JP4137057B2 - 可変スペクトル拡散率を有するマルチユーザ復調方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＤＭＡ携帯移動通信システムにおける、マルチユーザ検出やＲａｋｅレシーバ等の復調技術に関する。具体的には、本発明は、Ｒａｋｅレシーバ等といった受信側におけるマルチユーザ検出方法や他の復調方法に関し、この方法は、送信側に可変拡散率を有する通信システムにおいて用いられる。本発明の方法は、例えば第三世代移動通信システムにおけるＴＦＣＩ（Transport Format Combination Indicator）技術等のような、現在フレーム（現在復調されたフレーム）の物理コードチャネルおよび拡散率のビットを標示する技術に関する。

携帯移動通信システムを設計する際には、限られた無線リソースを可能な限り多く用いる方法、および、加入者により多くの良好なサービスを提供する方法が考慮される。

Ｒａｋｅレシーバ技術と比較して、マルチユーザ検出技術は明らかにシステム性能を高めることができ、そのスペクトル効率はほぼ二倍であるので、システム容量も高まる。マルチユーザ検出は、干渉除去（ＩＣ：Interference Cancellation）およびジョイント検出（ＪＤ：Joint Detection）の２つの方法に分けられ、いずれも、所望のユーザ信号を復調して他のユーザ信号を除去するために、ユーザコードチャネル推定結果を用いる。従って、マルチユーザ検出を用いる前に、例えば物理コードチャネル、拡散率（ＳＦ）及びトレーニングシーケンス等といった送信側に関する情報が既知である必要があるという、１つの前提条件が満たされなければならない。

それにも関わらず、実システムにおいて、特に、第三世代（３Ｇ）移動通信システムにおけるＴＦＣＩのような、現在フレームの物理コードチャネルおよび拡散率を直接標示する技術が用いられている場合には、送信ソースで生成されるデータサイズに伴い、送信データサイズはフレーム毎に変化する。このことは、送信データサイズが一定ではなく、従って、全ての送信時間間隔（ＴＴＩ：Transmission Time Interval）において各ユーザによって用いられる物理コードチャネルおよび拡散率も変化することを意味する。受信側は、処理前に、当該ユーザの送信側でどの物理コードチャネル及び拡散率が用いられているかわからない。通常、マルチユーザ検出を直接用いることは不可能である。

解決案の１つは、１つのＴＴＩで送信側が送った全データを受信側がバッファリングし、受信側が、送信側のＴＦＣＩデータを復調した後に、ＴＴＩデータを復調することである。この解決案には以下の４つの短所がある。
１．全てのＴＴＩ受信データを格納するには大きいバッファが必要である。
２．（物理コードチャネルおよび拡散率が不変であり既知である場合には）まずＴＦＣＩデータを復調する必要があり、ＴＦＣＩデータの復調にはマルチユーザ検出を用いる方が良好な結果が得られる。そうでなければ、ＴＦＣＩデータの復調結果が悪くなり、システム性能が悪化する。従って、ＴＦＣＩデータ用に１回および復調されたデータ用に１回の合計２回のマルチユーザ検出を用いるので、計算量がほぼ２倍になる。
３．受信側は、全ＴＴＩデータの受信後にのみ復調を行うことができる。ＴＴＩと物理フレーム時間間隔とは等しくない（例えばＴＤ-ＳＣＤＭＡシステムでは、物理フレーム時間間隔は５ｍｓであり、ＴＴＩはおそらく１０ｍｓである）ので、受信側は１０ｍｓ待機してから復調を行わなければならない。これにより、信号処理がかなり長く遅延され、端末から端末まで１５０ｍｓ以内という遅延要求を満足できない。
４．３ＧにおけるＴＦＣＩのような、現在フレームの物理コードチャネルおよび拡散率を直接標示する技術が用いられる場合には、可変拡散率のケースではブラインド検出法を探す必要があり、固定拡散率のケースでは、現在フレームの物理コードチャネルおよび拡散率の標示にあまりに多くのビットが用いられ、フレーム内送信用の正味のペイロードビットはあまりに小さくなる。

現在のところ、３ＧにおけるＴＤ-ＳＣＤＭＡ以外の他のシステムは、固定拡散率を用いている。

３ＧＰＰは、物理コードチャネルで用いられるＴＦＣＩを定めている。ＴＦＣＩは、非常に高い処理利得を有する幾つかの物理パラメータであり、これらは、そのチャネル符号化法、インタリーブ及びホールパターン等を標示するために、各ＴＴＩ内で転送される。これらのパラメータを用いて、現在の物理フレームの拡散率およびコードチャネルの占有状況を導出できる。例えば、ユーザにＮ個のコードチャネルが割り当てられており、そのうちＭ個（Ｍ≦Ｎ）のコードチャネルを占有する必要がある事例では、復調側は、ＴＦＣＩデータから、Ｍ個のコードチャネルが占有されていることを導出でき、そのＭ個のコードチャネルの拡散率は予め標準で定められている。

或るユーザの無線リンクが確立されたら、そのユーザによって用いられ得る物理リソースが定められる。或るユーザの拡散率がＳＦ₄ ⁰（４はＳＦの符号長であり、０番目のコードチャネルが用いられる）であるとすると、そのユーザは、ＳＦ₄ ⁰から引き出されるスペクトルリソースを用いることができ、これは図１のコードツリーにおいてＳＦ₄ ⁰から続く実線によって示されている。

ユーザが多くのデータを送信する際には、拡散率４（ＳＦ₄ ⁰）を有するコードチャネルが用いられ、少量のデータを送信する際には、拡散率８（ＳＦ₈ ⁰）を有する１つのコードチャネルと拡散率１６（ＳＦ₁₆ ²）を有する１つのコードチャネルが用いられ、より少量のデータを送信する際には、拡散率８（ＳＦ₈ ⁰）を有する１つのコードチャネルのみが用いられ、最小量のデータを送信する際には、拡散率１６（ＳＦ₁₆ ⁰）を有する１つのコードチャネルのみが用いられる。これが可変拡散率技術である。上述の各状況においてどのコードチャネルを用いるかは、標準で定められている（説明のために、本明細書では、上記の括弧内に示されるコードチャネルを用いる）。

より小量のデータを送信する際に、送信側はより大きい拡散率を用いることができる。拡散率が大きいので、処理利得も大きくなり、送信電力を小さくすることができる。従って、一方では送信電力が節約され（音声が送信側電力の５０％を用いる場合、この方法を用いれば送信側電力を２５％節約できるので、端末にとって有用である）、他方では、他のユーザに対する干渉が低減される。従って、全体的なシステム性能が高まる。

上記の分析から、マルチユーザ検出技術およびＴＦＣＩ技術が非常に重要であることがわかる。ＴＦＣＩは、現在のＴＴＩ（１０、２０、４０または８０ｍｓ）に対するチャネル符号化法、インタリーブおよびホールパターン等を標示するが、物理フレーム（ＴＤ-ＳＣＤＭＡでは５ｍｓ）において、ユーザによって用いられる物理コードチャネルおよび拡散率は未知であるので、レシーバが可変コードチャネルを適応的に検出する必要がある。それにも関わらず、マルチユーザ検出技術は、干渉除去やジョイント検出を行うためにコードチャネル評価結果を用いるが、そこには、全ユーザの現在フレームの物理コードチャネルおよび拡散率が既知であるという前提条件がある。これは明らかに矛盾である。

本発明の目的は、可変拡散率のためのマルチユーザ復調方法を設計することであり、この方法は、マルチユーザ検出および可変拡散率を同時に用いる。この方法は新規な信号処理手順を用いており、この方法により、システムの計算量および時間遅延を増加させることなく、システム内でマルチユーザ検出およびＴＦＣＩを同時に用いることができる。

本発明の目的を実現する技術的方法を以下に示す。
可変拡散率のためのマルチユーザ復調方法は、
Ａ．マルチユーザ検出技術を用いて、低い拡散率で受信信号を復調し、ＴＦＣＩデータの中間復調結果およびユーザデータの中間復調結果を得ることと、
Ｂ．前記ＴＦＣＩデータの拡散率が可変であるが、前記ＴＦＣＩデータの位置は固定されておらず、前記ＴＦＣＩデータおよび前記ユーザデータがインタリーブされている可能性がある場合に、前記ＴＦＣＩデータの中間復調結果を所与の拡散率で復調することと、
Ｃ．前記ＴＦＣＩデータの中間復調結果から実際の拡散率を得ることと、
Ｄ．前記ユーザデータの中間復調結果を前記実際の拡散率で処理し、最終的な受信ユーザデータを得ることと、
を含む。

また別の態様による可変拡散率のためのマルチユーザ復調方法は、
Ａ．マルチユーザ検出技術を用いて、低い拡散率で受信信号を復調し、ＴＦＣＩデータの中間復調結果およびユーザデータの中間復調結果を得ることと、
Ｂ．前記ＴＦＣＩデータの復調に可変拡散率を用い、前記ＴＦＣＩデータ位置は固定されておらず、前記ＴＦＣＩデータおよび前記ユーザデータがインタリーブされていない場合に、前記ＴＦＣＩデータの中間復調結果をブラインド検出で復調することと、
Ｃ．前記ＴＦＣＩデータの中間復調結果から実際の拡散率を得ることと、
Ｄ．前記ユーザデータの中間復調結果を前記実際の拡散率で処理し、最終的な受信ユーザデータを得ることと、
を含む。

前記ＴＦＣＩデータの復調に可変拡散率を用い、前記ＴＦＣＩデータ位置は固定されておらず、前記ＴＦＣＩデータおよび前記ユーザデータがインタリーブされていない場合には、前記ステップＢにおいて、
前記ＴＦＣＩデータの中間復調結果をブラインド検出で復調する。

本発明は、受信側における新規な信号処理手順を提案する。この信号処理手順ではマルチユーザ検出技術を用いるので、システムの復調性能は劣化しない。また、現在フレームの物理コードチャネルおよび拡散率の標示の復調結果を待たずに信号を直接処理するので、全てのＴＴＩ原データを格納する巨大なバッファを有する必要がなく、マルチユーザ検出は１回だけ用いればよい。従って、計算量および計算時間が節約される。固定ユーザの物理コードチャネルおよび拡散率を復調する状況と比較して、計算量はほぼ同じであるが、受信側が、送信側がより自由に物理コードチャネルおよび拡散率を変更できるようサポートする。

図面および実施例を参照し、本発明を詳細に説明する。
本発明の方法は、マルチユーザ検出技術および可変拡散率技術を同時に用いる、信号受信のための処理手順である。

可変拡散率系において、高い拡散率が低い拡散率から導き出されることは明らかである。これは、次式で表される。

従って、各子拡散率は親拡散率により構成される。例えば、次式の通りである。
ＳＦ₄ ⁰＝[1111]
ＳＦ₈ ¹＝[1111-1-1-1-1]＝［ＳＦ₄ ⁰−ＳＦ₄ ⁰］
ＳＦ₁₆ ³＝[1111-1-1-1-1-1-1-1-11111]＝［ＳＦ₄ ⁰−ＳＦ₄ ⁰−ＳＦ₄ ⁰ ＳＦ₄ ⁰］

この特徴により、ユーザが用いている拡散率が未知の場合に、まず低い拡散率を用いて、そのユーザの受信データを復調する。ＴＦＣＩデータの復調後、復調されたＴＦＣＩデータに従って実際の拡散率を取得し、最終的に、その実際の拡散率によって受信データを取得できる。

図２は、この方法の信号処理のフローチャートを示しており、この方法は４つのステップを有する。
ステップ１：そのユーザの最も低い拡散率をとり、この最も低い拡散率が用いられていると仮定する。
ステップ２：マルチユーザ検出技術を用いて、そのユーザの受信データを最も低い拡散率によって復調し、ＴＦＣＩデータの中間復調結果およびユーザデータの中間復調結果を得る。
ステップ３：ＴＦＣＩデータの中間復調結果を復調する。
ステップ４：復調されたＴＦＣＩデータに基づいて実際の拡散率を取得し、この実際の拡散率を用いて、ステップ２で得たユーザデータ中間復調結果に対してオーバーレイ処理を行い、最終的なユーザ受信データを得る。

以下、この方法の実施例を説明する。ここでは３のステップを用いる。
第１のステップ：当該ユーザのアクティブコードチャネルはＳＦ₄ ⁰であり、フレームは１つのＳＦ８（ＳＦ₈ ⁰）コードチャネルおよび１つのＳＦ１６（ＳＦ₁₆ ²）コードチャネルを用いていると仮定する。受信側においては、ユーザは情報の送信に低い拡散率ＳＦ₄ ⁰を用いると仮定し、レシーバは低い拡散率を用いてマルチユーザ検出を行う。これは可能であり、その理由は以下の通りである。
ＳＦ₈ ⁰＝[11111111]＝[ＳＦ₄ ⁰ ＳＦ₄ ⁰]
ＳＦ₁₆ ²＝[1111-1-1-1-11111-1-1-1-1]＝[ＳＦ₄ ⁰-ＳＦ₄ ⁰ ＳＦ₄ ⁰-ＳＦ₄ ⁰]

ＳＦ₈ ⁰やＳＦ₁₆ ²は、ＳＦ₄ ⁰によって構成できる（すなわち、低い拡散率が高い拡散率を導出する、または、親拡散率が子拡散率を構成する）ことがわかる。

第２のステップ：ＴＦＣＩデータを復調し、その中間復調結果を得る。これは可変拡散率または固定拡散率を用い得る。３つの復調状況の全てを以下に示す。

ＴＦＣＩデータの復調にＳＦ₄ ⁰を用いるものと仮定すると、中間復調結果は、（ｄ_TFCI１，ｄ_TFCI２，ｄ_TFCI３…ｄ_TFCIｍ）となる。式中、ｍは、ＴＦＣＩデータの復調に拡散率４を用いた場合の中間復調結果の長さである。

第１の状況では、ＴＦＣＩデータの復調に固定拡散率を用いる。例えば、ＴＦＣＩデータの復調に、実際のＳＦが変わっても変わりなく常にＳＦ₁₆ ²を用いる。この場合、次式のようになる。
ＴＦＣＩ_k＝(ｄ_TFCI(4k-3)−ｄ_TFCI(4k-2)＋ｄ_TFCI(4k-1)−ｄ_TFCI4k)/4
式中、ｋの範囲は（１…ｍ/4）である。

第２の状況では、ＴＦＣＩデータの復調に可変拡散率を用いるが、ＴＦＣＩデータの位置は固定されておらず、ＴＦＣＩデータおよびユーザデータはインタリーブされている可能性がある。ＴＦＣＩデータの拡散率は未知であるので、ＴＦＣＩデータの拡散率はＳＦ₄ ⁰であると仮定すると、次式のようになる。
ＴＦＣＩ_k＝ｄ_TFCI(４ｋ−３)
式中、ｋの範囲は（１…ｍ/4）である。

この場合、送信側のＴＦＣＩデータは適切な位置にマッピングされなければならない（ＴＦＣＩデータの位置は既知である）。言い換えれば、ＴＦＣＩデータおよびユーザデータがインタリーブされている可能性がある。

第３の状況では、ＴＦＣＩデータの復調に可変拡散率を用いるが、ＴＦＣＩデータの位置は固定されておらず、ＴＦＣＩデータおよびユーザデータはインタリーブされていない。ＴＦＣＩデータの拡散率は未知であり、ＴＦＣＩデータの位置も未知であるので、ＴＦＣＩデータに対してブラインド検出を用いる。具体的な手順は以下の通りである。

拡散率４、８および１６をそれぞれ用いてＴＦＣＩデータを復調し、結果を得るものと仮定する。ＴＦＣＩデータは、現在のＴＴＩコードチャネルのチャネル符号化法、インタリーブおよびホールパターン等を標示するので、ＴＦＣＩデータを復調することにより、現在のＴＴＩによって占有されるコードチャネルおよび拡散率を得ることができる。得られた拡散率が仮定の拡散率に等しい場合には、ＴＦＣＩの現在の実際の拡散率が決定される。

第３のステップ：ＴＦＣＩデータの復調結果から、現在のＴＴＩによって占有されるコードチャネルおよび拡散率を取得し、それらを用いてユーザデータを復調する。例えば、ＴＦＣＩデータの復調結果から、現在のユーザデータが拡散率８のコードチャネル（ＳＦ₈ ⁰）および拡散率１６のコードチャネル（ＳＦ₁₆ ²）を用いていることがわかる。

１６個のチップにおいて、コードチャネルＳＦ₁₆ ²がデータＣ₁₆ ¹を送信し、コードチャネルＳＦ₈ ⁰がデータＣ₈ ¹及びＣ₈ ²を送信するものと仮定する。
ユーザデータをＳＦ₄ ⁰で直接復調すると、結果はＳ₄ ¹，Ｓ₄ ²，Ｓ₄ ³，Ｓ₄ ⁴となる。
ここには以下の関係がある。
Ｃ₁₆ ¹＋Ｃ₈ ¹＝Ｓ₄ ¹
−Ｃ₁₆ ¹＋Ｃ₈ ¹＝Ｓ₄ ²
Ｃ₁₆ ¹＋Ｃ₈ ²＝Ｓ₄ ³
−Ｃ₁₆ ¹＋Ｃ₈ ²＝Ｓ₄ ⁴
従って、
Ｃ₈ ¹＝（Ｓ₄ ¹＋Ｓ₄ ²）/２
Ｃ₈ ²＝（Ｓ₄ ³＋Ｓ₄ ⁴）/２
Ｃ₁₆ ¹＝(Ｓ₄ ¹−Ｓ₄ ²＋Ｓ₄ ³−Ｓ₄ ⁴)/４
となる。
Ｃ₈ ¹、Ｃ₈ ²及びＣ₁₆ ¹は、受信ユーザデータの最終的な復調結果である。

復調の主要計算量は、各物理フレームについてＳ₄ ¹、Ｓ₄ ²、Ｓ₄ ³、Ｓ₄ ⁴を復調するためのものであり、これは全計算量の約９９％を占める。Ｓ₄ ¹、Ｓ₄ ²、Ｓ₄ ³、Ｓ₄ ⁴の計算はＴＦＣＩデータの復調結果を待つ必要が無いので、全ての物理フレーム（ＴＤ-ＳＣＤＭＡでは５ｍｓ）を独立して計算できる。その後、Ｃ₈ ¹、Ｃ₈ ²及びＣ₁₆ ¹を計算する際には、ＴＦＣＩデータの復調結果を有している必要があるが、それらの計算量は非常に少ない。従って、本発明の方法を用いれば、同一システム内で、システムの計算量および時間遅延を増加させることなく、マルチユーザ検出技術および可変拡散率技術を良好に用いることができる。

拡散率のコードツリーを示す図である。 マルチユーザ検出技術および可変拡散率技術を同時に用いる場合の、本発明の方法の信号処理のフローチャートである。

Claims (7)

1. Ａ．マルチユーザ検出技術を用いて、低い拡散率で受信信号を復調し、ＴＦＣＩデータの中間復調結果およびユーザデータの中間復調結果を得ることと、
   Ｂ．前記ＴＦＣＩデータの拡散率が可変であるが、前記ＴＦＣＩデータの位置は固定されておらず、前記ＴＦＣＩデータおよび前記ユーザデータがインタリーブされている可能性がある場合に、前記ＴＦＣＩデータの中間復調結果を所与の拡散率で復調することと、
   Ｃ．前記ＴＦＣＩデータの中間復調結果から実際の拡散率を得ることと、
   Ｄ．前記ユーザデータの中間復調結果を前記実際の拡散率で処理し、最終的な受信ユーザデータを得ることと、
   を含む、可変拡散率のためのマルチユーザ復調方法。
2. 前記ステップＡにおける前記低い拡散率は、ユーザの最も低い拡散率を用いる、請求項１に記載の可変拡散率のためのマルチユーザ復調方法。
3. 前記ステップＤにおいて、得られた実際の拡散率を用いて後処理を行うことが、前記ステップＡで得られた前記ユーザデータの中間復調結果に対してオーバーレイ処理を行い、最終版の受信ユーザデータを取得することを含む、請求項１に記載の可変拡散率のためのマルチユーザ復調方法。
4. Ａ．マルチユーザ検出技術を用いて、低い拡散率で受信信号を復調し、ＴＦＣＩデータの中間復調結果およびユーザデータの中間復調結果を得ることと、
   Ｂ．前記ＴＦＣＩデータの復調に可変拡散率を用い、前記ＴＦＣＩデータ位置は固定されておらず、前記ＴＦＣＩデータおよび前記ユーザデータがインタリーブされていない場合に、前記ＴＦＣＩデータの中間復調結果をブラインド検出で復調することと、
   Ｃ．前記ＴＦＣＩデータの中間復調結果から実際の拡散率を得ることと、
   Ｄ．前記ユーザデータの中間復調結果を前記実際の拡散率で処理し、最終的な受信ユーザデータを得ることと、
   を含む、可変拡散率のためのマルチユーザ復調方法。
5. 前記ステップＡにおける前記低い拡散率は、ユーザの最も低い拡散率を用いる、請求項４に記載の可変拡散率のためのマルチユーザ復調方法。
6. 前記ＴＦＣＩデータの中間復調結果をブラインド検出で復調することが、
   １つ以上の推定ＴＦＣＩ拡散率をそれぞれ用いて前記ＴＦＣＩデータの中間復調結果を復調し、前記ＴＦＣＩデータの様々な復調結果を取得し、前記復調結果から現在のＴＴＩにより占有されるコードチャネルおよび拡散率を取得し、前記現在のＴＴＩにより占有されるコードチャネルのこれらの拡散率から、前記推定ＴＦＣＩ拡散率と一致する１つの拡散率を現在の実際の拡散率として決定すること
   を更に含む、
   請求項４に記載の可変拡散率のためのマルチユーザ復調方法。
7. 前記ステップＤにおいて、得られた実際の拡散率を用いて後処理を行うことが、前記ステップＡで得られた前記ユーザデータの中間復調結果に対してオーバーレイ処理を行い、最終版の受信ユーザデータを取得することを含む、
   請求項４に記載の可変拡散率のためのマルチユーザ復調方法。

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