JPH0380642A - スペクトル拡散通信方式 - Google Patents

スペクトル拡散通信方式

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JPH0380642A
JPH0380642A JP1216932A JP21693289A JPH0380642A JP H0380642 A JPH0380642 A JP H0380642A JP 1216932 A JP1216932 A JP 1216932A JP 21693289 A JP21693289 A JP 21693289A JP H0380642 A JPH0380642 A JP H0380642A
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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通信方式に係り、特に、マルチ
チャンネルアクセス機能を持つ直接拡散により、後述す
る遠近問題を回避することを可能とし、移動無線への応
用を可能にしたスペクトル拡散通信方式に関する。
〔技術的背景〕
スペクトル拡散(Spread 5t)ectrlll
l、以下“ss”と略記する)通信に用いられるスペク
トル拡散変調(33変調ン方式とは、キャリアを・清報
信号にて1次変調したものを広帯域の雑音状の拡散符号
により2次変調して、非常に広い帯域に拡散する方式で
ある。一般的には、2次変調方式の違いにより、直接拡
散(DS)方式1周波数ホッピング(PH)方式、ハイ
ブリッド方式等があり、本発明方式はこのうち前者のD
S方式に関する。
かかるスペクトル拡散通信には、 ■自由なランダムアクセスがて・きる。
■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。
■MCA局のような制御局や制御チャンネルが不要であ
る。
■アドレスコードでの管理ができる。
■直接拡散方式では電力密度が低いので、微弱な電力で
送信できる。
■通話品位の低下を若干許容すれば局数を増加できる。
■疑似雑音符号信号を変えることにより、同一周波数帯
域内に多重することが可能である。
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〕
、かかるスペクトル拡散通信方式の基本原理について、
第4図及び第5図を参照しながら説明する。
第4図はDS(直接拡散)方式による従来のスペクトル
拡散通信方式を実現する通信装置の基本梢戒図、第5図
(八)〜([)は各構成部分におけるスペクトル波形図
である。第4図に示すように、送信(変調)部であるA
局の1次変調回路42にて1次変調された第5図(A)
図示の如き信号(F、)は、拡散符号生成回路44がら
の拡散符号信号(Fss;同図fB)参照)により拡散
変調回路43にて2次変調されて、増幅された一後アン
テナAIより送信信号(F +s )として出力される
。1次変調の種類は特に制限はなく、周波数変調(FH
)やPS K (Phase 5bift Keyin
g)変調等で良く(本明細書ではPSKにより変調を行
なうものとして説明する〉、2次変調(拡散変調)は一
般的に疑似雑音符号(Pseudo No1se : 
P N符号)によりPSK変調する。このPN符号はで
きる限りランダム雑音状である必要があり、且つ受信機
側で符号を収り出すために一定の周期を有している必要
がある。
次に、受信(復調)部側の組成及び機能等について説明
する。受信側であるB局では、アンテナA2から所定の
フィルタと高周波増幅器により得られたFI8信号を、
逆拡散回路47において拡散符号生成回路46からの拡
散符号により逆拡散する。この拡散符号生成回路46は
A局の拡散符号生成回路44と同期が取られており、P
N符号も同一(F ss )である、ところで、アンテ
ナA2に入来する電波はF +aだけとは限らず、第5
図(C)に示すように、池の88局(捌示せず)がらの
電波(F1a、F1a、・・・)や一般局41がらの電
波(Fn)が存在する。そこで、逆拡R11回路45で
逆拡散を施すことにより、同図fD)図示の如き所望の
電波F+sを同図(A)のようなスペクトルに戻し、フ
ィルタ(狭帯域濾波器が望ましい)47にて信号F18
以外の成分の大部分を除去しく同図([)参照〉、復調
回143にて元の情報信号に復調して出力するわけであ
る。なお、同図(E)かられがるように、フィルタ47
の出力信号中にはF1aの他に、−i局41からの干渉
波Fr+と他局のSS波の一部が残っている。これらの
和である残留電力と目的信号の電力の比をDN比(信号
電力対干渉電力比)と呼んでおり、このDN比を大きく
取るためには拡散帯域ができる限り広い方が有利であり
、一般的に情報信号の周波数帯域の100〜1000倍
程度にとっている6以上、スペクトル拡散通信の基本的
な原理について説明したが、次にスベクトル拡散通信を
行なう場合の1.2次各変調、復調における具体的な動
作について詳細に説明する。
スペクトル拡散通信におけるスペクトル拡散信号5(t
H第4図のF +s )は、情報データをd (t)[
+1又は−1]、拡散符号F’ssをP (t)し1ス
は一1]とし、搬送波をCOSωatとすると、次式で
表わされる。
S (t) −d (t) P (t)cosωct 
 ・・・・・・・・・・・・・・・(1)(但し、ωc
−2πf c) このスペクトル拡散信号s (Bは、受信〈復調)にお
いて、入来したスペクトル拡散信号より拡散符号用クロ
ック信号を生成し、更に送信時のスペクトル拡散信号に
おける拡散符号と同期した拡散ある)を得て、入来した
スペクトル拡散信号5(t)との乗算(相関又は逆拡散
とも言う)を行ない、d (t)CO3ωatなる2相
PSK信号に変換される。更//ゝ\ に、再生した搬送波COSωat (実際にはCO3ω
ctlと乗算による同期検波を行ない、 d  (t)  (cosωct )  2 =  d
  (t)N+cos2ωat )  / 2を得て、
搬送波成分2ωctをフィルタで除去することにより十
n報データd (t)を復調している。
ここで、2相PSK信号d (t)cosωctノ帯域
幅(スペクトルのメインローブとする)をBDとし、拡
散符号Pat)にて拡散されたスペクトル拡散信号の帯
域幅(スペクトルのメインローブ)をBPとすれば、ス
ペクトル拡散通信におけるプロセスゲインGPは、GP
=Bp/Boで表わされる。
このプロセスゲインGPは、通常の設計値において数1
00〜数1000の値であり、この値に従って妨害信号
、雑音等の抑圧が行なわれるため、・m報データd(t
)に対してスペクトル拡散信号の周波数帯域が広いほど
耐妨害性、耐雑音性等における改善効果が高まる。即ち
、改善効果はプロセスゲインGPでほぼ一義的に定まる
〔発明が解決しようとする課題〕
かかるスペクトル拡散通信方式における最大の利点は、
前述の如く自由なランダムアクセスができることである
。しかしこの特長は衛生通信では発揮できるが、陸上移
動通信の場合には、遠近問題により、移動無線通信への
応用が困難となっている。これはスペクトル拡散通信方
式の基本的性質による欠点であり、拡散符号pHが完全
直交ではないため、チャンネル間干渉により、スペクト
ル拡散率に比べて、同時通信可能なチャンネル数が少な
い上、受信レベルに大きな差があると、チャンネルを分
離できなくなるという問題点である。より具体的に説明
すると、走行中の車X、Y2台で交信しているときに、
他のチャンネルで交信している車Z、Wのうち少なくと
もいずれか1台が車XとYの間に割込んだり、近くに接
近もしくは通過した場合に、車Xにおいて、車Yからの
電波よりも車Z又はWからの受信レベルの方が大きくな
り、そのレベルの差が処理可能な利得以上になると所望
チャンネルを分離できなくなって、車X、Y間の交信が
不能になってしまうという問題である。
このような遠近問題を改善、解消しようとして、今まで
にいくつかの干渉除去方式の適用によりする方法が提案
されている。例えば、リミッタを使用して、基本回路を
多段多重接続して非希望信号発生回路を作成し、発生し
た非希望信号の振幅を真の振幅との2乗平均誤差が最小
となるように利得を決定して逆AM変調を行なう方法が
提案されている。また、同時通信されている全チャンネ
ルの信号を受信側で再生し、それを用いてチャンネル間
干渉を除去することにより周波数利用率を高めて、遠近
問題を解決しようとする方式や干渉除去型SSM^(非
同期多元接続型)復調装置も提案されている。しかるに
、これらの方式、装置はいずれも構成が大掛りであり、
改善効果も使用に耐え得るレベルに達していないので、
移動熟線への応用に当っては、これらの諸問題を解決す
る必要に迫られている。
〔、課題を解決するための手段〕
本発明のスペクトル拡散通信方式は、送信部側には、情
報信号を第1の搬送波により変調して1次変調波信号を
生成する変調手段と、この1次変調波信号に第2の搬送
波を加算して加算信号を得る加算手段と、この加算信号
を拡散符号により拡散して複合スペクトル拡散信号を得
る手段と、この複合スペクトル拡散信号を第3の搬送波
で周波数変換を行なった後ビートアップさせて送信する
第1のマルチチャンネルアクセス手段とを備え、受信部
間には、上記複合スペクトル拡rJI1.信号を受信し
て帯域外の雑音成分を除去する帯域濾波手段と、この帯
域濾波手段の出力を第4の搬送波で周波数変換を行なっ
た後ビートタウンさせる第2のマルチチャンネルアクセ
ス手段と、このビートダウンされた複合スペクトル拡散
信号に含まれる複数の拡散スペクトルを夫々通過させる
複数の互いに通過帯域の異なる狭帯kili濾波手段と
、これら複数の狭帯域濾波手段の出力を加算する加算手
段と、この加算手段の出力を2型動作により逆拡散する
乗算手段と、この乗算手段にて得られた逆拡r4!1.
信号中の不要な周波数成分を除去した後、上記1次変調
波信号に含まれる複数の変調波信号の復調を行なう復調
手段とを備え、上記第1.第2の搬送波の周波数の差を
上記情報信号の帯域幅よりも充分広く設定することによ
り、上記複合スペクトル拡散信号に含まれる複数の拡散
スペクトル成分の間隔を充分広く設定し、隣接する拡散
スペクトル成分同士の間に池の複数のスペクトル拡散信
号を間挿させることにより周波数分割による多重通信を
可能にすると共に、上記他の複数のスペクトル拡散信号
のうち使用中の周波数を回避し乍らマルチチャンネルア
クセスによる通12を可能にしたことにより、上記諸問
題点を解消した。
〔実施例〕
本発明のスペクトル拡散通信方式を実現し得るSS通信
装置の1例を上げて、図面を参照しながら説明する。
第1図は、本発明のスペクトル拡散通信方式を実現する
スペクトル拡散通信装置の一実施例のプロ、ツク構成図
で、同図(^)が送信部10.同図FB)が受信部20
である。これらの図において、第4図に示した従来例と
同−vJ戒個所には同一符号を付してその詳細な説明を
省略する。
送信部10は、加算器21乗算器32周波数変換回路(
乗算器)4.LPF(低域濾波器)6゜マルチチャンネ
ルアクセス回路(以下“M CA″とも記述する)7.
拡散符号発生回路fPNG) 9 。
BPF (帯域濾波器)11及び1次変調回路42等を
備え、これらを第1図(^)図示の如く接続して構成し
ている。また受信部20は、BPF12゜13及び複数
の狭帯域p波器17〜19.MCA3、加算器221乗
算器4及び1次復調回路23等を備え、これらを第1図
FB)図示の如く接続して構成している。以下、これら
送信部10及び受信部20の具体的な機能、動作につい
て、第3図及び第4図を併せ参照して説明する。
まず送信を行なう場合、送信部1oにおいて、入力端子
1n+より、音声やデータ等の情報Fを1次変調回路4
2に供給する。一方、入力端子1n2より角周波数ω1
なる搬送波信号sinωItを1次変調回路42に供給
して情報Fとの乗算(1次変調)を行なう、ここで、説
明の便宜上、1次変調をFM変調とする。従って、FM
変調出力1(1)は、第3図(^)のFのような波形と
なって加算器2に出力され、ここで入力端子In3から
供給される搬送波信号CO3ω2t (同図(^)のC
)と加算されて、d (t)cosωlt+cO3ω2
tとなり、乗算器3に出力される。ここで、1次変調信
号Fの中心周波数<m送波)をf、(=ω1/2π)、
搬送波Cの周波数をf2(=ω2/2π)とすると、画
周波数f、、f。
の間隔は、M P変調出力Fの帯域幅の約10倍に定め
ており、次式 %式%(2) (但し、几はM系列による拡散符号発生口178つに用
いられるシフトレジスタの段数を示し、1/Tは拡散符
号のクロックレートを示す。)となるように両搬送波信
号は選定される。
即ち、拡散符号発生回路9においてはM系列による拡散
符号信号を生成し、LPF6を介して乗算、器3に供給
している。拡散符号信号(以下単に「拡散符号」とも記
す)としては、通常は疑似雑音符すが(中でも特にM系
列符号が)よく用いられるので「擬似雑音符号Jと呼ば
れることもある。
なお、次段のLPF6は、拡散符号のサイドローブを除
き得るような周波数特性を有している。従って、メイン
ローブのみとなった拡散符号P(t)によって、上記加
算出力信号f(t)+cosω2tは乗算器3にて拡散
されて、第3図(8)に示すような、複合スペクトル拡
散信号SM(j)、即ちP(t)(f(t)+COSω
2t)が生成され、次段のM CA 7に供給される。
この図における(力とOの間の帯域を拡大して見ると、
同図fc)に示すようなスペクトル配置となっている。
即ち、FM変調出力の拡散スペクトルとして、その第1
測帯波はDsl及び−Ds1となり、搬送波信号COS
ω2tの拡散スペクトルとしてその第1測帯波はP 5
1 、  P Slとなる。なお、同図(C)では第2
側帯波Ds、及び−P s、 ;j、でを示し、それ以
外は省略している。また、FM変調出力の拡散スペクト
ルにおける搬送波はfc+とし、搬送波信号COSω2
tの拡散スペクトルでの搬送波はf C2としている。
この図から、拡散スペクトルが疎らであることが了解で
きる。この搬送波fc+とf axの間隔も、前記第3
図(^)のf2とflの間隔と同じである。
入力端子Inムからは、制御信号が供給されるが、この
制御信号は、利用者が使用したい周波数帯が空いている
か否かを検索した結果を基に遣られる。
ここで、MCA7の具体的構成について、第2図と共に
説明する。入力端子Inaから供給される制御信号C(
t)は、使用したい周波数帯が塞がっている(他者に使
用されている)ときに生じるものとする。生じた制御信
号C(t)はCPU (中央演算処理装置)31に供給
され、次段の周波数シンセサイザ32にて発生する搬送
波周波数を決定している。
なお、実際の通信は双方向で行なわれるので、1白の通
信装置は送信部10と受信部20とを兼備している。そ
して、送信モードと受信モードを切換えるための判別信
号がCPU30に供給されており、その判別信号(の有
無)により、送信モード時には例えば制御信号c’(t
)が周波数シンセサイザ32に供給され、受信モード時
には制御信号c”(t)が他の周波数シンセサイザ(図
示せず)に供給される。従って、この制御動作は2人の
交信者のうち一方の通信装置のMCA7と他方の通信装
置のMCA3において同時に行なわれ、且つ送信部10
と受信部20を交互に切換え使用しながら通信(通話)
されるわけである。
周波数シンセサイザ32より出力される搬送波COSω
3tは、入力端子In6(乗算器3)からの複合スペク
トル拡散信号SM(j)と乗算′85にて乗算(逆拡散
)されて、周波数帯のビートアップが行なわれる。従っ
て、乗算器5の出力は、周波数表現で“寺(SM(ω十
ω3)+3M(ω−ω3))”と表わされる。このうち
、低い周波数帯の+(SM(ωω3))は次段のBPF
llにて通過を阻止され、高い周波数帯の+(SM(ω
+ω3))のみ伝送されて、アンテナA1から発信され
る。
次に、第1図(B)及び第2図を併せ参照して、受信部
20の機能、動作について説明する。アンテナA2によ
り受信された複合スペクトル拡11に信号寺(SM(ω
+ω3))は、BPF12にてスペクトル拡散信号以外
の不要な周波数成分を除去された後MCA3に供給され
、ここで、入力端子In5からの制御信号C(t)との
乗算による周波数変換が行なわれる。なお、制御信号C
(t)は上記送信部10の入力端子Inムからの制W信
号と同じ信号であり、周波数シンセサイザ32にて発生
する搬送波周波数を決めている。即ち、説明の便宜上、
上記入力端子rrLtからの制御信号と同じ(CO3ω
3tなる搬送波を出力するものとする。この搬送波CO
Sω3tは乗算器5でビートダウンされる。狭帯域濾波
器17〜19(BI〜Bn)は、第3図(C)に示した
各周波数の拡散スペクトル成分のみを夫々通過させるよ
う構成されており、それらの出力は次段の加算回路22
で加算されるので、加算回路22からは不要な周波数成
分が除去された所望の複合スペクトル拡fir言号P 
(t)(f(t)+cosω2tl(=S、M(t)と
する)そのものが出力される。
なお、FM変調信号f(t)は、周波数丙移をAf。
変調信号周波数をf m、変調信号をsin ptとす
ると、A S!n(ωIt + ii f 5inpi
 / f m )で表わされる。かかる複合スペクトル
拡散信号5H(t)は、乗算器4に再入力端子より供給
され、ここで2型動作による逆拡散が行なわれ、逆拡散
出力5d(t)が得られる。この逆拡散出力5d(t)
の中がら、所望のFM変調信号^5in((ω+ −ω
2) t + I!If 5inpt/fm)のみを、
次段のBPF13にて検出しく通過させ)で1次復調回
路23に供給し、ここでFM復調を行なって、復調情報
信号sin ptを出力端子−2より出力する。
次に、本発明のスペクトル拡散通信方式の主要構成部で
あるマルチヤンネルアクセス回路7.8と他のスペクト
ル拡散信号との周波数多重について、第3図(1))及
び第2図をOtせ参照して説明する。今、使用中の通信
装置に生じている拡散スペクトルを±A、、B、、±a
1.−bIとすれば、第3図(D)に示すように、マル
チヤンネルアクセスとして使用できる周波数は、これら
の他に更に±A2〜±An・・・(復号同順)もあるこ
とになる。
このことは、各々1つの周波数を使用すれば、他のスペ
クトル拡散信号としては、周波数は2次〜几次まで使用
できることを意味している。
このように、同図[B)に示したQすがらに)に至るメ
インロープ内のスペクトル拡散信号の周波数帯域では、
他のスペクトル拡散信号と干渉しないようにマルチヤン
ネルアクセス四B7が動作する。
この場合、飴のスペクトル拡散信号を生成、送出する通
信装置は、本発明のスペクトル拡散通信方式と同じ仕様
とすることが前提となる。
以上の説明においては、1次変調としてF M変調を行
なうものとしたが、これにより、身近なワイヤレスシス
テムとして、マイクロホンやトランシーバ、その他広範
な応用が期待できる。なお、FM変調方式に限らず、他
の変調方式(例えばPSK変調など)も使用できる。
〔効 果〕
本発明のスペクトル拡散通信方式は以上のようにルて通
信するので、次のような優れた特徴を有している。
■従来の諸方式のような回路構成による干渉信号の抑圧
ではなく、干渉自体を起こさないよう構成しているので
、スペクトル拡散通信方式で原理的に生ずる遠近問題は
、本発明方式と同じ仕様の他のスペクトル拡散通信装置
がらの電波との干渉を、充分良好に回避することができ
る。
■従って、本方式と同じ仕様のスペクトル拡散通信装置
を複数個同時に使用することができる。
■従来の諸方式において必須の構成要件であったクロッ
ク再生回路、拡散符号発生回路、ループで構成される同
期引込み回路及び同期保持回路等が不要となったので、
回路構成をかなり簡素化でき、コストの大幅な低減が図
れ、これにより民生機器への展開が非常に容易となった
■同期引込み回路及び同期保持回路等の複雑な回路が不
要となったことにより、従来方式に見られる如き同期引
込み時間がかかる欠点や、同期が外れる等の問題から解
放され、スペクトル拡散通信方式の動作の安定化に寄与
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)、 (B)は本発明のスペクトル拡散通信
方式を実現する一実施例の夫々送信部及び受信部のブロ
ック図、第2図は上記実施例の主要部であるマルチチャ
ンネルアクセス回路の具体的構成例を示すブロック図、
第3図(A)〜fD)は上記実施例の動作説明用周波数
スペクトル図、第4図はスペクトル拡散通信方式の原理
を説明するための通信装置の基本ブロック図、第5図は
第4図示のブロック図の各構成部分におけるスペクトル
波形図である。 2.22・・・加算器、3〜5・・・乗算器、6山低域
濾波器、7.8・・・マルチチャンネルアクセス回路、
9・・・拡散符号発生回路、10・・・送信部、11〜
13・・・帯域濾波器、17〜19・・・狭帯域濾波器
、20・・・受信部、23・・・1次復調回路、31・
・・cPU(中央演算処理装置〉、32・・・周波数シ
ンセサイザ、42・・・1次変調回路、In+〜Ins
・・・入力端子、b2.0uts・・・出力端子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 送信部側には、情報信号を第1の搬送波により変調して
    1次変調波信号を生成する変調手段と、この1次変調波
    信号に第2の搬送波を加算して加算信号を得る加算手段
    と、この加算信号を拡散符号により拡散して複合スペク
    トル拡散信号を得る手段と、この複合スペクトル拡散信
    号を第3の搬送波で周波数変換を行なった後ビートアッ
    プさせて送信する第1のマルチチャンネルアクセス手段
    とを備え、受信部側には、上記複合スペクトル拡散信号
    を受信して帯域外の雑音成分を除去する帯域濾波手段と
    、この帯域濾波手段の出力を第4の搬送波で周波数変換
    を行なつた後ビートダウンさせる第2のマルチチャンネ
    ルアクセス手段と、このビートダウンされた複合スペク
    トル拡散信号に含まれる複数の拡散スペクトルを夫々通
    過させる複数の互いに通過帯域の異なる狭帯域濾波手段
    と、これら複数の狭帯域濾波手段の出力を加算する加算
    手段と、この加算手段の出力を2乗動作により逆拡散す
    る乗算手段と、この乗算手段にて得られた逆拡散信号中
    の不要な周波数成分を除去した後、上記1次変調波信号
    に含まれる複数の変調波信号の復調を行なう復調手段と
    を備え、 上記第1、第2の搬送波の周波数の差を上記情報信号の
    帯域幅よりも充分広く設定することにより、上記複合ス
    ペクトル拡散信号に含まれる複数の拡散スペクトル成分
    の間隔を充分広く設定し、隣接する拡散スペクトル成分
    同士の間に他の複数のスペクトル拡散信号を間挿させる
    ことにより周波数分割による多重通信を可能にすると共
    に、上記、他の複数のスペクトル拡散信号のうち使用中
    の周波数を回避し乍らマルチチャンネルアクセスによる
    通信を可能ならしめたことを特徴とするスペクトル拡散
    通信方式。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04110038U (ja) * 1991-03-11 1992-09-24 日本ビクター株式会社 スペクトル拡散による無線送受信装置
US5586113A (en) * 1993-11-08 1996-12-17 Ntt Mobile Communications Network Inc. CDMA communications method and system
CN113225150A (zh) * 2020-02-06 2021-08-06 创意电子股份有限公司 多通道传输装置

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