JP2007221465A - スペクトラム拡散通信装置およびスペクトラム拡散変調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スペクトラム拡散通信方式において、帯域外雑音を低減しつつ、高効率電力増幅すること。
【解決手段】極座標変換器１０２は、Ｉ信号およびＱ信号を振幅成分ｒ（ｔ）と位相成分φ（ｔ）に変換する。増幅器１０３は、振幅成分ｒ（ｔ）をその大きさに応じて増幅し、増幅後の振幅成分を電力増幅器１０７の電源ラインへ出力する。位相変調器１０４は、位相成分φ（ｔ）に応じて、キャリア中心周波数がｆ_０のＲＦ位相変調信号を生成し、掛け算器１０６へ出力する。掛け算器１０６は、ＲＦ位相変調信号に対しフィルタ１０５通過後のスペクトラム拡散符号を重畳し、スペクトラム拡散符号が重畳された拡散信号を電力増幅器１０７へ出力する。電力増幅器１０７は、振幅成分に比例した電源電圧値を設定し、拡散信号の電圧値を設定した電源電圧値とするスペクトラム拡散信号を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スペクトラム拡散通信装置およびスペクトラム拡散変調方法に関し、特に、移動体通信や無線ＬＡＮなどの無線信号伝送システムにおいて用いられるスペクトラム拡散通信装置およびスペクトラム拡散変調方法に関する。

携帯端末機の送信信号の変調及び増幅方法として、直交変調方式やポーラ変調方式などが利用されている。

直交変調方式は、従来から利用されている方法で、図８に示すように、送信すべきベースバンド信号からｃｏｓ波の振幅信号（Ｉ）、とｓｉｎ波の振幅信号（Ｑ）を生成し、ミキサ１１を用いて周波数ｆ_０のキャリア信号に重畳することによって無線信号を生成し、さらに低歪の電力増幅器１６により高出力送信無線信号を生成する方法である。この最終段の電力増幅器１６が最も電力を消費する部分であり、特に高効率化（低消費電力化）が求められる。

一方、ポーラ変調方式は高効率な電力増幅方法の一つとして近年注目されている。ポーラ変調はＥＥＲ（Envelope-Elimination-Restoration）とも呼ばれる。

ポーラ変調の基本構成を図９に示す（例えば、特許文献１参照）。送信すべきベースバンド信号のＩ信号（Ｓ１）、Ｑ信号（Ｓ２）を極座標変換器２２で振幅成分ｒ（ｔ）（Ｓ３）と位相成分φ（ｔ）（Ｓ４）に分解する。振幅成分ｒ（ｔ）は振幅増幅器２３により増幅され、増幅後の振幅成分（Ｓ５）は最終段の電力増幅器２５の電源供給端子に入力されて、電源電圧変調が施される。具体的には、振幅成分（Ｓ５）に応じて電力増幅器２５の電源電圧値が設定される。一方、位相成分φ（ｔ）（Ｓ４）により位相変調器２４でキャリア中心周波数ｆ_０のＲＦ位相変調信号（＝ｃｏｓ（２πｆ₀ｔ＋φ（t））（Ｓ６）が生成され、最終段の電力増幅器２５に入力されて、電源電圧値とＲＦ（Radio Frequency）位相変調信号（Ｓ６）とが掛け合わされることにより振幅成分と位相成分とが合成される。そして、電源電圧値とＲＦ位相変調信号とが掛け合わされた信号（Ｓ１０）は、高出力無線信号（∝ r・ｃｏｓ(２πｆ₀ｔ＋φ)）として出力される。

このとき、ＲＦ位相変調信号（Ｓ６）は、振幅方向の変動成分を持たない位相変調信号で、定包絡線信号となる。従って、電力増幅器２５をスイッチング動作させることができるため、効率の良い非線形増幅器を使用することができ、高効率で電力増幅することが可能となる。

また、位相変調器２４として電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage-Controlled-Oscillator）を用いることで、信号帯域外の余分な雑音を低減することができるため、従来の直交変調方式などでは必要だったＳＡＷフィルタなどが不要となる。ＳＡＷフィルタは数ミリ角の大きさを持つため携帯電話機の小型化に適さないが、位相変調器２４としてＶＣＯを用いる場合にＳＡＷフィルタなどを不要にすることができるため、携帯電話機の小型化が可能となる。

今後、移動体（セルラー）通信や無線ＬＡＮなどの無線信号の伝送帯域は数百ｋＨｚから数十ＭＨｚへと益々増大することが予想される。例えば、移動体通信においては、同一周波数帯域を効率よく複数ユーザで共有する方法として、スペクトラム拡散（ＣＤＭＡ；Code-Division-Multiple-Access）通信方式が多く利用されている。スペクトラム拡散信号の帯域幅はスペクトラム拡散符号のチップレート（＝１／Ｔｄ、Ｔｄ：チップ区間）にほぼ比例する。そして、チップレートは、伝送信号速度が速くなるにつれ高速にする必要があるため、今後、伝送信号速度の高速化に伴い信号帯域は益々増大することが予想される。こうした広帯域信号に対しポーラ変調を適用した場合には、振幅成分ｒ（ｔ）と位相成分φ（t）も広帯域化することになる。

上述したように、ポーラ変調は高効率増幅方法として有効な方法であるが、スペクトラム拡散信号のように信号帯域が広帯域化すると、振幅増幅器および位相変調器の広帯域化が大きな課題となる。振幅増幅器の広帯域化という課題を解決するために、特許文献２には、振幅変調信号を低周波成分と高周波成分とに分離し、低周波成分を高効率のスイッチング変調器(デルタシグマ変調器)、高周波成分を線形変調器で増幅する方法が開示されている。

また、位相変調器の広帯域化という課題を解決するために、特許文献３には、ループ帯域内とループ帯域外の信号成分を分離し、帯域外信号はループ制御回路を介さずに直接ＶＣＯに入力する方法が開示されている。これにより、信号帯域が位相変調器のループ帯域で制限されることなく広帯域の位相変調が可能となる。
特表２００４−５０１５２７号公報 特表２００３−５００８７３号公報 米国特許第４５４６３３１号明細書

しかしながら、特許文献２に開示された技術によって、信号帯域が広い振幅成分を増幅しても、必ずしも高効率に増幅できないという問題がある。すなわち、電源増幅器２５に入力される振幅成分の信号帯域が広くなるにつれ、電力増幅器２５の電源電圧変調を行う回路ブロックの消費電力が増えてしまうからである。

また、特許文献３に開示された技術によって、信号帯域が広い位相成分に対応して位相変調し、電源増幅器２５へ出力しても、必ずしもポーラ変調により高効率に増幅できないという問題がある。すなわち、位相成分が広帯域になると、ＶＣＯの帯域外雑音が増加したり、ＶＣＯの消費電流が増加したりするという問題が発生する。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、スペクトラム拡散通信方式において、帯域外雑音を低減しつつ、高効率電力増幅することができるスペクトラム拡散通信装置およびスペクトラム拡散変調方法を提供することを目的とする。

本発明に係るスペクトラム拡散通信装置は、ベースバンド信号を振幅変調成分と位相変調成分とに分離する極座標変換手段と、前記位相変調成分に応じて無線周波数を位相変調する位相変調手段と、前記位相変調手段の後段に設けられ、位相変調された前記無線周波数にスペクトラム拡散符号を乗算して拡散信号を生成する掛け算手段と、前記振幅変調成分に応じて前記拡散信号の電力を増幅する電力増幅手段と、を具備する構成を採る。

この構成によれば、ベースバンド信号を振幅変調成分と位相変調成分とに分離した後、位相変調成分に応じて無線周波数の位相を位相変調し、スペクトラム拡散符号を位相変調された無線周波数へ直接乗算し、スペクトラム拡散符号により拡散された位相変調後の無線周波数に、振幅変調成分を合成して、スペクトラム拡散信号を生成するようにしたので、スペクトラム拡散符号のチップレートが高速な場合にも、振幅変調成分の変動レートはベースバンド信号の伝送レートとほぼ等しく低速になって、電力増幅器の電力電圧値の切り替え頻度が低速となり、消費電力を抑圧することができる。また、スペクトラム拡散符号は、位相変調後の無線周波数に直接乗算されるため、無線周波数を位相変調する際の位相変調成分の変動レートはベースバンド信号の伝送レートとほぼ等しく低速になって、位相変調成分が広帯域化しないため、帯域外雑音を増加させることなく位相変調することができる。

本発明によれば、スペクトラム拡散通信方式において、帯域外雑音を低減しつつ、高効率電力増幅することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、スペクトラム拡散符号により２次変調された信号をスペクトラム拡散信号といい、スペクトラム拡散符号と区別して用いる。

（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１に係るスペクトラム拡散通信装置の要部構成を示す。

図１に示すスペクトラム拡散通信装置１００は、信号生成器１０１と、極座標変換器１０２と、増幅器１０３と、位相変調器１０４と、フィルタ１０５と、掛け算器１０６と、電力増幅器１０７とを備えている。

信号生成器１０１は、１次変調器２０１と拡散符号発生器２０２を備え、１次変調器２０１はベースバンド信号のＩ信号（Ｓ１）およびＱ信号（Ｓ２）を生成し、生成したＩ信号（Ｓ１）およびＱ信号（Ｓ２）を極座標変換器１０２へ出力する。拡散符号発生器２０２は、スペクトラム拡散符号（Ｓ７）を生成し、生成したスペクトラム拡散符号（Ｓ７）をフィルタ１０５へ出力する。

極座標変換器１０２は、Ｉ信号（Ｓ１）およびＱ信号（Ｓ２）を振幅成分ｒ（ｔ）（Ｓ３）と位相成分φ（ｔ）（Ｓ４）に変換し、振幅成分ｒ（ｔ）（Ｓ３）を増幅器１０３へ出力するとともに、位相成分φ（ｔ）（Ｓ４）を位相変調器１０４へ出力する。なお、Ｉ信号（Ｓ１）、Ｑ信号（Ｓ２）にはスペクトラム拡散符号はまだ重畳されていない。

増幅器１０３は、振幅成分ｒ（ｔ）（Ｓ３）をその大きさに応じて増幅し、増幅後の振幅成分（Ｓ５）を電力増幅器１０７の電源ラインへ出力する。

位相変調器１０４は、位相成分φ（ｔ）（Ｓ４）に応じて、キャリア中心周波数がｆ_０のＲＦ位相変調信号（＝ｃｏｓ（２πｆ₀ｔ＋φ（t））（Ｓ６）を生成し、掛け算器１０６へ出力する。位相変調器１０４としては、例えば、電圧制御発振器（ＶＣＯ）を用いる。ＶＣＯは、ループフィルタや位相比較器などを含むＰＬＬ回路と組み合わせることにより、信号帯域外における不要雑音成分を小さくすることができる。すなわち、位相変調器１０４として、ＶＣＯを用いることで、帯域外信号成分を除去するフィルタ（例えば、ＳＡＷフィルタ）が不要となる。

フィルタ１０５は、スペクトラム拡散符号（Ｓ７）を帯域制限する。チップレートが１／Ｔｄ（Ｔｄ：チップレート）のスペクトラム拡散符号の帯域幅は約２／Ｔｄとなるが、フィルタ１０５は、スペクトラム拡散符号をおよそ１／Ｔｄへ帯域制限する。従来のスペクトラム拡散通信方式においても、拡散帯域を１／Ｔｄへ制限するためにローフオフフィルタリングを行っており、本実施の形態においては、フィルタ１０５がロールオフフィルタの役割を担う。フィルタ１０５が、ロールオフフィルタの機能と等化の役割を果たす点については、後に詳述する。

掛け算器１０６は、ＲＦ位相変調信号（Ｓ６）に対しフィルタ１０５通過後のスペクトラム拡散符号（Ｓ８）を重畳し、スペクトラム拡散符号が重畳された拡散信号（Ｓ９）を電力増幅器１０７へ出力する。掛け算器１０６としては、例えば、ミキサを用いる。チップレートが速いスペクトラム拡散符号を重畳することは、０とπの２値の位相変調を高速に行うことと等化である。一般に、ＶＣＯでは、位相変調を高速に行うことが困難であるが、ミキサでは、比較的容易に信号重畳を高速に行うことができるという利点がある。要するに、高速に０とπの２値位相変調を行うことができる位相変調器を掛け算器１０６に用いれば良く、ミキサに限定されない。

電力増幅器１０７は、振幅成分（Ｓ５）に比例させて電源電圧変調を行い、拡散信号の振幅を利得変調する。具体的には、電力増幅器１０７は、振幅成分（Ｓ５）に比例した電源電圧値を設定する。すなわち、電力増幅器１０７は、拡散信号（Ｓ９）の電圧値を設定した電源電圧値とするスペクトラム拡散信号（Ｓ１０）を生成する。

次いで、上記のように構成されたスペクトラム拡散通信装置１００の動作について説明する。

まず、信号生成器１０１内部の１次変調器２０１によって、データに応じてベースバンド信号のＩ信号（Ｓ１）とＱ信号（Ｓ２）が生成され、Ｉ信号（Ｓ１）およびＱ信号（Ｓ２）は、極座標変換器１０２へ出力されるとともに、信号生成器１０１内部の拡散符号発生器２０２からスペクトラム拡散符号（Ｓ７）がフィルタ１０５へ出力される。

そして、極座標変換器１０２によって、Ｉ信号（Ｓ１）およびＱ信号（Ｓ２）が振幅成分ｒ（ｔ）（Ｓ３）と位相成分φ（ｔ）（Ｓ４）とに変換され、振幅成分ｒ（ｔ）（Ｓ３）は増幅器１０３へ出力されるとともに、位相成分φ（ｔ）（Ｓ４）は、位相変調器１０４へ出力される。

振幅成分ｒ（ｔ）（Ｓ３）は、増幅器１０３によってその大きさに応じて増幅され、増幅後の振幅成分（Ｓ５）は電力増幅器１０７の電源ラインへ出力される。

一方、位相成分φ（ｔ）（Ｓ４）は位相変調器１０４へ出力され、位相変調器１０４によって、キャリア中心周波数がｆ_０のＲＦ位相変調信号（＝ｃｏｓ（２πｆ₀ｔ＋φ（t））（Ｓ６）が生成される。そして、ＲＦ位相変調信号（Ｓ６）は、掛け算器１０６へ出力される。

一方、スペクトラム拡散符号（Ｓ７）は、拡散符号発生器２０２からフィルタ１０５へ出力され、フィルタ１０５によって帯域制限が施される。このとき、フィルタ１０５は、上述したようにロールオフフィルタとして機能する。以下、フィルタ１０５がロールオフフィルタとして機能する点について、図２および図３を用いて説明する。図２に、従来のスペクトラム通信方法におけるフィルタリング処理を説明するための図を示す。また、図３に、本実施の形態に係るスペクトラム拡散変調方法におけるフィルタリング処理を説明するための図を示す。

従来のスペクトラム拡散変調方法では、掛け算器３０１によって、振幅信号ａ（ｔ）と位相信号ｂ（ｔ）との積で表されるベースバンド信号に、スペクトラム拡散符号ｄ（ｔ）が乗算されスペクトラム拡散信号が生成され、得られたスペクトラム拡散信号はロールオフフィルタ３０２へ出力される。そして、ロールオフフィルタ３０２によって、スペクトラム拡散信号に帯域制限が施され、帯域制限後のスペクトラム拡散信号ｘ１（ｔ）が出力される。ここで、ロールオフフィルタ３０２のフィルタ特性をＣ（ｆ）（ｆ：周波数）とすると、ロールオフフィルタ３０２によって帯域制限されたスペクトラム拡散信号ｘ１（ｔ）は、式（１）で表される。
ｘ１（ｔ）＝Ｆ^−１（Ｆ（ａ・ｂ・ｄ）・Ｃ） （１）
ここで、Ｆはフーリエ変換、Ｆ^−１は逆フーリエ変換を表す。

一方、図３に示す本実施の形態に係るスペクトラム拡散変調方法の場合、帯域制限後のスペクトラム拡散信号ｘ２（ｔ）は、式（２）で表される。
ｘ２（ｔ）＝ａ・ｂ・Ｆ^−１（Ｄ・Ｅ） （２）
なお、式（２）において、Ｄ（ｆ）は、拡散符号ｄ（ｔ）のフーリエ変換を、Ｅ（ｆ）は、フィルタ１０５のフィルタ特性を示す。

このとき、Ｃ（ｆ）とＥ（ｆ）の間に、式（３）の関係が成り立つ場合には、ｘ１（ｔ）とｘ２（ｔ）とが同じになる。なお、＊はコンボルーションを示す。
Ｅ（ｆ）＝Ｆ［ Ｆ^−１［Ｃ・（Ｆ（ａ・ｂ）＊Ｄ）］／（ａ・ｂ） ］／Ｄ （３）

すなわち、フィルタ１０５のフィルタ特性が上式（３）を満たす場合には、本実施の形態に係るフィルタリング処理と従来のロールオフフィルタリング処理とが同等の機能を担うことになる。

なお、上述した説明では、信号発生器１０１の後段にフィルタ１０５を設け、フィルタ１０５のフィルタ特性が上式（３）を満たすようにする場合について説明したが、フィルタ１０５の代わりに、信号生成器１０１の内部でディジタル処理によって、スペクトラム拡散符号に予め上式（３）と同等のフィルタリング処理を行っても良い。

また、１次変調器２０１で生成されるＩ信号およびＱ信号は、ディジタルベースバンド信号で高調波成分を含むため、Ｉ信号、Ｑ信号のそれぞれにシンボル長Ｔｓに相当するナイキストフィルタによるフィルタリングを行う必要があるが、ナイキストフィルタに代わり、信号生成器１０１内部でディジタル処理によりフィルタリング処理を行ってもよい。

このようにして、上式（３）をフィルタ特性とするフィルタ１０５を経由したスペクトラム拡散符号（Ｓ８）が、掛け算器１０６によってＲＦ位相変調信号（Ｓ６）に直接乗算され、得られた拡散信号（Ｓ９）が電力増幅器１０７によって、振幅成分（Ｓ５）に比例して電源電圧変調されてスペクトラム拡散信号（Ｓ１０）が生成される。

すなわち、本実施の形態によれば、スペクトラム拡散符号をＩ信号、Ｑ信号に重畳する代わりに、スペクトラム拡散符号をポーラ変調により位相変調された無線周波数に直接重畳して広帯域変調信号であるスペクトラム拡散信号を生成するようにした。これにより、スペクトラム拡散符号のチップレートが高速であっても、ポーラ変調における振幅変調と位相変調を高速に動作させずに広帯域のスペクトラム拡散信号を生成することができるので、帯域外雑音の増加を回避することができる。

また、本実施の形態によれば、振幅成分にはスペクトラム拡散符号が含まれないようにしたので、振幅成分にスペクトラム拡散符号が含まれる場合に比べ振幅変動の変動が小さくなって、この結果、増幅器１０３の消費電力を抑制しつつ、高効率で電力を増幅することができるようになる。

なお、位相成分とスペクトラム拡散符号とはタイミングを同期させて掛け算器１０６へ出力される必要があるため、位相成分とスペクトラム拡散符号とに遅延時間がある場合には、遅延補正機能が必要となる。遅延補正の方法としては、信号線長を調整して最適化する方法、または、信号生成器１０１内部で予めディジタル処理により補正する方法など通常良く使用される方法を用いればよい。

また、ＱＰＳＫ変調などのように１次変調の振幅成分が一定の変調方式の場合には、振幅成分（Ｓ３）が変化しないため、増幅器１０３を省くことができるようになる。この場合は図４に示すように簡略化された構成となる。

（実施の形態２）
図５に、本発明の実施の形態２に係るスペクトラム拡散通信装置の要部構成を示す。なお、図５において、図１と共通する構成部分には図５と同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。図５は、図１に対して、バイアス電圧器４０１およびコイル４０２を追加した構成を採る。

バイアス電圧器４０１は、制御信号（Ｓ１１）に応じて、電力増幅器１０７のバイアス電圧を調整する。これにより、電力増幅器１０７の動作を線形動作から非線形動作へ切り換えて、Ｄ、Ｅ、Ｆ級動作させることで、電力増幅器１０７は非線形増幅器として用いられる。一般に、線形増幅器は、線形性に優れている反面、常時直流バイアス成分に伴う電力を消費するため、非線形増幅器に比べ電力効率が低いが、制御信号（Ｓ１１）に応じて、バイアス電圧器４０１により電力増幅器１０７の電源供給端子へのバイアス電圧を調整して、電力増幅器１０７を非線形増幅器として用いることにより、電力効率を向上させることができるようになる。なお、コイル４０２は、バイアス電圧の変動によるノイズを除去する。

以上のように、本実施の形態によれば、バイアス電圧器４０１を設け、制御信号（Ｓ１１）に応じて電力増幅器１０７の電源供給端子へのバイアス電圧を調整して、電力増幅器１０７を非線形増幅器として用いるようにしたので、電力効率を向上させることができる。

なお、掛け算器１０６から出力される拡散信号（Ｓ９）には、フィルタ１０５によるフィルタリング処理されたスペクトラム拡散符号（Ｓ８）が重畳されるために振幅成分が一定でなく変動する。したがって、電力増幅器１０７が非線形増幅器として動作する場合には、振幅成分に歪みが発生する。しかしながら、振幅成分はスペクトラム拡散符号の＋１から−１または−１から＋１への切り換えにより発生するものであり、この振幅成分にはデータ情報自体は含まれておらず、主にＲＦ信号の帯域外雑音に影響を及ぼすものである。従って、電力増幅器１０７が非線形動作した場合に発生する非線形歪は、帯域外雑音が劣化しない程度ならばある程度許容されるものである。

しかしながら、電力増幅器１０７が非線形動作した場合の歪の影響が無視できない場合は、図６に示すように、電力増幅器１０７と掛け算器１０６との間に電力増幅器１０７の非線形歪を補償するプリディストーション回路４０３を追加挿入することによって解決することができる。もしくは、帯域制限用のフィルタ１０５の特性を変更して帯域外雑音が小さくなるように最適化して、非線形歪みによる帯域外雑音を低減することも可能である。

（実施の形態３）
図７に、本発明の実施の形態３のスペクトラム拡散通信装置の要部構成を示す。図７に示すスペクトラム拡散通信装置１００は、Ｉ信号、Ｑ信号に直接スペクトラム拡散符号を重畳した後ポーラ変調を行う従来方法と、本発明の実施の形態１によるスペクトラム拡散変調方法とを共存させる構成を採り、スペクトラム拡散信号の帯域幅の変化に応じて従来方法と本発明の実施の形態１によるスペクトラム拡散変調方法とを切り替える。なお、図７において、図１と共通する構成部分には図１と同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。図７は、図１に対して、信号生成器１０１に代えて、信号発生器５０１を備える。

信号発生器５０１は、１次変調器２０１と、拡散符号発生器２０２と、一定信号発生器５０２と、スイッチ５０３と、掛け算器５０４とを備えた構成を採る。

１次変調器２０１は、データに１次変調を施し、ベースバンドのＩ信号（Ｓ１）、Ｑ信号（Ｓ２）を生成し、掛け算器５０４へ出力する。

拡散符号発生器２０２は、スペクトラム拡散符号（Ｓ７）を生成し、スイッチ５０３へ出力する。

一定信号発生器５０２は、所定の電圧値を持つハイレベル信号（Ｓ１２）をスイッチ５０３へ出力する。

スイッチ５０３は、拡散率に応じて、スペクトラム拡散符号（Ｓ７）およびハイレベル信号（Ｓ１２）の経路Ｔ１／Ｔ２を切り換える。例えば、拡散率が所定の閾値以上のとき、ハイレベル信号（Ｓ１２）を経路Ｔ１に供給し、スペクトラム拡散符号（Ｓ７）を経路Ｔ２に供給するようスイッチ５０３は動作する。これにより、拡散率が所定の閾値以上のときは、ハイレベル信号（Ｓ１２）は掛け算器５０４へ出力され、スペクトラム拡散符号（Ｓ７）はフィルタ１０５へ出力される。

一方、拡散率が所定の閾値未満のとき、ハイレベル信号（Ｓ１２）を経路Ｔ２に供給し、スペクトラム拡散符号（Ｓ７）を経路Ｔ１に供給するようスイッチ５０３は動作する。これにより、拡散率が所定の閾値以上のときは、ハイレベル信号（Ｓ１２）はフィルタ１０５へ出力され、スペクトラム拡散符号（Ｓ７）は掛け算器５０４へ出力される。

こうすることにより、拡散率が大きいときは、実施の形態１で述べたスペクトラム拡散変調方法により、極座標変換後の位相成分によって位相変調された無線周波数に直接スペクトラム拡散符号が乗算されてスペクトラム拡散信号が生成され、拡散率が低いときは、Ｉ信号およびＱ信号にスペクトラム拡散符号が乗算されて、スペクトラム拡散符号が乗算されたＩ信号およびＱ信号に対しポーラ変調が施されるようになる。これにより、スペクトラム拡散信号の帯域幅に応じて、従来のポーラ変調方式と実施の形態１で述べたスペクトラム拡散変調方法とを選択することができるようになり、スペクトラム拡散信号の帯域幅の変化に柔軟に対応することができるようになる。

また、拡散率が大きいときに、ハイレベル信号（Ｓ１２）を経路Ｔ１に供給し、スペクトラム拡散符号（Ｓ７）を経路Ｔ２に供給するようにスイッチ５０３が動作して、実施の形態１のスペクトラム拡散変調方式を用いるようにする際に、電力増幅器１０７の動作を非線形動作から線形動作に切り換えるようにしても良い。このようにすることで、スペクトラム拡散信号が電力増幅器１０７の歪劣化の影響を受けにくくなる。

本発明の第１の態様に係るスペクトラム拡散通信装置は、ベースバンド信号を振幅変調成分と位相変調成分とに分離する極座標変換手段と、前記位相変調成分に応じて無線周波数を位相変調する位相変調手段と、前記位相変調手段の後段に設けられ、位相変調された前記無線周波数にスペクトラム拡散符号を乗算して拡散信号を生成する掛け算手段と、前記振幅変調成分に応じて前記拡散信号の電力を増幅する電力増幅手段と、を具備する構成を採る。

この構成によれば、ベースバンド信号を振幅変調成分と位相変調成分とに分離した後、位相変調成分に応じて無線周波数の位相を位相変調し、スペクトラム拡散符号を位相変調された無線周波数へ直接乗算し、スペクトラム拡散符号により拡散された位相変調後の無線周波数に、振幅変調成分を合成して、スペクトラム拡散信号を生成するようにしたので、スペクトラム拡散符号のチップレートが高速な場合にも、振幅変調成分の変動レートはベースバンド信号の伝送レートとほぼ等しく低速になって、電力増幅器の電力電圧値の切り替え頻度が低速となり、消費電力を抑圧することができる。また、スペクトラム拡散符号は、位相変調後の無線周波数に直接乗算されるため、無線周波数を位相変調する際の位相変調成分の変動レートはベースバンド信号の伝送レートとほぼ等しく低速になって、位相変調成分が広帯域化しないため、帯域外雑音を増加させることなく位相変調することができる。

本発明の第２の態様に係るスペクトラム拡散通信装置は、上記第１の態様において、前記スペクトラム拡散符号を帯域制限するフィルタリング手段を、さらに具備し、前記掛け算手段は、位相変調された前記無線周波数に帯域制限後の前記スペクトラム拡散符号を乗算する構成を採る。

この構成によれば、スペクトラム拡散符号に帯域制限を施してから、帯域制限後のスペクトラム拡散符号と位相変調された無線周波数とを直接乗算してスペクトラム拡散信号を生成するようにしたので、フィルタリング処理が施された従来のスペクトラム拡散信号と等価なスペクトラム拡散信号を生成することができ、この結果、帯域外雑音成分を抑制することが可能となる。

本発明の第３の態様に係るスペクトラム拡散通信装置は、上記第１の態様において、前記振幅変調成分の高周波成分を除去する第１の除去手段と、前記位相変調成分の高周波成分を除去する第２の除去手段と、をさらに具備し、前記位相変調手段は、前記第２の除去手段により高周波成分が除去された前記位相変調成分に応じて無線周波数を位相変調し、前記電力増幅手段は、前記第１の除去手段により高周波成分が除去された前記振幅変調成分に応じて前記拡散信号の電力を増幅する構成を採る。

この構成によれば、振幅変調成分と位相変調成分との高周波成分を除去するようにしたので、スペクトラム拡散信号の帯域外信号を抑圧することが可能となる。

本発明の第４の態様に係るスペクトラム拡散通信装置は、上記第１の態様において、前記拡散信号の歪み補正を行うプリディストーション手段を、さらに具備し、前記電力増幅手段は、歪み補正後の前記拡散信号の電力を前記振幅変調成分に応じて増幅する構成を採る。

この構成によれば、非線形増幅による歪の影響を電力増幅の前段で予め補正するようにしたので、歪の影響を低減してスペクトラム拡散信号の電圧を増幅することができる。

本発明の第５の態様に係るスペクトラム拡散通信装置は、上記第１の態様において、前記電力増幅手段は、線形特性と非線形特性とを有し、前記振幅変調成分の変動に応じて、前記電力増幅手段の特性を線形特性又は非線形特性のいずれかに切り替える制御手段を、さらに具備する構成を採る。

この構成によれば、振幅変調成分の変動が早い場合、信号電力を増幅し、振幅変調成分の変動が遅い場合、信号電力を非線形増幅することができるため、変調信号の特性に応じて、効率に優先させて歪みを低減したり、歪みの低減に優先させて高効率としたりさせながら信号電力を増幅することが可能となる。

本発明の第６の態様に係るスペクトラム拡散通信装置は、上記第１の態様において、電力が一定のハイレベル信号を生成する一定信号生成手段と、前記スペクトラム拡散符号と前記ハイレベル信号との出力先を切り替える切換手段と、前記スペクトラム拡散符号または前記ハイレベル信号と、ベースバンド信号とを乗算する乗算手段と、をさらに具備し、前記切換手段は、拡散率が所定の閾値以上の場合、前記スペクトラム拡散符号を前記掛け算手段へ出力し、前記ハイレベル信号を前記乗算手段へ出力し、拡散率が所定の閾値未満の場合、前記スペクトラム拡散符号を前記乗算手段へ出力し、前記ハイレベル信号を前記掛け算手段へ出力する構成を採る。

この構成によれば、拡散率が所定の閾値以上の場合には、スペクトラム拡散符号を位相変調された前記無線周波数に直接乗算してスペクトラム拡散信号を生成し、拡散率が所定の閾値未満の場合には、スペクトラム拡散符号をベースバンド信号に乗算して得られたＩ信号、Ｑ信号をポーラ変調してスペクトラム拡散信号を生成するようにした。この結果、拡散率が所定の閾値以上であって広帯域信号となる場合には、高い効率で拡散信号を増幅することができ、拡散率が所定の閾値未満であって狭帯域信号となる場合には、スペクトラム拡散符号が直接ベースバンド信号に乗算されるため、スペクトラム拡散符号と無線周波数とのタイミングのずれを補正する必要がなくなる。

本発明の第７の態様に係るスペクトラム拡散通信装置は、上記第６の態様において、前記電力増幅手段は、線形特性と非線形特性とを有し、拡散率が所定の閾値以上の場合、前記電力増幅手段の特性を線形特性に切り替え、拡散率が所定の閾値未満の場合、前記電力増幅手段の特性を非線形特性に切り替える制御手段を、さらに具備する構成を採る。

この構成によれば、拡散率が所定の閾値以上で、振幅変調成分の変動が早い場合、信号電力を線形増幅し、拡散率が所定の閾値未満で、振幅変調成分の変動がゆっくりな場合、信号電力を非線形増幅するようにしたので、拡散率が所定の閾値以上であって広帯域信号となる場合には、歪みの劣化を抑えて増幅することができ、拡散率が所定の閾値未満であって狭帯域信号となる場合には、高い効率で増幅することができるようになる。

本発明の第８の態様に係るスペクトラム拡散通信装置は、ベースバンド信号の位相変調成分に応じて無線周波数を位相変調する位相変調手段と、前記位相変調手段の後段に設けられ、位相変調された前記無線周波数にスペクトラム拡散符号を乗算して拡散信号を生成する拡散手段と、を具備する構成を採る。

この構成によれば、ベースバンド信号の振幅成分が一定で、位相のみが変動する場合に、位相変調成分により位相変調された無線周波数へ直接スペクトラム拡散符号を乗算し、電力増幅手段により振幅変調成分と位相変調成分とを合成してスペクトラム拡散信号を生成するようにした。これにより、スペクトラム拡散符号は、位相変調成分に応じて位相変調された無線周波数に直接乗算されるので、スペクトラム拡散符号のチップレートが高速な場合にも、位相変調成分は、ベースバンド信号の変動量とほぼ等しく低速になって、位相変調手段は、帯域外雑音を増加させることなく位相変調することができる。

本発明の第９の態様に係るスペクトラム拡散変調方法は、ベースバンド信号を振幅変調成分と位相変調成分とに分離する工程と、前記位相変調成分に応じて無線周波数を位相変調する工程と、位相変調された前記無線周波数にスペクトラム拡散符号を乗算して拡散信号を生成する工程と、前記振幅変調成分に応じて前記拡散信号の電力を増幅する工程と、を有するようにした。

この方法によれば、ベースバンド信号を振幅変調成分と位相変調成分とに分離した後、位相変調成分に応じて無線周波数の位相を位相変調し、スペクトラム拡散符号を位相変調された無線周波数へ直接乗算し、スペクトラム拡散符号により拡散された位相変調後の無線周波数に、振幅変調成分を合成して、スペクトラム拡散信号を生成するようにしたので、スペクトラム拡散符号のチップレートが高速な場合にも、振幅変調成分の変動レートはベースバンド信号の伝送レートとほぼ等しく低速になって、電力増幅器の電力電圧値の切り替え頻度が低速となり、消費電力を抑圧することができる。また、スペクトラム拡散符号は、位相変調後の無線周波数に直接乗算されるため、無線周波数を位相変調する際の位相変調成分の変動レートはベースバンド信号の伝送レートとほぼ等しく低速になって、位相変調成分が広帯域化しないため、帯域外雑音を増加させることなく位相変調することができる。

本発明のスペクトラム拡散通信装置およびスペクトラム拡散変調方法は、スペクトラム拡散通信方式において、帯域外雑音を低減しつつ、高効率電力増幅することができ、例えば、移動体通信や無線ＬＡＮなどの無線信号伝送システムにおいて用いられるスペクトラム拡散通信装置およびスペクトラム拡散変調方法などに有用である。

本発明の実施の形態１に係るスペクトラム拡散通信装置の要部構成を示すブロック図 従来のスペクトラム拡散信号のフィルタリング方法を説明するための図 実施の形態１に係るスペクトラム拡散通信装置によるフィルタリング方法を説明するための図 実施の形態１に係るスペクトラム拡散通信装置の要部構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係るスペクトラム拡散通信装置の要部構成を示すブロック図 実施の形態２に係るスペクトラム拡散通信装置の要部構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３に係るスペクトラム拡散通信装置の要部構成を示すブロック図 従来の直交変調方式による送信機の要部構成を示すブロック図 従来のポーラ変調方式による送信機の要部構成を示すブロック図

符号の説明

１０１、５０１ 信号生成器
１０２ 極座標変換器
１０３ 増幅器
１０４ 位相変調器
１０５ フィルタ
１０６、３０１、５０４ 掛け算器
１０７ 電力増幅器
２０１ １次変調器
２０２ 拡散符号発生器
４０１ バイアス電圧器
４０２ コイル
４０３ プリディストーション回路
５０２ 一定信号発生器
５０３ スイッチ

Claims (9)

1. ベースバンド信号を振幅変調成分と位相変調成分とに分離する極座標変換手段と、
   前記位相変調成分に応じて無線周波数を位相変調する位相変調手段と、
   前記位相変調手段の後段に設けられ、位相変調された前記無線周波数にスペクトラム拡散符号を乗算して拡散信号を生成する掛け算手段と、
   前記振幅変調成分に応じて前記拡散信号の電力を増幅する電力増幅手段と、
   を具備するスペクトラム拡散通信装置。
2. 前記スペクトラム拡散符号を帯域制限するフィルタリング手段を、さらに具備し、
   前記掛け算手段は、
   位相変調された前記無線周波数に帯域制限後の前記スペクトラム拡散符号を乗算する請求項１記載のスペクトラム拡散通信装置。
3. 前記振幅変調成分の高周波成分を除去する第１の除去手段と、
   前記位相変調成分の高周波成分を除去する第２の除去手段と、をさらに具備し、
   前記位相変調手段は、
   前記第２の除去手段により高周波成分が除去された前記位相変調成分に応じて無線周波数を位相変調し、
   前記電力増幅手段は、
   前記第１の除去手段により高周波成分が除去された前記振幅変調成分に応じて前記拡散信号の電力を増幅する請求項１記載のスペクトラム拡散通信装置。
4. 前記拡散信号の歪み補正を行うプリディストーション手段を、さらに具備し、
   前記電力増幅手段は、
   歪み補正後の前記拡散信号の電力を前記振幅変調成分に応じて増幅する請求項１記載のスペクトラム拡散通信装置。
5. 前記電力増幅手段は、線形特性と非線形特性とを有し、
   前記振幅変調成分の変動に応じて、前記電力増幅手段の特性を線形特性又は非線形特性のいずれかに切り替える制御手段を、さらに具備する請求項１記載のスペクトラム拡散通信装置。
6. 電力が一定のハイレベル信号を生成する一定信号生成手段と、
   前記スペクトラム拡散符号と前記ハイレベル信号との出力先を切り替える切換手段と、
   前記スペクトラム拡散符号または前記ハイレベル信号と、ベースバンド信号とを乗算する乗算手段と、をさらに具備し、
   前記切換手段は、
   拡散率が所定の閾値以上の場合、前記スペクトラム拡散符号を前記掛け算手段へ出力し、前記ハイレベル信号を前記乗算手段へ出力し、
   拡散率が所定の閾値未満の場合、前記スペクトラム拡散符号を前記乗算手段へ出力し、前記ハイレベル信号を前記掛け算手段へ出力する請求項１記載のスペクトラム拡散通信装置。
7. 前記電力増幅手段は、線形特性と非線形特性とを有し、
   拡散率が所定の閾値以上の場合、前記電力増幅手段の特性を線形特性に切り替え、拡散率が所定の閾値未満の場合、前記電力増幅手段の特性を非線形特性に切り替える制御手段を、さらに具備する請求項６記載のスペクトラム拡散通信装置。
8. ベースバンド信号の位相変調成分に応じて無線周波数を位相変調する位相変調手段と、
   前記位相変調手段の後段に設けられ、位相変調された前記無線周波数にスペクトラム拡散符号を乗算して拡散信号を生成する拡散手段と、
   を具備するスペクトラム拡散通信装置。
9. ベースバンド信号を振幅変調成分と位相変調成分とに分離する工程と、
   前記位相変調成分に応じて無線周波数を位相変調する工程と、
   位相変調された前記無線周波数にスペクトラム拡散符号を乗算して拡散信号を生成する工程と、
   前記振幅変調成分に応じて前記拡散信号の電力を増幅する工程と、
   を有するスペクトラム拡散変調方法。
   

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