JP2017046353A - 複数の拡散符号を用いた単純なブロック空間時間ダイバーシティ - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＤＭＡ通信システムに適用でき、構成が単純で製造コストを低減した送信ダイバーシティシステムを提供する。
【解決手段】無線ネットワークで用いる装置は、第１および第２のアンテナと、少なくとも一つのデータシンボルを作り出すように構成された回路を備え、第１および第２の信号を作り出す。第１の信号は、第１のスクランブリングシーケンスおよび第１の拡散シーケンスで結合された少なくとも一つのデータシンボルと、前記データシンボル内に挿入された第１のトレーニングシーケンスとを含む。第２の信号は、第２のスクランブリングシーケンスおよび第１の拡散シーケンスは異なる第２の拡散シーケンスで結合された少なくとも一つのデータシンボルと、前記データシンボル内に挿入された第１のトレーニングシーケンスは異なる第２のトレーニングシーケンスとを含む。第１の信号を第１のアンテナに、かつ第２の信号を第２のアンテナに送信する。
【選択図】図５

Description

この発明は符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）技術を用いた通信システムに関する。より詳しくいうと、この発明はＣＤＭＡ通信システムに適用できる送信ダイバーシティシステムに関する。

ＣＤＭＡなどの第三世代広帯域符号分割多元接続システムの中の高速度データ利用のユーザをサポートするために空間ダイバーシティが提案されている。この種のシステムは、複数のアンテナを用いてより高い利得およびリンク品質を達成し、システム容量を拡大する。従来、ダイバーシティはビーム方向操作またはダイバーシティ合成によって達成している。

最近では、空間−時間符号の利用によりダイバーシティの連携利用の達成が可能であることが認識されてきた。その種のシステムは、理論的にはアレーの中の送受信用アンテナの数に等しい倍数の容量拡大を達成できる。空間−時間ブロック符号は入力シンボルのブロックに作用し、アンテナ上および時間軸上で行列出力を生ずる。

従来、空間−時間送信ダイバーシティシステムは、互いに相続くシンボルをそれらシンボルの複素共役値と同時に送信していた。しかし、この種のシステムでは、伝搬チャネルのインパルス応答の長さで定まるシンボルの重なりを受信側で生ずる。時分割複信（ＴＤＤ）モードでは、このシンボルの重なりを共同検出受信機で把握する必要がある。この共同検出受信機は送信されてきたシンボルとそれらシンボルの共役値とを推算する必要があり、その結果構成が複雑になる。

共同検出動作の複雑化を緩和するために、互いに類似しているものの互いに異なる二つのデータフィールドを送信するシステムが提案されている。すなわち、第１の部分Ｄ₁と第２の部分Ｄ₂とを有する第１のデータフィールドを第１のアンテナから送信し、この第１のデータフィールドを改変して第２のデータフィールドを生ずるのである。Ｄ₂の共役値の否定−Ｄ₂ ^*が第２のデータフィールドの第１の部分であり、Ｄ₁の共役値Ｄ₁ ^*が第２の部分である。この第２のデータフィールドを第２のアンテナから同時に送信する。この種のシステムにおいては、受信機において実行される共同検出は単一送信アンテナの場合と同一の量のシンボルを推算するだけでよい。このシステムのブロック図を図１に示す。

上述のシステムは単一のデータブロックについては共同検出の複雑さを緩和するものの、この共同検出は、二つの送信ダイバーシティアンテナを用いるシステムの受信機では二つの共同検出装置を要する。それら共同検出装置の各々がそれらアンテナの一つからのデータを推算するのである。推算したデータを合成してもとのデータを生ずる。したがって、この種のシステムにおける受信機は複雑になりより多額の費用を要する。特許文献２は二つの送信アンテナを用いた無線通信システムを開示している。送信すべきデータを第１および第２の直交符号と混合する。第１の混合ずみのデータを第１のアンテナで送信し、第２の混合ずみのデータを第２のアンテナで送信する。これらアンテナの各々から送信された上記データを受信機で受信する。上記第１の直交符号に整合した第１の整合フィルタで受信データをフィルタ処理し、上記第２の直交符号に整合した第２の整合フィルタで受信データをフィルタ処理する。これら二つの整合フィルタの出力を合成してもとのデータを回復する。

欧州特許０９９３１２９号明細書 米国特許第５，６５２，７６４号明細書 欧州特許０９９６２３４号明細書

したがって、複雑さを緩和し費用を低減した送信ダイバーシティシステムが求められている。

この発明は、互いに交信する複数の基地局とユーザ装置（ＵＥ）とから成るＣＤＭＡ通信システムに用いるシステムおよび方法にある。基地局は、シンボルのデータフィールドを送信するための第１および第２のアンテナを備える送信機を有する。第１の拡散装置が第１のチャネライゼーション符号を用いて第１のデータフィールドを拡散し、第２の拡散装置が第１のチャネライゼーション符号を用いて第２のデータフィールドを拡散する。これらチャネライゼーション符号の各々を第１および第２のアンテナの一つと独自に関連づけてある。ＵＥは、これら拡散ずみの第１および第２のデータフィールドを含む信号を受信する受信機を有する。また、ＵＥは、上記第１および第２のチャネライゼーション符号を用いて上記第１および第２のデータフィールドを検出する共同検出装置と、検出されたデータフィールドを復号化してデータフィールドの単一のデータフィールドを生ずる復号器とを備える。

複数の基地局とユーザ装置とを含むＣＤＭＡ通信システムにおいて、より単純な構成で費用の少ない受信機を用いた送信ダイバーシティシステムを提供する。

空間−時間送信ダイバーシティを用いた従来技術の通信システムのブロック図である。 この発明の好ましい実施例による通信システムの送信機および受信機のブロック図である。 この発明の送信ダイバーシティシステムの流れ図である。 この発明の送信ダイバーシティシステムの性能を示すグラフである。 この発明の代替実施例による通信システムの送信機および受信機のブロック図である。 この発明の代替的送信ダイバーシティシステムの流れ図である。

図２は、この発明の好ましい実施例のＣＤＭＡ通信システムにおいて、好ましくは基地局に配置した送信機１０と、好ましくはユーザ装置（ＵＥ）に配置した受信機２０とをブロック図で示す。上述のとおり、送信機は基地局に、受信機はＵＥにそれぞれ配置するのが好ましいが、この発明はこれら送信機および受信機の配置を逆にしてアップリンクで用いるようにすることもできる。送信機１０はブロック符号化装置１１、複数のチャネライゼーション装置８、９、複数の拡散系列挿入装置１２，１３および複数のアンテナ１５，１６を備える。図１には二つのアンテナを備える送信機を示したが、Ｎ個など三つ以上のアンテナを利用できることは当業者には明らかであろう。

通常の通信信号バーストはミドアンブル系列で分離された二つのデータフィールドを有する。後述のとおり、一方のデータフィールドに適用した符号化処理を他方のデータフィールドにも施すのが好ましい。送信機１０で送信すべきデータはデータ発生器（図示してない）で発生する。上記処理による上記データフィールドのデータシンボル（Ｓ₁，Ｓ₂，・・・、Ｓ_N/2）、（Ｓ_N/2+1，Ｓ_N/2+2，・・・，Ｓ_N）、すなわちサブデータフィールドＤ₁およびＤ₂でそれぞれ代表できるデータシンボルを、好ましくはブロック空間−時間送信ダイバーシティ（ＢＳＴＴＤ）符号化装置で構成したブロック符号化装置１１に入力する。ブロック符号化装置１１はそれら入力シンボルを符号化して、Ｄ₁の複素共役値およびＤ₂の共役値の否定、すなわちＤ₁ ^*および−Ｄ₂ ^*を発生する。また、符号化装置１１は−Ｄ₂ ^*がＤ₁ ^*よりも前に来るようにシンボルの順序を変更する。第２のデータフィールドについても同様の符号化を施すのが好ましい。

この発明の上記好ましい実施例によると、データフィールド、すなわちＤ₁、Ｄ₂および−Ｄ₂ ^*、Ｄ₁ ^*を第１および第２のチャネライゼーション装置８、９にそれぞれ送る。第１のチャネライゼーション装置８は第１のチャネライゼーション符号でデータブロックＤ₁、Ｄ₂を拡散し、第２のチャネライゼーション装置９は第２のチャネライゼーション符号を用いてデータブロック−Ｄ₂ ^*、Ｄ₁ ^*を拡散する。次に、これら第１および第２のチャネライゼーション装置８、９からの拡散ずみのデータブロックの各々を、送信機１０に関連づけたスクランブル符号でスクランブルする。

シンボルＤ₁、Ｄ₂、−Ｄ₂ ^*、Ｄ₁ ^*にスクランブルをかけたのち、トレーニング系列挿入装置１２、１３で第１および第２のミドアンブルと混合して二つの通信信号バースト１７、１８を生ずる。これら二つの通信信号バースト１７、１８により変調をかけ、アンテナ１５およびダイバーシティアンテナ１６をそれぞれ経由して受信機２０に同時に送る。

受信機２０は共同検出装置（ＪＤ）２４、ＢＳＴＴＤ復号器２２、チャネル推算装置２３およびアンテナ２６を含む。ＵＥのアンテナ２６は、送信機１０からの通信信号バーストなど多様なＲＦ信号を受信する。それらＲＦ信号を復調してベースバンド信号を生ずる。

次に、ベースバンド信号を共同検出装置２４およびチャネル推算装置２３に送る。当業者に周知のとおり、このチャネル推算装置２３はチャネルインパルス応答などのチャネル情報を共同検出装置２４に供給する。

チャネル推算装置２３およびＢＳＴＴＤ復号器２２に接続した共同検出装置２４は上記チャネル情報およびチャネライゼーション符号を用いて受信信号の中のソフトデータシンボルｄ₁、ｄ₂、−ｄ₂ ^*、ｄ₁ ^*を検出する。各バーストについてのチャネルインパルス応答を、そのバーストのミドアンブル系列を用いて算定する。各バーストは互いに異なる拡散符号を用いて送信されてきているので、共同検出装置２４は各バーストを互いに異なるユーザから送信されたものとして扱う。したがって、互いに異なる送信地点からのデータを回復できるものであればいかなる共同検出装置でも利用できる。そのような共同検出装置として、零強制ブロック線形等化器、コレスキー分解または近似コレスキー分解利用の検出装置、その他多数のこの種の検出装置が挙げられる。この共同検出装置２４は送信アンテナ１５、１６からのバースト１７、１８の各々のデータシンボルを推算し、それら推算値をＢＳＴＴＤ復号器２２に送る。

共同検出装置２４に接続されたＢＳＴＴＤ復号器２２はアンテナ１５、１６対応の推算したソフトデータシンボルｄ₁、ｄ₂および−ｄ₂ ^*、ｄ₁ ^*を受けてそれらシンボルを復号化し、単一データフィールドのソフトシンボルｄ_STTDを生ずる。

この発明の流れ図を図３に示す。データ発生器は、受信機２０に送信すべきデータを発生する（ステップ３０１）。各データフィールドは二つのサブデータフィールドＤ₁、Ｄ₂に分離される（ステップ３０２）。サブデータフィールドＤ₁、Ｄ₂をブロック符号化装置１１および第１のチャネライゼーション装置８に送る（ステップ３０３）。ブロック符号化装置１１に送ったサブデータフィールドを符号化し（ステップ３０４）、第２のチャネライゼーション装置９に送る（ステップ３０５）。これらチャネライゼーション装置８、９の各々は、アンテナ１５、１６にそれぞれ関連づけた互いに別々のチャネライゼーション符号を用いて、それぞれのデータ入力を拡散する（ステップ３０６）。次に、二つの拡散ずみの信号をその基地局に関連づけたスクランブル用符号を用いてスクランブルし（ステップ３０７）、ダイバーシティアンテナ１５、１６経由で受信機２０に送信する（ステップ３０８）。

受信機２０はこれら二つの拡散ずみの信号を含むＲＦ通信信号をダイバーシティアンテナ１５、１６から受信し（ステップ３０９）、その信号を復調して復調出力をチャネル推算装置２３および共同検出装置２４に送る（ステップ３１０）。受信した信号はチャネル推算装置２３で信号処理し（ステップ３１１）、上記チャネル情報は共同検出装置２４にチャネライゼーション符号とともに用いられて、ダイバーシティアンテナ１５、１６からの送信シンボルを推算する（ステップ３１２）。各ダイバーシティアンテナに対応する検出ずみのサブデータフィールドをＢＳＴＴＤ復号化装置に送って（ステップ３１３）、それによりソフトシンボルサブフィールドを復号化し、単一のデータフィールドのソフトシンボルｄ_STTDを生ずる（ステップ３１４）。

上述の好ましい実施例と同様に、通信システムで好ましくは基地局に配置される送信機４０と、好ましくはユーザ装置（ＵＥ）に配置される受信機５０との代替の実施例をブロック図で図５に示す。送信機４０は、複数のチャネライゼーション装置４８、４９、複数の拡散系列挿入装置４２、４３、および複数のアンテナ４５、４６を含む。

送信機４０が送信すべきデータをデータ発生器（図示してない）が発生する。その発生した第１のデータフィールドのデータシンボル（Ｓ₁，Ｓ₂，・・・，Ｓ_N/2）、（Ｓ_N/2+1，Ｓ_N/2+2，・・・，Ｓ_N）はサブデータフィールドＤ１およびＤ２でも表されるが、これらデータは第１および第２のチャネライゼーション装置４８、４９にそれぞれ供給される。第１のチャネライゼーション装置４８はデータブロックＤ₁、Ｄ₂を第１のチャネライゼーション符号で拡散し、第２チャネライゼーション装置４９はデータブロックＤ₁、Ｄ₂を第２のチャネライゼーション符号で拡散する。第１および第２のチャネライゼーション装置４８、４９からの拡散ずみのデータブロックの各々を送信機４０に関連づけたスクランブル用符号でスクランブルする。

スクランブルをかけたシンボルを、トレーニング系列挿入装置４２、４３で第１および第２のミドアンブルと混合し、二つの通信信号バースト４４、４５を生ずる。これら二つのバーストにより変調をかけアンテナ４６およびダイバーシティアンテナ４７をそれぞれ経て受信機５０に同時に送信する。

受信機５０は共同検出装置（ＪＤ）５４、復号器５２、チャネル推算装置５３およびアンテナ５１を備える。ＵＥのアンテナ５１は送信機４０からの通信信号バースト４４、４５など多様なＲＦ信号を受信する。これらのＲＦ信号を復調してベースバンド信号を生ずる。

次に、このベースバンド信号を共同検出装置５４およびチャネル推算装置５３に送る。チャネル推算装置５３および復号器５２に接続した共同検出装置５４はチャネル情報およびチャネライゼーション符号を用いて受信信号の中のソフトデータシンボルｄ₁、ｄ₂を検出する。各通信信号バーストに対するチャネルインパルス応答をそのバーストのミドアンブル系列を用いて算定する。それら通信信号バーストの各々は互いに異なる拡散符号を用いて送信されたものであるので、共同検出装置４５は各通信信号バーストを互いに異なるユーザから送信されたものとして扱う。共同検出装置５４は送信機アンテナ４６、４７からの各通信信号バースト４４、４５の各々のデータシンボルを推算し、推算結果を復号器５２に送る。

共同検出装置５４に接続した復号器５２はアンテナ４６、４７対応の推算したソフトデータシンボルｄ₁、ｄ₂を受け、それらシンボルを復号化して単一のデータフィールドのソフトシンボルｄを出力する。

上述の代替の実施例の流れ図を図６に示す。受信機５０に送信すべきデータをデータ発生器が発生する（ステップ６０１）。データフィールドの各々を二つのサブデータフィールドＤ₁、Ｄ₂に分離する（ステップ６０２）。これらサブデータフィールドＤ₁、Ｄ₂を第１のチャネライゼーション装置４８および第２のチャネライゼーション装置４９に送る（ステップ６０３）。これらチャネライゼーション装置４８、４９の各々は、アンテナ４６、４７の各々と関連づけた別々のチャネライゼーション符号を用いてそれぞれのデータ入力を拡散する（ステップ６０４）。これら二つの拡散ずみの信号を、基地局と関連づけたスクランブル用符号を用いてスクランブルし（ステップ６０５）、ダイバーシティアンテナ４６、４７経由で受信機５０に送信する（ステップ６０６）。

受信機５０は、ダイバーシティアンテナ４６、４７からのこれら二つの拡散ずみ信号を含むＲＦ通信信号を受信し（ステップ６０７）、その信号を復調し、復調出力をチャネル推算装置５３および共同検出装置５４に送る（ステップ６０８）。受信した信号はチャネル推算装置５３で信号処理し（ステップ６０９）、上記チャネル情報信号は共同検出装置５４にチャネライゼーション符号とともに用いられて、ダイバーシティアンテナ４６、４７からの送信シンボルを推算する（ステップ６１０）。ダイバーシティアンテナ４６、４７対応の検出したサブデータフィールドデータを復号器５２に送り（ステップ６１１）、それらソフトシンボルサブフィールドを復号化して、単一データフィールドのソフトシンボルｄ_STTDを生ずる（ステップ６１２）。

上述の手法は、追加のチャネライゼーション符号を用いることによって、任意の数のアンテナを備えるアンテナアレーに適用できる。各アンテナに独自のチャネライゼーション符号およびミドアンブルを関連づける。ブロック符号化装置を用いると、それらアンテナの各々から送信されるデータフィールドは独自の符号化を受け、受信側において単一の共同検出器を設ければ用が足りることになる。

この発明により二つのチャネライゼーション符号を用いるＢＳＴＴＤ送信機は、より安く単純な送信ダイバーシティ方法の利用を可能にする。一つの送信アンテナについて互いに異なる複数のチャネライゼーション符号を用いても受信側では一つの共同検出装置で用が足りるので、従来技術よりも受信機を単純化できる。図４は種々のブロックＳＴＴＤ復号器の未加工ＢＥＲを示すグラフである。このモデルは、ブロック線形等化器（ＢＬＥ）利用の手法をＪＤに用いた全受信機に基づいている。ＮＴＤは単一のアンテナの場合、すなわち送信ダイバーシティなしの場合を意味する。符号一つのＳＴＴＤは従来のブロックＳＴＴＤ ＪＤである。符号二つのＳＴＴＤは上述のブロックＳＴＴＤ送信機である。符号二つの単純ＳＴＴＤは上記代替的実施例で述べた送信システムである。上述のとおり、符号二つのＳＴＴＤの利点は次のとおり要約できる。すなわち、（１）符号一つのＳＴＴＤに比べて未加工ＢＥＲ０．０１で最大０．５ｄＢの利得が得られ、（２）符号二つの単純ＳＴＴＤにおける符号化を不要にすることによって、未加工ＢＥＲ０．１で性能劣化を０．２ｄＢに抑え、未加工ＢＥＲ０．０１では性能劣化を零にすることができる。その場合でも、ＮＴＤに比べた性能改善は未加工ＢＥＲ０．１および０．０１で０．１ｄＢおよび２．７ｄＢである。

ＣＤＭＡなどによる第三世代広帯域移動無線通信方式の無線リンク品質の改善、システム容量の拡大に適用できる。

３０１、６０１ 受信機に送信すべきデータを発生する
３０２、６０２ 各データフィールドを二つのサブデータフィールドに分離する
３０３ それらサブデータフィールドをブロック符号器および第１のチャネライゼーション装置に送る
３０４ それらサブデータフィールドを符号化する
３０５ 符号化ずみのサブデータフィールドを第２のチャネライゼーション装置に送る
３０６ 第１および第２のチャネライゼーション装置が互いに異なる符号を用いてそれぞれの入力データを拡散する
３０７、６０５ 拡散ずみの二つの信号をスクランブルする
３０８、６０６ スクランブルずみの信号を受信機に送信する
３０９、６０７ 受信機が上記送信機からのスクランブルずみの信号を含むＲＦ通信信号を受信する
３１０、６０８ ＲＦ通信信号を復調してチャネル推算装置および共同検出器に送る
３１１、６０９ その信号をチャネル推算装置で信号処理する
３１２、６１０ 共同検出装置が送信機からのシンボルを推算する
３１３、６１１ 検出したサブデータフィールドをＢＳＴＴＤ復号器に送る
３１４、６１２ ＢＳＴＴＤ復号器が単一のデータフィールドのソフトシンボルを生ずる
６０３ サブデータフィールドを第１および第２のチャネライゼーション装置に送る
６０４ 第１および第２のチャネライゼーション装置が互いに異なる符号を用いてそれぞれの入力データを拡散する

Claims (2)

1. 無線ネットワークで用いる装置であって、
   第１および第２のアンテナと、
   少なくとも一つのデータシンボルを作り出すように構成された回路と
   を備え、
   前記回路は、第１および第２の信号を作り出すようにさらに構成され、前記第１の信号は、第１のスクランブリングシーケンスおよび第１の拡散シーケンスで結合された前記少なくとも一つのデータシンボルと、第１の結合された少なくとも一つのデータシンボル内に挿入された第１のトレーニングシーケンスとを含み、前記第２の信号は、第２のスクランブリングシーケンスおよび第２の拡散シーケンスで結合された前記少なくとも一つのデータシンボルと、第２の結合された少なくとも一つのデータシンボル内に挿入された第２のトレーニングシーケンスとを含み、前記第１および第２の拡散シーケンスは異なり、前記第１および第２のトレーニングシーケンスは異なり、
   前記回路は、前記第１の信号を前記第１のアンテナに送信のために提供し、かつ前記第２の信号を前記第２のアンテナに送信のために提供するようにさらに構成される、
   装置。
2. 無線ネットワークにおける装置で用いる方法であって、前記方法は、
   前記装置によって、少なくとも一つのデータシンボルを作り出すことと、
   第１および第２の信号を作り出すことであって、前記第１の信号は、第１のスクランブリングシーケンスおよび第１の拡散シーケンスで結合された前記少なくとも一つのデータシンボルと、第１の結合された少なくとも一つのデータシンボル内に挿入された第１のトレーニングシーケンスとを含み、前記第２の信号は、第２のスクランブリングシーケンスおよび第２の拡散シーケンスで結合された前記少なくとも一つのデータシンボルと、第２の結合された少なくとも一つのデータシンボル内に挿入された第２のトレーニングシーケンスとを含み、前記第１および第２の拡散シーケンスは異なり、前記第１および第２のトレーニングシーケンスは異なる、ことと、
   前記装置によって、前記第１の信号を送信のために第１のアンテナに、かつ前記第２の信号を送信のために第２のアンテナに送信することであって、前記第１および第２のアンテナは異なる、ことと
   を備える方法。

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