JP2003528532A

JP2003528532A - スペクトラム拡散通信システム用の高効率スペクトラム拡散装置

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Publication number: JP2003528532A
Application number: JP2001569993A
Authority: JP
Inventors: マニミスラ，ラジ; エス．ティール，グレゴリー
Original assignee: インターデイジタルテクノロジーコーポレーション
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2003-09-24
Also published as: EP1269645B1; TW200620854A; ES2236013T3; CN1248421C; DE60033705T2; TWI275256B; HK1058583A1; TW200419954A; CA2401896A1; US20070009013A1; US6885692B2; ATE355656T1; CN1812280A; WO2001071938A1; CN1452814A; AU2001220988B2; KR20050046022A; KR100696232B1; US7103088B2; TW200746659A

Abstract

(57)【要約】【課題】二つ以上のスペクトラム拡散符号を用いてデータ信号をスペクトラム拡散する単純化したシステムおよび方法を提供する。【解決方法】整数乗算の所要回数を減らしたCDMA用のスペクトラム拡散システムおよび方法である。ユーザデータのスペクトラム拡散を、長さSFチップ乃至SFmaxチップの実数ベースまたは複素数ベースの拡散符号を用いて行う。それら符号の少なくとも一つはｊ^ｎ・ν[n]を備えるもので構成する（ここで、ν[n]は拡散符号）。拡散符号の複素回転は、送信に備えた符号の加算時に最大電力対平均電力比を減少させる。この発明は、複数の拡散符号の利用により、ユーザ分離を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】

この発明は概括的にはディジタル通信システムに関する。より詳細にいうと、
この発明はスペクトラム拡散通信用にデータ信号をスペクトラム拡散するシステ
ムおよび方法に関する。

【０００２】

【従来技術の説明】

通信システムは通常は連続搬送波にその振幅、周波数または位相を変動させる
変調をかけて情報またはデータを送信する。送信すべき信号をシンボル画定用の
所定のコンステレーションにマップして通信媒体経由で送信する。この通信媒体
は導波型または非導波型（銅線、光ファイバまたは空気）で構成でき、通常通信
チャネルと呼ばれる。

【０００３】配備される通信システムが単元接続であることはほとんどない。従来技術によ
る多元接続通信システムを図１に示す。時分割多元接続（TDMA）、キャリアセン
ス多元接続（CSMA）、符号分割多元接続（CDMA）などのプロトコル、および周波
数分割多元接続（FDMA）、直交周波数分割多重化（OFDM）などの周波数関連プロ
トコルは複数のユーザが同一の通信媒体にアクセスして情報を送受信することを
可能にする。これらの技術を組み合わせて時分割二重（TDD）などの多元接続の
変形を構成できる。通信システムの特定するアクセスプロトコルは通常データに
よる変調のあとで実行する。

【０００４】現在用いられている従来の変調技術には、周波数変調（FM）、周波数偏移変調
（FSK）、位相偏移変調（PSK）、２進位相偏移変調（BPSK）、差分位相偏移変調
（DPSK）がある。データ変調用として最も普通に用いられている高速変調手法は
直交振幅変調（QAM）および直交位相偏移変調（QPSK）である。これらの変調技
術は、入力信号に応じて所定の周波数搬送波の振幅および位相を変動させてボー
あたり複数ビットを送信し、使用可能な帯域幅を効率的に利用している。

【０００５】データ信号値のとり得る値を拡大するために、直交変調では三つ以上の２進値
を表すのに一つのシンボルを割り当てる。各シンボルのビット内容で特有のパル
ス波形が定まるので、シンボルの利用により伝送情報の量を拡大できる。サンプ
ルあたりｘビットを有するシンボルは、アナログサンプルまたはディジタルデー
タの量子化値を表す。利用シンボル数に応じて、同数の特有のパルス波形または
波形が存在する。データビット数によって、コンステレーションパターンを画定
する振幅および位相の組合せが定まる。

【０００６】直交変調は互いに直交する二つの別々の波形に基づく。それら二つの波形が同
時並行に送信され相互に干渉しなければ、両者は互いに直交関係にある。直交変
調は二つの互いに異なる信号で同一周波数帯域の被変調搬送波を生じ、図２に示
す二次元信号空間を形成する。直交変調に通常用いられる二つの波形は同一周波
数の正弦波波形および余弦波波形である。これらの波形は、

【式１】 s₁(t)＝Ａcos(2πf_ct) および

【式２】 s₂(t)＝Ａsin(2πf_ct) で表される。ここでfcは被変調搬送波周波数、Ａはその振幅である。余弦波波形
の搬送波を同相成分（Ｉ）、すなわち信号の実数成分と呼び、正弦波波形を直交
成分（Ｑ）、すなわち虚数成分と呼ぶ。二つの基本波から得られた波形a₁cos(2
πf_ct)＋a₂cos(2πf_ct)（ここでa₁およびa₂は実数）の線型合成で変調アルファ
ベットのシンボルが定まる。シンボルは複素数a₁＋ja₂（ここでｊ＝√-1）で表
すことができる。

【０００７】 QAMシンボルは同相Ｉ信号および直交位相Ｑ信号の両方からの少なくとも一つ
のサンプルから成る。信号の振幅は原点からの距離で表示され、位相は単位円沿
いの角度の大きさで表示される。データをシンボルに変換したのち、通信システ
ム選択のアクセスプロトコルに従ってそれらシンボルを処理する。

【０００８】従来技術によるCDMA通信システムを図３に示す。CDMAは、送信すべきデータを
擬似雑音符号系列により変調して拡大帯域（スペクトラム拡散）でデータを送信
する通信技術である。送信すべきデータ信号の帯域幅は数千ヘルツにすぎないが
、これを数百万ヘルツの周波数帯域に拡散するのである。この通信チャネルを互
いに別々のｋ個のサブチャネルで同時並行に用いる。これらｋ個のサブチャネル
の各々から見ると、それ以外のサブチャネルは干渉源となる。

【０００９】図示のとおり、所定の帯域幅の単一のサブチャネルを特有のスペクトラム拡散
符号、すなわち広帯域擬似雑音（pn）符号系列発生器で発生した所定符号パター
ンの反復から成る特有のスペクトラム拡散符号と混合する。これら特有のユーザ
スペクトラム拡散符号は通常互いに擬似直交とし、スペクトラム拡散符号間の相
互相関をほぼ零にするようにしてある。CDMAシステムにおけるスペクトラム拡散
符号は、所望のサブチャネルとそれ以外の全サブチャネルとの間の干渉を最小に
するように選ぶ。データ信号を上記pn系列と乗算してデータ信号をスペクトラム
拡散し、ディジタルスペクトラム拡散信号を生ずる。このディジタルスペクトラ
ム拡散信号で搬送波を変調し、通信チャネル経由で送信する。この送信信号を受
信機で復調し、ディジタルスペクトラム拡散信号を抽出する。送信側と一致した
pn系列との間で相関をとり送信データを再生する。スペクトラム拡散符号が互い
に直交している場合は、特定スペクトラム拡散符号に関連した特定のユーザ信号
との間で受信信号の相関をとることができ、その特定スペクトラム拡散符号と関
連した所望のユーザ信号だけを強めてそれ以外の全てのユーザ信号を強めないま
まとすることができる。

【００１０】スペクトラム拡散符号の各要素はチップとして知られ、セット｛1,-1｝に属す
る。チップ周波数、すなわちチップ速度はデータ速度と同じまたはそれ以上であ
る。チップ速度とサブチャネルデータ速度との間の比をスペクトラム拡散率と呼
び、この拡散率はユーザデータ１シンボルのスペクトラム拡散に用いるチップの
数に等しい。このチップ数は許容される最大拡散率で除算できる。拡散率が大き
いほど雑音および干渉に対するシンボルの耐性が高まる。同期CDMAの場合につい
ていうと、最大拡散率のユーザからのシンボルでデータの１ブロック全体を構成
する。

【００１１】 CDMAは第三世代無線通信標準案に採用されている一つのアクセスプロトコルで
ある。可変拡散率を用いたCDMAスペクトラム拡散装置のシステムアーキテクチャ
を図４に示す。可変拡散率により送信機は総合システム処理利得を微調整できる
。データ速度の高いユーザには、処理利得を犠牲にしてより小さい拡散率のスペ
クトラム拡散符号を割り当てる。データ速度の低いユーザには、より大きい拡散
率のスペクトラム拡散符号を割り当てる。従って、全ユーザのスペクトラム拡散
信号の総合帯域幅は同じ値に維持される。

【００１２】通信システムの中の各ユーザに対するスペクトラム拡散符号の総数を減らすた
めに、セル分離用およびユーザ分離用に互いに異なるスペクトラム拡散符号を用
い、各サブチャネルにつき二段階の拡散動作を行う。ユーザ分離にチャネライゼ
ーション符号を用い、セル分離にスクランブル符号を用いる。二段階拡散動作は
セルラーCDMAシステムの特徴であるが、上記以外の用途では一段階拡散動作を用
いることもできる。その場合は、上述のチャネライゼーション符号およびスクラ
ンブル符号を相互分離用の単一の符号に置換する。

【００１３】物理的システムにおいてｋ個のサブチャネルのスペクトラム拡散動作を行うに
は、固定ゲートアレー、マイクロプロセッサ、ディジタルシグナルプロセッサ（
DSP）、用途特定IC（ASIC）などによる線型スペクトラム拡散方法を実行する。
固定論理システムはシステム全体の動作速度を高め、一方、マイクロプロセッサ
利用のシステムはプログラミングによる柔軟性をもたらす。スペクトラム拡散動
作を行う手段は、いずれの場合も数理演算を行う。スペクトラム拡散装置の構成
および動作は通常次の変数で画定する。ｃ＝所定の拡散率SF対応のサブチャネルｋについてのベクトル表示の実整数チャ
ネライゼーションスペクトラム拡散符号。チャネライゼーション符号ｃの長さは
、互いに異なる拡散率SFごとに変わる。ｄ＝サブチャネルｋで送信されるデータ。ｄ＝変調後のサブチャネルｋのデータ。このデータをベクトル、すなわち単一指
標変数でインデックスしたデータ列であるベクトルの形で表示。後述のベクトル
動作では、ベクトルは全て列ベクトルと定義。ｋ＝一つのサブチャネル（ｋ＝１，２，３，・・・，Ｋ）。Ｎ＝ｋ番目のサブチャネルの群の中のデータシンボルの数、（Ｎ＝SF_max／SF）
。同期CDMAの場合は、最大拡散率のユーザからのシンボルでデータの１ブロック
全体を占めることもあり得る。サブチャネルｋの各々はそれ自身の群サイズＮを
有する。ここで、Ｎは１（SF＝SF_maxの場合）乃至SF_max／SF_minに等しい値をと
り得る。ｉ＝データｄのｉ番目のシンボル。ｎ＝ベクトル（[n]）の要素。 SF＝サブチャネルｋの拡散率。 SF_min＝通信システムの最小拡散率。 SF_max＝通信システムの最大拡散率。ν ＝スクランブル符号の実整数部。ν ＝長さSF_maxのベクトルで表示した複素スクランブル符号。 ν[n]＝ｊⁿ・ν[n]（ここで、ｎ＝１，・・・，SFmax）。なお、ν[n]およびν(n)
はベクトルνおよびνのｎ番目の要素を表す。すなわち、ν[n]＝jⁿ・ν[n]はν のｎ番目の要素からνのｎ番目の要素を誘導する際のルールを画定。z _ｉ＝サブチャネルｋのｉ番目のシンボルにチャネライゼーション符号およびス
クランブル符号を適用して得られる最終スペクトラム拡散チップ符号系列。z_ｉ[
n]＝d_i・c[n]j^SF(i-1)+n・ν[SF(i+1)+n]（ここで、ｎ＝１，・・・，SF、z _iは長さ
SFチップ分、すなわち特定のサブチャネルｋについて選ばれた拡散率SF対応のSF
チップ分。Ｎ個の上記長さSFのz _iで長さSF_minのｚを構成する。

【００１４】説明を単純にするために、ｋ番目のサブチャネルについての二段階動作の従来
技術によるスペクトラム拡散装置を次に述べる。複数ｋ個のスペクトラム拡散サ
ブチャネル出力を図４に示すとおり加算できることは当業者に理解されよう。サ
ブチャネルｋのデータｄを所定のコンステレーション画定シンボルとしてアッセ
ンブルする変調を行ったあと、複素データシンボルｄの系列を次の式３、すなわ
ち

【式３】Ｎ＝SF_max／SF で表されるＮ個のシンボルを各々が含む群に分割する。Ｎ個のシンボルの一つの
群の中の各複素データシンボルｄを長さSFチップの実整数チャネライゼーション
符号ｃでスペクトラム拡散する。このチャネライゼーション符号ｃはユーザｋに
特有である。群Ｎのチャネライゼーション符号ｃによるスペクトラム拡散ずみシ
ンボルｄをすべて連結する。

【００１５】ここに得られた長さSF_maxチップのスペクトラム拡散ずみシンボル系列を長さS
F_maxの複素スクランブル符号と乗算して長さSF_maxの最終チップ系列ｚを生ずる
。スクランブル符号νは実整数スクランブル符号νと複素演算子jⁿとの乗算によ
り誘導する。この関係は次式、すなわち

【式４】 ν[n]＝jⁿ・ν[n] （ここで、Ｎ＝１，・・・，SF_max）で表される。

【００１６】この二段階スペクトラム拡散処理の出力は長さSF_maxチップのベクトルｚであ
る。このベクトルｚはＮ個のサブベクトルz _iの連結で表現できる。ここでｉ＝１
，２，３，・・・，Ｎであり、z _iはその群の中のサブチャネルｋのｉ番目の拡散ず
みシンボルd_iの寄与を表すｚの中の長さSFチップのセグメントと定義する。z _iの
ｎ番目の要素は次式、すなわち

【式５】 z_i[n]＝d_i・c[n]・j^SF(ｉ-1)+n・ν[SF(i+1)+n] で与えられる。ここで、ｎ＝１，・・・，SF、ｉ＝１，２，３，・・・であり、ν[SF(
I+1)+n]（ただし、ｎ＝１，・・・，SF）はｉに応じて（SF(i-1)+1）番目の要素か
ら始まるνのSF個の要素の互いに異なるセットを定義する。

【００１７】式５の画定する２符号拡散動作を実行するには、一つのサブチャネルｋについ
て長さＮシンボルのシンボル系列ｄをスペクトラム拡散するように８(N)(SF)回
の乗算を要する。また、積d_i・c[n]（ただし、ｎ＝１，・・・，SF）には２(SF)回
の乗算（１シンボルあたり）、積j^SF(ｉ-1)+n・ν[n]（ただし、ｎ＝１，・・・，S
F）にも２(SF)回の乗算（１シンボルあたり）を要する。すなわち、d_iおよびjⁿ
は実数を乗算した複素数であるからである。これら乗算の直接の出力は複素数で
あるので、部分積乗算はシンボルあたり４回の演算を要し、結果的に合計８(Ｎ)
(SF)回の乗算を要する。

【００１８】移動通信システムにおいてデータスループットを上げる一方で動作電力を節約
するには、多数符号スペクトラム拡散動作の実行に高効率のプロセスが必要にな
っている。

【００１９】

【発明の概要】

この発明は所要乗算回数を小さくしたCDMA用のスペクトラム拡散システムおよ
び方法にある。ユーザデータのスペクトラム拡散を、長さSFチップ乃至SF_maxチ
ップの実整数または虚整数ベースのスペクトラム拡散符号により行う。それら符
号の少なくとも一つをjⁿ・ν[n]（ただし、ν[n]は拡散符号）の形式にする。こ
の発明は、複数のスペクトラム拡散符号を用いてユーザ分離を高める。

【００２０】したがって、この発明の目的は二つ以上のスペクトラム拡散符号を用いてデー
タ信号をスペクトラム拡散するより単純化したシステムおよび方法を提供するこ
とである。

【００２１】好ましい実施例の詳細な説明を読めば、このシステムおよび方法の上記以外の
目的および利点は当業者により明らかになるであろう。

【００２２】

【好ましい実施の形態】

同じ構成要素には全体を通じて同じ参照数字をつけて示した図面を参照してこ
の発明を次に説明する。

【００２３】 CDMA通信システム用のこの発明のスペクトラム拡散装置17のシステム構成を図
５に示す。このスペクトラム拡散装置17は多様なベクトル演算および行列演算を
行う補助メモリつきの複数のプロセッサを含む。この発明の代替の実施例はこれ
らプロセッサと同等の動作を行う固定ゲートアレー、ASIC、DPSなどを含む。当
業者には明らかなとおり、各実施例に適合した最適化手法はスペクトラム拡散装
置17の具体化の際に種々変わり得る。また、スペクトラム拡散装置17は、サブチ
ャネルｋの変調ずみユーザデータｄ入力用の複数のデータ入力d⁽¹⁾・・・d^(k)と、
スペクトラム拡散ずみの合成信号を出力ベクトルの形で出力するための出力z^(Σ ⁾ とを含む。

【００２４】この発明の説明を単純化するために、一つのサブチャネルｋのスペクトラム拡
散動作を説明し、各サブチャネルの特定を全体として不要にする。データ入力d⁽ ¹⁾・・・ d^(k)は、ユーザ分離およびセル分離の度合いに応じて割り当てられた１個
乃至複数個のチャネライゼーション符号および１個乃至複数個のスクランブル符
号を有する。チャネライゼーションおよびスクランブルという用語は、サブチャ
ネルｋの割当て拡散率SFおよび通信システム側の要求に応じて変わる複数の拡散
符号を表す。サブチャネルｋの各々に割り当てられた少なくとも一つの割当てス
ペクトラム拡散符号は、各ユーザに対するサブチャネル分離の確保のために、そ
の通信システム内でそれ以外の符号との間で排他的でなければならない。

【００２５】各割当て符号は、周期的短符号アッセンブラまたは長さSF_maxの符号として同
じ長さを備えなければならない。スペクトラム拡散装置17の代替の実施例では、
サブチャネルｋへの割当て符号の数を変えてある。通信システム用送信装置に複
数のスペクトラム拡散装置17を配備することもできる。

【００２６】スペクトラム拡散装置17は、複数のチャネライゼーション符号およびスクラン
ブル符号を用いて、サブチャネルｋのデータシンボルをスペクトラム拡散する。
これらの符号は、全部実数でも、全部複素数でも、一部が実数でそれ以外が複素
数でもよい。スペクトラム拡散装置17は中間符号発生器21と、群Ｎプロセッサと
、位相調節器と、位相回転器と、乗算器27rおよび27iと、加算器29とを含む。

【００２７】符号の長さはその符号の拡散率SFと等しいことを想起されたい。中間符号発生
器21は拡散率SFの各実数符号のＮ周期分を連結する。また、拡散率SFの各複素符
号の実部のＮ周期分を連結する。したがって、拡散率SFの各符号から長さSF_max
の実数符号全部および長さSF_maxの複素符号全部の実部との間の要素ごとの乗算
を通じて乗算する。その結果、中間符号発生器21の最終出力は長さSF_maxの単一
の実数符号となる。

【００２８】群Ｎプロセッサ19は群サイズＮをSF_maxとSFとの比と算定し、Ｎ個のシンボル
の群をアッセンブルする。スペクトラム拡散装置17はその群を一つずつスペクト
ラム拡散する。

【００２９】位相調節器23は、群Ｎプロセッサ19のアッセンブルした群の中のＮ個のシンボ
ルの各々の初期位相を設定する。一つのシンボルに設定された位相はその群の中
のシンボルの位置の関数である。したがって、位相調節器23の出力は、各々が特
定の位相回転を受けたＮ個のシンボルの群となる。

【００３０】位相回転器25は、位相調節器23の出力に得られるこれらＮ個のシンボルの群の
中の各シンボルに対応する長さSFの系列を形成することによって複素符号に応答
する。すなわち、位相回転器25は、位相調節ずみのシンボルの各々を、システム
内の複素符号総数の関数である回転角でSF回だけ回転させる。次に、その群の中
のＮ個のシンボルの各々に対応するＮ個の上記複素系列を連結して長さＮ・SF＝
SF_maxの単一の複素系列を形成し、この複素系列を位相回転器25の最終出力とす
る。

【００３１】位相回転器25の複素系列出力を中間符号発生器21の出力と要素ごとに乗算する
。この乗算を乗算器27rおよび27iによって行う。これら乗算器27rおよび27iは実
数の中間符号を位相回転器25の複素系列出力の実部および虚部とそれぞれ乗算す
る。

【００３２】乗算器27rおよび27iの出力がサブチャネルのＮ個のシンボルの群のスペクトラ
ム拡散ずみ系列出力となる。全サブチャネルのスペクトラム拡散ずみ系列出力を
加算器29で加算して、スペクトラム拡散装置17の単一の系列出力を形成する。

【００３３】ユーザ分離にチャネライゼーション符号を用い、セル分離にスクランブル符号
を用いているので、チャネライゼーション符号およびスクランブル符号はセル位
置に応じて既知であり、セル基地局からトレーニング送信信号として各ユーザに
送信される。このトレーニング送信信号はこの明細書の説明対象の範囲外である
。利用できるＭ個のチャネライゼーション符号ｃ _１，ｃ _M1，c _M1+1，・・・，c _Mのう
ち初めのM₁個は複素符号であり、残りは実符号である。ｉ番目の複素チャネライ
ゼーション符号のｎ番目の要素は次式、すなわち

【式６】ｃ_i[n]＝jⁿ・c_i[n] （ここで、ｎ＝１，・・・，SFであり、c_iは実符号である。）で定義される。サブ
チャネルｋはＰ個のスクランブル符号ν _１，・・・，ν _P1，ν _P1+1，・・・，ν_Ｐを利
用でき、これらのうちP₁個は複素符号で残りは実符号である。ｉ番目の複素スク
ランブル符号のｎ番目の要素は次式、すなわち

【式７】 ν_i[n]＝jⁿ・ν_ｉ[n] （ここで、ｎ＝１，・・・，SF_maxであり、ν_iは実符号である。）で定義される。

【００３４】図6A乃至図6Dに示したこの発明の方法97の流れ図を参照すると、変調ずみでデ
ータシンボルの系列を含むデータｄをスペクトラム拡散装置17に入力する。サブ
チャネルｋのシンボル群サイズＮを群Ｎプロセッサ19により式３を用いて算定す
る（ステップ99）。互いに異なるチャネライゼーション符号ｃはそれら符号の拡
散率が互いに異なるために互いに異なる長さを有するので、それぞれのチャネラ
イゼーション符号ｃのＮ周期分を連結して（ステップ101）、その通信システム
の最大拡散率SF_maxに等しい長さの周期的長符号c _pを形成する。Ｎが１に等しい
（SF＝SF_max）場合は連結は不要である。

【００３５】方法97の説明を単純化するために、ｃは連結ずみの実数チャネライゼーション
符号c _p全部の積を表す。複素チャネライゼーション符号の誘導のもとになった実
符号もこのｃに含まれる。ｃのｎ番目の要素は次式、すなわち

【式８】 c[n]＝c₁[n]・c₂[n]・・・c_M[n] （ここで、ｎ＝１，・・・，SF）で定義される。また、νは実スクランブル符号全
部の積を表す。複素スクランブル符号の誘導のもとになった実符号もνに含まれ
る。νのｎ番目の要素は次式、すなわち

【式９】 ν[n]＝ν₁[n]・ν₂[n]・・・ν_P[n] （ここで、ｎ＝１，・・・，SF_max）で表される。

【００３６】中間の実符号ｓを、中間符号ｓ発生器21内における二つのベクトルの要素ごと
の乗算により、各連結ずみチャネライゼーション符号c _pおよび実スクランブル符
号νから算出する（ステップ103）。これら二つのベクトルは両方とも長さが同
じであるので乗算が可能である。中間符号ｓのｎ番目の要素は次式、すなわち

【式１０】 s[n]＝c _p[n]・ν[n] （ここで、ｎ＝１，・・・，SF_max）で定義される。ここでc _pは、拡散率SF対応のｃのＮ周期分を含むサブチャネルｋチャネライゼーション符号ｃの周期的拡張の積
である。長さSF_maxの中間実符号ｓはνおよびｃにより算出され（ステップ103）
、M+P個の実符号からなる。

【００３７】この中間符号ｓは一つの（ｋ番目の）サブチャネルにつき１回算出される。こ
の計算はサブチャネルｋの全データ系列について１回だけ行われるので、効率が
上がる。群Ｎカウントを初期化し（ステップ105）、Ｎ個のシンボルを含むベク
トルｄを群Ｎプロセッサ19でアッセンブルする（ステップ107）。シンボルd_iカ
ウントを初期化する（ステップ109）。

【００３８】スペクトラム拡散装置17は各サブ系列z _iの発生（式５）が複素系列j^SF(ｉ-1)+ ⁿ （ここでｎ＝１，・・・，SF）を伴うことを認識することによって処理速度を上げ
る。この系列は、各複素符号ｃ、νが実スクランブル符号ｃ、νから複素系列j_n との乗算（式４）により誘導されるので、得られる。式５を参照すると、乗算の
可換性を用いて実チャネライゼーション符号c _pと実スクランブル符号νとの積が
中間符号ｓ経由で得られる（ステップ103）。z_iのｎ番目の要素を表す式５（こ
こで、z_iは群内のサブチャネルｋのｉ番目の拡散ずみシンボルd_iの寄与を表すｚの中のSF個のチップのセグメント）は次式、すなわち

【式１１】 z_i[n]＝d_i・c[n]・ν[SF(i-1)+n]・j^PiSF(i-1)．j^(P1+M1)n のとおりとなる。ここで、ｎ＝１，・・・，SFであり、ｉ＝１，２，・・・，Ｎである
。

【００３９】一つの群についてのスペクトラム拡散処理を完結させるためには、その群の中
の中間符号ｓと全シンボルの結合値との乗算が必要である。この発明のスペクト
ラム拡散装置17は、複素演算子ｊとの各乗算が角度の数の変動をもたらす乗算の
反時計回りの回転と等価であることを認識することによって、複数回乗算を不要
にしている。この位相回転は実部および虚部を符号変更付きで入れ替えることを
伴う。ｄ _iのｎ番目の要素は(n-1)番目の要素と複素演算子j^(P1＋M1)との乗算か
ら得られ、次式、すなわち

【式１２】ｄ_i[n]＝j^(P1+M1)・ｄ_i[n-1] （ここで、ｎ＝１，・・・，SF）で与えられる。ここで、ｄ _iのｏ番目の要素は次式
、すなわち

【式１３】ｄ_i[o]＝d_i j^SF(ｉ-1)P1 で与えられる。式13は、拡散率SF、シンボルの群の中の拡散対象の位置ｉ、およ
び複素スクランブル符号の数P₁の関数である初期位相d_iを設定することによって
ｄ_i[o]を初期化する。ステップ111はこの初期化の第１ステップを行う。

【００４０】複素演算子ｊとの乗算を被乗数の90度反時計方向回転と等価にすることによっ
て、ｄ _iのｎ番目の要素の実数部および虚数部をその(n-1)番目の要素の実数部お
よび虚数部からそれぞれ誘導する。Ｎ個のシンボルの群をサブチャネルｋの拡散
率SFのチャネライゼーション符号ｃのＮ周期分でスペクトラム拡散するので、ｉ
はｉ＝１，・・・，Ｎの値をとる。

【００４１】シンボルカウントｉを初期化したのち（ステップ109）、Ｎ個のシンボルの群
を処理し、d_i[o]を初期化する（ステップ111）。拡散率SFが次式、すなわち

【式１４】 SF・P₁＝4q （任意の整数ｐについて）を満足する場合は、式12は任意の整数ｑについてj^4q＝１となるので、ｄ_i[o]＝d _i に変形される。SFが式14の条件を満足しない場合は（ステップ113）、ｄ_i[o]が
ｄ_i[o]＝j^SF(ｉ-1)P1．ｄ_i[o]の初期位相をシンボルd₁に設定することによって
得られる（ステップ115）。

【００４２】方法97は使用中の複素拡散符号の数により所要シンボル回転量の算定のために
四つのテストを進める。M₁＋P₁＝4pの場合は（ステップ117）（ここで、ｐは任
意の整数）、ｄ_iのｎ番目の要素の実数成分および虚数成分は、複素演算子j^(P1
^＋M1)＝１であり(n-1)番目の要素が式15および式16で示されるとおりステップ11
9で与えられ、実数成分および虚数成分から誘導される。位相回転器25はｄ₁の(n
-1)番目の要素を０度だけ回転させてｎ番目の要素を生ずる。

【００４３】 M₁＋P₁＝4p＋１の場合は（ステップ135）（ここで、ｐは任意の整数）、ｄ₁の
ｎ番目の要素の実数部および虚数部は、複素演算子j^{（P1＋M1）}＝ｊであり(n-1)
番目の要素が式17および式18で示されるとおりステップ123で与えられ、虚数部
および実数部から誘導される。位相回転器25はｄ_iの(n-1)番目の要素を反時計方
向に90度だけ回転させてｎ番目の要素を生ずる。

【００４４】 M₁＋P₁＝4p＋２の場合は（ステップ125）（ここで、ｐは任意の整数）、ｄ₁の
ｎ番目の要素の実数部および虚数部は、複素演算子j^{（P1＋M1）}＝-1であり(n-1)
番目の要素が式19および式20に示されるとおりステップ127で与えられ、実数成
分および虚数成分で与えられる。位相回転器25はｄ₁の(n-1)番目の要素を反時計
方向に180度だけ回転させてｎ番目の要素を生ずる。

【００４５】 M₁＋P₁＝4p＋３の場合は（ステップ129）（ここで、ｐは任意の整数）、ｄ₁の
ｎ番目の要素の実数部および虚数部は、複素演算子j^{（P1＋M1）}＝-1であり(n-1)
番目の要素が式21および式22に示されるとおりステップ131で与えられ、実数成
分および虚数成分で与えられる。位相回転器25はｄ₁の(n-1)番目の要素を反時計
方向に270度だけ回転させてｎ番目の要素を生ずる。

【００４６】このようにして得られた長さSFチップの中間チップ系列ｄ_iを、式15乃至式22
で示したSF回の回転により、Ｎ個のシンボルの群の中のｉ番目のシンボルについ
て計算する。実際の乗算は、長さSFチップのベクトルｄ_iの計算用に、上述の０
度、90度、180度および270度位相回転にそれぞれ対応する図7A乃至図7Dに図示の
位相偏移を行う位相回転器25による位相回転に置換される。

【００４７】図7A乃至図7Dに示すとおり、ｉ番目のシンボル間隔においてｄ₁の０番目の要
素を式13により新たな複素データシンボルd _iから初期化する。算定されたシンボ
ル回転の大きさが90度、180度または270度である場合は、ｄ₁[0]の実数成分およ
び虚数成分をレジスタにロードし、このレジスタによりｄ_i[n]の実数成分ｄ_i,re _al [n]および虚数成分ｄ_i,imag[n]を保持する。ｄ_i[n]のこれら実数成分および虚
数成分をレジスタ内でチップ速度で循環シフトさせる。このレジスタは二つのメ
モリ素子を備え、それらメモリ素子は帰還経路と協働してｄ_iのｎ番目の要素の
実数成分および虚数成分を(n-1)番目の要素の虚数成分および実数成分からそれ
ぞれ誘導する（式17乃至式22）。-1との乗算により所望の符号変更を行う。位相
回転器25は、ｎ番目のチップ間隔でタップ出力した出力z_real，z_imagをｄ_i,real [n]およびｄ_i,imag[n]として出力する。このようにして、回転器は長さSFチップ
のベクトルｄ_i、すなわちデータシンボルd_iとj^SF(i-1)+n（ここで、ｎ＝１，・・・
，SF）との積を表すように、ｎ＝１，・・・，SFチップ間隔にわたり出力を生ずる
。

【００４８】当業者には明らかなとおり、図7Aの位相回転器25で実働化した複素平面上の０
度の位相回転は、データシンボル入力と同じ実数成分ｄ_i,real[n]および虚数成
分ｄ_i,imag[n]を生ずる。このシンボルは位相変化を受けない。図7Bの位相回転
器25で実働化した90度の位相回転は、虚数シンボル成分ｄ_i,imag[n]として実数
データシンボル成分入力を出力するとともに、実数シンボル成分ｄ_i,real[n]と
して虚数シンボル成分入力と符号変更とを出力する。図7Cの位相回転器25で実働
化した180度の位相回転は、虚数シンボル成分ｄ_i,imag[n]として虚数データシン
ボル成分入力と符号変更とを出力するとともに、実数シンボル成分ｄ_i,real[n]
として実数シンボル成分入力と符号変更とを出力する。図7Dの位相回転器25で実
働化した270度の位相回転は、虚数シンボル成分ｄ_i,imag[n]として虚数データシ
ンボル成分入力を出力するとともに、実数シンボル成分ｄ_i,real[n]として実数
シンボル成分入力と符号変更とを出力する。

【００４９】図6Dを参照すると、その群の中の残りのシンボル全部を同様に処理したのち（
ステップ133）、それらシンボルのｄ_i（ここでｉ＝１，・・・，Ｎ）を連結して長
さSF_maxのｄ_Iを形成し、中間符号ｓと乗算してこの群の最終のスペクトラム拡散
ずみ系列ｚに到達する（ステップ135）。上述の処理を残りの群について繰返し
（ステップ137）、必要に応じて群インデックスを歩進させる（ステップ139）。

【００５０】特定数の符号を用いその数が変更されない場合は、スペクトラム拡散装置17に
は代替の構成を実現できる。例えば、分離用に必要な符号の数が実部および虚部
用の２で十分な通信システムの送信機にスペクトラム拡散装置17を配備する場合
は、複素符号の総数は１に等しく、条件M₁＋P₁＝4p＋１(ｊ^{（複素符号数）モジ}
^ュロ４)（ステップ121）を満足し、90度回転だけで十分である。残りの０度、18
0度、270度回転の条件（ステップ117、125、129）およびそれらに伴う回転（ス
テップ119、127、131）は不要となる。任意の数の符号を、群Ｎプロセッサ19で
アッセンブルしたデータのスペクトラム拡散のために合成できる。

【００５１】好ましい実施例についてこの発明を上に述べてきたが、特許請求の範囲の各請
求項記載の発明の範囲内の上記以外の変形も当業者には明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による多元接続通信システムの簡略化したブロック図。

【図２】直交信号空間の説明図。

【図３】従来技術によるCDMA通信システムの簡略化したブロック図。

【図４】従来技術による二段階スペクトラム拡散装置のシステムアーキテク
チャ。

【図５】この発明のシステムアーキテクチャ。

【図６Ａ】この発明の方法の制御の流れ図。

【図６Ｂ】この発明の方法の制御の流れ図。

【図６Ｃ】この発明の方法の制御の流れ図。

【図６Ｄ】この発明の方法の制御の流れ図。

【図７Ａ】この発明のデータの流れ図。

【図７Ｂ】この発明のデータの流れ図。

【図７Ｃ】この発明のデータの流れ図。

【図７Ｄ】この発明のデータの流れ図。

【符号の説明】

１７スペクトラム拡散装置１９群Ｎプロセッサ２１中間符号ｓ発生器２３位相調節器２５位相回転器２７乗算器２９加算器９７方法９９信号入力についてシンボル群サイズＮを誘導する１０１実整数符号ｃをＮ周期分連結して割当てSFに応じて長ベク
トルｃ _ｐを形成する１０３割り当てられた符号から中間符号ｓを算出する１０５群Ｎカウントを初期化するｍ＝１１０７Ｎ個の複素データシンボルの群を含むベクトルｄをアッセ
ンブルする１０９シンボルｄ_ｉカウントを初期化するｉ＝１１１１位相回転したシンボルを初期化する１１３ SFは４の倍数？１１５初期位相を設定する１１９ｉ番目のシンボル成分を位相回転させる１２３ｉ番目のシンボル成分を位相回転させる１２７ｉ番目のシンボル成分を位相回転させる１３１ｉ番目のシンボル成分を位相回転させる１３５この群のチップ系列を形成する１３７最後の群Ｎ？

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ティール，グレゴリーエス．アメリカ合衆国ペンシルヴァニア州 19014 アストン，チェリートゥリーロード 700，アパートメントＤ−１Ｆターム(参考） 5K022 EE01 EE11 EE21 EE31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも複数のデータシンボルを含むデータ信号をスペクト
ラム拡散するスペクトラム拡散装置を有する通信システムであって、少なくとも
一つの複素数の拡散符号を含む複数の拡散符号の少なくとも一つを割り当てる通
信システムにおいて、前記スペクトラム拡散装置が、前記データシンボルを受けるデータ入力と、前記データ信号に割り当てられた割当て拡散率を受ける制御入力と、前記割当て拡散率に基づくスペクトラム拡散のためにシンボルの群を画定する
プロセッサと、前記割当て拡散率と前記複数の割り当てられた拡散符号から誘導した複数の実
数符号からの少なくとも一つの符号とに基づき拡散符号を算出する中間符号発生
器であって、中間符号を出力する中間符号発生器と、前記群の中の前記シンボルの各々の位相回転を、複素量、すなわち前記中間符
号でスペクトラム拡散されスペクトラム拡散ずみのデータ信号として出力される
複素量を生ずるように行う位相回転器とを含むことを特徴とする通信システム。
【請求項２】前記プロセッサが関係式Ｎ＝SF_max／SF（ここでＮは前記群の
中のデータシンボルの数を表し、SF_maxはこの通信システムの最大拡散率を表し
、SFは前記データ信号に割り当てられた割当て拡散率を表す）を用いて群Ｎを画
定する請求項１記載のシステム。
【請求項３】前記位相回転器の行う位相回転の大きさが前記割当て拡散符号
の総数によって定まる請求項２記載のシステム。
【請求項４】前記複数の割当て拡散符号がチャネライゼーション符号および
スクランブル符号の両方を含むことをさらに特徴とする請求項２記載のシステム
。
【請求項５】前記チャネライゼーション符号が複素符号および実数符号を含
み、前記スクランブル符号が複素符号および実数符号を含むことをさらに特徴と
する請求項４記載のシステム。
【請求項６】前記位相回転器による前記位相回転の大きさが割り当てられた
複素チャネライゼーション符号および複素スクランブル符号の総数によって定ま
る請求項５記載のシステム。
【請求項７】前記位相回転がｊ^{(複素符号の総数)モジュロ４}（ここで残余０
が位相回転０度となり、残余１が位相回転90度となり、残余２が位相回転180度
となり、残余３が位相回転270度となる）であることをさらに特徴とする請求項
６記載のシステム。
【請求項８】通信システムにおいて複数のデータ信号（ｄ ^ｋ）を送信のため
に複数の拡散符号（（ｃ _１，ｃ _M1，ｃ _M1+1，・・・，c _M）および（ν _１，・・・，ν _P1 ，ν _P1+1，・・・，ν_Ｐ））を各データ信号（ｄ）に割り当ててスペクトラム拡散
するスペクトラム拡散装置（17）であって、前記複数の拡散符号からの各データ
信号（ｄ）用の少なくとも一つの割り当てられた前記拡散符号が複素符号である
スペクトラム拡散装置（17）において、前記データ信号（ｄ ^ｋ）それぞれのデータシンボル（ｄ _ｉ）を受ける複数のデ
ータ入力と、それぞれのデータ入力にそれぞれ接続され、割り当てられた拡散率を再生する
とともに、前記拡散率SFに基づくスペクトラム拡散用にシンボル（ｄ _ｉ）の群Ｎ
を画定する複数のプロセッサ（19）と、それぞれのデータ信号について、前記割り当てられた拡散率SFおよび前記複数
の符号（（ｃ _１，ｃ _M1，c _M1+1，・・・，c _M）および（ν _１，・・・，ν _P1，ν _P1+1，・
・・，ν_Ｐ））対応の複数の実符号（（ｃ _１，ｃ _M1，c _M1+1，・・・，c _M）および（ν _１・・・ν _P1 ，ν_P1+1・・・ν _Ｐ））からの少なくとも一つの割当て符号（ｄ）に基づ
き一つの拡散符号ｓを算出する複数の中間符号ｓ発生器（21）であって、各々が
中間符号を出力する複数の中間符号ｓ発生器（21）と、各々がプロセッサ（19）のそれぞれの出力に接続され、複素量（ｄ_i,real[n]
、ｄ_i,imag[n]）に達した前記各群Ｎの中の前記データ入力シンボル（ｄ _ｉ）の
各々の位相回転を行い、前記データ信号（ｄ）の複素群Ｎ量（ｄ_i,real[n]、ｄ_i _,imag [n]）を前記それぞれのデータ信号（ｄ）中間符号ｓで拡散し、前記それぞ
れのデータ信号（ｄ）についてのスペクトラム拡散ずみデータ信号（ｚ）として
出力する複数の位相回転器（25）と、前記スペクトラム拡散したデータ信号（ｚ）全部を合成スペクトラム拡散ずみ
信号（ｚ ^（Σ））の形に合成して出力する加算器（29）とを含むことを特徴とするスペクトラム拡散装置（17）。
【請求項９】前記プロセッサ（19）が関係式Ｎ＝SF_max／SF（ここでＮは前
記群の中のデータシンボルの数を表し、SF_maxはこの通信システムの最大拡散率
を表し、SFはそれぞれのデータ信号に割り当てられた割当て拡散率を表す）を用
いて群Ｎを画定する請求項８記載のスペクトラム拡散装置（17）。
【請求項１０】前記位相回転器が前記それぞれのデータ信号（ｄ）について
行う前記位相回転の量が前記それぞれのデータ信号（ｄ）に割り当てられた複素
拡散符号の総数によって定まる請求項９記載のスペクトラム拡散装置（17）。
【請求項１１】前記複数の割り当てられた拡散符号がチャネライゼーション
符号（ｃ _１，ｃ _M1，c _M1+1，・・・，c _M）およびスクランブル符号（ν _１，・・・，ν _P ₁ ，_P1+1，・・・，ν _Ｐ）を含むことをさらに特徴とする請求項10記載のスペクトラ
ム拡散装置（17）。
【請求項１２】前記チャネライゼーション符号（_１，_M1，c _M1+1，・・・，c _M）
が複素部および実部をさらに含み、前記スクランブル符号（_１，・・・，_P1，_P1+1
，・・・，ν _Ｐ）が複素部および実部を含む請求項11記載のスペクトラム拡散装置
（17）。
【請求項１３】前記位相回転器が前記それぞれのデータ信号（ｄ）について
行う前記位相回転の量が複素チャネライゼーション符号および複素スクランブル
符号の総数で定まる請求項12記載のスペクトラム拡散装置（17）。
【請求項１４】複数のデータシンボルを含むデータ信号を通信システムにお
いて少なくとも一つの複素数の拡散符号を含む複数の拡散符号のうちの少なくと
も一つを割り当ててスペクトラム拡散する方法であって、（ａ）拡散率を算出する過程と、（ｂ）前記拡散率に基づき拡散のために前記シンボルの群を画定する過程と、（ｃ）前記複数の拡散符号に対応する複数の実符号を発生する過程と、（ｄ）前記拡散率および少なくとも一つの前記実符号に基づき中間符号を発生す
る過程と、（ｅ）前記群の前記シンボルの各々を複素拡散符号を生ずるように位相回転させ
る過程と、（ｆ）前記複素拡散符号を出力拡散符号を生ずるように前記中間符号と混合する
過程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】前記画定する過程が関係式Ｎ＝SF_max／SF（ここでＮは一つ
の群の中のデータシンボルの数を表し、SF_maxは通信システムの最大拡散率を表
し、SFは算出した拡散率を表す）を用いて前記群のサイズを誘導する過程を含む
ことをさらに特徴とする請求項14記載の方法。
【請求項１６】前記位相回転させる過程が前記割当て符号からの複素拡散符
号の数に応じて位相回転の度合いを変化させることをさらに特徴とする請求項15
記載の方法。
【請求項１７】前記回転させる過程が、（e1）ｊ^{（複素符号総数）モジュロ４}残余が１である場合に０度位相回転させる
過程と、（e2）ｊ^{（複素符号総数）モジュロ４}残余がｊである場合に90度位相回転させる
過程と、（e3）ｊ^{（複素符号総数）モジュロ４}残余が１である場合に180度位相回転させ
る過程と、（e4）ｊ^{（複素符号総数）モジュロ４}残余がｊである場合に270度位相回転させ
る過程と、をさらに含むことをさらに特徴とする請求項16記載の方法。
【請求項１８】前記複数の信号拡散符号がチャネライゼーション符号とスク
ランブル符号とを含むことをさらに特徴とする請求項17記載の方法。
【請求項１９】前記チャネライゼーション符号が複素チャネライゼーション
符号をさらに含み、前記スクランブル符号が複素スクランブル符号をさらに含む
ことをさらに特徴とする請求項18記載の方法。
【請求項２０】前記割当て符号からの前記複素チャネライゼーション符号お
よび複素スクランブル符号の前記数を加算する過程を含むことをさらに特徴とす
る請求項19記載の方法。