JPH03171843A - スペクトル拡散変調復調方式 - 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〕 本発明はスペクトル拡散変調復調方式に係り、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を、復調側に
おいて、比較的簡単な槽戒で良好に抑圧し得る、干渉抑
圧型のスペクトル拡散変調復調方式に関する． 〔技術的背景〕 スペクトル拡散（Ｓｐｒｅａｄ　ｓｐｅｃｔｒｔｔｎ　
：以下″ｓｓ”とも記載する）変調復調方式とは、変調
側では情報信号等を広帯域の雑音状の拡散符号により拡
散変調して、非常に広い周波数帯域に拡散すると共に、
復調側では変調側で使用する拡散符号と等価な拡散符号
で逆拡散する方式である．かかる変調復調方式を用いて
通信を行なうＳＳ通信方式は、秘話性が非常に高く、外
部干渉や雑音，故意の妨害に強く、従来システムと共存
でき、しかも微弱な電力で送信でき、更に、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． かかるＳＳ通信方式を含むＳＳ変調復調方式では拡散復
調により干渉波を拡散する一方、信号を狭帯域化するこ
とにより干渉軽減を行なっている．拡散復調後のＤＮ比
（１ビット当りの信号電力対干渉電力密度比）Ｂｂ／Ｎ
ｏは、 （Ｅｂ／Ｎｏ）一會＝Ｒ　（Ｃ／Ｎｏ　）　−’＋　（
Ｃ／Ｉ　）　−’／Ｐｇ 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
２ｌ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、ＳＳ通信方式の伝送効率の差はそれほ
ど無い．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、ＳＳ通信方式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、Ｓ
Ｓ通信方式を地上無線に適用した場合の“遠近問題”や
衛星通信のＳ　Ｓ　Ｍ　Ａ　（　Ｓｐｒｅａｄ　Ｓｐｅ
ｃｔｒｕｎ　Ｈｕｌｔｉ−ｐｌｅ　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
接続した場合、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． 〔従来の技術〕 ＳＳ通信方式には上記の如く大きな干渉軽減能力がある
ので、他の通信方式や同じＳＳ通信方式との間で周波数
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、ＳＳ通信方式にお
いても干渉波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
なる場合を想定し、干渉波が狭帯域信号のような特殊な
信号の場合には、Ｇ．Ｃ．　Ｌ　ｉｕ等により１９７９
年にＮＴＣ　Ｒｅｃｏｒｄ　０１５　〜０１６にて報告
されたＢＥＦ　（帯域除去ｒ波器）により除去する技術
や、Ｍｌ．　Ｂ　ｒｕＶｉｅｒによりＩＥＥＥ　Ｔｒａ
ｎｓ．ｖｏｌ．Ｃｏｍ−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、並木淳治氏より「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年になされている． 以下、従来の代表的なＳＳ干渉波除去方式について、図
面を参照し乍ら具体的に説明する．第５図は従来方式を
実現し得るＳＳ変調復調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
６図（＾）〜（Ｆ）は各部の動作説明用周波数スペクト
ル図である．変調部においては、入力端子Ｉｎ　＋より
、第６図（Ａ）のような、直流成分を含む低い周波数帯
域のスペクトルを有する情報信号Ｄ｛ｄ（ｔ）｝が乗算
器２に供給される．この乗算器２には、エンベローブが
同図（Ｂ）の如きスペクトル（メインローブのみ）を有
する拡散符号信号Ｐ　（ｔ）｛以下単に“Ｐ”とも記す
｝が拡散符号発生回路（ＰＮＧ）　８から常時供給され
ているので、ここで情報信号Ｄは拡散変調され、更に次
段のＬＰＦＩＩにて拡散符号のサイドローブを除去され
て、エンベロープが同図（Ｃ）のような周波数特性の拡
散変調波ＯＳＳとなる．この拡散変調波ＯＳＳは出力端
子ｏＬＩｔ１を介して、例えばアンテナ（図示せず）よ
り出力（送信）される．なお、ＬＰＦＩＩの遮断周波数
は、クロックパルスＳＣ（ｔ）の１ビット時間長をＴｏ
とした場合、１／Ｔｏ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ＳＳ信号のメインローブ
の上端の周波数に相当するものであり、例えばＴｏ＝１
μｓｅｃの場合にはＩ　ＭＨｚとなる．また、復調部の
ＬＰＦ１２の通過特性もこのＬＰＦＩＩと同じであるが
、ＬＰＦ１３は情報信号Ｄの周波数帯域のみを通過させ
る特性を有している．次に、復調部の構成及び機能，動
作について説明する．例えばアンテナ（図示せず）によ
り受信．検波され、ＬＰＦ１２にてメインローブ以外の
不要な高域成分を除去された信号は、本来第６図（Ｃ）
と同じ拡散変調波ＤＢＳのみの筈であるが、伝送媒体２
工を通過中に様々なノイズが混入することが多く、時に
は第６図（Ｄ）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．従って、乗算
器３において、拡散符号発生回路９からの拡散符号信号
Ｐ（変調部の拡散符号発生回路８の拡散符号信号と同期
している）によって逆拡散すると、逆拡散信号ｅには同
図（Ｅ）図示の如く、所望の復調情報信号Ｄの他に、拡
散された妨害波（ＳＳ干渉波）Ｕｓａ等が含まれてくる
．そこで、狭帯域特性（例えば遮断周波数ｆｃ＋＝５Ｋ
Ｈｚ）のＬＰＦ１３を通すことにより、復調情報信号（
情報データ）Ｄ以外の不要な高域戒分を除去しているが
、ＳＳ干渉波の低域成分ｕＪＬＰＦ１３を通過するので
、これによりＤＮ比の向上に限界が生じてしまう｛同図
（Ｆ）参照｝．かかるＳＳ干渉波成分やノイズ戒分を更
に抑圧しようとする従来技術として、例えば第７図（＾
）に示すような回路もある．これは、上記第６図（Ｅ）
の如き逆拡散信号ｅを、ＳＳ復調器（ＳＳ　ＤＥＮ）４
　２にて再び乗算して干渉波成分Ｕを復元し、狭帯域ｒ
波器（Ｎ．８　８ＰＦ）　４　３によりＳＮ比を高めて
がら、拡散変調器（ＳＳ　ＨＯＤ）４　４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．一方、遅延回路４１等により入力信号の位
相と振幅を再生ＳＳ干渉波に合せた後、減算器３１の正
入力端子に供給し、入力信号からＳＳ干渉波を減算する
ことにより、干渉波の抑圧を行なう方式（ＳＳ干渉信号
再生型）がある．なお、ｒ波器４３の代りに、第７図（
Ｂ）に示すような狭帯域消去フィルタ（Ｎ．Ｂ　ＢＥＦ
）　４　５を使用して、逆拡散復調器４２による拡散復
調後にＳＳ復調信号を除去し、その信号を再び拡散変調
して所望の信号を再生する方式（ＳＳ復Ｆｌ信号除去型
）もある． かかる従来のＳＳ通信方式の復調部における干渉波（ノ
イズ）抑圧特性（ノイズリダクション特性）を、第４図
の曲線（で）に示す． 〔発明が解決しようとする課題〕 かかる従来のＳＳ通信方式やＳＳ干渉波除去方式には、
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６図（Ｆ）にも見
られたようなノイズ成分が残ってしまう．■第５図，第
７図示の従来方式のものは、既知のＳＳ干渉波に限って
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．■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，互いに通過帯域が興
なる複数の狭帯域ｒ波器，複数の拡散変調器によるルー
プ，及び加算器等が必要となり、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方式は、変調部と復調
部の双方に等価な拡散符号を生成し出力し得る第１，第
２の拡散符号発生回路を夫々備え、変調部には入力情報
信号に第１の拡散符号発生回路からの拡散符号を乗算す
ることにより情報信号を拡散変調してスペクトル拡散信
号を出力する拡散手段を備え、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スペクトル拡散
信号を第２の拡散符号発生回路からの拡散符号により逆
拡散復調する逆拡散回路部を備えて夫々変調及び復調を
行なうようにし、特に、逆拡散回路部を、得られたスペ
クトル拡散信号に第２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逆拡散を行なう第１の乗算器と
、この乗算器にて逆拡散された復調情報信号の周波数帯
域以外の不要な周波数帯域成分を除去する第１の低域ｒ
波器と、この低域ｒ波器の出力に拡散符号を乗算する第
２の乗算器と、この乗算器の出力信号とスペクトル拡散
信号との減算を行なう第１の減算器と、この減算器の出
力信号のうち所定の周波数以上の高域成分を除去する第
２の低域Ｆ波器と、この低域Ｆ：ｌｊｌ器の出力に拡欣
符号を乗算する第３の乗算器と、この乗算器の出力を所
定量増幅する増幅器と、この増幅器の出力のうち不要な
高域周波数成分を除去する第３の低域ｒ波器と、この低
域ｒ波器の出力と第１の低域ｒ波器の出力とを減算する
第２の減算器とを備えて変調及び復調を行なうことによ
り、上記ｔｓｆｆを解決したものである．〔実施例〕 以下、本発明のスペクトル拡敗変調復調方式の具体例に
ついて、図面を参照し乍ら説明する．第１図は、本発明
方式を実現し得るＳＳ変調復調装置１の概略ブロック図
であり、この図において、変調部１０等、第５図に示し
た従来装置と同一構成箇所には同一符号を付して、その
詳細な説明は省略する．なお、この変調部１０と復調部
２ｏとを一体的に構成し、移動式電話等の双方向通信装
置として使用すると非常に便利である．変調部１０は第
５図に示した従来例と同じであるが、復調部２０は、Ｌ
ＰＦ１２及び拡散符号発生回路９の他に逆拡散回路部２
５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．拡散符号発生回路８及び９は、夫々入力端子１ｎ
２ｒＩｎｔより互いに等しい周波数のクロツクパルスＳ
ｃ（ｊ）を入力し、これを基に、互いに等価な拡散符号
Ｐ（ｔ）｛通常は擬似雑音符号｝を発生するよう設計さ
れている．なお、変調部１０と復調部２０の間に介在す
る伝送・記録再生の！ａ＃ｃ以下単に「伝送媒体」とも
記述する）３０は、本発明方式を通信装置に応用した場
合には空中等となり、記録再生装置に応用した場合には
、装置を構或する諸回路や磁気テープ等の記録媒体とな
る． 第２図は逆拡散回路部２５の具体的構成を示すブロック
図である，この図に示すように、逆拡散回路部２５は、
３つの乗算器３〜５．３つのＬＰＦ１４〜１６．増幅器
（以下「アンプ」とも記す）１９．及び減算器１７．１
８等を備え、これらを第２図示の如く接続して構成され
る，ＬＰＦ１４は乗算器３にて逆拡散された信号の中か
ら、復調情Ｎ信号Ｄの周波数帯域以上の不要な周波数帯
域成分を除去するためのフィルタであり、その遮断周波
数ｆｔは、例えば５　ｋＨｚに設定される．また、ＬＰ
Ｆ１５の遮断周波数ｆ２は、クロックバルスＳｃ（ｊ）
の１ビット時間長をＴｏとした場合、ｆ２Ａｖ１／３Ｔ
ｏの値に設定される．これは、拡散符号発生回路９にて
生戒されるＳＳ信号のメインロープがエネルギー的に２
分される箇所の周波数に相当するものであり、例えばＴ
　ｏ　＝　１　μｓｅｃ（１／Ｔ　ｏ＝　Ｉ　ＭＨｚ）
に設定した場合、ｆ２４３１０κＨｚニ選定される．ま
た、ＬＰＦ１　６の通過特性は理論的には第８図に示す
如きものであり、遮断周波数ｆ３はＬＰＦ１　４の遮断
周波数ｆｔの略半分の値（例えば２．５ｋＨｚ）に設定
される．これは、後述するアンプ１６の信号処理の特性
から選定されるものである． 以下、このＳＳ変調復調装置（以下単に「装置』とも記
載する）１の具体的な動作について、本装置を通信機器
に適用するものとして、第１図乃至第３図（各構成部分
の出力信号のスペクトル図〉等を併せ参照し乍ら説明す
る．この場合、伝送媒体３０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ｌＩｌ！
Ｉ（変調部１０）の梢成及び動作は、第５図（＾）の従
来装置と同じなので、その詳細な説明を省略する． 受信側（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６図（Ｃ）
と同じく拡散変調波信号ＤＳＳのみの筈であるが、伝送
媒体３０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３図（Ａ）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２５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，除去を行なっている．まず、
入力端子Ｉｎｓ（ＬＰＦ１２）がらの第３図（＾）の如
き受信信号ａを減算器１７の正入力端子に供給すると共
に、乗算器３に供給して入力端子Ｉｎｓ（ＰＮＧ９）か
らの拡散符号Ｐ（Ｐ（ｔ））を乗算することにより逆拡
散し、同図（８）図示の如きスペクトルの信号ｂを得る
．この信号ｂは復調情報信号Ｄと拡散された妨害波（Ｓ
Ｓ干渉波）Ｕｓｓとから戒っている．かかる逆拡散信号
ｂをＬＰＦ　１４に通すことにより、ＳＳ干渉波ＵＳＳ
を含む、復調情報信号Ｄの周波数帯域以上の不要な周波
数帯域成分を除去するが、このときＬＰＦ　１　４の遮
断周波数一ｆ＋〜ｆ１以内のＳＳ干渉波ＬＪａｓも洩れ
（リーク）成分として通過する｛同図（Ｃ）参照｝ので
、この信号Ｃに次段の乗算器４において拡散符号Ｐを乗
算すると、復調情報信号Ｄが再び拡散されると共に、Ｓ
Ｓ干渉波の洩れ戒分Ｌも拡散されて、同図（０）に示す
ようなスペクトルの拡＃！Ｌ信号ｌとなる．かかる乗算
器４の出力ｄを、減算器１７の負入力端子に供給して、
上記受信信号ａがらの減算を行なうことにより、同図（
Ｅ）に示すような信号ｅが得られる．この信号ｅ中には
情報信号成分は含まれておらず、干渉波の戒分く位相が
反転して負のエネルギーとなった洩れ威分一４も干渉波
の成分である》だけである．従って、次段のＬＰＦ１５
にて絶対値で遮断周波数ｆ２以上の周波数成分を除去｛
同図（Ｆ）参照｝した後、乗算器５において拡散符号Ｐ
を乗算すると、遮断周波数一ｆ＋〜ｆ１以内のＳＳ干渉
波成分のエネルギーが半減された信号ｇ（Ｕｓａ’）が
得られる．この信号ｇのうち周波数−ｆ１〜ｆｔ以内の
成分のレベルを、同図（Ｃ）に示したＳＳ干渉波の洩れ
戒分Ｌのレベルと等しくなるよう、次段のアンプ１９で
増＠（この実施例では理論上２倍である）した後、ＬＰ
Ｆ１６（３１！断周波数＝ｆ３）に通すことにより、同
図（Ｈ）に示すような信号Ｌ′が得られる．なお、アン
プエ９としＰＦ１６の接続順序を入れ替えても良く、或
いはＬＰＦ１６にアンプを内蔵して増幅機能を持たせて
も良い《その場合、第８図において周波数ｆ１の箇所が
ＯｄＢになり、周波数ｆ２の箇所が＋６ｄＢになる）．
更に、アンプ１９の増幅率を変化できるよう設計すれば
、信号Ｌ′のエネルギーを洩れ成分Ｌのエネルギーレベ
ルと完全に等しくなるようＷｉ調整できるので、一層好
都合である． 以上のようにして作られた信号Ｌ′を、減算器１８の負
入力端子に供給すると共に、上記ＬＰＦ１４の出力信号
Ｃを減算器１７の正入力端子に供給して減算を行なうこ
とにより、同図（１）に示すように干渉波成分が完全に
除去された情報信号Ｄが出力端子漏３に得られる． 本実施例の復調部２０（逆拡散回路部２５）における干
渉波抑圧特性を第４図の曲線（０）に示す．この図から
明らかなように、遮断周波数ｆ２以下において、干渉波
（又はノイズ）の周波数（帯域）が低域にあるほど、従
来方式《曲線（で））に比べて干渉波抑圧特性が優れて
いることがわかる．以上の説明においては、ＬＰＦ１５
の遮断周波数ｆ２をｆ２Ｌ＝ｒ１／３ＴＯ　＋即ちＳＳ
信号のメインローブがエネルギー的に２分される箇所の
周波数に選定するものとしたが、これに限られるもので
はなく、妨害波（干渉波）の周波数よりも高い値でさえ
あれば、アンプの増幅率との兼ね合いである程度変える
ことができ、特にアンプを増幅率が変化し得るよう設計
すれば、上記実施例に限定する必要は無くなる．また、
端子ｆｎ＋に供給される入力信号は情報信号Ｄとしたが
、これに限らず他の信号（例えばＦＭ変調やＰＳＫ変調
されたデータ》でも良い．更に、本発明のＳＳ変調復調
方式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方式は以上のように構
成したので、従来方式に比べて構成が非常に簡単になり
、しかもがなり大レベルの干渉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
に対してもがなり抑圧効果があるという優れた特徴を有
している．

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明のＳＳ変調復調方式の構戒例を示す概略
ブロック図、第２図は本発明方式を実現する装置の主要
部である逆拡散回路部の一実施例を示すブロック図、第
３図（＾）〜（１）は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図は各方式の復調部（逆拡散
回路部）における干渉波抑圧特性図、第５図（Ａ）．　
ＣＢ）及び第７図（Ａ），（Ｂ）は従来方式説明用ブロ
ック構成図、第６図（Ａ）〜（Ｆ）は従来方式の動作説
明用周波数スペクトル図、第８図は本発明方式の逆拡散
回路部を構成する第３の低域Ｐ波器の原理的通過特性図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　変調部と復調部の双方に等価な拡散符号を生成し出力
   し得る第１、第２の拡散符号発生回路を夫々有し、上記
   変調部には入力情報信号に該第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該情報信号を拡散変
   調してスペクトル拡散信号を出力する拡散手段を備え、
   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復調する逆拡散回
   路部を備えて、夫々変調及び復調を行なうスペクトル拡
   散変調復調方式であつて、 該逆拡散回路部を、上記得られたスペクトル拡散信号に
   上記第２の拡散符号発生回路からの拡散符号を乗算する
   ことにより逆拡散を行なう第１の乗算器と、この乗算器
   にて逆拡散された復調情報信号の周波数帯域以外の不要
   な周波数帯域成分を除去する第１の低域ろ波器と、この
   低域ろ波器の出力に上記拡散符号を乗算する第２の乗算
   器と、この乗算器の出力信号と上記スペクトル拡散信号
   との減算を行なう第１の減算器と、この減算器の出力信
   号のうち所定の周波数以上の高域成分を除去する第２の
   低域ろ波器と、この低域ろ波器の出力に上記拡散符号を
   乗算する第３の乗算器と、この乗算器の出力を所定量増
   幅する増幅器と、この増幅器の出力のうち不要な高域周
   波数成分を除去する第３の低域ろ波器と、この低域ろ波
   器の出力と上記第１の低域ろ波器の出力とを減算する第
   ２の減算器とを備えて、変調及び復調を行なうことを特
   徴とするスペクトル拡散変調復調方式。