(57)【要約】【課題】零相関領域の長さを拡張し、また、マルチパスによる影響を除去できるような近似同期ＣＤＭＡ通信方式を提供する。【解決手段】送信データの各情報ビットに拡散処理を施すための送信符号を備え、その拡散処理に基づいて生成された送信系列により搬送波を変調して送信する送信部と、受信信号の検波出力に対して、受信符号による相関処理を行って復調する受信部とを有し、受信符号および送信符号はＺＣＺ符号である。送信部は、送信符号の各要素に続いてＫ−１個の０を挿入した拡大送信符号とし、送信データの各情報ビットに拡大送信符号による拡散処理を施し、Ｋ個の情報ビットに対応する系列を１チップずつシフトして加算し送信系列とする。受信部は、受信符号の各要素に続いてＫ−１個の０を挿入して拡大受信符号とし、受信信号を１チップずつシフトして拡大受信符号による逆拡散処理を行い、受信信号に含まれる各情報ビットを全て復調する。【選択図】図１０
2011114657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信データの各情報ビットに拡散処理を施すための送信符号｛ｂj，ｃj｝を備え、その拡散処理に基づいて生成された送信系列により搬送波を変調して送信する送信部（１）と、
受信信号の検波出力に対して、受信符号ａjによる相関処理を行って復調する受信部（２）とを有し、
前記受信符号および前記送信符号｛ａj，ｂj，ｃj｝は、同一添字の符号同士の相関関数が同期点において正または負のピーク値となるとともに同期点の近傍の零相関領域における同期点以外では０値となり、異なる添字の符号同士の相関関数は同期点を含む零相関領域で０値となるＺＣＺ符号である近似同期ＣＤＭＡ通信方式あって、
前記送信部（１）は、送信符号｛ｂj，ｃj｝の各要素に続いてＫ−１個の０を挿入して、長さがＫ倍の拡大送信符号｛ｚｂj，ｚｃj｝とし、送信データの各情報ビットに拡大送信符号｛ｚｂj，ｚｃj｝による拡散処理を施し、Ｋ個の情報ビットに対応する拡散処理後の信号を１チップずつシフトして互いに加算して、加算後の信号を送信系列とするものであり、
前記受信部（２）は、受信符号ａjの各要素に続いてＫ−１個の０を挿入して、長さがＫ倍の拡大受信符号ｚａjとし、受信信号を１チップずつシフトして前記拡大受信符号ｚａjによる逆拡散処理を行うことにより、受信信号に含まれる各情報ビットを全て復調するものである近似同期ＣＤＭＡ通信方式。
【請求項２】
請求項１に記載した近似同期ＣＤＭＡ通信方式であって、
前記送信部（１）は、実際に送信データを送る以前に、前記拡大送信符号｛ｚｂj，ｚｃj｝のいずれかをパイロット信号として送信するものであり、
前記受信部（２）は、受信した前記パイロット信号を１チップずつシフトして前記拡大受信符号ｚａjによる相関処理を行い、その相関処理の結果から通信媒体のマルチパス特性を推定するものである近似同期ＣＤＭＡ通信方式。
【請求項３】
請求項２に記載した近似同期ＣＤＭＡ通信方式であって、
前記送信部（１）は、前記パイロット信号を複数回繰り返して送信するものであり、
前記受信部（２）は、複数回の平均値から通信媒体のマルチパス特性を推定するものである近似同期ＣＤＭＡ通信方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、他局間干渉を除去して伝送効率を向上させることができる近似同期ＣＤＭＡ通信方式に関する。さらに詳しくは、ＺＣＺ符号を使用して同期点に許容範囲を設けることができ、厳密な送信電力制御や同期制御を行うことなく低コストかつ高効率の符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）を実施することのできる近似同期ＣＤＭＡ通信方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
このところ、無線ＩＣタグ、微弱無線利用機器、無線ＰＡＮ（パーソナル・エリア・ネットワーク）などに代表される近距離無線通信網がさまざまな分野で利用されてきており、さらに新たな応用も期待されている。このような近距離無線通信網において、端末数が多数存在するようなネットワークでは、多元接続が可能な通信方式が有利である。
【０００３】
このような多元接続の通信方式としては、ＺＣＺ符号を使用した近似同期ＣＤＭＡ通信方式が提案されている。光通信の分野では、下記の特許文献１により、ＺＣＺ符号を使用して高効率の符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）を実施することのできる光近似同期ＣＤＭＡ方式が提案されている。また、電波領域の無線通信においても、下記の特許文献２により、同様の近似同期ＣＤＭＡ通信方式が提案されている。これらの特許文献１および特許文献２は本発明の発明者等によって提案されたものである。
【０００４】
これらのＺＣＺ符号を使用した近似同期ＣＤＭＡ通信方式では、他局間干渉の完全除去が可能であり、高効率の多元接続通信が可能となっている。また、ＺＣＺ符号はその相関関数が零相関領域（Zero Correlation Zone）を持つため、このＺＣＺ符号を利用したＣＤＭＡ通信方式では、厳密な同期制御が不要となり、近似的な同期制御で済むという利点がある。すなわち、他局間の同期のずれが零相関領域内であれば、他局間の干渉が完全に除去できる。さらに、同一局からのマルチパスによる干渉に関しても、マルチパスによる信号時間差が零相関領域内であれば、マルチパスによる影響を受けなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１７５８４９号公報
【特許文献２】特開２００７−４９６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、ＺＣＺ符号を使用した近似同期ＣＤＭＡ通信方式は、近距離無線通信網に有効に適用できる。ところが、最近では、大容量のデータ伝送が求められてきており、伝送速度もますます高速化の一途をたどっている。ＺＣＺ符号を使用した近似同期ＣＤＭＡ通信方式をこのような高速伝送に適用すると、通信周波数が高くなることに伴い、零相関領域の長さも短くなってしまう。
【０００７】
このように零相関領域の長さが短くなるに従い、他局間の同期のずれも小さくする必要がある。すなわち、より正確な同期制御が不可欠となってしまう。また、零相関領域の長さが短くなると、マルチパスによる影響が現れやすくなり、伝送情報の誤りも増加してしまう。このように零相関領域の長さが短くなるに従い、近似同期ＣＤＭＡ通信方式の利点が徐々に失われてしまうという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、零相関領域の長さを拡張できるような近似同期ＣＤＭＡ通信方式を提供することを目的とし、また、マルチパス特性を推定してマルチパスによる影響を除去できるような近似同期ＣＤＭＡ通信方式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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の近似同期ＣＤＭＡ通信方式は、送信データの各情報ビットに拡散処理を施すための送信符号｛ｂj，ｃj｝を備え、その拡散処理に基づいて生成された送信系列により搬送波を変調して送信する送信部と、受信信号の検波出力に対して、受信符号ａjによる相関処理を行って復調する受信部とを有し、前記受信符号および前記送信符号｛ａj，ｂj，ｃj｝は、同一添字の符号同士の相関関数が同期点において正または負のピーク値となるとともに同期点の近傍の零相関領域における同期点以外では０値となり、異なる添字の符号同士の相関関数は同期点を含む零相関領域で０値となるＺＣＺ符号である近似同期ＣＤＭＡ通信方式である。前記送信部は、送信符号｛ｂj，ｃj｝の各要素に続いてＫ−１個の０を挿入して、長さがＫ倍の拡大送信符号｛ｚｂj，ｚｃj｝とし、送信データの各情報ビットに拡大送信符号｛ｚｂj，ｚｃj｝による拡散処理を施し、Ｋ個の情報ビットに対応する拡散処理後の信号を１チップずつシフトして互いに加算して、加算後の信号を送信系列とするものである。前記受信部は、受信符号ａjの各要素に続いてＫ−１個の０を挿入して、長さがＫ倍の拡大受信符号ｚａjとし、受信信号を１チップずつシフトして前記拡大受信符号ｚａjによる逆拡散処理を行うことにより、受信信号に含まれる各情報ビットを全て復調するものである。
【００１０】
また、上記の近似同期ＣＤＭＡ通信方式において、前記送信部は、実際に送信データを送る以前に、前記拡大送信符号｛ｚｂj，ｚｃj｝のいずれかをパイロット信号として送信するものであり、前記受信部は、受信した前記パイロット信号を１チップずつシフトして前記拡大受信符号ｚａjによる相関処理を行い、その相関処理の結果から通信媒体のマルチパス特性を推定するものであることが好ましい。
【００１１】
また、上記の近似同期ＣＤＭＡ通信方式において、前記送信部は、前記パイロット信号を複数回繰り返して送信するものであり、前記受信部は、複数回の平均値から通信媒体のマルチパス特性を推定するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以上のように構成されているので、以下のような効果を奏する。
【００１３】
本発明の近似同期ＣＤＭＡ通信方式によれば、相互相関関数における零相関領域の長さを従来のものより拡大することができ、これにより他局間干渉をより低減させることができる。また、ハードウェアとしての相関器も容易に提供することができる。
【００１４】
パイロット信号を使用するものでは、パイロット信号により通信媒体のマルチパス特性を推定してマルチパスによる影響を除去することができる。
【００１５】
パイロット信号を複数回繰り返して送信するものでは、受信局が複数回の平均値から通信媒体のマルチパス特性を推定することができ、より正確なマルチパス特性を求めることができる。複数回の平均値をとることにより、雑音等による影響も減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、従来のＣＤＭＡ通信方式の全体構成を示す概略図である。
【図２】図２は、ＣＤＭＡ通信方式での同期方式を示す図である。
【図３】図３は、ＣＤＭＡ通信方式での非同期方式を示す図である。
【図４】図４は、ＣＤＭＡ通信方式での相関特性を示す図である。
【図５】図５は、ＣＤＭＡ通信方式でのＺＣＺ符号における相関関数を示す図である。
【図６】図６は、ＺＣＺ符号を使用したＣＤＭＡ通信方式の全体構成を示す概略図である。
【図７】図７は、ＺＣＺ符号を使用した近似同期方式を示す図である。
【図８】図８は、情報フレーム中のガードビットを示す図である。
【図９】図９は、近似同期ＣＤＭＡ通信方式を利用した通信システムの構成を示す概略図である。
【図１０】図１０は、本発明のＣＤＭＡ通信方式における相関関数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、従来の一般的なＣＤＭＡ通信方式の全体構成を示す概略図である。なお、図１では簡単化のために送信側を１つだけ示しているが、実際には複数の送信局が多元接続を行うものである。この方式は、送信側でユーザ毎に割り当てられた拡散符号を用いて情報信号に拡散処理を行い、拡散処理後の情報フレームにより搬送波を変調する。搬送波はＵＨＦ帯（３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）などの電波が使用され、変調はＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＦＳＫ（Frequency Shift
Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）などがよく利用される。受信側では、受信波と参照搬送波とにより検波を行い、その検波出力に送信側と対応する逆拡散符号を用いて逆拡散処理（相関処理）を行うことにより情報信号を復調する。逆拡散符号は、通常、送信側が使用した拡散符号と同じ符号が用いられる。
【００１８】
ＣＤＭＡ通信方式は、スペクトル拡散技術を応用した通信方式であり、ユーザごとに異なる拡散符号を使用することにより、多元接続が可能となる。次に、ＣＤＭＡ通信方式の特徴を述べる。
【００１９】
送信側での拡散変調より、情報信号は広い周波数帯域に分散した電力密度の小さい電波信号となり伝送路に送られるので、他の狭帯域通信に対して妨害を与えにくい。伝送路では、目的の電波信号に他局からの信号や局所的な雑音（有色雑音）が加わるが、受信側での逆拡散により、希望信号に対しては拡散符号長に相当する処理利得を得ることができ、雑音に対しては白色雑音化されるため情報信号の復調が容易に行える。すなわち、ＴＤＭＡ（時分割多元接続）などの他の多元接続方式に比べて有色雑音に対する耐性が強い。
【００２０】
また、ユーザ数の増加に対して通信情報の誤り率が緩やかに増大するため、回線数の制限が緩やかである。さらに、拡散符号が分からなければ復調できない、あるいは、周波数に対する電力密度が小さいことよりどの周波数帯が使用されているのか分かりにくいので、秘匿性・秘話性に優れている。
【００２１】
ＣＤＭＡ通信方式での同期制御は、同期方式と非同期方式に大別できる。同期方式は、図２に示すように、各局の情報フレームの先頭チップを同じタイミングで受信する方式である。この方式では、同期点での相関値が自己相関はピークをとり、相互相関は０値となるような符号が用いられるため高い処理利得を得ることができる。しかし、この同期方式は、１つの送信局（例えば、基地局）から複数の受信局に一斉に送信する場合は使用可能であるが、その逆方向の通信に対しては使用が難しい。なぜならば、各送信局からの情報フレームの先頭チップが受信局に同時に到達するように同期制御を行うことは困難であるからである。
【００２２】
上記のような厳密な同期制御が困難な場合には非同期方式が用いられる。非同期方式は、図３に示すように、同期制御を特に行わず各送信局からの情報フレームの先頭チップがばらばらに受信される方式である。複数局からの信号到達時が不定であるため、拡散符号にも制限を受け、多重数（回線数）が減少したり、他局間干渉が増大するという問題点がある。また、他局間干渉を減少させるためには、基地局での受信強度をほぼ一定にするために、基地局への距離に応じて送信電力を調整する電力制御を行う必要が出てくる。
【００２３】
本発明は、厳密な同期制御を行う必要もなく、上記のような非同期方式における種々の問題点も解決することのできる、近似同期方式を適用したＣＤＭＡ通信方式に基づいている。近似同期方式では、各送信局からの情報フレームの先頭チップが所定の時間幅領域に収まるように受信できれば、上記の同期方式と同様の利点を得ることができる。
【００２４】
本発明では、拡散符号および逆拡散符号としてＺＣＺ（Zero Correlation Zone：零相関領域）符号を利用しており、他局間干渉の無い近似同期ＣＤＭＡ方式となっている。すなわち、他局間干渉の除去により高い伝送効率を実現している。まず、ＺＣＺ符号の定義を示す。ＺＣＺ符号は、数値１，０の並びからなる２値系列の第１符号（拡散符号）と数値１，−１からなる２相系列の第２符号（逆拡散符号）の符号対の集合からなる新しい符号である。
【００２５】
第１符号および第２符号の相関関数とは、第１符号と第２符号の対応する成分同士（同期点シフトに相当するインデックスずれも考慮する）の積をすべて加算したものである。第１符号と第２符号をベクトルと考えれば、第１符号と第２符号の内積である。ここでは、互いに対をなす第１符号および第２符号の相関関数を便宜的に自己相関関数と呼び、対をなさない第１符号および第２符号の相関関数を相互相関関数と呼ぶ。ＺＣＺ符号においては、自己相関関数が、同期点でピーク値をとり、その両側の所定幅の領域で０値をとる。その所定幅の領域を零相関領域と言う。相互相関関数は、同期点とその両側の零相関領域で０値をとる。
【００２６】
送信側から送られた情報フレームの先頭チップが同期点シフト分だけずれるので、受信側における逆拡散処理（相関処理）の出力（相関出力）は、拡散符号の成分を同期点シフト分だけシフトさせて逆拡散符号と内積を求めることで得られる。理想的な相関出力の特性は図４のようになる。希望局との相関出力（自己相関）は、同期点（同期点シフト０）で大きなピーク値をとり、その他ではピーク値に比べて十分小さい値をとる。一方、他局との相関出力（相互相関）は、同期点を含めた全ての同期点シフトで十分小さい値をとる。このような相関出力特性により、他局間干渉やマルチパス波の影響を除去することができ、情報を正確に復調できる。
【００２７】
相関の定式について以下に記載する。長さＮの符号ｘをｘ＝（ｘ０，…，ｘｉ，…，ｘＮ−１）と表す。ただし、符号ｘの各要素ｘｉは数値である。符号ｙも同様であるとする。相関関数Ｒｘｙ（τ）は、２つの符号ｘ，ｙを同期点シフトに対応する要素数τだけシフトさせた内積である。符号を周期的なものとするか否かで、相関関数も周期相関関数と非周期相関関数とが考えられる。これらの相関関数において、一般的には、ｘ＝ｙの場合を自己相関関数、ｘ≠ｙの場合を相互相関関数とする。そして自己相関関数は同じ符号の内積で表せるので、同期点τ＝０で最大値を得る。また、相互相関関数が大きな値とならないように符号の集合が選択される。
【００２８】
ＺＣＺ符号の定義を以下に説明する。長さＮの符号からなる系列対（ａｊ，ｂj）のＭ個の集合を下記の数１とする。ただし、符号ａｊは数値１，−１のＮ個の並びからなる２相系列、符号ｂjは数値１，０のＮ個の並びからなる２値系列とする。なお、以下の説明では、符号ｂjは数値１，０の並びとしているが、符号ｂjは数値１，−１の並びとしてもよい。
【数１】
2011114657.tif 000003
【００２９】
ここで、符号ａｊと符号ｂjの周期相関関数を下記の数２により定義する。数２は、符号ａｊと符号ｂjとがチップ数τだけシフトした場合の相関関数を示している。ただし、数２において、（ｎ  ｍｏｄ  Ｎ）は整数ｎをＮで割った余り（剰余）を表す。
【数２】
2011114657.tif 000004
【００３０】
このとき、周期相関関数が次の数３を満たすならば、集合Ｓを零相関領域Ｚｃｚを有するＺＣＺ符号と呼び、Ｓ（Ｎ，Ｍ，ω，Ｚｃｚ）と表す。ただし、｜ω｜は系列ｂjの要素１の数に等しく、｜ω｜＜Ｎである。
【数３】
2011114657.tif 000005
【００３１】
また、本発明においては、数２、数３の相関関数を、同じ系列対すなわちｊ＝ｋの場合を自己相関関数と定義し、異なる系列対すなわちｊ≠ｋの場合を相互相関関数と定義する。数３を図に表すと図５のようになる。零相関領域は１≦｜τ｜≦Ｚｃｚの領域で示される。自己相関関数は、同期点τ＝０で最大値となり、零相関領域で０となる。相互相関関数は同期点および零相関領域で０となる。
【００３２】
また、数２の周期相関関数と類似しているが、非周期相関関数を次の数４として定義する。数４の非周期相関関数においても、ｊ＝ｋの場合を自己相関関数と定義し、ｊ≠ｋの場合を相互相関関数と定義する。
【数４】
2011114657.tif 000006
【００３３】
数４は、受信符号と送信符号とがチップ数τだけシフトした場合の相関関数を示している。ただし、数４におけるｂｋの各成分ｂｋｉ＋τは、ｉ＋τ＜０およびｉ＋τ≧Ｎの範囲では０となるものとする。
【００３４】
次に、他局間干渉の除去の原理を説明する。上記のＺＣＺ符号において、２値系列ｂjを拡散符号として送信系列を送ることを考える。また、それに対応する２相系列ａｊを逆拡散符号として相関処理を行い復調を行うものとする。図６は、ＺＣＺ符号を用いたＣＤＭＡ通信システムの全体構成を示す概略図である。
【００３５】
ＣＤＭＡ通信システム１０は、送信部１と受信部２と空間伝送路３とからなる。送信部１では、数値０，１からなる情報信号に対して２値系列の拡散符号による拡散処理を施して送信系列とし、さらにその送信系列により搬送波を変調して空間伝送路３に送信する。搬送波の変調方式は、ＡＳＫ（振幅）、ＦＳＫ（周波数）、ＰＳＫ（位相）などが使用できる。ここで、ＡＳＫ、ＦＳＫの場合は送信符号は数値０，１からなる系列とし、ＰＳＫの場合は送信符号は数値１，−１からなる系列とする。
【００３６】
受信部２では、受信電波と参照搬送波とにより検波を行い、受信信号の検波出力に対して２相系列の逆拡散符号による相関処理を行って情報信号を復調する。なお、ここでは受信部２が参照搬送波を使用した同期検波（コヒーレント検波）を行うように説明したが、必ずしも同期検波による必要はない。送信部１がＡＳＫ変調によって変調送信している場合は、受信部２は包絡線検波等の非同期検波（ノンコヒーレント検波）によって検波することができる。その場合には参照搬送波は不要である。
【００３７】
図７は、ＣＤＭＡ通信方式において、ＺＣＺ符号を利用した近似同期方式を示す図である。図７において、零相関領域Ｚｃｚが同期点の前後両側に配置され、この零相関領域Ｚｃｚが許容時間に相当している。複数の送信局からの信号Ａ，Ｂ，Ｃには、それぞれハッチングで示したガードチップ区間が配置されている。図７に示すように、全ての送信信号が零相関領域（許容時間）の区間内で受信できるように同期制御ができるのであれば、すなわち、各送信局からの信号Ａ，Ｂ，Ｃの情報フレームの先頭チップが許容時間内に受信されるならば、他局間干渉を完全に除去できることになる。
【００３８】
図８は、情報フレームにおけるガードチップの配置を示す図である。図８に示すように、ユーザｊに割り当てられた長さＮの拡散符号ｂjの前後に、零相関領域Ｚｃｚに対応するチップ数のガードチップを配置して、長さＬ＝Ｎ＋２Ｚｃｚの拡張拡散符号Ｂｊとする。すなわち、原符号ｂjの末尾のＺｃｚチップ分の部分を原符号の先頭部の前に配置し、原符号ｂjの先頭のＺｃｚチップ分の部分を原符号の末尾部の後に配置する。拡張拡散符号Ｂｊは次の数５で表される。
【００３９】
【数５】
2011114657.tif 000007
このように拡張した拡張拡散符号Ｂｊでは循環性を持つため、同期点がシフトしても数２で示した周期相関関数が正常に計算できる。
【００４０】
実際には、情報信号の各情報ビット１，０の２値情報に対応して、拡散符号ｂjと反転拡散符号ｃｊとを作ることができる。つまり、符号ｃｊは符号ｂjの中の各成分の「１」と「０」とを反転させたものである。反転拡散符号ｃｊは、逆拡散符号ａｊとの相関関数が同期点τ＝０において負のピーク値を持つ。
【００４１】
送信部１では、送信情報の２値情報（１，０）の一方（例えば、１）に対して、符号ｂjに基づく拡張符号Ｂｊを送信し、他方（例えば、０）に対して、符号ｃｊに基づく拡張符号Ｃｊを送信する。受信部２では、受信信号の検波出力に対して、各送信局に割り当てられた拡散符号ｂjに対応する逆拡散符号ａｊによる相関処理により情報信号を復調する。このとき、零相関領域Ｚｃｚの大きさは同期点のばらつきを吸収可能であるように設定されているので、理論上は他局間干渉を完全に除去できる。
【００４２】
次に、以上のような近似同期ＣＤＭＡ通信方式を利用した通信システムについて説明する。図９は近似同期ＣＤＭＡ通信方式を利用した通信システムの構成を示す概略図である。通信領域内には同期制御信号送信装置７が少なくとも１つ存在し、一定時間間隔で同期制御信号を発信している。複数の送信装置４，４，…と受信装置６は、その同期制御信号を受信して近似同期制御に利用するのである。送信側は複数の送信局が同時に送信可能である。図９ではＭ個の送信装置４（送信１，送信２，…，送信ｊ，…，送信Ｍ）が示されている。
【００４３】
Ｍ個の送信局は、各送信局に割り当てられた互いに異なる送受信符号セットを持っている。例えば、送信ｊは、情報（１，０）を送るための拡散処理用の符号Ｂｊ，Ｃｊと、逆拡散処理用の符号ａｊの送受信符号セットを持っている。この送受信符号セットはＺＣＺ符号を構成するものであり、近似同期制御によって他局間干渉することなくＣＤＭＡ通信を行うことが可能である。これにより、送信１，…，送信Ｍと受信装置６とは他局間干渉を排除して同時に通信することができる。受信装置６は、受信を希望する任意の送信局（送信ｊ）を選択的に受信することができ、また、送信１，…，送信Ｍの全ての送信情報を互いに干渉することなく同時に受信することもできる。
【００４４】
同期制御信号には、自己相関性の鋭い符号が適用され、変調された同期制御信号が同期制御信号送信装置７から送信される。同期制御信号は、非周期自己相関特性の鋭い系列やそれを繰り返した系列、あるいは、周期自己相関関数の鋭い系列を繰り返した系列を送信する。同期制御信号として非周期自己相関性の鋭いＺＣＺ符号を使用すれば、ハードウエアコストを低減することができる。それは、ＺＣＺ符号を同期信号として使用すると、送信装置は同期制御信号発生器と兼用でき、また、復調装置で同期制御受信を行なえるからである。
【００４５】
以上のような近似同期ＣＤＭＡ通信方式では、他局間干渉の完全除去が可能であり、高効率の多元接続通信が可能となっている。また、ＺＣＺ符号を利用しているため、厳密な同期制御が不要となり、近似的な同期制御で済むという利点がある。すなわち、他局間の同期のずれが零相関領域内であれば、他局間の干渉が完全に除去できる。さらに、同一局からのマルチパスによる干渉に関しても、マルチパスによる信号時間差が零相関領域内であれば、マルチパスによる影響を受けなくなる。
【００４６】
ところが、最近では、大容量のデータ伝送が求められてきており、伝送速度もますます高速化の一途をたどっている。今までのＺＣＺ符号を使用した近似同期ＣＤＭＡ通信方式では、このような高速伝送において、通信周波数が高くなることに伴い零相関領域の長さも短くなってしまう。零相関領域の長さが短くなると、他局間の同期のずれも小さくする必要がある。すなわち、より正確な同期制御が不可欠となってしまう。また、零相関領域の長さが短くなると、マルチパスによる影響が現れやすくなり、伝送情報の誤りも増加してしまう。このように零相関領域の長さが短くなるに従い、近似同期ＣＤＭＡ通信方式の利点が徐々に失われてしまうという問題点があった。
【００４７】
そこで、本発明は、零相関領域の長さを拡張できるような近似同期ＣＤＭＡ通信方式を実現したものである。今、ＺＣＺ符号Ｓ（Ｎ，Ｍ，ω，Ｚｃｚ）における送信符号（拡散符号）ｂjが下記の数６の上式のように与えられた場合、送信符号ｂjの各要素の後にＫ−１個の０を挿入して、数６の下式のような拡大送信符号ｚｂjを作成する。送信符号ｂjの長さがＮであると、拡大送信符号ｚｂjの長さはＫ倍のＫＮとなる。
【００４８】
【数６】
2011114657.tif 000008
【００４９】
送信符号ｂjを反転した送信符号ｃjに関しても、同様にして長さがＫ倍の拡大送信符号ｚｃjを作成する。受信符号（逆拡散符号）ａjに関しても、受信符号ａjの各要素に続いてＫ−１個の０を挿入して、長さがＫ倍の拡大受信符号ｚａjとする。このようにして作成した拡大受信符号および拡大送信符号｛ｚａj，ｚｂj，ｚｃj｝もＺＣＺ符号であり、Ｓ（ＫＮ，Ｍ，ω，Ｋ・Ｚｃｚ）となる。すなわち、元の符号に比べて符号の長さと零相関領域の長さがＫ倍に拡張されている。
【００５０】
しかし、このような拡大受信符号および拡大送信符号によって単純にＣＤＭＡ通信を行っても、情報としては無駄な０値のチップが挿入されているだけなので、高速伝送のためには寄与しない。そこで、次の数７のように、情報ビットを拡散処理した系列を複数個重ね合わせて送信することを考える。
【００５１】
【数７】
2011114657.tif 000009
【００５２】
数７はＫ＝４とした場合であり、拡大送信符号｛ｚｂj，ｚｃj｝は送信符号｛ｂj，ｃj｝の各要素に続いて３個の０を挿入したものとなっている。送信する情報ビットに対応する情報データをｄ1〜ｄ4とする。ここでは情報ビットを４ビットとし、情報ビットの１には情報データの＋１が対応し、情報ビットの０には情報データの−１が対応するものとする。
【００５３】
各情報データの値は数７に示すものとする。情報ビットが１（情報データが＋１）の場合は拡大送信符号ｚｂjが送信系列として使用され、情報ビットが０（情報データが−１）の場合は拡大送信符号ｚｃjが送信系列として使用される。このような各情報ビットに対応する送信系列を、１チップずつシフトして互いに加算する。加算結果（数７の最下行）の系列は、情報ビット４ビットの情報を全て含むものであり、また、４ビットの全情報を復調可能な系列である。
【００５４】
数７の加算結果の系列は、拡大送信符号と同じ長さであるが、４倍の情報量を含んでいる。すなわち、拡大送信符号によって単純にＣＤＭＡ通信を行う場合よりも、４倍の高速伝送が可能である。数７の加算結果の系列から情報を復調するには、拡大受信符号との相関を演算すればよい。加算結果の系列の先頭チップから拡大受信符号との相関処理（逆拡散処理）を行うと情報データｄ1が得られ、加算結果の系列の２番目のチップから拡大受信符号との相関処理を行うと情報データｄ2が得られる。以下同様に１チップずつシフトして拡大受信符号との相関処理を行うことにより情報データｄ3，ｄ4も復調できる。
【００５５】
このように拡大送信符号｛ｚｂj，ｚｃj｝に基づいて、４ビットの情報に対応する系列を１チップずつシフトして互いに加算した系列（以下、加算系列という）を送信系列とした場合、その加算系列と拡大受信符号ｚａkとの相関関数は図１０に示すようなものとなる。図１０（ａ）はｊ＝ｋの場合であり自己相関関数である。図１０（ｂ）はｊ≠ｋの場合であり相互相関関数である。自己相関関数は図１０（ａ）に示すように、τ＝０に情報データｄ1のピークが現れるだけでなく、それに引き続いて情報データｄ2〜ｄ4のピークが現れる。情報データｄ1〜ｄ4の外側には零相関領域Ｚｃｚが存在する。自己相関関数における零相関領域の長さは原符号｛ａj，ｂj，ｃj｝の零相関領域の長さと同じである。
【００５６】
相互相関関数は、図１０（ｂ）に示すように、τ＝０の点を含む広い零相関領域Ｚｃｚを有する。相互相関関数における零相関領域の長さは、原符号｛ａj，ｂj，ｃj｝の零相関領域の長さよりも大きくなる。図５の相互相関関数と比較すると分かるが、元の符号｛ａj，ｂj，ｃj｝の零相関領域の長さよりも（Ｋ−１）チップ（この場合は３チップ）分長くなる。このように相互相関関数では、零相関領域の長さが拡張されるため、他局間干渉に関しては原符号に比べても有利である。
【００５７】
ただし、加算系列を使用して通信を行う場合、マルチパスに関しては、１チップの時間差のマルチパス信号でもその影響を受けてしまう。これは、図１０（ａ）に示すように情報データｄ1〜ｄ4のピークが１チップの時間差で並んでいるためである。例えば、直接波の信号に加えてマルチパスにより１チップ分遅れた遅延波の信号も受信されてしまうと、直接波の信号の相関結果と遅延波の信号の相関結果が干渉してしまい、情報データが変化してしまうことがある。
【００５８】
本発明の加算系列を使用した通信方式では、このようなマルチパスに対する対応も可能である。通信媒体のマルチパス特性を推定するために、実際に送信データを送る以前にパイロット信号を送信するようにする。パイロット信号は拡大送信符号｛ｚｂj，ｚｃj｝のいずれかの符号を使用する。
【００５９】
受信局では、受信したパイロット信号を１チップずつシフトして拡大受信符号ｚａjによる相関処理を行う。これにより、直接波の相関ピークに続いて、１チップ遅れた遅延波による相関ピーク、２チップ遅れた遅延波による相関ピーク、・・・と順次、遅延波による相関ピークが求まる。これらの相関ピークから通信媒体のマルチパス特性が推定できるのである。
【００６０】
本発明の加算系列を使用した通信方式が、通信媒体のマルチパス特性によって受ける影響は次の数８によって示される。
【数８】
2011114657.tif 000010
【００６１】
ただし、数８はＫ＝４の場合であるが、Ｋ≠４の一般的な場合にも数８と同様な式によりマルチパス特性の影響が現れる。数８の右辺のベクトルｄは情報データｄ1〜ｄ4をベクトルとして表したものである。数８の右辺の行列Ｐは通信媒体のマルチパス特性を表す行列であり、その行列の要素ｐ1〜ｐ4は前述の受信したパイロット信号の相関ピークから求まる。数８の左辺のベクトルｅは、受信局で受信した情報データである。受信した情報データはマルチパス特性の影響を受けて変化してしまっている。
【００６２】
受信局では、パイロット信号の相関ピークから行列Ｐを求めることができるので、受信した情報データｅに行列Ｐの逆行列を掛けることにより、もともとの送信した情報データｄを求めることができる。このようにして、受信局では、パイロット信号から通信媒体のマルチパス特性を推定し、マルチパス特性の影響を除去することができる。
【００６３】
なお、パイロット信号の送信は１回でもよいが、複数回繰り返して送信するようにすれば、受信局では複数回の平均値から通信媒体のマルチパス特性を推定することができ、より正確なマルチパス特性を求めることができる。複数回の平均値をとることにより、雑音等による影響も減少させることができる。
【００６４】
なお、上記の説明は１セットの拡大送信符号｛ｚｂj，ｚｃj｝によって情報を送信する場合であるが、２セット以上の拡大送信符号｛ｚｂj，ｚｃj｝，｛ｚｂk，ｚｃk｝，・・・を同時に使用して送信することにより、さらに高速伝送が可能となり、より大容量のデータ伝送にも適用できる。これらの送信符号はＺＣＺ符号に基づいているので、異なる送信符号セットによる情報を同時に送信しても、互いに干渉することがなく、送信した情報を全て復調することができる。
【００６５】
なお、上記の説明では、説明が複雑になるため省略したが、上記の加算系列においても、実際に送信する際には図８および数５と同様に、零相関領域Ｚｃｚに対応するチップ数のガードチップが加算系列の前後に配置される。ガードチップの配置方法は図８および数５と同様であり、加算系列の先頭部分が末尾に、末尾部分が先頭に配置される。
【００６６】
本発明の加算系列を使用した通信方式では、全系列との相関を演算する相関器（マッチドフィルター）が従来の相関器からのわずかな構成変更によって実現できることが分かった。原符号｛ａj，ｂj，ｃj｝に対する相関器の符号入力部の遅延素子の間にＫ−１個の遅延素子を挿入すれば、本発明の通信方式での相関器となる。これにより、相関器も容易に実現できる。
【００６７】
以上のように、本発明の近似同期ＣＤＭＡ通信方式によれば、相互相関関数における零相関領域の長さを従来のものより拡大することができ、これにより他局間干渉をより低減させることができる。また、通信媒体のマルチパス特性を推定してマルチパスによる影響を除去することができる。さらに、本発明の近似同期ＣＤＭＡ通信方式ではハードウェアとしての相関器も容易に提供することができる。
【００６８】
なお、本発明においては、搬送波は光や電波領域の電磁波が使用できる。また、本発明はＡＳＫ，ＰＳＫ，ＦＳＫのいずれの変調方式であっても適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の近似同期ＣＤＭＡ通信方式は、加算系列を使用することにより、相互相関関数における零相関領域の長さを従来のものより拡大することより他局間干渉をより低減させることができ、また、通信媒体のマルチパス特性を推定してマルチパスによる影響を除去することができる。ハードウェアとしての相関器も容易に提供することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１  送信部
２  受信部
３  空間伝送路
４  送信装置
６  受信装置
７  同期制御信号送信装置
１０  ＣＤＭＡ通信システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【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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