JP2797921B2 - 拡散符号生成方式 - Google Patents

拡散符号生成方式

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は符号分割多元接続方式、
直接スペクトル拡散通信における拡散符号生成方式に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、マイクロセル方式や構内無線LA
N等の無線を用いた通信システムの検討が行われてきて
いる。その無線通信方式の一つとしてスペクトラム拡散
方式を用いた符号分割多元接続(Code-Devision-Multip
le-Access:以下CDMAと記す)方式が研究されてお
り、一部では実用化されつつある。
【0003】スペクトラム拡散方式は、主に直接拡散
(Direct Sequence:以下DSと記す)方式と周波数ホ
ッピング(Frequency Hopping:以下FHと記す)方式
とに分けられ、DS方式は情報信号より高い周波数(例
えば数十〜数千倍)からなる拡散符号パターンにより情
報信号を直接スペクトラム拡散する方式である。FH方
式は、例えば、狭帯域変調された信号をある拡散符号パ
ターンに従った順序で搬送波周波数を変化させ、結果的
に平均化することによりスペクトラムを拡散する方式で
ある。
【0004】CDMA方式はDS方式(DS/CDM
A)、FH方式(FH/CDMA)等により拡散を行う
ときに異なる拡散符号パターンを用いることで同一周波
数帯域内で多重する通信方式であり、符号パターンで通
信チャネルの識別を行っている。スペクトラム拡散の拡
散符号としては従来、疑似雑音(Pseudo Noise:以下P
Nと記す)系列がよく用いられ、その代表的なものとし
てはM系列、Gold系列などがあげられる。これらの
系列の各符号パターンの自身との自己相関特性と、同じ
符号系列に属する他の符号パターンとの相互相関特性は
符号系列によって異なる。
【0005】従来のDS/CDMA方式では主に2相位
相変調(以下BPSKと記す)方式が用いられてきた
が、最近ではデータの高速化のために同相成分(以下I
chと記す)、直交成分(以下Qchと記す)とで各々
異なる符号パターンを用いて拡散、合成した4相位相変
調(以下QPSKと記す)方式(以下DS/QPSK方
式と記す)や、より多くの位相に分けて伝送する多値位
相変調方式の研究が行われている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、CDM
A方式を用いたシステムにおいてはチャネル容量を上げ
るために同一周波数帯での多重化を行うが、M系列やG
old系列のみでは多重化が難しいという問題があっ
た。
【0007】また、CDMA方式において、各拡散波ど
うしの干渉を小さくするには相互相関値の小さい拡散符
号パターンを用いることが望ましいが、その組み合わせ
は限られていた。さらにDS/QPSK方式のような方
式ではIch、Qchに各々異なる拡散符号パターンを
用いるが、受信側で周波数オフセット等により直交検波
後に両信号成分が完全に分離できない場合、前記I、
Q、両chの拡散符号の相互相関特性が大きいと、各々
の信号の相関検出時に相互に干渉を及ぼし合うという問
題が生じる。
【0008】チャネル容量に関しては拡散符号の周期長
を長くして拡散率を上げることにより、多重数を多くと
ることが可能である。しかし、実用化しようとする場合
は、拡散帯域幅と情報伝送速度との関係や装置動作速度
等の条件により拡散率が制限されるため、符号周期長を
長くとることは難しい。
【0009】CDMA方式では多重数と通信品質の関係
は符号パターン間の相互相関特性に大きく依存してお
り、従来からスペクトラム拡散の拡散符号として、M系
列、Gold系列などが研究されてきている。例えば、
M系列では自己相関特性が良いため、相関値のピークを
見つけ易いが、生成できるパターン数は少ないことが判
っている。また、Gold系列では生成できるパターン
数はM系列より多いが、相互相関特性が良くないため、
多重化した場合は他拡散波からの干渉により通信品質の
劣化が著しい。このため、同時に通信できるチャネル数
には制限がある。
【0010】これらに対し、最近では相互相関特性の良
い直交符号系列を用いる方式が検討されてきている。直
交符号系列では各符号間に直交性が保たれている場合は
お互いに無相関となり多重数を多くとれるが、直交性が
崩れてしまうと相互相関は著しく劣化する。従って、C
DMAシステムなどで拡散符号に用いる場合は符号間同
期が必要となる。
【0011】また、直交符号系列の一つであるアダマー
ル系列では、2×2のアダマール行列をn回アダマール
変換することにより符号長2(n+1)のアダマール行列を
生成するが、この生成過程からもわかるように1つの符
号パターンがいくつかの符号パターンの繰り返しで成り
立っているため、自己相関特性は悪く、同期捕捉やマル
チパス分離が難しいという問題がある。
【0012】本発明における拡散符号生成方式は、多値
位相変調を用いたDS方式において、用いる拡散符号系
列内で相互相関の最大値が他のパターンに比べ大きくな
るパターンどうしを各位相成分に組み合わせ、これらの
符号パターンを相互に巡回させ、符号間の相互相関値が
最小となる点で位相オフセットをかけ用いることで、他
波への干渉を抑えつつ、受信側で各位相成分不完全分離
時の相互相関を最小にすることが可能となる。これは、
各位相成分の信号が常に同期しており、その相互相関値
が一定であることを利用したものである。
【0013】
【0014】
【作用】上記本発明における拡散符号生成方式によれ
ば、他の変調波との相互相関は比較的小さくなるような
符号パターンの組み合わせとしつつ、自波の受信検波後
の各位相成分の信号分離が不完全の場合においても、相
互の干渉による影響を小さくすることが可能となる。こ
れは、任意の拡散系列内で相互相関の小さいパターンの
組み合わせは限られているが、相互相関値の大きい符号
パターン間においては、相互に巡回させ位相オフセット
をかけていくと相互相関値は変動し、任意のオフセット
点で最小値を持つことがあり、任意の多値位相変調波の
各位相成分は常に符号同期がとれていることに着目した
ものである。
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】加えて、ある任意の位相成分に他拡散波か
らの干渉を受けても、残る位相成分は無相関であるから
干渉は小さく、同期捕捉、維持等において誤動作をする
可能性は少なくなる。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。なお、本実施例では多値位相変調方式
の一実施例としてQPSK方式を用いて説明することに
する。
【0020】図1(a)、(b)はそれぞれ本実施例
おける拡散符号生成方式を実現するDS/QPSKの送
受信機のブロック結線図で、各送受信機構成は動作原理
の説明のため、送信アンプや受信フロントエンドは省略
してある。
【0021】なお、図2のシステム系概念図を示す通
り、図1(a)、(b)の本実施例では拡散率をN倍
(N=2n:ただし、n>2の整数)とし、用いる拡散
符号は直交符号系列では符号長Nw(Nw=2nー2)のア
ダマール符号系列(Hadamard Function:以下HF符号
と記す)を、PN系列では周期2nー1の符号パターン
に0を加えた符号長N=2nの符号PNiとPNqとす
る。図2においてH0〜HNwはHF符号の符号パター
ン番号を、PN1〜PNkはそれぞれ異なる符号パターン
で構成されたI、Qの直交拡散符号組を示す。また、図
3に本実施例のPN符号とHF符号との符号同期関係を
示す。
【0022】まず、図1(a)は送信系装置10を示す
もので、100は拡散符号生成部、110は入力される
データをQPSK符号化するQPSK符号化回路、14
1、142はクロックに基づきPN符号を発生するPN
符号発生器、150はクロックに基づき直交符号を発生
する直交符号発生器である。131、132は直交符号
発生器150の出力である直交符号とそれぞれのPN符
号発生器141及び142の出力であるPN符号とを乗
算する乗算器である。121、122はQPSK符号化
回路110の出力であるQPSK符号と乗算器131、
132の出力とを乗算する乗算器である。160は直交
変調回路で、ローカル信号発生源170から発生するロ
ーカル信号に基づき乗算器121、122の出力信号を
直交変調する。180は送信を行なう無線アンテナであ
る。
【0023】上記構成において、まず、送信系ブロック
10に入力されたデータはQPSK符号化回路110に
よりQPSK符号化され、Ich、Qchの信号列とし
て、121、122の乗算器に送られる。これに対し拡
散符号生成部100では直交符号発生器150で拡散レ
ートの1/4のレートでHF符号を発生するとともに、
PN符号発生器141、142では拡散レートで、各々
異なる符号パターンのPNi、PNqを発生させ、乗算器
131でPNiとHF符号を、乗算器132でPNqとH
F符号を、図3に示すような符号同期でそれぞれ乗算し
拡散符号を生成する。乗算器121、122に送られた
Ich、Qchのデータは拡散符号生成部100で生成
された拡散符号により拡散され、直交変調部160で直
交変調後、無線アンテナ180から送信される。
【0024】図1(b)は受信系装置20を示すもの
で、200は図1(a)に示した無線アンテナ180よ
り送出された送信信号を受信する無線アンテナ、201
はBPF(帯域通過フィルタ)である。210は直交検
波回路で、ローカル信号発生源220から発生するロー
カル信号に基づきBPF201の出力信号を直交検波す
る。231、232はLPF(低域通過フィルタ)、2
41、242はLPF231、232のアナログ出力を
デジタル信号に変換するA/Dコンバータ、251〜2
54は後述するスライディング相関によりA/Dコンバ
ータ241、242の出力の相関を得るディジタル相関
器、260はディジタル相関器251〜254の出力に
基づきデータ復調を行なうデータ復号回路、340はL
PF231、232の出力から送信系装置10のクロッ
クを再生するクロック再生回路である。300は逆拡散
符号生成回路であり、当該逆拡散符号生成回路300は
以下の要素により構成されている。
【0025】281、282はクロック再生回路340
及び後述する同期捕捉回路の出力に基づきPN符号を発
生するPN符号発生器、290は同様にクロック再生回
路340及び後述する同期捕捉回路の出力に基づき直交
符号を発生する直交符号発生器、271、272は直交
符号発生器290の出力である直交符号とそれぞれのP
N符号発生器281及び282の出力であるPN符号と
を乗算するmodulo2の乗算器である。
【0026】311、312はそれぞれ相関器251、
253の出力信号を2乗する2乗回路、320は2乗器
311、312の出力を加算する加算器、330は加算
器320の出力から同期捕捉の判定を行なう同期捕捉判
定回路である。
【0027】上記構成において、図1(a)の送信系装
置10で生成、送信されたDS/QPSK変調波は受信
系装置20において、無線アンテナ200で受信、BP
F201通過後、直交検波回路210でローカル信号源
220からのローカル信号により直交検波される。直交
検波回路210からはIch、Qch信号がパラレル出
力され、各々LPF231、232を通過、A/Dコン
バータ241、242でA/D変換後、それぞれディジ
タル相関器251〜254に入力される。
【0028】本実施例ではディジタル相関器251〜2
54はスライディング相関とし、周波数オフセット等に
よる位相回転に対処するため4個の相関器を用いてお
り、相関器251と253のそれぞれの出力の2乗和に
より同期捕捉回路330で同期捕捉判定を行っている。
すなわち、これらの符号パターンを相互に巡回し、相互
相関値が最小となる点で同期させている。
【0029】また、逆拡散符号生成回路300は、同期
捕捉回路330により逆拡散符号生成タイミングを制御
されている他は送信系装置10の拡散符号生成部100
と同じである。
【0030】なお、本実施例ではPN符号長はHF符号
長の4倍とし、クロック数変換器150A、290Aを
用いて直交符号発生器150、290の入力クロックを
1/4レートとする構成としているが、N≧NWであれ
ば何倍にとってもよい。
【0031】
【0032】
【0033】図4は本実施例における直交拡散による拡
散符号生成方式を実現する際の一実施例であり、具体的
に7段M系列、符号長127の場合を示してある。図に
おいて、図4は7段M系列内における9個の符号C1
9それぞれの符号パターンを示しており、同図の符号
パターン状態が位相オフセット無し(符号発生器のレジ
スタの初期値が全て1)の状態とする。
【0034】
【表1】
【0035】(表1)は図4の個々のパターン間での相
互相関の最大値を示したものである。同表より、例え
ば、C1−C5とC1−C7のように、同じM系列内の符号
パターンであっても組み合わせにより相互相関の最大値
が異なってくる。そこで、相互相関の最大値が大きい符
号パターンの組み合わせ(C1−C5)、(C2−C6)、
(C3−C7)、(C4−C8)をそれぞれIch、Qch
の直交拡散符号組として用いることにし、個々の符号組
において一方の符号パターンに位相オフセットをかけ、
相互相関値をその符号の組み合わせでとりうる最小値と
する。図5は(表1)をもとに本実施例で生成した直交
拡散符号組の具体例を示す。例えば、直交拡散符号組
(C1−C5)ではC5に7チップの位相オフセットをか
けて2符号の相互相関値を1としている。
【0036】以上本実施例によれば、相互相関の大きい
パターンどうしを直交拡散符号として組み合わせて位相
オフセットをかけることで、受信側で、I、Q両信号成
分が完全に分離できない場合でも相互の干渉を小さくで
きる。さらに、他波との相互相関が比較的小さくでき、
どちらか一方のchに干渉を受けても他方が検出できる
ことから、従来の方式より誤動作をする可能性は小さく
なる。
【0037】
【発明の効果】以上のように本発明は、各位相間の信号
では常に符号同期がとれている場合に、相互相関の大き
いパターンどうしを拡散符号として組み合わせて位相オ
フセットをかけることで、他波との相互相関は比較的小
さく、かつ、自波の各位相の信号成分の分離が不完全な
場合でも相互の干渉による影響を小さくすることが可能
となる。さらに、ある任意の位相成分に他波からの干渉
を受けても、残る位相成分は無相関であることから、同
期捕捉、維持等における誤動作の可能性を小さくでき
る。
【0038】
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例における拡散符号生成方式を実現する
DS/QPSK送受信機のブロック結線図
【図2】同DS/QPSK送受信機におけるシステム系
の概念図
【図3】同DS/QPSK送受信機におけるPN符号と
HF符号とのタイミング関係図
【図4】本実施例における拡散符号生成方式の概念を示
した符号のパターン図
【図5】本実施例における拡散符号生成方式の概念を示
した符号のパターン図
【符号の説明】
10 送信系装置 100 拡散符号生成部 110 QPSK符号化回路 121、122 乗算器 131、132 乗算器 141、142 PN符号発生器 150 直交符号発生器 160 直交変調回路 170 ローカル信号発生源 180 無線アンテナ 20 受信系装置 200 無線アンテナ 201 BPF 210 直交検波回路 220 ローカル信号 231、232 LPF 241、242 A/Dコンバータ 251〜254 ディジタル相関器 260 データ復号回路 271、272 乗算器 281、282 PN符号発生器 290 直交符号発生器 300 逆拡散符号発生回路 311、312 2乗回路 320 加算器 330 同期捕捉判定回路 340 クロック再生回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−198543(JP,A) 特開 平4−328923(JP,A) 特開 平4−314227(JP,A) 米国特許5103459(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04B 1/707

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 送信装置では、第1のPN符号を発生す
    る第1のPN符号発生器、第1の直交符号を発生する第
    1の直交符号発生器、前記第1のPN符号と前記第1の
    直交符号とを乗算する第1の乗算器を有して拡散符号を
    生成する拡散符号生成部と、位相変調方式を用いて入力
    信号の符号化を行う符号化部と、前記符号化部の出力と
    前記拡散符号生成部の出力とを乗算する第2の乗算器
    と、前記第2の乗算器の出力を入力して直交変調を行う
    直交変調部とを有し、受信装置では、受信信号を直交検
    波する直交検波部と、前記直交検波部の出力を用いてク
    ロックを再生するクロック再生部と、第2のPN符号を
    発生する第2のPN符号発生器、第2の直交符号を発生
    する第2の直交符号発生器、前記第2のPN符号と前記
    第2の直交符号とを乗算する第3の乗算器を有するとと
    もに前記クロック再生部の出力を用いて逆拡散符号を生
    成する逆拡散符号生成部と、前記逆拡散符号生成部の出
    力を入力するとともに前記直交検波部の出力のA/D変
    換信号の相関を得る相関器と、前記相関器の出力を用い
    てデータ復調を行う復号化部と、前記相関器の出力の2
    乗和を用いて同期捕捉の判定を行うとともに判定結果を
    前記逆拡散符号生成部に出力する同期捕捉判定部とを有
    し、複数の端末を有する符号分割多元接続方式を用いた
    直接スペクトル拡散による通信を行なう際に、前記送信
    装置及び前記受信装置を有するシステムにおいて各位相
    成分に任意の符号系列内の各々異なる符号パターンを用
    いた多値位相変調方式を用い、前記符号系列内で最大相
    互相関値の大きい符号パターンの組み合わせを選択し、
    それぞれの符号パターンを前記各位相成分の拡散符号に
    割り当て、これらの符号パターンの相互相関値が最小値
    をとる点まで相互のパターンを巡回させる多値位相変調
    用拡散符号を生成する拡散符号生成方式。
  2. 【請求項2】 符号パターンの相互相関値が最小値をと
    る点まで相互のパターンを巡回させた多値位相変調用拡
    散符号を生成した後、前記各位相成分に対応する拡散符
    号のそれぞれに対し、任意の直交符号系列内の同じ符号
    パターンを乗算した拡散符号を生成する請求項1記載の
    拡散符号生成方式。
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