JP4451046B2 - Gmmseタイプの等化方法および装置ならびに受信機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明はMC−CDMAタイプの電気通信システムのダウンリンクチャネルのための等化方法および装置に関する。より詳細には、この発明は、GMMSEタイプの等化方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
マルチキャリア符号分割多元接続(MC−CDMA)は、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex:直交周波数分割多重)変調と、CDMA多元接続技術とを組み合わせたものである。この多元接続技術は、PIMRC’93の会報に発表された論文「Multicarrier CDMA in indoor wireless radio networks」(Vol.1、109〜113ページ、1993年)においてN.Yee他によって初めて提案された。この技術の開発は、IEEE Communication Magazine(126〜133ページ、1997年12月)に発表された論文「Overview of Multicarriier CDMA」においてHara他によって再検討された。
【0003】
その周波数スペクトルを拡散するために、各ユーザの信号が時間領域において多重化されるDS−CDMA(Direct Sequence Code Division Multiple Access:直接拡散符号分割多元接続)方式とは異なり、この方式では、シグネチャが周波数領域において信号を多重化し、そのシグネチャの各要素が異なるサブキャリアの信号と乗算される。
【0004】
より正確には、図1は、所与のユーザkのためのMC−CDMA送信機の構成を示す。dk(i)を、ユーザkから送信されることになるi番目のシンボルとする。ただしdk(i)は変調アルファベットに属する。シンボルdk(i)は初めに、110において、ck(t)で示され、N「チップ」からなる、拡散系列またはユーザのシグネチャによって乗算される。ただし各チップはTcのチップ長を有し、拡散系列の全長はシンボル周期Tに相当する。シンボルdk(i)と種々の「チップ」との乗算の結果は、シリアル/パラレル変換器120によって、Lシンボルのブロックに変換される。ただしLは一般にNの倍数である。式を簡略化するために、
【数56】
と見なされるであろう。その後、Lシンボルのブロックは、モジュール130において、逆高速フーリエ変換(IFFT)にかけられ、その後、パラレル/シリアル変換器140に送られる。シンボル間干渉を防ぐために、伝送チャネルのパルスタイプの応答の時間より長い時間長を有するガード区間が、MC−CDMAシンボルに付加される。この区間は、そのシンボルの開始と同一になるように選択された接尾部を付加する(図示せず)ことにより得られる。こうして得られたシンボルは、150において、ユーザチャネル上で送信するために増幅される。したがって、MC−CDMA方式は、スペクトル領域において拡散され(IFFT前に)、その後OFDM変調されるものと分析することができることは明らかである。
【0005】
実際には、ユーザkはIシンボルからなるフレームの形で自分のデータを送信する。その際、各シンボルdk(i)は、
【数57】
の場合に
【数58】
になるように、シンボル周期Tに等しい時間長を有する実際のシグネチャck(t)によって拡散される。その際、MC−CDMAシンボル間のガード区間を省略するものとすると、時間
【数59】
において変調される信号は、以下のように書き表すことができる。なお、以下の全ての数式中の記号「.」は、乗算「×」を示す「・」と同義で用いており、実質的に省略可能である。
【数60】
ただし、vkは、送信ユニットのための定数である、ユーザkによって送信される信号の振幅である。
【0006】
所与のユーザkのためのMC−CDMA受信機が、図2に概略的に示される。
【0007】
変調された受信信号は、「チップ」周波数でサンプリングされ、ガード区間に属するサンプルは除去される(除去については図示されない)。得られた信号は以下のように書き表すことができる。
【数61】
ただしKはユーザの数であり、
【数62】
は、時間i.Tにおいて送信されるMC−CDMAシンボルのサブキャリア
【数63】
の周波数に対するユーザkのチャネルの応答を表しており、b(t)は受信された雑音である。
【0008】
ダウンリンクチャネルについて考えてみると、伝送チャネルは同一の特性を有し、
【数64】
と書き表すことができる。これ以降、本検討はダウンリンクチャネルに限定されるであろう。
【0009】
「チップ」周波数でサンプリングすることにより得られるサンプルは、シリアル/パラレル変換器210にパラレルに入力され、その後、モジュール220においてFFTが行われる。220から出力される、周波数領域のサンプルは等化され、ユーザkのシグネチャによって逆拡散される。これを果たすために、周波数領域のサンプルは、乗算器2300、...、230L−1内の係数
【数65】
によって乗算され、その後、推定されたシンボル
【数66】
を出力として供給するために、ステップ240において加算される。
【0010】
現在、当分野において種々の等化の実現可能性が想定されている。
MRC(Maximum Ratio Combining:最大比合成)は、係数
【数67】
の使用によって規定される。ただし*は共役複素数を示す。
EGC(Equal Gain Combining:等利得合成)は、係数
【数68】
の使用によって規定される。ただし
【数69】
である。
ZF(Zero forcing:ゼロフォーシング)では、
【数70】
であり、閾値(Th)を有し、
【数71】
の場合には、
【数72】
であり、そうでない場合には
【数73】
(または
【数74】
)である。
最小平均二乗誤差(MMSE)アルゴリズムは、各キャリア上の平均二乗誤差
【数75】
を最小にする。ただし
【数76】
は、キャリア上の雑音の分散である。
【0011】
MC−CDMAでは、ガード区間の存在によって、シンボル間干渉を無視できるようになる。したがって、等化は、キャリア毎に、複素係数を単に乗算することにより実行されることができる。
【0012】
図2に示される受信機は、他のユーザに起因する干渉を考慮に入れることなく、ユーザkのデータを復号化する。このため、それはシングルユーザまたはSUと呼ばれる。
【0013】
特にCDMA電気通信システムでは、マルチユーザ検出技術が知られている。それらの技術は、他のユーザによって生成される干渉を考慮することに関する共通の特徴を有する。
【0014】
MC−CDMAのためのマルチユーザ検出またはMUD技術は、Electronic Lettersに発表された、J-Y. Beaudais、J.F. HelardおよびJ. Citerneによる論文「A novel linear MMSE detection technique for MC-CDMA」(Vol.36、No7、665〜666ページ、2000年3月30日)において提示された。提案された等化方式は、もはやキャリア毎ではなく、全てのキャリアを考慮に入れて、MC−CDMAシンボル毎に動作する。このため、それは、GMMSE(グローバル最小平均二乗誤差)等化、または同じくM−MMSE(行列最小平均二乗誤差)等化と呼ばれる。その目的は、推定されたシンボル
【数77】
と送信されたシンボルdk(i)との間の平均二乗誤差を最小にすることである。
【0015】
ユーザkのためのGMMSE等化(この場合には、ユーザ毎のMMSEとも呼ばれる)を用いるMC−CDMA受信機が図3に示されている。その受信機は、等化が、種々のキャリアの信号の行列Qとの乗算331によって達成される点で図2の受信機とは異なる。その後、加算器340の出力において得られる逆拡散された信号は、推定されたシンボル
【数78】
を供給するために、当該ユーザkの伝送レベルvkによって乗算される。
【0016】
上記の論文に示されるように、行列Qは、以下の形をとるウィーナーフィルタ理論を適用することにより得ることができる。
【数79】
ただし
【数80】
であり、Hは、そのチャネルの周波数応答を表す対角行列N×Nであり、Cは、その列が種々のユーザ符号系列(これ以降、単に「符号」と呼ばれるであろう)である行列N×Nであり、Vは、その要素viが種々のユーザの伝送レベルである対角行列N×Nであり、
【数81】
は雑音の分散であり、INは大きさN×Nの恒等行列である。記号
【数82】
は共役転置行列を示す。一般に、逆行列は実行されず、線形方程式の対応するシステムの解が求められることに留意されたい。
【0017】
上記のように、GMMSE等化方式は、行列Vが知られている、すなわち種々のユーザの送信されたレベルがわかっているものと仮定する。しかしながら、移動端末は、種々のユーザのために意図された基地局によって送信される信号の送信電力についても、実際に用いられる符号についても情報を持たない。一般に当分野で現在行われている開発は、伝送レベルがわかっているものと仮定しており、これは実際における場合ではない。さらに、式(3)は、拡散系列の長さに等しく、ユーザの数の最大値に等しい、大きさNの行列の逆行列(または同じく、N個の線形方程式のシステム解を求めること)を必要とする。したがって、そのシステムは低負荷で動作している場合でも、等化動作は相変わらず複雑なままである。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、この発明の目的は、特にシステムが最大負荷で動作していない場合であっても、種々のユーザのために意図された種々の伝送レベルを推定できるようにし、かつ複雑さを低減する、MC−CDMA電気通信システムのダウンリンクチャネルのためのGMMSE等化方法を提案することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
この目的を果たすために、この発明は、MC−CDMA電気通信システムのダウンリンクチャネルのための等化方法によって特徴付けられ、そのシステムでは、送信機と複数の受信機との間に複数のリンクが確立され、各リンクはN個の取り得る符号の中の個別の接続符号を使用し、その方法は、N個の各符号を用いて送信機によって送信される信号の相対レベル
【数83】
を推定する第1のステップを含み、その第1のステップは、キャリア毎にMC−CDMAシンボルを等化することを含み、第2のステップは、少なくとも1つのリンク上でユーザによって送信されるシンボルを推定するために、そのレベルを利用し、第2のステップは、送信されたシンボルと推定されたシンボルとの間の平均二乗誤差を最小にするようになされる。
【0020】
MC−CDMAシンボルをキャリア毎に等化した後に、N個の各取り得る符号にフィルタリングがなされることが有利である。その後、N個の各取り得る符号になされるフィルタリングによって得られるN個の値は、そのレベルの推定値を与える係数の計算にかけられるであろう。係数を計算する演算の前または後に、時間平滑化演算を行うことができる。
【0021】
一実施形態によれば、第2のステップは、以下の式を計算するようになされる。
【数84】
ただし
【数85】
は、種々のリンク上で推定されたシンボルのベクトルであり、Yは、種々のキャリア上のMC−CDMAシンボルの成分の受信されたベクトルであり、Hを含む
【数86】
は、これらの種々のキャリア周波数において伝送チャネルの特性を与える行列であり、CはN個の符号の行列であり、
【数87】
において、
【数88】
の値は、第1のステップによって推定される伝送レベルであり、
【数89】
は、各キャリア上の雑音の分散であり、INは、大きさN×Nの単位行列である。
【0022】
第1のステップのキャリア毎に行われる等化は、MRC等化であることが有利である。この場合に、かつ第2の実施形態によれば、第2のステップは、以下の式を計算するようになされる。
【数90】
ただし
【数91】
は、種々のリンク上で推定されるシンボルのベクトルであり、Zは第1のステップの適合したフィルタリングの出力を表し、Hを含む
【数92】
は、これらの種々のキャリア周波数において伝送チャネルの特性を与える行列であり、CはN個の符号の行列であり、
【数93】
において、
【数94】
の値は、第1のステップによって推定される伝送レベルであり、
【数95】
は、各キャリア上の雑音の分散であり、INは、大きさN×Nの単位行列である。
【0023】
符号Cの行列の成分が、タイプ
【数96】
または
【数97】
の式を満たす場合には(ただし、
【数98】
は複素数であり、f(i,j)は、iおよびjに応じて0〜N−1の間にある添え字である)、特に符号がウォルシュ−アダマール符号、回転ウォルシュ−アダマール符号、フーリエ符号または回転フーリエ符号である場合には、行列
【数99】
から行列
【数100】
を得ることができ、前者の行列自体は、初めにその行/列の1つの計算し、その要素の置換を用いて、他の行/列をそこから導出することにより得ることができる。
【0024】
一変形形態によれば、N個の取り得る符号の中の符号のサブセットが、N個の推定されたレベル
【数101】
から選択されることになる。その選択は、N個の推定されたレベル
【数102】
の中で、所定の閾値Thより大きいレベルを保持することにより実行することができる。別法では、符号ckを使用し、伝送レベル
【数103】
を有する所与のリンクkに対して、
【数104】
の場合に
【数105】
が成り立つように、伝送レベル
【数106】
に関連する符号cmの選択が行われる。閾値Thまたはμは、実際に用いられる符号の数と取り得る符号の数Nとの間の比の関数として決定されることが有利であろう。さらに、符号ckを用いる所与のリンクkに対して、最終的に、選択された符号の中で、その符号を最も妨害する可能性の高い符号のみを保持することができる。符号ckを妨害する可能性が最も高い符号ciは、
【数107】
によって定義される、生成された系列の特性から得られることが有利であろう。ただし、cliおよびclkはそれぞれ、ciおよびckに関連する系列である。その符号が、タイプ
【数108】
または
【数109】
の式を満たす場合には(ただし、
【数110】
は複素数であり、f(i,k)は、iおよびkの関数である添え字である)、符号ckを妨害する可能性が最も高い符号を、所定の符号c0を妨害する可能性が最も高い符号から得ることができる。
【0025】
N個の中のP個の符号が、上記のように選択される場合には、行列
【数111】
は、現時点で、選択された符号に関連するレベルのみを含む大きさP×Pの行列
【数112】
まで短縮することができ、第2のステップは以下の式を計算するようになされる。ただし、
【数113】
の値は、第1のステップによって推定される伝送レベルである。
【数114】
ただし、
【数115】
は、選択された符号に関連するリンク上で推定されたシンボルのベクトルであり、
【数116】
において、Hはこれらの種々のキャリア周波数において伝送チャネルの特性を与える行列であり、C’は選択されたP個の符号の行列であり、Yは、種々のキャリア上のMC−CDMAシンボルの成分の受信されたベクトルであり、
【数117】
は、各キャリア上の雑音の分散であり、IPは、大きさP×Pの単位行列である。
【0026】
第1のステップのキャリア毎に行われる等化はMRC等化であることが有利である。この場合に、N個の中のP個の符号が上記のように選択されている場合には、行列
【数118】
は、現時点で、選択された符号に関連するレベルのみを含む大きさP×Pの行列
【数119】
まで短縮することができ、第2のステップは以下の式を計算するようになされる。ただし、
【数120】
の値は、第1のステップによって推定される伝送レベルである。
【数121】
ただし、
【数122】
であり、Hはこれらの種々のキャリア周波数において伝送チャネルの特性を与える行列であり、C’は選択されたP個の符号の行列であり、Z’は、選択されたP個の符号まで短縮される、第1のステップの適合したフィルタリングの出力を表し、
【数123】
は、各キャリア上の雑音の分散であり、IPは、大きさP×Pの単位行列である。行列積
【数124】
から、または行列積
【数125】
から行列
【数126】
を得ることができる。ただし、
【数127】
は、行列
【数128】
の選択された符号まで短縮されたバージョンであり、第1または第2の計算方法の選択は、選択される符号の数に依存する。符号の行列Cが、
【数129】
または
【数130】
のようになる場合には(ただし、
【数131】
は複素数であり、f(i,j)は、iおよびjに応じて0〜N−1の間にある添え字である)、行列
【数132】
は、初めにその行列の第1の行/列を計算し、その要素の置換を用いて、その第1の行/列から他の行/列を導出することにより得ることができる。行列Cがアダマール行列または回転アダマール行列である場合には、
【数133】
の第1の行は、アダマール変換を用いて計算されるであろう。同様に、行列Cはフーリエ行列または回転フーリエ行列である場合には、
【数134】
の第1の行は、フーリエ変換を用いて計算されるであろう。選択された符号の数が、log2(N)より小さい場合には、行列積
【数135】
から行列
【数136】
が得られ、そうでない場合には、行列積
【数137】
から上記行列が得られるであろう。
【0027】
またこの発明は、先に開示されたような等化方法を実施するための手段を含む、MC−CDMAタイプの電気通信システム受信機によっても特徴付けられる。
【0028】
最後に、この発明は、そのような等化装置を含む、MC−CDMAタイプの電気通信システムのための受信機に関する。
【0029】
上記のこの発明の特徴、および他の特徴は、添付の図面に関連して与えられる以下に記載される説明を読むことにより、さらに明らかになるであろう。
【0030】
【発明の実施の形態】
GMMSE等化方法を用いるMC−CDMAシステムのコンテクストに沿って再び説明されるであろう。FFTステップ後のMC−CDMA信号(すなわち、図3のモジュール320から出力される信号)は、その成分が種々のキャリアに対応する、次元NのベクトルYの形で書き表すことができる。再び上記の表記法を採用すると(しかしながら、簡略化するために時間添え字iを省略する)、Yを、種々のユーザによって送信されるシンボルdkのベクトルDの関数として式することができる。
【数138】
ただし
【数139】
であり、bは雑音成分のベクトルである。
【0031】
より正確には、
【数140】
は、種々のユーザに送信されるシンボルのベクトルを表す。直交行列
【数141】
は、送信されるレベルを表す。行列Cは送信される符号系列に対応する。Cのi番目の列は、i番目の符号系列に対応する。たとえば、この行列には、ウォルシュ−アダマールまたはフーリエ行列を用いることができ、その場合に、高速変換アルゴリズムが存在する。直交行列Hは、種々のサブキャリア周波数に対するチャネルの周波数応答を表し、すなわち
【数142】
である。これ以降、この行列は知られているものと仮定されるであろう。本出願人の名前で2000年9月14日に出願されたフランス国特許出願第0011834号に記載されるように、たとえば、基準パイロットの挿入による、周波数応答行列を推定するための技術があり、その特許出願は参照して本明細書に援用される。
【0032】
システムが最大負荷状態にないとき、すなわち、システムがユーザの数
【数143】
のみを有するとき、式(4)に関係するベクトルおよび行列の大きさを短縮することができる。実際には、一般性を失うことなく、これらP人のユーザが最初のP人のユーザ0,...P−1であるものと仮定することができる。このことから、
【数144】
の場合に
【数145】
であるものと結論付けられる。D’を、0以外のデータまで短縮されたベクトル
【数146】
とする。同様に、レベルviは、
【数147】
の場合に0である。同様に、短縮された行列
【数148】
を定義することができる。
【0033】
ユーザのP個の用いられる符号がわかっている場合には、行列Cも、用いられる符号のみを含む、大きさN×Pの行列C’まで短縮することができる。この場合に、行列H、CおよびVの積である行列Aも、大きさN×Pの行列
【数149】
まで短縮される。その際ベクトルYは、
【数150】
と書き表される。
【0034】
受信されると、ベクトルYは、(3)によって与えられる行列Qを求めるために、GMMSE等化にかけられる。
【数151】
が、逆拡散によって得られる、種々のユーザのための推定されたシンボルのベクトルである場合には、以下の式が成り立つ。
【数152】
式(5)が以下の式に等価であることを示すことができる(付録を参照)。
【数153】
【0035】
システムが最大負荷状態にない場合には、式(5)および(6)それぞれ以下の式に短縮される。
【数154】
【0036】
式(6’)は、短縮された大きさP×Pの行列A’HA’を含み、一方、式(5’)は大きさN×Nの行列A’A’Hを含むことに留意されたい。
【0037】
この発明の根底にある概念は、シングルユーザ検出方法を用いて、予備ステップにおいて伝送レベルを推定し、その後、GMMSE等化のためのこれらのレベルを用いることである。
【0038】
図2に関連して先に記載されたようなシングルユーザ検出によって、ユーザ間干渉を無視して、各ユーザの相対伝送レベルの一次近似を得ることができるようになる。これを果たすために、図4に示されるように、FFTモジュールの出力において、乗算器4310,...431N−1を用いて、キャリア毎の等化が適用され、その後ステップ432において、シンボルベクトル
【数155】
、すなわち
【数156】
を得るために、種々のユーザの系列を用いて、信号が逆拡散される。ただし、
【数157】
であり、ここで、qi値は、選択される等化方法MRC、EGC、ZF、MMSEの係数である。等化モジュールと逆拡散モジュールとの組み合わせは、450によって表される。したがって、450において実行される演算は、行列CHQによる乗算であり、その出力はベクトルZである。
【0039】
採用される等化方法がMRC方式である場合には、式(7)は以下のように書き表されることに留意されたい。
【数158】
【0040】
モジュール460における相対伝送レベルの推定値は、ベクトル
【数159】
の形で得られ、干渉および雑音が無視される場合には、次式
【数160】
のように、また、干渉および雑音の電力の推定
【数161】
が利用できる場合には、
【数162】
のように得られる。
【0041】
いくつかのMC−CDMAシンボルが同じ符号、同じ電力(たとえば、同じシンボルフレーム内)で送信されている場合には、モジュール460は、FIRまたはIIRフィルタを用いて、値
【数163】
または
【数164】
の平滑化を達成できることが有利である。後者の場合、平滑化によって、待ち時間が追加されることはない。時間nでのフィルタの出力は
【数165】
で示される。
【数166】
ただし、αおよびβは、フィルタの係数である。たとえば、α=0.9、およびβ=1−αが与えられるであろう。
【0042】
全ての場合に、一旦、相対伝送レベルが求められていたなら、以下の式によって行列Aを推定することができる。
【数167】
ただし
【数168】
である。その際、
【数169】
を得るためには、(5)および(6)内のAおよびAHが、その各推定値によって置き換えられるだけで十分である。
【0043】
その検出は式(6)を用いて行われ、予備のシングルユーザ検出ステップにおいて(8)によって与えられたMRC等化方法が用いられることが有利であろう。したがって、キャリア毎に行われる等化の結果は、GMMSE等化において再利用することができるであろう。これは、式(6)が以下のように書き表すことができるためである。
【数170】
【0044】
雑音の分散
【数171】
は、伝送チャネルの推定の場合に機能するパイロット信号を用いて、従来通りにその部分に対して求めることができる。また、「典型的な」平均値を用いることもできる。
【0045】
行列
【数172】
は以下の形に書き直すこともできる。
【数173】
標準的に用いられる大多数の符号の場合に、行列
【数174】
の計算は、著しく簡略化することができる。
【0046】
初めに、用いられる符号がウォルシュ−アダマール(WH)符号であるものと仮定する。WH符号は、再帰によって得られる行列C2pの列のように生成することができることを思い出されるであろう。
【数175】
【0047】
その行列は、実数で、対称で、かつ自らの逆行列に等しい。さらに、その系列は直交する。
【0048】
Cの要素は、
【数176】
の形で表すことができる。ただし、<i,j>は、iおよびjの2値式のスカラー積であり、
【数177】
である。
【0049】
そこから以下の特性が導出される。
【数178】
ただし
【数179】
は整数iおよびjのビット単位の加算を表す。この理由は、
【数180】
であり、したがって
【数181】
である。(16)の結果として、2つのWH符号の共役積は依然としてWH符号である。
【0050】
ここで、用いられる符号が、
【数182】
によって定義されるフーリエ符号であるものと仮定する。符号の行列は対称である。
【数183】
ただし、「j−i」は、ここでは減算モジュロNを示す。
【0051】
またここでの結果として、2つのフーリエ符号の組み合わせた積が依然としてフーリエ符号になる。
【0052】
この特性は、Electronic Wireless2000会報(Dresden、Germany)において発表されたA.Bury等による論文「Diversity comparison of spreading transforms for multi-carrier spread spectrum transmission methods」において提示されるような、以前の符号の「回転」によって得られる符号のファミリ(このため、回転符号と呼ばれる)に拡張することができる。回転符号の行列は、以下の式によって定義される。
【数184】
ただし、Dは、ベクトル
【数185】
によって定義される直交行列、すなわち
【数186】
である。ただし、
【数187】
である。
【0053】
最初の符号の行列Cが、2つの符号の組み合わせた積が依然としてある符号またはその共役符号であるような行列である場合には、回転符号の行列Crは、乗算因子内で、同じ特性を有することを示すことができる。
【0054】
一般に、以下の特性を満たす符号が考慮されるであろう。
【数188】
ただし、f(i,j)はiおよびjに依存し、iが一定またはjが一定の場合に0〜N−1を示す添え字であり、
【数189】
は、一般に添え字iおよびjに依存する複素数である。
【0055】
この場合に、行列
【数190】
の係数bijは、以下のように表すことができる。
【数191】
【0056】
まず初めに、たとえば、行列Bの第1の行、すなわち係数b0jが計算され、その後、他の行が置換によってそこから導出される。
【数192】
【0057】
【数193】
のテーブル、かつ適用可能な場合に
【数194】
のテーブルが利用可能な場合には、行列Bを計算するのに、その行のうちの1つだけしか計算する必要がない。
【0058】
一般に、用いられる符号が特性(19)を満たす場合、特にアダマール、回転アダマール、フーリエまたは回転フーリエ符号の場合には、行列Bの1つの行(またはそれがエルミート行列であるため、列)が計算され、他の行(またはそれぞれ他の列)は、置換および乗算演算を用いてそこから導出されるであろう。
【0059】
この発明の有利な実施形態によれば、(5)、(6)、(13)または(14)の計算において、実際に用いられる(すなわち、存在するユーザのための)符号、およびこれらの中で、所与のユーザの場合に、このユーザの符号と著しく干渉する符号のみが考慮される。
【0060】
ユーザkについて考えてみる。式(9)および(10)は、伝送レベルの推定値
【数195】
を与える。
【0061】
最も干渉を引き起こす符号は、以下の判定基準のうちの1つにしたがって判定することができる。
(1)最も高い
【数196】
レベルに関連するckとは異なるP−1(Pは、P<Nである所与の整数)個の符号cmが選択される。
(2)レベル
【数197】
に関連するckとは異なる符号cmが選択される。ただしThは所定の閾値である。閾値Thは適応的であり、当該ユーザのための伝送レベルに依存することが有利であろう。符号cmは、たとえば、0<μ<1の場合に、
【数198】
であるように選択されるであろう。ユーザkの受信機が、添え字
【数199】
のいくつかの符号を用いる場合、すなわちユーザが基地局との間でいくつかのリンクを確立している場合には(その際、あるユーザのチャネルはいくつかのリンクからなる)、最も低いレベル
【数200】
に関連する添え字
【数201】
の符号が考慮され、符号cmは、
【数202】
のように選択されるであろう。一変形形態によれば、絶対閾値Thおよび相対閾値μは、N(系列の長さ)およびP(用いられる符号の数)の値の関数として、たとえば比P/N、すなわち、干渉が復調後に依存する、リソースの使用の2つのレベルの関数として選択することができる。
【0062】
当然、上記の判定基準の組み合わせを想定することもできる。さらに、伝送レベルからの選択に対する実施形態として、この判定基準にしたがって採用される符号の中で、当該符号に対して最も内因性の高い妨害する符号のみ(すなわち、伝送レベルを全く考慮することなく)を選択することができる。これは、たとえば、VTC’Fall2000(2000年9月)において発表され、参照して本明細書に援用される、D.MottierおよびD.Castelainによる論文「A spreading sequence allocation procedure for MC-CDMA transmission systems」から、チャネルの係数hkが、所与のユーザ符号に対して相関がある場合には、ある符号(同じ伝送レベルの場合)が他の符号よりも妨害を生じることが知られているためである。より正確には、2つの符号ciとcjとの間の干渉は、
【数203】
によって定義された「生成される」系列wijの特性に関連する。この選択判定基準は、これ以降、内因性妨害判定基準と呼ばれるであろう。
【0063】
「決定的な影響がない」、すなわち弱く干渉するものと判断される1組の符号Eiと各符号ciとが関連付けられる。これらの組の大きさは、許容される干渉レベルに依存する。各組Eiは、M個の要素を含むものと仮定されるであろう。
【0064】
1つの有利な実施形態によれば、その組Eiは、二次元のテーブルに格納される。第1の入力は当該符号の添え字iに対応し、第2の入力は、「決定的な影響がない」符号のランクk(kは0〜M−1の範囲内にある)に対応する。そのテーブルの出力は、その符号の添え字jを与え、それは以下の式によって表される。
【数204】
【0065】
WH系列の場合、一次元のテーブルで十分である。系列0に関連する系列のみを格納することができる。この理由は、用語
【数205】
が、妨害に対して内因性の低い傾向を有する符号を識別できるようにする、生成される系列に関連する特性に対して与えられるものとすると、
【数206】
(生成される系列はある符号に対応する)であるためである。
Ei={
【数207】
が特性
【数208】
を満足するようなj}
【数209】
したがって、以下の式によって、E0のそれらの符号から、Eiの関連する符号の添え字を生成することができる。
【数210】
この特性は、特性(19)を満足する任意の符号に拡張されることができる。その際、式(23)は以下のようになる。
【数211】
関数
【数212】
が簡単な形式を有する場合、決定的な影響のない符号の組を生成するのに、1次元のみを有するテーブルで十分である。特に、これらの特性は、回転アダマール符号、フーリエ符号または回転フーリエ符号に当てはまる。
【0066】
内因性妨害判定基準は、所与のユーザkの場合に、Ekに属する添え字に関連する符号を排除することと、残りの添え字に関連する符号を選択することとからなる。
【0067】
内因性妨害判定基準による選択は、伝送レベル判定基準による選択の前または後に行うことができることに留意されたい。
【0068】
内因性妨害判定基準と伝送レベル判定基準との実現可能な組み合わせによる符号の選択により、行列の大きさを短縮しながら、性能を改善し、かつ複雑さを低減することができるようになる。
【0069】
性能に対する改善に関連して、実際には、用いられない符号が、復号化と干渉する場合がある、小さいが、0ではない値の推定値
【数213】
に対応する可能性があることに留意されたい。一方、その送信されるレベルが低い、用いられる符号が排除される場合には、性能はほんのわずかだけ劣化するであろう。
【0070】
行列の大きさの短縮に関しては、最終的にP個の符号が選択された場合には、選択されない符号に関連する要素を排除することにより、
【数214】
から得られる大きさP×Pの行列
【数215】
を構成することができる。一般性を失うことなく、これらの符号が添え字0,...,P−1を有し、したがって
【数216】
であるものと仮定することができる。
【0071】
その際、種々のユーザのために伝送されるシンボルは、短縮された式(5’)または(6’)を用いて推定されることが有利であろう。
【0072】
シングルユーザ検出によってレベルを推定する予備ステップがMRC等化を用いているか否かに応じて、2つの状況が与えられる。
【0073】
予備ステップがMRC等化を用いていなかった場合には、行列AおよびAHAの式において、Vが
【数217】
によって置き換えられ、これにより短縮されたバージョン
【数218】
および
【数219】
が与えられる。短縮された行列
【数220】
は単に式
【数221】
によって与えられる。ただし、C’はP個の選択された符号まで短縮された行列である。その後、シンボルは以下の式によって推定される。
【数222】
【0074】
一方、予備ステップがMRC等化を用いている場合には、すなわち(8)において示されるようなベクトル
【数223】
が既に利用可能である場合には、選択された符号に対応する成分、ここでは最初のP個の成分のみを含む、短縮された大きさのベクトルZ’を作成することができる。その際、そのシンボルは、(13)と同じようにして推定される。
【数224】
【0075】
いずれの場合でも、その行列の逆行列(または線形システムの分解能)は大きさNの行列にではなく、大きさPの行列に関連することに留意することが重要である。
【0076】
図5は、この発明の第1の実施形態によるGMMSE等化方法を利用し、(25)によるシンボルの推定を実施するMC−CDMA受信装置を示す。
【0077】
モジュール510、520、550および560は、図4のモジュール410、420、450および460と同じである。モジュール570は、伝送レベルおよび/または内因性妨害判定基準にしたがって符号の選択を行う。選択された符号の添え字の組SPは、対応する伝送レベルのベクトル
【数225】
とともに、行列計算モジュール580に送られる。また行列計算モジュール580は、C、H、σ2の値を受信し、行列
【数226】
を求め、その後、以下に記載されるように
【数227】
を求め、最後に、(25)にしたがって
【数228】
を計算する。実際には、この計算は、P個の未知の
【数229】
を有するP個の線形方程式のシステムの解を求めることにより行われる。
【数230】
【0078】
580の出力では、当該ユーザの符号に対応する値
【数231】
のみが実際に用いられる。そのユーザが基地局との間にいくつかのリンクを確立している場合には、対応する値
【数232】
の組が保持されるであろう。
【0079】
図6は、この発明の第2の実施形態によるGMMSE等化方法を利用し、(26)にしたがってシンボルの推定を実施するMC−CDMA受信装置を示す。モジュール610、620、650、660、670は、図5のモジュール510、520、550、560、570と同じである。しかしながら、図5とは異なり、ここでは、シングルユーザ検出モジュール550は、メイン検出フロー内に配置される。それは、MRC方法にしたがって等化を行い、その後、伝送チャネルに適応し、かつ種々のユーザの符号に適応する逆拡散、言い換えると、フィルタリング動作が行われる。選択された添え字の組Spは、モジュール671によって用いられ、モジュール671はベクトルZを、これらの添え字に対応する成分からなるベクトルZ’まで短縮する。モジュール680はベクトルZ’、およびC、H、σ2の値を受信し、行列
【数233】
を求め、その後、以下に記載されるように
【数234】
を求め、最後に、(26)にしたがって
【数235】
を計算する。実際には、この計算は、P個の未知の
【数236】
を有するP個の線形方程式のシステムの解を求めることにより行われる。
【数237】
【0080】
上記のように、680の出力では、そのユーザの符号に関連する値
【数238】
のみが保持されるであろう。
【0081】
図5の受信装置または図6の受信装置では、ベクトル
【数239】
の成分は、シングルユーザ検出から得られるレベルより細かいレベルを推定するための役割を果たすことができることに留意されたい。この場合、推定されたレベルの新しいベクトルは、後の時点で、
【数240】
の新しい計算のために、またはシンボルのベクトルの計算のために用いることができる。これを果たすために、580(またはそれぞれ680)の出力は、モジュール560(またはそれぞれ660)にループバックされる。
【0082】
さらに、この発明による等化装置は、チャネルの特性またはリソースP/Nの占有率にしたがって、1つの等化方法から別の等化方法に動的に変更するのに備えて準備をすることができる。たとえば、EGC方法は、占有率P/Nがある所定の閾値より大きい場合には、MRC方法より好ましいであろう。その際、受信装置は、図6の構成から図5の構成に、およびその逆に変化する。当然、その切替えは、計算の整合性を確保するように、検出サイクルの開始時にのみ行うことができる。
【0083】
上記のように、モジュール580および680は初めに、
【数241】
によって行列
【数242】
を求める。
【数243】
の第1の式がそこから導出される。
【数244】
【0084】
【数245】
が
【数246】
で書き表すことができることがわかる場合には(ただし(HC)’は、その最初のP個の列への行列HCの短縮である)、
【数247】
の第2の式がそこから導出される。
【数248】
【0085】
この第2の式によれば、完全な行列Cにおける
【数249】
の計算が、大きさを短縮し始める前に初めに行われることに留意されたい。
【0086】
符号の数Pが小さい場合には、式(29)による
【数250】
の計算が選択されるであろう。この計算は、近似的に(NP2+2P2+NP)の演算になる。
【0087】
一方、符号の数の短縮があまり大きくない場合には、変換Cを適用するための高速アルゴリズムが存在するため、式(30)による計算が選択されるであろう。大部分の場合に、行列Cの符号が特性(19)を満足するため、この計算は一層簡単になる。その後、
【数251】
の要素は、(20)および(21)によって得られる。上記のように、1つの行(または1つの列)の計算のみが行われ、他の行(または他の列)は、要素の置換によってそこから導出される。たとえば、WH符号が用いられる場合には、行列Bの第1の行は、Nlog2(N)の演算を必要とする、ベクトル
【数252】
のアダマール変換によって得られる。
【数253】
の完全な計算は、{Nlog2(N)+2P2}の演算を必要とする。したがって、この演算は、log2(N)がP2より小さくなり次第、より有効になるであろう。モジュール580および680は、(29)による計算から(30)による計算に、およびその逆に動的に変更できる。
【0088】
この発明による等化方法を用いるMC−CDMA受信装置が、機能モジュールの形で示されてきたが、この装置の全てまたは一部が、記載される全機能を満たすための専用の、またはプログラムされた1つのプロセッサを用いて、またはその機能のうちのいくつかをそれぞれ満たすための専用の、またはプログラムされた複数のプロセッサの形で実装することができることは言うまでもない。
【0089】
付録
【数254】
が観測可能であり、それを用いてウィーナーフィルタリングによってベクトルDを推定することができるものとする。Aは大きさN×Nの正方行列である。種々のユーザのための推定されたシンボルのベクトル
【数255】
は、ウィーナー・ホップ方程式を用いて得られる。
【数256】
ただし、RDY、RYY、RDDはそれぞれ、YおよびDの共分散行列、Yの自己分散行列、Dの自己分散行列である。推定されたシンボルの相関が元に戻されるものと仮定される場合には、これは
【数257】
を与え、したがって、
【数258】
【0090】
【数259】
をYのマッチドフィルタリングの結果であるとする。Xは、Yの網羅的な概要であることが知られている。ベクトルYの代わりにベクトルXを観測可能なものとして取得し、ウィーナーフィルタリングを用いて、この新しい観測可能なものからベクトルDを推定することができる。その際、推定されたベクトル
【数260】
は以下のように書き表される。
【数261】
しかしながら、
【数262】
であり、同様に
【数263】
であり、したがって、
【数264】
である。
【0091】
正方行列Aが、大きさN×Pの長方形行列A’によって置き換えられる場合には、同じようにして以下の式が得られる。
【数265】
【図面の簡単な説明】
【図1】 現時点で当分野において知られているMC−CDMA送信機の構造を示す概略図である。
【図2】 現時点で当分野において知られているシングルユーザMC−CDMA受信機の構造を示す概略図である。
【図3】 現時点で当分野において知られている、GMMSE等化を用いるMC−CDMA受信機の構造を示す概略図である。
【図4】 この発明による等化装置に有用な伝送レベル推定器の概略図である。
【図5】 この発明の第1の実施形態による、GMMSE等化を用いるMC−CDMA受信機の構造を示す概略図である。
【図6】 この発明の第2の実施形態による、GMMSE等化を用いるMC−CDMA受信機の構造を示す概略図である。
Claims (18)
- 送信機と複数の受信機との間に複数のリンクが確立され、前記各リンクが
前記
前記レベルを用いて、少なくとも1つのリンク上で前記ユーザによって送信されるシンボルを推定するための第2のステップであって、前記送信されるシンボルと前記推定されるシンボルとの間の平均二乗誤差を最小にするようになされる、ステップとを含み、
前記
- 送信機と複数の受信機との間に複数のリンクが確立され、前記各リンクが
前記
前記レベルを用いて、少なくとも1つのリンク上で前記ユーザによって送信されるシンボルを推定するための第2のステップであって、前記送信されるシンボルと前記推定されるシンボルとの間の平均二乗誤差を最小にするようになされる、ステップとを含み、
前記
前記第1のステップの前記キャリア毎に行われる等化は、MRC等化であり、
- 前記係数計算の前または後に、時間平滑化演算が行われることを特徴とする請求項4に記載の等化方法。
- 符号ckを用いる所与のリンクkに対して、最終的に、前記選択された符号の中で、前記符号ckを妨害する可能性が最も高い符号のみが採用されることを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の等化方法。
- MC−CDMAタイプの電気通信システム受信機のためのGMMSEタイプの等化装置であって、前記装置は、請求項1から請求項16までのいずれか一項による等化方法を実施するための手段を備えることを特徴とするGMMSEタイプの等化装置。
- MC−CDMAタイプの電気通信システムのための受信機であって、前記受信機は請求項17による等化装置を備えることを特徴とする受信機。
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