JPH09246908A - 弾性表面波装置及びそれを用いた通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐妨害性能、高速化、等を阻害する要因を除
き、スペクトラム通信用のＳＡＷデバイスとそれを用い
たスペクトラム拡散通信装置の情報処理高速化、小型
化、低価格化を図る。 【解決手段】符号化電極２と符号化電極２と互いに送受
波しうる送受波電極３からなるＳＡＷマッチドフィルタ
４を設け、送受波電極３を中央電極要素とその両側に対
称な励振強度の電極要素を対称に複数個同数設け、複数
個の電極要素の強度を自己相関と比例したものとし、そ
の際の比例係数を特定し、かつ、それらの電極要素の間
の時間間隔を取り扱うべき符号１シンボルの時間をチッ
プ数Ｎで除した１チップ時間Ｔｃとし、両側に置く個数
を各々（Ｎ−１）とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスペクトラム拡散通
信の受信のための、同期、拡散の相関復調、フィルタリ
ングを行い、かつ情報復調を行う弾性表面波装置で、特
に高速情報に対応し得て、かつ、不要信号を低減しうる
構成と、その弾性表面波装置を用いた通信装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、弾性表面波（ＳＡＷ）装置をもち
いて、スペクトラム拡散通信装置の受信部を構成する際
には、例えば、Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ
Ｖｏｌ．２ ＭＩＬＣＯＭ ’８２，３４．５−１〜３
４．５−３，に見られる様にＳＡＷマッチドフィルタを
用いた相関器で逆拡散による相関復調を行なっていた。
更に、その相関復調信号とＳＡＷ遅延線を用いて情報信
号の１シンボル分だけ前記相関復調信号を遅延させた信
号とをミキサ等で互いに乗算する、いわゆるＰＤＩ方式
で情報信号を復調していた。また、取扱う拡散符号がバ
ーカー符号の場合には例えば、文献（ＩＥＥＥ １９８
５ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．ｐ
ｐ．１４５−１４８、ないしはＩＥＥＥ １９８５ Ｕ
ｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐ． Ｐｒｏｃ．ｐｐ．
１４９−１５２）に示されるように、ＳＡＷマッチドフ
ィルタに於いて符号化電極と対になる送受波電極を通常
の正規型電極に代えて、拡散符号１チップ時間Ｔｃの二
倍の時間間隔２Ｔｃに対応した間隔で電極要素をチップ
数Ｎ個設け、かつＮ個の概電極要素群の中央電極要素以
外の電極の励振強度を中央電極の励振強度の１／（２Ｎ
−２）とし、極性を中央電極と反転した構造のタップ付
きの遅延線型の電極としている例も有る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来前者のス
ペクトラム拡散通信用ＳＡＷマッチドフィルタにはｍ系
列のＰＮ符号に対応する場合、復調されて圧縮された相
関信号パルスの他に時間軸上に不要な信号が大きく出て
いた。このため、スペクトラム通信本来の利点である筈
の妨害に対する強さが、足りなくなる。さらに、伝送情
報の高速化、あるいは拡散帯域の制限が必要な場合、等
への対応が困難であった。一方、時間軸上の不要信号の
対策には拡散符号を工夫することが行なわれ、従来後者
のバーカー符号がよく知られている。しかし、従来後者
ではチップの少ない割には、時間軸上に不要な信号が小
さい利点が有るが、符号長が短く（チップ数が１３まで
しか見つかっておらず、少なく）なり、使用可能な符号
配列が限られ、同様のシステムの並列配置が難しく、ま
た充分な拡散比（ＳＮ比）が確保できない、相関ピーク
損失が大きくなる等の問題があった。または拡散比を確
保しようとすると、伝送情報の高速化に対応できない、
あるいは拡散帯域が制限を外れる等の問題があった。

【０００４】本発明の目的は、耐妨害性能、高速化、等
を阻害する要因を除き、スペクトラム通信用のＳＡＷデ
バイスとそれを用いたスペクトラム拡散通信装置の情報
処理高速化、小型化、低価格化を図ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では特定の拡散符号によらず任意の符号を
用いて、符号化電極と前記符号化電極と互いに送受波し
うる送受波電極からなるＳＡＷ（弾性表面波）マッチド
フィルタを設け、かつ前記送受波電極を中央電極要素と
その両側に等しい励振強度の電極要素を複数個同数設
け、かつ、それらの電極要素の間の時間間隔を上記従来
後者の例とは異なり、取り扱うべき符号１シンボルの時
間Ｔをチップ数Ｎ（自然数）で除した１チップ時間Ｔｃ
とし、両側に置く個数を各々（Ｎ−１）とした。

【０００６】特に、その際、中央電極要素以外の電極要
素の励振強度をその位置によらず一定でなく、拡散符号
の二値符号化係数ａ_n （＝±１，ｎ＝１，２，…，Ｎ）
と符号化電極の各電極要素の極性配列ｂ_n （＝ａ_N+1-n
＝±１，ｎ＝１，２，…，Ｎ）から定まる次の様な中央
電極要素に対する強度比の配列ｄ_i

【０００７】

【数６】 ｄ_i ＝−ｃ_N+1+i／（Ｎ＋４Ｃ） （ｉ＝１，２，…，Ｎ−１）…（数６） もしくはＤを

【０００８】

【数７】 −Ｎ≦Ｄ≦Ｎ＋４Ｃ …（数７） を満たす数として

【０００９】

【数８】 ｄ_i ＝ｃ_N+1+i／Ｄ （ｉ＝１，２，…，Ｎ−１） …（数８） で中央電極要素の両外側に対称に順次配置する。ここ
に、中央電極要素の励振強度ｄ₀ を１と規格化し、Ｃ，
ｃ_k は各々、数４、数５で表される。

【００１０】この様に、ＳＡＷマッチドフィルタを設
け、符号化電極と互いに送受波しうる送受波電極からな
るＳＡＷマッチドフィルタを設け、かつ送受波電極を中
央電極要素とその両側に等しい励振強度の電極要素を複
数個同数設け、かつ、それらの電極要素の間の時間間隔
を取り扱うべき符号１シンボルの時間Ｔをチップ数Ｎで
除した１チップ時間Ｔｃとし，両側に置く個数を各々
（Ｎ−１）とし、更にその配列に当たり、この強度比の
重み付けを極性を含んで施したことにより、ＰＮ符号で
拡散した信号を上記符号化電極に入力して言わば順方向
に放射されるＳＡＷ（ＰＮ符号の自己相関関数となって
いる）のフーリェ変換における短い周期（高周波）のサ
イドローブ成分の逆関数が、符号化電極と互いに送受波
しうる送受波電極において近似的に実現出来る。そのた
め、送受波電極から出力される電気的な信号波形では時
間軸上の不要信号がかなり低減される。

【００１１】上記した事柄を数式的に示しておく。

【００１２】ここで、搬送波の角周波数ω₀ とし、ＰＮ
符号でＰＳＫ拡散変調を行った信号波形をｓ（ｔ）とす
ると、ｓ（ｔ）は次の様に、

【００１３】

【数９】

【００１４】表される。ここに、Ｎはチップ数で、ａ_n
＝±１はＰＳＫ拡散のｃｏｄｉｎｇ係数であり、疑似雑
音符号なので、

【００１５】

【数１０】

【００１６】

【数１１】 ｖ_c（ｔ） ＝ｒｅｃｔ（ｔ／Ｔ_c） は１チップの包絡線で、−Ｔ_c／２≦ｔ≦Ｔ_c／２の区間
で値１をとる幅Ｔ_cの矩形パルスである。

【００１７】符号｛ａ_n ｝に対応した極性配列｛ｂ_n＝
±１｝ （ｎ＝１，２，…Ｎ） を持つ符号化電極と符号化電極と組となる送受波電極、
及び、ＰＳＫ拡散変調を行った信号波形ｓ（ｔ）を符号
化電極に入力した場合に組となる送受波電極に向かって
放射されるＳＡＷ波形ａ（ｔ，ｘ）を模式的に図２に示
す。ここで、符号化電極はｓ（ｔ）に整合しているの
で、

【００１８】

【数１２】 ｂｎ＝ａ_N+1-1 （ｂ₁＝ａ_N，ｂ₂＝ａ
_n-1，…，ｂ_N＝ａ₁） ＳＡＷ波形ａ（ｔ，ｘ）は次の様に表される。

【００１９】

【数１３】

【００２０】ここで、係数ｃ_k は、次の様に表される。

【００２１】

【数１４】

【００２２】このＳＡＷ波形ａ（ｔ，ｘ）はｔ＝（Ｎ＋
１）Ｔ_c の時、に生じ、ｃ_N+1＝Ｎのピーク値をとる。

【００２３】放射されるＳＡＷ波形ａ（ｔ，ｘ）のフー
リェ変換Ａ（ω，ｘ）は次のように表される。

【００２４】

【数１５】

【００２５】

【数１６】

【００２６】ここで、ＳＡＷ波形ａ（ｔ，ｘ）をＨ
（ω）＝１／Ｆ（ω）の伝達関数を有する電極を通過さ
せ、出力を取り出すと、次のフーリェ変換Ｖ_c（ω，
ω_o）を持つ出力信号ｖ_c（ｔ，ω_o）を得る。

【００２７】

【数１７】

【００２８】

【数１８】

【００２９】即ち、拡散復調された出力信号はパルス幅
Ｔ_c のｒｆ矩形パルスで、時間軸上のサイドローブが消
え、狙いの形が得られる。

【００３０】次に、Ｈ（ω）＝１／Ｆ（ω）の伝達関数
を有する電極の具体的な形を求める。Ｈ（ω）＝１／Ｆ
（ω）は次の式の様に表される。

【００３１】

【数１９】

【００３２】Ｆ（ω）はＴｃの時間間隔で配列されたイ
ンパルス波源の列に相当し、展開されたＨ（ω）もＴｃ
の時間間隔で配列されたインパルス波源の列となること
が予想される。展開にあたり、相関ピークに相当するｋ
＝Ｎ＋１を中心に考える。この時、ｃ_k ＝Ｎである。ω
＝ω_o の時、

【００３３】

【数２０】

【００３４】となり、このＨ（ω_o） の分母項がＨ
（ω）の分母の｛ ｝内の最大値であることに注意して
Ｈ（ω）を次の様に変形する。

【００３５】

【数２１】

【００３６】ここで、Ｃは定数で、次の様に表される。

【００３７】

【数２２】

【００３８】この様にして変形された形のＨ（ω）は発
散を回避できることがわかる。

【００３９】

【数２３】

【００４０】を用いてｘを数２６の様におけば、

【００４１】

【数２４】

【００４２】Ｈ（ω）は次のような無限級数として求め
られる。

【００４３】

【数２５】

【００４４】ここで無限級数のｍの１次項までをとり、
Ｈ（ω）を近似する。この無限級数の形より非常にわか
り易い形となる。

【００４５】

【数２６】

【００４６】この一次近似の式に於いて［ ］内の１は
励振強度を１に規格化した中央電極であり、２ｃｏｓ
｛ｎＴ_c（ω−ω_o）｝は中央電極から−ｎＴ_c，＋ｎＴ_c
の時間間隔で組になって置かれた強度１の電極に相当す
る。図３に一次近似の式の示す電極構成の模式図を示
す。Ｈ（ω）のｍ＝１までの展開による一次近似に対応
する電極構成は図３のように中央に強度１に規格化した
電極を置き、其の両側に対称にその中央電極に対する強
度比ｄ_n を

【００４７】

【数２７】

【００４８】とした電極を遅延時間Ｔ_c の中心間隔で配
置し、並列に（もしくは直列に）相互を接続したＴａｐ
ｐｅｄ Ｄｅｌａｙ Ｌｉｎｅ構成の電極となる。この
電極構成によれば、所望のＨ（ω）を近似的に実現で
き、自己相関信号の時間軸サイドローブをかなり低減で
きる。

【００４９】但し、数２６は数２５のｍ＝１までの近似
であって符号によっては集束が非常に遅く、粗い近似に
止まる場合もある。この場合は、Ｃの値が負でその絶対
値がＮに比べて十分に小さいとは言えない時であって、
数２７右辺の分母を変更して数３の形とすれば、より良
い近似となることを示した。

【００５０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の弾性表面波装置の
好適な実施例を示す平面図である。

【００５１】図１において、弾性表面波基板１上に符号
化電極２と符号化電極２と互いに送受波しうる送受波電
極３からなるＳＡＷマッチドフィルタ４を設け、送受波
電極３ではその中央に若干電極対数の多い電極要素を設
け、その両側に対数０．５の電極要素をＴｃの時間間隔
すなわち距離では、Ｖ・Ｔｃ（ＶはＳＡＷ音速）の中心
間隔で、電極要素を各（Ｎ−１）個、配置し、更に中央
電極要素の上にのみ、圧電薄膜を載せている。ここに、
送受波電極３における中央の電極要素の励振強度を１と
規格化して数１に従った励振強度の重み付けが極性も含
み両外側の電極要素に行なわれている。

【００５２】ここでＳＡＷマッチドフィルタ４の符号化
電極２に情報信号をＤＰＳＫ変調した後、符号化電極２
と対応の符号でスペクトラム拡散変調した信号を入力
し、ＳＡＷマッチドフィルタ４で同期、拡散復調した信
号と１シンボルの時間前の拡散復調した信号をＳＡＷ遅
延線に入力して１シンボル分の時間を遅延させて得た信
号とを復調器１０の各々の入力端子に入力し、情報復調
している。

【００５３】本実施例では、情報信号は速度１Ｍｂｐｓ
の二値信号でＤＰＳＫ変調している。この情報信号は更
に３００ＭＨｚの微弱電波を搬送波とした上で、各１シ
ンボルをさらに表１に示すＮ＝２５チップのＰＮ（疑似
雑音）符号で周波数拡散変調した信号として送信し、こ
れを入力信号としている。

【００５４】

【表１】

【００５５】ここで、電波法上、拡散の帯域は微弱電波
では周波数の上限が事実上３２２ＭＨｚに押さえられる
ことから、拡散帯域幅Ｂ_DSは５０ＭＨｚであるがフィル
タで帯域制限して送信している。弾性表面波基板として
は遅延時間の温度係数の小さく零温度係数を持つＳＴカ
ット水晶基板を用いており、ＳＡＷの各電極は膜厚０．
１μｍのＡｌ薄膜をホトエッチングして形成したダブル
電極指からなる中心周波数３００ＭＨｚのインターディ
ジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）から構成される。符
号化電極２は対数０．５対のＩＤＴを、その極性に表１
のｂｎの局性配列を施して電極周期λ_E の８倍毎に配置
し、２５チップに構成してある。この符号は自己相関の
タイムサイドローブは比較的に小さいのであるが、符号
化電極と組み合わせる電極を本発明の方法によるものと
し、数３による表２のタップ強度ｄ_n に従い、重み付け
されている。

【００５６】

【表２】

【００５７】ここでは数２のＤを（Ｎ＋４Ｃ）に相当す
る−２３としている。即ち、数２５の収束が非常に悪
く、数２６では近似が粗過ぎる場合に相当している。こ
こで、中央電極の対数を６．５とし、他を０．５対とし
ている。開口を２ｍｍとし、中央電極にＺｎＯを用いて
いない。また交差幅重み付けが用いられている。本実施
例では相関出力信号ピークはＮ＝２５でなく、２０．８
２６で時間軸上の不要信号は絶対値が最大のもので１．
４０３と従来の３に比べピーク比で７．５９ｄＢ改善で
きた。

【００５８】本発明の第２の実施例では数２のＤを（−
Ｎ）に相当する−２５として、符号化電極と組み合わせ
る電極は表３のタップ強度ｄ_n に従い、重み付けされて
いる。

【００５９】

【表３】

【００６０】その他の諸元は第１の実施例と同じとして
いる。本実施例では、相関出力信号ピークはＮ＝２５で
なく、２１．１６で時間軸上の不要信号は絶対値が最大
のもので０．９６と従来の３に比べピーク比で８．４７
ｄＢ改善できた。

【００６１】

【発明の効果】本発明により、スペクトラム通信の相関
復調、同期、フィルタリング、並びに情報復調に使用す
るＳＡＷデバイスが、その損失を損なうことなく時間軸
上の不要信号を低減でき、シンボルレートより短い時間
間隔で情報送りやすく高速情報が扱うことができるよう
になった。そのため、スペクトラム通信用のＳＡＷデバ
イス及びそれを用いた通信装置の高速情報への対応、小
型化、低価格化が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の弾性表面波装置の好適な実施例を示す
平面図。

【図２】符号化電極極性配列と放射ＳＡＷ波形の説明
図。

【図３】組となる送受波電極の説明図。

【符号の説明】

１…弾性表面波基板、 ２…符号化電極、 ３，３´…送受波電極、 ４，４´…ＳＡＷ マッチド フィルタ、 ２３…弾性表面波吸収体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 康博 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所マルチメディアシステム開 発本部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性表面波基板上に少なくとも一個の送受
   波電極を設け、前記送受波電極はすだれ状電極であり、
   符号化電極と前記符号化電極と互いに送受波しうる前記
   送受波電極からなる弾性表面波マッチドフィルタを設け
   た弾性表面波装置において、前記送受波電極を中央電極
   要素とその両側に電極要素を複数個同数設けたものと
   し、それらの電極要素の間の時間間隔を取り扱うべき符
   号１シンボルの時間をチップ数Ｎで除した１チップ時間
   Ｔｃとし，両側に置く個数を各々（Ｎ−１）とし、中央
   電極要素以外の電極要素の励振強度をその位置によらず
   一定でなく、拡散符号の二値符号化係数ａ_n （＝±１，
   ｎ＝１，２，…，Ｎ）と符号化電極の各電極要素の極性
   配列ｂ_n （＝ａ_N+1-n＝±１，ｎ＝１，２，…，Ｎ）か
   ら定まる次の様な中央電極要素に対する強度比の配列ｄ
   _i 【数１】 ｄ_i ＝−ｃ_N+1+i／（Ｎ＋４Ｃ） （ｉ＝１，２，…，Ｎ−１）…（数１） もしくはＤを 【数２】 −Ｎ≦Ｄ≦Ｎ＋４Ｃ …（数２） を満たす数として 【数３】 ｄ_i ＝ｃ_N+1+i／Ｄ （ｉ＝１，２，…，Ｎ−１） …（数３） で中央電極要素の両外側に対称に順次配置したことを特
   徴とする弾性表面波装置、ここに、中央電極要素の励振
   強度ｄ₀ を１と規格化し、Ｃ，ｃ_k は各々、次式で表さ
   れる。 【数４】 【数５】