JP2001230755A - スペクトラム拡散通信装置 - Google Patents

スペクトラム拡散通信装置

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JP2001230755A
JP2001230755A JP2000039511A JP2000039511A JP2001230755A JP 2001230755 A JP2001230755 A JP 2001230755A JP 2000039511 A JP2000039511 A JP 2000039511A JP 2000039511 A JP2000039511 A JP 2000039511A JP 2001230755 A JP2001230755 A JP 2001230755A
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signal
spread spectrum
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transmitter
unit
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JP2000039511A
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Masahiro Maki
昌弘 牧
Yuji Igata
裕司 井形
Junji Kondo
潤二 近藤
Masao Omoto
政雄 大元
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 拡散帯域幅が狭い低拡散率のスペクトラム拡
散通信においても、許容帯域内のエネルギー利用効率を
向上させ、S/Nを改善し、データ伝送品質を向上させ
るスペクトラム拡散通信装置を提供することである。 【解決手段】 異なる周波数の複数のキャリアを生成
し、複数のキャリアが入力デジタル信号1シンボル時間
の1/N(Nは自然数)の周期を持つことを特徴とする
キャリア生成手段と、複数のキャリアの位相に位相差を
与える位相制御手段と、位相差を与えられた複数のキャ
リアを、入力デジタル信号で変調する変調手段と、複数
の変調信号を合成する合成手段とを備えたことを特徴と
し、許容帯域内に均等にスペクトラム拡散信号を生成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルデータを
伝送することを目的としたスペクトラム拡散通信装置に
関し、より特定的には伝送路特性や法規制により伝送帯
域幅が制限された通信に関する。
【0002】
【従来の技術】スペクトラム拡散通信は狭帯域のデータ
信号を拡散して送信し、受信してから逆拡散して検波を
行う通信方式である。スペクトラム拡散通信のメリット
は、狭帯域信号を拡散することで周波数成分に冗長性を
持たせることにより、狭帯域雑音や伝送路歪の影響を軽
減することにある。
【0003】図10は従来の同期検波方式のスペクトラ
ム拡散通信装置の例を示したものである。同図におい
て、101は情報信号発生部で、情報信号であるデジタ
ルデータを送出する。102は拡散符号発生部で、拡散
符号を発生させる。103は拡散部で、情報信号を広帯
域化する。104は伝送路である。105は逆拡散部
で、拡散された情報信号を元の情報帯域幅に逆拡散す
る。106は、拡散符号発生部で、拡散符号を発生させ
る。107はローパスフィルタで、高周波成分を除去す
る。情報信号発生部101、拡散符号発生部102、拡
散部103は、送信部を構成する。逆拡散部105、拡
散符号発生部106、ローパスフィルタ107は、受信
部を構成する。
【0004】以上のように構成されたスペクトラム拡散
通信装置について、以下その動作について説明する。ま
ず、情報信号発生部101から情報信号が送出される。
ここでは、情報信号は、2値のデジタルデータとする。
拡散符号発生部102から、前記情報信号の1シンボル
に対して同期のとれた、情報信号の帯域幅より広い帯域
幅をもつ拡散符号を発生させる。前記情報信号と、前記
拡散符号は、拡散部103において乗算され、スペクト
ラム拡散が行われる。この信号を送信信号とする。
【0005】前記送信信号は伝送路104を通過後、受
信される。受信部においては、拡散符号発生部106か
ら拡散符号を発生させる。このとき、拡散符号発生部1
06から発生した拡散符号は、送信部の拡散符号発生部
102で発生させた拡散符合と同一で、かつ、その位相
と完全に同期がとれている必要がある。この拡散符号
と、受信信号は、逆拡散部105において乗算され、拡
散された情報信号を元の情報帯域幅に逆拡散する。この
とき、送信部にて発生する拡散符号が、受信部で発生し
た拡散符号と異なるが、位相同期のとれていない信号
は、元の情報帯域幅に逆拡散されない。
【0006】また、伝送路104で重畳された妨害波な
どは、受信部拡散符号によって広い帯域へ拡散される。
従って、ローパスフィルタ107によって、元の情報帯
域幅だけを取り出すことにより、他の妨害波や雑音等の
干渉信号を取り除くことが出来る。ただし、取り出した
い情報信号であっても、受信部で発生させる拡散符号の
同期が外れると、干渉波と同様に拡散されることに注意
しなければならない。
【0007】図11にスペクトラム拡散通信の遅延検波
方式の例を示す。同図において、111は情報信号発生
部で、情報信号であるデジタルデータを送出する。11
2は拡散符号発生部で、拡散符号を発生させる。118
は差動符号化部で、情報信号の差動符号化を行う。11
3は拡散部で、情報信号を広帯域化する。114は伝送
路である。115は逆拡散部で、拡散された情報信号を
元の情報帯域幅に逆拡散する。117はローパスフィル
タで、高周波成分を除去する。情報信号発生部111、
拡散符号発生部112、拡散部113、差動符号化部1
18は、送信部を構成する。逆拡散部115、ローパス
フィルタ117は、受信部を構成する。
【0008】以上のように構成されたスペクトラム拡散
通信装置について、図10で示した同期検波方式と異な
る動作について以下に説明する。情報信号発生部111
から送出された情報信号は、差動符号化部118によっ
て、差動符号化される。この信号を拡散部113にて拡
散し送信する。受信された信号は、逆拡散部115に入
力される。逆拡散部115は、遅延検波を行う。遅延検
波は、1シンボル時間遅延させた信号と、遅延していな
い信号を乗算することで行われる。すなわち、1シンボ
ル時間遅延させた信号とは、送信部で発生させた拡散符
号と同一で、かつ、位相同期のとれた拡散符号そのもの
であるため、遅延検波を行うことで、同時に逆拡散が行
われることになる。この信号をローパスフィルタ117
に入力すれば、情報信号を取り出すことが出来る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】伝送路の制約等によっ
て広い帯域幅が取れない場合、従来のスペクトラム拡散
装置においては、図12に示すような、いわゆるSIN
C関数の特性のスペクトラムとなる。このため、許容帯
域内でのエネルギー利用効率が低下することになる。そ
の結果、電力密度の低い帯域において、S/Nの劣化に
より、ビット誤り率の増加といったデータ伝送品質が低
下し、本来のスペクトラム拡散の効果が得られないので
ある。
【0010】それ故、本発明の目的は、拡散帯域幅が狭
い低拡散率のスペクトラム拡散通信においても、許容帯
域内のエネルギー利用効率を向上させ、S/Nを改善
し、データ伝送品質を向上させるスペクトラム拡散通信
装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、伝送路に
おける送信周波数帯域幅が制限され、入力デジタル信号
を情報信号とする送信機において、異なる周波数の複数
のキャリアを生成し、複数のキャリアが入力デジタル信
号1シンボル時間の1/N(Nは自然数)の周期を持つ
ことを特徴とするキャリア生成手段と、複数のキャリア
の位相に位相差を与える位相制御手段と、位相差を与え
られた複数のキャリアを、入力デジタル信号で変調する
変調手段と、複数の変調信号を合成する合成手段とを備
えたことを特徴とする。
【0012】第2の発明は、第1の発明に記載のスペク
トラム拡散装置の送信機によって生成された送信信号
を、伝送路を介して受信する受信機において、送信機の
キャリア生成手段で生成された複数のキャリアと同一周
波数のキャリアを生成するキャリア生成手段と、送信機
の位相制御手段で与えた位相差と同一の位相差を、キャ
リア生成手段から生成された複数のキャリアの位相に与
える位相制御手段と、位相制御手段によって位相差を与
えられた複数のキャリアを合成するキャリア合成手段
と、受信機で受信する受信信号と合成手段から出力され
る合成キャリアを乗算する乗算手段とを備えたことを特
徴とする。
【0013】第3の発明は、第2の発明に従属する発明
であって、受信機で受信する受信信号を飽和増幅する第
1の飽和増幅手段と、合成キャリアを飽和増幅する第2
の飽和増幅手段とをさらに備えたことを特徴とする。
【0014】第4の発明は、第1の発明に従属する発明
であって、入力デジタル信号を差動符号化する差動符号
化手段をさらに備えたことを特徴とする。
【0015】第5の発明は、第4の発明に記載したスペ
クトラム拡散装置の送信機によって生成された送信信号
を、伝送路を介して受信する受信機において、受信機で
受信する受信信号を、送信機の入力デジタル信号1シン
ボル時間分だけ遅延させる遅延手段と、受信信号と遅延
手段から出力される遅延信号とを乗算する乗算手段とを
備えたことを特徴とする。
【0016】第6の発明は、第4の発明に記載したスペ
クトラム拡散装置の送信機によって生成された送信信号
を、伝送路を介して受信する受信機において、受信機で
受信する受信信号を飽和増幅する第1の飽和増幅手段を
さらに備えたことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】(実施の形態1)図1は、本発明
の実施の形態1に係るスペクトラム拡散通信装置の送信
機のブロック図を示したものである。図1において、キ
ャリア生成手段11〜13と、位相制御手段14と、変
調手段15〜17と、合成手段18を備える。
【0018】図2は、本発明の実施の形態1に係るスペ
クトラム拡散通信装置の送信機および受信機のブロック
図を示したものである。図2において、送信装置10
は、図1で示した送信機と同じ構成であり、同一の記号
を用いて表している。受信装置20は、キャリア生成手
段21〜23と、位相制御手段24と、キャリア合成手
段25と、乗算手段26を備える。
【0019】以下、図1から図4を参照して、本発明の
実施の形態1に係るスペクトラム拡散通信装置の送信機
および受信機の処理動作を説明する。
【0020】キャリア生成手段11〜13は、異なった
周波数のキャリアを生成する。このとき、生成される周
波数F[Hz]の条件は、情報信号の伝送速度をFb
[bps]としたとき、次式で与えられる。
【0021】F=Fb×N (ただし、Nは自然数) このキャリアは、位相制御手段14によって、互いに位
相差を持つように制御される。図3に、各キャリア間に
位相差を与えた例を示す。
【0022】変調手段15〜17において、位相差を与
えられたキャリアは、情報信号である入力デジタル信号
によって変調される。それぞれの変調手段から出力され
る変調信号は合成手段18で合成された後、送信信号と
して伝送路へ送信される。
【0023】ここで、変調と合成によって、情報信号に
どのような処理動作を施されたのかを次式で示す。
【0024】y(t)=x(t)cos(Fb×t+φ1)+
x(t)cos(2×Fb×t+φ2)+x(t)cos(3
×Fb×t+φ3) y(t):送信信号 x(t):情報信号 Fb:伝送速度[bps] φ1〜φ3:各キャリアに与えられた位相差 さらに、この式は次式のように表される。
【0025】y(t)=x(t)×s(t) ただし、s(t)= cos(Fb×t+φ1)+cos
(2×Fb×t+φ2)+cos(3×Fb×t+φ
3) つまり、本実施の形態における変調と合成の手段は、情
報信号x(t)にs(t)で表される拡散符号を乗算したスペ
クトラム拡散であることを示している。このとき送信信
号は、図4に示されるようなスペクトラムとなり、図1
2に示したPN符号を用いたスペクトラム拡散に比べ、
周波数の利用効率が高いことを示している。
【0026】送信信号は伝送路を介して受信機の受信信
号となる。受信装置20においては、キャリア生成手段
21〜23において、送信装置のキャリア生成手段11
〜13と同じ周波数のキャリアが生成される。位相制御
手段24は、送信装置の位相制御手段14で与えた位相
差と同じ位相差を各キャリアに与え、キャリア合成手段
25において合成される。このとき、キャリア合成手段
の出力である合成キャリアsr(t)は次式で表され、送
信信号の拡散符号とすることができる。
【0027】sr(t)= cos(Fb×t+φ1)+
cos(2×Fb×t+φ2)+cos(3×Fb×t
+φ3) この合成キャリアと受信信号との間は同期手段(図示せ
ず)によって同期が確立した後、乗算手段26において
乗算することで、送信信号を逆拡散し、元の情報信号を
検波することができる。
【0028】以上のように、本発明の実施の形態1に係
るスペクトラム拡散装置によれば、送信信号の帯域を最
大限に利用し、エネルギーの利用効率を高め、通信の品
質を向上させることが可能になる。
【0029】なお、上記実施の形態1では、キャリア生
成手段、変調手段について具体的に3つとして説明した
が、本発明は生成キャリアの数に制限のあるものではな
く、許容帯域内においてより多くのキャリアを生成する
ことで、さらにエネルギー効率を向上させることができ
る。
【0030】また、送信装置においてキャリア生成手
段、位相制御手段、変調手段、合成手段によって情報信
号に施される信号処理は、あらかじめメモリに記憶して
おくことで代用可能である。同様に、受信装置において
逆拡散に必要な拡散符号、つまり、受信装置で生成され
た合成キャリアをあらかじめメモリに記憶しておくこと
で代用可能である。
【0031】(実施の形態2)図5は、本発明の実施の
形態2に係るスペクトラム拡散通信装置の構成を示すブ
ロック図である。図5において、実施の形態2に係るス
ペクトラム拡散通信装置は、送信装置10と受信装置5
0が伝送路を介して接続される構成である。
【0032】送信装置10は、キャリア生成手段11〜
13と、位相制御手段14と、変調手段15〜17と、
合成手段18を備える。受信装置50は、キャリア生成
手段21〜23と、位相制御手段24と、キャリア合成
手段25と、乗算手段26と、飽和増幅手段51、52
を備える。
【0033】図5に示すように、実施の形態2に係るス
ペクトラム拡散通信装置の受信装置50は、上記実施の
形態1に係るスペクトラム拡散通信装置の受信装置20
に、飽和増幅手段51、52を加えた構成である。
【0034】以下、図5を参照して、本発明の実施の形
態2に係るスペクトラム拡散通信装置の動作を説明す
る。なお、実施の形態2に係るスペクトラム拡散通信装
置における飽和増幅手段51、52を除く、その他の構
成は、上記実施の形態1に係るスペクトラム拡散通信装
置の構成と同様であり、当該その他の構成部分について
は、同一の参照番号を付してその説明を省略する。
【0035】送信装置10からの送信信号は伝送路を介
して受信装置50の受信信号となる。受信装置50にお
いては、送信信号の拡散符号である合成キャリアが、キ
ャリア合成手段25から出力される。受信信号は飽和増
幅手段51において飽和増幅され、2値のデータに変換
される。同様に、合成キャリアも飽和増幅手段52によ
って飽和増幅され、2値のデータに変換される。飽和増
幅手段51、52から出力される2値のデータは、乗算
手段26において乗算され、元の情報信号を検波する。
【0036】以上のように、本発明の実施の形態2に係
るスペクトラム拡散通信装置は、受信装置に飽和増幅手
段を用い、受信信号と合成キャリアを2値のデータに変
換することで、乗算手段として排他的論理和の論理演算
を用いることができ、乗算手段の演算量を軽減させるこ
とができる。
【0037】(実施の形態3)図6は、本発明の実施の
形態3に係るスペクトラム拡散通信装置の送信機のブロ
ック図を示したものである。図6において、キャリア生
成手段11〜13と、位相制御手段14と、変調手段1
5〜17と、合成手段18と、差動符号化手段61を備
える。図6に示すように、実施の形態3に係るスペクト
ラム拡散通信装置の送信機は、上記実施の形態1に係る
スペクトラム拡散通信装置の送信機に、差動符号化手段
61を加えた構成である。
【0038】図7および図8は、本発明の実施の形態3
に係るスペクトラム拡散通信装置の送信機および受信機
のブロック図を示したものである。図7において、送信
装置60は、図6で示した送信機と同じ構成であり、同
一の記号を用いて表している。受信装置70は、遅延手
段71と、乗算手段72を備える。図8において、送信
装置60は、図6で示した送信機と同じ構成であり、同
一の記号を用いて表している。受信装置80は、遅延手
段71と、乗算手段72と、飽和増幅手段81を備え
る。つまり、図7の受信装置70に飽和増幅手段81を
さらに加えた構成である。
【0039】以下、図6から図9を参照して、本発明の
実施の形態3に係るスペクトラム拡散通信装置の送信機
および受信機の処理動作を説明する。なお、実施の形態
3に係るスペクトラム拡散通信装置の送信機における動
作は、差動符号化手段を除き、実施の形態1に係るスペ
クトラム拡散通信装置の送信機の構成と同様であり、当
該その他の構成部分については、同一の参照番号を付し
てその説明を省略する。
【0040】図6の送信機および図7または図8の送信
装置60において、情報信号である入力デジタル信号は
差動符号化手段61において差動符号化が行われる。差
動符号化信号は、上記実施の形態1で説明した変調手
段、合成手段の処理を経て、送信信号となる。
【0041】受信装置70では、伝送路を介して受信し
た受信信号を遅延手段71によって、情報信号の1シン
ボル時間分の遅延処理が施される。遅延手段71の出力
信号と、受信信号は乗算手段72によって乗算され、元
の情報信号を検波する。受信装置70に代えて、受信装
置80を用いれば、上記受信装置70の動作に加えて、
受信信号を飽和増幅手段81で飽和増幅させる処理が施
される。
【0042】図9は、拡散および逆拡散の信号処理の関
係例を示すものである。図9によれば、受信装置におい
て遅延手段を用いることで、送信装置の拡散符号を用い
ることなく、元の情報信号が検波できることがわかる。
ここで、飽和増幅を行わない受信装置70においても、
同様に元の情報信号を検波することは可能であること
は、図9からも明らかであるが、受信装置80では乗算
手段として排他的論理和を用いることができ、演算量の
削減が可能になることは、上記実施の形態2でも説明し
たとおりである。
【0043】以上のように、本発明の実施の形態3に係
るスペクトラム拡散装置によれば、送信信号の帯域を最
大限に利用し、エネルギーの利用効率を高め、通信の品
質を向上させることが可能になると同時に、受信装置に
おいては遅延手段と乗算手段、または、さらに飽和増幅
手段を加えただけの簡易な構成で、送信信号の逆拡散を
行うことができる。
【0044】
【発明の効果】第1の発明によれば、複数のキャリアに
よって変調された狭帯域の変調信号を合成することで、
限定された帯域内で最大限のエネルギー利用効率を得る
ことが可能なスペクトラム拡散信号を生成できる。
【0045】また、第2の発明によれば、送信機で生成
されたキャリアと同一のキャリアを受信機で生成し、こ
れを拡散符号とすることで、送信機において拡散された
情報信号を逆拡散し、情報信号を検出することができ
る。
【0046】また、第3の発明によれば、乗算手段に入
力される2つの信号を飽和増幅することで、2値のデー
タの乗算、すなわち排他的論理和を乗算手段とすること
ができる。これによって、回路規模の削減が可能にな
る。
【0047】また、第4〜第6の発明によれば、入力デ
ジタル信号の差動符号化と、受信機における遅延検波に
より、拡散符号が不要になり、かつ、逆拡散における拡
散符号の同期も不要となるため、さらに回路規模を縮小
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係るスペクトラム拡散
通信装置の送信機のブロック図
【図2】本発明の実施の形態1に係るスペクトラム拡散
通信装置の送信機および受信機のブロック図
【図3】各キャリア間に位相差を与えた例を示す図
【図4】送信信号のスペクトラムの例を示す図
【図5】本発明の実施の形態2に係るスペクトラム拡散
通信装置の構成を示すブロック図
【図6】本発明の実施の形態3に係るスペクトラム拡散
通信装置の送信機のブロック図
【図7】本発明の実施の形態3に係るスペクトラム拡散
通信装置の送信機および受信機のブロック図
【図8】本発明の実施の形態3に係るスペクトラム拡散
通信装置の送信機および受信機のブロック図
【図9】拡散および逆拡散の信号処理の関係例を示す図
【図10】従来の同期検波方式のスペクトラム拡散通信
装置の例を示すブロック図
【図11】従来の遅延検波方式のスペクトラム拡散通信
装置の例を示すブロック図
【図12】従来のスペクトラム拡散通信装置の送信スペ
クトラムの例を示す図
【符号の説明】
10,60 送信装置 11〜13,21〜23 キャリア生成手段 14,24 位相制御手段 15〜17 変調手段 18 合成手段 20,50,70,80 受信装置 25 キャリア合成手段 26,72 乗算手段 51,52,81 飽和増幅手段 61 差動符号化手段 71 遅延手段 101,111 情報信号発生部 102,106,112 拡散符号発生部 103,113 拡散部 104,114 伝送路 105,115 逆拡散部 107,117 ローパスフィルタ 118 差動符号化部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 潤二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 大元 政雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5K021 AA06 BB05 CC02 CC04 DD07 5K022 EE01 EE22 EE32 EE36

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 伝送路における送信周波数帯域幅が制限
    され、入力デジタル信号を情報信号とする送信機におい
    て、 異なる周波数の複数のキャリアを生成し、前記複数のキ
    ャリアが前記入力デジタル信号1シンボル時間の1/N
    (Nは自然数)の周期を持つことを特徴とするキャリア
    生成手段と、 前記複数のキャリアの位相に位相差を与える位相制御手
    段と、 前記位相制御手段によって位相差を与えられた前記複数
    のキャリアを、前記入力デジタル信号で変調する変調手
    段と、 前記複数の変調手段より出力される複数の変調信号を合
    成する合成手段とを具備したスペクトラム拡散通信装置
    の送信機。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のスペクトラム拡散装置
    の送信機によって生成された送信信号を、伝送路を介し
    て受信する受信機において、 前記送信機のキャリア生成手段で生成された複数のキャ
    リアと同一周波数のキャリアを生成するキャリア生成手
    段と、 前記送信機の位相制御手段で与えた位相差と同一の位相
    差を、前記キャリア生成手段から生成された複数のキャ
    リアの位相に与える位相制御手段と、 前記位相制御手段によって位相差を与えられた前記複数
    のキャリアを合成するキャリア合成手段と、 受信機で受信する受信信号と前記合成手段から出力され
    る合成キャリアを乗算する乗算手段とを具備したスペク
    トラム拡散通信装置の受信機。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のスペクトラム拡散装置
    の送信機によって生成された送信信号を、伝送路を介し
    て受信する受信機において、 受信機で受信する受信信号を飽和増幅し、飽和増幅後の
    信号を乗算手段の第1の入力信号とする第1の飽和増幅
    手段と、 前記合成キャリアを飽和増幅し、飽和増幅後の信号を乗
    算手段の第2の入力信号とする第2の飽和増幅手段とを
    さらに具備した請求項2記載のスペクトラム拡散通信装
    置の受信機。
  4. 【請求項4】 前記入力デジタル信号を差動符号化し、
    差動符号化後の信号を変調手段に加えられる入力信号と
    する差動符号化手段をさらに具備した請求項1記載のス
    ペクトラム拡散通信装置の送信機。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載のスペクトラム拡散装置
    の送信機によって生成された送信信号を、伝送路を介し
    て受信する受信機において、 受信機で受信する受信信号を、前記送信機の入力デジタ
    ル信号1シンボル時間分だけ遅延させる遅延手段と、 前記受信信号と遅延手段から出力される遅延信号とを乗
    算する乗算手段とを具備したスペクトラム拡散装置の受
    信機。
  6. 【請求項6】 請求項4に記載のスペクトラム拡散装置
    の送信機によって生成された送信信号を、伝送路を介し
    て受信する受信機において、 受信機で受信する受信信号を飽和増幅し、飽和増幅後の
    信号を乗算手段の入力信号とする飽和増幅手段をさらに
    具備した請求項5記載のスペクトラム拡散通信装置の受
    信機。
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