JP2006254443A - 広帯域−ｄｃｓｋ変調方法、それを適用した送信装置、広帯域−ｄｃｓｋ復調方法、およびそれを適用した受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域通信システムに適用可能であり、電力消耗と製造コストを軽減すると同時に、マルチパスに強く、且つマルチアクセスが可能な広帯域カオス信号を用いた変調方法及び送受信装置の提供。
【解決手段】広帯域のカオス信号を生成し、出力するカオス信号生成部；広帯域カオス信号を遅延させて出力する遅延部；入力された情報信号と遅延された広帯域カオス信号とを乗算し、乗算信号を出力する乗算部；広帯域カオス信号と乗算信号とを順番に送信する選択出力手段；を含む送信装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、変調方法、それを適用した送信装置、復調方法、およびそれを適用した受信装置に関し、詳細には、非線形信号である広帯域カオス信号を用いた広帯域−ＤＣＳＫ変調方法、それを適用した送信装置、広帯域−ＤＣＳＫ復調方法、およびそれを適用した受信装置に関する。

最近、カオス信号を用いた変調方式に対する論議が盛んに進まれている。以下、これについて紹介する。
先ず、カオス信号を用いた変調方式として、ＵＷＢーＤＣＯＯＫ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ−Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｈａｏｓ Ｏｎ Ｏｆｆ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式が挙げられる。ＵＷＢーＤＣＯＯＫ変調方式は、ノイズ特性が落ち、マルチパス（ｍｕｌｔｉｐａｔｈ）に劣っているという問題を抱えている。また、非同期変調方式であるため、マルチアクセスが難しい。

カオス信号を用いた他の変調方式として、ＮＢ―ＤＣＳＫ（Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｃｈａｏｓ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式が挙げられる。ＮＢ―ＤＣＳＫ変調方式は、狭帯域通信システムのための変調方式であって、ＵＷＢ通信システムのような広帯域通信システムに適用し難い。また、変調のためにはＡＰＬＬ（Ａｎａｌｏｇ Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）とミキサーが必要であるが、これは通信装備の電力消耗量と製造コストを増加させる要因として適用する。また、伝送されるシンボルごとにエネルギーが均一しないことから、受信信号の自己相関分散が高くなるなど、受信端における受信性能の劣化する。

カオス信号を用いた他の変調方式として、ＮＢ−ＦＭ−ＤＣＳＫ（Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｃｈａｏｓ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式が挙げられる。ＮＢ−ＦＭ−ＤＣＳＫ変調方式は、ＮＢ−ＤＣＳＫ変調方式を補完するために、ＦＭ変調機を用いてシンボルごとにエネルギーを均一にさせる変調方式である。しかしながら、ＮＢ−ＦＭ−ＤＣＳＫ変調方式も狭帯域通信システムのための変調方式であることから、ＵＷＢ通信システムのような広帯域通信システムには適用し難い。また、ＮＢ−ＦＭ−ＤＣＳＫ変調方式は、ＦＭ変調機とＤＣＳＫ変調機をすべて必要とするため、通信装備の電力消耗量と製造コストを増加させる要因として作用してしまう。

本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、広帯域通信システムに適用可能であり、電力消耗と製造コストを軽減すると同時に、マルチパスに強く、且つマルチアクセスが可能な広帯域カオス信号を用いた広帯域−ＤＣＳＫ変調方法、それを適用した送信装置、広帯域−ＤＣＳＫ復調方法、およびそれを適用した受信装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明１は、
・広帯域のカオス信号を生成し、出力するカオス信号生成部と、
・前記カオス信号生成部から出力される前記広帯域カオス信号を遅延させて出力する遅延部と、
・入力された情報信号と前記遅延部から出力される遅延された広帯域カオス信号とを乗算し、乗算信号を出力する乗算部と、
・前記カオス信号生成部から出力される前記広帯域カオス信号と、前記乗算部から出力される前記乗算信号と、を順番に送信する選択出力手段と、
を含む送信装置を提供する。

本発明によると、ＡＰＬＬ、ミキサー、ＦＭ変調機などを用いないので、これによる電力消耗を軽減することが可能であり、且つ送信装置の製造コストが軽減される。
また、本発明によると、広帯域カオス信号を用いた変調を行うため、ノイズ特性と保安性能が優れ、マルチパスにも強いという効果を持つ。
本発明２は、前記発明１において、前記カオス信号生成部が、所定の基準電力スペクトル密度マスクに適した広帯域カオス信号を生成する送信装置を提供する。

本発明３は、前記発明２において、前記カオス信号生成部が、超広帯域のカオス信号を生成する送信装置を提供する。
本発明４は、前記発明１において、前記情報信号が直交コードに応じて符号化されている送信装置を提供する。直交コードに応じて符号化された情報信号を用いると、受信装置の復調性能が改善され、マルチアクセスが可能になる。

本発明５は、前記発明４において、前記直交コードがウォルシュコードおよびゴールドコードのいずれかである送信装置を提供する。
本発明６は、前記発明１において、前記遅延部が前記広帯域カオス信号を半周期遅延させて出力する送信装置を提供する。
本発明７は、前記発明１において、前記選択出力手段が、前記広帯域カオス信号と前記乗算信号とを交互に送信するべくスイッチング動作するスイッチング部を含む送信装置を提供する。

本発明８は、
・広帯域のカオス信号を生成し、出力するカオス信号生成段階と、
・前記広帯域カオス信号を遅延させて出力する遅延段階と、
・入力された情報信号と前記遅延された広帯域カオス信号とを乗算し、乗算信号を出力する乗算段階と、
・前記広帯域カオス信号と前記乗算信号とを順番に送信する送信段階と、
を含む広帯域−ＤＣＳＫ変調方法を提供する。

本発明９は、前記発明８において、前記カオス信号生成段階が、所定基準の電力スペクトル密度マスクに適する広帯域カオス信号を生成する広帯域−ＤＣＳＫ変調方法を提供する。
本発明１０は、前記発明９において、前記カオス信号生成段階が、超広帯域カオス信号を生成する広帯域−ＤＣＳＫ変調方法を提供する。

本発明１１は、前記発明８において、前記情報信号が直交コードに応じて符号化されている広帯域−ＤＣＳＫ変調方法を提供する。
本発明１２は、前記発明１１において、前記直交コードがウォルシュコードおよびゴールドコードのいずれかである広帯域−ＤＣＳＫ変調方法を提供する。
本発明１３は、前記発明８において、前記遅延段階で前記広帯域カオス信号を半周期遅延させて出力する広帯域−ＤＣＳＫ変調方法を提供する。

本発明１４は、前記発明８において、前記送信段階が、前記広帯域カオス信号と前記乗算信号とを交互に送信するべくスイッチング動作するスイッチング段階を含む広帯域−ＤＣＳＫ変調方法を提供する。
本発明１５は、
・広帯域−ＤＣＳＫ変調方式に応じて変調された変調信号に基づいて相関信号を出力する相関部と、
・前記相関部で出力される前記相関信号のレベルを検出し、情報信号を復元する検出部と、
を含む受信装置を提供する。

本発明１６は、
・広帯域−ＤＳＣＫ変調方式に応じて変調された変調信号に基づいて相関信号を出力する相関段階と、
・前記相関信号のレベルを検出し、情報信号を復元する検出段階と、
を含む広帯域−ＤＣＳＫ復調方法を提供する。

本発明を用いれば、電力消耗及び装置の製造コストを軽減し、マルチパスに強く、マルチアクセスが可能な送受信技術を提供することができる。

以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。
図１は本発明の一実施の形態に係る送信装置と受信装置とに構築された通信システムを示した図面である。
本送信装置１００は、非線形信号である広帯域カオス信号を用いた広帯域−ＤＣＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｃｈａｏｓ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調を介して、情報信号を送信する。本送信装置１００は、ＵＷＢ（超広帯域）カオス信号生成部１１０、Ｔ／２遅延部１２０、乗算部１３０、スイッチング部１４０、送信アンテナ１５０を備える。

ＵＷＢカオス信号生成部１１０は、ＵＷＢ帯域のカオス信号を生成し、Ｔ／２遅延部１２０とスイッチング部１４０にそれぞれ出力する。ＵＷＢカオス信号を生成することにあたって、ＵＷＢカオス信号生成部１１０の所定基準電力スペクトル密度（Ｐｏｗｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ：ＰＳＤ）マスクに適合したＵＷＢカオス信号を生成する。なお、ＰＳＤマスクはＦＣＣにて規定されたものになり得る。

Ｔ／２遅延部１２０はＵＷＢカオス信号生成部１１０で出力されるＵＷＢカオス信号を半周期（Ｔ／２）遅延させて乗算部１３０に出力する。
乗算部１３０は、情報信号の入力を受け付け、Ｔ／２遅延部１２０で出力されるＵＷＢカオス信号と入力される情報信号とを乗算して乗算信号を生成し、生成された乗算信号をスイッチング部１４０に出力する。

なお、乗算部３０に入力される情報信号は直交コードに応じて符号化された情報信号であることが好ましい。適用可能な直交コードとして、ウォルシュコード（ｗａｌｓｈ ｃｏｄｅｓ）、ゴールドコード（ｇｏｌｄ Ｃｏｄｅｓ）などが挙げられる。
スイッチング部１４０は、ＵＷＢカオス信号生成部１１０で出力されるＵＷＢカオス信号と、乗算部１３０で出力される乗算信号とが順番に出力されるようスイッチング動作する。スイッチング部１４０のスイッチング動作はＴ／２ごとに行われる。

詳細には、スイッチング部１４０は、最初Ｔ／２の間にはＵＷＢカオス信号が、次のＴ／２の間には乗算信号が、その次のＴ／２の間にはＵＷＢカオス信号が・・・のように、ＵＷＢカオス信号と乗算信号とがそれぞれ交互に出力されるようスイッチング動作する。
スイッチング部１４０で出力される信号は広帯域−ＤＣＳＫ変調信号に該当し、該変調信号は送信アンテナ１５０を介して受信装置２００に送られる。

一方、受信装置２００は、受信される広帯域−ＤＣＳＫ変調信号を広帯域−ＤＣＳＫ復調することによって情報信号を復元する。本受信装置２００は受信アンテナ２１０、相関部２２０、および検出部２３０を備えてなる。
相関部２２０は、受信アンテナ２１０を介して受信される広帯域−ＤＣＳＫ変調信号に基づいて相関信号を生成し、生成される相関信号を検出部２３０に出力する。相関部２２０は、Ｔ／２遅延部２２２、乗算部２２４、積分部２２６を備える。

Ｔ／２遅延部２２２は、受信アンテナ２１０を介して受信される広帯域−ＤＣＳＫ変調信号を半周期（Ｔ／２）遅延させて乗算部２２４に出力する。
乗算部２２４は、受信アンテナ２１０を介して受信される広帯域−ＤＣＳＫ変調信号と、Ｔ／２遅延部２２２で出力される半周期（Ｔ／２）遅延された広帯域−ＤＣＳＫ変調信号を乗算して乗算信号を生成し、生成された乗算信号を積分部２２６に出力する。

積分部２２６は、乗算部２２４で出力される乗算信号を積分して出力する。積分部２２６で出力される積分信号が相関信号に該当し、該相関信号は検出部２３０に出力される。
検出部２３０は相関部２２０で出力される相関信号のレベル検出を介して「０」あるいは「１」信号を出力することによって情報信号を復元する。
なお、送信信号のビット当たりエネルギーが均一でなければ受信装置２００の受信性能は向上しない。送信信号のビット当たりエネルギーが均一でなければ、受信装置２００における自己相関分散が高くなるからである。

受信装置２００での自己相関分散は、伝送帯域幅とビット幅とに半比例するので、伝送帯域幅とビット幅とを大きくすると、自己相関分散を抑制することができる。しかし、伝送帯域幅とビット幅とが大き過ぎるとノイズ特性が劣化する問題が発生する。
よって、伝送帯域幅とビット幅とは、前述した両側面を考慮して適切に決めなければならない。受信装置２００での自己相関分散を低くし、ノイズ特性を劣化させない伝送帯域幅として例えば３．１〜５．１ＧＨｚ、なかでも２ＧＨｚ程度が適し、ビット幅として２００ｎｓ程度が好ましい。

図２Ａでは、前述した条件でＵＷＢ−ＤＣＳＫ通信システムの自己相関分散を示している。同図に示すように、ＵＷＢ−ＤＣＳＫ通信システムの自己相関分散は、図２Ｂに示すＮＢ−ＤＣＳＫ通信システムの自己相関分散に比べてはるかに小さいことが分かる。
図３には、前述した条件でＵＷＢ−ＤＣＳＫ通信システムのノイズ特性を、ＵＷＢ−ＤＣＯＯＫ、ＮＢ―ＦＭ−ＤＣＳＫ通信システムのノイズ特性と共に図示した。同図によると、ＵＷＢ−ＤＣＳＫ通信システムのノイズ特性はＮＢ−ＦＭ―ＤＣＳＫ通信システムのノイズ特性と対等し、ＵＷＢ−ＤＣＯＯＫ通信システムのノイズ特性より優れることが確認できる。

一方、情報信号として直交コードに応じて符号化された情報信号を用いる理由は、受信装置２００の復調性能を向上させるためである。直交コードは、相互相関（Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）が「０」であり、自己相関（Ａｕｔｏ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）が「１」だからである。
また、情報信号として、直交コードに応じて符号化された情報信号を用いることになると、同一周波数帯域を多数のユーザが利用できるマルチアクセスが可能となる。

以下、本送信装置１００の広帯域−ＤＣＳＫ変調過程につき、図４および図５に基づいて詳説する。図４は本発明の一実施の形態にかかる広帯域−ＤＣＳＫ変調方法を説明するためのフローチャートであり、図５は広帯域−ＤＣＳＫ変調方法の説明を詳細に詳説するために提供される図面である。
図４に基づくと、送信装置１００に備えられたＵＷＢカオス信号生成部１１０は、ＵＷＢ帯域のカオス信号を生成する（Ｓ３１０）。Ｓ３１０で生成されるＵＷＢカオス信号は所定の基準ＰＳＤマスクに適したＵＷＢカオス信号である。そして、伝送帯域幅は２ＧＨｚ（３．１〜５．１ＧＨｚ）、ビット幅は２００ｎｓにすることが好ましい。

図５（ａ）には、ＵＷＢカオス信号生成部１１０で生成されるＷＵＢカオス信号を簡略化して示した。
Ｔ／２遅延部１２０は、ＵＷＢカオス信号生成部１１０で生成されるＷＵＢカオス信号を半周期（Ｔ／２）遅延させる（Ｓ３２０）。図５（ｂ）には、Ｔ／２遅延部１２０で半周期（Ｔ／２）遅延されたＵＷＢカオス信号を示している。

すると、乗算部１３０はＴ／２遅延部１２０で半周期（Ｔ／２）遅延されたＵＷＢカオス信号と入力される情報信号を乗算し、乗算信号を生成する（Ｓ３３０）。Ｓ３３０において、入力される情報信号はウォルシュコード、ゴールドコードのような、直交コードに応じて符号化された情報信号であることが好ましい。
図５（ｃ）では、情報信号として「１００１」を示している。そして、図５（ｄ）には「１」が「１１」に、「０」が「１−１」の方にそれぞれ符号化されるようにするウォルシュコードに応じて符号化された情報信号を示している。また、図５（ｅ）には、図５（ｂ）に示す半周期（Ｔ／２）遅延されたＵＷＢカオス信号と、図５（ｄ）に示したウォルシュコードに応じて符号化された情報信号を乗算することにより生成される乗算信号を示している。

スイッチング部１４０は、ＵＷＢカオス信号生成部１１０で生成されるＵＷＢカオス信号と、乗算部１３０で生成される乗算信号と、が交互に出力されるようスイッチング動作を行う（Ｓ３４０）。スイッチング部１４０のスイッチング動作はＴ／２ごとに行われる。
図５（ｆ）には、図５（ａ）に示すＵＷＢカオス信号と、図５（ｅ）に示す乗算信号がＴ／２ごと順番に出力されるようスイッチング動作することによって生成される広帯域−ＤＣＳＫ変調信号を示す。詳細には、最初のＴ／２の間にはＵＷＢカオス信号、次のＴ／２の間には乗算信号が、その次のＴ／２の間には再びＵＷＢカオス信号・・・のように、ＵＷＢカオス信号と乗算信号とが交互に出力されるようにスイッチング動作する。

スイッチング部１４０で出力される広帯域−ＤＣＳＫ変調信号は送信アンテナ１５０を介して受信装置２００に送信される。
以下、本受信装置２００の広帯域−ＤＣＳＫ復調過程について、図６および図７に基づいて詳説する。図６は本発明の一実施の形態にかかる広帯域−ＤＣＳＫ復調方法を説明するためのフローチャートであり、図７は広帯域−ＤＣＳＫ復調方法の説明を詳細に詳説するために提供される図面である。

図６に基づくと、受信装置２００の相関部２２０に備えれられたＴ／２遅延部２２２は、受信アンテナ２１０を介して受信した広帯域−ＤＣＳＫ変調信号を半周期（Ｔ／２）遅延させる（Ｓ４１０）。
図７（ａ）には、受信アンテナ２１０を介して受信した広帯域−ＤＣＳＫ変調信号を示し、これは図５（ｆ）に示す信号と同一である。図７（ｂ）は、Ｔ／２遅延部２２０で半周期（Ｔ／２）遅延された広帯域−ＤＣＳＫ変調信号を示している。なお、図７（ａ）および図７（ｂ）における斜線部分は基準信号に該当し、斜線のない部分は情報信号に該当する。

乗算部２２４は、受信アンテナ２１０を介して受信される広帯域−ＤＣＳＫ変調信号とＴ／２遅延部２２２で出力される半周期（Ｔ／２）遅延された広帯域−ＤＣＳＫ変調信号とを乗算して乗算信号を生成する（Ｓ４２０）。そして、積分部２２６は、乗算部２２４で出力される乗算信号を積分する（Ｓ４３０）。積分部２２６で出力される積分信号は相関信号に該当する。

図７（ｃ）は積分部２２６で出力される相関信号を示し、図５（ｃ）に図示された、信号を半周期（Ｔ／２）遅延させた信号と同一であることが分かる。
検出部２３０は、積分部２２６で出力されるレベル検出を介して「０」あるいは「１」の信号を出力することによって情報信号を復元する（Ｓ４４０）。
今まで、広帯域−ＤＣＳＫ変調方法と広帯域−ＤＣＳＫ復調方法について説明した。係る変／復調方法は、広帯域通信システム、特に、ＵＷＢ通信システムに適用可能である。

以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

本発明の一実施の形態に係る広帯域−ＤＣＳＫ変調を行う送信装置と広帯域−ＤＣＳＫ復調を行う受信装置とに構築された通信システムを示す図面である。 ＵＷＢ−ＤＣＳＫ通信システムの自己相関分散を示す図面である。 ＮＢ−ＤＣＳＫ通信システムの自己相関分散を示す図面である。 ＵＷＢ−ＤＣＳＫ、ＵＷＢ−ＤＣＯＯＫ、およびＮＢ−ＦＭ−ＤＣＳＫ通信システムのノイズ特性を示す図面である。 本発明の一実施の形態に係る広帯域−ＤＣＳＫ変調方法を説明するためのフローチャートである。 広帯域−ＤＣＳＫ変調方法を詳細に説明するための波形図である。 本発明の一実施の形態に係る広帯域−ＤＣＳＫ復調方法を説明するためのプローチャートである。 広帯域−ＤＣＳＫ復調方法を詳細に説明するための波形図である。

符号の説明

１００ 送信装置
１１０ ＵＷＢカオス信号生成部
１２０ Ｔ／２遅延部
１３０ 乗算部
１４０ スイッチング部
２００ 受信装置
２２０ 相関部
２３０ 検出部

Claims (16)

1. 広帯域のカオス信号を生成し、出力するカオス信号生成部と、
   前記カオス信号生成部から出力される前記広帯域カオス信号を遅延させて出力する遅延部と、
   入力された情報信号と前記遅延部から出力される遅延された広帯域カオス信号とを乗算し、乗算信号を出力する乗算部と、
   前記カオス信号生成部から出力される前記広帯域カオス信号と、前記乗算部から出力される前記乗算信号と、を順番に送信する選択出力手段と、
   を含む送信装置。
2. 前記カオス信号生成部が、所定の基準電力スペクトル密度マスクに適した広帯域カオス信号を生成する請求項１に記載の送信装置。
3. 前記カオス信号生成部が、超広帯域のカオス信号を生成する、請求項２に記載の送信装置。
4. 前記情報信号が、直交コードに応じて符号化されている、請求項１に記載の送信装置。
5. 前記直交コードが、ウォルシュコードおよびゴールドコードのいずれかである、請求項４に記載の送信装置。
6. 前記遅延部が、前記広帯域カオス信号を半周期遅延させて出力する、請求項１に記載の送信装置。
7. 前記選択出力手段が、前記広帯域カオス信号と前記乗算信号とを交互に送信するべくスイッチング動作するスイッチング部を含む、請求項１に記載の送信装置。
8. 広帯域のカオス信号を生成し、出力するカオス信号生成段階と、
   前記広帯域カオス信号を遅延させて出力する遅延段階と、
   入力された情報信号と前記遅延された広帯域カオス信号とを乗算し、乗算信号を出力する乗算段階と、
   前記広帯域カオス信号と前記乗算信号とを順番に送信する送信段階と、
   を含む広帯域−ＤＣＳＫ変調方法。
9. 前記カオス信号生成段階が、所定基準の電力スペクトル密度マスクに適する広帯域カオス信号を生成する、請求項８に記載の広帯域−ＤＣＳＫ変調方法。
10. 前記カオス信号生成段階が、超広帯域カオス信号を生成する、請求項９に記載の広帯域−ＤＣＳＫ変調方法。
11. 前記情報信号が、直交コードに応じて符号化されている、請求項８に記載の広帯域−ＤＣＳＫ変調方法。
12. 前記直交コードが、ウォルシュコードおよびゴールドコードのいずれかである、請求項１１に記載の広帯域−ＤＣＳＫ変調方法。
13. 前記遅延段階で、前記広帯域カオス信号を半周期遅延させて出力する、請求項８に記載の広帯域−ＤＣＳＫ変調方法。
14. 前記送信段階が、前記広帯域カオス信号と前記乗算信号とを交互に送信するべくスイッチング動作するスイッチング段階を含む、請求項８に記載の広帯域−ＤＣＳＫ変調方法。
15. 広帯域−ＤＣＳＫ変調方式に応じて変調された変調信号に基づいて相関信号を出力する相関部と、
    前記相関部で出力される前記相関信号のレベルを検出し、情報信号を復元する検出部と、
    を含む受信装置。
16. 広帯域−ＤＳＣＫ変調方式に応じて変調された変調信号に基づいて相関信号を出力する相関段階と、
    前記相関信号のレベルを検出し、情報信号を復元する検出段階と、
    を含む広帯域−ＤＣＳＫ復調方法。

Images