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CDMA伝送装置及び方法 コモンズ

国内特許コード P110004886
整理番号 P05032505-00JP00
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2005-148120
公開番号 特開2006-325099
登録番号 特許第4635200号
出願日 平成17年5月20日(2005.5.20)
公開日 平成18年11月30日(2006.11.30)
登録日 平成22年12月3日(2010.12.3)
発明者
  • 安達 文幸
  • 劉 楽
出願人
  • 学校法人東北大学
発明の名称 CDMA伝送装置及び方法 コモンズ
発明の概要

【課題】 チャネル推定を不要とし、パイロット信号を不要とし、送信データレートを低下しない。
【解決手段】 送信側では、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。受信側では、GI削除部42は、受信部41からのチップ系列のガードインターバルを削除してチップ系列を得る。FFT部401は、Nチップごとの各チップブロックをN-ポイントFFTによりN個の直交周波数成分に分解する。差動復号化部43は、各周波数成分を差動復号化する。等化部404は、各周波数成分毎に等化を行う。加算部405は、等化部404からのN個の周波数成分を加算してデータ系列を復元する。
【選択図】 図3

従来技術、競合技術の概要


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-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)。




【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.

産業上の利用分野


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。

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。
【数式1】


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。
【数式2】


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。
産業区分
  • ラジオ放送
国際特許分類(IPC)
Fターム
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出願権利状態 権利存続中
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