(57)【要約】【課題】      TDD/CDMA通信システムにおいて複数の無線通信チャネルの推算をできるだけ単純な受信機構成で行う。【解決方法】  単一の送信機でＫ個の通信信号バーストを時分割多重通信システムの一つの時間スロットで一つの共用スペクトラム経由で送信する。このシステムはＮ個のミドアンブル系列と関連づけてある。各バーストは関連のミドアンブル系列を有する。受信機はＫ個の通信信号バーストの伝送されてきたミドアンブル系列に対応するベクトルを受信する。Ｎ個の互いに同一の右サーキュラント行列ブロックを有する行列を既知のＮ個のミドアンブル系列に一部基づいて構築する。送信機と受信機との間の無線チャネルを上記Ｎ個のブロックの一つと受信したベクトルとに一部基づいて推算する。【選択図】    図４
2005245004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ個のミドアンブル系列に関連づけられた符号分割多元接続フォーマットで信号授受するユーザ装置であって、前記ユーザ装置に既知の前記Ｎ個のミドアンブル系列の中の関連系列を各々が有するＫ個の通信信号バーストを共用スペクトラム経由で一つの時間スロット内に受信し、前記通信信号バーストの送信されてきたミドアンブル系列に対応するベクトルを含む前記Ｋ個の通信信号バーストを受信するアンテナ(40)を含むユーザ装置において、
前記既知のＮ個のミドアンブル系列に一部基づきＮ個の互いに同一の右サーキュラント行列ブロックを有する行列を構築するチャネル推算器(44)であって、前記Ｎ個のブロックの一つおよび前記受信したベクトルに一部基づき前記受信機と前記単一の送信機との間の前記無線チャネルを推算するチャネル推算器(44)と、
前記推算した無線チャネルを用いて前記受信した通信信号バーストからデータを再生するデータ検出器(46)と
を含むユーザ装置。
【請求項２】
前記データ検出器がマルチユーザ検出器である請求項１記載のユーザ装置。
【請求項３】
前記データ検出器が単一ユーザ検出器である請求項１記載のユーザ装置。
【請求項４】
前記無線チャネル推算を最小二乗解により行う請求項１記載のユーザ装置。
【請求項５】
前記最小二乗解を離散的フーリエ変換解を用いて実行する請求項４記載のユーザ装置。
【請求項６】
前記最小二乗解を単一の循環相関器を用いて実行する請求項４記載のユーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は概括的には無線通信システムに関する。より詳しくいうと、この発明は無線通信システムにおけるチャネル推算に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は無線通信システム10の図解である。この通信システム10はユーザ装置（UE）14１乃至14３と交信する基地局12１乃至12５を備える。各々の基地局12１は関連の稼働範囲、すなわちUE14１乃至14３と交信する関連の稼働範囲を有する。
【０００３】
符号分割多元接続（CDMA）通信システムや符号分割多元接続利用の時分割二重（TDD/CDMA）通信システムなどの通信システムでは、複数の通信信号を同じ周波数スペクトラム経由で送信する。これら通信信号は通常はチップ符号系列によって互いに区別される。周波数スペクトラムの利用効率を高めるために、TDD/CDMA通信システムは複数の時間スロットに分割した反復フレームを通信信号用に用いる。このようなシステムにおいて送信される通信信号は、その通信信号の帯域幅に応じて割り当てられた一つ以上のチップ符号および時間スロットを有する。
【０００４】
上述の複数の通信信号は同一周波数経由で同時に送信されるので、このシステムにおける受信機はそれら複数の通信信号を互いに区別しなければならない。このような通信信号の検出のための一つの手法は単独ユーザ検出である。単独ユーザ検出では、所望の送信機に関連づけられた符号を用いた所望の送信機からの通信信号だけを受信機で検出し、それ以外の送信機からの通信信号を干渉として扱う。もう一つの手法は共同検出と呼ばれる。共同検出では複数の通信信号を同時に検出する。
【０００５】
これら検出手法を利用するには、各通信信号の通る無線チャンネルの推算値を得るのが望ましい。通常のTDDシステムでは通信信号バーストのミドアンブル系列を用いてチャネル推算を行う。
【０００６】
通常の通信信号バースト16は、図２に示すとおり、ミドアンブル20、ガード期間18、および二つのデータバースト22、24を備える。ミドアンブル20は二つのデータバースト22、24を分離し、ガード期間18は通信信号バースト16を互いに分離し、ガード期間18は通信信号バースト16を互いに分離し、互いに異なる送信機から送信されてきた複数のバースト16の到着時点相互間の差を許容するようにする。二つのデータバースト22、24は通信信号バーストのデータを含む。ミドアンブル20はチャネル推算に用いるトレーニング信号系列を含む。
【０００７】
受信機は、通信信号バースト16を受信したのち、受信ミドアンブル系列を用いてチャネルを推算する。受信機が一つの時間スロット内で複数のバースト16を受信した場合は、その受信機は通常それらバースト16の各々についてチャネルを推算する。複数チャネル経由で送られてきた複数の通信信号バースト16のチャネル推算の手法の一つがSteinerチャネル推算器である。Steinerチャネル推算は複数のUE14１乃至14３からのアップリンク通信信号、すなわちチャネル推算器が複数チャネルの推算を要するアップリンク通信信号に通常用いる。
【０００８】
複数のバースト16が同一の無線チャネルを経由する場合もある。毎秒２メガビット（Mbps）の回線など高速度データ回線が一つの例である。その種のシステムでは送信機は単一の時間スロット内に複数のバーストを送信する。そのような場合に、全バースト16からのチャネル応答推算値の平均をとることによってSteiner推算を適用できる。しかし、この手法は高度に複雑である。したがって、チャネル推算には代わりの手法が望ましい。
【０００９】
【非特許文献１】SteinerB. et al "Optimum and suboptimum channel estimation for the uplink of CDMAmobile radio systems with joint detection," European Transactions onTelecommunications and Related Technologies, IT, AEI, Milano, vol.5, no.1,1994, pp.39-51
【非特許文献２】Weilin Liu "Performance of Joint Data and Channel Estimationusing Tap variable Step Size (TVSS) LMS for Multipath Fast FadingChannel," Proceedings of The Global Telecommunications Conference(Globecom) 28 November 1994 (1994-11-28), pp.973-978, New York, IEEE
【特許文献１】ＥＰ  ０  ４８０  ５０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
無線チャネルのチャネル推算を高度に複雑化することなく行う手法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
時分割二重通信システムの一つの時間スロット内に一つの共用スペクトラムで一つの送信機がＫ個の通信信号バーストを送信する。このシステムはＮ個のミドアンブル系列と関連づけてある。上記通信信号バーストの各々はそれと関連づけられたミドアンブル系列を有する。受信機はそれらＫ個の通信信号バーストの送信されてきたミドアンブル系列に対応するベクトルを受信する。Ｎ個の互いに同一の右サーキュラント行列ブロックを有する行列を既知のＮ個のミドアンブル系列に一部基づき構築する。送信機と受信機との間の無線チャネルを上記Ｎ個のブロックの一つと上記受信したベクトルとに一部基づき推算する。
【発明の効果】
【００１２】
チャネル推算に要するソフトウェアおよびハードウェアの複雑度を軽減して無線通信システムのコストを削減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図３はTDD/CDMA通信システムにおける多符号送信機26および多符号受信機28の単純化した図解を示す。２Mbpsダウンリンク回線などの好ましい用途においては、受信機28はUE14１に、送信機26は基地局12１に配置されるが、受信機28および送信機26にはこれ以外の使い方もある。
【００１４】
送信機26は無線チャネル30経由でデータを送信する。データはＫ個の通信信号バーストの形で伝送される。送信機26内のデータ発生器32１乃至32Ｋは受信機26向けのデータを発生する。変調／拡散およびトレーニング信号系列挿入装置34１乃至34Ｋは、データをスペクトラム拡散するとともに、拡散ずみの基準データを適切な割当て時間スロットのミドアンブルトレーニング信号系列およびデータ拡散用符号と時間多重化して、Ｋ個の通信信号バーストを生ずる。ダウンリンクバーストを送信する基地局12１についてのＫの通常の値は１乃至16である。これら通信信号バーストをコンバイナ48で合成し、変調器36において無線周波数（RF）を変調する。アンテナ38はこのRF信号を無線チャネル30経由で受信機28のアンテナ40に送る。この通信信号の送信に用いる変調は二相PSKや四相PSKなど当業者に周知の任意の変調で差し支えない。
【００１５】
受信機28のアンテナ40は多様な無線周波数信号を受信する。受信信号を復調器42で復調してベースバンド信号を発生する。このベースバンド信号をチャネル推算装置44およびデータ検出装置などにより送信信号バーストへの割当て符号を用いて時間スロット内で処理する。データ検出装置46はマルチユーザ検出器であっても単一ユーザ検出器であってもよい。チャネル推算器44はベースバンド信号の中のトレーニング信号系列成分を用いてチャネルインパルス応答特性などのチャネル情報を生ずる。データ検出装置46は、このチャネル情報を用いて受信通信信号バーストの中の送信データをハードシンボルとして推算する。
【００１６】
マルチバーストチャネル推算の一つの実働化例を説明するために次に述べるミドアンブル構成を用いるが、このマルチバーストチャネル推算手法はこれ以外のミドアンブル構成にも適用できる。上記Ｋ個のミドアンブル符号ｍ（Ｋ）（ここでｋ＝１、・・・、Ｋ）を周期Ｐのチップの周期的単一基本ミドアンブル符号ｍｐの時間シフト出力として抽出する。これらミドアンブル符号の各々の長さはＬｍ＝Ｐ＋Ｗ−１である。Ｗはユーザチャネルインパルス応答特性の長さである。Ｌｍの通常の長さは256チップおよび512チップである。以下の説明は互いに異なるミドアンブル符号を有する各バーストに基づいているが、同一の符号を有するミドアンブルもある。したがって、以下の検討はＮ個のミドアンブル符号（ここでＮ＜Ｋ）に基づく。また、このシステムは受入れ可能な最大数Ｎ個のミドアンブル符号を備えることができる。このようなシステムの中の受信機28は、伝送符号数がＮ以下であっても、符号個数最大値Ｎのチャネルを推算できる。
【００１７】
系列ｍｐの要素は整数の集合｛１，−１｝からの値をとる。系列ｍｐをまず複素系列波形バーｍｐ[i]＝ｊｉ・ｍｐ[i]（ここでｉ＝１、・・・、Ｐ）に変換する。波形バーｍｐの２周期分を連結して形成した長さ２Ｐの系列から長さＬｍのＫ個の下位系列を選ぶことによってｍ（ｋ）を得る。ｍ（ｋ）のｉ番目の要素と波形バーｍｐとの関係は式１、すなわち
【００１８】
【数１】
2005245004.tif 000003
で表される。したがって、ｍ（ｋ）（ここでｋ＝１、・・・、Ｋ）はｋが１からＫに増加するに伴ってＷチップだけ右にシフトする。
【００１９】
受信したミドアンブル系列の合成結果はＫ個の畳込みの重畳したものである。ｋ番目の畳込みはｍ（ｋ）のバーｈ（ｋ）による畳込みを表す。ここでバーｈ（ｋ）はｋ番目のユーザのチャネル応答特性である。バーストの中の先行データフィールドが受信ミドアンブルの最初の（Ｗ−１）個のチップを損なう。したがって、チャネル推算のためには、Ｌｍ個のチップの最後のＰ個のチップだけを用いる。
【００２０】
図４の流れ図に関連づけてマルチバーストチャネル推算を説明する。個々のチャネル応答特性バーｈ（ｋ）について解を得るために式２を用いる。
【００２１】
【数２】
2005245004.tif 000004
ここで、ｒｗ・・・ｒＬＭはミドアンブル系列の受信合成チップである。これらｍ個の値がｍｐの要素である。
【００２２】
式２は速記術により式３、すなわち
【００２３】
【数３】
2005245004.tif 000005
に変換できる。各Ｍ(k)はKW×Ｗ行列である。バーｒは受信ミドアンブルチップ応答特性である。上述のバーストが同じチャネルを通過する場合はバーｈ（１）・・・バーｈ（ｋ）は次の式４、すなわち
【００２４】
【数４】
2005245004.tif 000006
に示すとおりバーｈで置換できる（ステップ50）。Ｇを式５、すなわち
［数５］
Ｇ＝［Ｍ（１），・・・，Ｍ（ｋ），・・・，Ｍ（ｋ）］
で定義する。その結果、ＧはKW×KW行列となる。Ｇは右サーキュラント行列であるから、式４は式６、すなわち
【００２５】
【数６】
2005245004.tif 000007
に示すとおりＫ個の互いに同一の右サーキュラント行列ブロックＢを用いて変換できる（ステップ52）。ＢはＷ×Ｗ右サーキュラント行列である。Ｂブロックの数はＫである。式６を用いると、式４は式７、すなわち
【００２６】
【数７】
2005245004.tif 000008
の形に変換できる。式７は大きさKW×Ｗの過限定系を記述している。式７を解く手法の一つは最小二乗解である。式７の最小二乗解は式８、すなわち
【００２７】
【数８】
2005245004.tif 000009
で与えられる。ここでＤＨはＤのエルミート形式である。
【００２８】
式６を式８に適用すると式９、すなわち
【００２９】
【数９】
2005245004.tif 000010
が得られる。大きさKWの受信ベクトルバーｒは式10、すなわち
【００３０】
【数１０】
2005245004.tif 000011
の形に分解される。バーｒＫの大きさはＷである。式９および式10を式８に代入すると、チャネル係数の最小二乗解が式11、すなわち
【００３１】
【数１１】
2005245004.tif 000012
の形で得られる。ここで二重バーｒＫはバーｒのセグメントの平均を表す。Ｂは二乗行列であるので、式11は式12、すなわち
【００３２】
【数１２】
2005245004.tif 000013
になる。Ｂは右サーキュラント行列であり、右サーキュラント行列の逆数も右サーキュラントであるので、チャネル推算器は大きさ57の単一の循環相関器または離散的フーリエ変換（DFT）解で実働化できる。
【００３３】
離散点数ＷのDFT手法は次に述べるとおりである。Ｂは右サーキュラントであるから、式13、すなわち
［数１３］
Ｂ＝ＤＷ−１・Ａｃ・ＤＷ
を用いることができる。ここで、ＤＷは式14、すなわち
【００３４】
【数１４】
2005245004.tif 000014
で表される離散点数ＷのDFT行列であり、Ａｃは式15、すなわち
［数１５］
Ａｃ＝diag（ＤＷ（Ｂ（：，１）））
で示されるとおり、主対角線がＢの第１列のDFTである対角線行列であり、
2005245004.tif 000015
である。すなわち、ＤＷはDFT演算子であり、したがってＤＷｘはベクトルｘの離散点数ＷのDFTを表す。式13を式12に代入し
2005245004.tif 000016
を用いると、式16、すなわち
【００３５】
【数１６】
2005245004.tif 000017
が得られる。ここで、ＤＷ＊はＤＷの素子ごとの複素共役値である。
【００３６】
ＡｃでなくＡＲでバーｈを表した等価形式を上述の式の代わりに導くこともできる。ＡＲは式17、すなわち
［数１７］
ＡＲ＝diag（ＤＷ（Ｂ（１，：）））
で示されるとおり、主対角線がＢの第１行のDFTである対角線行列である。Ｂ、ＢＴの移項も右サーキュラントでありＢＴの第１列はＢの第１行であるので、ＢＴは式18、すなわち
［数１８］
ＢＴ＝ＤＷ−１・ＡＲ・ＤＷ
で表される。式18、式ＤＷＴ＝ＤＷ、および式ＡＲＴ＝ＡＲ、並びに任意の反転可能な行列Ａについて成立する関係（ＡＴ)−１＝（Ａ−１)Ｔを用いて、Ｂは式19、すなわち
［数１９］
Ｂ＝ＤＷ・ＡＲ・ＤＷ−１
で表現できる。式19を式12および式
2005245004.tif 000018
に代入すると、式20、すなわち
【００３７】
【数２０】
2005245004.tif 000019
が得られる。式16または式20はバーｈについて解を求めるのに用いることができる。DFTの長さはすべてＷであるので、これら式を解く際の複雑さは著しく軽減される。
【００３８】
単一の循環相関器を用いた手法は次に述べるとおりである。Ｂ−１は右サーキュラント行列の逆数であるので、Ｂ−１は式21、すなわち
【００３９】
【数２１】
2005245004.tif 000020
で表される。この行列Ｔの最初の行はＡＲ−１の主対角線の逆数DFTに等しい。すなわち、行列ＴはＡＲ−１で完全に定まる。
【００４０】
チャネル応答特性バーｈのタップは、Ｔの互いに相続く行と受信ベクトルバーｒの長さＷのセグメントの平均値との内積により連続的に得られる。Ｔの互いに相続く行はその前の行の環状右偏位バージョンである。内積の発生にレジスタを用いることによって、第１のレジスタでｒのセグメント平均値を保持し、第２のレジスタをマトリクスＴの第１行を保持するシフトレジスタとする。第２のレジスタを特定のクロック速度で循環シフトする。クロック周期ごとにバーｈの新たな要素が二つのレジスタに蓄積ずみのベクトルの内積により定まる。受信したミドアンブルをシフトさせるよりも行列Ｔの第１行をシフトさせるほうが有利である。ミドアンブルの蓄積に余分の蓄積手段を設ける必要はない。ミドアンブルはバースト全体を保持する受信信号バッファの中に継続して留まる。相関器の長さはＷに留まるので、チャネル推算の複雑性の大幅な緩和を達成できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
無線CDMA通信システムの無線回線の利用効率の改善、コスト削減、システム容量の拡大に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】無線通信システムの概略図。
【図２】通信信号バーストの図解。
【図３】マルチバースト送信機及び受信機の簡略化した説明図。
【図４】マルチバーストチャネル推算の流れ。
【符号の説明】
【００４３】
10        無線通信システム
12        基地局
14        ユーザ装置
16        通信信号バースト
18        ガード期間
20        ミドアンブル
22, 24    データバースト
26        送信機
28        受信機
32        データ発生器
34        変調／拡散装置
36        変調器
38, 40    アンテナ
30        無線チャネル
42        復調器
44        チャネル概算装置
46        データ検出デバイス
48        合成器
【図１】
2005245004.tif 000021
【図２】
2005245004.tif 000022
【図３】
2005245004.tif 000023
【図４】
2005245004.tif 000024