JP2003527796A - ガロアlfsr用ゼロ遅延マスク - Google Patents
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Abstract
Description
スを用いる、例えばCDMA−2000、UMTS、IS−95標準やこれと同
様のセルラ電話システムなどを実現するための、直接シーケンススペクトラム拡
散通信システムに関する。
を見出している。丁度AMおよびFMシステムが情報を運ぶために正弦波信号を
用いているように、スペクトラム拡散システムは、情報を運ぶために雑音のよう
な信号を用いている。送信機においては、デジタルデータストリームが、媒体を
介してデータを送信するために、疑似雑音シーケンス(PNS)を用いて信号の
スペクトルを拡散するために符号化される。受信機では、データが媒体から復元
されて、その後、同じPNSを用いて信号のスペクトルを逆拡散し、最初のデジ
タルデータストリームを再生するために復号化されている。
ムなビットストリームであるように見える。PNSを生成する共通の装置は線形
フィードバックシフトレジスタ(LFSR-linear feedback shift register-)
である。LFSRの2つの普通のタイプは、フィボナッチ(Fibonacci)LFS
Rとガロア(Galois)LFSRである。両方のタイプとも、ループを介してビッ
トがシフトされるビットレジスタとモジュロ2加算器を含む閉鎖されたループ回
路を含んでいる。加算器はループの一部分である1つの入力と、ループの他の部
分に接続された他の入力とを有し、それらがループを介してシフトされるように
、ビットをランダム化するための複数のループを形成している。
共に、制限された量のハードウェアを使用することを繰り返すことなく、最長可
能シーケンスを有するPNSを提供することが望まれている。これは、LFSR
の加算器とレジスタとの構成と、この技術分野で公知の方法でのレジスタの初期
値とを選択することにより実現されている。LFSRに含まれているm個のレジ
スタの所定の数のために、PNSの最長可能非反復部分は、2m−1ビットまで
の長さに等しくなる。
散するためのPNS内の同じ位置からの値を用いなければならない。PSN内の
同一の位置での値を両者が用いるため送信機と受信機を同期させるために、オフ
セットマスク値が計算されて、この技術分野で公知の方法によりPNS内の異な
るシフトされた位置の値を生成するために(送信機または受信機内の)PNSの
連続する位置の出力値と前記オフセットマスク値とが結合されている。
グ(Siedenburg)に付与された合衆国特許第5,878,076号は、直接シー
ケンススペクトラム拡散通信システムを説明している。トーマス(Thomas)に付
与された合衆国特許第5,754,603号は、PNSの同期について説明して
いる。バロン(Barron)に付与された合衆国特許第5,926,070号は、オ
フセットマスクの生成を説明している。石田(Ishida)によるヨーロッパ特許出
願第0660541号は、送信機と受信機のPNS位置を同期させる方法を説明
している。メドロック(Medlock)によるPCT特許出願の国際公開WO99/
45670号は、LFSR用のマスクを説明している。
ている。LFSR100は、ループ回路内で直列に接続された多数のバイナリレ
ジスタ101−108を備えている。バイナリレジスタは、D型フリップフロッ
プでも、または他の公知のビットレジスタ装置でも良い。一例として、レジスタ
102を用いると、各々のレジスタ102は前段のレジスタ101の出力111
に接続された値を持つ入力110を有し、各々のレジスタ102は後段のレジス
タ103の値のある入力113に接続された出力112を有している。
ュロ2加算器115−117を含んでいる。各々の加算器は、レジスタ列の異な
るペアの連続するレジスタ101−108の間に挿入されている。加算器がその
間に挿入されたレジスタのペアの選択は原始多項式の選択により決まっている。
原始多項式は、素数の概念と同様のものである。原始多項式は、何れかのより簡
単な多項式により分割されることができる多項式である。図1に示されたLFS
Rの特別な例では、原始2値多項式は、D8+D4+D3+D2+1である。こ
のD8は、LFSRに対して8つのレジスタを有することを要求しており、D2 ,D3およびD4の項は、図示されているように、レジスタのペアにおける最後
から2番目のペアの間、最後から3番目のペアの間および最後から4番目のペア
の間にそれぞれ挿入された加算器を要求している。素数のような原始多項式は、
この技術分野においては良く知られている。
ており、XOR(排他的論理和)ゲートとして簡単に実施されていても良い。一
例として、加算器115は、前段のレジスタ104の出力121に接続された第
1の入力120と、後段のレジスタ105の値を持つ入力123に接続された出
力122を有している。さらに、加算器115は、最終段のレジスタ108の出
力125と、連続するレジスタの最初のレジスタ101の入力126との間に接
続された第2の入力124を有している。クロック信号線130は、連続するレ
ジスタのうちの各々のレジスタのクロック入力に接続されており、クロック信号
がこのクロック信号線を介して送信されたときに、各レジスタは、そのときにそ
れレジスタの値を持つ入力で受信されている値を出力し始める。例えばクロック
信号線130は、レジスタ101のクロック入力131に接続されている。
それぞれに接続された、少なくとも1つの初期化線136を含んでいる。例えば
初期化線136は、レジスタ108の初期化入力137に接続されるように示さ
れている。この初期化線は、レジスタにメモり値を書き込むようにしても良いの
で、何れかの初期値を所望の何れかのレジスタに書き込むことができる。もう1
つの方法として、制御線は、個々のレジスタのハードウェア内に設定された幾つ
かの所定の初期値を仮定するために、レジスタに簡単に信号を送るようにしても
良い。もしもこのレジスタがD型フリップフロップであるならば、初期化線は、
“1(one)”に初期化されるべき全てのレジスタのセット入力に接続される
と共に、“0(zero)”に初期化されるべき全てのレジスタのリセット入力
に接続されており、初期化線がハイになるときに、レジスタの値はそれらの個別
の初期値であると仮定している。個別の原始多項式のためのレジスタの初期値を
選択する方法は公知のものであり、更なる議論はここでは求められていない。
出力している。しかしながら、受信機にPNSににおける出力値の位置を同一の
PNSを用いる送信機のための出力値の位置に同期させる(その逆の場合もまた
同様である)ために、オフセットマスク値がPNSの以前に出力されていた箇所
に結合させられるべきである。
接続されている。このマスクは、LFSRからのPNS出力の前段の8ビットを
それぞれ記憶する一連のレジスタ141−148を含んでいる。レジスタ142
−148の出力は、それぞれのレジスタに続くレジスタ141−147の入力に
接続されている。例えば、レジスタ146の入力149は、レジスタ147の出
力150に接続されており、レジスタ146の出力151は、レジスタ145の
入力152に接続されている。
する加算器162−167のそれぞれの第1の入力は加算器シリーズの個々の前
段の加算器161−166のそれぞれの出力に接続されている。例えば、加算器
165の入力153は、加算器164の出力154に接続されており、この加算
器165の出力155は、加算器166の入力156に接続されている。多くの
マスクスイッチ171−178は、前記加算器シリーズの第1の加算器161の
第1の入力180に接続された出力179を有する第1のマスクスイッチ171
を含んでいる。さらに、それに続くマスクスイッチ172−178は、前記加算
器シリーズにおける加算器161−167のそれぞれの第2の入力に接続された
出力を有している。それぞれのレジスタ141−148の出力は、個々のスイッ
チ171−178の入力にそれぞれ接続されている。
ぞれ接続されており、これは、個々のレジスタの値が個々のスイッチを介して加
算器161−167の個々の加算器の入力へと供給されているか否かを制御する
開放されたまたは閉鎖された位置に個々のスイッチ171−178をそれぞれセ
ットするために接続されているものである。例えば、レジスタ146の出力15
1は、スイッチ175の入力182に接続されており、このスイッチ175の出
力183は、加算器165の入力184に接続されている。したがって、スイッ
チ線196が“1”に設定されたときに、レジスタ146の値はその後、加算器
164の出力154の出力値に加算されてモジュロ2となると共に、その結果は
出力155から加算器166の入力156へと出力される。そうでなければ、ス
イッチ線183が“0”に設定されたときに、加算器164の出力154からの
値はその後、加算器165を単純に通過して加算器166の入力156に供給さ
れている。最後に、加算器シリーズの最終段のモジュロ2加算器167の出力に
接続されている出力端子199は、マスクされたPNSの値を出力している。
モリ203とを含んでおり、これらはバス204により相互接続されている。電
力供給源205は、プロセッサ、メモリおよびクロックを動作させるための電力
を提供している。クロックは、動作を同期させるためにプロセッサおよびメモリ
にタイミング信号を提供している。マイクロプロセッサのメモリは、レジスタ1
01−108用の初期値を含むデータモジュール206と、初期化の際にこれら
のレジスタに対して制御線135を介してその初期値を送信してプロセッサを制
御するためのプログラムモジュール207と、を含んでいる。このメモリはまた
、この技術分野における公知のやり方により、マスク値を演算するプログラムモ
ジュール208をも含んでいるので、送信機のマスクされたPNSにより提供さ
れる個々の値と受信機における対応する値とを同期させることができる。
LFSRのマスクは、適正なPNSのビットがマスクの全てのレジスタの中に取
り込まれるまで、無効なシーケンスを出力する。これは、送信機と受信機との間
で同期をとっている間にLFSRを異なる初期値に初期化するようなシステムに
おいては特に問題となる。
入れられるものとする。
ックシフトレジスタ(LFSR)は、このLFSRの初期化に直接基づいて、適
正なマスクされた疑似雑音シーケンス(PNS)を出力することが可能である。
これは、結合されたネットワークを介してガロアLFSRのマスクスイッチをL
FSRのレジスタに相互接続することにより実現されている。この発明はまた、
ガロアLFSRが実行する特定の原始多項式にもまた応じてLFSRのみにより
決まるレジスタにスイッチをどのようにして相互接続するのかを決定するための
単純な方法を提供している。
する図面を参照しながら、以下に説明される好適な実施形態の詳細な説明を詳し
く調べることにより、この発明およびこの発明の付加的目的および長所を理解す
ることになろう。
要素は同一の符号を有するものとする。
タ(LFSR)220を示している。レジスタ101−108および加算器11
5−117を含むLFSRの構成要素および動作は、上述した図1のものと同様
である。また、マスクにおいても、一連の加算器161−167およびこの一連
加算器のそれぞれの加算器の各入力に接続されたスイッチ171−178は、本
質的には図1に示されたものと同様である。
上のレジスタ101−108の出力と、マスクスイッチ171−178の各々の
入力と、の間に接続されている。このネットワークは、レジスタ125,101
,102,103および104の出力と、各マスクスイッチ171,172,1
73,174および175の入力と、の間の1対1接続221,222,223
,224および225を含んでいる。このネットワークは、レジスタ101およ
び105の出力と、モジュロ2加算器231の入力との間の接続229および2
26と、モジュロ2加算器231の出力とマスクスイッチ176の入力との間の
接続235と、を含んでいる。このネットワークは、レジスタ101,102お
よび106の出力と、モジュロ2加算器232の入力との間の接続230,23
1および227と、モジュロ2加算器232の出力とマスクスイッチ177の入
力との間の接続236と、を含んでいる。このネットワークはまた、レジスタ1
01,102,103および107の出力と、モジュロ2加算器233の入力と
の間の接続232,233,234および228と、モジュロ2加算器233の
出力と、マスクスイッチ178の入力との間の接続237と、を含んでいる。
り直接決定することができる。この場合、ガロアLFSRが第4,第5および第
6のレジスタの出力に接続された加算器を有しているので、これにより接続は、
レジスタの出力から第4,第5および第6のレジスタを越えてそれを行なうこと
ができるスイッチへと延長すべきものである。接続229,231および234
のみは、レジスタの出力から4つのレジスタを介してそれぞれのスイッチへと延
長することができる。接続230および233のみは、5つのレジスタを介して
それぞれのスイッチへと延長することができる。接続232のみは、6つのレジ
スタを介してスイッチへと延長することができる。好ましくは、接続の数は、第
1項を除いて、幾つかのより低い順番の項のみを有する原始多項式を選択するこ
とにより最小化される。すなわち、もしも多項式がD7項を有するならば、加算
器はレジスタ101および102間に1つ挿入されるであろうし、接続はそれを
行なうことができる1つのレジスタを介して延長されることになるであろうので
加算器はスイッチ173,174および175のために求められるであろうし、
さらに6つの接続が、レジスタ101,102,103,104,105および
106からスイッチ173,174,175,176,177および178用の
加算器にまでそれぞれ求められることになるであろう。
0を示している。マイクロコントローラ200は、クロック,レジスタ初期化お
よびマスク信号をマスクされたガロアLFSR220に提供するために、図2に
関連して上述したように、接続されている。情報信号は、入力301を介して符
号化器302内に受信され、ここで情報を連続するビットストリームへと変換し
ている。例えば、符号化器は、アナログ音声入力をビットストリームへと変換し
ている。入力を介して受信された情報が既に連続するビットストリームであるな
らば、そのときは符号化器を必要としなくとも良い。拡散情報信号を提供するた
めに、この発明に係るマスクされたガロアLFSR220のPNS出力に基づい
て、拡散器303によりビットストリームが拡散される。送信機装置304は、
拡散情報信号を媒体205内に送信する。送信機は、例えば、拡散情報信号を空
中に放送するアンテナに接続された変調器;拡散情報信号をコンピュータ媒体に
書き込むための媒体装置の書き込みヘッドに接続されたチャンネル符号化器;ま
たは光ファイバを介して送信するために接続されたレーザ装置またはその他の同
等の情報送信システムであっても良い。
に入力された情報信号を再生するための受信機320を示している。受信機装置
321は、媒体305からの拡散情報信号を受信している。受信機の性質は、上
述したように、媒体に基づいている。逆拡散器322は、上述したような符号化
されたビットストリームを提供するために拡散情報を逆拡散している。復号化器
323は、送信機300により最初に受信されていた情報信号を再生するために
符号化されたビットストリームを復号化している。もしも符号化器が必要でなか
ったならば、状況によっては復号化器もまた必要でなくなるかもしれない。PN
S発生器220は、図3のPNS発生器220と全く同じであり、好ましくは、
図2のマスクされたガロアLFSR220である。PNS発生器220において
は、疑似雑音シーケンス(PNS)の出力値は、PNSシーケンス内の異なる位
置に対応する出力値を提供するために、この発明のマスクにより変形されてしま
っているので、情報信号を拡散するため、および、拡散情報信号を逆拡散するた
めに、同じ値を用いることができる。
能にするため、および、この発明を実施するために熟慮された最良の形態を説明
するために、特別に好適な実施形態にしたがって説明されてきた。この技術分野
の熟練者たちは、この発明の精神から逸脱することなく、これらの実施形態を変
形したり、実施形態に付加したり、他の実施形態を提供したりしても良い。
択されているメモリ内の処理された値を格納する、この発明の実施例によるシス
テム。
ム。
ステム。
ップへセットラインまたはリセットラインを選択的に接続すること;初期値を何
れかの演算された値に設定するために各々のレジスタに対してデータ線を提供す
ることの中から:選択されている、この発明の実施例によるシフトレジスタ。
例によるシフトレジスタ。
スタ。
アと、レジスタおよびマスクスイッチの間の接続ネットワークと、を決定する、
この発明の実施例によるシフトレジスタ。
シフトレジスタ。
ネットワーク、無線電波が搬送される開放空間と共に用いられるアンテナ、から
選択される、この発明の実施例による送信機。
201)、メモリ(203)、およびクロック(202)を含む、この発明の実
施例による送信機。
のみである。
具体的な特徴を示す回路図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 複数の前段の出力に依存する出力を有する繰り返しシステムであって、 前記前段の出力とは異なる処理された値を得るために前の出力を処理し、この
処理された値を格納し、処理され格納された値に応じて新たな出力を決定し、こ
の新たな出力を提供する出力手段;および 前記前段の出力を得るために前記処理され格納された値を逆処理し、前記前段
の出力を提供する逆処理手段と、 を備えるシステム。 - 【請求項2】 前記システムが、異なる第2の出力を得るために、前記逆処理手段より提供さ
れた前記前段の出力を処理する処理手段をさらに備える請求項1に記載のシステ
ム。 - 【請求項3】 前記システムが、このシステムの少なくとも起動時に、格納された値を初期化
する初期化手段をさらに備える請求項1に記載のシステム。 - 【請求項4】 前記初期化手段は、バスにより相互接続されると共に電力供給源に接続された
プロセッサと、メモリと、クロックと、を有するマイクロプロセッサを含み、前
記メモリは前記格納された値を初期化するためのコンピュータプログラムを含ん
でいる請求項1に記載のシステム。 - 【請求項5】 新たな出力を決定することは、前記処理された値と同様に前段の出力により決
まっている請求項1に記載のシステム。 - 【請求項6】 前記出力手段は、さらに処理された値を得るために前記前段の出力に応じて前
記処理された値をさらに処理し、前記さらに処理された値を格納し; 前記新たな出力は、前記さらに処理された値により決まり; 前記逆処理は、前記前段の値を得るために、前記処理された値および前記さら
に処理された値の両方を逆処理することを含む請求項1に記載のシステム。 - 【請求項7】 マスクされたガロア線形フィードバックシフトレジスタであって、 回路ループ状に設けられ、このループの前段レジスタの出力に後段のレジスタ
の値を持つ入力が接続され、最終段のレジスタの出力が初段のレジスタの入力に
接続されている一連のバイナリレジスタと; 前記一連レジスタにおける隣接するレジスタのペアのそれぞれの間に挿入され
て、各々がそれぞれのレジスタのペアの前段のレジスタの出力に接続された第1
の入力と、それぞれのレジスタのペアの後段の入力に接続された出力とを備え、
各々が前記一連のレジスタの最終段のレジスタの出力に接続された第2の入力を
備える1つまたはそれ以上のモジュロ2加算器と; 前記一連のレジスタの各レジスタのクロック入力に接続されたクロック信号線
であって、クロック信号がこのクロック信号線を介して送信されたとき、各レジ
スタがそのときにそのレジスタの値を持つ入力で受信している値を出力し始める
共に、次のクロック信号までの前記入力値における何れかの連続する変化に関わ
りなくその値を出力し続けるためのクロック信号線と; 前記ガロア線形フィードバックシフトレジスタの少なくとも起動時に、初期値
を提供して各レジスタの値を初期化する初期化手段と; 後段の加算器の第1の入力が前段の加算器の出力に接続された一連のモジュロ
2加算器と; 前記一連の加算器における第1段の加算器の第1の入力に接続された出力を有
する第1段のマスクスイッチと、前記一連の加算器における全加算器のそれぞれ
の第2の入力に接続された出力を有する後段のマスクスイッチと、を含む多数の
マスクスイッチと; 選択されたマスク値に基づいて前記マスクスイッチの値を設定するための各マ
スクスイッチ用の個別のマスク値入力線と; 前記レジスタの入力または出力と、各マスクスイッチとの間に設けられ:レジ
スタの入力または出力と各マスクスイッチの入力との間の接続;および多数のレ
ジスタの入力または出力とモジュロ2加算器の入力との間の接続および前記加算
器の出力と各マスクスイッチとの間の接続;から各ネットワークが選択される接
続ネットワークと;さらに 前記一連の加算器における最終段のモジュロ2加算器の出力に接続された出力
端子と; を備えるガロア線形フィードバックシフトレジスタ。 - 【請求項8】 送信機であって: 情報信号用の入力と; 電力供給源と; 前記電力供給源に接続されたマイクロコントローラと; 回路ループ状に設けられた一連のバイナリレジスタであって、前記ループの前
段レジスタの出力に後段のレジスタの値を持つ入力が接続され、前記一連のレジ
スタの最終段のレジスタの出力が初段のレジスタの入力に接続されている一連の
バイナリレジスタと; 前記一連レジスタにおける隣接するレジスタのペアのそれぞれの間に挿入され
て、各々がそれぞれのレジスタのペアの前段のレジスタの出力に接続された第1
の入力と、それぞれのレジスタのペアの後段の入力に接続された出力とを備え、
各々が前記一連のレジスタの最終段のレジスタの出力に接続された第2の入力を
備える1つまたはそれ以上のモジュロ2加算器と; 前記一連のレジスタの各レジスタのクロック入力に接続されたクロック信号線
であって、クロック信号がこのクロック信号線を介して送信されたとき、各レジ
スタがそのときにそのレジスタの値を持つ入力で受信している値を出力し始める
共に、次のクロック信号までの前記入力値における何れかの連続する変化に関わ
りなくその値を出力し続けるためのクロック信号線と; 前記ガロア線形フィードバックシフトレジスタの少なくとも起動時に、初期値
を提供して各レジスタの値を初期化する初期化手段と; 後段の加算器の第1の入力が前段の加算器の出力に接続された一連のモジュロ
2加算器と; 前記一連の加算器における第1段の加算器の第1の入力に接続された出力を有
する第1段のマスクスイッチと、前記一連の加算器における全加算器のそれぞれ
の第2の入力に接続された出力を有する後段のマスクスイッチと、を含む多数の
マスクスイッチと; 前記マイクロコントローラにより自動的に選択されたマスク値に基づいて前記
マスクスイッチの値を設定するための各マスクスイッチ用の個別のマスク値入力
線と; 前記レジスタの入力または出力と、各マスクスイッチとの間に設けられ:レジ
スタの入力または出力と各マスクスイッチの入力との間の接続;および多数のレ
ジスタの入力または出力とモジュロ2加算器の入力との間の接続および前記加算
器の出力と各マスクスイッチとの間の接続;から各ネットワークが選択される接
続ネットワークと; 前記一連の加算器の最終段のモジュロ2加算器の出力に基づいて情報信号を拡
散させる拡散器と;さらに 媒体内に前記拡散された情報信号を送信する送信装置と; を備える送信機。 - 【請求項9】 受信機であって: 拡散された情報信号を媒体から受信する受信装置と; 電力供給源と; 前記電力供給源に接続されたマイクロコントローラと; 回路ループ状に設けられた一連のバイナリレジスタであって、前記ループの前
段レジスタの出力に後段のレジスタの値を持つ入力が接続され、前記一連のレジ
スタの最終段のレジスタの出力が初段のレジスタの入力に接続されている一連の
バイナリレジスタと; 前記一連レジスタにおける隣接するレジスタのペアのそれぞれの間に挿入され
て、各々がそれぞれのレジスタのペアの前段のレジスタの出力に接続された第1
の入力と、それぞれのレジスタのペアの後段の入力に接続された出力とを備え、
各々が前記一連のレジスタの最終段のレジスタの出力に接続された第2の入力を
備える1つまたはそれ以上のモジュロ2加算器と; 前記一連のレジスタの各レジスタのクロック入力に接続されたクロック信号線
であって、クロック信号がこのクロック信号線を介して送信されたとき、各レジ
スタがそのときにそのレジスタの値を持つ入力で受信している値を出力し始める
共に、次のクロック信号までの前記入力値における何れかの連続する変化に関わ
りなくその値を出力し続けるためのクロック信号線と; 前記ガロア線形フィードバックシフトレジスタの少なくとも起動時に、初期値
を提供して各レジスタの値を初期化する初期化手段と; 後段の加算器の第1の入力が前段の加算器の出力に接続された一連のモジュロ
2加算器と; 前記一連の加算器における第1段の加算器の第1の入力に接続された出力を有
する第1段のマスクスイッチと、前記一連の加算器における全加算器のそれぞれ
の第2の入力に接続された出力を有する後段のマスクスイッチと、を含む多数の
マスクスイッチと; 前記マイクロコントローラにより自動的に選択されたマスク値に基づいて前記
マスクスイッチの値を設定するための各マスクスイッチ用の個別のマスク値入力
線と; 前記レジスタの入力または出力と、各マスクスイッチとの間に設けられ:レジ
スタの入力または出力と各マスクスイッチの入力との間の接続;および多数のレ
ジスタの入力または出力とモジュロ2加算器の入力との間の接続および前記加算
器の出力と各マスクスイッチとの間の接続;から各ネットワークが選択される接
続ネットワークと; 復元された情報信号を生成するために、前記一連の加算器の最終段のモジュロ
2加算器の出力に基づいて前記拡散された情報信号を逆拡散させる逆拡散器と;
さらに 前記復元された情報信号用の出力と; を備える受信機。 - 【請求項10】 複数の前段出力に応じて出力を有する繰り返しシステムを動作させる方法であ
って: 処理された値を得るために複数の前段出力を処理し、 前記処理された値を格納し、 前記処理された値に応じて新たな出力を決定し、 前記前段出力を得るために、前記処理された値を逆処理する方法。
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