JP2002536870A

JP2002536870A - 無相関領域を有する２値符号系列を用いた無干渉適応スペクトル拡散通信方式

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Publication number: JP2002536870A
Application number: JP2000596680A
Authority: JP
Inventors: ピンツィファン; 直樹末広; 功芳畔柳
Original assignee: ピンツィファン; 直樹末広; 功芳畔柳; 東洋通信機株式会社; 大英エレクトロニクス株式会社
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2002-10-29
Also published as: US6963600B1; CN1297628A; EP1068682A1; WO2000045530A1; DE60036512D1; EP1068682B1; CN1145281C

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は２値直接拡散形スペクトル拡散（ＤＳ−ＳＳ）システムの提供である。本発明に係るシステムは周期相関がゼロの領域（ＺＣＺ）の性質を持つ２値拡散系列セットを採用し、かつ拡張フレーム形式を用いて拡散系列を適用することで受信者側に干渉が周期系列として見えるようにすることにより、無干渉モードで作動する。【解決手段】本発明は、変調器（１）および復調器（２）により構成される直接拡散形スペクトル拡散（ＤＳ−ＳＳ）に関するものであり、符号化された入力およびインターリーブ処理されたデータをゼロ相関領域（ＺＣＺ）特性を持つ拡散系列（３）と組み合わせることで拡散処理を構成し、受信信号を上記拡散系列（３）と組み合わせることで逆拡散処理を実現し、これらの後に低域通過フィルタ、デコーダ、および逆インターリーブ処理を施す。通常、各利用者の拡散系列のビットレートは符号化されたデータのビットレートよりもかなり高いので、システムスペクトルを拡散することができる。スペクトル拡散システム、特に関連するＤＳＣＤＭＡシステムは、ＺＣＺ特性を有する拡散系列を採用しており、送信チャンネルの条件に基づきＺＣＺの幅を調整することができるので、無干渉モードで作動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の属する技術分野）本発明は、２値直接拡散形スペクトル拡散（ＤＳ−ＳＳ）システム、特に直接
拡散形ＣＤＭＡシステムに関するものであり、ゼロ相関領域（ＺＣＺ）の特徴を
持つ２値拡散系列セットを採用することによりシステムにおける多重通信干渉な
どの障害を除去でき、無干渉モードで作動するシステムに関する。

【０００２】（従来技術の説明）将来のデジタル通信システムに求められる特徴は、高度のスループット、統合
サービス、および柔軟性である。様々なデジタル移動通信用システムおよび無線
パーソナル通信システムに対しては、直接拡散形（ＤＳ）スペクトル拡散（ＳＳ
）システム、特にＤＳ−ＳＳ符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）法が提案されて
いる。移動通信用ＣＤＭＡシステムは、高い周波数利用効率、アクティブユーザ
の増大に対応した緩慢な品質劣化特性、多重経路伝搬波干渉に対する耐性、それ
自身が持つ周波数ダイバーシティ、他局による干渉波に対する耐性など、ＴＤＭ
ＡまたはＦＤＭＡシステムより有利な一連の性能を提供する可能性を持っている
。

【０００３】図１に示す典型的な直接拡散形スペクトル拡散システムは変調器（１）および
復調器（２）により構成される。変調器（１）では符号化かつインターリーブ処
理された入力データを２値拡散系列（３）により拡散処理を行なう。復調器（２
）では受信信号に同一の２値拡散系列（３）を乗算することで逆拡散処理を行な
う。変調器（１）の後に低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、デコーダ、および逆イン
ターリーブ処理器が配置される。通常、各利用者の拡散系列のビットレートは符
号化されたデータのビットレートよりもかなり高いので、システムスのペクトル
は拡散する。入力データのレートに対する拡散系列のビットレートの比を拡散比（ＳＦ：ＳｐｒｅａｄｉｎｇＦａｃｔｏｒ）と呼ぶ。受信者が信号を受信する
場合、拡散符号がインパルス的自己相関性を持つために、希望波に施された拡散
は除去される。他の利用者が送信した信号による干渉にこの逆拡散処理が適用さ
れた場合、逆拡散は行なわれない。すなわち、各スペクトル拡散信号は、同一の
帯域を使用している他のすべての拡散信号に対し相関を持たないかのように動作
しなくてはならない。したがって、ＣＤＭＡ符号は非常に低い自己相関サイドロ
ーブ（理想的にはゼロのサイドローブ）および非常に低い相互相関（理想的には
ゼロの相互相関）を持つように設計される。

【０００４】ファミリー・サイズＭ（セットにおける系列の個数）を持つ系列セット｛ａ^（
^ｒ）ｎ｝（ｒ＝１、２、３．．．、Ｍ、ｎ＝０、１、２、３、．．．Ｌ−１）が
与えられると、各系列は長さＬを持つので、以下の自己相関関数（ＡＣＦ、ｒ＝
ｓ）および相互相関関数（ＣＣＦ、ｒ≠ｓ）を定義することができる。ただし、下付きの添字ｎ＋τの加算はＬを法として行なう。理想的な場合を考えると、自己相関関数はインパルス状の値をとり、相互相関
関数はあらゆる領域においてゼロの値を取ることが要求される。しかしながら、
理想的なインパルス状の自己相関関数と理想的なゼロ相互相関関数を持つ拡散符
号のセットは設計できないことが証明されているので、実用的なＣＤＭＡシステ
ムにはチャネル間干渉が存在する。一般的に言うと、符号長Ｌ、符号ファミリー
サイズＭ、最大自己相関サイドローブＲ_ａｍａｘ、最大相互相関値Ｒ_ｃｍａｘは
Ｗｅｌｃｈ制限、Ｓｉｄｅｌｎｉｋｏｖ制限、Ｓａｒｗａｔｅ制限、Ｌｅｖｅｎ
ｓｈｔｅｉｎ制限などの理論上の制限がある。

【０００５】減少させることができない局所ノイズ以外に、直接拡散形ＣＤＭＡシステムの
容量および性能に影響を与える３種類の干渉がある。それは、シンボル間干渉（
ＩＳＩ）、多重アクセス干渉（ＭＡＩ）、隣接セル（またはチャンネル）干渉（
ＡＣＩ）である。しかしながら、これら３種類の干渉はすべて、減少させたり、
あるいは優れた多重アクセス拡散符号を採用することにより除去することも可能
である。直接拡散形ＣＤＭＡシステムに発生する干渉を減少させるために、数多
くの特許が公表されている。しかしながら、これまでに公表された方法では、受信者側は最新式干渉キャン
セラー、高速高精度送信出力制御、可変送信率、などの複雑な技術を使用する必
要がある。これまでの特許のひとつであるＰＣＴ／ＣＮ９８／００１５１（ＣＮ
１１７５８２８Ａ）は、制限された系列数とゼロ相関領域を持つ３値拡散系列を
使用している。別の特許ＰＣＴ／ＪＰ９７／０３２７２（ＪＰ２７１８５８／９
６）は櫛型のスペクトルを持つ拡散系列を採用している。

【０００６】本発明は上記に鑑みなされたもので、請求項１記載の２値符号直接拡散形スペ
クトル拡散通信システムに係る発明は、符号長Ｌ、符号ファミリーサイズＭの２
値拡散系列はその周期的自己相関関数がゼロ・シフトの両側にゼロ相関領域Ｚ_Ｃ
_Ｚを有すと共に、その符号系列セットに属する拡散系列の任意のペア間の周期相
互相関関数がゼロ・シフトを含むゼロシフトの両側にゼロ相関領域Ｚ_ＣＺを持ち
、かつ、前記拡散系列セットは長さＬ＝２×２^ｉ×１０^ｊ×２６^ｋ（ｉ、ｊ、ｋ
はゼロまたは任意の正の整数）、ファミリサイズ２＜Ｍ＜Ｌ、およびゼロ相関領
域Ｚ_ＣＺ≦Ｌ／Ｍ＋１（ただし、実現可能なｉ、ｊ、ｋの値について、またはｊ
＝ｋ＝０に対してはＺ_ＣＺ＝Ｌ／Ｍ＋１および実現可能なｉの値について）を持
ち、システムにおいて使用されるフレーム形式は、２値入力と前記複数のＺＣＺ
系列を乗算することにより作成される中央フレーム、および中央フレームを取り
囲む付加的保護系列により構成されることを特徴とする。これにより、多重アク
セス干渉防止手段、マルチパス干渉防止手段などを不要とすることができる。さらに請求項２においては、指定の長さと、およびファミリーサイズと、要求
されるＺＣＺを持つ２値拡散系列のセットを提供し、これによりシステムを無干
渉モードで作動させ、チャンネルの状況に適応できる。さらに請求項３の発明はＤＳ−ＣＤＭＡシステムを提供することであり、この
システムにおいてＷａｌｓｈ直交コードまたは可変長直交コードなどの従来のセ
ル内短チャンネル化コードは大きなゼロ相関領域を持つ２値系列に置きかえられ
、これにより多重経路干渉は排除される。

【０００７】さらに請求項４の発明はセル間同期動作のＤＳ−ＣＤＭＡシステムを提供する
ことであり、このシステムにおいてＭ系列などの従来の長スクランブル符号（擬
似ノイズ符号とも呼ぶ）は大きなゼロ相関領域を持つ２値符号と置きかえられ、
これにより多重アクセス干渉を排除することが可能となる。さらに請求項５の発明はセル間非同期で動作するＤＳ−ＣＤＭＡシステムを提
供することであり、このシステムにおいてＧｏｌｄコードもしくはＫａｓａｍｉ
コードなどの従来の長スクランブル符号は本発明が与える２値ＺＣＺコードと置
きかえられ、それにより多重アクセス干渉を排除することが可能となる。さらに請求項６の発明は各送信機に異なるＺＣＺを持つ系列サブセットを割り
当てることにより適応ＤＳ−ＣＤＭＡシステムを提供し、送信機がチャンネルの
状態もしくはシステムによる指示にしたがって適切な拡散系列を選択できるよう
にする。さらに請求項７の発明は上述のＤＳ−ＣＤＭＡシステムは同期通信時のダウン
リンクおよび非同期通信時のアップリンクに適用される。

【０００８】（発明の概要）理想的なインパルス状自己相関関数および理想的なゼロ相互相関関数を持つ拡
散符号のセットを設計することは不可能であるが、ＡＣＦ／ＣＣＦにゼロ相関領
域を持つ系列のセットを構成することは可能である。Ｚ_ＣＺと記されるゼロ相関
領域を図２に示し、以下の公式により定義する。ここで注意すべきことは、対称なゼロ相関関数Ｚ_ＡＣＺまたはＺ_ＣＣＺが上記
公式において仮定されているが、一般に、実際のＺＣＺはゼロ・シフトに対して
対称でないかもしれない点である。簡易と便利のために、自己相関関数（ＡＣＫのピーク）の同期位置（τ＝０）
はゼロ相関関数に含まれると考える。したがって、ゼロ相関関数Ｚ_ＡＣＺまたは
Ｚ_ＣＣＺは奇数である。すなわち、同期位置と両側にあるゼロ位置をあわせたも
のとなる。Ｚ_ＡＣＺ＝Ｚ_ＣＣＺである場合、本発明では、Ｚ_ＣＺ＝Ｍｉｎ｛Ｚ_Ａ
_ＣＺ、Ｚ_ＣＣＺ｝＝Ｚ_ＡＣＺ＝Ｚ_ＣＣＺとなる。また、ここでは周期的相関のみ
を考慮している。その理由は後述する。

【０００９】上記目的を達成するため、請求項１記載の２値符号直接拡散形スペクトル拡散
通信システムに係る発明は、符号長Ｌ、符号ファミリーサイズＭの２値拡散系列
はその周期的自己相関関数がゼロ・シフトの両側にゼロ相関領域Ｚ_ＣＺを有すと
共に、その符号系列セットに属する拡散系列の任意のペア間の周期相互相関関数
がゼロ・シフトを含むゼロシフトの両側にゼロ相関領域Ｚ_ＣＺを持ち、かつ、前
記拡散系列セットは長さＬ＝２×２^ｉ×１０^ｊ×２６^ｋ（ｉ、ｊ、ｋはゼロまた
は任意の正の整数）、ファミリサイズ２＜Ｍ＜Ｌ、およびゼロ相関領域Ｚ_ＣＺ≦
Ｌ／Ｍ＋１（ただし、実現可能なｉ、ｊ、ｋの値について、またはｊ＝ｋ＝０に
対してはＺ_ＣＺ＝Ｌ／Ｍ＋１および実現可能なｉの値について）を持ち、システ
ムにおいて使用されるフレーム形式は、２値入力と前記複数のＺＣＺ系列を乗算
することにより作成される中央フレーム、および中央フレームを取り囲む付加的
保護系列により構成されることを特徴とする。請求項２記載の２値符号直接拡散形スペクトル拡散通信システムに係る発明は
、請求項１記載の２値符号直接拡散形スペクトル拡散通信システムにおいて、前
記拡散系列は、長さ２でゼロ相関領域Ｚ_ＣＺ＝１をもつ系列、または長さＬ＞２
でゼロ相関領域Ｚ_ＣＺ＝Ｌ／２＋１を持つ系列に属する２つの系列からなる初期
ＺＣＺ系列セットから再帰的に形成されるか、もしくは、切り捨て回数の最大値
がＺＣＺ系列セットの構成に使用した再帰回数に等しくなるようにして、ＺＣＺ
系列セットの半分を切り捨てることにより形成されることを特徴とする。請求項３記載の２値符号直接拡散形スペクトル拡散通信システムに係る発明は
、同一セルにおいて通信しているすべての利用者の識別のためのチャンネル分離
用スペクトル拡散系列として、請求項１および２に記載されたＺＣＺ符号系列セ
ットから選択されることを特徴とする。

【００１０】請求項４記載の移動通信用２値符号直接拡散系列ＣＤＭＡ通信システムに係る
発明は、Ｚ_ＣＺ≧Ｌ／２＋１をもつ長さＬの２値ＺＣＺ系列が、セル間同期通信
スクランブル符号系列として選択されることを特徴とする。請求項５記載の移動通信用２値符号直接拡散系列ＣＤＭＡ通信システムに係る
発明は、セル間非同期通信用スクランブル符号系列が、請求項１及び２に記載の
ＺＣＺ符号系列セットから選択されることを特徴とする。請求項６記載の移動通信用２値符号直接拡散系列ＣＤＭＡ通信システムに係る
発明は、請求項３または５に記載した移動通信用２値符号直接拡散系列ＣＤＭＡ
システムにおいて、基地局および移動局の送信機に対して、それぞれ、請求項１
及び２に記載のＺＣＺ符号セットから選択された、単一のＺＣＺ拡散系列、また
はＺＣＺ拡散系列の部分集合が割り当てられることを特徴とする。請求項７記載の移動通信用２値符号直接拡散系列ＣＤＭＡ通信システムに係る
発明は、請求項３，４，５または６に記載した移動通信用２値符号直接拡散系列
ＣＤＭＡシステムを、同期伝送の条件下でダウンリンク通信も、そして非同期伝
送の条件下でアップリンク通信に用いることを特徴とする。

【００１１】（発明の実施の形態）＜＜はじめに＞＞本発明のより深い理解のために、希望する性質のＺＣＺを持つ系列セットを構
成する様々な方法について述べ、ＺＣＺ符号セットの採用により、適応無干渉直
接拡散形スペクトル拡散システム、マルチパス干渉防止直接拡散形ＣＤＭＡシス
テム、コチャンネル干渉防止直接拡散形ＣＤＭＡシステムの詳述を行い、最後に
現実的な実装のための拡張フレーム化法を説明する。一般符号系列セット設計法に関して、本発明者らは数多くの出版物を出版して
いる。特に次の書籍がある。 ”ＰｉｎｇｚｈｉＦａｎａｎｄＭｉｃｈａｅｌＤａｒｎｅｌｌＳｅｑ
ｕｅｎｃｅＤｅｓｉｇｎｆｏｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＡｐｐｌｉ
ｃａｔｉｏｎ”、”Ｐ．Ｚ．ＦａｎａｎｄＭ．Ｄａｒｎｅｌｌ，Ｏｎｔｈ
ｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｐｅｒ
ｉｏｄｉｃｄｉｇｉｔａｌｓｅｑｕｅｎｃｅｓｅｔｓ，ＩＥＥＰｒｏｃ
ｅｅｄｉｎｇｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．１４４，Ｎｏ．６，
ｐｐ．１１１−１１７，１９９７”

【００１２】ゼロ相関領域を持つ２値符号系列の設計に関する論文がいくつか発表されてい
る。たとえば、”Ｙ．Ｈａｎ，Ｏｎｔｈｅｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆ
ｏｖｅｒｈｅａｄｉｎｃｈａｎｎｅｌｉｍｐｕｌｓｅｒｅｓｐｏｎｓ
ｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｖｅｈ．Ｔｅｃｈｎｏｌ
．，ｖｏｌ．４７，ｎｏ．２，ｐｐ．６３１−６３６，Ｍａｙ１９９８”、”
Ｊ．Ｗｏｌｆｍａｎｎ，Ａｌｍｏｓｔｐｅｒｆｅｃｔａｕｔｏｃｏｒｒｅｌ
ａｔｉｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓ，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｉｎｆｏｒｍ．Ｔｈ
ｅｏｒｙ，ｖｏｌ．３８，ｎｏ．４，ｐｐ．１４１２−１４１８，Ｊｕｌｙ１
９９２”、”Ｘ．Ｍ．ＤｅｎｇａｎｄＰ．Ｚ．Ｆａｎ，Ｃｏｍｍｅｎｔｏ
ｎ ’ＯｎｔｈｅｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＯｖｅｒｈｅａｄｉ
ｎＣｈａｎｎｅｌＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅｍｅａｓｕｒｅｍｅ
ｎｔ’，ｓｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｖｅｈ．Ｔｅｃｈ
ｎｏｌ．，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ１９９８”などである。これらの論文は、長さの短い単独ＺＣＺ系列について述べており、これらは特
にコンピュータによるシミュレーションに基づいたものである。現在までのところ、２以上のファミリーサイズを持つ２値ＺＣＺ系列セットに
対して体系的な説明は行なわれていない。本発明では、上に定義したゼロ相関領
域にしたがって、大きなファミリーサイズおよび可変ＺＣＺ値を持つＺＣＺ符号
系列の系統的構成を新規に提案する。これを以下に示す。

【００１３】＜＜ＺＣＺ系列セットの構成Ｉ＞＞ファミリーサイズＭ、系列長Ｌ、およびゼロ相関領域Ｚ_ＣＺを持つＺＣＺ系列
セットをＦ^ｎとする。これを簡単にＦ（Ｌ、Ｍ、Ｚ_ＣＺ）と表す。まず、ｎ＝０
とし、基本初期セットを以下のように選択する。これはＺＣＺ系列セットＦ（Ｌ、Ｍ、Ｚ_ＣＺ）＝（２，２，１）である。ここ
で、初期系列長をＬ_０＝２とする。この初期系列からより大きなＺＣＺ系列セッ
トＦ（Ｌ、Ｍ、Ｚ_ＣＺ）＝（２^２ｎＬ_０、２^ｎ＋１、２^ｎ＋１）＝（８，４，３
）、ｎ＝１を以下の公式により作成することができる。ここで、（−Ｆ^０ _ｉｊ）はＦ^０ _ｉｊの符号を負にしたものであり、Ｆ^１の各列は
ＺＣＺ系列が要求される。

【００１４】同様にして、以下の公式により、ＺＣＺ系列セットＦ^１から、別のＺＣＺ系列
セットＦ（Ｌ、Ｍ、Ｚ_ＣＺ）＝（２^２ｎＬ_０、２^ｎ＋１、２^ｎ＋１）＝（３２，
８，５）、ｎ＝２を合成することができる。である。

【００１５】一般に、ＺＣＺ系列セットＦ^ｎ−１またはＦ（Ｌ，Ｍ，Ｚ_ＣＺ）＝（２^２（ｎ
^−１）Ｌ_０，２^ｎ，２^ｎ−１＋１）から、長ＺＣＺ系列セットＦ^ｎまたはＦ（Ｌ
’、Ｍ’、Ｚ’_ＣＺ）＝（２^２ｎＬ_０、２^ｎ＋１、２^ｎ＋１）を合成することが
できる。

【００１６】＜＜ＺＣＺ系列セットの構成ＩＩ＞＞構成Ｉを拡張するために、以下の初期セットの代わりに、以下に定義する任意のＭに対する初期セットを使うことができる。
上に定義した同一の再帰公式を用いることにより、ＺＣＺ系列セットＦ（Ｌ，
Ｍ，Ｚ_ＣＺ）＝（２^２ｎ＋ＭＬ_０，２^ｎ＋１，２^ｎ＋ｍ＋１）を合成することが
できる。例として、ｍ＝２、ｎ＝１の場合を考えると、以下のＺＣＺセットＦ（Ｌ、Ｍ
、Ｚ_ＣＺ）＝（３２，４，９）が得られる。別の例として、ｍ＝１、ｎ＝２の場合を考えると、以下のＺＣＺセットＦ（Ｌ
、Ｍ、Ｚ_ＣＺ）＝（６４，８，９）を得る。

【００１７】＜＜ＺＣＺ系列セットの構成ＩＩＩ＞＞第３の構成法では、ある規則にしたがって長さの長い系列のセットを切り捨て
ることにより、ＺＣＺ拡散系列セットを形成する。構成Ｉまたは構成ＩＩの方法を用いてＺＣＺ系列セットＦ（Ｌ、Ｍ、Ｚ_ＣＺ）
＝（２^２ｎ＋ｍＬ_０、２^ｎ＋１、２^ｎ＋ｍ＋１）が得られたと仮定すると、セッ
トＦ^ｎにおいて単純にｔ回系列長を半減する操作を繰り返すだけで、同じファミ
リーサイズおよび小さなＺＣＺを持つ短いＺＣＺコードを、合成することができ
る。これは符号セットＦ（Ｌ、Ｍ、Ｚ_ＣＺ）＝（２^２ｎ＋ｍＬ_０、２^ｎ＋１、２
^ｎ＋ｍ＋１）を与える。ただしｎ≦０に対してはｔ≦ｎ、ｎ＝０に対してはｔ＜
ｍである。ｎ＝２、ｍ＝０とし、上の例で得られた符号セットＦ（Ｌ、Ｍ、Ｚ_ＣＺ）＝（
２^２ｎ＋ｍＬ_０、２^ｎ＋１、２^ｎ＋ｍ＋１）＝（３２，８，５）を用いて、切り
捨てを行うことで、２つのＺＣＺセットを別に合成することができる。

【００１８】ｎ＝０、ｍ＝４とすると、以下に示すように、コード・セットＦ（Ｌ、Ｍ、Ｚ
_ＣＺ）＝（２^２ｎ＋ｍＬ_０、２^ｎ＋１、２^ｎ＋ｍ＋１）＝（３２，２，１７）か
ら、４つのセットが別に得られる。

【００１９】ｎ＝１、ｍ＝２とすると、以下に示すように、コード・セットＦ（Ｌ、Ｍ、Ｚ
_ＣＺ）＝（２^２ｎ＋ｍＬ_０、２^ｎ＋１、２^ｎ＋ｍ＋１）＝（３２，４，９）から
、別のセットが得られる。しかしながら、ｎ＞０の場合はｔ≦ｎという制限があるために、ＺＣＺセット
Ｆ（Ｌ、Ｍ、Ｚ_ＣＺ）＝（１６，４，５）にこれ以上切り捨てを行なうことがで
きない。

【００２０】＜＜ＺＣＺ系列セットの他の構成法＞＞一般に、与えられた長さ２^ｍ＋１のＦ^０に対して、．から．の構成法の使用に
より、ＺＣＺ符号セットＦ（Ｌ、Ｍ、Ｚ_ＣＺ）＝（２^{２ｎ＋ｍ−ｔ}Ｌ_０、２^ｎ＋
^１、２^{ｎ＋ｍ−ｔ}＋１）を構成することはできる。（ただし、ｎ＞０の場合はＬ
_０＝２、ｔ≦ｎ、ｎ＝０の場合はｔ≦ｍ）。ＺＣＺはこれらの構成法において、Ｌ＞Ｍ＞１の場合はＺ_ＣＺ＝Ｌ／Ｍ＋１＝
２^{２ｎ＋ｍ−ｔ}Ｌ_０、／２^ｎ＋１＋１＝２^{ｎ＋ｍ−ｔ}＋１、Ｌ＝Ｍの場合はＺ_Ｃ
_Ｚ＝１により与えられることに注意しなくてはならない。したがって、ＺＣＺ符
号セットは、Ｌ＞Ｍ＞１の場合はＦ（Ｌ、Ｍ、Ｚ_ＣＺ）＝（Ｌ、Ｍ、Ｌ／Ｍ＋１
）、Ｌ＝Ｍの場合はＦ（Ｌ、Ｍ、Ｚ_ＣＺ）＝（Ｌ、Ｍ、１）と書くことができる
。同様に、以下に示すように、長さＬ_０＝２０またはＬ_０＝５２を持つ別の基本
初期セットを用いることにより、異なるＺＣＺ系列セットを構成することができ
る。結果として得られるＺＣＺ符号セットＦ（Ｌ、Ｍ、Ｚ_ＣＺ）＝（２^{２ｎ＋ｍ−}
^ｔＬ_０、２^ｎ＋１、Ｚ_ＣＺ）において、基本長Ｌ_０を２０または５２と置き換え
なくてはならず、通常ＺＣＺはＬ／Ｍ＋１以下、つまりＺ_ＣＺ≦Ｌ／Ｍ＋１とな
る。

【００２１】＜＜適応無干渉直接系列拡散形スペクトル拡散システム＞＞本特許では、新しいタイプの適応無干渉直接系列拡散形スペクトル拡散（ＡＩ
Ｆ−ＤＳ−ＳＳ）システムを提案する。適応無干渉直接系列拡散形スペクトル拡
散は無干渉システムである。なぜならば、このシステムは、拡散系列がゼロ自己
相関関数（ＡＣＦｓ）およびゼロ相互相関関数（ＣＣＦｓ）を持つ状態で作動す
るからである。また、適応無干渉直接系列拡散形スペクトル拡散は適応システム
である。なぜならば、このシステムは、チャンネルの状況にしたがって、可変Ｚ
ＣＺ特性を持つ拡散系列を必要に応じて適応的に使用することで、チャンネルの
様々な状況のもとで最適な性能を与えるからである。チャンネルの状況が悪化し
た場合、小さなファアミリサイズのＺＣＺ系列セットを選択することにより、ゼ
ロ相関領域（ＺＣＺ）を拡大させることができる。それ以外の場合、ＺＣＺを減
少させることで、より多くの利用者を受け入れることができる。

【００２２】与えられた系列長Ｌに対して、様々なファミリーサイズＭおよびゼロ相関領域
Ｚ_ＣＺを持つ様々な系列セットを構成することができ、これらを同一のＡＩＦ−
ＤＳ−ＳＳシステムにおいて使用することで、マルチパスに対する別の保護手段
を与え、異なる容量のシステムを用意することができる。実用的なスペクトル拡
散（ＳＳ）システムにおいてＬ＝６５５３６とした場合に、考えられるＭおよび
ＺＣＺの値を表１に示す。Ｍ＝１２８を選択した場合、系列セット間におけるす
べての自己相関関数および相互相関関数はゼロ相関領域Ｚ_ＣＺ＝５１３を持つこ
とになる。チャンネルの状況が好転した場合、系列セットＦ（Ｌ、Ｍ、Ｚ_ＣＺ）
＝（６５５３６，２５６，２５７）を使用することができる。チャンネルの状況
が悪化した場合は、たとえば、セットＦ（Ｌ、Ｍ、Ｚ_ＣＺ）＝（６５５３６，６
４，１０２５）にスキップしたりすることができる。

【００２３】与えられたファミリーサイズＭの場合、つまりＺＣＺ符号セットの系列数（あ
るいは適応無干渉直接系列拡散形スペクトル拡散システムにおける利用者数）が
一定の場合、様々な長さＬおよびゼロ相関領域ＺＣＺを持つ様々な系列セットを
構成することができ、これらを適応無干渉直接系列拡散形スペクトル拡散システ
ムにおいて使用することで、マルチパスに対する保護手段およびそれ以外の保護
手段を様々なレベルで与えることができる。これを説明する例として、Ｍ＝１６
とした場合において、考えられる長さＬおよびゼロ相関領域ＺＣＺの値を表２に
示す。ここで、システムには１６人の利用者がいると仮定する。各利用者はそれぞれ
異なる値の長さＬおよびＺＣＺＺ_ＣＺの系列セットが割り当てられている。チ
ャネルの状況が正常であるときに、長さＬ＝３２０の系列が使用されていると仮
定すると、すべての自己相関関数および相互相関関数はゼロ相関領域Ｚ_ＣＺ＝２
１を持つ。チャネルの状況が好転した場合、システムはアクティブな利用者のす
べてに対して、長さＬ＝３２０の拡散系列を、長さＬ＝２５６，１６０，１２８
，．．．の別の拡散系列に変更するように通知する。チャネルの状況が悪化した
場合、アクティブな利用者はすべて、長さの長い（つまり大きなゼロ相関領域を
持つ）別の系列に変更しなくてはならない。

【００２４】＜＜チャンネル化ＺＣＺ符号採用によるマルチパス干渉防止直接拡散形ＣＤＭＡ
システム＞＞よく知られていることであるが、商用の狭帯域ＣＤＭＡシステムおよび広帯域
ＣＤＭＡシステムにおいて、適応性のあるシステム開発及び制御を行うためには
、通常は２つのレベルのスペクトル拡散が用意されており、各レベルには異なる
拡散符号を割り当てることが要求されている。これを図３および図４に示す。多重レベル拡散を使用することにより、利用者と他者との間のみの相互干渉（
第２レベルにおいて）を維持している間に、同一セルの全ての利用者に対して直
交した波形を得ることが可能となる（第１のレベルにおいて）。通常、第１のレベルにおける直交性は、同一セル内にいる他の利用者のものに
直交する、短い拡散系列（チャンネル化符号）を各利用者の２値入力に乗算する
ことにより実現される。第１のレベルをチャンネル化と呼ぶ。通常、短い直交拡
散符号には、Ｗａｌｓｈ直交符号または可変長直交符号が使用される。可変長直
交符号はＷａｌｓｈ符号を拡張したものである。

【００２５】しかしながら、第１の拡散レベルにおいて、直接拡散形ＣＤＭＡシステムにお
いて使用される拡散符号は、同期状態での直交性しか与えることができないＷａ
ｌｓｈ符号または拡張Ｗａｌｓｈ符号であり、伝達経路の個数が増加するにつれ
て、マルチパス干渉の増加、およびＷａｌｓｈ符号または拡張Ｗａｌｓｈ符号の
小さな相関領域（Ｚ_ＣＺ＝１）のために、利用者間の直交性は減少する。本発明により与えられる、大きなＺＣＺ（Ｚ_ＣＺ＞１）を持つＺＣＺ符号を採
用することにより、マルチパス干渉がより深刻となった場合においても、同一セ
ル内にいる利用者間の直交性を維持することができる。別の言葉で言うと、本発
明のＺＣＺ符号をセル内にいるすべての利用者に割り当てることにより、直接拡
散形ＣＤＭＡシステムのマルチパス干渉に対する耐性は増大し、広い範囲にわた
るチャンネル状況において直交性を実現することができる。

【００２６】＜＜スクランブルＺＣＺ符号採用によるチャネル間干渉防止直接拡散形ＣＤＭＡ
システム＞＞通常、第２のレベルにおける相互ランダム性は、長い疑似ランダム系列（スク
ランブル符号）の乗算により実現される。この系列は、セルに固有のものである
が、ダウンリンクではそのセルにいるすべての利用者に共通のもので、アップリ
ンクでは利用者に固有のものである。使用する共通のスクランブル符号の候補と
して、最大符号長（ｍ系列）、Ｇｏｌｄコード、および超大規模Ｋａｓａｍｉコ
ードがある。直接拡散形ＣＤＭＡシステムにおけるセルには異なるスクランブル符号が割り
当てられるので、各セル・サイトはそれぞれ他のセルに関係なく、短い拡散符号
を使用することができる。ＩＳ−９５に基づいたシステムおよび北米Ｗ−ＣＤＭ
Ａシステムに見られるセル間同期処理において、セル基地局および移動局利用者
はそれぞれ同時に、ダウンリンクおよびアップリンクにおいて、同一の長い系列
の異なる時間位置にある部分系列を使用する。

【００２７】一方、ヨーロッパおよび日本のＷ−ＣＤＭＡシステムに見られるセル間非同期
処理において、セル基地局および移動局利用者はそれぞれ同時に、長いスクラン
ブル符号系列を使用する。しかしながら、たとえｍ系列、Ｇｏｌｄコード、または超大規模Ｋａｓａｍｉ
コードがスクランブル符号として使用されたとしても、これら系列の相互相関値
はゼロでないので、多重アクセス干渉が常に大きな問題となる。本発明のＺＣＺ
コードをスクランブル符号として使用することにより、後述のフレーミング技術
をシステムに適切に使用することで、多重アクセス干渉のない最適な状態でシス
テムを作動させることができる。セル間同期処理において、ＺＣＺＺ_ＣＺ＝Ｌ／２＋１を持つ長さＬのＺＣＺ
符号をひとつ選択することができるが、サイドローブが０ではないｍ系列より良
い特性を示すはずである。例として、ＣＤＭＡ（ＩＳ−９５）システムにおいて
使用されている長さＬ＝２^５−１＝３２７６７のｍ系列を、長さＬ＝２^５＝３２
７６８のＺＣＺ系列と置きかえる場合を考えると、ゼロ相関領域Ｚ_ＣＺ＝１６３
８５が存在し、より大きなＺＣＺを持つ系列をひとつ見つけることが可能である
。セル間非同期処理において、要求されるＺＣＺ値を持つＺＣＺ系列セットをス
クランブル符号として選択することができるが、Ｇｏｌｄシーケンスまたは超大
規模Ｋａｓａｍｉシーケンスの自己相関関数サイドローブ値および相互相関関数
値は極めて大きいので、Ｇｏｌｄシーケンスまたは超大規模Ｋａｓａｍｉ系列よ
りよいはずである。

【００２８】＜＜フレーミング技術およびその他の技術のシステムへの実装＞＞上述のＺＣＺ符号を用いたシステムが干渉なしで処理を実行できるのは、干渉
信号が周期的ＺＣＺ符号系列により構成されているときのみである。図５に示すように、受信者の入力が、系列Ａからなる希望の信号Ｖ_Ｓ（ｔ）お
よび別の系列Ｂからなる干渉信号Ｖ_Ｘ（ｔ）により構成されている場合、系列Ａ
およびＢは２値情報により独立にＡ、−Ａ、Ｂ及び−Ｂに変調され、非同期処理
またはマルチパス効果のために、ＡはＢよりもτの遅れを持つ。この入力が受信者により復調されるとき、系列Ａからなる逆拡散化信号Ｖ_Ｄ（
ｔ）はＶ_Ｓ（ｔ）に同期するものが使用される。希望信号の同期は従来の技術を
用いて実現されるとする。一般に、Ｖ_Ｘ（ｔ）およびＶ_Ｄ（ｔ）は非同期なので
、復調処理において非周期的相互相関関数が生成されることになる。上述のＺＣ
Ｚ符号の非周期的相互相関関数は、ＺＣＺを持たないか、持っているとしてもそ
のＺＣＺは非常に小さい。この問題を解決するために、遅延時間が閾値以下に制限されるようにシステム
を設計し、拡張フレーム形式を使用する。前者は、移動通信用ＣＤＭＡシステム
のダウンリンク・チャンネルにおいて、基地局から移動局に向けてタイミング制
御信号を送信することにより実現することができる。後者は以下のようにして解
決する。

【００２９】図６に示すように、Ｌチップ先頭部分Ａ_ＨおよびＬチップ後部部分Ａ_Ｔを系列
Ａに取り込むことにより拡張フレームＡ_Ｅを作成し、Ｎチップを持つ拡散系列Ａ
をこれに組み込む。送信フレームはすべてこのようにして構成される。図７は、すべての信号が基地局から同期で送信される場合の、移動通信用ＣＤ
ＭＡのダウンリンク送信における受信者入力の例である。セル間の干渉はここで
は無視するものと仮定する。その結果、希望信号Ｖ_Ｓ（ｔ）および干渉信号Ｖ_Ｘ（ｔ）は同時に受信される
。しかしながら、マルチパス効果を考慮すると、遅延信号Ｖ’_Ｓ（ｔ）およびＶ
’_Ｘ（ｔ）は遅延τにおいても受信され、これは復調処理における干渉と考えら
れる。拡張フレームが送信に使用されているならば、Ｖ_Ｓ（ｔ）に同期の逆拡散信号
Ｖ_Ｄ（ｔ）が受信に使用されている場合、拡張系列Ｂと−Ｂの境界は、Ｖ_Ｄ（ｔ
）の逆拡散系列Ａの期間の中に含まれない。｜τ’｜＜ＬＴ_Ｃ（Ｔ_Ｃは小片間の
周期）であるかぎり、Ｂ_Ｅなどの干渉系列は復調処理に対しては周期的系列とみ
なされる。図８はこの考え方の別の例であり、あるセルにおける移動局からのアップリン
ク送信信号が非同期で基地局に送信される様子である。ここでは簡単のためにマ
ルチパス効果を無視している。この場合、希望信号と干渉信号の到着時刻の差は
τ“により表される。マルチパスを持つダウンリンクの場合と同様に、｜τ”｜
＜ＬＴ_Ｃであるかぎり、干渉信号は周期的であるとみなすことができる。マルチ
パス効果が存在する場合、以下の条件を維持しなくてはならない。 τ＝（τ′＋τ″）＜ＬＴ_Ｃ（τ’：マルチパスによる遅延、τ”：非同期アクセスによる遅延）

【００３０】上述の同期技術を用いることにより、ＺＣＺ符号を持つシステムを干渉なしで
作動させることができる。上記のように、このシステムは、マルチパス効果のあ
るアップリンク（非同期）送信だけでなくダウンリンク（非同期）送信にも適用
したときに、非常に有用である。直接拡散形ＣＤＭＡシステムがチャンネルの状況に適応できるようにするため
に、単一のＺＣＺ拡張系列、または様々なＺＣＺを持つ複数のＺＣＺ拡張系列を
、基地局および移動局の各送信機に割り当てることができる。上に示したＺＣＺ拡散符号系列は、理想的なゼロ相関領域（図９（ａ）乃至（
ｆ）を参照）だけでなく、ゼロではないが非常に小さな非周期的相関（図１０（
ａ）乃至（ｆ）を参照）をそのＺＣＺ領域に持つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】直接拡散形スペクトル拡散システムのベースバンドモデル。

【図２】ゼロ相関領域、すなわちゼロ自己相関領域Ｚ_ＡＣＺ、ゼロ相互相関領域Ｚ_ＣＣ
_Ｚ、およびゼロ相関領域Ｚ_ＣＺ＝Ｍｉｎ｛Ｚ_ＡＣＺ、Ｚ_ＣＣＺ｝の定義を示す。

【図３】送信機がもつスペクトル拡散の２つのレベルを示す。第１のレベルの拡散符号
をチャンネル化符号系列、第２のレベルの拡散符号をスクランブル化符号系列と
呼ぶ。

【図４】セル間符号およびセル内符号の割り当てを示す。第１のレベル（またはレイヤ
）において、通常は、識別のために、同一セル内にいる利用者に直交符号のセッ
トが割り当てられる。第２のレベルにおいて、通常は、セル間同期処理のために
、ｍ系列が割り当てられる。Ｇｏｌｄコードおよび大規模Ｋａｓａｍｉ系列はセ
ル間非同期処理の希望者に共通のものである。

【図５】多重アクセス干渉およびマルチパス干渉を発生させる通常のフレーム形式を示
す。

【図６】保護系列の助けを借りて多重アクセスおよびマルチパスによる干渉を解消する
拡張フレーム構造の概略を示す。

【図７】ダウンリンク送信における処理を干渉なしで実現する受信フレーム・系列の例
。

【図８】アップリンク送信における処理を干渉なしで実現する受信フレーム・系列の例
。

【図９】ａ乃至ｆはそれぞれ、ＺＣＺコードＦ（１６６４，１６，１０５）、Ｆ（１２
８０，１６，８１）、Ｆ（１０２４，１６，６５）、Ｆ（８３２，１６，５３）
、Ｆ（６４０，１６，４１）およびＦ（５１２，１６，３３）についての部分周
期的相関関数を示す。

【図１０】ａ乃至ｆはそれぞれ、ＺＣＺコードＦ（１６６４，１６，１０５）、Ｆ（１２
８０，１６，８１）、Ｆ（１０２４，１６，６５）、Ｆ（８３２，１６，５３）
、Ｆ（６４０，１６，４１）およびＦ（５１２，１６，３３）についての部分非
周期的相関関数を示す。

【符号の説明】

１変調器、２復調器、３２値拡散系列

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人大英エレクトロニクス株式会社東京都八王子市東浅川町555番地５ (72)発明者ファンピンツィ中国 610031 シチュアンチェンドゥサウスウエストジアオトンユニバーシティフラットナンバー 18105 ベイユアン (72)発明者末広直樹茨城県つくば市吾妻３−18−14 (72)発明者畔柳功芳東京都東大和市桜が丘３−44−14 桜が丘団地７−1204 Ｆターム(参考） 5K022 EE01 EE21 EE31 5K067 CC10 EE02 EE10 【要約の続き】ムは、ＺＣＺ特性を有する拡散系列を採用しており、送信チャンネルの条件に基づきＺＣＺの幅を調整することができるので、無干渉モードで作動する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】符号長Ｌ、符号ファミリーサイズＭの２値拡散系列はその周
期的自己相関関数がゼロ・シフトの両側にゼロ相関領域Ｚ_ＣＺを有すと共に、そ
の符号系列セットに属する拡散系列の任意のペア間の周期相互相関関数がゼロ・
シフトを含むゼロシフトの両側にゼロ相関領域Ｚ_ＣＺを持ち、かつ、前記拡散系
列セットは長さＬ＝２×２^ｉ×１０^ｊ×２６^ｋ（ｉ、ｊ、ｋはゼロまたは任意の
正の整数）、ファミリサイズ２＜Ｍ＜Ｌ、およびゼロ相関領域Ｚ_ＣＺ≦Ｌ／Ｍ＋
１（ただし、実現可能なｉ、ｊ、ｋの値について、またはｊ＝ｋ＝０に対しては
Ｚ_ＣＺ＝Ｌ／Ｍ＋１および実現可能なｉの値について）を持ち、システムにおいて使用されるフレーム形式は、２値入力と前記複数のＺＣＺ系
列を乗算することにより作成される中央フレーム、および中央フレームを取り囲
む付加的保護系列により構成されることを特徴とする２値符号直接拡散形スペク
トル拡散通信システム。
【請求項２】請求項１記載の２値符号直接拡散形スペクトル拡散通信シス
テムにおいて、前記拡散系列は、長さ２でゼロ相関領域Ｚ_ＣＺ＝１をもつ系列、
または長さＬ＞２でゼロ相関領域Ｚ_ＣＺ＝Ｌ／２＋１を持つ系列に属する２つの
系列からなる初期ＺＣＺ系列セットから再帰的に形成されるか、もしくは、切り
捨て回数の最大値がＺＣＺ系列セットの構成に使用した再帰回数に等しくなるよ
うにして、ＺＣＺ系列セットの半分を切り捨てることにより形成されることを特
徴とする２値符号直接拡散形スペクトル拡散通信システム。
【請求項３】同一セルにおいて通信しているすべての利用者の識別のため
のチャンネル化用スペクトル拡散系列として、請求項１および２に記載されたＺ
ＣＺ符号系列セットから選択されることを特徴とする移動通信用２値符号直接拡
散系列ＣＤＭＡ通信システム。
【請求項４】Ｚ_ＣＺ≧Ｌ／２＋１をもつ長さＬの２値ＺＣＺ系列が、セル
間同期通信スクランブル符号系列として選択されることを特徴とする移動通信用
２値符号直接拡散系列ＣＤＭＡ通信システム。
【請求項５】セル間非同期通信用スクランブル符号系列が、請求項１及び
２に記載のＺＣＺ符号系列セットから選択されることを特徴とする移動通信用２
値符号直接拡散系列ＣＤＭＡ通信システム。
【請求項６】請求項３または５に記載した移動通信用２値符号直接拡散系
列ＣＤＭＡシステムにおいて、基地局および移動局の送信機に対して、それぞれ
、請求項１及び２に記載のＺＣＺ符号セットから選択された、単一のＺＣＺ拡散
系列、またはＺＣＺ拡散系列の部分集合が割り当てられることを特徴とする移動
通信用２値符号直接拡散系列ＣＤＭＡ通信システム。
【請求項７】請求項３，４，５または６に記載した移動通信用２値符号直
接拡散系列ＣＤＭＡシステムを、同期伝送の条件下でダウンリンク通信も、そし
て非同期伝送の条件下でアップリンク通信に用いることを特徴とする移動通信用
２値符号直接拡散系列ＣＤＭＡ通信システム。