JP4048530B2

JP4048530B2 - 干渉抑圧ｃｄｍａ受信機

Info

Publication number: JP4048530B2
Application number: JP2002237609A
Authority: JP
Inventors: 大木村; 守彦箕輪
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2002-08-16
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2022-08-16
Also published as: JP2004080360A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access ）受信機に関し、ＣＤＭＡ移動通信システムやＣＤＭＡ無線ＬＡＮなどの符号分割多重信号を受信する受信機において、干渉を抑圧し、受信特性の向上を図る干渉抑圧ＣＤＭＡ受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤＭＡ移動通信システムやＣＤＭＡ無線ＬＡＮなどのＣＤＭＡ通信システムの受信機においては、拡散符号の干渉による特性劣化が問題となる。干渉としては伝搬路のマルチパスに依存するマルチパス干渉、拡散コードの異なるユーザ信号によるマルチユーザ信号干渉がある。
【０００３】
従来、これらの干渉を抑圧する技術として、干渉キャンセラ、アダプティブアレーアンテナなどを用いて干渉を除去又は回避する技術が知られている。また、通常のダイバーシチアンテナを用い、各アンテナの受信信号に対して干渉を抑圧するように重み係数を設定して受信特性を向上する技術も知られている。
【０００４】
このダイバーシチアンテナを用いて干渉を抑圧する技術を、干渉抑圧ダイバーシチ方式と呼ぶこととする。干渉抑圧ダイバーシチ方式では、無相関のダイバーシチアンテナを用いて干渉を抑圧するのに加えて、ダイバーシチ効果による受信特性の向上も期待される。
【０００５】
ここで、一般なＮ個のダイバーシチアンテナによるＮ系列の受信信号が存在する場合の最適な重み付け合成について説明する。Ｎ系列の受信信号をＮ行の複素ベクトル〔ｒ（ｔ）〕で表すと、受信信号〔ｒ（ｔ）〕は以下の式（１）のように表される。なお、本明細書においてベクトルを表す文字は〔〕で囲むか又は太字によって表している。
【数１】

【０００６】
上記式（１）の右辺において、第１項は送信データによる変調成分ｄ（ｔ）と送信信号応答ベクトル（即ち、チャネル特性）〔ｓ〕との積、第２項は雑音成分を表している。但し、送信信号応答ベクトル〔ｓ〕は時間により変化しないものとする。
【０００７】
また、受信信号〔ｒ（ｔ）〕に対する重みベクトル〔ｗ〕の重み付けを行って合成した後の信号をｙ（ｔ）とすると、ｙ（ｔ）は以下の式（２）により表される。
【数２】

なお、「^H」はベクトル又は行列の複素共役転置を表す。
【０００８】
このとき、受信信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を最大にする重み係数ベクトル〔ｗ_opt〕は以下の式（３）により求められる。
【数３】

ここで、〔Ｒ_z〕はＮ系列受信信号の雑音成分相互の相関行列で、以下の式（４）により表される。なお、「＜＞」は時間平均処理による平均値であることを示している。
【数４】

【０００９】
以上の干渉抑圧技術を、受信ダイバーシチアンテナを複数備え、複数のパスについてＲａｋｅ合成を行うＣＤＭＡ受信機に適用した場合について説明する。図４に干渉抑圧ダイバーシチ方式ＣＤＭＡ基地局受信機の構成例を示す。同図はアンテナ数を２とした構成例を示している。
【００１０】
２つの各アンテナ１₁，１₂で受信された信号は、それぞれ、ＱＰＳＫ復調器２₁，２₂により復調されて複素ベースバンド信号に変換され、それぞれ、Ａ／Ｄ変換器３₁，３₂によりデジタル複素ベースバンド信号に変換される。
【００１１】
Ｎ個のユーザ信号が受信され、Ｌ個のパスが存在する環境下において、アンテナの受信信号ベクトル〔ｒ（ｔ）〕は、以下の式（５）のように表される。ここでは、主に上り信号について説明しているが、下り信号においても同様のことが成り立つ。
【数５】

【００１２】
上記式（５）において、ｎ，ｌは、それぞれ、Ｎ個のユーザ信号の中の各ユーザ信号、マルチパスの中の各パスを表すインデックスである。ｄ_n（ｔ）は送信データシンボル、ｐ_n（ｔ）は送信パイロットシンボル、ｃ_d,n（ｔ＋τ_l）はデータシンボルの拡散コード、ｃ_p,n（ｔ＋τ_l）はパイロットシンボルの拡散コード、ｃ_sc,n（ｔ）はユーザ信号を識別する拡散コードを示す。
【００１３】
また、〔α_n,l〕は各ユーザ信号及び各パス毎の伝搬路の応答ベクトル（チャネル特性）で時間的に変動する。Ｐ_nは各ユーザ信号の送信電力、τ_n,lは各パスの遅延時間、〔ｎ（ｔ）〕は雑音ベクトルを表す。チャネル状態を推定するために既知のパイロットシンボルを用いているが、パイロットシンボルはデータシンボルに対して、時間多重やコード多重されており、何れの場合でも独立に取り出すことができる。
【００１４】
上記式（５）は、パイロットシンボルがコード多重された場合の式を表している。また、一般に各アンテナ１₁，１₂へのパスの到来時間はほぼ等しいという仮定がＣＤＭＡ方式の比較的狭帯域の受信信号に対しては成り立つ。基地局のＣＤＭＡ受信機においては、各ユーザ信号の各パスの遅延時間をサーチャ５などの同期検出器を用いて検出し、各ユーザ信号毎、各アンテナ毎、各パス毎にフィンガ回路において逆拡散を行う。
【００１５】
図４に示す構成例ではフィンガ回路４は、第１から第ＭまでＭ個備えられ、各フィンガ回路４は、各アンテナ対応にデータシンボル逆拡散部４１₁，４１₂、パイロットシンボル逆拡散部４２₁，４２₂、重み係数決定部４３、重み係数乗算部４４₁，４４₂、合成部４５を備える。
【００１６】
フィンガ回路４において逆拡散を行う際、サーチャ５により検出されたパスタイミングに従い、各ユーザ信号毎に固有の拡散コード、及びデータシンボルとパイロットシンボルとの間で直交する拡散コードを用いて逆拡散することにより、データシンボルとパイロットシンボルとを分離する。
【００１７】
例えば、第１のユーザ信号（ｎ＝１）の第１のパス（ｌ＝１）の受信信号についての逆拡散後のデータシンボルベクトル〔ｄ_1,1（ｔ）〕及びパイロットシンボルベクトル〔ｐ_1,1（ｔ）〕は、それぞれ以下の式（６），（７）ように表される。
【数６】

【数７】

【００１８】
ここで、Ｋ_d及びＫ_pは、それぞれデータシンボル及びパイロットシンボルの拡散率である。また、フィンガ数Ｍはマルチパス数Ｌと等しいとしている。上記式（６），（７）の右辺において、第１項は希望受信信号ベクトル、第２項はマルチパス干渉ベクトル、第３項はマルチユーザ干渉ベクトル、第４項は雑音ベクトルを表す。
【００１９】
逆拡散により得られたデータシンボルに対して、重み係数決定部４３により決定された各アンテナ間及びフィンガ間で異なる重み係数を、乗算部４４₁，４４₂により乗じて重み付けを行い、アンテナ間合成部４５によりアンテナ間の合成を行い、更にフィンガ間合成部６によりフィンガー間の合成を行うことにより、受信信号の品質の向上を図っている。
【００２０】
干渉抑圧ダイバーシチ方式ＣＤＭＡ受信機において、干渉成分に注目すると、アンテナ間では伝搬路の応答ベクトルが関係する以外は受信信号に相違がないため、アンテナ間には干渉の相関が存在するが、フィンガ間では干渉の相関はほとんどない。
【００２１】
従って、各フィンガ回路４において、各アンテナからの受信信号に対して、アンテナ間でそれぞれ異なる最適な重み係数を乗じてアンテナ間合成部４５で合成した後に、各フィンガ回路４の出力信号に対しては、フィンガ間で重み付けを行うことなくそのままフィンガ間合成部６により合成すれば良い。
【００２２】
図５は重み係数決定部の構成例を示す。伝搬路の応答ベクトルは、受信信号の逆拡散後のパイロットシンボルベクトルに、既知のパイロットパターンを乗算部４３１₁，４３１₂により乗算した後に、平均化部４３２₁，４３２₂で時間平均することにより求められる。
【００２３】
この受信パイロットシンボルから算出した伝搬路応答ベクトルを伝搬路推定ベクトルと呼ぶ。伝搬路推定ベクトル〔ｅ_n,l〕は以下の式（８）のように表される。式（８）において、〔ｐ_n,l（ｔ）〕は受信信号の逆拡散後のパイロットシンボルベクトル、ｐ_n（ｔ）は既知のパイロットパターンである。
【数８】

【００２４】
また、干渉雑音ベクトル〔ｚ_n,l〕を以下の式（９）のように、平均化した伝搬路推定ベクトル〔ｅ_n,l〕から伝搬路推定ベクトル〔ｐ_n,l（ｔ）〕ｐ_n（ｔ）を差し引いたベクトルとして定義する。
【数９】

上記の算出は図５の減算部４３３₁，４３３₂により行われる。
【００２５】
この干渉雑音ベクトル〔ｚ_n,l〕を用いて干渉雑音の相関行列〔Ｒ_n,l〕を以下の式（１０）により算出する。該算出は図５の相関行列計算部４３４により行われる。
【数１０】

【００２６】
相関行列計算部４３４で行われた上記式（１０）による干渉雑音の相関行列〔Ｒ_n,l〕の逆行列を逆行列演算部４３５により算出し、該相関行列〔Ｒ_n,l〕の逆行列と式（８）による伝搬路推定ベクトル〔ｅ_n,l〕との積を行列乗算部４３６で行い、以下の式（１１）に示すように、最適な重み係数ベクトル〔ｗ_n,l〕を算出する。
【数１１】

【００２７】
上記式（１１）による最適な重み係数ベクトル〔ｗ_n,l〕を、各アンテナの受信データシンボル〔ｄ_n,l〕に乗じて合成した信号〔ｗ_n,l〕^H・〔ｄ_n,l〕を、更にフィンガ間合成して各ユーザ信号毎の復調データｙ_n（ｔ）が得られる。各ユーザ信号の復調データｙ_n（ｔ）は、以下の式（１２）のように表される。
【数１２】

【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
以上が干渉抑圧ダイバーシチＣＤＭＡ受信機の一般的な構成であるが、無相関のアンテナを用いるため、フェージングなどによる位相変動や振幅変動によって、伝搬路推定ベクトルや干渉相関行列が時間的に変動してしまい、長時間にわたって平均することにより重み係数の精度を上げることには限界がある。
【００２９】
本発明は、フェージングなどによる位相変動や振幅変動による伝搬路推定ベクトルや干渉相関行列の時間的変動に対して、伝搬路推定ベクトルを精度よく算定し、干渉相関行列の精度を向上させ、アンテナ間の干渉抑圧重み係数の精度を高め、干渉抑圧ダイバーシチＣＤＭＡ受信機の受信品質を向上させることを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明の干渉抑圧ＣＤＭＡ受信機は、（１）受信ダイバーシチアンテナを複数有し、既知のパイロットシンボルを用いて算出した各アンテナの伝搬路推定ベクトルとアンテナ間の干渉雑音相関行列とから、アンテナ間の干渉を抑圧する最適な重み係数を推定し、各アンテナ毎の逆拡散されたデータシンボルに対して、該最適な重み係数による重み付けを行ってアンテナ間で合成するＣＤＭＡ受信機において、復調されたデータシンボルのデータ判定を行い、該データ判定結果と受信データシンボルとを基に伝搬路推定ベクトルを生成する手段と、前記パイロットシンボルを用いて算出した伝搬路推定ベクトルと、データシンボルを用いて算出した伝搬路推定ベクトルとを合成する手段と、該合成した伝搬路推定ベクトルを用いて前記最適な重み係数を算出する手段とを備えたものである。
【００３１】
また、（２）前記復調されたデータシンボルのデータ判定結果と受信データシンボルとを基に、アンテナ間の干渉雑音相関行列を算出する手段と、前記パイロットシンボルを用いて算出したアンテナ間の干渉雑音相関行列と、該データシンボルを用いて算出した干渉雑音相関行列とを合成する手段と、前記合成された干渉雑音相関行列を用いて、前記最適な重み係数を算出する手段とを備えたものである。
【００３２】
また、（３）前記データ判定結果として、受信データシンボルに対して誤り訂正を行った後の復調データを用い、該復調データを再拡散して帰還する手段を備えたものである。
【００３３】
また、（４）前記データシンボルを用いて算出した前記最適な重み係数を用いることにより重み付けを行ったデータシンボルのデータ判定を行い、該データ判定結果を基に、再び前記最適な重み係数を算出する処理を繰り返す構成を有するものである。
【００３４】
また、（５）前記最適な重み係数の算出を繰り返す処理において、繰り返す毎に、前記データシンボルを用いた伝搬路推定ベクトル又は干渉雑音相関行列の合成係数を変化させ、パイロットシンボルを用いた伝搬路推定ベクトル又は干渉雑音相関行列との合成比を変化させる手段と備えたものである。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の干渉抑圧ダイバーシチＣＤＭＡ受信機の構成例を示す。図１に示す構成例において、前述の図４に示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。フィンガ回路４から出力される受信信号をフィンガ間合成部６によりＲａｋｅ合成されたデータシンボルは、ビット値としての振幅を有する信号とし出力され、その振幅値から判定部８ではビットデータとして判定する。
【００３６】
判定部８で判定されたデータを、各アンテナ毎、各フィンガ毎の逆拡散データシンボルに、乗算部４６₁，４６₂で乗算することにより、データ変調成分をキャンセルする。データ変調成分のキャンセルにより伝搬路推定値が得られるため、これを重み係数決定部４７に入力し、重み係数決定部４７は、データシンボルから得られる伝搬路推定値に所定の合成係数μ₁を乗じた値を、パイロットシンボルから得られる伝搬路推定値に加えて合成し、より精度の高い伝搬路推定値を得、それを基に精度良い最適重み係数を決定する。
【００３７】
また、重み係数決定部４７では、パイロットシンボルを用いて式（９）の演算により干渉雑音の相関ベクトルを算出したのと同様に、データシンボルを用いて干渉雑音の相関ベクトルを求め、その相関行列を式（１０）により算出し、該データシンボルを用いた相関行列に所定の合成係数μ₂を乗じた相関行列を、パイロットシンボルを用いて求めた相関行列に加えて合成し、より精度の高い干渉雑音の相関行列を得、それを基に精度の高い最適重み係数を決定する。
【００３８】
更に、パイロットシンボル及びデータシンボルを用いて決定した精度の高い最適重み係数を用いてデータシンボルのデータ判定を行い、該データ判定結果を基に、再度、伝搬路推定値及び干渉雑音の相関行列を算出し、該伝搬路推定値及び干渉雑音の相関行列を基により精度の高い最適重み係数を決定する。この動作を複数回繰り返すことにより、より精度の高い最適重み係数を決定することができる。
【００３９】
図２に本発明による重み係数決定部の構成例を示す。図２に示す構成例において、前述の図５に示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。逆拡散後のデータシンボルに、データ判定後の帰還データシンボルを乗算部４７１₁，４７１₂により乗算した後に、平均化部４７２₁，４７２₂で時間平均し、パイロットシンボルを用いた場合と同様に、時間平均伝搬路推定ベクトル〔ｅ_d ⁽ⁿ⁾〕が求められる。ここで、〔ｅ_d ⁽ⁿ⁾〕はｎ回の繰り返し処理を行って求めた時間平均伝搬路推定ベクトルであることを示す。
【００４０】
この時間平均伝搬路推定ベクトル〔ｅ_d ⁽ⁿ⁾〕から各データシンボルによる伝搬路推定ベクトルを減算部４７３₁，４７３₂で差し引いたベクトルとして干渉雑音ベクトル〔ｚ〕をパイロットシンボルの場合と同様に算出し、この干渉雑音ベクトル〔ｚ〕を基に、干渉雑音の相関行列〔Ｒ_d ⁽ⁿ⁾〕を相関行列計算部４７４により算出する。ここで、〔Ｒ_d ⁽ⁿ⁾〕はｎ回の繰り返し処理を行って求めた相関行列であることを示す。
【００４１】
相関行列計算部４７４で算出した干渉雑音の相関行列〔Ｒ_d ⁽ⁿ⁾〕に所定の係数μ₂ ⁽ⁿ⁾を乗算部４７５により乗じて、パイロットシンボルによる干渉雑音の相関行列〔Ｒ_p〕に加算部４７６で加算し、パイロットシンボル及びデータシンボルを用いた干渉雑音の相関行列〔Ｒ⁽ⁿ⁾〕を得、この相関行列〔Ｒ⁽ⁿ⁾〕を用いて逆行列演算部４３５によりその逆行列〔Ｒ⁽ⁿ⁾〕^-1を算出する。
【００４２】
一方、データシンボルから算出した時間平均伝搬路推定ベクトル〔ｅ_d ⁽ⁿ⁾〕に、所定の合成係数μ₁ ⁽ⁿ⁾を乗算部４７７により乗じて、パイロットシンボルによる時間平均伝搬路推定ベクトル〔ｅ_p〕に加算部４７８で加算し、パイロットシンボル及びデータシンボルを用いた時間平均伝搬路推定ベクトル〔ｅ⁽ⁿ⁾〕を得る。
【００４３】
そして、上記逆行列演算部４３５で算出した逆行列〔Ｒ⁽ⁿ⁾〕^-1と、上記パイロットシンボル及びデータシンボルを用いた時間平均伝搬路推定ベクトル〔ｅ⁽ⁿ⁾〕とを、行列乗算部４３６で乗算することにより、精度の良い最適な重み係数ベクトル〔ｗ⁽ⁿ⁾〕を得る。この最適な重み係数ベクトル〔ｗ⁽ⁿ⁾〕は、以下の式（１３）のように表される。なお、〔ｗ⁽ⁿ⁾〕はｎ回の繰り返し処理を行って求めた最適重み係数ベクトルであることを示す。
【数１３】

【００４４】
上記定数の合成係数μ₁ ⁽ⁿ⁾，μ₂ ⁽ⁿ⁾は、受信されたデータシンボルについてのデータ判定の確からしさに応じて、該確からしさが高いほど大きな値とすることにより精度を向上させることができる。また、最適重み係数の算出処理の繰り返しに伴って、データシンボルの精度が向上するため、係数μ₁ ⁽ⁿ⁾，μ₂ ⁽ⁿ⁾を、繰り返し数の増加とともに大きくすることにより精度の向上を図ることができる。
【００４５】
次に、図３に本発明の干渉抑圧ダイバーシチＣＤＭＡ受信機の第２の構成例を示す。図３に示す構成例において、前述の図１に示した第１の構成例における同一の構成要素には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。この第２の構成例は、フィンガ間合成部６から出力されたデータシンボルに対して、誤り訂正部７により誤り訂正を行った復調データを、再拡散部９により再拡散したデータシンボルをフィードバックするように構成したものである。
【００４６】
この第２の構成例では、受信データシンボルに対して誤り訂正処理を行ってフィードバックするため、フィードバックの遅延時間が増大するが、第１の構成例におけるデータ判定結果より、データの誤り率が改善されるため、最適重み係数の精度をより向上させることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、データシンボルの復調データを繰り返し判定して帰還し、受信データシンボルベクトルからデータ変調成分を除去した後に時間平均することにより、データシンボルによる伝搬路推定ベクトルを求め、パイロットシンボルによる伝搬路推定ベクトルと合成することにより、伝搬路推定ベクトルの精度を向上させ、干渉抑圧の最適な重み係数の精度を向上させ、干渉抑圧ダイバーシチの効果を高め、受信品質を向上させることができる。
【００４８】
また、データシンボルを用いてアンテナ間の干渉雑音相関行列を算出し、パイロットシンボルを用いたアンテナ間の干渉雑音相関行列と合成することにより、該干渉雑音相関行列の精度を向上させ、干渉抑圧の最適な重み係数の精度を向上させ、干渉抑圧ダイバーシチの効果を高め、受信品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の干渉抑圧ダイバーシチＣＤＭＡ受信機の構成例を示す図である。
【図２】本発明による重み係数決定部の構成例を示す図である。
【図３】本発明の干渉抑圧ダイバーシチＣＤＭＡ受信機の第２の構成例を示す図である。
【図４】干渉抑圧ダイバーシチ方式ＣＤＭＡ基地局受信機の構成例を示す図である。
【図５】重み係数決定部の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１₁，１₂ アンテナ
２₁，２₂ ＱＰＳＫ復調器
３₁，３₂ Ａ／Ｄ変換器
４フィンガ回路
４１₁，４１₂ データシンボル逆拡散部
４２₁，４２₂ パイロットシンボル逆拡散部
４４₁，４４₂ 重み係数乗算部
４５アンテナ間合成部
４６₁，４６₂ 乗算部
４７重み係数決定部
５サーチャ
６フィンガ間合成部
７誤り訂正部
８データ判定部

Claims

受信ダイバーシチアンテナを複数有し、既知のパイロットシンボルを用いて算出した各アンテナの伝搬路推定ベクトルとアンテナ間の干渉雑音相関行列とから、アンテナ間の干渉を抑圧する最適な重み係数を推定し、各アンテナ毎の逆拡散されたデータシンボルに対して、該最適な重み係数による重み付けを行ってアンテナ間で合成するＣＤＭＡ受信機において、
前記パイロットシンボルを用いて伝搬路推定ベクトルを生成し、該伝搬路推定ベクトルを基にアンテナ間の干渉雑音相関行列を算出する手段と、
復調されたデータシンボルのデータ判定を行い、該データ判定結果と受信データシンボルとを基に伝搬路推定ベクトルを生成し、該伝搬路推定ベクトルを基にアンテナ間の干渉雑音相関行列を算出する手段と、
前記パイロットシンボルを用いて算出したアンテナ間の干渉雑音相関行列と前記復調されたデータシンボルを用いて算出した干渉雑音相関行列とを合成する手段と、
前記合成された干渉雑音相関行列を用いて、前記最適な重み係数を算出する手段と
を備えたことを特徴とする干渉抑圧ＣＤＭＡ受信機。
前記データ判定結果として、受信データシンボルに対して誤り訂正を行った後の復調データを用い、該復調データを再拡散して帰還する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の干渉抑圧ＣＤＭＡ受信機。
前記データシンボルを用いて算出した前記最適な重み係数を用いることにより重み付けを行ったデータシンボルのデータ判定を行い、該データ判定結果を基に、再び前記最適な重み係数を算出する処理を繰り返す構成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の干渉抑圧ＣＤＭＡ受信機。
前記最適な重み係数の算出を繰り返す処理において、繰り返す毎に、前記データシンボルを用いた伝搬路推定ベクトル又は干渉雑音相関行列の合成係数を変化させ、パイロットシンボルを用いた伝搬路推定ベクトル又は干渉雑音相関行列との合成比を変化させる手段と備えたことを特徴とする請求項３に記載の干渉抑圧ＣＤＭＡ受信機。