(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトラム拡散CDMA通信システム用の移動端末装置であって、スペクトラム拡散のための擬似ランダムチップ符号シーケンスを用いて発生した基地局パイロット信号および基地局データ信号を基地局から受信し、スペクトラム拡散のための擬似ランダムチップ符号シーケンスを用いて発生した遠隔データ信号および遠隔パイロット信号を前記基地局に送信する移動端末装置において、
前記基地局が距離算定値を発生できるように、前記送信した遠隔パイロット信号の前記チップ符号シーケンスを前記受信した基地局パイロット信号の前記チップ符号シーケンスに同期させる手段（732）と、
距離算定値を前記基地局から受信する手段（727、773、722、725、758、775）と、
前記基地局が他の距離調節ずみの前記遠隔信号と直交する前記遠隔データ信号および遠隔パイロット信号を受信するように、受信した距離算定値に応答して前記遠隔データ信号および遠隔パイロット信号の位相を距離調節する符号位相調節手段（731）と、
前記遠隔信号の位相におけるチップ微小部調整を表す相関信号、すなわち前記遠隔信号の位相の調整をもたらす相関信号を前記基地局から受信する手段（727、773、722、725、758、775）と、
前記遠隔データ信号および遠隔パイロット信号の前記チップシーケンスが前記受信した基地局パイロット信号の前記チップ符号シーケンスに同期している第１のモードと、前記遠隔データ信号の前記チップ符号シーケンスを距離調節するとともに前記遠隔パイロット信号が前記受信した基地局パイロット信号に同期している第２のモードと、前記遠隔データ信号および遠隔パイロット信号を距離調節する第３のモードとを含む前記移動端末装置の複数の動作モードから一つの動作モードを選択するモード選択手段（733）と
を含むことを特徴とする移動端末装置。
【請求項２】
前記同期させる手段（732）が前記符号位相調節手段（731）に接続されていることをさらに特徴とする請求項１記載の移動端末装置。
【請求項３】
スペクトラム拡散CDMA通信システム用の基地局であって、スペクトラム拡散のための擬似ランダムチップ符号シーケンスを用いて発生した遠隔データ信号および遠隔パイロット信号を複数の移動端末装置から受信し、スペクトラム拡散のための擬似ランダムチップ符号シーケンスを用いて発生した基地局パイロット信号および基地局データ信号を前記移動端末装置に送信する基地局において、
選ばれた移動端末装置からの前記受信した遠隔パイロット信号の前記チップ符号シーケンスに基づき前記選ばれた移動端末装置と関連する距離算定値を特定する手段（871）と、
前記選ばれた移動端末装置について特定された前記距離算定値を前記選ばれた移動端末装置に送信する手段（827、800、870、802、810、811、803、816、820、819、821）であって、その距離算定値に基づき前記選ばれた移動端末装置が前記遠隔データ信号および遠隔パイロット信号の位相を距離調節し、前記基地局が他の移動端末装置からの距離調節ずみの前記遠隔信号と直交する前記選ばれた移動端末装置からの前記遠隔データ信号および遠隔パイロット信号を受信できるようにする手段と、
前記選ばれた移動端末装置の受信した前記遠隔データ信号の遠隔位相におけるチップ微小部調整を表す相関信号、すなわち前記選ばれた移動端末装置における前記遠隔信号の位相の調整をもたらす相関信号を送信する手段（827、800、870、802、810、811、803、816、820、819、821）と
を含み、
前記受信した遠隔データ信号および遠隔パイロット信号のチップ符号シーケンスが前記距離算定を可能にするように同期している第１のモードと、前記遠隔パイロット信号が前記距離算定を可能にするように同期しているとともに前記遠隔データ信号を距離調節する第２のモードと、前記受信した遠隔データ信号および遠隔パイロット信号を距離調節する第３のモードとを含む動作モードで前記遠隔データ信号および遠隔パイロット信号を受信する
ことを特徴とする基地局。
【請求項４】
前記距離算定値特定手段（871）に前記基地局パイロット信号および前記受信した前記遠隔パイロット信号の前記チップ符号シーケンス間の遅延を算定する距離遅延手段（834）を接続し、前記算定された遅延に基づき前記距離算定値特定手段（871）が前記移動端末装置に関連する距離算定値を算定することをさらに特徴とする請求項３記載の基地局。
【請求項５】
前記受信した遠隔パイロット信号を基地局パイロット基準信号を用いて逆拡散する逆拡散手段（828）を含み、前記距離遅延手段（834）が前記基地局パイロット信号および前記基地局パイロット基準信号の前記チップ符号シーケンスを比較して遅延を算定することをさらに特徴とする請求項４記載の基地局。
【請求項６】
前記基地局パイロット基準信号の前記チップ符号シーケンスを前記受信した遠隔パイロット信号に同期させる遅延ロックループ（851）を含むことをさらに特徴とする請求項５記載の基地局。
【請求項７】
基地局と複数の移動端末装置とを有するスペクトラム拡散CDMA通信システムであって、前記基地局がスペクトラム拡散のための擬似ランダムチップ符号シーケンスを用いて発生した基地局パイロット信号および基地局データ信号を送信するとともに、前記複数の移動端末装置の各々から擬似ランダムチップ符号シーケンスを各々が含む遠隔パイロット信号および遠隔データ信号を受信し、前記移動端末装置の各々がスペクトラム拡散のための擬似ランダムチップ符号シーケンスを用いて発生した遠隔パイロット信号および遠隔データ信号を送信するとともに前記基地局パイロット信号および前記基地局データ信号を受信するスペクトラム拡散CDMA通信システムにおいて、
前記基地局が、
選ばれた移動端末装置からの前記受信した前記遠隔パイロット信号の前記チップ符号シーケンスに基づき前記選ばれた移動端末装置と関連する距離算定値を特定する手段（871）と、
前記選ばれた移動端末装置に前記距離算定値を送信する手段（827、800、802、810、811、803、816、820、819、821）と、
前記選ばれた移動端末装置の受信した前記遠隔信号の位相におけるチップ微小部調整を表す相関信号を送信する手段（827、800、870、802、810、811、816、820、819、821）と
を有し、前記複数の端末装置が選ばれる機能を有しそれら端末装置の各々が、
前記基地局が距離算定値を発生できるように、前記遠隔パイロット信号および遠隔データ信号の前記チップ符号シーケンスを、受信した基地局パイロット信号のチップ符号シーケンスに同期させる手段（732）と、
距離算定値を前記基地局から受信する手段（727、773、722、725、758、775）と、
受信した距離算定値に応答して送信遠隔データ信号および遠隔パイロット信号の位相を距離調節する符号位相調節手段（731）であって、前記基地局が他の移動端末装置の送信した距離調節ずみの前記遠隔信号と直交する前記遠隔データ信号および遠隔パイロット信号を受信するようにする符号位相調節手段（731）と、
前記遠隔信号の位相の調整をもたらす前記相関信号を受信する手段（727、773、722、725、758、775）と、
前記遠隔データ信号および遠隔パイロット信号の前記チップシーケンスが前記受信した基地局パイロット信号の前記チップ符号シーケンスに同期している第１のモードと、前記遠隔データ信号の前記チップ符号シーケンスを距離調節するとともに前記遠隔パイロット信号が前記受信した基地局パイロット信号と同期している第２のモードと、前記遠隔データ信号および遠隔パイロット信号を距離調節する第３のモードとを含む前記移動端末装置の複数の動作モードから一つの動作モードを選択するモード選択手段（733）と
を含むことを特徴とするスペクトラム拡散CDMA通信システム。
【請求項８】
前記基地局が前記遠隔パイロット信号のピーク値に応答して捕捉信号を送信する手段（827、800、802、810、811、803、816、820、819、821）を含み、前記選ばれる機能を有する前記複数の移動端末装置の各々が前記基地局から捕捉信号を受信する手段（727、773、722、725、758、775）を有し、前記符号位相調節手段（731）が受信捕捉信号に応答して前記遠隔パイロット信号の位相を前記距離調節した遠隔データ信号と同期するように調節することをさらに特徴とする請求項７記載のスペクトラム拡散CDMA通信システム。
【請求項９】
スペクトラム拡散CDMA通信システムの中の基地局により複数の移動端末装置からスペクトラム拡散CDMA信号を直交位相で受信する方法であって、前記基地局がスペクトラム拡散のための擬似ランダムチップ符号シーケンスを用いて発生した基地局パイロット信号および基地局データ信号を送信するとともに、前記複数の移動端末装置の各々からスペクトラム拡散のための擬似ランダムチップ符号シーケンスを用いて発生した遠隔データ信号および遠隔パイロット信号を受信し、前記移動端末装置の各々が前記遠隔データ信号および遠隔パイロット信号を送信するとともに前記基地局パイロット信号および前記基地局データ信号を受信するスペクトラム拡散CDMA信号の直交位相受信方法において、
選ばれた移動端末装置においてその端末装置の遠隔データ信号および遠隔パイロット信号のチップ符号シーケンスを前記受信した基地局パイロット信号の前記チップ符号シーケンスに同期させる過程と、
前記基地局において、前記選ばれた移動端末装置からの前記受信した遠隔パイロット信号の前記チップ符号シーケンスに基づき、前記選ばれた移動端末装置に関連する距離算定値を特定する過程と、
前記距離算定値を前記選ばれた移動端末装置に送信する過程と、
前記選ばれた移動端末装置において前記距離測定値を受信する過程と、
前記選ばれた移動端末装置の動作モードを選択する過程と、
第１のモードの場合に、前記選ばれた移動端末装置の前記遠隔データ信号の位相を距離調節して、前記基地局が前記選ばれた移動端末装置からそれ以外の移動端末装置からの距離調節ずみ遠隔データ信号と直交関係にある距離調節ずみの遠隔信号を受信するようにする過程と、
第２のモードの場合に、前記選ばれた移動端末装置の前記遠隔パイロット信号の位相を前記距離調節ずみの遠隔データ信号の位相に距離調節する過程と、
前記基地局から前記選ばれた移動端末装置の遠隔データ信号の位相におけるチップ微小部調整値を表す相関信号を送信する過程と、
前記選ばれた移動端末装置の前記遠隔データ信号の位相を前記相関信号に応答して調節する過程と
を含むことを特徴とするスペクトラム拡散CDMA信号の直交位相受信方法。
【請求項１０】
基地局パイロット基準信号を発生して前記選ばれた移動端末装置からの前記受信した遠隔パイロット信号を逆拡散する過程をさらに含み、前記特定された距離算定値が前記基地局パイロット基準信号および前記基地局パイロット信号に基づくことをさらに特徴とする請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明はスペクトラム拡散通信に関し、より詳細にいうと、直交符号および移動端末・基地局間距離既知値を用いて情報チャンネルの位相調節整合を行い基地局の直交性を達成するシステムおよび方法に関する。
背景技術
図１を参照すると、スペクトラム拡散変調器５１においてメッセージデータｄ(t)をメッセージ・チップ符号信号ｇ1(t)の利用により処理し、スペクトラム拡散データ信号を生ずる。このスペクトラム拡散データ信号を周波数ｆ0のキャリア信号の利用により送信機５２において処理し、通信チャンネル５３経由で送信する。
受信機では、受信したスペクトラム拡散信号をスペクトラム拡散復調器５４が逆拡散し、同期データ復調器６０がメッセージデータを受信データとして再生する。この同期データ復調器６０はスペクトラム逆拡散ずみのスペクトラム拡散信号を同期復調するのに基準信号を用いる。受信した被変調データ信号から基準信号を発生するための２乗デバイス５５、帯域フィルタ５６および分周器５７は周知である。Costasループほかの基準信号発生回路でこの目的は十分に充たされる。
電離層やマルチパスなどフェージングを伴うチャンネル、より一般的に受信信号振幅の時間的変動を伴うチャンネルでは、入来信号の位相は基準位相と通常一致しないので同期式復調は実際的でない。そのような場合は差動位相キーイング（DPSK）を用いる。DPSKでは受信信号を１シンボルだけ遅延させて被遅延信号と乗算する。その出力の位相が±90°以下であればビット０と判定し、そうでない場合はビット１と判定する。この種のシステムは複雑であり、誤り率10-2で約６dBの劣化を伴う。
米国特許第5,228,056号（シリング）はスペクトラム拡散CDMA信号の送信および受信システムおよび方法を記載している。メッセージデータを擬似ランダムチップ符号シーケンスと混合し、スペクトラム拡散CDMA信号を生ずるように変調する。米国特許第5,544,156号は同期用にパイロット信号を用いたスペクトラム拡散CDMAシステムを記載している。
米国特許第5,506,864号は遠隔ユニットの位置特定のためのシステムおよび方法を記載している。基地局パイロット信号および受信遠隔ユニットパイロット信号のチップ符号シーケンスを比較し基地局・遠隔ユニット間距離を算定する。
上述の従来技術は、スペクトラム拡散変調の利用による基地局・移動局間同期通信であって、基地局・移動局間距離の併用により基地局での直交性を達成する基地局・移動局間通信を提供することはできない。
発明の開示
発明の目的
この発明の概括的な目的はパーソナル通信サービスとして利用可能な地上位置特定システムおよび方法を提供することである。
この発明のもう一つの目的は、移動端末の地上位置特定およびCDMA信号中の被変調データ信号の復調のためのデータリンク用パイロット信号として個別のスペクトラム拡散チャンネルを用いる地上位置特定システムおよび方法を提供することである。
この発明のさらに他の目的は同期スペクトラム拡散通信および地上位置特定システムを提供することである。
この発明のさらに他の目的は、直交符号および移動端末までの既知距離を用いて基地局における移動端末ユーザデータ信号の直交性を達成するスペクトラム拡散システムおよび方法を提供することにある。
この発明のさらに他の目的は２重無線チャンネルの逆方向リンクに直交符号を用いるシステムおよび方法を提供することにある。
現在のセルラーCDMAシステムは逆方向リンクに直交符号を用いていない。実際にはIS-95システムは逆方向リンクに非コヒーレント検波を用いている。多数の移動端末から基地局が受信する拡散符号相互間の同期をとることが難しいからである。符号相互間が直交関係にあるためには、互いに異なる符号が実質的に同時に始まり正しい時点で終わらなければならない。したがって、複数の移動局の各々と基地局との間の距離は互いに異なり、しかも変動してるので、移動局発信時に信号全部が互いに同期していても、信号経路長が互いに異なっているために基地局到達時には信号相互間は非同期になる。
サンプリングを正しい時点で行うか所定波形を時間的に正しく整合させることによって検波時に利得可能な信号は少なくとも三つある。これら二つの手法、すなわち正しい時点におけるサンプリングおよび既知波形の整合は一般に同期と呼ばれる。キャリア同期の場合は正しいキャリア位相を追跡しなければならない。すなわち、正しい周波数を追跡することになり、したがって既知波形を位相整合させる。PN符号同期の場合は、ローカルに発生したPN符号の位相を受信PN符号の位相に対して両者間位相整合までずらさなければならない。この位相整合を、ローカルに発生したPN符号のためのチップクロックと受信PN符号クロックとの同期状態保持によって維持する。これも既知波形の位相整合である。
情報信号の場合はある程度の不確定性を伴い、さもなければ情報伝送は行われ得ない。したがって、情報をビットごとに伝送する場合は情報の各ビットの期間中に判定を行う。雑音平均化フィルタまたは積分器を所定ビットレートに整合させて所定波形の所定位相には整合させないでおき、積分過程が最大値に達するようにサンプリングをビット周期の終わりに行うと、受信信号の位相または振幅を測定して情報内容を判定できる。例えば、周波数ｆcで所定波形の正弦波状キャリアは所定位相で数百サイクルにわたり継続する。情報信号の位相はもう一つの所定の受容可能な位相に変化できる。この位相変化が情報ビット含有符号を表し得る。受信キャリアの位相が情報のためにときどき変動してもローカルキャリアの同期状態を維持する手法は従来技術で多数周知である。
CDMAシステムにおいては、受信機で完全なローカルキャリアを情報チャンネルから抽出するよりも優れた抽出手法がある。すなわち、CDMAシステムでは同一のRFキャリアを異なるPN符号を重畳させた状態で送ることが可能である。この信号は未知の情報を含まず、リンク両端で完全に既知の信号である。この信号はユーザ情報チャンネル符号とは異なる符号を有するので、ユーザ情報チャンネルから完全に分離可能である。したがって、これら二つの信号は同一スペクトラムを同時に占有でき、両者間の干渉はごく小さい。この信号はパイロットチャンネルと呼ばれ、受信機で狭帯域フィルタにより選択でき、ごく安定した基準信号として使用可能である。ユーザ情報チャンネル位相をこの基準信号と比較して、そのユーザ情報チャンネルの情報を反映するのに生じた変化を判定する。順方向リンクでは、同じパイロットチャンネルを多数の移動局ユーザのための基準として用いる。その結果、パイロットチャンネルの電力を個々のユーザ情報チャンネルの電力の数倍にし、しかも基地局合計送信電力への影響をごく低く抑えることができる。この送信電力の要因に、全信号が同じ発信点および同じタイミング源を有することが加わって、この順方向伝送リンクに直交符号を用いやすくなる。移動局加入者はすべて同一の複合CDMA順方向伝送信号を受信し、同一のパイロットチャンネルを用いて複合CDMA信号からそれぞれの割当てユーザ情報チャンネルを抽出する。
直交符号の抽出および検出が複雑であるために、実用的な直交符号は比較的短く、すなわち、IS-95システムでは64チップ、それ以外の方式でも128チップにしてある。これら短符号のために検出前処理利得は制約を受ける。符号は連続的に反復されるので、スペクトラム構成は間隔の大きい少数のスペクトル線となり、所望の雑音様スペクトラム構成とは異なる。したがって、IS-95システムの場合と同様に、より長くより雑音様の符号を直交符号に重畳する。パイロットチャンネル符号も直交符号の一つにした場合は、情報チャンネルに雑音をもたらすことはない。IS-95システムの場合は、このパイロットはウォルシュ符号０にしてある。ウォルシュ０符号は全部０であるのでこれは重畳した雑音様符号にすぎない。付随直交符号を完全に消去するには、その符号の零交叉発生点全部と正確に整合していなければならない。不整合が少しでもあると、所望信号に干渉を及ぼす不整合グリッチが生ずる。順方向リンクでは移動加入者局全部に向けて伝送される複合信号は互いに加算されて一つの複合CDMA信号を形成する。その結果、全信号が互いに整合した状態を保ち、同一伝搬経路を伝搬するので、整合状態に留まる。したがって、直交符号は実際的で実働化が簡単である。処理利得に制約があること、および利用可能な符号の数に制限があることだけが不利な点である。
逆方向リンクに直交符号を用いることはより難しい。すなわち、互いに異なる符号が基地局からの距離のランダムな互いに異なる移動加入者局から発信され、しかも基地局における受信が完全に整合していなければならないからである。すなわち、全信号が完全に同期した状態で基地局に受信されるためには、各移動加入者局が自局・基地局間距離のばらつきを補償するように互いに異なる時点で基準点を始動させる必要がある。これを現行のシステムで実行することは難しすぎると考えられてきた。米国特許第5,404,376号は移動加入者局受信C/Iと測定データにより継続的に更新される距離との関係を基地局が設定して伝達するようにすることによってこの問題に対処している。上記関係に基づいて、移動加入者局は、基地局にPN符号が到達した時点で他の移動加入者局からの信号とほぼ同期状態に達するためのPN位相を推定する。この手法には多数の問題が伴う。とくに、C/Iと基地局からの距離との関係を終始一貫させることは難しい。この関係は最良状態でも伝搬経路の方向に左右される。上記米国特許第5,404,376号はこの方向または移動加入者局現在地点所属セクタなどを考慮した補正因子を加える複雑な技法をいくつか提案している。その結果は推定値どまりであり、探索すべき大幅な不確定性が残る。この発明は、基地局・移動加入者局間の距離を独特の単純で直接的な手法で測定することによりこれらの困難を解消する。
発明の概要
この発明によると、実施例について後述のとおり、少なくとも一つの基地局と複数の移動加入者端末とを含み両者間で２重無線チャンネル経由で交信するスペクトラム拡散通信システムおよび方法を提供できる。基地局と移動加入者端末との間でメッセージデータを相互伝達する。メッセージデータはディジタル化音声信号、コンピュータデータ、ファクシミリデータ、ビデオデータなどを含むがこれらに限られない。基地局は順方向チャンネル経由で複数の移動加入者端末に基地局メッセージデータを伝達する。移動加入者端末は逆方向チャンネル経由で基地局に遠隔メッセージデータを伝達する。基地局メッセージデータを基地局発信のメッセージデータと定義し、遠隔メッセージデータを移動加入者端末発信のメッセージデータと定義する。
遠隔メッセージデータは擬似雑音（PN）符号を用いてスペクトラム拡散処理し、スペクトラム拡散処理ずみ遠隔メッセージデータを発生する。このスペクトラム拡散処理ずみ遠隔メッセージデータに遠隔パイロット信号を組み合わせて遠隔CDMA信号を発生する。この遠隔CDMA信号は遠隔パイロット信号とデータ信号とを含む。
遠隔CDMA信号は移動加入者端末から２重無線チャンネルの逆方向チャンネル経由で基地局に伝送される。基地局はこの遠隔CDMA信号を受信してそれをパイロットチャンネルとデータチャンネルとに分割する。基地局はさらに基地局パイロット信号と基地局パイロット基準信号とを発生する。基地局パイロット基準信号を分割するとともに遅延をかけて、同相基地局パイロット基準信号、進相基地局パイロット基準信号および遅相基地局パイロット基準信号を生ずる。これら同相、進相および遅相パイロット基準信号を遠隔パイロット信号の同相、進相および遅相成分の相関選択にそれぞれ用いる。基地局は基地局データ基準信号を生じ、この基地局データ基準信号を用いてデータ信号を相関選択する。
遠隔パイロット信号の位相をその信号のピーク値に応答して追跡し、遠隔パイロット信号と基地局パイロット基準信号との間の同期を表す捕捉信号を生ずる。この捕捉信号に応答して基地局パイロット信号と基地局パイロット基準信号との間の符号位相差を測定し移動加入者端末と基地局との間の距離を判定する。この距離を順方向チャンネル経由で移動加入者端末に送信し、移動加入者端末はこの距離に応答して擬似雑音符号の位相を調節して、データ信号の基地局への到達時点を調節するとともに基地局入来の他移動加入者端末データ信号との間の直交性を達成する。
基地局は移動加入者端末からのデータを２重無線チャンネルの逆方向リンク経由で四つの制御モードの一つで受信できる。第１のモードでは、移動加入者端末は基地局パイロットと非同期の独立のユーザパイロットを逆方向リンク経由で送出し、ユーザデータチャンネルはこの独立のユーザパイロットに同期する。第２のモードでは、移動加入者端末はそのユーザパイロットを基地局からの受信パイロット信号に制御させ、ユーザデータチャンネルはこの被制御ユーザパイロットに同期する。この第２のモードは現在地点特定および高速再捕捉のための往復遅延情報を移動加入者端末が受けることを可能にする。第３のモードでは、移動加入者端末はそのパイロットを第２のモードの場合と同様に基地局からの受信パイロット信号に制御させるが、ユーザデータチャンネルは基地局から受けた距離情報を用いて直交モードで動作する。ユーザパイロットチャンネルとユーザデータチャンネルとの間の位相関係を較正する。ユーザパイロットキャリアはユーザデータチャンネルのためのキャリアでもあり、ユーザデータチャンネル検出用のキャリア基準としても使うことができる。第４のモードでは、上記第３のモードの被制御パイロット信号を捕捉に用いるが、捕捉後はユーザパイロット符号を移相させてユーザデータチャンネルと同期させ、直交チャンネルとする。このモードでは、セル内のユーザデータチャンネルにパイロットが干渉を生じさせることはなく、したがって、パイロット送信電力を高めることができる。
この発明の上記以外の目的および利点は次の説明に述べてあり、またその説明から自明であり、さらにこの発明の実施から明らかになろう。この発明の目的および利点は添付の請求の範囲に記載した構成および組合せにより実現達成できる。
【図面の簡単な説明】
この明細書に組み入れられこの明細書の一部を構成する添付図面はこの発明の好適な実施例を図解し、説明との組合せによりこの発明の原理を説明している。
図１はメッセージデータの同期再生のための従来技術の回路構成である。
図２はこの発明により基準チップ符号に同期したビット同期手段つき同期スペクトラム拡散システムを示す。
図３Ａは複数のメッセージデータのための同期スペクトラム拡散送信装置を示す。
図３Ｂは複数のスペクトラム拡散処理ずみ信号の受信のための同期検波器を用いたスペクトラム拡散受信装置を示す。
図３Ｃは複数のスペクトラム拡散処理ずみ信号の受信のための非同期検波器を用いたスペクトラム拡散受信装置を示す。
図４は同期スペクトラム拡散復調方法を示す。
図５は移動加入者端末と同期的に信号授受し現在地点特定を行う基地局のブロック図である。
図６は基地局との交信および現在地点特定のための移動加入者端末のブロック図である。
図７はこの発明の直交符号同期方式および方法による移動加入者端末のブロック図である。
図８はこの直交符号同期方式および方法の基地局のブロック図である。
発明の最良の実施の態様
全体を通じて同一の構成要素には同一の参照数字を付けて示した添付図面の好ましい実施例を詳細に述べる。
この発明のスペクトラム拡散通信直交符号同期システムおよび方法は、1990年12月14日提出のドナルド エル．シリング名義米国特許出願第07/626,109号、対応米国特許第5,228,056号「同期スペクトラム拡散通信システムおよび方法」に開示した発明の拡張したものである。開示を完全にするために、次の説明には原特許出願の説明を含め、次にこの発明による直交符号同期の説明を行う。
この発明のスペクトラム拡散信号は他のユーザには「トランスペアレント」になるように、すなわち、他の現行ユーザの交信には干渉をほとんど生じさせないように設計してある。スペクトラム拡散信号の存在は判定困難である。この特徴は低傍受可能性（LPI）および低検出可能性（LPD）として知られる。スペクトラム拡散のこれらLPIおよびLPD特性はスペクトラム拡散CDMA通信システムユーザ間の信号伝送を既存セルラー移動電話ユーザに干渉を与えることなく可能にする。この発明は移動加入者局用セルラー電話システムまたは固定加入者局用マイクロ波電話システムにおける所定チャンネルにLPIまたはLPDを利用する。各スペクトラム拡散信号の電力レベルを所定レベル以下にすることによって、一つのセル内で使用中のスペクトラム拡散信号全部の合計電力がセルラー電話システム内の移動加入者局にも固定加入者局用マイクロ波電話システム内加入者にも干渉を生ずることはなくなる。
スペクトラム拡散は妨害または干渉に対する耐性を備える。スペクトラム拡散受信装置は干渉信号のスペクトラムを拡散する。これによって干渉信号からの干渉は減らされ、スペクトラム拡散システムの性能に認識可能な程度の劣化が生ずることはない。干渉低減のこの特徴は、スペクトル拡散の商用通信への有用性、すなわちスペクトラム拡散波形を既存の狭帯域信号に重畳できるようにすることによる有用性を高める。
この発明は位相変調手法による直接シーケンススペクトラム拡散を用いる。直接シーケンススペクトラム拡散は送信すべき電力を広い帯域幅にわたって拡散し単位帯域幅あたりの電力（ワット/ヘルツ）が最小になるようにする。これが達成されると、移動加入者局またはマイクロ波加入者局の受信する比較的狭帯域の送信スペクトラム拡散電力は実際に送信された電力のごく一部になる。
例えば、固定加入者局用マイクロ波電話システムにおいては、電力10ミリワットのスペクトラム拡散信号を帯域幅10MHzの固定加入者局用マイクロ波に拡散しマイクロ波ユーザがチャンネル帯域幅２MHzの通信システムを用いると、狭帯域通信システムにおいて一つのスペクトラム拡散信号に起因する実効干渉電力は10MHz／２MHzの割合で低減される。スペクトラム拡散を50のユーザが同時並行的に用いる場合は、スペクトラム拡散に起因する干渉信号電力は50だけ増加する。
干渉低減をもたらすスペクトラム拡散の特徴は、スペクトラム拡散受信装置がこの例では10MHzの広帯域幅にわたって受信干渉信号エネルギーを実際に拡散し、一方所望の受信信号の帯域幅を元の帯域幅に圧縮することである。例えば、所望のメッセージデータのもとの帯域幅が30KHzであった場合は、基地局で生ずる干渉信号電力は10MHz／30MHzだけ減少する。
直接シーケンススペクトラム拡散は、もとの信号をデータ帯域幅対比でごく広帯域の信号で変調することによってスペクトラム拡散を達成する。この広帯域信号は二つの振幅＋１および−１をもつように選び、これら振幅を周期的に「擬似ランダム的に」切り換える。すなわち、互いに等しい時間間隔ごとに広帯域変調信号が＋１か−１かについて判定を行う。この判定を行うためにコインを放り上げると、系列は全くランダムになる。しかし、その場合は受信装置は上記シーケンスを先験的に知ることはなく、送信を正しく行うことはできない。これと対照的にチップ符号発生器は擬似雑音シーケンスと呼ばれるほぼランダムなシーケンス、すなわち、送信装置および受信装置に先験的に既知の擬似ランダムシーケンスを電子的に発生する。
符号分割多重接続
符号分割多重接続（CDMA）は直接シーケンススペクトラム拡散システム、すなわち各々が同一の周波数帯域で動作する少なくとも二つの多数のスペクトラム拡散信号を同時並行的に伝達するシステムである。CDMAシステムにおいては、各ユーザは特有のチップ符号を割り当てられる。このチップ符号でユーザを特定する。例えば、第１のユーザが第１のチップ符号ｇ1(t)を有する場合は、第２のユーザは第２のチップ符号ｇ2(t)を有し、以下同様とし、第１のユーザからの信号を受信しようとする受信装置はそのアンテナに全ユーザからの送信信号全部を受ける。しかし、第１のユーザからの信号を逆拡散したあとでは、その受信装置は第１のユーザからの信号エネルギー全部を出力するが、第２、第３ほかのユーザからのエネルギーはそのごく一部だけを出力する。
CDMAは干渉により制約を受ける。すなわち、同一スペクトラムを使用ししかも受信可能な性能を確保できるユーザの数はユーザ全体が受信装置で発生する干渉電力総合計で定まる。電力制御に細心の注意を払わないと、受信装置近傍のCDMA送信装置は圧倒的な干渉を生ずる。この結果は「近接−遠隔」問題として知られる。移動通信環境では、この近接遠隔問題が重大な問題になる。個々の移動遠隔ユーザの各々の電力の制御は、各遠隔ユーザからの受信電力が互いに等しくなるように行うことができる。この手法は「適応型電力制御」と呼ばれる。詳細については1992年３月３日提出のドナルド エル．シリング名義の米国特許第5,093,840号「スペクトラム拡散システム用適応型電力制御および方法」を参照されたい。
この発明のスペクトラム拡散通信システムは符号分割多重接続（CDMA）システムである。スペクトラム拡散CDMAはスペクトラムの利用効率を著しく高める。CDMAにおいては、セル内の各ユーザは同一の周波数帯域を用いる。しかし、各CDMA信号は受信機が所望の信号をそれ以外の信号から区別できるようにするための特有の擬似ランダム符号を有する。隣接セル内の遠隔ユーザも同一の周波数帯域と同一の帯域幅とを有し、したがって互いに「干渉」する。受信信号はPCN基地局の受信するユーザ信号の数が増えるに伴って少し雑音量が多くなったと見受けられよう。
所望信号以外のユーザ信号の各々は処理利得で定まる大きさの干渉信号を生ずる。隣接セル内の遠隔ユーザは、その隣接セル内における遠隔ユーザの分布が均一であれば、特定セル内の遠隔ユーザに比べて干渉電力予測値を50％だけ増加させる。干渉増加率は厳しくないので、周波数再利用は行わない。
スペクトラム拡散セルの各々は10MHz帯域全部を送信に、10MHz帯域全部を受信にそれぞれ利用できる。したがって、毎秒500万チップのチップ速度、4800bpsの符号化データ速度を用いると、１ビットあたり約1000チップの処理利得を達成できる。一つの周波数帯域を同時並行的に使えるCDMA遠隔ユーザ数の最大値がこの処理利得にほぼ等しいことは当業者に周知である。
直交符号
復路リンクのパイロットは実際的と考えられる。所望のEb／N0値の達成に必要なC/I値がそれによって米国特許第5,506,864号および同第5,544,156号記載のとおり減少するからである。この改善は同期検波またはコヒーレント検波の利用可能性に由来する。上記特許にも記載してあるとおり、パイロットまたは基準チップ符号の利用により、直交符号採用リンクおよび直交符号非採用リンクの両方の性能が改善される。直交符号チャンネルについては各移動局加入者が特有のパイロットと情報符号とを必要とするので、活性状態のユーザの数は二つだけ減少する。符号の数に制限がある場合は、これは深刻な影響を与える。上記米国特許第5,506,864号は移動加入者局からのパイロットを非直交符号利用による基地局・移動局間距離の測定に用いている。この発明は、この特許をさらに拡張して、直交符号を含み移動加入者局までの距離の既知値を用いて情報チャンネルの位相を調節し、他移動加入者から基地局への到達信号と位相整合させている。移動加入者局は基地局からパイロット信号または基準チップ符号信号を受信し、その基地局パイロット信号のタイミングと位相とを用いて基地局への遠隔パイロット信号を発信する。すなわち、戻りのパイロット信号は移動加入者局通過に伴う遅延を受けず、移動加入者局からのレーダ反射と同様の外観を呈する。信号強度はもちろんレーダ反射波よりも大きい。また、基地局への戻りの遠隔パイロット信号は多数あるが、基地局パイロット擬似ランダム符号とは類似ながら異なる擬似雑音符号である。
基地局は活性状態にあるすべての移動加入者局からパイロット信号を受信し、可能な場合は0.1チップに至るまで、それら移動加入者局の各々について戻りの擬似雑音シーケンスと送信擬似雑音シーケンスとの間の位相差を測定する。ここで測定するのは往復伝搬遅延であり、実際の距離はチップ数で0.1チップの精度で測った数値の半分である。この情報を移動加入者局に送り、その移動加入者局が戻りのリンクで直交モードで作動中の場合は、移動加入者局はこの情報を用いて遠隔メッセージPN符号の位相を基地局の確立した所定時点に基地局に到達するように調節する。したがって、遠隔パイロット信号および遠隔ユーザメッセージチャンネルのPN符号の位相を基地局の確立した所定時点に基地局に到達するように調節する。したがって、遠隔パイロット信号および遠隔ユーザメッセージチャンネルのPN符号は互いに位相が異なるが、同一のキャリア信号を有し、パイロット信号キャリアはユーザメッセージチャンネルのコヒーレント検波用基準の発生に使用できる。
データサンプリング点はPN系列の繰返し周期に通常関連づけてあり、ユーザメッセージチャンネルのデータタイミングに合致するよう位相調節してある。したがって、共通の基地局と交信状態にある移動加入者局のユーザメッセージチャンネルに起因する相互干渉を大幅に減らすことができる。
隣接セル内の移動加入者局からの干渉は直交関係になく、非直交干渉の外観を呈する。通常の直交符号CDMAシステムは符号再使用および干渉抑圧のためにセクタ型アンテナを用いる。したがって、セルの端部では、各セル内の移動加入者局はセクタ全体にわたり最大電力で送信し、両セルに最大電力で送信する。しかし、隣接セル内移動加入者局がそのセルの基地局に向かって移動するに伴い、その送信出力電力をセル端部に位置していた時点での値に維持するよう低下させる。４乗減衰曲線とすると、対距離比４乗の速度で送信電力を低下させる。その移動加入者局はその移動加入者局から干渉を受けている基地局から遠ざかっているので、距離の４乗に従って低下中の送信電力レベルはさらに低下する。これによって距離４乗効果が２倍になり、隣接セル内移動加入者局からの干渉は送信電力制御非利用の場合に比べてずっと小さくなる。したがって、外部干渉、すなわち隣接基地局と交信中の移動加入者局から主基地局が受ける干渉は、その主基地局と交信中の他移動加入者局から受ける干渉よりも少なくとも６dB低い。したがって、移動加入者局ユーザの数を４倍増やすことができる。上述のとおり、活性状態にある移動加入者局の各々はパイロットチャンネルおよび情報チャンネルまたはメッセージチャンネル経由で信号送出する。情報チャンネルは基地局到達時に互いに直交状態になるように調節する。しかし、パイロットチャンネルは直交状態になく、情報チャンネル作動後は電力が６dBだけ減少する。したがって、外部干渉の影響の下のパイロットチャンネルでも、この発明の効果により容量は２倍になる。
移動加入者情報チャンネルとの整合を捕捉したあと遠隔パイロット信号を移相させることによって、さらに改良が可能である。これが達成されると遠隔パイロットも直交状態になり、干渉は隣接セル内移動加入者局から主基地局への外部干渉のみとなる。上述のとおり、この干渉は少なくとも６dB低いので、容量４倍増が可能になる。逆方向リンクでの符号追跡はより困難になる。基地局で誤りが発生しその誤り電圧の制御を受ける発振器が移動加入者局にあるからである。したがって、順方向リンクを移動加入者局へのこの誤り電圧の伝送に用いなければならない。一般に距離変動は比較的緩やかに生じ、移動加入者局符号クロックの上記制御は問題にならない。深刻な非整合状態を生ずるほどの急激で大幅な距離変動が生じた場合は、移動加入者局はパイロット符号を移相させて捕捉モードに戻す。情報チャンネルを正しい整合状態に復帰させる再捕捉と所要調整が完了すると、移動加入者局は直交状態追跡モードに切り替わる。したがって、非直交遠隔パイロットは全期間のごく一部だけに生じ、通話容量への影響は小さい、この利点を実際に利用するのに十分な符号組み中の直角符号があれば、通話容量は依然として非直交符号システムの場合のほぼ４倍になる。
同期スペクトラム拡散通信
図２に示したとおり、通信チャンネル１１０経由のスペクトラム拡散符号分割多重接続（CDMA）通信システムが、基準手段、メッセージ手段、拡散手段、加算手段、送信手段、基準スペクトラム拡散処理手段、メッセージスペクトラム拡散処理手段、捕捉追跡手段、検出手段および同期手段を備えた形で得られる。基準手段およびメッセージ手段は、送信側基準チップ符号発生器１０１および送信側メッセージチップ符号発生器１０２で構成する。拡散手段は排他的論理和ゲートで構成可能な排他的論理和デバイス１０３として示す。加算手段は合成器１０５であり、送信手段は変調器１０７に接続した信号源１０８で構成した送信装置を含む。送信側メッセージチップ符号発生器１０２は排他的論理和デバイス１０３に接続する。送信側基準チップ符号発生器１０１は送信側メッセージチップ符号発生器１０２およびメッセージデータ減に接続した形で示してある。排他的論理和デバイス１０３および送信側基準チップ符号発生器１０１は合成器１０５に接続してある。変調器１０７は合成器１０５と通信チャンネル１１０との間に接続してある。
受信装置側では基準スペクトラム拡散処理手段を受信側基準チップ符号発生器１２１、基準ミキサ１２３および基準帯域フィルタ１２５で構成する。基準ミキサ１２３を受信側基準チップ符号発生器１２１と基準帯域フィルタ１２５との間に接続する。メッセージスペクトラム拡散処理手段は受信側メッセージチップ符号発生器１２２、メッセージミキサ１２４およびメッセージ帯域フィルタ１２６で構成する。メッセージミキサ１２４を受信側メッセージチップ符号発生器１２２とメッセージ帯域フィルタ１２６との間に接続する。電力分割器１１５を通信チャンネル１１０と基準ミキサ１２３およびメッセージミキサ１２４との間に接続する。
捕捉追跡手段を捕捉追跡回路１３１で構成する。捕捉追跡回路１３１を基準帯域フィルタ１２５の出力および受信側基準チップ符号発生器１２１に接続する。受信側メッセージチップ符号発生器１２２を受信側基準チップ符号発生器１２１に接続するのが好ましい。
検出手段は検出器１３９で構成する。この検出器１３９をメッセージ帯域フィルタ１２６および基準帯域フィルタ１２５に接続する。検出器１３９は包絡線検波器や２乗検波器などの非同期検出器で構成できる。検波器１３９を、基準帯域通過フィルタ１２５からの再生キャリア信号利用の同期検波器で構成することもできる。
同期手段はビット手段、低域フィルタ１２８および電子スイッチ１３０を含む。ビット手段はビット同期回路１２９で構成してある。低域フィルタ１２８および電子スイッチ１３０はビット同期回路１２９に接続してある。ビット同期回路１２９は、図２に示すとおり、受信側基準チップ符号発生器１２１に接続するのが好ましい。ビット同期回路１２９を検波器１３９の出力に接続することもできる。
送信側基準チップ符号発生器１０１は基準チップ符号信号ｇ0(t)を発生し、送信側メッセージチップ符号発生器１０２はメッセージチップ符号信号ｇ1(t)を発生する。図２において、メッセージデータおよびメッセージチップ符号信号の同期タイミングｄ1(t)は基準チップ符号信号から供給する。同期用の共通クロックなど上記以外の信号源を用いることもできる。排他的論理和デバイス１０３はメッセージデータをメッセージチップ符号信号によりスペクトラム拡散処理することによりスペクトラム拡散信号を生ずる。スペクトラム拡散処理はメッセージデータをメッセージチップ符号信号にモジュロ２加算することによって行う。合成器１０５はこの基準チップ符号信号をスペクトラム拡散処理信号と合成する。合成した基準チップ符号信号およびスペクトラム拡散処理ずみ信号はこれら両信号の電圧レベル瞬時値を有するマルチレベル信号である。
送信装置の一部を構成する変調器１０７は、上記合成ずみの基準チップ符号信号およびスペクトラム拡散処理ずみ信号を周波数ｆ0のキャリアcosω0tで変調する。変調ずみのこれら信号を通信チャンネル１１０経由でCDMA信号ｘc(t)として送信する。このCDMA信号は、基準チップ符号信号とスペクトラム拡散処理ずみ信号とを、これら信号が個別に同期して同一キャリア周波数ｆ0の個別のキャリア信号を変調し通信チャンネル経由で送信された形で含む。
受信装置では、基準スペクトラム拡散処理手段がCDMA信号ｘc(t)からキャリア信号cosω0tを再生し、メッセージスペクトラム拡散処理手段がCDMA信号ｘc(t)をデータ信号ｄ1(t)として逆拡散する。図２を参照してより詳細に述べると、通信チャンネル１１０から受信したCDMA信号を電力分割回路１１５で分割する。受信側基準チップ符号発生器１２１が基準チップ符号信号ｇ0(t)のレプリカを発生する。基準ミキサ１２３はこの基準チップ符号信号レプリカを用いて電力分割器１１５からのCDMA信号ｘc(t)を逆拡散して再生キャリア信号とする。基準チップ符号信号ｇ0cosω0tを有するCDMA信号のスペクトラム拡散チャンネルは一般にはデータを含まないのでCDMA信号の逆拡散はキャリア信号を生ずるだけである。基準帯域通過フィルタ１２５はキャリア周波数またはそれと等価の中間周波数の再生キャリア信号をフィルタ処理する。変調ずみデータ信号のフィルタ処理に十分な帯域幅を有するメッセージ帯域フィルタ１２６に比べて基準帯域通過フィルタ１２５は再生ずみキャリア信号のフィルタ処理には狭い帯域幅を備え得るにすぎない。基準帯域通過フィルタ１２５のこの狭い通過帯域は再生キャリア信号を雑音から抽出するのに有用である。
捕捉追跡回路１３１は基準帯域通過フィルタ１２５の出力から再生キャリア信号を捕捉し追跡する。受信側基準チップ符号発生器１２１からの基準チップ符号信号のレプリカは捕捉追跡回路１３１経由で再生キャリア信号に同期する。
受信側メッセージチップ符号発生器１２２はメッセージチップ符号信号ｇ1(t)のレプリカを発生する。メッセージチップ符号信号ｇ1(t)のレプリカは受信側基準チップ符号発生器１２１からの基準チップ符号信号ｇ0(t)のレプリカに同期している。すなわち、受信側メッセージチップ符号発生器１２２は、受信側基準チップ符号発生器１２１を通じて、送信側基準チップ符号発生器１０１への同期を通じた送信側メッセージチップ符号発生器と同じ同期に達する。したがって、基準チップ符号信号を有するスペクトラム拡散通信チャンネルはスペクトラム拡散チャンネルのコヒーレントスペクトラム拡散復調によりデータを生ずる。
メッセージミキサ１２４は電力分割回路１１５からのCDMA信号の逆拡散にメッセージチップ符号信号のレプリカを用い、変調ずみデータ信号ｄ1(t)を生ずる。この変調ずみデータ信号は実効的にはキャリア信号で変調したメッセージデータである。メッセージ帯域通過フィルタ１２６でキャリア周波数またはそれと等価の中間周波数（IF）の変調ずみデータ信号をフィルタ処理する。この変調ずみデータ信号をIFに変換するダウンコンバータをこの発明の特徴に変更を加えることなくオプションとして追加採用できる。
検波器１３９は変調ずみデータ信号を検波出力信号に復調する。この検波出力信号を低域フィルタ１２８でフィルタ処理し、電子スイッチ１３０でサンプリングし、受信データｄ1(t)として出力する。この受信データは誤りがなければメッセージデータと同一である。低域フィルタ１２８および電子スイッチ１３０はビット同期回路１２９による制御のもとに「積分およびダンプ」動作を行う。
ビット同期回路１２９は低域フィルタ１２８および電子スイッチ１３０による積分動作および出力動作を制御する。このビット同期回路１２９は図２に示すとおり受信側基準チップ符号発生器１２１からの基準チップ符号信号のレプリカの利用により同期成分を抽出するのが好ましい。ビット同期回路１２９は、図１に示すとおり、検波器１３９の出力からも同期成分を抽出できる。
好ましい実施例ではビット同期回路１２９は基準チップ符号信号ｇ0(t)のレプリカを受信側チップ符号発生器１２１から受ける。この基準チップ符号信号のレプリカは例えば8250チップのチップ符号ワードを含む。チップ符号ワードあたり１１ビットとすると、データビットあたり750チップである。基準チップ符号信号のレプリカはチップ符号ワード始点についての情報をビット同期回路１２９に供給するので、ビット同期回路１２９はそれによって同期のための対応ビットのタイミングを把握する。
複数のメッセージデータを処理するための複数のスペクトラム拡散処理ずみ信号をCDMA信号として送信する過程をこの発明にさらに含めることもできる。その場合は複数のメッセージ手段と複数のスペクトラム拡散手段とをこの発明の実施例に備える。図３Ａを参照すると、複数のメッセージ手段を複数の送信側メッセージチップ符号発生器で構成し、複数のスペクトラム拡散手段を複数の排他的論理和ゲートで構成してある。複数の送信側メッセージチップ符号発生器は複数のメッセージチップ符号信号を発生する。図３Ａにおいて、複数の送信側メッセージチップ符号発生器は、第１のメッセージチップ符号信号ｇ1(t)を発生する第１の送信側メッセージチップ符号発生器１０２、第２のメッセージチップ符号信号ｇ2(t)を発生する第２の送信側メッセージチップ符号発生器１７２、乃至第Ｎのメッセージチップ符号信号ｇN(t)を発生する第Ｎの送信側メッセージチップ符号発生器１８２として示してある。複数の排他的論理和ゲートは、第１、第２乃至第Ｎの排他的論理和ゲート１０３、１７３乃至１８３として示してある。これら複数の排他的論理和ゲートは複数のスペクトラム拡散処理ずみ信号の発生を、複数のメッセージデータｄ1(t)、ｄ2(t)、・・・ｄN(t)を複数のメッセージチップ符号信号ｇ1(t)、ｇ2(t)、・・・ｇN(t)にそれぞれモジュロ２加算することによって行う。より詳細に述べると、第１のメッセージデータｄ1(t)を第１のメッセージチップ符号信号ｇ1(t)にモジュロ２加算し、第２のメッセージデータｄ2(t)を第２のメッセージチップ符号信号ｇ2(t)にモジュロ２加算し、以下同様に第ＮのメッセージデータｄN(t)を第Ｎのメッセージチップ符号信号ｇN(t)にモジュロ２加算する。
送信側基準チップ符号発生器１０１を複数の送信側メッセージチップ符号発生器および複数のメッセージデータｄ1(t)、ｄ2(t)、・・・ｄN(t)の供給源に接続する。好ましい実施例では、基準チップ信号ｇ0(t)は複数のメッセージチップ符号信号ｇ1(t)、ｇ2(t)、・・・ｇN(t)および複数のメッセージデータｄ1(t)、ｄ2(t)、・・・ｄN(t)の同期タイミングを提供する。
合成器１０５は基準チップ符号信号と複数のスペクトラム拡散処理ずみ信号との合成をこれら両信号の直線的加算により行う。合成出力は通常マルチレベル信号、すなわち基準チップ符号信号および複数のスペクトラム拡散処理ずみ信号の電圧レベル瞬時値を有するマルチレベル信号である。
送信装置の一部としての変調器１０７は合成ずみの基準チップ符号信号および複数のスペクトラム拡散処理ずみ信号を周波数ｆ0のキャリア信号cosω0tで変調する。変調ずみの基準チップ符号信号および複数のスペクトラム拡散処理ずみ信号をCDMA信号ｘc(t)として通信チャンネル１１０経由で送信する。このCDMA信号ｘc(t)は次式、すなわち
0003697268.tif 000002
で表される。すなわち、このCDMA信号は基準チップ符号信号および複数のスペクトラム拡散処理ずみ信号を、それら両信号が同一周波数ｆ0の個々のキャリア信号に個別に同期して変調されて通信チャンネル経由で送信された外観を呈するような形で含む。
この発明は複数のスペクトラム拡散処理ずみ信号を有するCDMA信号を受信する過程を含む。受信装置は複数のメッセージスペクトラム拡散処理手段と、複数の検波手段と複数の同期手段とをさらに含む。複数のメッセージスペクトラム拡散処理手段は、図３Ｂに示すとおり、複数のメッセージチップ符号発生器、複数のメッセージミキサおよび複数のメッセージ帯域通過フィルタの形に構成する。ミキサを各メッセージチップ符号発生器とメッセージ帯域通過フィルタとの間に接続する。複数のメッセージミキサを電力分割器１１５に接続する。より詳細にいうと、複数のメッセージチップ符号発生器は、第１のメッセージチップ符号発生器１２２、第２のメッセージチップ符号発生器１７２、乃至第Ｎのメッセージチップ符号発生器１８２で構成する形で図示してある。複数のメッセージミキサは第１のメッセージミキサ１２４、第２のメッセージミキサ１７４、乃至第Ｎのメッセージミキサ１８４で構成する形で示してある。複数のメッセージ帯域通過フィルタは第１のメッセージ帯域通過フィルタ１２６、第２のメッセージ帯域通過フィルタ１７６、乃至第Ｎのメッセージ帯域通過フィルタ１８６で構成するものとして示してある。
複数の検波手段は第１の同期検波器１２７、第２同期検波器、乃至第Ｎの同期検波器１８７で構成するものとして示した複数の同期検波器で構成できる。これら複数の同期検波器の各々は複数のメッセージ帯域通過フィルタの一つに接続する。
複数の同期手段にはビット同期回路１２９、複数の低域フィルタおよび複数の電子スイッチを含めることができる。複数の低域フィルタは第１の低域フィルタ１２８、第２の低域フィルタ１７８、乃至第Ｎの低域フィルタ１８８で構成する形で示してある。複数の電子スイッチは第１の電子スイッチ１３０、第２の電子スイッチ１８０、乃至第Ｎの電子スイッチ１９０で構成する形で示してある。これら複数の同期検波器の各々は基準帯域通過フィルタ１２５の出力に接続する。基準帯域通過フィルタ１２５からの再生キャリア信号は複数のメッセージデータ信号の各々を複数の同期検波器により複数の受信データｄ1(t)、ｄ2(t)、・・・ｄN(t)に同期復調する際の基準信号として作用する。
検波手段は図３Ｃに示すように包絡線検波器１３９、１８９、１９９などの複数の非同期検波器の形に構成することもできる。通常は非同期検波器は再生キャリア信号を必要としない。
ビット同期回路１２９は基準チップ符号信号ｇ0(t)のレプリカからタイミングを抽出し、複数の低域フィルタおよび複数の電子スイッチの積分・ダンピング機能のタイミングを制御する。
図３Ｂの実施例を用いて、CDMA信号の一部としての基準スペクトラム拡散チャンネルは上述のとおり再生キャリア信号を生ずる。捕捉追跡回路１３１は基準帯域通過フィルタ１２５の出力からの再生キャリア信号を捕捉し追跡する。受信側基準チップ符号発生器１２１からの基準チップ符号信号のレプリカを捕捉追跡回路１３１経由で再生キャリア信号に同期させる。受信側基準チップ符号発生器１２１は基準チップ符号信号ｇ0(t)のレプリカを発生し、それによってビット同期回路１２９および複数の受信側メッセージチップ符号発生器１２２、１７２、１９２へのタイミングを提供する。
この発明はCDMA信号の同期復調の方法も含む。メッセージデータをスペクトラム拡散手段に入力する。図４を参照すると、この方法は基準チップ符号信号を発生する過程４０３を含む。この方法はさらに、基準チップ符号信号に同期したメッセージデータを発生する過程４０５と、基準チップ符号信号に同期したメッセージチップ符号信号を発生する過程４０７とを含む。スペクトラム拡散変調器においてメッセージデータをメッセージチップ符号信号で処理し、スペクトラム拡散処理ずみ信号を発生する。基準チップ符号信号をスペクトラム拡散処理ずみ信号と合成する過程４０９にかける。次にこの方法は合成ずみの基準チップ符号信号およびスペクトラム拡散処理ずみ信号をキャリア信号により通信チャンネル経由でCDMA信号として送信する過程を含む。
受信装置において、この方法はCDMA信号からキャリア信号を再生する過程４１３とCDMA信号を変調ずみデータ信号に逆拡散する過程４１５とを含む。再生したキャリア信号は、CDMA信号の逆拡散過程を同期させ、変調ずみデータ信号を受信データにオプションとして同期復調する過程４１７および出力する過程４１８に用いる。
図３Ａに示したシステムの使用の際には、送信側基準チップ符号発生器１０１が基準チップ符号信号ｇ0(t)を発生する。メッセージデータを排他的論理和デバイス１０３によって送信側メッセージチップ符号発生器１０２からのメッセージチップ符号信号ｇ1(t)でスペクトラム拡散処理する。合成器１０５は基準チップ符号信号とスペクトラム拡散処理ずみ信号とを合成する。この合成出力信号は、基準チップ符号信号およびスペクトラム拡散処理ずみ信号の電圧レベルを直線的に加算するか、基準チップ符号信号および複数のスペクトラム拡散処理ずみ信号の電圧レベルを加算することによって生ずるマルチレベル信号になる。送信装置は周波数ｆ0のキャリアによりこの合成出力信号を送信する。CDMA信号は通信チャンネル１１０を通じて伝送される。
受信装置では、図３Ｂに示すとおり、受信側基準チップ符号発生器１２１で構成した基準スペクトラム拡散処理手段と、基準ミキサ１２３と、基準帯域通過フィルタ１２５とが協働してCDMA信号からキャリア信号を再生する。受信側メッセージチップ符号発生器１２２で構成したメッセージスペクトラム拡散処理手段と、メッセージミキサ１２４と、メッセージ帯域通過フィルタ１２６とが協働してCDMA信号を変調ずみデータ信号に逆拡散する。受信側メッセージチップ符号発生器１２２は受信側基準チップ符号発生器１２１からの基準チップ符号信号の再生波形に同期させるのが好ましい。基準チップ符号信号のレプリカに同期した複数の受信側メッセージチップ符号発生器を用いることもできる。再生ずみキャリア信号に同期した同期検波器１２７で構成した同期手段が変調ずみデータ信号を受信データに復調する。
受信データをビット同期回路１２９による制御のもとに低域フィルタ１２８および電子スイッチ１３０により積分しダンプする。ビット同期回路１２９はこの積分およびダンプ機能の同期のために基準チップ符号信号の再生波形を用いるのが好ましい。
スペクトラム拡散位置特定
少なくとも一つの基地局と複数の遠隔加入者局とを含み通信チャンネル経由の利用のためのスペクトラム拡散CDMA通信および位置特定システムおよび方法を提供する。遠隔加入者局は移動式でも固定式でもよい。基地局とそれら遠隔加入者局との間でメッセージデータを伝達する。メッセージデータはディジタル化した音声信号、コンピュータデータ、ファクシミリデータ、ビデオデータなどが含まれるが、これらに限定されない。基地局は基地局メッセージデータをそれら複数の遠隔加入者局に伝達する。遠隔加入者局は遠隔メッセージデータを基地局に伝達する。基地局メッセージデータは基地局発信のメッセージデータであり、遠隔メッセージデータは遠隔加入者局発信のメッセージデータである。次の説明は基地局・遠隔加入者局間距離を基地局で測定する好ましい実施例についての説明である。基地局および遠隔加入者局の役割は、上記距離を遠隔加入者局で測定する形にして互いに逆にしてもよい。
図５に例示した構成では、基地局に基地局スペクトラム拡散手段、基地局基準手段、基地局合成手段、基地局送信手段および基地局アンテナを備える。用語「基地」はその構成要素が基地局に配置されること、または信号が基地局から発信されることを表す。
基地局スペクトラム拡散手段は基地局メッセージデータｄ1(t)をスペクトラム拡散処理する。基地局スペクトラム拡散手段は基地局スペクトラム拡散変調器で構成する。基地局スペクトラム拡散変調器はメッセージチップ符号発生器５０２および排他的論理和ゲート５０３の形で図示してある。排他的論理和ゲート５０３はメッセージチップ符号発生器５０２に接続してある。メッセージチップ符号発生器５０２は基地局メッセージデータｄ1(t)のスペクトラム拡散処理のためのチップ符号シーケンスの発生にチップ符号ワードを用いる。メッセージチップ符号発生器５０２からのチップ符号シーケンスを排他的論理和ゲート５０３でモジュロ２加算によりスペクトラム拡散処理する。基地局スペクトラム拡散変調には、当業者に周知のとおり、チップ符号シーケンスに基地局メッセージデータを乗算する積発生デバイス、チップ符号シーケンスに整合したインパルスレスポンスを有する整合フィルタおよび弾性表面波デバイスなど多数の同等の回路を利用できる。
基地局基準手段は基地局基準チップ符号信号を発生する。「基準」という用語は基準チップ符号信号が未変調低データ速度直接シーケンススペクトラム拡散信号であってパイロットチャンネルとして作用可能であることを表す。パイロットチャンネルは、ユーザにタイミング捕捉を可能にし、コヒーレント復調のための位相基準を提供する。基地局基準手段は基地局基準チップ符号発生器５０１で構成する。基地局基準チップ符号発生器５０１は、基地局と交信しているすべての遠隔加入者局に共通に使われるチップ符号ワードを用いて、基地局基準チップ符号信号を発生する。メッセージチップ符号発生器５０１は共通タイミング抽出のために基地局基準チップ符号発生器５０２に接続する。メッセージチップ符号発生器５０２および基地局基準チップ符号発生器５０１へのタイミング信号を供給するために共通クロックを用いることもできる。
基地局合成手段は基地局基準チップ符号信号をスペクトラム拡散処理ずみ基地局メッセージデータと合成して基地局CDMA信号を生ずる。基地局合成手段は基地局合成器５０５で構成する。基地局合成器５０５は基地局基準チップ符号発生器５０１および排他的論理和ゲート５０３に接続する。基地局合成器５０５は基地局基準チップ符号信号を排他的論理和ゲート５０３からのスペクトラム拡散処理ずみの基地局メッセージデータに直線的に加算する。基地局合成器５０５の出力に得られる出力信号はCDMA信号であり、この信号をこの明細書では基地局CDMA信号と呼ぶ。出力の基地局CDMA信号がそのチャンネルをスペクトラム拡散受信装置で検出できる形で保有する限り、多様な非直線合成が利用可能である。
基地局送信手段は基地局CDMA信号を基地局から遠隔加入者局に送信する。基地局送信手段は信号源５０８および乗算デバイス５０７で構成する。この乗算デバイス５０７を基地局合成器５０５と信号源５０８との間に接続する。信号源５０８は第１のキャリア周波数ｆ1の第１のキャリア信号を発生する。基地局合成器５０５の出力に得られる基地局CDMA信号は乗算デバイス５０７で第１のキャリア信号と乗算する。上記以外の送信装置も当業者には周知である。
基地局アンテナ５０９をアイソレータ５１３経由で基地局送信手段に接続する。基地局アンテナ５０９は基地局CDMA信号を第１のキャリア周波数で輻射する。
図６に示したとおり、遠隔加入者局は遠隔アンテナ５１１、遠隔検波手段、遠隔スペクトラム拡散手段、遠隔合成手段および遠隔送信手段を備える。用語「遠隔」は遠隔加入者局に配置してある素子または遠隔加入者局の発信する信号を表す。
遠隔アンテナ５１１は基地局からの基地局CDMA信号を受信する。
遠隔検波手段をこのアンテナ５１１に接続してある。遠隔検波手段は基地局CDMA信号に含まれる基地局基準チップ符号信号を検出する。遠隔検波手段はこの検出ずみ基地局基準チップ符号信号を用いて基地局からの基地局メッセージデータを再生する。遠隔加入者局は検出ずみの基地局基準チップ符号信号を再送信でき、また、オプションにより、遠隔基準手段に上記とは異なる遠隔基準チップ符号信号を発生させることができる。
図６においては、遠隔検波手段は乗算デバイス５３６、帯域通過フィルタ５３７、捕捉追跡回路５３８、基準チップ符号発生器５３９、メッセージチップ符号発生器５４１、乗算デバイス５４２、帯域通過フィルタ５４３、データ検出器５４４、低域フィルタ５４５およびビット同期回路５４０で構成してある。この技術分野で周知のとおり、同じ機能のための上記以外のデバイス、例えば整合フィルタ、弾性表面波デバイスなども利用できる。この回路は基地局CDMA信号に含まれる基地局基準チップ符号信号を捕捉し追跡する。基地局CDMA信号を遠隔アンテナ５１１で受信し、アイソレータ５３４経由で電力分割器５３５に加える。基地局基準チップ符号信号を、乗算デバイス５３６、帯域通過フィルタ５３７、捕捉追跡回路５３８および基準チップ符号発生器５３９を用いて検出する。この回路の機能は前節に述べたとおりである。メッセージチップ符号発生器５４１、乗算デバイス５４２、帯域通過フィルタ５４３、データ検出器５４４、低域フィルタ５４５およびビット同期回路５４０を用いた基地局CDMA信号からの基地局メッセージの再生に上記の基地局基準チップ符号信号検出出力を用いる。データ検出器５４４にはコヒーレント動作も非コヒーレント動作も可能である。基地局メッセージデータ検出出力を検出ずみデータｄR1(t)として出力する。
基地局基準チップ符号信号を遠隔CDMA信号の一部として合成すれば基準チップ符号発生器５４６は不要である。基地局基準チップ符号信号は基準チップ符号発生器５３９の出力に得られるからである。基地局基準符号信号とは異なる遠隔基準チップ符号信号を使う必要がある場合は、基準チップ符号発生器５４６を遠隔基準チップ符号信号の発生に用いることができる。後者の場合は、遠隔基準チップ符号信号を検出ずみの基地局基準チップ符号信号に同期させる。遠隔基準チップ符号信号は遠隔加入者局から基地局に送信されたものであると考えられるが、この遠隔基準チップ符号信号は検出ずみの基地局基準チップ符号信号と同一であり得る。
遠隔スペクトラム拡散手段は遠隔メッセージデータをスペクトラム拡散処理する。この遠隔スペクトラム拡散手段は遠隔スペクトラム拡散変調器で構成する。遠隔スペクトラム拡散変調器はメッセージチップ符号発生器５４８および排他的論理和ゲート５４７として図示してある。排他的論理和ゲート５４７はメッセージチップ符号発生器５４８に接続する。メッセージチップ符号発生器５４８は、遠隔メッセージデータｄ2(t)をスペクトラム拡散処理するためのチップ符号シーケンス発生用のチップ符号ワードを用いる。メッセージチップ符号発生器５４８からのチップ符号シーケンスを排他的論理和ゲート５４７でモジュロ２加算によりスペクトラム拡散処理する。遠隔スペクトラム拡散手段としては、当業者に周知のとおり、チップ符号シーケンスに基地局メッセージデータを乗算する乗算デバイス、整合フィルタ、弾性表面波デバイスなど多数の均等回路を利用できる。
遠隔基準チップ符号信号とスペクトラム拡散処理ずみ遠隔メッセージデータとを遠隔合成手段で合成して遠隔CDMA信号とする。遠隔合成手段は遠隔合成器５４９で構成する。遠隔合成器５４９を排他的論理和ゲート５４７および遠隔基準チップ符号発生器５４６または基準チップ符号発生器５３９に接続する。遠隔合成器５４９は遠隔基準チップ符号信号を排他的論理和ゲート５４７からのスペクトラム拡散処理ずみの遠隔メッセージデータと直線的に加算する。遠隔合成器５４９の出力に得られる合成出力はこの明細書で遠隔CDMA信号と呼ぶCDMA信号である。この遠隔CDMA信号がそのチャンネルをスペクトラム拡散受信装置で検出可能である限り、種々の非直線合成も利用可能である。
遠隔加入者局には基地局への遠隔CDMA信号送信のための遠隔送信手段も備える。この遠隔送信手段を信号源５５１および乗算デバイス５５０で構成する。乗算デバイス５５０を遠隔合成器５４９と信号源５５１との間に接続する。信号源５５１は第２のキャリア周波数ｆ2のキャリアを発生する。遠隔合成器の入力に得られる遠隔CDMA信号を乗算デバイス５５０でこの第２のキャリア信号と乗算する。所望の信号を所望のキャリア周波数で搬送する上記以外のデバイスは当業者に周知である。第２のキャリア周波数は上記第１のキャリア周波数と同じでも異なっていても差し支えない。
遠隔アンテナ５１１をアイソレータ５３４経由で遠隔送信手段に接続する。遠隔アンテナ５１１は第２のキャリア周波数で遠隔CDMA信号を輻射する。
基地局の各々は基地局検波手段および距離測定手段をさらに含む。基地局検波手段はアイソレータ５１３および電力分割器５１５経由でアンテナ５０９に接続する。基地局検波手段は遠隔CDMA信号の中の遠隔基準チップ符号信号を検出する。基地局検波手段は、図５に示すとおり、乗算デバイス５２３、帯域通過フィルタ５２５、捕捉追跡回路５３１、基準チップ符号発生器５２１、メッセージチップ符号発生器５２２、乗算回路５２４、帯域通過フィルタ５２６、データ検出器５２７、低域フィルタ５２８、およびビット同期回路５２９で構成する。この技術分野で周知のとおり、この基地局検波手段は、整合フィルタ、弾性表面波デバイスなど同一機能を持つ上記以外のデバイスや回路で構成できる。この回路は遠隔CDMA信号の中の遠隔基準チップ符号信号を捕捉し追跡する。遠隔CDMA信号は基地局アンテナ５０９で受信され、アイソレータ５１３経由で電力分割器５１５に供給される。遠隔基準チップ符号信号の検出を、乗算デバイス５２３、帯域フィルタ５２５、捕捉追跡回路５３１および基準チップ符号発生器５２１を用いて行う。この回路の機能は前に述べたとおりである。ここで検出した遠隔基準チップ符号信号を、メッセージチップ符号発生器５２２、乗算デバイス５２４、帯域通過フィルタ５２６、データ検出器５２７、低域フィルタ５２８およびビット同期回路５２９を用いた遠隔CDMA信号中の遠隔メッセージデータ再生に用いる。データ検出器５２７の動作はコヒーレント動作でも非コヒーレント動作でもよい。検出された遠隔メッセージデータは検出データｄR2(t)として出力される。このようにして、基地局検出器は検出ずみの遠隔基準チップ符号信号を用いて遠隔加入者局からの遠隔メッセージデータを再生する。
距離測定手段は、検出ずみの遠隔基準チップ符号信号および基地局基準チップ符号信号を用いて遠隔加入者局・基地局間の距離遅延を算定する。この距離測定手段は、基準チップ符号発生器５０１からの基地局基準チップ符号信号と基準チップ符号発生器５２１からの検出ずみ遠隔基準チップ符号信号との間をタイミング比較できる距離遅延デバイス５３０で構成する。
この発明の方法はさらに、基地局メッセージデータをスペクトラム拡散処理する過程と、基地局基準チップ符号信号を発生する過程と、基地局基準チップ符号信号をスペクトラム拡散処理ずみ基地局メッセージデータと合成し基地局CDMA信号を発生する過程と、基地局CDMA信号を基地局から遠隔加入者局に送信する過程と、基地局CDMA信号の中の基地局基準チップ符号信号を検出する過程と、検出ずみの基地基準チップ符号信号を用いて基地局メッセージデータを再生する過程と、遠隔メッセージデータをスペクトラム拡散処理する過程と、検出ずみの基準チップ符号信号およびスペクトラム拡散処理ずみの遠隔データを用いて遠隔CDMA信号を発生する過程と、遠隔CDMA信号を遠隔ユニットから基地局に送信する過程と、遠隔CDMA信号の中の遠隔基準チップ符号を検出する過程と、検出ずみの遠隔基準チップ符号信号を用いて遠隔メッセージデータを再生する過程と、検出ずみの遠隔基準チップ符号信号および基地局基準チップ符号信号を用いて遠隔加入者局・基地局間距離遅延を算定する過程とを含むことができる。
動作させる際には、基地局は基地局メッセージデータをメッセージチップ符号信号でスペクトラム拡散処理し、その処理ずみの基地局メッセージデータを基地局基準チップ符号信号と合成する。この合成信号は基地局CDMA信号であり、これを通信チャンネル経由で少なくとも一つの遠隔加入者局に送信する。
遠隔加入者局は基地局CDMA信号を受信し、その基地局CDMA信号の中の基地局基準チップ符号信号を検出し、その検出した基地局基準チップ符号信号を用いて基地局CDMA信号の中の基地局メッセージデータを再生する。
検出した基地局基準チップ符号信号を遠隔基準チップ符号として中継するか別の遠隔基準チップ符号信号用タイミングの設定に用い、その遠隔基準チップ符号信号を遠隔加入者局から基地局に送る。遠隔加入者局は遠隔メッセージデータを遠隔チップ符号信号でスペクトラム拡散処理し、その処理した遠隔メッセージデータを遠隔基準チップ符号信号と合成して遠隔CDMA信号を生ずる。この遠隔CDMA信号を通信チャンネル経由で基地局に送信する。
基地局では、遠隔基準チップ符号信号を遠隔CDMA信号から検出し、検出ずみの遠隔基準チップ符号信号を遠隔CDMA信号の中の遠隔メッセージデータの検出に用いる。また、検出ずみの遠隔基準チップ符号信号を距離遅延回路で基地局基準チップ符号信号と比較し、遠隔加入者局・基地局間距離を算定する。この距離は、実効的に、基地局基準チップ符号信号発生用チップ符号ワードシーケンスの発信と遠隔基準チップ符号信号発生用チップ符号ワードで発生したシーケンスの受信との時間差の関数である。
距離測定のためにRF信号を用いる考え方は周知である。RF信号は一定の伝搬速度３×108メートル／秒を有する。RF信号は受信装置に到達する少し前に送信装置から送信される。時間軸上の印として、独特のシーケンスの基地局基準チップ符号信号および遠隔基準チップ符号信号を用いる。遠隔加入者局で見た基地局基準チップ符号信号のシーケンスと基地局送信装置で見たシーケンスとの時間差が基地局・遠隔加入者局間距離に直接に関連している。同様に、基地局受信装置でみた遠隔局基準チップ符号信号のシーケンスと遠隔加入者局送信装置でみたシーケンスとの時間差が遠隔加入者局・基地局間距離に直接に関連している。
基地局基準チップ符号信号および遠隔基準チップ符号信号の利用はレーダシステムに用いられている反響測距方法の普通の形式である。多くのレーダシステムはRFパルス信号を用いて目標物体からの反射エネルギーを待つ。レーダはパルス発信の瞬間から反射波受信までの時間を測定する。パルスの往復に要する時間が目標物体までの往復の距離の関数になる。信号伝搬速度から距離は容易に算定できる。
この発明のスペクトラム拡散信号はこれと同じ距離／時間関係に支配される。この発明のスペクトラム拡散信号は位相の分解が容易であるという利点を有する。基地局チップ符号信号または遠隔チップ符号信号のシーケンスの基本的分解能は１符号チップである。すなわち、チップレートが高いほど測定精度は高くなる。チップレート10Ｍチップ／秒では、基本距離分解能は10-7秒または30メートルである。遠隔加入者局回路では追加の遅延が生ずる。これらの遅延は基地局・遠隔加入者局間距離の算定の際に基地局で補償できる。
直交符号同期
この発明は、直交符号と遠隔加入者局までの距離の既知値とを用いて情報チャンネルの位相を調節し整合させて基地局における直交性を達成するシステムおよび方法としても実施できる。
このシステムは複数の移動加入者局と基地局とを含む。複数の移動加入者局の各々は遠隔スペクトラム拡散処理手段と、遠隔パイロット手段と、合成手段と、遠隔送信手段と、符号位相調節手段とを含む。
遠隔スペクトラム拡散処理手段および遠隔パイロット手段を合成手段に接続する。遠隔送信手段を合成手段に接続する。
基地局は受信手段と、第１の基地局パイロット手段と、第２の基地局パイロット手段と、第１の遅延手段と、第２の遅延手段と、相関手段と、追跡手段と、距離遅延手段と、基地局送信手段とを含む。
遠隔スペクトラム拡散処理手段は擬似雑音符号を用いて遠隔メッセージデータを処理する。遠隔パイロット手段は遠隔パイロット信号を発生する。合成手段は遠隔パイロット信号をスペクトラム拡散処理ずみの遠隔メッセージデータと合成して遠隔複合信号を発生する。遠隔複合信号は遠隔パイロット信号と少なくとも一つの遠隔ユーザ情報チャンネルとを有する。遠隔送信手段は遠隔複合信号を２重無線チャンネルの逆方向チャンネル経由で基地局に送信する。
基地局では受信手段が遠隔複合信号を受信する。第１の基地局パイロット手段は基地局パイロット信号を発生する。第２の基地局パイロット手段は基地局パイロット基準信号を発生する。第１の遅延手段は同相、進相および遅相の基地局パイロット基準信号を発生する。第２の遅延手段は情報基準信号を発生する。情報基準信号は同相基地局パイロット基準信号と同期している。相関手段は遠隔複合信号を同相、進相および遅相の基地局パイロット基準信号と乗算して、遠隔パイロット信号の同相、進相および遅相成分とそれぞれ相関をとる。また、相関手段は遠隔複合信号を情報基準信号と乗算して遠隔ユーザ情報チャンネルの相関をとる。
追跡手段は遠隔パイロット信号の位相を追跡し、その遠隔パイロット信号のピーク値に応答して捕捉信号を出力する。捕捉信号は遠隔パイロット信号と基地局パイロット基準信号との同期を表す。
この捕捉信号に応答して、距離遅延手段が基地局パイロット信号と基地局パイロット基準信号との間の位相差を計算して移動加入者局・基地局間距離を算定する。基地局送信手段がこの基地局・移動加入者局間距離を２重無線チャンネルの順方向チャンネル経由で送信する。
基地局からの距離情報に応答して、移動加入者局の符号位相調節手段が擬似雑音符号の位相を調節してスペクトラム拡散処理ずみ遠隔メッセージデータの基地局到着時点を算定する。
擬似雑音符号の位相を調節する際には、遠隔スペクトラム拡散処理手段において符号チップ増分で擬似雑音を調節できる。基地局プロセッサが、移動加入者局による擬似雑音符号調節の間に、スペクトラム拡散処理ずみの遠隔メッセージデータの信号強度レベルを比較する。最高性能に対応する符号チップ増分に応答して遠隔パイロット信号とスペクトラム拡散処理ずみの遠隔メッセージデータとの関係をチップ符号増分で較正する。
このスペクトラム拡散CDMAセルラー無線通信システムは基地局スペクトラム拡散手段および基地局合成手段をさらに含むことができる。基地局スペクトラム拡散手段は基地局メッセージデータをスペクトラム拡散処理する。基地局スペクトラム拡散手段は特定の移動加入者局への基地局メッセージデータを被選択チップ符号で処理する手段を備え得る。基地局合成手段はスペクトラム拡散処理ずみの基地局メッセージデータと基地局パイロット信号とを合成して複合基地局信号とする。この複合基地局信号は共通スペクトラム拡散パイロット信号と各移動加入者局への少なくとも一つの特定スペクトラム拡散ユーザ情報チャンネルとを含む。これら共通スペクトラム拡散パイロット信号および特定スペクトラム拡散ユーザ情報の各々のスペクトラム拡散符号は直交符号エレメントを含み得る。遠隔パイロット信号は共通スペクトラム拡散パイロット信号に従属させて遠隔パイロット信号の位相およびタイミングの基準にすることができる。
各移動加入者局の遠隔ユーザ情報チャンネルの遠隔パイロット信号およびスペクトラム拡散符号は直交符号エレメントを含み得る。また、遠隔ユーザ情報チャンネルは遠隔パイロット信号に同期させることもできる。
上記システムには誤差信号発生用および遠隔パイロット信号追跡用の基地局遅延ロックループをさらに備えることができる。移動加入者局は基地局からの誤差信号受信に応答して直交擬似雑音符号位相を調節して移動加入者局のセル内移動に伴う距離の変動を補償する。
より詳細に述べると、この発明の移動加入者局は遠隔ユーザデータ源、第１の直交符号組発生器、第１の雑音様符号発生器、遠隔パイロットデータ源、信号合成器、第１のモジュロ２加算器、第２のモジュロ２加算器、第３のモジュロ２加算器、第４のモジュロ２加算器、変調器、アンテナ手段、符号位相調節器およびプロセッサを備える。
第１のモジュロ２加算器は遠隔ユーザデータ源および第１の直交符号組発生器に接続する。第２のモジュロ２加算器は第１のモジュロ２加算器の出力および第１の雑音様符号発生器に接続する。第３のモジュロ２加算器は第１の直交符号組発生器および遠隔パイロットデータ源に接続する。第４のモジュロ２加算器は第３のモジュロ２加算器の出力および第１の雑音様符号発生器に接続する。信号合成器は第４のモジュロ２加算器および第２のモジュロ２加算器に接続する。変調器は信号合成器に接続する。符号位相調節器は第１の直交符号組発生器および第１の雑音様符号発生器に接続する。プロセッサは符号位相調節器に接続する。
遠隔ユーザデータ源はユーザデータ信号を発生する。第１の直交符号組発生器は第１の直交符号と第１の遠隔パイロット符号とを発生する。第１のモジュロ２加算器はユーザデータ信号を第１の直交符号でスペクトラム拡散処理しスペクトラム拡散信号を発生する。第１の雑音様符号発生器は第１の擬似雑音符号を発生する。第２のモジュロ２加算器はスペクトラム拡散信号を第１の擬似雑音符号で処理してスペクトラム拡散ユーザデータ信号を発生する。
遠隔パイロットデータ源はパイロットデータ信号を発生する。パイロットデータ信号は全部１の符号で構成できる。遠隔パイロットデータ源で全部０の符号を発生することもできる。
第３のモジュロ２加算器はパイロットデータ信号を第１の遠隔パイロット符号でスペクトラム拡散処理し、スペクトラム拡散パイロット信号を発生する。第４のモジュロ２加算器はスペクトラム拡散パイロット信号を第１の擬似雑音符号で処理し、遠隔スペクトラム拡散パイロットデータ信号を発生する。
信号合成器は遠隔スペクトラム拡散パイロットデータ信号とスペクトラム拡散ユーザデータとを合成して合成ずみスペクトラム拡散データ信号とする。変調器は合成ずみスペクトラム拡散データ信号でキャリアを変調して変調ずみ合成スペクトラム拡散データ信号とする。アンテナ手段はこの信号を２重無線チャンネルの逆方向チャンネル経由で送信する。また、アンテナ手段は２重無線チャンネルの順方向チャンネル経由で基地局から送信されてきた変調ずみ複合スペクトラム拡散キャリア信号を受信する。順方向チャンネル経由のこの複合信号は共通スペクトラム拡散パイロット信号および移動加入者用の特定スペクトラム拡散ユーザ情報チャンネルを有する。
符号位相調節器はプロセッサからの入力および共通スペクトラム拡散パイロット信号に応答して第１の直交符号の位相を調節し、スペクトラム拡散ユーザデータ信号の基地局への到達時点を調節する。この位相調節は上記到達時点を他の入来スペクトラム拡散ユーザデータ信号と直交状態にする。第１の遠隔パイロット符号の位相を共通スペクトラム拡散パイロット信号に従属させ、基地局が往復伝搬遅延に基づき基地局・移動加入者局間距離の算定をできるようにする。プロセッサは入力を処理して基地局・移動加入者局間距離を蓄積する。
符号位相調節器はさらに第１の直交符号を調節して第１の擬似雑音符号と同じ位相にすることもできる。第１の擬似雑音符号の長さは第１の直交符号の長さの整数倍である。符号位相調整器は、捕捉に応答して、第１の遠隔パイロット符号の位相をスペクトラム拡散ユーザデータ信号と同期するようにさらにシフトさせることができる。
この発明の移動加入者局はさらに電力分割器、第２の直交符号組発生器、第２の直交符号組発生器、第２の雑音様符号発生器、モード制御および捕捉装置、クロックパルス発生器、第５のモジュロ２加算器、第６のモジュロ２加算器、第１の遅延デバイス、第２の遅延デバイス、第１の乗算器／相関器、第２の乗算器／相関器、第３の乗算器／相関器、第４の乗算器／相関器、遅延ロックループおよび位相同期発振器を含み得る。
モード制御および捕捉装置は第２の直交符号組発生器および第２の雑音様符号発生器の間に接続する。クロックパルス発生器はモード制御および捕捉装置、第１の直交符号組発生器および第１の雑音様符号発生器に接続する。第５のモジュロ２加算器は第２の直交組発生器および第２の雑音様符号発生器に接続する。第６のモジュロ２加算器は第２の直交組発生器および第２の雑音様符号発生器に接続する。第５の遅延デバイスは第５のモジュロ２加算器に接続する。第１、第２および第３の乗算器／相関器は電力分割器および第１の遅延デバイスにそれぞれ接続する。第２の遅延デバイスは第６のモジュロ２加算回路およびプロセッサに接続する。第４の乗算器／相関器は第２の遅延デバイスおよび電力分割器に接続する。遅延同期ループは第２および第３の乗算器／相関器に接続する。位相同期発振器は第１の乗算器／相関器に接続する。
電力分割器は複合スペクトラム拡散被変調キャリア信号をパイロットチャンネルとデータチャンネルとに分離する。第２の直交符号組発生器は基地局からのコマンドに応答して複数のローカルに発生したパイロット符号を発生し、それらパイロット符号の任意の一つまたは任意の複数個が任意の時間に発生されたり用いられたりする。
第２の雑音様符号発生器は第２の擬似雑音符号を発生する。モード制御および捕捉デバイスは基地局からタイミング情報を受信し、第２の直交符号組発生器および第２の雑音様符号発生器のためのクロックを発生する。モード制御および捕捉デバイスは同期信号も発生する。クロックパルス発生器は同期クロック信号を発生する。クロックパルス発生器は専用の発振器を含むものでもモード制御・捕捉デバイスに同期させたものでもよい。第６のモジュロ２加算器は特定直交符号と第２の擬似雑音符号とを合成して第１のローカルスペクトラム拡散情報基準信号を構成する。第１の遅延デバイスはプロセッサに応答して第１のローカルスペクトラム拡散パイロット基準信号を遅延させ、同相、進相および遅相の第１のローカルスペクトラム拡散パイロット基準信号を発生する。
第１、第２および第３の乗算器／相関器は複合スペクトラム拡散変調キャリア信号と同相、進相および遅相の第１のローカルスペクトラム拡散パイロット基準信号とを乗算し、共通スペクトラム拡散パイロット信号の同相、進相および遅相分とそれぞれ相関をとる。第２の遅延デバイスは同相の第１のローカルスペクトラム拡散パイロット基準信号と同期下情報信号を生ずる。第４の乗算器／相関器は複合スペクトラム拡散変調キャリア信号と第１のローカルスペクトラム拡散情報基準信号とを乗算し、特定のスペクトラム拡散ユーザ情報チャンネルの相関をとる。遅延ロックループは入来共通スペクトラム拡散パイロット信号の位相を追跡し、相関ピーク値に応答して、クロック信号および捕捉信号をモード制御および捕捉デバイスに出力する。位相同期ループ付き発振器は相関ピーク値を中心値とし、コヒーレントなキャリア基準をローカルデータ検出器および遅延ロックループに供給する。
上述のシステムを用いて基地局は共通スペクトラム拡散パイロット信号と第１のパイロット符号との間の符号位相差の測定により基地局・移動加入者間距離を算定できる。共通スペクトラム拡散パイロット信号は直交エレメントを含み得る。第１の遠隔パイロット符号も直交符号エレメントを含み得る。
この発明のスペクトラム拡散CDMAディジタルセルラー電話システムは基地局を含む。基地局は基地局ユーザデータ源、第１の直交符号組発生器、第１の雑音様符号発生器、第１のモジュロ２加算器、第２のモジュロ２加算器、システムデータ拡散手段、基地局パイロットデータ源、パイロットデータ拡散手段、信号合成器、変調器、アンテナ手段、パイロット基準信号発生器、クロックパルス発生器、距離遅延手段およびプロセッサを備える。
第１のモジュロ２加算器は基地局ユーザデータ源および第１の直交符号組発生器に接続する。第２のモジュロ２加算器は第１のモジュロ２加算器の出力および第１の雑音様符号発生器に接続する。信号合成器はパイロットデータ信号拡散手段、システムデータ拡散手段および第２のモジュロ２加算器に接続する。変調器は信号合成器に接続する。クロックパルス発生器は第１の直交符号組発生器および第１の雑音様符号発生器に接続する。距離遅延手段はパイロットデータ拡散手段およびパイロット基準信号発生手段出力に接続する。
基地局ユーザデータ源は基地局ユーザデータ信号を発生する。第１の直交符号組発生器は第１の直交符号および第１の基地局パイロット符号を発生する。第１のモジュロ２加算器は基地局ユーザデータ信号を第１の直交符号でスペクトラム拡散処理し、拡散信号を発生する。第１の雑音様符号発生器は第１の擬似雑音符号を発生する。第２のモジュロ２加算器は第１の擬似雑音符号で拡散ずみ信号を処理しスペクトラム拡散ユーザデータ信号を発生する。システムデータ源は複数の移動加入者局に送信すべきシステムデータを発生する。システムデータ拡散手段はシステムデータをスペクトラム拡散処理する。基地局パイロットデータ源は基地局データ信号を発生する。パイロットデータ信号拡散手段は基地局パイロットデータ信号を第１の基地局パイロット符号で処理し共通スペクトラム拡散パイロット信号とする。
信号合成器は共通スペクトラム拡散パイロット信号と、スペクトラム拡散ずみシステムデータと、スペクトラム拡散ユーザデータ信号とを合成して、合成ずみスペクトラム拡散データ信号とする。変調器は合成ずみスペクトラム拡散データ信号でキャリアを変調し、合成ずみスペクトラム拡散被変調データ信号とする。アンテナ手段はこの合成ずみスペクトラム拡散被変調データ信号を送信する。また、アンテナ手段は複数の移動加入者局からの複数の符号スペクトラム拡散被変調キャリア信号を受信する。複合スペクトラム拡散被変調キャリア信号は受信した遠隔スペクトラム拡散パイロット信号および各移動加入者局のための情報チャンネルを有する。
パイロット基準信号発生手段はパイロット基準信号を発生する。クロックパルス発生器はシステム全体のタイミングを維持する。距離遅延手段はパイロット基準信号と共通スペクトラム拡散パイロット信号との位相差を算出して第１の数値を生ずる。プロセッサはこの第１の数値を蓄積し、この数値を用いて移動加入者局までの往復伝搬遅延を表すプロセッサ出力を生ずる。
パイロットデータ信号拡散手段は第３のモジュロ２加算器と第４のモジュロ２加算器とを含む。第３のモジュロ２加算器は第３の直交符号組発生器および基地局パイロットデータ源に接続する。第４のモジュロ２加算器は第３のモジュロ２加算器および第１の雑音様符号発生器に接続する。
第３のモジュロ２加算器はパイロットデータ信号を第１の基地局パイロット符号でスペクトラム拡散処理し、拡散ずみパイロット信号を生ずる。第４のモジュロ２加算器は拡散ずみパイロット信号を第１の擬似雑音符号で処理し、共通スペクトラム拡散パイロット信号を発生する。
システムデータ拡散手段は第５のモジュロ２加算器および第６のモジュロ２加算器を備える。第５のモジュロ２加算器は第１の直交符号組発生器およびシステムデータ源に接続する。第６のモジュロ２加算器は第５のモジュロ２加算器の出力および第１の雑音様符号発生器に接続する。
第１の直交符号組発生器は第２の直交符号を発生する。第５のモジュロ２加算器はシステムデータを第２の直交符号でスペクトラム拡散処理し、スペクトラム拡散データ信号を発生する。第６のモジュロ２加算器はスペクトラム拡散データ信号を第１の擬似雑音符号で処理し、スペクトラム拡散システムデータ信号を発生する。
基地局はさらに電力分割器、第２の直交符号組発生器、第２の雑音様符号発生器、モード制御および捕捉デバイス、第７のモジュロ２加算器、第８のモジュロ２加算器、第１の遅延デバイス、第２の遅延デバイス、第１の乗算器／相関器、第２の乗算器／相関器、第３の乗算器／相関器、第４の乗算器／相関器、遅延ロックループおよび位相同期ループ発振器を含み得る。
モード制御および捕捉デバイスを第２の直交符号組発生器および第２の雑音様符号発生器の間に接続する。第７のモジュロ２加算器は第２の直交符号組発生器および第２の雑音様符号発生器に接続する。第８のモジュロ２加算器は第２の直交符号組発生器および第２の雑音様符号発生器に接続する。第１の遅延デバイスは第７のモジュロ２加算器に接続する。第２の遅延デバイスは第８のモジュロ２加算器およびプロセッサに接続する。第１、第２および第３の乗算器／相関器を電力分割器および第１の遅延デバイスにそれぞれ接続する。第４の乗算器／相関器は第２の遅延デバイスおよび電力分割器に接続する。遅延ロックループは第２および第３の乗算器／相関器に接続する。位相同期ループ発振器は第１の乗算器／相関器に接続する。
電力分割器は複合スペクトラム拡散被変調キャリア信号をパイロットチャンネルとデータチャンネルとに分離する。第２の直交符号組発生器は第３の直交符号を発生する。第２の雑音様符号発生器は第２の擬似雑音符号を発生する。モード制御および捕捉デバイスはクロック信号および制御信号を生ずる。
第７のモジュロ２加算器は割り当てられたパイロット直交符号および第２の擬似雑音符号を合成して第１のスペクトラム拡散パイロット基準信号を形成する。第８のモジュロ２加算器は割当てデータ直交符号および第２の擬似雑音符号を合成して第１のスペクトラム拡散データ基準信号を形成する。
第１の遅延デバイスはプロセッサに応答して第１のスペクトラム拡散パイロット基準信号を遅延させ、同相、進相および遅相の第１のスペクトラム拡散パイロット基準信号を生ずる。第１、第２および第３の乗算器／相関器は複合スペクトラム拡散被変調キャリア信号を上記同相、進相および遅相の第１のスペクトラム拡散パイロット基準信号と乗算し、受信遠隔スペクトラム拡散パイロット信号の同相、進相および遅相分とそれぞれ相関をとる。
第２の遅延デバイスは第１のスペクトラム拡散パイロット基準信号の同相分と同期した情報基準信号を生ずる。第４の乗算器／相関器は複合スペクトラム拡散被変調キャリア信号を情報基準信号と乗算し情報信号と相関をとる。
遅延ロックループは受信した遠隔スペクトラム拡散パイロット信号の位相を追跡する。相関のピーク値に応答して、遅延ロックループはモード制御および捕捉デバイスにクロック信号および捕捉信号を出力する。位相同期ループ発振器はコヒーレントキャリアの基準をデータ検出器および遅延ロックループに供給する。
上述のシステムを用いて、基地局は共通スペクトラム拡散パイロット信号と受信遠隔スペクトラム拡散パイロット信号との間の符号位相差の測定により各移動加入者局までの距離を算定できる。
移動加入者局は、往復伝搬遅延に応答して、各符号スペクトラム拡散被変調キャリア信号の情報チャンネルの符号位相をその被変調キャリア信号の基地局到達時に特定の時間マークに一致するように調節する。基地局はセル直交性規格を充たすようにこの特定時間マークを絶対時間値に設定できる。
図７に図解したとおり、この発明の移動加入者局は遠隔アンテナ７２７、遠隔端末データ源７００、遠隔パイロットデータ源７０１、遠隔直交符号組発生器７０２および７４０、雑音様符号発生器７０３および７４１、６個のモジュロ２加算器７１０−７１５、合成器７１６、無線周波数変調器７２０、クロックパルス発生器７３０、プロセッサ７３２、符号位相調節器７３１、モード制御および捕捉デバイス７３３、４個の帯域通過フィルタ７５４、７５５、７５６および７５７、ビット同期回路７５９、コヒーレント検波器７５８、積分およびダンプ回路７６０、遅延ロックループ、２個の遅延素子７５２および７５３、４個の乗算器／相関器７２５、７２６、７２８および７２９、位相同期ループ発振器７５０、電力分割器７２２、デュプレクサ７２１、およびキャリア発生器７１９を備える。図７には、プロセッサ入出力手段７７１、ユーザデータ入力手段７７０、および無線周波数入出力手段７７３も示してある。
図７の遠隔端末データ源７００は遠隔ユーザがこの移動加入者端末に供給した情報である。この情報は音声、データ、ファクスまたは移動加入者端末経由で他のユーザ、機器またはシステムに送るべきそれら以外の形式の情報である。プロセッサ７３２は無線システムまたは他遠隔加入者局の用いるメッセージを発生し、それらメッセージをデータ多重化用のユーザデータ入力手段７７０経由で遠隔ユーザデータ源に供給する。遠隔ユーザデータ源は多重化したユーザデータ信号をモジュロ２加算器７１０に供給し、この加算器７１０でユーザデータよりもずっと高いビット速度の割当て直交符号をユーザデータ信号に重畳する。直交符号はユーザデータ信号を拡散し、いくつかの同様の信号が同じスペクトラムを占め基地局で再生されるようにする。モジュロ２加算器において拡散ずみの信号にさらにPN符号を重畳し、より雑音様のスペクトラム拡散信号とする。PN符号は雑音様符号発生器７０３で発生する。スペクトラム拡散ユーザデータ信号を合成器７１６とスペクトラム拡散パイロットデータ信号と合成する。合成したスペクトラム拡散データ信号は無線周波数変調器７２０で周波数ωcのキャリア信号を変調する。スペクトラム拡散被変調データ信号をアンテナ送受共用のためのデュプレクサ７２１経由で遠隔アンテナ７２７に送る。遠隔アンテナ７２７は複合スペクトラム拡散被変調キャリア信号を基地局に送信し、基地局はこれを受信する。上記以外の多数の実施の態様が可能であり、それらは当業者に自明であろう。例えば、直交符号および雑音様符号はデータへの加算の前に合成できる。変調は直交成分の利用および無線周波数におけるそれら成分の合成によりベースバンドで行うこともできる。互いに異なる直交成分に互いに別々のPN符号を用いて複合信号のランダム性を高めることもできる。これらの手法は当業者に周知である。
直交符号組発生器７０２は所定符号組の任意のものに属する任意の符号を発生でき、特定符号発生の指示をプロセッサ７３２から受ける。プロセッサ７３２は、基地局制御手段からの指示を制御チャンネルおよび入出力手段７７１経由で受ける。直交符号組発生器７０２は、上述のとおり、割当て直交符号をセットアップして発生し、その直交符号はモジュロ２加算器７１０でユーザデータ信号の拡散に用いられる。直交符号組発生器７０２は第２の割当て直交符号をも発生し、その第２の割当て直交符号はモジュロ２加算器７１２でパイロットデータ信号を拡散するのに用いられる。これら符号の位相は互いに独立に調節されるがクロック周波数は両符号に共通である。捕捉のあと、全動作モードについてクロックパルス発生器をモード制御および捕捉デバイス７３３からの基地局タイミングおよびクロックに制御させる。捕捉モードの期間中は、クロックパルス発生器７３０は、基地局から受信するはずの予想周波数近傍で動作している内部発振器を用いる。この内部発振器は入来複合スペクトラム拡散信号の走査を可能にするためにクロック周波数をわずかに高くまたは低く設定できる。捕捉ができると、モード制御および捕捉デバイス７３３はクロック同期信号をクロックパルス発生器７３０に供給する。
直交符号の位相は基地局からの入来パイロット符号と同じ位相に調節できる。これによって、送信ユーザパイロット信号は移動加入者局からの返送信号と同様になり、したがって基地局は各特定移動加入者局への往復伝搬遅延を測定できる。符号チップで測定するこの往復伝搬遅延を移動加入者局に送り、プロセッサ７３２に蓄積する。往復伝搬遅延の半分が符号チップ測定による移動加入者局・基地局間距離に対応する。測距精度は、チップ時間の1/8または1/10刻みを用いるとともに基地局相関器からの出力電力のピーク値を算定し、その遅延時間を移動端末にチップ精度の数倍で送ることにより高めることができる。
移動加入者局は直交符号の位相調節をチップの数分の一、例えば符号位相調節器７３１の指示する1/8、1/10または1/16の精度で行う機能を有し、符号位相調節器７３１はプロセッサ７３２と協働して受信パイロット信号の位相を算定しその算定結果を遠隔パイロット拡散符号のための正しい初期状態に反映させる。
逆方向リンク経由で伝送されてきたスペクトラム拡散ユーザデータ信号がそれ以外の伝送スペクトラム拡散ユーザデータ信号と基地局到達時に直交関係になるようにするには、各ユーザの送信する符号の位相を、個々の移動加入者局への互いに異なる伝送経路または距離を補償するように調整しなければならない。移動加入者局の各々は基地局までの距離をメモリに蓄積している。この情報によりプロセッサ７３２はスペクトラム拡散ユーザデータ信号の基地局への到達時点を特定の時点にするのに必要な位相調整を算定する。次に、符号位相調整器７３１は直交符号組発生器７０２のための初期符号設定を行い、適切な時点でその発生器を起動させる。基地局ユーザデータチャンネル較正検出器は相関出力電力を最大にするようにチップの一部期間中に誤差電圧を検出し、較正信号を移動加入者局に送って、伝送信号の相対位置の微調整を行うようにユーザデータ直交符号位相の刻み目ごとの調節を行う。この刻み目ごとの調節はパイロット追跡誤差信号と協働して移動加入者局の正常な動きを補償し、移動加入者局でその領域内の移動に伴って追跡する。
符号位相のごく急速な変動は、上述のとおり、パイロットを用いた距離測定の反復によりデータ信号の再捕捉を要する。雑音様符号発生器７０３を符号位置調整器７３１で位相調整し、直交符号組発生器７０２と同相になるようにする。雑音様PN符号は直交符号よりもずっと長いので、直交符号および雑音様PN符号を同時始動の外観を呈するように調節し、直交符号を雑音様PN符号１サイクルの期間中に多数回反復し同時に終了する。したがって、これら符号は雑音様PN符号の長さの期間の始点で始まる。直交符号の長さはより長い雑音様PN符号の偶数分の１である。同じ雑音様PN符号は全ユーザに用い、全ユーザ信号用のディジタルキャリアになる。雑音様PN符号を同期検出する際には、その符号は互いに異なる直交符号間の識別には何ら影響しない。
上述のプロセスにより、送信ユーザデータ信号およびシステム時間基準に対して異なる位相の送信パイロットを生ずる。したがって、パイロットスペクトラム拡散信号はユーザデータ信号と直交には成り得ない。すなわち、各ユーザ端末がパイロット信号を有すると、信号の半分がランダム雑音に見え、残りの半分が干渉に影響しない場合に、干渉は３dB減らされる。遠隔パイロットデータ源７０１からのパイロットデータは全部０でも全部１でもあり得る。また、そのパイロットデータは実際にはパイロットチャンネルに入力された低速度情報信号を含み得る。遠隔パイロットデータ源７０１への入力が「全部１」の場合は、パイロットチャンネルはパイロットおよび雑音様PN符号のために選んだ直交符号の追加分を送信するだけである。
前述のとおり、遠隔パイロットの位相とタイミングは基地局からの入来パイロットに制御させる。このパイロットは移動加入者局通過の際に遅延なしに見えるように制御させる。これはこの発明の重要な特徴であり、基地局による往復伝搬遅延の正確な測定を可能にする。基地局はこの往復伝搬遅延情報を移動加入者局に送り、移動加入者局はその情報を捕捉の期間中に用いて送信ユーザデータ信号の位相を調節し、基地局が直交動作モードでユーザデータ信号を急速に捕捉できるようにする。移動加入者局はパイロットとユーザデータ信号の両方に同じキャリアを用いるので、パイロットからの距離情報は通常のデータ伝送モードの期間中不要になる。したがって、移動加入者局は、捕捉後に用いるモードすなわちパイロット符号位相をユーザデータチャンネルと等しくなるようにシフトさせるモードを有する。このモードでは、パイロットは割当てパイロット符号が直交符号組の一部である場合はやはり直交符号になる。この発明のこの特徴はシステム容量をほぼ２倍にする。これはパイロットを比較的高い電力レベルで送信できることを意味する。パイロットはそれ以外の信号に干渉を生じさせないからである。しかし、システム容量の制限が直交符号数の制限に起因し処理利得に影響されていない場合は、ユーザ数が減らされることを意味する。この特徴機能は基地局から制御されるので、基地局は最大システム容量で最良の性能を発揮するモードについて評価でき、その評価に基づき然るべく動作する。
パイロットデータをそのパイロットに割り当てられた符号に加算器７１２でモジュロ２加算し、スペクトラム拡散逆方向リンクパイロット信号とする。この信号に加算器７１３で雑音様PN信号を加算し、パイロット信号がランダム雑音スペクトラム拡散信号により近似するようにする。この雑音様スペクトラム拡散パイロット信号を合成器７１６でスペクトラム拡散ユーザデータ信号と合成して複合スペクトラム拡散信号を形成し、その合成信号により変調器７２０でキャリアを変調する。変調ずみ複合スペクトラム拡散信号はデュプレクサ７２１経由でアンテナ７２７に導かれる。
アンテナ７２７は基地局から送信された複合スペクトラム拡散信号の受信も行う。受信信号は送受分離用のデュプレクサ７２１経由で電力分割器に導かれ、パイロットチャンネルとデータチャンネルに分離される。パイロットチャンネルは、キャリアおよび拡散符号の追跡用に、三つの相関器、すなわち乗算器／相関器７２６、７２８および７２９並びに積分器／帯域通過フィルタ７５４、７５６および７５７から成る相関器を用いる。遅延ロックループ７５１は入来符号の位相を追跡し、ローカルに発生した直交符号および雑音様符号のモジュロ２加算から発生したローカルパイロット符号を基地局からの複合スペクトラム拡散信号と同期状態に保つ。ローカルパイロット符号を乗算器／相関器７２６、７２８および７２９で入来複合スペクトラム拡散信号と乗算する。遅延素子７５２は乗算器／相関器７２６、７２８および７２９への基準パイロット信号への遅延を、同相、進相および遅相の基準パイロット信号をそれぞれ生ずるように与える。乗算器／相関器７２８および７２９でそれぞれ乗算した進相信号および遅相信号は入来信号追跡用に遅延ロックループ７５１で用いる。電力分割器７２２から三つの乗算器／相関器７２６、７２８および７２９への入力とこれら符号が位相整合している場合は、これら乗算器／相関器７２６、７２８および７２９の各々の出力に最大信号が出力される。このように入来信号が追跡されている状態では、遅延ロックループ７５１はクロック信号および捕捉信号をモード制御および捕捉デバイス７３３に送る。当業者に周知のとおり、この遅延ロックループと均等な機能の誤差発生手段を代わりに用いることができる。
遅延素子７５２は位相同期ループ発振器７５０の用いる同相経路を構成する。位相同期ループ発振器７５０は相関ピーク値に周波数中心が一致させてあり、キャリア信号強度最大値を生ずる。データチャンネル遅延素子７５３はデータチャンネルをキャリア信号強度最大値において位相同期ループ経路と整合させる。位相同期ループ発振器７５０はコヒーレント基準キャリアをコヒーレント検出器７５８および遅延ロックループ７５１に供給する。直交符号組発生器７４０は、基地局からプロセッサ７３２で割り当てられたとおりの直交符号をモジュロ２加算器７１５に供給し、この加算器７１５で直交符号を雑音様符号発生器７４１の出力と合成してローカルデータスペクトラム基準信号を形成する。基地局パイロット符号チャンネルとユーザデータ符号チャンネルとは同期状態で同じRFキャリアで送信されるので、ローカル符号の位相とパイロットチャンネルのキャリア位相とは捕捉後にユーザデータチャンネルの復調に利用可能である。加算器７１５からの基準信号は遅延素子７５３で遅延を与えられ、乗算器／相関器７２５で入来合成スペクトラム拡散信号と乗算されユーザデータチャンネルと相関をとる。乗算器／相関器７２５の出力は帯域通過フィルタ７５５で積分され、情報チャンネルが相関のピークで到達するようにしてコヒーレント検出器７５８による検出に備える。コヒーレント検出器７５８の出力は積分およびダンプ回路７６０により情報ビット周期にわたり積分される。積分およびダンプ回路７６０はビット同期回路７５９の定めるタイミングで検出器７５８の出力をサンプリングする。ビット同期回路７５９は直交符号組発生器７４０と同期し、符号同期時にはデータビットも自動的に同期するようになっている。基地局送信装置におけるデータは基地局直交符号発生器とも同期しているからである。出力信号７７５は特定チャンネルオーバーヘッドデータ、すなわち図示してない回線分離装置で分離されプロセッサ７３２に送られるオーバーヘッドデータと多重化したユーザデータである。このオーバーヘッドデータは電力制御メッセージ、符号位相整合メッセージ、モード変更メッセージなどを含む。これらメッセージはプロセッサ入出力手段７７１経由でプロセッサ７３２に供給される。
直交符号組発生器７４０は直交符号組発生器７０２と同一であり、雑音様符号発生器７４１は雑音様符号発生器７０３と同一である。直交符号組発生器７４０および雑音様符号発生器７４１はモード制御および捕捉デバイス７３３でクロック制御する。捕捉以前はモード制御および捕捉デバイスは符号発生器へのタイミング信号発生用に安定化内部クロックを用いるが、捕捉以後はPLL発振器７５０を遅延ロックループ７５１からのクロックに制御させる。クロックパルス発生器７３０もモード制御および捕捉デバイス７３３の出力に制御させる。
図８に図解したとおり、この発明による基地局は基地局アンテナ８２７、ユーザデータ源８００、パイロットデータ源８０１、直交符号組発生器８０２および８４０、雑音様符号発生器８０３および８４１、８個のモジュロ２加算器８１０−８１８、信号合成器８１６、無線周波数変調器８２０、クロックパルス発生器８３０、距離遅延デバイス８３４、プロセッサ８３２、コントローラ８３６、符号位相調節器８３１、モード制御および捕捉デバイス８３３、４個の帯域通過フィルタ８５４、８５５、８５６および８５７、ビット同期回路８５９、コヒーレント検出器８５８、積分およびダンプ回路８６０、遅延ロックループ８５１、遅延素子８５２および８５３、４個の乗算器／相関器８２５、８２６、８２８および８２９、位相同期ループ発振器８５０、電力分割器８２２、送受共用器８２１およびキャリア発生器８１９を備える。図８にはプロセッサ入出力手段８７１、ユーザデータ入力手段８７０、ユーザデータ出力手段８７５および無線周波数入出力手段８７３も示してある。
図８はこの発明の特徴を発揮する基地局を示す。図８の基地局と図７の移動加入者局との間には多数の類似点がある。次の説明では基地局と移動加入者局との間の相違点を強調する。
図８には三つのデータ源が示してある。図７に示したユーザデータおよびパイロットデータのほかに基地局につながるユーザ全部に送信するシステムデータが必要である。このシステムデータには、システムパラメータ、呼出情報、システム同期情報、制御情報およびチャンネル割当て情報が含まれる。このシステムデータの大部分は公衆網の電話局コントローラから有線回線経由で基地局コントローラ８３６に送られ、そのコントローラ８３６で個々のセルに適応化される。プロセッサ８３２はコントローラ８３６と連携してこれらメッセージを基地局に導き入れる。このシステムデータは通常一斉送信され、全ユーザが特定チャンネル割当てを受ける前に受信するようにする。
移動加入者局が割り当てチャンネルで動作中に特定ユーザに送信されたシステムデータは、ユーザデータ入力手段８７０に入力されユーザデータと多重化される。このシステムデータは直交符号組発生器８２０で発生した特有の直交符号で加算器８１７において拡散し、さらに加算器８１８において追加の雑音様PN符号を加えてランダム化する。雑音様PN符号は雑音様符号発生器８０３で発生する。
各々を特有の直交符号で拡散する一方、同一の雑音様PN符号を共用するいくつかのシステムデータチャンネルもあり得る。同じ雑音様PN符号を、全データチャンネル、全システムチャンネルおよびパイロットチャンネルなど全チャンネルに加える。パイロットチャンネルは一つであり、そのチャンネルは特有の直交符号の一つ、通常は全部０の符号を用いる。すなわち、雑音様PN符号はパイロット符号であるが、それ以外の全符号の位置成分でもある。順方向リンクへのパイロット利用の考え方は広く採用されており文献にも記載されている。米国特許第5,228,056号、同第5,420,896号、同第5,103,459号および同第5,416,797号を参照されたい。基地局ごとに異なるパイロット符号の発生のための手段には固定符号位相シフトをわざわざ与える手法などいくつかある。米国特許第5,103,459号および同第5,416,797号を参照されたい。
図８は図解のためにユーザデータ源８００一つだけを示すが、通常は活性状態のユーザごとに一つずつ多数のデータ源を用いる。活性状態のユーザの各々は特有の直交符号の割当てを受け、同じ雑音様PN符号を用いる。したがって、合成器８１６への入力は通常多数のユーザデータチャンネルといくつかのシステムチャンネルおよびパイロットチャンネルを含む。合成器８１６の出力は複合スペクトラム拡散信号であり、変調器８２０において周波数ωcのキャリアを変調する。変調ずみの複合スペクトラム拡散信号を送受共用器８２１経由で基地局アンテナ８２７に送る。送受共用器８２１は移動加入者局の場合と同様に送受信信号間の分離を行うだけでなく多数の送信信号を互いに分離する必要がある。代替手段としては、信号を低電力レベルで合成し最終段に直線増幅器を用いる手法がある。
クロックパルス発生器８３０は安定な発振器で構成し、この発振器の出力がセル全体の基本クロックとなる。システム全体にわたって絶対タイミングを維持する。基地局全部についてのこの絶対タイミングを確保すると、移動加入者局においていくつかの基地局までの絶対遅延時間を算定でき、正確な現在位置算定が可能になる。クロックパルス発生器８３０は直交符号発生器８０２および雑音様符号発生器８０３の両方のためのクロックを供給する。また、逆方向リンクの直交符号モード動作時には直交符号発生器８４０および雑音様符号発生器８４１へのクロックも発生する。受信装置が直交符号モードで動作していないときおよび割当てユーザ信号を捕捉したときは、直交符号発生器８４０および雑音様符号発生器８４１は遅延ロックループ８５１の発生したクロックをクロックとして用いる。
パイロット受信チャンネルが逆方向チャンネルでユーザパイロット信号を捕捉し遅延ロックループ８５１が入来パイロット信号を追跡しているときは、直交符号組発生器８４０および雑音様符号発生器８４１の出力の加算器８１４における加算により発生した基準パイロット符号はユーザからのパイロット信号に完全に同期する。この状態が生ずると、加算器８１４の出力が距離遅延デバイス８３４に受け入れられ、このパイロット符号の位相が加算器８１３の出力から抽出された基地局パイロット符号の位相と比較される。プロセッサ８３２と協働して距離遅延デバイス８３４は二つの信号の間の位相差を算出し、その算出値をプロセッサ８３２のメモリに蓄積する。往復伝搬遅延の値は、ユーザデータ源８００の入力ポート８７０経由でまたは割当てチャンネルにセットアップコマンドの一部としてユーザパイロット信号を送信中の移動加入者局にも送る。
移動加入者局がパイロット測距直交動作モードにある場合は、基地局はユーザ端末測距情報を送信しており、ユーザ端末は直交モードで応答リンク経由でユーザデータを送信している。パイロットチャンネル測距と直交チャンネル雑音抑制最適化のための正しい位相との間には小さい固定のオフセットがあり得る。このオフセットを解消するためにプロセッサ８３２はコマンドを移動加入者局に送り、ユーザパイロットとユーザデータチャンネルとの間の位相関係を１チップの1/8、1/10または1/16ずつ動かし、一方積分およびダンプ回路８６０の出力を測定する。出力信号ピーク値が観測されたときオフセットをロックしその値を維持する。このプロセスはユーザパイロットとユーザデータチャンネルとの間の関係を較正する。最適化が達成されたあとは、通常の送信の期間中この関係は大幅には変えない。一定の時間間隔で最適化を反復することができる。
移動加入者局がユーザデータチャンネルと同期した直交パイロットをも送信するモードにある場合は、遅延ロックループ８５１の誤差電圧がプロセッサ８３２に送られ、分析され、予測成分で補充され、移動加入者局に送られて、移動加入者局からの返送複合信号の位相の補正に用いられる。この誤差は基地局で検出されその補正は移動加入者局で行われるので、ループには遅延が付き物である。しかし、この遅延はユーザの通常の移動に比べて小さい。すなわち、ユーザの動きの方向は通常急速には変動せず、それまでの動きに基づいて予測できるからである。経路長がチップ数個分の急変動を示す場合は、移動加入者局が再捕捉のための測距情報を用いて前のモードに戻るようコマンドを送る。主マルチパルスによる急変動のフェージングの場合であって２次受信信号がなく、１次受信信号減衰のあとの２次受信信号の受信の場合だけこの状態は生ずる。
したがって、この発明によると、基地局受信装置は移動加入者局からのデータの受信を四つのモードの一つで行うことができる。
第１のモードでは移動加入者局は基地局と非同期の独立のユーザパイロットを逆方向リンクで送ることができ、ユーザデータチャンネルはこの独立のユーザパイロットに同期している。第２のモードではユーザ端末がそのユーザパイロットを基地局からのパイロットで制御するようにし、ユーザデータチャンネルはこの被制御ユーザパイロットに同期する。この第２のモードではユーザ端末は地上位置特定および急速再捕捉のための往復伝搬遅延情報を受信できる。第３のモードではユーザ端末がそのユーザパイロットを第２のモードの場合と同様に入来基地局パイロットで制御するようにするが、ユーザデータチャンネルは基地局からの測距情報を用いて直交モードで動作する。ユーザパイロットチャンネルとユーザデータチャンネルとの間の位相関係を較正する。一つの手法は上述のとおりであるが、これ以外にも多数の手法があることは当業者には自明であろう。ユーザパイロットキャリアはユーザデータチャンネルのためのキャリアでもあり、ユーザデータチャンネル検出用のキャリア基準としても使うことができる。第４のモードは第３のモードの被制御パイロットを捕捉に用いるが、捕捉のあとはユーザパイロット符号を位相シフトさせてユーザデータチャンネルと同期させ、パイロットを直交チャンネルにする。すなわち、パイロットはセル内ではユーザデータチャンネルに干渉を生じさせることはなく高電力レベルで送信できる。
この発明はさらに移動加入者局から２重無線チャンネル経由で基地局に遠隔メッセージデータを伝達するスペクトラム拡散CDMAセルラー無線通信方法を含む。この方法は基地局アンテナで直交性を達成するように戻りリンクでパイロットを用いることを含む。
この方法は擬似雑音符号を用いて遠隔メッセージデータをスペクトラム拡散処理する過程と、遠隔パイロット信号を発生する過程と、遠隔パイロット信号をスペクトラム拡散処理ずみ遠隔メッセージデータと合成して遠隔CDMA信号を発生する過程とを含む。遠隔CDMA信号は遠隔パイロット信号とデータ信号とを含む。
この方法は遠隔CDMA信号を移動加入者局から２重無線チャンネルの逆方向チャンネル経由で基地局に送信する過程を次に含む。基地局は遠隔CDMA信号を受信してその遠隔CDMA信号をパイロットチャンネルとデータチャンネルとに分割する。次に、この方法は基地局パイロット信号を発生する過程と基地局パイロット基準信号を発生する過程とを含む。基地局パイロット信号は分割され遅延をかけられて、同相、進相および遅相の基地局パイロット基準信号を生ずる。これら同相、進相および遅相の基地局パイロット基準信号は遠隔パイロット信号の同相、進相および遅相分とそれぞれ相関をとるのに使われる。
この方法は、基地局データ基準信号を発生する過程と、この基地局データ基準信号を用いてデータ信号の相関をとる過程とを次に含む。遠隔パイロット信号の位相を追跡し、遠隔パイロット信号のピーク値に応答して、遠隔パイロット信号と基地局パイロット基準信号との間の同期を表す捕捉信号を出力する。捕捉信号に応答して遠隔パイロット信号の位相をデータ信号と同期するようにシフトさせることができる。遠隔パイロット信号は基地局パイロット信号に制御させることもできる。
この方法はさらに、捕捉信号に応答して基地局パイロット信号と基地局パイロット基準信号との間の符号位相差を測定し移動加入者局・基地局間距離を算定する過程を含む。この距離を移動加入者局に送り、移動加入者局はこの距離に応答して擬似雑音符号の位相を調節し、基地局へのデータ信号到達時間を調節し、基地局での直交性を達成する。
この発明のスペクトラム拡散通信システムおよび方法にこの発明の範囲を逸脱することなく種々の改変が可能であり、この明細書に記載したスペクトラム拡散通信システムおよび方法が添付請求の範囲の範囲内にある限りこの発明に含めるよう意図していることは当業者には明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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