(57)【要約】      （修正有）【課題】振幅変動の少ない拡散用信号を生成するようにしたスペクトル拡散変調信号発生方法およびその装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】スペクトル拡散通信方式に用いられる拡散用信号を生成するものにおいて、拡散符号として相関特性に優れた振幅変動の少ない拡散符号を１チップ１サンプルで標本化し、これを離散フーリエ変換してスペクトルを求める。そして、このスペクトルに基づいて周波数領域にて帯域制限処理を行い、この帯域制限処理されたスペクトルを逆フーリエ変換することで拡散用信号を生成し、この拡散用信号を用いて拡散変調を行う。【選択図】  図１
2004320088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトル拡散通信方式に用いられる拡散用信号を生成するスペクトル拡散変調信号発生方法において、
拡散符号を１チップ１サンプルで標本化し、これを離散フーリエ変換してスペクトルを求めるステップと、
このスペクトルに基づいて周波数領域にて帯域制限処理を行うステップと、
帯域制限処理されたスペクトルを逆フーリエ変換することで拡散用信号を生成するステップと、
拡散用信号を用いて拡散変調を行うステップと、
を設けたことを特徴とするスペクトル拡散変調信号発生方法。
【請求項２】
前記拡散用信号を生成するステップで生成された拡散用信号に、遅延加算処理を行うステップを設けたことを特徴とする請求項１に記載のスペクトル拡散変調信号発生方法。
【請求項３】
スペクトル拡散通信方式に用いられる拡散用信号を生成するスペクトル拡散変調信号発生方法において、
拡散符号を１チップ１サンプルで標本化し、これを離散フーリエ変換してスペクトルを求めるステップと、
このスペクトルに関する情報をメモリに蓄積するステップと、
この蓄積されたスペクトル情報をＯＦＤＭ変調入力として、拡散変調信号を生成するステップと、
を設けたことを特徴とするスペクトル拡散変調信号発生方法。
【請求項４】
スペクトル拡散通信方式に用いられる拡散用信号を生成するスペクトル拡散変調信号発生装置において、
拡散符号を１チップ１サンプルで標本化し、これを離散フーリエ変換してスペクトルを求めるスペクトル情報抽出部と、
このスペクトルに基づいて周波数領域にて帯域制限処理を行う帯域制限処理部と、
帯域制限処理されたスペクトルを逆フーリエ変換することで拡散用信号を生成する逆フーリエ変換部と、
拡散用信号を用いて拡散変調を行う変調部と、
を設けたことを特徴とするスペクトル拡散変調信号発生装置。
【請求項５】
前記拡散用信号を生成する逆フーリエ変換部で生成された拡散用信号に遅延加算処理を行う遅延加算処理部を設けたことを特徴とする請求項４に記載のスペクトル拡散変調信号発生装置。
【請求項６】
スペクトル拡散通信方式に用いられる拡散用信号を生成するスペクトル拡散変調信号発生装置において、
拡散符号を１チップ１サンプルで標本化し、これを離散フーリエ変換してスペクトルを求めるスペクトル情報抽出部と、
このスペクトルに関する情報を蓄積するメモリと、
この蓄積されたスペクトル情報をＯＦＤＭ変調入力として、拡散変調信号を生成する変調部と、
を設けたことを特徴とするスペクトル拡散変調信号発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信に関するものであり、より詳しくは、例えば、スペクトル拡散通信方式に好適に用いられる無線通信技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直接スペクトル拡散方式では拡散符号として２値の矩形波を用いることが多く、変調信号のスペクトルが帯域外に広がるため、隣接チャネル干渉や周波数利用効率に問題があり、これらの問題を解決するためにフィルタを用いて帯域外スペクトルを抑圧し、変調信号のスペクトル分布が伝送帯域内で平坦になるようにされてきた。
【０００３】
しかし、強い帯域制限を加えると相関特性が劣化するという問題があり、相関特性を劣化することなく帯域制限を加える方法が検討されてきた。この相関特性を劣化することなく帯域制限を加える方式に関しては、特許文献１などが存在する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−３２７６５６号公報
【０００５】
この特許文献１によれば、複数の周波数の正弦波を合成して帯域利用率の高い拡散用信号を得るため、各周波数の位相をランダム系列Ａｎに依存する成分と１周期の時間０〜Ｔの特定の値Ｂｎの和で設定し、帯域制限しても相関特性の劣化をおさえたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法では拡散用信号の振幅が一定とならない問題が生じる。このため、振幅変動が大きいと、非線形ひずみが発生しないような線形増幅器を用いなければならないという問題が生じてくる。
【０００７】
本発明は、かかる問題に着目して、振幅変動の少ない拡散用信号を生成するようにしたスペクトル拡散変調信号発生方法およびその装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は上記課題を解決するために、スペクトル拡散通信方式に用いられる拡散用信号を生成するものにおいて、拡散符号を１チップ１サンプルで標本化し、これを離散フーリエ変換してスペクトルを求める。そして、このスペクトルに基づいて周波数領域にて帯域制限処理を行い、この帯域制限処理されたスペクトルを逆フーリエ変換することで拡散用信号を生成し、この拡散用信号を用いて拡散変調を行うようにしたものである。
【０００９】
このように構成すれば、相関特性に優れ、かつ、振幅変動の少ない拡散符号を使用した場合、得られた拡散用信号は帯域制限が良好であって相関特性に優れ、また、振幅変動の少ないものになる。これにより、非線形ひずみが発生しないような線形増幅器を用いる必要がなくなる。
【００１０】
また、このようにして生成された拡散用信号に、遅延加算処理を施すように構成する。
【００１１】
このように構成すれば、より自己相関に優れた拡散用信号を得ることができるようになる。
【００１２】
さらに、別の発明では、拡散符号を１チップ１サンプルで標本化し、これを離散フーリエ変換してスペクトルを求め、このスペクトル情報をメモリに蓄積する。そして、この蓄積されたスペクトル情報をＯＦＤＭ変調入力として、拡散変調信号を生成するように構成する。
【００１３】
このように構成すれば、スペクトル拡散変調信号をＯＦＤＭのパイロット信号として用いた場合、このＯＦＤＭのパイロット信号は、ほぼ定包絡線状でありながら相関特性に優れたものとなる。このため、非線形ひずみの影響を受けにくくなる。また、パイロット信号を用いて同期をとる場合に、相関特性が優れるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について説明する。本実施の形態における拡散用信号発生システムの全体機能ブロック図を図１に示す。
【００１５】
スペクトル情報抽出部５は、相関特性に優れ、かつ、振幅変動の少ない拡散符号（例えば、Ｍ系列）を発生する拡散符号発生部１、標本化部３、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）部４を有する。そして、拡散符号発生部１にＤＣバイアス付加部２より直流バイアスを加え、変形Ｍ系列に変換した信号を標本化部３にて１チップ１サンプルの離散的なインパルス列に置き換え、ＤＦＴ部４にて離散フーリエ変換して拡散用信号を発生させるためのスペクトル情報を抽出する。
【００１６】
また、帯域制限処理部６は、周波数領域にて帯域制限する機能を有する。具体的には、図３（ｂ）に示すように先に抽出されたスペクトルの中に「０」の成分を挿入して図３（ｃ）のようにし、帯域制限されたスペクトルを生成する。逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部７は、帯域制限されたスペクトルを逆フーリエ変換して拡散用信号を生成する。電力スペクトル算出部８は、帯域制限処理された周波数スペクトルから電力スペクトルを求める。ＩＦＦＴ部９は、電力スペクトルを逆フーリエ変換し、自己相関特性を求める。算出部１０は、遅延加算を実施するためのパラメータである遅延時間τｄと振幅倍率ａを算出する。振幅調整・遅延加算処理部１１は、ＩＦＦＴ部７で逆フーリエ変換して生成された拡散用信号に遅延加算処理を行う。加算部１２はもとの時間軸信号と振幅調整・遅延加算処理部１１からの出力を加算する。
【００１７】
一方、変調部２０は、このようにして得られた拡散用信号をもとに送信すべき情報を拡散する。なお、この拡散用信号は、メモリ１３に記憶しておき、変調の都度そのメモリ１３から出力するようにしても良い。また、その拡散用信号を一度ＦＦＴ部１４でフーリエ変換してメモリ１５に記憶し、ＩＦＦＴ部１６で逆フーリエ変換してから変調部２０へ出力するようにしても良い。
【００１８】
図３は、図１のブロック図におけるスペクトル情報抽出部５、帯域制限部６、ＩＦＦＴ部７の処理結果を示すものである。図３（ａ）は２値の拡散符号（Ｍ系列）を１チップ１サンプルでインパルス列に置き換えた信号を表している。この図３（ａ）は、符号長として一般に使われている３１の例を示している。この信号を離散フーリエ変換したものが図３（ｂ）である。自己相関がインパルス関数的であるので、周波数スペクトルは等振幅のラインスペクトルとなっている。この場合はコード長が３１であり、ＦＦＴの手法が用い難いが、ラインスペクトルの１７番目に０を一つ挿入するとラインスペクトル数は３２となり、ＩＦＦＴの適用が可能となる。また，矩形フィルタでの帯域制限を行うにはさらに０を挿入し、サンプル点を増やして、帯域制限後のスペクトルを図３（ｃ）に示す。これをＩＦＦＴした信号が図３（ｄ）で、フィルタリングした滑らかな波形が得られる。この図から分かるように振幅変動が比較的少ない拡散用信号を得ることができる。
【００１９】
次に、自己相関特性を良好にするための振幅調整・遅延加算処理部１１、算出部１０と加算部１２の処理内容について述べる。
【００２０】
まず、帯域制限した拡散符号の時間波形（周期Ｔ  ）をｓ（ｔ  ）とすると、その自己相関関数Ｒｓ（τ）は、数１
【００２１】
【数１】
2004320088.tif 000003
【００２２】
で表される。ここで、Ｒｓ（τ）のメインローブ（振幅１）から一つ目のサイドローブ（振幅ａ）までの時間をτｄとおいて次のようなＸ（ｔ）を考える。
【００２３】
【数２】
2004320088.tif 000004
【００２４】
このＸ（ｔ）の自己相関関数Ｒｘ（τ）を求めると、
【００２５】
【数３】
2004320088.tif 000005
【００２６】
となる。数３の第１項はもとの拡散符号の時間波形ｓ（ｔ）の自己相関関数Ｒｓ（τ）そのものである。第２項はＲｓ（τ）をτｄだけ左にずらして振幅をａ倍したものであり、これによりもとの自己相関関数Ｒｓ（τ）の左側のサイドローブが抑えられる。同じように第３項はＲｓ（τ）をτｄだけ右にずらして振幅をａ倍したものであり、これによりもとの自己相関関数Ｒｓ（τ）の右側のサイドローブが抑えられる。したがって、Ｘ（ｔ）を求めることで、ある程度帯域が制限され、かつ自己相関関数のサイドローブが抑えられた新たな拡散用信号を得ることができる。
【００２７】
図４に遅延加算処理前後での自己相関及び電力スペクトルを矩形の拡散符号の特性とともに示す。ここで、遅延加算処理前の帯域制限をロールオフファクタ０．３、また遅延加算処理前後でサイドローブを半分に抑えるように設定している。遅延加算処理を行うことで、電力スペクトルの中央付近が平坦でなくなるが、帯域外スペクトルは広がることなく、自己相関関数のサイドローブも抑えられている。さらにサイドローブを抑えるように設定すると、電力スペクトルの振幅変動は大きくなるので、サイドローブの抑圧の設定は、それらの兼ね合いによる。
【００２８】
以上により，遅延加算処理を行うことで帯域外スペクトル特性と自己相関特性に優れた拡散用信号を得られることがわかる。
【００２９】
次に、相互相関特性を改善するための変形Ｍ系列に加えるＤＣバイアス付加部２の作用について述べる。
【００３０】
Ｍ系列にＤＣバイアスを加えて変形Ｍ系列を作る際のバイアス値αは以下の式で求めることができる。
【００３１】
【数４】
2004320088.tif 000006
【００３２】
数４より、ＤＣバイアス値αは２種類考えられる。そこで、元のＭ系列をｂ１（ｔ），ｂ２（ｔ），  ＤＣバイアス値をα１，α２とすると、２種類のバイアス付Ｍ系列は
【００３３】
【数５】
2004320088.tif 000007
【００３４】
【数６】
2004320088.tif 000008
【００３５】
と表される。ｃ１（ｔ）とｃ２（ｔ）の相互相関関数Ｒｃ１２（τ）は、ｂ１（ｔ）とｂ２（ｔ）の相互相関関数をＲｂ１２（τ）とすると
【００３６】
【数７】
2004320088.tif 000009
【００３７】
となる。ここでα１＝α２、つまりバイアス値が１種類の場合、数７は、
【００３８】
【数８】
2004320088.tif 000010
【００３９】
となり、バイアスを付加することにより自己相関の部分相関はなくなるものの、相互相関値が増加する。一方、α１≠α２、つまりバイアス値が２種類の場合、同じように数７は、
【００４０】
【数９】
2004320088.tif 000011
【００４１】
となり、逆に相互相関値が減少する。これより、マルチコード多重時では、α１とα２を半々で使い分けることによって、バイアス付加による相互相関関数の劣化を防ぐことができ、自己相関関数と合わせて、相関特性の良好な拡散符号が得られる。図５にバイアス付加による相互相関値の変化の様子を示す。相互相関値の大きさはバイアスが１種類の場合、なしの場合、２種類の場合の順に小さくなっており、式で示したとおりであることが分かる。
【００４２】
なお、上記実施の形態では、スペクトル情報抽出部５で生成されたスペクトルに対して、さらに帯域制限処理などを行うようにしたが、このような帯域制限処理を施すことなく、図２に示すように、そのスペクトルに関する情報をメモリ１７に蓄積し、これをＯＦＤＭのパイロット信号として用いても良い。図２において、図１と同じ符号を付したものは、図１の説明で説明したものと同じ構成を有する。このようにすれば、このＯＦＤＭのパイロット信号は、ほぼ定包絡線状でありながら相関特性に優れたものとなる。このため、非線形ひずみの影響をうけにくくなり、また、パイロット信号を用いて同期をとる場合に、相関特性が優れたものとなる。
【００４３】
【実施例】
図６にシミュレーションシステムの構成を示す。送信側でランダムな４値のシンボルデータにパイロットシンボルを付加し、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）により一次変調した後、拡散用信号を用いて二次変調を行い、受信側で逆拡散及びデータ復調を行う。ユーザ１の系統を希望局とし、他のユーザは干渉局とする。
【００４４】
表１に拡散用信号の諸元を示す。
【００４５】
【表１】
2004320088.tif 000012
【００４６】
従来方式は符号長３１のＭ系列（１，−１の矩形波）にフィルタリングを行うもので、これを基準とする。それぞれの方式における評価の対象は、比較方式１では周波数領域でのフィルタリングの処理の効果、比較方式２、３ではＤＣバイアス付加の効果、提案方式では遅延加算処理の効果である。そして最後に従来方式と提案方式の間で特性評価を行う。ロールオフファクタについては、フィルタリングによる劣化が少ない値（０．５）に設定したが、提案方式では遅延加算処理により自己相関のサイドローブは抑えられることからより厳しい値（０．３）に設定した。
【００４７】
シミュレーションの実施法としては、今回は伝送路をガウス伝送路とする。受信側では受信信号のレベルは等レベルとし、また同期捕捉、位相補償ともに理想的であるとする。このときのビット当りのＳＮ比対ビット誤り率（ＢＥＲ）特性を算出する。
【００４８】
図７に拡散用信号としてＭ系列を用い、ロールオフフィルタ０．５を用いた場合のＥｂ／Ｎ０対ＢＥＲ特性を示す。ユーザ数１の特性はＱＰＳＫの理論値に一致している。
【００４９】
図８に比較方式１として拡散用信号にＭ系列を用い、周波数領域でのフィルタリングを行った場合の特性を示す。図７の特性に比べて若干特性が良くなっている。この原因は従来方式のように帯域制限による電力損失がないためかと思われる。
【００５０】
図９、図１０に比較方式２、３の特性を示す。これらは、提案方式から遅延加算処理による自己相関の改善が適用されていない場合の特性である。図９は図８と比較して、劣化しており、ユーザ数が増えるに従ってその大きさは顕著になっている。一方、図１０は図９と比較して大幅に改善されており、さらに図８よりも良くなっている。これは図５に示したＤＣバイアス付加による、希望信号と干渉信号との相互相関の特性と一致しており、相互相関は図９、図８、図１０の順に良くなっている。
【００５１】
図１１に提案方式の拡散用信号を用いた場合の特性を示す．このとき図１０との違いは遅延加算処理による自己相関改善があるかないかということである．図１０と比較して、特性に劣化はみられず、従来方式（図７）よりも改善している。自己相関改善処理でのＢＥＲ特性の劣化はないということが分かった。以上より、提案方式ではＢＥＲ特性を劣化させることなく自己相関を改善することができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は、スペクトル拡散通信方式に用いられる拡散用信号を生成するものにおいて、拡散符号を１チップ１サンプルで標本化し、これを離散フーリエ変換してスペクトルを求める。そして、このスペクトルに基づいて周波数領域にて帯域制限処理を行い、この帯域制限処理されたスペクトルを逆フーリエ変換することで拡散用信号を生成し、この拡散用信号を用いて拡散変調を行うようにしたものである。これにより、拡散符号として相関特性に優れ、かつ、振幅変動の少ないものを使用した場合、得られた拡散用信号は帯域制限が良好であって相関特性に優れ、また、振幅変動の少ないものになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における信号発生用の波形、スペクトルデータの算出を示す機能ブロック図
【図２】本実施形態におけるＯＦＤＭのパイロット信号を生成する機能ブロック図
【図３】同形態における周波数領域処理による拡散用信号生成過程図
【図４】同形態における遅延加算による自己相関特性と電力スペクトル図
【図５】同形態における変形Ｍ系列においてＤＣバイアス印加方法と相関特性図
【図６】実施例におけるシミュレーションシステム図
【図７】実施例におけるビット誤り率特性（従来方式の場合）図
【図８】実施例におけるビット誤り率特性（比較方式１の場合）図
【図９】実施例におけるビット誤り率特性（比較方式２の場合）図
【図１０】実施例におけるビット誤り率特性（比較方式３の場合）図
【図１１】実施例におけるビット誤り率特性（提案方式の場合）図
【符号の説明】
１・・・拡散符号発生部
２・・・バイアス付加部
３・・・標本化部
４・・・離散フーリエ（ＤＦＴ）変換部
５・・・スペクトル情報抽出部
６・・・帯域制限処理部
７・・・逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部
８・・・電力スペクトル算出部
９・・・逆フーリエ（ＩＦＦＴ）部
１０・・・算出部
１１・・・振幅調整・遅延加算処理部
１２・・・加算部
１６・・・メモリ
２０・・・変調部
【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】
2004320088.tif 000021
【図１０】
2004320088.tif 000022
【図１１】
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