JPH05327656A - スペクトル拡散信号生成方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 相関特性の劣化を生ずることなく、帯域利用
効率の高い拡散信号を生成すること。 【構成】 ０,１の２値を取る系列長ｎの疑似ランダム
符号系列Ａ１,Ａ２,〜Ａｎの夫々の要素に対し、周波数
ｆ１〜ｆｎの正弦波（又は余弦波）を考え、これらの合
成波形の１周期の時間をＴとして各スペクトル成分の初
期位相に対する時刻を（Ａ１・Ｔ／２＋Ｂ１）〜（Ａｎ・
Ｔ／２＋Ｂｎ）（但し、Ｂ１〜Ｂｎは０〜Ｔ中の特定の
値）とすると、このｎ個の同一強度の正弦波（又は余弦
波）信号の周波数スペクトルは図のようになる。このス
ペクトル特性を逆フーリエ変換して時間波形を求め、そ
の結果を時間波形の１周期分だけ記憶しておき、送信時
に時間波形信号を読み出すことにより拡散信号を生成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、スペクトル拡散信号生成方式に
関し、より詳細には、スペクトル拡散通信における拡散
信号生成方式及び変復調期方式に関する。例えば、スペ
クトル拡散通信、光通信、無線通信に適用されるもので
ある。

【０００２】

【従来技術】本発明に係る従来技術を記載した公知文献
としては、例えば、「スペクトル拡散通信の帯域制限周
波数分割多重」（電子情報通信学会、ＳＳＴ９１−５
６）がある。これによれば、以下のように説明されてい
る。すなわち、近年、電波が使用される機会が増えるに
つれ、有限である周波数帯域の有効利用が問題となって
いる。この解決策として、今までは高い周波数帯の開発
と、挟帯域化が進められてきた。しかし、利用できる周
波数帯域は限られているため、既存の帯域に他の信号を
多重することが有効な手法のひとつとしてあげられる。
そのために、雑音や相互干渉に強いことが証明されてい
るスペクトル拡散（ＳＳ：Spread Spectrus）通信方式
が信号の多重化に適していると考えられている。

【０００３】ＳＳ通信は情報信号の電力を、広い帯域に
拡散した微弱な電波分布に変換して伝送するものであ
る。しかし、この拡散された電力分布は帯域内で一様で
はなく、帯域の中央に密（正弦波間数の自然分布）とな
っている。そこで、前記文献においては、拡散信号スペ
クトルのうち中央の密な部分のみを帯域通過フィルタで
取り出すことで、帯域利用効率の良い伝送方式を提案し
ている。しかし、帯域制限のためある程度の特性の劣化
は避けられない。このように、前記文献においては、直
接拡散型の拡散信号スペクトルの中心部以外をＢＰＦ
（Band Pass Filter）を用いて取除いているため、帯域
利用効率を上げることが出来るが、逆に帯域制限のため
に相関特性が劣化し、その結果、情報伝送特性も劣化す
るという問題点があった。

【０００４】

【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みなされたも
ので、相関特性の劣化を生ずることなく、帯域利用効率
の高い拡散信号を生成する方式を提供すること、さら
に、この拡散信号生成方式を用いた情報変調方式及び情
報復調方式を提供することを目的としてなされたもので
ある。

【０００５】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
０，１の２値を取る系列長ｎの疑似ランダム系列Ａ１,
Ａ２,〜Ａｎを用意し、夫々周波数ｆ１〜ｆｎの正弦波
（又は余弦波）から合成波形の１周期の時間をＴとし、
各スペクトル成分の初期位相に対する時刻が（Ａ１・Ｔ
／２＋Ｂ１）〜（Ａｎ・Ｔ／２＋Ｂｎ）（但し、Ｂ１〜
Ｂｎは０〜Ｔ中の特定の値）のｎ個の同一強度の正弦波
信号を足し合わせた計算結果の合成波形を１周期の時間
Ｔだけ記憶装置に記憶しておき、送信時にこの１周期分
の合成波形を繰返し読み出すことにより拡散信号を生成
すること、更には、（２）前記１周期Ｔの時間分の合成
波形を量子化してディジタルメモリに記録しておき、送
信時にこの１周期の合成波形データを繰返し読み出し、
Ｄ／Ａ変換によりアナログ波形データに戻すことにより
拡散信号を生成すること、更には、（３）前記（１）又
は（２）において、前記疑似ランダム系列として最長系
列（Ｍ系列）を用いたこと、更には、（４）前記
（１）,（２）又は（３）において、前記初期位相値の
中のＢ１〜Ｂｎの値を全て零としたこと、更には、
（５）前記（１）〜（４）のいずれかにおいて、前記合
成波形を記録する１周期の時間Ｔとして周波数ｆ１〜ｆ
ｎの最大公約数の逆数の時間としたこと、更には、
（６）前記（１）〜（５）のいずれかにおいて、前記ｎ
個の周波数ｆ１〜ｆｎの値を一定間隔にしたこと、或い
は、（７）前記（１）〜（６）のいずれかのスペクトル
拡散信号生成方式を用いて拡散信号を生成し、該拡散信
号とディジタル情報信号を平衡変調器等でＢＰＳＫ変調
すること、或いは、（８）前記（１）〜（６）のいずれ
かのスペクトル拡散信号生成方式を用いて、送信機及び
受信機において同一の拡散信号を生成し、送信側では前
記（７）の情報信号による変調を行ない、受信側では、
受信した変調拡散信号と受信機内で生成した拡散信号と
の相関を相関器で求めることによりディジタル情報信号
を再生することを特徴としたものである。以下、本発明
の実施例に基づいて説明する。

【０００６】図１は、本発明によるスペクトル拡散信号
生成方式の一実施例を説明するための図である。多数の
同一強度の線スペクトル成分から構成される全体として
矩形状の周波数スペクトル特性を持つ拡散信号を先ず考
え、このスペクトル特性を逆フーリエ変換して時間波形
を求め、その結果を時間波形の１周期分だけ記憶してお
き、送信時に時間波形信号を読み出すという方法を用い
ている。元々、矩形状の周波数スペクトル特性を持つ拡
散信号を数値的に合成して用いているため、帯域利用効
率は高く、帯域制限の必要がなく、それによる相関特性
の劣化も生じない。

【０００７】図１，図２（ａ）,（ｂ）に基づき、実施
例１（請求項１）について説明する。０,１の２値を取
る系列長ｎの疑似ランダム符号系列Ａ１,Ａ２，〜Ａｎ
を考える。系列の夫々の要素に対し、周波数ｆ１〜ｆｎ
の正弦波（又は余弦波）を考え、これらの合成波形の１
周期の時間をＴとして各スペクトル成分の初期位相に対
する時刻を（Ａ１・Ｔ／２＋Ｂ１）〜（Ａｎ・Ｔ／２＋Ｂ
ｎ）（但し、Ｂ１〜Ｂｎは０〜Ｔ中の特定の値）とする
と、このｎ個の同一強度の正弦波（又は余弦波）信号の
周波数スペクトルは図１の様になる。図中では簡単のた
め整然と並んだスペクトルを示しているが、ｆ１〜ｆｎ
の周波数の順序は任意で良く、また周波数間隔も任意の
値で構わない。この周波数スペクトルの形状は疑似ラン
ダム符号系列によらず同様の特性を示す。

【０００８】図２（ａ）,（ｂ）はｎ個の正弦波信号を
足し合わせた計算結果の合成波形の例を示す図で、図
（ａ）は疑似ランダム符号系列として〔１，１，１，
０，１，０，０〕という系列を用いた場合の時間波形を
示し、図（ｂ）は疑似ランダム符号系列として上記の系
列を１つずらした〔１，１，０，１，０，０，１〕とい
う系列を用いた場合の時間波形を示す。同じ周波数スペ
クトル特性を持ちながら、時間波形は全く異なる。これ
らの波形は正弦波（又は余弦波）の合成波形なのでやは
り周期関数となる。２つの合成波形を１周期に渡って乗
算して積分する相関演算を施した場合、同一の合成波形
の自己相関値は２つの波形の位相が一致した時点でピー
クを示し、その近傍以外ではｓｉｎ(Ｘ)／Ｘの関数に従
い、離れるに連れて小さくなっていく。一方、異なる疑
似ランダム符号系列を元にした合成波形間の相互相関値
はこのような大きなピークの発生は見られない。

【０００９】これにより、同一の合成波形を送信側と受
信側に用いることで、図１のような矩形状のスペクトル
特性を持つスペクトル拡散通信が可能となる。これによ
り、帯域利用効率が高く、帯域外へのスプリアスが極め
て少ないＳＳ通信用の拡散信号が生成可能となる。ま
た、疑似ランダム符号系列に対する制限が無いので、相
互相関の少ない系列を用いることにより、干渉の少ない
多重通信が実現できる。実施例１に対する実現手段とし
ては、以上のような計算手続を経て得られた図２のよう
な時間波形を１周期の時間だけ記憶装置に記憶してお
き、送信時にこの１周期分の合成波形を繰返し読み出す
ことにより拡散信号を生成すればよい。

【００１０】図３は、本発明の実施例２（請求項２）で
ある。拡散信号生成回路を示す図で、図中、１は波形デ
ータメモリ、２はＤ／Ａ変換器、３はクロック発生器、
４はカウンタ、５はＬＰＦ（Low Pass Filter）であ
る。先ず、ＲＯＭ等のディジタルメモリに、図２に示す
ような１周期分の時間波形データを微小な一定時間間隔
で量子化し、２進データに変換してアドレス順に格納す
る。続いて、一定クロックの発振器でカウンタを駆動
し、カウンタ出力信号をアドレス値としてディジタルメ
モリから２進の波形データを読み出し、読み出した結果
をＤ／Ａ変換器に入力してアナログ信号に戻し、低域通
過フィルタを用いてＤ／Ａ変換に伴う高調波を取除き、
拡散信号を得る。波形データの終了時点でカウンタ値を
零に戻して再びカウントを進める。拡散信号スペクトル
の各成分の間隔はクロックの周波数に比例するので、ク
ロック速度を調整することにより拡散帯域を調整でき
る。

【００１１】図４は、本発明の実施例３（請求項３）で
あるＭ系列の一列を示す図である。すなわち、拡散時の
各スペクトル成分の初期値を決定する疑似ランダム符号
として、Ｍ系列を用いた方式である。図４は系列調７の
Ｍ系列を示し、図２は実はこの系列とこれを１つずらし
た系列に対応した合成時間波形を示している。Ｍ系列は
その自己相関特性が位相の一致点近傍でのみ鋭いピーク
を示し、それ以外では殆ど出力を生じない等の点から、
従来のスペクトル拡散方式である直接拡散方式において
拡散符号として多用されている。そのため、系列の特徴
等が良く分かっているため、これを本発明に用いること
で、本方式における自己相関や相互相関の値を容易に計
算できる。そのため、種々の特性をつかみやすい。

【００１２】次に、実施例４（請求項４）に関して説明
する。前記実施例１で述べた初期位相に対する時刻中の
疑似ランダム符号に関係しない成分Ｂ１〜Ｂｎの値を全
て零とするもので、この値は、本来は送受信機間で同じ
であればどんな値に設定しても良いのであるが、これを
全て零とすることで１周期Ｔの合成波形をＴ／２の時点
で点対称（又は余弦の場合は線対称）にすることが出来
る。これにより波形データの半分を記憶しておき、図３
のカウンタ値がＴ／２の時間に対応する値になった時点
で出力に−１を掛ける（又は掛けない）とともにカウン
ト方向を逆にすることで、図２のような時間波形を連続
して再生することが可能となる。これによりメモリ容量
を半分に出来る。また、計算自体も多少簡単になる。次
に、実施例５（請求項５）に関して説明する。合成波形
の相関値を正確に求めるためには、記憶しておく波形デ
ータ自体を丁度１周期分にしておく必要が有る。ｆ１〜
ｆｎの正弦波で構成される信号の１周期は周波数ｆ１〜
ｆｎの最大公約数の逆数の時間となるので、これを合成
波形を記憶する１周期の時間とすることで、精度の良い
相関特性を持つ拡散信号を生成することが出来る。

【００１３】次に、実施例６（請求項６）に関して説明
する。実施例１においては拡散信号の各成分の周波数ｆ
１〜ｆｎの値としては任意の値を取ることが出来、順番
も任意で良い。しかし、実際に回路の製作を考えると周
波数間隔を等間隔にし、さらには基本波とその高調波の
組合せとした方が計算が容易になり、実施例５で述べた
１周期の時間も最小にすることが出来、メモリの節約に
もなる。

【００１４】図５は、本発明によるスペクトル拡散信号
生成方式を応用した変調回路（実施例７）を示す図で、
図中、１１は拡散信号生成回路、１２，１３は乗算器で
ある。本発明による拡散信号生成回路１１により、矩形
状のスペクトル特性を持つ拡散信号を生成し、続いて、
ディジタル情報信号と平衡変調器等の乗算器１２，１３
を用いて掛合わせてＢＰＳＫ変調を行なう。この信号を
そのまま有線や、光で伝送しても良いし、さらに図に有
るように局部発振器出力と掛合わせて周波数変換し、電
波の形で伝送することも出来る。

【００１５】図６は、図５に対する復調器（実施例８）
を示す図で、図中、１４は増幅器、１５は乗算器、１６
は周期クロック発生回路、１７は拡散信号生成回路、１
８は相関器、１９はＬＰＦ、２０は波形整形回路であ
る。無線伝送を想定して、先ず、電波を受信増幅し、こ
れを局部発振器出力と掛合わせて周波数変換し、中間周
波信号又は、ベースバンド信号に変換する。図はベース
バンドに落とした場合の例を示している。以上の変換後
の回路は有線の場合も同じになる。まず、受信信号又
は、ベースバンドに落とした後の信号を同期クロック発
生回路１６に入力する。同期クロック発生回路としては
通常遅延ロックループ（ＤＬＬ）と呼ばれる回路が使用
される。次にこれを用いて生成したクロック信号を用い
て本発明による拡散信号生成回路１７を駆動し、矩形状
のスペクトル特性を持つ拡散信号を生成する。この出力
と受信信号を相関器１８に入力し、逆拡散を行ない、必
要に応じて低域通過フィルタ１９を用いて信号成分のみ
を取り出し、波形整形回路２０を通して信号を復調す
る。

【００１６】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。 （１）請求項１に対応する効果：０,１の２値を取る系
列長ｎの疑似ランダム系列Ａ１,Ａ２,〜Ａｎを用意し、
夫々周波数ｆ１〜ｆｎ、初期位相に対する時刻（Ａ１・
Ｔ／２＋Ｂ１）〜（Ａｎ・Ｔ／２＋Ｂｎ）（但し、Ｂ１
〜Ｂｎは０〜Ｔ中の特定の値）のｎ個の同一強度の正弦
波（又は余弦波）信号波形を足し合わせた計算結果の合
成波形を１周期の時間Ｔだけ記憶装置に記憶しておき、
送信時にこの１周期分の合成波形を繰返し読み出すこと
により拡散信号を生成しているため、帯域利用効率が良
く、帯域外へのスプリアスが殆ど無い拡散信号を生成出
来る。また、系列長ｎや、系列の種類、スペクトル成分
の周波数等を任意に設定出来るため、システムとしての
自由度が高い。 （２）請求項２に対応する効果：１周期分の合成波形を
量子化してディジタルメモリに記録しておき、送信時に
この１周期分の合成波形データを繰返し読み出し、Ｄ／
Ａ変換によりアナログ波形データに戻すことにより拡散
信号を生成しているため、回路を大幅にディジタル化で
き、コスト削減につながる。 （３）請求項３に対応する効果：疑似ランダム符号系列
として最長系列（Ｍ系列）を用いているため、系列の自
己相関や相互相関の値を容易に計算でき、システムの特
性を把握しやすい。 （４）請求項４に対応する効果：初期時間の中のＢ１〜
Ｂｎの値を全て零としたため、周期Ｔの合成波形を位相
Ｔ／２の点を中心に点対称（又は余弦の場合は線対称）
にすることができ、半分のメモリ容量で合成波形を再生
でき、回路の簡単化とコストの削減につながる。 （５）請求項５に対応する効果：合成波形を記録する１
周期の時間として周波数ｆ１〜ｆｎの最大公約数の逆数
の時間としているので、精度の良い相関特性を持つ拡散
信号を生成することが出来る。 （６）請求項６に対応する効果：ｎ個の周波数ｆ１〜ｆ
ｎの値を一定間隔にしているので、計算が容易になり、
請求項５で述べた１周期の時間も最小にすることが出
来、メモリの節約にもなる。 （７）請求項７に対応する効果：本発明による拡散信号
とディジタル情報信号を平衡変調器等でＢＰＳＫ変調す
ることにより、本発明を用いた情報変調が可能になる。 （８）請求項８に対応する効果：請求項７に述べた変調
方式を用いて生成した変調信号を受信し、受信側では、
受信した変調拡散信号と受信機内で生成した送信側と同
一の拡散信号との相関を相関器で求めることによりディ
ジタル情報信号を再生することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるスペクトル拡散信号生成方式の
一実施例を説明するためのスペクトルを示す図である。

【図２】 本発明によるスペクトル拡散信号生成方式の
一実施例を説明するための時間波形を示す図である。

【図３】 本発明の拡散信号生成回路を示す図である。

【図４】 本発明のＭ系列の一例を示す図である。

【図５】 本発明のスペクトル拡散信号生成方式を用い
た変調回路を示す図である。

【図６】 図５に対する復調回路を示す図である。

【符号の説明】

１…波形データメモリ、２…Ｄ／Ａ変換器、３…クロッ
ク発生器、４…カウンタ、５…ＬＰＦ（Low Pass Filte
r）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ０，１の２値を取る系列長ｎの疑似ラン
   ダム系列Ａ１,Ａ２,〜Ａｎを用意し、夫々周波数ｆ１〜
   ｆｎの正弦波（又は余弦波）から合成波形の１周期の時
   間をＴとし、各スペクトル成分の初期位相に対する時刻
   が（Ａ１・Ｔ／２＋Ｂ１）〜（Ａｎ・Ｔ／２＋Ｂｎ）（但
   し、Ｂ１〜Ｂｎは０〜Ｔ中の特定の値）のｎ個の同一強
   度の正弦波信号を足し合わせた計算結果の合成波形を１
   周期の時間Ｔだけ記憶装置に記憶しておき、送信時にこ
   の１周期分の合成波形を繰返し読み出すことにより拡散
   信号を生成することを特徴とするスペクトル拡散信号生
   成方式。
2. 【請求項２】 前記１周期Ｔの時間分の合成波形を量子
   化してディジタルメモリに記録しておき、送信時にこの
   １周期の合成波形データを繰返し読み出し、Ｄ／Ａ変換
   によりアナログ波形データに戻すことにより拡散信号を
   生成することを特徴とする請求項１記載のスペクトル拡
   散信号生成方式。
3. 【請求項３】 前記疑似ランダム系列として最長系列
   （Ｍ系列）を用いたことを特徴とする請求項１又は２記
   載のスペクトル拡散信号生成方式。
4. 【請求項４】 前記初期位相値の中のＢ１〜Ｂｎの値を
   全て零としたことを特徴とする請求項１，２又は３記載
   のスペクトル拡散信号生成方式。
5. 【請求項５】 前記合成波形を記録する１周期の時間Ｔ
   として周波数ｆ１〜ｆｎの最大公約数の逆数の時間とし
   たことを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のスペ
   クトル拡散信号生成方式。
6. 【請求項６】 前記ｎ個の周波数ｆ１〜ｆｎの値を一定
   間隔にしたことを特徴とする請求項１〜５いずれかに記
   載のスペクトル拡散信号生成方式。