JP6370254B2 - 送信装置、受信装置および送受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、スペクトラム拡散された信号を処理する送信装置、受信装置および送受信装置に関する。

スペクトル拡散通信技術には、直接拡散（Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）方式と、周波数ホッピング（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｈｏｐｐｉｎｇ）方式と、直接拡散方式および周波数ホッピング方式を組み合わせたハイブリッド方式がある。以下、直接拡散方式をＤＳ方式と称し、周波数ホッピング方式をＦＨ方式と称する。

ＤＳ方式は、伝送する信号のデータレートよりも高速なレートを持つ信号を、伝送する信号に乗算することにより、伝送する信号を広帯域化する方式である。また、ＤＳ方式は、雑音電力密度以下にスペクトル密度を低下させることが可能であり、信号の秘匿が可能である。受信側は、広帯域化に用いた信号系列について既知である必要があり、受信信号と当該既知の系列の相関演算により信号を検波することができる。

ＦＨ方式は、周波数ホッピングパタンに基づいて、搬送波周波数を高速に切り替えることで信号を広帯域化する技術である。また、ＦＨ方式は、周波数ホッピングパタンについて既知の受信者のみが信号を検出できる。

ハイブリッド方式は、ＤＳ方式により拡散された信号の搬送波を周波数ホッピングさせることで実現されている。ハイブリッド方式は、ＤＳ方式およびＦＨ方式を単一で使用するより場合よりも妨害に強く、拡散能力、多元接続能力および多重化能力を向上させることができる。

ＤＳ方式は、第三世代携帯電話およびＧＰＳに採用されている。広帯域に用いる信号は、線形の疑似雑音符号であるため、疑似雑音符号を解読することは容易である。以下、疑似雑音符号をＰＮ（Ｐｓｅｕｄｏ Ｎｏｉｓｅ）符号と称する。

また、ＰＮ符号を非線形暗号により秘匿化する技術は、特許文献１に開示されている。具体的には、特許文献１では、ＰＮ符号を暗号化する手段によって、ＰＮ符号を暗号化して暗号化ＰＮ符号にし、通信信号を拡散する手段によって、暗号化ＰＮ符号を使用して通信信号を拡散する方法が開示されている。

特表２００５−５１０７４７号公報

ところで、送信データを暗号化する構成については、様々な通信システムにおいて実現されているが、解読技術も向上しており、送信データの秘匿性を向上することが求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、送信データの秘匿性を向上することができる送信装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、スペクトラム拡散通信方式によりスペクトラム拡散された信号を送信する送信装置において、ホッピングパタンを生成するホッピングパタン生成器と、前記ホッピングパタンに基づいて送信データを伝送するチャネルを複数のチャネルの中から選択するチャネル選択部と、複数の異なるサブキャリアを生成し、生成した前記複数の異なるサブキャリアを前記複数のチャネルに割り当て、チャネルごとにサブキャリアと送信データとを乗算してサブキャリア変調を行うサブキャリア変調部と、第１ＰＮ符号を生成する第１ＰＮ符号生成器と、前記サブキャリア変調部によりサブキャリア変調を行った送信データに前記第１ＰＮ符号を乗算する乗算器とを備え、前記サブキャリアは、周波数特性が異なる符号系列である。

本発明によれば、送信データの秘匿性を向上することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる送受信装置の構成図 実施の形態１にかかる送信装置の構成図 実施の形態１にかかる受信装置の構成図 実施の形態１にかかる受信装置の構成図 実施の形態２にかかる送信装置の構成図 実施の形態２にかかる受信装置の構成図 実施の形態２にかかる受信装置の構成図 実施の形態３にかかる送信装置の構成図 実施の形態３にかかる受信装置の構成図 実施の形態４にかかる送信装置の構成図 実施の形態４にかかる受信装置の構成図 実施の形態５にかかる送信装置の構成図 実施の形態５にかかる受信装置の構成図 実施の形態６にかかる送信装置の構成図 受信信号が補足されたときの感度を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる送信装置、受信装置および送受信装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる送受信装置１００の構成を示す図である。送受信装置１００は、信号を送信する送信装置２００と、信号を受信する受信装置３００とから構成されている。送受信装置１００は、トランスポンダが例示される。

ここで、送信装置２００の構成について説明する。図２は、実施の形態１にかかる送信装置２００の構成を示す図である。送信装置２００は、スペクトラム拡散通信方式の直接拡散方式（Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）によりスペクトラム拡散された信号を送信する装置である。

送信装置２００は、変調を行うサブキャリア変調部１１と、第１ＰＮ符号であるＰＮ符号を生成する第１ＰＮ符号生成器であるＰＮ符号生成器１２と、サブキャリア変調部１１により変調された送信データにＰＮ符号を乗算する乗算器１３とを備える。さらに、送信装置２００は、ホッピングパタンを生成するホッピングパタン生成器１４と、ローカル信号を生成するローカル信号発生器１５と、周波数変換を行う周波数変換器１６と、デジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１７と、送信信号を出力する送信部１８とを備える。

サブキャリア変調部１１は、周波数特性が異なる符号系列を用いてサブキャリアを生成し、当該サブキャリアと送信データとを乗算して変調を行う。周波数特性が異なる符号系列とは、中心周波数が異なる符号系列である。また、符号系列は、直交符号系列でもよい。直交符号系列は、Ｗａｌｓｈ符号が例示される。また、サブキャリアは、正弦波であるが、正弦波の代替でバイナリオフセットキャリアを用いてもよい。

また、サブキャリア変調部１１は、ホッピングパタンに基づいた周波数のサブキャリアを生成するサブキャリア生成器１９と、周波数変換を行う周波数変換器２０とを備える。周波数変換器２０は、送信データとサブキャリアとを乗算し、送信データの変調を行う。以下、周波数変換器２０により変調された送信データを送信信号と称する。

ホッピングパタン生成器１４は、サブキャリア生成器１９のサブキャリア周波数をホッピングさせるための系列であるホッピングパタンを生成する。ホッピングパタンには、長周期符号または暗号化の信号処理を用いた非線形符号が用いられる。

ＰＮ符号生成器１２は、拡散変調処理用のＰＮ符号を生成する。乗算器１３は、周波数変換器２０により変調された送信信号に対してＰＮ符号の乗算を行う。２値（０，１）の論理回路であれば、乗算器１３は、ＸＯＲ（Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ ＯＲ）回路で構成されてもよい。なお、乗算器１３から出力される送信信号は、拡散変調処理が行われた信号である。

ローカル信号発生器１５は、周波数変換器１６によって送信信号を所望の周波数帯に変換するために必要なローカル信号を発生する。数値で正弦波を生成するため、ローカル信号発生器１５には、ＮＣＯ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）が採用される。

周波数変換器１６は、ローカル信号発生器１５により発生されたローカル信号によって、乗算器１３から出力された送信信号を周波数変換する。

ＤＡＣ１７は、周波数変換器１６から出力された送信信号をアナログ信号に変換する。

送信部１８は、高周波信号処理を行うＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路を備えており、ＤＡＣ１７から出力された送信信号が所望の周波数になるように周波数変換を行い、送信信号が所望の送信電力を有するように処理を行う。送信部１８は、処理後の送信信号を外部に出力する。

なお、ホッピングパタン生成器１４、サブキャリア生成器１９および周波数変換器２０により構成されるサブキャリアを変調するための構成要素は、乗算器１３と周波数変換器１６との間に配置されてもよい。当該配置によっても、信号処理のアルゴリズムは変わらない。

よって、送信装置２００は、送信データを秘匿されているホッピングパタンに基づいて生成されたサブキャリアによって変調することにより秘匿化し、さらに、送信データをＰＮ符号と乗算することによって秘匿化するので、送信データの秘匿性を向上することができる。

つぎに、送信装置２００から送信されてきた送信信号を受信する受信装置３００の構成について説明する。図３は、実施の形態１にかかる受信装置３００の構成を示す図である。受信装置３００は、スペクトラム拡散通信方式の直接拡散方式によりスペクトラム拡散された信号を受信する装置である。

受信装置３００は、第２ＰＮ符号であるＰＮ符号を生成する第２ＰＮ符号生成器であるＰＮ符号生成器３１と、信号を受信する受信部３２と、相関演算を行う相関器３３と、サブキャリア復調を行うサブキャリア復調部３４とを備える。さらに、受信装置３００は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）３５と、ローカル信号を発生するローカル信号発生器３６と、周波数変換を行う周波数変換器３７と、コード移相の偏差を検出するコード位相偏差検出器３８と、周波数の偏差を検出する周波数偏差検出器３９と、ホッピングパタンを生成するホッピングパタン生成器４０とを備える。

受信部３２は、高周波信号処理を行うＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路を備えており、受信した受信信号を周波数変換する。

ＡＤＣ３５は、受信部３２から出力された受信信号をデジタル信号に変換する。ローカル信号発生器３６は、受信信号をベースバンド信号に周波数変換するための周波数を有するローカル信号を発生する。数値で正弦波を生成するため、ローカル信号発生器３６には、ＮＣＯが採用される。なお、ＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）方式の受信装置では、受信信号の初期捕捉の段階で周波数とＰＮ符号との両方で同期を確立する必要があるため、相関演算と並行して周波数掃引が必要になる場合がある。当該場合には、ローカル信号の周波数を掃引する。また、同期追尾状態に移行しても、常時、周波数の変動を観測し、当該変動を吸収するようにローカル信号発生器３６を制御する。当該制御は、ＡＦＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と称される。

周波数変換器３７は、ローカル信号発生器３６により発生されたローカル信号によって、ＡＤＣ３５から出力された受信信号を周波数変換する。ＰＮ符号生成器３１は、相関器３３が用いるＰＮ符号を生成する。

相関器３３は、周波数変換器３７から出力された受信信号とＰＮ符号との相関演算を行う。相関器３３は、能動相関方式のスライディング相関器、または受動相関方式のマッチトフィルタの構成を適用できる。また、相関演算は、周波数領域上で実施する場合には、受信信号とＰＮ符号とをＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）する機能と、ＦＦＴ後の受信信号を乗算してＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）する機能により実現できる。

コード位相偏差検出器３８は、相関器３３から出力された受信信号から検出したコード位相の変動を相関器３３、またはＰＮ符号生成器３１にフィードバックして、コード同期の追尾を行う。相関器３３とコード位相偏差検出器３８とにより形成される閉ループ回路は、ＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）と称される。周波数偏差検出器３９は、ＡＦＣを行うための検出器である。

サブキャリア復調部３４は、周波数特性が異なる符号系列を用いてサブキャリアを生成し、当該サブキャリアと相関器３３により相関演算が行われた受信信号とを乗算し、受信信号の復調を行う。周波数特性が異なる符号系列とは、中心周波数が異なる符号系列であってもよい。また、符号系列は、直交符号系列であってもよい。なお、直交符号系列は、Ｗａｌｓｈ符号が例示される。また、サブキャリアは、正弦波であるが、正弦波の代替でバイナリオフセットキャリアを用いてもよい。

また、サブキャリア復調部３４は、ホッピングパタンに基づいた周波数のサブキャリアを生成するサブキャリア生成器４１と、周波数変換を行う周波数変換器４２とを備える。周波数変換器４２は、受信信号とサブキャリアとを乗算する乗算器４２ａと、乗算器４２ａから出力される信号を演算するΣ演算部４２ｂとから構成されており、受信信号とサブキャリアとを乗算することによって、受信信号の復調を行う。以下、周波数変換器４２により復調された受信信号を受信データと称する。

ホッピングパタン生成器４０は、サブキャリア生成器４１のサブキャリア周波数をホッピングさせるための系列であるホッピングパタンを生成する。ホッピングパタン生成器４０は、送信装置２００のホッピングパタン生成器１４により生成されるホッピングパタンと同一のホッピングパタンを生成する必要がある。ホッピングパタンの同期は、別の系により同期情報を獲得し、獲得した同期情報に基づいてホッピングパタンを生成することができる。

ここで、受信装置の内部処理によって、送信装置２００のホッピングパタン生成器１４により生成されるホッピングパタンと同一のホッピングパタンを生成する構成について説明する。図４は、実施の形態１にかかる受信装置３０１の構成を示す図である。なお、受信装置３０１は、受信装置３００にパタン同期検出器４３を追加した構成であり、他の構成要素は受信装置３００と同一である。よって、受信装置３００と同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。

パタン同期検出器４３は、スライディング相関器と同じ動作によって、ホッピングパタン生成器４０から出力されるホッピングパタンを定期的に遅延させることにより、ホッピングパタンの位相をシフトさせ、１ホッピングパタン長の積分を行っている。パタン同期検出部４２による処理は、相関演算に相当し、ホッピングパタンの位相と受信信号の位相が一致するタイミングを相関検出している。よって、受信装置３０１は、別の系により同期情報を獲得せずに、送信装置２００のホッピングパタン生成器１４により生成されるホッピングパタンと同一のホッピングパタンを生成することができる。

また、受信装置３００，３０１は、送信電力または受信Ｓ／Ｎと、送信データの伝送レートにより、捕捉可能な周波数範囲を限定することができる。

受信装置３００，３０１の受信Ｓ／Ｎが低いと、検波できるＳ／Ｎになるまで、受信信号を積分する必要があるが、積分時間は、送信データの１ｂｉｔ時間長が最も大きくなる。

コヒーレントに積分する場合、積分期間中に信号の位相が９０°回転すると約１ｄＢの劣化、１８０°の回転で約３．７ｄＢの劣化、３６０°以上回転すると、積分値が０になり、当該期間で積分したことに意味をなさなくなる。

したがって、受信装置３００，３０１は、受信Ｓ／Ｎと送信データの伝送レートにより、捕捉可能な周波数範囲を限定することができる。また、周波数範囲外にサブキャリア周波数をホッピングさせることで、他の受信装置が容易に信号を捕捉したり傍受したりすることはできなくなる。

ホッピングパタンの暗号化は、ＰＮ符号の暗号化よりも低レートで動作させることが可能である。また、従来の装置に対して、サブキャリアの位相を外部のホッピング生成器からの信号に合わせて変更する機能を追加するのみであるため、従来の装置に対して組み込みが容易である。

なお、ホッピングパタン生成器４０、サブキャリア生成器４１および周波数変換器４２により構成されるサブキャリアを復調するための構成要素は、ＰＮ符号生成器３１と相関器３３との間に配置されてもよい。当該配置の場合には、周波数変換器４２は、ＰＮ符号生成器３１によって生成されたＰＮ符号とサブキャリアとを乗算する。なお、当該配置によっても、信号処理のアルゴリズムは変わらない。

実施の形態２．
つぎに、実施の形態２にかかる送信装置と受信装置との構成について説明する。図５は、実施の形態２にかかる送信装置２０１の構成を示す図である。なお、送信装置２０１は、ホッピングパタン生成器５１と、チャネル選択部５２と、サブキャリア変調部５３および合波部５６の構成が送信装置２００と異なるだけであり、他の構成要素は送信装置２００と同一である。よって、送信装置２００と同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。

送信装置２０１は、ホッピングパタンを生成するホッピングパタン生成器５１と、ホッピングパタンに基づいて送信データを伝送するチャネルを複数のチャネルの中から選択するチャネル選択部５２とを備える。

ホッピングパタン生成器５１は、ホッピングパタンを生成し、生成したホッピングパタンをチャネル選択部５２に出力する。

チャネル選択部５２は、ホッピングパタンに基づいて、送信データを伝送するチャネルを選択する。なお、図５では、４チャネルの構成を示しているが、チャネル数は任意である。

サブキャリア変調部５３は、複数の異なるサブキャリアを生成するサブキャリア生成器５４と、周波数変換を行う複数の周波数変換器から構成される周波数変換器５５とを備え、複数の異なるサブキャリアを複数のチャネルに割り当て、チャネルごとにサブキャリアと送信データとを乗算し、送信データの変調を行う。

サブキャリア生成器５４は、チャネル数に基づいて周波数が異なるサブキャリアを生成する。サブキャリアは、周波数特性が異なる符号系列が用いられている。周波数特性が異なる符号系列とは、中心周波数が異なる符号系列であってもよい。また、符号系列は、直交符号系列でもあってもよい。直交符号系列は、Ｗａｌｓｈ符号が例示される。また、サブキャリアは、正弦波であるが、正弦波の代替でバイナリオフセットキャリアを用いてもよい。

周波数変換器５５は、各チャネルにおいて、送信データとサブキャリアとを乗算し、送信データの変調を行う。

合波部５６は、加算器で構成されており、各チャネルから出力された送信データを合波する。

なお、送信装置２０１は、チャネル選択部５２をシリアルパラレル変換器に置き換えることにより、マルチコード伝送が可能な構成になる。

よって、送信装置２０１は、送信データを秘匿されているホッピングパタンに基づいて生成されたサブキャリアによって変調することにより秘匿化し、さらに、送信データをＰＮ符号と乗算することによって秘匿化するので、送信データの秘匿性を向上することができる。

つぎに、送信装置２０１から送信されてきた送信信号を受信する受信装置３０２の構成について説明する。図６は、実施の形態２にかかる受信装置３０２の構成を示す図である。なお、受信装置３０２は、サブキャリア復調部６０、チャネル選択部６３およびホッピングパタン生成器６４の構成が受信装置３００と異なるだけであり、他の構成要素は受信装置３００と同一である。よって、受信装置３００と同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。

受信装置３０２は、サブキャリアによって受信信号を復調するサブキャリア復調部６０と、ホッピングパタンに基づいてチャネルを選択するチャネル選択部６３とを備える。

サブキャリア復調部６０は、複数の異なるサブキャリアを生成するサブキャリア生成器６１と、周波数変換を行う周波数変換器６２とを備え、複数の異なるサブキャリアを複数のチャネルに割り当て、チャネルごとにサブキャリアと受信データとを乗算し、受信信号の復調を行う。

サブキャリア生成器６１は、チャネル数に基づいて周波数が異なるサブキャリアを生成する。サブキャリアは、周波数特性が異なる符号系列が用いられている。周波数特性が異なる符号系列とは、中心周波数が異なる符号系列であってもよい。また、符号系列は、直交符号系列であってもよい。直交符号系列は、Ｗａｌｓｈ符号が例示される。また、サブキャリアは、正弦波であるが、正弦波の代替でバイナリオフセットキャリアを用いてもよい。

周波数変換器６２は、受信信号とサブキャリアとを乗算する複数の乗算器と、各乗算器から出力される信号を演算する複数のΣ演算部とから構成されており、受信信号とサブキャリアとを乗算することによって、受信信号の復調を行う。

チャネル選択部６３は、ホッピングパタンに基づいてチャネルを選択し、選択されたチャネルの受信信号を受信データとして出力する。

ホッピングパタン生成器６４は、送信装置２０１のホッピングパタン生成器５１により生成されるホッピングパタンと同一のホッピングパタンを生成する必要がある。ホッピングパタンの同期は、別の系により同期情報を獲得し、獲得した同期情報に基づいてホッピングパタンを生成することができる。

ここで、ホッピングパタンを利用せずに、周波数変換器６２から出力される受信信号を選択する構成について説明する。図７は、実施の形態２にかかる受信装置３０３の構成を示す図である。なお、受信装置３０３は、受信装置３０２からチャネル選択部６３とホッピングパタン生成器６４とを削除し、信号検出器６５を追加した構成であり、他の構成要素は受信装置３０２と同一である。よって、受信装置３０２と同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。

信号検出器６５は、各チャネルから出力された受信信号の振幅を測定し、測定した振幅の中で振幅が最も大きいチャネルを選択し、選択したチャネルの受信信号を受信データとして出力する。

また、信号検出器６５は、各チャネルから出力された受信信号の振幅の平均値と標準偏差とに基づいて、信号検出用の閾値を設定する。信号検出器６５は、各チャネルから出力された受信信号の振幅が閾値以下の場合には、無信号と判定する。

よって、受信装置３０３は、ホッピングパタンを利用せずに、周波数変換器６２から出力される受信信号を選択することができる。なお、受信装置３０２，３０３は、周波数変換器６２から出力される全チャネルの受信信号を受信データとして出力する構成にすることで、受信データのマルチコード伝送が可能になり、伝送容量を増大させることが可能である。

実施の形態３．
つぎに、実施の形態３にかかる送信装置と受信装置との構成について説明する。図８は、実施の形態３にかかる送信装置２０２の構成を示す図である。なお、送信装置２０２は、実施の形態２にかかる送信装置２０１に使用チャネル選択部７０を追加し、他の構成要素は送信装置２０１と同一である。よって、送信装置２０１と同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。

使用チャネル選択部７０は、上位システムからの情報により、干渉によって伝送できないチャネル情報を得て、当該チャネルを使用禁止とする制御信号をホッピングパタン生成器５１に出力する。ホッピングパタン生成器５１は、制御信号に基づいて、使用禁止のチャネルを使用しないようにホッピングパタンを生成し、生成したホッピングパタンをチャネル選択部５２に出力する。なお、使用チャネル選択部７０は、別回線で各チャネルの品質情報であるＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を得て、当該情報に基づいて使用チャネルを選択する構成でもよい。

よって、送信装置２０２は、使用チャネル選択部７０を追加することにより、耐干渉性能を向上させることができる。

つぎに、送信装置２０２から送信されてきた送信信号を受信する受信装置３０４の構成について説明する。図９は、実施の形態３にかかる受信装置３０４の構成を示す図である。なお、受信装置３０４は、実施の形態２にかかる受信装置３０２にＣＱＩ測定部７１を追加し、他の構成要素は受信装置３０２と同一である。よって、受信装置３０２と同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。

ＣＱＩ測定部７１は、周波数変換器６２の各チャネルから出力される受信信号の品質を測定する。品質は、信号電力対雑音電力と干渉電力との和の電力比であるＳＮＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を測定し、測定結果をＣＱＩとして数値化して上位システムに出力する。なお、ＣＱＩ測定部７１は、周波数変換器６２の各チャネルから出力される受信信号のＳＮＩＲからデータ伝送に使用するチャネルを選択して、選択した情報をＣＱＩとして上位システムに出力する構成でもよい。

また、送信装置２０２と受信装置３０４とを備える送受信装置であれば、受信装置３０４で測定したＣＱＩをテレメトリ情報として、送信装置２０２に伝送することができる。よって、送受信装置は、装置内でＣＱＩの送受信を行うことができる。

実施の形態４．
つぎに、実施の形態４にかかる送信装置と受信装置との構成について説明する。図１０は、実施の形態４にかかる送信装置２０３の構成を示す図である。なお、送信装置２０３は、実施の形態２にかかる送信装置２０１にエンコーダ８０を追加し、他の構成要素は送信装置２０１と同一である。よって、送信装置２０１と同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。

エンコーダ８０は、ホッピングパタン生成器５１で生成されたホッピングパタンを、データ伝送できるようにエンコードする。実施の形態４では、ホッピングパタンがチャネルを選択するためのチャネル選択情報に相当する。

変換器５５ａ、５５ｂ、５５ｃは、送信データとサブキャリアとを乗算し、送信データの変調を行う。変換器５５ｄは、エンコーダ８０によりエンコードされたホッピングパタンとサブキャリアとを乗算し、ホッピングパタンの変調を行う。

合波部５６は、変換器５５ａ、５５ｂ、５５ｃから出力されてきた変調後の送信データと、変換器５５ｄから出力されてきた変調後のホッピングパタンを合波する。

なお、エンコーダ８０は、チャネル数が３つ以上の場合には、チャネル選択情報が多ビットになるため、受信装置３０５においてチャネル選択情報を処理できるように、通信開始時には既知のスタートシーケンスを出力する機能を有する。

よって、送信装置２０３は、１つのチャネルをホッピングパタンの伝送用に割り当てることで、上位システムを介したホッピングパタンの授受、および、ホッピングパタンの同期を獲得するための構成要素を不要とし、コストダウンを図ることができる。

つぎに、送信装置２０３から送信されてきた送信信号を受信する受信装置３０５の構成について説明する。図１１は、実施の形態４にかかる受信装置３０５の構成を示す図である。なお、受信装置３０５は、実施の形態２にかかる受信装置３０２からホッピングパタン生成器６４を削除し、受信装置３０２にデコーダ８１を追加し、他の構成要素は受信装置３０２と同一である。よって、受信装置３０２と同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。

デコーダ８１は、チャネル選択情報伝送用に設けたチャネルから出力されたサブキャリア復調後の信号をデコードし、デコードにより得られたチャネル選択情報をチャネル選択部６３に出力する。なお、デコーダ８１は、チャネル数が３以上の場合には、チャネル選択情報が多ビットになるため、通信開始時に送信装置２０３から送信されてくるスタートシーケンスを検出する機能も有する。

チャネル選択部６３は、チャネル選択情報に基づいて、チャネルを選択する。なお、送信装置２０３は、実施の形態３にかかる送信装置２０２により測定するＣＱＩもチャネル選択情報伝送用に設けたチャネルを用いて伝送する構成でもよい。当該構成の場合、送信装置２０３は、チャネル選択情報伝送用に設けたチャネルを用いてチャネル選択情報とＣＱＩとの２つの情報を伝送するため、チャネル選択情報とＣＱＩとの区別がつくように、送信時のフレームフォーマットを決めて伝送する。

実施の形態５．
つぎに、実施の形態５にかかる送信装置と受信装置との構成について説明する。図１２は、実施の形態５にかかる送信装置２０４の構成を示す図である。なお、送信装置２０４と実施の形態２にかかる送信装置２０１とは、チャネル選択部９０、ホッピングパタン生成器９１、直交符号生成器９２、周波数変換器９３および遅延器９４の構成が異なり、他の構成要素は送信装置２０１と同一である。よって、送信装置２０１と同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。

チャネル選択部９０は、送信データをどのチャネルにマッピングするかを選択するスイッチであり、ホッピングパタン生成器９１により生成されるホッピングパタンに基づいて使用するチャネルを選択する。使用チャネルの選択は、送信データのビット単位、または複数ビット単位で切り替える構成を選択できる。また、伝送に選択しなかったチャネルは、選択されなかった期間は全て「１」の信号を伝送するか、全て「０」の信号を伝送するかを選択できる。なお、全て「１」の信号を伝送するとは、送信データ無しでＰＮ符号のみを伝送することを意味する。また、全て「０」の信号を伝送するとは、送信信号が無いこと意味する。

また、ホッピングパタンには、長周期符号または暗号アルゴリズムを用いた非線形符号を用いる構成も可能である。

直交符号生成器９２は、バイナリオフセットキャリアまたはＷａｌｓｈ符号の直交符号を生成する。周波数変換器９３は、直交符号と送信データとを乗算する。なお、直交符号は、１ビットの信号であるため、周波数変換器９３は、ＸＯＲ回路で構成されてもよい。

遅延器９４は、ホッピングパタンに基づいて、周波数変換器９３からチャネルごとに出力される送信データを遅延させる。具体的には、遅延部９４は、送信データを伝送するチャネルの出力を遅延させず、送信データを伝送しないチャネルの出力を１チップ以上遅延させる。

合波部５６は、加算器で構成されており、各チャネルから出力された送信データを合波する。

つぎに、送信装置２０４から送信されてきた送信信号を受信する受信装置３０６の構成について説明する。図１３は、実施の形態５にかかる受信装置３０６の構成を示す図である。なお、受信装置３０６と実施の形態２にかかる受信装置３０２とは、直交符号生成器９５、拡散復調部９６、レベル判定部９７およびチャネル選択部９８の構成が異なり、他の構成要素は受信装置３０２と同一である。よって、受信装置３０２と同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。

直交符号生成器９５は、送信装置２０４と同じコードレプリカを生成する。拡散復調部９６は、受信信号と直交符号とをチャネルごとに乗算して積分することによって、受信信号を拡散復調する。

レベル判定部９７は、各チャネルにおいて拡散復調された受信信号のレベルを測定し、測定したレベルの中で最も大きなレベルのチャネルを特定する。レベル判定部９７は、特定したチャネルの情報をチャネル選択部９８に出力する。

チャネル選択部９８は、レベル判定部９７から入力されたチャネルの情報に基づいてチャネルを選択し、選択されたチャネルの受信信号を受信データとして出力する。

信号の初期捕捉中において、送信データを全て「１」の信号に設定して、ＤＳＳＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）のコード同期を確立した状態において、送信装置２０４からのデータ送信を開始する。

送信装置２０４は、ホッピングパタンに基づいて送信データを各チャネルに順番にマッピングする。送信装置２０４は、送信データがマッピングされなかった他のチャネルに対して、「１」の信号を伝送する。

送信装置２０４は、各チャネルに対応した異なる直交符号を生成し、各チャネルにおいて、直交符号と送信データとを乗算し、送信データを伝送するチャネルの出力を遅延させず、送信データを伝送しないチャネルの出力を１チップ以上遅延させる。

受信装置３０６では、初期捕捉したタイミングで同期追尾している。よって、送信装置２０４で遅延させたチャネルから出力された信号は、コードレプリカとの相関値が小さくなり、遅延させなかったチャネルから出力された信号は、コードレプリカとの相関値が大きくなる。

受信装置３０６は、各チャネルにおいて拡散復調された受信信号のレベルを測定し、測定したレベルの中で最も大きなレベルのチャネルを特定し、特定されたチャネルの受信信号を受信データとして出力するので、正しい検波を行うことができる。

実施の形態６．
つぎに、実施の形態６にかかる送信装置の構成について説明する。図１４は、実施の形態６にかかる送信装置２０５の構成を示す図である。なお、送信装置２０５と実施の形態５に係る送信装置２０４とは、ＰＮ符号生成器１２と遅延器９４とが配置される場所が異なる。さらに、送信装置２０５は、乗算器９９を備える構成が実施の形態５に係る送信装置２０４と異なり、他の構成要素は送信装置２０４と同一である。よって、送信装置２０４と同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。

ＰＮ符号生成器１２は、拡散変調処理用のＰＮ符号を生成する。ＰＮ符号は、Ｇｏｌｄ符号が例示される。

遅延器９４は、ホッピングパタンに基づいて、ＰＮ符号生成器１２からチャネルごとに出力されるＰＮ符号を遅延させる。具体的には、遅延部９４は、送信データを伝送するチャネルの出力を遅延させず、送信データを伝送しないチャネルの出力を１チップ以上遅延させる。

乗算器９９は、周波数変換器９３から出力された送信データと遅延器９４から出力されたＰＮ符号とをチャネルごとに乗算する。なお、ＰＮ符号は、直交符号と同様に１ビットの信号であるため、乗算器９９は、ＸＯＲ回路で構成されてもよい。

合波部５６は、加算器で構成されており、各チャネルから出力された送信データを合波する。

なお、送信装置２０５から送信されてきた送信信号を受信する受信装置は、実施の形態５にかかる受信装置３０６と同じ構成である。

実施の形態５にかかる送信装置２０４は、ホッピングパタンに基づいて、各チャネルの直交符号が乗算された送信データを遅延させたが、実施の形態６にかかる送信装置２０５は、ホッピングパタンに基づいて、ＰＮコードを遅延させた。

実施の形態６にかかる送信装置２０５は、直交符号にバイナリオフセットキャリアを採用することが可能であり、バイナリオフセットキャリアにより中心周波数が異なる複数のチャネルを生成することが可能になる。

ここで、相関器３３の動作について説明する。なお、以下では、実施の形態１にかかる受信装置３００の相関器３３について説明するが、他の実施の形態にかかる受信装置の相関器についても同様である。

相関器３３は、受信感度向上のために、出力をコヒーレントに積分しており、積分に要する時間により、受信装置３００によって捕捉できる受信信号の周波数範囲が決まる。図１５は、受信信号が捕捉されたときの感度を示す図である。図１５に示すように、コヒーレント積分長をＴ［秒］とすると、ノッチを持つ周波数間隔は、１／Ｔ［Ｈｚ］になる。

受信信号を捕捉するときの周波数特性でノッチを持つ周波数にサブキャリア周波数を配置することで、チャネル間の漏れ込みによる劣化のない通信が可能であり、また、ノッチを持つ周波数間隔で各チャネルを配置することで、最小の帯域幅で受信装置３００を構成することができる。

具体的には、サブキャリア生成器４１は、相関器３３から出力される信号のコヒーレント積分長に基づいて、サブキャリアの中心周波数を決定する。よって、受信装置３００は、受信感度を向上することができる。

また、ＤＳ方式では、送信データを広帯域化するのにＰＮ符号が利用される。ＰＮ符号が乗算されて拡散変調された送信データは、伝送レートが高いデータとなる。送信装置は、伝送レートが高い送信データに対して暗号化を行う場合、処理速度を高める必要があり、また、暗号化にかかる処理量も増大する。一方、受信装置は、暗号化された信号の解読にかかる処理量が増大する。また、ＰＮ符号を暗号化した場合、受信装置側において、ＰＮ符号の同期を確立することが困難であり、別途同期情報を授受するための構成要素が必要になる。

送信装置２００，２０１，２０２，２０３，２０４，２０５は、バイナリオフセットキャリア等の直交符号により生成した複数のチャネルと、長周期系列または非線形系列に基づいて伝送に使用するチャネルを選択する機能を有し、複数のチャネルに対して、さらにＧｏｌｄ符号等のＰＮ符号を乗算することで送信信号の秘匿化を向上することができる。つまり、送信装置２００，２０１，２０２，２０３，２０４，２０５は、秘匿性能および耐干渉性能を向上することができ、既存の装置への応用を容易に行うことができる。

また、データの伝送に使用したチャネルと、データの伝送に使用しなかったチャネルとを区別できるように、直交符号または、ＰＮ符号の位相を変化させることで、受信装置３００，３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６は、長周期系列または非線形系列の情報を持つことなく、信号を正しく検波することができ、暗号化された信号の解読にかかる処理量を抑制することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１１，５３ サブキャリア変調部、１２，３１ ＰＮ符号生成器、１３，４２ａ，９９ 乗算器、１４，４０，５１，６４，９１ ホッピングパタン生成器、１５，３６ ローカル信号発生器、１６，２０，３７，４２，５５，６２，９３ 周波数変換器、１７ ＤＡＣ、１８ 送信部、１９，４１，５４，６１ サブキャリア生成器、３２ 受信部、３３ 相関器、３４，６０ サブキャリア復調部、３５ ＡＤＣ、３８ コード位相偏差検出器、３９ 周波数偏差検出器、４２ｂ Σ演算部、４３ パタン同期検出器、５２，６３，９０，９８ チャネル選択部、５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ 変換器、５６ 合波部、６５ 信号検出器、７０ 使用チャネル選択部、７１ ＣＱＩ測定部、８０ エンコーダ、８１ デコーダ、９２，９５ 直交符号生成部、９４ 遅延器、９６ 拡散復調部、９７ レベル判定部、１００ 送受信装置、２００，２０１，２０２，２０３，２０４，２０５ 送信装置、３００，３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６ 受信装置。

Claims (8)

1. スペクトラム拡散通信方式によりスペクトラム拡散された信号を送信する送信装置において、
   ホッピングパタンを生成するホッピングパタン生成器と、
   前記ホッピングパタンに基づいて送信データを伝送するチャネルを複数のチャネルの中から選択するチャネル選択部と、
   複数の異なるサブキャリアを生成し、生成した前記複数の異なるサブキャリアを前記複数のチャネルに割り当て、チャネルごとにサブキャリアと送信データとを乗算してサブキャリア変調を行うサブキャリア変調部と、
   第１ＰＮ符号を生成する第１ＰＮ符号生成器と、
   前記サブキャリア変調部によりサブキャリア変調を行った送信データに前記第１ＰＮ符号を乗算する乗算器とを備え、
   前記サブキャリアは、周波数特性が異なる符号系列であることを特徴とする送信装置。
2. 干渉によって伝送できないチャネル情報を得て、当該チャネルを使用禁止とする制御信号を前記ホッピングパタン生成器に出力する使用チャネル選択部を備える請求項１記載の送信装置。
3. 前記ホッピングパタンをエンコードするエンコーダを備え、
   前記サブキャリア変調部は、サブキャリアと前記エンコーダによりエンコードされたホッピングパタンとを乗算する請求項１記載の送信装置。
4. 前記ホッピングパタンに基づいて前記サブキャリア変調部からチャネルごとに出力される送信データを遅延させる遅延器を備え、
   前記サブキャリア変調部は、直交符号と送信データとを乗算し、
   前記遅延器は、送信データを伝送するチャネルの出力を遅延させず、送信データを伝送しないチャネルの出力を遅延させる請求項１記載の送信装置。
5. 前記ホッピングパタンに基づいて前記第１ＰＮ符号生成器からチャネルごとに出力される第１ＰＮ符号を遅延させる遅延器と、
   前記遅延器で遅延された第１ＰＮ符号と、前記サブキャリア変調部で直交符号が乗算された送信データとを乗算する乗算部とを備え、
   前記遅延器は、送信データが伝送されるチャネルから出力される第１ＰＮ符号を遅延させず、送信データが伝送されないチャネルから出力される第１ＰＮ符号を遅延させる請求項１記載の送信装置。
6. 請求項１記載の送信装置から送信されてきた信号を受信する受信装置において、
   第２ＰＮ符号を生成する第２ＰＮ符号生成器と、
   受信部と、
   前記受信部により受信された受信データと前記第２ＰＮ符号との相関演算を行う相関器と、
   複数の異なるサブキャリアを生成し、生成した前記複数の異なるサブキャリアを複数のチャネルに割り当て、チャネルごとにサブキャリアと前記相関器により相関演算が行われた受信データとを乗算してサブキャリア復調を行うサブキャリア復調部と、
   ホッピングパタンを生成するホッピングパタン生成器と、
   前記ホッピングパタンに基づいて複数のチャネルの中からチャネルを選択するチャネル選択部とを備えることを特徴とする受信装置。
7. 前記サブキャリア復調部は、前記相関器のコヒーレント積分時間に基づいて、前記サブキャリアの中心周波数を決定する請求項６記載の受信装置。
8. 請求項１記載の送信装置と、請求項６記載の受信装置とを備えることを特徴とする送受信装置。

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