JP3224541B2 - データ信号多重処理の方法と装置 - Google Patents

データ信号多重処理の方法と装置

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、衛星通信装置、特に、データを所定周波数
帯域で伝送できる符号分割多重アクセス（CDMA）方式の
通信装置に関する。
現在ではデータ搬送のため、通信衛星が広く利用され
ている。またマイクロ電子技術の発達により、例えば、
デジタル音声通信や移動体通信または超小型地上局（VS
AT）通信などの、通信衛星の新たな適用方法が開発され
ている。特に、デジタル音声放送は将来有望とみられて
おり、通信産業界から高い関心が寄せられている。その
ような衛星を使う新規の通信サービスが成功するかどう
かは、衛星に搭載された機器の最善利用方法や、音声出
力端末の技術性能に基づいた実施可能な通信能力にかか
っている。つまり、衛星通信装置の複雑性や効率性を決
定する基本的要素は、ネットワークへのアクセス装置で
あるといえる。
特許第FR−Ａ−8910481号に記載されている符号分割
多重アクセス装置では、送信搬送波は使用者の声に応じ
て作用し、パイロット符号により同期動作が行われる。
その装置の基本は、使用者側端末の同期動作が送信回線
と受信回線とで異なるというモード動作にある。送信の
場合では、パイロット符号の発信により継続的に同期が
行われる。衛星経由の受信回線では、使用者の声音によ
る送信搬送波の作用動作に基づくアライメント処理と、
パイロット符号に内包されている成分信号の復号処理か
ら取り出された使用者コードの選択処理とで同期動作が
実行される。従来装置で実行される多重アクセス処理で
は、内部ノイズを効率的に削減したい場合に、同等の符
号周期が記号期間に割当られる。そのような処理方法
が、1990年12月２−５日に米国カリフォルニア州、サン
ディエゴで行われたGLOBECOM'90の「IEEE世界通信会議
公報」のR.デゴデンジ、C.エリア、R.ビオラらの研究
「衛星通信用移動体装置のための同期符号分割多重アク
セス（S.CDMA）の作用評価」に記載されている。
従来の処理方法では、受信回路内での拡張スペクトル
の信号を受け取る時間長を減らすために符号分割多重ア
クセス処理における通信装置の効率性が改善されてい
る。しかしながら、下記のような２つの重要な問題が発
生する。
まず第１に、劣化した符号を分割する多重アクセス処
理技術の動作は、例えば、前記の従来処理でのようなパ
イロット符号による同期処理を同期されたゴールド符号
の適用と併用することにより改善可能であることが知ら
れている。しかし、同期符号の適用は、有効エラー修正
装置の使用を妨げることになる。というのも、エラー修
正装置を動作させることは、符号同期の削減、および、
その結果の待機符号数の減少の原因となるため、処理容
量を失うことと同じだからである。
しかも、いくつかの研究（J.L.マセィとT.ミッテホル
ザーの「CDMA通信装置分析の技術補助−最終稿」、信号
情報処理学会、CH−8092ETH、チューリッヒ、1990年９
月）によると、優先同期位相ゴールド符号の適用、つま
り最小レベル相関をもつゴールド符号の適用は、単局多
局間通信ネットワークでの最善の選択方法であるとい
う。けれども、優先同位相ゴールド符号の採用が、古典
的な非同期符号分割による多重アクセス方法（Ａ−CDM
A）で、動作ゲイン値を減らすことなく、また、所定周
波数帯域を減少させることなく、出力値を改善できる簡
単な方策となる場合には、準直交同期多重アクセス装置
と同列で検討することはできない。
実際、そのような場合の符号化処理では、拡張準直交
成分の符号数が少なくなる。というのも、所定入力周波
数帯域で記号量が増えて、その結果、通信チャンネル数
もまた減少するからである。
そのような制限があると、例えば、デジタル音声送信
あるいはマイクロ地上端末局による通信など、衛星通信
システムでの、符号同期による符号分割多重アクセス装
置の産業的利用が難しくなる。
それゆえ本発明は、符号分割多重アクセス装置内での
同期符号の利用に対する制限を除くため、根本的に新規
符号を分割して多重アクセス処理できる装置を提供する
ことを目的とする。
本発明の目的は、混信を減らし、高い出力をもつ衛星
向け発信装置と音声装置を使って最小周波数帯域で符号
分割多重アクセス動作する衛星通信装置のデータ量を伝
送するために、信号を多重処理する方法と装置で達成で
きる。
本発明によれば、入力データ信号は、座標のＮ個の地
点に対応するＮ個の記号に割当られる離散記号である符
号にそれぞれ変換されて、入力信号と同じ位相のビット
列と、入力信号の位相と直交する位相のビット列とを作
成する。各ビット列に、拡張離散符号にて記号符号をつ
けて、優先同位相ゴールド符号の特性から派生する所定
符号長さをもつバイナリー値にする。それぞれビット列
のための２個の拡張離散符号は、準直交符号である。次
に、出力信号の周波数帯域がそれぞれフィルター処理さ
れて、ベースバンド信号となったデータは、変調器へ送
られて、よく知られている方法で搬送波変調が行われ
る。回線の受信端末部では、前記拡張符号のレプリカを
使って復号可能な縮小サンプル値が作成できる適切構成
のデジタル受信機により信号が受信される。搬送波の周
波数と符号の位相とは、単局多局間回線の場合を除い
て、同期が自動的に行われる音声放送を含むどのような
場合でも適当な同期技術方法による同期作用にて維持さ
れる。
本発明の装置の長所を以下に説明する。
1.単一回線あるいは多重回線の衛星通信の送信器／受信
器の能力と周波数幅とを最大利用できる。
2.通信状態が悪くてかなりの混信状態の場合や、いかな
る伝送状態でも移動体または携帯局による高い送信能力
を可能にする。
3.通信状態が非常に混雑し変化するような条件にも対応
できる、すなわち、混雑している状態や普通の状態でも
同様に、現実条件での能力低下することなく動作でき
る。
4.音声や音楽のデジタル放送、データ通信、多重通信な
ど多様な分野への適用ができる。
5.星状ネットワーク、多段ネットワーク、部分網状ネッ
トワークなどの多様な通信網形態にも適用できる。
6.別の通信サービスからのRF干渉を最小にするための、
使用者端末でのエネルギー束密度要求も満足させられ
る。
本発明の装置によれば、デジタル放送装置の分野での
優位適用が可能となる。また別の適用分野でも、とりわ
け（広範囲の）マイクロ端末局をもつ衛星通信回線やセ
ルラー無線電話システムなどにも利用できる。
次に本発明を、添付図面を参照して詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施例である多重処理回路のブロ
ック図である。
図２は、実施例のデジタル受信装置のブロック図であ
る。
図３は、本発明の多重アクセス処理装置の適用例の概
略図である。
図４は、本発明の装置の動作を説明するグラフ図であ
る。
本発明の処理動作の基本概念は、入力データ信号の情
報の各ビットをＮ個の信号座標点の各点に結合させるこ
とにある。特に、Ｎ段階のパルス（Ｎ−PSK）を搬送す
るため変調器に接続される線式符号器を備えた回路動作
を活用することにある。図１は、係る回路の一例のブロ
ック図を示している。符号器11は、入力信号DSの（p/ml
og2N）個のビット列を受け取って、その入力データp/ml
og2N個の各ビットについてlog2N個の記号を作成する。
記号量Rs′の所定符号化プログラム実行の後に、符号器
11の出力はＮ−PSK変調器12に入力される。変調器12の
出力部からは、ベースバンドの２系統のビット列ＩとＱ
が出力される。出力される記号の量Rsは以下のように示
せる。
Rs＝Rs′/log2N＝m/p・Rb/log2N ただし、Rbはビット量である。
符号化記号をPSK座標の各点へ配分する方法は、装置
の効率を最大にできるやり方を選択すればよい。必要な
のは、送信された信号間のユークリッド距離を最大にす
ることである。例えば、格子符号法を利用してもよい。
また、多重アクセス処理するために本発明の符号／変調
方法を採用する場合に、実際にはモデムの最小限の変更
があるなしに関わらず、周波数帯域および／または出力
スペクトル域を拡大させるような特殊な適用における多
様な要件に対処することも可能である。
８信号レベルの8PSK格子符号の信号座標では、例え
ば、10-5程度のBERバイナリーエラー率で、いいかえれ
ば、容量損失なしで出力がほぼ3dB増加される。この符
号法の別の長所は、増幅器の非線形歪や電波障害にあま
り影響を受けないことである。さらに、復号器の出力部
で突出出力値によるエラーが発生する場合もある。しか
し、このようなエラーは復号器内で簡単に訂正できる。
ｒ＝2/3の16PSK符号化のようなさらに複雑な信号座標で
は、同じ容量の8PSK非符号化座標と比較してより高いゲ
イン出力が得られる。
変調器12の出力部からの信号は、同期位相成分Ｉと直
角位相成分Ｑである。そして、２つの乗算器13、13′に
てＩ成分とＱ成分のビット列が、符号作成器14で作成さ
れた２つの準直交拡張符号CIとCQでそれぞれ処理され
て、２ブロックを構成する２つのビット列が作成され
る。拡張符号は、所定の符号長さＬをもつバイナリー値
である。異なった使用者間の相互の干渉障害を最小限に
するために、符号周期L/Rcを記号期間1/Rsと等価にする
方法がある。つまり、変調器のサイクルと周波数を、通
信装置の（既知技術の）基準同期信号で制御する。所定
周波数帯域で伝送される信号の共通同期信号は、変調さ
れていないときにはデータ変調損失の影響を受けない基
準信号である。
拡張符号CIとCQの長さは、内部ノイズや伸長されたブ
ロックの時間差に関した装置動作を決定する重要なパラ
メータ値である。内部ノイズを最小にするためには、時
間差を＋／−0.1Tc（Tcは伸長ブロックの周期である）
以内に制限することが必要である。正規手続きにて実施
された研究結果では、最良の拡張符号は相互干渉障害が
最小であるゴールド符号から１つのグループを選択して
利用できることが証明されている。
その符号グループを作成するための複数の異なった多
項式を使うと、同じグループの符号との準直交相互干渉
や、違ったグループの符号との疑似不確実性相関をもつ
ゴールド符号のグループを多数作成することが可能であ
る。上記方法は、隣接回線からのノイズ障害を減らせる
よう異なったグループの符号を各回線に割り当てること
ができるため、特に多重回線の衛星通信において有効で
ある。
けれども、そのようにして作成される符号グループの
数は、符号長さによって制限される。適切な長さの符号
の場合には、各正負符号の逆を再利用する場合でも符号
数を増加させることが可能となる。ただし新規の符号
は、ゴールド符号と同じ特性をもち、元のグループの符
号と同じ疑似不確実性相関をもつものとする。
符号グループを作成できる特性能力は、例えば放送信
号内で有益である。実際、入力準直交部分集合データを
Ｉ成分にあてて、別の準直交部分集合データをＱ成分に
あてることもできる。Ｉ成分とＱ成分との間の間隔は、
不確実符号の相関量に等しくなる。
乗算器13、13′の出力部でのそれぞれのＩとＱのビッ
ト列は、多段階信号である。それら信号は、次に整形フ
ィルター15、15′で整形されて、（従来技術の）変調器
16、16′へ入力されて、そこでローカル信号作成器17で
作成された搬送波と同じ位相および直角となる位相にそ
れぞれ変調される。変調された２つの信号は、従来方法
で中間周波数値に変換される前に加算器18で加算され
る。
回線の端末部側では、適切な複雑性をもつデジタル受
信器により信号の受信が行われる。実行上では分割モー
ドも実施可能である。図２は、その受信器側のブロック
図である。受信器の回路は、ブロックRcの所定信号で作
用する部分と、記号期間Rsの所定信号で作用する部分と
からなる。
受信器は、基本的に２つの復号系統、パイロット信号
を処理する系統301とデータ信号を処理する系統302、と
で構成されており、２つの系統は１つの共通入力部につ
ながっている。復号器31でベースバンドに変換された各
信号は、応用フィルター32でフィルター処理されて、サ
ンプル器33で各ブロックにつき１サンプル値の割合でサ
ンプル抽出される。サンプル信号は、次に乗算器34でそ
れぞれCI、CQの符号のレプリカ信号を使って乗算処理さ
れて、サンプル値列を形成する。受信符号作成器38は、
R.デゴデジ、M.ルイス、R.ボイラらの「全デジタル帯域
DS/SSモデムのチップタイミング同期」、IEEE公報、ICC
90国際通信会議、コロラド州デンバー、1991年６月23−
26日、に記載されているような、追跡獲得論理回路39に
より位相同期制御される。
和算器35で記号期間の総和が算定された後、サンプル
値はさらに別のサンプル器36で各記号につき１サンプル
値の割合でサンプル抽出処理される。再生されたＩとＱ
の成分は、Ｎ段階PSK格子復号器37で記号単位で復号さ
れる。
拡張ゴールド符号を使用する場合の特性を低減させな
いために、＋／−0.3程度のブロックエラー率で端末器
を同期させることが重要である。
単局多局間通信（音声放送のような通信方法）の場合
には、同期は全端末局への基準信号送信により行われ
る。送信の場合には、使用者側復調器38で主クロックを
利用チャンネルの基準時間信号として利用することもで
きる。それにより、相関障害つまり主クロックと使用者
信号との間の不完全同期が、最小限に抑えられる。受信
回線では、各拡張符号は受信器でそれぞれ受信される。
周波数同期は、所定の範囲（例えば、＋／−6.10-2Rb）
で正確に制御される。
例えば、マイクロ端末地上局ネットワーク（Ｍ−VSA
T）のような単局多局間通信の場合では、より高度な同
期方法を採用する必要がある。普通は、その同期方法は
実行上それほど複雑ではない。ブロック（RC）の周期
は、通常の値（＜3Mブロック毎秒）に維持されればよ
い。また、いくつかの端末器が同期不備となったこと
が、ネットワークの通信壊滅状態を発生させるわけでも
ない。
準同期装置では、さまざまな同期方法が利用できる。
ネットワークの全ての端末器に基準信号が備わっている
ので、例えば、W.C.リンズレー、M.K.サイモンらの「遠
隔通信システム技術」、プレンチス．ホール社、NJ州イ
ーグクウッドクリフ、1973年発行、に記述されているよ
うなマスタースレイブ方式同期方法を利用することも可
能である。
端末局でパイロット信号のレベルを検出する方法は、
開ループ回路の出力調整ができる手段となる。パイロッ
ト符号が使用者側復号器で正確に同期されるたびに、伝
送遅延の変動を補正するために送信側クロックの修正を
行って同期動作が実行される。
閉ループ回路の場合は、２つの同期方法ができる。中
央側閉ループ回路では、遠い端末局での同期は中継制御
局にて助成される。周辺側閉ループでは、衛星から送ら
れる適性エコー信号を受信して自己アライメント処理が
端末局で行われる。エコー信号はレプリカ信号と比較さ
れて、発生したエラー信号は遅延推定値に比例する。動
作回路の数を最小にするために、遅延動作は閉ループに
て実行してもよい。同期エラーは中央局で算定されて、
通信チャンネルにて移動体端末局へ送られる。小さな地
上局にとって、同期はそれほど厳密である必要はないの
で、ローカルモードや中央モードで実行できる。
本発明の多重処理方法は、端末局に配備されており、
わずかな信号ロス（１〜2dB）で受信信号を復号処理で
きる、あまり複雑でなく安価なモデムを使って商業上利
用できる衛星通信システムを実行可能にする。さらに、
高い出力やスペクトル効率のおかげで、本発明の方法に
よれば、多数の小さな端末局をもつネットワークによ
り、例えばＶ−SAT地上端末局や移動体装置での、チャ
ンネルあたり十分なKb/s量のデータ処理が可能となる。
図３は、本発明のデータ信号の多重処理方法が導入さ
れた典型的なネットワークの一例である。ネットワーク
では、多数のマイクロ端末局MTと複数の中央小型局Ｖ−
SATとが、衛星ステーションGSATで中継されている通信
チャンネルで結ばれている。ネットワークの制御や連携
動作は、専門制御局NCSにより行われる。マイクロ端末
局MTのいくつかは、移動体通信装置である。本発明で
は、高い動作性能で通信が実行可能である。
本発明のシステムの動作性能は、シミュレーションを
使って分析することができる。図４のグラフは、Ｎが
１、７、14である場合の（Ｎは送信器の数）、準直交8P
SK非符号化信号（RUQO−CDM）、準直交4PSK非符号化信
号（4UQO−CDM）、および、８信号段階の準直交格子符
号化信号（8TCQO−CDM）の処理ゲイン値が15.5となる符
号分割多重処理動作を示している。グラフの曲線は、Ｎ
＝１、７、14の場合の準妨害値（QLB）のそれぞれの算
定値である。つまり、拡張符号の長さが異なっても、比
較的一定の動作特性をもつことが判る。
端末送信器と端末受信器との間の同期が維持できるシ
ステムにより、小型端末局用の特に適しているあまり複
雑でないモデムの利用ができる。また、そのような端末
局モデムの構造が簡素で小型であるため、大きなスケー
ルの統合システムにも適しており、そのため特に、デジ
タル音声放送ネットワークでの使用に有利であるといえ
る。というのも、典型的な単局多局間ネーットワークに
使用する場合には、通信システムの基準信号、特に前述
の符号分割多重アクセス装置のパイロット符号信号の動
作による同期が可能となるからである。
前記システムの実施例は本発明の方法や装置の説明例
であって、本発明は決してそれらに限定されるものでは
ない。本発明の範囲を逸脱することなく変更や修正が自
由にできるのは、言うまでもない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリア、カルロ オランダ、2343 セーエル・ウーフスト ヘースト、イリスラーン247番 (56)参考文献 米国特許4837786（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 7/14 - 7/22 H04J 13/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】符号分割多重アクセス処理を利用する衛星
    通信システムにおいて、点在する複数の端末局経由で送
    信されるデータ信号を移相による搬送波変調にて多重処
    理する方法であって、送信搬送波を変調する前に、各デ
    ジタルデータ信号を座標のＮ個の地点に対応するＮ個の
    記号に割当られる離散記号である符号にそれぞれ変換し
    て、２つのバイナリー信号列（I,Q）を作成し、第１の
    バイナリー信号列（Ｉ）は入力信号と同じ位相であっ
    て、第２のバイナリー信号列（Ｑ）は入力信号の位相と
    直交する位相であって、前記２つバイナリー信号列（I,
    Q）にそれぞれ拡張離散符号（CI,CQ）を付加して記号符
    号を与え、それら２個の拡張された合成信号列をそれぞ
    れの変調器に送りこみ、前記２個の拡張符号（CI,CQ）
    は互いに準直交の交差相関関係にあることを特徴とする
    データ信号多重方法。
  2. 【請求項２】前記拡張符号（CI,CQ）が、優先同位相ゴ
    ールド符号から作成されたバイナリー信号列であること
    を特徴とする請求の範囲第１項に記載のデータ信号多重
    方法。
  3. 【請求項３】前記拡張符号（CI,CQ）が、各符号グルー
    プの要素が同じグループの別の要素とは準直交の交差相
    関関係にあって、別の符号グループの符号とは疑似不確
    実性相関関係がある、複数の符号グループに属すること
    を特徴とする請求の範囲第２項に記載のデータ信号多重
    方法。
  4. 【請求項４】データ信号を多重処理する装置であって、
    データ出力源からのデータ信号を受信して符号化された
    バイナリー信号列を作成する線形符号器（11）と、前記
    線形符号器（11）から符号化されたバイナリー信号列を
    受け取って２つの異なったバイナリー信号列（I,Q）を
    作成するＮ位相の移相変調器（12）と、そのうち第１の
    バイナリー信号列（Ｉ）は入力バイナリー信号列と同じ
    位相であって、第２のバイナリー信号列（Ｑ）は入力バ
    イナリー信号列の位相と直交する位相であって、前記２
    つバイナリー信号列（I,Q）にそれぞれ拡張離散符号（C
    I,CQ）を付加してそれぞれの送信搬送波変調器へ送られ
    る２個の拡張された合成信号列を作成するために、前記
    移相変調器（12）の別の出力部にそれぞれ接続された２
    個の装置（13、13′）と、前記２個の拡張符号（CI,
    CQ）は互いに準直交の交差相関関係にあって、前記２個
    の拡張符号（CI,CQ）を作成する拡張符号作成器（14）
    と、から成ることを特徴とするデータ信号多重装置。
  5. 【請求項５】前記合成装置（13、13′）の別の出力部に
    は、２個の整形フィルター（15、15′）がそれぞれ接続
    されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の
    データ信号多重装置。
JP50493593A 1991-09-11 1992-08-28 データ信号多重処理の方法と装置 Expired - Fee Related JP3224541B2 (ja)

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