JP4035381B2 - 複数のアンテナを通じて送信された信号からデータを再生するデータ再生装置。 - Google Patents

複数のアンテナを通じて送信された信号からデータを再生するデータ再生装置。 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のアンテナを通じて送信された信号からデータを再生するデータ再生装置に関するものであり、特に、基地局送信ダイバーシチ(diversity)の様々な技法に対して全て使用することができる端末機用受信機システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
第三世代セルラ(cellular)システムであるcdma2000では音声だけではなく、高速のパケットデータ(packet data)送信も提供するために、より大きなシステム容量を要求する。このような目標を達成するためには、無線通信の様々な制約点を克服しなければならない。移動通信において、一番大きな制約点になるのはマルチ経路によるフェージング(fading)である。フェージングによって受信信号の劣化が深刻になるためである。
【0003】
フェージングを克服する方法には、ダイバーシチ技法(diversity technique)を用いる。ダイバーシチ技法には、送信(transmit)ダイバーシチと受信(receive)ダイバーシチとがある。また、ダイバーシチは、時間(time)、周波数(frequency)、または空間(space)に対して複数の経路を提供する技法である。
【0004】
cdma2000システムでは、第二世代CDMAセルラシステムとは異なり、順方向リンク(forward)は逆方向リンク(reverse link)に比べてチャネル容量が少ないので、順方向リンクがシステム容量を決めるようになる。これは、基地局で二つのアンテナを利用する受信ダイバーシチを適用して受信信号に最大比結合(maximal ratio combining)を適用することができるからである。二つのアンテナを利用する受信ダイバーシチを端末機において適用することは端末機に大きい負担を与えるので、CDMAセルラシステムに適用し難い。cdma2000では基地局送信ダイバーシチを適用し、順方向リンクと逆方向リンクとのチャネル容量のバランスを取る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
現在まで提案された送信ダイバーシチ技法としては、OTD(orthogonal transmit diversity)、TSTD(time switched transmit diversity),STD(selection diversity)、TXAA(transmit antenna array)などがある。これら方法のうちで、実現上の複雑度対性能向上度の観点において、一番優れたトレードオフ(trade−off)点を見出し、これらの方法の優劣を決めることは明確ではない。そこで、与えられた通信環境によって一番良い方法が決められるようになる。
【0006】
従って、本発明は、OTD、TSTD、STD、TXAAなどの基地局送信ダイバーシチ方法に対して全て使用できる端末機用受信機システムを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前述したような課題を解決するために、本発明は、複数のアンテナを通じて送信された信号からデータを再生するデータ再生装置において、パイロットウォルシュコード(pilot Walsh codes)およびデータウォルシュコード(data Walsh codes)を利用してパイロット信号およびデータ信号を再生する複数の逆拡散部と、前記複数の逆拡散部を選択的に活性化させる経路制御器と、前記複数の逆拡散部から出力されるパイロット信号を利用してアンテナウエーティング信号を発生させるアンテナウエーティング信号発生器と、前記複数の逆拡散部から出力されるデータ信号を加える加算器と、前記逆拡散部と前記経路制御器と前記加算器とを基地局の送信方法によって制御する制御部と、を含むことを特徴とする。
【0008】
ここで、前記各々の逆拡散部は、前記パイロットウォルシュコードにより前記送信信号を逆拡散させることによって、パイロット信号を合成するパイロット合成器と、前記データウォルシュコードにより前記送信信号を逆拡散させることによって、データ信号を合成するデータ合成器と、前記パイロット合成器および前記データ合成器に入力される送信信号を所定時間遅延させる遅延素子と、を備える。
【0009】
ここで、前記データ合成器は、前記データウォルシュコードによる送信信号の逆拡散の結果と前記パイロット信号とを掛けて、データ信号として出力する。
【0010】
ここで、前記各々の逆拡散部は、前記パイロット合成器から出力されるパイロット信号の位相および利得を評価する経路評価器(path estimator)をさらに備えており、前記アンテナウエーティング信号発生器は、前記経路評価器の出力を利用してアンテナウエーティング信号を発生させる。
【0011】
前記逆拡散部は、二つで構成されることが望ましい。
【0012】
ここで、一つのアンテナを利用する場合の二倍の長さであり、互いに相違するデータウォルシュコードを利用して、前記二つの逆拡散部がデータ再生を遂行し、前記経路制御器が前記二つの逆拡散部を共に活性化させ、前記加算器が前記二つの逆拡散部で再生されたデータ信号を交互に出力するように、前記制御部が前記逆拡散部と前記経路制御器と前記加算器とを制御する。
【0013】
または、一つのアンテナを利用する場合と同一の長さであり、互いに同一であるデータウォルシュコードを利用して、前記二つの逆拡散部がデータ再生を遂行し、前記経路制御器が前記二つの逆拡散部を所定のパターンによって選択的に活性化させ、前記加算器が前記パターンによって選択された逆拡散部で再生されたデータ信号を一列に出力するように、前記制御部が前記逆拡散部と前記経路制御器と前記加算器とを制御する。
【0014】
または、一つのアンテナを利用する場合と同一の長さであり、互いに同一であるデータウォルシュコードを利用して、前記二つの逆拡散部がデータ再生を遂行し、前記経路制御器が前記二つの逆拡散部を共に活性化させ、前記加算器が前記二つの逆拡散部で再生されたデータ信号を加えて出力するように、前記制御部が前記逆拡散部と前記経路制御器と前記加算器とを制御する。
【0015】
前述したように、本発明によると、一つの移動局端末機用受信機システムをOTD、TSTD、STD、TXAAなどの多様な基地局送信ダイバーシチ方法に適用することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
【0017】
図1は、本発明の一実施形態による端末機用受信機の構成図である。
【0018】
図1に示すように、本実施形態による端末機用受信機は、二つの逆拡散部101、103、経路制御器105、アンテナウエーティング信号発生器107、及び加算器109を備えている。一方、図1に示されていないが、ダイバーシチ技法によって前記構成要素を制御する制御部をさらに備えている。
【0019】
図1に示すように、逆拡散部101、103は、パイロットウォルシュコードにより基地局から送信された信号を逆拡散させることによって、パイロット信号を合成するパイロット合成器111と、データウォルシュコードにより伝送信号を逆拡散させることによって、データ信号を合成するデータ合成器113と、パイロット合成器およびデータ合成器に入力される送信信号を所定時間遅延させる遅延素子115と、を備えている。
逆拡散部101は、パイロット再生のために用いるパイロットウォルシュコードとしてウォルシュP1を、データ再生のために用いるデータウォルシュコードとしてウォルシュT1を、用いる。
一方、逆拡散部103は、パイロット再生のために用いるパイロットウォルシュコードとしてウォルシュP2を、データ再生のために用いるデータウォルシュコードとしてウォルシュT2を、用いる。
遅延素子115(delay element)は、各々のアンテナの間に存在する経路差を補償するためのものである。本実施形態では、逆拡散部103にのみ遅延素子115が備えられている。
【0020】
ウォルシュT1とウォルシュT2とは、ダイバーシチ技法によって決められる。即ち、本実施形態による基地局端末機用受信機がOTDに適用される場合には、ウォルシュT1とウォルシュT2とは同一ではなく、各々ダイバーシチを適用しない時に比べて二倍の長さのウォルシュコードを有するように、制御部(図示さない)により逆拡散部101、103が制御される。しかし、本実施形態による基地局端末機用受信機がTSTD、STD、TXAAに適用される場合には、ウォルシュT1とウォルシュT2とが同一であり、各々ダイバーシチを適用しない時と同一の長さのウォルシュコードを有するように制御部(図示さない)により逆拡散部101、103が制御される。
【0021】
一方、データ合成器113は、データウォルシュコードを利用した逆拡散により再生したデータ信号と、パイロット再生器を通じて再生したパイロット信号を掛けて、データ信号として出力することよって、経路特性をデータ信号に反映する。
【0022】
図1示すように、本実施形態による受信機は、アンテナウエーティング信号発生器10を備えており、逆拡散部101、103にはアンテナウエーティング信号発生器107と関連して経路評価器117、119が備えられている。
経路評価器117は、逆拡散部101内のパイロット合成器111から出力されるパイロット信号の位相および利得を評価して、該当経路の特性に対する所定の信号をアンテナウエーティング信号発生器107に伝達する。逆拡散部103内の経路評価器119も同一である。
アンテナウエーティング信号発生器107は、経路評価器117、119の出力に基づいて各経路の特性を評価し、該当アンテナから送信される信号の電力を制御する制御情報を発生させる。この制御情報は、基地局にフィードバックされ、基地局に設けられた二つのアンテナにより送信される信号の電力を制御するようになる。本実施形態による移動局受信機がSTDに適用される場合には、この制御情報は1ビットで構成され、TXAAに適用される場合には、マルチビットで構成される。アンテナウエーティング信号発生器107は、STDとTXAAとの場合にのみ活性化されるブロックである。STDの場合には、1ビットでメッセージを生成してフィードバックチャネルを通じて基地局に伝達して、TXAAの場合には、マルチビットでメッセージを生成してフィードバックチャネルを通じて基地局に伝達する。
【0023】
本実施形態による受信機は、また、経路制御器105を備えている。経路制御器105は、二つの逆拡散部101、103をダイバーシチ技法によって選択的に活性化させる。即ち、OTD、TXAAに適用される場合には、逆拡散部101、103全部を活性化させる。しかし、TSTDに適用される場合には、基地局でアンテナを用いた固有パターンにより、またSTDに適用される場合には、アンテナ選択メッセージ(antenna selection message)により、選択された逆拡散部を活性化させる。このような経路制御器105の動作は制御部(図示さない)により制御される。
【0024】
また、本実施形態による受信機は、逆拡散部から出力されるデータ信号を加える加算器109を備えている。加算器109がデータ信号を加える方法は、ダイバーシチ技法によって決められる。先ず、OTDに本受信機が適用される場合には、逆拡散部101から出力されるデータ信号と、逆拡散部103から出力されるデータ信号とを交互に再整列して出力する。次に、TSTDとSTDとに本受信機が適用される場合には、選択された逆拡散部のデータ信号が単純に出力されるようにする。さらに、TXAAに本受信機が適用される場合には、二つの逆拡散部101、103から出力されるデータ信号を加えて出力する。
【0025】
ダイバーシチを適用しない場合に用いられるウォルシュコード(Walsh code)の長さをNとすれば、本受信機では基本的にNチップ(ビット)単位で動作するようになる。‘第1パイロット合成器’と‘第1データ合成器’とは送信アンテナ1からの信号を受信すると仮定し、‘第2パイロット合成器’と‘第2データ合成器’とは送信アンテナ2からの信号を受信すると仮定する。逆の仮定の場合にも問題なく適用できる。各々の送信アンテナから送られる信号は、受信時に、別個の信号と見なされて復調(demodulation)される。即ち、独立的なパイロット信号を受信し、独立的なタイム追跡(time−tracking)により各信号のタイミングが維持されるようになる。
【0026】
本発明による基地局送信ダイバーシチのための端末機用受信機のモードを整理して、表1に示す。本発明による受信機は、表1のような動作を遂行するように制御する制御回路を追加して、OTD、TSTD、STD、TXAA用で使用する。表1において、拡散部1は逆拡散部101を、拡散部2は逆拡散部103を各々示す。
【表1】
Figure 0004035381
【0027】
以下、本発明による受信機が各ダイバーシチに対応してどのように動作するかを説明する。
【0028】
図2および図3は、OTD(orthogonal transmit diversity)送信機および受信機の構成図であり、図2は、OTD送信機であり、図3は、OTD受信機である。
【0029】
OTDでは、チャネルコーディング(channel coding)されて、インタリービング(interleaving)されたビットストリーム(bit stream)を二つの互いに異なるストリームで分けて、互いに異なる送信アンテナを通じて同時に送信する技法である。したがって、二つのアンテナは常時使用されるようになる。各ビットストリームの間に直交性(orthoganality)を与えるために互いに異なるウォルシュ拡散コード(Walsh spreading code)を割り当てる。ビットストリームはさらに多くして、三つ、四つなどに分けることもできる。しかし、ここでは二つのビットストリームとして説明する。一つのアンテナに共通パイロット(commonpilot)が適用されれば、他の一つのアンテナには補助パイロット(auxiliary pilot)が適用される。ダイバーシチを適用しない場合に用いられるウォルシュコードの長さをNとすれば、この時の、図2でのウォルシュT1、T2は、コード長さが2Nになる。
【0030】
図3において、ブロック‘D’は各々のアンテナの間に存在する経路差を補償するための遅延素子を示す。別個に復調されたシンボルデータはデマルチプレクサ(demultiplexer:Demux)ブロックを通じて整列させられて、次のブロックである結合器(combiner)に伝達される。ウォルシュT1、T2はコード長さが2Nになる。
【0031】
本実施形態による受信機は、OTDに適用される場合に、二つの逆拡散部101、103は、一つのアンテナを利用する場合の二倍の長さ2Nであり、互いに異なるデータウォルシュコードを利用してデータ信号を再生するように、制御される。経路制御器105は、二つの逆拡散部101、103で再生されたデータ信号が交互に出力されるように、制御される。制御部によるこのような制御によって、図1に示した本発明による受信機は、図3に示したOTD受信機の動作を遂行する。
【0032】
図4および図5は、TSTD(time switched transmit diversity)送信機および受信機の構成図であり、図4は、TSTD送信機であり、図5は、TSTD受信機である。
【0033】
TSTDでは、特定時間に、二つのアンテナのうちの一つのアンテナのみがいつも用いられる。各アンテナには同一なウォルシュコードが用いられる。OTDのように、一つのアンテナに共通パイロットが適用されれば、他の一つのアンテナには補助パイロットが適用される。ダイバーシチを適用しない場合に用いられるウォルシュコードをNとすると、図4のウォルシュTのコード長さはNになる。スイッチは、アンテナの使用者が不規則な固有パターンによってアンテナの間を移動するように、作動する。不規則な固有パターンは、各アンテナの使用者が一つのアンテナを平均的に同じ割合で使用するように設計しなければならない。
【0034】
図5において、各アンテナには同一のウォルシュコードが用いられる。ウォルシュTはコード長さがNになる。スイッチは、各使用者が不規則な固有パターンによってアンテナの間を移動するように、作動する。この固有パターンは基地局との情報交換を通じて事前に移動局に知らされている。
【0035】
本実施形態による受信機がTSTDに適用される場合には、二つの逆拡散部101、103は、互いに同一でありながら、一つのアンテナを利用する場合と同一な長さNであるデータウォルシュコードを利用してデータ信号を再生するように、制御される。経路制御器119は、基地局でアンテナを選択する時に用いられた固有のパターンによって二つの逆拡散部101、103を選択するように、制御される。加算器109は、前記パターンによって選択された逆拡散部のデータ信号が単純に出力されるように、制御される。制御部によるこのような制御により、図1に示した本発明による受信機は、図5に示したTSTD受信機の動作を遂行する。
【0036】
図6および図7は、STD(selection diversity)送信機および受信機の構成図であり、図6は、STD送信機であり、図7は、STD受信機である。
【0037】
STDはTSTDの性能の改善を目標とする。TSTDで用いられるアンテナは、端末機の受信機で常に最高の信号対雑音比(sinal to noiseratio:SNR)を保障できない。理想的には、基地局で端末機の受信SNRが最大になるアンテナを選択すれば、最高の性能を保障する。しかし、基地局では移動通信チャネルの状態を知らないので、これは不可能である。端末機から基地局へのフィードバックチャネルが存在して端末機でさらに高いSNRを保障するアンテナを示すと、性能が向上する。逆方向リンクのチャネル容量を考慮して1ビットアンテナ選択メッセージ(one− bit antenna selection message)を通じて、端末機が基地局にアンテナ情報を与えるようにする。アンテナ選択スピードは、STD性能に大きい影響を及ぼすようになる。
【0038】
図7において、ウォルシュTはコード長さがNになる。スイッチは、アンテナ選択器で生成されて基地局に伝達されるアンテナ選択メッセージから決められる。アンテナ選択メッセージがスイッチ選択に直ぐ使用されるのではなく、ラウンドトリップ遅延(round−trip delay)、基地局/端末機処理時間などの時間遅延を経た後に使用される。
【0039】
本実施形態による受信機がSTDに適用される場合には、二つの逆拡散部101、103は、互いに同一でありながら、一つのアンテナを利用する場合と同一な長さNであるデータウォルシュコードを利用してデータ信号を再生するように、制御される。経路制御器119は、アンテナ選択メッセージによって二つの逆拡散部101、103を選択するように、制御される。加算器109は、アンテナ選択メッセージによって選択された逆拡散部のデータ信号が単純に出力されるように、制御される。制御部によるこのような制御により、図1に示した本発明による受信機は、図7に示したSTD受信機の動作を遂行する。
【0040】
図8および図9は、TXAA(transmit antenna array)送信機および受信機の構成図であり、図8は、TXAA送信機であり、図9は、TXAA受信機である。
【0041】
TXAAでは、二つのアンテナを通じて同一なデータを互いに同一なウォルシュコードを利用して送信する。送信する前に端末機からフィードバックチャネルを通じて送られたアンテナ情報を利用してウエーティングを与えて送信するようになる。ダイバーシチを適用しない場合に用いられるウォルシュコードの長さをNとすれば、この時の、図8の、ウォルシュTのコードの長さはNになる。H1(t)、H2(t)は、フィードバックチャネルを通じて端末機から伝達されるアンテナウエーティング信号により決められる。この値により、各アンテナを通じて送信される信号の位相(phase)と利得(gain)とが、SNRを最大とするように、調整される。
【0042】
図9において、二つのアンテナを通じて同一のデータを互いに同一のウォルシュコードを利用して送信されたので、経路1の結果と経路2の結果を合して結合器に送るようになる。
【0043】
本実施形態による受信機がTXAAに適用される場合には、二つの逆拡散部101、103は、互いに同一でありながら、一つのアンテナを利用する場合と同一な長さNであるデータウォルシュコードを利用してデータ信号を再生するように、制御される。経路制御器105は、二つの逆拡散部101、103を全て活性化させるように、制御される。加算器109は、二つの逆拡散部101、103で再生されたデータ信号が加えられて出力されるように、制御される。制御部によるこのような制御により、図1に示した本発明による受信機は、図9に示したTXAA受信機の動作を遂行する。
【0044】
本実施形態は、本発明を説明するためのものであって、本発明の権利範囲を限定するものではない。従って、当業者は本実施形態から多様な変形や変更が可能である。
【0045】
【発明の効果】
前述のように、本発明によると、一つの移動局端末機用受信機システムをOTD、TSTD、STD、TXAAなどの多様な基地局送信ダイバーシチ方法に対して使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による端末機用受信機の構成図。
【図2】OTD送信機の構成図。
【図3】OTD受信機の構成図。
【図4】TSTD送信機の構成図。
【図5】TSTD受信機の構成図。
【図6】STD送信機の構成図。
【図7】STD受信機の構成図。
【図8】TXAA送信機の構成図。
【図9】TXAA受信機の構成図。
【符号の説明】
101 逆拡散部
103 逆拡散部
105 経路制御器
107 アンテナウエーティング信号発生器
109 加算器
111 パイロット信号合成器
113 データ信号合成器
115 遅延素子
117 経路評価器
119 経路評価器

Claims (4)

  1. 複数のアンテナを通じて送信された信号からデータを再生するデータ再生装置において、
    第1と第2のパイロットウォルシュコードおよび第1と第2のデータウォルシュコードを利用して、第1と第2のパイロット信号および第1と第2のデータ信号を再生する第1と第2の逆拡散部と、
    前記第1と第2の逆拡散部を選択的に活性化させる経路制御器と、
    前記第1と第2の逆拡散部から出力される第1と第2のパイロット信号を利用してアンテナウエーティング信号を発生させるアンテナウエーティング信号発生器と、
    前記第1と第2の逆拡散部から出力されるデータ信号を加える加算器と、
    基地局の送信方法によって前記第1と第2の逆拡散部と前記経路制御器と前記加算器とを制御する制御部と、を含み、
    前記第1と第2の逆拡散部は、
    前記第1と第2のパイロットウォルシュコードにより前記送信信号を逆拡散させることによって、第1と第2のパイロット信号を合成する第1と第2のパイロット合成器と、
    前記第1と第2のデータウォルシュコードにより前記送信信号を逆拡散させることによって、第1と第2のデータ信号を合成する第1と第2のデータ合成器と、
    前記第1と第2のパイロット合成器および前記第1と第2のデータ合成器に入力される送信信号を所定時間遅延させる遅延素子と、を備え、
    前記第1と第2のデータ合成器は、前記第1と第2のデータウォルシュコードによる送信信号の逆拡散の結果と前記第1と第2のパイロット信号とを掛けて、データ信号として出力し、
    前記第1と第2の逆拡散部は、前記第1と第2のパイロット合成器から出力されるパイロット信号の位相および利得を評価する第1と第2の経路評価器をさらに備え、前記アンテナウエーティング信号発生器は、前記第1と第2の経路評価器の出力を利用してアンテナウエーティング信号を発生させる、ことを特徴とするデータ再生装置。
  2. 一つのアンテナを利用する場合の2倍の長さであり、互いに相違するデータウォルシュコードを利用して、前記二つの逆拡散部がデータ再生を遂行し、前記経路制御器が前記二つの逆拡散部を共に活性化させ、前記加算器が前記二つの逆拡散部で再生されたデータ信号を交互に出力するように、前記制御部が前記逆拡散部と前記経路制御器と前記加算器とを制御することを特徴とする請求項に記載のデータ再生装置。
  3. 一つのアンテナを利用する場合と同一の長さであり、互いに同一であるデータウォルシュコードを利用して、前記二つの逆拡散部がデータの再生を遂行し、前記経路制御器が前記二つの逆拡散部を所定のパターンによって選択的に活性化させ、前記加算器が前記パターンによって選択された逆拡散部で再生されたデータ信号を一列に出力するように、前記制御器が前記逆拡散部と前記経路制御器と前記加算器とを制御することを特徴とする請求項に記載のデータ再生装置。
  4. 一つのアンテナを利用する場合と同一の長さであり、互いに同一であるデータウォルシュコードを利用して、前記二つの逆拡散部がデータの再生を遂行し、前記経路制御器が前記二つの逆拡散部を共に活性化させ、前記加算器が前記二つの逆拡散部で再生されたデータ信号を加えて出力するように、前記制御部が前記逆拡散部と前記経路制御器と前記加算器とを制御することを特徴とする請求項に記載のデータ再生装置。
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