JP3406355B2 - Ｃｄｍａシステムのための拡散系列のプレコーディング - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般的にはコード分割多
重アクセス（Code Division Multiple Access 、ＣＤＭ
Ａ）システムの分野、より詳細には、このようなシステ
ム、例えば、直接シーケンスＣＤＭＡシステム内での多
重アクセス干渉（multiple access interfrence 、ＭＡ
Ｉ）の低減に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタルセルラー無線システム（digita
l cellular radio system ）内においては、各セル（ce
ll）が一つのベースステーション（base station）及び
複数のモービルユーザ（mobile user ）を含むローカル
地理領域である。各モービルユーザはベースステーショ
ンのみと直接に通信し、モービルユーザ間の直接の通信
は存在しない。ベースステーションは、他の事項も行な
うが、特に、モービルユーザが別の位置内のユーザと通
信することができるようにするための中継機能を遂行す
る。このため、例えば、ベースステーションはモービル
ユーザの送信の同一セル内の別のモービルユーザへの結
合、別のセル内のモービルユーザへの結合のための別の
ベースステーションへの結合、或は普通の公衆交換電話
網への結合を提供する。このようにして、モービルユー
ザは任意の他のアドレス可能なユーザに向けての或はこ
れからの情報の送受信を行なうことができる。

【０００３】直接シーケンスＣＤＭＡ（ＤＳ−ＣＤＭ
Ａ）技法はパーソナル通信分野、例えば、デジタルセル
ラー無線の分野において広い注目を集めている。ＤＳ−
ＣＤＭＡセルラーシステム内においては、時間及び周波
数領域の両方が一つのセル内の全てのユーザによって同
時に共有される。この時間及び周波数領域の同時的な共
有は、それぞれ、複数のユーザ通信が各ユーザに対する
一意の時間スロット或は周波数バンドの使用によって達
成される時間分割及び周波数分割多重アクセスシステ
ム、つまりＴＤＭＡ及びＦＤＭＡから区別されるべきで
ある。

【０００４】ＤＳ−ＣＤＭＡセルラーシステムにおいて
は、ベースステーションは周波数の単一のバンドを使用
して別個のユーザに別個の情報信号を同時に送信する。
一つの周波数バンド内に同時に送信された個々の情報信
号は各受信ユーザによってそれら情報信号の伝送におけ
るベースステーションの一意の拡散系列（signatureseq
uences ）の使用を通じて識別及び分離される。伝送に
先だって、ベースステーションは各情報信号にその信号
を受信することを意図するユーザに割り当てられた拡散
系列信号を掛ける。一つの周波数バンド内に同時に伝送
されたこれら信号から一つの伝送された信号を回復する
ために、受信モービルユーザは（全ての送信された信号
を含む）受信された信号にそれの固有の拡散系列信号を
掛け、結果を積分する。こうすることによって、ユーザ
はそれに向けられた信号をセル内の他のユーザに向けら
れた他の信号とは別個のものとして識別する。

【０００５】セルラー無線背景内でのＤＳ−ＣＤＭＡ技
法の詳細はK.S.Gilhousen （ギルハウゼン）らによって
Vol.40 I.E.E.E. Trans. Vehicular Tech．３０３−１
２（１９９１年５月号）に掲載の論文『セルラーＣＤＭ
Ａシステムの容量に関して（On the Capacity of a Cel
lular CDMA System ）』において示されている。加え
て、パーソナル通信領域におけるＤＳ−ＣＤＭＡの使用
に関する議論がJ.T.Taylor（テイラー）及びJ.K.Omura
（オオムラ）によってVol.29 No.2 I.E.E.E. Communica
tions ４８−５１（１９９１年２月号）に掲載の論文
『広帯域技術：パーソナル通信サービスの周波数割り当
てジレンマに対する解決策（Spread Spectrum Technolo
gy : A Solution to the Personal Communications Ser
vices Frequency Allocation Dilemma）において示され
ている。

【０００６】セル内のユーザのそれに向けられて伝送さ
れた情報を（他のユーザへの同時的な伝送に起因する干
渉なしに）分離する能力はそのセル内の全てのユーザに
対する直角（orthogonal）拡散系列の入手の可能性に依
存する。ある与えられたバンド幅及び多数のユーザを持
つある与えられたＤＳ−ＣＤＭＡセルラーシステム内に
おいては、全てのユーザに対して互いに直角なセットの
拡散系列を提供することは不可能なことがある。そのセ
ル内の全てのユーザに対して完全に互いに直角な拡散系
列が提供できない場合は、多重アクセス干渉（multiple
access interference、ＭＡＩ）が起こる。ＭＡＩはそ
のセル内の全ての他の伝送された信号から要求される情
報信号を完全に分離する能力のなさに起因するタイプの
“クロストーク（cross-talk）”干渉であると考えるこ
とができる。

【０００７】特定のユーザによって経験されるＭＡＩは
そのＤＳ−ＣＤＭＡシステム内のユーザの総数にほぼ比
例する。ユーザの数の増加は通信エラーの数を増加させ
るために、多数のユーザを持つＤＳ−ＣＤＭＡセルラー
システムの性能は本質的にＭＡＩのレベルによって制約
される。ユーザの数が使用できる互いに直角な拡散系列
の数を超えるような状況においてＭＡＩを低減するため
に、従来のＤＳ−ＣＤＭＡシステムは“良好な（goo
d）”相互相関特性を持つ二進拡散系列を使用する。こ
れは互いに直角に近い拡散系列を意味する。しかしなが
ら、ある与えられたシステムバンド幅に対して使用でき
る良好な相互相関特性を持つ二進拡散系列の数には限界
がある。これはシステムのユーザの数（つまり、容量）
にある限界を課す。セルラーのユーザの数及びパーソナ
ル通信システムは次の数年間の内に急速に成長すること
が期待されるために、このようなシステムの容量を増加
するための新たな技法が必要とされている。

【０００８】

【本件発明の概要】本発明はＤＳ−ＣＤＭＡ通信システ
ム、例えば、セルラー無線システム内の送信機、例え
ば、ベースステーションからの伝送を受信するユーザに
よって経験されるＭＡＩを低減するための技法を提供す
る。本技法は、ベースステーションの所で情報信号を広
げる（spreading ）ために使用されるユーザ拡散系列の
プレコーディンク（precoding ）を伴う。プレコードさ
れた拡散系列の使用は受信機によって経験されるＭＡＩ
の平均レベルをいちじるしく低減する。受信機による受
信された信号のディスプレッデング（despreading ）は
元の（つまり、プレコードされてない）拡散系列によっ
て達成される。こうして、受信機の修正は必要とされな
い。ＭＡＩのレベルはＤＳ−ＣＤＭＡシステム内のユー
ザの数を制約する要因であるために、本発明は、ＤＳ−
ＣＤＭＡシステム内のユーザの数を増加することを可能
にする。

【０００９】本発明の一例は、直接シーケンス（direct
-sequence ）コード分割多重アクセス送信機である。こ
の送信機は複数の受信機に複数の情報信号を反映する信
号を送信する。この送信機は第一の信号を形成するため
に情報信号に拡散系列信号を加えるための一つ或は複数
の手段、第二の信号を形成するために複数の第一の信号
を結合するための手段、及び第二の信号を反映する信号
を送信するための手段を含む。この送信機はさらに第一
の信号にスケール係数を加えるために拡散系列を加える
ための手段に各々が結合された複数の手段を含む。

【００１０】情報信号に加えられる拡散系列信号は拡散
系列信号と受信機によって情報信号を受信するために使
用された拡散系列信号との間の相関を反映するエラー関
数に基づく。情報信号に加えられるためのこれら拡散系
列信号は、例えば、エラー関数の実質的な最小化のよう
なエラー基準を実現する。

【００１１】これら相関は情報信号を受信するために受
信機によって使用された拡散系列信号の相関の加重され
た総和から成る。情報信号に加えるための拡散系列信号
及び受信機によって使用される拡散系列信号はセットの
直角シーケンス信号に基づく、ここで、これら直角シー
ケンス信号の数は、情報信号に加えるための拡散系列信
号の数或は受信機によって使用される拡散系列信号の数
のいずれよりも小さい。

【００１２】

【詳細な記述】Ａ．導入 説明を明快にするために、本発明の説明を目的とする実
施例は（“プロセッサ（processors）”と呼ばれる機能
ブロックを含む）個々の機能ブロックから構成されるも
のとして示される。これらブロックが表わす機能は共有
或は専用ハードウエアの使用を通じて提供されるが、こ
れらハードウエアには、これに限られるものではない
が、ソフトウエアを実行できる能力を持つハードウエア
が含まれる。（“プロセッサ（processor ）”という用
語の使用はソフトウエアを実行する能力を持つハードウ
エアを排他的に意味するものと理解されるべきではな
い。）説明としての実施例は、デジタル信号プロセッサ
（digital signal processor、ＤＳＰ）ハードウエア、
例えば、ＡＴ＆Ｔ ＤＳＰ１６或はＤＳＰ３２Ｃ、及び
以下に説明される動作を遂行するためのソフトウエアを
含む。本発明のＶＬＳＬハードウエア実施例、並びにハ
イブリッドＤＳＰ／ＶＬＳＩ実施例も提供される。

【００１３】図１は情報信号ｂ_ｋ （ｔ）（ここで１≦
ｋ≦Ｋ）をＫ個のモービルユーザ（mobile users）に伝
送するための一例としての従来の技術によるＤＳ−ＣＤ
ＭＡベースステーションシステムを示す。ＤＳ−ＣＤＭ
Ａセルシステム（DS-CDMA cellular systems）内のベー
スステーション（base station）はこれらがそれに情報
信号を送る各モービルユニットに対して一意の拡散系列
（signature sequence）を使用する。図面に示されるよ
うに、各情報信号ｂ_ｋ （ｔ）には、掛算器回路（multi
plier circuit）５の動作によって拡散系列信号ａ_ｋ
（ｔ）が掛けられる。これら量の積ｂ_ｋ （ｔ）ａ_ｋ
（ｔ）はスケール係数Ｖ_ｋ を加える増幅器７に提供さ
れる。これらＫ個の信号に対するスケールされた積の各
々は伝送のための一つの結合された信号に総和される。
この結合された信号は従来の伝送回路１０によって処理
され（例えば、変調、パワー増幅され）、アンテナ１２
を介してセルのＫ個のユーザの各々に伝送される。

【００１４】図２ａに示されるように、拡散系列ａ_ｋ
（ｔ）、（ここで、ｋは特定のモービルユーザを指定す
る）は一連の正及び負の長方形パルスの形式をとる。各
長方形パルス（或はチップ（chip））は継続期間Ｔ_ｃ
及び規模±１を持つ。拡散系列ａ_ｋ （ｔ）は以下のよ
うに拡散系列のビット或は記号ａ^ｎ _ｋと関連する。

【００１５】

【数１】 ここで、Ｐ_Ｔｃ（ｔ）は時間間隔［０、Ｔ_ｃ ］におけ
る単位振幅の長方形パルスであり、ｎはこのシーケンス
のｎ番目のデータ記号を指定する。

【００１６】なお、明細書中の「ａ^ｎ _ｋ」及び
「ｂ^ｎ _ｋ」は、それぞれ式（４２）の関係にあるものと
する。

【００１７】

【数２】

【００１８】典型的には、伝送されるべき各情報信号ビ
ットに対して、拡散系列の１００以上のパルスが存在す
る。結果として、掛算器５によって情報信号に拡散系列
を加えることによって伝送される信号のバンド幅が１０
０倍以上増加する。バンド幅のこの増加のために、信号
スプレディング（signal spreading）と呼ばれる（信号
スプレディングのために、ＤＳ−ＣＤＭＡは広帯域スペ
クトル通信（spread spectrum communications）と呼ば
れる無線伝送技法のクラスに入る。

【００１９】図２ｂは図１のベースステーションによる
伝送のための一例としての情報信号ｂ_ｋ （ｔ）を表わ
す。信号ｂ_ｋ （ｔ）は一連の長方形パルスの形式をと
る。これらの各パルスはＴの継続期間及び±１の振幅を
持つ。Ｔ／Ｔ_ｃ の比はＮである。情報信号ｂ_ｋ （ｔ）
はシーケンスの情報ビット（或は記号）ｂ^ｎ _ｋと以下の
ような関係を持つ。

【００２０】

【数３】 ここで、Ｐ_Ｔ （ｔ）は時間間隔［０、Ｔ］におけるユ
ニット振幅の長方形パルスであり、ｎはシーケンスのｎ
番目のデータ記号を指定する。図２ｂはｂ^０ _ｋ及びｂ^１
_ｋとして示される二つの情報ビットに基づく信号を表わ
す。

【００２１】ベースステーションによって生成された一
例としての伝送された信号（ここで、ベースステーショ
ンは一つのモービルユニットにのみ伝送を行なってい
る）が図２ｃに示される（説明を明快にするために、搬
送波信号は示されない）。図面からわかるように、伝送
される信号は図２ｂに示される情報信号と図２ａのサイ
ン信号の積である。一例としての情報信号ビット（ｂ^０
_ｋ、ｂ^１ _ｋ）のシーケンスは＋１に−１が続くものであ
るために、伝送される信号は図２ａの拡散系列（これが
Ｔ秒間続く）、及びこれに続くこのシーケンスの負とし
て現われる。

【００２２】ベースステーションから（全てのユーザに
対して）伝送される信号は以下のように表わすことがで
きる。

【００２３】

【数４】 ここで、τ_ｋ は期間［０、Ｔ］内における各ユーザと
関連する伝送遅延である。伝送遅延はベースステーショ
ンの所で１≦ｋ≦Ｋに対してτ_ｋ ＝０となるように除
去される。このような遅延を持たないＤＳ−ＣＤＭＡシ
ステムは同期（synchronous ）であるといわれる。遅延
の除去は当分野において周知の従来の技法である。非同
期（asynchronous）ＤＳ−ＣＤＭＡシステムにおいて
は、遅延τ_ｋはランダム量である。

【００２４】

【外１】

【００２５】本発明によると、ベースステーションによ
るＤＳ−ＣＤＭＡ伝送において通常使用されるセットの
拡散系列ａ_ｋ （ｔ）（ここで、１≦ｋ≦Ｋ）はプレコ
ーディングプロセッサ（precoding processor ）２によ
ってモービルユーザによって経験されるＭＡＩが低減さ
れるように、例えば、最小にされるように修正される。
図４に示されるように、修正された拡散系列はｃ_ｋ
（ｔ）（ここで、１≦ｋ≦Ｋ）と呼ばれ、これらは元の
拡散系列ａ_ｋ （ｔ）（ここで１≦ｋ≦Ｋ）に基づく。
伝送に修正された拡散系列を使用したベースステーショ
ンからの伝送信号の受信機は受信された信号をディスプ
レッド（despread）するために通常のシーケンスａ_ｋ
（ｔ）を使用する。

【００２６】好ましくは、修正された拡散系列ｃ_ｋ
（ｔ）は、修正された拡散系列ｃ_ｋ （ｔ）の使用のた
めにベースステーションによって要求されるバンド幅及
び平均伝送パワー（average transmitted power ）が変
更されないように選択される。

【００２７】以下に続く実施例の議論においては、用語
“シーケンス（系列，sequence）”は連続した時間関数
である信号、例えば、ｃ_ｋ （ｔ）を指すために使用さ
れる。用語“シーケンス記号（sequence symbols）”は
時間の離散関数である信号、例えば、ｃ^ｎ _ｋを指すため
に使用される。ただし、これら両方とも、それぞれ、ア
ナログ及びデジタル信号の意味において、リアルな“信
号”である。このため、例えば、信号ｃ_ｋ （ｔ）は信
号ｃ^ｎ _ｋのデジタルアナログ変換によって生成すること
ができる。

【００２８】Ｂ．説明のための第一の実施例 同期システムに対する本発明の一つの説明のための実施
例が図５に示される。この実施例は図１のそれと類似す
るが、修正されたスケール係数Ｖ及びプレコード化され
た拡散系列ｃ_ｋ （ｔ）を使用する点が異なる。この実
施例は以下のような信号ｒ_ｃ （ｔ）を送信する。

【００２９】

【数５】 式（４）において、スケール係数Ｖは、平均伝送パワー
がシーケンスａ_ｋ （ｔ）を使用する図１の従来のシス
テムのそれと同一となるように決定される。

【００３０】

【数６】 ここで、Ｖ_ｋ は従来の拡散系列ａ_ｋ （ｔ）と関連する
従来のスケール係数である。

【００３１】本発明のこの説明のための実施例とともに
使用するためにシーケンスａ_ｋ （ｔ）からシーケンス
ｃ_ｋ （ｔ）を決定する過程において、ｃ_ｋ （ｔ）及び
ａ_ｋ（ｔ）と関連するエラー関数（error function）が
指定される。ａ_ｋ （ｔ）が与えられると、ｃ_ｋ （ｔ）
がエラー基準（error criterion ）が満たされるように
選択される。以下に説明されるように、これら説明のた
めの実施例に対するエラー基準は最小のエラーであり、
他の基準を使用することもできる。

【００３２】一例として、二つのエラー関数の一つがｃ
_ｋ （ｔ）の決定において使用される。これらエラー関
数の第一の関数ε’は全てのＫ個のユーザによって経験
されるＭＡＩ信号エネルギが最小になるようにシーケン
スｃ_ｋ （ｔ）を選択することに関する。関数ε’は一
般的な非同期ケースにおいては以下のように表現するこ
とができる。

【００３３】

【数７】 ここで

【００３４】

【数８】 ここで、セットＩ_１ 及びＩ_２ はｉ∈Ｉ_１ 、τ_ｉ ≧τ
_ｋ 、及びｉ∈Ｉ_２ 、τ_ｉ ＜τ_ｋ と定義され、そして

【００３５】

【数９】 である。

【００３６】ＭＡＩを除去するために必要な条件は

【数１０】 であることに注意する。

【００３７】式（８）はｃ_ｉ （ｔ）とａ_ｋ （ｔ）との
間の部分相互相関（partial cross-correlation ）であ
る。式（７）はｋ番目のユーザに対するエラー関数を表
わす（ここで、この式の右側の第一の項はユニティ
（１）とｋ番目の拡散系列ａ_ｋ（ｔ）とその修正された
バージョンｃ_ｋ （ｔ）との間の相互相関との差の二乗
であり；右側の残りの二つの項はｋ番目のユーザに対す
るＭＡＩノイズパワーを表わす）。拡散系列ｃ_ｋ
（ｔ）はε’を最小化するシーケンスとして選択され
る。

【００３８】これらエラー関数の第二の関数ε”はε’
が最小にされる一方で伝送される信号の振幅が最大にさ
れるようにシーケンスｃ_ｋ （ｔ）を選択することに関
する。

【００３９】

【数１１】 ここで、

【００４０】

【数１２】 であり、そしてλは小さな正の数、例えば、λ＝１．０
であり、Ｐ_ｃ は、修正されたシーケンス（これは一定
である）を使用するシステムの平均伝送パワーである。
式（９）の右側の第一の項は第一のエラー関数に対する
式（６）のそれに対するのと同一である。

【００４１】幾つかのケースにおいては、ＭＡＩのレベ
ルを最小にするためのシーケンスｃ_ｋ （ｔ）を得るた
めの第一のエラー関数の使用は、そのモービルユーザの
所で要求される振幅も最小にする。このようなケースに
おいては、ＭＡＩが存在する場合は通常はノイズのあま
り重要なソースでない背景ガウスノイズが要求される信
号レベルの低減のためにシステム性能を劣化させる。第
二のエラー関数ε”はしたがって要求される信号を最小
にすることなしにＭＡＩを低減することを追及する。こ
うして、この説明のための実施例はこの第二の関数ε”
を組み入れる。

【００４２】ベースステーションの所でシーケンスｃ_ｉ
（ｔ）、そしてユーザの所でａ_ｋ（ｔ）を使用する同
期ＤＳ−ＣＤＭＡシステム内のＭＡＩを除去するために
必要な条件は、ｉ＝１、２、．．．、Ｋに対して、以下
のように表わすことができる。

【００４３】

【数１３】 ここで、δ_ｉｋはｉ＝ｋであるとき１であり、ｉ≠ｋの
ときはδ_ｉｋは０であり；そしてｎは整数の時間インデ
ックスである。これら条件は離散信号にて以下のように
表わすことができ、

【００４４】

【数１４】 或はマトリックス形式にて

【００４５】

【数１５】 のように表わすことができる。ここで、Ａはそのｋｌ番
目の要素がａ_ｋ ^{ｎ＋１−１}である次元ＫｘＮのマトリッ
クスである。Ａの各ロウはｋ番目のユーザの従来の拡散
系列記号ａ^ｎ _ｋ（ｔ）である。Ｃ_ｉ はｉ番目のユーザ
に対する

【００４６】

【数１６】 となるように修正されたサイン記号のカラムベクトルで
ある。Ｉ_ｉ はそのｉ番目の位置に１／Ｔ_ｃ の値を持
ち、その他の所はゼロの値を持つカラムベクトルであ
る。

【００４７】式（１３）は以下のようなより一般的な表
現の特別なケースである。

【００４８】

【数１７】 ここで、Ｖ_ｉ はＭＡＩが除去されているときはゼロに
等しく、ＭＡＩが除去されてないときはゼロでないエラ
ーベクトルである。式（１４）は同期ケースに対して一
般的な式（９）を以下のように書き直すために使用する
ことができる。

【００４９】

【数１８】 ここで、｜｜・｜｜はＬ_２ −ノルム（norm）である。
式（１５）からの総平均エラーε”は各ユーザに対して
個々にサイン記号の修正されたシーケンスを考慮するこ
とによって最小化することができる。式（１５）はユー
ザベースにて、ｉ＝１、２、．．．、Ｋに対して以下の
ように書き直すことができる。

【００５０】

【数１９】 ε”を最小にするベクトルＣ_ｉ は

【００５１】

【数２０】 であり、ここで、ＩはＮｘＮ識別マトリックス（identi
ty matrix ）であり、Ｃ_ｉ ”は上に説明の形式のカラ
ムベクトルである。シーケンスＣ_ｉ ”の決定におい
て、修正されたシーケンス記号の値にはいかなる制約も
必要とされない。

【００５２】Ａ及びＩ_ｉ は知られているために、修正
されたコードシーケンスＣ_ｉ ”をベースステーション
の送信機によってセル内の各ユーザに対して使用される
ために決定することができる。項（Ａ^Ｔ Ａ＋λ／２Ｎ
・Ｉ）^−１はセル内の全てのユーザに対して一度決定す
る必要があるだけで、サブスクリプトｉによって示され
るように項Ａ^Ｔ Ｉ_ｉ のみがユーザによって異なる。

【００５３】式（１７）によって決定されたサイン記号
のシーケンスは以下のように書き直された式（１）の関
係に従って拡散系列ｃ_ｋ （ｔ）を提供するために使用
される。

【００５４】

【数２１】 ここで、ｋはｃ^ｎ _ｉ内のｉのかわりに使用され、Ｐ_Ｔｃ
（ｔ）は時間間隔［０、Ｔ_ｃ ］内での単位振幅の長方
形パルスである。

【００５５】図５の実施例はシーケンスａ_ｋ （ｔ）を
受信し、記号ａ^ｎ _ｋをプレコーディングプロセッサ２に
提供するアナログデジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ回路１
３を含む。プロセッサ２は修正された拡散系列記号ｃ^ｎ
_ｋを決定し、これらを格納のためにメモリ３に提供す
る。これら修正された拡散系列記号はメモリ３からプロ
セッサ２によって検索され、デジタルアナログ（Ｄ／
Ａ）コンバータ１５に提供されるが、Ｄ／Ａコンバータ
は修正された拡散系列ｃ_ｋ （ｔ）を掛算器５に提供す
る。上に説明のように、プロセッサ２は下に説明のよう
に動作するようにプログラムされたデジタル信号プロセ
ッサ、例えば、ＡＴ＆ＴのＤＳＰ３２Ｃとして実現する
ことができる。プロセッサ２によって実行されるための
ソフトウエアはプログラムメモリ４内に格納され、図８
及び９内にブロック流れ図形式にて示される。メモリ３
及び４は、それぞれ、任意の適当なメモリ媒体、例え
ば、従来の半導体ランダムアクセス読み出し専用メモリ
にて実現することができる。Ａ／Ｄ及びＤ／Ａコンバー
タ１３、１５は当分野において周知である。

【００５６】プレコーディングプロセッサ２は入力とし
てＡ／Ｄコンバータ１３からＫ個の従来の拡散系列記号
ａ^ｎ _ｋ（ここで、ｎ＝１、２、３、．．．）を表わす信
号を受信する。全てのＫ個のユーザに対するこれら拡散
系列記号はプロセッサ２によって上に説明のようにマト
リックスＡを形成するために使用される（図８のステッ
プ１００を参照）。マトリックスＡはメモリ３内に格納
される。

【００５７】プロセッサ２は、次に、Ｋ個のユーザの各
々に対して式（１７）を評価する。プロセッサ２は、こ
れを全てのユーザに対して式（１７）に共通のマトリッ
クスＢ＝（Ａ^Ｔ Ａ＋λ／２Ｎ・Ｉ）^−１を評価するこ
とによって遂行する（ステップ１０５を参照）。マトリ
ックスＢはメモリ３内に格納される。マトリックスＢが
いったん評価されると、各ユーザに対する修正された拡
散系列記号のシーケンスから構成されるＣ_ｉ ”が評価
される。これはマトリックスＢにベクトルＡ^ＴＩ_ｉ を
掛けることによって遂行されるが、ここで、サブスクリ
プトｉはｉ番目のユーザを表わし、１≦ｉ≦Ｋである
（ステップ１１０及び１１５を参照）。修正された拡散
系列記号のベクトルＣ_ｉ ”はメモリ３内に格納される
（ステップ１２０を参照）。

【００５８】これらシーケンス記号は、その後、必要に
応じて、プロセッサ２によって掛算器５に修正された拡
散系列ｃ_ｋ （ｔ）を提供するために検索される。これ
は、図９に示されるように、ある与えられた時間ｎにお
いて全てのｋに対する記号ｃ^ｎ _ｋを検索することによっ
て遂行される（ステップ１５５を参照）。これら記号は
シーケンスｃ_ｋ （ｔ）の生成のためにＤ／Ａコンバー
タ１３に同時に供給される（ステップ１６０参照）。Ｄ
／Ａコンバータ１３は式（１８）を実現する。記号ｃ^ｎ
_ｋは各時間値ｎにおいてそれらの記号の継続期間Ｎ＝Ｔ
／Ｔ_ｃ だけ検索される（ステップ１６５及び１７０を
参照）。

【００５９】掛算器５の出力は利得プロセッサ８に提供
されるが、これは式（５）に従って利得Ｖを加える。利
得プロセッサ８の出力は総和回路（summing circuit ）
９によって従来の方式で総和される。総和信号ｒ_ｃ
（ｔ）は、次に、伝送回路１０によって処理され、アン
テナ１２を使用してユーザに送信される。

【００６０】修正された拡散系列記号はいったん評価さ
れ、メモリ３内に格納されると、再度評価される必要は
ない。つまり、ある与えられたユーザに対して、伝送さ
れるべき各情報ビットに対して同一の修正されたシーケ
ンス記号が採用される。

【００６１】上に説明の実施例においては、拡散系列は
データビット信号の継続期間である周期Ｔを持つ周期性
の信号である。ただし、本発明は、拡散系列が周期性で
ない、或はＴよりも大きな周期、例えば、Ｔの整数倍の
周期を持つような状況に対しても適用できる。

【００６２】例えば、図６はベースステーションによる
ｋ番目のユーザへの伝送のための６つの一連のデータビ
ットを反映する情報信号ｂ_Ｋ （ｔ）を表わす。各ビッ
トを表わす長方形のパルスは各々継続期間Ｔを持つ。こ
の図面はまた拡散系列信号ａ_ｋ （ｔ）を示すが、これ
は４Ｔの周期を持つ。修正された拡散系列ｃ_ｋ （ｔ）
を決定するために、本発明に従ってｂ_ｋ （ｔ）を伝送
するために使用するために必要とされることは、単に、
Ｔの継続期間のａ_ｋ （ｔ）の各間隔をこれがあたかも
周期Ｔを持つ拡散系列信号であるかのように扱うことの
みである。このため、例えば、図６のｂ_ｋ （ｔ）のビ
ット１の伝送においては、間隔（０、Ｔ］を通じてのシ
ーケンスａ_ｋ （ｔ）が、上に説明されるように、この
間隔（０、Ｔ］に対する修正された拡散系列ｃ_ｋ
（ｔ）を提供するためにプレコードされる。このシーケ
ンスは上に説明のようにビット１を反映するｂ_ｋ
（ｔ）の部分の乗算のために使用される。ｂ_ｋ （ｔ）
のビット２の伝送においては、間隔（Ｔ、２Ｔ］を通じ
てのシーケンスａ_ｋ （ｔ）がその間隔（Ｔ、２Ｔ］に
対する修正された拡散系列ｃ_ｋ （ｔ）を提供するため
にプレコードされる。この修正された拡散系列は上に説
明のようにビット２を反映するｂ_ｋ （Ｔ）部分の乗算
のために使用される。このプロセスが継続期間Ｔの残り
の二つの間隔に対してａ_ｋ （ｔ）の一つの周期（つま
り、４Ｔ）内で反復される。

【００６３】ｂ_ｋ （ｔ）のビット５の伝送において
は、ビット１とともに使用するために決定された修正さ
れた拡散系列が再使用される。ｂ_ｋ （ｔ）のビット６
はビット２とともに使用するために決定された修正され
た拡散系列を使用して伝送される。続くデータビットの
ために必要となる修正された拡散系列は十分なメモリが
ある場合は格納される。そうでないときは、これらシー
ケンスは必要なときに計算される。

【００６４】上に説明の本発明の実施例はε”に基づい
てではなくε’に基づいて提供することもできる。この
ようなケースにおいては、以下のように式（６）を書き
直すために式（１４）が使用される。

【００６５】

【数２２】 ε’を最小にするＣ_ｉ は以下によって与えられる。

【００６６】

【数２３】 ここで、ｉ＝１、２、．．．Ｋであり、またＡ^＃ はマ
トリックスＡの疑似逆数（pseudoinvers）である。マト
リックスＡ^＃ は以下によって与えられる。

【００６７】

【数２４】 Ｘ及びＹはそれぞれＮｘＮ及びＫｘＫのユニタリマトリ
ックス（unitary matrices）であり、Σ^−１は以下の要
素を持つＷｘＷ対角線マトリックス（diagonal matrix
）である。

【００６８】

【数２５】 ここで、ＷはマトリックスＡのランクであり、σ_１ 、
σ_２ 、．．．、はＡの固有値（eigenvalues ）であ
る。マトリックスＸ、Ｙ、Σ^−１、及びＡはＡの特異値
分解（singular value decomposition）によって以下の
ように関連付けられる。

【００６９】

【数２６】 ここで、Ｘ、Ｙ、及びΣはＡの特異値分解によって与え
られる。

【００７０】上に説明の実施例に対する一つの代替は非
同期ＤＳ−ＣＤＭＡシステムに関する。このようなシス
テムにおいては、ｉ番目のユーザに対する修正された拡
散系列は従来の拡散系列の加重された総和として表わさ
れる。

【００７１】

【数２７】 ここで、ｌ_ｉｍ、ｍ＝１、２、．．．Ｍ、は整数ｉを含
むセットの整数であり、ｗ_ｉｍは重みベクトルＷ_ｉ の
要素である。

【００７２】使用されるべき重みベクトルはエラー関数
ε”を満足させるベクトルである。あるエラーベクトル
Ｖ_ｉ が与えられると、ｉ＝１、２、．．．Ｋに対し
て、

【００７３】

【数２８】 となり、ここで、ｅ_ｉ は（２Ｋ−１）次元の単位ベク
トル（unit vector ）であり、その（２ｉ−１）番目の
位置においては１であり、その他の位置においてはゼロ
であり、そしてＡ_ｉ は：

【００７４】

【数２９】 ここで、ｋ＝１、２、．．．Ｋ；ｉ＝１、２、．．．
Ｋ；そしてτ_ｌｉｍ ＜τ_ｋ に対してはτ＝Ｔ＋τ
_ｌｉｍ 、τ_ｌｉｍ ≧τ_ｋ に対してはτ＝τ_ｌｉｍで
あるため、エラー関数ε”は：

【００７５】

【数３０】 である。Ａ_ｉ の要素は式（２４）を式（８）に代入
し、式（２５）に示される様に重みを因数に分解（fact
oring out ）することによって派生できることに注意す
る。ｉ番目のユーザに対しては、式（２７）は以下のよ
うに書き直すことができる。

【００７６】

【数３１】 ε”を最小にする重みベクトルＷ_ｉ は、ｉ＝１、
２、．．．Ｋに対して、以下によって与えられる。

【００７７】

【数３２】

【００７８】この実施例においては、プレコーディング
プロセッサは修正された拡散系列を重みベクトルに対し
て式（２９）を評価し、式（２４）内にこれら重みを加
えることによって提供することになる。全ての遅延τ_ｉ
はベースステーションの所でプレコーディングプロセ
ッサによって使用されるために入手できる。

【００７９】このエラー関数ε’はまた非同期実施例内
でも使用される。このケースにおいては、ε’を最小に
する重みベクトルは、ｉ＝１、２、．．．Ｋに対して、

【００８０】

【数３３】 によって与えられる。ここで、Ａ^＃ _ｉはマトリックスＡ
_ｉ の疑似逆数である。

【００８１】Ｃ．第二の説明のための実施例 本発明のさらにもう一つの実施例は同期ケースにおいて
大きなセットの修正された拡散系列を提供するためにセ
ットの直角拡散系列を使用することに関する。この大き
なセットはＤＳ−ＣＤＭＡシステムの容量を拡張する一
方でＭＡＩの許容レベルを保持するために使用される。

【００８２】各々が長さＮを持つｈ^ｎ _ｋ（ここで、ｋ＝
１、２、．．．Ｎ）と呼ばれるセットのＮ個の直角拡散
系列記号を考える。セットの直角拡散系列信号ｈ_ｋ
（ｔ）はｈ^ｎ _ｋに基づいて以下のように生成される。

【００８３】

【数３４】 ここで、Ｐ_Ｔｃ（ｔ）は間隔［０、Ｔ］内における単位
振幅（unit amplitude）の長方形パルスであり、Ｔ_ｃ
はシーケンスｈ^ｎ _ｋのチップの継続期間であり、Ｋはユ
ーザの数である。

【００８４】ある与えられたｈ_Ｋ （ｔ）に対して、各
ユーザは以下の拡散系列ａ_Ｋ （ｔ）を持つ：

【００８５】

【数３５】 ここで、ｐ_１ （ｔ）及びｐ_２ （ｔ）は周期Ｔ＝ＮＴ_ｃ
の二つのランダムに選択された疑似ノイズ波形（pseud
-noise waveforms ）であり、システムユーザの総数Ｋ
はＮよりも大きく、２Ｎに等しいかこれよりも小さい。

【００８６】ｉ番目のユーザに対する修正された拡散系
列ｃ_ｉ （ｔ）は、以下のように、ｉ＝１、２、．．．
Ｋに対して、拡散系列ａ_ｍ （ｔ）の重み付けされた総
和として表わされる（ここで、サブスクリプトｍはｋを
置換する）。

【００８７】

【数３６】 ここで、Ｗ_ｉ ＝［ｗ_ｉ１、ｗ_ｉ２、．．．ｗ_ｉＭ］^Ｔ
であり、Ｍ（≦２Ｎ）は修正された拡散系列を形成する
ために使用された拡散系列の数である。

【００８８】使用されるべき重みベクトルＷ_ｉ 、ｉ＝
１、２、．．．、Ｋは上に説明されたエラー関数ε”を
満足するベクトルである。あるエラーベクトルＶ_ｉ が
与えられた場合、ｉ＝１、２、．．．、Ｋに対して：

【００８９】

【数３７】 である。ここで、Ｕ_ｉ はそのｉ番目の位置に１を持
ち、その他の位置はゼロを持つＭｘ１単位ベクトルであ
り、Ａは以下によって与えられるｌｍ番目の要素を持つ
ＫｘＭマトリックスである。

【００９０】

【数３８】 従って、エラー関数ε”は：

【００９１】

【数３９】 となり、ここで

【００９２】

【数４０】 であり、Ｒは以下のようなｌｍ番目の要素を持つ拡散系
列相互相関のＭｘＭマトリックスである。

【００９３】

【数４１】

【００９４】Ａの要素は式（３３）を式（８）内に代入
して、式（３４）のように重みを因数分解することによ
って派生することができることに注意する。ｉ番目のユ
ーザに対しては、式（３６）は以下のように書くことが
できる。

【００９５】

【数４２】 ε_ｉ ”を最小にするＷ_ｉ の値は以下によって与えられ
る。

【００９６】

【数４３】 ここで、＃はマトリックスの疑似逆数を表わす。Ｗ
_ｉ ”が与えられると、式（３３）を使用して修正され
たシーケンスｃ_ｉ （ｔ）を決定することができる。

【００９７】この実施例にエラー関数ε’を使用するこ
ともできる。このケースにおいては、ε’を最小にする
重みベクトルは、ｉ＝１、２、．．．Ｋに対して、以下
によって与えられる。

【００９８】

【数４４】 ここで、Ａ^＃ はマトリックスＡの疑似逆数である。

【００９９】図７は本発明の第二の説明としての実施例
を示す。プレコーディングプロセッサ１１は直角拡散系
列記号ｈ^ｎ _ｋ（ここで、１≦ｋ≦Ｎ）を受信し、掛算器
５への出力としてＤ／Ａコンバータ１５を介してＫ個の
修正された直角拡散系列記号ｃ^ｎ _ｉを提供する（ここ
で、１≦ｉ≦Ｋ≦２Ｎ）。プロセッサ１１は最初に式
（３２）に従ってｈ_ｋ （ｔ）記号シーケンスに基づい
てＫ個の拡散系列を決定する。次に、プロセッサ１１は
式（４０）に従って重みベクトルＷ_ｉ ”を決定する。
これら重みベクトルはメモリ３内に格納される。最後
に、プロセッサ１１は、各ユーザに対して、式（３３）
に従ってｗ_ｉ 及びａ_ｋ に対する値に基づいて修正され
た拡散系列記号ｃ^ｎ _ｉ（ｔ）を決定する。別の方法とし
ては、ｃ^ｎ _ｉに対する値がメモリ３内に格納され、プロ
セッサ１１によって掛算器５による使用が必要なときに
検索される。修正されたシーケンスｃ_ｉ （ｔ）に対す
る値は必要なときに掛算器５に提供される。式（３
２）、（４０）及び（３３）に従ってプロセッサ１１の
動作を指揮するソフトウエアはプログラムメモリ１３内
に格納される。この実施例のバランスは図５との関連で
上に説明のようである。スケール係数Ｖに対する値は式
（５）に従って得ることができる。

【０１００】上に説明の実施例のノイズ免疫（noise im
munity）はプレコードされたＤＳ−ＣＤＭＡシステム内
に組み込まれるチャネルコードの使用によって向上させ
ることができる。情報データ信号はこれが拡散系列によ
って広げられる前に符号化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】情報信号をあるセル内のモービルユーザに送信
するための一例としての従来の技術によるＤＳ−ＣＤＭ
Ａベースステーションシステムを表わす図である。

【図２】ａはＤＳ−ＣＤＭＡ伝送において使用されるた
めの一例としての拡散系列を示す図である。ｂはＤＳ−
ＣＤＭＡベースステーションの送信機によって伝送され
るための一例としての情報信号を表わす図である。ｃは
図２ａの拡散系列と図２ｂの情報信号との積を表わす図
である。

【図３】一例としての従来の技術によるＤＳ−ＣＤＭＡ
モービルユニット受信機を表わす図である。

【図４】従来及び修正された拡散系列信号との関連でプ
レコーディング構成を示す図である。

【図５】本発明の第一の説明としての実施例を表わす図
である。

【図６】本発明の原理に従ってプレコーディングにおい
て使用されるための１データビットよりも長い期間を持
つ拡散系列を表わす図である。

【図７】本発明の第二の説明としての実施例を表わす図
である。

【図８】第一の実施例に従ってプレコードされた拡散系
列記号を提供するためのプロセッサの動作の流れ図を表
わす図である。

【図９】第一の実施例に従って信号拡張においてＤＳ−
ＣＤＭＡベースステーションによって使用されるための
拡散系列記号を提供するためのプロセッサの動作の流れ
図を表わす図である。

【符号の説明】

２ プレコーディングプロセッサ ３ メモリ ４ プログラムメモリ ５ 掛算器 ８ 利得プロセッサ ９ 総和回路 １０ 伝送回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−327654（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−141021（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 1/69 - 1/713 H04J 13/00 - 13/06 H04Q 7/38

Claims (22)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の受信機に一つ或は複数の情報信号
   （ｂ_１（ｔ）〜ｂ_ｋ（ｔ））を表わす信号を伝送するた
   めのコード分割多重アクセス送信機であって、この送信
   機が： ａ．第一の信号を形成するために第一の拡散系列信号
   （ｃ_１（ｔ）〜ｃ_ｋ（ｔ））を情報信号に掛けるための
   一つ或は複数の手段（５）； ｂ．第二の信号（ｒ_ｃ（ｔ））を形成するために一つ或
   は複数の第一の信号を結合するための手段（９）；及び ｃ．第二の信号を表わす信号を送信するための手段（１
   ０）を含み； ここで、情報信号に掛けられる前記第一の拡散系列信号
   （ｃ_１（ｔ）〜ｃ_ｋ（ｔ））が、前記第一の拡散系列信
   号と受信機によって情報信号を受信するために使用され
   る第二の拡散系列信号（ａ_１（ｔ）〜ａ_ｋ（ｔ））との
   間の相関を表わすエラー関数に基づくことを特徴とする
   送信機。
2. 【請求項２】 前記エラー関数がさらに伝送された信号
   の振幅を表わすことを特徴とする請求項１の送信機。
3. 【請求項３】 前記第一の拡散系列信号が、エラー基準
   を実現することを特徴とする請求項１の送信機。
4. 【請求項４】 前記のエラー基準が、エラー関数の実質
   的な最小化であることを特徴とする請求項３の送信機。
5. 【請求項５】 前記第一の信号にスケール係数を加える
   ために第一の拡散系列信号を掛けるための手段（５）に
   各々が結合された複数の手段（８）がさらに含まれるこ
   とを特徴とする請求項１の送信機。
6. 【請求項６】 前記の相関が、第二の拡散系列信号の相
   関の重み付けされた総和から成ることを特徴とする請求
   項１の送信機。
7. 【請求項７】 前記第一の拡散系列信号及び前記の第二
   拡散系列信号が、セットの直角シーケンス信号に基づく
   ことを特徴とする請求項１の送信機。
8. 【請求項８】 前記の直角シーケンス信号の数が、前記
   第一の拡散系列信号の数、或は前記第二の拡散系列信号
   の数のいずれかよりも小さいことを特徴とする請求項７
   の送信機。
9. 【請求項９】 コード分割多重アクセス送信機によって
   使用されるための第一の拡散系列信号（ｃ_１（ｔ）〜ｃ
   _ｋ（ｔ））を提供するための信号生成器（２）であっ
   て、この信号生成器がエラー関数に基づいて第一の拡散
   系列信号を形成するための手段を含み、このエラー関数
   が前記第一の拡散系列信号と送信された信号を受信する
   ために受信機によって使用される第二の拡散系列信号
   （ａ_１（ｔ）〜ａ_ｋ（ｔ））との間の相関を表わすこと
   を特徴とする信号生成器。
10. 【請求項１０】 前記エラー関数がさらに伝送された信
    号の振幅を表わすことを特徴とする請求項９の信号生成
    器。
11. 【請求項１１】 前記第一の拡散系列信号が、エラー基
    準を実現することを特徴とする請求項９の信号生成器。
12. 【請求項１２】 前記のエラー基準が、エラー関数の実
    質的な最小化であることを特徴とする請求項１１の信号
    生成器。
13. 【請求項１３】 前記の相関が、第二の拡散系列信号の
    相関の重み付けされた総和から成ることを特徴とする請
    求項９の信号生成器。
14. 【請求項１４】 前記第一の拡散系列信号及び前記の第
    二拡散系列信号が、セットの直角シーケンス信号に基づ
    くことを特徴とする請求項９の信号生成器。
15. 【請求項１５】 前記の直角シーケンス信号の数が、前
    記第一の拡散系列信号の数、或は前記第二の拡散系列信
    号の数のいずれかよりも小さいことを特徴とする請求項
    １４の信号生成器。
16. 【請求項１６】 コード分割多重アクセスシステム内に
    おいて複数の受信機に一つ或は複数の情報信号（ｂ
    _１（ｔ）〜ｂ_ｋ（ｔ））を表わす信号を送信するための
    方法であって、この方法が： ａ．情報信号を受信することになっている各受信機に対
    して、第一の信号を形成するために情報信号（ｂ
    _１（ｔ）〜ｂ_ｋ（ｔ））に第一の拡散系列信号（ｃ
    _１（ｔ）〜ｃ_ｋ（ｔ））を掛けるステップ； ｂ． 第二の信号（ｒ_ｃ（ｔ））を形成するために一つ
    或は複数の第一の信号を結合するステップ；及び ｃ．前記の第二の信号を表わす信号を送信するステップ
    を含み； ここで、前記の情報信号に掛けられる第一の拡散系列信
    号が前記の第一の拡散系列信号と前記の情報信号を受信
    するために受信機によって使用された第二の拡散系列信
    号との間の相関を表わすエラー関数に基づくことを特徴
    とする方法。
17. 【請求項１７】 前記のエラー関数がさらに伝送された
    信号の振幅を表わすことを特徴とする請求項１６の方
    法。
18. 【請求項１８】 前記の第一の拡散系列信号がエラー基
    準を実現することを特徴とする請求項１６の方法。
19. 【請求項１９】 前記のエラー基準が前記のエラー関数
    の実質的な最小化であることを特徴とする請求項１６の
    方法。
20. 【請求項２０】 前記の相関が、前記の第二の拡散系列
    信号の相関の加重された総和からなることを特徴とする
    請求項１６の方法。
21. 【請求項２１】 前記の第一の拡散系列信号及び前記の
    第二の拡散系列信号がセットの直角シーケンス信号に基
    づくことを特徴とする請求項１６の方法。
22. 【請求項２２】 前記の直角シーケンス信号の数が前記
    の第一の拡散系列信号の数、或は前記の第二の拡散系列
    信号の数のいずれかよりも小さいことを特徴とする請求
    項２１の方法。