JPH06141021A - 符号分割多重通信用送受信装置 - Google Patents

符号分割多重通信用送受信装置

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JPH06141021A
JPH06141021A JP4288961A JP28896192A JPH06141021A JP H06141021 A JPH06141021 A JP H06141021A JP 4288961 A JP4288961 A JP 4288961A JP 28896192 A JP28896192 A JP 28896192A JP H06141021 A JPH06141021 A JP H06141021A
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JP
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spread
spreading
output
signal
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JP4288961A
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Tadashi Matsumoto
正 松本
Akihiro Azuma
明洋 東
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】移動通信システムの下りチャネルにおいて、同
一の伝搬路を経由して受信局で受信される他の通信者へ
の信号からの相互相関の影響を除去できるようにして、
ARD方式によるダイバーシティ効果を高めた符号分割
多重通信用送受信装置を提供する。 【構成】送信側において複数の通信者の情報シンボル入
力1を要素とするベクトルuに対して逆相関フィルタ
2によって処理を施し、その出力ベクトルyの各要素
に対して拡散器3で拡散系列4を乗算することによりス
ペクトラム拡散を行い、その拡散出力5をBPSK変調
器6を経て送信する。受信側においては、異なる伝搬遅
延時間を持つ複数の伝搬路を経て伝搬されてきた複数の
受信信号を逆拡散した後、複素重み係数をそれぞれ乗算
して合成し、その合成後の出力信号の基準信号点からの
2乗誤差を最小にするように複素重み係数を制御するA
RDを行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スペクトラム拡散通信
を用いた符号分割多重通信用送受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】スペクトラム拡散通信を用いた符号分割
多重通信方式は、様々な通信システムで応用され、また
は応用されつつある。特に、移動通信システムでは現在
運用されている周波数分割多重(FDMA)方式や時間
多重(TDMA)方式に基づくシステムと比較して、符
号分割多重(CDMA)方式はスペクトラム利用率を大
幅に改善できる可能性があることが文献1:K.S.Gilhou
sen, I.M.Jacobs, R.Padovani, A.Viterbi, L.A.Weave
r,Jr.and C.E.Wheatley III,"On the Capacity ofa Cel
lular CDMA System",IEEE Trans.VT,Vol.VT-40,pp.303-
312,1991によって示されており、その実用化のための検
討が盛んになりつつある。
【0003】ところで、移動通信用に限らず、従来の符
号分割多重通信用受信装置では、通信に用いる拡散系列
に整合した整合フィルタを用いて、またはそれと等価な
相関処理によって、逆拡散が実行される。この逆拡散の
過程では、ある通信者に割り当てられた拡散系列が他の
通信者に割り当てられた拡散系列との間で相関(相互相
関)を持つと、この相互相関が干渉となって現れるた
め、通信品質(具体的には、ビット誤り率やフレーム誤
り率)が劣化する。この劣化の度合は、同時に通信を行
う他の通信者の数が多いほど、すなわち、希望波対干渉
電力比(SIR)が小さいほど大きくなる。このため、
従来から相互相関の小さい拡散系列のクラスを見出すこ
とが、高品質な符号分割多重通信を実現するうえで不可
欠とされてきた。
【0004】しかし、一般に拡散系列間の相互相関を小
さくしようとすると、このクラスに属する拡散系列の数
が少なくなるため、多くの通信者にこのクラスの拡散系
列を与えることができないという矛盾をきたしてしま
う。このため、相互相関の小さい拡散系列を各通信者に
割り当てることによるスペクトラム利用率の増大には、
自ずと限界があった。
【0005】一方、米国プリンストン大学の Ruxandra
Lupas と Sergio Verdu は、加法性のガウス雑音を受け
る2値非同期CDMAシステムに対して、受信信号電力
に差があっても各通信者からの受信信号より送信信号を
推定できる線形フィルタのクラスを明らかにした。この
フィルタによる処理量は、同時通信者数Nに比例して増
大する程度に留まるため、現実的な処理量で上記の相互
相関の影響を除去することができる(厳密には、該クラ
スのフィルタは相互相関の影響を完全には除去している
のではなく、受信信号間の線形な演算の範囲内で最大の
相互相関除去を実現する)。このことは、文献2:R.Lu
pas and S.Verdu,"Near-Far Resistanceof Multiuser D
etectors in Asynchronous Channels",IEEE Trans.COM,
Vol.COM-38,pp.496-508,1990 に示されている。彼ら
は、このフィルタを逆相関フィルタ(Decorrelator Fil
ter )と呼んでいる。
【0006】さらに、このような特徴を持った逆相関フ
ィルタを移動通信における下りチャネル(基地局送信、
移動局受信)に用いる場合の効果的な適用方法が、特願
平4−132798によって提案されている。この方法
によれば、逆相関フィルタと等価な処理(複数の通信者
の情報シンボルを要素とするベクトルに、各拡散系列間
の1情報シンボル時間長にわたる相互相関係数から定ま
る係数を要素とする行列を乗算することで実現される)
を送信局である基地局において行い、受信局である移動
局では通常の希望信号に対する逆拡散を行うことで、相
互相関の影響を除去できる。このため、消費電力を低減
することが重要な移動局の処理量を、通常の逆拡散を行
う場合と全く同じにできることになる。
【0007】さて、移動通信環境にスペクトラム拡散通
信を適用する場合の特徴として、パスダイバーシティ効
果が挙げられる。すなわち、移動通信環境では基地局か
らの送信信号は異なる伝搬遅延時間を持つ複数の伝搬路
を経て移動局で受信される。そこで、拡散チップレート
の逆数(=最小分解能)を各伝搬路の遅延時間差よりも
小さくしておけば、逆拡散によりそれぞれの伝搬路に対
応する相関ピークが検出できる。各伝搬路を伝搬する信
号は、それぞれフェージングを受けているが、その変動
は独立なので、ダイバーシティブランチとして用いるこ
とができる。これについては、例えば文献3:J.G.Proa
kis,"Digital Communications",McGraw-Hill,1989,pp.7
19-743に見られるように、RAKE受信法として古くか
ら検討されている。
【0008】また、最近では送信する情報シンボル系列
の一定間隔毎にトレーニング系列と呼ばれる既知のシン
ボル系列を埋め込んでおき、受信側では複数の受信信号
をダイバーシティ合成する際に、合成後の信号の基準信
号点からの2乗誤差が最小になるように重み付け合成す
る方式が、文献4:A.Higashi and T.Matsumoto,"BERPe
rfomance of Adaptive RAKE Diversity(ARD)in DPSK DS
/CDMA Mobile Radio",Tech.report of ICICE,SST92-16,
Sendai,1992,pp.13-18 によって提案されている。同文
献4においては、この方式をARDと称している。この
ARD方式によると、トレーニング区間中では受信側で
既知のトレーニング系列を、また情報系列中では合成後
の信号を識別した信号(2値伝送の場合、“0”または
“1”)を、それぞれ基準信号として用いることにな
る。
【0009】符号分割多重移動通信環境において上述の
ARD方式を用いれば、合成後における、他の通信者か
らの大きな干渉を受けているパスの影響は小さく、また
受信レベルが低くとも干渉が小さいパスの影響は大きく
なるように、重み付け合成時の重み係数が制御される。
従って、干渉リミテッドな符号分割多重移動通信環境に
おいて、最適ダイバーシティ合成を実現できる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ここで、ARD方式を
移動通信システムの下りチャネルに適用する場合につい
て考えてみる。移動通信システムの下りチャネルにおい
ても、基地局からの送信信号は、複数の独立に変動する
伝搬路を経て移動局で受信されることに変りはない。上
述のように、ARD方式では合成後の信号の基準信号点
からのずれ(2乗誤差)が最小になるように、各伝搬路
を経由した信号を重み付けして合成する。この合成後の
信号の基準信号点からのずれは、(1)他の伝搬路を経
由した信号の影響、(2)同一の伝搬路を経由して受信
される他の通信者への信号からの相互相関の影響、およ
び(3)雑音の影響によって生じる。これらのうち、
(1)と(3)は通信の都度ランダムに異なるため、送
信側でこれらを制御することはできない。しかし、各伝
搬路に着目すれば、複数の通信者への送信信号は拡散用
のチップタイミングのレベルで完全に同期しているため
(もちろん、異なる伝搬路の信号間では同期していな
い)、上述の送信逆相関フィルタを用いることで拡散系
列間の相互相関に起因する(2)の影響を除去できる。
このとき、合成後の信号点は基準信号点に近くできるか
ら、ARD方式によるダイバーシティ合成の効果をより
大きくできることが予想される。
【0011】本発明は、このような着想に基づいてなさ
れたもので、例えば移動通信システムの下りチャネル
(基地局送信、移動局受信)において、同一の伝搬路を
経由して受信局で受信される他の通信者への信号からの
相互相関の影響を除去できるようにして、ARD方式に
よるダイバーシティ合成の効果をより高めることを可能
とした符号分割多重通信用送受信装置を提供することを
目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、送信側の逆相
関フィルタと受信側のARD方式とを併用することを骨
子とするものである。
【0013】すなわち、本発明に係る符号分割多重通信
用送受信装置では、送信側において複数の通信者の情報
シンボルを要素とするベクトルに、各拡散系列間の1情
報シンボル時間長にわたる相互相関係数から定まる係数
を要素とする行列を乗算する乗算手段と、該乗算手段の
乗算結果のベクトルの各要素に対して各拡散系列を乗算
することによりスペクトラム拡散を行う拡散手段と、該
拡散手段により得られた拡散出力を送信する送信手段を
送信側に具備する。
【0014】一方、受信側においては、該送信手段から
送信され異なる伝搬遅延時間を持つ複数の伝搬路を経て
伝搬されてきた複数の信号を受信する受信手段と、該受
信手段により受信された複数の信号を逆拡散する逆拡散
手段と、該逆拡散手段により逆拡散された複数の受信信
号に対して複素重み係数をそれぞれ乗算する複素重み係
数乗算手段と、該複素重み係数乗算手段の出力信号を合
成する合成手段と、該合成手段の出力信号の基準信号点
からの2乗誤差を最小にするように前記複素重み係数を
制御する制御手段とを具備する。
【0015】
【作用】このように本発明では、送信側において上記乗
算手段により逆相関フィルタ処理を行うことにより、移
動通信システムの下りチャネルにおいて、同一伝搬路に
おける他の通信者への信号からの相互相関の影響、すな
わち先に挙げたARD方式における合成後の信号の基準
信号点からのずれ要因である(1)〜(3)のうち、
(2)が除去される。
【0016】これによって、受信側において複数の伝搬
路を経て受信される信号を逆拡散してから複素重み係数
を乗じて合成した後の信号点は、トレーニング系列およ
び情報系列の両者において基準信号点により近付くよう
になる(伝搬路が一つで、かつ雑音が無ければ合成後の
信号点は基準信号点に完全に一致する)。
【0017】従って、前記(1)〜(3)のうち(1)
と(3)の影響に対するARD受信によるダイバーシテ
ィ合成の効果が向上する。すなわち、ARD方式におけ
る重み付け係数の精度が高められて最適値により近づく
結果、総合の信号伝送特性であるビット誤り率が改善さ
れる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【0019】図1は、本発明の一実施例における符号分
割多重通信用送信装置の構成を示すブロック図である。
この送信装置は逆相関フィルタ2、拡散器3およびBP
SK変調器6からなる。
【0020】図1において、各移動局へ送信されるべき
各通信者の情報シンボル入力1は、逆相関フィルタ2へ
の入力ベクトルuとなる。逆相関フィルタ2において
は、情報シンボル入力1の系列間の相互相関除去のため
の行列演算(線形演算なので行列で表現される)、すな
わち複数の通信者の情報シンボルを要素とするベクトル
uに、各拡散系列間の1情報シンボル時間長にわたる
相互相関係数から定まる係数を要素とする行列を乗算す
る処理が行われる。この逆相関フィルタ2の出力ベクト
ルyは、拡散器3で各要素毎に拡散系列4と乗算さ
れ、これによってスペクトラム拡散が行われる。拡散器
3からの拡散出力5は、BPSK変調器6で2値位相変
調されて移動局へ送信される。
【0021】図2は、本発明の一実施例における符号分
割多重通信用受信装置の構成を示すブロック図である。
この受信装置は逆拡散器8、複素重み係数乗算器10、
合成器11、識別器13、スイッチ15、トレーニング
パターン発生部16および演算器18からなる。
【0022】図2において、図1の符号分割多重通信用
受信装置から送信され、複数の伝搬路を経由して伝搬さ
れてきた複数の信号は、図示しないBPSK復調器で復
調される。復調された受信信号7は、各伝搬路に追随し
た逆拡散器8によって逆拡散される。この逆拡散器8の
出力結果である逆拡散出力9は、複素重み係数乗算器1
0により複素重み係数が乗算された後、合成器11によ
って合成される。合成器11の合成出力12は識別器1
3によって識別されて識別出力14となり、同時にスイ
ッチ15にも入力される。スイッチ15は、トレーニン
グ系列受信中はトレーニングパターン発生部16側に倒
され、情報系列受信中は識別器13側に倒される。トレ
ーニングパターン発生部16では、トレーニング系列受
信中にはシンボルタイミングに同期してトレーニングパ
ターンが発生される。このトレーニングパターンは、前
述のように受信側において既知のパターンである。
【0023】スイッチ15の出力17は、演算器18に
入力される。演算器18には、さらに合成器11の出力
12および逆拡散器8の逆拡散出力9も入力されてい
る。この演算器18においては、これらの出力17,1
2,9を用いて合成出力17の信号の基準信号点からの
誤差を最小にするように重み付け係数制御アルゴリズム
が実行される(通常、Recursive Least Squareアルゴリ
ズム等によりこの処理は実現できる。詳細は例えば文献
4:Simon Haykin,"Adaptive Filter Theory",Prentice
Hall,1986,pp.381-454 参照)。演算器18の演算出力
19は複素重み係数であり、複素重み係数乗算器10に
与えられる。
【0024】図3は、拡散前の送信信号系列の一例であ
り、情報系列の一定間隔毎にトレーニング系列が埋め込
まれている。
【0025】図4は、同実施例による図1の送信装置か
ら図2の受信装置への信号伝送特性をシミュレーション
により求めた結果を示している。拡散系列は31段のゴ
ールド系列であり、逆拡散前の平均受信信号電力対雑音
電力比(SNR)は−3dBである。伝搬路としては、
2波のレイリーフェージング伝搬路(最大ドップラ周波
数40Hz)を仮定した。図3に示すような情報系列6
4ビットとトレーニング系列16ビットで1フレームを
構成し、図1の送信装置において逆相関フィルタ2が有
る場合と無い場合の両方に対して、受信後のビット誤り
率を求めた。横軸は同時通信者数、縦軸は平均ビット誤
り率である。
【0026】このシミュレーション結果からも分かるよ
うに、送信時の逆相関フィルタ処理と受信時のARDを
組み合わせる本発明の信号伝送特性は、従来のARDの
みを行う場合と比較して約一桁低い誤り率を達成してい
る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば移
動通信システムにおける下りチャネルのように、送信側
から送信された信号が複数の伝搬路を経て受信側で受信
される信号伝送系において、送信側に逆相関フィルタ処
理、受信側にARD方式をそれぞれ用いることにより、
ARD方式によるダイバーシティ効果を大幅に改善する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る送信装置の構成を示す
ブロック図
【図2】同実施例に係る受信装置の構成を示すブロック
【図3】拡散前の送信信号系列の一例を示す図
【図4】同実施例における信号伝送特性をシミュレーシ
ョンにより求めた結果を示す図
【符号の説明】
1…情報シンボル入力 2…逆相関フィルタu …入力ベクトル y…逆相関フィル
タ出力ベクトル 3…拡散器 4…拡散系列 5…拡散出力 6…BPSK変調器 7…受信信号 8…逆拡散器 9…逆拡散出力 10…複素重み係数乗
算器 11…合成器 12…合成出力 13…識別器 14…識別出力 15…スイッチ 16…トレーニング
パターン発生部 17…スイッチ出力 18…演算器 19…演算出力

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の通信者の情報シンボルを要素とする
    ベクトルに、各拡散系列間の1情報シンボル時間長にわ
    たる相互相関係数から定まる係数を要素とする行列を乗
    算する乗算手段と、 該乗算手段の乗算結果のベクトルの各要素に対して各拡
    散系列を乗算することによりスペクトラム拡散を行う拡
    散手段と、 該拡散手段により得られた拡散出力を送信する送信手段
    と、 該送信手段から送信され異なる伝搬遅延時間を持つ複数
    の伝搬路を経て伝搬されてきた複数の信号を受信する受
    信手段と、 該受信手段により受信された複数の信号を逆拡散する逆
    拡散手段と、 該逆拡散手段により逆拡散された複数の受信信号に対し
    て複素重み係数をそれぞれ乗算する複素重み係数乗算手
    段と、 該複素重み係数乗算手段の出力信号を合成する合成手段
    と、 該合成手段の出力信号の基準信号点からの2乗誤差を最
    小にするように前記複素重み係数を制御する制御手段と
    を具備することを特徴とする符号分割多重通信用送受信
    装置。
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