JPH09505199A - 受信方法及び受信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 セルラ無線システムにおける受信方法及び受信機であって、受信機は、各受信した信号のパワーレベルを測定する手段（２３）を備えている。有利な方法で受信した信号を検出するために、本発明の受信機は、それぞれが少なくとも二つの信号を有している複数のグループに受信した信号を分割する手段（２６）と、同時に受信した送信からの各グループにおける信号を検出する手段（３０、３５、４０）を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 受信方法及び受信機発明の分野 本発明は、受信機が各受信信号のパワーレベルを測定するようなセルラ無線シ ステムにおける受信方法に関する。発明の背景 データ送信システムを設計しかつ実施することにおける中心的な問題は、信号 が互いにほとんど干渉しないような複数の同時ユーザからの信号の同時送信及び 受信である。上記及び使用される送信容量により、種々の送信プロトコル及びマ ルチプルアクセス方法が用いられており、特に移動電話トラヒックにおいて最も 一般的なものは、ＦＤＭＡ（周波数分割マルチプルアクセス）及びＴＤＭＡ（時 分割マルチプルアクセス）であり、また最近ではＣＤＭＡ（符号分割マルチプル アクセス）である。 ＣＤＭＡは、拡散スペクトラム技術に基づくマルチプルアクセス方法であり、 それは、先に用いられていたＦＤＭＡ及びＴＤＭＡに加えてセルラ無線システム に最近用いられるようになった。ＣＤＭＡは、周波数計画の簡略化、及びスペク トラム効率のような、先の方法に対して多くの利点を有する。 ＣＤＭＡ方法では、ユーザの狭帯域データは、データ信号よりも広い帯域を有 しているコードを拡散することによって比較的広帯域へマルチプル（増大）され る。既知の検査システムで用いられる帯域幅は、例えば、１．２３ＭＨｚ、１０ ＭＨｚ及び２５ＭＨｚを含む。マルチプリケーションは、用いられる帯域全体に わたってデータ信号を拡散する。全てのユーザは、同じ周波数帯域で同時に送信 する。基地局と移動局の間の各接続では、異なる拡散コードが用いられ、ユーザ の信号は、ユーザの拡散コードに基づいて受信機で互いに区別することができる 。可能ならば、拡散コードは、それらが互いに直交するような方法、即ちそれら が互いに相関しないような方法で選択される。 通常に実施されたＣＤＭＡ受信機における相関器は、それらが拡散コードに基 づいて認識する、所望の信号に同期される。受信機では、データ信号は、送信段 階におけるものと同じ拡散コードでそれをマルチプルすることによってオリジナ ル帯域に復元される。理想的には、他の拡散コードによってマルチプルされた信 号は、相関せずかつ狭帯域に復元されない。所望の信号を考慮すると、それゆえ に、それらは、雑音として現れる。目的は、多数の干渉信号の中から所望のユー ザの信号を検出することである。実際には、拡散コードは、相関し、かつ他のユ ーザの信号は、受信した信号を歪ませることにより所望の信号を検出することを 更に困難にする。互いにユーザによってもたらされたこの干渉は、マルチプルア クセス干渉と呼ばれる。 ＴＤＭＡマルチプルアクセス方法が適用されるデータ送信方法では、複数の周 波数が用いられ、各周波数は、異なるユーザの信号が配置されるようなタイムス ロットに分割される。各ユーザは、それゆえに、それ自身のタイムスロットが割 り当てられる。システムに対してリザーブされる周波数帯域は、通常制限される ので、使用する周波数は、ある一定の距離に配置されたセルで反復されなければ ならない。高い周波数効率を達成するために、距離は、できるだけ短く保たれな ければならない。これから、同じ周波数で送られた送信が互いに干渉するという ことになる。ある一定のタイムスロットでは、所望の信号ばかりでなく雑音信号 も受信機で聞こえ、雑音信号は、同じ周波数を用いているある別の接続によって もたらされる。 他のユーザの信号に含まれる情報が検出において考慮されないので、ＣＤＭＡ に関連して上述した一周波数検出方法は、最適ではない。更に、通常の検出は、 部分的に非直交拡散コード及び無線経路にわたる信号の歪みによってもたらされ た誤りを修正することができない。最適の受信機では、全てのユーザの信号に含 まれる情報が考慮されて、信号は、例えば、ビタビ(Viterbi)アルゴリズムを用 いて最適に検出することができる。この検出方法、例えばＣＤＭＡシステムにお ける利点は、受信機における情況が、マルチプルアクセス干渉がないーユーザＣ ＤＭＡシステムに似ていることである。例えば、ＣＤＭＡシステムで一般的な近 遠問題(near-far problem)は、起こらない。近遠問題は、受信機に近い送信機 からの送信がより遠い送信機を妨害する(blanket)情況である。ビタビアルゴリ ズムの最大の欠点は、それが必要とする計算効率が、ユーザの数が上昇するに従 って指数的に増加するということである。例えば、ＱＰＳＫ変調では、毎秒１０ ０キロビットのビット率またはビット速度を有する１０のユーザシステムは、ビ タビアルゴリズムを計算することに毎秒１億５百万(105 million)の動作を必要 とする。実際には、これは、最適な受信機を実施することを不可能にする。 しかしながら、異なる方法によって、最適受信機まで近づけることが可能であ る。従来技術は、同時マルチユーザ検出（ＭＵＤ）に対する種々の方法を教示す る。最も知られたそのような方法は、線形マルチユーザ検出、非相関(decorrela ting)検出器及びマルチステージ検出器である。これらの方法は、Varanase，Aaz hang，“Multistage detection for asynchronous code division multiple acc ess communications”，IEEE Transactions on Communications，Vol．38，pp.5 09-519，Apr 1990; Lupas，Verdu，“linear multiuser detectors for synchro nous code-devision multiple access channels”，IEEE Transactions on Info rmation Theory，Vol．35，No．1，pp．123-136，Jan 1989; Lupas，Verdu，“N ear-far resistance of multiuser detectors in asynchronous channels”，IE EE Transactions on Communications，Vol．38，Apr 1990に詳述されている。し かしながら、これらの方法は、高い計算容量を必要とする、マトリックス逆転操 作(matrix inversion operations)のような、多くの動作も含む。 マルチプルアクセス干渉によってもたらされる問題を解決する別の方法は、干 渉取消し（ＩＣ）方法を用いることである。ＩＣ型解法では、ユーザは、可能で あれば、個別に検出され、かつしばしば、大きさの順番に、既に検出されたユー ザの信号の影響は、次のユーザが検出される前に受信した送信から取り消される ように、検出される。この種の解法の一例は、上述した型の手順がＣＤＭＡセル ラ無線システムに適用される、欧州特許EP 491,668号公報に記載されている。雑 音取消し方法は、計算に関してＭＵＤ型アルゴリズムよりも有効であるが、それ らの性能は、信号がしばしば弱い、フェージング・マルチパス・チャネルのよう な、難しい受信条件において特に低い。発明の目的および概要 本発明の目的は、過度に多量な計算なしでマルチプルアクセス干渉の場合でも 有利な方法で受信した信号を検出できるような方法を提供することである。 これは、それぞれが少なくとも二つの信号を含んでいる複数のグループに受信 した信号が分割され、かつ各グループにおいて同時に受信した送信から信号が検 出されることを特徴とする、始めに記載した型の方法で達成される。 本発明は、各受信した信号のパワーレベルを測定する手段を含んでいる、セル ラ無線システムにおける受信機にも関する。本発明の受信機は、それぞれが少な くとも二つの信号を含んでいる複数のグループに受信した信号を分割する手段と 、同時に受信した送信から各グループの信号を検出する手段とを含んでいること を特徴とする。 本発明の方法は、性能をほとんど犠牲にすることなく、計算の徹底的な低減(r adical reduction)によって雑音取消し方法の利点を同時マルチユーザ検出の利 点と組み合わせることを可能にする。実施例 以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。 本発明の方法は、ＣＤＭＡセルラ無線システムにおける使用に特に適している が、共通チャネル(co-channel)干渉が問題である、ＴＤＭＡシステムにも適用す ることができる。本発明は、基地局及び加入者端末装置の両方に適用することが できる。ＣＤＭＡセルラ無線ネットワークの基地局に適用された場合について本 発明が以下に詳述されるが、しかしながら本発明は、それに限定されるものでは ない。 図１は、本発明の方法を適用することができるようなセルラ無線システムの部 分を示す。セルラ無線ネットワークでは、各セルは、そのエリアに配置された加 入者端末装置１１〜１８と通信する少なくとも一つの基地局１０を含んでいる。 考慮されるネットワークは、ＣＤＭＡ無線ネットワークであることをここで想定 している。全ての端末装置は、端末装置の分散コード(spreading codes)に基づ いて互いに異なる端末装置の送信を区別する、基地局１０に同じ周波数でそれゆ えに送信する。上述したように、端末装置の信号は、互いに干渉する。干渉の大 きさは、信号の相互相関レベルに基づいて推定することができる。各個別信号の 受信で現れるパワーレベルは、受信機で測定される。パワー測定で得られた結果 は、例えば、パワー調整に利用される。 本発明の方法では、受信した信号は、それぞれが少なくとも二つ、好ましくは ３から１０の、異なる信号を含んでいるグループに分割される。グループ内では 、信号は、同時マルチユーザ検出により供給される検出アルゴリズムによって同 時に受信した送信から検出される。 本発明の好ましい実施例では、信号は、受信した信号の予備(preliminary)パ ワー測定に基づいてグループに分割される： 最も高いパワーで受信した信号は 、一つのグループに配置され、最も低いパワーで受信した信号は、他のグループ に配置されて、各グループは、おおよそ同じパワーで受信した信号を含む。パワ ー調整により信号がパワーに対していかようにも測定されるので、分割が実行し やすい。 本発明の別の実施例では、信号は、相互相関推定に基づいてグループに分割さ れる。互いに干渉する信号は、大部分を同じグループにここで配置することがで きる。同時マルチユーザ検出の方法が有効に相互相関を取り除くので、これは、 干渉取消しを鑑みて有効である。しかしながら、これは、受信した信号が、送信 に含まれた全ての信号との相互相関推定の対象となることを必要とする。かなり 多数の信号が受信されたならば、必要な計算の数は、かなり増大する。信号間の 相互相関を推定する一つの方法は、信号のコード、コード位相及びチャネル・パ ラメータに基づいて相関推定を計算することである。それゆえに計算がいくらか 少なくなる。 本発明の方法では、グループ内の信号の同時検出は、既知のアルゴリズムを用 いて実施することができる。検出した信号を再生しかつ抽出する方法は、所望の ように選択することもできる。本発明で達成される利点は、システム特定パラメ ータ及び方法が、何が負荷でありかつ必要なパラメータの推定がどのくらい信頼 性があるかにより、動的にも、特定アプリケーションに対して適格なものに従っ て選択できることである。各特定の場合における最良の実施は、必要性及び資源 に依存する。例えば、受信した信号の数があまり大きくないときには、信号は、 相互相関推定に基づいてグループに分割することができるが、信号の数が増える に従って、受信したパワーに基づいて信号を分割することを開始することが可能 である。また、方法が異なる装置に適用されるときには、異なるアルゴリズムを 用いることができる。特に、無線電話アプリケーションでは、加入者端末装置と 基地局の雑音取消し資源及び要求は、非常に異なる。 本発明の好ましい実施例では、信号グループは、最も高いパワーレベルを有す る信号を含んでいるグループが最初に検出されるように連続して検出される。検 出後、信号は、受信した送信から再生されかつ抽出される。他の信号との既に検 出された信号の干渉は、それゆえに取り除かれる。第２に強力なグループが次に 検出され、その結果は、次のグループが検出される前に受信した送信から同様に 抽出される。同じ手順が続き、全てのグループ及び信号が検出されるまで、最も 弱いグループに向かって前に進む。 図１の例では、第１のグループに加入者端末装置１１、１３及び１５を、第２ のグループに端末装置１２、１６及び１８を、第３のグループに端末装置１４及 び１７を配置することによって基地局１０にグループへの分割を実行させる。グ ループは、その受信したパワーが最も大きな合計を与えるグループから開始して 、大きさの順番で検出される。この最強のグループに端末装置１１、１３及び１ ５からの信号を含ませる。グループの信号は、選択したアルゴリズムにより受信 した送信から同時に検出される。検出した信号は、受信した送信から次に再生さ れかつ抽出される。端末装置１１、１６及び１８からの信号を含んでいる、第２ の強力なグループが次に検出される。信号は、既に検出された信号の干渉が抽出 された送信から検出される。上記のように、検出された信号は、受信した送信か ら抽出され、その後、端末装置１４及び１７からの信号を含む、残っているグル ープが検出される。 本発明の好ましい実施例では、信号グループは、並列に検出される。一つのグ ループの検出は、先の実施例のように別のグループの検出に依存しない。 上記のように、第１のグループに加入者端末装置１１、１３及び１５を、第２ のグループに端末装置１２、１６及び１８を、第３のグループに端末装置１４及 び１７を配置することによって図１の基地局１０にグループへの分割を実行させ る。本発明の別の実施例では、全ての３つの信号グループは、互いに独立に、並 行に検出される。グループは、同時に検出されうるが、これは、実施例に対して 重要ではない。 本発明の方法により、受信した送信の検出において必要な計算を非常に低減す ることができる。例えば、一致したフィルタの出力から１５のユーザを検出する ために、非相関検出器は、約１５³＝３３７５の掛け算を必要とし、他方、３つ のグループへの分割は、約３×５³＝３７５の掛け算だけを必要とし、即ち、必 要な計算は、ここでおおよそ９分の１に低減される。ビタビ・アルゴリズムでは 、ユーザの数の関数としてその複雑性が指数的に増大するので、更に多くがセー ブされる。 図２は、本発明による受信機の構造を示しているブロック図である。本発明の 受信機は、受信した信号が高周波部分２１に供給されるようなアンテナ２０を含 んでいる。高周波部分から、信号は、どの受信した信号がグループに分割される かに基づいて、それに予備パワー測定を実行することによって受信した送信を前 処理する、手段２３にＡ／Ｄ変換器２２を通って供給される。受信機は、受信し た信号を検出する手段２４も含む。検出手段から得られた信号２５は、受信機の 他の部分に更に供給される。受信機は、上記部分の動作を制御する、制御手段２ ６も含む。 図３は、本発明の好ましい実施例による受信機の検出器ブロックの一般的な構 造を詳細に示しているブロック図である。検出器ブロックは、の全ての受信した ユーザの信号を含んでいる受信した送信の入力を受信する。ユーザからの信号の 総数をＮとし、かつそれぞれＭ信号を有しているＫグループに信号が分割される ものとする。実際には、信号の数は、全てのグループで同じである必要がない。 検出器ブロックは、第１のグループに属している信号の同時検出のための手段３ ０を含む。第１のＭユーザの信号をそれゆえに含む、検出した信号３２は、更な る処理のために、かつ検出された信号が干渉取消しのために再生される手段３１ へ、供給される。受信した送信は、再生手段３１の出力がそれから抽出される、 加算器３４へ遅延回路３３を通って供給される。第１のグループに属してい る信号と他の信号の干渉は、それゆえに取り除かれる。それに対応して、検出器 ブロックは、第２のグループの信号の同時検出のための手段３５と、検出された 信号３７を再生する手段を含む。第２のグループでは、検出された信号は、次の Ｍユーザの信号をそれゆえにここで含む。受信機は、遅延回路３８を通って加算 器３９に供給された送信から再生された信号が抽出されるような、加算手段３９ を更に含む。検出器ブロックは、全てのＫグループを検出する対応手段を含む。 最終検出器４０では、残りのグループが検出される； このグループに属してい る検出された信号４１は、再生される必要はないが、受信機における更なる処理 に対して供給することができる。 ＣＤＭＡ受信機が考慮されるところでは、各検出器手段３０、３５及び４０は 、本発明の好ましい実施例におけるＲＡＫＥ受信機と、検出されるべき信号の分 散コードに一致するフィルタとを含む。受信機では、信号を前処理するためのブ ロック２３は、多くの方法で実施することができる。一つの代替は、受信処理の 開始で検出器ブロックの一致したフィルタを利用することである： 一致したフ ィルタは、グループへの信号の予備分割が実行されることに基づいて、予備パワ ー測定を実行し、その後測定を繰り返し特定することができる。 図４は、本発明の別の実施例による受信機の検出器ブロックの一般的な構造を 示しているブロック図である。検出器ブロックは、全ての受信したユーザの信号 を含んでいる受信した送信の入力を受信する。上記のように、ユーザからの信号 の総数をＮとし、かつそれぞれＭ信号を有しているＫグループに信号が分割され るものとする。実際には、信号の数は、全てのグループで同じである必要がない 。検出器ブロックは、信号グループを検出する手段３０、３５、４０を含む。手 段は、全ての手段が同じ受信した送信の入力を受信するように並列に接続される 。各手段は、同時にグループの信号を検出することによって所定の信号グループ を検出する。例えば、手段３０に第１のグループを検出させ、手段３５に第２の グループを検出させ、手段４０に第Ｋ番目のグループを検出させる。第１のＭユ ーザの信号をそれゆえに含む、検出された信号３２は、更なる処理に対して供給 される。検出された信号３７、４０は、同じ方法で処理される。信号グループは 、それゆえに並列に検出されるので、それらの検出は、相互依存しない。 本発明は、添付した図面に記載された例を参照して記載されたけれども、本発 明がそれに限定されず添付した請求の範囲に開示された発明的思想内の多くの方 法で変更することができるということが理解されるべきである。本発明の受信方 法は、例えば、多重段階受信機または他の型の受信機における前段階としても用 いることができる。図面の簡単な説明 図１は、本発明の方法を適用することができるセルラ・ネットワークの一例を 示す図である。 図２は、本発明による受信機の構造を示しているブロック図である。 図３は、本発明による受信機の雑音取消しシステムの構造を示しているブロッ ク図である。 図４は、本発明による受信機の雑音取消しシステムの代替構造を示しているブ ロック図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｈ０４Ｑ 7/30 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ラークソ ティモ フィンランド エフイーエン‐00100 ヘ ルシンキ ヴェイネモイセンカテュ 23ア ー13 (72)発明者 リーレベルイ ヨルマ フィンランド エフイーエン‐90580 オ ウル クラーセリンティエ ４アー (72)発明者 ホーティネン アリ フィンランド エフイーエン‐01300 ヴ ァンター キエロティエ 30―32セー25

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．受信機が各受信した信号のパワーレベルを測定するようなセルラ無線システ ムにおける受信方法であって、前記受信した信号がそれぞれが少なくとも二つの 信号を含んでいる複数のグループに分割され、かつ各グループにおいて同時に前 記信号が前記受信した送信から検出されることを特徴とする受信方法。 ２．各グループは、連続して検出され、かつ検出されたグループの信号は、次の グループが検出される前に既に前記受信した送信から再生されかつ抽出されるこ とを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．前記グループは、並列で検出されることを特徴とする請求項１に記載の方法 。 ４．前記グループは、最も高い受信したパワーレベルを有する信号を含んでいる グループが最初に検出されるように連続で検出されることを特徴とする請求項２ に記載の方法。 ５．前記受信した信号は、前記受信したパワーレベルに基づいてグループに分割 されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ６．前記受信した信号は、互いに最も干渉する信号が同じグループに配置される ように相互相関レベルに基づいてグループに分割されることを特徴とする請求項 １に記載の方法。 ７．前記受信した信号は、複数のユーザによって供給されることを特徴とする請 求項１に記載の方法。 ８．前記受信した信号は、一人の同じユーザによって供給されることを特徴とす る請求項１に記載の方法。 ９．前記セルラ無線システムは、ＣＤＭＡマルチプルアクセス方法を採り入れる ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 10．前記セルラ無線システムは、ＴＤＭＡマルチプルアクセス方法を採り入れる ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 11．各受信した信号のパワーレベルを測定する手段（２３）を含んでいるセルラ 無線システムにおける受信機であって、前記受信した信号を、それぞれが少なく とも二つの信号を含んでいる複数のグループに分割する手段（２６）と、同 時に前記受信した送信から各グループにおいて信号を検出する手段（３０、３５ 、４０）とを備えていることを特徴とする受信機。 12．連続して前記グループを検出する手段（３０、３５、４０）と、再生のため の手段（３１、３６）と、次のグループが検出される前に既に前記受信した送信 から検出されたグループの信号を抽出する手段（３４、３９）とを備えているこ とを特徴とする請求項１１に記載の受信機。 13．最も高い受信したパワーレベルを有する信号を含んでいる前記グループが最 初に検出されるように連続で該グループを検出する手段（３０、３５、４０）を 備えていることを特徴とする請求項１２に記載の受信機。 14．並列で前記グループを検出する手段（３０、３５、４０）を備えていること を特徴とする請求項１１に記載の受信機。