(57)【要約】拡散ＯＦＤＭ無線通信（サイクリック・プリフィックスを有する単一ユーザＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ）のためのシステム（１００）、受信機（１６０−１９０）及び動作方法であり、受信された拡散ＯＦＤＭ信号を等化し、それを、第１部分及び第２部分（ｓ１，ｓ２）に分割し；第２部分を決定し、第２部分を受信信号から減算して、第１差信号を生成し；第１差信号を処理して、受信信号の第１部分を回復し、第２部分のシンボル干渉項を実質的に低減し；第１部分を決定し、第１部分を受信信号から減算して、第２差信号を生成し；第２差信号を処理し、受信信号の第２部分を回復し、第１部分の符号干渉項を実質的に低減する各ステップを含む。第２の段階で、回復された受信信号は、より大きな数の部分（例えば、４）に分割され、更に干渉を低減するため同様に処理される。
2005519551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機において、
拡散ＯＦＤＭ信号を送信する手段を備え、
受信機において、
拡散ＯＦＤＭ信号を受信する手段と、
拡散ＯＦＤＭ信号を等化する手段と、
前記の等化された拡散ＯＦＤＭ信号を、第１部分及び第２部分を含む第１の複数の部分に分割する手段と、
第２部分を決定して、決定された第２部分を生成する手段と、
前記の決定された第２部分を前記受信された拡散ＯＦＤＭ信号から減算して、第１差信号を生成する手段と、
第１差信号を等化し且つ処理して、前記の受信された信号の第１部分を回復し、第２部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段とを備える、拡散ＯＦＤＭ無線通信システム（１００）。
【請求項２】
前記受信機において、
第１部分を決定して、決定された第１部分を生成する手段と、
第１部分を前記の等化された拡散ＯＦＤＭ信号から減算して、第２差信号を生成する手段と、
第２差信号を等化し且つ処理して、前記の受信された信号の第２部分を回復し、第１部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と
を更に備える請求項１記載の拡散ＯＦＤＭ無線通信システム。
【請求項３】
前記受信機（１６０−１８０）が更に、前記の決定された第１部分及び第２部分の代わりに前記の回復された第１部分及び第２部分を用いて処理することを所定数の更なる回数繰り返して、第１部分及び第２部分に対する一層高い信頼性のある推定を回復する手段を備える請求項２記載の拡散ＯＦＤＭ無線通信システム。
【請求項４】
前記受信機において、
前記の回復された受信信号を、数において前記第１の複数の部分より大きく且つ第１後続部分、第２後続部分、第３部分及び第４部分を含む第２の複数の部分に分割する手段と、
第２後続部分、第３部分及び第４部分を前記の受信された信号から減算して、第１後続差信号を生成する手段と、
第１後続差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第１後続部分を回復し、第２部分、第３部分及び第４部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と、
第１後続部分を決定して、前記の決定された第１後続部分を生成する手段と、
第１後続部分、第３部分及び第４部分を前記受信された信号から減算して、第２後続差信号を生成する手段と、
第２後続差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第２後続部分を回復し、第１部分、第３部分及び第４部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と、
第２後続部分を決定して、決定された第２後続部分を生成する手段と、
第１後続部分、第２後続部分及び第４部分を前記の受信された信号から減算して、第３差信号を生成する手段と、
第３差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第３部分を回復し、第１部分、第部分２及び第４部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と、
第３部分を決定して、決定された第３部分を生成する手段と、
第１後続部分、第２後続部分及び第３部分を前記の受信された信号から減算して、第４差信号を生成する手段と、
第４差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第４部分を回復し、第１部分、第２部分及び第３部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と、
第４部分を決定して、決定された第４部分を生成する手段と
を更に備える請求項１から３のいずれか一項に記載の拡散ＯＦＤＭ無線通信システム。
【請求項５】
前記受信機（１６０−１８０）は更に、前記の回復された第１後続部分、前記の回復された第２後続部分、前記の回復された第３部分及び前記の回復された第４後続部分のそれぞれに代わって前記の決定された第１後続部分、前記の決定された第２後続部分、前記の決定された第３部分及び前記の決定された第４部分を用いて処理することを所定数の更なる回数繰り返して、前記第１後続部分、第２後続部分、第３部分及び第４部分に対する一層信頼性のある推定を回復する手段を備える請求項４記載の拡散ＯＦＤＭ無線通信システム。
【請求項６】
前記第２の複数の部分が２より大きい２の整数倍である請求項４記載の拡散ＯＦＤＭ無線通信システム。
【請求項７】
前記等化し且つ処理する手段が、
チャネル係数に依存した要素を有する第１対角行列を乗算する第１行列乗算手段と、
ウォルシュ・アダマール行列の部分集合である第２行列を乗算する第２行列乗算手段と
を備える請求項１から６のいずれか一項に記載の拡散ＯＦＤＭ無線通信システム。
【請求項８】
前記等化し且つ処理する手段が、最小平均二乗誤差等化を実行する手段を備える請求項１から７のいずれか一項に記載の拡散ＯＦＤＭ無線通信システム。
【請求項９】
前記拡散ＯＦＤＭ信号を送信する手段が、ウォルシュ・アダマール変換を実行することにより拡散する手段を備える請求項１から８のいずれか一項に記載の拡散ＯＦＤＭ無線通信システム。
【請求項１０】
送信機（１１０−１４０）において、
拡散ＯＦＤＭ信号を送信する手段を備え、
受信機（１６０−１８０）において、
最小平均二乗誤差等化を実行する手段を備え、
前記最小平均二乗誤差等化を実行する手段が、
チャネル係数に依存した要素を有する第１対角行列を乗算する第１行列乗算手段と、
ウォルシュ・アダマール行列の部分集合である第２行列を乗算する第２行列乗算手段とを備える、拡散ＯＦＤＭ無線通信システム（１００）。
【請求項１１】
拡散ＯＦＤＭ無線通信システム（１００）に使用の受信機（１６０−１８０）であって、
無線拡散ＯＦＤＭ信号を受信する手段と、
前記の拡散ＯＦＤＭ信号を等化する手段と、
前記の等化された拡散ＯＦＤＭ信号を、第１部分及び第２部分を含む第１の複数の部分に分割する手段と、
第２部分を決定して、決定された第２部分を生成する手段と、
前記の決定された第２部分を前記の受信された拡散ＯＦＤＭ信号から減算して、第１差信号を生成する手段と、
第１差信号を等化し且つ処理して、前記の受信された信号の第１部分を回復し、第２部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と
を備える受信機。
【請求項１２】
第１部分を決定して、決定された第１部分を生成する手段と、
第１部分を前記の等化された拡散ＯＦＤＭ信号から減算して、第２差信号を生成する手段と、
第２差信号を等化し且つ処理して、前記の受信された信号の第２部分を回復し、第１部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と
を更に備える請求項１１記載の受信機。
【請求項１３】
前記の決定された第１部分及び第２部分の代わりに前記の回復された第１部分及び第２部分を用いて処理することを所定数の更なる回数繰り返して、第１部分及び第２部分に対する一層信頼性のある推定を回復する手段を更に備える請求項１２記載の受信機。
【請求項１４】
前記の回復された受信信号を、数において前記第１の複数の部分より大きく且つ第１後続部分、第２後続部分、第３部分及び第４部分を含む第２の複数の部分に分割する手段と、
第２後続部分、第３部分及び第４部分を前記の回復された受信信号から減算して、第１後続差信号を生成する手段と、
第１後続差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第１後続部分を回復し、第２部分、第３部分及び第４部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と、
第１後続部分を決定して、前記の決定された第１後続部分を生成する手段と、
第１後続部分、第３部分及び第４部分を前記受信された信号から減算して、第２後続差信号を生成する手段と、
第２後続差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第２後続部分を回復し、第１部分、第３部分及び第４部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と、
第２後続部分を決定して、決定された第２後続部分を生成する手段と、
第１後続部分、第２後続部分及び第４部分を前記受信信号から減算して、第３差信号を生成する手段と、
第３差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第３部分を回復し、第１部分、第２部分及び第４部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と、
第３部分を決定して、決定された第３部分を生成する手段と、
第１後続部分、第２後続部分及び第３部分を前記の受信された信号から減算して、第４差信号を生成する手段と、
第４差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第４部分を回復し、第１部分、第２部分及び第３部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と、
第４部分を決定して、決定された第４部分を生成する手段と
を更に備える請求項１１から１３のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項１５】
前記の回復された第１後続部分、前記の回復された第２後続部分、前記の回復された第３部分及び前記の回復された第４部分のそれぞれに代わって前記の決定された第１後続部分、前記の決定された第２後続部分、前記の決定された第３部分及び前記の決定された第４部分を用いて処理することを所定数の更なる回数繰り返して、第１後続部分、第２後続部分、第３部分及び第４部分に対する一層信頼性のある推定を回復する手段を更に備える請求項１４記載の受信機。
【請求項１６】
前記等化し且つ処理する手段が、
チャネル係数に依存した要素を有する第１対角行列を乗算する第１行列乗算手段と、
ウォルシュ・アダマール行列の部分集合である第２行列を乗算する第２行列乗算手段と
を備える請求項１１から１５のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項１７】
前記等化し且つ処理する手段が、最小平均二乗誤差等化を実行する手段を備える請求項１１から１６のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項１８】
拡散ＯＦＤＭ無線通信システムに使用の受信機（１６０−１８０）であって、
最小平均二乗誤差等化を実行する手段を備え、
前記最小平均二乗誤差等化を実行する手段が、
チャネル係数に依存した要素を有する第１対角行列を乗算する第１行列乗算手段と、
ウォルシュ・アダマール行列の部分集合である第２行列を乗算する第２行列乗算手段とを備える、受信機。
【請求項１９】
拡散ＯＦＤＭ無線通信システム（１００）に使用の受信機（１６０−１８０）を動作させる方法であって、
無線拡散ＯＦＤＭ信号を受信するステップと、
前記の拡散ＯＦＤＭ信号を等化するステップと、
前記の等化された拡散ＯＦＤＭ信号を、第１部分及び第２部分を含む第１の複数の部分に分割するステップと、
第２部分を決定して、決定された第２部分を生成するステップと、
前記の決定された第２部分を前記の受信された拡散ＯＦＤＭ信号から減算して、第１差信号を生成するステップと、
第１差信号を等化し且つ処理して、前記の受信された信号の第１部分を回復し、第２部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減するステップと
を備える、方法。
【請求項２０】
第１部分を決定して、決定された第１部分を生成するステップと、
第１部分を前記の等化された拡散ＯＦＤＭ信号から減算して、第２差信号を生成するステップと、
第２差信号を等化し且つ処理して、前記の受信された信号の第２部分を回復し、第１部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減するステップと
を更に備える請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記の決定された第１部分及び第２部分の代わりに前記の回復された第１部分及び第２部分を用いて処理することを所定数の更なる回数繰り返して、第１部分及び第２部分に対する一層信頼性のある推定を回復するステップを更に備える請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記の回復された受信信号を、数において前記第１の複数の部分より大きく且つ第１後続部分、第２後続部分、第３部分及び第４部分を含む第２の複数の部分に分割するステップと、
第２後続部分、第３部分及び第４部分を前記の回復された受信信号から減算して、第１後続差信号を生成するステップと、
第１後続差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第１後続部分を回復し、第２部分、第３部分及び第４部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減するステップと、
第１後続部分を決定して、前記の決定された第１後続部分を生成するステップと、
第１後続部分、第３部分及び第４部分を前記受信された信号から減算して、第２後続差信号を生成するステップと、
第２後続差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第２後続部分を回復し、第１部分、第３部分及び第４部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減するステップと、
第２後続部分を決定して、決定された第２後続部分を生成するステップと、
第１後続部分、第２後続部分及び第４部分を前記の受信信号から減算して、第３差信号を生成するステップと、
第３差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第３部分を回復し、第１部分、第２部分及び第４部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減するステップと、
第３部分を決定して、決定された第３部分を生成するステップと、
第１後続部分、第２後続部分及び第３部分を前記の受信信号から減算して、第４差信号を生成するステップと、
第４差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第４部分を回復し、第１部分、第２部分及び第３部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減するステップと、
第４部分を決定して、決定された第４部分を生成するステップと
を更に備える請求項１９から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記の回復された第１後続部分、前記の回復された第２後続部分、前記の回復された第３部分及び前記の回復された第４部分のそれぞれに代わって前記の決定された第１後続部分、前記の決定された第２後続部分、前記の決定された第３部分及び前記の決定された第４部分を用いて処理することを所定数の更なる回数繰り返して、第１後続部分、第２後続部分、第３部分、及び第４部分に対する一層信頼性のある推定を回復するステップを更に備える請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記第２の複数の部分が２より大きい２の整数倍である請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
チャネル係数に依存した要素を有する第１対角行列を乗算するステップと、
ウォルシュ・アダマール行列の部分集合である第２行列を乗算するステップと
を備える請求項１９から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
最小平均二乗誤差等化を実行するステップを備える請求項１９から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
拡散ＯＦＤＭ無線通信システム（１００）において最小平均二乗誤差等化を実行する方法であって、
チャネル係数に依存した要素を有する第１対角行列を乗算するステップと、
ウォルシュ・アダマール行列の部分集合である第２行列を乗算するステップと
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、マルチキャリヤ無線通信システムに関し、特に、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調スキームに関する。
【０００２】
［発明の背景］
そのような変調スキームは、現在、標準で、無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）を含む通信システム、例えば、米国における「ＩＥＥＥ８０２．１１ａ」、ヨーロッパにおける「ＨＩＰＥＲＬＡＮ／２」、ツイスト・ペアを介したＡＤＳＬ（非対称型ディジタル加入者線）、及び電力線上の「ホーム・プラグ（ＨｏｍｅＰＬＵＧ）」に対して高いデータ速度を提供する手段として広く用いられている。
【０００３】
次の１０年間では、マルチメディア・ブロードバンド伝送の要件にうまく対処するデータ速度の増大を実現することが挑戦である。既存の標準のいずれもが、より大規模（多くのユーザを含む）にこれらの要件に適合することができてない。その要件は、適切な復号アルゴリズムと組み合わされた場合、パケット誤り率（ＰＥＲ）に関して伝統的なＯＦＤＭシステムより良好な性能を示す一層強固であるが単純な変調スキームの探求に刺激を与える。この技術的判定基準は、直接に、システム・スループットの増大に変わる。明らかに、そのような新しい変調スキームに関する魅力的特性は、それをＯＦＤＭの単純な拡張として見て、それにより、既存の標準においてプロプラエタリ（ｐｒｏｐｒｉｅｔａｒｙ）伝送モードとして実行されることができるであろうことである。こうして、それはまた、新しい標準への円滑な移行のための手段を提供するであろう。
【０００４】
本発明の分野においては、エンハンスメント（増強）が、固有のＯＦＤＭの弱点、即ち、キャリヤ（搬送波）は雑音が無い場合でさえ強いチャネル減衰を受けているとき、搬送されているデータが回復不能に失われることを改善するための次善策として提案されてきた。伝統的な代替案は、前進誤り訂正（ＦＥＣ）コーディングを用いて、情報を搬送波に沿って拡散するものである。しかし、別の戦略、即ち、送信されるべきシンボルのブロックを、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ（高速フーリエ変換／逆ＦＦＴ）変調の前に、単位拡散行列「太字Ｗ」（以下「太字Ｘ」は太字の記号Ｘを表す。）（多くの場合、その魅力的実行特性のためウォルシュ・アダマール変換であるよう選定される。）により事前処理することによりＯＦＤＭ及びＣＤＭＡの強さを組み合わせることが提案された。
【０００５】
この冗長性無しのプリコーダ（ｒｅｄｕｎｄａｎｔｌｅｓｓ  ｐｒｅｃｏｄｅｒ）「太字Ｗ」は、送信されるべき情報を全ての搬送波上に一様に拡散し、それにより、たとえ１つの搬送波が回復不能であっても、送信された情報を依然他のサブバンドの復号により回復することができるという役割を有する。
【０００６】
そのような拡散ＯＦＤＭ（ＳＯＦＤＭはまた、サイクリック・プリフィックスを有する単一ユーザＯＦＤＭ−ＣＤＭＡとして知られている。）変調技術の実行は、連続干渉キャンセレーション（ＳＩＣ）を必要とし、そして多くのＳＩＣアルゴリズムが提案されきている。最も周知のものの１つは、Ｇ．Ｊ．Ｆｏｓｃｈｉｎｉ及びＭ．Ｊ．Ｇａｎｓによる刊行物「多重アンテナを用いたとき、フェーディング環境での無線通信の限界について（Ｏｎ  Ｌｉｍｉｔｓ  ｏｆ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ａ  ｆａｄｉｎｇ  Ｅｎｖｉｒｏｍｅｎｔ  ｗｈｅｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｎｔｅｎｎａｓ）」（無線パーソナル通信（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｅｒｓｏｎｎａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、６：３１１−３３５頁、１９９８年）において、ベル研究所により提案された多重アンテナ・システムのための「Ｖ−ＢＬＡＳＴ」である。しかしながら、Ｖ−ＢＬＡＳＴアルゴリズムが、受信機において逆変換ステップ中に搬送波全体にわたるＳＮＲ（信号対雑音比）を平均化することに起因して、従来のＳＯＦＤＭシステムに適さないことが実証された（Ｐ．Ｌｏｕｂａｔｏｎ、Ｍ．Ｄｅｂｂａｈ及びＭ．ｄｅＣｏｕｒｖｉｌｌｅによる刊行物「ＭＭＳＥ等化を有する拡散ＯＦＤＭ性能（Ｓｐｒｅａｄ  ＯＦＤＭ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｗｉｔｈ  ＭＭＳＥ  Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）」（音響学、音声及び信号処理に関する国際会議、米国、Ｓａｌｔ  Ｌａｋｅ  Ｃｉｔｙ、２００１年５月）において）。更に、そのようなアプローチが、幾つかの疑似逆行列の計算に起因して極めて大きい復号の複雑さをもたらす。
【０００７】
従って、前述の欠点を改善し得る、ＯＦＤＭ通信システム及びそれに使用の復号アルゴリズムに対する必要性が存在する。
【０００８】
［発明の陳述］
本発明の第１の局面に従って、請求項１に記載の拡散ＯＦＤＭ無線通信システムが提供される。
本発明の第２の局面に従って、請求項１０に記載の拡散ＯＦＤＭ無線通信システムが提供される。
本発明の第３の局面に従って、請求項１１に記載の、拡散ＯＦＤＭ無線通信システムに使用の受信機が提供される。
本発明の第４の局面に従って、請求項１８に記載の、拡散ＯＦＤＭ無線通信システムに使用の受信機が提供される。
本発明の第５の局面に従って、請求項１９に記載の、拡散ＯＦＤＭ無線通信システムにおける受信機を動作させる方法が提供される。
本発明の第６の局面に従って、請求項２７に記載の、拡散ＯＦＤＭ無線通信システムにおいて最小平均二乗誤差等化を実行する方法が提供される。
【０００９】
一局面において、本発明は、増強されたＯＦＤＭ変調器のための新しく効率的であるが単純で且つ複雑さが少ない復号アルゴリズムを提供する。
好ましくは、ＯＦＤＭ変調器は、ウォルシュ・アダマール変換に基づいており、ウォルシュ・アダマール・プリコーダの数学的特性の活用を可能にする。
【００１０】
一形態において、新しい復号アルゴリズムは、受信されたブロックを２つの等しい部分に分割し、その２つの部分の１つが最初に復号され、次いで受信されたベクトルから減算されて、干渉の部分を抑圧し、そして上記２つの部分の他方が次ぎに復号されることで構成される。この繰り返し手順が更に、連続したブロックの分割により拡張されることができ、そしてマルチレゾリューション（ｍｕｌｔｉ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）復号アルゴリズムをもたらす。このアルゴリズムの魅力的特性は、それが依然疑似逆元（ｐｓｅｕｄｏ−ｉｎｖｅｒｓｅ）の計算に依拠しているにも拘わらず、これらの逆元の表現は、導出するのが容易であり、そして単純にウォルシュ・アダマール変換による対角行列の積で構成される。従って、ウォルシュ・アダマール拡散シーケンスを用いることにより、Ｖ−ＢＬＡＳＴ復号スキームの本来的複雑さの不利益を単純に解消する。これにより、複雑さのほんの僅かな増加により性能の著しいゲイン（例えば、ＭＭＳＥＳＯＦＤＭと比較して約３−４ｄＢ）を可能にし、それは、
ｉ）そのような新しい変調スキームを実際に使用すること、及び
ｉｉ）将来の無線ＬＡＮ標準に対する解法としてそれらを提案すること
を行うよう動機付ける。
【００１１】
新しいマルチレゾリューション復号アルゴリズム（ｍｕｌｔｉ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｄｅｃｏｄｉｎｇ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）の次の技術的利点を強調することができる。
・同じ又はより良好な性能を持ちながら、既存のＳＩＣ ＢＬＡＳＴ技術と比較して算術的複雑さが低い。
・本方法の柔軟性及びスケーラビリティ（実行すべき繰り返し数を性能／複雑さのトレードオフに基づいて調整することが可能である。）
・全てのＯＦＤＭ標準の中にプロプラエタリ伝送モードとして組み合わせることができる（それは、現在のＯＦＤＭシステムの単純な拡張と見ることができるからである。）。
・伝統的なＯＦＤＭ及び最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）ＳＯＦＤＭ受信機と比較して著しいＰＥＲ性能の増強を生じる（例えば、３ｄＢ）。
本発明を組み込んだ、１つのＯＦＤＭ単一ユーザ通信システム、及びそれに使用の復号アルゴリズムが、ここで、一例としてのみ、添付図面を参照して説明される。
【００１２】
［好適な実施形態の説明］
以下で説明されるように、記載される復号アルゴリズムは、Ｖ−ＢＬＡＳＴ復号戦略と比較して複雑さがほんの僅かにしか余分でしか無い状態で、ＭＭＳＥ等化されたＳＯＦＤＭスキームと比較して性能を著しく増強する。
【００１３】
送信されるべき複素値シンボル（各シンボルは、有限のアルファベットで呼ばれるコンステレーション、例えば、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ等に属する。）のブロックを表す次元Ｎ×ｌベクトルｓを考える。図１に示されている拡散ＯＦＤＭ伝送システム全体は、送信機において、拡散行列モジュール１１０、変調を与えるモジュール１２０、ガード間隔挿入及び並列／直列変換を与えるモジュール１３０、及びディジタル／アナログ変換器１４０を含む。送信機は、無線通信チャネル１５０を介して受信機に結合される。その受信機は、ミキサ及びアナログ／ディジタル変換器１６０、ガード間隔抑圧及び直列／並列変換を与えるモジュール１７０、復調を与えるモジュール１８０、及び等化を与えるモジュール１９０を含む。
【００１４】
図１のシステムは、図２に示されるように周波数領域において直接モデル化することができ、それにより、受信されたベクトルｙは、次のように表せる。
ｙ＝ＨＷｓ＋ｂ＝Ｍｓ＋ｂ
ここで、
Ｈは、Ｎ×Ｎの対角行列であり、複素周波数チャネル減衰を担い、
Ｗは、Ｎ×Ｎのウォルシュ・アダマール拡散ユニタリー行列であり、その特定の回帰的構造は、複雑さを低減するため復号アルゴリズムで活用され、
ｂは、Ｎ×ｌの複素白色ＩＩＤ（独立で且つ同一に分布された）ガウス雑音ベクトルであり、その成分分散は、
【００１５】
【数１】
2005519551.tif 000003
【００１６】
である（Ｅｒｅは数学的期待演算子（ｍａｔｈｍａｔｉｃａｌ  ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ  ｏｐｅｒａｔｏｒ）。
次の解析において、Ｈ、Ｗ及びσ２は、任意の所与の伝統的推定技術により受信機で分かっていると仮定する。
【００１７】
以下で説明する手順は、情報ベクトルｓの回復を、受信したベクトルｙに基づいて処理し、これを等化ステップと呼ぶ。伝統的なＭＭＳＥ等化器を用いる代わりに、特有の連続干渉キャンセレーション・アルゴリズム（「マルチレゾリューション復号アルゴリズム」と呼ばれる。）を説明する。次の解析において、（）ｈは、エルミート転置演算子として定義され、そしてＩＮは、Ｎ×Ｎ恒等行列（ｉｄｅｎｔｉｔｙ  ｍａｔｒｉｘ）として定義される。
【００１８】
マルチレゾリューション復号アルゴリズムは、次のステップに基づいている。
（ｉ）受信されたｙベクトルをＭＭＳＥ等化器により復号し、それにｄｅｃ（）により表される非線形決定関数（例えば、ハード決定デマッパ（ｈａｒｄ  ｄｅｃｉｓｉｏｎ  ｄｅｍａｐｐｅｒ）、ソフト決定等）による作用が続く。即ち、ｓ＾＝ｄｅｃ（ＧＭＭＳＥｙ）（「ｘ＾」は記号ｘの上に＾を付した記号を表す。）。
ここで、ＧＭＭＳＥ＝Ｍｈ（ＭＭｈ＋σ２ＩＮ）−１（積ＧＭＭＳＥｙの簡便な実行は以下で詳細に説明する。）。
（ｉｉ）ベクトルｓ＾を２つの等しいサイズのＮ／２部分に分割する。即ち、
【００１９】
【数２】
2005519551.tif 000004
【００２０】
（ｉｉｉ）ベクトルｓ＾の第２の半分ｓ＾２を受信されたベクトルｙから減算して、ｓの第１の半分により発生される干渉を除去する（ｓ２をあたかもｓ＾２＝ｓ２のように扱う。）。
（ｉｖ）行列Ｇ１による、結果として生じたｙ１の半分のサイズのベクトルのＭＭＳＥ等化を実行し、それに決定関数ｄｅｃ（）による作用が続いて、ｓ＾１よりｓ１の一層信頼性のある推定
【００２１】
【数３】
2005519551.tif 000005
【００２２】
を得る。
（ｖ）この時点で、ｓ＾２よりｓ２の一層良好な推定
【００２３】
【数４】
2005519551.tif 000006
【００２４】
を回復するため、ｓ＾の第１の半分について上記手順を出来る限り反復する。
（ｖｉ）ｓ＾１及びｓ＾２に
【００２５】
【数５】
2005519551.tif 000007
【００２６】
及び
【００２７】
【数６】
2005519551.tif 000008
【００２８】
のそれぞれを代入して、これらの演算を繰り返すことができる。
式に変換されると、これは、結果的に以下のステップになる。
マルチレゾリューション復号アルゴリズムの第１段階（３１０）
ステップ０，（３００）：
【００２９】
【数７】
2005519551.tif 000009
【００３０】
のＭＭＳＥ等化
ステップ１：
【００３１】
【数８】
2005519551.tif 000010
【００３２】
ステップ２：
【００３３】
【数９】
2005519551.tif 000011
【００３４】
のＭＭＳＥ等化
ステップ３：
【００３５】
【数１０】
2005519551.tif 000012
【００３６】
ステップ４：
【００３７】
【数１１】
2005519551.tif 000013
【００３８】
のＭＭＳＥ等化
ステップ５：
【００３９】
【数１２】
2005519551.tif 000014
【００４０】
ステップ６：ステップ１へ行く。
前述したように、受信されたベクトルｙの２による更なる分割のみが実行されるにも拘わらず、そのより一般化された形式において、上記手順は、２の累乗により除算された長さＮのｙのより小さい更なる分割に適用することができ、即ち、任意の整数ｋに対してＮ／２ｋであり、それによりその結果は整数のままであることに注目すべきである。一般化されたアルゴリズムは、ｙのその結果生じた各サブブロックに対して既に説明した手順を反復することで構成される。アルゴリズムの段階ｉがサイズＮ／２ｉのブロックにおいてｙの更なる分割のレベルに対して実行される演算を定義するとしよう。
【００４１】
例証として、提案されたマルチレゾリューション復号アルゴリズムの第２段階は、次の演算をもたらす。
マルチレゾリューション復号アルゴリズムの第２段階（３２０）
ステップ０：形式
【００４２】
【数１３】
2005519551.tif 000015
【００４３】
ステップ１：
【００４４】
【数１４】
2005519551.tif 000016
【００４５】
ステップ２：
【００４６】
【数１５】
2005519551.tif 000017
【００４７】
のＭＭＳＥ等化
ステップ３：
【００４８】
【数１６】
2005519551.tif 000018
【００４９】
ステップ４：
【００５０】
【数１７】
2005519551.tif 000019
【００５１】
のＭＭＳＥ等化
ステップ５：
【００５２】
【数１８】
2005519551.tif 000020
【００５３】
ステップ６：
【００５４】
【数１９】
2005519551.tif 000021
【００５５】
のＭＭＳＥ等化
ステップ７：
【００５６】
【数２０】
2005519551.tif 000022
【００５７】
ステップ８：
【００５８】
【数２１】
2005519551.tif 000023
【００５９】
のＭＭＳＥ等化
ステップ９：
【００６０】
【数２２】
2005519551.tif 000024
【００６１】
ステップ１０：ステップ１へ行く。
Ｇ（γ）ｉがサイズＮ／２γのベクトルｙのサブブロックｒに対する段階γでのＭＭＳＥ等化器行列を表すことに注目されたい。
【００６２】
各段階は、二分木を用いた図３のグラフ的図に従った多くの方法でシーケンス化することができる。二分木における各経路は、提案されたアルゴリズムの別のインスタンシエイションをもたらす。段階の数、及び段階のそれぞれが繰り返されなければならない回数に関する深さは、複雑さ／性能のトレードオフ判定基準により決定されることができる。
【００６３】
従って、復号を更に改良するため、同じ機構が、サイズＮ／４、次いでサイズＮ／８以下等々のブロックに適用されることができ、当該復号のより高い解像度に至る。
明らかに、段階及び繰り返しの数を増大することにより、より強固な推定手順が生成される。しかしながら、シミュレーションは、ビット誤り率が数回の繰り返し後に収斂することを示し、そこで再び、復号されたベクトルを改善するため、都合の良いことには、実際には、アルゴリズムの第２段階を考慮するだけが必要である。
【００６４】
ベクトルｙｌと行列Ｇ（γ）ｉとの積を計算するための早いアルゴリズムは次のとおりに実行することができる。
最初に、行列Ｇ（γ）ｉの式は、各段階で
【００６５】
【数２３】
2005519551.tif 000025
【００６６】
を完全に仮定することにより検査される。ここで、Ｅは期待演算子（ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ  ｏｐｅｒａｔｏｒ）であり、ρはｐｋの関数であり、ｐｋはその最後の等化後のｋ番目のブロックに対するビット誤り確率で、用いられるコンステレーションに依存する。
これらの仮定の下で、各段階で用いられるＭＭＳＥ等化行列の次の式を計算することが可能である。
【００６７】
【数２４】
2005519551.tif 000026
【００６８】
ここで、Ｄ（γ）ｋは、次のブロック−対角行列である。
【００６９】
【数２５】
2005519551.tif 000027
【００７０】
シミュレーションは、項ρ（ｐｋ）が全体性能で重要な役割を果たしていないで、従って無視する（０に置換する）ことができることを示し、それは、行列の積の計算を非常に単純化する。このケースにおいて、（Ｎ／２γ）×（Ｎ／２γ）対角行列を
【００７１】
【数２６】
2005519551.tif 000028
【００７２】
と定義すると、次の一般的結果が得られることを示すことができる。
【００７３】
【数２７】
2005519551.tif 000029
【００７４】
従って、Ｇ（γ）ｉによる積は、単純に、ｙｉの対角行列との積にチャネル係数（一度だけ計算され格納される）に応じて縮小され、それにサイズ（Ｎ／２γ）×Ｎのウォルシュ・アダマール行列の部分集合の積が続く。従って、２つの前の式で詳述した手順は、様々なＭＭＳＥ等化ステップを実行するための単純で算術的複雑さが低い方法をもたらす。Ｇ（γ）ｉにより必要とされるＮ３の予期される重い算術的複雑さのオーダの代わりに、各段階において
【００７５】
【数２８】
2005519551.tif 000030
【００７６】
のオーダのはるかに単純な複雑さに帰着する。
前述したマルチレゾリューション復号アルゴリズムの複雑さは、次のとおりに推定することができる。ウォルシュ・アダマール構造に起因した算術的単純化は、極めて低い複雑さに至る。アルゴリズムの各段階γにおいて、１回の繰り返しの複雑さＣ（γ，Ｎ）（即ち、ｙの、及びＧ（γ）ｉｙの２γの計算及び決定）を次のように過大に評価することができる。
【００７７】
【数２９】
2005519551.tif 000031
【００７８】
ここで、ＡｄｄＲは２つの実数値の加法の複雑さであり（減法の複雑さに等しいと仮定して）、ＭｕｌＲは乗法の複雑さであり、そして「決定」は複素値（シンボルの選定）に関するハード決定の複雑さである。
【００７９】
ＱＰＳＫコンステレーションを用いた８００ｎｓガード時間ＨＩＰＥＲＬＡＮ／２ ＯＦＤＭシステムの場合５．２ＧＨｚ、２０ＭＨｚ帯域幅、６４個の搬送波の文脈において、前述のマルチレゾリューション復号アルゴリズムにより提供される性能改善の説明が続く。２チャネル・プロフィール、即ち（ｉ）完全な時間インターリーブされたＢＲＡＮ｀Ｅ´チャネル・モデル、及び（ｉｉ）周波数領域における純粋な独立のレイリー・フェーディングを用いて、シミュレーションをランさせた。コード化されてない（ｕｎｃｏｄｅｄ）シナリオに対してビット誤り率（ＢＥＲ）に関して、比（Ｅｂ／Ｎ０）（（ビット当たりのエネルギ）／（雑音エネルギ））の関数としての結果が、図４及び図５に与えられている。
【００８０】
ＯＦＤＭ及びＭＭＳＥ ＳＯＦＤＭシステムと比較して、ウォルシュ・アダマール拡散シーケンスを用いて新しい復号戦略を適用することにより明らかな改善を観測することができ、１０−４の目標ＢＥＲに対して、３ｄＢ以上が、ＭＭＳＥＳＯＦＤＭと比較して、３つの最初の段階での１回又は２回の繰り返しを適用して得られた。
【００８１】
これは、同じ固定のＢＥＲ及び所与のＣ／Ｉ（搬送波対干渉）に対して、マルチレゾリューション復号アルゴリズムを有する１６ＱＡＭ ＳＯＦＤＭは、ビット・レートで４倍の増強を提供しながら、ＱＰＳＫ ＳＯＦＤＭ ＭＭＳＥ伝送スキームの同じ性能を有するであろうことを意味する。そのような著しい改善は、既存システムに対する改善された復号スキームが直接、所与のＱｏＳ制約の下でより大きなシステム容量に変わることができる仕方を説明する。
【００８２】
前述のＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ・拡散ＯＦＤＭ単一ユーザ・システムのためのマルチレゾリューション復号アルゴリズムは次の利点を与えることが理解されるであろう。新しいマルチレゾリューション復号アルゴリズムの次の技術的利点を強調することができる。
【００８３】
・既存のＳＩＣ ＢＬＡＳＴ技術と比較して、同じ又はより良好な性能を有しつつ、算術的複雑さが低い。
・本方法の良好な柔軟性及びスケーラビリティ（実行すべき繰り返しの回数を性能／複雑さのトレードオフに基づいて調整することが可能である。）。
・全てのＯＦＤＭ標準に、プロプラエタリ伝送モードとして組み合わされることができる（それが現在のＯＦＤＭシステムの単純な拡張と見ることができるからである。）。
・伝統的なＯＦＤＭ及び最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）ＳＯＦＤＭ受信機と比較して著しいＰＥＲ性能増強を生じる（例えば、３ｄＢ）。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】図１は、ＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ（拡散ＯＦＤＭ）単一ユーザ通信システムの概略ブロック図を示す。
【図２】図２は、周波数領域でモデル化した図１のシステムの概略ブロック図を示す。
【図３】図３は、図１のシステムで用いられる２段階マルチレゾリューション復号アルゴリズムの図的二分木表現を示す。
【図４】図４は、ＢＥＲ（ビット誤り率）に関する異なるそれぞれのチャネル・プロフィールの下で他の復号シナリオと比較したマルチレゾリューション復号アルゴリズムのシミュレーション性能をＥｂ／Ｎ０（（ビット当たりのエネルギ）／（雑音エネルギ））の関数として表すグラフを示す。
【図５】図５は、ＢＥＲ（ビット誤り率）に関する異なるそれぞれのチャネル・プロフィールの下で他の復号シナリオと比較したマルチレゾリューション復号アルゴリズムのシミュレーション性能をＥｂ／Ｎ０（（ビット当たりのエネルギ）／（雑音エネルギ））の関数として表すグラフを示す。
【図１】
2005519551.tif 000032
【図２】
2005519551.tif 000033
【図３】
2005519551.tif 000034
【図４】
2005519551.tif 000035
【図５】
2005519551.tif 000036
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月9日(2004.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散ＯＦＤＭ無線通信システム（１００）に使用の受信機（１６０−１８０）であって、
無線拡散ＯＦＤＭ信号を受信する手段と、
前記の拡散ＯＦＤＭ信号を等化する手段と、
前記の等化された拡散ＯＦＤＭ信号を、第１部分及び第２部分を含む第１の複数の部分に分割する手段と、
第２部分を決定して、決定された第２部分を生成する手段と、
前記の決定された第２部分を前記の受信された拡散ＯＦＤＭ信号から減算して、第１差信号を生成する手段と、
第１差信号を等化し且つ処理して、前記の受信された信号の第１部分を回復し、第２部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と
を備える受信機。
【請求項２】
第１部分を決定して、決定された第１部分を生成する手段と、
第１部分を前記の等化された拡散ＯＦＤＭ信号から減算して、第２差信号を生成する手段と、
第２差信号を等化し且つ処理して、前記の受信された信号の第２部分を回復し、第１部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と
を更に備える請求項１記載の受信機。
【請求項３】
前記の決定された第１部分及び第２部分の代わりに前記の回復された第１部分及び第２部分を用いて処理することを所定数の更なる回数繰り返して、第１部分及び第２部分に対する一層信頼性のある推定を回復する手段を更に備える請求項２記載の受信機。
【請求項４】
前記の回復された受信信号を、数において前記第１の複数の部分より大きく且つ第１後続部分、第２後続部分、第３部分及び第４部分を含む第２の複数の部分に分割する手段と、
第２後続部分、第３部分及び第４部分を前記の回復された受信信号から減算して、第１後続差信号を生成する手段と、
第１後続差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第１後続部分を回復し、第２部分、第３部分及び第４部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と、
第１後続部分を決定して、前記の決定された第１後続部分を生成する手段と、
第１後続部分、第３部分及び第４部分を前記受信された信号から減算して、第２後続差信号を生成する手段と、
第２後続差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第２後続部分を回復し、第１部分、第３部分及び第４部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と、
第２後続部分を決定して、決定された第２後続部分を生成する手段と、
第１後続部分、第２後続部分及び第４部分を前記受信信号から減算して、第３差信号を生成する手段と、
第３差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第３部分を回復し、第１部分、第２部分及び第４部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と、
第３部分を決定して、決定された第３部分を生成する手段と、
第１後続部分、第２後続部分及び第３部分を前記の受信された信号から減算して、第４差信号を生成する手段と、
第４差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第４部分を回復し、第１部分、第２部分及び第３部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減する手段と、
第４部分を決定して、決定された第４部分を生成する手段と
を更に備える請求項１から３のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項５】
前記の回復された第１後続部分、前記の回復された第２後続部分、前記の回復された第３部分及び前記の回復された第４部分のそれぞれに代わって前記の決定された第１後続部分、前記の決定された第２後続部分、前記の決定された第３部分及び前記の決定された第４部分を用いて処理することを所定数の更なる回数繰り返して、第１後続部分、第２後続部分、第３部分及び第４部分に対する一層信頼性のある推定を回復する手段を更に備える請求項４記載の受信機。
【請求項６】
前記等化し且つ処理する手段が、
チャネル係数に依存した要素を有する第１対角行列を乗算する第１行列乗算手段と、
ウォルシュ・アダマール行列の部分集合である第２行列を乗算する第２行列乗算手段と
を備える請求項１から５のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項７】
前記等化し且つ処理する手段が、最小平均二乗誤差等化を実行する手段を備える請求項１から６のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項８】
拡散ＯＦＤＭ無線通信システムに使用の受信機（１６０−１８０）であって、
最小平均二乗誤差等化を実行する手段を備え、
前記最小平均二乗誤差等化を実行する手段が、
チャネル係数に依存した要素を有する第１対角行列を乗算する第１行列乗算手段と、
ウォルシュ・アダマール行列の部分集合である第２行列を乗算する第２行列乗算手段とを備える、受信機。
【請求項９】
拡散ＯＦＤＭ無線通信システム（１００）に使用の受信機（１６０−１８０）を動作させる方法であって、
無線拡散ＯＦＤＭ信号を受信するステップと、
前記の拡散ＯＦＤＭ信号を等化するステップと、
前記の等化された拡散ＯＦＤＭ信号を、第１部分及び第２部分を含む第１の複数の部分に分割するステップと、
第２部分を決定して、決定された第２部分を生成するステップと、
前記の決定された第２部分を前記の受信された拡散ＯＦＤＭ信号から減算して、第１差信号を生成するステップと、
第１差信号を等化し且つ処理して、前記の受信された信号の第１部分を回復し、第２部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減するステップと
を備える、方法。
【請求項１０】
第１部分を決定して、決定された第１部分を生成するステップと、
第１部分を前記の等化された拡散ＯＦＤＭ信号から減算して、第２差信号を生成するステップと、
第２差信号を等化し且つ処理して、前記の受信された信号の第２部分を回復し、第１部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減するステップと
を更に備える請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記の決定された第１部分及び第２部分の代わりに前記の回復された第１部分及び第２部分を用いて処理することを所定数の更なる回数繰り返して、第１部分及び第２部分に対する一層信頼性のある推定を回復するステップを更に備える請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記の回復された受信信号を、数において前記第１の複数の部分より大きく且つ第１後続部分、第２後続部分、第３部分及び第４部分を含む第２の複数の部分に分割するステップと、
第２後続部分、第３部分及び第４部分を前記の回復された受信信号から減算して、第１後続差信号を生成するステップと、
第１後続差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第１後続部分を回復し、第２部分、第３部分及び第４部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減するステップと、
第１後続部分を決定して、前記の決定された第１後続部分を生成するステップと、
第１後続部分、第３部分及び第４部分を前記受信された信号から減算して、第２後続差信号を生成するステップと、
第２後続差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第２後続部分を回復し、第１部分、第３部分及び第４部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減するステップと、
第２後続部分を決定して、決定された第２後続部分を生成するステップと、
第１後続部分、第２後続部分及び第４部分を前記の受信信号から減算して、第３差信号を生成するステップと、
第３差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第３部分を回復し、第１部分、第２部分及び第４部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減するステップと、
第３部分を決定して、決定された第３部分を生成するステップと、
第１後続部分、第２後続部分及び第３部分を前記の受信信号から減算して、第４差信号を生成するステップと、
第４差信号を処理して、前記の回復された受信信号の第４部分を回復し、第１部分、第２部分及び第３部分による干渉項に起因した干渉を実質的に低減するステップと、
第４部分を決定して、決定された第４部分を生成するステップと
を更に備える請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記の回復された第１後続部分、前記の回復された第２後続部分、前記の回復された第３部分及び前記の回復された第４部分のそれぞれに代わって前記の決定された第１後続部分、前記の決定された第２後続部分、前記の決定された第３部分及び前記の決定された第４部分を用いて処理することを所定数の更なる回数繰り返して、第１後続部分、第２後続部分、第３部分、及び第４部分に対する一層信頼性のある推定を回復するステップを更に備える請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の複数の部分が２より大きい２の整数倍である請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
チャネル係数に依存した要素を有する第１対角行列を乗算するステップと、
ウォルシュ・アダマール行列の部分集合である第２行列を乗算するステップと
を備える請求項９から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
最小平均二乗誤差等化を実行するステップを備える請求項９から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
拡散ＯＦＤＭ無線通信システム（１００）において最小平均二乗誤差等化を実行する方法であって、
チャネル係数に依存した要素を有する第１対角行列を乗算するステップと、
ウォルシュ・アダマール行列の部分集合である第２行列を乗算するステップと
を備える方法。
【国際調査報告】
2005519551.tif 000037
2005519551.tif 000038