JP3759695B2 - 符号分割多重接続信号を処理するための複素擬似雑音シーケンスを生成する方法およびシステム - Google Patents

Description

（発明の属する技術分野）
本発明は、一般に、無線通信システムに関し、さらに詳しくは、複素シーケンスを有する符号分割多重信号を処理するための方法およびシステムに関する。
【０００１】
（従来の技術）
変調無線信号を送信するために用いられる電力増幅器においては、低ピーク対平均比を有する入力信号で動作させることが望ましい。高ピーク対平均比の信号は次の理由で好ましくない、すなわち、そのピーク信号がその動作範囲の非リニア領域で動作した場合、電力増幅器が異常なサイド・バンドを生み出すからである。これらの異常なサイド・バンドは、大きな振幅変動を有する信号が通過する場合にＡＭ−ＰＭ変換およびＡＭ−ＡＭ変換と呼ばれるメカニズムによって生み出される。さらに、これらのサイド・バンドは、応答機のいくつかの部分にある情報信号の電力を奪い、また近接チャネルに妨害（隣接チャネル妨害）を引き起こす。
【０００２】
直角位相変移（ＱＰＳＫ：quartenary phase shift keying）を用いる通信システムでは、信号位相は各位相シフト間隔における４つの位相のいずれかである。これは、図１の信号空間図に示されており、位相３０は配座位置３２−３８の１つである配座位置３２の位相である。遷移４０−４６は、位相シフト間隔間における許容される位相変化を示す。ゼロ度遷移は参照番号４０で示す。π／２ラジアンまたは９０度の遷移の例は、参照番号４２，４４で示し、１８０度またはπラジアン遷移は参照番号４６で示す。
【０００３】
米国標準機関（ＡＮＳＩ）Ｊ−ＳＴＤ−００８に従うＣＤＭＡシステムで実施されているような、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）では、利用者データは、周期的で雑音のような性質を有する疑似ランダム雑音（ＰＮ）シーケンスによって広帯域化されかつ変調される。たとえば、図２を参照して、直接シーケンスＱＰＳＫ送信機６０では、実数の利用者データ６２は２つのＰＮシーケンスで分割されかつ多重化される、すなわち掛算器６８，７０を用いるＰＮ_Iシーケンス６４およびＰＮ_Qシーケンス６６である。ＰＮシーケンスは、ＰＮ_IおよびＰＮ_Qシーケンス発生器によって、それぞれ、生成される。これらのＰＮシーケンス発生器の出力間隔は、チップ時間またはチップ間隔と呼ばれ、直接変調シーケンスにおける単一パルス間隔である。
【０００４】
利用者データ６２の同相（Ｉ）および９０度（Ｑ）成分がＰＮ_Iシーケンス６４およびＰＮ_Qシーケンス６６によって乗算された後、乗算器６８，７０の出力信号はパルス整形フィルタ７６によって各々別々にフィルタ処理される。パルス整形フィルタ７６は信号のより高い周波数成分を濾波する有限インパルス応答フィルタで実行される。
【０００５】
次に、濾波されたＩおよびＱ信号成分は、乗算器８２を用いて直角位相搬送成分７８，８０によって乗算され、ＩおよびＱ無線周波数（ＲＦ）信号８４，８６を生成する。その後、信号８４，８６は、加算器８８でともに加えられる。加算器８８の出力は、ＲＦ変調信号で、その後電力増幅器９２によって増幅される。電力増幅器９２の出力は、それから受信ユニットへ信号を送信するためにアンテナ９２へ結合される。
【０００６】
図２に示されるように、ＰＮシーケンス発生器７２，７４は、典型的には、最大長リニア・フィードバックＮビット・シフト・レジスタで処理され、そこで選択ステージに端子が設けられこのシフト・レジスタの出力と排他的論理和結合がなされてシフト・レジスタの入力にフィードバックされる信号を生成する。ＰＮシーケンスを実行する他の方法を用いてもよい。例えば、非リニア・フィードバック・シフト・レジスタがＰＮシーケンスを実行するために使用されてもよい。
【０００７】
ＰＮ_IおよびＰＮ_Q発生器７２，７４の出力の結合により、位相に対応する複素値を有することになる。例えば、図１を再び参照して、もしＰＮ_Iが１に等しく、かつＰＮ_Qが１に等しい場合、（１，１）の複素ＰＮ値は位相３０に対応し、それはπ／４ラジアンである。複素ＰＮ発生器によって出力される他の値は配座位置３２−３８に対応する。ある配座位置から別の配座位置への遷移４０−４６は、前回の複素ＰＮチップと次のチップ時間に複素ＰＮシーケンス発生器で与えられる次回の複素ＰＮチップとの間における差によって決定される。
【０００８】
ＲＦ変調信号９０がピークに達しかつ増幅器９２が非リニア領域で動作させられる場合、異常なサイド・バンドが送信信号中に生成される。これらのサイド・バンド信号はＲＦ変調信号９０中のピークの発生を減らすことにより除去され、これによりピーク対平均比を低減することが望ましい。
【０００９】
ＲＦ変調信号９０中のピークは、パルス整形フィルタ７６中のチップ値のシーケンスを受信する結果として発生し、パルス整形フィルタ７６のインパルス応答とかなりの相関性を有する。さらに、信号９０のピークの形成は、ピークがＩおよびＱチャネル双方のパルス整形フィルタ７６で同時に生成される場合より大きい。
【００１０】
従来技術では、π／２ＢＰＳＫ変調は、増幅器に送られる信号中のピーク対平均を減らすために用いられる。しかしながら、π／２ＢＰＳＫ変調は、ＢＰＳＫ拡散を生み出し、他の利用者からの信号を容易に排除しないので、その変調は劣化する。
【００１１】
他方、ＱＰＳＫ拡散は利用者信号間で優れた排除性を与えるが、好ましくないピーク対平均比を有する信号を生み出す。拡散方法に関するさらに詳細な議論のために、1995年にAddison Wesleyから出版されたAndrew J. Viterbi著の”CDMA, Principles of Spread Spectrum Communications"と題する書物の26頁ないし32頁を参照すること。
【００１２】
このように、符号分割多重接続を処理するための複素擬似雑音シーケンスを発生する改良された方法及びシステムを必要とし、その複素擬似雑音シーケンスは変調通信信号のピーク対平均比の低減を助ける。
【００１３】
（好適な実施例の詳細な説明）
図面を参照し、特に図３を参照すると、本発明に係る方法およびシステムに関して、複素擬似雑音シーケンスを生成する方法およびシステムを含む直接シーケンス拡散スペクトラム送信機が図示される。図示されるように、直接シーケンスＱＰＳＫ送信機１１０は、実数利用者データ６２を受信し、それは本発明によって生成された２つのＰＮシーケンスによって分離され乗算される。ＰＮ_IおよびＰＮ_Qシーケンス１１２，１１４は本発明に従って新規である一方、送信機の残りの多くの部分は上述したように動作する。例えば、マルチプレクサ６８，７０は図２を参照して述べたのと同じ方法で動作する。同様に、パルス整形フィルタ７６はマルチプレクサ６８，７０から出力される信号中の高周波成分を濾波するために使用される。その後、ＩおよびＱ ＲＦ信号はマルチプレクサ８２で直角搬送波成分７８，８０によって変調される。ＩおよびＱ ＲＦ信号１１６，１１８は加算器８８で足し合わされてＲＦ変調信号１２０を生成し、その後電力増幅器９２で増幅されて受信器へ信号を送信するためにアンテナ９４へ結合される。信号１１６，１１８，１２０は、新しい複素ＰＮシーケンスを用いる本発明に従って変調されるので、新規である。
【００１４】
好適な実施例では、改良された複素擬似雑音シーケンスの生成はＣ₁およびＣ₂シーケンス生成器１３０，１３２で始まり、図２に示されるＰＮ_IおよびＰＮ_Qシーケンス生成器７２，７４とほぼ同じ方法で実行される。シーケンス生成器１３０，１３２の出力はどのチップ時間の間においても値Ｃ₁およびＣ₂を有する。信号値Ｃ₁およびＣ₂双方は、最新位相レジスタ１３４およびマルチプレクサ１３６の一方の入力側に結合される。最新位相レジスタ１３４はＣ₁およびＣ₂の値を位相角に変換し、このような位相角をあるチップ時間のために格納する。
【００１５】
最新位相レジスタ１３４からの最新位相情報出力は位相調整１３８に結合され、それはまたＰＮ₁シーケンス生成器１３０からのＣ₁の現在チップ値を受け取る。図４に示されるように、位相調整１３８は＋／−９０度位相調整器で、ここで９０度を加えるか引くかの決定をＣ₁の現在値に基づいて行う。位相調整器１３８の１つの実行として、Ｃ₁またはＣ₂いずれかの符号は、最新位相レジスタ１３４からの位相入力から推測されるが、Ｃ₁の現在値が＋１か−１かに応じて変更される。位相調整器１３８での位相加算または位相減算は、受信機で決められるかプリセットされるあらゆるシーケンスに応じて制御される。
【００１６】
位相調整器１３８の出力、ＰＮ_IおよびＰＮ_Qは、図示されるようにマルチプレクサ１３６に結合される。
【００１７】
マルチプレクサ１３６からの値の出力は、チップ選択器１４０からの信号に基づいて、入力対から選択される。チップ選択器１４０は、ＰＮ_Iシーケンス生成器１３０およびＰＮ_Qシーケンス生成器１３２の双方に共通のクロック信号によってクロックされ、クロック間隔はチップ時間である。好適な実施例では、チップ選択器１４０は、１つおきのチップ時間の間マルチプレクサ１３６に位相調整器１３８の出力を選択させる。位相調整器１３８の出力が選択されない場合、変調されていないＣ₁およびＣ₂の現在値がマルチプレクサ１３６から出力される。このように、好適な実施例では、１つおきのチップ時間で、次の複素ＰＮチップの位相が前の複素ＰＮチップの位相と９０度だけ異なる。
【００１８】
ＰＮ_IおよびＰＮ_Qシーケンス１１２，１１４は、マルチプレクサ１３６の出力であるが、マルチプレクダ６８，７０にそれぞれ結合され、それにより利用者データ６２を搬送する符号分割多重接続信号を処理しまたは拡散するために用いられる。
【００１９】
さて図４を参照して、本発明に従う複素擬似雑音シーケンスを生成する方法を示す高レベル論理(high-level logic)のフローチャートが示される。図示されるように、ブロック２００でプロセスが開始し、その後ブロック２０２へ進み、そこで現在のＰＮチップ位相を格納する。これは、Ｃ₁およびＣ₂の現在値を位相へ変更することにより実行され、ここでＣ₁およびＣ₂は+/-１の値を有する。
【００２０】
次に、ブロック２０４に示すように、次のチップに対する位相変化が予め定める角度に限定されるべきかどうかを判断する。ブロック２０６に示すように、次のチップが位相変更が限定されるチップとして選択されない場合、複素ＰＮシーケンス生成器の出力からＣ₁およびＣ₂を読み取る。その後、ブロック２０８に示すように、プロセスはＰＮ_IをＣ₁に、ＰＮ_QをＣ₂に等しくする。最後に、ブロック２１０に示すように、ＰＮ_IおよびＰＮ_Q値を出力する。次のＰＮチップの位相変化を限定するチップ時間を選択しなかったので、ＰＮ_IおよびＰＮ_Q値は変更なしに次のＰＮチップとして出力される。
【００２１】
再びブロック２０４を参照して、次のチップが位相変化を限定するために選択される場合、ブロック２１２に示されているように、最後のＰＮチップ位相を呼び出す。次に、コードＣ₁を調べ、ブロック２１４に描かれているように、それが１に等しいかどうかを決定する。もしＣ₁が１に等しい場合、ブロック２１６に示すように、最後のＰＮチップ位相に９０度を加え、次のＰＮチップ位相を計算する。しかしながら、もしコードＣ₁が１に等しくない場合、最後のＰＮチップ位相から９０度を引き、次のＰＮチップ位相を計算する。
【００２２】
次のＰＮチップ位相を計算するために最後のＰＮチップ位相から９０度を加えあるいは引いた後、ブロック２２０に示すように、次のＰＮチップ位相をＰＮ_IおよびＰＮ_Q値に変換する。その後、ＰＮ_IおよびＰＮ_Q値は、ブロック２１０に示すように、出力される。そしてプロセスは反復のためブロック２０２へ戻り、現在ＰＮチップ位相が格納される。
【００２３】
本発明は送信機内でＣＤＭＡ信号を処理または拡散するために用いられる複素ＰＮシーケンスを生成するが、他方複素ＰＮシーケンスを生成するためのこの方法およびシステムは受信ＣＤＭＡ信号を処理または逆拡散するために受信装置内でも用いられる。従って、当業者であれば、ＣＤＭＡ受信機が本発明の方法およびシステムを実施するのを理解するであろう。
【００２４】
本発明は利用者の実データ６２を送信するシステムに準拠して説明された。当業者であれば、利用者データが複素データであり、マルチプレクサ６８，７０が複素形式で実行されることを理解するであろう。
【００２５】
当業者であれば、本発明の複素ＰＮ生成器を使用する拡散法がＱＰＳＫ拡散法でもπ／２ＢＰＳＫ拡散法でもないことを理解するであろうが、本発明を用いることにより示される拡散法は混合しており、選択されたチップ時間はπ／２ＢＰＳＫ拡散法のように振る舞い、残りのチップ時間はＱＰＳＫ拡散法のように振る舞う。この混合拡散法はπ／２ＢＰＳＫ拡散の低干渉排除(low interference rejection)を避け、ＱＰＳＫ拡散の高ピーク対平均比(high peak-to-average ratio)を回避する。
【００２６】
本発明の好適な実施例の説明が図面および明細書のために示された。本発明が開示された形式に厳密に限定または制限されることを意図するものではない。上記教示により修正または変更が可能である。本発明およびその実際への応用の原理を最もよく提供するために実施例が選択され示され、当業者が特定の使用目的に適合するように本発明をさまざまな実施例および修正に利用することが可能である。このような全ての修正および変更は添付請求項によって決定される発明の範囲内にあり、この範囲に従って解釈される場合、それらは、公正、合法的および衡平法上の権利を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術におけるＱＰＳＫ信号空間図を示す。
【図２】 従来技術における方法及びシステムに従う直接シーケンス拡散スペクトラム変調を示す。
【図３】 本発明の方法及びシステムに従う複素擬似雑音シーケンスを生成するための方法及びシステムを有する直接シーケンス拡散スペクトラム変調器を示す。
【図４】 本発明に従う複素擬似雑音シーケンスを生成する方法及びシステムを表す高レベル論理フローチャートを示す。

Claims (12)

1. 無線通信システムの符号分割多重接続信号を処理するための複素擬似雑音（ＰＮ）シーケンスを生成する方法において、
   複素ＰＮシーケンス発生器中のチップ時間を選択する段階と、
   前記選択されたチップ時間に関連して選択された複素ＰＮチップと次の複素ＰＮチップとの位相差を予め選択された位相角に限定する段階と、
   から構成されることを特徴とする複素擬似雑音シーケンスを生成する方法。
2. 複素ＰＮシーケンス発生器中のチップ時間を選択する前記段階は、複素ＰＮシーケンス生成器中のＮ番目毎のチップ時間を周期的に選択する段階を、さらに含むことを特徴とする請求項１記載の複素擬似雑音シーケンスを生成する方法。
3. 前記複素ＰＮシーケンス発生器中の１つおきのチップ時間を選択するためにＮは２に等しいことを特徴とする請求項２記載の複素擬似雑音シーケンスを生成する方法。
4. 前記選択された複素ＰＮチップと前記次の複素ＰＮチップとの位相差を予め選択された位相角に限定する前記段階は、前記選択された複素ＰＮチップと前記次の複素ＰＮチップとの位相差を９０度に限定する段階を、さらに含むことを特徴とする請求項１記載の複素擬似雑音シーケンスを生成する方法。
5. 前記選択された複素ＰＮチップと前記次の複素ＰＮチップとの位相差を予め選択された位相角に限定する前記段階は、前記選択された複素ＰＮチップの位相から９０度加算または減算し、前記次の複素ＰＮチップを生成する段階を、さらに含むことを特徴とする請求項１記載の複素擬似雑音シーケンスを生成する方法。
6. 前記選択された複素ＰＮチップの位相から９０度加算または減算し、前記次の複素ＰＮチップを生成する前記段階は、前記選択された複素チップ値に応答して前記選択された複素ＰＮチップの位相から９０度を加えまたは９０度引き、前記次の複素ＰＮチップを生成する段階を、さらに含むことを特徴とする請求項５記載の複素擬似雑音シーケンスを生成する方法。
7. 符号分割多重接続信号を処理するための複素擬似雑音（ＰＮ）シーケンスを生成するシステムにおいて、
   複素ＰＮシーケンス発生器中のチップ時間を選択する手段と、
   前記選択されたチップ時間に関連して選択された複素ＰＮチップと次の複素ＰＮチップとの位相差を予め選択された位相角に限定する手段と、
   から構成されることを特徴とする複素擬似雑音シーケンスを生成するシステム。
8. 複素ＰＮシーケンス発生器中のチップ時間を選択する前記手段は、複素ＰＮシーケンス生成器中のＮ番目毎のチップ時間を周期的に選択する手段を、さらに含むことを特徴とする請求項７記載の複素擬似雑音シーケンスを生成するシステム。
9. 前記複素ＰＮシーケンス発生器中の１つおきのチップ時間を選択するためにＮは２に等しいことを特徴とする請求項８記載の複素擬似雑音シーケンスを生成するシステム。
10. 前記選択された複素ＰＮチップと前記次の複素ＰＮチップとの位相差を予め選択された位相角に限定する前記手段は、前記選択された複素ＰＮチップと前記次の複素ＰＮチップとの位相差を９０度に限定する手段、さらに含むことを特徴とする請求項７記載の複素擬似雑音シーケンスを生成するシステム。
11. 前記選択された複素ＰＮチップと前記次の複素ＰＮチップとの位相差を予め選択された位相角に限定する前記手段は、前記選択された複素ＰＮチップの位相から９０度加算または減算し、前記次の複素ＰＮチップを生成する手段を、さらに含むことを特徴とする請求項７記載の複素擬似雑音シーケンスを生成するシステム。
12. 前記選択された複素ＰＮチップの位相から９０度加算または減算し、前記次の複素ＰＮチップを生成する前記手段は、前記選択された複素チップ値に応答して前記選択された複素ＰＮチップの位相から９０度を加えまたは９０度引き、前記次の複素ＰＮチップを生成する手段を、さらに含むことを特徴とする請求項１１記載の複素擬似雑音シーケンスを生成するシステム。

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