計測自動制御学会束北支部 第三65回研究集会（ユ011．6．ユ8）
資料番号265−11

干渉波キヤンセラを用いた移動体通信の品質改善

AstudyonimprovementofDS−CDMAcommunications
byuslnginterfbrencecanceller○下草坪孝行

OTakayuki Shimoutsubo

工藤憲昌＊

田所嘉昭＊＊

NorimasaKudoh＊

YoshiakiTadokoro＊＊

八戸高専機械・電気システム工学専攻 ＊八戸高専＊＊豊橋技科大 工学部

HachinoheNationalCollegeofTech．AdvanCedEngineenngCourse＊HachinoheNa也onalCollegeofTbch． ＊＊ToyohashiUmiversityofTbch・

キーワード：DS−CDMA通信（DS−CDMAcommunications），適応周波数推定（adaptivefrequencyestimation），
狭帯域干渉渡仏arTOW−bandinterference）

連絡先：〒039−1192 八戸市田面木上野平16−1八戸高専 電気工学科
tel：0178−27−728l，e−mail：kudohk−e＠hachinohe−Ct．aC．jp

1．はじめにに干渉波は拡散され，電力スペクトル密度は雑音

現在の3Gの携帯電話の通信の一つとして，レベルまでに弓き下げられる．従って，・一般に符号分割多元接続（CDMA：Code Division

DS・CDMAシステムは狭帯域干渉波に強いとされMultiple Access）方式が採用されている．このているが，狭帯域干渉波の電力が大きい場合や複方式はスペクトル拡散技術を用いる通信方式で，数存在する場合にはその影響が無視できなくなり，信号の秘・匿性，干渉波排除能力に優れると同時伝送特性が大きく劣化する【2］．さらに，通信が行に同一の周波数帯域内で複数の通信（多元接続）われる実環境では狭帯域干渉波の周波数，帯域を行うために用いる技術の総称である．

幅が全くの未知であることに加え，その周波数，DS（Direct Sequence）・CDMA通信方式におい帯域幅の二要素は一定ではなく時間的に変化すて，i）拡散符号が完全には直交化されていないるものも存在すると考えられ，品質劣化への対ことに起因するマルチユーザ干渉（MAI：策についても考える必要がある．

MultipleAccessInterfbrence），ii）信号が拡散変

これまで，狭帯域干渉波の周波数をFFTなど調によって広帯域に広がることで，違法電波局で検出しノッチフィルタを用いて除去する方法

から入る狭帯域干渉波などが通信品質劣化の要が捏案されている［1∫2】．FFTでは周波数分解能因となる［1］．一般に，広帯域信号と狭帯域信号のの関係から求められる周波数に制約がある．

スペクトルが互いに共存する状況でDS−CDMA信

本稿では狭帯域干渉波の周波数と帯域幅を推号の受信を考える疇，狭帯域信号は狭帯域干渉定し，ノッチフィルタを用いて除去し，波となるが，逆拡散の際にDS・CDMA信号とは逆

DS−CDMA通信の品質向上がどれだけ期待で／きるのかをシミュレーションにより，評価を行周波数を効率よく利用できるこの通信方式が用いう．

られている．

以下に本稿の構成を示す．2．1では2．2狭帯域干渉波の影響

DS・CDMA通信方式の原理について概説し，2．2

DS方式では，狭帯域変調後の信号をGold符

では狭帯域干渉波による影響を述べる．3．1で号で広帯域に拡散して送信する．電波が伝搬するは適応周波数推定，3．2では帯域幅推定につい間，違法電波局からの狭帯域干渉波が重畳し，逆てそれぞれ述べ，3，3で干渉波キャンセラの構拡散後の信号のノイズとなり，通信品質が劣化する成を示す．4，1では周波数推定シミュレーショ要因の1つとなる．そこで，通信品質の改善を図る

ン，4．2では帯域幅推定シミュレーションにつのに，逆拡散する前の段階で狭帯域干渉波を除いて，4．3では干渉波キヤンセラのシミュレー去する必要がある．

ションについて述べる，5．はまとめである＼

頒帝嘲・干渉浪

復号信号

2．DS−CDMA通信方式
2．1DS−CDMAの原理

DS・CDMA方式とは，送信側で送信したいディジタル信号を狭帯域変調（1次変調），拡散変調（2図2．逆拡散による周波数分布の変化次変調）を行った上で送信し，受信側で逆拡散，復調を行って元のデータに戻す通信系のことである．

狭帯域変調ではディジタル信号の周波数変調

3．狭帯域干渉波除去について（FSK），位相変調（PSK）などを用いて変調される．

3．1周波数推定「3］また，拡散変調ではGold拡散符号系列と呼ばれ電波の伝搬の際に混入してしまった狭帯域干渉る，「1」とト1」の値をランダムにとる符号列との乗算波の中心周波数を推定する．推定には勾配法をで信号を広帯域に拡散する．図1に1次変復調を用いる．ノッチフィルタに用いられる周波数パラメーPSK（Phase ＄hift keying）とした場合のタαの推定値の更新式は式（1）のようになる．

DS−CDMAの送受信の構成を示す．

α刷＝α〃一匹（ ）∫（〃）（1）

ここで〟はステップサイズ，e血ノとg働まそれぞれ推定用のノッチフィルタとバンドパスフィルタ（BPF）の出力である，式（2）にノッチフィルタ，式（3）にBPFの伝達関数をそれぞれ示す．
DS方式の送信機

DS方式の受信機

ここで，Yは帯域幅を制御するパラメータである．はまた，適用パラメータαと推定する中心

図1．DS−CDMA方式の送受信機の構成

周波数fの関係は式（4）のようになる，CDMA方式では通信毎に異なる符号系列を用いることで信号を符号化して，多くの利用者が同時・に広帯域無線チャネルを共有する多次元接続方

ガ（Z）＝
〃

式の1つである．CDMAは符号（Gold符号系列）

1−α・Z−1＋Z−2（2）

トr・α・Z−1＋r2・Z−2

でデータを暗号化して通信を行う．同じ周波数帯・−1＋rZ−2ガ∫（Z）＝（ト「）Z−1（3）

1−r・α・Z−1十r2・Z−2

同じ時間上でも，同一のPN符号を用いない限りデータの混信が起こらない．そのために，有限の2′＝（鉾∫−1（言）図3．周波数推定の構成（1周波）阜．2帯域幅推定

3．3干渉波キヤンセラ

帯域幅を計算する方法の概念図を図4に示す．

3．1，3．2で述べた原理により，周波数と帯域幅

ここで，線分OC＝rはBPFの伝達関数の極の大の推定を行った結果を用い，ノッチフィルタを利用

きさで，A，D，BはZ平面上の単位円上の点であして干渉波を除去する，る．弧 ADB の長さが BPF の帯域幅BW（bandwidth）となるが，ここでは線分AD＋DBに近似して求め，単位円の円周27てで正規化して式（6）のようになる．
Aぴ＝dピー∂ピ＝礼l−r）ユーローr）2＝q−r）2 （5）β断＝去（乞A∂）〒‡（トr）

図6．干渉波キヤンセラの構成（6）

4．シミュレーション

CDMA信号に狭帯域干渉波を加えて通信シミュ
レーションを行う．シミュレーションは周波数推定，帯域幅推定，両推定を用いた干渉波除去の3種

F「Qqueney類をMatlab，Sumi1inkを用いて行う．【4，5】図4．帯域幅の計算法

4．1周波数推定

図 5 に示すように，干渉波が重畳したDS・CDMA信号に狭帯域干渉波を加え，周波CDMA信号を広い帯域幅を有する複数段の数推定のみを行うシミュレーションを行った．中心BPFを通す，それぞれの出力信号の電力を元の周波数のパラメータであるαを推定した結果を図7

CDMA信号と比較することで最も近い信号を割り出し；そのBPFの段数から帯域幅を計算に示す．ここで式（1）のp＝0．01である．

することができる．重力差の二乗値を比較し最小となるときのBPF縦続接続数をNとすると，BWNは式（7）で計算できる．
／⊥

月Ⅳ〃＝（1一項2〃−1（7）7r

図7．周波数推定結果
3これを見ると推定値が真値に向かって更新されまくできるように事前にパラメータを設定したものでており，最終的に真値に収束して，正確に推定である．図9に，∴手動で設定した推定ブロック内BPFきていることが分かる．ここで，推定値の収束し始のγの値も併記した．実際には推定結果が推定ブめに注目すると約2000サンプルかかることが分か

ロック内BPFのγの備に大きく依存する．これにはる．

帯域幅推定ブロック内のγの値を，実際の帯域幅4．2帯域幅推定によって変化させる必要がある．つまり，このシステ

周波数推定と同様にCDMA信号に狭帯域干渉ムのままでは，時間により変化する帯域幅に適応波を加え，その干渉波の帯域幅を推定した．そのすることはできず，大まかな干渉波の帯域幅をr，事結果を図8に示す．

前に把握しておく必要がある．
4．3狭帯域干渉波除去

絹城嶋推定＋トL﹀1ら．．−ト︻トトDひ〔1350．†）03

0．0025
慢 0・㈹2傲ヨ腔ODO15周波数，帯域幅の両推定の結果α，γを用い，＋ーーーーーーーユmノ「鷹ここTr雪∴

狭帯域干渉波の除去を行った．今回は，先に述べJ′・一たとおり帯域幅の変化には適応することができない√ ′「ので，シミュレーション中，周波数のみを変化する0．抑1ものとし，いくつかの帯域幅についてシミュレーショ00005ンを行った．狭帯域干渉波の中心周波数はシミュ0O

S（氾‡M

500

サンプル粒

2000

2ち08

レーション開始より0．5秒から1．5秒までの1秒間

図8．帯域幅推定結果に100［kHz】から500［kHz］に変化するものとする，帯域幅の推定に関しても，真備に向かって推定

また，その他のシミュレーション条件は以下の通り値が更新されている．そして約1500サンプル目でである．

真値に到達し，推定が出来ていることが分かる，・マルチパス：1パス

また，帯域幅を変化させて，推定が帯域幅の変（14．5［〃甜C】遅れゲイン∵3［dB】）

化に適応できるかを調べた結果を図9に示す．こ・ドップラーシフト：175．9［Hz］

こで，γは帯域幅を表わすパラメータである．

・ガウス性白色雑音：SN比30tdB］

・サンプリング周波数：12．288［MHz］の8倍
・拡散符号：Gold符号

図10iこ各信号の周波数分布（縦軸：振幅［d月】，横軸：周波数［MHz】）を，図て11に干渉波の各帯域幅におけるビットエラーレート（BER）を示す．BERとは，送信信号に対する受信信号の符号誤り率である．図10では（b），（c）で狭帯域干渉波が重畳されているのが見て取れ，（心ではそれが除去されて
図9．帯域幅変化への適応いるのが分かる．さらに，図11よりシミュレーション

推定値のプロットを線形曲線により近似すると，中に干渉波の中心周波数を変化させても，干渉波直線の傾き約1，切片ほぼ0となり，それぞれ推定

キヤンセラによりBERが改善されていることが分か

値が真値に対応して，帯域幅を推定できているとる．なお，計測時間の短縮のため，1次変調で用読み取れる．しかし，この結果は帯域幅の推定がういる誤り訂正符号を付加していない．
4

6．参考文献［1］北野，鍋谷，原，森永， 適応ディジタルフィルタを用いたCDMAシステムにおける干渉波除去 ，
信学技報DSP2000・60，（b）cDMA信号十干渉波（100駄Hヱ1）［2］H．VPoor and L，A．Rusch，Narfowband

Inter董brencesllpPreSSioninspreadspectrum
CDMA，IEEE personal commulications，VOl．1，nO．3，pp．14−27，March，1994［3］N・Kudoh，Y・Tadokoro∫ A study onan図10．周波数分布

active noise cance11er by11Sing decc．mposed
narrow−band signals CO・ROM ProceedingsofIEEE TENCONO6い，PPl・4，Hong Kong，Nov．，2006［4］CDMA re董brence blockset User s Guide，
MathworksInc．
L5］工藤，田所 適応周波数推定法の検討とその一応用 H19年度SICE東北支部研究集会，
236・155．まとめ
中心周波数の変化する干渉波を加えてシミュレーションを行った．その動的な周波数変化を持つ狭帯域干渉波を除去した場合，除去なしに比べおよそ10〜30［％］のエラーを改善することができた，
今後の課題としては帯域幅推定前に高速フーリエ変換（FFT）を用いて，干渉波の帯域幅のおよその値を求めるなどといった帯域帽推定ブロックの改善．また，周波数推定の推定時間の短縮が挙げられる．

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