図1は、従来の一般的なCDMA通信方式の全� �構成を示す概略図である。なお、図1では簡� ��化のために送信側を1つだけ示しているが、 実際には複数の送信局が多元接続を行うもの である。この方式は、送信側でユーザ毎に割 り当てられた拡散符号を用いて情報信号に拡 散処理を行い、拡散処理後の情報フレームに より搬送波を変調する。搬送波はUHF帯(300MHz~3 GHz)などの電波が使用され、変調はPSK(Phase Shi ft Keying)が利用される。受信側では、受信波� ��参照搬送波とにより検波を行い、その検波� ��力に送信側と対応する逆拡散符号を用いて� ��拡散処理(相関処理)を行うことにより情報� �号を復調する。逆拡散符号は、通常、送信� �が使用した拡散符号と同じ符号が用いられ� �。

 CDMA通信方式は、スペクトル拡散技術を応 用した通信方式であり、ユーザごとに異なる 拡散符号を使用することにより、多元接続が 可能となる。次に、CDMA通信方式の特徴を述� �る。

 送信側での拡散変調より、情報信号は広� ��周波数帯域に分散した電力密度の小さい電� ��信号となり伝送路に送られるので、他の狭� ��域通信に対して妨害を与えにくい。伝送路� ��は、目的の電波信号に他局からの信号や局� ��的な雑音(有色雑音)が加わるが、受信側で� �逆拡散により、希望信号に対しては拡散符� �長に相当する処理利得を得ることができ、� �色雑音に対しては白色雑音化されるため情� �信号の復調が容易に行える。すなわち、TDMA( 時分割多元接続)などの他の多元接続方式に� �べて有色雑音に対する耐性が強い。

 また、ユーザ数の増加に対して通信情報� ��誤り率が緩やかに増大するため、回線数の� ��限が緩やかである。さらに、拡散符号が分� ��らなければ復調できない、あるいは、周波� ��に対する電力密度が小さいことよりどの周� ��数帯が使用されているのか分かりにくいの� ��、秘匿性・秘話性に優れている。

 CDMA通信方式での同期制御は、同期方式と 非同期方式に大別できる。同期方式は、図2� �示すように、各局の情報フレームの先頭チ� �プを同じタイミングで受信する方式である� �この方式では、同期点での相関値が自己相� �はピークをとり、相互相関は0値となるよう� ��符号が用いられるため高い処理利得を得る� ��とができる。しかし、この同期方式は、1つ の送信局(例えば、基地局)から複数の受信局� ��一斉に送信する場合は使用可能であるが、� ��の逆方向の通信に対しては使用が難しい。� ��ぜならば、各送信局からの情報フレームの� ��頭チップが受信局に同時に到達するように� ��期制御を行うことは困難であるからである� ��

 上記のような厳密な同期制御が困難な場� ��には非同期方式が用いられる。非同期方式� ��、図3に示すように、同期制御を特に行わず 各送信局からの情報フレームの先頭チップが ばらばらに受信される方式である。複数局か らの信号到達時が不定であるため、拡散符号 にも制限を受け、多重数(回線数)が減少した� ��、他局間干渉が増大するという問題点があ� ��。また、他局間干渉を減少させるためには� ��基地局での受信強度をほぼ一定にするため� ��、基地局への距離に応じて送信電力を調整� ��る電力制御を行う必要が出てくる。

 本発明は、厳密な同期制御を行う必要も� ��く、上記のような非同期方式における種々� ��問題点も解決することのできる、近似同期� ��式を適用したCDMA通信方式を利用したもので ある。近似同期方式は、各送信局からの情報 フレームの先頭チップが所定の時間幅領域に 収まるように受信できれば、上記の同期方式 と同様の利点を得ることができるものである 。

 本発明におけるCDMA通信方式は、拡散符号 および逆拡散符号としてZCZ(Zero Correlation Zone :零相関領域)符号を利用することにより、他� ��間干渉の無い近似同期CDMA方式を実現したも のである。すなわち、他局間干渉の除去によ り高い伝送効率を実現することができる。ま ず、ZCZ符号の定義を示す。ZCZ符号は、数値1,0 の並びからなる2値系列の第1符号(拡散符号)� �数値1,-1からなる2相系列の第2符号(逆拡散符� ��)の符号対の集合からなる新しい符号である 。

 第1符号および第2符号の相関関数とは、� �1符号と第2符号の対応する成分同士(同期点� �フトに相当するインデックスずれも考慮す� �)の積をすべて加算したものである。第1符号 と第2符号をベクトルと考えれば、第1符号と� ��2符号の内積である。ここでは、互いに対を なす第1符号および第2符号の相関関数を便宜� ��に自己相関関数と呼び、対をなさない第1符 号および第2符号の相関関数を相互相関関数� �呼ぶ。ZCZ符号においては、自己相関関数が� �同期点でピーク値をとり、その両側の所定� �の領域で0値をとる。その所定幅の領域を零� ��関領域と言う。相互相関関数は、同期点と� ��の両側の零相関領域で0値をとる。

 送信側から送られた情報フレームの先頭� ��ップが同期点シフト分だけずれるので、受� ��側における逆拡散処理(相関処理)の出力(相� ��出力)は、拡散符号の成分を同期点シフト分 だけシフトさせて逆拡散符号と内積を求める ことで得られる。理想的な相関出力の特性は 図4のようになる。希望局との相関出力(自己� ��関)は、同期点(同期点シフト0)で大きなピー ク値をとり、その他ではピーク値に比べて十 分小さい値をとる。一方、他局との相関出力 (相互相関)は、同期点を含めた全ての同期点� ��フトで十分小さい値をとる。このような相� ��出力特性により、他局間干渉やマルチパス� ��の影響を除去することができ、情報を正確� ��復調できる。

 相関の定式について以下に記載する。長さN の符号xをx=(x ₀ ,…,x _i ,…,x _N-1 )と表す。ただし、符号xの各要素x _i は数値である。符号yも同様であるとする。� �関関数R _xy (τ)は、2つの符号x,yを同期点シフトに対応す� ��要素数τだけシフトさせた内積である。符� �を周期的なものとするか否かで、相関関数� �周期相関関数と非周期相関関数とが考えら� �る。これらの相関関数において、一般的に� �、x=yの場合を自己相関関数、x≠yの場合を相 互相関関数とする。そして自己相関関数は同 じ符号の内積で表せるので、同期点τ=0で最� �値を得る。また、相互相関関数が大きな値� �ならないように符号の集合が選択される。

 ZCZ符号の定義を以下に説明する。長さNの符 号からなる系列対(a ^j ,b ^j )のM個の集合を式(1)とする。ただし、符号a ^j は数値1,-1のN個の並びからなる2相系列、符号 b ^j は数値1,0のN個の並びからなる2値系列とする� ��ここで、符号a ^j と符号b ^j の周期相関関数を式(2)と定義する。ただし、 式(2)において、(n mod N)は整数nをNで割った� �り(剰余)を表す。

 この時、周期相関関数が、式(3)を満たすな� ��ば、集合Sを零相関領域Zczを有するZCZ符号と 呼び、S(N,M,Zcz,ω)と表す。ただし、|ω|は系列b ^j の要素1の数に等しく、|ω|<Nである。

 また、本発明においては、式(2)、式(3)の相� ��関数を、同じ系列対すなわちj=kの場合を自� ��相関関数と定義し、異なる系列対すなわちj ≠kの場合を相互相関関数と定義する。式(3)� �図に表すと図5のようになる。零相関領域は1 ≦|τ|≦Zczの領域で示される。自己相関関数� �、同期点τ=0で最大値となり、零相関領域で0 となる。相互相関関数は同期点および零相関 領域で0となる。

 ZCZ符号の具体的な構成法は数多く存在す� ��が、その中でも系列数の点で有利なものと� ��て、次の2種類の構成法が考えられている。 第1の構成法は、M系列またはルジャンドル系� ��と平衡アダマール系列とを複合させてZCZ符� ��を構成するものである。第2の構成法は、ア ダマール行列(例えば、シルベスター型アダ� �ール行列)を利用してZCZ符号を構成するもの� ��ある。

 ここで、ZCZ符号の系列数の上界を説明する� ��系列数M,系列長N,零相関領域ZczのZCZ符号S(N,M, Zcz,ω)においては、符号の直交性から、系列� �Mの上界が次式(3.1)で表されることが分かる� �
  M≦N/(Zcz+1)       ・・・(3.1)
 また、前述の第1の構成法または第2の構成� �によって作成したZCZ符号Sに関しては、系列� ��Mの上界が式(3.1)よりも高々1個、あるいは2� �少ない値であり、数学的な上界にほぼ到達� �ていることが分かる。

 第1の構成法から構成したZCZ符号は、零相 関領域Zczが、Zcz=2,6,10,…と複数種類の領域幅� ��可能である。ここで、式(3.1)から、零相関� �域Zczの大きなZCZ符号は系列数Mが減少するこ� ��が分かる。すなわち、この構成法で与えら� ��るZCZ符号は、零相関領域Zczが2の場合に最も 系列数が多くなる。第2の構成法から構成し� �ZCZ符号は、零相関領域Zcz=1となる。したがっ て、第2の構成法によるZCZ符号では、第1の構� ��法のZCZ符号よりも系列数Mを多くできる。ま た、実際のシステム構築を考慮するとZcz=1ま� ��は2が適していると考えられる。

 次に、他局間干渉の除去の原理を説明する� ��上記のZCZ符号において、2値系列b ^j を拡散符号として送信系列を送ることを考え る。また、それに対応する2相系列a ^j を逆拡散符号として相関処理を行い復調を行 うものとする。図6は、本発明のZCZ符号を用� �たCDMA通信システムの全体構成を示す概略図� ��ある。

 CDMA通信システム10は、送信部1と受信部2� �空間伝送路3とからなる。送信部1では、数値 0,1からなる情報信号に対して2値系列の拡散� �号による拡散処理を施して送信系列とし、� �らにその送信系列により搬送波を変調して� �間伝送路3に送信する。搬送波の変調方式は� ��ASK(振幅)が適しているが、他の変調方式(FSK( 周波数)、PSK(位相)など)が使用できる場合に� �、それを使用してもよい。なお、ここでは� �変調方式のASKは、主に光領域で用いられるOO K(ON-OFF Keying)を含むものとする。

 受信部2では、受信電波と参照搬送波とに より検波を行い、受信信号の検波出力に対し て2相系列の逆拡散符号による相関処理を行� �て情報信号を復調する。なお、ここでは受� �部2が参照搬送波を使用した同期検波(コヒー レント検波)を行うように説明したが、必ず� �も同期検波による必要はない。送信部1がASK� ��調によって変調送信している場合は、受信� ��2は包絡線検波等の非同期検波(ノンコヒー� �ント検波)によって検波することができる。� ��の場合には参照搬送波は不要である。ただ� ��、非同期検波の場合、多重化(CDMA)すると他� ��間干渉の影響が現れるので、FDMA、CSMA、TDMA� ��どを用いて多ユーザが通信できるようにす� ��ことが望まれる。

 図7は、CDMA通信方式において、ZCZ符号を� �用した近似同期方式を示す図である。図7に� ��いて、零相関領域Zczが同期点の前後両側に� ��置され、この零相関領域Zczが許容時間に相� ��している。複数の送信局からの信号A,B,Cに� �、それぞれハッチングで示したガードチッ� �区間が配置されている。図7に示すように、� ��ての送信信号が零相関領域(許容時間)の区� �内で受信できるように同期制御ができるの� �あれば、すなわち、各送信局からの信号A,B,C の情報フレームの先頭チップが許容時間内に 受信されるならば、他局間干渉を完全に除去 できることになる。

 図8は、情報フレームにおけるガードチップ の配置を示す図である。図8に示すように、� �ーザjに割り当てられた長さNの拡散符号b ^j の前後に、零相関領域Zczに対応するチップ数 のガードチップを配置して、長さL=N+2Zczの拡� ��拡散符号B ^j とする。すなわち、原符号b ^j の末尾のZczチップ分の部分を原符号の先頭部 の前に配置し、原符号b ^j の先頭のZczチップ分の部分を原符号の末尾部 の後に配置する。拡張拡散符号B ^j は次の式(4)で表される。

 このように拡張した拡張拡散符号B ^j では循環性を持つため、同期点がシフトして も式(2)で示した周期相関関数が正常に計算で きる。

 実際には、情報信号の各情報ビット1,0の2値 情報に対応した拡散符号b ^j と^b ^j とを与えることができる。ここで、本明細書 の本文中では、上部に記号^が付された符号� �を、その符号名の前に記号^を付することに� ��り代替表示している。一つの構成法では、� ��号^b ^j は符号b ^j の反転を表している。拡散符号^b ^j は、逆拡散符号a ^j との相関関数が同期点τ=0において負のピー� �値を持つものである。符号a ^j と符号^b ^j の組は、ZCZ符号^S(N,M,Zcz,-ω)を構成する。

 送信部1では、2値情報(1,0)の一方(例えば、1) に対して、符号b ^j に基づく拡張符号B ^j を送信し、他方(例えば、0)に対して、符号^b ^j に基づく拡張符号^B ^j を送信する。受信部2では、受信信号の検波� �力に対して、各送信局に割り当てられた拡� �符号b ^j に対応する逆拡散符号a ^j による相関処理により情報信号を復調する。 このとき、零相関領域Zczの大きさは同期点の ばらつきを吸収可能であるように設定されて いるので、理論上は他局間干渉を完全に除去 できる。

 ZCZ符号の構成をもって干渉無く情報を復� ��できる方式を以下に説明する。長さN1=3のM� �列(平方剰余系列)の符号mをm=(-++)とする。ま� ��、長さN2=8のM系列型アダマール符号(M系列を 1つずつシストして構成した符号)Hを式(5)とす る。ここで、全ての要素が1の行は除かれて� �る。なお、符号m,Hの要素+,-は要素1,-1を省略� ��て表したものである。

 第1の構成法により長さN1・N2=24、系列数M=N2- 1=7のZCZ符号S(24,7,2,8)が構成できる。これは式( 6)で表される。

 図9に符号a ¹ と符号B ¹ の相関特性を示し、図10に符号a ¹ と符号^B ¹ の相関特性を示す。符号B ¹ 、符号^B ¹ は、後述の式(7)で示される。ここで、図9と� �10では、相関関数の同期点τ=0におけるピー� �値が正負逆方向に現れていることが分かる� �

 したがって、情報1を符号B ¹ で送り、情報0を符号^B ¹ で送れば、情報を確実に識別できる。ここで 、零相関領域Zcz=2の区間において、同期点が� ��フトしたときに零相関領域の利点を保つた� ��には、周期相関関数が式(2)として計算でき� ��ければならない。そのために、以下のガー� ��チップを付加した長さL=N+2Zcz=28の符号B ¹ 、符号^B ¹ を式(7)のように拡張して構成する。

 拡張された符号B ¹ ,^B ¹ と符号a ¹ との自己相関関数の値は、同期点τ=0におい� �はピーク値±ωとなり、同期点以外の零相関� ��域では自己相関関数および相互相関関数の� ��ずれも0となるので他局間干渉やマルチパス 干渉を除去して情報を復調できる。

 すなわち、送信側は2値情報(1,0)を送るため� ��、それらに対応して異なった2値系列(符号B ¹ ,^B ¹ )を選択して送信し、受信側では同じ2相系列( 符号a ¹ )との相関を計算してピーク値が正または負� �なることより情報を復調できる。

 各送信局では2値情報の各ビットの1と0に対� ��させて、自局に割り当てられた2値系列(拡� �拡散符号B ¹ ,^B ¹ )のどちらかを選択し、情報フレームの先頭� �同期点にほぼ一致して受信されるように近� �的な同期制御をして情報フレームを送信す� �。受信局では情報を復調したい希望局に対� �する2相系列(逆拡散符号a ¹ )を用いて受信信号との相関処理を行い、正� �たは負のピーク値によって2値情報を復調す� ��。

 図11は、受信強度に違いがある場合の通� �システム20を示す図である。希望局(送信機A) の信号が他局(送信機B)の信号よりも小さい場 合は、一般的には希望局の信号を誤り無く復 調するのは困難である。このため従来のCDMA� �信方式では、受信局での受信強度が同程度� �なるように送信局側の送信電力を調整する� �力制御が行われていた。本発明の場合は、� �11に示すように、希望局(送信機A)の信号が他 局(送信機B)の信号よりも小さくても、問題な く希望局の信号を復調できる。

 これは、同期許容範囲(零相関領域)では� �他局からの干渉信号を完全に除去できるの� �、他局からの信号の受信強度が大きくても� �題が生じないためである。これにより、本� �明では電力制御を行わずに通信距離の遠近� �題を解決することができる。このため、通� �システムのトータルコストを低減させると� �もに、信頼性の高い通信を行うことができ� �。

 前述のように、ZCZ符号の系列数に対する� ��学的上界を示し、ZCZ符号の具体的な2つの構 成法を示した。これらのZCZ符号は、系列数が 数学的上界にほぼ到達しており、伝送効率の 高いシステムが構築可能である。また、それ ぞれのZCZ符号は異なる性質を有するので、そ れぞれの特徴を生かしたシステムへの適用が 考えられる。

 例えば、第1の構成法によるZCZ符号は零相 関領域の幅を選択することができるので、シ ステムの同期許容時間に相当する零相関領域 を有する符号を用いることで信頼性の高いシ ステムを構築することができる。第2の構成� �によるZCZ符号は系列長の半分のピーク値を� �り、系列数も系列長の約半分と多いため、� �送効率の高いシステムが構築可能である。� �た、零相関領域はZcz=1と固定であるが、伝送 速度(チップ幅)を変えることで同期許容時間� ��変更することもできる。このように、多様� ��システムが考えられる。

 以上のように、ZCZ符号を使用することに� ��り、零相関領域での相互相関値が0となる符 号の集合が構築できる。これらの符号を利用 した通信システムでは、厳密な同期制御を行 うことなく、近似的な同期制御を行うだけで 、他局間干渉やマルチパスによる干渉を完全 に除去できる。このため、本発明によれば、 低コストで信頼性が高く、伝送効率も高い通 信システムが構築でき、近距離無線通信にも 有効に適用できる。

 その他にも次のような利点がある。同期� ��号を全ての送信側に送信すれば、複数の送� ��局がその同期信号に基づいて送信開始する� ��とにより近似同期制御できるので、近似同� ��制御に対するハードウエアのコストは非同� ��の場合とほとんど変わらず、低コストで実� ��可能である。最も情報誤りの要因となる他� ��間干渉は原理的には完全除去できるので、� ��送効率が飛躍的に向上する。受信強度によ� ��ず干渉除去できるので、原理的には送信側� ��レベルを電力制御する必要がない。送信側� ��複数の拡散符号を用いることより、情報伝� ��速度を可変できるような通信システムが容� ��に構築できる。送信側では2値情報に対して 送信系列のうちの1つを同期信号に合わせてAS K送信し、受信側では受信信号のレベルを検� �(ノンコヒーレント検波)し、受信系列との相 関より正か負のピーク値を検出して情報復調 できるので、送受信のための回路が簡単であ る。

 次に、以上のような近似同期CDMA通信方式 を利用した本発明の送信装置、受信装置およ び送受信装置の構成について図面を参照して 説明する。図12は、本発明の送受信装置を使� ��した通信システムを示す概略図である。通� ��領域内には同期制御信号送信装置7が少なく とも1つ存在し、一定時間間隔で同期制御信� �を発信している。複数の送信装置4,4,…と受� ��装置6は、その同期制御信号を受信して近似 同期制御に利用するのである。送信側は複数 の送信局が同時に送信可能である。図12ではM 個の送信装置4(送信1,送信2,…,送信j,…,送信M) が示されている。

 M個の送信局は、各送信局に割り当てられた 互いに異なる送受信符号セットを持っている 。例えば、送信jは、情報(1,0)を送るための拡 散処理用の符号B ^j ,^B ^j と、逆拡散処理用の符号a ^j の送受信符号セットを持っている。この送受 信符号セットはZCZ符号を構成するものであり 、近似同期制御によって他局間干渉すること なくCDMA通信を行うことが可能である。これ� �より、送信1,…,送信Mと受信装置6とは他局間 干渉を排除して同時に通信することができる 。受信装置6は、受信を希望する任意の送信� �(送信j)を選択的に受信することができ、ま� �、送信1,…,送信Mの全ての送信情報を互いに� ��渉することなく同時に受信することもでき� ��。

 図13は、同期制御信号と送信データの送� �タイミングの関係を示す図である。送信デ� �タは各ビットが拡散処理された情報フレー� �の集合として送信される。すなわち、送信� �ータは所定ビット数、所定フォーマットの� �信データ群(フレーム)に構成されている。図 示のように、同期制御信号は、送信データ群 と重ならないように、専用の同期時間領域Ts� ��で送信することが好ましい。

 また、この場合、同期制御信号は1つの情 報フレーム(送信データ1ビット)と同じ時間幅 を持っているが、同期制御信号の両側にそれ ぞれ情報フレーム1つ分の空白時間を設ける� �とが好ましい。すなわち、同期時間領域Tsは 情報フレーム3個分の時間幅を持っており、� �の同期時間領域Tsでは送信データを送信しな いようにする。このようにすることで、同期 点の検出を正確に誤りなく行うことができる 。

 同期制御信号には、自己相関性の鋭い符� ��が適用され、変調された同期制御信号が同� ��制御信号送信装置7から送信される。同期制 御信号は、非周期自己相関特性の鋭い系列や それを繰り返した系列、あるいは、周期自己 相関関数の鋭い系列を繰り返した系列を送信 する。同期制御信号として非周期自己相関性 の鋭いZCZ符号を使用すれば、ハードウエアコ ストを低減することができる。それは、ZCZ符 号を同期信号として使用すると、送信装置は 同期制御信号発生器と兼用でき、また、復調 装置で同期制御受信を行なえるからである。

 このように、同期制御信号は、ZCZ符号や� ��己相関性の鋭い符号を使用することが好ま� ��いが、それ以外のものも使用できる。また� ��同期制御信号は、送信データの搬送波とは� ��なる周波数領域を使用することもできる。� ��らに、同期制御信号の前あるいは後に搬送� ��のみを一定時間送出するようにすることも� ��きる。その場合、各送信装置、受信装置は� ��その搬送波信号を利用して搬送波周波数が� ��化しないように発振回路の周波数を修正す� ��ことができる。

 図14は、本発明の送信装置4の構成を示すブ� ��ック図である。送信装置4は、前述のように 、近似同期CDMA通信方式により送信データを� �信するものであり、他の送信装置と重複し� �いように割り当てられた送受信符号セット� �記憶している。なお、送信のみの利用であ� �ば、拡散処理用の符号(B ^j ,^B ^j )のみを記憶し、逆拡散処理用の符号(a ^j )はなくてもよい。

 送信装置4は、使用可能なM個の送受信符� �セットの全部または一部を記憶しておき、� �の中から通信時に使用する送受信符号セッ� �を選択する。送受信符号セットの割り当て� �、予め固定的に割り当てておいてもよく、� �たは、通信時に基地局や同期局などからの� �御信号によって動的に割り当てるようにし� �もよい。通信時に使用する送受信符号セッ� �は1つだけとは限らず、複数の送受信符号セ� ��トを使用することもできる。複数の送受信� ��号セットを使用すれば、同時に複数ビット� ��送信データを送ることができる。

 例えば、8個の送受信符号セットを用意す れば、その内のどの送受信符号セットを送信 するかで8種類(=3ビット)の情報を送信するこ� ��ができる。この送信形態はM-ary方式と呼ば� �ている。また、複数の送受信符号セットを� �時に使用して送信することにより、組み合� �せの数に相当する種類の互いに区別可能な� �報を送信することができる。このように、� �数の送受信符号セットを使用して、同時に� �数ビットの送信データを送ることができる� �

 送信データは送信データ作成部41で所定� �ット数、所定フォーマットの送信データ群(� ��レーム)に構成されて拡散処理部43に送られ� ��。符号セット選択制御部42は、拡散処理に� �用する符号セットを拡散処理部43に指示し、 また、符号の使用形態(M-ary、組み合わせ等)� �指定する。拡散処理部43には使用可能な複数 の送受信符号セットが記憶されている。拡散 処理部43は、符号セット選択制御部42からの� �御信号により、使用する送受信符号セット� �使用形態を決定し、送信データの各ビット� �拡散処理を施して情報フレームを作成し、� �調部44に出力する。

 一方、同期制御信号送信装置7から送信さ れた同期制御信号は、同期受信部46によって� ��信される。同期制御信号は、ZCZ符号や自己� ��関性の鋭いその他の符号として送信される� ��同期受信部46においては、受信信号と所定� �号(同期制御信号用逆拡散符号)との相関処理 によって同期制御信号の同期点を検出する。 そして、同期受信部46はその同期点を示す信� ��をビット同期信号作成部47に出力する。

 ビット同期信号作成部47では、その同期� �を示す信号と内蔵クロックとによりビット� �期信号を作成する。ビット同期信号は、送� �データの各ビットに対応する情報フレーム� �先頭チップの出力タイミングを示す信号で� �る。また、ビット同期信号は同期時間領域Ts (図13参照)では出力しないように制御されて� �り、同期時間領域Ts以外の時間領域で出力さ れる。拡散処理部43は、ビット同期信号に従� ��て情報フレームを変調部44に出力する。変� �部44では搬送波が情報フレームの系列によっ てASK変調され、その変調波はさらに送信出力 部45を介して伝送空間(伝送路)に送信される� �

 なお、図14では、送信出力部45と同期受信 部46のそれぞれにアンテナが設けられている� ��、1つのアンテナを送信出力部45および同期� ��信部46で共用することができる。

 図15は、本発明の受信装置5の構成を示す� ��ロック図である。この受信装置5は、受信波 を自乗検波(包絡線検波)によって検波するも� ��であり、装置の構成が簡単化されるため低� ��ストで製造できる。この受信装置5は、光領 域でのOOK変調の通信にも適用できる。自乗検 波部51では受信信号の自乗検波を行い、検波� ��号はさらにローパスフィルタを介して低域� ��分が相関処理部52に送られる。

 相関処理部52は、受信信号と所定符号(同期� ��御信号用の逆拡散符号)との相関処理によっ て同期制御信号の同期点を検出する。そして 、相関処理部52はその同期点を示す信号をビ� ��ト同期信号作成部53に出力する。ビット同� �信号作成部53では、その同期点を示す信号と 内蔵クロックとによりビット同期信号を作成 する。ビット同期信号は相関処理部52に送ら� ��る。また、相関処理部52は、受信信号とデ� �タ復調用の逆拡散符号との相関処理を行い� �送信データの復調を行う。相関処理部52には 、M個の送受信符号セットの逆拡散符号(a ¹ ,…,a ^M )が記憶されている。

 送信データの復調は、複数の送信局に対� ��する複数の逆拡散符号に対する相関処理を� ��時に行うことができ、全ての送信局からの� ��信データを同時に復調することができる。� ��た、ビット同期信号を相関処理の基準タイ� ��ングとして利用することにより、情報フレ� ��ムの同期点を検出する処理を軽減すること� ��でき、全ての送信データの同時復調の処理� ��容易となる。

 実際には、受信信号は、中間周波数に変� ��され、それらをデジタル化して、絶対値(ま たは二乗値)を取り、受信符号との相関処理� �り情報復調する。この相関処理部52は、マッ チドフィルターを使用して、全ZCZ系列と相関 処理可能とすることができ、回路素子も少な くすることができる。

 一般に、非同期CDMA方式では、自乗検波に よる復調方式を使用すると他局間干渉が増大 して多重化できないが、本発明の場合、ZCZ符 号を使用しているので、他局間干渉を完全に 除去するには至らずとも低く抑えることが可 能となる。ただし、自乗検波による復調方式 を使用した場合、CDMAによる多元接続通信の� �途には他局間干渉が現れるので不向きであ� �。それでも、単一通信の用途においては、� �局のマルチパスによる影響を低減すること� �可能である。

 また一般に、各送信信号の搬送波を完全� ��一致させることは困難であり、さらに送信� ��や受信局の移動によるドプラー効果から搬� ��波周波数が変化してしまう。そのため、搬� ��波の差を補正する必要があり回路が複雑と� ��る。FDMA、TDMAあるいはCSMAによる多元接続方� ��を使用する場合、本発明の自乗検波による� ��信装置5は、そのような不具合が生じること はなく、低コストで提供できる。

 図16は、本発明の他の形態の受信装置6の� ��成を示すブロック図である。この受信装置6 は、受信波を位相が互いに90度異なる2つの参 照波によって検波するものであり、自乗検波 による受信装置よりも復調データの誤り率を 低減させることができる。ここでは、この検 波方式をIQ分離検波と呼ぶことにする。IQ分� �検波の検波部は、局部発振器61、移相器62、� ��合器63,64によって構成されている。

 局部発振器61からは、通信に使用される� �送波と同一周波数の参照波が発生される。� �方の混合器63では、受信波と参照波がそのま ま混合され、ローパスフィルタを介してその 低域成分が相関処理部65に送られる。混合器6 3から相関処理部65への入力信号をI成分とす� �。他方の混合器64では、移相器62によって位� ��を90度変化させた参照波と受信波とが混合� �れ、ローパスフィルタを介してその低域成� �が相関処理部65に送られる。混合器64から相� ��処理部65への入力信号をQ成分とする。

 送信局jが拡散処理用の符号(B ^j ,^B ^j )を使用するとして、逆拡散処理用の符号a ^j とI成分との相関処理結果をIjとし、符号a ^j とQ成分との相関処理結果をQjとする。送信デ ータ群の最初からk番目(k=0,1,2,…)の1ビットの データをd(k)とし、データd(k)に対する相関処� ��結果をIj(k),Qj(k)とする。ここで、先頭ビッ� �のデータ:d(0)=0と仮定すると、次の式(8)が成� ��立つ。

 (-1) ^d(k) ={Ij(k)+Qj(k)}/{Ij(0)+Qj(0)} ・・・(8)
 すなわち、先頭ビットのデータを0に固定す れば、この式(8)によってデータd(k)を復調す� �ことができる。式(8)は、右辺の値が1または- 1となることを示しており、さらに、右辺の� �が1であればd(k)=0となり、右辺の値が-1であ� �ばd(k)=1となることを表している。同様に、� �頭ビットのデータを1に固定してもデータd(k) を復調することができるが、その場合はd(k)� �値が逆になる。

 なお、実際には、式(8)のようなIQ成分の和� �けでなく、次の式(9)のようにIQ成分の差も計 算し、和と差の各々の絶対値が大きい方の式 を適用することにより、雑音の影響を小さく 抑えることができる。
 (-1) ^d(k) ={Ij(k)-Qj(k)}/{Ij(0)-Qj(0)} ・・・(9)

 相関処理部65では、I成分およびQ成分と符号 a ^j との相関処理が行われ、その結果をビット判 定部67に送る。相関処理部65には、M個の送受� ��符号セットの逆拡散符号(a ¹ ,…,a ^M )が記憶されている。ビット判定部67では式(8) などによりデータd(k)を復調する。

 また、相関処理部65は、受信信号(I成分お よびQ成分)と所定符号(同期制御信号用の逆拡 散符号)との相関処理によって同期制御信号� �同期点を検出する。そして、相関処理部65は その同期点を示す信号をビット同期信号作成 部66に出力する。ビット同期信号作成部66で� �、その同期点を示す信号と内蔵クロックと� �よりビット同期信号を作成する。ビット同� �信号は相関処理部65およびビット判定部67に� ��られる。相関処理部65はビット同期信号を� �準として相関処理を行い、ビット判定部67は ビット同期信号に基づいて式(8)などにより各 ビットデータd(k)を復調する。

 送信データの復調は、複数の送信局に対� ��する複数の逆拡散符号に対する相関処理を� ��時に行うことができ、全ての送信局からの� ��信データを同時に復調することができる。� ��た、ビット同期信号を相関処理の基準タイ� ��ングとして利用することにより、情報フレ� ��ムの同期点を検出する処理を軽減すること� ��でき、全ての送信データの同時復調の処理� ��容易となる。

 このIQ分離検波による受信装置6は、送信� ��の数が最大値Mまで完全に他局間干渉を除去 できるという特徴がある。なお、図16におい� ��は、2つの混合器を設けているが、受信信号 のデジタル処理によってIQ分離検波を行う場� ��には、混合器(乗算器)は1つだけでよく、デ� ��タル処理によってI成分、Q成分を演算する� �とが可能である。

 以上では、送信装置4、受信装置5および� �信装置6について説明したが、双方向通信を� ��う場合には、送信装置と受信装置の両者を� ��み込んだ送受信装置として構成する。受信� ��置としては、用途や通信環境に応じて受信� ��置5または受信装置6の適切な方を選択する� �とができる。また、送受信装置の内部の送� �装置と受信装置のアンテナは1つを共用する� ��とができる。

 また、同期制御信号送信装置7としては専 用の装置でもよいが、送信装置4を流用する� �ともできる。同期制御信号送信装置7として� ��作する送信装置4では、同期受信部46を動作� ��せず、ビット同期信号作成部47の内蔵クロ� �クによって、図13に示すようなタイミングで 同期制御信号と送信データを送信すればよい 。複数の送信装置や送受信装置によって通信 する場合、そのいずれか1つを同期制御信号� �信装置としても動作させることにより、低� �ストで図12に示すような通信システムを実施 することができる。

 以上のように、本発明の送信装置、受信� ��置、送受信装置を使用することにより、低� ��ストでCDMA通信システムを構築することがで き、多元接続通信を利用することができる。 本発明では複数の送信局による同時通信が可 能でありリアルタイム性に優れている。送信 装置は複数の送受信符号セットを持ち、それ らを選択することによって、単独の符号セッ トによる基本的な通信や、複数の符号セット による複数ビット同時送信などを自由に切り 換えることができ、多様な通信システムに対 応可能である。

 特に、近距離無線通信分野において種々� ��応用形態が可能となる。例えば、種々の家� ��製品の遠隔操作機(リモコン)を1つに集約す� ��ことが可能となる。家電製品ごとに異なる� ��受信符号セットを割り当てるようにすれば� ��意図しない家電製品の誤動作を防止するこ� ��ができる。また、ビデオゲーム機などにお� ��るコントローラの多種類の入出力信号をゲ� ��ム機本体との間で送受信することも可能で� ��る。ワイヤレスの多点センサや操作自由度� ��大幅に増加したコントローラが実現でき、� ��実感の優れたゲームが可能となる。ワイヤ� ��スの多点センサはスポーツ分野や健康分野� ��も利用できる。

 その他、ICタグ、ICカード、電子名刺など への応用も可能である。また、電子回路中の 情報伝送は、従来はプリント基板等の配線に よってなされているが、回路の複雑化により 多層基板等の配線設計がますます困難になっ ている。このような電子回路中の情報伝送を 、本発明の送受信装置によって行うようにす れば、配線パターンの設計が容易になる。ま た、もちろんコンピュータや情報機器間のワ イヤレスLANやその他の無線情報伝送にも利用 できる。アクセスポイントとの間のインフラ ストラクチャー・モード通信や端末間のアド ホック・モード通信にも対応でき、自由度が 大きく応用範囲の広い通信が可能となる。

 なお、以上の送信装置、受信装置、送受� ��装置において、変調方式はASK,OOKとしている が、PSKやFSKなどの他の変調方式も利用できる 。