(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＤＭＡ多元接続方法が適用され、受信信号の検出に非相関検出器が使用されるようなデータ送信システムにおける受信方法において、前記非相関検出器にて、受信信号に対する前記多元路チャンネルの影響が先ず等化器でもって等化され、その後に、前記等化された信号が相互相関行列を使用して非相関されることを特徴とする受信方法。
【請求項２】
前記等化器は、適応フィルタによって実施される請求項１記載の受信方法。
【請求項３】
前記非相関検出の後、前記受信信号は、干渉打ち消しにかけられる請求項１記載の受信方法。
【請求項４】
各受信信号は、異なる等化器を使用して等化される請求項１記載の受信方法。
【請求項５】
非同期的ユーザからの送信を含む信号が受信されているとき、前記相互相関行列は、前記受信されるユーザ送信の相互遅延に基づいて更新される請求項１記載の受信方法。
【請求項６】
前記データ送信システムは、セルラー無線システムである請求項１記載の受信方法。
【請求項７】
各ユーザの信号は、異なる拡散符号によって乗算され、前記受信機において、多元路チャンネルの影響は、前記受信信号において等化され、前記受信信号は、使用されている拡散符号と整合したフィルタへ供給され、前記整合したフィルタの出力信号は、それから、乗算手段へ送られ、該乗算手段において、前記信号は、使用されている拡散符号の相互相関行列の逆行列によって乗算され、こうして乗算された信号は、それから、多元ユーザ干渉打ち消しおよび受信ビットの予測にかけられる請求項６記載の受信方法。
【請求項８】
前記受信機は、該受信機の非相関検出器の次に、他の検出器段が続くように多重段を備える請求項１記載の受信方法。
【請求項９】
ＣＤＭＡ多元接続方法が適用されるようなデータ送信システムにおける受信機であって、非相関検出器（３３）を備える受信機において、前記非相関検出器（３３）は、受信信号における多元路チャンネルの影響を等化するための別々の手段（４０、５０ａ−５０ｃ）と、前記受信信号に含まれた符号と整合したフィルタ（４１）と、前記受信信号に、該受信信号に含まれた符号の相互相関行列の逆行列を乗算するための手段（４２）とを備えることを特徴とする受信機。
【請求項１０】
前記受信信号において多元路チャンネルの影響を等化するための手段（４０、５０ａ−５０ｃ）は、適応フィルタによって実施される請求項９記載の受信機。
【請求項１１】
前記受信信号に、該受信信号に含まれた符号の相互相関行列の逆行列を乗算するための手段（４２）は、ワンショット原理にて実施される請求項９記載の受信機。
【請求項１２】
前記受信機は、前記信号を処理するための手段（４３）を備えており、該手段（４３）は、前記乗算手段（４２）の後に配置されており、前記受信信号は、前記手段（４３）において多元ユーザ干渉打ち消しおよび検出にかけられる請求項９記載の受信機。
【請求項１３】
前記受信機は、多段を備えており、前記非相関検出器（３３）は、第１の受信機段である請求項９記載の受信機。
【請求項１４】
前記非相関検出器（３３）は、各ユーザに対して整合フィルタバンク（６０ａ−６０ｃ）を備えており、各フィルタバンク（６０ａ−６０ｃ）は、各信号成分に対して相関器を備えており、前記検出器（３３）は、前記整合フィルタ（６０ａ−６０ｃ）の出力信号に、前記受信信号成分に含まれた符号の相互相関行列の逆行列を乗算するための手段（６４）と、前記信号成分を結合するための手段（６３）と、前記信号成分を検出するための手段（４３）とを備える請求項９記載の受信機。
【請求項１５】
ＣＤＭＡ多元接続方法が適用され、受信信号の検出に非相関検出器が使用されるようなデータ送信システムにおける受信方法において、受信機にて、受信信号に対する多元路チャンネルの影響が先ず等化器でもって等化され、前記等化された信号に対して使用されている拡散符号の相互相関行列の逆行列を使用して非相関がなされることを特徴とする受信方法。
【請求項１６】
ＣＤＭＡ多元接続方法が適用されるデータ送信システムにおける受信機であって、非相関検出器（３３）を備えた受信機において、該非相関検出器（３３）は、受信信号における多元路チャンネルの影響を等化するための別々の等化手段（４０、５０ａ−５０ｃ）と、前記等化手段の出力に対して動作し前記受信信号に含まれた符号と整合したフィルタ（４１、５０ａ−５０ｃ）と、前記等化されフィルタされた受信信号に、該受信信号に含まれた符号の相互相関行列の逆行列を乗算するための手段（４２、６４）とを備えることを特徴とする受信機。
【発明の詳細な説明】
本発明は、ＣＤＭＡ多元接続方法が適用され、受信信号の検出に非相関検出器が使用されるようなデータ送信システムにおける受信方法に関するものである。
ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）は、拡散スペクトル技法に基づく多元接続方法であり、これは、最近においては、以前に使用されていたＦＤＭＡ（周波数分割多元接続）およびＴＤＭＡ（時分割多元接続）に加えて、セルラー無線システムにおいて使用されるようになってきている。ＣＤＭＡは、従来の方法に比べて、周波数設計を簡単化できることや、スペクトル効率等の如き、多くの利点を有している。
ＣＤＭＡ多元接続方法においては、ユーザの狭帯域データ信号は、データ信号よりもはるかに広い帯域を有する拡散符号によって乗算されて、比較的に広い帯域とされる。既知のテストシステムにおいて使用される帯域幅は、例えば、１．２５ＭＨｚ、１０ＭＨｚおよび２５ＭＨｚを含む。この乗算により、データ信号は、使用されるべき全帯域にわたって拡散される。すべてのユーザは、同時に、同じ周波数帯域にて送信する。ベースステーションと移動ステーションとの間の各接続において、異なる拡散符号が使用され、ユーザの信号は、ユーザの拡散符号に基づいて、受信機において互いに区別されうる。可能な場合には、拡散符号は、それらが相互に直交するように、すなわち、それらが互いに相関しないように、選定されている。
従来の仕方で行われているＣＤＭＡ受信機における相関器または整合フィルタは、拡散符号に基づいて識別される所望信号と同期している。受信機においては、データ信号は、送信ステップにおけるのと同じ符号で乗算することによって、元の帯域へと戻される。理想的には、その他の拡散符号によって乗算された信号は、相関せずに、狭帯域へとは戻されない。したがって、所望の信号に関しては、それらは、ノイズとして現れる。目的は、複数の干渉している信号の中から所望のユーザの信号を検出することである。実際には、拡散符号は、相関しており、他のユーザの信号は、受信信号を非直線的に歪ませることによって所望の信号を検出することを困難なものとする。ユーザによって互いに起こされるこのような干渉は、多元ユーザ干渉と称される。
多元ユーザ干渉とは別に、セルラー無線システムにおいて性能を損なわせる別のファクタとして、多元路伝搬がある。典型的なセルラー無線環境において、信号は、送信機から受信機へと多くの異なる路にそって伝搬していく。このような多元路伝搬は、無線路の付近にある建物等の表面で信号が反射することから生ずる。送信機と受信機との間が直線的に見通せないことがよくあり、そのような場合においては、受信機は、直接的に伝搬される１つの強い信号を受信せずに、種々異なる路にそって伝搬されてくるほぼ同じパワーを有するいくつかの反射信号成分を受信する。
多元路環境のために設計された従来のＣＤＭＡ受信機においては、いわゆるレーキ技法が適用されている。レーキ受信機は、いくつかの相関器を備えており、これら相関器の各々は、ある一つの異なる路にそって伝搬された信号成分と同期することができるものであり、受信された信号成分は、有利な仕方で受信機において結合および検出が行われるようになっている。したがって、多元路伝搬信号成分が利用されうる。しかしながら、従来のレーキ受信機は、多元ユーザ干渉を打ち消すことができない。例えば、多元ユーザ干渉が強く且つあるユーザの信号が他のユーザの信号よりはるかに強いときには、その他のユーザは切り離されてしまうことがありうる。例えば、このような状況は、ユーザのうちの１人がベースステーションに非常に近く、他のユーザが非常に遠いときに、そのベースステーションにて起きることがある。即座にパワー調整をしないならば、最も近いユーザのために、その他のユーザがそのベースステーション受信機で聞くことができないようになってしまう。
多元ユーザ干渉を有する環境において動作する１つの受信機の解決方法は、拡散符号の相互相関行列の逆行列によって乗算することにより多元ユーザ干渉を打ち消す、いわゆる非相関検出器である。しかしながら、既知の非相関検出器は、ガウス雑音チャンネルにおいてのみ与えられており、それらを、変化する多元路チャンネルへと適用することは難しかった。何故ならば、そのチャンネルにおける変化に従った相関行列の変化は、計算するのが複雑であったからである。非相関検出器は、R. Lupas, S. Verdu:“Linear Multiuser Detectors for Synchronous Code-Division Multiple Access Channels,”IEEE Transactions on Information Theory, Vol. IT-35, p. 123-136, January 1989およびR. Lupas, S. Verdu:“Near-Far Resistance of Multiuser Detectors in Asynchronous Channels,”IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-38, Mar. 1990により詳細に記載されており、それら記載は、この引用により、本明細書中に組み入れられている。
本発明の目的は、多元ユーザ干渉の場合においても、多元路チャンネルにおいても、すなわち、典型的なセルラー無線環境において有効に機能しうる受信機を提供することである。
この目的は、前述したような型の受信方法であって、その非相関検出器において、多元路チャンネルの受信信号に対する影響が等化器でもって先ず等化され、その後に、その等化された信号が、相互相関行列を使用して非相関とされることを特徴とする方法によって、達成される。
本発明は、また、ＣＤＭＡ多元接続方法が適用されるようなデータ送信システムにおける受信機であって、非相関検出器を備えるような受信機に関する。本発明の受信機は、非相関検出器が、受信信号における多元路チャンネルの影響を等化するための別々の手段と、前記受信信号に含まれた符号と整合したフィルタと、前記受信信号に、該受信信号に含まれた符号の相互相関行列の逆行列を乗算するための手段とを備えることを特徴とする。
本発明による受信方法の基本的な思想は、受信を２つの部分、すなわち、等化器で行われるチャンネル等化と、逆行列を使用して行われる非相関とに分けることである。本発明の非相関検出器においては、相関行列の反転は、チャンネル効果の等化とは別のことであり、したがって、チャンネルにおけるどのような変化も、更新するのが容易な等化器のみに影響し、計算に関して反転するのに複雑な相関行列には影響しない。
本発明による受信方法および受信機は、同期システムおよび非同期システムの両方に適用されうる。非同期システムにおいては、非相関行列による乗算は、同期システムにおけるよりも、幾分複雑であるが、その乗算を行なう方法は種々ある。
本発明の受信機は、多数の段を備える多段受信機にても実施されうる。非相関検出器は、その受信機における最初の段として実現され、他の検出器段がそれに続く。
次に、添付図面に例示した実施例に関して、本発明をより詳細に説明する。
第１図は、本発明の方法を適用するのが好ましいようなセルラー無線システムの部分を示す図である。
第２図は、非同期信号の受信のための例を例示している。
第３図は、本発明による受信機の構成を例示するブロック図である。
第４図は、ユーザが同じ多元路チャンネルを有するときの、非同期システムにおける本発明による非相関検出器の実施例をより詳細に示している。
第５図は、各ユーザが異なる多元路チャンネルを有するときの、本発明による非相関受信機の一実施例をより詳細に示している。
第６図は、各ユーザが異なる多元路チャンネルを有するときの、同期および非同期システムによる非相関受信機の別の実施例をより詳細に示している。
本発明は、あらゆる種類のＣＤＭＡデータ送信システムに適用しうるものであるが、信号が一つの無線路にて進行し且つそれら信号の信頼性のある受信に関する前述したような問題が厳しいようなシステムに特によく適したものである。以下に、セルラー無線システムにおいて本発明をより詳細に説明するが、本発明をこれに限定しようとするものではない。
第１図は、本発明による方法を適用するのが好ましいようなセルラー無線システムの部分を示している。セルラー無線ネットワークにおける各セルは、少なくとも１つのベースステーション１０を備える。ベースステーション１０は、そのエリア内に位置した加入者ステーション１１から１３と通信する。ベースステーションは、移動ステーションからの呼を、ベースステーションコントローラ、移動交換機等を介して、公衆電話網または別の移動ステーションへと送信する。
すべての移動ステーションは、同じ周波数で、ベースステーション１０へ送信する。ベースステーション１０は、移動ステーションの拡散符号に基づいて、異なる移動ステーションの送信を区別する。前述したように、移動ステーションの信号は、互いに干渉する。移動ステーションの信号は、また、いくつかの異なる路にそってベースステーションへと伝搬することがある。さらに、ベースステーションは、各接続に対して異なる拡散符号を使用して、同じ周波数ですべての移動ステーションへ送信を送る。しかし、この周波数は、他の方向の送信に使用される周波数とは異なる。そして、これら拡散符号に基づいて、移動ステーションは、それら自身の信号を識別する。ベースステーションによって移動ステーションへ送信される信号は、また、多元路伝搬をこうむる。
本発明の方法においては、受信機においてアンテナによって受信される信号は、無線周波数部分およびその他の必要な信号処理部分を通して等化器へと伝送される。その等化器は、受信信号における多元路チャンネルの影響を等化する。このような等化は、例えば、適応フィルタを使用して行われ、それは、必要ならば、受信信号から得られる測定値に基づいて更新される。このシステムは、例えば、適応フィルタが受信機の後の段によって制御されるような判断フィードバックシステムでありうる。こうして得られた信号は、使用されている拡散符号と整合したフィルタへ送られ、それらフィルタにおいて、その信号は、元の帯域へと戻されうる。整合フィルタは、抽出された拡散符号を有するユーザの信号を出力する。さらに、その信号は、非相関検出器の原理にしたがって、拡散符号の相互相関行列の逆行列によって乗算される。この乗算によって得られた信号は、それから、検出器へと送られ、そこで、ビット判断がなされる。相互相関行列は、使用されている拡散符号の計算された相互相関を備える。そして、それは、異なるユーザの信号が互いにどの程度干渉するかを指示する。整合フィルタの出力信号がこの行列の逆行列によって乗算されるとき、他のユーザからの信号の影響は、所望の信号においては減ぜられ、すなわち、その動作により、受信信号に対する多元ユーザ干渉の影響が減ぜられる。非相関検出器の原理については、前述した引用文献により詳細に説明されている。多元路チャンネルの影響は、適応フィルタでもって信号において既に等化されているので、計算するのが複雑である逆行列は、本発明の方法においては一定に保持されうる。
本発明のもう一つ別の実施例においては、本発明の方法は、いわゆる、多段受信機に適用されており、本発明による非相関検出器は、前述したようにして受信機の第１の段として使用され、逆行列によって乗算された信号は、その受信機の第２の段へ送られ、そこで、その信号は、既知の多元ユーザ干渉打ち消し方法によって再検出または処理されて、より正確な検出結果を得ることができるようにしている。非相関検出器から得られたデータビット予測値は、例えば、判断フィードバック干渉打ち消しによって改善されうる。この判断フィードバック干渉打ち消しにおいては、干渉信号は、ビット予測値に基づいて再生され抽出される。したがって、干渉が打ち消された信号は、また、フィルタ適応およびチャンネル予測のために使用されうる。
次に、本発明の方法を、３つの典型的なセルラー無線環境に関して説明する。
同じ多元路チャンネルを有した同期的ユーザ
これは、ベースステーションが加入者ステーションへ送信しているような状況に対応する。移動ステーションは、ベースステーションの信号を受信する。この信号は、すべてのユーザの信号を含んでいて、同じチャンネルにそって伝搬されてくるものである。ここでは、等化は、符号と整合したフィルタバンクの前でチャンネルによって等化された１つのフィルタを使用して行われる。それから、フィルタバンクの出力信号は、相互相関行列の逆行列によって乗算される。もし、そのシステムの１つのセルにおいて使用されている拡散符号が固定されており、すなわち、それら拡散符号が変化しないならば、逆行列は、常に、一定に保持されうる。もし、ユーザの数が変化し、いくつかの符号が使用されない場合には、これは、検出には問題がない。何故ならば、使用されない符号に関しては、状況は、零パワー送信に相当し、非相関検出器は、ユーザのパワーとは無関係であるからである。
自身の多元路チャンネルを有した同期的ユーザ
これは、遅延差なしに同時にシンボルが受信されるに充分な正確さでもって加入者ステーションが同期され得ると仮定して、加入者ステーションがべースステーションへと送信するような状況に対応している。この場合には、各ユーザの信号は、異なる路にそってベースステーションへと伝搬し、各信号に対して異なる等化器が必要とされる。これら等化器は、互いに独立的に更新される。整合フィルタおよび行列による乗算は、前項におけるようにして行われ得る。
自身の多元路チャンネルを有した非同期的ユーザ
これは、互いに同期されていない加入者ステーションがベースステーションへ送信するような状況に対応している。この場合には、異なるユーザから得られるシンボルは、非同期的に受信される。この状況は、第２図に例示されている。第２図は、３つのシンボルに関して、ベースステーションでの３つのユーザａ、ｂおよびｃの信号の到来を示している。ユーザａのシンボル２１ａから２３ａ、ユーザｂのシンボル２１ｂから２３ｂ、およびユーザｃのシンボル２１ｃから２３ｃのすべては、わずかに非同期的に到着し、異なるシンボルは、部分的に重なるようになる。ベースステーション受信機は、ユーザｂのシンボル２２ｂを処理するときに、その受信機は、他のユーザのシンボル２１ａ、２２ａ、２２ｃおよび２３ｃを同時干渉信号として見てしまう。非相関検出器に関しては、問題は、ユーザの符号の相互位相差が相関行列、したがって、その逆行列に影響してしまうということである。これにより、この場合には、逆行列による乗算は、前述した場合とは、わずかに異なる。各ユーザは、前述したようなそれ自身の等化器を有しているが、非相関部分は、例えば、いわゆる、ワンショット型非相関検出器を使用することにより、行われうる。ワンショット型方法においては、各シンボルは、別のユーザとして見なされる。すなわち、Ｋ人のユーザがいるような非同期的状況においては、検出器は、フレームの前述したような重複のために２Ｋ−１人のユーザがいると仮定する。３人のユーザがいる第２図の例においては、ワンショット検出器は、２×３−１、すなわち、５人のユーザがいると仮定する。何故ならば、所望のシンボル２２ｂは、４つの異なるシンボルによって干渉されるからである。ワンショット型検出器については、S. Verdu:“Recent Progress in Multiuser Detection,”Proc.1988 Int. Conf. Advances in Communications and Control Systems, Vol. 1, p. 66-77, Baton Rouge, LA, Oct. 1988により詳細に記載されており、それら記載は、この引用により、本明細書中に組み入れられている。相関行列の逆行列もまた、ユーザの相互遅延の関数として更新されうる。
前述したように、等化器は、例えば、多元路伝搬の影響を除去することを目的とした適応フィルタによって行われうる。本発明の別の実施例においては、適応フィルタは、また、より一般的なエラーを最少とするためにも使用でき、これにより、例えば、強い干渉またはカラー雑音に関しては、より良い結果を得ることができる。
第３図は、本発明による受信機の基本的構成を例示するブロック図である。この受信機は、アンテナ３０を備えており、このアンテナ３０でもって、受信信号は、無線周波数部分３１へ送られ、その無線周波数部分３１で、無線周波数信号は、中間周波数へと変換される。その無線周波数部分３１から、信号は、Ａ／Ｄ変換器３２へ供給される。このＡ／Ｄ変換器で、受信アナログ信号は、デジタル形へと変換される。変換されたデジタル信号は、検出器手段３３へと供給され、それから、その出力信号は、受信機の他の部分へと送られる。この受信機は、また、前述したようなブロックを制御するための制御手段３４を備えている。この受信機は、また、当然に、フィルタの如き他の構成部分を備えているが、簡明化するためと、それは本発明にとって本質的なものではないので、それらは図示していない。
本発明の受信機においては、検出器手段３３は、１つまたはそれ以上の段を備えるものでよく、第１の段は、本発明による非相関検出器である。
第４図は、ユーザが同じ多元路チャンネルを有するときの同期的システムにおいて非相関検出器ブロックの本発明の好ましい一実施例をより詳細に例示している。この検出器ブロックは、等化器４０を備える。この等化器４０は、ここでは、測定チャンネル伝達関数ｈ（ｔ）と整合した適応フィルタであってよい。この等化器の出力信号は、使用されている拡散符号と整合したフィルタ４１へと供給され、そこで、拡散スペクトル信号は、元の狭帯域へと戻される。整合フィルタの数は、例えば、ユーザの数の如き、検出に使用される信号の数に等しい。整合フィルタから得られる信号４４は、手段４２へと供給され、そこで、使用されている拡散符号の相互相関行列の逆行列によって乗算される。その結果生ずる予測値４５は、処理および検出のための手段４３へと送られる。手段４３は、例えば、第２の受信機段または干渉打ち消しブロックを備えうる。ブロック４２では、相互相関行列の逆行列が、使用されている拡散符号の相互相関値に基づいて、予め計算されうる。そして、もし、システムのセルにおいて使用されている拡散符号が固定されており、すなわち、それらが変化しない場合には、ブロック４２の逆行列は、常に一定に保持されうる。
第５図は、各ユーザが異なる多元路チャンネルを有するときの、同期システムにおける本発明の非相関検出器ブロックの実施例をより詳細に示している。この検出器ブロックは、ここでは、各ユーザに対する異なる等化器５０ａから５０ｃを備えている。各等化器は、例えば、ユーザの測定チャンネル伝達関数ｈ1(t)−ｈk(t)と整合した適応フィルタである。これら等化器の出力信号は、前述したのと同じようにして処理される。
第５図は、また、各ユーザが異なる多元路チャンネルを有しているときの、非同期システムにおける本発明の非相関検出器ブロックの実施例をより詳細に例示している。この多元路チャンネルの影響は、同期システムにおけるのと同じようにして等化される。すなわち、各ユーザは、それ自身の等化器５０ａから５０ｃを有している。しかしながら、非相関ブロック４２は、同期的システムにおけるよりも複雑である。前述したように、非相関は、ここでは、各シンボル間隔が別々に処理されるようなワンショット型非相関検出器ブロックを使用して行われる。
第６図は、非同期システムにおける本発明による検出器ブロックの別の構成例を例示している。この第６図においては、Ｋ人の同時的ユーザがいる。各ユーザは、特定の数であるＬ個の相関器を備える自身の整合フィルタバンク６０ａから６０ｃを有している。この数Ｌは、異なるフィルタバンクにおいて異なることがあり、それら相関器は、受信信号成分と同期されている。それら相関器は、また、各フィルタバンクの相関器が一定間隔で同期化するように調整されていて、それらが各信号成分と別々に同期化しないように、同期化されうる。ここでは、Ｌを各フィルタバンクにおいて等しくしている。各相関器バンク６０ａから６０ｃからのＬ個の受信信号成分６１ａから６１ｃは、手段６４へ送られ、そこで、非相関行列によって乗算させられる。ここでは、非相関行列のサイズは、Ｋ＊Ｌ×Ｋ＊Ｌである。この手段は、各ユーザの各信号成分に対する異なる路の非相関信号およびパワー予測値６２ａから６２ｃを出力する。すなわち、Ｌ個の非相関信号が、各ユーザに対して得られる。これら非相関信号６２ａから６２ｃは、各ユーザのＬ個の信号成分を好ましい方法にて結合させるコンバイナ６３へ送られる。コンバイナ６３の出力信号は、検出器４３へと送られ、検出器４３は、実際の予測値を出力する。
添付図面に例示した例について本発明を説明してきたのであるが、本発明は、これらに限定されるものでなく、本請求の範囲の記載による本発明の思想の範囲内において、多くの仕方で変更されうるものであることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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