とエ
ル ウエイ(L. Wei)、エル ケイ ラスムッセン(L. K.
Rasmussen)及びアール ウィワス(R. Wyrwas)「ガウス
型および２パスレイリーフェイジングチャネルを介して
行なわれるビット同期マルチユーザＣＤＭＡシステムの
ための近似最適トリー探索検波 (Near-optimum tree-se
arch detection schemes for bit-synchronous multi-u
ser CDMA systems over Gaussian and two-path Raylei
gh fading channels)」IEEE Trans. Communications, V
ol.45, No. 6, pp. 691-700, June 1997で議論されてい
る限定されたトリー探索検波器(limited tree search d
etector)とがある。これらはトリーの全てのブランチを
調べるＭＬアルゴリズムと異なり、復号トリー構造を非
網羅的に(non-exhaustively)に探索すると言う原理に基
づいている。このような方法はなおもかなり複雑であ
り、これらの構成はＬＳＩ回路による実施ではなく、プ
ログラム可能なＤＳＰによる実施を必要とする。しか
し、今日のＤＳＰは、マルチユーザ検波器のトリー探索
を実施するには、十分強力ではない。
【０００５】従来の検波器は受信した信号をフィルタバ
ンクに通す。その各ブランチは１つのユーザの拡散符号
に合致している。フィルタバンクのＫ個の出力は、Ｋ個
の判定装置(ないしスライサー)を通され、そこで送信さ
れたシンボルについての判定がなされる。この簡単な手
法は上記のようにＭＡＩを受けるが、個々のユーザに用
いられる拡散符号間の相互相関（cross-correlation)に
基づく付加的マトリクスフィルタを、ＭＡＩを完全に除
去するように設計することができる。この検波器構成は
ディコリレータ(decorrelating detector)として知ら
れ、アール ルパス(R. Lupas)及びエス ヴェルデュ
(S. Verdu') 「同期符号分割マルチプルアクセスチャネ
ルのための線形マルチユーザ検波器(Linear multi-user
detectors for synchronous code-division multiple-
access channels)」 IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 3
5, no. 1, pp. 123-136, Jan 1989により提案された。
【０００６】ディコリレータの問題点は以下の通りであ
る。
【０００７】1. シンボル間隔よりも長い周期の拡散符
号が用いられた場合、各シンボルに対しマトリクスフィ
ルタを再計算しなければならない。これはＫ x Ｋマト
リクスの反転を含む膨大な計算を要する。
【０００８】2. 長い符号の場合、所与のシンボル間隔
中にＫ人のユーザにより選択された符号が線形的に独立
な組を形成しないと言う可能性がゼロではない。
【０００９】これはディコリレータには致命的である。
【００１０】3. ディコリレータは、他の源からの干渉
及びノイズを考慮することなく、ＭＡＩを除去してお
り、ＭＡＩに因らないノイズ成分を常に増加させる。こ
のノイズの増加の問題は、ディコリレータのごとき、ゼ
ロフォーシングフィルタ（zero-forcing filter)の特性
である。
【００１１】最初の２つの問題を解決することは、送信
された信号ベクトルを再生するためにチャネルマトリク
スを反転するというディコリレータの着想からしてほと
んど不可能である。
【００１２】ノイズ増加の問題は、チャネル等価と同じ
手法、即ち最小平均平方誤差(ＭＭＳＥ)解法を用いるこ
とにより緩和することができる。これは、ゼッド シー
(Z.Xie)、アール ティー ショート(R. T. Short)及び
シー ケイ ラシュフォース(C. K. Rushforth)「コヒ
ーレントマルチユーザ通信のための次善検波器 (A fami
ly of sub-optimum detectors for coherent multi-use
r communications)」IEEE J. Sel. Areas Comms., vo
l. 8, no. 4, pp. 683-690, May 1990により提案され、
さらにユー マドハウ(U. Madhow)及びエム エル ホ
ーニッヒ(M. L. Honig) 「直接拡散スペクトラムＣＤＭ
ＡのためのＭＭＳＥ干渉抑圧(MMSE interference suppr
ession for direct-sequence spread-spectrum CDMA)」
IEEE Trans. Communications, vol. 42, no. 12, pp. 3
178-3188, Dec 1994により探求された。ＭＭＳＥ検波器
はまた理論的にはマトリクス反転を必要とし、拡散符号
についての知識に加えて、受信機におけるノイズ電力に
ついての知識を必要とする。これは非実際的と見えるか
も知れない。しかし、適応形態を用いれば、必要な付随
情報の量を単にトレイニングシーケンス（training seq
uence）だけに減らすことができる。このアプローチ
は、例えばエス エル ミラー(S. L. Miller) 「マルチ
ユーザ干渉排除のための適応ＤＳ−ＣＤＭＡ受信機(An
adaptive direct-sequence code-division multiple-ac
cess receiver for multi-user interference rejectio
ns)」 IEEE Trans. Communications, vol 43, no. 2/3/
4, pp.1746-1755, Feb/Mar/Apr 1995、及びエス ヴェ
ルデュ(S. Verdu'), 「適応マルチユーザ検波(Adaptive
multi-user detection)」（ＣＤＭＡ通信 (Code Divis
ion Multiple Access Communications), エス ジー
グリシック(S. G. Glisic) 及びピー エイ レパネン
(P. A. Leppanen) 編, pp. 97-116, Kluwer Academic P
ublishers, The Netherlands, 1995)により詳述され
た。そして、トレイニングシンボル(training symbols)
の使用を必要としない盲アプローチ（blindapproach)も
エム ホーニッヒ(M. Honig)、ユー マドハウ(U. Madh
ow)及びエスヴェルデュ(S. Verdu') 「盲適応マルチユ
ーザ検波(Blind adaptive multi-user detection)」IEE
E Trans. Inf. Theory, vol. 41, no. 4, pp. 944-960,
July 1995で提案された。
【００１３】適応ＭＭＳＥ検波器は一つの大きな欠点を
有する。それは短符号（short-code）システム、即ち１
シンボル間隔に等しい周期の拡散符号を用いるシステム
においてしか用いられないと言うことである。そのよう
なシステムは現在存在せず、将来のセルラーシステムの
ためにも考慮されていない。それは世界中で各時点で用
いられている単一の移動携帯機の各々を排他的に特定す
るのに十分な長さの符号が必要だからである。
【００１４】他の種のマルチユーザ検波器は、受信信号
からの推定された干渉成分の逐次的減算による干渉除去
の原理で動作する。ピー ペイタル(P. Patel)及びジェ
イホルツマン(J. Holtzmann) 「ＤＳ/ＣＤＭＡシステム
における簡単な逐次的干渉除去の分析(Analysis of sim
ple successive interference cancellation scheme in
a DS/CDMA system)」 IEEE J. Sel. Areas Comms., vo
l. 12, no. 5, pp.796-807, June 1994で議論されてい
る逐次的干渉除去器(ＳＩＣ)、及びエム ケイ ヴァラ
ナシ(M. K. Varanasi)及びビー アーツハング(B. Aazh
ang)「非同期ＣＤＭＡ通信における多段検波(Multi-sta
ge detection in asynchronous code-division multipl
e-access communications)」 IEEE Trans. Communicati
ons, vol. 38, no. 4, pp. 509-519, Apr 1990で議論さ
れている並列（parallel）干渉除去器(ＰＩＣ)は周知で
あり、その基本的構成に多くの改良が提案されている。
注目すべきものの中に、エム サワハシ(M. Sawahash
i)、エイチ アンドウ(H.Andoh)及びケイ ヒグチ(K. H
iguchi)「繰返し更新されるチャネル推定を用いたＤＳ
−ＣＤＭＡパイロット及びデータシンボルを用いたコヒ
ーレント多段干渉除去器(DS-CDMA pilot and data symb
ol-assisted coherent multistage interference cance
ller using repeatedly updated channel estimatio
n)」 （the Proc. IEEE Int'l Conf. Comm. Systems (I
CCS)/Int'l Wkshop Intelligent Sig. Proc. & Comm. S
ystems (ISPACS), Singapore, Nov. 1996, pp. 585-58
9）で議論されているハイブリッドシリアル−パラレル
（serial-parallel）構造と、U.S.Patent 5,579,304及
びディー ディヴサラー(D. Divsalar)及びエム シモ
ン(M.Simon)「パラレル干渉除去を用いた改善されたＣ
ＤＭＡ性能(Improved CDMA performance using paralle
l interference cancellation)」, Tech. Rep. 95-21,J
et Propulsion Lab., California Inst. of Tech., Oc
t. 1995で議論されている、硬判定の代りに各段の出力
における暫定的な判定の使用とがある。特に線形クリッ
パー（clipper）軟判定機能は、硬判定ＳＩＣに対し性
能の面でめざましい改良をもたらす。このことは、エク
ス ツァング(X Zhang)及びディー ブランディ(D. Bra
dy)「非同期ＡＷＧＮチャネルのための軟判定多段検波
(soft-decision multi-stage detection for asynchron
ous AWGN channels)」, Proc. 31stAnnual Allerton Co
nf. Comms., Cont. & Comp., Monticello, IL, 1993 に
示され、また、他のアルゴリズムがエル ビー ネルソ
ン(L.B. Nelson)及びエイチ ヴィ プア(H.V. Poor)
「ＣＤＭＡチャネルのための繰返しマルチユーザ受信
機：ＥＭに基づくアプローチ(Iterative multi-user re
ceivers for CDMA channels: an EM-based approach)」
IEEE Trans. Communications, vol. 44, No.12, pp. 1
700-1710, Dec. 1996に示されている。
【００１５】種々の減算的干渉除去器がU.S. Patents
5,579,304, 5,218,619, 5,467,368,及び5,363,403に開
示されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】提案されたマルチユー
ザＣＤＭＡ検波器の種類が多いので、性能に応じてこれ
らに順位を付けることは容易ではない。ただ、言えるこ
とは、ＭＬ検波器が最も良く、従来の検波器が最も悪い
と言うことである。従って我々は本発明が他の全てのマ
ルチユーザＣＤＭＡ検波器よりも性能が良いと主張する
ものではない。しかし、ディー エス チェン(D. S. C
hen)及びエス ロイ(S. Roy)「ＣＤＭＡシステムのため
の適応マルチユーザ受信機(An adaptive multi-user re
ceiver forCDMA systems)」 IEEE J. Sel. Areas Comm
s., vol. 12, no 5, pp. 808-816,June 1994に記載され
た類似の検波器に比べ、性能が大幅に改善され、４段線
形クリッパー（clipper）ＳＩＣに比べ性能が同等であ
る。これについては後に明らかになろう。
【００１７】ディー エス チェン(D. S. Chen)及びエ
ス ロイ(S. Roy)「ＣＤＭＡシステムのための適応マル
チユーザ受信機(An adaptive multi-user receiver for
CDMA systems)」 IEEE J. Sel. Areas Comms., vol. 1
2, no 5, pp. 808-816, June1994 において、再帰最小
二乗(ＲＬＳ) 重み（weight）更新と、既知の拡散符号
及びチャネル係数に基づいて受信信号を再生する着想に
基づいて動作する検波器が記載されている。用いられた
チャネルモデルはここで記載されているものと類似であ
るが、同期送信、即ち全てのユーザのシンボル間隔が同
期していることを前提にしている。一方本発明は、非同
期システムを含む。また、ここで記載される重み（weig
ht）更新アルゴリズムはディー エス チェン(D. S. C
hen)及びエス ロイ(S. Roy)「ＣＤＭＡシステムのため
の適応マルチユーザ受信機(An adaptive multi-user re
ceiver for CDMA systems)」 IEEE J. Sel. Areas Comm
s., vol. 12, no 5, pp. 808-816, June 1994で用いら
れたＲＬＳアルゴリズムと異なる。
【００１８】ティー ジェイ リム(T. J. Lim)及びエ
ル ケイ ラスムッセン(L. K. Rasmussen)「非同期マ
ルチユーザＣＤＭＡ検波器における適応シンボル及びパ
ラメータ推定 (Adaptive symbol and parameter estima
tion in asynchronous multi-user CDMA detectors)」,
IEEE Trans. Communications, vol. 45, no. 2, pp. 2
13-220, Feb 1997において、ジョイント（joint）パラ
メータ推定及びビット検波アルゴリズム（拡張されたカ
ルマン（Kalman)フィルタ (ＥＫＦ)を用いたもの）が提
案された。そのアルゴリズムの新規な点は、時間遅延推
定値及びビット推定値をＥＫＦと共に適合させたことで
ある。このＥＫＦは、本発明で用いるカルマンフィルタ
と異なる。本発明では、時間遅延が知られている場合に
限り利用できるからである。
【００１９】本発明の目的は、同種のものに比べ性能の
改善されたＣＤＭＡ受信方法及び受信機を提供すること
にある。
【００２０】本発明の他の目的は、非同期のシステムで
も用い得るＣＤＭＡ受信方法及び受信機を提供すること
にある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】従って、本願の一つの発
明は、複数の拡散符号により拡散されたシンボル値を組
合わせたＣＤＭＡ信号を受信する方法であって、(a) Ｃ
ＤＭＡ信号をベースバンド信号に変換するステップと、
(b) ベースバンド信号中の、各ユーザのための各マルチ
パス内のシンボル境界を認識し、遅延推定値を発生する
ステップと、(c) 各マルチパスにより信号に与えられた
減衰及び位相の回転を推定し、チャネル推定値を発生す
るステップと、(d) サンプリングレートで各ユーザのた
めの新しいシンボル推定値を発生するステップと、(e)
上記シンボル推定値とチャネル推定値を用いて受信信号
の推定値を発生するステップと、(f) 受信信号をその推
定値と比較し、推定誤差を、送信シンボルを推定する手
段に帰還するステップと、(g) 各ユーザの推定されたシ
ンボル境界においてシンボル推定値をサンプリングし、
最終的なシンボル推定値を得るステップと、(h) ステッ
プ(b)から(g)を、新たなサンプルの度に繰返すステップ
とを有するものを提供する。
【００２２】本願のさらなる発明は、複数の拡散符号で
拡散されたシンボル値を合成したＣＤＭＡ信号を受ける
手段と、ＣＤＭＡ信号をベースバンド信号に変換する手
段と、ベースバンド信号内の、各ユーザのための各マル
チパス内のシンボル境界を認識して、遅延推定値を生成
する手段と、各マルチパスにより信号に与えられた減衰
及び位相の回転を推定して、チャネル推定値を生成する
手段と、該サンプリングレートで各ユーザのための新し
いシンボル推定値を発生する手段と、シンボル推定値及
びチャネル推定値を用いて、受信信号の推定値を発生す
る手段と、受信信号をその推定値と比較し、推定誤差
を、送信シンボルを推定する手段に帰還する手段と、各
ユーザの推定されたシンボル境界において、シンボル推
定値をサンプルし、最終的なシンボル推定値を得る手段
とを備えたＣＤＭＡ信号受信機を提供する。
【００２３】移動通信チャネルは、時間とともに変化す
る。従って、許容し得る受信機の性能を維持するため
に、これらの変化を追跡することが必要である。マルチ
パス探索器は、常にチャネルを探し、最も良好なパスが
受信機で使用されることを保証するための装置である。
従来のマルチパス探索器は、受信信号を所望のユーザの
拡散符号を時間シフトしたもの（time-shifted versio
n)と相関させる、１又は２以上のスライディング相関器
から成っている。特定の範囲内の全ての時間遅延の、相
関器の出力が記録され、もし、Ｌ個の最も良いパスを受
信機において使用すべきであるならば、Ｌ個の最も大き
い相関器出力に対応する遅延が選択される。
【００２４】マルチユーザＣＤＭＡシステムにおいて、
受信信号はＭＡＩにより汚される。従って、それをスラ
イディング相関器で直接用いると、単一ユーザシステム
よりも性能が落ちる。
【００２５】従って、本願の他の発明は、受信機の出力
においてマルチパス探索を行なう方法であって、各ユー
ザにより送信された推定されたシンボルを再拡散するス
テップと、再拡散信号を合計するステップと、受信信号
から合計された信号を減算して、残留誤差信号を得るス
テップと、残留誤差信号を、マルチパス探索器のバンク
に供給するステップとを有する。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明の一層の理解のため、添付
の図面を参照して実施の形態を説明する。
【００２７】図１は、本発明の実施の形態のＣＤＭＡ受
信機の構成を示すブロック図である。同図において、１
２は遅延手段、１４は乗算手段、１６は加算手段、１８
は乗算手段、２０は合計演算手段、２２は減算手段、２
４はシンボル推定更新手段、２６は遅延手段、２８はチ
ャネル推定器、３０はサンプリング手段、３２はスライ
サである。
【００２８】信号 r(n) は、1/Tsのレートでサンプルさ
れた連続時間（continuous-time）ベースバンド受信信
号のn番目のサンプルを表わす。以下の式から、r(n)の
推定値が得られる。これは、
【数３】 で表わされる。
【００２９】
【数４】 ここで、Ｋは、セル内の、アクティブな移動ユーザの
数、Lは、受信機において追跡されるユーザ当たりのマ
ルチパスの数である。パス遅延推定値
【数５】 及び複素チャネル係数推定値
【数６】 は、特定されないチャネル推定器及びマルチパス探索器
/追跡器を用いて得られたものと仮定する。sk(n)は、シ
ステム内のk番目のユーザにより用いられる拡散符号で
あり、
【数７】 は、サンプル時点ｎにおける受信信号に貢献する、シス
テム内のk番目のユーザにより送信されたシンボルの推
定値である。
【００３０】所与の(a priori)推定誤差
【数８】 は
【数９】 のための再帰更新アルゴリズムに供給される。このアル
ゴリズムにより、
【数１０】 即ち送信シンボルの次に推定値が発生される。更新アル
ゴリズムは、
【数１１】 がbk(i)にできるだけ近くなるように設計される。ここ
で、bk(i)は、時刻ｎにおいて受信信号を生じさせる真
の送信シンボルである。インデクスｉはｉ番目のシンボ
ル間隔を意味する。全てのそのようなアルゴリズムにお
いて、その挙動（例えばステップサイズ、初期値等）を
決めるパラメータを特定する必要がある。これらは図１
において、「パラメータ」と表記されている。シンボル
推定値更新ブロックでは、複素係数及びマルチパス遅延
の推定値をも必要とする。このことも図１に示されてい
る。
【００３１】図１において、すべての時間変数は、サン
プル間隔の単位で表わされている。r(n)はサンプルされ
た受信信号系列、Sはセル内のすべてのユーザの拡散符
号を表わし、
【数１２】 は、ｉ番目のシンボル間隔ないし時点における、k番目
のユーザのためのシンボル決定値(symbol decision)で
あり、
【数１３】 はマルチパス遅延推定値のベクトルであり、
【数１４】 は複素マルチパス係数のベクトル、Tはシンボル間隔、z
-1は１サンプル遅延を表わし、sk(n)はk番目のユーザの
拡散波形のｎ番目のサンプルである。
【００３２】個々のユーザは、非同期的に送信を行なう
と仮定されるので、シンボル判定は、異なる時刻に行な
われる。ユーザkに対し、
【数１５】 が時刻
【数１６】 においてサンプルされる。ここで、Tはシンボル区間で
あり、
【数１７】 である。結果は、シンボル復号のためスライサー又はメ
モリを用いない（memoryless）判定装置に送られる。全
ての時間変数がサンプル間隔に対して正規化されている
ことに注意を要する。このプロセスは図１の下部に示さ
れている。
【００３３】本発明の受信機の他の実施の形態が図２
（Ａ）に示されている。同図において、１２は遅延手
段、３４は乗算手段、２２は減算手段、３６は合計演算
手段、３８は状態推定更新手段、４０はマルチパス探索
器である。
【００３４】図２（Ａ）の場合、シンボル推定値ベクト
ル
【数１８】 の代りに、状態推定ベクトルが"状態推定更新"ブロック
で更新される。状態推定値ベクトルは、
【数１９】
【００３５】状態ベクトルの各ベクトルは、１シンボル
−変調パス係数の推定値、即ち、
【数２０】 等である。この構成においては、チャネル推定値
【数２１】 は状態推定更新アルゴリズムでは必要とされないが、図
２（Ｂ）に示されるように、最大比合成器におけるコヒ
ーレント復調で用いられる。
【００３６】図２（Ｂ）において、４２はサンプリング
手段、４４は乗算手段、４６は遅延手段、４８は合計演
算手段、５０はスライサである。
【００３７】図１及び図２（Ａ）の受信機構成の双方に
おいて、キーポイントは、ユーザにより送信されたシン
ボルの推定値を逐次的に改善していく目的で、ベクトル
を系統的（systematic）方法で再帰的に変更ないし更新
することである。その目的は、以下の２つの関数のいず
れかを、（どの受信機構成が用いられているかに応じ）
【数２２】 又は
【数２３】 に関し、最小にすることにより、達成される。
【００３８】
【数２４】
【００３９】式(2)において、
【数２５】 は図２（Ａ）の
【数２６】 及び図１の
【数２７】 の双方を含むと理解される。
【００４０】J1(n)とJ2(n)の差は小さいがしかし意味が
ある。J1(n)を最小にするには、x(n)の時間変数に関す
る情報を知るか仮定する必要がある。J2(n)の最小化の
ためにはそのような情報は不要である。しかし、このこ
とは前者のアプローチが劣っていると言うことを意味し
ない。むしろ逆である。なぜなら、J1(n)を最小にする
と、信号のモデル化のおける自由度が増すことになり、
以下のような利点がある。
【００４１】多くの適応的又は再帰アルゴリズムは式
(2)及び(3)のJ1(n)又はJ2(n)の最小化に基づき得られ
る。その例には、推測的な（stochastic）最急降下及び
再帰ガウス−ニュートンアルゴリズム（文献により周知
である）である。
【００４２】この例において、カルマンフィルタに基づ
くアルゴリズムが図１の受信機用に開発された。ここ
で、２相位相変調(ＢＰＳＫ)変調が用いられると仮定し
ている。
【００４３】カルマンフィルタは統計的検波及び推定理
論において周知の手段であり、無数の変形例がある。こ
れらの変形例は、数値的安定性又は計算機効率を改善す
るために導入されたものである。最も有名な例は、所
謂"平方根"カルマンフィルタリングアルゴリズムであ
る。これは P(n)自体ではなく、P(n)の共分散マトリク
スの平方根因子を更新し、これによりこのマトリクスの
対称性を維持する。
【００４４】Ｋ人のユーザの各々が、各々L個のパスを
備えたマルチパスチャネルを介して送信し、いずれのユ
ーザのための最大パス遅延も、シンボル間隔Tよりも十
分に小さいと仮定すると、受信信号は下記の式で与えら
れる。
【００４５】
【数２８】 ここで、s(n)はチャネル修正された拡散符号の行ベクト
ルであり、
【数２９】 は以下のように定義される。
【００４６】
【数３０】 bk(i)は、ユーザkにより送信されたシンボル、u(n)は持
続時間Tの単一パルス、τkはユーザkのための最小のパ
ス遅延であり、sk(n)はk番目の拡散符号, cklはkk番目
のユーザのためのl番目のチャネル係数であり、τklはk
番目のチャネルのl番目のパス遅延である。v(n)は零平
均の、分散がσ2の白色ガウスノイズである。
【００４７】シンボル境界以外においては、即ちn = iT
+ τk, k = 1,...,Kのとき以外においては、
【数３１】 であることが明らかである。この時間変化は、以下の式
により簡潔に表わされる。
【００４８】
【数３２】 ここで、w(n)はn = iT + τk 以外においてゼロベクト
ルである。n = iT + τkにおいては、値０及び
【数３３】 を、等しい確率で取る。この点は等しい確率で bk(i+1) = bk(i) 又は -bk(i) であることを考慮すれば容易に証明できる。
【００４９】ベクトルw(n)は、従って、非静止ランダム
ベクトルであり、時刻ｎにおけるその共分散マトリクス
は下記の式で表わされる。
【００５０】
【数３４】
【００５１】w(n)がガウス変数であり、零平均を有する
ならば、カルマンフィルタを繰返し用いて、状態−空間
モデル(5)及び(4)を用いてＭＭＳＥ状態推定値
【数３５】 を求めることができる。ビット境界でサンプルされた
【数３６】 のk番目の要素は、ユーザkのためのビット推定値を与え
る。
【００５２】この説明に基づく再帰アルゴリズムを要約
すると以下の如くとなる。このアルゴリズムは、相対的
時間遅延τkl及びチャネル係数cklが既知であることを
要する。しかし、この点は非実際的ではない。なぜな
ら、すべての従来のＣＤＭＡ受信機においても、符号同
期及びチャネル推定値が元々必要だからである。
【００５３】初期化
【数３７】 入力パラメータ σ2 = ノイズ電力のおよその推定値 各更新の際、以下の演算を実行する。
【００５４】
【数３８】 最後の部分は、図１のシンボル推定更新ブロックにおい
て必要とされるステップである。
【００５５】本実施の形態は、ＢＰＳＫ変調を想定した
ものであるが、複素マルチレベル変調、例えばＭ相ＰＳ
Ｋ、ＱＡＭ(quadrature amplitude modulation)、Ｄ(di
fferential)ＰＳＫＴ等を用いても良い。この場合、ア
ルゴリズムに対し適切な調整を施す必要がある。
【００５６】図２（Ａ）に示す受信機構成は、マルチパ
スチャネル推定、即ち複素マルチパス係数の推定値ckl,
k = 1,...,K, l = 1,..., L（これはパス遅延τklとと
もに、物理的ベースバンドチャネルのための数学的モデ
ルを構成する）に用いることもできる。ジェイ ジー
プロウキス(J.G. Proakis) 「ディジタル通信(Digital
Communications)」 McGraw-Hill, 3rd edition, 1995で
議論されている周知のレイク（Rake）合成器、及び他の
一層の工夫を凝らした受信機を用いたデータ変調は、正
確なチャネル推定値が利用できるかどうかに決定的に依
存しており、従って、ＣＤＭＡ受信機においては、重要
な問題である。
【００５７】着想の説明のため、図３は、k番目のユー
ザのための構成を示す。同図において、５２はサンプリ
ング手段、５４は乗算手段、５６がスライサ、５は複素
共役演算手段、６０は遅延手段、６２は乗算手段、６４
は遅延手段、６６は平滑化フィルタ、６８は複素共役演
算手段である。
【００５８】図３の例では、単一パスチャネルを通して
の送信を想定している。この場合、ただ一つのチャネル
係数ck(t)の推定を要するのみである。これは、一般に
はレイリーフェイジング複素ランダム変数であり、従っ
てゆっくり時間変化する(従って時間指数がt)。
【００５９】
【数３９】 はカルマンフィルタ又は他の再帰アルゴリズムを用いて
発生された状態推定値ベクトル
【数４０】 のk番目の要素である。この高いレートの（チップレー
ト又はそれより高い）信号を、シンボル境界において、
即ち、
【数４１】 のときに（ここで
【数４２】 は、このユーザのための最も最近利用可能になった時間
遅延）サンプルすると、理論的には、送信されたシンボ
ル及びチャネル係数の積、ck(i)bk(i)に近い信号が得ら
れる。この式を書くに当たり、ckは１シンボル間隔の間
一定であると仮定している。これは最大のドップラー周
波数がシンボルレートよりも極めて小さければ（実際に
は容易に満たされる条件である）、有効な仮定である。
【００６０】既知のパス遅延を用い、単一パスチャネル
モデルを容易にマルチパスモデルに拡張することができ
る。
【００６１】単位エネルギーシンボルを有する位相変調
(ＰＳＫ) (言換えれば、信号配置が複素平面内の単位
円上の点から成る）を用いると仮定し、シンボル境界
【数４３】 において、
【数４４】 をbk(i)*と乗算する（ここで(・)*は複素共役を表わ
す）とck(i)の推定値が生成される。勿論、bk(i)は、パ
イロット（pilot）シンボルが送信されている時以外は
未知である。パイロットシンボル間隔以外では、図３に
示す方法で、推定されたbk(i)、（これは
【数４５】 で表わされる）を帰還し、チャネル推定値
【数４６】 を得ることが提案された。チャネル推定器の性能を更に
改善するために、平滑化フィルタ、例えば低域通過フィ
ルタ、ＬＳ線あてはめ(line-fitting)フィルタ又は適応
線形予測器を用いてノイズの多い推定値を平滑化する必
要がある。
【００６２】図３の上部の遅延ブロックは、硬判定及び
複素共役動作を行なうのに要する時間を表わし、下半部
の遅延ブロックは帰還ループを実現可能にするために必
要なものである。通常後者の遅延時間は、１シンボル間
隔の長さとされる。
【００６３】マルチパス環境において、ブロック図は下
記の点で異なる。即ち、レイク（Rake）合成を行ない、
シンボル判定
【数４７】 を得る必要がある。それ以外の点では、単一パスチャネ
ルにおけるチャネル推定のための図３の機構は、マルチ
パスチャネルにおける個々の係数のために用いられるも
のと同一である。
【００６４】以下に、シミュレーション結果を記載し、
提案されたカルマンフィルタ検波器の性能を、従来の整
合フィルタ（matched filter)検波器及びディー エス
チェン(D. S. Chen)及びエス ロイ(S. Roy)「ＣＤＭ
Ａシステムのための適応マルチユーザ受信機(An adapti
ve multi-user receiver for CDMA systems)」 IEEEJ.
Sel. Areas Comms., vol. 12, no 5, pp. 808-816, Jun
e 1994と対比して説明する。特に明記してなければ、シ
ステムは相対的遅延がそれぞれ0, 1, 2,及び3チップで
ある４人のユーザを有し、ランダム符号が用いられ、カ
ルマンフィルタ検波器の観測ノイズ(observation nois
e)分散がσ2 = 0. 4である。
【００６５】σ2 = 0.1も試みた。しかし得られた結果
は、σ2 = 0.4の場合と略同じであった。
【００６６】図４は、処理利得(processing gain)が１
６の４人のユーザの場合の、ビット誤り率(ＢＥＲ) 曲
線を示す。４人のユーザの信号は、従来の検波器及び本
発明のカルマンフィルタ検波器を用い、同じ電力レベル
で受信された。アルゴリズムで用いられたノイズ分散σ
2は0.4である。単一ユーザ限界値が同じ図面に比較のた
めに示されている。本発明の検波器の性能が従来の検波
器に比べ遥かに良く、その性能はＳＮＲとともに向上
し、10 dBにおいてもなお向上し続けること、これに対
し、従来の検波器ではそのＳＮＲレベルにおいて飽和を
始めることが明白である。
【００６７】図５は、処理利得を３２に増加させたこと
以外は、同じ条件下で得られたはＢＥＲ曲線を示す。処
理利得を増加させたのは、カルマンフィルタ検波器は、
周知の逆拡散を行なわないが、処理利得が大きければ性
能が向上することを証明するためである。
【００６８】図６は、受信信号電力レベルがそれぞれ0,
3.5, 6, 8 dBである場合の、４人のユーザのためのＢ
ＥＲ曲線をす。処理利得は16である。実線は、カルマン
フィルタを用いた場合に得られる曲線であり、破線は従
来の検波器を用いた場合の曲線である。円は、電力制御
が完全である場合の第１のユーザのＢＥＲを示す。円が
第１の実線に近いことから、本発明の検波器は遠近問題
に対して耐性があることが分かる。
【００６９】図７は、ディー エス チェン(D. S. Che
n)及びエス ロイ(S. Roy)「ＣＤＭＡシステムのための
適応マルチユーザ受信機(An adaptive multi-user rece
iverfor CDMA systems)」 IEEE J. Sel. Areas Comms.,
vol. 12, no 5, pp. 808-816, June 1994 において議
論したＲＬＳ検波器を従来の検波器及び本発明のカルマ
ンフィルタと比較したものである。ＲＬＳアルゴリズム
における忘却因子(forgetting factor)λはＢＥＲに大
きな影響を与えないことが多くのシミュレーション試験
から分かった。
【００７０】図７に示す結果は、λ = 0.995を用いて得
られたものである。逆相関(inversecorrelation)マトリ
クスPの初期値は、恒等行列(identity matrix)とした。
４人のユーザから受信された信号間の相対的遅延は、そ
れぞれ0, 3, 6, 9チップであった。処理利得は16であっ
た。図７から分かるにように、ＲＬＳ検波器の性能は、
あまり良くなく、ＳＮＲが低い範囲では従来の検波器よ
りも悪い。これは、上の部分で説明したように、非同期
システムにおいて用いられると、著しく劣ったものとな
るので、あまり驚くべきことではない。
【００７１】図８及び図９を参照し、スライディング相
関器の劣った性能に関する問題を解決するための、マル
チパス探索のための方法が示されている。これらの図に
おいて、７０はマルチユーザ検波器、７２は再拡散手
段、７４は合計演算手段、７８は加算手段、８０はマル
チパス探索器、８２はアクセスチャネル復号器である。
この方法において、図８に概略的に示すように、以下の
ステップが利用される。
【００７２】シンボル推定値
【数４８】 の各々を、対応する拡散符号sk(n)により再変調 (又は
再拡散)する；再拡散信号を合計し、その結果を受信信
号 r(n)から減算し、e(n)を生成する；e(n)を、Ｋ個の
従来のマルチパス探索器のバンクへの入力として、各ユ
ーザに対し一つずつ用いる。
【００７３】この方法は、本発明の検波器の干渉排除能
力を利用し、マルチパス探索器に対し、よりきれいな
（clean）信号を提供する。特にチャネルマルチパスプ
ロファイルが最後にチャネル推定を行なってから大幅に
変っていないときには、e(n)は熱ノイズのみを含む。こ
の場合、探索器は検波器に対し、チャネルに変化がなか
ったことを知らせる。しかし、チャネルプロファイルが
大きく変ったときは、探索器への入力は、新しい、除去
されなかったパス及びノイズから成る、ＭＡＩを少しし
か含まない。これは大部分本発明の検波器により除去さ
れるからである。この場合、探索器は検波器に対し、新
しいパスについて知らせる。検波器はこの情報に基づい
て適切に動作する。
【００７４】図９において、残留誤差信号e(n)を発生す
ると言うアイデアは、改良されたアクセスチャネル復号
のために用いることもできる。セルラーシステムの逆リ
ンク上のＰ個のアクセスチャネルが、新しい移動ユーザ
と基地局の間のリンクの初期的確立のために用いられ、
すべてのユーザにより共用される。新しいユーザを、基
地局の、アクティブな移動局のリストに加えることを可
能にするために、基地局におけるアクセスチャネルの正
しい復調が重要である。しかし、やはり、アクセスチャ
ネルはＭＡＩの影響を受ける。各アクセスチャネルをマ
ルチユーザ検波器内において付加的なユーザとして扱う
こともできる。しかし、こうすると複雑さが増すだけで
あり、これは資源の利用効率が低い。トラフィックチャ
ネルに担われている負荷に比べ、アクセスチャネルの負
荷が大きくはないからである。
【００７５】すべてのアクティブなユーザのトラフィッ
クチャネル信号を受信信号から除去すると、アクセスチ
ャネル信号のみが残る。これは、受信信号自体よりもよ
り高い信頼性で復調できる。
【００７６】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、同種のも
のに比べ性能の改善されたＣＤＭＡ受信方法及び受信機
が得られる。また、非同期のシステムでも用い得るＣＤ
ＭＡ受信方法及び受信機を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の受信機の構成を示す概
略ブロック図である。
【図２】 （Ａ）は、本発明の他の実施の形態の受信機
の構成を示す概略ブロック図であり、（Ｂ）は、図２
（Ａ）の受信機とともに用いられる最大比合成器を示す
図である。
【図３】 本発明の実施の形態とともに用いられるジョ
イントチャネル推定器及びデータ復調器を示す概略ブロ
ック図である。
【図４】 処理利得が１６の、ユーザが４人のシステム
における、従来の検出器、及び本発明の実施の形態の受
信機のビット誤り率曲線を示す図であり、単一ユーザ限
界も示されている。
【図５】 処理利得が３２の、ユーザが４人のシステム
における、従来の検出器、及び本発明の実施の形態の受
信機のビット誤り率曲線を示す図であり、単一ユーザ厳
戒も示されている。
【図６】 処理利得が１６の、従来の検出器、及び本発
明の実施の形態の受信機のビット誤り率曲線を示す図で
ある。
【図７】 ＲＬＳ検波器、従来の検出器、及び本発明の
実施の形態の受信機のビット誤り率曲線を示す図であ
る。
【図８】 マルチパス探索のための、本発明の実施の形
態のシステムの概略を示す図である。
【図９】 アクセスチャネルを復号するための本発明の
実施の形態のシステムの概略を示す図である。
【符号の説明】
１２： 遅延手段、 １４：乗算手段、 １６加算手
段、 １８：乗算手段、２０：合計演算手段、２２：減
算手段、 ２４：シンボル推定更新手段、 ２６：遅延
手段、 ２８：チャネル推定器、３０：サンプリング手
段、 ３２：スライサ、 ３４：乗算手段、 ３６：合
計演算手段、 ３８：状態推定手段、 ４０：マルチパ
ス探索器、 ４２：サンプリング手段、 ４４：乗算手
段、 ４６：遅延手段、 ４８：合計演算手段、 ５
０：スライサ、 ５２：サンプリング手段、 ５４：乗
算手段、 ５６：スライサ、 ５８：複素共役演算手
段、 ６０：遅延手段、 ６２：乗算手段、 ６４：遅
延手段、 ６６：平滑化フィルタ、６８：複素共役演算
手段、 ７０：マルチユーザ検波器、 ７２：再拡散手
段、 ７４：合計演算手段、 ７６：遅延手段、 ７
８：減算手段、 ８０：マルチパス探索器、 ８２：ア
クセスチャネル復号手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 598114712 20 ＳＣＩＥＮＣＥ ＰＡＲＫ ＲＯＡ Ｄ， ＃02−34／37 ＴＥＬＥＴＥＣＨ ＰＡＲＫ， ＳＩＮＧＡＰＯＲＥ ＳＣＩ ＥＮＣＥ ＰＡＲＫ ２， ＳＩＮＧＡＰ ＯＲＥ 117674 (71)出願人 598114723 オキ テクノ センタ シンガポール ピ ーティーイー リミテッド ＯＫＩ ＴＥＣＨＮＯ ＣＥＮＴＲＥ （ＳＩＮＧＡＰＯＲＥ） ＰＴＥ ＬＴ Ｄ. シンガポール 117674、 シンガポール サイエンスパーク ２、 テレテック パ ーク ＃02−06／10、 サイエンスパーク ロード 20 20 ＳＣＩＥＮＣＥ ＰＡＲＫ ＲＯＡ Ｄ， ＃02−06／10 ＴＥＬＥＴＥＣＨ ＰＡＲＫ， ＳＩＮＧＡＰＯＲＥ ＳＣＩ ＥＮＣＥ ＰＡＲＫ ２， ＳＩＮＧＡＰ ＯＲＥ 117674 (72)発明者 リム テンジュン シンガポール 570305、 ＃10−89、 シ ュンフー ロード 305 (72)発明者 ラース ラスムッセン シンガポール 120103、 クレメンティ ストリート 14、 ＃03−131、 ブロッ ク 103 (72)発明者 杉本 大樹 シンガポール 597593、 カベンディッシ ュ パーク ＃11−04、 パイングローブ 16

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の拡散符号で拡散されたシンボル値
    を合成したＣＤＭＡ信号を受信する方法であって、 (a) ＣＤＭＡ信号をベースバンド信号に変換するステッ
    プと、 (b) ベースバンド信号内の各ユーザのための、各マルチ
    パスにおけるシンボル境界を認識して遅延推定値を生成
    するステップと、 (c) 各マルチパスにより信号に与えられた減衰及び位相
    の回転を推定してチャネル推定値を生成するステップ
    と、 (d) サンプリングレートで、各ユーザのための新しいシ
    ンボル推定値を発生するステップと、 (e) 上記シンボル推定値及びチャネル推定値を用いて受
    信信号の推定値を発生するステップと、 (f) 受信信号をその推定値と比較し、推定誤差を、送信
    シンボルを推定する手段に帰還するステップと、 (g) 各ユーザの推定されたシンボル境界においてシンボ
    ル推定値をサンプルし、最終的なシンボル推定値を得る
    ステップ、 (h) 各サンプル毎にステップ(b)ないし(g)を繰返すステ
    ップとを備えたＣＤＭＡ受信方法。
  2. 【請求項２】 チャネル推定値がシンボル復調にのみ用
    いられる請求項１に記載のＣＤＭＡ受信方法。
  3. 【請求項３】 シンボル推定値がカルマンフィルタを用
    いて発生される請求項１又は２に記載のＣＤＭＡ受信方
    法。
  4. 【請求項４】 遅延及びチャネル推定ステップがサンプ
    リングレートではなく更新レートで行なわれる請求項１
    ないし３の何れかに記載のＣＤＭＡ受信方法。
  5. 【請求項５】 サンプリングレートよりも低い更新レー
    トが用いられる請求項４に記載のＣＤＭＡ受信方法。
  6. 【請求項６】 変調がＢＰＳＫではない請求項１ないし
    ４の何れかに記載のＣＤＭＡ受信方法。
  7. 【請求項７】 状態推定値ベクトル 【数１】 又は 【数２】 がシンボル境界において再初期化される請求項１ないし
    ６の何れか記載のＣＤＭＡ受信方法。
  8. 【請求項８】 受信機の出力におけるマルチパス探索の
    ステップを含み、該マルチパス探索のステップが、 各ユーザにより送信された推定されたシンボルを再拡散
    するステップと、 再拡散信号を合計するステップと、 合計された信号を、受信信号から減算して、残留誤差信
    号を抽出するステップと、 残留誤差信号をマルチパス探索器のバンクに供給するス
    テップとを有する請求項１ないし７のいずれかに記載の
    ＣＤＭＡ受信方法。
  9. 【請求項９】 マルチパス探索器のバンク内のマルチパ
    ス探索器の各々が一又は二以上のスライディング相関器
    を含む請求項８に記載のＣＤＭＡ受信方法。
  10. 【請求項１０】 受信機の出力におけるアクセスチャネ
    ル復調のステップを含み、 各ユーザにより送信された推定されたシンボルを再拡散
    するステップと、 再拡散信号を合計するステップと、 合計された信号を、受信信号から減算して、残留誤差信
    号を抽出するステップと、 アクセスチャネル上で用いられる拡散符号を相関させる
    ステップとを有する請求項８又は９に記載のＣＤＭＡ受
    信方法。
  11. 【請求項１１】 複数の拡散符号で拡散されたシンボル
    値を合成したＣＤＭＡ信号を受信する手段と、 ＣＤＭＡ信号をベースバンド信号に変換する手段と、 ベースバンド信号内の各ユーザのための、各マルチパス
    におけるシンボル境界を認識して遅延推定値を生成する
    手段と、 各マルチパスにより信号に与えられた減衰及び位相の回
    転を推定してチャネル推定値を生成する手段と、 サンプリングレートで、各ユーザのための新しいシンボ
    ル推定値を発生する手段と、 上記シンボル推定値及びチャネル推定値を用いて受信信
    号の推定値を発生する手段と、 受信信号をその推定値と比較し、推定誤差を、送信シン
    ボルを推定する手段に帰還する手段と、 各ユーザの推定されたシンボル境界においてシンボル推
    定値をサンプルし、最終的なシンボル推定値を得る手段
    とを備えたＣＤＭＡ信号受信機。
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