JP3111411B2

JP3111411B2 - 擬周期系列を用いた通信方式

Info

Publication number: JP3111411B2
Application number: JP14403393A
Authority: JP
Inventors: 直樹末広
Original assignee: 大英エレクトロニクス株式会社; 直樹末広
Priority date: 1993-06-15
Filing date: 1993-06-15
Publication date: 2000-11-20
Anticipated expiration: 2015-11-20
Also published as: JPH07143110A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動体通信方式等に適
合する通信方式にかかり、特に周期系列として設計され
ている信号を近似同期状態で使用できるようにした擬周
期系列を用いた通信方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】セルラー無線通信システムとして知られ
ている移動体通信などのように、端局に対する距離が変
化する移動局の間で通信を行うシステムにおいては、周
期系列の信号を用いている。なお、現在は上記の通信シ
ステムは、アナログの周波数多重あるいは時分割多重変
調方式を使用しているが、将来的にはデジタルの符号分
割多元接続方式などのデジタル符号分割通信方式が採用
されることが確実視されている。

【０００３】この種の符号分割多重通信のための信号設
計は、周期系列の方が設計し易いことが知られており、
例えば１９８５年、ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ
Ｐｒｅｓｓ社発行、Ｍ．Ｋ．Ｓｉｍｏｎ，Ｊ．Ｋ．Ｏ
ｍｕｒａ，Ｒ．Ａ．Ｓｃｈｏｌｔｚ，Ｂ．Ｋ．Ｌｅｖｉ
ｔｔ著、”ＳｐｒｅａｄＳｐｅｃｔｒｕｍＣｏｍ
ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”に解説されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種のスペクトラム
拡散通信方式には、常識的には、自己相関にサイドロー
ブのない周期系列を用いる。例えば、周期系列・・・・
・１，１，１，−１，１，１，１，−１，１，１，１，
−１，・・・・、（１，１，１，−１は１周期）を、そ
の整合フィルタに入力すると、・・・・・０，４，０，
０，０，４，０，０，０，４，０，・・・・・という綺
麗な出力が得られる。

【０００５】ところが、この周期系列の１周期（１，
１，１，−１）を上記の整合フィルタに入力すると、
（−１，０，１，４，１，０，−１）というきたない出
力になってしまう。すなわち、無限長周期系列の入力に
対しては所望の受信出力が得られるが、有限長の入力に
対しては所望の出力とは異なる出力が得られる。

【０００６】本発明の目的は、有限長の周期系列の入力
信号に対しても無限長周期系列の入力と同様な受信信号
を得ることのできる信号方式とした擬周期系列を用いた
通信方式を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、伝送すべき情報をｂとしたとき、ｂ（ａ
_N-L，・・・，ａ_N-1，ａ₀，・・・，ａ_N-1，ａ₀，
・・・，ａ_L-1）という長さＮ＋２Ｌの信号を送信信号
とし、（ａ₀，ａ₁，・・・・，ａ_N-1）という長さＮ
の信号に対する整合フィルタを通して前記情報ｂを受信
することを特徴とする。

【０００８】すなわち、前記周期系列の１周期（１，
１，１，−１）の前後に例えば長さ２の繰り返し部分を
付加した（１，−１，１，１，１，−１，１，１）を作
成する。付加する長さ２の繰り返し部分は、１周期の
（・・１，−１）の部分で、これを当該１周期の前に付
加し、１周期の（１，１・・・）の部分を当該１周期の
後に付加する。なお、この付加部分は最低１の長さであ
る。

【０００９】これを整合フィルタに入力すると、（−
１，２，−１，０，０，４，０，０，１，２，１）とい
う出力がえられ、中央の長さ５の部分（・・・０，０，
４，０，０・・・）は周期系列を入力したときと同じも
のとなる。この性質は、同期がある程度はとれるが完全
ではない符号分割多重通信システム（近似同期セルラー
ＣＤＭＡ等）に適合する。

【００１０】本発明は、さらに、次のように構成するこ
とができる。（１）長さＮの有限長系列をＡとし、周期系列（・・・
・・Ａ，Ａ，Ａ・・・・・）の一部分で、長さがＮより
長くＡをその中に含む系列をＡ’とし、Ａ’に送信すべ
き情報を乗じた信号を送信信号として送信し、受信側で
Ａの整合フィルタを備え、この整合フィルタに受信した
Ａ’を通すことにより情報を得る。

【００１１】・・・・・・，───Ａ───，───Ａ───，・・・・・・ │←─── Ａ’───→│ （２）相互相関のないｎ個の周期系列・・・・Ａ₁，Ａ₁，Ａ₁，Ａ₁・・・・・・・・・Ａ₂，Ａ₂，Ａ₂，Ａ₂・・・・・・・・・・・Ａ_i，Ａ_i，Ａ_i，Ａ_i・・・・・・・・・・・Ａ_n，Ａ_n，Ａ_n，Ａ_n・・・・・があるとき、送信局−受信局のｉ番目の組がＡ_i’を送
信すべき情報で変調した送信信号とし、受信側に設けた
Ａ_iの整合フィルタで復調することで情報を得る。（３）上記（１）（２）において、変調情報をａ，ｂと
したとき、ａＡ’とｂＡ’を時間をずらして加算した信
号を送信信号とする。

【００１２】

【作用】上記本発明の構成において、周期系列・・・・
・・，───Ａ───，───Ａ───，・・・・・・
として、その自己相関関数が特別の性質を持つように設
計された有限長系列Ａを送信信号として、Ａの整合フィ
ルタを受信器とすると、有限長系列Ａの自己相関関数が
出力される。これは、周期系列・・・・Ａ，Ａ，Ａ，・
・・・・の自己相関関数とは異なる性質を持つので、設
計どうりの効果がないという従来の問題点が次のように
して解決される。

【００１３】Ａ＝（ａ_0,ａ_1,・・・・・ａ_N-1）、（長さＮ）Ａ’＝（ａ_N-L,ａ_N-L+1,・・・・ａ_N-1,ａ_0,ａ₁・・・
・ａ_N-1,ａ_0,ａ₁・・・・ａ_L-1）、（長さＮ＋２Ｌ）とすると、Ａ’はＡの後にＡの前からＬ成分をつなぎ、
Ａの前にＡの後からＬ成分をつないだものになる。

【００１４】Ａ’の整合フィルタにＡを入力すると、出
力信号の長さは（２Ｎ＋２Ｌ−１）となり、中央の長さ
（２Ｌ＋１）の部分は、周期系列・・・・・・，───
Ａ───，───Ａ───，・・・・・・の自己相関関
数の性質を示す。同様のことが相互相関関数にも言え
る。相互相関のない周期系列は、次のようにして作るこ
とができる。

【００１５】すなわち、周期系列・・・・ａ₁・・・・
ａ_Nａ₁・・・・ａ_N・・・・を、のように、巡回行列として表記する。

【００１６】周期系列は、その１周期を巡回して正方行
列の各行とし、そのノルムを正規化することにより巡回
正規行列として表記することができる。この表記法によ
って、直交系列はユニタリ行列として、また多相周期系
列は多相行列として表記される。ところで、周知のよう
に、巡回たたみ込みは巡回行列で表されるが、また、フ
ーリエ変換された領域での乗算とも考えることができ
る。したがって、いま、ある巡回行列をＡとし、Ａのあ
る１行をフーリエ変換して得られる系列を対角成分とす
る対角行列をＢとすると、Ａ＝Ｆ^-1ＢＦ・・・・（１）となる。ただし、ＦはＤＦＴ行列である。

【００１７】もし、Ａがユニタリ行列であれば、式
（１）より対角行列Ｂもユニタリ行列でなければならな
い。すなわち、Ｂの対角成分の絶対値は１でなければな
らない。したがって、直交系列をフーリエ変換すると多
相周期系列となる。また、Ｂの対角成分の絶対値が１な
らば、Ａはユニタリ行列となるから、多相周期系列を逆
フーリエ変換すると、直交系列となる。

【００１８】時間軸を逆転して考えれば、多相周期系列
をフーリエ変換すれば多相周期系列となる。次に、相互
相関のない多相周期系列について説明する。いま、２個
の周期系列があって、それぞれ巡回行列Ａ，Ｃによって
表されているとき、Ａ＝Ｆ^-1ＢＦＣ＝Ｆ^-1ＤＦという関係にある対角行列Ｂ，Ｄが存在する。

【００１９】ＡとＣの相互相関関数はＡ・Ｃ^*＝Ｆ^-1ＢＤ^*Ｆとして表されるから、対角行列ＢＤ^*のすべての対角成
分が０であれば、ＡとＣで表される２個の周期系列の相
互相関関数は、すべてのシフトで０となる。この条件
は、ＡとＣで表される２個の周期系列のスペクトルが重
なり合わない、と言い換えることができる。ただし、Ｃ
^*はＣの随伴行列（成分を転置して複素共役にした行
列）である。

【００２０】例えば、（１，０，１，０，１，０，−
１，０）と（０，１，０，１，０，１，０，−１）のよ
うに各成分の積が０となるような複数の直交系列を周波
数領域に設定し、これらを逆フーリエ変換すると、時間
領域に成分の絶対値が一定で相互相関関数があらゆるシ
フトで０となる複数の周期系列が得られる。

【００２１】Ｎ次離散フーリエ変換行列をＦ_N＝［ｆ_N（ｉ，ｊ）］，０≦ｉ≦Ｎ−１，０≦ｊ≦Ｎ−１，ｆ_N（（ｉ，ｊ）＝（１／√Ｎ）ｅｘｐ｛（−２π√−１）・ｉｊ／Ｎ）｝とすると、となるが、上例の２個の直交系列と８次離散逆フーリエ
変換により、ただし、Ｗ_N＝ｅｘｐ｛（２π√−１）／Ｎ｝とする。

【００２２】先に述べたように、式（２）の右辺の２列
のそれぞれを繰り返して得られる２個の周期系列の相互
相関関数は、あらゆるシフトで０となるはずである。一
方、この２個の周期系列の自己相関関数は、それぞれ０
シフト成分を１に正規化すると（１，０，０，０，１，０，０，０）および（１，０，０，０，−１，０，０，０）である。

【００２３】これは、Ｆ₆ ^-1のｊが偶数なる成分（ｊ＝
０，２，４，６）は周期４の繰り返しとなっているのに
対し、ｊが奇数なる成分は、０≦ｉ≦３なる成分に
−１を乗じると、４≦ｉ≦７なる成分が得られるた
めである。同様に、一般に周期ＭＮのＭ個の直交系列が
あって、これらのＭ個の直交系列から適当な１周期を取
り出してＭ個の有限長系列とし、これらＭ個の有限長系
列のうちの任意の２個の有限長系列の対応する成分の積
を０にできるとき、これらのＭ個の有限長系列をＭＮ次
逆フーリエ変換することにより、Ｍ個の多相有限長系列
が得られ、これらＭ個の有限長系列をそれぞれ繰り返し
て得られるＭ個の多相周期系列は、任意の２個の相互相
関関数があらゆるシフトで０となる。

【００２４】特に、周期ＭＮの直交系列が、０≦ｋ≦Ｍ
−１なるｋに対して、第ｋ（Mod Ｍ）成分以外は０で、
第ｋ（Mod Ｍ）成分を抜き出すと、周期Ｎの直交系列に
なっているとき、この周期Ｎの直交系列をＭＮ次逆フー
リエ変換して得られる多相周期系列の自己相関関数は、
Ｎの倍数以外のすべてのシフトで０となり、０≦ｔ≦Ｍ
−１として、ｔＮシフトではｅｘｐ｛（２π√−１）ｋｔ／Ｍ｝となる。

【００２５】例えば、の右辺の４列のそれぞれを繰り返して得られる４個の多
相周期系列の自己相関関数はそれぞれ、（１，０，０，
１，０，０，１，０，０，１，０，０），（１，０，
０，√-１，０，０，-1，０，０，-√-1，０，０），
（１，０，０，−１，０，０，１，０，０，-1，０，
０），（１，０，０，-√-1，０，０，-1，０，０，√-
1，０，０）となる。

【００２６】上記（３）式の４つの列は、それぞれ長さ
１２の系列である（Ｎ＝１２）。ここで、Ｌ＝２とする
と、２以内のずれに対しては自己相関のサイドローブも
相互相関も、共に０の弱同期符号分割多重通信が実現で
きる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面を参照し
て詳細に説明する。図１は本発明の擬周期系列を用いた
通信方式を適用する送信機の要部構成の１実施例を説明
する概略ブロック図であって、１は送信すべき情報を格
納するデータバッファ、２は変調単位にデータの組を生
成するデータ組生成手段、３〜６は符号変調データを格
納するメモリ＃１〜メモリ＃４、７〜１０はデータ組生
成手段２からのデータ組にその情報１，−１に対応し
て”１”または”−１”を乗算する乗算器、１１は加算
器、１２は送信手段である。

【００２８】なお、図中、メモリ＃１〜＃４は乗算器７
〜１０に変調データＢを送出するタイミングに応じた分
をずらして示してある。同図において、送信情報のデー
タはデータバッファ１に一旦格納された後、データ組生
成手段２で変調単位の組として乗算器７〜１０に順次所
定のタイミングで供給される。

【００２９】＃１メモリ３〜＃４メモリ６からは、上記
タイミングに同期して変調信号Ｂのパス列が乗算器７〜
１０に与えられ、データ組生成手段２からのデータの”
１”、”−１”に応じて”１”または”−１”が乗算さ
れる。乗算器７〜１０の出力は加算器１１において加算
され、時系列信号として送信手段１２に与えられる。送
信手段１２はこの時系列信号を適宜の搬送信号に乗せて
送信する。

【００３０】図２は変調信号の１構成例を説明する模式
図であって、Ｂは長さＮの変調信号で、この変調信号Ｂ
に、長さＬ分の後端信号Ｂ_Rを前部に、長さＬ分の前端
信号Ｂ_Fを付加したものを送信信号１単位（長さＮ＋２
Ｌ）とし、これを図１の＃１メモリ３〜＃４メモリ６に
それぞれ格納しておく。なお実際に回路を設計する場合
は、このメモリを１つのみとし、その信号出力タイミン
グを別途設けた制御手段で制御して順次出力させるよう
にするのがよい。

【００３１】図３は図１の送信手段に供給される送信信
号の１例を説明する模式図であって、ここではデータ
（１，１，−１，１）に対応した送信信号を示す。図４
は本発明の擬周期系列を用いた通信方式を適用する受信
機の要部構成の１実施例を説明する概略ブロック図であ
って、２１は受信手段、２２は図２に示した変調信号Ｂ
の整合フィルタ、２３は時間軸調整手段である。

【００３２】同図において、受信手段２１で受信した前
記図３に示したような送信信号は、Ｂの整合フィルタ２
２に通される。Ｂの整合フィルタ２２を通った復調信号
は下記のように再現される。図５は受信機の信号処理の
説明図であって、（ａ）はＢの整合フィルタを通ったデ
ータ”１”の信号、（ｂ）はデータ”−１”の信号、
（ｃ）は（ａ）と（ｂ）の加算信号、（ｄ）は時間軸調
整手段２３でパルス列の時間軸を送信情報データと同じ
に調整した後成形処理した再現情報データを示す。

【００３３】このように、本実施例によれば、有限長の
周期系列の信号を用いて無限長周期系列の入力と同様に
同期の取れた受信信号を得ることができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
有限長の周期系列の入力信号に対しても無限長周期系列
の入力と同様に綺麗に設計された受信信号を得ることが
でき、周期系列として設計されている信号を近似同期状
態で使用できる信号方式とした擬周期系列を用いて優れ
た機能をもつ通信方式を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の擬周期系列を用いた通信方式を適用す
る送信機の要部構成の１実施例を説明する概略ブロック
図である。

【図２】本発明の擬周期系列を用いた通信方式の１実施
例に用いる変調信号の１構成例を説明する模式図であ
る。

【図３】図１の送信手段に供給される送信信号の１例を
説明する模式図である。

【図４】本発明の擬周期系列を用いた通信方式を適用す
る受信機の要部構成の１実施例を説明する概略ブロック
図である。

【図５】受信機の信号処理の説明図である。

【符号の説明】

１送信すべき情報を格納するデータバッファ２変調単位にデータの組を生成するデータ組生成手段３〜６符号変調データを格納するメモリ＃１〜メモリ
＃４７〜１０データ組生成手段２からのデータ組にその情
報１，−１に対応して”１”または”−１”を乗算する
乗算器１１加算器１２送信手段２１受信手段２２変調信号Ｂの整合フィルタ２３時間軸調整手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−74743（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−104841（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−73825（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−205037（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−73730（ＪＰ，Ａ) 特開平６−6324（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04L 7/027 H04J 13/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】伝送すべき情報をｂとしたとき、ｂ（ａ
_N-L，・・・，ａ_N-1，ａ₀，・・・，ａ_N-1，ａ₀，
・・・，ａ_L-1）という長さＮ＋２Ｌの信号を送信信号
とし、（ａ₀，ａ₁，・・・・，ａ_N-1）という長さＮ
の信号に対する整合フィルタを通して前記情報ｂを受信
することを特徴とする擬周期系列を用いた通信方式。