(57)【要約】【課題】簡素な構成で利用価値のあるスペクトル拡散通信を実現する。【解決手段】クロック信号とこのクロック信号を１／Ｎ分周器で分周した信号から得られたＮＲＺ型ＰＮ符号とを乗算し、あるいは両者の排他的論理和を演算することによりマンチェスター型ＰＮ符号を生成する。また無線通信送信機では、このマンチェスター型ＰＮ符号に基づきベースバンド信号を周波数拡散処理して送信し、無線通信受信機では、このマンチェスター型ＰＮ符号に基づき受信信号を逆拡散処理して元のベースバンド信号を復調する。【選択図】  図１
2005229354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロック信号を入力信号とする１／Ｎ分周器と、
前記１／Ｎ分周器の出力信号に応じてＮＲＺ型擬似ランダム符号を発生するＮＲＺ型擬似ランダム符号発生器と、
前記クロック信号と前記ＮＲＺ擬似ランダム符号発生器により生成された符号とを演算し、マンチェスター型擬似ランダム符号を生成する演算器とを備えることを特徴とする擬似ランダム符号発生器。
【請求項２】
請求項１に記載の擬似ランダム符号発生器において、
演算器が、乗算回路と排他的論理和とのいずれか一方であることを特徴とする擬似ランダム符号発生器。
【請求項３】
送信したい情報を含むベースバンド信号を所定の擬似ランダム符号に基づき周波数拡散処理して送信する無線通信送信機において、
請求項１または２に記載の擬似ランダム符号発生器と、
この擬似ランダム符号発生器からのマンチェスター型擬似ランダム符号と前記ベースバンド信号とを乗算することにより前記ベースバンド信号を周波数拡散処理する乗算器とを備えることを特徴とする無線通信送信機。
【請求項４】
受信信号を所定の擬似ランダム符号に基づき逆拡散処理して元のベースバンド信号を復調する無線通信受信機において、
請求項１または２に記載の擬似ランダム符号発生器と、
前記逆拡散処理の際、前記擬似ランダム符号発生器からのマンチェスター型擬似ランダム符号に基づき逆拡散処理を行う復調・逆拡散処理部とを備えることを特徴とする無線通信受信機。
【請求項５】
請求項３に記載の無線通信送信機において、
前記乗算器で得られた信号を増幅して送信する増幅器をさらに備えることを特徴とする無線通信送信機。
【請求項６】
請求項４に記載の無線通信受信機において、
前記受信信号に含まれるキャリア信号と周波数が等しい局部発振信号と前記受信信号とを乗算する乗算器と、
この乗算器で得られた信号から直流信号成分を除去する容量素子とをさらに備え、
前記復調・逆拡散処理部は、前記容量素子により得られた信号に対して前記逆拡散処理を行うことを特徴とする無線通信受信機。
【請求項７】
請求項３または５に記載の無線通信送信機と、
請求項４または６に記載の無線通信受信機とを備えることを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散符号を用いた演算により所望の信号を周波数拡散処理して送信し、その拡散符号を用いた演算により逆拡散処理し所望の信号を取り出して受信するスペクトル拡散通信で用いる、擬似ランダム符号発生器、無線通信送信機、無線通信受信機、および無線通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、スペクトラム拡散通信では、送信側において、送信したい情報を含むベースバンド信号に対して所定の拡散符号を用いた演算を施すことにより、そのベースバンド信号を周波数拡散して送信し、受信側において、受信信号に対して所定の拡散符号を用いた演算を施すことにより逆拡散し、元のベースバンド信号を復調するものとなっている。
従来、このようなスペクトル拡散通信では、拡散符号としてＮＲＺ（Non Return to Zero）型の擬似ランダム符号（ＰＮ符号：Pseud Noise code）を用いている。ＮＲＺ型とは、デジタルデータ伝送に用いられる符号変換則の１つで、図７の信号波形図に示すように、データのビットパターン「１／０」に対応する電位を各ビットごとに出力する方式である。図８はＮＲＺ型ＰＮ符号発生器の構成例である。
【０００３】
図９に従来のスペクトル拡散通信で用いる無線通信送信機２００および無線通信受信機２０１の構成例を示す（例えば、非特許文献１，２など参照）。
無線通信送信機２００では、前述した図８のような構成のＮＲＺ型ＰＮ符号発生器１１で、ＮＲＺ型ＰＮ符号１１Ｓを生成し、乗算器１３でベースバンド信号１２Ｓと乗算することにより周波数拡散された信号１３Ｓを生成する。そして、この信号１３Ｓと局部発振器１４からのキャリア信号１４Ｓとを乗算器１５で乗算することによりキャリア信号１３Ｓを変調し、得られた信号１５Ｓをパワーアンプ１６で増幅した後、アンテナ１７から送信するものとなっている。
【０００４】
一方、無線通信受信機２０１では、アンテナ２０から受信した受信信号２０Ｓをフィルタ２１へ入力し、キャリア信号の周波数帯に応じた信号成分の信号２１Ｓを得て、ローノイズアンプ２２で増幅した後、局部発振器２４およびπ／２移相器２５で生成された互いに９０。位相の異なる局部発振信号２５Ｉ，２５Ｑと乗算器２３Ｉ、２３Ｑでそれぞれ乗算して周波数変換する。そして、ＮＲＺ型ＰＮ符号発生器１１からのＮＲＺ型ＰＮ符号１１Ｓに基づき、復調・逆拡散処理部２６で信号２３ＩＳ，２３ＱＳを逆拡散および復調処理することにより元のベースバンド信号２６Ｓを生成するものとなっている。
【０００５】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【非特許文献１】丸林元、中川正雄、河野隆二、「スペクトラム拡散通信とその応用」、電子情報通信学会、ｐｐｌ９−２２、ＩＳＢＮ４−８８５５２−１５３−Ｘ
【非特許文献２】2003 IEEE International Solid-State Circuits Conference Digest of Technical Papers，pp.360-361
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来技術では、無線通信送信機においてＮＲＺ型ＰＮ符号を用いて周波数拡散処理を行っているため、送信信号に比較的多くのＤＣ成分を含むものとなり、利用価値のあるスペクトル拡散通信を実現できないという問題点があった。
例えば、前述の無線通信受信機では、キャリア信号周波数と等しい周波数の局部発信信号を用いるため、その局部発信信号が受信信号にリークして、乗算器出力にその信号の中点電位が上下にずれる現象すなわちＤＣ（直流）オフセットが生じ、乗算器以降の回路部で信号の劣化を生ずる。例えば、増幅器にＤＣオフセットを有する信号が入力された場合、増幅器の出力が飽和して所望の信号を増幅できない。
【０００７】
これに対して、図１０に示す無線通信受信機２０２のように、乗算器２３Ｉ，２３Ｑの後段に容量素子２７Ｉ，２７Ｑを設け、信号２３ＩＳ，２３ＱＳに含まれているＤＣオフセットを除去する構成が考えられる。しかしながら、従来技術に用いられるＮＲＺ型擬似ランダム符号のスペクトル分布９Ａは、図１１に示すようにＤＣ（周波数＝０）付近に多くの電力スペクトルを有しているため、容量素子によりＤＣカットを行うとスペクトル分布９Ｂのように変化して、Ｓ／Ｎ比が大幅に劣化するという問題があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、簡素な構成で利用価値のあるスペクトル拡散通信を実現できる擬似ランダム符号発生器、無線通信送信機、無線通信受信機、および無線通信システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明にかかる擬似ランダム符号発生器は、クロック信号を入力信号とする１／Ｎ分周器と、１／Ｎ分周器の出力信号に応じてＮＲＺ型擬似ランダム符号を発生するＮＲＺ型擬似ランダム符号発生器と、クロック信号とＮＲＺ擬似ランダム符号発生器により生成された符号とを演算し、マンチェスター型擬似ランダム符号を生成する演算器とを備えるものである。
【０００９】
この際、演算器として、乗算回路と排他的論理和とのいずれか一方を用いてもよい。
【００１０】
また、本発明にかかる無線通信送信機は、送信したい情報を含むベースバンド信号を所定の擬似ランダム符号に基づき周波数拡散処理して送信する無線通信送信機において、前述した擬似ランダム符号発生器と、この擬似ランダム符号発生器からのマンチェスター型擬似ランダム符号とベースバンド信号とを乗算することによりベースバンド信号を周波数拡散処理する乗算器とを備えるものである。
この際、乗算器で得られた信号を増幅して送信する増幅器をさらに設けてもよい。
【００１１】
また、本発明にかかる無線通信受信機は、受信信号を所定の擬似ランダム符号に基づき逆拡散処理して元のベースバンド信号を復調する無線通信受信機において、前述した擬似ランダム符号発生器と、逆拡散処理の際、擬似ランダム符号発生器からのマンチェスター型擬似ランダム符号に基づき逆拡散処理を行う復調・逆拡散処理部とを備えるものである。
この際、受信信号に含まれるキャリア信号と周波数が等しい局部発振信号と受信信号とを乗算する乗算器と、この乗算器で得られた信号から直流信号成分を除去する容量素子とをさらに設け、復調・逆拡散処理部は、容量素子により得られた信号に対して逆拡散処理を行うようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明にかかる無線通信システムは、前述した各無線通信送信機のいずれかと、前述した各無線通信受信機のいずれかとを備えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、マンチェスター型ＰＮ符号発生器において、クロック信号とこのクロック信号を１／Ｎ分周器で分周した信号から得られたＮＲＺ型ＰＮ符号とを乗算し、あるいは両者の排他的論理和を演算することによりマンチェスター型ＰＮ符号を生成するものとし、また無線通信送信機では、このマンチェスター型ＰＮ符号に基づきベースバンド信号を周波数拡散処理して送信し、無線通信受信機では、このマンチェスター型ＰＮ符号に基づき受信信号を逆拡散処理して元のべ一スバンド信号を復調するようにしたので、ＤＣ付近に信号成分を持たないスペクトラム拡散信号を用いて、スペクトル拡散通信を行うことができ、簡素な構成で利用価値のあるスペクトル拡散通信を実現できる。また、クロック信号を１／Ｎ分周器で分周した信号からＮＲＺ型ＰＮ符号を生成するようにしたので、クロック信号の周波数以外の分周された信号が利用可能となり、任意のチップ長を持つ符号を生成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる無線通信システムについて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態にかかる無線通信システムの構成を示すブロック図である。
この無線通信システムは、スペクトラム拡散通信に用いられる無線通信送信機１００と無線通信受信機１０１とから構成されており、前述した図９および図１０と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
【００１５】
無線通信送信機１００には、マンチェスター型ＰＮ符号発生器１０、乗算器１３、局部発振器１４、乗算器１５、パワーアンプ１６、およびアンテナ１７が設けられており、擬似ランダム符号を発生するＰＮ符号発生器として、マンチェスター型ＰＮ符号発生器１０を用いている点が異なる他は、前述した無線通信送信機２００（図９参照）と同じ構成である。
【００１６】
この無線通信送信機１００では、マンチェスター型ＰＮ符号発生器１０で、マンチェスター型ＰＮ符号１０Ｓを生成し、乗算器１３でベースバンド信号１２Ｓと乗算することにより周波数拡散された信号１３Ｓを生成する。そして、この信号１３Ｓと局部発振器１４からのキャリア信号１４Ｓとを乗算器１５で乗算することによりキャリア信号１４Ｓを変調し、得られた信号１５Ｓをパワーアンプ１６で増幅した後、アンテナ１７から送信するものとなっている。
【００１７】
無線通信受信機１０１には、マンチェスター型ＰＮ符号発生器１０、アンテナ２０、フィルタ２１、ローノイズアンプ２２、乗算器２３Ｉ，２３Ｑ、局部発振器２４、π／２移相器２５、復調・逆拡散処理部２６、および容量素子２７Ｉ，２７Ｑが設けられており、擬似ランダム符号を発生するＰＮ符号発生器として、マンチェスター型ＰＮ符号発生器１０を用いている点が異なる他は、前述した無線通信受信機２０２（図１０参照）と同じ構成である。
【００１８】
この無線通信受信機１０１では、アンテナ２０から受信した受信信号２０Ｓをフィルタ（ＢＰＦ）２１へ入力し、キャリア信号の周波数帯に応じた信号成分の信号２１Ｓを得る。そして、この信号２１Ｓをローノイズアンプ２２で増幅した後、局部発振器２４およびπ／２移相器２５で生成された互いに９００位相の異なる局部発振信号２５Ｉ，２５Ｑと乗算器２３Ｉ、２３Ｑでそれぞれ乗算して周波数変換する。次に、乗算器２３Ｉ、２３Ｑから得られた信号２３ＩＳ，２３ＱＳに対して容量素子２７Ｉ，２７ＱでそれぞれＤＣカットをした後、マンチェスター型ＰＮ符号発生器１０からのマンチェスター型ＰＮ符号１０Ｓに基づき、復調・逆拡散処理部２６で逆拡散および復調処理することにより元のベースバンド信号２６Ｓを生成するものとなっている。
【００１９】
図２にマンチェスター型ＰＮ符号発生器の構成例を示す。このマンチェスター型ＰＮ符号発生器１０Ａは、１／Ｎ分周器１Ａ、ＮＲＺ型ＰＮ符号発生器１、および乗算器２Ａから構成されている。１／Ｎ分周器１Ａは、入力されたクロック信号を１／Ｎ（Ｎは正整数）に分周した出力信号を生成する。ＮＲＺ型ＰＮ符号発生器１は、例えば前述した図８のような公知の構成をなし、１／Ｎ分周器１Ａからの出力信号を入力信号として、図３の信号波形図（Ｎ＝１の場合）に示すように、データのビットパターン「１／０」に対応する電位を各ビットごとに出力するＮＲＺ型ＰＮ符号１Ｓを出力する。乗算器２ＡはＮＲＺ型ＰＮ符号発生器１からのＮＲＺ型ＰＮ符号１ＳとクロックＣＬＫとを乗算（アナログ乗算）し、マンチェスター型ＰＮ符号１０Ｓを生成する。
【００２０】
マンチェスター型ＰＮ符号とは、デジタルデータ伝送に用いられる符号変換則の１つで、データのビットパターンの前後半で波形の極性が反転するのが特徴である。すなわちビットパターン「１」の場合は、前半が正レベル（ハイレベル）となり後半が負レベル（ローレベル）となる。ビットパターン「０」の場合は、前半が負レベル（ローレベル）となり後半が正レベル（ハイレベル）となる。したがって、マンチェスター型ＰＮ符号のデューティー比はほぽ５０％となり、図４に示すように、マンチェスター型ＰＮ符号のスペクトル分布９Ｃは、ＤＣ付近にほとんど電力スペクトルを持たないことになる。
【００２１】
本発明では、このようなマンチェスター型ＰＮ符号の特性に着目し、このようなＰＮ符号を用いて周波数拡散処理を行うことにより、ＤＣ付近に信号成分を持たないスペクトラム拡散信号を生成できる。したがって、無線通信受信機１０１の容量素子２７Ｉ，２７Ｑで、受信信号２３ＩＳ，２３ＱＳのＤＣオフセットを除去した場合でも、これにより減衰する電力スペクトルは小さいことからＳ／Ｎ比の劣化を回避でき、通信効率が高く利用価値のあるスペクトル拡散通信を実現できる。
また、ＮＲＺ型ＰＮ符号発生器１の入力段に１／Ｎ分周器１Ａを設けたので、クロック信号の周波数以外の分周された信号が利用可能となり、任意のチップ長を持つ符号を生成できる。
【００２２】
なお、マンチェスター型ＰＮ符号発生器１０としては、図３に示したマンチェスター型ＰＮ符号発生器１０Ａの構成のほか、図５に示すような構成を用いてもよい。このマンチェスター型ＰＮ符号発生器１０Ｂは、ＮＲＺ型ＰＮ符号発生器１と排他的論理和回路２Ｂとから構成されている。図３の構成と比較して乗算器２Ａに代えて排他的論理和回路２Ｂが用いられている他は、前述と同様である。
【００２３】
また、本実施の形態では、無線通信送信機１００と対向してスペクトラム拡散通信を行う無線通信受信機として、容量素子２７Ｉ，２７Ｑを有する無線通信受信機１０１を例として説明したがこれに限定されるものではない。例えば、図９で示したように、容量素子２７Ｉ，２７Ｑを有していない無線通信受信機、さらには直交検波を行わない無線通信受信機など、公知の無線通信受信機において、マンチェスター型ＰＮ符号発生器１０を用いるものであれば適用でき、前述と同様の作用効果が得られる。
【００２４】
［第２の実施の形態］
次に、図６を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる無線通信システムについて説明する。図６は本発明の第２の実施の形態にかかる無線通信システムの構成を示すブロック図である。
この無線通信システムは、スペクトラム拡散通信に用いられる無線通信送信機１１０と無線通信受信機１１１とから構成されており、前述した第１の実施の形態と比較してキャリア信号を用いないキャリアレスの無線通信システムである。
【００２５】
無線通信送信機１１０には、マンチェスター型ＰＮ符号発生器１０、乗算器３２、パワーアンプ３３、およびアンテナ３４が設けられており、擬似ランダム符号を発生するＰＮ符号発生器として、前述したマンチェスター型ＰＮ符号発生器１０を用いている。
この無線通信送信機１１０では、マンチェスター型ＰＮ符号発生器１０で・マンチェスター型ＰＮ符号１０Ｓを生成し、乗算器３２でベースバンド信号３１Ｓと乗算することにより周波数拡散された信号３２Ｓを生成する。そして、この信号３２Ｓをそのままパワーアンプ３３で増幅した後、アンテナ３４から送信するものとなっている。
【００２６】
無線通信受信機１１１には、マンチェスター型ＰＮ符号発生器１０、アンテナ４０、ローノイズアンプ４１、および逆拡散復調器４２が設けられており、擬似ランダム符号を発生するＰＮ符号発生器として、前述したマンチェスター型ＰＮ符号発生器１０を用いている。
この無線通信受信機１１１では、アンテナ４０から受信した受信信号４０Ｓをローノイズアンプ４１で増幅し、得られた信号４１Ｓをマンチェスター型ＰＮ符号発生器１０からのマンチェスター型ＰＮ符号１０Ｓに基づき逆拡散復調器４２で逆拡散して復調することにより元のべ一スバンド信号４２Ｓを生成するものとなっている。
【００２７】
前述したように、マンチェスター型ＰＮ符号は、ＤＣ付近にほとんど電力スペクトルを持たない。したがって、送信したいベースバンド信号３１Ｓをマンチェスター型ＰＮ符号で周波数拡散することにより、キャリア信号を用いることなく無線空間を伝搬しうる送信信号を生成することができる。
これにより、前述した第１の実施の形態の無線通信送信機１００および無線通信受信機１０１と比較して、キャリア信号を用いた変調／復調に必要な局部発振器や乗算器を持たない、極めて簡素な構成で無線通信送信機および無線通信受信機を実現でき、小型かつ安価で利用価値のあるスペクトラム拡散通信を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】マンチェスター型ＰＮ符号発生器の構成例である。
【図３】図２の各部信号を示す信号波形図である。
【図４】マンチェスター型ＰＮ符号の電力スペクトル分布である。
【図５】マンチェスター型ＰＮ符号発生器の他の構成例である。
【図６】本発明の第２の実施の形態にかかる無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図７】ＮＲＺ型ＰＮ符号を示す信号波形図である。
【図８】ＮＲＺ型ＰＮ符号発生器の構成例である。
【図９】従来の無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】従来の無線通信受信機の構成例である。
【図１１】ＮＲＺ型ＰＮ符号の電力スペクトル分布である。
【符号の説明】
【００２９】
１００…無線通信送信機、１０１…無線通信受信機、１０，１０Ａ，１０Ｂ…マンチェスター型ＰＮ符号発生器、１…ＮＲＺ型ＰＮ符号発生器、１Ａ…１／Ｎ分周器、２Ａ…乗算器、２Ｂ…排他的論理和回路、１３，１５…乗算器、１４…局部発振器、１６…パワーアンプ、１７，２０…アンテナ、２１…フィルタ、２２…ローノイズアンプ、２３Ｉ，２３Ｑ…乗算器、２４…局部発振器、２５…π／２移相器、２６…復調・逆拡散処理部、２７Ｉ，２７Ｑ…容量素子、１１０…無線通信送信機、１１１…無線通信受信機、３２…乗算器、３３…パワーアンプ、３４，４０…アンテナ、４１…ローノイズアンプ、４２…逆拡散復調器。
【図１】
2005229354.tif 000003
【図２】
2005229354.tif 000004
【図３】
2005229354.tif 000005
【図４】
2005229354.tif 000006
【図５】
2005229354.tif 000007
【図６】
2005229354.tif 000008
【図７】
2005229354.tif 000009
【図８】
2005229354.tif 000010
【図９】
2005229354.tif 000011
【図１０】
2005229354.tif 000012
【図１１】
2005229354.tif 000013