JP4769270B2 - カオス系列を利用するスペクトル拡散通信システムおよび方法 - Google Patents
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Description
ここで、{u1,u2}は、一様分布独立入力ランダム変数であり、{G1,G2}は、ガウス分布出力ランダム変数である。そのようなシナリオでは、SRMF222は、同相(「I」)データ系列をリサンプリングするための1つのサンプルレート整合フィルタと、直角位相(「Q」)データ系列をリサンプリングするための第2のサンプルレート整合フィルタとから成る。SRMF222は、リサンプリング変換デジタルカオス系列をデジタル複素数乗算器224に伝達するように構成される。より具体的には、SRMF222は、同相(「I」)データおよび直角位相(「Q」)データをデジタル複素数乗算器224に伝達する。しかしながら、本発明は、この点に関して限定されない。
捕捉モードにおいて、リサンプリングフィルタ344は、合理的なレート変更を実行し、変換カオス系列をデジタル複素数乗算器352に転送する。CEADG350は、変調捕捉系列を生成し、それをデジタル複素数乗算器352に転送する。デジタル複素数乗算器352は、デジタル領域において複素数乗算を実行する。デジタル複素数乗算器352において、CEADG350からの変調捕捉系列は、送信機102において生成されたデジタル入力信号用の基準を生成して初期捕捉を容易にするために、カオス系列のデジタル表現で乗じられる。カオス系列は、カオス生成器340において生成される。デジタル複素数乗算器352は、基準信号をマルチプレクサ346、348に伝達する。マルチプレクサ346、348は、基準信号を相関器328に転送する。相関器328は、サーチモードに遷移させられる。サーチモードにおいて、相関器328は、カオス生成器340が時間同期状態ベクトルを用いて設定され得るように、受信信号状態を突き止めるために不確定窓にわたってサーチを行う。
定常状態復調モードにおいて、相関器328は、時間の関数としての振幅および位相情報を生成するために、公称相関ピークに近い受信変調信号と局所生成カオスとの間の相関を追跡する。この情報は、ループ制御回路320に渡される。ループ制御回路320は、位相オフセット、周波数オフセット、および振幅補償情報を抽出するために、この情報に適切なアルゴリズム処理を適用する。相関器328は、シンボル境界によって終了させられる相関時間に基づいたその出力情報を硬判定装置330にも渡す。硬判定装置330は、シンボルの硬判定を行うために、相関情報を所定の閾値と比較する。ループ制御回路320は、相関器328の出力を監視する。ループ制御回路320は固定相関位相オフセットを検出し、位相オフセットを取り除くために、直交デジタル局所発振器322の位相制御が変更される。ループ制御回路320は、時間の関数として変化する位相オフセットを検出すると、受信機104が定常状態復調モードにある場合、または周波数またはタイミングオフセットを取り除くために直交デジタル局所発振器322の周波数制御が変更された場合、不整合リサンプラとして機能するリサンプリングフィルタ344を調整する。受信入力信号タイミングが、局所生成カオス系列に対して、サンプル時間のプラスマイナス2分の1より大きく「ドリフト」していることを、相関器328の出力が示している場合、ループ制御回路320は、(1)適切な時間方向に1サンプル時間だけ相関窓を調整し、(2)局所カオス生成器340の状態を1反復状態だけ前進または後退させ、(3)時間不連続性を補償するためにリサンプリングフィルタ344を調整する。ループ制御回路320は、送信機102のカオス生成器218と受信機104のカオス生成器340を、サンプル時間の2分の1以内に同期された状態に維持する。
ここで図4を参照すると、本発明を理解するのに役立つ、(図2〜図3Bに関連して上で説明された)カオス生成器218、340、382の概念図が提供されている。図4に示されるように、カオス系列の生成は、N個の多項式f0(x(nT))、...、fN−1(x(nT))から開始する。N個の多項式f0(x(nT))、...、fN−1(x(nT))は、同じ多項式または異なる多項式として選択されることができる。本発明の一態様によれば、N個の多項式f0(x(nT))、...、fN−1(x(nT))は、ガロア体演算においてカオス特性を有する既約多項式として選択される。そのような既約多項式は、既約3次多項式および既約4次多項式を含むが、それらに限定されない。本明細書で使用される「既約多項式」という語句は、同じガロア体(f)上の少なくとも2つの非自明な多項式の積として表現され得ない多項式のことを表す。例えば、多項式f(x(nT))は、f(x(nT))=g(x(nT))・h(x(nT))となるような、有理係数をとるx(nT)に関する2つの非定数多項式g(x(nT))およびh(x(nT))が存在しなければ、既約である。
R={a modulo m0,a modulo m1,...,a modulo mN−1} (1)
ここで、Rは、位取り値「a」を表すRNS剰余のN組(N−tuple)値である。さらに、R(nT)は、R(nT)={f0(x(nT)) modulo m0,f1(x(nT)) modulo m1,...,fN−1(x(nT)) modulo mN−1}として定義される多項式f(x(nT))のRNS解の表現とすることができる。m0、m1、...、mN−1はそれぞれ、各多項式f0(x(nT))、...、fN−1(x(nT))に適用可能なRNS算術演算のための法である。
f(x(nT))=Q(k)x3(nT)+R(k)x2(nT)+S(k)x(nT)+C(k,L) (2)
ここで、nは、サンプル時間インデックス値である。kは、多項式時間インデックス値である。Lは、定数成分時間インデックス値である。Tは、時間間隔または増分を表す値を有する固定定数である。Q、R、およびSは、多項式f(x(nT))を定義する係数である。Cは、x(nT)の0乗の係数であり、したがって、各多項式特性に関する定数である。好ましい一実施形態では、特定の素数を法とした場合に、定められた多項式f(x(nT))の既約形式を生成するように経験的に決定された、Cの値が選択される。Q、R、およびSを固定値とする所与の多項式について、2つ以上のCの値が存在することができ、各々は一意の反復系列を提供する。しかしながら、本発明は、この点に関して限定されない。
しかしながら、本発明は、この点に関して限定されない。
BL=Ceiling[Log2(m)] (3)
ここで、mは、法m0、m1、...、mN−1の1つとして選択される。Ceiling[u]は、引数uに対してその次により大きな整数を表す。
ここで、Riは、基数であり、aiは、混合基数の数字であり、0=ai<Riである。基数の所与の組に対して、xの混合基数表現は、(an,an−1,...,a1)によって表され、ここで、数字は、有効桁の降順に列挙されている。前記文献を参照されたい。数字aiの乗数は、混合基数の重みであり、aiの重みは、
である。前記文献を参照されたい。
を有する。ここで説明される混合基数変換プロセスは、その場合、[RNS]から混合基数系に変換するために使用されることができる。前記文献を参照されたい。
という形式を取り、ここで、aiは、混合基数係数である。aiは、a1から開始して、以下の方式で順次決定される。前記文献を参照されたい。
に対して、最初にm1を法とするモジュロ演算が施される。最終項を除くすべての項は、m1の倍数であるので、<x>m1=a1を得る。したがって、a1が、ちょうど第1の剰余数字である。前記文献を参照されたい。
の第2から第N桁の剰余数字を見出すために使用されることができる。
の精査は、その場合、xがa2であることを示す。このように、剰余表記における連続的な減算および除算によって、混合基数数字のすべてが取得されることができる。前記文献を参照されたい。
であること、一般にi>1の場合、
であることに留意すると興味深い。前記文献を参照されたい。先の説明から、混合基数変換プロセスが反復的であることが分かる。変換は、切り取り結果をもたらすように変更されることができる。しかしながら、本発明は、この点に関して限定されない。
である。bjは、位取り数を表すRNSのN組値と位取り数の間の同型写像を可能にする。しかし、カオス特性の喪失なしに、写像は、一意かつ同型であることだけを必要とする。そのような訳で、位取り数xは、組(tuple)yに写像されることができる。組yは、位取り数zに写像されることができる。すべての組が、0からM−1までの範囲内のzの一意値に写像される限り、位取り数xは、zに等しくない。したがって、本発明のある実施形態の場合、bjは、
と定義されることができる。本発明のその他の実施形態では、すべてのbjは、カオス特性を喪失せずに、1つまたは複数の非ゼロ値に等しく設定されることができる。
MBL=Ceiling[Log2(M)] (6)
ここで、Mは、法m0、m1、...、mN−1として選択された互いに素の数p0、p1、...、pN−1の積である。これに関連して、MがCRT算術演算の動的範囲を表すことを理解されたい。本明細書で使用される「動的範囲」という語句は、CRT算術演算の結果値の可能な限りで最大の範囲を表す。CRT算術演算が、動的範囲Mの逆数に等しい周期性を有するカオス的数系列を生成することも理解されたい。動的範囲は、Ceiling[Log2(M)]ビット精度を必要とする。
102 送信機
104、390 受信機
202 データ源
204 情報源符号器
206 シンボルフォーマッタ
208 捕捉データ生成器
210 送信機コントローラ
212、376 正確実時間基準
214、346、348 マルチプレクサ
216 チャネル符号器
218 カオス生成器
220、342 実一様統計/直交ガウス統計写像装置(RUQG)
222 サンプルレート整合フィルタ(SRMF)
224、324、352、370 デジタル複素数乗算器
226 補間器
228 複素数実部乗算器
230 デジタル局所発振器(LO)
232 デジタル/アナログ変換器(DAC)
234 アンチイメージフィルタ
236 中間周波数(IF)/無線周波数(RF)変換装置
238、302、392 アンテナ要素
304、354 低雑音増幅器(LNA)
306、356 ゾーンフィルタ306
308 AGC増幅器
310 無線周波数(RF)/中間周波数(IF)変換装置
312、360 アンチエイリアスフィルタ
314、362 アナログ/デジタル(A/D)変換器
316、318 実数乗算器
320、366 ループ制御回路
322 直交デジタル局所発振器
326 シンボルタイミング回復回路
328、368 相関器
330、372 硬判定装置
332、384 シンボル/ビット(S/B)変換器
334、386 情報源復号器
336 正確実時間基準クロック
338、374 受信機コントローラ
340、382 剰余数系(RNS)カオス生成器
344 リサンプリングフィルタ
350 チャネル符号化捕捉データ生成器(CEADG)
358、364 中間周波数(IF)変換器
378 実一様統計/直交ガウス統計写像装置
602 計算プロセッサ
604 写像プロセッサ
606、608 データバス
610 フィードバック機構
Claims (10)
- カオス系列スペクトル拡散信号を同期させながら変調および復調するためのシステムであって、
複数の情報シンボルに応答して搬送波をチャネル符号化するように構成されるチャネル符号器と、
離散時間サンプル連続列を生成するように構成されるカオス系列生成器であって、前記離散時間サンプルの各々は前記複数の情報シンボルの持続時間よりも短いサンプル時間間隔を有しており、該カオス系列生成器が、
複数の多項式の複数の解を個別に決定するために、剰余数系(RNS)算術演算を使用するように構成される計算手段であって、前記複数の解が、反復的に計算され、RNS剰余値として表現される、計算手段と、
前記複数のRNS剰余値に基づいて、位取り数系での数字列を決定するように構成される写像手段と、を備えるカオス系列生成器と、
前記カオス系列生成器および前記チャネル符号器に動作可能に結合される乗算器であって、前記離散時間サンプル列を使用して、カオス的方式で前記搬送波を変調するように構成される乗算器と、
前記送信機および前記受信機で生成された前記離散時間カオスサンプル列の間のタイミング差の不確実性を最小化するように構成される正確時間基準と、
前記離散時間カオスサンプル列を時間および周波数について初期的に同期させるように構成され、情報転送の持続時間にわたって、前記送信機および前記受信機の各々で、前記離散時間カオスサンプル列の各々を時間および周波数について同期状態に維持するように構成される少なくとも1つの処理手段と、
を備えているシステム。 - 前記写像手段は、中国の剰余定理プロセスを使用して、前記複数のRNS剰余値に基づいて、前記位取り数系での数字列を決定するようにさらに構成される請求項1に記載のシステム。
- 前記写像手段は、前記複数のRNS剰余値によって確定される前記位取り数系での数を識別するようにさらに構成される請求項1に記載のシステム。
- 前記写像手段は、前記複数のRNS剰余値によって確定される前記位取り数系での数の切り取り部分を識別するようにさらに構成される請求項1に記載のシステム。
- 前記計算手段は、前記多項式の各々が既約となるように、前記複数の多項式の各々のために選択される法を利用するようにさらに構成される請求項1に記載のシステム。
- 前記計算手段は、フィードバック機構によって反復的に計算される前記多項式の解がカオス的となるように、前記複数の多項式の各々のために選択される法を利用するようにさらに構成される請求項1に記載のシステム。
- 前記複数の多項式は、少なくとも3次の多項式を含む請求項1に記載のシステム。
- 前記複数の多項式は、定数値を除いて同一である請求項1に記載のシステム。
- 前記複数の多項式は、時間についての定数関数または変化関数の少なくとも一方である請求項1に記載のシステム。
- 先の反復において計算された解として多項式の変数「x」を選択的に確定するように構成されるフィードバック機構をさらに備えている請求項1に記載のシステム。
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