JP4231868B2 - ワンチップシステムにおけるデータ変復調方法 - Google Patents

Description

本発明は、伝送データを変調して送信し、受信した変調データを復調する方法に関し、具体的には、ハイ（ｈｉｇｈ）とロー（ｌｏｗ）といった２つの方式に表すデータを変復調する方法に関する。

一般に通信システムの送信端が受信端へ信号を伝送するためには、信号に対して伝送中エラーの発生を抑制するために設定された処理過程を行う。つまり、送信端は伝送するデータに対して変調過程を行い、受信端は受信データに対して復調過程を行うことによって送信端から伝送したデータを復元する。

図１は、一般的な通信システムにおいて、データ（信号）を伝送する過程を示す図である。図２は、通信システムを構成している送信ノードと受信ノードの各段階において処理される信号の波形を示す。以下、図１および図２を参照しつつ、従来の通信システムにてデータを変復調する過程について説明する。図１によると、通信システムは送信ノードＡと送信ノードＢ、受信ノードＣを含んでいる。もちろんこれ以外の他の構成が通信システムに含まれることもあるが、図１は、説明の便宜のために、必要な構成のみを示した。

送信ノードＡは、受信ノードＣに伝送するデータを生成する。この送信ノードＡが生成したデータをデータａとする。また、送信ノードＢは受信ノードＣ以外のノードに伝送するデータを生成する。この送信ノードＢが生成したデータをデータｂとする。
従来の通信システムでは、伝送するデータが“１”の場合は「−１」の振幅値で表現し、伝送するデータが“０”の場合は「１」の振幅値で表現する。この表現方法に従えば、図２（Ａ）のデータａは“１０１”であり、図２（Ｃ）のデータｂは“１１０”である。

各送信ノードは、データを伝送する際に伝送するデータを変調する。このとき、送信ノードは直交コードを用いてデータを拡散し、受信ノードが拡散データの逆拡散を行う。直交コードを用いてデータを拡散することで、伝送チャネル上でのデータのエラー発生を減らすことができる。送信ノードは、受信ノードに割り当てられた直交コードを用いて送信データを拡散する。直交コードの一例としてウォルッシュコード（ｗａｌｓｈ ｃｏｄｅ）が挙げられる。

以下に、従来の通信システムにおける、直交コードを用いたデータの拡散と逆拡散の方法を説明する。
送信ノードＡは、受信ノードＣに割り当てられた直交コードを用いて送信データを拡散する。送信ノードＡは、拡散データをアンテナを介して伝送する。図１によると、受信ノードＣに割り当てられた直交コードはｗ_０である。図２（Ｂ）によると、直交コードｗ_０は“０１０１”であり、図２（Ｅ）に示す通りに、送信ノードが拡散過程を行うことによって、受信ノードは、拡散データ“１０１０ ０１０１ １０１０”を取得する。

また、送信ノードＢは、送信ノードＢが送信しようとする（受信ノードＣ以外の）受信ノードに割り当てられた直交コードを用いてデータを拡散する。送信ノードＢは、拡散データをアンテナを介して伝送する。図１によると、受信ノードに割り当てられた直交コードはｗ_１である。図２（Ｄ）に示すよう直交コードｗ_１は“００１１”であり、図２（Ｆ）に示す通り、送信ノードが、拡散過程を行うことによって、受信ノードは、拡散データ“１１００ １１００ ００１１”を取得する。

受信ノードＣは、送信ノードＡが伝送した拡散データａと、送信ノードＢが伝送した拡散データｂとを同時に受信する。従って、受信ノードＣは、受信したデータのうち送信ノードＡが伝送したデータａのみを抽出しなければならない。
以下、受信ノードＣが、送信ノードＡが伝送したデータａのみを抽出する過程について説明する。
図２（Ｇ）は、受信ノードＣが受信したデータを示す。図２（Ｇ）によると、受信ノードＣは、送信ノードＡと送信ノードＢが伝送したデータが合算されたデータを受信する。説明の便宜のため、実際に受信したデータを用いて説明すると、受信ノードＣは振幅値“−２００２ ０−２２０ ０２−２０”を受信する。

受信ノードＣは、受信したデータを自分に割り当てられた直交コードを用いて逆拡散する。つまり、受信ノードＣに割り当てられた直交コードは“０１０１”であり、これを変復調する過程で使用するデータに変換すると「１−１１−１」の振幅値になる。受信ノードＣは、受信した「−２００２ ０−２２０ ０２−２０」を「１−１１−１」を用いて逆拡散する。
図２（Ｈ）によると、逆拡散する過程を行うことにより受信ノードＣは「−２００-２ ０２２０ ０-２-２０」を取得する。

受信ノードＣは取得したデータを直交コードの長さ単位に分割し、分割したデータに対する平均を求める。つまり、受信ノードＣは「−２００−２」の平均である「−１」を求める。そして“０２２０”の平均である“１”を求めることになる。また、「０−２−２０」の平均である「−１」を求める。受信ノードＣは「−１１−１」を求めることによって、送信ノードＡが伝送したデータである“１０１”を取得する。

しかし、従来の方法は伝送データを「−１」、「０」（伝送データがない場合）、「１」といった３つの方式に表すため、伝送ノードの数が増加するほど、受信ノードで受信するデータが増加する。例えば、伝送ノードの数が５つであるならば、受信ノードは−５ないし５の値を有するデータを受信しなければならない。従って、このようなデータを受信するために、データのビット数が増加し、これを処理する負荷も増加してしまう問題点を抱えている。

また、この従来技術による方法は、データをハイ（ｈｉｇｈ）とロー（ｌａｗ）の２つに表して伝送する通信システムにおいては不適である。したがって、データをハイとローに表して伝送する受信システムに使用できる変復調方法の必要性が求められている。

本発明は、このような問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、ハイとローにデータを表して伝送する通信システムにおいて使用できる変復調方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、ハイとローとにデータを表して伝送する通信システムを提供することによって、受信データの復調に要される負荷を減少させることにある。

本発明の目的を達成するために、本発明に係るデータ変復調方法は、ハイ（ｈｉｇｈ）とロー（ｌｏｗ）のいずれかで表わされるデータを変調する送信端と、前記送信端が伝送したデータを復調する受信端から構成された通信システムにおいて、固有の直交コードにより拡散された少なくとも１つのコードワードから構成された少なくとも１つのデータを受信し、前記受信したデータをコードワード単位に合算するステップと、直交コードを構成するコードワードが「０」の場合に、前記合算したコードワードを２倍した値から前記直交コードの長さを減算し、直交コードを構成するコードワードが「１」の場合に、前記直交コードの長さから前記合算したコードワードを２倍した値を減算するステップと、前記減算した値を直交コードの長さ単位で割って得る平均値を抽出するステップと、を含む。

前述したように、本発明は、ハイとローで表わされるデータを送受信するシステムにおいてデータを変復調する方法を提案する。これにより、従来の３つの表現でデータを変復調する方法に比べ、受信端で受信すべき範囲が減少するために受信端の負荷を減少させることができる。つまり、従来の３つの表し方でデータを変復調するシステムの場合は、送信ノード数が５つならば、受信ノードは−５ないし５を含むデータを復調しなければならない。本願発明に係る方法によると、送信ノード数が同じ５つであっても、受信ノードは０ないし５を含むデータを復調すればよい。

以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。

携帯電話機をはじめ、携帯用個人端末機（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ：ＰＤＡ）、デジタルＴＶ，スマートフォンなどの各種のデジタル情報機器は、インターネット接続やコンピューティング機能を円滑に実装するためにマイクロプロセッサ、ネットワークチップ、メモリなどの半導体チップを必要とする。また、情報機器が、複雑かつ多様になるにつれ、情報機器間の融合はさらに進む傾向である。したがって、より多くのチップが１つの情報機器に必要になっている。

前述のように、各種部品を１つのチップに集積することにより、半導体のみならず個別部品をワンチップ（ｏｎｅ ｃｈｉｐ）化するための技術として登場したものがワンチップシステム（Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ ｃｈｉｐ：ＳｏＣ）である。ＳｏＣは、演算素子、Ｉ／Ｏ、ロジック、メモリなどから構成される。コンパクトで統合度の高いＳｏＣは高性能で低消費電力を特徴としているため、多数の情報通信機器に使用される。半導体チップの設計を迅速にするためには知能素子（Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ：以下ＩＰという）を使用する。ＩＰはチップに適用可能な設計ブロックを意味する。

ＳｏＣを現実化するために数多い技術が研究されており、特に、チップ内に内在されている多数のＩＰを連結する方法が極めて重要になっている。多数のＩＰを連結する方法として、バス構造を使用する方法、ネットワーク構造を使用する方法がある。バス構造を使用する方法は、ＩＰ間に送受信されるデータ量が増加するにつれ、構造的な限界に達している。つまり、バス構造の場合、特定のＩＰがバスを使用していれば、他のＩＰはこのバスを使用できなくなる。言い換えれば、特定のＩＰがバスを独占的に使用できることになる。

また、バス構造は拡張性を十分に支援できない。つまり、バス構造が持っている固定性により、チップ内にＩＰを搭載するような拡張性を支援していない。前述の問題点を解決する方法、つまりチップ内の多数のＩＰを連結する方法として、ネットワーク構造を使用する方法が提供されている。さらに、ネットワーク構造は、バス構造に比べて消費電力が少ないという長所もある。

図３は、本発明の実施形態に係るワンチップシステムを構成するＩＰを含む通信システムを示す図である。

本実施形態に係るワンチップシステムを構成するＩＰを含む通信システムは、複数の隣接するＩＰとスイッチから構成され、ハイ（ｈｉｇｈ）とロー（ｌｏｗ）のいずれかで表わされるデータを変調、復調してデータの送受信を行う。

図３は、１つのスイッチを少なくとも２つのＩＰが共有するスタートポロジー（ｓｔａｒ ｔｏｐｏｌｏｇｙ）を示している。ここでは、８つのＩＰが１つのスイッチを共有している。８つのＩＰはＩＰ０ないしＩＰ７から構成される。各ＩＰには固有の直交コードがそれぞれ割り当てられている。本実施形態に係る固有の直交コードにはウォルッシュコード（Ｗａｌｓｈ Code）が含まれる。また、本実施形態に係る固有の直交コードは、他のＩＰに割り当てられる直交コードと重複しないように割り当てられる。

ＩＰ０からＩＰ３に伝送するデータが発生し、さらに、ＩＰ６からＩＰ７に伝送するデータが発生したと仮定する。ＩＰ０は、ＩＰ３に割り当てられた直交コードを用いてデータを拡散（変調）する。さらに、ＩＰ０は、拡散したデータをスイッチに伝送する。また、ＩＰ６は、ＩＰ７に割り当てられた直交コードを用いてデータを拡散する。ＩＰ６は、拡散したデータをスイッチに伝送する。スイッチは、伝送された２つのデータを加算し、このデータを接続する隣接のＩＰへブロードキャストする。つまり、スイッチは加算したデータをＩＰ０ないしＩＰ７へ同時に伝送する。

ＩＰ０ないしＩＰ７は、割り当てられた直交コードを利用して、伝送されたデータの逆拡散（復調）を行う。逆拡散過程を行うことによりＩＰ３はＩＰ０が伝送したデータを受信し、ＩＰ７はＩＰ６が伝送したデータを受信する。

以下、図４に基づいて送信ＩＰがデータを伝送する過程について詳しく説明する。前述したように、ワンチップシステム構成のＩＰはハイとローという２つの表現方法でデータを伝送する。以下、説明の便宜のためハイを“１”、ローを“０”で表す。

ステップＳ４００において、送信ＩＰは、ワンチップシステム構成のＩＰに割り当てられた長さＬの直交コードを格納する。以下、例示として、ＩＰ０ないしＩＰ６の７つのワンチップシステム構成のＩＰについて説明する。表１は、ワンチップシステム構成のＩＰそれぞれに割り当てられた長さ８の直交コードを示したものである。

なお、本実施形態では、直交コードｗ_０（直交コード０番）はＩＰには割り当てず、データがない場合にこれを使用する。
次に、ステップＳ４０２において、送信ＩＰはデータを生成し、ステップＳ４０４にて生成したデータを、受信ＩＰに割り当てられた長さＬの直交コードを用いて拡散する。ステップＳ４０６において、送信ＩＰは拡散データをスイッチに伝送する。なお、直交コードには様々な長さがあり、本実施形態では、必要に応じて各種長さの直交コードを選択できるため、説明の便宜上、直交コードの長さをＬとする。

図５は、本実施形態に係る受信ＩＰでの動作を説明するためのフローチャートである。
以下、図５に基づいて本実施形態に係る受信ＩＰでの動作について詳説する。
ステップＳ５００において、受信ＩＰは各ＩＰに割り当てられた長さＬの直交コードを格納する。なお、受信ＩＰで格納している直交コードはステップＳ４００で送信ＩＰが格納している直交コードと同一である。

ステップＳ５０２において、受信ＩＰは少なくとも１つのデータを受信する。送信ＩＰが２つの場合は、受信ＩＰは、２つのデータを受信することになる。ステップＳ５０４において、受信ＩＰは受信した２つのデータをコードワード単位（ワード単位）で合算した結果であるＳ[ｉ]を取得する。コードワード単位については後述する。

ステップＳ５０６において、受信ＩＰは直交コードを構成しているコードワードが“０”であるか否かを判断する。判断の結果、直交コードを構成しているコードワードが“０”の場合は、ステップＳ５０８に進み、直交コードを構成しているコードワードが“１”の場合は、ステップＳ５１０に進む。

ステップＳ５０８では、受信ＩＰは、ステップＳ５０４で合算したＳ[ｉ]を２倍し、この値から直交コードの長さＬだけを減算して（２Ｓ[ｉ]−Ｌ）、Ｄ[ｉ]の値を求める。一方、ステップＳ５１０では、受信ＩＰは直交コードの長さＬからステップＳ５０４で合算したＳ[ｉ]を２倍した値を減算して（Ｌ‐２Ｓ[ｉ]）、Ｄ[ｉ]の値を求める。

次に、ステップＳ５１２において、受信ＩＰは、ステップＳ５０８またはステップＳ５１０で伝送されたデータの平均値を求めることによって、送信ＩＰが伝送したデータを取得することになる。図５に示した受信ＩＰでの動作は、スイッチの出力ポートで行うことができる。
以下、具体的な例をあげて、本実施形態についてさらに詳しく説明する。

（実施例）
ここで、ＩＰ１がＩＰ２に伝送しようとするデータを“１０”と仮定する。また、ＩＰ３がＩＰ４に伝送しようとするデータを“１１”と仮定する。送信ＩＰ１は、データ“１０”を伝送するために受信ＩＰ２に割り当てられた直交コードを用いてデータ“１０”を拡散する。受信ＩＰ２に割り当てられた直交コードは“０１１０ １００１”である。従って、送信ＩＰ１は、“１００１ ０１１０ ０１１０ １００１”という拡散データを生成する。

一方、送信ＩＰ３は、データ“１１”を伝送するために受信ＩＰ４に割り当てられた直交コードを用いてデータ“１１”を拡散する。このときの受信ＩＰ４に割り当てられた直交コードは“０１０１ １０１０”である。従って、送信ＩＰ３は“１０１０ ０１０１ １０１０ ０１０１”という拡散データを生成する。送信ＩＰ１と受信ＩＰ３は、それぞれ生成したデータをスイッチに伝送する。
なお、上述の変調動作は、送信側のＩＰ１とＩＰ３では行わずに、スイッチの入力ポートで行うこともできる。

受信側のＩＰ２とＩＰ４は、送信側のＩＰ１とＩＰ３が伝送したデータを、コード別に合算し受信する。つまり、ＩＰ２とＩＰ４が受信するデータであるＳ[ｉ]（ｉはコードワード）は、“１００１ ０１１０ ０１１０ １００１”と“１０１０ ０１０１ １０１０ ０１０１”を合算した“２０１１ ０２１１ １１２０ １１０２”を受信する。ここで、受信側のＩＰ２とＩＰ４はそれぞれ、受信したデータＳ[ｉ]を２倍する。つまり、“４０２２ ０４２２ ２２４０ ２２０４”である。

受信側のＩＰ２とＩＰ４は、自分に割り当てられた直交コードのコードワードが“０”である場合、ステップＳ５０８を実行し、自分に割り当てられた直交コードのコードワードが“１”である場合は、ステップＳ５１０を実行する。
表２は受信ＩＰ２で行われる動作を示し、表３は受信ＩＰ４で行われる動作を示している。

受信ＩＰ２は、表２で生成したＤ[ｉ]の値を合算し、これを直交コードの長さＬで割って平均を求める。つまり、ＩＰ２は“−４８６−６８−４−６６”の平均である“１”を求め、“−６６４−８６−６−８４”の平均である“−１”を求める。平均が“１”である場合に送信データを“１”に、平均が“−１”である場合に送信データを“０”に仮定すると、受信ＩＰ２は送信ＩＰ１が伝送したデータ“１０”を取得することになる。

受信ＩＰ４は、表３で生成したＤ[ｉ]を、直交コード長さ単位に合算して平均を求める。つまり、ＩＰ２は“−４８−６６８−４６−６”の平均である“１”を求め、“−６６−４８６−６８−４”の平均である“１”を求める。平均が“１”である場合に送信データを“１”に、平均が“−１”である場合に送信データを“０”と仮定すると、受信ＩＰ４は送信ＩＰ３が伝送したデータ“１１”を取得することになる。
なお、上述の復調動作は、受信側のＩＰ２とＩＰ４では行わずに、スイッチの出力ポートで行うこともできる。

本実施形態においては、２つのＩＰのみがデータを伝送する例を用いて説明しているが、本発明に係るデータ変復調方法は、ワンチップシステムを構成するＩＰすべてにおいてデータを伝送する場合に同様に適用可能である。もちろん、ワンチップシステムを構成するＩＰの数が増加するほど、ＩＰに割り当てられる直交コードの長さも増加する。

図３ないし図５は、ワンチップシステムを構成するＩＰとスイッチにおいて行われる動作について説明したが、本発明に係るデータ変復調方法はこれに限定されるものではない。つまり、ハイとローといった２つの表現方法でデータを送受信するシステムは、本願発明で提案している技術的な思想に基づいてデータを送信することができる。

以上、図面に基づいて本発明の実施形態を説明してきたが、本発明の保護範囲は、前述の実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

従来の通信システムにおけるデータを変復調する過程を示す図である。 図２は、従来の通信システムを構成している送信ノードと受信ノードの各段階において処理される信号の波形を示す。 図３は、本発明の実施形態に係るワンチップシステムを構成するＩＰを含む通信システムを示す図である。 本発明の実施形態に係る送信側ＩＰで行われる動作を示す図である。 本発明の実施形態に係る受信側ＩＰで行われる動作を示す図である。

Claims (13)

1. ハイ（ｈｉｇｈ）とロー（ｌｏｗ）のいずれかで表わされるデータを変調する１つ以上の送信端と、前記送信端が伝送したデータを復調する１つ以上の受信端から構成された通信システムにおいて、
   固有の直交コードにより拡散された少なくとも１つのコードワードから構成された少なくとも１つのデータを受信し、前記受信したデータをコードワード単位に合算するステップと、
   直交コードを構成するコードワードが「０」の場合に、前記合算したコードワードを２倍した値から前記直交コードの長さを減算し、直交コードを構成するコードワードが「１」の場合に、前記直交コードの長さから前記合算したコードワードを２倍した値を減算するステップと、
   前記減算した値を直交コードの長さ単位で割って得る平均値を抽出するステップと、
   を含むことを特徴とするデータ変復調方法。
2. 前記送信端は受信端に割り当てられた直交コードを用いて前記データを変調し伝送することを特徴とする請求項１に記載のデータ変復調方法。
3. 前記受信端は、ウォルッシュコードのうち、０番を除いた残りのウォルッシュコードの１つを割り当てられることを特徴とする請求項２に記載のデータ変復調方法。
4. 前記通信システムは少なくとも２つの知能素子とスイッチから構成されるワンチップシステムであることを特徴とする請求項１に記載のデータ変復調方法。
5. 前記知能素子は、ウォルッシュコードのうち、０番を除いた残りのウォルッシュコードの１つを割り当てられる際に、他の知能素子に割り当てられるウォルッシュコードと重なり合わないように割り当てられることを特徴とする請求項４に記載のデータ変復調方法。
6. 前記データを変調する過程は、前記データを伝送する知能素子において行われることを特徴とする請求項５に記載のデータ変復調方法。
7. 前記データを変調する過程は、前記データを伝送する知能素子と接続された前記スイッチの入力ポートにおいて行われることを特徴とする請求項５に記載のデータ変復調方法。
8. 前記データを復調する過程は、前記データを受信する知能素子にて行われることを特徴とする請求項５に記載のデータ変復調方法。
9. 前記データを復調する過程は、前記データを伝送する知能素子に接続する前記スイッチの出力ポートにおいて行われることを特徴とする請求項５に記載のデータ変復調方法。
10. 前記ハイを「１」で表し、前記ローを「０」で表すことを特徴とする請求項１に記載のデータ変復調方法。
11. ワンチップシステムを構成する知能素子（Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ：ＩＰ）間で、ハイ（ｈｉｇｈ）とロー（ｌｏｗ）のいずれかで表されるデータを変復調する通信システムにおいて、
    受信ＩＰは各ＩＰに割り当てられた長さＬの直交コードを格納するステップと、
    前記受信ＩＰは少なくとも１つのデータを受信するステップと、
    前記受信ＩＰは受信したデータをコードワード単位（ワード単位）に合算してＳ[ｉ]の値を取得するステップと、
    前記受信ＩＰは直交コードを構成するコードワードが「０」であるか否かを判断するステップと、
    前記コードワードが「０」の場合は、前記合算したＳ[ｉ]の値を２倍した後、直交コードの長さＬを減算し（２Ｓ[ｉ]-Ｌ）、コードワードが「１」の場合は、前記直交コードの長さＬから前記合算したＳ[ｉ]の値を２倍した値を減算（Ｌ−２Ｓ[ｉ]）するステップと、
    を含むことを特徴とするデータ変復調方法。
12. 前記通信システムは、少なくとも２つの知能素子とスイッチとから構成されたワンチップシステムであることを特徴とする請求項１１に記載のデータ変復調方法。
13. 送信ＩＰは各ＩＰに割り当てられた長さＬの直交コードを格納するステップと、
    前記送信ＩＰからデータを生成するステップと、
    前記生成したデータを伝送するＩＰに割り当てられた直交コードを用いて前記データを拡散するステップと、
    前記送信ＩＰにおいて拡散したデータをスイッチに伝送するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１２に記載のデータ変復調方法。
    

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