(57)【要約】【課題】  ＣＤＭＡ方式によるデータ送信装置において、多重度を大きくした場合であってもバス数の増加を抑える。【解決手段】  データ送信装置１０は、予め定められた多重度で送信データを多重化させるＣＤＭＡ方式によるデータ送信装置であって、複数の送信データの入力を受け付ける入力受付部１１と、受け付けられた複数の送信データそれぞれに対して、予め保持した拡散符号系列を掛け合わせて拡散信号を生成する拡散信号生成部１２と、生成された複数の拡散信号を多重度に基づいて加算する加算部１３と、加算された加算値をデジタル信号として多重度に応じた数のバス２０に当該デジタル信号のビット毎に出力する出力部１４と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた多重度で送信データを多重化させるＣＤＭＡ方式によるデータ送信装置であって、
複数の送信データの入力を受け付ける入力受付手段と、
前記入力受付手段により受け付けられた複数の送信データそれぞれに対して、予め保持した拡散符号系列を掛け合わせて拡散信号を生成する拡散信号生成手段と、
前記拡散信号生成手段により生成された複数の拡散信号を前記多重度に基づいて加算する加算手段と、
前記加算手段により加算された加算値をデジタル信号として前記多重度に応じた数のバスに当該デジタル信号のビット毎に出力する出力手段と、
を備えるデータ送信装置。
【請求項２】
前記バスに加えられる電源電圧と接地電圧とから導出される前記バスの多重度の許容限界を２ｍ（ｍは正の整数である）とし、ｎを
（２ｎ）２＞ｍ＋ｎ
を満たす最小の正の整数としたときに、前記多重度が２ｍ＋ｎ以上であることを特徴とする請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項３】
前記バスに加えられる電源電圧と接地電圧とから導出される前記バスの多重度の許容限界を２ｍ（ｍは正の整数である）とし、ｎを
２ｎ＞ｍ＋ｎ
を満たす最小の正の整数としたときに、前記多重度が２ｍ＋ｎ以上であることを特徴とする請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項４】
前記出力手段は、前記加算値を予め定められたビット数の下位ビットを削除して、デジタル信号としてバスに出力することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のデータ送信装置。
【請求項５】
前記出力手段は、前記加算値に対して予め定められたシフト処理を行い予め定められたビット数の上位ビットを削除して、デジタル信号としてバスに出力することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のデータ送信装置。
【請求項６】
予め定められた多重度で送信データを多重化させるＣＤＭＡ方式によるデータ送信装置におけるデータ送信方法であって、
複数の送信データの入力を受け付ける入力受付ステップと、
前記入力受付ステップにおいて受け付けられた複数の送信データそれぞれに対して、予め保持した拡散符号系列を掛け合わせて拡散信号を生成する拡散信号生成ステップと、
前記拡散信号生成ステップにおいて生成された複数の拡散信号を前記多重度に基づいて加算する加算ステップと、
前記加算ステップにおいて加算された加算値をデジタル信号として前記多重度に応じた数のバスに当該デジタル信号のビット毎に出力する出力ステップと、
を有するデータ送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＤＭＡ方式によるデータ送信装置及びデータ送信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣチップ内や大規模システム間等においてデータ送信を行う装置として、ＣＤＭＡ（CodeDivision Multiple Access）方式を応用したものがある。これは、送信器に入力されたデジタルデータをアナログ値でバスに出力する構成を有する（例えば、下記非特許文献１参照）。
【非特許文献１】吉村ら，「ＣＤＭＡ方式を用いた有線通信インタフェース」，電子情報通信学会論文誌，VOL.82-C2 No.11，pp.631-636，１９９９年１１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の装置において、１つのバスに出力できるデータの多重度には限界がある。従って、大規模並列通信の場合のようにバスの限界を超えた多重度でデータ送信を行いたい場合は、例えば、その多重度をカバーすることができる複数の送信器と受信器とを用意し、それらの間を接続するバスを用意する必要がある。
【０００４】
しかしながら、上記の構成とすると多重度の増加に従って、用意しなければならないバスが線形的又は二次関数的に増加する。従来の研究対象は、１本のバスで多重できる構成に限られており、許容限界を超える多重度については考慮されていなかったため、上記のような大規模並列通信等を想定したときのバス数の問題が顧みられることがなかった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、ＣＤＭＡ方式によるデータ送信装置において、多重度を大きくした場合であっても、バス数の増加を抑えることができるデータ送信装置及びデータ送信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るデータ送信装置は、予め定められた多重度で送信データを多重化させるＣＤＭＡ方式によるデータ送信装置であって、複数の送信データの入力を受け付ける入力受付手段と、入力受付手段により受け付けられた複数の送信データそれぞれに対して、予め保持した拡散符号系列を掛け合わせて拡散信号を生成する拡散信号生成手段と、拡散信号生成手段により生成された複数の拡散信号を多重度に基づいて加算する加算手段と、加算手段により加算された加算値をデジタル信号として多重度に応じた数のバスに当該デジタル信号のビット毎に出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るデータ送信装置では、多重化された送信データをデジタル信号としてバスに出力する。送信データをデジタル信号で出力する場合、多重度が大きくなったとしてもバス数の増加は、アナログ信号で出力する場合と比較して緩やかである。従って、本発明に係るデータ送信装置によれば、多重度を大きくした場合であっても、バス数の増加を抑えることができる。
【０００８】
また、バスに加えられる電源電圧と接地電圧とから導出されるバスの多重度の許容限界を２ｍ（ｍは正の整数である）とし、ｎを
（２ｎ）２＞ｍ＋ｎ
を満たす最小の正の整数としたときに、多重度が２ｍ＋ｎ以上であることが好ましい。この構成によれば、アナログ信号でデータを出力する場合において自由度が高くなるように各送信器と各受信器の間のバスを配置したときと比較して、少ないバスでデータ送信を実施することができる。
【０００９】
また、バスに加えられる電源電圧と接地電圧とから導出されるバスの多重度の許容限界を２ｍ（ｍは正の整数である）とし、ｎを
２ｎ＞ｍ＋ｎ
を満たす最小の正の整数としたときに、多重度が２ｍ＋ｎ以上であることが好ましい。この構成によれば、アナログ信号でデータを出力する場合と比較して、少ないバスでデータ送信を実施することができる。
【００１０】
また、出力手段は、加算値を予め定められたビット数の下位ビットを削除して、デジタル信号としてバスに出力することが好ましい。この構成によれば、出力するデータを少なくすることができ、バスを減少させることができる。
【００１１】
また、出力手段は、加算値に対して予め定められたシフト処理を行い予め定められたビット数の上位ビットを削除して、デジタル信号としてバスに出力することが好ましい。この構成によれば、出力するデータを少なくすることができ、バスを減少させることができる。
【００１２】
ところで、本発明は、上記のようにデータ送信装置の発明として記述できる他に、以下のようにデータ送信方法の発明としても記述することができる。これはカテゴリが異なるだけで、実質的に同一の発明であり、同様の作用及び効果を奏する。
【００１３】
本発明に係るデータ送信方法は、予め定められた多重度で送信データを多重化させるＣＤＭＡ方式によるデータ送信装置におけるデータ送信方法であって、複数の送信データの入力を受け付ける入力受付ステップと、入力受付ステップにおいて受け付けられた複数の送信データそれぞれに対して、予め保持した拡散符号系列を掛け合わせて拡散信号を生成する拡散信号生成ステップと、拡散信号生成ステップにおいて生成された複数の拡散信号を多重度に基づいて加算する加算ステップと、加算ステップにおいて加算された加算値をデジタル信号として多重度に応じた数のバスに当該デジタル信号のビット毎に出力する出力ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、多重化された送信データをデジタル信号としてバスに出力する。送信データをデジタル信号で出力する場合、多重度が大きくなったとしてもバス数の増加は、アナログ信号で出力する場合と比較して緩やかである。従って、本発明によれば、多重度を大きくした場合であっても、バス数の増加を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面とともに本発明に係るデータ送信装置及びデータ送信方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態のデータ送信装置１０である。データ送信装置１０は、予め定められた多重度で送信データを多重化させるＣＤＭＡ方式によりデータ送信を行う装置であり、具体的には、ＩＣチップ内や大規模システム間等でデータ送信を行うのに用いられる。図１に示すように、データ送信装置１０は、入力受付部１１と、複数の拡散信号生成部１２と、加算部１３と、出力部１４とを備えて構成される。データ送信装置１０は、データ送信元（図示せず）と、バス２０とに接続されており、データの入力及び出力がなされる。データ送信装置１０は、ハードウェアとしては、例えばシフトレジスタや加算器等を含んで構成され、上記の機能的な構成要素はこれらにより実現される。
【００１７】
バス２０は、データ送信装置１０とデータ送信先（図示せず）とを物理的に接続している通信路であり、データ送信装置１０における多重度に応じた数だけ予め設けられている。バス２０は、２進数で表現されるデジタル信号を送信するためのものであり、各バス２０にデジタル信号の各ビットが対応付けられている。
【００１８】
入力受付部１１は、データ送信元に接続されており、当該データ送信元からデータ送信先への送信対象である、複数の送信データの入力を受け付ける入力受付手段である。通常、送信データは、デジタルデータとして入力される。入力受付部１１は、入力された送信データ毎に異なる拡散信号生成部１２に入力させる。
【００１９】
拡散信号生成部１２は、入力受付部１１により受け付けられた複数の送信データそれぞれに対して、拡散符号系列を掛け合わせて拡散信号を生成する拡散信号生成手段である。具体的には、拡散信号は、送信データと拡散符号系列との排他的論理和（ＥＸＯＲ）をとることにより生成される。また、拡散信号はデジタルデータとして生成される。複数の拡散信号生成部１２は、それぞれに応じた拡散符号系列を予め保持している。拡散信号生成部１２は、多重度の数だけ設けられている。また、符号化された拡散信号を復号化できるように、受信側でも同一の拡散符号系列を保持している。拡散信号生成部１２は、生成された拡散信号を加算部１３に入力させる。
【００２０】
加算部１３は、拡散信号生成部１２により生成された複数の拡散信号を入力し、多重度に基づいて加算する加算手段である。加算部１３は、加算値を出力部１４に入力させる。
【００２１】
出力部１４は、各バス２０に接続されており、加算部１３により加算された加算値をデジタル信号としてバス２０に、当該デジタル信号のビット毎に出力する出力手段である。ここで加算値であるデジタル信号は２進数で表現される。例えば、加算結果が（１０進数で）１０のときは、出力部１４で処理されるデータは１０に対応した２進数表示“１０１０”であり、４本のバス２０にそれらの各ビットの信号が出力される。
【００２２】
引き続いて、図２のフローチャートを用いて、データ送信の際のデータ送信装置１０の動作を説明する。まず、データ送信装置１０では、入力受付部１１が、データ送信元からの複数の送信データの入力を受け付ける（Ｓ０１、入力受付ステップ）。続いて、拡散信号生成部１２が、各送信データをそれぞれの拡散符号系列により拡散信号を生成する（Ｓ０２、拡散信号生成ステップ）。続いて、加算部１３が、各拡散信号の加算を行う（Ｓ０３、加算ステップ）。続いて、出力部１４が、加算値をデジタル信号としてビット毎に各バス２０に出力する（Ｓ０４、出力ステップ）。
【００２３】
ここで、出力部１４がデジタル信号を出力させるバス２０の数について説明する。バス２０の数は、データ送信装置１０における多重度により決定される。例えば、多重度が１０００の場合は上記の加算値は、０から１０００までの値の何れかをとる。デジタルデータとして、それらの値を全て同時に送ることができるバス２０の最小の数は１０である（ｌｏｇ２１０００以上の最小の整数）。即ち、多重度がＮである場合、バス２０の数はｌｏｇ２Ｎ以上の最小の整数となる。また、多重度が２ｘである場合、バス２０の数はｘとなる。
【００２４】
上述したように、本実施形態のデータ送信装置１０はバス２０に送信データをデジタル信号として出力するものであるが、比較例として以下に、送信データをアナログ信号として出力するデータ送信装置を示す。図３に、従来のデータ送信装置３０の構成を示す。従来のデータ送信装置３０は、多重度の数の拡散信号生成装置３１と、拡散信号生成装置３１に対応した変換装置３２と、出力装置３３とを備えて構成される。データ送信装置３０は、バス４０に接続されており、このバス４０に送信データを多重化されたアナログ信号を出力する。
【００２５】
データ送信の際のこのデータ送信装置３０の動作を説明する。まず、データ送信装置３０では、拡散信号生成装置３１が、データ送信元からの複数の送信データの入力を受け付け、各送信データをそれぞれの拡散符号系列と排他的論理和（ＥＸＯＲ）をとることにより拡散信号を生成する。続いて、各変換装置３２がデジタル信号である拡散信号をアナログ電圧信号に変換する。続いて、出力装置が変換された各アナログ信号を多重化させて、バス４０に出力する。
【００２６】
バス４０においてとりえる電圧値は、データの送受信が行われる回路や装置等においてバス４０にそれぞれ加えられる接地電源の電圧値ＶＳＳから電圧源の電圧値ＶＤＤまでの範囲を超えることはできない。従って、バス４０における電圧値の範囲は、ＶＳＳからＶＤＤまでとなる。例えば、データ送信装置３０における多重度が１０で、ＶＤＤが３Ｖ、ＶＳＳが０Ｖだとすると、バス４０における電圧の範囲は３Ｖで、その中で多重度１０を許容するための変換装置３２によって変換される信号一つあたりの最大電圧は、３Ｖ÷１０＝３００ｍＶとなる。なお、上記のバス４０における電圧の範囲は、通常、本来的には受信器側の制約によるものである。更に多重度が増大すると、変換装置３２によって変換される信号一つあたりの最大電圧は小さくなる。この最大電圧は、データを送信において現在の技術で実現できる限界を超えて小さくすることはできない。このことはつまり、多重度に限界があることを意味しており、多重度の限界は実現可能な電圧幅に依存している。上記のバス４０における多重度の限界を許容限界と呼ぶ。
【００２７】
多重度が許容限界を超えると、許容限界以上の分はバス４０を増やすことで解決することができる。バス４０の許容限界が１００であるとき、多重度１５０の転送には、図４に示すようにバス４０を２本用意すればよい。
【００２８】
拡散符号系列は、（２の指数乗−１）種類生成されるものが大部分である。ここではこの系列のみを用いるものとすると、上記の多重度が１５０の場合には、例えば、１２７種類の系列と３１種類の系列とを組み合わせを用いることができる。種類の数が異なる系列の場合は、受信側で対応する系列を用いなければならない。例えば、図５に示すように３１種類の系列で１２７種類の系列から送信されたデータを受信することはできない。そのため送信器は、通常、同数の系列に限られる。
【００２９】
また、例えば送信器のすべてを１２７種類の系列にする場合でも、系列を生成するために必要な帰還タップの位置が同じ系列は複数、使用できないので、それぞれ互いに帰還タップの位置が異なるものを利用することとなる。このような異種の系列は、相関値の観点から混在させることはできず、図６に示すように送信器に対応する系列の受信器をそれぞれ用意しなければならない。
【００３０】
また通常、データの送受信において自由度は高い方が好ましい。データの送受信の自由度を高くするために、全ての受信器で任意の送信器により送信されたデータを受信できるようにする必要がある。そのためには、図７に示すように、送信器と受信器との間のバスの配置をメッシュ構造にしなければならない。また、その場合、それぞれの受信器において送信器が保持する拡散符号系列の全ての生成パターンを用意する必要がある。上記のようなメッシュ構造にした場合、例えば、多重度が１０００の場合には、１２７種類の系列の送信器及び受信器が１０種類用いられることになり、メッシュ構造におけるバスの数は１０２となるなど、バスの数は多重度に対して二次関数的に増大する。なお、バスを図６のように配置した場合には、バスの増加は多重度に対して線形的になる。
【００３１】
従来の研究対象は、１本のバスで多重できる構成に限られており、許容限界を超える多重度については考慮されていなかったため、上記のような大規模並列通信等を想定したときのバス数の問題が顧みられることがなかった。
【００３２】
上述した本実施形態におけるバス２０の数と比較例におけるバスの数とを比較する。許容限界が２ｍ（ｍは正の整数）であり、多重度を２ｍにすると、比較例における必要なバスの数は１であり、本実施形態における必要なバス２０の数はｍである。また、多重度を２ｍ＋１にすると、比較例における必要なバスの数は２２であり、このとき本実施形態における必要なバス２０の数はｍ＋１である。以下、多重度を２ｍ＋ｎ（ｎは任意の正の整数）にすると、比較例における必要なバスの数は（２ｎ）２であり、このとき本実施形態における必要なバス２０の数はｍ＋ｎである（下記表１参照）。なお、本実施形態における単位時間当たりに出力されるデータの量と、従来のデータ送信装置における（アナログ信号の）出力されるデータの量は同じである。
【表１】
2006319570.tif 000003
【００３３】
図８に、この表をグラフにしたものを示す。図８における横軸は２を底として対数をとった多重度であり、縦軸はバスの数である。表１及び図８に示すように、多重度が増加した場合のバスの数の増加は、比較例に比べて本実施形態の方か緩やかである。従って、多重度を増やしていくと比較例に比べて、本実施形態の方がバス２０の数が少なくてすむ。本実施形態の方がバス２０の数が少なくてすむ多重度は、バスの許容限界が２ｍであり、ｎを
（２ｎ）２＞ｍ＋ｎ
を満たす最小の正の整数としたときに、２ｍ＋ｎ以上である。例えば、許容限界が２７であるとすると、上記の条件を満たすｎは２であるので、本実施形態の方が、バス数が少なくなる多重度は、２７＋２＝２９＝５１２である。
【００３４】
なお上記は、比較例においてデータの送受信において自由度を高くするようにバスを配置した場合（図７に示すようなバスの配置をした場合）であり、対応する送信器と受信器との間のみにバスを配置した場合（図８に示すようなバスの配置をした場合）は、本実施形態の方がバス２０の数が有利になる多重度は異なる。その場合、多重度が２ｍ＋ｎの場合、必要なバスの本数は２ｎになる。従って、本実施形態の方がバス２０の数が有利になる多重度は、ｎを
２ｎ＞ｍ＋ｎ
を満たす最小の正の整数としたときに、２ｍ＋ｎ以上である。
【００３５】
本実施形態では、バス２０の数を上述したようにすることができるが、出力するデジタル信号の下位及び上位ビットを、以下に説明するように削除することにより更にバス２０の数を減らすことができる。これらのビットの削除は、出力部１４により行われる。まず、下位ビットの削除について説明する。
【００３６】
デジタル信号の最下位のビットを削除することは、送信されるデータに常に最大±１のノイズが入ることと等価である。また、最下位の２ビットを削除することは、常に最大±３のノイズが入ることと等価である。このような微小のノイズに対して拡散信号は極めて強く正しくデータ送信を行えることが確認されている。従って、バス２０に出力するデジタル信号の下位ビットを削除することができる。デジタル信号の下位ビットの削除に伴い、そのビットに応じたバス２０を削除することができる。削除するビット数は予め定めておく。どの程度のビットを削除できるかは、多重度や許容される伝送エラー率等に基づいて算出することができる。
【００３７】
続いて、上位ビットの削除について説明する。データ送信装置１０に入力される送信データと拡散符号系列とは、通常、データ送信装置１０内の処理においてはランダム値（極端な偏りのない値）であることが想定される。この想定によれば、これらの排他的論理和もランダム値となる。従って、複数の拡散信号生成部１２それぞれから出力される拡散信号もランダム値となり、加算部１３により加算された加算値は正規分布に従う。例えば、多重度が１２７であるとすると、データ送信装置１０の出力となる加算値は０から１２７までの何れかである。その出現頻度は図９に示すような正規分布をなす。最頻値は６３及び６４であり、これらを２進数で表現するとそれぞれ“０１１１１１１１”，“１０００００００”となる。しかしこの時、７ビット分全てにわたって値が変動しており、各ビットに対応するバス２０にはそれぞれ異なる信号が出力される。
【００３８】
ここで、例えば、出力の値である加算値ｘに対して２ｘ−１２７というシフト処理（変換）を行う。シフト処理後の分布は、図１０に示すようなものになる。シフト処理後の加算値は、−１２７から１２７までの範囲となっており、表現しなければいけない範囲は広くなっているが、全て奇数の値であるのでシフト処理前と同じビット数で表現することができる。また、シフト処理後の加算値は、例えば、数値（絶対値）の表現と正負の表現との構成で表現することができる。ここで、図１０に示すように絶対値が大きい加算値は出現頻度が低い。従って、デジタル信号において、このような大きい絶対値を表すのに必要なビット、即ち上位ビットを削除したとしても、伝送エラーを起こす確率はきわめて低い。従って、バス２０に出力するシフト処理後のデジタル信号の上位ビットを削除することができる。デジタル信号の上位ビットの削除に伴い、そのビットに応じたバス２０を削除することができる。なお、シフト処理の内容及び削除するビット数は予め定めておく。どの程度のビットを削除できるかは、多重度や許容される伝送エラー率等に基づいて算出することができる。なお、この構成では上述したように送出エラーが発生する可能性がある。しかし、送出エラーが発生する可能性を極めて低く保つことができる。
【００３９】
上述したように本実施形態によれば、多重度が大きくなったとしてもバス数の増加は、アナログ信号で出力する場合と比較して緩やかである。即ち多重度を大きくした場合であっても、バス数の増加を抑えることができる。
【００４０】
特に、本実施形態のように多重度を、上述した２ｍ＋ｎ以上の値以上にすれば、アナログ信号でデータを出力する場合と比較して、確実に少ないバス２０でデータ送信を実施することができる。
【００４１】
また、本実施形態のように上位及び下位ビットの少なくとも一つを削除することにすれば、出力するデータを少なくすることができ、バス２０を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態に係るデータ送信装置の構成を示す図である。
【図２】実施形態においてデータ送信装置で実行される処理を示すフローチャートである。
【図３】比較例として示す、従来のデータ送信装置の構成を示す図である。
【図４】従来のデータ送信装置において、多重度が許容限界を超えたときの構成を示す図である。
【図５】従来のデータ送信において、多重度が許容限界を超えたときの送信器、受信器、及びそれらの間に設けられるバスの構成を示す図である。
【図６】従来のデータ送信において、多重度が許容限界を超えたときの送信器、受信器、及びそれらの間に設けられるバスの別の構成を示す図である。
【図７】従来のデータ送信において、多重度が許容限界を超えたときの送信器、受信器、及びそれらの間に設けられるバスの更に別の構成を示す図である。
【図８】多重度とバスの数との関係を示すグラフである。
【図９】データ送信装置における出力である加算値とその出現頻度との関係を示すグラフである。
【図１０】シフト処理を行った加算値とその出現頻度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１０…データ送信装置、１１…入力受付部、１２…拡散信号生成部、１３…加算部、１４…出力部、２０…バス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006319570.tif 000006
【図４】
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【図５】
2006319570.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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