JP2009177837A - 無線通信システムにおいて信号を受信するための方法、および、無線送受信ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】マルチユーザ検出の代替の手法を提供すること。
【解決手段】複数の信号が、共用スペクトル内で受信される。受信されたユーザ信号のサンプルが、受信ベクトルとして生成される（２２）。受信ベクトルが、複数のセグメントにセグメント化される（２４）。各セグメントに関して、１ユーザ／グループに関するシンボルを決定し、その１ユーザ／グループの寄与を受信ベクトルから除去することにより、各ユーザ、または各信号グループ（信号グループは、類似した受信電力を有する）に関するシンボルを連続的に決定する（２８）。各セグメントに対応する、決定されたシンボルが、データベクトルに組み立てられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、無線通信システムに関し、詳細には、無線通信システムにおける複数のユーザ信号の検出、具体的には、等化および連続干渉消去を使用するマルチユーザ検出に関する。

通常の無線通信システムは、ＷＴＲＵ群（無線送受信ユニット群）と通信する基地局を含む。各基地局は、基地局の動作区域に入っているＷＴＲＵ群と通信する、関連する動作区域を有する。ＣＤＭＡ（符号分割多重アクセス）などの一部の通信システムでは、複数の通信が、同一の周波数スペクトルを介して送信される。それらの通信は、通常、通信の符号によって区別される。

複数の通信が、同一周波数スペクトル内で同時に送信されることが可能であるため、そのようなシステムにおける受信機は、複数の通信を見分けなければならない。そのような信号を検出する１つの手法が、照合フィルタ処理である。照合フィルタ処理では、単一の符号とともに送信された通信が検出される。その他の通信は、干渉として扱われる。複数の符号を検出するのに、それぞれの数の照合フィルタが使用される。それらの信号検出器は、複雑度が低いが、ＭＡＩ（多重アクセス干渉）およびＩＳＩ（シンボル間干渉）を被る可能性がある。

ＰＩＣ（並列干渉キャンセラ）やＳＩＣ（連続干渉キャンセラ）などの、他の信号検出器は、他のユーザからの干渉、およびＩＳＩを消去しようと試みる。それらの受信機は、複雑度が増すという犠牲を払って、より良好なパフォーマンスを示す傾向がある。他の信号検出器は、複数の通信を合同で検出し、これは、合同検出と呼ばれる。一部の合同検出器は、ＭＭＳＥ（最小平均２乗誤差）検出を実行するコレスキ（Ｃｈｏｌｅｓｋｙ）分解、およびＺＦ−ＢＬＥ群（強制ゼロ化ブロック等化器群（ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ ｂｌｏｃｋ ｅｑｕａｌｉｚｅｒｓ））を使用する。それらの検出器は、向上したパフォーマンスを示すが、複雑度が高い傾向がある。

したがって、マルチユーザ検出の代替の手法を有することが望ましい。

複数の信号が、共用スペクトル内で受信される。受信されたユーザ信号のサンプルが、受信ベクトルとして生成される。受信ベクトルは、複数のセグメントにセグメント化される。各セグメントに関して、１ユーザ／グループに関するシンボルを決定し、その１ユーザ／グループの寄与を受信ベクトルから除去することにより、各ユーザ、または各信号グループ（信号グループは、同一のチャネル応答を有する）に関するシンボルを連続的に決定する。各ユーザ／グループに関するシンボルは、チャネル等化の後、逆拡散を行うことなどによって決定される。各セグメントに対応する、決定されたシンボルは、データベクトルに組み立てられる。

ＥＱ−ＳＩＣ（等化連続干渉キャンセラ）受信機を示す簡略図である。 受信ベクトルｒの好ましいセグメント化を示す図である。 ＥＱ−ＳＩＣデバイスを示す簡略図である。 ＥＱ−ＳＩＣ受信機に関する流れ図である。

好ましい諸実施形態の好ましいインプリメンテーションは、３ＧＰＰ（第３世代パートナーシッププロジェクト）Ｗ−ＣＤＭＡ（広帯域符号分割多重アクセス）通信システムのＦＤＤ（周波数分割二重）モードにおいてである。ただし、好ましい諸実施形態は、様々な無線通信システムに適用することができる。

好ましい諸実施形態は、ＷＴＲＵ（無線送受信ユニット）または基地局において利用することができる。ＷＴＲＵには、ユーザ機器、移動局、固定加入者ユニットまたは移動加入者ユニット、ポケットベル、または無線環境において動作することができる他の任意のタイプのデバイスが含まれるが、以上には限定されない。「基地局」には、基地局、ノードＢ、サイトコントローラ、アクセスポイント、または無線環境における他のインタフェースデバイスが含まれるが、以上には限定されない。さらに、好ましい諸実施形態は、互いに通信するＷＴＲＵ群にも適用することができる。

図１は、好ましいＥＱ−ＳＩＣ（等化／連続干渉消去）受信機の簡略図である。好ましくは、アンテナ２０を除き、図１に示したコンポーネントのほとんどは、単一の集積回路として実装される。代替として、個々のコンポーネントは、別々のコンポーネント、または集積回路および／または別々のコンポーネントの混合であることも可能である。

複数の通信が、受信機のアンテナ２０、またはアンテナアレイによって受信される。単一、または複数のＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）などのサンプリングデバイス２２が、受信された信号をサンプリングして、受信ベクトルｒを生成する。

受信ベクトルは、セグメント化デバイス２４によって処理されて、受信ベクトルｒのセグメントｒ ₁．．．ｒ _sが生成される。図２は、好ましいセグメント化スキームの図であるが、その他のスキームを使用してもよい。図２に示すとおり、受信ベクトルｒは、複数のセグメントｒ ₁．．．ｒ _sに分けられる。好ましくは、セグメントは、図示するとおり、重なり合う。重なり合いの量は、好ましくは、インパルス応答から１チップを引いた長さの２倍、２^*（Ｗ−１）である。Ｗは、すべてのユーザのすべてのチャネルにわたる、チャネルインパルス応答の最大長である。この重なり合いにより、セグメントが有限の長さを有していても、すべてのチップの等化が容易になる。所与のセグメントに関して、そのセグメントに関する対象の部分に寄与するチップのすべてが、等化される。例示すると、ｒ ₂という対象の部分が、破線によって境界をつけられている。その部分の最後のチップは、Ｗ−１チップだけ、次のセグメントの中にまで延びる。反対に、対象の領域内の最初のチップに最も離れて先行して、その領域の中にまで延びているチップは、最初のチップにＷ−１チップ先行している。したがって、対象の部分に寄与し、その部分に入っていないすべてのチップを等化して、それらのチップの寄与を対象の部分から有効に取り除くことができる。

重なり合いは、インパルス応答のおよそ２倍であるように示しているが、より大きい重なり合いを使用してもよい。より大きい重なり合いは、厳密な受信機インプリメンテーションに基づいて有用である可能性がある。一実施形態では、ＥＱ−ＳＩＣデバイスは、ＰＦＡ（素因数アルゴリズム（ｐｒｉｍｅ ｆａｃｔｏｒ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ））高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ベースのインプリメンテーションを使用することができる。重なり合いは、所望の最適なＰＦＡ長またはＦＦＴ長に達するように拡張することができる。他のインプリメンテーションでは、最適な重なり合わない部分は、処理される信号に基づいて異なる可能性がある。例示すると、３ＧＰＰ Ｗ−ＣＤＭＡのＴＤＤ（時間分割２重）モードでは、バーストタイプに基づき、データフィールドの長さが、異なる可能性がある。その結果、１つのバーストに関する最適セグメント長は、別のバーストに関して最適でない可能性がある。１つの一様なハードウェア構成を利用するため、セグメントに関する固定サイズを実施することができる。異なる重なり合いを使用して、異なるバースト長を実施することができる。

チャネル推定デバイス２６が、受信されたユーザ信号のそれぞれに関するチャネル応答を推定する。通常、チャネル応答は、パイロット符号またはミッドアンブルシーケンスなどの基準信号を使用して推定されるが、他の技術を使用してもよい。推定されたチャネル応答を図１に、チャネル応答行列Ｈとして示す。

図３は、好ましいＥＱ−ＳＩＣデバイス２８の図である。１つのインプリメンテーションでは、ユーザ信号のすべてに、その信号の受信電力などによってランクが付けられる。最高受信電力を有するユーザに関して、受信ベクトルｒ _iが、そのユーザ（ユーザ１）に関連するチャネル応答を使用して、等化器３４₁によって等化され、拡散データベクトルｓ _i1が生成される。そのユーザ信号によって使用された符号を使用して、逆拡散器（ｄｅｓｐｒｅａｄｅｒ）３６₁によって、そのユーザデータのソフトシンボルが生成される。ハード判定（ｈａｒｄ ｄｅｃｉｓｉｏｎ）デバイス３８₁によって、そのユーザのソフトシンボルに対してハード判定が実行されて、ハードシンボルベクトルｄ _i1が生成される。検出されたハードシンボルを使用して、拡散データベクトルに対するユーザ１の寄与ｒ _i1が決定される。ユーザ１寄与が、減算器４２₁によってセグメントから引かれて、ユーザ１の寄与が除去された新たなセグメントｘ _i1が生成される。同様の処理が、２番目に高い受信電力レベルを有する第２のユーザ（ユーザ２）に対して実行される。ユーザ２のハードシンボルｄ _i2が、等化器３４₂、逆拡散器３６₂、およびハード判定デバイス３８₂を使用して検出される。ｘ _i1に対するユーザ２の寄与が、干渉構築デバイス４０₂および減算器４２₂を使用して除去される。この手続きは、最終のユーザＫまで繰り返される。第Ｋ番のユーザの場合、ハードシンボルｄ _iKだけが、等化器３４_K、逆拡散器３６_K、およびハード判定デバイス３８_Kを使用して決定される。

ＥＱ−ＳＩＣ受信機が、基地局において使用される場合、通常、ユーザ信号のすべてからのハードシンボルが回復される。ただし、ＷＴＲＵにおいて、ＷＴＲＵ ＥＱ−ＳＩＣ受信機は、対象となる１名のユーザの信号だけを有する可能性がある。その結果、対象となるそのユーザの信号のハードシンボルが回復された後、各ユーザの連続的な処理が停止される可能性がある。

以上の説明は、各ユーザの信号を別々に検出したが、複数のユーザの信号を合同で回復することもできる。そのようなインプリメンテーションでは、ユーザらは、受信信号電力別にグループ化される。連続的な処理は、各グループに対して順に実行される。例示すると、第１のグループのデータが検出され、その後、受信セグメントから消去され、その後に、第２のグループが続く。

セグメント内の各ユーザに関するデータが検出された後、ｄ _iなどのデータベクトルが、セグメント記憶デバイス３０によって格納される。記憶サイズを小さくするため、好ましくは、セグメントは、対象でない諸部分を除去するように切り捨てられ、対象のセグメントの部分だけが残される。セグメント再組み立てデバイス３２が、通常、各セグメントに関して各ユーザに関するデータを順次に（ｓｅｒｉａｌｌｙ）結合することにより、すべてのセグメントからのデータを有するデータベクトルｄを生成する。例示すると、セグメント１に関するユーザ１からのデータｄ ₁₁が、セグメント２に関するユーザ１からのデータｄ ₁₂と順次に結合される。

図４は、ＥＱ−ＳＩＣ受信機に関する流れ図である。最初、受信ベクトルｒが生成される、ステップ５０。すべてのユーザに関してチャネル推定が実行される、ステップ５２。受信ベクトルが、セグメント化される、ｒ ₁．．．ｒ _n、ステップ５４。各セグメントが処理される、ステップ５６。第ｉ番のセグメントに関して、最高受信電力を有するユーザが決定される、ステップ５８。受信ベクトルが、そのユーザに関して等化される、ステップ６０。結果の拡散ベクトルが、ユーザの符号を使用して逆拡散される、ステップ６２。逆拡散されたデータに対してハード判定が実行される、ステップ６４。受信ベクトルに対するそのユーザの寄与が決定される、ステップ６６。そのユーザの寄与が、受信ベクトルから引かれる、ステップ６８。減算が行われた受信ベクトルを、ステップ６０〜６８における受信ベクトルとして使用して、ステップ６０〜６８を繰り返すことにより、２番目に高い受信電力ユーザが処理される、ステップ７０。そのセグメントに関する諸結果を格納し、残りの各セグメントに関してステップ５８〜７０を繰り返す、ステップ７２。格納されたセグメントをデータベクトルｄに組み立てる、ステップ７４。チャネル推定が行われる、または更新されるレートは、異なるインプリメンテーションの間で異なる可能性がある。というのは、更新のレートは、無線チャネルの時とともに変化する性質に依存するからである。

好ましくは、ＥＱ−ＳＩＣデバイス２８の各ステージに関する等化は、ＦＦＴを使用して実施されるが、他のインプリメンテーションを使用してもよい。１つの可能なインプリメンテーションは、次のとおりである。各受信セグメントを数式１に従って信号モデルと見なすことができる。
ｒ _i＝Ｈｓ＋ｎ 数式１
Ｈは、チャネル応答行列である。ｎは、雑音ベクトルである。ｓは、数式２による、そのユーザまたはグループに関する拡散符号Ｃと、そのユーザまたはグループに関するデータベクトルｄとの畳み込みである、拡散データベクトルである。
ｓ＝Ｃｄ 数式２

数式１を解く２つの手法は、等化ステージを使用し、その後に、逆拡散ステージを使用する。各受信ベクトルセグメントｒ _iが、等化される、ステップ５４。１つの等化手法は、ＭＭＳＥ（最小平均２乗誤差）解を使用する。各拡張セグメントに関するＭＭＳＥ解は、数式４Ａのとおりである。

σ₂は、雑音分散であり、Ｉ_sは、拡張行列に関する恒等行列である。（・）^Hは、複素共役転置演算（ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｎｊｕｇａｔｅ ｔｒａｎｓｐｏｓｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）またはエルミート（Ｈｅｒｍｅｔｉａｎ）演算である。強制ゼロ（ＺＦ）解は、数式４Ｂのとおりである。

代替として、数式４Ａまたは数式４Ｂは、数式５として書かれる。

Ｒ_sは、ＭＭＳＥに対応する数式６Ａに従って定義される。
Ｒ_s＝Ｈ_s ^HＨ_s＋σ²Ｉ_s 数式６Ａ
代替として、ＺＦに関するＲ_sは、数式６Ｂのとおりである。
Ｒ_s＝Ｈ_s ^HＨ_s 数式６Ｂ

数式５を解く１つの好ましい手法は、数式７および数式８によるＦＦＴ（高速フーリエ変換）によるものであり、数式５を解く代替の手法は、コレスキ分解である。
Ｒ_s＝Ｄ_z ^-1ΛＤ_z＝（１／Ｐ）Ｄ_z ^*ΛＤ_z 数式７
Ｒ_s ^-1＝Ｄ_z ^-1ΛＤ_z＝（１／Ｐ）Ｄ_z ^*Λ^*Ｄ_z 数式８
Ｄ_zは、ＺポイントＦＦＴ行列であり、Λは、Ｒ_s行列の循環近似（ｃｉｒｃｕｌａｎｔ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）の第１列のＦＴＴである項（ｄｉａｇｏｎａｌｓ）を有する対角行列である。循環近似は、Ｒ_s行列の任意の列を使用して実行することができる。好ましくは、最も多い要素を有する完全な列を使用する。

周波数領域において、ＦＦＴ解は、数式９による。

は、クロネッカー積である。Ｍは、サンプリングレートである。Ｍ＝１は、チップレートサンプリングであり、Ｍ＝２は、チップレートサンプリングの２倍である。

拡散データベクトルのフーリエ変換

が算出された後、逆フーリエ変換をとることによって、拡散データベクトル

が算出される。

Claims (16)

1. 無線通信のための方法であって、
   共用スペクトル内で、ある１つの信号を受信する工程と、
   前記受信された信号のサンプルを、１つの受信ベクトルとして生成する工程と、
   前記受信ベクトルを複数のベクトルセグメントにセグメント化する工程と、
   各ベクトルセグメントに関して、複数の通信の中での１つの通信に関するシンボルを決定し、該通信の寄与を前記ベクトルセグメントから除去することにより、複数の通信に関するシンボルを連続的に決定する工程と、
   前記複数の通信の中の各通信について、前記決定されたシンボルをデータベクトルに組み立てる工程と
   を具えたことを特徴とする方法。
2. 各ベクトルセグメントは、少なくとも１つの他のベクトルセグメントの一部と重なり合う部分を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記重なり合う部分は、チャネルインパルス応答長の２倍の長さよりも、少なくとも１チップ分短い長さを有することを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記複数の通信に関するシンボルを連続的に決定する工程は、受信電力によって通信を順序付ける工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記１つの通信に関するシンボルを決定するステップは、
   該通信に関するベクトルセグメントを等化する工程と、
   前記等化されたベクトルセグメントを逆拡散する工程と、
   前記逆拡散された等化されたベクトルセグメントに対してハード判定を行う工程と
   を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記ベクトルセグメントを等化する工程は、該ベクトルセグメントに、高速フーリエ変換を適用することを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 前記等化されたベクトルセグメントを逆拡散する工程は、
   複数のソフトシンボルを含む拡散等化ベクトルセグメントを生成するために、前記通信に関連したある符号を使用する工程を含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
8. 前記通信の寄与を除去する工程は、前記ベクトルセグメントから前記決定されたシンボルを除去する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 前記複数の通信に関するシンボルを連続的に決定する工程は、
   対象とする通信についてシンボルを決定する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）であって、
    共用スペクトル内で、ある１つの信号を受信するように構成されたアンテナと、
    前記受信された信号のサンプルを、１つの受信ベクトルとして生成するように構成されたサンプリングデバイスと、
    前記受信ベクトルを複数のベクトルセグメントにセグメント化するように構成されたセグメント化デバイスと、
    各ベクトルセグメントに関して、複数の通信の中での１つの通信に関するシンボルを決定し、該通信の寄与を前記ベクトルセグメントから除去することにより、複数の通信に関するシンボルを連続的に決定するように構成された等化−連続的干渉キャンセラと、
    前記複数の通信の中の各通信について、前記決定されたシンボルをデータベクトルに組み立てるように構成されたセグメント再組み立てデバイスと
    を具えたことを特徴とする無線送受信ユニット。
11. 前記セグメント化デバイスは、
    各ベクトルセグメントが、少なくとも１つの他のベクトルセグメントの一部と重なり合う部分を有するように、前記受信ベクトルを複数のベクトルセグメントにセグメント化するように構成されたことを特徴とする請求項１０記載の無線送受信ユニット。
12. 前記等化−連続的干渉キャンセラは、
    前記ベクトルセグメントを等化するように構成された等化器と、
    前記等化されたベクトルセグメントを逆拡散するように構成された逆拡散器と、
    前記逆拡散された等化されたベクトルセグメントに対してハード判定を行うように構成されたハード判定デバイスと
    を含むことを特徴とする請求項１０記載の無線送受信ユニット。
13. 前記等化器は、高速フーリエ変換を使用して、該ベクトルセグメントを等化するように構成されたことを特徴とする請求項１２記載の無線送受信ユニット。
14. 前記逆拡散器は、
    前記通信に関連したある符号を拡散等化ベクトルセグメントに適用することによって、複数のソフトシンボルを含む拡散等化ベクトルセグメントを生成するように構成されたことを特徴とする請求項１２記載の無線送受信ユニット。
15. 前記等化−連続的干渉キャンセラは、
    前記ベクトルセグメントから前記決定されたシンボルを除去することによって、該ベクトルセグメントから前記通信の寄与を除去するように構成されたことを特徴とする請求項１０記載の無線送受信ユニット。
16. 前記等化−連続的干渉キャンセラは、
    対象とする通信についてシンボルを決定するように構成されたことを特徴とする請求項１０記載の無線送受信ユニット。

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