JP2005311797A

JP2005311797A - 逆拡散方法

Info

Publication number: JP2005311797A
Application number: JP2004127438A
Authority: JP
Inventors: Yoneo Akita; 米生秋田
Original assignee: Tektronix Japan Ltd
Current assignee: Tektronix Japan Ltd
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2005-11-04
Also published as: US7756192B2; US20050238085A1

Abstract

【課題】逆拡散による復調において雑音を低減する。
【解決手段】
総和拡散信号がパスＡ、Ｂ及びＣに供給されると、各パスの逆拡散回路８２は対応する拡散コードで夫々逆拡散し、チャネル分離回路８４がチャネル分離を行う。シンボル推定回路８６は各チャネルのデジタル変調信号の推定シンボル値を推定し、推定デジタル変調信号を生成する。チャネル加算回路８８は、推定デジタル変調信号を各パス毎に合算することで、各拡散コードに対応する推定デジタル変調信号を生成する。拡散回路９０は、推定デジタル変調信号を対応する拡散コードで拡散し、推定拡散信号を生成する。引き算器７８及び８０は、各パスの拡散コードに対応しない推定拡散信号を総和拡散信号から引き算し、これを逆拡散回路８２が各パスの拡散コードで逆拡散する。これにより、各パスでは、他のパスの拡散コードで拡散された信号による干渉成分が減少する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＣＤＭＡ等のスペクトラム拡散された信号の復調するための逆拡散方法に関し、特に複数の拡散コードで拡散されたデジタル変調信号を効果的に復調できる逆拡散方法に関する。

ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access：符号分割多重接続）を用いた通信方法は、次世代携帯電話方式（ＩＭＴ−２０００）でも採用され、広範に使用されつつある。図１は、ＣＤＭＡ通信方法における基地局（送信側）の概念を示すブロック図であり、特に３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）規格にある１つの基地局で、複数の拡散コードを利用する方式を示している。図１では、簡単のため１つの拡散コードにつき２チャネルを割り当てた例を示すが、実際には例えば２５６チャネルなど、もっと多数が割り当てられ、このチャネル数の合計によって１基地局で通話等が可能な最大端末数が決まる。ただし、１つの携帯端末で複数のチャネルを使用することもある。１つの基地局で利用する拡散コードは、あまり多いと異なるコード間の干渉成分が増え、復調が困難になるので、２〜３個程度までとすることが多い。この方式では、１つの基地局に１つの拡散コードを用いる場合と比較して、１つの基地局により多数チャネルを収容できる利点がある。

図１の複数のチャネルＣＨ１〜ＣＨ６は、ＱＰＳＫ等の変調方式に基いて既に１次変調されているデジタル変調信号を夫々供給する。これらデジタル変調信号は、乗算器３１〜３６でウォルシュ・コードと夫々掛け算されて互いに直交関係にされ、対応する加算器４２〜４６で夫々加算される。以下では、例えば、加算器４２が出力するチャネルＣＨ１及びＣＨ２からのデジタル変調信号の和信号は、拡散コードＡに対応したデジタル変調信号と呼ぶ。この加算処理では、チャネルＣＨ１及びＣＨ２からのデジタル変調信号は、夫々ウォルシュ・コードと掛け算されたことで直交関係になっているので、足し算処理を行っても互いの情報が失われることがない。チャネルＣＨ１及びＣＨ２からのデジタル変調信号の和信号には、乗算器５２により、拡散コードＡでスペクトラム拡散が施される。他のチャネルも同様にして対応する拡散コードＢ及びＣで夫々拡散された後、加算器５８で全てが足し算される。加算器５８の出力信号を、以下では総和拡散信号と呼ぶことにする。総和拡散信号は、搬送波で変調されアンテナ６２から送信される。ウォルシュ・コードと拡散コードを用いた乗算も夫々変調処理であり、１つの基地局では数次の変調を経て信号が送信される。

なお、拡散コードは、各チャネルのデータ列（デジタル変調信号）とは無関係な符号系列であり、チャネルのデータ列と掛け合わせることで、その周波数を拡散させ，情報の秘匿性や耐干渉性を高めるものである。拡散コードは、例えば、Ｗ−ＣＤＭＡの場合では８１９２通り異なったものがあり、０〜８１９１の通し番号が付与されている。携帯電話の各基地局には、隣接する基地局で同じ拡散コードが割り当てられないよう配慮して、この８１９２通りから選択的に拡散コードが割り当てられる。

図２は、従来の受信側での処理の概念を示すブロック図である。これは、例えば、携帯端末機などで採用されている。アンテナ７２で基地局からの電波を受信すると、検波回路７４が受信信号から総和拡散信号を検波する。補正回路７６は、同期／周波数／位相を補正し、復調に必要な１単位を抽出する。逆拡散回路８２は、所望のチャネルを含む拡散コードに対応したデジタル変調信号を逆拡散により復調する。例えば、チャネルＣＨ２を復調したい場合には、拡散コードＡに対応したデジタル変調信号を復調する。逆拡散回路８２が出力するデジタル変調信号は、複数チャネルのデジタル変調信号の和信号なので、チャネル分離回路８４は、ウォルシュ・コードを用いてチャネル分離を行う。これによって、受信した携帯端末機で用いる所望チャネルのデジタル変調信号を得ることができる。なお、チャネル分離以降の復調処理については、本願の要旨ではないので省略している。

このとき、逆拡散回路８２では、８１９２通りの拡散コードのどれが使用されているか判定する必要がある。このため、受信信号中には、何番から何番までの拡散コードのどれかが使用されているという情報と、値が既知のパイロット信号が含まれるよう規格で定められている。これら情報から、使用しているとされた番号の拡散コードを順次使用して、パイロット信号が正常に復調される拡散コードを特定することで、受信信号で使用している拡散コードを決定する。拡散コードの特定は、基地局からの信号受信を開始した直後に行われ、通話を開始する前までに終了する。１つ基地局で複数の拡散コードを用いる場合、これらは互いに既知のオフセットがあるだけなので、１つの拡散コードが決まれば、他の拡散コードを決定できる。

図２に示す復調回路７０は、構造が比較的単純で、よってデータ計算に時間がかからないため、携帯端末機のように、受信信号をリアルタイムで処理する必要がある場合に広く使用されている。また、拡散コードは、コード相互の相関関係が低くなるように設定されているので、所望の拡散コード以外の信号成分は、復調したときには多くが除去される。

しかしながら、拡散コード同士は完全な直交ではないので、ある程度の符号間干渉成分が雑音として残ってしまう。この雑音成分は、通信のデータ量増大等により復調信号の品質向上が必要になった場合の障害となる可能性がある。特に計測器等では、元の信号を正確に再現することが要求されるので、雑音成分を更に徹底して除去しなければならないが、図２に示す回路では、要求水準を十分には満たせなかった。

拡散コードの符号間干渉を低減する従来技術は、例えば、米国特許第５５７９３０４号（特開平７−３０３０９２号に対応）に開示されている。これは、複数の基地局から信号を受信したときに生じる符号間干渉を除去するものであるが、複数の従属接続した干渉除去段を用いており回路が複雑である。
米国特許第５５７９３０４号

上述の如く、拡散コード同士は完全な直交ではないので、ある程度の符号間干渉成分が雑音として残ってしまう。雑音が多少あっても通話さえできれば良い場合では問題とならないが、元の信号を正確に再現することが要求される用途では、こうした雑音（ノイズ）が問題となる。そこで本発明では、逆拡散時に発生する符号間干渉成分を効果的に除去して、拡散による変調処理を行う前の信号を効果的に復調する逆拡散方法を提供する。

本発明は、複数の拡散コードを用いて、対応する複数のデジタル変調信号を夫々拡散して得られる複数の拡散信号を加算した総和拡散信号から、拡散処理前の複数のデジタル変調信号を復調する逆拡散方法に関する。第１ステップでは、総和拡散信号を複数の拡散コードで夫々逆拡散する。第２ステップでは、第１ステップで得た信号から、デジタル変調信号の推定シンボル値を推定する。第３ステップでは、推定シンボル値から拡散コードに対応する推定デジタル変調信号を生成する。第４ステップでは、推定デジタル変調信号を対応する拡散コードで拡散し、推定拡散信号を生成する。第５ステップでは、総和拡散信号を推定拡散信号に対応する拡散コードで逆拡散する。このとき、第５ステップにおける逆拡散処理の夫々は、その逆拡散処理で用いる拡散コードに対応しない推定拡散信号を除去した総和拡散信号に対して行う。これによって、夫々の逆拡散処理で使用していない拡散コードで拡散された信号による干渉成分が減少するので、第５ステップでの逆拡散で得られた信号は、第１ステップにおける逆拡散で得られる信号に比較し、雑音が減少し拡散処理前のデジタル変調信号により近いものにできる。なお、第５ステップに続いて、第２ステップ以降のステップを繰り返せば、更に雑音の減少したデジタル変調信号を得ることもできる。

図３は、本発明に基づく逆拡散方法の概念を示す機能ブロック図である。従来例と対応するものには、同じ符号を付して説明する。なお、チャネル分離以降の復調処理については、同様に省略する。また、図４は、本発明に基づく逆拡散方法のフローチャートである。図２に示す従来例では、所望のチャネルを復調するために、そのチャネルに対応する拡散コードのみを用いて受信信号を逆拡散していたが、本発明では、受信信号中で使われている他の拡散コードも利用することで、所望の拡散コードに対応するデジタル変調信号を復調する時の雑音を低減する。図３では、受信信号の発信元の基地局が３つの拡散コードを使用している場合を前提とした例を示すが、２つ以上ならいくつでも同様である。

アンテナ７２で受信された受信信号から、検波回路７４は総和拡散信号を検波（ステップ１０２）し、補正回路７６に供給する。補正回路７６は、同期／周波数／位相を補正し、復調に必要な１単位を抽出する。補正回路７６の出力信号は、拡散コードＡ、Ｂ及びＣに夫々対応する３つのパスに供給され、引き算器７８及び８０を介して、夫々対応する逆拡散回路８２に供給される。なお、各パス上のブロックの符号にある添え字Ａ、Ｂ及びＣは、拡散コードＡ、Ｂ及びＣに夫々対応する信号を処理するブロックであること示す。逆拡散回路８２は、総和拡散信号を夫々対応する拡散コードで逆拡散（ステップ１０６）し、拡散コードＡ、Ｂ及びＣに夫々対応するデジタル変調信号（拡散処理前の信号）を復調する。逆拡散回路８２の出力信号は、対応するチャネル分離回路８４に供給され、チャネル分離が行われる（ステップ１０８）。ここまでは、複数の拡散コードを用いて夫々行われることを除けば、図２に示す従来例と同じである。また、受信信号中で使用している拡散コードＡ、Ｂ及びＣを決定する方法も上述の通りである。この段階で得られた各チャネルのデジタル変調信号は、まだユーザが希望するレベルまで雑音が低減できていないため、ステップ１０９ではノーと判定されて、ステップ１１０に進む。

チャネル分離回路８４が出力する各チャネルのデジタル変調信号は、夫々対応するシンボル推定回路８６に供給され、各チャネルのデジタル変調信号のシンボル値が推定される（ステップ１１０）。チャネル分離回路８４からのデジタル変調信号は、雑音を含み、位相、振幅等も歪んではいるが、デジタル変調信号であるから、極端に歪んでいなければ、各シンボルのしきい値と比較することにより、送信されたデジタル変調信号の理想的なシンボル値を比較的良い精度で推定できる。これを以下では、推定シンボル値と呼ぶことにする。シンボル推定回路８６は、更に、推定シンボル値を元に各チャネルの理想的な推定デジタル変調信号を生成し、対応するチャネル加算回路８８に供給する。チャネル加算回路８８は、図１に示す加算器４２、４４及び４６での処理を模した処理を夫々行う。例えば、チャネル加算回路８８Ａは、シンボル推定回路８６Ａから得たチャネルＣＨ１及びＣＨ２の推定デジタル変調信号を加算（ステップ１１２）し、加算器４２が出力したと推定される拡散コードＡに対応した推定デジタル変調信号を生成する（ステップ１１４）。ただし、ステップ１１２での加算は、当然ながら有効（使用している）チャネルだけが加算される。チャネル加算回路８８Ｂ及びＣも同様である。拡散回路９０Ａ、９０Ｂ及び９０Ｃは、対応するチャネル加算回路８８から得た信号を対応する拡散コードで拡散し、推定拡散信号Ａ、Ｂ及びＣを夫々生成する（ステップ１１６）。

ところで、送信側の基地局が図１に示す例の場合で説明すると、チャネルＣＨ１からＣＨ６まで全てのチャネルを使用しているばかりでなく、例えば、チャネルＣＨ３及びＣＨ４を使用していない（有効でない）場合もある。このように有効チャネルがない場合には、対応するシンボル推定回路８６Ｂでのシンボル推定処理を行わなくて良い。

推定拡散信号Ａ、Ｂ及びＣが得られたら、引き算器７８及び８０は、３つのパスの夫々に対応する拡散コードに対応しない推定拡散信号を、総和拡散信号から除去する処理を行う（ステップ１１８）。例えば、パスＡにある引き算器７８Ａ及び８０Ａは、拡散コードＡに対応しない推定拡散信号Ｂ及びＣを総和拡散信号から引き算する。パスＢ及びパスＣも同様である。これによって、各パスでは、他のパスの拡散コードで拡散された信号の干渉成分を減少させる。この処理の後、逆拡散処理回路８２で逆拡散（ステップ１２０）すれば、従来よりも雑音を減少させた各拡散コードに対応するデジタル変調信号が得られる。

さらには、チャネル分離回路８４でチャネル分離し、各チャネルのデジタル変調信号を、再び対応するチャネル加算回路８８に供給し、続いて拡散回路９０で拡散処理を行って、第２次推定拡散信号を生成しても良い。この処理を数回繰り返すことで、各拡散コードに対応する推定拡散信号が元の信号に近づいて行き、最終的に他の拡散コードの干渉による雑音成分を十分に取り除いた復調信号が得られる。雑音が例えばユーザ指定のレベルまで充分に低くなれば、この繰り返し処理から抜けて終了となる（ステップ１０９）。

チャネル分離回路８４からの各チャネルのデジタル変調信号は、より理想に近い信号なので、これを補正回路７６にフィードバックすれば、同期／周波数／位相をより的確に補正することができる。

以上、本発明の好適な実施例を基づいて説明してきたが、当業者であれば種々の変更が可能なことは明らかであろう。例えば、上述では、機能ブロックに基づき説明してきたが、各機能ブロックを夫々ハードウェアで実現しても良いし、また、ハードウェアにはデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）を用いて各機能ブロックをソフトウェアで実現しても良い。使用するハードウェアが低速なために本発明による信号処理をリアルタイムに実現できない場合には、受信信号をデジタル化して一度ハードディスクなどの記憶装置にデータとして蓄積してから本発明の処理を行っても良い。携帯端末機と異なり、計測器などでは、必ずしもリアルタイム処理を必要とせず、受信信号を受信した後にゆっくりと解析しても良いので、この方法で本発明を安価に実現するのも１つのやり方である。更に、実施例では、電波で送信された信号を受信に対する処理として説明したが、総和拡散信号をそのまま取り込んで、本発明の信号処理を行っても良い。

本発明によれば、複数の拡散コードを用いて拡散処理が施された信号を、より低雑音で正確に復調することができる。よって、高品質のデータ通信が必要とされる場合や、信号の精密な分析を必要とする用途に適している。

本発明の前提となる信号を生成する基地局の概念を示すブロック図である。複数の拡散コードが用いられた受信信号から逆拡散処理を用いて信号を復調する従来例のブロック図である。本発明の逆拡散方法による復調の概念を示すブロック図である。本発明の逆拡散方法の処理を示すフローチャートである。

符号の説明

３１〜３６乗算器
４２加算器
４４加算器
４６加算器
５２乗算器
５４乗算器
５６乗算器
５８加算器
６２送信側アンテナ
７２受信側アンテナ
７４検波回路
７６補正回路
７８引き算器
８０引き算器
８２逆拡散回路
８４チャネル分離回路
８６シンボル推定回路
８８チャネル加算回路
９０拡散回路

Claims

複数の拡散コードを用いて、対応する複数のデジタル変調信号を夫々拡散して得られる複数の拡散信号を加算した総和拡散信号から、上記複数の上記デジタル変調信号を復調する逆拡散方法であって、
上記総和拡散信号を上記複数の拡散コードで夫々逆拡散する第１ステップと、
該第１ステップで得た信号から、上記デジタル変調信号の推定シンボル値を推定する第２ステップと、
上記推定シンボル値から上記拡散コードに対応する推定デジタル変調信号を生成する第３ステップと、
上記推定デジタル変調信号を対応する上記拡散コードで拡散し、推定拡散信号を生成する第４ステップと、
上記総和拡散信号を上記推定拡散信号に対応する上記拡散コードで逆拡散する第５ステップとを具え、
該第５ステップにおける逆拡散処理の夫々は、該逆拡散処理で用いる上記拡散コードに対応しない上記推定拡散信号を除去した上記総和拡散信号に対して行うことを特徴とする逆拡散方法。