JP2008544603A - 拡散符号の相互相関を用いたスペクトラム拡散信号における干渉の低減方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
本発明に係る受信機は、シンボル拡散符号に関する知識を用いることで、干渉シンボルに起因する通信対象の受信シンボル内の干渉を低減させる。また、前記受信機の構成としては、典型的には通信対象の受信シンボル及び干渉シンボルごとに逆拡散値を生成する複数の相関器、並びに通信対象の受信シンボルの拡散符号と干渉シンボルの拡散符号との間の拡散符号の相関に基づいて計算した合成加重を用いて逆拡散値を合成する合成器が含まれる。
【選択図】図6
【選択図】図6
Description
本発明は、一般的に直接シーケンススペクトラム拡散システムにおける干渉除去に関し、より詳細には、レイク出力信号内の干渉を除去するために拡散符号の相互相関を用いて合成加重を計算する新規なレイク受信機に関する。
普及しつつある第三世代(3G)無線通信システムは、多くの異なる種類の音声サービス、高速パケットデータサービス、及びマルチメディアサービスをサポートしている。また、3Gシステムにおいて利用者は同時に多くの異なるサービスにアクセスすることができる。こうしたサービスの要求に応えるためには、将来の無線通信システムは、第二世代(2G)システムよりも高い通信容量を提供する必要がある。高い通信容量は、追加的な帯域幅を割り当てることで得られるが、それが実現する見込みは低く、または割当て済みの帯域幅をより効率的に利用することでも得られる。
WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access:広帯域符号分割多元接続)は、3Gサービスの要求を満たす一助になると期待されている技術の1つである。WCDMAは直接シーケンス型のスペクトラム拡散を用いた通信システムであり、拡散符号を用いて狭帯域の信号を周波数チャネルの全帯域に拡散させる。各利用者は、別々の符号チャネルによって送信を行い、また他の利用者と同時に通信を行うことができる。複数の利用者からの信号は送信中には通信チャネル上で合成され、受信側では、時間及び周波数において重なった全ての利用者の信号の和が見られることになる。
現在のWCDMAの実装では、他の利用者を考慮することなく各利用者からの信号を検知する、レイク受信機と呼ばれる単一利用者受信機が利用される。レイク受信機には複数のレイクフィンガが含まれ、各フィンガは単一の利用者の拡散符号に適合されるが、利用者の信号に関する様々なマルチパスのエコーを検知するために、各フィンガは様々な時間の遅延に調整される。各レイクフィンガには、利用者の信号を逆拡散するために利用者に割り当てられた特定の拡散符号を用いる相関器が含まれる。他の全ての利用者からの信号は、雑音として扱われる。レイク合成回路は、改善された信号対雑音比(SNR:Signal to Noise Ratio)を持つ合成信号を得るために、各レイクフィンガから出力される逆拡散信号を合成する。
従来のレイク受信機は、白色雑音に最も適している。しかし、伝播チャネルにおける時間的なばらつきがあると、帯域信号の周波数選択的なフェーディングが生じてしまう。結果として、他の利用者の信号による干渉、即ち多元接続干渉(MAI:Multiple Access Interference)が生じ、また自己信号によるシンボル間干渉(ISI:Intersymbol Interference)にも影響が出る。MAIは、マルチパスフェーディングチャネルにおける異なる拡散符号間の相関に起因する。ISIは、マルチパスチャネル内で発生する送信信号の歪みに起因する。MAI及びISIは、CDMAシステムの通信容量を制限する。また、MAI及びISIが現れている際には、従来のレイク受信機は最適にはならない。
近年、より干渉を抑制するための、単一のアンテナを持つ汎用レイク(GRAKE:Generalized RAKE)受信機が開発されてきた。干渉の抑制は、ISI及びMAIを有色ガウス雑音として扱うことで達成される。そうすることで、フィンガ間の雑音の相関は、フィンガの遅延及び合成加重を適合させることにより見出される。この方法で、利用者の信号間の直交性が部分的に復元される。GRAKE受信機は、米国特許第6,363,104号、及び米国特許出願第09/344,898号及び第09/344,899号において開示されており、その内容はここに参照により取り入れられる。
広帯域CDMA及びIS−2000などのDS−CDMAシステムにおいては、低い拡散因子で、及び/または1つより多くの拡散符号(マルチ符号)上でデータを送信することにより、高いデータ伝送率が達成される。低い拡散因子及び/またはマルチ符号を用いた場合、性能はマルチパスのばらつき(dispersion)の影響を受け易くなる。ばらつきと共に、様々な相対遅延を伴う送信信号の複合的なエコーが生じる。これらエコーは、互いに干渉する。そして、隣り合ったシンボルが重なり合うために連続するシンボル間での直交性が失われるだけでなく、異なる直交符号上で送信されるシンボル間でも直交性が失われる。
本発明は、1つ以上の通信対象信号(signals of interest)と1つ以上の干渉信号(interfering signals)とを含む受信したスペクトラム拡散信号を処理して、干渉信号に起因する通信対象信号内の干渉を低減する、受信機の構造に関する。受信機には、受信したスペクトラム拡散信号の逆拡散を行って通信対象信号及び干渉信号に対応する逆拡散値を生成する逆拡散回路が含まれる。受信機にはさらに、通信対象信号を検知する1つ以上の信号検知回路が含まれる。いくつかの実施形態では、1つの信号検知回路が、全ての通信対象信号を併せて検知する。他の実施形態では、複数の信号検知回路が、それぞれ1つの通信対象信号を検知する。信号検知回路は、連続的に干渉除去を行うために、直列に配置されてもよい。
信号検知回路には、通信対象信号と干渉信号との間の拡散符号相関に基づいて計算した合成加重を用いて逆拡散値の合成を行う、GRAKE合成回路が含まれる。拡散符号相関には、異なる通信対象信号の拡散符号間の相関、及び通信対象信号と干渉信号の拡散符号間の相関が含まれる。障害相関評価部は拡散符号相関を計算し、合成加重計算器は障害の相関に基づいて合成加重を計算する。障害相関評価部はさらに、通信対象信号と受信したスペクトラム信号内に含まれるパイロット信号との間、または通信対象信号と未知拡散符号を伴って拡散され受信されたスペクトラム拡散信号内に含まれる未知干渉信号との間の障害相関を計算してもよい。いくつかの実施形態として、スペクトラム拡散信号内に含まれるパイロット信号を、逆拡散に先立って抽出してもよい。
図1には、本文書を通じて符号10で示される、複数入力複数出力(MIMO:Multiple Input/Multiple Output)の無線通信システムが描かれている。このシステムは、例えば、広帯域符号分割多元接続(WCDMA)システム内の高速ダウンリンクパケット接続(HSDPA:High Speed Downlink Packet Access)チャネル上で用いられる。MIMOシステム10には、M個の送信アンテナ22を有する送信機20、及びL個の受信アンテナ52を有する受信機50が含まれる。一例としての実施形態では、送信機20は無線通信ネットワークの基地局であり、受信機50は移動局(mobile station)である。
送信機20に入力されるのは、バイナリデータストリーム形式の情報信号I(t)である。送信機20には、制御部24及び送信信号処理回路26が含まれる。制御部24は、送信機20の働きを制御する。送信信号処理回路26は、エラー訂正符号化を実行し、符号化されたビットと変調シンボルの対応付けを行い、及び各送信アンテナ22向けに送信信号を生成する。上方周波数変換、フィルタリング、増幅の後、送信信号は各送信アンテナ22から受信機50へ通信チャネル12を介して送信される。
受信機50には、制御部54及び受信信号処理回路56が含まれる。制御部54は、受信機50の働きを制御する。受信信号処理回路56は、各受信アンテナ52において受信した合成信号の復調及び復号化を行い、原情報信号I(t)に対する評価値I^(t)を生成する(本明細書において、「I^」とは、文字Iの上にハット記号を付したものとする)。ビットエラーがない場合には、受信機50から出力される評価値I^(t)は、送信機20にて入力される原情報信号I(t)と等しくなる。複数のデータストリームが異なる送信アンテナ22から並行して送信されるため、帯域幅に対する要求が大きくなることなく、送受信アンテナ22、52のペアごとにシステムの処理量は増加される。
図2には、アンテナ別速度制御(PARC:Per Antenna Rate Control)用に構成された実施形態の一例としての、送信信号処理部26が描かれている。PARCとは、無線通信システムにおいてシステムの通信容量を増加させるために用いられる複合的ストリーム送信技術である。直列並列変換器28によって、原情報ビットストリームI(t)はM個のビットストリーム{b1(t),b2(t),KbM(t)}に分割され、それらは符号化変調回路30へそれぞれ入力される。この実施形態において、符号化変調回路30へ入力される符号化前のビットストリームは、受信機50によって検知される通信対象信号となる。m番目のビットストリームbm(t)用の符号化変調回路30には、符号化器32、直列並列変換器(S−TO−P)34、シンボルマップ器36、信号拡散器38、マルチ符号合成器40、及び最終合成器42が含まれる。符号化器32は、m番目のビットストリームbm(t)を符号化して符号化データストリームdm(t)を生成する。異なる送信アンテナ22向けの符号化器32は、原情報ビットを異なるレートで符号化する。レートは、受信機50からのチャネル品質通知(CQI:Channel Quality Indicator)フィードバックに依存する。直列並列変換器34は、各符号化器32から出力される符号化信号を、dmk(t)で表されるK個のサブストリームに分割する。分割されたサブストリームは、K個のシンボルマップ器36の1つによって変調シンボルSmk(t)へとマッピングされ、信号拡散器38によってK個の拡散符号を用いて拡散される。K個の拡散符号は、異なる送信アンテナ22上で再使用されてもよい。マルチ符号合成器40は、各信号拡散器38から出力されたK個の拡散信号を再合成し、マルチ符号送信信号xm(t)を生成する。2つ目の合成器42は、マルチ符号送信信号xm(t)を1つ以上の他の同時に送信される信号am(t)と合成し、受信機50へ合成信号を送信する。同時に送信される他の信号とは、例えば、音声信号、パイロット信号、制御信号、専用データ信号、またはそれらの組合せであってもよい。図2において、データストリームの数及び送信アンテナ22の数は等しいことに注意して欲しい。しかし、他の実施形態においては、データストリームの数は送信アンテナ22の数よりも少なくすることができる。
図3には、符号の再使用を伴う空間多重化(SM:Spatial Multiplexing)用に構成された、一例としての送信信号処理部26が描かれている。SM送信機の構成は、図2に示されているPARC送信機の構成と同様であり、よって同一のコンポーネントは同一の符号で表している。図2に示されたPARC構成と対比すると、図3に示されたSM構成では、原情報ストリームI(t)を直列並列変換器(DEMUX)28によって分割する前の時点で符号化するために、1つの符号化器32が用いられている。直列並列変換器28は、符号化情報ストリームd(t)をM個のデータストリームdm(t)に変換し、それらは各符号化変調回路30に入力される。この実施形態において、各符号化変調回路30に入力される符号化データストリームdm(t)は、受信機50によって検知される通信対象信号となる。各アンテナ22向けの符号化変調回路30には、さらに各データストリームdm(t)を複数のサブストリームdmk(t)に分割する直列並列変換器(DEMUX)34、各サブストリームを変調シンボルSmk(t)へとマッピングする複数のシンボルマップ器36、選択された拡散符号を各シンボルストリームに適用する複数の信号拡散器38、拡散信号を再合成してマルチ符号送信信号xm(t)を生成するマルチ符号合成器40、及びマルチ符号送信信号を同時に送信される1つ以上の他の信号am(t)と合成する合成器42が含まれる。am(t)には、複数の音声チャネル、専用データチャネル、制御チャネル、及び共通パイロットチャネルが含まれる。
受信機50には、前述の通り、L個の受信アンテナ52が含まれる。各受信アンテナからの受信信号Rl(t)は受信信号処理器56に入力され、受信信号処理器56は受信信号{r1(t),r2(t),KrL(t)}を処理して原情報信号I(t)の評価値I^(t)を生成する。受信信号処理器56には、逆拡散信号を生成する1つ以上の逆拡散回路60(図4に示される)、逆拡散信号を合成してレイク出力信号を生成する1つ以上のレイク合成回路70(図5及び図6に示される)、及びレイク出力信号を復調、復号化する1つ以上の復号化回路80(図5及び図6に示される)が含まれる。
図4には、受信機50向けの逆拡散回路60の一例が描かれている。逆拡散回路60には、複数の相関バンク(correlator bank)62、及び複数のサンプリング器66が含まれる。各相関バンク62には、レイクフィンガとしても知られる複数の相関器64が含まれる。相関器64は、K個の拡散符号の1つに周波数を合わせられ、複数の受信アンテナ52に接続される。各相関バンク62は、各送信アンテナ22に合致する複数のフィンガ又は相関器64を有してもよい。フィンガ配置処理器68は、従来の単一アンテナ型のGRAKE受信機と同じ仕組みで、各相関バンク62を含むレイクフィンガのフィンガ遅延を選択する。例えば、フィンガ配置処理器68は、GRAKE合成回路70の出力において、信号対干渉及び雑音比(SINR:Signal to Interference plus Noise Ratio)が最大となるようにレイクフィンガの配置を行ってもよい。レイクフィンガの出力は、その後、サンプリング器66によってシンボル間隔でサンプリングされ、各i番目のシンボル間隔についてyk(i)で表される複数の逆拡散ベクトルが生成される。ここで下付き文字のkは、符号チャネルを意味する。逆拡散ベクトルyk(i)は、M個の送信アンテナ22からk番目の符号チャネルを介して送信されたM個の符号化信号の合成を表している。
図5には、図2に示されたPARC送信機と共に用いるために構成されたMMSE−GRAKE(CS−MMSE−GRAKE)用の、レイク合成回路70及びm番目の送信アンテナ22に関連付けられた復号化回路80が描かれている。レイク合成回路70及び復号化回路80には、信号検知回路が含まれる。各送信アンテナ22または通信対象信号について、信号検知回路は1つずつ存在する。
レイク合成回路70には、K個のGRAKE合成器72が含まれ、それらはm番目のアンテナにそれぞれ適合される。よって、各符号チャネルkについてそれぞれ1つのGRAKE合成器72が存在する。各GRAKE合成器72は、拡散ベクトルyk(i)を合成加重ベクトルwmk(i)を用いて合成し、データサブストリームdmk(i)に対応するGRAKE出力信号zmk(i)を生成する。レイク合成加重ベクトルwmk(i)は、合成加重生成部75により、m番目の送信アンテナ22からの通信チャネルの評価値及び拡散共分散行列に基づいて計算される。合成加重生成部75には、チャネル評価器74、共分散評価器76、及び合成加重計算器78が含まれる。または、合成加重生成部75は、逆拡散共分散の代わりに障害共分散を評価してもよい。チャネル評価器74は、チャネル評価を共分散評価器76及び合成加重計算器78のために生成する。共分散評価器76は、合成加重計算器78で用いられる逆拡散値の相関を、チャネル評価値及び拡散符号に基づいて計算する。合成加重計算器78は、共分散評価器76から提供される逆拡散共分散及びチャネル評価器74から提供されるチャネル評価値に基づいて、合成加重を決定する。m番目の送信アンテナ22、及びk番目のマルチ符号の合成加重ベクトルwmk(i)は、次式で与えられる:
ここで、Ry(k,i)は逆拡散共分散行列であり、hmk(i)はm番目の送信アンテナ22からのチャネルの純応答ベクトル(net response vector)である。後により詳しく説明する通り、逆拡散共分散行列Ry(k,i)は、シンボル間干渉(ISI)と符号の再使用を原因とする多元接続干渉(MAI)とを低減するために、データサブストリームdmk(i)の拡散に用いられる拡散符号間の相互相関を考慮に入れたものである。図5に示されたCS−MMSE−GRAKE受信機に関しては、逆拡散共分散行列Ry(k,i)は、全ての送信アンテナ22について同一である。一方、純応答ベクトルhmk(i)は送信アンテナ22ごとに変化し、それにより送信アンテナ22ごとにレイク合成加重が異なっている。
GRAKE出力信号zmk(i)は、復号化回路80に復調と復号化のために供給される。復号化回路80には、複数の軟判定値生成器82、並列直列変換器(P−TO−S)84及び88、並びに復号化器86が含まれる。各軟判定値生成器82はそれぞれ、対応するGRAKE出力信号zmk(i)を受信し、データサブストリームdmk(i)の1つに対応する軟判定値を生成する。軟判定値は並列直列変換器84へ入力され、そこで並列の軟判定値ストリームが、1つのデータストリームd^m(t)に相当する1つの直列の軟判定値ストリームに変換される。PARC送信機20の場合には、軟判定値ストリームd^m(t)は復号化器86へ入力され、m番目のアンテナ22から送信された通信対象信号に相当する復号化済みビットストリームb^m(t)が得られる。第二の並列直列変換器88は、全ての送信アンテナ22からの復号化済みビットストリームb^m(t)を受信し、原情報ストリームI(t)に対する評価値I^(t)を出力する。
図6には、図3に示されたSM送信機と共に用いるために構成された、特定符号に関するMMSE−GRAKE(CS−MMSE−GRAKE)受信機50が描かれている。この実施形態において、信号検知回路には、GRAKE合成回路70及び復調回路90が含まれる。復調回路には、複数の軟判定値生成器92及び並列直列変換器(P−TO−S)94が含まれる。各軟判定値生成器92はそれぞれ、対応するGRAKE出力信号zmk(i)を受信し、データサブストリームdmk(i)の1つに対応する軟判定値を生成する。軟判定値は並列直列変換器94へ入力され、そこで並列の軟判定値ストリームが、1つのデータストリームd^m(t)に相当する1つの直列の軟判定値ストリームに変換される。復調回路90の出力は、通信対象信号の1つに対応する軟判定値ストリームである。復調回路90から出力された軟判定値ストリームは並列直列変換器96に入力され、そこで通信対象信号と他の送信アンテナ22から送信された他の通信対象信号が合成される。並列直列変換器96から出力された合成されたストリームは、その後復号化器98に入力される。
図5及び6に示された実施形態において、GRAKE合成器72は、HSDPAに割り当てられる拡散符号の知識を利用して、シンボル間干渉(ISI)及び多元接続干渉(MAI)を低減し、そしてスカラー判定統計値(scalar decision statistic):zmk(i)=WH mk(i)yk(i)を生成する。各GRAKE合成器72で用いる合成加重ベクトルは、拡散共分散行列Ry(k,i)及び純応答ベクトルhmk(i)の関数である。ここでq番目のGRAKEフィンガが受信アンテナlに割り当てられたとすると、q番目のGRAKEフィンガに対応する純応答ベクトルのq番目の要素は次式で与えられる:
ここで、glmp及びτpは、P個のタップ数のマルチパスチャネルにおけるm番目の送信アンテナ22とl番目の受信アンテナ52との間のタップ利得及び遅延であり、αS(m)ET/Kは、m番目の送信アンテナ22についてK個のマルチ符号のそれぞれに割り当てられたエネルギーである。純応答ベクトルhmk(i)は、i番目のシンボル期間におけるk番目のマルチ符号の自動相関関数rkkioの関数である。
逆拡散共分散行列Ry(k,i)は、rknij(τ)で表現される波形相関関数の関数である。波形相関関数rknij(τ)は、i番目のシンボル期間におけるk番目の拡散符号の拡散波形と(i−j)番目のシンボル期間におけるn番目の拡散符号の拡散波形との間の相互相関を表しており、時間差τによって評価される。波形相関関数は次式で与えられる:
ここで、Cknij(u)は拡散符号間の非周期的な相互相関関数、x(τ)はチップパルスの自己相関関数、SFは拡散因子、そしてTCはチップ周期である。非周期的な相互相関関数は、次のように定義される:
ここで、mn,i(m)はn番目の拡散符号のi番目のシンボル期間内の拡散シーケンスのm番目のチップである。長期間の符号のスクランブルによって、拡散符号間の相互相関関数Cknij(u)、及び波形相関関数rknij(τ)は、シンボル期間インデックスiの関数となる。その結果、特定の符合に関する合成加重は、隣り合うシンボル期間の間で異なることになる。
波形相関関数rknij(τ)は逆拡散共分散行列を計算するために用いられ、逆拡散共分散行列は次式で与えられる:
ここでマルチ符号共分散行列として用いられる行列RS(k,i)は、複数の送信アンテナ22及びHSDPAチャネル上で複数の拡散符号を用いることに起因する干渉を表す。この行列は、マルチパスアンテナ上でマルチ符号を再使用することで発生する自己干渉と、チャネルのばらつきに起因するシンボル間干渉(ISI)と、各送信アンテナ22上で複数の拡散符号を用いることによる符号間干渉とから成る。符号間干渉には、全ての送信アンテナ22上での他のK−1個の符号の使用による干渉が含まれる。また、ここでパイロット共分散行列として用いられる行列RP(k,i)は、全ての送信アンテナ22上のパイロット信号による逆拡散値を表す。また、多元接続共分散行列として用いられる行列Rvは、同じセル内で送信される音声、専用データ、及びオーバーヘッドチャネルなどの他の信号に起因する逆拡散値を表す。これら信号の拡散符号は分からないことから、この障害は、所望の信号と干渉信号とを平均化する相関行列を利用して抑制される。よって、この障害は、符号及び時間のインデックスの関数とはならない。さらに、ここで雑音障害行列として用いられる行列Rn(k,i)は、雑音に起因する干渉を表す。
ここからの検討において、q1番目及びq2番目のフィンガは、受信アンテナl1及びl2にそれぞれ割り当てられているものとする。マルチ符号障害行列RS(k,i)の{q1,q2}番目の要素は、次式で与えられる:
パイロット共分散行列RP(k,i)の{q1,q2}番目の要素は、次式で与えられる:
パイロット共分散行列において、rkmij (pilot)(τ)は、シンボル期間内のk番目の拡散符号と(i−j)番目のシンボル期間内のm番目の送信アンテナ22上のパイロット符号の拡散波形との間の相互相関を表し、αP(m)EΤは、m番目のアンテナ22のパイロットチャネルに割り当てられたエネルギーを指す。逆拡散前にパイロット信号が受信信号から抽出された場合、パイロット逆拡散行列を、逆拡散共分散行列の計算から省略することができる。
多元接続共分散行列の{q1,q2}番目の要素は、次式で与えられる:
ここで、αv(m)EΤという表現は、m番目のアンテナ22上で送信される他のチャネルに割り当てられたエネルギーである。受信機50は、音声チャネル、専用データチャネル及び制御チャネルの拡散符号に関する知識を有していないことが前提とされる。よって、多元接続共分散行列は、音声チャネル及び他のチャネルに起因する干渉を、拡散符号間の平均化により処理する。その平均値は、チップパルスx(τ)の自己相関関数のみに依存する。そのため、Rvは隣り合ったシンボル間で変化しない。
雑音共分散行列の{q1,q2}番目の要素は、次式で与えられる:
この行列は、k番目の拡散符号に調節された逆拡散器を雑音が通り抜けるため、符号及び時間のインデックスの関数である。式(1.9)内のrkki0(τ)という表現は、雑音の自己相関関数である。Noは、雑音及び他のセル干渉のパワースペクトル密度である。
送信機20において1つだけの送信アンテナ22が使用される場合には、式(1.1)、(1.2)、及び(1.6)−(1.11)は、次のように単純化できる。(送信機を示す下付文字はこれら表記の中で省略される。)k番目のマルチ符号のための合成加重ベクトルは次式で与えられる:
ここでは特定符号結合検波GRAKE(CS−JD−GRAKE:Code Specific Joint Detection GRAKE)受信機と称する、本発明の他の実施形態において、i番目のシンボル期間内でM個の送信アンテナ22から送信される信号は、前述したCS−MMSE−GRAKEの場合のように1度に1つだけ検知されるのではなく、全て併せて検知される。CS−MMSE−GRAKEでは、合成加重ベクトルwmk(i)が選択された符号チャネル及び選択されたアンテナ22ごとに逆拡散ベクトルyk(i)に適用され、スカラー判定統計値が生成されることが思い起こされるであろう。CS−JD−GRAKE受信機の機能的要素は、図4及び図6に示したCS−MMSE−GRAKE受信機の場合と同様である。しかし、レイク合成器72は、加重ベクトルの代わりに、加重行列Wk(i)を逆拡散ベクトルyk(i)に適用して、zk(i)=Wk(i)yk(i)と表されるベクトル判定統計値を生成する。その後ベクトル判定統計値は、M個の全ての送信アンテナ22から送信される結合シンボルベクトルの全てのシンボルについて軟判定値を生成するために用いられる。
CS−JD−GRAKEについて、合成加重行列Wk(i)は次式で与えられる:
ここでRx −1(k,i)は逆拡散共分散行列、Hk(i)は純応答行列である。m番目の送信アンテナ22に対応する純応答行列のm列目は、式(1.2)にて定義されたものと同一である。逆拡散共分散行列は次式で与えられる:
CS−JD−GRAKEの逆拡散共分散行列の成分Rx(k,i)は、前述のCS−MMSE−GRAKEの逆拡散共分散行列と同様である。しかしながら、上付文字JDで表されるCS−JD−GRAKE受信機のマルチ符号障害行列RS JD(k,i)の計算は、結合検波を考慮に入れるために修正され得る。よって、マルチ符号障害行列RS JD(k,i)の{q1,q2}番目の要素は、次式で与えられる:
ここで、j=0であればδ(j)=1、それ以外ならδ(j)=0である。逆拡散共分散行列の最後の3つの成分は、前述の数式(1.7)、(1.8)、及び(1.9)と等しい。
軟判定ビット値を生成するために、受信機50は、i番目のシンボル期間内のM個の全ての送信アンテナ22から送信されるシンボルベクトルの仮定としての値をcとし、基準値λki(c)を計算する。基準値λki(c)は、次式で与えられる:
ここで、
である。
図7には、他の実施形態の一例によるMIMOシステム10向けの特定符号連続干渉除去GRAKE(CS−SIC−GRAKE:CS−Successive Interference Cancellation−GRAKE)受信機100が描かれている。CS−SIC−GRAKE受信機100には、逆拡散回路110及び複数の信号検知部(signal detection stage)120が含まれる。逆拡散回路110は、各受信アンテナ52から受け取った合成信号の逆拡散を行う。図3に示された逆拡散器50を、図7に示されたCS−SIC−GRAKE受信機の中の逆拡散回路110として用いてもよい。各受信アンテナ52にて受信した合成信号には、前述した通り、M個の送信アンテナ22から送信されるM個の通信対象信号が含まれる。通信対象信号は、1人以上の利用者に属してもよい。各信号検知部120は、それぞれ送信アンテナ22から送信される1つの通信対象信号を検知する。マルチプレクサ112は、各信号検知部120から出力されて検知された信号を合成し、原直列情報ストリームI(t)に対する評価値I^(t)を生成する。
逆拡散回路110から出力される逆拡散ベクトルyk(i)は、最初の信号検知部120に入力される。連続する信号検知部120のそれぞれに入力される逆拡散ベクトルyk(i)は、連続干渉除去の結果、異なったものとなる。各信号検知部120は、通信対象信号のうち1つを検知する。よって、信号検知部120の数は、送信アンテナ22の数に等しい。加えて、最後の信号検知部120を除く各信号検知部120は、検知された信号を当該信号検知部120への入力信号から除去し、次の信号検知部120に対する入力信号を生成する。よって、検知された信号は、1つだけの通信対象信号が残って最後の信号検知部120に到達するまで、各信号検知回路120の中で連続的に除去される。初めのM−1個の検知器への入力信号は合成信号であるのに対し、最後の信号検知回路120への入力信号は、1つの通信対象信号しか含んでいない。そして、最後の信号検知回路120への入力信号は、干渉除去により除かれていない前回検知された通信対象信号に起因して、残余の干渉により破損している可能性がある。
図7に示している通り、各信号検知部120には、信号検知回路130及び干渉除去回路140が含まれる。図4及び図5に示されたGRAKE合成回路70及び復号化回路80が、図7に示されたCS−SIC−GRAKE受信機の中の信号検知回路130として用いられる。一方、CS−MMSE−GRAKE受信機と異なり、前回検知された信号に対する連続的な除去処理を行うために、各信号検知部120についての合成加重ベクトルwmk(i)の計算には変更が加えられる。CS−SIC−GRAKEに関して、合成加重ベクトルwmk(i)は、次式で与えられる:
着目すべき点は、CS−JD−GRAKE及びCS−MMSE−GRAKE受信機と異なり、CS−SIC−GRAKE内の逆拡散共分散行列Ry(m;k,i)が信号検知部120ごとに異なることである。これは前回検知された信号を除去することに起因する。CS−SIC−GRAKEの純応答ベクトルhmk(i)は、式(1.2)にて定義されたのと同様である。
式(1.22)については、式(1.21)について前述した内容と同じことが言える。また、逆拡散共分散行列は、次式で与えられる:
式(1.23)から分かるとおり、マルチ符号共分散行列RS(m;k,i)は、各信号検知部120の間で異なっており、よって逆拡散共分散行列Ry(m;k,i)も同様に異なっている。多元接続障害行列Rv、パイロット共分散行列RP(k,i)、及び雑音障害行列Rn(k,i)は、全ての信号検知部120において同一となる。マルチ符号共分散行列RS(m;k,i)は、次式で与えられる:
多元接続障害行列Rv、パイロット共分散行列RP(k,i)、及び雑音障害行列Rn(k,i)については、前述の式(1.7)、(1.8)、及び(1.9)と等しい。
図8には、図7に示したCS−SIC−GRAKE向けの干渉除去回路の一例が描かれている。干渉除去回路140には、符号化器142、符号化器142の出力に接続されるデマルチプレクサ144、複数のシンボルマップ器146、ベクトル生成器148、及び合計回路150が含まれる。符号化器142、デマルチプレクサ144、及びシンボルマップ器146は、送信機20における対応する機能的要素と同じように構成され得る。符号化器142は、復号化器86から出力される評価値I^(t)を再度符号化し、m番目の送信アンテナ22により送信される符号化データ信号評価値d^m(t)を生成する。デマルチプレクサ144は、符号化データ信号評価値d^m(t)をサブストリームに分割する。シンボルマップ器146は、そのサブストリームを対応する変調シンボルにマッピングし、m番目の送信アンテナ22から各符号チャネル上で送信されるシンボルの評価値
を生成する。
ベクトル生成器148は、送信シンボル評価値
に起因する逆拡散ベクトルのベクトル成分を、波形相互相関、及びm番目の送信アンテナ22とL個の受信アンテナ52との間のチャネル評価値を用いて生成する。ベクトル生成器148の出力は、除去ベクトルのセット
であって、再構成された各除去ベクトルcmk(i)は、ぞれぞれの符号チャネルに相当する。チャネル評価は、従来型の共通パイロットチャネルから得られ、パイロットに割り当てられたパワーの割合によって計測される。その結果、m番目の送信アンテナ22から干渉を完全に除去するために、再構成された干渉ベクトルは、共通パイロットチャネルとデータチャネルとの間のパワーオフセットによって測定されなければならない。合計回路150には、除去ベクトル
を信号検知部120への入力である逆拡散ベクトル
と合成して次の信号検知部120への入力信号から検知された通信対象信号に起因する干渉を除去するための、複数の合計器が含まれる。CS−SIC−GRAKEにおいて、逆拡散ベクトル
の値は、検知器ごとに変化することに注目して欲しい。それとは対照的に、図5及び図6に示されたCS−MMSE−GRAKE受信機における各信号検知回路には、同一の逆拡散ベクトルが使用される。
いわゆる当業者にとって、除去ベクトル
はどのような復号化処理の恩恵を受けずとも軟判定値発生器82の出力である軟判定値から生成され得ることは明白であろう。そうした場合、干渉除去回路140は、符号化器142を使用しないこととなる。
図9には、CS−SIC−GRAKEの代替的な実施形態が描かれている。この実施形態においては、逆拡散回路110が各信号検知部120の前に位置し、干渉除去回路140は逆拡散信号ではなく拡散信号から干渉の除去を行う。この手法により、レイクフィンガの配置を各信号検知部120において最適化することができる。そのトレードオフは、信号検知及び干渉除去の一部として、逆拡散及び再拡散を各検知器120において実行しなければならないことである。図4に示した逆拡散器60は、図9に示したCS−SIC−GRAKE受信機内の逆拡散回路110として用いてもよい。図4及び図5に示したGRAKE合成回路70及び復号化回路80を、図9に示したCS−SIC−GRAKE受信機内の信号検知回路130として用いることもできる。
図10には、図9に示したCS−SIC−GRAKE受信機向けの干渉除去回路の一例が描かれている。干渉除去回路140には、図8に示したものと同一である、符号化器142、デマルチプレクサ144、及び複数のシンボルマップ器146が含まれる。符号化器142は、復号化器86からの出力である評価値b^m(t)を再度符号化し、m番目の送信アンテナ22により送信される符号化データ信号d^m(t)を生成する。デマルチプレクサ144は、符号化データ信号評価値d^m(t)をサブストリームに分割する。シンボルマップ器146は、そのサブストリームを対応する変調シンボルにマッピングし、m番目の送信アンテナ22から各符号チャネル上で送信されるシンボルの評価値
を生成する。拡散器160は、シンボルマップ器146から出力されるシンボル評価値
を、送信機10にて採用されているのと同一の拡散符号を用いて拡散する。符号化器142、デマルチプレクサ144、シンボルマップ器146、及び拡散器160は、送信機10における対応する機能的要素と同じように構成され得る。合成器162は、拡散信号を合成して、m番目の符号化信号に対応する送信信号評価値x^m(t)を形成する。チャネルフィルタ164は、m番目の送信アンテナ22に関連するチャネル評価係数を用いて送信信号評価値x^m(t)のフィルタリングを行う。チャネルフィルタ内では、m番目の送信アンテナからL番目の受信アンテナ52への特定のチャネルの特性を反映させるために、各受信アンテナ52ごとに別々にチャネルのフィルタリングを行ってもよい。チャネルフィルタから出力されるフィルタリングされた信号はその後、信号検知部120への入力となったスペクトラム拡散信号から抽出される。
当然ながら、発明の技術的範囲及び本質的な性質から外れることなく、本明細書で説明した内容とは別の何らかの方法で本発明を実施してもよい。ここに記載した実施形態は、よって、全て限定ではなく説明の観点から考慮されるべきであり、添付の請求項の意味及び均等の範囲内の全ての変更は、ここに含まれることを意図している。
Claims (41)
- 複数の送信アンテナから送信された1つ以上の通信対象信号と既知の拡散符号を伴う1つ以上の既知の干渉信号とを包含する受信したスペクトラム拡散信号を処理する受信機であって:
前記通信対象信号と前記干渉信号とに対応する逆拡散信号を生成する複数の相関器を含む逆拡散回路と;
送信アンテナから送信される通信対象信号に対応するチャネル評価値を生成するチャネル評価器と;
前記通信対象信号を検知する少なくとも1つの信号検知回路と、前記信号検知回路は、送信アンテナから送信される通信対象信号に対応するチャネル評価値及び通信対象信号の拡散符号と既知の干渉信号の拡散符号との間の拡散符号相関に基づいて計算した合成加重を用いて逆拡散値を合成して既知の干渉信号に起因する通信対象信号内の干渉を低減する合成器を含むことと;
を備える受信機。 - さらに:
通信対象信号と既知の干渉信号との間の共分散を前記拡散符号相関に基づいて計算する共分散評価器と;
前記合成加重を共分散評価値に基づいて計算する合成加重計算器と;
を備える、請求項1に記載の受信機。 - さらに通信対象信号及び既知の干渉信号についてチャネル評価値を生成するチャネル評価器を備え、前記チャネル評価値は前記共分散評価器による前記共分散評価値の計算に使用され及び前記合成加重計算器による前記合成加重の計算に使用されることを特徴とする、請求項2に記載の受信機。
- 前記共分散評価器は、さらに通信対象信号と既知の干渉信号の拡散符号間の拡散符号相関の平均に基づいて共分散評価値を計算することを特徴とする、請求項2に記載の受信機。
- 前記受信したスペクトラム拡散信号は1つ以上のパイロット信号を包含し、前記共分散評価器はさらに通信対象信号とパイロット信号との間のパイロット共分散を計算することを特徴とする、請求項2に記載の受信機。
- 前記共分散評価器は、さらに通信対象信号と受信したスペクトラム拡散信号内に包含される熱雑音との間の雑音共分散を計算することを特徴とする、請求項2に記載の受信機。
- 前記通信対象信号は、複数の送信アンテナから送信されることを特徴とする、請求項1に記載の受信機。
- 前記通信対象信号は、複数の符号チャネル上に送信されることを特徴とする、請求項7に記載の受信機。
- 少なくとも2つの通信対象信号が、異なる送信アンテナから同一の符号チャネル上に送信されることを特徴とする、請求項8に記載の受信機。
- 少なくとも2つの通信対象信号が、同一の送信アンテナから異なる符号チャネル上に送信されることを特徴とする、請求項8に記載の受信機。
- 少なくとも1つの通信対象信号及び1つの既知の干渉信号が、同一の符号チャネル上に異なる送信アンテナから送信されることを特徴とする、請求項8に記載の受信機。
- 少なくとも1つの通信対象信号及び1つの既知の干渉信号が、異なる符号チャネル上に同一の送信アンテナから送信されることを特徴とする、請求項8に記載の受信機。
- 前記通信対象信号及び前記干渉信号は、同一のシンボル期間内で同時に送信されることを特徴とする、請求項1に記載の受信機。
- さらに前記通信対象信号の1つずつを検知する複数の信号検知回路を含む、請求項13に記載の受信機。
- 前記信号検知回路は、受信した信号を並列に処理するために並列に配置されることを特徴とする、請求項14に記載の受信機。
- 前記信号検知回路は、受信した信号を連続的に処理するために直列に配置されることを特徴とする、請求項14に記載の受信機。
- 最初の信号検知回路よりも後の各信号検知回路は直前の信号検知回路から入力信号を受信し、最後の信号検知回路よりも前の各信号検知回路は該信号検知回路内で該信号検知回路内への入力信号から検知された通信対象信号を除去して次の信号検知回路のための入力信号を生成する干渉除去回路を含むことを特徴とする、請求項16に記載の受信機。
- 前記信号検知回路は、2つ以上の通信対象信号を併せて検知することを特徴とする、請求項13に記載の受信機。
- さらに受信したスペクトラム拡散信号内に包含されるパイロット信号を逆拡散の前に減じるパイロット除去回路を備える、請求項1に記載の受信機。
- 前記共分散評価値は、逆拡散値の共分散の評価値を含むことを特徴とする、請求項1に記載の受信機。
- 前記共分散評価値は、障害共分散の評価値を含むことを特徴とする、請求項1に記載の受信機。
- 1つ以上の通信対象信号と1つ以上の既知の干渉信号とを包含する受信したスペクトラム拡散信号を処理する方法であって:
逆拡散信号を生成するために、受信したスペクトラム拡散信号と前記通信対象信号及び前記干渉信号に対応する拡散符号との相関を計算するステップと;
既知の干渉信号に起因する通信対象信号内の干渉を低減するために、通信対象信号の拡散符号と既知の干渉信号の拡散符号との間の拡散符号相関に基づいて計算した合成加重を用いて逆拡散値を合成することで前記通信対象信号を検知するステップと;
を備える方法。 - さらに通信対象信号と既知の干渉信号との間の共分散を前記拡散符号相関に基づいて計算するステップと、前記合成加重を前記共分散評価値に基づいて計算するステップと、を備える、請求項22に記載の方法。
- さらに通信対象信号及び既知の干渉信号についてチャネル評価値を生成するステップを備え、前記チャネル評価値は前記共分散評価値及び前記合成加重の計算に使用されることを特徴とする、請求項23に記載の方法。
- さらに未知の干渉信号に起因する干渉を低減するために、通信対象信号と未知の拡散符号により拡散された未知の干渉信号との間の共分散を評価するステップを備える、請求項23に記載の方法。
- さらに通信対象信号とスペクトラム拡散信号内に包含されるパイロット信号との間のパイロット共分散を評価するステップと、前記パイロット信号に起因する干渉を低減するために前記パイロット共分散評価値を使用して前記合成加重を計算するステップと、を備える、請求項23に記載の方法。
- さらに通信対象信号と受信したスペクトラム拡散信号内に包含される熱雑音との間の雑音共分散相関を評価するステップと、前記雑音に起因する干渉を低減するために前記パイロット障害相関を使用して前記合成加重を計算するステップと、を備える、請求項23に記載の方法。
- 前記通信対象信号は、複数の送信アンテナから送信されることを特徴とする、請求項22に記載の方法。
- 前記通信対象信号は、複数の符号チャネル上に送信されることを特徴とする、請求項28に記載の方法。
- 少なくとも2つの通信対象信号が、異なる送信アンテナから同一の符号チャネル上に送信されることを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 少なくとも2つの通信対象信号が、同一の送信アンテナから異なる符号チャネル上に送信されることを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 少なくとも1つの通信対象信号及び1つの既知の干渉信号が、同一の符号チャネル上に異なる送信アンテナから送信されることを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 少なくとも1つの通信対象信号及び1つの既知の干渉信号が、異なる符号チャネル上に同一の送信アンテナから送信されることを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記通信対象信号及び前記干渉信号は、同一のシンボル期間内で同時に送信されることを特徴とする、請求項22に記載の方法。
- 前記通信対象信号は、複数の並列の信号検知回路によって検知されることを特徴とする、請求項34に記載の方法。
- 前記通信対象信号は、最初の信号検知回路よりも後の各信号検知回路への入力信号が直前の信号検知回路から提供されるように直列に接続された複数の信号検知回路によって検知されることを特徴とする、請求項34に記載の方法。
- さらに次の信号検知回路への入力信号を生成するために最後の信号検知回路よりも前の各信号検知回路内で該信号検知回路内への入力信号から検知された通信対象信号を除去するステップを備える、請求項36に記載の方法。
- さらに2つ以上の通信対象信号を併せて検知するステップを備える、請求項22に記載の方法。
- さらに受信したスペクトラム拡散信号内に包含されるパイロット信号を逆拡散の前に減じるステップを備える、請求項22に記載の方法。
- 前記通信対象信号と既知の干渉信号との間の共分散を前記拡散符号相関に基づいて計算するステップは、逆拡散値の共分散の評価を含むことを特徴とする、請求項23に記載の方法。
- 前記通信対象信号と既知の干渉信号との間の共分散を前記拡散符号相関に基づいて計算するステップは、障害共分散の評価を含むことを特徴とする、請求項23に記載の方法。
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