JPH09512691A - 受信信号を復調する方法および受信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＤＳ／ＣＤＭＡ信号を復調する方法および装置は、受信機（６０）の感度を増加させ、その結果、ＤＳ／ＣＤＭＡセルラ通信システムのシステム容量を増加させる。既約状態シーケンス推定器（ＲＳＳＥ）（６８）は、最も高いエネルギを有する経路（２１０）を見つける。経路エネルギ（２１２）を判定する効率的な方法および装置は、前回の経路（２１０）から一つの既約状態（２００）だけ異なる新たな経路（２１０）を選択する。新たな既約状態と省略された既約状態（２００）のＩ大きさおよびＱ大きさの間の差（３０６）が算出される（３０４）。この差は、前回の経路の全Ｉ（３０８）大きさおよびＱ大きさに加算され、新たな経路のＩ大きさおよびＱ大きさを算出する。これらのＩ大きさおよびＱ大きさは、経路エネルギ（３２２）を算出するために用いられ、最高経路エネルギ（３２６）は、復号のため最良経路を選択するために用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】 受信信号を復調する方法および受信機 発明の分野 本発明は、一般に、通信の分野に関し、さらに詳しくは、受信信号を復調する 方法および受信機に関する。 発明の背景 ＩＳ−９５において記載されるような、直接シーケンス符号分割多元接続（Ｄ Ｓ／ＣＤＭＡ：Ｄirect Ｓequence Ｃode Ｄivision Ｍultiple Ａccess）セル ラ通信システムは自己干渉システムである。このような通信システムでは、多数 の移動局および携帯局は同一の地理的エリア内で同一スペクトルを利用する。加 入者ユニットからの信号は、自局の拡散符号（すなわち、ユーザ・ロング・コー ドＰＮシーケンスと、ＩおよびＱのＰＮシーケンス）に基づいて互いに区別され る。このようなシステムの容量制限は、システム内の自己干渉の量に依存する。 この点を説明するために用いられる類推として、カクテル・パーティの会話につ いて説明する。カクテル・パーティの席上である人物がその隣の人物に話しかけ 、部屋に他にだれもいない場合、 わかってもらうために大きな声で話す必要はない。さらに人が部屋に入ってきて 、会話を始めると、大きな声で話さないと聞こえなくなる。言い換えると、自己 干渉が増加して、この干渉を克服するためには送信機パワーを増加しなければな らない。さらに多くの人が部屋の中で話し始めると、さらに大きな声で話さなけ ればならなくなり、他の人も大きな声で話さないと聞こえなくなる。最終的には 、他人と区別して聞こえるためには無限大のパワーを必要とする。すなわち、こ れが容量制限である。 このカクテル・パーティの類推をさらに押し進めると、部屋の中の全員が難聴 の場合、全員が通常の聴覚を有する場合に比べて、他の客からのより高い干渉レ ベルで会話を始める。従って、全員が聴覚がよい場合、同時に会話できる数は増 加する、すなわち、システム容量は増加する。その結果、ＤＳ／ＣＤＭＡシステ ムにおける受信機感度を向上させるという大きな効果が得られる。受信機感度の 向上は、必要な送信機パワーの量を直接低減し、その結果、自己干渉の量も低減 する。セルラ・システム容量を増加すると、オペレータの収益は増加し、加入者 が享受するサービスも向上する。 ＤＳ／ＣＤＭＡシステムにおける標準的な受信機は、送信信号を非コヒーレン トに検出する。非コヒーレント検出は、２つの送信信号の間の位相差を考慮に入 れない。標準的な非コヒーレント受信機は、まず受信信号を逆拡散 (dcspread)し（すなわち、ＩおよびＱのＰＮシーケンスと、ユーザのロング・コ ードＰＮシーケンスを除去する）、データのウォルシュ・シンボルを蓄積する。 この逆拡散・蓄積されたデータに対して、高速アダマール変換（ＦＨＴ：Ｆast Ｈadamard Ｔransform）が実行される。ＦＨＴは、送信機によって送信された可 能性のある６４個の可能なウォルシュ・シンボルに対して、逆拡散信号を実質的 に相関する。次に、受信機は、最大エネルギ（このエネルギは、Ｉベクトルおよ びＱベクトルの二乗を加算することによって求められる）を有するウォルシュ・ シンボルを選択する。非コヒーレント受信機はエネルギ検出器であり、送信信号 の位相を利用しない。コヒーレント復調のビット誤り率（ＢＥＲ：bit error ra te）性能は非コヒーレント復調よりも優れていることは周知である（Ｓklar，Ｄ igital Ｃommunications，ＩＳＢＮ 0-13-211939-0，Ｐrentice Ｈall 1988，p ．161-164）。 従って、いくつかのシンボル上でチャネルまたは適応チャネルのコヒーレンス を利用するコヒーレント復調方式を採用することにより、受信機の感度を改善す る方法および受信機が必要とされる。 図面の簡単な説明 第１図は、送信機のブロック図である。 第２図は、受信機のブロック図である。 第３図は、ウォルシュ行列である。 第４図は、ＣＤＭＡタイム・フレームのタイムチャートである。 第５図は、既約状態(rcduced states)のアレイである。 第６図は、既約状態シーケンス推定器の一部のブロック図である。 図面の詳細な説明 要するに、本発明は、ＤＳ／ＣＤＭＡ受信信号における誤りの可能性を低減す る方法および受信機を提供する。このように誤りの可能性を低減することにより 、送信パワー条件が低くなり、それによりＤＳ／ＣＤＭＡセルラ電話システムに おけるシステム容量が増加する。このシステム性能の向上は、既約状態シーケン ス推定器（ＲＳＳＥ：Ｒeduced Ｓtate Ｓequence Ｅstimator）の効率的な構築 によって得られる。 第１図は、ＤＳ／ＣＤＭＡセルラ電話システムの逆方向リンク（移動局から基 地局）で用いられる基地局送信機１０を示す。音声信号またはデータ信号１２は 、符号化部１４に入力され、符号化信号１６が得られる。符号化信号１６は、好 ましくは一度に６シンボルで、固有の６４相シンボルに６４相直交変調器(64-ar y orthogonal modulator)１８によってマッピングされる。好適な実施例では、６４相直交変調 器は、第２図に示すウォルシュ行列である。この６個の符号化シンボルは、式Ｃ₀ ＋２Ｃ₁＋４Ｃ₂＋８Ｃ₃＋１６Ｃ₄＋３２Ｃ₅＝ｉによってマッピングされ、ここ でＣ_0〜5は符号化シンボルであり、ｉは出力ウォルシュ・シンボルのインデクス である。シンボルは１または０のいずれかなので、上式は６個のシンボルを６４ 個のウォルシュ・シンボルのうちの１つに固有にマッピングする。６４相変調器 の出力はウォルシュ・シンボルであり、最大６４個のウォルシュ・チップ(Ｗals h chip)（ウォルシュ行列における行）からなる。 この変調器に接続されるのは、ロング疑似ランダム・ノイズ（ＰＮ）シーケン ス２２をウォルシュ・チップと加算する加算器２０である。加算器２０の出力は 、同相すなわちＩチャネル２２と、直交相すなわちＱチャネル２４とに分離され る。Ｉチャネル２２は、加算器２０の出力をＩＰＮシーケンス２８と加算する加 算器２６を有する。Ｑチャネル２４は、加算器２０の出力をＱ ＰＮシーケンス ４０と加算する加算器３８を有する。加算器３８は、遅延素子４２に接続される 。次に、ＩデータおよびＱデータは、帯域通過濾波３０，４４，混合３２，４５ ，加算３４されて、搬送周波数信号となり、アンテナ３６によって送信される。 この結果、入力データ・ストリームのオフセットＱＰＳＫ変調が行われる。 入力音声信号１２は、フル・レート（９６００ｂｐｓ）１０４，１／２レート （４８００ｂｐｓ）１０６，１／４レート（２４００ｂｐｓ）１０８または１／ ８レート（１２００ｂｐｓ）１１０のいずれかである。第３図は、ＣＤＭＡタイ ム・フレーム１００における各レート・データの送信の例を示す。タイム・フレ ーム１００は、１６個のパワー制御グループ１０２からなる。パワー制御グルー プ１０２は、６個のウォルシュ・シンボル１１２からなり、各ウォルシュ・シン ボル１１２は、６４個のウォルシュ・チップ１１４によって定義される。最後に 、各ウォルシュ・チップ１１４は、４つのＰＮチップ１１８を有する。着信デー タ・レート（フル，１／２，．．．）は、ユーザの音声アクティビティによって 決定される。ユーザがあまり話さない期間は１／８レートで符号化され、連続的 で速い会話はフル・レートで符号化される。タイム・フレーム１００においてど のパワー制御グループがアクティブかは、ロング・コード２２および音声アクテ ィビティによって決定される。 基地局における受信機６０（第４図参照）は、受信信号をデジタル化音声信号 に変換する。アンテナ６２に接続されるのはＲＦダウンコンバータ／サンプラ６ ３であり、既知の方法で受信信号を処理して、受信信号のオーバサンプリングさ れた（例えば、８倍オーバサンプリング）ベースバンド表現を得る。このベース バンド表現は逆拡散器(despreader)６４に入力され、ロング・コードＰＮシー ケンスとＩおよびＱ ＰＮシーケンスとを利用してオフセットＱＰＳＫプロセス の逆を行う。逆拡散された信号は、高速アダマール変換（ＦＨＴ）６６に入力さ れ、６４個の受信ウォルシュ・チップのうち適切なグループを、６４個の可能な ウォルシュ・シンボルのそれぞれと相関する。この相関の結果、Ｉ大きさ，Ｑ大 きさおよび各ウォルシュ・シンボルのインデクスが得られる。Ｉ大きさ，Ｑ大き さおよび各ウォルシュ・シンボルのインデクスは、既約状態(reduced state)と いう。これらの既約状態は、そのエネルギによって分類され、このエネルギは、 Ｉ大きさおよびＱ大きさを二乗して、これらの二乗を加算することによって算出 される。最も高いエネルギを有する所定の数の既約状態は、既約状態シーケンス 推定器（ＲＳＳＥ：Ｒeduced Ｓtate Ｓequence Ｅstimator）６８に転送される 。ＲＳＳＥ６８がパワー制御グループ１０２を構成する６個すべてのウォルシュ ・シンボル１１２の既約状態を収集すると、すべての既約状態の経路エネルギ(p ath energy)を算出し、最も高いエネルギを有する経路を選択する。この計算に ついては、第５図および第６図を参照して以下でさらに詳しく説明する。最高エ ネルギ（最良の）経路は、パワー制御グループにおいて送信された６個のウォル シュ・シンボルのうち最良推定量を決定する。この情報から、送信ウォルシュ・ シンボルのインデクスに対応する６個の符号化シンボルが判定され、復号器７０ に送られる。次に、復号器７ ０は、第１図における入力音声信号１２に対応するデジタル化音声またはデータ 信号７２を出力する。 ＲＳＳＥ６８は、最も大きいコヒーレント・エネルギを有する経路を選択する ことによって、受信機６０の感度を向上させる。従って、本発明により、受信機 感度が０．７ｄＢ増加し、これはＤＳ／ＣＤＭＡセルラ通信システムのシステム 容量を直接増加する。 第５図および第６図は、ＲＳＳＥ６８における経路エネルギの計算方法を示す 。上述のように、ＦＨＴ６６の出力は、ＲＡＭ３００に格納される所定の数の既 約状態（ＲＳ）２００である。好適な実施例では、最も高いエネルギを有する４ 個の既約状態２００が各ウォルシュ・シンボル（ＷＳ）２０２について格納され る。既約状態２００のエネルギは、既約状態２００のインデクスを有するウォル シュ・シンボル２０２が送信された可能性に関連する。第５図に示すように、パ ワー制御グループにおける各６個のウォルシュ・シンボル２０２について、４個 の既約状態２００がＲＡＭ３００に格納される。各既約状態２００は、Ｉ大きさ ２０４，Ｑ大きさ２０６およびインデクス２０８を収容する。経路２１０は、６ 個のウォルシュ・シンボル２０２のそれぞれについて一つの既約状態２００を選 択することによって決定される。例えば、一つの経路２１０｛ＰＡＴＨ（１，１ ，１，１，１，１）｝は、ＲＳ₁₁，ＲＳ₂₁，ＲＳ₃₁，ＲＳ₄₁，ＲＳ₅₁，ＲＳ₆₁で ある。経路エネルギ２ １２は、経路２１０におけるすべての既約状態２００のＩ大きさ２０４を加算し 、この和を二乗し、経路２１０におけるすべての既約状態のＱ大きさ２０８の和 の二乗を加算することによって算出される。ＲＳＳＥ６８は、各経路２１０につ いてこのエネルギ２１２計算を行い、最も高いエネルギ２１２の経路２１０を選 択する。 すべての経路エネルギ２１２を計算するかなり大きな演算タスクは、すべての 経路２１０は他の経路２１０と一つの既約状態だけ異なることに注目することに より、低減できる。例えば、ＰＡＴＨ（１，１，１，１，１，１）は、ＰＡＴＨ （１，１，１，１，１，２）と、ＷＳ₆における一つの既約状態２００だけ異な る。具体的には、新たな既約状態ＲＳ₆₂は、省略された既約状態ＲＳ₆₁を置換す る。これにより、新たな経路エネルギ｛ＰＡＴＨ（１，１，１，１，１，２）｝ は、ＲＳ₆₂およびＲＳ₆₁におけるＩ大きさおよびＱ大きさの差、すなわちＩｄｉ ｆｆｆおよびＱｄｉｆｆをとり、そしてこれらの差をＰＡＴＨ（１，１，１，１ ，１，１）のＩ大きさの和およびＱ大きさの和に加算することにより求めること ができる。その結果、新たなＩ和およびＱ和は、５つの加算ではなく、一つの減 算および一つの加算のみを必要とする。これは、ＲＡＭ３００における既約状態 ２００のすべての経路エネルギ２１２の効率的な計算を可能にする。 第６図は、ＲＳＳＥ６８の好適な実施例を示す。開始時 に、レジスタ３０２は０で一定に維持され、ＲＡＭ３００からのＲＳ₁₁のＩ大き さ３０４｛Ｉｍａｇ（１，１）｝は、減算器３０４においてそれから０だけ減算 され、その結果はレジスタ３０６に格納される。次に、Ｉｍａｇ（１，１）は、 レジスタ３０８内の中間和、すなわちこの場合、０、と加算器３１０において加 算され、その結果はレジスタ３０８に格納される。このプロセスは、すべて６個 のＩ大きさ２０４が加算されるまで繰り返され、結果はレジスタ３１１に格納さ れる。 次の経路｛ｐａｔｈ（１，１，１，１，１ ２）｝２１０のＩ大きさを計算す るため、ＲＳ₆₁のＩ大きさがレジスタ３０２に格納され、Ｉ大きさＲＳ₆₁｛Ｉｍ ａｇ（６，１）｝とＲＳ₂｛Ｉｍａｇ（６，２）｝との間の差が減算器３０４に おいて求められ、その結果はレジスタ３０６に格納される。さらに、｛Ｉｍａｇ （６，２）｝はレジスタ３０２に格納される。次に、レジスタ３０６における差 は、前回の経路｛Ｐａｔｈ（１，１，１，１，１，１）｝のＩ大きさに加算され 、その結果はレジスタ３０８に格納される。新たな経路の和は、レジスタ３１１ に格納される。この経路の全Ｉ大きさは、乗算器３１２において二乗され、経路 の全Ｑ大きさは、乗算器３１４において二乗され、それらの結果はレジスタ３１ ６，３１８に格納される。これらの二乗大きさは加算器３２０において加算され 、その結果すなわち経路エネルギ２１２はレジスタ３２２に格納される。 レジスタ３２２における経路エネルギは、これまで算出された最高エネルギ経 路３２６と減算器３２４において比較される。レジスタ３２２における新たな経 路エネルギがレジスタ３２６における最高経路エネルギよりも高い場合、３２２ におけるエネルギはレジスタ３２６にゲート入力される。３２２におけるエネル ギが３２６におけるエネルギよりも小さい場合、処理は次の経路エネルギについ て継続する。経路２１２の既約状態２００のインデクスは、レジスタ３２８に保 存される。この経路のエネルギに関する処理が継続するにつれて、経路インデク スはレジスタ３３０，３３２，３３４，３３６でシフトされる。経路のエネルギ がレジスタ３２６に格納されたエネルギよりも大きい場合、関連経路のインデク スはレジスタ３３８にゲート入力される。すべての可能な経路についてこれを繰 り返すことにより、最良経路エネルギが判定され、レジスタ３２６に格納され、 この経路を構成する既約状態はレジスタ３３８に格納される。経路２１２のＩ大 きさおよびＱ大きさは、ＲＡＭ３００内にある。 レジスタ３３８におけるインデクスから、符号化シンボルを判定できる（符号 器１４からの符号化シンボルを用いて、固有ウォルシュ・シンボルを判定する、 第１図の送信機１００の説明を参照）。ＣＤＭＡシステムの受信機６０内のＲＳ ＳＥ６８を利用することにより、リンク・マージンにおいて０．７ｄＢの利得が 得られる。第６図に示すＲ ＳＳＥ６８の好適な実施は、ＲＳＳＥをリアルタイムに実行することを可能にす る。その結果、ＲＳＳＥはＤＳ／ＣＤＭＡセルラ通信システムの基地局において 実施できる。 本発明について特定の実施例とともに説明してきたが、多くの変更，修正およ び変形例は、上記の説明を鑑みて当業者に明白なことは明らかである。例えば、 ＲＳＳＥ６８は、汎用プロセッサにおいて実施でき、異なる数の既約状態または ウォルシュ・シンボルを用いて、経路エネルギを計算でき、また受信機は多重フ ィンガ(multiple fingers)を有するレーキ受信機(rake receiver)でもよい。従 って、本発明は、請求の範囲の精神および広い範囲内に入るこのような一切の変 更，修正および変形例を網羅するものとする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．受信信号を復調する方法であって： （ａ）前記受信信号における第１シンボルの第１群の既約状態それぞれのエネ ルギを判定する段階； （ｂ）前記第１群の既約状態それぞれのエネルギに基づいて、前記第１群の既 約状態の第１サブセットを選択する段階； （ｃ）前記受信信号における第２シンボルの第２群の既約状態のエネルギを判 定する段階； （ｄ）前記第２シンボルの前記第２群の既約状態それぞれのエネルギに基づい て、既約状態の第２サブセットを選択する段階； （ｅ）既約状態の第１サブセットから選択された第１既約状態と、既約状態の 第２サブセットから選択された第２既約状態とからなる第１経路について、第１ 経路エネルギを算出する段階； （ｆ）既約状態の第１サブセットから選択された前記第１既約状態と、既約状 態の第２サブセットから選択された第３既約状態とからなる第２経路について、 第２経路エネルギを算出する段階； （ｇ）前記第１経路エネルギと前記第２経路エネルギとを比較する段階； によって構成されることを特徴とする方法。 ２．最も高いエネルギを有する経路を選択する段階をさらに含んで構成されるこ とを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．段階（ｂ）は、最も高いエネルギを有する、既約状態の第１サブセットを選 択する段階をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ４．前記第１経路のＩ値和と、前記第１経路のＱ値和とを求める段階をさらに含 んで構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ５．第２経路エネルギを求める前記段階は、第２および第３既約状態によるＩ値 和の差を判定することからなることを特徴とする請求項４記載の方法。 ６．信号を復調する方法であって： （ａ）受信信号を逆拡散する段階； （ｂ）ウォルシュ・シンボルを構成する複数のウォルシュ・チップを収集する 段階； （ｃ）出力として、複数の対応するウォルシュ・コード・インデクスのそれぞ れについて、Ｉ大きさおよびＱ大きさを有するウォルシュ・シンボルに対してＦ ＨＴを実行する段階； （ｄ）各対応するウォルシュ・コード・インデクスについてエネルギを判定す る段階； （ｅ）最も高いエネルギを有する所定の数のインデクスを選択し、ＩおよびＱ 大きさならびに対応するインデクスを既約状態として保存する段階； （ｆ）所定の数のウォルシュ・シンボルについて、段階（ｂ）ないし（ｅ）を 反復する段階； （ｇ）第１経路における既約状態のＩ大きさおよびＱ大きさを加算し、前記所 定の数のウォルシュ・シンボルのそれぞれに関連する少なくとも一つの既約状態 からなる前記第１経路について、エネルギを判定する段階； （ｈ）現在の経路から一つの既約状態だけ異なる次の経路を選択する段階； （ｉ）省略された既約状態から新たな既約状態のＩ大きさおよびＱ大きさの差 を判定して、Ｉ差およびＱ差を得る段階； （ｊ）前回の経路のＩ大きさをＩ差大きさに加算することにより次の経路のＩ 大きさを算出し、また前回の経路のＱ大きさをＱ差大きさに加算することにより 次の経路のＱ大きさを算出する段階； （ｋ）前記次の経路のエネルギを判定する段階； （ｌ）前記次の経路のエネルギが前回算出されたどの経路のエネルギよりも大 きい場合に、前記次の経路のエネルギをメモリに保存する段階；および （ｍ）すべての可能な経路について、段階（ｈ）ないし（ｌ）を反復する段階 ； によって構成されることを特徴とする方法。 ７．受信信号を復調する、ＣＤＭＡ通信システムにおける受信機であって： スペクトル拡散信号を受信するアンテナ； 前記アンテナに応答する逆拡散装置； 前記逆拡散装置に応答して、第１群の既約状態を生成する手段であって、前記 第１群の既約状態のそれぞれは、前記スペクトル拡散信号における第１シンボル と関連する、手段； 第２群の既約状態を生成する手段であって、前記第２群の既約状態のそれぞれ は、前記スペクトル拡散信号における第２シンボルと関連する、手段； 第１経路の第１経路エネルギを算出する手段であって、前記第１経路は、前記 第１群の既約状態から選択された第１既約状態と、前記第２群の既約状態から選 択された第２既約状態とからなる、手段；および 第２経路の第２経路エネルギを算出する手段であって、前記第２経路は、前記 第１群の既約状態から選択された前記第１既約状態と、前記第２群の既約状態か ら選択された第３既約状態とからなる、手段； によって構成される受信機。 ８．受信信号を復調する、ＣＤＭＡ通信システムにおける受信機であって： スペクトル拡散信号を受信するアンテナ； 前記アンテナに結合され、Ｍ相チップをその出力として有する逆拡散器； 前記逆拡散器に結合され、複数の既約状態をその出力と して有する変成器； 前記変成器に結合され、既約状態のエネルギに基づいて所定の数の既約状態を 選択する比較器； 前記比較器に結合され、所定の数のシンボルについて選択された既約状態を保 存し、また現在の経路から一つの既約状態だけ異なる次の経路を選択することに より複数の経路について既約状態の経路エネルギを算出するシーケンス推定器で あって、前記経路におけるＩ大きさの和を判定し、かつ前記経路におけるＱ大き さの和を判定することにより、各経路のエネルギを算出するシーケンス推定器； 前記算出された経路エネルギに基づいて最良経路を選択する前記シーケンス推 定器；および 前記シーケンス推定器に結合された復号器； によって構成されることを特徴とする受信機。 ９．信号を復調する方法であって： 第１群の既約状態を形成する段階であって、前記第１群の既約状態のそれぞれ は、前記信号に関連する第１シンボルに基づく、段階； 第２群の既約状態を形成する段階であって、前記第２群の既約状態のそれぞれ は、前記信号に関連する第２シンボルに基づく、段階； 第１経路の第１経路エネルギを算出する段階であって、前記第１経路は、前記 第１群の既約状態から選択された第１既約状態と、前記第２群の既約状態から選 択された第２ 既約状態からなる、段階；および 第２経路の第２経路エネルギを算出する段階であって、前記第２経路は、前記 第１群の既約状態から選択された前記第１既約状態と、前記第２群の既約状態か ら選択された第３既約状態とからなる、段階； によって構成されることを特徴とする方法。 １０．前記次の経路のＩ大きさの和は、省略された既約状態と新たな既約状態と の間のＩ差を判定し、前記Ｉ差を現在の経路のＩ大きさの和に加算することによ って算出されることを特徴とする請求項８記載の受信機。