(57)【要約】【課題】伝送路推定精度を向上したブラインド適応マルチユーザ受信機を提供する。【解決手段】  受信したユーザ数Ｋの非同期ＣＤＭＡ信号と基準ユーザおよび他ユーザのＬ，Ｒに相当する２Ｋ−１個の拡散符号との夫々の相関値をユーザシンボル周期Ｔ毎に算出し、受信信号を２Ｋ−１のチャネルに分解するワンショット整合フィルタ１と、あるＴ時間内におけるチャネル間の相互相関を最小にする重み行列を掛ける適応デコリレータ２と、ユーザ毎に推定された伝送路位相の共役をチャネルに掛ける位相補償器３と、推定された伝送路位相に基づいて重み行列Ｗを算出する適応制御器４と、Ｌ，Ｒに分割されたチャネルを最大比合成するデータ結合器５と、符号判定したユーザ信号推定値を出力する符号判定器６と、ユーザ信号推定値を参照して非同期ＣＤＭＡ信号に含まれる伝送路位相をＲＬＳアルゴリズムに基づき推定する伝送路位相推定器７と、を備える。【選択図】  図１
2005236606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信したユーザ数Ｋの非同期ＣＤＭＡ信号と、基準ユーザおよびその他のユーザのレフト、ライトに相当する２Ｋ−１個の拡散符号との夫々の相関値を、少なくともユーザシンボル周期Ｔ毎に算出し、前記非同期ＣＤＭＡ信号を２Ｋ−１のチャネルに分解するワンショット整合フィルタと、
ワンショット整合フィルタの出力に、あるＴ時間内における前記チャネル間の相互相関を最小にするような重み行列を掛ける適応デコリレータと、
ユーザ毎に推定された伝送路位相の共役を前記チャネルに掛けて伝送路位相をキャンセルする位相補償器と、
推定された前記伝送路位相に基づいて重み行列Ｗを算出し、前記適応デコリレータに与える適応制御器と、
前記適応デコリレータの出力が有するレフトとライトに分割されたチャネルを、ＳＮ比が最大になるような結合利得γｋで結合するデータ結合器と、
データ結合器５の出力を符号判定してユーザ信号推定値を出力する符号判定器と、
ユーザ信号推定値を参照して前記非同期ＣＤＭＡ信号に含まれる前記伝送路位相をＲＬＳアルゴリズムに基づき推定する伝送路位相推定器と、
を備えるブラインド適応マルチユーザ受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はブラインド適応マルチユーザ受信機に関し、特にフェージング環境に対応したブラインド適応マルチユーザ受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にＣＤＭＡ通信方式を用いた多元接続では、異なる拡散符号により多重化された複数の通信信号は相互に干渉源（雑音）となるため、各通信信号に大きな電力差があると弱い方の通信信号は所要ＳＩＲ（信号／干渉比）を満たせず通信品質が劣化するという所謂遠近問題が存在する。これに対し従来から、電力制御を必要とせず多元接続干渉を低減できる同期型の最適なマルチユーザ受信機が知られる（例えば非特許文献１参照。）。また、非同期においても、所望信号以外の拡散符号を２つに分割して同期通信として扱うone-shot版とし、分割成分のDecorrelator出力を最大ＳＮ比合成するデータ結合器と、適応キャンセラと、適応キャンセラ出力を同様に最大比合成するデータ結合器からなるＤＣ３構造が知られる（例えば非特許文献２参照。）。また、フェージング伝送路における位相推定器が知られる（例えば非特許文献３参照。）。また上記ＤＣ３構造に非特許文献３の位相推定器を設けフェージング環境に対応したものが知られる（例えば非特許文献４参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】R. Lupas, S. Verdu，「Linear multiuser detector for syncronous code division multiple access channels」，１９８９年１月，IEEE Trans. Inform. Theory，vol. 35，ｐｐ１２３〜１３６
【非特許文献２】Y. Bar-Ness，「Asynchronous Nultiuser CDMA Detector Made Simpler: Novel Decorrelator, Combiner, Canceller, Combiner(DC3) Structure」，IEEE Trans. Commun.，１９９９年６月，vol.47, no.1，ｐｐ１１５〜１２２
【非特許文献３】A. N. Barbosa and S. L. Miller，「Adaptive detection of DS/CDMA signals in fading channels」，IEEE Trans. Commun.，１９９８年１月，vol.46, no.1，ｐｐ１５５〜１２４
【非特許文献４】柳澤、大石，「フェージング環境下におけるＤＳ／ＣＤＭＡ通信方式のためのブラインド適応Decorrelating受信機」，信学技報，社団法人電子情報通信学会，２０００年３月，ＩＴ９９−６５，ＩＳＥＣ９９−１０４，ＳＳＴ９９−１１３，ｐｐ７〜１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の非特許文献２に挙げられるブラインド適応マルチユーザ受信機では、キャンセラを２つ有するなど構造が複雑になるという問題があった。また、フェージングを考慮した非特許文献３のブラインド適応マルチユーザ受信機においても、位相推定精度が十分でない場合があった。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みて為されたもので、簡素な構成で非同期通信に対応し、フェージング環境に適合したブラインド適応マルチユーザ受信機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明は、受信したユーザ数Ｋの非同期ＣＤＭＡ信号と、基準ユーザおよびその他のユーザのレフト、ライトに相当する２Ｋ−１個の拡散符号との夫々の相関値を、少なくともユーザシンボル周期Ｔ毎に算出し、前記非同期ＣＤＭＡ信号を２Ｋ−１のチャネルに分解するワンショット整合フィルタと、ワンショット整合フィルタの出力に、あるＴ時間内における前記チャネル間の相互相関を最小にするような重み行列を掛ける適応デコリレータと、ユーザ毎に推定された伝送路位相の共役を前記チャネルに掛けて伝送路位相をキャンセルする位相補償器と、推定された前記伝送路位相に基づいて重み行列Ｗを算出し、前記適応デコリレータに与える適応制御器と、前記適応デコリレータの出力が有するレフトとライトに分割されたチャネルを、ＳＮ比が最大になるような結合利得γｋで結合するデータ結合器と、データ結合器５の出力を符号判定してユーザ信号推定値を出力する符号判定器と、ユーザ信号推定値を参照して前記非同期ＣＤＭＡ信号に含まれる前記伝送路位相をＲＬＳアルゴリズムに基づき推定する伝送路位相推定器と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のブラインド適応マルチユーザ受信機によれば、高速なフェージングにも追従でき、受信性能が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、以下で説明する機能実現手段は、当該機能を実現できる手段であれば、どのような回路又は装置であっても構わず、また機能の一部又は全部をソフトウエアで実現してもよい。更に、機能実現手段を複数の回路によって実現してもよく、複数の機能実現手段を単一の回路で実現してもよい。また、本実施形態の機能又は構成の全ての組み合わせが本発明に必須であるとは限らない。
【０００９】
〔システムモデル〕
まず、前提となるシステムモデルを説明し、記号を定義する。非同期マルチユーザ／レイリーフェージング環境下における、受信信号のＬＰＦ出力（これが本実施例の整合フィルタバンクの入力信号となる）を、
【数１】
2005236606.tif 000003
と定義する。但し、Ｋはユーザ数、√ａｋ、ｂｋ、ｃｋ、ｓｋ、τｋはそれぞれユーザｋの振幅、ユーザビット（シンボル）、フェージング過程、シグネチャ（拡散符号）波形、相互遅延であり、Ｔはユーザビット周期（つまりシグネチャ周期）、ｎ（ｔ）は電力スペクトル密度Ｎ０，平均０の複素ガウス性白色雑音を示す。伝送路は簡単のためシングルパスモデルとし、ｂｋ＝±１のＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）とする。
【００１０】
次に、ｉ（ユーザビットのインデックス）を時間０に置直し、one-shot版に書き直すと、
【数２】
2005236606.tif 000004
【数３】
2005236606.tif 000005
となる。これにより非同期信号があたかも２つの別の信号で同期した状態にできる。ただし、０＜τ２＜τ３＜…＜τｋ＜Ｔとする。この様子を図１に示す。
【００１１】
ｒ（ｔ）は整合フィルタバンクに入力される。整合フィルタバンクは１＋２Ｋ個の相関器からなり、それぞれの整合フィルタは、基準ユーザ（ｋ＝１）およびその他のユーザのレフト、ライトの拡散符号を用いて、入力信号との相関値をＴ時間毎に算出する。つまり整合フィルタバンク出力ｘ（０）を行列表記すると、
【数４】
2005236606.tif 000006
【数５】
2005236606.tif 000007
【数６】
2005236606.tif 000008
となる。ここで、
行列Ａ＝diag（α１，α２，α３，…，α２Ｋ−１）＝diag（√ａ１，√（ａ２ε２），√（ａ２（１−ε２）），…，√（ａＫ（１−εＫ）））、
行列Ｃ（０）＝diag（ｃ１，ｃ２，ｃ２，…，ｃＫ，ｃＫ）、
ベクトルｂ（０）＝［ｂ１（０），ｂ２（−１），ｂ２（０），…，ｂＫ（−１），ｂＫ（０）］、
ベクトルｘ（０）＝［ｘ１（０），ｂ２Ｌ（０），ｂ２Ｒ（０），…，ｂＫＬ（０），ｂＫＲ（０）］である。また雑音成分ｎ（０）は、
【数７】
2005236606.tif 000009
となる。
【実施例１】
【００１２】
図２に本実施例のブラインド適応マルチユーザ受信機の構成図を示す。整合フィルタバンク（One-shot MF）１の出力ｘ（０）は、適応Decorrelator２に入力される。適応Decorrelator２は、Ｔ時間毎にｘ（０）に行列Ｖ＝Ｉ−Ｗを掛けて、ｚ（０）を出力する。ただしＩは単位行列、Ｗは重み行列である。位相補償器３は、伝送路位相推定器７により推定された伝送路位相Ｃ＾（０）の共役複素行列をｚ（０）に掛けて、伝送路位相をキャンセルする。適応制御器４は、推定された伝送路位相に基づいて重み行列Ｗを算出し、適応Decorrelator２に与える。データ結合器５は、ＬとＲに分割されたユーザ信号をＳＮ比が最大になるような結合利得γｋで結合する。スライサ６は、データ結合器５の出力を符号判定してユーザ信号推定値ｂ＾＾（−１）を出力する。伝送路位相推定器７は、ｂ＾＾（−１）を参照してｚ（０）に含まれる伝送路位相を推定する。位相補償器８は、スライサ６の硬判定結果にＣ（０）に掛けて、伝送路の影響を受けたユーザ信号を再現して出力する。遅延器９は、整合フィルタバンク１の出力ｘ（０）をユーザビット周期Ｔだけ遅延して出力する。適応キャンセラ１０は、位相補償器８出力に基づいて遅延器９ｘ（−１）から遅延も含む干渉成分を除去するよう適応制御し、更に伝送路位相を除去してｙ（−１）を出力する。データ結合器１１は、適応キャンセラ１０出力ｙ（−１）のＬとＲに分割されたユーザ信号を合成しｙ’（−２）を出力する。スライサ１２は、データ結合器１１の出力を符号判定して、受信機出力となるユーザ信号を出力する。
【００１３】
適応Decorrelator２は、
ｚ（０）＝Ｖｘ（０）＝ＶＰＡＣ（０）ｂ（０）＋Ｖｎ（０）
を出力する。ただしベクトルｚ（０）＝［ｚ１，ｚ２，ｚ３，…，ｚ２Ｋ−１］Ｔ、Ｖ（Ｖ≠Ｐ−１）はＶＰが対角行列になる（他ユーザ信号との相関を完全に無くす）ようなＶであり、
【数８】
2005236606.tif 000010
とする。Ｗを導くには、
【数９】
2005236606.tif 000011
を満たす必要がある。ただし、ｂｉはベクトルｂからｂｉを除いたベクトルであり、Ｈは共役転置、Ｅ［］は期待値を表す。通常どのｚｊにおいてもＳＩＲが大きければ高い確率で
【数１０】
2005236606.tif 000012
が成立する。ただし＾（ハット）は推定値の意味である。
【００１４】
適応制御器４は、例えば最急降下法によって重み行列Ｗを設定する。このアルゴリズムをBootstrap Algorithmと呼び、Ｗの更新式は、
【数１１】
2005236606.tif 000013
である。ただしμはステップゲインであり、バー若しくは＊は複素共役を表す。結構式９と式１０が同等とすれば、
【数１２】
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が成立するので、最適値は
【数１３】
2005236606.tif 000015
が予想される。ただし、ρｉはρｉｉを含まない行列Ｐのｉ行目のベクトルであり、Ａｉ、Ｃｉ、Ｐｉ、はそれぞれ行列Ａ、Ｃ（０）、Ｐのｉ番目の行と列を除いた行列である。よって、適応Decorrelator２出力は、
ｚ（０）＝ΛＡＣ（０）ｂ（０）＋Ｖｎ（０）
【数１４】
2005236606.tif 000016
となる。
【００１５】
位相補償器３は、適応Decorrelator２からＴ時間毎にｚ（０）を入力されると、Ｒｅ［Ｃ＾Ｈ（０）ｚ（０）］を出力する。  
【００１６】
データ結合器５は、伝送路位相推定器７の出力Ｒｅ［Ｃ＾Ｈ（０）ｚ（０）］がＴ時間毎に入力されると、下記の式１５に基づき、ＬとＲに分割されたユーザ信号を最大比合成されるような結合利得γｋで結合してｚ’を出力する。
【数１５】
2005236606.tif 000017
ただしＤはＴ遅れ、γｋでｋ（ｋ＝２，…，Ｋ）は結合利得を表す。図３にデータ結合器５の行列計算の模式図を示す。非特許文献４によればデータ結合器５出力のＳＮ比は、
【数１６】
2005236606.tif 000018
となることが示されており、ＳＮ比を最大にするγｋとして√（（１−εｋ）／εｋ）を設定すればよい。
【００１７】
スライサ６は、データ結合器５の出力ｚ’（−１）をＴ時間毎に符号判定し、
【数１７】
2005236606.tif 000019
を出力する。
【００１８】
図４は本実施例の伝送路位相推定器７のブロック図である。伝送路位相推定器７は、適応Decorrelator２出力ｚ（０）がＴ時間毎に入力されると、各ユーザのランダム位相成分を推定して除去するための推定位相行列Ｃ＾（０）を出力する。伝送路位相推定器７において、ｚ（０）はまず適応フィルタ７１に入る。適応フィルタ７１は、フェージング等によるランダム位相成分ｇｋ（０）を入力されると、伝送路位相推定値ｃ＾ｋ（０）を出力するタップ数ＬのＦＩＲフィルタであり、適応フィルタ７１の入出力関係は、
【数１８】
2005236606.tif 000020
である。ただしｋはユーザのインデックスでありｋ＝１，…，Ｋである。つまり以後説明する伝送路位相推定器７の各ブロックの並列数はユーザ数Ｋでよい。
切替器７２は受信信号がトレーニング区間のときは既知のｂｋ（−１）を選択し、ユーザ信号区間のときはスライサ６により推定されたユーザ信号ｂ＾＾ｋ（−１）を選択して出力する。乗算器７３は、Ｔ時間前の入力信号ｚ（−１）に対しユーザ毎に既知あるいは推定されたユーザ信号を乗算してＢＰＳＫ変調成分を除去し、ｇｋ（−１）を出力する。本実施例の伝送路位相推定器７では推定値としてｂ＾ｋ（０）ではなくｂ＾＾ｋ（−１）を用いる都合、フィルタタップの途中に乗算器７３が挿入されている。
遅延器７４はｃ＾ｋ（０）をＴ遅延させてｃ＾ｋ（−１）を出力する。減算器７５は、適応フィルタ７１の誤差ｅｋ（−１）＝ｇｋ（−１）−ｃ＾ｋ（−１）を算出する。タップ係数制御部７６は、ｅｋ（−１）およびｇｋ（−１）に基づいて下記の式１９で表されるＲＬＳ（Recursive Least Squares）アルゴリズムによりタップ係数ベクトルＨｋ（−１）をＨｋ（０）に更新する。
【数１９】
2005236606.tif 000021
ただしλはPｋの固有値からなる対角行列である。つまり、本実施例の伝送路位相推定器７は、各動作ステップ周期Ｔにおいて、適応Decorrelator２よりｚ（０）が入力されスライサ６よりｂ＾（−１）が入力されると直ちに乗算器７３、減算器７５を動作させてｅｋ（−１）およびｇｋ（−１）を得てタップ係数ベクトルを更新し、更新したＨｋ（０）を当該周期Ｔで用いて式１８に基づきｃ＾ｋ（０）を算出して出力するものである。
適応フィルタ７１出力ｃ＾ｋ（０）は行数および列数が２Ｋ−１の対角行列Ｃ＾（０）＝diag（ｃ＾１，ｃ＾２，ｃ＾２，…，ｃ＾Ｋ）に整形されて伝送路位相推定器７の出力となる。
ＲＬＳアルゴリズムはＬＭＳに比べタップ利得の引き込み速度が非常に早く、伝送路変動が非常に早い陸上移動通信に適している。また、上記の式１９により、Ｈｋのパターン、Ｐｋの初期値が決まればＫｋ（０）、Ｐｋ（０）は一義的に決定されるので、Ｋｋ（０）は予め決めることができ、演算量をＬＭＳ程度に抑えることができる。
【００１９】
再び図２に戻り、位相補償器８は、スライサ６からＴ時間毎にｂ＾＾（−１）を入力されると、Ｃ＾（−１）ｂ＾＾（−１）を出力する。  
【００２０】
適応キャンセラ１０は、位相補償器８からＴ時間毎にＣ＾（−１）ｂ＾＾（−１）を入力されると、下記の式２０に示すベクトルｙ（−１）を出力する。
【数２０】
2005236606.tif 000022
ｉ番目の出力は
【数２１】
2005236606.tif 000023
となる。ｕｉはｕｉｉを除いたＵの行ベクトルであり、ｂ＾＾ｉはｉ番目の成分を除いたｂ＾＾である。重み制御に請求降下法
【数２２】
2005236606.tif 000024
を用いる。また、
【数２３】
2005236606.tif 000025
なので、ｕｉは
【数２４】
2005236606.tif 000026
に収束することがわかっている。
【００２１】
データ結合器１１は、適応キャンセラ１０からＴ時間毎にｙ（−１）を入力されると、下記の式２５に基づき、データ結合器５と同じ結合利得γｋでレフトとライトを合成したｙ’（−２）を出力する。
【数２５】
2005236606.tif 000027
【００２２】
スライサ１２は、データ結合器１１からＴ時間毎にｙ’（−２）を入力されると、符号判定してｂ＾＾＾（−２）を出力する。
【数２６】
2005236606.tif 000028
【実施例２】
【００２３】
本実施例は、実施例１における位相補償器８を除去し、更に位相補償器３を適応Decorrelator２の後ではなく整合フィルタバンク（One-shot MF）の後に取り付けた点で実施例１と異なり、他の部分は実施例１とほぼ同様である。
【実施例３】
【００２４】
本実施例は、実施例１におけるスライサ６出力ｂ＾＾（−１）を受信機出力とし、以降の遅延器８〜スライサ１２を除去した点で実施例１と異なり、他の部分は実施例１とほぼ同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】One-shot版によるレフト、ライトへの分割を説明する図
【図２】実施例１のブラインド適応マルチユーザ受信機の構成図
【図３】実施例１のデータ結合器５の行列計算の模式図
【図４】実施例１の伝送路位相推定器７のブロック図
【符号の説明】
【００２６】
１：整合フィルタバンク、  ２：適応Decorrelator、  ３：位相補償器、
４：適応制御器、  ５、１１：データ結合器、  ６、１２：スライサ、
７：伝送路位相推定器、  ８：位相補償器、  ９：遅延器、  １０：適応キャンセラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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