JP2000508496A - 符号分割多重接続方式の端末機における外部干渉信号除去装置及び方法 - Google Patents

符号分割多重接続方式の端末機における外部干渉信号除去装置及び方法

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Abstract

(57)【要約】 所定の制御電圧データ、その各制御電圧ごとに多数の等級に分けられた受信信号強度(RSSI)データ、その各RSSIごとに多数の等級に分けられた所定の信号受信条件に対する基準値データ、その各基準値に対応する制御電圧変更データを貯蔵するメモリを備え、これを利用したCDMA端末機における外部干渉信号除去方法を提供する。該方法は、減衰器の初期制御電圧を設定する過程と、通信信号を受信する過程と、多数の等級に分けられたRSSIのうち、受信信号の属する等級をチェックする過程と、多数の等級に分けられた基準値のうち、受信信号の属する等級をチェックする過程と、制御電圧、RSSI及び基準値の等級に応じて正常受信信号と外部干渉信号の差を判断する過程と、を含む。その差に応じて減衰器の制御電圧が調節される。

Description

【発明の詳細な説明】 符号分割多重接続方式の端末機における外部干渉信号除去装置及び方法発明の背景 1.発明の属する技術分野 本発明は、ディジタル通信システムにおける符号分割多重接続(Code Divisio n Multiple Access:CDMA)方式の端末機に係り、特に、外部干渉信号を最 小限に抑制し、又は取り除くための回路に関する。 2.従来の技術 一般に移動通信システムは、CDMA又はAMPS(Advanced Mobile Phone Service)のような多重接続通信技術を採用する。典型的には、ディジタルシス テムでCDMA方式、周波数変調方式でAMPSを用いている。 そのCDMA方式は、アナログ信号の受信を許容する二重モードで用いられる 。即ち、CDMAモードのみならず、AMPSモードでも使用可能である。しか し、このような場合のディジタル信号通信時に、アナログ干渉信号に起因して、 呼がカットされたり、ディジタル信号の受信エラーが発生したりする。このよう なエラーを相互変調歪(Intermodulation distortion:IMD)というが、これ は特に、AMPS基地局近くにあるCDMA端末機に影響する。すなわち、強い 外部干渉信号がCDMA端末機の低雑音増幅器に過負荷を発生させ、IMD成分 がCDMA周波数帯域に強い干渉を引き起こし、これにより通話状態がオフとな ってしまうことがある。このような干渉信号の影響を具体的に説明すると、次の 通りである。 受信された干渉信号は低雑音増幅器を通して2次及び3次高調波Eoを生成す る。この高調波Eoは次の数式[1]により表現される。 Eo=k1Ei+k2Ei2+k3Ei3 [1] 同じ振幅で周波数の相異なる二重トーン(デュアルトーン)が発生したと仮定 すれば、この二重トーンは次の数式[2]の通りである。 Ei=A(cosω1t+cosω2t) [2] 数式[1]に数式[2]のEiを代入すると、 Eo=k1A(cosω1t+cosω2t) +k2A2(cosω1t+cosω2t)2 +k3A3(cosω1t+cosω2t)3 =k2A2+k2A2(ω1−ω2)t +(k1A+9k3A3/4)cosω1t +(k1A+9k3A3/4)cosω2t +3k3A3/4cos(2ω1−ω2)t +3k3A3/4cos(2ω2−ω1)t +k2A2cos(ω1+ω2)t +k2A2/2cos2ω1t +k2A2/2cos2ω2t +3k3A3/4cos(2ω1+ω2)t +3k3A3/4cos(2ω2+ω1)t +k3A3/4cos3ω1t+k3A3/4cos3ω2t [3] この数式[3]のように、相異なる第1周波数F1と第2周波数F2を有する 二つの信号が増幅されるとき、2次と3次の混合形態のかけ算により得られる積 形態の非線形要素が発生する。2次混合は2F1、2F2、F1+F2、F2− F1である。この混合成分信号は大部分のシステムの狭帯域に対して外に位置す るので、無視してもよい。しかし、3次混合は2F1+F2、2F1−F2、2 F2−F1,2F2+F1であるが、その混合成分信号は大部分のシステムの通 過帯域でIMDをもたらす。発明の概要 本発明の目的は、CDMA端末機において、AMPS基地局から発生した外部 干渉信号を最小限に抑え、あるいは取り除いて、AMPS基地局により影響を受 ける領域内における呼のカッティングなどの通信エラーを防止する装置及びその 方法を提供することにある。 本発明によれば、CDMA端末機における外部干渉信号を最小限に抑えるか、 あるいは取り除く外部干渉信号除去装置及び方法が開示されている。その外部干 渉信号除去装置は、低雑音増幅器に接続された減衰器と、所定の制御電圧データ 、その各制御電圧ごとに多数の等級に分けられた受信信号強度(received signa l strength indicator:RSSI)データ、その各RSSIごとに多数の等級に 分けられた所定の信号受信条件に対する基準値データ、その各基準値に対応する 制御電圧変更データを貯蔵するメモリと、を含む。その除去方法は、初期減衰器 制御電圧を設定する過程と、通信信号を受信する過程と、多数の等級に分けられ たRSSIのうち、受信信号の属する等級をチェックする過程と、多数の等級に 分けられた基準値のうち、受信信号の属する等級をチェックする過程と、制御電 圧、受信信号のRSSI及び基準値の等級に応じて正常受信信号と外部干渉信号 の差を判断する過程と、を含む。その差に応じて減衰器の制御電圧を調節するよ うに制御電圧発生部が制御される。 本発明の一形態によれば、基準値データは、チップ当たりの平均伝送エネルギ ー比率(Ec/Io)又は順方向通話チャネルにおけるサービスオプション2に よるフレームエラー率(frame error rate:FER)とし得る。 以下、本発明につき添付図面を参照して詳しく説明する。図面の簡単な説明 図1は、本発明の第1実施形態に係るCDMA端末機の要部構造を示したブロ ック図である。 図2は、受信レベルとRSSIの関係を示したグラフである。 図3は、受信レベルとEc/Ioの関係を示したグラフである。 図4は、減衰量と制御電圧の関係を示したグラフである。 図5A及び図5Bは、本発明の第1実施形態に係る外部干渉信号の除去過程を 示したフローチャートである。 図6は、本発明の第2実施形態に係るCDMA端末機の要部構造を示したブロ ック図である。 図7は、受信レベルとFERの関係を示したグラフである。 図8A及び図8Bは、本発明の第2実施形態に係る外部干渉信号の除去過程を 示したフローチャートである。実施形態についての詳細な説明 添付図面において、同一の機能を示す部分には同一の参照符号を使用し、発明 の概念説明に必要のないものに対する具体的な説明は省略する。 本発明の第1実施形態においては、IMD信号の検出のための二つの要素を選 択する。その一番目はRSSIであり、二番目はパイロットチャネル、シンク (sink)チャネル、ページングチャネル、擬似雑音(pseudo noise:PN)チッ プ当たりの平均伝送エネルギーの比率(Ec/Io)である。このうちのRSS Iは、送信機から受信機への伝送時の信号電力に対する自然損失を考慮したもの である。このような自然損失には、経路損失又は自由空間減衰、吸収、フェージ ング(fading)自由空間減衰、大気の吸収などがある。 本発明の第2実施形態においては、IMD信号の検出に用いられる二つの要素 としてRSSIとFERを選択する。サービスオプションは端末機のループバッ クサービスオプションのための標準である。FERは%で表示し、“1−(良好 な受信フレーム/全体受信フレーム)”で計算する。次の式[4]〜式[9]は 、送信機から受信機へ伝送された信号電力に関する式であって、AMPS基地局 から外部干渉信号を取り除くためのRSSIとEc/Io又はFERを提供する 。 受信アンテナにおける電力密度は次の数式[4]のように表現される。 Pr=Pt/(4πd2) [4] 式中の“Pt”は送信機から発生した信号のレベルを示し、“d”は送信機と 受信機との距離を示す。 受信アンテナにより受信された電力PArは数式[5]のように表現される。 PAr=PrXAea [5] 式中のAeaは有効領域を示すが、これはアンテナ利得とλ/4πに比例する 。そのアンテナ利得Gは数式[6]のように表現される。 G=η(4π/λ2)Aea [6] 式中のηは利得を示す。 したがって、受信アンテナにより受信された電力PArは次の数式7の通りで ある。 PAr={Pt/(4πd2)}×(C2/4πf2) =(c/4πfd)×pt [7] ここで、Aea/GはC2/4πf2であり、“d”はキロメートル単位であり 、“f”はメガヘルツ単位である。 送信機から受信機に伝送された信号の利得は次の数式[8]のように表現され る。 PAr/Pt=(c/4π)2(1/d2)(1/f2) [8] 空間損失をデシベルで表示するとき、数式[9]のようになる。 L(dB)=32.44+20Log(dkm)+20Log(fMHz) [9] 図1を参照すれば、本形態のCDMA端末機は、CDMA信号を受信するアン テナ11と、受信信号を所定のレベルまで減衰させる減衰器(DAMPING DEVICE) 12と、雑音を低めるとともに受信信号を一定のレベルに増幅する低雑音増幅器 (LOW NOISE AMPLIFIER)13と、減衰器12を制御するための制御電圧Vtを 発生する制御電圧発生部(CONTROL VOLTAGE GENERATOR)17と、受信信号のR SSIを検出するRSSI検出部(RSSI DETECTOR)15と、該RSSI検出部 15からEc/Ioを検出するEc/Io検出部(Ec/Io DETECTOR)16と、こ れら検出したRSSIとEc/Ioに応じて減衰量を決定し、制御電圧発生部1 7から所定の減衰制御電圧を発生させる制御部(CONTROLLER)14と、を備えて いる。 図2に示したように、RSSIは弱、中、強の三つのレベルに分けられる。弱 レベル(WEAK FIELD)は、受信レベル(RECEIVED LEVEL)が0〜−100dbm の場合に82〜86であって、受信信号全体が弱い状態を示す。中レベル(MEDI UM FIELD)は、受信レベルが−100〜−90dbmの場合に87〜96であっ て、受信信号全体が中間の状態を示す。強レベル(STRONG FIELD)は、受信レベ ルが−90dbm以上の場合に97以上であって、受信信号全体が強い状態を示 す。この場合にはエラー無しに通話が行われる。このように受信レベルとRSS Iは比例するので、アンテナ11を通して受信されるCDMA信号のレベルが大 きくなるほど、RSSIは大きくなる。 図3に示したように、Ec/Ioを0(ZERO MODE)、維持(REMAINING MODE )、第1変更(FIRST CHANGE MODE)、第2変更(SECOND CHANGE MODE)の各モ ードに分ける。Ec/Ioが0〜1の範囲にある場合、PNチップ当たりの平均 伝送エネルギーの比率が最上の状態を示す。Ec/Ioが2〜10の範囲にある 場合、PNチップ当たりの平均伝送エネルギーの比率は中間レベルであるが、こ れは何の制御もない維持モード状態を示す。Ec/Ioが11〜12の範囲にあ る場合、PNチップ当たりの平均伝送エネルギーの比率が低く、第1変更モード はその比率を高めるために制御を要する状態を示す。Ec/Ioが13以上の場 合を示す第2変更モードは第1変更モードと基本的に同一であるが、制御条件を 二倍にして瞬間速度を速めている。このように、受信レベルとEc/Ioは反比 例する。 図4を参照すれば、制御電圧Vtが0の場合には減衰のない状態を示す。アン テナ11により受信された信号全体を効率よく減衰するために、減衰器制御信号 は減衰器12の特性に応じてN等分される。外部干渉信号が存在すれば、RSS Iが増加し、Ec/Ioも増加する。したがって、RSSIが減少すると、外部 干渉信号が減少したか、元信号が減少したと判断する。次の表1には制御電圧V tを示した。 このとき、制御電圧Vtは平均値である。表1によれば、RSSIとEc/I oの関係は表2に示したようにVtに応じて変わることになる。表2の値は制御 部14に備えられたメモリに貯蔵することができる。このようなメモリは、制御 部14の内部又は外部に設けられる。 この表2及び図4を参照すれば、制御電圧Vtについて、RSSIが強レベル であり、Ec/Ioが10〜11のB状態からC状態に変わるとき、減衰程度を 高めるべきである。この場合、RSSIは高く、元信号レベルは低い状態なので 、外部干渉があると判断して制御電圧をC状態に変えることにより減衰程度を高 める。このような制御のための時間とレベルは現場実験により適宜に設定する。 好ましくは、Ec/Ioが変更モードにある場合、3回以上連続検出時のみ変化 させる。外部干渉信号の改善のための電圧制御を行うことから、RSSIバー( bar)の表示部分は実際とは異なるので、各制御電圧当たりのRSSIバーに対 するオフセット値を加算又は減算すべきである。送信開放ループ電力制御でも同 一のオフセット値を適用する。 図5A及び図5Bは、本発明の第1実施形態に係る外部干渉信号除去過程を示 したフローチャートである。 5q段階で制御部14は、制御電圧発生部17を通して減衰器制御電圧(CONT ROL VOLTAGE OF DAMPING DEVICE)を設定(SET)する。5a段階でアンテナ11 による受信信号を検出(RECEIVED)すると、5b〜5d段階で、弱(RSSI WEAK )、 中(RSSI MEDIUM)、強(RSSI STRONG)の三つの等級に分けられたRSSIのう ちのいずれの等級に受信信号が属するかチェックする。RSSI等級が弱であれ ば、5i〜51段階を行う。RSSI等級が中であれば、図5Bに示す5e〜5 h段階を行う。RSSI等級が強であれば、減衰特性の制御は不要なので、次の 受信信号に対する処理のために5a段階へ戻る。 5i〜5l段階では、0(Ec/Io=0)、維持(Ec/Io REMAINING)、第1変更( Ec/Io FIRST CHANGE)、第2変更(Ec/Io SECOND CHANGE)の四つのEc/Io 等級のうちのいずれに受信信号が属するかを判断する。6e〜6h段階では、減 衰器制御電圧、RSSI及びEc/Ioの等級に応じて正常受信信号と外部干渉 信号の差を検出する。そして、その差に応じて減衰制御(ATTENUATION CONTROL )を施し、減衰器制御電圧を設定する。その後、次の受信信号に対する処理のた めに5a段階に戻る。図5Bに示した5e〜5h段階及び6a〜6d段階の場合 にも同様である。 RSSIが前記三つの等級のいずれにも属しないと判断された場合、5m〜5 p段階で、上記のようにしてアンテナ11により受信される信号の属するEc/ Io等級をチェックする。そして、減衰器制御電圧とEc/Io等級に応じて正 常受信信号と外部干渉信号の差を検出し、その差に応じて減衰制御を施し、減衰 器の制御電圧を設定する。その後、次の受信信号に対する処理のために5a段階 に戻る。 図6は、本発明による第2実施形態を示しており、本形態のCDMA端末機は 、図1に示したEc/Io検出部16の代わりにFER検出部(FER DETECTOR) 18を備える。FER検出部18がRSSIからFERを検出すると、制御部1 4はRSSIとFERに応じて減衰量を決め、制御電圧発生部17から制御電圧 を発生させる。 図7を参照すれば、FERは0(ZERO MODE)、維持(REMAINING MODE)、第 1変更(FIRST CHANGE HODE)、第2変更(SECOND CHANGE MODE)の各モードに 分けられる。FERが0%の場合には伝送フレームの最上の受信状態を示す。F ERが0〜2%の場合、伝送フレームの受信状態は中間程度で何の制御もない維 持モード状態を示す。FERが2〜10%の場合、伝送フレームの受信状態は不 良で あり、比率を高めるために第1変更モードの制御を要する状態を示す。FERが 10%以上の場合の第2変更モードは第1変更モードと基本的に同一であるが、 制御条件を二倍にして瞬間速度を速めている。このように、受信レベルとFER は反比例する。 Ec/Ioを採用した第1実施形態同様に、外部干渉信号が存在するとRSS Iが増加し、FERも増加する。表1によれば、RSSIとFERの関係は表3 に示したようにVtに応じて変わる。 表3及び図4を参照すれば、制御電圧Vtについて、RSSIが強レベルであ り、FEBが2〜10%のB状態からC状態に変わるとき、減衰程度を高めるべ きである。この場合、RSSIは高く、元信号レベルは低い状態なので、外部干 渉があると判断して制御電圧をC状態に変えることにより減衰程度を高める。 図8A及び図8Bは、本発明の第2実施形態に係る外部干渉信号除去過程を示 したフローチャートである。 8q段階で制御部14は、減衰器制御電圧(CONTROL VOLTAGE OF DAMPING DEV ICE)を設定(SET)する。8a段階でアンテナ11による受信信号を検出(RECE IVED)すると、8b〜8d段階で、弱(RSSI WEAK)、中(RSSI MEDIUM)、強 (RSSI STRONG)の三つの等級に分けられたRSSIのうちから、受信信号の属 する等級をチェックする。RSSI等級が弱であれば、8i〜8l段階を行う。 RSSI等級が中であれば、図8Bに示す8e〜8h段階を行う。RSSI等級 が強であれば、減衰特性の制御が不要なので、次の受信信号に対する処理のため に8a段階へ戻る。 8i〜8l段階では、0(FER=0)、維持(FER REMAINING)、第1変更(FER FIRST CHANGE)、第2変更(FER SECOND CHANGE)の四つのFER等級のうちの いずれに受信信号が属するかを判断する。9e〜9h段階で、減衰器制御電圧、 RSSI及びFERの等級に応じて正常受信信号と外部干渉信号の差を検出し、 その差に応じて所定の減衰制御(ATTENUATION CONTROL)を施して減衰器の制御 電圧を設定する。その後、次の受信信号に対する処理のために8a段階に戻る。 図8Bに示した8e〜8h段階及び9a〜9d段階の場合も同様である。 RSSIが三つの等級のいずれにも属しないと判断された場合、8m〜8p段 階で、上記のようにしてアンテナ11により受信される信号の属するFER等級 をチェックする。そして、制御電圧とFER等級に応じて正常受信信号と外部干 渉信号の差を検出し、その差に応じて減衰制御を施して減衰器の制御電圧を設定 する。その後、次の受信信号に対する処理のために8a段階に戻る。 以上、添付図面を参照して具体的な実施形態について説明したが、本発明の範 囲を逸脱しない限り、該当分野の通常の知識を持つ者により各種の変形が可能な のは明らかである。 本発明のCDMA端末機は、AMPS基地局から発生した外部干渉信号を取り 除いてCDMA信号のみを受信することにより、AMPS基地局領域における通 信エラーを防止することができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.符号分割多重接続方式の端末機における外部干渉信号除去装置であって 、 アンテナからの受信信号を減衰する減衰器と、受信信号の受信信号強度を検出 する受信信号強度検出部と、所定の制御電圧データ、その各制御電圧ごとに多数 の等級に分けられた受信信号強度データ、その各受信信号強度ごとに多数の等級 に分けられた所定の信号受信条件に対する基準値データ、その各基準値に対応す る制御電圧変更データを貯蔵するメモリと、前記メモリに貯蔵された情報に基づ いて前記減衰器の制御電圧及び受信信号強度を分析し、正常受信信号と外部干渉 信号の差を判断してその差に応じ制御電圧を調節する制御部と、該制御部の制御 に従い前記減衰器の制御電圧を発生する減衰器制御電圧発生部と、を備えること を特徴とする外部干渉信号除去装置。 2.基準値データは、擬似雑音チップ当たりの平均伝送エネルギーの比率デ ータである請求項1に記載の外部干渉信号除去装置。 3.疑似雑音チップ当たりの平均伝送エネルギーの比率を検出する疑似雑音 伝送エネルギー比率検出部をさらに備え、制御部は、制御電圧、受信信号強度及 び疑似雑音チップ当たりの平均伝送エネルギー比率に応じて正常受信信号と外部 干渉信号の差を判断する請求項2に記載の外部干渉信号除去装置。 4.基準値データは、順方向通話チャネルにおけるサービスオプション2に よるフレームエラー率データである請求項1に記載の外部干渉信号除去装置。 5.フレームエラー率を検出するフレームエラー検出部をさらに備え、制御 部は、制御電圧、受信信号強度及びフレームエラー率に応じて正常受信信号と外 部干渉信号の差を判断する請求項4に記載の外部干渉信号除去装置。 6.所定の減衰器制御電圧データ、その各制御電圧ごとに多数の等級に分け られた受信信号強度データ、その各受信信号強度ごとに多数の等級に分けられた 所定の信号受信条件に対する基準値データ、その各基準値に対応する制御電圧変 更データを貯蔵するメモリを備え、低雑音増幅器に接続された減衰器を前記メモ リの情報に基づいて制御する符号分割多重接続方式の端末機における外部干渉信 号除去方法であって、 (a)減衰器の初期制御電圧を設定する過程と、 (b)通信信号を受信する過程と、 (c)多数の等級に分けられた受信信号強度のうち、受信信号の属する等級を チェックする過程と、 (d)多数の等級に分けられた基準値のうち、受信信号の属する等級をチェッ クする過程と、 (e)制御電圧、受信信号強度及び基準値の等級に応じて正常受信信号と外部 干渉信号の差を判断し、その差に応じて減衰器の制御電圧を調節する過程と、 を含むことを特徴とする外部干渉信号除去方法。 7.(c)過程の結果、受信信号が受信信号強度のいずれの等級にも属して いなければ、平均伝送エネルギーの比率を基準値データに使用して(d)過程を 実施し、制御電圧及び平均伝送エネルギーの比率に基づいて正常受信信号と外部 干渉信号の差を判断する請求項6に記載の外部干渉信号除去方法。 8.基準値データが順方向通話チャネルにおけるサービスオプション2によ るフレームエラー率のデータであり、(c)過程で受信信号が受信信号強度のい ずれの等級にも属していなければ、(d)過程で多数の等級に分けられたフレー ムエラー率のうち、受信信号の属する等級をチェックし、そして、制御電圧及び フレームエラー率の等級に基づいて正常受信信号と外部干渉信号の差を判断して から、その差に応じて減衰器の制御電圧を調節して(b)過程に戻る請求項6に 記載の外部干渉信号除去方法。 9.低雑音増幅器に接続される減衰器を備えた符号分割多重接続方式の端末 機における外部干渉信号除去装置であって、 所定の制御電圧データ、その各制御電圧ごとに多数の等級に分けられた受信信 号強度データ、その各受信信号強度ごとに多数の等級に分けられた擬似雑音チッ プ当たりの平均伝送エネルギーの比率データ、その各平均伝送エネルギーの比率 に対応する制御電圧変更データを貯蔵するメモリと、受信信号の受信信号強度を 検出する受信信号強度検出部と、検出した受信信号強度から疑似雑音チップ当た りの平均伝送エネルギーの比率を検出する平均伝送エネルギー比率検出部と、前 記メモリに貯蔵された情報に基づき制御電圧、受信信号強度及び疑似雑音チップ 当たりの平均伝送エネルギーの比率をチェックして正常受信信号と外部干渉信号 の差を判断し、その差に応じて前記減衰器の制御電圧を制御する制御部と、該制 御部の制御に従い前記減衰器の制御電圧を発生する減衰器制御電圧発生部と、を 備えることを特徴とする外部干渉信号除去装置。 10.低雑音増幅器に接続される減衰器を備えた符号分割多重接続方式の端 末機における外部干渉信号除去装置であって、 所定の制御電圧データ、その各制御電圧ごとに多数の等級に分けられた受信信 号強度データ、その各受信信号強度ごとに多数の等級に分けられた順方向通話チ ャネルにおけるサービスオプション2によるフレームエラー率のデータ、その各 フレームエラー率に対応する制御電圧変更データを貯蔵するメモリと、受信信号 の受信信号強度を検出する受信信号強度検出部と、順方向通話チャネルにおける サービスオプション2によるフレームエラー率を検出するフレームエラー率検出 部と、前記メモリに貯蔵された情報に基づき制御電圧、受信信号強度及びフレー ムエラー率をチェックして正常受信信号と外部干渉信号の差を判断し、その差に 応じて前記減衰器の制御電圧を制御する制御部と、該制御部の制御に従い前記減 衰器の制御電圧を発生する減衰器制御電圧発生部と、を備えることを特徴とする 外部干渉信号除去装置。
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