JP2005531197A

JP2005531197A - 無干渉窓を有する拡散符号を用いるｍｔ−ｃｄｍａ

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Publication number: JP2005531197A
Application number: JP2004515374A
Authority: JP
Inventors: アメリコ、ブラジャル; ベルナ、ユナル、セイラク; リュドビック、ローエル; セリーヌ、モーリエ
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2005-10-13
Also published as: AU2003244955A1; TW200406099A; US20050276311A1; CN1663161A; KR20050013611A; EP1520363A1; WO2004002038A1

Abstract

本発明はデジタル伝送に係る。本発明は、より詳細には、伝送システムにアクセスするためのマルチキャリア符号分割多重アクセス（CDMA)方式を用いてデータを伝送するための方法に係る。この方法は、伝送されるべきデータを直交周波数分割多重化（OFDM)方式を用いて変調することでOFDM変調されたデータシンボルを生成するステップと、こうしてOFDM変調されたデータシンボルをセットの所定の系列を含む拡散符号にて拡散するステップとを含み、これら所定の系列は、所定の自己相関基準及び相互相関基準の少なくとも一方を、無干渉窓（IFW）として定義される、相関関数の零時間オフセット点近傍の領域内において満たすように予め定義される。

Description

本発明は、一般的には、デジタル伝送に係る。より詳細には、本発明は、伝送システムにアクセスするためのマルチキャリア符号分割多重アクセス（( CDMA )multi-carrier Code-Division Multiple Access）方式を用いてデータを伝送するための方法、及びこうして送信されたデータを受信するための方法に係る。

本発明は、さらに、上述の方法を遂行するためのシステム、送信機、及び受信機にも係る。

本発明は、さらに、上記のような方法を遂行するためのコンピュータプログラム製品にも係る。

本発明は、とりわけ、（第三世代を超えた）次世代の高データ速度移動体通信システムに用いるのに適する。

一部には、近い将来にはマルチメディアトラフィックが音声トラフィックを抜いて主流となることが予測ることから、より高速な移動体データ通信に対する需要がますます高まっているが、このような背景から、第四世代のシステムとも呼ばれる次世代のセルラ無線システムは、顧客に対して、容量が大きくスペクトル効率の良いサービスを提供するという重大な課題を課せられている。このため、第三世代のシステムが商業的にはまだ完全には展開されたとはいえないのに、第四世代のシステム（すなわち、IMT-2010+システム）に関する様々な研究及び議論が既に開始されている。そして、現在、ますます増加する移動体データトラフィックの要件をサポートできる空中インタフェースの開発に向けて多くの努力が払われている最中である。

最近、無線通信網に対して広帯域符号分割多重アクセス（(CDMA)Code-Division Multiple Access）システムが提唱されている。これらシステム（方式）は、従来のアクセス方式と比較して、より高い容量と、より高いデータ速度を提供する。さらに、これらは、マルチメディアデータトラフィックの非同期的性質に対処でき、厳しいチャネル周波数選択環境（hostile channel frequency selectivity）と戦う能力を有する。ただし、これら高速無線リンクは、大きな周波数帯域幅を有し、このため、シンボル間干渉(ISI）に弱い。このため、チャネルの周波数選択性に関する性能を改善するために、多くのマルチキャリアCDMA方式が提唱されている。他方において、アクセス網内でのユーザデータ速度を増加させるための方法の一つとして、直交周波数分割多重化（(OFDM)Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）として知られるマルチキャリア多重化方式（multi-carrier multiplexing technique）を用いることも行なわれている。OFDM方式は、移動体環境内においてデータを高速で伝送するための一つの良い解決手段であり、非常に劣悪な無線チャネル（highly hostile radio channel）環境においても用いることができる。マルチキャリアCDMA（OFDM-CDMA）は、OFDMとCDMAとを組み合わせた方式である。この方式によると、OFDMの有するチャネル分散性（channel dispersivity）に対して頑丈であるという長所と、CDMAの有する高いマルチアクセス能力の両方を享受できる。拡散は、周波数領域と、時間領域のいずれにおいて行うこともでき、前者の場合は、Multi-Carrier CDMA (MC-CDMA)が導かれ、後者の場合は、Multi-Tone CDMA (MT-CDMA）及びMulti-Carrier Direct Sequence CDMA (MC-DS-CDMA）が導かれる。

OFDM方式は：同期化の遂行が困難である；システムが周波数オフセットに弱い；増幅が非線形であるため、ピーク対平均電圧比（peak-to-average power ratio, PAPR）が高くなる；等の様々な短所を有する。マルチキャリアCDMAも同一の短所を有するが、マルチキャリアCDMA、大きな長所として各サブキャリア内におけるシンボルレートを下げることができ、このため、シンボル期間を長くすることが可能となり、従って、チャネルの推定が容易となる。

L. Vandendorpeによって、IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol.44, no.2, pages 327-337、May 1995に掲載された文献”Multitone spread spectrum multiple access communications system in multipath Rician fading channel（多重パスRicianフェージングチャネル内におけるマルチトーンスペクトル拡散多重アクセス通信システム）”[資料１]においては、上りリンクに対する非同期Multi-Tone CDMA (MT-CDMA）方式が、将来の第四世代システムに対する有望が候補として開示されている。このMT-CDMAの構造の背後に横たわる主要なアイデアは、複数のキャリアを追加することで、帯域幅を増加させることなく、拡散系列の長さを増加させることから成り、多重アクセス干渉（Multiple Access Interference, MAI）の低減を通じて、ユーザ容量を増加することが可能となる。ただし、この長所は、キャリア間干渉（Inter-Carrier Interference, ICI）の増加を犠牲にして達成されるもので、これによってこの長所は相殺され、このためユーザ容量の増加は失われる。従って、MT-CDMAシステムでは、干渉相殺/低減技術が要求され、このため、高データ速度無線アプリケーションに対しては、複雑になり過ぎる。
[資料１]：L. VandendorpeによってIEEE Transactions on Vehicular Technology, vol.44, no.2, pages 327-337、May 1995に掲載された文献"Multitone spread spectrum multiple access communications system in multipath Rician fading channel（多重パスRicianフェージングチャネル内におけるマルチトーンスペクトル拡散多重アクセス通信システム）" [資料２]： "Physical layer specification for LAS-2000（LAS-2000に対する物理層仕様）"、in China Wireless Telecommunication Standards (CWTS)、 WG1, SWG2#4、 LAS-CDMA Sub-Working Group、 April, 25th 2001 [資料３]：D. Liによって、Proceedings of the Fifth Asia-Pacific Conference on Communications and Fourth Optoelectronics and Communications Conference (APCC/OECC'99), vol., pages 598-605, 1999に掲載された文献"A high spectrum efficient multiple access code(高いスペクトル効率を有する多重アクセス符号)" [資料４]：P.Z. Fan, N.Suehiro and X.M. DengらによってElectronics Letters, vol.35, pages 777-779, 1999に掲載の文献"A class of binary sequences with zero correlation zone（零相関ゾーンを有する新たなクラスのバイナリ系列）" [資料５]：X.M. Deng and P.Z. FanらによってElectronics Letters, vol.36, no.12, pages 982-983, December 2000に掲載の文献"Spreading sequence sets with zero correlation zone（零相関ゾーンを有する拡散系列セット）" [資料６]：X.H. Tang, P.Z. Fan and S. MatsufujiらによってElectronics Letters, vol.36, no.6, pages 551-552, March 2000に掲載の文献"Lower bounds on the maximum correlation of sequence set with low or zero correlation zone（低或いは零相関ゾーンを有する系列セットの最大相関の下限）" [資料７]：B. Long, P. Zhang and J. HuらによってIEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 47, pages 1267-1275, November 1998に掲載の文献"A generalized QS-CDMA system and the design of new spreading codes（一般化QS-CDMAシステム及び新たな拡散符号の設計）" [資料８]：Low Correlation Zone (LCZ) 系列が開示されており；P.Fan and L.HaoらによってIEICE Trans. Fundamentals, vol. E83-A, no.11, pages 2054-2069, November 200に掲載の文献"Generalized orthogonal sequences and their applications in synchronous CDMA systems（一般化直交系列及びこれらの同期CDMAシステム内での使用）"

本発明の一つの目的は、上述の資料[1]において開示されているシステムよりも実現が複雑でなく、しかも、より良い品質を得ることができるシステムを提供することにある。

本発明は、以下の様々な点を考慮に入れる。最近、第三世代及び第四世代無線システムを向上させるために、Large Area Synchronized-CDMA (LAS-CDMA)が提唱されており、”Physical layer specification for LAS-2000（LAS-2000に対する物理層仕様）”、in China Wireless Telecommunication Standards (CWTS)、 WG1, SWG2#4、 LAS-CDMA Sub-Working Group、 April, 25^th 2001[資料２]において開示されている。 LAS-CDMAは、LAS符号と呼ばれる効率的なセットの拡散符号を用いるが、これら拡散符号は、無干渉窓（Interference-Free Window, IFW）と定義される原点近傍の領域においては完全な自己相関及び相互相関特性を有する。LAS符号については、D. Liによって、Proceedings of the Fifth Asia-Pacific Conference on Communications and Fourth Optoelectronics and Communications Conference (APCC/OECC'99), vol., pages 598-605, 1999に掲載された文献”A high spectrum efficient multiple access code(高いスペクトル効率を有する多重アクセス符号)”[資料３]において、新たなクラスの高いスペクトラム効率を有する多重アクセス符号として開示されている。類似する符号系列（シーケンス）が文献に見られる。例えば、P.Z. Fan, N.Suehiro and X.M. DengらによってElectronics Letters, vol.35, pages 777-779, 1999に掲載の文献”A class of binary sequences with zero correlation zone（零相関ゾーンを有する新たなクラスのバイナリ系列）”[資料４]、或いはX.M. Deng and P.Z. FanらによってElectronics Letters, vol.36, no.12, pages 982-983, December 2000に掲載の文献”Spreading sequence sets with zero correlation zone（零相関ゾーンを有する拡散系列セット）”[資料５]においては、Zero Correlation Zone (ZCZ）系列が開示されており；X.H. Tang, P.Z. Fan and S. MatsufujiらによってElectronics Letters, vol.36, no.6, pages 551-552, March 2000に掲載の文献”Lower bounds on the maximum correlation of sequence set with low or zero correlation zone（低或いは零相関ゾーンを有する系列セットの最大相関の下限）”[資料6]、或いはB. Long, P. Zhang and J. HuらによってIEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 47, pages 1267-1275, November 1998に掲載の文献”A generalized QS-CDMA system and the design of new spreading codes（一般化QS-CDMAシステム及び新たな拡散符号の設計）”[資料7]においては、Low Correlation Zone (LCZ) 系列が開示されており；P.Fan and L.HaoらによってIEICE Trans. Fundamentals, vol. E83-A, no.11, pages 2054-2069, November 200に掲載の文献”Generalized orthogonal sequences and their applications in synchronous CDMA systems（一般化直交系列及びこれらの同期CDMAシステム内での使用） ”[資料8]においては、Generalized Orthogonal Sequences（一般化直交系列）が開示されている。これら符号系列における共通の特徴は、これらの自己相関及び相互相関特性が、所要の条件を原点を中心とするある領域内においてのみ満たすことである
。これら系列をCDMA-ベースのシステム内で、拡散の目的で用いた場合、チャネル遅延スプレッドがZCZ/LCZの長さよりも短い場合はシンボル間干渉（ISI）を、そして、ユーザ間の同期をZCZ/LCZの長さを考慮した許容時間差内に制御できる場合は、多重アクセス干渉（MAI）を、両方とも大幅に低減することができる。LAS符号の場合は、利用可能な符号の数とIFWの長さとの積は、その符号系列長に正比例することが知られている。従って、系列長をより長くすることで、利用可能な符号の数及びIFWの長さの少なくとも一方を増加することができる。

本発明は、上述の拡散系列のファミリーの一つを、MT-CDMA構造とともに用いることができる新たなシステムを提唱する。これら符号の干渉排除特性（interference rejection properties）を利用することで、MT-CDMAの長所を、キャリア間干渉（ICI）の増加を伴うことなく、享受することが可能となる。MT-CDMAによると、帯域幅を拡大することなく、拡散系列長を増加することができ、これを活用することで、利用可能な拡散符号の数及び無干渉窓（IFW）の長さの少なくとも一方を増加することが可能となる。無干渉窓（IFW）の長さを増加させることは、とりわけ、高データ速度無線アプリケーションに見られるチャネル長の増大の観点から重要である。こうして、この新たなシステムは、２つの要素システムが互いの性能を向上し合う相利共生の上に立脚する。

以下では、本発明及び本発明をより効果的に実現するためにオプションとして用いることができる追加の特徴について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１はMT-CDMA送信機を示す。このMT-CDMAスキームは、主として、これが有する非同期構造のためにセルラシステムの上りリンク通信に対して提唱されている。エンコーダENCODは、任意のユーザｋに向けられた入来データシンボルSを符号化されたデータシンボル（encoded data symbol）Scに符号化する。直列・並列（serial-to-parallel、S/P）変換器は、こうして符号化された入来データシンボルScをNc個の低速並列サブ流に変換する。これら各サブ流によってサブキャリアf_p（P=0,...Nc-1）が変調され、これらを総和することで、一つのOFDMシンボルが得られる。符号化された入来符号化データシンボルの持続期間Tsは係数Nc倍だけ倍増され、こうして、加算器の出力の所のOFDMシンボルの期持続はT = Nc×Tsとなる。このOFDMシンボルが、次に、ユーザｋの関連する拡散波c_k(t)にて拡散され、送信される。

図２は、f₀,f₁,...,f_Nc-1として示されるNc個のサブキャリアを含むMT-CDMA信号のスペクトルを示す。サブキャリアの間隔は1/Tとされ、このため、これらNc個の並列なデータサブ流は拡散前は、直交性要件を満たす。ただし、拡散後は、各サブキャリアのスペクトルはもはや直交性条件を満たすことはできなくなる。これはMT-CDMAシステムの大きな短所であり、図２にキャリア間干渉（ICI）として示されている。

他方において、MT-CDMAシステムでは、サブキャリアの間の間隔を狭くすることができるため、従来のDS-CDMA方式の場合の長さと比較して、Nc倍だけ長い、長さLの拡散符号を用いることが可能となり、このためMT-CDMAシステムの処理利得（processing gain）はL/Ncとなるが、これは、このシステムの大きな長所である。従って、MT-CDMAシステムにおけるトレードオフは、より高いICI（キャリア間干渉）と、より長い拡散シーケンスからの長所（例えば、より良好な相関特性に起因するMAI及びISIの低減、より多くの符号系列が利用可能となる、等）との間のバランスにある。これら長所が優勢となるようなチャネル内では、MT-CDMA方式は従来のDS-CDMA方式よりも優れた性能を示す。

図３はMT-CDMA受信機を示す。これは、RAKE復調器３０、干渉の相殺も遂行する、EQ/ICと呼ばれる等化器、復号器DECOD及び検波器DETECTを備える。この受信機は、図１に示される送信機によって送信された、MT-CDMAデータ系列から形成される信号を受信する。r(t)として示されるマルチキャリアMT-CDMA信号が、RAKE復調器３０によって受信される。この信号は、f₀からf_Nc-1として示されるNc個のサブキャリア間に分散された複数のサブキャリア信号を含み、各サブキャリア信号は、マルチパスと呼ばれる複数の経路を有する。RAKE復調器は、最初に、受信された信号を復調するためにこれらサブキャリアを分離する。つまり、従来のOFDM変調と逆の動作を遂行する。これを達成するためには、並列の複数の乗算器によってこれら受信された信号r(t)にこれらサブキャリアf₀からf_Nc-1が乗じられる。次に、RAKE０からRAKE Nc-1として示されるNc個のRAKE結合器を用いて全ての受信された経路に関して整合フィルタリング（matched filtering）が遂行され、これらがMaximum Ratio Combining（MRC）にて最適に結合される。この受信機フロントエンドのRAKE復調器３０内の各ブランチは、関連するサブキャリアに同調されている従来のCDMA RAKE結合器とみなすことができる。次に、並列・直列変換器P/SによってこれらRAKE結合器の並列出力は直列系列に変換される。これら直列系列は、次に、等化/干渉相殺（equalization /interference cancellation block, EQ/IC）ブロックにて等化され、残留干渉を相殺される。次に、これらデータ系列は、図１に示される符号器ENCODとは逆の動作を遂行する、復号器DECODにて復号される。次に、検波器DETECTは受信された信号の推定から、元のデータSが回復される。

このRAKE受信機の性能は（拡散系列セットの相関特性によって決まる）干渉によって制約を受けるために、満足できる性能を得るためには、通常は、この後に、等化（equalization、EQ）、干渉の相殺（/interference cancellation 、IC）及び/或いはマルチユーザ検出（Multi-User Detection,MUD）等の後処理（post-RAKE processing）を施すことが必要となる。次世代セルラ移動体システム（next generation cellular mobile systems）のような高データ速度無線アプリケーション（high data rate wireless applications）に対しては、この必要性を解決するためには、システムが複雑になり過ぎる。更に、全体としてのデジタル低域通過等価構造（overall digital low-pass euivalent structure）は、直列から並列に変換された符号化されたシンボルと、これらRAKE結合器の出力の所のサンプルとの間においても、マルチ入力マルチ出力（Multiple Input Multiple Output, MIMO ）構造を有することがわかっている。このため、ポストRAKE処理もMIMO構造を有し、これもシステムの複雑化に拍車をかける。

図１の送信機の出力の所のこの低域通過等価伝送信号（low-pass euivalent transmitted signal）x_k(t)は、以下によって与えられる：

ここで、Pは全てのユーザの送信電力を表し、I_k ^q[m]はユーザｋのサブキャリアｑ上の瞬間ｍにおける複素シンボルを表し、c_k(t)はユーザｋの拡散波を表し、u(t)はOFDMパルス形状を表すが、このパルスは、単位振幅と持続期間Tを有する長方形であるものと想定される。サブキャリアｑと関連するRF周波数はf_q = f₀ + q/Tによって与えられ、ここで、 f₀ はあるベース周波数を表す。

ユーザｋのチャネルが、低域通過インパルス応答g_k(t)を有する、時間不変な線形チャネル（linear time-invariant channel）であるものと想定すると、ｋ個のユーザを有するシステム内で受信される低域通過等価信号r(t)は、以下によって与えられる：

ここで、h_k ^q(t)=[c_k(t)u(t)exp(j 2π/T×qt]*g_k(t),*は、線形畳み込み（linear convolution）を表し、n(t)は、両側電力スペクトル密度Noを有する、平均零の加法的白色ガウス雑音（zero-mean Additive White Gaussian Noise, AWGN）を表す。

ユーザuの受信機は、Maximal Ratio Combining（MRC)を用いるRAKEフロントエンドを採用するが、この出力は以下によって与えられる：

ここで、y_u ^P[n]は、サブキャリアｐと関連するユーザuの時刻ｎにおけるRAKE-MRC出力を表し、(.)*は複素共役（complex conjugate）を表す。RAKE-MRC出力に関して、より詳しく調べると、以下が得られる：

ここで、チャネル相関係数χ_uk ^pqは以下のように定義され：

ν_u ^p[n]は、分散N₀Tχ_uu ^pp[0]を有する、零平均のAWGNサンプルを表す。式（４）内の第一の項は、要求される信号項であり、第二の項はISI項であり、第三の項はICI項であり、第四の項はMAI項である。これら全ての干渉項において、各総和のLc成分のみが重要である。Lcは、チャネル深さと呼ばれ、Lc＝「１＋Tm/T」によって与えられ、ここで、T_mはチャネルのマルチパス遅延スプレッド（multi-path delay spread）を表し、「.」は最も近いより小さな整数への切り捨てを意味する。ユーザｋの一般マルチパスチャネルモデルは以下のように表すことができる：

ここで、｛g_k,l｝と｛τ_k,l｝は、それぞれ、複素パス係数及びパス遅延を表すが、これを用いると、式（５）は、以下のように書き変えることができる：

ここで、相関係数R_uk ^pq[η]は以下によって与えられる：

これら相関係数は拡散系列（spreading sequences）の部分相関特性（partial correlation properties）に依存する。上述の式から明らかなように、MT-CDMAの利益は、より長い拡散符号の利用によって達成される相関値は低減と、より多くのサブキャリアが導入されることに起因する干渉は増加とのバランスの上に成立つ。

CDMAシステムの性能は、単一のユーザが検出されるものと想定した場合、干渉によって制約される。CDMAシステム内での干渉は、拡散符号の自己相関及び相互相関特性によって決まる。理想的な符号セット（code set）は、資料[３]において述べられているように、それらの非周期的（aperiodic）/部分的（partial）自己相関（零オフピーク自己相関）及び相互相関（零相互相関）内にサイドローブ（side lobes）は有さない。ただし、理想的な自己相関と相互相関特性を有することは、矛盾した目標であり、このような符号セットは存在しない。ただし、幸運なことに、干渉を排除するためには、零オフピーク自己相関（zero off-peak autocorrelation）と零自己相関（zero cross-correlation）をあらゆる所で有することは必要とされず、原点近傍のある領域内においてこれを達成できれば十分である。この領域の長さは、チャネル遅延スプレッドに依存するが、このチャネル遅延スプレッドは、通常は、最長経路と最短経路間から成る、少なくとも２つの異なるマルチパスの時間長間の差の推定値に対応する時間長として定義される。このため、このチャネル遅延スプレッドを考慮に入れた同期が確保されている限りにおいて、このような特性を有する拡散符号を利用するCDMAシステムは、干渉の問題から解放される。このような特性（一般化直交性条件とも呼ばれる）を満たす拡散符号セット（spreading code sets）については、資料[4]から[8]において開示されている。

図４及び図５は、所望の干渉排除特性（interference rejection properties）を有する、LAS符号と呼ばれる、このような符号の一例の構造を示す。これら符号は、LAS-CDMAと呼ばれる、新たなCDMA方式内で最近用いられており、この方式は、中国における第三世代標準プロセスとして提唱されているとともに、第四世代のシステムに対するベースとしても提唱されている。LAS-CDMA方式は、LAS符号と呼ばれるこの特定のセットの拡散符号を用いるが、この符号のオフピーク部分自己相関及び部分相互相関値は、資料[3]において述べられているように、無干渉窓（Interference Free Window、IFW)と呼ばれる、原点近傍の領域[-d,d]内で零である。このような部分自己相関及び相互相関特性を達成するためには、この符号系列内に零ギャップ（zero gaps）が挿入される。LAS符号は、パルス抑圧双極（pulse-suppressing bipolar）LS符号と、これら零ギャップの長さと位置とを定義するLAパルスとの組み合わせから成る。LS符号は、２つのLAパルス間に存在し、これは、図４に示されるように、CセクションC_kとSセクションS_k、それぞれ、これらに続く、CギャップとSギャップとから構成される。LAパルスは、図４においては、LSブロック間に挿入された、線影を付されたブロックとして示されている。LSシンボルの詳細を図解するフレーム内の線影を付されたブロックは、それぞれ、SギャップとCギャップを表す。

図５は、これらC及びSセクションの反復構造を示すが、これらは双極系列（bipolar sequences）から成り、ここで、L'は、LS系列の零ギャップを含まない長さ（つまり、C_kの長さとS_kの長さの総和）を表す。図５にはLAS符号の一例が示されるが、これは、第一のレベルにおいては：c1=++、c2=+−、s1=−+、s2=−−から構成され、L'＝４とされる。LA符号については、これらパルスは、セル/セクタを識別するために用いられる。基本LA符号からの順列組み合わせによって、以下のテーブル１に示されるようなパルス位置を有する、様々な異なるLA符号が得られる。

図４に示されるLAS符号の構造は、中国の第三世代の標準仕様についての提唱（Chinese 3G standard specification proposal）[資料２]に対応する例である。LS符号のC及びSセクションは、長さ６４から成り（長さL'=１２８のLS符号を形成し）、C及びSギャップの長さは４（パルス）とされ、LAパルスの数は１７とされ、LAS符号内の総チップ（パルス）数は2559となる。これらパラメータによると、構成された符号は、長さ９の、つまり、ｄ＝４の、無干渉窓（IFW）を有することとなる。LASの構造に関するさらなる詳細については資料[2]に与えられているため、これを参照されたい。

LAS符号は、幾つかの欠点を有する。つまり、第一に、系列内に零が挿入されるためにスペクトル効率が損なわれ、第二に、一般直交条件（generalized orthogonality conditions）を満たすことができる符号系列の数には限りがある。利用可能な系列の数の上限は、L'/(d+1)によって与えられることが知られている。このため、利用可能な系列の数を増加させるためには、系列長を増加させることが必要となるが、これは、結果として、バンド幅の拡張及びIFWサイズの低減の少なくとも一方を招き、結果として、干渉を増加させることとなる。

本発明によると、LAS-CDMAを、MT-CDMA内で用いることで、LAS-MT-CDMAと呼ばれる新たなシステムが提供される。この新たなシステムは、これら両方のシステムの長所を、上述の全ての短所に害されることなく、享受できる互利共生をもたらす。換言すれば、一方のシステムの長所が、互いに、他方の短所を克服し合う。MT-CDMAシステム内で、LAS符号を用いることで、ICI、ISI及びMAIがシステム性能に与える影響を低減することができる。式（４）、（７）及び（８）の観点から説明すると、RAKE-MRC出力内の干渉項の重みが、相関係数の低減により低減される。

図６及び７は、サブキャリアの数を増加させた場合の影響をMT-CDMAとLAS-MT-CDMAについて示すコンピュータシミュレーション結果である。図６は、ユーザは一人とし、サブキャリアの数を、Nc=1、Nc=2、Nc=４と増加させた場合のシミュレーション結果を両方のシステムについて示す。これら曲線は、ビット誤り率（bit error rate、BER）と、ビット当りのエネルギ(energy per bit, Eb)を雑音のスペクトル密度（spectral density of noise, No)で割った量(Eb/No)との関係について示す。MT-CDMAシステムは、拡張Gold系列（シーケンス）を採用する。全てのシミュレーションにおいて、2Tcなる遅延スプレッドを有する、静的2‐タップEQチャネルが用いられた。変調方式としてはQPSKが用いられた。Nc=1、Nc=2、及びNc=4について帯域幅を等しく維持するために、それぞれ、１２８、２５６、及び５１２なる拡散系列長が用いられた。受信機は、MRCを採用する2‐フィンガ（two-finger）RAKE受信機と、これに続くハード決定デバイス（hard decision device）から構成された。等化器も、干渉相殺器も用いられず、符号化（coding）も行なわれなかった。完全なチャネル状態情報が想定された。比較のために、同一の図面内に、AWGNチャネルに関する性能も示されている。

これらシミュレーション結果からわかるように、MT-CDMA方式場合、サブキャリアが追加されると、余分な干渉が発生する。このことは、拡張Gold系列の相関特性では、これらサブキャリアによって導入される追加のICIの悪影響を克服できないことを意味する。ただし、LAS-MT-CDMAでは、このことは当てはまらず、LAS-MT-CDMA方式の場合は、サブキャリアを追加しても、（その長さがチャネル遅延スプレッドより大きな）無干渉窓（IFW）のおかげで、追加のICIは導入されず、このため性能の劣化は回避される。さらに、LAS-MT-CDMAの２タップEQチャネルに関しての性能はAWGNチャネルと同一であり、これは、LAS符号の効率を証明するものである。LAS符号の相関特性を観察すると、IFWの長さがチャネル遅延スプレッドより短かな場合でさえも、導入される干渉の量は、MT-CDMAよりもとまだ小さなことがわかる。

図７には、２つの異なる数のユーザが存在する場合のLAS-MT-CDMA方式の性能について示す。この図のシミュレーション結果は、ユーザの数が一人（K=1）の場合とユーザの数が二人（K=2）の場合について、MT-CDMAとLAS-MT-CDMAとを比較して示すものである。この第二のセットのシミュレーションにおいても、同一のチャネル、システムモデル、変調方式、及び受信機構造が用いられた。異なるユーザ間の同期は、２Tc以内に保たれた。図からわかるように、より多くのユーザが追加されると、MT-CDMAの場合は、拡張Gold系列の相関特性が不完全なために性能が劣化する。ただし、LAS-MT-CDMAの場合は、これは当てはまらず、ユーザ間の同期が、チャネル遅延スプレッドとIFWの長さとを考慮に入れたある範囲内に維持される限り、ユーザを追加しても、MAIは導入されず、LAS-MT-CDMAの場合は、システム性能が劣化することはない。これらシミュレーションパラメータを用いた場合、ユーザの数は、（利用可能な系列の数に等しい）１６まで、MAIを導入することなく、増加することができる。このことは、比較的複雑なMUDアルゴリズムの実装を要求されることなく、”近-遠効果（near-far effect）”を回避できることを意味する。一つの短所として、LAS-MT-CDMAでは、零が挿入されるために、スペクトル効率は、MT-CDMAより（約１７％）悪くなる。ただし、符号化を導入することで、これら２つのシステムのスペクトル効率は同一にすることができる。

LAS-MT-CDMAはLAS-CDMAと比べても有利である。LAS-CDMAシステム内に複数のサブキャリアを用いた場合、系列長を増加できるため、利用可能な系列の数及び／或いはIFWのサイズ（これらは両方ともシステム容量を増加させる効果を有する）を、帯域幅を拡張することなく、増加させることが可能となる。IFWサイズの増加は、無線チャネルにおける高データ速度に起因するより長いチャネル長を考えた場合、とりわけ重要となる。例えば、LAS-CDMA仕様では、単一のキャリア（Nc=1)が、符号長L'=１２８とともに用いられる。ｄ＝４なるIFWを想定した場合、利用可能な系列の数は１６となる。ところが、もし、ユーザデータ速度と伝送帯域幅は同一として、２つのキャリア（Nc=2）を用いた場合は、LAS-MT-CDMA方式においては、L'=２５６なる系列長を用いることが可能となる。前と同一のIFW（ｄ＝４）を想定した場合、利用可能な系列の数は最高３２まで増加できる。このことは、これら２つのシステムの性能は、LAS符号の総干渉排除能力から同一となるために、容量２倍となることを意味する。代わりに、利用可能な系列の数は１６に維持した場合は、ｄ＝８なるIFWを有するLAS符号を設計することが可能となる。このことは、このシステムは、LAS-CDMAによってサポートすることができる２倍のデータ速度をサポートできることを意味する。多重アクセスシステムにおいて意味ある良さの指数は、総データスループット/セクタ/システム帯域幅であるために、全てのユーザについて平均データ速度が２倍となることは、結局は、スペクトル効率が２倍となることを意味する。第四世代の要件をスペクトル効率の観点から見た場合、この改善はとりわけ重要である。

図８は、送信機８１、受信機８２、及び送信機からのデータを受信機に伝送するための伝送チャネル８３から構成される本発明によるシステムを示す。移動通信システムにおいては、例えば、下りリンク伝送の際は、ユーザ装置が受信機、基地局が送信機となり、上り伝送の際には、基地局が受信機、ユーザ装置が送信機となる。送信機の設計は、図１に示されるMT-CDMA送信機のそれと類似するが、拡散符号として、図４及び５との関連で説明したような特定の干渉排除特性を有する符号（例えば、LAS符号）が用いられる点で異なる。つまり、これら拡散符号は、所定の自己相関基準及び相互相関基準の少なくとも一方を、原点近傍の無干渉窓（IFW）として定義される領域内において満たす。伝送されるべきデータは、直交周波数分割多重化（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM）を用いて変調した後に、これら特定の符号を用いて拡散される。受信機の設計は、図３に示されるそれと類似するが、受信されるデータ系列は、上述の拡散符号の一つを用いて拡散されたものである点で異なる。

結論として、ここに開示された新たなシステムは、思慮深く選択された拡散符号の干渉排除特性と、MT-CDMAの拡散系列長を帯域幅を拡大することなく増加させる能力の両方の長所を有する。さらに、このシステムによると、両方のシステムによってもたらされるこれら長所を、それらの短所は引き継ぐことなく、強化及び拡張することができる。複数のサブキャリアによって導入される干渉は、こうして選択された拡散符号によって排除され、複数のサブキャリアを追加することで、系列長が増加され、結果として、これら拡散符号の効率が高められる。シミュレーション結果から、複数のサブキャリア及びユーザを追加しても、システム性能が損なわれることはなく、容量が増加することが確認された。最後となったが、ただし、非常に重要な点として、これら拡散符号の幾つかの、とりわけ、LAS符号の、スペクトル効率は、零ギャップが挿入されるために損なわれ、これは、一つの短所といえるが、これは、文献に開示されている零ギャップの挿入を必要としない他の類似する系列、例えば、ZCZ/LCZ系列を用いることで克服することもできる。さらに、この損失は適当なチャネル符号化によっても克服することができる。

上述の図面を用いての説明は、本発明を限定するものではなく、解説のためのものである。明らかなように、添付のクレームの範囲内に入る、他の様々な代替が考えられる。以下のコメントはこの観点からのものである。

機能（function）を、ハードウェア或いはソフトウェア、或いはこの両方を用いて、実現するためには、様々なやり方が存在する。この点、図面は、非常に簡略的なものであり、各図面は、単に本発明の一つの可能な態様を示すに過ぎない。従って、図面は、幾つかの異なる機能を、幾つかの異なるブロックとして示すが、このことは、ハードウェア或いはソフトウェアの単一の要素にて、複数の機能を遂行させることを排除するものでも、ハードウェア或いはソフトウェア、或いはこの両方の要素の集合体によってある一つの機能を遂行させることを排除するものでもない。

クレーム内の任意の参照符号はそのクレームを制限するものとして解されるべきではない。”含む/備える（to comprise）”なる動詞及びこの活用形の使用は、あるクレーム内に列挙されている以外の要素或いはステップの存在を排除するものではない。また、ある要素或いはステップの前の冠詞”a”或いは”an”の使用は、それら要素或いはステップが複数存在することを排除するものではない。

MT-CDMA送信機の一例を示す概念ブロック図である。 MT-CDMA信号のスペクトルを示す略図である。 MT-CDMA受信機の一例を示す概念ブロック図である。本発明に用いることができる拡散符号の一例の構造を示す略図である。本発明に用いることができる拡散符号の一例の構造を示す略図である。本発明によるシステムに関するシミュレーション結果を示すグラフである。本発明によるシステムに関するシミュレーション結果を示すグラフである。本発明によるシステムの一例を示す概念ブロック図である。

Claims

伝送システムにアクセスするためのマルチキャリア符号分割多重アクセス（CDMA）方式を用いてデータを伝送するための方法であって、
前記伝送されるべきデータを直交周波数分割多重化方式を用いて変調することで直交周波数分割多重化変調されたデータシンボルを生成するステップと、
前記直交周波数分割多重化変調されたデータシンボルの集合の所定の系列を含む拡散符号にて拡散するステップとを含み、
前記所定の系列は所定の自己相関基準及び相互相関基準の少なくとも一方を無干渉窓と定義される原点近傍の領域内において満たすように予め定義されることを特徴とする方法。
前記伝送システムは、送信機と、受信機と、前記データを前記送信機から前記受信機に伝送するための伝送チャネルとを備え、前記伝送チャネルは、関連する時間長を有するセットのマルチパスを含み、前記伝送チャネルは、少なくとも２つの異なるマルチパスの前記時間長間の差の推定値に対応する時間長と定義されるあるチャネル遅延スプレッドを有し、前記無干渉窓の長さは、このチャネル遅延スプレッドに依存することを特徴とする請求項１記載の方法。
前記系列は、オフピーク部分自己相関及び部分相互相関値が前記無干渉窓内では零となるような系列であることを特徴とする請求項１記載の方法。
前記系列は、零ギャップを含むような系列であることを特徴とする請求項２記載の方法。
伝送システムにアクセスするためのマルチキャリア符号分割多重アクセス方式を用いてデータを伝送するための送信機であって、前記伝送されるべきデータを直交周波数分割多重化方式を用いて変調することで直交周波数分割多重化変調されたデータシンボルを生成するための変調器と、前記直交周波数分割多重化変調されたデータシンボルの集合の所定の系列を含む拡散符号にて拡散するためのミキサとを備え、前記所定の系列は、所定の自己相関基準及び相互相関基準の少なくとも一方を無干渉窓と定義される原点近傍の領域内において満たすように予め定義されることを特徴とする送信機。
伝送システムにアクセスするためのマルチキャリア符号分割多重アクセス方式を用いて伝送システムを介して伝送されたマルチキャリアデータ系列を受信するための方法であって、前記データ系列は、直交周波数分割多重化変調された後に、所定の自己相関基準及び相互相関基準の少なくとも一方を無干渉窓と定義される原点近傍の領域内において満たす集合の所定の系列を用いて拡散され、この方法は、前記受信されたマルチキャリアデータ系列を、ある所定のセットのサブキャリアと前記セットの所定のデータ系列とに着眼して復調するステップを含むことを特徴とする方法。
伝送システムにアクセスするためのマルチキャリア符号分割多重アクセス方式を用いて伝送システムを介して伝送されたデータ系列を受信するための受信機であって、前記データ系列は直交周波数分割多重化変調された後に、所定の自己相関基準及び相互相関基準の少なくとも一方を無干渉窓と定義される原点近傍の領域内において満たす集合の所定の系列を用いて拡散され、前記受信機は、前記受信されたデータ系列を復調するための関連するサブキャリアに同調されたセットのレーキ結合器を備えることを特徴とする受信機。
送信機内にロードされた場合、その送信機に対して請求項1に記載される方法を遂行するように指令する集合の命令を計算するための送信機用のコンピュータプログラム製品。
受信機内にロードされた場合、その受信機に対して請求項６に記載される方法を遂行するように指令する集合の命令を計算するための受信機用のコンピュータプログラム製品。
データを送信機から受信機に前記送信機が伝送システムにアクセスすることを可能とするマルチキャリア符号分割多重アクセス方式を用いて伝送するための、少なくとも送信機と受信機を備えるシステムであって、前記伝送されるべきデータは直交周波数分割多重化方式を用いて変調された後、セットの所定の系列を用いて拡散され、この所定の系列は、所定の自己相関基準及び相互相関基準の少なくとも一方を無干渉窓と定義される原点近傍の領域内において満たすように予め定義されることを特徴とするシステム。