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明細書 :CDMA伝送装置及び方法

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第4635200号 (P4635200)
公開番号 特開2006-325099 (P2006-325099A)
登録日 平成22年12月3日(2010.12.3)
発行日 平成23年2月16日(2011.2.16)
公開日 平成18年11月30日(2006.11.30)
発明の名称または考案の名称 CDMA伝送装置及び方法
国際特許分類 H04B   1/707       (2011.01)
H04L  27/01        (2006.01)
FI H04J 13/00 400
H04L 27/00 K
請求項の数または発明の数 17
全頁数 19
出願番号 特願2005-148120 (P2005-148120)
出願日 平成17年5月20日(2005.5.20)
新規性喪失の例外の表示 特許法第30条第1項適用 2005年1月21 社団法人電子情報通信学会発行の「電子情報通信学会技術研究報告 信学技報Vol.104 No.599」に発表
特許法第30条第1項適用 2005年3月7日 社団法人電子情報通信学会発行の「EiC電子情報通信学会 2005年総合大会講演論文集」に発表
審査請求日 平成20年1月28日(2008.1.28)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】504157024
【氏名又は名称】国立大学法人東北大学
発明者または考案者 【氏名】安達 文幸
【氏名】劉 楽
個別代理人の代理人 【識別番号】100107010、【弁理士】、【氏名又は名称】橋爪 健
審査官 【審査官】福田 正悟
参考文献・文献 特開2001-285133(JP,A)
特開2005-012531(JP,A)
特開2004-363721(JP,A)
特開2004-349889(JP,A)
特開平10-075230(JP,A)
特開平09-289501(JP,A)
特開平09-284191(JP,A)
LIU Le 他,Frequency-domain Differential Detection and Equalization of Differentially Encoded DS-CDMA Signals,電子情報通信学会2005年総合大会講演論文集 通信1,2005年 3月 7日,BS-9-8
劉 楽 他,周波数領域差動符号化DS-CDMA,電子情報通信学会技術研究報告,2005年 1月21日,vol.104, no.599,RCS2004-318
調査した分野 H04B 1/707
H04L 27/01
特許請求の範囲 【請求項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チップ(N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-ポイントFFTによりN個の直交周波数成分に分解するFFT部と、
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個の差動復号部と、
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個の等化部と、
各々の前記等化部からのN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。
【請求項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。
【請求項3】
k番目(k=0~N-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(k)と、一つ前のチップブロックの直交周波数成分Rm-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^(k)=w(k)R(k)Rm-1(k) (5)
ここで、*は複素共役、w(k)は等化重みである。
【請求項4】
前記等化部は、等化重みw(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。
【数1】
JP0004635200B2_000010t.gif
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(k)は拡散符号c(t)のk番目の周波数の成分である。σは雑音電力である。
【請求項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。
【請求項6】
m番目の各チップブロック毎に、N/SF個(N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{am,n;n=0~(N/SF)-1}に拡散符号c(t)を乗算する拡散部と、
前記拡散部で得られたNチップからなるm番目のチップブロックをN-ポイントFFTによりN個の直交周波数成分に分解するFFT部と、
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個の差動符号化部と、
前記差動符号化部からのN個の差動符号化周波数成分に、N-ポイントIFFTを適用してN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。
【請求項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チップ(N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-ポイントFFTによりN個の直交周波数成分に分解するFFT部と、
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個の差動復号部と、
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個の等化部と、
前記等化部からのN個の周波数成分にN-ポイントIFFTを適用してN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am,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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項10】
k番目(k=0~N-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Tm-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(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。
【請求項11】
k番目(k=0~N-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(k)と、一つ前のチップブロックの直交周波数成分Rm-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^(k)=w(k)R(k)Rm-1(k) (5)
ここで、*は複素共役、w(k)は等化重みである。
【請求項12】
等化重みw(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。
【数2】
JP0004635200B2_000011t.gif
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は、雑音電力である。
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。Sm-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。
【請求項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—ポイントFFTを行う第2のFFT部と、
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Sm-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(k)を前記第2のFFT部からの周波数成分より求めるN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。
【請求項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チップ(N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-ポイントFFTによりN個の直交周波数成分に分解し、
個の直交周波数成分毎に、各周波数成分を差動復号し、
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。
【請求項15】
m番目の各チップブロック毎に、N/SF個(N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{am,n;n=0~(N/SF)-1}に拡散符号c(t)を乗算し、
得られたNチップからなるm番目のチップブロックをN-ポイントFFTによりN個の直交周波数成分に分解し、
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、
個の差動符号化周波数成分に、N-ポイントIFFTを適用してNチップからなるチップブロックの時間領域信号を得て、
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。
【請求項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チップ(N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-ポイントFFTによりN個の直交周波数成分に分解し、
個の各直交周波数成分毎に、各周波数成分を差動復号し、
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個の周波数成分にN-ポイントIFFTを適用してN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am,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。
【請求項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。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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-ポイント高速フーリエ変換(FFT)によりN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)。
【0004】

【非特許文献1】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.
【非特許文献2】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.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。

【課題を解決するための手段】
【0006】
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。
【0007】
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チップ(N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-ポイントFFTによりN個の直交周波数成分に分解するFFT部と、
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個の差動復号部と、
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個の等化部と、
各々の前記等化部からのN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。
【0008】
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/SF個(N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{am,n;n=0~(N/SF)-1}に拡散符号c(t)を乗算する拡散部と、
前記拡散部で得られたNチップからなるm番目のチップブロックをN-ポイントFFTによりN個の直交周波数成分に分解するFFT部と、
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個の差動符号化部と、
前記差動符号化部からのN個の差動符号化周波数成分に、N-ポイントIFFTを適用してN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。
【0009】
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チップ(N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-ポイントFFTによりN個の直交周波数成分に分解するFFT部と、
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個の差動復号部と、
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個の等化部と、
前記等化部からのN個の周波数成分にN-ポイントIFFTを適用してN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am,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。
【0010】
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。
【0011】
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チップ(N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-ポイントFFTによりN個の直交周波数成分に分解し、
個の直交周波数成分毎に、各周波数成分を差動復号し、
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。
【0012】
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/SF個(N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{am,n;n=0~(N/SF)-1}に拡散符号c(t)を乗算し、
得られたNチップからなるm番目のチップブロックをN-ポイントFFTによりN個の直交周波数成分に分解し、
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、
個の差動符号化周波数成分に、N-ポイントIFFTを適用してNチップからなるチップブロックの時間領域信号を得て、
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。
【0013】
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チップ(N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-ポイントFFTによりN個の直交周波数成分に分解し、
個の各直交周波数成分毎に、各周波数成分を差動復号し、
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個の周波数成分にN-ポイントIFFTを適用してN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am,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。
【0014】
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。
【発明の効果】
【0015】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
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)と等しい場合(即ち、SF=N)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=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=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=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。
【0017】
=am-1 (4)
【0018】
拡散部33は、データシンボルbに拡散符号c(t)を乗算して、m番目のチップブロックを構成するNチップからなるチップ系列s(t)=b(t)を得る。ここで、Tをデータシンボル長、チップ長をT、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とする。送信データ1個はT/T個のチップに変換される。T/T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)と等しい場合とは、T=N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(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+N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/N)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。
【0019】
(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+N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Ng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チップのチップ系列r(t)を得る。FFT部401は、チップ系列r(t)を、次式のように、N-ポイントFFTによりN個の直交周波数成分R(k)、k=0~N-1、に分解する。
【0020】
【数1】
JP0004635200B2_000002t.gif

【0021】
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^(k)、k=0~N-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-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(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Rm-1(k)とを用いて、次のように差動復号と等化を行う。
S^(k)=w(k)R(k)Rm-1(k) (5)
ここで、*は複素共役、w(k)は等化重みである。等化部404は、等化重みw(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。
【0022】
【数2】
JP0004635200B2_000003t.gif
ここで、C(k)は拡散符号c(t)のk番目の周波数の成分である。受信側で拡散符号c(t)を予め知っているから、C(k)を計算できる。σは雑音電力である。
【0023】
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^(k)、k=0~N-1、を次式のように加算して軟判定値a^を得る。
【0024】
【数3】
JP0004635200B2_000004t.gif

【0025】
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。
【0026】
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/SF個の送信データシンボル系列{am,n;n=0~(N/SF)-1}に拡散符号c(t)を乗算して、m番目のチップブロックのチップ系列A(t)を得る。すなわち、A(t)=am,n×c(t)、t=0~N-1、である。ここで、nはt/SFの整数部であり、n=0~(N/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/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(t)をN-ポイントFFTによりN個の直交周波数成分S(k)、k=0~N-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。
【0027】
【数4】
JP0004635200B2_000005t.gif

【0028】
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-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Tm-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(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。
(k)=S(k)/{Tm-1(k)/|Tm-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(k)、k=0~N-1、にN-ポイントIFFTを適用して時間領域信号s(t)、t=0~N-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(t)を得る。ここで、s(t)は次式のようになる。
【0029】
【数5】
JP0004635200B2_000006t.gif

【0030】
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+N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/N)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。
【0031】
(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+N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チップのチップ系列r(t)を得る。FFT部23は、チップ系列r(t)(チップブロックに含まれる送信データ数はN/SF個になる)をN-ポイントFFTによりN個の直交周波数成分R(k)、k=0~N-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^(k)、k=0~N-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^(k)、k=0~N-1、にN-ポイントIFFTを適用して時間領域信号A(t)、t=0~N-1、を得る。ここで、A(t)は、次式のようになる。
【0032】
【数6】
JP0004635200B2_000007t.gif

【0033】
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am,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。
【0034】
【数7】
JP0004635200B2_000008t.gif

【0035】
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-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(k)と一つ前のチップブロックの直交周波数成分Rm-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。
【0036】
S^(k)=w(k)R(k)Rm-1(k) (2)
【0037】
ここで、*は複素共役、w(k)は等化重みである。
等化部25は、w(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。
【0038】
【数8】
JP0004635200B2_000009t.gif

【0039】
ここで、σ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/SF個のデータシンボルからなるデータシンボル系列 {am-1,n:n=0~(N/SF)-1} を得て、拡散部252によりそのデータシンボル系列am-1,nを拡散符号cm-1(t)で拡散する。その後、拡散部252からの時間領域信号Am-1(t)にFFT部253でN-ポイントFFTを行い、k番目の周波数成分Sm-1(k)を得る。N個の各周波数毎に設けられた等化重み計算部254では、Sm-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(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(k)を乗算する。
【産業上の利用可能性】
【0040】
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。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】送信機の第1の実施の形態の構成図。
【図2】送信側のデータ処理の説明図。
【図3】受信機の第1の実施の形態の構成図。
【図4】MMSEにおける雑音電力測定のための構成図。
【図5】送信機の第2の実施の形態の構成図。
【図6】送信側のデータ処理の説明図。
【図7】送信側の周波数領域差動符号化部の構成図。
【図8】受信機の第2の実施の形態の構成図。
【図9】受信側の周波数領域差動復号部及び等化部の構成図。
【図10】等化重み作成部の構成図。
【符号の説明】
【0042】
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
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図8】
7
【図9】
8
【図10】
9