JP2010016622A - 符号分割多重信号送信装置及び符号分割多重方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】変調器の個数を減らすことで、部品コストの上昇を抑えるとともに、回路規模の増大を防ぐ。
【解決手段】演算部30と、変調部40と、多重部50とを備えて構成される。演算部30は、入力された、チャネル数Nに等しい個数の符号化送信データS103−1〜Nを加算して加算データS105を生成し、及び、加算データを2進数で表現した2進数データの桁数Mに等しい個数のビット送信データであって、それぞれ対応する桁の値を示すビット送信データS107−1〜Mを生成する。変調部40は、2進数データの桁数Mに等しい個数の変調器42−1〜Mを備え、第kの変調器(kは1以上M以下の整数)は、第kのビット送信データS107−kを変調して、振幅レベルが2k−1である第kのビット変調信号S109−kを生成する。多重部は、第1〜Mのビット変調信号S109−1−Mを多重して符号分割多重信号を生成する。
【選択図】図1
【解決手段】演算部30と、変調部40と、多重部50とを備えて構成される。演算部30は、入力された、チャネル数Nに等しい個数の符号化送信データS103−1〜Nを加算して加算データS105を生成し、及び、加算データを2進数で表現した2進数データの桁数Mに等しい個数のビット送信データであって、それぞれ対応する桁の値を示すビット送信データS107−1〜Mを生成する。変調部40は、2進数データの桁数Mに等しい個数の変調器42−1〜Mを備え、第kの変調器(kは1以上M以下の整数)は、第kのビット送信データS107−kを変調して、振幅レベルが2k−1である第kのビット変調信号S109−kを生成する。多重部は、第1〜Mのビット変調信号S109−1−Mを多重して符号分割多重信号を生成する。
【選択図】図1
Description
この発明は、符号分割多重通信の送信側で用いられる符号分割多重信号送信装置及び符号分割多重方法に関するものである。
符号分割多重(CDM:Code Division Multiplexing)技術を利用したネットワークシステムは、同一のタイムスロットに複数の送信データを多重することを可能にする。CDM技術を用いることで、タイムスロットなどの通信資源を節約しつつ、大容量のデータ通信を行うことができるので、主に移動体通信において実用化されている。
図4を参照して、CDM通信で用いられるCDM信号送信装置の従来例を説明する。図4は、CDM信号送信装置の従来例を示す概略図である(例えば、特許文献1参照)。
CDM信号送信装置12には、チャネル数Nの送信データ(図中、矢印S101−1〜Nで示す。)が入力される。各送信データS101−1〜Nは、符号化部20に設けられているエンコーダ22−1〜Nにおいて、それぞれ、対応するチャネルの符号で符号化される。0又は1の2値信号である、符号化された符号化送信データ(図中、矢印S103−1〜Nで示す。)は、変調部44に送られる。
変調部44は、チャネル数Nに等しい個数の変調器46−1〜Nを備えている。各変調器46−1〜Nは、符号化送信データS103−1〜Nを振幅変調することにより変調信号(図中、矢印S110−1〜Nで示す。)を生成する。この従来例のCDM信号送信装置12では、各変調器46−1〜Nでの振幅変調の大きさが等しく設定されていて、変調信号S110−1〜Nの振幅レベルは互いに等しくなる。変調部44で生成された変調信号S110−1〜Nは、多重部50に送られる。
多重部50は、各変調信号S110−1〜Nを多重して符号分割多重信号(図中、矢印S111で示す。)を生成する。チャネル数Nの送信データS101−1〜Nから得られる符号分割多重信号S111は、0、1、2、…、Nのいずれかの値をとる(N+1)値信号となる。
特開2004−80385号公報
ここで、上述した従来例のCDM送信装置は、送信データのチャネル数Nと同数の変調器が必要となる。このため、チャネル数Nが増加すると、変調器の数が増加するので、部品コストが上昇する。また、多重部の回路規模が大きくなり、製造が困難になる。
そこで、この出願に係る発明者が鋭意研究を行ったところ、チャネル数Nの送信データを加算して得られた加算データを生成し、この加算データを2進数で表現したときの桁数Mに等しい個数のビット送信データであって、それぞれ対応する桁の値を示すビット送信データを変調する構成にすることにより、変調器の個数を減らすことが出来ることを見出した。
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、変調器の個数を減らすことで、部品コストの上昇を抑えるとともに、回路規模の増大を防ぐCDM信号送信装置及びCDM方法を提供することである。
上述した目的を達成するために、この発明の符号分割多重信号送信装置は、演算部と、変調部と、多重部とを備えて構成される。
演算部は、入力された、チャネル数N(Nは2以上の整数)に等しい個数の符号化送信データを加算して加算データを生成し、及び、加算データを2進数で表現したときの桁数M(Mは1以上の整数)に等しい個数のビット送信データであって、それぞれ対応する桁の値を示すビット送信データを生成する。
変調部は、2進数データの桁数Mに等しい個数の変調器を備えている。第kの変調器(kは1以上M以下の整数)は、第kのビット送信データを変調して、振幅レベルが2k−1である第kのビット変調信号を生成する。
多重部は、第1〜kのビット変調信号を多重して符号分割多重信号を生成する。
上述した符号分割多重信号送信装置の実施にあたり、好ましくは、演算部が、入力された、チャネル数Nに等しい個数の符号化送信データを加算して加算データを得る加算手段、及び、加算データを2進数で表現したときの桁数Mに等しい個数のビット送信データであって、それぞれ対応する桁の値を示すビット送信データを生成するビット選択手段を有するのが良い。
また、上述した符号分割多重信号送信装置の好適実施形態によれば、符号分割多重信号送信装置がオフセット調整部をさらに備え、演算部がオフセット算出手段をさらに有するのが良い。ここで、オフセット算出手段は、チャネル数Nに応じたオフセットA(N)を、式(1)を用いて算出する。
A(N)=0.5×(2a+1−1−N) (1)
(aは、2a≦N≦2a+1−1を満たす整数)
また、オフセット調整部は、オフセット算出手段で算出されたオフセットA(N)に応じて、符号分割多重信号のDCレベルを調整する。
(aは、2a≦N≦2a+1−1を満たす整数)
また、オフセット調整部は、オフセット算出手段で算出されたオフセットA(N)に応じて、符号分割多重信号のDCレベルを調整する。
また、上述した目的を達成するために、この発明の符号分割多重方法は、以下の過程を備えている。
先ず、入力された、チャネル数Nに等しい個数の符号化送信データを加算して加算データを生成する。次に、加算データを2進数で表現したときの桁数Mに等しい個数のビット送信データであって、それぞれ対応する桁の値を示すビット送信データを生成する。次に、第kのビット送信データ(kは1以上M以下の整数)を変調して、振幅レベルが2k−1である第kのビット変調信号を生成する。次に、第1〜kのビット変調信号を多重して符号分割多重信号を生成する。
上述した符号分割多重方法の好適実施形態によれば、チャネル数Nに応じたオフセットA(N)を、上述の式(1)を用いて算出する過程と、オフセットA(N)に応じて、符号分割多重信号のDCレベルを調整する過程とを備えるのが良い。
この発明の符号分割多重信号送信装置及び符号分割多重方法によれば、チャネル数Nの送信データを加算して得られた加算データを生成し、この加算データを2進数で表現したときの桁数Mに等しい個数のビット送信データであって、それぞれ対応する桁の値を示すビット送信データを変調する構成にしている。このように構成すれば、必要な変調器の個数は、桁数Mに等しい個数となり、変調器の個数を減らすことが出来る。
チャネル数Nに対して、加算データを2進数で表現したときの桁数Mは、N+1≦2M (M≧log2(N+1))を満たす最小の整数となる。例えば、チャネル数Nが15のとき、変調器の個数は4個で良い。
また、符号分割多重信号送信装置がオフセット調整部をさらに備え、演算部がオフセット算出手段をさらに有する構成にすれば、チャネル数Nに応じて符号分割多重信号にDCオフセットが生じた場合であっても、その補正を容易に行うことができる。
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。
図1を参照して、この発明の符号分割多重(CDM:Code Division Multiplexing)信号送信装置を説明する。図1は、この発明のCDM信号送信装置の構成例を示す概略図である。CDM信号送信装置10には、チャネル数N(Nは2以上の整数)に等しい個数の送信データ(図中、矢印S101−1〜Nで示す。)が入力され、これら送信データS101−1〜NからCDM信号を生成する。
CDM信号送信装置10は、符号化部20、演算部30、変調部40、多重部50及びオフセット調整部60を備えて構成される。
CDM信号送信装置10に入力された送信データS101−1〜Nは、符号化部20に送られる。符号化部20は、チャネル数Nに等しい個数のエンコーダ22−1〜Nを有している。第1〜Nのエンコーダ22−1〜Nは、それぞれ固有の符号を有していて、第1〜Nの送信データS101−1〜Nを符号化して、第1〜Nの符号化送信データ(図中、矢印S103−1〜Nで示す。)を生成する。第1〜Nの符号化送信データS103−1〜Nは、第1〜Nの送信データS101−1〜Nが符号拡散されたものであり、0又は1のいずれかの値を示すチップを符号長に対応する個数だけ有している。第1〜Nの符号化送信データS103−1〜Nは、演算部30に送られる。
なお、エンコーダ22−1〜Nは、CDM技術を用いた通信システムで通常用いられるものと同様に構成にすればよく、ここでは説明を省略する。
演算部30は、加算手段32、ビット選択手段34及びオフセット算出手段36を有する。演算部30は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)を用いて構成することができる。
加算手段32は、演算部30に入力された、チャネル数Nに等しい個数の符号化送信データS103−1〜Nをチップごとに加算して加算データ(図中、矢印S105で示す。)を生成する。各符号化送信データS1013−1〜Nは、それぞれ0又は1の2値をとる。このため、加算データS105は、チップごとに0〜Nのいずれかの値をとる、(N+1)値信号となる。
ビット選択手段34は、加算データS105を2進数で表現したときの桁数M(Mは1以上の整数)に等しい個数のビット送信データ(図中、矢印S107−1〜Mで示す。)を生成する。なお、以下の説明において、加算データS105を2進数で表現したものを2進数データと称することもある。
各ビット送信データS107−1〜Mは、それぞれ対応する桁の値を示す電気信号である。すなわち、第1〜Mのビット送信データS107−1〜Mは、それぞれ2進数データの20〜2M−1の桁の値を示す。
ここで、2進数データの桁数Mは、入力された送信データS101−1〜Nのチャネル数Nに対して、N+1≦2Mを満たす最小の整数で与えられる。例えば、チャネル数Nが15のとき、2進数データの桁数Mは4となる。
変調部40は、2進数データの桁数Mに等しい個数の変調器42−1〜Mを備えて構成される。ここで、第kの変調器42−k(kは1以上M以下の整数)は、第kのビット送信データS107−kを変調して、振幅レベルが2k−1である第kのビット変調信号(図中、矢印S109−kで示す。)を生成する。第1〜Mのビット変調信号S109−1〜Mは、多重部50に送られる。
なお、第1〜Mの変調器42−1〜Mは、所望の振幅に変調できる機能を有していれば良く、当業者ならば従来周知の技術を用いて容易に構成することができる。
多重部50は、第1〜Mのビット変調信号S109−1〜Mを多重して符号分割多重信号(図中、矢印S111で示す。)を生成する。
図2を参照して、CDM信号送信装置10の動作を説明する。図2は、チャネル数Nが3のときの例を示している。チャネル数Nが3のとき、符号化送信データS103−1〜3を加算して得られる加算データS105は、チップごとに0〜3のいずれかの値をとる。従って、加算データS105を2進数で表現すると、桁数Mは2になる。
図2は、チャネル数Nが3のときの、符号分割多重方法を説明するためのタイミングチャートである。図2(A)〜(I)は、横軸及び縦軸に、それぞれ時間及び信号強度を任意単位で取って示している。図2(A)〜(C)は、それぞれ第1〜3の符号化送信データS103−1〜3を示している。図2(D)は、加算データS105を示している。図2(E)及び(F)は、それぞれ第1及び第2のビット送信データS107−1及び2を示している。図2(G)及び(H)は、第1及び第2の変調信号S109−1及び2を示している。図2(I)は、CDM信号S111を示している。
第1の送信データS101−1が、第1のエンコーダ22−1で符号拡散されて得られた第1の符号化送信データS103−1を“10100101”とする(図2(A))。第2の送信データS101−2が、第2のエンコーダ22−2で符号拡散されて得られた第2の符号化送信データS103−2を“11000011”とする(図2(B))。また、第3の送信データS101−3が、第3のエンコーダ22−3で符号拡散されて得られた第3の符号化送信データS103−3を“10010110”とする(図2(C))。
加算手段32は、第1〜3の符号化送信データS103−1〜3をチップごとに加算して加算データS105を得る(図2(D))。加算データS105は、“31110222”となる。
ビット選択手段34は、加算データS105から第1〜2のビット送信データS107−1〜2を生成する。
第1のビット送信データS107−1は、加算データS105を2進数で表現した2進数データの20の桁の値を示す信号であり、“11110000”となる(図2(E))。第2のビット送信データS107−2は、2進数データの21の桁の値を示す信号であり、“10000111”となる(図2(F))。
第1の変調器42−1は、第1のビット送信データS107−1を変調して、第1のビット変調信号S109−1を生成する(図2(G))。この第1のビット変調信号S109−1の振幅レベルは、1(=20)である。
第2の変調器42−2は、第2のビット送信データS107−2を変調して、第2のビット変調信号S109−2を生成する(図2(H))。この第2のビット変調信号S109−2の振幅レベルは、2(=21)である。
多重部50は、第1〜2のビット変調信号S109−1〜2を多重してCDM信号S111を生成する(図2(I))。このCDM信号S111の振幅レベルは0〜3となる。
以上説明したように、この発明の符号分割多重信号送信装置及び符号分割多重方法によれば、チャネル数Nの送信データを加算して得られた加算データを、2進数で表現した2進数データの桁数Mに等しい個数のビット送信データであって、それぞれ対応する桁の値を示すビット送信データを変調する構成としている。このように構成すれば、必要な変調器の個数は、2進数データの桁数Mとなるので、変調器の個数を減らすことが出来る。チャネル数Nに対して、2進数データの桁数Mは、N+1≦2Mを満たす最小の整数で与えられるので、例えば、チャネル数Nが15のとき、変調器の個数は4個で良い。また、多重部50で多重される信号の数が減るので、多重部50の回路規模を小さくすることができる。
次に、図1に示すオフセット調整手段60と、演算部30が備えるオフセット算出手段36とについて説明する。
オフセット算出手段36は、チャネル数Nに応じたオフセット調整量A(N)を、式(1)を用いて算出する。
A(N)=0.5×(2a+1−1−N) (1)
(kは、2a≦N≦2a+1−1を満たす整数)
オフセット調整手段60は、このオフセット算出手段36で算出されたオフセット調整量A(N)に応じて、CDM信号S111のオフセットを調整する。
(kは、2a≦N≦2a+1−1を満たす整数)
オフセット調整手段60は、このオフセット算出手段36で算出されたオフセット調整量A(N)に応じて、CDM信号S111のオフセットを調整する。
以下、オフセットA(N)を算出する式(1)について説明する。
第1〜Nの符号化送信データS103−1〜Nを加算して生成される加算データS105において、振幅レベルi(iは0以上N以下の整数)が出現する確率をP(i)とする。ここで、0と1の2値を取る信号において、1が出現する確率をマーク率rと呼ぶ。このとき、第1〜Nの符号化送信データS103−1〜Nのマーク率rが全て等しく0.5であると仮定すると、P(i)は2項分布に従うので、P(i)は、P(i)=NCi/2Nで表される。
また、振幅レベルiを2進数で表現したときの、2jの桁(jは0以上i以下の整数)の値をQj(i)とすると、第1〜Nのビット送信データS107−1〜Mのマーク率rjは、以下の式(2)で表される。
例えば、N=3のとき、P(0)=3C0/23=1/8、P(1)=3C1/23=3/8、P(2)=3C2/23=3/8、及び、P(3)=3C3/23=1/8となる。また、Qj(i)は、Q0(0)=0、Q0(1)=1、Q0(2)=0、Q0(3)=1、Q1(0)=0、Q1(1)=0、Q1(2)=1、及び、Q1(3)=1となる。
従って、上記の式(2)を用いると、第1のビット送信データS109−1のマーク率r0は、r0=1/8×0+3/8×1+3/8×0+1/8×1=1/2となる。また、第2のビット送信データS109−2のマーク率r1は、r1=1/8×0+3/8×0+3/8×1+1/8×1=1/2となる。
上記の式(2)を用いて、N=4の場合について同様に計算すると、第1のビット送信データS107−1のマーク率r0は、r0=1/2となり、第2のビット送信データS107−2のマーク率r1はr1=5/8となり、及び、第3のビット送信データS107−3のマーク率r2は、r2=1/16となる。一般にマーク率rが0.5以外の値を取る信号は、直流成分(DC)についてのオフセット、すなわちDCオフセットが生じる。このCDM信号送信装置で生成されるCDM信号では、このDCオフセットが重畳されるため、CDM信号S111のDCレベルが変動する場合がある。例えば、第1の変調器42−1で生成される第1のビット変調信号S109−1の振幅レベルを1としたときに、N=4の場合について、CDM信号のDCオフセットD(N)を計算すると、D(N)=−1.5(=20×(1/2−0.5)+21×(5/8−0.5)+22×(1/16−0.5))となる。
同様に、チャネル数Nが1から16のそれぞれについて、マーク率rj及びDCオフセットD(N)を計算する。図3に、チャネル数に対するマーク率rj及びDCオフセットD(N)の計算結果を示す。図3は、横軸にチャネル数Nを取り、縦軸にマーク率rj及びDCオフセットD(N)を取って示している。図3では、符号I〜Vはそれぞれ、20〜24の桁のマーク率r0〜r4を示している。また、符号VIは、DCオフセットD(N)を示している。
チャネル数NがN=2b−1(bは整数)を満たすとき、マーク率rjは0.5となり、チャネル数NがN=2b−1を満たさないとき、マーク率rjは0.5以外の値となる。
マーク率rjが0.5以外の値をとると、DCオフセットD(N)が0以外の値を取るので、CDM信号S111のレベルが変動してしまい、データの誤りが発生する恐れがある。
そこで、オフセット調整手段60と、演算部30が備えるオフセット算出手段36とを用いてオフセット調整を行う。
オフセット算出手段36で算出されたオフセット調整量A(N)は、DCオフセットD(N)を相殺するものであり、上記式(1)で表すことができる。
オフセット算出手段36で算出されたオフセット調整量A(N)は、ディジタル信号(図1中、矢印S113で示す。)としてオフセット調整部60に送られる。オフセット調整部60に送られたオフセット信号S113は、ディジタル−アナログ変換器(DAC:Degital−to−Analog Converter)62でアナログ直流電圧信号に変換される。アナログ直流電圧信号は、コイル64を通過し、CDM信号S111と重畳され、調整後のCDM信号(図中、S115で示す。)がCDM信号送信装置10から出力される。この結果、CDM信号S111のDCレベルが変動する場合に、オフセット調整がなされる。
なお、上記の式(1)は、演算部30を構成するFPGAに予めプログラミングされている。また、チャネル数Nに対応するA(N)を予め計算した結果のテーブルを任意好適な記憶手段に読出し自在に格納しておき、オフセット算出手段36が、チャネル数Nに対応するオフセット調整量A(N)を読み出す構成にしても良い。
以上説明したように、符号分割多重信号送信装置がオフセット調整部をさらに備え、演算部がオフセット算出手段をさらに有する構成にすれば、チャネル数Nに応じて符号分割多重信号にDCオフセットが生じた場合であっても、その補正を容易に行うことができる。
図1は、チャネル数Nを加算手段32にて計数してオフセット算出手段36に送る構成例を示しているが、この構成になんら限定されるものではない。チャネル数計数手段を演算部30内に別途設けるなどしても良い。
10 CDM信号送信装置
20 符号化部
22 エンコーダ
30 演算部
32 加算手段
34 ビット選択手段
36 オフセット算出手段
40 変調部
50 多重部
60 オフセット調整部
62 ディジタル−アナログ変換器(DAC)
64 コイル
20 符号化部
22 エンコーダ
30 演算部
32 加算手段
34 ビット選択手段
36 オフセット算出手段
40 変調部
50 多重部
60 オフセット調整部
62 ディジタル−アナログ変換器(DAC)
64 コイル
Claims (5)
- 入力された、チャネル数N(Nは2以上の整数)に等しい個数の符号化送信データを加算して加算データを生成し、及び、該加算データを2進数で表現したときの桁数M(Mは1以上の整数)に等しい個数のビット送信データであって、それぞれ対応する桁の値を示す前記ビット送信データを生成する演算部と、
前記桁数Mに等しい個数の変調器を備える変調部であって、第kの変調器(kは1以上M以下の整数)は、第kのビット送信データを変調して、振幅レベルが2k−1である第kのビット変調信号を生成する前記変調部と、
第1〜Mのビット変調信号を多重して符号分割多重信号を生成する多重部と
を備えることを特徴とする符号分割多重信号送信装置。 - 入力された、チャネル数N(Nは2以上の整数)に等しい個数の符号化送信データを加算して加算データを生成する加算手段、及び、前記加算データを2進数で表現したときの桁数M(Mはは1以上の整数)に等しい個数のビット送信データであって、それぞれ対応する桁の値を示す前記ビット送信データを生成するビット選択手段を有する演算部と、
前記桁数Mに等しい個数の変調器を備える変調部であって、第kの変調器(kは1以上M以下の整数)は、第kのビット送信データを変調して、振幅レベルが2k−1である第kのビット変調信号を生成する前記変調部と、
第1〜Mのビット変調信号を多重して符号分割多重信号を生成する多重部と
を備えることを特徴とする符号分割多重信号送信装置。 - オフセット調整部をさらに備え、
前記演算部は、前記チャネル数Nに応じたオフセット調整量A(N)を、式(1)を用いて算出するオフセット算出手段をさらに有し、
前記オフセット調整部は、前記オフセット算出手段で算出されたオフセットA(N)に応じて、前記符号分割多重信号のオフセットを調整する
ことを特徴とする請求項2に記載の符号分割多重信号送信装置。
A(N)=0.5×(2a+1−1−N) (1)
(aは、2a≦N≦2a+1−1を満たす整数) - 入力された、チャネル数N(Nは2以上の整数)に等しい個数の符号化送信データを加算して加算データを生成する過程と、
前記加算データを2進数で表現したときの桁数M(Mは1以上の整数)に等しい個数のビット送信データであって、それぞれ対応する桁の値を示す前記ビット送信データを生成する過程と、
第kのビット送信データ(kは1以上M以下の整数)を変調して、振幅レベルが2k−1である第kのビット変調信号を生成する過程と、
第1〜Mのビット変調信号を多重して符号分割多重信号を生成する過程と
を備えることを特徴とする符号分割多重方法。 - 前記チャネル数Nに応じたオフセット調整量A(N)を、式(1)を用いて算出する過程と、
前記オフセット調整量A(N)に応じて、前記符号分割多重信号のDCレベルを調整する過程と
を備えることを特徴とする請求項4に記載の符号分割多重方法。
A(N)=0.5×(2a+1−1−N) (1)
(aは、2a≦N≦2a+1−1を満たす整数)
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