JP3527056B2 - 狭帯域移動無線チャネルにおける高速データ送信のための方法と装置 - Google Patents

狭帯域移動無線チャネルにおける高速データ送信のための方法と装置

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JP3527056B2 JP09176497A JP9176497A JP3527056B2 JP 3527056 B2 JP3527056 B2 JP 3527056B2 JP 09176497 A JP09176497 A JP 09176497A JP 9176497 A JP9176497 A JP 9176497A JP 3527056 B2 JP3527056 B2 JP 3527056B2
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  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概して、無線デー
タ送信および受信の分野に関する。より詳細には、３０
ｋＨｚの無線チャネルといった狭帯域移動無線チャネル
で高速データ送信を可能にする改良に関する。
【０００２】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】こ
うしたチャネルでは、次の２つの主要な欠陥が観察され
る。 １）受信機の移動および送信機に対する受信機の位置、
受信に影響を与える他の要素によってファーストであっ
たりスローであったりする、マルチパス・フェージン
グ。 ２）遅延の拡大によるシンボル間の干渉（「ＩＳ
Ｉ」）、例えば、１）コーディング、２）等化、および
３）アンテナのダイバーシティといった多様な技術がこ
れらの問題を解決するために利用され、さまざまな程度
の成功を収めてきた。例えば、以下を参照されたい。Ｌ
ｅｅ−Ｆａｎｇ Ｗｅｉ「フェージング・チャネルのた
めの内蔵型タイム・ダイバーシティを伴うコード化Ｍ−
ＤＰＳＫ」、米国電気電子技術者協会情報理論会報、第
３９巻第６号、１８２０〜１８３９頁、１９９３年１１
月。ＪａｃｋＨ．Ｗｉｎｔｅｒｓ、Ｊａｃｋ Ｓａｌ
ｚ，Ｒｉｃｈａｒｄ Ｄ．Ｇｉｔｌｉｎ「無線通信シス
テムの能力に対するアンテナ・ダイバーシティの影
響」、米国電気電子技術者協会通信会報、第４２巻第２
／３／４号、１７４０〜１７５１頁、１９９４年２／３
／４月。これらの論文はどちらも参照によって本明細書
に組み込まれている。
【０００３】個々の技術は以下説明するようなさまざま
な欠点を持っている。コーディングによって、付加的白
色ガウス雑音（「ＡＷＧＮ」）の片側パワー・スペクト
ラム密度、ＡＷＧＮに対する所与のビット誤り率（「Ｂ
ＥＲ」）Ｅb ／Ｎo について、各アンテナから受信され
る情報ビットあたりの必要平均信号エネルギーを３〜４
ｄＢ程度低下させることができる。ファースト・フェー
ジングに関しては、インタリーブを伴うより複雑なコー
ドによって、３０ｋＨｚチャネルでの６４ｋｂｐｓの速
度でのデータ転送を可能にするのにおそらく十分なタイ
ム・ダイバーシティを持つダイバーシティ・ゲインが達
成できる。上記のＷｅｉの論文を参照されたい。しか
し、こうした複雑なコードは処理のための出費と遅延を
追加するし、停止した車両にいる移動ユーザーや、オフ
ィスまたは自宅といった固定した位置から送信している
携帯電話のユーザーといった固定したユーザーの場合の
スロー・フェージングに関しては、コーディングだけで
はダイバーシティ・ゲインを達成できない。
【０００４】等化はＩＳＩを除去することができる一
方、遅延の拡大がある時にはダイバーシティ・ゲインを
供給する。より複雑な方法によって、遅延の拡大がある
時に、同一チャネル干渉（「ＣＣＩ」）を部分的に抑圧
することができ、高度のチャネルの再利用を通じて、能
力を若干向上する可能性を提供する。
【０００５】アンテナ・アレーは受信ダイバーシティに
よってダイバーシティ・ゲインを供給することができ
る。送信ダイバーシティ、多重アンテナの使用だけでは
ダイバーシティ・ゲインを供給することはできないが、
各アンテナの送信周波数をわずかに変える、すなわちオ
フセットする時、スロー・フェージングは受信機でファ
ースト・フェージングに変換される。この変換はコーデ
ィングと組み合わされる時利点を持っている。本発明の
譲受人に譲渡され、参照によって本明細書に組み込まれ
ている、１９９３年１１月３０日出願の米国特許出願第
０８／１５９，８８０号「ディジタル・データ送信また
は受信のための信号の直交分極と時間につれて変化する
オフセット」を参照されたい。
【０００６】送信アンテナのアレーは、基地局と移動局
の間の同じ周波数チャネルでＭ個までの独立した空間的
に分離されたチャネルを得るためにも利用される。Ｍ個
のアンテナがある場合、受信機での信号の線形結合によ
って、各々がＮ倍のダイバーシティ・ゲインを持つ単一
のチャネルとして同じ動作をするＭ−Ｎ＋１個までの同
時チャネルを許容しながら、Ｍ−１個までの干渉者を抑
制することができる。上記のＷｉｎｔｅｒｓ他の論文を
参照されたい。
【０００７】この既知の技術が存在するにもかかわら
ず、複雑さの増大を最小限にしつつ、はるかに大きな、
最大限に近いデータ転送速度を達成する一方で、ゆっく
りとしたものから早いものまですべての範囲のマルチパ
ス・フェージングを処理する技術が依然として必要とさ
れている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、はるかに大き
なデータ転送速度を有利に得る一方で、追加される設計
上の複雑さが少ない方法と装置を供給する。本発明の１
つの面では、コーディングとアンテナ・ダイバーシティ
がフェージング予測フィードバックと適当な制御処理と
共に使用され、スロー・フェージングをファースト・フ
ェージングに変換し、チャネル中のフェージングを測定
し、測定されたフェージングに適応して動作を調整し、
非常に早いデータ転送速度を達成する適応システムを形
成する。
【０００９】発明の一実施例では、送信アンテナのアレ
ーと受信アンテナのアレーが利用される。送信アンテナ
のアレーは、アンテナ間で周波数をオフセットして送信
し、受信機においてスロー・フェージングをファースト
・フェージングに変換する。受信アンテナで受信された
信号を適切に結合または利用するために、これらの信号
は適切に加重されている。こうした加重を正確なものに
するためにはフェージングの状態を知ることが必要であ
る。本発明によれば、このチャネルの知識は、誘発され
るフェージングの周期的な性質を利用して、フェージン
グを測定することによって得られる。例えば、送信アン
テナのオフセットが受信機で保存され、制御プロセッサ
によって、スロー・フェージングの速度の変化を判定す
るのに十分な速いサンプル率でフェージングを周期的に
測定するために使用される。その結果シンプルで費用効
果の高いフェージングを予想するための方法と装置が達
成される。
【００１０】本発明のこれ以外の特徴、その性質、さま
ざまな利点は図面と本発明の以下の詳細な説明から明ら
かになるだろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、ランダム・レーリー・フ
ァースト・フェージング・チャネル１０を表している。
このグラフは説明のためにのみ描かれているので縮尺は
正確ではないが、チャネル１０は、点ｔ1 、ｔ2 、ｔ
3 、ｔ4 でゆっくりした速度で周期的にサンプリングす
ると、各サンプリング点で、それぞれ異なった振幅Ａ
1 、Ａ2 、Ａ3 、Ａ4 を持っていることが容易に観察さ
れる。チャネル１０のようなチャネルを正確にサンプリ
ングするためには、フェージング速度よりはるかに早い
ナロー・オブザーベーション・ウィンドウを使った早い
サンプリングと、それに伴う複雑なサンプリング回路が
必要である。こうした条件の下では、チャネルの正確な
評価を出すことは難しい。例えば、参照されることによ
ってここに組み込まれる、Ｊａｃｋ Ｈ．Ｗｉｎｔｅｒ
ｓ「フラット・フェージングを伴うディジタル移動無線
システムＩＳ−５４における適応アレーを持つ信号の補
足とトラッキング」、米国電気電子技術者協会車両技術
会報３７７〜３８４頁、１９９３年１１月を参照された
い。反対に、図２に示される周期的な誘発されたファー
スト・フェージング・チャネル２０は、周期的なサンプ
リング点ｔ5 、ｔ6 、ｔ7 、ｔ8の各々で一定の振幅Ａ5
を持っていることが観察される。図２はファースト・
フェージング・チャネルの理想的な表現であって、点ｔ
5 、ｔ6 、ｔ7 、ｔ8 で測定された振幅はノイズ、スロ
ー・フェージングの変化などのためにわずかに異なって
いることが予想されるが、本発明は以下説明されるよう
に、チャネル２０の既知の周期性を利用する。こうした
周期的なチャネルでは、すべての時間のチャネルの特性
を判定するために、１周期のチャネルの限られた数のサ
ンプルだけが必要とされる。詳細には、ｆ1 （ｔ）＝ｅ
jw t、．．．、ｆm （ｔ）＝ｅjw t、のオフセットを持
つＭ個の送信アンテナの場合、Ｍ個の送信アンテナと第
１の受信アンテナ、および同様に他の受信アンテナにつ
いてのチャネル特性は、以下の式によって与えられる。
【００１２】 Ｃ（ｔ）＝ａ1ｅjw t＋．．．＋ａMｅjw t この時、ａ1はｉ番目の送信アンテナと第１の受信アン
テナの間の複合チャネル特性である。Ｍ個のチャネルの
サンプルが得られる場合、 Ｃ（ｔ1）＝ａ1ｅjw t＋．．．＋ａMｅjw t ・ ・ ・ Ｃ（ｔM）＝ａ1ｅjw t＋．．．＋ａMｅjw t というＭ個の複素数方程式が得られ、すべての時間のチ
ャネルが完全に判定できる。さらに、チャネルの反復率
に合わせて、複数の周期的なサンプルを使用し、それら
を合計してｎで割ることによって平均を出すことで、非
常に正確なチャネルの測定を得ることができる。このチ
ャネルはほぼ測定された値の平均である。
【００１３】図３は、本発明の一実施例によるシステム
１００をブロック図で表している。システム１００は、
基地局１０１、１０２、１０２’として示される複数の
通信チャネルおよび移動ユニットまたはポータブル・ユ
ニット１０３を含む。移動ユニットとポータブル・ユニ
ットはそれぞれの目的に応じた２つの独立した等級の製
品と考えられるが、以下、それらは一緒に扱われる。
【００１４】システム１００では、送信される複数のＭ
個の信号ｓ1 （ｋ）．．．ｓM （ｋ）は、送信される変
調信号を出力側に発生する変調／送信マトリックス１１
０に入力される。変調／送信マトリックス１１０は、以
下さらに論じられるように、プロセッサ１１１に接続さ
れ、それによって制御される。一方、マトリックス１１
０の出力は、１つ１つの信号がその対応する送信アンテ
ナ１１２1 ．．．１１２m によって送信される前に、各
々の信号の１つに周波数オフセットを加える複数のキャ
リヤ・オフセット発生回路ｆ1 （ｔ）．．．ｆm （ｔ）
に接続される。オフセットされた信号は、集合的にジグ
ザグの線１１５によって表される通信チャネルを経由し
て送信される。その後それらは移動ユニット１０３の受
信アンテナ１２０1 、．．．１２０m によって受信され
る。受信された信号は、プロセッサ１３１によって制御
される復調／受信マトリックス１３０の入力に接続され
る。その後マトリックス１３０はその出力に受信信号ｓ
＾1 （ｋ）．．．ｓ＾m （ｋ）を供給する。以下でさら
に扱われるように、マトリックス１３０はまた、送信ア
ンテナ１１２1 ．．．１１２m と受信アンテナ１２０
1 ．．．１２０m の間の通信チャネルに関する情報を収
集し、プロセッサ１３１に送られる出力信号Ｘ＾k を供
給する。
【００１５】この好適な実施例では、通信チャネルの情
報はまた、マトリックス１１０を適応制御するように適
切にプログラムされた基地局のプロセッサ１１１にフィ
ード・バックされる。この制御は、アンテナ１１２
1 ．．．１１２m によって送信されるパワーの調整や、
以下さらに論じられる他の調整をするための既知の調整
からなる。そのために、移動プロセッサ１３１は、移動
ユニット１０３の中にある第２変調／送信マトリックス
１４０に接続される出力信号ｕ（ｋ）を発生する。マト
リックス１４０はまた、基地局１０１に送信される複数
の入力信号ｒ1 （ｋ）．．．ｒm （ｋ）にも接続されて
いる。マトリックス１４０の出力では、複数のキャリヤ
・オフセット発生回路ｆ'1．．．ｆ'mがポータブル送信
アンテナ１４２1 ．．．１４２m によって送信される信
号にオフセットを加えるが、このポータブル送信アンテ
ナはその対応する信号を通信チャネル１０２’を通じて
複数の基地局受信アンテナ１５２1 ．．．１５２m に送
信する。これらのアンテナは、その出力に受信信号ｒ＾
1 （ｋ）．．．ｒ＾m （ｋ）を発生する復調／受信マト
リックス１５０に接続されている。マトリックス１５０
は、通信チャネル１０２に関する情報を示す情報信号ｕ
＾（ｋ）をプロセッサ１１１に供給する。プロセッサ１
１１はまた、マトリックス１１０への入力として信号ｘ
（ｋ）を供給する。システム１００のアンテナのアレー
はまた、既知の方法で遅延信号をゼロにするプロセスを
通じてＩＳＩを除去するためにも利用できる。オプショ
ンの等化回路またはソフトウェアは、送信および受信マ
トリックス１１０、１３０、１４０、１５０の一部とし
て利用される。
【００１６】もう１つの選択肢として、システム１００
のＭ個のアンテナがＭ倍程度の能力の向上を供給できる
時、Ｌ倍のダイバーシティと共にＭ倍の能力の向上を供
給したい場合、Ｍ＋Ｌ−１個のアンテナを利用するのが
適切である。
【００１７】この好適な実施例では、それぞれ基地局と
移動ユニット１０１、１０３の中のプロセッサ１１１、
１３１によって供給される線形処理が、ｍ個の独立した
チャネルの各々のデータ速度と送信パワーを調整して一
定のパワーの制約のもとで総データ送信速度を最大にす
るために利用される。それぞれ受信マトリックス１３
０、１５０からのチャネル特性に関するフィードバック
ｘ（ｋ）、ｕ（ｋ）は、この調整のために利用される。
【００１８】さらに、各受信アンテナのフェージングの
独立または低い相関を得るために、直交分極アンテナ１
２０1 ．．．１２０m 、１５２1 ．．．１５２m が好適
にも利用される。適当な空間分離もまた利用される。受
信機が移動ユニット１０３のような移動中にある場合、
この空間は、小さな面積で大きなダイバーシティを得る
ためには普通ちょうどλ／４である。例えば、移動ユニ
ットの２つの二重分極アンテナは基地局の４つのアンテ
ナの４倍のダイバーシティを得て、能力を４倍まで増大
させる可能性を供給する。
【００１９】適当な変調／送信マトリックス１１０、１
４０と復調／受信マトリックス１３０、１５０の構造は
十分本技術に普通に熟練したものの技能の範囲内にある
が、図３Ａおよび図３Ｂは、本発明と共に使用される典
型的な送信機と受信機で利用されるのに適した種類の部
品をより詳細に表している。
【００２０】図３Ａは、本発明で利用されるのに適した
送信機１６０を示す。送信機１６０は、メッセージ信号
源１６２、チャネル・エンコーダ１６３、インタリーバ
１６４を含むディジタル信号源１６１を含む。送信機１
６０はさらに、キャリヤ信号源１６５、第１、第２入力
を持つ変調器１６６、高周波フィルタ増幅器セクション
１６７、ミクサ１６９と発振器１７０を含む第１送信チ
ャネル１６８、第２送信チャネル１７１、直交分極送信
アンテナ１７２、１７３、送信マトリックス１７４を含
む。
【００２１】メッセージ信号源１６２はディジタル・デ
ータ信号をチャネル・エンコーダ１６３に供給する。チ
ャネル・エンコーダ１６３はエラー制御コーディング技
術またはチャネル・コーディング技術をデータ信号に適
用し、コード化信号を出力する。
【００２２】チャネル・エンコーダ１６３によって適用
されるエラー制御コーディング技術は適切にも上記で言
及したＷｅｉの表ＶＩＩの２Ｄ １２−ＤＰＳＫであ
る。本発明によるディジタル移動無線システムの場合、
チャネル・エンコーダへの入力データ速度は３２〜１２
８キロビット／秒（「ｋｂｐｓ」）である。インタリー
バは適切にもブロック・インタリーバであり、変調スキ
ームは以下で論じられるように、差動直角位相偏移キー
ド変調（「ＤＱＰＳＫ」）である。付加的な誘発された
チャネルの変化は、ミクサ１６９、発振器１７０を使っ
た小さなキャリヤ周波数のオフセットによって導入され
る。ｆ1 がアンテナ１７２から送信されるキャリヤ周波
数であると仮定する。すると、ｆ1 ＝ｆc ＋Δｆであ
る。この場合、ｆc はアンテナ１７３によって送信され
る信号のキャリヤ周波数であり、ｆは送信アンテナ１７
２での周波数のオフセットである。この固定された周波
数のオフセットは通常データ・シンボル・レートの１〜
２％の範囲内である。周波数のオフセットがこれ以上小
さいと、受信機のチャネル・デコーダの入力でのインタ
リーバの長さにわたって、受信信号のフェージングを十
分に分離することができない。一方、周波数のオフセッ
トが大きいと、復調および等化機能をより困難にする。
【００２３】インタリーバ１６４は、コード化信号を疑
似乱数法で再配置するために供給される。インタリーバ
１６４の出力は変調器１６６の第２入力への入力として
供給される。第２信号、すなわちキャリヤ信号は変調器
１６６の第１入力への入力として供給される。変調され
たキャリヤ信号は変調器１６６の出力に現れる。
【００２４】変調されたキャリヤ信号は高周波フィルタ
増幅器セクション１６７に入力される。セクション１６
７では、フィルタは変調されたキャリヤ信号のスペクト
ラムを形成し、増幅器は信号強度を送信するために適し
たレベルまで増大する。増幅レベルは図３のプロセッサ
１１１のようなプロセッサによって制御される。フィル
タをかけられ増幅された信号は高周波フィルタ増幅器セ
クション１６７の出力に現われ、信号を送信される他の
信号と結合し、信号の位相と振幅を各アンテナに合わせ
て調整するために利用される送信マトリックス１７４の
入力に適用される。送信マトリックス１７４の出力は２
つの送信チャネル１６８、１７１に供給される。フィル
タをかけられ増幅された信号は送信マトリックス１７４
によって調整されて、アンテナ１７３とミクサ１６９の
両方に入力される。発振器１７０とミクサ１６９は時間
につれて変化する位相オフセットを、ミクサ１６９の入
力に適用される信号に適用する。オフセット信号はその
結果生じるミクサ１６９からの出力信号である。信号と
オフセット信号は、送信のために、それぞれアンテナ１
７２、１７３に適用される。アンテナ１７２、１７３は
ヘリカル・アンテナである。この配置では、アンテナ１
７２は右向きの円偏波信号を送信し、アンテナ１７３は
左向きの円偏波信号を送信する。
【００２５】図３Ｂは、図３Ａの送信機１６０と共に使
用するのに適した受信セクション１８０を表す。受信セ
クション１８０は、受信アンテナ１８１、１８２、加重
回路１８３、高周波フィルタ増幅器セクション１８４、
復調器１８５、等化回路１８６、デインタリーバ１８
７、チャネル・デコーダ１８８を含む。
【００２６】アンテナ１８１、１８２の各々は、アンテ
ナ１７２、１７３によって送信された信号の合計からな
る複合信号を、さまざまな多重経路を通じて送信され、
ノイズ、遅延、歪みによって変形された後で受信する。
受信された信号は、その出力が高周波フィルタ増幅器セ
クション１８４の入力となる加重回路１８３で結合され
る。セクション１８４では、高周波フィルタはノイズを
低減し、増幅器は受信信号強度を増大させる。高周波フ
ィルタ増幅器セクション１８４の出力はその後信号を復
調する復調器１８５に適用される。復調器１８５の出力
は、振幅および遅延歪みを低減させる助けをする等化回
路１８６に適用される。等化回路１８６の出力はデータ
記号を再配置して、送信機１６０のインタリーバ１６４
で行われたインタリーブ処理を元に戻すために使用され
るデインタリーバ１８７に適用される。デインタリーバ
１６４の出力は、元のデータ・メッセージ信号を得て、
その信号を出力に現すチャネル・デコーダ１８８に適用
される。上記で扱われたように、図示されないフィード
バック信号ｘ＾（ｋ）は、検出されたデータｓ＾（ｋ）
と共に、受信機１８０を適応制御するために使用され
る。
【００２７】図３Ｃでは、加重回路１８３がより詳細に
表される。回路１８３は、入力ライン１９４、１９５へ
の入力として、それぞれアンテナ１８１、１８２によっ
て受信された信号を受信する。これらの受信された信号
は、重み発生器１９８へと同様に、ミクサ１９６、１９
７に供給される。重み発生器は、それぞれミクサ１９
６，１９７に供給される重み信号ｗ1 、ｗ2 を発生す
る。ミクサ１９６，１９７の出力は、高周波および増幅
器セクション１８４に供給される出力信号を発生する加
算回路１９９に供給される。この加算回路１９９からの
出力もまた、受信された信号ｓ＾（ｋ）のように、重み
発生器１９８への入力として供給される。加重に関する
これ以上の詳細は上記のＷｉｎｔｅｒｓの第１の論文
「無線通信システムの能力に対するアンテナ・ダイバー
シティの影響」に見られる。
【００２８】Ｍ個の送信アンテナ１１２1 ．．．１１２
m とＭ個の受信アンテナ１２０1 ．．．１２０m を持つ
システム１００の動作のさまざまな面によって、単一の
周波数チャネルにおけるチャネルの空間的または極性の
分離を伴うＭ倍の能力の増大が供給される。ダイバーシ
ティ・ゲインは以下のように与えられる。スロー・フェ
ージング環境では、移動ユニット１０３から基地局１０
１へのフィードバックが、チャネルの特性に応じて、デ
ータ速度かチャネルのパワーを変化させ、それによって
ある程度のダイバーシティ・ゲインを得るために使用さ
れる。また、オフセットを伴う送信ダイバーシティによ
って、スロー・フェージングは周期的なファースト・フ
ェージングに変換されるので、ファースト・フェージン
グ・コードは追加のダイバーシティを達成するために利
用される。フィードバック信号ｘ（ｋ）はまた、受信信
号が、マトリックス１３０とプロセッサ１３１によって
探知されたチャネル特性に応じて適切に加重されるよう
にするために使用できる。スロー・フェージング環境で
は、周波数オフセットを伴う送信ダイバーシティによっ
て作り出された早いフェージングが、スロー・フェージ
ングの変化速度内で予想できるためにこの結果が得られ
る。
【００２９】以下さらに論じられるように、すべての時
間の受信チャネルを判定するために必要なのは、受信チ
ャネル特性の範囲と同時２点の特性を知ることだけであ
る。従って、チャネルはファースト・フェージングの速
度で変化しているかもしれないが、フィードバックの必
要はスロー・フェージングの速度でのみ発生する。
【００３０】図１に表したようなファースト・フェージ
ングの場合、移動ユニット１０３から基地局１０１への
フィードバックは伝播遅延のためにもはや有益ではない
ので、データ速度や送信信号のパワーを最適化すること
ができないこともある。しかし、この場合、コーディン
グがダイバーシティ・ゲインを得るために十分に使用さ
れうる。従って、この２つのアプローチの組み合わせに
よって、すべてのケースがカバーできる。移動ユニット
１０３でフェージングの速度を判定し、その情報をフィ
ードバックすることによって、適応システムが供給さ
れ、適切な送信アプローチが選択される。
【００３１】本発明によって、３０ｋＨｚチャネルで６
４ｋｂｐｓのデータ転送速度を容易に１２８ｋｂｐｓに
増大することができることを示すために、１つの例が挙
げられる。この例は、キャリヤ周波数が約９００ＭＨｚ
で、信号帯域幅が数千ｋＨｚ台、好適には３０ｋＨｚで
ある狭帯域セルラー無線に関連して与えられるが、本発
明はフェージング・チャネルに伴う問題を解決するため
により一般的に適用可能であることが認識されるだろ
う。
【００３２】提案されたディジタル移動無線のための北
米規格ＩＳ−５４は、３つの端末が、８２４〜８４９Ｍ
Ｈｚ（移動局から基地局）と８６９〜８９４ＭＨｚ（基
地局から移動局）の周波数範囲内の各３０ｋＨｚチャネ
ルで、差動直角位相偏移キード（「ＤＱＰＳＫ」）変調
を使用して、１ユーザー当たり１３ｋｂｐｓのデータ速
度で基地局と通信するセルラー（「ＴＤＭＡ」）システ
ムである。各ユーザーのスロットは、２８ビットの同期
シーケンス、プラス２６０データ・ビットを含む３２４
ビットを含み、各チャネル当たり４８．６ｋｂｐｓまた
は２４．３キロボーのデータ速度を生じる。
【００３３】この例は１０-4の推定ビット誤り率（「Ｂ
ＥＲ」）を要求するスロー、ファースト両方のフェージ
ングを考慮する。ファースト・フェージングについて
は、これはフェージングを通じて平均されたＢＥＲであ
る。スロー・フェージングについては、ＢＥＲが１０-4
の時１０-3の機能休止の可能性が推定されている。３０
ｋＨｚチャネルで１２８ｋｂｐｓのデータ速度の場合、
４．２６ビット／シンボル以上の帯域幅効率を必要とす
るが、これは上記のＷｅｉの「フェージング・チャネル
のための内蔵型タイム・ダイバーシティを伴うコード化
Ｍ−ＤＰＳＫ」に説明されているような、通常のコード
より高いので、この例は少なくとも２つのチャネルを考
慮している。すなわちＭ≧２である。
【００３４】スロー・フェージング環境のためには、ノ
ン・フェージング・コードと移動局と基地局間のフィー
ドバックを伴うアンテナ・アレーが供給される。上記の
Ｗｉｎｔｅｒｓの「レイリー・フェージング環境におけ
るダイバーシティを伴う無線通信システムの能力につい
て」の図８は、２チャネルでチャネル当たり２．１３ビ
ット／サイクルの効率指数が必要とされる時には、受信
アンテナの数Ｍr が２、４、８で、送信アンテナの数Ｍ
t が２の時、受信信号対雑音比ｐがそれぞれ２７、１
８、１２ｄＢであることが必要になることを示してい
る。フィードバックがないとき、別言すれば受信機での
線形処理のみの時には、Ｗｉｎｔｅｒｓの図７は、Ｍ1
＝２を使用した２チャネルでチャネル当たり２．１３ビ
ット／サイクルの効率指数はＭr ＝２では実用的ではな
く、Ｍr ＝４、８に対してそれぞれｐ＝２５、１４ｄＢ
を必要とすることを示すことが注意される。または、チ
ャネル当たりの効率指数が１．０７ビット／サイクルで
４チャネルの時、Ｍ1 ＝Ｍr ＝４でｐ＝１２ｄＢが必要
になる。
【００３５】フェージング・コードについては、われわ
れの例はＷｅｉの表ＶＩＩの２Ｄ１２−ＤＰＳＫコード
を扱うが、他のコードも適切に利用できる。例示された
コードは２・５ビット／シンボルの効率を持っており、
要求される２チャネルで２．１３ビット／サイクルの効
率指数のために妥当な余分の帯域幅を見込んでいる。こ
のコードについては、Ｗｅｉの図２０に、６０マイル／
時の速度で移動する車両にある移動ユニットのようなフ
ァースト・フェージングの場合、二重受信アンテナ・ダ
イバーシティがある場合とない場合でそれぞれ、１０-4
に対してｐ＝１３．５、２２ｄＢであることが示され
る。スロー・フェージング環境では、このコードは内蔵
型タイム・ダイバーシティが２であるので、周波数オフ
セットを伴う二重送信ダイバーシティによって、受信ダ
イバーシティがあってもなくても予想されたコーディン
グ・ゲインが完全に許容される。従って、周波数オフセ
ットを伴う送信ダイバーシティと共に、フィードバック
なしでこのフェージング・コードをスロー・フェージン
グ環境で使用すると、必要なｐはＭt ＝Ｍr ＝２の時２
２ｄＢである。フェージング予想を伴うフィードバック
があると、必要なｐは、ノン・フェージング・コードに
ついて上記で示したものよりもはるかに小さくなる。
【００３６】ファースト・フェージング環境について
も、われわれの例はやはり２Ｄ １２−ＤＰＳＫコード
を考慮する。上記から、Ｍt ＝２の時、Ｍr ＝２、３に
対してそれぞれｐ＝１３．５、２２ｄＢである。
【００３７】上記で説明した技術は、本発明が、フィー
ドバックと共にオフセットとコーディングを伴うジョイ
ント・アンテナ・ダイバーシティを使用することによっ
て、アナログ・移動電話システム（「ＡＭＰＳ」）チャ
ネルにおいて高いデータ速度を得るためにどのように利
用されるかを示している。この例は３０ｋＨｚチャネル
で１２８ｋｂｐｓを得るためのこの技術の実行可能性を
示している。
【００３８】本発明の技術によるプロセス２００の別の
一面が、以下図４，５と共に説明される。図４は、時間
と共に変化するフェージング・チャネル３０を表してい
る。時間ｔ＝０から時間ｔ＝ｔ9 まで、フェージング速
度３０は、スロー・フェージングとして特徴づけられる
第１のしきい値の値Ｆ1 以下の値である。時間ｔ＞ｔ9
では、信号３０はしきい値Ｆ1 以上に増大し、ファース
ト・フェージングが観察される。時間ｔ＝ｔ10では、第
２のしきい値Ｆ2 に到達し、その後すぐにそれを超え
る。以下さらに論じられるように、このしきい値で、図
３のオフセットｆ1 （ｔ）．．．ｆM （ｔ）のようなオ
フセットは好適にも停止される。
【００３９】時間ｔ＝０から始めると、プロセス２００
を表す図５のフローチャートのブロック２０１に示され
るように、図３の基地局１０１が送信を開始することが
わかる。信号は、ステップ２０２で表されるように、ア
ンテナ１２０1 ．．．１２０m によって移動局で受信さ
れ、マトリックス１３０によって復調デコードされる。
通信チャネル１０２の特性を示す信号ｘ＾（ｋ）は、ス
テップ２０３でプロセッサ１３１にフィードバックされ
る。この例では、議論を簡単にするために、チャネル１
０２の各々は図４に示すものに近いフェージング速度を
示すものとする。ステップ２０４では、プロセッサは信
号ｘ＾（ｋ）から、チャネル１０２のフェージング信号
ｘt が、ｘt ＜Ｆ1 であるか、Ｆ1 ＜ｘt ＜Ｆ2 である
か、またはｘt ＞Ｆ2 であるかを判定する。この場合、
ｘt ＜Ｆ1 であるので、プロセッサは、チャネルがスロ
ー・フェージングを示していると判定する。その結果、
ステップ２０５では、プロセッサ１３１はスロー・フェ
ージングが起こっていることを示す信号ｕ（ｋ）をフィ
ードバックするよう送信マトリックス１４０を制御す
る。プロセッサ１３１はまたステップ２０６で、測定さ
れたフェージング特性に一致するように受信マトリック
ス１３０の重み調整を制御する。ステップ２０７で、信
号ｕ＾（ｋ）は基地局の受信マトリックス１５０で受信
され、でコードされた信号ｕ＾（ｋ）はプロセッサ１１
１に供給され、変調／送信マトリックス１１０はステッ
プ２０８でチャネルに一致するように調整される。ステ
ップ２０９で、プロセッサ１１１によってオフセットｆ
1 （ｔ）．．．ｆm （ｔ）も開始される。これらのオフ
セットは測定されたスロー・フェージングを誘発された
周期的なフェージングに変換する。
【００４０】ステップ２１０で、オフセットｆ1
（ｔ）．．．ｆm （ｔ）またはオフセット関連情報はプ
ロセッサ１３１によって検索され、ステップ２１１で、
プロセッサ１３１は保存されたオフセット情報に基づく
チャネルのデータを周期的にサンプリングする。ステッ
プ２１２で、プロセッサ１３１は、時間ｔ＞ｔ9 の時フ
ェージング信号３０がしきい値Ｆ1 の上にあると判断
し、サンプリング・レートはファースト・フェージング
の検出に適した早いレートに加速される。時間ｔ＞ｔ10
の時、フェージング信号３０はしきい値Ｆ2 の上にあ
る。オフセットの効果は早いフェージングを引き起こす
ことにあるので、しきい値Ｆ2 以上ではオフセットが停
止されることが望ましく、それはステップ２１３でなさ
れる。しきい値Ｆ1、Ｆ2 の間では、観察されたフェー
ジングはファースト・フェージングであるが、オフセッ
トによって誘発されるフェージングの速度の増大は、処
理上の何らかの問題を引き起こすほど早くはないので、
オフセットを継続することができる。最後に、ステップ
２１４では、時間ｔ＞ｔ11の時、フェージング信号３０
は上のしきい値Ｆ2 以下なので、再びオフセットが行わ
れる。
【００４１】本発明の詳細が、狭帯域移動無線チャネル
における高速データ送信という好適な文脈でここに開示
されたが、本技術に普通に熟練したものには、本発明の
知見が、他の設計環境や新たに開発される技術にさまざ
まに適合され、将来それらに容易に適用可能になること
が明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ファースト・フェージングを示す通信チャネル
を経由して送信された信号について、時間に対する受信
信号の振幅を示すことによってランダム・レイリー・フ
ァースト・フェージング・チャネルをグラフで表してい
る図である。
【図２】誘発された周期的なファースト・フェージング
を示す図である。
【図３】本発明による高速送信システムの全体ブロック
を示す図である。
【図３Ａ】本発明と共に使用されるのに適した１つの送
信機のブロックを示す図である。
【図３Ｂ】本発明と共に使用されるのに適した１つの受
信機のブロックを示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｂの受信機の中で利用されるのに適した
加重回路をより詳細に示す図である。
【図４】スローからファーストへのチャネル・フェージ
ング時間の時間に対する変化を表すグラフを示す図であ
る。
【図５】本発明によるプロセスを表すフローチャートで
ある。
【符号の説明】
１０ チャネル
フロントページの続き (72)発明者 ジャック ハリマン ウィンターズ アメリカ合衆国 07748 ニュージャー シィ，ミドルタウン，オールド ワゴン ロード 103 (56)参考文献 特開 平７−202855（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−122125（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 7/00 - 7/12 H04B 7/24 - 7/26 H04B 7/005

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ファースト・フェージング通信チャネル
    とスロー・フェージング通信チャネルの両方での使用に
    適した適応形高速度データ送信システムであって、該シ
    ステムは、１つの送信器を備える１つの基地局を含むと
    共に、周波数オフセットとコーディングとフィードバッ
    クとを伴うジョイント・アンテナ・ダイバーシティを利
    用し、該送信器は、 （ｉ）複数の送信アンテナを含み、該送信アンテナの少
    なくとも１つは、少なくとも１つの送信チャネルのフェ
    ージング特性をスロー・フェージングから周期的なファ
    ースト・フェージングに変換するように適合された制御
    可能な周波数オフセットを有し、該送信器は、さらに、 （ii）信号コーディング・ユニットと、 （iii）送信機の動作を適応制御するための送信プロセ
    ッサとを含み、 該システムは、１つの受信器を備える移動ユニットを含
    み、該受信器は、 （ｉ）複数の受信アンテナと、 （ii）信号デコーディング・ユニットと、 （iii）受信機の動作を適応制御し、該送信機と受信機
    との間の少なくとも１つの送信チャネルを含む複数の送
    信チャネルのフェージング特性を監視するための受信プ
    ロセッサとを含む送信システム。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の送信システムにおい
    て、該移動ユニットは、１つの送信器をさらに含み、該
    基地局は、１つの受信器をさらに含み、該移動ユニット
    の該送信器は、複数の送信チャネルのフェ−ジング特性
    を示すフィードバック信号を該基地局の該受信器に送信
    する送信システム。
  3. 【請求項３】 ファースト・フェージング通信チャネル
    とスロー・フェージング通信チャネルの両方に使用する
    のに適している適応高速度データ送信方法であって、該
    方法は、周波数オフセットとコーディングとフィードバ
    ックとを伴うジョイント・アンテナ・ダイバーシティを
    利用し、 信号コーディング・ユニットを利用して基地局の送信器
    から送信される信号をコーディングするステップと、 該複数の送信アンテナを利用して該コード化された信号
    を送信し、少なくとも１つの送信チャネルのフェージン
    グ特性をスロー・フェージングから周期的なファースト
    ・フェージングに変換するように適合された制御可能な
    周波数オフセットを該複数の送信アンテナの少なくとも
    １つに適用するステップと、 送信された信号を移動ユニットの受信器で複数の受信ア
    ンテナを利用して受信するステップと、 受信された信号を信号デコーディング・ユニットを利用
    してデコードするステップと、 複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間の少な
    くとも１つの送信チャネルを含む複数の送信チャネルの
    フェージング特性を監視するステップと、 該フェージング特性を監視するステップの結果に基づい
    て、該送信器と該受信器の動作を適応制御するステップ
    とを含むデータ送信方法。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の送信方法において、複
    数の受信アンテナによって受信された信号を加重マトリ
    クスを使用して組み合わせるステップをさらに含む方
    法。
  5. 【請求項５】 誘起された周期的なファースト・フェー
    ジング特性を周期的にサンプリングする方法であって、 第１のしきい値以下のスロー・フェージング特性を検出
    するステップと、 複数の多重送信アンテナのうちの少なくとも１つと関連
    する既知の周波数オフセットと該複数の多重送信アンテ
    ナとを利用して、周期的なファースト・フェージング特
    性を誘起するステップと、 該周期的なファースト・フェージング特性をサンプリン
    グするために、該周波数オフセットの知識を使用して、
    適切な周期的なレートを決定するステップとを含み、該
    適切な周期的なレートは、該スロー・フェージング特性
    の第２のしきい値以上の変化を検出するのに十分な速さ
    を有することを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】 ファースト・フェージング通信チャネル
    とスロー・フェージング通信チャネルの両方での使用に
    適した適応形高速度データ送信システムであって、該シ
    ステムは、１つの送信器を備える１つの基地局を含むと
    共に、周波数オフセットとコーディングとフィードバッ
    クとを伴うジョイント・アンテナ・ダイバーシティを利
    用し、該送信器は、 （ｉ）複数の送信アンテナを含み、該送信アンテナの少
    なくとも１つは、制御可能な周波数オフセットを有し、
    該送信器は、さらに、 （ii）信号コーディング・ユニットと、 （iii）送信機の動作を適応制御するための送信プロセ
    ッサとを含み、 該システムは、１つの受信器を備える移動ユニットを含
    み、該受信器は、 （ｉ）複数の受信アンテナと、 （ii）信号デコーディング・ユニットとを含み、該信号
    でコーディング・ユニットは、該複数の受信アンテナに
    よって受信された信号を組み合わせるための加重マトリ
    クスを含み、該受信器は、さらに、 （iii）該受信機の動作を適応制御し、送信機と受信機
    との間の複数の送信チャネルのフェージング特性を監視
    するための受信プロセッサとを含み、該受信器は、該受
    信プロセッサに接続され、該少なくとも１つの送信アン
    テナの制御可能なオフセットに関する情報を記憶するメ
    モリをさらに含む送信システム。
  7. 【請求項７】 ファースト・フェージング通信チャネル
    とスロー・フェージング通信チャネルの両方での使用に
    適した適応形高速度データ送信システムであって、該シ
    ステムは、１つの送信器を備える１つの基地局を含むと
    共に、周波数オフセットとコーディングとフィードバッ
    クとを伴うジョイント・アンテナ・ダイバーシティを利
    用し、該送信器は、 （ｉ）複数の送信アンテナを含み、該送信アンテナの少
    なくとも１つは、制御可能な周波数オフセットを有し、
    該送信器は、さらに、 （ii）信号コーディング・ユニットと、 （iii）送信機の動作を適応制御するための送信プロセ
    ッサとを含み、 該システムは、１つの受信器を備える移動ユニットを含
    み、該受信器は、 （ｉ）複数の受信アンテナと、 （ii）信号デコーディング・ユニットと、 （iii）該受信機の動作を適応制御し、送信機と受信機
    との間の複数の送信チャネルのフェージング特性を監視
    するための受信プロセッサとを含み、該移動ユニット
    は、送信器をさらに含み、該基地局は、受信器をさらに
    含み、該移動ユニットの送信器は、複数の送信チャネル
    のフェージング特性を示すフィードバック信号を該基地
    局の該受信器に送信し、該フェージング特性が第１の閾
    値よりもより早い場合には、該送信プロセッサは、該制
    御可能なオフセットを制御して、該オフセットを停止す
    るシステム。
  8. 【請求項８】 ファースト・フェージング通信チャネル
    とスロー・フェージング通信チャネルの両方に使用する
    のに適している適応高速度データ送信方法であって、該
    方法は、周波数オフセットとコーディングとフィードバ
    ックとを伴うジョイント・アンテナ・ダイバーシティを
    利用し、 信号コーディング・ユニットを利用して基地局の送信器
    から送信される信号をコーディングするステップと、 複数の送信アンテナのうちの少なくとも１つの制御可能
    なオフセットに関する情報を記憶するステップと、 該複数の送信アンテナを利用して該コード化された信号
    を送信し、該制御可能な周波数オフセットを該複数の送
    信アンテナのうちの少なくとも１つに適用するステップ
    と、 複数の受信アンテナを使用して移動ユニットの受信器で
    該送信された信号を受信するステップと、 該複数の受信アンテナで受信した信号を加重マトリクス
    を使用して組み合わせるステップと、 該受信された信号を信号デコーディング・ユニットを使
    用してデコードするステップと、 該複数の送信アンテナと該複数の受信アンテナとの間の
    複数の送信チャネルのフェージング特性を監視するステ
    ップと、 該フェージング特性を監視するステップの結果に基づい
    て該送信器の動作と該受信器の動作とを適応制御するス
    テップとを含む方法。
  9. 【請求項９】 請求項8に記載の方法において、該記憶
    されたオフセットに関する情報を使用して周期的なサン
    プルレートを決定し、該複数の送信チャネルのフェージ
    ング特性をサンプリングするステップをさらに含む方
    法。
  10. 【請求項１０】 ファースト・フェージング通信チャネ
    ルとスロー・フェージング通信チャネルの両方での使用
    に適している適応高速度データ送信方法であって、該方
    法は、周波数オフセットとコーディングとフィードバッ
    クとを伴うジョイント・アンテナ・ダイバーシティを利
    用し、 信号コーディング・ユニットを利用して基地局の送信器
    から送信される信号をコーディングするステップと、 複数の送信アンテナを使用して該コード化された信号を
    送信し、該複数の送信アンテナのうちの少なくとも１つ
    に制御可能な周波数オフセットを適用するステップと、 移動ユニットの受信器で複数の受信アンテナを使用して
    該送信された信号を受信するステップと、 該受信された信号を信号デコーディング・ユニットを使
    用してデコードするステップと、 該複数の送信アンテナと該複数の受信アンテナとの間の
    複数の送信チャネルのフェージング特性を監視するステ
    ップと、 該複数の送信チャネルのフェージング特性を示すフィー
    ドバック信号を該移動ユニットから該基地局に送信する
    ステップと、 該フェージング特性が第１の閾値よりより早いか否かを
    判定し、該フェージング特性が第１の閾値よりもより早
    いと判定した場合には、該制御可能なオフセットを適用
    するステップを実行しないステップと、 該フェージング特性を監視するステップの結果に基づい
    て該送信器の動作と該受信器の動作とを適応制御するス
    テップとを含む方法。
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