JP4287059B2 - 結合器 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、複数のデジタル通信チャンネルを結合するためのデバイスに関するものである。
【０００２】
（発明の背景）
電気通信システムにおいては、ボイスおよびデータ信号を含む多数の通信チャンネルが、同じ通信媒体例えば無線周波数バンドを介して一緒に伝送されることがある。この通信媒体に通信チャンネルを置くのに多数のアクセス技法が知られている。１つのクラスの伝送技法は、例えば無線周波数バンドにおいて、複数の異なった通信チャンネルを、これらが時間ドメイン並びに周波数ドメインにおいオーバーラップするような方法で同時に送信する。このクラスの１つの周知のアクセス技法は、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）である。
【０００３】
各通信チャンネル信号を他の通信チャンネル信号から識別するには、各通信チャンネル信号を、当該分野で周知のように、１つ以上の固有の拡散符号（spreading codes）でエンコードする。特定の通信チャンネルを伝送のために例えばＣＤＭＡを使用して拡散させるため、例えば論理値１または０を有するそのチャンネルの入来データ・ストリームの各シンボルは、符号系列を使用して表す。例えば、符号が論理値１を有する場合、その符号系列自身を送信し、そのデータ・ビットが論理値０を有する場合、その反転した符号系列を送信し、あるいはこの逆を行う。
【０００４】
拡散させた後、この拡散通信チャンネルは、例えば、伝搬特性および受信ステーションの場所の一方または双方にしたがって個々に重み付けする。この後、その拡散しかつ重み付けした通信チャンネルは、互いに結合、すなわち重畳することによって、単一の送信信号、例えばＣＤＭＡ送信信号を形成し、そして次にこれは、無線周波数バンドを介して送信することができる。
【０００５】
この結合ステップは、通常は、その拡散しかつ重み付けした通信チャンネル信号の全てのデータ・ストリームの個々のサンプル値を加算することによって実行する。このため、ＣＤＭＡ信号の１つのサンプル値は、個々の通信チャンネル信号全ての各サンプルの和をとることによって得られる。
【０００６】
当業者には、複数の個々のチャンネルφ１−φ８を、例えば図３に示したようにカスケード接続構成のアダーを使用して加算する。ここで、各２つの入力チャンネルは、アダー３００によって結合し、そしてカスケードで、各対のアダーの出力は、さらに別のアダー３００で結合する。図示した例においては、カスケードの３つのレベルのアダーは、例えばＣＤＭＡ信号の送信信号を発生する。
【０００７】
この手順は、少ない数のチャンネルに対してはうまく機能するが、より多くの数のチャンネルの場合には、潜在的に非常の多くの数のアダーが必要とされる。ハードウェア・コストを低減させるには、より多くの数のチャンネルを加算する代替の解決法が望ましい。
ＷＯ 95/23464 Ａは、通信システムにおいて拡散コードの使用を時分割多重化して、たった１つの拡散コードしか用いない二人のユーザに対する情報を送信する方法を記述している。各ユーザに対する直交出力信号は、変調および無線送信の前に結合器によって互いに結合する。各ユーザは、常に、区別できる Walsh コードを使用してその情報を拡散させる。
【０００８】
（発明の摘要）
したがって、本発明の目的は、複数のデジタル通信チャンネルを少ないハードウェア上の労力および低減したコストで結合するためのデバイスを提供することである。
【０００９】
本発明のこの目的は、請求項１の特徴を備えた装置によって達成する。
【００１０】
本発明によれば、複数のサイクルにおいて、各々第１のビット幅を有するサンプルによって表した複数のデジタル通信チャンネルを結合するのに、前記複数のデジタル通信チャンネルを多重化して多重化デジタル信号にするマルチプレクサと、中間の結果を格納するレジスタと、前記デジタル通信チャンネルのサンプルと前記レジスタに格納された中間結果とを加算するアダーと、を使用し、これにおいて、前記アダーの前記入力のうちの１つは、前記マルチプレクサに対し前記第１ビット幅を有する接続ラインを介して接続し、前記アダーの他方の入力は、前記レジスタの前記出力に対し、前記第２ビット幅を有する接続ラインを介して接続し、前記レジスタの出力は、前記アダーの出力に対し、前記第２ビット幅を有する接続ラインを介して接続し、また、デジタル通信チャンネルの前記数に対応する多数のサイクルにおいて、前記通信チャンネルのうちの１つのものの１つのサンプルを、各１つのサイクルにおいて、前記第１レジスタ１３０に格納した先に得た中間結果に対し連続的に加算することにより、１つの結合出力サンプルを生成する。
【００１１】
本発明によれば、前記複数のデジタル通信チャンネルを加算して例えばデジタルＣＤＭＡ送信信号を形成するのに必要なアダーの数を、有利に低減することができる。
【００１２】
また、効果として、前記第２ビット幅は、
【数４】

で決まる第１リミットに等しいかあるいはこれより大きい最小の整数とすることができる。
【００１３】
このため、前記第２、第３および第４の接続ラインのビット幅は、前記通信チャンネルの前記通信ラインの前記ビット幅に関して最小限にすることができる。
【００１４】
さらに、前記第２ビット幅は、
【数５】

で決まる第２リミットに等しいかあるいはこれより大きい最小の整数とすることができ、したがって、前記第２、第３、第４の接続ラインの前記ビット幅は、前記通信信号の表現に対し必要な平均ビット幅に関して最小限にすることができる。
【００１５】
また、前記第２ビット幅は、前記第１リミットに等しいかあるいはこれより小さく、かつ前記第２リミットに等しいかあるいはこれより大きい整数とすることができる。
【００１６】
さらに、本発明によれば、カスケード構成の結合回路を提供することができる。本発明のさらに別の効果は、後続の従属請求項に記述している。
【００１７】
（発明の実施の形態）
以下、図１および図２で、本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００１８】
図１は、複数の拡散しかつ重み付けした通信チャンネル信号を結合するための本発明の回路１００の１つの例を示している。上で概要を述べたように、通信チャンネル信号の各々は、個々に拡散させている、すなわち例えば論理値１または０を有する１つの通信チャンネルの入来データ・ストリームのシンボルは、特定の符号系列を使用して表す。例えば、符号が論理値１を有する場合、その符号系列自身を送信し、そのデータ・ビットが論理値０を有する場合、その反転した符号系列を送信し、あるいはこの逆を行う。この拡散後、全ての通信チャンネル信号は、一般にチップ・レートと呼ぶ同じデータ・レートを有する。
【００１９】
さらに、これら通信チャンネル信号の各々は、個々に重み付けする。この重み付けは、受信ステーションへ送信する無線信号（結合後のもの）の伝搬特性にしたがって行う。遠くの位置する受信ステーションまたはビルの影にある受信ステーションに対する通信信号は、より大きな重み付けファクタで重み付けする一方で、近くの受信ステーションに対する通信チャンネル信号は、より小さい重み付けファクタで重み付けする。このため、重み付けファクタは、通信チャンネル信号の大きさを決める。
【００２０】
しかし、技術上の理由により、この重み付けと、したがって、重み付け後の通信信号の最大振幅とは、制限される。このため、通信チャンネル信号全ての振幅は、ある一定のリミット値より下となり、したがって通信チャンネル信号は、所定のビット幅をもつラインを介してロスなしで伝送することができる。
【００２１】
ここで注記すべきことは、原則として、所定のビット幅を有する伝送ラインを介して伝送するどのような信号も、本発明の回路で処理することができるが、好ましくは、ＣＤＭＡ通信ネットワークの通信チャンネルは、結合して１つの送信信号にする。
【００２２】
以下においては、図１による回路を詳細に説明する。マルチプレックス回路１１０は、所定のビット幅ｗをもつラインを介して、ｎ個の通信チャンネル信号φ１−φｎを入力として受ける。多重化回路１１０は、その構成によって、デジタル通信チャンネル信号のサンプルを逐次アダー１２０への第１の接続ライン１０１上の置いて、デジタル通信チャンネルのサンプルと第１レジスタに格納された中間結果とを加算するようにする。この第１接続ライン１０１もまた、好ましくはビット幅ｗを有するが、それは、このマルチプレクサでは、送信するデータ・レートを増大させるが信号の大きさは増大させないからである。例えば、ｎ＝８であり、かつ拡散後の通信チャンネルの各々が５１２ksps（キロ・サンプル／秒）のチップ・レートを有する場合、マルチプレクサは、４０９６kspsを出力することになる。
【００２３】
アダー１２０の出力は、第２接続ライン１０２を介して伝送された中間結果を格納するため、第１レジスタ１３０に接続する。第１レジスタ１３０の出力はまた、アダー１２０の第２入力に対し、第３接続ライン１０３を介して接続する。また、第１レジスタ１３０の出力は、第２レジスタ１３５に対し第４接続ライン１０４を介して接続する。各通信チャンネルに対し１つのサンプルを累積した後、すなわちｎクロック・サイクル後においては、第１レジスタ１３０に格納された値は、その結合した信号例えばＣＤＭＡ信号の１つのサンプルを表す。この値は、次に第２レジスタ１３５に対し、さらに処理を行うため転送する。
【００２４】
制御手段１４０は、マルチプレクサ１１０、第１レジスタ１３０、第２レジスタ１３５を制御するために設けることができる。この制御手段には、通信チャンネルのサンプル・レートに対応する外部クロック・レートｆｃを供給する。ｎ個の通信チャンネルが作動しなくてはならないので、この制御手段は、マルチプレクサ１１０をｎ倍高い内部クロック・レートｎ・ｆｃで動作させる。さらに、１動作の間にチャンネルあたり１つのサンプルを累積するため、第１レジスタもまた、ｎ・ｆｃのレートでクロック動作させる。しかし、第２レジスタ１３５は、通信チャンネルの外部クロック・レートｆｃで動作させ、これはまた結合した信号のレートでもある。
【００２５】
このように、アダー、第１レジスタ、マルチプレクサは、好ましくは、チャンネルのチップ・レートと、結合するチャンネルの数との積に等しい周波数で動作させることになる。
【００２６】
以下では、Ｗ−ＣＤＭＡ信号の単一のサンプルを得るための回路の動作を説明する。１つの動作は、レートｆｃの１つの外部クロック・サイクルに対応する。
【００２７】
レジスタ１３０は、最初はゼロにセットすると仮定する。第１の内部クロック・サイクルにおいては、マルチプレクサは、第１通信チャンネルφ１の１つのサンプルを第１接続ライン１０１を介してアダー１２０に供給する。この内部クロック・サイクルは、上記で説明したようにレートｎ・ｆｃを有し、そして１つの動作の間、ｎ個のクロック・サイクルが生起する。第１レジスタ１３０は、最初はゼロにセットされると仮定しているため、第１通信チャンネルφ１のサンプルの値は、第２接続ライン１０２を介して、そのアダーによって第１レジスタ１３０に供給しそしてそれに格納する。
【００２８】
第２内部サイクルにおいては、マルチプレクサ１１０は、第２通信チャンネルφ２の１つのサンプルを、第１接続ライン１０１を介してアダー１２０に供給する。これと同時に、このアダーは、第２の入力信号として、第３接続ライン１０３を介してこの時点において第１サンプルで構成される第１レジスタ１３０の内容を受ける。この結果、第２の加算動作後、すなわち第２内部サイクル後、通信チャンネルφ１、φ２のサンプルが累積される。この累積動作の結果は、第２サイクルの１部分として、第２接続ライン１０２を介して第１レジスタ１３０に供給しそしてこれに格納し、これによって先の格納された値に上書きする。
【００２９】
第３内部サイクルにおいては、マルチプレクサ１１０は、第３通信チャンネルφ３の１つのサンプルを、第１接続ライン１０１を介してアダー１２０に供給し、このアダー１２０は、その後、該サンプルをチャンネルφ１およびφ２の和によって構成された第１レジスタ１３０から供給された値と加算する。この結果は、再び、第１レジスタ１３０に格納され、これで、最初の３つの通信チャンネルφ１、φ２、φ３の和を表している。
【００３０】
各内部サイクルの間、このプロセスを繰り返す、すなわち、残りの通信チャンネル全てのサンプルに対し繰り返す。このため、残りのチャンネル全ての各１つのシンボルは、累積され、したがってｎ個の加算動作後には、結合信号の最初のサンプルが、アダーの出力から得られるか、あるいは、ｎ番目の動作後に第２レジスタ１３５から得られる。したがって、各ｎ個のサイクルに関し、結合信号の１つのサンプルを得ることができる。
【００３１】
結合信号のレートは、デジタル通信チャンネルのレートと等しくすべきであるため、１つの内部サイクルは、動作周期の１／ｎの間続くべきである。
【００３２】
通信信号の各々は、ビット幅ｗをもつサンプルで表されるため、累積結果、すなわち結合信号の１サンプルは、ｗより大きなビット幅を有することがある。詳細には、本回路の各累積サイクルの間、アダー１２０から第１レジスタ１３０への第２接続ライン１０２に対し必要なビット幅、およびそのレジスタからアダー１２０の第２入力への第３接続ライン１０３に対し必要なビット幅は、ますます大きなビット幅が必要とされることがある。明らかに、これは、第４接続ライン１０４に当てはまる。したがって、間違った結合結果を回避するため、第２、第３および第４の接続ライン１０２，１０３，１０４は、ｗより大きなビット幅を必要とする。
【００３３】
第２、第３および第４の接続ライン１０２，１０３，１０４に対し十分大きなビット幅は、結合すべきｎ個の異なった通信チャンネル信号の数並びに各々がｗビットのビット幅を有することを考慮すれば、決定することができる。最終の累積結果、すなわち結合信号のサンプルは、以下の式で決まる最大ビット幅ｒ１を有することになる。
【００３４】
【数６】

ここで、ｌｇ₂ｎは、デジタル通信チャンネルの数ｎの２を底とする対数であり、

は、ｘに等しいかあるいはそれよりも大きい最小の整数値を選択するシーリング演算（ceiling operation）を示す。この演算は必要であるが、それは、上記接続ラインのビット幅が明らかに整数値しかとれないためである。
【００３５】
したがって、第２、第３および第４の接続ライン１０２，１０３，１０４に対するビット幅を設計によって、これらが少なくともｒ₁のビット幅を示すようにした場合、ｎ個の通信チャンネルの結合は、正しく実行することができる。
【００３６】
上記条件が満足された場合、本発明の回路のハードウェア要求は、低減させることができ、したがって、複数の通信チャンネルを結合する結合器回路のコスト低減に結びつく。
【００３７】
ハードウェア要求をさらに低減させるため、必ずしも全ての通信チャンネルが、常に通信チャンネル・サンプルを表すｗビット全てを利用しない、ということも考えられる。ある通信システムの動作の間、平均の必要とされるビット幅あるいは平均の信号ビット幅ｗ_avgは、結合すべき複数の通信チャンネルのサンプルを表すのに必要な平均のビット数として決定することができる。したがって、代替の実施形態においては、第２、第３および第４の通信ライン１０２，１０３，１０４のビット幅は、以下の式で決めることができる。
【数７】

【００３８】
したがって、通信チャンネル信号の重み付け後の平均の大きさを考慮することによって、ハードウェアに対する要求は、さらに低減させることができる。
【００３９】
好ましくは、本発明の１実施形態によれば、第２、第３および第４の通信ライン１０２，１０３，１０４のビット幅は、ｒ₁とｒ₂によって境界を定めた範囲内とすることができる。すなわち、第２、第３および第４の通信ライン１０２，１０３，１０４のビット幅は、インターバル［ｒ₁；ｒ₂］内とすることができる。
【００４０】
以下では、図２で、本発明のさらに別の実施形態を説明する。図２は、異なった数の通信チャンネルへの適合を可能にするため、どのようにして複数の結合器回路１００（図１で説明）をカスケードで接続できるかを示している。
【００４１】
第１の段Ｓ１のｍ個の結合器回路１００ａ，１００ｂ，…１００ｍであって、各１つがｎ個の通信チャンネルφ１１…φ１ｎ、φ２１…φ２ｎ、φｍ１…φｍｎを結合するためのものを示している。さらに、第２の段Ｓ２として、第１段のｍ個の出力信号を結合する結合器回路２１０を示している。
【００４２】
図１を参照して説明したように、通信チャンネルの各々に対する伝送ラインは、ビット幅ｗを有し、また図１の上記説明にしたがって、結合器回路１００ａ，１００ｂ，…１００ｍの各々の出力ラインは、各々式１によるビット幅ｒ₁を有することになる。
【００４３】
このため、結合器回路２１０は、入力として、第１段の結合器回路１００ａ，１００ｂ，…１００ｍからの出力信号を受け、その各々は、ビット幅ｒ₁を有している。したがって、上記によれば、第２段Ｓ２の結合器回路２１０は、全ての入力通信チャンネルをロスなしで結合するため、以下の出力ビット幅を有することになる。
【数８】

【００４４】
さらに、制御手段２２０は、このカスケード構成の結合器回路の動作を制御するため設ける。第１の実施形態におけるように、この制御手段は、通信チャンネルのサンプル・レートに対応するレートｆｃをもつ外部クロックを受ける。したがって、前と同じように、第１段の回路１００ａ，１００ｂ，…１００ｍは、レートｆｃの外部クロックとレートｎ・ｆｃの内部クロックとによって制御される。
【００４５】
さらに、第２段の結合器回路２１０は、第１段の結合器回路のレートよりもｍ倍高いレートで動作させる。したがって、第２段の結合器回路２１０の第１レジスタおよびマルチプレクサは、レートｍ・ｆｃのクロックを使用して制御する。第２段の回路２１０の第２レジスタは、結合信号のレートに対応するレートｆｃで動作させる。
【００４６】
以上によれば、複数の段を設ける場合、カスケード構成のうちの特定の段の各結合器回路は、以下の出力ビット幅を有する。
【数９】

ここで、
ｎｉ＝特定の段の結合器回路の入力信号の数
ｗｉ＝入力信号のビット幅。
また、

は、再び、ｘに等しいかあるいはこれより大きい最小の整数値を選択するシーリング演算を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】 複数の通信チャンネル信号を結合して単一の送信信号にするための本発明の好ましい実施形態を示す。
【図２】 より多くの数の通信チャンネルを結合するため、図１のいくつかの構成をカスケードに配置したものから成る本発明の１実施形態を示す。
【図３】 通信チャンネルを結合するための既知の構成のアダーを示す。

Claims (7)

1. 複数のサイクルにおいて複数のデジタル通信チャンネルを結合する装置であって、該複数のデジタル通信チャンネルの各々が、第１のビット幅を有する通信ラインを介して伝送されるようになった、前記の結合装置において、
   前記複数のデジタル通信チャンネルを多重化して多重化デジタル信号にするマルチプレクサ（１１０）と、
   中間の結果を格納する第１レジスタ（１３０）と、
   前記デジタル通信チャンネルのサンプルと前記第１レジスタ（１３０）に格納された中間結果とを加算するアダー（１２０）と、
   から成り、
   前記アダー（１２０）の前記入力のうちの１つは、前記マルチプレクサ（１１０）に対し前記第１ビット幅を有する第１接続ライン（１０１）を介して接続し、前記アダー（１２０）の出力は、前記第１レジスタ（１３０）の前記入力に対し、前記第１ビット幅より大きな第２ビット幅を有する第２接続ライン（１０２）を介して接続し、前記第１レジスタ（１３０）の出力は、前記アダー（１２０）の他方の入力に対し、前記第２ビット幅を有する第３接続ライン（１０３）を介して接続し、
   デジタル通信チャンネルの前記数に対応する多数のサイクルにおいて、前記通信チャンネルのうちの１つのものの１つのサンプルを、各１つのサイクルにおいて、前記第１レジスタ（１３０）に格納した先に得た中間結果に対し連続的に加算することにより、１つの結合出力サンプルを生成すること、
   を特徴とする結合装置。
2. 請求項１記載の結合装置において、前記第２ビット幅は、
   【数１】
   ｌｇ₂（ｎ（２^W−１））
   で決まる第１リミットに等しいかあるいはそれより大きい最小の整数であり、ここで、
   ｎ＝通信チャンネルの数、
   ｗ＝前記第１ビット幅、
   であること、を特徴とする結合装置。
3. 請求項１記載の結合装置において、前記第２ビット幅は、
   【数２】
   ｌｇ₂（ｎ（２^Wavg−１））
   で決まる第２リミットに等しいかあるいはそれより大きい最小の整数であり、ここで、
   ｎ＝通信チャンネルの数、
   ｗ_avg＝平均信号ビット幅、
   であること、を特徴とする結合装置。
4. 請求項２または３記載の結合装置において、前記第２ビット幅は、前記第１リミットに等しいかあるいはこれより小さく、かつ前記第２リミットに等しいかあるいはこれより大きいこと、を特徴とする結合装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の結合装置において、前記結合出力シンボルは、前記第２ビット幅を有するラインを介して、さらに処理するための第２レジスタに送信すること、を特徴とする結合装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の結合装置において、結合すべき前記通信チャンネル信号は、ＣＤＭＡ電気通信システムで伝送される信号であること、を特徴とする結合装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の複数の結合装置をカスケードで構成したものから成るデバイスであって、前記カスケード構成のうちの特定の段の前記出力ビット幅は、
   

   

   で決まり、ここで、
   ｎｉ＝特定の段の結合器回路の入力信号の数、
   ｗｉ＝入力信号のビット幅、
   であること、を特徴とするデバイス。

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