(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報ビット列を生成する情報ビット生成部と、
原符号を生成する原符号生成部と、
前記原符号のビットを反転させる位置を示す反転パターンを生成する反転パターン生成部と、
前記位置を前記原符号の周期ごとに無作為に変更する反転パターン制御部と、
前記反転パターン、前記情報ビット列、および前記原符号を用いて、拡散されたデータ列を生成する拡散部と、
前記拡散されたデータ列を変調し、変調後の前記拡散されたデータ列を送信する送信部と、
を備えることを特徴とする送信装置。
【請求項２】
反転させる前記ビットの比率の最大値を制御する反転量制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
【請求項３】
前記原符号に含まれる符号である長周期符号よりも周期が短い短周期符号と前記短周期符号以外の情報とを含む２次符号を生成する２次符号生成部と、
前記短周期符号の生成回数をカウントし、前記生成回数を出力する符号周期カウント部と、
前記生成回数に応じて前記２次符号の周期ごとに前記短周期符号以外の情報が複数の前記短周期符号の間に挿入される位置を制御する２次符号制御部と、
を備え、
前記拡散部は、
前記長周期符号と前記２次符号とがオーバレイされた拡散符号を用いて前記拡散されたデータ列を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の送信装置。
【請求項４】
データを伝送する送信装置が、
情報ビット列を生成する第１のステップと、
原符号を生成する第２のステップと、
前記原符号のビットを反転させる位置を示す反転パターンを生成する第３のステップと、
前記位置を前記原符号の周期ごとに無作為に変更する第４のステップと、
前記反転パターン、前記情報ビット列、および前記原符号を用いて、拡散されたデータ列を生成する第５のステップと、
前記拡散されたデータ列を変調し、変調後の前記拡散されたデータ列を送信する第６のステップと、
を含むことを特徴とする送信方法。
【請求項５】
データを伝送する送信装置を制御する制御回路であって、
情報ビット列を生成する第１のステップと、
原符号を生成する第２のステップと、
前記原符号のビットを反転させる位置を示す反転パターンを生成する第３のステップと、
前記位置を前記原符号の周期ごとに無作為に変更する第４のステップと、
前記反転パターン、前記情報ビット列、および前記原符号を用いて、拡散されたデータ列を生成する第５のステップと、
前記拡散されたデータ列を変調し、変調後の前記拡散されたデータ列を前記データとして送信する第６のステップと、
を前記送信装置に実施させることを特徴とする制御回路。
【請求項６】
データを伝送する送信装置を制御するプログラムであって、
情報ビット列を生成する第１のステップと、
原符号を生成する第２のステップと、
前記原符号のビットを反転させる位置を示す反転パターンを生成する第３のステップと、
前記位置を前記原符号の周期ごとに無作為に変更する第４のステップと、
前記反転パターン、前記情報ビット列、および前記原符号を用いて、拡散されたデータ列を生成する第５のステップと、
前記拡散されたデータ列を変調し、変調後の前記拡散されたデータ列を前記データとして送信する第６のステップと、
を前記送信装置に実施させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散符号を用いてデータを伝送する送信装置および送信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムでは、拡散符号を用いて複数の信号を多重して送信する技術が用いられることがある。拡散符号は、複数の信号を多重伝送する機能、信号の秘匿性を高める機能、および傍受なりすましなどを防止する機能を無線通信システムに提供する。【０００３】
一般的に多重伝送のために用いられる拡散符号は、自己相関特性または相互相関特性の良い符号を選ぶ必要があり、これらの特性を満たさない符号セットを用いた場合、信号間での干渉が大きくなってしまう。自己相関特性が良いとは、自己相関値のピークが鋭いことをいう。相互相関特性が良いとは、拡散符号間の相関が低いことをいう。拡散符号長を長くすることで、符号ごとの相関が低い系列を比較的自由に設計することができる。拡散符号長が長くなると、拡散符号を推定することが困難となり秘匿性が向上する。また、拡散符号長が長くなると、拡散率が向上し、拡散利得の効果で、拡散符号を使わない通信方式よりも長距離伝送が可能になる。【０００４】
また、ＧＮＳＳ（Global  Navigation  Satellite  System）では、超長距離でデータ伝送するために拡散符号長を長くし、複数個の周期の異なる符号をオーバレイ、つまり重畳して拡散処理が行われる信号が使われている。特許文献１は、長周期拡散符号に疑似雑音を使用するナビゲーションシステムを開示する。長周期拡散符号は、相関結果が統計的に導かれることから、チップごとの相関特性の依存性が小さくなる傾向がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１４−５２９２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のナビゲーションシステムに長い拡散符号長を用いると、受信装置の同期処理に必要な時間が長くなるという問題があった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、拡散符号長が長くなることを抑制する送信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる送信装置は、情報ビット列を生成する情報ビット生成部と、原符号を生成する原符号生成部と、原符号のビットを反転させる位置を示す反転パターンを生成する反転パターン生成部と、位置を原符号の周期ごとに無作為に変更する反転パターン制御部と、反転パターン、情報ビット列、および原符号を用いて、拡散されたデータ列を生成する拡散部と、拡散されたデータ列を変調し、変調後の拡散されたデータ列を送信する送信部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる送信装置は、拡散符号長が長くなることを抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１にかかる無線通信システムの構成を示す図
【図２】実施の形態１にかかる送信装置の機能ブロックを示す図
【図３】実施の形態１にかかる制御回路を示す図
【図４】実施の形態２にかかる送信装置の機能ブロックを示す図
【図５】実施の形態２にかかる情報ビット列、１次符号、および２次符号の伝送フォーマットを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態にかかる送信装置および送信方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる無線通信システムの構成を示す図である。無線通信システム３００は、送信装置１００と、受信装置２００と、を備える。送信装置１００と受信装置２００とは、無線で通信する。送信装置１００は、信号を受信装置２００に送信し、受信装置２００は、送信装置１００から送信された信号を受信する。
【００１３】
図２は、実施の形態１にかかる送信装置の機能ブロックを示す図である。送信装置１００は、情報ビット生成部１０１と、原符号生成部１０２と、反転パターン生成部１０３と、反転パターン制御部１０４と、符号シフト制御部１０５と、反転量制御部１０６と、拡散部１０７と、変調部１０８と、を備える。
【００１４】
情報ビット生成部１０１は、受信装置２００に送信する情報を示す情報ビット列を生成し、拡散部１０７に出力する。原符号生成部１０２は、符号長が長い原符号を生成し拡散部１０７に出力する。または、原符号生成部１０２は、短周期符号と長周期符号とで構成される原符号を生成し拡散部１０７に出力する。長周期符号は、短周期符号よりも周期が長く、短周期符号よりも１周期のビット数が多い符号である。また、短周期符号は、長周期符号よりも周期が短く、長周期符号よりも１周期のビット数が少ない符号である。原符号生成部１０２が生成する原符号の符号パターンについては特に限定せず、ゴールド符号等の既知系列を使用してもよい。原符号生成部１０２から出力される原符号のビットレート、すなわちチップレートは、情報ビット生成部１０１が出力する情報ビット列のビットレートの数倍以上の速度である。反転パターン生成部１０３は、原符号の一部を反転させるための反転パターンを生成する。反転パターンは、原符号のビットを反転させる位置を示す情報である。原符号と反転パターンとによって拡散符号は構成される。
【００１５】
反転パターン制御部１０４は反転パターン生成部１０３が生成する反転パターンの反転させる位置を制御する。符号シフト制御部１０５は、短周期符号のコードシフト量を短周期符号の周期ごとに制御する。反転量制御部１０６は、反転パターンによって反転させるビットの比率の最大値を拡散符号ごとに制御する。拡散部１０７は、反転パターンを用いて原符号の一部を反転させる。また、拡散部１０７は、情報ビット列および拡散符号をＮＲＺ（Non  Return  to  Zero）で乗算、０および１で構成されるビット列の状態でＸＯＲ演算、またはこれらと等価な演算をすることにより、２値符号で直接拡散されたデータ列を生成する。変調部１０８は、拡散されたデータ列を変調し、変調後の拡散されたデータ列を、アンテナを用いて送信する。アンテナと変調部１０８とを合わせて送信部と呼ぶ。
【００１６】
情報ビット生成部１０１、原符号生成部１０２、反転パターン生成部１０３、反転パターン制御部１０４、符号シフト制御部１０５、反転量制御部１０６、拡散部１０７、および変調部１０８は、各処理を行う電子回路である処理回路により実現される。
【００１７】
本処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリ及びメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central  Processing  Unit、中央演算装置）を備える制御回路であってもよい。ここでメモリとは、例えば、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリなどの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスクなどが該当する。図３は、実施の形態１にかかる制御回路を示す図である。本処理回路がＣＰＵを備える制御回路である場合、この制御回路は例えば、図３に示す構成の制御回路４００となる。
【００１８】
図３に示すように、制御回路４００は、ＣＰＵであるプロセッサ４００ａと、メモリ４００ｂとを備える。図３に示す制御回路４００により実現される場合、プロセッサ４００ａがメモリ４００ｂに記憶された、各処理に対応するプログラムを読みだして実行することにより実現される。また、メモリ４００ｂは、プロセッサ４００ａが実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
【００１９】
反転パターン生成部１０３、反転パターン制御部１０４、符号シフト制御部１０５、および反転量制御部１０６、の詳細な動作について説明する。反転パターン生成部１０３は、拡散符号の一部を反転させる反転パターンを生成する。反転パターンは、拡散符号の反転されるビットの位置を示す。反転パターン生成部１０３が反転パターンを生成する方法として、ランダムなビットパターンを生成する方法が挙げられる。この方法を用いる場合、反転パターン制御部１０４は、拡散符号の符号長と同じ長さのランダム符号を生成するように反転パターン生成部１０３に対して制御する。具体的には、反転パターン生成部１０３は、ＬＦＳＲ（Linear  Feedback  Shift  Register）などの乱数発生器を用いてランダムにビット位置が反転する反転パターンを生成する。ここでは、反転パターンは０と１とで構成され、１が拡散符号のビットパターンを反転させることを示すとするが、０と１の意味は逆であっても良い。ランダムなビットパターンを生成する方法以外にも、反転パターン制御部１０４は、拡散符号の周期番号、コードサイクル中のチップ位置、または特定の周期的規則を用いて反転パターンを制御することができる。
【００２０】
反転パターン生成部１０３が生成する反転パターンの０と１との発生確率が同じである場合、原符号の５０％のビットが反転パターンによって反転する。この場合、受信装置２００は、原符号の５０％のビットが反転したビット列を受信することになるので、逆拡散後の電力は６ｄＢ低下、つまり半減する。一方で、送信装置１００からの信号を傍受しようとする、送信装置１００で送信される正しい拡散符号を知らない装置は、拡散符号の内容、または拡散符号の符号長を知るために、異なる受信信号同士の相関を取りこの相関のピークから情報を得ようとする。しかし、送信装置１００は、拡散符号の周期ごとにランダムな位置を反転しており、上記処理によって符号のランダム性が高まっているため、送信装置１００で送信される正しい拡散符号を知らない装置は、相関のピークを得ることができず、拡散符号の情報を得ることが困難となる。このため、送信装置１００は、送信する信号の秘匿性を向上することができる。
【００２１】
以上のようにして、拡散符号のランダム性をあげることで、送信装置１００は秘匿性を改善可能である。一方、上記の処理は受信装置２００に対して６ｄＢの拡散利得の損失が生じており、無線通信システム３００によっては、拡散利得の損失を６ｄＢよりも小さく抑える手法が必要となる。拡散利得の損失を６ｄＢよりも小さく抑えるために、反転量制御部１０６は、反転させるビットの比率の最大値を原符号の符号周期ごとに制御する。反転量制御部１０６の具体的な制御方法としては、例えば、偶数番目のビットを反転させる比率の最大値を、偶数番目のビットパターン全体の５０％とする方法が挙げられる。または、反転量制御部１０６の具体的な制御方法として、奇数番目のビットを反転させる比率の最大値を、奇数番目のビットパターン全体の３０％とする方法が挙げられる。
【００２２】
反転パターン制御部１０４が備える乱数発生器によって、反転ビットの位置を確定させ、この反転するビットの位置を１としたビットパターンを拡散部１０７に送る。このような制御方法を用いて反転パターン制御部１０４が拡散符号の反転ビット量を制御することで、原符号の反転量を平均４０％にすることができる。このため、送信装置１００は、拡散符号の全体符号周期ごとに反転量が一定しない拡散符号を生成することが可能となり、送信装置１００で送信される正しい拡散符号を知らない装置に対して拡散符号の不確定性が増し、秘匿性を向上することができる。なお、反転パターン制御部１０４が備える乱数発生器の乱数発生の方法としては、時刻情報をシードとしてもよいし、回路に混入する熱雑音、放射線などの物理的な現象で得られる値を、シードとして用いてもよい。
【００２３】
また、上記の送信装置１００の構成は、ＣＳＫ（Code  Shift  Keying）により符号位相に情報ビット列と別の情報とを乗せて伝送する方式を用いる場合でも利用することができる。例えば、原符号が、長周期符号と短周期符号とを掛け合わせて生成され、拡散符号の全体符号周期がこれら２つの符号の最小公倍数である場合、符号シフト制御部１０５は、短周期符号の符号シフト量を短周期符号の周期ごとに制御して、符号シフト量に応じてデータを変調することで情報ビット列と別のデータとの伝送を行う。この伝送するデータの内容は、通常のデータ、またはパイロットパターンでも良く、反転パターン、規則性を規定する乱数のシード、ＬＦＳＲの状態情報、多項式情報などを含めてもよい。反転パターン情報を伝送すれば、受信装置２００は、同期精度の改善が可能になり、同期処理の時間を短縮することができる。つまり、受信装置２００は同期完了後に、反転パターン情報を伝送しない場合に比べて、大きい拡散利得を得て通信することが可能となる。以上のように、短周期符号にＣＳＫを利用する場合でも、拡散符号の反転処理は上記と同様の効果を奏することができる。
【００２４】
以上説明したように、送信装置１００は、原符号の一部を反転して受信装置２００に伝送することで、拡散符号長が長くなることを抑制しつつ秘匿性を向上し、受信装置２００の同期精度を改善させることができる。このため、送信装置１００と受信装置２００とが通信リンクを確立できる無線通信システム３００において秘匿性向上を目的とした長周期符号よりも符号長が短い符号を利用することができる。本発明は、符号長が長い拡散符号を用いる伝送システムにおいて、各符号のチップそれぞれの相関値への寄与度が相対的に小さくなることを活用することで、符号間相関を大きく乱すことなく符号を不規則にすることを可能にすることで秘匿性を高めるものである。拡散率が高くなると符号長は長くなる。無線通信システム３００は、符号長が長い拡散符号を用いる必要があるため、セルラ通信などで用いられる最大の拡散率が数１０〜数１００程度のシステムであると、本発明の効果を奏することができない。このため、無線通信システム３００は、拡散率が１０００〜１００００以上の伝送システムあることが望ましい。
【００２５】
なお、本実施の形態において、送信装置１００は、複数信号を多重する送信処理については記載していないが、送信装置１００が複数信号を多重する機能を有していても良い。多重方法は、周波数多重方法、または符号多重方法が挙げられる。データ列を多重化する多重化部を備える送信装置１００は、ＧＮＳＳで用いられる。多重伝送を行う場合、上記の反転ビットの位置情報、または反転ビットの位置の規則の情報を、別の送信波に埋め込んで伝送してもよい。この場合、送信部は、多重化されたデータ列を送信し、反転パターンは、多重化された前記データ列に含まれる。
【００２６】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２にかかる送信装置の機能ブロックを示す図である。なお、実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。送信装置１００ａは、情報ビット生成部１０１と、反転パターン生成部１０３ａと、反転パターン制御部１０４と、反転量制御部１０６と、拡散部１０７ａと、変調部１０８ａと、１次符号生成部１０９と、２次符号生成部１１０と、２次符号制御部１１１と、符号周期カウント部１１２と、を備える。
【００２７】
１次符号生成部１０９は、１次符号である長周期符号を生成し、拡散部１０７ａに出力する。反転パターン生成部１０３ａは、反転パターンを生成し、２次符号生成部１１０に出力する。反転パターンは、短周期符号以外の情報に含まれる。反転パターンは、２次符号に含まれる短周期符号を反転させる。２次符号生成部１１０は、短周期符号および短周期符号以外の情報を用いて２次符号を生成し、拡散部１０７ａに出力する。２次符号制御部１１１は、２次符号生成部１１０が生成する２次符号の伝送を制御する。符号周期カウント部１１２は、２次符号生成部１１０が出力する２次符号に含まれるあらかじめ定められた期間内、例えば長周期符号の１周期内での短周期符号の生成回数をカウントする。拡散部１０７ａは、１次符号と２次符号とがオーバレイされている拡散符号と情報ビット列とを用いて、ＮＲＺで乗算、０および１で構成されるビット列の状態でＸＯＲ演算、またはこれらと等価な演算をすることにより、２値符号で直接拡散されたデータ列を生成する。１次符号と２次符号とがオーバレイされている拡散符号のフォーマットの詳細については後ほど説明する。変調部１０８ａは、拡散されたデータ列を変調し、変調後の拡散されたデータ列を、変調信号に変調してアンテナを用いて送信する。また、変調部１０８ａは、２次符号制御部１１１から送信信号の周波数を調整するための周波数オフセットの情報を受信し、周波数オフセットの情報を用いて送信する信号の周波数を調整する。１次符号生成部１０９、２次符号生成部１１０、２次符号制御部１１１、および符号周期カウント部１１２は、各処理を行う電子回路である制御回路４００により実現される。
【００２８】
図５は、実施の形態２にかかる情報ビット列、１次符号、および２次符号の伝送フォーマットを示す図である。図５において横軸は時間を示す。図５は、情報ビットｂ０および情報ビットｂ１と、情報ビットｂ０および情報ビットｂ１と同じ周期の１次符号ｃ（ｎ）と、１次符号ｃ（ｎ）の１周期に短周期符号ｄ（ｍ）が４つと短周期符号ｄ（ｍ）以外の情報を２つ含む２次符号と、を示す。
【００２９】
本実施の形態では、１次符号および２次符号の拡散符号がオーバレイされている伝送フォーマットをベースにして、２次符号の伝送周期で、短周期符号以外の情報を埋め込んで伝送するものである。通常、２つの拡散符号は、それぞれの周期で繰り返し伝送するものであるが、本実施の形態では、２次符号制御部１１１が２次符号の符号周期ごとに短周期符号以外の情報を複数の短周期符号の間に挿入する。短周期符号以外の情報とは、例えば、短周期符号に対し実施の形態１で述べたようなビット反転の処理によって生成した反転パターンである。また、反転パターンに加えて、短周期符号以外の情報は、特定のパイロットパターンを含んでも良く、この符号送信規則を示す情報を含んでいても良い。この処理は、符号周期カウント部１１２が短周期符号の生成回数をカウントし、あらかじめ定められた回数、例えば、生成回数が偶数回、または奇数回の場合に、２次符号制御部１１１が短周期符号以外の情報を伝送する制御を行う。なお、上記説明では、時間方向に短周期符号単位で短周期符号と、短周期符号以外とを切り替えるとしたが、短周期符号をいくつかに分割した単位でさらに細かい時間単位で切り替えを行っても良い。
【００３０】
また、本実施形態では、２次符号制御部１１１によって、変調部１０８ａが変調する送信信号の周波数を調整することができる構成とし、短周期符号ごとに周波数を少しずつずらすことができるようにしてもよい。また、送信信号の周波数にチャープ状の周波数変動をわずかにつける構成としてもよい。これにより、送信信号の周波数の変動に応じて周波数調整を行う相関器を持つ受信装置２００では、送信信号の相関ピークを得ることができる。一方、周波数調整を行わない受信装置では、長周期符号の相関演算中にわずかな位相回転が蓄積して送信信号の相関ピークが得られなくなる。このため、周波数調整を行わない受信装置に対して秘匿性が向上する。周波数設定は、ショート符号ごとに離散値を設定してもよいし、チップごとにごくわずかなシフト量を付加して周波数がわずかに変動するチャープとしてもよい。このとき、正方向のチャープと負方向のチャープを時間ごとに使い分けて、平均的な周波数値を、周波数シフトしない送信装置と同等にすることができる。
【００３１】
本実施の形態では、実施の形態１と比較して符号が反転する部分が局所的に集められる構造になっており、フォーマットの自由度が下がっている。しかし、符号が反転する部分が局所的に集められる構造となっているため、符号が反転する部分をあらかじめ定めておくことができ、送信装置１００ａと受信装置２００との同期が容易になる。このため、送信装置１００ａと受信装置２００との同期処理が簡易となり、受信装置２００でも少ない制御情報量で送信装置１００ａとの同期が可能になる一方、本発明の目指す効果である秘匿性向上も可能となる。なお、本実施例では、拡散符号が２つの周期を持っているものとしたが、３つ以上の符号に対して１つ以上の符号で上記操作をおこなってよい。また、ＢＯＣ（Binary  Offset  Carrier）などの変調方式を用いる場合でも同様に適用可能である。本実施の形態は、実施の形態１で述べたＣＳＫ伝送と併用することも可能である。
【００３２】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１００，１００ａ  送信装置、１０１  情報ビット生成部、１０２  原符号生成部、１０３，１０３ａ  反転パターン生成部、１０４  反転パターン制御部、１０５  符号シフト制御部、１０６  反転量制御部、１０７，１０７ａ  拡散部、１０８，１０８ａ  変調部、１０９  １次符号生成部、１１０  ２次符号生成部、１１１  ２次符号制御部、１１２  符号周期カウント部、２００  受信装置、３００  無線通信システム、４００  制御回路、４００ａ  プロセッサ、４００ｂ  メモリ。
【要約】
送信装置（１００）は、情報ビット列を生成する情報ビット生成部（１０１）と、原符号を生成する原符号生成部（１０２）と、原符号のビットを反転させる位置を示す反転パターンを生成する反転パターン生成部（１０３）と、位置を制御する反転パターン制御部（１０４）と、反転パターン、情報ビット列、および原符号を用いて、拡散されたデータ列を生成する拡散部（１０７）と、拡散されたデータ列を変調し、変調後の拡散されたデータ列を送信する変調部（１０８）と、を備えることを特徴とする。【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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