JPS6373730A - 非同期式スペクトラム拡散多元接続通信方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、非同期式スペクトラム拡散多元通信方式（
以下非同期ＳＳＭＡ通信方式と略す。）に関する （従来の技術） 従来の非同期Ｓ　Ｓ　ＭＡ通信方式においては、Ｇｏｌ
ｄ系列が最も普通に用いられるが、これは直交系列では
なく、擬直交系列ですらないので、複数の送信信号を加
え合わすと、受信出力のサイドロープが他の出力信号に
加わるので、複数の送信信号を加え合わすことができな
かった。また、他局間干渉が大きいため、応用分野の拡
大を妨げていた。

（発明が解決しようとする問題点） このように、従来の非同期Ｓ　Ｓ　Ｍ　Ａ通信方式にお
いては、複数の送信信号を加え合わすことができず、応
用分野が限られていた。

そこで、この発明は、上記の欠点を除去し、他局間干渉
を軽減し、応用分野の広い非同期ＳＳＭＡ通信方式を提
供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は、非同期スペクトラム拡散多元接続通信方式
において、データによって変調された直交系列信号を複
数加え合わせて送信信号とするものである。

（作　用） この発明においては、直交系列を用いているので、時間
をずらせば多重に加算して送信しても、局間干渉が生じ
ない。

（実施例） 従来ＳＳＭＡ通信方式への応用が考えられているＧｏｌ
ｄ系列は直交系列ではなく、擬直交系列とよぶこともで
きない（ｍ系列は直交系列ではないが、擬直交系列とよ
ぶことはできる。）以下の実施例で示す通信方式は直交
系列の特長゛を利用したものであり、ＳＳＭＡに応用す
るという観点からは直交系列は非直交系列と比べて格段
に有用であることがわかる。すなわち、非直交系列は、
データによって変調された系列を一時に１個しか送信で
きないのに対し、直交系列では時間をずらせば多重に加
算して送ることができる。従って、１個の系列を１個の
局に割り当てた場合、この局が同期をとって、ずれ時間
を多数の利用者に配分することができる。１人の利用者
に複数のずれ時間を配分することもできる。１個の局を
１人の利用者のみで用いれば、従来のＳＳ方式に比べて
、同一の拡散比に対して系列の繰り返し数を格段に大き
くすることができる。これにより、耐雑音特性と他局間
干渉特性を画期的に改善することができる。

以下のシステムは特性が画期的に改善される一方で、装
置規模も大幅に増大する。装置規模の増大は、時代の流
れからいえば、問題にならなくなる方向ではあるが、過
渡的な対応として（実用化の時期を早めるために）特性
の改善を多少犠牲にして（それでもＧｏｌｄ系列よりは
、はるかに優れていると思われる）、装置規模を大幅に
縮小する方法も示す。

■、平方位相系列（「相互相関の尖頭値が最小な多相周
期系列」、信学論Ｊ、　　６６−Ａ、　ｐｐ４０２〜４
０７参照） まず本発明者が先に提案した平方位相系列（相互相関の
最小な多相直交系列）について述べる。

この系列は次のように表わされる。

Ｎを音素数、ｍを１≦ｍ≦Ｎ−１なる整数とする。

で表わされる周期Ｎの無限長の系列を平方位相系列とよ
ぶ。この系列は、自己相関関数がＮの倍数シフト以外で
はＯとなるので、直交系列である。

また、ｍの異なる２個の系列の相互相関関数の絶対値が
、自己相関関数の０シフト成分を１として正規化すると
、１／ｌ−となる。これは、直交系列の相互相関関数の
絶対値の尖頭値の数学的下限を実現している。

この系列は、素数Ｎに対して、Ｎ−１個の系列の組が得
られ、そのうちの任意の２個の系列が相互相関の尖頭最
小の関係にある。Ｎが合成数のときは、Ｎの素因数のう
ちで最も小さい数をＮｏとするとき、Ｎｏ−１個の系列
の組で、そのうちの任意の２個の相互相関ピークが最小
となるものが得られる。

２、整合フィルタによる相関受信 平方位相系列を用いた信号を受信するための整合フィル
タについて述べる。

いま、例として、Ｎ−５，ｍ−１としてＳ　″（Ｗ　・
　Ｗ　・　Ｗ５・Ｗ５・Ｗ５）を受信する整合フィルタ
を考える。ただし、系列は１周期のみを示してあり、 である。

Ｓ５１の整合フィルタを設計するためには、インパルス
応答がＳ５１の時間を逆転した信号、すなわち、 （Ｗ　　、Ｗ　　、Ｗ　　、Ｗ　　、Ｗ　　）になるよ
うにすればよい。第１図にこれを示す。

３、データによる変調と復調 ここでは例として、Ｎ　＝　３　、　　ｍ　−１とする
。

８３１′″（Ｗ３・Ｗ３・ｗ、） すると、整合フィルタは第２図のようになる。このＳ３
、を信号ｊ　−（−ｆ−＝］−）で変調し、４回繰り返
すと、変調された信号は ・　０　　・　ｌ　　　、１　　．０　　　・　１（Ｊ
Ｗ　　、Ｊｗ　　、ＪＷ３．ＪＷ３．）Ｗ３゜．１　　
．０　　．１　　．１　　．０ＪＷ　３　、ＪＷ　３　
、　　　ノ　Ｗ　３　、　　　Ｊｗ　３　、　　　ＪＷ
　　３　。

・　１　　・　Ｉ Ｊ　Ｗａ　、Ｊ　Ｗ３　） となる。これを第３図の整合フィルタに入力すると、出
力信号は、 （Ｗ　　　　Ｗ　　、３ｊ、　　Ｏ，０，３ｊ、　　Ｏ
，０゜１２’　　１２ ３ｊ、０．０，３ｊ、Ｗ　５．Ｗ　７）となる。これを
Ｎ（−３）を周期として加算すると、 ３ｊ　　　０　　０ ３ｊ　　０　０ ３ｊ　　０　０ となり、この復調によって、変調に用いられたデータｊ
が復元される。

４、変調されたデータの時間ずれが加算上記と同一のＳ
　をデータＷ７を用いて変調し、４回繰り返すと、 （ｗ　１、ｖ　　ｗ　　ｗ　７　１１　１１　　７１２
　　１２’　　　１２’　　　１２’　Ｗ１２°Ｗ１２
’　Ｗ１２”ｗｌｌ　　　１１　　７　　１１　　１１
１２’　ｗ１２’　ｗ１２’　Ｗ１２’　Ｗ１２）とな
る。一方前節の変調された信号は、ｊ＝　ｗ　３である
ことに注意すれば、（ＷＷ、Ｗ７゜１２’　　　　１２
　　　１２ ・・・）である。この（Ｗ、Ｗ、Ｗ、・・・）と上記の
（Ｗ、Ｗ、Ｗ、・・・）を時間を１ずらして加算すると
、 （Ｗ　　　Ｗ　　　Ｗ　　　Ｗ、Ｗ、Ｗ　７　Ｗ　３１
２’　　　１２’　　　１２”　　１２　　１２　　１
２′　　１２′この加算された信号を、第２図のフィル
タに入力し、出力信号を周期Ｎ−３で加算するとＷ　　
　凸２ ３ｗ３＋Ｗ　５　３Ｗ７ ３Ｗｔ２３Ｗｔ２０ ３ｖ１２３１１１１２０ ３ν　　　ａν８ ’１２　　　　　１２　　　　１２ １２Ｗ７ １２Ｗ１２１２０ となり、変調に用いたデータＷ　とＷ７が復元される。

このように、周期Ｎの系列を用いた場合、データによっ
て変調された信号を、時間をずらしてＮ個まで加算する
ことができるが、同期の維持のための手がかりとして、
０が１周期に１個（上の例のように）出現すると都合が
良いので、Ｎ−１個の加算とするのが良い。

この例では、信号の長さは１３であり、伝送された信号
の長さは２、繰り返し回数は４であった。

周期Ｎの系列をデータで変調してＭ周期繰り返して得ら
れる信号を、時間をずらしながらＬ個加算すると、得ら
れる信号の長さは、 Ｎ　Ｍ　＋　Ｌ　−１ となる。この例では、Ｎ−３，Ｍ−４，Ｌ−２である。

復調の結果書られるデータの長さはＬであるから、拡散
比は Ｎ　Ｍ　＋　Ｌ　−１ となる。もし、Ｌ−Ｎ−１とすれば、拡散比はＮＭ＋Ｎ
−２ となるので、Ｎか大きい値のときは、拡散比はほぼＭ＋
１である。

実際には拡散比は１００〜１０００程度が現在では考え
られている。ｉだ、ＳＮの改善率は約ＪＭＮである。す
なわち、Ｍをある一定の値に保ち、Ｎを大きくしていく
と、拡散比が一定のままＳＮの改善率を大きくできる。

このとき、送信パワーは、Ｌ個の位相変調送信機が同時
に働いているので、Ｌ倍となる。別な言い方をすれば、
Ｌ組の通信者がそれぞれ別の送信機を用いて、時間を分
割して送信し、１個の受信フィルタの出力のサンプル時
間を区別すれば、Ｌ組の通信を同時に行うことができる
。すなわち、同一の系列を用いるＬ組の通信者が、同期
式時分割多重ＳＳＭＡ通信を行うことができる。このＬ
組のうちの幾っがを１組の通信者が占有しても良いとい
うことである。

このような同期式分割ｓｓ通信では、周期Ｎの系列を用
いた場合、Ｎ−１個のチャネルを設定することができる
。また、繰り返し数をＮ１とすると、ＳＮ比の改善率は
（Ｍ下−となる。また、同期を確実にするために、Ｎ１
周期のデータ変調信号をＮ−１チャネル時間ずれ加算し
て送った後ごとに、同期信号を送ることが望ましい。同
期信号は、データの変調に用いると同じ系列の変調され
ていないものである。

Ｎを大きくするとチャネル数も大きくできるので、伝送
効率は、Ｍを大きくすることのみによって低下する。ま
た、同期信号の繰り返し数Ｍ　Ｓも伝送効果の低下のパ
ラメータとなる。

５、非同期多局通信と他局間干渉 ここでは他局間干渉について述べる。ここで言う“局″
とは、同一の系列を用いるシステムという意味で、上述
の例では１個の局がＮ−１組の利用者にチャネルを配分
する可能性について述べたのである。

同期が素数Ｎの平方位相系列では、相互相関の最小なＮ
−１個の多相直交系列の組が得られる。

このＮ−１個の系列をＮ−１個の局に割り当てると、そ
れぞれの局は、前節に述べたようにＮ−１の利用者にチ
ャネルを割り当てることができ、あるいは１人の利用者
にＮ−１個のチャネルを割り当てることもできる。従っ
て、周期Ｎの平方位）目系列を用いることにより、同一
周波数帯域に（Ｎ−１）２個のチャネルを設定すること
ができる。

このとき、Ｎ−１の局はそれぞれ全く独立である。すな
わち、それぞれの局の内部では同期をとっているが、他
局との同期は全くとる必要がない。

その理由は、複数の周期系列の間の相互相関関数の絶対
値が、数学的下限である一定値をとるからである。

チャネル割り当ての概念図を第３図に示す。

さて、それぞれの局は互いに同期をとらずに通信を行っ
ているので、他局の送信信号は、任意の時間に入って来
る可能性がある。自局の整合フィルタに他局の信号が入
力されたときは、本来無出力となることが望ましいので
あるが、直交系列の相互相関関数には絶対値の尖頭値の
下限（前述の文献参照）があるので、無出力というわけ
にはいかない。他局からの入力による整合フィルタの出
力が他局間干渉ということになる。

他局間干渉、すなわち、整合フィルタに他局の信号が入
力されたときの出力は、整合フィルタに整合する信号と
入力される信号との相互相関関数となる。

入ってくる信号が周期信号のときは、他局間干渉は（平
方位相系列では）、自己相関関数のピークを１として正
規化して、１／ｆｆとなる。これは直交系列の相互相関
の尖頭値の数学的下限であるから、これ以上の改善は望
めない。ただし、２個の系列の周期が異なるときは、こ
の限りではない。（「周期の異なる平方移送系列の相互
相関関数」信学論Ｊ　、　　６６−　Ａ、　［）１１１
５〜１１２１）　　　−先に述べたように、実際には信
号は無限周期繰り返すのではなく、Ｍ周期繰り返すので
、両端に、周期系列として扱えない部分ができ、この両
端の余った部分の長さを合わせると１周期分の長さにな
る。この両端の部分は、有限長系列としての相互相関を
与え、周期的部分よりは大きい他局間干渉となる。ただ
し、Ｍが非常に大きいときは、両端の部分による影響は
ほとんど無視できる。

従来の方式では、Ｍは１または小さな数なので、上記の
両端の部分による他局間干渉が深刻な問題となるが、こ
の発明の方式では、Ｍを非常に大きくできるので、両端
の部分による他局間干渉はほとんど無視できる。これは
、本方式の特長の１つである。

Ｎを大きくすると、局数を多くすることができ、Ｎ１を
大きくすると、他局間干渉を小さくすることができる。

また、Ｍ、Ｈのどちらを大きくしても、ＳＮ比の改善が
できる。

以上で、本方式の基本的な説明は終ったが、次に、装置
規模の削減について述べる。

６、装置規模の削減 前述までに述べたシステムでは、Ｌ−１のときは送信信
号は絶対値が一定の多相系列となるが、Ｌ≧２では、送
信信号は絶対値が一定ではない複素数信号となる。Ｎが
大きい値のとき、Ｌ≦Ｎ−１も大きい値をとれる。Ｌが
大きい値のときは、送信信号の絶対値の標準偏差は、絶
対値の平均値の比べて、Ｌが大きくなればなるほど小さ
くなる。

すなわち、Ｌが非常に大きい値のときは、送信信号は近
似的に絶対値一定の多相系列とみなせるようになる。言
いかえると、送信信号の情報はほとんど位相成分に担わ
れることになり、絶対値成分に担われる情報はわずかに
なる。

そこで、送信信号の位相成分のみを取り出して、絶対値
一定の信号とし、これを近似的送信信号として用いるこ
とが考えられる。このことにより、送信装置の規模は削
減できるが、一方では、送信時に雑音を加えたと同様の
劣化が起る。

しかしながら、もともとこの方式は、Ｎが大きい値のと
き、雑音耐性が非常に良いことを特長とするので、この
程度の劣化には充分耐えられるはずである。

また、受信側では、送信された絶対値一定の信号に雑音
の加わった信号を受信するが、これの位ｔＤ成分を取り
出して絶対値一定の信号とすることができる。この処理
によって、伝送路で加わった雑音の他に、受信機内で新
たに雑音を加えることになるが、やはり強い雑音耐性に
よって耐えることができると考えられる。

受信信号を位相のみの信号とすることにより、整合フィ
ルタにおける乗算を、位相の加算に変換することができ
、乗算器を用いない整合フィルタとすることができる。

これは大幅な装置規模削減となる。

［発明の効果］ この発明によれば、相互相関の最小な多相直交系列（平
方位相系列）を用いて、雑音耐性、局数、他局間干渉特
性が共に従来より大幅に改善できる非同期スペクトラム
拡散多元接続通信方式を実現することができる。しかも
、更に、好ましい実施例によれば、わずかな特性劣化に
よって装置規模を大幅に削減することもでき、しかも特
性は従来よりも格段に優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、本発明の一実施例を説明するため
の図であって、第１図及び第２図は、整合フィルタの構
成図、第３図はチャネル割り当ての概念を示す図である
。 第　　１　図 第　　２　図 第　　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 非同期式スペクトラム拡散多元接続通信方式において、
   データによって変調された直交系列信号を複数個加え合
   わせて送信信号とすることを特徴とする非同期式スペク
   トラム拡散多元接続通信方式。