JP2007528670A - スペクトラム拡散システム用のハイブリッド型ｒａｋｅ／等化受信機 - Google Patents

Abstract

スペクトラム拡散システムで遅延スプレッドを相関させるハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機が提供される。ハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機は、それぞれ所定の閾値より上のエネルギーレベルを有する遅延スプレッドの異なる領域をフィルタリングし、それぞれ相関用の等化・逆スクランブルされたチップ系列を提供する複数の適応等化器を有する。複数の適応等化器にそれぞれ対応する等化係数は、個別に更新される。

Description

本発明は、概してスペクトラム拡散システムに関し、特にスペクトラム拡散システム用のハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機に関する。

無線通信システムでは、信号は送信機から受信機まで多くのパスを伝搬する。最短パスと最長パスとの間の信号到達時間の差がシンボル持続時間を超過したときに、遅延ダイバーシチが無線システムで生じる。遅延ダイバーシチは、従来の通信システムでシンボル間干渉（ＩＳＩ：ｉｎｔｅｒ−ｓｙｍｂｏｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）をもたらす。シンボル間干渉は性能を低下させる。スペクトラム拡散システムは、チャネルを学習して解決可能なパスからのエネルギーを逆拡散及び合成することにより、遅延ダイバーシチを利用する。コードは、遅延ダイバーシチにより生じるチップ間干渉（ＩＣＩ：ｉｎｔｅｒ−ｃｈｉｐ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）の影響を最小化するように設計される。しかし、複数のダウンリンクデータストリームが直交コードを介して多重化されて送信される場合、遅延ダイバーシチは、直交性を破壊し、深刻なマルチアクセス干渉（ＭＡＩ：ｍｕｌｔｉ−ａｃｃｅｓｓ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を生成する。チャネルは時間変化し、適応的学習処理を必要とする。しばしば、スペクトラム拡散システムの遅延スプレッドは、チップ持続時間に比較して非常に長くなる（例えば１００チップまで）。更に、遅延スプレッドはまばらである。すなわち、ヌルで区切られた少しのエネルギー領域が遅延スプレッドを特徴付ける。

符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ：Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）システムの典型的な移動ユニットは、まばらな遅延ダイバーシチを利用するＲＡＫＥ受信機（すなわち、チャネル整合フィルタ）を使用する。複雑性を低減したＲＡＫＥ受信機は、ＭＡＩを低減することを考慮せずに、数個の最も強いパスからのエネルギーを合成する。近年、直交性を復元するためにチップレベルの等化器が提案されており、それによって、ビット推定でのＭＡＩを低減する。不都合なことに、単一の有限インパルス応答（ＦＩＲ：ｆｉｎｉｔｅ ｉｍｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）等化器で全チャネルの遅延スプレッドを適応的に等化することは、現在の移動ユニットのリソースより大きい複雑性を必要とする。

従って、前述の従来技術の問題を克服するスペクトラム拡散システムのハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機を有することが望ましく、大いに有利である。

従来技術の前記の問題及び他の関連の問題は、本発明のスペクトラム拡散システム用のハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機により解決される。

本発明の態様によれば、スペクトラム拡散システムで遅延スプレッドを相関させるハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機が提供される。ハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機は、それぞれ所定の閾値より上のエネルギーレベルを有する遅延スプレッドの異なる領域をフィルタリングし、それぞれ相関用の等化・逆スクランブルされたチップ系列を提供する複数の適応等化器を有する。複数の適応等化器にそれぞれ対応する等化係数は、個別に更新される。

本発明の他の態様によれば、スペクトラム拡散受信機において、遅延スプレッドを相関させる方法が提供される。この方法は、複数の適応等化器のそれぞれを、所定の閾値エネルギーレベルを超過する遅延スプレッドの異なる領域にそれぞれ割り当て、異なる領域をフィルタリングし、これから等化・逆スクランブルされたチップ系列を提供するステップを有する。この方法は、複数の適応等化器にそれぞれ対応する等価係数を個別に更新するステップを更に有する。

本発明の前記及び他の態様、特徴及び利点は、添付図面と共に読まれる以下の好ましい実施例の詳細な説明から明らかになる。

本発明は、スペクトラム拡散受信機でのＲＡＫＥ受信機の性能を向上させるハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機を対象とする。有利には、本発明は、適応等化器をＲＡＫＥ受信機の各フィンガー（ｆｉｎｇｅｒ）に適用し、ハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機を生成する。従って、遅延スプレッドは、ＲＡＫＥフィンガーの周囲の領域で部分的に等化される。多くのタップを有する１つの非常に長い等化器の代わりに、数個の短い等化器が使用され得る（ＲＡＫＥのフィンガー毎に１つ）。ここでは説明目的で広帯域符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ：Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）受信機に関して本発明を説明するが、本発明は如何なる形式のスペクトラム拡散受信機で使用され得ることがわかる。すなわち、ここに提供される本発明の教示を考慮して、本発明の要旨及び範囲を維持しつつ、本発明のハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化器は、ＷＣＤＭＡ受信機以外のスペクトラム拡散受信機に関して利用され得る。

本発明は、様々な形式のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、専用目的プロセッサ又はこれらの組み合わせで実装され得ることがわかる。本発明は、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせとして実装されることが好ましい。更に、ソフトウェアは、プログラム記憶装置に具体的に具現されたアプリケーションプログラムとして実装されることが好ましい。アプリケーションプログラムは、何らかの適切なアーキテクチャを有する機械にアップロードされ、これにより実行されてもよい。機械は、１つ以上の中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェースのようなハードウェアを有するコンピュータプラットフォームに実装されることが好ましい。コンピュータプラットフォームはまた、オペレーティングシステムとマイクロ命令コードとを有する。ここで説明する様々な処理及び機能は、オペレーティングシステムを介して実行されるマイクロ命令コードの一部でもよく、アプリケーションプログラムの一部（又はこれらの組み合わせ）でもよい。更に、更なるデータ記憶装置及び印刷装置のように、様々な他の周辺装置がコンピュータプラットフォームに接続されてもよい。

添付図面に記載されているいくつかの構成要素のシステムコンポーネント及び方法のステップは、ソフトウェアで実装されることが好ましいため、システムコンポーネント（又は処理ステップ）の間の実際の接続は、本発明がプログラムされる方法に応じて異なってもよいことが更にわかる。ここでの教示を考慮して、当業者は、本発明のこれらの及び類似の実装又は構成を検討することができる。

図１は、本発明の例示的な実施例による広帯域符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ）システム用のＲＡＫＥ／等化受信機１００を示す図である。ＲＡＫＥ／等化受信機１００は、検索モジュール１１０と、タップ遅延線１２０と、第１の適応等化器１３０と、第２の適応等化器１４０と、第３の適応等化器１５０と、相関、重み付け及び加算モジュール（以下、同義的に“相関モジュール”と呼ばれる）１６０とを有する。

検索モジュール１１０は、異なる遅延（タップ）でのパイロット信号に相関させ、遅延スプレッドの高エネルギーの領域を見つける。ここで使用される“遅延スプレッド”という用語は、マルチパスが原因で異なる時間にＷＣＤＭＡ受信機により受信される複数の信号を示す。

高エネルギーの領域が遅延スプレッドで見つかると、フィンガーが割り当てられ、入力サンプルがタップ遅延線１２０からタップされる。適応等化器１３０、１４０及び１５０は、サンプルストリームをフィルタリングする。典型的には、適応等化器１３０、１４０及び１５０は、連続送信されるパイロット信号からエラー信号を導出する。このような導出は、スクランブルコードの認識を必要とする。等化・逆スクランブルされたチップ（適応等化器１３０、１４０及び１５０の出力）は、相関、重み付け及び加算モジュール１６０に送信され、この相関、重み付け及び加算モジュール１６０は、所望のビットストリームの短い拡散コードに相関させる。相関出力は、それぞれの領域の遅延スプレッドでどのくらいのエネルギーであるかに従って重み付けられる。従って、低エネルギーの領域は小さい重みを与えられる。受信機はまた、普通の重み付け（すなわち１での乗算）を使用してもよい。重み付けられた相関出力は、相関、重み付け及び加算モジュール１６０により加算され、ビット推定を作る。

簡潔にするため、適応等化器の正確な実装はここでは提供しない。しかし、チップレート適応等化の領域での更なる詳細については、例えばＰ． Ｓｃｈｎｉｔｅｒ ａｎｄ Ａ． Ｒ． Ｍａｒｇｅｔｔｓ， “Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｈｉｐ−Ｒａｔｅ Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｍｕｌｔｉｒａｔｅ Ｗｉｄｅｂａｎｄ ＣＤＭＡ”， Ｐｒｏｃ． Ａｓｉｌｏｍａｒ Ｃｏｎｆ． ｏｎ Ｓｉｇｎａｌｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ， （Ｐａｃｉｆｉｃ Ｇｒｏｖｅ， ＣＡ）， Ｎｏｖ． ２００２を参照のこと。この内容が参照として取り込まれる。

図２は、本発明の他の例示的な実施例による広帯域符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ）システム用の分数間隔（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌｌｙ ｓｐａｃｅｄ）ＲＡＫＥ／等化受信機２００を示す図である。

ＲＡＫＥ／等化受信機２００は、検索モジュール２１０と、タップ遅延線２２０と、第１の適応等化器２３０と、第２の適応等化器２４０と、第３の適応等化器２５０と、相関、重み付け及び加算モジュール（以下、同義的に“相関モジュール”と呼ばれる）２６０とを有する。

Ｎ_ｃはチップ毎のサンプル数であり、ｆ_０ ^＊及びｆ_１ ^＊は適応等化器のタップであり、Ａ（ｚ）はエラーフィルタ（平均器）、ガンマはパイロットビットに対応する参照であり、ｓ（ｉ）はスクランブルコードである。適応フィルタ２３０、２４０及び２５０のそれぞれはまた、第１の加算器２９９と、第２の加算器２９８と、乗算器２９７とを有する。等化係数の更新はチップレートで生じる。

適応等化器毎のチップレート等化器の更新アルゴリズムは以下のようになる。

ａ（ｉ）はエラーフィルタ平均器である。

（外１）

はエラー出力である。
ｒ（ｉ）はタップ遅延線からの受信サンプルのベクトルである。
ｓ（ｉ）はスクランブル系列である。
ｙ（ｉ）は分数間隔等化器の出力である。
ｆ（ｉ）は適応等化器である。
μは等化器のステップサイズである。
ρは平均フィルタポール（ａｖｅｒａｇｉｎｇ−ｆｉｌｔｅｒ ｐｏｌｅ）である。

（外２）

は所望のバイアスである。

これらのパラメータ及び変数は、前記の“Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｈｉｐ−Ｒａｔｅ Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｍｕｌｔｉｒａｔｅ Ｗｉｄｅｂａｎｄ ＣＤＭＡ”という題の参照文献に定義されている。本発明は、前記のアルゴリズムを含む特定の適応等化アルゴリズムに限定されないことがわかり、従って、再帰的最小二乗アルゴリズム（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ−Ｓｑｕａｒｅｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を含み、如何なる適応等化アルゴリズムが使用可能である。

図３は、本発明の例示的な実施例による広帯域符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ）の遅延スプレッドのハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化処理の方法を示すフローチャートである。説明目的で、図１のＲＡＫＥ／等化受信機１００に関して図３の方法を説明する。しかし、図３の方法はまた、図２のＲＡＫＥ／適応等化器２００に関しても使用され得ることがわかる。

遅延スプレッドのエネルギーのピークが検索モジュール１１０により特定される（ステップ３１０）。検索モジュール１１０は、このような特定を行う際に連続して動作する。典型的には、検索モジュール１１０は、移動局の信号の最も強いマルチパス成分の到達の振幅及び時間の粗い推定を提供する。

適応等化器１３０、１４０及び１５０は、検索モジュール１１０により特定され、所定の閾値エネルギーレベルを超過するいずれかのエネルギーのピークに割り当てられ、このようなピークをフィルタリングし、等化・逆スクランブルされたチップを提供する（ステップ３２０）。

適応等化器１３０、１４０及び１５０は、パイロット信号によりトレーニングされる（ステップ３３０）。すなわち、パイロット信号に含まれるデータは、対応する送信チャネルに関して適応等化器１３０、１４０及び１５０をトレーニングするために使用される。

適応等化器１３０、１４０及び１５０から出力される等化・逆スクランブルされたチップは、特定の短いコードにより変調される（ステップ３４０）。すなわち、所望のビットストリームは、特定の短いコードにより変調される。

相関された等化器の出力は、相関、重み付け及び加算モジュール１６０により重み付けられて結合され、遅延スプレッドに対応する元の拡散されていないビットストリームのビット推定を作る（ステップ３５０）。重みは、対応する遅延スプレッドの領域でのエネルギー量に比例する。

本発明の例示的な実施例に従って行われたシミュレーションについて、図４−６に関して説明する。シミュレーションは、３２の拡散率及び７のアクティブなユーザを有するＷＣＤＭＡシステムで実行された。パイロット信号もまた、単一のユーザに割り当てられるものと同じ出力で送信された。移動体の速度は１２０ｋｍ／ｈｒであり、チャネルの各タップはレーリー減衰（Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｆａｄｅｄ）である。受信機は、等化の前にルート累乗コサインフィルタ（ｒｏｏｔ−ｒａｉｓｅｄ ｃｏｓｉｎｅ ｆｉｌｔｅｒ）でチップ波形をフィルタリングする。ここでは、等化器は図２に図示するものに従って実装されている。フィルタを除去し、分数間隔等化器にフィルタリングのタスクを実行させることが可能であることがわかる。

図４は、本発明のシミュレーションに対応するチャネルの実現を示すプロット４００である。すなわち、図４は、本発明に従って実装されたＷＣＤＭＡチャネルについて、（チップの）遅延に対する１／２チップ間隔のチャネル係数の大きさのプロットである。

図５は、本発明のシミュレーション及び従来技術による３フィンガーＲＡＫＥ受信機のシミュレーションに対応するハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化器のビット誤り率（ＢＥＲ：Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）の性能を示すプロット５００である。すなわち、図５は、本発明によるシミュレーション及び従来技術による３フィンガーＲＡＫＥ受信機に対応するハイブリッド型ＲＡＫＥ等化器について、ビット毎の信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）に対する平均ＢＥＲのプロットである。有利には、本発明によるハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化器は、従来技術の３フィンガーＲＡＫＥより小さいＢＥＲを有する。

図６は、本発明のシミュレーション及び従来技術による３フィンガーＲＡＫＥ受信機のシミュレーションに対応するハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化器の信号対干渉＋雑音率を示すプロット６００である。すなわち、図６は、本発明によるシミュレーション及び従来技術による３フィンガーＲＡＫＥ受信機に対応するハイブリッド型ＲＡＫＥ等化器について、ビット毎の信号対雑音比（ＳＮＲ）に対する平均信号対干渉＋雑音比のプロットである。有利には、本発明によるハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化器は、従来技術の３フィンガーＲＡＫＥより高い信号対干渉＋雑音比を有する。

ＷＣＤＭＡに関する更なる詳細については、例えばＷＣＤＭＡ ｆｏｒ ＵＭＴＳ， Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ， Ｌｔｄ．， ｐｕｂｓ．， Ｈａｒｒｉ Ｈｏｌｍａ ａｎｄ Ａｎｔｔｉ Ｔｏｓｋａｌａ， ｅｄｓ． ， ２００１を参照のこと。この内容が参照として取り込まれる。

添付図面を参照して例示的な実施例について説明したが、本発明はこれらの正確な実施例に限定されず、本発明の範囲及び要旨を逸脱することなく、当業者により他の変更及び変形が行われてもよいことがわかる。このような変更及び変形の全てが、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲に含まれることを意図する。

本発明の例示的な実施例による広帯域符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ：Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）システム用のＲＡＫＥ／等化受信機１００を示す図 本発明の他の例示的な実施例による広帯域符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ）システム用の分数間隔ＲＡＫＥ／等化受信機を示す図 本発明の例示的な実施例による広帯域符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ）の遅延スプレッドのハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化処理の方法を示すフローチャート 本発明のシミュレーションに対応するチャネルの実現を示すプロット４００ 本発明のシミュレーション及び従来技術による３フィンガーＲＡＫＥ受信機のシミュレーションに対応するハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化器のビット誤り率（ＢＥＲ：Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）の性能を示すプロット５００ 本発明のシミュレーション及び従来技術による３フィンガーＲＡＫＥ受信機のシミュレーションに対応するハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化器の信号対干渉＋雑音率を示すプロット６００

Claims (10)

1. スペクトラム拡散システムで遅延スプレッドを相関させるハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機であって、
   それぞれ所定の閾値より上のエネルギーレベルを有する遅延スプレッドの異なる領域をフィルタリングし、それぞれ相関用の等化・逆スクランブルされたチップ系列を提供する複数の適応等化器を有し、
   前記複数の適応等化器にそれぞれ対応する等化係数は、個別に更新されるハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機。
2. 請求項１に記載のハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機であって、
   前記等化・逆スクランブルされたチップ系列を短い拡散コードに相関させ、相関出力を提供し、前記相関出力を重み付けし、重み付けられた相関出力を作り、前記重み付けられた相関出力を加算し、前記遅延スプレッドに対応する元の拡散されていないビットストリームのビット推定を作る相関モジュールを更に有するハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機。
3. 請求項２に記載のハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機であって、
   前記相関モジュールは、どのくらいのエネルギーが前記遅延スプレッドの異なる領域にそれぞれ存在するかに従って、前記相関出力を重み付けし、これにより、低エネルギーを有する異なる領域が高エネルギーを有する異なる領域より小さい重みを与えられるハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機。
4. 請求項２に記載のハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機であって、
   前記相関モジュールは、前記相関出力で普通の重み付けを実行するハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機。
5. 請求項１に記載のハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機であって、
   前記スペクトラム拡散システムは、広帯域符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ）システムであるハイブリッド型ＲＡＫＥ／等化受信機。
6. スペクトラム拡散受信機において、遅延スプレッドを相関させる方法であって、
   複数の適応等化器のそれぞれを、所定の閾値エネルギーレベルを超過する遅延スプレッドの異なる領域にそれぞれ割り当て、前記異なる領域をフィルタリングし、これから等化・逆スクランブルされたチップ系列を提供するステップと、
   前記複数の適応等化器にそれぞれ対応する等価係数を個別に更新するステップと
   を有する方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、
   前記等化・逆スクランブルされたチップ系列を短い拡散コードに相関させ、相関出力を提供するステップと、
   前記相関出力を重み付けし、重み付けられた相関出力を作留ステップと、
   前記重み付けられた相関出力を加算し、前記遅延スプレッドに対応する元の拡散されていないビットストリームのビット推定を作るステップと
   を更に有する方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、
   前記割り当てるステップは、どのくらいのエネルギーが前記遅延スプレッドの対応部分に存在するかに従って、前記相関出力に重みを割り当て、これにより、低エネルギーを有する対応部分が高エネルギーを有する対応部分より小さい重みを与えられる方法。
9. 請求項７に記載の方法であって、
   前記割り当てるステップは、前記相関出力に普通の重み付けを割り当てる方法。
10. 請求項６に記載の方法であって、
    前記スペクトラム拡散システムは、広帯域符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ）システムである方法。

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