JPH0577223B2 - - Google Patents

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JPH0577223B2
JPH0577223B2 JP61033288A JP3328886A JPH0577223B2 JP H0577223 B2 JPH0577223 B2 JP H0577223B2 JP 61033288 A JP61033288 A JP 61033288A JP 3328886 A JP3328886 A JP 3328886A JP H0577223 B2 JPH0577223 B2 JP H0577223B2
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Toshihito Kanai
Yukiami Furuya
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はスペクトラム拡散通信方式およびその
受信装置に関する。
(従来の技術) 情報信号に広帯域の拡散符号を乗じて送信し、
受信側で逆拡散して挟帯域信号に戻す所謂、スペ
クトラム拡散方式は公害に強い、秘匿性に優れる
という長所を有している半面、挟帯域信号を用い
る通信方式に比べ周波数の利用効率が悪い。
これに対し特願昭56−069020号明細書「スペク
トラム拡散通信方式およびその受信装置」では、
拡散符号(M系列)発生器のレジスタの初期値と
受信側で逆拡散したときのピーク値の出現する時
間位置とが1対1に対応することを利用して、こ
の時間位置を検出することによりレジスタの初期
値を情報として伝送し、伝送情報量を増加させて
いる。
また情報速度が同一の場合には、従来の拡散符
号を乗じる方法と比べ、この方法は占有帯域が少
なくて済み、その結果SN比が改善される。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながらM系列発生器のレジスタの初期値
が全て零である場合に、送信信号はM系列となら
ないため、受信側の整合フイルタの出力値にピー
クが生じず、正しく判定することができない。こ
のため送信側あるいは受信側で何らかの処理が必
要であり装置が複雑あつた。またレジスタの初期
値に応じて発生されるM系列の各符号語は、互に
あるビツト数だけ巡回(サイクリツクシフト)す
れば同一のパターンになる。即ちある位相差で相
互相関が自己相関のピークに等しくなるという特
徴を有する。このため伝送路にマルチパスが生じ
ている場合には、送信した符号語とこの符号語の
位相をずらした符号語が同時に受信されるため、
整合フイルタの出力に複数のピークが現れ判定が
誤り易いという欠点がある。
本発明の目的はこの問題点を解決した、周波数
利用効率の良いスペクトラム拡散通信方式および
その受信機を提供することにある。
(問題を解決するための手段) 第1の本発明の通信方式においては、送信すべ
きNビツトのデイジタル信号を、N段のゴールド
符号発生器を構成する2つのN段シフトレジスタ
のうちの一方のN段シフトレジスタの初期値とし
て入力し、前記N段のゴールド符号発生器の1周
期分以上の出力を送信信号として送信する送信機
と、前記送信器機からの信号を、係数を時間変化
させてゴールド符号の全ての送信パタンを実現す
る整合フイルタに通し、前記整合フイルタの出力
の最大値の出現する時間位置を測定し、前記時間
位置に基づいて送信されたNビツトのデイジタル
信号を判定する受信機とを用いている。
第2の本発明の通信方式においては、送信すべ
き2Nビツトのデイジタル信号を、N段のゴール
ド符号発生器を構成する2つのN段シフトレジス
タの両方に初期値として入力し、前記N段のゴー
ルド符号発生器の1周期分以上の出力を送信信号
として送信する送信機と、前記送信機からの信号
を、係数を時間変化させてゴールド符号の全ての
送信パタンを実現する整合フイルタに通し、前記
整合フイルタの出力の最大値の出現する時間位置
を測定し、前記時間位置に基づいて送信されたN
ビツトのデイジタル信号を判定する受信機とを用
いている。
(作用) 本発明においては、拡散符号としてM系列の代
りにゴールド符号を用いている。ゴールド符号は
同周期でなおかつ生成多項式の異なる2つのM系
列の法2の加算によつて得られる系列である。
従つてゴールド符号発生器は、2つのM系列発
生器とその出力を合成する加算器とから構成され
る。送信すべきNビツトのデイジタル信号を、一
方のM系列発生器のN段レジスタの初期値として
入力する。もう一方のM系列発生器のN段レジス
タの初期値は一定に保ち、常に同じM系列を発生
させる。これらのM系列発生器の出力の法2の加
算が送信信号として送信される。こうすると初期
値のNビツトが全て零であつてもM系列が送信さ
れることになり、初期値のNビツトと2N種の拡散
符号とが1対1に対応する。しかも異なる初期値
から発生された異なる符号語間の相互相関は無視
できる程度に十分小さくほぼ直交している。この
ことを以下に詳しく説明する。送信すべき信号が
初期値として入力されるM系列発生器からは、2
つの異なる初期値に対しては2つの異なるM系列
(仮にM1およびM1′とする)が出力される。もう
一方のM系列発生器からは常に同一のM系列
(M2とする)が出力される。
従つて2つの異なる初期値に対して発生される
ゴールド符号は、M1M2およびM1′M2であ
る。これらの符号語には同一のM系列M2が含ま
れているため、符号語間の相互相関はM1と
M1′にだけ依存しM系列の相互相関と全く同じに
なる。N段シフトレジスタから発生されるM系列
の相互相関は、自己相関のピークの−1/(2N
1)倍であり十分小さいことが知られている。ま
た初期値が全て零の場合には、M系列M2が発生
されたこの符号語M2とゴールド符号M1M2と
の相互相関は同様に十分小さいことは明らかであ
る。またこのようにして生成されるゴールド符号
の各符号語の相互相関は、位相差がある場合で
も、2(N+1)/2+1(Nが奇数の場合)、または2(N+2)/2
+1(Nが偶数の場合)を越えないことが保証さ
れている(参考文献アール・ゴールド(R.Gold)
著、「オプテイマルバイナリーシーケンスフオー
スプレツドスペクトラムマルチプレクシング」
(Optimal Binary Sequences for Spread
Spectrum Multiplexing)、アイ・イー・イー・
イートランザクシヨンズオンインフオメーシヨン
セオリー(IEEE Trans.Info.Th.)、1967年、10
月号)。従つて伝送路にマルチパスが生じていて
も、受信側の整合フイルタの出力に現れるピーク
は一つだけであり、正しく判定が行える。
受信側ではこの連続するゴールド符号の中から
1周期分だけを直並列変換して取り出して1周期
の間保持する。この保持された信号を入力とする
整合フイルタは、その係数を2N種のゴールド符号
のすべてのパタンを実現するように時間的に変化
させて、受信信号とゴールド符号の全ての組合わ
せとについて相関を計算する。このゴールド符号
の相互相関は十分に小さくほぼ直交しているた
め、受信信号と整合フイルタの係数のゴールド符
号とが一致した場合に最大値が出力に現れる。従
つて整合フイルタの出力に最大値が現れた時間位
置を検出することにより、送信された情報を判定
できる。
また同様のゴールド符号発生器を利用して、更
に伝送情報量を増すことができる。送信すべき
2Nビツトのデイジタル信号を、Nビツトづつに
分割してゴールド符号発生器を構成する2つのM
系列発生器のN段レジスタの初期値としてそれぞ
れ入力する。これらのM系列発生器の出力の法2
の加算が送信信号として送信される。このように
して異なる初期値から発生される異なる符号どう
しは完全に直交しないが、これらの符号間の相互
相関は2(N+1)/2+1(Nが奇数)、または2(N+2)/2+1
(Nが偶数)を越えないことが保証されている
(前述の参考文献)。従つて受信側では、同様にゴ
ールド符号の1周期分を並列に取り出して、整合
フイルタの係数を時間的に変化させて、受信信号
とゴールド符号の全ての組合わせとについて相関
を計算し、整合フイルタの出力に最大値が現れた
時間位置により送信された情報を判定すれば良
い。この方法では、初期値の2Nビツトが全て零
である場合に、送信信号はゴールド符号とならず
拡散が行われない。従つて送信側において初期値
の2Nビツトが全て零とならないような符号処理
を行えば良い。
(実施例) 次に図面を参照して本発明について詳細に説明
する。第1図は本発明の通信方式の一実施例を示
す図である。送信すべき信号系列は入力端子10
0から入力N段のシフトレジスタ110にたくわ
えられる。次にシフトレジスタ110のNビツト
のデータはN段のゴールド符号発生器120の初
期値としてロードされる。ゴールド符号発生器1
20はこの初期値に基づいて1周期(2N−1チツ
プ)の信号を変調器130へ送信する。変調器1
30では発振器140のキヤリア周波数でゴール
ド符号発生器120の出力を2相位相変調してア
ンテナ150から送信する。
受信側ではアンテナ160から受信された信号
を同期検波器170により同期検波する。直並列
変換回路180は同期検波器170の出力から1
周期分のゴールド符号を直並列変換して取り出
し、1周期の間保持する。直並列変換回路180
に保持された受信信号に対し、整合フイルタ19
0はその係数を2N種のゴールド符号の全ての送信
パタンを実現するように時間的に変化させて、受
信信号とゴールド符号との相関を計算する。異な
るゴールド符号間の相互相関は十分小さくほぼ直
交しているとみなせるため、整合フイルタの係数
が受信信号に一致した時に最大値が出力に現れ
る。つまり整合フイルタの出力が最大値をとる時
間は送信側のゴールド符号発生器120のレジス
タの初期値によつて一意的に定まる。従つてこの
ピークを最大値検出回路200で検出しそのとき
の時間位置を変換回路210でゴールド符号発生
器の初期値として与えてやればNビツトの信号を
検出することができる。
次に第1図の実施例における送信機および受信
機のより具体的な実施例を述べる。実施例は最も
簡単なN=3の場合について述べる。
第2図は本発明の送信機の第1の実施例を示す
図である。送信信号系列は端子100′から入力
され、送信信号のクロツク源20より供給される
クロツクによつて駆動される3段のシフトレジス
タ10へ順次入力される。シフトレジスタ10の
内容は送信信号3ビツトがシフトレジスタ10に
格納された後にM系列を発生させるシフトレジス
タ11の初期値としてカウンタ30からの信号に
基づいて並列に入力される。シフトレジスタ11
は排他的論理和回路31とともに3段のM系列発
生器を構成している。カウンタ30はシフトレジ
スタ11へ信号を送ると同時に、シフトレジスタ
12へも信号を送る。シフトレジスタ12はこの
信号に基づいて全ての内容を1にセツトする。シ
フトレジスタ12は排他的論理和回路32ととも
にM系列発生器を構成している。この2つのM系
列発生器は、互いに生成多項式の異なるM系列を
発生するようにあらかじめ結線されており、クロ
ツク源21により供給されるクロツクで駆動され
ている。クロツク源21の発振周波数はクロツク
源20の7/3倍になつている。
またカウンタ30はクロツク21からのクロツ
ク信号を7個カウントする毎に、レジスタ11に
レジスタ10の内容を入力させるセツト信号およ
びレジスタ12にその全ての内容を1にセツトす
るセツト信号を出す。レジスタ11およびレジス
タ12はクロツク21で駆動されて互いに生成多
項式の異なるM系列を発生させ排他的論理和回路
33へ出力する。3段のM系列の周期は7である
ので、レジスタ11およびレジスタ12からは初
期値がレジスタ10からロードされる毎に1周期
分のM系列が出力されることになる。レジスタ1
1およびレジスタ12から出力された互いに生成
多項式の異なる1周期分のM系列は、排他的論理
和回路33により法2の加算が行われゴールド符
号として出力される。排他的論理和回路33から
出力されたゴールド符号はレベル変換器34で
“1”のときには“1”に対応する電圧に、“0”
のときには“−1”に対応する電圧に変換された
後、発振器22からのキヤリア信号と乗算器35
で乗算され、2相位相変調されて出力端子101
から出力される。送信データとレジスタ11およ
びレジスタ12の出力と発生されるゴールド符号
との関係を第5図に示す。
第3図は第2図の送信機に対応する受信機の実
施例である。入力端子102で受信された信号は
同期検波器4によりベースバンド信号へ復調され
た後、直並列変換回路5へ入力され、1周期分の
ゴールド符号が直並列変換されて取り出される。
直並列変換回路5は、A/D(アナログ−デイジ
タル)コンバータ50と受信信号のチツプ数に一
致した段数を持つ7段シフトレジスタ51とカウ
ンタ52と7段の並列レジスタ53とから構成さ
れている。直並列変換回路5へ入力された信号
は、チツプ周期に同期したクロツク源23から供
給されるクロツクにより駆動されているA/Dコ
ンバータ50によりデイジタル化された後、同じ
くクロツク源23に駆動されている7段のシフト
レジスタ51に順次入力されるので、ゴールド符
号の各チツプに対応する電圧がサンプルされて保
持される。カウンタ52はクロツク源23よりの
クロツクを7個カウントしてゴールド符号が1周
期分シフトレジスタ51に入力される毎に、並列
レジスタ53に信号を出す。並列レジスタ53
は、カウンタ52からの信号に基づいてシフトレ
ジスタ51の各段の内容を並列にたくわえる。こ
の直並列変換された1周期のゴールド符号に対し
て、整合フイルタ6は係数を送信される可能性の
ある8種のゴールド符号に順次変化させて相関を
計算する。
整合フイルタ6は乗算器60,61,62,6
2,63,64,65,66とカウンタ67と送
信される可能性のあるゴールド符号のパタンを記
憶したROM68(Read Only Memory)と加
算合成回路69とから構成される。ROM68の
内容の1例を第6図に示す。カウンタ67は、1
周期分のゴールド符号がレジスタ53にセツトさ
れる時すなわち、カウンタ52の出力によりリセ
ツトされ、クロツク源23の発振周波数の8/7倍
の発振周波数を持つクロツク源24よりのクロツ
クをカウントしてその値をROM68のアドレス
として入力する。ROM68は入力されたアドレ
スに対応するメモリに記憶されたゴールド符号の
パタンをクロツク源24よりのクロツクを読み出
しパルスとして読み出す。この順次読み出される
ゴールド符号のパタンを乗算器60,61,6
2,63,64,65,66により受信信号と乗
算して、更にその結果を合成加算回路69におい
て加え合わせることにより相関を計算する。
送信される可能性のある8種のゴールド符号の
異なる符号間の相互相関は十分小さくこれらの符
号は互いに直交しているとみなせる。ここで例を
用いてこの整合フイルタ6の出力がどのようにな
るかを説明する。例として送信機の入力端子10
0′から入力されるデータが1、0、1という系
列である場合を考える。この場合の受信信号は−
1、−1、−1、1−1、1−1というゴールド符
号である。カウンタ67の値、ROM68の各端
子A,B,C,D,E,F,Gの出力、合成加算
回路69の出力の関係を第7図に示す。同図より
明らかなように合成加算回路69の出力は、受信
信号と整合フイルタ6の係数であるROM68の
出力とが一致した場合に最大値になる。従つて、
この最大値の出現する時間位置を判定することで
送信された系列を復号することができる。
以下にその過程を示す。まず最大値検出回路7
において、整合フイルタ6の出力が最大値をとつ
た時刻を検出している。最大値はメモリ70に記
憶されており、最大値検出回路7の入力信号は比
較器71でメモリ内容と比較され、比較器71は
入力信号の方がメモリ70の内容より大きい場合
にのみ書き込みパルスをメモリ70およびメモリ
80へ送る。メモリ70ではこの比較器71から
の書き込みパルスが来ると、そのときの入力信号
を新たな値として書き込むこの過程でメモリ70
は最大値が記憶される。この処理はクロツク源2
4により駆動されている。メモリ70の内容はカ
ウンタ52からの信号で受信信号とゴールド符号
との新たな相関特性が最大値検出回路7に入力さ
れる毎にリセツトされる。また比較器71からの
信号はメモリ80へも供給されている。メモリ8
0は、カウンタ52の出力によりリセツトされる
カウンタ82の内容を比較器71からの信号に基
づいて記憶することにより、入力信号が最大値を
とつたときの時間を記憶する。メモリ80の内容
もまたカウンタ52からの信号でリセツトされ
る。メモリ80の内容はROM81により送信デ
ータに変換され、カウンタ52からの信号を読み
出しパルスとして出力され、送信機のクロツク源
20と同周期のクロツク源25で駆動される変換
回路9により並列−直列変換されて端子103か
ら出力される。ROM81の内容の一例を第8図
に示した。
本実施例において、3ビツトの送信データを23
−1=7チツプにして送信している。従来の直接
拡散方式によるスペクトラム拡散方式においては
23−1=7チツプで1ビツトのデータを送信して
いるので、本発明の方式においては直接拡散方式
に比べて3倍の情報量を送つていることになる。
一般にゴールド符号発生器の段数をN段にすれば
データの伝送量は直接拡散方式に比べてN倍にな
る。
また本実施例においては相関の最大値を検出す
ることにより送信された系列を復号しているが、
送信信号であるゴールド符号の“1”を“0”
に、また“0”を“1”に反転して送信すれば相
関の最小値を検出することにより送信された系列
の復号が可能である。従つてゴールド符号を反転
するかしないかを情報として用いれば、本実施例
に加えて1ビツト多く伝送することができ、デー
タの伝送量は直接拡散方式のN+1倍になる。更
に直交した搬送波を用いるQPSKによつて変調を
行えば伝送情報量を2倍にすることが可能であ
る。
また本発明の方式においては送信データの全て
が零となつても拡散符号が送信されM系列を用い
た従来の方式のような問題を生じない。本発明の
受信装置はROMの内容を変更することによりゴ
ールド符号以外の他の符号、例えばM系列に対し
ても使用が可能であり応用の範囲が広い。
第4図は本発明の送信機の第2の実施例を示す
図である。本実施例においては、送信すべき2N
ビツトのデイジタル信号をN段ゴールド符号発生
器を構成する2個のM系列発生器のN段レジスタ
の初期値として入力することにより、伝送情報量
を第2図の実施例の送信機を用いた場合の約2倍
にできるという長所を有している。送信信号系列
端子200から入力され、送信信号のクロツク源
220によつて駆動される6段のシフトレジスタ
210へ順次入力される。シフトレジスタ210
の内容は送信信号6ビツトがシフトレジスタ21
0に格納された後に、3ビツトづつに分割されそ
れぞれM系列を発生させるシフトレジスタ211
およびシフトレジスタ212の初期値としてカウ
ンタ230からの信号に基づいて並列に入力され
る。シフトレジスタ211は排他的論理和回路2
31とともに、またシフトレジスタ212は排他
的論理和回路232とともにそれぞれ3段のM系
列発生器を構成している。この2つのM系列発生
器は、互いに生成多項式の異なるM系列を発生す
るようにあらかじめ結線されており、クロツク源
221よりのクロツクで駆動されている。クロツ
ク源221の発振周波数はクロツク源220の7/
6倍になつている。またカウンタ230はクロツ
ク源221からのクロツク信号を7個カウントす
る毎に、レジスタ211およびレジスタ212に
レジスタ210の内容を入力させるセツト信号を
出す。レジスタ211およびレジスタ212はク
ロツク源221で駆動されて互いに生成多項式の
異なるM系列を発生させ排他的論理和回路233
へ出力する。3段のM系列の周期は7であるの
で、レジスタ211およびレジスタ212からは
初期値がレジスタ210からロードされる毎に1
周期分のM系列が出力されることになる。レジス
タ211およびレジスタ212から出力された互
いに生成多項す式の異なる1周期分のM系列は、
排他的論理和回路233により法2の加算が行わ
れゴールド符号として出力される。排他的論理和
回路233から出力されたゴールド符号はレベル
変換器234で“1”のときに“1”に対応する
電圧に、“0”のときには“−1”に対応する電
圧に変換された後、発振器222からのキヤリア
信号と乗算器235で乗算され、2相位相変調さ
れて出力端子201から出力される。このように
して異なる初期値から発生される異なるゴールド
符号の符号間の相互相関は2(N+1) 2+1Nが奇数)、
または2(N+2)/2+1(Nが偶数)を越えないことが
保証されている。従つて本実施例の送信機に対す
る受信機は、第3図の実施例と同様の構成のもの
で、1周期分を並列に取り出した受信信号に対し
整合フイルタの係数を時間的に変化させて送信さ
れる可能性のあるゴールド符号の全ての組合わせ
について相関を計算し、整合フイルタの出力に最
大値が現れた時間位置により送信された情報を判
定すれば良い。この場合は送信される可能性のあ
るゴールド符号の数が増すので、これに対応して
第3図のROM68およびROM81の内容を書
き換え、クロツク源24の発振周波数を変更する
必要がある。また初期値の2Nビツトが全て零で
ある場合には、送信信号は拡散符号とならないた
め、このような初期値が生じないように送信側で
何らかの符号処理を行えば良い。
このような方法を用いると2N−1チツプで2N
ビツトの情報が送れるので、伝送情報量は一層増
大する。しかし用いられる符号が完全に直交して
いないため雑音の影響による誤りを生じ易くな
る。
以上述べた実施例では、1周期のゴールド符号
からなる符号語を送信信号として用いたが、本発
明の通信方式においては1周期以上のゴールド符
号からなる符号語を送信信号として用いることも
可能である。
(発明の効果) 以上述べたように本発明によれば従来のスペク
トラム拡散方式に比べて伝送情報量の多い簡便な
スペクトラム拡散通信方式および受信機を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の通信方式の一実施例を示すブ
ロツク図、第2図は本発明の送信機の第1の実施
例を示すブロツク図、第3図は、本発明の受信機
の実施例を示すブロツク図、第4図は本発明の送
信機の第2の実施例を示すブロツク図である。第
5図、第6図、第7図、第8図は、本発明の実施
例の詳細を説明するための図である。 図において、4,170……同期検波器、5,
180……直並列変換回路、6,190……整合
フイルタ、8,200……最大値検出回路、9,
210……変換回路、をそれぞれ示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 送信すべきNビツトのデイジタル信号を、N
    段のゴールド符号発生器を構成する2つのN段シ
    フトレジスタのうちの一方のN段シフトレジスタ
    の初期値として入力し、前記N段のゴールド符号
    発生器の1周期分以上の出力を送信信号として送
    信する送信機と、前記送信機からの信号を、係数
    を時間変化させて、ゴールド符号の全ての送信パ
    タンを実現する整合フイルタに通し、前記整合フ
    イルタの出力の最大値の出現する時間位置を測定
    し、前記時間位置に基づいて送信されたNビツト
    のデイジタル信号を判定する受信機とを用いるこ
    とを特徴とする通信方式。 2 送信すべき2Nビツトのデイジタル信号を、
    N段のゴールド符号発生器を構成する2つのN段
    シフトレジスタの両方に初期値として入力し、前
    記N段のゴールド符号発生器の1周期分以上の出
    力を送信信号として送信する送信機と、前記送信
    機からの信号を、係数を時間変化させてゴールド
    符号の全ての送信パタンを実現する整合フイルタ
    に通し、前記整合フイルタの出力の最大値の出現
    する時間位置を測定し、前記時間位置に基づいて
    送信されたNビツトのデイジタル信号を判定する
    受信機とを用いることを特徴とする通信方式。
JP61033288A 1986-02-17 1986-02-17 スペクトラム拡散通信方式 Granted JPS62190940A (ja)

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JP61033288A JPS62190940A (ja) 1986-02-17 1986-02-17 スペクトラム拡散通信方式

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