JP4875072B2 - 電力効率および帯域幅効率に優れた通信のためのマルチキャリア一定エンベロープ信号方式 - Google Patents

Description

（関連出願の引用）
本出願は米国仮特許出願第６０／６８８，９０３号（２００５年６月９日出願）「Ａ Ｍｕｌｔｉ−Ｃａｒｒｉｅｒ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｅｎｖｅｌｏｐｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，」に基づく優先権を主張する。該仮特許出願の開示はその全体が参照により本明細書に引用される。

マルチキャリア信号構造に対して、特に、新たなワイヤレスフィデリティ（ＷｉＦｉ）及びＷｉＭＡＸ分野に対して最も普及している信号構造は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）である。ＯＦＤＭでは、データストリームはシリアルからパラレルへ変換され、各パラレルデータチャネルは、別個のＲＦキャリアを変調し、結果として、比較的幅広い有効帯域幅と、それに付随してチャネルフェードの耐久性とを生じさせる。各キャリアが他のすべてのキャリアのヌルと一致するように、個々のキャリア間の周波数間隔はデータレートに等しく設定され、これにより、符号間干渉を減少させる。ＯＦＤＭ複合信号は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）で容易に生成され、各ＲＦキャリアの合成を不要にし、これと同様に、受信機において、対応する高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いてＯＦＤＭ複合信号を復調することができる。この利用のし易さがＯＦＤＭの使用が普及した要因である。

様々な形態のＯＦＤＭのようなマルチキャリア波形を用いる従来の方法は、一定エンベロープ複合信号を生じさせない。これらの信号を送信するのに用いられる電力増幅器の非線形性は、信号のゆがみと性能の劣化とを生じさせる。結果として、現在は、これらのゆがみを最小限に抑えるため、高価かつ高度な線形増幅器を用いて実施されており、電力は、線形範囲内に動作を維持するためにかなり後退し、これにより、極めて劣った電力効率を生じさせる。この分野において継続中の研究の大部分は、複合波形において波高因子を減少させることと、増幅器の非線形性の影響を軽減する適応プリディストーション技術の開発とに関係する。

複数の信号を結合して一定エンベロープ複合信号を形成する技術は、第１セットの信号の多数決に基づいて一定振幅の同相（Ｉ）複合信号を生成する工程と、第２セットの信号の別個の多数決に基づいて一定振幅の直角位相（Ｑ）複合信号を生成する工程とを含む。キャリア信号のＩ成分及びＱ成分はそれぞれＩ複合信号及びＱ複合信号で変調され、結合されて一定エンベロープ複合信号を形成する。結合すべき信号をチップ同期疑似ノイズ信号コードとすることができる。Ｉ複合信号及びＱ複合信号の値は、それぞれの重み付け多数決からチップごとに決定される。

一般的に、公知の多数決方式を用いて多数決動作の各々を実行することができる。例えば、Ｉ及びＱチャネルの各々において、コード間で命令された電力分配に従って重み付けられたコードのチップ値を用いて多数決を実行することができる。これと同様に、多数決ロジックにおいて様々なインタレース方式を用いることができる。

一定エンベロープ複合信号をマルチキャリア一定エンベロープ（ＭＣＣＥ）信号とすることができる。例えば、主キャリア周波数からオフセットされた単一オフセットキャリアｆ_ｃ−ｆ_ｓで送信される１つ以上のコードと一緒に多数のコードを主キャリア周波数ｆ_ｃで送信することができる。複合信号の一定エンベロープを保持するため、スケール係数は、オフセットキャリアコードのＩ及びＱ成分の電力を等しくするようにＩ及びＱ複合信号の１つに適用される。スケール係数は、Ｉ及びＱ複合信号の振幅を異ならせる。しかし、複合信号全体が一定振幅の信号のままでありながら、Ｉ及びＱ複合コードの各々も一定振幅の信号のままである。

オフセットキャリアコードをそれ自体、多数決を介して複数のオフセットキャリアコードを結合することにより生成された複合コードとすることができる。この場合、複合信号内に同一のオフセットキャリアで複数のコードを送信することができる。複数のコードを同一のオフセットキャリアで送信する別の方法は、オフセットキャリアを直交位相の２つの異なるコードで変調することである。更に、複数のオフセットキャリア周波数の複数のオフセットキャリアコードを主キャリアコードと結合することにより多重コードを一定エンベロープ複合信号内に多重キャリアで送信することができる。

多重キャリアまたは周波数チャネルで信号を送信する多種多様な通信及びナビゲーション分野に本発明のＭＣＣＥ技術を用いることができる。これらの通信及びナビゲーション分野は、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）に基づくシステム例えば、セルラ基地局に用いられるマルチキャリアＣＤＭＡと、ＷｉＦｉ及びＷｉＭＡＸ通信と、地上、空中及び衛星に基づくシステムと、ＧＰＳ及びガリレオシステムのような衛星ナビゲーションシステムを含むが、これらに限定されない。

本発明の上述した特徴及び利点、並びに、本発明の更なる特徴及び利点は、本発明の特定の実施形態に関する以下の定義、説明及び記述的な図を考慮することにより明らかになる。図中、同一の符号は、同様な部分を示す。これらの説明は本発明の具体的な詳細に入るが、当然のことながら、変形実施形態は存在し、本明細書のこれらの説明に基づいて当業者に明らかになるであろう。

図１〜図４と例示的な実施形態とに関する以下の詳細な説明は、本発明の方法及び装置を明らかにする。本発明は、一定エンベロープ複合信号を維持しながら、マルチキャリア通信の利益をもたらす機能を提供する。セルラ基地局のような、キャリア間に任意の特別な関係を持たず（直交関係）に複数群のＣＤＭＡ信号を送信するのに割り当てられた帯域幅内に幾つかの異なるＲＦキャリアを用いる分野は、一般的に、キャリアごとに別個の送信チェーンを用いる。本発明は、これらキャリアのすべてを単一の増幅器及びアンテナと適応させることができ、これにより機器の費用、大きさ及び重量を減少させ、一定エンベロープ信号の更なる利益を提供し、これにより、安価かつ高効率の飽和増幅器の使用を可能にする。これらの分野の場合、前述したマルチキャリア一定エンベロープ（ＭＣＣＥ）技術は、基地局がいかなるユーザにも影響を及ぼすことなしにＭＣＣＥへ移行することができるという点で充分に後方互換性がある。変化は、サービスの既存のユーザに完全に分からない。

ＯＦＤＭを現在用いている分野の場合、商業的に幅広く現在用いられている信号構造はＭＣＣＥとの互換性はなく、ＭＣＣＥへの移行はすべてのユーザ機器の改造を必要とする。しかし、新たなＷｉＦｉの分野が出現してきており、これらの新たな分野に対して、ＭＣＣＥは設備費用を削減し、運営費を減少させ、帯域幅効率を改善することができる。更に、信号構造が各直交キャリアで別個のＣＤＭＡ信号を必要とするので、複数ユーザ分野に対して、ＭＣＣＥと完全に互換性があるＯＦＤＭバージョンが存在する。このＯＦＤＭバージョンはマルチキャリアＣＤＭＡの形態として文献に取り挙げられているが、現在のところ幅広い使用はされていない。ＭＣＣＥは、この信号構造に一定エンベロープ信号の全利益をもたらし、複数ユーザＣＤＭＡ通信に選択される変調方法になる可能性がある。

ＭＣＣＥ技術は、多数決ロジックを介して複数のＰＮコードを結合することを含み、別個の多数決動作は、結合及び増幅の前に同相（Ｉ）及び直角位相（Ｑ）チャネルに実行され、これにより、Ｉチャネル及びＱチャネルの双方は一定エンベロープ信号を個々に有する。多数決ロジックは、公開された特許文書や文献に記述されている。しかし、ＭＣＣＥ方式に多数決ロジックを用いることは他と異なる。幾つかの多数決ロジック方式、特に、重み付け多数決ロジックは、例えば、同一出願人によって出願されたＣａｎｇｉａｎｉ氏などに対する米国特許出願公開第２００２／００７５９０７号、及び、Ｏｒｒ氏などに対する米国特許第７０３５２４５号に記述されている。本明細書では、これらの特許文献を全体として援用する。

複数の直接シーケンス拡散スペクトル疑似ノイズ（ＰＮ）コードを結合するという状況において、本質的に、単純多数決は、結合される各ＰＮコードのチップの値を各チップ間隔で評価し、大多数のチップの値を反映する単一値（論理０または１）を生成することを含む（多数決は、引き分けを防ぐため、奇数コードの結合を必要とする）。例えば、３つの等しく重み付けられたＰＮコードを複合信号に結合する場合、３つのチップの２つが論理値「１」を有し、３つのチップの１つだけが論理値「０」を有するならば、複合信号は、大多数を反映する論理値「１」に設定される。ＰＮ拡散コードを結合する場合、票決はチップごとに行われ、一般的に、各ビットの情報ごとにかなりの数のチップが存在することに留意すべきである。その結果として、結合された複合信号の個々のチップは、全ビットの範囲にわたって、元の構成要素であるチップシーケンスの各々の対応するチップの幾つかに対して不正確になるが、結合された信号のチップの大部分は、元の構成要素であるシーケンスの各々の対応するチップを正確に反映し、ほんのわずかな信号劣化を有して受信機により情報ビットを検出し正確に決定することができる。通信信号は、ノイズ及び他の送信異常の存在下で受信されるので、結局、多数決の適用は、様々な構成ＰＮコードにわたってある程度の電力制御を強いることになり、多数決は、各信号チャネルに許容しうる多重化電力損失を生じさせるにすぎない。

前述した特許文献に記述されているように、一般的に、多数決ロジックを介して結合すべき構成ＰＮコードの所望の電力レベルは異なることができ、時間と共に変化することができる。例えば、ＣＤＭＡシステムは、各ユーザに信号を首尾良く送信するのに必要とされる電力を調整するため、干渉、マルチパス損失、及び、送信機と各受信機との間のレンジのようなチャネル状態を査定することが多い。この査定は、複合信号に結合すべき構成信号の各々へ利用可能な送信電力の一部分を割り当てる電力分配の割り当てを生じさせる。それぞれの構成ＰＮコードの「票決」がこのコードの所望の電力比に従って重み付けられている重み付け多数決ロジック方式を用いることにより、この電力分配を実現することができる。例えば、構成ＰＮコード間の電力分配が変化するたびに、多数決モジュールには、個々のＰＮコードの所望の電力にそれぞれ対応する一連のターゲット利得が供給される。多数決モジュールは、このターゲット電力分配を重み付け票決方式に変換する。各コードのチップ値に対する重みを、例えば、前述した特許文献に記述された式を用いて計算することができる。本明細書に記載されたように、構成ＰＮコード間でかなり異なる電力レベルを含む電力分配を正確に反映するために、より複雑な重み付け方式を用いて、構成ＰＮコードのサブセットと関連するチップのインタリーブ化またはインタレース化のような、より低い電力信号の抑制を回避することができる。本発明のＭＣＣＥ技術との関連において、前述した特許文献、及び、公開された文献に記述された様々な多数決ロジック方式のいずれも用いることができる。

本発明のＭＣＣＥ技術の原理を示すため、特定の分野との関連において、この概念を説明する。特に、この技術の簡単な分野は、単一の疑似ノイズ（ＰＮ）拡散コードにより変調された単一オフセットキャリアを生成し、送信のために単一オフセットキャリアを他のＰＮコードと結合して一定エンベロープ複合信号にすることを含む。しかし、本発明は、単一オフセットキャリアまたは任意の特定数のＰＮコードを含む分野に限定されないこと明らかである。

周波数領域において、オフセットキャリアコードは、主ＲＦキャリア周波数ｆ_ｃからオフセットされたメインロブを有する。例えば、主キャリアｆ_ｃを変調する前に、従来のＰＮコードに周波数ｆ_ｓの方形波を掛けることによりオフセットキャリアコードを生成することができ、これにより、２つのオフセット周波数すなわち和周波数（ｆ_ｃ＋ｆ_ｓ）及び差周波数（ｆ_ｃ−ｆ_ｓ）のサイドロブ信号を生じさせる。この技術すなわちバイナリオフセットキャリア（ＢＯＣ）は全地球測位システム（ＧＰＳ）向けに開発されており、次世代のＧＰＳ衛星に実施される。ＢＯＣコードを任意の他のコードとして処理することができ、インタープレックス変調、多数決結合または票決間（インターボウト）変調を用いて複合コードのすべてを結合して一定エンベロープ複合信号を生成することができる。このように生成されたオフセットキャリアを用いる利点は、各周波数に異なるコードを有する２つ以上の別個の周波数で信号を送信するのに単一の増幅器及び送信機を用いることができることである。例えば、（１つ以上の）主キャリアコード及び（１つ以上の）オフセットキャリアコードを結合し、ＲＦキャリアｆ_ｃを、結合したコードで変調することにより１つ以上の異なるＰＮコードをオフセットキャリア周波数ｆ_ｃ−ｆ_ｓ（オフセットキャリアコード）で送信することができ、その一方で、１つ以上のＰＮコードを主キャリア周波数ｆ_ｃ（主キャリアコード）で送信することができる。このことを、飽和増幅器を使用できるように複合信号全体に一定エンベロープを維持しながら達成するのが好ましい。

基本ＢＯＣ技術は、周波数（ｆ_ｃ＋ｆ_ｓ）及び（ｆ_ｃ−ｆ_ｓ）の２つのオフセットを生じさせる。２つのオフセット周波数の１つだけ、例えば（ｆ_ｃ−ｆ_ｓ）が望ましい場合、フィルタリングを用いて他の不要なオフセット周波数を削除することができる。この単一オフセットキャリア方式は、例えば、ガリレオ衛星ナビゲーションシステムに実施されている。しかし、増幅前に不要なオフセットを削除するのにフィルタリングが用いられる場合、フィルタは信号の一定エンベロープ特性を破壊する。増幅後にフィルタリングが実行される場合、全電力出力のうちの半分は、関係のないオフセットに浪費される。これらの選択肢のどちらも望ましくない。

別個のＢＯＣタイプの信号を主キャリアの同相（Ｉ）及び直角位相（Ｑ）成分に適用することにより単一オフセットキャリアを生成する方法が、公開された文献に開示されている。キャリアの一方側のオフセットは互いを補強するが、反対側のオフセットは互いを相殺するように個々のＢＯＣ信号は位相化される。本質的に、この位相化は、方形波の正弦位相を同相成分または直角位相成分のどちらか一方に適用し、同じ方形波周波数の余弦位相を他方の成分に適用する（すなわち、ＰＮコードは、一方が余弦位相を有し他方が正弦位相を有する２種類の方形波により乗算される）ことにより達成することができる。ＲＦ信号のＩ及びＱ位相を結合すると、２つのキャリアオフセットサイドロブの一方は取り消されて、単一オフセットキャリア信号が残る。しかし、この取り消しは、Ｉチャネルのオフセットキャリアコードの振幅がＱチャネルのオフセットキャリアコードの振幅と同じ場合だけに生じる。一般的に、複数のＰＮコードを結合する技術は、オフセットキャリアコードのＩ及びＱ成分が等しい振幅を保持しないので、一定エンベロープ複合信号を維持しながら、単一オフセット信号を他のＰＮコードと結合することはこれまで可能でなかった。

本発明のマルチキャリア一定エンベロープ（ＭＣＣＥ）技術は、Ｉチャネルに結合されるコードと、Ｑチャネルに結合されるコードとに多数決ロジックを別々に実行することにより、一定エンベロープ複合信号を保持しながら、単一オフセットキャリア信号を他のＰＮコードと結合する方法を提供する。一般的に、多数決処理は、同じ振幅を有するオフセットキャリア信号のＩ及びＱ成分を生じさせない。従って、オフセットキャリア信号のＩ及びＱ成分が他のオフセットキャリアサイドロブを正確に相殺することを確実にするため、スケール係数をＩ及びＱチャネルの少なくとも１つに適用してオフセットキャリア信号のＩ及びＱ成分を同じ振幅に調整する。

この簡単な場合に適用したＭＣＣＥを図１に示す。この場合、複数のＰＮコードを一定エンベロープ複合信号に結合するように設計された変調器１００において別個の多数決ロジックアルゴリズムが主キャリアの同相（Ｉ）及び直角位相（Ｑ）チャネルのために実装される。図１に示すように、単一オフセットキャリアを介して送信すべきＰＮコード（オフセットキャリアコード）は、乗算器１０２を介して周波数ｆ_ｓの方形波の余弦位相により乗算されて余弦オフセットキャリアコード（ＣＯＣ）を生成し、余弦オフセットキャリアコード（ＣＯＣ）はＩチャネル多数決モジュール１０４に供給される。オフセットキャリアコードは、別個に、乗算器１０６を介して方形波の正弦位相により乗算されて正弦オフセットキャリアコード（ＳＯＣ）を生成し、正弦オフセットキャリアコード（ＳＯＣ）はＱチャネル多数決モジュール１０８に供給される。前述したように、余弦オフセットキャリア及び正弦オフセットキャリアの振幅が等しいままである場合、変調されたＩチャネルキャリアと、変調されたＱチャネルキャリアとを結合すると、２つのオフセットサイドロブの一方は取り消されて、単一オフセットキャリア信号が送信用に残る。本明細書で用いられるように、モジュールなる用語は、前述した動作を実行するのに用いることができる任意のハードウェアまたはソフトウェア実施形態（またはそれらの組み合わせ）を意味し、分離した物理ユニットまたは物理構造体あるいは任意の特定の回路装置を必ずしも意味するものではない。

Ｉチャネル多数決モジュール１０４は余弦オフセットキャリアコードと結合されるＩチャネル主キャリアコードも受信する。これらの追加のコードは主キャリアコードとも称される。その理由は、これらの信号が、オフセットキャリアコードのオフセットキャリア周波数（ｆ_ｃ−ｆ_ｓ）ではなく主キャリア周波数ｆ_ｃで送信されるためである。更に、命令された電力分配情報または「ターゲット」電力分配情報もＩチャネル多数決モジュール１０４に供給される。前述した特許文献で説明されているように、この電力分配情報は、重み付け多数決方式を生成するために多数決モジュールにより用いられる。重み付け多数決方式では、電力分配情報により示された電力比に比例して複合信号の電力が構成コード間で効果的に割り当てられるように、結合すべき構成コードの相対重みが選択される。各チップ間隔で、Ｉチャネル多数決モジュール１０４は、（余弦オフセットキャリアコードを含む）Ｉチャネル構成コードの重み付けされたチップ値の多数決に基づいて、２つの可能なバイナリ値の一方（すなわち、２つの位相状態の一方）を有する単一チップ値を生成する。バイナリ値を表す２つの可能な位相状態の一方にあることに加えて、出力されたＩチャネル複合信号は公称単位振幅を有し、複合信号の全電力のある一部分は余弦のオフセットキャリアコードの影響を反映する。この場合も、全電力のこの部分は、命令された電力分配により指示され、オフセットキャリアコードと結合される特定の主キャリアコード信号の所望の電力レベルの関数であり、時間と共に変化することができる。

これと同様に、Ｑチャネル多数決モジュール１０８は、Ｑチャネルコードの命令された電力分配情報または「ターゲット」電力分配情報と一緒に正弦オフセットキャリアコードと結合されるＱチャネル主キャリアコードを受信する。Ｉチャネル複合信号のように、Ｑチャネル複合信号は、各チップ間隔で、（正弦オフセットキャリアコードを含む）Ｑチャネル構成コードの重み付けられたチップ値の重み付け多数決から決定されたバイナリ値を表す２つの可能な位相状態の一方をとる一定振幅の信号である。Ｑチャネル複合信号の全電力のある一部分は、Ｑチャネルの命令された電力分配により指示されたように正弦オフセットキャリアコードの影響を反映する。

一般的に、Ｑチャネル主キャリアコードはＩチャネル主キャリアコードと異なることができる。従って、一般的に、Ｑチャネルコードの命令された電力分配は、Ｉチャネルコードの命令された電力分配と異なる。その結果として、一般的に、余弦キャリアオフセットコード成分を反映するＩチャネル複合信号の電力の一部分は、正弦キャリアオフセットコード成分を反映するＱチャネル複合信号の電力の一部分と異なる。オフセットキャリアコードの余弦と正弦とのこの電力差が補償されない場合、一般的に、他のキャリアオフセットサイドロブ（例えば、ｆ_ｃ＋ｆ_ｓ）は、ＲＦ複合信号において相殺されず、これにより、単一オフセットキャリアは達成されない。

図１を再び参照する。スケール係数モジュール１１０は、Ｑチャネル複合信号に対してＩチャネル複合信号の振幅を調整するためにスケール係数をＩチャネル複合信号に適用する。Ｉチャネル複合信号とＱチャネル複合信号との間に所望の振幅比が達成される限り、このスケール係数を、Ｉチャネルの代わりにＱチャネルに適用できる（または、異なるスケール係数を双方に適用できる）ことは明らかである。このようなスケール係数機能は、通常、従来の多数決ロジックの実装に必要とされていない。本明細書では、スケール係数は、Ｉチャネル複合信号の構成要素である余弦オフセットキャリアコード（ＣＯＣ）と、Ｑチャネル複合信号の構成要素である正弦オフセットキャリアコード（ＳＯＣ）との電力影響を等しくするために適用されている。

スケール係数機能を用いない場合、Ｉ及びＱチャネルは等しい電力を有する。その理由は、Ｉ及びＱチャネル多数決モジュールの出力が各々、単位電力信号であるためである。多数決方式は、前述したように、票決される様々なコード間で所望の電力比を達成するため、Ｉ及びＱチャネル多数決モジュールの各々に用いられる。全電力が単位電力であるようにＩ及びＱチャネル多数決モジュールの各々の出力は各時刻で＋１または−１（符号は２つの可能な位相状態に対応する）の信号である。各々が１よりも少ない電力を有する構成コードのすべては所望の電力関係を有する。しかし、前述したように、ＩチャネルコードとＱチャネルコードとの間で所望の電力比を達成するように、Ｉ及びＱチャネル多数決モジュールの各々において、別個の異なるコード及び電力分配と、対応する異なる重み及び／またはインタリーブ方法とを用いる場合、Ｉ及びＱオフセットキャリア成分は等しい電力を有する見込みはない。しかし、不要なサイドロブの取り消しを達成するため、Ｉ及びＱオフセットキャリア成分は等しい電力を有する必要があるので、スケール係数モジュールは、複合信号の「単一側波帯」特性（不要なサイドロブの取り消し）を達成するのに必要とされる。複合信号が、２つの可能な位相状態を有するＱ成分と、２つの可能な位相状態を有するＩ成分とから構成され、これにより４つの可能な位相状態を生じさせ、これらすべてが同じ振幅を有するという点で複合信号は一定エンベロープ信号である。

以下の例は、Ｉチャネルの余弦オフセットキャリアコードとＱチャネルの正弦オフセットキャリアコードとから、一定エンベロープ複合信号と、等しい電力分配との双方を達成するためのスケール係数の動作を示す。ＩチャネルＰＮコードのターゲット電力分配はＩチャネル電力の６分の１（１／６）を余弦位相のオフセットキャリアコード（ＣＯＣ）に割り当てる（残りのＩチャネルコードはＩチャネル電力の６分の５（５／６）をまとめて受信する）が、ＱチャネルＰＮコードのターゲット電力分配は、Ｑチャネル電力の２分の１（１／２）を正弦位相のオフセットキャリア（ＳＯＣ）に割り当てると仮定する。この場合、余弦及び正弦位相のオフセットキャリアコードの電力を等しくするため、６分の１の３倍が２分の１に等しいという理由から、スケール係数はＩチャネルの大きさを３倍で増大させる必要がある。この時点で、調整されたＩチャネル複合信号の大きさは、Ｑチャネル複合信号の大きさの３倍である。しかし、Ｉ及びＱチャネル振幅が異なるという事実にもかかわらず、Ｉ及びＱチャネル複合信号の各々が一定振幅信号のままであり、Ｉ及びＱ変調済みＲＦキャリアを結合することにより生成された出力信号は一定エンベロープ複合信号のままであることに留意すべきである。送信信号が一定エンベロープ信号のままであるという事実は、（Ｉ及びＱチャネルの大きさが等しい場合に生じる）正方形よりはむしろ長方形の形態であるが４つの位相状態（例えば、０°、９０°、１８０°及び２７０°）のままである一群の信号状態を考慮することにより一層理解することができる。Ｉ及びＱチャネル複合信号の相対振幅が電力分配の変化ごとに変化できることもちろんである。しかし、飽和増幅器を介して生成された一定エンベロープ信号で複合信号全体を常に表すことができる。

適切なスケール係数を決定するため、スケール係数モジュール１１０は、ＩチャネルコードとＱチャネルコードとの双方に関する電力分配情報の少なくとも一部を受信し、Ｉチャネルの余弦オフセットキャリアとＱチャネルの正弦オフセットキャリアとの電力比を識別する。例えば、電力分配情報が一連の正規化利得係数から成る場合、Ｉチャネルの余弦オフセットキャリアの利得係数とＱチャネルの正弦オフセットキャリアの利得係数との比からスケール係数を決定することができる。スケール係数の動作を概念的に示すため、図１には、スケール係数を別個のモジュールとして示す。しかし、スケール係数の適用は別個の物理モジュールを必ずしも必要とするものではなく、任意の適切なハードウェア及び／またはソフトウェアを介してこの動作を実行できること明らかである。

図１を再び参照する。スケール係数がＩチャネル複合信号に適用された後、ＩチャネルＲＦキャリアｆ_ｃ（すなわち、余弦位相のＲＦキャリア）は、調整されたＩチャネル複合信号によりミクサ１１２を介して変調され、ＱチャネルＲＦキャリア（すなわち、正弦位相のＲＦキャリアｆ_ｃ）はミクサ１１４を介してＱチャネル複合信号により変調される。結合器１１６は、変調されたＩ及びＱチャネルＲＦキャリアを結合して一定エンベロープ複合信号を生成する。一定エンベロープ複合信号を増幅しアンテナ（図示せず）を介して送信することができる。本明細書では、用語「ミクサ」はアナログミクサに限定されるものではなく、多数決複合信号により変調されているキャリアを生じさせる任意のデジタルまたはアナログ混合または乗算動作を含むことができる。これと同様に、任意の適切な機構を用いて、変調されたＲＦキャリアのＩ及びＱ成分を結合することができる。

図２に示されたフローチャートには、ＭＣＣＥ技術の方法が要約されている。特に、Ｉ及びＱチャネルごとに、このチャネルに結合すべきコードの命令された電力分配から多数決方式を決定する（動作２０２，２０４）。この場合も、これらの電力分配は、特定のチャネルに割り当てすべき電力をもっと多く必要とするかまたはもっと少なくて済む観測されたチャネル状態の結果として時間と共に変化することができる。しかし、一般的に、電力分配は、それぞれの一定の電力分配期間中、多数の連続したチップ期間が生じるように単一チップ期間の何倍も長い期間にわたって一定のままである。動作２０６では、各チップ間隔で、Ｉ及びＱチャネルの各々が、多数決方式をこのチャネルのコードのチップ値に適用することにより多数決を別々に実行して、このチャネルの複合信号（すなわち、Ｉチャネル複合信号及び別個のＱチャネル複合信号）を生成する。

単一オフセットキャリアコードが、結合すべきＰＮコードの中にある場合、動作２０８では、（複合Ｉチャネル信号の構成要素である）余弦オフセットキャリアコードと（複合Ｑチャネル信号の構成要素である）正弦オフセットキャリアコードとの電力比に基づいてスケール係数をＩチャネル複合信号に（または、同等にＱチャネル複合信号に）適用して、余弦及び正弦オフセットキャリアコードが同じ電力を有することを確実にする。次に、Ｉチャネル複合信号で変調された余弦のＲＦキャリア（Ｉ位相のキャリア）と、Ｑチャネル複合信号で変調された正弦のＲＦキャリア（Ｑ位相のキャリア）とを結合することにより一定エンベロープ複合信号を生成する（動作２１０）。

図１により提案されたように、入力されたオフセットキャリアコードを簡単に単一ＰＮ拡散コードとすることができる。しかし、基本的なＭＣＣＥの概念の延長上として、オフセットキャリアコードをそれ自体、任意の電力比を有する一連のＰＮコードに多数決を実行した結果とすることができる。この結果は、複数のコードにより変調されたオフセットキャリアと結合された複数のコードにより変調された主キャリアを含む単一の一定エンベロープ複合信号を生じさせる。

このような変調方式の一例を図３に示す。この場合、変調器１５０は、３つのＰＮコードを同一の単一オフセットキャリア例えばｆ_ｃ−ｆ_ｓに変調するのに必要とされる。これら３つのオフセットキャリアコードの各々は、オフセットキャリアコードのターゲット電力分配も受信するオフセット多数決モジュール１５２に供給される。各チップ間隔で、オフセット多数決モジュール１５２は、（例えば、前述した特許文献に記述されたように）ターゲット電力分配から生成された重み付け多数決方式に基づいて複合オフセットキャリアコードチップ値を生成する。次に、複合オフセットキャリアコードは変調器１５０の下流部分に供給される。この部分から、変調器１５０は、図１に示された変調器１００と本質的に同じである。言い換えれば、複合オフセットキャリアコードは、図１においてオフセットキャリアコードが供給された変調器の同じ部分に供給される。

ＭＣＣＥ技術の別の拡張により、個々のコードまたは複数群のコードをオフセットキャリアの特定の直角位相に割り当てることができる。この機能は、変調器２００を用いて図４に示されている。図４において「ＩＯＣコード」と記されたＩオフセットキャリアコードとして指定された１つのＰＮコードは、オフセットキャリアのＩチャネルすなわちｃｏｓ（ｆ_ｃ−ｆ_ｓ）を変調するが、図４において「ＱＯＣコード」と記されたＱオフセットキャリアコードとして指定された別の異なるＰＮコードは、オフセットキャリアのＱチャネルすなわちｓｉｎ（ｆ_ｃ−ｆ_ｓ）を変調する。ＩＯＣコード及びＱＯＣコードは各々、（図１に示された構成のように）個々のコード、または（図３に示された構成のように）一群のコードの多数決とすることができる。

より詳しくは、ＱＯＣコードは、乗算器２２０を介して周波数ｆ_ｓの方形波の余弦位相により乗算される。結果として生じたオフセットコードのチップの論理値は位相反転回路２２２により反転され、Ｑ多数決モジュール１０８に供給される。また、ＱＯＣコードは方形波の正弦位相により別個に乗算され、Ｉ多数決モジュール１０４に供給される。更に、ＩＯＣコードは方形波の余弦位相により乗算され、Ｉ多数決モジュール１０４に供給される。また、ＩＯＣコードは方形波の正弦位相により別個に乗算され、Ｑ多数決モジュール１０８に供給される。変調器２００の残りの部分は、図１に示された変調器１００と本質的に同じように動作する。

実際には、図４に示された方式は、別個のコードをオフセットキャリアのＩ及びＱチャネルに変調できるようにオフセットキャリアのＩ及びＱチャネルを生成する。このようにして、２つのコードをオフセット周波数で送信することができる。一般的に奇数のコードが多数決方式に必要とされるので、図１及び図３に示された構成は、奇数のコード（すなわち、図１において１つのコード、図３において任意の奇数のコード）を同じキャリアオフセット周波数で送信させることができることに留意すべきである。図４の構成は、偶数のコードを同じオフセットキャリアで送信させることができる。簡単な２つのコードの場合を図４に示す。４つのコードを結合するため、例えば、１つのコードをＱＯＣコードとして指定することができ、残りの３つのコードに多数決を実行することができ、結果として生じた複合信号をＩＯＣコードとして指定することができる。従って、事実上、任意の数のＰＮコードを単一オフセットキャリアに変調することができ、その後、一定エンベロープ複合信号を依然として維持しながら単一オフセットキャリアを主キャリアコードと結合することができる。

図１、図３及び図４に示された構造は概念的であり、特定の実施形態または物理関係を必ずしも提案するものではない。例えば、本明細書に示された変調方式を、任意の適切なアナログ回路、デジタル回路またはそれらの組み合わせで実装することができ、必要とされる信号処理を、任意の適切なハードウェア、ソフトウェアまたはそれらの組み合わせにより実行することができる。

ＭＣＣＥ技術の更なる拡張として、幾つかの異なるオフセット周波数についてオフセットキャリア生成ブロックを繰り返すことができる。この場合、一定エンベロープ複合信号は複数のＲＦキャリアを含み、各ＲＦキャリアは、すべてが任意の電力レベルを有する複数のコードにより変調されたＲＦキャリア自体の同相及び直角位相チャネルを有する。文献及び前述した特許文献に記述されたように個々の多数決モジュールの重み付け／インタリーブ方法のパラメータを調整することと、スケール係数の適切な調整とにより個々の構成コード間の電力比をリアルタイムで変更できることにも留意すべきである。この場合、スケール係数は、単一オフセットキャリア周波数ごとにＩ及びＱ成分が等しい電力を有することを確実にするようにＩ及びＱチャネルの少なくとも１つを拡大縮小するのに必要とされる。指定された周波数帯域内で複数の周波数チャネルの信号を送信するか、または、各々が別個の周波数チャネルとして作用する複数の別個の不連続な周波数帯域の信号を送信するのにＭＣＣＥ技術を用いることができることに留意すべきである。どちらにしても、オフセットキャリアを用いることは、別個の信号チャネルとして作用することができる異なる周波数を生じさせる。

前記の拡張を用いると、コードのチップレートがすべて等しい場合であって、オフセットキャリア間の周波数間隔がチップレートに等しく設定されている場合、各オフセット周波数は他のキャリアのスペクトルと一致し、結果として生じた複合スペクトルはＯＦＤＭのスペクトルに極めて類似する。現在の普及につながる主な要因であったＯＦＤＭの１つの特徴は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いてＯＦＤＭを容易に生成できることである。ＩＦＦＴはＭＣＣＥを生成するのに用いることができないが、ＭＣＣＥは正弦波よりはむしろオフセット周波数の方形波を用いるので、デジタル実施形態においてモジュロカウンタを用いてＭＣＣＥを容易に生成することができる。従って、ＯＦＤＭとちょうど同じくらい簡単にＭＣＣＥ波形を生成することができる。ＭＣＣＥのこの実施形態は、最も幅広く用いられているＯＦＤＭ信号構造（オフセットキャリアが単一データストリームの連続シンボルにより変調される）と互換性がないが、別個のＣＤＭＡ信号を直交キャリアの各々に割り当てるマルチキャリアＣＤＭＡバージョン（ＯＦＤＭの変形）と互換性がある。このＭＣ ＣＤＭＡ信号構造を生成するのにＭＣＣＥを用いることは（安価かつ高効率の飽和増幅器の使用を可能にする）一定エンベロープ信号を生じさせ、多くの同時に存在するユーザの適応を可能にする。その理由は、それぞれ個々のＣＤＭＡ信号を、（変調技術の帯域幅効率を著しく改善する）多くの構成コードの多数決とすることができるためである。

前述した例は、少なくとも１つの単一オフセットキャリアコードを他の主キャリアコードと結合することを含み、これにより次に、オフセットキャリアコードのＩ及びＱチャネルバージョンの電力を等しくするスケール係数の使用を必要とする。しかし、本発明のＭＣＣＥ技術の適用可能性は、オフセットキャリアコードを含む変調方式に限定されるものではない。より一般的には、多数決ロジックを、Ｉチャネルに結合されるコードと、Ｑチャネルに結合されるコードとに別々に適用できる任意の状況でＭＣＣＥ技術を適用することができる。単一オフセットキャリアコードがない場合、一般的にスケール係数は必要とされない。Ｉチャネルコードに対して１つの多数決機能を用い、Ｑチャネルコードに対して別の独立した多数決機能を用いることは、多くの他の状況に利点を与えることができる。例えば、前述した特許文献に記述されているように、特定の複数のＰＮコードは、他のＰＮコードより互いに容易に結合される。結合されるコードの相対電力が急激に異なることがない場合、より単純な多数決方式を用いることができる。ＰＮコードを結合の容易性に基づいてサブセットにグループ化し、別個の多数決をＩ及びＱチャネルのサブセットにそれぞれ適用することにより、ＭＣＣＥ技術は、Ｉ及びＱチャネルの各々に用いられる多数決ロジック方式の複雑性を減少させることができ、潜在的には、より単純な多数決ロジック方式を用いて正確な電力分配を生じさせる。従って、一般的な場合、本発明のＭＣＣＥ技術は、送信用に一定エンベロープ複合ＲＦ信号を生成するのに結合する一定振幅のＩ及びＱチャネル複合信号を生成する別個のＩ及びＱチャネル多数決機能を必要とする。

前述した説明から明らかなように、ＭＣＣＥ技術は、複数の信号の同時送信を含む地上、空中及び衛星通信並びにナビゲーションシステムにおいて幅広い適用可能性を有し、ＧＰＳ及びガリレオのような衛星ナビゲーションシステムと、セル式無線電話に用いられるようなＣＤＭＡに基づく通信と、新たに出現したＷｉＦｉ及びＷｉＭＡＸ通信技術とにおいて特別な利益を有することができる。

電力及び帯域幅の効率的な通信のためのマルチキャリア一定エンベロープ信号方式の例示的な実施形態を説明したが、本明細書に記述された教示を考慮して他の修正、変更及び変形が当業者に提案されると考えられる。従って、当然のことながら、このような変更、修正及び変形は、特許請求の範囲により定義された本発明の範囲内に入ると考えられる。本明細書において特定の用語が用いられているが、これら用語は限定の目的のために用いられたのではなく一般的かつ記述的な意味だけに用いられたものである。

図１は、本発明の例示的な実施形態に従って、単一オフセットキャリア上に変調されたオフセットキャリアコードを主キャリアコードと結合して一定エンベロープ複合信号にする変調方式を示す機能ブロック図である。 図２は、図１の変調器構成から一定エンベロープ複合信号を生成するのに実行された動作を示すフローチャートである。 図３は、本発明の例示的な実施形態に従って、単一オフセットキャリアコード上に変調された複数のオフセットキャリアコードを主キャリアコードと結合して一定エンベロープ複合信号にする変調方式を示す機能ブロック図である。 図４は、本発明の例示的な実施形態に従って、単一オフセットキャリアコード上に変調された複数のオフセットキャリアコードを主キャリアコードと結合して一定エンベロープ複合信号にする別の変調方式を示す機能ブロック図である。

Claims (30)

1. 複数の信号を結合して一定エンベロープ複合信号を形成する方法であって、
   （ａ）第１の複数の信号の多数決に基づいて一定振幅の同相（Ｉ）複合信号を生成する工程と、
   （ｂ）第２の複数の信号の多数決に基づいて一定振幅の直角位相（Ｑ）複合信号を生成する工程であって、少なくとも１つのオフセットキャリアコードは、該一定エンベロープ複合信号に結合すべき該第１の複数の信号及び該第２の複数の信号中にある、工程と、
   （ｃ）該Ｉ複合信号に結合された該第１の複数の信号中のオフセットキャリアコードの電力と、該Ｑ複合信号に結合された該第２の複数の信号中のオフセットキャリアコードの電力とを等しくするように該Ｉ及びＱ複合信号の少なくとも１つにスケール係数を適用し、これにより、単一オフセットキャリアコードが該一定エンベロープ複合信号に含まれる工程と、
   （ｄ）キャリア信号の同相（Ｉ）成分を該Ｉ複合信号で変調する工程と、
   （ｅ）該キャリア信号の直角位相（Ｑ）成分を該Ｑ複合信号で変調する工程と、
   （ｆ）該キャリア信号の該変調されたＩ及びＱ成分を結合して該一定エンベロープ複合信号を形成する工程と
   を含む、方法。
2. （ａ）は、前記第１の複数の信号と関連する電力割り当てに従って重み付けられた該第１の複数の信号の値で前記多数決を実行する工程を含み、
   （ｂ）は、前記第２の複数の信号と関連する電力割り当てに従って重み付けられた該第２の複数の信号の値で前記多数決を実行する工程を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記一定エンベロープ複合信号はマルチキャリア一定エンベロープ信号である、請求項１に記載の方法。
4. 前記スケール係数は前記Ｉ及びＱ複合信号の振幅を異ならせる、請求項１に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つのオフセットキャリアコードは、多数決を介して複数のオフセットキャリアコードを結合することにより生成された複合オフセットキャリアコードを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記一定エンベロープ複合信号に含まれる前記単一オフセットキャリアは、直交位相の第１及び第２のオフセットキャリアコードにより変調される、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１のオフセットキャリアコードにより変調された余弦位相の方形波と、前記第２のオフセットキャリアコードにより変調された正弦位相の該方形波とは、前記Ｉ複合信号に結合された前記信号中にあり、
   該第２のオフセットキャリアコードにより変調された該余弦位相の該方形波と、該第１のオフセットキャリアコードにより変調された該正弦位相の該方形波とは、前記Ｑ複合信号に結合された前記信号中にある、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１のオフセットキャリアコード及び前記第２のオフセットキャリアコードのうちの少なくとも１つは、多数決を介して複数のオフセットキャリアコードを結合することにより生成された複合オフセットキャリアコードを含む、請求項６に記載の方法。
9. （ａ）は、複数のオフセットキャリア周波数の複数のオフセットキャリアコードを第１の他のコードと結合する工程を含み、（ｂ）は、該複数のオフセットキャリア周波数の複数のオフセットキャリアコードを第２の他のコードと結合する工程を含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記第１の複数の信号及び前記第２の複数の信号はチップ同期疑似ノイズ信号コードを含み、前記Ｉ複合信号及び前記Ｑ複合信号の値はそれぞれ該第１の複数の信号及び該第２の複数の信号の重み付け多数決からチップごとに決定される、請求項１に記載の方法。
11. 前記第１の複数の信号及び前記第２の複数の信号は、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）データストリームである、請求項１に記載の方法。
12. 前記第１の複数の信号及び前記第２の複数の信号は、マルチキャリアＣＤＭＡ信号として送信される、請求項１０に記載の方法。
13. 少なくとも１つの単一オフセットキャリアコードを複数の主キャリアコードと結合してマルチキャリア一定エンベロープ（ＭＣＣＥ）複合信号にする方法であって、
    （ａ）第１の複数の主キャリアコード及び第１の位相のオフセットキャリアコードの多数決に基づいて一定振幅の同相（Ｉ）複合信号を生成する工程と、
    （ｂ）第２の複数の主キャリアコード及び第２の位相の該オフセットキャリアコードの多数決に基づいて一定振幅の直角位相（Ｑ）複合信号を生成する工程と、
    （ｃ）該第１の位相の該オフセットキャリアコードの電力と該第２の位相の該オフセットキャリアコードの電力とを等しくするように該Ｉ複合信号及び該Ｑ複合信号の少なくとも１つの振幅を調整する工程と、
    （ｄ）キャリア信号の同相（Ｉ）成分を該Ｉ複合信号で変調する工程と、
    （ｅ）該キャリア信号の直角位相（Ｑ）成分を該Ｑ複合信号で変調する工程と、
    （ｆ）該変調されたＩ及びＱキャリア信号を結合して、第１の主キャリアコード及び第２の主キャリアコードと、該第１の位相の該オフセットキャリアコード及び該第２の位相の該オフセットキャリアコードからの影響により生じた単一オフセットキャリアコードとを含むマルチキャリア一定エンベロープ複合信号を形成する工程と
    を含む、方法。
14. 複数の信号を結合して一定エンベロープ複合信号を形成する装置であって、
    第１の複数の信号の多数決に基づいて一定振幅の同相（Ｉ）複合信号を生成するように動作する同相（Ｉ）多数決モジュールと、
    第２の複数の信号の多数決に基づいて一定振幅の直角位相（Ｑ）複合信号を生成するように動作する直角位相（Ｑ）多数決モジュールであって、少なくとも１つのオフセットキャリアコードは、該一定エンベロープ複合信号に結合すべき該第１の複数の信号及び該第２の複数の信号中にある、Ｑ多数決モジュールと、
    スケール係数モジュールであって、該Ｉ複合信号に結合された該第１の複数の信号中のオフセットキャリアコードの電力と、該Ｑ複合信号に結合された該第２の複数の信号中のオフセットキャリアコードの電力とを等しくするように該Ｉ及びＱ複合信号の少なくとも１つにスケール係数を適用し、これにより、単一オフセットキャリアコードが該一定エンベロープ複合信号に含まれる、スケール係数モジュールと、
    キャリア信号の同相（Ｉ）成分を該Ｉ複合信号で変調するＩチャネルミクサと、
    該キャリア信号の直角位相（Ｑ）成分を該Ｑ複合信号で変調するＱチャネルミクサと、
    該キャリア信号の該変調されたＩ及びＱ成分を結合して該一定エンベロープ複合信号を形成する結合器と
    を備えている、装置。
15. 前記装置は通信ネットワーク内の基地局である、請求項１４に記載の装置。
16. 前記基地局は地上セルラーネットワーク内にある、請求項１５に記載の装置。
17. 前記装置は移動体通信装置である、請求項１４に記載の装置。
18. 前記装置は衛星である、請求項１４に記載の装置。
19. 前記装置はＷｉＦｉまたはＷｉＭＡＸ送信機である、請求項１４に記載の装置。
20. 前記装置は符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）送信機である、請求項１４に記載の装置。
21. 前記装置はマルチキャリアＣＤＭＡ送信機である、請求項１４に記載の装置。
22. 前記Ｉ多数決モジュールは、前記第１の複数の信号と関連する電力割り当てに従って重み付けられた該第１の複数の信号の値で前記多数決を実行し、
    前記Ｑ多数決モジュールは、前記第２の複数の信号と関連する電力割り当てに従って重み付けられた該第２の複数の信号の値で該多数決を実行する、請求項１４に記載の装置。
23. 前記スケール係数は前記Ｉ及びＱ複合信号の振幅を異ならせる、請求項１４に記載の装置。
24. 多数決を介して複数のオフセットキャリアコードを結合することにより複合オフセットキャリアコードを生成するように動作するオフセット多数決モジュールを更に含み、該複合オフセットキャリアコードにより変調された方形波の位相は前記Ｉ多数決モジュール及び前記Ｑ多数決モジュールのそれぞれに供給される、請求項１４に記載の装置。
25. 前記一定エンベロープ複合信号に含まれた前記単一オフセットキャリアは、直交位相の第１及び第２のオフセットキャリアコードにより変調される、請求項１４に記載の装置。
26. 前記第１のオフセットキャリアコードにより変調された余弦位相の方形波と、前記第２のオフセットキャリアコードにより変調された正弦位相の該方形波とは、前記Ｉ多数決モジュールにより結合された前記信号中にあり、
    前記第２のオフセットキャリアコードにより変調された該余弦位相の該方形波と、該第１のオフセットキャリアコードにより変調された該正弦位相の該方形波とは、前記Ｑ多数決モジュールにより結合された前記信号中にある、請求項２５に記載の装置。
27. 前記第１のオフセットキャリアコード及び前記第２のオフセットキャリアコードの少なくとも１つは、多数決を介して複数のオフセットキャリアコードを結合することにより生成された複合オフセットキャリアコードを含む、請求項２５に記載の装置。
28. 前記Ｉ多数決モジュールは複数のオフセットキャリア周波数の複数のオフセットキャリアコードを第１の他のコードと結合し、前記Ｑ多数決モジュールは該複数のオフセットキャリア周波数の複数のオフセットキャリアコードを第２の他のコードと結合する、請求項１４に記載の装置。
29. 前記第１の複数の信号及び前記第２の複数の信号はチップ同期疑似ノイズ信号コードを含み、前記Ｉ多数決モジュール及び前記Ｑ多数決モジュールは、該第１の複数の信号及び該第２の複数の信号の重み付け多数決からそれぞれ該Ｉ複合信号及び該Ｑ複合信号の値をチップごとに決定する、請求項１４に記載の装置。
30. 前記装置はマルチキャリア一定エンベロープ複合信号を生成する、請求項１４に記載の装置。

Images