JP2000059266A - スペクトル拡散信号復調回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はスペクトル拡散信号復調回路におい
て低Ｓ／Ｎでかつ搬送波周波数誤差が存在する状況下で
拡散符号同期及び搬送波同期の所要時間を短縮するとと
もに搬送波同期をより安定化することを目的とする。 【解決手段】 受信信号を周波数変換する変換手段２と
その出力を逆拡散する逆拡散手段３，４とその出力を積
分する第１巡回積分手段５，６とその出力の包絡線を検
出する包絡線検出手段７とその出力を積分する第２巡回
積分手段８とその出力の最大値位置を検出する位置検出
手段９と逆拡散手段３，４の出力を位置検出手段９の検
出位置でサンプリングする第１サンプリング手段１０，
１１とその出力から搬送波を再生する搬送波再生手段１
４と第１巡回積分手段５，６の出力を位置検出手段９の
検出位置でサンプリングする第２サンプリング手段１
２，１３と第１巡回積分手段５，６の出力信号を所定タ
イミングで記憶する記憶手段１７，１８とその出力と第
２サンプリング手段１２，１３の出力とに基づき搬送波
周波数を制御する手段１９とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スペクトル拡散通
信で用いられるスペクトル拡散信号復調回路に関し、特
に受信信号の初期同期を確立するための同期制御の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】スペクトル拡散通信では、高速のビット
レートで変化する時系列の拡散符号により情報信号の周
波数帯域を拡散して情報を伝送する。この通信方式は、
秘匿性が高く、干渉を与え難く、しかも干渉を受け難い
等の特徴を有する。スペクトル拡散されて送信された信
号を受信する受信装置に設けられるスペクトル拡散信号
復調回路においては、受信信号のスペクトルの逆拡散を
行ってから送信された情報信号を復調する。

【０００３】スペクトルの逆拡散を行うために、スペク
トル拡散に用いた送信側の符号と同期して変化する符号
を受信側で生成する。逆拡散回路においては、受信信号
と受信側で生成した符号との相関値を検出してスペクト
ルの逆拡散を行う。従って、情報信号の復調のためには
送信側の符号と受信側の符号との同期確立が不可欠であ
る。

【０００４】逆拡散回路にマッチトフィルタ等の受動相
関器を用いるスペクトル拡散信号復調回路は、高速な同
期確立を実現することが知られている（例えば、文献
「整合ろ波器により直接データ復調を行う衛星通信用ス
ペクトル拡散通信装置」浜本、他：電子通信学会論文誌
Ｂ、Vol.J69-B,No.11,pp.1540-1547)。なお、マッチトフ
ィルタの従来例として、例えば特開平１０−１７８３３
４号公報が知られている。

【０００５】初期同期を確立するための所定シンボル区
間において、送信側から既知信号をスペクトル拡散した
初期同期確立用信号を送信することにより、スペクトル
拡散信号復調回路の初期同期確立を高速化できる。この
初期同期確立用信号には、無変調信号を用いる方式と、
予め定めた変調パターンで変調した信号を用いる方式と
がある。

【０００６】図７は、スペクトル逆拡散のための受動相
関器としてマッチトフィルタを用いる従来のスペクトル
拡散信号復調回路の構成例（従来１）である。このスペ
クトル拡散信号復調回路は、初期同期確立用信号が、無
変調信号である場合と、変調信号である場合との何れに
も適用できる。図７に示す従来のスペクトル拡散信号復
調回路について以下に説明する。

【０００７】直交検波器１に入力される受信信号に含ま
れる初期同期確立用信号は、無変調信号か変調信号かの
何れかである。この受信信号は、直交検波器１におい
て、同相成分及び直交成分からなる複素ベースバンド信
号に変換される。複素ベースバンド信号の同相成分及び
直交成分は、複素乗算器２の一方の入力に印加される。
複素乗算器２の他方の入力には、搬送波再生器１４から
出力される再生搬送波の同相成分及び直交成分が印加さ
れる。再生搬送波に同期した複素ベースバンド信号がマ
ッチトフィルタ３，４に入力される。

【０００８】マッチトフィルタ３，４は、拡散符号の時
間波形をインパルス応答とする線形フィルタであり、そ
の出力には、受信信号と拡散符号との相関値が刻々と得
られる。マッチトフィルタ３，４の出力信号は、包絡線
検出器７とサンプラ１０，１１とに印加される。包絡線
検出器７は、マッチトフィルタ３，４双方の出力信号の
２乗和を取って包絡線を検出し、巡回積分器８に出力す
る。

【０００９】巡回積分器８は、例えば図８に示すよう
に、加算器２５と遅延回路２６と乗算器２７とで構成さ
れる。加算器２５は、一方の入力が包絡線検出器７の出
力であり、他方の入力が遅延回路２６の出力であり、出
力が乗算器２７を介して遅延回路２６の入力となるとと
もに、ピーク位置検出回路９に送られる。サンプラ１
０、１１は、ピーク位置検出回路９が検出したピーク位
置のタイミングでマッチトフィルタ３，４の出力をサン
プリングする。サンプラ１０、１１の出力信号は、復調
出力となるとともに、搬送波再生器１４に出力される。
搬送波再生器１４は、サンプラ１０、１１の出力信号か
ら搬送波再生を行い、再生した搬送波を複素乗算器２の
他方の入力に印加する。

【００１０】制御回路２０は、巡回積分器７とピーク位
置検出回路９と搬送波再生器１４とを制御し、所定の初
期同期確立区間において拡散符号及び搬送波の同期確立
を実行し、その後、同期維持のための追従動作を行う。
次に、図９を参照して同期確立の動作を説明する。図９
に示すように、従来の初期同期確立区間は、拡散符号の
同期を確立する期間と、搬送波同期を確立する期間とで
構成される。図９では初期同期確立区間として受信信号
の先頭６０シンボル区間を割り当て、その中の５０シン
ボル区間を拡散符号同期確立に割り当て、残りの１０シ
ンボル区間を搬送波同期確立に割り当てる場合を想定し
ている。

【００１１】図９において、まず、５０シンボルの拡散
符号同期確立区間における動作を説明する。制御回路２
０は、５０シンボルの拡散符号同期確立区間の先頭位置
で、遅延回路２６をリセットして巡回積分器８を初期化
する。なお、巡回積分器８の乗算器２７の乗算定数Ａに
は１を与える。

【００１２】また、５０シンボルの拡散符号同期確立区
間では、受信信号の搬送波は不明であるため、搬送波再
生器１４は、制御回路２０の指示に従い周波数及び位相
を固定した搬送波信号を複素乗算器２の他方の入力に出
力する。この固定した搬送波は、できる限り送信側搬送
波の周波数及び位相と一致するように定められるが、発
振器の精度に依存するので正確に一致させることは困難
である。したがって、この拡散符号同期確立区間では、
搬送波再生器１４が出力する再生搬送波と送信側搬送波
との周波数誤差及び位相誤差が存在する場合が多い。こ
のため複素乗算器２の出力振幅は、同相及び直交のいず
れかの成分に偏ったり、あるいは同相成分及び直交成分
に変動が生じる。

【００１３】マッチトフィルタ３，４は、それ自体が持
つ受信側の拡散符号と、受信信号（複素乗算器２の出力
信号）とが同期した場合にピークを持つ信号を出力す
る。この拡散符号同期確立区間では、マッチトフィルタ
３，４の出力振幅のピーク位置を検出し、拡散符号同期
を確立する。しかし、複素乗算器２の出力振幅と同様
に、マッチトフィルタ３，４の出力振幅も、同相及び直
交のいずれかの成分に偏ったり、あるいは変動する。こ
の偏りや変動の速度は、受信信号が無変調信号である場
合には、それ程大きくはないが、受信信号が変調信号で
ある場合には、シンボル毎に高速に変化するため、巡回
積分器８による平滑化が困難になる。

【００１４】そこで、これらの影響を低減するするた
め、包絡線検出器７により信号の包絡線波形を検出す
る。包絡線波形は、周波数誤差及び位相誤差に無関係な
一定の波形になるので、この波形を巡回積分器８に与え
て雑音成分を除去した後にピーク位置検出回路９にてピ
ーク位置を検出する。巡回積分器８においては、図８に
示すように、加算器２５で入力波形（包絡線波形）と遅
延回路２６の出力波形を加算し、加算した波形を乗算定
数Ａを１とした乗算器２７を介して遅延回路２６に与
え、再び入力側（加算器２５）へ帰還する。このため、
加算器２５の入力側に遅延回路２６の遅延時間と等しい
周期で繰り返し現れる波形は、次第に大きく積算されて
いき、それ以外の波形は、平滑化される。

【００１５】マッチトフィルタ３，４の出力振幅のピー
ク位置は、変調シンボル周期で繰り返すので、巡回積分
器８の遅延時間と変調シンボル周期とを等しくすること
により、マッチトフィルタ３，４の出力振幅の包絡線波
形から雑音成分を除去することができる。図８のよう
に、巡回積分器８は制御回路２０の制御下に５０回連続
して積算を行う。

【００１６】ピーク位置検出回路９は、制御回路２０の
指示の下に、５０回積算後の巡回積分器８の出力信号の
ピーク位置を検出し、検出信号をサンプラ１０，１１に
出力する。サンプラ１０，１１は、検出されたピーク位
置でマッチトフィルタ３，４の出力信号をサンプリング
する。これにより、サンプラ１０、１１の出力には、マ
ッチトフィルタ３，４の出力（逆拡散出力）のピーク値
が得られる。

【００１７】制御回路２０は、拡散符号同期確立区間の
終了に伴い搬送波再生器１４に対しサンプラ１０，１１
の出力信号から搬送波を再生する指示を出す。これによ
り、搬送波再生器１４は、サンプラ１０，１１の出力信
号に含まれる搬送波周波数誤差及び位相誤差を打ち消す
ように出力搬送波の制御を開始する。この搬送波周波数
誤差及び位相誤差を打ち消すまでに要する区間が搬送波
同期確立区間であり、図９では１０シンボル区間が割り
当てられている。その後は、サンプラ１０，１１の出力
信号を用いて、同期確立した拡散符号及び搬送波の同期
を維持するための追従動作が行われる。

【００１８】図１０は、受動相関器としてマッチトフィ
ルタを用いる従来のスペクトル拡散信号復調回路の構成
例（従来２）を示している。このスペクトル拡散信号復
調回路は、初期同期確立用信号が無変調信号である場合
に適用される。

【００１９】図１０のスペクトル拡散信号復調回路にお
いては、マッチトフィルタ３，４と包絡線検出器７との
間に、巡回積分器５，６を設けてあるが、図６の巡回積
分器８は備わっていない。すなわち、包絡線検出器７の
出力を直接ピーク位置検出回路９に接続してある。拡散
符号同期確立の区間では、複素乗算器２の出力振幅には
偏りや変動があるが、少なくとも変動の速度は、受信信
号が無変調信号であるので、周波数誤差の程度にもよる
が、それ程大きくはならず、マッチトフィルタ３，４
は、周期的に同様のピークを持つ信号を出力する。

【００２０】巡回積分器５，６は、マッチトフィルタ
３，４のピークを持つ出力信号のそれぞれについて巡回
積分を行い、つまり、雑音成分を除去し、包絡線検出器
７に出力する。ピーク位置検出回路９は、包絡線検出器
７が検出した包絡線波形からピーク位置を検出し、サン
プラ１０，１１に出力する。したがって、図１０に示し
た回路も図９のような動作を行うことができる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、無線通信に
おける受信信号は、希望信号とこれに無相関な熱雑音と
が重畳した信号である。このような重畳信号を巡回積分
により平滑化すると、積算回数が２倍になる毎にＳ／Ｎ
（信号対雑音比）は３ｄＢ改善されることが知られてい
る。

【００２２】しかし、図７に示す回路では、包絡線波形
を検出する際に非線形演算（２乗演算）を行うため、包
絡線検出器７の出力では雑音成分と希望信号とが無相関
ではなくなる。雑音成分と希望信号との間に相関が生じ
ると、積算回数あたりのＳ／Ｎ改善量が低下するので、
十分なＳ／Ｎ改善量を確保するためには、巡回積分器８
の積算回数を多くする必要がある。

【００２３】したがって、比較的Ｓ／Ｎの良好な通信回
線においては大きな支障はないが、衛星通信回線のよう
な低Ｓ／Ｎ条件では極めて長い積算時間を要し、拡散符
号の高速同期確立が困難になる。また、図７に示す回路
では、高速同期のために積算回数を少なくすると、マッ
チトフィルタの出力振幅のピーク位置と雑音との判別が
困難になり、誤同期の確率が大きくなる。

【００２４】図１０に示す回路は、受信信号が無変調信
号でしかも周波数誤差が少ない場合に限られるが、包絡
線検出の前に同相側及び直交側それぞれで巡回積分を行
い、巡回積分後の信号の包絡線波形からピーク位置を検
出するので、理想的なＳ／Ｎ改善効果が得られ、マッチ
トフィルタの出力振幅のピーク位置と雑音との判別が容
易である。

【００２５】しかし、図１０の回路では、搬送波周波数
誤差の存在によって積算時間内において同相及び直交の
それぞれの成分の振幅が正弦波状に変動するため、巡回
積分によって積算後のピーク振幅が減衰する。ピーク振
幅は、搬送波周波数誤差と積算時間との積が小さければ
あまり影響を受けず減衰は少ないが、これが大きくなる
につれて減衰量も大きくなる。

【００２６】搬送波周波数誤差は、送信側及び受信側の
発振器の精度に依存するので、拡散符号同期確立期間に
おいて、搬送波周波数誤差を０にするのは実際上困難で
ある。したがって、図１０に示す構成では、ある搬送波
周波数誤差の存在の下で、Ｓ／Ｎ改善効果を高めるため
に積算時間を長くすると、ピーク振幅の減衰によって誤
同期の確率が大きく劣化する。

【００２７】また、図７及び図１０に示す従来の構成で
は、拡散符号同期が確立するまでは逆拡散信号のピーク
値が得られないため、その間、搬送波同期を行うことが
不可能である。そのため、初期同期確立区間として、拡
散符号同期確立区間と搬送波同期確立区間がそれぞれ必
要であり、初期同期に要する時間が一層長くなる。本発
明は、スペクトル拡散信号復調回路において、低Ｓ／Ｎ
で、かつ搬送波周波数誤差が存在する状況下で拡散符号
同期及び搬送波同期の所要時間を短縮するとともに、搬
送波同期をより安定化することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】請求項１のスペクトル拡
散信号復調回路は、送信側の拡散符号によってスペクト
ル拡散された受信信号を入力して参照搬送波信号に基づ
き周波数変換する変換手段と、前記変換手段が出力する
信号を入力し、この信号と受信側の符号との相関性に基
づいて前記信号のスペクトルを逆拡散する逆拡散手段
と、初期同期を確立するための所定シンボル区間におい
て前記逆拡散手段が出力する信号を巡回積分する第１巡
回積分手段と、前記第１巡回積分手段の出力信号の包絡
線を検出する包絡線検出手段と、前記包絡線検出手段の
出力信号を巡回積分する第２巡回積分手段と、前記第２
巡回積分手段の出力信号の最大値または所定値を示す位
置を検出する位置検出手段と、前記逆拡散手段の出力信
号を前記位置検出手段が検出した位置でサンプリング
し、復調信号を出力する第１サンプリング手段と、前記
第１サンプリング手段の出力信号から搬送波を再生し、
前記参照搬送波信号を出力する搬送波再生手段と、前記
第１巡回積分手段の出力信号を前記位置検出手段が検出
した位置でサンプリングし、前記搬送波再生手段に出力
する第２サンプリング手段と、前記第１巡回積分手段が
出力する信号を所定のタイミングで記憶する記憶手段
と、前記記憶手段から読み出された信号および前記第２
サンプリング手段の出力信号に基づいて搬送波の周波数
誤差を検出し、この周波数誤差を打ち消すように信号の
周波数を制御する自動周波数制御手段とを設けたことを
特徴とする。

【００２９】初期同期確立区間では、送信搬送波は不明
であるので、搬送波再生手段の出力する参照搬送波信号
としては周波数及び位相が予め固定された信号が用いら
れる。したがって、初期同期確立区間では搬送波周波数
誤差が存在し、逆拡散手段の出力には周波数誤差の程度
に応じてピーク値振幅が徐々に変動するような信号が現
れる。

【００３０】しかし、周波数誤差は送信側と受信側の発
振器の精度に依存する量として予め想定できるので、周
波数誤差を比較的小さくすることは可能である。周波数
誤差が比較的小さい場合には、第１巡回積分手段の出力
における信号のピーク値振幅の減衰も抑制される。従っ
て、第１巡回積分手段の巡回積分により、熱雑音の成分
を低減した信号に基づいて、包絡線検出手段で包絡線を
検出できる。すなわち、第１巡回積分手段の巡回積分に
より、包絡線の検出に関してＳ／Ｎ改善効果が得られ
る。

【００３１】第２巡回積分手段は、包絡線検出手段の後
方に設けられているため、搬送波周波数誤差には影響さ
れずに巡回積分ができる。また、第２巡回積分手段は、
積算回数当たりのＳ／Ｎ改善量が小さいが、それに入力
される信号はすでに第１巡回積分手段によってＳ／Ｎが
改善されているので、第２巡回積分手段から出力される
信号には十分なＳ／Ｎ改善効果が現れる。すなわち、振
幅のピーク位置と雑音との判別が容易である。

【００３２】ところで、搬送波周波数誤差は、例えば異
なる二時刻における搬送波位相の変化から検出できる。
前記記憶手段には、第１巡回積分手段が出力する信号が
所定のタイミングで記憶される。自動周波数制御手段
は、前記記憶手段から読み出された信号および前記第２
サンプリング手段の出力信号に基づいて、異なる二時刻
における搬送波位相の変化を検出できるので、これらの
信号に基づいて搬送波の周波数誤差を検出し、この周波
数誤差を打ち消すように前記参照搬送波信号の周波数を
制御する。

【００３３】また、第１巡回積分手段が出力する信号を
前記記憶手段及び第２サンプリング手段で取り込んだ信
号に基づいて搬送波の周波数誤差を検出するので、拡散
符号同期が確立するまでに搬送波の周波数誤差も検出で
き、拡散符号同期の確立後直ちに周波数誤差の補正され
た参照搬送波信号が得られる。従って、一層安定した搬
送波同期の確立が実現する。

【００３４】なお、前記記憶手段には互いに異なるタイ
ミングで現れる複数の信号を記憶しても良い。すなわ
ち、複数のタイミングで記憶された信号に基づいて検出
される複数の周波数誤差を平均化して利用しても良い。
請求項２は、請求項１記載のスペクトル拡散信号復調回
路において、前記第１巡回積分手段が初期同期を確立す
るためのＬ（Ｌは整数）シンボル区間内で、Ｌ未満のＭ
（Ｍは整数）シンボル毎に積分動作を繰り返し行い、前
記第２巡回積分手段がＬシンボル区間内で、積分動作を
Ｍシンボル周期で間欠的に行うことを特徴とする。

【００３５】請求項２においては、第１巡回積分手段が
初期同期のためのＬシンボル区間内で、Ｌ未満のＭシン
ボル毎に積分動作を繰り返し行うので、第１巡回積分手
段の積算時間（平滑化の周期）はＬシンボル区間の長さ
に比べて短くなる。信号の巡回積分による積算後のピー
ク振幅の減衰量は搬送波周波数誤差と積算時間との積に
比例するので、第１巡回積分手段の積算時間を短くする
ことにより、前記包絡線検出手段に入力される信号のピ
ーク振幅の減衰を抑制しつつ、Ｓ／Ｎ改善効果を得るこ
とができる。信号のピーク振幅の減衰を抑制することに
より、前記位置検出手段における位置検出が容易にな
る。

【００３６】また、前記第２巡回積分手段がＬシンボル
区間内で積分動作をＭシンボル周期で間欠的に行うの
で、第１巡回積分手段が繰り返し出力する巡回積分後の
信号をＬシンボル区間に渡って更に平滑化することがで
きる。このような第１巡回積分手段と第２巡回積分手段
との組み合わせにより、理想的なＳ／Ｎ改善効果が得ら
れる。

【００３７】請求項２によれば、周波数誤差が存在する
状況下においても包絡線検出手段に入力される信号のピ
ーク振幅の減衰が抑制され、しかも第１巡回積分手段及
び第２巡回積分手段によって効果的なＳ／Ｎ改善効果が
得られるので、低Ｓ／Ｎで受信したスペクトル拡散信号
に対しても高速な拡散符号同期と低い誤同期確率が同時
に実現される。

【００３８】具体的には、拡散符号同期確立の期間（Ｌ
シンボル）が従来と同一の場合を想定すれば誤同期の確
率が改善され、誤同期の確率が従来と同一の場合を想定
すれば、拡散符号同期確立の期間が短縮される。請求項
３は、請求項２記載のスペクトル拡散信号復調回路にお
いて、前記搬送波再生手段がＬシンボル区間の終了に応
答して前記第２サンプリング手段の出力信号を初期値と
して取り込むことを特徴とする。

【００３９】Ｌシンボル区間の終了するタイミングで
は、第１巡回積分手段の出力に平滑化された搬送波に相
当する信号が現れるので、その信号を搬送波再生の初期
値として搬送波再生手段で利用できる。実際には、第１
巡回積分手段の出力する信号は、第２サンプリング手段
を介して搬送波再生手段に印加される。請求項４は、請
求項２記載のスペクトル拡散信号復調回路において、Ｌ
シンボル区間内でＭシンボル毎に得られる前記第１巡回
積分手段の積分結果の少なくとも１つを前記記憶手段に
書き込み、Ｌシンボル区間の終了に応答して前記記憶手
段から信号を読み出すとともに、前記自動周波数制御手
段の周波数誤差検出動作を行う制御手段を設けたことを
特徴とする。

【００４０】第１巡回積分手段の積分結果は、Ｌシンボ
ル区間が終了する前にＭシンボル毎に得られるので、Ｌ
シンボル区間の途中で得られた積分結果を前記記憶手段
に少なくとも１回書き込むことができる。Ｌシンボル区
間が終了した時に第１巡回積分手段が出力する信号と前
記記憶手段に記憶された信号とを参照することにより、
互いに異なる時点の搬送波成分を同時に参照することが
できるので、自動周波数制御手段は搬送波の周波数誤差
を検出できる。

【００４１】請求項５は、請求項１記載のスペクトル拡
散信号復調回路において、前記受信信号に含まれる変調
信号を除去する変調信号除去手段を前記逆拡散手段の出
力と前記第１巡回積分手段の入力との間に設けたことを
特徴とする。初期同期を確立するための期間に、無変調
信号が送信側から送られる場合には、その期間中に逆拡
散手段の出力には搬送波成分だけが現れるので、逆拡散
手段の出力する信号をそのまま巡回積分することができ
る。しかし、初期同期を確立するための期間に、変調信
号が送信側から送られる場合には、逆拡散手段の出力す
る信号をそのまま巡回積分しても初期同期に必要な信号
が得られない。

【００４２】請求項５においては、前記逆拡散手段の出
力と前記第１巡回積分手段の入力との間に設けた変調信
号除去手段により、初期同期を確立するための期間に変
調信号が送信側から送られる場合であっても、搬送波成
分だけを第１巡回積分手段に入力することができる。

【００４３】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）この形態の
スペクトル拡散信号復調回路の構成と動作を図１〜図４
に示す。この形態は請求項１〜請求項３に対応する。

【００４４】図１はこの形態のスペクトル拡散信号復調
回路の構成を示すブロック図である。図２は自動周波数
制御回路１９の構成を示すブロック図である。図３は第
１の実施の形態及び第２の実施の形態の動作を示すタイ
ムチャートである。図４は巡回積分器の構成例を示すブ
ロック図である。なお、図１において従来例と同一の構
成要素については従来例と同一の符号を付けて示してあ
る。また、この形態の各構成要素と請求項１〜請求項３
の各構成要素との対応関係は次のようになっている。

【００４５】変換手段は複素乗算器２に対応する。逆拡
散手段はマッチトフィルタ３，４に対応する。第１巡回
積分手段は巡回積分器５，６に対応する。包絡線検出手
段は包絡線検出器７に対応する。第２巡回積分手段は巡
回積分器８に対応する。位置検出手段はピーク位置検出
器９に対応する。第１サンプリング手段はサンプラ１
０，１１に対応する。搬送波再生手段は搬送波再生器１
４に対応する。第２サンプリング手段はサンプラ１２，
１３に対応する。記憶手段はメモリ１７，１８に対応す
る。自動周波数制御手段は自動周波数制御回路１９に対
応する。制御手段は制御回路３０に対応する。

【００４６】図１に示すスペクトル拡散信号復調回路
は、直交検波器１，複素乗算器２，マッチトフィルタ
３，４，巡回積分器５，６，包絡線検出器７，巡回積分
器８，９，サンプラ１０，１１，１２，１３，搬送波再
生器１４，メモリ１７，１８，自動周波数制御回路１９
及び制御回路３０で構成されている。この例では、直交
検波器１に入力される受信信号として、拡散符号により
スペクトルが拡散された信号を想定している。また、こ
の受信信号については初期同期を確立するためのＬ（こ
の例では５０）シンボルの区間において、無変調信号が
入力されることを想定している。

【００４７】このスペクトル拡散信号復調回路に入力さ
れる受信信号は、直交検波器１において、同相成分及び
直交成分からなる複素ベースバンド信号に変換される。
複素ベースバンド信号の同相成分及び直交成分は、複素
乗算器２の一方の入力に印加される。複素乗算器２の他
方の入力には、搬送波再生器１４から出力される再生搬
送波の同相成分及び直交成分が、自動周波数制御回路１
９を介して印加される。再生搬送波に同期した複素ベー
スバンド信号の同相成分及び直交成分が、それぞれマッ
チトフィルタ３及び４に入力される。

【００４８】マッチトフィルタ３，４は、拡散符号の時
間波形をインパルス応答とする線形フィルタであり、そ
の出力には、受信信号と受信機内部で生成された符号と
の相関値が刻々と得られる。受信信号のスペクトル拡散
に用いられた符号と受信機内部で生成された符号とが同
期すると相関値が最大になる。マッチトフィルタ３，４
の出力信号は、巡回積分器５，６及びサンプラ１０，１
１に印加される。

【００４９】巡回積分器５，６は、図４（ａ）に示すよ
うに、加算器２５と遅延回路２６と乗算器２７とで構成
されている。加算器２５は、入力信号αと遅延回路２６
の出力信号βとを加算した結果を出力信号γとして出力
する。この出力信号γは、乗算器２７を介して遅延回路
２６の入力にフィードバックされる。乗算器２７には所
定の乗算定数Ａ（１）が印加される。

【００５０】従って、入力信号αに含まれる様々な周波
数成分のうち、遅延回路２６の遅延時間と周期が等しい
周波数成分は次第に大きく積算され、それ以外の周波数
成分は平滑化される。遅延回路２６の遅延時間は１シン
ボル周期に定められるので、受信信号の成分を増幅しノ
イズ成分を低減できる。遅延回路２６にリセット信号を
印加することにより、積算動作を初期化することができ
る。

【００５１】なお、巡回積分器５，６を図４（ｂ）に示
すように構成することもできる。この場合には、乗算定
数Ａとして１より小さい値が印加される。また、この場
合には、巡回積分器全体が一種のフィルタとして動作す
るので、遅延回路２６をリセットしなくても所定の積算
回数に相当する積算動作が実行される。包絡線検出器７
の入力には、巡回積分器５が出力する同相成分の信号と
巡回積分器６が出力する直交成分の信号とが印加され
る。包絡線検出器７は、入力される同相成分の信号の２
乗と直交成分の信号の２乗との和を演算して受信信号の
包絡線を検出する。

【００５２】包絡線検出器７の出力する信号は、巡回積
分器８を介してピーク位置検出器９に入力される。巡回
積分器８の構成は巡回積分器５，６と同様に図４（ａ）
のようになっている。図４（ｂ）のように構成すること
もできる。但し、巡回積分器５，６と巡回積分器８とは
動作のタイミングが異なる。これらのタイミングは制御
回路３０によって制御される。

【００５３】ピーク位置検出器９は、巡回積分器８が出
力する信号に基づいて、その信号の振幅のピーク位置の
タイミングを検出する。つまり、受信信号の拡散符号と
受信機内部で生成した符号とが一致するタイミングを検
出する。そして検出したピーク位置のタイミングでサン
プリング用の制御信号がピーク位置検出器９から出力さ
れる。この制御信号は、サンプラ１０，１１，１２，１
３及び制御回路３０に印加される。

【００５４】サンプラ１０及び１１は、それぞれマッチ
トフィルタ３及び４の出力する信号をピーク位置検出器
９から出力される制御信号のタイミングでサンプリング
する。また、サンプラ１２及び１３は、それぞれ巡回積
分器５及び６の出力する信号をピーク位置検出器９から
出力される制御信号のタイミングでサンプリングする。
サンプラ１０及び１１によってサンプリングされた信号
が、復調出力として利用される。搬送波再生器１４は、
サンプラ１０，１１が出力する信号及びサンプラ１２，
１３が出力する信号に基づいて搬送波を再生する。

【００５５】自動周波数制御回路１９は搬送波再生器１
４が再生した搬送波の周波数誤差を補正するための回路
であるが、初期同期を確保するための期間中は周波数誤
差を検出できないので、搬送波再生器１４が出力する信
号をそのまま参照搬送波信号として複素乗算器２に印加
する。メモリ１７及び１８は、それぞれ巡回積分器５及
び６が出力する信号を記憶することができる。制御回路
３０は、巡回積分器５，６，８，ピーク位置検出器９，
メモリ１７，１８及び自動周波数制御回路１９の動作を
制御する。

【００５６】図１に示すスペクトル拡散信号復調回路
は、制御回路３０の制御によって図３に示すように動作
する。この例では、初期同期確立区間は時間ｔ０からｔ
５までの５０シンボル区間である。なお、この初期同期
確立区間は従来の拡散符号同期確立区間に相当し、従来
の搬送波同期確立のための独立した区間は存在しないの
で注意されたい。図３に示す各タイミングの動作につい
て以下に説明する。

【００５７】巡回積分器５，６は、図３に示すように時
間ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３及びｔ４でそれぞれ初期化さ
れる。つまり、遅延回路２６にリセット信号が印加され
て積算値が初期化される。そして、時間ｔ１〜ｔ２，ｔ
２〜ｔ３ｔ，３ｔ〜４ｔ及びｔ４〜ｔ５の１０シンボル
の区間で、それぞれ１０回ずつ積算動作が繰り返され
る。

【００５８】従って、巡回積分器５，６の１０回の巡回
積分の結果が、時間ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３及びｔ４で
初期化される直前のタイミングでそれぞれ得られる。こ
の巡回積分の結果は、包絡線検出器７を介して巡回積分
器８に入力される。一方、巡回積分器８は時間ｔ１の１
シンボル手前のタイミングで初期化された後、巡回積分
器５，６の１０回の巡回積分の結果の包絡線を包絡線検
出器７を介して入力し、それの積算動作を実施する。

【００５９】図３に示すように、巡回積分器８の積算動
作は時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４及びｔ５の近傍のみで
間欠的に実施される。つまり、巡回積分器５，６の積算
結果が得られていない時には、巡回積分器８の積算動作
は停止する。初期同期確立区間の巡回積分器８の積算回
数は５回である。この例では、図３に示すように、時間
ｔ１の手前の１シンボルのタイミングで、巡回積分器５
及び６の出力する信号が１シンボルの波形についてそれ
ぞれメモリ１７及び１８に書き込まれる。つまり、時間
ｔ０〜ｔ１の１０シンボルに相当する区間の１０回の積
算結果がメモリ１７及び１８に記憶される。

【００６０】メモリ１７及び１８に記憶される信号の形
態は、例えば８ビットの並列データである。メモリ１７
及び１８に記憶された信号は、初期同期確立区間が終了
する時間ｔ５のタイミングで読み出され、自動周波数制
御回路１９に印加される。搬送波再生器１４は、初期同
期確立区間では、制御回路３０の指示の下でサンプラ１
０〜１３の出力は無視し、周波数及び位相を予め定めた
固定の搬送波信号を出力する。

【００６１】初期同期確立区間が終了する時間ｔ５にお
いて、搬送波再生器１４は巡回積分器５，６の積算結果
をサンプラ１２，１３を介して取り込み、それを搬送波
再生の初期値として利用する。この初期値に基づいて再
生した搬送波信号を搬送波再生器１４は自動周波数制御
回路１９を介して複素乗算器２に出力する。以後は、搬
送波再生器１４は搬送波同期確立の動作を行うことなく
サンプラ１０，１１の出力信号に従って搬送波を再生
し、追従する動作を行う。

【００６２】自動周波数制御回路１９は搬送波再生器１
４から発生した再生搬送波信号の周波数を制御し、参照
搬送波信号として複素乗算器２に出力する。初期同期確
立区間では周波数制御は実施しないが、初期同期確立区
間が終了する時間ｔ５に同期して、自動周波数制御回路
１９は周波数の誤差検出を実施し参照搬送波信号の周波
数を制御する。

【００６３】自動周波数制御回路１９は、メモリ１７，
１８から読み出される信号と、サンプラ１２，１３から
出力される信号とを入力することにより、互いに異なる
時点の信号の状態を同時に参照することができる。通常
は、搬送波に周波数誤差が存在するので、互いに異なる
時点（ｔ１，ｔ５）で得られた２つの信号の間には位相
差が発生する。従って、この位相差に基づいて搬送波の
周波数誤差を検出できる。

【００６４】なお、搬送波の周波数誤差の検出のために
は信号波形のうちピーク位置における信号値のみが必要
である。しかし、メモリ１７，１８に信号を記憶する時
点（ｔ１）では正しい信号のピーク位置が分からないの
で、この例では１シンボル（拡散符号周期）に相当する
波形全体をメモリ１７，１８に記憶している。そして、
周波数誤差を検出する際に、制御回路３０がピーク位置
検出器９の検出したピーク位置を参照して、メモリ１
７，１８に記憶された信号波形の中からピーク位置の信
号を読み出し、この信号を自動周波数制御回路１９に与
えるように制御している。また同時に、制御回路３０は
サンプラ１２，１３の出力信号を自動周波数制御回路１
９に与える。

【００６５】図２に示すように、自動周波数制御回路１
９の内部は複素乗算器５１，位相検出回路５２，演算回
路５３，発振器５４及び周波数変換器５５で構成されて
いる。複素乗算器５１の入力に、メモリ１７，１８から
読み出された信号Ｓａとサンプラ１２，１３から出力さ
れる信号Ｓｂとが印加される。

【００６６】複素乗算器５１は、メモリ１７，１８から
読み出された信号Ｓａとサンプラ１２，１３から出力さ
れる信号Ｓｂとの複素乗算を実施して、複素誤差信号Ｓ
ｃを求める。また、位相検出回路５２は複素誤差信号Ｓ
ｃの偏角θを検出する。演算回路５３は、１シンボル当
たりの位相変化を搬送波周波数誤差Δωとして検出す
る。すなわち、位相検出回路５２が検出した偏角θを、
信号Ｓａがサンプリングされた時間（ほぼｔ１）と信号
Ｓｂがサンプリングされた時間（ほぼｔ５）との時間差
（この例では４０シンボル周期）で除算した結果を搬送
波周波数誤差Δωとする。

【００６７】発振器５４は、演算回路５３が求めた搬送
波周波数誤差Δωを打ち消すのに必要な、周波数が（−
Δω）のディジタル正弦波信号（複素数）を発振（生
成）する。なお、初期同期確立区間においては発振器５
４の発振周波数は０に制御される。周波数変換器５５
は、搬送波再生器１４が出力する再生搬送波の信号Ｓｅ
の周波数を、発振器５４からのディジタル正弦波信号に
よって周波数変換し、周波数誤差を補正する。周波数変
換器５５によって周波数誤差の補正された信号Ｓｆが参
照搬送波信号（同相成分と直交成分とでなる複素数）と
して複素乗算器２に印加される。

【００６８】このような動作によって、初期同期確立区
間の終了と同時に搬送波周波数誤差が補償される。とこ
ろで、初期同期確立区間では、搬送波周波数誤差が存在
するので、マッチトフィルタ３，４は周波数誤差の程度
に応じてピーク値振幅が変動するような信号をサンプラ
１０，１１及び巡回積分器５，６に出力する。

【００６９】この搬送波周波数誤差によって巡回積分器
５，６が出力する信号のピーク値振幅が減衰する。しか
しこの例では、想定される搬送波周波数誤差の逆数に対
する積算時間の割合が小さくなるように、巡回積分器
５，６の積算回数（１０回）を初期同期確立区間のシン
ボル数（５０）に比べて小さく定めてある。

【００７０】このため、巡回積分器５，６では、搬送波
周波数誤差によるピーク値振幅の減衰を抑制しつつ雑音
除去を効果的に行うことができ、理想的なＳ／Ｎ改善効
果が得られる。また、巡回積分器８には１０回の積算終
了後の信号だけが印加される。従って、巡回積分器８
は、図３に示すように時間ｔ０〜ｔ１，ｔ１〜ｔ２，ｔ
２〜ｔ３，ｔ３〜ｔ４，ｔ４〜ｔ５の各１０シンボル区
間において、それぞれ１回の積算動作を行ってその積算
結果をピーク位置検出回路９に出力し、それ以外の期間
は動作を停止する。すなわち巡回積分器８は間欠動作を
行う。

【００７１】この巡回積分器８は搬送波周波数誤差には
影響されずに、すでにＳ／Ｎの改善された信号について
少ない回数で巡回積分を行うので、所望のＳ／Ｎ改善量
が容易に得られる。ピーク位置検出回路９は、制御回路
３０から巡回積分器８の積算動作タイミング信号を受け
て、巡回積分器８の各積算結果のピーク位置を検出し、
ピーク位置のタイミング信号をサンプラ１０〜１３に出
力する。サンプラ１０，１１は、この検出されたピーク
位置のタイミングでマッチトフィルタ３，４の出力信号
をサンプリングして搬送波再生器１４に出力する。ま
た、サンプラ１２，１３は、この検出されたピーク位置
のタイミングで巡回積分器５，６の出力信号をサンプリ
ングして搬送波再生器１４に出力する。

【００７２】なお、巡回積分器５、６として図４（ｂ）
に示すように所定の時定数で動作する回路を用いる場合
には、制御回路３０は、１０シンボル区間において巡回
積分器５、６が１０回の積算動作に相当する動作を行う
時定数を持つように巡回積分器５，６の乗算定数Ａを定
める。また、巡回積分器８として図４（ｂ）に示すよう
に所定の時定数で動作する回路を用いる場合には、制御
回路３０は、５０シンボル区間において５回の積算動作
を行う場合と同様の結果が得られるように、巡回積分器
８の乗算定数Ａを定めてその時定数を定める。そして、
１０シンボルの期間内で１回分の積算動作に相当する動
作を行い、残余の期間では停止するように、制御回路３
０は巡回積分器８を操作する。

【００７３】Ｓ／Ｎ対誤同期確率特性のシミュレーショ
ンの結果について、図６を参照して説明する。このシミ
ュレーションでは、拡散符号としては、符号長１９のル
ジャンドル系列を用い、拡散符号の速度は２００ｋＨｚ
と仮定した。図６においては、図７に示した従来の回路
（従来ｌ）と、図１０に示した従来の回路（従来２）の
特性を併記してある。なお、搬送周波数誤差０は実際上
はあり得ないが、計算機シミュレーションであるため存
在する。

【００７４】同期確立に要する区間（但し、従来例で
は、拡散符号同期確立区間）のシンボル数Ｌは、この実
施形態と従来例の場合で同じ５０シンボルに設定してあ
る。先に述べたように、従来１は、全体に誤同期確率が
他に比較して大きく劣っており、また従来２は、搬送波
周波数誤差がある場合に劣化が大きい。一方、この実施
形態の回路は、従来１に比較すれば所要Ｓ／Ｎが約３．
５ｄＢ優れており、搬送波周波数誤差による劣化もほと
んど無視できる。

【００７５】即ち、この実施形態の回路では、搬送周波
数誤差が存在する状況下において、拡散符号同期確立の
期間が従来と同一の場合を想定すれば、誤同期の確率を
下げることができ、誤同期の確率を従来と同一と仮定す
れば、拡散符号同期確立の期間を短縮できることが分か
る。 （第２の実施の形態）この形態のスペクトル拡散信号復
調回路の構成を図５に示す。この形態は、全ての請求項
に対応する。この形態は、第１の実施の形態の変形例で
ある。

【００７６】マッチトフィルタ３，４の出力と巡回積分
器５，６の入力との間に複素乗算器１６を設けた点以外
は第１の実施の形態と同一である。この形態では、請求
項４の変調信号除去手段は複素乗算器１６に対応する。

【００７７】この形態のスペクトル拡散信号復調回路
は、初期同期確立区間に受信信号に変調信号が現れる場
合であっても初期同期を確立することができる。初期同
期確立区間に現れる変調信号としては、予め定められた
変調パターンで変調された信号を想定している。複素乗
算器１６は、外部から印加される変調パターンの信号と
マッチトフィルタ３，４が出力する信号とを乗算する。
すなわち、受信信号の変調パターンと複素乗算器１６に
印加される変調パターンとが一致する場合には、複素乗
算器１６においてマッチトフィルタ３，４の出力信号と
変調パターンの複素共役数との乗算により変調成分が除
去された信号が得られる。

【００７８】従って、初期同期確立区間に受信信号に変
調信号が現れる場合であっても第１の実施の形態のスペ
クトル拡散信号復調回路と同様に初期同期を確立するこ
とができる。上記第１の実施の形態及び第２の実施の形
態では、受動相関器としてマッチトフィルタを用いてい
るが、それに代えてコンボルバ等を用いることも可能で
ある。即ち、第１の実施の形態及び第２の実施の形態で
は、ベースバンド帯で復調動作を行う場合の回路構成を
示したが、中間周波数帯で復調動作をする場合にも同様
に本発明を適用できる。

【００７９】また、包絡線の位置検出では、実際のピー
ク位置を検出する場合について説明したが、それ以外
に、例えば予め定めた閾値を越える所定位置をピーク位
置としても良い。また、上記第１の実施の形態及び第２
の実施の形態では、複素乗算器２に印加される参照搬送
波信号の周波数を制御しているが、参照搬送波信号の代
わりに受信信号の周波数を自動周波数制御回路１９で制
御するように構成及び動作を変更しても良い。

【００８０】

【発明の効果】本発明によれば、初期同期確立区間の終
了と同時に搬送波周波数誤差の補償が行われるので、従
来より更に安定した搬送波同期が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態のスペクトル拡散信号復調回
路の構成を示すブロック図である。

【図２】自動周波数制御回路１９の構成を示すブロック
図である。

【図３】第１の実施の形態及び第２の実施の形態の動作
を示すタイムチャートである。

【図４】巡回積分器の構成例を示すブロック図である。

【図５】第２の実施の形態のスペクトル拡散信号復調回
路の構成を示すブロック図である。

【図６】Ｓ／Ｎ対誤同期確率のシミュレーション結果を
示すグラフである。

【図７】従来のスペクトル拡散信号復調回路の構成（従
来１）を示すブロック図である。

【図８】巡回積分器の構成を示すブロック図である。

【図９】従来の動作を示すタイムチャートである。

【図１０】従来のスペクトル拡散信号復調回路の構成
（従来２）を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 直交検波器 ２ 複素乗算器 ３，４ マッチトフィルタ ５，６ 巡回積分器 ７ 包絡線検出器 ８ 巡回積分器 ９ ピーク位置検出器 １０，１１，１２，１３ サンプラ １４ 搬送波再生器 １６ 複素乗算器 １７，１８ メモリ １９ 自動周波数制御回路 ２５ 加算器 ２６ 遅延回路 ２７ 乗算器 ３０ 制御回路 ５１ 複素乗算器 ５２ 位相検出回路 ５３ 演算回路 ５４ 発振器 ５５ 周波数変換器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信側の拡散符号によってスペクトル拡
   散された受信信号を入力して参照搬送波信号に基づき周
   波数変換する変換手段と、 前記変換手段が出力する信号を入力し、この信号と受信
   側の符号との相関性に基づいて前記信号のスペクトルを
   逆拡散する逆拡散手段と、 初期同期を確立するための所定シンボル区間において前
   記逆拡散手段が出力する信号を巡回積分する第１巡回積
   分手段と、 前記第１巡回積分手段の出力信号の包絡線を検出する包
   絡線検出手段と、 前記包絡線検出手段の出力信号を巡回積分する第２巡回
   積分手段と、 前記第２巡回積分手段の出力信号の最大値または所定値
   を示す位置を検出する位置検出手段と、 前記逆拡散手段の出力信号を前記位置検出手段が検出し
   た位置でサンプリングし、復調信号を出力する第１サン
   プリング手段と、 前記第１サンプリング手段の出力信号から搬送波を再生
   し、前記参照搬送波信号を出力する搬送波再生手段と、 前記第１巡回積分手段の出力信号を前記位置検出手段が
   検出した位置でサンプリングし、前記搬送波再生手段に
   出力する第２サンプリング手段と、 前記第１巡回積分手段が出力する信号を所定のタイミン
   グで記憶する記憶手段と、 前記記憶手段から読み出された信号および前記第２サン
   プリング手段の出力信号に基づいて搬送波の周波数誤差
   を検出し、この周波数誤差を打ち消すように信号の周波
   数を制御する自動周波数制御手段とを設けたことを特徴
   とするスペクトル拡散信号復調回路。
2. 【請求項２】 請求項１記載のスペクトル拡散信号復調
   回路において、 前記第１巡回積分手段は初期同期を確立するためのＬ
   （Ｌは整数）シンボル区間内で、Ｌ未満のＭ（Ｍは整
   数）シンボル毎に積分動作を繰り返し行い、 前記第２巡回積分手段はＬシンボル区間内で、積分動作
   をＭシンボル周期で間欠的に行うことを特徴とするスペ
   クトル拡散信号復調回路。
3. 【請求項３】 請求項２記載のスペクトル拡散信号復調
   回路において、前記搬送波再生手段がＬシンボル区間の
   終了に応答して前記第２サンプリング手段の出力信号を
   初期値として取り込むことを特徴とするスペクトル拡散
   信号復調回路。
4. 【請求項４】 請求項２記載のスペクトル拡散信号復調
   回路において、Ｌシンボル区間内でＭシンボル毎に得ら
   れる前記第１巡回積分手段の積分結果の少なくとも１つ
   を前記記憶手段に書き込み、Ｌシンボル区間の終了に応
   答して前記記憶手段から信号を読み出すとともに、前記
   自動周波数制御手段の周波数誤差検出動作を行う制御手
   段を設けたことを特徴とするスペクトル拡散信号復調回
   路。
5. 【請求項５】 請求項１記載のスペクトル拡散信号復調
   回路において、前記受信信号に含まれる変調信号を除去
   する変調信号除去手段を前記逆拡散手段の出力と前記第
   １巡回積分手段の入力との間に設けたことを特徴とする
   スペクトル拡散信号復調回路。