JP2005522930A - 通信網におけるワイヤレストランシーバ用マルチパス遅延プロファイル推定に基づいた拡散コード選定システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

通信チャネルパス間干渉が最小限に抑えられるように最適ワイヤレス通信拡散コード選定を提供するシステムおよび方法を提供する。直接シーケンスのスペクトル拡散において、拡散コードの自己相関の性質はマルチパスに抵抗するシステムの固有の能力に著しく影響を及ぼす。高データレートに関連付けられる低/拡散利得コード（すなわち、“ショート”コード）は大振幅マルチパスが存在する所ではうまく動作しない。ここに提示されるシステムおよび方法はマルチパスにより生じる干渉が最小限に抑えられるように拡散コードを選定することによってこの問題を克服する。このシステムおよび方法はパス間干渉を最小限に抑える拡散コードを選定するために無線周波数リンクの特性を決定することによりこれを行う。

Description

（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は通信網内において拡散コードを送信チャネルに適合させるシステムおよび方法に関する。特に、本発明は、パス間干渉が最小限に抑えられるように、ノード間の無線周波数について集められた情報に基づいて直接シーケンススペクトル拡散（ＤＳＳＳ）ノード通信用最適拡散コードを選定するシステムおよび方法に関する。

（関連技術の説明）
多くの通信システムがネットワークのトランシーバまたはノード間で音声、データまたはマルチメディア信号等の信号を送信するのに拡散コードの使用を利用している。このようなアプリケーションでは、単一周波数帯域内の狭帯域データ送信信号にはユーザデータ信号よりも広い帯域を有する拡散コードが乗じられ、ユーザデータ信号は使用する全周波数帯域を満たすように拡散される。本開示の一部としてここに組み入れられているミハエル ディー コツィン（Ｍｉｃｈａｅｌ Ｄ． Ｋｏｔｚｉｎ）に対して発行された米国特許第5,515,396号に開示されているように、被送信信号の変調には僅か数キロヘルツの帯域幅を有するベースバンド信号（たとえば、音声チャネル）を取り出し、かなりのメガヘルツ幅となることがある周波数帯域にわたって被送信信号を分布することがしばしば含まれる。ユーザデータ信号の拡散はいくつかの方法で遂行することができるが、最も一般的なのは情報の各ビットを、一般的には適切なエラー訂正コーディングの後で、ビットの拡散コードシーケンスにより変調することである。そうすることにより、送信したい各符号化された情報ビットに対して多くのビットが生成される。しかしながら、トランシーバ間の送信はいくつかのソースから干渉を受け、そのため直接シーケンススペクトル拡散（ＤＳＳＳ）システムを実施する時は訂正および補償を考慮しなければならない。

このような一つの干渉源はトランシーバ間のマルチパス伝播である。異なるパスに沿って伝播した信号は伝送遅延の変動により異なる時間に受信機に到着する。本開示の一部としてここに組み入れられているクジェル オストマン（Ｋｊｅｌｌ Ｏｓｔｍａｎ）に対して発行された米国特許第5,677,934号に開示されているように、マルチパス伝播プロファイルは通信リンクの環境に非常に依存する。オストマンに指摘されているように、シグナリング期間が長く、送信信号の遅延コピーがシグナリング期間に比べて長い遅延で受信される時は、マルチパス伝播補償が必要である。さらに、モバイルネットワークでは、通信受信機は受信信号の位相および振幅の迅速な変化に遭遇しこのような変化に追従する必要がある。ＲＡＫＥ受信機を使用して送信信号を一括してアセンブルする等のこれらの影響に取り組むためのいくつかの方法が存在する。ＲＡＫＥ受信機アルゴリズムの使用により、受信機内で多数の伝播信号から完全な送信を引き出すことができる。

２次マルチパスレイ（ｍｕｌｔｉｐａｔｈ ｒａｙ）が、選定された拡散コードの周期的自己相関関数の最低サイドローブ値と同時発生（ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ）であることを保証するように慎重に選定すれば、拡散コードを使用してマルチパス干渉をキャンセルすることもできる。したがって、マルチパス干渉を最小限に抑え好ましくは解消するために、２つのノード間で集められた情報に基づいて、通信用拡散コードを選定するシステムおよび方法が必要とされている。

（発明の概要）
本発明の目的は通信網内の２つのノード間の通信チャネルのマルチパス遅延プロファイルを決定するシステムおよび方法を提供することである。

本発明のもう一つの目的は通信網の２つのノード間の通信に使用されるチャネルのマルチパス遅延プロファイルに基づいて各拡散コードに対する適合度関数（ｆｉｔｎｅｓｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を決定することである。

本発明のさらにもう一つの目的は、ワイヤレスアドホック網のような網の２つのノード間の通信に使用されるチャネルのマルチパス遅延プロファイルに基づいて最低適合度関数を有する拡散コードを決定し、ワイヤレス通信中にマルチパスの悪影響を最小限に抑えることである。

これらの目的およびその他の目的は可能な全ての拡散コードに対する仮想干渉レベルを推定しどのコードが最低干渉レベルを与えるかを決定するシステムおよび方法により実質的に達成される。このシステムおよび方法は最初に全ノードにより使用される高拡散利得コードを使用して通信網内の２つのノード間の送信要求（ＲＴＳ）データパケットを発行する。ＲＴＳデータはノード間の無線周波数リンクのマルチパス遅延プロファイル（ＭＤＰ）を推定するのに使用され、マルチパス遅延プロファイルに基づいた拡散コードの適合度評価が無線周波数リンクで使用する最適拡散コードを明らかにする。受信機ノードから送信ノードへ発行される送信クリア（ＣＴＳ）データパケットは送信ノードにより使用される最適拡散コードを識別する情報を含んでいる。

（好ましい実施例の詳細な説明）
当業者ならば、全てが本明細書の一部を形成する、添付特許請求の範囲および図面と共に下記の詳細な説明を読めば本発明のこれらおよびその他の目的、特徴および特性がより明白になる。ノード通信において最適拡散コードを選定して使用することはマルチパス干渉を低減することを実現する方法である。後述する本発明の実施例では、通信中の最適拡散コードを決定する能力を有する個別ノードが利用される。

図１に示す本発明の実施例では、送信チャネルファクタに基づいて最適拡散コードを決定し、次に実施するのに、２つのノード１０２および１０４が使用される。各々の全体内容が本開示の一部としてここに組み入れられている、米国特許出願第09/897,790号、第09/815,157号および第09/815,164号に記述されているような、アドホックワイヤレス通信網のモバイルノードすなわちインテリジェントアクセスポイント（ＩＡＰ）としてノード１０２および１０４を利用することができる。各ノードは下記の全てのタスクを実施するのに必要なコンポーネントを含んでいる。特に、図２に示すように、各ノード１０２および１０４はトランシーバ１２２を含んでおり、トランシーバ１２２はアンテナアレイ等のアンテナ１２４に接続され、コントローラ１２６の制御下でノード１０２または１０４に対してパケット化データ信号等の信号を送受信することができる。パケット化データ信号は、たとえば、音声、データまたはマルチメディアを含むことができる。トランシーバ１２２は追従および格納回路等の信号処理コンポーネントを含むことができ、各ノードはさらに網内のそれ自体および他のノードに関するルーティング情報を格納することができるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等のメモリ１２８を含んでいる。

ノード間の送信チャネルファクタの評価は受信ノードとして分類に基づいたタスク分割を有する２つ以上のノード、または後述する送出ノード（すなわち、受信機または送信機）を使用する。図１において、ノード１０２は送信機として機能している。もう一つの実施例では、ノード１０２は受信機として機能することができる。同様に、図１において、ノード１０４は受信機として機能しているが、もう一つの実施例では、ノード１０４は送信機として機能することができる。

拡散コード選定の初期段階は、１０６に示すように、高拡散利得コードを使用してノード１０２から１０４へ送信要求（ＲＴＳ）データパケットを送信して開始する。ＲＴＳデータパケットの送信はトランシーバ間の送信チャネル１２０を介して行われる。ＲＴＳデータパケットの受信に基づいて、ノード１０４は１０８において送信チャネルのマルチパス遅延プロファイルを決定する。

マルチパス遅延プロファイルの決定は、使用するシーケンスのより高い拡散利得により可能とされるプロセスである、ＲＴＳ内の基準シーケンスの整合フィルタリングにより遂行することができる。マルチパス遅延プロファイルの決定は、本開示の一部としてここに組み入れられているシュリン（Ｓｃｈｕｌｉｎ）等に対して発行された米国特許第6,229,842号で検討されている。マルチパス遅延プロファイル内の全ての主要な寄与パスを決定するには十分な準備を行わなければならないが、直接パスのコンポーネントよりも１０デシベル以上低いマイナーなパスはシステムの性能にほとんどもしくは全く影響を及ぼさず無視することができる。

図３に示すように、マルチパス遅延プロファイルはチップ遅延と振幅との間の関係であり、潜在的に最大干渉を生じるパスを示す。チップ遅延０，２および７において、それぞれ、１３０，１３２および１３４で、生じている振幅ピークが示されている。受信機に達する最初の送信であるため、１３０の振幅ピークは十中八九直接パスに対応する。１３２および１３４のピークは２次パスに対応する。

当業者ならばお判りのように、２次パスにより生じる干渉の量はマルチパス遅延プロファイルにより推定される干渉レベルと２次パスに対応するチップ遅延における拡散シーケンスの周期的自己相関サイドローブ値との積に比例する。したがって、最適拡散コードの選定は可能な全ての拡散コードに対する仮想干渉レベルの推定を必要とする。レベルが既知であれば、最低干渉レベルを与える拡散コードが選定される。

図４に示すように、考慮される各拡散コードシーケンスは“偶数”および“奇数”周期的自己相関関数（ＰＡＣＦ；Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ａｕｔｏ−Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を生成するのに使用される。拡散シーケンスｘのＰＡＣＦは次式（１）により定義され、

ここに、ｉはチップシーケンスインデクスであり、Ｎは拡散コードの長さである。

前式（１）において、ｉ∈[１，Ｎ]に対する拡散コードとして定義されるｘに対する値はｍｏｄｕｌｏ Ｎであることが理解され、ここに、
ｘ（０）＝ｘ（Ｎ）
ｘ（−１）＝ｘ（Ｎ−１）
ｘ（−２）＝ｘ（Ｎ−２）
であり、以下同様である。前後の記号は同一であるため、これは“偶数”ＰＡＣＦと呼ばれるものを定義する。しかしながら、拡散シーケンスを変調する前後の記号は異なる値をとることもできる。その場合、“奇数”ＰＡＣＦを定義する必要があり、ここに、
ｘ（０）＝−ｘ（Ｎ）
ｘ（−１）＝−ｘ（Ｎ−１）
ｘ（−２）＝−ｘ（Ｎ−２）
であり、以下同様である。したがって、２つのＰＡＣＦ関数は次のように記述することができ、

ここに、ｘ^ＥＶＥＮおよびｘ^ＯＤＤは記号が変調される過程で異なる仮定を行う。

図４に示すように、８-チップシーケンス(1,-1,1,-1,-1,-1,1,1)は(8,0,0,-4,0,-4,0,0)の偶数ＰＡＣＦを有する。このシーケンスに対する奇数ＰＡＣＦは(8,-2,0,-2,0,+2,0,+2)である。１３６および１３８におけるチップ遅延±２および±４では関数が零であり、そのため２または４(modulo-8)チップの遅延で受信される信号は直接パスと相関しない。送信チャネルのマルチパス遅延プロファイルが与えられると、ノード１０４は推定されたマルチパス遅延プロファイルおよび各拡散コードのＰＡＣＦに基づいて送信チャネルで使用するように考慮された各拡散コードに対する適合度関数を計算する。各拡散コードに対する適合度関数は次式で定義され、

ここに、Ｒ_ｘｘは考慮する拡散シーケンスの周期的自己相関関数であり、Ｎは拡散シーケンスの長さであり、ＭＤＰは送信チャネルのマルチパス遅延プロファイルである。

表１に示すように、ノード１０４は各拡散コードの適合度を評価するのに使用され、最低適合度を有することが判明したコードはマルチパスの悪影響を最小限に抑えて最善の性能を提供する。本発明の実施例は長さ８のコードシーケンスを評価するように示されているが、この方法は任意長のコードシーケンスに対して一般化することができる。また、本発明の実施例は３つの異なるコードシーケンスを評価するように示されているが、この方法は任意数のコードシーケンスに対して一般化することができる。

図４は長さ８のシーケンスに対する典型的な自己相関関数を示す。図からお判りのように、チップ遅延±２および±４では関数が零である。したがって、２または４(ｍｏｄｕｌｏ−８)チップの遅延で受信される信号は直接パスと相関しない。本発明の実施例では、直接シーケンススペクトル拡散（ＤＳＳＳ）変調のこの性質を使用して、チャネルの事前推定値に従って拡散コードが選定される時にパス間干渉を最小限に抑える。

たとえば、表１の１行において、図４に示す拡散コードシーケンス(1,-1,1,-1,-1,-1,1,1)は(8,0,0,-4,0,-4,0,0)の偶数周期的自己相関関数および(8,-2,0,-2,0,2,0,2)の奇数自己相関関数を有する。図３に示す通信チャネルの推定ＭＤＰは０，２および７の遅延における、それぞれ、１３０，１３２および１３４のピーク値を示す。（３）式からの適合度関数の決定により０.２５の値が得られる。表１の２行の第２の拡散コードシーケンス(-1,-1,1,1,1,-1,-1,1)は２.２５の適合性関数を有し、表１の３行の第３の拡散コードシーケンスは０.７５の適合度関数を有する。上記評価に基づいて、０.２５の最低適合度関数値を有する１行の拡散コードが最適拡散コードとして選定される。図１の１１０に示すように、ノード１０４はこの評価に基づいてこの最適コードを選定し、１１２において、データの復号にどの拡散コードを使用すべきかに関する情報を含む送信クリア（ＣＴＳ）パケットを送る。上記実施例は状況に応じて異なる拡散コードを使用することができる任意の直接拡散スペクトル拡散システムに使用することができる。

ここに提示されたシステムおよび方法は送信開始時に受信機により推定されるチャネル情報が送信の終りまで著しく変化しなければ有効である。したがって、静止性の概念は全体送信時間に関連することができる。ラップトップ等のワイヤレスユニットはその現在の利用、たとえば、オフィスデスク上または車内に応じて静止またはモバイルと見なすことができる。ユニットが静止であるかモバイルであるかの判断は、たとえば、モーションセンサまたは反復チャネルプローブにより適応的に行うことができ、あるいは壁付け基地局等のユニットは固定としｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ（ＰＤＡ）等のユニットはモバイルとすることができる。しかしながら、実施例は適応性が高く、逆マルチパス環境のためにより高いデータレートが得られないことがあるデスク装置上のワイヤレスルータやコンピュータ等の、しばしば再配置されることがあるユニットにも適切である。

本発明の２，３の典型的な実施例について詳細に説明してきたが、当業者ならば本発明の新規の教示および利点から著しく逸脱することなく典型的な実施例に多くの修正が可能であることを容易に理解できる。したがって、このような修正は全て特許請求の範囲に明記された本発明の範囲内に含まれるものとする。

本発明の実施例に従った通信網の２つのノード間の拡散コード決定の例を示すフロー図である。 図１に示すノードの概念的ブロック図である。 マルチパス遅延プロファイル推定の例を示すグラフである。 ８−チップシーケンスの奇数および偶数周期的自己相関関数を示すグラフである。

Claims (22)

1. 送信チャネルマルチパス遅延プロファイルに基づいて通信網内のノード間通信に使用する拡散コードを選定する方法であって、
   拡散利得コードを使用する送信チャネルを介して第２のノードへ第１のデータパケットを送るよう第１のノードを制御するステップと、
   前記発行された第１のデータパケットに基づいて前記送信チャネルのマルチパス遅延プロファイルを推定するステップと、
   前記送信チャネルの複数の拡散コードに対して前記マルチパス遅延プロファイルを含む適合度関数を計算するステップと、
   前記適合度関数計算に基づいて前記送信チャネルに対して利用可能な複数の拡散コードから一つの拡散コードを選定するステップと、
   前記第１のノードへ第２のデータパケットを送る前記第２のノードを制御するステップであって、前記第２のデータパケットは前記第１のノードに前記選定された拡散コードを知らせる情報を含む前記第２のノードを制御するステップと、
   を含む前記方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記マルチパス遅延プロファイルの前記推定するステップは、振幅対チップ遅延の比較をするステップを含む前記方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記適合度関数は次式に対応し、
   

   

   
   ここに、Ｒ_ｘｘは考慮する拡散コードの自己相関関数であり、Ｎは考慮する拡散コードの長さであり、ＭＤＰはマルチパス遅延プロファイルである前記方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記送信チャネルは送信レートが実質的に一定である前記方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記第１のデータパケットは送信要求データを含む前記方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、前記第２のデータパケットは送信クリアデータを含む前記方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、前記複数の拡散コードは前記送信チャネルで使用するのに適した拡散コードを含む前記方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、前記第２のノードは、前記送信チャネルのマルチパス遅延プロファイルの前記推定と、適合度関数の前記計算と、拡散コードの前記選定とを実施する前記方法。
9. 送信チャネルマルチパス遅延プロファイルに基づいて通信網内のノード間通信用拡散コードを選定するシステムであって、
   拡散利得コードを使用して送信チャネル上で第１のデータパケットを送る第１のノードと、
   前記送信チャネル上で前記第１のデータパケットを送信し、それに応答して、前記送信チャネルのマルチパス遅延プロファイルを推定し、前記マルチパス遅延プロファイルに基づいて前記送信チャネルの複数の拡散コードに対する適合度関数を計算し、前記適合度関数に基づいて前記送信チャネルの前記複数の拡散コードから一つ拡散コードを選定し、前記第１のノードへ第２のデータパケットを送る第２のノードであって、前記第２のデータパケットは前記第１のノードに前記選定された拡散コードを知らせる情報を含む前記第２のノードと、
   を含む前記システム。
10. 請求項９に記載のワイヤレス通信網であって、前記第２のノードは、
    前記第１のデータパケットに基づいて前記送信チャネルの前記マルチパス遅延プロファイルを推定する推定器と、
    前記マルチパス遅延プロファイルに基づいて、前記送信チャネルの前記複数の拡散コードに対する前記適合度関数を計算する計算器と、
    前記適合度関数計算に基づいて、前記送信チャネルの前記複数の拡散コードから前記拡散コードを選定するセレクタと、
    を含む前記ワイヤレス通信網。
11. 請求項９に記載のワイヤレス通信網であって、前記第１のデータパケットは送信要求データを含む前記ワイヤレス通信網。
12. 請求項９に記載のワイヤレス通信網であって、前記第２のデータパケットは送信クリアデータを含む前記ワイヤレス通信網。
13. 請求項９に記載のワイヤレス通信網であって、前記第１のノードは、さらに、前記選定された拡散コードを利用し且つ前記チャネル上で前記第２のノードへ付加データパケットを送る前記ワイヤレス通信網。
14. 請求項９に記載のワイヤレス通信網であって、前記最適拡散コードは所望のレートでデータを復号する前記ワイヤレス通信網。
15. 請求項９に記載のワイヤレス通信網であって、前記送信チャネルは実質的に一定である前記ワイヤレス通信網。
16. 請求項９に記載のワイヤレス通信網であって、前記マルチパス遅延プロファイルの前記推定は振幅対チップ遅延の比較に基づいている前記ワイヤレス通信網。
17. 請求項９に記載のワイヤレス通信網であって、前記適合度関数は次式に対応し、
    

    

    
    ここに、Ｒ_ｘｘは考慮する拡散コードの自己相関関数であり、Ｎは考慮する拡散コードの長さであり、ＭＤＰは前記マルチパス遅延プロファイルである前記方法。
18. 拡散コード値を決定し実施するワイヤレス通信装置であって、
    送信チャネル上でデータパケットを送受信するトランシーバと、
    受信したデータパケットに基づいて前記送信チャネルのマルチパス遅延プロファイルを推定し、前記マルチパス遅延プロファイルに基づいて前記送信チャネルの複数の拡散コードに対する適合度関数を計算し、前記適合度関数に基づいて前記送信チャネルの前記複数の拡散コードから一つ拡散コードを選定するコントローラと、
    を含む前記ワイヤレス通信装置。
19. 請求項１８に記載のワイヤレス通信装置であって、前記データパケットは送信要求データを含む前記ワイヤレス通信装置。
20. 請求項１８に記載のワイヤレス通信装置であって、前記データパケットは送信クリアデータを含む前記ワイヤレス通信装置。
21. 請求項１８に記載のワイヤレス通信装置であって、前記マルチパス遅延プロファイルの前記推定は振幅対チップ遅延の比較を含む前記ワイヤレス通信装置。
22. 請求項１８に記載のワイヤレス通信装置であって、前記適合度関数は次式に対応し、
    

    

    
    ここに、Ｒ_ｘｘは考慮する拡散コードの自己相関関数であり、Ｎは考慮する拡散コードの長さであり、ＭＤＰは前記マルチパス遅延プロファイルである前記ワイヤレス通信装置。

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