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TECHNISCHES
GEBIET
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Diese
Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Spreizspektrumübertragung
zum Spreizen eines Eingangssignals über ein breites Übertragungsfrequenzband
nach den Oberbegriffen der Ansprüche,
1, 5, 18 und 19.
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ZUGRUNDELIEGENDES
FACHGEBIET
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Bei
der herkömmlichen
Spreizspektrumübertragung
unter Verwendung von Direkt-Sequenz(DS)-Spreizschemata werden orthogonale
Codes, wie z. B. Walsh-Codes, Hadamard-Codes und Gold-Codes oder
PN(pseudozufällige
Rausch)Codes als Spreizcodes verwendet. Beispielsweise offenbart die
JP 4314227 zwei Arten von
PN-Codes zur Verwendung als Spreizcodes, und die japanische Patentanmeldung
Nr. 6-91509 offenbart durch eine Kombination von zwei oder mehreren
Arten von PN-Codes erzeugte Codes zur Verwendung als Spreizcodes. Als
solches werden bei der herkömmlichen
Spreizspektrumübertragung
Spreizcodes verwendet, welche auf der Zeitachse zueinander orthogonal
sind.
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Jedoch
sind die bei der herkömmlichen Spreizspektrumübertragung
verwendeten Spreizcodes nur auf der Zeitachse zueinander orthogonal, und
die elektrischen Leistungscharakteristika eines Spreizsignals sind
auf der Frequenzachse nicht einheitlich. Deshalb haben die Übermittlungscharakteristika
und die Multiplexkapazität
bei der herkömmlichen
Spreizspektrumübertragung
gewisse Beschränkungen.
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Die
US-Patente Nrn. 5,555,268 und 5,574,747 offenbaren ein Übertragungssystem,
ein Übermittlungsverfahren
und ein Empfangsverfahren auf dem Gebiet der Spreizspektrumübertragung.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Spreizspektrumübertragungssystem
und ein Spreizspektrumübertragungsverfahren
bereitzustellen, welche den Herkömmlichen
bezüglich Übermittlungseigenschaften
und Multiplexkapazität überlegen
sind.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die
oben genannte Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 5,
18 und 19 gelöst.
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Erfindungsgemäß werden
die unterschiedlichen Kanalidentifizierungscodes einer inversen
Fouriertransformation unterzogen und die resultierenden Codes werden
als Spreizcodes verwendet. Wenn diese Spreizcodes einer Fouriertransformation
unterzogen werden, sind Absolutwerte der resultierenden Elemente
konstant. Deshalb wird das Eingangssignal bei Verwendung eines solchen
Spreizcodes zum Spreizen auf der Frequenzachse mit einer einheitlichen
Leistung gespreizt. Ein solches Spreizen eines Spektrums mit einer
einheitlichen Leistung auf der Frequenzachse verbessert die Übermittlungscharakteristika
und erhöht
die Multiplexkapazität.
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Erfindungsgemäß kann eine Übermittlungseinrichtung
zum Spreizen eines Spektrums mit einer einheitlichen Leistung auf
der Frequenzachse aufgebaut werden. Indem diese Übermittlungseinrichtung und
eine dazu korrespondierende Empfangseinrichtung bei einer Spektrumübertragung
verwendet werden, werden die Übermittlungscharakteristika
verbessert und die Multiplexkapazität wird erhöht.
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Ferner
kann erfindungsgemäß eine Empfangseinrichtung
zum Spreizen eines Spektrums mit einheitlicher Leistung auf der
Frequenzachse aufgebaut werden. Indem diese Empfangseinrichtung
und eine dazu korrespondierende Übermittlungseinrichtung
bei einer Spektrumübertragung
verwendet werden, werden die Übermittlungscharakteristika
verbessert und die Multiplexkapazität wird erhöht.
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Nach
den Ansprüchen
2 und 6 wird das Eingangssignal unter Verwendung des Spreizcodes, dessen
Elemente komplexe Zahlen sind, gespreizt und das gespreizte Signal
wird unter Verwendung des inversen Spreizcodes, dessen Elemente
komplexe Zahlen sind, invers gespreizt.
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Nach
den Ansprüchen
3 und 7 wird der Träger
unter Verwendung des Realteils und des Imaginärteils des gespreizten Signals
quadraturmoduliert, und der modulierte Träger wird dann einer Quadraturdemodulation
unterzogen. Folglich ist es möglich, das
gespreizte Signal mit der Empfangseinrichtung zu reproduzieren.
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Nach
Anspruch 8 wird das gespreizte Signal unter Verwendung des inversen
Spreizcodes, welcher die konjugierte Zahl des Spreizcodes ist, invers gespreizt.
Folglich kann die zum Zeitpunkt des Spreizens in einem vorbestimmten
Umfang gedrehte Koordinatenachse zum Zeitpunkt des inversen Spreizens
in ihre ursprüngliche
Position zurückgeführt werden.
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Nach
Anspruch 9 ist es möglich,
ein zum Eingangssignal korrespondierendes Ausgangssignal herzustellen.
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Nach
Anspruch 10 kann der Synchronisationspunkt des gespreizten Signals
von der Empfangseinrichtung gefunden werden.
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Nach
Anspruch 4 ist es möglich,
ein im QPSK(Quadraturphasenumtast)Schema, im 16-QAM(Quadraturamplitudenmodulations)Schema oder
dgl. basisbandmoduliertes Eingangssignal zu übermitteln.
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Nach
den Ansprüchen
11 und 14 ist es durch eine inverse Fouriertransformation von orthogonalen Codes,
Walsh-Codes, Hadamard-Codes oder Gold-Codes möglich, auf der Frequenzachse
zueinander orthogonale Spreizcodes zu finden.
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Nach
Anspruch 15 wird die durch Multiplikation des orthogonalen Codes
mit der M-Sequenz erhaltene Zahlenwertfolge einer. inversen Fouriertransformation
unterzogen. Folglich ist es möglich
Spreizcodes zu finden, welche auf der Frequenzachse zueinander orthogonal
sind. Außerdem
ist es möglich, ein
Bit-Muster der Kanalidentifizierungscodes
zufällig anzuordnen.
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Nach
Anspruch 16 wird die durch Hinzufügen oder Einfügen einer
vorbestimmten Anzahl von Nullwerten an den gleichen Positionen in
verschiedenen Zahlenwertfolgen erhaltene Zahlenwertfolge einer inversen
Fouriertransformation unterzogen. Wenn das gespreizte Signal auf
der Frequenzachse transformiert wird, ist es folglich möglich, ein
Frequenzband als unbenutztes Frequenzband freizugeben. Beispielsweise
kann durch Hinzufügen
von Nullwerten am Kopf und am Ende einer jeden Zahlenwertfolge auf
der Frequenzachse ein Schutzband zwischen zwei gespreizten Signalen
bereitgestellt werden, wodurch die Herstellung des Filters der Empfangseinrichtung
zum Extrahieren eines benötigten
Bands vereinfacht wird. In einem anderen Beispiel kann durch Einfügen von
Nullwerten in die Mitte einer jeden Zahlenwertfolge auf der Frequenzachse
ein Trägerloch
bereitgestellt werden, wodurch verhindert wird, dass ein Träger des
Frequenzbands von einem anderen System gestört wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Übertragungssystem, umfassend
die Übermittlungs- und
Empfangseinrichtung, und ferner ein Übermittlungsverfahren und ein
Empfangsverfahren nach den Ansprüchen
18 und 19 sowie ein Übertragungsverfahren
nach Anspruch 20.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm und stellt die Konfiguration eines Übertragungssystems
nach einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dar;
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2 zeigt
einen Prozess zum Erzeugen von Spreizcodes beim Übertragungssystem nach der Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt
ein Beispiel von Kanalidentifizierungscodes und Spreizcodes beim Übertragungssystem
nach der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
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4 zeigt
ausführlich
eine Konfiguration des Übertragungssystems
nach der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
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5 zeigt
ein Beispiel von Übermittlungscharakteristika
des Übertragungssystems
nach der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung; und
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6 ist ein Blockdiagramm und zeigt weitere
Konfigurationen der Spreizcode-Erzeugungseinrichtung nach der Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung.
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BESTER MODUS
ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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1 ist
ein Blockdiagramm und stellt die Konfiguration eines Übertragungssystems
nach einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dar. Das Übertragungssystem
nach der vorliegenden Ausgestaltung enthält eine Übermittlungseinrichtung 20 und
eine Empfangseinrichtung 30, zwischen welchen eine Spreizspektrumübertragung
ausgeführt
wird. Bevor eine Übertragung
ausgeführt
wird, erzeugt eine Spreizspektrumerzeugungseinrichtung 10 Spreizcodes 121 zur
Verwendung bei der Übertragungseinrichtung 20 und
inverse Spreizcodes 131 zur Verwendung bei der Empfangseinrichtung 30. Die
Spreizspektrumerzeugungseinrichtung 10 enthält einen
Orthogonalcode-Erzeugungsabschnitt 11, einen M-Sequenz-Erzeugungsabschnitt 12,
einen Multiplizierer 13, einen Nullwert-Hinzufügungsabschnitt 14 und
einen Inversfouriertransformationsabschnitt 15. Die Übermittlungseinrichtung 20 enthält einen
Spreizcode-Speicherabschnitt 21, einen Spreizabschnitt 22,
einen Filterabschnitt 23, einen RF-(Radiofrequenz-)Modulationsabschnitt 24 und eine
Antenne 25. Die Empfangseinrichtung 30 enthält eine
Antenne 31, einen RF-Demodulationsabschnitt 32,
einen Inversspreizcode-Speicherabschnitt 33, einen Inversspreizabschnitt 34,
einen Filterabschnitt 35 und einen Synchronisationsverfolgungsabschnitt 36.
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Zuerst
wird die Funktion der Spreizspektrumerzeugungseinrichtung 10 beschrieben.
Bevor eine Spreizspektrumübertragung
zwischen der Übermittlungseinrichtung 20 und
der Empfangseinrichtung 30 ausgeführt wird, arbeitet die Spreizspektrumerzeugungseinrichtung 10 wie
folgt: Der Orthogonalcode-Erzeugungsabschnitt 11 erzeugt
einen orthogonalen Code, welcher eine vorbestimmte Anzahl an Vektoren
mit einer vorbestimmten Länge
enthält,
welche jeweils 1 oder –1
angebende Elemente beinhalten. Beispiele für einen solchen verwendbaren
orthogo nalen Code sind ein Hadamard-Code, ein Walsh-Code und ein
Gold-Code.
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Der
M-Sequenz-Erzeugungsabschnitt 12 erzeugt eine M-Sequenz
(eine Sequenz maximaler Länge),
welche die gleiche Länge
wie der vom Orthogonalcode-Erzeugungsabschnitt 11 erzeugte
Vektor hat und jeweils 1 oder –1
angebende Elemente enthält.
Zum Erzeugen einer M-Sequenz mit einer beliebigen Länge wird
ein m-stufiges Schieberegister
verwendet, um eine M-Sequenz mit einer Länge von (2m – 1) zu
finden, und je nach Bedarf wird die gefundene M-Sequenz wiederholt.
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Der
Multiplikator 13 multipliziert jeden der in den vom Orthogonalcode-Erzeugungsabschnitt 11 erzeugten
orthogonalen Codes enthaltenden Vektoren elementweise mit der vom
M-Sequenz-Erzeugungsabschnitt 12 erzeugten M-Sequenz. Betrachte speziell
einen Fall, in welchem ein Vektor eines vom Orthogonalcode-Erzeugungsabschnitt 11 erzeugten orthogonalen
Codes (A1, A2, ...,
An) ist, und die vom M-Sequenz-Erzeugungsabschnitt 12 erzeugte
M-Sequenz (B1, B2,
..., Bn) ist. In diesem Fall gibt der Multiplizierer 13 als
Produkt beider Elemente (A1B1,
A2B2, ..., AnBn) aus. Diese M-Sequenz-Multiplikation
dient zum zufälligen
Auswählen
eines Bit-Musters des Kanalidentifizierungscodes, was weiter unten
beschrieben wird.
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Der
Nullwert-Hinzufügungsabschnitt 14 fügt zum Kopf
und Ende eines jeden vom Multiplizierer 13 ausgegebenen
Vektors eine vorbestimmte Anzahl von Nullwerten hinzu. Der Nullwert-Hinzufügungsabschnitt 14 kann
zum Kopf oder zum Ende eines jeden Vektors oder zu beiden einen
oder mehrere Nullwert/e hinzufügen.
Wenn Nullwerte sowohl zum Kopf als auch zum Ende eines Vektors hinzugefügt werden,
kann die Anzahl der zum Kopf hinzuzufügenden Nullwerte gleich oder
verschieden von der Anzahl der zum Ende hinzugefügten sein. Diese Nullwert-Hinzufügung dient
zur Bereitstellung eines Schutzbereichs zwischen zwei auf der Frequenzachse
transformierten gespreizten Signalen, wodurch der Aufbau eines Filters
der Empfangseinrichtung 30 zum Extrahieren eines erforderlichen
Bands vereinfacht wird. Die Vektoren mit hinzugefügten Nullwerten
sind voneinander verschieden und werden deshalb bei der Spreizspektrumübertragung
als Kanalidentifizierungscodes verwendet.
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Der
Inversfouriertransformationsabschnitt 15 führt eine
inverse Fouriertransformation eines jeden Kanalidentifizierungscodes
aus, welcher mit dem Nullwert-Hinzufügungsabschnitt 14 erhalten
wurde, um einen Vektor mit der gleichen Anzahl von Elementen wie
der ursprüngliche
Vektor zu finden. Eine von den gefundenen Vektoren gebildete Gruppe
wird "Vektorgruppe" genannt. Die Elemente
eines jeden Vektors werden nach inverser Fouriertransformation komplexe
Zahlen. Alle oder ein Teil der Vektoren, welche in der mit dem Inversfouriertransformationsabschnitt 15 erhaltenen
Vektorgruppe enthaltenen sind, werden von der Übermittlungseinrichtung 20 als Spreizcodes 121 verwendet.
Ferner werden die Elemente der gefundenen Vektoren durch ihre jeweiligen
konjugiert komplexen Zahlen ersetzt, wodurch von der Empfangseinrichtung 30 zu
verwendende inverse Spreizcodes 131 erhalten werden.
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Die
Funktion der Spreizspektrumerzeugungseinrichtung 10 wird
mit Bezug zu 2 beispielhaft beschrieben.
Der Orthogonalcode-Erzeugungsabschnitt 11 erzeugt beispielsweise
einen Hadamard-Code, welcher jeweils 16 Vektoren mit einer Länge von
16 (eine in 2 dargestellte Vektorgruppe
VGa) enthält. Der M-Sequenz-Erzeugungsabschnitt 12 erzeugt
beispielsweise eine M-Sequenz mit einer Länge von 16, wie z. B. (1, –1, 1, 1, –1, 1, 1, –1, 1, –1, –1, 1, –1, 1, –1, –1). Der
Multiplizierer 13 multipliziert die jeweiligen Elemente
der vom Orthogonalcode-Erzeugungsabschnitt 11 erzeugten
16 Vektoren mit der vom M-Sequenz-Erzeugungsabschnitt 12 erzeugten
M-Sequenz und gibt
eine in 2 dargestellte Vektorgruppe
VGb aus. Der Nullwert-Hinzufügungsabschnitt 14 fügt zu jedem
der. vom Multiplizierer 13 ausgegebenen 16 Vektoren sowohl
am Kopf als auch am Ende zwei Nullwerte hinzu und gibt eine Vektorgruppe
(eine in 2 dargestellte Vektorgruppe
VGc) aus, welche 16 Vektoren mit einer Länge von
20 enthält.
Die in der Vektorgruppe VGc enthaltenen
Vektoren werden als Kanalidentifizierungscodes verwendet.
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Der
Inversfouriertransformationsabschnitt 15 führt eine
inverse Fouriertransformation der vom Nullwert-Hinzufügungsabschnitt 14 erhaltenen
16 Kanalidentifizierungscodes aus. 3 zeigt
ein Beispiel der Kanalidentifizierungscodes und Spreizcodes der
Spreizspektrumerzeugungseinrichtung 10. 3 stellt
dar, wie ein in 2 dargestellter Vektor Vc1 durch eine inverse Fouriertransformation
in einen in 2 dargestellten Vektor Vd1 transformiert wird. Der Inverstransformationsabschnitt 15 führt eine
inverse Fouriertransformation der jeweiligen 16 Kanalidentifizierungscodes
aus, um eine Vektorgruppe (eine in 2 dargestellte
Vektorgruppe VGd) zu erhalten, welche 16
Vektoren mit einer Länge
von jeweils 20 enthält,
deren Elemente komplexe Zahlen sind. Alle oder ein Teil der in der
Vektorgruppe VGd enthaltenen 16 Vektoren
werden von der Übermittlungseinrichtung 20 als
Spreizcodes 121 verwendet. Die Elemente der gefundenen
Vektoren werden durch ihre jeweiligen konjugiert komplexen Zahlen
ersetzt, wodurch die von der Empfangseinrichtung 30 zu
verwendenden inversen Spreizcodes 131 erhalten werden.
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Als
Nächstes
werden die Funktionen der Übermittlungseinrichtung 20 und
der Empfangseinrichtung 30 beschrieben. Bevor die Übertragung
ausgeführt
wird, werden die Übermittlungseinrichtung 20 und
die Empfangseinrichtung 30 von der Spreizcode-Erzeugungseinrichtung 10 mit
den Spreizcodes 121 bzw. den inversen Spreizcodes 131 versorgt.
In der Übermittlungseinrichtung 20 werden
die von der Spreizspektrumerzeugungseinrich tung 10 bereitgestellten
Spreizcodes 121 im Spreizcode-Speicherabschnitt 21 gespeichert.
In der Empfangseinrichtung 30 werden die von der Spreizspektrumerzeugungseinrichtung 10 bereitgestellten
inversen Spreizcodes 131 im Inversspreizcode-Speicherabschnitt 33 gespeichert.
Die Spreizcodes 121 und die inversen Spreizcodes 131 können in
den jeweiligen Speicherabschnitten zum Zeitpunkt des Erzeugens gespeichert
werden oder können
nach dem Erzeugen vom Eingabemittel oder Übertragungsmittel bereitgestellt werden.
Beachte, dass die Anzahl der im Spreizcode-Speicherabschnitt 21 bzw.
im Inversspreizcode-Speicherabschnitt 22 gespeicherten
Codes eins sein kann.
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Zur Übertragung
zwischen der Übermittlungseinrichtung 20 und
der Empfangseinrichtung 30 wählt der Spreizcode-Speicherabschnitt 21 einen
der gespeicherten Spreizcodes 121 zur Ausgabe aus. In ähnlicher
Weise wählt
der Inversspreizcode-Speicherabschnitt 33 einen der gespeicherten
Spreizcodes 131 zur Ausgabe aus. Genauer, der Spreizcode-Speicherabschnitt 21 gibt
als den zu einem zu verwendenden Kanal korrespondierenden Spreizcode 122 einen
durch inverse Fouriertransformation eines Kanalidentifizierungscodes
für diesen
Kanal erhaltenen Spreizcode aus. Der Inversspreizcode-Speicherabschnitt 33 gibt
als den zu einem zu verwendenden Kanal korrespondierenden inversen Spreizcode 132 einen
durch inverse Fouriertransformation eines Kanalidentifizierungscodes
für diesen Kanal
erhaltenen inversen Spreizcode aus.
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Der
Spreizabschnitt 22 wird mit einem Eingangssignal 201 als
ein zu übertragendes
Signal versorgt. Das Eingangssignal 201 wird erhalten,
indem zu übermittelnde
Daten einer Fehlerkorrekturverschlüsselung und einer vorbestimmten
Basisbandmodulation unterworfen werden. Der Spreizabschnitt 22 spreizt
das Eingangssignal 201 mit dem im Spreizcode-Speicherabschnitt 21 gespeicherten Spreizcode 122 und
gibt dann das gespreizte Signal 202 aus. Genauer, der Spreizabschnitt 22 wird
mit den Elementen des Spreizcodes 122 in jedem Zeitintervall
T2 versorgt, welches kürzer
als ein Zeitintervall T1 ist, in welchem das Eingangssignal 201 geändert wird.
Der Spreizabschnitt 22 multipliziert das Eingangssignal 201 mit
jedem Element des Spreizcodes 122 in jedem Zeitintervall
T2. Eine solche Multiplikation eines jeden Elements des Spreizcodes
in jedem Zeitintervall T2 wird im Allgemeinen "Multiplikation des Spreizcodes mit einer
Chiprate" genannt.
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Bei
der vorliegenden Ausgestaltung ist jedes Element des Spreizcodes 122 eine
komplexe Zahl. Deshalb multipliziert der Spreizabschnitt 22 das
Eingangssignal mit dem Spreizcode 122 mit einer Chiprate.
Das heißt,
der Spreizabschnitt 22 führt in jedem Zeitintervall
T2 eine komplexe Multiplikation des Eingangssignals 201 mit
jedem Element des Spreizcodes 122 aus. Betrachte beispielsweise
einen Fall, in welchem (C + Dj) ein Element
des Spreizcodes 122 ist, wobei j die imaginäre Einheit
ist. Wenn das Eingangssignal 201 eine reelle Zahl A angibt,
gibt der Spreizabschnitt 22 ein Signal aus, welches als
gespreiztes Signal 202 A × (C + Dj)
= (AC + ADj) angibt. Wenn das Eingangssignal 201 eine
komplexe Zahl (A + Bj) angibt, gibt der
Spreizabschnitt 22 ein Signal (A + Bj) × (C + Dj) = ((AC – BD) + (AD + BC)j)
als das Spreizsignal 202 aus. Mit einer solchen Funktion
des Spreizabschnitts 22 wird das Eingangssignal 201 auf der
Frequenzachse über
ein breites Frequenzband gespreizt.
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Der
Filterabschnitt 23 ist unter Verwendung eines Bandpassfilters
ausgeführt.
Der Filterabschnitt 23 beseitigt Rauschanteile, welche
in einem vom Spreizabschnitt 22 ausgegebenen unerwünschten Band
des gespreizten Signals 202 enthalten sind. Der RF-Modulationsabschnitt 24 führt eine
Quadraturmodulation eines Trägers
mit einem vom Filterabschnitt 23 ausgegebenen Signal aus
und gibt ein Radiofrequenzsignal aus. Genauer, der RF-Modulationsabschnitt 24 moduliert
den Träger mit
dem Realteil des vom Filterabschnitt 23 ausgegebenen Signals
in eine erste Richtung und moduliert auch den Träger. mit dem Imaginärteil des
vom Filterabschnitt 23 ausgegebenen Signals in eine zweite
Richtung, welche in der Phase von der ersten Richtung um 90° verschieden
ist. Basierend auf dem vom RF-Modulationsabschnitt 24 ausgegebenen
Signal strahlt die Antenne 25 eine Radiowelle aus.
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In
der Empfangseinrichtung 30 empfängt die Antenne 31 die
von der Übermittlungseinrichtung 20 ausgestrahlte
Radiowelle und gibt ein Radiofrequenzsignal aus. Der RF-Demodulationsabschnitt 32 führt eine
orthogonale Demodulation des von der Antenne 31 ausgestrahlten
Signals aus und gibt als demoduliertes Signal 301 ein Basisbandsignal
aus. Genauer, zur Bildung des Realteils demoduliert der RF-Demodulationsabschnitt 32 das
von der Antenne 31 ausgestrahlte Signal in der oben genannten
ersten Richtung und zur Bildung des Imaginärteils auch in die oben genannte
zweite Richtung und gibt das demodulierte Signal 301 in
Form einer komplexen Zahl aus.
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Der
Inversspreizabschnitt 34 verwendet den im Inversspreizcode-Speicherabschnitt 33 gespeicherten
inversen Spreizcode 132, um ein inverses Spreizen des demodulierten
Signals 301 auszuführen,
und gibt dann das invers gespreizte Signal 302 aus. Genauer,
der Inversspreizabschnitt 34 führt eine komplexe Multiplikation
des demodulierten Signals 301 und des inversen Spreizcodes 132 mit
der Chiprate aus. Das heißt,
der Inversspreizabschnitt 34 führt eine komplexe Multiplikation
des demodulierten Signals 301 und eines jeden Elements
des inversen Spreizcodes 132 in jedem Zeitintervall T2
aus. Betrachte beispielsweise einen Fall, in welchem ein Element
des inversen Spreizcodes eine komplexe Zahl (C – Dj)
ist, und das demodulierte Signal eine komplexe Zahl (E + Fj) angibt. In diesem Fall gibt der Inversspreizabschnitt 34 als
invers gespreiztes Signal 302 ein Signal (E + Fj) × (C – Dj) = ((EC + FD) + (–ED + FC)j)
aus. Mit einer solchen Funktion des Inversspreizabschnitts 34 wird
das auf der Frequenzachse über
ein breites Gebiet gespreizte Eingangssignal 201 einer
spezifischen Frequenz angenähert.
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Der
Filterabschnitt 35 ist unter Verwendung eines Tiefpassfilters
ausgeführt.
Der Filterabschnitt 35 beseitigt Rauschanteile, welche
in einem unerwünschten
Band des vom Inversspreizabschnitt 34 ausgegebenen invers
gespreizten Signals 302 enthalten sind, und gibt ein Signal 303 aus.
Folglich kann die Empfangseinrichtung 30 das zum Eingangssignal 201 korrespondierende
Ausgangssignal 303 erzeugen. Weil das Eingangssignal 201 aus
zu übermittelnden
Daten durch eine Verschlüsselung zur
Fehlerkorrektur und eine Basisbandmodulation erhalten wird, wird
das Ausgangssignal 303 umgekehrt prozessiert (d. h. durch
eine Basisbanddemodulation und Entschlüsselung zur Fehlerkorrektur
erhalten).
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Der
Synchronisationsverfolgungsabschnitt 36 gibt ein Synchronisationssignal 311 zum
Inversspreizcode-Speicherabschnitt 33 aus. Der Inversspreizcode-Speicherabschnitt 33 gibt
den inversen Spreizcode 132 synchron mit dem vom Synchronisationsverfolgungsabschnitt 36 ausgegebenen
Synchronisationssignal 311 zum Inversspreizabschnitt 34 aus.
Durch eine angemessene Änderung
des Ausgabezeitsteuerung des Synchronisationssignals 311 erkennt
der Synchronisationsverfolgungsabschnitt 36 die Zeitsteuerung,
wenn der Level des vom Inversspreizabschnitt 34 ausgegebenen
Signals maximal wird (die Zeitsteuerung auf einen Scheitelpunkt bezogen
wird). Mit einer solchen Funktion des Synchronisationsverfolgungsabschnitts 36 kann
die Empfangseinrichtung 30 die optimale Zeitsteuerung für eine Inversspreizprozessierung
finden. Beachte, dass die Empfangseinrichtung 30 ferner
einen AFC(automatischen Frequenz-Kontroll)Kreis zum Einrichten einer
Frequenzsynchronisation mit der Übermittlungseinrichtung 20 enthalten
kann.
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Mit
Bezug zu 4 werden Hauptkomponenten der Übermittlungseinrichtung 20 und
der Empfangseinrichtung 30 genau beschrieben. In 4 sind
der Spreizabschnitt 22, der RF-Modulationsabschnitt 24, der
RF-Demodulationsabschnitt 32, der Inversspreizabschnitt 34,
der Filterabschnitt 35 und der Synchronisationsverfolgungsabschnitt 36 genau
darstellt. Nachfolgend wird beispielhaft ein Fall beschrieben, bei
welchem das Eingangssignal 201 mit dem QPSK(Quadratur-Phasen-Umtast)Schema
basisbandmoduliert ist. In diesem Fall sind der Spreizcode 122,
der inverse Spreizcode 132, das Eingangssignal 201 und
das demodulierte Signal 301 komplexe Zahlen. Deshalb wird
der Spreizcode 122 mit (C + Dj),
der inverse Spreizcode 132 mit (C – Dj),
das Eingangssignal 201 mit (A + Bj) und
das demodulierte Signal 301 mit (E + Fj)
bezeichnet. In diesem Fall sind A und B 1 oder –1, und C, D und E sind beliebige
reelle Zahlen.
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Der
Spreizabschnitt 22 enthält
vier Multiplizierer (einen ersten bis vierten), einen Subtrahierer und
einen Addierer. Der erste Multiplizierer bildet ein Produkt AC des
Realteils A des Eingangssignals 201 und des Realteils C
des Spreizcodes 122. Die anderen drei Multiplizierer bilden
ein Produkt BD, ein Produkt AD bzw. ein Produkt BC. Der Subtrahierer
subtrahiert das Produkt BD vom Produkt AC und bildet den Realteil.
(AC – BD)
des gespreizten Signals 202. Der Addierer addiert das Produkt
AD und das Produkt BC und bildet einen Imaginärteil (AD + BC) des gespreizten
Signals 202. Der Spreizabschnitt 22 gibt den Realteil
und den Imaginärteil
des gespreizten Signals 202 getrennt aus.
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Der
RF-Modulationsabschnitt 24 enthält zwei Multiplizierer und
einen Addierer. Ein Multiplizierer multipliziert den Realteil des
gespreizten Signals 202 mit einem phasengleichen Träger (einer
Cosinus-Welle), während
der andere den Imagi närteil
des gespreizten Signals 202 mit einem orthogonalen Träger (einer
Sinus-Welle) multipliziert. Der Addierer addiert die von den beiden
Multiplizierern ausgegebenen Signale. Der RF-Modulationsabschnitt 24 gibt
als Ergebnis einer Quadraturmodulation des Trägers ein einzelnes Signal aus.
Im Allgemeinen wird bei einer QPSK-Modulation eine orthogonale Trägermodulation
mit vier Werten (1, 1), (1, –1),
(–1, 1)
und (–1, –1) durchgeführt. Bei
der vorliegenden Ausgestaltung können
zur orthogonalen Trägermodulation
jedoch andere als die oben genannten vier Werte verwendet werden.
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Der
RF-Demodulationsabschnitt 32 enthält zwei Multiplizierer und
zwei (in 4 mit LPF bezeichnete) Tiefpassfilter.
Das vom RF-Modulationsabschnitt 24 ausgegebene Signal wird
im RF-Demodulationsabschnitt 32 geteilt.
Ein Multiplizierer multipliziert eines der Teilsignale mit dem phasengleichen Träger (der
Cosinus-Welle), während
der andere Multiplizierer das andere mit dem orthogonalen Träger (der
Sinus-Welle) multipliziert. Die Tiefpassfilter beseitigen jeweilige
Rauschanteile, welche in einem unerwünschten Band der von den beiden
Multiplizierern ausgegebenen Signale enthalten sind. Mit einer solchen
Funktion des RF-Demodulationsabschnitts 32 wird das zum
gespreizten Signal 202 korrespondierende demodulierte Signal 301 erzeugt.
Der RF-Demodulationsabschnitt 32 gibt den Realteil und den
Imaginärteil
des demodulierten Signals 301 getrennt aus.
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Der
Inversspreizabschnitt 34 enthält vier Multiplizierer (einen
ersten bis vierten), einen Subtrahierer und einen Addierer. Der
erste Multiplizierer bildet ein Produkt EC des Realteils E des demodulierten
Signals 301 und des Realteils C des inversen Spreizcodes 132.
Die anderen drei Multiplizierer bilden ein Produkt (–FD), (–ED) bzw.
ein Produkt FC. Der Subtrahierer subtrahiert das Produkt (–FD) vom Produkt
EC und bildet einen Realteil (EC + FD) des invers gespreizten Si gnals 302.
Der Addierer addiert das Produkt (–ED) und das Produkt (FC) und
bildet einen Imaginärteil
(–ED +
FC) des invers gespreizten Signals 302. Der Inversspreizabschnitt 34 gibt
den Realteil und den Imaginärteil
des invers gespreizten Signals 302 getrennt aus.
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Der
Filterabschnitt 35 enthält
zwei Speicher. Ein Speicher speichert den Realteil des vom Inversspreizabschnitt 34 ausgegebenen
invers gespreizten Signals 302 für ein Datenzeichen des Eingangssignals 201 und
gibt einen Realteil A' des
Ausgangssignals 303 aus. Gleichermaßen speichert der andere Speicher
den Imaginärteil
des vom Inversspreizabschnitt 34 ausgegebenen invers gespreizten
Signals 302 für
ein Datenzeichen des Eingangssignals 201 und gibt einen
Imaginärteil
B' des Ausgangssignals 303 aus.
Der Filterabschnitt 35 gibt den Realteil und den Imaginärteil des
Ausgangssignals 303 getrennt aus.
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Der
Synchronisationsverfolgungsabschnitt 36 enthält eine
Korrelationswert-Berechnungseinheit 37 und eine Scheitelpunkt-Erkennungseinheit 38.
Die Korrelationswert-Berechnungseinheit 37 speichert das
invers gespreizte Signal 302 für ein Datenzeichen des Eingangssignals 201,
wobei der Realteil und der Imaginärteil des invers gespreizten
Signals 302 voneinander getrennt sind. D. h. die Korrelationswert-Berechnungseinheit 37 bildet
eine durch (Σ(EC +
FD) + Σ(–ED + FC)j) repräsentierte
komplexe Zahl (wobei Σ eine
Summe für
ein Datenzeichen des Eingangssignals 201 ist). Dann berechnet
die Korrelationswert-Berechnungseinheit 37 einen absoluten Wert
der gebildeten komplexen Zahl zur Ausgabe als Korrelationswert an
die Scheitelpunkt-Erkennungseinheit 38. Die Scheitelpunkt-Erkennungseinheit 38 gibt
das Synchronisationssignal 311 zum Inversspreizcode-Speicherabschnitt 33 zur
angemessenen Änderung
der Ausgabezeitsteuerung aus. Wenn das demodulierte Signal 301 und
der inverse Spreizcode 132 miteinander synchronisiert werden,
wird der von der Korrelationswert-Berechnungseinheit 37 ausgegebene
Korrelationswert maximal. Die Scheitelpunkt-Erkennungseinheit 38 detektiert
eine Zeitsteuerung, in welcher der von der Korrelationswert-Berechnungseinheit 37 ausgegebene
Korrelationswert maximal wird als einen Scheitelpunkt und gibt das Synchronisationssignal 311 am
detektierten Scheitelpunkt aus.
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In
der obigen Beschreibung wurde angenommen, dass das Eingangssignal 201 mit
dem QPSK-Schema basisbandmoduliert wird. Es ist jedoch auch möglich, ein
zu dem in 4 dargestellten System ähnlich konfiguriertes Übertragungssystem zu
bauen, falls das Eingangssignal 201 mit einem anderen Quadraturmodulationsschema
basisbandmoduliert wird. Beispielsweise können der Realteil A und der
Imaginärteil
B des Eingangssignals 201 vier unabhängige Werte annehmen, falls
das Eingangssignal 201 mit einem 16 QAM(Quadraturamplitudenmodulations)Schema
basisbandmoduliert wird. Der genaue Aufbau einer jeden Systemkomponente
kann gleich wie der in 4 dargestellte sein.
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Als
Nächstes
werden die Effekte beim Übertragungssystem
nach der vorliegenden Ausgestaltung beschrieben. Wie oben beschrieben
wurde, führt
die Spreizspektrumerzeugungseinrichtung 10 eine M-Sequenz-Multiplikation
und eine Nullwert-Hinzufügung
zu den erzeugten orthogonalen Codes aus, bildet die Kanalidentifizierungscodes
und führt
dann eine inverse Fouriertransformation der Kanalidentifizierungscodes
aus, wodurch die Spreizcodes 121 und die inversen Spreizcodes 131 erzeugt werden.
Die Übermittlungseinrichtung 20 und
die Empfangseinrichtung 30 speichern die von der Spreizcode-Erzeugungseinrichtung 10 erzeugten Spreizcodes 121 bzw.
inversen Spreizcodes 131 und verwenden zur Ausführung der
Spreizspektrumübertragung
jeweils einen aus den gespeicherten Codes ausgewählten einzelnen Code.
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Die
Vektoren jedes von der Spreizspektrumerzeugungseinrichtung 10 erzeugten
orthogonalen Codes sind zueinander orthogonal. Da die Orthogonalität selbst
nach einer M-Sequenz-Multiplikation und Nullwert-Hinzufügung erhalten
bleibt, sind die durch diese beiden Prozesse erhaltenen Kanalidentifizierungscodes
auch orthogonal zueinander. Weil die inverse Fouriertransformation
außerdem
eine orthogonale Transformation ist, sind die durch eine inverse
Fouriertransformation der Kanalidentifizierungscodes erhaltenen
Spreizcodes ebenfalls orthogonal zueinander. Indem zueinander orthogonale
Spreizcodes verwendet werden, kann das Übertragungssystem nach der
vorliegenden Ausgestaltung als solches eine Spreizspektrumübertragung
wie allgemeine Spreizspektrum-Übertragungssysteme,
welche PN-Codes oder dgl. verwenden, ausführen.
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Ferner
werden beim Übertragungssystem nach
der vorliegenden Ausgestaltung als Spreizcodes zueinander orthogonale
Vektoren verwendet, welche durch inverse Fouriertransformation der
die Elemente 1 oder –1
enthaltenden Kanalidentifizierungscodes erhalten werden und zueinander
orthogonal sind. Wenn die Spreizcodes einer Fouriertransformation
unterzogen werden, werden die als Ergebnis der Fouriertransformation
erhaltenen Elemente deshalb 1 oder –1, und daher sind ihre Absolutwerte konstant.
Bei einer Verwendung solcher Spreizcodes zum Spreizen wird das Eingangssignal
auf der Frequenzachse folglich über
ein breites Frequenzband mit einheitlicher Leistung gespreizt. Verglichen
mit einer herkömmlichen
Spreizspektrumübertragung, welche
auf der Frequenzachse keine einheitlich Leistung erreicht, verbessert
ein solches Spreizen eines Spektrums mit einheitlicher Leistung
auf der Frequenzachse die Übermittlungscharakteristika
und vergrößert die
Multiplexkapazität.
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5 ist
eine Darstellung und zeigt ein Beispiel von Übermittlungscharakteristika
des Übertragungssystems
nach der vorliegenden Ausgestaltung. In 5 gibt eine
horizontale Achse ein S/N-Verhältnis
(Signal-zu-Rausch-Verhältnis)
an und eine vertikale Achse gibt eine Bit-Fehlerrate an. Die (als
gestrichelte Linie angegebenen) herkömmlichen Übermittlungscharakteristika
werden beobachtet, wenn als Spreizcodes Hadamard-Codes mit einer
jeweiligen Länge
von 16 verwendet werden. Die (als durchgehende Linie angegebenen) Übermittlungscharakteristika
der vorliegenden Ausgestaltung werden beobachtet, wenn die gleichen
Hadamard-Codes invers fouriertransformiert und als Spreizcodes die
resultierenden Codes verwendet werden. In beiden Fällen wird
als Kanalverteilungsschema das CDMA(codeverteiltes Vielfachzugriff)Schema
verwendet. Wie in 5 dargestellt ist, wird die
Bit-Fehlerrate bei einer Verschlechterung des S/N-Verhältnisses
in beiden Fällen
größer. Jedoch
sind die Charakteristika der vorliegenden Ausgestaltung vorteilhafter
als die herkömmlichen,
weil die Bit-Fehlerrate
kleiner ist. Deshalb ist es nach dem Übertragungssystem der vorliegenden
Ausgestaltung möglich,
die Multiplexkapazität
bei der Spreizspektrumübertragung
zu vergrößern.
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Bei
der vorliegenden Ausgestaltung erzeugt die Spreizspektrumerzeugungseinrichtung 10 als
orthogonale Codes Hadamard-Codes,
und basierend auf den erzeugten Hadamard-Codes Spreizcodes. Alternativ
können
als orthogonale Codes Walsh-Codes, Gold-Codes oder andere Codes
verwendet werden. Ferner kann die Spreizcode-Erzeugungseinrichtung 10 voneinander
verschiedene Kanalidentifizierungscodes, und basierend auf den erzeugten
Kanalidentifizierungscodes Spreizcodes erzeugen. In diesem Fall
sind Absolutwerte von Elementen der Kanalidentifizierungscodes vorzugsweise
gleich oder ungefähr
gleich. Ferner brauchen die Kanalidentifizierungscodes nicht notwendigerweise
exakt orthogonal sein, sondern können
lediglich Charakteristika haben, so dass ein inneres Produkt zweier
Vektoren näher
an Null liegt.
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Bei
der vorliegenden Ausgestaltung führt
die Spreizcode-Erzeugungseinrichtung 10 bei den erzeugten
orthogonalen Codes auch eine M-Sequenz-Multiplikation und eine Nullwert-Hinzufügung aus.
Alternativ kann/können
einer oder beide der beiden Prozesse nicht ausgeführt werden.
Wie in 6 dargestellt ist, ist es damit
möglich,
eine Spreizspektrumerzeugungseinrichtung 17 ((a) der 6), welche eine inverse Fouriertransformation
der erzeugten orthogonalen Codes ausführt; eine Spreizcode-Erzeugungseinrichtung 18 ((b)
der 6), welche eine Multiplikation
der erzeugten orthogonalen Codes und der M-Sequenz und dann eine
inverse Fouriertransformation ausführt; und eine Spreizcode-Erzeugungseinrichtung 19 ((c)
der 6), welche Nullwerte zu erzeugten
orthogonalen Codes hinzufügt
und dann eine inverse Fouriertransformation ausführt, zu bauen. Mit diesen drei
Typen von Spreizcode-Erzeugungseinrichtungen können die selben Effekte wie mit
der Spreizspektrumerzeugungseinrichtung 10 erreicht werden.
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Ferner
fügt bei
der vorliegenden Ausgestaltung die Spreizcode-Erzeugungseinrichtung 10 eine vorbestimmte
Zahl von Nullwerten zum Kopf und zum Ende eines jeden vom Multiplizierer 13 ausgegebenen
Vektors hinzu. Alternativ oder gleichzeitig kann eine vorbestimmte
Anzahl von Nullwerten in der gleichen Position eines jeden vom Multiplizierer 13 ausgegebenen
Vektors eingefügt
werden. Durch ein solches Einfügen
von Nullwerten an der gleichen Position eines jeden Vektors kann
auf der Frequenzachse ein Trägerloch
(ein unbenutztes Frequenzband) bereitstellt werden, wodurch verhindert
wird, dass ein Träger
auf dem Frequenzband durch ein anderes System gestört wird.
Als solches kann die Spreizcode-Erzeugungseinrichtung 10 eine
vorbestimmte Anzahl von Nullwerten an der gleichen Position in jeder
unterschiedlichen Zahlenwertfolge hinzufügen oder einfügen.
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Ferner
enthält
die Übermittlungseinrichtung 20 der
vorliegenden Ausgestaltung den RF-Modulationsabschnitt 24 und
die Antenne 25, die Empfangseinrichtung 30 enthält die Antenne 31 und
den RF-Demodulationsabschnitt 32, und zwischen der Übermittlungseinrichtung 20 und
der Empfangseinrichtung 30 erfolgt eine kabellose Übertragung.
Alternativ erfolgt zwischen diesen eine Übertragung per Kabel. In diesem
Fall braucht die Übermittlungseinrichtung 20 keine
RF-Modulation und die Empfangseinrichtung 30 braucht keine
RF-Demodulation auszuführen.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Wie
oben beschrieben wurde, werden bei der Einrichtung und dem Verfahren
zur Spreizspektrumübertragung
Vektoren verwendet, welche durch eine inverse Fouriertransformation
unterschiedlicher Kanalidentifizierungscodes (z. B. orthogonaler
Codes) erhalten werden, um ein Spektrum auf der Frequenzachse mit
einheitlicher Leistung zu spreizen. Folglich ist es möglich, die Übermittlungscharakteristika
zu verbessern und die Multiplexkapazität zu erhöhen.