JPH08509343A - 非同期cdmaチャネル用の相関解除受信機 - Google Patents

非同期cdmaチャネル用の相関解除受信機

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JPH08509343A
JPH08509343A JP7521276A JP52127695A JPH08509343A JP H08509343 A JPH08509343 A JP H08509343A JP 7521276 A JP7521276 A JP 7521276A JP 52127695 A JP52127695 A JP 52127695A JP H08509343 A JPH08509343 A JP H08509343A
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Abstract

(57)【要約】 通信装置(100)は、電力制御を利用せずに、パイロット・シンボルを用いて複数のCDMA信号を相関解除する。受信信号は整合フィルタ・バンク(103)において濾波され、サンプラ(104)においてサンプリングされる。サンプルのベクトルはメモリ (107)に格納され、演算装置(105)によって逆相互相関マトリクスが算出される。このマトリクスは、乗算器(108)においてエネルギ推定値と乗算される。この結果は、加算器(109)においてベクトルから減算される。減算結果は、復号器(112)において信号を復号するため、別の乗算器(110)において逆相関マトリクスと乗算される。複数のCDMA信号のエネルギ推定値は、エネルギ推定器(111)において生成され、パイロット・シンボルの既知の極性に基づいて極性が与えられる。これらの推定値は、サブマトリクスの以降の乗算において用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】 非同期CDMAチャネル用の相関解除受信機 技術分野 本発明は、一般に通信装置に関し、さらに詳しくは、CDMA通信装置に関す る。 背景 パーソナル通信システムおよびセルラ通信システムにおいて、多数の移動ユー ザは共通のチャネルを共用することにより中央基地局を介して通信する。このよ うなシステムにおいて、すべてのユーザが確実に通信できるようにユーザがチャ ネルを共用することを可能にするため、多重接続方式を採用しなければならない 。従来、周波数分割多元接続(FDMA)および時分割多元接続(TDMA)が 利用されてきた。近年、直接シーケンス符号分割多元接続(DS−CDMA)が 都市型デジタル移動無線ネットワーク用にFDMAおよびTDMAに代わる有力 な手段として大きな注目を集めている。DS−CDMAでは、各移動ユーザに固 有のシグナチャ・シーケンス(signature seqeunce)を割り当てることにより多 重化が行われるが、特定のユー ザのデータを復調するためには、このユーザの符号の知識が基地局において必要 とされる。CDMAの主張される利点の1つは、FDMAまたはTDMAに比べ てより多くの同時ユーザをサポートできることである。CDMAに従来伴う欠点 は、いわゆる近遠(near-far)問題で、この問題は移動信号の受信エネルギが不 均等な強度で基地局に着信するときに生じる。従来、この近遠問題を克服するた めに、電力制御が提唱された。しかし、電力制御はシステムの複雑さを大幅にま して、近遠問題を解消せず、この問題を緩和するにすぎない。 この問題に対する1つの解決方法として、逆相関マトリクス(inverse decorr elation matrix)を利用して、着信信号全体を相関解除(decorrelate)する方 法がある。この方法は、R.Lupas and S.Verduによって″Near‐far resistanc e of multi‐user detectors in asynchronous channels″published in IEEE T ransaction on Communications,Volume 38,Number 4,pp.496‐508,April 1 990において提唱される。この引例において提唱される相関解除検出器(decorre lating detector)は、バックグランド加法ガウス白雑音(background additive white Gaussian noise)を高めるという犠牲を払いながら、受信エネルギの知 識なしに、Kユーザの直接シーケンス符号分割多元接続通信システムにおいてk 香目のユーザの最終判定統計から 多重接続干渉(MAI:multiple‐access interference)を完全に除去するこ とが知られている。しかし、もともと提唱されるように、相関解除検出器は、M K相関マトリクスによるMKの反転を必要とし、ここでMはすべてのユーザの共 通メッセージ長である。Mが大きい場合、マトリクス反転の算出は実際的でない 。別の実施方法として、M−−−>∞の限定的な場合、相関解除検出器は、伝達 関数がユーザのシグナチャ・シーケンス(拡散符号)間の相互相関によって決定 されるK入力・K出力線形時間独立フィルタ(K‐input K‐output linear time ‐invariant filter)となることがこの引例で提示された。しかし、この解決方 法はシステムに対するユーザの追加および/または削除に対処できないので、包 括的ではない。 別の手法では、タイム・ウィンドウ化相関解除受信機(time windowed decorr elating receiver)が提唱される。これは、Electronics Letters,Volume 28, Number 17,pp.1596‐1598,August 13,1992に出版されたS.S.H.Wijayasur iya,J.P.Mcgeehan and G.H.Nortonによる″Sliding window decorrelating algorithm for DS‐CDMA receivers″にみられる。この手法では、各ユーザの 送信機列にレート1/2畳込み符号を組み込むことにより、ビット極性を推定す るかなり複雑な方式を提唱する。この手法 は、受信機におけるかかる方式の全体的な用途を大幅に制限する。さらに、この 手法では、着信信号のインタリーブ/デインタリーブを必要とする。これら2つ の条件により、システムで用いられる送信機および受信機の両方の複雑さが増す 。さらに、この引例で提唱されるウィンドウはスライディング・ウィンドウであ る。スライディング・ウィンドウとは、あるウィンドウから別のウィンドウにビ ットをスライドさせるウィンドウのことである。すなわち、5ビットのウィンド ウ長では、第1ウィンドウはビット1〜5を収容し、第2ウィンドウはビット2 〜6を収容する。着信信号をこのようにウィンドウ化する方式では、部分的に重 複するウィンドウの数が大きくなる。各ウィンドウは逆相関マトリクスによって 乗算しなければならないので、この方式は大きな演算負担を必要とする。 従って、従来技術の複雑さなしに着信信号を相関解除する受信機が必要とされ る。 図面の簡単な説明 第1図は、本発明による通信装置のブロック図を示す。 第2図は、本発明による通信装置の動作のフローチャートを示す。 第3図は、本発明による通信システムを示す。 好適な実施例の詳細な説明 CDMA用途において、受信機は、さまざまな電力レベルを有する着信信号を 相関解除する必要がある。利用可能な方法では、膨大な演算負担を必要とし、そ の結果、効率が低下し、遅延が増加する。本発明は、送信機において信号に周期 的に追加されるパイロット・シンボルを提供する。受信機側で、これらのパイロ ット・シンボルは、ウィンドウを形成する際にセパレーターとして用いられる。 パイロット・シンボルの極性は既知であるので、推定を必要とせず、よってウィ ンドウは重複する必要がない。ウィンドウ内の干渉は、逆相関マトリクスを利用 して除去される。ウィンドウ外からの干渉は、パイロット・シンボル・ビットの 既知の極性を利用して最小限に抑えられる。この手法は、遅延および受信機の全 体的な複雑さを大幅に低減する。 本発明の原理は、図面、特に第3図を参照してよく理解され、ここで本発明に よる通信システムを示す。システム300は、システム300の基地局として機 能する通信装置100を含む。それぞれアンテナ303,305,307を有す る複数の無線装置302,304,306も含まれる。無線装置302,304 ,306は、パイロット・シンボル支援変調(PSAM:Pilot System Assiste d Modulation)を利用して変調された直接シーケンス符号分割多元接続(DS− CDMA)信号を用いて互いに通信 する。当技術分野で周知なように、CDMA信号は、「シグナチャ符号(signat ure codc)」と呼ばれるシーケンス符号を介して変調された信号を含む。すべて の符号化信号は、同一チャネルを用いて通信される。個別のシグナチャ符号に基 づいて信号を実質的に分離する相関解除(decorrelation)を介して復調は行わ れる。好適な実施例では、通信装置100は、各無線装置302,304,30 6によって用いられるシグナチャ符号を認識する。これは、装置100がまず最 初に無線装置に符号を割り当てるか、あるいはそれ以外の場合には符号に関する 情報を所得しているためである。各受信機302,304,306によって受信 される信号に対する近遠問題の影響を低減するため、通信装置100は、まず信 号を相関解除し、次にこれらを同期的に再送信しなければならない。信号の同期 送信により、近遠問題に関係なく受信側ユニットにおける復調が簡単になる。通 信装置100の要素は、電力制御を必要とせずに、あるいは大きな遅延を導入せ ずに、多数の非同期DS−CDMA−PSAM信号を相関解除する機構を提供す る。 第1図を参照して、複数のDS−CDMA−PSAMはアンテナ101で受信 される。これらの信号は、遅延素子102および時間遅延アナライザ115に結 合される。アンテナを通過した受信信号は、各K個の無線装置302,304, 306から送信された個別のDS−CDMA−P SAM信号と、加法チャネル雑音との和である。無線送信機は、L番目のデータ ・シンボルごとに発信側データ・ストリームにパイロット・シンボル(例えば、 「+1」)を挿入する。これらのパイロット・シンボルは、相関解除された信号 から干渉を除去するために用いられる。 時間遅延アナライザは、各受信信号に伴う時間遅延を判定する。これらの遅延 は、整合フィルタ・バンク103と、演算装置105とに送られる。遅延素子1 02は、整合フィルタ・バンク103が時間遅延アナライザ115から時間遅延 を得るまで、受信信号を遅延する。整合フィルタ・バンク103は、K個のフィ ルタを含み、各フィルタは着信DS−CDMA−PSAM信号の符号シーケンス の1つに整合される。整合フィルタのK個の出力は、サンプラ104に結合され る。サンプラ104は、各シンボル・インタバルの最後に各K個の入力信号をサ ンプリングし、入力(パイロット・シンボル)の各(L+1)番目のセットを捨 てる。K個の出力のセットは、メモリ・ユニット107に送られる。メモリ・ユ ニット107は、K入力のL個の連続したセットを格納し、それによりLxK個 の要素を含むベクトルを形成する。サンプラ104がパイロット・シンボルの着 信セットを捨てるとき、メモリ・ユニット107はその内容を加算器109に送 り、それにより内容を空にする。 演算装置105は、時間遅延アナライザ115から送出 されたタイミング遅延と、既知のCDMA符号シーケンス(シグナチャ・シーケ ンス)とから逆相関マトリクス(または逆相互相関マトリクス)を算出する。こ の逆相関マトリクスは、第2メモリ・デバイス106に送られる。メモリ・デバ イス106は、逆相関マトリクスの一部(サブマトリクス)を乗算器108に送 り、マトリクス全体を第2乗算器110に送る。パイロット・シンボルが同じ極 性に選ばれる好適な実施例では、乗算器108は、メモリ・ユニット106から のサブマトリクスを、エネルギ推定器111から送出されたエネルギ推定値と乗 算する。この結果は、加算器109に送られる。異なる極性のパイロット・シン ボルが用いられる場合、エネルギ推定器111からの出力は、パイロット・シン ボルの特定の極性に関する情報を含んでいなければならないことに留意されたい 。これは、パイロット・シンボルの極性をミキサ114を介してエネルギ推定値 に組み込むことによって達成される。PSAM極性メモリ・ユニット113は、 各無線装置のパイロット・シンボルの極性を格納する。一般に、ある無線装置は パイロット・シンボル(−1)を選択でき、別の無線装置は(+1)を選択でき る。ミキサ114は、エネルギ推定値を、メモリ113から来る対応する極性と 乗算する。ミキサ108の出力は、加算器109に結合される。 加算器109は、メモリ・ユニット107によって送出されたベクトルから、 ミキサ108の出力を減算する。こ の段階は、カレント・データ・ウィンドウ外のシンボルから干渉を除去する。ミ キサ110は、逆相関マトリクスを外部干渉のないベクトルと乗算する。これは 、カレント・データ・ウィンドウにおけるシンボルを「相関解除」し、通信シス テム100が受信エネルギ・レベルから独立して(すなわち、近遠影響を受けず に)シンボル極性判定を行うことを可能にする。ミキサ110の出力は、エネル ギ推定器111および復号器112に送られる。エネルギ推定器111は、パイ ロット・シンボルの受信エネルギ・レベル(外部干渉)を推定する。その結果は 、次のデータ・ウィンドウで用いるためにミキサ108に送られる。一番最初の データ・ウインドウについて、エネルギ推定器111はゼロに等しいエネルギを 生成する。復号器112は、カレント・データ・ウィンドウ内の各無線装置のす べてのシンボルについて最終的なシンボル極性判定を行う。復号器112の出力 は、無線装置への同期送信のため同期送信機113に送られる。 第2図を参照して、本発明による通信装置100のフローチャートを示す。開 始ブロック200から、複数のDS−CDMA−PSAM信号が受信される。こ れらの信号は、ブロック206において遅延され、次にブロック208において 整合フィルタ・ブロックを介して濾波される。濾波された信号は、ブロック21 0においてサンプリングされ、次にブロック212において、L個の連続したセ ットのサ ンプルからなるベクトルとしてメモリ107に格納される。次に、ブロック21 4において、逆相関マトリクスおよびそのサブマトリクスが算出される。ブロッ ク216において、乗算器110はサブマトリクスを、前回のウィンドウ中に受 信エネルギの極性推定値で乗算する。推定される前回のウィンドウがないので、 最初のエネルギ推定値はゼロであることに留意されたい。ブロック218におい て、加算器109は、生成干渉を整合フィルタ出力のベクトルから減算して、修 正ベクトルを生成する。ブロック220において、修正ベクトルは逆相関マトリ クスと乗算される。ブロック222において複数の信号が復号される前に、ブロ ック221においてエネルギ推定値が求められる。信号が復号されると、これら の信号は無線装置302,304,306に同期送信される。 要するに、装置100は、受信信号(すべての無線装置302,304,30 6の合成信号)を、1つのフィルタが各許容シグナチャ・シーケンスに整合され た整合フィルタ・バンクにかけることにより、電力制御なしにCDMAシステム における干渉を除去する。整合フィルタの出力は、適切にサンプリングされ、い くつかの連続した出力(ウィンドウを形成する)はメモリ107に格納される。 装置100は、既知のアクティブ・シグナチャ・シーケンスと、無線装置の受信 信号間の捕捉された相対的時間遅延とから、逆相関マトリクスを算出する。次に 、装置100は、この マトリクスを格納された相関フィルタ出力のベクトルで乗算し、干渉を実質的に 「相殺」あるいは信号を「相関解除」する。この乗算を行う前に、装置100は まず、カレント・ウィンドウ直前および直後のすべての無線装置302,304 ,306の極性を含む受信エネルギの推定値を減算しなければならない。ウィン ドウの直前および直後の無線信号の極性は、パイロット・シンボルが各ウィンド ウ間で送信されるので既知である。受信エネルギ推定値は、前回のウィンドウの 相関解除の解の大きさをとることにより得られる。最後に、逆相関マトリクスで 乗算した後、受信機は、生成出力の符号に基づいて、最終的な極性判定(+1ま たは−1)を行う。無線装置の信号を相関解除することにより、装置100は、 ある無線装置の信号の他の無線装置の信号受信エネルギに対する依存性を排除す る。 無線装置100が動作の仕方を説明するため、2ユーザ・システムを想定し、 第1ウィンドウの相関解除の解が生成ベクトル[3.561,−9.348]T となり、ただしTは転置演算を表すものとする。そのとき、装置100は、ユー ザ1の第1ビットは+1で、ユーザ2の第1ビットは−1であると判定する。次 に受信機は、第1ユーザのエネルギ推定値として3.561を、第2ユーザのエ ネルギ推定値として9.348を用いる。これらの推定値は、ユーザ1およびユ ーザ2の次のウィンドウの値から減算されてから、逆相関マトリクスによって再 度乗算される。このプ ロセスは、信号が相関解除されるまで続く。 本発明の重要な利点は、送信シーケンスのほんのわずかな部分(ウィンドウ) を一度に利用することにより、復号遅延を小さくし、格納条件を小さくし、極め て小さい行列しか反転を必要としない。これは、装置100の複雑さを抑え、は るかに高い効率でより高速に相関解除された結果を生成する。さらに、パイロッ ト・シンボル支援変調(PSAM)をシステムに内蔵することにより、装置10 0は各ウィンドウの前後のビットの極性の推定値を形成する必要がない。各ウィ ンドウ間で、すべての無線装置302,304,306は、既知の極性のパイロ ット・ビットを送信する。従って、装置100はウィンドウ間のすべてのビット の極性を把握し、推定方式は必要ない。さらに、ここで提唱されるウィンドウは 、データを重複しない(スライドしない)ブロックに分割する。例えば、5ビッ トのウィンドウ長を選択すると、第1ウィンドウはビット1〜5を収容し、第2 ウィンドウはビット6〜10を収容する。これは、スライディング・ウィンドウ を採用する従来技術で提唱されるウィンドウ方式に比べてはるかに効率的である 。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.複数のDS−CDMA−PSAM信号を受信する受信機であって: 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号に伴う遅延を確立する遅延回路 ; 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号を濾波して、濾波信号を生成す る整合フィルタ・バンク; 前記濾波信号をサンプリングして、被サンプリング信号を生成するサンプ ラ; サンプルのウィンドウを形成するため、パイロット・シンボルの前後の複 数の被サンプリング信号を格納するメモリ; 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号の相関マトリクスを算出して、 逆相関マトリクスを生成する演算装置; 外部干渉のないベクトルを与えるため、前記サンプルのウィンドウの前後 のサンプルの影響を、前記サンプルのウィンドウから除去する手段; 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号を相関解除して、相関解除信号 を生成するため、前記ベクトルを前記逆相関マトリクスで乗算する手段; からなる受信機;および 前記相関解除信号を同期送信して、相互干渉を最小限に 抑える送信機; によって構成される通信装置。 2.前記除去する手段は: 前後のサンプルの極性エネルギ推定値を生成するため、前記サンプルのウィン ドウ外の信号の受信エネルギ・レベルを推定し、前記サンプルのウィンドウの前 後のパイロット・シンボルを用いて極性をエネルギ・レベルに追加するエネルギ 推定器;および 外部干渉のないベクトルを与えるため、前記サンプルのウィンドウから前記極 性エネルギ推定値を減算する加算器; を含むことを特徴とする請求項1記載の通信装置。 3.前記複数のDS−CDMA−PSAM信号は、均等なパイロット・シンボル を有する信号を含むことを特徴とする請求項1記載の通信装置。 4.前記均等なパイロット・シンボルは+1を含むことを特徴とする請求項3記 載の通信装置。 5.複数のDS−CDMA−PSAM信号を受信する受信機であって: 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号に伴う遅延を確立する遅延回路; 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号を濾波して、濾波信号を生成す る整合フィルタ・バンク; 前記濾波信号をサンプリングして、被サンプリング信号を生成するサンプ ラ; サンプルのウィンドウを形成するため、パイロット・シンボルの前後の複 数の被サンプリング信号を格納するメモリ; 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号の相関マトリクスを算出して、 逆相関マトリクスを生成する演算装置; 前後のサンプルの極性エネルギ推定値を生成するため、前記サンプルのウィン ドウ外の信号の受信エネルギ・レベルを推定し、前記サンプルのウィンドウの前 後のパイロット・シンボルを用いて極性をエネルギ・レベルに追加するエネルギ 推定器; 外部干渉のないベクトルを与えるため、前記サンプルのウィンドウから前 記極性エネルギ推定値を除去する加算器; 前記サンプルのウィンドウの外部からの干渉を相殺し、かつ前記複数のD S−CDMA−PSAM信号を相関解除して、相関解除信号を生成するため、前 記ベクトルを前記逆相関マトリクスで乗算する乗算器; からなる受信機;および 前記相関解除信号を同期送信して、相互干渉を最小限に抑える送信機; によって構成される通信装置。 6.複数のDS−CDMA−PSAM信号を受信する受信機であって: 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号に伴う遅延を確立する遅延回路; 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号を濾波して、濾波信号を生成する整 合フィルタ・バンク; 前記濾波信号をサンプリングして、被サンプリング信号を生成するサンプラ; サンプルのウィンドウを形成するため、パイロット・シンボルの前後の複数の 被サンプリング信号を格納するメモリ; 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号の相関マトリクスを算出して、逆相 関マトリクスを生成する演算装置; 外部干渉のないベクトルを与えるため、前記サンプルのウィンドウの前後のサ ンプルの影響を、前記サンプルのウィンドウから除去する手段; 前記サンプルのウィンドウの外部からの干渉を相殺し、かつ前記複数のDS− CDMA−PSAM信号を相関解除して、相関解除信号を生成するため、前記ベ クトルを前記逆相関マトリクスで乗算する乗算器;および 前記相関解除信号を復号して、復号信号を生成する復号器; によって構成されることを特徴とする受信機。 7.前記復号信号のセグメントをアナログ信号に変換するデジタル/アナログ変 換器をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項6記載の受信機。 8.複数のDS−CDMA信号を受信し、相関解除する方法であって: 複数のDS−CDMA−PSAM信号を受信する段階; 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号に伴う遅延を確立する段階; 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号を濾波して、濾波信号を生成する段 階; 前記濾波信号をサンプリングして、被サンプリング信号を生成する段階; サンプルのウィンドウを形成するため、パイロット・シンボルの前後の複数の 被サンプリング信号を格納する段階; 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号の相関マトリクスを算出して、逆相 関マトリクスを生成する段階; 外部干渉のないベクトルを与えるため、前記サンプルのウィンドウの前後のサ ンプルの影響を、前記サンプルのウィンドウから除去する段階;および 前記サンプルのウィンドウの外部からの干渉を相殺し、かつ前記複数のDS− CDMA−PSAM信号を相関解除して、相関解除信号を生成するため、前記ベ クトルを前記逆相関マトリクスで乗算する段階; によって構成されることを特徴とする方法。 9.前記除去する段階は: 前後のサンプルの極性エネルギ推定値を生成するため、前記サンプルのウィン ドウ外の信号の受信エネルギ・レベ ルを推定し、前記サンプルのウィンドウの前後のパイロット・シンボルを用いて 極性をエネルギ・レベルに追加する段階;および 外部干渉のないベクトルを与えるため、前記サンプルのウィンドウから前記極 性エネルギ推定値を減算する段階; をからなることを特徴とする請求項8記載の方法。 10.複数の無線装置と; 前記複数の無線装置間の通信を制御する基地局であって: 前記複数の無線装置から複数のDS−CDMA−PSAM信号を受信する 受信機であって: 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号に伴う遅延を確立する遅延 回路; 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号を濾波して、濾波信号を生 成する整合フィルタ・バンク; 前記濾波信号をサンプリングして、被サンプリング信号を生成するサ ンプラ; サンプルのウィンドウを形成するため、パイロット・シンボルの前後 の複数の被サンプリング信号を格納するメモリ; 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号の相関マトリクスを算出し て、逆相関マトリクスを生成する演算装置; 外部干渉のないベクトルを与えるため、前記サンプルのウィンドウの 前後のサンプルの影響を、前記サン プルのウィンドウから除去する手段; 前記複数のDS−CDMA−PSAM信号を相関解除して、相関解除 信号を生成するため、前記ベクトルを前記逆相関マトリクスで乗算する乗算器; からなる受信機;および 前記複数の無線装置に前記相関解除信号を同期送信して、相互干渉を最小限に 抑える送信機; からなる基地局と; によって構成されることを特徴とする通信システム。
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