直接拡散スペクトル

電気通信分野において、直接拡散スペクトル拡散（DSSS）は、主に信号干渉全体を低減するために使用される拡散スペクトル変調技術です。直接拡散変調は、送信信号の帯域幅を情報帯域幅よりも広くします。受信機で直接拡散変調を逆拡散または除去すると、情報帯域幅が復元され、意図しない干渉と意図的な干渉が大幅に低減されます。^{[ 1 ]}

スイスの発明家、グスタフ・グアネラは、「秘密信号のための手段と方法」を提案した。^{[ 2 ]} DSSSでは、メッセージシンボルは拡散系列と呼ばれる複素数値の系列によって変調される。拡散系列の各要素、いわゆるチップは、元のメッセージシンボルよりも短い持続時間を持つ。メッセージシンボルの変調により、信号はスペクトル内でスクランブルされ拡散され、拡散系列の帯域幅が生成される。チップ持続時間が短いほど、結果として得られるDSSS信号の帯域幅は大きくなり、メッセージ信号に多重化される帯域幅が広いほど、狭帯域干渉に対する耐性が向上する。^{[ 1 ] [ 3 ]}

DSSSの実用的かつ効果的な用途としては、符号分割多元接続（CDMA）方式、Wi-Fiネットワークで使用されるIEEE 802.11b仕様、全地球測位システム（GPS ）などがある。^{[ 4 ] [ 5 ]}

伝送方法

直接拡散スペクトル拡散伝送では、伝送されるシンボルシーケンスを、元のメッセージレートよりも高いレートの拡散シーケンスで乗算します。通常、シーケンスは、結果として得られるスペクトルがスペクトル的に白色になるように選択されます。同じシーケンスの知識を使用して、受信側で元のデータを再構築します。これは通常、拡散シーケンスを要素ごとに乗算し、その後メッセージシンボル期間にわたって合計することで実装されます。このプロセス（逆拡散）は、数学的には、送信された拡散シーケンスと拡散シーケンスとの相関です。AWGNチャネルでは、逆拡散された信号の信号対雑音比は、拡散シーケンスレートとデータレートの比である拡散係数によって増加します。

送信された DSSS 信号は元の信号の直接変調に必要な帯域幅よりも広い帯域幅を占有しますが、そのスペクトルは従来のパルス形状フィルタリングによって制限できます。

不要な送信機が同じチャネル上で異なる拡散シーケンスを用いて送信した場合、逆拡散処理によってその信号の電力が低下します。この効果は、マルチユーザー媒体アクセス（MMAC）における符号分割多元接続（CDMA）方式の基礎であり、複数の送信機が、それぞれの拡散シーケンスの相互相関特性の範囲内で同じチャネルを共有できるようにします。

利点

• 意図しない妨害や意図的な妨害に対する耐性
• 複数のユーザー間で単一のチャンネルを共有する
• 信号/背景ノイズレベルの低下により傍受が困難になる
• 送信機と受信機間の相対タイミングの決定

用途

• 米国のGPS、欧州のGalileoおよびロシアのGLONASS衛星ナビゲーションシステム。初期の GLONASS では、単一の拡散シーケンスによる DSSS をFDMAと組み合わせて使用​​していましたが、後の GLONASS では、複数の拡散シーケンスによるCDMA を実現するために DSSS を使用しました。
• DS-CDMA（直接拡散符号分割多元接続）は、異なるユーザー間で異なる符号を用いて信号を拡散する、DSSSに基づく多元接続方式です。CDMAの中で最も広く使用されている方式です。
• 900 MHz、2.4 GHz、5.8 GHz帯で動作するコードレス電話
• IEEE 802.11b 2.4 GHz Wi-Fiとその前身である802.11-1999。（後継の802.11gはOFDMと DSSS の両方を使用します）
• 自動メーター読み取り
• IEEE 802.15.4（例えば、ZigbeeのPHY層およびMAC層として、またはWirelessHARTの物理層として使用）
• ラジコン模型自動車、航空機、船舶
• 隠蔽性と妨害やスプーフィングに対する耐性を備えた拡散スペクトルレーダー

参照

• 補完コード入力
• 周波数ホッピングスペクトラム拡散
• 線形フィードバックシフトレジスタ
• 直交周波数分割多重

参考文献

1. Torrieri, Don (2018).拡散スペクトル通信システムの原理, 第4版.
2. 「Espacenet - 書誌データ」worldwide.espacenet.com . 2020年12月2日閲覧。
3. Stuber, Gordon L. (2017).モバイル通信の原理, 第4版.
4. Rappaport, Theodore (2002).無線通信の原理と実践, 第2版.
5. Pratep, Misra; Enge, Per (2012). Global Positioning System: Signals, Measurements, and Performance, rev. 2nd ed .

• スペクトラム拡散通信の起源
•  この記事には、連邦規格1037Cのパブリックドメイン資料が含まれています。一般調達局。2022年1月22日時点のオリジナルからアーカイブ。
• NTIA 連邦無線周波数管理に関する規制および手順マニュアル

外部リンク

• 民生用スペクトラム拡散の歴史