JPH0157853B2

JPH0157853B2 -

Info

Publication number: JPH0157853B2
Application number: JP55094122A
Authority: JP
Inventors: Pieeru Josefu Aretsukisu Roje
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-07-13
Filing date: 1980-07-11
Publication date: 1989-12-07
Also published as: US4346475A; JPS5616343A; GB2054327B; FR2461411A1; DE3025902C2; FR2461411B1; GB2054327A; DE3025902A1

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は送信部と受信部とを具え、前記送信部
は第１レベルおよび第２レベルの２つのレベルで
送信されるべきデータを受信するための端子と、
コード・ワードＤのうちから選択されたスプレツ
デイング・コード・ワードを第１レベルに対応付
け、かつその反転コード・ワードを第２レベルに
対応付けるための調整装置と、伝送チヤンネルを
経て該調整装置の出力信号を送信するための伝送
回路とを有しており、他方前記受信部は前記伝送
チヤンネルからの信号を受信して前記調整装置の
出力信号を伝送後に再生するための受信回路と、
発振回路によつて処理されたシフト信号用の入力
部を有し再生された信号および前記コード・ワー
ドを相関させるための相関回路と、送信されたデ
ータを別の処理のために利用できるようになすた
めの出力端子とを有している、スプレツド・スペ
クトラム原理に基づくデータ伝送方式に関する。スプレツド・スペクトラム原理（Spread
spectrum principle）に基づくこれら伝送方式は
混信等を阻止するために良く使用されている。こ
れら方式およびその使用については次に掲げる刊
行物に記載されている。すなわち −JOHN WILEY AND SONS（NEW
YORK）社発行の論文集「Ａ WILEY−
INTERSCIENCE PUBLICATION」中のR.C.
Dixonによる論文「Spread Spectrum System」 −文献「LE JOURNAL DES
TELECOMMUNICATIONS」Vol.45−１／
1978中のW.F.UTLAUTによる論文「Principes
des techniques d'etalement du spectre−
possibilite´s d'application dans l´utilisation e
t
l´attribution des fre´quences radio e´lectriq
ues」これら方式によれば、データすなわち所定の持
続時間を有する各２値要素（binary element）
を伝送するために、より短かい持続時間を有する
複数個の２値要素を送信する。この複数個の２値
要素はデータの一方の値に対するスプレツデイン
グ・コード・ワードまたはデータの他方の値に対
する反転コード・ワードのいずれかに対応してい
る。上記スプレツデイング・コード・ワードの選
択は重要である。このコード・ワードは適当な
「自己相関特性」を有する必要がある。すなわち
このワード自体の相関が、零に等しい一次的なシ
フトに対しては、他のシフトとは異なり、最大ま
たは最小となる。フランス特許第２，363，268号明細書には、２
個のスプレツデイング・コード・ワードを用いた
この種のシステムが開示されている。この既知の
システムにおいては、コードＤのコンプリメンタ
リ・ワード群（complementary words）から選
択された特定の一対のコード・ワードＤを前記ス
プレツデイング・コード・ワードとして用い、こ
の一対で送信すべきデータの一方の信号レベル
（例えば、“１”）を表している。また、上記デー
タの他方の信号レベル（例えば“０”）は上記一
対のコード・ワードＤの反転ワードで表される。
なお、前記コードＤは、文献「IRE
Transactions on Information Theory」の1960
年６月号に記載されたGeorge R.WELTIによる
論文「Quaternary Codes for Pulse Radar」お
よび同文献の1961年４月号に記載されたMarcel
J.B.Golayによる論文「Complementary Series」
において定義されている。前記既知のシステムに
おいては、上記一対のコード・ワードＤの一方の
コード・ワードＤ（以下、第１のコード・ワード
と呼ぶ）として、１１１ −１ −１ −１１ −
１なるコード・ワードＤが用いられている。また、
上記一対のコード・ワードＤの他方のコード・ワ
ードＤ（すなわち、前記第１のコード・ワードの
コンプリメンタリ・ワードであり、以下第２のコ
ード・ワードと呼ぶ）としては、１１１ −１１１ −１
１なるコード・ワードＤが用いられている。この第
２のコード・ワードは、第１のコード・ワードの
後半の４ビツトのみを反転したものである。ま
た、これら第１および第２のコード・ワードの反
転ワードは、各々、 −１ −１ −１１１１ −１
１および、 −１ −１ −１１ −１ −１１ −１となる。上記既知のシステムの送信部においては、前記
一方の信号レベルは前記第１および第２のコー
ド・ワードの対として送信され、また、前記他方
の信号レベルは、前記反転ワードの対として送信
される。したがつて、このシステムにおいては、
各信号レベルを２つのコード・ワードとミキシン
グするためのミキシング手段が必要である。ま
た、このシステムの受信部においては、受信され
た信号が前記第１のコード・ワードに対応する信
号部分と前記第２のコード・ワードに対応する信
号部分とに分割され、各々別の相関付けチヤンネ
ルに導かれる。そして、これらの相関付けチヤン
ネルにおいては、前記第１のコード・ワードに対
応する信号部分と前記第１のコード・ワードとの
相関がとられる一方、前記第２のコード・ワード
に対応する信号部分と前記第２のコード・ワード
との相関がとられる。そして、これら２つの相関
付けチヤンネルの出力が合成されて前記データ信
号が再生される。上記既知のシステムにおいて、各信号レベルに
就き一対のコード・ワードが用いられる理由は次
のごとくである。すなわち、前記コード・ワード
Ｄの自己相関関数とこのコード・ワードＤのコン
プリメンタリ・ワードの自己相関関数とを合成す
ると、得られる自己相関関数のコントラストが良
くなるためである。例えば、前記コード・ワード
Ｄが、１１１ −１ −１ −１１ −１なる８エレメント（ビツト）からなる場合、この
コード・ワードの、ずれがない場合、１エレメン
ト分ずれた場合、２エレメント分ずれた場合、…
７エレメント分ずれた場合の自己相関関数は、
各々、８、１、０、−３、０、−１、０、−１となる。この場合、上記コード・ワードＤの例え
ば１エレメント分ずれた場合の自己相関関数
“１”は、１１１ −１ −１ −１１ −１０
０＊０１１１ −１ −１ −１１ −１
００１１ −１１１ −１ −１０
０なる計算式のＲの行の各エレメントを加算すれば
求められる。一方、前記コード・ワードＤのコン
プリメンタリ・ワードの、ずれがない場合、１エ
レメント分ずれた場合、２エレメント分ずれた場
合、…７エレメント分ずれた場合の自己相関関数
も同様にして求められ、各々、８、−１、０、３、０、１、０、１となる。これら自己相関関数を、各シフト量につ
き、先のコード・ワードＤの自己相関関数と加算
すると、ずれがない場合の自己相関関数の加算結
果は16、それ以外のずれの場合の加算結果は各自
己相関関数が互いに打ち消し合うので零となり、
結果として自己相関関数のコントラストが良くな
る。また、上記一対のコード・ワードＤの２個の
反転ワードの自己相関関数の和も同様に良好なコ
ントラストを示し、そのずれのない場合の自己相
関関数は−16となる。しかしながら、上記の既知のシステムは、送信
側で各信号レベルを２つのコード・ワードとミキ
シングしなければならず、受信側では２つの相関
付けチヤンネルを用いて相関付けを行うと共にこ
れらの相関結果を合成しなければならないため、
多くの構成要素を必要とするという欠点がある。本発明の目的はかかる欠点を解決したデータ伝
送方式を提供するにあり、かかる目的を達成する
ため本発明による伝送方式は前記スプレツデイン
グ・コード・ワードを形成する各２値要素の持続
時間の偶数倍に等しいシフトの各々に対しては導
通とされるように前記発振回路から生じた信号で
制御されるゲート回路を、前記相関回路の出力部
と前記受信部の前記出力端子との間に設けてある
ことを特徴とする。本発明は、自己相関関数がその最大値または最
小値をとる零シフト以外の全ての偶数の一時的シ
フトに対してはコード・ワードＤの自己相関関数
が零の値を有するという事実を利用するものであ
る。これら方式において大切なことは、受信部にお
いて、スプレツデイング・コード・ワードを形成
する２値要素に同期をとられた相関回路用のシフ
ト信号を得ることである。この同期を行なわせる
ため、本発明による伝送方式においては、前記シ
フト信号用の入力部に供給される信号の周波数は
前記スプレツデイング・コード・ワードを形成す
る２値要素が出現する率の２倍の率であり、さら
に前記相関回路はその入力部に供給される信号を
前記２倍の率で積分するための第１積分回路と、
この第１積分回路の出力部に接続された入力部お
よび相関させられたサンプル対が現われる出力部
を有するアナログ信号用のシフト・レジスタとを
具えており、さらにこれらサンプル対の全てに同
一極性を与えるための第１手段を備えており、該
第１手段の後段には前記サンプル対の各々の第１
サンプルまたは第２サンプルの極性を変えるため
の第２手段が続いており、前記発振回路に対し補
正信号を供給するために前記第２手段の出力部に
積分手段を接続させることができる。以下、図面により本発明の実施例につき説明す
る。ここでは、コード・ワードＤを、本発明に利用
される性質、すなわち零に等しくない偶数のシフ
トに対しその非周期的自己相関関数が零であつて
本発明による伝送方式に使用して好適であるよう
な性質の各ワードとする。これらワードは前述したG.Weltiによる文献に
記載された方法で得てもよい。これらワードを群
に分け、ｋ番目のすなわちｋ次の群を長さ2^kのｉ
個のワードD^k _i（ここで１＜ｉ＜2^kとする）から形
成する。これらワードを形成するための最も簡単な手段
は帰納法（induction method）を使用する方法
である。今、2^k個のワードD^k _iをテーブルに従つ
て配置して方形マトリツクスを形成し、これを２
つの等しい部分ＡとＢとに分ける。すなわち（ｋ＋１）次の群はこの群から出発して次の関
係式によつて得る：ここでマトリツクス中のなる記号は１が−１
で置換されおよび−１が１で置換されたことを示
す。出発点をとする。これらワードの基本的な性質は零に等しくない
偶数シフトに対し非周期的自己相関関数が零であ
るということである。各ワードを、偶数番目の要素から奇数番目の要
素を分離することによつて、元の長さの半分の長
さを夫々有する２つのワードに分けてもよい。こ
れら分けられたワードは前述したJ.E.Golayによ
る文献に説明されている「コンプリメンタリー・
シリーズ（complementary series）」と称せられ
るものである。一対のコンプリメンタリー・シリーズから出発
して別のコンプリメンタリー・シリーズを次の６
通りの方法のうちの１つの方法を用いて形成する
ことができる。これらの方法は (a) ２つのシリーズを相互交換すること、 (b) 第１シリーズの順序を逆にすること、 (c) 第２シリーズの順序を逆にすること、 (d) 第１シリーズを反転させること（すなわち１
を−１で置換しおよび−１を１で置換するこ
と）、 (e) 第２シリーズを反転させること、 (f) 各シリーズの偶数番目の要素を反転させるこ
と。群D² _iの形成について説明すると、出発点を関
係式（R3）：

【式】および

【式】とし、式（R2）を適用することによつてを得る。さらに、前述した群を基礎として第２群を形成
することが出来るが、これを例えば前述した(d)お
よび(e)の方法を用いて行なう。すなわちである。８個の２値要素を有している群は例えばのように常に書き表わすことができる。以下の説明においては、ワードD³ ₆を使用する。
このワードは１、−１、１、１、−１、１、１、１
である。第１図に示す伝送方式の装置は送信部１と受信
部２とを具える。送信しようとするデータを端子
５に一連の２値要素の形態で得ることができる。
この端子には乗算器６の一方の入力部を接続し、
この乗算器の他方の入力部をコード・ワードＤを
発生する発生器７に接続する。この乗算器の機能
は次の通りである。すなわち、送信されるべきデ
ータの値が＋１であるときは、シーケンス：１、
−１、１、１、−１、１、１、１をその出力部に
発生し、この送信されるべきデータの値が−１で
あるときは、シーケンス：１、＋１、−１、−１、＋
１、−１、−１、−１をその出力部に発生するよう
に作動する。従つて、送信されるべきデータのス
ペクトルの幅が８倍にされたことになる。これら
シーケンスを無線伝送するために、高周波数変調
器８を用い、これを高周波搬送波発生器９で制御
し、さらに空中線１０を用いる。空中線によつて送信された搬送波を受信するた
めに受信部２の領域内に空中線２０を設け、これ
で受信した搬送波を、発生器２２から信号を受け
る復調器２１で復調した後その復調器２１の出力
部２３に乗算器６の出力信号の再生信号を雑音が
除去された状態で得る。この出力端子２３を相関
回路２４の入力部に接続し、その出力部２６を後
述するように出力端子２８へ接続する。この相関
回路２４は入力部３０を有し、ここでシフト信号
すなわちこの相関回路２４内でのシフトの速度を
決定する信号を受信するが、これらシフト信号の
元となる信号は電圧制御型発振器で構成した発振
回路３２から受信する。これらシフト信号の元と
なる信号の持続時間Ｔは、相関回路２４の一部分
を形成するレジスタ３４から得られるコード・ワ
ードを形成している各２値要素の持続時間と等し
い。本発明による伝送方式は相関回路２４の出力部
２６と受信部２の出力端子２８との間にゲート回
路３５を設け、このゲート回路を発振回路３２に
よつて生ぜしめられた信号で制御してこのゲート
回路を、スプレツデイング・コード・ワードを構
成する２値要素の持続時間Ｔの偶数倍に等しいシ
フト毎に、導通させるようになし、これを発振回
路３２の出力部とゲート回路３５の制御入力部と
の間に配置した２分の１分周器３７を用いて行な
う。この分周器３７はトリガ端子３８を有し、こ
のトリガ端子を正または負のスレツシヨールド回
路すなわち検出器４０の出力部に接続し、この検
出器の入力部を出力端子２８へ接続して相関回路
２４の出力信号の最大値または最小値を検出した
ら直ちに分周器３７が計数を開始するようになし
てある。４２は単安定回路であつて、検出器４０
が１つの信号を放出すると直ちに持続時間Ｔの１
つのパルスを生ずる。この回路４２の出力信号を
第２のゲート回路４４の制御端子に供給してこれ
を非導通状態に調整する。さらに整流回路４６は
ゲート回路４４の出力部に得られる電圧を２乗し
て電圧制限回路４８に供給しここでこの電圧信号
の振幅を制限する。この電圧制限回路４８の次段
には乗算器５０があり、この乗算器の一方の入力
部を電圧制限回路４８の出力部へ接続させ、その
他方の入力部を移相回路すなわちＴ／２に等しい
遅延時間を生ずる移相回路５２の出力部へ接続す
る。乗算器５０の出力部を積分回路５４を経て発
振回路３２の周波数制御端子に接続する。相関回路２４は積分回路６０を具え、この積分
回路によつて復調器２１の出力部２３をアナログ
信号用15段シフト・レジスタ６２の入力部へ接続
し、この積分回路６０を２倍の逓倍器６４から得
られる信号で制御し、この逓倍器の入力部を発振
回路３２の出力部に接続する。この積分回路６０
はＴ／２の順次の期間中に復調器２１から供給さ
れた信号を積分した信号を生ずる。図中、この積
分回路６０は２つの積分器６６および６８を具え
ていて、これら積分器には第１スイツチ７０を介
して交互に復調器２１の出力信号を送給し、その
出力信号を第１スイツチと同期制御された別のス
イツチ７２によつて交互に切換えて供給する。
尚、積分回路６０およびシフト・レジスタ６２す
なわち遅延線６２を電荷結合デバイス（CCD）
を以つて構成してもよい。相関に対して必要であ
るのはシフト・レジスタ６２の奇数の位置のみで
あり、すなわち乗算器Ｍ１〜Ｍ８はシフト・レジ
スタ６２の奇数番目の位置の２値要素にレジスタ
３４のコード・ワードＤの要素を掛け合わせる。
この相関処理の結果が総和増幅器７５の出力部２
６に得られる。コード・ワードを変えようとする
場合には、全回路を電荷結合デバイスを持つた相
関回路によつて実現することが可能である。次に第２図ないし第４図を参照して本発明の動
作につき説明する。一例として送信されるべき情報が夫々値が＋
１、−１、−１、＋１である２値要素“ebA”、
“ebB”、“ebC”、“ebD”から成るとする。この一
連の情報を選択されたコード・ワードＤによつて
“変調”すると、一連の信号が乗算器６の出力部
に生じると共に、これら信号が復調器２１の出力
部２３にも生じる。第２図ないし第４図ではこの
一連の信号を２３を附した線で示してある。動作
の説明の簡単化のために、特に空中線１０および
２０間での伝送中に生じた雑音を無視するとす
る。第２図ないし第４図に６４で示した矢つき線
分は回路６４の力信号の能動端縁のみを示してい
る。その下側に示した表はシフト・レジスタ６２
の書込み態様を示す。この表の最下ラインは相関
回路２４の出力部２６における信号のデイジタル
値を表わしている。２６は相関回路２４の出力部
２６に現われる信号の変化を表わすラインであ
り、５２は移送回路５２の出力部の信号の変化を
表わすラインを示しており、さらに５０は乗算器
５０の出力部における信号を表わしているライン
を示す。第２図は同期した場合の状況を示していて、２
６で示す信号の破線で示したローブL₁，L₂およ
びL₃は自己相関関数の最大または最小のいずれ
かを示している。この出力部２６の信号はさらに
主ローブL₁およびL₂間に位置したローブに対す
る２次ローブLS₁，LS₂，LS₃およびLS₄を有して
いる。主ローブに対して零シフトを割当てた場合
には、これら２次ローブは奇数のシフト１Ｔ，３
Ｔ，５Ｔおよび７Ｔにおいてのみ現われしかもそ
の自己相関関数は（雑音を無視して）偶数のシフ
ト２Ｔ，４Ｔ，６Ｔでは零である。ゲート回路３
５をシフト０Ｔ，２Ｔ，４Ｔ，６Ｔに対して導通
となすので、出力部２８でみられる自己相関関数
は、雑音を考慮しない場合には、適当なコントラ
ストを示す。スレツシヨールド回路４０は各主ロ
ーブの開始を検出し、単安定回路４２によつてゲ
ート回路４４を非導通状態に調整する。従つて、
このゲート回路４４以後の回路によつては主ロー
ブの検出は行なわれない。各２次ローブは回路４
６によつて同一極性が与えられ、電圧制限回路４
８は信号の大きさ（ダイナミツク）を制限する。
これらローブを乗算器５０によつて分割すること
ができる。一方、各ローブは各々Ｔ／２に等しい
時間期間中に実行される２度の相関処理の結果に
よつて形成されることがわかる。これら２個の相
関は乗算器５０によつて分離されるが、その第１
相関は＋１で乗算し、第２相関では−１で乗算
し、これら値＋１および−１の信号は移相器５２
から生ぜしめている。ライン２６がライン５０と
同期している場合には、正の部分と負の部分とが
等しいので積分回路５４の出力部に生ずる信号は
零であつて、発振回路３２の周波数を補正する必
要はない。第３図はローカル・クロツクが1/8Ｔに等しい
期間だけ早いために、自己相関関数が崩れ、最早
各Ｔの持続時間に一定レベルが得られない場合を
示している。この場合には、主ローブおよび２次
ローブともＴの時間期間の各部分に対し２つのレ
ベルを有している。図中斜線を施した部分は同期
時に見られる値を示しており、この信号の凹凸す
なわち不一致は乗算器５０によつて明確にされ、
その出力部に生じて積分回路５４に供給され、こ
こで正の極性を有する部分の振幅が負の極性の部
分の振幅を越えるので、積分回路５４の出力部に
は正の電圧が得られる。この電圧を用いて発振回
路３２の周波数を補正する。第４図はローカル・クロツクが1/8Ｔに等しい
時間期間だけ遅れている場合を示し、この場合に
もローブの崩れが生ずることが判つた。図中斜線
で示す部は同期時に見られる値を示している。第
４図のライン５０は乗算器５０の出力部における
信号の変化状態を表わしており、この信号の負の
極性の部分が正の極性の部分より大きいので、第
３図につき説明した情況における極性とは反対の
極性の電圧が生じて、この電圧により発振回路３
２の周波数を補正する。ここで留意すべきことは
乗算器５０の出力部での信号変化をスレツシヨー
ルド回路すなわち検出器４０のスレツシヨールド
値を変えることによつてある程度変えることがで
きることである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスプレツド・スペクトラ
ム原理で動作するデータ伝送方式の装置を示すブ
ロツク線図、第２図はローカル・クロツクがスプ
レツデイング・コード・ワードの２値要素が現わ
れるリズムと同期している受信部の動作を説明す
るための線図、第３図はローカル・クロツクがス
プレツデイング・コード・ワードの２値要素が現
われるリズムよりも早い受信部の動作を説明する
ための線図、第４図はローカル・クロツクがスプ
レツデイング・コード・ワードの２値要素が現わ
れるリズムよりも遅い受信部の動作を説明するた
めの線図である。１……送信部、２……受信部、５……端子、
６，５０，Ｍ１〜Ｍ８……乗算器、７……発生
器、８……周波数変調器、９……高周波搬送波発
生器、１０，２０……空中線、２１……復調器、
２２……発生器、２４……相関回路、２６……
（相関回路の）出力部、２８……出力端子、３０
……（相関回路の）入力部、３２……発振回路、
３４……レジスタ、３５，４４……ゲート回路、
３７……分周器、３８……トリガ端子、４０……
スレツシヨールド回路、４２……単安定回路、４
６……整流回路、４８……電圧制限回路、５２…
…移相回路、５４，６０……積分回路、６２……
シフト・レジスタ、６４……逓倍器、６６，６８
……積分器、７０，７２……スイツチ、７５……
総和増幅器。

Claims

【特許請求の範囲】１送信部と受信部とを具え、前記送信部は第１
レベルおよび第２レベルの２つのレベルで送信さ
れるべきデータを入力するための端子と、コー
ド・ワードＤのうちから選択されたスプレツデイ
ング・コード・ワードを前記第１レベルに対応さ
せかつ該スプレツデイング・コード・ワードの反
転コード・ワードを前記第２レベルに対応させる
ための調整装置と、伝送チヤンネルを経て該調整
装置の出力信号を送信するための送信回路とを有
しており、他方前記受信部は前記伝送チヤンネル
からの信号を受信して前記調整装置の出力信号を
再生するための受信回路と、発振回路によつて処
理されたシフト信号用の入力部を有し上記の再生
された信号および前記コード・ワードを相関付け
るための相関回路と、前記の送信されたデータを
別の処理のために利用できるようになすための出
力端子とを有している、スプレツド・スペクトラ
ム原理に基づくデータ伝送方式において、前記ス
プレツデイング・コード・ワードを形成する各２
値要素の持続時間の偶数倍に等しいシフトの各々
に対しては導通とされるように前記発振回路から
生じた信号で制御されるゲート回路を、前記相関
回路の出力部と前記受信部の前記出力端子との間
に設けてあることを特徴とするデータ伝送方式。２前記シフト信号用の入力部に供給される信号
の周波数は前記スプレツデイング・コード・ワー
ドを形成する２値要素が出現する率の２倍の率で
あり、さらに前記相関回路はその入力部に供給さ
れる信号を前記２倍の率で積分するための第１積
分回路と、この第１積分回路の出力部に接続され
た入力部および相関させられたサンプル対が現わ
れる出力部を有するアナログ信号用のシフト・レ
ジスタとを具えており、さらにこれらサンプル対
の全てに同一極性を与えるための第１手段を備え
ており、該第１手段の後段には前記サンプル対の
各々の第１サンプルまたは第２サンプルの極性を
変えるための第２手段が続いており、前記発振回
路に対し補正信号を供給するために前記第２手段
の出力部に積分手段を接続させてあることを特徴
とする特許請求の範囲１記載のデータ伝送方式。３前記相関回路を電荷結合デバイスによつて形
成したことを特徴とする特許請求の範囲２記載の
データ伝送方式。