JP2004312297A

JP2004312297A - スペクトル拡散通信装置

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Publication number: JP2004312297A
Application number: JP2003102089A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Yoda; 由雄依田
Original assignee: Miyota KK
Current assignee: Miyota KK
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】直接拡散方式のスペクトル拡散通信装置において、固有の課題である遠近問題を低減することを可能としたスペクトル拡散通信装置を提供する。
【解決手段】一対のスペクトル拡散通信装置の間で通信を行う際、双方のスペクトル拡散通信装置がスペクトル拡散を行う際に使う拡散符号の組み合わせと位相関係をあらかじめ決めて通信を行う。呼び出し側からの呼び出し信号に応じて、応答側のスペクトル拡散通信装置は、応答の際の拡散に用いる拡散符号を、呼び出し側の拡散符号とあらかじめ決められた種類と位相関係にして応答し、呼び出し側のスペクトル拡散通信装置は応答信号を受信した際、受信した応答信号を拡散している拡散信号と、呼び出しに使った拡散符号の間の遅延時間を検出し、該遅延時間に応じて送信電力を制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スペクトル拡散された無線信号により通信を行うスペクトル拡散通信装置のうち、直接拡散方式のスペクトル拡散通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スペクトル拡散通信は、狭帯域通信方式と比べると通信の秘匿性が高く、妨害波・干渉波排除能力に優れ、マルチパスフェージングが少ないとされている通信方式で、大別すると直接拡散方式と周波数ホッピング方式に分けられる。そのうち直接拡散スペクトル通信方式は、拡散回路、逆拡散回路が比較的容易に実現できるため、近年急速に普及している無線ＬＡＮの規格に採用され、数多くの製品が販売されるに至っている。スペクトル拡散通信方式は、複数の多重化されたスペクトル拡散信号を、拡散符号の違いを利用して分離することが可能である。すなわち符号分割多重化ＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）が可能である。ＣＤＭＡは周波数利用効率を高めるのに良い方法であるが、同じ周波数帯を同時に利用するので遠近問題という課題が生じる。
【０００３】
遠近問題とは、通信相手が比較的遠方にあり、通信相手としない通信装置が至近距離にあり電波を送信している場合、電波の強さは距離の２乗に反比例するので、非希望波が希望波に対して著しく強く受信され、希望波が干渉を受けることにより、受信品質が著しく低下してしまう状態を言う。これを解決するためには、ダイナミックレンジが無限に広いマッチドフィルタが存在すれば良い。この点でエラステック型ＳＡＷコンボルバは非常に広いダイナミックレンジを有しており、理想に近いデバイスである。エラステック型ＳＡＷコンボルバは、二つの電気信号をそれぞれ固体上の表面弾性波に変換して、固体の非線形効果により二つの電気信号の畳み込み積分を行うデバイスで、二つの電気信号の相関を瞬時に検出することができる。この優れた性質を利用してスペクトル拡散通信の相関器として用いられる。また、エラステック型ＳＡＷコンボルバは、非常に広帯域なスペクトル信号の相関検出が可能であり、この性質を利用して測距装置が実現できる。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
しかし、エラステック型ＳＡＷコンボルバは電気―機械変換を利用したデバイスであり、その変換効率が低いため挿入損失が大きく、信号系に損失を補うための増幅器を設ける必要がある。この増幅器により信号系のダイナミックレンジが制限されてしまうため、エラステック型ＳＡＷコンボルバを利用したスペクトル拡散通信装置においても遠近問題は存在する。遠近問題についてはスペクトル拡散通信に関して解説している種々の文献に説明されている。また、エラステック型ＳＡＷコンボルバの原理と構造についても開示されている。（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）
【０００５】
遠近問題を根本的に解決する手段は、現状においては存在しない。遠近問題をできる限り回避する方法として、現在は、複数存在するスペクトル拡散通信装置の各々の送信電力を精密に制御する方法が採用されている。一般的な制御方法としては、受信側が、複数の通信相手から受信する電力が等しくなるように、送信側に対して指令を出す方法が行われているが、この方法は、一つの基地局に対し複数の端末通信装置があり、それぞれの端末通信装置を基地局が制御できるような通信システムに対しては適しているが、一対一の通信が複数混在するようなローカルな通信環境に対しては適していない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１８３４４８号公報（第１図）
【非特許文献１】
“スペクトラム拡散通信”山内雪路著、東京電機大学出版局、１９９７年１２月２０日、ｐｐ１−１２、ｐｐ４３−７６
【非特許文献２】
“無線ＬＡＮシステムの構成技術と事例” 清水康敬、坪内和夫著、ミマツデータシステム、平成８年８月２０日、ｐｐ１９０−２０８
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
直接拡散方式のスペクトル拡散通信装置において、固有の課題である遠近問題を低減することを可能としたスペクトル拡散通信装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
スペクトル拡散された無線信号により通信を行うスペクトル拡散通信装置であって、該スペクトル拡散通信装置はスペクトル逆拡散を行うことを目的とした相関器を有し、該相関器にエラステック型ＳＡＷコンボルバを用いるスペクトル拡散通信装置において、一対のスペクトル拡散通信装置間で通信を行うにあたり、それぞれのスペクトル拡散通信装置がスペクトル拡散を行う時に使われる拡散符号の種類と位相を、あらかじめ決められた状態において通信を行うスペクトル拡散通信装置とする。
【０００９】
スペクトル拡散された無線信号により通信を行うスペクトル拡散通信装置であって、該スペクトル拡散通信装置はスペクトル逆拡散を行うことを目的とした相関器を有し、該相関器にエラステック型ＳＡＷコンボルバを用いるスペクトル拡散通信装置において、一対のスペクトル拡散通信装置間で通信を行うにあたり、一方のスペクトル拡散通信装置（以下、スペクトル通信装置Ａと記す）が任意の拡散符号（以下、拡散符号Ａと記す）により拡散した送信信号を送信し、他方のスペクトル通信装置（以下、スペクトル通信装置Ｂ）が拡散符号Ａに対応してあらかじめ決められている拡散符号（以下、拡散符号Ｂと記す）により拡散した応答信号を送信し、スペクトル拡散通信装置Ａは該応答信号を受信し、前記エラステック型ＳＡＷコンボルバは該応答信号を拡散している拡散符号Ｂの同期を検出して出力し、遅延時間検出回路が該拡散符号Ｂの位相について、前記送信信号の拡散を行う際に用いている拡散符号Ａの位相に対する遅延時間を検出し、該遅延時間に基づいて、前記スペクトル拡散通信装置が送信を行う際の送信電力を制御するスペクトル拡散通信装置とする。
【００１０】
本発明のスペクトル拡散通信装置は、一対のスペクトル拡散通信装置の間でパケット通信を行い、双方のスペクトル拡散通信装置がスペクトル拡散を行う際に使う拡散符号を、あらかじめ決めた組み合わせにする。さらに、双方のスペクトル拡散通信装置がスペクトル拡散を行う際に使う拡散符号を、あらかじめ決められた位相関係になるよう拡散符号を発生する。各通信パケットの先頭にはプリアンブルヘッダが付加されており、パケットの受信において、スペクトル拡散装置はプリアンブルヘッダ部で拡散符号の同期を確立する。
【００１１】
呼び出し側のスペクトル拡散通信装置（以下、スペクトル拡散通信装置Ａと記す）は、送信信号のスペクトル拡散を行うための拡散符号（以下、拡散符号Ａと記す）の種類を表す情報をヘッダに含んだパケットを送出し、応答側のスペクトル拡散通信装置（以下、スペクトル拡散通信装置Ｂと記す）はスペクトル拡散通信装置Ａが送信したパケットを受信し、該パケットのヘッダに含まれている情報から拡散符号Ａの種類を知ることができる。本発明によるスペクトル拡散通信装置は、通信の際に用いる拡散符号の組み合わせをあらかじめ決めて、内部に記憶して保持している。
【００１２】
スペクトル拡散通信装置Ｂは、拡散符号Ａに対応してあらかじめ組み合わせとして決められている拡散符号（以下、拡散符号Ｂと記す）を決定し、応答信号の送信を行う際、拡散符号Ｂにより拡散を行い、スペクトル拡散通信装置Ａに対して応答する。スペクトル拡散通信装置Ａおよびスペクトル拡散通信装置Ｂが拡散に用いる符号、それぞれ、拡散符号Ａおよび拡散符号Ｂの間に、従来方式のスペクトル拡散通信装置では特別に定められた位相条件はないが、本発明によるスペクトル拡散通信装置は、応答側のスペクトル拡散通信装置Ｂにおいて、拡散符号Ａおよび拡散符号Ｂの位相条件をあらかじめ決められた関係にすることを特徴とする。該位相条件はスペクトル拡散通信装置に記憶されている。受信信号から同期を検出するために高速の相関器が必要であるが、本発明によるスペクトル拡散通信装置は相関器としてエラステック型ＳＡＷコンボルバを用いているため高速の同期検出が可能で、前述した拡散符号Ａおよび拡散符号Ｂの間の位相条件を決められた関係にすることが容易である。
【００１３】
呼び出し側のスペクトル拡散通信装置Ａは、応答側のスペクトル拡散通信装置Ｂから送られた応答信号を受信し、拡散符号Ｂの同期を検出して拡散符号Ａと位相比較する。スペクトル拡散通信装置Ａにおいては、拡散符号Ａと拡散符号Ｂの間にあらかじめ決められた位相関係に対して、拡散符号Ｂは、拡散符号Ａに対して位相遅れをもっている。この位相遅れ分の時間（以下、遅延時間と記す）は、電波がスペクトル拡散装置Ａとスペクトル拡散通信装置Ｂの間を往復するのに要する時間に相当する。スペクトル拡散通信装置Ａは、該遅延時間をもとに通信相手であるスペクトル拡散通信装置Ｂまでの距離を知ることができる。また、スペクトル拡散通信装置Ａは、スペクトル拡散通信装置Ｂに対して送信するパケットのヘッダ部に、スペクトル拡散通信装置Ａおよびスペクトル拡散通信装置Ｂ間の距離情報を含ませることにより、スペクトル拡散通信装置Ｂも、通信相手であるスペクトル拡散通信装置Ａまでの距離を知ることができる。本発明によるスペクトル拡散通信装置は、遠近問題を最小限にすることができる送信電力を、通信距離に応じてあらかじめ求めてスペクトル拡散通信装置に記憶しておき、前述の通り知り得たスペクトル通信装置間の距離に基づいて送信電力を決定することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるスペクトル拡散通信装置の実施例のブロック図である。図１にもとづいて動作を詳細に説明する。説明において、通信はスペクトル拡散通信装置Ａとスペクトル拡散通信装置Ｂの間において半二重通信で行われ、スペクトル拡散通信装置Ａがスペクトル拡散通信装置Ｂを呼び出し、スペクトル拡散通信装置Ｂが応答する場合を説明する。この逆のスペクトル拡散通信装置Ｂがスペクトル拡散通信装置Ａを呼び出す際の動作も全く同様である。よって、以下の説明では１つのスペクトラム拡散通信装置でスペクトル拡散通信装置Ａとスペクトル拡散通信装置Ｂの機能を説明する。通信はパケット単位で行われる。
【００１５】
まず、スペクトル拡散通信装置Ａのデータ入力端子１から入力されたデータは、ベースバンド処理回路２でパケット化され、さらに、パケットの先頭にヘッダが付け加えられる。ヘッダは受信側で逆拡散を行う際に必要なプリアンブルヘッダと、通信に必要な情報を含んでいる情報ヘッダ部から成り、情報ヘッダには、スペクトル拡散通信装置Ａが拡散を行う際に用いる拡散符号Ａに関する情報を必ず含んでいる。パケットは拡散回路３において、拡散符号発生回路４が発生する拡散符合Ａにより拡散された後、変調回路５において、搬送波発生回路６が発生する搬送波により変調され、増幅回路７により電力増幅され、送信アンテナ８から空中に放射される。
【００１６】
一方、スペクトル拡散装置Ｂは、受信アンテナ９によりスペクトル拡散装置Ａより送信された電波を受信し、増幅回路１０により電力増幅し、周波数変換回路１１において、局部発振回路１２が発生する局部発振信号により、エラステック型ＳＡＷコンボルバ１３ａが処理可能な中間周波信号に変換し、エラステック型ＳＡＷコンボルバ１３ａの一入力端子に入力される。エラステック型ＳＡＷコンボルバは、二つの入力端子と一つの出力端子を有するデバイスで、二つの入力端子にそれぞれ入力された信号の畳み込み積分が行われ、出力端子から出力される。本発明によるスペクトル拡散通信装置においては、エラステック型ＳＡＷコンボルバを、受信したスペクトル拡散信号の逆拡散を行う逆拡散回路１３の中で、受信したスペクトル拡散信号の同期捕捉および同期追跡を行うための相関器として用いている。エラステック型ＳＡＷコンボルバの一方の入力端子に受信したスペクトル信号を電力増幅して加え、もう一方の入力端子には、受信したスペクトル拡散信号と比較され相関を検出するための参照信号を加える。参照信号は参照信号発生回路１４により発生するが、参照信号は中間周波信号を参照拡散符号で拡散したもので、さらに、参照拡散符号は、受信したスペクトル拡散信号を拡散している拡散符号、すなわち、スペクトル拡散通信装置Ａが拡散の際に用いている拡散符号Ａ対して、時間的に反転した符号を用いる。この時、拡散符号に自己相関特性の強い、例えば、Ｍ系列のような拡散符号を用いると、エラステック型ＳＡＷコンボルバの出力は鋭いピークをもつパルス信号となる。このピーク信号により、スペクトル拡散通信の同期捕捉および同期追跡を行い、さらに、逆拡散回路１３が有するＡＤ変換回路１３ｂによりデジタル化を行うことにより、受信したスペクトル拡散信号が逆拡散されて、逆拡散回路１３よりベースバンド信号として出力される。パケット化されているベースバンド信号は、ベースバンド処理回路１８によりパケットが解析され、受信データが受信データ出力端子１９より出力される。
【００１７】
以上で、スペクトル拡散通信装置Ｂがスペクトル拡散通信装置Ａから送られたデータを受信するまでを説明した。次にスペクトル拡散通信装置Ｂは、スペクトル拡散通信装置Ａに対して応答するが、本発明によるスペクトル拡散通信装置は、この際の拡散に用いる拡散符号Ｂを、受信したスペクトル拡散信号を拡散しいている拡散符号Ａに対して、あらかじめ組み合わせた拡散符号を用いることと、位相関係をあらかじめ決められた状態にすることを特徴としている。拡散符号Ａと拡散符号Ｂの同期をとるための回路が同期回路１７である。拡散符号発生回路４は、受信したパケットのヘッダ情報から、受信したスペクトル拡散信号を拡散している拡散符号Ａの種類を知り、拡散符号Ａに対してあらかじめ決められた組み合わせの拡散符号Ｂを決定し、さらに、同期回路１７は、エラステック型ＳＡＷコンボルバ１３ａの出力を受けて、拡散符号発生回路４が発生する拡散符合Ｂの位相を、受信したスペクトル拡散信号を拡散している拡散符号Ａの位相とあらかじめ決められた関係になるように作用する。スペクトル拡散通信装置Ｂが、スペクトル拡散通信装置Ａに対して応答し、応答パケットを送り出す過程は、前述したスペクトル拡散通信装置Ａが、スペクトル拡散通信装置Ｂに対して呼び出しパケットを送信する過程と比較して、拡散符号を発生する過程が、前述したように異なる以外は同じであるので説明を省略する。プリアンブルヘッダ部で同期捕捉する過程は、従来のスペクトル拡散通信装置と変わらないので、説明を省略する。
【００１８】
次に、スペクトル拡散通信装置Ａは、スペクトル拡散通信装置Ｂから送られてきた応答パケットを受信する。受信アンテナ９で受信し、受信データ出力端子１９から受信データが出力されるまでの過程は、スペクトル拡散通信装置Ｂが、スペクトル拡散通信装置Ａからの呼び出しパケットを受信し、受信データを出力する過程とほとんど同じであるので説明は省略する。異なる点は、スペクトル拡散通信装置Ａにおいて、スペクトル拡散通信装置Ｂから送られてきた応答パケットを受信し処理する過程において、遅延時間検出回路１５が、電波がスペクトル拡散装置Ａとスペクトル拡散通信装置Ｂの間を往復するのに要する時間を検出することである。これは、本発明によるスペクトル拡散通信装置の特徴の一つである。スペクトル拡散通信装置Ｂにおいて、スペクトル拡散通信装置Ａからの呼び出し信号に対して応答信号を送出する際、スペクトル拡散通信装置Ｂは、拡散符号Ｂを、スペクトル拡散装置Ａが呼び出し信号を送る際の拡散に使った拡散符号Ａと決められた位相関係に設定している。しかし、スペクトル拡散通信装置Ａが送り出した呼び出し信号がスペクトル拡散通信装置Ｂに到達するのに時間を要し、さらに、スペクトル拡散通信装置Ｂが送り出した応答信号がスペクトル拡散通信装置Ａに到達するのに時間を要するので、スペクトル拡散通信装置Ａにおいては、受信した応答信号を拡散している拡散符号Ｂと、スペクトル拡散装置Ａが有する拡散符合発生回路４が発生している拡散符号Ａとの間に、決められた位相関係からの差が生じている。すなわち、受信した応答信号を拡散している拡散符号Ｂは、拡散符号Ａに対して時間的に遅れた位相関係になっている。スペクトル拡散通信装置Ａが有する遅延時間検出回路１５は該遅延時間を検出する。送信電力制御回路１６は、遅延時間の大きさに従って、遠近問題を最小限にするような送信電力を、あらかじめ計算や実験などにより求めて記憶し保持しており、遅延時間検出回路１５の出力を受け、送信電力制御回路１６に設定されている最適な送信電力で送信を行うように、増幅回路７の利得を制御する。さらに、送信電力制御回路１６の出力する送信電力情報は、スペクトル拡散通信装置Ａからスペクトル拡散通信装置Ｂに送られるパケットのヘッダ部に含めて送られる。スペクトル拡散通信装置Ｂにおいては、スペクトル拡散通信装置Ａより送られてきた送信電力情報にもとづいて、スペクトル拡散通信装置Ａに送信する際の送信電力を、送信電力制御回路１６が制御する。以上の動作により、スペクトル拡散通信装置Ａおよびスペクトル拡散通信装置Ｂの間で、最初に行われる一回の呼び出しおよび応答において、通信距離に応じた最適な送信電力が設定され、以降の通信において、遠近問題を最小化する最適な送信電力により通信が行われる。スペクトラム拡散通信装置Ｂが呼び出し側になる場合も同様であることは言うまでもない。
【００１９】
【発明の効果】
直接拡散方式のスペクトル拡散通信装置において、固有の課題である遠近問題を低減することを可能としたスペクトル拡散通信装置が提供される。
【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装置の実施例のブロック図である。
【符号の説明】
１送信データ入力端子
２ベースバンド処理回路
３拡散回路
４拡散符号発生回路
５変調回路
６搬送波発生回路
７増幅回路
８送信アンテナ
９受信アンテナ
１０増幅回路
１１周波数変換回路
１２局部発振回路
１３逆拡散回路
１３ａエラステック型ＳＡＷコンボルバ
１３ｂＡＤ変換回路
１４参照符号発生回路
１５遅延時間検出回路
１６送信電力制御回路
１７同期回路
１８ベースバンド処理回路
１９受信データ出力端子

Claims

スペクトル拡散された無線信号により通信を行うスペクトル拡散通信装置であって、該スペクトル拡散通信装置はスペクトル逆拡散を行うことを目的とした相関器を有し、該相関器にエラステック型ＳＡＷコンボルバを用いるスペクトル拡散通信装置において、一対のスペクトル拡散通信装置間で通信を行うにあたり、それぞれのスペクトル拡散通信装置がスペクトル拡散を行う時に使われる拡散符号の種類と位相を、あらかじめ決められた状態において通信を行うことを特徴とするスペクトル拡散通信装置。
スペクトル拡散された無線信号により通信を行うスペクトル拡散通信装置であって、該スペクトル拡散通信装置はスペクトル逆拡散を行うことを目的とした相関器を有し、該相関器にエラステック型ＳＡＷコンボルバを用いるスペクトル拡散通信装置において、一対のスペクトル拡散通信装置間で通信を行うにあたり、一方のスペクトル拡散通信装置（以下、スペクトル通信装置Ａと記す）が任意の拡散符号（以下、拡散符号Ａと記す）により拡散した送信信号を送信し、他方のスペクトル通信装置（以下、スペクトル通信装置Ｂ）が拡散符号Ａに対応してあらかじめ決められている拡散符号（以下、拡散符号Ｂと記す）により拡散した応答信号を送信し、スペクトル拡散通信装置Ａは該応答信号を受信し、前記エラステック型ＳＡＷコンボルバは該応答信号を拡散している拡散符号Ｂの同期を検出して出力し、遅延時間検出回路が該拡散符号Ｂの位相について、前記送信信号の拡散を行う際に用いている拡散符号Ａの位相に対する遅延時間を検出し、該遅延時間に基づいて、前記スペクトル拡散通信装置が送信を行う際の送信電力を制御することを特徴とする請求項１に記載のスペクトル拡散通信装置。