JPH11511914A - 耐マルチパス型直交符号分割多重アクセス・システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、帯域幅効率のよいＯＣＤＭＡをマルチパス環境において使用することを目的とする。高速ＰＮ符号は、達成可能な直交性に著しい影響を及ぼすのに充分なだけ遅延されるマルチパス成分を大幅に減衰する。ラデマッハー−ウォルシュ（ＲＷ）チッピング速度だけキャリアをオフセットすることにより、かつ正確な回路網タイミングを用いて高速のＰＮチップ持続時間の小さな部分に全てのアクセスを整列させることにより、利用可能な帯域幅を完全に利用することが可能になる。このような時間軸整列を達成するための手順は、米国特許出願第９８０，９５７号に既に開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】 耐マルチパス型直交符号分割多重アクセス・システム 直交符号分割多重アクセス（ＯＣＤＭＡ）は、更に慣用されている擬似直交Ｃ ＤＭＡ（ＱＯＣＤＭＡ）の容量即ち帯域幅効率を改善するための有効技術として 堤案されてきた（参考のため本文に援用される米国特許出願第９８０，９５７号 、および参考のため本文に援用される１９９４年６月７日出願の米国特許出願第 ０８／２５７，３２４号）。ＱＯＣＤＭＡは、（直接シーケンスＰＮのための） チップ（ｃｈｉｐ）あるいは（擬似ランダム・ホッピングのための）ホップ（ｈ ｏｐ）が時間的に整列されないので、非同期ＣＤＭＡとしばしば呼ばれる。非整 列（ｎｏｎ−ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）又は非同期（ａｓｙｎｃｈｒｏｎｉｃｉｔｙ ）の結果として、真の直交性を達成することはできず、ＱＯＣＤＭＡシステムは 他のシステム・ユーザからの妨害、あるいは一般にアクセス・ノイズとして知ら れるものから免れられない。このアクセス・ノイズの結果として、ＱＯＣＤＭＡ システムは、ＯＣＤＭＡの如き直交システムが可能であるほどには、所与の帯域 幅における高い容量、即ちチャンネル数を達成することができない。 先に述べたように、ＯＣＤＭＡは、全てのアクセスの時間的整列を必要とし、 このことは、加入者端末、即ち遠隔装置が高速で移動していず、基地局即ち星状 網のハブから遠距離を移動していないことを前提として、星状網において容易に 実現することが可能である。更に、加入者端末が鋭い指向性を持たないアンテナ を用いない時に満たされなければならない、即ち特に問題となる別の伝搬条件が ある。このような状況においては、かなりのマルチパスが存在し得、時間的に整 列されない遅延経路信号は直交しないので、これらの信号がアクセス・ノイズに 寄与することになる。しかし、マルチパスの遅延拡散が直交符号のチップ持続時 間に比較して小さいければ、マルチパス信号の影響は無視し得る。適当に低いチ ッピング速度を選定し、かつ動作を遅延拡散が非常に小さい屋内環境に限定する ことによって、このような条件を確保できる。このように、ＯＣＤＭＡの最初の 適用は、これらの条件が満たされ得る無線ＰＢＸに対するものであった。 本発明の目的は、当該システムを直交符号チップの持続時間に比較して著しい 遅延拡散が生じる環境に拡張することである。問題 ： 実際に２つの問題がある。１つの問題は加入者端末において生じ、他の問題は 基地局において生じる。加入者端末においては、マルチパスの影響を除去するか あるいは軽減して直交性を回復する等化器の使用によって、問題を解消すること ができる。しかし、基地局においては、各信号は基地局に対する異なる経路を経 由し、従って異なるマルチパス特性を有するので、このような試みは実施できな い。このように、複合信号に対して動作する等化器には、多数の経路を同時に等 化するという不可能な仕事が課される。このため、基地局への入リンクおよび基 地局からの出リンクに対して適用される解決法を見出すことが望ましい。 本発明の目的は、基地局への入リンクおよび基地局からの出リンクに対して適 用される解決法の提供にある。 本発明によれば、ＯＣＤＭＡシステムは、ラデマッハー−ウォルシュ（Ｒａｄ ｅｍａｃｈｅｒ−Ｗａｌｓｈ；ＲＷ）チップごとに多数の、例えば８ないし６４ 個のＰＮチップが存在する高速のＰＮ拡散の導入によって、マルチパス遅延拡散 に更に耐えるようになる。一般的概念は、復調器における相関器がＲＷチップの 小さな部分以上に遅延されるマルチパス成分に対して処理利得弁別を与えるよう に、ＰＮチッピング（ＰＮ ｃｈｉｐｐｉｎｇ）速度を充分に高く設定すること である。このため、大きな遅延成分の影響は、ＰＮ処理利得によって低減される ことになる。小さな遅延のマルチパス成分は、性能に対して無視し得る影響を生 じる（Ｄ．Ｔ．Ｍａｇｉｌｌ、Ｆ．Ｄ．ＮａｔａｌｉおよびＧ．Ｐ．Ｅｄｗａｒ ｄｓ著「商業用途のための拡散スペクトル技術（Ｓｐｒｅａｄ−Ｓｐｅｃｔｒｕ ｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔ ｉｏｎｓ）」（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ、１９９４年 ４月、５７２〜５８４ページ参照））。例えば、ＲＷチップの持続時間の５％よ り小さなマルチパス成分がシステムの直交性に対して無視し得る影響を及ぼすも のと結論されるならば、実質的な性能の改善を実現するのにＲＷチップあたり２ ０個のＰＮチップで充分である。 このように、より高い速度のＰＮ符号の使用が、２個以上のＰＮチップだけ遅 延される成分によるマルチパス・フェーディングを生じないようにする保護を提 供する。全ての成分が少なくとも１つのチップだけ遅延されることが確実である 如き環境であるならば、アンテナ・ダイバーシティの必要を回避できる。 これまで述べられてきたように、高速のＰＮ符号は、実質的に高い帯域幅要件 を犠牲にして得られるマルチパス抑制のためのみに導入され、その結果ＯＣＤＭ Ａと比較してシステム帯域幅効率が劣化した。本発明のシステム設計は、この問 題の解決のための２つの試みを有する。 第１の試みは、ＱＯＣＤＭＡを用いて占有帯域幅の容量を増加することに過ぎ ない。他の高速のＱＯ ＰＮ符号は自己直交性（ｓｅｌｆ−ｏｒｔｈｏｇｏｎａ ｌ）のユーザの組へ割当てられることになる このシステムの短所は、これらの 他のユーザの組からＱＯアクセス・ノイズが結果として生じることである。典型 的な状況では、アクセスの大半は直交性でなく、性能はＱＯＣＤＭＡの性能とな る。このことは容量を１つの高速ＰＮ符号（および１つのキャリア周波数）を用 いて得られる容量以上に改善するが、最良の達成可能な性能をもたらす結果とは ならない。それにも拘わらず、多くの場合、これはマルチパス環境で動作する現 行のＯＣＤＭＡシステムの性能を高める実用的な試みである。その結果得られる システムが更に一般的なＱＯＣＤＭＡに関してほとんど帯域幅効率の利点を提供 しないことに注意すべきである。 本発明により提供される第２のより望ましい実施の形態は、帯域幅の効率を高 めるために直交周波数分割多重アクセスを用いる。この試みによれば、ＲＷチッ ピング速度の数倍のキャリア・オフセットで現在の信号構造（同じＰＮ符号を含 む）を反復することによって新たなアクセスが導入される。全ての信号がＲＷチ ップ持続時間の小さな部分に調時されるかぎりスペクトルは重り合うが、信号は 本質的に直交性である。更に、２個以上の高速ＰＮチップだけ遅延されるマルチ パス成分に対しては、遅延成分はＰＮ処理利得だけ低減されることになる。この ように、性能は真に直交性のシステム性能からやや劣化するかもしれないが、Ｑ ＯＣＤＭＡにより達成され得る性能に勝るものとなる。 当該第１の試みにおいては、送信される信号の組は下式によって与えられる。 即ち、 S_ik(t)＝PN_HR,k(t)・PN_LR,_k(t)・RW_i(t)・[α(t)＋jb(t)]・cos(ω₀t) 但し、ＰＮ_HR,_k(ｔ)はｋ番目の組のアクセスに対する高速ＰＮ符号、ＰＮ_LR,_k( ｔ)は（本質的に異なる別のＲＷ関数の特性をランダム化し等化するのに必要な ）ｋ番目の組のアクセスに対する低速ＰＮ符号、ＲＷ_i(ｔ)はｉ番目のＲＷ関数 、［α（ｔ）＋ｊｂ（ｔ）］は複素数のベースバンド・データ変調信号（典型的 にはＱＰＳＫ信号であるが、ある状況では高次の変調が望ましい）である。 第２の試みにおいては、送信される信号は下式によって与えられる。即ち、 S_ik(t)＝PN_HR(t)・PN_LR(t)・RW_i(t)・[α(t)＋jb(t)]・cos(ω₀t＋δω・k・t) 但し、この表記は上式と略々同じである。全てのアクセスに対して同じ符号が用 いられるので、下つきのｋは２つのＰＮ符号では省略されている。別の組のアク セスは、２π×ＲＷチッピング速度の整数倍と対応する量δω・ｋだけオフセッ トした角周波数によりサポートされる。 基地局のための復調器は、局部相関器の時間軸を制御するのに遅延弁別器出力 が用いられない点で異なる。むしろ、この遅延弁別器出力は、米国特許出願第９ ８０，９５７号に記載される如き指令線によって加入者端末へ送られる。図面の簡単な説明 本発明の上記および他の目的、利点および特徴については、以降の説明および 添付図面を参照するならば、更に明らかになるであろう。 図１は、本発明を組込んだ耐マルチパス型直交符号分割多重アクセス・ディジ タル・セルラー電話システムのブロック図、 図２は、第１の即ちハイブリッドＱＯ／ＯＣＤＭＡ方式のための、相関復調に 基く変調器のブロック図、 図３は、望ましい直交周波数オフセット方式のための、相関復調に基く変調器 のブロック図、 図４は、ハイブリッドＱＯ／ＯＣＤＭＡ方式のための加入者端末復調器のブロ ック図、および 図５は、望ましい直交周波数オフセット方式のための加入者端末復調器のブロ ック図である。発明の詳細な説明 図面において、下記の表記の意味は次のとおりである。 ＱＡＳＫ 直交振幅シフト・キーイング ＱＰＳＫ ４相シフト・キーイング ＶＣＯ 電圧制御発振器 Ｉ＆Ｄ 積分・ダンプ回路 ＬＰＦ 低域通過フィルタ Ｉｍ｛・｝ 虚数部 （・）＊ 複素共役 ＳＧＮ（・） 実数部と虚数部との符号 （・）² ２乗演算 π 複素乗算 Δ／２ 高速チップの１／２だけの遅延発明の詳細な説明 図１は、１つのシステム・ハードウエア・セットに対するハードウエア構成、 例えば、基本的な単一基地局システム構成を示している。各ハードウエア・セッ トは、基地局１０と、ハンドセット１１−１、１１−２、．．．１１−Ｎとから なっている。当該システムは、基地局が星状網の中心にある星状網構成を画定す る。基地局１０は、運用システムにおける各個のユーザのハンドセットに対して １つのモデム１２を含む。各モデム１２は、変調器１３（図２または図３）と、 復調器１４（図４または図５）とを含んでいる。復調器１４は、入力信号１６を 受取り、この入力信号を本文で述べるように処理し、処理されたデータ信号をア ップ・コンバータ１７、電力増幅器１８、ダイプレクサ１９、および各個の加入 者局即ち移動局１１−１、１１−２、．．．１１−Ｎへ送信するためのアンテナ ２５へ出力する。アンテナ２５で受信された信号は、ダイプレクサ１９を経て適 正な加入者チャンネルへ送られ、低雑音増幅器（ＬＮＡ）２１によって増幅され 、ダウン・コンバータ２２においてダウン・コンバートされ、復調器１５によっ て処理されて、出力２６に出力される。データ端子１６および２６は、インター フェース（図示せず）によって電話システム（ＴＥＬＣＯ）へ接続される。 各加入者局１１は、ダイプレクサ手段３１により送信チャンネルあるいは受信 チャンネルへ接続されるアンテナ・システム３０（前掲の米国特許出願に開示さ れた二重交差偏波型でよい）を有する。 送信モードにおいて、データ３２は加入者モデム３４における変調器３３へ入 力され（図２または図３に詳細に示される）、アップ・コンバータ３５において アップコンバートされ、電力増幅器３６により増幅され、基地局１０へ同報する ためダイプレクサ３１によってアンテナ３０へ接続される。受信された信号は、 受信機のダイプレクサ３１と低雑音増幅器（ＬＮＡ）３７とによってダウン・コ ンバータ３８と復調器３９（図４または図５）へ接続され、４０において利用装 置（図示せず）へ出力される。他の加入者局も同様に構成されている。 図２は、第１の即ちハイブリッドＱＯ／ＯＣＤＭＡ装置のための変調器のブロ ック図である。入力直列データは、各々に複合擬似ランダム符号モジュロ２が付 加された２つの並列データ・ストリームに変換される。その結果として得られた ストリームは次に変調器へ印加されて、送信信号を生成する。通常は、ＱＰＳＫ 変調が用いられるが、より高い帯域幅効率が要求されるならば、より高次の変調 をＱＡＳＫ変調によりサポートするようにしてもよい。 複合擬似ランダム符号は、ＲＷ符号のモジュロ２和と、高速および低速のＰＮ 符号のモジュロ２の和とである。これら符号は指数により選択され、ここでｋは 組｛１，２，．．．Ｋ｝から選択された整数である。組｛１，２，．．．Ｉ｝か ら選択された整数である指数ｉは、ＲＷ符号と直交チャンネルとを決定する。こ のように、システムにはＩ＊Ｋ個のチャンネルがある。実際的な理由から、Ｉは 通常は１６、３２あるいは６４である。Ｋは、他のチャンネルからのアクセス・ ノイズによって制限される。 全てのチャンネルが同じキャリア周波数を用いることに注目されたい。図示さ れた変調器は、基地局に配置されたものである。加入者端末においては、符号の 時間軸が指令ｂ）を介して基地局により指令されるように補正できるよう、局部 発振器＃１は電圧制御発振器で置換される。 図３は、望ましい直交周波数オフセット方式に対する変調器のブロック図であ る。同図は、指数ｋが符号の選択ではなく周波数シンセサイザによって直交チャ ンネルを選択することを除いて図２と同じである。 両方の方式に対する復調器は、相関復調に基くものである。符号同期は、ノン コヒーレントの遅延ロック・ループの使用によって達成される。以降のブロック 図に示されるように、コヒーレント復調は、判定用のフェーズ・ロック・ループ の使用によって達成される。しかし、更に複雑なブロック位相予測器を用いるこ とができ、強さの変動するチャンネルにおいて更に優れた性能を提供する。 図４は、ハイブリッドＱＯ／ＯＣＤＭＡ方式のための加入者端末復調器のブロ ック図である。これらの図面を簡素化するために複素表記が用いられる。例えば 、Ｉ＆Ｄで示されるブロックは、２つの実数値の積分・ダンプ回路と対応してい る。 図５は、望ましい直交周波数オフセット方式に対する加入者端末復調器のブロ ック図である。この図は、図４とは僅かしか相違しない。 基地局のための復調器は、局部相関器の時間軸の制御のために遅延弁別器出力 が用いられないことでのみ異なっている。むしろ、遅延弁別器出力は、米国特許 出願第９８０，９５７号に記載された如き指令線によって加入者端末へ送られる 。 図示のように、当該システムは、周波数分割による二重化を用いて送信信号と 受信信号とを分離する。前掲の米国特許に示されるように、時分割による二重化 （ＴＤＤ）が優れていることは多い。ＴＤＤをサポートするため、ＴＤＤシステ ムで典型的であるように、変調器は圧縮バッファ、復調器および伸長バッファを 含む必要がある。 本発明の望ましい実施の形態について記述し図示したが、本発明の他の実施の 形態、応用および修正が当業者には容易に明らかであることが理解されよう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基地局と、複数の移動ハンドセットと、前記基地局および前記複数の移動ハ ンドセットにおける変調器手段および復調器手段とを有する直交符号分割多重ア クセス（ＯＣＤＭＡ）無線電話システムにおいて、前記変調器は各ラデマッハー ／ウォルシュ（ＲＷ）チップごとに複数のＰＮチップを有し、各復調器は相関器 を有し、かつ各変調器は前記相関器がＲＷチップの小さな部分よりも遅延された マルチパス成分に対して利得弁別を生じるように充分に高いＰＮチッピング速度 を設定する手段を含む、前記ＯＣＤＭＡシステムに耐マルチパス遅延拡散性を持 たせるＯＣＤＭＡ無線電話システム。 ２．基地局と、複数の移動ハンドセットと、前記基地局および前記複数の移動ハ ンドセットにおける、各ラデマッハー／ウォルシュ（ＲＷ）チップごとに複数の ＰＮチップを有する変調器手段と、各々が相関器を有する復調器手段とを有する 直交符号分割多重アクセス（ＯＣＤＭＡ）無線電話システムに耐マルチパス遅延 拡散性を持たせる方法において、前記相関器がＲＷチップの小さな部分よりも遅 延されたマルチパス成分に対して利得弁別を生じるように、各変調器においてＰ Ｎチッピング速度をあるレベルに設定するステップを含む方法。