(57)【要約】【課題】ＭＣ−ＣＤＭＡ電気通信システムの基地局から複数（Ｋ）のユーザへ複数のシンボルを送信する送信方法を提供する。【解決手段】ユーザへ送信されるべき各シンボル（ｄk）は符号化系列（ｃk（ｌ），ｃkext（ｌ））で複数（Ｌ）のキャリア（ｌ）にわたって拡散されて複数の対応する周波数成分を生成し、基地局は複数（Ｍ）のアンテナ素子を備える。本発明によれば、ユーザ（ｋ）のシンボルにより生成される各周波数成分は複数（ＬＭ）の重み付き周波数成分（ｚkm（ｌ））を得るために複数（Ｍ）の重み付け複素係数（ｗk*（ｌ，ｍ），ｍ＝１，...，Ｍ）により重み付けされ、各重み付け係数はユーザ（ｋ）、キャリア（ｌ）およびアンテナ素子（ｍ）に対するものであり、上記複数の重み付け係数は各キャリア周波数ごとに各アンテナ素子と各ユーザの間のダウンリンク伝送チャネルのチャネル係数（ｈk（ｌ，ｍ））の推定値から求められる。【選択図】図１
2004104790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　ＭＣ−ＣＤＭＡ電気通信システムの基地局から複数（Ｋ）のユーザへ複数のシンボルを送信する送信方法であって、
　ユーザへ送信されるべき各シンボル（ｄk）は、符号化系列（ｃk（ｌ））で複数（Ｌ）のキャリア（ｌ）にわたって拡散されて複数の対応する周波数成分を生成し、
　前記基地局は複数（Ｍ）のアンテナ素子を備え、
　ユーザ（ｋ）のシンボルにより生成される各周波数成分は、複数（ＬＭ）の重み付き周波数成分（ｚkm（ｌ））を得るために複数（Ｍ）の重み付け複素係数（ｗk*（ｌ，ｍ），ｍ＝１，...，Ｍ）により重み付けされ、
　各重み付け係数は、ユーザ（ｋ）、キャリア（ｌ）およびアンテナ素子（ｍ）に対するものであり、
　前記複数の重み付け係数は、各キャリア周波数ごとに各アンテナ素子と各ユーザの間のダウンリンク伝送チャネルのチャネル係数（ｈk（ｌ，ｍ））の推定値から求められる
　ことを特徴とする送信方法。
【請求項２】
　各アンテナ素子（ｍ）に対して、複数（Ｌ）の複合周波数成分（Σk=1Kｚkm（ｌ），ｌ＝１，...，Ｌ）を出力するために前記アンテナ素子および相異なるユーザに対する重み付き周波数成分がキャリアごとに加算され、
　前記複数の複合周波数成分はさらに、前記アンテナ素子により送信されるべき信号（Ｓm（ｔ））を生成するために逆フーリエ変換を受ける
　ことを特徴とする請求項１記載の送信方法。
【請求項３】
　前記チャネル係数の推定値は、各キャリア周波数ごとに各ユーザと各アンテナ素子の間のアップリンク伝送チャネルのチャネル係数の推定値として得られる
　ことを特徴とする請求項１又は２記載の送信方法。
【請求項４】
　所与のユーザに対する重み付け係数は、すべての前記ユーザの符号化系列、前記チャネル係数の推定値、前記シンボルを相異なるユーザへそれぞれ送信するために使用される送信電力（Ｐｔk）、ユーザ側で受信周波数成分に影響する雑音の分散（σ2）およびかけられる等化係数の関数として得られる
　ことを特徴とする請求項３記載の送信方法。
【請求項５】
　所与のユーザｇに対する重み付け係数はベクトルｗg*の成分から求められ、ただし*は複素共役演算であり、ｗgは次のタイプの式により求められ、
【数１】
2004104790.tif 000035
　ただし、ＭおよびＬはそれぞれアンテナ素子の個数およびキャリアの個数であり、
　（〜）ｃgは、前記所与のユーザｇの符号化系列を表すベクトルｃg＝（ｃg（１），...，ｃg（Ｌ））TのＭ回の連接として定義されるサイズＭ・Ｌのベクトルであり、
　（〜）ｑgは、前記所与のユーザｇに対する等化係数を表すベクトルｑg＝（ｑg（１），...，ｑg（Ｌ））TのＭ回の連接として定義されるサイズＭ・Ｌのベクトルであり、
　（＾）ｈgは、サイズＭ・Ｌのベクトルであり、（＾）ｈgの最初のＬ個の成分はアンテナ素子１とユーザｇの間のチャネルの前記推定値を表し、次のＬ個の成分はアンテナ素子２とユーザｇの間のチャネルに対応し、
　μgは、ユーザｇに対する送信電力に対する制約によって与えられるスカラー係数であり、
　ＩMLはサイズＭ・Ｌ×Ｍ・Ｌの単位行列であり、
　σ2は前記雑音分散の値であり、
　（＾）Φgは、ユーザｇにより生成される他のユーザに対する多元接続干渉を特徴づけるエルミート行列であり、
　〇は２つのベクトルの成分ごとの乗算を表す
（（〜）ｃg、（〜）ｑgは、ｃ、ｑの上にそれぞれ〜があることを表し、（＾）ｈg、（＾）Φgは、ｈ、Φの上にそれぞれ＾があることを表す。）
　ことを特徴とする請求項４記載の送信方法。
【請求項６】
　前記エルミート行列は次のタイプの式から得られ、
【数２】
2004104790.tif 000036
ただし、Ｋはユーザの数であり、Ｐｔkはユーザｋに対する送信電力であり、
【数３】
2004104790.tif 000037
であり、
　ただし、（〜）ｃkは、ユーザｋの符号化系列を表すベクトルｃk＝（ｃk（１），...，ｃk（Ｌ））TのＭ回の連接として定義されるサイズＭ・Ｌのベクトルであり、
　（〜）ｑkは、ユーザｋに対する等化係数を表すベクトルｑk＝（ｑk（１），...，ｑk（Ｌ））TのＭ回の連接として定義されるサイズＭ・Ｌのベクトルであり、
　（＾）ｈkは、サイズＭ・Ｌのベクトルであり、（＾）ｈkの最初のＬ個の成分はアンテナ素子１とユーザｋの間のチャネルの前記推定値を表し、次のＬ個の成分はアンテナ素子２とユーザｋの間のチャネルに対応する
（（〜）ｃk、（〜）ｑkは、ｃ、ｑの上にそれぞれ〜があることを表し、（＾）ｈkは、ｈの上に＾があることを表す。）
　ことを特徴とする請求項５記載の送信方法。
【請求項７】
　所与のユーザｇに対する重み付け係数はベクトルｗg*の成分から求められ、ただし*は複素共役演算であり、ｗgは次のタイプの式により求められ、
【数４】
2004104790.tif 000038
　ただし、ＭおよびＬはそれぞれアンテナ素子の個数およびキャリアの個数であり、
　（〜）ｃgは、前記所与のユーザｇの符号化系列を表すベクトルｃg＝（ｃg（１），...，ｃg（Ｌ））TのＭ回の連接として定義されるサイズＭ・Ｌのベクトルであり、
　（＾）ｈgは、サイズＭ・Ｌのベクトルであり、（＾）ｈgの最初のＬ個の成分はアンテナ素子１とユーザｇの間のチャネルの前記推定値を表し、次のＬ個の成分はアンテナ素子２とユーザｇの間のチャネルに対応し、
　μgは、ユーザｇに対する送信電力に対する制約によって与えられるスカラー係数であり、
　ＩMLはサイズＭ・Ｌ×Ｍ・Ｌの単位行列であり、
　σ2は前記雑音分散の値であり、
　（＾）Φgは、ユーザｇにより生成される他のユーザに対する多元接続干渉を特徴づけるエルミート行列であり、
　〇は２つのベクトルの成分ごとの乗算を表す
（（〜）ｃgは、ｃの上に〜があることを表し、（＾）ｈg、（＾）Φgは、ｈ、Φの上にそれぞれ＾があることを表す。）
　ことを特徴とする請求項４記載の送信方法。
【請求項８】
　所与のユーザｇに対する重み付け係数はベクトルｗg*の成分から求められ、ただし*は複素共役演算であり、ｗgは次のタイプの式により求められ、
【数５】
2004104790.tif 000039
　ただし、ＭおよびＬはそれぞれアンテナ素子の個数およびキャリアの個数であり、
　（＾）ｈgは、サイズＭ・Ｌのベクトルであり、（＾）ｈgの最初のＬ個の成分はアンテナ素子１とユーザｇの間のチャネルの前記推定値を表し、次のＬ個の成分はアンテナ素子２とユーザｇの間のチャネルに対応し、
　μgは、ユーザｇに対する送信電力に対する制約によって与えられるスカラー係数であり、
　ＩMLはサイズＭ・Ｌ×Ｍ・Ｌの単位行列であり、
　σ2は前記雑音分散の値であり、
　（＾）Φgは、ユーザｇにより生成される他のユーザに対する多元接続干渉を特徴づけるエルミート行列である
（（＾）ｈg、（＾）Φgは、ｈ、Φの上にそれぞれ＾があることを表す。）
　ことを特徴とする請求項４記載の送信方法。
【請求項９】
　前記エルミート行列は次のタイプの式から得られ、
【数６】
2004104790.tif 000040
ただし、Ｋはユーザの数であり、Ｐｔkはユーザｋに対する送信電力であり、
【数７】
2004104790.tif 000041
であり、
　ただし、（〜）ｃkは、ユーザｋの符号化系列を表すベクトルｃk＝（ｃk（１），...，ｃk（Ｌ））TのＭ回の連接として定義されるサイズＭ・Ｌのベクトルであり、
　（〜）ｃgは、前記所与のユーザｇの符号化系列を表すベクトルｃg＝（ｃg（１），...，ｃg（Ｌ））TのＭ回の連接として定義されるサイズＭ・Ｌのベクトルであり、
　（＾）ｈkは、サイズＭ・Ｌのベクトルであり、（＾）ｈkの最初のＬ個の成分はアンテナ素子１とユーザｋの間のチャネルの前記推定値を表し、次のＬ個の成分はアンテナ素子２とユーザｋの間のチャネルに対応し、
　〇は２つのベクトルの成分ごとの乗算を表す
（（〜）ｃk、（〜）ｃgは、ｃの上にそれぞれ〜があることを表し、（＾）ｈkは、ｈの上に＾があることを表す。）
　ことを特徴とする請求項７又は８記載の送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、ＭＣ−ＣＤＭＡ電気通信システムの基地局からその複数のユーザへの送信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　ＭＣ−ＣＤＭＡは、ワイヤレス広帯域マルチメディアアプリケーションに対する幅広い関心を集めている。マルチ搬送波符号分割多元接続（ＭＣ−ＣＤＭＡ）は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）変調と、ＣＤＭＡ多元接続技法とを組み合わせたものである。この多元接続技法は、N. Yee等により、（非特許文献１）に最初に提案された。この技法の開発は、S. Hara等により、（非特許文献２）で概説された。
【０００３】
　各ユーザの信号が、その周波数スペクトルを拡散するために時間領域で乗算されるＤＳ−ＣＤＭＡ（直接拡散符号分割多元接続）とは異なり、この技法では、シグネチャ（signature）の各要素を異なるサブキャリアの信号に乗算して、周波数領域でシグネチャを信号に乗算する。
【０００４】
　一般に、ＭＣ−ＣＤＭＡは、ＣＤＭＡとＯＦＤＭの有利な特徴、すなわち、高いスペクトル効率、多元接続能力、周波数選択性チャネルの存在下での頑強性、高いフレキシビリティ、狭帯域干渉阻止、簡単な１タップ等化などを併せ持つ。
【０００５】
　図４は、複数のＭＣ−ＣＤＭＡシンボルを複数Ｋ個のユーザに送信するＭＣ−ＣＤＭＡ送信機の構造を概略的に示す。例えば、送信機はＭＣ−ＣＤＭＡ伝送システムの基地局に配置され、複数のダウンリンク伝送チャネル上でＭＣ−ＣＤＭＡシンボルを複数のユーザに送信すると仮定する。
【０００６】
　ｄk（ｎ）を、時刻ｎＴに基地局からユーザｋに送信されるべき複素シンボルとする。ただし、ｄk（ｎ）は変調アルファベットに属する。このシンボルに対する送信振幅係数を√Ｐｔkで表す。ただし、Ｐｔkは、ｄk（ｎ）が属する送信フレームの期間中のユーザｋに関連する送信電力である。まず、乗算器１１０kで、複素数値√Ｐｔk・ｄk（ｎ）に、ｃk（ｌ）で表される拡散系列を乗算する。拡散系列はＮ個の「チップ」からなり、各「チップ」の持続時間はＴcであり、拡散系列の全持続時間はシンボル周期Ｔに対応する。以下では、特に指定しない限り、単一の拡散系列が送信のためにユーザに割り当てられると仮定する。しかし、一般には、要求されるデータレートに応じて、複数の直交する拡散系列（マルチ符号割当て）を所与のユーザに割り当てることも可能である。セル内干渉を軽減するため、拡散系列は直交するように選択される。
【０００７】
　複素数値√Ｐｔk・ｄk（ｎ）（以下単に√Ｐｔk・ｄkと表す）にユーザｋの拡散符号の要素を乗算した結果、Ｎ個の複素数値が得られ、これらはＯＦＤＭ多重のＮ個の周波数のサブセットにわたりデマルチプレクサ１２０kで分離化される。一般に、上記サブセットの周波数の個数Ｎは、ＯＦＤＭ多重の周波数の個数Ｌの約数である。以下ではＬ＝Ｎと仮定し、ユーザｋの拡散系列要素の値をｃk（ｌ）＝ｃk（ｌＴc），ｌ＝１，...，Ｌで表す。デマルチプレクサ１２０kで分離化された複素数値のブロックは次にモジュール１３０kで逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を受ける。シンボル間干渉を防ぐために、通常、伝送チャネルのインパルス応答の持続時間より長いガードインターバルがＭＣ−ＣＤＭＡシンボルに付加される。これは実際には、上記シンボルの最後と同一のプレフィクス（Δで表す）を付加することにより達成される。パラレル／シリアルコンバータ１４０kでシリアル化され、アナログ信号に変換された後（変換は図示せず）、ユーザｋに送られるべきＭＣ−ＣＤＭＡシンボルＳkは、加算器１５０で、他のユーザｋ′≠ｋに送信されるべき同様のＭＣ−ＣＤＭＡシンボルＳk'に加算される。得られた和Ｓはその後フィルタリングされ、ＲＦ周波数にアップコンバート（図示せず）された後、基地局により送信される。ＭＣ−ＣＤＭＡ法は本質的に、スペクトル領域で（ＩＦＦＴ前に）拡散した後、ＯＦＤＭ変調を行うものとみなすことができる。
【０００８】
　それゆえ、ダウンリンク伝送チャネル上で送信される前に加算器１５０に供給される、時刻ｔにおける信号Ｓkは、プレフィクスを省略すれば、次のように書くことができる。
【０００９】
【数１】
2004104790.tif 000003
【００１０】
　ただし、ｆl＝（（ｌ−１）−Ｌ／２）／Ｔ，ｌ＝１，...，ＬはＯＦＤＭ多重の周波数である。より厳密には、送信信号は実際にはＲｅ（Ｓk（ｔ）ｅｘｐ（ｊ２πＦ0ｔ））であると理解されるべきである。ただし、Ｒｅ（・）は実部を表し、Ｆ0はＲＦキャリア周波数である。換言すれば、Ｓk（ｔ）は送信信号の複素エンベロープである。
【００１１】
　結果として得られる和信号Ｓは時刻ｔにおいて次のように書くことができる。
【００１２】
【数２】
2004104790.tif 000004
【００１３】
　所与のユーザｇのＭＣ−ＣＤＭＡ受信機が図５に概略的に示されている。ここではダウンリンクを考えるため、受信機は移動端末に設置される。
【００１４】
　ベースバンド復調後、信号は「チップ（chip）」周波数でサンプリングされ、ガードインターバルに属するサンプルが除去される。こうして得られる信号は次のように書くことができる。
【００１５】
【数３】
2004104790.tif 000005
【００１６】
　ただし、ｔは連続的なサンプリング時刻の値をとり、Ｋはユーザ数であり、ｈg（ｌ）は、時刻ｎ・Ｔに送信されたＭＣ−ＣＤＭＡシンボルのサブキャリアｌの周波数に対するユーザｇのダウンリンクチャネルの応答を表し、ｂ（ｔ）は受信雑音である。
【００１７】
　復調信号を「チップ」周波数でサンプリングすることにより得られたサンプルは、シリアル／パラレルコンバータ２１０gでシリアル／パラレル変換された後、モジュール２２０gでＦＦＴを受ける。モジュール２２０gから出力される周波数領域におけるサンプルは、ユーザｇの拡散系列により逆拡散され、ダウンリンク伝送チャネルの分散効果を補償するように等化される。これを行うため、周波数領域のサンプルに（乗算器２３０1g，...，２３０Lgにより）一方では係数ｃg*（ｌ）（ただし、*は複素共役演算である）を乗算し、他方では等化係数ｑg（ｌ），ｌ＝１，...，Ｌを乗算する。いくつかの等化方法が従来技術で知られているが、とりわけ次のものがある。
【００１８】
　・ＭＲＣ（最大比合成）等化。これによればｑl＝ｈl*である。
　・ＥＧＣ（等利得合成）等化。これによればｑl＝ｅ-jφlである。ただしｈl＝ρlｅ-jφlである。
　・ＺＦ（ゼロフォーシング）等化。ただしｑl＝ｈl-1である。
　・ＭＭＳＥ（最小平均二乗誤差）等化。ただし、ｑl＝（ｈl*）／（｜ｈl｜2＋σ2）であり、σ2はキャリア上の雑音分散である。
【００１９】
　乗算後、サンプルは加算器２４０gで加算され、その結果として得られる次の信号ｒgが出力される。
【００２０】
【数４】
2004104790.tif 000006
【００２１】
　これは次のように書き直すことができる。
【００２２】
【数５】
2004104790.tif 000007
【００２３】
　ただし、ｎg（ｌ）は、相異なるキャリアに対するガウシアン雑音サンプルである。
【００２４】
　式（５）の第１項は、ユーザｇのための所望受信信号に対応し、第２項は多元接続干渉（ＭＡＩ）に対応し、第３項は残留雑音に対応する。多元接続干渉は、ダウンリンクチャネルが複数のユーザへの信号を伝送することに起因する。
【００２５】
　結果として得られる信号ｒgは、推定シンボル（＾）ｄgを供給するために検出器２５０gで検出される判定変数である。「（＾）ｄgは、ｄの上に＾があることを表す。」実施される検出は、硬判定でも軟判定でもよい（後者の場合、検出器２５０gは単に省略することも可能である）。一般性を損なうことなく、以下では、軟判定が実施されること、したがって（＾）ｄg＝ｒgであることを仮定する。
【００２６】
　ＭＣ−ＣＤＭＡシステムの容量は基本的に多元接続干渉により制限される。ＭＡＩに対処し、よってシステム容量を増大させる可能な方法として、空間フィルタリング技法を用いて相異なるユーザからのまたは相異なるユーザへのリンクを分離することがある。空間フィルタリングは一般に、相異なる方向の複数のビームを形成するためのアンテナアレイを使用することにより得られる。最近、（非特許文献３）および（非特許文献４）に開示されているように、ＭＣ−ＣＤＭＡシステムにおいて、特に送信にアンテナアレイを使用することが提案されている。しかし、ダウンリンク伝送にユーザ固有の空間フィルタリング技法が使用されると、換言すれば送信ビームがユーザごとに基地局で形成されると、相異なるユーザの周波数分離はもはや保証されない。換言すれば、一方では空間フィルタリングは相異なるユーザへの送信の空間的分離を提供することによりＭＡＩを低下させるように寄与するが、他方では周波数領域におけるユーザの分離を破壊することにより同じＭＡＩに対して悪影響を有する可能性がある。
【００２７】
【非特許文献１】N. Yee et al.「Multicarrier CDMA in indoor wireless radio networks」Proceedings of PIMRC'93, Vol.1, pp.109-113, 1993
【非特許文献２】S. Hara et al.「Overview of Multicarrier CDMA」IEEE Communication Magazine, pp.126-133, December 1997
【非特許文献３】M. Fujii「Multibeam-time transmit diversity for OFDM-CDMA」Proc. of Globecom 2001, vol.25, pp.3095-3099
【非特許文献４】C. K. Kim et al.「Performance analysis of an MC-CDMA system with antenna array in a fading channel」IEICE Trans. Commun. Vol.E83-B, No.1, January 2000, pp.84-92
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
　本発明の第１の目的は、システムの相異なるユーザに対する多元接続干渉を最小にする、ＭＣ−ＣＤＭＡダウンリンク伝送のための新しいフィルタリング技法を提案することである。逆に、所与のＭＡＩレベルに対して、本発明の第２の目的は、ＭＣ−ＣＤＭＡシステムの容量を増大させることである。
【００２９】
　さらに、図５に関して上記で説明したように、ＭＣ−ＣＤＭＡシステムの移動端末（ＭＴ）で実行される受信プロセスは、特に、等化係数ｑg（ｌ）の決定および等化ステップそれ自体が関与するために比較的複雑である。したがって、受信プロセスの単純化は、ＭＴ側の計算および電力のリソースがきわめて限られているためになおさら望ましい。本発明の第３の目的は、サービス品質を犠牲にすることなく移動端末における受信プロセスの複雑さを減少させることである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
　上記の目的は、請求項１に規定されるような本発明の送信方法により達成される。本発明の有利な実施形態は、付帯する従属請求項に規定される。
【発明の効果】
【００３１】
　本発明の利点および特徴は、添付図面に関して与えられる以下の説明を読むことから明らかとなるであろう。すなわち、システムの相異なるユーザに対する多元接続干渉を最小にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
　再び、ＯＦＤＭ多重の同一キャリアを共有する複数Ｋ個のアクティブユーザｋ＝１，...，Ｋへ複数のシンボルを送信する基地局を備えるＭＣ−ＣＤＭＡシステムの状況を参照する。
【００３３】
　本発明の基礎にある基本的アイデアは、すべてのアクティブユーザについて空間および周波数において共に最適化されるフィルタリング技法を送信側で使用することである。より詳細には、Ｍ個のアンテナからなるアレイが基地局で使用される場合、アンテナｍによりユーザｋへ送信される信号は次のように表すことができる。
【００３４】
【数６】
2004104790.tif 000008
【００３５】
　ただし、ｗk*（ｌ，ｍ）はユーザｋ、周波数成分ｌ、アンテナｍに関連する複素重み付け係数であり、*は複素共役演算を表す。ベクトルｗk*（ｌ，ｍ）の成分は、複数Ｌ個の空間フィルタリングベクトルｗk*（ｌ），ｌ＝１，...，Ｌにまとめることができ、各ベクトルｗk*（ｌ）はアンテナアレイにより、ユーザｋの周波数成分ｌに対する送信ビームを形成するために使用される。
【００３６】
　基地局によりＫ個のユーザへ送信される信号は同期していると仮定すると、アンテナｍによりすべてのユーザへ送信される信号は簡単に次のように表すことができる。
【００３７】
【数７】
2004104790.tif 000009
【００３８】
　図１は、本発明による空間フィルタリング方法を用いたＭＣ−ＣＤＭＡ送信機を概略的に示す。送信機はＫ個の同一のブランチを備え、各ブランチは所与のアクティブユーザに対応する。ユーザｋのためのブランチは、直列に接続された乗算器３１０k、デマルチプレクサ３２０kおよび並列乗算器３３０kを備える。例えば、図の上の部分に示されているユーザ１のためのブランチは、複素数値√Ｐｔ1・ｄ1（ｄ1はユーザ１へ送信されるべきシンボルであることを想起されたい）に拡散系列ｃ1（ｌ）を乗算するための乗算器３１０1と、拡散された複素数値をシリアル／パラレル変換するためのデマルチプレクサ３２０1と、拡散された複素数値√Ｐｔ1・ｄ1・ｃ1（ｌ）のそれぞれに以下で定義されるような複素重み付けベクトルｗ1*の成分を乗算するための並列乗算器３３０1とを備える。並列乗算器３３０1における並列乗算の結果はＭ個のベクトルｚ11，...，ｚ1Mにより表され、各ベクトルｚ1mはアンテナ３７０mにより送信されるべき信号の周波数成分からなる。より詳細には、ｚ1m，ｍ＝１，...，ＭはＬ次元ベクトル（ｚ1m（１），...，ｚ1m（Ｌ））Tとして定義される。ただしｚ1m（ｌ）＝√Ｐｔ1・ｄ1・ｃ1（ｌ）・ｗ1*（ｌ，ｍ）である。同様に、ｋ番目のブランチの並列乗算器３３０kの出力はＭ個のベクトルｚk1，...，ｚkMからなり、その要素はｚkm（ｌ）＝√Ｐｔk・ｄk・ｃk（ｌ）・ｗk*（ｌ，ｍ）により与えられる。
【００３９】
　所与のユーザｋに対して、複素重み付け係数ｗk*（ｌ，ｍ）は、ｗk*＝（ｗk*（１，１），...，ｗk*（Ｌ，１），...，ｗk*（１，Ｍ），...，ｗk*（Ｌ，Ｍ））Tとして定義されるサイズＭ・Ｌのベクトルｗkにまとめられ、その最初のＬ個の成分はアンテナ１、ユーザｋおよびサブキャリア１〜Ｌに対する重み付け係数に対応し、次のＬ個の成分はアンテナ２、ユーザｋおよびサブキャリア１〜Ｌに対する重み付け係数に対応し、などとなる。係数ｗk*（ｌ，ｍ）が空間領域（所与のサブキャリアｌに対して、それらの係数はユーザｋに対するビームを形成するとみなすことができる）および周波数領域（所与のアンテナｍに対して、係数ｗk*（ｌ，ｍ）は従来の周波数フィルタのものとみなすことができる）の両方でかけられるので、以下ベクトルｗk*を、ユーザｋに関連する空間−周波数送信フィルタリング（ＳＦＴＦ）ベクトルと呼ぶことにする。
【００４０】
　ＭＣ−ＣＤＭＡ送信機はさらに複数Ｍ個の加算器３４０1，...，３４０Mを備え、各加算器３４０mは並列乗算器３３０1，...，３３０Mにより出力される信号ベクトルｚ1m，...，ｚKm，ｍ＝１，...，Ｍを加算し、結果として得られるベクトルをそれぞれモジュール３５０1，...，３５０Mに供給する。より厳密には、各モジュール３５０m（図４のモジュール１３０kと同一）は、複合周波数成分のベクトル（Σk=1Kｚkm（１），...，Σk=1Kｚkm（Ｌ））Tに対して逆高速フーリエ変換を実行し、こうして得られるＭＣ−ＣＤＭＡシンボルにプレフィクス（Δ）を付加する。パラレル／シリアル変換器３６０1におけるパラレル／シリアル変換（および周波数アップコンバージョン（図示せず））の後、ＭＣ−ＣＤＭＡシンボルを運ぶ信号Ｓm（ｔ）がアンテナ３７０mにより送信される。
【００４１】
　以下でさらに説明するように、ＳＦＴＦベクトルｗk*，ｋ＝１，...，Ｋ、あるいは同じことであるが重み付け係数ｗk*（ｌ，ｍ），ｌ＝１，...，Ｌ；ｍ＝１，...，Ｍは、計算モジュール３８０によりダウンリンク伝送チャネルの係数の推定値から求められ、並列乗算器３３０1，...，３３０Kに供給される。以下では、伝送にはキャリア間干渉およびシンボル間干渉がない（後者は、プレフィクス挿入による）と仮定する。このような場合、基地局のアンテナｍとユーザｋの移動端末との間のダウンリンク伝送チャネルは、各サブキャリアｌに対する単一の乗法的複素係数ｈk（ｌ，ｍ）（以下、チャネル係数と呼ぶ）により特徴づけることができる。係数ｈk（ｌ，ｍ）は、ダウンリンクチャネルとアップリンクチャネルで同一であると仮定される。この仮定は、実際には、ＭＣ−ＣＤＭＡシステムがＴＤＤ（時分割二重）モードで動作するときに確かめられる。チャネル係数の推定値を以下（＾）ｈk（ｌ，ｍ）で表す。
【００４２】
　チャネル係数ｈk（ｌ，ｍ）は、ダウンリンクマルチパスチャネルの空間シグネチャおよびチャネルのフェージング係数に依存する。チャネルの空間シグネチャ（ダウンリンクとアップリンクで同一と仮定する）は、ユーザｋへの信号の送信方向によって、あるいは同じことであるが、ユーザｋにより基地局へ送信される信号の到来方向（ＤＯＡ）によって定義される。理解されるべきであるが、所与のユーザｋに対する係数ｈk（ｌ，ｍ）は、さまざまなサブキャリア周波数におけるこのユーザに対する（送信または受信）ビームの指向性パターンだけでなく、これらの周波数における伝送チャネルのフェージングをも反映する。
【００４３】
　次に、図５に示した構造を有し図１のＭＣ−ＣＤＭＡにより送信される信号を受信する所与のユーザｇの移動端末を考えると、判定変数は、式（４）と同様に、次のように表すことができる。
【００４４】
【数８】
2004104790.tif 000010
【００４５】
　これは次のように書き直すことができる。
【００４６】
【数９】
2004104790.tif 000011
【００４７】
　ただし、ｎg（ｌ）は相異なるキャリアに対するガウシアン雑音サンプルである。また、ｅg（ｌ）＝ｑg*（ｌ）・ｃg（ｌ）である。ただし、係数ｑg（ｌ）は必ずしも上記の等化方法の１つにより決定されるわけではなく、いかなる値もとり得る。注意すべきであるが、ｅg（ｌ）は、ＦＦＴモジュール２２０gの出力において相異なるサブキャリアにより伝送される成分を結合する係数の複素共役である。当業者には認識されるように、式（９）の第１項は所望信号に対応し、第２項は多元接続干渉に対応し、最終項は逆拡散後の残留雑音に対応する。
【００４８】
　式（９）は、同じことであるが、次のようなより簡潔な形に表すことができる。
【００４９】
【数１０】
2004104790.tif 000012
【００５０】
　ただし、太字はベクトルを表し、（〜）ｃkは、（〜）ｃk＝（ｃkT，ｃkT，...，ｃkT）T、すなわちユーザｋに対する拡散系列を表すベクトルｃk＝（ｃk（１），...，ｃk（Ｌ））TのＭ回の連接として定義されるサイズＭ・Ｌのベクトルであり、（〜）ｅgは、（〜）ｅg＝（ｅgT，ｅgT，...，ｅgT）T、すなわちベクトルｅg＝（ｅg（１），...，ｅg（Ｌ））TのＭ回の連接として定義されるサイズＭ・Ｌのベクトルである。あるいは同じことであるが、（〜）ｅg＝（〜）ｃg〇（〜）ｑgである。ただし（〜）ｑg＝（ｑgT，ｑgT，...，ｑgT）Tはベクトルｑg＝（ｑg（１），...，ｑg（Ｌ））TのＭ回の連接である。「（〜）ｃkは、ｃの上に〜があることを表す。また、（〜）ｅgは、ｅの上に〜があることを表す。さらに、〇は二項演算記号（ベクトルの成分ごとの積）を表す。」
【００５１】
　ｈgは、ｈg＝（ｈg（１，１），...，ｈg（Ｌ，１），...，ｈg（１，Ｍ），...，ｈg（Ｌ，Ｍ））Tとして定義されるサイズＭ・Ｌのベクトルであり、その最初のＬ個の成分はアンテナ１とユーザｇの間のチャネルに対応し、次のＬ個の成分はアンテナ２とユーザｇの間のチャネルに対応し、などとなり、ｗk*は、上で定義した、ユーザｋに対するＳＦＴＦベクトルであり、ｅgおよびｎgはそれぞれ、ｅg＝（ｅg（１），...，ｅg（Ｌ））Tおよびｎg＝（ｎg（１），...，ｎg（Ｌ））Tとして定義され、（・）Hはエルミート転置作用素を表し、ｕ・ｖはベクトルｕとｖのスカラー積を表し、ｕ〇ｖはベクトルｕとｖの成分ごとの積を表す。すなわち、ベクトルｕ〇ｖの第ｉ成分はベクトルｕの第ｉ成分とベクトルｖの第ｉ成分との積である。
【００５２】
　本発明の第１の有利な態様によれば、所与のユーザｇに対して、重み付け係数のセットｗg*（ｌ，ｍ），ｌ＝１，...，Ｌ；ｍ＝１，...，Ｍ（あるいは同じことであるが、ＳＦＴＦベクトルｗg*）を求めることにより、空間領域におけるアクティブユーザの分離により引き起こされるＭＡＩの減少と、周波数領域における直交性の損失により引き起こされるＭＡＩの増大とから生じる全体的効果を考慮に入れて、当該ユーザに影響するＭＡＩの最小化を保証する。
【００５３】
　本発明の第２の有利な態様によれば、すべてのアクティブユーザを考慮に入れた同時ＭＡＩ最小化基準が実行される。より厳密には、提案される最小化基準は、他のアクティブユーザの受信に影響するＭＡＩにかかわらず所与のアクティブユーザの受信に影響するＭＡＩを単に最小化することを目標とするのではなく、当該ユーザへ送信される信号により引き起こされる他のアクティブユーザに影響するＭＡＩをも考慮に入れる。
【００５４】
　本発明の第３の有利な態様によれば、ＭＣ−ＣＤＭＡ送信機（これはそれ自体、基地局の全送信電力により本質的に制限される）の送信電力制約を考慮に入れたＭＡＩ最小化基準が使用される。
【００５５】
　本発明による送信方法をさらに詳細に説明するため、まず、所与のアクティブユーザｇに対して、このユーザに対する一定の送信電力レベルの制約の下で、信号対干渉プラス雑音比（ＳＩＮＲ）の最大化に基づく基準を考える。
【００５６】
　ユーザｇに対する信号対干渉プラス雑音比は次のように表すことができる。
【００５７】
【数１１】
2004104790.tif 000013
【００５８】
　ただし、Ｐgはユーザｇにより受信される所望信号の電力であり、ＭＡＩgは所望信号に影響するＭＡＩレベルであり、σ2は逆拡散後の残留雑音の分散である。
【００５９】
　式（１０）の第１項から、およびシンボルｄgの平均電力が１であると仮定すると、ユーザｇにより受信される所望信号の電力は次のように表すことができる。
【００６０】
【数１２】
2004104790.tif 000014
【００６１】
　式（１０）の第２項から、およびシンボルｄkの平均電力が１であると仮定すると、多元接続干渉レベルＭＡＩgは次のように表すことができる。
【００６２】
【数１３】
2004104790.tif 000015
【００６３】
　ただし、ｐMAI（ｋ→ｇ）は、ユーザｋ（へ送信される信号）の寄与をユーザｇに影響するＭＡＩに正規化したものを反映し、次のように定義される。
【００６４】
【数１４】
2004104790.tif 000016
【００６５】
　式（１２）、（１３）および（１４）から、ユーザｇに対する信号対干渉プラス雑音比は次のように書き直すことができる。
【００６６】
【数１５】
2004104790.tif 000017
【００６７】
　式（１５）から明らかなように、ＳＩＮＲgの表式は、ユーザｇに対する重み付け係数ｗg*（ｌ，ｍ）（すなわち、ユーザｇに対するＳＦＴＦベクトルｗg*）に依存しないだけでなく、他のユーザｋ≠ｇに対する重み付け係数（すなわち、ユーザｋ≠ｇに対するＳＦＴＦベクトルｗk*）にも依存しない。この理由は、ユーザｇに影響するＭＡＩが他のユーザｋ≠ｇへ送信される信号の空間および周波数における分布により影響されることが原因だと考えられる。換言すれば、所与のユーザに対するＳＦＴＦベクトルの変化は、他のすべてのアクティブユーザのＳＩＮＲを変更する。したがって、ＳＩＮＲgを最大化するＳＦＴＦベクトルｗg*を求める問題は、ｋ≠ｇに対する値ＳＩＮＲkを最大化する他のＳＦＴＦベクトルｗk*を求める問題と独立に解くことはできない。しかし、すべての値ＳＩＮＲkを同時に最大化するＳＦＴＦベクトルｗk*のセットを求めることは、至難(intractable)な作業ではないにしても非常に複雑である。
【００６８】
　本発明によれば、ＳＩＮＲgを最大化する問題が、次の観察によりエレガントに解決される。すなわち、実際には、チャネル応答ベクトルｈk，ｋ＝１，...，Ｋは同じ統計的性質を有し、その結果、所与の２ユーザｋおよびｋ′に対して、正規化された干渉寄与ｐMAI（ｋ→ｋ′）とｐMAI（ｋ′→ｋ）は等しいとみなすことができ、このことは特に、同じ時空間フィルタリング方法がすべてのユーザに適用されるときには正当化される。
【００６９】
　より厳密には、擬似信号対雑音プラス干渉比（ＳＩＮＲgmと表す）に基づく基準が提案される。ＳＩＮＲgmは次のように定義される。
【００７０】
【数１６】
2004104790.tif 000018
【００７１】
　すなわち、
【００７２】
【数１７】
2004104790.tif 000019
【００７３】
　ただし、Φgは次のように定義される正方行列である。
【００７４】
【数１８】
2004104790.tif 000020
【００７５】
　したがって、擬似信号対雑音プラス干渉比は次のように書き直すことができる。
【００７６】
【数１９】
2004104790.tif 000021
【００７７】
　一定の所定送信電力値Ｐｔgの場合、ユーザｇに対する送信電力に対する制約は、ＳＦＴＦベクトルｗgの大きさに対する制約として、すなわちｗgH・ｗg＝１と表すことができる。
【００７８】
　式（１７）から、一定の送信電力の制約の下でのＳＩＮＲgmの最大化は、制約ｗgH・ｗg＝１の下で次式を求めることと同値である。
【００７９】
【数２０】
2004104790.tif 000022
【００８０】
　ただし、ＩMLはサイズＭ・Ｌ×Ｍ・Ｌの単位行列である。
【００８１】
　注意すべきであるが、式（１８）はＳＦＴＦベクトルｗgのみに依存し、ｗgを定数倍しても不変である。（∪）ｗg＝βｗg（ただしβはスカラー）と定義すると、（∪）ｗgH（（〜）ｅg*〇ｈg〇（〜）ｃg）＝１が成り立つような最適ベクトル（∪）ｗgを探した後、ｗgを得るためにその結果を因子（１／‖（∪）ｗg‖）により正規化することが可能である。したがって、最適予歪ＳＦＴＦベクトル（∪）ｗgは次を満たさなければならない。「（∪）ｗgは、ｗの上に∪があることを表し、実際には、お皿程度の深さである。」
【００８２】
【数２１】
2004104790.tif 000023
【００８３】
　この問題を解くため、次のラグランジュ関数を導入する。
【００８４】
【数２２】
2004104790.tif 000024
【００８５】
　ただし、λはラグランジュ乗数である。
【００８６】
　ベクトル（∪）ｗg*による勾配を計算することにより次式が得られる（同じ結果は、ベクトル（∪）ｗgによる勾配を計算することによっても得られる）。
【００８７】
【数２３】
2004104790.tif 000025
【００８８】
　最終的に、最適ＳＦＴＦベクトル（∪）ｗgは次式で与えられると結論することができる。
【００８９】
【数２４】
2004104790.tif 000026
【００９０】
　ＳＦＴＦベクトルｗgは、（∪）ｗgから次のように得られる。
【００９１】
【数２５】
2004104790.tif 000027
【００９２】
　ただし、係数μgは、ユーザｇに対する送信電力に対する制約によって与えられる。すなわち、ｗgH・ｗg＝１であるように選択される。
【００９３】
　実際には、ベクトルｈgを構成するダウンリンクチャネル係数ｈg（ｌ，ｍ）は、対応するアップリンクチャネル係数と同一であると仮定され、そのアップリンクチャネル係数は、アクティブユーザから基地局へ送信されるパイロットシンボルから推定される。
【００９４】
　図１に戻って、推定値（＾）ｈk（ｌ，ｍ）からなるベクトルを（＾）ｈkで表すと、計算モジュール３８０は、各アクティブユーザｋについてＳＦＴＦベクトルｗk*を次式から求める。
【００９５】
【数２６】
2004104790.tif 000028
【００９６】
　ただし、係数μkは、ユーザｋに対する送信電力に対する制約によって与えられ（すなわちｗkH・ｗk＝１）、また次式の通りである。
【００９７】
【数２７】
2004104790.tif 000029
【００９８】
　本発明の第１の実施形態によれば、所与のユーザｇに対するＳＦＴＦベクトルｗg*は計算モジュール３８０により次式から求められる。
【００９９】
【数２８】
2004104790.tif 000030
【０１００】
　これは、拡散系列がｌ＝１，...，Ｌに対してｃg（ｌ）・ｃg*（ｌ）＝１であるようなものである場合、例えばウォルシュ−アダマール拡散系列（ｃg（ｌ）∈｛−１，１｝）が使用される場合には、次式のようにさらに単純化することができる。
【０１０１】
【数２９】
2004104790.tif 000031
【０１０２】
　このような場合、移動端末で実行される受信プロセスは、図２に示すようにきわめて単純化することができる。ユーザｇに対するＭＣ−ＣＤＭＡ受信機は、図２に概略的に表されており、図５の対応するモジュール２１０g〜２５０gと同一のモジュール４１０g〜４５０gを備える。しかし、従来技術のＭＣ−ＣＤＭＡ受信機（図５）とは異なり、ＦＦＴモジュール４２０gの出力では単純な逆拡散が実行され、等化はもはや不要である。具体的には、ダウンリンクチャネル係数の推定は受信機側では不要であるため、それに関連する計算負荷から移動端末は解放される。
【０１０３】
　認識されるべきであるが、送信側でＳＦＴＦベクトルｗg*の重み付け係数により実行される周波数領域におけるフィルタリングは、ダウンリンク伝送チャネルのキャリア上のフェージングを完全に、またはほとんど完全に前補償する。
【０１０４】
　本発明の第２の実施形態によれば、ダウンリンクチャネル係数ｈg（ｌ，ｍ）はＭＣ−ＣＤＭＡ送信機により粗推定され、補足的等化が受信側で実行される。
【０１０５】
　これは例えば、アップリンクチャネル係数の推定値（これからダウンリンクチャネル係数が導出される）がその実際の変動より低いレートで更新される場合である。より詳細には、所与のユーザｇに対するチャネル係数の粗推定値を表すベクトルを（＾）ｈgCで表すと、ＭＣ−ＣＤＭＡ送信機は次式に基づいてＳＦＴＦフィルタリングを適用することになる。
【０１０６】
【数３０】
2004104790.tif 000032
【０１０７】
　また、等化係数のセットｑgf（ｌ），ｌ＝１，...，Ｌが、受信側で残留周波数歪みを精密に補償することになる。
【０１０８】
　別の変形例では、計算モジュール３８０でｗg*を求めるために使用される粗推定値のベクトル（＾）ｈgCは、ユーザｇの空間シグネチャから導出される。より詳細には、チャネル係数ｈg（ｌ，ｍ）は次のように分解可能であると仮定される。
【０１０９】
【数３１】
2004104790.tif 000033
【０１１０】
　ただし、（−）ｈg（ｌ，ｍ）はユーザｇの空間シグネチャ（時間的に比較的ゆっくりと変動する）に相当し、ηg（ｌ）はチャネルの周波数フェージングに相当する。ＭＣ−ＣＤＭＡ送信機は、アンテナアレイによりユーザｇから受信される信号のＤＯＡから係数（−）ｈg（ｌ，ｍ）を推定し、これらの推定値（＾）（−）ｈg（ｌ，ｍ）をベクトル（＾）ｈgCの成分として使用する。「（−）ｈgは、ｈの上に−があることを表す。また、（＾）（−）ｈgは、ｈの上に−があり、さらにその上に＾があることを表す。」
【０１１１】
　図３は、この変形例によるＭＣ−ＣＤＭＡ送信機とともに使用するための受信機を概略的に示す。モジュール５１０g〜５５０gは図５の対応するモジュール２１０g〜２５０gと同一であり、高速フェージング因子ηg（ｌ）の補償はここでは、既知の種類の等化方法の１つによりηg（ｌ）から導出される等化係数ｑgf（ｌ），ｌ＝１，...，Ｌにより保証される。
【０１１２】
　本発明のもう１つの有利な態様は、ＭＣ−ＣＤＭＡシステムの容量を増大させる可能性にある。想起されるように、従来のＭＣ−ＣＤＭＡシステムの容量は、利用可能な拡散符号（または拡散系列）の個数により制限され、その個数は、符号が直交するように選択されるときのサブキャリアの個数Ｌに等しい。本発明による送信方法によって提供される空間領域におけるユーザ分離は、相異なるユーザに同一拡散符号を再使用することを可能にする。より詳細には、ユーザｋとｋ′が実質的に異なる空間シグネチャを有するという条件で、ユーザｋにすでに割り当てられている拡散符号ｃk（ｌ），ｌ＝１，...，Ｌをユーザｋ′にも再割当てすることができる。
【０１１３】
　第１の可能な割当て方式によれば、アクティブユーザの数が利用可能な拡散符号の数Ｌを超えてしまう場合（例えば、利用可能な拡散符号がすでに割当て済みで、しかも着呼が要求される場合）、拡散符号は、例えば２人のユーザｋおよびｋ＋Ｌが同一拡散符号ｃkを共有するように自然な順序ｃ1，ｃ2，...で再割当てされる。ユーザｋおよびｋ＋Ｌが類似の空間シグネチャを示すときに生じる干渉を減少させるためには、さらに、利用可能な拡散符号の上にランダムスクランブル符号を適用することが提案される。より詳細には、所与の集合Ωp（ただしｐ∈｛１，...，Ｐ｝）に属するユーザｋへシンボルを送信しなければならない場合、そのシンボルに次の系列を乗算する。
【０１１４】
【数３２】
2004104790.tif 000034
【０１１５】
　ただし、ユーザインデックスｋはＬより大きくてもよく、ｐは除算ｋ／Ｌの整数部分を表し、ｋ［Ｌ］はその剰余を表し、ｃkext（ｌ），ｌ＝１，...，Ｌは（要素数Ｌ・Ｐの）拡大集合に属する拡散系列を表し、ｍp（ｌ），ｌ＝１，...，Ｌはランダムスクランブル符号である。
【０１１６】
　所与の集合Ωpに属するユーザは同一のスクランブル符号がかけられるため、それらのそれぞれの拡散系列（式（３０）で定義される）は直交し、その結果、これらのユーザは、本発明による送信方法によって空間的に分離され、かつ周波数分離される。これに対して、相異なる集合に属するユーザに割り当てられる拡散系列間では、直交性は維持されない。しかし、後者のユーザは依然として、上記送信方法により提供される空間分離からだけでなく、ランダムスクランブリングによる干渉の減少からも利益を受ける。
【０１１７】
　図１に示されるＭＣ−ＣＤＭＡ送信機は、機能モジュール（例えば計算または推定手段）として説明されたが、当業者には認識されるように、このデバイスの全部または一部は、図示のすべての機能を実行するための専用の単一プロセッサによって、または上記機能の１つまたは複数をそれぞれ実行するための専用のもしくはプログラムされた複数のプロセッサの形態で実施され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明によるＭＣ−ＣＤＭＡ送信機の構造を概略的に示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるＭＣ−ＣＤＭＡ送信機とともに使用される第１のＭＣ−ＣＤＭＡ受信機の構造を概略的に示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態によるＭＣ−ＣＤＭＡ送信機とともに使用される第２のＭＣ−ＣＤＭＡ受信機の構造を概略的に示す図である。
【図４】当技術分野で知られているＭＣ−ＣＤＭＡ送信機の構造を概略的に示す図である。
【図５】当技術分野で知られているＭＣ−ＣＤＭＡ受信機の構造を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【０１１９】
　３１０　乗算器、３２０　デマルチプレクサ、３３０　並列乗算器、３４０　加算器、３５０　モジュール、３６０　パラレル／シリアル変換器、３７０　アンテナ、３８０　計算モジュール、４１０　モジュール、４２０　ＦＦＴモジュール、４３０　モジュール、４４０　モジュール、４５０　モジュール、５１０　モジュール、５２０　モジュール、５３０　モジュール、５４０　モジュール、５５０　モジュール。
【図１】
2004104790.tif 000042
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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