JPH11514827A - 送信および受信方法並びに無線システム - Google Patents

送信および受信方法並びに無線システム

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JPH11514827A
JPH11514827A JP10512291A JP51229198A JPH11514827A JP H11514827 A JPH11514827 A JP H11514827A JP 10512291 A JP10512291 A JP 10512291A JP 51229198 A JP51229198 A JP 51229198A JP H11514827 A JPH11514827 A JP H11514827A
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ハンヌ ホッキネン
アリ ホッチネン
ミッコ コッコネン
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ノキア テレコミュニカシオンス オサケ ユキチュア
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、送信および受信方法並びに無線システムに関するものである。送信機(TR)において、送信すべき信号(37)は、手段(31)にて拡散符号化され、手段(33)にて副搬送波によって変調される。受信機(R)において、信号は、手段(35)にて復調され、手段(35)における検出可能な信号の数を制限するため、副搬送波を使用することにより、手段(36)のマルチユーザ検出へと送られる。受信機(R)は、多元接続干渉を減少させ周波数選択フェーディングを修正するためにマルチユーザ検出を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】 送信および受信方法並びに無線システム 発明の分野 本発明は、信号を送信し受信することによって互いに通信する少なくとも1つ のベースステーションおよび加入者端末機を備えるデジタル無線システムに使用 される送信および受信方法に関するものである。 本発明は、また、デジタル信号を送信し受信するように配列された送信機およ び受信機を有する加入者端末機および少なくとも1つのベースステーションを備 える無線システムに関するものである。 従来技術の説明 CDMA方法(符号分割多元接続)(Code Division Multiple Access)にお いては、狭帯域ユーザデータ信号は、データ信号よりも相当に高い周波数を有す る拡散符号を乗ずることにより、比較的に広い帯域へと広げられる。このような 乗算時に、データ信号は、使用している全帯域へと拡散される。すべてのユーザ は、同時送信のために同じ周波数帯域を使用する。目的は、相互に実質的に直交 する拡散符号、すなわち、最小相互相関を有する符号を選択することである。 通常の仕方で実施されるCDMAにおいては、データ信号は、受信機において 、送信ステージと同じ拡散符号を再び乗ずることによって、元の帯域へと戻され る。他のユーザの信号により、受信信号が歪まされるので、所望の信号の検出が 邪魔される。ユーザによって互いに引き起こされるこのような干渉は、多元接続 干渉と称される。 OFDMA方法(直交周波数分割多元接続)においては、送信信号の拡散符号 化シンボル列は、好ましくは広い周波数帯域へと分散される副搬送波によって変 調される。OFDMA変調は、典型的には、逆フーリエ変換によって行われる。 マルチパス伝播により、無線システムチャンネルに歪みまたはクロストークが 生ぜしめられる。CDMAシステムにおいては、直交拡散符号で元々拡散符号化 された信号は、受信機に到達するときには、最早直交していないので、異なるチ ャンネルの信号の間にクロストークがあることによって、このことは検出される 。CDMAシステムにおいては、クロストークは、干渉打ち消しを使用すること によって、調整される。OFDMAシステムにおいては、周波数選択減衰は、エ ラー訂正によって補償される。 しかしながら、マルチパス伝播によって発生されるクロストークを除去する方 法は、どれも、処理すべき情報量/ビットストリングが増すにつれて、その複雑 さを増すものである。したがって、既知の方法では、このような問題を除去でき ない。 発明の概要 本発明の目的は、処理すべき情報の量が制限され得て、種々な擾乱をより良好 に排除できるような方法および無線システムを実施することである。 これは、序文に記載し、送信時に、信号が、拡散符号化され、OFDMA/C DMA方法にしたがって、副搬送波によって変調され、受信時に、信号が、その 副搬送波を使用してマルチユーザ検出にて検出すべき信号を選択することによっ て復調されマルチユーザ検出され、それにより、マルチユーザ検出における信号 の数を減少させることを特徴とする方法によって達成される。 本発明の無線シテムは、送信機が拡散符号化を行う手段と、OFDMA/CD MA方法にしたがって副搬送波によって送信信号を変調させる手段とを備え、受 信機が副搬送波に基づいて検出可能な信号を選択するように構成された手段と、 受信信号のマルチユーザ検出のための手段とを備えることを特徴としている。 本発明の方法によれば、相当の作用効果が得られる。本発明の方法によれば、 簡単な受信機構成により、チャンネルアイソレーションおよび信号マルチパス伝 播によって引き起こされる干渉に対する良好な耐性を持たすことができる。 図面の説明 次に、添付図面に基づいて、幾つかの実施例について本発明をより詳細に説明 する。 第1図は、無線システムを示す図である。 第2図は、副搬送波周波数ホッピングを示す図である。 第3図は、送信機および受信機の構成を示す図である。 好ましい実施例の説明 本発明の方法は、それに限定されるわけではないが、特に、OFDMA/CD MA無線システムに適用しうる。 第1図は、ベースステーション1と、加入者端末機2から4と、ベースステー ションコントローラ5とを備える典型的なデジタル無線システムを示す。ベース ステーション1は、信号6から8を使用して加入者端末機2から4と通信する。 ベースステーション1は、デジタル送信リンク9を介してベースステーションコ ントローラ5と通信する。通常、加入者端末機2から4は、移動電話である。ベ ースステーション1と加入者端末機2から4との間の信号6から8は、デジタル 化された情報、すなわち、加入者によって発生される音声またはデータ、または 、無線システムによって発生される制御情報からなる。 次に、本発明の方法についてより詳細に説明する。本発明の方法は、CDMA /OFDMA方法に基づく。CDMA/OFDMA方法は、デジタル無線システ ムにおいてベースステーションと加入者端末機との間の通信に使用されるのが好 ましい。この方法において、CDMA方法による送信信号の拡散符号化とOFD MA方法による副搬送波による信号変調とが組み合わされるのが好ましく、それ から、それら信号は、受信機にて復調されマルチユーザ検出される。マルチユー ザ検出をCDMA/OFDMA方法と組み合わせるのが好ましい。何故ならば、 こうすることにより、マルチパス伝幡にて発生される信号成分を分離することが でき、したがって、検出可能な信号の数を制限でき、それにより、マルチパス伝 幡によって生ぜしめられるクロストークを減少させることができる。 本発明の方法においては、信号は、例えば、送信すべきデータに関連しビット またはビット組合せからなる各シンボルにデータよりも高い周波数を有する拡散 符号Vを乗ずることによって、CDMAにしたがって拡散される。拡散符号Vは 、例えば、互いに実質的に直交する、すなわち、最小相互相関を有するウオルシ ュ/アダマールコードであるのが好ましい。拡散符号化されたシンボルは、連続 拡散符号化シンボルストリングへと加算することによって組み合わされるのが好 ましい。これは、数学的には、次のように表される。 ここで、Nsは、拡散符号Viの長さであり、biは、マッピングbi∈[−1,1 ]による送信ビットを表す。 受信されるOFDMA信号は、次のように表される。 数、Tsは、シンボル持続時間、N(t)は、信号に加算されたノイズ、foは最 なフーリエ変換(DFT)である。従来技術によれば、CDMA/OFDMA無 線システムの副搬送波は、例えば、離散的な逆フーリエ変換によって送信すべき 信号から発生される。したがって、DFTは、フィルタバンクを発生する。各フ ィルタは、多重化副搬送波に適合されている。DFT変換は、高速フーリエ変換 として、すなわち、FFT変換として従来技術にしたがって実施されるのが好ま しい。かくして、OFDMA信号は、逆フーリエ変換によって発生されうる。チ ャンネルインパルス応答よりも長い安全時間σが各シンボルの間でリザーブされ るのが好ましい時には、それらシンボルは、受信時に混合されない。何故ならば 、チャンネル特性は、シンボル持続時間に比べてゆっくりと変化するからである 。CDMA/OFDMA方法は、例えば、ここに、引用によって組み込まれる刊 行物「Performance of CDMA/OFDMA for Mobile Communication Syst em,Khaled Fazel,IEEE ICUP ’93,pp.975〜979,1993」に詳述されている。 受信時に、本発明によるCDMA/OFDMA信号は、好ましくは、FFT変 換として復調され、次の原理解法を使用してマルチユーザ検出される。 相互相関マトリクスの逆マトリクスであり、yは、例えば、適応フィルタの出力 ャンネルによって生ぜしめられる信号歪みを修正するため共通に受信機にて使用 される適応フィルタの正規化された出力である。 最適受信機は、種々な方法によって近似されうる。CDMAシステムにおいて は、種々な方法がマルチユーザ検出(MUD)のために使用される。最も普通の 方法としては、線形マルチユーザ検出、デコリレーティング検出器および多段検 出器がある。これらの方法は、次の文献、「Varanasi,Aazhang:Multistage det ection for asynchronous code division multiple access communications,IEE E Transactions on Communications,vol.38,pp.509〜519,Apr 1990」、「Lupas ,Verdu: Linear multiuser detectors for synchronous code-division multip le access channels,IEEE Transactions on information Theory,vol.35,No.1 ,pp.123〜136,Jan 1989」および「Lupas,Verdu: Near-far resistance of mult iuser detectors in asynchronous channels,IEEE Transactions on Communica tions,vol.38,Apr 1990」に詳述されている。しかしながら、これらの方法に は、また、マトリクス反転オペレーションの如き計算容量を要する多くのオペレ ーションが関連している。 マルチユーザ干渉によって生ずる問題を解決するための別の方法として、干渉 打ち消し(IC)を使用するものがある。IC型方法では、ユーザは、次のユー ザが検出する前に、受信された送信から検出されるユーザの信号の影響を除去す ることにより、しばしば大きさの順にて1人1人検出される。特許公報EP49 1668NIHA:前述の型の手順がCDMAセルラー無線システムに適用され ることが開示されており、ここに、この種の解法の例として引用しておく。干渉 打ち消し方法は、計算上は、MUD型アルゴリズムより効率的であるが、性能は 、特に、信号レベルが弱いことの多いマルチパスフェーディングにおけるような 困難な受信条件の下ではより低くなる。これらの方法は、ユーザセルから発する 干渉を低下させるのに最も適しており、したがって、システム容量を改善するの に最も適している。 本発明の方法では、マルチユーザ検出は、多元接続干渉の低減し、および/ま たは、周波数選択フェーディングを修正して、検出品質を改善するように、行わ れる。 本発明の解決方法では、受信信号は、また、副搬送波によりグループ分けまた は互いに分離される。副搬送波は、各信号またはユーザに割り当てられている。 これにより、マルチユーザ検出のために所望の信号セットが選択されるか、また は、検出のために1つの信号のみが分離される。このような副搬送波は、マルチ ユーザ検出における信号の数を減少させる作用をする。このことは、また、信号 が拡散符号によって分離されないが、すべての使用拡散符号がすべてのユーザに 割り当てられていることを意味している。 本発明の解法では、従来の最尤(ML)マルチユーザ検出またはこのようなも のに基づくマルチユーザ検出方法は、拡散符号化を分解し、チャンネル推定を使 用することにより、受信信号から推定値を発生し、それらを実際の受信信号と比 較する。ビットまたはシンボル決定は、最もコンパチブルな推定値にしたがって なされる。チャンネル推定値は、例えば、パイロットまたは基準信号、所定のシ ンボルを含む基準データまたは1つまたはそれ以上の直接的に検出しうる信号か ら既知の方法で発生される。 本発明の解法では、副搬送波は、周波数帯域から非均一的に選択される。こう すると、特に2方向チャンネルにおいて望ましくないフェーディング状態が避け られるので、効果的である。さらにまた、本発明の解法は、ベースステーション が信号を拡散符号化し変調し、加入者端末機がベースステーションから送信され る信号をマルチユーザ検出するような無線システムのダウンリンク方向に使用さ れるときに、特に効果的である。この解法の効果は、例えば、受信において、信 号がそれらのうちのあるもののみを検出するようにグループ分けされうるという ことである。受信信号のすべては、ベースステーションでとにかく検出され、し たがって、副搬送波グループ分けは全く働かない。しかしながら、このような解 法によれば、加入者端末機で行われる計算量が減少させられ、したがって、必要 な計算容量およびエネルギー消費が減少させられる。 本発明の方法では、副搬送波は、所定の仕方で、各拡散符号化された信号の変 調副搬送波の周波数を変えることによって、ホッピングされる。これにより、信 号は、好ましくは、副搬送波周波数ホッピングを行う仕方、すなわち、ホッピン グシーケンスによって、受信時に互いに分離される。このような手順の主たる目 的は、種々なベースステーションを同じ帯域に多重化することである。 本発明の方法では、副搬送波周波数ホッピングは、実質的に全周波数帯域を均 等に使用することによって、実施される。これにより、すべての信号のフェーデ ィング耐性が均等に改善される。 本発明の方法では、副搬送波周波数ホッピングは、1つの送信信号に対しての み使用しうる時に1つの搬送波によって直交されるようにして実施される。これ は、1つのセルの範囲内で容易に実施されうる。 第2図には、OFDMA変調器の出力での副搬送波周波数ホッピングが示され ている。y軸は、周波数を表し、x軸は、時間を表している。第2図において、 ありうる副搬送波周波数c1からc16は、一様であるが、副搬送波20から2 3自体は非均一であるのが好ましい。ホッピングの結果として、副搬送波20か ら23の周波数は、1つの時間t1から別の時間t3へと移動するときに、すべ ての信号に対して変化する。さらに、副搬送波20から23は、間隔c1からc 16で周波数帯域へ等しく分散されている。 次に、第3図の送信機および受信機のブロック図を参照するに、送信機TRは 、直列−並列コンバータ30と、拡散符号化手段31と、マルチプレクサ32と 、変調手段33と、アンテナ34とを備える。受信機Rは、アンテナ34と、復 調手段35と、マルチユーザ検出手段36とを備える。送信機TRおよび受信機 Rは、本発明の方法を実施する。送信機において、データは、例えば、ビットス トリングとして直列−並列コンバータ30へ伝送され、この直列−並列コンバー タ30は、直列モードデータを並列モードへ変換する。ここで、直列−並列コン バータ30は、データの並列モードNビットブロックを発生したと仮定する。こ れらのデータは、手段31にて長さMの拡散シーケンスによって拡散符号化され る。それらの出力は、マルチプレクサ32にて実質的に連続的なデータ流へと加 え合わされる。その加え合わされたシーケンスは、手段33によってK個の副搬 送波で変調される。手段33は、好ましくは、OFDMA変調器である。M<K は、 K個の副搬送波に対して真である。副搬送波によって変調された加算信号は、従 来技術にしたがって、アンテナ34を介して送信される。 受信機アンテナ34が信号を受信するとき、手段35は、FFT変換により所 望の信号の副搬送波変調を分解する。手段36は、従来技術にしたがって、マル チユーザ検出へ復調信号を与える。手段35は、その変調に基づいて信号をグル ープ分けまたは分離し、したがって、検出する所望の信号を選択する。 次に、本発明の別の実施例について説明する。この実施例においては、本発明 は、無線システムのダウンリンク方向、すなわち、ベースステーションから加入 者端末機への送信方向に適用される。ベースステーションは、副搬送波により送 信信号を変調し、選択フェーディングに対して十分なダイバーシティを与える帯 域幅にて発生された多重搬送波を送信する。典型的には、使用する副搬送波は、 数十または数百ある。例えば、8つの搬送波が、各チャンネル/信号に対してリ ザーブされる。信号情報は、また、通常のように、エラー保護され、ある仕方で インターリーブされる。しかし、これは、本発明において必須ではない。送信す べき情報は、例えば、8ビットグループに分割され、例えば、ウオルシューアダ マールシーケンスであるのが好ましい8つの直交拡散符号によって拡散符号化さ れる。拡散符号化された信号は、加算され、これらの8つの加算信号は、副搬送 波に結合され、そこで、それら信号は、副搬送波へ変調される。もし、周波数ホ ンピングが使用される場合には、副搬送波変調器は、また、各信号の副搬送波の 周波数を所定の仕方でホッピングする。1つのチャンネルは、好ましくは、1つ の信号および1つの副搬送波を有するだけである。この場合において、各チャン ネルは、例えば、8ビットグループ時間の転送のために各10番目のOFDMA 信号を分割して使用する。 多重シンボル検出器において行われるマルチユーザ検出においては、8つの並 列ビット/シンボルのための検出は、検出された信号および推定されたチャンネ ル応答によって与えられる。この段階において、既知の干渉打ち消しおよび多元 接続検出が使用されうる。何故ならば、初期的に直交している拡散符号は、マル チパス伝幡のために、最早や直交していないからである。チャンネル応答および 拡散符号が知られるとき、クロストークは減少されうる。クロストークは、マル チパス伝幡のため、1つのセルのみ内においてチャンネル間に発生する。しかし ながら、これは、シンボル持続時間が比較的に長いので、無視しうる。 本発明の解法においては、副搬送波変調は、好ましくは、位相および振幅変調 の如き線形変調として行われる。 本発明の解法は、特に、デジタル信号処理に関して、ASICまたはVLSI 回路によって実施されうる。行われるべき機能は、マイクロプロセッサ技法に基 づくソフトウエアによって実施されるのが好ましい。 添付図面に関して実施例について本発明を説明してきたのであるが、本発明は 、これらに限定されるものではなく、本請求の範囲に記載された本発明の思想の 範囲内にて種々変形しうるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG,ZW),UA(AM,AZ,BY,KG ,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT ,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA, CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,F I,GB,GE,GH,HU,ID,IL,IS,JP ,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR, LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,M W,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD ,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR, TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 コッコネン ミッコ フィンランド エフイーエン−00200 ヘ ルシンキ イソカーリ 15アーベー32 (72)発明者 ウイチマン リスト フィンランド エフイーエン−00100 ヘ ルシンキ イルマリンカテュ 16ベー7

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.信号(6から8)を送信および受信することにより互いに通信する少なくと も1つのベースステーション(1)および加入者端末機(2から4)を備えたデ ジタル無線システムに使用される送信および受信方法において、送信時に、前記 信号(6から8)は、拡散符号化され、OFDMA/CDMA方法にしたがって 副搬送波(20から23)によって変調され、受信時に、前記信号(6から8) は、前記副搬送波(20から23)を使用してマルチユーザ検出にて検出すべき 信号を選択することにより、復調されマルチユーザ検出され、それにより、マル チユーザ検出における信号の数を減少させるようにしたことを特徴とする方法。 2.受信時に、多元接続干渉および周波数選択フェーディングにより信号(6か ら8)の品質が変化させられるとき、マルチユーザ検出は、多元アクセス干渉を 減少させ、および/または、選択フェーディングを修正するために検出可能な信 号にて行われる請求項1記載の方法。 3.受信時に、前記副搬送波(20から23)に基づいて検出すべき所定のグル ープの信号が選択される請求項1記載の方法。 4.受信時に、前記副搬送波(20から23)に基づいて検出すべき1つの信号 のみが選択される請求項1記載の方法。 5.前記副搬送波(20から23)が所定の周波数帯域をリザーブするとき、前 記副搬送波は、前記周波数帯域から非一様に選択される請求項1記載の方法。 6.前記ベースステーション(1)は、前記信号(6から8)を拡散符号化し変 調し、前記加入者端末機(2から4)は、前記信号(6から8)をマルチユーザ 検出するように無線システムのダウンリンク方向において特に使用される請求項 1記載の方法。 7.変調時に、前記副搬送波(20から23)は、各拡散符号化された信号(6 から8)の変調副搬送波(20から23)を所定の仕方で変えることによりホッ ピングされる請求項1記載の方法。 8.前記副搬送波(20から23)の周波数ホッピングは、実質的に全周波数帯 域を均等に使用することによって実施される請求項7記載の方法。 9.前記副搬送波(20から23)の周波数ホッピングは、1つの送信信号のみ に使用しうる時に1つの搬送波によって直交されるように実施される請求項7記 載の方法。 10.受信時に検出すべき単一信号またはいくつかの信号は、前記副搬送波(20 から23)のホッピングシーケンスによって選択される請求項7記載の方法。 11.デジタル信号(6から8)を送信し受信するように配列された送信機(TR )および受信機(R)を有する加入者端末機(2から4)および少なくとも1つ のベースステーション(1)を備える無線システムにおいて、前記送信機(TR )は、拡散符号化するための手段(31)と、OFDMA/CDMA方法にした がって副搬送波(20から23)によって送信信号(6から8)を変調するため の手段(33)とを備えており、前記受信機(R)は、副搬送波(20から23 )に基づいて検出可能な信号を選択するように構成された復調手段(35)と、 受信信号のマルチユーザ検出のための手段(36)とを備えることを特徴とする 無線システム。 12.前記受信機(R)は、チャンネルの信号品質が多元接続干渉および周波数選 択フェーディングのために変化するとき、多元接続干渉を減少させ、および/ま たは選択フェーディングを修正するようにマルチユーザ検出を行うように構成さ れている請求項11記載の無線システム。 13.前記復調手段(35)は、前記副搬送波(20から23)に基づいて検出す べき所定のグループの信号を選択するように構成されている請求項11記載の無 線システム。 14.前記復調手段(35)は、前記副搬送波(20から23)に基づいて検出す べき1つの信号のみを選択するように構成されている請求項11記載の無線シス テム。 15.前記副搬送波(20から23)が所定の周波数帯域をリザーブするとき、前 記変調手段(33)は、前記周波数帯域から非均一的に前記変調副搬送波(20 から23)を選択するように構成されている請求項11記載の無線システム。 16.前記ベースステーション(1)は、送信機(TR)であり、前記加入者端末 機(2から4)は、受信機(R)である請求項11記載の無線システム。 17.前記変調手段(33)は、所定の仕方で各拡散符号化された信号を変調する 前記副搬送波(20から23)を変えることにより前記副搬送波(20から23 )をホッピングするように構成されている請求項11記載の無線システム。 18.前記副搬送波(20から23)が所定の周波数帯域をリザーブするとき、前 記変調手段(33)は、実質的に全周波数帯域を均等に使用することにより、前 記副搬送波820から23)をホッピングするように構成されている請求項17 記載の無線システム。 19.前記変調手段(33)は、1つの送信信号のみに使用しうる時に1つの副搬 送波(20から23)によって直交されるようにして前記副搬送波(20から2 3)をホッピングするように構成されている請求項17記載の無線システム。 20.前記復調手段(35)は、前記副搬送波(20から23)のホッピングシー ケンスにより検出のための1つまたはそれ以上の信号を選択するように構成され ている請求項17記載の無線システム。
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