JP4891762B2 - Wireless communication system and wireless communication method - Google Patents

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Description

本発明は、通信技術に関し、特に無線通信システム及び無線通信方法に関する。   The present invention relates to communication technology, and more particularly to a wireless communication system and a wireless communication method.

CDMAは、第三世代移動通信の主流となる多元接続技術であり、将来の通信システムのアクセス方式候補の1つである。CDMAシステムの上り伝送において、移動環境に複数の同期されてない伝送パスが存在し、しかもユーザの間が完全な同期を保持することができないため、マルチアクセス干渉（MAI）がシステム容量及び受信機検出性能を制限する主な要素の1つとなっている。   CDMA is a multiple access technology that becomes the mainstream of third-generation mobile communications, and is one of the access method candidates for future communication systems. In uplink transmission of a CDMA system, there are multiple unsynchronized transmission paths in the mobile environment, and it is not possible to maintain perfect synchronization between users. This is one of the main factors that limit detection performance.

従来のCDMA受信機は、レイク(RAKE)受信機とよばれ、一組のマッチドフィルターからなる。レイク受信機は、各ユーザにとって、シングルユーザ検出器であり、このユーザの拡散コード情報のみによって検出を実現し、その他のユーザの信号はノイズと見なされる。このように、レイク受信機は、マルチアクセス干渉の影響を取り除くことができない。CDMAシステムの上り伝送の容量及び受信機の検出性能を向上させるために、複数のユーザの情報を同時に利用し、複数のユーザ信号を検出するマルチユーザ検出技術がますます重視され、近年、広く、深く研究されている。   A conventional CDMA receiver is called a RAKE receiver and consists of a set of matched filters. The rake receiver is, for each user, a single user detector that implements detection only by the user's spreading code information, and the other users' signals are considered noise. Thus, the rake receiver cannot remove the effects of multi-access interference. In order to improve the uplink transmission capacity of the CDMA system and the detection performance of the receiver, multi-user detection technology that uses multiple users' information at the same time and detects multiple user signals is becoming more and more important. Researched deeply.

Verduが「IEEE Transaction on Information Theory，Vol. IT-32，No.1，January 1986,85-96」で発表した「Minimum Probability of Error for Asynchronous Gaussian Multiple-Access Channels」において、マルチユーザ検出の概念がはじめて提起された。上記文章では、良好な誤り率性能を有する最尤検出器が記載されているが、その計算の複雑度がユーザ数の増加につれ、指数レベルで増加するので、予見できる将来において、実現される可能性が低い。   In “Minimum Probability of Error for Asynchronous Gaussian Multiple-Access Channels” announced by Verdu in “IEEE Transaction on Information Theory, Vol. IT-32, No. 1, January 1986, 85-96”, the concept of multi-user detection is It was raised for the first time. The above text describes a maximum likelihood detector with good error rate performance, but its computational complexity increases at the exponential level as the number of users increases, so it can be realized in the foreseeable future The nature is low.

処理複雑度を低下させるために、Xie、ShortとRushforthが「IEEE J. Select. Area Communication,Vol.8,May 1990,683-690」で発表した「A family of suboptimum detectors for coherent multi-user communications」においては、時間領域処理のZFとMMSE線形検出器が提起された。この類の検出器は、拡散コードの相関行列に対して線形変換を行い、マルチアクセス干渉を取り除くことができ、比較的良い誤り率性能を有すると同時に、複雑度が最尤マルチユーザ検出器より小さい。しかし、この検出器の計算複雑度は依然として高く、実用性は低い。   To reduce processing complexity, `` A family of suboptimum detectors for coherent multi-user communications '' announced by Xie, Short and Rushforth in `` IEEE J. Select. Area Communication, Vol. 8, May 1990, 683-690 '' ”Proposed time-domain processing ZF and MMSE linear detectors. This kind of detector can perform linear transformation on the correlation matrix of the spreading code to eliminate multi-access interference, has a relatively good error rate performance, and at the same time has a higher complexity than the maximum likelihood multi-user detector small. However, the computational complexity of this detector is still high and its practicality is low.

Vollmer、HaardtとGotzelが「IEEE J. Select. Area Communication, Vol.19,August 2001,1461-1475」で発表した「Comparative study of joint-detection techniques for TD-CDMA based mobile radio systems」においては、ブロックフーリエ変換に基づく周波数領域処理の線形マルチユーザ検出アルゴリズムが提起されている。このアルゴリズムは、相関行列を帯状ブロックToeplitz構造行列に変換し、この特殊の構造を利用して線形マルチユーザ検出器の演算複雑度の低下を実現する。   Vollmer, Haardt and Gotzel block in "Comparative study of joint-detection techniques for TD-CDMA based mobile radio systems" published in "IEEE J. Select. Area Communication, Vol. 19, August 2001, 1461-1475" A linear multiuser detection algorithm for frequency domain processing based on Fourier transform has been proposed. This algorithm transforms the correlation matrix into a striped block Toeplitz structure matrix and uses this special structure to reduce the computational complexity of linear multiuser detectors.

しかし、上記アルゴリズムは、同期CDMAシステムにしか適用できず、非同期CDMAシステムには適用できない。しかも、ZFアルゴリズムに基づく線形検出器のみが提起され、MMSEの解決案が提起されていなかった。通常、MMSE線形検出器の方がより良い検出性能を有する。
Verdu, “Minimum Probability of Error for Asynchronous Gaussian Multiple-Access Channels”,IEEE Transaction on Information Theory，Vol. IT-32，No.1，January 1986,85-96 Xie、Short and Rushforth, ”A family of suboptimum detectors for coherent multi-user communications”, IEEE J. Select. Area Communication,Vol.8,May 1990,683-690 Vollmer、Haardt and Gotzel, “Comparative study of joint-detection techniques for TD-CDMA based mobile radio systems”, IEEE J. Select. Area Communication, Vol.19,August 2001,1461-1475 However, the above algorithm can be applied only to a synchronous CDMA system and not to an asynchronous CDMA system. In addition, only linear detectors based on the ZF algorithm were proposed, and no MMSE solution was proposed. Usually, the MMSE linear detector has better detection performance.
Verdu, “Minimum Probability of Error for Asynchronous Gaussian Multiple-Access Channels”, IEEE Transaction on Information Theory, Vol. IT-32, No. 1, January 1986, 85-96 Xie, Short and Rushforth, “A family of suboptimum detectors for coherent multi-user communications”, IEEE J. Select. Area Communication, Vol. 8, May 1990, 683-690 Vollmer, Haardt and Gotzel, “Comparative study of joint-detection techniques for TD-CDMA based mobile radio systems”, IEEE J. Select. Area Communication, Vol. 19, August 2001, 1461-1475

本発明の目的は、無線通信システムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a wireless communication system.

本発明のもう1つの目的は、無線通信方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a wireless communication method.

本発明の無線通信システムは、ユーザ送信機と基地局受信機とを含む。上記ユーザ送信機は、Ｍ個のユーザデータシンボルを、それぞれ拡散コードＮを用いて拡散し，拡散されたユーザデータシンボルＭ個毎にサイクリックプレフィックスを挿入するガードタイム挿入部を含む。上記基地局受信機は、同時に送信されたK個のユーザからの信号を周波数領域に変換後，マルチユーザ検出を行ってK個のユーザの合成された信号からユーザ個別の信号を検出，分離する周波数領域MUD部を含む。そのうちのK、M、Nは自然数である。   The wireless communication system of the present invention includes a user transmitter and a base station receiver. The user transmitter includes a guard time insertion unit that spreads M user data symbols using a spreading code N and inserts a cyclic prefix for each of the spread user data symbols. The base station receiver converts signals from K users transmitted simultaneously to the frequency domain, performs multi-user detection, and detects and separates user-specific signals from the synthesized signals of K users Includes frequency domain MUD. Of these, K, M, and N are natural numbers.

上記基地局受信機は、さらに、受信機により受信された同期情報及びチャネル推定情報に基づいてチャネル等化を行い、等化された後の受信信号を上記周波数領域MUD部に入力する。   The base station receiver further performs channel equalization based on synchronization information and channel estimation information received by the receiver, and inputs the received signal after equalization to the frequency domain MUD unit.

また、上記基地局受信機は、さらに、周波数領域MUD部の検出遅延時間をカウントし、カウント結果に基づき、処理単位となるシンボル数Mを調整し、調整された後のM値を各ユーザ送信機のガードタイム挿入部に通知する処理時間遅延検出部を含む。   The base station receiver further counts the detection delay time of the frequency domain MUD unit, adjusts the number M of symbols as a processing unit based on the count result, and transmits the adjusted M value to each user. A processing time delay detection unit that notifies the guard time insertion unit of the machine.

本発明の無線通信方法は、Ｍ個のユーザデータシンボルを、それぞれ拡散コードＮを用いて拡散し，拡散されたユーザデータシンボルＭ個毎にサイクリックプレフィックスを挿入する処理ステップ10と、同時に送信されたK個のユーザからの信号に対して、周波数領域マルチユーザ検出を行い、K個のユーザの合成された信号からユーザ個別の信号を検出，分離するステップ20とを含み、上記K、M、Nは自然数である。   The wireless communication method of the present invention is transmitted at the same time as processing step 10 in which M user data symbols are spread using a spreading code N and a cyclic prefix is inserted for each of the spread user data symbols M. Frequency domain multi-user detection for signals from the K users, and detecting and separating user-specific signals from the synthesized signals of the K users. N is a natural number.

従来の技術と比べると、本発明は、ユーザ送信機のガードタイム挿入部でガードタイムを挿入し、しかも、ガードタイムの長さをチャネル時間遅延拡張時間より長くとすることによって、受信機が最初に到達したユーザのタイミングで処理ユニットを選択することができるようにする。同時に、本発明は、従来の時間領域でのマルチユーザ検出を周波数領域でのマルチユーザ検出に変換することによって、いかなる情報もなくさずに、同じ検出効果が得られる前提の下で、処理の複雑度が大幅に低減されている。   Compared with the prior art, the present invention is such that the guard time is inserted by the guard time insertion unit of the user transmitter, and the length of the guard time is longer than the channel time delay extension time. The processing unit can be selected at the timing of the user who has reached. At the same time, the present invention transforms conventional multi-user detection in the time domain into multi-user detection in the frequency domain, under the premise that the same detection effect can be obtained without losing any information. The complexity is greatly reduced.

次に、図面を参照して本発明を詳しく説明する。   Next, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の無線通信システムのユーザ送信機の構成図を示す。図1に示すように、この送信機は、CRC検査部11、インタリーブ部12、畳み込み符号化部13、変調部14、拡散部15、及びガードタイム挿入部16を備える。DS-CDMAシステムのユーザ送信機と比べると、本発明のユーザ送信機は、拡散部の後ろに、拡散後のユーザデータパケットにガードタイム、すなわちサイクリックプレフィックス（Cyclic Prefix）を挿入するためのガードタイム挿入部16を増やしておる。ユーザデータにサイクリックプレフィックスを挿入することによって、長いユーザデータパケットが複数の処理部分に分けられ、各処理部分は複数のシンボルを有し、隣接する二つの処理部分の間は1つのサイクリックプレフィックスによって分けられている。そこで、処理部分の長さを制御することができ、受信機の毎回の処理複雑度を低減することができる。   FIG. 1 shows a block diagram of a user transmitter of a wireless communication system of the present invention. As shown in FIG. 1, the transmitter includes a CRC checking unit 11, an interleaving unit 12, a convolutional coding unit 13, a modulation unit 14, a spreading unit 15, and a guard time inserting unit 16. Compared with the user transmitter of the DS-CDMA system, the user transmitter of the present invention has a guard time, that is, a guard for inserting a cyclic prefix in the user data packet after spreading after the spreading unit. The time insertion part 16 is increased. By inserting a cyclic prefix into user data, a long user data packet is divided into multiple processing parts, each processing part has multiple symbols, and one cyclic prefix between two adjacent processing parts It is divided by. Therefore, the length of the processing portion can be controlled, and the processing complexity of each time of the receiver can be reduced.

サイクリックプレフィックスを挿入する具体的な方法を、以下に示す。   A specific method for inserting a cyclic prefix is shown below.

拡散されたユーザデータシンボルＭ個毎にサイクリックプレフィックスを挿入し、このサイクリックプレフィックスの伝送時間は、チャネル遅延拡張時間とユーザ伝送最大非同期時間の和である。ここで、拡散コードの長さをNとすると、M個の拡散後のシンボルはすべてでN×M個のポイントとなる。各ユーザのサイクリックプレフィックスの長さ及び挿入位置は同じであり、しかも、サイクリックプレフィックスの構成が従来のサイクリックプレフィックスの構成と同じである。ここでのMは可変であり、受信機からのフィードバック情報に基づいて変化させることができる。   A cyclic prefix is inserted for each spread user data symbol M, and the transmission time of this cyclic prefix is the sum of the channel delay extension time and the user transmission maximum asynchronous time. Here, if the length of the spreading code is N, M spread symbols are all N × M points. Each user has the same cyclic prefix length and insertion position, and the configuration of the cyclic prefix is the same as that of the conventional cyclic prefix. Here, M is variable and can be changed based on feedback information from the receiver.

サイクリックプレフィックスが挿入された後、ユーザ送信機は、サイクリックプレフィックスが挿入されたユーザデータパケットを基地局の受信機に送信する。   After the cyclic prefix is inserted, the user transmitter transmits the user data packet with the cyclic prefix inserted to the base station receiver.

図2は、基地局受信機の構成図を示す。この受信機は、周波数領域MUD部（周波数領域マルチユーザ検出部）22、及び各ユーザに対応する並列/直列変換部24、復調部25、デインタリーブ部26、チャネル復号部27を備える。   FIG. 2 shows a configuration diagram of the base station receiver. This receiver includes a frequency domain MUD unit (frequency domain multi-user detection unit) 22, and a parallel / serial conversion unit 24, a demodulation unit 25, a deinterleaving unit 26, and a channel decoding unit 27 corresponding to each user.

周波数領域マルチユーザ検出をより行いやすくするために、周波数領域MUD部22の前に、さらにマルチパスフェージングの平滑化に用いられる等化部21を増やしてもよい。   In order to facilitate frequency domain multiuser detection, the number of equalization units 21 used for smoothing multipath fading may be further increased before the frequency domain MUD unit 22.

これに基づいて、処理部分の長さ、すなわち、各ユーザのシンボル長さMを適応に制御することができるために、この受信機は、処理時間遅延検出部23をさらに備える。   Based on this, the length of the processing portion, that is, the symbol length M of each user can be adaptively controlled, so that the receiver further includes a processing time delay detection unit 23.

次に、各部品の構成及びその機能を詳しく説明する。   Next, the configuration and function of each part will be described in detail.

等化部は、受信機により取得した同期情報及びチャネル推定情報に基づいて、チャネル等化を行うことによって、マルチパスフェージングを平滑化する。   The equalization unit smoothes multipath fading by performing channel equalization based on the synchronization information and channel estimation information acquired by the receiver.

周波数領域MUD部22は、マルチパスフェージングが削除されたマルチユーザ信号に対して周波数領域マルチユーザ検出を行い、複数のユーザの間における干渉を削除することによって、より確実な検出結果を取得する。同時に、各ユーザのデータをそれぞれ対応する並列/直列変換部24に出力する。   The frequency domain MUD unit 22 performs frequency domain multi-user detection on the multi-user signal from which multi-path fading has been deleted, and acquires a more reliable detection result by deleting interference among a plurality of users. At the same time, the data of each user is output to the corresponding parallel / serial converter 24.

並列/直列変換部24は、ユーザデータに対して、並列/直列変換を行い、並列して入力されたデータを直列に出力する。   The parallel / serial conversion unit 24 performs parallel / serial conversion on the user data, and outputs the data input in parallel.

復調部25は、ユーザ送信機に対応する復調方法を採用して、シンボルシーケンス初期検出結果を復調することによって、相応の復調データを取得する。   The demodulator 25 employs a demodulation method corresponding to the user transmitter and demodulates the symbol sequence initial detection result to obtain corresponding demodulated data.

デインタリーブ部26は、ユーザ送信機に対応するデインタリーブ方法を採用して、復調後のシンボルシーケンスに対して、デインタリーブを行うことによって、相応のデインタリーブデータを取得する。   The deinterleaving unit 26 employs a deinterleaving method corresponding to the user transmitter, and deinterleaves the demodulated symbol sequence to obtain corresponding deinterleaved data.

チャネル復号部27は、ユーザ送信機に対応するチャネル復号方法を採用して、デインタリーブされたシンボルシーケンスに対して、チャネル復号を行うことによって、最終の情報検出結果を取得する。   The channel decoding unit 27 adopts a channel decoding method corresponding to the user transmitter and performs channel decoding on the deinterleaved symbol sequence to obtain a final information detection result.

処理時間遅延検出部23は、周波数領域MUD部22の検出遅延時間をカウントし、該カウント結果に基づいて処理単位となるシンボル数Mを調整し、さらに、調整された後のM値を各ユーザ送信機に通知する。ここで、実現できる方法は、カウント結果で検出時間が比較的長いことを示すときに、M値を低くし、かつ、カウント結果で検出時間が比較的短いことを示すときに、M値を大きくすることである。   The processing time delay detection unit 23 counts the detection delay time of the frequency domain MUD unit 22, adjusts the number of symbols M as a processing unit based on the count result, and further, uses the adjusted M value for each user. Notify the transmitter. Here, the method that can be implemented is to lower the M value when the detection result indicates that the detection time is relatively long, and to increase the M value when the count result indicates that the detection time is relatively short. It is to be.

図3は、周波数領域MUD部22の構成図を示す。この周波数領域MUD部22は、処理部分設定ユニット221、直列/並列変換ユニット222、第1のN組MポイントFFTユニット223、周波数領域MMSE-MUDユニット（周波数領域MMSEマルチユーザ検出ユニット）224、K組MポイントIFFTユニット225、拡散コード行列形成ユニット226、第2のN組MポイントFFTユニット227、及びブロック対角行列形成ユニット228を備える。   FIG. 3 shows a configuration diagram of the frequency domain MUD unit 22. The frequency domain MUD unit 22 includes a processing part setting unit 221, a serial / parallel conversion unit 222, a first N-set M-point FFT unit 223, a frequency domain MMSE-MUD unit (frequency domain MMSE multiuser detection unit) 224, K A set M-point IFFT unit 225, a spreading code matrix forming unit 226, a second N set M-point FFT unit 227, and a block diagonal matrix forming unit 228 are provided.

そのうち、処理部分設定ユニット221は、最初に到達したユーザを基準とし、重なり合ったユーザの時間領域信号に対して信号処理を施す部分を設定する。図4に示すように、最初に到達したユーザをユーザ1、順にユーザ2、…、ユーザKとすると、処理部分設定ユニットは、最初に到達したユーザ1を基準として、重なり合ったユーザの時間領域信号に対して信号処理を施す部分を設定する。すなわち、図4から分かるように、ユーザ1にとって、設定された処理部分はちょうどM個のシンボルであるが、ユーザ2乃至ユーザKにとっては、サイクリックプレフィックスの一部を保留し、一部のシンボルを削除した可能性がある。図4において、ユーザKの処理部分が削除されたシンボル数が最多であり、Qと仮定し、最大のチップオフセット量を示す。しかし、すべてのユーザにとっては、選択された処理部分の長さは同じであり、すべてM個のシンボルの長さである。   Among them, the processing part setting unit 221 sets a part that performs signal processing on the time domain signals of the overlapping users, with the user that has reached first as a reference. As shown in FIG. 4, when the first user arrived is user 1, in order user 2,..., User K, the processing part setting unit uses the user 1 that arrives first as a reference, and the time domain signals of the overlapping users A portion to be subjected to signal processing is set. That is, as can be seen from FIG. 4, for user 1, the set processing part is exactly M symbols, but for user 2 to user K, a part of the cyclic prefix is reserved and some symbols are reserved. May have been deleted. In FIG. 4, it is assumed that the number of symbols from which the processing portion of user K has been deleted is the largest, and Q indicates the maximum chip offset amount. However, for all users, the lengths of the selected processing parts are the same, and all are M symbols long.

該直列/並列変換ユニット222は、処理部分設定ユニット221により設定されたM個のシンボルに対して直列/並列変換を行い、生成されたN×M個の並列する時間領域出力を第1のN組MポイントFFTユニット223に入力する。   The serial / parallel conversion unit 222 performs serial / parallel conversion on the M symbols set by the processing part setting unit 221, and outputs the generated N × M parallel time domain outputs to the first N Input to the set M point FFT unit 223.

図5に示すように、この第1のN組MポイントFFTユニット223は、N個のFFTユニットを有する。ここで、M個のシンボルの前からM個のポイントを第1のFFTユニットに入力し、この順で類推し、最後のM個のポイントを第NのFFTユニットに入力する。各FFTユニットは、N×M個の並列する時間領域出力信号のM個のポイントに対して高速フーリエ変換を行い、高速フーリエ変換後のM個の周波数領域出力信号を出力する。すべてのN個のFFTユニットは、全部でN×M個の周波数領域出力（ここで、ｙとする）を周波数領域MMSE-MUDユニット224に並列に出力する。   As shown in FIG. 5, the first N sets of M-point FFT units 223 have N FFT units. Here, M points from the front of M symbols are input to the first FFT unit, analogized in this order, and the last M points are input to the Nth FFT unit. Each FFT unit performs fast Fourier transform on M points of N × M parallel time-domain output signals, and outputs M frequency-domain output signals after the fast Fourier transform. All N FFT units output a total of N × M frequency domain outputs (here, y) to the frequency domain MMSE-MUD unit 224 in parallel.

一方、図6に示すように、拡散コード行列形成ユニット226は、各ユーザデータの送信時間（t1、 t2、…tk）に基づいて、K個のユーザの拡散コードを順に拡散コード行列のエレメントとして拡散コード行列を形成する。そのうち、該拡散コード行列は、すべてでN×M行、K列であり、各列に1つのユーザの拡散コードを有する。図において空白部分は、エレメントが0であることを示す。 On the other hand, as shown in FIG. 6, the spreading code matrix forming unit 226 sequentially spreads the spreading codes of K users according to the transmission time (t 1 , t 2 ,... T k ) of each user data. A spreading code matrix is formed as an element of. Among them, the spreading code matrix has N × M rows and K columns in all, and each column has one user spreading code. In the figure, a blank portion indicates that the element is 0.

第2のN組MポイントFFTユニット227は、第1のN組MポイントFFTユニット223の構成と同じであり、拡散コード行列の各列のN×M個のエレメントに対して、順に類似の処理を行う。すなわち、N×M個のエレメントを、夫々対応するFFTユニットに順に並列に入力して、高速フーリエ変換を行い、各FFTユニットは高速フーリエ変換後のM個の周波数領域信号を出力する。各ユーザにとって、N個のFFTユニットは合計N×M個の周波数領域出力信号を取得する。すべてのユーザにとっては、K×N×M個の周波数領域出力信号により上記時間領域拡散コード行列に対応する周波数領域拡散コード行列を構成する。   The second N-set M-point FFT unit 227 has the same configuration as the first N-set M-point FFT unit 223, and sequentially processes N × M elements in each column of the spreading code matrix. I do. That is, N × M elements are sequentially input in parallel to the corresponding FFT units to perform fast Fourier transform, and each FFT unit outputs M frequency domain signals after the fast Fourier transform. For each user, N FFT units obtain a total of N × M frequency domain output signals. For all users, a frequency domain spreading code matrix corresponding to the time domain spreading code matrix is formed by K × N × M frequency domain output signals.

ブロック対角行列形成ユニット228は、図7に示すように、N行、K列を1つのブロックとして、前記第2のN組MポイントFFTユニット227から得られる周波数領域拡散コード行列をM個のブロックに分け、各ブロックがブロック対角行列∧の対角線における1つのエレメントを構成するように行列を再形成する。   As shown in FIG. 7, the block diagonal matrix forming unit 228 has N rows and K columns as one block, and M frequency domain spreading code matrices obtained from the second N sets of M-point FFT units 227. Divide into blocks and reshape the matrix so that each block constitutes one element in the diagonal of the block diagonal matrix ∧.

周波数領域MMSE-MUDユニット224は、第1のN組MポイントFFTユニット223から入力された周波数領域信号yと、ブロック対角行列形成ユニット228から入力されたブロック対角行列∧、及びノイズ推定部（図示せず）が取得した周波数領域ノイズ分散σ2に基づいて、yに対応する周波数領域出力xを下記公式で計算する。

Figure 0004891762
The frequency domain MMSE-MUD unit 224 includes a frequency domain signal y input from the first N sets of M point FFT units 223, a block diagonal matrix ∧ input from the block diagonal matrix forming unit 228, and a noise estimation unit. Based on the frequency domain noise variance σ 2 acquired by (not shown), the frequency domain output x corresponding to y is calculated by the following formula.
Figure 0004891762

上記公式で、∧Tは、ブロック対角行列∧の転置行列を示す。 In the above formula, ∧ T represents the transposed matrix of the block diagonal matrix ∧.

そして、周波数領域MMSE-MUDユニット224は、周波数領域信号xをK組MポイントIFFTユニット225に出力する。この周波数領域信号xは、M×K個のシンボルを含む。すなわち、周波数領域MMSE-MUDユニット224を介した後、各ユーザの周波数領域シンボルが分離されている。   Then, frequency domain MMSE-MUD unit 224 outputs frequency domain signal x to K sets M point IFFT unit 225. This frequency domain signal x includes M × K symbols. That is, after passing through the frequency domain MMSE-MUD unit 224, the frequency domain symbols of each user are separated.

図8に示すように、K組MポイントIFFTユニット225は、K個のIFFTユニットを有する。各々のIFFTユニットがそれぞれＫ個のユーザのM個の周波数領域シンボルに対して、逆高速フーリエ変換をそれぞれ行い、該ユーザのM個の時間領域符号を並列に該ユーザの並列/直列変換部24に出力して、後の信号処理を行う。   As shown in FIG. 8, the K set M-point IFFT unit 225 includes K IFFT units. Each IFFT unit performs an inverse fast Fourier transform on M frequency domain symbols of K users, respectively, and parallels the user's M time domain codes in parallel to the user's parallel / serial converter 24. For subsequent signal processing.

時間領域での従来のマルチユーザ検出と比べると、本発明は、ユーザ送信機のガードタイム挿入部16においてガードタイムを挿入し、ガードタイムの長さをチャネル遅延拡張時間より長くすることによって、受信機が最初に到達したユーザのタイミングで処理ユニットを選択できるようにする。同時に、本発明は、従来の時間領域上のマルチユーザ検出を周波数領域上のマルチユーザ検出に変換させることによって、いかなる情報もなくさずに同じ検出効果が得られる前提で、処理の複雑度を大幅に低減させている。   Compared with conventional multiuser detection in the time domain, the present invention inserts a guard time in the guard time insertion unit 16 of the user transmitter, and makes the length of the guard time longer than the channel delay extension time. The processing unit can be selected at the timing of the user that the machine first arrives. At the same time, the present invention reduces the processing complexity on the premise that the same detection effect can be obtained without losing any information by converting conventional multi-user detection in the time domain to multi-user detection in the frequency domain. It is greatly reduced.

図9と図10は、それぞれ、従来の時間領域MMSEマルチユーザ検出及び本発明の周波数領域MMSEマルチユーザ検出において、異なる長さの処理単位及び異なるユーザ数の場合の両者のアルゴリズムの複雑度の比較図を示す。比較の条件は、拡散比Nが64であり、最大非同期値Qが4つのチップであることである。   FIG. 9 and FIG. 10 respectively compare the complexity of the algorithms in the case of different length processing units and different numbers of users in conventional time domain MMSE multi-user detection and frequency domain MMSE multi-user detection of the present invention. The figure is shown. The conditions for comparison are that the diffusion ratio N is 64 and the maximum asynchronous value Q is four chips.

図9と図10から分かるように、同じ条件の下で、本発明の周波数領域マルチユーザ検出のアルゴリズムの複雑度は従来の時間領域マルチユーザ検出より小さい。   As can be seen from FIGS. 9 and 10, under the same conditions, the complexity of the frequency domain multi-user detection algorithm of the present invention is smaller than the conventional time-domain multi-user detection.

図11と図12は、それぞれ、従来の時間領域MMSEマルチユーザ検出及び本発明の周波数領域MMSEマルチユーザ検出のシングルパスレイリーフェージングチャネルにおける誤り率のシミュレーション結果を示す。その比較の条件は、拡散比Nが64であり、最大非同期値Qが4つのチップであり、処理単位長さMが32個のシンボルであることである。   FIG. 11 and FIG. 12 show simulation results of error rates in a single-path Rayleigh fading channel for conventional time domain MMSE multiuser detection and frequency domain MMSE multiuser detection of the present invention, respectively. The conditions for the comparison are that the spreading ratio N is 64, the maximum asynchronous value Q is 4 chips, and the processing unit length M is 32 symbols.

図11と図12から分かるように、ユーザ数がそれぞれ20（図11）、30（図12）である場合、相当する誤り率性能の状況において、本発明の周波数領域MMSEマルチユーザ検出の複雑度が普通の時間領域MMSEマルチユーザ検出より大幅に低減されている。 As can be seen from FIGS. 11 and 12, when the number of users is 20 (FIG. 11) and 30 (FIG. 12), respectively, the complexity of the frequency domain MMSE multi-user detection of the present invention in the corresponding error rate performance situation There is a significant reduction over normal time domain MMSE multi-user detection.

本発明の無線通信システムのユーザ送信機の構成図を示す。The block diagram of the user transmitter of the radio | wireless communications system of this invention is shown. 本発明の無線通信システムの基地局受信機の構成図を示す。The block diagram of the base station receiver of the radio | wireless communications system of this invention is shown. 基地局受信機の周波数領域MUD部の構成図を示す。The block diagram of the frequency domain MUD part of a base station receiver is shown. 処理部分設定ユニットが重なり合ったユーザの時間領域信号に対して信号処理を施す部分を設定する方法を示す図である。It is a figure which shows the method of setting the part which performs a signal process with respect to the time domain signal of the user with which the process part setting unit overlapped. 第1のN組MポイントFFTユニットの具体構成図を示す。The specific block diagram of the 1st N group M point FFT unit is shown. 拡散コード行列形成ユニットが拡散コード行列を形成する方法を示す図である。It is a figure which shows the method in which a spreading code matrix formation unit forms a spreading code matrix. ブロック対角行列形成ユニットがブロック対角行列を形成する方法を示す図である。It is a figure which shows the method in which a block diagonal matrix formation unit forms a block diagonal matrix. K組MポイントIFFTユニットの具体構成図を示す。The concrete block diagram of K set M point IFFT unit is shown. 従来の時間領域MMSEマルチユーザ検出及び本発明の周波数領域MMSEマルチユーザ検出において、異なる長さの処理単位及び異なるユーザ数の場合の両者のアルゴリズムの複雑度の比較図である。FIG. 7 is a comparison diagram of the complexity of both algorithms in the case of different length processing units and different numbers of users in conventional time domain MMSE multiuser detection and frequency domain MMSE multiuser detection of the present invention. 従来の時間領域MMSEマルチユーザ検出及び本発明の周波数領域MMSEマルチユーザ検出において、異なる長さの処理単位及び異なるユーザ数の場合の両者のアルゴリズムの複雑度の比較図である。FIG. 7 is a comparison diagram of the complexity of both algorithms in the case of different length processing units and different numbers of users in conventional time domain MMSE multiuser detection and frequency domain MMSE multiuser detection of the present invention. 従来の時間領域MMSEマルチユーザ検出及び本発明の周波数領域MMSEマルチユーザ検出のシングルパスレイリーフェージングチャネルにおける誤り率のシミュレーション結果をそれぞれ示す。The simulation results of the error rate in the single path Rayleigh fading channel of the conventional time domain MMSE multiuser detection and the frequency domain MMSE multiuser detection of the present invention are shown respectively. 従来の時間領域MMSEマルチユーザ検出及び本発明の周波数領域MMSEマルチユーザ検出のシングルパスレイリーフェージングチャネルにおける誤り率のシミュレーション結果をそれぞれ示す。The simulation results of the error rate in the single path Rayleigh fading channel of the conventional time domain MMSE multiuser detection and the frequency domain MMSE multiuser detection of the present invention are shown respectively.

符号の説明Explanation of symbols

11…CRC検査部、12…インタリーブ部、13…畳み込み符号化部、14…変調部、15…拡散部、16…ガードタイム挿入部、21…等化部、22…周波数領域MUD部、23…処理時間遅延検出部、24…並列/直列変換部、25…復調部、26…デインタリーブ部、27…チャネル復号部、221…処理部分設定ユニット、222…直列/並列変換ユニット、223…第1のN組MポイントFFTユニット、224…周波数領域MMSE-MUDユニット、225…K組MポイントIFFTユニット、226…拡散コード行列形成ユニット、227…第2のN組MポイントFFTユニット、228…ブロック対角行列形成ユニット 11 ... CRC inspection unit, 12 ... interleaving unit, 13 ... convolution coding unit, 14 ... modulation unit, 15 ... spreading unit, 16 ... guard time insertion unit, 21 ... equalization unit, 22 ... frequency domain MUD unit, 23 ... Processing time delay detection unit, 24 ... parallel / serial conversion unit, 25 ... demodulation unit, 26 ... deinterleaving unit, 27 ... channel decoding unit, 221 ... processing part setting unit, 222 ... serial / parallel conversion unit, 223 ... first N set M point FFT unit, 224 ... frequency domain MMSE-MUD unit, 225 ... K set M point IFFT unit, 226 ... spreading code matrix forming unit, 227 ... second N set M point FFT unit, 228 ... block pair Angle matrix forming unit

Claims (6)

ユーザ送信機と基地局受信機とを含む無線通信システムにおいて、
前記ユーザ送信機は、
Ｍ個のユーザデータシンボルを、それぞれ拡散コードＮを用いて拡散し，拡散されたユーザデータシンボルＭ個毎にサイクリックプレフィックスを挿入するガードタイム挿入部を含み、
前記基地局受信機は、
同時に送信されたK個のユーザからの信号を周波数領域に変換後，マルチユーザ検出を行ってK個のユーザの合成された信号からユーザ個別の信号を検出，分離する周波数領域MUD部と、
前記周波数領域MUD部の検出遅延時間をカウントし、カウント結果に基づいて、処理単位となるシンボル数Mを調整し、調整された後のM値を各ユーザ送信機のガードタイム挿入部に通知する処理時間遅延検出部と
を含み、
前記K、M、Nが自然数であることを特徴とする無線通信システム。 In a wireless communication system including a user transmitter and a base station receiver,
The user transmitter is
A guard time insertion unit that spreads M user data symbols using a spreading code N and inserts a cyclic prefix for each of the spread user data symbols M;
The base station receiver
A frequency domain MUD unit for detecting and separating user-specific signals from the combined signals of K users by performing multi-user detection after converting signals from K users transmitted simultaneously to the frequency domain ;
Counts the detection delay time of the frequency domain MUD unit, adjusts the number M of symbols as a processing unit based on the count result, and notifies the adjusted M value to the guard time insertion unit of each user transmitter With processing time delay detector
Including
A wireless communication system, wherein K, M, and N are natural numbers. 前記基地局受信機は、
受信機により受信された同期情報及びチャネル推定情報に基づいてチャネル等化を行い、等化された後の受信信号を前記周波数領域MUD部に入力する等化部をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。 The base station receiver
The apparatus further comprises an equalization unit that performs channel equalization based on synchronization information and channel estimation information received by a receiver and inputs the equalized reception signal to the frequency domain MUD unit. Item 2. The wireless communication system according to Item 1. 前記周波数領域MUD部は、
最初に到達したユーザを基準とし、重なり合ったK個のユーザの時間領域信号に対して信号処理を施す部分を設定する処理部分設定ユニットと、
処理部分設定ユニットにより取り出されたM個の拡散後のシンボルに対して直列/並列変換を行って、N×M個の並列する時間領域出力を生成する直列/並列変換ユニットと、
前記N×M個の並列する時間領域出力のM個のポイントに対して、高速フーリエ変換を行い、N×M個の周波数領域出力を並列に出力するN個のFFTユニットを有する第1のN組MポイントFFTユニットと、
各ユーザの到達時間に基づいて、K個のユーザの拡散コードを順に拡散コード行列のエレメントとして、N×M行、K列の時間領域拡散コード行列を形成する拡散コード行列形成ユニットと、
前記拡散コード行列の各列のN×M個のエレメントを、夫々対応するN個のFFTユニットに順に並列に入力して、高速フーリエ変換を行うことにより、前記時間領域拡散コード行列に対応する周波数領域拡散コード行列を取得する第2のN組MポイントFFTユニットと、
N行、K列を1つのブロックとして、前記第2のN組MポイントFFTユニットから得られる周波数領域拡散コード行列をM個のブロックに分け、各ブロックがブロック対角行列の対角線における1つのエレメントを構成するように行列を再形成するブロック対角行列形成ユニットと、
第1のN組MポイントFFTユニットにより入力されたN×M個の周波数領域出力、ブロック対角行列形成ユニットにより入力されたブロック対角行列、及び周波数領域ノイズ分散に基づいて、第1のN組MポイントFFTユニットにより入力されたN×M個の周波数領域出力に対応するM×K個のシンボルの周波数領域出力を計算する周波数領域MMSE-MUDユニットと、
K個のIFFTユニットを有し、各々のIFFTユニットがそれぞれＫ個のユーザのM個の周波数領域シンボルに対して、逆高速フーリエ変換をそれぞれ行い、該ユーザのM個の時間領域符号を並列に出力するK組MポイントIFFTユニットと
を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の無線通信システム。 The frequency domain MUD unit is
A processing part setting unit that sets a part that performs signal processing on the time domain signals of the K users that overlap with the first user reached as a reference,
A serial / parallel conversion unit that performs serial / parallel conversion on the M spread symbols extracted by the processing part setting unit to generate N × M parallel time-domain outputs; and
A first N having N FFT units that perform fast Fourier transform on the M points of the N × M parallel time-domain outputs and output N × M frequency-domain outputs in parallel. Pair M point FFT unit,
Based on the arrival time of each user, the spreading code matrix forming unit for forming the time domain spreading code matrix of N × M rows and K columns, with the spreading codes of K users in order as spreading code matrix elements,
The N × M elements of each column of the spreading code matrix are sequentially input in parallel to the corresponding N FFT units, and fast Fourier transform is performed, thereby performing a frequency corresponding to the time domain spreading code matrix. A second N-set M-point FFT unit that obtains a region spreading code matrix;
Dividing the frequency domain spreading code matrix obtained from the second N sets of M-point FFT units into M blocks, with N rows and K columns as one block, each block is one element on the diagonal of the block diagonal matrix A block diagonal matrix forming unit that reshapes the matrix to form
Based on the N × M frequency domain outputs input by the first N sets of M-point FFT units, the block diagonal matrix input by the block diagonal matrix forming unit, and the frequency domain noise variance, the first N A frequency domain MMSE-MUD unit that calculates the frequency domain output of M × K symbols corresponding to the N × M frequency domain outputs input by the set M-point FFT unit;
It has K IFFT units, and each IFFT unit performs an inverse fast Fourier transform on M frequency domain symbols of K users, respectively, and parallels the M time domain codes of the users in parallel. 3. The wireless communication system according to claim 1, further comprising K sets of M point IFFT units to be output. 無線通信方法において、
Ｍ個のユーザデータシンボルを、それぞれ拡散コードＮを用いて拡散し，拡散されたユーザデータシンボルＭ個毎にサイクリックプレフィックスを挿入する処理ステップ10と、
同時に送信されたK個のユーザからの信号に対して、周波数領域マルチユーザ検出を行い、K個のユーザの合成された信号からユーザ個別の信号を検出，分離するステップ20と、
周波数領域マルチユーザ検出の検出遅延時間をカウントし、カウント結果に基づいて、処理単位となるシンボル数Mの調整を行うステップ30と
を含み、
前記K、M、Nが自然数であることを特徴とする無線通信方法。 In the wireless communication method,
Processing step 10 in which M user data symbols are each spread using a spreading code N and a cyclic prefix is inserted for each of the M spread user data symbols;
Performing frequency domain multi-user detection on simultaneously transmitted signals from K users and detecting and separating user-specific signals from the combined signals of K users; and
Step 30 which counts the detection delay time of the frequency domain multi-user detection and adjusts the number M of symbols as a processing unit based on the count result
Including
The wireless communication method, wherein K, M, and N are natural numbers. ステップ10とステップ20との間において、
同期情報及びチャネル推定情報に基づいて、チャネル等化を行うステップ11をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の無線通信方法。 Between step 10 and step 20,
5. The radio communication method according to claim 4 , further comprising a step 11 of performing channel equalization based on the synchronization information and the channel estimation information. 前記周波数領域マルチユーザ検出は、
最初に到達したユーザを基準として、重なり合ったK個のユーザの時間領域信号に対して信号処理を施す部分を設定するステップ21と、
選択されたM個の拡散後のシンボルに対して直列/並列変換を行って、N×M個の並列する時間領域出力を生成するステップ22と、
前記N×M個の並列する時間領域出力に対して、高速フーリエ変換を行い、N×M個の周波数領域出力を並列に出力するステップ23と、
各ユーザの到達時間に基づいて、K個のユーザの拡散コードを順に拡散コード行列のエレメントとして、N×M行、K列の時間領域拡散コード行列を形成するステップ24と、
前記拡散コード行列の各列のN×M個のエレメントを、夫々対応するＮ個のFFTユニットに順に並列に入力して、高速フーリエ変換を行うことにより、前記時間領域拡散コード行列に対応する周波数領域拡散コード行列を取得ステップ25と、
N行、K列を1つのブロックとして、前記周波数領域拡散コード行列をM個のブロックに分け、各ブロックがブロック対角行列の対角線における1つのエレメントを構成するように行列を再形成するステップ26と、
ステップ23のN×M個の周波数領域出力、ブロック対角行列、及び周波数領域ノイズ分散に基づいて、ステップ23のN×M個の周波数領域出力に対応するM×K個のシンボルの周波数領域出力を計算するステップ27と、
各ユーザのM個の周波数領域シンボルに対して、逆高速フーリエ変換をそれぞれ行い、該ユーザのM個の時間領域シンボルを並列に出力するステップ28と
を含むことを特徴とする請求項4または5に記載の無線通信方法。 The frequency domain multi-user detection is:
Step 21 for setting a portion to perform signal processing on the time domain signals of K users that overlap with the first user reached as a reference,
Performing serial / parallel conversion on the selected M spread symbols to generate N × M parallel time domain outputs; and
Performing a fast Fourier transform on the N × M time domain outputs in parallel, and outputting N × M frequency domain outputs in parallel;
Based on the arrival time of each user, the step 24 of forming a time domain spreading code matrix of N × M rows and K columns, with the spreading codes of the K users in order as elements of the spreading code matrix,
The N × M elements of each column of the spreading code matrix are sequentially input in parallel to the corresponding N FFT units, and fast Fourier transform is performed, thereby performing a frequency corresponding to the time domain spreading code matrix. Obtaining a region spreading code matrix step 25;
Step 26, dividing the frequency domain spreading code matrix into M blocks with N rows and K columns as one block, and reconfiguring the matrix so that each block constitutes one element in the diagonal of the block diagonal matrix When,
Based on the N × M frequency domain output of step 23, the block diagonal matrix, and the frequency domain noise variance, the frequency domain output of M × K symbols corresponding to the N × M frequency domain output of step 23 Calculating step 27,
6. The method of claim 4 , further comprising: performing an inverse fast Fourier transform on each of the M frequency domain symbols of each user and outputting the M time domain symbols of the user in parallel. The wireless communication method described in 1.
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