JP2007096815A - Method for generating code sequence, radio communication apparatus, and radio communication system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スペクトル拡散通信方式に基づいた周波数ホッピング方式を利用する無線通信システムにおいて、干渉が少なく且つ秘匿性が高い周波数ホッピング系列を生成する方法に関する。 The present invention relates to a method for generating a frequency hopping sequence with low interference and high confidentiality in a wireless communication system using a frequency hopping method based on a spread spectrum communication method.
拡散符号を用いて広帯域の信号波による通信方式の一つに、スペクトル拡散通信方式に基づいた周波数ホッピング方式が知られている。このような通信方式として、例えば、スペクトル拡散通信システムにおけるカオス力学系の結合様式を用いた拡散系列の生成方法において、2つ以上のカオス力学系の結合の組合せで生成した結合系列を用いるようにしたスペクトル拡散通信システムにおけるカオスを用いた拡散系列の生成方法が知られている(特許文献1参照)。 A frequency hopping method based on a spread spectrum communication method is known as one of communication methods using a wideband signal wave using a spread code. As such a communication method, for example, in a spread sequence generation method using a combination mode of chaotic dynamical systems in a spread spectrum communication system, a combined sequence generated by a combination of two or more chaotic dynamical systems is used. A spread sequence generation method using chaos in a spread spectrum communication system is known (see Patent Document 1).
また、隣接チャネル間の干渉の影響を軽減する方法として、周波数チャンネルを、偶数及び奇数チャンネルに振り分け、1周期前半においては、偶数チャンネルのグループ内でホッピングパタンが割り当てられ、1周期後半においては、奇数チャンネルのグループ内でホッピングパタンが割り当てられ、1周期前半及び1周期後半の各ホッピングパタンを連結することにより、拡張ホッピングパタンが合成され、拡張ホッピングパタンに応じて、周波数チャンネルを切替え、変調された送信データを送信する周波数ホッピング方法が知られている(特許文献2参照)。 Further, as a method of reducing the influence of interference between adjacent channels, frequency channels are divided into even and odd channels, and in the first half of one cycle, a hopping pattern is assigned within the group of even channels, and in the second half of one cycle, A hopping pattern is assigned within a group of odd channels, and the hopping patterns in the first half of one cycle and the latter half of one cycle are connected to synthesize an extended hopping pattern. The frequency channel is switched and modulated according to the extended hopping pattern. A frequency hopping method for transmitting transmitted data is known (see Patent Document 2).
またさらに、周波数ホッピング方式に用いられる符号系列の生成方法として、リードソロモン符号を用いた符号系列の生成方法が知られている(非特許文献1参照)。
前述した特許文献のような方法を用いて符号系列を生成し、周波数ホッピングにより通信する場合は、符号系列のランダム性と隣接チャネル間の干渉とが問題となる。 When a code sequence is generated using the method described in the above-mentioned patent document and communication is performed by frequency hopping, the randomness of the code sequence and interference between adjacent channels become problems.
例えば、前述した特許文献1に記載の発明のように、カオス生成方式を使用した場合は、周波数ホッピング系列に必要な、一様なランダム性に欠ける場合がある。
For example, when the chaos generation method is used as in the invention described in
また、前述した特許文献2に記載の発明のように、チャネルを偶数番目と奇数番目に分けた場合は、セル数が二つの場合のみ隣接チャネル間の干渉を効率的に軽減するが、それ以上のセル数の場合は効果的でない。
In addition, as in the invention described in
また、前述した非特許文献1に記載のリードソロモン符号による生成多項式に基づいて周波数ホッピング系列を複数系列生成することによって、一様なランダム性が保障される。しかし、リードソロモン符号を用いた場合は、それを使用する無線通信システムのセルが非同期で動作した場合に、ホッピング周波数同士の衝突確率が大きく増大する場合がある。
Also, uniform randomness is ensured by generating a plurality of frequency hopping sequences based on the generator polynomial using the Reed-Solomon code described in Non-Patent
この例を具体的に説明する。 This example will be specifically described.
リードソロモン符号による生成方法では、無線通信システム内にあるセル同士が非同期に動作すると、別々に生成させた符号系列が完全に一致して衝突する場合がある。 In the generation method using the Reed-Solomon code, when cells in the wireless communication system operate asynchronously, code sequences generated separately may collide with each other completely.
図13は、従来の無線通信システムにおいて、異なるセルが非同期に動作した場合の衝突発生の例を示す説明図である。 FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an example of occurrence of a collision when different cells operate asynchronously in a conventional wireless communication system.
図13の例では、系列数Qを17、aをこの系列数Qに対応する適切値の3、Bを0として設定した例である。この多項式において、一つ目の系列「fh1、0」は、Aを1に設定し、二つ目の系列「fh2、0」は、Aを2に設定した。
In the example of FIG. 13, the number of series Q is set to 17, an a is set to an
さらに、この無線通信システムは、生成された系列の値をそれぞれのセルの周波数チャネルに対応させる。すなわち、生成された系列値が周波数チャネルの番号となる。 Further, this wireless communication system associates the generated sequence values with the frequency channels of the respective cells. That is, the generated sequence value becomes the frequency channel number.
この無線通信システムでは、セル間で時間的に同期がとれている場合は二つの系列間で一致する値はないので、周波数チャネルの衝突は発生しない。しかし、セル間が非同期の場合には、系列「fh1、0」の系列値と「系列fh2、0」とが、異なるタイミングで生成される。特に系列「fh1、0」の系列値が二つ分遅れてシフトした場合は、系列「fh2、0」の系列値と完全に一致してしまう。そのためセル間でチャネルの衝突が発生する。 In this wireless communication system, when there is time synchronization between cells, there is no matching value between the two sequences, so there is no frequency channel collision. However, when the cells are asynchronous, the sequence value of the sequence “fh1, 0” and the “sequence fh2, 0” are generated at different timings. In particular, when the sequence value of the sequence “fh1, 0” is delayed by two, it completely coincides with the sequence value of the sequence “fh2, 0”. Therefore, channel collision occurs between cells.
また、リードソロモン符号を用いた生成方法は、系列値の周期がQ−1となるため、系列数Qが少ない場合に周期が短くなる。従って、秘匿性が低下する欠点がある。 In addition, the generation method using the Reed-Solomon code has a cycle of the sequence value of Q−1, and thus the cycle is shortened when the number of sequences Q is small. Therefore, there is a drawback that the secrecy is lowered.
本発明は、このような問題点に鑑みて成されたものであり、多くのセル数を備える無線通信システムにおいて、符号系列の一様なランダム性を保証すると共に、隣接したチャネル間の干渉を軽減させる方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems. In a wireless communication system having a large number of cells, the present invention ensures uniform randomness of a code sequence and reduces interference between adjacent channels. It aims to provide a way to mitigate.
本発明による一実施形態によると、周波数の異なる複数のキャリアを符号系列の符号値に基づいて順次切り替えて信号を送受信する周波数ホッピング方式のスペクトル拡散通信を行う無線通信装置を複数含むセルと、前記セルで用いられる符号系列を制御する制御局と、を備えた無線通信システムにおいて、前記周波数ホッピングの符号系列の生成方法であって、複数の異なる符号系列を生成する第1のステップと、前記生成した符号系列を、同一のセル内及び異なるセル間で重複しない組合せによって二つ以上接続することによって、新たな系列長の符号系列を生成する第2のステップとを備えることを特徴とする。 According to an embodiment of the present invention, a cell including a plurality of radio communication devices that perform spread spectrum communication of a frequency hopping method for sequentially transmitting and receiving a signal by switching a plurality of carriers having different frequencies based on a code value of a code sequence; In a wireless communication system comprising a control station that controls a code sequence used in a cell, the frequency hopping code sequence generation method includes: a first step of generating a plurality of different code sequences; and the generation And a second step of generating a code sequence having a new sequence length by connecting two or more of these code sequences in combinations that do not overlap in the same cell and between different cells.
本発明によれば、無線通信システムにおいて、各セルが非同期で動作した場合にも、周波数チャネルの衝突確率を低く抑えることができる。そして、生成した符号系列を接続することによって符号系列を長周期化し、隣接チャネル間の干渉を軽減することができる。 According to the present invention, in a wireless communication system, even when each cell operates asynchronously, the collision probability of frequency channels can be kept low. Then, by connecting the generated code sequence, the code sequence can be lengthened and interference between adjacent channels can be reduced.
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1Aは、本発明の実施の形態の周波数ホッピング系列生成方法を用いる無線通信システムの構成ブロック図である。 FIG. 1A is a configuration block diagram of a radio communication system using a frequency hopping sequence generation method according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の無線通信システムは、セル1及びセル2が、制御局30に通信路を介して接続されている。
In the wireless communication system of the present embodiment, the
セル1は、一つの親局21と複数の子局11A、11B及び11Cとから構成されている。親局21は、周波数ホッピングによって子局11A、11B及び11Cと無線通信する無線通信装置である。このセル1内では、同一の符号系列によるホッピング周波数を用い、親局21と、子局11A、11B及び11Cとは時分割によって異なる周波数を用いる。
The
なお、セル2は、セル1と同様に、一つの親局22と複数の子局12A、12B及び12Cとから構成されている。これらの構成はセル1と同様である。
Note that, similarly to the
制御局30は、セル1及びセル2のそれぞれに、予め定めた一意の識別子(ID)を設定する。そして、設定したIDに基づいた符号系列を設定する。
The
図1では、二つのセルが示されているが、これに限らず、さらに多くのセルを用いた無線通信システムであってもよい。 Although two cells are shown in FIG. 1, the present invention is not limited to this, and a wireless communication system using more cells may be used.
図1Bは、本発明の実施の形態の親局21及び子局11に備えられる無線部100の構成ブロック図である。
FIG. 1B is a configuration block diagram of the
無線部100は、親局21及び子局11の無線通信を制御する。
The
送信用のデータは、図示しない制御部からベースバンド信号としてローパスフィルタ101に入力される。ローパスフィルタ101は、ベースバンド信号の高周波成分を除去して、一次変調器102に入力する一次変調器は、入力された信号を高周波信号に変換して、周波数変換器103に入力する。
Data for transmission is input to the low-
一方で、FH(Frequency Hopping)系列生成器300は、周波数ホッピングのための符号系列を生成して、周波数シンセサイザ400に入力する。周波数シンセサイザ400は、この符号系列をホッピング同期した送信周波数に変換して、周波数変換器103に入力する。
On the other hand, an FH (Frequency Hopping)
周波数変換器103は、周波数シンセサイザから入力された送信周波数を元に、一次変調器から入力された高周波信号を送信信号に変換する、生成された送信信号は切替器500を介して、アンテナ600によって電波として送信される。
The
また、アンテナ600が受信した受信信号は、切替器500を介して周波数変換器203に入力される。周波数変換器203は、周波数シンセサイザから入力された送信周波数を元に、切替器500を介して入力された受信信号を高周波信号に変換する。変換された高周波信号はバンドパスフィルタ202に入力される。バンドパスフィルタ202は、入力された高周波信号から所定の周波数成分を除去して、一次復調器201に入力する。一次変調器201は、入力された信号をベースバンド信号に変換して、制御部に入力する。
Further, the received signal received by the
次に、FH系列生成器300によって生成される符号系列について説明する。
Next, a code sequence generated by the
FH系列生成器300は、2次変復調である周波数シンセサイザ400によって発生させる、各チャネルに対応した送信周波数の順序を決定する。
The
本発明の実施の形態の無線通信システムでは、前述した非特許文献1に記載のリードソロモン符号(数式1参照)を用いて符号系列を生成する。
In the wireless communication system according to the embodiment of the present invention, a code sequence is generated using the Reed-Solomon code (see Formula 1) described in Non-Patent
このリードソロモン符号による符号系列の生成多項式は、数式1に示す1次式によって表される。
A generation polynomial of a code sequence by this Reed-Solomon code is expressed by a linear expression shown in
ここで、P(i)はi番目の系列値、aは原始元と呼ばれる適切な固定値、Aは変数aiに関する1次係数値、Bは定数値、Qは系列値の数であり、位数とも呼ぶ。また、mod.Qは、式全体をQで剰余計算、すなわち、除算した余りを算出することを意味する。なお、生成多項式は必ずしも1次式には限定されない。 Here, P (i) is the i-th series value, a is an appropriate fixed value called a primitive element, A is a primary coefficient value for the variable ai, B is a constant value, Q is the number of series values, Also called a number. Also, mod. Q means a remainder calculation, that is, a remainder obtained by dividing the whole expression by Q. The generator polynomial is not necessarily limited to a linear expression.
なお、リードソロモン符号を用いた符号系列において、それを使用する無線通信システムのセルが非同期で動作した場合に、ホッピング周波数同士の衝突確率が大きく増大する場合がある。そこで、本発明の実施の形態では、セル間が非同期で動作した場合にも衝突確率を低くするために、系列を生成するための定数項Bを異なる値に設定する。 Note that in a code sequence using a Reed-Solomon code, when a cell of a wireless communication system that uses the code sequence operates asynchronously, the collision probability between hopping frequencies may greatly increase. Therefore, in the embodiment of the present invention, in order to reduce the collision probability even when the cells operate asynchronously, the constant term B for generating the sequence is set to a different value.
以下に、この場合の例を説明する。 An example of this case will be described below.
まず、一つめの系列「fh1、0」は、一次係数値Aを1、定数Bを0に設定する。そして、もう一方の系列「fh1、1」は、一次係数値Aを1、定数Bを1に設定する。この場合、各系列は、それぞれ図2に示す値をとる。 First, in the first series “fh1, 0”, the primary coefficient value A is set to 1 and the constant B is set to 0. The other series “fh1, 1” sets the primary coefficient value A to 1 and the constant B to 1. In this case, each series takes the values shown in FIG.
この場合は、各系列を用いるセル間が非同期で動作し、位相のシフトが生じた場合にも、完全に系列が一致する場合はない。 In this case, the cells using each series operate asynchronously, and even if a phase shift occurs, the series may not completely match.
なお、BはQ個の値(この例では0から16までの17個)を取り得るので、17個の系列を作成することができる。また、Aは1からQ−1までの任意の値に設定すればよい。 Since B can take Q values (17 in this example from 0 to 16), 17 sequences can be created. A may be set to any value from 1 to Q-1.
次に、FH系列生成器300の動作を説明する。
Next, the operation of the
図3は、本発明の実施の形態のFH系列生成器300の処理のフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart of processing of the
FH系列生成器300は、まず、符号系列の生成のためのパラメータを設定する。パラメータは、所望のホッピング数に等しい位数Q、任意の係数A、Qに対応した適切な原始元a、及び、定数Cである(ステップS301)。そして、Bに0を設定することによって、Bの値を初期化する(ステップS302)。
First,
次に、FH系列生成器300は、Bの値がQの値よりも小さいか否かを判定する(ステップS303)。そして、Bの値がQの値よりも小さい場合は、以降のステップS304乃至S308を繰り返す。
Next, the
まず、FH系列生成器300は、繰り返しのための変数iに0を設定することによってiを初期化する(ステップS304)。次に、この変数iの値がQ−1の値よりも小さいか否かを判定する(ステップS305)。そして、iの値がQ−1の値よりも小さい場合は、ステップS306に移行して、系列値PB(i)を、前述の数式1によって算出する。
First,
次に、FH系列生成器300は、変数iに1を加算してステップS305に戻る。そして、iの値がQ−1の値を超えるまで、ステップS306及びS307の処理を繰り返す。
Next, the
その後、ステップS305において、iの値がQ−1の値以上と判定した場合は、ステップS307に移行し、FH系列生成器300は、Bの値に定数Cを加算した新たな位数Bを算出して、ステップS303に戻る。なお、Cの値は、1からQ−1の範囲の整数値である。
Thereafter, if it is determined in step S305 that the value of i is equal to or greater than the value of Q-1, the process proceeds to step S307, and the
その後、ステップS303において、Bの値がQの値以上と判定した場合は、FH系列生成器300は、系列値生成の処理を終了する。
After that, if it is determined in step S303 that the value of B is equal to or greater than the value of Q, the
この結果、系列値Q−1個からなる符号系列がQ系列生成される。 As a result, a Q sequence consisting of Q-1 sequence values is generated.
次に、生成された符号系列を用いて長周期化する処理を説明する。 Next, a process for increasing the period using the generated code sequence will be described.
FH系列設定器300は、前述した図3のフローチャートによって、Q個の符号系列を生成する。ここで、通信の秘匿性を高めるために、符号系列を長周期化する場合を考える。
The FH
符号系列を長周期化するためには、系列値を増やせばよい。系列値を増やすためには位数Qの値を大きく数必要がある。しかし、位数Qの値を大きくすると系列値演算のための計算式が膨大となってしまう。そこで、生成した符号系列を用いて、セル毎に異なる符号系列を重複せずに接続することによって、長期化された新たな符号系列(拡張符号系列)を生成する。 In order to make the code sequence longer, the sequence value may be increased. In order to increase the series value, it is necessary to increase the order Q value. However, when the value of the order Q is increased, the calculation formulas for calculating the series value become enormous. Therefore, by using the generated code sequence, different code sequences for each cell are connected without overlapping, thereby generating a new code sequence (extended code sequence) that has been prolonged.
図4は、本発明の実施の形態の符号系列の接続の一例の説明図である。 FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of code sequence connection according to the embodiment of this invention.
図4の例は、セル数が5セルである無線通信システムにおける長周期化の一例である。 The example of FIG. 4 is an example of lengthening the period in a wireless communication system having 5 cells.
FH符号生成器300は、セル1ではまず系列1を適用し、系列1が一巡したら、次に系列6を接続する、そしてさらに系列11を接続する。
The
この結果、セル1に適用される系列値は、生成した符号系列の3倍の周期の系列値に拡張される。同様にして、セル2は、系列2、系列7及び系列12を接続する。セル3乃至セル5も同様に、他のセルと重複しない系列を接続する。
As a result, the sequence value applied to the
図5は、本発明の実施の形態のFH系列生成器300の長周期化の処理のフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart of the long period processing of the
FH系列生成器300は、長周期化の処理のためのパラメータを設定する。パラメータは、無線通信システムに含まれるセル数NC及び長周期化のために接続する系列の数を定める系列接続数NAである(ステップS501)。
The
次に、FH系列生成器300は、繰り返しのための変数iCに1を設定することによって初期化する(ステップS502)。そして、定数BをiCから1減算した値に設定する(ステップS503)。
Next, the
次に、FH系列生成器300は、iCの値がNCの値以下であるか否かを判定する(ステップS504)。そして、iCの値がNCの値を上回るまで、以降のステップS505乃至S511を繰り返す。
Next, the
まず、FH系列生成器300は、繰り返しのための変数kAに1を設定することによって初期化する(ステップS505)。そして、現在の定数Bの値に対応したPB系列をPiC系列に設定する(ステップS506)。なお、FH系列生成器300は、予め、NCにNAを乗じた数以上の数の定数BによるPB系列を作成しておく。
First, the
次に、FH系列生成器300は、変数kAの値がNAの値以下であるか否かを判定する(ステップS507)。そして、変数kAの値がNAの値を上回るまで、ステップS508乃至S511の処理を繰り返す。
Next, the
まず、ステップS508では、FH系列生成器300は、定数BにNCを加算した値に設定する。そして、PiC系列にPB系列を接続する(ステップS510)。その後、変数kAに1を加算して、ステップS507に戻る。
First, in step S508, the
このステップS508乃至S511の処理によって、NA個のPB系列が接続されたPiC系列が生成される。 By the processes in steps S508 to S511, a Pi C sequence in which N A P B sequences are connected is generated.
ステップS507において、変数kAの値がNAの値を上回ったと判定した場合は、ステップS509に移行する。FH系列生成器300は、変数iCの値を1加算した値に設定して、ステップS503に戻る。
If it is determined in step S507 that the value of the variable k A exceeds the value of N A , the process proceeds to step S509. The
このフローチャートによる処理の結果、NA個のPB系列が接続されたPiC系列が、NC個生成される。 As a result of the processing according to this flowchart, N C Pi C sequences to which N A P B sequences are connected are generated.
次に、ホッピング数を可変にするための処理を説明する。 Next, processing for changing the hopping number will be described.
各セルに用いられる符号系列は、系列長、すなわちホッピング数を大きくすると、それに対応して無線通信の秘匿性が増す。しかしながら、通信の秘匿性に応じてホッピング数を可変可能とする無線通信システムでは、ホッピング数を変更する毎に対応する系列を生成すると、FH系列生成器300の演算処理量が増大してしまう。
When the code length used for each cell is increased, that is, when the number of hoppings is increased, the confidentiality of wireless communication is correspondingly increased. However, in a wireless communication system in which the number of hops can be changed according to the confidentiality of communication, if a corresponding sequence is generated every time the number of hops is changed, the calculation processing amount of the
そこで、予め無線通信システムで規定されている最大のホッピング数によってホッピング系列を生成し、これを例えばルックアップテーブルやメモリに保存しておく。そして、保存された系列から、通信時用いる所望のホッピング数の系列に変換する。 Therefore, a hopping sequence is generated in advance with the maximum number of hoppings defined in the wireless communication system, and is stored in, for example, a lookup table or a memory. Then, the stored sequence is converted into a sequence of a desired hopping number used during communication.
図6は、本発明の実施の形態のホッピング数変更の処理のフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart of processing for changing the hopping number according to the embodiment of this invention.
この処理は、無線通信システムにおいて通信を開始する前段階の処理として実行される。 This process is executed as a process before the start of communication in the wireless communication system.
FH系列生成器300は、最初に、ホッピング数変更のためのパラメータを設定する(ステップS601)。パラメータは、無線通信システム内で規定されている最大ホッピング数NHmaxと、通信時に使用する所望のホッピング数NHである。最大ホッピング数NHmaxは、無線通信システムの帯域幅によって決定される。
First, the
次に、FH系列生成器300は、NHmaxを位数とした符号系列を生成する(ステップS602)。この処理は前述した図3のフローチャートと同じである。FH系列生成器300は、生成された符号系列(NHmax)を、親局21又は子局11のFH系列生成器300に備えられているメモリ等に格納する。なお、符号系列(NHmax)を他の装置によって生成してもよい。また、メモリは、親局21又は子局11に備えられている情報を記憶可能な装置であればどのような構成であってもよい。
Next, the
次に、無線通信開始時に、生成された符号系列(NHmax)から、所望のホッピング数であるNによる符号系列(NH)を生成する。具体的には、生成された符号系列(NHmax)の各系列値にNHによって剰余計算をする。この結果、系列値がNH以下の値となる符号系列が生成される。 Next, at the start of wireless communication, a code sequence (N H ) by N which is a desired hopping number is generated from the generated code sequence (N Hmax ). Specifically, a remainder calculation is performed on each sequence value of the generated code sequence (N Hmax ) using N H. As a result, a code sequence whose sequence value is equal to or less than NH is generated.
このように、予め、無線通信システム内で規定されている最大のホッピング数の符号系列を作成しておけば、通信を開始する毎に符号系列生成のための処理量の多い演算(数式1)を行うことなく、演算量の比較的少ない剰余計算のみで所望の符号系列を生成することができる。 As described above, if a code sequence having the maximum number of hoppings defined in the wireless communication system is created in advance, an operation with a large amount of processing for generating a code sequence every time communication is started (Formula 1) Without performing the above, it is possible to generate a desired code sequence with only a relatively small remainder calculation.
なお、剰余計算ではなく、最大ホッピング数によって生成した符号系列(NHmax)から、所望のホッピング数を越える値を除外した系列を生成してもよい。具体的には、最大ホッピング数による系列値の数が100であり、所望のホッピング数が10である場合は、系列値100のうち、下位10の系列値のみを取得した符号系列を生成し、上位90の系列値を除外する。
Instead of the remainder calculation, a sequence excluding values exceeding the desired hopping number may be generated from the code sequence (N Hmax ) generated by the maximum hopping number. Specifically, when the number of sequence values based on the maximum hopping number is 100 and the desired hopping number is 10, a code sequence in which only the lower 10 sequence values of the
このようにすることで、系列値の生成における演算量を少なくすることができる。 By doing so, it is possible to reduce the calculation amount in generating the series value.
次に、本発明の実施の形態の数値シミュレーションによる効果について説明する。 Next, the effect by the numerical simulation of the embodiment of the present invention will be described.
まず、二つの系列px(i)とpy(i)との衝突確率の演算を説明する。 First, the calculation of the collision probability between the two sequences p x (i) and p y (i) will be described.
二つの系列の衝突確率は、次の数式2及び数式3によって算出される。数式2はチャネル間の系列値の一致を示す演算式であり、数式3は、チャネル間の系列値の隣接を示す演算式である。
The collision probability of the two sequences is calculated by the following
なお、数式2及び数式3において、x及びyは、系列の生成に使用する定数B、iはべき乗数、すなわち系列内の順番に対応する値とする。
In
さらに、この数式2及び数式3から、次の数式4によって、二つの系列間の「一致」数及び「隣接」数をカウントし、系列組合せ数と系列長とで正規化した一致確率及び隣接確率を算出する。
Further, from
なお、Pij(k)は、系列i番目とj番目の衝突カウント、kは、非同期を想定した位相のずれの離散値、NCはセル数を示す。また、NCC2は、NC個のうちの2個を取り出す組合せ数である。 Note that P ij (k) is the sequence i-th and j-th collision count, k is a discrete value of phase shift assuming asynchrony, and N C is the number of cells. NC C 2 is the number of combinations for extracting two of N C pieces.
図7は、前述の図6のフローチャートによって剰余計算した場合と、剰余計算をしなかった場合との衝突確率を比較したシミュレーション結果の一例の説明図である。なお、この例では、シミュレーション条件を、ホッピング数19、101及び601の場合において、それぞれ、セル数を3、系列接続数を6としたシミュレーションの結果である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of an example of a simulation result comparing collision probabilities when the remainder calculation is performed according to the flowchart of FIG. 6 described above and when the remainder calculation is not performed. In this example, the simulation conditions are the results of a simulation where the number of cells is 3 and the number of series connections is 6 in the case of hopping
図7において、再剰余無し、すなわち剰余計算を行わなかった場合において、一致確率を丸で示し、隣接確率を四角で示す。これらは、ホッピング数19、101及び601を位数として生成した系列を用いて前述の数式1乃至4を用いて算出したシミュレーション結果である。
In FIG. 7, when there is no re-residue, that is, when the remainder calculation is not performed, the matching probability is indicated by a circle and the adjacent probability is indicated by a square. These are simulation results calculated using the above-described
一方、再剰余有り、すなわち剰余計算を行った場合において、一致確率を点線で示し、隣接確率を一点鎖線で示す。これらは、最大ホッピング数1201を位数として生成した系列を用いて、各々のホッピング数に対応した剰余計算を行った系列を用いて算出したシミュレーション結果である。 On the other hand, when there is a remainder, that is, when remainder calculation is performed, the matching probability is indicated by a dotted line, and the adjacent probability is indicated by a one-dot chain line. These are the simulation results calculated using the series generated by calculating the remainder corresponding to each hopping number using the series generated with the maximum hopping number 1201 as the order.
図7に示すように、一致確率及び隣接確率のいずれにおいても、剰余計算を行った場合と行わなかった場合の衝突確率は同等である。すなわち、最大ホッピング数によって生成した符号系列から剰余計算によって生成された系列は、少ない演算量で生成することができるにもかかわらず、衝突確率は劣化しない。 As shown in FIG. 7, the collision probability when the remainder calculation is performed is the same as that when the remainder calculation is not performed in both the matching probability and the adjacent probability. That is, although the sequence generated by the remainder calculation from the code sequence generated by the maximum hopping number can be generated with a small amount of computation, the collision probability does not deteriorate.
次に、前述した符号系列の演算式の変形例を説明する。 Next, a modified example of the above-described code sequence arithmetic expression will be described.
前述した数式1によって符号系列を生成する場合に、ホッピング数に対応するiがaの指数であるために、ホッピング数が数百や数千のオーダとなった場合は、一般的な計算機ではべき乗演算がオーバーフローしてしまう。そのため、符号系列の算出が不可能となってしまう。そこで、本発明の実施の形態では、前述の数式1を、次の数式5に示すようなプロセスによって、漸化式に変形する。
When the code sequence is generated by the above-described
この数式5に示す漸化式を用いることで、べき乗計算が不要となる。この場合、初期値として、a=0としたp(0)を数式6によって算出する。
By using the recurrence formula shown in
その後、iの値を1つずつ増加させることによって、p(i)を順次計算し、再帰的に系列値が求められる。 Thereafter, by incrementing the value of i one by one, p (i) is calculated sequentially, and the series value is obtained recursively.
図8は、この数式5及び数式6を、論理回路によって実現する構成ブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration in which
この論理回路を、FH系列生成器300にソフトウェア又はハードウェアによって実装することによって、ホッピング数が増大した場合にも、オーバーフローすることなく符号系列を算出可能となる。
By mounting this logic circuit on the
まず、最初に初期値P(0)を入力する。この初期値P(0)は加算器301によってBが減算され、乗算器302によってaが乗算され、さらに、加算器303によってBが加算されて算出された値から、剰余計算器304によって、Qによる剰余計算がされる。この計算結果がP(1)となる。
First, an initial value P (0) is input first. The initial value P (0) is subtracted by B by the
次に、算出されたP(1)を加算器301に入力することによって、演算を繰り返してP(2)が求まる、以下、この値を再帰的に演算することによって、P(i)系列が作成される。
Next, by inputting the calculated P (1) to the
次に、チャネル間干渉の軽減について説明する。 Next, reduction of inter-channel interference will be described.
隣接したチャネル間における系列値の干渉を軽減させるために、異なる符号系列間での隣接値衝突確率を低減することが必要となる。そのためには、前述した図3のフローチャートの処理において、異なる符号系列の定数項Bを2以上異ならせることが効果的である。すなわち、図3おいて、定数CをC>=2として、異なる系列を作成する。 In order to reduce the interference of sequence values between adjacent channels, it is necessary to reduce the adjacent value collision probability between different code sequences. For this purpose, it is effective to change the constant term B of different code sequences by two or more in the process of the flowchart of FIG. 3 described above. That is, in FIG. 3, different series are created with the constant C set to C> = 2.
図9は、図3において、定数Cを1に設定した場合と、定数Cを2に設定した場合とのシミュレーション結果の一例の説明図である。 FIG. 9 is an explanatory diagram of an example of a simulation result when the constant C is set to 1 and when the constant C is set to 2 in FIG.
図9(a)は、ホッピング数601、セル数3(即ち系列数3)、系列接続数3、A=1、C=1とした場合の系列を生成し、この系列の位相を前後に一つずつ5つまでシフトさせた二つの系列を生成し、その衝突確率を算出した結果である。
FIG. 9A shows a sequence generated when the number of hopping 601, the number of cells 3 (that is, the number of sequences 3), the number of
また、図9(b)は、ホッピング数601、セル数3(即ち系列数3)、系列接続数3、A=1、C=2とした場合の系列を生成し、この系列の位相を前後に一つずつ5つまでシフトさせた二つの系列を生成し、その衝突確率を算出した結果である。
FIG. 9B shows a sequence generated when the number of hopping 601, the number of cells 3 (that is, the number of sequences 3), the number of
この図9に示すように、チャネル間の一致確率は、図9(a)と図9(b)との差はあまりない。すなわち、Bの値に関わらず位相ずれの影響は少ない。しかし、チャネル間の隣接確率は、図9(a)では約0.3であるのに対し、図9(b)では、約0.003となっている。 As shown in FIG. 9, the matching probability between channels is not much different between FIG. 9 (a) and FIG. 9 (b). That is, the influence of the phase shift is small regardless of the value of B. However, the adjacent probability between the channels is about 0.3 in FIG. 9A, whereas it is about 0.003 in FIG. 9B.
従って、Cの値を2以上に設定することによって、隣接確率を大幅に減少させることができる。これは、Cの値を1に設定すると、異なるチャネル間では系列値が1だけずれた系列が生成される。これに対して、Cの値を2に設定すると、異なるチャネル間では系列値が2以上ずれた系列が生成されるためである。従って、Cの値を2に設定した方がチャネル間の隣接確率の低い符号系列を生成することができる。なお、Cの値を3以上とした場合にも系列値が3以上ずれるため隣接確率が低くなるが、系列値の数がそれに伴い小さくなってしまう。 Therefore, by setting the value of C to 2 or more, the adjacent probability can be greatly reduced. This is because, when the value of C is set to 1, sequences with different sequence values by 1 are generated between different channels. On the other hand, if the value of C is set to 2, sequences with different sequence values by 2 or more are generated between different channels. Therefore, it is possible to generate a code sequence having a lower adjacent probability between channels when the value of C is set to 2. Even when the value of C is 3 or more, the sequence value is shifted by 3 or more and the adjacent probability is lowered, but the number of sequence values is reduced accordingly.
次に、生成した符号系列を各セルに割り当てる方法を説明する。 Next, a method for assigning the generated code sequence to each cell will be described.
前述のように、符号系列をどのように生成するかによって、チャネル間の符号値の一致又は隣接干渉を低減した。 As described above, the code value matching or adjacent interference between channels is reduced depending on how the code sequence is generated.
周波数ホッピングを使用する無線通信システムにおいて、設定された符号系列の系列値を、各セルの対応する周波数チャネルに割り当てる。このとき、一致衝突及び隣接チャネル間干渉をさらに軽減させるため、次にように系列値を各チャネルに割り当てる。 In a wireless communication system using frequency hopping, a set code sequence value is assigned to a corresponding frequency channel of each cell. At this time, in order to further reduce the coincidence collision and the interference between adjacent channels, a sequence value is assigned to each channel as follows.
図10は、本発明の実施の形態の、各セルに割り当てる符号値の説明図である。 FIG. 10 is an explanatory diagram of code values assigned to each cell according to the embodiment of this invention.
なお、図10に示す例では、無線通信システムにおいて三つのセルが構成されており、周波数チャネルが24チャネル、符号値が1〜4、すなわちホッピング数を4に設定する。なお、各セルへの系列値の割当ては、制御局30が実行する。
In the example shown in FIG. 10, three cells are configured in the wireless communication system, the frequency channel is set to 24 channels, the code value is set to 1 to 4, that is, the hopping number is set to 4. The
制御局30は、まず、符号値1を、セル1ではチャネル1に割当て、セル2では、セル1に割り当てたチャネルよりも一つ隔てたチャネル3に割当て、セル3ではセル2に割り当てたチャネルよりも一つ隔てたチャネル5に割り当てる。
First, the
このように符号値を割り当てることによって、各セルが同じ符号値1である場合にも、各セルは一つ隔てた異なる周波数チャネルを使用するため、チャネル間の符号値の一致が回避され、隣接チャネル間干渉の影響も発生しない。
By assigning code values in this way, even when each cell has the
次に、セル間で時間分割を用いた系列値の割当てを説明する。 Next, sequence value allocation using time division between cells will be described.
ここでは、同じセル内で同一の符号系列を使用する時分割方式の無線通信システムについて考える。この場合は、送信側と受信側とで、使用する符号系列と符号系列中の位置、すなわちホッピング周波数とを一致させるように設定することによって、ホッピング周波数のサーチ時間が節約できる。従って、高速な同期捕捉が可能となる。 Here, a time division wireless communication system using the same code sequence in the same cell is considered. In this case, the search time of the hopping frequency can be saved by setting the code sequence to be used and the position in the code sequence, that is, the hopping frequency, to coincide on the transmission side and the reception side. Therefore, high-speed synchronization acquisition is possible.
ここでは、セル毎に一意に設定された識別子(ID:Identification)情報と、時間情報との二つの情報を用いて符号系列値を設定する。 Here, the code sequence value is set using two pieces of information, that is, identifier (ID) information uniquely set for each cell and time information.
図11は、本発明の実施の形態のID情報及び時間情報の割当ての一例の説明図である
無線通信システムにおいて、セル毎に一意に設定されたID情報が設定される。このID情報は、同じセルに含まれる無線通信装置(親局及び子局)は、同一のID番号が予め設定されている。さらに、同一のセルの無線通信装置は、無線通信システムの立ち上げ時に同期した時間情報を持つ。なお、各無線通信装置が、時間情報をGPS(Global Positioning System)によって随時取得して、時間情報を同期させてもよい。
FIG. 11 is an explanatory diagram of an example of allocation of ID information and time information according to the embodiment of this invention. In the wireless communication system, ID information uniquely set for each cell is set. As for this ID information, the same ID number is set in advance for the wireless communication devices (master station and slave station) included in the same cell. Further, the wireless communication devices in the same cell have time information synchronized when the wireless communication system is started up. Each wireless communication device may acquire time information from time to time by GPS (Global Positioning System) and synchronize the time information.
そして、各無線通信装置において、ID情報と時間情報とに基づいて使用する系列値を決定して、その系列値に対応するホッピング周波数を用いて送受信処理を行う。 Then, in each wireless communication device, a sequence value to be used is determined based on the ID information and time information, and transmission / reception processing is performed using a hopping frequency corresponding to the sequence value.
なお、ID情報はパスワードのように適宜設定を変更することができる。また、時間情報はシステム立ち上げ時を0として現時刻との相対時間を用いる。又は、システム立ち上げ時にパスワードとして恣意的な時刻を設定してもよい。 Note that the ID information can be appropriately changed like a password. The time information uses a relative time with respect to the current time with the system startup time set to zero. Alternatively, an arbitrary time may be set as a password when the system is started up.
図11の例では、セル2に属している無線通信装置は、符号系列ID2に対応しており、その符号系列ID2は、時間がT7である場合に、ID2系列のch7の符号系列を用いて周波数ホッピングによる通信を行う。なお、設定時間に軽微な誤差が発生している場合は、各無線通信装置において、同期捕捉処理を実行して周波数ホッピングを同期することができる。
In the example of FIG. 11, the wireless communication device belonging to the
図12は、本発明の実施の形態の処理手順の例を示す。 FIG. 12 shows an example of a processing procedure according to the embodiment of the present invention.
まず、制御局30は、各セル毎に一意の識別子であるID情報と、現在の時間時間とを設定する(ステップS1201)。
First, the
次に、制御局30は、無線通信システム内の任意のセルに関し、当該セルのID情報を取得し、取得したID情報に対応する符号系列を決定する(ステップS1202)。
Next, the
次に、制御局30は、時間情報を取得し、取得した時間情報に対応する符号系列中の符号位置を決定する(ステップS1203)。
Next, the
そして、制御局30は、ステップS1202及びS1203で決定した符号系列とその中の符号位置から、当該セルに適用する符号値を生成する(ステップS1204)。
And the
そして、制御局30は、図11に示すような対応表から、セルのID情報と、時刻情報とに対応する周波数チャネルを決定する(S1205)。決定された周波数チャネルは、制御局30から、親局21又は22を介して、各子局11又は12に通知される。
Then, the
以上の処理によって、ID情報及び時間情報から、そのセルが使用する符号系列を決定する。 Through the above processing, the code sequence used by the cell is determined from the ID information and the time information.
次に、符号系列の生成の他の例を説明する。 Next, another example of generating a code sequence will be described.
前述したように、符号系列の生成にはリードソロモン符号を用いた。これに対して、他のオプションによって算出された符号系列を用いることも可能である
以下に、OCC(One‐Coincidence Code)符号による符号系列の例を説明する。なお、OCC符号は、横山光雄 著、「スペクトル拡散通信システム」、科学技術出版社、昭和63年、pp.437−440に述べられている。
As described above, the Reed-Solomon code is used to generate the code sequence. On the other hand, it is also possible to use code sequences calculated by other options. Examples of code sequences using OCC (One-Coincidence Code) codes will be described below. The OCC code is written by Mitsuo Yokoyama, “Spread Spectrum Communication System”, Science and Technology Publishers, 1988, pp. 437-440.
OCC符号による符号系列は、次の数式7によって算出される。 A code sequence based on the OCC code is calculated by the following Expression 7.
数式7は、素数7に基づいたOCC符号によって生成した符号系列である。なお、系列値の数、系列長及び系列数は全て6となる。 Equation 7 is a code sequence generated by an OCC code based on the prime number 7. The number of sequence values, the sequence length, and the number of sequences are all 6.
OCC符号は非同期動作にも衝突確率の低い符号系列が生成されるという利点がある。しかし、前述のようにリードソロモン符号を用いて図3のフローチャートの処理によって生成された符号系列と比較すると、OCC符号によって生成された符号系列は、系列数が1つ少なくなる。 The OCC code has an advantage that a code sequence having a low collision probability is generated even in an asynchronous operation. However, as compared with the code sequence generated by the processing of the flowchart of FIG. 3 using the Reed-Solomon code as described above, the code sequence generated by the OCC code has one less number of sequences.
なお、前述の図4及び5で説明したように、生成したOCC符号系列から長周期の系列を作成するために、複数の系列を接続することもできる。例えば、fhOCC1とfhOCC4、fhOCC2とfhOCC5、及び、fhOCC3とfhOCC6とを接続する。この結果、次に示す数式8のような、元の符号系列の二倍の周期の符号系列が、三つ得られる。
As described with reference to FIGS. 4 and 5, a plurality of sequences can be connected in order to create a long-period sequence from the generated OCC code sequence. For example, fh OCC1 and fh OCC4 , fh OCC2 and fh OCC5 , and fh OCC3 and fh OCC6 are connected. As a result, three code sequences having a period twice as long as the original code sequence are obtained as shown in
なお、同様に、生成されたOCC符号系列から、図6に示す処理を適用して、ホッピング数を変更することもできる。また、同様に、図10、図11において説明したような、符号系列の割当てを適用することもできる。 Similarly, the number of hops can be changed from the generated OCC code sequence by applying the process shown in FIG. Similarly, code sequence assignment as described in FIGS. 10 and 11 can also be applied.
以上のように、本発明の実施の形態の無線通信システムでは、周波数ホッピングに用いる符号系列を、リードソロモン符号の多項式の定数項が異なる系列を生成するので、隣接チャネル間衝突を低減することができる。そして、生成した符号系列を所定の組合せによって接続して、符号系列の符号値を長周期化することによって、秘匿性を高めることができると共に、周波数チャネルの一致衝突を低減することが可能となる。さらに、符号系列をシステム内の各セルに割り当てる際に、周波数チャネルの間隔を一つ以上隔てて符号値を割り当てるので、周波数チャネルにおける一致や隣接を低減することができる。またさらに、符号系列をシステム内の各セルに割り当てる際に、セル毎のID情報と時刻情報とによって適用する符号系列の周波数チャネルを切り替えることで、周波数チャネルにおける一致や隣接をより低減することができる。またさらに、符号系列の生成は、リードソロモン符号に限らず、OCC符号等、さまざまな符号方式を用いることができる。 As described above, in the radio communication system according to the embodiment of the present invention, the code sequence used for frequency hopping is generated with a sequence having different constant terms of the polynomial of the Reed-Solomon code, so that collision between adjacent channels can be reduced. it can. Then, by connecting the generated code sequences in a predetermined combination and lengthening the code values of the code sequences, it is possible to improve confidentiality and reduce frequency channel coincidence collisions. . Further, when assigning code sequences to each cell in the system, code values are assigned with one or more frequency channel intervals, so that matching and adjacency in frequency channels can be reduced. Furthermore, when assigning a code sequence to each cell in the system, by switching the frequency channel of the code sequence to be applied according to the ID information and time information for each cell, it is possible to further reduce matching and adjacency in the frequency channel. it can. Furthermore, the generation of the code sequence is not limited to the Reed-Solomon code, and various code systems such as an OCC code can be used.
本発明は周波数ホッピング方式を適用する無線通信システム全般に適用可能である。周波数ホッピング方式を使用するシステムとして、例えば、Bluetoothや無線LAN(IEEE802.11)等への適用ができる。また、特にホッピング数が極めて少ないシステムやホッピング数が可変のシステムにおいて、本発明による効果が高い。 The present invention is applicable to all wireless communication systems to which a frequency hopping method is applied. As a system using the frequency hopping method, for example, it can be applied to Bluetooth, wireless LAN (IEEE802.11), and the like. In particular, the effect of the present invention is high in a system with a very small number of hops and a system with a variable number of hops.
1、2 セル
11A、11B、11C、12A、12B、12C 子局
21、22 親局
30 制御局
100 無線部
300 FH系列生成器
1, 2
Claims (11)
複数の異なる符号系列を生成する第1のステップと、
重複しない組合せによって二つ以上の前記生成された符号系列を接続することによって、新たな長さの符号系列を生成する第2のステップとを備えることを特徴とする符号系列の生成方法。 A wireless communication device that performs spread spectrum communication of a frequency hopping method in which a plurality of carriers having different frequencies are sequentially switched based on a code value of a code sequence to transmit and receive signals, a cell including a plurality of the wireless communication devices, and the cell A method for generating the frequency hopping code sequence in a wireless communication system comprising:
A first step of generating a plurality of different code sequences;
A code sequence generation method comprising: a second step of generating a code sequence of a new length by connecting two or more of the generated code sequences by a combination that does not overlap.
セルにおける最大の符号系列長によって、複数の異なる符号系列を予め生成し、前記生成された符号系列を記憶し、
前記記憶された符号系列を所定の値によって剰余計算して、新たな系列長の符号系列を生成する、又は、前記記憶された符号系列のうち所定の長さを超える符号値を削除して、新たな長さの符号系列を生成することを特徴とする請求項1に記載の符号系列の生成方法。 The first step includes
A plurality of different code sequences are generated in advance according to the maximum code sequence length in the cell, and the generated code sequences are stored,
The remainder of the stored code sequence is calculated by a predetermined value to generate a code sequence having a new sequence length, or a code value exceeding a predetermined length is deleted from the stored code sequence, The code sequence generation method according to claim 1, wherein a code sequence having a new length is generated.
前記対応関係に基づいて、前記セル内の無線通信装置の符号系列を設定するステップと、を備えることを特徴とする請求項1に記載の符号系列の生成方法。 Setting a unique identifier for the cell, and setting a correspondence between the identifier and a code sequence per unit time;
The code sequence generation method according to claim 1, further comprising: setting a code sequence of a wireless communication device in the cell based on the correspondence relationship.
前記符号系列を生成する符号系列生成部を備え、
前記符号系列生成部は、
セルにおける最大の符号系列長によって、複数の異なる符号系列を予め生成し、前記生成された符号系列を記憶し、
前記記憶された符号系列を所定の値によって剰余計算して、新たな系列長の符号系列を生成する、又は、前記記憶された符号系列のうち所定の系列長を超える符号値を削除して、新たな系列長の符号系列を生成することを特徴とする無線通信装置。 In a wireless communication device that performs spread spectrum communication of a frequency hopping method in which a plurality of carriers having different frequencies are sequentially switched based on a code value of a code sequence to transmit and receive signals,
A code sequence generation unit for generating the code sequence;
The code sequence generator is
A plurality of different code sequences are generated in advance according to the maximum code sequence length in the cell, and the generated code sequences are stored,
The remainder of the stored code sequence is calculated by a predetermined value to generate a code sequence having a new sequence length, or a code value exceeding a predetermined sequence length is deleted from the stored code sequence, A radio communication apparatus that generates a code sequence having a new sequence length.
前記制御局は、
セル毎に、一つの系列値を、一つ以上の周波数チャネルの間隔を隔てて異なる周波数チャネルに割り当てることによって、セル内の無線通信装置の符号系列を設定することを特徴とする無線通信システム。 A wireless communication device that performs spread spectrum communication of a frequency hopping method in which a plurality of carriers having different frequencies are sequentially switched based on a code value of a code sequence to transmit and receive signals, a cell including a plurality of the wireless communication devices, and the cell In a wireless communication system comprising a control station that controls a code sequence used,
The control station
A radio communication system, wherein a code sequence of a radio communication device in a cell is set by assigning one sequence value to different frequency channels at intervals of one or more frequency channels for each cell.
前記セルに対する一意の識別子を設定し、前記識別子と単位時間毎の符号系列との対応関係を設定し、
前記対応関係に基づいて、前記セル内の無線通信装置の符号系列を設定することを特徴とする請求項10に記載の無線通信システム。 The control station
Set a unique identifier for the cell, set the correspondence between the identifier and a code sequence per unit time,
The wireless communication system according to claim 10, wherein a code sequence of the wireless communication device in the cell is set based on the correspondence relationship.
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