(57)【要約】  セルラ通信システム（20）は、１つ以上のセルラ基地局（21）と、これと通信する複数の移動セルラ通信装置（22）とを有してもよい。より具体的には、セルラ基地局（21）及び移動セルラ通信装置（22）は、それぞれ情報信号を生成するエンコーダ（23）を有してもよい。更に、変調器（25）は、情報信号と、これに関連する周波数及び位相を有するキャリア信号と、少なくとも１つのキャリア位相参照シンボルとに基づいて生成してもよい。変調器（25）はまた、変調波形がキャリア周波数インジケータを有するように、オフセット回路（24）を有してもよい。また、所望のセルラ基地局（21）又は移動セルラ通信装置（22）に変調波形を送信する送信機（40）も含まれてもよい。
2007536879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのセルラ基地局と、これと通信する複数の移動セルラ通信装置とを有するセルラ通信システムであって、
前記少なくとも１つのセルラ基地局及び前記移動セルラ通信装置は、
情報信号を生成するエンコーダと、
前記情報信号と、これに関連する周波数及び位相を有するキャリア信号と、少なくとも１つのキャリア位相参照シンボルとに基づいて変調波形を生成する変調器であり、前記変調波形がキャリア周波数インジケータを有するように、オフセット回路を有する変調器と、
前記変調波形を送信する送信機と
をそれぞれ有するセルラ通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載のセルラ通信システムであって、
前記キャリア周波数インジケータは、所定量の変調されないキャリアエネルギーを有するセルラ通信システム。
【請求項３】
請求項１に記載のセルラ通信システムであって、
前記オフセット回路は、前記情報信号をバイアスし、
前記キャリア周波数インジケータは、前記情報信号のバイアスに基づくセルラ通信システム。
【請求項４】
請求項３に記載のセルラ通信システムであって、
前記情報信号は、バイナリのデジタル情報信号を有し、
前記オフセット回路は、前記バイナリのデジタル情報信号の値を変更することにより前記バイナリのデジタル情報信号をバイアスするセルラ通信システム。
【請求項５】
請求項４に記載のセルラ通信システムであって、
前記オフセット回路は、前記デジタル情報信号の第１対第２の論理値の比に基づいて、値を変更するセルラ通信システム。
【請求項６】
移動セルラ通信装置とセルラ基地局との間で通信する方法であって、
情報信号を生成し、
変調波形がキャリア周波数インジケータを有するように、オフセット回路を有する変調器を使用して、前記情報信号と、これに関連する周波数及び位相を有するキャリア信号と、少なくとも１つのキャリア位相参照シンボルとに基づいて変調波形を生成し、
前記変調波形を送信することを有する方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記キャリア周波数インジケータは、所定量の変調されないキャリアエネルギーを有する方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法であって、
前記変調波形を受信し、
少なくとも１つの位相参照シンボルに基づいて受信した変調波形に関連する前記キャリア信号の位相を決定し、前記キャリア周波数インジケータに基づいて前記キャリア信号の周波数を決定し、
決定した前記キャリア信号の位相及び周波数に基づいて前記情報信号を復調することを更に有する方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法であって、
前記オフセット回路は、前記情報信号をバイアスし、
前記キャリア周波数インジケータは、前記情報信号のバイアスに基づく方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
前記情報信号は、バイナリのデジタル情報信号を有し、
前記オフセット回路は、前記バイナリのデジタル情報信号の値を変更することにより前記バイナリのデジタル情報信号をバイアスする方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
セルラ通信システムは、人気が高まり続けており、パーソナル及びビジネス通信の不可欠な部分になっている。セルラ電話により、ユーザが移動するほとんどどこでも電話をかけて電話を受けることが可能になる。更に、セルラ電話技術が増加すると、セルラ装置の機能も増加する。例えば、多数のセルラ装置は、携帯情報端末（PDA：personal  digital  assistant）機能（カレンダー、アドレス帳、タスクリスト等）を組み込んでいる。更に、このような多機能装置により、ユーザはセルラネットワークを介して無線で電子メール（email）メッセージ及びインターネットにアクセスすることが可能になる。
【０００２】
セルラ通信システムに様々なセルラ通信標準が開発されている。重要な標準の１つは、デジタルセルラシステム用のGSM（Global  System  for  Mobile  Communications）である。電子メール、インターネット、ビデオ等のような新しいサービスに容易に適応するために、GSMセルラシステムは、次第に第３世代（3G）技術に向かっている。GPRS（General  Packet  Radio  Service）が3Gへの移行における１つの重要な進歩である。GPRSにより、エンドユーザの移動セルラ通信装置の永続的なデータ接続及び自由な情報フローが可能になる。GPRSはまた、より進歩した課金及び請求システムを提供する。すなわち、単に接続の持続時間ではなく、ユーザがアクセスしたサービスに基づいて請求することを可能にする。
【０００３】
3Gへの移行における他の進歩は、EDGE（Enhanced  Data  Rates  for  Global  Evolution）である。EDGEにより、データ速度が384kbit/sまで可能になり、これにより、従来のGSM技術より高速の接続設定及び高い帯域でGPRSの利点が十分に利用され得る。
【０００４】
GPRS及びEDGEへの展開における１つの考えられる問題は、いくつかのGSMシステムがこれらのサービスに必要な低いビット誤り率（BER：Bit  Error  Rate）を提供するように設定されていないことがあるという点である。低BERで高データレートを実現することは、ある場合には、基地局の大規模の追加を必要とすることがある。これは、セルラサービスプロバイダにかなりのコストを生じる。
【０００５】
更に、セルラ通信は、かなりのフェージング（すなわち、レイリー・フェージング（Rayleigh  fading））に直面する環境でしばしば生じる。このことは、バーストのビット誤りをもたらす傾向にある。多くの現在のGSM／GPRSの実装は、音声サービス用に設計されており、音声サービスは、他のサービスよりフェージング及びバーストのビット誤りに関して寛容であることがある。すなわち、データサービスは、一般的に改善された誤り性能を必要とし、このことは、低データレート及び／又は更なる数の再送信を生じることがある。その結果、スループットが減少し、このことは、セルラサービスプロバイダにとって高いコストを生じる。
【０００６】
レイリー・フェージングの影響に対処する１つの手法は、概してCarverによる“An  analysis  of  Pilot  Symbol  Assisted  Modulation  for  Rayleigh  Fading  Channels”、IEEE  Transaction  on  Vehicular  Technology、vol.40、no.4、Nov.  1991という題の文献で議論されている。Carverは、移動通信用途での急速なフェージングの影響を緩和するために、PSAM（pilot  symbol  assisted  modulation）の使用を議論している。PSAMでは、送信機は既知のシンボルを定期的に挿入し、この既知のシンボルから、受信機はその振幅及び位相参照を導く。PSAMは、有効ビットレートを低減し、受信機での遅延を導く（更なるバッファ空間を必要とする）が、Carversは、送信パルス形状又はピーク対平均出力比を変更することなく、誤りのフロア（error  floor）を有利に抑制し、多レベル変調を可能にすることに言及している。
【０００７】
このような従来技術の手法にもかかわらず、既存のGSM又は他のセルラシステムで新しいサービス及び機能を実装するときに、更なる改善が望ましいことがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、前述の背景を鑑みて、セルラ通信システムで改善した誤り性能の信号特性のトラッキング及び関連する方法を提供することが、本発明の目的である。本発明の他の目的は、既存のセルラ標準の基地局及び移動通信装置と互換性及び相互接続性を維持することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による前記及び他の目的、特徴及び利点は、少なくとも１つのセルラ基地局と、これと通信する複数の移動セルラ通信装置とを有し得るセルラ通信システムにより提供される。より具体的には、少なくとも１つのセルラ基地局及び移動セルラ通信装置は、それぞれ情報信号を生成するエンコーダを有してもよい。情報信号と、これに関連する周波数及び位相を有するキャリア信号と、少なくとも１つのキャリア位相参照シンボルとに基づいて変調波形を生成する変調器も含まれてもよい。変調器は、変調波形がキャリア周波数インジケータを有するように、オフセット回路を有してもよい。更に、変調波形を送信する送信機も含まれてもよい。
【００１０】
一例として、オフセット回路は、情報信号をバイアスしてもよく、キャリア周波数インジケータは、情報信号のバイアスに基づいてもよい。キャリア周波数インジケータは、所定量の変調されないキャリアエネルギー（すなわち、キャリア“漏れ（leakage）”）でもよい。より具体的には、情報信号は、バイナリのデジタル情報信号でもよく、オフセット回路は、その値を変更することにより（すなわち、論理1から論理0への変更、又はその逆）、バイナリのデジタル情報信号をバイアスしてもよい。すなわち、オフセット回路は、情報信号をバイアスするバイナリの情報シーケンスにおける0と1との間の不均衡を生成し、送信信号でのキャリア漏れを生成することが好ましい。このキャリア漏れは、受信機のキャリア周波数インジケータを提供する。
【００１１】
更に、オフセット回路は、バイナリのデジタル情報信号の第１対第２の論理値の比に基づいて、バイナリのデジタル情報信号の値を変更してもよい。例えば、オフセット回路は、情報シーケンスが論理0より論理1を多く有するか否か、又は1と0で実質的に均衡しているか否かを決定してもよい。実質的に均衡している場合、オフセット回路は、1対0の比がもはや1:1ではなくなるように、1で0を上書きする（又はその逆）。
【００１２】
これに対して、セルラシステムの一般的な従来技術の変調器では、情報における論理1と論理0との比は、注意深く均衡しており（すなわち、1:1の比）、これによりキャリアが抑制される。このような従来技術の変調器では、キャリア漏れは、システム動作に不利益であると考えられる。しかし、本発明によれば、キャリア漏れは、オフセット回路により課された論理値の“不均衡”により故意に引き起こされ、適用可能なセルラ標準に違反することなく、キャリア周波数インジケータとして少量の変調されないキャリアエネルギーを変調波形に注入する。有利には、これにより、例えば、低信号対雑音比で、又は複雑でない回路を使用することにより、受信機がより容易にキャリア周波数を回復することが可能になる。
【００１３】
オフセット回路はまた、情報信号を同相（I）成分と直交（Q）成分とに分離してもよい。従って、オフセット回路が情報信号をバイアスする代替の手法は、I及びQ成分の一方又は双方を直流（DC：direct  current）オフセットでバイアスすることである。
【００１４】
それぞれの移動セルラ通信装置及び少なくとも１つの基地局は、変調波形を受信するフロントエンドと、少なくとも１つの位相参照シンボルに基づいて受信変調波形に関連するキャリア信号の位相を決定し、キャリア周波数インジケータに基づいてキャリア信号の周波数を決定するキャリア再構成器とを更に有してもよい。キャリア信号の決定した位相及び周波数に基づいて情報信号を復調する復調器と、復調された情報信号をデコードするデコーダとが更に含まれてもよい。
【００１５】
更に、少なくとも１つの位相参照シンボルは複数でもよい。従って、キャリア再構成器は、複数の位相参照シンボルを相関する位相シンボル相関器を有してもよい。一例として、変調波形は、トレーニングシンボル部分を有してもよく、オフセット回路は、トレーニングシンボル部分に少なくとも１つの位相参照シンボルを挿入してもよい。同様に、変調波形は、１つ以上のガードバンド部分及び／又はデータシンボル部分を有してもよく、オフセット回路は、ガードバンド及び／又はデータシンボル部分に少なくとも１つの位相参照シンボルを挿入してもよい。同様に、オフセット回路は、トレーニングシンボル部分、ガードバンド部分及び／又はデータシンボル部分でのバイナリのデジタル情報信号の値を変更し、前述のようにキャリア周波数インジケータを提供してもよい。
【００１６】
例えば、変調器は、ガウスフィルタ最小偏位変調（GMSK：Gaussian-filtered  minimum  shift  keying）変調器でもよい。また、少なくとも１つのセルラ基地局及び移動セルラ通信装置は、GSM（Global  System  for  Mobile  Communications）標準とGPRS（General  Packet  Radio  Service）標準とEDGE（Enhanced  Data  Rates  for  Global  Evolution）標準とのうち１つ以上に従って動作してもよい。更に、例えば、エンコーダは前方誤り訂正（FEC：forward  error  correction）エンコーダでもよい。
【００１７】
本発明の方法の態様は、移動セルラ通信装置とセルラ基地局との間で通信するものである。この方法は、情報信号を生成し、情報信号と、これに関連する周波数及び位相を有するキャリア信号と、少なくとも１つのキャリア位相参照シンボルとに基づいて変調波形を生成することを有する。変調波形は、変調波形がキャリア周波数インジケータを有するように、オフセット回路を有する変調器を使用して生成されてもよい。この方法は、変調波形を送信することを更に有してもよい。
【００１８】
本発明の更に他の方法の態様は、移動セルラ通信装置とセルラ基地局との間で通信するものである。この方法は、情報信号と、これに関連する周波数及び位相を有するキャリア信号と、少なくとも１つのキャリア位相参照シンボルとに基づいて生成された変調波形を受信することを有してもよく、変調波形は、これに関連するキャリア周波数インジケータを有する。この方法は、少なくとも１つの位相参照シンボルに基づいてキャリア信号の位相を決定し、キャリア周波数インジケータに基づいてキャリア信号の周波数を決定し、決定したキャリア信号の位相及び周波数に基づいて情報信号を復調することを更に有してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明について添付図面を参照して以下に詳細に説明する。添付図面には本発明の好ましい実施例が図示されている。しかし、本発明は、多数の異なる形式で具現されてもよく、ここに示した実施例に限定するものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施例は、この開示が十分且つ完全であり、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるために提供されている。同じ数字は全体を通じて同じ要素を示し、代替実施例で類似の要素を示すためにプライム及びマルチプル表記が使用される。
【００２０】
まず図１−６を参照すると、本発明によるセルラ通信システム20は、１つ以上のセルラ基地局21と、これと通信する複数の移動セルラ通信装置22a-22nと例示的に有する。より具体的には、セルラ基地局21及び移動セルラ通信装置22は、各送受信回路をそれぞれ有する。この送受信回路により、移動セルラ通信装置は、セルラ基地局とセルラ通信信号を送受信することが可能になり、この逆も同様である。一例として、移動無線通信装置22は、当業者にわかるように、携帯情報端末（PDA）機能（例えば、カレンダー、連絡先等）、電子メール（email）、インターネット、画像、及びセルラ音声機能に加えて他の機能を提供するセルラ電話又は多機能装置でもよい。
【００２１】
前述のように、セルラ電話チャネルは、レイリー・フェージングを受ける傾向にある。レイリー・フェージングは、信号の振幅及び位相での非常に急速な変動を生じる。その結果、この種類のフェージングが優勢な環境では、典型的にはコヒーレント変調技術が避けられ、その代わりに異なる変調が使用される。しかし、コヒーレント復調技術を使用することができないことは、ターボコードのようなかなり強力な前方誤り訂正（FEC）技術が通信リンクで使用される場合であっても、実現可能な性能を低減する。
【００２２】
セルラ用途では、当業者にわかるように、フェージングは典型的にはマルチパス伝送と遮断とから生じる。当然のことながら、フェージングはセルラ通信に固有ではなく、衛星型通信のような他の用途でも同様に問題になり得る。衛星通信でのフェージングにより生じる問題に対処する１つの特に有利な手法が、Cobb他による米国特許第6,606,357に開示されている。これは、本出願の譲受人に譲渡されており、全てが参照として取り込まれる。総じて言えば、Cobb他は、受信機でのキャリアの検出及び回復を容易にするために使用され得るキャリア注入波形型変調手法を開示している。
【００２３】
本発明は、Cobb他の前記の変調手法の利点をセルラ通信システムに拡張する。特に、本発明は、GSM／GPRS／EDGE用途に特に適している。すなわち、本発明は、かなりのネットワークの変更なしにGPRS及び／又はEDGEサービスがより容易に実装され得るように、既存のGSMシステムの性能を拡張するために使用され得る。従って、説明の便宜上で、このような実装を参照して本発明について説明するが、他のセルラ標準又はシステムでも同様に使用され得る。
【００２４】
以下の説明から更にわかるように、本発明により、セルラサービスプロバイダはGPRS及び／又はEDGEサービスをより容易に実装することが可能になり得る。従って、有利にはサービスプロバイダは、3Gの展開を据え置くことが可能になり得る。このことは、基地局インフラストラクチャのかなりの交換を必要とする可能性があり、新しい通信ライセンスの取得を必要とする可能性がある。これらの双方はかなり高価になり得る。
【００２５】
基地局21及び移動セルラ通信装置22は、各送受信回路をそれぞれ有する。この送受信回路により、基地局は移動セルラ通信装置と通信することが可能になり、その逆も同様である。移動セルラ通信装置から基地局への送信を示すために、移動セルラ通信装置22aの送信回路が図示されており、基地局21の受信回路が図示されている。しかし、説明を簡潔にするため、移動セルラ通信装置22と基地局21とのそれぞれの各送受信回路は、図示しない。
【００２６】
より具体的には、送信回路は、例えば音声及び／又はデータ（例えば、テキスト、画像等）信号のような情報から情報信号を生成するエンコーダ23を例示的に有する。一例として、エンコーダ23は、FECエンコードに続いてインターリーブ動作を行い、情報信号を生成してもよい。典型的なGSMシステムはターボコードのような拡張FEC機構を提供しないことがあるが、以下に更に説明するように、例えばEDGEの実装について拡張FEC機構が本発明に従って使用されてもよい。
【００２７】
GSMの実装の場合、標準的な送信バーストは、バーストの開始及び終了（図４）に３つのガードバンドシンボル31をそれぞれ有する２つのガードバンド部分（GB：guard  band  portion）を有する。更に、トレーニングシンボル選択が26のトレーニングシンボル32を有するバーストの中央に含まれ、トレーニングシンボル部分の直前及び直後にシグナリングシンボル33がある。更に、標準的なGSMバーストはまた、２つの情報又はデータシンボル部分を有し、２つの情報又はデータシンボル部分のそれぞれは、57のデータシンボル34を有する。図示のように、データシンボル部分の一方はトレーニングシンボル部分の前にあり、他方はその後にある。説明を簡潔にする目的のみで、図４−６において、ガードバンド部分とデータシンボル部分とトレーニング／シグナリングシンボル部分との間に空間が図示されている点に留意すべきである。実際の伝送では、典型的には異なるシンボル部分の間に伝送遅延は存在しない。
【００２８】
更に以下に説明するように、送信回路はまた、エンコーダ23からの情報信号と、キャリア信号と、１つ以上の位相参照シンボルとに基づいて変調波形を生成する変調器25を更に有する。更に以下に説明するように、本発明によれば、変調器25は、変調波形がキャリア周波数インジケータを有するように、オフセット回路24を例示的に有する。
【００２９】
GSMの実装について図２に示す例示的な実施例では、変調器25は、ガウスフィルタ最小偏位変調（GMSK：Gaussian-filtered  minimum  shift  keying）変調器である。しかし、例えばEDGEの場合に8PSK変調器のように、他の変調器が本発明に従って他のセルラ標準に使用されてもよいことが当業者にわかる。GPSK変調器25は、オフセット回路24からのダウンストリームにガウス位相整形フィルタ29を例示的に有し、オフセット回路の出力を統合して、これにガウス周波数パルス整形を適用する。
【００３０】
コサイン（COS）及びサイン（SIN）関数ブロック90、91がガウス位相整形フィルタ29からのダウンストリームにあり、それぞれフィルタリングされた情報信号の同相（I）成分及び直交（Q）成分dI及びdQを生成する。コサイン及びサイン関数ブロック90、91からのI及びQ出力は、それぞれミキサ26、27によりキャリア信号と結合され、この出力が加算器28により加算され、受信回路に変調波形を送信するために関連のアンテナ41と協調する送信機40に提供される。
【００３１】
概して言えば、オフセット回路24は、情報シーケンスでの論理1対論理0の比における不均衡を生成することにより、情報信号をバイアスする。この不均衡は、所定量のキャリアエネルギーがスペクトル波形に“注入”されることをもたらし、これは所望のキャリア周波数でスパイク（spike）として現れる。代わって記述すると、キャリア周波数インジケータは、オフセット回路24により変調波形に故意に注入された所定量の変調されないキャリアエネルギー（すなわち、キャリア“漏れ”）である。従って、不均衡から生じる注入された周波数は、従来技術の装置で典型的であるような、受信機のキャリア回復パスに非線形型キャリア再生成回路を必要とせずに、受信機でのキャリアの検出及び回復を容易にする。従って、受信回路は、低レベルの信号対雑音比でキャリアを検出及び回復することができる。
【００３２】
前述のように、FECエンコーダ23により生成された情報信号は、バイナリのデジタル情報信号である。オフセット回路24は、情報信号の値を変更し（すなわち、論理1から論理0に、又はその逆）、不均衡を生成する。すなわち、オフセット回路24は、情報シーケンスが論理0より論理1を多く有するか否か（又はその逆）、又は1と0で実質的に均衡しているか否かを決定する。実質的に均衡している場合、オフセット回路24は、1対0の比がもはや1:1ではなくなるように、1で0を上書きする（又はその逆）。
【００３３】
概して言えば、論理1対論理0の比の不均衡が大きいほど、変調波形に注入される変調されないキャリアエネルギーの量が大きくなる。当然のことながら、1対0の比が変化する量は、所定の用途に基づいて変化する。例えば、1及び0を上書きすることは、情報信号に誤りを導入する。許容可能な誤りの量は、使用される誤り訂正の形式に依存する。更に、あまりにも多くこの比を変更することは、容認できない量の信号ロスと、適用可能なセルラ標準の違反とを生じ得る。
【００３４】
従って、受信側での適切な検出を提供するために、不均衡はできるだけ小さいことが好ましい。GSM波形では、論理1対論理0の比は、適切に検出可能なキャリア参照インジケータを提供するために、数ビットの不均衡（未満）でありさえすればよい。これに反して、セルラシステムでの一般的な従来技術の変調器では、情報信号における論理1と論理0との比は、注意深く均衡しており（すなわち1:1の比）、これによりキャリアが抑制される。
【００３５】
オフセット回路24はまた、当業者にわかるように、所定の実装で使用される特定の形式の伝送に適した複数のシンボルに変調波形をフォーマットしてもよい。例えば、オフセット回路24は、確立されたセルラ標準（例えばGSM）に従ってトレーニングシンボル部分又はシーケンスを挿入してもよい。この結果は、特定のセルラシステム用途の標準に従ってフォーマットされた何らかの適切な参照シンボル及び／又はトレーニングシンボルと共に、バイアスされた情報信号を有する入力シーケンス信号になる。
【００３６】
更に、オフセット回路24はまた、キャリア信号の位相に基づいて変調波形に１つ以上の位相参照シンボル35（参照の容易のため図４−６で実線の黒で図示する）を挿入することが好ましい。すなわち、更に以下に説明するように、位相参照シンボルは、受信回路に対してキャリア信号の元の位相を指示し、これにより、伝送中のフェージングの理由で生じる位相の不一致が訂正可能になる。
【００３７】
図４に示す例では、位相シンボル35は、波形のトレーニングシンボル部分に含まれる。トレーニングシンボルは予め決められているため、受信回路は、受信した位相参照シンボル35に対応する位相の事前の認識を有する。しかし、他の実施例では、位相参照シンボル35はどこに存在してもよい。例えば、位相参照シンボル35’はガードバンド部分に存在してもよい（図５）。更に、図６に示すように、位相参照シンボル35’’はデータシンボル部分に存在してもよい。
【００３８】
位相参照シンボルの分配は、有利には拡張した位相トラッキングを提供する。この場合も同様に、これは波形内で送信される情報に故意の誤りを導入するが、拡張した位相トラッキングも提供し、特定量の誤りはFECのため許容され得る。他の実施例では、位相参照シンボル35は、前記のシンボル部分のうち１つより多くに存在してもよい。
【００３９】
位相参照シンボル35は、使用される特定のセルラ標準に準拠する形式であることが好ましく、従って、当業者にわかるように、その標準に設計された典型的なセルラ受信機により読み取られることができる点に留意すべきである。更に、当業者にわかるように、複数の位相参照シンボル35が次々と連続して配置されてもよく、位相参照シンボルの様々な間隔（非対称間隔を含む）もまた使用されてもよい。
【００４０】
オフセット回路24は、論理1又は0を上書きし、位相参照シンボルについて前述したのと同じ方法で、キャリア周波数インジケータを提供してもよい。すなわち、一実施例では、オフセット回路24は、トレーニングシンボル部分ではなく、データシンボル部分で、ランダムに選択された位置又は所定の位置で１つ以上のビットを上書きし、1対0の所望の比を生成する。他の実施例では、オフセット回路24は、トレーニングシンボル部分で１つ以上のビットを上書きする。更に別の実施例では、オフセット回路24は、データ又はトレーニングビットを上書きするのではなく、ガードバンド部分のシンボルを上書きし、1と0との数を不均衡にしてもよい。当然のことながら、シンボルは、様々なGSM波形部分のうち１つより多くで上書きされてもよい。
【００４１】
キャリア周波数インジケータを提供する更に他の実施例について、図９を参照して説明する。この実施例では、オフセット回路24’は、前述のように位相参照シンボル35と情報信号とを加算する加算器95’を有する。更に、I及びQ成分dI及びdQを生成するためにコサイン及びサイン関数ブロック90、91を使用するのではなく、このことは、オフセット回路24’のデマルチプレクサ（DEMUX）96’で行われてもよい。
【００４２】
更に、前述のように情報シーケンスにおける論理1対0の比を不均衡にするのではなく、オフセット回路24’は、“1”のデータを表す振幅の偏位の絶対値が“0”のデータを表す振幅の偏位の絶対値と異なるように、成分dI、dQのうち一方（又は双方）をバイアスするDCオフセット回路97’を有する。図示の実施例では、dI成分は、一定のDC値kによりバイアスされる。当業者にわかるように、この手法は、同様に変調されないキャリアエネルギー（すなわち漏れ）を変調波形に導入し、キャリア周波数インジケータを提供する。DCオフセットkは様々な形式になってもよい点に留意すべきである。すなわち、これはチョップトDCオフセット（chopped  DC  offset）等を使用して行われてもよい。キャリア漏れを通じたキャリア注入を引き起こすために不均衡を実装することについての更なる詳細及びこの利点は、前記のCobb他による特許に見られる。
【００４３】
キャリア周波数インジケータを提供する他の関連手法は、図２に示すように、コサイン及びサイン関数ブロック90、91を使用して情報信号をI及びQ成分に分離するが、DCオフセット回路97’をコサインプロセッサ90とミキサ26との間（及び／又はサインプロセッサ91とミキサ27との間）に配置することである。当業者にわかるように、いずれかの場合から生じる結果は、前記の他の手法と同様にキャリア周波数インジケータを提供するために、変調されないキャリアエネルギーを変調波形に注入することである。当然のことながら、ここに記載したものに加えて、他の適切なオフセット回路24構成も、キャリア周波数インジケータを提供するために使用されてもよい。
【００４４】
次に受信回路に進むと、基地局21はまた、変調波形を受信するために、１つ以上のアンテナ42（例示的にアンテナタワーとして図示する）と、フロントエンド43とを有する。特に、フロントエンド23は、受信波形をフィルタリングする整合フィルタ44を例示的に有する（図３）が、当業者にわかるように他の適切なフィルタが使用されてもよい。
【００４５】
フロントエンド43はまた、受信信号を取得し残りの構成要素に取得を通信するために、RRCフィルタ44からのダウンストリームに初期取得ブロック45を例示的に有する。RRCフィルタからのダウンストリームのビット／フレームタイミングブロック46は、受信信号に基づいてシステムタイミング信号を生成する。位相逆回転器47は、ビット／フレームタイミングブロック46からシステムタイミング信号を受信し、位相逆回転器の出力は、RRCフィルタ44の出力と共に、ミキサ48の入力として提供される。ミキサ48の出力は、システムタイミング信号に基づいてデマルチプレクサ49により逆多重される。
【００４６】
デマルチプレクサ49の出力は、それぞれキャリア再構成器50及び復調器51に接続される。キャリア再構成器50は、通常では従来技術の受信機に必要である信号（＋雑音）対出力を上げるような非線形演算によらず、キャリアの局所推定を導く、この場合、キャリア再構成器50は、線形演算を使用してキャリアを再構成するために、送信回路により注入されたキャリア周波数インジケータと位相参照シンボルとを利用する。このことは、非線形演算の雑音拡張の影響を回避するという利点を有し、非線形演算が必要な場合に考えられるものより低い信号対雑音比で受信機がキャリアを再構成することを可能にする。この効果の更なる詳細については、前記のCobb他の特許を参照のこと。
【００４７】
特に、キャリア再構成器50は、デマルチプレクサ49の第１の出力に接続された位相シンボル相関器52と、位相シンボル相関器からのダウンストリームの位相／周波数推定器53とを例示的に有する。位相シンボル相関器52は、受信位相参照シンボル35＋雑音と局所位相シンボルとの複素乗算を実行する。この乗算は、位相φが次のように測定可能な雑音を含む複素積r(t)を生じる。
【００４８】
【数１】
2007536879.tif 000003
ただし、クワドラント（quadrant）が考慮される。当業者にわかるように、高いオフセットの周波数では、位相の“ラッピング（wrapping）”の可能性も考えられる必要がある。
【００４９】
当業者にわかるように、位相シンボル相関器52の出力並びに受信波形のI及びQ成分に存在するキャリア周波数インジケータ（すなわち、所定量の変調されないキャリアエネルギー）から、位相／周波数推定器53は、キャリア信号の元の位相及び周波数を決定する（すなわち、推定する）。一例として、前記のCobb他の特許で更に説明されているように、位相／周波数推定器53は、位相ロックループを有してもよい。
【００５０】
位相参照シンボル35に基づいて位相を推定するために、様々な手法が使用されてもよい。１つの手法は平均推定を使用すること（すなわち、所定のGSMバーストに存在する位相参照シンボル35の平均位相を測定すること）である。概して言えば、これは、当業者にわかるように、相関した位相参照シンボル35の実数部分と虚数部分とをそれぞれ加算し、虚数の合計のサインを反転することにより行われてもよい。
【００５１】
他の手法は、エンド・ツー・エンドの手法を使用することである。この場合、位相は最初及び最後の参照シンボルが線のエンドポイントを定める線により表される。特に、この手法を使用して、各フレームの最初及び最後の位相参照シンボルがサンプリングされ、各位相参照シンボルの実数部分及び虚数部分が加算され、結果の合計の位相が決定される。フレームを通じた位相の変化が計算され、シンボル毎の位相の変化に変換される。初期の位相とシンボル毎の位相変化とに基づいて、各シンボルの位相が計算される。当業者にわかるように、シンボル毎の各位相の負数及びその実数部分は、そのシンボルを復調するためのキャリア参照を提供する。
【００５２】
同様に、位相は、その傾斜が位相参照シンボルの最小平均２乗誤差に適合する線により表されてもよい。これを行うため、バーストの全ての位相参照シンボル35がサンプリングされ、それぞれの位相が決定される。最小平均２乗アルゴリズムを使用して、これらのポイントを通過する最適な直線のオフセット及び傾斜が得られる。この線の式を使用して、シンボル毎に位相推定が計算される。この場合も同様に、この位相の負数及びシンボル毎のその実数の対応するものは、そのシンボルをデコードするためのキャリア参照を提供する。
【００５３】
当業者にわかるように、他の適切な位相推定手法が使用されてもよい。当業者にわかるように、使用される特定の手法は、所定の実装でのバーストの位相参照シンボル35の数及び配置、許容可能なビット誤り率（BER）の量、必要な位相精度等のような要因に依存する。
【００５４】
復調器51（例えばGMSK復調器）は、位相／周波数推定器53により決定されたキャリア信号の位相及び周波数に基づいて、情報信号のI及びQ成分を復調し、受信波形のデータ部分におけるビットの“ソフト判定”の推定を生成する。ソフト判定がそのビット判定の信頼性の指標と共に、データビットの予備の推定を有することを、当業者はわかる。更に、当業者にわかるように、復調器51は、無線チャネルの効果を補うために等化器（図示せず）を有してもよい。この実施例でのGSMK変調器の使用は、セルラシステム、GPS及びこの場合のGPRSに標準的な波形により決定されることも、当業者はわかる。この場合、受信機が動作することを対象とし、復調器51は適用可能なセルラシステム標準で提供される他の変調フォーマット（例えば、QPSK、8PSK、QAM）の他の形式になってもよい。
【００５５】
デコーダ54（例えばFECデコーダ）は、復調器51からのダウンストリームにあり、当業者にわかるように、復調されたI及びQ成分dI、dQに基づいて情報を再生する。当業者にわかるように、デコーダ54は、誤り訂正デコードと直列してデインターリーブ動作を実行してもよい。
【００５６】
前述の構成要素は、様々な形式で実装されてもよい点に留意すべきである。当業者にわかるように、例えば特定の実施例では、構成要素は電子回路として実装されてもよく、他の場合にはプロセッサ（例えばデジタルシグナルプロセッサ（DSP）とソフトウェアとを使用して実装されてもよい。
【００５７】
図７及び８を参照して、移動セルラ通信装置22aとセルラ基地局21との間で通信する本発明の方法の態様について説明する。ブロック70から始まり、ブロック71において情報信号が生成される。前述のように、ブロック72において、キャリア周波数インジケータを有するように、情報信号とキャリア信号と少なくとも１つの位相参照シンボルとに基づいて変調波形が生成される。この方法は、ブロック73においてセルラ基地局21に変調波形を送信することを更に有し、これによって図示の方法を終了する（ブロック74）。
【００５８】
ブロック80から始まり、ブロック81において、移動セルラ通信装置22又は基地局21は変調波形を受信し、前述のように、この位相参照シンボル35に基づいてキャリア信号の位相を決定し、キャリア周波数インジケータに基づいてキャリア信号の周波数を決定する（ブロック82）。更に、情報信号は、決定したキャリア信号の位相及び周波数に基づいて復調され（ブロック83）、これによって図示の方法を終了する（ブロック84）。
【００５９】
従って、本発明は複数の利点を提供することが、前述の説明に基づいてわかる。例えば、復調器51のロック範囲は、非常に低い信号対雑音比での改善したリンク取得を提供するように拡張され得る。更に、本発明により、セルラシステム20が、この低い信号対雑音比で誤り訂正の利点を利用することが可能になる。更に、本発明により、EDGEのようなサービスが、ターボコードのような強力な誤り訂正コードに関連する改善したコーディング利得の利点を十分に実現することが可能になる。最後に、波形が確立したセルラ標準に準拠することが可能になる。これにより、本発明の利点を得なくても、本発明を組み込んでいないレガシーの基地局及び移動装置が、本発明を組み込んだ基地局及び移動装置と相互運用し得る。
【００６０】
＜例＞
前述のことが、この例を参照して更に理解される。この例について図１０−１３を参照して説明する。この例は、MSK変調構成を対象とする。この設計は、GMSK変調を使用するGSM／GPRSシステムに特に適しており、GMSK及び8PSKを使用するEDGEシステムで有用になり得る。この例で説明する変調器は、信号の一定の包絡線の特性を維持するという更なる利点を有する。このことは、改善した出力効率の機会を提供する。これは、セルラ通信システムで使用されるようなバッテリ動作の移動通信装置で特に重要である。
【００６１】
前述のように、本発明によれば、所定量の変調されないキャリアエネルギーが標準的な変調波形に追加され、キャリア周波数インジケータを提供する。特に、少量のキャリア漏れ（以下“キャリア注入（carrier  injection）”という）がベースバンド信号の操作によって生成される。このことは、設計の効率性の機会と、一定の包絡線又は低い帯域外放射のような望ましい特性を維持するように信号を調整する機会とを提供する。しかし、このことは、必要に応じて変調処理中に実現されてもよい。
【００６２】
一定の包絡線の位相変調信号の一般的な形式は次のようになる。
【００６３】
【数２】
2007536879.tif 000004
ただし、Aは定数であり、φ(t)は情報を運ぶ位相変調である。キャリア注入では、この信号は次のように変更される。
【００６４】
【数３】
2007536879.tif 000005
しかし、この信号は、一定の包絡線を維持しない。キャリア条件と一定の包絡線との双方を有する別の式を見つけることが好ましい。これを実現するために、式(1)を以下のような帯域通過形式に書き直すことが便利である。
【００６５】
【数４】
2007536879.tif 000006
ただし、簡単にするためにA=1と仮定している。更に、式(2)は次の形式に書き直すことができる。
【００６６】
【数５】
2007536879.tif 000007
式(4)では、b、B及びθが任意に選択される。
【００６７】
前述のように、式(4)は、一定の包絡線を示さない。しかし、以下の基本形式を示す。
【００６８】
【数６】
2007536879.tif 000008
式(5)では、一定の包絡線を確保するために、補正関数f1(φ(t))及びf2(φ(t))が選択され、オフセット定数cがキャリア注入を提供する。これらの関数及び定数について多数の可能な選択肢が存在することが、当業者にわかる。しかし、変調の効果を均衡にすることが好ましいため、以下の形式が適度な選択肢になる。
【００６９】
【数７】
2007536879.tif 000009
関数f(φ(t))を決定するために、式(5)の包絡線の２乗は次のように決定される。
【００７０】
【数８】
2007536879.tif 000010
ただし、Kは定数である。この表現を拡張して、二次方程式を適用することにより、f(φ(t))について以下の表現を得る。
【００７１】
【数９】
2007536879.tif 000011
前述のものを実装する変調器25’’の実施例を図１０に示す。前述のように、位相参照シンボルを有する情報信号は、ガウス位相整形フィルタ29’’に入力され、これに続いてコサイン及びサイン関数ブロック90’’、91’’がある。コサイン関数ブロック90’’（cos(φ(t))）の出力は、関数生成器100’’とミキサ（すなわちマルチプレクサ）101’’とに接続される。同様に、サイン関数ブロック91’’（sin(φ(t))）の出力も、関数生成器100’’と他のミキサ102’’とに接続される。関数生成器100’’はまた、入力として定数Kとキャリア注入値cとを受信し、前記の式(8)に従ってf(φ(t))を出力する。
【００７２】
関数生成器100’’の出力は、ミキサ101’’、102’’の双方に接続され、ミキサ101’’、102’’は、それぞれ出力f(φ(t))cos(φ(t))及びf(φ(t))cos(φ(t))を提供する。ミキサ101’’の出力は減算器103’’に接続され、減算器103’’はまた、第２の入力としてsin(φ(t))を受信し、これによってその出力としてsin(φ(t))-f(φ(t))cos(φ(t))を提供する。同様に、ミキサ102’’の出力は加算器104’’に接続され、加算器104’’はまた、入力としてcos(φ(t))を受信し、これによってその出力としてcos(φ(t))+f(φ(t))sin(φ(t))を提供する。
【００７３】
キャリア注入値cは、加算器105’’及び106’’を介して減算器103’’及び加算器104’’の出力に追加され、それぞれsin(φ(t))-f(φ(t))cos(φ(t))+c及びcos(φ(t))+f(φ(t))sin(φ(t))+cを提供する。これらの値は、キャリア生成器107’’により生成された各キャリア成分と結合される。キャリア生成器107’’は、その入力としてミキサ26’’、27’’を介してcos(ωt)を受信し、値[cos(φ(t))+f(φ(t))sin(φ(t))+c]cos(ωt)及び[sin(φ(t))-f(φ(t))cos(φ(t))+c]sin(ωt)を提供する。これらの値は減算器108’’に入力され、減算器108’’は変調波形として前記の式(6)に示す値s(t)を提供する。
【００７４】
前記の手法の効果は、図１１−１３のグラフからわかる。特に、図１１は、式(1)及び(3)で示すものに類似した典型的な従来技術のQPSK波形を示している。この例示的な例では説明を明瞭にするために、比較的簡単な位相変調関数φ(t)を使用する一定の包絡線の変調であるため、QPSKが選択されている点に留意すべきである。しかし、この選択肢は他の変調形式へのこの例の一般的適用性に影響を及ぼさないことが、当業者にわかる。これに対して、図１２は、式(2)及び(4)のようなオフセット（定数）を有する波形を示している。これらの図では、A=1且つb=0.1である点に留意すべきである。図では、オフセットbの追加が、変調信号の一定の包絡線の特性のロスを生じることがわかる。更に、図１３は、式(8)で導かれた関数を用いて、式(6)に対応する波形を示している。ただし、K=2且つc=0.1である。“dcオフセット”を除去することにより、一定の包絡線が回復されていることがわかる。
【００７５】
変調波形の望ましい復調は、図３に示す受信機構造を使用して実現され得る。図１３では、復調器51は、局所相関参照信号が式(6)及び(8)で規定された形式を有する従来の相関復調器として実装される。このような復調器でのキャリア回復回路は、波形でのキャリア成分及び位相参照シンボルを利用し、非常に低い信号対雑音比で動作することを可能にする。しかし、図１１及び図１３の波形を比較することにより、本発明を有さない従来技術のセルラ受信機のように、式(6)での更なる条件の追加が、式(1)の波形に設計された復調器の小さい歪みとして現れることがわかる。従って、補正関数と変調信号でのオフセット定数の結合した追加は、受信機がこれらを利用するように設計されている場合に優れた性能を提供するが、これらの機能を利用するように設計されていない標準的な従来技術の復調器も依然としてデータを復調し得る。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明によるセルラ通信システムの概略ブロック図
【図２】図１のセルラ通信システムの送信回路を更に示した概略ブロック図
【図３】図１のセルラ通信システムの受信回路を更に示した概略ブロック図
【図４】位相参照シンボルを有する図１のセルラ通信システムのGSMの実装の波形のシンボルを示した波形図
【図５】位相参照シンボルを有する図１のセルラ通信システムのGSMの実装の波形のシンボルを示した波形図
【図６】位相参照シンボルを有する図１のセルラ通信システムのGSMの実装の波形のシンボルを示した波形図
【図７】本発明によるセルラ通信方法を示したフローチャート
【図８】本発明によるセルラ通信方法を示したフローチャート
【図９】図１のオフセット回路の代替実施例を示した概略ブロック図
【図１０】図２の変調器の代替実施例の概略ブロック図
【図１１】従来技術によるQPSK波形を示したグラフ
【図１２】本発明によるキャリア周波数インジケータを提供するQPSK波形オフセットを示したグラフ
【図１３】本発明による一定の包絡線波形を示したグラフ
【図１】
2007536879.tif 000012
【図２】
2007536879.tif 000013
【図３】
2007536879.tif 000014
【図４】
2007536879.tif 000015
【図５】
2007536879.tif 000016
【図６】
2007536879.tif 000017
【図７】
2007536879.tif 000018
【図８】
2007536879.tif 000019
【図９】
2007536879.tif 000020
【図１０】
2007536879.tif 000021
【図１１】
2007536879.tif 000022
【図１２】
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【図１３】
2007536879.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月9日(2006.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのセルラ基地局と、これと通信する複数の移動セルラ通信装置とを有するセルラ通信システムであって、
前記少なくとも１つのセルラ基地局及び前記移動セルラ通信装置は、
バイナリのデジタル情報信号を生成するエンコーダと、
前記バイナリのデジタル情報信号と、これに関連する周波数及び位相を有するキャリア信号と、少なくとも１つのキャリア位相参照シンボルとに基づいて変調波形を生成する変調器であり、前記変調波形がキャリア周波数インジケータを有するように、前記バイナリのデジタル情報信号の値を変更することにより前記バイナリのデジタル情報信号をバイアスするオフセット回路を有する変調器と、
前記変調波形を送信する送信機と
をそれぞれ有するセルラ通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載のセルラ通信システムであって、
前記キャリア周波数インジケータは、所定量の変調されないキャリアエネルギーを有するセルラ通信システム。
【請求項３】
請求項１に記載のセルラ通信システムであって、
前記オフセット回路は、前記情報信号をバイアスし、
前記キャリア周波数インジケータは、前記情報信号のバイアスに基づくセルラ通信システム。
【請求項４】
請求項１に記載のセルラ通信システムであって、
前記オフセット回路は、前記デジタル情報信号の第１対第２の論理値の比に基づいて、値を変更するセルラ通信システム。
【請求項５】
移動セルラ通信装置とセルラ基地局との間で通信する方法であって、
バイナリのデジタル情報信号を生成し、
変調波形がキャリア周波数インジケータを有するように、前記バイナリのデジタル情報信号の値を変更することにより前記バイナリのデジタル情報信号をバイアスするオフセット回路を有する変調器を使用して、前記バイナリのデジタル情報信号と、これに関連する周波数及び位相を有するキャリア信号と、少なくとも１つのキャリア位相参照シンボルとに基づいて変調波形を生成し、
前記変調波形を送信することを有する方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、
前記キャリア周波数インジケータは、所定量の変調されないキャリアエネルギーを有する方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法であって、
前記変調波形を受信し、
少なくとも１つの位相参照シンボルに基づいて受信した変調波形に関連する前記キャリア信号の位相を決定し、前記キャリア周波数インジケータに基づいて前記キャリア信号の周波数を決定し、
決定した前記キャリア信号の位相及び周波数に基づいて前記情報信号を復調することを更に有する方法。
【請求項８】
請求項５に記載の方法であって、
前記オフセット回路は、前記情報信号をバイアスし、
前記キャリア周波数インジケータは、前記情報信号のバイアスに基づく方法。
【国際調査報告】
2007536879.tif 000025
2007536879.tif 000026