JPH10294715A - Spread spectrum radio communication system - Google Patents
Spread spectrum radio communication systemInfo
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- JPH10294715A JPH10294715A JP9103577A JP10357797A JPH10294715A JP H10294715 A JPH10294715 A JP H10294715A JP 9103577 A JP9103577 A JP 9103577A JP 10357797 A JP10357797 A JP 10357797A JP H10294715 A JPH10294715 A JP H10294715A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、スペクトラム拡
散無線通信システム、特にスペクトル拡散方式として新
しい符号を採用し、チャネル間で相互に干渉がなく、し
かも回路構成を簡単にしたスペクトラム拡散無線通信シ
ステムに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spread spectrum wireless communication system, and more particularly to a spread spectrum wireless communication system which adopts a new code as a spread spectrum system, has no mutual interference between channels, and has a simplified circuit configuration. Things.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年通信技術の進歩に伴う新しいデータ
通信方式として、スペクトル拡散方式による通信方式が
研究され、且つ実用化されてきている。このスペクトル
拡散方式による通信方式は、発信側の携帯電話等の端末
により音声信号等をスペクトル拡散により変調してデー
タ化し、無線信号として空中線(アンテナ)により発信
する一方で受信側の端末により復調し通話等を行なうと
いうものである。2. Description of the Related Art In recent years, as a new data communication system accompanying the progress of communication technology, a communication system using a spread spectrum system has been studied and put into practical use. In the communication system based on the spread spectrum method, a voice signal or the like is modulated by spread spectrum by a terminal such as a mobile phone on the transmitting side to be converted into data, and is transmitted as a radio signal by an antenna (antenna) while demodulated by a receiving terminal. This is to make a call or the like.
【0003】近い将来の情報化社会は、データベース等
の情報源、情報を利用するユーザおよび情報伝送を行な
う通信回線から構成される。図28は上記のように予想
される近未来のネットワーク像を示したものである。通
信回線は、基幹となる大容量の伝送路による有線ネット
ワークと、ユーザが音声・画像・データ等の情報を「い
つでも・どこでも・誰とでも」相互にやりとり可能な、
携帯端末装置による無線ネットワークとに分けられる。The information society in the near future is composed of information sources such as databases, users who use information, and communication lines for transmitting information. FIG. 28 shows a near-future network image expected as described above. The communication line is a core wired network with a large-capacity transmission line, and users can exchange information such as voice, image, data, etc. `` anytime, anywhere, with anyone ''
It is divided into a wireless network by a portable terminal device.
【0004】現在、有線ネットワークには光ファイバ・
同軸ケーブル等が使用され、ISDN、インターネット
に代表されるコンピュータネットワークとしてその発展
・普及が著しい。この有線ネットワークの特徴は、信頼
性が高く、大容量伝送が可能なことであるが、その構築
に当たっては、ケーブルの敷設が必要であり、そのため
のスペースのみならずコストの面でも大きな負担とな
る。[0004] Currently, fiber optics are used in wired networks.
Coaxial cables and the like are used, and their development and spread are remarkable as computer networks represented by ISDN and the Internet. The feature of this wired network is that it is highly reliable and capable of large capacity transmission. .
【0005】一方、無線ネットワークに関しては、IE
EE802.11標準化委員会に代表されるようにここ
数年無線LAN(Local Area Networ
k)への関心が高まり、既にその実用化が始まってい
る。また、昨今では移動体通信の利用が急増し、社会の
インフラストラクチャとなりつつあるといっても過言で
はない。のようなネットワークの無線化は、配線敷設ス
ペースの問題を解決するだけでなく、端末の自由な配置
と移動を可能とする。また、PHS(Personal
Handy−phone System)等の携帯電
話と電子手帳等の携帯端末装置を接続し、データ通信へ
と応用する技術も実用化されている。On the other hand, regarding wireless networks, IE
In recent years, as represented by the EE802.11 Standardization Committee, wireless LAN (Local Area Network)
Interest in k) has increased, and its practical use has already begun. It is no exaggeration to say that the use of mobile communications has been increasing rapidly these days, and it is becoming a social infrastructure. Such wireless networking not only solves the problem of wiring installation space, but also enables free arrangement and movement of terminals. PHS (Personal)
A technique of connecting a portable telephone such as a handy-phone system and a portable terminal device such as an electronic organizer and applying it to data communication has also been put to practical use.
【0006】無線ネットワークを支える無線伝送技術に
は次のような特性が要望される。 (1)無線区間における信頼性が有線並み、或いは誤り
訂正により有線並みとなること。 (2)通信内容のセキュリティが保てること。 (3)利用環境に依存しない信頼性、特に室内における
フェージング耐性を持つことである。The following characteristics are required for a wireless transmission technology supporting a wireless network. (1) The reliability in the wireless section is on the same level as that of a wired section, or on the order of a wired section due to error correction. (2) Security of communication contents must be maintained. (3) It has reliability that does not depend on the use environment, especially, fading resistance in a room.
【0007】以上の条件を満たす通信方式として、スペ
クトラム拡散通信方式が注目されている。スペクトラム
拡散通信方式は、情報伝送に最低限必要な帯域よりはる
かに広い周波数帯域にスペクトルを拡散して通信する方
式である。送信情報に通常の情報変調(1次変調、FS
K,PSKなど)を行なった後、PNコード(Pseu
do Noise Code、疑似雑音符号)を用いて
周波数の拡散(2次変調)を行なう。周波数帯域を拡散
することにより、耐妨害性、信号秘匿性、フェージング
耐性等の能力を持つ。また、拡散コードは通信局識別コ
ードとしての能力持つことから、CDMA(Code
Division MultipleAccess、符
号分割多元接続)によるランダムアクセスが可能であ
る。As a communication system satisfying the above conditions, a spread spectrum communication system has attracted attention. The spread spectrum communication method is a method of performing communication by spreading a spectrum to a frequency band far wider than a minimum band required for information transmission. Normal information modulation (primary modulation, FS
K, PSK, etc.) and then the PN code (Pseu
Frequency spreading (secondary modulation) is performed using a do noise code (pseudo noise code). By spreading the frequency band, it has capabilities such as interference resistance, signal concealment, and fading resistance. Also, since the spreading code has the capability as a communication station identification code, CDMA (Code
Random access by Division Multiple Access (code division multiple access) is possible.
【0008】1990年に米国(アメリカ合衆国)で、
1993年に日本でスペクトラム拡散通信用の周波数バ
ンドが認可され、その活用が奨励されている。表1に米
国並びに日本国内のスペクトラム拡散通信バンドの規格
[3]を示す。In the United States (USA) in 1990,
In 1993, a frequency band for spread spectrum communication was approved in Japan and its use is encouraged. Table 1 shows standards [3] of spread spectrum communication bands in the United States and Japan.
【表1】 上の表から明らかなように、日本国内においては、周波
数帯はISMバンドの2.4GHz帯、バンド幅26M
Hzとなっている。[Table 1] As is clear from the above table, in Japan, the frequency band is the 2.4 GHz band of the ISM band and the bandwidth is 26M.
Hz.
【0009】スペクトラム拡散通信では、受信部におい
て広帯域に拡散した信号に対して、送信側と同一のPN
コードを乗算し、情報を復元するための逆拡散処理が必
要となる。逆拡散処理を行なうための素子、デバイスを
相関器と呼び、一般にはディジタル型とアナログ型に大
別される。In the spread spectrum communication, the same PN as the transmitting side is applied to the signal spread over a wide band in the receiving unit.
Despreading processing for restoring information by multiplying the codes is required. An element or device for performing the despreading process is called a correlator, and is generally classified into a digital type and an analog type.
【0010】SAW(Surface Acousti
c Wave: 弾性表面波)デバイスはアナログ型相
関器の一種であり、キャリアを含んだ状態で広帯域の信
号処理を行なう。SAWコリレータ、SAWコンボルバ
はRF、IF帯で逆拡散を行なうことが可能なデバイス
であり、スペクトラム拡散通信用相関器として最適であ
る。SAWコンボルバは、参照信号を切り替えることに
より任意の符号に対して動作するプログラマブル相関器
であり、多種の拡散コードを用いるCDMAやネットワ
ークの中央制御局用として最適である。SAWコリレー
タは、構造が非常に簡単であり、固定コードではあるも
のの低消費電力化が必要な携帯無線端末用相関器として
適している。[0010] SAW (Surface Acoustic)
c Wave: a surface acoustic wave device is a type of analog correlator, and performs wideband signal processing while including carriers. The SAW correlator and the SAW convolver are devices capable of performing despreading in the RF and IF bands, and are optimal as correlators for spread spectrum communication. The SAW convolver is a programmable correlator that operates on an arbitrary code by switching a reference signal, and is most suitable for CDMA using various spreading codes and a central control station of a network. The SAW correlator has a very simple structure and is suitable as a correlator for a portable wireless terminal that requires a low power consumption though it is a fixed code.
【0011】図29にスペクトラム拡散通信方式の概念
図を示す。スペクトラム拡散通信方式は、ある帯域に制
限して情報変調(1次変調)された信号を拡散符号を用
いて広帯域に拡散(2次変調)し、情報伝送を行なう通
信方式である。通常の狭帯域通信方式と比較して、送信
側では伝送を行なう情報とは全く関連のない拘束符号を
用いて周波数を拡散する機能が必要となる。この高速の
拡散符号には、一般に疑似雑音符号(PNコード)を用
いる。また、受信側では送信側で行なった行程の全く逆
の操作で周波数帯域の逆拡散を行ない、通常の情報変調
信号に戻した後、情報復調を行なう。FIG. 29 is a conceptual diagram of a spread spectrum communication system. The spread spectrum communication system is a communication system in which a signal subjected to information modulation (primary modulation) restricted to a certain band is spread (secondary modulation) over a wide band using a spreading code, and information is transmitted. Compared with the normal narrowband communication system, the transmitting side needs a function of spreading the frequency using a constraint code completely unrelated to the information to be transmitted. Generally, a pseudo-noise code (PN code) is used as the high-speed spreading code. On the receiving side, the frequency band is despread by the operation exactly opposite to the process performed on the transmitting side, and after returning to a normal information modulated signal, information demodulation is performed.
【0012】図29において、送信側の装置は、送信デ
ータに対して一般的な変調を行なうことにより図29
(a)に示すような搬送信号を得て無線信号の形で出力
する。これが信号の1次変調である。上記図29(a)
の信号はそれぞれの周波数f1,f2,f3に対応した
チャネル信号A,B,Cから成り、送信側装置の回路に
付随するノイズ30のレベルより高いレベルを保有して
いる。In FIG. 29, the transmitting-side apparatus performs general modulation on transmission data to perform transmission modulation shown in FIG.
A carrier signal as shown in (a) is obtained and output in the form of a radio signal. This is the primary modulation of the signal. FIG. 29 (a)
Are composed of channel signals A, B and C corresponding to the respective frequencies f1, f2 and f3, and have a level higher than the level of the noise 30 associated with the circuit of the transmitting apparatus.
【0013】送信側装置では上記チャネル信号A,B,
CをさらにSAWコンボルバ方式による拡散変調を行な
って図29(b)に示すような拡散信号(SS信号)す
なわち2次変調信号31を得る。これが2次変調であ
る。この拡散変調によって得られた2次変調信号31は
受信側装置に無線送信される。受信側装置では前記2次
変調信号(拡散変調信号)31を受信し、この受信信号
に逆拡散処理を施してもとのデータ信号に復調し復調信
号を得る。図29(c)は、受信側装置においてチャネ
ル信号Aについて復調信号を得た状態を示している。In the transmitting device, the channel signals A, B,
C is further subjected to spread modulation by the SAW convolver method to obtain a spread signal (SS signal) as shown in FIG. This is the secondary modulation. The secondary modulation signal 31 obtained by the spread modulation is wirelessly transmitted to the receiving device. The receiving side device receives the secondary modulation signal (spread modulation signal) 31, demodulates the received signal into an original data signal after despreading, and obtains a demodulated signal. FIG. 29 (c) shows a state where a demodulated signal is obtained for the channel signal A in the receiving device.
【0014】無線送信端末である制御装置6において拡
散変調によって得られた2次変調信号31は、ノイズ3
0のレベルよりも低いレベルを有するという特性を持っ
ており、信号レベルがノイズレベルよりも低いので他の
一般的な信号と同時進行の形で通信回線上に送出されて
も、上記他の信号(例えば通話信号)に対して混線、通
信ノイズの発生といった迷惑をかけることはない。[0014] The secondary modulation signal 31 obtained by the spread modulation in the control device 6 which is a radio transmission terminal has a noise 3
It has the characteristic that it has a level lower than the level of 0, and since the signal level is lower than the noise level, it is transmitted over the communication line in the form of simultaneous progress with other general signals. (For example, a call signal) does not cause trouble such as crosstalk and generation of communication noise.
【0015】この拡散、逆拡散の操作によってスペクト
ラム拡散通信方式は次のような特徴を有する。 (1)干渉や妨害を与えたり受けたりすることが少なく
なる。耐干渉能力を有する。 (2)信号秘匿能力が増加する。 (3)秘話性が向上する。秘話に適したシステムを構成
できる。 (4)フェージング、特に周波数選択性フェージング耐
性が向上する。 (5)符号分割多元接続(CDMA)が可能で、上品な
品質劣化(Graceful Degradatio
n)を起こす。 (6)通信と同時に距離測定や時刻同期が可能である。The spread-spectrum communication system has the following features due to the operation of spreading and de-spreading. (1) Interference or interference is less likely to be given or received. Has anti-interference ability. (2) Signal concealment ability increases. (3) The confidentiality is improved. A system suitable for secret story can be configured. (4) Fading, in particular, resistance to frequency selective fading is improved. (5) Code division multiple access (CDMA) is possible and elegant quality degradation (Graceful Degradation)
n). (6) Distance measurement and time synchronization are possible simultaneously with communication.
【0016】耐干渉能力は、拡散、逆拡散により得られ
るスペクトラム拡散通信特有の能力であるプロセスゲイ
ン(処理利得:Processing Gain, G
p)により実現される。プロセスゲインは、理想的な拡
散、逆拡散を行なった場合、その拡散率に等しくなる。
直接拡散方式においては、使用するPNコード長Nとな
る。このプロセスゲインは有限の電力を持った干渉波に
対してその能力を最大限発揮する。The anti-interference capability is a process gain (Processing Gain, G) which is a capability unique to spread spectrum communication obtained by spreading and despreading.
p). The process gain is equal to the spreading factor when ideal spreading and despreading are performed.
In the direct spreading method, the PN code length N is used. This process gain maximizes its capability with respect to interference waves having finite power.
【0017】拡散による広帯域化は、妨害に対して耐性
を実現するばかりでなく、同時に電力密度を小さくす
る。そのため、拡散符号に対する情報(或いは知識)を
持たないものにとっては、信号そのものの存在が分から
ない信号秘匿能力を実現することになる(図29(b)
においてチャネルA,B,Cの2次変調信号すなわち拡
散信号レベルがノイズレベルより低いことに注目)。一
般に、スペクトラム拡散に使用されるPN系列の符号長
が長ければ長いほど符号の解読は困難となり、信号秘匿
能力に加え秘話性、さらには傍受そのものをされにくく
する。Broadbanding by spreading not only achieves resistance to interference, but also reduces power density. Therefore, for those who do not have information (or knowledge) on the spreading code, the signal concealment ability that does not know the existence of the signal itself is realized (FIG. 29B).
, The secondary modulated signals of channels A, B, and C, that is, the spread signal levels are lower than the noise levels. In general, the longer the code length of a PN sequence used for spread spectrum, the more difficult it is to decode the code.
【0018】さらに広帯域化は、特に室内無線環境にお
いて問題となる周波数選択性フェージングに対して非常
に有効である。フェージングは、受信機に到達する電波
が複数の経路から到達した合成波であることから発生す
る。この合成波は、到達時間の異なった同一の信号から
成る。したがって、ある到達時間差の逆数に相当する周
波数のフェージングが発生すると考えられる。このフェ
ージングの起こる周波数は、スペクトラム拡散信号の全
帯域にわたることは殆どなく、周波数ダイバーシティに
より信号の或る部分は受信可能となる。また、拡散周波
数帯域の逆数の時間分解能を有しているため、到達した
多重波を分割し、位相を合わせて再合成することにより
ダイバーシティを実現可能である。Further, widening the band is very effective against frequency selective fading which is a problem particularly in an indoor radio environment. Fading occurs because a radio wave arriving at the receiver is a composite wave arriving from a plurality of paths. This composite wave is composed of the same signal with different arrival times. Therefore, it is considered that fading of a frequency corresponding to the reciprocal of a certain arrival time difference occurs. The frequency at which the fading occurs rarely covers the entire band of the spread spectrum signal, and a certain portion of the signal can be received by frequency diversity. Also, since it has a time resolution that is the reciprocal of the spread frequency band, diversity can be realized by dividing the multiplexed wave that has arrived, matching the phases, and recombining them.
【0019】スペクトラム拡散通信用の拡散符号は、帯
域を広げるだけでなく、多くのユーザの局識別コードと
しての役割を有しており、符号分割多元接続(CDM
A)が実現できる。図30に各種多元接続の概念図を示
す。従来の共起変調であるFM,AM等は、図30
(a)のように周波数分割によるチャネル割り当てを行
なうFDMA(Frequency Division
Multiple Access)にて実現されてい
る。また、欧州のDECT(Digital Euro
pean Cordless Telecommuni
cations)や日本のPHS(Personal
Handy−phone System)等は、図30
(b)に示すように拡散符号チャネルに時間スロットを
割り当て、その時間内で全帯域を使用して通信するTD
MA(Time Division Multiple
Access)にて実現されている。一方、CDMA
は、図30 (c)に示すようにユーザ全員が同時に全
帯域と時間を使用し、高速の拡散コードによってチャネ
ル分割するものである。The spread code for spread spectrum communication not only widens the band but also has a role as a station identification code for many users.
A) can be realized. FIG. 30 shows a conceptual diagram of various multiple access. The conventional co-occurrence modulation, such as FM and AM, is shown in FIG.
FDMA (Frequency Division) for allocating channels by frequency division as shown in FIG.
Multiple Access). In addition, European DECT (Digital Euro)
pean Cordless Telecomuni
camps) and Japanese PHS (Personal)
Handy-phone System) and the like are shown in FIG.
As shown in (b), a time slot is assigned to a spreading code channel, and TDs that communicate using the entire band within that time are used.
MA (Time Division Multiple)
Access). On the other hand, CDMA
As shown in FIG. 30 (c), all users use the entire band and time at the same time, and perform channel division by a high-speed spreading code.
【0020】FDMA,TDMAは、各ユーザが完全に
分離されたチャネル内で通信を行なうため、理想的な状
態では他のユーザからの干渉妨害が発生せず、規定され
た通信品質で通信可能である。しかし、同一周波数、同
一時間を全てのユーザで共有するCDMAは、ユーザ数
が増加するにしたがって徐々に品質が劣化する(上品な
通信品質の劣化:Graceful Degradat
ion)。FDMA、TDMAが、或る一定ユーザ以上
の許容が不可能であるのに比べ、CDMAは上品な品質
劣化のために符号同期の設定が可能である限りユーザを
許容可能である。CDMAは次世代無線通信の基幹技術
であり、表2に示すように様々な規格が提唱されてい
る。In FDMA and TDMA, since each user communicates in a completely separated channel, interference is not caused by other users in an ideal state, and communication can be performed with a specified communication quality. is there. However, CDMA in which all users share the same frequency and the same time gradually deteriorates in quality as the number of users increases (graceful communication quality deterioration: Graceful Degradat).
ion). Whereas FDMA and TDMA cannot allow more than a certain number of users, CDMA allows users as long as code synchronization can be set due to elegant quality degradation. CDMA is a key technology for next-generation wireless communication, and various standards have been proposed as shown in Table 2.
【表2】 [Table 2]
【0021】スペクトラム拡散通信の方式は種々提案さ
れているが、代表的な方式について挙げておく。 (1)直接拡散(Drect Sequence, D
S)方式 狭帯域情報変調後、キャリアの位相を高速の拡散符号を
乗算して切り替えることにより広帯域拡散信号を得る。
拡散にBPSK(Binary PhaseShift
Keying:2相位相変調)を用いる場合は、キャ
リア発振器、符号発生器、ミキサのみで簡略に構成可能
である。受信側では、相関検出により送信拡散符号のタ
イミングを抽出し、送信側と同じ拡散符号により位相を
基に戻すことにより狭帯域情報変調信号を得る。 (2)周波数ホッピング(Frequency Hop
ping,FH)方式 高速切り替え可能な周波数シンセサイザにより、定めら
れた帯域内でホッピング系列に基づきRFの周波数を不
連続に切り替えることにより広帯域化する。受信側で
は、送信周波数の変化のタイミングに合わせて局部発振
器を切り替え、狭帯域変調波を得る。システムの構成に
は、高機能な周波数シンセサイザが必要であり、また、
周波数同期補足が基本的にスライディング相関であるた
め、同期遅延が問題になる。 (3)M進スペクトラム拡散通信(M−ary/SS)
方式 この方式は、直接拡散方式を多値化した方式で、1つの
局に幾つかの符号系列を用意しておき、数ビットの情報
に応じてその中の1つを送信する、送信拡散系列に直交
符号を用いた場合、その誤り率特性はM進直交変調方式
と等しくなり、多値数を無限大にすることによりSha
nnon限界を達成することができる。Although various systems of spread spectrum communication have been proposed, typical systems will be described. (1) Direct Sequence, D
S) Method After narrowband information modulation, a wideband spread signal is obtained by switching the carrier phase by multiplying by a high-speed spreading code.
BPSK (Binary PhaseShift)
In the case where Keying (two-phase modulation) is used, it can be simply configured with only a carrier oscillator, a code generator, and a mixer. On the receiving side, the timing of the transmission spreading code is extracted by correlation detection, and the phase is returned based on the same spreading code as that on the transmission side to obtain a narrowband information modulated signal. (2) Frequency Hopping (Frequency Hop)
ping, FH) system By using a frequency synthesizer capable of high-speed switching, the frequency band of the RF is discontinuously switched based on a hopping sequence within a predetermined band, thereby widening the band. On the receiving side, the local oscillator is switched in accordance with the timing of the change of the transmission frequency to obtain a narrow-band modulated wave. The system configuration requires a sophisticated frequency synthesizer,
Since frequency synchronization capture is basically a sliding correlation, synchronization delay becomes a problem. (3) M-ary spread spectrum communication (M-ary / SS)
System This system is a multi-valued system of the direct spreading system, in which several code sequences are prepared in one station and one of them is transmitted according to several bits of information. When an orthogonal code is used, the error rate characteristic becomes equal to that of the M-ary orthogonal modulation method, and by making the multi-level number infinite, Sha
The Nnon limit can be achieved.
【0022】しかし、送信シンボル毎に拡散系列を変化
させるため、拡散系列の接続点における相関関数が0に
ならず、同期誤りを起こしやすい。また、送信系列がm
種類あるため、1回の同期点探索に相関器はm個必要と
なる。したがって、同期補足が難しいという欠点を持
つ。他に、タイムホッピング方式、チャープ変調方式、
マルチキャリア方式、拡散符号方式のハイブリド方式な
どが検討されている。However, since the spreading sequence is changed for each transmission symbol, the correlation function at the connection point of the spreading sequence does not become 0, and a synchronization error is likely to occur. Also, if the transmission sequence is m
Since there are different types, m correlators are required for one synchronization point search. Therefore, there is a disadvantage that synchronization supplementation is difficult. Besides, time hopping method, chirp modulation method,
A multi-carrier system, a hybrid system of a spreading code system, and the like are being studied.
【0023】先に述べたように、周波数拡散に用いる符
号は、ガウス雑音のように完全にランダムは系列が最適
であるが、実際のシステムには疑似雑音符号(PNコー
ド)と呼ばれるディジタルコードを用いるのが一般的で
ある。PNコードの主な性質を以下に挙げる。 (1)平衡性(Balance Property) 系列の1周期内で「1」の出現する回数と「0」の出現
する回数は高々1つしか違わない。 (2)連なり性(Run Property) 1周期に含まれる「”1”の連なり」と「”0”の連な
り」において、それぞれの連なりの長さをkとすると、
長さkの連なりは1/2k の割合で存在する。連なりと
は、”1”もしくは”0”の連続する数のことである。
例えば、01110であれば「”1”の連なり」の長さ
は3、個数は1と数える。 (3)相関性(Correlation Proper
ty) 系列を巡回させ、あらゆる状態で各項目毎の比較を行な
った場合、一致する項の数と一致しない項の数は高々1
つしか違わない。ここで、「項」とは符号の要素単体を
示す。As described above, the code used for frequency spreading is optimally a completely random sequence such as Gaussian noise, but a digital code called a pseudo-noise code (PN code) is used in an actual system. It is generally used. The main properties of the PN code are listed below. (1) Balance Property The number of occurrences of “1” and the number of occurrences of “0” in one cycle of a sequence are different from each other by at most one. (2) Run Property (Run Property) In the “run of“ 1 ”” and “run of“ 0 ”” included in one cycle, if the length of each run is k,
A run of length k exists at a rate of 1/2 k . The sequence is a continuous number of “1” or “0”.
For example, in the case of 01110, the length of “a series of“ 1 ”” is 3 and the number is 1. (3) Correlation Property
ty) When the sequence is circulated and the comparison for each item is performed in all states, the number of terms that do not match the number of terms that do not match is at most 1
Only one is different. Here, "term" indicates a single element of a code.
【0024】スペクトラム拡散通信では、PNコードと
して、特に相互相関の小さいm系列(Mximum L
ength Squence:最長符号系列)やGol
d系列が良く用いられる。図31(a)にm系列の発生
回路を示す。このm系列の発生回路は複数段のシフトレ
ジスタと排他的論理和(Exclusive−OR)の
論理回路により簡単に構成できる。この回路に初期値を
与え、巡回することにより符号系列が得られる。その中
で最長の周期を持つものがm系列である。m系列は、n
段のシフトレジスタの場合、 2n −1 の符号長となる。m系列の最大の特徴はその相関性にあ
る。図31(b)および(c)に符号長127チップm
系列の自己相関および相互相関特性を示す。これらの図
は、符号を1チップづつ巡回させ、各項の一致する数と
一致しない数との差を横軸シフト量として表示したもの
である。自己相関特性においては、符号の位相が完全に
一致した場合のみピークが現れ、それ以外ではピークの
1/(符号長)の振幅となる。この急峻な自己相関ピー
クを利用して同期用符号として用いることが可能であ
る。また、m系列の組み合わせのうち、相互相関値の小
さなペアをプリファードペアと呼ぶ。表3に様々な長さ
のm系列についてまとめた。In spread spectrum communication, an m-sequence (Mximum L) having a particularly small cross-correlation is used as a PN code.
length Sequence: the longest code sequence) or Gol
The d series is often used. FIG. 31A shows an m-sequence generation circuit. The m-sequence generation circuit can be easily formed by a plurality of stages of shift registers and an exclusive-OR (Exclusive-OR) logic circuit. A code sequence is obtained by giving an initial value to this circuit and cycling. Among them, the one having the longest cycle is the m-sequence. m series is n
In the case of a stage shift register, the code length is 2 n −1. The greatest feature of the m-sequence lies in its correlation. FIGS. 31B and 31C show a code length of 127 chips m
5 shows the auto-correlation and cross-correlation properties of a sequence. In these figures, the code is circulated one chip at a time, and the difference between the matching number of each term and the non-matching number is displayed as a horizontal axis shift amount. In the autocorrelation characteristic, a peak appears only when the phases of the codes completely match, and otherwise, the amplitude is 1 / (code length) of the peak. The steep autocorrelation peak can be used as a synchronization code. A pair having a small cross-correlation value among combinations of m sequences is called a preferred pair. Table 3 summarizes m sequences of various lengths.
【表3】 [Table 3]
【0025】m系列は、その系列数に限りがあるため、
チャネル割り当てに限界が生じる。この欠点を補う性質
を持つのがGold系列である。図32にGold系列
の発生方法を示す。図32において、(a)はGold
系列発生器の構成の一例を示す図で、(b)はGold
系列生成の原理を説明する図である。図32(a)に示
してあるように、Gold系列発生器は第1のm系列発
生部1と、第2のm系列発生部2と、これら第1および
第2のm系列発生部1、2の出力を加算する加算器3と
から構成される。第1のm系列発生部1および第2のm
系列発生部2にはクロック信号が入力され、第1のm系
列発生部1からはコード1、第2のm系列発生部2から
はコード2が出力される。そして加算器3はコード1お
よびコード2を加算処理することによりGoldコード
(コード1 XOR コード2)を出力するようになっ
ている。Since the number of m-sequences is limited,
There are limitations on channel assignment. The Gold series has the property to compensate for this defect. FIG. 32 shows a method of generating a Gold sequence. In FIG. 32, (a) is Gold
FIG. 3B is a diagram illustrating an example of a configuration of a sequence generator, wherein FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of sequence generation. As shown in FIG. 32 (a), the Gold sequence generator includes a first m-sequence generator 1, a second m-sequence generator 2, and a first and second m-sequence generator 1, And an adder 3 for adding the two outputs. First m-sequence generator 1 and second m-sequence generator
A clock signal is input to sequence generator 2, code 1 is output from first m-sequence generator 1, and code 2 is output from second m-sequence generator 2. The adder 3 outputs a Gold code (code 1 XOR code 2) by adding code 1 and code 2.
【0026】Gold系列は、上で説明したように、2
つのプリファードペアのm系列の論理和から生成され
る。符号長127の場合、2つのコードの位相関係が、
127通り取れることから、1組のm系列から127個
のGold系列を生成可能である。Gold系列はその
性質が数学的に良く研究されており、自己相関値におい
て特定の3種の値しか取り得ないことが知られている。
また、相互相関値上限が与えられているので、同時接続
数などを見積もることができ、好都合になっている。The Gold sequence is, as explained above, 2
It is generated from the logical sum of m sequences of one preferred pair. For a code length of 127, the phase relationship between the two codes is
Since 127 patterns can be obtained, 127 Gold sequences can be generated from one set of m sequences. The nature of the Gold series has been well studied mathematically, and it is known that only three specific values of the autocorrelation value can be taken.
Further, since the upper limit of the cross-correlation value is given, the number of simultaneous connections and the like can be estimated, which is convenient.
【0027】ここで、スペクトラム拡散通信用相関器と
してのSAWデバイスについて説明する。スペクトラム
拡散通信の受信には逆拡散(相関検出)が最大の問題点
となる。逆拡散を行なう相関器は、ディジタル型とアナ
ログ型に大別される。ディジタル相関器の例として図3
3にディジタルスライディング相関器、図34にディジ
タルマッチドフィルタの原理を示す。ディジタルスライ
ディング相関器は、PN系列を受信信号より早く巡回さ
せ、DLL(Deley Lock Loop)などの
補足システムで同期引き込みを行なう。ループを用いた
同期機構であるため、安定に同期保持できるが、相関器
のバランスによる動作不安、最大符号1周期の巡回が必
要となる長い同期補足時間などが問題となる。Here, a SAW device as a correlator for spread spectrum communication will be described. Despreading (correlation detection) is the biggest problem in receiving spread spectrum communication. Correlators that perform despreading are roughly classified into digital and analog types. FIG. 3 shows an example of a digital correlator.
3 shows a digital sliding correlator, and FIG. 34 shows the principle of a digital matched filter. The digital sliding correlator circulates the PN sequence earlier than the received signal, and performs synchronization with a supplementary system such as a DLL (Deley Lock Loop). Since the synchronization mechanism uses a loop, stable synchronization can be maintained. However, operation instability due to the balance of the correlator, a long synchronization supplementary time that requires a cycle of a maximum code of one cycle, and the like become problems.
【0028】ディジタルマッチドフィルタは、既知の拡
散符号の受信信号との相関積分を行なうことにより、相
関ピークの形でPNタイミングの検出を行なう。相関ピ
ークの存在タイミングは、曖昧さが生じる可能性があ
り、逆拡散用PN符号発生器の直接駆動は不安定にな
る。The digital matched filter detects a PN timing in the form of a correlation peak by performing correlation integration with a received signal of a known spread code. The existence timing of the correlation peak may cause ambiguity, and the direct driving of the despreading PN code generator becomes unstable.
【0029】SAWデバイスはアナログ相関器であり、
電極と遅延線の組み合わせによりRFもしくはIFのキ
ャリアを含んだ状態での逆拡散が可能なデバイスであ
る。図35はSAWデバイスとディジタル相関器の特質
および検波、復調動作手順を対比して表し、SAWデバ
イスの有用性を示す図である。上述したディジタル相関
器は、その動作周波数がベースバンド領域(〜100M
Hz)に限られているため、2.4GHz帯スペクトラ
ム拡散通信において逆拡散を行なうためには最初に受信
信号のキャリア再生を行ない、ベースバンド信号へと検
波、復調を行なう必要がある。その後逆拡散を行なうた
め、復調方式としては「検波後相関」と名付けることが
できる。このディジタル相関器においては検波後復調を
しようとしてもキャリア再生ができず、復調は不可能で
ある。The SAW device is an analog correlator,
This device is capable of despreading with RF or IF carriers by a combination of electrodes and delay lines. FIG. 35 is a diagram showing the characteristics of the SAW device and the digital correlator and the detection and demodulation operation procedures in comparison to show the usefulness of the SAW device. The above-described digital correlator has an operating frequency in a baseband region (up to 100 M).
Hz), in order to perform despreading in the 2.4 GHz band spread spectrum communication, it is necessary to first recover the carrier of the received signal, and then perform detection and demodulation to a baseband signal. Thereafter, since despreading is performed, the demodulation method can be named “correlation after detection”. In this digital correlator, even if an attempt is made to perform demodulation after detection, carrier recovery cannot be performed, and demodulation is impossible.
【0030】一方、SAWデバイスは、信号を受信する
際の復調動作において、復調手順として図35の中段の
図に示すような動作を行なう。すなわち、受信した信号
11に対して先ずRFもしくはIFのキャリアを含んだ
状態で相関操作を施して逆拡散を行なって相関処理信号
12を得る。この相関操作において、受信信号に含まれ
ているノイズ等が抑制され且つ伝送特性の拡大をも含め
るプロセスゲインの向上が得られ、相関処理信号12は
復調可能な信号になる。そして、この相関処理信号12
について逆拡散後の相関ピークを検波および復調処理し
て検波信号すなわちベースバンド信号を得る。このよう
に、SAWデバイスでは相関操作によってプロセスゲイ
ン分のノイズの抑圧を行なうため、受信信号の復調処理
を行なうことができ、復調方式としては「相関後検波」
と名付けることができる。検波後相関と、相関後検波と
の違いは、復調時におけるプロセスゲイン(Gp)を得
る場所が異なることである。On the other hand, the SAW device performs an operation as shown in the middle part of FIG. 35 as a demodulation procedure in a demodulation operation when receiving a signal. That is, first, a correlation operation is performed on the received signal 11 in a state where the signal contains an RF or IF carrier, and despreading is performed to obtain a correlation processing signal 12. In this correlation operation, noise and the like included in the received signal are suppressed, and an improvement in process gain including expansion of transmission characteristics is obtained, so that the correlation processing signal 12 becomes a signal that can be demodulated. Then, the correlation processing signal 12
, The correlation peak after despreading is detected and demodulated to obtain a detected signal, that is, a baseband signal. As described above, in the SAW device, the noise of the process gain is suppressed by the correlation operation, so that the received signal can be demodulated.
It can be named. The difference between the post-detection correlation and the post-correlation detection is that the location where the process gain (Gp) is obtained during demodulation is different.
【0031】スペクトラム拡散では、その信号を広帯域
に拡散しているため、受信時においてはその最大信号電
力(キャリア電力)がノイズ電力以下に減衰してしまう
ことが考えられる。このように、C/N(キャリア電力
/ノイズ電力)比が非常に悪い環境においては、検波後
相関を行なうディジタル相関器は、同期検波を行なう際
のキャリア再生が不可能となり、ベースバンド信号を得
ることができない。そのため、逆拡散は不可能となって
しまう。キャリア再生を行なえるのは、キャリア電力が
ノイズ電力を上回っているときに限られるのでC/N比
は0dBより大きい必要がある。In the spread spectrum, since the signal is spread over a wide band, the maximum signal power (carrier power) may be attenuated below the noise power at the time of reception. As described above, in an environment where the C / N (carrier power / noise power) ratio is very poor, the digital correlator that performs correlation after detection cannot perform carrier recovery at the time of synchronous detection, and converts the baseband signal into a baseband signal. I can't get it. Therefore, despreading becomes impossible. Carrier regeneration can be performed only when the carrier power exceeds the noise power, so the C / N ratio needs to be larger than 0 dB.
【0032】一方、相関後検波を行なうSAWデバイス
は、受信信号をキャリアを含んだまま逆拡散を行なうた
めに、プロセスゲインンのS/N(信号電力/ノイズ電
力)の改善を行なう。その結果、C/N比の悪い環境に
おいても復調が可能となる。逆拡散された信号がノイズ
電力よりも大きければ検波、復調は可能であるので、受
信時のC/N比が−Gp(dB)よりも大きい必要があ
る。これは、プロセスゲイン文だけノイズ電力がキャリ
ア電力よりも大きくならない限り、復調可能であること
を意味する。このことから、SAWデバイスはスペクト
ラム拡散通信用相関器として最適であるということがで
きる。他のアナログ相関器としてはCCD(Charg
e Coupled Device)などが挙げられ
る。On the other hand, a SAW device that performs post-correlation detection performs an improvement in the S / N (signal power / noise power) of the process gain in order to perform despreading of the received signal while including the carrier. As a result, demodulation is possible even in an environment with a poor C / N ratio. If the despread signal is larger than the noise power, detection and demodulation are possible, so the C / N ratio at the time of reception needs to be larger than -Gp (dB). This means that demodulation is possible as long as the noise power is not greater than the carrier power by the process gain statement. From this, it can be said that the SAW device is optimal as a correlator for spread spectrum communication. Another analog correlator is a CCD (Charg).
e Coupled Device).
【0033】スペクトラム拡散通信用相関器としてのS
AWデバイスにはSAWコンボルバ型と、SAWコリレ
ータ型とがある。両者とも、相関後検波を行なうアナロ
グ相関器である。図36はSAWコリレータとSAWコ
ンボルバの構造、特徴および応用分野について対比させ
て表した図である。SAWコンボルバは、図36に示す
ように、入力信号(f(t))を受ける入力電極14
と、参照信号(g(t))が入力される参照電極15
と、入力信号(f(t))および参照信号(g(t))
に基づいて積分処理動作を行ない、出力信号(h
(t))を出力するゲート電極16とを備えてなり、入
力信号に対してキャリア信号を含んだままで相関操作を
行ない、且つまた完全非同期で自動的に高速相関操作を
行なうものである。相関コードは参照信号の信号パター
ンにより決定されるため、任意の信号に対する相関操作
が可能である。SAWコンボルバは、参照信号を切り替
え可能な構成にすることでプログラマブルな相関器とな
るため、汎用性が高く、CDMAの基地局用相関器とし
て適している。S as a correlator for spread spectrum communication
AW devices include a SAW convolver type and a SAW correlator type. Both are analog correlators that perform detection after correlation. FIG. 36 is a diagram showing the structure, features and application fields of the SAW correlator and the SAW convolver in comparison. As shown in FIG. 36, the SAW convolver has an input electrode 14 for receiving an input signal (f (t)).
And the reference electrode 15 to which the reference signal (g (t)) is input
And an input signal (f (t)) and a reference signal (g (t))
Perform an integration processing operation based on the output signal (h
(T)), and performs a correlation operation on the input signal while including the carrier signal, and automatically performs a high-speed correlation operation completely asynchronously. Since the correlation code is determined by the signal pattern of the reference signal, a correlation operation can be performed on an arbitrary signal. The SAW convolver becomes a programmable correlator by having a configuration in which the reference signal can be switched, and therefore has high versatility and is suitable as a correlator for a CDMA base station.
【0034】SAWコリレータは、(f(t))を受け
る入力電極17と、タップドディレイライン18からな
る。タップドディレイライン18上のタッピングパター
ンにより相関コードが決定される。デバイス製造時にコ
ードが形成されるため、固定コードの相関器となるが、
SAWコンボルバと同様、完全非同期で自動的に高速相
関操作が可能である。また、SAWコリレータは構造が
簡単で小型化が可能であるため、携帯無線端末用相関器
として適している。The SAW correlator comprises an input electrode 17 receiving (f (t)) and a tapped delay line 18. The correlation code is determined by the tapping pattern on the tapped delay line 18. Since the code is formed at the time of device manufacture, it becomes a fixed code correlator,
Like the SAW convolver, high-speed correlation operation can be performed automatically completely asynchronously. Further, the SAW correlator has a simple structure and can be miniaturized, and thus is suitable as a correlator for a portable wireless terminal.
【0035】[0035]
【発明が解決しようとする課題】一般的にCDMA用符
号として用いられる符号としては、先に説明したように
m系列とかGold系列とかがある。 (m系列)m系列には次のような特徴がある。 (1)”1”と”0”の符号の出現確率がほぼ同じ。 (2)系列の自己相関特性のサイドローブレベルが−1
/(系列長)である。 (3)系列の発生が容易である。The codes generally used as CDMA codes include the m-sequence and the Gold-sequence as described above. (M-sequence) The m-sequence has the following features. (1) The appearance probabilities of the signs “1” and “0” are almost the same. (2) The side lobe level of the autocorrelation characteristic of the sequence is -1
/ (Sequence length). (3) Generation of a series is easy.
【0036】CDMAを行なうための符号としてm系列
を用いる場合には、2通りの考え方がある。1つは、或
る1つのm系列を用意して、各ユーザはそのm系列を時
間的にずらしたものを使う方法である。時間的にずらさ
れたm系列相互の相関値は、上述のように−1/(系列
長)となるので、良好な相関特性の組み合わせが系列長
と同じ数だけ得られる。しかし、この方法では各ユーザ
が同期して信号を送信しなければならないので、一般の
多元接続には利用しにくい。また、相互相関値は0では
ないので、各チャネルから干渉を受けて雑音許容度が減
少し、誤り率特性が劣化してしまう。When an m-sequence is used as a code for performing CDMA, there are two ways of thinking. One is a method in which a certain m-sequence is prepared and each user uses the m-sequence shifted in time. The correlation value between the m sequences shifted in time is -1 / (sequence length) as described above, so that a good number of combinations of correlation characteristics can be obtained as many as the sequence length. However, in this method, since each user must transmit a signal in synchronization, it is difficult to use for general multiple access. In addition, since the cross-correlation value is not 0, interference from each channel causes a decrease in noise tolerance and a deterioration in error rate characteristics.
【0037】2通りのうちのもう1つは、各ユーザが異
なる系列、すなわち異なるタップ位置のシフトレジスタ
から発生するm系列を使う方法である。この場合は、チ
ャネル間干渉が大きくなり、また同一周期の系列数が少
ないため、チャネル数も限られてしまう(127チップ
で18系列)。The other of the two methods is that each user uses a different sequence, that is, m sequences generated from shift registers at different tap positions. In this case, the inter-channel interference increases and the number of sequences in the same cycle is small, so that the number of channels is limited (18 sequences in 127 chips).
【0038】(Gold系列)m系列の発生できる符号
数が少ないという欠点を補うのが、m系列を基にするG
old系列である。Gold系列は、2種類のm系列発
生器を用意し、その出力を加算することで得られる。長
さNのシフトレジスタの初期オフセットを変えることに
よって、基となったm系列2個を含む2N +1個とい
う、m系列とは比較にならないほど多数の符号が生成さ
れる。但し、相互相関値の最大値は多少悪化する。m系
列やGold系列の場合、その性質は数学的に良く研究
されており、相互相関値の上限が与えられている。その
ため、干渉が0ではないものの、同時接続数などを見積
もることができ、非常に好都合になっている。(Gold sequence) The disadvantage that the number of codes that can generate the m sequence is small is compensated by the G sequence based on the m sequence.
Old series. The Gold sequence is obtained by preparing two types of m-sequence generators and adding their outputs. By changing the initial offset of the shift register of length N, a large number of codes are generated, which is incomparable to the m-sequence, such as 2 N +1 including the two m-sequences as the basis. However, the maximum value of the cross-correlation value slightly deteriorates. In the case of the m-sequence and the Gold sequence, the properties thereof are well studied mathematically, and an upper limit of the cross-correlation value is given. Therefore, although the interference is not zero, the number of simultaneous connections and the like can be estimated, which is very convenient.
【0039】(直交m系列)直交m系列は、m系列の問
題点を解決する方法として考え出された。この系列は、
m系列を1チップづつ巡回シフトして得られるM種類の
系列の後ろに1チップ付加することによって生成され
る。このとき、付加するチップは系列中の”1”、”
0”の数が等しくなるように選ばれる。長さMのm系列
を1チップづつシフトしたm系列を次式に示す。 M ={x1 ,x2 ,x3 ,・・・・・,xM-1 ,xM } M ={x2 ,x3 ,x ,・・・,xM-1, xM ,x1 } ・・・・・・・・ M ={xM ,x1 ,x2 ,x3 ,・・・・・・・・,xM-1 } 上式の各系列の後ろに1チップ付加した系列を付加した
系列は、 M ={x1 ,x2 ,x3 ,・・・・・・・・,xM-1 ,xM ,xadd } M ={x2 ,x3 ,・・・・・,xM-1 ,xM ,x1 ,xadd } ・・・・・・・・ M ={xM ,x1 ,x2 ,x3 ,・・・・・・・・,xM-1 ,xadd } となる。各々の自己相関特性ではそのサイドローブに0
でない相関値が存在するが、位相差0において相互相関
値を0とすることができ、M多重通信が可能となる。(Orthogonal m-sequence) The orthogonal m-sequence has been devised as a method for solving the problem of the m-sequence. This series is
It is generated by adding one chip after the M types of sequences obtained by cyclically shifting the m sequence one chip at a time. At this time, the chips to be added are “1”, “
0 ”is selected to be equal. An m-sequence obtained by shifting the m-sequence of length M by one chip is shown in the following equation: M = {x 1 , x 2 , x 3 ,. x M-1, x M} M = {x 2, x 3, x, ···, x M-1, x M, x 1} ········ M = {x M, x 1 , X 2 , x 3 ,..., X M-1 } A sequence obtained by adding a sequence obtained by adding one chip after each sequence of the above equation is M = {x 1 , x 2 , x 3, ········, x M-1 , x M, x add} M = {x 2, x 3, ·····, x M-1, x M, x 1, x add ... M = {x M , x 1 , x 2 , x 3 ,..., X M−1 , x add }. 0 in the side lobe
However, the cross-correlation value can be set to 0 when the phase difference is 0, and M-multiplex communication can be performed.
【0040】(直交Gold系列)直交Gold系列
は、構成方法がGold系列と同じで、系列間では直交
していることからこのように呼ばれ、簡単にOG系列と
言われる。ここで、2つのm系列、 A={ai ; i=0,1,2,・・・・・・,N−2} B={bj ; j=0,1,2,・・・・・・,N−2} (n=2n )が異なる帰還タップ位置のシフトレジスタ
から生成されたものとする。その系列の後ろに1つのチ
ップ”0”を付加することにより、系列長が N=2n になる系列は次のように書ける。 U=(a0 ,a1 ,a2 ,・・・,aN-2 ,0)=
(A,0) V =(Tj (b0 ,b1 ,b2 ,・・・,bN-2 ),
0)=(Tj B,0) ここで、T Bは系列Bのチップをj回巡回シフトした
ものである。U,V(j=0,1,・・・・,N−2)
により次のようなN個系列の系列集合が構成される。 OG(A,B)={U,(U*Vj (j=0,1,2,
・・・,N−2))} ここで、”*”は排他的論理和を表す演算子である。O
G系列の一集合OG(A,B)の中のN個の系列は互い
に直交し、直交m系列よりも良好な相関特性を持つ。(Orthogonal Gold Sequence) The orthogonal Gold sequence has the same construction method as the Gold sequence, and is orthogonal because the sequences are orthogonal, and is simply called an OG sequence. Here, two m-sequences, A = {a i ; i = 0, 1, 2,..., N−2} B = {b j ; j = 0, 1, 2,. .., N−2} (n = 2 n ) are generated from shift registers at different feedback tap positions. By adding one chip "0" after the sequence, a sequence having a sequence length of N = 2n can be written as follows. U = (a 0 , a 1 , a 2 ,..., A N−2 , 0) =
(A, 0) V = (T j (b 0 , b 1 , b 2 ,..., B N−2 ),
0) = (T j B, 0) Here, T B is obtained by cyclically shifting the chips of sequence B j times. U, V (j = 0, 1,..., N-2)
Forms a sequence set of N sequences as follows. OG (A, B) = {U, (U * V j (j = 0,1,2,2
..., N-2)) Here, "*" is an operator representing exclusive OR. O
N sequences in a set G (A, B) of G sequences are orthogonal to each other and have better correlation characteristics than orthogonal m sequences.
【0041】(Walsh符号)Walsh符号はHa
damard行列(H行列)の行ベクトルとして表され
る。H行列は、 (1)正方行列 (2)行列の元素は+1か−1のいずれかで構成され
る。 (3)任意の2つの行ベクトルは全て直交する。 という条件を満たす行列のことであり、2i 次のH行列
からは2i 個のWalsh符号が得られる。以下に2i
次のH行列の作成方法について示す。(Walsh code) The Walsh code is Ha
It is represented as a row vector of a damard matrix (H matrix). The H matrix is composed of (1) a square matrix and (2) an element of the matrix is either +1 or -1. (3) All two arbitrary row vectors are orthogonal. And that condition is satisfied matrix called, 2 i number of Walsh codes is obtained from 2 i following H matrix. Below 2 i
A method for creating the following H matrix will be described.
【数4】 H行列の性質(3)より、Walsh符号も位相差0に
おいて相互相関値が0となり、2i 個の直交したチャネ
ルが得られる。但し、位相がずれると、相互相関干渉が
出現する。(Equation 4) From the property (3) of the H matrix, the Walsh code also has a cross-correlation value of 0 at a phase difference of 0, and 2 i orthogonal channels are obtained. However, when the phases are shifted, cross-correlation interference appears.
【0042】以上のように一般的にCDMA用符号とし
て用いられる符号としてm系列とかGold系列とかを
使用した場合は、チャネル間で相互相関干渉が出現する
という不具合があった。As described above, when an m-sequence or a Gold sequence is used as a code generally used as a CDMA code, there is a problem that cross-correlation interference appears between channels.
【0043】本発明は上記のような従来の不具合を解決
するものであり、チャネル間で相互に干渉がなく、しか
も回路構成の簡単なスペクトラム拡散無線通信システム
を提供することを目的とする。An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide a spread spectrum radio communication system having no interference between channels and a simple circuit configuration.
【0044】そしてまた、本発明者は、従来スペクトラ
ム拡散通信の特徴であるCDMAに着目し、以下の目的
のもとに研究、開発を行なった。 (1)チャネル間干渉のないCDMA用符号の提案を行
なう。 (2)SAWコンボルバを用いた相関システムの設計を
行ない、提案する符号の実用化の指針を示す。 (3)上記CDMA用符号を用いたCDMAシステムを
提案し、その性能が構内CDMAセル化技術の現実解と
して充分であることを示す。Further, the present inventor focused on CDMA, which is a feature of the conventional spread spectrum communication, and conducted research and development with the following objectives. (1) Propose a CDMA code free of inter-channel interference. (2) A correlation system using a SAW convolver is designed, and guidelines for putting the proposed code into practical use are shown. (3) We propose a CDMA system using the CDMA code, and show that its performance is sufficient as a practical solution of the local CDMA cell technology.
【0045】[0045]
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するため、拡散処理用の符号として近似同期CDM
A用符号を用いる。この近似同期CDMA用符号は、複
素数で表される多相系列の符号で、無線通信等において
使用し得る符号として最近提唱されているものである。
ここで、近似同期CDMA用符号について述べる。According to the present invention, in order to achieve the above object, an approximate synchronous CDM is used as a code for spreading processing.
The code for A is used. This code for approximate synchronous CDMA is a code of a polyphase sequence represented by a complex number, and has recently been proposed as a code that can be used in wireless communication and the like.
Here, the code for approximate synchronous CDMA will be described.
【0046】先に述べた符号(m系列、Gold系列、
Walsh符号等)は、相互相関値が0ではなかった
り、相関値が0となってもそれは或る1時点に限られて
いた。CDMAシステムの実現という観点からは、でき
るだけ直交する範囲が広いことが望ましい。以下では、
広範囲において直交性を有する近似同期CDMA用符号
について説明する。The codes (m-sequence, Gold-sequence,
Walsh code), the cross-correlation value is not 0, or even when the correlation value becomes 0, it is limited to a certain point in time. From the viewpoint of realizing a CDMA system, it is desirable that the range of orthogonality is as wide as possible. Below,
An approximate synchronous CDMA code having orthogonality over a wide range will be described.
【0047】(直交系列) 周期Nの周期系列 (・・・,a0 ,a1 ,・・・,aN-1 ,a0 ,a1 ,
・・・,aN-1 ,・・・) は次のように巡回行列として表現できる。(Orthogonal sequence) Periodic sequence of period N (..., A 0 , a 1 ,..., A N−1 , a 0 , a 1 ,
, A N-1 ,...) Can be expressed as a cyclic matrix as follows.
【数5】 (Equation 5)
【0048】Aを巡回行列、Bを対角行列とする。ここ
で、Bの対角要素がAの第1列にDFT(離散フーリエ
変換)を施したものと等しいとき、次式が成立する。 A=F-1BF ただし、FはDFT行列である。周期系列において、自
己相関関数が周期の倍数以外の全ての項で0となると
き、その系列を直交系列と呼ぶことにする。巡回行列A
がユニタリ行列であるとき、Aは系列を表し、またBも
ユニタリ行列となる。よって、対角行列Bの対角要素の
絶対値は1となる。 相互相関のない周期系列 AおよびCを周期系列を表す巡回行列とすると、 A=F-1BF および C=F-1DF となるような対角行列BおよびDが存在する。Aおよび
Cで表される周期系列の相互相関関数は、次のように表
現できる。A is a cyclic matrix, and B is a diagonal matrix. Here, when the diagonal element of B is equal to the first column of A that has been subjected to DFT (Discrete Fourier Transform), the following equation holds. A = F -1 BF where F is a DFT matrix. In a periodic sequence, when the autocorrelation function becomes 0 in all terms other than a multiple of the period, the sequence is referred to as an orthogonal sequence. Cyclic matrix A
Is a unitary matrix, A represents a sequence, and B is also a unitary matrix. Therefore, the absolute value of the diagonal element of the diagonal matrix B is 1. If the periodic sequences A and C without cross-correlation are cyclic matrices representing the periodic sequences, there are diagonal matrices B and D such that A = F -1 BF and C = F -1 DF. The cross-correlation function of the periodic series represented by A and C can be expressed as follows.
【数6】 (Equation 6)
【0049】一つの例として、周期2の直交系列(1
j)から得られた周期6の周期系列を考える。新しい直
交系列は、式(A)に示すようにフーリエ変換によって
(1j)から得られる。As one example, an orthogonal sequence of period 2 (1
Consider the period sequence of period 6 obtained from j). A new orthogonal sequence is obtained from (1j) by Fourier transform as shown in equation (A).
【数7】 また、F2 は2−ポイントDFT行列である。なお、
(A)式の右辺の行列要素を、便宜上それぞれW1 8,W
7 8と表記する。(W1 8,W7 8 )は直交系列であるか
ら、周期6の周期系列は下記の(B)式により与えられ
る。(Equation 7) F 2 is a 2-point DFT matrix. In addition,
(A) formula of the matrix elements on the right side for convenience respectively W 1 8, W
Notated as 7 8 Since (W 1 8, W 7 8 ) are orthogonal sequence, periodic sequence of periodic 6 is given by formula (B) below.
【数8】 ここで、F6 は6次のDFT行列である。(Equation 8) Here, F 6 is a sixth-order DFT matrix.
【0050】(B)式の左辺の各列は周波数領域での信
号ピークを表しており、それに対し右辺の各列は時間領
域での信号ピークを表している。時間領域での3つの周
期系列は(B)式の右辺の列によって得られる。それら
のスペクトラムに対応付けられた項の乗算はすべての項
で0であるから、3つの周期系列から得られた2列の相
互相関関数はすべての項で0である。(B)式の右辺の
第1列は4値系列である。他が多値系列であっても、
(A)式と(B)式に記述された手法によって4値系列
を得ることができる。Each column on the left side of the equation (B) represents a signal peak in the frequency domain, while each column on the right side represents a signal peak in the time domain. The three periodic sequences in the time domain are obtained by the columns on the right side of the equation (B). Since the multiplication of the terms associated with those spectra is 0 in all terms, the cross-correlation functions of two columns obtained from the three periodic sequences are 0 in all terms. The first column on the right side of the equation (B) is a quaternary sequence. Even if others are multi-valued series,
A quaternary sequence can be obtained by the methods described in the equations (A) and (B).
【0051】また、これらの多値系列を入れ替えること
でスペクトルが重なり合わないようなキャリアの割り当
てをして4値系列を使用する。どんな多値系列もキャリ
ア周波数をシフトすることで使用することができること
を図1に示す。”系列1”を(B)式の右辺の第1項か
らの4値系列とする。”系列1”と”系列2”とがチャ
ネルA、チャネルBとして同じキャリア周波数f0 に使
用されているとき、図1(a)および図1(b)にチャ
ネルAとチャネルBのスペクトルを示す。ここで、図1
(c)に示すようにチャネルAとチャネルBの2つのス
ペクトルがお互いに重なっていないから、チャネルAと
チャネルBの相互相関値は現れない。また、図1(d)
に示すように、チャネルBのために(f0 +Δf)のキ
ャリア周波数を”系列1”に使用することができる。そ
のスペクトルのピークはΔfだけシフトしている。図1
(d)でのスペクトルも、図1(e)で示すように図1
(c)と重なっていないのでチャネルAとチャネルBの
間の相互相関関数も0になる。したがって、すべてのチ
ャネルはキャリアを割り当てた4値系列を使用すること
で分割することができる。Further, by replacing these multi-valued sequences, carriers are allocated so that the spectra do not overlap, and a four-valued sequence is used. FIG. 1 shows that any multi-level sequence can be used by shifting the carrier frequency. “Sequence 1” is a quaternary sequence from the first term on the right side of the equation (B). When “sequence 1” and “sequence 2” are used at the same carrier frequency f 0 as channel A and channel B, the spectra of channel A and channel B are shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). . Here, FIG.
As shown in (c), since the two spectra of channel A and channel B do not overlap each other, the cross-correlation value of channel A and channel B does not appear. FIG. 1 (d)
, A carrier frequency of (f 0 + Δf) can be used for “sequence 1” for channel B. The peak of the spectrum is shifted by Δf. FIG.
As shown in FIG. 1E, the spectrum in FIG.
Since it does not overlap with (c), the cross-correlation function between channel A and channel B also becomes zero. Therefore, all channels can be divided by using a quaternary sequence to which carriers are assigned.
【0052】上記の説明では直交系列(1j)が例とし
て使われた。しかし、(1j)を変えても他の直交系列
を信号設計に使うことができる。In the above description, the orthogonal sequence (1j) is used as an example. However, other orthogonal sequences can be used for signal design even if (1j) is changed.
【0053】また別の例として、周期3の直交系列 (1,1,W3 ) を考える。As another example, consider an orthogonal sequence (1,1, W 3 ) having a period of 3.
【数9】 また、F12は12次のDFT行列である。(Equation 9) Further, F 12 is 12-order DFT matrix.
【0054】(2)式の右辺の行列の列ベクトルから、
4つの多相周期系列が得られる。左辺の行列において
は、各列は互いに直交するよう、要素がずらして配置さ
れている。ここで、行は各チャネルに、列は周波数軸と
みなすことができる。したがって、左辺の行列は各チャ
ネル用系列の周波数スペクトルが互いに重ならないよう
に設計していることに相当する。よって、逆DFTによ
り時間領域に変換して得られた右辺の系列のどの2つを
とっても、相互相関関数は全ての項において0となる。From the column vector of the matrix on the right side of equation (2),
Four polyphase periodic sequences are obtained. In the matrix on the left side, the elements are arranged so as to be shifted from each other so that the columns are orthogonal to each other. Here, a row can be regarded as each channel, and a column can be regarded as a frequency axis. Therefore, the matrix on the left-hand side corresponds to designing so that the frequency spectrum of each channel sequence does not overlap each other. Therefore, no matter which two of the sequences on the right side obtained by transforming into the time domain by the inverse DFT, the cross-correlation function is 0 in all terms.
【0055】(2)式の左辺の4つの列ベクトルは、
(1,1,W3 )の要素間に0を挿入した構成になって
いるが、(1,1,W3 )が直交系列であるために、そ
れぞれが直交系列となっている。この場合の(1,1,
W3 )と同様の働きをする直交系列を、基礎直交系列と
呼ぶ。これにより得られた4つの多相周期系列の自己相
関関数は次のようになる。 (100100100100) (100j00−100−j00) (100−100100−100) (100−j00−100j00)The four column vectors on the left side of equation (2) are
(1, 1, W 3) but has a structure that inserts 0 into between elements, and has a (1, 1, W 3) is to be the orthogonal sequence, each orthogonal sequence. In this case, (1,1,
An orthogonal sequence that performs the same function as W 3 ) is called a basic orthogonal sequence. The autocorrelation function of the four polyphase periodic sequences obtained as described above is as follows. (100100100100) (100j00-100-j00) (100-100100-100) (100-j00-100j00)
【0056】一般に、基礎直交系列を拡張して作成した
直交系列は、逆DFTによって多相周期系列に変換さ
れ、その自己相関関数は基礎直交系列の周期の倍数以外
の全ての項で0となる。(2)式に倣って作成された符
号は、相互相関のみならず、自己相関において符号の同
期が多少前後にずれた場合でも相関値が0となるという
特徴を持つ。In general, an orthogonal sequence created by extending a basic orthogonal sequence is converted into a polyphase periodic sequence by inverse DFT, and its autocorrelation function becomes 0 in all terms other than a multiple of the period of the basic orthogonal sequence. . The code created according to the equation (2) has a feature that the correlation value becomes 0 even when the code synchronization is shifted slightly back and forth in the autocorrelation as well as the cross-correlation.
【0057】全ての信号が、或る一定の範囲内に収まる
ように制御して運用するのが近似同期CDMA方式であ
る。そして(2)式のような手順により作成された近似
同期CDMA用符号のことを、提唱者(末広直樹氏:筑
波大学助教授)の名をとって末広符号と呼ぶこともあ
る。The approximate synchronous CDMA system controls and operates so that all signals fall within a certain range. The code for approximate synchronous CDMA created by the procedure as in equation (2) is sometimes called a Suehiro code in the name of the proponent (Naoki Suehiro: Associate Professor at University of Tsukuba).
【0058】(位相状態の少ない近似同期CDMA用符
号)先に述べたように、(2)式の右辺から得られる近
似同期CDMA用符号は、多相周期系列となっている。
その系列の位相の状態数は、系列の周期が長くなるにつ
れて増加していく(系列周期128では取り得る位相状
態数が128ある)。考慮すべき位相の状態数があまり
に多いと、実用上、符号を正確に発生させる操作が複
雑、且つ困難となる。そこで、本発明では近似同期CD
MA用符号を少ない位相の状態数で生成する方法につい
て提案する。これにより系列の制御が容易になり、符号
発生回路の実現が容易になる。(Code for Approximately Synchronous CDMA with Small Phase States) As described above, the code for approximate synchronous CDMA obtained from the right side of the equation (2) is a multiphase periodic sequence.
The number of phase states of the series increases as the cycle of the series becomes longer (the number of possible phase states is 128 in the series cycle 128). If the number of phase states to be considered is too large, the operation of accurately generating a code becomes complicated and difficult in practice. Therefore, in the present invention, the approximate synchronous CD
We propose a method for generating MA codes with a small number of phases. This facilitates sequence control and facilitates the implementation of a code generation circuit.
【0059】ここで位相状態数の低減化の方法について
説明する。まず、基礎直交系列にDFTを施す。得られ
る系列はまた直交系列になっているので、この系列を新
たに基礎直交系列とし、(2)式と同様に系列の要素間
に0を挿入して周期を任意の長さに拡張する。そして、
各列ベクトルが直交するように、すなわち周波数スペク
トルが重ならないように行列を構成し、その後逆DFT
を施して時間軸上の信号を得る。その結果、得られた行
列の第1列は、最初の基礎直交系列が連続した形になっ
ており、その位相状態数は基礎直交系列のそれと等しく
なる。Here, a method of reducing the number of phase states will be described. First, DFT is performed on the basic orthogonal sequence. Since the obtained sequence is also an orthogonal sequence, this sequence is newly set as a basic orthogonal sequence, and the period is extended to an arbitrary length by inserting 0 between the elements of the sequence similarly to the equation (2). And
The matrix is constructed so that each column vector is orthogonal, ie, the frequency spectra do not overlap, and then the inverse DFT
To obtain a signal on the time axis. As a result, in the first column of the obtained matrix, the first basic orthogonal sequence is continuous, and the number of phase states is equal to that of the basic orthogonal sequence.
【0060】例として、先の説明と同様に、基礎直交系
列が周期3の系列(1,1,W3 )の場合について説明
する。As an example, a case where the basic orthogonal sequence is a sequence with a period of 3 (1, 1, W 3 ) will be described as in the above description.
【数10】 (Equation 10)
【0061】(3)式の右辺の行列の第1列に注目する
と、基礎直交系列(1,1,W3 )の繰り返しとなって
いることがわかる。したがって、この系列の取り得る位
相状態は”1”か”W3 ”の2種類となる。ただし、他
の列ベクトルから得られる系列は先の近似同期CDMA
用符号と同様に多相周期系列となっている。しかし、こ
れらの系列の特性は、1列目の系列を用いて表現するこ
とができる。Looking at the first column of the matrix on the right side of the equation (3), it can be seen that the basic orthogonal sequence (1,1, W 3 ) is repeated. Therefore, the possible phase states of the sequence is two kinds of "1" or "W 3". However, a sequence obtained from another column vector is the approximate synchronous CDMA described above.
It is a polyphase periodic sequence like the use code. However, the characteristics of these series can be expressed using the series in the first column.
【0062】(3)式の右辺から得られる系列のスペク
トルに着目すると、各系列は或る帯域中に基礎直交系列
の周期と同数(いまの場合は3)のピークが等間隔に立
つというのは共通であるが、そのピークの位置がそれぞ
れ違うことで区別される。すなわち、各系列のスペクト
ル特性は、第1列ベクトルをシフトさせた形となってい
る、近似同期CDMA用符号の直交性は、符号のスペク
トルが互いに重ならないことで実現している。よって、
最も位相状態の少ない系列のみを用い、各チャネル用の
符号としては乗算するキャリア周波数を変位させてスペ
クトルの立ち方をシフトさせることで、他の列ベクトル
を拡散符号として使用した場合と同様の特性が得られ
る。この様子を図2に示す。Focusing on the spectrum of the series obtained from the right side of the equation (3), it can be said that each series has the same number of (in this case, 3) peaks at equal intervals as the period of the basic orthogonal sequence in a certain band. Are common, but are distinguished by different peak positions. In other words, the spectral characteristics of each series are obtained by shifting the first column vector. The orthogonality of the approximate synchronous CDMA code is realized by the fact that the code spectra do not overlap each other. Therefore,
The same characteristics as when other column vectors are used as spreading codes by using only the sequence with the least phase state and displacing the carrier frequency to be multiplied to shift the spectrum as a code for each channel. Is obtained. This is shown in FIG.
【0063】基礎直交系列として、(1,1,W3 )の
代わりに4相の直交系列、 (1,1,1,1,1,j,−1,−j,1,−1,
1,−1,1,−j,−1,j) もしくは2相の系列、 (1,1,1,−1) を用いると、それぞれ4相もしくは2相の近似同期CD
MA用符号が生成される。これらは容易に回路による実
現が可能である。そして、SS通信に応用することがで
きるものである。As the basic orthogonal sequence, a four-phase orthogonal sequence instead of (1,1, W 3 ), (1,1,1,1,1, j, -1, -j, 1, -1,
(1, -1,1, -j, -1, j) or a two-phase sequence (1,1,1, -1) gives a four-phase or two-phase approximate synchronous CD, respectively.
A code for MA is generated. These can be easily realized by a circuit. And it can be applied to SS communication.
【0064】そこで、本発明者は実際に符号発生器を作
成し、相関器としてZnO/Si型SAWコンボルバを
用いた相関システムを構成し、近似同期CDMA用符号
の相関特性を観察した。この相関システムの構成に当た
っては、ここでは相関器としてのZnO/Si型SAW
コンボルバを用いた。その構造を図3に示す。この図に
示してあるように、ZnO/Si型SAWコンボルバ2
0は、ZnO(酸化亜鉛)層21と、SiO2 (二酸化
珪素)層22と、Si(珪素:シリコン)構造体23と
を順次積層し、さらにSi構造体23の裏面には背面接
続電極24が配置されて成る。ZnO層21にはゲート
電極25が設けられている一方、回路としてのIDT2
6(26a、26b)が設けられている。また、上記Z
nO/Si型SAWコンボルバ20の主な特性を従来の
エラスティック型コンボルバと対比させて表4に示す。Therefore, the present inventor actually created a code generator, constructed a correlation system using a ZnO / Si type SAW convolver as a correlator, and observed the correlation characteristics of the code for approximate synchronous CDMA. In the construction of this correlation system, a ZnO / Si type SAW as a correlator is used here.
A convolver was used. The structure is shown in FIG. As shown in this figure, the ZnO / Si type SAW convolver 2
Numeral 0 denotes a laminated structure of a ZnO (zinc oxide) layer 21, a SiO 2 (silicon dioxide) layer 22, and a Si (silicon: silicon) structure 23 in order, and a back connection electrode 24 on the back surface of the Si structure 23. Is arranged. The gate electrode 25 is provided on the ZnO layer 21 while the IDT 2
6 (26a, 26b) are provided. The above Z
Table 4 shows the main characteristics of the nO / Si type SAW convolver 20 in comparison with a conventional elastic type convolver.
【表4】 [Table 4]
【0065】この表4から明らかなように、ZnO/S
i型SAWコンボルバ20の動作中心周波数は215M
Hz、BT(Band−Time)積は207である。
BT積は3dB帯域幅と遅延時間の積で、スペクトラム
拡散通信に応用した場合、SAWデバイスの最大発揮し
得るプロセスゲインに相当する。ZnO/Si型SAW
コンボルバ20は、そのゲート電極25におけるSi空
乏層の非線形容量性により−42dBという端子効率を
実現している。この値は、従来のエラスティック型コン
ボルバより約15dB良く、中程度のBT積を必要とす
る無線端末用相関器として最適である。ZnO/Si型
SAWコンボルバの特長は、エラスティック型コンボル
バに比較して高い効率うを実現することである。特に、
SAWコンボルバは、いくつもの系列用のマッチドフィ
ルタをプログラマブルに操作することが可能である。こ
れは、参照信号がSAWコンボルバのフィルタ特性によ
り決定されるためである。As is apparent from Table 4, ZnO / S
The operating center frequency of the i-type SAW convolver 20 is 215M
The product of Hz and BT (Band-Time) is 207.
The BT product is the product of the 3 dB bandwidth and the delay time, and when applied to spread spectrum communication, corresponds to the maximum process gain of a SAW device. ZnO / Si type SAW
The convolver 20 realizes a terminal efficiency of −42 dB due to the nonlinear capacitance of the Si depletion layer in the gate electrode 25. This value is about 15 dB better than that of the conventional elastic convolver, and is optimal as a correlator for a wireless terminal requiring a medium BT product. The feature of the ZnO / Si type SAW convolver is that it realizes higher efficiency than the elastic type convolver. Especially,
The SAW convolver can programmatically operate matched filters for several series. This is because the reference signal is determined by the filter characteristics of the SAW convolver.
【0066】[0066]
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
について説明する。図4は上記ZnO/Si型SAWコ
ンボルバ20を使用して構成した相関システムの回路構
成を表すブロック図である。この図に示すように相関シ
ステムは、ZnO/Si型SAWコンボルバ20と、こ
のZnO/Si型SAWコンボルバ20へ入力される周
波数faの第1信号を発生させる第1の発振器27と、
第1信号に対してPNコード1を入力するPNコード1
供給部28と、第1信号とPNコード1とを乗算する第
1の乗算器29と、ZnO/Si型SAWコンボルバ2
0へ入力される周波数fbの第2信号を発生させる第2
の発振器30と、第2信号に対してPNコード2を入力
するPNコード2供給部31と、第2信号とPNコード
2とを乗算する第2の乗算器32と、ZnO/Si型S
AWコンボルバ20の出力に対して帯域分離を行なうバ
ンドパスフィルタ33とから構成されている。拡散符号
であるPNコード1および2については、コード長が1
27チップのm系列、コードレートは14MHzとして
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a correlation system configured using the ZnO / Si type SAW convolver 20. As shown in this figure, the correlation system includes a ZnO / Si type SAW convolver 20, a first oscillator 27 for generating a first signal having a frequency fa input to the ZnO / Si type SAW convolver 20,
PN code 1 for inputting PN code 1 for the first signal
A supply unit 28, a first multiplier 29 for multiplying the first signal by the PN code 1, and a ZnO / Si type SAW convolver 2
A second signal for generating a second signal of frequency fb input to 0
Oscillator 30, a PN code 2 supply unit 31 for inputting a PN code 2 to the second signal, a second multiplier 32 for multiplying the second signal by the PN code 2, a ZnO / Si type S
And a band-pass filter 33 for performing band separation on the output of the AW convolver 20. For PN codes 1 and 2, which are spreading codes, the code length is 1
The m-sequence of 27 chips and the code rate are 14 MHz.
【0067】入力信号と基準信号はそれぞれのディジタ
ル変換器に印加される。ゲート電極25からの出力信号
は、入力と基準信号の間の関連した信号である。The input signal and the reference signal are applied to respective digital converters. The output signal from gate electrode 25 is a related signal between the input and the reference signal.
【0068】図5は上記図4に示された回路構成を有す
る相関システムで相関処理を行なって得られたZnO/
Si型SAWコンボルバ20の拡散符号並びに周波数に
対する包絡線特性結果を示す図である。この場合、中心
周波数がfa とfb である2つ2値変調(BPSK)信
号はコンボルバ20のそれぞれの入力端子に入力され
る。拡散変調に用いるPN符号はm系列である。符号長
は127チップであり符号のチップレートは14Mcp
sである。図5(a)は、PNコードが変わるときの相
関ピーク値の変化を示す図である。相互相関の大きさ
は、SAWコンボルバに同一の符号が入力された場合
は、図5(a)に示すように、拡散符号の自己相関出力
が得られ、急峻なピークを持った出力となる。プリファ
ードペアなm系列m(7.1)およびm(7.3)を入
力した場合は、相関出力はその相互相関特性を反映した
出力が得られ、自己相関特性の大きさと比較して抑圧さ
れていることが分かる。一方、SAWコンボルバの入力
中心周波数を変化させたときの相関ピークの変化を図5
(b)に示す。このとき、fa とfb の周波数差が11
0kHz以上になると相関ピークが消滅する。110k
Hzという値はSAWコンボルバの伝搬遅延時間すなわ
ちゲート遅延時間9μsec(マイクロ秒)の逆数に相
当し、この積分時間を持つ積分器の数学的直交周波数で
ある。FIG. 5 shows ZnO / O obtained by performing a correlation process using the correlation system having the circuit configuration shown in FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a result of an envelope characteristic of a Si type SAW convolver 20 with respect to a spreading code and a frequency. In this case, two binary modulation (BPSK) signal center frequency is f a and f b are input to respective input terminals of the convolver 20. The PN code used for the spread modulation is an m-sequence. The code length is 127 chips and the code chip rate is 14 Mcp
s. FIG. 5A is a diagram illustrating a change in the correlation peak value when the PN code changes. When the same code is input to the SAW convolver, the autocorrelation output of the spread code is obtained as shown in FIG. 5A, and the magnitude of the cross-correlation is an output having a steep peak. When the preferred pair m-sequences m (7.1) and m (7.3) are input, an output reflecting the cross-correlation characteristic is obtained, and the correlation output is suppressed as compared with the magnitude of the auto-correlation characteristic. You can see that it is. On the other hand, the change of the correlation peak when the input center frequency of the SAW convolver is changed is shown in FIG.
(B). In this case, the frequency difference between f a and f b is 11
At 0 kHz or more, the correlation peak disappears. 110k
The value of Hz corresponds to the reciprocal of the propagation delay time of the SAW convolver, that is, the gate delay time of 9 μsec (microsecond), and is the mathematical orthogonal frequency of the integrator having this integration time.
【0069】また、このとき、周期的に現れる自己相関
ピークは、図5(a)と図5(b)に示すように非周期
且つ自動的に得られる。自己相関ピークの周期(4.5
μS)は、PNコードの周期(9μS)の半分である。
これは、2つの入力はお互いの反対方向のゲートから伝
搬されるためで、その相対速度は、SAWの伝搬速度の
2倍になるからである。At this time, the autocorrelation peaks appearing periodically are obtained aperiodically and automatically as shown in FIGS. 5A and 5B. Period of autocorrelation peak (4.5
μS) is half the period of the PN code (9 μS).
This is because the two inputs propagate from the gates in opposite directions, and their relative speed is twice the SAW propagation speed.
【0070】この特性を利用して、充分なチャネルセパ
レーションが確保できることが実験の結果分かった。こ
のようなチャネルセパレーションの方式を微小周波数変
位型マルチチャネルと呼ぶことにする。Experiments have shown that a sufficient channel separation can be ensured by utilizing this characteristic. Such a channel separation method is referred to as a minute frequency displacement type multi-channel.
【0071】SAWコンボルバは、素子内部に符号情報
を持たず、且つ完全にアナログ動作を行なうので、使用
する拡散符号に制限がなく、非同期で最高相関操作が可
能となるという特徴を持つ。近似同期CDMA用符号に
対するSAWコンボルバの相関システムの構成に際して
は、この特徴と微小周波数変位型マルチチャネルを積極
的に適用する。この相関システムの実験の緒元を表5に
示す。The SAW convolver does not have code information inside the element and performs a completely analog operation. Therefore, the SAW convolver has a feature that there is no limitation on the spread code to be used and the maximum correlation operation can be performed asynchronously. In the configuration of the SAW convolver correlation system for the code for the approximate synchronous CDMA, this feature and the minute frequency displacement type multi-channel are positively applied. Table 5 shows the experimental specifications of the correlation system.
【表5】 [Table 5]
【0072】以下に述べる例では、基礎直交系列として
周期16の4相系列を用いる。この4相系列から(A)
式と(B)式で表す方法により、周期128の4相系列
を作る。ここでは次の4相系列を用いる (1+j/√2,−1+j/√2,−1−j/√2,1
−j/√2,) それらは、 (1,j,−1,−j) を複素平面でπ/4回転させることにより得られる。こ
の処理により、4相系列の実部と虚部は1と−1の2値
のみでの表現が可能になる。しがって、実部と虚部の2
値系列になるため、ディジタル回路により簡単に実現す
ることができる。In the example described below, a four-phase sequence having a period of 16 is used as a basic orthogonal sequence. From this four-phase series (A)
A four-phase sequence with a period of 128 is created by the method represented by the expression and the expression (B). Here, the following four-phase sequence is used (1 + j / √2, −1 + j / √2, −1−j / √2, 1
−j / √2) They are obtained by rotating (1, j, −1, −j) by π / 4 in the complex plane. With this processing, the real part and the imaginary part of the four-phase series can be expressed by only binary values of 1 and −1. Therefore, the real part and the imaginary part 2
Since it is a value series, it can be easily realized by a digital circuit.
【0073】また、上の処理とは別に、上記周期16の
基礎直交系列にDFTを施して新たな直交系列を得る。In addition to the above processing, a DFT is performed on the basic orthogonal sequence having the period 16 to obtain a new orthogonal sequence.
【数11】 次に、(A)式および(B)式と同様に方法で近似同期
CDMA用符号を生成する。[Equation 11] Next, an approximate synchronous CDMA code is generated in the same manner as in the equations (A) and (B).
【数12】 (Equation 12)
【0074】(4)式に示すように、スペクトル領域の
設計ではチャネル数8を設定したため、直交系列の要素
間に0を7つ挿入して周期を128に拡張する。この系
列を順次要素をシフトさせて8列の行列にする。この行
列にDFTを施すことにより、時間領域の信号を得る。
(4)式右辺の行列の第1列には、基礎直交系列が繰り
返された系列が現れている。この系列は、±1および±
jの4つの値で構成されるため、4相系列となる。一
方、他のベクトルから得られる系列は、従来と同様多相
周期系列となっており、これらの系列を回路で生成する
には128段階の精度で位相を制御する必要があるた
め、正確な発生は困難となり、充分な特性が期待できな
い。As shown in the equation (4), since the number of channels is set to 8 in the design of the spectral domain, the period is extended to 128 by inserting seven 0s between the elements of the orthogonal sequence. The elements of this series are sequentially shifted into an eight-column matrix. By performing DFT on this matrix, a signal in the time domain is obtained.
(4) In the first column of the matrix on the right side of the equation, a sequence in which the basic orthogonal sequence is repeated appears. This series is ± 1 and ±
Since it is composed of four values of j, it becomes a four-phase series. On the other hand, the sequences obtained from the other vectors are polyphase periodic sequences as in the past, and it is necessary to control the phase with 128 levels of accuracy in order to generate these sequences by the circuit. Becomes difficult and sufficient characteristics cannot be expected.
【0075】そこで、上述したように、他の系列の特性
は最も位相状態数のすくない第1列の系列を用いて実現
する。すなわち、各チャネルにキャリア周波数を110
kHzづつ変位させて割り当て、それぞれの符号の代わ
りとする。これにより、スペクトルのピークの立つ位置
がシフトするので、それぞれの多相周期系列を用いたと
きと同様の特性が実現できる。Therefore, as described above, the characteristics of the other series are realized using the series of the first column having the least number of phase states. That is, the carrier frequency is set to 110 for each channel.
Assigned by displacing each kHz, instead of the respective signs. As a result, the position where the peak of the spectrum rises is shifted, so that the same characteristics as when using each polyphase periodic sequence can be realized.
【0076】ところで、得られた4相の近似同期CDM
A用符号の位相は、位相空間で見ると実軸および虚軸上
に位置する。そのため、符号を実部と虚部とに分けて制
御することを考えた場合、±1および0の3値が必要と
なる。そこで、さらなる簡略化のために、この実験では
図6に示すように符号を位相空間で45度回転させ、各
象限に1つの状態が来るようにする。この処理により、
符号の実部および虚部は2値のみをとるようになり、±
を用いたディジタル回路による容易な制御が可能とな
る。By the way, the obtained four-phase approximate synchronous CDM
The phase of the code for A is located on the real axis and the imaginary axis when viewed in the phase space. Therefore, in consideration of controlling the sign by dividing the sign into a real part and an imaginary part, three values of ± 1 and 0 are required. Therefore, for further simplification, in this experiment, the code is rotated by 45 degrees in the phase space as shown in FIG. 6 so that one state comes to each quadrant. With this process,
The real and imaginary parts of the sign take only two values, ±
It is possible to perform easy control by a digital circuit using.
【0077】この近似同期CDMA用符号を14Mcp
sで用いると、帯域幅14MHzに16本のスペクトル
のピークが立つことになる。また、符号の自己相関特性
は、基礎直交系列の周期16の倍数以外の全ての項で0
となる。すなわち、1周期の相関で16チップ時間毎に
8本の相関ピークが現れる。一方、キャリアを変位させ
て用いる他チャネル用の符号との相互相関特性は理論的
には0となる。The code for the approximate synchronous CDMA is 14 Mcp.
When used in s, 16 spectrum peaks will be raised in a bandwidth of 14 MHz. Further, the autocorrelation characteristic of the code is 0 in all terms other than a multiple of the period 16 of the basic orthogonal sequence.
Becomes That is, eight correlation peaks appear every 16 chip times in one cycle of correlation. On the other hand, the cross-correlation characteristic with the code for another channel used by displacing the carrier is theoretically zero.
【0078】図7および図8はこの実施の形態における
SAWコンボルバを用いた相関システムの構成を表すブ
ロック図である。これらの図のうち図7は上記相関シス
テムの送信部の構成を表すブロック図、図8は同相関シ
ステムの受信部の構成を表すブロック図である。図7に
おいて、37は近似同期CDMA用符号を発生する符号
発生器、38は送信キャリア信号(fa )の出力源とな
るキャリア信号発生器、39は近似同期CDMA用符号
の実部に対して信号を乗算する乗算器、40はキャリア
信号発生器38で生成されたキャリア信号の直交成分を
生成する直交成分生成部、41は近似同期CDMA用符
号の虚部に対してキャリア信号の直交成分を乗算する乗
算器、42は乗算器39の出力と乗算器41の出力とを
加算する加算器、43は送信信号を出射する空中線とし
てのアンテナである。FIGS. 7 and 8 are block diagrams showing the configuration of a correlation system using a SAW convolver in this embodiment. Among these figures, FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a transmission unit of the correlation system, and FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a reception unit of the correlation system. In FIG. 7, reference numeral 37 denotes a code generator for generating an approximate synchronous CDMA code, 38 denotes a carrier signal generator serving as an output source of a transmission carrier signal (fa), and 39 denotes a real part of the approximate synchronous CDMA code. A multiplier for multiplying the signal; 40, an orthogonal component generator for generating an orthogonal component of the carrier signal generated by the carrier signal generator 38; 41, an orthogonal component of the carrier signal for the imaginary part of the approximate synchronous CDMA code; A multiplier for multiplication, an adder for adding the output of the multiplier 39 and an output of the multiplier 41, and an antenna 43 as an antenna for emitting a transmission signal are provided.
【0079】図8において、44は近似同期CDMA用
の参照符号を発生する参照符号発生器、45は受信キャ
リア信号(fb )の出力源となるキャリア信号発生器、
46は近似同期CDMA用符号の実部に対して信号を乗
算する乗算器、47はキャリア信号発生器45で生成さ
れたキャリア信号の直交成分を生成する直交成分生成
部、48は近似同期CDMA用符号の虚部に対してキャ
リア信号の直交成分を乗算する乗算器、49は乗算器4
6の出力と乗算器48の出力とを加算する加算器、50
は加算器49の出力を入力して相関処理を行なうSAW
コンボルバ、51は無線信号を受信する空中線としての
アンテナである。In FIG. 8, reference numeral 44 denotes a reference code generator for generating a reference code for approximate synchronous CDMA; 45, a carrier signal generator serving as an output source of a received carrier signal (f b );
46 is a multiplier for multiplying the real part of the code for approximate synchronous CDMA by a signal; 47 is an orthogonal component generator for generating orthogonal components of the carrier signal generated by the carrier signal generator 45; A multiplier for multiplying the imaginary part of the code by the orthogonal component of the carrier signal;
An adder for adding the output of the multiplier 6 and the output of the multiplier 48;
Is a SAW that receives the output of the adder 49 and performs a correlation process
The convolver 51 is an antenna serving as an antenna for receiving a radio signal.
【0080】符号発生器37、44は、PLD(Pro
gramable Logic Device)を中心
とした簡易な構成で実現している。符号発生器37、4
4からは4相の近似同期CDMA用符号の実部および虚
部が出力される。送信部においては、近似同期CDMA
用符号の実部をキャリアの同相(1相)成分に、虚部を
直交成分(Q相)に乗算して送信する。受信部では、参
照用の符号が生成され、SAWコンボルバ50で近似同
期CDMA用符号の実部信号及び虚部信号の相関をと
り、両者を演算処理することで結果を得ている。SAW
コンボルバを用いているために、相関処理は完全に非同
期でかつ自動的に行なわれる。なお、信号の伝搬路は有
線で構成されているが、一部または全部を無線で接続し
てもよい。The code generators 37 and 44 are provided with a PLD (Pro
It is realized with a simple configuration centered on a grabable logic device. Code generator 37, 4
4 outputs the real part and imaginary part of the four-phase approximate synchronous CDMA code. In the transmitting section, the approximate synchronous CDMA
The real part of the use code is multiplied by the in-phase (one phase) component of the carrier, and the imaginary part is multiplied by the quadrature component (Q phase) and transmitted. In the receiving unit, a reference code is generated, the real part signal and the imaginary part signal of the approximate synchronous CDMA code are correlated by the SAW convolver 50, and the result is obtained by performing an arithmetic processing on both. SAW
Due to the use of the convolver, the correlation process is performed completely asynchronously and automatically. Note that the signal propagation path is configured by wire, but a part or all may be wirelessly connected.
【0081】このようにして実現したSAWコンボルバ
を用いた相関システム、ひいてはスペクトラム拡散無線
通信システムの特長は、受信部にたった1個のコンボル
バ50しか使っていないことである。このような、受信
部にたった1個のコンボルバを備えただけで相関が可能
な理由を以下に示す。The feature of the correlation system using the SAW convolver realized in this way, and furthermore, the spread spectrum radio communication system is that only one convolver 50 is used in the receiving section. The reason why the correlation can be achieved by providing only one convolver in the receiving unit will be described below.
【0082】送信系列の(R+jI)と参照系列の(R
+’jI’)によりできる。この2つの複素数の掛け算
は(C)式のように表せる。 (R+jI)(R+’jI’)=(RR’−II’)+j(RI’+R’I) ・・・・・(C)式 (C)式の右辺が4項からなるため、相関を計算するた
めには4つの相関器が必要である。自己相関を計算する
ときには(R−jI)が参照系列として使用される。 (R+jI)(R−jI)=(R2 +I2 ) ・・・・・(D)式 自己相関関数は(D)式を1周期にわたって積分するこ
とにより得られる。近似同期CDMA用符号の理論か
ら、相互相関は0である。したがって、 (RR’−II’) および (RI’+R’I) の両方の積分値は0である。相関関数の虚部は相互相関
および自己相関ともに0であるため、相関システムには
(C)式の実部を実現することが必要である。(R + jI) of the transmission sequence and (R + jI) of the reference sequence
+ 'JI'). The multiplication of these two complex numbers can be expressed as in equation (C). (R + jI) (R + 'jI') = (RR'-II ') + j (RI' + R'I) Equation (C) Since the right side of equation (C) consists of four terms, the correlation is calculated. To do so, four correlators are needed. When calculating the autocorrelation, (R-jI) is used as a reference sequence. (R + jI) (R−jI) = (R 2 + I 2 ) (D) The autocorrelation function is obtained by integrating the equation (D) over one period. From the theory of the code for the approximate synchronous CDMA, the cross-correlation is zero. Therefore, the integral value of both (RR'-II ') and (RI' + R'I) is zero. Since the imaginary part of the correlation function is 0 for both cross-correlation and auto-correlation, it is necessary for the correlation system to realize the real part of equation (C).
【0083】図8に示してある、1個のコンボルバ50
を使用している受信部は、数学的に以下のように表され
る。 (Rcosωt+Isinωt)(R’cosωt+I’sinωt) ・・・・・(E)式 (E)式の直流成分を除去すると、次の(F)式が得ら
れる。 (1/2)(RR’−II’)cos(2ωt)+(1/2)(RI’ −IR’)sin(2ωt) ・・・・・(F)式One convolver 50 shown in FIG.
Is mathematically expressed as follows. (Rcosωt + Isinωt) (R′cosωt + I′sinωt) (E) When the DC component of the equation (E) is removed, the following equation (F) is obtained. (1/2) (RR′−II ′) cos (2ωt) + (1/2) (RI′−IR ′) sin (2ωt) Equation (F)
【0084】もし、参照系列が送信系列の複素共役であ
れば、自己相関として、 (R2 +I2 )cos(2ωt) の形になる。計算機による数値計算を行なったところ、
(E)式の相互相関の値が10-4以下になることを見出
した。それゆえ、1つのSAWコンボルバを用いた実験
相関システムは、自己相関及び相互相関特性を出力する
ことが可能である。If the reference sequence is a complex conjugate of the transmission sequence, the autocorrelation has the form (R 2 + I 2 ) cos (2ωt). After performing numerical calculations with a computer,
It has been found that the value of the cross-correlation in the equation (E) is 10 -4 or less. Therefore, the experimental correlation system using one SAW convolver can output the auto-correlation and cross-correlation characteristics.
【0085】図9は上記の相関処理において、送信部か
ら発生した送信信号の電力スペクトル(送信スペクトラ
ム)を示す図である。信号設計の理論から、チップ幅の
中に現れるスペクトラムのピークの数は基礎直交系列の
周期の数である。この図から、帯域幅14MHz中に1
6本スペクトルのピークが観察され、理論通りの符号が
生成されていることがわかる。このピークが重ならない
ようにキャリアを微小周波数変位させることで、多重化
を実現する(微小周波数変位型マルチチャネル)。拡散
帯域28MHzは日本で許可されているSS帯域に近い
ということも強調しておきたい。また、上記の実験で
は、中心周波数が215MHzである。搬送周波数をミ
キサと発信回路を付加して2.4GHzにアップコンバ
ートすることは簡単であるので、2.4GHzに十分適
用可能である。FIG. 9 is a diagram showing a power spectrum (transmission spectrum) of a transmission signal generated from the transmission unit in the above-described correlation processing. From the theory of signal design, the number of spectrum peaks appearing in the chip width is the number of periods of the basic orthogonal sequence. From this figure, it can be seen that 1 out of 14 MHz bandwidth
The peaks of the six spectra are observed, and it can be seen that the codes as in the theory are generated. Multiplexing is realized by displacing the carrier by a minute frequency so that the peaks do not overlap (a minute frequency displacement type multi-channel). It should also be emphasized that the 28 MHz spreading band is close to the SS band allowed in Japan. In the above experiment, the center frequency is 215 MHz. Since it is easy to up-convert the carrier frequency to 2.4 GHz by adding a mixer and a transmission circuit, it is sufficiently applicable to 2.4 GHz.
【0086】図10(a)は近似同期CDMA用符号の
自己相関特性の理論特性を示し、図10(b)は近似同
期CDMA用符号の自己相関特性の実測値を示す図であ
る。理論的には、1周期で基礎直交系列の周期の倍数の
項で相関ピークが現れ、それ以外では0となる。本実施
の形態の場合、系列周期が128、基礎直交系列の周期
が16であるので、系列1周期の相関で8本のピークが
現れることになる。しかし、コンボルバの場合、入力信
号と参照信号は互いに向かい合って進行してくる(つま
り、入力信号がお互いに反対方向の電極に伝搬する)の
で、結局符号1周期に相当する9μsecでは16本の
相関ピークが出現する。経験的に観測された上記のよう
な自己相関特性から理論通りの動作結果が得られている
ことがわかる。ただし、シミュレーションでは各ピーク
間のオフイドローブは0となっているのに対し、実際の
測定ではそのようになっていない。この原因としては、
アナログ素子である2台のSAWコンボルバ49、50
の出力特性の差異、またキャリアのI相およびQ相の直
交性が充分でない(π/2からずれている)こと、或い
は2つの出力信号の位相状態の調整が最適化されていな
いことなどが考えられる。FIG. 10A shows the theoretical characteristics of the autocorrelation characteristics of the code for the approximate synchronous CDMA, and FIG. 10B shows the measured values of the autocorrelation characteristics of the code for the approximate synchronous CDMA. Theoretically, a correlation peak appears in a term of a multiple of the cycle of the basic orthogonal sequence in one cycle, and becomes 0 in other cases. In the case of the present embodiment, since the sequence period is 128 and the period of the basic orthogonal sequence is 16, eight peaks appear in the correlation of one period of the sequence. However, in the case of a convolver, the input signal and the reference signal travel in a direction opposite to each other (that is, the input signals propagate to the electrodes in the opposite directions to each other). A peak appears. From the empirically observed autocorrelation characteristics described above, it can be seen that the operation results as theoretically obtained. However, in the simulation, the off-id lobe between each peak is 0, but in the actual measurement, this is not the case. This can be caused by
Two SAW convolvers 49 and 50 which are analog elements
And that the orthogonality of the I and Q phases of the carrier is not sufficient (deviation from π / 2) or that the adjustment of the phase state of the two output signals is not optimized. Conceivable.
【0087】図11(a)は近似同期CDMA用符号の
相互相関特性の理論特性を示し、図11(b)は近似同
期CDMA用符号の相互相関特性の実測値を示す図であ
る。この場合、送信信号と参照信号の中心周波数はそれ
ぞれ215MHzと215.11MHzである。これら
の図により充分に抑制された相互相関特性が実験的にも
得られることが図11(b)から分かる。FIG. 11A shows the theoretical characteristics of the cross-correlation characteristics of the code for the approximate synchronous CDMA, and FIG. 11B shows the measured values of the cross-correlation characteristics of the code for the approximate synchronous CDMA. In this case, the center frequencies of the transmission signal and the reference signal are 215 MHz and 215.11 MHz, respectively. FIG. 11B shows that the cross-correlation characteristics sufficiently suppressed can be obtained experimentally from these figures.
【0088】(実施の形態2)近似同期CDMA用符号
を用いたCDMAシステム 次に、近似同期CDMA用符号を用いて通信システムの
設計を行なう。まず近似同期CDMA用符号の特性を維
持しながら、データ変調を行なうために、符号の擬周期
化という概念を導入する。次に、実際に擬周期系列発生
器を作成し、その特性を観察した結果について示す。さ
らに、CDMAシステムについて検討しセル半径および
データの伝送レートについても検討する。Embodiment 2 CDMA System Using Approximately Synchronous CDMA Code Next, a communication system is designed using an approximately synchronous CDMA code. First, in order to perform data modulation while maintaining the characteristics of the approximate synchronous CDMA code, a concept of pseudo-periodicization of the code is introduced. Next, a result of actually creating a pseudo-periodic sequence generator and observing its characteristics will be described. Further, a CDMA system will be examined, and a cell radius and a data transmission rate will also be examined.
【0089】近似同期CDMA用符号は、符号のみを用
いた場合、上述のように、全ての区間において相互相関
値が0および自己相関ピーク間のサイドローブが0とい
う特徴を持つ。しかし、近似同期CDMA用符号にBP
SKのようなデータ変調を施すと、その特性が劣化して
しまう。図12は、データ変調方式としてBPSKを用
い、データが”1010・・・”とした場合の近似同期
CDMA用符号の相関特性のシミュレーション結果を示
す図である。図12において、上段の左図は近似同期C
DMA用符号のみを用いた場合の自己相関特性を示し、
同じく上段の右図は近似同期CDMA用符号のみを用い
た場合の相互相関特性を示す。また、下段の左図は近似
同期CDMA用符号にBPSKデータ変調を施した場合
の自己相関特性を示し、同じく下段の右図は近似同期C
DMA用符号にBPSKデータ変調を施した場合の相互
相関特性を示す。これらの図から、先に挙げた特徴が失
われてしまっていることがわかる。すなわち、自己相関
におけるピーク間のサイドローブ値が図11下段の左図
に”P”で示すように0でなくなるのである。このピー
クは相互相関においても現れる。これは、データの”
1”、”0”に対して符号の位相が0、πと切り替わる
ために、データの切り替わりにおいて符号の特性が消失
してしまうからである。As described above, the approximate synchronous CDMA code has a feature that the cross-correlation value is 0 and the side lobe between the auto-correlation peaks is 0 in all sections when only the code is used. However, BP is used as the code for the approximate synchronous CDMA.
When data modulation such as SK is performed, its characteristics deteriorate. FIG. 12 is a diagram showing a simulation result of a correlation characteristic of an approximate synchronous CDMA code when BPSK is used as a data modulation method and data is "1010...". In FIG. 12, the upper left diagram shows the approximate synchronization C
The autocorrelation characteristic when only the code for DMA is used,
Similarly, the upper right diagram shows the cross-correlation characteristics when only the approximate synchronous CDMA code is used. The lower left figure shows the autocorrelation characteristics when the BPSK data modulation is performed on the code for the approximate synchronous CDMA. Similarly, the lower right figure shows the approximate synchronous C code.
7 shows cross-correlation characteristics when BPSK data modulation is performed on a DMA code. From these figures, it can be seen that the features listed above have been lost. That is, the side lobe value between the peaks in the autocorrelation does not become 0 as indicated by “P” in the left diagram in the lower part of FIG. This peak also appears in the cross-correlation. This is the data
This is because the code phase is switched to 0 or π with respect to 1 ”and“ 0 ”, so that the characteristic of the code is lost when the data is switched.
【0090】データ変調に対しても周期系列の特性を維
持する方法として、擬周期化と呼ばれる概念が提案され
ている。先ずこの概念について説明する。 (擬周期系列) 有限長Nの系列を、 A=(a0 ,a1 ,・・・,aN-1 ) とすると、Aを基に作成される長さN+2Lの系列、 A’=(aN-L ,・・・,aN-1 ,a0 ,a1 ,・・
・,aN-1 ,a0 ,・・・・・,aL-1 ) をAの擬周期系列と呼ぶ。図13は擬周期系列の作成方
法を説明する図である。この図において、A’の先頭か
らLチップはAの後ろLチップの系列と同じである。一
方、A’の後ろLチップはAの先頭Lチップの系列と同
じである。つまり、A’は(・・・AAA・・・)とい
う周期系列から、Aを中心に前後Lチップ文付加して切
り取った形になっている。この状態においてAからA’
を作成することを擬周期化と呼ぶ。擬周期系列A’と系
列Aとの相関をとると、2N+2L−1チップ分の自己
相関出力が得られる。このうち、中央の2L+1チップ
分の出力は、Aの周期系列の自己相関関数と等しくな
る。さらに、Aの代わりにAとは異なる有限長Nの系列
をBを用いてA’とBの相関をとることを考える。する
と、その相関結果は中央の2L+1チップ分がAとBと
の相互相関関数と一致する。As a method of maintaining the characteristics of the periodic sequence even for data modulation, a concept called pseudo-periodicization has been proposed. First, this concept will be described. (Pseudo-periodic sequence) Assuming that a sequence of finite length N is A = (a 0 , a 1 ,..., A N−1 ), a sequence of length N + 2L created based on A, A ′ = ( a NL , ..., a N-1 , a 0 , a 1 , ...
, A N−1 , a 0 ,..., A L−1 ) are called a pseudo-periodic sequence of A. FIG. 13 is a diagram illustrating a method of creating a pseudo-periodic sequence. In this figure, the L chips from the beginning of A ′ are the same as the series of L chips after A. On the other hand, the L chip after A 'is the same as the series of the first L chip of A. In other words, A 'is a shape obtained by adding a preceding and succeeding L-chip sentence around A and cutting it out from the periodic sequence (... AAA ...). In this state, A to A '
Is called pseudo-periodicization. When the correlation between the pseudo-periodic sequence A ′ and the sequence A is obtained, an autocorrelation output for 2N + 2L−1 chips is obtained. Among them, the output of the central 2L + 1 chips is equal to the autocorrelation function of the periodic sequence of A. Further, consider that a sequence of finite length N different from A is used instead of A and B is used to correlate A ′ and B. Then, as a result of the correlation, the center 2L + 1 chips match the cross-correlation function between A and B.
【0091】例として、周期4(N=4)の直交系列 A=(111−1) を考える。まず、Aの周期系列の自己相関関数は、 (・・・40004000・・・) と得られる。また、Aの1周期分同士の相関は、 (−101410−1) となる。As an example, consider an orthogonal sequence A = (111-1) having a period of 4 (N = 4). First, the autocorrelation function of the periodic sequence of A is obtained as (... 40004000...). Further, the correlation between one period of A is (−101410-1).
【0092】次に、Aに対し擬周期化を行なう。L=2
とすると、 A’=(1−1A11)=(1−1111−111) と得られる。A’の1周期とAの相互相関をとると、そ
の結果は、 (−12−100400121) となり、中央の2L+1=5チップ分の出力が周期自己
相関関数の−L〜+Lシフトの項と一致していることが
わかる。Next, pseudo-periodicization is performed on A. L = 2
Then, A ′ = (1-1A11) = (1-1111-111) is obtained. When the cross-correlation of one period of A ′ and A is obtained, the result is (−12−100400121). You can see that we are doing it.
【0093】(擬周期化した近似同期CDMA用符号)
近似同期CDMA用符号の擬周期系列について考える。
先に述べたように、擬周期化した近似同期CDMA用符
号と通常の近似同期CDMA用符号の相関出力の中央の
2L+1チップ分では、符号の周期相関特性が維持され
ることになる。すなわち、希望信号に対しては、自己相
関ピーク間のサイドローブが検出されず、非希望信号に
対しては相関値が出現しない。これは、符号の擬周期化
によって付加されたチップがデータ変調に対するガード
ビットのような役割を果たしているためである。このた
めに、Lチップずれた信号に対しては符号の自己相関特
性が維持される。つまり、全ての信号がLチップ時間内
のずれに収まっていれば(すなわち近似同期制御がなさ
れていれば)、近似同期CDMA用符号の特性が発揮さ
れる。(Pseudo-periodic approximated synchronous CDMA code)
Consider a pseudo-periodic sequence of an approximate synchronous CDMA code.
As described above, the code periodic correlation characteristic is maintained in the central 2L + 1 chip of the correlation output between the pseudo-periodic approximate synchronous CDMA code and the normal approximate synchronous CDMA code. That is, no side lobe between the autocorrelation peaks is detected for the desired signal, and no correlation value appears for the undesired signal. This is because the chip added by pseudo-periodicization of the code plays a role as a guard bit for data modulation. Therefore, the autocorrelation characteristic of the code is maintained for the signal shifted by L chips. That is, if all the signals fall within the shift within the L chip time (that is, if the approximate synchronous control is performed), the characteristics of the approximate synchronous CDMA code are exhibited.
【0094】シミュレーションにより、近似同期CDM
A用符号の擬周期化のデータ変調に対する効果について
調べた。N=128の近似同期CDMA用符号をL=1
5として擬周期化し、BPSK変調を行なった信号と擬
周期化を施さない参照用近似同期CDMA用符号との相
関のシミュレーション結果を図14および図15に示
す。図14は、希望信号の擬周期系列との相関を示して
おり、この図中、中央部分では自己相関ピーク間のサイ
ドローブが0となっており、近似同期CDMA用符号の
特性が維持されている。また、図15は非希望信号の擬
周期系列との相関を示している。こちらも同様に符号の
特性が維持されており、図15中、中央部分では相互相
関値が0となっている。このように、符号の擬周期化は
データ変調による符号の特性の劣化の対策として有効で
あることがわかる。By simulation, the approximate synchronous CDM
The effect of pseudo-periodicization of the A code on data modulation was examined. The code for the approximate synchronous CDMA of N = 128 is L = 1.
5 and FIG. 15 show the simulation results of the correlation between the signal subjected to pseudo-period and subjected to BPSK modulation and the reference approximate synchronous CDMA code not subjected to pseudo-period. FIG. 14 shows the correlation between the desired signal and the pseudo-periodic sequence. In this figure, the side lobe between the autocorrelation peaks is 0 at the center, and the characteristics of the approximate synchronous CDMA code are maintained. I have. FIG. 15 shows the correlation between the undesired signal and the pseudo-periodic sequence. In this case, the code characteristics are maintained similarly, and the cross-correlation value is 0 at the center in FIG. Thus, it can be seen that pseudo-periodicization of the code is effective as a measure against deterioration of the characteristics of the code due to data modulation.
【0095】(擬周期化した近似同期CDMA用符号の
相関特性)次に、実際に擬周期系列発生器を作成して擬
周期系列発生器化された近似同期CDMA用符号の相関
特性を検討する。図16および図17はこの実施の形態
におけるSAWコンボルバを用いた相関システムにおい
て擬周期系列発生器を取り付けた例を表すブロック図で
ある。これらの図のうち図16は上記相関システムの送
信部の構成を表すブロック図、図17は同相関システム
の受信部の構成を表すブロック図である。図16におい
て、55は近似同期CDMA用符号を擬周期化して擬周
期系列符号を作成する擬周期系列発生器、56はベース
バンドデータを生成するベースバンドデータ生成器、5
7は擬周期系列符号の実部に対してベースバンドデータ
信号を乗算する乗算器、58は擬周期系列符号の虚部に
対してベースバンドデータ信号を乗算する乗算器、59
は送信キャリア信号の出力源となるキャリア信号発生
器、60はキャリア信号発生器59で生成されたキャリ
ア信号の直交成分を生成する直交成分生成部、61は乗
算器57の出力信号に対してキャリア信号を乗算する乗
算器、62は乗算器58の出力信号に対してキャリア信
号の直交成分を乗算する乗算器、63は乗算器61の出
力と乗算器62の出力とを加算する加算器、64は送信
信号を出射する空中線としてのアンテナである。(Correlation Characteristics of Pseudo-Periodic Approximate Synchronous CDMA Code) Next, a pseudo-periodic sequence generator is actually created, and the correlation characteristics of the pseudo-periodic sequence generator-generated approximate synchronous CDMA code are examined. . FIGS. 16 and 17 are block diagrams showing an example in which a pseudo-periodic sequence generator is attached to a correlation system using a SAW convolver in this embodiment. Among these figures, FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a transmission unit of the correlation system, and FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a reception unit of the correlation system. In FIG. 16, reference numeral 55 denotes a pseudo-periodic sequence generator for pseudo-periodicizing an approximate synchronous CDMA code to generate a pseudo-periodic sequence code; 56, a baseband data generator for generating baseband data;
7, a multiplier for multiplying the real part of the pseudo-periodic sequence code by the baseband data signal; 58, a multiplier for multiplying the imaginary part of the pseudo-periodic sequence code by the baseband data signal;
Is a carrier signal generator serving as an output source of a transmission carrier signal, 60 is a quadrature component generator for generating a quadrature component of the carrier signal generated by the carrier signal generator 59, and 61 is a carrier for an output signal of the multiplier 57. A multiplier for multiplying the output signal of the multiplier 58 by an orthogonal component of the carrier signal; a multiplier 63 for adding an output of the multiplier 61 to an output of the multiplier 62; Is an antenna as an antenna for emitting a transmission signal.
【0096】図17において、65は近似同期CDMA
用の参照符号を発生する参照符号発生器、66は受信キ
ャリア信号(fb )の出力源となるキャリア信号発生
器、67は近似同期CDMA用符号の実部に対して信号
を乗算する乗算器、68はキャリア信号発生器66で生
成されたキャリア信号の直交成分を生成する直交成分生
成部、69は近似同期CDMA用符号の虚部に対してキ
ャリア信号の直交成分を乗算する乗算器、70は乗算器
67の出力と乗算器69の出力とを加算する加算器、7
1は加算器70の出力を入力して相関処理を行なうSA
Wコンボルバ、72は無線信号を受信する空中線として
のアンテナである。ここで、重要なことは、図17の受
信ブロックにおいて、相関条さを行うコンボルバは、図
8の場合と同じくたった1個であることである。一個の
コンボルバで相関操作が行える理由は(0067)で記
述したとおりである。In FIG. 17, reference numeral 65 denotes an approximate synchronous CDMA.
A reference code generator for generating a reference code for use, 66 is a carrier signal generator serving as an output source of a received carrier signal (f b ), and 67 is a multiplier for multiplying the real part of the approximate synchronous CDMA code by a signal. 68, a quadrature component generation unit for generating a quadrature component of the carrier signal generated by the carrier signal generator 66; 69, a multiplier for multiplying the imaginary part of the approximate synchronous CDMA code by the quadrature component of the carrier signal; Is an adder that adds the output of the multiplier 67 and the output of the multiplier 69;
1 is an SA for inputting the output of the adder 70 and performing a correlation process.
A W convolver 72 is an antenna serving as an antenna for receiving a radio signal. What is important here is that, in the receiving block of FIG. 17, the number of convolvers that perform the correlation is only one as in the case of FIG. The reason why the correlation operation can be performed by one convolver is as described in (0067).
【0097】また、上記擬周期系列発生器を作成するに
当たっての各種パラメータを表6に示す。Table 6 shows various parameters used for producing the pseudo-periodic sequence generator.
【表6】 [Table 6]
【0098】なお、この実施の形態では、第1の実施の
形態において用いた系列を、前後に15チップ付加して
擬周期化したものを用いている。擬周期系列発生器55
としては、例えばXiling社のFPGA(Fiel
d ProgramableGate Array)X
C4010−4を用いて実現した。ベースバンドデータ
の”1”、”0”に対して擬周期系列1周期(158チ
ップ)の極性を正転、反転させてデータ変調を行なう
(BPSK方式)。一方、受信側では、参照信号として
通常の近似同期CDMA用符号を発生し変調信号と相関
をとることで結果を得る。In this embodiment, the sequence used in the first embodiment is pseudo-periodic by adding 15 chips before and after. Pseudo-periodic sequence generator 55
For example, Xiliting FPGA (Field
d ProgrammableGate Array) X
This was realized using C4010-4. Data modulation is performed by inverting and inverting the polarity of one period (158 chips) of the pseudo-periodic sequence for "1" and "0" of the baseband data (BPSK method). On the receiving side, on the other hand, a normal approximate synchronous CDMA code is generated as a reference signal, and the result is obtained by correlating with the modulated signal.
【0099】またこの実施の形態においても、SAWコ
ンボルバを用いた相関システム、ひいてはスペクトラム
拡散無線通信システムの特長は、受信部にたった1個の
コンボルバ50しか使っていないことである。このよう
な、受信部にたった1個のコンボルバを備えただけで相
関が可能な理由は、上記第1の実施の形態において説明
したのと同じであるから、ここでは説明を省略する。Also in this embodiment, the correlation system using the SAW convolver, and furthermore, the feature of the spread spectrum wireless communication system is that only one convolver 50 is used in the receiving section. The reason why the correlation can be achieved only by providing only one convolver in the receiving unit is the same as that described in the first embodiment, and the description is omitted here.
【0100】図18乃至図21は上記通信システムを使
って得られた擬周期化した近似同期CDMA用符号の相
関特性の結果を示す図である。これらの図のうち、図1
8はデータを乗算しない符号のみの場合の希望信号に対
する相関結果を表す図、図19は、同じくデータを乗算
しない符号のみの場合の他局信号に対する相関結果を表
す図である。図20はデータを”0”、”1”交互とし
て変調を施した場合の希望信号に対する相関結果を表す
図、図21は同じくデータを”0”、”1”交互として
変調を施した場合の他局信号に対する相関結果を表す図
である。図18および図19において、希望信号に対す
る相関(fa=fb=215MHz)および他局信号に
対する相関(fa=215MHz、fb=215.11
MHz)のいずれの相関も、シミュレーションによる理
論特性とほぼ一致していることがわかる。一方、図20
および図21の場合はデータを”0”、”1”交互とし
て変調を施しており、これは、最もベースバンドデータ
の位相の切り替わりが激しいとした場合の結果である。
この場合においても、希望信号に対する相関(fa=f
b=215MHz)および他局信号に対する相関(fa
=215MHz、fb=215.11MHz)のいずれ
の相関も、上記符号のみの場合と比較しても殆ど変わら
ず、シミュレーションによる理論特性とほぼ一致してい
ることがわかる。つまりデータ変調を施しても近似同期
CDMA用符号の特性が劣化することなく維持されてい
る。FIGS. 18 to 21 are diagrams showing the results of correlation characteristics of pseudo-periodic approximate synchronous CDMA codes obtained using the above communication system. Of these figures, FIG.
8 is a diagram illustrating a correlation result with respect to a desired signal when only a code without multiplying data is used, and FIG. 19 is a diagram illustrating a correlation result with respect to another station signal when only a code without multiplying data is used. FIG. 20 is a diagram showing a correlation result with respect to a desired signal when data is modulated by alternating "0" and "1", and FIG. 21 is a diagram when data is modulated by alternating "0" and "1". It is a figure showing the correlation result with respect to another station signal. 18 and 19, the correlation with respect to the desired signal (fa = fb = 215 MHz) and the correlation with respect to the signals of other stations (fa = 215 MHz, fb = 215.11).
It can be seen that all the correlations (MHz) substantially match the theoretical characteristics obtained by simulation. On the other hand, FIG.
In the case of FIG. 21 and FIG. 21, the modulation is performed with the data being alternately “0” and “1”, which is the result when the phase of the baseband data is switched most steeply.
Also in this case, the correlation (fa = f
b = 215 MHz) and correlation (fa
= 215 MHz and fb = 215.11 MHz) hardly change even when compared with the case of only the above-mentioned code, and it can be seen that they substantially match the theoretical characteristics obtained by simulation. That is, even when data modulation is performed, the characteristics of the approximate synchronous CDMA code are maintained without deterioration.
【0101】(近似同期CDMA用符号を用いたCDM
Aシステム)次に広範囲において直交性を有するという
近似同期CDMA用符号の特質(利点)を発揮できる通
信形態について考案する。図22は近似同期CDMA用
符号を用いたCDMAシステム(通信形態)の一例を概
略的に示す図である。このCDMAシステムは中央に基
地局75を有する小ゾーン構成、いわゆるセルラー方式
のCDMAシステムを想定したものである。このCDM
Aシステムは、半径Rのセル76内に複数の移動局77
が存在し、それらは基地局75を通して他の端末(移動
局を含む)と通信を行なう。基地局75から移動局77
への回線のことを下り回線(Down Link)78
と呼び、反対の移動局77から基地局75への回線のこ
とを上り回線(Up Link)79と呼ぶ。下り回線
78においては、基地局75から各移動局77へ複数の
信号を一斉に送信するため、各チャネルの同期制御が可
能となる。したがって、Walsh符号や直交m系列と
いった従来の同期CDMA用符号を用いても、多重通信
を行なうことができる。(CDM Using Approximately Synchronous CDMA Code)
A system) Next, a communication form that can exhibit the characteristics (advantages) of the approximate synchronous CDMA code having orthogonality over a wide range will be devised. FIG. 22 is a diagram schematically showing an example of a CDMA system (communication form) using an approximate synchronous CDMA code. This CDMA system assumes a small zone configuration having a base station 75 at the center, that is, a so-called cellular CDMA system. This CDM
The A system includes a plurality of mobile stations 77 within a cell 76 of radius R.
And communicate with other terminals (including mobile stations) through the base station 75. Base station 75 to mobile station 77
Down link (Down Link) 78
And the line from the opposite mobile station 77 to the base station 75 is called an uplink (Up Link) 79. In the downlink 78, since a plurality of signals are transmitted from the base station 75 to each mobile station 77 at the same time, synchronization control of each channel can be performed. Therefore, multiplex communication can be performed even using a conventional synchronous CDMA code such as a Walsh code or an orthogonal m-sequence.
【0102】一方、上り回線においては、複数の移動局
77は各移動局独立のタイミングで基地局75へ送信を
行なう。そのため、各移動局77間の同期制御は困難で
あり、従来の同期CDMA用符号を用いた多重化ではチ
ャネル間において干渉が発生してしまう。この対策とし
て、現行のCDMAシステムでは、基地局75による移
動局77の送信電力制御(Power Contro
l)が行なわれている。この操作により、全ての上り回
線の信号がセル76内のどこから発せられたものであっ
ても、基地局75には同じ電力で到達するようにし、干
渉の影響を低く抑える。しかしながら、この機能を実現
するためには、高価で複雑な装置構成が必要不可欠とな
る。On the other hand, in the uplink, a plurality of mobile stations 77 transmit to base station 75 at a timing independent of each mobile station. Therefore, it is difficult to control the synchronization between the mobile stations 77, and in the case of the conventional multiplexing using the synchronous CDMA code, interference occurs between the channels. As a countermeasure against this, in the current CDMA system, the base station 75 controls the transmission power of the mobile station 77 (Power Control).
l) is being performed. By this operation, the same power is used to reach the base station 75 regardless of where in the cell 76 all the uplink signals originate, thereby reducing the influence of interference. However, to realize this function, an expensive and complicated device configuration is indispensable.
【0103】これに対して、これまでに説明してきた擬
周期化した近似同期CDMA用符号について着目する
と、本実施の形態における先の説明で述べたように、デ
ータ変調を施しても最大2Lチップ時間という広い直交
性を有し、Lチップずれた信号に対しても、チャネル間
干渉が現れない。この特性を利用し近似同期CDMA用
符号を上り回線79に適用する。On the other hand, if attention is paid to the pseudo-periodic approximate synchronous CDMA code described above, as described in the above description of this embodiment, even if data modulation is performed, the maximum 2L chip It has a wide orthogonality of time, and no inter-channel interference appears even for a signal shifted by L chips. Utilizing this characteristic, an approximate synchronous CDMA code is applied to the uplink 79.
【0104】次に上記セルラー方式のCDMAシステム
において採用されるセル76の半径Rについての検討を
行なう。すなわち、近似同期制御を行なうことなく、全
ての信号が自然と近似同期の範囲に収まっているような
セル76の大きさを求めるものである。表6から、L=
15と得られるので、全ての信号が15チップ以内に収
まっているならば、移動局77間の同期制御をしなくて
も干渉の影響を受けない通信が可能となる。15チップ
を時間に換算すると、チップレートが14Mcpsであ
ることから、次式のようになる。 15 (chip time)=(14M)-1×15=1.07[μ
sec] すなわち、CDMAシステムの同期には約1μsecの
余裕がある。Next, the radius R of the cell 76 employed in the above-described cellular CDMA system will be discussed. That is, the size of the cell 76 in which all signals naturally fall within the range of the approximate synchronization is determined without performing the approximate synchronization control. From Table 6, L =
Since 15 is obtained, if all signals are within 15 chips, communication free from the influence of interference becomes possible without performing synchronization control between the mobile stations 77. When 15 chips are converted into time, since the chip rate is 14 Mcps, the following equation is obtained. 15 (chip time) = (14M) −1 × 15 = 1.07 [μ
sec] That is, the synchronization of the CDMA system has a margin of about 1 μsec.
【0105】次に、基地局75と、各移動局77(ここ
では移動局77A、77Bとする)の間の通信方法につ
いて説明する。図23は図22に示すセルラー方式のC
DMAシステムにおける基地局75と2つの移動局77
A、77Bとの間における通信手順の一例を説明するタ
イムチャートである。この図において、各移動局77
A、77Bへの信号が一斉に送信される下り回線78に
対して、各移動局77A、77Bは受信後直ちに応答を
返すものとする。下り回線78の信号が発せられた時刻
を0とし、移動局77Aによって受信された時刻を
t1 、移動局77Bによって受信された時刻をt2 とす
ると、移動局77Aおよび移動局77Bからのそれぞれ
の応答信号が基地局75に到達する時刻は、それぞれ2
t1 および2t 2 となる。基地局75と移動局77A、
77Bの間の距離が異なると、応答信号の到着には遅延
時間が生じる。移動局77Aは基地局75の近傍に位置
し、移動局77Bがセル76の外周部にいるときが基も
遅延時間が大きくなり、このチが15チップ時間以内で
あれば、全ての上り回線79の信号は同期制御をしなく
ても近似同期の範囲内にあることになる。このときのセ
ル半径Rを求めると、 (遅延時間)max =(2t2 −2t1 ) =(R−0)/(光速) =1.07[μ sec](15 chip time) より、R=160.71(m)と得られる。この値は、
PHSのセル半径が100〜200mであることから
も、充分実用的である。Next, the base station 75 and each mobile station 77 (here
Here, the communication method between the mobile stations 77A and 77B) is described.
Will be described. FIG. 23 is a diagram of the cellular C shown in FIG.
Base station 75 and two mobile stations 77 in a DMA system
A for explaining an example of a communication procedure between the A and 77B.
It is an imchart. In this figure, each mobile station 77
A, the signal to 77B is transmitted simultaneously to the down line 78
On the other hand, each mobile station 77A, 77B responds immediately after reception.
Shall be returned. Time when the signal of the down link 78 was issued
And the time received by the mobile station 77A is
t1, The time received by mobile station 77BTwoToss
Then, each from the mobile station 77A and the mobile station 77B
The response signals arrive at the base station 75 at 2
t1And 2t TwoBecomes Base station 75 and mobile station 77A,
If the distance between 77B is different, the arrival of the response signal is delayed
Time arises. The mobile station 77A is located near the base station 75
However, when the mobile station 77B is on the outer periphery of the cell 76,
The delay time becomes large, and this chip is within 15 chip hours
If so, all uplink signals 79 do not perform synchronous control
Even within the approximate synchronization range. At this time
When the radius R is calculated, (delay time)max= (2tTwo-2t1) = (R-0) / (speed of light) = 1.07 [μsec] (15 chip time), so that R = 160.71 (m) is obtained. This value is
Because the cell radius of PHS is 100-200m
Are also practical enough.
【0106】さらに、上り回線79の信号についてシミ
ュレーションを行なった。図24は上り回線79の信号
についてのシミュレーションで想定した通信形態を示す
ブロック図である。また図25は上記上り回線79の信
号についてのシミュレーションにおいて得られた相関結
果を示す図である。移動局77は複数(77A、77
B、・・・77G)存在し、それぞれτA、τB・・・
τGの遅延時間をもって信号を基地局75へ返している
ものとする。合計7局の移動局77A、77B、・・・
77Gが、それぞれ独立のタイミングで送信を行う。但
し、そのずれは最大でも15チップ以内に収まっている
(近似周期がなされている)とする。それらの信号が全
て加算されて基地局75に到達したものとし、それに対
して相関処理を行う。移動局に対する相関を取った場合
は、図25(a)のように近傍サイドローブが0となる
部分が定期的に現れる。この部分を取り出し、キャリア
を取り除くことによりデータが復調される。一方、実際
には送信を行っていない移動局77Hに対する相関を行
うと、その結果は図25(b)のようになる。この図か
ら、相互相関値が0となっている部分が出現しているこ
とがわかる。すなわち、チャネル間干渉の影響を受けて
いない。Further, a simulation was performed on the signal of the uplink line 79. FIG. 24 is a block diagram showing a communication form assumed in a simulation of a signal of the uplink 79. FIG. 25 is a diagram showing a correlation result obtained in the simulation for the signal of the uplink 79. A plurality of mobile stations 77 (77A, 77A)
B,... 77G) exist, respectively, τA, τB.
It is assumed that a signal is returned to the base station 75 with a delay time of τG. A total of seven mobile stations 77A, 77B, ...
77G transmit at independent timing. However, it is assumed that the deviation is within 15 chips at the maximum (approximate period is set). It is assumed that all of these signals are added and arrive at the base station 75, and a correlation process is performed on the signals. When the correlation with the mobile station is obtained, a portion where the nearby side lobe becomes 0 appears periodically as shown in FIG. The data is demodulated by taking out this part and removing the carrier. On the other hand, when correlation is performed for the mobile station 77H that is not actually transmitting, the result is as shown in FIG. From this figure, it can be seen that a portion where the cross-correlation value is 0 appears. That is, it is not affected by inter-channel interference.
【0107】(伝送レートの検討)擬周期化した近似同
期CDMA用符号を用いた場合のベースバンドデータの
伝送レートについて検討する。基地局75と移動局77
は、TDD(Time Dibision Duple
x)による全二重通信を行っているものとする。TDD
とは、送受信のタイミングを時間軸で分割し、擬似的に
全二重通信を行う手法である。図26にTDDの概略を
示すブロック図である。ある絶対時間を持ったマスタ送
信機 (今の場合は基地局75)が存在し、他の子機
(移動局77)はあらかじめ決定された時間の間に送信
を行う。この与えられたフレーム内であれば、任意のデ
ータを送信可能となる。(Study of Transmission Rate) The transmission rate of baseband data when a pseudo-periodic approximate synchronous CDMA code is used will be examined. Base station 75 and mobile station 77
Is a TDD (Time Division Double)
It is assumed that the full-duplex communication according to x) is performed. TDD
Is a method of dividing transmission / reception timing along a time axis and performing pseudo full-duplex communication. FIG. 26 is a block diagram showing an outline of TDD. There is a master transmitter (base station 75 in this case) with a certain absolute time, and the other slaves (mobile station 77) transmit during a predetermined time. Arbitrary data can be transmitted within the given frame.
【0108】データとして音声を送ることを考えると、
人間の音声の許容遅延時間(人間が遅延と感じない最大
時間)が約5msecであることから、回線の最大フレ
ーム長は5msecとなる。この値は、擬周期化した近
似同期CDMA用符号1周期、即ち158チップで1シ
ンボルを送るとすると、450シンボル時間に相当す
る。データ変調方式がBPSKの場合、1シンボルで1
ビット送信することになるので、1フレーム当たりの送
信可能ビット数は最大450ビットとなる。従って、フ
レームを上り、下りで均等に割り振るとすると、回線の
データレートは45kbpsと得られる。Considering that voice is sent as data,
Since the allowable delay time of human voice (the maximum time that a human does not feel a delay) is about 5 msec, the maximum frame length of the line is 5 msec. This value is equivalent to 450 symbol times if one symbol is transmitted in one period of the pseudo-periodic approximate synchronous CDMA code, that is, 158 chips. When the data modulation method is BPSK, one symbol represents one
Since bits are transmitted, the maximum number of transmittable bits per frame is 450 bits. Therefore, assuming that frames are equally distributed in the upstream and downstream, the data rate of the line is 45 kbps.
【0109】ここで、近似同期CDMA用符号を用いた
CDMAシステムの更なる高性能化について検討する。
先の説明では、近似同期CDMA用符号を用いたCDM
Aシステムについて、基本的な方式を用いた場合につい
て性能の見積を行った。本節では、より高性能なシステ
ムを実現する指針として、チャネル数の増加および伝送
レートの高速化について検討を行う。Here, further enhancement of the performance of the CDMA system using the code for the approximate synchronous CDMA will be examined.
In the above description, the CDM using the approximate synchronous CDMA code is described.
The performance of the system A was estimated for the case where the basic method was used. In this section, we consider increasing the number of channels and increasing the transmission rate as guidelines for realizing higher performance systems.
【0110】(チャネル数の増加)近似同期CDMA用
符号の場合、直交性が広範囲にわたるという利点がある
ものの、今回検討した符号では符号長128で多重数は
8と、チャネル数はそれほど多く取ることができない。
一方、同期制御が可能な下り回線に直交m系列やWal
sh符号といった同期CDMA用符号を適用した場合、
理想的には理論限界に近いチャネル数が設定でき、符号
長128では多重数は128となる。従って、下り回線
の128チャネルに対し上り回線が8チャネルと非常に
非対称性の強いネットワークとなる。このバランスを改
善し、効率の良い通信を実現するために、上り回線のチ
ャネル数増加が望まれる。(Increase in the number of channels) In the case of a code for approximate synchronous CDMA, although there is an advantage that the orthogonality is wide-ranging, the code studied this time requires a code length of 128, a multiplexing number of 8, and a large number of channels. Can not.
On the other hand, an orthogonal m-sequence or Wal
When a synchronous CDMA code such as an sh code is applied,
Ideally, the number of channels close to the theoretical limit can be set, and if the code length is 128, the number of multiplexes is 128. Accordingly, the network has a very strong asymmetry, with the up line having 8 channels compared to the 128 channels of the down line. In order to improve this balance and realize efficient communication, it is desired to increase the number of uplink channels.
【0111】本発明で検討した8というチャネル数は、
現行の帯域幅26MHzの法規制およびSAWコンボル
バの積分時間9μsecといった条件に依っている。帯
域幅の制限がなければ、チップレートを高速にすること
により、近似同期CDMA用符号のスペクトルのピーク
間隔が広がり、多くのチャネルを設定することができ
る。従って、将来的により広い帯域幅が認可されれば、
その分のチャネル数の増加が見込める。例として100
MHzバンドが制定されたとすると、帯域幅は現行の約
4倍であるので、チャネル数は単純に32と計算でき
る。The number of channels of 8 studied in the present invention is:
It depends on the current regulations of 26 MHz bandwidth and the conditions such as the 9 μsec integration time of the SAW convolver. If there is no bandwidth limitation, by increasing the chip rate, the peak interval of the spectrum of the approximate synchronous CDMA code is widened and many channels can be set. So, if more bandwidth is granted in the future,
An increase in the number of channels can be expected. 100 as an example
Assuming that the MHz band is established, the number of channels can be simply calculated as 32 since the bandwidth is about four times the current bandwidth.
【0112】また、SAWコンボルバの積分時間を長く
できれば、長周期の系列の処理が可能となり、現行のチ
ップレート14MHzでもチャネル数を増やすことが可
能となる。但し、符号長が長くなることによりデータレ
ートは低下してしまう。例えば、SAWコンボルバの積
分時間が2倍の18secになったとすると、扱える符
号長は2倍の256チップとなり、チャネル数の倍の1
6にできる。しかし、このときのデータレートは約24
kbpsとなり、前節で見積もった値の約半分となる。If the integration time of the SAW convolver can be lengthened, processing of a long-period series becomes possible, and the number of channels can be increased even at the current chip rate of 14 MHz. However, as the code length increases, the data rate decreases. For example, if the integration time of the SAW convolver is doubled to 18 seconds, the code length that can be handled is doubled to 256 chips, and the number of channels is doubled to 1 times.
Can be 6. However, the data rate at this time is about 24
kbps, which is about half of the value estimated in the previous section.
【0113】もう一つの方法として、近似同期CDMA
用符号に工夫を加えてチャネル数を倍にすることができ
る。先に、複素数の相関の計算式は次式で示されること
を述べた。繰り返しになるが、もう一度その式を挙げ
る。 実数部: Rcosωt・R’cosωt+Isinωt・I’sinωt +Rsinωt・R’sinωt+Icosωt・I’cosωt ・・・・・・(5) 虚数部: Icosωt・R’cosωt+Isinωt・R’sinωt −(Rsinωt・I’sinωt+Rcosωt・I’cosωt) ・・・・(6) 本発明で用いた近似同期CDMA用符号はその相関値が
全て実数で得られるため、(6)式の出力は0となり、
(5)式のみを考慮すれば十分であった。As another method, approximate synchronous CDMA
The number of channels can be doubled by contriving the use code. Earlier, it was stated that the equation for calculating the complex correlation is given by the following equation. Again, the expression is given again. Real part: Rcosωt · R'cosωt + Isinωt · I'sinωt + Rsinωt · R'sinωt + Icosωt · I′cosωt (5) Imaginary part: Icosωt · R′cosωt + Isinωt · R′sinωt− (Rsinωt−Rsinωt−Rsinωt− (Rin sin) I′cosωt) (6) Since the correlation value of the approximate synchronous CDMA code used in the present invention can be obtained as a real number, the output of equation (6) becomes 0,
It was sufficient to consider only equation (5).
【0114】ここで、j倍(虚数倍)した近似同期CD
MA用符号(j倍符号)を考える。j倍した符号のスペ
クトル特性は、通常の近似同期CDMA用符号、すなわ
ち1倍符号のそれと同一になる。ここで1倍符号および
j倍符号はそれぞれ次のように表される。Here, the approximate synchronous CD multiplied by j times (imaginary number times)
Consider a code for MA (j-fold code). The spectral characteristic of the code multiplied by j is the same as that of a normal approximate synchronous CDMA code, that is, that of a 1-time code. Here, the 1-time code and the j-time code are respectively expressed as follows.
【数13】 よって、スペクトルが重ならない他チャネル用符号との
相互相関値は0となる。問題はスペクトルが重なる同一
キャリアの1倍符号との相関であるが、相関値は虚数と
なり、(6)式には出力が現れるが、(5)式には出力
されない。したがって、(5)式に相当するシステムで
相関処理を行えば、1倍符号とj倍符号は識別が可能で
あり、両者の干渉はない。当然、参照信号としてj倍符
号を用意すれば、(5)式で検出が可能である。このこ
とを応用すれば、1倍符号で8チャネル、j倍符号で8
チャネルの合計16チャネルが確保できる。図27に、
j倍符号の擬周期系列の相関特性を示す。j倍符号との
相関では相関ピークが検出され(図27(a))、1倍
符号との相関では相関値が現れてないことがわかる(図
27(b))。即ち、j倍符号と1倍符号は干渉無く識
別が可能である。(Equation 13) Therefore, the cross-correlation value with the code for another channel that does not overlap the spectrum is zero. The problem is the correlation with the 1-time code of the same carrier whose spectrum overlaps, but the correlation value is an imaginary number, and an output appears in equation (6), but is not output in equation (5). Therefore, if the correlation processing is performed by the system corresponding to the equation (5), the 1-time code and the j-time code can be identified, and there is no interference between them. Naturally, if a j-fold code is prepared as a reference signal, detection can be performed by the equation (5). Applying this, 8 channels for 1-time code and 8 channels for j-time code
A total of 16 channels can be secured. In FIG.
13 shows a correlation characteristic of a pseudo-periodic sequence of a j-fold code. A correlation peak is detected in the correlation with the j-fold code (FIG. 27A), and it can be seen that no correlation value appears in the correlation with the 1-fold code (FIG. 27B). That is, the j-fold code and the 1-fold code can be identified without interference.
【0115】(伝送レートの高速化)上述の伝送レート
の検討では、音声のみの伝送を仮定した。しかし、将来
的に画像等の大きなデータも送信することを考えた場
合、伝送レートは速ければ速いほど良い。高速化の手段
としては、QPSK(Quadrature Phas
e Shift Keyng;直交PSK)の適用が考
えられる。BPSKでは、1シンボル=1bitであっ
たのに対し、QPSKでは1シンボル=2bitの通信
を行うので、2内のデータレート、即ち90kbpsと
得られる。この値は、ISDNのBチャネルの64kb
psと比較しても、良好な値となっている。(Acceleration of Transmission Rate) In the above study of the transmission rate, transmission of only voice was assumed. However, in consideration of transmitting large data such as images in the future, the faster the transmission rate, the better. As means for speeding up, QPSK (Quadrature Phase)
e Shift Keying (orthogonal PSK) is conceivable. In BPSK, one symbol = 1 bit, whereas in QPSK, one symbol = 2 bits of communication is performed, so that a data rate within 2, that is, 90 kbps is obtained. This value is 64 kb of B channel of ISDN.
It is a good value even when compared with ps.
【0116】以上、ここでは近似同期CDMA用符号を
用いたCDMAシステムについて設計を行った。擬周期
化した近似同期CDMA用符号を用い、データ変調に対
しても符号の特性が維持されることを示した。また、実
際に擬周期符号発生器を試作し、その相関特性を観察し
て理論と一致する結果を得た。更に、システムの性能に
ついて見積を行い、セル半径約160m、データレート
45kbpsと実用上十分であることを示した。特に、
セル内の上り回線においては各移動局77間の同期制御
を必要としない。そして、システムの更なる高性能化の
指針として、容易にチャネル数およびデータレートを倍
にすることが可能であることを示した。As described above, a CDMA system using an approximate synchronous CDMA code has been designed. Using the pseudo-periodic approximate synchronous CDMA code, it was shown that the code characteristics were maintained even for data modulation. In addition, a prototype pseudo-periodic code generator was actually manufactured, and the correlation characteristics were observed. Furthermore, the performance of the system was estimated, and it was shown that the cell radius was about 160 m and the data rate was 45 kbps, which was practically sufficient. Especially,
In the uplink within the cell, no synchronization control between the mobile stations 77 is required. As a guideline for further improving the performance of the system, it was shown that the number of channels and the data rate can be easily doubled.
【0117】[0117]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
送信部と受信部とから構成され、送信部側でスペクトラ
ム拡散処理を行なって送信するようにしたスペクトラム
拡散無線通信システムにおいて、スペクトラム拡散処理
用の符号として、所定の近似同期CDMA用符号を用い
たため、チャネル間で相互相関干渉がなく、しかも回路
構成を簡単にしたスペクトラム拡散無線通信システムを
実現することができる。As described above, according to the present invention,
In a spread-spectrum wireless communication system that includes a transmission unit and a reception unit and performs transmission by performing spread-spectrum processing on the transmission unit side, a predetermined approximate synchronous CDMA code is used as a code for the spread-spectrum processing. In addition, a spread spectrum wireless communication system having no cross-correlation interference between channels and having a simplified circuit configuration can be realized.
【0118】また、本発明では、21世紀のパーソナル
C&Cにおいて主流となると考えられる携帯情報無線端
末「Tele Pad」の実現を目指し、そのための高
信頼無線通信技術であるスペクトラム拡散通信方式につ
いて、その中のCDMAのシステムの設計・試作が容易
に行なえるという効果が得られる。The present invention aims at realizing a portable information wireless terminal "Tele Pad", which is considered to be the mainstream in personal C & C in the 21st century. CDMA system can be easily designed and prototyped.
【0119】さらに、CDMA用符号として、チャネル
間干渉のない近似同期CDMA用符号を用いるから、従
来多相系列であったこのCDMA用符号を、少ない位相
状態で表現することができる。これにより2相または4
相の符号の生成が可能となり、実用化が容易となる。ま
た、各チャネル用符号は位相状態数の低減された符号に
対して各チャネル毎に微小変位したキャリア周波数を割
り当てることにより、符号のスペクトル特性をシフトさ
せることができ、チャネル間の干渉を無くすることが可
能になるという効果が得られる。Further, since an approximate synchronous CDMA code having no inter-channel interference is used as the CDMA code, the CDMA code which has conventionally been a polyphase sequence can be expressed in a small number of phase states. This allows two phases or four
A phase code can be generated, and practical application is facilitated. In addition, the code for each channel can shift the spectral characteristics of the code by allocating a carrier frequency that is slightly displaced for each channel to the code with the reduced number of phase states, thereby eliminating interference between channels. The effect that it becomes possible is obtained.
【0120】さらに、上記近似同期CDMA用符号を用
いるための符号発生器およびSAWコンボルバを用いた
相関回路を実現することにより、4相の近似同期CDM
A用符号は、位相空間で45度回転させてディジタル回
路で直接制御可能とした。Further, by realizing a code generator for using the above-mentioned approximate synchronous CDMA code and a correlation circuit using a SAW convolver, a four-phase approximate synchronous CDM is realized.
The code for A is rotated by 45 degrees in the phase space and can be directly controlled by a digital circuit.
【0121】また、近似同期CDMA用符号を用いたC
DMAシステムの実現により、データ変調による符号の
特性劣化の対策として符号の擬周期化を行い、チャネル
間干渉のない通信を可能にすることができる。そして、
実際に擬周期系列発生器を作成し、理論と一致する特性
を得た。また、システムの性能について見積を行い、実
用上十分なセル半径約160m、データレート45kb
psが実現できる。特に、上り回線においては各移動局
77間の同期制御を不要とすることができる。さらに、
多重チャネル数およびデータレートの倍増を容易にする
ことができる。Also, C using an approximate synchronous CDMA code
With the realization of the DMA system, pseudo-periodicization of the code is performed as a countermeasure against code characteristic deterioration due to data modulation, thereby enabling communication without inter-channel interference. And
A pseudo-periodic sequence generator was actually created, and the characteristics that were consistent with the theory were obtained. In addition, the system performance was estimated, and a practically sufficient cell radius of about 160 m and a data rate of 45 kb were used.
ps can be realized. In particular, in the uplink, the synchronization control between the mobile stations 77 can be made unnecessary. further,
The doubling of the number of multiplex channels and the data rate can be facilitated.
【0122】以上の事柄から、近似同期CDMA用符号
を用いたCDMAシステムは、構内CDMAセル化技術
の現実解として十分な性能を有しており通信技術の発展
に有効である。From the above, the CDMA system using the code for the approximate synchronous CDMA has a sufficient performance as a practical solution of the local CDMA cell technology, and is effective for the development of communication technology.
【図1】本発明における周期2の直交系列によるスペク
トラム拡散無線通信システムで用いられる近似同期CD
MA用符号の直交性から、如何なる多値系列もキャリア
周波数をシフトすることで使用することができることを
示す、周波数シフトによる多相周期系列の図である。FIG. 1 is an approximate synchronous CD used in a spread spectrum wireless communication system using an orthogonal sequence having a period of 2 in the present invention.
FIG. 4 is a diagram of a polyphase periodic sequence by frequency shift, showing that any multilevel sequence can be used by shifting the carrier frequency from the orthogonality of the MA code.
【図2】本発明において、図1とは別の周期3の直交系
列によるスペクトラム拡散無線通信システムで用いられ
る近似同期CDMA用符号の直交性から、周波数シフト
による多相周期系列の表現法を説明する図である。FIG. 2 describes a method of expressing a polyphase periodic sequence by frequency shift from the orthogonality of an approximate synchronous CDMA code used in a spread spectrum wireless communication system using an orthogonal sequence having a period 3 different from that of FIG. FIG.
【図3】本発明のスペクトラム拡散無線通信システムの
有効性の検証のために実現されたZnO/Si型SAW
コンボルバを用いた相関システムの構造を概略的に説明
する斜視図である。FIG. 3 shows a ZnO / Si type SAW implemented to verify the effectiveness of the spread spectrum wireless communication system of the present invention.
It is a perspective view which roughly explains the structure of the correlation system using a convolver.
【図4】本発明の第1の実施の形態に係る、ZnO/S
i型SAWコンボルバを使用して構成した相関システム
の回路構成を表すブロック図である。FIG. 4 shows ZnO / S according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a correlation system configured using an i-type SAW convolver.
【図5】(a)図4に示された回路構成を有する相関シ
ステムで相関処理を行なって得られたZnO/Si型S
AWコンボルバの拡散符号並びに周波数に対する特性と
して、SAWコンボルバに同一の符号が入力された場合
の特性結果を示す図である。 (b)図4に示された回路構成を有する相関システムで
相関処理を行なって得られたZnO/Si型SAWコン
ボルバの拡散符号並びに周波数に対する特性として、S
AWコンボルバにプリファードペアなm系列が入力され
た場合の特性結果を示す図である。5 (a) shows a ZnO / Si type S obtained by performing a correlation process using a correlation system having the circuit configuration shown in FIG. 4;
FIG. 9 is a diagram illustrating a characteristic result when the same code is input to the SAW convolver as a characteristic of the AW convolver with respect to the spreading code and the frequency. (B) As a characteristic of the ZnO / Si type SAW convolver obtained by performing the correlation processing with the correlation system having the circuit configuration shown in FIG.
FIG. 11 is a diagram illustrating a characteristic result when a preferred pair m-sequence is input to the AW convolver.
【図6】本発明のスペクトラム拡散で用いられる近似同
期CDMA用符号を位相空間で45度回転させ、各象限
に1つの状態が来るようにする操作を説明する図であ
る。FIG. 6 is a diagram for explaining an operation of rotating an approximate synchronous CDMA code used in spread spectrum of the present invention by 45 degrees in a phase space so that one state comes to each quadrant.
【図7】前記第1の実施の形態におけるSAWコンボル
バを用いた相関システムの送信部の構成を表すブロック
図である。FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a transmission unit of a correlation system using a SAW convolver according to the first embodiment.
【図8】前記第1の実施の形態におけるSAWコンボル
バを用いた相関システムの受信部の構成を表すブロック
図である。FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of a receiving unit of the correlation system using the SAW convolver according to the first embodiment.
【図9】前記相関システムの相関処理において、送信部
から発生した送信信号の電力スペクトルを示す図であ
る。FIG. 9 is a diagram showing a power spectrum of a transmission signal generated from a transmission unit in the correlation processing of the correlation system.
【図10】(a)前記相関システムの処理動作実験に際
して近似同期CDMA用符号の自己相関特性の理論特性
を示す図である。 (b)前記相関システムの処理動作実験に際して近似同
期CDMA用符号の自己相関特性の実測値を示す図であ
る。FIG. 10 (a) is a diagram showing theoretical characteristics of autocorrelation characteristics of an approximate synchronous CDMA code in a processing operation experiment of the correlation system. FIG. 4B is a diagram showing measured values of the autocorrelation characteristic of the code for the approximate synchronous CDMA in the processing operation experiment of the correlation system.
【図11】(a)微小周波数変位型マルチチャネルによ
り多重化した信号の、近似同期CDMA用符号を拡散符
号の相互相関特性の理論特性を示す図である。 (b)微小周波数変位型マルチチャネルにより多重化し
た信号の、近似同期CDMA用符号の相互相関特性の実
測値を示す図である。FIG. 11A is a diagram showing theoretical characteristics of cross-correlation characteristics of an approximate synchronous CDMA code and a spread code of a signal multiplexed by a minute frequency displacement type multi-channel. FIG. 4B is a diagram illustrating measured values of cross-correlation characteristics of an approximate synchronous CDMA code of a signal multiplexed by a minute frequency displacement type multi-channel.
【図12】第2の実施の形態において、データ変調方式
としてBPSKを用い、データが”1010・・・”と
した場合の近似同期CDMA用符号の相関特性のシミュ
レーション結果を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a simulation result of a correlation characteristic of an approximate synchronous CDMA code when BPSK is used as a data modulation method and data is “1010...” In the second embodiment.
【図13】前記第2の実施の形態において用いられる擬
周期系列の作成方法を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a method of creating a pseudo-periodic sequence used in the second embodiment.
【図14】前記第2の実施の形態において、N=128
の近似同期CDMA用符号をL=15として擬周期化
し、BPSK変調を行なった信号と擬周期化を施さない
参照用近似同期CDMA用符号との相関のシミュレーシ
ョン結果のうち、希望信号の擬周期系列との相関特性を
示す図である。FIG. 14 is a diagram showing the configuration of the second embodiment, where N = 128;
The pseudo-periodic sequence of the desired signal among the simulation results of the correlation between the BPSK-modulated signal and the reference pseudo-synchronous CDMA code not subjected to pseudo-periodization is calculated by pseudo-periodicizing the approximate synchronous CDMA code of L = 15. FIG. 9 is a diagram showing a correlation characteristic with the と.
【図15】前記第2の実施の形態において、N=128
の近似同期CDMA用符号をL=15として擬周期化
し、BPSK変調を行なった信号と擬周期化を施さない
参照用近似同期CDMA用符号との相関のシミュレーシ
ョン結果のうち、非希望信号の擬周期系列との相関特性
を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a configuration of the second embodiment, where N = 128;
Of the approximation synchronous CDMA code is pseudo-periodized as L = 15, and among the simulation results of the correlation between the BPSK-modulated signal and the reference approximation synchronous CDMA code not subjected to pseudo-periodization, the pseudo period of the undesired signal is FIG. 4 is a diagram illustrating a correlation characteristic with a sequence.
【図16】前記第2の実施の形態におけるSAWコンボ
ルバを用いた相関システムの送信部の構成を表すブロッ
ク図である。FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration of a transmission unit of a correlation system using a SAW convolver according to the second embodiment.
【図17】前記第2の実施の形態におけるSAWコンボ
ルバを用いた相関システムの受信部の構成を表すブロッ
ク図である。FIG. 17 is a block diagram illustrating a configuration of a receiving unit of a correlation system using a SAW convolver according to the second embodiment.
【図18】(a)図16および図17に示された通信シ
ステムを使って得られた擬周期化した近似同期CDMA
用符号の相関特性の結果のうちデータを乗算しない符号
のみの場合の希望信号に対する相関結果の理論特性を表
す図である。 (b)図16および図17に示された通信システムを使
って得られた擬周期化した近似同期CDMA用符号の相
関特性の結果のうちデータを乗算しない符号のみの場合
の希望信号に対する相関結果の実測値を表す図である。FIG. 18 (a) Pseudo-periodic approximated synchronous CDMA obtained using the communication system shown in FIGS. 16 and 17
FIG. 7 is a diagram illustrating theoretical characteristics of a correlation result with respect to a desired signal in a case where only a code that does not multiply data is included in a result of a correlation characteristic of a use code. (B) Correlation result with respect to a desired signal in the case of only a code that does not multiply data among the correlation characteristic results of the pseudo-periodic approximated synchronous CDMA code obtained using the communication system shown in FIGS. 16 and 17 It is a figure showing the measured value of.
【図19】(a)図16および図17に示された通信シ
ステムを使って得られた擬周期化した近似同期CDMA
用符号の相関特性の結果のうちデータを乗算しない符号
のみの場合の他局信号に対する相関結果の理論特性を表
す図である。 (b)図16および図17に示された通信システムを使
って得られた擬周期化した近似同期CDMA用符号の相
関特性の結果のうちデータを乗算しない符号のみの場合
の他局信号に対する相関結果の実測値を表す図である。FIG. 19 (a) Pseudo-periodic approximate synchronous CDMA obtained using the communication system shown in FIGS. 16 and 17
FIG. 10 is a diagram illustrating theoretical characteristics of a correlation result with respect to another station signal in the case of only a code that does not multiply data among the results of the correlation characteristic of the use code. (B) Correlation with other station signals in the case of only a code that does not multiply data among the results of the correlation characteristics of the pseudo-periodic approximated synchronous CDMA code obtained using the communication systems shown in FIGS. It is a figure showing the actual measurement value of a result.
【図20】(a)図16および図17に示された通信シ
ステムを使って得られた擬周期化した近似同期CDMA
用符号の相関特性の結果のうちデータを”0”、”1”
交互として変調を施した場合の希望信号に対する相関結
果の理論特性を表す図である。 (b)図16および図17に示された通信システムを使
って得られた擬周期化した近似同期CDMA用符号の相
関特性の結果のうちデータを”0”、”1”交互として
変調を施した場合の希望信号に対する相関結果の実測値
を表す図である。FIG. 20 (a) Pseudo-periodic approximate synchronous CDMA obtained using the communication system shown in FIGS. 16 and 17
The data among the results of the correlation characteristics of the code for use are “0”, “1”
It is a figure showing the theoretical characteristic of the correlation result with respect to a desired signal when performing modulation alternately. (B) Modulation is performed by alternately setting data to "0" and "1" among the correlation characteristic results of the pseudo-periodic approximate synchronous CDMA code obtained using the communication systems shown in FIGS. FIG. 9 is a diagram showing actual measurement values of a correlation result with respect to a desired signal in the case of performing the above.
【図21】(a)図16および図17に示された通信シ
ステムを使って得られた擬周期化した近似同期CDMA
用符号の相関特性の結果のうちデータを”0”、”1”
交互として変調を施した場合の他局信号に対する相関結
果の理論特性を表す図である。 (b)図16および図17に示された通信システムを使
って得られた擬周期化した近似同期CDMA用符号の相
関特性の結果のうちデータを”0”、”1”交互として
変調を施した場合の他局信号に対する相関結果の実測値
を表す図である。FIG. 21 (a) Pseudo-periodic approximate synchronous CDMA obtained using the communication system shown in FIGS. 16 and 17;
The data among the results of the correlation characteristics of the code for use are “0”, “1”
It is a figure showing the theoretical characteristic of the correlation result with respect to the other station signal at the time of performing modulation as alternation. (B) Modulation is performed by alternately setting data to "0" and "1" among the correlation characteristic results of the pseudo-periodic approximate synchronous CDMA code obtained using the communication systems shown in FIGS. FIG. 13 is a diagram illustrating actual measurement values of correlation results with respect to other-station signals in the case of performing the above-described operation.
【図22】本発明による近似同期CDMA用符号を用い
たCDMAシステム(通信形態)の一例であるセルラー
方式のCDMAシステムを概略的に示す図である。FIG. 22 is a diagram schematically showing a cellular CDMA system which is an example of a CDMA system (communication mode) using an approximate synchronous CDMA code according to the present invention.
【図23】図22に示すセルラー方式のCDMAシステ
ムの基地局と移動局との間における通信手順の一例を説
明するタイムチャートである。23 is a time chart illustrating an example of a communication procedure between a base station and a mobile station in the cellular CDMA system illustrated in FIG. 22.
【図24】図22に示すセルラー方式のCDMAシステ
ムの基地局と移動局との間における上り回線の信号につ
いてのシミュレーションで想定した通信形態を示すブロ
ック図である。24 is a block diagram showing a communication form assumed in a simulation of an uplink signal between a base station and a mobile station in the cellular CDMA system shown in FIG.
【図25】図22に示すセルラー方式のCDMAシステ
ムの基地局と移動局との間における上り回線の信号につ
いてのシミュレーションにおいて得られた相関結果を示
す図である。25 is a diagram illustrating a correlation result obtained in a simulation of an uplink signal between a base station and a mobile station in the cellular CDMA system illustrated in FIG. 22;
【図26】TDD(Time Dibision Du
plex)による全二重通信を行なうスペクトラム拡散
無線通信システムの概略構成を示すブロック図である。FIG. 26: TDD (Time Division Du)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a spread spectrum wireless communication system that performs full-duplex communication according to (plex).
【図27】(a)j倍符号の擬周期系列とj倍符号の相
関特性を示す図である。 (b)j倍符号の擬周期系列と1倍符号の相関特性を示
す図である。FIG. 27 (a) is a diagram illustrating a correlation characteristic between a pseudo-periodic sequence of a j-fold code and a j-fold code. (B) is a diagram showing a correlation characteristic between a pseudo-periodic sequence of a j-fold code and a 1-fold code.
【図28】近い将来実用段階に到達すると予想される近
未来の通信ネットワーク形態を示した図である。FIG. 28 is a diagram showing a near future communication network configuration expected to reach a practical stage in the near future.
【図29】(a)本発明の前提となるスペクトラム拡散
通信方式において、送信側の制御装置が送信データに対
して一般的な変調を行なって得られた搬送信号の態様を
モデル化して表す図である。 (b)前記スペクトラム拡散通信方式において、前記
(a)のチャネル信号A、B、CをさらにSAWコンボ
ルバ方式による拡散処理を行なって得られた2次変調信
号の態様をモデル化して表す図である。 (c)前記スペクトラム拡散通信方式において、異なっ
た変調を受けた信号が混在した状態で回線上に送信され
る態様をモデル化して表す図である。FIG. 29 (a) is a diagram showing, in a spread spectrum communication system which is a premise of the present invention, a model representing a form of a carrier signal obtained by performing general modulation on transmission data by a transmission side control device. It is. (B) In the spread spectrum communication method, FIG. 7 is a diagram illustrating a model of a mode of a secondary modulation signal obtained by further performing spread processing of the channel signals A, B, and C of (a) by a SAW convolver method. . (C) is a diagram modeling and representing a mode in which signals subjected to different modulations are mixed and transmitted on a line in the spread spectrum communication system.
【図30】(a)多元接続通信方式のうち、FM,AM
通信システムに用いられる周波数分割によるチャネル割
り当てを行なうFDMA通信方式を説明する図である。 (b)多元接続通信方式のうち、DECTやPHS通信
システムに用いられる拡散符号チャネルに時間スロット
を割り当て、その時間内で全帯域を使用して通信するT
DMA通信方式を説明する図である。 (c)多元接続通信方式のうち、ユーザ全員が同時に全
帯域と時間を使用し、高速の拡散コードによってチャネ
ル分割するCDMA通信方式を説明する図である。FIG. 30 (a) Among the multiple access communication systems, FM, AM
FIG. 2 is a diagram illustrating an FDMA communication system for performing channel allocation by frequency division used in a communication system. (B) Among multiple access communication systems, a time slot is assigned to a spreading code channel used in a DECT or PHS communication system, and communication is performed using the entire band within that time.
FIG. 2 is a diagram illustrating a DMA communication system. (C) Of the multiple access communication systems, this is a diagram illustrating a CDMA communication system in which all users simultaneously use the entire band and time and divide channels by a high-speed spreading code.
【図31】(a)スペクトラム拡散通信においてPNコ
ードとして用いられるm系列の発生回路を示す図であ
る。 (b)符号長127チップm系列の自己相関特性を示す
図である。 (c)符号長127チップm系列の相互相関特性を示す
図である。FIG. 31A is a diagram illustrating an m-sequence generation circuit used as a PN code in spread spectrum communication. FIG. 4B is a diagram illustrating an autocorrelation characteristic of an m-sequence having a code length of 127 chips. (C) is a diagram illustrating a cross-correlation characteristic of an m-sequence with a code length of 127 chips.
【図32】(a)スペクトラム拡散通信においてPNコ
ードとして用いられるGold系列の発生回路の構成を
示すブロック図である。 (b)Gold系列生成の原理を説明する図である。FIG. 32 (a) is a block diagram illustrating a configuration of a Gold sequence generation circuit used as a PN code in spread spectrum communication. (B) is a diagram for explaining the principle of Gold sequence generation.
【図33】スペクトラム拡散通信の受信に際して逆拡散
をディジタル処理により行なうディジタルスライディン
グ相関器の構成を示すブロック図である。FIG. 33 is a block diagram illustrating a configuration of a digital sliding correlator that performs despreading by digital processing when receiving spread spectrum communication.
【図34】図33に示されたディジタルスライディング
相関器に用いられるディジタルマッチドフィルタの原理
を示す図である。FIG. 34 is a diagram showing the principle of a digital matched filter used in the digital sliding correlator shown in FIG.
【図35】SAWデバイスとディジタル相関器の特質お
よび検波、復調動作手順を対比して表し、SAWデバイ
スの有用性を示す図である。FIG. 35 is a diagram showing the characteristics of the SAW device and the digital correlator and the detection and demodulation operation procedures in comparison, and showing the usefulness of the SAW device.
【図36】SAWコリレータとSAWコンボルバの構
造、特徴および応用分野について対比させて表した図で
ある。FIG. 36 is a diagram showing the structure, features, and application fields of a SAW correlator and a SAW convolver in comparison.
20 SAWコンボルバ(ZnO/Si型) 27、30 発振器 28、31 PNコード供給部 29、32 乗算器 33 バンドパスフィルタ 37、44 符号発生器 38、45 キャリア信号発生器 39、41、46、48 乗算器 40、47 直交成分生成部 42、51 加算器 43、52 アンテナ 49、50 SAWコンボルバ 75 基地局 76 セル 77 移動局 78 下り回線 79 上り回線 Reference Signs List 20 SAW convolver (ZnO / Si type) 27, 30 Oscillator 28, 31 PN code supply unit 29, 32 Multiplier 33 Bandpass filter 37, 44 Code generator 38, 45 Carrier signal generator 39, 41, 46, 48 Multiplication Devices 40, 47 orthogonal component generators 42, 51 adders 43, 52 antennas 49, 50 SAW convolvers 75 base stations 76 cells 77 mobile stations 78 downlinks 79 uplinks
Claims (3)
送信する送信部と、受信した信号をスペクトラム逆拡散
を行なってデータ化する受信部とから構成されたスペク
トラム拡散無線通信システムにおいて、 送信部は、実部および虚部からなる近似同期CDMA用
符号を発生する符号発生器と、送信キャリア信号
(fa )の出力源となるキャリア信号発生器と、近似同
期CDMA用符号の実部に対して信号を乗算する乗算器
と、キャリア信号発生器で生成されたキャリア信号の直
交成分を生成する直交成分生成部と、近似同期CDMA
用符号の虚部に対してキャリア信号の直交成分を乗算す
る乗算器と、前記実部用乗算器の出力と虚部用乗算器の
出力とを加算する加算器とを備えて成る一方、 受信部は、近似同期CDMA用の参照符号を発生する参
照符号発生器と、受信キャリア信号(fb )の出力源と
なるキャリア信号発生器と、近似同期CDMA用符号の
実部に対して信号を乗算する乗算器と、キャリア信号発
生器で生成されたキャリア信号の直交成分を生成する直
交成分生成部と、近似同期CDMA用符号の虚部に対し
てキャリア信号の直交成分を乗算する乗算器と、実部用
乗算器の出力と虚部用乗算器の出力とを加算する加算器
と、この加算器の出力を入力して相関処理を行なう1個
のSAWコンボルバとを備えてなり、送信部では、スペ
クトラム拡散処理用の符号として、 周期Nの周期系列 (・・・,a0 ,a1 ,・・・,aN-1 ,a0 ,a1 ,
・・・,aN-1 ,・・・) の巡回行列、 【数1】 をAとし、Bを対角行列とした場合、 A=F-1BF ただし、F:DFT行列が成立する条件の下で、周期系
列において、自己相関関数が周期の倍数以外の全ての項
で0となる系列を直交系列とし、 同様にして、AおよびCを周期系列を表す巡回行列と
し、 A=F-1BF および C=F-1DF となるような対角行列BおよびDの存在の下で、Aおよ
びCで表される周期系列の相互相関関数、 【数2】 で表される近似同期CDMA用符号を用いたことを特徴
とするスペクトラム拡散無線通信システム。1. A spread-spectrum wireless communication system comprising: a transmitting unit that performs a spread-spectrum process to transmit a signal; and a receiving unit that performs de-spreading of the received signal to convert the received signal into data. A code generator for generating an approximate synchronous CDMA code including a real part and an imaginary part, a carrier signal generator serving as an output source of a transmission carrier signal (fa), and a signal for a real part of the approximate synchronous CDMA code , A quadrature component generator for generating a quadrature component of the carrier signal generated by the carrier signal generator, and an approximate synchronous CDMA
A multiplier for multiplying the imaginary part of the carrier code by the orthogonal component of the carrier signal, and an adder for adding the output of the real part multiplier and the output of the imaginary part multiplier. The unit outputs a reference code generator for generating a reference code for the approximate synchronous CDMA, a carrier signal generator serving as an output source of the received carrier signal (f b ), and a signal for the real part of the approximate synchronous CDMA code. A multiplier for multiplying, a quadrature component generator for generating a quadrature component of the carrier signal generated by the carrier signal generator, and a multiplier for multiplying the imaginary part of the approximate synchronous CDMA code by the quadrature component of the carrier signal. , An adder that adds the output of the real part multiplier and the output of the imaginary part multiplier, and one SAW convolver that receives the output of the adder and performs a correlation process. Now, the code for spread spectrum processing , A period sequence of period N (..., A 0 , a 1 ,..., A N−1 , a 0 , a 1 ,
, A N-1 ,...) Where A is a diagonal matrix and B is a diagonal matrix, A = F −1 BF where F: DFT matrix is satisfied, and in a periodic sequence, the autocorrelation function is obtained for all terms other than multiples of the period. A sequence that is 0 is an orthogonal sequence, and similarly, A and C are cyclic matrices representing a periodic sequence, and the existence of diagonal matrices B and D such that A = F −1 BF and C = F −1 DF The cross-correlation function of the periodic sequence represented by A and C under A spread spectrum wireless communication system using an approximate synchronous CDMA code represented by the following formula:
う場合のスペクトラム拡散処理用の符号として、周期3
の直交系列(1,1,W3 )について、 【数3】 また、F12は12次のDFT行列。で表される近似同期
CDMA用符号を用いたことを特徴とする請求項1記載
のスペクトラム拡散無線通信システム。2. A code having a period of 3 as a code for the spread spectrum processing when the spread spectrum processing is performed on the transmission side.
For the orthogonal sequence (1,1, W 3 ) of F 12 is a 12th-order DFT matrix. 2. The spread spectrum wireless communication system according to claim 1, wherein an approximate synchronous CDMA code represented by the following formula is used.
ルバ方式によるスペクトル拡散処理を行なって信号を拡
散変調し、回線上に拡散変調信号を送出する一方で、受
信端末においてSAWデバイスを介してこの拡散変調信
号を受信して復調し、データを送受信するようにしたこ
とを特徴とする請求項1または2記載のスペクトラム拡
散無線通信システム。3. The transmitting unit further performs spread spectrum processing by a SAW convolver method to spread-modulate a signal and transmit a spread-modulated signal on a line, while the receiving terminal transmits the spread-modulated signal via a SAW device. 3. The spread spectrum wireless communication system according to claim 1, wherein a signal is received and demodulated, and data is transmitted and received.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9103577A JPH10294715A (en) | 1997-04-21 | 1997-04-21 | Spread spectrum radio communication system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9103577A JPH10294715A (en) | 1997-04-21 | 1997-04-21 | Spread spectrum radio communication system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10294715A true JPH10294715A (en) | 1998-11-04 |
Family
ID=14357648
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9103577A Pending JPH10294715A (en) | 1997-04-21 | 1997-04-21 | Spread spectrum radio communication system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10294715A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000035110A1 (en) * | 1998-12-09 | 2000-06-15 | Tsubochi Kazuo | Code division multiplex communication method |
WO2001022637A1 (en) * | 1999-09-17 | 2001-03-29 | Toyo Communication Equipment Co., Ltd. | Cdma communication system employing code sequence set having non-cross correlation region |
JP2011114657A (en) * | 2009-11-27 | 2011-06-09 | Yamaguchi Univ | Approximate synchronizing cdma communication system |
JP2012075127A (en) * | 1999-08-17 | 2012-04-12 | Qualcomm Inc | Method for deep paging |
US8325780B2 (en) | 2001-10-19 | 2012-12-04 | Panasonic Corporation | System and method for spread spectrum communication |
-
1997
- 1997-04-21 JP JP9103577A patent/JPH10294715A/en active Pending
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