JPH06204978A - スペクトル拡散通信方式 - Google Patents

スペクトル拡散通信方式

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JPH06204978A
JPH06204978A JP1811493A JP1811493A JPH06204978A JP H06204978 A JPH06204978 A JP H06204978A JP 1811493 A JP1811493 A JP 1811493A JP 1811493 A JP1811493 A JP 1811493A JP H06204978 A JPH06204978 A JP H06204978A
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69Spread spectrum techniques
    • H04B1/707Spread spectrum techniques using direct sequence modulation
    • H04B1/7073Synchronisation aspects
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04JMULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J13/00Code division multiplex systems
    • H04J13/16Code allocation

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑な一次復調系を用いずにデータ復調を可
能とし、回路を簡単化する。 【構成】 相関器11は受信信号とPN発生器16から
発生するNRZ符号のPN信号との相関が取られる。相
関器12では受信信号と上記PN信号PN(t)と電圧
制御クロック5の発生するクロック信号C(t)との相
関が取られる。乗算器13は相関器11の出力信号と相
関器12の出力信号が掛けあわされる。その信号はロー
パスフィルタ14によってその低周波成分が取り出さ
れ、電圧制御クロック15に制御信号として入力され
る。相関器11と相関器12の出力信号は、絶対値回路
18,19にも入力され、その振幅成分が取られる。絶
対値回路18,19の出力信号は比較器によってその出
力信号が比較され、0,1のデジタル値を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、スペクトル拡散通信方式に関す
る。例えば、無線通信に適用されるものである。
【0002】
【従来技術】図13(a),(b)は、従来のDSC直接
拡散方式によるスペクトル拡散通信システムを示す図
で、図(a)は送信機、図(b)は受信機の構成図であ
る。図中、30はPN(疑似雑音)信号発生器、31は
データ信号、32,33は乗算器、34はキャリア発生
器、35はアンテナ、41は受信アンテナ、42は逆拡
散回路、43は一次復調回路、44はデータ信号、45
はPN同期ループである。
【0003】図(a)に示すように、送信側では、デー
タ信号31とPN信号30とを乗算器32で掛合わせて
データ信号の拡散を行なう。そして、この拡散した信号
をキャリア発生器34の発生するキャリアと乗算器33
で掛合わせて無線周波数にのせて送信する。受信側では
受信信号を例えば遅延ロックループなどのPN同期ルー
プ45でPN信号の同期を取る。そして逆拡散回路42
でPN同期ループ45からのPN信号で受信信号が逆拡
散され、PN信号成分が取除かれる。そしてさらに、一
次復調器でキャリア成分が取除かれ、データ信号が復調
される。従来用いられてきた直接拡散方式によるスペク
トル拡散通信では、受信側において、逆拡散されたあと
に、さらにキャリア成分の再生を行ない検波を行なうな
どの一次復調系が必要であった。そのため回路が複雑に
なり、また回路規模が大きくなり、コストが掛るなどの
問題点があった。
【0004】また、先に提案された特願平4−1832
55号の「スペクトル拡散通信システム」は、一方の相
関器で、マンチェスタ符号のPN信号と受信信号との相
関を取り、もう一方の相関器でNZR符号のPN信号と
相関を取り、これら2つの相関出力を掛け合わせてPN
信号の位相誤差信号を取りだし、同期ループを形成する
ものであった。
【0005】
【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、複雑な一次復調系を用いずにデータ復調を可能
とし、これにより回路を簡単にし、コストを下げるこ
と、また、従来の直接拡散方式を同時に組込むことがで
き、同時に2つのデータ信号を同時に伝送可能にし、こ
れによって、より効率のよいデータ伝送を行うことがで
きるようにしたスペクトル拡散通信方式を提供すること
を目的としてなされたものである。
【0006】
【構成】本発明は、上記目的を達成するために、(1)
送信側では、データ信号の2つの状態に対し、1つの状
態に対しては、NRZ(ノンリターントウゼロ)符号の
信号をキャリアバンドに乗せて送信し、もう1つの状態
に対しては、マンチェスタ符号の疑似雑音信号キャリア
バンドに乗せて送信し、受信側では、受信信号参照疑似
雑音信号と参照疑似雑音信号を作り出すクロック信号と
の相関値、及び受信信号と参照疑似雑音信号との相関値
の積の信号を誤差信号として用いる疑似雑音信号の同期
ループを備え、該同期ループの2つの相関値の振幅成分
を比較することによって、データ信号を復調すること、
或いは、(2)送信側では、データ通信の2つの状態に
対し、1つの状態に対しては、NRZ(ノンリターント
ウゼロ)符号の疑似雑音信号をキャリアバンドに乗せて
送信し、もう1つの状態に対しては、マンチェスタ符号
の疑似雑音信号をキャリアバンドに乗せて送信し、受信
側では、受信信号とNRZ符号の参照疑似雑音信号との
相関値、及び受信信号とマンチェスタ符号の参照疑似雑
音信号との相関値の積の信号を誤差信号として用いる疑
似雑音信号の同期ループを備え、該同期ループの2つの
相関値の振幅成分を比較することによって、データ信号
を復調すること、更には、(3)前記(1)又は(2)
において、前記データ信号を復調する際に、一方の相関
値の振幅成分を判定することにより、データ信号を復調
すること、或いは、(4)送信側では、2つのデータ信
号の第1のデータ信号で疑似雑音信号をNRZ(ノンリ
ターントウゼロ)符号またはマンチェスタ符号に切換
え、第2のデータ信号に上記の変調のかかった疑似雑音
信号とキャリア信号とを掛けあわせて送信し、受信側で
は、受信信号と参照疑乱数信号と参照疑似雑音信号を作
り出すクロック信号との相関値、及び受信信号と参照疑
似雑音信号との相関値の積の信号を誤差信号として用い
る疑似雑音信号の同期ループを備え、該同期ループの2
つの相関値の振幅成分を比較することによって、第1の
データ信号を復調し、また前記同期ループの2つの相関
値を足し合わせ、一次復調系で第2のデータ信号を復調
すること、或いは、(5)送信側では、2つのデータ信
号のうち第1の信号で疑似雑音信号をNRZ(ノンリタ
ーントウゼロ)符号またはマンチェスタ符号に切換え、
第2のデータ信号に上記の変調のかかった疑似雑音信号
とキャリア信号を掛けあわせて送信し、受信側では、受
信信号とNRZ符号の参照疑似乱数信号との相関値、及
び受信信号とマンチェスタ符号の参照疑似雑音信号との
相関値の積の信号を誤差信号として用いる疑似雑音信号
の同期ループを備え、該同期ループの2つの相関値の振
幅成分を比較することによって、第1のデータ信号を復
調し、また前記同期ループの2つの相関値を足し合わ
せ、一次復調系で第2のデータ信号を復調することを特
徴としたものである。以下、本発明の実施例に基づいて
説明する。
【0007】図1は、本発明によるスペクトル拡散通信
方式における送信機の一実施例を説明するための構成図
で、図中、1はマンチェスタ符号PN信号発生器、2は
データ信号、3は乗算器、4はキャリア発生回路、5は
送信アンテナ、6はスイッチ、7はNRZ(ノンリター
ントウゼロ)符号PN信号発生器である。NRZの符号
とは、図10(a)に示すように論理値0に対して負の
電圧を割当て、論理値1に対して正の電圧を割当てる符
号形式のことである。また、マンチェスタ符号とは図1
0(b)に示すように論理値0に対して正から負の状態
変化を割当て、1に対して負から正への状態変化を割当
てる符号形式のことである。NRZ符号のPN信号発生
器7のマンチェスタ符号のPN信号発生器1は、ほぼ同
じタイミングで同じ系列、同じ位相のPN信号を発生す
るように構成されている。データ信号12によって、ス
イッチ6が切換えられ、例えばデータ信号が0のときN
RZ符号のPN信号が送信され、データ信号が1のとき
はマンチェスタ符号のPN信号が送信される。そして、
キャリア発生回路4によって発生したキャリアとミキサ
3によって掛けあわされ、送信される。
【0008】また、通常NRZ符号のPN信号発生器
は、NRZ符号のPN信号発生器を駆動するクロック信
号の1サイクルで1符号のPN信号を発生する。このと
き、マンチェスタ符号のPN信号はNRZ符号のPN信
号とクロック信号の排他的論理和(Exclusive-OR)を取
ることにより作りだすことができる。そのため、図9に
示すような別の送信側の回路例を考えることができる。
図9で図1と同じ構成要素に対して同じ番号を振り当て
ている。10aはAND回路であり、これによってクロ
ック信号とデータ信号の論理積が取られる。したがっ
て、AND回路10aはデータ信号が1のときクロック
信号を通し、データ信号が0のときクロック信号を通さ
ず、常に0の出力をすることがわかる。AND回路10
aの出力はEX−OR回路10bによってNRZ符号の
PN発生器から発生するPN信号と排他的論理和が取ら
れる。したがって、データ信号が1のときはEX−OR
回路10bでNRZ符号のPN信号とクロック信号の排
他的論理和がとられ、マンチェスタ符号のPN信号を出
力される。データ信号が0のときはNRZ符号のPN信
号がそのまま出力される。そのため、図1と同様の動作
をすることがわかる。
【0009】図2は、本発明によるスペクトル拡散通信
方式における受信機の構成図で、図中、11,12は相
関器、13は乗算器、14はLPF(Low Pass Filte
r;低域通過フィルタ)、15はVCC(電圧制御クロ
ック)、16はPN信号発生器、17は受信アンテナ、
18,19は絶体値回路、20は比較器である。相関器
11は受信信号y(t)とPN発生器16から発生する
NRZ符号のPN信号PN(t)との相関が取られる。
相関器12では受信信号と上記PN信号PN(t)と電
圧制御クロック5の発生するクロック信号C(t)との
相関が取られる。ここで用いられるPN信号発生器16
は電圧制御クロックの1サイクルの信号で1符号のPN
信号を発生する。ここで、受信信号中に含まれるPN信
号と受信側のPN信号発生器で発生するPN信号とを区
別するため、受信側のPN発生器で発生するPN信号を
とくに参照PN信号と呼ぶ。
【0010】乗算器13は、相関器11の出力信号と相
関器12の出力信号が掛けあわされる。そして、この掛
けあわされた信号はローパスフィルタ14によってその
低周波成分が取りだされ、電圧制御クロック15に制御
信号として入力される。相関器11と相関器12の出力
信号はまた、絶対値回路18,19にも入力され、その
振幅成分が取られる。この実施例では絶対値回路を用い
たが、例えば二乗回路など振幅成分を取りだす回路であ
るならばその機能を満たす。絶対値回路18および絶対
値回路19の出力信号は比較器20によってその出力信
号が比較され、例えば絶対値回路18の出力値が大きけ
れば0のデジタル値を、絶対値回路19の出力値が大き
ければ1のデジタル値を出力する。
【0011】図3は、本発明によるスペクトル拡散通信
方式における受信機の他の実施例を示す図で、図中、1
6aはNRZ符号PN信号発生器、16bはマンチェス
タ符号PN信号発生器で、その他、図2と同じ作用をす
る部分は同一の符号を付してある。図2と異なるのは相
関器12の部分で、受信信号とPN信号とクロック信号
の相関を取っていたものを、NRZ符号のPN信号発生
器16aとマンチェスタ符号のPN信号発生器16bを
用意し、相関器12でマンチェスタ符号の参照PN信号
と受信信号を取るようにしたことである。
【0012】次に動作原理を説明する。NRZ符号のP
N信号をPN(t)で表し、マンチェスタ符号のPN信
号をPM(t)で表す。上述のように、PN(t)とPM
(t)は同じPN信号であり、同じ位相である。図1に
おいて、キャリア発生回路4の発生するキャリアの各周
波数をωο、またその位相をφとする。データ信号が0
のときNRZ符号のPN信号が送信され、データ信号が
1のときマンチェスタ符号のPN信号が送信されるの
で、送信信号y(t)は次の(1)式と(2)式で表さ
れる。 y(t)=PN(t)cos(ωοt+φ)…データ信号が0のとき (1) y(t)=PM(t)cos(ωοt+φ)…データ信号が1のとき (2) このように、送信信号は2種類あるので、まず、前記
(1)式のNRZ符号のPN信号を受信した場合の受信
側の動作について図3を用いて説明する。相関器11に
おいて、受信信号y(t)とNRZ符号の参照PN信号
N(t+Δt)との相関が取られる。ただし、Δtは
受信信号中のPN信号と参照PN信号の時間的なずれを
表わす。相関器11では受信信号y(t)と参照PN信
号PN(t+Δt)とが掛合わされ、キャリア周波数付
近の信号を通過させるバンドパスフィルタを通されるの
で、相関器11の出力信号は、以下の数1のようにな
る。
【0013】
【数1】
【0014】ここで上線はその信号の低周波成分を取る
ことを表わしている。AはNRZ符号のPN信号の自己
相関であるのでΔtに対して図12(a)の値を出力す
る。同様に相関器12では受信信号とマンチェスタ符号
の参照PN信号PM(t+Δt)との相関が取られるの
で相関出力信号は以下の数2のようになる。
【0015】
【数2】
【0016】BはNRZ符号のPN信号とマンチェスタ
符号のPN信号との相互相関であるのでΔtに対して図
12(c)の値を出力する。これら2つの相関出力は乗
算器13によって掛合わされその低周波成分がローパス
フィルタ14によって取りだされる。この信号は以下の
数3のようになる。
【0017】
【数3】
【0018】PN信号の位相差に対して図11(a)で
表わされる出力となるため、これを電圧制御クロック1
5に制御信号として入力してやることによりPN信号の
位相同期ループを構成することができる。この状態にお
いてPNの同期が取れている場合、すなわちΔtが0で
ある場合、Aは図12(a)のΔt=0のときの値を取
るため、相関器11はある振幅をもつサイン波を出力す
る。一方、Bは図12(a)のΔt=0のときの値を取
るため、相関器12からはほとんど出力信号がなくな
る。したがって、 (相関器12の出力信号の振幅成分)<(相関器11の出
力信号の振幅成分) であるので、比較器の出力は1を出力することになる。
【0019】次に(2)式のマンチェスタ符号のPN信
号を受信した場合の受信側の動作について説明する。こ
のとき、相関器11では、受信信号とNRZ符号のPN
信号の相関が取られ、以下の数4が出力される。
【0020】
【数4】
【0021】したがって、この場合は相関器11でマン
チェスタ符号のPN信号とNRZ符号のPN信号の相互
相関が取られることになり、Dは時間差Δtに対して図
12(c)の特性を持つことになる。一方、相関器12
では、受信信号とマンチェスタ符号のPN信号の相関が
取られ、以下の数5が出力される。
【0022】
【数5】
【0023】この場合、相関器12ではマンチェスタ符
号のPN信号の自己相関が取られることになるため、D
は時間差Δtに対して図12(b)の特性を持つことに
なる。したがって、電圧制御クロック15の制御信号と
して入力される信号は以下の数6となる。
【0024】
【数6】
【0025】PN信号の位相差に対して図11(b)で
表わされる出力となる。この信号もΔtが0付近におい
て、位相誤差信号として使用することができ、PN信号
の位相同期ループとして働くことがわかる。この状態に
おいてPNの同期が取れている場合、すなわちΔtが0
である場合、Dは図12(c)のΔt=0のときの値を
取るため、相関器11はほとんど出力信号がなくなる。
一方、Bは図12(b)のΔt=0のときの値を取るた
め、相関器12からある振幅のサイン波の信号が出力さ
れる。したがって、 (相関器12の出力信号の振幅成分)>(相関器11の出
力信号の振幅成分) であるので、比較器の出力は0を出力することになる。
以上の理由により、送信側でNRZ符号のPN信号で送
信しても、マンチェスタ符号のPN信号で送信しても、
受信側でPN信号の同期追従をすることができ、また、
2つの相関器の出力を比較することによって、データ信
号を復調することができることがわかる。
【0026】次に請求項3について説明する。また、デ
ータを復調する際に、かならずしも2つの相関器の出力
を比較する必要はない。例えば図4や図5に示すよう
に、どちらか一方の相関出力を絶対値回路18で振幅成
分を取りだし、閾値判定回路21で2値にすることによ
り、データを復調することができる。
【0027】次に請求項4、請求項5について説明す
る。さらに本発明の利点として、従来の直接拡散方式を
組み入れ、データ信号を2つ同時に伝送することができ
る点が挙げられる。その場合の送信機の例を図6に示
す。図1と同じ動作をする構成要素には同じ番号を振り
当ててある。2つのデータ信号をそれぞれデータ信号
、データ信号とする。上述のようにデータ信号に
よって、NRZ符号のPN信号とマンチェスタ符号のP
N信号を切替えることによりPN信号を変調し、この変
調されたPN信号でデータ信号を乗算器3aで掛合わ
せることにより拡散を行う。そして、キャリア発生回路
4からのキャリアと乗算器3によって掛合わせて送信す
る。
【0028】図7は、受信側の構成図の例を示す図で、
図2と同じ作用をする部分は同一の符号を付してある。
図7は図2の例に加算器22と一次復調器23を付加え
たものになっている。同様に図3の構成例に加算器22
と一次復調器23を付加えた例を図8に示す。これら図
7と図8は同じ動作をすることは上述の通りである。次
に、図7を使って動作を説明する。データ信号が復調
される動作原理は上記と同じである。そこで、データ信
号の復調の動作について説明する。上述のように、P
N信号の同期が取れている場合、受信信号中のPN信号
がNRZ符号のPN信号である場合は相関器11から逆
拡散された信号が出力され、相関器12からは殆ど出力
信号が出されない。また、受信信号中のPN信号がマン
チェスタ符号のPN信号である場合は相関器11からは
殆ど出力がなされず、相関器12から逆拡散された信号
が出力される。したがって、2つの相関器の出力信号の
和を取る加算器22からは相関器のどちらか一方の逆拡
散信号が常に出力されていることになる。したがって、
2つの相関値の加算信号を従来の直接拡散方式で用いら
れた一次復調器23でデータ復調することにより、デー
タ信号を復調することができる。
【0029】
【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。すなわち、送信側では、
PN信号の符号形式を変化させることによりデータ変調
を行い、受信側ではPN同期ループの相関器の出力を比
較することにより、データ復調を行うようにしたため、
複雑な一次変復調系を必要とせず、簡単な回路でデータ
伝送が可能となった。これによって、回路規模が小さく
なり、コストを下げることができた。さらに、本発明は
従来の直接拡散方式を組込むことができるため、同時に
2つのデータ信号を同時に伝送することが可能となり、
これによって、より効率のよいデータ伝送を行うことが
できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるスペクトル拡散通信方式におけ
る送信機の一実施例を説明するための構成図である。
【図2】 本発明によるスペクトル拡散通信方式におけ
る受信機の一実施例を説明するための構成図である。
【図3】 本発明によるスペクトル拡散通信方式におけ
る受信機の他の実施例を示す図である。
【図4】 本発明によるスペクトル拡散通信方式におけ
る受信機の更に他の実施例を示す図である。
【図5】 本発明によるスペクトル拡散通信方式におけ
る受信機の更に他の実施例を示す図である。
【図6】 本発明によるスペクトル拡散通信方式におけ
る送信機の他の実施例を示す図である。
【図7】 本発明によるスペクトル拡散通信方式におけ
る受信機の更に他の実施例を示す図である。
【図8】 本発明によるスペクトル拡散通信方式におけ
る受信機の更に他の実施例を示す図である。
【図9】 本発明によるスペクトル拡散通信方式におけ
る送信機の更に他の実施例を示す図である。
【図10】 本発明によるNRZ符号とマンチェスタ符
号を示す図である。
【図11】 本発明による相関器の積の出力を示す図で
ある。
【図12】 本発明による相関関数を示す図である。
【図13】 従来のDS(直接拡散)方式によるスペク
トル拡散通信システムを示す図である。
【符号の説明】
1…マンチェスタ符号PN信号発生器、2…データ信
号、3…乗算器、4…キャリア、5…送信アンテナ、6
…スイッチ、7…NRZ(ノンリターントウゼロ)符号
PN信号発生器。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 送信側では、データ信号の2つの状態に
    対し、1つの状態に対しては、NRZ(ノンリターント
    ウゼロ)符号の信号をキャリアバンドに乗せて送信し、
    もう1つの状態に対しては、マンチェスタ符号の疑似雑
    音信号キャリアバンドに乗せて送信し、受信側では、受
    信信号参照疑似雑音信号と参照疑似雑音信号を作り出す
    クロック信号との相関値、及び受信信号と参照疑似雑音
    信号との相関値の積の信号を誤差信号として用いる疑似
    雑音信号の同期ループを備え、該同期ループの2つの相
    関値の振幅成分を比較することによって、データ信号を
    復調することを特徴とするスペクトル拡散通信方式。
  2. 【請求項2】 送信側では、データ通信の2つの状態に
    対し、1つの状態に対しては、NRZ(ノンリターント
    ウゼロ)符号の疑似雑音信号をキャリアバンドに乗せて
    送信し、もう1つの状態に対しては、マンチェスタ符号
    の疑似雑音信号をキャリアバンドに乗せて送信し、受信
    側では、受信信号とNRZ符号の参照疑似雑音信号との
    相関値、及び受信信号とマンチェスタ符号の参照疑似雑
    音信号との相関値の積の信号を誤差信号として用いる疑
    似雑音信号の同期ループを備え、該同期ループの2つの
    相関値の振幅成分を比較することによって、データ信号
    を復調することを特徴とするスペクトル拡散通信方式。
  3. 【請求項3】 前記データ信号を復調する際に、一方の
    相関値の振幅成分を判定することにより、データ信号を
    復調することを特徴とする請求項1又は2記載のスペク
    トル拡散通信方式。
  4. 【請求項4】 送信側では、2つのデータ信号の第1の
    データ信号で疑似雑音信号をNRZ(ノンリターントウ
    ゼロ)符号またはマンチェスタ符号に切換え、第2のデ
    ータ信号に上記の変調のかかった疑似雑音信号とキャリ
    ア信号とを掛けあわせて送信し、受信側では、受信信号
    と参照疑乱数信号と参照疑似雑音信号を作り出すクロッ
    ク信号との相関値、及び受信信号と参照疑似雑音信号と
    の相関値の積の信号を誤差信号として用いる疑似雑音信
    号の同期ループを備え、該同期ループの2つの相関値の
    振幅成分を比較することによって、第1のデータ信号を
    復調し、また前記同期ループの2つの相関値を足し合わ
    せ、一次復調系で第2のデータ信号を復調することを特
    徴とするスペクトル拡散通信方式。
  5. 【請求項5】 送信側では、2つのデータ信号のうち第
    1の信号で疑似雑音信号をNRZ(ノンリターントウゼ
    ロ)符号またはマンチェスタ符号に切換え、第2のデー
    タ信号に上記の変調のかかった疑似雑音信号とキャリア
    信号を掛けあわせて送信し、受信側では、受信信号とN
    RZ符号の参照疑似乱数信号との相関値、及び受信信号
    とマンチェスタ符号の参照疑似雑音信号との相関値の積
    の信号を誤差信号として用いる疑似雑音信号の同期ルー
    プを備え、該同期ループの2つの相関値の振幅成分を比
    較することによって、第1のデータ信号を復調し、また
    前記同期ループの2つの相関値を足し合わせ、一次復調
    系で第2のデータ信号を復調することを特徴とするスペ
    クトル拡散通信方式。
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