(57)【要約】【課題】秘匿性を確保しつつＰＡＰＲが大きくなるのを防止し、なおかつ復調性能が劣化するのを防止可能な無線通信装置を得ること。【解決手段】本発明は、スペクトル拡散通信を行う無線通信装置であって、Ｍ系列の各要素に対して周波数軸上でオフセットを与え、さらに時間軸上の信号に変換して拡散系列を生成する拡散系列生成手段（Ｍ系列生成部１，オフセット付加部２，周波数時間変換部３）、を備え、信号送信時の拡散処理および信号受信時の逆拡散処理で前記拡散系列を使用することとした。【選択図】図１
2013162293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトル拡散通信を行う無線通信装置であって、
Ｍ系列の各要素に対して周波数軸上でオフセットを与え、さらに時間軸上の信号に変換して拡散系列を生成する拡散系列生成手段、
を備え、
信号送信時の拡散処理および信号受信時の逆拡散処理で前記拡散系列を使用することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記拡散系列生成手段は、前記Ｍ系列の自己相関がピークとなるタイミング以外における自己相関値が０となるように、前記各要素に一定のオフセットを与えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
スペクトル拡散通信を行う無線通信装置を構成する無線送信装置であって、
Ｍ系列の各要素に対して周波数軸上でオフセットを与え、さらに時間軸上の信号に変換して拡散系列を生成する拡散系列生成手段と、
一次変調が行われた送信系列に前記拡散系列を乗算して拡散変調を行う拡散変調手段と、
を備えることを特徴とする無線送信装置。
【請求項４】
前記拡散系列生成手段は、前記Ｍ系列の自己相関がピークとなるタイミング以外における自己相関値が０となるように、前記各要素に一定のオフセットを与えることを特徴とする請求項３に記載の無線送信装置。
【請求項５】
スペクトル拡散通信を行う無線通信装置を構成する無線受信装置であって、
Ｍ系列の各要素に対して周波数軸上でオフセットを与え、さらに時間軸上の信号に変換して拡散系列を生成する拡散系列生成手段と、
拡散変調された状態の受信信号に前記拡散系列を乗算して逆拡散を行う逆拡散手段と、
逆拡散後の受信信号を復調する復調手段と、
を備えることを特徴とする無線受信装置。
【請求項６】
スペクトル拡散通信を行う無線通信装置を構成する無線受信装置であって、
Ｍ系列の各要素に対して周波数軸上でオフセットを与えて拡散系列を生成する拡散系列生成手段と、
拡散変調された状態の受信信号を周波数軸上の信号に変換する時間周波数変換手段と、
周波数軸上の受信信号に前記拡散系列を乗算して逆拡散を行う逆拡散手段と、
逆拡散後の受信信号を時間軸上の信号に変換する周波数時間変換手段と、
前記周波数時間変換手段により変換された後の受信信号を復調する復調手段と、
を備えることを特徴とする無線受信装置。
【請求項７】
前記拡散系列生成手段は、前記Ｍ系列の自己相関がピークとなるタイミング以外における自己相関値が０となるように、前記各要素に一定のオフセットを与えることを特徴とする請求項５または６に記載の無線受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペクトル拡散通信を行う無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スペクトル拡散通信は送信信号を拡散し広帯域に広げて伝送する方式であり対干渉性能の改善や秘匿性が向上するため携帯電話などに用いられている。拡散方式としては送信信号に広帯域の拡散系列を乗算する直接拡散方式があり、下記特許文献１には周波数軸上の系列の逆フーリエ変換を行って送信する方式が開示されている。
【０００３】
周波数軸上で一定振幅の系列は、ウィナーヒンチンの定理（電力スペクトルのフーリエ逆変換は信号ｘ(ｔ)の自己相関に等しい）より、その時間軸での自己相関は「１／帯域幅」のサンプル毎に０となるゼロオートコリレーションを容易に実現できるという特徴がある。また、受信側においては周波数軸上の積により拡散系列と受信信号との時間軸上での畳みこみ演算が行えることから少ない処理量で同期処理が行える利点がある。しかしながら、周波数軸上で一定振幅かつ位相がランダムな系列は時間軸上ではガウス分布となるため、ＰＡＰＲ（peak-to-average  power  ratio）が大きくなる問題がある。このため、特許文献１ではＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列等のＣＡＺＡＣ（Constant  Amplitude  Zero  AutoCorrelation  sequence）符号を用いる方法が開示されている。ＣＡＺＡＣ符号をフーリエ変換した系列はウィナーヒンチンの定理より、時間軸上においてもゼロオートコリレーションかつ一定振幅となる。Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列は以下に示す式で表わされる系列であり、時間の経過とともに周波数が一定速度で変わることからチャープ系列とも呼ばれる。Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列を離散フーリエ変換した系列もまたＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列となる。
【０００４】
【数１】
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【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８９７４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、Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列等のチャープ系列は周波数を一定速度でスイープする単純な波形であるため秘匿性が低く傍受されやすいという問題があった。
【０００７】
また、周波数軸を一定速度でスイープするため時間ずれと周波数ずれを判別することが困難であり復調において時間ずれや周波数ずれの補正が不完全となり復調性能が劣化するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スペクトル拡散通信システムにおいて、秘匿性を確保しつつＰＡＰＲが大きくなるのを防止し、なおかつ復調性能が劣化するのを防止可能な無線通信装置、無線送信装置および無線受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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、スペクトル拡散通信を行う無線通信装置であって、Ｍ系列の各要素に対して周波数軸上でオフセットを与え、さらに時間軸上の信号に変換して拡散系列を生成する拡散系列生成手段、を備え、信号送信時の拡散処理および信号受信時の逆拡散処理で前記拡散系列を使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、拡散変調した信号は、秘匿性を確保することができ、かつ受信側で時間ずれと周波数ずれを検出して補正することが可能な信号となり、復調性能を改善できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、Ｍ系列生成装置の一例を示す図である。
【図２】図２は、Ｍ系列発生器の構成例を示す図である。
【図３】図３は、図２に示したＭ系列発生器により生成されるＭ系列の自己相関を示す図である。
【図４】図４は、図１に示したＭ系列生成装置を備えたスペクトル拡散無線送信装置の構成例を示す図である。
【図５】図５は、図１に示したＭ系列生成装置を備えたスペクトル拡散無線受信装置の構成例を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態４のスペクトル拡散無線受信装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる無線通信装置、無線送信装置および無線受信装置の実施の形態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。
【００１３】
実施の形態１．
本実施の形態の無線通信装置は、スペクトル拡散通信システムを構成し、拡散系列としてＭ系列を使用する。本実施の形態では、拡散系列として使用するＭ系列の生成方法について説明する。
【００１４】
図１は、本発明にかかる無線通信装置が拡散・逆拡散処理で使用するＭ系列を生成するＭ系列生成装置の一例を示す図である。拡散系列生成手段であるＭ系列生成装置は、Ｍ系列生成部１、オフセット付加部２および周波数時間変換部３を備えている。
【００１５】
Ｍ系列とはＮ段のＬＦＳＲ（Linear  Feedback  Shift  Register）により生成される最長周期の系列であり、ＧＦ（２）上のＭ系列の場合はシフトレジスタの各段の値は０または１であり、その系列長ｎは２＾Ｎ−１となる。０，１の系列は１，−１または−１，１にマッピングされる。
【００１６】
ここで、Ｍ系列をｍ(ｋ)（ｋは整数）とした場合の自己相関Ｒ（τ）を次式（１）のように定義する。なお、τは整数とする。
【００１７】
【数２】
2013162293.tif 000004
【００１８】
Ｍ系列はＣＡＺＡＣではなくその自己相関のタイミングの一致しない部分では相関値Ｒ（τ）は−１となる。また、１周期あたりの１と０の数を比較すると１が一つ多い。
【００１９】
一例として、ＬＦＳＲ７段の周期１２７のＭ系列発生器（図１に示したＭ系列生成部１に相当する）を図２に示す。ＬＦＳＲはシフトレジスタと帰還タップと加算器とにより構成され、ＧＦ（２）上のＭ系列では加算器はＥＸ−ＯＲと同じになる。図２に示したＭ系列発生器により生成されるＭ系列の自己相関を図３に示す。タイミングの一致するτ＝０では系列長１２７となりτ≠０においては−１となる。
【００２０】
周波数軸上の系列を時間軸にした場合に定振幅とするにはウィナーヒンチンの定理より、その自己相関のタイミングが一致しない部分の値を完全に０とする必要があることから、Ｍ系列は時間軸で定振幅とならない。そこで、タイミングが一致しない部分の自己相関を０とするために、Ｍ系列にオフセット値αを加算する。
【００２１】
以下に０，１を１、−１にマッピングした場合においてタイミングが一致しない部分の自己相関を０とするオフセット値αの導出を示す。
【００２２】
オフセットしたＭ系列をｍα(ｋ)（ｋは整数）とし、次式（２）に示したように定義する。
ｍα(ｋ)  ＝  ｍ(ｋ)  ＋  α      …（２）
【００２３】
ここで、オフセットしたＭ系列ｍα(ｋ)の自己相関Ｒα（τ）を求めると上記の式（１）より次式（３）となる。
【００２４】
【数３】
2013162293.tif 000005
【００２５】
ここで、τ≠０の場合は次式（４）で表される。
Ｒα(τ)  ＝  −１−２αｍ＋ｎα      …（４）
この式（４）で表された自己相関Ｒα(τ)が０となるαは、２次方程式の根の公式より求めることができ、次式（５）となる。
【００２６】
【数４】
2013162293.tif 000006
【００２７】
例えば、系列長ｎ＝１２７の場合、αは、０．０９６９５８３３５または−０．０８１２１０３０３となる。
【００２８】
αによりオフセットしたＭ系列において、タイミングが一致しない部分の自己相関は０となるため、このオフセットしたＭ系列を周波数軸で生成し、時間軸に変換した信号は完全に一定振幅となる。しかしながら、周波数軸上での振幅が一定ではなくなることから時間軸に変換した信号の自己相関は完全にゼロオートコリレーションではなくなる。一定振幅とゼロオートコリレーションはトレードオフの関係にあり、αの値は適応するシステムに応じて調整が可能である。
【００２９】
以上のことから、図１に示したＭ系列生成装置においては、図２に示したような構成のＭ系列生成部１がＬＦＳＲによりＭ系列を生成し、オフセット付加部２は、Ｍ系列生成部１で生成されたＭ系列に対してオフセット値αを付加（加算）する。周波数時間変換部３は、オフセット付加部２でオフセット値αが付加された後のＭ系列の周期ｎサンプルの系列に対して離散フーリエ変換を行い、拡散系列を生成する。具体的には、次式（６）に示す行列演算を行って離散フーリエ変換を行う。ｎ個の時系列の波形をｔ(ｋ)（ｋは１〜ｎの整数）としている。
【００３０】
【数５】
2013162293.tif 000007
【００３１】
Ｗkは次式で示される。ｊは虚数単位である。この離散フーリエ変換はＦＦＴ等の高速演算アルゴリズムを用いて行うことができる。
【００３２】
【数６】
2013162293.tif 000008
【００３３】
このように、本実施の形態の無線通信装置は、Ｍ系列に対してオフセットを付加することにより、自己相関がピークとなるタイミング以外における相関値が０となる系列を生成し、拡散系列として使用することとした。周波数軸上でオフセットを付加したＭ系列を用いて拡散変調した信号は時間軸上でほぼ定振幅になるとともに時間相関もほぼゼロオートコリレーションとなり、さらにランダム性があるため、秘匿性を確保することができ、受信側で時間ずれと周波数ずれを分離できない課題も解決して復調性能を改善できる。また、ＣＡＺＡＣ符号を拡散系列として用いた場合と同様に、ＰＡＰＲが大きくなるのを防止できる。
【００３４】
実施の形態２．
図４は、図１に示したＭ系列生成装置を備えたスペクトル拡散無線送信装置の構成例を示す図である。図４に示したスペクトル拡散無線送信装置は、送信側の無線通信装置において、情報系列を拡散変調して送信する。
【００３５】
図４に示したように、本実施の形態のスペクトル拡散無線送信装置は、実施の形態１で説明したＭ系列生成装置（Ｍ系列生成部１、オフセット付加部２および周波数時間変換部３）と、情報を一次変調する情報変調部４と、一次変調後の信号に対してＭ系列生成装置で生成された拡散系列を乗算する乗算器５と、乗算器５で拡散された後の信号をフィルタリングするフィルタ部６と、帯域制限を実施した後の信号をキャリア周波数にアップコンバートする周波数変換部７と、アップコンバート後の信号を増幅する増幅器８と、電波を送信するアンテナ９と、を備える。
【００３６】
このスペクトル拡散無線送信装置によれば、秘匿性が確保でき、かつ受信側で時間ずれと周波数ずれを判別して補正することが可能な変調信号を生成して送信できる。
【００３７】
実施の形態３．
図５は、図１に示したＭ系列生成装置を備えたスペクトル拡散無線受信装置の構成例を示す図である。図５に示したスペクトル拡散無線受信装置は、図４に示したスペクトル拡散無線送信装置を備えた無線通信装置から送信された信号を受信する無線通信装置を構成する。このスペクトル拡散無線受信装置は、拡散変調された信号を逆拡散して復調し、元の情報系列を復元する。
【００３８】
図５に示したように、本実施の形態のスペクトル拡散無線受信装置は、実施の形態１で説明したＭ系列生成装置（Ｍ系列生成部１、オフセット付加部２および周波数時間変換部３）と、電波を送信するアンテナ１０と、受信電波を増幅する低雑音増幅器１１と、キャリア周波数をダウンコンバートする周波数変換部１２と、ダウンコンバート後の信号に対してＭ系列生成装置で生成された拡散系列を乗算して逆拡散を行う乗算器１３と、逆拡散後の信号をフィルタリングするフィルタ部１４と、フィルタリング後の信号を復調する復調部１５と、を備える。
【００３９】
本実施の形態のスペクトル拡散無線受信装置によれば、実施の形態２のスペクトル拡散無線送信装置から送信された変調信号を復調できる。
【００４０】
実施の形態４．
図６は、図４に示したスペクトル拡散無線送信装置から送信された信号を受信するスペクトル拡散無線受信装置の構成例を示す図である。実施の形態３で説明したスペクトル拡散無線受信装置（図５参照）は、図６に示した構成のスペクトル拡散無線受信装置に変形できる。図６に示したスペクトル拡散無線送信装置は、受信信号に対し、周波数軸上で拡散系列を乗算して逆拡散を行うスペクトル拡散無線受信装置である。
【００４１】
図６に示したように、本実施の形態のスペクトル拡散無線受信装置は、実施の形態１で説明したＭ系列生成装置が備えていたＭ系列生成部１およびオフセット付加部２と、実施の形態３のスペクトル拡散無線受信装置が備えていたアンテナ１０、低雑音増幅器１１、周波数変換部１２、フィルタ部１４および復調部１５と、時間周波数変換部１６と、乗算器１７と、周波数時間変換部１８と、を備えている。
【００４２】
上記構成のスペクトル拡散無線受信装置においては、周波数変換部１２でダウンコンバートされた後の信号をフィルタ部１４でフィルタリングし、さらに、時間周波数変換部１６で周波数軸上の信号に変換し、周波数領域で逆拡散を行う。すなわち、乗算器１７が、周波数軸上の受信信号に対し、Ｍ系列生成部１およびオフセット付加部２が生成した周波数軸上の拡散系列（Ｍ系列にオフセットαを与えて得られた系列）を乗算する。そして、逆拡散後の信号を周波数時間変換部１８が時間軸上の信号に変換し、復調部１５が復調を行う。
【００４３】
この構成によれば、周波数軸上の積により時間軸上の畳みこみ演算がおこなわれるため、周波数時間変換部１８の出力はインパルス状となり、復調部１５ではインパルのピークをサンプルして復調を行うことで、タイミング同期を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明にかかる無線通信装置は、スペクトル拡散通信システムに有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１  Ｍ系列生成部
２  オフセット付加部
３，１８  周波数時間変換部
４  情報変調部
５，１３，１７  乗算器
６，１４  フィルタ部
７，１２  周波数変換部
８  増幅器
９，１０  アンテナ
１１  低雑音増幅器
１５  復調部
１６  時間周波数変換部
【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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