JP3335887B2 - スペクトル拡散復調装置及びスペクトル拡散復調方法 - Google Patents
スペクトル拡散復調装置及びスペクトル拡散復調方法Info
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Description
波方式によるスペクトル拡散復調装置及びスペクトル拡
散復調方法に関する。
信に対する需要が著しく増加しており、限られた周波数
帯域上でより多くの加入者容量を確保するための周波数
有効利用技術が重要となってきている。周波数有効利用
のための多元接続方式の一つとして、符号分割多元接続
(CDMA)方式が注目されている。CDMA方式は、
スペクトル拡散多元接続(SSMA)方式とも呼ばれ、
広帯域性や、擬似雑音(PN)系列等の符号による鋭い相
関特性等により、優れた通信品質を達成することができ
る。
ムに関しては、例えば、米国特許第4,901,307
号に開示されている。CDMA方式の中には、直接拡散
方式がある。この方式は、RAKE受信装置を用いて、
マルチパス成分を最大比合成するものであり、これによ
りダイバーシチ効果をあげることができる。RAKE受
信装置に関しては、例えば、米国特許第5,109,3
90号に開示されている。
テムの概要について、図6を用いて説明する。図6は、
直接拡散方式を用いたCDMAシステムの構成を示すブ
ロック図である。
タ信号を変調する情報変調装置601と、擬似雑音系列
等の符号を発生する拡散符号発生装置602と、信号の
帯域幅を拡散するスペクトル拡散変調装置603と、信
号を送信する送信アンテナ604とから主に構成されて
いる。また、同システムの受信装置は、信号を受信する
受信アンテナ605と、送信側で発生した拡散符号と同
じ符号を同じタイミングで発生する拡散符号同期獲得装
置606と、スペクトル拡散変調装置603と逆の処理
を行うスペクトル拡散復調装置607と、変調された信
号を復調する情報復調装置608とから主に構成されて
いる。
信データ信号は、情報変調装置601にて変調される。
変調された信号は、送信データを伝送するために必要な
帯域幅のみを有している狭帯域の信号である((a)参
照)。また、拡散符号発生装置602にて発生される拡
散信号の帯域幅は、情報変調装置601にて変調された
信号の帯域幅に比べて十分広い((b)参照)。情報変
調装置601にて変調された信号は、スペクトル拡散変
調装置603にて、拡散信号を乗積され帯域が拡散さ
れ、送信アンテナ604から送信される。
((c)参照)は、スペクトル拡散復調装置607に
て、広帯域から狭帯域へ変換される。具体的には、この
変換は、拡散符号同期獲得装置606にて発生した符号
を再度乗積し、積分を行うことによって行われる。
受信装置に至る過程で、他のユーザや熱雑音等による干
渉信号が重畳する。しかし、拡散符号として、干渉信号
に対する相互相関が、十分に小さいものを用いているた
め、スペクトル拡散復調装置607の出力では干渉成分
が低減される((d)参照)。
は、パイロットチャネルと呼ばれる信号が常時、あるい
は周期的に送信される。例えば、セルラシステムの基地
局から移動機への下り回線では、各ユーザに対する信号
と共に各ユーザにとって既知であるシンボルが挿入され
たパイロットチャネルが送信される。受信装置は、パイ
ロットチャネルを用いて、同期獲得、保持、マルチパス
状態の推定、同期検波、周波数同期、ハンドオフ等の処
理を行う。このパイロットチャネルを用いた同期検波処
理をパイロット同期検波という。
スペクトル拡散復調装置607の動作について、図7を
用いて説明する。図7は従来のスペクトル拡散復調装置
607の構成を示すブロック図である。
置607は、パイロットチャネル用拡散符号を用いて、
パイロットシンボルを逆拡散するパイロットチャネル逆
拡散手段701と、パイロットシンボルを平均化する平
均化手段702と、データチャネル用拡散符号を用い
て、データシンボルを逆拡散するデータチャネル逆拡散
手段703と、平均化後のパイロットシンボル及びデー
タシンボルを用いて位相の回転を補正し復調信号を生成
する同期検波手段704とから主に構成されている。
ットシンボルは、パイロットチャネル逆拡散手段701
にて逆拡散され、平均化手段702にて平均化される。
また、データシンボルは、データチャネル逆拡散手段7
03にて逆拡散される。その後、パイロットシンボル及
びデータシンボルは、同期検波手段704に入力され
て、位相の回転を補正され、復調信号として出力され
る。
て説明する。ここでは、四相位相変調(QPSK)方式
による拡散を仮定する。パイロットチャネル信号として
無変調信号が伝送されるとすると、パイロットチャネル
逆拡散手段701から出力されるパイロットシンボル
は、以下に示す(数1)で表される。
(t)はキャリア位相オフセットを示す。また、n0 I(t)、n
0 Q(t)は、他のマルチパス波からの干渉、パイロットチ
ャネル以外のチャネルからの干渉、あるいは、他セルか
らの干渉等を含めた干渉成分を示す。
にて、cos(t)やsin(t)等の値が一定と見なせる時間範囲
で平均化される。この平均化により干渉成分が低減さ
れ、パイロットチャネル信号のレベルA0やcos(t)、sin
(t)の値が求められる。
逆拡散手段703から出力されるデータシンボルは、以
下に示す(数2)で表される。
ータ信号を示す。また、nk I(t)、nk Q(t)は、他のマルチ
パス波からの干渉、ユーザkのチャネル以外のチャネル
からの干渉、あるいは、他セルからの干渉等を含めた干
渉成分を示す。
タシンボルにおける干渉がないと考えると、同期検波手
段704にて、内積演算によりキャリア位相オフセット
が補正され、以下に示す(数3)で表される復調信号が
得られる。
うな無線回線では、パイロットチャネル信号のレベル
A0、位相オフセット(t)は、移動機の移動に伴い変化
し、受信装置の局部発振器のキャリア周波数オフセット
成分に加えてフェージングによる周波数シフトが発生す
る。
平均化の周期は、cos(t)やsin(t)等の値が一定と見なせ
る時間範囲でなければならず、したがって、キャリア周
波数オフセットあるいはフェージングによる周波数シフ
トの周期に比べ非常に短くなる。その結果、干渉成分を
十分に低減することができず、同期検波後の復調信号が
劣化し、受信品質が低下する。
あり、受信信号から復調信号を得る際の、受信品質を向
上することができるスペクトル拡散復調装置及びスペク
トル拡散復調方法を提供することを目的とする。
するために、以下のような手段を講じた。請求項1記載
の発明は、干渉成分が重畳する前のパイロットシンボル
が取りうる周波数オフセット量を推定して時定数を決定
する周波数オフセット推定手段と、前記時定数に基づい
てフィルタを構成し、受信したパイロットシンボルの逆
拡散出力をフィルタリングするフィルタリング手段と、
フィルタリングされたパイロットシンボルを用いてデー
タ信号を同期検波する同期検波手段とを具備する構成を
採る。
雑音成分をなるべく分離し、意味のある信号成分のみを
取り出すことをいう。
てパイロットシンボル対干渉比が最大となるようなフィ
ルタの時定数を選択でき、最大限に干渉成分が低減され
たパイロットシンボルを生成することができ、干渉成分
が低減されたパイロットシンボルを用いて同期検波する
ことが可能となり、受信品質を向上することができる。
るものであり、請求項1記載のスペクトル拡散復調装置
を備える構成を採る。また、請求項3記載の発明は、移
動局装置に関するものであり、請求項1記載のスペクト
ル拡散復調装置を備える構成を採る。
号を得る際の、受信品質を向上する基地局装置あるいは
移動局装置を提供することができる。
る前のパイロットシンボルが取りうる周波数オフセット
量によって決定された時定数に基づいてフィルタを構成
し、受信したパイロットシンボルの逆拡散出力をフィル
タリングして干渉成分を除去し、フィルタリングしたパ
イロットシンボルを用いてデータ信号を同期検波する方
法を採る。
雑音成分をなるべく分離し、意味のある信号成分のみを
取り出すことをいう。
てパイロットシンボル対干渉比が最大となるようなフィ
ルタの時定数を選択でき、最大限に干渉成分が低減され
たパイロットシンボルを生成することができ、干渉成分
が低減されたパイロットシンボルを用いて同期検波する
ことが可能となり、受信品質を向上することができる。
て図面を用いて説明する。本発明のスペクトル拡散復調
装置は、受信したパイロットシンボルの逆拡散出力を用
いて、干渉成分を除去したパイロットシンボルを生成す
るものである。 (実施の形態1)実施の形態1は、干渉成分を除去した
パイロットシンボルを生成する方法として、受信したパ
イロットシンボルの逆拡散出力を用いてパイロットチャ
ネル信号の予測を行い、パイロットシンボルの逆拡散出
力とパイロットシンボル予測手段の出力信号との間の誤
差が最小となる予測係数を推定するものである。
拡散復調装置の構成を示すブロック図である。
スペクトル拡散復調装置は、パイロットチャネル用拡散
符号を用いて、パイロットシンボルを逆拡散するパイロ
ットチャネル逆拡散手段101と、パイロットチャネル
逆拡散手段101の逆拡散出力を用いてパイロットチャ
ネル信号の予測を行うパイロットシンボル予測手段10
2と、パイロットチャネル逆拡散手段101の出力信号
とパイロットシンボル予測手段の出力信号102との間
の誤差が最小となる予測係数を推定する予測係数推定手
段103と、データチャネル用拡散符号を用いて、デー
タシンボルを逆拡散するデータチャネル逆拡散手段10
4と、このようにして平均化された後のパイロットシン
ボル及びデータシンボルを用いて位相の回転を補正し復
調信号を生成する同期検波手段105とから主に構成さ
れている。
ットシンボルは、パイロットチャネル逆拡散手段101
にて逆拡散され、予測係数推定手段103で推定された
予測係数に基づきパイロットシンボル予測手段102に
て干渉成分の含まれないパイロット信号が予測される。
また、データシンボルは、データチャネル逆拡散手段1
04にて逆拡散される。その後、予測されたパイロット
シンボル及びデータシンボルは、同期検波手段105に
入力されて、位相の回転を補正され、復調信号として出
力される。
説明する。パイロットチャネル逆拡散手段101にて逆
拡散されたパイロットシンボルには、パイロット信号成
分と干渉成分が含まれるので、以下の(数4)で表わす
ことができる。
である。
下の(数5)に示す評価関数Jが最小となるようにフィ
ルタを構成することにより、パイロットチャネル信号の
予測を行う。評価関数を最小化するフィルタを設計する
問題は、ウィナー問題と呼ばれ、各種の解法が知られて
いる。この最小化には、例えば、Wiener-Hopfの方程式
の解を用いることも可能であり、また、適応アルゴリズ
ムを適用することもできる。予測係数推定手段103は
これらの解法を実現するものである。
て予測したパイロットシンボル予測値を表わし、E[-]は
平均を表わす。また、(t+m)は、時刻tから時間m
だけ将来の値を予測していることを示している。
ついて説明する。パイロットシンボル予測値が現在から
過去Nサンプル目までのパイロットシンボルの線形結合
で表わすと、以下の(数6)となる。
(T:サンプリング間隔、n:整数)におけるサンプル
値、Nは観測期間を示す。
値は、現在までのサンプル値それぞれに対して重みをか
けることによって求められる。この重みの値は、予測係
数推定手段103において、パイロットチャネル逆拡散
手段101の出力信号とパイロットシンボル予測手段の
出力信号102との間の誤差が最小となるように予め選
ばれる。
拡散手段101の出力信号とパイロットシンボル予測手
段102の出力信号との間の誤差が最小となるように、
予測係数推定手段103にてパイロットシンボルを予測
でき、パイロット同期検波時のパイロットシンボルに含
まれる干渉成分を低減でき、受信品質の向上を図ること
ができる。
分を除去したパイロットシンボルを生成する方法とし
て、受信したパイロットシンボルの逆拡散出力をフィル
タリングし、パイロットシンボルの逆拡散出力によりキ
ャリア周波数オフセットの値を推定してフィルタリング
手段の時定数を決定するものである。
拡散復調装置の構成を示すブロック図である。
スペクトル拡散復調装置は、パイロットチャネル用拡散
符号を用いて、パイロットシンボルを逆拡散するパイロ
ットチャネル逆拡散手段201と、パイロットチャネル
逆拡散手段201の逆拡散出力をフィルタリングするフ
ィルタリング手段202と、周波数オフセットの値を推
定してフィルタリング手段202の時定数を決定する周
波数オフセット推定手段203と、データチャネル用拡
散符号を用いて、データシンボルを逆拡散するデータチ
ャネル逆拡散手段204と、フィルタリング後のパイロ
ットシンボル及びデータシンボルを用いて位相の回転を
補正し復調信号を生成する同期検波手段205とから主
に構成されている。
ットシンボルは、パイロットチャネル逆拡散手段201
にて逆拡散され、周波数オフセット推定手段203で推
定された時定数に基づきフィルタリング手段202にて
フィルタリングされる。また、データシンボルは、デー
タチャネル逆拡散手段204にて逆拡散される。その
後、フィルタリングされたパイロットシンボル及びデー
タシンボルは、同期検波手段205に入力されて、位相
の回転を補正され、復調信号として出力される。
グについて説明する。パイロットシンボルには、パイロ
ット信号成分A0(t) cosφ(t)、A0(t) sinφ(t)と、干渉
成分n0 I(t)、n0 Q(t)が含まれている。パイロット信号成
分は、受信装置の局部発振器のキャリア周波数オフセッ
トおよびフェージングによる周波数シフトによって変動
している。その振幅をA0(t)、位相をφ(t)とすると、パ
イロットシンボルは以下の(数7)で表される。
信号成分の取りうる周波数帯域を推定し、フィルタリン
グ手段202の通過域の幅(あるいは時定数)を決定す
る。フィルタリング手段202は、周波数オフセット推
定手段203で推定された時定数に基づき、パイロット
シンボルをフィルタリングし、干渉成分を低減できる。
を推定する方法としては、自動周波数制御回路(AFC
回路)からの情報を用いる方法がある。AFC回路で
は、キャリア周波数オフセットを指定した周波数範囲ま
で引き込むことを目的としており、スペクトル拡散送受
信装置だけではなく、一般的に広く用いられている。A
FC回路からのキャリア周波数オフセットが指定した周
波数範囲まで引き込まれたという情報により、フィルタ
リング手段202における通過域の幅(あるいは時定
数)を決定できる。
いて、単位時間当たりのゼロ交差回数を数えることによ
ってもキャリア周波数オフセットを推定できる。
対するフィルタリングの時定数を推定したキャリア周波
数オフセット成分の周波数に応じて設定するようにした
ことで、パイロット同期検波時のパイロットシンボルに
含まれる干渉成分を低減でき、受信品質の向上を図るこ
とができる。
分を除去したパイロットシンボルを生成する方法とし
て、受信したパイロットシンボルの逆拡散出力を用いて
パイロットチャネル信号の振幅と位相の推定を行い、推
定した振幅・周波数・位相の正弦波を生成するものであ
る。
拡散復調装置の構成を示すブロック図である。
スペクトル拡散復調装置は、パイロットチャネル用拡散
符号を用いて、パイロットシンボルを逆拡散するパイロ
ットチャネル逆拡散手段301と、パイロットチャネル
逆拡散手段301の逆拡散出力に含まれるパイロット信
号の振幅と位相を推定する振幅・周波数・位相推定手段
302と、推定された振幅・周波数・位相の正弦波を生
成する正弦波生成手段303と、データチャネル用拡散
符号を用いて、データシンボルを逆拡散するデータチャ
ネル逆拡散手段304と、平均化後のパイロットシンボ
ル及びデータシンボルを用いて位相の回転を補正し復調
信号を生成する同期検波手段305とから主に構成され
ている。
ットシンボルは、パイロットチャネル逆拡散手段301
にて逆拡散され、振幅・周波数・位相推定手段302に
て干渉成分の含まれないパイロット信号の振幅・周波数
・位相が推定される。この推定に基づき、正弦波生成手
段303にて正弦波が生成される。また、データシンボ
ルは、データチャネル逆拡散手段304にて逆拡散され
る。その後、生成された正弦波及びデータシンボルは、
同期検波手段305に入力されて、位相の回転を補正さ
れ、復調信号として出力される。
単のため、パイロットシンボルにおけるパイロット信号
成分が正弦波的に変化すると仮定すると、パイロットシ
ンボルは以下の(数8)で表される。
ける振幅A0、周波数f0、位相φを推定することである。
振幅・周波数・位相の推定方法としては、例えば、振
幅、位相が変化しない時間範囲でパイロットシンボルを
平均化して求める方法がある。平均化によって干渉成分
が除去されたとすると、振幅は、以下に示す(数9)の
時間微分値、瞬時値で求めることができる。
微分値、瞬時値で求めることができる。
リズムを用いて推定することもできる。さらに、時々刻
々変化する周波数オフセットの量に対応するために適応
アルゴリズムを用いて逐次的に推定を行っていくことも
できる。
した振幅・周波数・位相を有する正弦波を生成する。な
お、ここでは、一つの組み合わせの振幅・周波数・位相
で正弦波を生成する場合を説明したが、複数の組み合わ
せの振幅・周波数・位相を推定し、複数の正弦波を生成
することもできる。
トシンボルを用いてパイロット同期検波することがで
き、受信品質の向上を図ることができる。
分を除去したパイロットシンボルを生成する方法とし
て、受信したパイロットシンボルの逆拡散出力により各
多重波のドップラーシフト量を推定し、パイロットシン
ボルの逆拡散出力に対し推定したドップラーシフトの周
波数成分を通過するものである。
拡散復調装置の構成を示すブロック図である。
スペクトル拡散復調装置は、パイロットチャネル用拡散
符号を用いて、パイロットシンボルを逆拡散するパイロ
ットチャネル逆拡散手段401と、パイロットチャネル
逆拡散手段401の出力信号から各多重波のドップラー
シフト量を推定する多重波ドップラーシフト推定手段4
02と、多重波ドップラーシフト推定手段402の推定
結果に基づき、パイロットチャネル逆拡散手段401の
出力信号の特定の周波数領域のみ通過させるフィルタで
あるドップラーシフト成分通過手段403と、データチ
ャネル用拡散符号を用いて、データシンボルを逆拡散す
るデータチャネル逆拡散手段404と、フィルタ403
通過後のパイロットシンボル及びデータシンボルを用い
て位相の回転を補正し復調信号を生成する同期検波手段
405とから主に構成されている。
ットシンボルは、パイロットチャネル逆拡散手段401
にて逆拡散される。逆拡散されたパイロットシンボル
は、多重波ドップラーシフト推定手段402にてドップ
ラーシフト量が推定され、パイロット信号の周波数領域
のみがドップラーシフト成分通過手段403を通過す
る。また、データシンボルは、データチャネル逆拡散手
段404にて逆拡散される。その後、フィルタを通過し
たパイロットシンボル及びデータシンボルは、同期検波
手段405に入力されて、位相の回転を補正され、復調
信号として出力される。
説明する。パイロットシンボルには、以下の(数11)
に示すようにパイロット信号成分と干渉成分が含まれて
いる。
びフェージングによる周波数シフトによって、振幅A
0(t)および位相φ(t)が変動する。多重波ドップラーシ
フト推定手段402は、これらパイロット信号成分のス
ペクトルを推定することで各多重波に対応するドップラ
ーシフト量を求める。スペクトルの推定の方法として、
例えば、ある特定の周波数帯域のみを通過するような帯
域通過フィルタ(BPF)を複数配し、これらの出力信
号のレベルを観測することによってそれぞれの周波数帯
域のスペクトルを求めることができる。また、パイロッ
トシンボルをフーリエ変換し、スペクトルを求めること
もできる。
基づきドップラーシフト成分通過手段403の通過域を
決定する。決定された通過域は、パイロット信号が存在
する周波数領域をすべて網羅するものである。
成法としては、ある特定の周波数帯域のみを通過するよ
うな帯域通過フィルタ(BPF)を複数組み合わせて用
いる方法もある。この方法では、多重波ドップラーシフ
ト推定手段402で求められたスペクトルの中で、パイ
ロット信号が存在すると判断される周波数帯域に対応す
るBPFを組み合わせてドップラーシフト成分通過手段
403を構成する。
まれるパイロット信号の周波数領域のみを通過するよう
なフィルタを構成することにより、パイロット同期検波
時のパイロットシンボルに含まれる干渉成分を低減で
き、受信品質の向上を図ることができる。
分を除去したパイロットシンボルを生成する方法とし
て、受信したパイロットシンボルの逆拡散出力をフィル
タリングし、受信品質を測定し、フィルタリング手段の
時定数を受信品質が最適となるように選択するものであ
る。
拡散復調装置の構成を示すブロック図である。
スペクトル拡散復調装置は、パイロットチャネル用拡散
符号を用いて、パイロットシンボルを逆拡散するパイロ
ットチャネル逆拡散手段501と、受信品質を測定する
受信品質測定手段503と、パイロットチャネル逆拡散
手段501の逆拡散出力をフィルタリングするフィルタ
リング手段502と、フィルタリング手段502の時定
数を受信品質測定手段503の出力である受信品質が最
適となるように選択する最適時定数選択手段504と、
データチャネル用拡散符号を用いて、データシンボルを
逆拡散するデータチャネル逆拡散手段505と、平均化
後のパイロットシンボル及びデータシンボルを用いて位
相の回転を補正し復調信号を生成する同期検波手段50
6とから主に構成されている。
ットシンボルは、パイロットチャネル逆拡散手段501
にて逆拡散され、フィルタリング手段502にてフィル
タリングされる。また、データシンボルは、データチャ
ネル逆拡散手段504にて逆拡散される。その後、予測
されたパイロットシンボル及びデータシンボルは、同期
検波手段505に入力されて、位相の回転を補正され、
復調信号として出力される。
ング手段502における時定数を何通りか指定し、それ
ぞれの時定数に設定した時の受信品質を受信品質測定手
段503にて測定する。受信品質は、同期検波後のシン
ボルの誤り率や、誤り訂正後のビット誤り率、またはフ
レーム誤り率等を用いる。最適時定数選択手段504
は、このように測定したいくつかの受信品質の中から受
信品質が一番優れているものを選び出し、その受信品質
に対応する時定数を最適な時定数と判定する。求められ
た時定数はフィルタリング手段502に入力される。フ
ィルタリング手段502は、最適時定数選択手段504
で求められた時定数に基づき、パイロットシンボルをフ
ィルタリングし、干渉成分を低減できる。
最適となるようにパイロットシンボルに対するフィルタ
リングの時定数を設定するようにしたことで、フィルタ
リングの時定数を固定にした場合に比べて受信品質の向
上を図ることができる。
拡散復調装置は、移動通信システムにおける基地局装置
や移動局装置に搭載することができる。これにより、移
動通信システムのデータ伝送において、データを破損さ
せること無く受信することができる。
検波において、パイロットシンボルに残留する干渉成分
を低減し、受信信号から復調信号を得る際の、受信品質
を向上することができるスペクトル拡散復調装置及びス
ペクトル拡散復調方法を提供できる。
復調装置の構成を示すブロック図。
の構成を示すブロック図。
の構成を示すブロック図。
の構成を示すブロック図。
の構成を示すブロック図。
を示すブロック図。
ロック図。
Claims (4)
- 【請求項1】 干渉成分が重畳する前のパイロットシン
ボルが取りうる周波数オフセット量を推定して時定数を
決定する周波数オフセット推定手段と、前記時定数に基
づいてフィルタを構成し、受信したパイロットシンボル
の逆拡散出力をフィルタリングするフィルタリング手段
と、フィルタリングされたパイロットシンボルを用いて
データ信号を同期検波する同期検波手段とを具備するこ
とを特徴とするスペクトル拡散復調装置。 - 【請求項2】 請求項1記載のスペクトル拡散復調装置
を備えることを特徴とする基地局装置。 - 【請求項3】 請求項1記載のスペクトル拡散復調装置
を備えることを特徴とする移動局装置。 - 【請求項4】 干渉成分が重畳する前のパイロットシン
ボルが取りうる周波数オフセット量によって決定された
時定数に基づいてフィルタを構成し、受信したパイロッ
トシンボルの逆拡散出力をフィルタリングして干渉成分
を除去し、フィルタリングしたパイロットシンボルを用
いてデータ信号を同期検波するスペクトル拡散復調方
法。
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