JP5532900B2 - Information transmission device using sound - Google Patents

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この発明は、主として音響を用いて符号を伝送する情報伝送装置に関する。   The present invention relates to an information transmission apparatus that mainly transmits codes using sound.

音響を用いて情報を伝送する場合、情報を拡散符号で拡散変調して音響として放音することが考えられる。   When transmitting information using sound, it is conceivable that information is spread-modulated with a spreading code and emitted as sound.

このような技術は従来提案されておらず、音響を伝送媒体に利用する符号伝送技術としては、特許文献1、2に示すようなものがあった。特許文献1の方式は、可聴音帯域の搬送波をベースバンド信号で変調し、この変調信号にマスカー音を付加して聴こえにくくして伝送する方式である。特許文献2の方式は、振幅変調を用いて音声信号に電子透かしを埋め込む方式である。   Such a technique has not been proposed in the past, and there have been those shown in Patent Documents 1 and 2 as code transmission techniques that use sound as a transmission medium. The method of Patent Document 1 is a method in which a carrier wave in the audible sound band is modulated with a baseband signal, and a masker sound is added to the modulated signal to transmit it with difficulty in hearing. The method of Patent Document 2 is a method of embedding a digital watermark in an audio signal using amplitude modulation.

特開2007−104598号公報JP 2007-104598 A

特開2006−251676号公報JP 2006-251676 A

情報を拡散変調する場合において、情報の伝送効率を向上しようとすると、拡散符号を多重化して複数の情報を並行して伝送することが考えられる。しかし、音響を用いた拡散変調は電波に比べてチップレートを高くすることができないため、伝送効率を向上するためには拡散符号の周期を長くすることができない。短い周期の拡散符号は自己相関特性が高くなく、多重化した場合にそれぞれの拡散符号の相関特性が悪化し、復調の精度を確保することが困難になるという問題点があった。   In the case of spread modulation of information, in order to improve the transmission efficiency of information, it is conceivable to multiplex spread codes and transmit a plurality of pieces of information in parallel. However, since spread modulation using sound cannot increase the chip rate compared to radio waves, the period of the spread code cannot be increased in order to improve transmission efficiency. A short cycle spread code does not have a high autocorrelation characteristic, and when multiplexed, the correlation characteristic of each spread code deteriorates, making it difficult to ensure the accuracy of demodulation.

この発明は、音響を用いて、多様な情報の効率的な伝送が可能な情報伝送装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an information transmission apparatus capable of efficiently transmitting a variety of information using sound.

請求項1の発明は、相互相関が低く互いの巡回周期が異なる複数の拡散符号を並行して発生し、該複数の拡散符号、および、該複数の拡散符号をそれぞれ位相反転させた複数の拡散符号を出力する拡散符号発生部と、データシンボルを入力するデータシンボル入力部と、前記データシンボル入力部から入力されたデータシンボルに基づいて前記複数の拡散符号および前記位相反転させた複数の拡散符号から1つの拡散符号を選択する拡散変調部と、前記選択された拡散符号を差動符号化する差動符号化部と、前記差動符号化された拡散符号を音響として出力する音響出力部と、を備えたことを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, a plurality of spreading codes having low cross-correlation and different cyclic periods are generated in parallel, and the plurality of spreading codes and the plurality of spreading codes obtained by inverting the phases of the plurality of spreading codes, respectively. A spread code generator for outputting codes; a data symbol input for inputting data symbols; and the plurality of spread codes and the plurality of spread codes obtained by inverting the phases based on the data symbols input from the data symbol input A spread modulation unit that selects one spread code from the above, a differential coding unit that differentially codes the selected spread code, and an acoustic output unit that outputs the spread code that has been differentially coded as sound , Provided.

請求項の発明は、前記差動符号化部と前記音響出力部との間に、記拡散符号をアップサンプリングするアップサンプリング部、前記拡散符号をキャリア信号と乗算して周波数シフトする周波数シフト部、さらに備えたことを特徴とする。 The invention of claim 2, wherein the differential encoding unit and between the sound output unit, up-sampling section that up-samples the previous SL spreading code, frequency shift for frequency shifting said spreading code by multiplying the carrier signal parts, and further comprising a.

請求項の発明は、前記周波数シフト部は、音響信号の高音部まで拡散符号の周波数をシフトし、前記音響出力部は、他の音響信号を入力し、該他の音響信号の高音域をカットするローパスフィルタと、該ローパスフィルタで高音域をカットされた他の音響信号と、前記周波数シフトされた拡散符号とを加算合成する加算器と、を備えていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the frequency shift unit shifts the frequency of the spread code to the high frequency part of the acoustic signal, the acoustic output unit inputs another acoustic signal, and the high frequency range of the other acoustic signal is reduced. A low-pass filter for cutting, and an adder that adds and synthesizes another acoustic signal whose high-frequency range has been cut by the low-pass filter and the frequency-shifted spread code are provided.

この発明では、送信するデータシンボルに応じた拡散符号を選択して音響出力することにより、データシンボルを伝送する。拡散符号を複数準備することにより、拡散符号の1周期当たりに多様なデータシンボルの伝送が可能になる。またさらに、拡散符号の位相をシフト(たとえば位相反転)することにより、より多様なデータシンボルの伝送が可能になる。   In the present invention, a data symbol is transmitted by selecting a spreading code corresponding to the data symbol to be transmitted and outputting it acoustically. By preparing a plurality of spreading codes, various data symbols can be transmitted per cycle of the spreading code. Furthermore, by shifting the phase of the spread code (for example, phase inversion), more various data symbols can be transmitted.

この発明によれば、音響を用いてデータシンボルを伝送する場合において、複数の拡散符号を用いることにより、多様なデータシンボルの伝送が可能になる。   According to the present invention, when data symbols are transmitted using sound, various data symbols can be transmitted by using a plurality of spreading codes.

この発明が適用される音響通信システムの送信装置、受信装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the transmitter of an acoustic communication system with which this invention is applied, and a receiver 前記送信装置のデータ重畳部の構成を示す図The figure which shows the structure of the data superimposition part of the said transmitter. 送信装置の変調部および差動符号化部の構成を示す図The figure which shows the structure of the modulation | alteration part of a transmission apparatus, and a differential encoding part. 拡散処理および差動符号化の波形例を示す図Diagram showing examples of spreading and differential encoding waveforms 前記受信装置の復調部の構成を示す図The figure which shows the structure of the demodulation part of the said receiver 受信装置の符号判定部の判定ルールを示す図The figure which shows the determination rule of the code | symbol determination part of a receiver

図面を参照してこの発明の実施形態である音響通信方式および音響通信システムについて説明する。   An acoustic communication system and an acoustic communication system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

≪音響通信システム≫
図1は、この発明の実施形態である音響通信システムの構成を示す図である。この音響通信システムは、送信装置1、受信装置2で構成される。
≪Acoustic communication system≫
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an acoustic communication system according to an embodiment of the present invention. This acoustic communication system includes a transmission device 1 and a reception device 2.

送信装置1は、データ重畳部10、アナログ回路部11およびスピーカ12を有している。データ重畳部10はデータ符号Dを拡散処理して音響信号Sの高音域に重畳する回路部である。データ重畳部10の構成および動作の詳細は後述する。   The transmission device 1 includes a data superimposing unit 10, an analog circuit unit 11, and a speaker 12. The data superimposing unit 10 is a circuit unit that performs a diffusion process on the data code D to superimpose the data code D on the high frequency range of the acoustic signal S. Details of the configuration and operation of the data superimposing unit 10 will be described later.

アナログ回路部11は、D/Aコンバータおよびオーディオアンプを含み、データ重畳部10から出力されたデジタルの合成信号をアナログ信号に変換し、増幅してスピーカ12に供給する。スピーカ12は、アナログ回路部11から入力された合成信号を音響として放音する。放音された合成信号音は空間を伝搬して受信装置2のマイク22へ到達する。   The analog circuit unit 11 includes a D / A converter and an audio amplifier. The analog circuit unit 11 converts the digital composite signal output from the data superimposing unit 10 into an analog signal, amplifies the signal, and supplies the analog signal to the speaker 12. The speaker 12 emits the synthesized signal input from the analog circuit unit 11 as sound. The emitted synthesized signal sound propagates through the space and reaches the microphone 22 of the receiving device 2.

受信装置2は、マイク22、アナログ回路部23、復調部21を有している。アナログ回路部23は、マイク22が収音した音声信号を増幅するアンプ、オーディオ信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータを有している。復調部21は、収音した音声信号に含まれている拡散信号を検出し、その拡散信号に重畳されているデータ符号Dを復調する回路部である。復調部21の構成および動作の詳細は後述する。   The receiving device 2 includes a microphone 22, an analog circuit unit 23, and a demodulation unit 21. The analog circuit unit 23 includes an amplifier that amplifies the audio signal picked up by the microphone 22 and an A / D converter that converts the audio signal into a digital signal. The demodulation unit 21 is a circuit unit that detects a spread signal included in the collected audio signal and demodulates the data code D superimposed on the spread signal. Details of the configuration and operation of the demodulator 21 will be described later.

≪データ重畳部≫
図2は、送信装置1のデータ重畳部10の構成例を示す図である。音響信号入力部31から入力された音響信号S(音楽、音声など)は、LPF32によって高域がカットされる。LPF32のカットオフ周波数は、聴感と変調信号に割り当てる帯域幅に基づいて決定される。カットオフ周波数を低くしすぎると音響信号Sの音質が劣化する。同時に、低いカットオフ周波数に合わせて変調信号の帯域周波数を下げると、変調信号が聴取者の聴感上耳に付きやすくなる。逆に、LPF32のカットオフ周波数を高くしすぎると、変調信号の帯域を広くすることができず、データ符号の伝送品質が低下する。したがって、LPF32のカットオフ周波数は、LPF32を通過させた音響信号の聴感評価および要求される変調信号の帯域幅等を考慮して決定される。
≪Data superimposition part≫
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the data superimposing unit 10 of the transmission device 1. The acoustic signal S (music, voice, etc.) input from the acoustic signal input unit 31 is cut off at high frequencies by the LPF 32. The cut-off frequency of the LPF 32 is determined based on the audibility and the bandwidth allocated to the modulation signal. If the cut-off frequency is too low, the sound quality of the acoustic signal S deteriorates. At the same time, if the band frequency of the modulation signal is lowered in accordance with the low cut-off frequency, the modulation signal is likely to be attached to the ear for the listener's sense of hearing. Conversely, if the cut-off frequency of the LPF 32 is too high, the modulation signal band cannot be widened, and the transmission quality of the data code is lowered. Therefore, the cutoff frequency of the LPF 32 is determined in consideration of the audibility evaluation of the acoustic signal that has passed through the LPF 32, the required bandwidth of the modulation signal, and the like.

LPF38で高域をカットされた音響信号Sはゲイン調整部33によって利得が調整される。利得が調整された音響信号Sは加算器34に入力される。なお、入力された音響信号が中低音帯域のみ周波数成分を有し、高音帯域に成分が存在しないような信号の場合には、LPF32は省略してもよい。   The gain of the acoustic signal S whose high frequency is cut by the LPF 38 is adjusted by the gain adjusting unit 33. The acoustic signal S whose gain has been adjusted is input to the adder 34. Note that the LPF 32 may be omitted when the input acoustic signal has a frequency component only in the mid-low range and no component exists in the high range.

データ符号入力部35はデータ符号Dを読み込んで変調部37に入力する。拡散符号発生部36は2種類の拡散符号を並行且つ同期させて発生し、変調部37に入力する。拡散符号としては、M系列等の一定の巡回周期を持つ擬似乱数符号列が用いられる。2つの疑似乱数符号列は、相互相関が低い組み合わせが選択される。データ符号入力部35は、拡散符号の1巡回周期ごとに2シンボルのデータ符号Dを変調部37に入力する。   The data code input unit 35 reads the data code D and inputs it to the modulation unit 37. The spread code generating unit 36 generates two types of spread codes in parallel and in synchronization, and inputs them to the modulation unit 37. As the spreading code, a pseudo-random code string having a fixed cyclic period such as an M series is used. A combination having a low cross-correlation is selected for the two pseudo-random code sequences. The data code input unit 35 inputs a 2-symbol data code D to the modulation unit 37 for each cyclic period of the spread code.

変調部37は、入力された2シンボルのデータ符号Dに基づき、2つの拡散符号(拡散符号A,拡散符号B)のいずれかを選択し、その選択した拡散符号の位相を決定する拡散処理を行う。   The modulation unit 37 selects one of two spreading codes (spreading code A and spreading code B) based on the input two-symbol data code D, and performs a spreading process for determining the phase of the selected spreading code. Do.

図3(A)は変調部37の構成を示す図である。図3(B)は変調部37のセレクタ70の選択ルールを示す図である。変調部37は、拡散符号Aの位相を反転させるインバータ71A、拡散符号Bの位相を反転させるインバータ71B、および、データ符号Dに基づいて拡散符号を選択するセレクタ70を備えている。セレクタ70は、入力された2シンボルのデータ符号に基づいて正位相の拡散符号A(A)、反転された拡散符号A(barA)、正位相の拡散符号B(B)および反転された拡散符号B(barB)のいずれかを選択して出力する。2ビットの送信シンボルに基づく拡散符号の選択ルールは図3(B)に示すとおりである。これにより、1周期の拡散符号で2ビットのデータを表現することが可能になる。   FIG. 3A shows a configuration of the modulation unit 37. FIG. 3B is a diagram illustrating a selection rule of the selector 70 of the modulation unit 37. The modulation unit 37 includes an inverter 71A that inverts the phase of the spreading code A, an inverter 71B that inverts the phase of the spreading code B, and a selector 70 that selects the spreading code based on the data code D. Based on the input two-symbol data code, the selector 70 has a positive phase spreading code A (A), an inverted spreading code A (barA), a positive phase spreading code B (B), and an inverted spreading code. Select one of B (barB) and output. A spreading code selection rule based on a 2-bit transmission symbol is as shown in FIG. As a result, 2-bit data can be expressed by a one-cycle spreading code.

変調部37により2ビットずつのデータ符号Dに基づいて選択・変調(以下、単に変調と呼ぶ。)された拡散符号MPNは、差動符号化部38によって差動符号DMPNに変換される。差動符号化処理は、拡散符号の各チップの値をその絶対値から前チップからの変化を表す値に置き換える処理である。この差動符号化により、受信側において、送信側に正確に同期したクロックが無くても、遅延検波を用いて高精度にシンボルを復調することができる。   The spread code MPN selected and modulated (hereinafter simply referred to as modulation) based on the 2-bit data code D by the modulation unit 37 is converted into a differential code DMPN by the differential encoding unit 38. The differential encoding process is a process of replacing the value of each chip of the spread code with a value representing a change from the previous chip from its absolute value. By this differential encoding, the symbol can be demodulated with high accuracy using delay detection even if there is no clock that is accurately synchronized with the transmission side on the reception side.

図3(C)は差動符号化部38の例を示す図である。差動符号化部38は、拡散符号MPNが一方の入力端子に入力されるXOR回路45と、XOR回路45の出力を1チップ遅延してXOR回路45の他方の入力端子に戻す1チップ遅延回路46で構成されている。XOR回路45の出力を1チップ遅延してフィードバックすることにより、XOR回路45は、入力された拡散符号MPNとXOR回路45の1クロック前の出力との比較結果を差動符号DMPNとして出力する。すなわち、拡散符号MPNの各チップの絶対値が、差動符号DMPNでは、直前の差動符号DMPNのチップとの位相変化の有無に置き換えられる。これにより、受信側において、連続する2チップを比較することにより拡散符号MPNを復元することができる。   FIG. 3C is a diagram illustrating an example of the differential encoding unit 38. The differential encoding unit 38 includes an XOR circuit 45 to which the spread code MPN is input to one input terminal, and a one-chip delay circuit that delays the output of the XOR circuit 45 by one chip and returns it to the other input terminal of the XOR circuit 45 46. By feeding back the output of the XOR circuit 45 with a delay of one chip, the XOR circuit 45 outputs the comparison result between the input spread code MPN and the output of the XOR circuit 45 one clock before as a differential code DMPN. That is, in the differential code DMPN, the absolute value of each chip of the spread code MPN is replaced with the presence or absence of a phase change from the chip of the immediately preceding differential code DMPN. As a result, the spread code MPN can be restored on the receiving side by comparing two consecutive chips.

図4に、上記データ符号D、拡散符号PN,MPN,DMPNの波形例を示す。同図(A)が拡散符号発生部36が発生した拡散符号PNである。同図(B)がデータ符号入力部35によって入力されたデータ符号Dである。同図(C)がデータ符号Dで巡回周期ごとに位相変調された拡散符号MPNである。同図に示すデータ符号列Dは“10”であるため、拡散符号MPNの1周期目は位相が正転、2周期目は位相が反転している。同図(D)は変調された拡散符号MPNを差動符号化した符号列(差動符号)DMPNである。この符号列は、拡散符号MPNの各チップの値と直前のチップの差動符号DMPNの値との比較結果(排他的論理和)による値である。なお、差動符号DMPNは、−1,1の2値の信号に変換される。   FIG. 4 shows waveform examples of the data code D, the spread codes PN, MPN, and DMPN. FIG. 4A shows the spread code PN generated by the spread code generator 36. FIG. 5B shows the data code D input by the data code input unit 35. FIG. 5C shows a spread code MPN that is phase-modulated by the data code D for each cyclic period. Since the data code string D shown in the figure is “10”, the phase is normal in the first period of the spread code MPN, and the phase is inverted in the second period. FIG. 4D shows a code string (differential code) DMPN obtained by differentially encoding the modulated spread code MPN. This code string is a value based on a comparison result (exclusive OR) between the value of each chip of the spreading code MPN and the value of the differential code DMPN of the immediately preceding chip. The differential code DMPN is converted into a binary signal of -1,1.

2値信号化された差動符号DMPNは、アップサンプリング部39に入力される。アップサンプリング部39は、入力された符号列をアップサンプリングする。拡散符号発生部36が発生した拡散符号PNのチップレートとこのアップサンプリング部39におけるアップサンプリング率により、送信(放音)される拡散符号のチップレートおよび帯域幅が決定される。   The differential code DMPN converted into a binary signal is input to the upsampling unit 39. The upsampling unit 39 upsamples the input code string. Based on the chip rate of the spread code PN generated by the spread code generation unit 36 and the upsampling rate in the upsampling unit 39, the chip rate and bandwidth of the spread code to be transmitted (sound emission) are determined.

図2にもどって、アップサンプリング処理された信号(差動符号DMPN)は、LPF40に入力される。LPF40は、チップ間干渉を抑制しつつベースバンド信号の帯域を制限するフィルタでありナイキストフィルタと呼ばれるものである。ナイキストフィルタは、インパルス応答がシンボル・レートでリングする(0を通過する)特性を有するフィルタであり、一般的にコサイン・ロールオフ・フィルタと呼ばれるFIRフィルタで構成される。フィルタの次数、ロールオフ率α等は、適用する条件等に応じて決定される。   Returning to FIG. 2, the upsampled signal (differential code DMPN) is input to the LPF 40. The LPF 40 is a filter that limits the band of the baseband signal while suppressing inter-chip interference, and is called a Nyquist filter. The Nyquist filter is a filter having a characteristic that an impulse response rings at a symbol rate (passes through 0), and is configured by an FIR filter generally called a cosine roll-off filter. The order of the filter, the roll-off rate α, etc. are determined according to the conditions to be applied.

なお、この実施形態では、受信側においてもLPF54(図5参照)でフィルタリングを行うため、このLPF40と受信側のLPF54で完全なナイキストフィルタとなるように、それぞれが、ルートレイズド・コサイン・ロールオフ・フィルタで構成される。   In this embodiment, since filtering is also performed by the LPF 54 (see FIG. 5) on the reception side, each of the root raised cosine roll-off is set so that the LPF 40 and the LPF 54 on the reception side become a complete Nyquist filter. -Consists of filters.

LPF40によって帯域制限、波形整形された信号は乗算器42においてキャリア(搬送波)信号と乗算され、高域へ周波数シフトされる。キャリア信号発生部41が発生するキャリア信号の周波数は任意であるが、周波数シフトされた拡散符号の帯域がLPF32のカットオフ周波数以上で、スピーカ、マイク等の音響機器の可動周波数帯域、および、信号圧縮を含むデジタル信号処理部(CODEC)の符号化周波数帯域の範囲に納まるように設定する。   The signal subjected to band limitation and waveform shaping by the LPF 40 is multiplied by a carrier signal in the multiplier 42 and is frequency-shifted to a high frequency. The frequency of the carrier signal generated by the carrier signal generation unit 41 is arbitrary, but the band of the spread code whose frequency is shifted is equal to or higher than the cutoff frequency of the LPF 32, the movable frequency band of an acoustic device such as a speaker and a microphone, and the signal The digital signal processing unit (CODEC) including compression is set to fall within the range of the coding frequency band.

高域へ周波数シフトされた変調信号MDMPNはゲイン調整部43によってゲイン調整される。ゲイン調整された変調信号MDMPNは加算器34で音響信号Sと加算合成される。この合成信号が外部に出力される。ゲイン調整部43のゲインは、適用する環境やシステムで許される放音音圧レベル、要求される伝播距離、聴感評価等に基づいて決定される。なお、ゲイン調整部43のゲインを、LPF32から出力される音響信号Sのレベルに応じて適応的に制御してもよい。例えば、音響信号Sのレベルが大きい場合には、マスキング効果が期待できるので変調信号MDMPNのレベルも上げて雑音に対する利得を上げ、音響信号Sのレベルが小さい場合には、音響信号Sの聴感が悪化しないように変調信号MDMPNのレベルを下げると言う制御をすることも可能である。   The gain adjustment unit 43 adjusts the gain of the modulation signal MDMPN shifted to the high frequency range. The gain-modulated modulation signal MDMPN is added and synthesized by the adder 34 with the acoustic signal S. This synthesized signal is output to the outside. The gain of the gain adjusting unit 43 is determined based on the sound output sound pressure level allowed in the environment to be applied and the system, the required propagation distance, the audibility evaluation, and the like. Note that the gain of the gain adjusting unit 43 may be adaptively controlled according to the level of the acoustic signal S output from the LPF 32. For example, since the masking effect can be expected when the level of the acoustic signal S is high, the level of the modulation signal MDMPN is also increased to increase the gain against noise, and when the level of the acoustic signal S is small, the acoustic signal S is audible. It is also possible to control to lower the level of the modulation signal MDMPN so as not to deteriorate.

≪復調部≫
図5は、受信装置2の復調部21の構成例を示す図である。復調部21には、マイク22で収音され、アナログ回路部23でA/D変換された合成信号が入力される。入力された合成信号は、HPF51に入力される。HPF51は合成信号から音響信号成分を除去し、キャリア信号で周波数シフトされた拡散信号成分MDMPNを取り出すためのフィルタである。HPF51のカットオフ周波数は、変調信号帯域の下限周波数に設定される。HPF51によって抽出された変調信号MDMPNは、遅延器52および乗算器53に入力される。遅延器52の遅延時間は、拡散符号の1チップ分の時間に設定される。送信側において拡散符号がN倍にアップサンプリングされている場合、遅延器52の遅延時間によりアップサンプリングされたNチップの符号列が遅延される。乗算器53は、HPF53の1チップ分のサンプルと、遅延器52の1チップ分のサンプルとを乗算する。この処理が上述した遅延検波処理である。この遅延検波処理によって、差動符号化された信号MDMPNが、元の拡散符号MPNを含む信号に変換される。このように、送信側に差動符号化処理、受信側に遅延検波を採用することにより、受信側において、復調時にキャリア信号を再生せずに符号列を復調することが可能になる。
≪Demodulation part≫
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the demodulation unit 21 of the reception device 2. The demodulating unit 21 receives a composite signal collected by the microphone 22 and A / D converted by the analog circuit unit 23. The input composite signal is input to the HPF 51. The HPF 51 is a filter for removing the acoustic signal component from the synthesized signal and extracting the spread signal component MDMPN frequency-shifted by the carrier signal. The cutoff frequency of the HPF 51 is set to the lower limit frequency of the modulation signal band. The modulation signal MDMPN extracted by the HPF 51 is input to the delay unit 52 and the multiplier 53. The delay time of the delay unit 52 is set to a time corresponding to one chip of the spread code. When the spreading code is up-sampled N times on the transmission side, the up-sampled N-chip code string is delayed by the delay time of the delay unit 52. The multiplier 53 multiplies the sample for one chip of the HPF 53 by the sample for one chip of the delay unit 52. This process is the above-described delay detection process. By this delay detection processing, the differentially encoded signal MDMPN is converted into a signal including the original spreading code MPN. Thus, by employing differential encoding processing on the transmission side and delay detection on the reception side, it is possible to demodulate the code string on the reception side without reproducing the carrier signal during demodulation.

乗算器53の乗算出力は、LPF54に入力される。LPF54は、キャリア成分をフィルタリングしてベースバンド信号を抽出するとともに、余計な雑音をフィルタリングしてSN比を向上させるためのフィルタであり、送信側で使用したLPF(ナイキストフィルタ)40と同様の特性のものである。なお、上述したように、変調部のLPF40とこのLPF54とを合わせて完全なナイキストフィルタ特性となるようにそれぞれルート特性のフィルタとされている。   The multiplication output of the multiplier 53 is input to the LPF 54. The LPF 54 is a filter for filtering a carrier component to extract a baseband signal and filtering extra noise to improve an S / N ratio, and has the same characteristics as the LPF (Nyquist filter) 40 used on the transmission side. belongs to. As described above, the LPF 40 of the modulation unit and the LPF 54 are combined with each other to have a complete Nyquist filter characteristic.

LPF54の出力は、2つの整合フィルタ55A,Bへ入力される。整合フィルタ55A,Bは、送信側の拡散符号発生部36が発生した拡散符号の1周期と同じ長さのフィルタである。整合フィルタ55Aは、送信側の拡散符号発生部36Aが発生した拡散符号AをN倍にアップサンプリングした符号列を係数に持つFIRフィルタで構成される。整合フィルタ55Bは、送信側の拡散符号発生部36Bが発生した拡散符号BをN倍にアップサンプリングした符号列を係数に持つFIRフィルタで構成される。すなわち、整合フィルタ55A,Bのフィルタ係数列は、拡散符号A,Bの各チップをN回ずつ繰り返したものである。   The output of the LPF 54 is input to the two matched filters 55A and 55B. The matched filters 55A and 55B are filters having the same length as one period of the spread code generated by the spread code generator 36 on the transmission side. The matched filter 55A is configured by an FIR filter having as a coefficient a code string obtained by up-sampling the spreading code A generated by the spreading code generator 36A on the transmission side by N times. The matched filter 55B is configured by an FIR filter having as a coefficient a code string obtained by up-sampling the spread code B generated by the spread code generation unit 36B on the transmission side by N times. That is, the filter coefficient sequence of the matched filters 55A and B is obtained by repeating each chip of the spread codes A and B N times.

整合フィルタ55A,Bは、LPF54の出力波形と拡散符号A,Bとの畳み込み演算を実行し、それらの相関値を出力する。伝送路で受けた妨害や雑音は、拡散符号とは相関が低いため、整合フィルタが出力する相関値に大きな影響を与えない。   The matched filters 55A and 55B perform a convolution operation between the output waveform of the LPF 54 and the spread codes A and B, and output a correlation value thereof. Since the interference and noise received on the transmission line have a low correlation with the spread code, the correlation value output from the matched filter is not greatly affected.

整合フィルタ55Aは、拡散符号AまたはbarAが入力されたとき、その符号列が整合したタイミングで強い相関ピークを出力する。拡散符号Aが入力された場合には正のピークが現れ、拡散符号barAが入力された場合には負のピークが現れる。また、整合フィルタ55Bは、拡散符号BまたはbarBが入力されたとき、その符号列が整合したタイミングで強い相関ピークを出力する。拡散符号Bが入力された場合には正のピークが現れ、拡散符号barBが入力された場合には負のピークが現れる。拡散符号Aと拡散符号Bとは相互相関が低いため、整合フィルタ55Aは拡散符号Bに反応せず、整合フィルタ55Bは拡散符号Aに反応しない。   When the spreading code A or barA is input, the matched filter 55A outputs a strong correlation peak at the timing when the code string is matched. A positive peak appears when the spreading code A is input, and a negative peak appears when the spreading code barA is input. Further, when the spreading code B or barB is input, the matched filter 55B outputs a strong correlation peak at the timing when the code string is matched. A positive peak appears when the spreading code B is input, and a negative peak appears when the spreading code barB is input. Since the spread code A and the spread code B have low cross-correlation, the matched filter 55A does not react to the spread code B, and the matched filter 55B does not react to the spread code A.

整合フィルタ55A,Bの出力は、符号判定部56へ入力される。符号判定部56は、整合フィルタ55A,Bの出力から正負の大きなピークを検出し、どちらのフィルタにピークが現れたか、および、そのピークの正負に基づいて2ビットのデータシンボルを判定する。その判定ルールは図6に示すとおりである。すなわち、整合フィルタ55Aに正のピークが現れた場合には“00”、整合フィルタ55Aに負のピークが現れた場合には“01”、整合フィルタ55Bに正のピークが現れた場合には“10”、整合フィルタ55Bに負のピークが現れた場合には“11”とする。これにより、拡散符号1周期で2ビットのデータ符号を復調することができる。符号判定部56は復号したデータ符号Dを出力する。   Outputs of the matched filters 55A and 55B are input to the code determination unit 56. The sign determination unit 56 detects a large positive / negative peak from the outputs of the matched filters 55A and 55B, and determines a 2-bit data symbol based on which filter has a peak and the positive / negative of the peak. The determination rule is as shown in FIG. That is, “00” is displayed when a positive peak appears in the matched filter 55A, “01” when a negative peak appears in the matched filter 55A, and “01” when a positive peak appears in the matched filter 55B. 10 ”, and“ 11 ”when a negative peak appears in the matched filter 55B. As a result, a 2-bit data code can be demodulated in one cycle of the spreading code. The code determination unit 56 outputs the decoded data code D.

以上のような構成によって、聴感上少ない違和感で音響信号に符号変調信号を重畳し空間放音伝送しても周波数変動や妨害に対して高い堅牢性を持つ音響伝送システムを、比較的軽い処理負荷で実現することが可能であり、且つ、データ符号の高速な伝送が可能になる。   With the above configuration, an acoustic transmission system that has high robustness against frequency fluctuations and disturbances even when spatially transmitted by superimposing a code modulation signal on the acoustic signal with a little sense of incongruity, has a relatively light processing load. And data code can be transmitted at high speed.

このように、この実施形態では、拡散符号を差動符号化して差動符号列を生成している。差動符号化することにより、受信側に送信側と正確に同期したクロックが無くても、符号列の各チップの符号の反転の有無を用いて元の拡散符号を復調することが可能になる。また、この差動符号化された拡散符号を周波数シフトしている。周波数をシフトすることにより、差動符号の帯域が、ベースバンドから音響として放音・伝送可能な周波数帯域にシフトされる。また、拡散符号を可聴帯域より高域にシフトすることにより、楽音などの音響信号とミキシングして放音することが可能になる。   As described above, in this embodiment, a differential code string is generated by differentially encoding a spread code. By performing differential encoding, it is possible to demodulate the original spreading code using the presence or absence of inversion of the code of each chip of the code string even if the receiving side does not have a clock accurately synchronized with the transmitting side. . Further, the differentially encoded spread code is frequency shifted. By shifting the frequency, the band of the differential code is shifted from the baseband to a frequency band that can be emitted and transmitted as sound. Also, by shifting the spreading code to a higher frequency than the audible band, it is possible to mix and emit sound signals such as musical sounds.

≪尚書き≫
上記実施形態では、エラー訂正符号の付加等については記載していないが、送信装置側でエラー訂正やインターリーブ等を使用した場合には、受信装置側で、受信シンボルに対してそれらの処理を追加すればよい。
≪Read more≫
In the above embodiment, addition of an error correction code or the like is not described, but when error correction or interleaving is used on the transmission device side, those processing is added to the received symbol on the reception device side. do it.

この実施形態では、伝送するデータシンボルとして2ビットのデータ符号を用いているが、伝送するデータシンボルはビットデータに限定されない。   In this embodiment, a 2-bit data code is used as a data symbol to be transmitted, but the data symbol to be transmitted is not limited to bit data.

この実施形態では、2種類の拡散符号から1つを選択し、且つ、その拡散符号を反転することにより、拡散符号の1周期に2ビットのデータ符号を伝送しているが、3種類以上の拡散符号を用いれば、より多ビットのデータ符号の伝送が可能になる。   In this embodiment, by selecting one from two types of spreading codes and inverting the spreading code, a 2-bit data code is transmitted in one cycle of the spreading code. If a spread code is used, transmission of a data code having a larger number of bits becomes possible.

また、拡散符号を反転することなく、多数の拡散符号を準備してそれを選択するようにしてもよい。さらに、拡散符号の位相シフトは反転(180度)に限定されない。   Alternatively, a number of spreading codes may be prepared and selected without inverting the spreading code. Furthermore, the phase shift of the spread code is not limited to inversion (180 degrees).

また、複数の拡散符号はその長さが同一でなくてもよい。異なる長さの拡散符号を複数用いてもよい。   Further, the lengths of the plurality of spreading codes may not be the same. A plurality of spreading codes having different lengths may be used.

なお、上記実施形態では、キャリア信号と差動符号DMPNとの乗算を実数領域の演算で行っているが、ヒルベルト変換によりキャリア信号を複素数に変換し、複素領域での乗算で差動符号DMPNの帯域シフトをしてもよい。   In the above-described embodiment, multiplication of the carrier signal and the differential code DMPN is performed by arithmetic in the real number domain. However, the carrier signal is converted to a complex number by Hilbert transform, and the differential code DMPN is multiplied by multiplication in the complex domain. Band shifting may be performed.

1 受信装置
2 送信装置
10 データ重畳部
21 復調部
36(36A,36B) 拡散符号発生部
37 変調部
55(55A,55B) 整合フィルタ
56 符号判定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reception apparatus 2 Transmission apparatus 10 Data superimposition part 21 Demodulation part 36 (36A, 36B) Spreading code generation part 37 Modulation part 55 (55A, 55B) Matched filter 56 Code determination part

Claims (3)

相互相関が低く互いの巡回周期が異なる複数の拡散符号を並行して発生し、該複数の拡散符号、および、該複数の拡散符号をそれぞれ位相反転させた複数の拡散符号を出力する拡散符号発生部と、
データシンボルを入力するデータシンボル入力部と、
前記データシンボル入力部から入力されたデータシンボルに基づいて前記複数の拡散符号および前記位相反転させた複数の拡散符号から1つの拡散符号を選択する拡散変調部と、
前記選択された拡散符号を差動符号化する差動符号化部と、
前記差動符号化された拡散符号を音響として出力する音響出力部と、
を備えた音響を用いた情報伝送装置。
Spread code generation that generates a plurality of spread codes having low cross-correlation and different cyclic periods in parallel, and outputs the plurality of spread codes and a plurality of spread codes obtained by inverting the phases of the spread codes. And
A data symbol input section for inputting a data symbol;
A spread modulation unit that selects one spread code from the plurality of spread codes and the plurality of spread codes whose phases are inverted based on data symbols input from the data symbol input unit;
A differential encoding unit that differentially encodes the selected spreading code;
An acoustic output unit for outputting the differentially encoded spread code as sound;
An information transmission device using sound provided with.
前記差動符号化部と前記音響出力部との間に、
記拡散符号をアップサンプリングするアップサンプリング部、
前記拡散符号をキャリア信号と乗算して周波数シフトする周波数シフト部、
さらに備えた請求項1記載の音響を用いた情報伝送装置。
Between the differential encoding unit and the acoustic output unit,
Upsampling unit upsampling prior Symbol spreading code,
A frequency shift unit that multiplies the spreading code by a carrier signal to shift the frequency;
Information transmission apparatus using an acoustic according to claim 1, further comprising a.
前記周波数シフト部は、音響信号の高音部まで拡散符号の周波数をシフトし、The frequency shift unit shifts the frequency of the spread code to the treble part of the acoustic signal,
前記音響出力部は、他の音響信号を入力し、該他の音響信号の高音域をカットするローパスフィルタと、該ローパスフィルタで高音域をカットされた他の音響信号と、前記周波数シフトされた拡散符号とを加算合成する加算器と、を備えている請求項2に記載の音響を用いた情報伝送装置。  The acoustic output unit receives another acoustic signal, and a low-pass filter that cuts a high-frequency range of the other acoustic signal; another acoustic signal that has been cut-off by the low-pass filter; and the frequency-shifted The information transmission apparatus using sound according to claim 2, further comprising: an adder that adds and synthesizes the spread code.
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