【手続補正書】
【提出日】平成15年12月22日(2003.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】可変拡散率に適応したマルチユーザ検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】無線符号分割多元接続通信システムにおいて送信されてきた複数のデータ信号、すなわち互いに異なる拡散率を有するデータ信号を再生する方法であって、前記複数のデータ信号を受信し（２１）、それら受信したデータ信号の各々についてインパルス応答を算定し（１９）、データ信号の各々についてそのデータ信号のインパルス応答およびそのデータ信号の拡散符号（２９）を用いてシステム応答行列を導き出す（２７）データ信号再生方法において、
前記システム応答行列を互いに対応のデータ信号について同じ拡散率を有するグループにグループ化する過程（２０３）と、
前記グループの各々につき、そのグループの中のシステム応答行列すべての列を含むグループ応答行列を構築する過程（２０５）と、
最低拡散率を有するグループを除外した前記グループの各々につき、そのグループの列を最低拡散率グループに順次的に挿入して総システム応答行列とする過程（２０９−２２３）と、
前記受信したデータ信号および前記総システム応答行列を用いて前記データ信号のデータを算定する過程（２５、４１、４３、４５、２３）と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】前記算定したデータをスクランブル解除する過程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】前記各グループのシステム応答行列を構築する過程がそのグループの各システム応答行列からの一列を順次的に交互に挿入すること（３７）によることをさらに特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】前記除外した以外のグループの各列をインデックスを用いて挿入したことをさらに特徴とする請求項１、２または３記載の方法。
【請求項５】前記インデックスがその列のグループの拡散率およびそのグループの最低拡散率に部分的に基づくことをさらに特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】前記除外した以外の各列について、そのグループのインデックスおよび最低拡散率グループの多数の組合せ行列を用いて基準挿入位置を算定する過程をさらに含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】前記インデックスを整数に切り上げ切り下げすることをさらに特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項８】前記データを算定する過程が最小二乗平均誤差検出器を用いる請求項１−７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】前記データを算定する過程が零強制ブロック線形等化器を用いる請求項１−７いずれかに記載の方法。
【請求項１０】前記データを算定する過程が無相関器を用いる請求項１−７のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】無線符号分割多元接続通信システムにおいて送信されてきた複数のデータ信号、すなわち互いに異なる拡散率を有するデータ信号を再生する受信機であって、前記複数のデータ信号を受信し、それら受信したデータ信号の各々についてインパルス応答を算定し、データ信号の各々についてそのデータ信号のインパルス応答およびそのデータ信号の拡散符号を用いてシステム応答行列を導き出す受信機において、
前記システム応答行列を互いに対応のデータ信号について同じ拡散率を有するグループにグループ化する手段（３３）と、
前記グループの各々につき、そのグループの中のシステム応答行列すべての列を含むグループ応答行列を構築する手段（３３）と、
最低拡散率を有するグループを除外した前記グループの各々につき、そのグループの列を最低拡散率グループに順次的に挿入して総システム応答行列とする手段（３３）と、
前記受信したデータ信号および前記総システム応答行列を用いて前記データ信号のデータを算定する手段（３３）と
を含むことを特徴とする受信機。
【請求項１２】前記算定したデータをスクランブル解除することをさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の受信機。
【請求項１３】前記各グループのシステム応答行列の構築がそのグループの各システム応答行列からの一列を順次的に交互に挿入すること（３７）によることをさらに特徴とする請求項１１または１２記載の受信機。
【請求項１４】前記除外した以外のグループの各列をインデックスを用いて挿入したことをさらに特徴とする請求項１１、１２または１３記載の受信機。
【請求項１５】前記インデックスがその列のグループの拡散率およびそのグループの最低拡散率に部分的に基づくことをさらに特徴とする請求項１４記載の受信機。
【請求項１６】前記除外した以外の各列について、そのグループのインデックスおよび最低拡散率グループの多数の組合せ行列を用いて基準挿入位置を算定することをさらに特徴とする請求項１５記載の受信機。
【請求項１７】前記インデックスを整数に切り上げ切り下げすることをさらに特徴とする請求項１５記載の受信機。
【請求項１８】前記データの算定が最小二乗平均誤差検出器を用いる請求項１１−１７のいずれかに記載の受信機。
【請求項１９】前記データの算定が零強制ブロック線形等化器を用いる請求項１１−１７のいずれかに記載の受信機。
【請求項２０】前記データの算定が無相関器を用いる請求項１１−１７のいずれかに記載の受信機。
【請求項２１】無線符号分割多元接続通信システムにおいて送信されてきた複数のデータ信号、すなわち互いに異なる拡散率を有するデータ信号を再生する受信機であって、前記複数のデータ信号を受信し（２１）、それら受信したデータ信号の各々についてチャネル推算装置によりインパルス応答を算定し（１９）、データ信号の各々について線形データ検出器によりそのデータ信号のインパルス応答およびそのデータ信号の拡散符号（２９）を用いてシステム応答行列を導き出す（２７）受信機において、
前記システム応答行列を互いに対応のデータ信号について同じ拡散率を有するグループにグループ化し、前記グループの各々につきそのグループの中のシステム応答行列すべての列を含むグループ応答行列を構築し、最低拡散率を有するグループを除外した前記グループの各々につきそのグループの列を最低拡散率グループに順次的に挿入して総システム応答行列とする再配列プロセッサ（３３）を含み、
前記受信したデータ信号および前記総システム応答行列を用いて前記データ信号のデータを算定する
ことを特徴とする受信機。
【請求項２２】前記算定したデータをスクランブル解除することをさらに特徴とする請求項２１記載の受信機。
【請求項２３】前記各グループのシステム応答行列の構築がそのグループの各システム応答行列からの一列を順次的に交互に挿入すること（３７）によることをさらに特徴とする請求項２１または２２記載の受信機。
【請求項２４】前記除外した以外のグループの各列をインデックスを用いて挿入したことをさらに特徴とする請求項２１、２２または２３記載の受信機。
【請求項２５】前記インデックスがその列のグループの拡散率およびそのグループの最低拡散率に部分的に基づくことをさらに特徴とする請求項２４記載の受信機。
【請求項２６】前記除外した以外の各列について、そのグループのインデックスおよび最低拡散率グループの多数の組合せ行列を用いて基準挿入位置を算定することをさらに特徴とする請求項２５記載の受信機。
【請求項２７】前記インデックスを整数に切り上げ切り下げすることをさらに特徴とする請求項２５記載の受信機。
【請求項２８】前記データの算定が最小二乗平均誤差検出器を用いる請求項２１−２７のいずれかに記載の受信機。
【請求項２９】前記データの算定が零強制ブロック線形等化器を用いる請求項２１−２７のいずれかに記載の受信機。
【請求項３０】前記データの算定が無相関器を用いる請求項２１−２７のいずれかに記載の受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、概括的には多元接続デジタル通信システムに関する。さらに詳しくは、本発明は互いに異なる拡散率を有する複数のユーザから同時にデータを受信するマルチユーザ検出器システムとその方法とに関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
多元接続通信システムは、複数のユーザが同一の通信媒体にアクセスして、情報を送信または受信することを可能にする。この媒体は、たとえばローカルエリアネットワークLANのネットワークケーブル，在来の電話システムの銅線または無線通信のための無線インタフェースによって構成される。
【０００３】
従来技術による多元接続通信システムを図１に示す。通信媒体は通信チャネルと呼ばれる。周波数分割多元接続ＦＤＭＡ，時分割多元接続ＴＤＭＡ，キャリアセンス多元接続ＣＳＭＡ，符号分割多元接続ＣＤＭＡその他の通信技術により、２カ所以上のユーザに同一の通信媒体へのアクセスが可能になる。これらの技術を組み合わせて、種々の複合多元接続の手法を構成することができる。たとえば、第３世代Ｗ−ＣＤＭＡ技術標準案の時分割複信ＴＤＤモードは、ＴＤＭＡとＣＤＭＡとを組み合わせたものである。
【０００４】
従来技術によるＣＤＭＡ通信システムの一例を図２に示す。ＣＤＭＡとは、送信すべき信号を擬似雑音信号で変調することにより帯域を広げて（スペクトラム拡散）データを送信する通信技術である。送信すべきデータ信号は、数百万ヘルツにわたる１つの周波数帯域に分散するわずか数千ヘルツの帯域幅を有する。その通信チャネルをＫ個の互いに別々のサブチャネルが同時並行に用いる。各サブチャネルにとっては、それ以外のすべてのサブチャネルは見かけ上干渉になる。
【０００５】
図示のとおり、ある帯域幅の一つのサブチャネルを特有の拡散符号、すなわち広帯域幅の擬似雑音（ｐｎ）系列発生器で生成した所定のパターンを繰り返す特有の拡散符号と混合する。これらユーザ特有の拡散符号は、拡散符号相互間の相互相関を零に近くするために、通常は疑似直交符号にする。ｐｎ系列で変調してデジタルスペクトラム拡散信号を発生する。次に、搬送波信号をそのデジタルスペクトラム拡散信号で変調し、送信媒体経由で送信する。受信機はその送信信号を復調して、上記デジタルスペクトラム拡散信号を抽出する。送信されてきたデータは、送信側と一致したｐｎ系列との相関をとって再生する。拡散符号が互いに直交する場合は、受信信号は特定の拡散符号に関連する特定のユーザ信号との間で相関を示し、上記特定の拡散符号に関連する所望のユーザ信号のみを強調し、それ以外のすべてのユーザに関連する他の信号は強調しない。
【０００６】
拡散符号の各値はチップと呼ばれ、データ速度以上のチップ速度を有する。チップ速度とサブチャネルデータ速度との比を拡散率（spreading factor）と呼ぶ。
【０００７】
データ信号のとり得る値の範囲を広げるために、三つ以上の２進値を表すシンボルを用いる。３値シンボルおよび４値シンボルは、それぞれ三値と四値をとる。シンボルの考え方により、各シンボルのビット内容が独自のパルス形状を決定するので、情報伝達量をより大きくすることができる。使用シンボル数に応じて、同数の独自のパルスまたは波形が存在する。送信源における情報をシンボルに変換し、そのシンボルで変調を施してサブチャネル経由で送信し、送信先で復調する。
【０００８】
ＣＤＭＡシステムにおける拡散符号は、所望のサブチャネルとそれ以外のすべてのサブチャネルとの間の干渉を最小限に抑えるよう選ばれる。従って、所望のサブチャネルを復調するための標準的な手法は、それ以外のすべてのサブチャネルを、通信媒体に現れる干渉と同様の干渉として扱う手法であった。この信号処理に適合するように設計した受信機は単独ユーザ用整合フィルタ受信機およびレーキ受信機である。
【０００９】
互いに異なるサブチャネルは互いに何らかの形で干渉し合うので、別の手法として、すべてのサブチャネルを受信機において復調する手法がある。この受信機は、同時並行に送信中のユーザ各々に関する復号化アルゴリズムを並行して実行することにより、それらユーザ全部を受信できる。この手法をマルチユーザ検出と呼ぶ。マルチユーザ検出は、単独ユーザ受信機に比べて性能を大幅に向上させることができる。
【００１０】
図３を参照すると、マルチユーザ検出器を用いた従来技術によるＣＤＭＡ受信機のシステムブロック図が示してある。当業者には明らかなとおり、この受信機は、無線周波数ＲＦダウンコンバージョンおよび無線周波数チャネルのための関連フィルタ処理，アナログ−デジタル変換または特定の通信媒体のための光信号復調などの機能を備え得る。受信機の出力は、すべての活性状態のサブチャネルの合成拡散信号を含むアナログまたはデジタルの処理済み信号である。マルチユーザ検出器はマルチユーザ検出を行い、各々の活性状態のサブチャネルに対応する複数の信号を出力する。サブチャネルの総数のすべて、あるいはそれよりも少ない数のサブチャネルを処理することができる。
【００１１】
最も好ましいマルチユーザ検出器は、数多くの複素演算を実行する計算集中型装置であり、それを経済的に実現することは困難である。費用を最小限に抑えるために、最適の検出器の性能に近い妥協案として、計算の複雑性を軽減した線形検出器などの次善のマルチユーザ検出器が開発されている。線形検出器は、相関解除装置、最小二乗平均誤差ＭＭＳＥ検出器および零強制ブロック線形等化器ＺＦ−ＢＬＥを含む。
【００１２】
同期式または非同期式ＣＤＭＡ通信のための従来技術による線形マルチユーザ検出器のシステムブロック図を図４に示す。通信媒体特定受信機（図３に示す）から出力されるデータをサブチャネル推算装置、すなわちそれぞれのサブチャネル経由で送信される各シンボルのインパルス応答を推算するサブチャネル推算装置に供給する。線形検出器は、このインパルス応答推算値とサブチャネルの拡散符号とを用いてそのサブチャネルのデータを復調する。このデータをそれぞれのユーザ対応のサブチャネルデータ処理ブロックに出力する。
【００１３】
実際のシステムにおいてＫ個のサブチャネルユーザを同時並行的に検出するためには、線形マルチユーザ検出器手法は、固定ゲートアレイ、マイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサＤＳＰなどの形で実働化する。固定論理システムは処理速度を上げることを可能にするが、マイクロプロセッサ駆動システムではプログラミングの融通性が得られる。マルチユーザ検出を受け持ついずれの手段も、一連の数学的演算を実行する。この機能を説明するために、以下の変数で線形マルチユーザ検出器の構造と動作とを定義するのが通常である：
Ｋ＝システム内の活性状態のユーザ／送信機の総数
Ｎｃ＝データブロック内のチップ数。拡散率を変えた場合のすべてのユーザに共通の尺度としてチップ数が必要になる。チップ数は許容最大拡散率で割り切れる。同期式ＣＤＭＡの場合、最大拡散率のユーザからのシンボルがデータのブロックを構成し得る。従って、Ｎｃを最大拡散率と等しくなるまで減ずることができる
Ｗ＝通信チャネルインパルス応答の長さをチップで表した値。一般にシステムの予め定められたパラメータである
Ｑ（ｋ）＝ユーザｋの拡散率。拡散率は、ユーザのデータのシンボルを拡散するのに用いるチップ数に等しい。システムには拡散率は既知であり、被受信データから推算する必要はない
Ｎｓ（ｋ）＝ユーザｋが送ったシンボルの総数。Ｎｓ（ｋ）＝Ｎｃ／Ｑ（ｋ）
2003510884.tif 000001
＝送られた符号の総数
ｄ（ｋ）＝ユーザｋが送ったデータ（情報）。このデータは、ベクトルの形式で表され、一つのベクトルは一つの添字変数により示されるデータのアレイである。以下のベクトル演算および行列演算のために、すべてのベクトルは行ベクトルとして定義する。ｄ（ｋ）のｎ番目の要素は、ｋ番目のユーザにより送信されるｎ番目のシンボルである
ｈ（ｋ）＝ユーザｋのサブチャネルが受けるインパルス応答をベクトルで表したもの。この量を受信機で推算する必要がある。サブチャネルのインパルス応答の受信機による推算値をｈ（ｋ）と称する。ベクトルｈ（ｋ）の要素は、通常は複素数であり、そのサブチャネルにより導入される振幅および位相の変動を表す
ｖ（ｋ）＝ベクトルとして表したユーザｋの拡散符号を線形マルチユーザ検出のために特定のシンボルを拡散する拡散符号の部分を含むベクトルとして考えると有用である。従って、ベクトルｖ（ｋ，ｎ）は、ｋ番目のユーザにより送信されるｎ番目の符号の拡散に用いる拡散符号である。数学的には、これは(n-1)Ｑ（ｋ）+1≦i≦nＱ（ｋ）についてｖｉ（ｋ，ｎ）＝ｖｉ（ｋ）と定義され、他のすべてのｉに関して０となる。ただしｉはベクトル要素のインデックスである
ｒ（ｋ）＝ユーザｋのデータを表すベクトルで、拡散系列ｖ（ｋ）により拡散され、そのユーザのサブチャネルｈ（ｋ）経由で送信されてきたもの。ベクトルｒ（ｋ）は、データのブロックが到着する期間中に実行されるチャネル観測結果を表す。ベクトルｒ（ｋ）のｉ番目の要素は次の式で定義できる：
【式１】
【００１４】
2003510884.tif 000002
受信機が受信する信号には、すべてのユーザ信号ｒ（ｋ）と雑音が含まれる。従って、受信データベクトルｒを次のように定義することができる：
【式２】
【００１５】
2003510884.tif 000003
式２内のベクトルｎは、通信チャネルに導入される雑音を表す。
【００１６】
図５は、従来技術による線形マルチユーザ検出器のシステムおよび方法を示す。サブチャネルインパルス応答推算値ベクトルｈ（ｋ）と拡散符号ｖ（ｋ）とを用いて、各ユーザｋについてのシステム送信応答行列を形成する。一つの行列は、二つの添字変数により表示した数のブロックであり、第１の添字変数を行インデックスとし、第２の添字変数を列インデックスとして長方形のグリッド状に配列する。
【００１７】
ユーザｋのシステム送信応答行列は、通常はＡ（ｋ）で示す。第ｉ行第ｎ列の要素はＡｉ，ｎ（ｋ）で示し、次のとおり定義する：
【式３】
【００１８】
2003510884.tif 000004
行列Ａ（ｋ）の各列は、検討対象の期間中にユーザｋが送る特定のシンボルについての整合フィルタ応答に対応する。図５を参照すると、受信データｒを、すべてのユーザの拡散符号およびサブチャネルインパルス応答の組み合わせと整合させる。従って、Ａ（ｋ）はＮｓ（ｋ）個の整合フィルタ応答を含む。
【００１９】
Ａ（ｋ）の列は、次の形式をとる：
【式４】
【００２０】
2003510884.tif 000005
ただし、各ベクトルｂｎ（ｋ）は次の大きさをもつ：
【式５】
【００２１】
2003510884.tif 000006
また、行列Ａｎ（ｋ）の先頭から次の値だけずれる：
【式６】
【００２２】
2003510884.tif 000007
拡散符号はシンボル時間にわたり周期的でないのでｉ≠ｊの場合、ｂｉ（ｋ）≠ｂｊ（ｋ）である。非零値であり得るベクトルの要素をベクトルの台と呼ぶ。従って、ｂｎ（ｋ）はＡｎ（ｋ）の台である。
【００２３】
各ユーザについてのシステム送信行列が形成されると、すべてのユーザについてのシステム送信行列を結合することによって総システム送信応答行列を次のとおり形成できる。
【００２４】
【式７】
【００２５】
2003510884.tif 000008
従来技術の変調手法によると、ｈ（ｋ）の要素は複素数でありうる。したがって、Ａの非零要素は複素数でありうる。
【００２６】
式４，５，６，７により組み立てた仮定の慣用マルチユーザ検出器についての総システム送信応答行列の一例は次のようになる：
【式８】
【００２７】
2003510884.tif 000009
ここで、ユーザ数は２、すなわちユーザＡ（１）およびＡ（２）とし（ｋ＝２）、データブロック内のチップ数１６個であり（Ｎｃ＝１６），チャネルインパルス応答長は４であり（Ｗ＝４）、第１のユーザの拡散率は２（Ｑ（１）=2）であり、第２のユーザの拡散率は４（Ｑ（２）=4）であると仮定してある。結果として得られる総システム送信応答行列Ａ，ｂｎ，ｉ（ｋ）はｋ番目のユーザのｎ番目のシンボルについての合成システム応答およびチャネル応答の第ｉ要素を示す。
【００２８】
受信データｒは、総システム送信応答行列Ａ、すなわちｙで示した整合フィルタ出力のベクトルを形成するための一連の整合フィルタ応答を表す総システム送信応答行列Ａを用いて処理する。この整合フィルタ演算は、次のように定義される：
【式９】
【００２９】
2003510884.tif 000010
行列ＡＨは、行列Ａのエルミート（複素）転置行列を表す。エルミート転置行列は、ＡｉｊＨ＝反転Ａｊｉと定義される。ここで、反転（バー）は複素数の共役値をとる演算を示す。次に、整合フィルタ出力を目的行列Ｏの逆数と乗算する。目的行列Ｏは、線形受信機モデルの各タイプを区別する処理を表す。これはシステム送信応答行列Ａから導かれる。
【００３０】
零強制ブロック線形等化器（ＺＦ−ＢＬＥ）受信機は、Ｏ＝ＡＨＡで特定される目的行列を有する線形受信機である。最小二乗平均誤差ブロック線形等化器（ＭＭＳＥ−ＢＬＥ）受信機は、Ｏ＝ＡＨＡ＋σ２Ｉで特定され目的行列を有する線形受信機である。ここで、σ２は受信データベクトルｒのシンボルの各々に存在する雑音の分散であり、行列Ｉは単位行列と呼ばれる。単位行列は、正方形で対称形であり、その主対角線に１が、残りには０が配置された構成を有する。単位行列の大きさは、線形代数の法則に従い加算演算が有効になるよう選ぶ。
【００３１】
相関解除装置（相関解除受信機）については、チャネル応答ｈ（ｋ）を無視し、拡散符号およびそれら符号の相互相関（干渉）特性のみを考慮することによって、行列Ａを簡略化する。通常Ｒと呼ばれる相互相関行列は、一般に相関解除型の受信機について構築される。この行列は、上記のＡの定義（すなわち各サブチャネルのチャネル応答がインパルス応答である）において、Ｗ＝１およびｈｉ（ｋ）=1と仮定することにより構築することができる。これで相互相関行列Ｒは、ＺＦ−ＢＬＥ受信機について定義される目的行列Ｏとなる。相関解除装置は、より複雑なマルチユーザ検出受信機のサブプロセスとして働くことが多い。目的行列が生成されると、マルチユーザ検出器はＯ−１と示される形に行列を反転させる。
【００３２】
次に目的行列の逆数に整合フィルタ出力ベクトルｙを乗算して、データベクトルｄの推算値、すなわちｄ（推算値）＝Ｏ−１ｙを得る。目的行列の反転は、複雑で演算集中的なプロセスである。このプロセスを実行するために必要な演算の数は、行列Ｏの大きさの３乗の形で増加する。大半の非同期式ＣＤＭＡ受信機については、Ｏの大きさはきわめて大きくなり、そのために反転のプロセスは実行不可能となる。
【００３３】
この制約を克服し、このシステムを実際に実現可能にするために、コレスキー（Cholesky）による数値法を用いる。コレスキー分解は、行列Ｏが帯行列の場合は、その行列Ｏを反転する際の演算の複雑度を大幅に軽減することができる。
【００３４】
帯行列は、主対角軸から離れたいくつかの対角線上のみに非零値を含む正方行列である。少なくとも一つの非零要素を有する主対角線に隣接する非零対角線の数を帯域幅と呼ぶ。したがって、対称行列Ｍは、帯域幅ｐが：
【式１０】すべてのｊ＞ｉ＋ｐについてｍｉｊ＝０
【００３５】
の場合、帯行列であると言われる。ここで、ｍｉｊは、Ｍの要素であり、ｉは行インデックス、ｊは列インデックスである。大きさがｎで帯域幅ｐの帯行列については、コレスキー分解により、目的行列Ｏの反転に必要な数値演算の回数を行列の大きさの３乗から、帯域幅の２乗と行列の大きさとの積ｎｐ２まで減らすことができる。
【００３６】
上述のとおり、ＺＦ−ＢＬＥ受信機についての目的行列はＯ＝ＡＨＡである。数値的な複雑さを説明するために、式６に示す総システム応答行列Ａの目的行列Ｏは：
【式１１】
【００３７】
2003510884.tif 000011
となる。この行列で、０は数学的演算により零を与えるすべての要素を示し、ｘは非零値を表す。総システム応答行列Ａの第ｉ行および第ｊ列の非零要素が同じベクトルインデックスを持たない場合、行インデックスｉおよび列インデックスｊの目的行列Ｏの対応する要素は零になる。Ｏの帯域幅（式１１）は、主対角線から９列離れて非零要素があるので、９に等しい。
【００３８】
図５に示す慣用の受信機において構築される目的行列Ｏは帯行列ではない。従って、行列Ｏを反転する際の演算の複雑性を軽減するためにコレスキー分解を効果的に用いることはできない。しかし、従来技術は、すべてのユーザが互いに等しい拡散率で送信する場合、目的行列Ｏの計算に先立ち総システム送信応答行列Ａの再配列を実行して行列Ｏを帯行列に変えることができると開示している。このプロセスについてのシステムブロック図を図６に示す。
【００３９】
行列Ａの列再配列を計算するプロセスは、追加の情報なしにこの再配列を実行する。再配列により、行列を反転する際の演算上の複雑性を軽減する。検出手順が完了すると、ユーザベクトルｄが計算され、逆向きの再配列プロセスが実行されて、ベクトルｄのスクランブルを解除し、その元の形式に戻して更なる処理を行う。
【００４０】
通常のＣＤＭＡシステムにおいては、再配列ずみの目的行列の帯域幅は、その元の大きさの少なくとも１０倍小さい。従って、再配列ずみの総システム応答行列に基づいて目的行列でコレスキー分解を実行すると、処理時間が少なくとも１００倍は節約される。しかし、従来技術は、活性状態のユーザ相互間で互いに異なる拡散率を用いた場合の再配列法は検討対象としていない。
【００４１】
IEEE
Transactions on Vehicular Technology 第４５巻第２号（１９９６年５月号）第２７６−２８７頁所載のKleinほか著の論文「符号分割多元接続チャネルにおけるマルチユーザ検出のための零強制および最小二乗平均誤差等化」はマルチユーザ検出の手法を開示している。それらの手法は零強制等化器にシステム応答行列を用い、データ再生のために最小二乗平均誤差等化を用いている。
【００４２】
パーソナル、屋内および移動無線通信に関するIEEE国際シンポジウム論文集XX,XX,第３巻（１９９８年）第１３４０−１３４５頁所載のKarimiほか著の論文「近似コレスキー因数分解を用いたブロック利用共同検出への新規で効率的な解法」は近似コレスキー因数を用いた零強制線形等化器を開示している。このコレスキー因数はシステム応答行列を用いて導き出される。
【００４３】
従って、互いに異なる拡散率を用いるときに反転ステップの数を軽減する方法を決定する必要がある。
【００４４】
【発明の概要】
【００４５】
本発明は、互いに異なる拡散率を有する同期式または非同期式のＣＤＭＡサブチャネルを演算の複雑性を軽減した形で検出し復号化するマルチユーザ検出器に関する。本発明のマルチユーザ検出器はＺＦ−ＢＬＥやＭＭＳＥや相関解除検出器などコレスキー分解を利用する検出器と互換性をもち、数値演算を最小限に抑える。本システムおよび方法は、個々のユーザの応答特性を表すシステム送信応答行列の列を、受信データのあるブロックについての複数の整合フィルタ応答を表す総システム送信応答帯行列に配列する。本発明は、コレスキー分解との組合せにより並行整合フィルタ処理に先立つ所要の数学的演算の回数を減らす。
【００４６】
したがって、本発明の目的は、各ユーザが互いに異なる拡散率を用いる場合に演算の複雑性を軽減してＣＤＭＡインタフェース経由送信中の複数のユーザを検出することである。
【００４７】
本発明のもう一つの目的は、すべてのＣＤＭＡサブチャネル相互間で同一の拡散率を要することなくマルチユーザ検出器に既存の線形検出器を用いることである。
【００４８】
本発明のさらにもう一つの目的は、反転前の複数の整合フィルタを表す行列の帯域幅を効率的に制限することである。
【００４９】
本システムおよび方法の上記以外の目的および利点は、好適な実施例の詳細な説明を参照することにより当業者には明白になろう。
【００５０】
【好適な実施例の説明】
【００５１】
全図を通じて同じ構成要素を同じ参照番号で示した図面を参照して実施例を説明する。
【００５２】
図７は、共用ＣＤＭＡチャネル経由で送信を行う複数のユーザからの信号を受信ののち検出する本発明のマルチユーザ検出器１７を示す。マルチユーザ検出器１７は、種々のベクトル演算および行列演算を実行する複数の補助メモリ付きのプロセッサを備える。本発明の代替実施例は、種々のプロセッサの機能を実行する固定ゲートアレイおよびＤＳＰを備える。また、検出器１７は、ベクトルｈ（ｋ）としてモデル化した個々のｋ個のサブチャネルインパルス応答推算値を入力して、サブチャネル自身のシンボルに起因する符号間干渉ＩＳＩとすべての受信データ信号について他のユーザのサブチャネルからのシンボルに起因する多重アクセス干渉ＭＡＩとを修正する第１の入力１９と、離散的時間ブロック内に送信される全ユーザｋからのデータを各ユーザのサブチャネルからの合成データを含む入力ベクトルｒの形で入力する第２の入力２１と、受信チャネルデータｒから各ユーザｋに関するユーザデータｄ（ｋ）を出力ベクトルの形で出力する出力２３とを備える。ユーザの総数Ｋと各ユーザｋ（ｋ＝1,2,3...K）についての拡散率Ｑ（ｋ）４１は推算により既知である。
【００５３】
合成ユーザデータｒから特定のユーザについてのユーザデータｄ（ｋ）を得るには、そのユーザデータを整合フィルタ２５などによりフィルタ処理しなければならない。整合フィルタ２５が送信前の信号を表すレベルの出力を生成するには、拡散ずみのパルス形状およびユーザサブチャネルのインパルス応答の組み合わせの複素共役値であるインパルス特性を必要とすることは当業者には認識されよう。フィルタ２５への入力信号のうち所定の応答特性に一致しない入力信号は、より低い出力を生ずる。
【００５４】
個々のサブチャネルｋのインパルス応答推算値ｈ（ｋ）が第１のメモリ２７に入力され、そこで同じユーザの拡散符号２９（式３）と合成されてそのユーザについてのシステム送信応答推算値行列Ａ（ｋ）が生成される。本発明１７の配列プロセッサ３３は、すべての行列Ａｎ（ｋ）列の再配置を実行する。配列法９９によると、各サブチャネルシステム送信応答行列Ａ（ｋ）は線形受信機に通常該当する式４で定義される列構造を備える必要がある。システム送信応答行列Ａ（ｋ）が式４に定義される形式でない場合は、配列プロセッサ３３は式４で定義される構成に上記列をまず再配列する。本発明１７では、システム送信応答行列Ａ（ｋ）全部を式７で定義される総システム送信応答行列Ａに連結する必要はない。
【００５５】
配列プロセッサ３３は、図８に示す（一つの行列について）第１行のずれｏ（ｋ）Ｔｎおよび最下行のずれｏ（ｋ）Ｂｎを定義する各ベクトルｂｎ（ｋ）の台（式４）から零値要素の数に関する各システム送信応答行列Ａ（１），Ａ（２），Ａ（３）．．．Ａ（ｋ）列を調べる。上述のとおり、各システム送信応答行列Ａ（ｋ）は、同数の行を有し、列数のみが変わる。図９に示すとおり、配列プロセッサ３３は、それぞれの第１行のずれｏ（ｋ）Ｔｎおよび最下行のずれｏ（ｋ）Ｂｎに基づき、各システム送信応答行列Ａ（ｋ）の各列についてのインデックス値ｎｉを割り当てる。すなわち、第１行のずれが最小で最下行のずれが最大となる列から、第１行のずれが最大で最下行のずれが最小となる列までの昇順に割り当てる。
【００５６】
一つの列が他の列よりも大きい第１行ずれおよび最下行ずれを有する二つの列が存在する場合であって、第１行ずれ相互間の差が最下行ずれ相互間の差よりも大きい場合は、第１行ずれの小さいほうの列に小さいほうのインデックスｎｉを割り当てる。最下行ずれ相互間の差が第１行ずれ相互間の差よりも大きい場合は、最下行ずれの大きいほうの列に小さいほうのインデックスｎｉを割り当てる。第１行ずれ相互間の差と最下行ずれ相互間の差とが等しい場合は、２つの列のいずれかに小さいほうのインデックスｎｉを割り当てることもできる。配列プロセッサ３３は、割り当てずみのインデックスｎｉの順序に総システム送信応答行列Ａ'を形成する。列インデックスｎｉはメモリ３３内に保持され、スクランブル解除プロセス４５の期間中に用いられる。例として、式８に説明し図示した総システム送信応答行列Ａ（１），Ａ（２）を用いて、本発明１７の配列法９９が、以下に示す総システム送信応答行列Aを生成する。
【００５７】
【式１２】
【００５８】
2003510884.tif 000012
配列法９９では、システム送信応答行列Ａ（１）の８列（１〜８）およびシステム送信応答行列Ａ（２）の４列（９〜１２）に、１，９，２，３，１０，４，５，１１，６，７，１２，８の順序にインデックスを付け、良好に帯行列化した総システム送信応答行列Ａ（式１２）を生ずる。
【００５９】
上述の配列法９９の実施例では、各システム送信応答行列Ａ（１），Ａ（２），Ａ（３）．．．Ａ（ｋ）を調べ、第１行のずれｏ（ｋ）Ｔｎおよび最下行のずれｏ（ｋ）Ｂｎに付き各列を一つおきの列と比較する。各システム送信応答行列Ａ（ｋ）の特別の構成が与えられると、すなわち、各行列の列を左から右への進行に伴い第１行のずれが増加し最下行のずれが減少する順序に配列すると（式８，行列Ａ（１）およびＡ（２）参照）、各システム送信応答行列Ａ（ｋ）を直接的に調べる必要なしに代替方法１９９を実行することができる。
【００６０】
代替方法１９９を図１０Ａおよび図１０Ｂに示す。互いに等しい拡散率を有するユーザに対応する（ステップ２０１）すべてのシステム送信応答行列Ａ（ｋ）をグループ化する（ステップ２０３）。各拡散率群ｇについて、全システム送信応答行列Ａ（１），Ａ（２），Ａ（３）．．．Ａ（ｋ）からの列のすべてを格納できるプロセッサ３３内に、メモリを割り当てる。拡散率群ｇは、拡散率の昇順に配列する。
【００６１】
本発明１９９の性能を表すシステム例は、次のように割り当てた四つの互いに異なる拡散率Ｑ（ｋ）を有する七つのユーザを含む：
ユーザ１(Ｑ（１）)＝８，ユーザ２(Ｑ（２）)＝８，ユーザ３(Ｑ（３）)＝８，ユーザ４(Ｑ（４）)＝３２，ユーザ５(Ｑ（５）)＝１６，ユーザ６(Ｑ（６）)＝１６，ユーザ７(Ｑ（７）)＝４
本発明１７のシステムおよび方法１９９を用いると、システム送信応答行列Ａ（ｋ）は、次のとおり拡散率群にグループ化される：
群1（拡散率４）Ａ（７）
群２（拡散率８）Ａ（１），Ａ（２），Ａ（３）
群３（拡散率１６）Ａ（５），Ａ（６），
群４（拡散率３２）Ａ（４）
個々の拡散率群ｇは、少なくとも１つのシステム送信応答行列Ａ（ｋ）を含む。ここで、各行列Ａ（ｋ）には１からＬ（ｇ）まで任意のインデックスを付ける。各拡散率群ｇには、拡散率の大きさの昇順にインデックスを付ける。
【００６２】
各拡散率群の中では、関連のシステム送信応答行列Ａ（ｋ）の列を共通の拡散率群送信応答行列ＡＧ（ｇ）に組み立てる。ここで、ｇ＝1,2,3,...Gである（ステップ２０５）。図１１に示すとおり、方法１９９はインデックス１のシステム送信応答行列の第１列をＡＧ（ｇ）の第１空白列に複製し、インデックス２のシステム送信応答行列の第１列をＡＧ（ｇ）の第２空白列に複製し、それぞれの拡散率群ｇ内の残りのシステム送信応答行列全部について第１列すべてを複製するまで上記複製を続ける。方法１９９は、それぞれの拡散率群ＡＧ（ｇ）の各行列Ａ（ｋ）について第２列、第３列などの複製を進める。
【００６３】
拡散率群ｇ内のすべての行列は拡散率が互いに同じであるので同数の列を有する。従って、構築された拡散率群送信応答行列ＡＧ（ｇ）は、一つの関連システム送信応答行列Ａ（ｋ）内の列数のＬ（ｇ）倍の列を有することになる。互いに等しい拡散率については、群毎に各システム送信応答行列に適用される配列方法は総システム送信応答行列Ａを構築する従来技術と同様である。
【００６４】
可変拡散率を許容する総システム送信応答行列A'を構築するには、最小拡散率の拡散率群送信応答行列ＡＧ（ｇ）を第１列すなわちＡＧ（ｇ）の第１列から始めてＡ'の第１割当列までメモリ３３ａ内に順次複製する（ステップ２０７）。最小拡散率の拡散率群送信応答行列ＡＧ（ｇ）が最大列数を有する。それ以外の拡散率の拡散率群送信応答行列の列はこの基底行列Ａ'に挿入される。
【００６５】
システム拡散率が相互に整数倍の関係にある場合（ステップ２０９）は、プロセッサ３３は、任意の順序で残りの拡散率群送信行列ＡＧ（ｇ）を考慮することにより（ステップ２０９）、総システム送信行列Ａ'を構築する（ステップ２１１）。各拡散率群送信行列ＡＧ（ｇ）について、プロセッサ３３は、列配置基準インデックスｍを導く：
【式１３】
【００６６】
2003510884.tif 000013
ここで、Ｑ（ｇ）は、検討中の拡散率群送信行列ＡＧ（ｇ）に伴う拡散率を示し、Ｑ（１）は全群内の最小の拡散率を示し、ｎは検討中の拡散率群送信応答行列ＡＧ（ｇ）の列であってn=1,2,3,...N（ステップ２１１）である。
【００６７】
列配置インデックスｍを用いるために、最小拡散率の拡散率群行列を構成するシステム送信応答行列の総数Ｌ（１）を用いてＡ'の中の基準位置を導く（ステップ２１５）。
【００６８】
【式１４】
【００６９】
2003510884.tif 000014
プロセッサ３３は、検討中の拡散率群に属するシステム送信応答行列の数を用いて、その拡散率群送信応答行列ＡＧ（ｇ）から列集合を導く（ステップ２１７）：
【式１５】  Ｌ（ｇ） ｘ (n-1) ＋１〜Ｌ（ｇ） ｘ n
【００７０】
プロセッサ３３は、式１５で定義される列集合をＡＧ（ｇ）から複製し、それを図１２の式１４で定義される基準位置を有するＡＧ（１）の列の後で基底行列Ａ'内に挿入する（ステップ２１９）。検討中の拡散率群行列の残りの列も同様に複製され基底行列Ａ'内に挿入される。一つの拡散率群行列のすべての列を配置すると、プロセッサ３３は次の拡散率群行列ＡＧ（ｇ）を選択し（ステップ２２３）、上記の方法を実行する。式１３、１４および１５により、残りの拡散率群送信行列ＡＧ（ｇ）からｉ番目の列を類似の台を有するｍ番目の列の後でＡ'内に配置することができる（ステップ２２５）。
【００７１】
システム拡散率が相互に整数の関係にない場合は、式１３の右辺は整数にならない。その場合、プロセッサ３３は式１３の解をその値よりも大きい最寄りの整数、あるいはそれより小さい最寄りの整数に切り上げまたは切り下げる（ステップ２１３）。切上げ／切下げる方向がシステム全体の性能に及ぼす影響は無視できる程度である。残りの群システム送信行列ＡＧ（ｇ）を検討する順序は、システム性能に多少影響する。拡散率に関する推測ができる場合は、それを用いて最適の順序を予め選ぶことができる。
【００７２】
上述の配列法を用いると、拡散率が互いに整数倍の関係にある場合については、次式で制約される行列帯域幅Ｂを得ることができる：
【式１６】
【００７３】
2003510884.tif 000015
式１６は式１１の総システム送信応答行列の帯域幅が３乃至６であることを予測させる。式１２から本発明１７の方法９９でも方法１９９でもその方法実施の後では帯域幅が４になることがわかる。
【００７４】
本発明１７がもたらす改良は送信シンボルの数の増加とともにさらに高く評価される。システムが１６，０００チップ（第１のユーザに対して８００シンボル、第２のユーザに対して４００シンボル）を送ると、行列ＡＨＡの帯域幅は約８００となる。配列法９９を用いて総システム応答行列Ａを生成すると、Ａ’ＨＡ’の帯域幅は４に留まる。すなわち、帯域幅（式１６）が送信シンボル数に左右されないからである。目的行列Ｏのすべての要素を導いたあと反転４１を実行する。行列の反転の複雑性はその帯域幅の２乗に比例するので、本発明１７は演算の複雑性を約（８００／４）２＝２００２＝４０，０００分の１に低減する。
【００７５】
総システム送信応答行列Ａ'は整合フィルタ２５に応答特性を与える。システム応答行列Ａ'の各列は、特定のシンボルの応答特性を表すベクトルである。受信データベクトルｒが整合フィルタ２５に入力され、そこで総システム送信応答行列Ａ'の各応答特性と整合されて、整合フィルタ出力ベクトルｙを生成する。出力ベクトルｙの各要素は、所定のユーザが送信する特定のシンボルの予備推算値に対応する。整合フィルタ２５の出力ベクトルｙを反転した目的行列Ｏと共に乗算器４３に加える。整合フィルタ２５の出力ベクトルｙおよび反転された目的行列Ｏの両方を乗算し、ユーザデータベクトルｄを生ずる。ユーザデータベクトルｄは、離散的時間ブロックの期間中にすべてのユーザが送信したすべてのデータを含む。目的行列Ｏおよび整合フィルタ２５の出力は、総システム応答行列Ａ'に基づくので、ユーザデータベクトルｄはスクランブル解除しなければならない。スクランブル解除のプロセス１４９は、配列方法９９，１９９の逆である。
【００７６】
スクランブル解除器４５は、配列方法９９または１９９の実行中に実施される列の再割当に基づき、ユーザデータベクトルｄの各要素を再配列する。データベクトルｄの要素は、総送信応答行列Ａにより決まる順序と同じ１，９，２，３，１０，４，５，１１，６，７，１２，８が縦に転置された順序である。スクランブル解除器４５は、同じ大きさのメモリ領域を割り当て、各ベクトル要素を順次式にすなわち１〜１２の順に割り当てる。ユーザデータベクトルｄのスクランブル解除したあと（１４９）、ユーザデータを出力（２３）してさらに処理する。
【００７７】
本発明を好適な実施例と関連づけて上に述べてきたが、添付の請求項に示した本発明の範囲内の上記以外の変形も当業者には自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】  従来技術による多元接続通信システムの簡略化したブロック図。
【図２】  従来技術によるＣＤＭＡ通信システムの簡略化したブロック図。
【図３】  マルチユーザ検出を行う従来技術によるＣＤＭＡ受信機の簡略化したブロック図。
【図４】  従来技術によるマルチユーザ検出器の簡略化したブロック図。
【図５】  従来技術による線形マルチユーザ検出器のブロック図。
【図６】  コレスキー分解を用いた従来技術による線形マルチユーザ検出器のブロック図。
【図７】  本発明の線形マルチユーザ検出器のブロック図。
【図８】  システム送信応答行列Ａ（ｋ）の第１列と最下列のずれを示す図。
【図９】  行列の列インデックス値割当てを示す図。
【図１０Ａ】  本発明を実行する代替の方法の流れ図。
【図１０Ｂ】  本発明を実行する代替の方法の流れ図。
【図１１】  拡散率群行列ＡＧ（ｇ）を構築するステップを示す図。
【図１２】  本発明によるＡ'行列の構築のステップを示す図。
【符号の説明】
【００７９】
１９  チャネルインパルス応答推算値ｈ（１）,・・・ｈ（ｋ）を入力する
２１  受信ベクトルｒを入力する
２３  ユーザデータｄ（ｋ）を出力する
２５  ＡＨによりｒを整合フィルタ処理し、整合フィルタ出力のベクトルであるｙを生成する
２７  システム応答行列Ａ（ｎ）（ｋ）を構築する
２９  拡散符号
３１  総システム送信行列Ａを構築する
３３  再配列プロセッサ
３７  Ａの列を再配列する
３９  Ａ'に基づき目的行列Ｏを形成する
４１  Ｏを反転する
４１  拡散率Ｑ（ｋ）
４３  ｙにＯの逆数を乗算して、推算されたユーザデータベクトルｄを生成する
４５  ユーザデータベクトルｄのスクランブルを解除し、適切なユーザに出力する
２０１  開始
２０３  システム送信応答行列を互いに等しい拡散率に従ってグループ化する
２０５  すべての拡散率群について拡散率群行列ＡＧ（ｇ）を組み立てる
２０７  最小拡散率群行列を用いて基底Ａ'行列を形成する
２０９  残りの拡散率行列から検討対象の行列を選択する
２１１  列配置基準を導く（式１３）
２１３  基準が整数？
２１５  端数切り上げ／切り下げ
２１７  基準位置を導く（式１４）
２１９  基準位置列後の検討対象の拡散率群行列から列集合を導く
２２１  すべての列を検討対象の拡散率行列から複製した？
２２３  すべての拡散率行列を処理した？
２２５  終了