JP4463458B2 - 信号発生器およびデコーダ - Google Patents
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Description
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、単側波帯（single sideband, SSB）のスペクトラム拡散信号を供給するための信号発生器に関する。
【０００２】
従来の技術
現在、全てのセルラネットワークでは二重側波帯変調を用いて、ベースバンド信号を無線周波数へアップコンバートしている。したがって、同じ情報が両方の側波帯で伝達され、信号は、絶対必要な帯域幅の２倍の帯域幅を使用する。単側波帯変調は、二重側波帯変調の半分の帯域幅を使用して同じ量の情報を送るか、またはその代わりに同じ帯域幅で２倍の情報量を送ることができる。
【０００３】
次世代のセルラネットワークは、ユニバーサルモバイルテレコミュニケーションズシステム（Universal Mobile Telecommunications Systems, UMTS）として知られている。広帯域の符号分割多重アクセス（wideband code division multiple access, W-CDMA）が６０メガヘルツの対のスペクトラム、すなわち６０メガヘルツの２つの別個の帯域に使用し、低い方の帯域はアップリンクに使用され、高い方の帯域はダウンリンクに使用されている。Ｗ−ＣＤＭＡを使用すると、移動ユーザへの高ビットレートが容易になる。
【０００４】
符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システムの容量は、雑音電力スペクトル密度（noise power spectral density, Eb/No）によって除算されるビットごとのエネルギーによって除算された記号（symbol）ごとのチップ数（処理利得として知られている）によって判断される。記号ごとのチップ数が増加するとき、容量が増加する。最大チッピングレートは実効帯域幅によって限定される。単側波帯変調は、変調された信号によって要求される帯域幅を半分だけ低減する。したがって単側波帯の変調された信号が生成されるとき、チッピングレートを増加するか、または２つの単側波帯（すなわち上方および下方の側波帯信号）を使用して、ＣＤＭＡシステムの容量を増すことができる。
【０００５】
しかしながら単側波帯信号、例えばバンドパスフィルタ処理またはよく知られている整相方法（phasing method）のような単側波帯信号を生成するために使用される従来の技術は、スペクトラムがＤＣまで延びているデータには使用できない。
【０００６】
単側波帯信号を生成する既知の方法を図１に示した。しかしながら、従来の拡散コード、例えばＰＮコード、ウオルシュコード（Walsh codes）、ゴールドコード（Gold code）などは二値であり、かつ適切な複素スペクトラム拡散信号を与えないので、この複素変調器をこれらのコードを用いて使用して、ＳＳＢを生成することはできない。これらの信号の自己相関性および相互相関性は良好である。しかしながら信号が（例えば、ヒルベルト変換によって）変換されて、直交信号を生成するときは、不連続性および劣悪な相関性が生じる。劣悪な相関性は他のユーザが経た干渉を増加し、システム容量を低減する。したがって、図１に示した変調器を使用するために、容量における相対的な増加が達成されたときに、実数領域と虚数領域の両者に良好な相関性をもつ拡散コードが要求される。
【０００７】
所望の特性をもつ複素拡散コード、例えばFrank-Zadoff-Chu(FZC)コードが知られており、ＦＺＣコードについては文献（“Polyphase codes with good non-periodic correlation properties”, R. L. Frank, IEEE Transactions of Information Theory, vol.IT-9, pp.43-45, Jan.1963）に記載されている。しかしながら別途記載するように、これらのコードを使用して、帯域限定されていないスペクトラム拡散信号を生成し、したがってどの変調を使用しても、生成された信号は無制限の帯域幅を占める。文献（“A class of bandlimited complex spreading sequences with analytic properties”, M. P. Lotter and L. P. Linde, Proc of ISSSTA 95, 22-25 Sept.1996）に記載されているように、シーケンスの連続するサンプル間の移相をπラジアンより小さくなるように制限することによって、帯域限定された信号が得られ、解析的な帯域限定された複素シーケンスと呼ばれる1組のコードが導き出されることが示されている。このフィルタ処理プロセスに対して支払われた犠牲は、コードの自己相関関数および相互相関関数の両者が最早理想的ではなく、支援するユーザ数が低減することである。したがって、記号ごとのチップ数はこの既知のシステムにおいて増加するが、生成された相関性は劣悪であり、相対的に容量を増加しない。
【０００８】
発明が解決しようとする課題
本発明は、単側波帯スペクトラム拡散信号発生器であって、複素拡散コードを使用して、相関性を向上した単側波帯変調を実現し、ユーザ間の干渉を低減する単側波帯スペクトラム拡散信号発生器を提供することによって、これらの問題を改善することを目的とする。
【０００９】
本発明にしたがって、単側波帯スペクトラム拡散信号を生成する方法であって、信号を帯域限定する段階と；ヒルベルト変換にしたがって複素拡散信号を移相する段階と；複素拡散信号にしたがって受取った信号を変調する段階と；複素信号をより高い周波数にアップコンバートする段階とを含み；アップコンバートする段階の前に移相段階を実行するという条件で、段階を実行する順序は重要ではない方法を提供する。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態では、アップコンバートする段階には、複素信号の実部を移相された複素信号の虚部と組み合わせることにしたがって、アップコンバートされた複素信号の信号を変調する下位段階と；複素信号の虚部を移相された複素信号の実部とを組み合わせることにしたがって、アップコンバートされた複素信号の直交信号を変調する下位段階とを含む。
【００１１】
ｍ＝０，１，２，．．．，Ｎ−１、ｑが整数であり、かつ所与の長さをもつシーケンスの数がＮであるとき、次の式、すなわち、
ａｍ＝ＮＷＧ （Ｎは偶数）、または、
＝ＮＷＨ （Ｎは奇数）
ただし、Ｇ＝ｍ２／２＋ｑｍ，
Ｈ＝ｍ（ｍ＋１）／２＋ｑｍ
ＮＷ＝ｅｘｐ（−ｉ２πｒ／Ｎ）
によって規定されるシーケンスから、複素拡散信号が導き出されることが好ましい。
【００１２】
移相段階の前に帯域限定段階を実行するか、またはアップコンバートする段階の後で帯域限定段階を実行する。
【００１３】
本発明のいくつかの実施形態では、アップコンバートする段階の後で変調段階を実行する。
【００１４】
本発明の第２の態様にしたがって、単側波帯のスペクトラム拡散信号を生成する装置であって：複素拡散信号発生器と；帯域限定フィルタと；複素拡散信号発生器を介して拡散信号を受取るように結合されていて、ヒルベルト変換にしたがって拡散信号を移相するための移相器と；入力信号を受取るために接続されたデータ変調器と；複素信号を単側波帯信号へアップコンバートするための移相器を介して複素信号を受取るように結合された複素変調器とを含む装置を提供する。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態では、帯域限定フィルタは、複素拡散信号発生器の出力を受取るように接続されたローパスフィルタである。本発明の他の実施形態では、帯域限定フィルタは、複素変調器の出力を受取るように接続されたバンドパスフィルタである。
【００１６】
本発明のいくつかの実施形態では、データ変調器を結合して、複素変調器を介して第２の信号を受取る。
【００１７】
本発明の別の態様にしたがって、単側波帯信号をデコードする方法であって、ヒルベルト変換にしたがって複素拡散信号を移相する段階と；複素拡散信号をより高い周波数にアップコンバートする段階と；アップコンバートされた複素拡散信号にしたがって受取った信号を復調する段階とを含む方法を提供することが好ましい。
【００１８】
ｍ＝０，１，２，．．．，Ｎ−１、ｑが整数であり、かつ所与の長さをもつシーケンスの数がＮであるとき、次の式、すなわち、
ａｍ＝ＮＷＧ （Ｎは偶数）、または、
＝ＮＷＨ （Ｎは奇数）
ただし、Ｇ＝ｍ２／２＋ｑｍ，
Ｈ＝ｍ（ｍ＋１）／２＋ｑｍ
ＮＷ＝ｅｘｐ（−ｉ２πｒ／Ｎ）
によって規定されるシーケンスから、複素拡散信号が導き出されることが好ましい。
【００１９】
本発明の別の態様にしたがって、伝送信号をデコードするための装置であって：複素拡散信号発生器と；複素拡散信号発生器から複素拡散信号を受取るように接続された移相器と；複素拡散信号発生器から複素拡散信号を受取るように接続され、移相された複素拡散信号を移相器から受取るように接続され、動作において複素拡散信号をアップコンバートするようにされた複素変調器と；伝送信号およびアップコンバートされた複素拡散信号を受取るように接続され、動作において伝送信号を復調して、デコードされた伝送信号を供給するようにされたデータ変調器とを含む装置を提供する。
【００２０】
ここで本発明にしたがって信号を生成してデコードする方法および装置を例示的に添付の図面を参照して記載することにする。
【００２１】
発明の実施の形態
図１は、ＳＳＢを生成する既知の変調器を示している。データ信号Ｉおよび対応する直交信号Ｑは変調器10および13において変調周波数の余弦波によって変調される。データ信号ＩおよびＱは変調器12および11において変調周波数の正弦波によっても変調される。変調器10および11の出力は加算器14へ供給されてＳＳＢ信号16を与え、変調器12および13の出力は加算器15へ供給されてＳＳＢ出力信号17を与える。参照符号16における出力は、参照符号17における出力と位相が９０°ずれている。図１の変調器は上方の側波帯信号を供給し、下方の側波帯信号は、加算器14および15への入力の１つの符号（sign）を変更することによって生成することができる。出力信号16または17の一方または他方のみを生成する変調器を十分に等しく使用できることが分かるであろう。
【００２２】
図２は、複素入力信号からＳＳＢ信号を生成する複素変調器を示している。複素信号Ｂは複素信号Ａと直交している。複素信号Ｂの虚部は、複素信号Ａの実部から（図示されていない、インバータを介して）加算器20において取り去られ、生成された統合された信号は変調器23において変調周波数の余弦波によって変調される。同様に、複素信号Ａの虚部は、加算器21において複素信号Ｂの実部Ｂへ加えられ、次に統合された信号は変調器22において変調周波数の正弦波によって変調される。２つの変調された信号は、加算器24において統合されて、ＳＳＢ信号を生成する。図２の複素変調器は上方の側波帯信号を生成し、下方の側波帯信号は、加算器20および21への入力の１つの符号を変更することによって生成される。
【００２３】
図３は、本発明のＳＳＢスペクトラム拡散信号発生器の第１の実施形態を示す図であり、これはRe(ss)およびIm(ss)と記した複素拡散信号を生成する複素拡散信号発生器１を含んでいる。複素拡散信号の性質は、図５を参照して別途記載することにする。複素拡散信号はローパスフィルタ２によって受取られ、ローパスフィルタ２はフィルタ処理した複素拡散信号を出力し、この信号の実部はRe(F(ss))で示し、この信号の虚部はIm(F(ss))で示した。フィルタ２はroot raised cosine filterとして構成されているが、何れのタイプのローパスフィルタも使用できる。（注：ここではroot raised cosine filterを送信機と受信機間で全体の二乗余弦（raised cosine）応答が等しく分けられている場合に使用している。これらのフィルタは周波数ドメインで平方根となっている。送受信フィルタの周波数応答は受信機で乗算されるので受信機は単純な二乗余弦フィルタでフィルタをかけた信号を見ることになる。）データ信号は、変調器４および５において実部または虚部の複素拡散信号を変調して、変調された複素信号を生成する。次に変調された複素信号は、ヒルベルト変換フィルタ３を使用して９０°だけ移相されて、この複素信号に直交する信号を生成する。次にこれらの複素信号は、複素変調器６によって所望の周波数までアップコンバートされ、出力としてＳＳＢ拡散信号を与える。所望の周波数の余弦波および正弦波は信号発生器７によって与えられる。
【００２４】
図４は、入力データによる変調後に複素信号をフィルタ処理する本発明の実施形態を示している。図５の実施形態に示したように、ヒルベルト変換後に等しくフィルタ処理することができる。この実施形態では、２つのローパスフィルタ２'および２''を使用することが必要である。図６では、アップコンバートされたＳＳＢ信号がバンドパスフィルタ８によって帯域限定される本発明の実施形態を示している。
【００２５】
図７は、データが変調器９においてアップコンバートされたＳＳＢ信号を変調する本発明の実施形態を示している。信号の帯域限定は、図４、５、および６に示した実施形態に類似したやり方で実行できることが分かるであろう。
【００２６】
スペクトラム拡散通信では、１組の拡散信号が必要とされ、各拡散信号は、周期ごとの単一の最大値を除くと全てがゼロに近いものである自己相関関数と、最小値の相互相関関数とをもつ。これは、文献（“Bounds on crosscorrelation and autocorrelation of sequences”, D. V. Sarwate, IEEE Transactions on Information Theory, vol IT-25, pp720-724）に示されており、周期的な相互相関関数の最大の大きさと周期的な自己相関関数の最大の大きさとは関係していて、１組の信号が良好な自己相関性をもつときは、相互相関性はあまり良好ではなく、この逆も同様である。図８ａおよび８ｂは、（長さ４９チップの拡散信号についての）完全な自己相関関数と理想的な相互相関関数とを示している。
【００２７】
複素拡散信号発生器１は、良好な相関性をもつ複素拡散信号ファミリーの１つを生成する。本発明のこの実施形態で使用されるコードは、Frank-Zadoff-Chu(FZC)シーケンスまたはコードとして知られている。これらは１の複素根（complex roots of unity）に基いている：
【数１】
【００２８】
ここでｉは虚数単位であり、ＮはＦＺＣのシーケンス長を示し、ｒはＮに対して互いに素（relatively prime）の整数である。ＦＺＣは次のように示すことができる：
【数２】
【００２９】
ｍ＝０，１，２，．．．，Ｎ−１であり、ｑは整数であり、かつ所与の長さのシーケンスの数はＮである。
【００３０】
シーケンス{ａｍ}が到達する最大の瞬時周波数は、ｍ＝Ｎ−１のとき、大きなＮに対して、次の式で表わすことができる。
【００３１】
【数３】
【００３２】
最大瞬時周波数は、チッピングレートに対するナイキスト値に帯域制限されず、ｒに依存することが明らかである。ＦＺＣのシーケンスの実部と虚部とを図９に示した。複素拡散シーケンス発生器１によって生成されたシーケンスは、ヒルベルト変換フィルタ３によって移相され、９０°だけ移相した信号を生成する。図９の複素シーケンスに対応する移相シーケンスは図１０に示した。複素拡散シーケンスおよび変換されたシーケンスの各々は良好な自己相関性と良好な相互相関性をもつ。
【００３３】
帯域限定、ヒルベルト変換の適用、および複素変調器を使用した広帯域周波数へのアップコンバージョンの動作は、アップコンバージョン段階の前にヒルベルト変換を行う限り、いかなる順序で実行してもよい。したがって、本発明の別の実施形態では、信号をフィルタ処理し、拡散し、変調する順序は異なる。例えば、再び図３を参照すると、信号拡散発生器１からの複素拡散信号はヒルベルト変換フィルタ３によって移相され、複素拡散信号および移相拡散信号の各々がフィルタ処理されるが、この場合は２つのローパスフィルタが必要とされる。図７は、データを使用して、アップコンバートされたスペクトル拡散信号を変調する本発明のさらに別の実施形態を示している。
【００３４】
図１１に模式的に示したように、２つのＳＳＢ信号の何れかを単一の既存のＵＭＴＳチャンネルにおいて使用するか、または２倍のチッピングレートをもつ１つのＳＳＢチャンネルを使用するので、システムの容量は潜在的に増加する。二重側波帯変調を使用する規格から、ＳＳＢ変調を使用する規格へ滑らかに移行できる実用的なシステムでは、ＳＳＢ変調を採用する信号と二重側波帯変調を採用する信号とは相互の干渉を最小にすることが望ましい。図１２は、本発明の好ましい実施形態にしたがってＳＳＢ変調を使用するシステムについてのユーザ数に対するビットエラーレート（bit error rate, BER）、二重側波帯変調を使用する標準のＵＭＴＳシステムについてのＢＥＲ、および図１２において‘オーバーレイ’と呼ばれている技術の組合せを使用したシステムについてのＢＥＲを測定した実験結果を示している。
【００３５】
２倍のチッピングレートをもつＳＳＢチャンネルを使用する長所は、マルチパスの分解能を向上することである。信号が送信機と受信機との間で複数の経路をとるとき、マルチパスの分解能が必要とされる。マルチパスの分解能が向上するとすると、容量における潜在的な増加は、フェージングの低減および干渉の低減によって、１００％以上になる。図１３は、異なる経路を介して受取った信号を分解できるとするときに、どのようにしてより高いチッピングレートで干渉を低減できるかを示している。異なる経路を介して受取った信号を構造的に結合することができ、したがってマルチパスをもつラインの振舞いは完全なチャンネルよりも事実上、向上する。
【００３６】
図１４は、ＢＥＲが視覚信号のラインとランダムフェイズの等しい大きさの信号、すなわち異なる経路を介して受取った同じ信号との間で時間遅延を伴ってどのように変化するかを示している。この例では、チッピングレートは、０．２５秒の期間で４Mchips/秒であり、Ｅｂ／Ｎｏは６．８デシベルであり、マルチパス干渉が発生しないとき、１×１０−３のＢＥＲを生成する。この例では、サンプリング点は、０．１２５秒の遅延後に生成する次のチップの最初に生成されるチップの途中にある。２つの信号にチッピング期間よりも短い期間だけ間隔を空けられるまで、低いＢＥＲが維持され、それから相当なフェージング（弱め合う干渉）が発生し、ＢＥＲは相当に増加することが分かるであろう。
【００３７】
図１５は、通常のマイクロセルラ環境におけるチャンネルサウンディング測定(channel sounding measurements)からとった結果を示している。重要なマルチパスは、最強の信号の１０デシベル以内の信号強度をもつ経路として規定される。図１５のグラフでは、重要なマルチパスの数に対する断面の幅がグラフに示されている。多くの場合において、多くの経路が寄与しているときでも、全エネルギーが０．５秒のウインドウ内で分配されていることが分かるであろう。チッピング期間が０．２５秒であるとき、多くの別個のマルチパスは各チップ間隔内で到達し、フェージングを生じ、したがってシステムの振舞いを劣化する。このために、多くの時間において、システムは２つのみのマルチパスを分解することができる。チップレートを上げると、フェージングを低減するだけでなく、受信機において効果的に結合されるより解像可能なマルチパスを得る。
【００３８】
図１６は、本発明の送信信号をデコードするためのデコーダを示している。図７に示した拡散信号を生成するのに類似したやり方で、信号拡散発生器１'、ヒルベルト変換フィルタ３'、直交信号発生器７'、および複素モジュレータ６'を使用して、デスプレッディング信号（despreading signal、拡散を解除した信号）を生成する。伝送データは、復調されて、変調器９によってデスプレッドされて、次にローパスフィルタ10によってローパスフィルタ処理されて、デコードされた信号を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 任意の情報源から単側波帯伝送信号を生成するための既知の変調器を示す図。
【図２】 複素入力データから単側波帯伝送信号を生成する既知の複素変調器を示す図。
【図３】 本発明の信号発生器の実施形態を示す図。
【図４】 本発明の信号発生器の実施形態を示す図。
【図５】 本発明の信号発生器の実施形態を示す図。
【図６】 本発明の信号発生器の実施形態を示す図。
【図７】 本発明の信号発生器の実施形態を示す図。
【図８】 長さ４９チップの拡散信号についての理想的な自己相関関数および相互相関関数を示すグラフ（図８ａ）および相互相関関数を示すグラフ（図８ｂ）。
【図９】 本発明の信号発生器で使用するための複素拡散信号を示すグラフ。
【図１０】 本発明の信号発生器で使用するための複素拡散信号を示すグラフ。
【図１１】 システム内の容量を増加するために、本発明の信号発生器をどのように異なるやり方で使用するかを模式的に示す図。
【図１２】 本発明の信号発生器を使用するシステムにおいてユーザ数に対するビットエラーレート(ＢＥＲ)、すなわち二重側波帯変調を使用する標準のＵＭＴＳシステムのＢＥＲと；ＳＳＢおよびＤＳＢシステムが同じスペクトラムにおいて一緒に存在するときに、本発明を採用した進化したルートを表わす技術の組合せを採用するシステムのＢＥＲとを示すグラフ。
【図１３】 どのようにしてより高いチッピングレートがマルチパス伝搬によってフェージング（弱め合う干渉）を低減することができるかを示す図。
【図１４】 サイト信号のラインと、異なる経路を介して同じ信号を受取ったことを表わすランダムフェイズの等しい大きさの信号との間の時間遅延で、どのようにＢＥＲが変化するかを示すグラフ。
【図１５】 密集した都市環境内のマルチパスにおける到達間の小さい遅延を表わす一般的なマイクロセルラ環境内のチャンネル測深測定値からとった結果を示すグラフ。
【図１６】 本発明にしたがって送られた信号をデコードするデコーダを示す図。
発明の属する技術分野
本発明は、単側波帯（single sideband, SSB）のスペクトラム拡散信号を供給するための信号発生器に関する。
【０００２】
従来の技術
現在、全てのセルラネットワークでは二重側波帯変調を用いて、ベースバンド信号を無線周波数へアップコンバートしている。したがって、同じ情報が両方の側波帯で伝達され、信号は、絶対必要な帯域幅の２倍の帯域幅を使用する。単側波帯変調は、二重側波帯変調の半分の帯域幅を使用して同じ量の情報を送るか、またはその代わりに同じ帯域幅で２倍の情報量を送ることができる。
【０００３】
次世代のセルラネットワークは、ユニバーサルモバイルテレコミュニケーションズシステム（Universal Mobile Telecommunications Systems, UMTS）として知られている。広帯域の符号分割多重アクセス（wideband code division multiple access, W-CDMA）が６０メガヘルツの対のスペクトラム、すなわち６０メガヘルツの２つの別個の帯域に使用し、低い方の帯域はアップリンクに使用され、高い方の帯域はダウンリンクに使用されている。Ｗ−ＣＤＭＡを使用すると、移動ユーザへの高ビットレートが容易になる。
【０００４】
符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システムの容量は、雑音電力スペクトル密度（noise power spectral density, Eb/No）によって除算されるビットごとのエネルギーによって除算された記号（symbol）ごとのチップ数（処理利得として知られている）によって判断される。記号ごとのチップ数が増加するとき、容量が増加する。最大チッピングレートは実効帯域幅によって限定される。単側波帯変調は、変調された信号によって要求される帯域幅を半分だけ低減する。したがって単側波帯の変調された信号が生成されるとき、チッピングレートを増加するか、または２つの単側波帯（すなわち上方および下方の側波帯信号）を使用して、ＣＤＭＡシステムの容量を増すことができる。
【０００５】
しかしながら単側波帯信号、例えばバンドパスフィルタ処理またはよく知られている整相方法（phasing method）のような単側波帯信号を生成するために使用される従来の技術は、スペクトラムがＤＣまで延びているデータには使用できない。
【０００６】
単側波帯信号を生成する既知の方法を図１に示した。しかしながら、従来の拡散コード、例えばＰＮコード、ウオルシュコード（Walsh codes）、ゴールドコード（Gold code）などは二値であり、かつ適切な複素スペクトラム拡散信号を与えないので、この複素変調器をこれらのコードを用いて使用して、ＳＳＢを生成することはできない。これらの信号の自己相関性および相互相関性は良好である。しかしながら信号が（例えば、ヒルベルト変換によって）変換されて、直交信号を生成するときは、不連続性および劣悪な相関性が生じる。劣悪な相関性は他のユーザが経た干渉を増加し、システム容量を低減する。したがって、図１に示した変調器を使用するために、容量における相対的な増加が達成されたときに、実数領域と虚数領域の両者に良好な相関性をもつ拡散コードが要求される。
【０００７】
所望の特性をもつ複素拡散コード、例えばFrank-Zadoff-Chu(FZC)コードが知られており、ＦＺＣコードについては文献（“Polyphase codes with good non-periodic correlation properties”, R. L. Frank, IEEE Transactions of Information Theory, vol.IT-9, pp.43-45, Jan.1963）に記載されている。しかしながら別途記載するように、これらのコードを使用して、帯域限定されていないスペクトラム拡散信号を生成し、したがってどの変調を使用しても、生成された信号は無制限の帯域幅を占める。文献（“A class of bandlimited complex spreading sequences with analytic properties”, M. P. Lotter and L. P. Linde, Proc of ISSSTA 95, 22-25 Sept.1996）に記載されているように、シーケンスの連続するサンプル間の移相をπラジアンより小さくなるように制限することによって、帯域限定された信号が得られ、解析的な帯域限定された複素シーケンスと呼ばれる1組のコードが導き出されることが示されている。このフィルタ処理プロセスに対して支払われた犠牲は、コードの自己相関関数および相互相関関数の両者が最早理想的ではなく、支援するユーザ数が低減することである。したがって、記号ごとのチップ数はこの既知のシステムにおいて増加するが、生成された相関性は劣悪であり、相対的に容量を増加しない。
【０００８】
発明が解決しようとする課題
本発明は、単側波帯スペクトラム拡散信号発生器であって、複素拡散コードを使用して、相関性を向上した単側波帯変調を実現し、ユーザ間の干渉を低減する単側波帯スペクトラム拡散信号発生器を提供することによって、これらの問題を改善することを目的とする。
【０００９】
本発明にしたがって、単側波帯スペクトラム拡散信号を生成する方法であって、信号を帯域限定する段階と；ヒルベルト変換にしたがって複素拡散信号を移相する段階と；複素拡散信号にしたがって受取った信号を変調する段階と；複素信号をより高い周波数にアップコンバートする段階とを含み；アップコンバートする段階の前に移相段階を実行するという条件で、段階を実行する順序は重要ではない方法を提供する。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態では、アップコンバートする段階には、複素信号の実部を移相された複素信号の虚部と組み合わせることにしたがって、アップコンバートされた複素信号の信号を変調する下位段階と；複素信号の虚部を移相された複素信号の実部とを組み合わせることにしたがって、アップコンバートされた複素信号の直交信号を変調する下位段階とを含む。
【００１１】
ｍ＝０，１，２，．．．，Ｎ−１、ｑが整数であり、かつ所与の長さをもつシーケンスの数がＮであるとき、次の式、すなわち、
ａｍ＝ＮＷＧ （Ｎは偶数）、または、
＝ＮＷＨ （Ｎは奇数）
ただし、Ｇ＝ｍ２／２＋ｑｍ，
Ｈ＝ｍ（ｍ＋１）／２＋ｑｍ
ＮＷ＝ｅｘｐ（−ｉ２πｒ／Ｎ）
によって規定されるシーケンスから、複素拡散信号が導き出されることが好ましい。
【００１２】
移相段階の前に帯域限定段階を実行するか、またはアップコンバートする段階の後で帯域限定段階を実行する。
【００１３】
本発明のいくつかの実施形態では、アップコンバートする段階の後で変調段階を実行する。
【００１４】
本発明の第２の態様にしたがって、単側波帯のスペクトラム拡散信号を生成する装置であって：複素拡散信号発生器と；帯域限定フィルタと；複素拡散信号発生器を介して拡散信号を受取るように結合されていて、ヒルベルト変換にしたがって拡散信号を移相するための移相器と；入力信号を受取るために接続されたデータ変調器と；複素信号を単側波帯信号へアップコンバートするための移相器を介して複素信号を受取るように結合された複素変調器とを含む装置を提供する。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態では、帯域限定フィルタは、複素拡散信号発生器の出力を受取るように接続されたローパスフィルタである。本発明の他の実施形態では、帯域限定フィルタは、複素変調器の出力を受取るように接続されたバンドパスフィルタである。
【００１６】
本発明のいくつかの実施形態では、データ変調器を結合して、複素変調器を介して第２の信号を受取る。
【００１７】
本発明の別の態様にしたがって、単側波帯信号をデコードする方法であって、ヒルベルト変換にしたがって複素拡散信号を移相する段階と；複素拡散信号をより高い周波数にアップコンバートする段階と；アップコンバートされた複素拡散信号にしたがって受取った信号を復調する段階とを含む方法を提供することが好ましい。
【００１８】
ｍ＝０，１，２，．．．，Ｎ−１、ｑが整数であり、かつ所与の長さをもつシーケンスの数がＮであるとき、次の式、すなわち、
ａｍ＝ＮＷＧ （Ｎは偶数）、または、
＝ＮＷＨ （Ｎは奇数）
ただし、Ｇ＝ｍ２／２＋ｑｍ，
Ｈ＝ｍ（ｍ＋１）／２＋ｑｍ
ＮＷ＝ｅｘｐ（−ｉ２πｒ／Ｎ）
によって規定されるシーケンスから、複素拡散信号が導き出されることが好ましい。
【００１９】
本発明の別の態様にしたがって、伝送信号をデコードするための装置であって：複素拡散信号発生器と；複素拡散信号発生器から複素拡散信号を受取るように接続された移相器と；複素拡散信号発生器から複素拡散信号を受取るように接続され、移相された複素拡散信号を移相器から受取るように接続され、動作において複素拡散信号をアップコンバートするようにされた複素変調器と；伝送信号およびアップコンバートされた複素拡散信号を受取るように接続され、動作において伝送信号を復調して、デコードされた伝送信号を供給するようにされたデータ変調器とを含む装置を提供する。
【００２０】
ここで本発明にしたがって信号を生成してデコードする方法および装置を例示的に添付の図面を参照して記載することにする。
【００２１】
発明の実施の形態
図１は、ＳＳＢを生成する既知の変調器を示している。データ信号Ｉおよび対応する直交信号Ｑは変調器10および13において変調周波数の余弦波によって変調される。データ信号ＩおよびＱは変調器12および11において変調周波数の正弦波によっても変調される。変調器10および11の出力は加算器14へ供給されてＳＳＢ信号16を与え、変調器12および13の出力は加算器15へ供給されてＳＳＢ出力信号17を与える。参照符号16における出力は、参照符号17における出力と位相が９０°ずれている。図１の変調器は上方の側波帯信号を供給し、下方の側波帯信号は、加算器14および15への入力の１つの符号（sign）を変更することによって生成することができる。出力信号16または17の一方または他方のみを生成する変調器を十分に等しく使用できることが分かるであろう。
【００２２】
図２は、複素入力信号からＳＳＢ信号を生成する複素変調器を示している。複素信号Ｂは複素信号Ａと直交している。複素信号Ｂの虚部は、複素信号Ａの実部から（図示されていない、インバータを介して）加算器20において取り去られ、生成された統合された信号は変調器23において変調周波数の余弦波によって変調される。同様に、複素信号Ａの虚部は、加算器21において複素信号Ｂの実部Ｂへ加えられ、次に統合された信号は変調器22において変調周波数の正弦波によって変調される。２つの変調された信号は、加算器24において統合されて、ＳＳＢ信号を生成する。図２の複素変調器は上方の側波帯信号を生成し、下方の側波帯信号は、加算器20および21への入力の１つの符号を変更することによって生成される。
【００２３】
図３は、本発明のＳＳＢスペクトラム拡散信号発生器の第１の実施形態を示す図であり、これはRe(ss)およびIm(ss)と記した複素拡散信号を生成する複素拡散信号発生器１を含んでいる。複素拡散信号の性質は、図５を参照して別途記載することにする。複素拡散信号はローパスフィルタ２によって受取られ、ローパスフィルタ２はフィルタ処理した複素拡散信号を出力し、この信号の実部はRe(F(ss))で示し、この信号の虚部はIm(F(ss))で示した。フィルタ２はroot raised cosine filterとして構成されているが、何れのタイプのローパスフィルタも使用できる。（注：ここではroot raised cosine filterを送信機と受信機間で全体の二乗余弦（raised cosine）応答が等しく分けられている場合に使用している。これらのフィルタは周波数ドメインで平方根となっている。送受信フィルタの周波数応答は受信機で乗算されるので受信機は単純な二乗余弦フィルタでフィルタをかけた信号を見ることになる。）データ信号は、変調器４および５において実部または虚部の複素拡散信号を変調して、変調された複素信号を生成する。次に変調された複素信号は、ヒルベルト変換フィルタ３を使用して９０°だけ移相されて、この複素信号に直交する信号を生成する。次にこれらの複素信号は、複素変調器６によって所望の周波数までアップコンバートされ、出力としてＳＳＢ拡散信号を与える。所望の周波数の余弦波および正弦波は信号発生器７によって与えられる。
【００２４】
図４は、入力データによる変調後に複素信号をフィルタ処理する本発明の実施形態を示している。図５の実施形態に示したように、ヒルベルト変換後に等しくフィルタ処理することができる。この実施形態では、２つのローパスフィルタ２'および２''を使用することが必要である。図６では、アップコンバートされたＳＳＢ信号がバンドパスフィルタ８によって帯域限定される本発明の実施形態を示している。
【００２５】
図７は、データが変調器９においてアップコンバートされたＳＳＢ信号を変調する本発明の実施形態を示している。信号の帯域限定は、図４、５、および６に示した実施形態に類似したやり方で実行できることが分かるであろう。
【００２６】
スペクトラム拡散通信では、１組の拡散信号が必要とされ、各拡散信号は、周期ごとの単一の最大値を除くと全てがゼロに近いものである自己相関関数と、最小値の相互相関関数とをもつ。これは、文献（“Bounds on crosscorrelation and autocorrelation of sequences”, D. V. Sarwate, IEEE Transactions on Information Theory, vol IT-25, pp720-724）に示されており、周期的な相互相関関数の最大の大きさと周期的な自己相関関数の最大の大きさとは関係していて、１組の信号が良好な自己相関性をもつときは、相互相関性はあまり良好ではなく、この逆も同様である。図８ａおよび８ｂは、（長さ４９チップの拡散信号についての）完全な自己相関関数と理想的な相互相関関数とを示している。
【００２７】
複素拡散信号発生器１は、良好な相関性をもつ複素拡散信号ファミリーの１つを生成する。本発明のこの実施形態で使用されるコードは、Frank-Zadoff-Chu(FZC)シーケンスまたはコードとして知られている。これらは１の複素根（complex roots of unity）に基いている：
【数１】
ここでｉは虚数単位であり、ＮはＦＺＣのシーケンス長を示し、ｒはＮに対して互いに素（relatively prime）の整数である。ＦＺＣは次のように示すことができる：
【数２】
ｍ＝０，１，２，．．．，Ｎ−１であり、ｑは整数であり、かつ所与の長さのシーケンスの数はＮである。
【００３０】
シーケンス{ａｍ}が到達する最大の瞬時周波数は、ｍ＝Ｎ−１のとき、大きなＮに対して、次の式で表わすことができる。
【００３１】
【数３】
最大瞬時周波数は、チッピングレートに対するナイキスト値に帯域制限されず、ｒに依存することが明らかである。ＦＺＣのシーケンスの実部と虚部とを図９に示した。複素拡散シーケンス発生器１によって生成されたシーケンスは、ヒルベルト変換フィルタ３によって移相され、９０°だけ移相した信号を生成する。図９の複素シーケンスに対応する移相シーケンスは図１０に示した。複素拡散シーケンスおよび変換されたシーケンスの各々は良好な自己相関性と良好な相互相関性をもつ。
【００３３】
帯域限定、ヒルベルト変換の適用、および複素変調器を使用した広帯域周波数へのアップコンバージョンの動作は、アップコンバージョン段階の前にヒルベルト変換を行う限り、いかなる順序で実行してもよい。したがって、本発明の別の実施形態では、信号をフィルタ処理し、拡散し、変調する順序は異なる。例えば、再び図３を参照すると、信号拡散発生器１からの複素拡散信号はヒルベルト変換フィルタ３によって移相され、複素拡散信号および移相拡散信号の各々がフィルタ処理されるが、この場合は２つのローパスフィルタが必要とされる。図７は、データを使用して、アップコンバートされたスペクトル拡散信号を変調する本発明のさらに別の実施形態を示している。
【００３４】
図１１に模式的に示したように、２つのＳＳＢ信号の何れかを単一の既存のＵＭＴＳチャンネルにおいて使用するか、または２倍のチッピングレートをもつ１つのＳＳＢチャンネルを使用するので、システムの容量は潜在的に増加する。二重側波帯変調を使用する規格から、ＳＳＢ変調を使用する規格へ滑らかに移行できる実用的なシステムでは、ＳＳＢ変調を採用する信号と二重側波帯変調を採用する信号とは相互の干渉を最小にすることが望ましい。図１２は、本発明の好ましい実施形態にしたがってＳＳＢ変調を使用するシステムについてのユーザ数に対するビットエラーレート（bit error rate, BER）、二重側波帯変調を使用する標準のＵＭＴＳシステムについてのＢＥＲ、および図１２において‘オーバーレイ’と呼ばれている技術の組合せを使用したシステムについてのＢＥＲを測定した実験結果を示している。
【００３５】
２倍のチッピングレートをもつＳＳＢチャンネルを使用する長所は、マルチパスの分解能を向上することである。信号が送信機と受信機との間で複数の経路をとるとき、マルチパスの分解能が必要とされる。マルチパスの分解能が向上するとすると、容量における潜在的な増加は、フェージングの低減および干渉の低減によって、１００％以上になる。図１３は、異なる経路を介して受取った信号を分解できるとするときに、どのようにしてより高いチッピングレートで干渉を低減できるかを示している。異なる経路を介して受取った信号を構造的に結合することができ、したがってマルチパスをもつラインの振舞いは完全なチャンネルよりも事実上、向上する。
【００３６】
図１４は、ＢＥＲが視覚信号のラインとランダムフェイズの等しい大きさの信号、すなわち異なる経路を介して受取った同じ信号との間で時間遅延を伴ってどのように変化するかを示している。この例では、チッピングレートは、０．２５秒の期間で４Mchips/秒であり、Ｅｂ／Ｎｏは６．８デシベルであり、マルチパス干渉が発生しないとき、１×１０−３のＢＥＲを生成する。この例では、サンプリング点は、０．１２５秒の遅延後に生成する次のチップの最初に生成されるチップの途中にある。２つの信号にチッピング期間よりも短い期間だけ間隔を空けられるまで、低いＢＥＲが維持され、それから相当なフェージング（弱め合う干渉）が発生し、ＢＥＲは相当に増加することが分かるであろう。
【００３７】
図１５は、通常のマイクロセルラ環境におけるチャンネルサウンディング測定(channel sounding measurements)からとった結果を示している。重要なマルチパスは、最強の信号の１０デシベル以内の信号強度をもつ経路として規定される。図１５のグラフでは、重要なマルチパスの数に対する断面の幅がグラフに示されている。多くの場合において、多くの経路が寄与しているときでも、全エネルギーが０．５秒のウインドウ内で分配されていることが分かるであろう。チッピング期間が０．２５秒であるとき、多くの別個のマルチパスは各チップ間隔内で到達し、フェージングを生じ、したがってシステムの振舞いを劣化する。このために、多くの時間において、システムは２つのみのマルチパスを分解することができる。チップレートを上げると、フェージングを低減するだけでなく、受信機において効果的に結合されるより解像可能なマルチパスを得る。
【００３８】
図１６は、本発明の送信信号をデコードするためのデコーダを示している。図７に示した拡散信号を生成するのに類似したやり方で、信号拡散発生器１'、ヒルベルト変換フィルタ３'、直交信号発生器７'、および複素モジュレータ６'を使用して、デスプレッディング信号（despreading signal、拡散を解除した信号）を生成する。伝送データは、復調されて、変調器９によってデスプレッドされて、次にローパスフィルタ10によってローパスフィルタ処理されて、デコードされた信号を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 任意の情報源から単側波帯伝送信号を生成するための既知の変調器を示す図。
【図２】 複素入力データから単側波帯伝送信号を生成する既知の複素変調器を示す図。
【図３】 本発明の信号発生器の実施形態を示す図。
【図４】 本発明の信号発生器の実施形態を示す図。
【図５】 本発明の信号発生器の実施形態を示す図。
【図６】 本発明の信号発生器の実施形態を示す図。
【図７】 本発明の信号発生器の実施形態を示す図。
【図８】 長さ４９チップの拡散信号についての理想的な自己相関関数および相互相関関数を示すグラフ（図８ａ）および相互相関関数を示すグラフ（図８ｂ）。
【図９】 本発明の信号発生器で使用するための複素拡散信号を示すグラフ。
【図１０】 本発明の信号発生器で使用するための複素拡散信号を示すグラフ。
【図１１】 システム内の容量を増加するために、本発明の信号発生器をどのように異なるやり方で使用するかを模式的に示す図。
【図１２】 本発明の信号発生器を使用するシステムにおいてユーザ数に対するビットエラーレート(ＢＥＲ)、すなわち二重側波帯変調を使用する標準のＵＭＴＳシステムのＢＥＲと；ＳＳＢおよびＤＳＢシステムが同じスペクトラムにおいて一緒に存在するときに、本発明を採用した進化したルートを表わす技術の組合せを採用するシステムのＢＥＲとを示すグラフ。
【図１３】 どのようにしてより高いチッピングレートがマルチパス伝搬によってフェージング（弱め合う干渉）を低減することができるかを示す図。
【図１４】 サイト信号のラインと、異なる経路を介して同じ信号を受取ったことを表わすランダムフェイズの等しい大きさの信号との間の時間遅延で、どのようにＢＥＲが変化するかを示すグラフ。
【図１５】 密集した都市環境内のマルチパスにおける到達間の小さい遅延を表わす一般的なマイクロセルラ環境内のチャンネル測深測定値からとった結果を示すグラフ。
【図１６】 本発明にしたがって送られた信号をデコードするデコーダを示す図。
Claims (13)
- 単側波帯スペクトラム拡散信号を生成する方法であって、
(i) 移相された複素拡散信号を生成するためにヒルベルト変換にしたがって複素拡散信号または変調複素信号を移相する段階と、
(ii) 単側波帯スペクトラム拡散信号を生成するために該複素拡散信号と該移相された複素拡散信号をより高い周波数に複素変調器を用いてアップコンバートする段階と、
(iii) 少なくとも該複素拡散信号または該単側波帯スペクトラム拡散信号の一方を帯域限定する段階と、
(iv) 該複素拡散信号または該単側波帯スペクトラム拡散信号の一方を受信信号で変調する段階と、を含み、
アップコンバートする段階の前に移相段階を実行するという条件で、前記(i)から(iv)までの段階を任意の順序で実行する方法。 - アップコンバートする段階が、
移相された複素信号の虚部と組み合わされた複素信号の実部にしたがって、アップコンバートされた複素信号の信号を変調する下位段階と；
移相された複素信号の実部とを組み合わされた複素信号の虚部にしたがって、アップコンバートされた複素信号の直交信号を変調する下位段階とを含む請求項１記載の方法。 - ｍ＝０，１，２，．．．，Ｎ−１、ｑが整数であり、かつ所与の長さをもつシーケンスの数がＮであるとき、次の式、すなわち、
ａｍ＝ＮＷＧ （Ｎは偶数）、または、
＝ＮＷＨ （Ｎは奇数）
ただし、Ｇ＝ｍ２／２＋ｑｍ，
Ｈ＝ｍ（ｍ＋１）／２＋ｑｍ
ＮＷ＝ｅｘｐ（−ｉ２πｒ／Ｎ）
によって規定されるシーケンスから、複素拡散信号が導き出される請求項１または２記載の方法。 - 移相段階の前に帯域限定段階を実行する請求項１ないし３の何れか１項記載の方法。
- アップコンバートする段階の後で帯域限定段階を実行する請求項１ないし４の何れか１項記載の方法。
- アップコンバートする段階の後で変調段階を実行する請求項１ないし５の何れか１項記載の方法。
- 単側波帯スペクトラム拡散信号を送信する装置であって、
複素拡散信号を生成するための複素拡散信号生成器と、
該複素拡散信号生成器を介して該複素拡散信号を受信するように結合され、移相された複素拡散信号を生成するためにヒルベルト変換にしたがって複素拡散信号または変調複素信号を移相するための移相器と、
複素拡散信号と移相された複素拡散信号をそのアップコンバートのために受信し単側波帯スペクトラム拡散信号を生成するように結合された複素変調器と、
少なくとも該複素拡散信号または該単側波帯スペクトラム拡散信号の一方を帯域限定するための帯域限定フィルタと、
該複素拡散信号または該単側波帯スペクトラム拡散信号の一方を入力信号で変調するための入力信号を受信するために接続されたデータ変調器と、を含む装置。 - 帯域限定フィルタが、複素拡散信号発生器の出力を受取るように接続されたローパスフィルタである請求項７記載の装置。
- 帯域限定フィルタが、複素変調器の出力を受取るように接続されたバンドパスフィルタである請求項７記載の装置。
- データ変調器を結合して、複素変調器を介して第２の信号を受取る請求項７ないし９の何れか１項記載の装置。
- 単側波帯信号をデコードする方法であって、
ヒルベルト変換にしたがって複素拡散信号を移相する段階と；
複素拡散信号および移相された複素拡散信号をより高い周波数に複素変調器を用いてアップコンバートする段階と；
アップコンバートされた複素拡散信号および移相された複素拡散信号にしたがって受取った信号を復調する段階とを含む方法。 - ｍ＝０，１，２，．．．．，Ｎ−１、ｑが整数であり、かつ所与の長さをもつシーケンスの数がＮであるとき、次の式、すなわち、
ａｍ＝ＮＷＧ （Ｎは偶数）、または、
＝ＮＷＨ （Ｎは奇数）
ただし、Ｇ＝ｍ２／２＋ｑｍ，
Ｈ＝ｍ（ｍ＋１）／２＋ｑｍ
ＮＷ＝ｅｘｐ（−ｉ２πｒ／Ｎ）
によって規定されるシーケンスから、複素拡散信号が導き出される請求項１１記載の方法。 - 伝送信号をデコードするための装置であって：
複素拡散信号発生器と；
複素拡散信号発生器から複素拡散信号を受取るように接続された移相器と；
複素拡散信号発生器から複素拡散信号を受取るように接続され、移相された複素拡散信号を移相器から受取るように接続され、動作において複素拡散信号および移相された複素拡散信号をアップコンバートするようにされた複素変調器と；
伝送信号およびアップコンバートされた複素拡散信号および移相された複素拡散信号を受取るように接続され、動作において伝送信号を復調して、デコードされた伝送信号を供給するようにされたデータ変調器とを含む装置。
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