(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉信号の推定値を受信信号から減算するマルチアクセス干渉打消方法を使用するデータ送信システムの干渉打消方法であって、受信信号から得た干渉信号の推定値に対して信頼係数を計算しそして干渉信号の推定に多段検出を使用するような方法において、信頼係数は、マルチパス伝播信号の強度、チャンネル状態、および受信記号間の相関に基づき、［０，１］の範囲の値を有し、チャンネルデコーダにおいて計算され、マルチアクセス干渉打消方法は、各干渉信号の推定値を各信号に対して計算された信頼係数で重み付けし該重み付けされた干渉信号の推定値を受信信号から減算し、干渉信号の推定値に対して計算された信頼係数をマルチアクセス干渉打消方法に使用し、多段検出の各段において、干渉信号の推定と信頼係数の計算とマルチアクセス干渉打消を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
干渉信号の推定値に対して計算された信頼係数は、［０，１］の範囲の値を得、干渉信号の推定の信頼性が高い場合は係数値が１に近く、そして干渉信号の推定の信頼性が低い場合は係数値が０に近い請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記信頼係数は、干渉信号の推定値が送信記号をいかに良好に表すかを示すものである請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
データ送信方法の受信器であって、受信信号に対してマルチアクセス干渉打消を実行する手段（14）と、受信信号から得られた干渉信号の推定値に対して信頼係数を計算する手段（21）と、を含む多数の検出段を備えた受信器において、信頼係数は、マルチパス伝播信号の強度、チャンネル状態、および受信記号間の相関に基づき、［０，１］の範囲の値を有し、チャンネルデコーダにおいて計算され、マルチアクセス干渉打消を実行する手段は、各干渉信号の推定値を各信号に対して計算された信頼係数で重み付けし該重み付けされた干渉信号の推定値を受信信号から減算し、干渉信号の推定値に対して計算された信頼係数をマルチアクセス干渉打消に使用する手段（14）を備え、多数の検出段の各段において、干渉信号の推定と信頼係数の計算とマルチアクセス干渉打消を含む、ことを特徴とする受信器。
【請求項５】
各干渉信号の推定値に対して計算された信頼係数により干渉信号の推定値を重み付けする手段（23）と、
重み付けされた干渉信号の推定値を受信信号から減算する手段（24）とを備えた請求項４に記載の受信器。
【請求項６】
上記信頼係数は、干渉信号の推定値が送信記号をいかに良好に表すかを示すものである請求項４又は５に記載の受信器。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、干渉信号の推定値を所望の信号から減算するマルチアクセス干渉打消方法を用いたデータ送信システムの干渉打消方法であって、受信信号から得た推定値に対して信頼係数を計算するような方法に係る。
先行技術の説明
データ送信方法の設計及び実施においては、多数の同時ユーザの信号を同時に送信及び受信し、これら信号が互いにできるだけ干渉を生じないようにすることが重大な問題である。このことと、使用可能な送信容量とにより、多数の異なる送信プロトコル及びマルチアクセス方法が開発されており、特に移動通信において最も一般的なものは、ＦＤＭＡ及びＴＤＭＡ方法であり、そして最近のＣＤＭＡ方法である。
ＣＤＭＡ（コード分割マルチアクセス）システムは、拡散スペクトル技術に基づくマルチアクセス方法であり、初期のＦＤＭＡ（周波数分割マルチアクセス）及びＴＤＭＡ（時分割マルチアクセス）技術と共にセルラー通信システムに最近適用されてきたものである。ＣＤＭＡ技術は、周波数プランニングが簡単で且つスペクトル効率が高いといった初期の方法に勝る多数の効果を有する。
ＣＤＭＡ方法においては、ユーザの狭帯域データ信号が、非常に広い帯域巾の拡散コードにより比較的広いトラフィックチャンネル帯域へと乗算される。既知の実験的なセルラーネットワークシステムでは、トラフィックチャンネルに使用される帯域巾は、例えば、１．２５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ及び２５ＭＨｚを含む。乗算プロセスでは、データ信号が、全使用帯域へと拡散する。全てのユーザは、同じ周波数帯域を使用することによって同時に送信する。ベースステーションと加入者ターミナル装置との間の各接続には個別の拡散コードが使用され、ユーザからの信号は、受信器において各接続の拡散コードに基づき互いに識別することができる。拡散コードを、それらが相互に直交するように、即ちそれらが互いに相関しないように選択するための試みがなされる。
従来の方法で実施されるＣＤＭＡ受信器の相関装置又は適応フィルタは、拡散コードに基づいて識別される所望の信号と同期される。データ信号は、受信器において、送信段階と同じ拡散コードをそれに乗算することにより元の帯域へ復帰される。他の拡散コードが乗算された信号は、理想的な場合には、狭帯域に相関もしないし復帰もしない。従って、それらは、所望の信号という観点からノイズとして現れる。従って、目的は、多数の干渉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、拡散コードは非相関ではなく、他のユーザの信号は、受信信号を歪ませることにより所望の信号の検出を複雑にする。ユーザにより互いに生じるこの干渉は、マルチアクセス干渉と称する。
ＴＤＭＡマルチアクセスシステムを用いたデータ送信方法は、多数の周波数を使用し、その各々はタイムスロットに分割され、その中に種々のユーザの信号が配置される。従って、各ユーザは、自分のタイムスロットを有する。システムに指定される周波数レンジは通常限定されるので、ある距離だけ離れて位置するセルには同じ周波数を使用しなければならない。高い周波数効率が所望される場合には、この距離をできるだけ小さく保たねばならない。これにより、同じ周波数の異なる送信が互いに干渉することになる。その結果、受信器においては所望の信号に加えてあるタイムスロットに干渉信号が聞こえ、この干渉信号は同じ周波数を使用する他の接続において生じたものである。
ＣＤＭＡに関連して上記した単一ユーザ検出方法は、検出に関して他のユーザの信号に含まれた情報を無視するので最適なものではない。更に、従来の検出方法は、非直交拡散コード及び無線経路の信号歪によって部分的に生じたエラーを修正することができない。最適な受信器は、全てのユーザの信号に含まれる情報を考慮し、従って、例えばビタビアルゴリズムを用いることにより最適なやり方で信号を検出することができる。例えば、ＣＤＭＡシステムでは、この検出方法の利点は、受信器に関する限り、マルチアクセス問題が存在しない単一ユーザＣＤＭＡシステムに状態が似ていることである。例えば、ＣＤＭＡシステムに通常ある近−遠問題は発生しない。近−遠問題とは、受信器に接近した送信器がその送信により更に離れた送信器をカバーする状態を意味する。ビタビアルゴリズムの最も重大な欠点は、ユーザの数が増加するにつれて、必要な計算容量が指数関数的に増加することである。例えば、ビットレートがＱＰＳＫ変調により１００ｋビット／ｓであるようなユーザ１０人のシステムは、ビタビアルゴリズムを計算するのに１秒当たり１０５百万の演算動作を必要とする。実際には、これは、最適な受信器の実施に対する障壁を構成する。
しかしながら、種々の方法により最適な受信器を近似することができる。公知技術では、異なる種類のマルチユーザ検出方法（ＭＵＤ）が知られている。最も知られている方法は、直線マルチユーザ検出器、相関解除検出器及び多段検出器を含む。これらの方法は、参照文献、Varanasi, Aazhan：非同期コード分割マルチアクセス通信のための多段検出（Multistage detection for asynchronous code division multiple access communications）、第３８巻、第５０９−５１９ページ、１９９０年４月、Lupas, Verdu：非同期コード分割マルチアクセスチャンネルのための直線マルチユーザ検出器（Linear multiuser detectors for syschronous code-division multiple access channnels）、IEEE transactions on Information Theory、第３５巻、第１号、第１２３−１３６ページ、１９８９年１月、及びLupas, Verdu：非同期チャンネルにおけるマルチユーザ検出器の近−遠抵抗性（Near-far resistance of multiuser detectors in asynchronous channels）、IEEE transactions on Information Theory、第３８巻、１９９０年４月に詳細に例示されている。しかしながら、これらの方法は、マトリクス反転動作のような動作にも関連し、多量の計算容量を必要とする。
マルチアクセス干渉により生じる問題を解消する第２の方法は、干渉打消（ＩＣ）方法を使用することである。このＩＣ型の解決策では、ユーザを１人１人、しばしば大きさ順に検出し、既に検出されたユーザの信号の影響を、その後のユーザの検出の前に受信信号から排除することを目的とする。このような解決策の一例として、ＣＤＭＡセルラー移動通信システムに上記方法を適用するヨーロッパ特許第４９１６６８号を参照する。この干渉打消方法は、ＭＵＤ型のアルゴリズムよりも計算効率が高いが、それらの性能は、特に、信号レベルがしばしば低いフェージング多経路チャンネルのような低質の受信状態中に弱いものとなる。
上記と同様のマルチアクセス干渉打消方法は、ＴＤＭＡシステムにも適用することができる。しかしながら、これは、干渉信号が悪い推定値を有する場合に性能が低下するという欠点を有する。最悪の場合に、マルチアクセス干渉打消は、干渉信号が間違った推定値に基づいて減算される場合に、かえって干渉を増加させる。
発明の要旨
本発明の目的は、上記問題を回避することができ、受信器を実質的に複雑化することがなく、そしてＴＤＭＡ及びＣＤＭＡの両方のマルチユーザ方法に適用することのできる干渉打消方法を具現化することである。
この目的は、冒頭で述べた方法において、干渉信号の推定値に対して計算された信頼係数をマルチアクセス干渉打消方法に使用することを特徴とする方法により達成される。
更に、本発明は、データ送信方法の受信器であって、受信信号に対してマルチアクセス干渉打消を実行する手段と、受信信号から得られた推定値に対して信頼係数を計算する手段とを備えた受信器にも係る。本発明の受信器は、干渉信号の推定値に対して計算された信頼係数をマルチアクセス干渉打消に使用する手段を備えたことを特徴とする。
従って、本発明の基本的な考え方は、干渉打消を実行する前に干渉信号の推定値の信頼係数を考慮することである。各推定された記号は、０・・・１の範囲内の値を有する個別に計算された信頼係数により重み付けすることができる。信頼性のない干渉推定値は、信号からそれらを減算した場合に干渉を増加することがあるので、無視される。従って、干渉打消方法は、実際の干渉に充分に対応する干渉推定値が打ち消されるときに良好な結果をもたらす。更に、低い信頼係数をもつ信号は、それ以降の処理、例えば、マルチユーザ受信器の後段から除去することができ、これにより、簡単な構造及び計算効率の増加が得られる。
信頼係数は、最初は受信器の他の部分に使用されており、例えば、ビタビデコーダに使用する際には、それらが検出に関連して計算されると共に、チャンネルデコード動作で計算された係数を使用するソースデコード動作において計算される。信頼係数に対する初期の使用目的の中で、Ｊ．ハゲナウア氏の米国特許第５，１８１，２０９号、P. Hoher：ソフト判断出力をもつビタビアルゴリズム（A Viterbi algorithm with soft decision outputs）、Proc. of IEEE Globecom、１９８９年、ダラス、テキサス、及びP. Hoher：周波数選択性フェージングチャンネルにおけるＴＣＭ：ソフト出力確率イコライザの比較（TCM on frequency selective fading channnels: comparison of soft output probabilistic equalizers）、Proc. of IEEE Globecom、１９９０年を参照されたい。ソフト出力という用語は、ある出版物では、本発明とは異なる意味で使用される。本発明は、この用語をグループの信頼係数を指すものとして使用するが、例えば、Ｄ．ブラディ、Ｊ．カティポビックの「水中音響チャンネルのための適応ソフト判断マルチユーザ受信器（An adaptive soft-decision multiuser receiver for underwater acoustical channels）」、信号、システム及びコンピュータに関する第２６回アジロマ会議、１９９２年は、発見的スケーリングを指すものとして使用する。
本発明による方法は、より効率的な干渉打消により、例えば、ＴＤＭＡシステムにおいて更に狭い周波数再使用間隔を可能にし、ひいては、システム容量を増加する。
【図面の簡単な説明】
以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による受信器の構造を示すブロック図である。
図２は、本発明の干渉打消方法を具現化したものを詳細に示すブロック図である。
図３は、本発明による受信器の別の構造を示すブロック図である。
図４は、多段受信器の構造を示す図である。
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明の信頼係数は、検出された記号に関連している。これは、受信信号の分布に基づき、そしてこの分布は、とりわけ、アルファベット記号、送信路、及び受信器内の信号処理に基づいている。受信信号の分布は、特に、マルチパス伝播信号の強度、チャンネル状態、及び受信記号間の相関に基づく。ＣＤＭＡシステムにおいては、上記の干渉打消方法は、全て、種々のユーザの記号間の相関関係を考慮に入れる最適な又は準最適な判断ルールに基づく。
信頼係数は、例えば、最大事後（ＭＡＰ）又はＭＵＳＥ基準によって発生することができる。典型的に、検出信頼性は、誤った判断の確率を推定することにより判断される。
0004205761.tif 000002
ここで、Ｓkは、送信される記号を表し、
0004205761.tif 000003
は、推定される記号であり、そしてｒは、検出器に送られる信号である。記号は、当然、用途に適した方法で定義される。しかしながら、これは、送信器に一般的に使用されるアルファベット記号に含まれる。又、これは、ｋ番目の座標がｋ番目のユーザのアルファベット記号に含まれるような多次元記号ベクトルも示す。一般的に述べると、信頼係数は、検出された記号の分布又は分布のパラメータの関数である。
受け取ったローパスフィルタされた信号は、一般に、次の式で表すことができる。
0004205761.tif 000004
ここで、Ｔは、信号の時間巾であり、ｘn,kは、時間ｋにおけるｎ番目のユーザのソース記号であり、そして
0004205761.tif 000005
は、ｎ番目のソースからのｍ番目のダイバーシティブランチにおける送信器フィルタ、マルチパスチャンネル及び受信フィルタのインパルス応答の畳み込みである。ｍ番目のダイバーシティブランチにより受け取られる全信号は、次のようになる。
0004205761.tif 000006
ここで、ｎm（ｔ）は、ノイズを表す。最も簡単なケースでは、ｍ＝１である。
一般性に影響することなく、所望のユーザのインデックスがゼロであり、ｎ＝０であると仮定する。この方法は、他のユーザにも対応的に適用することができる。干渉信号成分は、２つの部分、即ち優勢成分Ｎdと、ノイズ成分Ｎnとに分割され、Ｎ＝Ｎd＋Ｎnである。受信器において、優勢ノイズ成分の影響を除去する試みがなされる。ノイズ成分は、強度が弱い干渉信号成分より成り、干渉打消におけるその影響は、それらをノイズ状干渉とみなすことにより無視できる。上記式に示された全信号は、次の式で表すことができる。
0004205761.tif 000007
ここで、ＩNdは、優勢な干渉信号成分の和の信号を構成し、そしてＩNnは、ノイズ成分として分類される干渉成分の和である。受信器においては、上記のように受信信号から送信記号ｘn,kを検出することが所望される。干渉成分ＩNdとＩNnが小さい場合には、例えば、ＧＳＭシステムで行われているような従来の単一ユーザ受信方法によって受信を行うことができる。周波数再使用距離を減少することにより同一チャンネル干渉が増加するときには、更に効率的な方法が必要とされる。
本発明の方法の好ましい実施形態では、優勢な干渉信号の推定値を所望の信号から減算することにより干渉打消が実行され、推定値は、その信頼係数によって重み付けされる。優勢な干渉信号の推定値の計算は、次の式で表される。
0004205761.tif 000008
但し、ｇn,kは、干渉信号の推定値の信頼係数であり、そして
0004205761.tif 000009
は、上記の畳み込みであり、
0004205761.tif 000010
は、チャンネル推定値である。
この方法は、例えば、全ての優勢な干渉信号の記号を検出し、そして得られた推定値をいかに正確に考慮すべきかに基づいて推定値に対する信頼係数を計算することにより、簡単に適用することができる。これに続いて、干渉信号は、再生され、信頼係数が乗算され、そして受け取った送信から減算される。信頼係数は〔０，１〕の範囲の値を得、従って、推定値の信頼性がないとみなされる場合には係数値が０に近く、そして推定値の信頼性があるとみなされる場合には係数値が１に近い。全ての干渉推定値が高い信頼係数を有する場合には、干渉をほとんど完全に打ち消すことができるが、その全てが低い信頼係数を有する場合には、実際上、干渉打消は全く行われない。このように、間違った推定値に基づいて計算された干渉が信号から減算されて、実際上干渉の増加を招くような状態を回避することができる。本発明による解決策では、受信器の動作は、所与の時間に得られる信頼係数に基づいて単一ユーザ受信器と干渉打消受信器との間で自動的に交番する。
信頼係数は、例えば、チャンネルデコーダに関連して計算される。ビタビデコーダが受信器に使用される場合には、信頼係数は、付加的な手順を伴わずに得られる。というのは、それが何らかの方法で計算されて、ソースデコーダの動作を改善するように使用されるからである。
又、本発明による方法は、本発明による信頼係数を用いる干渉打消方法が第１段又はその後の段に適用されるような多段受信器構造に使用することができる。多段検出の各サイクルにおいて、多数の干渉項が別々に推定され、これら干渉項は、ここでもｎ＝０と仮定すると、例えば、次の式に基づいて受信信号から減算される。
0004205761.tif 000011
ここで、記号
0004205761.tif 000012
は、チャンネルパラメータを定義し、そして信頼係数
0004205761.tif 000013
は、信号
0004205761.tif 000014
から所望の方法により推定される。典型的に、初期値は、最初に、記号
0004205761.tif 000015
の検出に使用されるチャンネルパラメータ
0004205761.tif 000016
に対して推定される。初期段階においては、これらの変数は、干渉を受ける信号から推定され、これにより、一般に信頼性が低下する。
推定においては、トレーニングシーケンス、即ち受信信号における既知の記号シーケンスを使用し、チャンネル推定の性能を改善することができる。従って、記号が分かると、信頼係数を前もって値１にセットすることができる。
0004205761.tif 000017
が計算されるや否や、記号
0004205761.tif 000018
は、選択されたアルファベット記号に対し選択された判断ルールを用いることにより検出することができる。アルファベット記号は、例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ又は他の多次元の順次記号である。ＣＤＭＡシステムでは、
0004205761.tif 000019
は、例えば、変調された拡散シーケンスであってもよい。
図１は、本発明による受信器の構造を示すブロック図である。図示された本発明の受信器は、アンテナ１０を備え、これにより受信信号が高周波部分１１に送られ、高周波信号は、中間周波数に移行される。高周波部分から、信号は、アナログ／デジタルコンバータ１２に送られ、ここで、アナログの受信信号がデジタル形態に変換される。変換された信号は、更に、検出手段１３に送られ、ここで受信信号の推定値が受信記号に対して検出される。本発明による受信器においては、検出記号に対する信頼係数も、手段１３において計算される。推定値及び計算された信頼係数は、更に、干渉打消手段１４に送られ、ここで、本発明の好ましい実施形態により、干渉推定値が信頼係数で乗算され、そして所望の信号から減算される。パージされた信号は、更に、受信器の他の部分に送られる。本発明の受信器は、セルラー移動通信システムのベースステーション及び加入者端ターミナルの両方に使用することができる。当然、本発明による受信器は、上記以外の他の部品、例えば、フィルタや増幅器も備えている。
本発明による干渉打消は、図２の検出／干渉打消ブロックにおいて段々に行われるのが効果的である。受信信号２８は、デジタル形態に変換されて、検出手段２０に送られ、受信信号に対して初期推定値が計算される。手段２１において、推定値に対して信頼係数が計算され、この信頼係数の値は、送信記号を表すように推定値がいかに良好に仮定されたかを示す。検出された信号は、手段２２において再生された後に、その再生された信号は、乗算手段２３においてそれに対応する信頼係数が乗算される。その後、再生されそして係数で重み付けされた干渉信号は、加算手段２４の負の入力として送られ、その第２の正の入力は、遅延手段２５により遅延された元の受信信号であり、加算手段２４において、重み付けされた干渉信号が元の送信から減算される。従って、パージされた信号２６は、更に、第２の検出手段２７に送られ、所望の信号が再び推定される。
図３は、本発明による受信器をいかに具現化するかの第２の可能性を示す。この図の受信器は、受信信号を、各々少なくとも２つの信号より成る多数のグループに分割する手段３０を備えている。この受信器は、更に、既知のマルチユーザ検出方法により受け取った送信から信号の同時検出を各グループにおいて実行するための検出手段３１、３５、３９を備えている。更に、受信器は、検出された信号に対して信頼係数を計算する計算手段３１、３５、３９を備えている。これら計算手段は、上記検出手段と一緒に構成されてもよいし、それとは別に構成されてもよい。又、受信器は、検出された信号を再び再生しそしてそれに対応する信頼係数を乗算する手段３２、３６も備えている。グループ検出手段３１、３５及び３９は、各グループが連続的に検出されて、受信器の加算手段３４、３８において、既に検出されたグループの信頼係数で重み付けされた信号を、その後のグループの検出の前にその受け取った送信から減算できるようなグループ編成にされる。上記グループ検出を用いる受信器の構造は、参考としてここに取り上げるフィンランド特許出願第９４３１９６号に詳細に開示されている。
図４は、多段受信器の構造を示すブロック図である。この多段受信器は、一般的に直列に接続された多数の検出段４０、４１、４２を備えている。このような場合に、特に干渉打消が行われるときは、後方の検出段がそれより前方の段で既に行われた検出を使用する。本発明の多段受信器において、少なくとも前方の検出段４０、４１、４２の１つは、干渉信号の推定値に対して計算された干渉打消信頼係数をマルチアクセスに使用するために上記手段１４を備えている。
以上、添付図面の例を参照して本発明を説明したが、本発明は、これらの限定されるものではなく、請求の範囲に規定された本発明の範囲内で種々変更できることが明らかであろう。
例えば、ＣＤＭＡシステムで再生される信号は、狭帯域信号から減算される場合には狭帯域である。一般に述べると、再生及び減算は、本発明による信頼係数を用いた干渉打消の前に受信器において受信信号を処理するために使用する方法と合致しなければならない。
【図１】
0004205761.tif 000020
【図２】
0004205761.tif 000021
【図３】
0004205761.tif 000022
【図４】
0004205761.tif 000023