JPH03143041A - スペクトル拡散変調復調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本光明はスペクトル拡散変調復調装置に係り、特に、任
意の伝送手段又は記録再生媒体を介して得られたスペク
トル拡散信号中に含まれる干渉波や雑音等の効害を、復
調部において良好に抑圧し得る、干渉抑圧型のスペクト
ル拡散変調復調装置に関する。

〔技術的背景〕

スペクトル拡散（Ｓｐｒｅａｄ　５ｐｅｃｔｒｕｎ　：
以下“ＳＳＮとも記載する）変調復調装置とは、変調側
では情報信号又はこれをキャリアにて１次変調したもの
を広帯域の雑音状の拡散符号により拡散変調して、非常
に広い帯域に拡散すると共に、復調四では変調■で使用
する拡散符号と等価な拡散符号で逆拡散する（１次変調
している場合には更にその復調も行なう）装置である。

かかる変調′ＮｊＬ調装置を用いて通ｌ言を行なうＳＳ
通信方式には、■秘匿性（秘話性）が非常に高い。

■外部干渉や雑音、故意の妨害に強い。

■従来システムと共存できる。

■制御局や制御チャンネルが不要である。

■微弱な電力で送信できる。

■疑似雑音符号を変えることにより同一周波数帯域内に
多重できる。

等々多くの特長がある。これらの特長が再認識されて、
現在では単に通信機器分野にとどまらず各分野での応用
が進んでおり、民生機器への展開も始まりつつある。

〔従来の技術〕

スペクトル拡散通信装置（スペクトル拡散変調復調装置
）では拡散復調により干渉波を拡散する一方、信号を狭
帯域化することに上り干渉軽減を行なっている。拡散復
調後のＤＮ比Ｅ　ｂ　／　Ｎ　。

（１ビット当りの信号電力対干渉電力密度比）は、（Ｅ
　ｂ　／　Ｎ　ｏ　）　”　＝　Ｒ（Ｃ／　Ｎ　ｏ　）
　−’→−（Ｃ／ｌ）”／Ｐｇ・・・・・・・・・（１
）但し、Ｒ：ビットレート、Ｐｇ：処理利得Ｃ／Ｉ：搬
送波対干渉波電力比 で表わされる。Ｐｇが十分大きければ、干渉波の影響は
雑音（ノイズ）の影響に比較して無視でき、干渉波が無
視できる場合には、ＳＳ信号を同一周波数帯で多重化し
て使用しても、スペクトル拡散通信装置の伝送効率の差
はそれほど燕い。一方、雑音より干渉波の影響が支配的
となると、使用チャンネル数や伝送容量が干渉量により
制限されるため、スペクトル拡散通信装置の欠点として
伝送効率が著しく劣化する。かかる干渉波の影響が支配
的となる状況は、スペクトル拡散通信装置を地上無線に
適用した場合の遠近問題や衛星通信のＳＳ　Ｍ　Ａ　（
５ｐｒｅａｄ　Ｓｐｅｃｔｒｕｍ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　
Ａｃｃｅｓｓ、非同期の多元接続が可能な通信方式）に
おいて多数局が多元８続した場合、あるいはＳＳ信号と
他の通信信号とのチャンネル共用伝送等で顕著となる。

干渉を軽減させるためには、処理利得を更に増加させる
のも有効であるが、拡ｒＪ１帯域を拡大すると、帯域制
限の問題や初期軸足の困難さ等が増加するため、無制限
に処理利得を増加できない、それゆえ、干渉軽減が別の
手段で可能であれば、スペクトル拡散通信方式の干渉軽
減と併用した方が効果的である。

ＳＳ通信装置には上記のりｕく大きな干渉軽減能力があ
るので、他の通信装置や同じＳＳ通信装置との間で周波
数帯域の共用が可能である。しかるに同一周波数を共用
すると、本質的に相互干渉を避けられないので、他の局
からの信号電力が非常に大きくなれば、３３３１＋１信
装置においてら干渉により性能が劣化してしまう、そこ
で、自局のＳＳ信号電力を増加させるとその信号の品質
は向上するが、他の信号に対する干渉が無視できなくな
る。

このような環境下で、干渉軽減を実現しようとして、今
迄にいくつかの技術提案がなされている。

例えば、チャンネル共用伝送される信号が相互に干渉と
なる場合を愁定し、干渉波が狭帯域信号のような１１殊
な信号の場合には、Ｇ、Ｃ，Ｌ　ｉｕ等により１９７９
年！：ＮＴＣＲｅｃｏｒｄ　ｐｔ５〜ｐ１６　ニて報告
されたＢＥＦ’（’ＪＦ域除去ｒ波器）により除去する
技術や、Ｈ，Ｊ、　Ｂ　ｒｕｖｉｅｒによりＩＥＥＥ　
Ｔｒａｎｓ、ｖｏｌ、Ｃｏｒｇ−２６，Ｎｏ、２にて報
告された狭帯域干渉波除去器により除去する技術がある
。一方、広帯域干渉波の場合は、並木淳泊代より「コチ
ャンネルＦＭ干渉除去技術」において、干渉を除去する
技術の提案が昭和５５年度になされている。

以下、従来のＳＳ干渉波除去機能を備えた代表的なＳＳ
変調復調装置について、第６図等を参助し乍ら具体的に
説明する。この装設は、Ｓｓ信号相互の干渉問題である
遠近問題の他、チャンネル共用伝送特性の改善も意図し
ている。第６図は従来装置の概略ブロック図であり、同
図（Ａ）が変調部、（Ｂ）が復調部である。また、第４
図（八）〜ｆ［］）は各部の動作説明用スペクトル図で
ある。

変調部においては、入力端子ｉｎ＋より、第４図（＾）
の如き低域成分のみのスペクトルを有する・ｉｎ報信号
りが乗算器２に供給される。乗算器２には、拡散符号発
生回路（ＰＮＧ）　８からの拡散符号１言号ｐＨ）が常
時供給されているので、ここで情報信号りは拡散変調さ
れ、更に次段のＬＰＦ１７にて拡散符号のサイドロープ
を除去されて、同図（Ｂ）のような周波数特性（メイン
ローブのみ）の拡散変調波Ｉ）ｓｓとなる。この拡散変
調波Ｉ）ｓｓは出力端子−１を介して、例えばアンテナ
（図示せず）より出力（送信）される。

次に、復調部の構成及び機能１動作について説明する０
例えばアンテナ（図示せず）により受信。

検波される信号は、本来第４図（８）と同じ拡散変調波
Ｉ）ｓｓのみの筈であるが、伝送媒体２１の通過中に様
々なノイズが混入することが多く、時には第４図ｆｃ）
に示されるような、かなり大レベルの１゛渉波（妨害波
）Ｕが混入する場合らある。従って、上記変調部の拡散
符＋３光坐回路８の拡散符号信号と同期した拡散符号に
よって逆拡散すると、同図（１））に示されるように、
希望波りの他に、妨害波Ｕが拡散された信号Ｕｓｓを含
んでいる。かかる逆拡散信号をＳＳ復調器（ＳＳ　Ｏ［
Ｈ）４２にて再び拡散して妨害波Ｕを復元し、狭帯域ｆ
波器（Ｎ、ＢＢＰＦ）４３によりＳ／Ｎを高めてから、
拡散変調器（ＳＳ　Ｎ０Ｄ）４４にて再び拡散変調して
ＳＳ干渉波を再生し、減算器３１の負入力端子に供給す
る。

方、３！）！巡回路４１等により入力信号の位相及び振
幅を再生ＳＳ干渉波に合せた後、減３！器３１の正入力
端子に供給することにより、入力信号からＳＳ干渉波を
引き去って（同図ｆＥ）参照）、干渉波の除去を行なっ
ている（ＳＳ干渉信号再生！Ｘ２）。

なお、狭帯域ｆ波器４３の代りに、第７図に示すような
狭帯域消去フィルタ［Ｎ、Ｂ　ＢＦＦ）　４５を使用し
て、逆拡散復調器４２による拡散復調後に狭帯域ＳＳ復
ＦＪ信号を除去し、その信号を再び拡散変調して所望の
信号を再生する装置（ＳＳ復謂１言号除去型）もある。

第５図は、復調部における逆拡散特性図であり、曲線（
イ）が上記従来の変調復調装置における復調部の逆拡散
特性（干渉波抑圧特性）曲線である。

〔発明が解決しようとする課題〕

かかる従来のスペクトル拡散通信装置やＳＳ干渉波除去
装置には、次のような問題点がある。

（１）復調された情報信号の中に、第４図（［）にも見
られたようなノイズ成分が残ってしよう。

■第６図、第７図示の従来方式のものは、既知のＳＳＴ
Ｆｇ−波に限って有効であり、ランダムノイズや未知の
ＳＳ干渉波には殆ど対処できない。

（３）複数の既知のＳＳ干渉波に対処しようとすると、
複数の逆拡散復調器、互いに通過帯域が異なる複数の狭
帯域Ｖ波器、複数の拡散変調器によるループ、及び加算
器が必要となり、構成がかなり複雑となって、コストも
上昇する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のスペクトル拡散変調復調装置は、第２の乗算器
により逆拡散された信号中より復調′１１１！報データ
を除去する第１のｆ波器と、スペクトル拡散信号のメイ
ンローブがエネルギー的に略半分となる箇所の周波数と
同じ値の遮断周波数を存する第２の濾波器と、第２の乗
算器からの逆拡散出力に第２の濾波器を通過した拡散符
号を乗算することにより拡散を行なう第３の乗算器と、
第１の濾波器の出力に第２の濾波器を通過した拡散符号
を乗算することにより拡散を行なう第４の乗算器と、こ
の乗算器出力を所定量減衰させる減衰器と、第３の乗算
器出力から減衰器の出力を減算する減算器と、この減算
器の出力を第２の拡散符号発生回路からの拡散符号によ
り逆拡散を行なう第５の乗算器と、この乗算器出力のう
ち不要な高域成分を除去して復調・ｂＹ報データを得る
低域濾波器とを、更に哨えて構成することにより、上記
課題を解決した。

〔実施例〕

以下、本発明のＳＳ変調復、ＪＪ装置の具体例について
、図面を参照し乍ら説明する。第１図は、本発明のスペ
クトル拡散変調復調装置１の概酩ブロツク図であり、図
中１０は変調部、２０は復調部である。変調部１０は乗
算器２．拡散符号発生回路ｆＰＮＧ）　８等を備え、復
調部２０は拡散符号発生回路９及び逆拡散回路部１５等
を備え、これらを第１図示の如く接続して構成している
。なお、両拡散符号発生回路８及び９は、夫々入力端子
！几２゜１ｎムより同じ周波数（ビット長）のクロック
パルスＳ。（１）を入力し、これを基に互いに等価な拡
散符号Ｐ　ｆｔ）（通常は擬似雑音符号）を発生ずるよ
う設計される。また、変調部１０と復調部２０の間に介
在する伝送・記録再生の媒体く以下単に「伝送媒体」と
も記述する）２１は、本発明装置を通信装置に応用した
場合には空中等の伝送媒体となり、記録再生装置に応用
した場合には磁気テープ等の記録媒体となる。

第２図は逆拡散回路部１５の具体的構成を示すブロック
図である。この図から明らかなように、逆拡散回路部１
５は第１．第２の高域濾波器（ＨＰＦ）１１，１２．４
つの乗算器３〜６、アッテネータ（減衰器）１６、減算
器１４、及びＬＰＦ（低域ｒ波器）７等を備え、これら
を図示の如く結線して構成される。フィルタ１１は、乗
算器３にて乗算（逆拡散）された信号の中から、復調情
報信号りを除去するためのＨＰ　Ｆであり、その遮断周
波数ｆｃ＋は、例えば５　ｋＨｚに設定される。またフ
ィルタ１２もＨＰＦであるが、その遮断周波数ｆ。２は
、前記クロックパルス５ｃ（ｔ）の１ビット時間長を１
１−ｏとした場合、ｆｃ２ξ１　／　３　Ｔ　ｏ　　の
値に設定される。これは、拡散符号発生回路９にて生成
されるスペクトル拡散信号のメインローブがエネルギー
的に略２分される箇所の周波数に相当するものであり、
例えば７　ｏ＝　ｌ　μＳｅＣ（１／　’Ｉ”　０ＩＨ
ＩＩＺ）とした場合、ｆｃ２　＋３１０Ｋｌｌｚとなる
。

以下、このスペクトル拡散変調波信号″Ｊｌ（以下単に
「装ｒｉ、Ｊとも記載する）１の具体的な機能。

動作について、本装置を通信機器に応用した例について
、第１図乃至第３図（スペクトル図）等を併せ＃照し乍
ら説明する。従って５伝送媒体２１は特に構成されるも
のではなく、両アンテナ間の空中となる。なお、送信間
（変調部１０）の構成及び動作は、第６図（＾）と共に
説明した従来装置と路間じなので、その説明を省略する
。

受信開く復調部２０＞において、アンテナ（図示せず）
により受信、検波された信号は、本来前記第４図（Ｂ）
と同じく拡散変調波信号Ｉ）ｓｓのみの筈であるが、伝
送媒体２１の通過中に様々なノイズが混入することが多
く、時には同図（八）に示されるような、かなり大レベ
ルの干渉波（妨害波）Ｕが混入する場合もある。そこで
、逆拡散回路部１５においては、以下のような復調動作
により、妨害波Ｕの抑圧を行なっている。

まず、入力端子Ｉｎ３からの第３図（Ａ）の如き信号ａ
を、入力端子Ｉｎ５（ＰＮＧ９）からの拡散符号信４５
Ｐ（同図（Ｂ）参照）により、第１の乗算器３において
逆拡散し、同図（Ｃ）図示の如きスペクトルの信号ｃ（
Ｄ十Ｕｓｓ）を得る。かかる逆拡散信号Ｃを、第２の乗
算器４に供給すると共に、ＨＰＦｌｌにより復調情報信
号りを除去した後（同図（「）参照）第３の乗算器５に
供給する。一方、入力端子１ｎｓ（ＰＮＧ９）からの拡
散符号信号Ｐを、１１　Ｐ　Ｆ　１２にて前記遮断周波
数ｆｃ２以下の周波数成分を抑圧、除去し、同図（Ｄ）
図示の如くエネルギー的にも半減された拡散符号信号Ｐ
′を得て、これを上記乗算器４及び５に供給することに
より信号ｃ、ｄは夫々拡散されて、同図（Ｅ）及び（Ｇ
）図示ノ如き信号ｅ　（−Ｕ　”　＋　Ｄ　３３　′十
Ｌ　１　）及びｇ（＝Ｕ”　＋ｕｓｓ’　十Ｌ２）が得
られる。ここで、Ｌｒ　Ｌ　２は洩れ成分（拡散符号信
号がスペクトル的）に半分のＰ′になったために元に戻
らないノイズ成分）であり、そのため、復調された妨害
波Ｕ　／。

Ｕ″のレベルも、妨害波Ｕ（同図（Ａ））の略半分とな
っている。またＩＬｓｓ′は仮想信号ｕ’（−Ｕｓｓ−
Ｕ　ｓａ　）の拡散スペクトルである。即ち、同図（「
）の拡散スペクトルＵＳａ′は、同図（Ｃ）の拡散スペ
クトルＵＳ３と、両遮断周波数−ｔ。１〜ｆｃｔ間にの
み介在する仮想信９“Ｏｓｓ　　Ｕｓｓ”’とが加わっ
たものと見做すことができ、これら両信号が拡散符号信
号Ｐ゛により夫々逆拡散及び拡散されて、信号Ｕ″、及
び縦軸ｌに対して左右対称な拡￥１信号ｔｏｓｓ′とな
るわけである。

上記両乗算器４．５の出力信号のうち、拡散信号ｅはそ
のまま減算器１４の正入力端子に供給され、拡散信号ｇ
はアッテネータ１６にて係数ｋ（例えばｋ　＝−）〜Ｏ
）を掛けられることにより適度に減衰された後、減算器
１４の負入力端子に供給されることにより、両信号の減
算が行なわれる。

ここで、アッテネータ１６の定数（減衰率〉をに−−）
とした時には、減算器１４の減算出力りは、同図（１１
）に示すように、レベルが更に半減した妨害波Ｕ″”　
（−Ｕ′−−）Ｕ″）と、遮断周波数ｆｃ２以下の周波
数成分が抑圧、除去された拡散情報信号Ｉ）ｓｓ′の他
に、レベルが半減（位相は逆転）した１１　ｓ３　”（
＝　’ｒ　ｕ　ａｓ　′）　、及び洩れ成分し３（＝Ｌ
Ｉ＆Ｌ２）を含む信号となる０以上の成分よりる信号り
を、次段の乗算器（第４の乗！Ｌ器）６にて再び拡散符
号信号Ｐにより逆拡散すると、同図（１）に示すような
スペクトルとなり、ｖｔ報信号Ｄりが復調される。これ
は、同図（Ｃ）図示の復調情報信号りに比べてレベルが
略半減しているが、情報の欠落は無い、なお、（１）図
中の信号Ｕは、信号１１中のＵＳＳ″の逆拡散信号であ
り、（Ｃ）図の拡散妨害波ＵＳ！、に比べて約４のレベ
ルに減衰している。従って、従来装置相当である乗算器
３の出力（同図（Ｃ）の信号Ｃ）に比べて、ＤＵ比（Ｓ
Ｎ比）は略倍１曽したことになる。また、ｆ８号Ｕ　３
３　”は信号り中の妨ζ！Ｆ波Ｕ′″の拡散１言号戊分
であり、Ｄｌは・１７１報信号りの一部が拡散したもの
である。これら情報信号Ｉ）′以外の成分の殆どは、次
段の［、ＰＦ７（遮断周波数は例えば５ｋｌｌｚ）に上
り除去されて、出力端了知つには妨′、’ｆ波成分Ｕの
一部を含んだ情報信号１）′か得られる。

なお、アッテネータ１６の定数をに＝０とした時には、
減算器１４の減算出力ｈ′は上記１言号Ｃがそのまま乗
算器６に供給されることになり（第３図ｆＪ）及び（１
）参照）かかる信号ｈ′が乗算器６にて拡散符号信号Ｐ
　ｉｔ）を乗算されると、同図（に）に示すようなスベ
ク１ヘルとなり、妨害波Ｕ′が拡散されてＵｓｓ″（同
図（Ｊ）の洩れ成分１−１の逆拡散成分も含んでいる）
となると共に、情報信−１′３Ｄ′が逆拡散（復調）さ
れる。この場合、情報信号Ｄ′の周波数帯域近辺には妨
Ｗ波成分やノイズ成分が殆どないので、ＬＰＦ７を通過
させることにより不要な成分は除去さ１ｔて、出力端予
知３には妨害波成分等を含まない情報信号Ｄ′が得られ
る。

第５図は復調部における逆拡散特性を対比して示す周波
数特性図であり、（イ）が前記従来の変調復調装置にお
ける復調部の逆拡散特性量線、（ロ）及び（Ａ）は夫々
アッテネータ１６の係数（減衰率）が、ｋ＝４及びＯの
時の逆拡散特性（逆拡散回路部１５における乗算器６の
出力特性）曲線である。この図から明らかなように、妨
害波Ｕの周波数帯域が比較的に低い場合には減衰率を下
げた方が良く、逆に高い場合には減衰率を上げた方が妨
害波抑圧能率は良くなる。

以上の説明においては、妨害波Ｕが比較的に低い周波数
イＩＦ域（遮断周波数ｆｃ２以下）に存在しているので
、アッテネータ１６の係数にはＯの方がＤＵ比の良い出
力を得られたが、妨害波Ｕの周波数（帯域）が高い場合
にはに−−）の方が良い場合らあり、アッテネータ１６
の減衰率は、妨害波Ｕの周波数に応じてＯ〜ｅ−間で適
宜選択することができる。あるいは、第２のフィルタ１
２をＨＰ　Ｆ’としたが、これと遮断周波数の等しい（
ｆＣ２）ＬＰＦに置き代えてもかまわない。

また、以−Ｌの説明においては、端子Ｉｎ　＋に供給さ
れる入力信号は情報信号１）（ｄ（ｔ））としたが、こ
れに限らず山の信号（例えばＦ　Ｍ変調やＰＳＫ変調さ
れたデータ）でも良い。更にまた、不発１す］のスペク
トル拡散変調復調装置を通信機器に適用するものとして
説明したが、これに限らず、例えば記録再生装置に応用
しても良い。

〔効　果〕

本発明のスペクトル拡散変調復調装置は以上のように柑
成したので、かなり大レベルの干渉波（妨害波）が混入
してもこれを良好に除去でき、ＣＷ信号（単一波）やラ
ンダムノイズ等に対してもかなり抑圧効果があるという
（登れた特徴を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスペクトル拡散変調復調装置の概略ブ
ロック図、第２図は本発明装置の主要部である逆拡散回
路部の具体的構成例を示すブロック図、第３図（八）〜
（Ｋ）は上記逆拡散回路部の各構成部分の動作説明用ス
ペクトル図、第４図（Ａ）〜（［）は従来例装置の動作
説明用周波数スペクトル図、第５図は１５ｉ調部におけ
る逆拡散特性図、第６図及び第７図は従来装置説明用原
理図である。 １・・・スペクトル拡散変調復調装置、２〜６・・・乗
算器、７・・・ＬＰＦ　（低域Ｐ波器）、８．９・・・
拡散符号発生回路、１０・・・変調部、１１・・・第１
のフィルタ、１２・・・第２のフィルタ、１４・・・減
算器、１５・・・逆拡散回路部、１６・・・アッテネー
タ（減衰器）、２０・・・復調部、２１・・・伝送・記
録再生の媒体、Ｉｎ＋〜Ｉｎｓ・・・入力端子、偲１〜
漏３・・・出力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 変調部と復調部の双方に等価な拡散符号を生成し出力す
   る第１、第２の拡散符号発生回路を有し、上記変調部に
   は入力情報データを上記第１の拡散符号発生回路からの
   拡散符号を乗算することにより拡散変調してスペクトル
   拡散信号を出力する第１の乗算器を備え、上記復調部に
   は、任意の伝送手段又は記録再生媒体を介して得られた
   上記スペクトル拡散信号を上記第２の拡散符号発生回路
   からの拡散符号により逆拡散を行なう第２の乗算器を備
   えたスペクトル拡散変調復調装置において、上記第２の
   乗算器により逆拡散された信号中より復調情報データを
   除去する第１の濾波器と、上記スペクトル拡散信号のメ
   インローブがエネルギー的に略半分となる箇所の周波数
   と同じ値の遮断周波数を有する第２の濾波器と、上記第
   ２の乗算器からの逆拡散出力に該第２の濾波器を通過し
   た拡散符号を乗算することにより拡散を行なう第３の乗
   算器と、上記第１の濾波器の出力に該第２の濾波器を通
   過した拡散符号を乗算することにより拡散を行なう第４
   の乗算器と、該第４の乗算器出力を所定量減衰させる減
   衰器と、上記第３の乗算器出力から該減衰器の出力を減
   算する減算器と、該減算器の出力を上記第２の拡散符号
   発生回路からの拡散符号により逆拡散を行なう第５の乗
   算器と、該第５の乗算器出力のうち不要な高域成分を除
   去して復調情報データを得る低域濾波器とを、更に備え
   て構成したことを特徴とするスペクトル拡散変調復調装
   置。