JP2620069B2 - スペクトラム拡散通信方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は送信側からのｍ系列符号と当該受信側で発生
させたｍ系列符号との送関出力により所要の情報復調を
行うスペクトル拡散通信方法に関し、特にｍ系列符号発
生器のシフトレジスタに設定すべきｍ系列符号発生のた
めの初期位相情報の決定アルゴリズムに係わる。

B.発明の概要 モジュラ型または単純型ｍ系列符号発生器のシフトレ
ジスタの初期状態が発明の詳細な説明中の（６）式によ
り定められる。

C.従来の技術 SAWコンボルバのような相関器を用いた直接拡散スペ
クトラム拡散通信（以下本明細書においてはSSC（Sprea
d Spectrum Communication）と略記する。）において
は、周知のように符号同期（初期同期及び同期保持）を
とる必要がある。この符号同期とはコンボルバにおいて
入力される受信PN符号（送信側ｍ系列符号）と基準PN符
号（受信側ｍ系列符号）の位相を一致させこれを保持す
ることである。スタート時には両符号の位相は一致して
いないので、一致させなければならず、即ち、初期同期
をとると共にこの同期状態を保持することにより正しい
相関出力（相関スパイク）を得るようにする訳で、この
ためには基準PN符号の符号位相制御が適切に行われるよ
うな初期位相情報をｍ系列符号発生器のシフトレジスタ
へ設定する必要がある。

ｍ系列符号発生器から出力されるPN符号の符号位相
と、ｍ系列符号発生器のシフトレジスタに設定される初
期位相情報の関係は１対１に対応しているためこの初期
位相情報により基準PN符号の符号位相制御は容易に行え
る。

而して前記PN符号の符号位相と初期位相情報の対応関
係は、直感的にわかり易い関係になっているとはいえな
いので、実用上は両者の対応関係を予め求めておく。特
に受信PN符号に対する符号同期を実現するためには基準
PN符号の符号位相と上記シフトレジスタへ設定される初
期位相情報との対応関係を明確にしておく必要がある。

また前記SSCにおいて、拡散符号としてｍ系列（最大
長系列）符号を用いた場合の通信チャンネルの分割手段
としては、ｍ系列符号の種類ばかりでなく、送受信両側
のｍ系列符号の初期位相も使用することが考えられ、デ
ータ復調タイミング及びｍ系列符号の初期位相情報の決
定アルゴリズム等については、既に本出願人による特願
昭第59−2733号の中で延べられている。

なお、このようにｍ系列符号の初期位相を変えること
によって分割して通信を行う場合、送受信間の同期をと
るには特別な方法は必要なく、上記先願明細書第12頁乃
至第15頁、第４図〜第７図に詳細してあるように、コン
ボルバ（第５図）上で送受信側の符号の一周期長が一致
するようにすればよい。

本発明は、上述した符号同期の実現を目的として基準
PN符号の符号位相を正しく制御するためにｍ系列符号発
生器のシフトレジスタへ初期設定される初期位相情報の
決定アルゴリズムを究明してなされたものである。

さてｍ系列符号発生器の基本的構成としては周知のよ
うに第1,2図に示すモジュラ型シフトレジスタと、第3,4
図に示す単純型シフトレジスタ構成のものがある。

しかし、上記特願中のｍ系列符号の初期位相情報（以
下本明細書においては初期位相情報と略称する。）の決
定アルゴリズムにより求められる結果は、上記先願明細
書の（12）及び（16）式のように、離散時間ｋ＝０〜ｎ
−１のｎビットで表現しているので、単純型構成のｍ系
列符号発生器には適用できるが、モジュラ型ｍ系列符号
発生器では各時刻でシフトレジスタの値がランダムに変
化するので適用できない。

このような単純型及びモジュラ型両構成のｍ系列符号
発生器に対して一般的に適用できるような初期位相情報
の決定アルゴリズムは知られていなかった。

D.発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、単純型及びモジュラ型両構成のｍ系
列符号発生器に対して一般的に適用できるようなｍ系列
符号の初期位相情報決定アルゴリズムを含むSSC方式を
提供することである。

E.問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明によるスペクトラ
ム拡散通信方法は、送信側からのｍ系列符号と当該受信
側で発生させたｍ系列符号との相関出力より所要の情報
復調を行スペクトラム拡散通信方法において、受信側に
おける上記ｍ系列符号を発生させるためのモジュラ型ま
たは単純型ｍ系列符号発生器を構成するシフトレジスタ
の初期状態を表わすベクトルＹ（０）のｊ番目の要素y_j
（０）を、下式の行列式によって決定し、下式におい
て、_ｊ＝PX（０）,X（０）は送信側ｍ系列符号発生器
のシフトレジスタの初期状態を表わすベクトルで、PX
（０）＝QY（０）の関係で、P,Qは夫々送受信側のシフ
トレジスタの状態を規定する行列であり、ここでP,Q
は、シフトレジスタの帰還線の状態から状態遷移を表す
行列をＡ、Ｂとし、時刻Ｋ＋１の送信側シフトレジスタ
Ｘ（Ｋ＋１）、受信側シフトレジスタＹ（Ｋ＋１）は次
のようになる。

Ｘ（Ｋ＋１）＝AX（Ｋ） Ｙ（Ｋ＋１）＝BY（Ｋ） ただし、A^N＝B^N、A^-1＝Ｂ、B^-1＝Ａ、Ｎ＝2ⁿ−１ また、Ｘ、Ｙの時刻Ｋにおけるシフトレジスタ各段か
らの出力を次式で表す。

Ｘ、Ｙの時刻Ｋでの対応するシフトレジスタの各段の
端子から出力される符号パターンUi,Wiが等しい時（た
だしｊ＝ｎ−ｉ＋１） ただし、ｃ＝０…１…０（ｎ−ｉ＋１）番目の要素が
１ ｄ＝０…１…０（ｉ）番目の要素が１ ここで、Ui＝WiをPX（０）＝QX（０）とおき で表される。

q₁₁〜q_nnは行列Ｑの要素であり、上記Ｙ（０）の要素
y_j（０）の値を前記受信側のｊ段目のシフトレジスタの
初期値として設定することを特徴とする。

F.作用 上記初期状態y_j（０）は後述するように送受信側ｍ系
列符号を表わす（３），（４）式から導出されたもの
で、上記ｍ系列符号は（３），（４）式から明らかなよ
うに各時刻ｋ＝0,1,2…毎に計算されるので、シフトレ
ジスタの値がランダムに変化するモジュラ型は勿論単純
型のｍ系列符号発生器にも、本発明のｍ系列符号の初期
位相情報の決定アルゴリズムを適用でき、送信側及び受
信側で初期位置を予め取り決めておくことにより、通信
チャンネルを分割できるようにする。

なお、本発明によれば、スペクトラム拡散通信方式に
使用されるPNコードとしてのｍ系列符号の符号同期を容
易に行い得る初期位相情報の決定アルゴリズムに従って
ｍ系列符号発生器のシフトレジスタに上記情報が設定さ
れるのであって、そのために特別なハードウエア構成や
特殊な調整法をとる必要はない。換言すれば、上記アル
ゴリズムが与えられれば、ｍ系列符号発生器のシフトレ
ジスタに設定することは極めて容易であって、何ら特別
な手段、方法は不要である。

G.実施例 以下に、図面を参照しながら、実施例を用いて本発明
を一層詳細に説明するが、それらは例示に過ぎず、本発
明の枠を越えることなしにいろいろな変形や改良があり
得ることは勿論である。

以下における計算はすべてブール代数に従う。

（ａ）ｍ系列符号発生器のシフトレジスタの状態方程式 送信側及び受信側ｍ系列符号発生器のモデルをモジュ
ラ型構成（第１図、第２図）及び単純型構成（第３図、
第４図）について第１図から第４図までに示す。第１図
及び第３図は送信側、第２図及び第４図は受信側の構成
を示す。図中、□はフリップフロップ、はEORゲート
を表わす。通信は同じ構成のもの同士で行われるものと
する。

この時シフトレジスタの状態方程式は離散時間ｋに関
して次のように書ける。

Ｘ（ｋ＋１）＝AX（ｋ）,X（ｋ）≠０ ……（１） Ｙ（ｋ＋１）＝BY（ｋ）,Y（ｋ）≠０ ……（２） ただし、Ｘ（ｋ）,Y（ｋ）は であり、A,Bは モジュラ型構成の場合 単純型構成の場合 である。

なお、（１）及び（２）式において、ｎは系列等符号
発生器のシフトレジスタ（以下本明細書においてはSRと
略記する。）の段数、Ｘ（ｋ）及びＹ（ｋ）はSRの状態
ベクトル（ｎ×１）、Ａ及びＢはSRの状態遷移行列（ｎ
×ｎ）、I_n-1は（ｎ−１）×（ｎ−１）の単位行列であ
る。そして、h_j,l_l（ｊ＝1,………,n−１）は帰還線の
状態を表わし、帰還“ON"→h_j,l_j,帰還“OFF"→h_j,l_j＝
０である。

また、A,Bには次のような性質がある。

A^N＝B^N＝In 但し、Ｎ＝2ⁿ−１（符号長） A^-1＝B,B^-1＝Ａ （ｂ）TAPiから出力されるｍ系列符号（１周期長）の表
現 Ｘ（０）,Y（０）をそれぞれ送受SRの初期状態とする
と、ｋ＝０〜Ｎ−１の間にTAPi（ｉ＝１〜ｎ）から出力
される送受符号パターンU,Wは次のようになる。

〈送信側〉 〈受信側〉 （ｃ）Ｙ（０）の導出 前記特願の中の分割法Ｉについて本発明による方法を
適用する。分割法Ｉを実現するための送受ｍ系列符号の
移送関係は第５図のようになることである。すなわち、
Ｕ＝Ｗから、 PX（０）＝QY（０） ……（５） ここで、 が成立し、Cramerの公式よりＹ（０）は（６）式のよう
に解析的に求められる。

ただし、y_j（０）はＹ（０）のｊ番目の要素であり、
_ｊ＝PX（０）である。

以上からＹ（０）を求める手順をまとめると第６図に
ようになる。

なお、第６図中の行列Ａの冪乗の計算は、単純型ｍ系
列符号発生器の場合には、前記特願の中の（24）または
（28）式のような方法で、またモジュラ型ｍ系列符号発
生器の場合は次の（７）または（８）式のような方法で
行うのが簡単である。

Adの計算アルゴリズム〈Ｉ〉 …ｄ≦N/2の時に使用 Adの第２列〜第ｎ列にはAd^-1の第１列〜第（ｎ−
１）列がそのままシフト。

Adの第１列は次の演算に従う。

Adの計算アルゴリズム〈II〉 …ｄ＞N/2の時に使用 B^r（＝Ad）の第１列〜第（ｎ−１）列にはB^r-1の第
２列〜第ｎ列がそのままシフト。

B^r（＝Ad）の第ｎ列は次の演算に従う。

上述した本発明の方法を実施するには特別な構成をと
る必要がなく、公知のｍ系列符号発生器に適用できる。
次に第７図の公知のモジュラ型ｍ系列符号発生器に本発
明のアルゴリズムに従って初期位相情報を設定する例を
示す。

〈ステップ１〉 シフトレジスタSRの段数:n＝３ Ｍ系列１周期長:N＝2³−１＝７ コード出力TAP番号:i＝１ 〈ステップ２〉 〈ステップ３〉〜〈ステップ５〉 ｉ＝１よりｎ−ｉ＋１＝３−１＋１＝３となり、次式
が得られる。

すなわち、TAP1を送受コードの出力タップとした時、
受信側SRの初期状態Ｙ（０）は となる。

以上の〈ステップ１〉〜〈ステップ５〉により求めら
れたＹ（０）と出力コードパターンの関係は、次の表よ
り確認できる。

H.発明の効果 以上説明した通り、本発明によれば、送信側及び受信
側の両ｍ系列符号の初期位置を前述したように（ａ）か
ら（ｃ）までの手順に予め取り決めておくことにより、
通信チャンネルを分割することができるから、送受同一
のｍ系列符号を用いても通信チャンネルを分割すること
ができ、通信チャンネル数を飛躍的に増大させることが
できてマルチユーザに対しても十分に対応することがで
きる。

特に本発明の方法によりｍ系列符号の初期位相を決定
するようにすれば、先願の方法のように単純型ｍ系列符
号発生器だけでなく、モジュラ型ｍ系列符号発生器にも
使用でき、汎用性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はモジュラ型ｍ系列符号発生器の構成
を示すブロック図、第３図及び第４図は単純型ｍ系列符
号発生器の構成を示すブロック図、第５図は送受ｍ系列
符号の位相関係を示す図、第６図は本発明による初期位
相情報を求める手順を示すフローチャート、第７図はモ
ジュラ型ｍ系列符号発生器に本発明の方法により初期位
相情報を設定する例の説明図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送信側からのｍ系列符号と当該受信側で発
   生させたｍ系列符号との相関出力より所要の情報復調を
   行うスペクトラム拡散通信方法において、受信側におけ
   る上記ｍ系列符号を発生させるためのモジュラ型または
   単純型ｍ系列符号発生器を構成するシフトレジスタの初
   期状態を表わすベクトルＹ（０）のｊ番目の要素y
   _j（０）を、下式の行列式によって決定し、下式におい
   て、_ｊ＝PX（０）,X（０）は送信側ｍ系列符号発生器
   のシフトレジスタの初期状態を表わすベクトルで、PK
   （０）＝QY（０）の関係で、P,Qは夫々送受信側のシフ
   トレジスタの状態を規定する行列であり、ここでP,Q
   は、シフトレジスタの帰還線の状態から状態遷移を表す
   行列をＡ、Ｂとし、時刻Ｋ＋１の送信側シフトレジスタ
   Ｘ（Ｋ＋１）、受信側シフトレジスタＹ（Ｋ＋１）は次
   のようになる。 Ｘ（Ｋ＋１）＝AX（Ｋ） Ｙ（Ｋ＋１）＝BY（Ｋ） ただし、A^N＝B^N、A^-1＝Ｂ、B^-1＝Ａ、Ｎ＝2ⁿ−１ また、Ｘ、Ｙの時刻Ｋにおけるシフトレジスタ各段から
   の出力を次式で表す。 Ｘ、Ｙの時刻Ｋでの対応するシフトレジスタの各段の端
   子から出力される符号パターンUi,Wiが等しい時（ただ
   しｊ＝ｎ−ｉ＋１） ただし、ｃ＝０…１…０（ｎ−ｉ＋１）番目の要素が１ ｄ＝０…１…０（ｉ）番目の要素が１ ここで、Ui＝WiをPX（０）＝QX（０）とおき で表される。 q₁₁〜q_nnは行列Ｑの要素であり、上記Ｙ（０）の要素y_j
   （０）の値を前記受信側のｊ段目のシフトレジスタの初
   期値として設定することを特徴とするスペクトラム拡散
   通信方法。