JP4067755B2 - スペクトラム拡散通信システムの受信機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信システムの通信装置に関するものであり、特に、スペクトラム拡散通信システムの送信機、受信機、ならびにその変復調方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
スペクトル拡散を用いた無線通信方式として、中間周波数帯（以降、ＩＦ帯と呼ぶ）で情報変調波を無線周波数帯（以降、ＲＦ帯と呼ぶ）に周波数変換する際、局発信号の周波数を広帯域にホップさせてスペクトル拡散を実現させる周波数ホッピング方式が広く用いられている。
【０００４】
図２５は、例えば「スペクトル拡散通信システム、横山、科学技術出版社、p.564-566、1988年5月」に示された、従来の周波数ホッピング方式によるスペクトラム拡散通信システムの構成図である。以下、図２５に従って、従来のスペクトラム拡散通信システムの動作について説明する。
【０００５】
図２５（ａ）に示す送信機において、まず、送信データは符号器１００に入力され、所定の符号語に変換される。該符号器１００では、送信データの所定のビット数Ｋを一纏めとし、これを所定の符号語に変換する。次に、符号語に変換された送信データは、変調器１０１に入力される。変調器１０１は、例えばＭＦＳＫやＤＰＳＫ等の所定の変調方式によって、入力された符号語を情報変調し、ＩＦ信号に変換する。符号器１００における符号語生成の単位となる送信データのビット数Ｋ、及び変調器１０１の変調方式は、データの転送速度や要求される通信品質に応じ、予め適切な変調方式が選択される。
【０００６】
次に、前記ＩＦ信号は、周波数シンセサイザ１０２から出力された所定の周波数の発振信号とミキサ１０３によって乗算され、ＲＦ帯の信号に変換される。ここで、当該周波数シンセサイザ１０２は、発振信号の周波数を切替えることができる。周波数ホッピング方式の送信機では、所定のホッピング周波数ＲH（hops/sec）で、送受信機間で予め定められたホッピングパターンに従い、周波数シンセサイザ１０２の発振信号の周波数を切替える。このように、周波数シンセサイザ１０２の発振信号が変化することにより、ミキサ１０３で生成される送信データのＲＦ信号の周波数も、ホッピング周波数ＲH（hops/sec）で所定のホッピングパターンに従い変化（ホップ）される。その結果ＲＦ信号は、周波数変換処理前のＩＦ信号の帯域幅よりも広い信号帯域に拡散される。
【０００７】
ここで、該ホッピング周波数ＲHが、前記符号器１００の符号語発生速度（以下、シンボルレートと呼ぶ）を考慮せず、不当に低速に設定されていると、長時間にわたり周波数切替が発生せず、周波数ホッピングによるＲＦ信号の帯域拡散の効果が低減してしまうため、前記ホッピング周波数ＲHは、前記シンボルレートを考慮の上、適切な値に設定する必要がある。従って一般に、送信データの転送速度が高まり、シンボルレートが大きくなると、これに対応して、ホッピング周波数ＲHも大きくなる。
【０００８】
次にミキサ１０３から出力された周波数変換後のＲＦ信号は、バンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと呼ぶ）１０４によって、不要な周波数成分が除去された後に、アンテナ１０５から送信される。
【０００９】
前記送信機から送信されたＲＦ信号は、図２５（ｂ）に示す受信機によって受信される。該受信機において、ＢＰＦ１０７はアンテナ１０６で受信されたＲＦ信号から不要な周波数成分が除去し、次に同期回路１０８は、前記ＢＰＦ１０７から出力されたＲＦ信号の周波数の変化を監視するとともに、該ＲＦ信号に含まれる同期語の検出を行って、送受信機間の同期を確立する。
【００１０】
同期回路１０８によって送受信機間で同期が確立されると、周波数シンセサイザ１０９は、所定のホッピング周波数ＲHで発振信号の周波数を変化させる。ここで、受信機の周波数シンセサイザ１０９は、前記送信機の周波数シンセサイザ１０２と同一のホッピングパターンに従って周波数切替を行う。このように、受信機の周波数シンセサイザ１０９のホッピングパターンを、送信機のホッピングパターンと同期させて周波数変換処理を行うことにより、周波数帯域が拡散されているＲＦ信号から元のＩＦ信号を復元することができる。前記ＢＰＦ１０７から出力されたＲＦ信号は、ミキサ１１０によって、前記周波数シンセサイザ１０９から出力された発振信号と乗算され、逆拡散処理されてＩＦ信号に変換される。
【００１１】
ミキサ１１０から出力されたＩＦ信号は、復調器１１１により所定の復調処理が施され、復号器１１２によって元の系列に復元された後、受信データとして出力される。
【００１２】
以上、周波数ホッピング方式の通信システムは、信号を広帯域に拡散して送信するため耐フェージング性に優れ、通信品質の向上に有効であるとともに、送受信機間で任意のホッピングパターンを使用することにより、耐妨害性及び秘匿性に優れるといった利点がある。
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記、従来の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムでは、周波数シンセサイザ１０２及び１０９の発振周波数を所定のホッピング周波数ＲHで切替えることにより、ＲＦ信号を広帯域に拡散させる。ここで前述の通り、該ホッピング周波数ＲHは、送信データのシンボルレートを考慮して適切な値に設定する必要があり、送信データの転送速度が高速化しシンボルレートが大きくなると、一般にホッピング周波数ＲHを大きくする必要がある。したがって、データの転送速度が高速な通信システムにおいて、前記周波数ホッピング方式によるスペクトラム拡散の効果を十分に発揮させるためには、発振周波数を高速に切替可能な周波数シンセサイザを用いる必要がある。このような、高速切替可能な周波数シンセサイザを提供する技術としては、例えば、文献「位相差差分を利用する高速ホッピング周波数シンセサイザ、電子情報通信学会論文誌、Vol.J81-B-II、No.2、pp.12５２33、1998年2月」に記載されたものがある。
【００１４】
しかし、前記文献に記載されたような高速切替可能な周波数シンセサイザを用いた場合であっても、周波数切替をおこなった直後には、周波数シンセサイザから出力される発振信号が安定せず、ミキサ１０３、１１０で周波数変換処理を行うことができない待ち時間（周波数切替待ち時間）が生じる。この時間では、有意なシンボルデータを転送することができないため、周波数切替の前後で所定のガード時間を設ける必要があった。
【００１５】
要求されるデータ転送速度の高まりに対応し、ホッピング周波数ＲHは高速化する傾向があるが、その一方で、周波数シンセサイザの周波数切替待ち時間の短縮化にはハードウェア上の制約から限界がある。データの転送速度の高速化が進み、数メガbit/秒より高速になると、ホッピング周波数ＲHで規定される周波数切替の時間間隔と比較して、前記周波数シンセサイザの周波数切替待ち時間が無視できない大きさとなり、キャリアあたりのデータ転送効率を低減させる原因となる。
【００１６】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、周波数シンセサイザの発振信号の周波数切替に要する周波数切替待ち時間を不要とし、ＲＦ信号の周波数の切替を迅速に行うことを可能とし、高速なホッピング周波数ＲHで周波数ホッピングを行うスペクトラム拡散通信システムのデータ転送効率を高めることを目的とするものである。
【００１７】
さらに、送受信機間におけるビット誤り率特性を改善し、通信品質が良好な周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
次の発明にかかる周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機にあっては、所定のサブチャネル数で多重化され、各サブチャネルが夫々所定個数のサブキャリアに周波数ホッピング方式でスペクトラム拡散された受信信号を、フーリエ変換処理し、複数のサブキャリア受信信号に分割して出力するフーリエ変換手段と、以下の構成を有し、各々対応するサブチャネルに属する複数のサブキャリア受信信号を入力して復調処理し、当該サブチャネルに関するサブチャネル受信データを各々出力する、複数のサブチャネル復調処理手段と、
１）前記サブキャリア受信信号に含まれる既知のパイロット系列を検出して、通信を行っている送信機との間で同期を確立するとともに、所定のホッピングパターンを発生させ、前記複数のサブキャリア受信信号のうち、前記ホッピングパターンで指示されたサブキャリア受信信号のみを選択しサブチャネル受信データとして出力するホッピングデータ受信手段、
２）前記サブチャネル受信データに所定の時間拡散コードを乗じて時間逆拡散処理する時間逆拡散手段、
３）前記時間逆拡散処理後のサブチャネル受信データに含まれる所定のパイロット系列を用いて伝送路推定を行い、前記時間逆拡散処理後のサブチャネル受信データをＲＡＫＥ合成処理して出力するＲＡＫＥ合成手段、
前記各サブチャネル復調処理手段から夫々出力されたＲＡＫＥ合成後のサブチャネル受信データを入力し、当該複数のサブチャネル受信データを結合し、一つの受信データとして出力するパラレル・シリアル変換手段とを備え、前記各サブチャネル復調処理手段は、さらに、前記時間逆拡散処理後のサブチャネル受信データに含まれる前記所定のパイロット系列を基に、所定の演算処理を行って、当該サブチャネル受信データに付加された干渉電力値を算出する干渉量推定手段と、前記ＲＡＫＥ合成後のサブチャネル受信データを前記干渉電力値で正規化して出力する正規化手段とを備え、前記正規化後のサブチャネル受信データを前記パラレル・シリアル変換手段に対して出力する構成とされたことを特徴とする。
【００２８】
次の発明にかかる周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機にあっては、所定のサブチャネル数で多重化され、各サブチャネルが夫々所定個数のサブキャリアに周波数ホッピング方式でスペクトラム拡散された受信信号を、フーリエ変換処理し、複数のサブキャリア受信信号に分割して出力するフーリエ変換手段と、
以下の構成を有し、各々対応するサブチャネルに属する複数のサブキャリア受信信号を入力して復調処理し、当該サブチャネルに関するサブチャネル受信データを各々出力する、複数のサブチャネル復調処理手段と、
１）前記サブキャリア受信信号に含まれる既知のパイロット系列を検出して、通信を行っている送信機との間で同期を確立するとともに、所定のホッピングパターンを発生させ、前記複数のサブキャリア受信信号のうち、前記ホッピングパターンで指示されたサブキャリア受信信号のみを選択しサブチャネル受信データとして出力するホッピングデータ受信手段、
２）前記サブチャネル受信データに含まれる所定のパイロット系列を基に伝送路推定を行い、前記サブチャネル受信データを同期検波処理して出力する同期検波手段、
３）前記サブチャネル受信データに含まれる所定のパイロット系列を基に、所定の演算処理を行って、当該サブチャネル受信データに付加された干渉電力値を算出する干渉量推定手段、
４）同期検波処理後のサブチャネル受信データを前記干渉電力値で正規化して出力する正規化手段、
前記各サブチャネル復調処理手段から夫々出力された正規化後のサブチャネル受信データを入力し、当該複数のサブチャネル受信データを結合し、一つの受信データとして出力するパラレル・シリアル変換手段とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
次の発明にかかる周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機にあっては、同期検波手段は、
１）サブチャネル受信データに含まれる所定のパイロット系列を基に伝送路推定を行う伝送路推定部、
２）前記伝送路推定手段による推定結果に基づき前記サブチャネル受信データの複素共役値を算出する複素共役値算出部、
３）前記サブチャネル受信データに前記複素共役値を乗じて重み付けして出力する重み付け部、
を備える構成とされたことを特徴とする。
【００３０】
次の発明にかかる周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機にあっては、ホッピングデータ受信手段は、複数段のシフトレジスタを有し、所定のホッピング周波数で前記各シフトレジスタの保持値を巡回させる擬似ランダム系列発生器と、前記各シフトレジスタの保持値に夫々所定の重み付けをする複数の乗算器と、前記各乗算機からの出力の総和を算出し、所定の系列長のホッピングパターンを出力する加算器とを備える構成とされたことを特徴とする。
【００３１】
次の発明にかかる周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機にあっては、さらに、フーリエ変換手段から複数のサブキャリア受信信号を入力し、所定のサブキャリアの配置に従い、各サブキャリア受信信号を夫々対応するサブチャネル復調処理部に対して出力するサブキャリア受信信号分配手段を備える構成とされたことを特徴とする。
【００３２】
次の発明にかかる周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機にあっては、さらに、パラレル・シリアル変換手段から出力された受信データの順列を所定の方法で並び替えるデインタリーバと、前記並び替え後の受信データを誤り訂正復号化し有意なユーザデータとして出力する誤り訂正復号化手段とを備える構成とされたことを特徴とする。
【００３４】
次の発明にかかる周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機にあっては、さらに、受信品質に関する情報を通信を行っている送信機に対して通知する通信品質通知手段を備えたことを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１にかかるスペクトラム拡散通信システムの送信機の構成図である。図１において、１は入力された送信データに誤り訂正用の符号化を施す畳み込み符号化部、２は符号化後の送信データの並び替えを行うインタリーバ、３は並び替え後の送信データを分割し複数のサブチャネル送信データとして出力するシリアル・パラレル変換部（以下、Ｓ／Ｐと呼ぶ）である。
【００３８】
また、４ａ、４ｂ、４ｃは、前記複数のサブチャネル送信データをそれぞれ別個に変調処理するサブチャネル変調処理部である。各サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃにおいて、５は前記サブチャネル送信データを入力しスロットデータを生成するフレーム生成部、６はフレーム化されたサブチャネル送信データを変調処理する情報変調部、７は情報変調後のサブチャネル送信データに所定の拡散コードを乗じて時間拡散処理を行う時間拡散部、８は時間拡散処理されたサブチャネル送信データを周波数ホッピング方式で送信する複数のサブキャリア送信信号に変換するデータホッピング部である。
【００３９】
また、９は前記各サブチャネル復調処理部４ａ、４ｂ、４ｃから出力された全てのサブキャリア送信信号を逆フーリエ変換して、周波数ホッピング方式でスペクトラム拡散された一つの送信信号を生成する逆フーリエ変換部であり、１０は送信信号をＲＦ信号に変換する周波数変換部、１１は前記ＲＦ信号を送信するアンテナである。
【００４０】
さらに、１２は前記各サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃ、及びＳ／Ｐ３に対して変調処理に関する制御信号を出力する変調制御部である。
【００４１】
以下、前記のように構成されるスペクトラム拡散通信システムの送信機の動作について説明する。初めに、送信データを入力した畳み込み符号化部１は、送受信機間で誤り訂正を行うために、該送信データの畳み込み符号化を行う。次にインタリーバ２は、畳み込み符号化後の送信データの送信順序の並び替えを行う。該インタリーバ２は、例えば、行数及び列数が予め定められたメモリを有し、当該メモリに畳み込み符号化後の送信データを列方向に書きこんだ後に、行方向にメモリ格納データを読み出すことにより、符号化送信データの送信順序を並び替える（インタリーブ）。
【００４２】
本実施の形態１では、送信データを複数のサブチャネル送信データに分割した後に、多重して並行転送する。そこで変調制御部１２は、送信データの多重化数、即ち、サブチャネル数Ｍを決定し、Ｓ／Ｐ３に指示する。Ｓ／Ｐ３は、前記変調制御部１２からの指示に従い、シリアル信号である前記インタリーブ後の送信データをＭ個のサブチャネル送信データに分割し、各サブチャネルに対応したサブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃに対して出力する。
【００４３】
前記サブチャネル送信データを受信した各サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃは、各サブチャネルのデータを夫々別個に変調処理する。なお図１に示す送信機では、サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃのみが明示されているが、実際には、前記変調制御部１２が決定したサブチャネル数Ｍ個のサブチャネル送信データを並列処理するのに十分な数のサブチャネル変調処理部が配置されているものとする。前記Ｍ個に分割されたサブチャネル送信データを全て変調処理するために、Ｍ個のサブチャネル変調処理部が並行して変調処理を行うが、各サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃの動作は全く同一であるため、以下では、第１番目のサブチャネル送信データを変調処理するサブチャネル変調処理部４ａの動作について説明し、その他のサブチャネル変調処理部については説明を省略する。
【００４４】
まず、サブチャネル変調処理部４ａに入力された第１番目のサブチャネル送信データは、フレーム作成部５によって、フレーム構成を有するデータに変換される。図２は、フレーム作成部５の構成図である。図２において、１５は前記サブチャネル送信データを所定のデータ長に分割するスロット毎データ分割部、１６は前記分割後のサブチャネル送信データに制御情報等からなるフレーム情報を付加するフレーム情報付加部、１７は前記分割後のサブチャネル送信データにそれぞれ所定の既知データ（以下、パイロット系列と呼ぶ）を付加するパイロット系列付加部である。
【００４５】
図３は、フレーム作成部５によって作成される送信データのフレーム構成を示した説明図である。前記サブチャネル送信データは、前記スロット毎データ分割部１５によって所定のシンボル長ｎdataのスロットデータ２０に分割された後、フレーム情報付加部１９によってフレーム情報１９（シンボル長ｎfi）が付加される。当該フレーム情報１９には、前記畳み込み符号化部１の畳み符号化の符号化率やインタリーバ２の行数及び列数の他、変調制御部によって決定されるサブチャネルの多重化数Ｍ、ひとつのサブチャネルで使用する周波数ホッピングのサブキャリア数Ｎ、データのシリアル/パラレル変換の順序等の変復調処理に要する制御情報が設定され、受信機に通知される。
【００４６】
さらに、パイロット系列付加部１７は、パイロット系列１８（シンボル長ｎpilot）を付加しスロットデータを作成した後に、連続するｍ個のスロットデータを結合してひとつのフレームを作成する。ひとつのフレームを構成するスロット数ｍ、及びスロット内のシンボル長ｎdata、ｎfi、ｎpilot、及びパイロット系列は、予め決定された定数であり、変調制御部１２から各サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃに指示される。
【００４７】
次に情報変調部６は、前記フレーム構成のサブチャネル送信データを情報変調する。本実施の形態１では、情報変調部６はサブチャネル送信データをＱＰＳＫ変調し、時間拡散部７に対して出力する。
【００４８】
次に時間拡散部７は、情報変調後のサブチャネル送信データの時間拡散処理を行う。時間拡散部７による時間拡散処理に先だって、前記変調制御部１２は、例えばHadamard-Walsh符号のように優れた直交性を有する符号を時間拡散コードとして選択し、全サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃに予め設定するとともに、前述の図３に示すフレーム情報１９に当該時間拡散コードを挿入し、受信機にも同一のコードを通知する。すなわち、当該時間拡散コードは、一組の送受信機間で固有の時間拡散コードが用いられる。時間拡散部７は、前記情報変調後のサブチャネル送信データと、前記時間拡散コードとを乗算することにより、前記サブチャネル送信データを時間拡散する。
【００４９】
次にデータホッピング部８は、前記時間拡散後のサブチャネル送信データを周波数ホッピング方式で送信する複数のサブキャリア送信信号に変換する。以下、データホッピング部８における信号処理の方法について説明する。
【００５０】
図４はデータホッピング部８の構成図である。図４において、２１は周波数ホッピングを行う複数の信号周波数帯（以下、サブキャリアと呼ぶ）に対応し、前記サブチャネル送信データを複製するデータコピー部、２２は周波数ホッピングするサブキャリアを指定するホッピングパターン生成部、２３は前記ホッピングパターン生成部２２によって指定されたサブキャリアの送信データを選択するとともに、各サブキャリアで実際に送信する複数のサブキャリア送信信号を出力するデータ選択部である。
【００５１】
前記データコピー部２１には、ひとつのサブチャネルにおいて周波数ホッピングするサブキャリア数Ｎが、変調制御部１２より予め指定されている。データコピー部２１は、前記時間拡散後のサブチャネル送信データを入力し、これをサブチャネル数Ｎ個分複製してサブキャリア送信データとして出力する。
【００５２】
一方、ホッピングパターン生成部２２は、前記Ｎ個のサブキャリアのうち、周波数ホッピングでサブキャリア送信データを出力するサブキャリアを特定するホッピングサブキャリア番号を生成する。図５は、当該ホッピングパターン生成部２２の構成図である。ホッピングパターン生成部２２は、例えば、４段のシフトレジスタ２５によって構成される擬似ランダム系列発生器２６と、前記各シフトレジスタ２５の値それぞれに所定の重み付けを行う４個の乗算器２７と、前記各乗算器２７の出力を加算しホッピングサブキャリア番号を出力する加算器２８とから構成される。
【００５３】
前記の通り構成されるホッピングパターン生成部２２の動作について説明する。初めに擬似ランダム系列発生器２６の各シフトレジスタ２５には、通信に先だって、変調制御部１２によって予め決定された初期値が設定されている。当該シフトレジスタ２５の初期値は、周波数ホッピング方式においてサブキャリア間のホッピングパターンを規定するものであり、前述の図３に示すフレーム情報１９に当該シフトレジスタの初期値が挿入され、受信機に対しても同一の初期値が通知される。
【００５４】
各乗算器２７は、前記各シフトレジスタ２５の保持値と対応する重み係数とを乗算する。例えば、前記図５において右端に示した乗算器２７は、初段のシフトレジスタ２５の値と、重み係数２3とを乗算し、図５で左端に示した乗算器２７は、最後段のシフトレジスタ２５の値と、重み係数１（＝２0）とを乗算する。加算器２８は、前記各乗算器２７の出力の総和を算出し、これをホッピングサブキャリア番号として出力する。
【００５５】
当該送信機が送信データの変調処理を開始すると、前記擬似ランダム系列発生器２６は、所定のホッピング周波数ＲHでシフトレジスタ２５の保持値を巡回させる。その結果、ホッピングパターン生成部２２から出力されるホッピングサブキャリア番号は、前記ホッピング周波数ＲHで切り替わるホッピングパターンとして得られる。当該ホッピングパターンは、ＰＮ系列の性質を有し、前記シフトレジスタ２５がｋ段である場合には系列長が２k−１（前述の例で、ｋ＝４の場合には該系列長は７）となる。また、当該擬似ランダム系列発生器２６を、例えば前記図５に示すような構成とすることにより、自己相関関数が鋭いピークを有するＭ系列をホッピングパターンとして発生することができる。ここで、前記シフトレジスタ２５及び乗算器２７の段数ｋは、前記変調制御部１２によって、ホッピングパターン長（２k−１）が１サブチャネルあたりのサブキャリア数Ｎと等しくなるような値とされる。
【００５６】
次にデータ選択部２３は、前記データコピー部２１によってＮ個に複製されたサブキャリア送信データを入力し、ホッピングパターン生成部２２から出力されたホッピングパターンに従って送信すべきサブキャリア送信データを選択するとともに、実際に各サブキャリアで送信する複数のサブキャリア送信信号を生成する。以下、データ選択部２３における、サブキャリア送信データ選択の方法について図面に従って説明する。図６は、サブキャリア送信データのうち周波数ホッピングの対象となるデータ領域を示した説明図である。
【００５７】
まずデータ選択部２３は、前記データスロットのうちパイロット系列１８について、サブキャリア送信データの選択を行わず、全Ｎ個のサブキャリア送信データをそのままサブキャリア送信信号として出力する。
【００５８】
一方データ選択部２３は、フレーム情報１９及びスロットデータ２０について、前記ホッピングパターン生成部２２から出力されたホッピングパターンに従い、全サブキャリア送信データの中から、選択されたサブキャリア番号のサブキャリア送信データのみ、そのままサブキャリア送信信号として出力し、同時に、前記選択されたサブキャリア番号以外のサブキャリア送信信号は、サブキャリア出力データを出力せずにゼロ出力固定とする。
【００５９】
以上の通り、各サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃより、全Ｍ個サブチャネルについて全Ｎ個のサブキャリア送信信号が出力されると、逆フーリエ変換部９は、全（Ｎ×Ｍ）個のサブキャリア送信信号を入力して逆フーリエ変換処理し、これらをひとつの送信信号に結合して、周波数変換部１０に出力する。
【００６０】
図７は、逆フーリエ変換部９によって逆フーリエ変換処理された全（Ｎ×Ｍ）個のサブキャリアの配置を周波数軸で示した説明図である。ここで、当該通信システムはｆ1〜ｆ32までの全３２個のサブキャリアを使用して送信データを転送するものとし、前述の変調制御部１２によって全サブチャネル数Ｍ＝４、１サブチャネルあたりのサブキャリア数Ｎ＝８が選択されている場合について示す。第１のサブキャリア変調処理部４ａから出力された全８個のサブキャリア送信信号は、フーリエ変換処理部９によってサブキャリアｆ1〜ｆ8に割当てられ、周波数ホッピング方式でスペクトラム拡散される。同様に、第２のサブチャネル変調処理部のサブキャリア送信信号はｆ9〜ｆ16に、第３のサブチャネル変調処理部のサブキャリア送信信号はｆ17〜ｆ24に、第４のサブチャネル変調処理部のサブキャリア送信信号はｆ25〜ｆ32にそれぞれ割当てられ、各々独立して周波数ホッピング方式でスペクトラム拡散される。
【００６１】
図８は、前記逆フーリエ変換部９から出力される送信信号のうち、第１のサブチャネルについてサブキャリアの使用の様子を示した説明図である。まず、前記データスロットのうち、パイロット系列１８が出力されている際には、図８（ａ）に示す通り、全てのサブキャリアでデータが送信される。これに対し、フレーム情報１９及びスロットデータ２０が出力されている際には、図８（ｂ）に示す通り、ホッピングパターン生成部２２によって選択されたサブキャリアのみで送信データが出力され、その他のサブキャリアでは送信電力がゼロに固定される。ここで、ホッピングパターン生成部２２から出力されるサブチャネル番号が切替えられると、フーリエ変換後の送信信号のうち当該サブチャネル送信データを出力するサブキャリアも切替えられることとなり、その結果、全Ｎ個のサブキャリアを使用した周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散が実現される。
【００６２】
各サブチャネル送信データは、それぞれ別個のサブキャリアで独立してスペクトラム拡散される。したがって、フーリエ変換部９から出力される送信信号には、全Ｍ個のスペクトラム拡散後のサブチャネル送信データが多重化されている。
【００６３】
図９は、周波数変換部１０の構成図である。図９において、２９は所望の搬送波周波数信号を出力する周波数発振器、３０は周波数変換後の送信信号から所望のＲＦ帯以外の周波数成分を除去するＢＰＦである。該周波数変換部１０は、前記逆フーリエ変換部９から出力された送信信号を入力し、当該送信信号に前記周波数発振器２９から出力された搬送波周波数信号を乗算して、送信信号をＲＦ帯に周波数変換する。さらに、ＢＰＦ３０は、周波数変換後の送信信号から所望のＲＦ帯以外の周波数成分を除去し、帯域制限を行って、ＲＦ信号を出力する。周波数変換部１０から出力されたＲＦ信号は、アンテナ１１を介して伝送路上に出力される。
【００６４】
次に、図１０は、スペクトラム拡散通信システムの受信機の構成図である。図１０おいて、３２はアンテナ３１で受信されたＲＦ信号を周波数変換する周波数変換部、３３は前記周波数変換された受信信号をフーリエ変換し、前記全Ｍ個のサブチャネルについて、それぞれ全Ｎ個のサブキャリア受信信号を抽出するフーリエ変換部である。
【００６５】
また、３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、前記抽出されたサブキャリア受信信号をそれぞれ別個に復調処理するサブチャネル復調処理部である。各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃにおいて、３５は全Ｎ個のサブキャリアに周波数ホッピングされたサブキャリア受信信号の中から、周波数ホッピングパターンに従い有効なサブキャリア受信信号のみを選択して当該サブチャネルの受信データを出力するホッピングデータ受信部、３６は前記選択されたサブチャネル受信データに所定の拡散コードを乗じて時間逆拡散処理を行う時間逆拡散処理部、３８は前記時間逆拡散部３６から出力されたサブチャネル受信データについてＲＡＫＥ合成を行い、サブチャネル受信データとして出力するＲＡＫＥ合成部である。
【００６６】
また、４０は前記サブキャリア復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃから出力された全Ｍ個のサブチャネル受信データをパラレル・シリアル変換して、ひとつの受信データ（シリアル信号）に合成するパラレル・シリアル変換部（以下、Ｐ／Ｓと呼ぶ）、４１は前記受信データの並び替えを行うデインタリーバ、４２は並び替え後の受信データを誤り訂正し受信データを出力するビタビ復号部である。
【００６７】
以下前記のように構成される受信機の動作について説明する。初めに、周波数変換部３２は、アンテナ３１を介して、伝送路上で周波数選択性フェージング等の影響を受けたＲＦ信号を受信する。図１１は、周波数変換部３２の構成図である。図１１において、４３は受信されたＲＦ信号から不要な周波数成分を除去するバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと呼ぶ）、４４は搬送波周波数信号を出力する周波数シンセサイザ、４５は周波数変換された信号から高周波の信号成分を除去して波形生成を行い受信信号として出力するローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと呼ぶ）である。まず、周波数変換部３２に入力されたＲＦ信号は、ＢＰＦ４３によって不要な周波数成分が除去された後に、周波数シンセサイザ４４が出力する搬送波周波数信号と乗算され、周波数変換処理される。その後、ＬＰＦ４５によって波形整形され、受信信号として出力される。
【００６８】
前記周波数変換部３２から出力された受信信号は、フーリエ変換部３３に入力される。該フーリエ変換部３３は、前記受信信号に対してフーリエ変換処理により周波数分割を行って、全Ｍ個のサブチャネルそれぞれについて、全Ｎ個のサブキャリア毎の受信信号、すなわち全Ｎ×Ｍ個のサブキャリア受信信号の抽出を行う。ここで、当該フーリエ変換部３３は、送受信機間で使用する周波数帯域上の全サブキャリア数（Ｎ×Ｍ個）に対してフーリエ変換処理が行えるだけの出力数を有する。
【００６９】
次に、各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、各サブチャネルに対応したＮ個のサブキャリア受信信号を入力し、それぞれ復調処理を行う。なお図１０では、サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃのみが明示されているが、実際には、全Ｍ個のサブチャネル送信データを並列処理するのに十分な数のサブチャネル復調処理部が配置されているものとする。また、各サブチャネル復調部で行われる処理は全て同一であるので、以下では、第１番目のサブチャネル復調部３４ａの動作についてのみ説明し、その他のサブチャネル復調部の動作については説明を省略する。
【００７０】
サブチャネル復調部３４ａに入力された全Ｎ個のサブキャリア受信信号は、ホッピングデータ選択部３５に入力される。図１２は、ホッピングデータ受信部３５の構成図である。図１２において、２２は周波数ホッピングのホッピングパターンを生成するホッピングパターン生成部、４６は前記ホッピングパターン生成部２２から出力されるホッピングパターンに従って、ひとつのサブキャリア送信信号を選択するホッピングデータ選択部、４７は入力されたサブキャリア受信信号から既知のパイロットパターンを検出し送受信機間のスロット同期を確立するスロット同期部である。ここでホッピングパターン生成部２２は、前述した図５に示す送信機のホッピングパターン生成部２２と同一の構成であるため説明を省略する。
【００７１】
フーリエ変換部３３からサブキャリア受信信号が入力されると、スロット同期部４７は、ひとつのサブキャリア受信信号を監視し、前述の図６に示したスロットデータのうち、既知のパイロット系列１８を検出して送受信機間のスロット同期を確立する。ここで、前述した通り、送信機ではパイロット系列１８を周波数ホッピングの対象とせず、全てのサブキャリアで並列に送信しているので、当該スロット同期部４７は何れかひとつのサブキャリア送信信号を監視することによりパイロット系列を検出し同期を確立することができる。図１２に示した構成例において、スロット同期部４７は第１番目のサブキャリア受信信号のみを入力し、送受信機間のスロット同期を確立する。
【００７２】
また、ホッピングパターン生成部２２には、通信に先だって、前述の送信機の変調制御部１２より、予めのホッピングパターン生成部２２のシフトレジスタ２５の初期値が通知されており、送受信機両方で同一の初期値が設定されている。該受信機が受信動作を開始し、前記スロット同期部４７によりスロット同期が確立されると、当該ホッピングパターン生成部２２は、前述の方法により、所定のホッピング周波数ＲHで切替えられるホッピングパターンを生成する。ここで、送受信機両方のホッピングパターン生成部２２の構成が同一で、且つ、シフトレジスタ２５の初期値も同じであるので、生成されるホッピングパターンは送受信機間で同一となる。
【００７３】
次にホッピングデータ選択部４６は、当該サブチャネル変調処理部に入力された全Ｎ個のサブキャリア受信信号を入力し、以下の方法により周波数ホッピング方式でスペクトラム逆拡散された一つのサブチャネル受信データを出力する。まず、当該ホッピングデータ受信部３５が、前記パイロット系列１８を受信している間は、全Ｎ個のサブキャリア受信信号のうちのいずれかひとつ（図１２に示す構成例では第１番目のサブキャリア受信信号）のみを選択し、これを当該サブチャネル受信データのパイロット系列として出力する。
【００７４】
一方、ホッピングデータ受信部３５が、スロットデータのうちフレーム情報１９及びスロットデータ２０を受信している間は、ホッピングデータ選択部４６は、前記ホッピングパターン生成部２２によって生成されたホッピングパターンに従って、全Ｎ個のサブキャリア受信信号のうちのいずれかを選択し、サブチャネル受信データとして出力する。ここで、送受信機間で同一のホッピングパターンを用いているので、受信機側では周波数ホッピングされたサブキャリア受信信号を正しく選択して、スペクトラム逆拡散されたサブチャネル受信データを出力することができる。このようにして得られたサブチャネル受信データは、時間逆拡散部３６に対して出力される。
【００７５】
時間逆拡散部３６には、通信に先だって、予め前記送信機の時間拡部７で時間拡散処理で用いたのと同一の時間拡散コードが保存されている。該時間逆拡散部３６は、前記サブチャネル受信データに、該時間拡散コードを乗じて、時間逆拡散処理を行う。時間逆拡散処理後のサブチャネル受信データは、ＲＡＫＥ合成部３８に対して出力される。次に、ＲＡＫＥ合成部３８は、伝送路上で生じた複数の遅延パスによるマルチパス波の影響を受けている前記逆拡散後のサブチャネル受信データをＲＡＫＥ合成処理し、当該マルチパス波の影響を除去して出力する。以上がサブチャネル復調処理部３４ａの動作である。
【００７６】
次に、各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃから出力された全Ｍ個のサブチャネル受信データは、Ｐ／Ｓ４０に入力される。Ｐ／Ｓ４０は、前述の図３に示すフレーム構造を有する各サブチャネル受信データから、スロットデータ２０のみを抽出し、全Ｍ個のサブチャネル受信データについて前記抽出されたスロットデータ２０を結合して一つの受信データとして出力する。
【００７７】
またＰ／Ｓ４０は、前記各サブチャネル受信データから、フレーム情報１９を抽出し、畳み符号化の符号化率、インタリーバの行数及び列数、サブチャネルの多重化数Ｍ、ひとつのサブチャネルで使用するサブキャリア数Ｎ、データのシリアル/パラレル変換の順序、時間拡散処理で使用する時間拡散符号、ホッピングパターン生成部のシフトレジスタ２５の初期設定値等の復調処理に要する制御情報を読出す。これらの制御情報は、フーリエ変換部３３、サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３５ｃ、Ｐ／Ｓ４０、デインタリーバ４１、及びビタビ復号部４２に設定される。
【００７８】
次に、前記Ｐ／Ｓ４０から出力された受信データは、デインタリーバ４１により受信データの並び替え処理がなされる。該デインタリーバ３は、前述の送信機のインタリーバ２と同一の行数及び列数のメモリを有し、例えば、前記受信データを当該メモリの行方向に書きこんだ後に、列方向にメモリ格納済みの受信データを読み出すことにより、受信データの並び替えを行って、前記送信機のインタリーバ２によって並び替えられた以前のデータの順列に復元する。つぎに、デインタリーバ４１から出力された受信データは、ビタビ復号器４１に入力され、予め送受信器間で定められた符号化率の設定に基づき、ビタビ復号による誤り訂正処理が行われる。誤り訂正後の受信データは、ユーザデータとして出力される。
【００７９】
このような構成とすることにより、本実施の形態１の送信機及び受信機からなる周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムでは、送信機において、送信データを複数のサブキャリア送信データに複製し、当該複数のサブキャリア送信データの中から、ＰＮ系列の性質を有し、所定のホッピング周波数ＲHで切り替わるホッピングパターンに従って実際にデータを送信するサブキャリアを選択し、その他のサブキャリア送信信号の信号レベルをゼロとした上で、全てのサブキャリア送信信号をフーリエ逆変換して周波数ホッピング方式によるスペクトラム拡散処理を実現する。一方、受信機において、スペクトラム拡散された受信信号をフーリエ変換して複数のサブキャリア受信信号に分割するとともに、当該複数のサブキャリア受信信号の中から、前記ホッピングパターンに従ってサブキャリア受信信号を選択することにより周波数ホッピング方式のスペクトラム逆拡散処理を実現する。
【００８０】
したがって、周波数ホッピングを行う際でも、周波数シンセサイザの周波数を切替制御する必要がなく、従来、周波数シンセサイザの動作安定までに要していた周波数切替待ち時間が不要となって、周波数切替処理を迅速に行うことができるので、データ転送効率を高めることができ、さらに、データ転送速度が高速化しホッピング周波数ＲHが増大しても、データ転送効率を低下させずに維持することが可能である。
【００８１】
また、本実施の形態１では、前記周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散処理と、時間拡散方式のスペクトラム拡散処理とを重ねて適用しているため、周波数ホッピングによる耐フェージング性能に加え、時間拡散にによる干渉信号の影響の軽減とＲＡＫＥ合成によるパスダイバーシチ効果とによって、ビット誤り率特性を高め、良好な通信品質を得ることができる。
【００８２】
また、送信データを畳み込み符号化した後に畳み込み符号化した後にインタリーブ処理し、さらに、送信データをシリアル・パラレル変換して、複数のサブチャネル送信データに分割し、当該サブチャネル送信データを夫々独立して前記周波数ホッピング処理及び時間拡散処理を行って並行伝送しているので、干渉波の影響が大きい伝搬環境において、一時的に特定のサブチャネルのビット誤り率特性が劣化した場合であっても、受信機のデインタリーブ処理により誤りが分散されてビタビ復号処理が効果的に誤り訂正を行うことが可能となり、通信品質の劣化を回避することが可能である。
【００８３】
なお、本実施の形態１では、サブチャネル毎に各Ｎ個のサブキャリアを使用して周波数ホッピングを場合の構成及び動作について説明したが、必ずしも全てのサブチャネルで使用するサブキャリア数がＮである必要はなく、サブチャネル毎に異なるサブキャリア数を使用し夫々に周波数ホッピングを行うような構成であってもよい。
【００８４】
また、本実施の形態１の送信機では、フレーム作成部から出力されたデータの情報変調方式としてＱＰＳＫを用い、これを受信機で復調する構成とされたが、情報変復調方式はＱＰＳＫに限られるものではなく、その他の変復調方式を用いるような構成であってもよい。
【００８５】
また、本実施の形態１において、送信機及び受信機に備えられたホッピングパターン生成部２２は、擬似ランダム系列発生器２６、乗算器２７及び加算器２８を有し、シフトレジスタ２５の設定値を巡回させることによりＰＮ系列の性質を有するホッピングパターンを生成していたが、このような構成に限定されるものではない。例えば、ホッピングパターン生成部２２は、ホッピングパターンを記憶するメモリを備え、送受信機間で同一のホッピングパターンを予め記憶しておき、データ転送の際に当該ホッピングサブキャリア番号を、所定のホッピング周波数ＲHで切替ながら出力するような構成であってもよい。
【００８６】
実施の形態２．
本実施の形態２の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機では、各サブチャネル復調処理部において、時間逆拡散後のサブチャネル受信データから伝送路上で付加された干渉波の電力を推定した上で、サブチャネル受信データを前記干渉波電力で正規化して出力することにより、サブチャネル毎に大きさが異なる干渉波が付加された場合であっても、良好な通信品質を得る。なお、本実施の形態２は、前述の実施の形態１とは、干渉電力値の推定を行って、サブチャネル受信データを正規化する点のみが異なるものであり、そのほかの構成は全く同じであるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８７】
以下、本実施の形態２のスペクトラム拡散通信システムの受信機の構成を構成図１３に従って説明する。図１３において、３７は時間逆拡散処理後のサブチャネル受信データから当該サブチャネルに付加された干渉波の電力量（以下、干渉電力値と呼ぶ）を推定して算出する干渉量推定部、３９はＲＡＫＥ合成後のサブチャネル受信データを正規化する正規化部である。
【００８８】
また図１４は、前記干渉量推定部３７の構成例を示した構成図である。図１４において、４８は前記時間逆拡散後のサブチャネル受信データに含まれるパイロット系列を基に伝送路推定を行う伝送路推定部、４９は前記パイロット系列の参照シンボルデータを生成する既知系列生成部、５０は前記伝送路の推定結果とパイロット系列の参照シンボルデータから前記サブチャネル受信データに付加された干渉電力値を算出する干渉電力値算出部である。
【００８９】
上記の通り構成される、本実施の形態２の受信機の動作について説明する。まず、逆拡散部３６から出力されたサブチャネル受信データは、ＲＡＫＥ合成部３８に入力されて、マルチパス遅延波による影響が除去される。
【００９０】
また、前記逆拡散後のサブチャネル受信データは、マルチパス遅延波の影響に起因する干渉量を推定するため、干渉量推定部３７に入力される。ここで当該干渉量推定部３７では、伝送路上で発生するマルチパス遅延波のうち、予め設定されたＬ個のマルチパス遅延波の影響による干渉量を推定する。干渉量推定部３７において、まず伝送路推定部４８は、前記サブチャネル受信データに含まれるフレームのパイロット系列１８（シンボル長ｎpilot）を同期加算し、Ｌ個の遅延パスに関する伝送路推定値Ｉ(1)〜Ｉ(L)を算出する。
【００９１】
一方、既知系列生成部４９は、前記パイロット系列１８に相当する参照シンボルデータＰｓ(j)を発生する。ここで、ｊは前記パイロット系列における当該シンボルデータの位置を特定する数であり（ｊ＝１〜ｎpilot）、また、各参照シンボルデータＰｓ(j)は大きさが正規化されているものとする（｜Ｐｓ(j)｜＝１）。
【００９２】
次に干渉電力値算出部５０は、前記サブチャネル受信データ、伝送路推定値Ｉ(1)〜Ｉ(L)及び参照シンボルデータＰｓ(j)を基に、次式１に従い、１スロットあたりの干渉電力値σを算出する。
【数１】
ここで、ｈは遅延波を特定する数、ｒ(h,j)は入力されたサブチャネル受信データに含まれたパイロット系列のシンボルデータ、Ｐｓ*(j)はＰｓ(j)の複素共役値である。干渉電力値算出部５０は、入力されたサブチャネル受信データについてスロット単位で前記干渉電力値σを算出し、正規化部３９に対して出力する。
【００９３】
次に正規化部３９は、前記ＲＡＫＥ合成後のサブチャネル受信データを、前記干渉電力値σで除算して、干渉量で正規化し出力する。各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃから、夫々出力された正規化後のサブチャネル受信データは、Ｐ／Ｓ４０に入力される。
【００９４】
このような構成とすることにより、本実施の形態２では、各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃから出力されたそれぞれのサブチャネル受信データが、干渉量で正規化されるため、伝送路上で付加されるマルチパス遅延波の影響によって生じる干渉量が各サブチャネル毎に同一ではない場合でも、サブチャネル毎の干渉量のばらつきを吸収して受信データを得ることができ、良好な通信品質を維持することができる。
【００９５】
実施の形態３．
前述の実施の形態１では、逆フーリエ変換を用いた周波数ホッピング方式と、時間拡散方式のスペクトラム拡散変調とを重ねて適用することにより、ビット誤り率特性の改善を図ったが、本実施の形態３においては、各サブチャネルで逆フーリエ変換を用いた周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散を行った後に、伝送路上で発生する遅延波の影響を除去するガードインターバルを挿入し、ビット誤り率特性の改善を図るものである。
【００９６】
以下、本実施の形態３のスペクトラム拡散通信システムの構成を図面に従って説明する。なお、本実施の形態３は、先に説明した実施の形態１とは、サブチャネル変調処理部及びサブチャネル復調処理部の構成が異なり、さらに送信データにガードインターバルを挿入するＧＩ付加部を送信機に、受信データからガードインターバルを除去するＧＩ除去部を受信機に付加したものであり、その他の構成については全く同じであるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９７】
まず、図１５は、本実施の形態３の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散装置の送信機の構成図である。図１５において、５１ａ、５１ｂ、５１ｃはＳ／Ｐ３から出力されたサブチャネル送信データを変調処理するサブチャネル変調処理部、５２は逆フーリエ変換後の送信信号にガードインターバルを挿入するＧＩ付加部である。
【００９８】
以下、前記のように構成される本実施の形態３の送信機の動作について説明する。まず、Ｓ／Ｐ３から出力された全Ｍ個のサブチャネル送信データは、夫々対応するサブチャネル変調処理部５１ａ、５１ｂ、５１ｃに入力される。なお図１５ではサブチャネル変調処理部５１ａ、５１ｂ、５１ｃのみが明示されているが、実際には、前記変調制御部１２が決定したサブチャネル数Ｍ個のサブチャネル送信データを並列処理するのに十分な数のサブチャネル変調処理部が配置されているものとする。また、各サブチャネル変調処理部５１ａ、５１ｂ、５１ｃにおける処理は全く同一であるため、以下では第１のサブチャネル変調処理部５１ａの動作についてのみ説明し、その他のサブチャネル変調処理部は説明を省略する。
【００９９】
サブチャネル復調処理部５１ａに入力されたサブチャネル送信データは、まずフレーム作成部５によって、前述の図３に示したフレーム構成を有するデータに変換される。次に、フレーム構成されたサブチャネル送信データは、情報変調部６によって、ＱＰＳＫで情報変調される。本実施の形態３において、情報変調部６から出力されたサブチャネル送信データは、データホッピング部８に直接入力される。
【０１００】
データホッピング部８は、当該サブチャネル送信データを全Ｎ個のサブキャリア送信データに複製した上で、所定のホッピングパターンにしたがってサブキャリア送信データを選択し、これを当該サブキャリアに対応したサブキャリア送信信号として出力するとともに、その他のサブキャリア送信信号をゼロ固定とする
【０１０１】
各サブチャネル変調処理部５１ａ、５１ｂ、５１ｃから出力された、全Ｎ×Ｍ個のサブキャリア送信信号は、逆フーリエ変換部９に入力され、逆フーリエ変換処理され送信信号として、ＧＩ付加部５２に対して出力される。
【０１０２】
図１６は、ＧＩ付加部５２におけるガードインターバル付加処理の概要を示した説明図である。ＧＩ付加部５２に入力された送信信号は、情報変調部６で情報変調後サブチャネル送信データであるシンボルデータが連続している。本実施の形態３において、ＧＩ付加部５２は、連続する各シンボルデータの後部のτGI時間に相当するデータ５４を、当該シンボルデータの先頭にガードインターバル５３として挿入する。例えば、図１６において、第ｋ番目のシンボルデータについて、ＧＩ付加部５２は該シンボルデータ（＃ｋ）の後部τGI時間に相当するデータ５４をコピーし、該シンボルデータ（＃ｋ）の前部にガードインターバル５３として挿入する。続けてＧＩ付加部５２は、連続して入力されるシンボルデータについて順次同様の処理を行って全てのシンボルデータにガードインターバル５３を挿入する。ここで、前記ＧＩ付加部５２によってガードインターバル５３として挿入されるデータの時間長τGIは、伝送路上で生じる遅延波の最大遅延時間を考慮した上で、適切な値が予め設定される。
【０１０３】
ガードインターバルが付加された送信信号は、周波数変換部１０によってＲＦ信号に周波数変換され、アンテナ１１を介して伝送路上に出力される。
【０１０４】
次に、図１７は、本実施の形態３のスペクトラム拡散通信システムの受信機の構成図である。図１７において、５６は周波数変換部３２から出力された受信信号からガードインターバルを除去するＧＩ除去部、５７ａ、５７ｂ、５７ｃはフーリエ変換部から出力されたサブキャリア受信信号を入力し、各サブチャネル毎に独立して復調処理を行うサブチャネル復調処理部、５８はホッピングデータ受信部３５から出力されるサブチャネル受信データに対し同期検波処理を行う同期検波部である。なお図１７ではサブチャネル復調処理部５７ａ、５７ｂ、５７ｃのみが明示されているが、実際には、全Ｍ個のサブチャネル受信データを並列処理するのに十分な数のサブチャネル復調処理部が配置されているものとする。また、各サブチャネル復調処理部５７ａ、５７ｂ、５７ｃにおける処理は全く同一であるため、以下では第１のサブチャネル復調処理部５７ａの動作についてのみ説明し、その他のサブチャネル復調処理部は説明を省略する。
【０１０５】
まず周波数変換部３２によって周波数変換された受信信号は、ＧＩ除去部５２に入力される。ＧＩ除去部５２では、受信信号のうち各シンボルデータの前部に挿入されたガードインターバルを順次除去する。ＧＩ除去部５２でガードインターバルを除去することにより、当該ガードインターバル部分に含まれる遅延波の影響、すなわち、一つ前のシンボルデータの遅延波後縁部と、当該シンボルデータの前縁部とが衝突することに起因するシンボル間干渉を回避する。ガードインターバル除去後の受信信号は、フーリエ変換部３３によって全Ｎ×Ｍ個のサブキャリア受信信号に変換される。
【０１０６】
次にサブキャリア復調処理部５７ａは、対応する全Ｎ個のサブキャリア受信信号を入力する。これらのサブキャリア受信信号は、ホッピングデータ受信部３５によってスペクトラム逆拡散処理されてサブチャネル受信データとして同期検波部５８に入力される。図１８は、同期検波部５８の構成図である。図１８において、５９はサブチャネル受信データのパイロット系列を基に伝送路推定を行い伝送路推定値を出力する伝送路推定部、６０は前記伝送路推定値の複素共役値を算出する複素共役値算出部、６１は前記サブチャネル受信データを前記複素共役値で重み付けして同期検波後のサブチャネル受信データを出力する複素乗算器である。
【０１０７】
まず伝送路推定部５９は、サブチャネル受信データを入力し、当該データに含まれる既知のパイロット系列（シンボル長ｎpilot）を同期加算し、伝送路推定値を算出する。次に複素共役値算出部６０は、前記伝送路推定値の複素共役値を算出する。さらに複素乗算器６０は、前記サブチャネル受信データと複素共役値とを複素乗算し、同期検波後のサブチャネル受信データを出力する。
【０１０８】
一方、干渉量推定部３７は、時間逆拡散後のサブチャネル受信データを入力し、当該サブチャネル受信データに含まれるパイロット系列を基に干渉電力値σを算出する。また、正規化部３９は、前記同期検波後のサブチャネル受信データを、前記干渉電力値σで除算して正規化されたサブチャネル受信データを出力する。
【０１０９】
このように、本実施の形態３では、実施の形態１と同様に周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散を実現しているので、周波数シンセサイザの周波数切替待ち時間が不要となって、周波数切替処理を迅速に行うことができ、データ転送効率を高めることができる。
【０１１０】
また、周波数ホッピング方式でスペクトラム拡散された送信信号に、シンボル単位でガードインターバルを挿入することにより、ガードインターバル（時間τGI）よりも遅延時間の小さな遅延波の影響が除去され、前記周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散による通信品質の改善効果とあわせて、ビット誤り率特性が良好なスペクトラム拡散通信システムを提供することができる。
【０１１１】
実施の形態４．
本実施の形態４では、周波数ホッピング方式で送信する複数のサブキャリア送信信号を、所定の周波数的間隔をあけて配置された複数のサブキャリアで送信する。なお、本実施の形態４の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散装置は、前述の実施の形態２とは、複数のサブキャリア送信信号を所定の周波数的間隔をあけた複数のサブキャリアで送信する点のみが異なるものであり、その他の処理は同一であるため説明を省略する。また、スペクトラム拡散通信システムの送信機及び受信機の構成も、前述の実施の形態２とは、サブキャリアの配置及び分配を行う手段を備えた点のみが異なるものであり、その他の構成は全く同じであるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１１２】
図１９は、本実施の形態４のスペクトラム拡散通信システムの送信機の構成図である。図１９において、７０は全Ｍ個のサブキャリア変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃそれぞれから出力された、全Ｎ×Ｍ個のサブキャリア送信信号の並び替えを行うサブキャリア配置部である。また、図２０は、本実施の形態５のスペクトラム拡散通信システムの受信機の構成図である。図２０において、７１はフーリエ逆変換の結果得られた全Ｎ×Ｍ個のサブキャリア受信信号を、全Ｍ個のサブキャリア復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃのそれぞれに分配するサブキャリア受信信号分配部である。なお以下では、当該スペクトラム拡散通信システムは、周波数領域上で互いに隣接する全３２個のサブキャリア（ｆ1〜ｆ32）を利用して、送信データを全４個のサブチャネルで並行多重するものとし（Ｍ＝４）、一つサブチャネルではそれぞれ８個のサブキャリアを使用して（Ｎ＝８）周波数ホッピングを行う場合について説明する。
【０１１３】
以上のように構成される本実施の形態４のスペクトラム拡散通信システムの動作について説明する。まず、変調制御部１２は、各サブチャネルで使用するサブキャリアの配置を予め決定する。図２１は、変調制御部１２によるサブチャネルの配置の様子を示した説明図である。変調制御部１２は、一つのサブチャネルが周波数領域上で互いに隣接するサブキャリアを使用することが無いように、一定の間隔を明けて、各サブチャネルにサブキャリアを分配する。図２１に示す例では、１番目のサブチャネルに対して、各３個のサブキャリアの間隔をあけて、ｆ1、ｆ5、ｆ9、ｆ13、ｆ17、ｆ21、ｆ25、ｆ29の全８個のサブキャリアが割当られている。同様に、２番目のサブチャネルに対してはｆ2、ｆ6、ｆ10、ｆ14、ｆ18、ｆ22、ｆ26、ｆ30のサブキャリアが、３番目のサブチャネルに対してはｆ3、ｆ7、ｆ11、ｆ15、ｆ19、ｆ23、ｆ27、ｆ31のサブキャリアが、４番目のサブチャネルに対してはｆ4、ｆ8、ｆ12、ｆ16、ｆ20、ｆ24、ｆ28、ｆ32のサブキャリアが割当てられている。
【０１１４】
変調制御部１２によって決定されたサブキャリアの配置は、データ転送の開始に先だって予めサブキャリア配置部７０に指示されるとともに、変復調に関する制御情報として受信機側に予め通知される。
【０１１５】
当該送信機がデータ送信を開始すると、サブキャリア配置部７０は、各サブキャリア変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃそれぞれから、各８個ずつの変調処理後のサブキャリア送信信号を入力する。サブキャリア配置部７０は、前記予め指示されたサブキャリアの配置に従い、全３２個（＝１サブチャネルあたりのサブキャリア数８×サブチャネル数４）のサブキャリア送信信号の並び替えを行う。例えば、まず、第１番目のサブチャネルの第１番目のサブキャリア送信信号を、サブキャリアｆ1にフーリエ逆変換されるデータとして選択する。次に、サブキャリアｆ2については第２番目のサブチャネルの第１番目のサブキャリア送信信号を、サブキャリアｆ3については第３番目のサブチャネルの第１番目のサブキャリア送信信号を、というように、全てのサブキャリア送信信号を、前記サブキャリアの配置に従い対応するサブキャリア順に並べ替えた後に、フーリエ逆変換部９に対して出力する。
【０１１６】
次にフーリエ逆変換部９は、並び替えられた全３２個のサブキャリア送信信号をフーリエ逆変換し、送信信号として出力する。フーリエ逆変換後の送信信号において、各サブチャネル送信データは、前述の図２１に示したサブキャリアの配置に従い、周波数的に等間隔をあけた各８個のサブキャリアを使用して、それぞれに周波数ホッピング方式でスペクトラム拡散されている。このように、一つのサブチャネル送信データを、互いに隣接しない複数のサブキャリアを用いて周波数ホッピングすることにより、サブキャリア相互間の周波数的な相関特性を低減させ、周波数ダイバーシチの効果を高める。
【０１１７】
次に、図２０に示す受信機において、周波数変換後の受信信号は、フーリエ変換部３３によってフーリエ変換され、サブキャリアｆ1〜ｆ32に対応した、全３２個のサブキャリア送信信号として出力される。サブキャリア受信信号分配部７１は、これらのサブキャリア受信信号を入力し、前記送信機の変調制御部１２から通知されたサブキャリアの配置に従って、当該サブキャリア受信信号を対応するサブチャネル毎に分配する。例えば、サブチャネルｆ1、ｆ5、ｆ9、ｆ13、ｆ17、ｆ21、ｆ25、ｆ29に対応する８個のサブキャリア受信信号を、第１番目のサブチャネル復調処理部３４ａに対して出力する。
【０１１８】
このように、本実施の形態４では、一つのサブチャネルについて、周波数ホッピング方式で送信する複数のサブキャリア送信信号を、所定の周波数的な間隔をあけた複数のサブキャリアでそれぞれ送信するので、サブキャリア相互間の周波数的な相関性を低減させることにより周波数ホッピングによる周波数ダイバーシチ効果を高め、周波数選択性フェージングの影響が大きい伝送路であっても通信品質を改善することができる。
【０１１９】
また本実施の形態４は、実施の形態１と同様の構成により、周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散を実現しているので、周波数シンセサイザの周波数切替待ち時間が不要となって、周波数切替処理を迅速に行うことができ、データ転送効率を高めることができる。
【０１２０】
なお、本実施の形態４において、使用する全サブキャリア数が３２個、サブチャネル数が４個、一つのサブチャネルで使用するサブキャリア数が４個の場合について説明したが、全サブキャリア数の個数、多重化するサブチャネル数、１サブチャネル当りのサブキャリア数は、それぞれ本実施の形態４に示す個数に限定されるものではなく、その他の構成であっても同様の効果を得ることは当然に可能である。
【０１２１】
実施の形態５．
本実施の形態５では、受信機において、各サブチャネル毎の通信品質に関する情報を送信機に対して通知するとともに、送信機において、通知された干渉電力値を基に伝送路の通信品質を判定し、多重化するサブチャネル数及び１サブチャネル当りのサブキャリア数を切替える。なお本実施の形態５の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムは、前述の実施の形態１とは、送受信器間で通信品質情報の通知を行うとともに、１サブチャネル当りのサブキャリア数を切替える点が異なるもので、その他の処理は同じであるので、以下では、干渉電力値の通知及びサブキャリア数の切替処理のみについて説明する。また、送信機及び受信機の構成も、干渉電力値の通知及びサブチャネル数の切り替えに関する部分のみが異なるだけであるので、その他の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２２】
図２２は、本実施の形態５のスペクトラム拡散通信システムの受信機の構成図である。図２２において、７５は各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３５ｃの干渉量推定部３７によって算出された干渉電力値を入力し通信品質情報を送信機に通知する通信品質通知部である。
【０１２３】
また図２３は、本実施の形態５のスペクトラム拡散通信システムの送信機の構成図である。図２３において、７６は前記受信機の通信品質通知部７５から通知された通信品質情報を受信し、伝送路の通信品質を判定して変調制御部１２に通知する通信品質監視部である。
【０１２４】
以上のように構成される本実施の形態５のスペクトラム拡散通信システムの動作について説明する。初めにデータを受信した受信機の各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３５ｃの干渉量推定部３７は、それぞれ時間逆拡散後のサブチャネル受信データを入力し、伝送路上で付加された干渉電力値を算出する。また干渉量推定部３７は、サブチャネル受信データに含まれるパイロット系列１８を基に、当該サブチャネル受信データの受信信号電力を算出する。次に当該干渉電力推定部３７は、前記受信信号電力を、前記干渉電力値で除して、信号電力対干渉電力比（以下、ＳＩＲと呼ぶ）を算出する。
【０１２５】
各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３５ｃの干渉量推定部３７によって、各サブチャネル毎に各々算出されたＳＩＲは、通信品質通知部７５に通知される。該通信品質通知部７５では、前記各サブチャネルのＳＩＲを通信品質情報として、現に通信を行っている送信機に通知する。
【０１２６】
これに対し送信機において通信品質監視部７６は、前記通信品質通知部７５から通知された通信品質情報を受信し、該通信品質情報から各サブチャネルのＳＩＲを読み出して、全サブチャネルのＳＩＲの平均値を算出する。
【０１２７】
また、該通信品質監視部７６には、大きさの異なる二つのＳＩＲの閾値、すなわち大きなＳＩＲの閾値γhiと小さなＳＩＲの閾値がγloとが予め記憶されている。当該ＳＩＲの閾値γhi、γloは、通信品質を評価するのに適切な値が予め決定される。
【０１２８】
該通信品質監視部７６は、前記ＳＩＲの平均値と当該複数の閾値とを比較し伝送路の通信品質を評価する。例えば、受信機から通知されたＳＩＲの平均値が大きな閾値γhi以上である場合には通信品質が「良好」であると判定され、前記ＳＩＲの平均値が小さな閾値γlo以上であり且つ大きな閾値γhi未満である場合には通信品質が「普通」であると判定され、前記ＳＩＲの平均値が小さな閾値γlo未満である場合には通信品質が「劣悪」であると判定される。当該通信品質の判定結果は、変調制御部１２に対して出力される。
【０１２９】
一方、変調制御部１２には、複数のサブキャリアの配置の構成が予め記憶されており、前記通信品質の評価に従い、サブチャネルの多重化数Ｍ及び一つのサブチャネルで使用する周波数ホッピングのサブキャリア数Ｎを変更し、データの転送速度を切替える。図２４は、サブチャネル多重化数Ｍ及びサブキャリア数Ｎを切替えた場合のサブキャリアの配置例を示した説明図である。図２４では、全３２個のサブキャリアｆ1〜ｆ32を使用し通信を行う場合について示している。該変調制御部１２には、サブチャネル数Ｍと１サブチャネル当りのサブキャリア数Ｎが異なる複数のサブキャリアの配置の構成が予め記憶されている。より具体的には、通信品質監視部７６において、サブキャリアの構成は、サブチャネル数Ｍ＝８（１サブチャネルあたりのサブキャリア数Ｎ＝４）、Ｍ＝４（Ｎ＝８）、Ｍ＝２（Ｎ＝１６）、Ｍ＝１（Ｎ＝３２）の４種類のサブキャリアの構成が記憶されている。
【０１３０】
ここで、データ転送速度は、多重化されるサブチャネル数Ｍが大きいほど転送速度は大きくなるが、１サブチャネル当りのサブキャリア数Ｎが小さくなるため、周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散による伝送品質改善の効果が小さくなる。従って、図２４に示す例では、伝送速度はサブチャネル数Ｍ＝８の場合に最大となるのに対し、逆に、周波数ホッピングによる伝送品質の改善効果は、サブチャネル数Ｍ＝１の場合に最大となる。
【０１３１】
変調制御部１２は、前記通信品質監視部７６から入力された通信品質の判定結果に基づいて、サブキャリアの構成を切替える。例えば、多重化するサブチャネル数Ｍ＝４（１サブチャネル当りのサブキャリア数Ｎ＝８）で通信を行っている際に、前記通信品質監視部７６から通信品質が「劣悪」である旨の通知を受けると、現に通信を行っているサブキャリアの構成よりも、データの転送速度は小さいが、周波数ホッピングによる通信品質改善の効果が高い、多重化サブチャネル数Ｍ＝２（Ｎ＝１６）のサブチャネルの構成を選択する。
【０１３２】
また通信状態監視部７６から通信品質が「良好」である旨の通知を受けた場合には、通信制御部１２は、現に通信を行っているサブキャリアの構成より、データの転送速度は大きいが周波数ホッピングによる通信品質改善の効果が低い、多重化サブチャネル数Ｍ＝８（Ｎ＝４）のサブチャネル構成を選択する。
【０１３３】
また通信状態監視部７６から通信品質が「普通」である旨の通知を受けた場合には、通信制御部１２は、現に通信を行っているサブキャリアの構成を維持する。
【０１３４】
以上サブキャリア構成の選択の結果、新たなサブキャリアの構成が選択された場合には、変調制御部１２は、新たなサブチャネル数Ｍ及びサブキャリア数Ｎを、Ｓ／Ｐ３及び各サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃに指示する。また、図３に示すサブキャリア送信データのフレーム情報１９に、新たなサブチャネル数Ｍ及びサブキャリア数Ｎを挿入し、受信機の各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃ及びＰ／Ｓ４０に対しても通知する。変調制御部１２からサブキャリアの構成の変更に関する指示を受けた各ブロックは、以降、当該新たなサブキャリアの構成で周波数ホッピング方式によるスペクトラム拡散を行う。
【０１３５】
このように、本実施の形態５においては、受信機から送信機に対して通信品質情報を通知し、送信機において当該通信品質情報に応じて適切なサブキャリアの構成を選択し、データの転送速度を切替える。したがって、干渉波の影響が大きく通信品質が劣悪な場合には、データ転送速度を小さくして周波数ホッピングによる通信品質の改善効果を高め、逆に通信品質が良好な場合には、多重化するサブキャリア数を大きくしてデータ転送速度を高めることが可能であり、通信品質に応じて、データ転送速度と通信品質の改善効果を適応的に切替えることが可能となる。
【０１３６】
なお、本実施の形態５において、通信品質監視部７６は、「各サブチャネルのＳＩＲの平均値」を基に伝送路の通信品質を判定したが、このような構成に限定されるものではなく、例えば「各サブチャネルのＳＩＲのうちの最小値」を用いる構成であってもよい。
【０１３７】
また、本実施の形態５では、受信機から送信機に通知する通信品質情報として「各サブキャリアのＳＩＲ」を用いたが、これはこのような構成に限定されるものではなく、例えば、ビタビ復号器４１で訂正されるビット誤り数等、伝送路の通信品質が判定できる他の信号を用いることによっても、同様の効果を得ることは当然に可能である。
【０１４３】
周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機おいて、前記受信信号を記周波数ホッピング方式のスペクトラム逆拡散処理して得られたサブチャネル受信データを、さらに、時間逆拡散処理した後にＲＡＫＥ合成処理する構成としたことにより、周波数ホッピングによる耐フェージング性能に加え、ＲＡＫＥ合成によるパスダイバーシチ効果によっても受信データのビット誤り率特性を高めることができ、通信品質を改善することができる。
また、周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機おいて、サブチャネル受信データに含まれる所定のパイロット系列を基に、伝送路上で付加された干渉電力値を算出し、前記サブチャネル受信データを前記干渉電力値で正規化して出力する構成としたことにより、マルチパス遅延波の影響によって生じる干渉量が、送信データが多重化されたサブチャネル毎に異なる場合であっても、サブチャネル毎の干渉量のばらつきを吸収し、通信品質を改善することができる。
【０１４７】
また、周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機おいて、送信データを予め畳み込み符号化した後に畳み込み符号化した後にインタリーブ処理し、さらに、送信データをシリアル・パラレル変換して、複数のサブチャネル送信データに分割し、当該サブチャネル送信データを夫々独立してスペクトラム拡散変調処理して送信する。したがって、干渉波の影響が大きい伝搬環境において、一時的に特定のサブチャネルのビット誤り率特性が劣化した場合であっても、通信を行っている受信機におけるデインタリーブ処理により、前記干渉波の影響による誤りが分散されてビタビ復号処理が効果的に誤り訂正を行うことが可能となり、通信品質を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの送信機の構成図である。
【図２】 本発明の実施の形態１のフレーム作成部の構成図である。
【図３】 本発明の実施の形態１の送信データのフレーム構成を示した説明図である。
【図４】 本発明の実施の形態１のデータホッピング部の構成図である。
【図５】 本発明の実施の形態１のホッピングパターン生成部の構成図である。
【図６】 本発明の実施の形態１のサブキャリア送信データのうち周波数ホッピングの対象となるデータ領域を示した説明図である。
【図７】 本発明の実施の形態１の逆フーリエ変換処理後のサブキャリアの周波数的な配置を示した説明図である。
【図８】 本発明の実施の形態１における逆フーリエ変換処理後の送信信号のサブキャリアの使用の様子を示した説明図である。
【図９】 本発明の実施の形態１の送信機の周波数変換部の構成図である。
【図１０】 本発明の実施の形態１の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機の構成図である。
【図１１】 本発明の実施の形態１の受信機の周波数変換部の構成図である。
【図１２】 本発明の実施の形態１のホッピングデータ受信部の構成図である。
【図１３】 本発明の実施の形態２の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの送信機の構成図である。
【図１４】 本発明の実施の形態２の干渉量推定部の構成図である。
【図１５】 本発明の実施の形態３の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの送信機の構成図である。
【図１６】 本発明の実施の形態３のＧＩ付加部におけるガードインターバル付加処理の概要を示した説明図である。
【図１７】 本発明の実施の形態３の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機の構成図である。
【図１８】 本発明の実施の形態３の同期検波部の構成図である。
【図１９】 本発明の実施の形態４の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの送信機の構成図である。
【図２０】 本発明の実施の形態４の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機の構成図である。
【図２１】 本発明の実施の形態４のサブチャネルの配置の様子を示した説明図である。
【図２２】 本発明の実施の形態５の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機の構成図である。
【図２３】 本発明の実施の形態５の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの送信機の構成図である。
【図２４】 本発明の実施の形態５におけるサブキャリアの配置例を示した説明図である。
【図２５】 従来の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの送信機及び受信機の構成図である。
【符号の説明】
１ 畳み込み符号化部
２ インタリーバ
３ Ｓ／Ｐ
４ａ、４ｂ、４ｃ、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ サブチャネル変調処理部
５ フレーム作西部
６ 情報変調部
７ 時間拡散部
８ データホッピング部
９ 逆フーリエ変換部
１０、３２ 周波数変換部
１１、３１ アンテナ
１２ 変調制御部
１５ スロット毎データ分割部
１６ フレーム情報付加部
１７ パイロット系列付加部
１８ パイロット系列
１９ フレーム情報
２０ スロットデータ
２１ データコピー部
２２ ホッピングパターン生成部
２３ データ選択部
２５ シフトレジスタ
２６ 擬似ランダム系列発生器
２７ 乗算器
２８ 加算器
２９ 周波数発振器
３０、４３ ＢＰＦ
３３ フーリエ変換部
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、５７ａ、５７ｂ、５７ｃ サブチャネル復調処理部
３５ ホッピングデータ受信部
３６ 時間逆拡散部
３７ 干渉量推定部
３８ ＲＡＫＥ合成部
３９ 正規化部
４０ Ｐ／Ｓ
４１ デインタリーバ
４２ ビタビ復号部
４４ 周波数シンセサイザ
４５ ＬＰＦ
４６ ホッピングデータ選択部
４７ スロット同期部
４８、５９ 伝送路推定部
４９ 既知系列生成部
５０ 干渉電力値算出部
５２ ＧＩ付加部
５３ ガードインターバル
５４ シンボルデータの後部のτGI時間に相当するデータ
５６ ＧＩ除去部
５８ 同期検波部
６０ 複素共役値算出部
６１ 複素乗算器
７０ サブキャリア配置部
７１ サブキャリア受信信号分配部
７５ 通信品質通知部
７６ 通信品質監視部
１００ 符号器
１０１ 変調器
１０２、１０９ 周波数シンセサイザ
１０３、１１０ ミキサ
１０４、１０７ ＢＰＦ
１０５、１０６ アンテナ
１０８ 同期回路
１１１ 復調器
１１２ 復号器
ｆ1〜ｆ32、ｆN サブキャリア
Ｍ 送信データを多重化するサブチャネル数
Ｎ １サブチャネルあたりのサブキャリア数
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信システムの通信装置に関するものであり、特に、スペクトラム拡散通信システムの送信機、受信機、ならびにその変復調方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
スペクトル拡散を用いた無線通信方式として、中間周波数帯（以降、ＩＦ帯と呼ぶ）で情報変調波を無線周波数帯（以降、ＲＦ帯と呼ぶ）に周波数変換する際、局発信号の周波数を広帯域にホップさせてスペクトル拡散を実現させる周波数ホッピング方式が広く用いられている。
【０００４】
図２５は、例えば「スペクトル拡散通信システム、横山、科学技術出版社、p.564-566、1988年5月」に示された、従来の周波数ホッピング方式によるスペクトラム拡散通信システムの構成図である。以下、図２５に従って、従来のスペクトラム拡散通信システムの動作について説明する。
【０００５】
図２５（ａ）に示す送信機において、まず、送信データは符号器１００に入力され、所定の符号語に変換される。該符号器１００では、送信データの所定のビット数Ｋを一纏めとし、これを所定の符号語に変換する。次に、符号語に変換された送信データは、変調器１０１に入力される。変調器１０１は、例えばＭＦＳＫやＤＰＳＫ等の所定の変調方式によって、入力された符号語を情報変調し、ＩＦ信号に変換する。符号器１００における符号語生成の単位となる送信データのビット数Ｋ、及び変調器１０１の変調方式は、データの転送速度や要求される通信品質に応じ、予め適切な変調方式が選択される。
【０００６】
次に、前記ＩＦ信号は、周波数シンセサイザ１０２から出力された所定の周波数の発振信号とミキサ１０３によって乗算され、ＲＦ帯の信号に変換される。ここで、当該周波数シンセサイザ１０２は、発振信号の周波数を切替えることができる。周波数ホッピング方式の送信機では、所定のホッピング周波数ＲH（hops/sec）で、送受信機間で予め定められたホッピングパターンに従い、周波数シンセサイザ１０２の発振信号の周波数を切替える。このように、周波数シンセサイザ１０２の発振信号が変化することにより、ミキサ１０３で生成される送信データのＲＦ信号の周波数も、ホッピング周波数ＲH（hops/sec）で所定のホッピングパターンに従い変化（ホップ）される。その結果ＲＦ信号は、周波数変換処理前のＩＦ信号の帯域幅よりも広い信号帯域に拡散される。
【０００７】
ここで、該ホッピング周波数ＲHが、前記符号器１００の符号語発生速度（以下、シンボルレートと呼ぶ）を考慮せず、不当に低速に設定されていると、長時間にわたり周波数切替が発生せず、周波数ホッピングによるＲＦ信号の帯域拡散の効果が低減してしまうため、前記ホッピング周波数ＲHは、前記シンボルレートを考慮の上、適切な値に設定する必要がある。従って一般に、送信データの転送速度が高まり、シンボルレートが大きくなると、これに対応して、ホッピング周波数ＲHも大きくなる。
【０００８】
次にミキサ１０３から出力された周波数変換後のＲＦ信号は、バンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと呼ぶ）１０４によって、不要な周波数成分が除去された後に、アンテナ１０５から送信される。
【０００９】
前記送信機から送信されたＲＦ信号は、図２５（ｂ）に示す受信機によって受信される。該受信機において、ＢＰＦ１０７はアンテナ１０６で受信されたＲＦ信号から不要な周波数成分が除去し、次に同期回路１０８は、前記ＢＰＦ１０７から出力されたＲＦ信号の周波数の変化を監視するとともに、該ＲＦ信号に含まれる同期語の検出を行って、送受信機間の同期を確立する。
【００１０】
同期回路１０８によって送受信機間で同期が確立されると、周波数シンセサイザ１０９は、所定のホッピング周波数ＲHで発振信号の周波数を変化させる。ここで、受信機の周波数シンセサイザ１０９は、前記送信機の周波数シンセサイザ１０２と同一のホッピングパターンに従って周波数切替を行う。このように、受信機の周波数シンセサイザ１０９のホッピングパターンを、送信機のホッピングパターンと同期させて周波数変換処理を行うことにより、周波数帯域が拡散されているＲＦ信号から元のＩＦ信号を復元することができる。前記ＢＰＦ１０７から出力されたＲＦ信号は、ミキサ１１０によって、前記周波数シンセサイザ１０９から出力された発振信号と乗算され、逆拡散処理されてＩＦ信号に変換される。
【００１１】
ミキサ１１０から出力されたＩＦ信号は、復調器１１１により所定の復調処理が施され、復号器１１２によって元の系列に復元された後、受信データとして出力される。
【００１２】
以上、周波数ホッピング方式の通信システムは、信号を広帯域に拡散して送信するため耐フェージング性に優れ、通信品質の向上に有効であるとともに、送受信機間で任意のホッピングパターンを使用することにより、耐妨害性及び秘匿性に優れるといった利点がある。
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記、従来の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムでは、周波数シンセサイザ１０２及び１０９の発振周波数を所定のホッピング周波数ＲHで切替えることにより、ＲＦ信号を広帯域に拡散させる。ここで前述の通り、該ホッピング周波数ＲHは、送信データのシンボルレートを考慮して適切な値に設定する必要があり、送信データの転送速度が高速化しシンボルレートが大きくなると、一般にホッピング周波数ＲHを大きくする必要がある。したがって、データの転送速度が高速な通信システムにおいて、前記周波数ホッピング方式によるスペクトラム拡散の効果を十分に発揮させるためには、発振周波数を高速に切替可能な周波数シンセサイザを用いる必要がある。このような、高速切替可能な周波数シンセサイザを提供する技術としては、例えば、文献「位相差差分を利用する高速ホッピング周波数シンセサイザ、電子情報通信学会論文誌、Vol.J81-B-II、No.2、pp.12５２33、1998年2月」に記載されたものがある。
【００１４】
しかし、前記文献に記載されたような高速切替可能な周波数シンセサイザを用いた場合であっても、周波数切替をおこなった直後には、周波数シンセサイザから出力される発振信号が安定せず、ミキサ１０３、１１０で周波数変換処理を行うことができない待ち時間（周波数切替待ち時間）が生じる。この時間では、有意なシンボルデータを転送することができないため、周波数切替の前後で所定のガード時間を設ける必要があった。
【００１５】
要求されるデータ転送速度の高まりに対応し、ホッピング周波数ＲHは高速化する傾向があるが、その一方で、周波数シンセサイザの周波数切替待ち時間の短縮化にはハードウェア上の制約から限界がある。データの転送速度の高速化が進み、数メガbit/秒より高速になると、ホッピング周波数ＲHで規定される周波数切替の時間間隔と比較して、前記周波数シンセサイザの周波数切替待ち時間が無視できない大きさとなり、キャリアあたりのデータ転送効率を低減させる原因となる。
【００１６】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、周波数シンセサイザの発振信号の周波数切替に要する周波数切替待ち時間を不要とし、ＲＦ信号の周波数の切替を迅速に行うことを可能とし、高速なホッピング周波数ＲHで周波数ホッピングを行うスペクトラム拡散通信システムのデータ転送効率を高めることを目的とするものである。
【００１７】
さらに、送受信機間におけるビット誤り率特性を改善し、通信品質が良好な周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
次の発明にかかる周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機にあっては、所定のサブチャネル数で多重化され、各サブチャネルが夫々所定個数のサブキャリアに周波数ホッピング方式でスペクトラム拡散された受信信号を、フーリエ変換処理し、複数のサブキャリア受信信号に分割して出力するフーリエ変換手段と、以下の構成を有し、各々対応するサブチャネルに属する複数のサブキャリア受信信号を入力して復調処理し、当該サブチャネルに関するサブチャネル受信データを各々出力する、複数のサブチャネル復調処理手段と、
１）前記サブキャリア受信信号に含まれる既知のパイロット系列を検出して、通信を行っている送信機との間で同期を確立するとともに、所定のホッピングパターンを発生させ、前記複数のサブキャリア受信信号のうち、前記ホッピングパターンで指示されたサブキャリア受信信号のみを選択しサブチャネル受信データとして出力するホッピングデータ受信手段、
２）前記サブチャネル受信データに所定の時間拡散コードを乗じて時間逆拡散処理する時間逆拡散手段、
３）前記時間逆拡散処理後のサブチャネル受信データに含まれる所定のパイロット系列を用いて伝送路推定を行い、前記時間逆拡散処理後のサブチャネル受信データをＲＡＫＥ合成処理して出力するＲＡＫＥ合成手段、
前記各サブチャネル復調処理手段から夫々出力されたＲＡＫＥ合成後のサブチャネル受信データを入力し、当該複数のサブチャネル受信データを結合し、一つの受信データとして出力するパラレル・シリアル変換手段とを備え、前記各サブチャネル復調処理手段は、さらに、前記時間逆拡散処理後のサブチャネル受信データに含まれる前記所定のパイロット系列を基に、所定の演算処理を行って、当該サブチャネル受信データに付加された干渉電力値を算出する干渉量推定手段と、前記ＲＡＫＥ合成後のサブチャネル受信データを前記干渉電力値で正規化して出力する正規化手段とを備え、前記正規化後のサブチャネル受信データを前記パラレル・シリアル変換手段に対して出力する構成とされたことを特徴とする。
【００２８】
次の発明にかかる周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機にあっては、所定のサブチャネル数で多重化され、各サブチャネルが夫々所定個数のサブキャリアに周波数ホッピング方式でスペクトラム拡散された受信信号を、フーリエ変換処理し、複数のサブキャリア受信信号に分割して出力するフーリエ変換手段と、
以下の構成を有し、各々対応するサブチャネルに属する複数のサブキャリア受信信号を入力して復調処理し、当該サブチャネルに関するサブチャネル受信データを各々出力する、複数のサブチャネル復調処理手段と、
１）前記サブキャリア受信信号に含まれる既知のパイロット系列を検出して、通信を行っている送信機との間で同期を確立するとともに、所定のホッピングパターンを発生させ、前記複数のサブキャリア受信信号のうち、前記ホッピングパターンで指示されたサブキャリア受信信号のみを選択しサブチャネル受信データとして出力するホッピングデータ受信手段、
２）前記サブチャネル受信データに含まれる所定のパイロット系列を基に伝送路推定を行い、前記サブチャネル受信データを同期検波処理して出力する同期検波手段、
３）前記サブチャネル受信データに含まれる所定のパイロット系列を基に、所定の演算処理を行って、当該サブチャネル受信データに付加された干渉電力値を算出する干渉量推定手段、
４）同期検波処理後のサブチャネル受信データを前記干渉電力値で正規化して出力する正規化手段、
前記各サブチャネル復調処理手段から夫々出力された正規化後のサブチャネル受信データを入力し、当該複数のサブチャネル受信データを結合し、一つの受信データとして出力するパラレル・シリアル変換手段とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
次の発明にかかる周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機にあっては、同期検波手段は、
１）サブチャネル受信データに含まれる所定のパイロット系列を基に伝送路推定を行う伝送路推定部、
２）前記伝送路推定手段による推定結果に基づき前記サブチャネル受信データの複素共役値を算出する複素共役値算出部、
３）前記サブチャネル受信データに前記複素共役値を乗じて重み付けして出力する重み付け部、
を備える構成とされたことを特徴とする。
【００３０】
次の発明にかかる周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機にあっては、ホッピングデータ受信手段は、複数段のシフトレジスタを有し、所定のホッピング周波数で前記各シフトレジスタの保持値を巡回させる擬似ランダム系列発生器と、前記各シフトレジスタの保持値に夫々所定の重み付けをする複数の乗算器と、前記各乗算機からの出力の総和を算出し、所定の系列長のホッピングパターンを出力する加算器とを備える構成とされたことを特徴とする。
【００３１】
次の発明にかかる周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機にあっては、さらに、フーリエ変換手段から複数のサブキャリア受信信号を入力し、所定のサブキャリアの配置に従い、各サブキャリア受信信号を夫々対応するサブチャネル復調処理部に対して出力するサブキャリア受信信号分配手段を備える構成とされたことを特徴とする。
【００３２】
次の発明にかかる周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機にあっては、さらに、パラレル・シリアル変換手段から出力された受信データの順列を所定の方法で並び替えるデインタリーバと、前記並び替え後の受信データを誤り訂正復号化し有意なユーザデータとして出力する誤り訂正復号化手段とを備える構成とされたことを特徴とする。
【００３４】
次の発明にかかる周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機にあっては、さらに、受信品質に関する情報を通信を行っている送信機に対して通知する通信品質通知手段を備えたことを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１にかかるスペクトラム拡散通信システムの送信機の構成図である。図１において、１は入力された送信データに誤り訂正用の符号化を施す畳み込み符号化部、２は符号化後の送信データの並び替えを行うインタリーバ、３は並び替え後の送信データを分割し複数のサブチャネル送信データとして出力するシリアル・パラレル変換部（以下、Ｓ／Ｐと呼ぶ）である。
【００３８】
また、４ａ、４ｂ、４ｃは、前記複数のサブチャネル送信データをそれぞれ別個に変調処理するサブチャネル変調処理部である。各サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃにおいて、５は前記サブチャネル送信データを入力しスロットデータを生成するフレーム生成部、６はフレーム化されたサブチャネル送信データを変調処理する情報変調部、７は情報変調後のサブチャネル送信データに所定の拡散コードを乗じて時間拡散処理を行う時間拡散部、８は時間拡散処理されたサブチャネル送信データを周波数ホッピング方式で送信する複数のサブキャリア送信信号に変換するデータホッピング部である。
【００３９】
また、９は前記各サブチャネル復調処理部４ａ、４ｂ、４ｃから出力された全てのサブキャリア送信信号を逆フーリエ変換して、周波数ホッピング方式でスペクトラム拡散された一つの送信信号を生成する逆フーリエ変換部であり、１０は送信信号をＲＦ信号に変換する周波数変換部、１１は前記ＲＦ信号を送信するアンテナである。
【００４０】
さらに、１２は前記各サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃ、及びＳ／Ｐ３に対して変調処理に関する制御信号を出力する変調制御部である。
【００４１】
以下、前記のように構成されるスペクトラム拡散通信システムの送信機の動作について説明する。初めに、送信データを入力した畳み込み符号化部１は、送受信機間で誤り訂正を行うために、該送信データの畳み込み符号化を行う。次にインタリーバ２は、畳み込み符号化後の送信データの送信順序の並び替えを行う。該インタリーバ２は、例えば、行数及び列数が予め定められたメモリを有し、当該メモリに畳み込み符号化後の送信データを列方向に書きこんだ後に、行方向にメモリ格納データを読み出すことにより、符号化送信データの送信順序を並び替える（インタリーブ）。
【００４２】
本実施の形態１では、送信データを複数のサブチャネル送信データに分割した後に、多重して並行転送する。そこで変調制御部１２は、送信データの多重化数、即ち、サブチャネル数Ｍを決定し、Ｓ／Ｐ３に指示する。Ｓ／Ｐ３は、前記変調制御部１２からの指示に従い、シリアル信号である前記インタリーブ後の送信データをＭ個のサブチャネル送信データに分割し、各サブチャネルに対応したサブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃに対して出力する。
【００４３】
前記サブチャネル送信データを受信した各サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃは、各サブチャネルのデータを夫々別個に変調処理する。なお図１に示す送信機では、サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃのみが明示されているが、実際には、前記変調制御部１２が決定したサブチャネル数Ｍ個のサブチャネル送信データを並列処理するのに十分な数のサブチャネル変調処理部が配置されているものとする。前記Ｍ個に分割されたサブチャネル送信データを全て変調処理するために、Ｍ個のサブチャネル変調処理部が並行して変調処理を行うが、各サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃの動作は全く同一であるため、以下では、第１番目のサブチャネル送信データを変調処理するサブチャネル変調処理部４ａの動作について説明し、その他のサブチャネル変調処理部については説明を省略する。
【００４４】
まず、サブチャネル変調処理部４ａに入力された第１番目のサブチャネル送信データは、フレーム作成部５によって、フレーム構成を有するデータに変換される。図２は、フレーム作成部５の構成図である。図２において、１５は前記サブチャネル送信データを所定のデータ長に分割するスロット毎データ分割部、１６は前記分割後のサブチャネル送信データに制御情報等からなるフレーム情報を付加するフレーム情報付加部、１７は前記分割後のサブチャネル送信データにそれぞれ所定の既知データ（以下、パイロット系列と呼ぶ）を付加するパイロット系列付加部である。
【００４５】
図３は、フレーム作成部５によって作成される送信データのフレーム構成を示した説明図である。前記サブチャネル送信データは、前記スロット毎データ分割部１５によって所定のシンボル長ｎdataのスロットデータ２０に分割された後、フレーム情報付加部１９によってフレーム情報１９（シンボル長ｎfi）が付加される。当該フレーム情報１９には、前記畳み込み符号化部１の畳み符号化の符号化率やインタリーバ２の行数及び列数の他、変調制御部によって決定されるサブチャネルの多重化数Ｍ、ひとつのサブチャネルで使用する周波数ホッピングのサブキャリア数Ｎ、データのシリアル/パラレル変換の順序等の変復調処理に要する制御情報が設定され、受信機に通知される。
【００４６】
さらに、パイロット系列付加部１７は、パイロット系列１８（シンボル長ｎpilot）を付加しスロットデータを作成した後に、連続するｍ個のスロットデータを結合してひとつのフレームを作成する。ひとつのフレームを構成するスロット数ｍ、及びスロット内のシンボル長ｎdata、ｎfi、ｎpilot、及びパイロット系列は、予め決定された定数であり、変調制御部１２から各サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃに指示される。
【００４７】
次に情報変調部６は、前記フレーム構成のサブチャネル送信データを情報変調する。本実施の形態１では、情報変調部６はサブチャネル送信データをＱＰＳＫ変調し、時間拡散部７に対して出力する。
【００４８】
次に時間拡散部７は、情報変調後のサブチャネル送信データの時間拡散処理を行う。時間拡散部７による時間拡散処理に先だって、前記変調制御部１２は、例えばHadamard-Walsh符号のように優れた直交性を有する符号を時間拡散コードとして選択し、全サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃに予め設定するとともに、前述の図３に示すフレーム情報１９に当該時間拡散コードを挿入し、受信機にも同一のコードを通知する。すなわち、当該時間拡散コードは、一組の送受信機間で固有の時間拡散コードが用いられる。時間拡散部７は、前記情報変調後のサブチャネル送信データと、前記時間拡散コードとを乗算することにより、前記サブチャネル送信データを時間拡散する。
【００４９】
次にデータホッピング部８は、前記時間拡散後のサブチャネル送信データを周波数ホッピング方式で送信する複数のサブキャリア送信信号に変換する。以下、データホッピング部８における信号処理の方法について説明する。
【００５０】
図４はデータホッピング部８の構成図である。図４において、２１は周波数ホッピングを行う複数の信号周波数帯（以下、サブキャリアと呼ぶ）に対応し、前記サブチャネル送信データを複製するデータコピー部、２２は周波数ホッピングするサブキャリアを指定するホッピングパターン生成部、２３は前記ホッピングパターン生成部２２によって指定されたサブキャリアの送信データを選択するとともに、各サブキャリアで実際に送信する複数のサブキャリア送信信号を出力するデータ選択部である。
【００５１】
前記データコピー部２１には、ひとつのサブチャネルにおいて周波数ホッピングするサブキャリア数Ｎが、変調制御部１２より予め指定されている。データコピー部２１は、前記時間拡散後のサブチャネル送信データを入力し、これをサブチャネル数Ｎ個分複製してサブキャリア送信データとして出力する。
【００５２】
一方、ホッピングパターン生成部２２は、前記Ｎ個のサブキャリアのうち、周波数ホッピングでサブキャリア送信データを出力するサブキャリアを特定するホッピングサブキャリア番号を生成する。図５は、当該ホッピングパターン生成部２２の構成図である。ホッピングパターン生成部２２は、例えば、４段のシフトレジスタ２５によって構成される擬似ランダム系列発生器２６と、前記各シフトレジスタ２５の値それぞれに所定の重み付けを行う４個の乗算器２７と、前記各乗算器２７の出力を加算しホッピングサブキャリア番号を出力する加算器２８とから構成される。
【００５３】
前記の通り構成されるホッピングパターン生成部２２の動作について説明する。初めに擬似ランダム系列発生器２６の各シフトレジスタ２５には、通信に先だって、変調制御部１２によって予め決定された初期値が設定されている。当該シフトレジスタ２５の初期値は、周波数ホッピング方式においてサブキャリア間のホッピングパターンを規定するものであり、前述の図３に示すフレーム情報１９に当該シフトレジスタの初期値が挿入され、受信機に対しても同一の初期値が通知される。
【００５４】
各乗算器２７は、前記各シフトレジスタ２５の保持値と対応する重み係数とを乗算する。例えば、前記図５において右端に示した乗算器２７は、初段のシフトレジスタ２５の値と、重み係数２3とを乗算し、図５で左端に示した乗算器２７は、最後段のシフトレジスタ２５の値と、重み係数１（＝２0）とを乗算する。加算器２８は、前記各乗算器２７の出力の総和を算出し、これをホッピングサブキャリア番号として出力する。
【００５５】
当該送信機が送信データの変調処理を開始すると、前記擬似ランダム系列発生器２６は、所定のホッピング周波数ＲHでシフトレジスタ２５の保持値を巡回させる。その結果、ホッピングパターン生成部２２から出力されるホッピングサブキャリア番号は、前記ホッピング周波数ＲHで切り替わるホッピングパターンとして得られる。当該ホッピングパターンは、ＰＮ系列の性質を有し、前記シフトレジスタ２５がｋ段である場合には系列長が２k−１（前述の例で、ｋ＝４の場合には該系列長は７）となる。また、当該擬似ランダム系列発生器２６を、例えば前記図５に示すような構成とすることにより、自己相関関数が鋭いピークを有するＭ系列をホッピングパターンとして発生することができる。ここで、前記シフトレジスタ２５及び乗算器２７の段数ｋは、前記変調制御部１２によって、ホッピングパターン長（２k−１）が１サブチャネルあたりのサブキャリア数Ｎと等しくなるような値とされる。
【００５６】
次にデータ選択部２３は、前記データコピー部２１によってＮ個に複製されたサブキャリア送信データを入力し、ホッピングパターン生成部２２から出力されたホッピングパターンに従って送信すべきサブキャリア送信データを選択するとともに、実際に各サブキャリアで送信する複数のサブキャリア送信信号を生成する。以下、データ選択部２３における、サブキャリア送信データ選択の方法について図面に従って説明する。図６は、サブキャリア送信データのうち周波数ホッピングの対象となるデータ領域を示した説明図である。
【００５７】
まずデータ選択部２３は、前記データスロットのうちパイロット系列１８について、サブキャリア送信データの選択を行わず、全Ｎ個のサブキャリア送信データをそのままサブキャリア送信信号として出力する。
【００５８】
一方データ選択部２３は、フレーム情報１９及びスロットデータ２０について、前記ホッピングパターン生成部２２から出力されたホッピングパターンに従い、全サブキャリア送信データの中から、選択されたサブキャリア番号のサブキャリア送信データのみ、そのままサブキャリア送信信号として出力し、同時に、前記選択されたサブキャリア番号以外のサブキャリア送信信号は、サブキャリア出力データを出力せずにゼロ出力固定とする。
【００５９】
以上の通り、各サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃより、全Ｍ個サブチャネルについて全Ｎ個のサブキャリア送信信号が出力されると、逆フーリエ変換部９は、全（Ｎ×Ｍ）個のサブキャリア送信信号を入力して逆フーリエ変換処理し、これらをひとつの送信信号に結合して、周波数変換部１０に出力する。
【００６０】
図７は、逆フーリエ変換部９によって逆フーリエ変換処理された全（Ｎ×Ｍ）個のサブキャリアの配置を周波数軸で示した説明図である。ここで、当該通信システムはｆ1〜ｆ32までの全３２個のサブキャリアを使用して送信データを転送するものとし、前述の変調制御部１２によって全サブチャネル数Ｍ＝４、１サブチャネルあたりのサブキャリア数Ｎ＝８が選択されている場合について示す。第１のサブキャリア変調処理部４ａから出力された全８個のサブキャリア送信信号は、フーリエ変換処理部９によってサブキャリアｆ1〜ｆ8に割当てられ、周波数ホッピング方式でスペクトラム拡散される。同様に、第２のサブチャネル変調処理部のサブキャリア送信信号はｆ9〜ｆ16に、第３のサブチャネル変調処理部のサブキャリア送信信号はｆ17〜ｆ24に、第４のサブチャネル変調処理部のサブキャリア送信信号はｆ25〜ｆ32にそれぞれ割当てられ、各々独立して周波数ホッピング方式でスペクトラム拡散される。
【００６１】
図８は、前記逆フーリエ変換部９から出力される送信信号のうち、第１のサブチャネルについてサブキャリアの使用の様子を示した説明図である。まず、前記データスロットのうち、パイロット系列１８が出力されている際には、図８（ａ）に示す通り、全てのサブキャリアでデータが送信される。これに対し、フレーム情報１９及びスロットデータ２０が出力されている際には、図８（ｂ）に示す通り、ホッピングパターン生成部２２によって選択されたサブキャリアのみで送信データが出力され、その他のサブキャリアでは送信電力がゼロに固定される。ここで、ホッピングパターン生成部２２から出力されるサブチャネル番号が切替えられると、フーリエ変換後の送信信号のうち当該サブチャネル送信データを出力するサブキャリアも切替えられることとなり、その結果、全Ｎ個のサブキャリアを使用した周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散が実現される。
【００６２】
各サブチャネル送信データは、それぞれ別個のサブキャリアで独立してスペクトラム拡散される。したがって、フーリエ変換部９から出力される送信信号には、全Ｍ個のスペクトラム拡散後のサブチャネル送信データが多重化されている。
【００６３】
図９は、周波数変換部１０の構成図である。図９において、２９は所望の搬送波周波数信号を出力する周波数発振器、３０は周波数変換後の送信信号から所望のＲＦ帯以外の周波数成分を除去するＢＰＦである。該周波数変換部１０は、前記逆フーリエ変換部９から出力された送信信号を入力し、当該送信信号に前記周波数発振器２９から出力された搬送波周波数信号を乗算して、送信信号をＲＦ帯に周波数変換する。さらに、ＢＰＦ３０は、周波数変換後の送信信号から所望のＲＦ帯以外の周波数成分を除去し、帯域制限を行って、ＲＦ信号を出力する。周波数変換部１０から出力されたＲＦ信号は、アンテナ１１を介して伝送路上に出力される。
【００６４】
次に、図１０は、スペクトラム拡散通信システムの受信機の構成図である。図１０おいて、３２はアンテナ３１で受信されたＲＦ信号を周波数変換する周波数変換部、３３は前記周波数変換された受信信号をフーリエ変換し、前記全Ｍ個のサブチャネルについて、それぞれ全Ｎ個のサブキャリア受信信号を抽出するフーリエ変換部である。
【００６５】
また、３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、前記抽出されたサブキャリア受信信号をそれぞれ別個に復調処理するサブチャネル復調処理部である。各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃにおいて、３５は全Ｎ個のサブキャリアに周波数ホッピングされたサブキャリア受信信号の中から、周波数ホッピングパターンに従い有効なサブキャリア受信信号のみを選択して当該サブチャネルの受信データを出力するホッピングデータ受信部、３６は前記選択されたサブチャネル受信データに所定の拡散コードを乗じて時間逆拡散処理を行う時間逆拡散処理部、３８は前記時間逆拡散部３６から出力されたサブチャネル受信データについてＲＡＫＥ合成を行い、サブチャネル受信データとして出力するＲＡＫＥ合成部である。
【００６６】
また、４０は前記サブキャリア復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃから出力された全Ｍ個のサブチャネル受信データをパラレル・シリアル変換して、ひとつの受信データ（シリアル信号）に合成するパラレル・シリアル変換部（以下、Ｐ／Ｓと呼ぶ）、４１は前記受信データの並び替えを行うデインタリーバ、４２は並び替え後の受信データを誤り訂正し受信データを出力するビタビ復号部である。
【００６７】
以下前記のように構成される受信機の動作について説明する。初めに、周波数変換部３２は、アンテナ３１を介して、伝送路上で周波数選択性フェージング等の影響を受けたＲＦ信号を受信する。図１１は、周波数変換部３２の構成図である。図１１において、４３は受信されたＲＦ信号から不要な周波数成分を除去するバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと呼ぶ）、４４は搬送波周波数信号を出力する周波数シンセサイザ、４５は周波数変換された信号から高周波の信号成分を除去して波形生成を行い受信信号として出力するローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと呼ぶ）である。まず、周波数変換部３２に入力されたＲＦ信号は、ＢＰＦ４３によって不要な周波数成分が除去された後に、周波数シンセサイザ４４が出力する搬送波周波数信号と乗算され、周波数変換処理される。その後、ＬＰＦ４５によって波形整形され、受信信号として出力される。
【００６８】
前記周波数変換部３２から出力された受信信号は、フーリエ変換部３３に入力される。該フーリエ変換部３３は、前記受信信号に対してフーリエ変換処理により周波数分割を行って、全Ｍ個のサブチャネルそれぞれについて、全Ｎ個のサブキャリア毎の受信信号、すなわち全Ｎ×Ｍ個のサブキャリア受信信号の抽出を行う。ここで、当該フーリエ変換部３３は、送受信機間で使用する周波数帯域上の全サブキャリア数（Ｎ×Ｍ個）に対してフーリエ変換処理が行えるだけの出力数を有する。
【００６９】
次に、各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、各サブチャネルに対応したＮ個のサブキャリア受信信号を入力し、それぞれ復調処理を行う。なお図１０では、サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃのみが明示されているが、実際には、全Ｍ個のサブチャネル送信データを並列処理するのに十分な数のサブチャネル復調処理部が配置されているものとする。また、各サブチャネル復調部で行われる処理は全て同一であるので、以下では、第１番目のサブチャネル復調部３４ａの動作についてのみ説明し、その他のサブチャネル復調部の動作については説明を省略する。
【００７０】
サブチャネル復調部３４ａに入力された全Ｎ個のサブキャリア受信信号は、ホッピングデータ選択部３５に入力される。図１２は、ホッピングデータ受信部３５の構成図である。図１２において、２２は周波数ホッピングのホッピングパターンを生成するホッピングパターン生成部、４６は前記ホッピングパターン生成部２２から出力されるホッピングパターンに従って、ひとつのサブキャリア送信信号を選択するホッピングデータ選択部、４７は入力されたサブキャリア受信信号から既知のパイロットパターンを検出し送受信機間のスロット同期を確立するスロット同期部である。ここでホッピングパターン生成部２２は、前述した図５に示す送信機のホッピングパターン生成部２２と同一の構成であるため説明を省略する。
【００７１】
フーリエ変換部３３からサブキャリア受信信号が入力されると、スロット同期部４７は、ひとつのサブキャリア受信信号を監視し、前述の図６に示したスロットデータのうち、既知のパイロット系列１８を検出して送受信機間のスロット同期を確立する。ここで、前述した通り、送信機ではパイロット系列１８を周波数ホッピングの対象とせず、全てのサブキャリアで並列に送信しているので、当該スロット同期部４７は何れかひとつのサブキャリア送信信号を監視することによりパイロット系列を検出し同期を確立することができる。図１２に示した構成例において、スロット同期部４７は第１番目のサブキャリア受信信号のみを入力し、送受信機間のスロット同期を確立する。
【００７２】
また、ホッピングパターン生成部２２には、通信に先だって、前述の送信機の変調制御部１２より、予めのホッピングパターン生成部２２のシフトレジスタ２５の初期値が通知されており、送受信機両方で同一の初期値が設定されている。該受信機が受信動作を開始し、前記スロット同期部４７によりスロット同期が確立されると、当該ホッピングパターン生成部２２は、前述の方法により、所定のホッピング周波数ＲHで切替えられるホッピングパターンを生成する。ここで、送受信機両方のホッピングパターン生成部２２の構成が同一で、且つ、シフトレジスタ２５の初期値も同じであるので、生成されるホッピングパターンは送受信機間で同一となる。
【００７３】
次にホッピングデータ選択部４６は、当該サブチャネル変調処理部に入力された全Ｎ個のサブキャリア受信信号を入力し、以下の方法により周波数ホッピング方式でスペクトラム逆拡散された一つのサブチャネル受信データを出力する。まず、当該ホッピングデータ受信部３５が、前記パイロット系列１８を受信している間は、全Ｎ個のサブキャリア受信信号のうちのいずれかひとつ（図１２に示す構成例では第１番目のサブキャリア受信信号）のみを選択し、これを当該サブチャネル受信データのパイロット系列として出力する。
【００７４】
一方、ホッピングデータ受信部３５が、スロットデータのうちフレーム情報１９及びスロットデータ２０を受信している間は、ホッピングデータ選択部４６は、前記ホッピングパターン生成部２２によって生成されたホッピングパターンに従って、全Ｎ個のサブキャリア受信信号のうちのいずれかを選択し、サブチャネル受信データとして出力する。ここで、送受信機間で同一のホッピングパターンを用いているので、受信機側では周波数ホッピングされたサブキャリア受信信号を正しく選択して、スペクトラム逆拡散されたサブチャネル受信データを出力することができる。このようにして得られたサブチャネル受信データは、時間逆拡散部３６に対して出力される。
【００７５】
時間逆拡散部３６には、通信に先だって、予め前記送信機の時間拡部７で時間拡散処理で用いたのと同一の時間拡散コードが保存されている。該時間逆拡散部３６は、前記サブチャネル受信データに、該時間拡散コードを乗じて、時間逆拡散処理を行う。時間逆拡散処理後のサブチャネル受信データは、ＲＡＫＥ合成部３８に対して出力される。次に、ＲＡＫＥ合成部３８は、伝送路上で生じた複数の遅延パスによるマルチパス波の影響を受けている前記逆拡散後のサブチャネル受信データをＲＡＫＥ合成処理し、当該マルチパス波の影響を除去して出力する。以上がサブチャネル復調処理部３４ａの動作である。
【００７６】
次に、各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃから出力された全Ｍ個のサブチャネル受信データは、Ｐ／Ｓ４０に入力される。Ｐ／Ｓ４０は、前述の図３に示すフレーム構造を有する各サブチャネル受信データから、スロットデータ２０のみを抽出し、全Ｍ個のサブチャネル受信データについて前記抽出されたスロットデータ２０を結合して一つの受信データとして出力する。
【００７７】
またＰ／Ｓ４０は、前記各サブチャネル受信データから、フレーム情報１９を抽出し、畳み符号化の符号化率、インタリーバの行数及び列数、サブチャネルの多重化数Ｍ、ひとつのサブチャネルで使用するサブキャリア数Ｎ、データのシリアル/パラレル変換の順序、時間拡散処理で使用する時間拡散符号、ホッピングパターン生成部のシフトレジスタ２５の初期設定値等の復調処理に要する制御情報を読出す。これらの制御情報は、フーリエ変換部３３、サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３５ｃ、Ｐ／Ｓ４０、デインタリーバ４１、及びビタビ復号部４２に設定される。
【００７８】
次に、前記Ｐ／Ｓ４０から出力された受信データは、デインタリーバ４１により受信データの並び替え処理がなされる。該デインタリーバ３は、前述の送信機のインタリーバ２と同一の行数及び列数のメモリを有し、例えば、前記受信データを当該メモリの行方向に書きこんだ後に、列方向にメモリ格納済みの受信データを読み出すことにより、受信データの並び替えを行って、前記送信機のインタリーバ２によって並び替えられた以前のデータの順列に復元する。つぎに、デインタリーバ４１から出力された受信データは、ビタビ復号器４１に入力され、予め送受信器間で定められた符号化率の設定に基づき、ビタビ復号による誤り訂正処理が行われる。誤り訂正後の受信データは、ユーザデータとして出力される。
【００７９】
このような構成とすることにより、本実施の形態１の送信機及び受信機からなる周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムでは、送信機において、送信データを複数のサブキャリア送信データに複製し、当該複数のサブキャリア送信データの中から、ＰＮ系列の性質を有し、所定のホッピング周波数ＲHで切り替わるホッピングパターンに従って実際にデータを送信するサブキャリアを選択し、その他のサブキャリア送信信号の信号レベルをゼロとした上で、全てのサブキャリア送信信号をフーリエ逆変換して周波数ホッピング方式によるスペクトラム拡散処理を実現する。一方、受信機において、スペクトラム拡散された受信信号をフーリエ変換して複数のサブキャリア受信信号に分割するとともに、当該複数のサブキャリア受信信号の中から、前記ホッピングパターンに従ってサブキャリア受信信号を選択することにより周波数ホッピング方式のスペクトラム逆拡散処理を実現する。
【００８０】
したがって、周波数ホッピングを行う際でも、周波数シンセサイザの周波数を切替制御する必要がなく、従来、周波数シンセサイザの動作安定までに要していた周波数切替待ち時間が不要となって、周波数切替処理を迅速に行うことができるので、データ転送効率を高めることができ、さらに、データ転送速度が高速化しホッピング周波数ＲHが増大しても、データ転送効率を低下させずに維持することが可能である。
【００８１】
また、本実施の形態１では、前記周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散処理と、時間拡散方式のスペクトラム拡散処理とを重ねて適用しているため、周波数ホッピングによる耐フェージング性能に加え、時間拡散にによる干渉信号の影響の軽減とＲＡＫＥ合成によるパスダイバーシチ効果とによって、ビット誤り率特性を高め、良好な通信品質を得ることができる。
【００８２】
また、送信データを畳み込み符号化した後に畳み込み符号化した後にインタリーブ処理し、さらに、送信データをシリアル・パラレル変換して、複数のサブチャネル送信データに分割し、当該サブチャネル送信データを夫々独立して前記周波数ホッピング処理及び時間拡散処理を行って並行伝送しているので、干渉波の影響が大きい伝搬環境において、一時的に特定のサブチャネルのビット誤り率特性が劣化した場合であっても、受信機のデインタリーブ処理により誤りが分散されてビタビ復号処理が効果的に誤り訂正を行うことが可能となり、通信品質の劣化を回避することが可能である。
【００８３】
なお、本実施の形態１では、サブチャネル毎に各Ｎ個のサブキャリアを使用して周波数ホッピングを場合の構成及び動作について説明したが、必ずしも全てのサブチャネルで使用するサブキャリア数がＮである必要はなく、サブチャネル毎に異なるサブキャリア数を使用し夫々に周波数ホッピングを行うような構成であってもよい。
【００８４】
また、本実施の形態１の送信機では、フレーム作成部から出力されたデータの情報変調方式としてＱＰＳＫを用い、これを受信機で復調する構成とされたが、情報変復調方式はＱＰＳＫに限られるものではなく、その他の変復調方式を用いるような構成であってもよい。
【００８５】
また、本実施の形態１において、送信機及び受信機に備えられたホッピングパターン生成部２２は、擬似ランダム系列発生器２６、乗算器２７及び加算器２８を有し、シフトレジスタ２５の設定値を巡回させることによりＰＮ系列の性質を有するホッピングパターンを生成していたが、このような構成に限定されるものではない。例えば、ホッピングパターン生成部２２は、ホッピングパターンを記憶するメモリを備え、送受信機間で同一のホッピングパターンを予め記憶しておき、データ転送の際に当該ホッピングサブキャリア番号を、所定のホッピング周波数ＲHで切替ながら出力するような構成であってもよい。
【００８６】
実施の形態２．
本実施の形態２の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機では、各サブチャネル復調処理部において、時間逆拡散後のサブチャネル受信データから伝送路上で付加された干渉波の電力を推定した上で、サブチャネル受信データを前記干渉波電力で正規化して出力することにより、サブチャネル毎に大きさが異なる干渉波が付加された場合であっても、良好な通信品質を得る。なお、本実施の形態２は、前述の実施の形態１とは、干渉電力値の推定を行って、サブチャネル受信データを正規化する点のみが異なるものであり、そのほかの構成は全く同じであるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８７】
以下、本実施の形態２のスペクトラム拡散通信システムの受信機の構成を構成図１３に従って説明する。図１３において、３７は時間逆拡散処理後のサブチャネル受信データから当該サブチャネルに付加された干渉波の電力量（以下、干渉電力値と呼ぶ）を推定して算出する干渉量推定部、３９はＲＡＫＥ合成後のサブチャネル受信データを正規化する正規化部である。
【００８８】
また図１４は、前記干渉量推定部３７の構成例を示した構成図である。図１４において、４８は前記時間逆拡散後のサブチャネル受信データに含まれるパイロット系列を基に伝送路推定を行う伝送路推定部、４９は前記パイロット系列の参照シンボルデータを生成する既知系列生成部、５０は前記伝送路の推定結果とパイロット系列の参照シンボルデータから前記サブチャネル受信データに付加された干渉電力値を算出する干渉電力値算出部である。
【００８９】
上記の通り構成される、本実施の形態２の受信機の動作について説明する。まず、逆拡散部３６から出力されたサブチャネル受信データは、ＲＡＫＥ合成部３８に入力されて、マルチパス遅延波による影響が除去される。
【００９０】
また、前記逆拡散後のサブチャネル受信データは、マルチパス遅延波の影響に起因する干渉量を推定するため、干渉量推定部３７に入力される。ここで当該干渉量推定部３７では、伝送路上で発生するマルチパス遅延波のうち、予め設定されたＬ個のマルチパス遅延波の影響による干渉量を推定する。干渉量推定部３７において、まず伝送路推定部４８は、前記サブチャネル受信データに含まれるフレームのパイロット系列１８（シンボル長ｎpilot）を同期加算し、Ｌ個の遅延パスに関する伝送路推定値Ｉ(1)〜Ｉ(L)を算出する。
【００９１】
一方、既知系列生成部４９は、前記パイロット系列１８に相当する参照シンボルデータＰｓ(j)を発生する。ここで、ｊは前記パイロット系列における当該シンボルデータの位置を特定する数であり（ｊ＝１〜ｎpilot）、また、各参照シンボルデータＰｓ(j)は大きさが正規化されているものとする（｜Ｐｓ(j)｜＝１）。
【００９２】
次に干渉電力値算出部５０は、前記サブチャネル受信データ、伝送路推定値Ｉ(1)〜Ｉ(L)及び参照シンボルデータＰｓ(j)を基に、次式１に従い、１スロットあたりの干渉電力値σを算出する。
【数１】
【００９３】
次に正規化部３９は、前記ＲＡＫＥ合成後のサブチャネル受信データを、前記干渉電力値σで除算して、干渉量で正規化し出力する。各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃから、夫々出力された正規化後のサブチャネル受信データは、Ｐ／Ｓ４０に入力される。
【００９４】
このような構成とすることにより、本実施の形態２では、各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃから出力されたそれぞれのサブチャネル受信データが、干渉量で正規化されるため、伝送路上で付加されるマルチパス遅延波の影響によって生じる干渉量が各サブチャネル毎に同一ではない場合でも、サブチャネル毎の干渉量のばらつきを吸収して受信データを得ることができ、良好な通信品質を維持することができる。
【００９５】
実施の形態３．
前述の実施の形態１では、逆フーリエ変換を用いた周波数ホッピング方式と、時間拡散方式のスペクトラム拡散変調とを重ねて適用することにより、ビット誤り率特性の改善を図ったが、本実施の形態３においては、各サブチャネルで逆フーリエ変換を用いた周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散を行った後に、伝送路上で発生する遅延波の影響を除去するガードインターバルを挿入し、ビット誤り率特性の改善を図るものである。
【００９６】
以下、本実施の形態３のスペクトラム拡散通信システムの構成を図面に従って説明する。なお、本実施の形態３は、先に説明した実施の形態１とは、サブチャネル変調処理部及びサブチャネル復調処理部の構成が異なり、さらに送信データにガードインターバルを挿入するＧＩ付加部を送信機に、受信データからガードインターバルを除去するＧＩ除去部を受信機に付加したものであり、その他の構成については全く同じであるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９７】
まず、図１５は、本実施の形態３の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散装置の送信機の構成図である。図１５において、５１ａ、５１ｂ、５１ｃはＳ／Ｐ３から出力されたサブチャネル送信データを変調処理するサブチャネル変調処理部、５２は逆フーリエ変換後の送信信号にガードインターバルを挿入するＧＩ付加部である。
【００９８】
以下、前記のように構成される本実施の形態３の送信機の動作について説明する。まず、Ｓ／Ｐ３から出力された全Ｍ個のサブチャネル送信データは、夫々対応するサブチャネル変調処理部５１ａ、５１ｂ、５１ｃに入力される。なお図１５ではサブチャネル変調処理部５１ａ、５１ｂ、５１ｃのみが明示されているが、実際には、前記変調制御部１２が決定したサブチャネル数Ｍ個のサブチャネル送信データを並列処理するのに十分な数のサブチャネル変調処理部が配置されているものとする。また、各サブチャネル変調処理部５１ａ、５１ｂ、５１ｃにおける処理は全く同一であるため、以下では第１のサブチャネル変調処理部５１ａの動作についてのみ説明し、その他のサブチャネル変調処理部は説明を省略する。
【００９９】
サブチャネル復調処理部５１ａに入力されたサブチャネル送信データは、まずフレーム作成部５によって、前述の図３に示したフレーム構成を有するデータに変換される。次に、フレーム構成されたサブチャネル送信データは、情報変調部６によって、ＱＰＳＫで情報変調される。本実施の形態３において、情報変調部６から出力されたサブチャネル送信データは、データホッピング部８に直接入力される。
【０１００】
データホッピング部８は、当該サブチャネル送信データを全Ｎ個のサブキャリア送信データに複製した上で、所定のホッピングパターンにしたがってサブキャリア送信データを選択し、これを当該サブキャリアに対応したサブキャリア送信信号として出力するとともに、その他のサブキャリア送信信号をゼロ固定とする
【０１０１】
各サブチャネル変調処理部５１ａ、５１ｂ、５１ｃから出力された、全Ｎ×Ｍ個のサブキャリア送信信号は、逆フーリエ変換部９に入力され、逆フーリエ変換処理され送信信号として、ＧＩ付加部５２に対して出力される。
【０１０２】
図１６は、ＧＩ付加部５２におけるガードインターバル付加処理の概要を示した説明図である。ＧＩ付加部５２に入力された送信信号は、情報変調部６で情報変調後サブチャネル送信データであるシンボルデータが連続している。本実施の形態３において、ＧＩ付加部５２は、連続する各シンボルデータの後部のτGI時間に相当するデータ５４を、当該シンボルデータの先頭にガードインターバル５３として挿入する。例えば、図１６において、第ｋ番目のシンボルデータについて、ＧＩ付加部５２は該シンボルデータ（＃ｋ）の後部τGI時間に相当するデータ５４をコピーし、該シンボルデータ（＃ｋ）の前部にガードインターバル５３として挿入する。続けてＧＩ付加部５２は、連続して入力されるシンボルデータについて順次同様の処理を行って全てのシンボルデータにガードインターバル５３を挿入する。ここで、前記ＧＩ付加部５２によってガードインターバル５３として挿入されるデータの時間長τGIは、伝送路上で生じる遅延波の最大遅延時間を考慮した上で、適切な値が予め設定される。
【０１０３】
ガードインターバルが付加された送信信号は、周波数変換部１０によってＲＦ信号に周波数変換され、アンテナ１１を介して伝送路上に出力される。
【０１０４】
次に、図１７は、本実施の形態３のスペクトラム拡散通信システムの受信機の構成図である。図１７において、５６は周波数変換部３２から出力された受信信号からガードインターバルを除去するＧＩ除去部、５７ａ、５７ｂ、５７ｃはフーリエ変換部から出力されたサブキャリア受信信号を入力し、各サブチャネル毎に独立して復調処理を行うサブチャネル復調処理部、５８はホッピングデータ受信部３５から出力されるサブチャネル受信データに対し同期検波処理を行う同期検波部である。なお図１７ではサブチャネル復調処理部５７ａ、５７ｂ、５７ｃのみが明示されているが、実際には、全Ｍ個のサブチャネル受信データを並列処理するのに十分な数のサブチャネル復調処理部が配置されているものとする。また、各サブチャネル復調処理部５７ａ、５７ｂ、５７ｃにおける処理は全く同一であるため、以下では第１のサブチャネル復調処理部５７ａの動作についてのみ説明し、その他のサブチャネル復調処理部は説明を省略する。
【０１０５】
まず周波数変換部３２によって周波数変換された受信信号は、ＧＩ除去部５２に入力される。ＧＩ除去部５２では、受信信号のうち各シンボルデータの前部に挿入されたガードインターバルを順次除去する。ＧＩ除去部５２でガードインターバルを除去することにより、当該ガードインターバル部分に含まれる遅延波の影響、すなわち、一つ前のシンボルデータの遅延波後縁部と、当該シンボルデータの前縁部とが衝突することに起因するシンボル間干渉を回避する。ガードインターバル除去後の受信信号は、フーリエ変換部３３によって全Ｎ×Ｍ個のサブキャリア受信信号に変換される。
【０１０６】
次にサブキャリア復調処理部５７ａは、対応する全Ｎ個のサブキャリア受信信号を入力する。これらのサブキャリア受信信号は、ホッピングデータ受信部３５によってスペクトラム逆拡散処理されてサブチャネル受信データとして同期検波部５８に入力される。図１８は、同期検波部５８の構成図である。図１８において、５９はサブチャネル受信データのパイロット系列を基に伝送路推定を行い伝送路推定値を出力する伝送路推定部、６０は前記伝送路推定値の複素共役値を算出する複素共役値算出部、６１は前記サブチャネル受信データを前記複素共役値で重み付けして同期検波後のサブチャネル受信データを出力する複素乗算器である。
【０１０７】
まず伝送路推定部５９は、サブチャネル受信データを入力し、当該データに含まれる既知のパイロット系列（シンボル長ｎpilot）を同期加算し、伝送路推定値を算出する。次に複素共役値算出部６０は、前記伝送路推定値の複素共役値を算出する。さらに複素乗算器６０は、前記サブチャネル受信データと複素共役値とを複素乗算し、同期検波後のサブチャネル受信データを出力する。
【０１０８】
一方、干渉量推定部３７は、時間逆拡散後のサブチャネル受信データを入力し、当該サブチャネル受信データに含まれるパイロット系列を基に干渉電力値σを算出する。また、正規化部３９は、前記同期検波後のサブチャネル受信データを、前記干渉電力値σで除算して正規化されたサブチャネル受信データを出力する。
【０１０９】
このように、本実施の形態３では、実施の形態１と同様に周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散を実現しているので、周波数シンセサイザの周波数切替待ち時間が不要となって、周波数切替処理を迅速に行うことができ、データ転送効率を高めることができる。
【０１１０】
また、周波数ホッピング方式でスペクトラム拡散された送信信号に、シンボル単位でガードインターバルを挿入することにより、ガードインターバル（時間τGI）よりも遅延時間の小さな遅延波の影響が除去され、前記周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散による通信品質の改善効果とあわせて、ビット誤り率特性が良好なスペクトラム拡散通信システムを提供することができる。
【０１１１】
実施の形態４．
本実施の形態４では、周波数ホッピング方式で送信する複数のサブキャリア送信信号を、所定の周波数的間隔をあけて配置された複数のサブキャリアで送信する。なお、本実施の形態４の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散装置は、前述の実施の形態２とは、複数のサブキャリア送信信号を所定の周波数的間隔をあけた複数のサブキャリアで送信する点のみが異なるものであり、その他の処理は同一であるため説明を省略する。また、スペクトラム拡散通信システムの送信機及び受信機の構成も、前述の実施の形態２とは、サブキャリアの配置及び分配を行う手段を備えた点のみが異なるものであり、その他の構成は全く同じであるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１１２】
図１９は、本実施の形態４のスペクトラム拡散通信システムの送信機の構成図である。図１９において、７０は全Ｍ個のサブキャリア変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃそれぞれから出力された、全Ｎ×Ｍ個のサブキャリア送信信号の並び替えを行うサブキャリア配置部である。また、図２０は、本実施の形態５のスペクトラム拡散通信システムの受信機の構成図である。図２０において、７１はフーリエ逆変換の結果得られた全Ｎ×Ｍ個のサブキャリア受信信号を、全Ｍ個のサブキャリア復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃのそれぞれに分配するサブキャリア受信信号分配部である。なお以下では、当該スペクトラム拡散通信システムは、周波数領域上で互いに隣接する全３２個のサブキャリア（ｆ1〜ｆ32）を利用して、送信データを全４個のサブチャネルで並行多重するものとし（Ｍ＝４）、一つサブチャネルではそれぞれ８個のサブキャリアを使用して（Ｎ＝８）周波数ホッピングを行う場合について説明する。
【０１１３】
以上のように構成される本実施の形態４のスペクトラム拡散通信システムの動作について説明する。まず、変調制御部１２は、各サブチャネルで使用するサブキャリアの配置を予め決定する。図２１は、変調制御部１２によるサブチャネルの配置の様子を示した説明図である。変調制御部１２は、一つのサブチャネルが周波数領域上で互いに隣接するサブキャリアを使用することが無いように、一定の間隔を明けて、各サブチャネルにサブキャリアを分配する。図２１に示す例では、１番目のサブチャネルに対して、各３個のサブキャリアの間隔をあけて、ｆ1、ｆ5、ｆ9、ｆ13、ｆ17、ｆ21、ｆ25、ｆ29の全８個のサブキャリアが割当られている。同様に、２番目のサブチャネルに対してはｆ2、ｆ6、ｆ10、ｆ14、ｆ18、ｆ22、ｆ26、ｆ30のサブキャリアが、３番目のサブチャネルに対してはｆ3、ｆ7、ｆ11、ｆ15、ｆ19、ｆ23、ｆ27、ｆ31のサブキャリアが、４番目のサブチャネルに対してはｆ4、ｆ8、ｆ12、ｆ16、ｆ20、ｆ24、ｆ28、ｆ32のサブキャリアが割当てられている。
【０１１４】
変調制御部１２によって決定されたサブキャリアの配置は、データ転送の開始に先だって予めサブキャリア配置部７０に指示されるとともに、変復調に関する制御情報として受信機側に予め通知される。
【０１１５】
当該送信機がデータ送信を開始すると、サブキャリア配置部７０は、各サブキャリア変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃそれぞれから、各８個ずつの変調処理後のサブキャリア送信信号を入力する。サブキャリア配置部７０は、前記予め指示されたサブキャリアの配置に従い、全３２個（＝１サブチャネルあたりのサブキャリア数８×サブチャネル数４）のサブキャリア送信信号の並び替えを行う。例えば、まず、第１番目のサブチャネルの第１番目のサブキャリア送信信号を、サブキャリアｆ1にフーリエ逆変換されるデータとして選択する。次に、サブキャリアｆ2については第２番目のサブチャネルの第１番目のサブキャリア送信信号を、サブキャリアｆ3については第３番目のサブチャネルの第１番目のサブキャリア送信信号を、というように、全てのサブキャリア送信信号を、前記サブキャリアの配置に従い対応するサブキャリア順に並べ替えた後に、フーリエ逆変換部９に対して出力する。
【０１１６】
次にフーリエ逆変換部９は、並び替えられた全３２個のサブキャリア送信信号をフーリエ逆変換し、送信信号として出力する。フーリエ逆変換後の送信信号において、各サブチャネル送信データは、前述の図２１に示したサブキャリアの配置に従い、周波数的に等間隔をあけた各８個のサブキャリアを使用して、それぞれに周波数ホッピング方式でスペクトラム拡散されている。このように、一つのサブチャネル送信データを、互いに隣接しない複数のサブキャリアを用いて周波数ホッピングすることにより、サブキャリア相互間の周波数的な相関特性を低減させ、周波数ダイバーシチの効果を高める。
【０１１７】
次に、図２０に示す受信機において、周波数変換後の受信信号は、フーリエ変換部３３によってフーリエ変換され、サブキャリアｆ1〜ｆ32に対応した、全３２個のサブキャリア送信信号として出力される。サブキャリア受信信号分配部７１は、これらのサブキャリア受信信号を入力し、前記送信機の変調制御部１２から通知されたサブキャリアの配置に従って、当該サブキャリア受信信号を対応するサブチャネル毎に分配する。例えば、サブチャネルｆ1、ｆ5、ｆ9、ｆ13、ｆ17、ｆ21、ｆ25、ｆ29に対応する８個のサブキャリア受信信号を、第１番目のサブチャネル復調処理部３４ａに対して出力する。
【０１１８】
このように、本実施の形態４では、一つのサブチャネルについて、周波数ホッピング方式で送信する複数のサブキャリア送信信号を、所定の周波数的な間隔をあけた複数のサブキャリアでそれぞれ送信するので、サブキャリア相互間の周波数的な相関性を低減させることにより周波数ホッピングによる周波数ダイバーシチ効果を高め、周波数選択性フェージングの影響が大きい伝送路であっても通信品質を改善することができる。
【０１１９】
また本実施の形態４は、実施の形態１と同様の構成により、周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散を実現しているので、周波数シンセサイザの周波数切替待ち時間が不要となって、周波数切替処理を迅速に行うことができ、データ転送効率を高めることができる。
【０１２０】
なお、本実施の形態４において、使用する全サブキャリア数が３２個、サブチャネル数が４個、一つのサブチャネルで使用するサブキャリア数が４個の場合について説明したが、全サブキャリア数の個数、多重化するサブチャネル数、１サブチャネル当りのサブキャリア数は、それぞれ本実施の形態４に示す個数に限定されるものではなく、その他の構成であっても同様の効果を得ることは当然に可能である。
【０１２１】
実施の形態５．
本実施の形態５では、受信機において、各サブチャネル毎の通信品質に関する情報を送信機に対して通知するとともに、送信機において、通知された干渉電力値を基に伝送路の通信品質を判定し、多重化するサブチャネル数及び１サブチャネル当りのサブキャリア数を切替える。なお本実施の形態５の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムは、前述の実施の形態１とは、送受信器間で通信品質情報の通知を行うとともに、１サブチャネル当りのサブキャリア数を切替える点が異なるもので、その他の処理は同じであるので、以下では、干渉電力値の通知及びサブキャリア数の切替処理のみについて説明する。また、送信機及び受信機の構成も、干渉電力値の通知及びサブチャネル数の切り替えに関する部分のみが異なるだけであるので、その他の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２２】
図２２は、本実施の形態５のスペクトラム拡散通信システムの受信機の構成図である。図２２において、７５は各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３５ｃの干渉量推定部３７によって算出された干渉電力値を入力し通信品質情報を送信機に通知する通信品質通知部である。
【０１２３】
また図２３は、本実施の形態５のスペクトラム拡散通信システムの送信機の構成図である。図２３において、７６は前記受信機の通信品質通知部７５から通知された通信品質情報を受信し、伝送路の通信品質を判定して変調制御部１２に通知する通信品質監視部である。
【０１２４】
以上のように構成される本実施の形態５のスペクトラム拡散通信システムの動作について説明する。初めにデータを受信した受信機の各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３５ｃの干渉量推定部３７は、それぞれ時間逆拡散後のサブチャネル受信データを入力し、伝送路上で付加された干渉電力値を算出する。また干渉量推定部３７は、サブチャネル受信データに含まれるパイロット系列１８を基に、当該サブチャネル受信データの受信信号電力を算出する。次に当該干渉電力推定部３７は、前記受信信号電力を、前記干渉電力値で除して、信号電力対干渉電力比（以下、ＳＩＲと呼ぶ）を算出する。
【０１２５】
各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３５ｃの干渉量推定部３７によって、各サブチャネル毎に各々算出されたＳＩＲは、通信品質通知部７５に通知される。該通信品質通知部７５では、前記各サブチャネルのＳＩＲを通信品質情報として、現に通信を行っている送信機に通知する。
【０１２６】
これに対し送信機において通信品質監視部７６は、前記通信品質通知部７５から通知された通信品質情報を受信し、該通信品質情報から各サブチャネルのＳＩＲを読み出して、全サブチャネルのＳＩＲの平均値を算出する。
【０１２７】
また、該通信品質監視部７６には、大きさの異なる二つのＳＩＲの閾値、すなわち大きなＳＩＲの閾値γhiと小さなＳＩＲの閾値がγloとが予め記憶されている。当該ＳＩＲの閾値γhi、γloは、通信品質を評価するのに適切な値が予め決定される。
【０１２８】
該通信品質監視部７６は、前記ＳＩＲの平均値と当該複数の閾値とを比較し伝送路の通信品質を評価する。例えば、受信機から通知されたＳＩＲの平均値が大きな閾値γhi以上である場合には通信品質が「良好」であると判定され、前記ＳＩＲの平均値が小さな閾値γlo以上であり且つ大きな閾値γhi未満である場合には通信品質が「普通」であると判定され、前記ＳＩＲの平均値が小さな閾値γlo未満である場合には通信品質が「劣悪」であると判定される。当該通信品質の判定結果は、変調制御部１２に対して出力される。
【０１２９】
一方、変調制御部１２には、複数のサブキャリアの配置の構成が予め記憶されており、前記通信品質の評価に従い、サブチャネルの多重化数Ｍ及び一つのサブチャネルで使用する周波数ホッピングのサブキャリア数Ｎを変更し、データの転送速度を切替える。図２４は、サブチャネル多重化数Ｍ及びサブキャリア数Ｎを切替えた場合のサブキャリアの配置例を示した説明図である。図２４では、全３２個のサブキャリアｆ1〜ｆ32を使用し通信を行う場合について示している。該変調制御部１２には、サブチャネル数Ｍと１サブチャネル当りのサブキャリア数Ｎが異なる複数のサブキャリアの配置の構成が予め記憶されている。より具体的には、通信品質監視部７６において、サブキャリアの構成は、サブチャネル数Ｍ＝８（１サブチャネルあたりのサブキャリア数Ｎ＝４）、Ｍ＝４（Ｎ＝８）、Ｍ＝２（Ｎ＝１６）、Ｍ＝１（Ｎ＝３２）の４種類のサブキャリアの構成が記憶されている。
【０１３０】
ここで、データ転送速度は、多重化されるサブチャネル数Ｍが大きいほど転送速度は大きくなるが、１サブチャネル当りのサブキャリア数Ｎが小さくなるため、周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散による伝送品質改善の効果が小さくなる。従って、図２４に示す例では、伝送速度はサブチャネル数Ｍ＝８の場合に最大となるのに対し、逆に、周波数ホッピングによる伝送品質の改善効果は、サブチャネル数Ｍ＝１の場合に最大となる。
【０１３１】
変調制御部１２は、前記通信品質監視部７６から入力された通信品質の判定結果に基づいて、サブキャリアの構成を切替える。例えば、多重化するサブチャネル数Ｍ＝４（１サブチャネル当りのサブキャリア数Ｎ＝８）で通信を行っている際に、前記通信品質監視部７６から通信品質が「劣悪」である旨の通知を受けると、現に通信を行っているサブキャリアの構成よりも、データの転送速度は小さいが、周波数ホッピングによる通信品質改善の効果が高い、多重化サブチャネル数Ｍ＝２（Ｎ＝１６）のサブチャネルの構成を選択する。
【０１３２】
また通信状態監視部７６から通信品質が「良好」である旨の通知を受けた場合には、通信制御部１２は、現に通信を行っているサブキャリアの構成より、データの転送速度は大きいが周波数ホッピングによる通信品質改善の効果が低い、多重化サブチャネル数Ｍ＝８（Ｎ＝４）のサブチャネル構成を選択する。
【０１３３】
また通信状態監視部７６から通信品質が「普通」である旨の通知を受けた場合には、通信制御部１２は、現に通信を行っているサブキャリアの構成を維持する。
【０１３４】
以上サブキャリア構成の選択の結果、新たなサブキャリアの構成が選択された場合には、変調制御部１２は、新たなサブチャネル数Ｍ及びサブキャリア数Ｎを、Ｓ／Ｐ３及び各サブチャネル変調処理部４ａ、４ｂ、４ｃに指示する。また、図３に示すサブキャリア送信データのフレーム情報１９に、新たなサブチャネル数Ｍ及びサブキャリア数Ｎを挿入し、受信機の各サブチャネル復調処理部３４ａ、３４ｂ、３４ｃ及びＰ／Ｓ４０に対しても通知する。変調制御部１２からサブキャリアの構成の変更に関する指示を受けた各ブロックは、以降、当該新たなサブキャリアの構成で周波数ホッピング方式によるスペクトラム拡散を行う。
【０１３５】
このように、本実施の形態５においては、受信機から送信機に対して通信品質情報を通知し、送信機において当該通信品質情報に応じて適切なサブキャリアの構成を選択し、データの転送速度を切替える。したがって、干渉波の影響が大きく通信品質が劣悪な場合には、データ転送速度を小さくして周波数ホッピングによる通信品質の改善効果を高め、逆に通信品質が良好な場合には、多重化するサブキャリア数を大きくしてデータ転送速度を高めることが可能であり、通信品質に応じて、データ転送速度と通信品質の改善効果を適応的に切替えることが可能となる。
【０１３６】
なお、本実施の形態５において、通信品質監視部７６は、「各サブチャネルのＳＩＲの平均値」を基に伝送路の通信品質を判定したが、このような構成に限定されるものではなく、例えば「各サブチャネルのＳＩＲのうちの最小値」を用いる構成であってもよい。
【０１３７】
また、本実施の形態５では、受信機から送信機に通知する通信品質情報として「各サブキャリアのＳＩＲ」を用いたが、これはこのような構成に限定されるものではなく、例えば、ビタビ復号器４１で訂正されるビット誤り数等、伝送路の通信品質が判定できる他の信号を用いることによっても、同様の効果を得ることは当然に可能である。
【０１４３】
周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機おいて、前記受信信号を記周波数ホッピング方式のスペクトラム逆拡散処理して得られたサブチャネル受信データを、さらに、時間逆拡散処理した後にＲＡＫＥ合成処理する構成としたことにより、周波数ホッピングによる耐フェージング性能に加え、ＲＡＫＥ合成によるパスダイバーシチ効果によっても受信データのビット誤り率特性を高めることができ、通信品質を改善することができる。
また、周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機おいて、サブチャネル受信データに含まれる所定のパイロット系列を基に、伝送路上で付加された干渉電力値を算出し、前記サブチャネル受信データを前記干渉電力値で正規化して出力する構成としたことにより、マルチパス遅延波の影響によって生じる干渉量が、送信データが多重化されたサブチャネル毎に異なる場合であっても、サブチャネル毎の干渉量のばらつきを吸収し、通信品質を改善することができる。
【０１４７】
また、周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機おいて、送信データを予め畳み込み符号化した後に畳み込み符号化した後にインタリーブ処理し、さらに、送信データをシリアル・パラレル変換して、複数のサブチャネル送信データに分割し、当該サブチャネル送信データを夫々独立してスペクトラム拡散変調処理して送信する。したがって、干渉波の影響が大きい伝搬環境において、一時的に特定のサブチャネルのビット誤り率特性が劣化した場合であっても、通信を行っている受信機におけるデインタリーブ処理により、前記干渉波の影響による誤りが分散されてビタビ復号処理が効果的に誤り訂正を行うことが可能となり、通信品質を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの送信機の構成図である。
【図２】 本発明の実施の形態１のフレーム作成部の構成図である。
【図３】 本発明の実施の形態１の送信データのフレーム構成を示した説明図である。
【図４】 本発明の実施の形態１のデータホッピング部の構成図である。
【図５】 本発明の実施の形態１のホッピングパターン生成部の構成図である。
【図６】 本発明の実施の形態１のサブキャリア送信データのうち周波数ホッピングの対象となるデータ領域を示した説明図である。
【図７】 本発明の実施の形態１の逆フーリエ変換処理後のサブキャリアの周波数的な配置を示した説明図である。
【図８】 本発明の実施の形態１における逆フーリエ変換処理後の送信信号のサブキャリアの使用の様子を示した説明図である。
【図９】 本発明の実施の形態１の送信機の周波数変換部の構成図である。
【図１０】 本発明の実施の形態１の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機の構成図である。
【図１１】 本発明の実施の形態１の受信機の周波数変換部の構成図である。
【図１２】 本発明の実施の形態１のホッピングデータ受信部の構成図である。
【図１３】 本発明の実施の形態２の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの送信機の構成図である。
【図１４】 本発明の実施の形態２の干渉量推定部の構成図である。
【図１５】 本発明の実施の形態３の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの送信機の構成図である。
【図１６】 本発明の実施の形態３のＧＩ付加部におけるガードインターバル付加処理の概要を示した説明図である。
【図１７】 本発明の実施の形態３の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機の構成図である。
【図１８】 本発明の実施の形態３の同期検波部の構成図である。
【図１９】 本発明の実施の形態４の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの送信機の構成図である。
【図２０】 本発明の実施の形態４の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機の構成図である。
【図２１】 本発明の実施の形態４のサブチャネルの配置の様子を示した説明図である。
【図２２】 本発明の実施の形態５の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機の構成図である。
【図２３】 本発明の実施の形態５の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの送信機の構成図である。
【図２４】 本発明の実施の形態５におけるサブキャリアの配置例を示した説明図である。
【図２５】 従来の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの送信機及び受信機の構成図である。
【符号の説明】
１ 畳み込み符号化部
２ インタリーバ
３ Ｓ／Ｐ
４ａ、４ｂ、４ｃ、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ サブチャネル変調処理部
５ フレーム作西部
６ 情報変調部
７ 時間拡散部
８ データホッピング部
９ 逆フーリエ変換部
１０、３２ 周波数変換部
１１、３１ アンテナ
１２ 変調制御部
１５ スロット毎データ分割部
１６ フレーム情報付加部
１７ パイロット系列付加部
１８ パイロット系列
１９ フレーム情報
２０ スロットデータ
２１ データコピー部
２２ ホッピングパターン生成部
２３ データ選択部
２５ シフトレジスタ
２６ 擬似ランダム系列発生器
２７ 乗算器
２８ 加算器
２９ 周波数発振器
３０、４３ ＢＰＦ
３３ フーリエ変換部
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、５７ａ、５７ｂ、５７ｃ サブチャネル復調処理部
３５ ホッピングデータ受信部
３６ 時間逆拡散部
３７ 干渉量推定部
３８ ＲＡＫＥ合成部
３９ 正規化部
４０ Ｐ／Ｓ
４１ デインタリーバ
４２ ビタビ復号部
４４ 周波数シンセサイザ
４５ ＬＰＦ
４６ ホッピングデータ選択部
４７ スロット同期部
４８、５９ 伝送路推定部
４９ 既知系列生成部
５０ 干渉電力値算出部
５２ ＧＩ付加部
５３ ガードインターバル
５４ シンボルデータの後部のτGI時間に相当するデータ
５６ ＧＩ除去部
５８ 同期検波部
６０ 複素共役値算出部
６１ 複素乗算器
７０ サブキャリア配置部
７１ サブキャリア受信信号分配部
７５ 通信品質通知部
７６ 通信品質監視部
１００ 符号器
１０１ 変調器
１０２、１０９ 周波数シンセサイザ
１０３、１１０ ミキサ
１０４、１０７ ＢＰＦ
１０５、１０６ アンテナ
１０８ 同期回路
１１１ 復調器
１１２ 復号器
ｆ1〜ｆ32、ｆN サブキャリア
Ｍ 送信データを多重化するサブチャネル数
Ｎ １サブチャネルあたりのサブキャリア数
Claims (7)
- 所定のサブチャネル数で多重化され、各サブチャネルが夫々所定個数のサブキャリアに周波数ホッピング方式でスペクトラム拡散された受信信号を、フーリエ変換処理し、複数のサブキャリア受信信号に分割して出力するフーリエ変換手段と、
以下の構成を有し、各々対応するサブチャネルに属する複数のサブキャリア受信信号を入力して復調処理し、当該サブチャネルに関するサブチャネル受信データを各々出力する、複数のサブチャネル復調処理手段と、
１）前記サブキャリア受信信号に含まれる既知のパイロット系列を検出して、通信を行っている送信機との間で同期を確立するとともに、所定のホッピングパターンを発生させ、前記複数のサブキャリア受信信号のうち、前記ホッピングパターンで指示されたサブキャリア受信信号のみを選択しサブチャネル受信データとして出力するホッピングデータ受信手段、
２）前記サブチャネル受信データに所定の時間拡散コードを乗じて時間逆拡散処理する時間逆拡散手段、
３）前記時間逆拡散処理後のサブチャネル受信データに含まれる所定のパイロット系列を用いて伝送路推定を行い、前記時間逆拡散処理後のサブチャネル受信データをＲＡＫＥ合成処理して出力するＲＡＫＥ合成手段、
前記各サブチャネル復調処理手段から夫々出力されたＲＡＫＥ合成後のサブチャネル受信データを入力し、当該複数のサブチャネル受信データを結合し、一つの受信データとして出力するパラレル・シリアル変換手段とを備え、
前記各サブチャネル復調処理手段は、さらに、前記時間逆拡散処理後のサブチャネル受信データに含まれる前記所定のパイロット系列を基に、所定の演算処理を行って、当該サブチャネル受信データに付加された干渉電力値を算出する干渉量推定手段と、
前記ＲＡＫＥ合成後のサブチャネル受信データを前記干渉電力値で正規化して出力する正規化手段とを備え、
前記正規化後のサブチャネル受信データを前記パラレル・シリアル変換手段に対して出力する構成とされたことを特徴とする、周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機。 - 所定のサブチャネル数で多重化され、各サブチャネルが夫々所定個数のサブキャリアに周波数ホッピング方式でスペクトラム拡散された受信信号を、フーリエ変換処理し、複数のサブキャリア受信信号に分割して出力するフーリエ変換手段と、
以下の構成を有し、各々対応するサブチャネルに属する複数のサブキャリア受信信号を入力して復調処理し、当該サブチャネルに関するサブチャネル受信データを各々出力する、複数のサブチャネル復調処理手段と、
１）前記サブキャリア受信信号に含まれる既知のパイロット系列を検出して、通信を行っている送信機との間で同期を確立するとともに、所定のホッピングパターンを発生させ、前記複数のサブキャリア受信信号のうち、前記ホッピングパターンで指示されたサブキャリア受信信号のみを選択しサブチャネル受信データとして出力するホッピングデータ受信手段、
２）前記サブチャネル受信データに含まれる所定のパイロット系列を基に伝送路推定を行い、前記サブチャネル受信データを同期検波処理して出力する同期検波手段、
３）前記サブチャネル受信データに含まれる所定のパイロット系列を基に、所定の演算処理を行って、当該サブチャネル受信データに付加された干渉電力値を算出する干渉量推定手段、
４）同期検波処理後のサブチャネル受信データを前記干渉電力値で正規化して出力する正規化手段、
前記各サブチャネル復調処理手段から夫々出力された正規化後のサブチャネル受信データを入力し、当該複数のサブチャネル受信データを結合し、一つの受信データとして出力するパラレル・シリアル変換手段とを備えたことを特徴とする、周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機。 - 同期検波手段は、
１）サブチャネル受信データに含まれる所定のパイロット系列を基に伝送路推定を行う伝送路推定部、
２）前記伝送路推定手段による推定結果に基づき前記サブチャネル受信データの複素共役値を算出する複素共役値算出部、
３）前記サブチャネル受信データに前記複素共役値を乗じて重み付けして出力する重み付け部、
を有することを特徴とする、請求項２記載の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機。 - ホッピングデータ受信手段は、
複数段のシフトレジスタを有し、所定のホッピング周波数で前記各シフトレジスタの保持値を巡回させる擬似ランダム系列発生器と、
前記各シフトレジスタの保持値に夫々所定の重み付けをする複数の乗算器と、
前記各乗算機からの出力の総和を算出し、所定の系列長のホッピングパターンを出力する加算器とを備える構成とされたことを特徴とする、請求項１ないし３の何れか一つに記載の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機。 - 請求項１ないし４の何れか一つに記載の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機に、さらに、
フーリエ変換手段から複数のサブキャリア受信信号を入力し、所定のサブキャリアの配置に従い、各サブキャリア受信信号を夫々対応するサブチャネル復調処理部に対して出力するサブキャリア受信信号分配手段を備える構成とされたことを特徴とする、周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機。 - 請求項１ないし５の何れか一つに記載の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機に、さらに、
パラレル・シリアル変換手段から出力された受信データの順列を所定の方法で並び替えるデインタリーバと、
前記並び替え後の受信データを誤り訂正復号化し有意なユーザデータとして出力する誤り訂正復号化手段とを備える構成とされたことを特徴とする、周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機。 - 請求項１ないし６の何れか一つに記載の周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機に、さらに、受信品質に関する情報を通信を行っている送信機に対して通知する通信品質通知手段を備えたことを特徴とする、周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散通信システムの受信機。
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