JP3576075B2 - 干渉除去装置、無線端末装置及び干渉除去方法 - Google Patents
干渉除去装置、無線端末装置及び干渉除去方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、干渉除去装置、無線端末装置及び干渉除去方法に係り、特に、直接スペクトル拡散通信システムにおける受信信号の和差演算を利用した干渉除去装置、無線端末装置及び干渉除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９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】
【０００９】
ただし、ｎ（ｔ）は受信機雑音である。
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】
【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】
このように、現在、携帯電話等の通信局数を増やす方法として、スペクトル拡散による符号変調方式が主流となりつつある。しかしながら、スペクトル拡散方式では、複数の他局信号からの干渉を除去する必要があり、この干渉波が、通信局数を制限している。従来は、基地局で干渉波除去に対応しているため大規模のシステム構成になっている。
【００１４】
本発明は、以上の点に鑑み、無線端末に組み込むことを可能とし、容易に他局信号からの干渉信号を除去することを目的とする。また、本発明は、スペクトル拡散通信方式において、雑音として作用する他局の信号成分を除去し、耐雑音特性を向上させ、同時通信局数を増やすことを目的とする。
【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、
サンプルされた受信信号とその遅延信号とに基づいて、非希望信号のみを取り出すための非希望信号発生回路と、
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、前記非希望信号発生回路からの信号とに基づき、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、
前記干渉除去装置からの出力を復調する復調回路
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とそれを整数チップ数毎に遅延させた遅延信号とを、和平均及び差平均した信号を求め、希望信号が出力されないパターンにて切替えることにより非希望信号のみの出力を取り出し、
タップ係数と取り出された非希望信号とに基づき、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】
【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。ただし、本発明は、次の条件を前提にしている。
▲１▼すべての拡散符号のチップ同期がとれていること、
【００１９】
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、非希望信号発生回路５、タップ係数制御回路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。非希望信号発生回路５は、標本化回路９からの受信信号と、その遅延信号に基づいて、干渉となる非希望信号を取り出すための信号を発生する。アダプティブフィルタ部７は、タップ係数制御回路６により与えられたタップ係数と、非希望信号発生回路５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の入力と出力と差分をとった誤差信号を出力する。タップ係数制御回路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】
【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】
【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。
【００２６】
つぎに、非希望信号発生回路（ＧＵＳ， Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｏｆ Ｕｎｄｅｓｉｒｅｄ Ｓｉｇｎａｌ）５の動作を説明する。非希望信号発生回路５は、受信信号とその遅延信号から、干渉となる非希望信号のみを取り出す回路である。ここで、回路ＧＵＳｋは ｋ チップ遅延した信号を使用する。
【００２７】
図２に、１チップ遅延した信号を使用するＧＵＳ１の動作の説明図を示す。図中、Ｔｃは１チップ時間を表す。標本化は、信号の中心部で行われる。
図２（ａ）は希望信号の拡散符号のパターンである。図２（ｂ）は任意の非希望信号を１個だけ取り出したパターンでｃｋ（ｔ）ｄｋ（ｔ）である。元の信号▲１▼は受信信号そのもので、１チップ遅延信号▲２▼に元の信号▲１▼を１チップだけ遅延させた信号の波形を示してある。和信号▲３▼に、信号▲１▼と▲２▼の信号を加算し、２で割った波形を示してある。差信号▲４▼には、信号▲１▼から▲２▼の信号を引き算し２で割った波形が示してある。
【００２８】
ここで、図２（ａ）の希望信号を
０≦ｔ＜Ｔｃ のときは ▲３▼の出力
Ｔｃ≦ｔ＜２Ｔｃ のときは ▲４▼の出力
２Ｔｃ≦ｔ＜６Ｔｃ のときは ▲３▼の出力
６Ｔｃ≦ｔ＜８Ｔｃ のときは ▲４▼の出力
と切り替えると、回路ＧＵＳ１の出力には、希望信号は現れない。一方、非希望信号を同様に切替えると、図２（ｂ）に示すように、希望信号が現れない区間に、網印で示した信号が出力している。この切り替え動作でＧＵＳ１の出力には、非希望信号のみが現れる。
【００２９】
図３に、２チップ遅延した信号を使用するＧＵＳ２の動作説明図を示す。ここでは、ＧＵＳ１の動作を同じように、希望信号を出力させないように切り替え動作を行い、非希望信号のみを出力させることが出来る。すなわち、図３（ａ）の希望信号に基づき和信号▲３▼と差信号▲４▼を切り替えて出力することにより、ＧＵＳ２の出力に希望信号が現れないようにすることができる。これと同じ切替え動作により、非希望信号のみがＧＵＳ２の出力に現れる。このようにして、ｋチップ遅延した信号を使用する各々のＧＵＳｋからそれぞれ非希望信号のみを出力させることができる。
【００３０】
つぎに、図４に、非希望信号発生回路の構成図を示す。この非希望信号発生回路５は、１〜Ｌチップ遅延した信号を使用するＧＵＳ１ 〜ＧＵＳＬ ５１−１〜５１−Ｌを有する。
受信信号ｒｂ（ｉ）は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。
ｒｂ（ｉ）＝［ｒｂ．ｉ（０）， ｒｂ．ｉ（１），−−−， ｒｂ．ｉ（Ｎ−１）］Ｔ
ただし、Ｔは転置を表す。
非希望信号発生回路５から出力される信号ｘ（ｉ）＝［ｘｉ （１）， ｘｉ （２） ，−−−，ｘｉ （Ｌ）］Ｔ（ただし、Ｌ≦Ｎ）は次のように表される。右上の添字は回路の出力番号を表す。
【００３１】
【数５】
【００３２】
これらの各出力をアダプティブフィルタ部７に入力させる。アダプティブフィルタ部７の出力信号ｙ（ｉ）は、Ｎチップの要素で構成され、次のように記述される。
ｙ（ｉ）＝［ｙｉ（０）， ｙｉ（１），−−−，ｙｉ（Ｎ−１）］Ｔ
【００３３】
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。
【００３４】
つぎに、アダプティブフィルタ部７の構成例ａ．及びｂ．について説明する。ａ．１チップごとの処理による方法
【００３５】
図５に、１チップごとの演算をする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、乗算回路７１−１〜７１−Ｌと、和回路７２を有する。
第１の方法では、干渉雑音信号の数がＬより小さい場合で、各ＧＵＳｋからの出力をチップ時間ごとに重み付けをして合成するものである。原理は、Ｌ−１の自由度があるとして、重み付けにより非希望信号を推定する方法である。この場合、データｉ ビット信号のｎチップ目の非希望信号は、次の演算により発生される。
【００３６】
【数６】
【００３７】
ただし、 ｎ＝０，１，２，−−，Ｎ−１。
ここで、タップ係数ｗ（ｉ）は、次のようにＬ個のベクトルで構成され、それぞれがＮ個の要素を持つとしている。
ｗ（ｉ）＝［ｗｉ （１）， ｗｉ （２）， −−−， ｗｉ （Ｌ）］Ｔ
ｗｉ （ｋ）＝［ｗｉ （ｋ）（０）， ｗｉ （ｋ）（１）， −−−， ｗｉ （ｋ）（Ｎ−１）］
ただし、ｋ＝１，２，−−，Ｌである。
【００３８】
減算回路８では、このようにして合成されたｙ（ｉ）を、サンプルされた受信信号ｒｂ（ｉ）から引き算して非希望信号成分を除去する。非希望信号成分は希望信号に対し干渉となるので、干渉波除去が行われる。しかし、最適なタップ係数を得るには適応処理が必要である。そのためには、減算回路８により、非希望信号を除去した信号ｚ（ｉ）を判定してデータｄ１＾（ｉ）を得、誤差信号ｅ（ｉ）（＝ｚ（ｉ）−ｄ１＾（ｉ））を最小にするようタップ係数制御部６で演算を行い、最適なｗ（ｉ）を得るように制御する。
ｂ．１ビットごとの処理による方法
【００３９】
図６に、１ビットごとの処理による非希望信号発生回路の構成図を示す。この非希望信号発生回路５は、１〜Ｌビット遅延した信号を使用するＧＵＳ１〜ＧＵＳＬ５１−１〜５１−Ｌ及び和回路５３を有する。
【００４０】
第２の方法では、非希望信号発生回路５において、各回路ＧＵＳ１〜ＧＵＳＬ５１−１〜５１−Ｌからの出力信号を和回路５３で合成し、その信号に処理を施す方法で、次のような演算を行う。
タップ係数ｗ（ｉ）は、次のようにＮ個の要素で構成される。
ｗ（ｉ）＝［ｗｉ（０）， ｗｉ（１），−−−， ｗｉ（Ｎ−１）］Ｔ
同じように非希望信号発生回路からの出力信号ｘ（ｉ）も、次のようにＮ個の要素で構成される。
ｘ（ｉ）＝［ｘｉ（０）， ｘｉ（１），−−−， ｘｉ（Ｎ−１）］Ｔ
ただし、各要素は、各ＧＵＳｋ， ｋ＝１，２，−−，Ｌの出力の合成信号で、次の演算で求められる。
【００４１】
【数７】
【００４２】
タップ係数ｗ（ｉ）で重み付けされた信号ｘ（ｉ）は、次の演算によりｙ（ｉ）として出力される。
【００４３】
【数８】
【００４４】
なお、最適なタップ係数は前項ａ．で述べた方法と同様なので、省略する。
【００４５】
図７に、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。図６の非希望信号発生回路５から出力された信号ｘ（ｉ）は、このアダプティブフィルタ部７に入力される。信号ｘ（ｉ）は、遅延回路７１−０〜７１−（Ｎ−２）により、各成分に分解され、対応するタップ係数ｗ（ｉ）が乗算回路７２−０〜７２−（Ｎ−２）により乗算される。各成分はその後、和回路７３により加算されｙ（ｉ）が出力される。
【００４６】
つぎに、本発明に係る干渉除去装置のシミュレーションについて説明する。
図８に、１ビットごとの処理による方法のシミュレーション結果の説明図を示す。グラフの横軸はＥｂ／Ｎｏで、縦軸は ＢＥＲ（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ， ビット誤り率） である。このシミュレーションでは、一例として、３１チップのＧｏｌｄ 符号でスペクトル拡散を行い、同時通信局数を１０と固定して、Ｅｂ／Ｎｏを変化させた。本シミュレーションでは、通常方式が、干渉除去を行わない場合の誤り率特性で、１０ユーザの特性が非常に悪いことに注目されたい。一方、提案方式が本発明を使用した場合の特性で、干渉信号が除去された為に通常方式の１ユーザの特性に近付いている。本発明の干渉除去の原理は正しく動作していることが確認されている。
【００４７】
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。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によると、以上のように、移動端末に組み込むことができ、容易に他局信号からの干渉信号を除去することができる。また、本発明によると、スペクトル拡散通信方式において、雑音として作用する他局の信号成分を除去し、耐雑音特性を向上させ、同時通信局数を増やすことができる。
【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】１チップ遅延した信号を使用するＧＵＳ１の動作の説明図。
【図３】２チップ遅延した信号を使用するＧＵＳ２の動作説明図。
【図４】非希望信号発生回路の構成図。
【図５】１チップごとの演算をするアダプティブフィルタ部の構成図。
【図６】１ビットごとの処理による非希望信号発生回路の構成図。
【図７】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８】１ビットごとの処理による方法のシミュレーション結果の説明図。
【図９】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
【発明の属する技術分野】
本発明は、干渉除去装置、無線端末装置及び干渉除去方法に係り、特に、直接スペクトル拡散通信システムにおける受信信号の和差演算を利用した干渉除去装置、無線端末装置及び干渉除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９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】
ただし、ｎ（ｔ）は受信機雑音である。
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】
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】
このように、現在、携帯電話等の通信局数を増やす方法として、スペクトル拡散による符号変調方式が主流となりつつある。しかしながら、スペクトル拡散方式では、複数の他局信号からの干渉を除去する必要があり、この干渉波が、通信局数を制限している。従来は、基地局で干渉波除去に対応しているため大規模のシステム構成になっている。
【００１４】
本発明は、以上の点に鑑み、無線端末に組み込むことを可能とし、容易に他局信号からの干渉信号を除去することを目的とする。また、本発明は、スペクトル拡散通信方式において、雑音として作用する他局の信号成分を除去し、耐雑音特性を向上させ、同時通信局数を増やすことを目的とする。
【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、
サンプルされた受信信号とその遅延信号とに基づいて、非希望信号のみを取り出すための非希望信号発生回路と、
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、前記非希望信号発生回路からの信号とに基づき、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、
前記干渉除去装置からの出力を復調する復調回路
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とそれを整数チップ数毎に遅延させた遅延信号とを、和平均及び差平均した信号を求め、希望信号が出力されないパターンにて切替えることにより非希望信号のみの出力を取り出し、
タップ係数と取り出された非希望信号とに基づき、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】
【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。ただし、本発明は、次の条件を前提にしている。
▲１▼すべての拡散符号のチップ同期がとれていること、
【００１９】
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、非希望信号発生回路５、タップ係数制御回路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。非希望信号発生回路５は、標本化回路９からの受信信号と、その遅延信号に基づいて、干渉となる非希望信号を取り出すための信号を発生する。アダプティブフィルタ部７は、タップ係数制御回路６により与えられたタップ係数と、非希望信号発生回路５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の入力と出力と差分をとった誤差信号を出力する。タップ係数制御回路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】
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】
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。
【００２６】
つぎに、非希望信号発生回路（ＧＵＳ， Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｏｆ Ｕｎｄｅｓｉｒｅｄ Ｓｉｇｎａｌ）５の動作を説明する。非希望信号発生回路５は、受信信号とその遅延信号から、干渉となる非希望信号のみを取り出す回路である。ここで、回路ＧＵＳｋは ｋ チップ遅延した信号を使用する。
【００２７】
図２に、１チップ遅延した信号を使用するＧＵＳ１の動作の説明図を示す。図中、Ｔｃは１チップ時間を表す。標本化は、信号の中心部で行われる。
図２（ａ）は希望信号の拡散符号のパターンである。図２（ｂ）は任意の非希望信号を１個だけ取り出したパターンでｃｋ（ｔ）ｄｋ（ｔ）である。元の信号▲１▼は受信信号そのもので、１チップ遅延信号▲２▼に元の信号▲１▼を１チップだけ遅延させた信号の波形を示してある。和信号▲３▼に、信号▲１▼と▲２▼の信号を加算し、２で割った波形を示してある。差信号▲４▼には、信号▲１▼から▲２▼の信号を引き算し２で割った波形が示してある。
【００２８】
ここで、図２（ａ）の希望信号を
０≦ｔ＜Ｔｃ のときは ▲３▼の出力
Ｔｃ≦ｔ＜２Ｔｃ のときは ▲４▼の出力
２Ｔｃ≦ｔ＜６Ｔｃ のときは ▲３▼の出力
６Ｔｃ≦ｔ＜８Ｔｃ のときは ▲４▼の出力
と切り替えると、回路ＧＵＳ１の出力には、希望信号は現れない。一方、非希望信号を同様に切替えると、図２（ｂ）に示すように、希望信号が現れない区間に、網印で示した信号が出力している。この切り替え動作でＧＵＳ１の出力には、非希望信号のみが現れる。
【００２９】
図３に、２チップ遅延した信号を使用するＧＵＳ２の動作説明図を示す。ここでは、ＧＵＳ１の動作を同じように、希望信号を出力させないように切り替え動作を行い、非希望信号のみを出力させることが出来る。すなわち、図３（ａ）の希望信号に基づき和信号▲３▼と差信号▲４▼を切り替えて出力することにより、ＧＵＳ２の出力に希望信号が現れないようにすることができる。これと同じ切替え動作により、非希望信号のみがＧＵＳ２の出力に現れる。このようにして、ｋチップ遅延した信号を使用する各々のＧＵＳｋからそれぞれ非希望信号のみを出力させることができる。
【００３０】
つぎに、図４に、非希望信号発生回路の構成図を示す。この非希望信号発生回路５は、１〜Ｌチップ遅延した信号を使用するＧＵＳ１ 〜ＧＵＳＬ ５１−１〜５１−Ｌを有する。
受信信号ｒｂ（ｉ）は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。
ｒｂ（ｉ）＝［ｒｂ．ｉ（０）， ｒｂ．ｉ（１），−−−， ｒｂ．ｉ（Ｎ−１）］Ｔ
ただし、Ｔは転置を表す。
非希望信号発生回路５から出力される信号ｘ（ｉ）＝［ｘｉ （１）， ｘｉ （２） ，−−−，ｘｉ （Ｌ）］Ｔ（ただし、Ｌ≦Ｎ）は次のように表される。右上の添字は回路の出力番号を表す。
【００３１】
【数５】
これらの各出力をアダプティブフィルタ部７に入力させる。アダプティブフィルタ部７の出力信号ｙ（ｉ）は、Ｎチップの要素で構成され、次のように記述される。
ｙ（ｉ）＝［ｙｉ（０）， ｙｉ（１），−−−，ｙｉ（Ｎ−１）］Ｔ
【００３３】
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。
【００３４】
つぎに、アダプティブフィルタ部７の構成例ａ．及びｂ．について説明する。ａ．１チップごとの処理による方法
【００３５】
図５に、１チップごとの演算をする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、乗算回路７１−１〜７１−Ｌと、和回路７２を有する。
第１の方法では、干渉雑音信号の数がＬより小さい場合で、各ＧＵＳｋからの出力をチップ時間ごとに重み付けをして合成するものである。原理は、Ｌ−１の自由度があるとして、重み付けにより非希望信号を推定する方法である。この場合、データｉ ビット信号のｎチップ目の非希望信号は、次の演算により発生される。
【００３６】
【数６】
ただし、 ｎ＝０，１，２，−−，Ｎ−１。
ここで、タップ係数ｗ（ｉ）は、次のようにＬ個のベクトルで構成され、それぞれがＮ個の要素を持つとしている。
ｗ（ｉ）＝［ｗｉ （１）， ｗｉ （２）， −−−， ｗｉ （Ｌ）］Ｔ
ｗｉ （ｋ）＝［ｗｉ （ｋ）（０）， ｗｉ （ｋ）（１）， −−−， ｗｉ （ｋ）（Ｎ−１）］
ただし、ｋ＝１，２，−−，Ｌである。
【００３８】
減算回路８では、このようにして合成されたｙ（ｉ）を、サンプルされた受信信号ｒｂ（ｉ）から引き算して非希望信号成分を除去する。非希望信号成分は希望信号に対し干渉となるので、干渉波除去が行われる。しかし、最適なタップ係数を得るには適応処理が必要である。そのためには、減算回路８により、非希望信号を除去した信号ｚ（ｉ）を判定してデータｄ１＾（ｉ）を得、誤差信号ｅ（ｉ）（＝ｚ（ｉ）−ｄ１＾（ｉ））を最小にするようタップ係数制御部６で演算を行い、最適なｗ（ｉ）を得るように制御する。
ｂ．１ビットごとの処理による方法
【００３９】
図６に、１ビットごとの処理による非希望信号発生回路の構成図を示す。この非希望信号発生回路５は、１〜Ｌビット遅延した信号を使用するＧＵＳ１〜ＧＵＳＬ５１−１〜５１−Ｌ及び和回路５３を有する。
【００４０】
第２の方法では、非希望信号発生回路５において、各回路ＧＵＳ１〜ＧＵＳＬ５１−１〜５１−Ｌからの出力信号を和回路５３で合成し、その信号に処理を施す方法で、次のような演算を行う。
タップ係数ｗ（ｉ）は、次のようにＮ個の要素で構成される。
ｗ（ｉ）＝［ｗｉ（０）， ｗｉ（１），−−−， ｗｉ（Ｎ−１）］Ｔ
同じように非希望信号発生回路からの出力信号ｘ（ｉ）も、次のようにＮ個の要素で構成される。
ｘ（ｉ）＝［ｘｉ（０）， ｘｉ（１），−−−， ｘｉ（Ｎ−１）］Ｔ
ただし、各要素は、各ＧＵＳｋ， ｋ＝１，２，−−，Ｌの出力の合成信号で、次の演算で求められる。
【００４１】
【数７】
タップ係数ｗ（ｉ）で重み付けされた信号ｘ（ｉ）は、次の演算によりｙ（ｉ）として出力される。
【００４３】
【数８】
なお、最適なタップ係数は前項ａ．で述べた方法と同様なので、省略する。
【００４５】
図７に、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。図６の非希望信号発生回路５から出力された信号ｘ（ｉ）は、このアダプティブフィルタ部７に入力される。信号ｘ（ｉ）は、遅延回路７１−０〜７１−（Ｎ−２）により、各成分に分解され、対応するタップ係数ｗ（ｉ）が乗算回路７２−０〜７２−（Ｎ−２）により乗算される。各成分はその後、和回路７３により加算されｙ（ｉ）が出力される。
【００４６】
つぎに、本発明に係る干渉除去装置のシミュレーションについて説明する。
図８に、１ビットごとの処理による方法のシミュレーション結果の説明図を示す。グラフの横軸はＥｂ／Ｎｏで、縦軸は ＢＥＲ（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ， ビット誤り率） である。このシミュレーションでは、一例として、３１チップのＧｏｌｄ 符号でスペクトル拡散を行い、同時通信局数を１０と固定して、Ｅｂ／Ｎｏを変化させた。本シミュレーションでは、通常方式が、干渉除去を行わない場合の誤り率特性で、１０ユーザの特性が非常に悪いことに注目されたい。一方、提案方式が本発明を使用した場合の特性で、干渉信号が除去された為に通常方式の１ユーザの特性に近付いている。本発明の干渉除去の原理は正しく動作していることが確認されている。
【００４７】
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。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によると、以上のように、移動端末に組み込むことができ、容易に他局信号からの干渉信号を除去することができる。また、本発明によると、スペクトル拡散通信方式において、雑音として作用する他局の信号成分を除去し、耐雑音特性を向上させ、同時通信局数を増やすことができる。
【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】１チップ遅延した信号を使用するＧＵＳ１の動作の説明図。
【図３】２チップ遅延した信号を使用するＧＵＳ２の動作説明図。
【図４】非希望信号発生回路の構成図。
【図５】１チップごとの演算をするアダプティブフィルタ部の構成図。
【図６】１ビットごとの処理による非希望信号発生回路の構成図。
【図７】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８】１ビットごとの処理による方法のシミュレーション結果の説明図。
【図９】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
Claims (9)
- 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、
サンプルされた受信信号とその遅延信号とに基づいて、非希望信号のみを取り出すための非希望信号発生回路と、
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、前記非希望信号発生回路からの信号とに基づき、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。 - 受信されたスペクトル拡散信号の同期を検出する同期回路と、
受信されたスペクトル拡散信号と、前記同期回路から出力された希望信号の搬送波とを乗算する乗算回路と、
前記乗算回路からの出力から、ベースバンド信号を取り出す低域フィルタと、前記低域フィルタからの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回路と
をさらに備えた請求項１に記載の干渉除去装置。 - 前記非希望信号発生回路は、
希望信号とその遅延信号との和成分及び差成分のいずれかを選択することで出力が現れないように切替える動作に従って、非希望信号とその遅延信号との和成分又は差成分を切替えて出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の干渉除去装置。 - 前記非希望信号発生回路は、
希望信号及び非希望信号と、それらの１チップ乃至ｎチップ（ｎは、２以上の整数）遅延信号について、それぞれの和成分及び差成分を希望信号の各成分が出力されないように切替え、非希望信号の成分を出力する第１乃至第ｎの演算回路を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の干渉除去装置。 - 前記非希望信号発生回路は、前記１乃至ｎの演算回路の出力を加算する和回路をさらに備え、
前記アダプティブフィルタ部は、前記和回路の出力を各成分に応じて遅延させる遅延回路と、各前記遅延回路の出力にタップ係数を乗算する乗算回路と、各前記乗算回路の和をとる和回路を備えたことを特徴とする請求項４に記載の干渉除去装置。 - 前記減算回路により求められた受信信号を制限するリミタをさらに備え、
前記タップ係数制御回路は、前記リミタの入力と出力との誤差信号に基づき、前記タップ係数を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の干渉除去装置。 - 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６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データを判定する判定回路と、
を備えた無線端末装置。 - 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とそれを整数チップ数毎に遅延させた遅延信号とを、和平均及び差平均した信号を求め、希望信号が出力されないパターンにて切替えることにより非希望信号のみの出力を取り出し、
タップ係数と取り出された非希望信号とに基づき、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。 - さらに、復調された信号の誤差成分が小さくなるようタップ係数の重みをつけフィードバック制御することを特徴とする請求項８に記載の干渉除去方法。
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