JP4558046B2 - 織り込み拡散符号のための方法 - Google Patents

Description

本発明は、パルスコンプレッションやパルスエンコーディングに用いるバーカー符号等の、織り込み拡散符号に関する。この織り込み拡散符号は、例えばダイレクトシーケンス式スペクトラム拡散通信に用いることができる。

本発明について、主として、ダイレクトシーケンス式スペクトル拡散信号を対象として説明するが、本発明は、バーカー符号の具体的な態様に制限されるものではなく、他の拡散符号を、他の態様、特に高ノイズ低信号の環境に関する用途に適用することができる。

スペクトル拡散システムでは、信号は、情報の送信に必要な最小限のバンド幅より大きなバンド幅を占めている。ベースバンドは、送信しようとするデータと無関係の符号を用いることにより伝播される。ダイレクトシーケンスとは、データ信号に符号信号を乗じて行うタイプの技術である。この符号は、バーカー符号であってもよい。

受信機では、ベースバンドを伝播するために用いられるコード化信号の同期レプリカを用いた受信信号の相関により、オリジナルデータ信号が回復される。このようにして、バーカー符号を拡散方式に用いることができる。

バーカー符号は、長さＮのシーケンスとして定義することができ、この長さＮに対して、非周期的自己相関関数は、０以上１／Ｎ以下である。バーカー符号は、バイナリーコードで与えてもよいし、非バイナリーコードで与えてもよい。バイナリーのバーカー符号は、長さ２，３，４，５，７，１１，１３のものが知られている。ここで、バーカー符号とは、＋１と−１がＮ＞＝２の長さ（個数）の列として与えられる符号である。

バーカー符号は、パルスコンプレッションやパルスコード化のプロセスで用いられる。バーカー符号を用いて、２つの信号を比較し、２つの信号が整合した場合には、最大出力を与え、そうでなければ、ゼロまたは一定の最小値を与えることができる。この比較のプロセスは、概して、相関（コリレーション）と呼ばれている。

各入力ラインの１ビットを一度に調べ、これらのビットを乗じ、これに個々の結果を加える。バーカー符号は、拡散に用いられる符号の唯一のタイプでなく、他の拡散符号を用いることもできる。

これらの利点がある一方、問題も存在する。バーカー符号を用いる場合の最も重大な問題の１つは、バンド幅を制限する必要がある場合に、パルスの包絡線が不均等になることが挙げられる。この包絡線が不均等になれば、伝送されるパルス当たりのエネルギーが小さくなってしまい、受信機の感度が低下してしまう。

したがって、本発明の主要な目的、特徴または利点は、上記した従来技術を改良することにある。

本発明の別の目的、特徴または利点は、振幅の均一性の向上を実現する符号を提供し、これにより、バンド幅を制限する必要がある場合でも、包絡線の均一性を向上させることにある。

本発明のさらに別の目的、特徴または利点は、発生したパルス当たりのエネルギを増加させる符号を提供することにある。

本発明のさらに別の目的、特徴または利点は、バーカー符号に関連する性質とほぼ同じ自己相関性を提供する符号を提供することにある。

上記以外の本発明の目的、特徴または利点は、明細書及び請求の範囲の記載より明らかになると思う。

本発明は、織り込み拡散符号の生成及び使用を提供するものである。本発明の一態様によれば、この通信方法は、バーカー符号等の織り込み拡散符号をデジタルデータに加えて信号を発生し、この信号を送信する工程を有している。織り込み拡散符号は、第１の周波数では、拡張拡散符号列から形成され、第２の周波数では、拡張拡散符号列のミラーより形成される。

本発明の別の態様によれば、織り込み拡散符号を使用して、エンコードされるデータを含む信号から、デジタルデータが抽出される。ここで用いる拡散符号は、バーカー符号が好ましいが、適切な自己相関特性を有する他の拡散符号を用いてもよい。

本発明は、織り込み拡散符号の使用方法及び通信システムで、織り込み拡散符号を使用する方法を提供するものである。

本発明は、ここに記載される具体的な具体例に制限されるものではない。説明のため、ここでは、バーカー符号を用いることとする。しかしながら、本発明は、他のタイプの拡散符号、特に、所望の自動相関特性を提供する拡散符号を用いることができる態様も含むものである。

本発明者らは、バーカー列とその鏡像との関係を研究し、これら２つの列が、交互に相互を構築し相互を破壊することを見出した。説明の目的のため、ここでは、バーカー１３列を用いるが、あらゆるバーカー列が使用可能である。

これら２列の和では、各数字に関し、交互に２と０が現れているという事実に留意すべきである。この交互に現れる２は構築を示し、０は破壊を示す。各要素が、バーカー１３列中の連続した２つの要素の平均である新しい列を構成することにより、この交互パターンを打ち消すことができる。

得られた２つのベクトルは、相互に無関係であり、拡張バーカー１３が１の時、ミラーは０になり、またミラーが１の時は、拡張バーカー１３は０になる。得られた和ベクトルがこの特性を有している点に、留意すべきである。

更に、列の包絡線はほぼ一様である。これにより、伝送されるパルス当たりのエネルギーを増加させることが可能となっている。

数学的な手法により、ベクトル[ 0.5,0.5 ]によるバーカー１３列の畳込みによって、新しい列が構築される。この数値演算により、上記の列により得られる自己相関形が大きく変更されないことが保証される。更に、操作時間が長くなれば、信号のバンド幅は狭くなる。

これら２つの列が、互いに鏡像の関係にあるので、双方の列には、正確に同じ時点で、自己相関形を発生させる対称性が要求される。異なる周波数の各列をセンタリングし、それらを絡み合わせることによって、一様な振幅及び明確な自己相関形を有する信号を得る。

太字の数字は、拡張バーカー１３列から生じたものであり、第１の周波数によって表される。斜字で示される要素は、逆列から導き出されたものであり、第２の周波数によって表される。ここで、これらの２つの列の和は、「織り込みバーカー符号」と呼ばれている符号である。

前述の方法で各バーカー符号から構築することが可能な織り込みバーカー符号が存在する。便宜上、図８においても、バーカー列から織り込みバーカー符号をどのように決定することが可能かを例示している。

図１及び図２は、織り込みバーカー符号の有用な特性を例示する。図１では、バーカー１３列の自己相関形が、列Ａによって示されている。また、拡張バーカー１３列またはそのミラーの自己相関形が、列Ｂによって示されている。拡張バーカー１３列とミラー（織り込みバーカー１３列）との和の自己相関形が、列Ｃによって示されている。

織り込みバーカー１３列Ｃの自己相関形は、バーカー１３列Ａに関する自己相関形とほぼ同じであり、したがって、バーカー列のこの利点が維持されていることは注目に値する。

図２は、織り込みバーカー符号の有用な利点の一つを例示している。特に、この織り込みバーカー符号が、バーカー１３列よりも一様性の高い振幅を有することを、図２は示している。織り込みバーカー符号の振幅が一様であるため、発生パルス当たりのエネルギーは高められる。

織り込みバーカー１３符号を含む織り込みバーカー符号に関しては、表面弾性波（ＳＡＷ）技術を用いて実行することができる。これは、例えば米国特許第６，５３５，５４５号に開示されており、この開示内容は、参照事項として、本願に包含される。

本発明の一具体例では、２つの織り込み列のそれぞれに対して、別個の周波数で、ＢＰＳＫ（二相シーケンスキーイング）を用いてエンコーディングを行う。例えば、第１の列を４８２ＭＨｚで設定し、第２の列を４９４ＭＨｚで設定してもよい。

得られた信号を伝送し、オシロスコープ上で観察した。ＰＡ（パルスの振幅）圧縮包絡線の一様性が、シミュレーションによる予測よりも高まったことが観測された。これは、図３に示されている。得られた織り込みバーカー１３符号のスペクトルは、図４に示されている。中心周波数は、２．４３８ＧＨｚに設定され、信号のバンド幅は、比較的制限されていることが注記される。

図５は、シミュレーションによる自己相関形信号と等しい織り込みバーカー１３符号の自己相関形信号を例示している。

本発明は、現在バーカー符号が用いられている用途や、振幅の一様性が高く、バンド幅が狭い場合が有利な用途を含めて、あらゆる用途における織り込みバーカー符号の使用方法を提供するものである。

図６は、織り込みバーカー符号を用いる送信器の一具体例のブロック線図を例示している。図６に示すように、入力されるデジタルデータビットには、拡張バーカー列とミラー拡張バーカー列とが、（例えば排他的論理和関数（ＸＯＲ関数）の使用により）加えられる。得られた信号は、送信信号を発生するため変調器１２によって変調される。

図７には、受信機２０が示されている。受信信号は、復調器２２に入力される。得られた信号は、フィルタリングの後、相関器２４に送信され、そこでは、拡張バーカー列及びミラー拡張バーカー列を用いて、デジタルデータが決定される。当業者であれば、本発明の織り込みバーカー符号は、あらゆる装置のハードウエアやソフトウェアに利用可能であるという利点について理解しうると思う。

以上、本発明の特定の実施態様について記載してきたが、本発明には、この他の多数の具体例や変化例が含まれる。例えば、本発明は、バーカー符号、または他の拡散符号を含め、鏡像を加えた時に、有効な自動相関信号を提供すると認められる多種の拡散符号の使用法を提供するものである。

本発明には、長さの異なる織り込み拡散符号も含まれ、また本発明には、拡張スペクトルデジタル通信以外の用途で織り込み拡散符号を使用する態様も含まれ、変調形式・周波数の差異、またこの開示の利益を享有する当業者には明らかである他の変更・変形も、本発明に含まれる。従って、これらの変形例や、その他の変形例は、本発明の範囲に含まれる。

バーカー１３列、拡張バーカー１３列またはそのミラーの自己相関形、及び拡張数列とそのミラーの和の自己相関形（織り込みバーカー列）を示すグラフである。 シミュレーションされたバーカー１３と織り込みバーカー１３の伝送信号との間の比較及び振幅の均一性における差を例示するグラフである。 織り込みバーカー１３符号の測定伝送信号を例示し、一様な包絡線を示すグラフである。 織り込みバーカー１３符号のパワースペクトルを例示する図である。 織り込みバーカー１３符号の自己相関形信号の測定値を例示する図である。 織り込みバーカー符号の使用に適した送信器の一具体例を例示する構成図である。 織り込みバーカー符号の使用に適した受信機の一具体例を例示する構成図である。 本発明の織り込みバーカー符号を導出する一具体例を例示する図である。

符号の説明

１２ 変調器
１３ 拡張バーカー
２０ 受信機
２２ 復調機
２４ 相関器

Claims (9)

1. 通信方法であって、
   要素１〜ｎから成る拡散符号Ａを提供する過程と、
   ｉ番目の要素が、符号Ａにおける（ｉ―1）番目の要素とｉ番目の要素との平均である拡張符号Ｂを得る過程と、
   符号ＢをミラーリングすることでＢの要素の位置を反転させて符号Ｃを得る過程と、
   符号Ｂと符号Ｃを合計することにより、織り込み符号Ｄを得る過程と、
   織り込み符号を用いてデータを拡張し、信号を発生する過程
   とを有することを特徴とする通信方法。
2. 織り込み拡散符号は、第１の周波数では符号Ｂから形成され、第２の周波数では符号Ｃから形成されることを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
3. 信号を伝送する過程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
4. 信号を受信する過程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
5. 信号中の相関ピークを検出してデジタルデータを抽出する過程を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の通信方法。
6. 織り込み拡散符号を用いてデジタルデータをエンコードするシステムであって、
   デジタルデータに織り込み拡散符号を加えて信号を提供する手段と、
   動作自在に前記手段に接続され、信号を変調する変調器とを備え、
   要素１〜ｎから成る拡散符号Ａを提供する過程と、ｉ番目の要素が、符号Ａにおける（ｉ―1）番目の要素とｉ番目の要素との平均である拡張符号Ｂを得る過程と、符号ＢをミラーリングすることでＢの要素の位置を反転させて符号Ｃを得る過程と、符号Ｂと符号Ｃを合計することにより、織り込み符号Ｄを得る過程と、織り込み符号を用いてデータを拡張し、信号を発生する過程とにより、織り込み拡散符号が得られることを特徴とするシステム。
7. 拡散符号は、バーカー符号であることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. 織り込み拡散符号により、エンコードされる信号からデジタルデータを抽出するシステムであって、
   復調された信号を提供する復調器と、
   動作自在に復調器に接続し、織り込み拡散符号を復調信号に相関させるよう構成された相関器とを備え、
   要素１〜ｎから成る拡散符号Ａを提供する過程と、ｉ番目の要素が、符号Ａにおける（ｉ―1）番目の要素とｉ番目の要素との平均である拡張符号Ｂを得る過程と、符号ＢをミラーリングすることでＢの要素の位置を反転させて符号Ｃを得る過程と、符号Ｂと符号Ｃを合計することにより、織り込み符号Ｄを得る過程と、織り込み符号を用いてデータを拡張し、信号を発生する過程とにより、織り込み拡散符号を得るようになっていることを特徴とするシステム。
9. 拡散符号は、バーカー符号であることを特徴とする請求項８に記載のシステム。

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