JP2003209493A - 符号分割多元接続通信方式及び方法 - Google Patents
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Abstract
末をより多く収容可能な符号分割多元接続通信方式及び
方法を提供する。 【解決手段】 符号分割多元接続通信方式における一次
変調の部分に三相位相変調を適用する。二相位相変調
(BPSK)、四相位相変調(QPSK)の場合に比べ
て、所要の信号品質(符号誤り率1×10−6)を得る
のにEb/Noで約0.75dB優れた性能を発揮す
る。従って、符号分割多元接続通信方式における同時接
続が可能なユーザ端末数を約0.75dB、つまり約1
9%増加させることが可能である。
Description
通信に関し、特に、送信情報による一次変調(情報変
調、狭帯域変調又はデータ変調)と前記情報変調を拡散
する二次変調(又は拡散変調)を採用した符号分割多元
接続通信方式及び方法に関する。
One、IS−95等の第二世代移動体通信、IMT−
2000等の第三世代移動体通信、無線LAN等に用い
られるが、従来の符号分割多元接続通信方式において
は、一般的には一次変調に二相位相変調又は四相位相変
調が利用されている。
通信で利用される符号分割多元接続通信方式の変復調器
の構成を示す図である。この変復調器は当業者によく知
られており、例えば木下耕太著「やさしいIMT−20
00」(平成13年電気通信協会発行、第五章)に示さ
れているIMT−2000の場合は、一次変調として下
りは四相位相変調(QPSK:Quadrature Phase Shift
Keying)、上りは二相位相変調(BPSK:Binary Ph
ase Shift Keying)が用いられている。
K)又は四相位相変調(QPSK)を行う変調器1Aに
より送信情報により一次変調を行い、変調された二相位
相変調波又は四相位相変調波は拡散器2Aにおいて拡散
符号によりスペクトラム拡散変調(二次変調)を行い送
信信号として出力される。受信側においては、スペクト
ラム拡散変調波を受信信号として入力し、逆拡散器3A
により拡散符号により逆拡散を行い二相位相変調波又は
四相位相変調波を出力し、二相位相変調波又は四相位相
変調波は復調器4Aにより復調して受信情報として出力
する。
A(木下耕太著「やさしいIMT−2000」平成13
年、電気通信協会発行)の原理を示すシステム構成図で
ある。チャネル符号化としての誤り訂正符号の適用は、
畳み込み符合が用いられ、高速データの場合にはターボ
符号が適用される。狭帯域変調器1Bでは、下りに対し
て四相位相変調(QPSK)が採用され、上りに対して
二相位相変調(BPSK)が採用され、同図はユーザ端
末からの上り回線を示している。ユーザ端末では二相位
相変調器1Bにより送信データを変調し拡散器2Bで固
有の拡散符号によりスペクトラムを拡散し、周波数変換
回路7Bにより無線周波に変換してアンテナから広帯域
の無線信号として送信する。受信側では、各ユーザ端末
からの広帯域の無線信号を受信し、周波数変換回路8B
及びフィルタを介して各ユーザ端末のそれぞれの拡散符
号により逆拡散を行い、狭帯域復調器4Bにより復調し
受信データとして出力する。
設費用は膨大であることから、一つの基地局に同時接続
が可能なユーザ端末をより多く収容可能な符号分割多元
接続通信方式は、同等の設備投資で、多くの収入を得る
可能性のある技術として実現が望まれている。しかし、
従来の符号分割多元接続通信方式においては、一次変調
に従来の2のべき乗を位相数とする多相位相変調として
最もEb/No(信号1ビットあたりのエネルギーEb
と雑音電力スペクトル密度Noの比)において優れた二
相位相変調(BPSK)、四相位相変調(QPSK)が
採用されており、一つの基地局に同時接続が可能なユー
ザ端末数がEb/Noの逆数にほぼ比例することから、
その上限がこれら二相、四相位相変調に相当する数値に
制限されるという点で問題があった。
なユーザ端末数をより多くする符号分割多元接続通信方
式及び方法を提供することにある。本発明の目的は、所
要の信号品質を得るのにEb/Noの値で優れた性能に
より、同時接続が可能なユーザ端末数において優れた符
号分割多元接続通信方式及び方法を提供することにあ
る。
接続通信方式における一次変調の部分に三相位相変調を
適用したことを特徴とする。つまり、本発明の符号分割
多元接続通信方式は、データ信号による一次変調を三相
位相変調とすることを特徴とし、更に、データ信号に対
し三元符号誤り訂正符号化を適用することを特徴とす
る。本発明の符号分割多元接続通信方式における変調装
置は、データ信号を変調する三相位相変調器と、前記三
相位相変調器の出力を拡散符号によりスペクトラム拡散
を行う拡散器と、を備えることを特徴とし、更に、デー
タ信号に対し三元誤り訂正符号化を行う三元誤り訂正符
号化回路を備えることを特徴とする。また、本発明の符
号分割多元接続通信方式における復調装置は、受信信号
のスペクトラム逆拡散を行う逆拡散器と、前記逆拡散器
の出力を復調する三相位相復調器と、を備えることを特
徴とし、更に、データ信号に対し三元誤り訂正復号化を
行う誤り訂正復号化回路を備えることを特徴とする。本
発明の符号分割多元接続通信方法は、データ信号による
一次変調に三相位相変調を用いることを特徴とし、更
に、データ信号に対し三元誤り訂正符号化を適用するこ
とを特徴とする。
変調の部分に対し、三相位相変復調器を設けることによ
り、二相位相変調(BPSK)、四相位相変調(QPS
K)の場合に比べて、所要の信号品質を得るのにEb/
Noにおいて優れた性能を発揮することが可能である。
従って、同時接続が可能なユーザ端末数を大幅に増加さ
せることが可能である。本発明の符号分割多元接続通信
方式では、二相位相変調、四相位相変調を適用した従来
方式に比べて同時接続が可能なユーザ端末数を2割弱増
加させることが可能である。
続通信方式及び方法の一実施の形態を示す図である。本
実施の形態の符号分割多元接続通信方式における送受信
構成は、送信側の変調装置と受信側の復調装置とからな
る。変調装置はディジタル化された送信情報(データ信
号)を変調信号とし三相の位相変調を行う三相位相変調
器1と、前記三相位相変調器1の出力を所定の拡散符号
によりスペクトラム拡散を行い送信信号とする拡散器2
とからなり、また、受信側の復調装置は、前記送信信号
を受信信号とし、前記拡散符号によりスペクトラム逆拡
散を行って前記三相位相変調波を生成して出力する逆拡
散器3と、前記逆拡散器3の出力である三相位相変調波
を復調して受信情報(データ信号)として出力する三相
位相復調器4とからなる。以上の送受信構成により符号
分割多元接続通信方式を実現するスペクトラム拡散通信
方式が構成される。
の三相位相変調器の構成及び機能を示す図である。本実
施の形態の三相位相変調器は、図2(a)に示すように
データ変換回路11と、制御回路12と、並列直列変換
回路13と、三相位相変調回路14とから構成される。
図2(a)において、データ変換回路11は、入力され
る2値のディジタル信号に対し、三相位相変調でとりう
る3位相状態(例えば、0°、120°、240°)を
対応付けるため、ディジタル信号として3列の2値
(“0”、“1”)信号の各ビットの組み合わせを1シ
ンボル(Symbol)単位として入力し、シンボル単位の3
値("0"、"1"、"2")の第1信号と第2信号の2列の
信号に変換する。制御回路12は、データ変換回路11
における3列の2値信号から2列の3値信号への変換を
制御する。並列直列変換回路13は、3列の2値信号の
前記ビットの組み合わせ8状態を3値信号の2列(並列
信号)としたことにより、これらを直列信号(時間多重
化信号)に変換して出力する。三相位相変調回路14
は、前記直列信号を入力し直列信号の3値信号をシンボ
ル単位で搬送波の3位相状態と対応させ、三相位相変調
波として出力する。なお、複数の位相面に相関を持たせ
る形で一つの位相面あたりで2n値QAM以外の信号伝
送を行う一般的な方式については、本願の発明者による
特開平04−196945号公報に記載されている。ま
た、nを自然数として一般的な3×n値QAMの構成法
に関しては、同一発明者による特願2001−2468
91の明細書に記載されており、三相PSK変調方式も
同一発明者による特願2001−247360の明細書
に記載されている。 (動作の説明)以上の実施の形態の三相位相変調回路の
より詳細な構成及び動作は特願2001-247360の明細書に
記載されているが、以下その動作の概要等について説明
する。
値信号へ変換する変換例を示す図である。データ変換回
路12の入力として3列の2値信号の組み合わせ(00
0〜111)を示し、また、同データ変換回路12の出
力としてそれぞれに対応する2列の3値信号の組み合わ
せ(00、01、02、10、…21)を示している。
なお、3列の2値信号の組み合わせ8種類に対し、2列
の3値信号の組み合わせは9種類であるから、3列の2
値信号のそれぞれを2列の3値信号の1つに一意に割り
当てると、割り当てのない2列の3値信号の組み合わせ
が1つだけ発生する(図2(b)の例では“22”)。
調器1の信号変換を示す図である。入力された3列の2
値信号(1)はデータ変換回路11により、3値を示す
第1信号と第2信号の各2列の3値信号(2)に変換さ
れる。ここで3値の“0”、“1”、“2”の各値はそ
れぞれ2本の信号線により示している。並列直列変換回
路13は、この各3値信号を時間多重化することによ
り、第1信号と第2信号のそれぞれを2本の信号線で出
力する。従って、並列直列変換回路13の出力の時間的
に前後する第1信号と第2信号の組み合わせが入力の3
列の2値信号の1シンボル単位の並列データに対応す
る。
路13の出力を入力し、時間多重化された第1信号及び
第2信号を例えば図2(d)に示す被変調波の3つの位
相状態(3相)の何れかに対応させ、三相位相変調波と
して出力する。つまり、三相位相変調回路14は、
“0”、“1”、“2”の3種類の各値を図2(d)に
示す0°、120°、240°の各位相に割り当てるこ
とにより三相位相変調波として出力する。
14から出力された三相位相変調波は図1に示す拡散器
2に入力される。拡散器2は乗算器を備え、三相位相変
調波に対しPN符号等、擬似ランダム符号等の拡散符号
と乗算することにより三相位相変調波のスペクトラムを
拡散して広帯域の信号とし、当該拡散符号に対応する符
号分割多元接続方式の1信号として出力される。
逆拡散器3及び三相位相復調器4により送信側と逆の機
能及び動作により受信情報が復調される。即ち、図1に
示す逆拡散器3では、スペクトラムが拡散された受信信
号を入力し、送信側で使用した拡散符号に基づいて逆拡
散を行って三相位相変調波を出力する。また、三相位相
復調器4は、三相位相変調器の逆の機能回路、つまり三
相位相復調回路、直列並列変換回路、データ変換回路及
び制御回路を備え、三相位相復調回路は逆拡散器3の出
力を復調して時間多重化された3値信号の第1信号及び
第2信号を出力し、直列並列変換回路は時間多重化され
た3値信号を2列の3値信号に変換し、データ変換回路
は2列の3値信号を3列の2値信号に変換し、受信情報
として出力する。
を利用したことにより、二相位相変調(BPSK)、四
相位相変調(QPSK)等を利用する場合に比べて、所
要の信号品質(つまり、例えば、符号誤り率1×10
−6の信号品質)を得るための性能である信号1ビット
あたりのエネルギーEbと雑音電力スペクトル密度No
の比Eb/No(以下「所要Eb/No」という)にお
いて優れていることを以下説明する。
りのエネルギーをEb[W・s/bit]、情報伝送速
度(ビットレート)をR[bit/s]とすると、この
信号電力Cは、C=R×Ebと表せる。また、雑音電力
スペクトル密度をNo[W/Hz]、信号の伝送帯域を
B[Hz]とするとノイズ電力N[W]は、N=B×N
oで表せる。従って、信号電力Cとノイズ電力Nの比C
/Nは、 C/N=(R×Eb)/(B×No)=(R/B)×
(Eb/No) と表される。
えば、符号誤り率1×10−6)を得るためのC/N
(以下「所要C/N」という)は二相位相変調を1とし
て、1/{sin(π/M)}2倍(M:位相変調の相
数)だけ大きくなることが知られている(R.Luck
y他著”Principles of Data Communication";星子他
訳「データ通信の原理」ラテイス刊、昭和48年)。こ
のことから二相位相変調(BPSK)、三相位相変調
(TPSK:Ternary Phase Shift Keying)、四相位相
変調(QPSK)、八相位相変調(8PSK:8Phase
Shift Keying)では、二相位相変調を1(0dB)とす
る相対値で所要C/Nは、夫々0dB、1.25dB、
3.01dB、8.34dBとなる。また、1シンボル
当たりの伝送ビット数は、LogM/Log2である。
依って、1シンボル当たりの伝送ビット数は、二相位相
変調、三相位相変調、四相位相変調、八相位相変調で
は、夫々1、1.585、2、3となる。故に、M相位
相変調における所要Eb/No(={1/sin2(π
/M)}/Log2M)は、二相位相変調、三相位相変
調、四相位相変調、八相位相変調では、二相位相変調に
対する相対値で、夫々0dB、−0.75dB、0d
B、3.57dBとなる。
要C/N、1シンボル当たりの伝送ビット数及び所要E
b/No(二相位相変調に対する相対値)の各数値を示
す図である。図4は、各位相変調方式を使用した場合の
所要Eb/Noの差異を示す図である。同図の横軸は多
相位相変調の相数を示し、縦軸は所要Eb/Noを示し
ている。各相数に対するEb/Noの差異から三相位相
変調方式の所要Eb/Noが最も小さいことがわかる。
される変調方式の信号1ビットあたりのエネルギーEb
と雑音電力スペクトル密度Noの比Eb/Noとして、
同時接続が可能なユーザ端末数をLとするとLは次式で
与えられる(丸林、中川、河野著、「スペクトラム拡散
通信とその応用」、電子情報通信学会編、平成10
年)。 L=1+(W/R)/(Eb/No) 従って、本実施の形態によれば、三相位相変調を符号分
割多元接続通信方式に適用した場合の同時接続が可能な
ユーザ端末数は、約0.75dB、つまり約19%増加
させる事が可能となる。
実施の形態を示す図である。基本的構成は図1に示す構
成と同様であるが、三相位相変調器1の入力部に三元誤
り訂正符号化回路5を設け、受信側にも三相位相復調器
4の出力部に三元誤り訂正複合化回路6を設けて、送信
情報に対して三元誤り訂正符号を適用した実施の形態を
示している。本実施の形態では、三元誤り訂正符号の適
用により、Eb/Noを一重誤り訂正BCH符号の様に
単純な符号を適用した場合でも2〜3dB更に改善する
ことができるため、同時接続が可能なユーザ端末数を2
倍にまで増加させる事も可能である。
調方式としてはデータの論理値と位相とを1対1に対応
させる変調方式とする外に、データの変化量を位相と対
応させる差動位相変調方式の何れも適用可能であること
は明らかである。
方式の一次変調に三相位相変調を適用したことにより、
二相位相変調(BPSK)、四相位相変調(QPSK)
を適用する場合に比べて、所要の信号品質を得るのにE
b/Noにおいて優れた性能を発揮することが可能であ
る。例えば、符号誤り率1×10−6の信号品質を得る
場合にはEb/Noが約0.75dB優れた性能を発揮
する。
なユーザ端末数を大幅に増加させることが可能である。
特に、上記例に示すようにEb/Noを約0.75d
B、つまり約19%増加させることが可能となり、同時
接続の端末数が十分に大きい時には、同時接続が可能な
ユーザ端末数Lは、二相位相変調、四相位相変調を適用
した場合に比較して約19%増加させる事が可能とな
る。更に、三元誤り訂正符号を適用することで、二倍近
い同時接続が可能な端末を収容する事が出来る。
信方式では、二相位相変調、四相位相変調を適用した従
来方式に比べて同時接続が可能なユーザ端末数を2割弱
増加させることが可能であるから、一つの基地局設備投
資に対して多くのユーザ端末を収容できる事となり、ユ
ーザ及び通信事業者にとって極めて有用である。
の一実施の形態を示す図である。
能を示す図である。
1シンボル当たりの伝送ビット数及び所要Eb/Noの
各数値を示す図である。
Noの差異を示す図である。
される符号分割多元接続通信方式の変復調器の構成を示
す図である。
太著「やさしいIMT−2000」平成13年、電気通
信協会発行)の原理を示す図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 符号分割多元接続通信方式であって、デ
ータ信号による一次変調を三相位相変調とすることを特
徴とする符号分割多元接続通信方式。 - 【請求項2】 データ信号に対し三元誤り訂正符号を適
用することを特徴とする請求項1記載の符号分割多元接
続通信方式。 - 【請求項3】 符号分割多元接続通信方式における変調
装置であって、データ信号を変調する三相位相変調器
と、前記三相位相変調器の出力を拡散符号によりスペク
トラム拡散を行う拡散器と、を備えることを特徴とする
変調装置。 - 【請求項4】 データ信号に対し三元誤り訂正符号化を
行う三元誤り訂正符号化回路を備えることを特徴とする
請求項3記載の変調装置。 - 【請求項5】 符号分割多元接続通信方式における復調
装置であって、受信信号のスペクトラム逆拡散を行う逆
拡散器と、前記逆拡散器の出力を復調する三相位相復調
器と、を備えることを特徴とする復調装置。 - 【請求項6】 データ信号に対し三元誤り訂正復号化を
行う誤り訂正復号化回路を備えることを特徴とする請求
項5記載の復調装置。 - 【請求項7】 符号分割多元接続通信方法であって、デ
ータ信号による一次変調に三相位相変調を用いることを
特徴とする符号分割多元接続通信方法。 - 【請求項8】 データ信号に対し三元誤り訂正符号を適
用することを特徴とする請求項7記載の符号分割多元接
続通信方法。 - 【請求項9】 スペクトラム拡散通信方式であって、デ
ータ信号による一次変調を三相位相変調とすることを特
徴とするスペクトラム拡散通信方式。 - 【請求項10】 データ信号に対し三元誤り訂正符号を
適用することを特徴とする請求項9記載のスペクトラム
拡散通信方式。
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