JPS6024741A - 周波数拡散方式による通信システム - 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】 技術分野 本発明は周波数拡散方式による通信システムに関する。

従来技術 周波数拡散方式では多数の送信源の周波数ス被りトラム
が互いに重なシ合っている。従って　゛多数の送受信器
によって同一帯域で多重アクセスを行う際、各々送信さ
れた信号の受信信号レベルに大きなバラツキがあると、
多重度を太きくすることができない。

たとえばケーブル伝送による広帯域伝送システムにおい
であるケーブルタップからヘッドエンド−ｔでの損失、
及び逆にヘッドエンドからタップまでの損失はそれらの
タップによって様々である。この損失の量が所定値とな
るようにケーブル、分岐器２分配器、増幅器等の設計、
調整及び保守を行うが、バラツキを小さくすることは困
難なことが多い。バラツキを大きく、例えば±１０　ｄ
Ｂないし２０ｄＢの幅を持たせると伝送媒体の設計・調
整・保守は実際的になる。しかしこのようにしたのでは
、受信信号レベルには２０ｄＢ（すなわち電力比で１　
：　１００）ものバラツキが生じるため、周波数拡散方
式の理論上の多重度のわずか１／１００　Ｌか実現でき
なく々ってしまう。

さらに、信号レベルに大きなバラツキがあると伝送媒体
中に設けられた増幅器が過負荷となったり、逆に信号レ
ベルの小さいものに対して十分なＳ／Ｎがとれなくなっ
たシしやすい。

目　的 したがって本発明はこのような”従来技術の欠点を解消
し、信号レベルのバラツキが最小で、理論値に近い多重
度を実現する周波数拡散方式による通信システムを提供
することを目的とする。

構成 本発明の構成について以下、実施例に基づいて説明する
。

第１図はプーアルケーブル方式による広帯域伝送システ
ムに本発明を適用した実施例を示す。

ケーブルＣＢ１を及びＣＢ１１ｔは上り回線を示し、ケ
ーブルＣＢｊｒ及びＣＢ１１ｒは下り回線を示す。端局
Ｔ１及びＴ２がケーブルＣＢ１を及びＣＢｌｒによって
、また端局ＴｌｌがケーブルＣＢ１１を及びＣＢ１１ｒ
によって中心局１０に接続されている。各ケーブルと端
局との間の接続は分配器（方向性結合器）ＤＣによって
行なわれ、各ケーブルと中心局１０との結合は分岐器ｓ
ｐによって行なわれる。各符号に付加される数字はケー
ブル又は端局の番号に対応し、ｔは上シ、ｒは下り゛に
対応している。

中心局１０は図示のように上り回線から下シ回線への中
継増幅器１２．基準送信器１４及び分岐器ｓｐｏを有す
る。

任意の端局Ｔｉから送出された信号Ｓｔｉは分配器ＤＣ
ｉによってケーブルＣＢｉｊに乗せられる。

各端局からの信号Ｓｔｉは分岐器ＳＰｔによってケーブ
ルＣＢＯｔに集められ、中毛・局１０にすべての上り信
号が入力される。中心局１０では入力された上多信号Ｓ
ｔを増幅器１２で増幅した信号Ｓｔ′を下シ回線ＣＢＯ
ｒに送出する。信号Ｓｔ′は分岐器ｓｐｒ、全１．ＤＣ
ｒによシすべでの端局に入力される。

このようにして、ある端局から送出された信号はすべて
の端局に伝送され、これに二って任意の端局間で通信が
可能となる。この手法は双方向ＣＡＴＶや広帯域伝送シ
ステムで良く知られたものである。この手法によれば、
論理重々通信形態はバス構造をとシ、ケーブル網構成は
中心局１０をルートとする任意のトリー構造とすること
ができる。

さて、周波数拡散（ＳＳ）方式においては、帯域の狭い
データ信号Ｓｄを帯域の広い信号Ｓｔに変換して送出、
伝送する。第１図の伝送媒体では、複数の端局からの信
号Ｓｔはすべてどの端局でも受信できる。各信号Ｓｔの
周波数スペクトルは互いに重なシ合っている。目的とす
る受信信号８ｔｈ以外の信号Ｓｔ′はその端局の受信器
にとっては雑音にすぎない。ＳＳ方式で多重アクセスを
する場合、複数の端局かも同時に同一帯域に信号を送出
するから、受信器にとっては目的とする受信信号よりも
雑音の電力の方が太きいというのが通常である。

ＳＳ方式では広帯域の信号Ｓｔを狭帯域の信号Ｓｄに復
調する過程において、目的とする信号Ｓｄを強め、不要
な雑音を除去することができる。すなわち低いＳＡの入
力信号が受信器の復調過程によって高いＳ／Ｎの出力信
号に変換される。このＳ／Ｈの向上する比をプロセス利
得と称し、おおむねプロセス利得Ｇｐは、 で示される。ここでＢＷＲＦは広帯域信号ＳｔのＲＦ帯
域幅であシ、Ｒｉｎｆｏは狭帯域データ信号Ｓｄの情報
周波数である。

そこで、プロセス利得が５０　ｄＢあったとする。

また復調された信号ＳｄのＳ／Ｎが１０　ｄＢ以上必要
とすると、受信信号ＳｔのＳハは １、ｏ−５ｏ＝−４ｏ（ａＢ）　（２）から、−４０ｄ
Ｂ以上必要であるとど゛がゎがる。

ここで雑音が目的以外の広帯域信号ｓｔによるものとし
、各信号Ｓｔの受信レベルが同一とすると、目的以外の
信号Ｓｔの信号源の数はｉ　ｏ４０／１０＝　ｉ　ｏ　
−１ｏｏｏｏ　（３）すなわち１００００である。すな
わちこの仮定においては、理論的に１００００回線を同
時に設定できる。

ところで、もし目的とする信号Ｓｔの受信レベルが上記
の仮定より２０ｄＢ低いとすれば、１０（４０″″２０
）／１０＝１０　＝１００　（４）となって、わずか１
００回線までしか同時に設定できないことになる。すな
わち、ＳＳ方式による多重アクセスにおいては、多重度
をあげるため、各広帯域信号ｓｔの受信信号レベルがな
るべく揃っていることが重要であシ、必要である。

するための方法が従来いくつが知られている。

その一つは、各端局の送信出力レベルを厳格に規定し、
かつ伝送媒体による伝送損失を一定となるようにする方
法である。送信出力レベルを一定値に保つことは技術的
に容易であるが、伝送媒体の伝送損失を一定値に保つこ
とは困雛なことが多い。ケーブルによる損失２分岐器や
分配器による挿入損失１分岐損失や分配損失にはばらつ
きがあシ、これらを補償するために・やラドや減衰器を
挿入して調整しなければならない。この調整はすべての
タップオフについて行なわなければならず、非常に手間
のかがる作業である。またある程度システム規模が大き
くなると、ケーブル、分岐器９分配器等の損失を補うた
め増幅器の挿入が必要となり、この増幅器の利得を調整
・維持しなければならない。一般にこれらの増幅器はカ
スケードに何段も挿入されるので、１つの増幅段のわず
かな利得変動も多段では大きなものとなる。

従来からこの増幅器の利得を制御する方法として、パイ
ロット信号を用いたＡＧＣがあったが、これは主として
下多回線について行うものである。すなわち中心局で下
多回線に７−、Ｏイロソト信号を挿入し、このパイロッ
ト信号のレベルが一定となるように各段の増幅器の利得
を制御するものである。これによって様々な損失の変動
を下り回線に関してはほとんど取除くことができる。

しかしＳＳ方式においては下多回線の伝送損失が変動す
ることは原理的に問題が々い。々ぜならば、中心局にお
ける各端局からの信号Ｓｔのレベルがすべて同一であれ
ば、下多回線の伝送損失がいかにばらついていようとあ
る端局において各端局から伝送された信号Ｓｔのレベル
はすべて同一であるからである。すなわち、増幅器等に
よるＳ／Ｎ劣化を無視すれば、各端局におけるＳ／Ｎは
下多回線の伝送損失に無関係に同一である。したがって
ＳＳ方式において伝送損失のバラツキが問題になるのは
上多回線についてである。

端局から送出される信号レベルが同一でも、上多回線の
伝送損失が異なれば、中心局における各端局からの信号
のレベルが異なってしまい、同一レベルにそろわない。

この同一レベルにそろっていカい信号が全く相似的に各
端局で受信されることになる。

上多回線の伝送損失を一定とするためにパイロット信号
を用いたＡＧＣを使うことは現実的でない。幹線、支線
が一本だけであれば、中心局から遠端の上シ回線上に／
−，６イロツト信号を挿入することでその幹線又は支線
の伝送損失を一定化できる。しかし、はとんどの場合複
数の幹線。

多数の支線を持つのがこの種のケーブル網構成、すなわ
ちルート付トリーでは普通である。そこですべてのトリ
ーの枝にパイロット信号を挿入するように構成すれば、
多数のパイロット信号が必要となシ、上多信号を集める
分岐器ＳＰ又は分配器ＤＣでパイロット信号は複数とな
シ、そこから上位（よシ中心局に近い方）の増幅器では
どれか一つの７４イロツトを選択して使うか、他のパイ
ロットを除去する必要がある。このように上多回線にパ
イロット信号によるＡＧＣを使うのには問題がある。さ
らに、このような選択からはずれたパイロット信号の幹
線又は支線における損失の誤差はそこの増幅器のＡＧＣ
では修正されない。

下多回線の／ｅイロット信号を用いて上多回線の損失の
変動を補償する方法では、上記のような複数のパイロッ
ト信号を用いることによる問題はなくなる。しかしこれ
は、下多回線のパイロット信号の強度から下多回線の伝
送損失を推定し、これからさらに上多回線の伝送損失を
推定して上り回線の増幅器の利得を制御するものである
から、この上多回線のＡＧＣは閉ループを構成せず、誤
差が太きい。

逆に伝送損失がバラツクことを前提として、各端局の出
力レベルを調整する方法もある。この方法では伝送媒体
の設計・設置・調整・保守は容易となるが、各端局をタ
ップオフに接続・設置する工事の際、上多回線の伝送損
失を測定し調整する必要がある。ローカルエリアネット
ワーク（ＬＡＮ　）においては端局の装置をしばしば移
動するから、そのたびに再調整する必要がある。さらに
もっと悪いことには、伝送損失は経時的に変動するから
、定期的にすべての端局で再調整する必要がある。

以上のように従来のＣＡＴＶ等で使われたレベル合わせ
の方法はＳＳ方式による双方向通信には向かなかった。

本発明による周波数拡散方式では、受信器のＡＧＣで吸
収できる受信信号の端局間のバラツキは許容するが、各
端局から到来した信号間のレベルのバラツキは許容しな
い。下り回線の伝送損失はバラツキがあっても、これが
各端局がら到来した信号間のレベル差にはつながらない
から、中心局における信号間のレベル差を々くすように
すればよい。

本発明によれば次のようにして信号送出レベルが設定さ
れる。第１図の実施例では、中心局１０で基準送信器１
４から基準レベルの信号Ｓｒを送出する。この信号Ｓｒ
はある特定の符号系列で周波数拡散され、ＳＳ方式で送
出される。

第２図を参照すると、端局Ｔｉは、下り回線ＤＣ１ｒに
接続された２つのＳＳ受信器２０および２２、両受信器
の出力Ｌｔｉ　とＬｒヲ比較する比較器２４．ならびに
比較器の出力２６によって送信出力レベルが制御される
ＳＳ送信器２８を有し、送信器２８の送信出力が上り回
線Ｄｉｔへ接続されている。なお同図において、本発明
の理解に直接関係のない構成部分は、図の複雑化を避け
るため図示を省略しである。

このような構成の任意の端局Ｔ□が送出レベルを設定す
るときは、基準レベル信号ＳｒをＳＳ受信器２２で受信
し、Ｓｒの信号レベルＬｒを測定する。この測定は復調
されたデータ信号Ｓｄの信号レベルであってもよいし、
あるいは受信器２２のＡＧＣの制御電圧値等であっても
よい。

要は、受信された信号Ｓ、の信号レベルの相対値がわか
ればよい。比較器２４はこの測定値をメモリに記憶して
おく。

次に、その端局Ｔｉの送信器２８から送出された信号Ｓ
ｔｉ　（基準レベル信号Ｓｒ　とは異なる符号系列で周
波数拡散される）は中心局ｌＯで再送出されて同じ端局
Ｔ１　の受信器２０の入力部に信号Ｓｔ’ｉとして入力
される。端局Ｔｉの受信器２０は信号Ｓ　ｔ’ｉをＳＳ
方式で受信し、信号Ｓｔ　＜の信号レベルＬｔｉを測定
する。そこで比較器２４は、この信号レベルＬｔｉを先
に記憶された基準レベル信号Ｓｒの信号レベルＬｒ比較
し、前者が後者と同一になるように送信器２８の送出レ
ベルを調整する。すなわち Ｌｔｉ−Ｌｒ（５） とする。すべての端局において同様の調整をすれば、こ
の端局Ｔｉにおける他の任意の端局Ｔｊから到来した信
号のレベルは Ｌｔｊ　−Ｌｔｉ　＝　Ｌｒ　（６） となる。当然のこと々から、他の端局Ｔｋにおいても同
様に Ｌｔ’ｊ＝　Ｌｔ’ｋ　＝　Ｉ！ｒ　（７）と々るから
すべての端局の入力部では、均一なレベルの信号が受信
され、ＳＳ方式の多重度を最大限まであげることが可能
となる。なお、上述の実施例では基準レベル信号Ｌｒの
受信、レベル検出をまず行ない、次に信号Ｌｔの受信。

レベル検出を行なって両者を比較している。勿論、この
順序は逆であってもよく、また、両信号の送受信、レベ
ル比較を同時に行なってもよい。後者のように構成した
場合、常時、送信出力レベルが調整される特徴がある。

このようなレベル調整方法では、受信信号レベルＬｄと
Ｌｔｉの測定に同一の受信器を用いることができるので
、送出レベルを極めて正確に設定できる。また、同一の
受信器を用いるので装置構成が簡略であり、価格もほと
んど増加しない。さらに、他端局Ｔ、からの信号Ｓｊｊ
の受信にも同一の受信器を使える。

このような送出レベルの設定は、端局の設置時や保守の
時、電源投入時、あるいは送信開始時に行うことで通常
は十分である。これはとのゆるやかなためである。

一方、後述のような無線方式に適用した周波数拡散方式
では、伝送媒体が通常の大気空間であるため、一般に、
天候や端局の移動等の外的要因によシ伝送損失の変動が
比較的速い。そのような場合には、実質的に同一な特性
の二台の受信器で受信信号レベルＬｒ　とＬｔｉとを同
時に測定し、両者を比較して前者に後者が一致するよう
に送信器の送出レベルを調整すればよい。

このようなレベル設定方法によれば、損失の変動に常に
系を追従させることができる。

さて上記ではデュアルケーブル方式の実施例について本
発明を説明したが、単一ケーブル方式でも同様のことが
いえる。その場合は、広帯域伝送システムや双方向ＣＡ
ＴＶ等でよく使われているザブスプリット方式やミドス
プリット方式と同様の方法で信号の双方向化をはかれば
良い。

具体的には、上多回線と下り回線とで使用する周波数帯
を分け、例えば、上多回線には低い周波数帯を、下９回
線には高い周波数帯を割り当てれば一本のケーブルで双
方向化が可能となる。この場合中心局ＩＯでは、下９回
線から来た低い周波数帯の信号を周波数変換して高い周
波数帯の信号にし下多回線に出力する周波数変換回路が
含まれる。

次に、基準送信器１４の位置でちるが、前述の実施例で
は中心局１０に配置されている。しかしこれは上シ回線
上のどの位置にあってもよいことは、本発明の原理から
明らかである。

ところで、先の説明では送信器２８のレベル設定条件を
Ｌｔｉ−Ｌｒとしたが、これはちる比αだけ異っていて
もよいことは明らかである。す方わち任意の端局Ｔｉに
ついて Ｌｔｉ−αＬｒ（８） であっても受信入力レベルの同一化が可能でちる。

ところで Ｌｔ＜Ｌｒ（９） である場合には、全端局の信号電力の合計よシ基準レベ
ル信号Ｓｒの信号電力の方が十分小さければ多重度には
ほとんど影響を与えない。しかし、通信している局が一
局あるいは三周といったように極端に少いときには式（
９）の条件は特別の意味がある。すなわち信号Ｓｔから
見て基準レベル信号Ｓｒは雑音であるから、もし通信を
秘密にしたい場合にはこれを有効に利用することができ
る。すなわち、基準レベル信号Ｓｒが一種のジャム信号
として作用する。したがって系に挿入される信号Ｓｒの
信号レベルを十分大きくとれば、信号Ｓｔはマスクされ
、信号Ｓｔの周波数拡散の符号系列が不明のものに対し
ては通信の存在さえかくすことが可能となる。

基準送信器１４が上り回線上にある場合は、その送信器
１４から中心局１０ｔでの間の上シ回線上の通信の秘密
を保持することに使える。

通常上り回線から信号を取り出すことはできないが、悪
意のある行為によって上多回線に細工をしたシ、保守用
のコネクタ等から信号をモニタすることは可能である。

このような行為に対しても通信の秘密を保持できる。従
って重要で常時監視のでき々い主要幹線にこれを適用す
れば好ましい効果が得られる。

ところで第１１図のデュアルケーブル方式では、中心局
ｌＯにか々らずしも増幅器１２を配置する必要はない。

さらに、基準送信器１４は中心局１０以外に配置しても
よい。この場合中心局１０は単なるケーブル折り返し機
能のみとなる。

次に第３図を参照して、無線を伝送媒体とする通信シス
テムへ本発明を適用した実施例について説明する。

一般にＳＳ方式では広帯域伝送のため、無線伝送の場合
数１００　ＭＨｚ〜数１０　ＧＨｚ帯を用いることに在
る。このよう々帯域ではその波長が極めて短いため、山
や丘、あるいはビル等の地形的要因によって電波がさえ
ぎられるだめ、任意の端局間で常に良好な通信を直接行
うことが困難である。静止軌道に乗った通信衛星を用い
れば、地球規模で任意の端局間通信を行なうことが可能
でちる。

第３図に示す実施例では、通常衛星１０ａが第１図の中
心局１０に、伝送空間３０が同ケーブルＣＢにそれぞれ
対応し、第１図に示されている分岐器ｓｐや分配器ＤＣ
は空間的な電波による合成又は分配機能により実現され
ている。

上り回線と下シ回線の分離は単一ケーブル方式と同じ手
法で行なうことができる。すなわち上下回線間で異なる
周波数帯を割り当てればよい。

あるいは同一周波数帯で′あっても、アンテナの指向性
や、異なる偏波を用いるなどによって上りと下シを分離
することも原理的には可能である。

第３図の実施例では、たとえば地上局３２や船、飛行機
等の移動局３４などの端局から周波数帯域ｆ１で中心局
１０ａに向けて送信され、中心局１０ａではこれを受信
アンテナ３６で受信する。受信した信号Ｓｊは周波数変
換器３８で他の周波数帯域ｆ２に変換され、分岐器ｓｐ
。

及びブースフアンプ４０を介して送信アンテナ４２から
端局３２及び３４に向けて周波数帯域ｆ２で送出される
。

本発明は゛まだ、地球規模からはるかに小さい−地方に
限定された無線方式にも同様に適用できる。たとえば、
中心局１０ａを比較的高い山の頂上に設置したり、ある
いは高い塔の上にアンテナを設けてこれに中心局１０ａ
を接続すると、その−地方のみで先の通信衛星を同様の
ことが実現できる。これは、互いには見通せないビル間
の通信にも、また自動車等の移動無線にも有効に適用で
きる。さらには巨大な工場や事業所等の建物内部におけ
る通信にも適用でき、この場合は高い天井などに中心局
１０ａを配設すればよい。

これらの無線を用いる方式では通常、伝送損失のばらつ
きや変動が極めて太きい。また、固定局の場合でも、マ
イクロ波帯では天候によって伝送損失が変動する。移動
局の場合は当然、局の移動に伴って変動する。

ＳＳ方式による無線通信システムは主とじて軍用として
秘匿通信やジャム対策の必要性から実用になっている。

しかし、産業・民生用に使用するには、割当て可能な電
波の周波数帯域には制限があるから多重度を極めて高ぐ
するという要求がある。本発明はこのような要求に有効
に応えることができる。

効果 このように本発明によれば、自局が上り回線に送信した
信号を自局において下シ回線で受信した信号のレベルが
、下シ回線で受信した基準レベル信号の信号レベルに対
して所定の関係を満たすように、各端局で送信信号の送
信レベルを調整することによって、送信信号レベルのバ
ラツキを最小にしている。したがって、周波数拡散方式
の理論的限界に近い程度まで多重度を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をデュアルケーブル方式の周波数拡散通
信システムに適用した実施例を示すブロック図、 第２図は第１図に示される端局の構成例を示すブロック
図、 第３図は本発明を無線通信方式の周波数拡散通信システ
ムに適用した実施例を示すブロック図である。 １０．１０ａ・・・中心局 １４　・・・基準送信器 ２０．２２　−３３受信器 ２４　・・・比較器 ２８　・・・ｓｓ送信器 ３２．３４　・・・端局 ３８　・・周波数変換器 ＣＢｌｔ　・・・上シ回線ケーブル ＣＢ１ｒ　・・・下り回線ケーブル Ｔｉ　・・・端局 特許出願人　株式会社リコー 第１図 １０− 　１ 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 中心局をルートとして複数の端局がトリー状の網をなし
   ている周波数拡散方式による通信システムにおいて、該
   通信システムは、 基準レベルの信号を前記端局に送出する基準信号発生手
   段を含み、 該端局は、 信号を送信し、制御信号に応じて送信出力のレベルが可
   変な送信回路と、 信号を受信して該受信した信号のレベルを検出する受信
   回路と、 受信した信号のレベルを比較して前記制御信号を発生す
   る比較回路とを含み、 該比較回路は、該端局の送信回路から送信され該端局の
   受信回路で受信された信号の信号レベルが、該受信回路
   で受信した基準レベル信号の信号レベルに対して所定の
   関係を満たすように、前記制御信号によって前記送信回
   路の送信出力レベルを調整することを特徴とする周波数
   拡散方式による通信システム。