JPH06232838A

JPH06232838A - スペクトラム拡散送受信機

Info

Publication number: JPH06232838A
Application number: JP50A
Authority: JP
Inventors: Makoto Onishi; 誠大西
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-02-05
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1994-08-19

Abstract

(57)【要約】【目的】スペクトラム拡散送信波形の振幅が０とならな
い様な変調方式を得る。【構成】変調にＱＰＳＫ方式を用い、同相，直交信号成
分の両者が同時に遷移を起こさないような拡散方式を用
いる。【効果】変調波の振幅が０とならないので、変調波信号
振幅の変動範囲を狭くする事が出来、送信機の電力増幅
器の非線形歪を低く抑えたまま、動作点を大きく取るこ
とが可能となり、電力効率を高め、電源の軽量化，装置
の小型化が図れる。

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送受信
機に係り、特に、ディジタル移動無線で用いられるスペ
クトラム拡散送受信機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動通信のチャンネル利用効率を
高めるため、ディジタル多重無線方式が検討されてい
る。ディジタル多重通信方式には、周波数分割多重（Ｆ
ＤＭ），時分割多重（ＴＤＭ），符号分割多重（ＣＤ
Ｍ）等がある。ＣＤＭは前２者と較べて最近になって登
場した方式で、データに符号を掛け、互いに直交する複
数の符号の各々にチャンネルを割り当てる方式である。
いわゆるスペクトラム拡散と呼ばれる変調方式で、チャ
ンネル利用効率が高い特徴があり、注目されている。

【０００３】図１にスペクトラム拡散送受信機の原理の
説明図を示す。図で１，９は排他論理和ゲート、２，１
０はスペクトラム拡散用擬似雑音符号発生器、３，８は
低域通過フィルタ、４，６は周波数混合器、５，７は搬
送波信号発生器である。

【０００４】同図（ａ）はスペクトラム拡散送信機の構
成を示す。データ信号は、排他論理和ゲート１によっ
て、擬似雑音符号発生器２から出力される拡散符号と排
他論理和を取られ、スペクトラム拡散される。この形式
の拡散方法はＤＳ（直接拡散）方式と呼ばれる。拡散符
号として用いられる符号は、Ｍ系列符号の様に１チップ
クロック（拡散符号のクロック）以上遅延させた時の自
己相関が殆ど“０”となるような直交性の強い符号が用
いられる。スペクトラム拡散された信号は低域通過フィ
ルタ３に入力されて波形整形され、周波数混合器６によ
って搬送波信号発生器５からの搬送波信号と混合されて
変調され、送信波として出力される。この変調は低域通
過フィルタ出力の正負によって、搬送波信号の位相が反
転される二相位相偏移変調（ＢＰＳＫ）と言われる変調
方式である。

【０００５】図１（ｂ）に示すスペクトラム拡散受信機
では、送信機と逆の操作が行われ、データ復調される。
この時、受信側の擬似雑音符号発生器１０の出力する拡
散符号は、送信側と同期が取れている事が重要である。
排他論理和ゲート９により受信信号と、拡散符号との排
他論理和を取るとスペクトラム逆拡散が行われ、拡散さ
れた信号が復調される。ここで受信側の拡散符号が送信
側と同期していないと、逆拡散が行えないので、異なる
符号を違うチャンネルに用いることにより、符号多重通
信が可能となる。

【０００６】スペクトラム拡散方式に関する公知例とし
ては、特開昭60−148245号“スペクトラム拡散通信方
式”などがある。

【０００７】スペクトラム拡散送信機の変調方式として
図１ではＢＰＳＫの例に付いて説明した。図１の動作を
説明するための変調波形図を図２に示す。データに、そ
れより高速なチップクロックで変化する拡散符号を排他
論理和した信号波形を、拡散波形として示す（拡散符号
は図２の点線で表されるような信号であり、これがデー
タ信号と排他論理和を取られて、実線の様に変わる）。
拡散波形は低域通過フィルタにより波形整形されて、Ｌ
ＰＦ出力で示すような振幅が滑らかに変化する信号とな
り、さらに搬送波信号と掛算され、変調波信号が得られ
る。ここで、変調波信号はＬＰＦ出力の極性が変わる毎
に搬送波の位相が反転する信号となり、また、その度に
搬送波の振幅も０となっている事が解る。

【０００８】送信機の変調方式としては、このＢＰＳＫ
の他に４種類の搬送波位相を用いる四相位相偏移変調
（ＱＰＳＫ）がある。ＱＰＳＫでは変調信号として、同
相成分，直交成分の二つの信号を用い、９０゜位相のず
れた搬送波信号を変調して合成する。スペクトラム拡散
方式にＱＰＳＫを用いた公知例として、特開平3−76333
号“同期復調による通信装置”等に述べられているもの
がある。この例では、２種類の擬似雑音符号を同相，直
交成分に用い、秘話性を向上させている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術で述べた
スペクトラム拡散送受信機に用いられている変調方式で
は、変調波の振幅が０となる時間が存在する。このよう
に変調波の信号の振幅レベルが大幅に変化する、いわゆ
る、ダイナミックレンジの広い信号を送信機電力増幅器
で増幅するには、非線形歪を避けるため最大出力レベル
を小さく抑える必要があり、電力能率が著しく悪くな
る。このことは、移動無線機の電源容量の増加を意味
し、非常に使いにくい装置となってしまう。

【００１０】一方、変調波の振幅が一定になるか、変動
してもダイナミックレンジの狭い様な変調方式であれ
ば、送信電力増幅器の非線形性の影響を小さくする事が
出来るので、電力効率を改善することが出来る。

【００１１】本発明の目的は、スペクトラム拡散送受信
機において、変調波の振幅が０とならない様な変調方式
を提供し、スペクトラム拡散方式を用いた移動無線機の
小型，低消費電力化に寄与することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、振幅が０にならない様な変調方式に変形する。

【００１３】図３に変調信号配置を示す。ＢＰＳＫ変調
の場合には図３（ａ）に示す様に、同相位相Ｉと直交位
相Ｑのうち、どちらか一方のみしか用いないので、デー
タ０と１の間で、データが変わると遷移の途中で、振幅
０の点（原点）を通過し、この時点で変調波の振幅が０
となる。図３（ｂ）に示すＱＰＳＫでは、データ（Ｑ，
Ｉ）＝（０，０），（０，１），（１，１），（１，
０）を図の様に配置すると、（０，０）と（１，１）の
間の遷移、あるいは（０，１）と（１，０）の間の遷移
がなければ、原点を通らない事がわかる。すなわち、デ
ータＩ，Ｑの双方が同時に変わらないようにすればよ
い。

【００１４】図４にＢＰＳＫの場合の実現方法を示す。
ＢＰＳＫ変調方式では、そのままでは図３に示したよう
に振幅０の点を通過するので、変調信号点をＱＰＳＫに
拡張し、対角点への遷移を生じないようにする。すなわ
ち、図４（ａ）に示すように、拡散されたデータ（拡散
符号とデータを排他論理和した信号）が０ならば右回り
に、１ならば左回りに遷移するように定める。こうする
と、ＢＰＳＫの信号をＱＰＳＫの信号に配置する事が出
来、しかもデータＩ，Ｑの両方が同時に変化する遷移を
避けることが出来る。遷移の前の変調信号配置を（Ｑ
ｏ，Ｉｏ）、遷移後の配置を（Ｑ，Ｉ）として、論理値
表を作ると、図４(ｂ)の様になり、これを論理式で表す
と

【００１５】

【数１】

【００１６】の様になる。これを論理ゲートあるいはプ
ログラム処理により実現すれば良い。

【００１７】図５にＱＰＳＫ変調を用いる場合の、振幅
０を禁止する方法を示す。ＱＰＳＫの場合にはデータ
Ｉ，Ｑは０，１の全ての組合せを取るので、図５（ａ）
に示すような全ての遷移が起こり得る。そこで変調波の
振幅が０とならないようにＩ，Ｑの両方が同時に遷移す
るのを禁じるには、Ｉ，Ｑの遷移時間をずらせばよい。
そこで、図５（ｂ）に示すように拡散符号ＰＮのクロッ
ク信号(clock）を２分周し、互いに位相のずれた二つの
クロックclk１，clk２を作る。この二相クロックで拡
散符号ＰＮをラッチすると、互いに変化時点のずれた二
つの拡散符号PN１，ＰＮ２が得られる。この符号を用い
て、データＩ，Ｑを拡散する（各々、排他論理和を取
る）と、求めるＱＰＳＫ変調されたスペクトラム拡散信
号が得られる。

【００１８】この方法では、拡散データ信号に何等かの
制限を加えて、変調信号が振幅０の点を通過するのを防
止するものであったが、変調方式そのものが、振幅０点
を通らない様な特徴を持つものがある。この様な特徴を
持つディジタル変調方式として、ＯＱＰＳＫ（オフセッ
トＱＰＳＫ)，ＣＰＦＳＫ（位相連続周波数偏移変調)，
ＭＳＫ（最小位相偏移変調）などが知られている。これ
らの変調方式によって、スペクトラム拡散送受信機を構
成すれば、容易に変調波形の振幅が０になるのを防止す
る事が出来る。ところで、これらの方式では、拡散デー
タ信号には何等の制限を加える必要が無い代わりに、受
信機側で搬送波再生，クロック再生が若干複雑となる。

【００１９】

【作用】本発明のスペクトラム拡散送受信機の構成によ
れば、変調方式がＢＰＳＫ変調であっても、擬似的にＱ
ＰＳＫ変調とし、さらに変調波の振幅が０とならないよ
うに変調信号点の遷移を拘束することで、送信機の電力
増幅器の非線形性による悪影響を減少させ、送信機の電
力効率を改善することが出来る。ＱＰＳＫ変調の場合に
も、振幅０点を通過する事が無いので、同様の効果が得
られる。

【００２０】ＱＰＳＫ変調の場合には、受信側に於ける
搬送波再生の位相不確定の問題が起こり、ＢＰＳＫの場
合にはデータの極性反転、ＱＰＳＫの場合には、極性反
転とＩ，Ｑデータの交換が生じることがある。この位相
不確定を除去する技術として、従来から差動符号化の技
術が良く知られており、スペクトラム拡散方式でも、こ
の技術を用いて、容易に対策できる。

【００２１】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図６は本発明をＢＰＳＫ変調を用いるスペクトラム
拡散送受信機に適用した実施例である。図６（ａ）は送
信機、図６（ｂ）は受信機である。図において、６１，
６２，６３，６２３，625は排他論理和ゲート、６５は
否定論理ゲート、６４，６２６はスペクトラム拡散用擬
似雑音符号発生器、６６，６７，６２４はＤタイプフリ
ップフロップ、６８，６２２は信号点配置回路、６９，
６１０，６２０，６２１は低域通過フィルタ、６１１，
６１３，６１６，６１８は周波数混合器、６１２，６１
７は９０゜移相器、６１４，６１９は搬送波信号発生
器、６１５は加算器である。

【００２２】図６（ａ）に示す送信機側では、データ信
号が排他論理和ゲート６１により、拡散符号発生器６４
からの信号と排他論理和が取られ、拡散される。拡散デ
ータは排他論理和ゲート６２に入力されると共に、否定
論理ゲート６５により論理反転されてから、排他論理和
ゲート６３に入力される。排他論理和ゲート６２，６３
で、各々、Ｄタイプフリップフロップ６７，６６の出力
と排他論理和を取り、数１の論理式で表される論理値を
求める。ゲート６２，６３の出力は信号点配置回路６８
に入力され、論理レベル０，１を振幅レベル＋１，−１
に対応させ、変調信号配置する。変調信号は低域通過フ
ィルタ６９，６１０に通してから、周波数混合器６１
１，６１３によって搬送波信号発生器６１４から得た直
交搬送波と、これを９０゜移相器６１２に通して得た同
相搬送波と掛け合わせ、加算器６１５で加算合成し、Ｑ
ＰＳＫ変調したスペクトラム拡散送信波を得る。ここで
得られるＱＰＳＫ波は図４（ａ）に示す禁止された位相
遷移を持つので、振幅０の点を通過することはなく、変
調波の振幅変動は小さい。従って変調器最終段の電力増
幅器の信号レベルを大きく取ることが出来、電力効率を
向上させることが出来る。

【００２３】このＱＰＳＫ変調スペクトラム拡散送信波
は、図６（ｂ）の受信機によって復調することが出来
る。受信波は周波数混合器６１６，６１８によって搬送
波信号発生器６１９と、９０゜移相器６１７によって得
た復調搬送波と掛け合わされ、低域通過フィルタ６２
０，６２１によって基底帯域の信号に変換される。さら
に信号点配置回路６２２により、論理レベルの信号に変
換され、数１のＩ，Ｑ信号となる。ＱはＤタイプフリッ
プフロップ６２４でラッチされ、その反転出力と、Ｉが
ゲート６２３で排他論理和を取られ、さらに、スペクト
ラム拡散用擬似雑音符号発生器６２６から得られる拡散
符号とゲート６２５で排他論理和され、出力Ｉ′が得ら
れる。出力Ｉ′は

【００２４】

【数２】

【００２５】で与えられるので、Ｉ′＝Ｄとなって、元
のデータ信号となる。数２の代わりに

【００２６】

【数３】

【００２７】を演算してもＱ′＝Ｄとなる。この場合の
論理回路も図６（ｂ）と同様な構成で実現できる。

【００２８】本発明による他の実施例を図７に示す。図
７の実施例はＱＰＳＫ変調を用いるスペクトラム拡散送
受信機に本発明を実施したもので、送信機の信号点配置
回路から変調器までと、受信機の復調器から信号点配置
回路までは、図６の実施例と同一であるので、省略して
ある。図７において、７１，７２は排他論理和ゲート、
７３，７４，７５はＤタイプフリップフロップ、７６は
スペクトラム拡散用擬似雑音符号発生器である。

【００２９】図７の実施例の動作タイムチャートは、図
５（ｂ）に示されている。拡散符号発生器７６から得ら
れる拡散符号ＰＮの、クロック信号clock をＤタイプフ
リップフロップ７３のクロック端子に入力し、フリップ
フロップ７３の反転出力を入力端子に帰還して構成し
た、Ｔタイプフリップフロップによって２分周し、元の
クロック信号の１／２の周波数のクロック信号clk１，
clk２を作成する。clk１，clk２は立ち上がり時点が
互いに半周期ずれている。クロック信号clk１，clk２
を各々、Ｄタイプフリップフロップ７４，７５のクロッ
ク信号として入力し、データ入力端子に拡散符号ＰＮを
入力すると、図５（ｂ）に示す二系統の拡散符号ＰＮ
１，ＰＮ２が得られる。ＰＮ１，ＰＮ２は元の拡散符号
ＰＮの符号を１ビットおきに抜き出したもので、周期が
元の拡散符号の倍になっており、互いに変化時点が半周
期ずれている。この二系統の拡散符号ＰＮ１，ＰＮ２を
各々、排他論理和ゲート７１，７２によってデータＩ，
Ｑと排他論理和を取り、拡散したデータＩｓ，Ｑｓを得
る。

【００３０】拡散したデータで、図６（ａ）に示したＱ
ＰＳＫ変調器により変調を行うと、ＱＰＳＫ変調を用い
たスペクトラム拡散送信機が構成できる。ここで用いた
拡散符号はＩ，Ｑ信号の変化時点が半周期ずれているの
で、同時に変化することはなく、ＱＰＳＫ波の振幅が０
となる事はない。従って、ＢＰＳＫ変調の場合と同様に
変調器最終段の電力増幅器の信号レベルを大きく取るこ
とが出来、電力効率を向上させ、消費電力の低減，装置
の小型化が可能となる。

【００３１】図７の実施例に於ける受信機側の構成は、
送信機と全く同一の回路を用いることが出来るので、説
明は省略する。

【００３２】図８に本発明の他の実施例を示す。図８は
変調波形の振幅０点を通らないような変調方式をスペク
トラム拡散送受信機に適用したもので、変調方式にはＭ
ＳＫを用いている。図８（ａ）は送信機、図８（ｂ）は
受信機の構成を示す。図において８１，８２，８２９，
８３０はスペクトラム拡散用擬似雑音符号発生器、８
３，８４，８２８，８３１は排他論理和ゲート、８５，
８６，８７，８２６，８２７はＤタイプフリップフロッ
プ、８８，８２５は信号点配置回路、８９，８１０，８
２２，８２３は低域通過フィルタ、８１１，８１３，８
１７，８１９，８２１は周波数混合器、８１２，８２０
は９０゜移相器、８１４は加算器、８１５は４分周回
路、８１６は搬送波信号発振器、８１８は帯域通過フィ
ルタ、８２４は同期回路である。

【００３３】図８の実施例では、拡散データについては
何等の制限を加える必要が無い。そこで、Ｉ，Ｑデータ
に独立な拡散符号ＰＮ１，ＰＮ２を掛算している。Ｉ，
Ｑデータはゲート８３，８４によって、各々拡散符号発
生器８１，８２からの拡散符号ＰＮ１，ＰＮ２と排他論
理和を取られ、Ｄタイプフリップフロップ８６，８７に
ラッチされる。図８（ａ）の構成要素８５から、８１８
まではＭＳＫ変調器を構成している。拡散符号のクロッ
ク信号fclkはフリップフロップ８５による分周器で、互
いに半周期ずれた周波数fclk／２のクロックを発生し、
各々フリップフロップ８６，８７に入力される。クロッ
ク信号が半周期ずれているので、フリップフロップ８
６，８７の出力も、半周期ずれて変化する。フリップフ
ロップ８６，８７の出力は信号点配置回路８８を経て、
振幅レベルに変換されて、変調信号点配置される。さら
に低域通過フィルタ８９，８１０によって帯域制限され
て、周波数混合器８１１，８１２に入力され別途生成さ
れた直交搬送波信号を変調する。

【００３４】ＭＳＫ変調の搬送波信号は搬送波信号発生
器８１５からの搬送波信号ｆｃをfclk／４だけ周波数オ
フセットする。このため拡散符号のクロック信号fclkを
４分周回路８１５によって４分周し、周波数混合器８１
７で搬送波信号発生器815からの搬送波信号ｆｃと掛け
合わせる。混合器８１７の出力の中から帯域通過フィル
タ８１８によって、周波数ｆｃ＋fclk／４の成分のみを
抽出し、９０゜移相器８１２によって直交搬送波信号を
生成し、周波数混合器８１１，８１２に入力する。混合
器８１１，８１２の出力を加算器８１４で加算合成し、
ＭＳＫ変調によるスペクトラム拡散送信波形を得る。

【００３５】図８（ｂ）に示したスペクトラム拡散受信
機の動作は送信機のほぼ逆の処理を行い、図６（ｂ）の
ＱＰＳＫの場合とほぼ同じである。受信信号は周波数混
合器８１９，８２１により、同期回路８２４で再生され
た搬送波信号と混合されて、ＭＳＫ復調が行われ、低域
通過フィルタ８２２，８２３により基底帯域信号が取り
出される。信号点配置回路８２５によって逆配置が行わ
れて、論理レベル信号となり、フリップフロップ８２
６，８２７で同一タイミングでラッチされる。フリップ
フロップ８２６，９２７の出力は、各々、ゲート８２
８，８３１によって、拡散符号発生器８２９，９３０か
ら得られる拡散符号ＰＮ１，ＰＮ２と排他論理和が取ら
れて、逆拡散が行われ、Ｉ，Ｑデータ信号が再生され
る。

【００３６】ＭＳＫ変調方式では四つの変調信号点を通
る円周上を遷移するので、変調波の振幅は一定値とな
り、振幅変動が生じないという特徴を持っている。従っ
て、スペクトラム拡散送信機の最終電力増幅器における
非線形性の問題は完全に回避できる。さらに、この実施
例では拡散データには何等の制限も加わらないので、設
計の自由度が大きく、Ｉ，Ｑのデータを独立な拡散符号
を用いて、スペクトラム拡散する事も出来る。

【００３７】以上、本発明を用いて、変調波形の振幅が
０とならない変調を行うスペクトラム拡散送受信機を構
成する実施例に付いて説明した。実施例では、Ｉ，Ｑデ
ータに対して、１種類の拡散符号を用いる方法を説明し
たが、各々、別の符号を用いることも可能である。ま
た、変調方式もＢＰＳＫ、あるいはＱＰＳＫに限らず、
他の方式に容易に適用する事が出来る。いずれの場合も
変調波の振幅が０になる様な変調点間の遷移を禁じるよ
うにすればよい。

【００３８】また、変調波形の振幅が０となるような変
調方式をスペクトラム拡散送受信機に適用した実施例も
示した。この場合には、拡散データには制限条件が無い
ので、自由に構成することが出来、Ｉ，Ｑデータに対し
て、独立な拡散符号を用いる事が出来る。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、スペクトラム拡散送受
信機における変調方式を、変調信号の振幅が０の点を通
過しない様にする事で、変調波信号の振幅変動範囲を狭
くすることが出来、送信機の最終電力増幅器の非直線性
による波形歪を低く抑えたまま、電力増幅器の動作点を
大きいレベルに取ることが可能となり、電力効率を高
め、電源容量を小さくすることが出来、ひいては、移動
無線機の低消費電力化，小型化，軽量化を可能とするこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】スペクトラム拡散送受信機の原理の説明図。

【図２】ＢＰＳＫ変調波の波形図。

【図３】変調信号の位相配置を示す説明図。

【図４】本発明の原理を説明する禁止された遷移を持つ
変調位相の配置図。

【図５】位相遷移を時間シフトする方法による本発明の
原理の説明図。

【図６】本発明の第一の実施例のブロック図。

【図７】本発明の第二の実施例のブロック図。

【図８】本発明の第三の実施例のブロック図。

【符号の説明】

６，６１１，６１３，６１６，６１８…周波数混合器、
６１，６２，６３，６２３，６２５…排他論理和ゲー
ト、６４，６２６…スペクトラム拡散用擬似雑音符号発
生器、６５…否定論理ゲート、６６，６７，６２４…Ｄ
タイプフリップフロップ、６８，６２２…信号点配置回
路、６９，６１０，６２０，６２１…低域通過フィル
タ、６１２，６１７…９０゜移相器、６１４，６１９…
搬送波信号発振器、６１５…加算器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】データ信号に拡散符号を掛け合わせ、拡散
した前記データ信号によって、搬送波信号を変調するス
ペクトラム拡散送受信機において、前記搬送波信号の変
調を、前記データ信号の変化時点で、変調信号配置の原
点を通らない変調方式によって行うことを特徴とするス
ペクトラム拡散送受信機。
【請求項２】データ信号に拡散符号を掛け合わせ、拡散
した前記データ信号によって、搬送波信号を変調するス
ペクトラム拡散送受信機において、前記データ信号の変
化時点で、変調信号配置の原点に対して点対称な位置に
ある変調信号点の間の信号点遷移が起こり得ない前記デ
ータ信号の生成手段を用いることを特徴とするスペクト
ラム拡散送受信機。
【請求項３】請求項２において、四相位相偏移変調方式
を用い、前記データ信号の論理レベルに応じて、変調信
号配置の右隣あるいは左隣の信号点に遷移する変調を行
うか、または、その逆の方向に遷移する変調を行うよう
に、前記データ信号を生成するスペクトラム拡散送受信
機。
【請求項４】請求項２において、同相，直交の二成分を
持つデータを、同一の拡散符号を一クロックおきに二分
割し、かつ互いに変化時点が元の拡散符号の一クロック
分ずれた、二系統の拡散符号によって各々拡散し、二系
統のデータ信号によって前記搬送波信号を、四相位相偏
移変調するスペクトラム拡散送受信機。