JP2008289154A - 拡散ベースバンド注入型パイロットキャリア - Google Patents

Abstract

【課題】帯域幅を増加させたりペイロードスループットを減少させたりすることなく性能を強化できるベースバンド注入型パイロットキャリアに基づいたシステムを提供する。
【解決手段】送信機は、通信用のペイロードデータ配置になるようにデータシンボルのシーケンスを符号化及び変調する符号化器及びベースバンド変調器を有する。ＰＮシーケンス生成器及びベースバンド変調器は、トレーニングシーケンスとしてのパイロット信号を、周期的に繰り返す拡散スペクトラムシーケンスで生成する。パイロット信号をデータシンボルのシーケンスに重畳して、送信用の合成通信信号を生成する。受信機は、合成通信信号を受信し、パイロット信号を抽出する。
【選択図】図４

Description

本発明は通信システムに関し、特に、通信システムにおいて用いられるパイロットキャリアに関する。

ベースバンド注入型パイロットキャリアは、高性能モデムで必要とされる動作の性能を高めるために通信システムにおいてしばしば用いられる。そのようなシステムの一例が、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，６０６，３５７号（以下、‘３５７特許という）に開示されており、その開示は、引用することにより全体としてここに組み込まれているものとする。‘３５７特許はＱＰＳＫ変調手法を開示しており、この手法は、データ拡散の仕組みを用いて、利用可能な送信機電力のうちの比較的限られた部分を取り出し、所定量のキャリア信号電力をＱＰＳＫ波形に注入するものである。信号対雑音の劣化という不利益を被ることなく受信機でのキャリアの検出と非再生的抽出を実現できる。この注入型の、キャリアに基づく変調手法は、高性能の前方誤り訂正（forward error correction、ＦＥＣ）符号化を用いて、１ｄＢから０ｄＢくらいの低水準のビット当たりエネルギー対雑音密度比（Ｅｂ／Ｎｏ）を実現するために必要とされる信号電力を低減することができる。
米国特許第６，６０６，３５７号明細書

この種の性能を追跡した改良のために払われる代償として、（１）シンボルが非配置で用いられるときの帯域幅の増加、又は（２）ベースバンドパイロット注入型キャリア（ＢＰＩＣ）シンボルがデータ配置の一部であってペイロードデータと時間多重化されるときのスループットの減少といったことが挙げられる。

しかしながら、帯域幅を増加させたりペイロードスループットを減少させたりすることなく性能を強化できるベースバンド注入型パイロットキャリアに基づいたシステムを提供すること好ましい。

本通信システムは送信機を含み、送信機は、通信用のペイロードデータ配置になるようにデータシンボルのシーケンスを符号化及び変調する符号化部及びベースバンド変調部を有する。ＰＮシーケンス生成部及びベースバンド変調部は、トレーニングシーケンスとしてのパイロット信号を、周期的に繰り返す拡散スペクトラムシーケンスで生成する。そして、回路でパイロット信号をデータシンボルのシーケンスに重畳して、送信用の合成通信信号を生成する。受信機は、合成通信信号を受信し、合成通信信号からパイロット信号を抽出する。

ある非限定的な態様においては、回路は、パイロット信号をペイロードデータ配置の変形として処理する。このパイロット信号は、配置シンボルの一部と、異なる配置と、異なる波形と、異なるシンボルレートと、ペイロードデータ配置の位相、時間、及び周波数のオフセットバージョン（ペイロードデータ配置に対応し、その位相、時間及び周波数をオフセットしたもの）とのうちの少なくとも１つとして形成され得る。パイロット信号は、あらかじめ定められた自己相関特性及び相互相関特性をもつものとしても形成され得る。

パイロット信号は、キャリア位相及び周波数を追跡するために用いられる。変調されたパイロットが逆拡散されて、キャリア追跡のＳＮ比を改善する。当業者に明らかなように、これには既知直接シーケンスの拡散スペクトラムを追跡する技術が用いられる。この追跡では、変調シーケンスが既知であり位相検出前に除去できるので、典型的なキャリア追跡ループの２乗又は４倍追跡損失（squaring or quadrupling tracking losses）を受けずに済む。その結果、従来の追跡ループによる場合よりも、大幅に低いＳＮ比で、又は広いループ帯域幅で、キャリアを追跡できる。そして本発明はターボ前方誤り訂正符号を用いたシステムに理想的に適合し、Ｅｂ／Ｎｏを２ｄＢ未満にできる。

ある非限定例においては、現存するキャリア回復ループ技術に対して本システムが有利な点として、相関追跡ループが直接シーケンスのＰＮ追跡システムにあることでタイミングも提供できる。パイロットキャリアが同じシンボルレートでペイロード変調と同期していれば、回復されたパイロットタイミングを直ちに使うことができる。また、パイロットキャリアは、自動利得制御ループの働きの単純化又は拡張のためにも使用できる。

パイロットのシーケンス及び変調が既知であり、したがって受信の位相は曖昧さ無しに決定できる。これにより、ビット誤り率（ＢＥＲ）を増加させる差動符号化／復号化が必要なくなる。さらに、時間オフセットにおけるパイロットキャリアの相関ベクトルによって、通信チャネル特性を評価することができる。非常に分散的なチャネルすなわち低いＥｂ／Ｎｏと高いシンボル誤り率とを伴うような分散的なチャネルが原因で適応等化器がペイロードデータのみに集中するのが困難になる可能性があるような場合に、本システムにより適応等化器の初期化と定期的な更新が可能になる。

パイロットシーケンスは、所望の自己相関／相互相関特性をもつどんなシーケンスであってもよい。シーケンスの長さ及び位相はＦＥＣ符号ブロック又はデインタリーブタイミングに適合するようになっていてよく、これにより、回復されたパイロットシーケンスがこれらの機能に対してタイミング基準を提供できる。そして、この目的のためにデータシーケンスに特別な同期ワードを挿入する必要性やそれに関連するオーバーヘッドをなくすことができる。

本発明の非限定例によれば、本システム及び方法により、追跡ループ機能の多くを相関追跡ループの出力レートを低くして実装でき、電力、精度、プログラミング及び安定性において有利である。

また、パイロットシンボルシーケンスが既知なので、ペイロードシンボル判定を行う前にパイロットシンボルを減じて、この既知の「雑音」源を判定から除去することができる。これは、判定が行われる前に軟判定からパイロットシンボルを減じることによって実現される。あるいは、パイロットシンボル値に基づいて判定の閾値をずらすこともできる。

現行技術に対する本システム及び方法の利点は以下の通りである。
ａ）従来の時間追跡と置き換えたり、従来の時間追跡を支援するようなパイロットシンボル相関を用いた時間追跡。
ｂ）ペイロード変調とパイロット変調が同じスペクトラムを有する場合、合成スペクトラムが、パイロットのないペイロードスペクトラムのように見える。すなわち、帯域幅の拡大がなく、合成スペクトラムは、（元のＢＩＰＣとは異なり）同じスペクトラルマスクに合致する。
ｃ）パイロット相関によるチャネル評価を異なる時間オフセットにて得られる。
ｄ）パイロットシーケンスの長さ及びタイミングをベースバンド処理タイミングに整合させることによる、復号又はデインタリーブのようなベースバンド処理機能の時間整合。

別の態様においては、調整回路が、パルス整形と、フィルタ処理と、サンプルレート変換と、周波数変換とのうちの少なくとも１つによってパイロット信号を調整する。符号化器は、好ましくは畳み込み前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号化器として構成される。データシンボルのシーケンス用のベースバンド変調器は、好ましくは位相偏移変調（ＰＳＫ）変調器として構成される。

受信機のＰＮシーケンス生成器は、送信機において生成されたパイロット信号の歪み無歪しのバージョン（送信機において生成されたパイロット信号と対応する歪み無しのパイロット信号）を生成できる。また、ペイロードデータを復調する際に用いられる処理パラメータを回路で抽出できる。処理パラメータは、タイミングオフセットと、タイミングドリフトと、周波数オフセットと、周波数オフセットドリフトと、位相オフセットと、マルチパスチャネル特性とのうちの少なくとも１つで構成され得る。

装置及び方法について同様に示されるものとする。

本発明の他の目的、特徴、及び効果は、以下の本発明の詳細な説明から、添付の図面に考慮して明らかになるであろう。

以下、添付の図面を参照してさまざまな実施の形態についてさらに十分に説明する。添付の図面には、好ましい実施の形態が示されている。多くの異なる形態が説明可能であり、説明された実施の形態は、ここに示された実施の形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施の形態は、この開示が徹底的かつ完全となるように、そして、この開示によって本発明の範囲が当業者に十分に伝わるように、提供されている。

本発明の非限定例によれば、パイロットキャリアが、周期的に繰り返す拡散スペクトラムシーケンスとして形成されて注入される。パイロットキャリアは、所望の自己相関及び相互相関を有しており、低い電力レベルでデータシーケンスに重畳される。電力レベル選択では、システムのスペクトラルマスクの要件に合成送信信号が合致するように、かつ、シーケンスの電力レベルと処理利得でもって性能強化の要求を満たせるように、電力レベルが選択される。ＰＮシーケンスは、ペイロードデータ配置のいくつかの変形として実装され得るものであり、変形としては例えば（１）配置シンボルの一部、（２）異なる配置、（３）異なる波形、（４）異なるシンボルレート、（５）配置の位相、時間、及び周波数のオフセットバージョンなどがある。

背景説明のため、上述にて特定した‘３５７特許に記載されたＱＰＳＫ変調手法に関する従来技術について図１から図３を参照して説明し、それに続けて、拡散ベースバンド注入型パイロットキャリアシステムについて、図４を参照して詳しく説明する。

図１に示すように、従来のＱＰＳＫ変調処理は、結果として生じるＱＰＳＫ波形に所定量のキャリアエネルギーを注入し、これが受信機におけるキャリアの検出と回復（非線形再生ではなく）を容易にする働きをする。この注入型の、キャリアに基づく変調手法では、所望のビット誤り確率を達成するために必要な信号電力を大幅に低減するために、高性能の前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号化手法を利用してよい。

図１は、キャリア注入型変調手法を用いた従来技術のＱＰＳＫ式の衛星通信システムを概略的に示しており、同システムは本発明の譲受人に譲渡されて引用により組み込まれている‘３５７特許により詳しく記載されている。地上局４０及び５０は、衛星トランスポンダ６０によって結合されている。地上局４０は送信局に相当し、地上局５０は受信局に相当する。

送信局４０では、符号化器４１にて同相（Ｉ）チャネル及び直交位相（Ｑ）チャネルのデータシンボルｄ_Ｉ、ｄ_Ｑが高性能符号（例えば、非限定例としてターボ）のような所定の前方誤り訂正符号で符号化されて、関連付けられた混合器４２Ｉ、４２Ｑへ送られる。混合器４２Ｉ、４２Ｑへは、キャリア信号ｆｃも加えられる。符号化されたデータシンボルストリームは、典型的には、＋１．０ボルトと−１．０ボルトといった正規化値のような所定の電圧レベル間の偏位として定義される。さらに、一方のチャネルのデータ信号経路が所定の直流電圧レベルと加算されて、理想的な正規化値からのオフセットが得られる。

同相データ信号経路には加算ユニット４３が設けられ、＋０．ｋボルトの電圧オフセットが印加される。この直流オフセット電圧の挿入により、符号化された同相データシンボルストリームの基準レベルが１．ｋボルト及び（−１．０＋０．ｋボルト）の値へシフトあるいはバイアスされる。そして、混合器４２Ｉ、４２Ｑにより生成された結果の４位相変調信号が加算ユニット４４において加算されて合成ＱＰＳＫ信号が生成され、この信号が、アンテナ４６に結合された増幅供給回路４５を介して送信される。

受信局５０では、アンテナ５２及びそれと関連付けられた低雑音増幅回路５３で信号が受信され、単一の復調器ループへと送られる。復調器ループは位相ロックループとして符号５８で示されている。データを復調するために、受信された信号がキャリア回復経路５５及びデータ回復経路５７へと送られる。送信されたＱＰＳＫ波形には所定量の離散的なキャリアエネルギーが含まれているので、信号対雑音を劣化させる上流の非線形キャリア再生回路を必要とせずに、位相ロックループ５８によってキャリアが容易に抽出され得る。データ回復経路５７は１対の位相検出器５９Ｉ／５９Ｑを含み、それらには、受信されたＩ／Ｑチャネルデータ及びキャリアと抽出されたキャリア信号とが供給される。位相検出器５９Ｉ／５９Ｑの出力は、符号化されたデータシンボルに相当するものであり、整合フィルタを用いて検出され、データ検出及び誤り訂正回復回路６１へかけられて、元データが回復される。

図２及び図３は「拡散」キャリアを示している。「拡散」キャリアは、直流オフセット又はバイアス電圧の直接挿入により実現されるものと機能的に等価である。加算ユニット４３への固定直流オフセット電圧供給を、チョップ又は拡散直流オフセット１０１と置き換えることによって、直流オフセット又はバイアス電圧がＱＰＳＫ波形に注入される。チョップ又は拡散直流オフセット１０１は、擬似ランダム雑音（ＰＮ）生成器１０３によって供給されるような「ランダム化」又は「拡散化」矩形波形を用いて加算ユニットへの＋０．ｋボルトオフセットのゲート制御を行うことによって生成される。

復調器でのＰＮタイミング回復を容易にするために、ＰＮシーケンスは比較的短くてよい。ＰＮシーケンスのマンチェスタ符号化又は二位相符号化によって、すなわち＋１ボルトと−１ボルトとに交互に変わる信号をシーケンス値に掛けることによって、各中間シンボルにおける遷移が保証される。これにより、キャリア信号とデータ信号とが確実に時間的に直交する。結果として、キャリアは、上記のわずかな電力損失を除いて、データ信号と干渉することがなく、データビットはキャリア回復ループにおいて位相ジッタを生じない。

ＱＰＳＫで受ける損失は「１」と「０」との間のレベル差に起因するので、送信されたキャリアを＋１及び−１の値を有する矩形波でチョッピングすることによって、１シンボル時間にわたる差の平均が０となるようにすることができる。例えばエッジが中間ビットで生じるようにして、キャリアがシンボルレートでチョッピングされれば、信号レベルは復調器の整合フィルタ内で平均化され、結果として劣化は発生しない。これにより、ＱＰＳＫの損失はＢＰＳＫの場合と同じところまで取り戻される。

図３の復調器の図に示すように、チョッピング又は拡散されたキャリアの回復には、やや複雑な復調器が必要である。これは、キャリアを回復するためにはキャリアを逆チョッピング又は逆拡散しなければならないからである。しかしながら、拡散演算はシンボルタイミングと同期しているので、同じ回路を両方に用いてよい。キャリアを送信するとキャリア回復ハードウェアがより単純で済むのと同様に、キャリアを拡散することによってより単純なシンボルタイミング回復ハードウェアで済ますことができる。図３の復調器の各所に時間（Ｔ）領域波形及び周波数（Ｆ）領域波形を示す。

受信信号は符号１１１Ｔ、１１１Ｆで示されており、帯域通過フィルタ１１３でフィルタにかけられ、Ｉ／Ｑダウンコンバータ１１５で複合ベースバンド信号へダウンコンバートされる。Ｉ／Ｑダウンコンバータ１１５は直交混合器とＡ／Ｄ変換器とを備えてよい。符号１１５Ｆで示される複合ベースバンド信号は逆拡散混合器１２１へ送られる。逆拡散混合器１２１へは、逆拡散ＰＮ波形が位相ロックループ１２３からシンボルレートに同調して供給されており、それによりキャリア信号スペクトラム１２１Ｆが生成される。このキャリアは位相ロックループ１２５を用いてフィルタにかけられ、位相ロックループ１２５はコヒーレントキャリア基準１２５Ｆを同相チャネル及び直交位相チャネル混合器１３１、１３３のそれぞれへ供給し、それらには複合ベースバンド信号１１５Ｆがかけられる。

混合器１３１、１３３の出力は、その一方が符号１３１Ｔで示されており、それら出力は従来の復調器の場合と同様に最適な検出のために１対の整合フィルタ１３５でフィルタにかけられる。非限定例として、整合フィルタの出力は、復号器の性能を向上させるために３ビット以上に量子化されてよい。復号器の最適性能には、正確な、量子化された識別レベルが必要である。コヒーレント自動利得制御（ＡＧＣ）回路、すなわち基準キャリアに由来するＡＧＣの使用により正確なＡＧＣが得られ、よって正確な量子化レベルが得られる。これは、非線形キャリア回復回路を除去することにより、比較的高い信号対雑音比が実現されるからである。

整合フィルタ１３５のシンボルタイミングは符号１２３Ｆで示されており、チョッピングされたスペクトラムのデータ構成要素を位相ロックループ１２３を用いてフィルタにかけることにより導出される。符号１３５Ｔで示される回復されたデータサンプルとシンボルクロック１２３Ｆとは、下流の復号器１４１へ送られる。

次に、図４を参照して、本発明の非限定例による拡散ベースバンド注入型パイロットキャリアシステムについて詳しく説明する。

パイロットキャリアは、周期的に繰り返す拡散スペクトラムシーケンスであり、所望の自己相関特性及び相互相関特性を有しており、低い電力レベルでデータシーケンスに重畳される。この電力レベルは、システムのスペクトラルマスクの要件に合成送信信号が合致するようなレベルであって、かつ、シーケンスの電力レベルと処理利得とによって性能強化の要求を満たせるようなレベルである。ＰＮシーケンスは、ペイロードデータ配置を変形した複数のものとして実装することができ、それには（１）配置シンボルの一部、（２）異なる配置、（３）異なる波形、（４）異なるシンボルレート、（５）配置の位相、時間、及び周波数のオフセットバージョンを含むが、これらに限定されない。

図４は、本発明の非限定例による複数の実施の形態を網羅するような上位レベルの通信システム２００のブロック図を示している。この通信システム２００は、周期的に繰り返す拡散スペクトラムシーケンスであるパイロットキャリアを送信する。送信機部分は符号２０２で示されており、符号２０４で示される受信機部分に衛星トランスポンダ（図示しない）により結合される地上局であってよく、それらは非限定例である。任意の局が送信機及び受信機の両方の構成要素を含むことができることはもちろんであるが、本構成では、一方の局を送信局２０２として示し、他方の局を受信局２０４として示している。

また、ＱＰＳＫ（四位相偏移変調）や、ＤＱＰＳＫ（差動）及びｍ配列ＰＳＫといったＱＰＳＫの変形について理解されることとして、これらは、エネルギーを消費するような別個のキャリア基準を送信しないので、衛星通信システムにとって好ましい種類の変調技術である。信号対雑音比を劣化させるような非線形成分をキャリア再生処理において使用した場合、４ｄＢ未満といった非常に低い値のＥｂ／Ｎｏでキャリア及び位相を回復することはできない。この問題は、１／３レートのような低い符号レートの符号において更に困難な状態になり、高いレートの符号の場合と比べて信号の帯域幅を拡大し、信号対雑音比を低下させてしまう。

ＱＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ及びｍ配列ＰＳＫはすべて位相偏移変調（ＰＳＫ）の形式であり、搬送波としての基準信号の位相を変化させ又は変調することによってデータを伝送するデジタル変調手法である。デジタルデータを表すために有限数の位相が用いられ、各位相には一意のパターンをもつ２値ビットが割り当てられる。それぞれの位相にて等しい数のビットを符号化できる。そして各ビットパターンが特定の位相によって表されるシンボルを形成する。復調器は受信信号の位相を決定して、元データを表現し回復するシンボルへとマッピングし戻すことができる。

連続した位相における差分はＤＰＳＫの一種といえる。ＰＳＫ手法を表すために配置図が用いられ、配置図は同相軸及び直交位相軸（横軸）を有する。同相軸方向の点の振幅でコサイン（又はサイン）波を変調することができ、直交位相軸方向の振幅でサイン（又はコサイン）波を変調することができる。円に沿って一定角度間隔で配置点を置くことにより、位相分離が行われる。伝送されるデータが２値なので、配置点は２の累乗にできる。ＱＰＳＫと４位相では、ビット誤り率（ＢＥＲ）を最小化するために用いられるグレー符号化により、１シンボル当たり２ビットを符号化できる。差動（差分）符号化の場合のように、位相を設定する代わりにデータを変化させることもできる。

送信局２０２では、混合／加算回路２１０が２つの信号を受け取る。信号は第１の回路鎖から受け取られ、その回路鎖にはペイロードデータ生成回路２１２と、ソース符号化器２１４と、チャネル符号化器２１６と、ベースバンド変調回路２１８とを含む。第２の回路鎖は、ＰＮシーケンス生成器２２０と、ベースバンド変調回路２２２と、時間／周波数演算回路２２４と、信号調整及びスケーリング回路２２６とを含む。混合処理後、結合された信号は、ペイロード信号調整回路２２８へ、そして周波数変換回路２３０へと送られ、適切な送信回路（図示せず）を経て、アンテナ２３２を介して通信チャネル２３４へと送信される。

信号は受信機２０４に送信されて、アンテナ２４０に受信される。周波数変換２４２が行われ、信号がペイロード信号調整及び検出回路２４４へ送られる。同時に、ＰＮシーケンス生成器２４６がＰＮシーケンスを生成し、拡散パイロット信号初期取得回路２４８が、ＰＮシーケンス生成器２４６からの信号とペイロード信号調整及び検出回路２４４からの信号とを受け取る。拡散パイロット信号初期取得回路２４８は拡散信号の初期の同期情報を拡散パイロット信号特性抽出回路２５０へ送る。拡散パイロット信号特性抽出回路２５０は、ペイロード信号調整及び検出回路２４４からも調整後の変調済み信号を受け取る。拡散パイロット信号特性抽出回路２５０は、信号追跡情報を制御回復回路２５２へ、そして制御信号配信回路２５４へと送る。

回路２４４の信号はペイロード信号周波数及び時間追跡回路２５６へ送られ、そこから、時間及び周波数が同期した変調済みペイロード信号が、ベースバンド復調回路２５８、チャネル復号器２６０及びソース復号器２６２へと送られ、そこでペイロードデータを回復する。

この図において、送信機２０２及び受信機２０４双方のブロック２２８及び２４４のようなペイロードデータ信号の処理要素は、さまざまなデジタル変調形式にとって標準的なものであってよい。本発明の非限定例によれば、継続的に存在する非干渉性の擬似ランダムシンボルシーケンスが注入される。このシーケンスは受信機において既知であり、このシーケンスによって、受信機性能の強化ために必要な制御信号の抽出を確実に行うことができる。

上記の強固な性能を得るために、既知のシーケンスが、あらかじめ定められた自己相関及び相互相関特性と共にランダム又は擬似ランダム特性を有するように、送信機２０２及び受信機２０４においてまったく同じに生成される。送信機から受信機へチャネルを介して伝送されるべき情報シンボルとしてのペイロードデータは、標準的な技術によって符号化及び変調される。既知のシーケンスは、非干渉的な方法でペイロード信号に重畳される。

種々の実施の形態では、（１）配置シンボルの一部、（２）異なる配置、（３）異なる波形、（４）異なるシンボルレート、（５）配置の位相、時間、及び周波数のオフセットバージョンの１つ又は組み合わせを用いることができる。この既知のシーケンスをトレーニングシーケンスとして考えることができる。いくつかのシステムでは、本発明の非限定例に従って、ペイロードデータに埋め込まれた単一のトレーニングシーケンス又は周期的なトレーニングシーケンスのいずれかを用いる。トレーニングシーケンスが存在する間はペイロードデータの送信が一時停止され、ペイロードデータの特性と同じか又はその一部の特性をもつものとしてトレーニングシーケンスが送信される。

本発明の非限定例によれば、既知のパイロット信号すなわち「トレーニングシーケンス」が、継続的に存在するか、あるいは高い動作周期で存在する。既知のパイロット信号は、ペイロード信号復調を明らかに低下させる程には、あるいはペイロードが復調前に合成受信信号から除去され得る程には、ペイロードデータに干渉しない。したがって、既知のシーケンスの効果を得つつも、既知のパイロット信号の存在によってペイロードデータスループットが損なわれずに済む。これは主に、追跡ループ及び他の標準的機能ブロックにて、妥当な判定による評価という想定の下で評価した誤りを使うよりも、既知データに基づいて抽出した誤りを使うことで高い性能が得られるような場合においてのことである。

図４の実施の形態に示すように、既知の擬似乱数（ＰＮ）シーケンスは送信機２０２のＰＮシーケンス生成器２２０において生成される。ＰＮシーケンスはベースバンド変調器２２２によって変調される。その際、ＰＮシーケンスとペイロード信号との間の干渉を許容できるレベルにする共に、全体的な受信機性能を強化する情報レベルが得られるような形式で変調が行われる。「強化された性能」は、異なるアプリケーション空間について別々に定義され得る。変調された既知のパイロット信号は、ペイロード信号との干渉を低減するため、種々のアプリケーションの適当な信号処理機能によって処理される。そのような処理は、符号２２４のような構成での時間オフセット、位相オフセット、又は周波数オフセットを含み得るが、これらに限定されない。

既知のパイロット信号は符号２２６のような構成で調整される。ここでの技術には、パルス整形、フィルタ処理、サンプルレート変換、周波数変換及び当業者により提案される他の方法を含んでよい。処理結果の波形は、スケーリングされてペイロードデータシンボルと結合され得る。この集合波形は、あらかじめ定められたＲＦチャネルで伝送するための要求基準に準拠するよう、符号２２８のような構成で調整される。調整された集合信号は、符号２３０のような構成で最終的なＲＦへ変換され、増幅及び送信される。

受信機２０４では、符号２４２及び２４４のような構成で集合波形が受信及び調整され、ＩＦ信号へダウンコンバートされる。図４では、ペイロード信号を既知のパイロット信号の存在下で復調できるものとする。他の実施の形態においては、集合信号からペイロード信号を残して既知のパイロット信号を抽出してもよく、残ったペイロード信号は、信号のペイロード復調を含む回路鎖へ渡される。システムは、符号２５８で示すような典型的な従来の回路を用いてペイロードデータを復調する。ただし、従来との相違点として、本ペイロード復調回路では、既知データを復調する信号処理回路から抽出した情報を用いて性能が向上されている。既知の、変調されたパイロット信号波形は、集合波形から抽出される。さまざまな抽出技術が用いられ得る。それら技術は、フィルタ処理、整合フィルタ処理、相関及び他の既知の技術を含んでよいが、これらに限定されない。多くの実施の形態がそうであるように既知の送信及び受信シーケンスを同期させる場合は、タイミング及び周波数のオフセットの初期取得が実行される。初期取得のための技術は当業者によく知られている。

受信及び抽出された既知パイロット信号は、受信機において生成された同パイロット信号の歪み無しのバージョンと比較され、この比較から種々のパラメータが抽出される。それらパラメータは、タイミングオフセット、タイミングドリフト、周波数オフセット、周波数オフセットドリフト、位相オフセット、マルチパスチャネル特性、及び同様のパラメータを含んでよいが、これらに限定されない。典型的には、これらのパラメータは正確に計算することができ、何故なら、送信されたパイロット信号の特性が既知であって、判定又は特性誤りの影響を受けないからである。抽出されたパラメータは、ペイロードデータ復調処理において誤り関連性能を強化するために、ペイロード処理回路鎖内の制御ループ及び他の処理経路に適用することができる。

次に、非限定例を示す。
ある実施の形態において、ペイロードデータは、畳み込みＦＥＣにより符号化されるとする。ペイロードデータは、毎秒「Ｘ」シンボルのＱＰＳＫ形式で変調される。パイロット信号は、毎秒Ｘ／１００シンボルのＢＰＳＫ形式であって、ＱＰＳＫ波形によって用いられる座標から４５度のオフセットを有するとする。ＢＰＳＫ波形のタイミングジッタの制約は、ＱＰＳＫ波形のそれと同じであるとする。ＢＰＳＫ信号は、０．１倍にスケーリングされ、ペイロード波形と結合されてから、ＲＦへの変換と送信が行われる。

集合信号は、受信機により受信される。そして、この集合信号のＢＰＳＫ成分はＱＰＳＫ成分より２０ｄＢ低いので、ＢＰＳＫ信号の存在による明らかな劣化無しに、ＱＰＳＫ信号を復調できる。ＢＰＳＫ信号の帯域幅はＱＰＳＫ信号の帯域幅のおよそ１／１００なので、ＱＰＳＫ信号の大部分は、パイロット信号処理用の回路鎖へ集合信号が渡される前に、集合信号から取り除かれ得る。

更に、この２つのＰＳＫ信号間に４５度の位相オフセットがあるので、加算の影響が一層低減する。ある実施の形態では、パイロット信号の開始がペイロード信号の開始に先行することができ、それによりペイロードデータ開始前にパイロット信号を取得して復調器を初期化することができる。本実施の形態の別の例では、２つの信号が同時に始まってよく、パイロット信号から抽出された情報でパラメータ初期化を支援する。本実施の形態の更に別の例では、両信号成分の開始は同時であってよく、必要なパラメータをすばやく初期化するために既知のプリアンブルからペイロード信号が開始可能であると共に、伝送中はパイロット信号が正確さを維持する。

集合信号がフィルタ処理されると、受信機のＰＮシーケンスが、受信したパイロット信号のＰＮシーケンスと同期される。ＰＮ同期技術は当業者に知られている。この実施の形態においては、パイロット信号は、より高いレートの信号に要求されるようなパラメータの正確さと同じパラメータの正確さが得られるよう、オーバーサンプリングされる。２つのシーケンスの同期がとれると、復調器機能に必要な情報を提供するために、当業者に知られた技術を用いて差分情報が抽出及び処理される。この技術には、周波数追跡、シンボル時間追跡、位相オフセット追跡、及びターボ復号器初期化を含むが、これらに限定されない。上記の各処理の変形も利用できる。

図１は、ＱＰＳＫによる衛星通信システムを示す従来技術のブロック図であって、上述にて特定した‘３５７特許に開示されたキャリア注入型変調手法を用いるシステムを示す図である。 図２は、従来技術のＱＰＳＫによる衛星通信システムを示すブロック図であって、上述で特定した‘３５７特許に記載された他の実施の形態による拡散キャリア注入型変調及び復調手法を用いるシステムを示す図である。 図３は、従来技術のＱＰＳＫによる衛星通信システムを示すブロック図であって、上述で特定した‘３５７特許に記載された他の実施の形態による拡散キャリア注入型変調及び復調手法を用いるシステムを示す図である。 図４は、本発明の非限定例に係る拡散ベースバンド注入型パイロットキャリアシステムを用いる通信システムのブロック図である。

符号の説明

２００ 通信システム
２０２ 送信機
２０４ 受信機
２１０ 混合／加算回路
２１２ ペイロードデータ生成回路
２１４ ソース符号化器
２１６ チャネル符号化器
２１８ ベースバンド変調回路
２２０ ＰＮシーケンス生成器
２２２ ベースバンド変調回路
２３２ アンテナ
２３４ 通信チャネル
２４０ アンテナ

Claims (10)

1. 送信機と受信機を備えた通信システムであって、
   送信機は、
   通信用のペイロードデータ配置になるようにデータシンボルのシーケンスを符号化及び変調する符号化部及びベースバンド変調部と、
   トレーニングシーケンスとしてのパイロット信号を、周期的に繰り返す拡散スペクトラムシーケンスで生成するＰＮシーケンス生成部及びベースバンド変調部と、
   前記パイロット信号を前記データシンボルのシーケンスに重畳して、送信用の合成通信信号を生成する回路とを備え、
   受信機は、前記合成通信信号を受信し、前記合成通信信号から前記パイロット信号を抽出することを特徴とする通信システム。
2. 前記パイロット信号を前記ペイロードデータ配置の変形として処理する回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記パイロット信号は、配置シンボルの一部と、異なるシンボルレートと、位相のオフセットと、異なる配置と、異なる変調と、前記ペイロードデータ配置の時間及び周波数のバージョンとのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
4. 前記パイロット信号は、あらかじめ定められた自己相関特性及び相互相関特性を有することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
5. パルス整形と、フィルタ処理と、サンプルレート変換と、周波数変換とのうちの少なくとも１つによって前記パイロット信号を調整する調整回路を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
6. 前記送信機において生成された前記パイロット信号の歪み無しのバージョンを生成するように前記受信機に設けられたＰＮシーケンス生成部と、前記ペイロードデータの復調に用いられる処理パラメータを抽出する回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
7. 通信用のペイロードデータ配置になるようにデータシンボルのシーケンスを符号化及びベースバンド変調し、
   トレーニングシーケンスとしてのパイロット信号を、周期的に繰り返す拡散スペクトラムシーケンスで生成し、
   前記パイロット信号を前記データシンボルのシーケンスに重畳して合成通信信号を生成することを特徴とする通信方法。
8. 前記パイロット信号を前記ペイロードデータ配置の変形として生成することを特徴とする請求項７に記載の通信方法。
9. 前記パイロット信号を、配置シンボルの一部と、異なるシンボルレートと、前記ペイロードデータ配置の位相、時間、及び周波数のオフセットバージョンのうちの１つとして生成することを特徴とする請求項７に記載の通信方法。
10. 前記パイロット信号を、あらかじめ定められた自己相関特性及び相互相関特性をもつものとして生成することを特徴とする請求項７に記載の通信方法。