JP4162725B2 - Is−95規格のスペクトラム拡散通信システムにおける疑似雑音符号の追跡装置及び方法 - Google Patents
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Description
1.発明の分野
本発明は、一般的にスペクトラム拡散技術を用いて通信する装置及び方法に係わり、特に、IS−95規格のスペクトラム拡散通信システムにおいて疑似雑音符号を追跡する装置及び方法に関する。
2.従来技術の説明
スペクトラム拡散通信システムは、従来、最近のセルラ通信装置に広範な用途が見出されている。スペクトラム拡散システムは、より多数のユーザが狭い帯域幅環境で送受信することを許容する。
チャネル帯域幅全体を埋めるようにベースバンド信号を拡散させる一つの技術は、ベースバンド信号をウォルシュ符号及び複素コンプレックス疑似雑音(PN)拡散信号と混合することである。ウォルシュ符号及びPN拡散信号は、ベースバンド信号内の各データシンボルをチップ周期(すなわち、チップ間隔)Tcを有する多数のチップに変調(すなわち、チョッピング)することによってベースバンド信号を効率的に符号化する。この技術については、Charles E. Cook and Howard S. Marsh,“An Introduction to Spread Spectrum”, IEEE Communications Magazine, March 1983並びにDavid P. Whipple,“The CDMA Standard”, Applied Microwave & Wireless, Winter 1994, pp.24-39(原典は、“North American Cellular CDMA”, Hewlett-Packard Journal, Dec. 1993, pp.90-97)に記載されている。複素PN符号は、以下の式:
PN(t)=PNI(t−δ)+jPNJ(t−δ)
但し、δは位相オフセット
によって与えられる。同一周波数スペクトラムで放送し、特定の受信器の範囲内にあるCDMAネットワーク内の各送信器は、固有の位相オフセットδによって識別可能である。各送信器は、異なるウォルシュ符号で符号化され識別される多数のチャネルを含む。
従来のスペクトラム拡散受信器は多数の異なる送信された信号を獲得する。この獲得される信号は、互いに重畳しているように見えるが、特定のPN符号位相オフセット及び特定のウォルシュ符号に対応した送信されたチャネルだけを受容するように調整された相関器によって復調される。これを実現するため、受信器は、搬送波信号を取り去り、マッチングPN符号位相オフセット及びウォルシュ符号を有する相関器でスペクトラム拡散信号を復調する。
復調を巧く行うため、送信器及び受信器のPN拡散用位相オフセットは同期させる必要がある。相関器を含む遅延ロックドループ(DLL)は、一般的に、受信器のPN符号位相オフセットを送信器のPN符号位相オフセットに同期させるため使用される。しかし、DLL内のフィルタは、ベースバンドデータ信号を符号化するため使用されるウォルシュ符号の直交性を減少させる。その結果として、ベースバンドデータ信号は、直交チャネル雑音(OCN)及び多重アクセス干渉(MAI)雑音による悪影響をより一層受け易くなる。高レベルの多重アクセス干渉雑音は、DLLのロックが外れ、通信が中断される可能性を著しく増大させる。
したがって、IS−95標準規格に準拠したスペクトラム拡散通信システムにおいて、雑音が遅延ロックドループに与える影響を低減する装置及び方法が必要である。
発明の概要
本発明は、IS−95規格標準規格に準拠し、従来の装置よりも雑音許容範囲が拡大された改良型遅延ロックドループを具備したスペクトラム拡散通信受信器である。誤差信号に応答して、本発明の回路内の疑似雑音発生器は、定刻/遅れのない疑似雑音信号と、
チップ間隔の半分未満だけ遅延された(定刻より前の)進み疑似雑音信号と、チップ間隔の半分未満だけ進められた(定刻より後の)遅れ疑似雑音信号とを発生させる。相関器は、誤差信号を発生させるため、受信された信号を進み疑似雑音信号及び遅れ疑似雑音信号と混合、統合する。この疑似雑音発生器と相関器の組合せは、定刻疑似雑音信号が受信された疑似雑音符号をより精確にトラッキングし、受信器内のデインタリーブ及び復号化器が受信された信号をより効率的に復調させるループを形成する。
本発明の方法は、誤差信号に応答して、定刻疑似雑音信号と、
チップ間隔の半分未満だけ遅延された進み疑似雑音信号と、チップ間隔の半分未満だけ進められた遅れ疑似雑音信号とを発生させるステップと、上記誤差信号を発生させるため、受信された信号を進み疑似雑音信号及び遅れ疑似雑音信号と相関させるステップとを含み、これにより、遅延ロックドループ回路による受信された疑似雑音信号のトラッキングを終了させる。
本発明の上記局面並びにその他の局面は、詳細な説明、添付図面、及び、特許請求の範囲を詳しく読むことによって当業者に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
図1は、CDMAスペクトラム拡散送信器の一部のブロック構成図であり、
図2は、CDMAスペクトラム拡散受信器の一部のブロック構成図であり、
図3は、スペクトラム拡散受信器内の遅延ロックドループ(DLL)のブロック構成図であり、
図4は、スペクトラム拡散受信器用の別のDLLのブロック構成図であり、
図5は、DLL内の疑似雑音発生器によって発生された定刻疑似雑音信号の一部を表すグラフであり、
図6は、チップ間隔の半分だけ遅延された定刻疑似雑音信号と一致する進み疑似雑音信号の一部を表すグラフであり、
図7は、チップ間隔の半分だけ進められた定刻疑似雑音信号に一致する遅れ疑似雑音信号の一部を表すグラフであり、
図8は、進み疑似雑音信号から遅れ疑似雑音信号を差し引いた(進み−遅れ)疑似雑音信号の一部を表すグラフであり、
図9は、Δ=Tc/2のとき、制御信号S(ε)に対応したS曲線トラッキング範囲のグラフであり、
図10は、DLL内の疑似雑音発生器によって発生された第2の定刻疑似雑音信号の一部を表すグラフであり、
図11は、チップ間隔の半分未満だけ遅延された第2の定刻疑似雑音信号と一致する第2の進み疑似雑音信号の一部を表すグラフであり、
図12は、チップ間隔の半分未満だけ進められた第2の定刻疑似雑音信号に一致する第2の遅れ疑似雑音信号の一部を表すグラフであり、
図13は、第2の進み疑似雑音信号から第2の遅れ疑似雑音信号を差し引いた第2の(進み−遅れ)疑似雑音信号の一部を表すグラフであり、
図14は、Δ=Tc/2のとき、制御信号S(ε)に対応したS曲線トラッキング範囲と、Δ<Tc/2のとき、制御信号S(ε)に対応したS曲線トラッキング範囲とのグラフであり、
図15は、IS−95規格スペクトラム拡散通信システムにおいて疑似雑音符号を追跡する方法のフローチャートであり、
図16は、IS−95規格スペクトラム拡散通信システムにおいて符号トラッキングを行う別の方法のフローチャートである。
好ましい実施例の詳細な説明
図1は、CDMAスペクトラム拡散送信器100の一部のブロック図である。送信器100は、ライン102上のパイロット信号、ライン104上のユーザ−1データ、ライン106上のユーザ−Lデータ(但し、Lは整数)、ライン108上のウォルシュ符号−0、ミキサ109、ライン110上のウォルシュ符号−1、ミキサ111、ライン112上のウォルシュ符号−L、ミキサ113、符号化及びインタリーブ器114、符号化及びインタリーブ器116、増幅器119、増幅器120、増幅器122、加算器124、I−チャネル疑似雑音(PN)源126、Q−チャネルPN源128、ミキサ130、ミキサ132、ベースバンドフィルタ134、ベースバンドフィルタ136、ライン138上の搬送波信号、移相器140、ミキサ142、ミキサ144、加算器146、アナログフィルタ148、及び、アンテナ150を含む。パイロット信号は、変調されず、直交PN符号だけにより構成される。ライン102上のパイロット信号は、スペクトラム拡散受信器(図2を参照のこと)によって使用するための基準信号として作用する。パイロット信号のパワーは、受信器の同期及び信号トラッキングが容易に行えるように他のすべての信号よりも高くなるように設定される。
符号化及びインタリーブ器114乃至116は、それぞれ、ライン104乃至106上のデータ信号を受信する。データ信号は、典型的に、IS−95規格に準拠した離散バイナリデータビットにより構成される。符号化及びインタリーブ器114乃至116は、送信器100内の他の回路(図示せず)によって発生された同期信号、ページング信号、トラヒック信号のような種々の他の信号を受信し、インタリーブする。これらの信号は、すべて、当業者に公知である。符号化及びインタリーブ器114乃至116は、送信されるべきデータ信号をページング信号又はトラヒック信号に割り当てる。
ミキサ109乃至113は、ライン108乃至112上のウォルシュ符号と、ライン102上のパイロット信号、並びに、符号化及びインタリーブ器114乃至116からの種々のデータ信号を受信するため接続される。異なる直交ウォルシュ符号(すなわち、ウォルシュ符号−0、ウォルシュ符号−1、...、ウォルシュ符号−L)は、上記信号の中の何れかの信号と混合され、固有の帯域幅を拡散し、別々のチャネルを定義する。ウォルシュ符号は、好ましくは、64チップ間隔の典型的な周期を有するウォルシュ符号を生成する線形シフトレジスタによって発生される。直交符号は、零クロス相関及び自己相関を含む符号として定義される。増幅器118乃至120は、それぞれにミキサ109乃至113に接続され、ウォルシュ符号化された各チャネルの利得を調節する。加算器124は増幅器118乃至120に接続され、ウォルシュ符号化された各チャネルを合成する。
PN源126は複素PN符号のPNI(t−δ)成分を発生し、PN源128は、複素PN符号のPNJ(t−δ)成分を発生する。複素PN符号は、以下の式、
PN(t)=PNI(t−δ)+jPNJ(t−δ)
但し、δは位相オフセット
によって表される。移相オフセットは、送信器100を他の送信器(図示せず)から個別に識別する。PN符号は、215チップ間隔の周期の線形シフトレジスタによって発生される。PN源126及び128によって発生された結果のPN信号は、1.228Mbpsのレートを有する。
ミキサ130及び132は、図1に示されるように、それぞれ、PN源126及び128からのPN信号と、加算器124からの合成信号とを受信し混合する。ミキサ130及び132はデータシンボルを符号化する。
ベースバンドフィルタ134及び136は、それぞれ、ミキサ130及び132からスペクトラム拡散信号を受信し、成形する。ベースバンドフィルタ134及び136は、典型的に、1.25MHzの帯域幅を有する。しかし、スペクトラム拡散信号をフィルタ134及び136に通すことにより、スペクトラム拡散信号の一部分の直交性が損なわれる。
ミキサ142は、ベースバンドフィルタ134及びライン138に接続され、ライン138上の搬送波信号をベースバンドフィルタ134の出力と混合する。ミキサ144は、ベースバンドフィルタ136に接続され、移相器140から90°移相された搬送波信号を受信する。加算器146は、ミキサ142及び144からの出力信号を加算し、合成信号を形成し、アナログフィルタ148は加算器146からの合成信号をフィルタ処理する。アンテナ150は、フィルタ処理されたスペクトラム拡散信号を直角位相PN変調信号として送信する。
図2は、スペクトラム拡散受信器200の一部分のブロック構成図である。受信器200は、アンテナ202、バンドパスフィルタ204、ミキサ206、遅延ロックドループ(DLL)208、及び、デインタリーブ及び復号化器210を含む。受信器200は、図示されない他の通常の回路を更に有する。アンテナ202は送信器100によって送信されたスペクトラム拡散信号を受信する。バンドパスフィルタ204はアンテナ202からの信号をフィルタ処理する。ミキサ206は、バンドパスフィルタ204から出力された信号と、通常の回路(図示せず)によって発生された搬送波信号とを受信する。受信器200の搬送波信号は、送信器100によって混合されたライン138上の搬送波と同じ周波数である。ミキサ206は、フィルタ処理された信号を搬送波と混合し、スペクトラム拡散信号から搬送波を取り除く。DLL208並びにデインタリーブ及び復号化器210は、信号ライン212を介してミキサ206に接続される。
DLL208は、所謂「符号トラッキング」処理において、送信器100で発生されたPN符号信号を追跡する。遅延ロックされた符号トラッキングループは、コヒーレント又は非コヒーレントの何れかに分類され得る。本発明は、受信された搬送波周波数及び位相情報を利用するコヒーレントトラッキングループを利用するので、DLL208は受信された信号を追跡する。受信された信号は、DLL208内で発生されたPN符号と同期させられる。好ましくは、受信された信号はチップ間隔の半分以内の範囲で同期させられる。DLLは、誤差信号を作成するため、受信された信号を定刻より早く局部的に発生されたPN符号並びに定刻より遅く局部的に発生されたPN符号と相関させることによりこの時間調整を実現する。誤差信号は、次に、受信器200によって内部的に発生されたPN符号を調節するためフィードバックループで使用される。受信器側で発生されたPN符号が送信器100によって送信されたPN符号と一致する場合、誤差信号は零と一致し、DLLは受信された信号に「追従(ロックオン)」している。誤差信号の完全なトラッキング範囲は、グラフ化されたとき、一般的に「S曲線」と呼ばれる。
デインタリーブ及び復号化器210は、ライン212を介してスペクトラム拡散信号を受信し、ライン214上のPN符号信号を受信する。送信器100から送信されたパイロット信号をコヒーレント搬送波基準として使用することにより、デインタリーブ及び復号化器210は、受信されたデータ信号をベースバンドデータ信号に復調する。この復調処理は、データ信号からウォルシュ符号を除去することを含む。その結果として、送信器100によって最初に送信されたパイロット信号、同期信号、ページング信号、トラヒック信号及び種々の他のユーザデータ信号は、復号化され、取り出される。
当業者は、典型的なスペクトラム拡散システムにおいて、入力キーボード、処理ユニット、内部メモリ装置、出力ディスプレイなどの種々の他の装置が送信器100及び受信器200内に設けられることを理解するであろう。内部メモリ装置は、典型的に、処理ユニットが、送信器100及び受信器200の機能を制御する信号にアクセスし、信号を変換し出力する方法を制御するコンピュータプログラム命令を格納する。内部メモリは、コンパクトディスク、磁気ドライブ装置或いは動的ランダムアクセスメモリのような他のコンピュータで使用可能な記憶媒体で補助してもよい。
図3は、スペクトラム拡散受信器200内のDLL208のブロック構成図である。DLL208は、進み相関器302、遅れ相関器304、加算器306、ループフィルタ308、電圧制御型発振器(VCO)310、及び、PN発生器312を含む。ここで、用語「定刻より前の(進み)」及び「定刻より後の(遅れ)」は、相関器に名前を付けるため使用され、本発明は、実際上、以下に一例として説明する数学的な式に従って動作する。進み相関器302はミキサ314及び相関器316を含む。遅れ相関器304はミキサ31及び相関器320を含む。DLL208内の進み相関器302は、ライン212上のPN符号化スペクトラム拡散信号と、PN発生器312からの遅れPN符号とを受信する。遅れ相関器304は、ライン212上のPN符号化スペクトラム拡散信号と、PN発生器312からの進みPN符号とを受信する。遅れ信号出力は、誤差信号を生成するため加算器306において進み信号から減算される。ループフィルタ308は加算器306から誤差信号を受信する。フィルタ処理された誤算信号は、VCO 310に送られる。VCO 310は、フィルタ処理された誤差信号から信号を信号を発生させ、この信号はPN発生器312により受信される。VCO 310はPN発生器312のタイミングを調節する。誤差信号に応答して、PN発生器312は、ライン214上の定刻通りのPN符号を精緻に調整し、遅れPN符号信号及び進みPN符号信号は、それぞれ、進み相関器302及び遅れ相関器304に供給される。ライン214の定刻PN符号は、従来より知られている方法で、スペクトラム拡散信号からベースバンドデータを取り除く処理に使用するデインタリーブ及び復号化器210に送信される。
次に、DLL208のより数学的な説明を行う。ライン212上で進み相関器302及び遅れ相関器304から受信されたスペクトラム拡散信号r(t)は、送信器100によって発生されたPN符号
と、送信器100のアンテナ112から受信器のアンテナ202までの信号の伝送に加えられたチャネル雑音n(t)とにより構成され、
が未知の伝送遅延を示すとき、スペクトラム拡散信号r(t)は、以下の式(1)のように表される。
チャネル雑音成分には、直交チャネル雑音(OCN)、多重アクセス干渉(MAI)雑音、及び、白色ガウス性雑音(WGN)が含まれる。
伝送遅延
の最尤推定は以下の式を満たす。
式中、TはPN符号の周期である。最尤推定は、一般的に従来技術において公知であり、文献:Jack K. Holmes, Coherent Spread Spectrum Systems, Wiley 1982及びJohn G. Proakis, Digital Communications, 2nd edition, McGraw-Hill 1989に記載されている。換言すると、式(2)は、伝送遅延の最適推定量が、受信信号をDLL208のPN発生器312によって発生されたPN符号の時間微分と相関させることにより得られることを示している。DLL208の遅延ロックトラッキングループ回路は、相関が零になるように制御する。
実際的な実現例では、式(2)の微分のため1次差分のような離散的近似法が使用される。より詳細には、受信信号と局部的に発生されたPN符号との間の時間的差分の相関の推定量は、最初に、乗算器314を用いて受信信号を、チップ間隔の分画ずつ遅延したPN符号
と乗算し、次に、その結果を積分器316を用いて積分して、第1の中間結果を作成することにより得られる。また、受信信号は、乗算器319を用いて受信信号を、PN発生器からのチップ間隔の分画ずつ進めたPN符号
と乗算され、次に、その結果は積分器320を用いて積分され、第2の中間結果が作成される。記号Δは、受信器200によって発生されたPN符号が遅れ、若しくは、進められる量であるチップ間隔の分画を表す。典型的に、Δはチップ間隔の半分、すなわち、Tc/2と一致するように設定されるが、以下に説明するように、本発明では、Δをチップ間隔の半分未満に設定することが教示される。
次に、第2の中間結果は、加算器306を用いて誤差信号(e)を発生するように第1の中間結果から減算される。この処理は、進み−遅れ相関と呼ばれる。誤差信号は、VCO 310用の制御電圧v(t)を発生させ、PN発生器を精密に調整するラプラス変換F(s)を備えたループフィルタ308に通される。
上記の入力信号r(t)が与えられた場合、誤差信号eは次式のように表される。
式中、RPN(・)はPN系列の自己相関を表し、ne-1(・)は進み相関器302及び遅れ相関器304からの雑音を表す。式(3)の括弧内の項は制御信号(並びに、グラフ化されたときにはS曲線)として知られている。制御信号は次式のように表される。
S(ε)=[RPN(ε−Δ)−RPN(ε+Δ)] 式(4)
式中、
は、符号トラッキング誤差と呼ばれる。
また、式(3)は次のように表される。
上記の式を調べることにより、上記の数学的機能を実施する際のDLL208の動作は以下の通りである。
進み相関器302は、第1の乗算器314を用いてr(t)に
を乗算し、積分器316でこの乗算された式をチップ間隔に関して積分することにより、式(5)の第1の部分を実現する。遅れ相関器304は、乗算器318を用いてr(t)に
を乗算し、積分器320を用いてこの乗算結果を同じチップ間隔に亘って積分することにより、式(5)の第2の部分を計算する。加算器306は、次に、遅れ相関器304の結果を進み相関器302の結果から減算して、誤差信号を発生させる。これは、離散時間積分及びダンプ処理として公知である。
図4は、スペクトラム拡散受信器200用の別のDLL402のブロック構成図である。別のDLL402は、進み−遅れ相関器404と、デシメータ406と、ループフィルタ408と、補間器410と、増幅器412と、数値制御型発振器(NCO)414と、疑似雑音(PN)発生器416と、加算器418とを含む。進み−遅れ相関器404は乗算器420及び積分器422を含む。
式(5)は線形式であるため、以下の通り書き直せる。
図4を参照するに、式(6)に基づくDLL402の設計は、一つの相関器しか必要としないことがわかる。これに対し、図3によれば、式(5)に基づくDLL208の設計は、2台の相関器302及び304を必要とすることがわかる。
PN発生器416は、遅れPN符号信号
と進み
の両方を発生させる。加算器418は、これらのPN符号信号を受信し、遅れPN符号信号を進みPN符号信号から減算する。乗算器420は、到着したスペクトラム拡散信号r(t)と、加算器418からの加算された結果とを受信し、それらの積を生成するため乗算する。積分器422は、得られた積を1チップ間隔に亘って積分する。デシメータ406は、進み−遅れ相関器404からの信号を受信し、進み−遅れ相関器の累積計算の長さによってその信号の桁数を減らす。この累積計算の長さは、所定のシンボル数と一致する。シンボルは、好ましくは、64チップの間隔であり、各チップは、所定のサンプル数によって決まる。ループフィルタ408はデシメータ406に接続され、F(z)によって定義されるZ変換関数を有する。また、ループフィルタ408は、デシメータ406の出力を、デシメータ406を用いない場合に実現できるような低レートに成形することが可能である。補間器410は、ループフィルタ408の出力を受信し、累積計算の長さのサンプル数で補間する。デシメータ及び補間器は慣用技術であり、例えば、文献:John G. Proakis, Digital Communications, 2nd edition, McGraw-Hill 1989並びにJ. G. Proakis & D. G. Manolakis, Digital Signal Processing Principles, Algorithms, and Applications, 2nd edition, Macmillan 1992に記載されている。
数値制御型発振器(NCO)414は補間器410から信号を受信し、PN発生器416のタイミングを調節する。PN発生器416は、累積計算周期毎にPN発生器416の伝送遅延推定量
を更新するNCO 414から信号を受信する。PN発生器416は、定刻通りのPN符号信号をライン214に出力する。DLL 402は、累積計算の長さが数チップ間隔のオーダーに収まるとき、最小限のジッタしか受けない(すなわち、非常に安定している)。デシメーション処理と補間処理のレートを増加させることは可能であるが、それに伴って、DLL402のジッタが増加する。
図5乃至8は、ΔがTc/2に一致するときに、進み相関器302及び遅れ相関器304から送信された信号のグラフである。図5は、DLL402の疑似雑音発生器416によって発生された定刻通りのPN信号502の一部のグラフである。水平軸は時間tを表し、垂直軸は定刻通りのPN信号502、すなわち、
の振幅を表す。定刻通りのPN信号502は、遅れも進みもない。定刻通りのPN信号502は1チップ間隔(Tc)と一致する周期を有し、略t=0に中心が置かれる。
図6は、チップ間隔の半分だけ遅れた定刻PN信号502と一致する進みPN信号602の一部のグラフである。水平軸は時間tを表し、垂直軸は、Δ=Tc/2のときの進みPN信号602、すなわち、
の振幅を表す。進みPN信号602は加算器418に送られる。
図7は、チップ間隔の半分だけ進んだ定刻PN信号502と一致する遅れPN信号702の一部のグラフである。水平軸は時間tを表し、垂直軸は、Δ=Tc/2のときの遅れPN信号702、すなわち、
の振幅を表す。遅れPN信号702は加算器418に送られる。
図8は、進みPN信号602から遅れPN信号702を差し引いた信号に一致する進み−遅れPN信号802の一部のグラフである。水平軸は時間tを表し、垂直軸は、Δ=Tc/2のときの進み−遅れPN信号802、すなわち、
の振幅を表す。加算器418は遅れPN信号702を進みPN信号602から減算し、進み−遅れPN信号802を生成する。
図9は、Δ=Tc/2のときの制御信号S(ε)に対応したS曲線トラッキング範囲902のグラフである。S曲線は式(4)によって定義され、
は符号トラッキング誤差を表す。S曲線特性及びDLL性能は、遅れPN符号と進みPN符号の間の時間的差分の関数である。図9からわかるように、S曲線はトラッキング誤差の非線形関数である。DLL208及び402は、S(ε)=0の周辺のS曲線の直線的な領域904で動作するように設計される。DLL208及び203のDLL回路の機能は、S曲線の出力を零に制御することである。S(ε)=0の場合に、DLLはロック状態であると呼ばれる。
一般的に、トラッキング誤差及び雑音特性のダイナミクスは、DLLの最大帯域幅を決める。しかし、ループフィルタ308及び408のパラメータは、DLLのためにDLLの最大帯域幅よりも小さい所定の閉ループ帯域幅を生ずる。IS−95規格のアプリケーションの場合に、典型的なトラッキング誤差ダイナミクスは、数ヘルツのオーダーのDLL帯域幅を結果として生ずる。しかし、数ヘルツの閉ループ帯域幅はDLLの応答を低下させる。これに対し、大きいDLLの帯域幅はDLLのトラッキング誤差を増大する。このため、DLLの応答時間と装置のトラッキング誤差との間にはトレードオフが存在することが示される。約100Hzの閉じたDLL帯域幅はIS−95規格のアプリケーションに最も好適であることが分かった。
図10乃至8は、ΔがΔ<Tc/2であるときに、進み−遅れ相関器402から送信された信号のグラフである。図10は、DLL402の疑似雑音発生器416によって発生された定刻疑似雑音信号1002の一部のグラフである。水平軸は時間tを表し、垂直軸は第2の定刻PN信号1002、すなわち、
の振幅を表す。第2の定刻PN信号1002は、遅れも進みもなく、一部だけが示されている。第2の定刻PN信号1002は1チップ間隔(Tc)と一致する周期を有し、略t=0に中心が置かれる。
図11は、チップ間隔の半分未満の量だけ遅れた第2の定刻疑似雑音信号1002と一致する第2の進みPN信号1102の一部のグラフである。水平軸は時間tを表し、垂直軸は、Δ<Tc/2のときの第2の進みPN信号1102、すなわち、
の振幅を表す。第2の進みPN信号1102は加算器418に送られる。
図12は、チップ間隔の半分未満の量だけ進んだ第2の定刻疑似雑音信号1002と一致する第2の遅れ疑似雑音信号1002の一部のグラフである。水平軸は時間tを表し、垂直軸は、Δ<Tc/2のときの第2の遅れPN信号1202、すなわち、
の振幅を表す。第2の遅れPN信号1202は加算器418に送られる。
図13は、第2の進み疑似雑音信号1102から第2の遅れ疑似雑音信号1202を差し引いた信号に一致する第2の進み−遅れPN信号1302の一部のグラフである。水平軸は時間tを表し、垂直軸は、Δ<Tc/2のときの第2の進み−遅れPN信号1302、すなわち、
の振幅を表す。加算器418は第2の遅れPN信号1202を第2の進みPN信号1102から減算し、第2の進み−遅れPN信号1302を生成する。
図14は、Δ=Tc/2のときの制御信号S(ε)に対応したS曲線トラッキング範囲902のグラフ(図中、破線で示される)と、Δ<Tc/2のときの制御信号S(ε)=0に対応したS曲線トラッキング範囲1402のグラフ(図中、実線で示される)とを表すグラフである。S曲線1402は式(4)によって定義され、
はトラッキング誤差を表す。S曲線特性及びDLL性能は、遅れPN符号と進みPN符号の間の時間的差分の関数である。図14からわかるように、S曲線1402はトラッキング誤差の非線形関数であり、一方、DLL208及び402は、S曲線1402の直線的な領域1404の周辺で動作するように設計される。DLL208及び203のDLL回路は、S曲線の出力を零に制御しようとする。S(ε)=0の場合に、DLL208及び402はロック状態であると呼ばれる。
Δ=Tc/2のときのS曲線902を、Δ<Tc/2のときのS曲線1402と比較すると、以下の相違点が見つけられる。Δ<Tc/2の場合には、制御信号S(ε)は、Δ=Tc/2の場合よりも狭い範囲で変化する。これは、式(4)の制御信号S(ε)の振幅を減少させる実際的な影響があるので、より高感度のVCO 310又はNCO 414が必要とされる。また、S曲線1402に対する制御信号S(ε)の直線的な領域1404は、S曲線902に対する直線的な領域904よりも狭い。このため、DLL208及び402の安定性がよくなり(すなわち、ジッタが低減され)、より信頼性が高く、連続的なDLL追跡(ロックオン)が得られる。Δが小さくなると共に、OCN及びMAI雑音の影響が著しく減少するので、ジッタは低減される。実際上、すべての相関された雑音の影響が低減される。このノイズ除去は、特に、相関雑音が支配的であるIS−95標準規格の通信システムの場合に重要である。しかし、誤差信号のトラッキング範囲は、従来技術において知られている許容可能な雑音レベル、ドップラーレート及び他のCDMA性能規準のような要因によって指定される最小範囲よりも減少させ得ない。
図15は、IS−95規格スペクトラム拡散通信システムにおける疑似雑音符号の追跡方法のフローチャートである。この方法は、アンテナ202がスペクトラム拡散信号を受信するステップ1500から始まる。次に、ステップ1502において、バンドパスフィルタ204はスペクトラム拡散信号をフィルタ処理する。ステップ1504において、ミキサ206は、信号をベースバンド周波数にダウンコンバートするため、この信号を搬送波と混合する。ステップ1506において、PN発生器312は、チップ間隔の半分未満の量だけ遅れた進み成分を有するPN信号を発生させる。次に、ステップ1508において、PN発生器312は、チップ間隔の半分未満の量だけ進んだ遅れ成分を有するPN信号を発生させる。ステップ1510において、ミキサ314は、進み成分を受信信号と混合し、積分器316は、第1の信号を形成するためその混合結果を所定の数のシンボルに亘って積分する。シンボルの数は、許容可能雑音レベル、ドップラーレート、並びに、他の性能規準のような従来技術において公知である種々の要因に依存する。ステップ1512において、ミキサ318は遅れ成分を受信信号と混合し、積分器320は、第2の信号を形成するため、得られた結果を所定の数のシンボルに亘って積分する。次に、ステップ1514において、加算器306は、誤差信号を形成するため、第2の信号を第1の信号から減算する。ステップ1516において、ループフィルタ308は誤差信号を除波する。ステップ1518で、VCO 318の発振器周波数は誤差信号によって変調される。次にステップ1520で、PN発生器312は、変調された発振器周波数に応じて、進みPN信号及び遅れPN信号を反復的に精細に調整する。ステップ1522において、PN発生器312は、デインタリーブ及び復号化器210により使用される定刻PN信号を発生させる。
図16は、IS−95規格スペクトラム拡散通信システムにおける別の符号トラッキング方法のフローチャートである。この別の方法は、アンテナ202がスペクトラム拡散信号を受信するステップ1600から始まる。次に、ステップ1602において、バンドパスフィルタ204はスペクトラム拡散信号を除波する。ステップ1604において、ミキサ206は、信号をベースバンド周波数にダウンコンバートするためこの信号を搬送波と混合する。ステップ1606で、疑似雑音発生器416は進み成分及び遅れ成分を有する疑似雑音信号を発生する。次に、ステップ1608において、加算器418は、加算された信号を形成するため、進み成分を遅れ成分から減算する。ステップ1610で、ミキサ420は、中間信号を形成するため、加算された信号を受信信号と混合する。ステップ1612において、積分器422は、誤差信号を形成するため、所定の数のシンボルに亘って中間信号を積分する。ステップ1614において、誤差信号はデシメータ406を通される。ステップ1616において、誤差信号はループフィルタ408を通される。ステップ1618において、誤差信号は補間器410を通される。ステップ1620において、誤差信号は増幅器412を通される。ステップ1622において、誤差信号はNCO 414を通される。次のステップ1624において、PN発生器416は、NCO 414から誤差信号を受信し、これにより、フィードバックループ/遅延ロックドループが終了する。ステップ1626において、PN発生器416は、PN符号信号の進み成分及び遅れ成分を精細に調整するため、誤差信号を使用する。ステップ1628において、PN発生器416は、デインタリーブ及び復号化器210が受信されたスペクトラム拡散信号からベースバンド信号を復調、復号するため使用する定刻PN符号信号を発生させる。
上記の通り、好ましい実施例を参照して本発明を説明しているが、当業者は種々の変形が可能であることを認めるであろう。上記の好ましい実施例に対する変更及び変形は本発明の範囲を逸脱することはなく、本発明は特許請求の範囲に記載された事項だけによって制限される。
Claims (9)
- 受信された疑似雑音符号を追跡する方法であって、
誤差信号に応じて、定刻の疑似雑音信号と、チップ間隔の半分未満だけ遅延した定刻前の疑似雑音信号と、チップ間隔の半分未満だけ進んだ定刻後の疑似雑音信号とを発生させる段階と、
合成された疑似雑音信号を発生させるため、上記定刻後の疑似雑音信号を上記定刻前の疑似雑音信号から減算する段階と、
上記受信された信号を上記合成された疑以雑音信号と混合し、上記誤差信号を発生させるため積分する段階とを有し、
これにより、上記定刻の疑似雑音信号が疑似雑音符号に追従するループが形成される方法。 - 上記発生させる段階は上記定刻前の疑似雑音信号をチップ間隔の4分の1だけ遅延させる段階を含む請求項1記載の方法。
- 上記発生させる段階は上記定刻後の疑似雑音信号をチップ間隔の4分の1だけ遅延させる段階を含む請求項1又は2記載の方法。
- 受信された疑似雑音信号を追跡する装置であって、
誤差信号に応じて、定刻の疑似雑音信号と、チップ間隔の半分未満だけ遅延した定刻前の疑似雑音信号と、チップ間隔の半分未満だけ進んだ定刻後の疑似雑音信号とを発生させる手段と、
合成された疑似雑音信号を発生させるため、上記定刻後の疑似雑音信号を上記定刻前の疑似雑音信号から減算する手段と、
上記受信された信号を上記合成された疑似雑音信号と混合し、上記誤差信号を発生させるため積分する手段とを有し、
これにより、上記定刻通りの疑似雑音信号が疑似雑音符号に追従するループが形成される装置。 - 上記発生させる手段は上記定刻前の疑似雑音信号をチップ間隔の4分の1だけ遅延させる手段を含む請求項4記載の装置。
- 上記発生させる手段は上記定刻後の疑似雑音信号をチップ間隔の4分の1だけ遅延させる手段を含む請求項4又は5記載の装置。
- コンピュータに受信された疑似雑音信号を追跡させるコンピュータプログラムコードを記録したコンピュータが使用可能な記録媒体であって、上記コンピュータプログラムコードは、
誤差信号に応じて、定刻の疑似雑音信号と、チップ間隔の半分未満だけ遅延した定刻前の疑似雑音信号と、チップ間隔の半分未満だけ進んだ定刻後の疑似雑音信号とを発生させるコードと、
合成された疑似雑音信号を発生させるため、上記定刻後の疑似雑音信号を上記定刻前の疑似雑音信号から減算させるコードと、
上記受信された信号を上記合成された疑似雑音信号と混合し、上記誤差信号を発生させるため積分させるコードとを有し、
これにより、上記定刻の疑似雑音信号が疑似雑音符号に追従するループが形成される、コンピュータが使用可能な記録媒体。 - 上記発生させるコードは上記定刻前の疑似雑音信号をチップ間隔の4分の1だけ遅延させるコードを含む請求項7記載のコンピュータが使用可能な記録媒体。
- 上記発生させるコードは上記定刻後の疑似雑音信号をチップ間隔の4分の1だけ遅延させるコードを含む請求項7又は8記載のコンピュータが使用可能な記録媒体。
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