发送信号形成方法、通信方法及发送信号的数据结构 【技术领域】
本发明涉及发送信号的形成方法、使用其发送信号的通信方法及发送信号的数据结构，特别适宜于移动通信等多径环境。
背景技术
在蜂窝无线通信或各种移动环境下，随着对数据通信需求的增加，需要提高无线频带资源利用率的技术。例如，在由CDMA方式进行的通信方式中，由扩频序列的相关特性或传输路径的多径特性引起的信道间干扰成为限制频带利用率的主要原因。
由于正交频分复用(OFDM)是使用正弦波的频率复用方式，因此多径的影响表现为信号功率的衰减，具有难以分离发送的正弦信号和多径的正弦信号的问题。
另一方面，按照CMDA方式，使用导频信号就能够在同一频率及同一时间下分离发送信号和多径信号。
CMDA是使用扩频通信方式的多址方法，该扩频通信方式使用扩频码序列进行调制，例如采用互相关成为0的周期序列作为扩频码序列。
提出有一种通信方式，使用例如完全互补序列作为分离原发送信号与多径的信号地扩频码序列，完全互补序列具备在0移位以外的所有的移位下各序列的自相关函数之和为0的自相关特性以及在所有的移位下各序列的互相关函数之和始终为0的互相关特性。使用完全互补序列来形成无旁瓣或信道间干涉的ZCZ(周期性无相关区)-CDMA信号，使发送信号的周期频谱不相关。由此，能够把同一频率和同一时间分配给导频信号和发送信号。
以往提出的使用完全互补序列的扩频通信方式中，由于经数字调制的无线信号的幅度范围增大，存在需要大的动态范围的问题。
图12示出使用完全互补序列作为扩频码序列的信号例。A0(＝+++-++-+)的信号列是使用完全互补序列形成的2值信号的一例。其中，“+”表示“1”、“-”表示“-1”。
该信号例中，如果多径特性对于接收信号表现为延迟时间，经过多径传输路径的接收信号就被接收为“1，2，3，1，1，1，…”的信号列。该信号的幅度范围为如从0到3，接收方的放大器需要具备对应于该幅度范围的动态范围。
在对于这种幅度范围无法获得充分的动态范围时，放大器的输入输出特性具备的非线形性就会使输出信号产生畸变，在输入信号具有的频带以外的频域内也产生频谱，使抗噪特性恶化。由于输出波形畸变，在接收端产生码间干扰而使误码率恶化。如果使用放大器的线性放大区进行信号放大，则会增加放大器的耗电，耗电的增加就成为缩短移动终端待机时间的主要原因。
【发明内容】
本发明的目的在于，解决前面所述的现有问题，在扩频时发送数据的调制中，缩小信号的幅度范围，并缩小接收方的放大器的动态范围。
在扩频时发送数据调制中，现有技术是改进扩频序列本身来使发送信号的周期频谱不相关。相对于此，本发明是在扩频时的发送数据调制中，着眼于发送数据列，而不是注重如现有的扩频序列本身，来使发送信号的周期频谱不相关。使发送信号的周期频谱不相关，就能够缩小信号幅度的范围，并缩小接收端的放大器的动态范围。
本发明的发送信号形成方法具备如下步骤：发送数据乘以给定系数列的各系数而形成多个发送数据；在乘了该系数的多个发送数据间附加给定长度的0数据而形成发送数据列；把由此形成的发送数据列作为发送信号。
这里，发送数据是包含传输内容的信息的数字数据。另一方面，所形成的发送数据列成为发送信号，排列多个发送数据而形成。在多个发送数据的排列中，各发送数据乘以给定系数列的各系数，交叉排列发送数据和给定长度的0数据。
形成发送数据列的第一个方法是把乘了系数的多个发送数据延时长于其发送数据的数据长度的时间，空开间隔排列起来，在相邻的发送数据间配置给定个数的0数据。
形成发送数据列的第二个方法是在发送数据的后方附加给定个数的0数据，附加了0数据的发送数据乘以给定系数列的各系数而形成多个发送数据，把乘了系数的多个发送数据按系数列的系数顺序排列起来而形成发送数据列。或者，发送数据乘以给定系数列的各系数而形成多个发送数据，在乘了系数的各发送数据的后方附加给定个数的0数据，再把附加了0数据的各发送数据按形成列的系数顺序排列起来而形成发送数据列。
本发明的发送信号形成方法的另一方案是使用不同系数列形成多个发送数据列的信号形成方法，在不同的两个发送数据列的任意组合中，包含在发送数据列内的有限个数的发送数据形成具备非周期互相关函数为0的范围的发送数据列，非周期互相关函数是具有有限个数而非无限个数的发送数据的发送数据列之间的互相关函数。为了具备该相互相关函数为0的范围，而形成具备有限个数发送数据的发送数据列，使发送信号的周期频谱不相关。
用于本发明的发送信号形成的系数列可以从ZCZ序列中选择，可以为从完全互补序列中选择的任意的矢量行的系数列，可以使用酉矩阵来形成。
按照本发明的通信方法，发送由本发明的发送信号形成方法形成的发送数据列，经过对应于用于该发送数据列的形成的系数列的匹配滤波器接收发送数据。
本发明的通信方法中，把发送数据列作为测定多径特性的导频信号，并接收该导频信号就能够求出传输路径的多径特性。
本发明的通信方法的另一方案中，使用不同的系数列来形成多个发送数据列，把从发送数据列中选择的至少一个发送数据列作为导频信号，把其他发送数据列作为发送信号。从导频信号的接收信号求出多径特性，使用求出的多径特性从发送信号的接收信号中去除多径信号来求出发送数据。
由于导频信号和发送信号的周期频谱互不相关，通过对应的匹配滤波器就能分离各信号。导频信号可以从发送信号和接收信号的关系求出多径特性，可以从该多径特性和接收信号求出发送信号。
本发明的发送信号的数据结构是在发送数据乘以给定系数列的各系数而获得的多个发送数据间附加给定长度的0数据的数据结构，可以用本发明的发送信号形成方法来形成。
【附图说明】
图1是本发明的发送信号形成方法及本发明的发送信号的数据结构略图；
图2是酉矩阵的一例的示图；
图3是酉矩阵用于发送数据而形成的本发明的发送数据列的例子的示图；
图4是本发明的发送数据与发送数据列之间的关系图；
图5是本发明的输入输出信号与匹配滤波器之间的关系图；
图6是使信号经过匹配滤波器时数据列的状态说明图；
图7是本发明的导频信号与发送信号之间的关系图；
图8是本发明的依据导频信号检测多径特性的说明图；
图9是本发明的发送信号的通信状态的说明图；
图10是本发明的发送信号的通信状态的说明图；
图11是适用于本发明的匹配滤波器的一个构成例的示图；
图12是使用完全互补序列作为扩频码序列的信号例的示图。
【具体实施方式】
下面，使用附图说明用于实施本发明的最佳方案中的发送信号形成、通信方法及通信信号的数据结构。以下，参照附图详细说明本发明的实施例。
图1是本发明的发送信号形成方法及本发明的发送信息的数据结构的略图。
本发明通过使用扩频序列，由发送数据b(＝(b0，b1，b2，b3，…，bN-1))(示于图1(a))形成发送数据列(示于图1(c))，把该发送数据列作为发送信号。其中，N取任意的整数，发送数据的数据长度设为任意的N比特。
为了由发送数据(b0，b1，b2，b3，…，bN-1)(示于图1(a))形成发送数据列B，发送数据(b0，b1，b2，b3，…，bN-1)乘以给定扩频序列的系数列(1，-1，1，-1)的各系数(示于图1(b))来形成多个发送数据B0(＝(b0，b1，b2，b3，…，bN-1))、B1(＝(-1)·(b0，b1，b2，b3，…，bN-1))，B2(＝(b0，b1，b2，b3，…，bN-1))，B3(＝(-1)·(b0，b1，b2，b3，…，bN-1))。如图1(b)所示，发送数据b(＝(b0，b1，b2，b3，…，bN-1))乘以给定扩频序列的系数列(1，-1，1，-1)的各系数的处理可以用克罗内克积表示。
接着，如图1(c)所示，把乘以各系数的多个发送数据分别延迟给定长度T空开间隔排列起来，在各发送数据间配置对应于延迟时间τ的给定个数的0数据。给定长度T设定为长于发送数据的长度N，配置(T-N)比特量的0数据。由此，形成图1(d)所示的发送数据列。从发送数据的终端到下一个发送数据的始端延迟给定时间τ而形成发送数据间的间隔，如此排列多个发送数据就在各发送数据间空开相当于(T-N)比特量的时间间隔。
也可以在发送数据(b0，b1，b2，b3，…，bN-1)的后方附加(T-N)比特量的0数据而形成全体数据长度为T比特的发送数据(b0，b1，b2，b3，…，bN-1，0，…，0)，该加了0数据的发送数据再乘以给定系数列(1，-1，1，-1)的各系数，从而形成多个发送数据(b0，b1，b2，b3，…，bN-1，0，…，0)、(-1)·(b0，b1，b2，b3，…，bN-1，0，…，0)、(b0，b1，b2，b3，…，bN-1，0，…，0)、(-1)·(b0，b1，b2，b3，…，bN-1，0，…，0)，然后把它们按系数列的顺序排列起来而形成发送数据列，由此来取代把乘了给定系数列(1，-1，1，-1)的各系数的发送数据(b0，b1，b2，b3，…，bN-1)延迟给定时间。该(T-N)比特量的0数据的附加对应于延迟时间τ的操作。
这里使用的ZCZ序列是具有具备零自相关区域特性和零互相关区域特性的周期性零相关区域的序列，例如可以使用完全互补序列作为给定系数列。完全互补序列是具备各序列的自相关函数之和在除了0移位以外的全部移位上为0的自相关特性、各序列的互相关函数之和在全部移位上始终为0的互相关特性的序列，例如可以使用图2所示的酉矩阵。
图3表示发送数据A0～A3、B0～B3、C0～C3、D0～D3乘以酉矩阵的各矢量行的各系数后附加给定数的0数据而获得的发送数据列的例子。
使用(1，0，0，0)作为原发送数据，乘以图2所示酉矩阵的各矢量行的各系数来形成多个发送数据。从酉矩阵的第1行的矢量行得到的各发送数据对应于各系数分别为A0＝(1，0，0，0)，A1＝(1，0，0，0)，A2＝(1，0，0，0)，A3＝(1，0，0，0)；从酉矩阵的第2行的矢量行得到的各发送数据对应于各系数为B0＝(1，0，0，0)，B1＝(-1，0，0，0)，B2＝(1，0，0，0)，B3＝(-1，0，0，0)；从酉矩阵的第3行的矢量行得到的各发送数据对应于各系数为C0＝(1，0，0，0)，C1＝(1，0，0，0)，C2＝(-1，0，0，0)，C3＝(-1，0，0，0)；从酉矩阵的第4行的矢量行得到的各发送数据对应于各系数为D0＝(1，0，0，0)，D1＝(-1，0，0，0)，D2＝(-1，0，0，0)，D3＝(1，0，0，0)。
延迟这些发送数据后附加0数据来形成发送数据列，图4用通式表示了发送数据与发送数据列之间的关系。这里，分别用A＝(a0，a1，…，aN-1)，B＝(b0，b1，…，bN-1)，C＝(c0，c1，…，cN-1)，D＝(d0，d1，…，dN-1)表示发送数据A～D时，如图4(a)中的行列式表示的那样，可以附加0数据来形成发送数据列。
分别用A＝(a0，a1，…，aN-1，0，…，0)，B＝(b0，b1，…，bN-1，0，…，0)，C＝(c0，c1，…，cN-1，0，…，0)，D＝(d0，d1，…，dN-1，0，…，0)表示发送数据A～D的情况下，可以用图4(b)中的行列式表示发送数据列。
接着，说明使用形成的发送信号的本发明的通信方法。
形成的发送信号可以从对应于形成该发送信号所用的扩频序列的各系数的匹配滤波器取出来。例如，匹配滤波器是解扩取出发送数据A的滤波器，对应于形成发送数据A的扩频序列的系数而形成。
根据扩频序列具备的完全互补性决定输入输出信号与匹配滤波器之间的关系，图5是输入输出信号与匹配滤波器之间的关系图。
如在图5(a)中，在使信号A通过信号A的匹配滤波器的情况下，能够由自相关特性获得脉冲状信号，但在使信号A通过信号A的匹配滤波器以外的匹配滤波器(信号B的匹配滤波器～信号D的匹配滤波器)的情况下，由互相关特性得不到信号。
图5(b)中，使信号B通过信号B的匹配滤波器的情况下，能够由自相关特性获得脉冲状信号，但使信号B通过信号B的匹配滤波器以外的匹配滤波器(信号A的匹配滤波器、信号C的匹配滤波器、信号D的匹配滤波器)的情况下，由互相关特性得不到信号。
接着，说明用本发明的发送信号形成来抑制发送信号的幅度范围。
本发明的发送信号形成时，把乘以ZCZ序列的系数的多个发送数据延迟后排列起来，就能够使有限个数发送数据的数据列具有周期性零相关区域，并形成脉冲信号。
使用图6来说明使信号通过匹配滤波器时的数据列的状态。
图6(a)表示使信号A通过信号A的匹配滤波器时的数据列的状态。
本发明的发送信号对基于完全互补序列的ZCZ序列适用时延，可以用aA＝a(A0)0+a(A1)T+a(A2)2T+a(A3)3T表示。这里，(·)T表示T时隙(T码片)的时间延迟，aA信号长为4T。
图3所示的数据信号A对应于在上式中(AN)的信号为(1，0，0，0)、且T＝9的情况。
使该信号A通过信号A的匹配滤波器而获得的信号可以由信号A与匹配滤波器A的卷积求出，由aA*Af＝4a(x，x，…，x，x，0，0，0，0，0，0，0，0，1，0，0，0，0，0，0，0，0，x，x，…，x，x)表示。其中，Af对应于匹配滤波器。
从上式可知，所得信号为脉冲状，可以抑制幅度的范围。
另一方面，图6(b)表示使信号B通过信号A的匹配滤波器时的数据列的状态。
发送信号B由aB＝a(B0)0-a(B1)T-a(B2)2T+a(B3)3T表示。图3所示的数据信号B对应于在上式中(BN)的信号为(1，0，0，0)、且T＝9的情况。
使该信号B通过信号A的匹配滤波器而获得的信号可以由信号B与匹配滤波器A的卷积求出，使信号B通过信号A的匹配滤波器时的信号由aB*Af＝a(0，0，…，0，-1，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，-1，0，…，0，0)表示。上述两式中，a表示发送时的信号幅度。
该情况表明，按照由本发明形成的发送数据列，多个发送数据列的任意组合中，有限个数的发送数据具有非周期互相关函数为0的范围(图6(b)和上述aB*Af中的(-1)夹着的连续的0的范围)。其中，非周期互相关函数是长度无限长时的周期互相关函数。
本发明的通信方法中，可以把形成的发送信号中的至少一个发送信号作为导频信号，适用于检测发送信号的多径传输的多径特性，以及检测去除了多径特性的发送信号。图7是导频信号与发送信号之间关系的说明图。
图7中，例如，把信号A作为导频信号，通过多径传输P后，再通过信号A的匹配滤波器A，求出输出信号p，就能够从该输出信号p求出多径传输的多径特性P。
把信号B～信号D作为发送信号时，在与导频信号同时通过相同的多径传输P的情况下，会从多径传输P受到相同的多径特性的影响。因此，通过各匹配滤波器B、C、D而获得的输出信号q、r、s中包含同一多径特性。因此，使用由导频信号求出的多径特性P，并由输出信号q、r、s去除多径特性P，就可以求出发送信号B、发送信号C及发送信号D。
这里，设多径特性P为P＝(p0，p1，p2，p3)。其中，pk为时隙0、1、2、3的各延时的多径因数。例如，可以用导频信号的匹配滤波器检测出通过多径传输的导频信号来求出该多径特性P。
如前所述，在发送数据中对ZCZ序列的一系数列适用延时来形成发送信号aA，并使该发送信号aA通过多径传输P之后，用信号A的匹配滤波器检测并把接收信号aA′接收下来。图8是根据导频信号检测多径特性的说明图。
如图8所示，可以把各延迟时间的各输出信号加起来求出aA′，可用下式表示。
aA′＝4a(x，x，…，x，x，0，0，0，0，0，0，0，0，p0，p1，p2，p3，0，0，0，0，0，x，x，…，x，x)
其中，x表示某一值。
因此，接收信号aA′以可分离的状态包含多径特性P＝(p0，p1，p2，p3)。
另一方面，通过相同的多径传输的发送信号可以表示如下。图9、图10是发送信号的通信状态的说明图。
设发送数据为(b0，b1，b2，b3，b4，b5)(图9(a))，使用与形成ZCZ序列的导频信号所用的系数列的不同的系数列形成发送信号。
如果把ZCZ序列的其他系数列设为B，则B＝(B0)0+(B1)T6+(B2)2T+(B3)3T(图9(b))。
发送信号可以使用发送数据和系数列B，由(b0，b1，b2，b3，b4，b5，0，0，0，-b0，-b1，-b2，-b3，-b4，-b5，0，0，0，b0，b1，b2，b3，b4，b5，0，0，0，-b0，-b1，-b2，-b3，-b4，-b5，0，0，0表示(图9(c))。
这里，如果把经过多径传输P的信号设为B″，可以根据信号B″与匹配滤波器B的卷积求出用信号B的匹配滤波器检出的接收信号，可以表示如下：
B″*Bf
＝4p0(…，x，0，0，0，b0，b1，b2，b3，b4，b5，0，0，0，x，x，x，x，…)
+4p1(…，x，x，0，0，0，b0，b1，b2，b3，b4，b5，0，0，0，x，x，x，…)
+4p2(…，x，x，x，0，0，0，b0，b1，b2，b3，b4，b5，0，0，0，x，x，…)
+4p3(…，x，x，x，x，0，0，0，b0，b1，b2，b3，b4，b5，0，0，0，x，…)
＝(…，x，x，x，x，q1，q2，q3，q4，q5，q6，q7，q8，x，x，x，x，…)
其中，Bf对应于匹配滤波器B。
这里，q1，q2，q3，q4，q5，q6，q7，q8可以作为匹配滤波器的输出而直接求出来。
图10(a)概略表示发送信号、多径传输的多径特性P、B的匹配滤波器的输出之间的关系，它们之间的关系可以用图10(a)所示的关系式来表示。
图10(a)所示的关系式中，检测出导频信号就可以求出(p0，p1，p2，p3)，检测出发送信号就可以求出(q0，q1，q2，q3，q4，q5，q6，q7，q8)。
因此，可以使用(p0，p1，p2，p3)和(q0，q1，q2，q3，q4，q5，q6，q7，q8)从前述公式求出发送数据(b0，b1，b2，b3，b4，b5)。
接着，说明匹配滤波器的一个构成例。
图11表示匹配滤波器的一个构成例，是对于图4所示信号A～D的匹配滤波器的例子，对ZCZ序列适用延时而形成信号A～D。
图11(a)是对应于图3所示的序列的第一矢量行(1，1，1，1)的信号A的匹配滤波器的一个构成例，表示延迟时间为9τ的情况。图11(b)、(c)、(d)分别是对应于(1，-1，1，-1)、(1，1，-1，-1)、(1，-1，-1，1)的各矢量行的信号B、信号C、信号D的匹配滤波器的一个构成例，同样表示延时为9τ的情况。
从以上说明可知，按照本发明，发送数据乘以ZCZ序列的系数的同时将其延时发送，就能够使发送信号的周期频谱不相关，并减小各信号的幅度的范围。
减小各信号的幅度的范围，可以缩小接收方的放大器的动态范围。
本发明的发送信号形成方法、通信方法及发送信号的数据结构适宜于移动通信等多径环境，具有实用性。