JP4600779B2 - スケーラブルスペクトル拡散通信システム用整合フィルタ - Google Patents

Description

（発明の背景）
発明の分野。本発明はスペクトル拡散通信に関する。特に、本発明はスペクトル拡散通信において低い複雑さと共に可変通信レートを達成するためのフィルタおよび長くて、スケーラブルかつ分離可能なＰＮシーケンスの使用に関する。

関連技術の説明。多様なスペクトル拡散通信システムがよく知られている。しばしば、これらのシステムは処理利得を達成するために非常に長いＰＮコードを使用する。しかしながら、典型的に、このような従来のシステムにはコヒーレンスおよび周波数誤差に関する根本的な問題点があり、このような問題点はロバストなスペクトル拡散通信の目的達成を妨げる。典型的に、これら従来のシステムには信号を逆拡散するための大型整合フィルタも必要であり、そこでは相関器の使用は不適切である。

下記の米国特許文献は必ずしも「従来技術」ではないが、読者はそれらを一般的な背景資料として参照されたい。そのため、これらの各特許はその中に含まれる資料の全体が本開示の一部としてここに組み入れられている。

米国特許第4,351,064号，第4,953,178号，第4,977,578号，第33,875号，第5,319,672号，第5,400,359号，第5,471,509号，第5,737,368号，第5,740,096号，第5,790,588号，第5,790,590号，第5,815,055号，第5,881,099号，第5,909,461号，第5,912,644号，第5,926,512号，第5,974,082号，第5,991,332号，第6,031,415号，第6,104,746号，第6,128,332号，第6,154,482号，第6,154,487号，第6,212,219号，第6,233,272号，第6,265,807号，第6,317,452号，第6,331,998号，第6,333,925号，第6,356,555号，第6,434,185号，第6,493,334号，第6,493,376号，第6,549,567号，第6,556,621号，第6,560,270号，第6,560,271号，第6,567,017号，第6,570,865号，第6,580,750号,および第6,590,881号。

（発明の概要）
長距離スペクトル拡散通信システムにおいて長くて、スケーラブルなＰＮシーケンスを使用するための方法およびシステムを提供することが望ましい。さらに、ロングリーチ、高周囲ノイズ環境において多数の装置のロバストな回復を行う複雑さの低い整合フィルタアーキテクチュアを提供することも望ましい。

したがって、長くてスケーラブルなＰＮシーケンスを使用する長距離スペクトル拡散通信システム用方法およびシステムを提供することが本発明の目的である。さらに、処理利得を増加することにより高周囲ノイズ環境における操作を容易にして、このような高周囲ノイズ環境におけるロバストさの増強に対してデータレートをトレードオフする能力を提供することも本発明の目的である。

本発明のもう１つの目的は、ロングリーチ、高周囲ノイズ環境において多数の装置のロバストな回復を行うことができる複雑さを低減した整合フィルタを含む長距離スペクトル拡散通信システム用方法およびシステムを提供することである。

本発明のさらなる目的は、スケーラブルなデータレートを与える長距離スペクトル拡散通信システム用方法およびシステムを提供することである。本発明のさらなる目的は、受信機を個別のクライアント装置にロックする必要のない長距離スペクトル拡散通信システム用方法およびシステムを提供することである。

本発明のさらなる目的は、整合フィルタ構造を含む受信機の複雑さをスケーリングして非常に異なる周波数許容偏差を有する装置からの送信を受信して復調する方法およびシステムを提供することである。

本発明のもう１つの目的は受信信号の到達時間を決定する方法およびシステムを提供することである。

本発明のさらなる目的、利点、および他の新規の特徴は一部は下記の説明に記載され、また、一部は当業者ならばここに記載された本発明を検討すれば自明であり、あるいは本発明を実施して習得することができる。本発明の目的および利点は添付特許請求の範囲で詳細に指摘された手段および組合せにより実現かつ達成することができる。本発明を実施するのに最も適したモードの一つを単に例示するために、本発明の好ましい実施例が示され記述されている下記の説明から、本発明の他の目的が当業者には容易にお判りと思われる。本発明は他の異なる実施例も可能であり、そのいくつかの詳細および特定回路は発明から逸脱せずにさまざまな側面において修正することができる。したがって、目的、図面および説明は例示用であって制約的意味合いはない。

（詳細な説明）
明細書に内蔵されその一部を形成する添付図は本発明の好ましい実施例を例示している。下記の説明では、全てではないが、いくつかの代替実施例が記述されている。次に、その例が添付図に詳細に例示される本発明の実施例を詳細に参照する。
本発明は、特に、スケーラブルなスペクトル拡散通信システム用に設計されたフィルタおよび可変通信レート用の長くて、スケーラブルな擬似ノイズ(“PN”)シーケンスを使用するための協同技術である。スペクトル拡散通信におけるリンク距離および性能マージンは処理利得を増すことにより高めることができる。処理利得自体は利用するＰＮコードの長さに直接関連する。たとえば、データレートがＰＮシーケンス当り１ビットに制約される場合、１０００のＰＮコード長により３０ｄＢの処理利得が得られ、１０,０００のＰＮコード長により４０ｄＢの処理利得が得られる。本発明では、長くて、スケーラブルなＰＮシーケンスが複雑さの低い整合フィルタアーキテクチュアと共に使用されて、高周囲ノイズ動作環境でも多数の装置の可変通信レート、ロバスト回復を通常に行う。本発明において、サイトは多数の送信装置から同時に、またはほぼ同時に信号を受信することができる。これらの各受信信号は、典型的に、対応する周波数誤差を有する。さらに、装置の周波数誤差は、システム品質、複雑さ、コスト、および装置のサービス「クラス」等の変数間のトレードオフを最適化するために選択することができる、システム設計対象に応じて非常に異なることがある。これらのシステム要求条件は長いＰＮシーケンスの両端間で周波数コヒーレンスを達成するために受信機を個別の送信「クライアント」装置へロッキングするのを妨げる傾向がある。本発明は多様な装置からの、広範なデータレートおよび広範な周波数誤差を有する、信号の「同時」受信を容易にするように設計された受信機アーキテクチュアによりこの問題に取り組む。

次に、図１に本発明の一つの好ましい実施例の主要コンポーネントを例示するシステムブロック図を示す。データビット１００は可変長ＰＮＡコード１０２により拡散１０１される。典型的に、この拡散１０１はデータ１００を１から１０２３チップへ拡散するように動作するが、代替実施例では、本発明の概念から逸脱することなく拡散を変化させることができる。得られるチップ１０６は固定長ＰＮＢコード１０４によりさらに拡散１０３される。本発明のこの好ましい実施例では、５Ｍ ＣＰＳのチッピングレートが使用され、データレートを19.608kbpsから38ビット/秒へさらにスケーリングし、アプリケーション要求条件および利用可能なリンク(通信チャネル)内の利用可能な信号対ノイズ比に応じて、それぞれ、２４ｄＢから５１ｄＢの処理利得を与える。得られる拡散データは、典型的には、ＲＦリンクで使用する無線送信機１０５を使用して送信される。表１０７は多様なＰＮＡコード長の性能を示す。図からお判りのように、ここでは５Ｍ ＣＰＳである定チップレートでは、ＰＮＡコード長が１から５１１へ増加すると、ビット当りチップは２５５から１３０３０５へ増加し、処理利得は２４ｄＢから５１ｄＢへ増加してデータレートは１９６０８から３８ｂｐｓへ減少する。典型的に、固定長ＰＮＢコードの長さは最悪周波数誤差プラスドップラーシフトにより１８０度よりも多い位相ロール、またはおよそ４ｄＢの第１整合フィルタ内の相関損失を生じることがないよう十分短く設計される。

図２は本発明の方法の一つの好ましい実施例における整合フィルタアーキテクチュアの詳細ブロック図である。本発明のデータリンクの受信機部は無線送信機２０１を含んでいる。送信機２０１の出力２０２はＩおよびＱチャネルを提供し、それらは最初に整合フィルタ２０３により処理される。整合フィルタ２０３はＰＮＢコードを係数として使用する。周波数は単一ＰＮＢコード長の両端間でプラスまたはマイナス１８０度ローリングしていることがあるため、フィルタリングされたデータ２２２をＰＮＡ整合フィルタ２１２，２１３，２１４，２１５，２１６，２１７，２１８，２１９，２２０へ送る前に周波数シフタバンク２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９，２１０，２１１が使用される。図２には８つの周波数シフタと９つの整合フィルタが示されているが、本発明の特定の実施例で実際に利用されるそれぞれの数は最悪周波数ロールおよび連接ＰＮコード両端間の許容位相誤差によって決まる。周波数シフタ２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９，２１０，２１１は複素周波数偏移を実施する。整合フィルタ２１２，２１３，２１４，２１５，２１６，２１７，２１８，２１９，２２０は周波数シフタ２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９，２１０，２１１および整合フィルタ２０３からデータを受信し等化器/復号器２２１により受信されたフィルタリングされた出力信号を与える。等化器/復号器２２１は各整合フィルタ２１２，２１３，２１４，２１５，２１６，２１７，２１８，２１９，２２０の出力を調べて受信信号の周波数偏移を決定し最も有利な信号のセットを適切に選択する。

拡散信号の逆拡散に１つの大型フィルタではなく２つの小型整合フィルタが使用されることにも注目願いたい。これは、本発明の好ましい実施例では、単一の長い整合フィルタを回避できることを意味し、必要な信号処理ハードウェアの量は著しく低減される。

本発明の前記した実施例はあらゆる面において単なる説明用であって制約的意味合いは無い。特定のステップおよび関連する公式が提供されるが、本発明はそれらに限定はされない。したがって、本発明の範囲は前記説明よりも特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲と同等の意味および範囲内に入る変更は全て発明の範囲内に入る。

本発明の一つの好ましい実施例における主要コンポーネントを示すシステムブロック図である。 本発明の一つの好ましい実施例における整合フィルタアーキテクチュアの詳細ブロック図である。

Claims (9)

1. スペクトル拡散通信システムであって，前記スペクトル拡散通信システムは，
   （Ａ）送信機を含み，前記送信機は，さらに，
   （１）データ源と，
   （２）前記データ源からのデータを第１の擬似ノイズ源により拡散する第１のマルチプライア/ミキサと，
   （３）前記第１のミキサからのデータを第２の擬似ノイズ源により拡散する第２のマルチプライア/ミキサと，
   （４）ＲＦ送信機と，を含み，
   前記スペクトル拡散通信システムは，さらに，
   （Ｂ）受信機を含み，前記受信機は，さらに，
   （１）ＲＦ受信機と，
   （２）前記ＲＦ受信機からのデータを受信する第１の整合フィルタと，
   （３）前記第１の整合フィルタからの信号を受信する複数の周波数シフタと，
   （４）前記複数の周波数シフタからのデータを受信する複数の第２の整合フィルタと，
   （５）前記複数の周波数シフタからの信号を受信する等化器/復号器であって，該等化器/復号器は前記複数の周波数シフタからの前記受信信号から有利な１組の信号を選択する前記等化器/復号器と，を含むスペクトル拡散通信システム。
2. 請求項１に記載のスペクトル拡散通信システムであって，前記第１の擬似ノイズ源は可変長コードシーケンスを与えるスペクトル拡散通信システム。
3. 請求項１に記載のスペクトル拡散通信システムであって，前記第２の擬似ノイズ源は固定長コードシーケンスを与えるスペクトル拡散通信システム。
4. 請求項１に記載のスペクトル拡散通信システムであって，前記第１のマルチプレクサ/ミキサは前記データ源からの前記データを可変ＰＮコードで拡散するスペクトル拡散通信システム。
5. 請求項１に記載のスペクトル拡散通信システムであって，前記第２のマルチプレクサ/ミキサは前記第１のミキサからの前記データを固定長ＰＮコードで拡散するスペクトル拡散通信システム。
6. 請求項１に記載のスペクトル拡散通信システムであって，前記第１の整合フィルタは，さらに，前記第２の擬似ノイズ源に相関された１組の係数を含むスペクトル拡散通信システム。
7. 請求項１に記載のスペクトル拡散通信システムであって，前記複数の周波数シフタは互いに１Ｈｚ以上オフセットされるスペクトル拡散通信システム。
8. 請求項１に記載のスペクトル拡散通信システムであって，前記第２の整合フィルタは前記第１の擬似ノイズ源に相関されるスペクトル拡散通信システム。
9. 請求項１に記載のスペクトル拡散通信システムであって，前記第１および第２の擬似ノイズ源はより長いまたは短い固定または可変コード長にスケーリングして，接続品質，システム複雑さ，全体インプリメンテーションコストおよび装置のサービス「クラス」等の変数を最適化することができるスペクトル拡散通信システム。

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