(57)【要約】本発明の方法およびシステムは、複数の受信要素を有する受信器において複数の送信信号を受信し、各送信信号は異なる空間配置を有する。本方法およびシステムは、複数の送信信号を複数の受信要素で受信して複数の受信要素信号を形成し、複数の受信要素信号から導かれる組み合わせ信号を形成し、組み合わせ信号から複数の送信信号の各々を異なる空間位置によって検出する。これを達成するために、本発明の方法およびシステムは、複数の任意の位相変調信号を生成し、複数の受信要素信号の各々を位相変調信号のうちの異なる一つを用いて位相変調して複数の位相変調された信号を形成する。【選択図】図１
2004533729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受信要素を有する受信器において信号を受信するための方法であって、
該複数の受信要素において送信信号を受信して複数の受信要素信号を形成する工程と、
複数の任意の位相変調信号を生成する工程と、
該複数の受信要素信号の各々を、該複数の任意の位相変調信号のうちの異なるものを用いて位相変調して複数の位相変調された信号を生成する工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記任意の位相変調信号は、非相関ランダム位相信号である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の位相変調された信号を組み合わせて組み合わせ信号にする工程をさらに含む、請求項１の方法。
【請求項４】
前記組み合わせる工程は、前記複数の位相変調された信号を足し合わせて前記組み合わせ信号にする工程を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記組み合わせ信号から前記送信信号を検出する工程を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記検出された送信信号から情報を抽出する工程を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
期待信号を生成する工程と、
前記組み合わせ信号を、該期待信号と相関させて相関信号を形成する工程と
をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
期待信号を生成する工程は、該期待信号を前記複数の位相変調信号の関数として生成する工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記期待信号を生成する工程は、特定の方向から該期待信号を生成する工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記期待信号を生成する工程は、複数の方向から複数の期待信号を生成する工程を含み、前記組み合わせ信号を相関させる工程は、該組み合わせ信号を、複数の方向からの該複数の期待信号の各々と相関させて複数の相関信号を形成することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記組み合わせ信号を前記期待信号と相関させる工程は、該組み合わせ信号を該期待信号と相互相関させて相互相関信号を形成することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記組み合わせ信号を前記期待信号と相関させる工程は、第２の期間毎に第１の期間の間、該組み合わせ信号を該期待信号と相関させることを繰り返す工程を含み、該第２の期間は、該第１の期間より短い、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記相関信号を相関信号メモリに保存する工程と、
該相関信号を分析する工程と
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
複数の受信要素であって、それぞれが送信信号を受信して複数の受信要素信号を形成する、複数の受信要素と、
複数の任意の位相変調信号を生成する変調信号生成器と、
該複数の受信要素信号の各々を、該位相変調信号のうちの異なるものを用いて位相変調して複数の位相変調された信号を形成する信号変調器と、
を含む受信器。
【請求項１５】
前記位相変調信号は、非相関ランダム位相信号である、請求項１４に記載の受信器。
【請求項１６】
前記複数の位相変調された信号を組み合わせて組み合わせ信号にする信号コンバイナをさらに含む、請求項１４に記載の受信器。
【請求項１７】
前記信号コンバイナは、前記複数の位相変調された信号を足し合わせて前記組み合わせ信号にする、請求項１６に記載の受信器。
【請求項１８】
前記組み合わせ信号から前記送信信号を検出する検出器を含む、請求項１６に記載の受信器。
【請求項１９】
前記検出された送信信号から情報を抽出するための信号プロセッサを含む、請求項１８に記載の受信器。
【請求項２０】
期待信号を生成する受信器計算器と、
前記組み合わせ信号を該期待信号と相関させて相関信号を形成する信号相関器と
をさらに含む、請求項１６に記載の受信器。
【請求項２１】
前記受信器計算器は、前記複数の位相変調信号の関数として前記期待信号を生成する、請求項２０に記載の受信器。
【請求項２２】
前記受信器計算器は、特定の方向から前記期待信号を生成する、請求項２０に記載の受信器。
【請求項２３】
前記受信器計算器は、複数の方向から複数の期待信号を生成し、前記信号相関器が、前記組み合わせ信号を複数の方向からの該複数の期待信号それぞれと別々に相関させて複数の相関信号を形成する、請求項１８に記載の受信器。
【請求項２４】
前記相関器は、前記組み合わせ信号を前記期待信号と相関させて相互相関信号を形成する相互相関器を含む、請求項２０に記載の受信器。
【請求項２５】
前記相関器は、第２の期間毎に第１の期間、前記組み合わせ信号を前記期待信号と繰り返し相関させ、該第２の期間は該第１の期間より短い、請求項２０に記載の受信器。
【請求項２６】
前記相関信号を保存する相関信号メモリと、
該相関信号を分析する信号プロセッサと
をさらに含む、請求項２０に記載の受信器。
【請求項２７】
複数の受信要素を有する受信器において複数の送信信号を同時に受信し、各送信信号が異なる空間位置を有する、方法であって、
該複数の受信要素において該複数の送信信号を受信して複数の受信要素信号を形成する工程と、
該複数の受信要素信号から導かれる組み合わせ信号を形成する工程と、
該複数の送信信号の各々を、その異なる空間位置によって該組み合わせ信号から検出する工程と
を含む方法。
【請求項２８】
複数の位相変調信号を生成する工程と、
前記複数の受信要素信号の各々を、該位相変調信号のうちの異なるものを用いて位相変調して複数の位相変調された信号を形成する工程と
をさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記位相変調信号は、非相関ランダム位相変調信号である、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記組み合わせ信号を形成する工程は、前記複数の位相変調された信号を組み合わせて組み合わせ信号にする工程を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記組み合わせる工程は、前記複数の位相変調された信号を足し合わせて前記組み合わせ信号にする工程を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記検出された送信信号から情報を抽出する工程を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
前記検出する工程は、
期待信号を生成する工程と、
前記組み合わせ信号を該期待信号と相関させて相関信号を形成する工程と
を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３４】
前記期待信号を生成する工程は、該期待信号を前記複数の位相変調信号の関数として生成する工程を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記期待信号を生成する工程は、特定の方向から該期待信号を生成する工程を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記期待信号を生成する工程は、複数の方向から複数の期待信号を生成する工程を含み、前記組み合わせ信号を相関させる工程は、該組み合わせ信号を複数の方向から該複数の期待された信号の各々と相関させて複数の相関信号を形成する工程を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記組み合わせ信号を前記期待信号と相関させる工程は、該組み合わせ信号を該期待信号と相互相関させて相互相関信号を形成する工程を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記組み合わせ信号を前記期待信号と相関させる工程は、第２の期間毎に第１の期間の間、該組み合わせ信号を該期待信号と相関させることを繰り返す工程を含み、該第２の期間は該第１の期間より短い、請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
前記相関信号を相関信号メモリに保存する工程と、
該相関信号を分析する工程と
をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４０】
複数の送信信号を同時に受信するための受信器であって、各送信信号が異なる空間位置を有し、
該複数の送信信号を受信して複数の受信要素信号を形成する複数の受信要素と、
該複数の受信要素信号から導かれる組み合わせ信号を形成する信号コンバイナと、
該複数の送信信号の各々を、その異なる空間位置によって、該組み合わせ信号から検出する検出器と
を含む、受信器。
【請求項４１】
複数の任意の位相変調信号を生成する変調信号生成器と、
前記複数の受信要素信号の各々を、該位相変調信号のうちの異なるものを用いて位相変調して複数の位相変調された信号を形成する信号変調器と
をさらに含む、請求項４０に記載の受信器。
【請求項４２】
前記複数の任意の位相変調信号は、非相関ランダム位相信号である、請求項４１に記載の受信器。
【請求項４３】
前記信号コンバイナは、前記複数の位相変調された信号を組み合わせて組み合わせ信号にする、請求項４１に記載の受信器。
【請求項４４】
前記信号コンバイナは、前記複数の位相変調された信号を足し合わせて前記組み合わせ信号にする、請求項４３に記載の受信器。
【請求項４５】
前記検出された送信信号から情報を抽出するための信号プロセッサを含む、請求項４０に記載の受信器。
【請求項４６】
期待信号を生成する受信器計算器と、
前記組み合わせ信号を、前記期待信号と相関させて相関信号を形成する信号相関器と
をさらに含む、請求項４０に記載の受信器。
【請求項４７】
前記受信器計算器は、前記期待信号を、前記複数の位相変調信号の関数として生成する、請求項４６に記載の受信器。
【請求項４８】
前記受信器計算器は、特定の方向から前記期待信号を生成する、請求項４６に記載の受信器。
【請求項４９】
前記受信器計算器は、複数の方向から複数の期待信号を生成し、前記信号相関器が前記組み合わせ信号を、複数の方向からの該複数の期待信号の各々と相関させて複数の相関信号を形成する、請求項４８に記載の受信器。
【請求項５０】
前記信号相関器は、前記組み合わせ信号を前記期待信号と相互相関して相互相関信号を形成する、請求項４６に記載の受信器。
【請求項５１】
前記信号相関器は、第２の期間毎に第１の期間の間、前記組み合わせ信号を前記期待信号と繰り返し相関させ、該第２の期間は該第１の期間より短い、請求項４６に記載の受信器。
【請求項５２】
前記相関信号を相関信号メモリに保存するメモリと、
該相関信号を分析する信号プロセッサと
をさらに含む、請求項４６に記載の受信器。
【請求項５３】
複数の受信要素を有する受信器において信号を受信するための方法であって、
該複数の受信要素において送信信号を受信して複数の受信要素信号を形成する工程であって、該送信信号が変調率を有する工程と、
複数の位相変調信号を生成する工程であって、該位相変調信号がチップ化率を有し、かつ該チップ化率が該変調率を超える工程と、
該複数の受信要素信号の各々を該位相変調信号のうちの異なるものを用いて位相変調して複数の位相変調された信号を形成する工程と
を含む方法。
【請求項５４】
前記位相変調信号は、任意の位相変調信号である、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記任意の位相変調信号は、非相関ランダム位相信号である、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記複数の位相変調された信号を組み合わせて組み合わせ信号にする工程を、さらに含む請求項５３に記載の方法。
【請求項５７】
前記組み合わせる工程は、前記複数の位相変調された信号を足し合わせて前記組み合わせ信号にする工程を含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記送信信号を前記組み合わせ信号から検出する工程を含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５９】
前記検出された送信信号から情報を抽出する工程を含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
期待信号を生成する工程と、
前記組み合わせ信号を前記期待信号と相関させて相関信号を形成する工程と
をさらに含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項６１】
期待信号を生成する工程は、該期待信号を前記複数の位相変調信号の関数として生成する工程を含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記期待信号を生成する工程は、特定の方向から該期待信号を生成する工程を含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】
前記期待信号を生成する工程は、複数の方向から複数の期待信号を生成する工程を含み、前記組み合わせ信号を相関させる工程は、該組み合わせ信号を、複数の方向からの該複数の期待信号の各々と相関させて複数の相関信号を形成する工程を含む、請求項６２の方法。
【請求項６４】
前記組み合わせ信号を前記期待信号と相関させる工程は、該組み合わせ信号を該期待信号と相互相関させて相互相関信号を形成する工程を含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６５】
前記組み合わせ信号を前記期待信号と相関させる工程は、第２の期間毎に第１の期間の間、該組み合わせ信号を該期待信号と相関させることを繰り返す工程を含み、該第２の期間は該第１の期間より短い、請求項６０に記載の方法。
【請求項６６】
前記相関信号を相関信号メモリに保存する工程と、
該相関信号を分析する工程と
をさらに含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６７】
複数の受信要素を有する受信器において信号を受信するための方法であって、
該複数の受信要素において送信信号を受信して複数の受信要素信号を形成する工程と、
該送信信号の方向と独立な複数の位相変調信号を生成する工程と、
該複数の受信要素信号の各々を、前記複数の任意の位相変調信号のうちの異なるものを用いて位相変調して複数の位相変調された信号を形成する工程と
を含む方法。
【請求項６８】
前記位相変調信号は、任意の位相変調信号である、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記任意の位相変調信号は、非相関ランダム位相変調信号である請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記複数の位相変調された信号を組み合わせて組み合わせ信号にする工程をさらに含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項７１】
前記組み合わせる工程は、前記複数の位相変調された信号を足し合わせて前記組み合わせ信号にする工程を含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
前記組み合わせ信号から前記送信信号を検出する工程を含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７３】
前記検出された送信信号から情報を抽出する工程を含む、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
期待信号を生成する工程と、
前記組み合わせ信号を前記期待信号と相関させて相関信号を形成する工程と
をさらに含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７５】
期待信号を生成する工程は、該期待信号を、前記複数の位相変調信号の関数として生成する工程を含む、請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】
前記期待信号を生成する工程は、特定の方向から該期待信号を生成する工程を含む、請求項７４に記載の方法。
【請求項７７】
前記期待信号を生成する工程は、複数の方向から複数の期待信号を生成する工程を含み、前記組み合わせ信号を相関させる工程は、該組み合わせ信号を、複数の方向からの該複数の期待信号の各々と相関させて複数の相関信号を形成する工程を含む、請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
前記組み合わせ信号を前記期待信号と相関させる工程は、該組み合わせ信号を該期待信号と相互相関させて相互相関信号を形成する工程を含む、請求項７４に記載の方法。
【請求項７９】
前記組み合わせ信号を前記期待信号と相関させる工程は、第２の期間毎に第１の期間の間、該組み合わせ信号を該期待信号と相関させることを繰り返す工程を含み、該第２の期間は該第１の期間より短い、請求項７４に記載の方法。
【請求項８０】
前記相関信号を相関信号メモリに保存する工程と、
該相関信号を分析する工程と
をさらに含む、請求項７４の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の技術分野）
本発明は、無線通信ネットワーク、およびさらに詳しくは無線通信ネトワークにおける空間分割多重アクセス（ＳＤＭＡ）に関する。
【０００２】
（発明の背景）
無線通信サービスは、ますます一般的な通信形式になってきており、かつ無線サービスの需要は増大し続けている。無線サービスの例は、携帯電話、無線インターネットサービス、無線ローカルエリアコンピュータネットワーク、衛星通信ネットワーク、衛星テレビおよびマルチユーザページングシステムを含む。しかし残念ながら、これらの通信システムは、実用上の観点から、またはしばしばあるように行政の規制により制限された周波数スペクトルに限定される。これらのシステムのユーザー数の最大値または「容量」に達すると、（１）無線サービスに対してより広い周波数スペクトルを割り当てること、または（２）割り当てられた周波数スペクトルをより効率的に使用することのいずれかによって、より多くのサービスに対するユーザーの要求は満たされ得る。周波数スペクトルが制限されていてユーザーの要求に答え得ないので、割り当てられた周波数スペクトルをより効率的に使用する新技術が切実に求められている。
【０００３】
一般に無線通信システムは、１つまたは複数のベースステーションから構成されており、それを介して無線のユーザー、例えば携帯電話のユーザーは、電話ネットワークなどの通信ネットワークにアクセスすることができる。ベースステーションは、ローカルエリアにおいて固定されたかまたは移動する複数の無線のユーザーにサービスを提供する。システムの容量を増加させるために、サービスプロバイダーはより多くのベースステーションを設置して、各ベースステーションの対象とする範囲およびユーザー数を減らし得る。このアプローチにより、より多くのスペクトル周波数バンドを割り当てることなくシステムの容量が増加するが、相当により多くのハードウエアが必要なので大分コスト高になる。
【０００４】
周波数スペクトルのより効率的な使用への別のアプローチは、「多重アクセス」技術を改良することによるものである。多重アクセス技術によって、複数のユーザーが互いに干渉しあわないように割り当てられた周波数スペクトルを共有できる。最も一般的な多重アクセス方式は、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）、時間分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、コード分割多重分割（ＣＤＭＡ）およびより最新の空間分割多重アクセス（ＳＤＭＡ）である。
【０００５】
ＦＤＭＡは、割り当てられた周波数バンドを複数の周波数チャンネルに細分する。各ユーザーは、異なる周波数チャンネル上で信号を送信および受信して他のユーザーとの干渉を避ける。１ユーザーが割り当てられた周波数チャンネルをもはや必要としなくなったときは、その周波数チャンネルは他のユーザーに割り当てられる。
【０００６】
ＴＤＭＡの場合は、複数のユーザーが共通の周波数チャンネルを共有し得るが、各ユーザーはその共通の周波数チャンネルを異なる時間に使用する。換言すれば、各ユーザーはタイムスロットを割り当てられ、それを使って送信および受信し得る。このように、ＴＤＭＡによって複数のユーザーが利用可能なタイムスロットにインターリーブ（時差的に組み込まれる）される。
【０００７】
ＣＤＭＡによると、コード化変調方式を使うことによって複数のユーザーは共通の周波数チャンネルを共有できる。ＣＤＭＡは、複数のユーザーの各々に異なるコードを割り当てる。ユーザーは地域コードに基づいた広帯域コード化パルス列によってディジタル信号を変調し、その変調されたコード信号を送信する。ベースステーションは、その変調されたコードを認識することによってユーザーの送信を検出する。
【０００８】
ＳＤＭＡの場合、システムは所望のユーザーの信号を、その信号の到着する方向または空間的特性によって他の信号から分離し得る。これは時に「空間的フィルタリング」と称される。このようにして、２ユーザーが同時に同じ周波数で送信していても、両ユーザーからの送信信号は異なる方向から到着しているので、ベースステーションは両者を識別することができる。ＳＤＭＡをＦＤＭＡ，ＴＤＭＡ，ＣＤＭＡと組み合わせて使うこともできる。
【０００９】
従来のＳＤＭＡ受信器は複数の受信要素のアレイを必要とする。さらに、従来のＳＤＭＡ受信器は、受信要素アレイと協働して特定の方向を「指向」する「ビーム」を形成する一群の位相シフターのバンク（列、群）を使用する。一般的に、各ビームが異なる方向、すなわち異なるユーザーに向けられている多重ビームを形成することが、より望ましい。ビームの数が多ければ多いほど、ＳＤＭＡは同じ周波数で同時に操作するますます多くの同時ユーザーを取り扱うことができる。しかし、ビームの数が多ければ多いほど、ＳＤＭＡ受信器はますます複雑になる。例えば各ビームは、信号トラッキングを実行する位相シフターと回路の単独のバンクを必要とする。そのうえ、各ビームは、各受信要素から受け取った信号を結合して「組み合わせ信号」を形成する単独の「信号コンバイナ」を必要とすることがある。さらに、各組み合わせ信号は、単独の信号検出器を必要とすることがあり、その検出器はユーザーから送信信号を検出する。このハードウエアの複雑さはＳＤＭＡ受信器のコストを大きく増加させる。
【００１０】
周知のアルゴリズムを用いれば、ハードウエアの複雑さは、信号処理ソフトウエアにおいて位相シフティング、信号トラッキング、信号結合、および信号検出を実行することによって低減され得る。しかし、現在の信号処理技術では、同じ周波数で同時に送信された複数の信号を、特に「多重パスィング」（ｍｕｌｔｉｐａｔｈｉｎｇ）環境において同定し追跡することが困難である。多重パスィング環境とは、送信信号が複数の経路を通って受信器に到達し得る環境である。例えば、送信された一つの信号は、（１）直接、および（２）物体で反射した後間接的に受信器に到達し得る。多重パス（ｍｕｌｔｉｐａｔｈ）信号も、上記と同じようにして、従来のＳＤＭＡ受信器の複雑さをさらに複雑にし得る。
【００１１】
したがって、複数の方向から同時に受信し、かつ受信器のハードウエアまたはソフトウエアの複雑さを同じように増加させることなく、多重パス環境の中で
動作することのできる改良されたＳＤＭＡ受信器を提供する必要がある。
【００１２】
（発明の要旨）
要旨およびそれに続く詳細説明は、本願発明の範囲を限定するものではない。両者は、当業者がその発明を実施することを可能にするための例および説明を与える。
【００１３】
本発明と一致する方法およびシステムは、等方性よりも重要であり得るパワーゲインを伴って偏波独立等方性受信を達成し得る多重要素受信信号アレイを組み込み得る。そのような方法およびシステムは、同じかまたは異なる搬送周波数を有する複数の信号を受信し、その信号を識別し、その到着方向を確定し得る。
【００１４】
本発明と一致する方法およびシステムは、複数の受信要素を有する受信器の中に複数の送信信号を受信し、ここで各送信信号は異なる空間位置を有する。そのような方法およびシステムは、その複数の受信要素の中にその複数の送信信号を受信して複数の受信要素信号を形成し、その複数の受信要素信号から導かれた組み合わせ信号を形成し、かつその組み合わせ信号からその異なる空間位置によってその複数の送信信号を検出する。
【００１５】
これを達成するために、本発明と一致する方法およびシステムは、任意のまたは相関のないこともあり得る複数の位相変調信号を発生させ、そして、その複数の受信要素信号のそれぞれを、その位相変調信号のうちの異なる一つの信号を用いて位相変調させて複数の位相変調された信号を形成する。つぎに、そのような方法およびシステムは、その複数の位相変調された信号を組み合わせて一つの組み合わせ信号にし、期待信号を発生させ、その組み合わせ信号をその期待信号と相関させて相関信号を形成する。つぎに、そのような方法およびシステムは、その相関信号を相関信号メモリに保存し、その相関信号を分析して、検出された送信信号から情報を抽出する。
【００１６】
（発明の詳細な説明）
（概観）
本発明の実施形態についての以下の記載は、添付した図面を参照する。適切な位置の場合には、異なる図面中の同一の参照番号は同一のまたは同様の要素を指す。
【００１７】
本発明と一致する方法およびシステムは、無線システムにおける従来のＳＤＭＡ受信器のハードウエアおよびソフトウエアの複雑さを克服する。そのような方法およびシステムは、複数の受信エレメントで受信要素アレイを構成する。その無線システムの複数のユーザーは複数の信号を送信し、各信号はその受信要素アレイに関連した異なる方向または空間位置を有する。例えば、そのユーザは携帯電話のユーザである。
【００１８】
その受信要素アレイは、その複数の受信要素の中にその複数の送信信号を受信して複数の受信要素信号を形成する。そのような方法およびシステムは、その複数の受信要素信号から導かれた単一の組み合わせ信号を形成し、その複数の送信信号の各々をその異なる空間位置に基づいて、その単一の組み合わせ信号から検出し得る。このようにして、そのような方法およびシステムは、位相シフタの複数のバンク、複数の信号コンバイナあるいは複数の信号検出器を必要としない。そのかわりに、そのような方法およびシステムは、各ユーザからの各信号に対する異なる組み合わせ信号を形成することおよび各組み合わせ信号から信号を検出することとは異なって、複数のユーザからの信号をその異なる空間位置に基づいて単一の組み合わせ信号から検出し得る。
【００１９】
このことを達成するために、本発明と一致する方法およびシステムは、任意のまたは相関のない位相変調信号であり得る複数の位相変調信号を発生させ、その複数の受信要素信号の各々をその位相変調信号の異なるひとつの信号で位相変調して、複数の位相変調された信号を形成する。つぎに、そのような方法およびシステムは、その複数の位相変調された信号を組み合わせて組み合わせ信号にし、期待信号を発生させ、その組み合わせ信号をその期待信号と関係づけて相関信号を形成する。期待信号は、ユーザの方向から期待される組み合わせ信号であり、位相変調信号およびユーザの方向の関数であり得る。つぎに、そのような方法およびシステムは、相関信号メモリにその相関信号を保存し、その相関信号を分析してユーザからの信号の中の送信された情報を抽出する。
（実施の詳細）
本発明に一致する方法およびシステムは、送信信号を複数の受信要素を有する受信器の中に受信する。図１は、本発明に一致する受信器１００のブロック線図である。受信器１００は、複数の受信要素を有するアレイ１、変調信号生成器８、信号変調器９、信号コンバイナ１０、受信器構成メモリ６、受信器計算器７、信号メモリ１２、信号相関器１１、信号ルータ１４、複数の信号メモリ１５、および信号プロセッサ１２０を含む。受信器１００は、上に特に述べられていないその他の構成要素、例えばフィルター、ミキサー、増幅器および電源を含み得る。これらの構成要素の位置は、当業者の好みによって変わり得る。
【００２０】
図２は、本発明と一致する、環境２００の図であり、その環境の中で受信器
１００は動作し得る。環境２００の中で、リモート送信器Ａおよびリモート送信器Ｂは、リモート送信器空間２０２からそれぞれ信号２および信号３を送信し得る。リモート送信器ＡおよびＢは、例えば携帯電話であり得る。
【００２１】
送信信号２および送信信号３はアレイ１に当たり、その複数の要素が送信信号２および送信信号３を受信して複数の受信要素信号を形成する。その複数の受信要素信号は（ライン１０２経由で）信号変調器９へ伝達されるが、このことは以下に詳しく述べられる。
【００２２】
本発明と一致する方法およびシステムは、複数の位相変調信号を生成する。変調信号生成器８は、アレイ１の受信要素のために位相変調信号を生成する。
これらの位相変調信号は、任意または非相関であり得る（１未満の相関）。その非相関の位相変調信号は、実質的に非相関またはほんの僅かに非相関であり得る。例えば、その非相関のランダム位相信号は、１未満で０．７５より大、０．７５以下で０．５０より大、０．５０以下で０．２５より大、０．２５以下で０以上の相関を有し得る。一方、これらの信号のいくつかまたはすべては、十分に相関があるかあるいは同一でさえあり得る。その位相変調信号は、アレイ１の要素の幾何学的配列と関係づけられていないかまたはそれに依存していることもあり得るかのいずれでもよい。その位相変調信号はその送信信号の方向から独立であり得る。
【００２３】
図３Ａは、アレイ１のいくつかの要素のための位相変調信号の例の図である。図３Ａに示されるように、変調信号生成器８は、１番目の受信要素のための１番目の位相変調信号３０２に対する持続時間Ｔｃに対する位相φ１１を生成する。つぎに、変調信号生成器８は、１番目の位相変調信号３０２に対する持続時間Ｔｃに対する位相φ１２を生成する。これは続いていくが、図ではＮ周期のＴｃを示すだけである。ここでＴｃは１「チップ」の周期である。アレイ１の各要素に対する位相シフトφの許容値は、０ラジアンから２πラジアンまで連続的に変わり得るか、または例えば０ラジアンやπラジアンのような有限個の値に限定され得る。位相シフトφのための有限個の値が使用されるならば、各要素は異なる許容値を割り当てられ得る。
【００２４】
同じプロセスが、２番目の受信要素のための２番目の位相変調信号に対して起こる。図３Ａに示されるように、変調信号生成器８は、２番目の位相変調信号３０４に対する位相φ２１およびφ２２をそれぞれ持続時間Ｔｃに対して生成する。
このプロセスは、第３の位相変調信号３０６を伴う第３の受信要素からＪ番目の位相変調信号３０８を伴うＪ番目の受信要素まで同様に繰り返される。ここで、Ｊはアレイ１の中の全受信要素数である。位相変調信号は、信号変調器９へ出力される。変調信号生成器８は受信器計算器７へも位相変調信号を出力するが、これは以下に詳しく述べられる。位相はランダムであり得るが、受信器１００には既知である。
【００２５】
本発明と一致する方法およびシステムは、複数の受信要素信号の各々を位相変調信号の一つを用いて位相変調して複数の位相変調された信号を形成する。このようにして、信号変調器９は、変調信号生成器８によって生成された位相変調信号の一つを用いて各要素信号を位相変調または「チップ化する」。図３Ｂは、本発明と一致する位相変調された信号の図である。図３Ｂに示されるように、１番目の受信要素の位相変調された信号３１０の１番目のチップは、位相変調信号３０２の１番目の位相であるφ１１だけ位相シフトされている以外は１番目の受信要素信号に等しい。同様に、位相変調された信号３１０の２番目のチップは、位相変調信号３０２の２番目の位相であるφ１２だけ位相シフトされている以外は１番目の受信要素信号に等しい。同様にして、２番目の受信要素信号からＪ番目の受信要素信号まで位相変調されて、２番目の位相変調された信号３１２からＪ番目の位相変調された信号３１６までを形成する。
【００２６】
位相変調された信号３１０〜３１６は、信号変調器９から信号コンバイナ１０へ（ライン１０４を経由して）出力される。本発明と一致する方法およびシステムは、複数の位相変調された信号を組み合わせて組み合わせ信号３１８にする。このようにして、信号コンバイナ１０は、位相変調された信号を組み合わせて組み合わせ信号３１８にする。一実施形態では、信号コンバイナ１０は、複数の位相変調された信号をチップ毎に足し合わせて組み合わせ信号３１８を形成する。例えば、１番目の位相変調された信号３１０からＪ番目の位相変調された信号３１６までのすべての１番目のチップは、足し合わされて組み合わせ信号の１番目のチップ３２０を形成し、位相変調された信号３１０からＪ番目の位相変調された信号３１６までのすべての２番目のチップは、足し合わされて組み合わせ信号の２番目のチップ３２２を形成する等々。組み合わせ信号３１８の各チップは、レイリー密度関数に従うベクトルの大きさを有し得るし、かつランダム位相角を有し得る。組み合わせ信号３１８は、信号コンバイナ１０から信号相関器１１へ（ライン１０６を経由して）出力される。
【００２７】
本発明と一致する方法およびシステムは、期待信号を生成する。期待信号は、もし変調されていない搬送波がアレイ１に関連して特別な方向から送信された場合、組み合わせ信号３１８がそうであると期待される信号である。
受信器計算器７は、期待信号を計算する。例えば、図２を参照すると、受信器計算器７は、送信器Ａの方向からの搬送波に対する期待信号を生成させ得る。受信器計算器７は、期待信号を計算するために、変調信号生成器８および受信器構成メモリ６からの情報を入力する。受信器構成メモリ６は、信号コンバイナ１０の中で組み合わされる前の受信要素信号および位相変調された信号の振幅、位相、および偏波に影響する情報を与え得る。この情報は、送信信号２および３の搬送波周波数、それらの推定された方向、アレイ１内部の受信要素の構成およびその要素の送信ライン長さを含み得る。変調信号生成器８は、位相変調信号３０２〜３０８内部の各チップの相対的位相を与える情報を提供し得る。受信器計算器７は、期待信号を計算し、一時的な保存のために信号メモリ１２へ出力する。期待信号は、信号メモリ１２から出力されて信号相関器１１へ入力される。送信信号の偏波は、組み合わせ信号の位相と大きさに影響し得るので、受信器計算器７は、送信信号の仮定された偏波に基づいて期待信号を計算し得る。
【００２８】
本発明と一致する方法およびシステムは、組み合わせ信号３１８を期待信号と相互相関させて相関信号を形成する。信号相関器１１は、組み合わせ信号３１８および期待信号を入力し、かつその二つの信号を関係づける。一実施形態では、信号相関器１１は、組み合わせ信号３１８の対応するＮ個の連続するチップと期待信号を相互相関させる。この実施形態では、Ｎの値は５０であり得る。信号相関器１１は、組み合わせ信号３１８のＮ個の新しいチップ（または、時間周期ＮｘＴｃ）が相関器１１に入る度に、組み合わせ信号３１８と期待信号の間に新しい相互相関を実行し得る。新しい相関が実行される度に、受信機器計算器７は、期待信号を更新して次のＮ個のチップを含み、かつ例えばＮの値が５０であり続けられ得るように前のチップを消去し得る。信号相関器１１は、組み合わせ信号３１８と期待信号の相互相関の尺度である出力を生成する。図２の例では、もし組み合わせ信号３１８と相互に関係づけられている期待信号が送信器Ａの方向からのそれであるならば、信号相関器１１は、遠隔の送信器Ａの方向を「指向している」受信器１００のための相関信号である出力を生成する。相関信号は信号ルータ１４への出力である。
【００２９】
本発明と一致する方法およびシステムは、複数の方向から期待信号を生成させ、かつ組み合わせ信号３１８を複数の期待信号と関係づけて複数の相関信号を形成し得る。例えば、図２を参照すると、受信器計算器は、送信器Ａの方向からの搬送波に対する期待信号、および送信器Ｂの方向からの同一のまたは異なる周波数の搬送波に対する期待信号を生成させ得る。このようにして、受信器１００は、一度に複数（Ｍ）の方向を同時に「指向」し得る。受信器計算器７は、Ｍ個の期待信号を生成させ得る。信号相関器１１は、Ｍ個の期待信号を組み合わせ信号３１８と相互相関させてＭ個の相関信号を形成し得る。各相関信号は、一つの特定の方向を「指向している」受信器１００のための検出信号である。Ｍ個の相関信号は、信号ルータ１４への（ライン１０８を経由した）出力である。
【００３０】
本発明と一致する方法およびシステムは、相関信号メモリ１５の中にＭ個の相関信号を保存し、その相関信号を分析する。信号プロセッサ１２０を使って、例えば音声やその他のデータのような情報が、相関信号から抽出される。信号ルータ１４は、Ｍ個の相関信号の各々を数個の信号メモリユニット１からＭへそれぞれ送る。信号メモリユニット１からＭは、割り当てられた方向１〜Ｍからの連続する相関信号をそれぞれ格納する。
【００３１】
処理が十分に高速ならば、受信器１００は、多くの方向からの信号を同時に処理および検出し得る。あるいは、信号メモリ１〜Ｍは、送信器ＡまたはＢなどの異なる個々の送信器に対する相関信号を保存する。これは、送信器が移動式であって、それ故に受信器１００に関して常に方向を変えている場合に有用である。この場合、移動式送信器のための期待信号を確立するために受信器計算器７によって使用される方向は、現在の送信器の位置に対応するように連続的に更新される。
【００３２】
アレイ１は、方向特性を有しなくてもよいが、むしろ等方的（全方向性）であり得る。位相変調信号の任意の関係は、送信信号の到着方向に関係なく、Ｎチップの組み合わせ信号ブロックに受信器の内部で同じ平均エネルギーを与え得る。アレイ１および受信器１００はまた、より制限された送信器空間の内部で、送信信号に関して等方的であるように設計され得る。
【００３３】
図４は、本発明に一致する空間分割多重アクセス受信のためのプロセス４００のフロー図である。まず、本発明と一致する方法およびシステムは、複数の受信要素の中で、送信信号を受信して複数の受信要素信号を形成する（ステップ４０２）。つぎに、そのようなシステムは、複数の位相変調信号を生成し（ステップ４０４）、そして複数の受信要素信号の各々を位相変調信号の異なる一つの信号を用いて位相変調して、複数の位相変調された信号を形成する（ステップ４０６）。つぎに、そのような方法およびシステムは、複数の位相変調された信号を組み合わせて組み合わせ信号にする（ステップ４０８）。つぎに、そのような方法およびシステムは、期待信号を生成し（ステップ４１０）、組み合わせ信号３１８を期待信号と相互相関させて相関信号を形成する（ステップ４１２）。つぎに、そのような方法およびシステムは、相関信号を相関信号メモリに保存して相関信号を分析する（ステップ４１４）。
【００３４】
（期待信号偏波）
一般に、送信信号の偏波は、期待信号に影響し得る。送信信号の偏波があらかじめ分かっているならば、受信器計算器７は期待信号を計算するときにこの値を使用し得る。偏波の値があらかじめ分かっていないならば、受信器計算器７は数個のオプションを有する。一つのオプションは、偏波に対してある値を仮定し、この仮定された値に基づいて期待信号を計算することである。このオプションでは、仮定された偏波に一致する送信信号の偏波成分が検出される。
【００３５】
もう一つのオプションは、受信器計算器７が２つの期待信号を計算することである。１番目の期待信号は、前と同じように仮定された偏波に基づいて計算され、２番目の期待信号は、１番目の偏波に垂直な（直交する）偏波に基づいて計算される。送信信号は、組み合わされた信号を１番目および２番目の期待信号と別々に相関させ、２つの相関信号を形成することによって検出される。これらの２つの相関信号は、送信信号から情報を抽出するために、個別に処理されるか、または信号プロセッサ１２０によって組み合わされ得る。
【００３６】
さらに別のオプションは、前と同じように２つの期待信号を計算することであって、１番目の期待信号は仮定された偏波に基づいて、２番目の期待信号は垂直（直交）偏波に基づいて計算される。このオプションでは、２つの期待信号は足し合わされ、またはそうでない場合は組み合わされて３番目の期待信号を形成する。送信信号は、組み合わされた信号を３番目の期待信号と相関させることによって検出される。送信信号の偏波にかかわらず、このオプションでは３番目の期待信号とよい相関がある。
【００３７】
当業者によって考案されたこれらの技術は、他の技術とともに、直線状、円形状または楕円形状などの任意のタイプの偏波特性を有する送信信号から情報を検出および抽出する。
【００３８】
（プロセシングゲイン）
本発明と一致する方法およびシステムは、複数の位相変調信号を生成し得、そこで位相変調信号はチップ化速度を有し、かつそのチップ化速度は送信信号の変調速度を超える。一つの実施形態では、信号変調器９は、受信した要素信号を、送信信号の最高変調周波数の周期の少なくとも１００倍の速度で連続的にチップ化し得る。このチップ化速度は、信号相関器１１（一つの実施形態では、一度に５０チップのブロックを処理する）が任意の搬送波に加えられた変調信号の半サイクルまたは半波以下を含むことを可能にし、そのようにして最小ナイキストサンプリング速度を満足する。このようにして、一つの実施形態において、最高変調速度の少なくとも１００倍のチップ化速度における５０個のチップの相関長さは、最高ナイキストサンプリング間隔に対応する。これは、任意の搬送波から変調情報を完全に回収することを可能にする。５０以外のＮの値は可能であり、最小ナイキスト速度を満たすことは、異なるチップ化速度を生じ得る。
【００３９】
ライン１０６（図１）上の組み合わせ信号３１８（図３Ｂ）の中の各チップの振幅と位相は、送信信号がアレイ１の受信要素に到着する角度に依存し得る。受信器計算器７は、異なる方向から到着する信号を識別するために、組み合わせ信号３１８の中に存在し得る期待されたチップの振幅および位相のパターンを、各方向に対して予期および計算する。各方向に対して、信号相関器１１は期待されたチップパターン即ち期待信号を組み合わせ信号３１８と相互相関させる。信号メモリ１２の中には、Ｋ個の異なる方向からのＫ個の期待されたチップパターンが存在する。一つの実施形態では、上述のようにＫはＭに等しい。
【００４０】
信号相関器１１は、同時に一緒に処理された組み合わせ信号３１８の中にプロセシングゲイン
【００４１】
【数１】
2004533729.tif 000003
を有し得る。ここで、Ｎはチップの数である。そのＮ個のチップは持続時間Ｔのブロックを形成する。記述された相互相関は、組み合わせ信号３１８とＫ個の期待信号の間にある。
【００４２】
一つの実施形態では、プロセシングゲインに対する値は、以下のように確立される。Ｎ個のチップを含む組み合わせ信号のブロック（１番目のチップの開始時間ｔ１からＮ番目のチップの終了時間ｔ１＋Ｔまでの時間間隔にわたる）は、つぎの相関エネルギー式を有する。
【００４３】
【数２】
2004533729.tif 000004
ここに
【００４４】
【数３】
2004533729.tif 000005
はＮ個のチップを含む組み合わせ信号３１８であり、
【００４５】
【数４】
2004533729.tif 000006
はＮ個のチップを含む対応するＫ番目の期待信号である。
【００４６】
【数５】
2004533729.tif 000007
および
【００４７】
【数６】
2004533729.tif 000008
の各チップは、平均２乗値αＲ２およびαＥＫ２をそれぞれ有し、かつ平方自乗平均（ｒｍｓ）値αＲおよびαＥＫをそれぞれ有する。それらは、ランダム位相および期待された大きさの値
【００４８】
【数７】
2004533729.tif 000009
および
【００４９】
【数８】
2004533729.tif 000010
をそれぞれ備えたレイリー密度関数と一致する本質的にランダムなベクトルであり得る。これらの本質的にランダムなベクトルの各々は、信号コンバイナ１０へ入力される位相変調された信号の中のランダムな位相チップの和から構成され得る。位相シフト項ｅ＋ｊθは、組み合わせ信号ブロックの全てのチップに等しく適用し得る。ここで、パラメータθは各々の処理された組み合わせ信号に対する相関出力を最大にするように選ばれ得る。送信信号が、ＱＰＳＫの場合のように位相変調される無線システムでは、パラメータθは相関信号の一部であって、かつ搬送波の位相情報を導くために使用し得る。送信信号が振幅変調されるシステムでは、相互相関の大きさは、相関信号の一部であって、かつ搬送波の振幅情報を導くために使用し得る。
【００５０】
十分に相関づけられたＮチップの相関エネルギーの大きさは、
【００５１】
【数９】
2004533729.tif 000011
であり、ここで、Ｔは組み合わせ信号ブロックの持続時間であり、Ｔ／Ｎは単一のチップの時間間隔またはＴｃである。
【００５２】
一方、組み合わせ信号のチップブロックが、対応する期待信号のチップブロックに関してランダム、即ちそれらが相関づけられていないならば、Ｎチップの相関エネルギーの大きさは、
【００５３】
【数１０】
2004533729.tif 000012
である。この場合、Ｎ個の組み合わせ信号ベクトル（チップ）は、対応するＮ個の期待信号ベクトル（チップ）に関してランダムな位相を有し得る。Ｎ個のランダムベクトル（ｒ．ｍ．ｓ．値αＲを備えた）の和は、２次元のガウシアン（ｒ．ｍ．ｓ．値
【００５４】
【数１１】
2004533729.tif 000013
を備えた）である。この２次元ガウシアン密度関数は、レイリー密度関数としても記述され得る。
【００５５】
プロセシングゲインに対する値は、十分相関のある信号
【００５６】
【数１２】
2004533729.tif 000014
および非相関の信号
【００５７】
【数１３】
2004533729.tif 000015
に対する相関器出力の比を取ることによって見出される。
【００５８】
当業者は、このシステムに対する多数の変形が存在することを認めている。例えば、本発明と一致する方法およびシステムは、電磁信号だけでなく音響信号の場合にも機能し得る。例えば、送信信号は、水中を伝わった音響信号であり得るし、受信器要素信号、組み合わせ信号および期待信号はすべて受信器およびプロセッサの中で音響信号を表現し得る。そのようなシステムは、海中データリンクあるいは任意のタイプの音響信号検出に備え得る。そのようなシステムでは、アレイ１の受信要素は、音響センサである。
【００５９】
また、一般に、信号プロセッサが真正ランダム数よりむしろ擬ランダム数を生成し易く、それゆえ「ランダム」という語は「擬ランダム」を含む。それゆえ、変調信号生成器８は、擬ランダム位相変調信号を生成し得るし、信号変調器９は、擬ランダム位相変調された信号を生成し得る。これは、連続的に変化し得るかまたは有限個の値に限定される位相変調信号φにも当てはまる。
【００６０】
さらに、組み合わせ信号を期待信号と比較するために使われる技術は、ここでは相関と記述されているが、送信信号から大きさと位相情報を回収するための信号処理において周知の任意の適切な信号比較技術を利用し得る。
【００６１】
さらに、アレイ１は，多くの異なる形を取り得る。例えば、アレイ１は、平坦、球形、あるいは円筒形であり得る。それは、例えば飛行機または自動車の外形のような表面に一致し得る。
【００６２】
最後に、信号変調器９、信号コンバイナ１０、変調信号生成器８、信号メモリ１２、信号相関器１１、信号ルータ１４、受信器計算器７、受信器構成メモリ６および信号プロセッサ１２０によって実行される機能のすべてまたはいくつかは、必ずしもハードウエアではなくソフトウエアにおいて実施され得る。
【００６３】
本発明と一致する方法およびシステムは、実施形態に関して述べられてきたが、当業者は、添えられた請求項およびそれらの全範囲の同等事項において定義されるような本発明の精神および範囲から離れることなくなされ得る形式および詳細における様々な変化を理解する。
【００６４】
添付図面は、本明細書に記載されかつその一部を構成しているが、本発明の実施例を示す。そして、記述項目とともに本発明の利点および原理を説明する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明と一致する、受信器のブロック線図である。
【図２】
図２は、本発明と一致する、図１の受信器が動作し得る環境の図である。
【図３Ａ】
図３Ａは、本発明と一致する、図１に示されたような変調信号生成器によって  発生された位相変調信号の図である。
【図３Ｂ】
図３Ｂは、すべて本発明と一致する、図１に示されたような信号変調器によっ  て発生された位相変調された信号の図である。
【図４】
図４は、本発明と一致する、空間分割多重アクセス受信のためのプロセス
４００のフロー図である。
【図１】
2004533729.tif 000016
【図２】
2004533729.tif 000017
【図３Ａ】
2004533729.tif 000018
【図３Ｂ】
2004533729.tif 000019
【図４】
2004533729.tif 000020
【国際公開パンフレット】
2004533729.tif 000021
2004533729.tif 000022
2004533729.tif 000023
2004533729.tif 000024
2004533729.tif 000025
2004533729.tif 000026
2004533729.tif 000027
2004533729.tif 000028
2004533729.tif 000029
2004533729.tif 000030
2004533729.tif 000031
2004533729.tif 000032
2004533729.tif 000033
2004533729.tif 000034
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2004533729.tif 000047
2004533729.tif 000048
2004533729.tif 000049
2004533729.tif 000050
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004533729.tif 000051
【国際調査報告】
2004533729.tif 000052
2004533729.tif 000053
2004533729.tif 000054
2004533729.tif 000055