JP4635200B2 - Ｃｄｍａ伝送装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＤＭＡ伝送装置及び方法に係り、特に、直接拡散符号分割マルチアクセス（ＤＳ−ＣＤＭＡ）方式において周波数領域差動符号化復号化を用いるＣＤＭＡ伝送装置及び方法に関する。

第３世代移動通信システムでは直接拡散符号分割マルチアクセス（ＤＳ−ＣＤＭＡ）が用いられている。ＤＳ−ＣＤＭＡでは、送信データをそれより高速の拡散符号を用いてスペクトルを拡散して送信する。受信側では、送信に用いた拡散符号と同じ拡散符号を受信信号に乗算し積分（相関演算）することで、送信データを復元する。ところで、移動通信チャネルは遅延時間の異なる多数のパスから構成される周波数選択性チャネルであることが知られている。パス数は３〜４個程度である。ＤＳ−ＣＤＭＡでは、パス数に対応した相関器（Ｒａｋｅフィンガーとも言われる）により各パスを伝搬して受信された信号を分離し合成するＲａｋｅ受信機により、優れた伝送特性を得ることができる。第３世代移動通信システムでは１０Ｍｂｐｓ程度までのデータ伝送を目標としている。しかし、次世代移動通信では１００Ｍｂｐｓ以上の超高速伝送を目標にしている。このような超高速伝送になるとパス数は相当な数になり、周波数選択性がかなり強くなる。こうなると、Ｒａｋｅ受信機の相関器の数が増加し、複雑になる。もし、相関器の数をある一定数にするならば、全パスの受信信号電力を集めることができなくなり伝送特性が劣化してしまう場合がある。

そこで、最近では、Ｒａｋｅ受信機に代わる周波数領域等化（ＦＤＥ）が登場してきた（非特許文献１）。周波数選択性チャネルとは、チャネルの伝達関数が信号周波数帯域で一定ではなく変動しているということである。このようなチャネルを伝搬して受信された信号のスペクトルは歪む。そこで、ＦＤＥでは受信信号をＮ_ｃ−ポイント高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によりＮ_ｃ個の直交周波数成分に分解した上で、チャネル伝達関数の逆数に近い等化重みを乗算することにより、受信信号スペクトルの歪みを補償する。このようなＦＤＥでは、チャネルの伝達関数を推定しなければならない。これをチャネル推定とよぶ。このためには、受信側で基地のパイロット信号を周期的に送信し、それを受信してチャネル推定する方法がある（非特許文献２）。

Ｆ． Ａｄａｃｈｉ、 Ｔ． Ｓａｏ、 ａｎｄ Ｔ． Ｉｔａｇａｋｉ、 "Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍｕｌｔｉｃｏｄｅ ＤＳ−ＣＤＭＡ ｕｓｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｆａｄｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ、" ＩＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、 ｖｏｌ． ３９、 Ｎｏ．２、 ｐｐ． ２３９−２４１、 Ｊａｎ． ２００３． 武田和晃、 安達文幸、 " パイロットチャネル推定を用いるＤＳ−ＣＤＭＡ周波数領域等化の誤り率特性、" 信学技報、 ＲＣＳ２００４−８６、 ｐｐ．６１−６５、 ２００４年６月．

移動通信では、移動端末が高速移動するのが一般的である。このときチャネル伝達関数が時間変動する。このような時間変動するチャネル伝達関数を高精度に推定するためには、パイロット信号の送信周期を短くしなければならない。つまり、パイロット送信レートを高くしなければならない。つまり、従来は、送信データレートの低下が発生してしまうという課題があった。チャネル推定を必要としない方法があれば、パイロット信号を送信する必要もなく高速移動にも対応できるＤＳ−ＣＤＭＡ信号伝送が可能となる。しかし、これまでこのような伝送方法は提示されていなかった。
本発明は、以上の点に鑑み、次のような課題を解決することを目的とする。
（１） チャネル推定を不要とすること。
（２） パイロット信号を不要とし、送信データレートを低下させないこと。
（３） 受信側での周波数領域復号過程で周波数領域等化を行うことにより、周波数ダイバーシチ効果を得て、高品質伝送を実現すること。

本発明においては、送信側で、ＤＳ−ＣＤＭＡ信号等の送信信号を周波数領域で差動符号化し、ガードインターバルを付加して送信する。特に、本発明のひとつの実施の形態では、ＦＦＴ（高速フーリエ変換、ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いて送信ＤＳ−ＣＤＭＡ信号を直交周波数成分に分解し、各周波数成分を差動符号化した後、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換、ｉｎｖｅｒｓｅ ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いて周波数領域差動符号化ＤＳ−ＣＤＭＡ信号を生成し、ガードインターバルを付加して送信することである。
受信側では、ＦＦＴを用いて受信信号を直交周波数成分に分解した上で差動復号すればよいから、チャネル推定は不要である。まず、受信された信号からガードインターバルを削除し、ＦＦＴを用いて受信された周波数領域差動符号化ＤＳ−ＣＤＭＡ信号を直交周波数成分に分解し、各周波数成分を差動復号して加算してシンボル判定することで受信データシンボルを得る。また、もうひとつの実施の形態では、各周波数成分を差動復号した後，ＩＦＦＴを用いてＤＳ−ＣＤＭＡ信号を再生し、逆拡散してシンボル判定することで受信データシンボルを得る。

本発明の第１の解決手段によると、
送信機と受信機とを備えたＣＤＭＡ伝送装置において、
前記送信機は、
送信データ系列をデータ変調してデータシンボル系列を得るデータ変調部と、
データシンボル系列を差動符号化して差動符号化データシンボル系列を得る差動符号化部と、
前記差動符号化部からの差動符号化データシンボル系列に拡散符号を乗算してＮ_ｃチップ（Ｎ_ｃはＦＦＴのポイント数）からなるチップブロックを得る拡散部と、
前記拡散部からの各チップブロックの末尾の所定チップ分をコピーしてガードインターバルとしてそのブロックの先頭に付加する付加部と、
前記付加部からのガードインターバルを付加したチップブロック系列を送信する送信部と、
を備え、
前記受信機は、
前記送信部からのチップブロック系列を受信し、受信信号をチップ時間ごとに標本化してチップ系列を得る受信部と、
前記受信部からのチップ系列をＮ_ｃチップごとのチップブロックに分割し、各チップブロックからガードインターバルを削除する削除部と、
前記削除部からの各チップブロックのチップ系列をＮ_ｃ−ポイントＦＦＴによりＮ_ｃ個の直交周波数成分に分解するＦＦＴ部と、
Ｎ_ｃ個の各直交周波数成分毎に備えられ、前記ＦＦＴ部からの各周波数成分を差動復号するＮ_ｃ個の差動復号部と、
Ｎ_ｃ個の各直交周波数成分毎に備えられ、前記差動復号部からの出力に対して、各周波数成分毎に等化を行うＮ_ｃ個の等化部と、
各々の前記等化部からのＮ_ｃ個の周波数成分を加算する加算部と、
送信データシンボルに相当する受信データシンボルを得るシンボル判定部と
を備えたＣＤＭＡ伝送装置が提供される。

本発明の第２の解決手段によると、
ｍ番目の各チップブロック毎に、Ｎ_ｃ／ＳＦ個（Ｎ_ｃはＦＦＴのポイント数、ＳＦは拡散率）のシンボルからなる送信データシンボル系列｛ａ_ｍ，ｎ；ｎ＝０〜（Ｎ_ｃ／ＳＦ）−１｝に拡散符号ｃ_ｍ（ｔ）を乗算する拡散部と、
前記拡散部で得られたＮ_ｃチップからなるｍ番目のチップブロックをＮ_ｃ−ポイントＦＦＴによりＮ_ｃ個の直交周波数成分に分解するＦＦＴ部と、
Ｎ_ｃ個の各周波数成分毎に設けられ、各周波数成分を差動符号化して差動符号化周波数成分を得るＮ_ｃ個の差動符号化部と、
前記差動符号化部からのＮ_ｃ個の差動符号化周波数成分に、Ｎ_ｃ−ポイントＩＦＦＴを適用してＮ_ｃチップからなるチップブロックの時間領域信号を得るＩＦＦＴ部と、
前記ＩＦＦＴ部からのＮ_ｃチップからなるチップブロックの時間領域信号の末尾所定チップ分をコピーしてガードインターバルとして各チップブロックの先頭に付加する付加部と、
前記付加部からのガードインターバルを付加したチップブロック系列を送信する送信部と、
を備えた送信側のＣＤＭＡ伝送装置が提供される。

本発明の第３の解決手段によると、
受信信号をチップ時間ごとに標本化して、受信された周波数領域差動符号化信号のチップ系列を得る受信部と、
前記受信部からのチップ系列をＮ_ｃチップ（Ｎ_ｃはＦＦＴのポイント数）ごとのチップブロックに分割し、各チップブロックからガードインターバルを削除する削除部と、
前記削除部からの各チップブロックのチップ系列をＮ_ｃ−ポイントＦＦＴによりＮ_ｃ個の直交周波数成分に分解するＦＦＴ部と、
Ｎ_ｃ個の各直交周波数成分毎に設けられ、前記ＦＦＴ部からの各周波数成分を差動復号するＮ_ｃ個の差動復号部と、
Ｎ_ｃ個の各直交周波数成分毎に備えられ、前記差動復号部からの出力に対して、各周波数成分毎に周波数領域等化を行うＮ_ｃ個の等化部と、
前記等化部からのＮ_ｃ個の周波数成分にＮ_ｃ−ポイントＩＦＦＴを適用してＮ_ｃチップの時間領域信号を得るＩＦＦＴ部と、
前記ＩＦＦＴ部の出力を拡散符号により逆拡散する逆拡散部と、
前記逆拡散部の出力に対して、１データシンボルあたりのチップ数毎に積分する積分部と、
送信データシンボルａ_ｍ，ｎに相当する受信データシンボルを得るシンボル判定部と
を備えた受信側のＣＤＭＡ伝送装置が提供される。

本発明の第４の解決手段によると、
上述の送信側のＣＤＭＡ伝送装置と、
上述の受信側のＣＤＭＡ伝送装置と
を備えたＣＤＭＡ伝送装置が提供される。

本発明の第５の解決手段によると、
送信側では、
送信データ系列をデータ変調してデータシンボル系列を得て、
データシンボル系列を差動符号化して差動符号化データシンボル系列を得て、
前記差動符号化データシンボル系列に拡散符号を乗算してＮ_ｃチップ（Ｎ_ｃはＦＦＴのポイント数）からなるチップブロックを得て、
各前記チップブロックの末尾の所定チップ分をコピーしてガードインターバルとしてそのブロックの先頭に付加し、
ガードインターバルを付加したチップブロック系列を送信し、
一方、受信側では、
前記送信側からの前記チップブロック系列を受信し、受信信号をチップ時間ごとに標本化してチップ系列を得て、
前記チップ系列をＮ_ｃチップごとのチップブロックに分割し、各チップブロックからガードインターバルを削除し、
ガードインターバルが削除された各チップブロックのチップ系列をＮ_ｃ−ポイントＦＦＴによりＮ_ｃ個の直交周波数成分に分解し、
Ｎ_ｃ個の直交周波数成分毎に、各周波数成分を差動復号し、
Ｎ_ｃ個の直交周波数成分毎に、差動復号された出力に対して、各周波数成分毎に等化を行い、
各々の等化されたＮ_ｃ個の周波数成分を加算し、
送信データシンボルに相当する受信データシンボルを得る
ＣＤＭＡ伝送方法が提供される。

本発明の第６の解決手段によると、
ｍ番目の各チップブロック毎に、Ｎ_ｃ／ＳＦ個（Ｎ_ｃはＦＦＴのポイント数、ＳＦは拡散率）のシンボルからなる送信データシンボル系列｛ａ_ｍ，ｎ；ｎ＝０〜（Ｎ_ｃ／ＳＦ）−１｝に拡散符号ｃ_ｍ（ｔ）を乗算し、
得られたＮ_ｃチップからなるｍ番目のチップブロックをＮ_ｃ−ポイントＦＦＴによりＮ_ｃ個の直交周波数成分に分解し、
Ｎ_ｃ個の各周波数成分毎に、各周波数成分を差動符号化して差動符号化周波数成分を得て、
Ｎ_ｃ個の差動符号化周波数成分に、Ｎ_ｃ−ポイントＩＦＦＴを適用してＮ_ｃチップからなるチップブロックの時間領域信号を得て、
Ｎ_ｃチップからなるチップブロックの時間領域信号の末尾所定チップ分をコピーしてガードインターバルとして各チップブロックの先頭に付加し、
ガードインターバルを付加したチップブロック系列を送信する
送信側のＣＤＭＡ伝送方法が提供される。

本発明の第７の解決手段によると、
受信信号をチップ時間ごとに標本化して、受信された周波数領域差動符号化信号のチップ系列を得て、
前記チップ系列をＮ_ｃチップ（Ｎ_ｃはＦＦＴのポイント数）ごとのチップブロックに分割し、各チップブロックからガードインターバルを削除し、
各前記チップブロックのチップ系列をＮ_ｃ−ポイントＦＦＴによりＮ_ｃ個の直交周波数成分に分解し、
Ｎ_ｃ個の各直交周波数成分毎に、各周波数成分を差動復号し、
Ｎ_ｃ個の各直交周波数成分毎に、差動復号された出力に対して、各周波数成分毎に周波数領域等化を行い、
等化されたＮ_ｃ個の周波数成分にＮ_ｃ−ポイントＩＦＦＴを適用してＮ_ｃチップの時間領域信号を得て、
ＩＦＦＴされた出力を拡散符号により逆拡散し、
逆拡散された出力に対して、１データシンボルあたりのチップ数毎に積分し、
送信データシンボルａ_ｍ，ｎに相当する受信データシンボルを得る
受信側のＣＤＭＡ伝送方法が提供される。

本発明の第８の解決手段によると、
上述の送信側のＣＤＭＡ伝送方法と、
上述の受信側のＣＤＭＡ伝送方法と
を含むＣＤＭＡ伝送方法が提供される。

本発明によると、主に、次のような特有の効果を奏する。
（１） チャネル推定を不要とすることができる。
（２） パイロット信号が不要なため送信データレートが低下させない。
（３） 受信側での周波数領域復号過程で周波数領域等化が行われるので、周波数ダイバーシチ効果が得られるから高品質伝送を実現できる。

１．第１の実施の形態
（１）送信側
図１は、送信機の第１の実施の形態の構成図である。また図２は送信側のデータ処理の説明図である。第１の実施の形態では、拡散率（ＳＦ）がＦＦＴのポイント数（Ｎ_ｃ）と等しい場合（即ち、ＳＦ＝Ｎ_ｃ）について説明する。なお、図２中のパラメータの値は、一例を示すものであり、これに限られない。
送信機では、まず、データ変調部３１は、送信データをＱＰＳＫ、ＦＳＫ、ＱＡＭ等の適宜の変調方式により変調し、送信データシンボル系列｛ａ_ｍ；ｍ＝０、１、２、・・・｝とする。差動符号化部３２は、送信データシンボル系列｛ａ_ｍ；ｍ＝０、１、２、・・・｝を、シンボル毎に次式のように差動符号化して差動符号化データシンボル系列｛ｂ_ｍ；ｍ＝０、１、２、・・・｝を得る。差動符号化部３２は、そのため、乗算器３０１及び１シンボル遅延部３０２を備える。

ｂ_ｍ＝ａ_ｍｂ_ｍ−１ （４）

拡散部３３は、データシンボルｂ_ｍに拡散符号ｃ_ｍ（ｔ）を乗算して、ｍ番目のチップブロックを構成するＮ_ｃチップからなるチップ系列ｓ_ｍ（ｔ）＝ｂ_ｍｃ_ｍ（ｔ）を得る。ここで、Ｔをデータシンボル長、チップ長をＴ_ｃ、送信データ速度を１／Ｔ、拡散符号レート（チップレートとよぶ）を１／Ｔ_ｃとする。送信データ１個はＴ／Ｔ_ｃ個のチップに変換される。Ｔ／Ｔ_ｃは拡散率（ＳＦ）とよばれる。したがって、チップレートはシンボルレートのＳＦ倍になる。拡散率（ＳＦ、１ビット中にあるチップ数）がＦＦＴのポイント数（Ｎ_ｃ）と等しい場合とは、Ｔ＝Ｎ_ｃＴ_ｃということである。ガードインターバル（ＧＩ）付加部３４は、各チップブロックの末尾Ｎ_ｇチップ分をコピーしてそのブロックの先頭にガードインターバルとして付加し、このガードインターバルが付加されたｍ番目のチップブロックのチップ系列ｓ_ｍ（ｔ）を送信する（非特許文献１参照）。このガードインターバル付加によりチップブロックの長さがＮ_ｃ＋Ｎ_ｇチップになってしまう。そこで、ＧＩ付加部３４は、さらに、送信シンボルレートを低下させないために、ガードインターバルが付加されたチップブロックの時間長を、ガードインターバル付加前のチップブロックの時間長に圧縮する。これにより，チップレートはシンボルレートのＳＦ×（１＋Ｎ_ｇ／Ｎ_ｃ）倍になる。送信部３５は、このようにしてガードインターバルを付加したチップブロック系列を送信する。なお、ガードインターバルの付加を必要とする理由は、遅延時間の異なる複数パスが存在するチャネルを伝搬して受信された信号をＦＦＴを適用して周波数成分に分解して、差動復号するためである。
以上のように、第１の実施の形態では、周波数領域差動符号化の代わりに、よく知られたシンボルごとの差動符号化を適用しており、そのため、ＦＦＴとＩＦＦＴを必要としないのが特徴のひとつである。

（２）受信側
図３は、受信機の第１の実施の形態の構成図である。
受信機では、まず、受信部４１が、送信機からの受信信号をチップ時間ごとに標本化する。こうして、受信された差動符号化ＤＳ−ＣＤＭＡ信号チップ系列を得る。つぎに、ＧＩ削除部４２は、チップ系列をＮ_ｃ＋Ｎ_ｇチップごとのチップブロックに分割する。各チップブロックにはＮ_gチップのガードインターバルが付加されているので、ＧＩ削除部４２は、ｍ番目のチップブロックからガードインターバルを削除してＮ_ｃチップのチップ系列ｒ_ｍ（ｔ）を得る。ＦＦＴ部４０１は、チップ系列ｒ_ｍ（ｔ）を、次式のように、Ｎ_ｃ−ポイントＦＦＴによりＮ_ｃ個の直交周波数成分Ｒ_ｍ（ｋ）、ｋ＝０〜Ｎ_ｃ−１、に分解する。

そして、差動復号化部４３は、各直交周波数成分毎に備えられ、各周波数成分を差動復号化する。差動復号化部４３は、そのため、１ブロック遅延部４０２及び乗算器４０３を備える。つぎに等化部４０４は、各周波数成分毎に、差動復号化部４３の出力に対して、等化を行い周波数成分Ｓ＾_ｍ（ｋ）、ｋ＝０〜Ｎ_ｃ−１、を得る。このように、差動復号にあたっては、チャネルの伝達関数が一定でないことから送信スペクトルに歪みがあるので、周波数領域等化も同時に行う。（なお、「＾」、「^〜」等は図・式で示されるように、符号の上に付記されるものであるが、出願手続きの都合上、本明細書中では符号の横に付記する。）
ｋ番目（ｋ＝０〜Ｎ_ｃ−１）の周波数成分の差動復号と等化では、現チップブロックの直交周波数成分Ｒ_ｍ（ｋ）と、１ブロック遅延部４０２による一つ前のチップブロックの直交周波数成分Ｒ_ｍ−１（ｋ）とを用いて、次のように差動復号と等化を行う。
Ｓ＾_ｍ（ｋ）＝ｗ_ｍ（ｋ）Ｒ_ｍ（ｋ）Ｒ^＊ _ｍ−１（ｋ） （５）
ここで、＊は複素共役、ｗ_ｍ（ｋ）は等化重みである。等化部４０４は、等化重みｗ_ｍ（ｋ）を、たとえば次式で示すように、ＺＦ（ゼロフォーシング）又はＭＭＳＥ（最小平均２乗誤差）のいずれかを用いて作成することができる。

ここで、Ｃ_ｍ（ｋ）は拡散符号ｃ_ｍ（ｔ）のｋ番目の周波数の成分である。受信側で拡散符号ｃ_ｍ（ｔ）を予め知っているから、Ｃ_ｍ（ｋ）を計算できる。σ^２は雑音電力である。

図４に、ＭＭＳＥにおける雑音電力測定のための構成図を示す。雑音電力は、例えば、ＦＦＴ部４０１（又は、後述のＦＦＴ部２３）の各周波数成分毎に出力信号を測定する測定部４５を設けることにより、信号がない時の電力を測定する等により、求めることができる。
つぎに、加算部（Σ部）４０５は、周波数成分Ｓ＾_ｍ（ｋ）、ｋ＝０〜Ｎ_ｃ−１、を次式のように加算して軟判定値ａ＾_ｍを得る。

つぎに、シンボル判定部４４によりシンボル判定して、受信データシンボルａ^〜 _ｍを得る。例えば、２相位相変調の場合は正又は負で判定することができる。
この受信方法では、差動復号と等化と逆拡散とを周波数領域で一括して行っているため、ＩＦＦＴと逆拡散器を必要としないのが特徴のひとつである。また、この実施の形態ではチャネル推定は全く不要であるのが特徴のひとつである。

２、第２の実施の形態
（１）送信側
図５に、送信機の第２の実施の形態の構成図を示す。また、図６は、送信側のデータ処理の説明図である。第２の実施の形態では、ＳＦ＜Ｎ_ｃである。
送信側では、拡散部１１は、ｍ番目のチップブロックで送信されるＮ_ｃ／ＳＦ個の送信データシンボル系列｛ａ_ｍ，ｎ；ｎ＝０〜（Ｎ_ｃ／ＳＦ）−１｝に拡散符号ｃ_ｍ（ｔ）を乗算して、ｍ番目のチップブロックのチップ系列Ａ_ｍ（ｔ）を得る。すなわち、Ａ_ｍ（ｔ）＝ａ_ｍ，ｎ×ｃ_ｍ（ｔ）、ｔ＝０〜Ｎ_ｃ-１、である。ここで、ｎはt／ＳＦの整数部であり、ｎ＝０〜（Ｎ_ｃ／ＳＦ）−１になる。つまり、各チップブロックに含まれる送信データシンボル数はＮ_ｃ／ＳＦ個になる。なお、拡散部１１の前段に、第１の実施の形態と同様に、送信データをＱＰＳＫ、ＦＳＫ、ＱＡＭ等の適宜の変調方式により変調し、送信データシンボル系列とするデータ変調部を備えてもよい。ＦＦＴ部１２は、ｍ番目のチップブロックのチップ系列Ａ_ｍ（ｔ）をＮ_ｃ−ポイントＦＦＴによりＮ_ｃ個の直交周波数成分Ｓ_ｍ（ｋ）、ｋ＝０〜Ｎ_ｃ−１、に分解する。なお、ＦＦＴを行うために直列／並列変換部をＦＦＴ部１２と別にその前段に備えてもよい。

つぎに、周波数領域差動符号化部１３は、各周波数成分を差動符号化する。
図７は、送信側の周波数領域差動符号化部の構成図である。
各周波数領域差動符号化部１３は、除算器１０１、１ブロック遅延部１０２、正規化部１０３を備える。ｋ番目（ｋ＝０〜Ｎ_ｃ−１）の周波数成分の差動符号化部１３では、１ブロック遅延部１０２により一つ前のチップブロックの差動符号化で得られたｋ番目の周波数成分Ｔ_ｍ−１（ｋ）を求め、さらに正規化部１０３によりｋ番目の周波数成分の振幅を正規化する。そして、除算器１０１により、現チップブロックの直交周波数成分Ｓ_ｍ（ｋ）を正規化部１０３の出力で除算することで、次のように差動符号化する。
Ｔ_ｍ（ｋ）＝Ｓ_ｍ（ｋ）／｛Ｔ_ｍ−１（ｋ）／｜Ｔ_ｍ−１（ｋ）｜｝ （１）
ここで、｜ｚ｜は複素数ｚの絶対値を表す。
次に、ＩＦＦＴ部１４は、差動符号化周波数成分Ｔ_ｍ（ｋ）、ｋ＝０〜Ｎ_ｃ−１、にＮ_ｃ−ポイントＩＦＦＴを適用して時間領域信号ｓ_ｍ（ｔ）、ｔ＝０〜Ｎ_ｃ−１、を得る。この信号は、周波数領域差動符号化されたＤＳ−ＣＤＭＡ信号のｍ番目のチップブロックのチップ系列である。このような処理をブロック毎に適用して、周波数領域差動符号化されたｍ番目のチップブロックのチップ系列ｓ_ｍ（ｔ）を得る。ここで、ｓ_ｍ（ｔ）は次式のようになる。

つぎに、ＧＩ付加部１５は、送信する前に、各チップブロックの末尾Ｎ_ｇチップ分をコピーして各ブロックの先頭に付加する（非特許文献１参照）。この付加されたＮ_ｇチップ分をガードインターバルとよぶ。なお、ガードインターバルの付加を必要とする理由は、遅延時間の異なる複数パスが存在するチャネルを伝搬して受信された信号をＦＦＴを適用して周波数成分に分解して、差動復号するためである。ガードインターバル付加により、各チップブロックの長さがＮ_ｃ＋Ｎ_ｇチップになってしまう。そこで、ＧＩ付加部１５は、さらに、送信シンボルレートを低下させないために、ガードインターバルが付加されたチップブロックの時間長をガードインターバル付加前のチップブロックの時間長に圧縮する。これにより，チップレートはシンボルレートのＳＦ×（１＋Ｎ_ｇ／Ｎ_ｃ）倍になる。送信部１６は、ガードインターバルを付加したチップブロック系列を送信する。

（２）受信側
図８に、受信機の第２の実施の形態の構成図を示す。
受信側では、受信部２１が、受信信号をチップ時間ごとに標本化する。こうして、受信された周波数領域差動符号化ＤＳ−ＣＤＭＡ信号チップ系列を得る。次に、ＧＩ削除部２２は、チップ系列をＮ_ｃ＋Ｎ_ｇチップごとのチップブロックに分割する。各チップブロックにはＮ_ｇチップのガードインターバルが付加されているので、ｍ番目のチップブロックからガードインターバルを削除してＮ_ｃチップのチップ系列ｒ_ｍ（ｔ）を得る。ＦＦＴ部２３は、チップ系列ｒ_ｍ（ｔ）（チップブロックに含まれる送信データ数はＮ_ｃ／ＳＦ個になる）をＮ_ｃ−ポイントＦＦＴによりＮ_ｃ個の直交周波数成分Ｒ_ｍ（ｋ）、ｋ＝０〜Ｎ_ｃ−１、に分解する。
つぎに、周波数領域差動復号部２４により各周波数成分を差動復号し、さらに、等化部２５により周波数領域等化を行い、周波数成分Ｓ＾_ｍ（ｋ）、ｋ＝０〜Ｎ_ｃ−１、を得る。ここで、差動復号にあたっては、チャネルの伝達関数が一定でないことから送信スペクトルに歪みがあるので、周波数領域等化も同時に行う。この実施の形態ではチャネル推定は全く不要であるのが特徴のひとつである。（なお、「＾」、「^〜」等は図・式で示されるように、符号の上に付記されるものであるが、出願手続きの都合上、本明細書中では符号の横に付記する。）
そして、ＩＦＦＴ部２６は、Ｓ＾_ｍ（ｋ）、ｋ＝０〜Ｎ_ｃ−１、にＮ_ｃ−ポイントＩＦＦＴを適用して時間領域信号Ａ^〜 _ｍ（ｔ）、ｔ＝０〜Ｎ_ｃ−１、を得る。ここで、Ａ^〜 _ｍ（ｔ）は、次式のようになる。

つぎに、逆拡散部２７では、ＩＦＦＴ部２６の出力を逆拡散して、さらに、積分部２８では、ＳＦチップ毎に次式により積分して軟判定値ａ＾_ｍ，ｎを得て，シンボル判定部２９でシンボル判定して受信データシンボルａ^〜 _ｍ，ｎ（ｎ＝０〜（Ｎｃ／ＳＦ）−１）を復元する。なお、積分部２５の後段に、第１の実施の形態と同様に、シンボル判定して、送信データシンボルを復元するシンボル判定部を備えてもよい。

図９は、受信側の周波数領域差動復号部及び等化部の構成図である。ｋ番目（ｋ＝０〜Ｎ_ｃ−１）の周波数成分の差動復号部２４では、１ブロック遅延部２０１及び乗算器２０２により、現チップブロックの直交周波数成分Ｒ_ｍ（ｋ）と一つ前のチップブロックの直交周波数成分Ｒ_ｍ−１（ｋ）を用いて差動復号し、さらに等化部２５により周波数領域等化を行うことで、次のように復号する。

Ｓ＾_ｍ（ｋ）＝ｗ_ｍ（ｋ）Ｒ_ｍ（ｋ）Ｒ^＊ _ｍ−１（ｋ） （２）

ここで、＊は複素共役、ｗ_ｍ（ｋ）は等化重みである。
等化部２５は、ｗ_ｍ（ｋ）をたとえば次式に示すように、ＺＦ（ゼロフォーシング）又はＭＭＳＥ（最小平均２乗誤差）のいずれかを用いて作成することができる。

ここで、σ^２は雑音電力である。この求め方は第１の実施の形態と同様にＦＦＴ部２３の各周波数成分の雑音電力測定により求めることができる。すなわち、図４の、ＭＭＳＥにおける雑音電力測定のための構成図で示したように、雑音電力は、例えば、ＦＦＴ部４０１の各周波数成分毎に出力信号を測定する測定部４５を設けることにより、信号がない時の電力を測定する等により、求めることができる。
図１０に、等化重み作成部の構成図を示す。
等化重み作成部３０は、１ブロック遅延部２５１により、例えば、シンボル判定部２９の出力から、一つ前のチップブロックのシンボル判定されたＮ_ｃ／ＳＦ個のデータシンボルからなるデータシンボル系列 ｛ａ^〜 _{ｍ−１，ｎ}：ｎ＝０〜（Ｎ_ｃ／ＳＦ）−１｝ を得て、拡散部２５２によりそのデータシンボル系列ａ^〜 _{ｍ−１，ｎ}を拡散符号ｃ_ｍ−１（ｔ）で拡散する。その後、拡散部２５２からの時間領域信号Ａ^〜 _ｍ−１（ｔ）にＦＦＴ部２５３でＮ_ｃ−ポイントＦＦＴを行い、ｋ番目の周波数成分Ｓ^〜 _ｍ−１（ｋ）を得る。Ｎ_ｃ個の各周波数毎に設けられた等化重み計算部２５４では、Ｓ^〜 _ｍ−１（ｋ）に基づき、予め定められたＺＦ又はＭＭＳＥにより、（３）式を用いて等化重みｗ_ｍ（ｋ）を求め、それぞれ各拡散部２５の乗算器に与え、乗算器は入力されたデータと等化重みｗ_ｍ（ｋ）を乗算する。

本発明は、次世代無線通信の上り伝送方式の候補となる可能性がある。

送信機の第１の実施の形態の構成図。 送信側のデータ処理の説明図。 受信機の第１の実施の形態の構成図。 ＭＭＳＥにおける雑音電力測定のための構成図。 送信機の第２の実施の形態の構成図。 送信側のデータ処理の説明図。 送信側の周波数領域差動符号化部の構成図。 受信機の第２の実施の形態の構成図。 受信側の周波数領域差動復号部及び等化部の構成図。 等化重み作成部の構成図。

符号の説明

３１ データ変調部
３２ 差動符号化部
３３ 拡散部
３４ ガードインターバル（ＧＩ）付加部
３５ 送信部
３０１ 乗算器
３０２ １シンボル遅延部
４１ 受信部
４２ ＧＩ削除部
４３ 差動復号部
４４ シンボル判定部
４０１ ＦＦＴ部
４０２ １ブロック遅延部
４０３ 乗算器
４０４ 等化部
４０５ 加算部（Σ部）
１１ 拡散部
１２ ＦＦＴ部
１３ 周波数領域差動符号化部
１４ ＩＦＦＴ部
１５ ＧＩ付加部
１６ 送信部
１０１ 除算器
１０２ １ブロック遅延部
１０３ 正規化部
２１ 受信部
２２ ＧＩ削除部
２３ ＦＦＴ部
２４ 周波数領域差動復号部
２５ 等化部
２６ ＩＦＦＴ部
２７ 逆拡散部
２８ 積分部
２９ シンボル判定部
２０１ １ブロック遅延部
２０２ 乗算器
３０ 等化重み作成部

Claims (17)

1. 送信機と受信機とを備えたＣＤＭＡ伝送装置において、
   前記送信機は、
   送信データ系列をデータ変調してデータシンボル系列を得るデータ変調部と、
   データシンボル系列を差動符号化して差動符号化データシンボル系列を得る差動符号化部と、
   前記差動符号化部からの差動符号化データシンボル系列に拡散符号を乗算してＮ_ｃチップ（Ｎ_ｃはＦＦＴのポイント数）からなるチップブロックを得る拡散部と、
   前記拡散部からの各チップブロックの末尾の所定チップ分をコピーしてガードインターバルとしてそのブロックの先頭に付加する付加部と、
   前記付加部からのガードインターバルを付加したチップブロック系列を送信する送信部と、
   を備え、
   前記受信機は、
   前記送信部からのチップブロック系列を受信し、受信信号をチップ時間ごとに標本化してチップ系列を得る受信部と、
   前記受信部からのチップ系列をＮ_ｃチップごとのチップブロックに分割し、各チップブロックからガードインターバルを削除する削除部と、
   前記削除部からの各チップブロックのチップ系列をＮ_ｃ−ポイントＦＦＴによりＮ_ｃ個の直交周波数成分に分解するＦＦＴ部と、
   Ｎ_ｃ個の各直交周波数成分毎に備えられ、前記ＦＦＴ部からの各周波数成分を差動復号するＮ_ｃ個の差動復号部と、
   Ｎ_ｃ個の各直交周波数成分毎に備えられ、前記差動復号部からの出力に対して、各周波数成分毎に等化を行うＮ_ｃ個の等化部と、
   各々の前記等化部からのＮ_ｃ個の周波数成分を加算する加算部と、
   送信データシンボルに相当する受信データシンボルを得るシンボル判定部と
   を備えたＣＤＭＡ伝送装置。
2. １データシンボルあたりのチップ数を示す拡散率ＳＦが、前記ＦＦＴ部のポイント数Ｎ_ｃと等しいこと
   又は、
   各チップブロックに含まれる送信データシンボル数は１個であること
   を特徴とする請求項１に記載のＣＤＭＡ伝送装置。
3. ｋ番目（ｋ＝０〜Ｎ_ｃ−１）の周波数成分の前記差動復号化部と前記等化部では、現チップブロックの直交周波数成分Ｒ_ｍ（ｋ）と、一つ前のチップブロックの直交周波数成分Ｒ_ｍ−１（ｋ）とを用いて、次のように差動復号と等化を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のＣＤＭＡ伝送装置。
   Ｓ＾_ｍ（ｋ）＝ｗ_ｍ（ｋ）Ｒ_ｍ（ｋ）Ｒ^＊ _ｍ−１（ｋ） （５）
   ここで、＊は複素共役、ｗ_ｍ（ｋ）は等化重みである。
4. 前記等化部は、等化重みｗ_ｍ（ｋ）を、次式のいずれかを用いて作成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＣＤＭＡ伝送装置。
   

   

   ここで、ＺＦはゼロフォーシング、ＭＭＳＥは最小平均２乗誤差を表す。Ｃ_ｍ（ｋ）は拡散符号ｃ_ｍ（ｔ）のｋ番目の周波数の成分である。σ^２は雑音電力である。
5. 前記ＦＦＴ部の各周波数成分毎に雑音電力を測定するための、測定部をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載のＣＤＭＡ伝送装置。
6. ｍ番目の各チップブロック毎に、Ｎ_ｃ／ＳＦ個（Ｎ_ｃはＦＦＴのポイント数、ＳＦは拡散率）のシンボルからなる送信データシンボル系列｛ａ_ｍ，ｎ；ｎ＝０〜（Ｎ_ｃ／ＳＦ）−１｝に拡散符号ｃ_ｍ（ｔ）を乗算する拡散部と、
   前記拡散部で得られたＮ_ｃチップからなるｍ番目のチップブロックをＮ_ｃ−ポイントＦＦＴによりＮ_ｃ個の直交周波数成分に分解するＦＦＴ部と、
   Ｎ_ｃ個の各周波数成分毎に設けられ、各周波数成分を差動符号化して差動符号化周波数成分を得るＮ_ｃ個の差動符号化部と、
   前記差動符号化部からのＮ_ｃ個の差動符号化周波数成分に、Ｎ_ｃ−ポイントＩＦＦＴを適用してＮ_ｃチップからなるチップブロックの時間領域信号を得るＩＦＦＴ部と、
   前記ＩＦＦＴ部からのＮ_ｃチップからなるチップブロックの時間領域信号の末尾所定チップ分をコピーしてガードインターバルとして各チップブロックの先頭に付加する付加部と、
   前記付加部からのガードインターバルを付加したチップブロック系列を送信する送信部と、
   を備えた送信側のＣＤＭＡ伝送装置。
7. 受信信号をチップ時間ごとに標本化して、受信された周波数領域差動符号化信号のチップ系列を得る受信部と、
   前記受信部からのチップ系列をＮ_ｃチップ（Ｎ_ｃはＦＦＴのポイント数）ごとのチップブロックに分割し、各チップブロックからガードインターバルを削除する削除部と、
   前記削除部からの各チップブロックのチップ系列をＮ_ｃ−ポイントＦＦＴによりＮ_ｃ個の直交周波数成分に分解するＦＦＴ部と、
   Ｎ_ｃ個の各直交周波数成分毎に設けられ、前記ＦＦＴ部からの各周波数成分を差動復号するＮ_ｃ個の差動復号部と、
   Ｎ_ｃ個の各直交周波数成分毎に備えられ、前記差動復号部からの出力に対して、各周波数成分毎に周波数領域等化を行うＮ_ｃ個の等化部と、
   前記等化部からのＮ_ｃ個の周波数成分にＮ_ｃ−ポイントＩＦＦＴを適用してＮ_ｃチップの時間領域信号を得るＩＦＦＴ部と、
   前記ＩＦＦＴ部の出力を拡散符号により逆拡散する逆拡散部と、
   前記逆拡散部の出力に対して、１データシンボルあたりのチップ数毎に積分する積分部と、
   送信データシンボルａ_ｍ，ｎに相当する受信データシンボルを得るシンボル判定部と
   を備えた受信側のＣＤＭＡ伝送装置。
8. 請求項６に記載された送信側のＣＤＭＡ伝送装置と、
   請求項７に記載された受信側のＣＤＭＡ伝送装置と
   を備えたＣＤＭＡ伝送装置。
9. １データシンボルあたりのチップ数である拡散率ＳＦが、ＦＦＴのポイント数Ｎ_ｃより小さいこと、
   又は、
   各チップブロックに含まれる送信データ数は２個以上であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のＣＤＭＡ伝送装置。
10. ｋ番目（ｋ＝０〜Ｎ_ｃ−１）の周波数成分の前記差動符号化部は、
    一つ前のチップブロックの差動符号化で得られたｋ番目の周波数成分Ｔ_ｍ−１（ｋ）を求める１ブロック遅延部と、
    前記１ブロック遅延部からのｋ番目の周波数成分の振幅を正規化する正規化部と、
    現チップブロックの直交周波数成分Ｓ_ｍ（ｋ）を、前記正規化部からの出力で除算する除算器と、
    を備えたことを特徴とする請求項６又は８に記載のＣＤＭＡ伝送装置。
11. ｋ番目（ｋ＝０〜Ｎ_ｃ−１）の周波数成分の前記差動復号化部と前記等化部では、現チップブロックの直交周波数成分Ｒ_ｍ（ｋ）と、一つ前のチップブロックの直交周波数成分Ｒ_ｍ−１（ｋ）とを用いて、次のように差動復号と等化を行うことを特徴とする請求項７又は８に記載のＣＤＭＡ伝送装置。
    Ｓ＾_ｍ（ｋ）＝ｗ_ｍ（ｋ）Ｒ_ｍ（ｋ）Ｒ^＊ _ｍ−１（ｋ） （５）
    ここで、＊は複素共役、ｗ_ｍ（ｋ）は等化重みである。
12. 等化重みｗ_ｍ（ｋ）を、次式のいずれかを用いて作成する等化重み作成部を受信側のＣＤＭＡ伝送装置がさらに備えた請求項７又は８に記載のＣＤＭＡ伝送装置。
    

    

    ここで、ＺＦはゼロフォーシング、ＭＭＳＥは最小平均２乗誤差を表す。σ^２は、雑音電力である。
    Ｒ_ｍ−１（ｋ）は、一つ前のチップブロックの直交周波数成分である。Ｓ^〜 _ｍ−１（ｋ）は、一つ前のチップブロックを受信して得られた受信データシンボルを拡散した後、ＦＦＴして得られた、ｋ番目の周波数の成分である。
13. 前記等化重み作成部は、
    受信したデータシンボル系列より一つ前のチップブロックの受信データシンボル系列を得る第２の１ブロック遅延部と、
    前１ブロック遅延部からのデータシンボルを拡散する第２の拡散部と、
    前記第２の拡散部からの時間領域信号にＮ_ｃ―ポイントＦＦＴを行う第２のＦＦＴ部と、
    Ｎ_ｃ個の各周波数成分毎に設けられ、前記第２のＦＦＴ部の各周波数成分Ｓ^〜 _ｍ−１（ｋ）に基づき、予め定められたＺＦ又はＭＭＳＥにより、（３）式を用いて等化重みｗ_ｍ（ｋ）を前記第２のＦＦＴ部からの周波数成分より求めるＮ_ｃ個の等化重み計算部と、
    を備えたことを特徴とする請求項１２に記載のＣＤＭＡ伝送装置。
14. 送信側では、
    送信データ系列をデータ変調してデータシンボル系列を得て、
    データシンボル系列を差動符号化して差動符号化データシンボル系列を得て、
    前記差動符号化データシンボル系列に拡散符号を乗算してＮ_ｃチップ（Ｎ_ｃはＦＦＴのポイント数）からなるチップブロックを得て、
    各前記チップブロックの末尾の所定チップ分をコピーしてガードインターバルとしてそのブロックの先頭に付加し、
    ガードインターバルを付加したチップブロック系列を送信し、
    一方、受信側では、
    前記送信側からの前記チップブロック系列を受信し、受信信号をチップ時間ごとに標本化してチップ系列を得て、
    前記チップ系列をＮ_ｃチップごとのチップブロックに分割し、各チップブロックからガードインターバルを削除し、
    ガードインターバルが削除された各チップブロックのチップ系列をＮ_ｃ−ポイントＦＦＴによりＮ_ｃ個の直交周波数成分に分解し、
    Ｎ_ｃ個の直交周波数成分毎に、各周波数成分を差動復号し、
    Ｎ_ｃ個の直交周波数成分毎に、差動復号された出力に対して、各周波数成分毎に等化を行い、
    各々の等化されたＮ_ｃ個の周波数成分を加算し、
    送信データシンボルに相当する受信データシンボルを得る
    ＣＤＭＡ伝送方法。
15. ｍ番目の各チップブロック毎に、Ｎ_ｃ／ＳＦ個（Ｎ_ｃはＦＦＴのポイント数、ＳＦは拡散率）のシンボルからなる送信データシンボル系列｛ａ_ｍ，ｎ；ｎ＝０〜（Ｎ_ｃ／ＳＦ）−１｝に拡散符号ｃ_ｍ（ｔ）を乗算し、
    得られたＮ_ｃチップからなるｍ番目のチップブロックをＮ_ｃ−ポイントＦＦＴによりＮ_ｃ個の直交周波数成分に分解し、
    Ｎ_ｃ個の各周波数成分毎に、各周波数成分を差動符号化して差動符号化周波数成分を得て、
    Ｎ_ｃ個の差動符号化周波数成分に、Ｎ_ｃ−ポイントＩＦＦＴを適用してＮ_ｃチップからなるチップブロックの時間領域信号を得て、
    Ｎ_ｃチップからなるチップブロックの時間領域信号の末尾所定チップ分をコピーしてガードインターバルとして各チップブロックの先頭に付加し、
    ガードインターバルを付加したチップブロック系列を送信する
    送信側のＣＤＭＡ伝送方法。
16. 受信信号をチップ時間ごとに標本化して、受信された周波数領域差動符号化信号のチップ系列を得て、
    前記チップ系列をＮ_ｃチップ（Ｎ_ｃはＦＦＴのポイント数）ごとのチップブロックに分割し、各チップブロックからガードインターバルを削除し、
    各前記チップブロックのチップ系列をＮ_ｃ−ポイントＦＦＴによりＮ_ｃ個の直交周波数成分に分解し、
    Ｎ_ｃ個の各直交周波数成分毎に、各周波数成分を差動復号し、
    Ｎ_ｃ個の各直交周波数成分毎に、差動復号された出力に対して、各周波数成分毎に周波数領域等化を行い、
    等化されたＮ_ｃ個の周波数成分にＮ_ｃ−ポイントＩＦＦＴを適用してＮ_ｃチップの時間領域信号を得て、
    ＩＦＦＴされた出力を拡散符号により逆拡散し、
    逆拡散された出力に対して、１データシンボルあたりのチップ数毎に積分し、
    送信データシンボルａ_ｍ，ｎに相当する受信データシンボルを得る
    受信側のＣＤＭＡ伝送方法。
17. 請求項１５に記載された送信側のＣＤＭＡ伝送方法と、
    請求項１６に記載された受信側のＣＤＭＡ伝送方法と
    を含むＣＤＭＡ伝送方法。

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