JP4112632B2

JP4112632B2 - 固定分割率および可変拡散コード長を利用する多重率直接シーケンスアーキテクチュア

Info

Publication number: JP4112632B2
Application number: JP54277298A
Authority: JP
Inventors: ワーレン、ブルース・ジー; ジョワノビッチ、アラン・エフ; シャロン、ジュアン・ジー; メンソニデス、ジョン・ダブリュ
Original assignee: ブロードコム・コーポレーション
Priority date: 1997-04-07
Filing date: 1998-03-11
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2018-03-11
Also published as: EP0993705A1; US5946344A; JP2001519116A; WO1998045960A1

Description

発明の背景
１．発明の分野
本発明は直接シーケンススペクトラム拡散通信方式のラジオ受信機に係り、特に異なった長さの拡散コードを有する固定分割率で伝送される複数のラジオ信号を検出することができるラジオ受信機に関する。
２．関連技術の記述
スペクトラム拡散変調技術は通信、ナビゲーション、レーダおよに他の応用に益々好適である。スペクトラム拡散システムにおいて、伝送される信号は送られる情報を伝送するに要する最小帯域幅よりも十分に広い周波数帯域にわたって拡散される。信号拡散の結果として、スペクトラム拡散システムは干渉または妨害の感受性を減少し、高いデータ完全性および秘密性を可能にする。さらに、拡散伝送パワーが広帯域に渡ることにより、帯域幅内のいかなる与えられた周波数においてもパワーレベルが著しく減少され、それにより他のラジオ装置との干渉を減少する。これらの重要な利点の観点で、スペクトラム拡散通信方式は商業データ伝送に非常に好適である。
スペクトラム拡散通信方式の一つの型において、ラジオ周波数（ＲＦ）搬送波は情報信号のクロック率よりも非常に高いビット率、即ち分割率を有するディジタルコードシーケンスにより変調される。これらのスペクトラム拡散システムは“直接シーケンス”変調システムとして知られている。ＲＦ搬送波は一つまたはより多くのデータ流により２進法または求積法変調されてもよく、例えばそのデータ流はコードシーケンスがデータ“１”を表すとき一つの位相を有し、コードシーケンスがデータ“０”を表すとき予定の位相シフト（例えば、２進法の１８０°、求積法の９０°）を有する。これらの型の変調は一般にそれぞれ２進法シフトキー（BPSK）および求積法シフトキー（QPSK）として引用される。
無線構内通信ネットワーク（WLAN）と共に結合される複数のスペクトラム拡散ラジオ受信機を使用することがまた知られている。上位中央処理ユニットは複数の遠隔配置受信機のいずれか一つに情報を送り、かつ情報を受信する。かかるWLANにおいて、遠隔受信機は上位中央処理ユニットに情報を報告するため限定された周囲内で作動するポータブルユニットを備えてもよい。各遠隔受信機は同じＲＦ搬送波周波数とディジタルコードシーケンスを使用して上位中央処理ユニットと通信する。このようなWLANシステムが遠隔受信機の操作者に周囲を通して実質的に移動の自由を可能にすることによりハード配線式システムの増加された柔軟性を提供することは明らかである。
個々のラジオ受信機は、ＲＦ搬送波を除去しかつディジタルコードシーケンスにより変調されたディジタル情報信号を提供するため、上位処理ユニットからのＲＦ信号を増幅しかつ濾波する。受信機はそれから、変調を除去しディジタル情報を回復するためディジタルコードシーケンスで相関されたディジタル合致フィルタの使用によりディジタル信号を“逆拡散（de-spreads）する”。逆拡散されたディジタル情報の個別のディジタルビットは、それからマイクロプロセッサ、ディジタル信号処理装置等のような通常のデータ処理論理システムの使用により順次処理され得る予め定義されたフォーマットを有するパケットに組み合わされる。
通信システムにおいて、エネルギー利得は信号対妨害比として定義される。より高い信号対妨害比では、より免疫になった受信機は受信機の効果的な範囲を増加する妨害干渉（即ちバックグラウンドノイズ）にある。受信機の多様性なく作動しているBPSKまたはQPSK通信システムとして、プロセス利得はエネルギー利得と必然的に同一である。スペクトラム拡散処理装置におけるプロセス利得はデータ率（Ｒ_b）により分割された情報信号を通信のために利用可能な帯域幅（BW）として定義され得る。デシベル（ｄＢ）として、この率は以下に定義される：
PG_dB＝１０log₁₀（BW/R_b）
上記等式によれば、固定帯域幅として、処理利得はデータ率が減少するとき増加する。分割率を固定することにより帯域幅もまた固定される。固定帯域幅は伝送および受信ＲＦ回路の最適化を許容するので好適である。それ故、低データ率は高データ率よりもより妨害またはノイズ免疫を提供し、受信機の処理利得はデータ率が半減される毎に略３ｄB増加する。増加された妨害免疫がこのようなWLANシステムのおいて好ましいけれども、データ率の連合された減少は全体のシステムとしてデータスループットの率を降下させる傾向にある。結果として、通信システム設計者は、受け入れ可能なかつ実務的なシステム解決を提供するため妨害免疫とデータスループットの二つの好ましい属性をバランスしなくてはならない。
かくして、低データ率システムの妨害免疫を達成する一方でまた高データ率のデータスループットを有する固定分割率の直接シーケンススペクトラム拡散通信方式を提供することが好ましい。
発明の概要
スペクトラム拡散通信方式は、受信機が２つまたはそれ以上の異なった拡散コード長を使用している固定分割率で伝送される多ビットディジタル信号を逆拡散するように適用されて提供される。結果として、より長い拡散コードは妨害抵抗がより高い臨界である状態をより長い距離にわたるようにするため低データ率で伝送するように利用され、短い拡散コードは妨害抵抗が低い臨界である状態をより短い距離にわたるようにするため高データ率で伝送するように利用され得る。
本発明の実施例において、受信機は２つの異なった拡散コードに相互関係するように適用されたディジタル合致フィルタを備える。ディジタル合致フィルタは複数の連続した段階を有するディジタル遅延ラインを有し、その段階はディジタル信号の分割率を２つの時間より大きいか等しい固定率で受信されたディジタル信号をそれを通して伝播する。第１の相関器はディジタル信号を長さＭを有する第１拡散コードと比較し、第２の相関器はディジタル信号をＭより短い長さＮを有する第２拡散コードと比較する。マルチプレクサが２つの相関器の一つから出力を選択するように適用される。
特に、第１の相関器は、ディジタル遅延ラインの対応している一つの段階に結合された第１入力および第１拡散コードの対応ビットに結合された第２入力をそれぞれ有するＭ排他的OR論理ゲートを備えている。第１拡散コードおよびディジタル信号間の相関を指示する出力の合計を提供するため、合計装置がＭ論理ゲートの各出力に結合される。データ信号とクロック信号がＭ論理ゲートからの出力の合計から引き出され、通信システムにより通信された伝言の前文はマルチプレクサが第１の相関器からの出力を選択することを可能にするように検出される。同様に、第２の相関器は、ディジタル遅延ラインの対応している一つの段階に結合された第１入力および第２拡散コードの対応ビットに結合された第２入力をそれぞれ有するＮ排他的OR論理ゲートを備えている。第２拡散コードおよびディジタル信号間の相関を指示する出力の合計を提供するため、合計装置がＮ論理ゲートの各出力に結合される。データ信号とクロック信号がＮ論理ゲートからの出力の合計から引き出され、通信システムにより通信された伝言の前文はマルチプレクサが第２の相関器からの出力を選択することを可能にするように検出される。
固定分割率および可変拡散コード長を利用する多重率直接シーケンスアーキテクチュアのより完全な理解は、好ましい実施例の以下の詳細な説明の斟酌により、その付加的な利点および目的の関係と同様に、技術に熟練した者に提供されるであろう。最初に簡単に記述される添付図面が参照されるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の実施例による直接シーケンススペクトラム拡散通信方式のディジタル合致フィルタを示すブロック線図である。
図２は図１のディジタル合致フィルタに使用されるディジタル相関器の例を示すブロック線図である。
好適な実施例の詳細な説明
本発明は低データ率システムの妨害免疫と高データ率システムのデータスループットの両方を提供するため、固定分割率を有する直接シーケンススペクトラム拡散通信方式の要求を満足させる。以下の詳細な記述において、同じ要素の番号は図の一つまたはそれ以上に描かれた同様な要素を記述するために使用される。
まず図１を参照すると、直接シーケンススペクトラム拡散通信方式の受信機のディジタル合致フィルタの実施例が示される。一般に技術において知られているように、直接シーケンススペクトラム拡散通信方式の受信機はRF信号を受信し、受信された信号を局部発振器により発生された搬送波周波数と乗じることによりRF信号をベースバンド信号に下降変換する。下降変換された信号はそれからアナログ−ディジタル変換器によりアナログからディジタルに変換され、またどんな発生ノイズも除去するために低域通過フィルタにより濾波されてもよい。その後、受信された信号は、信号のディジタル情報を変調するためにはじめに使用された拡散コードの分割率を有する多ビットディジタル信号の形で存在する。受信された信号は、互いに９０°である位相を有するＩチャンネルおよびＱチャンネルと呼ばれる２つの信号構成要素を付加的に含んでもよい。別々のＩおよびＱ構成要素は下降変換され、多ビットディジタル信号を生じるため上述と同様な方法で濾波される。受信機のこれらの良く知られた様子が操作システムに含まれるであろうことが理解されるべきである。この詳細な記述を単純化するため、これらの良く知られた様子のさらなる記述は省略する。
本発明のディジタル合致フィルタはディジタル遅延ライン１２、第１の相関器２０および第２の相関器３０を含む。ディジタル遅延ライン１２は複数の明瞭な遅延段階14_K−14₁を有する通常のシフトレジスタを備える。遅延段階14_K−14₁の各一つは、ナイキストサンプリング定理を満足するため、期待される拡散コードクロックまたは分割率の周期の半分以下の遅れを提供する。遅延ライン１２はコードシーケンスまたは拡散コードにより両位相変調されたベースバンド信号を受け、その結果コードの各1/０移行で位相反転が起こる。信号は分割率に対応している率で一連のシフトを通して遅延ライン１２を下降伝播する。
２倍の分割率より大きい率において、遅延段階14_K−14₁に保持されたデータ値がそれぞれ第１および第２の相関器２０、３０とタップ結合を通してサンプルされる。第１の相関器２０は遅延ライン１２に含まれる信号が長さＭを有する第１拡散コードに相関するか否かを決定し、第２の相関器３０は遅延ライン１２に含まれる信号が長さＮ、ここにＭはＮより大きい、を有する第２拡散コードに相関するか否かを決定する。図１に示されるように、遅延ライン１２はＫ遅延段階14_K−14₁を有し、第１拡散コード長Ｍは各遅延段階が第１の相関器２０によりサンプルされるようにＫに等しい。第２の拡散コード長ＮはＫより少なく、そのため遅延段階14_K−14_Nのみが第２の相関器３０によりサンプルされる。異なった拡散コード長を受け入れるため、ＫはＭより大きくてもよいが、ＫはＭより小さくすることは出来ない。
第１および第２の相関器２０，３０は構成において略同一であり、排他的OR論理ゲート２２，３２、合計装置２４、３４、トラッキングおよびビット同期論理ユニット２６，３６および前文検出論理ユニット２８，３８を含む。排他的OR論理ゲート２２，３２はそれぞれの遅延段階14_K−14₁に含まれる信号をそれぞれ第１および第２拡張コードＭ、Ｎの対応するチップと比較する。合計装置２４，３４は排他的OR論理ゲート２２，３２の出力を合計し、それぞれ受信信号と第１および第２拡散コードＭ、Ｎとの間の相関の程度に比例した合計値を供給する。
図２を簡単に参照すると、相関器２０の部分がより詳細に示される。受信されたベースバンドデータチップＢ_M−Ｂ₁はそれぞれの遅延段階14_K−14₁からサンプルされ、排他的OR論理装置２２_M−２２₁のそれぞれの第１端子に適用される。第１拡散コードＭのチップＢ_M−Ｂ₁はレジスタ１８のメモリから予め負荷されており、排他的OR論理装置２２_M−２２₁のそれぞれの第２端子に適用される。各排他的OR論理装置２２_M−２２₁の出力は合計装置２４に供給され、それは上述のように合計値を供給する。相関器３０は相関器２０の構成と似ているが、第２拡散コードＮを受け入れるためＮ排他的OR論理装置を必要とする。
図１に戻って、トラッキングおよびビット同期論理ユニット２６，３６は合計装置２４、３４により供給された合計値を監視し、拡散コードＭ、Ｎの一つと受信信号との間に相関を確立するか否かを決定する。かかる相関の決定について、トラッキングおよびビット同期論理ユニット２６、３６は、受信信号から回復された拡散ディジタル情報を含んでいるデータ出力を発生することにより、ディジタル合致フィルタのタイミングを受信信号に同期し、調整されたクロック出力がそのデータ出力に同期される。受信信号との同期が達成された後、トラッキングおよびビット同期論理ユニット２６、３６は入ってくるコード分割率を出来るだけ正確に合致させるため遅延ライン１２の伝播率を調整する。かかるトラッキングおよびビット同期システムは技術において知られている。
前文検出論理ユニット２８、３８は通信システムにより伝送された情報伝言のスタートを検出するために使用される。情報伝言は典型的に予め定義されたフォーマットと長さを有するパケットの形で伝送される。パケットは前文として知られた初期コードシーケンスを含み、それはパケットの伝送の始まりを表す。前文伝言論理ユニット２８、３８はデータ出力およびそれぞれトラッキングおよびビット同期論理ユニット２６、３６からのクロック出力を監視し、このような前文を検出する。このような前文検出システムは技術において知られている。
前文検出の上、前文検出論理ユニット２８、３８はマルチプレクサ４２に可能な信号を供給する。マルチプレクサ４２はトラッキングおよびビット同期論理ユニット２６、３６に結合され、第１および第２の相関器２０、３０の両方からデータ出力とクロック出力を受ける。前文検出論理ユニット２８、３８の一つからの可能な信号は、マルチプレクサが特定の相関器２０、３０からのデータ出力およびクロック出力を、伝送された情報を処理する受信機指定機械４４に通すことを許容させる。
本発明の作動において、WLANの伝送器は固定分割率および異なった長さ拡散コードＭまたはＮを使用している２つの論理チャンネルの１つに情報を伝送するために使用されてもよい。受信機が伝送器に比較的間近に接近してもたらされるときは、妨害免疫が重要な関心事ではなくなり、より短い拡散コードＮが範囲の不利益はあるが高データ率で伝送するため使用されてもよい。反対に、受信機が伝送器からより離れて運ばれるとき、より高い処理利得およびより大きな妨害免疫が、減少されたデータ率の不利益はあるが長い拡散コードＭで伝送することにより得ることができる。かくして、二重合致フィルタの使用は多重データ率の同時使用を許容する。より多いチャンネル数でさえ、上述の２つの相関器に並列に他の相関器を付加することにより利用できることが評価されるべきである。
固定分割率および可変拡散コード長を利用する多重率直接シーケンスアーキテクチュアの好ましい実施例について説明したが、システム内の確実な利点が達成されたことは技術に熟練した者に明らかであろう。また、種々の変形、応用および代替実施例が本発明の範囲および精神内で成され得ることが理解される。発明はさらに以下の請求の範囲により定義される。

Claims

ディジタル信号を受けるように適用されたＫ個（Ｋは複数）の連続した遅延段階を有し、前記ディジタル信号を固定率でそれを通して伝播するディジタル遅延ラインと、前記ディジタル遅延ラインに結合され、前記ディジタル信号と長さＭを有する第１拡散コードとの相関を取る第１の相関器と、前記ディジタル遅延ラインに結合され、前記ディジタル信号とＭより小さい長さＮを有する第２拡散コードとの相関を取る第２の相関器と、前記第１および第２の相関器の各々に結合され、それぞれ前記第１および第２拡散コードの１つに相関する前記第１および第２の相関器の１つから出力を選択するマルチプレクサとを備え、
前記第１の相関器がさらに、前記ディジタル遅延ラインのＫ個の連続した遅延段階の対応している１つに結合された第１入力および前記第１拡散コードの対応しているビットに結合された第２入力を各々有するＭ個の論理ゲートと、前記Ｍ個の論理ゲートの各出力にそれぞれ結合され、前記第１拡散コードおよび前記ディジタル信号間の相関を指示する前記出力の合計を提供する合計装置とを備え、
前記第２の相関器がさらに、前記ディジタル遅延ラインのＫ個の連続した遅延段階の対応している１つに結合された第１入力および前記第２拡散コードの対応しているビットに結合された第２入力を各々有するＮ個の論理ゲートと、前記Ｎ個の論理ゲートの各出力にそれぞれ結合され、前記第２拡散コードおよび前記ディジタル信号間の相関を指示する前記出力の合計を提供する合計装置とを備え、
Ｎ＜Ｍ≦Ｋであることを特徴とするスペクトラム拡散通信方式のディジタル合致フィルタ。
前記第１の相関器がさらに、前記Ｍ論理ゲートからの前記出力の合計からデータ信号とクロック信号とを引き出す手段を備えた請求項１のディジタル合致フィルタ。
前記第１の相関器がさらに、前記通信方式により通信された伝言の前文を検出する手段を備え、この検出手段は前記マルチプレクサが前記第１の相関器からの前記出力を選択することを可能にする請求項１のディジタル合致フィルタ。
前記論理ゲートがさらに排他的ＯＲ論理ゲートを備える請求項１のディジタル合致フィルタ。
前記第２の相関器がさらに、前記Ｎ論理ゲートからの前記出力の合計からデータ信号とクロック信号とを引き出す手段を備えた請求項１のディジタル合致フィルタ。
前記第２の相関器がさらに、前記通信方式により通信された伝言の前文を検出する手段を備え、この検出手段は前記マルチプレクサが前記第２の相関器からの前記出力を選択することを可能にする請求項１のディジタル合致フィルタ。
多ビットディジタル信号を受けるように適用された受信機を含んでいるスペクトラム拡散通信方式において、Ｋ個（Ｋは複数）の連続した遅延段階を有し、前記ディジタル信号を固定率でそれを通して伝播するディジタル遅延ラインと、前記ディジタル信号と長さＭを有する第１拡散コードとの相関を取る第１の手段と、前記ディジタル信号とＭより小さい長さＮを有する第２拡散コードとの相関を取る第２の手段と、前記第１および第２の相関を取る手段の１つから出力を選択するように適用されたマルチプレクサとを備え、
前記第１の相関を取る手段がさらに、前記ディジタル遅延ラインのＫ個の連続した遅延段階の対応している１つに結合された第１入力および前記第１拡散コードの対応しているビットに結合された第２入力を各々有するＭ個の排他的ＯＲ論理ゲートと、前記Ｍ個の論理ゲートの各出力に結合され、前記第１拡散コードおよび前記ディジタル信号間の相関を指示する前記出力の合計を提供する合計装置とを備え、
前記第２の相関器がさらに、前記ディジタル遅延ラインのＫ個の連続した遅延段階の対応している１つに結合された第１入力および前記第２拡散コードの対応しているビットに結合された第２入力を各々有するＮ個の排他的OR論理ゲートと、前記Ｎ個の論理ゲートの各出力に結合され、前記第２拡散コードおよび前記ディジタル信号間の相関を指示する前記出力の合計を提供する合計装置とを備え、
Ｎ＜Ｍ≦Ｋであることを特徴とする受信機。
前記第１の相関を取る手段がさらに、前記Ｍ論理ゲートからの前記出力の合計からデータ信号とクロック信号とを引き出す手段を備えた請求項７の受信機。
前記第１の相関を取る手段がさらに、前記通信方式により通信された伝言の前文を検出する手段を備え、この検出手段は前記マルチプレクサが前記第１の相関を取る手段からの前記出力を選択することを可能にする請求項７の受信機。
前記第２の相関を取る手段がさらに、前記Ｎ論理ゲートからの前記出力の合計からデータ信号とクロック信号とを引き出す手段を備えた請求項７の受信機。
前記第２の相関を取る手段がさらに、前記通信方式により通信された伝言の前文を検出する手段を備え、この検出手段は前記マルチプレクサが前記第２の相関を取る手段からの前記出力を選択することを可能にする請求項７の受信機。
ディジタル信号を受けるように適用されたＫ個（Ｋは複数）の連続した遅延段階を有し、前記ディジタル信号を固定率でそれを通して伝播するディジタル遅延ラインと、前記ディジタル遅延ラインに結合され、前記ディジタル信号と複数の異なる長さＭ及びＮの拡散コードとの相関を取るように適用された複数の相関器と、前記複数の相関器の各々に結合され、それぞれ前記複数の拡散コードの１つに相関する前記複数の相関器の１つから出力を選択するマルチプレクサとを備え、
前記複数の相関器がさらに少なくとも２つの相関器を備え、前記少なくとも２つの相関器の第１のものは、前記ディジタル信号と長さＭを有する前記複数の拡散コードの第１のものとの相関を取るよう適用され、前記少なくとも２つの相関器の第２のものは、前記ディジタル信号と長さＮを有する前記複数の拡散コードの第２のものとの相関を取るように適用され、
Ｎ＜Ｍ≦Ｋであることを特徴とするスペクトラム拡散通信方式のディジタル合致フィルタ。
前記複数の相関器の各１つがさらに、前記ディジタル遅延ラインの段階の対応している１つに結合された第１入力および前記複数の拡散コードのそれぞれ１つの対応しているビットに結合された第２入力を各々有する複数の論理ゲートと、前記複数の論理ゲートの各出力にそれぞれ結合され、前記拡散コードのそれぞれ１つおよび前記ディジタル信号間の相関を指示する前記出力の合計を提供する合計装置とを備えた請求項１２のディジタル合致フィルタ。
前記複数の相関器の各１つがさらに、前記複数の論理ゲートからの前記出力の合計からデータ信号とクロック信号とを引き出す手段を備えた請求項１３のディジタル合致フィルタ。
前記複数の相関器の各１つがさらに、前記通信方式により通信された伝言の前文を検出する手段を備え、この検出手段は前記マルチプレクサが前記複数の相関器の１つからの前記出力を選択することを可能にする請求項１３のディジタル合致フィルタ。
前記複数の論理ゲートの各１つがさらに排他的ＯＲ論理ゲートを備える請求項１３のディジタル合致フィルタ。
固定分割率でディジタル信号を受けるように適用された受信機を含んでいるスペクトラム拡散通信方式において、Ｋ個（Ｋは複数）の連続した遅延段階を有するディジタル遅延ラインを通してディジタル信号を分割率で伝播し、前記ディジタル遅延ラインの前記ディジタル信号と長さＭを有する第１拡散コードおよびＭより小さい長さＮを有する第２拡散コードとの相関を取り、前記第１および第２の拡散コードの１つとの相関に基づいて出力信号を選択することを備え、
前記相関を取るステップがさらに、前記ディジタル遅延ラインの遅延段階の対応している１つからの各データチップを前記第１および第２拡散コードの対応しているチップとそれぞれ比較し、前記第１拡散コードおよび前記ディジタル信号間、および前記第２拡散コードおよび前記ディジタル信号間の相関の程度を指示している前記比較の各値の合計を提供することを備え、
Ｎ＜Ｍ≦Ｋであることを特徴とするディジタル信号を逆拡散する方法。
各前記合計値からデータ信号とクロック信号とをそれぞれ引き出すことをさらにそなえた請求項１７の方法。
前記通信方式により通信された伝言の前文を検出することをさらに備えた請求項１７の方法。
前記相関を取るステップが少なくとも二重の前記分割率である率で行われる請求項１７の方法。