JP2508595B2 - スペクトラム拡散方式およびスペクトラム拡散送信機 - Google Patents

スペクトラム拡散方式およびスペクトラム拡散送信機

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JP2508595B2 JP17351893A JP17351893A JP2508595B2 JP 2508595 B2 JP2508595 B2 JP 2508595B2 JP 17351893 A JP17351893 A JP 17351893A JP 17351893 A JP17351893 A JP 17351893A JP 2508595 B2 JP2508595 B2 JP 2508595B2
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    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
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  • Time-Division Multiplex Systems (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスペクトラム拡散方式お
よびこのスペクトラム拡散方式を用いるスペクトラム拡
散送信機に関し、特に地上局において小口径アンテナを
用いる衛星通信システム,例えばVSAT衛星通信シス
テム等に好適なスペクトラム拡散方式およびスペクトラ
ム拡散送信機に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種のスペクトラム拡散方式と
して、米国特許4455651(“SATELLITE
COMMUNICATIONS SYSTEM AN
D APPARATUS(衛星通信システムおよびその
装置)”,by PAUL BRAUN,JUNE,1
9,1984)が開示されている。この衛星通信システ
ムは、低価格の衛星通信システムを構築するために、地
上局の送受信アンテナに小口径アンテナを用いるととも
に、小口径アンテナの採用に伴なう通信品質の劣化を補
うため、直接拡散方式のスペクトラム拡散方式により送
信データの変調を行っている。この衛星通信システムの
地上局は、送信データを256倍程度の拡散率,即ちチ
ップレート速度fc対データ速度fsでスペクトラム拡
散したうえ、BPSK変調(2値位相変調)して衛星局
に送信する。
【0003】一方、北米等で運用されているVSATシ
ステムは、データ速度fs=64Kbps程度の通信回
線の場合には、アンテナ直径1m,送信出力1W程度の
地上局を設置すると、スペクトラム拡散の必要なく十分
な品質(FCC規格を満足する通信品質)の通信回線を
構成できる。いま、アンテナのさらなる小口径化を図っ
てアンテナ直径を0.5m程度にすると、このVSAT
システムでは、上記規格を満足させるため、スペクトラ
ム拡散によるアンテナ軸外のスペクトラム電力密度(1
Hz帯域当りの電力)低減を必要とする。このときの帯
域拡散率(以下、拡散率)Nは、アンテナの利得差が6
dB=20log(1/0.5)dBであることから、
高々数倍(N=4〜8)程度あればよい。
【0004】いま、上述のような小さな拡散率,例えば
拡散率N=4の場合を例にとって、スペクトラム拡散信
号のスペクトラムを検証してみる。
【0005】拡散率N=4とすると、一般には拡散符号
PNの周期を4にとる。この4ビット長さの拡散符号P
Nで十分滑らかにスペクトラム拡散できたスペクトラム
拡散信号を得られるかどうかが、ピーク・スペクトラム
電力密度の低減のために重要ある。例えば、拡散符号P
N=“0000”および“1111”は輝線スペクトラ
ムとなり、これらの拡散符号PNを用いるとスペクトラ
ム拡散信号のスペクトラムは拡散しない。拡散符号PN
=“1010”および“0101”はやはり2本の輝線
スペクトラムとなり、これらの拡散符号PNを用いると
スペクトラム拡散信号は“でこぼこ”となる。また、拡
散符号PN=“1100”および“0011”を用いる
スペクトラム拡散信号のスペクトラムはやはり輝線スペ
クトラムとなる。拡散率N=4の場合には、上述の他に
10種類の拡散符号PNがあるが、これらの拡散符号P
Nのスペクトラムも十分な連続性を持たない。
【0006】図4はデータ列をスペクトラム拡散なしに
BPSK変調したときのBPSK波のスペクトラム電力
密度を示す図である。
【0007】この図の横軸は、BPSK波の中心周波数
f0(伝送速度=0)を中心として±4シンボルレート
の帯域を示している。なお、BPSK波のシンボルレー
トはデータ列のビットレートに等しい。このBPSK波
のスペクトラムは、シンボルレートに対応する周波数
(±1.25目盛)間隔でヌルが存在し、BPSK波の
中心周波数f0のスペクトラムと第1番目のスペクトラ
ムの山との差は、周知のとおり、13dBとなってい
る。
【0008】図5は上述した拡散率N=4の拡散符号P
Nによるスペクトラム拡散信号をBPSK変調したとき
のBPSK波のスペクトラム電力密度を示す図である。
【0009】このスペクトラム拡散されたBPSK波で
は、第1番目の山のスペクトラムと第2番目のスペクト
ラムの山との差が9dBであり、しかもスペクトラムの
ピーク値は、図3から殆ど変わっていない。信号帯域を
4倍に拡張した場合、拡散スペクトラムの最大電力密度
は1/4(6dB)に低減されるのが理想であるが、こ
のBPSK波は、拡散符号PNの拡散符号長が短かいた
め、最大電力密度が理想値の1/2(3dB)にしか低
減されていない。この結果、この衛星通信システムは、
上述のスペクトラム拡散方式を用いると、上記FCC規
格における上記BPSK波のアンテナ軸外輻射規格を満
足させることが困難である。
【0010】上記スペクトラム拡散方式のスペクトラム
滑らかさを達成するためには、拡散符号長PNを100
〜1000程度にする,つまり開示のスペクトラム拡散
方式のように、拡散率Nを大きくすることが考えられ
る。しかし、この場合にはスペクトラム拡散信号の信号
帯域が大幅に増加するので、このスペクトラム拡散方式
を用いた送信機は、衛星局の共同利用時における隣接信
号への干渉をもたらす恐れが生じる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の第1の
目的は、従来のスペクトラム拡散方式の欠点を解消する
ことにあり、拡散率Nが小さくともスペクトラム拡散を
十分滑らかに行うことができるスペクトラム拡散方式を
提供することにある。
【0012】また、本発明の第2の目的は、小口径アン
テナを使用する衛星通信システム等に好適なスペクトラ
ム拡散方式およびこのスペクトラム拡散方式を用いるス
ペクトラム拡散送信機を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明のスペクトラム拡
散方式は、データ速度fsの入力データ列を前記データ
速度fsのN(Nは2以上の整数)倍のチップレート速
度fcのスペクトラム拡散信号に変換するスペクトル拡
散器を有するスペクトラム拡散方式であって、前記スペ
クトラム拡散器が、前記入力データ列の連続するNビッ
トをN列のパラレルデータ列に変換するシリアルパラレ
ル変換手段と、前記パラレルデータ列の同一タイムスロ
ットの各1ビットから前記入力データ列の連続するNビ
ットがN回繰り返すN2 ビットのシリアルデータ列を生
じるパラレルシリアル変換手段と、符号長N2 ビットの
拡散符号を発生する拡散符号発生手段と、前記シリアル
データ列を前記拡散符号でスペクトラム拡散して前記ス
ペクトラム拡散信号を生じるスペクトラム拡散手段とを
備える。
【0014】また、前記スペクトラム拡散方式は、前記
シリアルパラレル変換手段が、前記入力データ列ととも
に入力されるクロック速度fsのクロックに同期して前
記入力データ列の連続するNビットを格納するシリアル
シフトレジスタと、前記クロックを1/Nに分周する1
/N分周回路と、前記シリアルシフトレジスタに同一タ
イムスロットで格納された前記入力データ列の連続する
Nビットのデータの各各を前記1/N分周されたクロッ
ク対応で格納して前記入力データ列におけるNビットご
とに前記パラレルデータ列を生じるシフトレジスタとを
備え、前記パラレルシリアル変換手段が、前記1/N分
周されたクロックに同期してこのクロックをN2 分周し
たクロック速度fcのチップクロック信号を生じるN2
分周回路と、前記チップクロック信号に応答して前記パ
ラレルデータ列の各各のデータを速度fcで順番に読み
だし前記シルアルデータ列を生じるパラレルシリアル変
換回路とを備え、前記拡散符号発生手段が、前記チップ
クロック信号に同期して前記拡散符号を発生する構成を
採ることができる。
【0015】さらに、本発明のスペクトラム拡散送信機
は、搬送波信号を前記スペクトラム拡散器からの前記ス
ペクトラム拡散信号で変調して衛星局に送信する送信回
路を備える。
【0016】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
【0017】図1は本発明の一実施例によるスペクトラ
ム拡散送信機の構成図である。図2はこの実施例におけ
る主要信号のタイミングチャートを示している。
【0018】図1および図2を参照すると、このスペク
トラム拡散送信機のスペクトラム拡散器1は、シリアル
形式の入力データ列S1をN=4倍の拡散率でスペクト
ラム拡散してスペクトラム拡散信号S4を生じ、このス
ペクトラム拡散信号S4を変調器2に送る。変調器2
は、自己の発生する搬送波信号をこのスペクトラム拡散
信号S4でBPSK変調し、BPSK波S5を生じる。
BPSK波S5は送信回路3によって適切な送信周波
数,レベルおよび信号帯域に整えられて送信信号S6と
され、送信信号S6はアンテナ4によって衛星局(図示
せず)に向けて送信される。
【0019】上記衛星局が再生中継局であれば、この衛
星局は、送信信号S6を信号S4と同じスペクトラム拡
散信号に復調し、さらにこの復調スペクトラム拡散信号
を上記スペクトラム拡散器の逆拡散過程を有する逆拡散
手段によって入力データ列S1と同じ信号に再生する。
【0020】次に、スペクトラム拡散器1について詳細
に説明する。
【0021】同一のデータ速度fsおよびクロック速度
fsを有するとともに同期状態にある入力データ列S1
とクロックS2とが、1014ビットのシリアルシフト
レジスタ101に入力される。入力データ列S1はタイ
ムスロットTの早い方からデータDi-4 ,…,Di-1
i ,Di+1 ,…,Di+4 という系列を有するシリアル
データである。また、レジスタ101は拡散率N=4に
等しい4個のメモリ領域A,B,CおよびDを有する。
タイムスロットT1においてデータDi がレジスタ10
1に入力されると、レジスタ101の4個のメモリ領域
A,B,CおよびDには、データDi-1 ,Di-2 ,D
i-3 およびDi-4 ,即ちデータS101がそれぞれ格納
されることになる。続くタイムスロットT2において
は、各メモリ領域A,B,CおよびDは、格納データS
101を一つシフトし、次のタイムスロットTのデータ
i ,Di-1 ,Di-2 およびDi-3 をそれぞれ格納す
る。以下、同様にタイムスロットTが進むにつれて、レ
ジスタ101は格納データS101をシフトする。
【0022】クロックS2はカウンタ103にも供給さ
れ、カウンタ103は、クロックS2を1/Nに分周
し,つまり、速度fs/4に分周し、クロックS103
を生じる。タイムスロットT1においてレジスタ101
に格納されているデータS101(データDi-1 ,D
i-2 ,Di-3 およびDi-4 )は、クロックS103をロ
ードパルスとして、つまり入力データ列S1の4ビット
ごとに一回、N=4個のパラレル入力を持つシフトレジ
スタ102のメモリ領域E,F,GおよびHにそれぞれ
ロードされる。即ち、タイムスロットT1からT4にお
いて、レジスタ102の各メモリ領域EないしGは、引
き続き同一のデータS102を格納している。これらデ
ータS102は、メモリ領域EないしHの各各からそれ
ぞれパラレル形式で出力される。
【0023】クロックS103は、16(=N2 )進の
カウンタ107にも供給される。カウンタ107はクロ
ックS103(つまり入力データ列S1の4ビットごと
に発生するパルス)によりロードされる。即ち、カウン
タ107の出力(カウンタ出力)S107は、各ロード
ごとに0ないし15の値を繰り返す。このカウンタ出力
S107の値によってセレクタ104はレジスタ102
からデータS102を読み出すのである。
【0024】レジスタ104のメモリ領域E,F,Gお
よびHに格納されている4個のデータS102は、カウ
ンタ出力S107に同期するセレクタ104により、デ
ータ1ビット当たりN=4回,即ち4×fsのクロック
速度で順番に読み出され、シリアル形式のデータ(セレ
クタ出力)S104に変換される。即ち、データS10
2はセレクタ出力S104にパラレルシリアル変換され
る。このセレクタ出力S104は、クロックS2当り
(つまり入力データ列S1の1ビット当り)4ビットで
繰り返す周期的信号であり、データDi-4 ,Di-3 ,D
i-2 ,Di-1 ,Di-4 ,Di-3 ,Di-2 ,Di-1 ,…,
i-4 ,Di-3 ,Di-2 ,Di-1 のように繰り返す。
【0025】なお、カウンタ出力S107は、通常のス
ペクトラム拡散方式で用いられるクロックであり、一般
にチップクロックと呼ばれる。このチップクロックS1
07の速度をチップクロック速度fcという。また、入
力データ列S1のクロックS2とチップクロックS10
7とは、勿論同期している。
【0026】一方、拡散符号発生器(PN発生器)10
6は、カウンタ出力S107と速度が4×fsのクロッ
クS3とに応答し、符号長が16ビット(コード列C
0,C1,…,C15の繰り返し)の拡散符号S106
を発生する。この拡散符号S106は、セレクタ出力S
104をスペクトラム拡散するための疑似ランダム(P
N)符号であり、公知の技術によって生成される。ここ
で、拡散符号発生器106は、拡散率Nが4の場合であ
っても符号長16=N2 ビットの拡散符号S106を発
生させていることに注意すべきである。なお、当然の事
ながら、拡散符号S106は入力データ列S1の4分周
周期に一致している必要があるため、拡散符号発生器1
06はカウンタ103からのカウンタ出力S107によ
り、データ速度fsの4倍の速度でリセットされる。
【0027】セレクタ出力S104と拡散符号S106
とは、排他論理和回路(EX−OR)105によって排
他的論理和がとられる。この排他的論理和によってセレ
クタ出力S104のスペクトラム拡散が実行され、排他
的論理和回路105からスペクトラム拡散信号S4が出
力される。即ち、このスペクトラム拡散信号S4は、入
力データ列S1のN=4ビットがN=4回繰り返される
2 ビットのシリアルデータ列であるセレクタ出力S1
04を、N2 =16ビットの符号長からなる拡散符号S
106を用いて排他的論理和回路105でスペクトラム
拡散した信号である。つまりこのスペクトラム拡散器1
は、入力データ列S1を拡散率N=4倍(データ速度=
4fs)で拡散したスペクトラム拡散信号S4を生じて
いる。
【0028】図3は本実施例により生じたスペクトラム
拡散信号S4のBPSK波S5のスペクトラム電力密度
を示す図である。
【0029】このBPSK波S5のピーク・スペクトラ
ム電力密度は、図3に示したスペクトラム拡散を行わな
いBPSK波より約6dB,図4に示した従来のスペク
トラム拡散技術を用いたBPSK波より約3dB低下し
ており、また、極めて滑らかなスペクトラム拡散が行わ
れていることがわかる。
【0030】この滑らかなスペクトラム拡散の得られる
第1の理由は、拡散率Nは高々4倍であるが、入力デー
タ列S1の連続する4ビットを4回繰り返しのセレクタ
出力S104に置き換えることにより、セレクタ出力S
104のデータ速度が入力データ列S1のデータ速度f
sの1/4周期を持つ周期関数になるものの、セレクタ
出力S104におけるデータランダム性の増加効果が上
述の欠点を上回ることによるものである。
【0031】また、第2の改善理由は、入力データ列S
1をその1/4周期のデータ速度のセレクタ出力S10
4に変換するので、スペクトラム拡散されるべき信号が
16ビット長の周期的信号になるためである。このデー
タ速度の変換効果により、高々4倍の拡散率にも拘ら
ず、このスペクトラム拡散器1は、16ビット長の拡散
符号S106を用いることができ、長い拡散符号S10
6の効果で滑らかなスペクトラム拡散を行うことができ
る。
【0032】なお、本実施例のスペクトラム拡散方式
は、拡散率N=4の場合について説明したが、この拡散
率Nは2以上の整数であればスペクトラム平滑化の効果
があることは明らかである。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように本発明のスペクトラ
ム拡散方式は、入力データ列の連続するNビットを前記
入力データ列のNビットがN回繰り返すN2 ビットのシ
リアルデータ列に速度変換し、このシリアルデータ列を
符号長N2 の拡散符号によってスペクトラム拡散するの
で、拡散率Nが小さい場合にも、滑らかなスペクトラム
のスペクトラム拡散信号を得ることができる。
【0034】従って、本発明のスペクトラム拡散方式を
用いたスペクトラム拡散送信機は、小さな帯域拡散率な
ので他の通信系への信号干渉を減少させることができ、
小口径アンテナを用いる衛星通信の送信機として好適で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成図である。
【図2】図1の実施例における主要信号のタイミングチ
ャートである。
【図3】本実施例のスペクトラム拡散信号S4のBPS
K波S5のスペクトラム電力密度を示す図である。
【図4】データ列をスペクトラム拡散なしにBPSK変
調したときのBPSK波のスペクトラム電力密度を示す
図である。
【図5】従来技術によって生成した拡散率N=4のスペ
クトラム拡散信号をBPSK変調したときのBPSK波
のスペクトラム電力密度を示す図である。
【符号の説明】
1 スペクトラム拡散器 2 変調器 3 送信回路 4 アンテナ 101 シリアルシフトレジスタ 102 シフトレジスタ 103,107 カウンタ 104 セレクタ 105 排他的論理和回路(EX−OR) 106 拡散符号発生器(PN発生器)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 データ速度fsの入力データ列を前記デ
    ータ速度fsのN(Nは2以上の整数)倍のチップレー
    ト速度fcのスペクトラム拡散信号に変換するスペクト
    ル拡散器を有するスペクトラム拡散方式であって、 前記スペクトラム拡散器が、前記入力データ列の連続す
    るNビットをN列のパラレルデータ列に変換するシリア
    ルパラレル変換手段と、前記パラレルデータ列の同一タ
    イムスロットの各1ビットから前記入力データ列の連続
    するNビットがN回繰り返すN2 ビットのシリアルデー
    タ列を生じるパラレルシリアル変換手段と、符号長N2
    ビットの拡散符号を発生する拡散符号発生手段と、前記
    シリアルデータ列を前記拡散符号でスペクトラム拡散し
    て前記スペクトラム拡散信号を生じるスペクトラム拡散
    手段とを備えることを特徴とするスペクトラム拡散方
    式。
  2. 【請求項2】 前記シリアルパラレル変換手段が、前記
    入力データ列とともに入力されるクロック速度fsのク
    ロックに同期して前記入力データ列の連続するNビット
    を格納するシリアルシフトレジスタと、前記クロックを
    1/Nに分周する1/N分周回路と、前記シリアルシフ
    トレジスタに同一タイムスロットで格納された前記入力
    データ列の連続するNビットのデータの各各を前記1/
    N分周されたクロック対応で格納して前記入力データ列
    におけるNビットごとに前記パラレルデータ列を生じる
    シフトレジスタとを備え、 前記パラレルシリアル変換手段が、前記1/N分周され
    たクロックに同期してこのクロックをN2 分周したクロ
    ック速度fcのチップクロック信号を生じるN2 分周回
    路と、前記チップクロック信号に応答して前記パラレル
    データ列の各各のデータを速度fcで順番に読みだし前
    記シルアルデータ列を生じるパラレルシリアル変換回路
    とを備え、 前記拡散符号発生手段が、前記チップクロック信号に同
    期して前記拡散符号を発生することを特徴とする請求項
    1記載のスペクトラム拡散方式。
  3. 【請求項3】 データ速度fsの入力データ列を前記デ
    ータ速度fsのN(Nは2以上の整数)倍のチップレー
    ト速度fcのスペクトラム拡散信号に変換するスペクト
    ラム拡散器を有するスペクトラム拡散方式であって、 前記スペクトラム拡散器が、前記入力データ列とともに
    入力されるクロック速度fsのクロックに同期して前記
    入力データ列の連続するNビットを格納するシリアルシ
    フトレジスタと、前記クロックを1/Nに分周する1/
    N分周回路と、前記1/N分周されたクロックに同期し
    て前記シリアルシフトレジスタに同一タイムスロットで
    格納された前記入力データ列のNビットのデータをそれ
    ぞれ読みだすシフトレジスタと、前記1/N分周された
    クロックに同期してこのクロックをN2 分周したクロッ
    ク速度fcのチップクロック信号を生じるN2 分周回路
    と、前記チップクロック信号に応答して前記シフトレジ
    スタに格納された前記入力データ列の各各のデータを速
    度fcで順番に読みだしこの入力データ列の連続するN
    ビットがN回繰り返すN2 ビットのシルアルデータ列を
    生じるパラレル・シリアル変換回路と、前記チップクロ
    ック信号に応答して符号長N2 ビットの拡散符号を発生
    する拡散符号発生手段と、前記シリアルデータ列と前記
    拡散符号との排他論理和をとって前記スペクトラム拡散
    信号を生じる論理和回路とを備えることを特徴とするス
    ペクトラム拡散方式。
  4. 【請求項4】 データ速度fsの入力データ列を前記デ
    ータ速度fsのN(Nは2以上の整数)倍のチップレー
    ト速度fcのスペクトラム拡散信号に変換するスペクト
    ラム拡散器と、搬送波信号を前記スペクトラム拡散信号
    で変調して衛星局に送信する送信回路とを備えるスペク
    トラム拡散送信機であって、 前記スペクトラム拡散器が、前記入力データ列の連続す
    るNビットをN列のパラレルデータ列に変換するシリア
    ルパラレル変換手段と、前記パラレルデータ列の同一タ
    イムスロットの各1ビットから前記入力データ列の連続
    するNビットがN回繰り返すN2 ビットのシリアルデー
    タ列を生じるパラレルシリアル変換手段と、符号長N2
    ビットの拡散符号を発生する拡散符号発生手段と、前記
    シリアルデータ列を前記拡散符号でスペクトラム拡散し
    て前記スペクトラム拡散信号を生じるスペクトラム拡散
    手段とを備えることを特徴とするスペクトラム拡散送信
    機。
  5. 【請求項5】 データ速度fsの入力データ列を前記デ
    ータ速度fsのN(Nは2以上の整数)倍のチップレー
    ト速度fcのスペクトラム拡散信号に変換するスペクト
    ラム拡散器と、搬送波信号を前記スペクトラム拡散信号
    で変調して衛星局に送信する送信回路とを備えるスペク
    トラム拡散送信機であって、 前記スペクトラム拡散器が、前記入力データ列とともに
    入力されるクロック速度fsのクロックに同期して前記
    入力データ列の連続するNビットを格納するシリアルシ
    フトレジスタと、前記クロックを1/Nに分周する1/
    N分周回路と、前記1/N分周されたクロックに同期し
    て前記シリアルシフトレジスタに同一タイムスロットで
    格納された前記入力データ列のNビットのデータをそれ
    ぞれ読みだすシフトレジスタと、前記1/N分周された
    クロックに同期してこのクロックをN2 分周したクロッ
    ク速度fcのチップクロック信号を生じるN2 分周回路
    と、前記チップクロック信号に応答して前記シフトレジ
    スタに格納された前記入力データ列の各各のデータを速
    度fcで順番に読みだしこの入力データ列の連続するN
    ビットがN回繰り返すN2 ビットのシルアルデータ列を
    生じるパラレル・シリアル変換回路と、前記チップクロ
    ック信号に応答して符号長N2 ビットの拡散符号を発生
    する拡散符号発生手段と、前記シリアルデータ列と前記
    拡散符号との排他論理和をとって前記スペクトラム拡散
    信号を生じるる論理和回路とを備えることを特徴とする
    スペクトラム拡散送信機。
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