JP3909784B2 - 変調方式、変調方法、復調方法、変調装置および復調装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直接スペクトラム拡散用の変調方式、変調方法、復調方法、変調装置および復調装置に関し、より詳細には、直接拡散用オフセットチップ多重位相変調（DS-OCMPSK）に係る変調方式、変調方法、復調方法、変調装置および復調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信などの無線通信の分野において、変調された後の信号の帯域幅が狭帯域変調によるものに比べて著しく広くなっているスペクトラム拡散を用いた通信方式が利用されている。これは、上記スペクトラム拡散を用いた通信方式は、(１)妨害に強い、(２)干渉に強い、(３)秘話性や秘匿性があるなどの特徴を備えていることによる。スペクトラム拡散通信による拡散信号の発生方式には、直接拡散（ＤＳ：Direct Sequence）や周波数ホッピング（ＦＨ：Frequency Hopping）が知られている。たとえば、直接拡散では、拡散符号系列（ＰＮ(Pseudo-random Noise)系列）という疑似ランダム符号を用いて送信信号のスペクトラムが拡散される。
【０００３】
上記直接スペクトラム拡散方式を採用した送信回路においては、入力した信号に狭帯域変調（一次変調）を施した後に、一次変調された信号と、ＰＮ符号系列との排他論理和を取ることにより、ビット（シンボル）に対して複数のチップを生成する。
【０００４】
上記狭帯域変調には、ＦＳＫ(Frequency Shift Keying)、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＤＰＳＫ(Differentially encoded PSK)や、ＱＰＳＫ(Quadrature PSK)が知られている。たとえば、ＱＰＳＫでは、４種類の位相値をもった正弦波のうちの一つを選択することにより、２ビット分の情報を得ることができる。これにより、変調波形のスペクトラム分布を、ＰＳＫのものと比較して半分にすることができ、周波数利用の効率化を図ることができる。さらに、近年、８種類の位相値の一つを選択することにより、３ビット分の情報を得ることができる８−ＰＳＫが提案されている。ＱＰＳＫや８−ＰＳＫは、多値変調方式と称され、特に、移動体通信の普及や伝送速度の高速化などの要求から、周波数利用の効率の向上が求められていることから、「LMS−MLSE等化器を用いた高速８PSK復調装置（1995年信学総大B−390）」、「スター16QAMをベースとした適応変調装置の室内実験結果（1997年信学総大B−5−175）」、「64QAM−OFDM復調用パイロットシンボルの送信電力比に関する検討（1997年信学ソ大B−5−181）」などに種々の提案がなされている。
【０００５】
上記８−ＰＳＫ方式は、３ビット分の情報を得ることができるため、周波数利用の効率を考慮すると、極めて有用である。しかしながら、８種類の位相値の相互の位相差はπ／４であり、ＱＰＳＫ方式のＢＥＲ（Bit Error Rate）相当のＢＥＲを実現するために必要なEb／Noが増大するという問題点があった。
【０００６】
他の先行技術として、例えば次のようなものがある。
【０００７】
特開平9-55714号公報は、位相（時間差１チップ以上）の異なる複数の拡散符号で拡散することにして、パラレル送信することにより伝送速度の高速化を図るスペクトル拡散通信システムを開示している。これはＢＰＳＫを多重するものである。
【０００８】
特開平7-264095号公報は、複数の異なる拡散符号で拡散することにして、パラレル送信することにより伝送速度の高速化を図るスペクトル各拡散通信用送信機及び受信機を開示している。これはＢＰＳＫを多重するものである。
【０００９】
特開平8-149048号公報は、オフセットＱＰＳＫ変調方式を用いたスペクトラム拡散変調装置及び復調装置を開示している。復調器にＳＡＷ（表面弾性波）マッチドフィルタを用いている。
【００１０】
特開平7-131379号公報は、ＢＰＳＫ信号を復調するスペクトラム拡散通信用受信機の復調器を開示する。
【００１１】
特開平6-232838号公報は、変調にＱＰＳＫ方式を用い、同相、直交信号成分の両者が同時に遷移を起こさないような拡散方式を用いるスペクトラム拡散送受信機を開示する。
【００１２】
特開平4-360434号公報は、位相が異なる複数の拡散符号で拡散することにして、パラレル送信することにより伝送速度の高速化を図るスペクトル拡散送信装置及び受信装置を開示している。これはＢＰＳＫを多重するものである。しかし、この技術によれば、複数の拡散符号を用いることにより、いわば１つのチャネルによるシリアル伝送を、複数のチャネルによりパラレル的に行うにすぎず、伝送方式自体の改良により高速伝送するものではない。拡散符号によっては互いに干渉が生じて性能が劣化することが考えられる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記８−ＰＳＫ方式の欠点であった、８種類の位相値の相互の位相差はπ／４であり、ＱＰＳＫ方式の位相差の半分であり、伝送誤りが発生しやすいことに鑑みなされたもので、伝送誤り特性を改善した変調方法及び変調装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、この発明は、伝送誤りを増やすことなく、伝送速度の高速化を図ることができる変調方法及び変調装置を提供することを目的とする。
【００１９】
本発明に係わる変調方法は、送信データから互いに直交する２つのベクトルＶ１，Ｖ２を生成し、それぞれ拡散し、前記ベクトルＶ２を予め定められた時間Ｔｄだけ遅延させたものと前記ベクトルＶ１とを合成した直交信号と直交変調することにより、チップレートを大きくすることなく、データレートを高める変調方法であって、前記ベクトルＶ１が時刻ｔにおいてＩ 1 軸上を遷移するときに前記ベクトルＶ２が時刻（ｔ＋Ｔｄ）においてＱ 2 軸上を遷移する状態を状態１とし、前記ベクトルＶ１が時刻ｔにおいてＱ 1 軸上を遷移するときに前記ベクトルＶ２が時刻（ｔ＋Ｔｄ）においてＩ 2 軸上を遷移する状態を状態２とし、チップ周期をＴｃとした場合に、前記状態１から前記状態２へ位相遷移するときにベクトルＶ１及びＶ２が重なる区間、及びベクトルＶ１及びＶ２が存在しない区間を短くするように、Ｔｄ＝Ｔｃに設定することを特徴とする。
【００２０】
本発明に係わる変調方法は、送信データから互いに直交する２つのベクトルＶ１，Ｖ２を生成し、それぞれ拡散し、前記ベクトルＶ２を予め定められた時間Ｔｄだけ遅延させたものと前記ベクトルＶ１とを合成した直交信号と直交変調することにより、チップレートを大きくすることなく、データレートを高める変調方法であって、前記ベクトルＶ１が時刻ｔにおいてＩ 1 軸上を遷移するときに前記ベクトルＶ２が時刻（ｔ＋Ｔｄ）においてＱ 2 軸上を遷移する状態を状態１とし、前記ベクトルＶ１が時刻ｔにおいてＱ 1 軸上を遷移するときに前記ベクトルＶ２が時刻（ｔ＋Ｔｄ）においてＩ 2 軸上を遷移する状態を状態２とした場合に、前記状態１から前記状態２へ位相遷移するときにベクトルＶ１及びＶ２が重なる区間、及びベクトルＶ１及びＶ２が存在しない区間が生じないように、シンボル周期及びチップ周期の少なくとも何れかを調整して、前記位相遷移のタイミングを変化させることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る変調方法は、位相遷移時に位相平面の原点を通らないように、チップ周期をＴｃとしたとき、前記時間ＴｄをＴｄ＝１．５＊Ｔｃに設定したものである。
【００２４】
本発明に係る変調装置は、送信すべきデータのうちの３つの連続するビットからなるビット列を受け入れて、当該ビット列に基づき、各々が同相成分および直交成分からなる二つの直交するベクトルを生成するベクトル生成回路と、前記二つのベクトルをそれぞれ拡散する拡散器と、拡散されたベクトルのうちの一方の同相成分および直交成分を時間Ｔｄ（Ｔｃ＜Ｔｄ＜Ｔ／２ ただし、Ｔｃ：チップ周期、Ｔ：シンボル周期）だけ遅延させる遅延回路と、拡散されたベクトルの他方の同相成分と前記遅延回路にて遅延された同相成分とを加算する第１の加算器と、拡散されたベクトルの他方の直交成分と前記遅延回路にて遅延された直交成分とを加算する第２の加算器とを備えるものである。
【００２５】
本発明に係る変調装置は、前記ベクトル生成回路が、３つのビット列の先頭の２ビットからなるビット列をグレイコードに変換する第１のバイナリー／グレーコード（Ｂ／Ｇ）変換回路と、第１のＢ／Ｇ変換回路からの出力の排他論理和をとる排他論理和回路と、３ビットのビット列の最後尾の１ビットと排他論理和回路の出力とからなるビット列をグレイコードに変換する第２のＢ／Ｇ変換回路とを有し、前記第１のＢ／Ｇ変換回路および第２のＢ／Ｇ変換回路により、それぞれ、相互に直交する二つのベクトルが得られるように構成されたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態につき説明を加える。
【００２８】
説明の便宜上、まず、具体的な送信回路及び受信回路の構成について説明し、その後、動作原理について説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態にかかる送信回路の一部の構成を示すブロックダイヤグラムである。図１に示すように、この送信回路は、シフトレジスタ１２と、ベクトル発生器１４と、拡散器１６、１８と、遅延回路２０と、加算器２２、２４と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２６、２８と、局所発振器３０と、乗算器３２、３４と、移相器３６と、加算器３８を備えている。
【００３０】
シフトレジスタ１２は、送信データTXdataを受け入れて、これをビット周期ごとにシフトして、データTXdataの隣接する３ビットのデータを一時的に記憶する。
【００３１】
ベクトル発生器１４は、上記３ビットのデータから、二つの直交するベクトルV1、V2を作成し、かつ、各ベクトルの同相成分(V1i、V2i)および直交成分（V1q、V2q）を得る。拡散器１６、１８は、それぞれ、ベクトルV1、V2と、ＰＮ符号系列との排他論理和をとって、各ベクトルを拡散する。遅延回路２０は、ベクトルV2を、所定の時間Ｔdだけ遅延させる。加算器２２は、ベクトルの同相成分どうし（V1iとV2i)を、加算器２４は、直交成分どうし（V1qとV2q）を、それぞれ加算する。
【００３２】
乗算器３２において、同相成分に対応するベースバンドの変調信号は、局所発振器３０からの中間周波数の搬送波にて周波数変換され、中間周波数の同相成分の変調信号IFTXIが得られる。その一方、乗算器３４において、直交成分に対応するベースバンドの変調信号は、局所発振器３０から発せられ、移相器３６にて９０°位相がずらされた搬送波にて周波数変換され、中間周波数の直交成分の変調信号IFTXQが得られる。これら信号は、加算器３８にて加算され、中間周波数信号IFTXが出力される。
【００３３】
加算器３８からは、中間周波数の送信信号IFTXが出力される。この信号IFTXは、さらに、周波数シンセサイザ（図示せず）からの搬送波により周波数変換されて、周波数変換後の信号が、アンテナ（図示せず）から送出される。
【００３４】
ベクトル発生器１４は、バイナリー／グレイ（Ｂ／Ｇ）変換器４２、４４および排他論理和（EXOR）回路４６とを有している。Ｂ／Ｇ変換器４２、４４は、入力したバイナリーコード（二進符号）を、グレイコード（折返し二進符号）に変換する。たとえば、シフトレジスタ12−１、12−２中の２ビットのデータを、Ｂ／Ｇ変換器４２により、グレイコードに変換し、これにより、ベクトルV2の同相成分V2iおよび直交成分V2qを得ることができる。その一方、上記ベクトルV2の成分の排他論理和と、レジスタ12−3中の最後尾の１ビットのデータとからなる２ビットのデータを、Ｂ／Ｇ変換器４４により、グレイコードに変換し、これにより、ベクトルV1の同相成分V1iおよび直交成分V1qを得ることができる。このようにして得られた二つのベクトルV1およびV2は、互いに直交している。
【００３５】
図１は、０，１の２値信号を受けてベクトルを発生するベクトル発生器１４の詳細構成をも示すが、これは一例である。３ビットのデータから互いに直交する２つのベクトルを生成できるものであれば、他の回路でも構わない。入力データは＋１、−１でも構わない。
【００３６】
ベクトル発生器１４から出力された二つの直交するベクトルV1、V2は、それぞれ、拡散回路１６、１８において、二次変調（拡散）されて、シンボルごとに所定数のチップが得られる。ここで、拡散された後の、ベクトルV2の同相成分V2iおよび直交成分V2qは、遅延回路において、所定の時間Ｔｄだけ、遅延される。
【００３７】
次に、本実施の形態にかかる受信回路につき説明を加える。図２は、本実施の形態にかかる受信回路の一部の構成を示すブロックダイヤグラムである。図２に示すように、受信回路は、局所発振器５２と、乗算器５４、５６と、移相器５８と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６０、６２と、ディジタルマッチドフィルタ（ＤＭＦ）６４、６６と、クロック再生回路６８と、サンプリング回路７０と、位相演算回路７２と、自動周波数制御回路（ＡＦＣ）７４と、復号回路７６と、クロック再生回路７８とを備えている。さらに、受信回路は、アンテナ（図示せず）にて受信した信号を周波数変換して、中間周波数の信号IFRXを得るための種々の回路（図示せず）を備えている。
【００３８】
局所発振器５２、乗算器５４、５６および移相器５８により、中間周波数信号IFRXは直交検波され、中間周波数信号の同相成分および直交成分が、それぞれ、ＬＰＦ６０、６２に与えられる。ＬＰＦ６０、６２からの出力は、ＤＭＦ６４、６６に与えられ、ＤＭＦ６４、６６は、それぞれ、同相成分と拡散符号系列との相関Ｉcorrおよび直交成分と拡散符号系列との相関Ｑcorrを算出する。
【００３９】
クロック再生回路６８は、同相成分の相関値であるＩcorrおよび直交成分の相関値Ｑcorrに基づき同期捕捉および同期追従を行い、サンプリング回路７０ないし復号回路７６にて使用すべきクロックを出力する。サンプリング回路７０は、クロック再生回路６８からのクロックに基づき、ＤＭＦ６４、６６の出力をサンプリングする。なお、後述するようにクロック再生回路６８により正確なサンプリングクロックが生成されるため、相関値を正確にサンプリングすることが可能である。位相計算回路７２は、サンプリングされた相関値ＩsampおよびＱsampに基づき、位相θiqを算出する。
【００４０】
また、ＡＦＣ７４は、シンボル周期間の位相θiqの変化分θｄから、キャリア周波数誤差を計算して、これを補正すると共に、補正された位相の変化分θｒを算出する。復号回路７６は、補正された位相の変化分θｒを受け入れて、これに基づき、復号を実行する。このようにして、受信されたデータRxdataが復元される。
【００４１】
図３は、本実施の形態にかかるクロック再生回路の構成を示すブロックダイヤグラムである。図３に示すように、クロック再生回路６８は、絶対値検出回路６８１ａ、６８１ｂと、加算器６８２と、ＬＰＦ６８３と、遅延回路６８４と、加算器６８５と、最大値検出回路６８６と、同期回路６８７と、サンプリングタイミング発生器６８８とを備えている。
【００４２】
絶対値回路６８１ａ、６８１ｂは、それぞれ、ＤＭＦ６４、６６から出力された相関値の同相成分Ｉcorrおよび直交成分Ｑcorrの絶対値を求める。加算器６８２は、上記絶対値回路６８１ａ、６８１ｂの出力を加算し、ＬＰＦ６８３は、加算器３２２の出力の高周波成分を除去する。
【００４３】
加算器６８５は、ＬＰＦ６８３の出力と、遅延回路６８４にて遅延されたＬＰＦ６８３の出力とを加算する。この遅延回路６８４での遅延時間Ｔｄは、送信回路の遅延回路２０にて用いられた遅延時間と同一である。最大値検出回路６８６は、加算器６８５の出力中の最大値（ピーク値）を検出する。同期回路６８７は、最大値検出回路６８６にて検出された最大値の位置と、既に保持している最大値の位置とを比較して、その位置を制御する。サンプリングタイミング発生器６８８は、同期回路６８７にて保持された最大値の位置に基づき、ＴｄおよびＴ−Ｔｄの周期を繰り返す第１のクロック信号Clock1と、Ｔ／3の周期の第２のクロック信号Clock2とを生成する。
【００４４】
このクロック再生回路６８の動作は、サンプリングタイミング発生器にて生成される第２のクロック信号を除き、本出願人が先に提出した特願平８−３３３８４２号のものと略同様である。
【００４５】
ＤＭＦ６４、６６からは、たとえば、図４（ａ）に示すように、同相成分の相関値Ｉcorrと直交成分の相関値Ｑcorrが出力される。この相関値には、時刻ｔ1で生じるピーク１５０ａ、１５０ｂと、時刻ｔ2（＝ｔ1＋Ｔｄ）で生じるピーク１５０ｃ、１５０ｄとが含まれる。すなわち、ピークは、時間ＴｄおよびＴ−Ｔｄの周期で生じる。
【００４６】
したがって、絶対値回路６８１ａ、６８１ｂ、加算器６８２およびＬＰＦ６８３を経た信号は、図４（ｂ）に示すようなものとなる。遅延回路６８４は、図４（ｂ）に示す信号を、時間Ｔｄだけ遅延させるため、加算器６８５の出力は、図４（ｃ）に示すようなものとなる。すなわち、ＬＰＦ６８３の出力のピーク１５２と１５３とが加算されて、他のピークよりも大きなピーク１５５が得られる。上記ピーク１５５は、シンボル周期Ｔごとに発生するため、これに基づき、周期Tのクロックを発生することが可能となる。
【００４７】
最大値検出回路６８６は、図４（ｃ）のピーク１５５を検出して、当該ピークが生じた時間ｔ2を求める。同期回路６８７は、過去の結果に基づく最大値の位置を保持しており、保持された最大値位置と検出された最大値位置とを比較する。両者が一致すれば、これが保持すべき最大値位置となり、一致しなければ、これらの値の中間値を最大値位置とする。
【００４８】
サンプリングタイミング発生器６８８は、最大値位置に基づき、図５（ｂ）に示す第１のクロックおよび図５（ｂ）に示す第２のクロックを作成する。第１のクロックは、Ｔ（＝Ｔｄ＋(Ｔ−Ｔｄ)）の周期であり、一周期中に二つのパルスを有し、これにより、ＩＱ信号を正確にサンプリングすることが可能となる。また、第２のクロックは、周期Ｔ／3のパルス信号であり、これは、復号回路７６にて使用される。
【００４９】
上記クロック再生回路６８から出力された第１のクロックに基づき、サンプリング回路７０は、ＤＭＦから出力された相関値Ｉcorr、Ｑcorrをサンプリングする。位相演算回路７２およびＡＦＣ回路７４により、時刻ｔ4にてサンプリングされた相関値に基づく位相θ1、および、時刻ｔ5にてサンプリングされた相関値に基づく位相θ2が求められる。次いで、復号回路７６は、上記位相θ１およびθ２に基づき、二つのベクトルV1、V2を復元し、さらに、Ｔ／3のパルス信号にしたがって、３ビットのビット列を復元する。
【００５０】
次に、本実施の形態において、拡散符号をバーカー符号(Baker符号)を使用し、４（サンプル／チップ）のオーバーサンプリングで、時間差Ｔｄを１チップ周期と設定した場合の変調方式のＢＥＲ(Bit Error Rate)特性を示す。図６は、ＡＷＧＮ環境の下でのEb／ＢＥＲの関係を示す図である。図６において、破線で示す曲線は、従来の８−ＰＳＫを用いた場合の理論値を示し、実線は、本発明にかかる８−ＰＳＫを用いた場合の値を示す。図６から理解できるように、従来の８−ＰＳＫと比較すると、本発明にかかるものは、１０3点で、略２．０ｄＢ、ＢＥＲが改善されている。
【００５１】
＜動作原理の説明＞
先に説明したように、拡散された後のベクトルV1の同相成分V1iと遅延されたベクトルV2の同相成分V2iとは、加算器２２にて加算され、次いで、ローパスフィルタ２６を通ることにより、ベースバンドの信号のうちの同相成分を得ることができる。その一方、拡散された後のベクトルV1の直交成分V1qと遅延されたベクトルV2の直交成分V2qとは、加算器２４にて加算され、次いで、ローパスフィルタ２８を通ることにより、ベースバンドの信号のうちの直交成分を得ることができる。
【００５２】
ここで、図７を参照して、本実施の形態にかかる８−ＰＳＫ変調の原理につき、説明を加える。上述したように、ベクトル発生器１４から出力された二つのベクトルV1、V2は互いに直交する（ベクトル発生器１４は、３ビットのTxdataに基づき、互いに直交するように２つのベクトルV1、V2を生成する）。さらに、本実施の形態においては、ベクトルV2は、遅延回路２０にて所定の時間Ｔｄだけ遅延されている。したがって、図７に示すように、ベクトルV1が、ある時刻ｔにおいてＩ1軸上を遷移するときには、ベクトルV2は、ある時刻(ｔ＋Ｔｄ)においてＱ2軸上を遷移することになる。その一方、ベクトルV1が、ある時刻ｔにおいてＱ1軸上を遷移するときには、ベクトルV2は、ある時刻(ｔ＋Ｔｄ)においてＩ2軸上を遷移することも理解できる。
【００５３】
このように３ビットのTxdataに基づき２つのベクトルV1、V2を生成し、これらを所定の時間差を与えて送信することにより、チップレートを大きくすることなく、データレートを通常のＱＰＳＫよりも大きくできる（ＱＰＳＫでは１つのベクトルを送信している）。多重化するベクトルV1、V2が互いに直交しているので多重化することができるのである。
【００５４】
すなわち、本実施の形態においては、直交する二つのベクトルを、時間差Ｔｄを与えて多重化することにより、チップレートを大きくすることなく、データレートを、通常のＱＰＳＫと比較して、１．５倍（同時に送信できるデータは２ビットから３ビットになる）とすることができる。
【００５５】
次に、送信回路の遅延回路２０などにて信号を遅延させる時間Ｔｄの範囲につき説明を加える。この時間Ｔｄは、Ｔｃをチップ周期、Ｔをシンボル周期とすると、
Ｔｃ≦Ｔｄ＜Ｔ／２
の範囲である必要がある。最適値はＴｄ＝Ｔｃである。この式の意味は以下の通りである。Ｔｄ＜Ｔｃであると、オーバーサンプリングをしている関係上、相関値の広がりがある程度あるために、ピークと裾野とが重なって分離ができず（すなわち干渉し）、前述の受信回路において、正しい周期が検出できず、また、ＡＦＣ機能もうまく働かない。その一方、Ｔｄ＝Ｔ／２であると、ピークが同じ時刻に重なってしまうため、前述の図４に関連して述べるクロックの作成が不可能になってしまう。なお、Ｔｃ＜Ｔｄを満足する限り、Ｔｄ≠Ｔ／２であれば、Ｔｄ＞Ｔ／２とすることも可能であるが、後述の、位相遷移時にベクトルが重なる区間や、ベクトルが存在しない区間が生じるのをできるだけ避けるために、Ｔｄはより小さい方が好ましい。そこで、上述したような数値となる。
【００５６】
次に、図８及び図９のＩ／Ｑ各チャネルの位相遷移タイミング図と、図１０の拡散後の位相空間図に基づき、位相遷移時にベクトルが重なる区間や、ベクトルが存在しない区間について説明する。
【００５７】
上述したように、ベクトル発生器１４から出力された二つのベクトルV1、V2は互いに直交し、ベクトルV2は、遅延回路２０にて所定の時間Ｔｄだけ遅延されている。図７に示すように、ベクトルV1が、ある時刻ｔにおいてＩ1軸上を遷移するときには、ベクトルV2は、ある時刻(ｔ＋Ｔｄ)においてＱ2軸上を遷移し（状態１）、その一方、ベクトルV1が、ある時刻ｔにおいてＱ1軸上を遷移するときには、ベクトルV2は、ある時刻(ｔ＋Ｔｄ)においてＩ2軸上を遷移する（状態２）。例えば、状態１が２シンボル周期続き、その後、状態２が３シンボル続いたとする。このときの位相遷移タイミング図は図８のようになる。状態１から状態２への遷移の際にベクトルV1とV2とが入れ替わるから、この遷移の期間ＴＢにおいて、位相遷移時にベクトルが重なる区間１０２や、ベクトルが存在しない区間１０１が存在する。
【００５８】
図８において、状態１から状態２への切り替えが生じない、時刻ｔi、ｔi＋Ｔd、ｔk、ｔk＋ＴdでベクトルV1,V2は、それぞれ“０[rad]”または“π[rad]”の位相遷移を示し、図１０の黒丸Ｂの点（(1,1)、(-1,1)、(-1、-1)、(1、-1))を遷移する。一方、状態１から状態２への切り替えが生じる、時刻ｔj、ｔj＋ＴdでベクトルV1,V2は、それぞれ“π／２[rad]”または“３π／２[rad]”の位相遷移を示し、期間ＴＢ（ｔj＜ｔ＜ｔj＋Ｔd）ではベクトルV1,V2が重なるか両方ない区間を示し、図１０の白丸Ｗの点（(0,0)、(2,0)、(0,2)、(-2,0),(0,-2))を遷移する。
【００５９】
理解を助けるために、図９の具体例を用いて説明する。図中、V1_n,V2_nはそれぞれｎ番目のシンボルを示すベクトルV1,V2である。期間ＴＢの前（後も同様である）において、Ｉ及びＱチャネルは１と−１の値をとるので、ベクトルV1,V2は、図１０の黒丸(1,1)、(-1,1)、(-1,-1)を遷移する。ところが、遷移の期間ＴＢにおいて、Ｉチャネルはデータがないため「０」であり、Ｑチャネルはデータが重なるため「−２」（＝V1+V2＝−１＋（−１））あるいは「０」（＝V1+V2＝−１＋１）である。したがって、期間ＴＢにおいて、ベクトルV1,V2は、図１０の白丸(0、-2)、(0,0)を遷移する。
【００６０】
以上のように、この実施の形態１において、位相遷移時にベクトルが重なる区間や、ベクトルが存在しない区間が生じるという現象が生じるが、これはＴｄをなるべく小さくすることによりその影響を低減することができる。
【００６１】
発明の実施の形態２．
上述のように遷移の期間ＴＢの影響を低減するためにはＴｄをなるべく小さくすればよく、実用上、その影響を支障のない程度に抑えることができる。しかし、図１０のような位相遷移の包絡線振幅の変動が大きいので、非線形増幅器を適用しにくいという問題もある。位相遷移の補償をしない場合、上述のように、ベクトルが重なる区間や存在しない区間が生じてしまうので、Ｔｄ＝０．５＊ｎ＊Ｔｃ（ｎ：奇数）を満足するようにＴｄを選んだとしても、図１０のような位相遷移となり、位相遷移時に原点を通ってしまう。この遷移の期間ＴＢの影響を低減するための別の手段を提供することも有用であると考えられる。
【００６２】
遷移の期間ＴＢの影響を除去するには次のようにすればよい。時刻ｔj、ｔj＋ＴdでベクトルV1,V2は、それぞれ“π／２[rad]”または“３π／２[rad]”の位相遷移をするとき、ベクトルV1,V2が重なるか両方ない区間をなくして、図１０における白丸Ｗの点を遷移しないようにすればよい。具体的には、シンボル周期やチップ周期を変化させ、Ｉ及びＱチャネルでの位相遷移タイミングをずらす。
【００６３】
この考えを適用した、Ｉ及びＱチャネルの位相遷移タイミング図を図１２に、拡散後の位相空間図を図１４にそれぞれ示す。図１４の位相遷移であれば、包絡線振幅の変動がさほど大きくないので、非線形増幅器を容易に適用することができる。Ｉ及びＱチャネルの信号（最適値：Ｔｄ＝１．５＊Ｔｃ）の位相遷移タイミング図の具体例を図１３に示す。この発明の実施の形態は非線形増幅器にも適用されるため、包絡線振幅変動を小さくし、特にシンボル内での位相遷移時に原点を通らないようにするため、Ｔｄ＝０．５＊ｎ＊Ｔｃ（ｎ：奇数）の条件が加わるため、最適値はＴｄ＝１．５＊Ｔｃとなる。
【００６４】
この実施の形態２の変調器の機能ブロック図を図１１に示す。シフトレジスタ１２、局所発振器３０、乗算器３２、３４、移相器３６、及び加算器３８は、図１に示されたものと同一あるいは相当部分を示す。ＲＯＭ４０は、シフトレジスタ１２によりパラレルデータに変換された６ビットのデータを受けて、図１２のように補正された拡散後のＩ信号及びＱ信号を出力する。ＲＯＭ４０のデータは、図１２及び図１３の位相遷移タイミングが実現できるように予め設定される。
【００６５】
図１１の変調器において、図１２及び図１３のようにシンボル周期やチップ周期を変えることにより、Ｉ及びＱのシンボルの遷移点をずらし、図１４の位相遷移を実現する。具体的には、このＩ及びＱのシンボルの遷移点をずらした信号波形をＲＯＭ４０から読み出すことにより送信波形を生成する。このとき、ＲＯＭに格納される信号波形のパターンは、１シンボルが３ビットで成り立ち、少なくとも２シンボル間の状態遷移分必要となるので、(23)2=64パターンとなる。また、１パターンにつき１シンボル当たりのオーバーサンプリング数の波形が必要となる。よって、ＲＯＭのアドレス幅は、（２シンボル間の状態遷移分６ビット）＋（１シンボル当たりのオーバーサンプリング数分のカウンタのビット数）となる。
【００６６】
このＲＯＭ４０のパターン（データ）は、位相遷移を補償するためのものであるが、さらに帯域制限された波形を含ませたパターンとすることにより、フィルタの効果も持たせることもできる。
【００６７】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【００６８】
たとえば、前記実施の形態において、送信回路は、得られた二つのベクトルのうちの第２のベクトルを遅延させているが、これに限定されるものではなく、第１のベクトルを遅延させても良い。
【００６９】
また、前記実施の形態において、拡散器にてシンボルに付与されるＰＮ符号系列として、Ｍ系列、ゴールド(Gold)系列、バーカー(Baker)系列の何れを使用しても良い。
【００７０】
さらに、本明細書において、手段とは必ずしも物理的手段を意味するものではなく、各手段の機能が、ソフトウェアによって実現される場合も包含する。さらに、一つの手段の機能が、二つ以上の物理的手段により実現されても、若しくは、二つ以上の手段の機能が、一つの物理的手段により実現されてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ＩＱ位相平面上において、互いに直交する２つのベクトルＶ１とＶ２とが、予め定められた時間Ｔｄの間隔（ただし、シンボル周期をＴ、チップ周期をＴｃとしたとき、Ｔｃ≦Ｔｄ＜Ｔ／２）でもって互いに直交するＩ軸及びＱ軸上を遷移するように構成したので、８−ＰＳＫよりも相互の位相差が広くなり、伝送誤りが低下する。さらに、所定の時間Ｔｄの間隔で２つのベクトルを多重するのでＱ−ＰＳＫよりも伝送速度が高くなる。
【００７２】
また、この発明によれば、前記時間Ｔｄを、Ｔｄ＝Ｔｃに設定することにより、前記ベクトルＶ１、Ｖ２の位相遷移時において、ベクトルが重なる区間及びベクトルが存在しない区間を短くするので、位相遷移の包絡線振幅の変動を小さくし、例えば、非線形増幅器を適用することができる。
【００７３】
また、この発明によれば、前記ベクトルＶ１、Ｖ２の位相遷移時において、シンボル周期及びチップ周期の少なくともいずれかを調整して位相遷移のタイミングを変化させることにより、ベクトルが重なる区間及びベクトルが存在しない区間が生じないようにするので、位相遷移の包絡線振幅の変動を小さくし、例えば、非線形増幅器を適用することができる。
【００７４】
また、この発明によれば、前記ベクトルＶ１、Ｖ２の位相遷移時に位相平面の原点を通らないように前記時間Ｔｄを設定するので、例えば、非線形増幅器を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の実施の形態１にかかる送信装置の一部の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図２】 図２は、本発明の実施の形態１にかかる受信装置の一部の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図３】 図３は、本発明の実施の形態１にかかるクロック再生回路の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図４】 図４は、本発明の実施の形態１にかかるクロック再生回路中の信号を示すタイミングチャートである。
【図５】 図５は、本発明の実施の形態１にかかるクロック再生回路中の信号を示すタイミングチャートである。
【図６】 図６は、本発明の実施の形態１の変調方式を評価するための、ＡＷＧＮ環境の下でのＥｂ／ＢＥＲの関係を示す図である。
【図７】 図７は、本発明の実施の形態１の動作原理を説明するための図である。
【図８】 図８は、本発明の実施の形態１のＩ／Ｑ各チャネルの位相遷移タイミングを示す図である。
【図９】 図９は、本発明の実施の形態１のＩ／Ｑ各チャネルの位相遷移タイミングを示す図である（詳細）。
【図１０】 図１０は、本発明の実施の形態１の拡散後の位相空間図である。
【図１１】 図１１は、本発明の実施の形態２にかかる送信装置の一部の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図１２】 図１２は、本発明の実施の形態２のＩ／Ｑ各チャネルの位相遷移タイミングを示す図である。
【図１３】 図１３は、本発明の実施の形態２のＩ／Ｑ各チャネルの位相遷移タイミングを示す図である（詳細）。
【図１４】 図１４は、本発明の実施の形態２の拡散後の位相空間図である。
【符号の説明】
１２ シフトレジスタ
１４ ベクトル発生器
１６、１８ 拡散器
２０ 遅延回路
２２、２４ 加算器
４２、４４ バイナリー／グレイ変換器
４６ 排他論理和回路
６４、６６ ＤＭＦ
７０ サンプリング回路
７２ 位相演算回路
７４ ＡＦＣ
７６ 復号回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、直接スペクトラム拡散用の変調方式、変調方法、復調方法、変調装置および復調装置に関し、より詳細には、直接拡散用オフセットチップ多重位相変調（DS-OCMPSK）に係る変調方式、変調方法、復調方法、変調装置および復調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信などの無線通信の分野において、変調された後の信号の帯域幅が狭帯域変調によるものに比べて著しく広くなっているスペクトラム拡散を用いた通信方式が利用されている。これは、上記スペクトラム拡散を用いた通信方式は、(１)妨害に強い、(２)干渉に強い、(３)秘話性や秘匿性があるなどの特徴を備えていることによる。スペクトラム拡散通信による拡散信号の発生方式には、直接拡散（ＤＳ：Direct Sequence）や周波数ホッピング（ＦＨ：Frequency Hopping）が知られている。たとえば、直接拡散では、拡散符号系列（ＰＮ(Pseudo-random Noise)系列）という疑似ランダム符号を用いて送信信号のスペクトラムが拡散される。
【０００３】
上記直接スペクトラム拡散方式を採用した送信回路においては、入力した信号に狭帯域変調（一次変調）を施した後に、一次変調された信号と、ＰＮ符号系列との排他論理和を取ることにより、ビット（シンボル）に対して複数のチップを生成する。
【０００４】
上記狭帯域変調には、ＦＳＫ(Frequency Shift Keying)、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＤＰＳＫ(Differentially encoded PSK)や、ＱＰＳＫ(Quadrature PSK)が知られている。たとえば、ＱＰＳＫでは、４種類の位相値をもった正弦波のうちの一つを選択することにより、２ビット分の情報を得ることができる。これにより、変調波形のスペクトラム分布を、ＰＳＫのものと比較して半分にすることができ、周波数利用の効率化を図ることができる。さらに、近年、８種類の位相値の一つを選択することにより、３ビット分の情報を得ることができる８−ＰＳＫが提案されている。ＱＰＳＫや８−ＰＳＫは、多値変調方式と称され、特に、移動体通信の普及や伝送速度の高速化などの要求から、周波数利用の効率の向上が求められていることから、「LMS−MLSE等化器を用いた高速８PSK復調装置（1995年信学総大B−390）」、「スター16QAMをベースとした適応変調装置の室内実験結果（1997年信学総大B−5−175）」、「64QAM−OFDM復調用パイロットシンボルの送信電力比に関する検討（1997年信学ソ大B−5−181）」などに種々の提案がなされている。
【０００５】
上記８−ＰＳＫ方式は、３ビット分の情報を得ることができるため、周波数利用の効率を考慮すると、極めて有用である。しかしながら、８種類の位相値の相互の位相差はπ／４であり、ＱＰＳＫ方式のＢＥＲ（Bit Error Rate）相当のＢＥＲを実現するために必要なEb／Noが増大するという問題点があった。
【０００６】
他の先行技術として、例えば次のようなものがある。
【０００７】
特開平9-55714号公報は、位相（時間差１チップ以上）の異なる複数の拡散符号で拡散することにして、パラレル送信することにより伝送速度の高速化を図るスペクトル拡散通信システムを開示している。これはＢＰＳＫを多重するものである。
【０００８】
特開平7-264095号公報は、複数の異なる拡散符号で拡散することにして、パラレル送信することにより伝送速度の高速化を図るスペクトル各拡散通信用送信機及び受信機を開示している。これはＢＰＳＫを多重するものである。
【０００９】
特開平8-149048号公報は、オフセットＱＰＳＫ変調方式を用いたスペクトラム拡散変調装置及び復調装置を開示している。復調器にＳＡＷ（表面弾性波）マッチドフィルタを用いている。
【００１０】
特開平7-131379号公報は、ＢＰＳＫ信号を復調するスペクトラム拡散通信用受信機の復調器を開示する。
【００１１】
特開平6-232838号公報は、変調にＱＰＳＫ方式を用い、同相、直交信号成分の両者が同時に遷移を起こさないような拡散方式を用いるスペクトラム拡散送受信機を開示する。
【００１２】
特開平4-360434号公報は、位相が異なる複数の拡散符号で拡散することにして、パラレル送信することにより伝送速度の高速化を図るスペクトル拡散送信装置及び受信装置を開示している。これはＢＰＳＫを多重するものである。しかし、この技術によれば、複数の拡散符号を用いることにより、いわば１つのチャネルによるシリアル伝送を、複数のチャネルによりパラレル的に行うにすぎず、伝送方式自体の改良により高速伝送するものではない。拡散符号によっては互いに干渉が生じて性能が劣化することが考えられる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記８−ＰＳＫ方式の欠点であった、８種類の位相値の相互の位相差はπ／４であり、ＱＰＳＫ方式の位相差の半分であり、伝送誤りが発生しやすいことに鑑みなされたもので、伝送誤り特性を改善した変調方法及び変調装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、この発明は、伝送誤りを増やすことなく、伝送速度の高速化を図ることができる変調方法及び変調装置を提供することを目的とする。
【００１９】
本発明に係わる変調方法は、送信データから互いに直交する２つのベクトルＶ１，Ｖ２を生成し、それぞれ拡散し、前記ベクトルＶ２を予め定められた時間Ｔｄだけ遅延させたものと前記ベクトルＶ１とを合成した直交信号と直交変調することにより、チップレートを大きくすることなく、データレートを高める変調方法であって、前記ベクトルＶ１が時刻ｔにおいてＩ 1 軸上を遷移するときに前記ベクトルＶ２が時刻（ｔ＋Ｔｄ）においてＱ 2 軸上を遷移する状態を状態１とし、前記ベクトルＶ１が時刻ｔにおいてＱ 1 軸上を遷移するときに前記ベクトルＶ２が時刻（ｔ＋Ｔｄ）においてＩ 2 軸上を遷移する状態を状態２とし、チップ周期をＴｃとした場合に、前記状態１から前記状態２へ位相遷移するときにベクトルＶ１及びＶ２が重なる区間、及びベクトルＶ１及びＶ２が存在しない区間を短くするように、Ｔｄ＝Ｔｃに設定することを特徴とする。
【００２０】
本発明に係わる変調方法は、送信データから互いに直交する２つのベクトルＶ１，Ｖ２を生成し、それぞれ拡散し、前記ベクトルＶ２を予め定められた時間Ｔｄだけ遅延させたものと前記ベクトルＶ１とを合成した直交信号と直交変調することにより、チップレートを大きくすることなく、データレートを高める変調方法であって、前記ベクトルＶ１が時刻ｔにおいてＩ 1 軸上を遷移するときに前記ベクトルＶ２が時刻（ｔ＋Ｔｄ）においてＱ 2 軸上を遷移する状態を状態１とし、前記ベクトルＶ１が時刻ｔにおいてＱ 1 軸上を遷移するときに前記ベクトルＶ２が時刻（ｔ＋Ｔｄ）においてＩ 2 軸上を遷移する状態を状態２とした場合に、前記状態１から前記状態２へ位相遷移するときにベクトルＶ１及びＶ２が重なる区間、及びベクトルＶ１及びＶ２が存在しない区間が生じないように、シンボル周期及びチップ周期の少なくとも何れかを調整して、前記位相遷移のタイミングを変化させることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る変調方法は、位相遷移時に位相平面の原点を通らないように、チップ周期をＴｃとしたとき、前記時間ＴｄをＴｄ＝１．５＊Ｔｃに設定したものである。
【００２４】
本発明に係る変調装置は、送信すべきデータのうちの３つの連続するビットからなるビット列を受け入れて、当該ビット列に基づき、各々が同相成分および直交成分からなる二つの直交するベクトルを生成するベクトル生成回路と、前記二つのベクトルをそれぞれ拡散する拡散器と、拡散されたベクトルのうちの一方の同相成分および直交成分を時間Ｔｄ（Ｔｃ＜Ｔｄ＜Ｔ／２ ただし、Ｔｃ：チップ周期、Ｔ：シンボル周期）だけ遅延させる遅延回路と、拡散されたベクトルの他方の同相成分と前記遅延回路にて遅延された同相成分とを加算する第１の加算器と、拡散されたベクトルの他方の直交成分と前記遅延回路にて遅延された直交成分とを加算する第２の加算器とを備えるものである。
【００２５】
本発明に係る変調装置は、前記ベクトル生成回路が、３つのビット列の先頭の２ビットからなるビット列をグレイコードに変換する第１のバイナリー／グレーコード（Ｂ／Ｇ）変換回路と、第１のＢ／Ｇ変換回路からの出力の排他論理和をとる排他論理和回路と、３ビットのビット列の最後尾の１ビットと排他論理和回路の出力とからなるビット列をグレイコードに変換する第２のＢ／Ｇ変換回路とを有し、前記第１のＢ／Ｇ変換回路および第２のＢ／Ｇ変換回路により、それぞれ、相互に直交する二つのベクトルが得られるように構成されたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態につき説明を加える。
【００２８】
説明の便宜上、まず、具体的な送信回路及び受信回路の構成について説明し、その後、動作原理について説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態にかかる送信回路の一部の構成を示すブロックダイヤグラムである。図１に示すように、この送信回路は、シフトレジスタ１２と、ベクトル発生器１４と、拡散器１６、１８と、遅延回路２０と、加算器２２、２４と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２６、２８と、局所発振器３０と、乗算器３２、３４と、移相器３６と、加算器３８を備えている。
【００３０】
シフトレジスタ１２は、送信データTXdataを受け入れて、これをビット周期ごとにシフトして、データTXdataの隣接する３ビットのデータを一時的に記憶する。
【００３１】
ベクトル発生器１４は、上記３ビットのデータから、二つの直交するベクトルV1、V2を作成し、かつ、各ベクトルの同相成分(V1i、V2i)および直交成分（V1q、V2q）を得る。拡散器１６、１８は、それぞれ、ベクトルV1、V2と、ＰＮ符号系列との排他論理和をとって、各ベクトルを拡散する。遅延回路２０は、ベクトルV2を、所定の時間Ｔdだけ遅延させる。加算器２２は、ベクトルの同相成分どうし（V1iとV2i)を、加算器２４は、直交成分どうし（V1qとV2q）を、それぞれ加算する。
【００３２】
乗算器３２において、同相成分に対応するベースバンドの変調信号は、局所発振器３０からの中間周波数の搬送波にて周波数変換され、中間周波数の同相成分の変調信号IFTXIが得られる。その一方、乗算器３４において、直交成分に対応するベースバンドの変調信号は、局所発振器３０から発せられ、移相器３６にて９０°位相がずらされた搬送波にて周波数変換され、中間周波数の直交成分の変調信号IFTXQが得られる。これら信号は、加算器３８にて加算され、中間周波数信号IFTXが出力される。
【００３３】
加算器３８からは、中間周波数の送信信号IFTXが出力される。この信号IFTXは、さらに、周波数シンセサイザ（図示せず）からの搬送波により周波数変換されて、周波数変換後の信号が、アンテナ（図示せず）から送出される。
【００３４】
ベクトル発生器１４は、バイナリー／グレイ（Ｂ／Ｇ）変換器４２、４４および排他論理和（EXOR）回路４６とを有している。Ｂ／Ｇ変換器４２、４４は、入力したバイナリーコード（二進符号）を、グレイコード（折返し二進符号）に変換する。たとえば、シフトレジスタ12−１、12−２中の２ビットのデータを、Ｂ／Ｇ変換器４２により、グレイコードに変換し、これにより、ベクトルV2の同相成分V2iおよび直交成分V2qを得ることができる。その一方、上記ベクトルV2の成分の排他論理和と、レジスタ12−3中の最後尾の１ビットのデータとからなる２ビットのデータを、Ｂ／Ｇ変換器４４により、グレイコードに変換し、これにより、ベクトルV1の同相成分V1iおよび直交成分V1qを得ることができる。このようにして得られた二つのベクトルV1およびV2は、互いに直交している。
【００３５】
図１は、０，１の２値信号を受けてベクトルを発生するベクトル発生器１４の詳細構成をも示すが、これは一例である。３ビットのデータから互いに直交する２つのベクトルを生成できるものであれば、他の回路でも構わない。入力データは＋１、−１でも構わない。
【００３６】
ベクトル発生器１４から出力された二つの直交するベクトルV1、V2は、それぞれ、拡散回路１６、１８において、二次変調（拡散）されて、シンボルごとに所定数のチップが得られる。ここで、拡散された後の、ベクトルV2の同相成分V2iおよび直交成分V2qは、遅延回路において、所定の時間Ｔｄだけ、遅延される。
【００３７】
次に、本実施の形態にかかる受信回路につき説明を加える。図２は、本実施の形態にかかる受信回路の一部の構成を示すブロックダイヤグラムである。図２に示すように、受信回路は、局所発振器５２と、乗算器５４、５６と、移相器５８と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６０、６２と、ディジタルマッチドフィルタ（ＤＭＦ）６４、６６と、クロック再生回路６８と、サンプリング回路７０と、位相演算回路７２と、自動周波数制御回路（ＡＦＣ）７４と、復号回路７６と、クロック再生回路７８とを備えている。さらに、受信回路は、アンテナ（図示せず）にて受信した信号を周波数変換して、中間周波数の信号IFRXを得るための種々の回路（図示せず）を備えている。
【００３８】
局所発振器５２、乗算器５４、５６および移相器５８により、中間周波数信号IFRXは直交検波され、中間周波数信号の同相成分および直交成分が、それぞれ、ＬＰＦ６０、６２に与えられる。ＬＰＦ６０、６２からの出力は、ＤＭＦ６４、６６に与えられ、ＤＭＦ６４、６６は、それぞれ、同相成分と拡散符号系列との相関Ｉcorrおよび直交成分と拡散符号系列との相関Ｑcorrを算出する。
【００３９】
クロック再生回路６８は、同相成分の相関値であるＩcorrおよび直交成分の相関値Ｑcorrに基づき同期捕捉および同期追従を行い、サンプリング回路７０ないし復号回路７６にて使用すべきクロックを出力する。サンプリング回路７０は、クロック再生回路６８からのクロックに基づき、ＤＭＦ６４、６６の出力をサンプリングする。なお、後述するようにクロック再生回路６８により正確なサンプリングクロックが生成されるため、相関値を正確にサンプリングすることが可能である。位相計算回路７２は、サンプリングされた相関値ＩsampおよびＱsampに基づき、位相θiqを算出する。
【００４０】
また、ＡＦＣ７４は、シンボル周期間の位相θiqの変化分θｄから、キャリア周波数誤差を計算して、これを補正すると共に、補正された位相の変化分θｒを算出する。復号回路７６は、補正された位相の変化分θｒを受け入れて、これに基づき、復号を実行する。このようにして、受信されたデータRxdataが復元される。
【００４１】
図３は、本実施の形態にかかるクロック再生回路の構成を示すブロックダイヤグラムである。図３に示すように、クロック再生回路６８は、絶対値検出回路６８１ａ、６８１ｂと、加算器６８２と、ＬＰＦ６８３と、遅延回路６８４と、加算器６８５と、最大値検出回路６８６と、同期回路６８７と、サンプリングタイミング発生器６８８とを備えている。
【００４２】
絶対値回路６８１ａ、６８１ｂは、それぞれ、ＤＭＦ６４、６６から出力された相関値の同相成分Ｉcorrおよび直交成分Ｑcorrの絶対値を求める。加算器６８２は、上記絶対値回路６８１ａ、６８１ｂの出力を加算し、ＬＰＦ６８３は、加算器３２２の出力の高周波成分を除去する。
【００４３】
加算器６８５は、ＬＰＦ６８３の出力と、遅延回路６８４にて遅延されたＬＰＦ６８３の出力とを加算する。この遅延回路６８４での遅延時間Ｔｄは、送信回路の遅延回路２０にて用いられた遅延時間と同一である。最大値検出回路６８６は、加算器６８５の出力中の最大値（ピーク値）を検出する。同期回路６８７は、最大値検出回路６８６にて検出された最大値の位置と、既に保持している最大値の位置とを比較して、その位置を制御する。サンプリングタイミング発生器６８８は、同期回路６８７にて保持された最大値の位置に基づき、ＴｄおよびＴ−Ｔｄの周期を繰り返す第１のクロック信号Clock1と、Ｔ／3の周期の第２のクロック信号Clock2とを生成する。
【００４４】
このクロック再生回路６８の動作は、サンプリングタイミング発生器にて生成される第２のクロック信号を除き、本出願人が先に提出した特願平８−３３３８４２号のものと略同様である。
【００４５】
ＤＭＦ６４、６６からは、たとえば、図４（ａ）に示すように、同相成分の相関値Ｉcorrと直交成分の相関値Ｑcorrが出力される。この相関値には、時刻ｔ1で生じるピーク１５０ａ、１５０ｂと、時刻ｔ2（＝ｔ1＋Ｔｄ）で生じるピーク１５０ｃ、１５０ｄとが含まれる。すなわち、ピークは、時間ＴｄおよびＴ−Ｔｄの周期で生じる。
【００４６】
したがって、絶対値回路６８１ａ、６８１ｂ、加算器６８２およびＬＰＦ６８３を経た信号は、図４（ｂ）に示すようなものとなる。遅延回路６８４は、図４（ｂ）に示す信号を、時間Ｔｄだけ遅延させるため、加算器６８５の出力は、図４（ｃ）に示すようなものとなる。すなわち、ＬＰＦ６８３の出力のピーク１５２と１５３とが加算されて、他のピークよりも大きなピーク１５５が得られる。上記ピーク１５５は、シンボル周期Ｔごとに発生するため、これに基づき、周期Tのクロックを発生することが可能となる。
【００４７】
最大値検出回路６８６は、図４（ｃ）のピーク１５５を検出して、当該ピークが生じた時間ｔ2を求める。同期回路６８７は、過去の結果に基づく最大値の位置を保持しており、保持された最大値位置と検出された最大値位置とを比較する。両者が一致すれば、これが保持すべき最大値位置となり、一致しなければ、これらの値の中間値を最大値位置とする。
【００４８】
サンプリングタイミング発生器６８８は、最大値位置に基づき、図５（ｂ）に示す第１のクロックおよび図５（ｂ）に示す第２のクロックを作成する。第１のクロックは、Ｔ（＝Ｔｄ＋(Ｔ−Ｔｄ)）の周期であり、一周期中に二つのパルスを有し、これにより、ＩＱ信号を正確にサンプリングすることが可能となる。また、第２のクロックは、周期Ｔ／3のパルス信号であり、これは、復号回路７６にて使用される。
【００４９】
上記クロック再生回路６８から出力された第１のクロックに基づき、サンプリング回路７０は、ＤＭＦから出力された相関値Ｉcorr、Ｑcorrをサンプリングする。位相演算回路７２およびＡＦＣ回路７４により、時刻ｔ4にてサンプリングされた相関値に基づく位相θ1、および、時刻ｔ5にてサンプリングされた相関値に基づく位相θ2が求められる。次いで、復号回路７６は、上記位相θ１およびθ２に基づき、二つのベクトルV1、V2を復元し、さらに、Ｔ／3のパルス信号にしたがって、３ビットのビット列を復元する。
【００５０】
次に、本実施の形態において、拡散符号をバーカー符号(Baker符号)を使用し、４（サンプル／チップ）のオーバーサンプリングで、時間差Ｔｄを１チップ周期と設定した場合の変調方式のＢＥＲ(Bit Error Rate)特性を示す。図６は、ＡＷＧＮ環境の下でのEb／ＢＥＲの関係を示す図である。図６において、破線で示す曲線は、従来の８−ＰＳＫを用いた場合の理論値を示し、実線は、本発明にかかる８−ＰＳＫを用いた場合の値を示す。図６から理解できるように、従来の８−ＰＳＫと比較すると、本発明にかかるものは、１０3点で、略２．０ｄＢ、ＢＥＲが改善されている。
【００５１】
＜動作原理の説明＞
先に説明したように、拡散された後のベクトルV1の同相成分V1iと遅延されたベクトルV2の同相成分V2iとは、加算器２２にて加算され、次いで、ローパスフィルタ２６を通ることにより、ベースバンドの信号のうちの同相成分を得ることができる。その一方、拡散された後のベクトルV1の直交成分V1qと遅延されたベクトルV2の直交成分V2qとは、加算器２４にて加算され、次いで、ローパスフィルタ２８を通ることにより、ベースバンドの信号のうちの直交成分を得ることができる。
【００５２】
ここで、図７を参照して、本実施の形態にかかる８−ＰＳＫ変調の原理につき、説明を加える。上述したように、ベクトル発生器１４から出力された二つのベクトルV1、V2は互いに直交する（ベクトル発生器１４は、３ビットのTxdataに基づき、互いに直交するように２つのベクトルV1、V2を生成する）。さらに、本実施の形態においては、ベクトルV2は、遅延回路２０にて所定の時間Ｔｄだけ遅延されている。したがって、図７に示すように、ベクトルV1が、ある時刻ｔにおいてＩ1軸上を遷移するときには、ベクトルV2は、ある時刻(ｔ＋Ｔｄ)においてＱ2軸上を遷移することになる。その一方、ベクトルV1が、ある時刻ｔにおいてＱ1軸上を遷移するときには、ベクトルV2は、ある時刻(ｔ＋Ｔｄ)においてＩ2軸上を遷移することも理解できる。
【００５３】
このように３ビットのTxdataに基づき２つのベクトルV1、V2を生成し、これらを所定の時間差を与えて送信することにより、チップレートを大きくすることなく、データレートを通常のＱＰＳＫよりも大きくできる（ＱＰＳＫでは１つのベクトルを送信している）。多重化するベクトルV1、V2が互いに直交しているので多重化することができるのである。
【００５４】
すなわち、本実施の形態においては、直交する二つのベクトルを、時間差Ｔｄを与えて多重化することにより、チップレートを大きくすることなく、データレートを、通常のＱＰＳＫと比較して、１．５倍（同時に送信できるデータは２ビットから３ビットになる）とすることができる。
【００５５】
次に、送信回路の遅延回路２０などにて信号を遅延させる時間Ｔｄの範囲につき説明を加える。この時間Ｔｄは、Ｔｃをチップ周期、Ｔをシンボル周期とすると、
Ｔｃ≦Ｔｄ＜Ｔ／２
の範囲である必要がある。最適値はＴｄ＝Ｔｃである。この式の意味は以下の通りである。Ｔｄ＜Ｔｃであると、オーバーサンプリングをしている関係上、相関値の広がりがある程度あるために、ピークと裾野とが重なって分離ができず（すなわち干渉し）、前述の受信回路において、正しい周期が検出できず、また、ＡＦＣ機能もうまく働かない。その一方、Ｔｄ＝Ｔ／２であると、ピークが同じ時刻に重なってしまうため、前述の図４に関連して述べるクロックの作成が不可能になってしまう。なお、Ｔｃ＜Ｔｄを満足する限り、Ｔｄ≠Ｔ／２であれば、Ｔｄ＞Ｔ／２とすることも可能であるが、後述の、位相遷移時にベクトルが重なる区間や、ベクトルが存在しない区間が生じるのをできるだけ避けるために、Ｔｄはより小さい方が好ましい。そこで、上述したような数値となる。
【００５６】
次に、図８及び図９のＩ／Ｑ各チャネルの位相遷移タイミング図と、図１０の拡散後の位相空間図に基づき、位相遷移時にベクトルが重なる区間や、ベクトルが存在しない区間について説明する。
【００５７】
上述したように、ベクトル発生器１４から出力された二つのベクトルV1、V2は互いに直交し、ベクトルV2は、遅延回路２０にて所定の時間Ｔｄだけ遅延されている。図７に示すように、ベクトルV1が、ある時刻ｔにおいてＩ1軸上を遷移するときには、ベクトルV2は、ある時刻(ｔ＋Ｔｄ)においてＱ2軸上を遷移し（状態１）、その一方、ベクトルV1が、ある時刻ｔにおいてＱ1軸上を遷移するときには、ベクトルV2は、ある時刻(ｔ＋Ｔｄ)においてＩ2軸上を遷移する（状態２）。例えば、状態１が２シンボル周期続き、その後、状態２が３シンボル続いたとする。このときの位相遷移タイミング図は図８のようになる。状態１から状態２への遷移の際にベクトルV1とV2とが入れ替わるから、この遷移の期間ＴＢにおいて、位相遷移時にベクトルが重なる区間１０２や、ベクトルが存在しない区間１０１が存在する。
【００５８】
図８において、状態１から状態２への切り替えが生じない、時刻ｔi、ｔi＋Ｔd、ｔk、ｔk＋ＴdでベクトルV1,V2は、それぞれ“０[rad]”または“π[rad]”の位相遷移を示し、図１０の黒丸Ｂの点（(1,1)、(-1,1)、(-1、-1)、(1、-1))を遷移する。一方、状態１から状態２への切り替えが生じる、時刻ｔj、ｔj＋ＴdでベクトルV1,V2は、それぞれ“π／２[rad]”または“３π／２[rad]”の位相遷移を示し、期間ＴＢ（ｔj＜ｔ＜ｔj＋Ｔd）ではベクトルV1,V2が重なるか両方ない区間を示し、図１０の白丸Ｗの点（(0,0)、(2,0)、(0,2)、(-2,0),(0,-2))を遷移する。
【００５９】
理解を助けるために、図９の具体例を用いて説明する。図中、V1_n,V2_nはそれぞれｎ番目のシンボルを示すベクトルV1,V2である。期間ＴＢの前（後も同様である）において、Ｉ及びＱチャネルは１と−１の値をとるので、ベクトルV1,V2は、図１０の黒丸(1,1)、(-1,1)、(-1,-1)を遷移する。ところが、遷移の期間ＴＢにおいて、Ｉチャネルはデータがないため「０」であり、Ｑチャネルはデータが重なるため「−２」（＝V1+V2＝−１＋（−１））あるいは「０」（＝V1+V2＝−１＋１）である。したがって、期間ＴＢにおいて、ベクトルV1,V2は、図１０の白丸(0、-2)、(0,0)を遷移する。
【００６０】
以上のように、この実施の形態１において、位相遷移時にベクトルが重なる区間や、ベクトルが存在しない区間が生じるという現象が生じるが、これはＴｄをなるべく小さくすることによりその影響を低減することができる。
【００６１】
発明の実施の形態２．
上述のように遷移の期間ＴＢの影響を低減するためにはＴｄをなるべく小さくすればよく、実用上、その影響を支障のない程度に抑えることができる。しかし、図１０のような位相遷移の包絡線振幅の変動が大きいので、非線形増幅器を適用しにくいという問題もある。位相遷移の補償をしない場合、上述のように、ベクトルが重なる区間や存在しない区間が生じてしまうので、Ｔｄ＝０．５＊ｎ＊Ｔｃ（ｎ：奇数）を満足するようにＴｄを選んだとしても、図１０のような位相遷移となり、位相遷移時に原点を通ってしまう。この遷移の期間ＴＢの影響を低減するための別の手段を提供することも有用であると考えられる。
【００６２】
遷移の期間ＴＢの影響を除去するには次のようにすればよい。時刻ｔj、ｔj＋ＴdでベクトルV1,V2は、それぞれ“π／２[rad]”または“３π／２[rad]”の位相遷移をするとき、ベクトルV1,V2が重なるか両方ない区間をなくして、図１０における白丸Ｗの点を遷移しないようにすればよい。具体的には、シンボル周期やチップ周期を変化させ、Ｉ及びＱチャネルでの位相遷移タイミングをずらす。
【００６３】
この考えを適用した、Ｉ及びＱチャネルの位相遷移タイミング図を図１２に、拡散後の位相空間図を図１４にそれぞれ示す。図１４の位相遷移であれば、包絡線振幅の変動がさほど大きくないので、非線形増幅器を容易に適用することができる。Ｉ及びＱチャネルの信号（最適値：Ｔｄ＝１．５＊Ｔｃ）の位相遷移タイミング図の具体例を図１３に示す。この発明の実施の形態は非線形増幅器にも適用されるため、包絡線振幅変動を小さくし、特にシンボル内での位相遷移時に原点を通らないようにするため、Ｔｄ＝０．５＊ｎ＊Ｔｃ（ｎ：奇数）の条件が加わるため、最適値はＴｄ＝１．５＊Ｔｃとなる。
【００６４】
この実施の形態２の変調器の機能ブロック図を図１１に示す。シフトレジスタ１２、局所発振器３０、乗算器３２、３４、移相器３６、及び加算器３８は、図１に示されたものと同一あるいは相当部分を示す。ＲＯＭ４０は、シフトレジスタ１２によりパラレルデータに変換された６ビットのデータを受けて、図１２のように補正された拡散後のＩ信号及びＱ信号を出力する。ＲＯＭ４０のデータは、図１２及び図１３の位相遷移タイミングが実現できるように予め設定される。
【００６５】
図１１の変調器において、図１２及び図１３のようにシンボル周期やチップ周期を変えることにより、Ｉ及びＱのシンボルの遷移点をずらし、図１４の位相遷移を実現する。具体的には、このＩ及びＱのシンボルの遷移点をずらした信号波形をＲＯＭ４０から読み出すことにより送信波形を生成する。このとき、ＲＯＭに格納される信号波形のパターンは、１シンボルが３ビットで成り立ち、少なくとも２シンボル間の状態遷移分必要となるので、(23)2=64パターンとなる。また、１パターンにつき１シンボル当たりのオーバーサンプリング数の波形が必要となる。よって、ＲＯＭのアドレス幅は、（２シンボル間の状態遷移分６ビット）＋（１シンボル当たりのオーバーサンプリング数分のカウンタのビット数）となる。
【００６６】
このＲＯＭ４０のパターン（データ）は、位相遷移を補償するためのものであるが、さらに帯域制限された波形を含ませたパターンとすることにより、フィルタの効果も持たせることもできる。
【００６７】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【００６８】
たとえば、前記実施の形態において、送信回路は、得られた二つのベクトルのうちの第２のベクトルを遅延させているが、これに限定されるものではなく、第１のベクトルを遅延させても良い。
【００６９】
また、前記実施の形態において、拡散器にてシンボルに付与されるＰＮ符号系列として、Ｍ系列、ゴールド(Gold)系列、バーカー(Baker)系列の何れを使用しても良い。
【００７０】
さらに、本明細書において、手段とは必ずしも物理的手段を意味するものではなく、各手段の機能が、ソフトウェアによって実現される場合も包含する。さらに、一つの手段の機能が、二つ以上の物理的手段により実現されても、若しくは、二つ以上の手段の機能が、一つの物理的手段により実現されてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ＩＱ位相平面上において、互いに直交する２つのベクトルＶ１とＶ２とが、予め定められた時間Ｔｄの間隔（ただし、シンボル周期をＴ、チップ周期をＴｃとしたとき、Ｔｃ≦Ｔｄ＜Ｔ／２）でもって互いに直交するＩ軸及びＱ軸上を遷移するように構成したので、８−ＰＳＫよりも相互の位相差が広くなり、伝送誤りが低下する。さらに、所定の時間Ｔｄの間隔で２つのベクトルを多重するのでＱ−ＰＳＫよりも伝送速度が高くなる。
【００７２】
また、この発明によれば、前記時間Ｔｄを、Ｔｄ＝Ｔｃに設定することにより、前記ベクトルＶ１、Ｖ２の位相遷移時において、ベクトルが重なる区間及びベクトルが存在しない区間を短くするので、位相遷移の包絡線振幅の変動を小さくし、例えば、非線形増幅器を適用することができる。
【００７３】
また、この発明によれば、前記ベクトルＶ１、Ｖ２の位相遷移時において、シンボル周期及びチップ周期の少なくともいずれかを調整して位相遷移のタイミングを変化させることにより、ベクトルが重なる区間及びベクトルが存在しない区間が生じないようにするので、位相遷移の包絡線振幅の変動を小さくし、例えば、非線形増幅器を適用することができる。
【００７４】
また、この発明によれば、前記ベクトルＶ１、Ｖ２の位相遷移時に位相平面の原点を通らないように前記時間Ｔｄを設定するので、例えば、非線形増幅器を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の実施の形態１にかかる送信装置の一部の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図２】 図２は、本発明の実施の形態１にかかる受信装置の一部の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図３】 図３は、本発明の実施の形態１にかかるクロック再生回路の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図４】 図４は、本発明の実施の形態１にかかるクロック再生回路中の信号を示すタイミングチャートである。
【図５】 図５は、本発明の実施の形態１にかかるクロック再生回路中の信号を示すタイミングチャートである。
【図６】 図６は、本発明の実施の形態１の変調方式を評価するための、ＡＷＧＮ環境の下でのＥｂ／ＢＥＲの関係を示す図である。
【図７】 図７は、本発明の実施の形態１の動作原理を説明するための図である。
【図８】 図８は、本発明の実施の形態１のＩ／Ｑ各チャネルの位相遷移タイミングを示す図である。
【図９】 図９は、本発明の実施の形態１のＩ／Ｑ各チャネルの位相遷移タイミングを示す図である（詳細）。
【図１０】 図１０は、本発明の実施の形態１の拡散後の位相空間図である。
【図１１】 図１１は、本発明の実施の形態２にかかる送信装置の一部の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図１２】 図１２は、本発明の実施の形態２のＩ／Ｑ各チャネルの位相遷移タイミングを示す図である。
【図１３】 図１３は、本発明の実施の形態２のＩ／Ｑ各チャネルの位相遷移タイミングを示す図である（詳細）。
【図１４】 図１４は、本発明の実施の形態２の拡散後の位相空間図である。
【符号の説明】
１２ シフトレジスタ
１４ ベクトル発生器
１６、１８ 拡散器
２０ 遅延回路
２２、２４ 加算器
４２、４４ バイナリー／グレイ変換器
４６ 排他論理和回路
６４、６６ ＤＭＦ
７０ サンプリング回路
７２ 位相演算回路
７４ ＡＦＣ
７６ 復号回路
Claims (5)
- 送信データから互いに直交する２つのベクトルＶ１，Ｖ２を生成し、それぞれ拡散し、前記ベクトルＶ２を予め定められた時間Ｔｄだけ遅延させたものと前記ベクトルＶ１とを合成した直交信号を直交変調することにより、チップレートを大きくすることなく、データレートを高める変調方法であって、
前記ベクトルＶ１が時刻ｔにおいてＩ 1 軸上を遷移するときに前記ベクトルＶ２が時刻（ｔ＋Ｔｄ）においてＱ 2 軸上を遷移する状態を状態１とし、前記ベクトルＶ１が時刻ｔにおいてＱ 1 軸上を遷移するときに前記ベクトルＶ２が時刻（ｔ＋Ｔｄ）においてＩ 2 軸上を遷移する状態を状態２とし、チップ周期をＴｃとした場合に、前記状態１から前記状態２へ位相遷移するときにベクトルＶ１及びＶ２が重なる区間、及びベクトルＶ１及びＶ２が存在しない区間を短くするように、Ｔｄ＝Ｔｃに設定することを特徴とする変調方法。 - 送信データから互いに直交する２つのベクトルＶ１，Ｖ２を生成し、それぞれ拡散し、前記ベクトルＶ２を予め定められた時間Ｔｄだけ遅延させたものと前記ベクトルＶ１とを合成した直交信号を直交変調することにより、チップレートを大きくすることなく、データレートを高める変調方法であって、
前記ベクトルＶ１が時刻ｔにおいてＩ 1 軸上を遷移するときに前記ベクトルＶ２が時刻（ｔ＋Ｔｄ）においてＱ 2 軸上を遷移する状態を状態１とし、前記ベクトルＶ１が時刻ｔにおいてＱ 1 軸上を遷移するときに前記ベクトルＶ２が時刻（ｔ＋Ｔｄ）においてＩ 2 軸上を遷移する状態を状態２とした場合に、前記状態１から前記状態２へ位相遷移するときにベクトルＶ１及びＶ２が重なる区間、及びベクトルＶ１及びＶ２が存在しない区間が生じないように、シンボル周期及びチップ周期の少なくとも何れかを調整して、前記位相遷移のタイミングを変化させることを特徴とする変調方法。 - 前記位相遷移するときに位相平面の原点を通らないように、チップ周期をＴｃとしたとき、Ｔｄ＝１．５×Ｔｃに設定することを特徴とする請求項２に記載の変調方法。
- 送信すべきデータのうちの３つの連続するビットからなるビット列を受け入れて、前記ビット列に基づき、各々が同相成分及び直交成分からなる２つの直交するベクトルを生成するベクトル生成回路と、
前記二つのベクトルをそれぞれ拡散する拡散器と、
拡散されたベクトルのうちの一方の同相成分及び直交成分を時間Ｔｄ（Ｔｃ＜Ｔｄ＜Ｔ／２ 但し、Ｔｃ：チップ周期、Ｔ：シンボル周期）だけ遅延させる遅延回路と、
拡散されたベクトルの他方の同相成分と前記遅延回路にて遅延された同相成分とを加算する第１の加算器と、
拡散されたベクトルの他方の直交成分と前記遅延回路にて遅延された直交成分とを加算する第２の加算器と、
を備える変調装置。 - 前記ベクトル生成回路は、３つのビット列の先頭の２ビットからなるビット列をグレイコードに変換する第１のバイナリー／グレイコード（Ｂ／Ｇ）変換回路と、前記第１のＢ／Ｇ変換回路からの出力の排他論理和をとる排他論理和回路と、３ビットのビット列の最後尾の１ビットと排他論理和回路の出力とからなるビット列をグレイコードに変換する第２のＢ／Ｇ変換回路とを有し、
前記第１のＢ／Ｇ変換回路及び前記第２のＢ／Ｇ変換回路により、それぞれ、相互に直交する二つのベクトルが得られるように構成されたことを特徴とする請求項４に記載の変調装置。
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