JPH06177858A

JPH06177858A - スペクトラム拡散通信システム

Info

Publication number: JPH06177858A
Application number: JP43A
Authority: JP
Inventors: Koichi Mitarai; 幸一御手洗
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【目的】劣悪な伝送品質の伝送路を用いた場合におい
ても、高信頼性のデータ伝送を可能とするスペクトラム
拡散通信システムを得る。【構成】送信装置７０では、キャリア発振器１１から
のキャリア２１は、ＰＮ符号発生器１２から出力された
ＰＮ符号２２と送信データ２３とのＥＸＯＲにより得ら
れた信号２４に乗ぜられ、さらに混合器７３において、
ＰＮ符号２２が乗ぜられた乗算器７２の出力と混合さ
れ、ハイパスフィルタ１５を経てバッテリーライン５１
上に送出される。受信装置９０では、ハイパスフィルタ
３１を介して入力された受信信号９４は、バンドパスフ
ィルタ９１，９２により２つの周波数帯域に分離された
のち乗算器３９で乗ぜられ、さらにバンドパスフィルタ
３７により中間周波数ｆ_IFの相関信号４５が取り出され
る。これは復調器３８で復調され、受信データ４７が得
られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスペクトラム拡散通信シ
ステムに係わり、例えば自動車内におけるデータ通信に
適用されるスペクトラム拡散通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車には、その走行性能や安全
性、快適性の向上のため多くの機能が備えられるように
なっている。このため、各種のセンサ，アクチュエー
タ，マイクロコンピュータ等の多くの電子部品が搭載さ
れ、これらの機器間で様々な信号のやりとりが行われ
る。これにより、信号配線用のワイヤーハーネスが、数
量においてもまた種類においても増大し、この傾向は今
後も続くものと予想される。このことは、車のコスト，
重量，及び信頼性に対して大きなデメリットとなるた
め、各種の多重通信の試みが行われ、信号線の増大防止
が図られている。

【０００３】このような要求を満たすものとして、例え
ば、自動車のバッテリーラインを信号線としても共用す
ることで新たな信号線を不要とする方法も考えられ、こ
れと同様の方法が、例えば特開昭６０−２４５３３５号
公報に示されている。これは、商用電力を供給するため
に敷設された配電線を信号伝送路として用いてスペクト
ラム拡散通信を行うものである。

【０００４】しかしながら、この方法を自動車のバッテ
リーラインにそのまま適用した場合には、以下に示すよ
うな問題がある。

【０００５】以下、従来のスペクトラム拡散通信方式を
自動車のバッテリーラインに適用した場合の技術内容を
説明する。

【０００６】図６は、従来のいわゆる直接拡散（ＤＳ）
方式によるスペクトラム拡散通信システムを表したもの
である。このシステムでは、直流電流を供給する自動車
用バッテリー５２に接続されたバッテリーライン５１
に、送信装置１０及び受信装置３０が接続されている。
送信装置１０には、所定の周波数ｆ_cのキャリア（搬送
波）２１を発振出力するキャリア発振器１１が設けら
れ、乗算器１３に接続されている。また、この装置に
は、所定のパターンの擬似雑音符号（以下、ＰＮ符号と
いう）を発生するＰＮ符号発生器１２が設けられ、これ
より出力されるＰＮ符号２２は、加算器１４により送信
データ２３と加算され、更に乗算器１３により、キャリ
ア発振器１１から出力されるキャリア２１と乗ぜられた
後、ハイパスフィルタ１５を経てバッテリーライン５１
上に送出されるようになっている。なお、ハイパスフィ
ルタはカップリングコンデンサで構成できるため、低コ
ストでサイズもコンパクトにすることができる。

【０００７】一方、受信装置３０には、送信装置１０の
ＰＮ符号２２と同一パターンのＰＮ符号４３を出力する
ＰＮ符号発生器３２が設けられ、ＰＮ符号同期制御部３
３の制御によりＰＮ符号発生器１２との同期がとられる
ようになっている。このＰＮ符号発生器３２から出力さ
れたＰＮ符号４３は、乗算器３４により、キャリア発振
器３６から出力された周波数（ｆ_c＋ｆ_IF）のキャリア
４２と乗ぜられて乗算器３５に入力される。乗算器３５
では、ハイパスフィルタ３１を介して伝送路５１から入
力された受信信号と乗算器３４の出力とを乗じ、バンド
パスフィルタ３７を介して復調器３８に入力する。そし
て復調器３８では、この入力信号４５を復調して元のデ
ータを抽出するようになっている。

【０００８】以上のような構成の従来のスペクトラム拡
散通信システムの動作を説明する。今、ＰＮ符号発生器
１２から、図２（ｃ）に示すようなＰＮ符号２２が出力
されると、これは加算器１４により、図２（ｂ）に示す
ような送信データ２３と加算され、図２（ｄ）に示すよ
うな信号２４となって乗算器１３に入力される。ここで
加算とは、いわゆる２を法とする加算、すなわち排他的
論理和（ＥＸＯＲ）を意味する。

【０００９】乗算器１３では、キャリア発振器１１から
出力される周波数ｆ_cのキャリア２１と、上記した加算
器１４からの信号２４とを乗じ、図２（ｅ）に示すよう
な送信信号２５を出力する。この図で判るように、キャ
リア２１は信号２４の“Ｌ”レベルの期間においてのみ
位相が１８０°反転される。送信信号２５は、ハイパス
フィルタ１５を通過することにより直流成分を除去され
てバッテリーライン５１上に送出される。

【００１０】なお、キャリア２１の電力スペクトラム
は、図４（ｂ）に示すような線スペクトラムであり、Ｐ
Ｎ符号２２の電力スペクトラムは、図４（ａ）に示すよ
うな（ｓｉｎｘ／ｘ）²の包絡線を有するスペクトラム
となっている。これにより、乗算器１３から出力される
送信信号２５の電力スペクトラムは、図４（ｃ）に示す
ようなスペクトラムとなる。

【００１１】バッテリーライン５１上を伝搬した送信信
号は、受信装置３０のハイパスフィルタ３１で直流成分
を除去され、受信信号４１（図２（ｅ））として乗算器
３５に入力される。この受信信号４１の電力スペクトラ
ムは、図７（ａ）に示すものとなっており、これは上記
図４（ｃ）に示したものと同じである。

【００１２】一方、ＰＮ符号発生器３２は、ＰＮ符号同
期制御部３３の制御により、送信装置１０におけるＰＮ
符号２２と同期のとれたＰＮ符号４３を出力し、乗算器
３４に入力する。乗算器３４は、キャリア発振器３６か
ら出力される周波数（ｆ_C＋ｆ_IF）のキャリア４２（図
２（ｆ））とＰＮ符号４３とを乗じ、乗算結果を乗算器
３５に入力する。なお、このときのキャリア４２及びＰ
Ｎ符号４３の電力スペクトラムは、それぞれ図７（ｂ）
及び（ｃ）に示すようなスペクトラムとなっており、こ
れにより乗算器３４の出力は、図７（ｄ）に示すような
スペクトラムとなる。

【００１３】乗算器３５では、受信信号４１と乗算器３
４の出力とを乗じて出力する。いま、送信データをＤ、
キャリア２１をＣ₁、ＰＮ符号２２及び４３をＰ、送信
信号２５及び受信信号４１をＳ、キャリア４２をＣ₂、
乗算器３４の出力をＭ₁、乗算器３５の出力をＭ₂、キ
ャリア２１の角周波数をω_c、キャリア４２の角周波数
を（ω_c＋ω_IF）とすると、Ｓ＝（Ｐ＋Ｄ）×Ｃ₁ ＝（Ｐ＋Ｄ）×Ｃ₁ｃｏｓ（ω_cｔ）……（１）Ｍ₁＝Ｐ×Ｃ₂ ＝Ｐ×Ｃ₂ｃｏｓ〔（ω_c＋ω_IF）ｔ〕……（２）従って、（１），（２）式より、次の（３）式が導かれ
る。

【００１４】Ｍ₂＝Ｓ×Ｍ₁ ＝Ｐ（Ｐ＋Ｄ）Ｃ₁Ｃ₂ｃｏｓ（ω_cｔ）ｃｏｓ〔（ω_c＋ω_IF）ｔ〕＝Ｄ′Ｃ₁Ｃ₂×〔ｃｏｓ（２ω_c＋ω_IF）ｔ＋ｃｏｓ（ω_IFｔ）〕／２＝Ｄ′（Ｃ₁Ｃ₂／２）ｃｏｓ（ω_IFｔ）＋（Ｄ′Ｃ₁Ｃ₂／２）〔ｃｏｓ（２ω_c＋ω_IF）ｔ〕……（３）ここにＤ′はデータＤを反転したものであり、次の
（４）式を満たす。

【００１５】Ｄ′＝Ｐ（Ｐ＋Ｄ）……（４）乗算器３５の出力はバンドパスフィルタ３７に入力さ
れ、ここで（３）式の第１項部分のみが取り出され、図
３（ａ）に示すような中間周波数ｆ_IFの相関出力４５と
して復調器３８に入力される。この相関出力４５は、図
７（ｅ）に示すようなスペクトラムを有する。図３
（ａ）から判るように、相関出力４５は中間周波数ｆ_IF
のキャリアがデータＤ′で変調された形となっているた
め、その帯域も図７（ｅ）に示すようにデータ速度分だ
け広がりを有している。

【００１６】復調器３８では、この相関出力４５を復調
して図３（ｂ）に示すような反転データを抽出し、これ
を反転して復調データ４７を得る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
スペクトラム拡散通信システムにおいては、送信側及び
受信側にそれぞれＰＮ符号発生器を設け、送信側でスペ
クトラム拡散した信号を受信側で逆拡散することにより
元のデータを復元するようになっていた。このような構
成により、例えば自動車のバッテリーラインのような雑
音の多い劣悪な伝送路を用いた場合には、例えばエアコ
ンのオン，オフ等により電源ラインのインピーダンスが
急激に変化し、これにより送信信号の振幅や位相が変化
するため、受信側においてＰＮ符号の同期がとれなくな
る場合があり、これによりデータの復調が不可能になる
という問題があった。

【００１８】この発明は係る課題を解決するためになさ
れたものであり、劣悪な伝送品質の伝送路を用いた場合
においても、高信頼性のデータ伝送を可能とするスペク
トラム拡散通信システムを得ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明に係るスペクト
ラム拡散通信システムは、送信データを特定パターンの
疑似雑音符号でスペクトラム拡散して送信する送信装置
と、受信信号を逆拡散してデータを抽出する受信装置
と、からなるスペクトラム拡散通信システムにおいて、
前記送信装置は、(i) 疑似雑音符号を発生する疑似雑音
発生手段と、(ii)第１の周波数の搬送波を出力する第１
搬送波出力手段と、(iii) 第２の周波数の搬送波を出力
する第２搬送波出力手段と、(iv)疑似雑音符号と送信デ
ータとを加算する加算手段と、(v) この加算器の出力に
より前記第１搬送波出力手段の出力を変調してスペクト
ラム拡散を行う第１変調手段と、(vi)疑似雑音符号によ
り前記第２搬送波出力手段の出力を変調してスペクトラ
ム拡散を行う第２変調手段と、(vii) 第１変調手段と第
２変調手段の各出力を混合して送出する混合手段と、を
備え、前記受信装置は、(a) 受信信号を前記第１及び第
２の周波数帯域に分離する帯域分離手段と、(b) この帯
域分離手段により分離された２つの帯域の信号を基にス
ペクトラムの逆拡散を行う逆拡散手段と、(c) この逆拡
散手段の出力を復調してデータを抽出する復調手段と、
を有することを特徴とするものである。

【００２０】

【作用】この発明に係るスペクトラム拡散通信システム
では、第１搬送波は疑似雑音符号と送信データとにより
スペクトラム拡散変調され、第２搬送波は疑似雑音符号
のみによりスペクトラム拡散変調され、両変調波が混合
されて送出される。受信装置側では、受信信号を第１及
び第２の周波数帯域に分離して、これらを用いたスペク
トラム逆拡散によりデータ復調が行われる。

【００２１】

【実施例】以下図面に基づき本発明の実施例を詳細に説
明する。

【００２２】図１は、本発明の一実施例におけるスペク
トラム拡散通信システムを表したものである。この図
で、従来例（図６）と同一部分には同一符号を付し、適
宜説明を省略する。

【００２３】この図において、送信装置７０には、周波
数ｆ_cのデータ搬送用のキャリア２１を出力するキャリ
ア発振器１１の他に、周波数（ｆ_c＋ｆ_IF）のキャリア
７７を出力するキャリア発振器７１が設けられている。
ＰＮ符号発生器１２からはＰＮ符号２２が出力され、加
算器１４により送信データ２３と加算された後、乗算器
１３に入力されるようになっている。乗算器１３は加算
器１４の出力信号２４とキャリア２１とを乗じ、これを
混合器７３に入力する。一方、ＰＮ符号発生器１２から
のキャリア２２は乗算器７２にも入力され、キャリア７
７と乗ぜられて混合器７３に入力される。混合器７３で
は、両者が加算混合され、ハイパスフィルタ１５を介し
てバッテリーライン５１に送出される。

【００２４】一方、受信装置９０には、２つのバンドパ
スフィルタ９１，９２が設けられ、ハイパスフィルタ３
１からの受信信号９４を２つの帯域に分離して乗算器３
５に入力する。乗算器３９の出力はバンドパスフィルタ
３７を介して復調器３８に入力され、ここでデータ復調
が行われるようになっている。

【００２５】以上のような構成のスペクトラム拡散通信
システムの動作を説明する。

【００２６】本実施例における信号処理のアルゴリズ
ム、すなわち送信側でのスペクトラム拡散と受信側での
逆拡散という処理については従来と同様のものである
が、本実施例において特徴的なところは、受信側におけ
る逆拡散を送信側から送られてきた参照信号を用いて行
う点にある。すなわち、従来のように受信側にＰＮ符号
発生器を設けるのではなく、送信側から本来の拡散信号
帯域と異なる帯域に重畳されて送られてきた参照用信号
を抽出し、これを基に逆拡散を行うものである。

【００２７】まず、キャリア発振器１１から出力された
キャリア２１（図２（ａ））は、乗算器１３において加
算器１４の出力信号２４（図２（ｄ））に乗ぜられ、図
２（ｅ）に示すような信号２５となって混合器７３に入
力される。ここで、キャリア２が図４（ｂ）に示すスペ
クトラムを有し、ＰＮ符号２２が図４（ａ）に示すスペ
クトラムを有するとすると、乗算器１３の出力信号２５
は、図４（ｃ）に示すようなスペクトラムとなる。

【００２８】一方、キャリア発振器７１から出力された
周波数（ｆ_C＋ｆ_IF）のキャリア７７（図２（ｆ），図
４（ｄ））は、乗算器７２によりＰＮ符号２２と乗ぜら
れ、図４（ｅ）に示すようなスペクトラムの信号７５と
なって混合器７３に入力される。混合器７３では信号２
５と信号７５を混合し、図４（ｆ）に示すようなスペク
トラムの送信信号７６としてハイパスフィルタ１５に入
力する。ハイパスフィルタ１５では直流成分が除去さ
れ、バッテリーライン５１上に送出される。なお、キャ
リア２１とキャリア７７の周波数差ｆ_IFは、図４（ｆ）
に示すように、それぞれの拡散帯域幅ＢＷよりも大であ
ることが望ましい。

【００２９】このようにして送信装置７０からは、キャ
リア２１をＰＮ符号２２と送信データ２３との和により
拡散変調したデータ信号と、キャリア７７をＰＮ符号２
２のみにより拡散変調した参照用信号とが重畳された形
で送信され、受信装置９０のハイパスフィルタ３１で受
信される。

【００３０】このハイパスフィルタ３１では、バッテリ
ーライン５１に載った直流成分が除去され、図５（ａ）
に示すようなスペクトラムの高周波成分のみが取り出さ
れ、受信信号９４としてバンドパスフィルタ９１，９２
にそれぞれ入力される。バンドパスフィルタ９１からは
図５（ｂ）に示すようなスペクトラムの信号９５が出力
され、バンドパスフィルタ９２からは図５（ｃ）に示す
ようなスペクトラムの信号９６が出力されて、それぞれ
乗算器３９に入力される。乗算器３９は信号９５と信号
９６とを乗じ、この結果をバンドパスフィルタ３７に入
力する。この場合、乗算器３９の出力信号は、従来例で
示した（３）式と同様である。

【００３１】バンドパスフィルタ３７は、乗算器３９の
出力信号から中間周波数ｆ_IFの帯域信号（（３）式の第
１項部分）を抽出し、図３（ａ）に示すような相関出力
４５として復調器３８に入力する。なお、この中間周波
数信号４５は図５（ｄ）に示すようなスペクトラムとな
っている。図３（ａ）から判るように、相関出力４５は
中間周波数ｆ_IFのキャリアが反転データＤ′で変調され
た形となっているため、その帯域も図５（ｄ）に示すよ
うにデータ速度分だけ広がりを有している。

【００３２】復調器３８は、相関出力４５を復調して反
転データ（図３（ｂ））を抽出し、更にこれを反転して
復調データ４７（図３（ｃ））として出力する。なお、
以上の説明において、乗算器３９以降の信号処理は従来
例の場合と同一であるので、詳細な説明は省略する。

【００３３】このように、本実施例によれば、自動車内
部のバッテリーラインを伝送路としてスペクトラム拡散
通信を行う場合に、スペクトラムの逆拡散に用いるＰＮ
符号を受信側で作成するのではなく、送信側から送信デ
ータと重畳した形で参照信号として送出するようにした
ため、受信側ではＰＮ符号発生器及びＰＮ符号同期制御
器を設けることなく逆拡散を行うことが可能となる。こ
の場合、バッテリーラインのインピーダンスが急激に変
化しても、参照信号は本来の拡散信号と同時に変化する
ため、結果として受信側での逆拡散時においてはその影
響が相殺され、正確な逆拡散が行われることとなる。す
なわち本実施例においては受信側における符号同期とい
う困難な問題を考慮する必要がなくなる。また、受信器
に高価なＰＮ符号同期制御器や、ＰＮ符号発生器を設け
る必要がなくなり製造コストも大幅に低減することが可
能となる。

【００３４】また、本実施例では、信号伝送路としてバ
ッテリーラインを使用するため、従来の車両内多重通信
システムに比べてワイヤーハーネスを削減することがで
き、さらに拡散に使用する符号系列を変えるだけで同一
帯域内での相互妨害を小さくすることができるため、複
数の通信系を１つのバッテリーラインに共存させること
ができるという拡張性を有している。

【００３５】また、スペクトラム拡散通信方式は、本質
的に耐ノイズ特性に優れているため送信電力を低く抑え
ることができ、自動車内の他の機器（ラジオ等）に与え
る影響を小さくすることができる。

【００３６】なお、本実施例においては、伝送路として
自動車のバッテリーラインを用いる場合について説明し
たがこれに限るものではなく、伝送品質が劣悪でない専
用の信号ラインに適用してもよいことはもちろんであ
る。

【００３７】また、本実施例では、自動車のボディがア
ースされているためシールド効果が高く、これにより広
帯域の拡散信号が外界に漏洩する恐れが少なく、電波法
上の制約が少なくなる。また、自動車内部という閉空間
内での通信であるため、解読キーとなる参照用信号を送
信データの拡散信号と重畳して同一伝送路に送出して
も、秘話性の確保という点で問題となることはない。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
送信側に２つの周波数の搬送波出力手段を設け、第１搬
送波を疑似雑音符号と送信データとによりスペクトラム
拡散変調するとともに、第２搬送波を疑似雑音符号のみ
によりスペクトラム拡散変調し、両変調波を混合して送
出し、受信側では、受信信号を第１及び第２の周波数帯
域に分離して、これらを基にスペクトラム逆拡散による
データ復調を行うこととしたので、受信側に疑似雑音符
号発生器や符号同期制御部を設ける必要がない。また、
たとえ伝送路の品質が劣悪であっても、第２の周波数帯
域信号（逆拡散用の参照信号）は第１の周波数帯域信号
（本来の拡散信号）と同時に変化するため、受信側での
逆拡散時においては伝送路の品質に基づく悪影響が相殺
され、正確な逆拡散が行われることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるスペクトラム拡散通
信システムを示すブロック図である。

【図２】この通信システムの送信装置の各部の信号波形
を示す説明図である。

【図３】この通信システムの受信装置の各部の信号波形
を示す説明図である。

【図４】この通信システムの送信装置の各部のスペクト
ラムを示す説明図である。

【図５】この通信システムの受信装置の各部のスペクト
ラムを示す説明図である。

【図６】従来のスペクトラム拡散通信システムを示すブ
ロック図である。

【図７】従来の通信システムの受信装置の各部のスペク
トラムを示す説明図である。

【符号の説明】

１１，７１キャリア発振器１２ＰＮ符号発生器１３，３９，７２乗算器１４加算器１５，３１ハイパスフィルタ３７，９１，９２バンドパスフィルタ３８復調器５１バッテリーライン５２バッテリー７０送信装置７３混合器９０受信装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送信データを特定パターンの疑似雑音符
号でスペクトラム拡散して送信する送信装置と、受信信
号を逆拡散してデータを抽出する受信装置と、からなる
スペクトラム拡散通信システムにおいて、前記送信装置は、疑似雑音符号を発生する疑似雑音発生手段と、第１の周波数の搬送波を出力する第１搬送波出力手段
と、第２の周波数の搬送波を出力する第２搬送波出力手段
と、前記疑似雑音符号と送信データとを加算する加算手段
と、この加算器の出力により前記第１搬送波出力手段の出力
を変調してスペクトラム拡散を行う第１変調手段と、前記疑似雑音符号により前記第２搬送波出力手段の出力
を変調してスペクトラム拡散を行う第２変調手段と、第１変調手段と第２変調手段の各出力を混合して送出す
る混合手段と、を備え、前記受信装置は、受信信号を前記第１及び第２の周波数帯域に分離する帯
域分離手段と、この帯域分離手段により分離された２つの帯域の信号を
基にスペクトラムの逆拡散を行う逆拡散手段と、この逆拡散手段の出力を復調してデータを抽出する復調
手段と、を備えたことを特徴とするスペクトラム拡散通信システ
ム。