JPH11261448A - 相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式 - Google Patents

相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式

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JPH11261448A
JPH11261448A JP10689698A JP10689698A JPH11261448A JP H11261448 A JPH11261448 A JP H11261448A JP 10689698 A JP10689698 A JP 10689698A JP 10689698 A JP10689698 A JP 10689698A JP H11261448 A JPH11261448 A JP H11261448A
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    • H04J13/16Code allocation

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、従来のCDMA通信方式における
遠近問題、或いはマルチパス信号の分離に関する問題を
解決するためになされたもので、自局に入力する他局宛
信号を表す相互相関特性を零レベルにすることで遠近問
題を解決し、もって送信機の送信電力レベル制御を不要
にしてシステム構成を簡単にすると共にマルチパス信号
の分離も容易にできるCDMA通信方式を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 直接拡散型相補系列繰返し変調形櫛の歯
状スペクトル通信方式において、2以上の整数をNと
し、N個の自己相補系列からなる組を各利用者に割り当
てると共に、前記自己相補系列の1つを複数回繰り返す
ことにより、周波数スペクトルの重複がないN個の櫛の
歯状スペクトルをもつ信号に変換し、前記自己相補系列
の関係にあるN個の相補系列を前記N個の櫛の歯状スペ
クトルに割り当てるようにして送信信号を構成した符号
分割多元接続通信方である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は相補系列繰返し変調
形櫛の歯状スペクトル通信方式に関し、特に遠近問題に
係わる通信中断を解決する手段に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の携帯電話やPHS(Person
al Handyphone System)などの移
動体通信システムにおいてはシステムに必要なチャネル
数を確保するために、時分割多元接続(Time De
vision Multiple Access、以下
TDMAと記す)方式が採用されている。TDMA方式
は、一定の割り当て周波数帯域を複数の利用者で共通に
使用するために、この信号の時間軸を分割して各利用者
に割り当てる方式である。しかし、使用可能な周波数帯
域には周波数割り当てによる制限があり、また、時分割
数にも技術的な限界があるので、各利用者に割り当てる
ことができるチャネル数にも限界がある。
【0003】近年、上述した移動体通信システムの利用
者増加に伴い、システムにおいて必要なチャネル数を確
保するために符号分割多元接続(CodeDevisi
onMultiple Access,以下CDMAと
記す)方式が提案されている。CDMA方式は、同じ帯
域を複数の利用者が共用できるようにするため、各利用
者を利用者に割り当てられたアドレス用拡散符号(固有
符号)で識別する。そのため固有符号の識別が容易にで
きるように固有符号を情報信号よりも高速な数MHz程
度のクロック周波数の信号にして、更に、これを情報信
号に乗算することにより送信信号の帯域幅を広げて(ス
ペクトル拡散して)伝送路に送出すると共に、受信側に
おいては整合フィルタ等を用いて受信信号の相関特性を
求めることにより固有符号を復調する。上述したように
CDMA方式は同じ帯域を複数の利用者が共用できるた
め、TDMA方式に比べて帯域幅当たりの利用者数を増
大できる可能性があるが、同一帯域を共用するため他利
用者からの信号の干渉による妨害のため、また、特に強
い干渉波による後述する遠近問題のため同時通話チャネ
ル数をあまり増大し得ないという問題がある。
【0004】図10は、従来のCDMA方式の構成例を
示す機能ブロック図である。この図においてはシステム
利用者が4人の場合を想定し、利用者Aから利用者B
に、また、利用者Dから利用者Cに情報信号を伝送する
場合について説明するので、利用者AとDの受信機及び
利用者BとCの送信機は省略している。この例に示すC
DMA方式は、送信系として、それぞれ送信情報発生器
100、(200)からの出力送信情報信号a、(b)
と各利用者に割り当てられた1チップの時間幅がΔtの
固有符号を発生する第1の拡散符号(PN符号)発生器
101、(201)の出力信号とを乗算する第1の乗算
器102、(202)と、該第1の乗算器102、(2
02)の出力信号と第1のローカル信号発生器103、
(203)の出力信号とを乗算するための第2の乗算器
(ミキサ)104、(204)とから構成される送信機
105、(205)を各利用者が所有する。
【0005】また、受信系として、それぞれ空間を媒体
とする伝送路105を介して導かれる受信信号110
b、(110c)と第2のローカル信号発振器111、
(211)の出力信号とを乗算する第3の乗算器11
2、(212)と、該第3の乗算器112、(212)
の出力信号と固有符号を発生する第2の拡散符号(PN
符号)発生器112、(212)の出力信号とを乗算す
る第4の乗算器113、(213)に接続された積分器
114、(214)とを備える整合フィルタ115、
(215)とから構成される受信機116、(216)
を各利用者が所有する。
【0006】なお、上記拡散符号の条件としては、
(1)多くの利用者に固有符号の割り当てができるよう
に符号の組合せが多いこと、(2)異なる利用者の符号
と区別がつくように相互相関が小さいこと、(3)自局
宛の信号を確実に捕捉して復調が容易なように同じ符号
に対して鋭い自己相関をもつこと、(4)第3者に通信
内容を盗聴されないよう出来るだけランダムで周期の長
い符号であること、等が要求される。これらの条件を満
足する符号として、通常、PN(擬似雑音)符号が利用
される。
【0007】次に、この例に示したCDMA方式の動作
について説明する。まず、利用者Aが利用者Bに情報信
号aを送信するために、利用者Aの送信機105におい
て、第1のPN符号発生器101の発生符号を利用者B
に割り当てられた固有符号Mbに設定する。この固有符
号Mbと情報信号aとを第1の乗算器102において乗
算して上述したようにスペクトル拡散すると共に第2の
乗算器104と第1のローカル発信器103とにより送
信周波数に周波数変換(変調)して伝送路110に送出
する。
【0008】利用者Bの受信機116が上記送出信号を
受信すると、該受信信号110bは変調周波数f0と同
じ周波数の出力信号を有する第2のローカル信号発振器
111と第3の乗算器112とによる周波数変換(復
調)後に整合フィルタ115に出力される。整合フィル
タ115は動作原理上時間相関器として機能する(詳細
は、例えば、B.P.Lathi、山中惣之助、宇佐美
興一共訳、通信方式、p.297、マグロウヒル好学
社、昭和56年10月、参照)と共に、第2のPN符号
発生器112は自局に割り当てられた固有符号Mbを出
力するので、固有符号系列Mbの自己相関特性が整合フ
ィルタ115から出力される。
【0009】図11は、一例としての7ビットPN符号
の自己相関特性を示す図である。この図に示されるよう
にPN符号の自己相関特性は位相が1ビットでもシフト
している系列との相関は小さいので、自局に割り当てら
れた固有符号と同じ符号が受信機に入力すると、整合フ
ィルタは鋭い自己相関特性を出力し、従って、受信機は
容易に受信信号が自局宛の信号かどうか判定することが
できる。
【0010】このとき、上述した利用者Aから利用者B
への情報信号aの送信と並行して利用者Dから利用者C
への情報信号bの送信が行われると、利用者Aの送信機
105における送信動作と同様に、利用者Dの送信機2
05において、第1のPN符号発生器201の符号を利
用者Cに割り当てられた固有符号Mcに設定する。この
固有符号Mcと情報信号bとを第1の乗算器202にお
いて乗算してスペクトル拡散すると共に第2の乗算器2
04と第1のローカル発信器203の出力信号とにより
送信周波数に周波数変換(変調)して伝送路110に送
信信号を送出する。
【0011】従って、利用者Cの受信機216が利用者
Dから送信された信号を受信すると、PN符号発生器2
12が拡散符号として自局に割り当てられた固有符号M
cを出力するので、上述した利用者Bの受信器116と
同様な動作をすることにより整合フィルタ215から図
11に示されたような自己相関特性を出力する。その結
果、利用者Cの受信機216は、この受信信号が自局宛
の信号であることを認識する。
【0012】一方、利用者Dの送信機205から送信さ
れるPN符号Mcにより拡散された信号は、伝送路11
0を介して利用者Bの受信機116にも入力するので、
整合フィルタ115からは利用者Cの固有符号Mcと利
用者Bの固有符号Mbとの相互相関特性が出力される。
図12は、PN符号の相互相関特性の概念を示す図であ
る。詳細は、例えば、文献「横山光雄、スペクトル拡散
通信システム、pp.406−409、科学技術出版
社、昭和63年」に記述されているので詳細な説明は省
略するが、要は異なるPN符号間の相互相関特性は、P
N系列の組合せにより様々な値をとり、図11に示した
自己相関特性のように定まった値をとることがない。
【0013】従って、整合フィルタ115の出力には図
11に示した自局宛信号を検出するための自己相関特性
と共に図12に示した不要な相互相関特性が発生するこ
とになるが、通常、相互相関特性のレベル値は自己相関
特性よりも充分低くなるように、各利用者に割り当てる
Mb、Mc等の固有符号を相互に類似させないように設
計する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
ような従来の拡散符号としてPN符号を用いるCDMA
方式においては以下に示すような大きな問題点があっ
た。つまり、移動体通信においては各利用者は任意に移
動しているので、各利用者の位置関係によっては自局受
信機に入力する他局宛の信号(干渉波)レベル(図12
に示した相互相関特性)が自局宛の信号レベル(図11
に示した自己相関特性)よりも高くなる場合が発生す
る。これは、CDMA方式における遠近問題として周知
されており、このとき自局宛信号は干渉波にマスクされ
るので、自局宛信号の検出が不可能となる。さらに、後
述する反射波によるマルチパス信号も干渉波と同様に受
信検出を妨害するなどの通信障害が発生する。従って、
この遠近問題を回避するために、各利用者の移動に伴い
システム全体において各送信機の送信電力レベルをそれ
ぞれ適切に制御することが不可欠であり、そのためシス
テム構成が複雑且つ大規模になる欠点があった。本発明
は、上述した従来のCDMA通信方式に関する問題を解
決するためになされたもので、入力干渉波による整合フ
ィルタ出力(干渉波と希望局信号との相互相関特性)を
零レベルにし、もって遠近問題を解決するものである。
この機能により、本発明は各送信機の送信電力レベル制
御を不要とする簡単なシステム構成を可能とし、マルチ
パス信号の分離機能も容易に実現できるCDMA通信方
式を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係わる相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペ
クトル通信方式の請求項1記載の発明は、直接拡散型相
補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式におい
て、2以上の整数をNとし、N個の自己相補系列からな
る組を各利用者に割り当てると共に、前記自己相補系列
の1つを複数回繰り返すことにより、周波数スペクトル
の重複がないN個の櫛の歯状スペクトルをもつ信号に変
換し、前記自己相補系列の関係にあるN個の相補系列を
前記N個の櫛の歯状スペクトルに割り当てるようにして
送信信号を構成する。本発明に係わる相補系列繰返し変
調形櫛の歯状スペクトル通信方式の請求項2記載の発明
は、請求項1記載の相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペ
クトル通信方式において、前記N個の櫛の歯状スペクト
ルが重複しないように基準周波数にシンボル周期Tの逆
数fTのK倍、ここで、K=0,1,2,…N−1、の
周波数を加えたN個のシフト搬送波を準備し、その各々
を前記N個1組の互いに自己相補系列の関係にある各相
補系列の繰り返し系列を用いて変調して作成した信号を
N個合成することにより前記送信信号を構成する。本発
明に係わる相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通
信方式の請求項3記載の発明は、請求項2記載の相補系
列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式において、
前記各利用者に割り当てた自己相補系列のN個の組が他
の利用者に割り当てた同様なN個の組との間において互
いに相互相補系列となるように前記自己相補系列の組を
構成すると共に、すべての利用者において使用する搬送
波を前記N個のシフト搬送波とする。本発明に係わる相
補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式の請求
項4記載の発明は、請求項2記載の相補系列繰返し変調
形櫛の歯状スペクトル通信方式において、前記各利用者
に割り当てた自己相補系列の組が他の利用者に割り当て
た同様な系列の組との間において互いに相互相補系列の
関係にないとき、各利用者に割り当てた各相補系列が互
いに周波数の異なるシフト搬送波を変調することにより
送信信号を構成する。本発明に係わる相補系列繰返し変
調形櫛の歯状スペクトル通信方式の請求項5記載の発明
は、請求項1、請求項2、請求項3または請求項4記載
の相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式に
おいて、受信側において、前記N個1組の自己相補系列
の各々を繰り返す符号の一部に整合する整合フィルタ
を、前記N個1組の自己相補系列に対応してN個並列に
配置すると共に、該N個の整合フィルタの相関出力を加
算した結果に基づき送信情報を検出するように構成す
る。本発明に係わる相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペ
クトル通信方式の請求項6記載の発明は、請求項1、請
求項2、請求項3または請求項4記載の相補系列繰返し
変調形櫛の歯状スペクトル通信方式において、前記N個
1組の自己相補系列の繰り返し系列からなる有限長周期
系列の前部外側と後部外側とに該有限長周期系列の後部
と前部の複数チップを複製してそれぞれ付加した擬似周
期系列を各利用者に割り当てる符号として用いると共
に、受信側において前記擬似周期系列に拡張する前の前
記有限長周期系列に整合する整合フィルタを用いて復調
する。本発明に係わる相補系列繰返し変調形櫛の歯状ス
ペクトル通信方式の請求項7記載の発明は、請求項5及
び6の整合フィルタの代わりにコンボルバを用いて相関
出力を得るようにした。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図示した実施の形態例に基
づいて本発明を詳細に説明する。図1は本発明に係わる
通信方式をCDMA通信方式に適合した場合の第1の実
施の形態例を示す機能ブロック図である。この図におい
てはシステム利用者が4人の場合を想定し、従来技術の
説明と同じように利用者Aから利用者Bに、また、利用
者Dから利用者Cに情報信号を伝送する場合について説
明するので、利用者AとDの受信機及び利用者BとCの
送信機は省略している。また、後述する固有符号として
用いる自己相補系列はN組(Nは2以上の整数)を各利
用者ごとに割り当てる事が可能であるが、説明が煩雑に
なるのでN=2、即ち、1対の自己相補系列を各利用者
が使用する場合について説明する。
【0017】この例に示すCDMA通信方式は、送信系
として、送信情報a、(b)を出力する送信情報発生器
10、(20)と各利用者に割り当てる固有符号を発生
する第1の拡散符号としての1対の自己相補系列発生器
11α、11β、(21α、21β)の出力信号とを乗
算する第1の1対の乗算器12α、12β、(22α、
22β)と、該第1の乗算器12α、12β、(22
α、22β)の出力信号と第1の1対のローカル信号発
生器13α、13β、(23α、23β)の出力信号と
を乗算するための第2の1対の乗算器(ミキサ)14
α、14β、(24α、24β)の出力を加算する第1
の加算器15、(25)とから構成される送信機1、
(2)を各利用者が所有する。
【0018】また、受信系として、空間を媒体とする伝
送路19を介して導かれる受信信号19a(19b)と
第2の1対のローカル信号発振器30α、30β(40
α、40β)の出力信号とを乗算する第3の1対の乗算
器(ミキサ)31α、31β、(41α、41β)に接
続された1対の整合フィルタ32α、32β(42α、
42β)と、該整合フィルタ32α、32β(42α、
42β)の出力を加算する第2の加算器第33、(4
3)とから構成される受信機3、(4)を各利用者が所
有する。ここで、各整合フィルタ32α、32β(42
α、42β)は内部の機能ブロックの図示を省略した
が、入力信号と各利用者に割り当てた固有符号(自己相
補系列)を発生する第2の符号発生器の出力信号とを乗
算する乗算器と、該乗算器に接続された積分器とを備え
た時間相関器として機能すること従来のものと同じであ
る。ここで受信機3,4に用いた整合フィルタ32α、
32β、42α、42βの代わりにコンボルバを用いた
としても、同様な相関出力を得ることができる。この場
合、上記コンボルバ、例えば32αの参照入力は、系列
A0A0となる。
【0019】さて、この例に示したCDMA通信方式の
動作説明に先立ち、本発明を特徴づける拡散符号(固有
符号)として用いる自己相補系列の相関特性と該自己相
補系列を繰り返して構成する符号の周波数スペクトル特
性について詳しく説明する。まず、一例として次の8チ
ップの符号系列を考える。即ち、 A0=(1,1,1,−1,1,1,−1,1) (1) A1=(1,−1,1,1,1,−1,−1,−1) (2) B0=(1,1,1,−1,−1,−1,1,−1) (3) B1=(1,−1,1,1,−1,1,1,1) (4) A0の自己相関関数を求めると、 となる。また、A1の自己相関関数は、 となる。そこで、A0とA1の自己相関関数の和をとる
となり、中央ビット以外にサイドローブを発生しない系
列を得る。このとき、{A0,A1}を自己相補系列と
いう。
【0020】同様にして、B0とB1のそれぞれの自己
相関関数を求め、両者の和をとると、 となるので、{B0,B1}も自己相補系列である。
【0021】更に、(1)式のA0を(2)式により表
されるB0の整合フィルタに入力すると、上述したよう
に整合フィルタは時間相関器として動作するので、該整
合フィルタの出力にA0とB0との相互相関関数として が得られる。同様にしてA1をB1の整合フィルタに入
力すると、該整合フィルタの出力にA1とB1との相互
相関関数として、 が得られる。そこで、(11)式と(12)式との和を
とると となる。
【0022】次に、上記とは逆に(3)式のB0が
(1)式で表されるA0の整合フィルタに入力すると、
上記と同様に該整合フィルタの出力にB0とA0との相
互相関関数として が得られ、(4)式のB1が(2)式で表されるA1の
整合フィルタに入力すると、該整合フィルタの出力にB
1とA1との相互相関関数として が得られる。そこで、(14)式と(15)式との和を
とると となる。つまり、自己相補系列{A0,A1}と{B
0,B1}とは、相手系列の1対の整合フィルタの出力
において和をとると、(13)式或いは(16)式で表
されるようにその相互相関関数は零となる。このような
関係にある{A0,A1}と{B0,B1}とを相互相
補系列といい、更に、{A0,A1}と{B0,B1}
とが、それぞれ自己相補系列である場合[{A0,A
1}と{B0,B1}]を完全相補系列という。
【0023】ここで1個の基本系列A0がフレーム周期
T毎に繰返される波形の周波数スペクトルを説明する。
A0の長さはL0をチップ数/系列とすれば、T=L0
Δt0で与えられる。このインパルス列の信号がT秒毎
繰り返されるベースバンド帯域の周期信号のスペクトル
は、DFT(離散フーリエ変換)分析によりfc0=1
/Δt0、fT=1/Tとして、−fc0/2〜0〜f
c0/2に亘りfTの整数倍を要素とする基本スペクト
ルとなる。すなわち、このベースバンド信号はそのセン
タがf=0でk・f(k=−∞〜−2,−1,0,
1,2,〜∞)に成分をもつスペクトルである。しか
し、実際上、インパルス伝送は不可能であるので、イン
パルスの代わりに、例えば、時間幅Δt0の方形波を用
いると、そのスペクトルは−fc0〜0〜fc0に亘る
スペクトルで近似的に表現され、このスペクトルの中に
信号エネルギの90%以上が含まれる。(−fc0〜0
〜fc0)以外に含まれる成分は帯域外成分である。L
0=8とした場合の方形波を用いたベースバンド波形が
周期Tで無限に繰り返されている場合のスペクトルは、
DFT分析により図7のようになる。f=±fc0にお
けるスペクトル振幅は標本化関数の0点に一致するので
消失し、f=0の両側の振幅が次第に減少する標本化関
数を包絡線とする振幅特性を示す。次に、上記自己相補
系列を複数回繰り返して構成した符号の周波数スペクト
ルについて説明する。例えば、上述したA0を2回繰り
返して構成した符号は、 と表され、2回繰り返す周期性のため、周波数スペクト
ルは所定の周波数成分が欠落した櫛の歯状スペクトルと
なる。もし、Tの中に2個基本系列を含めると、T=L
Δt、L=2L0=16となるので、Δt=Δt0/
2、従って、fc=1/Δt=2fc0となり、占有帯
域は2倍となるがkfT(k:奇数)のスペクトルは零
となる。この櫛の歯状スペクトルは、このままでは後述
するA1の2回繰り返し符号(A1A1)のスペクトル
と一部重複するので、お互いに周波数をシフトして使用
することができる。
【0024】図2はこのスペクトルをもつ信号によりf
0をDSB−AM(両側波帯振幅変調)で変調した場合
のスペクトルの正周波数の部分を示す(負周波数成分と
帯域外成分の表示を省略し、方形波に基づく振幅の減少
特性も省いて表示している)。基本系列を2回繰り返し
たこと及びパルス幅が1/2になったことにより、fc
=2fc0となり、k・fT(k:奇数)の周波数にお
ける振幅は0となる。
【0025】一方、上述したA1を2回繰り返して構成
した符号は、 と表され、この符号の周波数スペクトルも上記図2と同
様な櫛の歯状スペクトルを有する。図3は、(18)式
の符号系列により周波数f1=f0+fTのシフト搬送
波を変調(周波数変換)した場合の周波数スペクトルを
示す図である。ただし、fT=1/Tであり、周波数f
1は図2と図3に示すスペクトルがちようど食い違うよ
うに設定している。
【0026】従って、図2と図3とに示す信号、つまり
(17)式と(18)式とにより示される符号は、スペ
クトルが重ならないのみならずfT=1/Tの整数倍だ
け離れているので、後述する条件の下で同時に送信して
もお互いに干渉しない性質(直交性)を有している。上
記直交性は、上記と同様な論理によりB0の繰り返し系
列B0B0とB1の繰り返し系列B1B1との関係に対
しても成立する。
【0027】要するに、複数の符号が互いに相互相補系
列の関係にある自己相補系列の組合せであれば各組合せ
系列の対応する系列間の相互相関の和はレベル零の特性
(無相関特性)を呈すると共に、系列を複数回繰り返し
て構成した符号系列は空隙スペクトルを作るので、互い
にスペクトルが重ならないように搬送波の周波数を設定
する手段を用いて同時に送信することができる特徴を有
する。
【0028】以上、図1に示した第1の実施の形態例と
してのCDMA通信方式に係わる動作説明をするため
に、本発明を特徴づける自己相補系列と相互相補系列の
相関特性及びこの自己相補系列を複数回繰り返して構成
した符号の空隙スペクトルをもつ周波数特性とについて
説明した。以上の自己相補系列を用いる符号の特性を考
慮しつつ、図1に示したCDMA通信方式の動作につい
て説明する。各利用者に割り当てる固有符号の一例とし
て、上述した(1)〜(4)式の自己相補系列を4回繰
り返して構成する符号を使用する場合について説明す
る。従って、この符号は長さが32ビット、復調周期1
6ビットの擬似周期系列でもあるから、シフト搬送波f
0とf1とをf0+KfT(K=0,1,2,…,N−
1)のように設定すれば1対の自己相補系列を構成する
各符号はスペクトルの重なりがないので同時に送信する
ことができる。
【0029】まず、利用者Aが利用者Bに情報信号aを
送信するために、利用者Aの送信機1において、第1の
1対の自己相補系列発生器11α、11βから出力する
系列を利用者Bに割り当てられた固有符号A0A0A0
A0、A1A1A1A1に設定する。送信信号として、
この固有符号と情報信号aとを第1の1対の乗算器12
α、12βにおいてそれぞれ乗算してスペクトル拡散す
ると共に第2の1対の乗算器14α、14βと第1の1
対のローカル発信器13α、13βとにより送信シフト
搬送波周波数f0,f1により周波数変換(変調)した
後に加算器15により加算して伝送路19に送出する。
このとき、上述したように擬似周期系列の性質により、
符号A0A0A0A0と符号A1A1A1A1とはスペ
クトルが重ならないように送信搬送波周波数f0とf1
(=f0+fT)とを設定しているので、同時に送信し
たこれらの信号を受信側でT秒間にわたり相関検出する
と、両者の周波数成分は直交するので、両者の間の符号
間干渉はない。
【0030】利用者Bの受信機3が上記利用者Aの送信
信号を受信すると、それぞれ周波数f0とf1の信号を
出力する第2の1対のローカル信号発振器30α、30
βと第3の1対の乗算器31α、31βとによる周波数
変換(復調)後に1対の整合フィルタ32α、32βに
それぞれ出力される。整合フィルタ32α、32βは上
述したように時間相関器として機能するので、その結
果、入力符号の相関特性を出力する。
【0031】ここで、この相関特性について定量的に説
明するため上述した変調と復調の信号を数式で表す。ま
ず、符号A0A0A0A0をf0で変調し、f0で復調
すると再び符号A0A0A0A0が得られるが、A0A
0A0A0をf0で変調し、f1で復調すると (A0A0)f0,f1(A0A0)f0,f1 (19) と表されるものが得られる。また、符号A1A1A1A
1をf1で変調し、f0で復調すると (A1A1)f1,f0(A1A1)f1,f0 (20) と表されるものが得られ、符号A1A1A1A1をf1
で変調し、f1で復調すると再び符号A1A1A1A1
が得られる。
【0032】次に、A0の整合フィルタにA0が入力す
ると整合フィルタは(5)式に示したように を出力するので、図1に示された利用者Bの受信機に使
用されるA0A0の整合フィルタにA0が入力すると、
(5)式と同様な処理により整合フィルタは (21)を出力する。従って、図1に示した利用者Bの
受信機を想定してA0A0の整合フィルタにf0により
復調された符号A0A0A0A0が入力すると該整合フ
イルタは (22) の自己相関特性を出力する。
【0033】次に、A0A0の整合フィルタにf1で変
調されてf0で復調されたA1A1A1A1符号、即
ち、(20)式の(A1A1)f1,f0(A1A1)
f1,f0が入力すると該整合フィルタは (23) の相互相関特性を出力する。ここで、pi、qjは符号
の系列に対応して零以外の数値をとる(偶然零になる場
合もある)。従って、(23)式に示されるようにA0
A0の整合フィルタに符号A1A1A1A1が入力して
も、出力相関値の中央ビットを基準にして左側−8シフ
トチップから右側+8シフトチップ成分までは零値とな
るので、この範囲において(22)式の自己相関特性に
影響を与えない。
【0034】また、A1A1の整合フィルタにA1A1
A1A1が入力すると、該整合フィルタは(22)式と
同様にして (24) の自己相関特性を出力する。さらに、A1A1の整合フ
ィルタにf0で変調されてf1で復調された符号A0A
0A0A0)即ち、(19)式の(A0A0)
f0,f1(A0A0)f0,f1が入力すると、該整
合フィルタは(23)式と同様な処理により (25) の相互相関特性を出力する。ここで、ri、sjは上記
pi,qjと同様に符号の系列に対応して零以外の数値
をとるが、中央ビットより左側−8シフトチップから右
側+8シフトチップにおいて零値となるので、(25)
式は(23)式と同様にこの範囲において(24)式の
自己相関特性に影譬を与えない。
【0035】従って、最終的に、利用者Aの送信機1に
おいて符号A0A0A0A0に送信情報aを乗算してf
0により変調したものと、符号A1A1A1A1にも同
じ情報信号aを乗算してf1で変調したものとを加算し
て送信した信号は、 と表され、利用者Bの受信機3においてそれぞれf0及
びf1で復調すると、f0により復調したものは となり、f1により復調したものは となる。
【0036】f0で復調した(27)式の信号がA0A
0の整合フィルタに、f1で復調した(28)式の信号
がA1A1の整合フィルタに入力した場合、両整合フィ
ルタの出力を第2の加算器33を用いて加算すると、 (29) となるが、上式の上段に(22)式及び(23)式を、
また、上式下段に(25)式及び(24)式を適用する
と、 (30) となり、中央チップ(32の値)を基準として左側−7
シフトチップから−1シフトチップまでと右側+1シフ
トチップから+7シフトチップまでの範囲においてサイ
ドローブのない鋭い自己相関特性を得ることができるの
で、容易に受信信号が自局宛の信号であることを判定す
ることができる。
【0037】一方、上述した利用者Aから利用者Bへの
情報信号aの[A0、A1]による送信と並行して、利
用者Dから利用者Cへ自己相補系列[B0、B1]及び
上記と同じ周波数f0とf1の搬送波を用いて上記と同
一方法により情報信号bの送信を図8に示す周波数配列
(f0、f1の右側の表示)を用いて行う方式を考え
る。この方式においては、信号[B0、B1]が干渉波
として利用者Bの受信機3にも混入する。この動作を定
量的に説明すると、利用者Dの送信機2において、利用
者Aの送信機1と同じ処理により拡散符号B0B0B0
B0に送信情報bを乗算してf0で変調し、また、他の
拡散符号B1B1B1B1にも同じ送信情報bを乗算し
てf1で変調し、両信号を加算して送信すると、(2
6)式と同様に となる。これを利用者Bの受信機3においてそれぞれf
0及びf1により復調すると、f0により復調したも
は、 となり、f1により復調したものは となる。
【0038】f0で復調した(32)式の信号はA0A
0の整合フィルタに、f1で復調した(33)式の信号
はA1A1の整合フィルタに入力するので、両整合フィ
ルタの出力を加算すると、(29)式と同様に (34) となるが、(29)式から(30)式を導くときの同一
処理を適用すれば、(34)式は となり、中央チップを基準として左側−8シフトチップ
から右側+8シフトチップまでが零値となる。
【0039】従って、利用者Bが利用者Aから送信され
た信号[A0、A1]を(30)式の自己相関特性にお
ける左側−7シフトチップから右側+7シフトチップの
範囲の相関値に基づいて自局宛の信号であることを判定
するとき、他局(利用者D)から送信された信号[B
0、B1]が利用者Bの受信機3に混入しても(35)
式に示されるように左側−8シフトチップから右側+8
シフトチップの範囲の相関値が零であるので、上記(3
0)式を用いる自局宛信号の判定には影響しない。これ
は、両者が同一帯域{(f0−1/Δt)〜(f1+1
/Δt)}を用いているが、[A0,A1]系列と[B
0,B1]系列とを相互相補系列に設定しているためで
ある。よって、本発明に係わるCDMA通信方式は、自
局宛信号を判定する自己相関特性の期間(時間)におい
て、混入する他局宛信号の相関特性が必ず零になるの
で、上述した従来の各利用者の位置関係による遠近問題
が発生しない。その結果、各利用者の移動に伴う各送信
機の送信電力レベル制御が不要になるので、システムを
極めて簡単に構成することができる。
【0040】更に、上述した他局から混入する信号の相
関特性が零になる特性を利用することで、本発明に係わ
るCDMA通信方式は市街地の移動通信において問題と
なるマルチパスの分離も容易に行うことができる。図4
は、マルチパス発生の概念を示す平面図である。送信機
41から出力する送信信号は、受信機42に直接到達す
る直接信号43と反射物44により反射して受信機42
に到達するマルチパス信号(反射信号)45とに分離さ
れ、マルチパス信号45が直接信号43と同一レベルで
受信機42に到達すると位相のずれた同一レベルの信号
が受信機42に入力するので、波形ひずみ等を引き起こ
して受信機42の受信性能を劣化させる。
【0041】図5は、上述したマルチパス信号45が受
信機に入力した場合に図1に示した第2の加算器33
(43)出力における自己相関特性を示す図である。上
述したように自己相関特性は中央ビットを基準にして左
側−7シフトチップから右側+7シフトチップの範囲に
おいてサイドローブを発生しないので、(30)式で表
される直接信号(実線)とマルチパス信号(破線)とが
位相ずれ(時間遅延TM)として分離できる。受信波の
受信信号の同期を確立すれば中央チップ位置が明確にな
る。それ故に、直接波と遅延波との遅延時間の差をτd
=τM−τ0として、基本系列A0、A1のチップ長を
L0とすれば、TM=L0Δt−τd>0である限りマ
ルチパス信号を確実に分離することができる。
【0042】本発明の方式は、干渉波の入来位相が希望
波の入来位相と一致することを前提として構築されてい
る。もし、位相差が存在し、図9のように干渉波信号υ
Bのフレームの境界が希望波信号υAのフレームの中に
ある場合、υBはその情報bで変調されているので、上
述の説明で想定した信号とは異なり干渉による相関が生
ずる。しかし、現実には、干渉のフレーム位相を厳密に
同期させることは困難であるが、その時間差を図示のτ
dif以下に保つように制御することはTDMAによる
移動通信方式などで実現されている。このような準同期
技術を用いることにし、予め信号の復調相関に用いるフ
レーム長TDEMよりも長いフレーム長(擬似周期)T
Eをもつ信号υA、υB を送信すれば、両フレームの
受信時間差τdifがτdif〈TAであれば、υA
の復調時間TDEMの中には、変調を受けない干渉波が
入来することになるので、υB による相関は発生しな
い。拡大フレームυA は、υAの後半と前半の一部を
υAの前部と後部に付加することにより作られる。図9
は簡単な例としてυAの構成要素A0を前後に付加した
場合を示している。
【0043】なお、1人の利用者が2つの送信機を使用
し、他の1人の利用者が2つの受信機を使用する場合
は、例えば、図1に示した送信機1と送信機2とを1人
の利用者が使用すると共に受信機3と受信機4とを他の
1人の利用者が使用することになるので、1人の利用者
が送信情報aとbとを同時に送信することができ、結果
として伝送速度を2倍に上げた効果を得ることができ
る。
【0044】以上説明した本発明に係わる第1の実施の
形態例においては、各利用者に共通に2つの周波数の異
なる搬送波f0,f1を割り当てると共に各利用者に拡
散符号を相互相補系列となるように割り当てることによ
り自局に混入する他局宛信号の相関値が零となるように
構成した。それ故に、相補系列の組合せ数がmならば、
m個の同時通話がほぼ同一帯域を用いて相互干渉無く実
現できるが、本発明の実施にあってはこの例にかぎら
ず、例えば、後述する第2の実施の形態例として各利用
者に割り当てる拡散符号は第1の実施の形態例と同じ自
己相補系列とするが、各利用者間に割り当てる符号を相
互相補系列とはせず、各利用者において使用する搬送波
の周波数を相違させるように構成し、周波数多重分割方
式としてもよい。
【0045】図6は、第1の実施の形態例である図1の
システム構成を用いた場合に対する符号とスペクトルの
関係を示す図である。即ち、4人の利用者がそれぞれ情
報信号を送信する場合に、送信先の各利用者に割り当て
た自己相補系列を繰り返して構成する符号対とそのスペ
クトルの関係を示す図である。ただし、スペクトルの図
示を簡単にするため各自己相補系列は8チップの基本系
列の4個による繰り返しにより構成されているとする。
例えば、送信(A→B)に対し式(1)のA0、式
(2)のA1を仮定する。これらの繰返し系列がそれぞ
れ(f0,f1)を変調した出力のスペクトルが図6の
上部に示されている。
【0046】図6は後述する図8の場合と異なり、上記
のA0,A1とは互いに相互相補系列の関係にある式
(3)のB0と式(4)のB1の組を他の送信(D→
C)に対して用いている場合で、B0、B1が(f0,
f1)を変調した出力のスペクトルは図6の下部に示さ
れている。符号A0とB0とは搬送波f0を、符号A1
とB1とは搬送波f1を変調して送信波を生成する。送
信(A→B)用搬送波のスペクトルと送信(D→C)用
搬送波のスペクトルは、図6に示すように合致するが、
互いに相互相補系列の関係にあるので、受信側では干渉
を生じない。他の送信(B→A)、(C→D)に対して
は、それぞれ(A0,A1)、(B0,B1)の繰返し
符号系列を用い、f0、f1とは異なる搬送波 f2=f1+fT f3=f2+fT を用いて同様な方法で送信波を生成する。この場合も、
送信(B→A)、(C→D)に対し、同一搬送波f2,
f3を共通に用いうる。この場合の送信波のスペクトル
は図6には示されていないが、図示のスペクトルの空隙
部分に配置されるので、送信波(A→B)、(D→C)
との干渉は発生しない。従って、後述する図8の場合の
占有帯域に比し、第1の実施例のシステムの占有する帯
域は図6のように半減する利点がある。相互相補系列の
組を多数用いると、さらに周波数利用効率は高まる。
【0047】図8は、4人の利用者がそれぞれ情報信号
を送信する場合に、送信先の各利用者は自己相補系列を
繰り返して構成する符号のみを用い、相互相補系列を用
いない場合の第2の実施例のシステム構成に対する各符
号とそのスペクトルの関係を示す図である。このシステ
ム構成は、図1において送信機2の拡散符号の(B0,
B0,B0,B0)を(A6,A6,A6,A6)へ、
(B1,B1,B1,B1)を(A7,A7,A7,A
7)へ、搬送波の(f0,f1)を(f6,f7)へと
置換し、さらに受信機4の搬送波を(f0,f1)から
(f6,f7)へ、整合フィルタの(B0B0)を(A
6A6)へ、(B1B1)を(A7A7)へと置換する
ようにして実現される。図8において、スペクトルの図
示を簡単にするため各自己相補系列は4チツプの基本系
列の8個による繰り返しにより構成されているとする。
例えば、A0=(1,1,1,−1)、A1=(1,−
1,1,1)と仮定すると、上述したように系列の繰り
返し数とスペクトルにおける欠如周波数成分の間隔とは
密接に関係するから、4人で同時送信するための8個の
スペクトルが重複しないようにするため、自己相補系列
を8回以上繰り返す必要がある。図8は自己相補系列を
8回繰り返して構成した符号のスペクトルがそれぞれ重
複しないように各利用者の送信機における搬送波の周波
数をf0〜f7に設定した場合のスペクトルを示してい
る。
【0048】以上説明したように、本発明に係わるCD
MA通信方式の第1の実施例においては、相互相補系列
を用いるので各利用者の送信波のスペクトルが重複して
も受信側で干渉を受けずに分離識別でき、従って、周波
数利用効率を高めうる。一方、第2の実施例において
は、各利用者に割り当てる符号に相互相補系列の条件が
ないので、取りうる符号の自由度が高く、従って、各利
用者に割り当てる符号の数を第1の実施の形態例よりも
多くできる利点がある。第2の実施の形態例は、特に利
用者数を増大させたい場合に有効であり、第1の実施の
形態例と組み合わせて実施することもできる。
【0049】
【発明の効果】本発明は以上説明したように拡散符号と
して自己相補系列を複数回繰り返して構成した系列を用
い、更に必要な場合は、相互相補系列も用いて構成する
上記符号系列対をアドレスとして各局(各利用者)に割
り当てる方式によりシステムを構成するから、干渉波の
影響を回避することができるのでCDMA通信方式にお
ける遠近問題を解決でき、従って、送信電カレベル制御
を不要にして簡単なシステム構成を可能とし、且つ、サ
イドローブの無い自己相関特性によりマルチパス信号の
分離が容易にできるCDMA通信方式を実現する上で著
効を奏す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるCDMA通信方式の第1の実施
の形態例を示す機能ブロック図。
【図2】自己相補系列(A0)の2回繰り返し系列を搬
送波f0により変調した場合の周波数スペクトル図。
【図3】自己相補系列(A1)の2回繰り返し系列を搬
送波f1により変調した場合の周波数スペクトル図。
【図4】マルチパス発生の概念を説明する平面図。
【図5】マルチパス信号の自己相関特性を示す図。
【図6】本発明に係わるCDMA通信方式の第1の実施
の形態例における各利用者に割り当てられた符号系列と
周波数スペクトルの関係を示す図。
【図7】方形波を用いた拡散符号波形(ベースバンド)
が無限に繰り返される場合のスペクトルを示す図。
【図8】本発明に係わるCDMA通信方式の第2の実施
の形態例における各利用者に割り当てられた符号系列と
周波数スペクトルの関係を示す図。
【図9】希望波信号υAのフレーム構成例を示す図。
【図10】従来のCDMA通信方式の構成例を示す機能
ブロック図。
【図11】7ビットPN符号の自己相関特性の一例を示
す図。
【図12】PN符号の相互相関特性の概念を示す図。
【符号の説明】
1‥利用者Aの送信機 2‥利用者Dの送信機 3‥利用者Bの受信機 4‥利用者Cの受信機 10、20‥送信情報発生器 11α、11β(21α、21β)‥1対の自己相補系
列発生器 12α、12β(22α、22β)‥第1の1対の乗算
器 13α、13β(23α、23β)‥第1の1対のロー
カル信号発生器 14α、14β(24α、24β)‥第2の1対の乗算
器(ミキサ) 15、25‥第1の加算器 19‥伝送路 19a‥受信信号 30α、30β(40α、40β)‥第2の1対のロー
カル信号発生器 31α、31β(41α、41β)‥第3の1対の乗算
器 32α、32β(42α、42β)‥1対の整合フィル
タ 33、43‥第2の加算器

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直接拡散型相補系列繰返し変調形櫛の歯
    状スペクトル通信方式において、2以上の整数をNと
    し、N個の自己相補系列からなる組を各利用者に割り当
    てると共に、前記自己相補系列の1つを複数回繰り返す
    ことにより、周波数スペクトルの重複がないN個の櫛の
    歯状スペクトルをもつ信号に変換し、前記自己相補系列
    の関係にあるN個の相補系列を前記N個の櫛の歯状スペ
    クトルに割り当てるようにして送信信号を構成した相補
    系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式。
  2. 【請求項2】 前記N個の櫛の歯状スペクトルが重複し
    ないように基準周波数にシンボル周期Tの逆数fTのK
    倍、ここで、K=0,1,2,…N−1、の周波数を加
    えたN個のシフト搬送波を準備し、その各々を前記N個
    1組の互いに自己相補系列の関係にある各相補系列の繰
    り返し系列を用いて変調して作成した信号をN個合成す
    ることにより前記送信信号を構成した請求項1記載の相
    補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式。
  3. 【請求項3】 前記各利用者に割り当てた自己相補系列
    のN個の組が他の利用者に割り当てた同様なN個の組と
    の間において互いに相互相補系列となるように前記自己
    相補系列の組を構成すると共に、すべての利用者におい
    て使用する搬送波を前記N個のシフト搬送波としたこと
    を特徴とする請求項2記載の相補系列繰返し変調形櫛の
    歯状スペクトル通信方式。
  4. 【請求項4】 前記各利用者に割り当てた自己相補系列
    の組が他の利用者に割り当てた同様な系列の組との間に
    おいて互いに相互相補系列の関係にないとき、各利用者
    に割り当てた各相補系列が互いに周波数の異なるシフト
    搬送波を変調することにより送信信号を構成する請求項
    2記載の相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信
    方式。
  5. 【請求項5】 受信側において、前記N個1組の自己相
    補系列の各々を繰り返す符号の一部に整合する整合フィ
    ルタを、前記N個1組の自己相補系列に対応してN個並
    列に配置すると共に、該N個の整合フィルタの相関出力
    を加算した結果に基づき送信情報を検出するように構成
    したことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3ま
    たは請求項4記載の相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペ
    クトル通信方式。
  6. 【請求項6】 前記N個1組の自己相補系列の繰り返し
    系列からなる有限長周期系列の前部外側と後部外側とに
    該有限長周期系列の後部と前部の複数チップを複製して
    それぞれ付加した擬似周期系列を各利用者に割り当てる
    符号として用いると共に、受信側において前記擬似周期
    系列に拡張する前の前記有限長周期系列に整合する整合
    フィルタを用いて復調することを特徴とする請求項1、
    請求項2、請求項3または請求項4記載の相補系列繰返
    し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式。
  7. 【請求項7】 請求項5及び6の整合フィルタの代わり
    にコンボルバを用いて相関出力を得るようにしたことを
    特徴とする相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通
    信方式。
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