(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信されたスペクトル拡散信号から得られたベースバンド信号をサンプルして、サンプルされた受信信号を出力する標本化部と、
前記標本化部からのサンプルされた受信信号と希望信号の拡散符号とを乗算する乗算部と、
タップ係数を出力するタップ係数制御部と、
前記タップ係数制御部により与えられたタップ係数と、前記標本化部からのサンプルされた受信信号との内積に基づき、希望信号成分及び非希望信号成分を含む合成信号を求めるアダプティブフィルタ部と、
前記乗算部の出力から、前記アダプティブフィルタ部により求められた合成信号を減算し、出力信号を得る減算部と、
前記減算部により求められた出力信号を制限するリミタと、
前記リミタの入力と出力との誤差信号を出力する比較器と
を備え、
前記タップ係数制御部は、前記比較器から出力される前記リミタの入力と出力との誤差信号を入力し、前記タップ係数を制御して、該誤差信号が小さくなるように、合成信号の希望信号成分をほぼ零とし且つ非希望信号成分を他局からの干渉成分となるようにし、干渉成分がほぼ除去されるようにした干渉除去装置。
【請求項２】
前記アダプティブフィルタ部は、希望信号及び複数の非希望信号について、各々Ｎチップから構成されるベクトルで表わされるあるビット目の受信信号を、Ｎ個の要素で構成されるタップ係数で重み付けすることにより、合成信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の干渉除去装置。
【請求項３】
受信されたスペクトル拡散信号の同期を検出する同期部と、
受信されたスペクトル拡散信号と、前記同期部から出力された希望信号の搬送波とを乗算する乗算部と、
前記乗算部からの出力から、ベースバンド信号を取り出す低域フィルタと、
をさらに備え、
前記標本化部は、前記低域フィルタからのベースバンド信号をサンプルする請求項１又は２に記載の干渉除去装置。
【請求項４】
前記標本化部は、１ビット時間と１チップ時間とに基づくＮチップで構成されたベクトルで表される、サンプルされた受信信号を出力し、
前記タップ係数制御部は、Ｎ個の要素のタップ係数を出力し、
前記アダプティブフィルタ部は、
サンプルされた受信信号を１チップずつ遅延して、サンプルされた受信信号の各成分を出力する複数の遅延回路と、
該各成分と、対応するタップ係数とを乗算する複数の乗算回路と、
乗算の後、各成分を合成する和回路と
を有する請求項１に記載の干渉除去装置。
【請求項５】
スペクトル拡散信号を受信するアンテナと、
前記アンテナで受信した信号を入力する請求項１乃至４のいずれかに記載の干渉除去装置と、
前記干渉除去装置の出力から受信データを判定する判定部と、
を備えた無線端末装置。
【請求項６】
受信されたスペクトル拡散信号から得られたベースバンド信号をサンプルして、サンプルされた受信信号を出力し、
サンプルされた受信信号と希望信号の拡散符号とを乗算し、
与えられるタップ係数と、サンプルされた受信信号との内積に基づき、希望信号成分及び非希望信号成分を含む合成信号を求め、
前記乗算の結果から、求められた合成信号を減算し、出力信号を得て、
求められた出力信号を制限し、
前記制限の前後の誤差信号を出力し、
前記制限の前後の誤差信号を入力し、タップ係数を制御して、該誤差信号が小さくなるように、合成信号の希望信号成分をほぼ零とし且つ非希望信号成分を他局からの干渉成分となるようにし、干渉成分がほぼ除去されるようにした干渉除去方法。
【請求項７】
受信されたスペクトル拡散信号から得られたベースバンド信号をサンプルして、サンプルされた受信信号を出力する標本化手順と、
前記標本化手順でサンプルされた受信信号と希望信号の拡散符号とを乗算する乗算手順と、
与えられるタップ係数と、前記標本化手順でサンプルされた受信信号との内積に基づき、希望信号成分及び非希望信号成分を含む合成信号を求めるアダプティブフィルタ手順と、
前記乗算手順の出力から、前記アダプティブフィルタ手順により求められた合成信号を減算し、出力信号を得る減算手順と、
前記減算手順により求められた出力信号を制限するリミット手順と、
前記リミット手順の入力と出力との誤差信号を出力する比較手順と、
前記比較手順から出力される前記リミット手順の入力と出力との誤差信号を入力し、前記タップ係数を制御して、該誤差信号が小さくなるように、合成信号の希望信号成分をほぼ零とし且つ非希望信号成分を他局からの干渉成分となるようにし、干渉成分がほぼ除去されるようにして、及び、該タップ係数を出力するタップ係数制御手順と
をコンピュータに実行させるための干渉除去プログラムを含む無線端末装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、干渉除去装置、無線端末装置、干渉除去方法に係る。本発明は、特に、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）またはスペクトル拡散多元接続（ＳＳＭＡ）通信方式等において、受信信号から、希望信号には影響を与えず、干渉信号成分だけをアダプティブ・フィルタ（適応フィルタ）で取り出し、拡散復調した希望信号に一緒に存在する干渉信号成分を引き算により取り除く干渉除去装置、無線端末装置、干渉除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に、従来のスペクトル拡散通信システムの構成図を示す。
このシステムは、送信機１００と受信機２００を備える。送信機１００は、データ送信回路１０１、1次変調回路１０２、2次変調回路１０３、拡散符号発生回路１０４、アンテナ１０５を備える。また、受信機２００は、データ受信回路２０１、1次復調回路２０２、2次復調回路２０３、同期回路２０４、アンテナ２０５を備える。
【０００３】
ここで、d1(t)は自局が送信するデータ、a1(t)は1次変調された信号、s1(t)は2次変調された信号でスペクトル拡散信号、そしてc1(t)はスペクトルを拡散するための符号を表わす。他局からのスペクトル拡散信号をsi(t)，i＝2,3,〜,Kと表わしてある。
【０００４】
スペクトル拡散通信システムでは、同じ周波数帯域を複数の信号が共存しあった状態で通信する。それぞれの信号には互いに直交する性質を持つ拡散符号で変調されているので、復調の際、希望する拡散符号と一致しない符号を含む信号は排除される。しかし、完全に直交していないので、相互相関値がわずかながら存在し、その総和が他局信号の数が増えると大きな値となり、同時通信局数を制限する。
【０００５】
つぎに、図を参照しながらスペクトル拡散通信システムの動作を説明する。送信機１００では、データ送信回路１０１から送信されるデータd1(t)は、+１と-１をランダムにとるデータとし、1次変調回路１０２による１次変調は、例えばＰＳＫ（位相シフトキーイング）とする。1次変調回路１０２の出力a1(t)は、次のように記述される。
a1(t) = d1(t) cos(2πfct +θ1)
ただし、fcは搬送周波数でθ1は搬送波の位相を表わす。
【０００６】
ここで、c1(t)を+1と-1をとる拡散符号とする。2次変調回路１０３は、この拡散符号ｃ1(t)と１次変調信号a1(t)との乗算により２次変調を行い、スペクトル拡散信号s1(t)を発生させる。スペクトル拡散信号s1(t)は、次のように記述される。
s1(t) = c1(t) d1(t) cos(2πfct +θ1)
【０００７】
他局からのスペクトル拡散信号は次のように表わされる。
sk(t) = ck(t) dk(t) cos(2πfct +θk), k = 2,3,4,〜,K
一方、受信機２００では、スペクトル拡散信号s1(t)を希望信号として復調する。受信信号r(t)は次のように記述される。
【０００８】
【数１】
0003686839.tif 000002
ただし、n(t)は受信機雑音である。
【０００９】
以後の説明では便宜上、雑音を省略して説明する。
同期回路２０４では、受信信号r(t)に含まれる拡散符号c1(t)の同期を確立し、その符号を同期回路２０４から２次復調回路２０３に供給する。2次復調回路２０３では、受信信号r(t)と符号ｃ1(t)との乗算を行い、次の計算によりa1(t)を得る。
【００１０】
【数２】
0003686839.tif 000003
【００１１】
ただし、γk(t) = c1(t)×ck(t),  ak(t) = dk(t) cos(2πfct +θk), k = 2,3,〜,Kで、
c1(t)×c1(t) = 1の関係を使用している。
【００１２】
第１項が希望信号の変調信号で、第２項が、他局信号による雑音成分として寄与する項である。γk(t)は希望信号を拡散する符号c1(t)と、他局信号を拡散する符号ck(t)との積で、直交していない為、１周期積分してもゼロにならならず広帯域信号のままである。
１次復調器２０２では、a1(t)を復調してデータd1(t)を出力する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来においては、スペクトルを拡散する符号の直交性を利用して干渉除去を行うのが、本来、このシステムが備えている干渉除去能力である。しかしながら、新たに提案されてきたこれらの干渉除去方式では、受信信号すべてを個々に扱って処理するため、構成が複雑になり携帯端末等への適用はむずかしかった。
【００１４】
本発明は、以上の点に鑑み、回路を簡素化し、全体構成をできるだけ簡易にすることで、携帯端末などの小型装置や処理の負担をあまりかけたくないシステムへの適用を実現することを目的とする。また、本発明は、他局信号からの干渉成分を除去することで、同時通信局数を増やし、通信の品質を向上させることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の解決手段によると、
サンプルされた受信信号と希望信号の拡散符号とを乗算する乗算回路と、
タップ係数を出力するタップ係数制御回路と、
前記タップ係数制御回路により与えられたタップ係数と、サンプルされた受信信号との内積に基づき、希望信号及び非希望信号に関する合成信号を求めるアダプティブフィルタ部と、
前記乗算回路の出力から、前記アダプティブフィルタ部により求められた合成信号を減算し、希望受信信号を得る減算回路と
を備えた干渉除去装置を提供する。
【００１６】
本発明の第２の解決手段によると、
スペクトル拡散信号を受信するアンテナと、
前記アンテナで受信した信号を入力する上述に記載の干渉除去装置と、
前記干渉除去装置の出力から受信データを判定する判定回路と、
を備えた無線端末装置を提供する。
【００１７】
本発明の第３の解決手段によると、
サンプルされた受信信号と希望信号の拡散符号とを乗算し、
サンプルされた受信信号をタップ係数で重み付けすることにより、希望信号及び非希望信号に関する合成信号を求め、
前記乗算した出力から、前記合成信号を減算し、希望受信信号を得るようにした干渉除去方法を提供する。
【００１８】
本発明の第４の解決手段によると、
サンプルされた受信信号と希望信号の拡散符号とを乗算する乗算手順と、
タップ係数を出力するタップ係数制御手順と、
前記タップ係数制御手順により与えられたタップ係数と、サンプルされた受信信号との内積に基づき、希望信号及び複数の非希望信号について、各々Ｎチップから構成されるベクトルで表わされるあるビット目の受信信号を、Ｎ個の要素で構成されるタップ係数で重み付けすることにより、希望信号及び非希望信号に関する合成信号を求めるアダプティブフィルタ手順と、
前記乗算手順の出力から、前記アダプティブフィルタ手順により求められた合成信号を減算し、希望受信信号を得る減算手順と
をコンピュータに実行させるための干渉除去プログラムを含む無線端末装置を提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明に係る干渉波除去装置を備えた無線端末装置の構成図を示す。ここで、同時通信局数は K 局とし、また、希望信号に対しては、同期がとれているものとする。
この無線端末装置（受信機）は、アンテナ１、同期回路２、乗算回路３、低域フィルタ（ＬＰＦ）４、タップ係数制御部６、アダプティブフィルタ部７、減算回路８、標本化回路９、乗算回路１０、リミタ１１、比較器１２を備える。
【００２０】
同期回路２は、アンテナ１から受信されたスペクトル拡散信号の同期を検出する。乗算回路３は、アンテナ１から受信されたスペクトル拡散信号と、同期回路２から出力された希望信号の搬送波とを乗算する。低域フィルタ４は、乗算回路３の出力から、ベースバンド信号を取り出す。標本化回路９は、低域フィルタ４からのベースバンド信号をサンプルする。乗算回路１０は、標本化回路９からの受信信号と、同期回路２により出力された希望信号の拡散符号とを乗算する。アダプティブフィルタ部７は、タップ係数制御部６により与えられたタップ係数と、標本化回路９からの信号とに基づいて、乗算及び合成することにより、非希望信号に関する合成信号を求める。減算回路８は、乗算回路１０の出力から、アダプティブフィルタ部７の出力を減算し、希望受信信号を得る。リミタ１１は、減算回路８により求められた受信信号を制限する。比較器１２は、リミタ１１の入力と出力との差分をとった誤差信号を出力する。タップ係数制御部６は、タップ係数を出力し、また、比較器１２の出力に基づき、タップ係数を制御する。
【００２１】
つぎに、動作を詳細に説明する。
まず、アンテナ１から入力された受信信号r(t)を次のように記述する。
【００２２】
【数３】
0003686839.tif 000004
【００２３】
ここで、k＝１を希望局の信号（希望信号）と定める。その他k＝2,3,〜Kは非希望局の信号（非希望信号）とする。乗算回路３では、同期回路２で同期の確立した希望信号の搬送波  cos(2πfct+θ1)を受信信号と乗算する。つぎに、差成分を低域フィルタ４で取り出すと次のようになる。
【００２４】
【数４】
0003686839.tif 000005
【００２５】
低域フィルタ４により、希望信号成分も非希望信号成分もベースバンド信号として変換される。次の標本化回路９ではチップ速度のm (m=1, 2, - - -) 倍で標本化する。以下の説明では、便宜上 m=1 とする。
標本化回路９の出力信号rb(i)は、Tbを１ビット時間、そして、Tcを１チップ時間とすると、N=Tb/Tcチップから構成されるベクトルで次のように表される。ここに、引き数のiは、iビット目の信号を意味する。
【００２６】
【数５】
0003686839.tif 000006
タップ係数w(i)は次のようにＮ個の要素で構成される。
【００２７】
【数６】
0003686839.tif 000007
タップ係数w(i)で重み付けされた信号rb(i)は、次の演算によりy(i)として出力される。
【００２８】
【数７】
0003686839.tif 000008
一方、乗算回路１０により、標本化回路９の出力信号rb(i)は、同期回路２から出力される希望信号の拡散符号c1(i)と乗算され、拡散復調が行われる。ただし、c1(i)=[c1.i(0),c1.i(1),…,c1.i(N-1)]Tである。乗算回路１０の出力信号rd(i)は、次のように表される。
【００２９】
【数８】
0003686839.tif 000009
【００３０】
この信号rd(i)は、他局からの干渉成分（rd.i(2), rd.i(3),・・,rd.i(K)）を含んでいる。もし、アダプティブ・フィルタ部７から出力された信号y(i)がこの干渉成分を表すことができれば、希望信号のデータだけを求めることができる。それが実現されるものとして、減算回路８により、信号rd(i)より信号y(i)を引き算して信号z(i)を得る。この信号z(i)は、もし干渉成分が除去されて希望信号のデータだけなら、＋１か−１の一定値になるが、干渉成分を含むと、変動する。そこで、信号z(i)をリミタ１１で制限し、データの予測値d^1(i)を得ると同時に、誤差信号e(i)= d^1(i)- z(i) を計算する。タップ係数制御部６では、この誤差信号が小さくなるようにタップ係数w(i)を制御する。
具体的には、yi(1)=0,yi(m)= rd.i(m),m=2,3,--,Kとなるようにタップ係数を制御する。なお、「^」は、式及び図で示されるように文字・記号の真上に付されるものであるが、便宜上文字・記号の横に記載する。
【００３１】
図２に、信号rb(i)を構成する信号の説明図を示す。この図では、一例として、信号rb(i)は、希望信号Ｄと４つの干渉信号U1,U2,U3,U4で構成されるものとする。
信号rb(i)を行列で表わすと次のようになる。
【００３２】
【数９】
0003686839.tif 000010
つぎに、図３に、信号rb(i)と信号c1(i)の内積rd(i)の説明図を示す。また、数式で表わすと次のようになる。
【００３３】
【数１０】
0003686839.tif 000011
【００３４】
上記の非希望信号U1〜U4の各成分が、干渉雑音となって、希望信号Dを妨害する。また、タップ係数制御部６では、誤差信号 e(i) を入力して、１ステップ前のタップ係数 w(i-1) に修正の演算結果を補正し、w(i) として出力する。このタップ係数w(i) を使用して y(i) を計算し、再び誤差 e(i+1) を求める。この誤差が小さくなるように、再び、w(i) に補正を行い w(i+1) を求め、アダプティブフィルタ部７に供給する。タップ係数更新のアルゴリズムは、ＬＭＳ (least mean square algorithm)等の各種のアルゴリズムを適用することができる。タップ係数w(i)は、次のように得られた。
【００３５】
【数１１】
0003686839.tif 000012
よって、信号rb(i)とタップ係数w(i)との内積をとると、y(i)は次のようになる。
【００３６】
【数１２】
0003686839.tif 000013
この演算で、希望信号成分に相当する部分は結果の第１項で、ほぼ零である。この値を信号rd(i)の第１項から引き算しても、影響はない。すなわち、希望信号成分は影響を受けない。一方、y(i)の第２項から第５項の値は、rd(i)の第２項から第５項の値とほとんど同じである。数式で表わすと、次のようになり、雑音成分として、存在する非希望信号の干渉成分が、ほぼ除去されていることが分かる。
【００３７】
【数１３】
0003686839.tif 000014
【００３８】
図４に、アダプティブフィルタ部の構成図を示す。このアダプティブフィルタ部７は、遅延回路７１−０〜７１−（Ｎ−２）、乗算回路７２−０〜７２−（Ｎ−２）及び和回路７３を有する。標本化回路９から出力された信号rb(i)は、このアダプティブフィルタ部７に入力される。信号rｂ(i)は、遅延回路７１−０〜７１−（Ｎ−２）により、1チップずつ遅延されて、各成分rb.i(N-1)〜rb.i(0)が出力される。
【００３９】
【数１４】
0003686839.tif 000015
各成分は、対応するタップ係数w(i)と乗算回路７２−０〜７２−（Ｎ−１）で乗算される。各成分はその後、和回路７３により合成されて、y(i)が出力される。
【００４０】
図５は、本発明による干渉除去のシミュレーション結果を示す図である。横軸が同時通信局数、縦軸が平均ＢＥＲ（Bit  Error  Rate，ビット誤り率）である。この例では、信号雑音比Eb/No を20 dB とし、符号はGold 符号を使用した。処理利得は 31 である。従来による誤り率を、黒丸実線で示し、本発明を採用した場合の平均誤り率を白丸実線として示した。本発明の採用により、同時通信局数を増加させることができる。
【００４１】
本発明はＢＰＳＫの他、適宜の変調方式に適用することができる。例えば、ＱＰＳＫへ適用する場合、同相成分と直交成分に本発明の回路を設けるようにすれば良い。
本発明は、マイクロプロセッサ又はＣＰＵを備え、干渉除去のための各回路による構成をマイクロプロセッサ・ＣＰＵによるソフトウェア処理として実現するようにしてもよい。そして、本発明はこのような各手順をコンピュータに実行させるための干渉除去プログラムを含む無線端末装置として提供されるようにしてもよい。さらに、本発明は、干渉除去プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、干渉除去プログラムを含みコンピュータの内部メモリにロード可能なプログラム製品、そのプログラムを含むマイクロプロセッサ、等により提供されることができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によると、以上のように、回路を簡素化し、全体構成をできるだけ簡易にすることで、携帯端末などの小型装置や処理の負担をあまりかけたくないシステムへの適用を実現することができる。また、本発明によると、他局信号からの干渉成分を除去することで、同時通信局数を増やし、通信の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る干渉波除去装置を備えた無線端末装置の構成図。
【図２】信号rb(i)を構成する信号の説明図。
【図３】信号rb(i)と信号c1(i)の内積rd(i)の説明図。
【図４】１ビットごとの処理によるアダプティブフィルタ部の構成図。
【図５】本発明による干渉除去のシミュレーション結果を示す図。
【図６】従来のスペクトル拡散通信システムの構成図。
【符号の説明】
１  アンテナ
２  同期回路
３  乗算回路
４  低域フィルタ（ＬＰＦ）
５  非希望信号発生回路
６  タップ係数制御回路
７  アダプティブフィルタ部
８  減算回路
９  標本化回路
１０  乗算回路
１１  リミタ
１２  比較器
【図１】
0003686839.tif 000016
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003686839.tif 000019
【図５】
0003686839.tif 000020
【図６】
0003686839.tif 000021