(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋内環境において周波数ホッピングを適用された信号を送信する方法であって、
第１バースト区間において第１送信アンテナから第１搬送波周波数で信号を送信するステップと、
前記信号と同じ信号をあらかじめ選択された時間だけ遅延させた後に、前記第１バースト区間において第２送信アンテナから前記第１搬送波周波数で送信するステップと、
前記第１バースト区間の後に、前記第１搬送波周波数から前記第２搬送波周波数へ搬送波周波数をホップするステップと、
第２バースト区間において前記第１送信アンテナから前記第２搬送波周波数で信号を送信するステップと、
前記信号と同じ信号を前記あらかじめ選択された時間だけ遅延させた後に、前記第２バースト区間において前記第２送信アンテナから前記第２搬送波周波数で送信するステップと、
を含み、
前記第１バースト区間と前記第２バースト区間との間で搬送波周波数に依存した位相変化達成され、該位相変化は、前記あらかじめ選択された時間に搬送波周波数を乗算することで得られた変化に等しく、かつ、前記あらかじめ選択された時間は、送信された前記信号のシンボル周期と同程度であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記信号はＴＤＭＡ信号であり、前記第１搬送波周波数及び前記第２搬送波周波数は比較的に狭帯域幅の周波数であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
屋内環境において、周波数ホッピングが適用され、単一の送信アンテナから送信された信号を受信する方法であって、
第１バースト区間において第１搬送波周波数で前記送信された信号を受信機の第１受信アンテナにより受信するステップと、
前記第１バースト区間において前記信号と同じ信号を前記第１搬送波周波数で前記受信機の第２受信アンテナにより受信するステップと、
前記第２受信アンテナにより受信された信号を、前記信号のシンボル周期と同程度であるあらかじめ選択された時間だけ遅延させるステップと、
前記第１受信アンテナにより受信された信号を、前記第２受信アンテナにより受信されて遅延された信号と合成して第１位相差を有する合成信号を発生するステップと、
第２バースト区間において第２搬送波周波数で送信された信号を前記受信機の前記第１受信アンテナにより受信するステップと、
前記第２バースト区間において前記信号と同じ信号を前記第２搬送波周波数で前記受信機の前記第２受信アンテナにより受信するステップと、
前記第２バースト区間において前記第２受信アンテナにより受信された信号を、前記あらかじめ選択された時間だけ遅延させるステップと、
前記第２バースト区間において前記第１受信アンテナにより受信された信号を、前記第２バースト区間において前記第２受信アンテナにより受信されて遅延された信号と合成して第２位相差を有する合成信号を発生するステップと、
を含み、
前記第１バースト区間と前記第２バースト区間との間で搬送波周波数に依存した位相変化が達成され、かつ、該位相変化は、前記あらかじめ選択された時間に搬送波周波数を乗算することで得られた変化に等しく、かつ、前記送信アンテナから送信された信号がＴＤＭＡ信号であることを特徴とする方法。
【請求項４】
屋内環境において周波数ホッピングを適用された信号を送信するシステムであって、
第１バースト区間において第１送信アンテナから第１搬送波周波数で信号を送信する手段と、
前記信号と同じ信号をあらかじめ選択された時間だけ遅延させた後に、前記第１バースト区間において第２送信アンテナから前記第１搬送波周波数で送信する手段と、
前記第１バースト区間の後に、前記第１搬送波周波数から前記第２搬送波周波数へ搬送波周波数をホップする手段と、
第２バースト区間において前記第１送信アンテナから前記第２搬送波周波数で信号を送信する手段と、
前記信号と同じ信号を前記あらかじめ選択された時間だけ遅延させた後に、前記第２バースト区間において前記第２送信アンテナから前記第２搬送波周波数で送信する手段と、
を含み、
前記第１バースト区間と前記第２バースト区間との間で搬送波周波数に依存した位相変化が達成され、該位相変化は、前記あらかじめ選択された時間に搬送波周波数を乗算することで得られた変化に等しく、かつ、前記あらかじめ選択された時間は、送信された前記信号のシンボル周期と同程度であることを特徴とするシステム。
【請求項５】
前記信号がＴＤＭＡ信号であることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
屋内環境において、周波数ホッピングが適用され、単一の送信アンテナから送信された信号を受信するシステムであって、
第１バースト区間において第１搬送波周波数で前記送信された信号を受信機の第１受信アンテナにより受信する手段と、
前記第１バースト区間において前記信号と同じ信号を前記第１搬送波周波数で前記受信機の第２受信アンテナにより受信する手段と、
前記第２受信アンテナにより受信された信号を、前記信号のシンボル周期と同程度であるあらかじめ選択された時間だけ遅延させる手段と、
前記第１受信アンテナにより受信された信号を、前記第２受信アンテナにより受信されて遅延された信号と合成して第１位相差を有する合成信号を発生する手段と、
第２バースト区間において第２搬送波周波数で送信された信号を前記受信機の前記第１受信アンテナにより受信する手段と、
前記第２バースト区間において前記信号と同じ信号を前記第２搬送波周波数で前記受信機の前記第２受信アンテナにより受信する手段と、
前記第２バースト区間において前記第２受信アンテナにより受信された信号を、前記あらかじめ選択された時間だけ遅延させる手段と、
前記第２バースト区間において前記第１受信アンテナにより受信された信号を、前記第２バースト区間において前記第２受信アンテナにより受信されて遅延された信号と合成して第２位相差を有する合成信号を発生する手段と、
を含み、
前記第１バースト区間と前記第２バースト区間との間で搬送波周波数に依存した位相変化が達成され、かつ、該位相変化は、前記あらかじめ選択された時間に搬送波周波数を乗算することで得られた変化に等しく、かつ、前記送信アンテナから送信された信号がＴＤＭＡ信号であることを特徴とするシステム。
【請求項７】
屋内環境において周波数ホッピングを行うディジタル通信システムの送信機であって、
周波数ホッピングを適用されたディジタル通信信号を発生する手段と、
前記信号を複数の異なるアンテナにより送信する際に、それぞれのアンテナから送信されるそれぞれの信号が位相差により他の信号から分離して送信する手段と、
を含み、
前記位相差は各ホッピング周波数ごとに変更され、かつ、前記異なるアンテナから一斉送信されるべき前記信号間の前記位相差による分離がベースバンドにおいて行われ、一斉送信されるべき前記信号が複数の分離された送信チェーンを通過せしめられることを特徴とする送信機。
【請求項８】
屋内環境において周波数ホッピングを行うディジタル通信システムの送信機であって、
周波数ホッピングを適用されたディジタル通信信号を発生する手段と、
前記信号を複数の異なるアンテナにより送信する際に、それぞれのアンテナから送信されるそれぞれの信号が位相差により他の信号から分離して送信する手段と、
を含み、
前記位相差は各ホッピング周波数ごとに変更され、かつ、前記位相差が、変調に先立って原信号のＩ波形および／またはＱ波形の回転による位相オフセットとして、送信されるべき信号へ導入されることを特徴とする送信機。
【請求項９】
屋内環境において周波数ホッピングを行うディジタル通信システムの送信機であって、
周波数ホッピングを適用されたディジタル通信信号を発生する手段と、
前記信号を複数の異なるアンテナにより送信する際に、それぞれのアンテナから送信されるそれぞれの信号が位相差により他の信号から分離して送信する手段と、
を含み、
前記位相差は各ホッピング周波数ごとに変更され、かつ、前記位相差が、表面弾性波（ＳＡＷ）素子により、送信されるべき信号へ導入されることを特徴とする送信機。
【請求項１０】
屋内環境において周波数ホッピングを行うディジタル通信システムの受信機であって、
周波数ホッピングを適用されたディジタル通信信号を、複数の異なるアンテナにより受信する手段と、
前記異なるアンテナのそれぞれからの受信信号を位相分離するためにそれぞれに遅延を導入する手段と、
を含み、
前記遅延は、シンボル周期と同程度であることを特徴とする受信機。
【請求項１１】
前記遅延が、表面弾性波（ＳＡＷ）素子により、前記受信信号へ導入されることを特徴とする請求項10に記載の受信機。
【請求項１２】
屋内環境において周波数ホッピングを行うディジタル通信システムの受信機において、
複数の受信信号を発生する複数のアンテナと、
前記受信信号の少なくとも１つの位相を、前記受信信号の受信された周波数と所定の遅延時間との積として得られた位相差だけオフセットし、位相オフセットされた少なくとも１つの位相オフセット信号を発生する手段と、
前記受信信号と前記位相オフセット信号とを組み合わせて、複合受信信号を発生する手段と、
前記複合受信信号を用い情報シンボルを検出する手段と、
を含み、前記所定の遅延時間は、シンボル周期と同程度であることを特徴とする受信機。
【請求項１３】
前記位相差が、表面弾性波（ＳＡＷ）素子により、前記受信信号へ導入されることを特徴とする請求項12に記載の受信機。
【請求項１４】
周波数ホッピングを行うディジタル通信システムにおいて実行される方法であって、
周波数ホッピングを行うディジタル通信信号を発生するステップと、
前記信号を複数の異なるアンテナにより送信するステップであって、それぞれのアンテナから送信されるそれぞれの信号が、ホップ周波数と所定の遅延時間との積として得られた位相差だけ位相オフセットすることで他の信号から分離されている、前記ステップと、
を含み、前記所定の遅延時間は、シンボル周期と同程度であることを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記異なるアンテナから一斉送信されるべき前記信号間の前記位相オフセットをベースバンドにおいて行うステップと、
一斉送信されるべき前記信号を複数の分離された送信チェーンを通過せしめるステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記位相オフセットが、変調に先立って前記信号のＩ波形および／またはＱ波形の回転により、送信されるべき信号へ導入されることを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項１７】
前記位相オフセットが、表面弾性波（ＳＡＷ）素子により、送信されるべき信号へ導入されることを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項１８】
屋内環境において周波数ホッピングを行うディジタル通信システムにおいて実行される方法であって、
周波数ホッピングが行われたディジタル通信信号を、複数の異なるアンテナにおいて受信するステップと、
前記複数の異なるアンテナの１つにおいて、前記通信信号の受信された周波数と所定の遅延時間との積として得られた位相差だけ位相遅延させるステップと、
前記位相遅延により分離された信号を合成することで、前記周波数ホッピングが行われた信号の有効コヒーレンス帯域幅を増大させるステップと、
を含み、前記所定の遅延時間は、シンボル周期と同程度であることを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記位相オフセットが、表面弾性波（ＳＡＷ）素子により、前記受信信号へ導入されることを特徴とする請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
複数の受信信号を発生するための複数のアンテナを有する、周波数ホッピングを行うディジタル通信システムの受信機において実行される方法であって、
前記受信信号の少なくとも１つの位相をホップ周波数と所定の遅延時間との積として得られた位相差だけオフセットし、少なくとも１つのオフセット信号を発生するステップと、
前記受信信号と前記オフセット信号とを組み合わせて、複合受信信号を発生するステップと、
前記複合受信信号を用い情報シンボルを検出するステップと、
を含み、前記所定の遅延時間は、シンボル周期と同程度であることを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記位相オフセットが、表面弾性波（ＳＡＷ）素子により、前記受信信号へ導入されることを特徴とする請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
屋内環境において、第１周波数の信号と、第２周波数のベースバンドにおける信号と、の間での周波数ホッピングを可能にすることを特徴とする方法であって、
第１送信アンテナから信号を送信するステップと、
第２送信アンテナから同じ信号を、該信号をあらかじめ選択された位相差だけ位相遅延させた後に送信するステップであって、前記第１および第２送信アンテナから送信される信号間の前記位相差に相当する遅延時間が、前記信号のシンボル周期と同程度である、前記ステップと、
前記第１および第２送信アンテナから送信した信号を受信機において受信するステップと、
前記第１周波数から前記第２周波数へ送信の周波数をホップするステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記送信される信号がＴＤＭＡ信号であり、比較的に狭いシステム帯域幅内において、第１周波数の信号と、第２周波数の信号と、の間での周波数ホッピングを可能にすることを特徴とする請求項22に記載の方法。
【請求項２４】
屋内環境において、第１周波数の信号と、第２周波数の信号と、の間での周波数ホッピングを可能にするシステムであって、
第１送信アンテナから信号を送信する手段と、
第２送信アンテナから同じ信号を、該信号をベースバンドにおいてあらかじめ選択された位相差だけ位相遅延させた後に送信する手段であって、前記第１および第２送信アンテナから送信される信号間の前記位相差に相当する遅延時間が、前記信号のシンボル周期と同程度である、前記手段と
前記第１および第２送信アンテナから送信した信号を受信機において受信する手段と、
前記第１周波数から前記第２周波数へ送信の周波数をホップする手段と、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２５】
前記位相差は、前記送信されるべき信号の周波数と前記遅延時間との積として得られた位相差であることを特徴とする請求項24に記載のシステム。
【請求項２６】
前記あらかじめ選択された時間は、５０ナノ秒ないし１００ナノ秒であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記あらかじめ選択された時間は、５０ナノ秒ないし１００ナノ秒であることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項２８】
前記位相差は、５０ナノ秒ないし１００ナノ秒の遅延時間に相当する位相差であることを特徴とする請求項７に記載の送信機。
【請求項２９】
前記遅延は、５０ナノ秒ないし１００ナノ秒であることを特徴とする請求項10に記載の受信機。
【請求項３０】
前記遅延時間は、５０ナノ秒ないし１００ナノ秒であることを特徴とする請求項12に記載の受信機。
【請求項３１】
前記遅延時間は、５０ナノ秒ないし１００ナノ秒であることを特徴とする請求項14、18、20、22のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記遅延時間は、５０ナノ秒ないし１００ナノ秒であることを特徴とする請求項24に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
本発明は、無線システムに関し、特に、信号伝搬の閉領域におけるフェージングの影響を減少させる技術としての周波数ホッピングの効率の改善に関する。
関連技術の歴史
無線伝送問題
移動局が基地局から受信する信号の品質は、無線信号の通信への使用において固有の自然現象により時々刻々と影響を受ける。無線受信に関連するたいていの問題に共通する要因は、受信における所望の信号が、熱雑音と比較して、または妨害信号と比較して、弱過ぎることである。妨害信号は、受信機により所望信号と同じチャネルにおいて受信される望ましくない信号であることを特徴とする。
利用可能な帯域幅内の全ての周波数が、セルラグリッド（ｃｅｌｌｕｌａｒｇｒｉｄ）の至る所で再使用されているセルラ無線システムの場合には、無線システムの効率は、一般に熱雑音よりもむしろ受信される妨害無線信号の量により制限される。
無線システム内において受信信号の品質を制限するように生じる１つの現象は、経路損失である。送信アンテナと受信アンテナとの間に障害物がない時でも、受信信号は、基地局と移動局との間の距離の増大により次第に弱くなる。受信信号電力は、送信アンテナと受信アンテナとの間の距離の、２乗と４乗との間のどこかの値に反比例する。
ビルディングのような物体が存在する環境において用いられる移動体無線システムにおけるもっと一般的な伝送問題は、ログノーマルフェージング（ｌｏｇ−ｎｏｒｍａｌ  ｆａｄｉｎｇ）の問題である。この現象は、移動局および基地局の送信アンテナと受信アンテナとの間に位置する、ビルディングや丘のような自然障害物により発生する陰影効果の結果として生じる。移動局がその環境内を動き回る時、受信信号強度は、その瞬間に送信アンテナと受信アンテナとの間に存在する障害物のタイプの関数として増減する。「ログノーマル」という用語は、受信信号強度の対数が、ある平均値の回りに正規分布の形態を有し、その最小値がフェージングディップ（ｆａｄｉｎｇ  ｄｉｐ）と呼ばれ、それらの間の距離が９．１ｍ（３０フィート）ないし１８．３ｍ（６０フィート）の程度である事実に基づいている。
都市環境において動作する移動体システム内における信号強度に影響する第３の現象は、レーリーフェージングである。このタイプの信号劣化は、一斉送信信号が、送信アンテナから受信アンテナまで１つより多くの経路をとるために、移動局の受信アンテナが１つの信号のみでなく、いくつかの信号を受信する時に生じる。これらの多重信号の１つは受信アンテナから直接来るかもしれないが、他のいくつかは、受信アンテナに到達する前にまずビルディングその他の障害物から反射され、従って相互に位相がわずかに遅延している。相互に位相が偏移している同じ信号のいくつかのバージョンの受信は、それらの信号のベクトル和を生じ、それが受信アンテナにおいて実際に受信される合成複合信号となる。ある場合には、受信信号のベクトル和は極めて低レベルのものとなり得、ゼロに近くさえなり、受信信号が実質的に消失するフェージングディップを生じる。移動中の移動局の場合は、レーリーフェージングによる相次ぐフェージングディップ間の経過時間は、受信信号の周波数と、移動局の移動速度と、の双方に依存する。レーリーフェージングによる２つのフェージングディップ間の距離は、９００ＭＨｚの無線帯域に対しては１７．８ｃｍ（７インチ）の程度になりうる。
図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、典型的な移動体無線動作環境内における受信信号の周波数／距離フェージングパターンの斜視図モデルが示されている。図１Ａは、都会地域内において１００ＭＨｚの周波数で動作する無線信号の受信信号界を示し、図１Ｂは、都会地域内において３００ＭＨｚの信号周波数で動作する無線信号を示す。これらの図から、信号強度がどのように変化し、距離および周波数の双方に依存する周期的なフェージングディップを作るかを知りうる。
時分割多元接続（ＴＤＭＡ）変調が用いられるディジタル無線システムのような、ディジタル無線システムの場合には、他の無線伝送上の困難が生じる。これらの困難の１つは、時分散（ｔｉｍｅ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）と呼ばれ、あるディジタル情報が受信アンテナにおいて、その受信アンテナから遠い物体からの原信号の反射による、異なった連続的に伝送される記号により妨害される時に生じる。このようにして、受信機は、現在の瞬間においていずれの実際の記号が検出されつつあるのかを決定することが困難になる。ＴＤＭＡ変調の使用において固有なもう１つの伝送現象は、それぞれの移動局が、ＴＤＭＡフレームの特定の割当てられたタイムスロット中においてのみ送信し、他の時間中においては無音状態に留まらなければならない事実による。そうしなければ、移動局は、同じフレームの異なるタイムスロットへ割当てられた他の移動局からの通話と干渉することになる。
無線伝送問題の従来の解決法
無線送信システムにおいて生じる信号劣化現象を克服するために用いられる一連の技術が、これまでに発展せしめられている。ログノーマルフェージングおよびレーリーフェージングの双方によるフェージングの問題を克服するために用いられる１つの解決法は、コーディングおよびインタリービングによる解決法である。これは、ディジタル情報のさまざまなアイテムを表す情報をブロックに編成し、一連のブロックの連続するもの、例えば、それぞれが４ビットであるものを、フレームに編成する。もし情報の連続ビットのそれぞれが、音声エンコーダがそれらを発生する順序と同じ順序で送られるならば、フェージングディップの発生は、情報のいくつかの連続するビットを完全に抹消し、従ってそれらが通信ストリームから失われて、それらから再生されるべき音声内に間隙を生じうる。しかし、インタリービングの技術によれば、情報の連続ビットは組織的に相互に分離されて送信ストリーム内に再配置され、それらは送信ストリーム内において相互に連続するのではなく、相互に時間的に分離され、それぞれの１つが、情報の分離されたブロックの１つのビットを形成する。送信ストリームの他端においては、再配置されたビットが、それらを送信したデータのブロックから取り出され、再び相互に連続するように再構成される。音声データを表すこれらのビットのそれぞれが、通常は時間的にそれらに隣接している他のビットから分離され、通常は時間的に相互に隣接していない他ビット間に「インタリーブ」された場合には、１ブロック全体のビットがフェージングディップ中に送信ストリームから失われた時、その失われたブロックの少なくともある部分は、そのディップ中に失われなかった諸ビットから構成されうる。そのわけは、それらがフェージングにより失われなかった他の部分内へインタリーブされたからである。移動中の移動局の場合には、移動局がフェージングの領域を通過して受信の良好な領域へ再び入るので、極めて短時間の間フェージングディップが起こるのみである。
妨害に備えてディジタル無線送信を確実に行うために用いられる１つの技術は、送信されるべき情報の諸ビットを修正コードによりエンコードするエラー修正コーディングの技術であり、それによれば、もし諸ビットが伝送中に失われても、それらは、受信機サイトにおいてエラー修正コード回路により、比較的高精度で再生されうる。ディジタル信号送信ストリームの修正コーディングにおいて用いられるプロシージャの一部は、インタリービングのプロシージャである。
エラー修正コーディングにおけるインタリービング技術の使用に固有な仮定は、移動局が移動中であってフェージングディップを比較的速やかに通過し、移動局がフェージングディップの領域内にある間の減衰により、ディジタル情報の比較的小さいブロックの損失のみを経験するということである。屋内の伝送環境の場合、例えば、集会場またはオフィスビルディング内においては、移動局は比較的にゆっくり移動するか、または静止さえしている。従って、もし移動局がたまたまフェージングディップを受ける物理的位置にあれば、移動局はそのディップを速やかに通過せず、従ってフェージングにより大量の情報が失われる。情報の大きいブロックの損失は、単なるインタリービングおよびエラー修正コーディングによっては修正不可能である。
無線システムにおける伝送の困難を補償するために用いられるもう１つの技術は、周波数ホッピングの技術である。周波数ホッピングを使用する場合は、無線の送信および受信は、ある瞬間において１つの搬送周波数で行われ、次に極めて短時間後には、その送信および受信は異なる周波数へ「ホップ」せしめられる。送信された無線信号が異なる搬送周波数にある時は、その信号は同じフェージングパターンには従わない。そのわけは、そのようなパターンは周波数に依存し、従って異なる周波数に対しては異なるからである。従って、１つの搬送周波数においてフェージングディップのトラフにありうる静止した移動局は、異なる周波数においては比較的良好な受信を行いうる。このようにして、周波数ホッピングは、信号損失の量を実際の送信時間スパンの比較的短い部分へさらに制限し、それにより信号処理回路が、送信の損失部分を再構成することにより、インタリービングおよびエラー修正コーディングを有する一斉送信情報の損失を補償することを可能にする。
周波数ホッピングの１つの重要な特徴は、信号の連続的なホッピングが行われる２つまたはそれ以上の搬送周波数が、異なる周波数での独立したフェージングを受けるように、それぞれある最小量だけ分離されていなければならないことである。換言すれば、信号のホッピングが行われる諸周波数は、相互に十分に異なっていて、もし受信信号が１つの周波数でのフェージングディップ内にあれば、その受信信号は他の周波数でのフェージングディップ内にはあり得ないようにすべきである。もし２つの周波数が相互に極めて接近していれば、両周波数においてフェージングにより受信信号が弱くなる可能性が大きくなる。しかし、もし２つの周波数が相互に十分に大きい値だけ分離されていれば、受信信号が両周波数においてフェージングディップ内にある可能性は小さくなる。相互に独立したフェージングを得るために十分な２つのホッピング周波数間の分離は、コヒーレンス帯域幅と呼ばれる。もしホッピングのために用いられる２つの搬送周波数のそれぞれがコヒーレンス帯域幅内に存在すれば、それら２つの周波数のそれぞれにより受信される信号は高度に相関している。もし搬送周波数がコヒーレンス帯域幅よりも大きく分離されていれば、２つの周波数のそれぞれにより受信される信号は相関しておらず、従って同時に消失条件にあることはない。もし２つの周波数が相互に相関していなければ、無線受信機は、それらの一方が消失条件にある時には、多分他方の周波数の消失を生じることはない。
周波数ホッピングがＴＤＭＡ無線信号において用いられ、いくつかの連続するＴＤＭＡタイムスロットのそれぞれにおいて異なる周波数の間で信号がホップされ、それぞれの異なる搬送周波数が相互に適度に遠く離れている時は、それぞれのタイムスロットにおいて受信される信号が相互に完全に無相関である可能性は極めて高い。さらに、もしエラー修正コーディングおよびインタリービングが、信号の受信が行われる連続スロットにおいて用いられれば、２つの連続するタイムスロット中において受信されるビットの少なくとも半分は消失条件に従わず、その場合エラー修正コーディングおよびインタリービングは、それら２つのスロットの一方からの内容の損失にもかかわらず、完全な信号内容の再構成のジョブを満足に行う。
周波数ホッピングの応用のためのコヒーレンス帯域幅および相関の両因子を考察すると、コヒーレンス帯域幅は、伝送チャネルの時間遅延の散布度に反比例する。時間遅延の散布度は、多重経路伝搬により生じる。時間差は、最も早い多重経路信号と最も遅い多重経路信号との間にあり、主要見通し信号（ｍａｉｎ  ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ  ｓｉｇｎａｌ）と、１つまたはそれ以上の反射により遅延した同じ信号とは、信号エネルギーの大部分を含む主要信号およびその主要エコーの双方を含む時間スパンを作る。
信号のコヒーレンス帯域幅は、その信号の時間遅延散布度に反比例する。屋内に実現される無線チャネルの場合には、時間遅延散布度は極度に小さく、例えば、５０ないし１００ナノ秒の程度である。従って、そのような信号におけるコヒーレンス帯域幅は極めて大きく、１０ＭＨｚの程度になる。従って、周波数ホッピング環境において独立したフェージングを得るためには、２つの搬送信号間の周波数差は、たいていの実用システムの帯域幅よりも遥かに大きい１０ＭＨｚの程度でなければならない。３０ないし４０ＭＨｚの帯域幅を必要とする３つまたは４つの分離した周波数を有する、信号の搬送周波数をホップすることは、さらに大きい問題である。
コヒーレンス帯域幅の問題に対する１つの従来のアプローチは、第２送信機を用いて一斉送信信号の顕著なエコーを作ることであった。第２送信機による送信を記号周期の程度遅延させることにより、その第２信号は、第２アンテナの第１アンテナからの距離の関数として第１信号から独立してフェージングを起こす。受信機は、これら２つの信号を分解しうるが、信号のエコーを処理するためにはもっと複雑な受信機が必要である。ＴＤＭＡ信号は等化器を必要とし、一方ＣＤＭＡ信号はレークコンバイナ（Ｒａｋｅ  ｃｏｍｂｉｎｅｒ）を必要とする。
もう１つの解決法は、２つの分離された送信アンテナ間の遅延を用いないで、それらの間の位相差を変化させる方法であった。これは、受信機におけるフェージングを時間的に変化させる。しかし、受信機の移動性により、組合せ効果がフェージングを時間的に余りにも速く変化させるために、受信機の処理回路はそれを処理しえない。例えば、もし受信機がコヒーレント復調（ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）のためのチャネルトラッカ（ｃｈａｎｎｅｌ  ｔｒａｃｋｅｒ）を有するならば、もしフェージングの時間的変化が速すぎれば、それは適正に機能しえないかもしれない。さらに、もし移動局が定置されるように設計されていれば、時間的に変化する位相は受信機により追跡されえないかもしれない。
従って、屋内環境において実現される無線システムのような環境において、フラットフェージングチャネルを修正するために、制限された帯域幅上で周波数ホッピングの実施を可能にする機構が必要とされている。
モゲンセン（Ｍｏｇｅｎｓｅｎ）外による参考文献（Ｄ１）には、ＧＳＭ関連システムにおける２分岐アンテナダイバーシチについての開示がなされており、そこでは、アップリンクおよびダウンリンクの双方のための組合せ技術が解析されている。モゲンセンは、周波数ホッピングを、ＧＳＭにおけるオプションのネットワーク特徴であるとして説明している。その文献はさらに、ダウンリンク経路のための遅延信号の送信ダイバーシチスキームの説明も行っている。遅延信号の送信は、基地局における第２減相関アンテナからの送信であり、その場合、第２アンテナ分岐における送信遅延は、第１アンテナ分岐に対し２ビット周期の程度のものである。移動局における受信信号は、時間遅延オフセットを有する２つの減相関信号成分から成る。これら２つの信号成分は、等化器によりコヒーレントに組み合わされ、それによりフェージングの確率は減少せしめられうる。モゲンセンはさらに進んで、最大比タイプの組合せスキーム（すなわち、整合フィルタおよびソフトデシジョン）が、周波数ホッピングが起動された時に３ｄＢを超えるアンテナダイバーシチ利得を与えることを説明している。
ヨシダ（Ｙｏｓｈｉｄａ）による参考文献（Ｄ２）は、ダイバーシチ分岐の１つにおける人工遅延を含む、２重位相シフトキーイング（ＤＳＫ）変調技術を説明している。図１（ｂ）は無線送信システムを示し、その無線送信システムは、第１および第２アンテナと、第２アンテナ分岐に沿って介在せしめられた人工遅延と、を有する送信機を含む。図２は基地局のブロック図を示し、その基地局は、１対の信号経路の一方に沿って、ベースバンド信号に対して作用する遅延を含む。基地局におけるこの遅延は、送信モードおよび受信モードの双方において取り入れられる。
発明の要約
本発明のシステムは、顕著な信号エコー、または信号の顕著な時間的変化を作り出すことなく、フェージングを搬送周波数により異ならしめることによって、前述の諸問題のあるものを解決する。本発明の１つの実施例においては、多重送信アンテナが、同じ信号を異なる位相で一斉送信する。もう１つの実施例においては、多重受信アンテナ上に受信された信号が、一方または双方の位相を変化させた後に組み合わされる。それぞれの場合において、位相差は搬送周波数の関数として変化せしめられる。これらの位相変化は、アンテナ間に固定遅延を用いることにより、または、バースト中には変化せず、バースト間において変化する移送相器を用いることにより、実現することができる。
もう１つの特徴として、本発明のシステムは、信号のコヒーレンス帯域幅を減少させるために、ディジタル無線信号に遅延分散を与え、それにより、移動局が例えば屋内環境で比較的低速で移動する環境において、フェージング損失を修正するように周波数ホッピングが実現されうる。
【図面の簡単な説明】
本発明の方法およびシステムの、より完全な理解は、以下の実施例の詳細な説明を、添付図面と共に参照することにより得られる。添付図面において、
図１Ａおよび図１Ｂは、移動体無線の環境内でのフェージング損失を、２つの異なる周波数において、距離の関数として示す図であり、
図２は、本発明により構成されたシステムの１つの実施例のブロック図であり、
図３は、本発明の教示に従って構成されたシステムのもう１つの実施例であり、
図４は、本発明により構成されたシステムの別の実施例のブロック図であり、
図５は、変調に先立ってのＩ波形およびＱ波形の回転による、ベースバンド信号への位相遅延の導入を示すブロック図である。
実施例の説明
本発明のシステムおよび方法の実施においては、２つの同じ無線信号経路の一方に位相変化が導入され、変化の程度は信号の搬送周波数の関数である。１つの代表的なアプローチは、位相変化が搬送周波数（ＨＺ）と固定遅延との積に等しくなるような固定遅延を用い、２つの異なる送信アンテナ間に周波数に依存した位相関係を与える。この遅延は、例えば、表面弾性波（ＳＡＷ）素子により実現されうる。従来技術のシステムとは対照的に、導入される遅延は極めて小さいので、信号の分解可能なエコーは発生しない。この遅延は、異なるホップ周波数に対して異なる位相変化を与えるために必要なだけのみのものである。
さらに詳述すると、移動局が比較的に低速で移動しつつあるか、または静止している、制限された帯域幅の環境において一斉送信される信号における「人工遅延散布度」の生成においては、本発明のシステムは２つの分離されたアンテナを用いる。これら２つのアンテナのそれぞれへの信号は、他への信号に対し遅延されているので、受信信号は、主信号と２次信号との双方を含んでいるように見える。これら２つの受信信号間の位相差の大きさは、ホップされる信号の搬送周波数の関数として変化せしめられる。
図２に示されている本発明の環境においては、送信機２１は出力リード２２を経て信号を一斉送信し、出力リード２２は２つの経路２３および２４に分割される。経路２３に沿って進む信号は、調相機２５を通過して一斉送信アンテナ２６に至る。周波数により変化する選択された位相遅延を導入するためには、例えば、送信フィルタを用いうる。他の信号は線路２４に沿って別のアンテナ２７へ進む。調相は、シンボル周期の数分の１程度であるように、一方の信号に導入されるので、アンテナ２６および２７から一斉送信されるそれぞれの信号間には小さい遅延分散を擬似的に実現する。受信機３１は、単一の受信アンテナ３２に、アンテナ２６および２７からの２つの移相された信号を受信する。受信アンテナ３２においては、小量の時間遅延分散が生じたかのように見えるので、等化器またはレークコンバイナの必要はない。代わりに、２つの信号は、受信機の位置および搬送周波数に依存して、加算されて強めあったり、あるいは打ち消しあったりする。
次に、図３を参照すると、そこには、信号送信機４１が単一の送信アンテナ４２により一斉送信する本発明の実施例が示されている。その信号は、第１アンテナ４３および第２アンテナ４４の双方により受信される。第１アンテナからの出力信号は調相機４５を通過してコンバイナ４６に入り、それはそこで、アンテナ４４からの調相されていない信号と合成される。合成された信号は、次に受信機４７へ導入され、受信機４７はその信号を処理する。アンテナ４４からの調相された信号と、アンテナ４４からの調相されない信号とは、コンバイナ４６において合成され、２つの受信信号間の遅延分散を擬似的に実現し、これは受信機４７において処理されうる。この擬似的に実現された遅延分散は小さいコヒーレンス帯域幅を生じ、これは、閉環境内における信号のフェージングを除去するための比較的に控えめの帯域幅での効果的な周波数ホッピングを可能にする。
図４に示されている本発明の実施例は、送信アンテナ４２に接続された信号送信機４１が信号を送信し、これを第１受信アンテナ４３および第２受信アンテナ４４が受信する図３の実施例と類似している。それらの信号は受信機４７へ導入され、２つの信号の一方は他方とは無関係に処理されて、遅延４５を導入され、再び遅延分散を擬似的に実現する。これは、２つの信号のコヒーレンス帯域幅を減少させ、適度の周波数帯域幅での周波数ホッピングを可能にし、あるフェージング損失を修正する。
本発明のシステムは、別の様式によっても実現されうる。例えば、遅延を用いる代わりに、周波数ホップ毎に変化する、あるタイプの位相オフセットを用いることもできる。送信機においては、図５に示されているように、変調に先立ってＩ波形およびＱ波形を回転させることにより、ベースバンドにおいてそのような遅延を導入しうる。回転せしめられた信号ＩおよびＱが下記の簡単な様式で原信号に関連せしめられるようにするためには、０、９０、１８０、および２７０°の増分による回転が好ましい。
Ｉ′＝Ｉ  ；  Ｑ′＝Ｑ（０°）
Ｉ′＝−Ｑ  ；  Ｑ′＝Ｉ（９０°）
Ｉ′＝−Ｉ  ；  Ｑ′＝−Ｑ（１８０°）
Ｉ′＝Ｑ  ；  Ｑ′＝−Ｉ（２７０°）
いずれの回転度数かは、ホップからホップへとランダムに選択されることができ、またはホップ周波数制御信号の関数であることができ、またはある規則的な固定パターンに従う。
同様の技術は、２つの受信信号が存在する時にも用いられうる。例えば、２つの信号は単に互いに加算することができ（０°）、または２つの信号の差をとることができ、また２つの信号を変更する他の手段をとることができる。本発明の権利者を権利者とする、ポール・Ｗ・デント（Ｐａｕｌ  Ｗ．  Ｄｅｎｔ）名義の「ダイバーシチ受信システム（Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する米国特許出願第０７／５８５，９１０号においては、選択的ダイバーシチが、受信システム内において最良の組合せを選択するために用いられている。しかし、本発明においては、実際の最も望ましい組合せはどうでもよい。それは、チャネルコーディングおよびインタリービングが、フェージングによる損失を解消しうるように、ランダムに、または既知の方法により、連続する周波数ホップとの組合せを変化させるのみである。本発明においてこれらの機能を行うために必要とされる回路は、上述のゲントの出願の選択的ダイバーシチ最適化システムにおけるよりもいくらか複雑さが少ない。
多重受信機アンテナを用いる本発明の実施例においては、選択される信号遅延は、記号周期の程度のものであればよい。そのような場合に、もし復調器がエコー信号を処理できれば、周波数ホッピングの必要なしにダイバーシチの利点を得ることができる。アンテナ信号の一方を記号周期と同程度だけ遅延させることは困難であるが、これは、異なる群遅延特性を有するフィルタを用いた受信機処理により行うことができる。
以上においては、本発明を無線システムに関して説明したが、本発明はまた、他の無線通信システムに対しても適用可能であることに注意すべきである。このようにして、上述におけるアンテナは、信号を送信機から伝送媒体へ、または伝送媒体から受信機へ伝達する、どのような装置をも指すことができる。また、周波数ホッピングが行われている間の、ホップ内での多元接続アプローチは、ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ、またはＣＤＭＡでありうる。
本発明の方法および装置の実施例を、添付図面に示し、かつ上述の詳細な説明において説明したが、本発明は、開示した実施例へ制限されるものではなく、以下の請求の範囲に記載され且つ定められている本発明の精神から逸脱することなく、多くの再配置、改変、および置換が可能であることを理解すべきである。
【図１Ａ】
0004104023.tif 000002
【図１Ｂ】
0004104023.tif 000003
【図２】
0004104023.tif 000004
【図３】
0004104023.tif 000005
【図４】
0004104023.tif 000006
【図５】
0004104023.tif 000007