JP4236137B2 - 通信ネットワーク用非対称符号化／復号の方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信信号の符号化／復号に関し、特に通信信号へのコード適用のシーケンスに関する。本発明は、特に通信信号のＣＤＭＡ符号化および復号に関する。
【０００２】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】
通信システムにおける信号の符号化は、多くのコードの適用を必要とすることが多いが、そこでは複数のコードが一連のオーバレイとして適用され、信号を多様な信号伝送および交換の目的に合致させるよう条件付ける際様々な目的を達成する。こうした符号化の例には、伝送チャネルに合わせて最適化されたＣＤＭＡ信号を生成するために適用されるスプレッディングおよびオーバースプレッディングが含まれる。他のコード処理には誤り訂正、信号相関または相関解除（ｄｅ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）等が含まれる。
【０００３】
これらの多数のコードの適用は、起点および終端ステーションの間に配置された複数の処理ステーションによって処理されなければならないことが多い。普通、信号は各処理ステーションで復号および再符号化されなければならない。これは、各処理ステーションでのかなりの処理労力に相当し、総合的な信号伝送の不効率につながる。
【０００４】
他の伝送処理（すなわち、ＣＤＭＡ）では、信号は連続する処理ステーションの多数の段階でスプレッディングまたはデスプレッディングされる。こうした処理は、スプレッディング処理によって総合スプレッディング速度を変更することもしないこともある。連続する層のスプレッディングを有するスプレッディング適用は順次的に行われ、中間処理ステーションで原信号を回復する必要がある場合、回復のためのデスプレッディングが逆のシーケンスで行われた後、再スプレッディングが、送信機での元のスプレッディング操作とまったく同じシーケンスで行われる。ここでも必要とされる処理は、原信号の回復が必要でない場合にも実行され、伝送効率を大きく低下させる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、送信ステーションに端を発する符号化信号は、交換、多重化、逆多重化、信号の再生成等を促進するため、中間ステーションおよび受信ステーションで、原符号化処理の順序と異なった順序で処理される。すなわち、ＣＤＭＡ符号化信号の回復は、原符号化順序スキームまたはスプレッディング・コードの適用シーケンスの逆の順序によるスプレッディング／デスプレッディングの適用を必要としない。これは、相関デスプレッディングが利用されるコードを使用するすべての直接シーケンス法における様々な種類のスプレッディングについて言える。さらに、周波数ホッピング、時間ホッピング等といった他の適用に関する同様の種類のコードにも置換される。
【０００６】
例示としての実施形態では、コードの適用は符号化された原信号を損なわずに置換される。この適用では、符号化スプレッディング関数のすべてがスプレッディング速度の増大につながるわけではない。理論的には、コード適用の置換は、元の数値を保持しつつ反復ルベーグ可積分関数の順序を置換する許容度によって予測される。
【０００７】
特定の例示としての実施形態では、受信信号のデスプレッディング・コードの適用の特定のシーケンスが、信号送信時のスプレッディング・コードの元の適用から置換される。複数の信号プロセッサが、原信号数値を保持しつつ多様なシーケンスを想定する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
従来の通信システムでは、受信ＣＤＭＡ信号の復号は送信用初期コード化の正確な逆対称順序である。こうした従来の符号化装置を使用する通信システムが図１に示されるが、そこには送信用信号を受け入れる入力１０１が含まれ、それにスプレッディング関数Ｆ₁、Ｆ₂〜Ｆ_nを提供する３つの符号化機能１０２、１０３および１０４が続く。符号化信号は有線または無線であるチャネル１０６を通じて、複数の復号器１０７、１０８および１０９と出力１１０を有する受信位置に伝送される。復号器は各々逆復号関数を提供する。復号関数Ｆ_n ^-1〜Ｆ₂ ^-1およびＦ₁ ^-1はコード化の初期シーケンスの全く逆のシーケンスで提供される。このため、すべての処理のための復号が、コード化の逆対称順序をトラバースするために必要な多数のステップで回復されることが必要になる。符号回路および復号回路は当業技術分野で周知であるので、詳細に開示する必要はないと考えられる。
【０００９】
拡散スペクトル復号が置換されるシステムが、図２の通信システムで示される。この場合、スプレッディングとデスプレッディングの間のシーケンスの変更を支援するある種類のスプレッディング関数が使用される。まず入力２０１に適用された信号が、符号器２０２、２０３および２０４によりスプレッディング関数Ｆ₁、Ｆ₂およびＦ_nによってこの順序で符号化される。適用されたすべてのスプレッディング・コードがスプレッディング速度の増大に帰結するわけではない。
【００１０】
拡散ＣＤＭＡ信号は、チャネル２０５を通じて、出力２１０に直列に接続された復号器２０７、２０８および２０９を有する受信機に伝送される。復号関数Ｆ_j1 ^-1、Ｆ_j2 ^-1およびＦ_jn ^-1は送信側の符号化関数の順次的な逆の順序には接続されていない。しかし、各符号器Ｆ_jについて、対応する復号器Ｆ_jkが存在する。この装置では、コード化信号ユニットはすべての符号化レベルで独立して回復できる。この順序の変更によって、必要な場合処理関数について符号化信号のあるレベルを抽出することが可能になる。
【００１１】
相関コード化および復号の順序の置換の基礎はトネリ・ホブソンの定理である。この定理はルベーグ可積分関数の反復積分の順序の置換を管理する。これは次の結果として表される。
Ｃ（（ｆ，Ｇ），Ｈ）（ｔ）＝Ｃ（Ｃ（ｆ，Ｈ），Ｇ）（ｔ）
ここで、ｆは受信信号であり、Ｇは逆スプレッディング関数であり、Ｈは逆スプレッディング関数であり、Ｃは相関演算子である。１つの相関演算子の置換が図６で示されるが、そこでは、Ｈが後に続く逆スプレッディング関数Ｇと、Ｇが後に続く同等のＨとの不変性が示される。
【００１２】
符号化信号を伝送する際、伝送経路全体の中の中間地点またはウェイステーションで処理を行うために、ある中間コード化レベルまで信号を復号する必要が頻繁に発生する。こうした処理を必要とする伝送システムの例が図３に示される。伝送される信号が入力３０１に適用され、符号器３０２および３０３でスプレッディング・コードＦ₁およびＦ₂によってスプレッディング符号化される。次の符号器３０５は、別の独立したチャネル入力を受信し、コーダ３０２の出力をさらに追加して符号化する。補助チャネルがリード線３０４に適用される。２つの信号は、スプレッディング・コードＦ_j ^-1を適用することによってコーダ３０５で符号化される。これらの信号は次のスプレッディング復号器３０７に伝送され、チャネル₁３１０を通じて伝送される前にスプレッディング・コードＦ_nが適用される。
【００１３】
中間ステーションには、デスプレッディング・コードＦ_n ^-1を適用する復号器３１２が含まれる。一連のスプレッディング符号器３１３および３１５が直列に接続される。これらの符号器はスプレッディング・コードＦ_jおよびＦ_nを適用し、信号を再伝送する。符号器３１３は符号器３１３の出力から伝送するための独立した出力３１７を有する。
【００１４】
スプレッディング符号器３１５の出力はチャネル₂３１６に適用され、スプレッディング・コードＦ_jを適用するスプレッディング符号器３３１を含むもう１つの中間宛先に伝送される。
【００１５】
スプレッディング信号は伝送チャネルｎ３３５を経由して、それぞれデスプレッディング・コードＦ₂ ^-1、Ｆ_n ^-1およびＦ_j ^-1を適用する一連のデスプレッディング復号器３３７、３３９および３４１に伝送される。デスプレッディング出力信号は出力リード線３４３に適用される。
【００１６】
置換逆復号器操作を伴う直接シーケンスＣＤＭＡの例が図４に示される。信号関数ＡおよびＢが入力４０１に適用される。ＡはＸおよびＹを含み、ＢはＺおよびＷを含む。これらはそれぞれ符号化関数Ｆ₁およびＦ₂を有する連続する符号化装置４０２および４０３に適用される。ＡとＢは異なったＰＮシーケンスを有し、Ａのシーケンスは＋、＋、−であり、Ｂのシーケンスは＋、−、＋である。符号化信号はチャネル４０５によって、復号器４０７および４０８を含む受信機に伝送される。復号器は複合処理の従来の逆シーケンスから置換される。スプレッディング処理では、入力でＸ、Ｙ、ＺおよびＷに関する最初の４つのスプレッディング・ウォルシュ関数がＦ₁として各クロック・パルスで適用される。これらはウォルシュＯＮシーケンスとして知られている。適用可能なウォルシュ関数は以下である。
【００１７】

時間シーケンス・コード化の例が以下の表に示される。コードは、１２タイミング・マーカー毎に繰り返す。
【００１８】

【００１９】
周波数ホッピングＣＤＭＡ伝送システムに適用されるコード化の置換の適用に関する特定の例示としての実施形態が図５に示される。通信システム中の４つのユーザ（Ｘ、Ｙ、ＺおよびＷ）が示される。２つの符号器５０３および５０４がユーザをホップ集合｛ｘ、ｙ、ｚ、ｗ｝にマップする符号化関数Ｆ₁およびＦ₂と共に示される。ある時間に示されるホップ集合は（ｎｘｙｚｗ）である。符号化演算子Ｆ₁の適用によって、ｎが偶数のとき、ホップ・パターン（ｎｘｙｚｗ）が得られ、ｎが奇数のとき、（ｎｙｘｗｚ）が得られる。Ｆ₂は（ｎａｂｃｄ）の形態の入力を有する。この実施形態ではｎはｋ（ｍｏｄ４）に一致する。すなわちｋ＝０または１の場合、Ｆ₂によって（ｎａｂｃｄ）が与えられる。ｋ＝２または３の場合、Ｆ₂によって（ｎｃｄａｂ）が与えられる。一方Ｆ₁Ｆ₂はｋ＝０の場合、（ｎｘｙｚｗ）を与え、Ｆ₁Ｆ₂はｋ＝１の場合、（ｎｙｘｗｚ）を与え、Ｆ₁Ｆ₂はｋ＝２の場合、（ｎｚｗｘｙ）を与え、Ｆ₁Ｆ₂はｋ＝３の場合、（ｎｗｚｙｘ）を与える。Ｆ₁とＦ₂の両方は、どちらも各々その逆の数値に等しく２つを連続して適用すると同一になるという点で対合である。ｎ＝０、１、２、３について伝送される周波数パターン（ｎａｂｃｄ）は、初めにＦ₁を適用し次にＦ₂を適用することによって整合される。
【００２０】
前記システムは、ＣＤＭＡシステムで一般的な方法でクロックによって制御される。関数Ｆ₁では、ＸおよびＹに関するクロック周波数が交換され、ＺおよびＷに関するクロック周波数が各クロック・パルスについて交換される。関数Ｆ₂では、Ａの中のクロック・パルス周波数が１つ置きにＢの中のクロック・パルス周波数と交換される。これらの周波数交換は図５の数値の表で示される。チャネル５０５を通じた伝送の後、復号器５０６および５０７で置換された順序（Ｆ₁ ^-1がＦ₂ ^-1に先行する）で複合化が行われ、出力５１２に完全な信号の回復が得られる。
【００２１】
図５の例示としての実施形態の動作は、図５の添付の表Ａ〜Ｄを検討することによって確認される。表Ａは、符号器５０３によって周波数ホップされる信号ＡおよびＢの２つのグループの符号化演算を示す。
【００２２】

【００２３】
下位グループＡのＸとＹは、下位グループＢのＷとＺとして置換される。クロック・パルス毎に交替する出力が生成される。こうした置換が図５の表Ａに示される。コーダ５０３の出力は、符号器５０４で、表Ｂに示されるように２つのとき間単位毎にＡおよびＢの数値を置換することによってさらに置換される。
【００２４】

周波数ホップされた伝送が表Ｃに示される。
【００２５】

【００２６】
受信機では、復号器５０６はＦ₂ ^-1の逆を行うが、その最初のものは伝送動作に不適切である。ＸおよびＹ信号と、その後ＺおよびＷ信号が、表Ｄのように個別に変更される時間単位によって置換される。
【００２７】

ＡおよびＢの下位グループは２つの時間単位毎に置換され、表Ｅに示すような結果を生じる。
【００２８】

【図面の簡単な説明】
【図１】受信機での復号が送信前の符号化の逆対称順序で行われる、拡散ＣＤＭＡ信号を使用する従来の技術通信システムのブロック略図である。
【図２】送信前の符号化の逆対称順序と一致しない順序のデスプレッディング関数を使用する受信機での復号を伴う拡散ＣＤＭＡ信号を使用する通信システムのブロック略図である。
【図３】中間復号器と受信復号器での逆復号操作の置換を伴う直接シーケンスＣＤＭＡを使用する一般化された通信システムのブロック略図である。
【図４】受信復号器での逆復号操作の置換を伴う直接シーケンスＣＤＭＡを使用する通信システムのブロック略図である。
【図５】受信復号器での逆復号操作の置換を伴う周波数ホッピングＣＤＭＡを使用する通信システムのブロック略図である。
【図６】相関された符号化および復号関数の不変性を示すブロック略図である。

Claims (5)

1. 伝送信号のスペクトル拡散ＣＤＭＡコード化シーケンスの逆と異なる復号シーケンスを有する復号順序でスペクトル拡散ＣＤＭＡ信号を相関復号する方法であって、
   連続した一連の符号化ステップＦ_１〜Ｆ_ｎで、伝送前にスプレッディング・コード信号によって符号化するステップと、
   伝送チャネルを通じて前記信号を伝送するステップと、
   前記伝送チャネルから前記信号を受信するステップと、
   前記連続した一連の符号化ステップ以外のシーケンスでデスプレッディング・コードの復号ステップを適用することによって前記受信信号を復号するステップとを含み、各符号化スプレッディング・コードが対応する復号デスプレッディング・コードを有し、スプレッディング・コードおよびデスプレッディング・コードが相関関連コードであり、そして前記受信信号の復号が部分的であり、前記方法はさらに、
   この復号が起点と終端との間に配置された多数の中間受信ステーションの中で分配されるステップを含む方法。
2. 請求項１に記載の方法において、さらに、
   前記中間受信ステーションの中で符号化ステップと復号ステップを繰り返すステップを含む方法。
3. 請求項２に記載の方法において、さらに、
   中間および終端ステーションで、送信起点の原スプレッディング周波数と異なったスプレッディングおよびデスプレッディングのレートを使用するステップを含む方法。
4. 請求項３に記載の方法において、さらに、
   中間受信ステーションでコーダを通じて追加チャネルを伝送経路に多重化するステップを含む方法。
5. 請求項３に記載の方法において、さらに、
   各々異なったシーケンスの復号およびコード化を使用する多数のチャネルを経由して伝送するステップを含む方法。

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