JP2002118499A - 同期捕捉システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＤＳ／ＳＳ方式において、必要以上の高速化
および回路規模の増大を招来することなく、精度の良い
同期捕捉が可能なシステムを実現すること。 【解決手段】 メモリ１０２に書き込んだ受信信号を何
度も読み出しながら同期捕捉を行い、その間に誤差カウ
ンタ１０５でメモリ１０２に書き込まれている信号とリ
アルタイムの信号とのタイミングの誤差を計測し、同期
捕捉完了時における誤差カウンタ１０５の値が同期追従
可能な範囲外のとき、誤差の範囲内に対して同期捕捉を
もう一度繰り返すことにより、同じ回路を使って誤差の
補正を行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同期捕捉システム
に係り、特に、ＤＳ／ＳＳ（Direct Sequence /Spread
Spectrum；直接スペクトラム拡散）方式を用いた受信機
などに用いて好適な、メモリ蓄積型の同期捕捉システム
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来のＤＳ／ＳＳ方式を用いた
受信機における、メモリ蓄積型の同期捕捉システムの簡
単な構成を示すブロック図である。

【０００３】図４において、受信信号（ＩＦ信号）は、
まず周波数変換回路４０１でベースバンド信号に変換さ
れてから、一度メモリ４０２に書き込まれる。その後、
指定のアドレスから読み出された信号を、相関器４０３
で逆拡散および加算して相関値の計算を行ない、その相
関値がしきい値を超えたら、読み出したアドレスが正し
い逆拡散のタイミングであると判断し、超えなかったら
読み出すアドレスを１サンプルもしくは数サンプルずら
して、同様に相関値の計算およびしきい値判定を行な
う。

【０００４】しきい値を超える相関値を検出するまでこ
れを繰り返し、こうして得た逆拡散タイミングから、拡
散符号発生器４０４で発生させる拡散符号の位相をリア
ルタイムの受信信号に合うようにずらして発生させる。
一般に、ＤＳ／ＳＳ方式に用いられる拡散系列は有限長
の擬似雑音の繰り返しであるので、メモリ４０２に書き
込んだ時点から拡散符号の周期を数えていれば、メモリ
４０２内の信号と同じタイミングを知ることができる。
具体的には、メモリ４０２への書き込みと同時に拡散符
号発生器４０４をリセットし、相関器４０３で得られた
逆拡散タイミングのメモリの先頭アドレスからのずれの
分だけ拡散符号発生器４０４のタイミングをずらしてや
れば良い。

【０００５】その後、乗算器４０５で受信信号と拡散符
号とをかけ合わせて、ＬＰＦ（LowPass Filter）４０６
で希望信号成分を取り出すことにより逆拡散が行なわ
れ、復調が可能となり、同時にＤＬＬ（Delay Locked L
oop）４０７を動作させることによって、同期追従が開
始される。

【０００６】この同期捕捉方式は、書き込み速度より読
み出し速度を速くすることで高速な同期捕捉を実現した
い場合や、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）が低く相
関ピークを得るために長い積分時間を要すなどの理由か
らリアルタイムでの同期捕捉が困難な場合等に用いられ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の手法では、同期
捕捉で得た逆拡散タイミングは、メモリ４０２に書き込
まれた受信信号に対するものであるので、これをリアル
タイムの受信信号に反映させると、タイミングにずれが
生じてしまう。これは送信機側と受信機側とのクロック
に含まれる相互の誤差等によるもので、クロックの誤差
自体は非常に小さなものでも経過した時間に比例してず
れが大きくなるので、同期捕捉に長時間かかると、リア
ルタイムに反映させる逆拡散タイミングに含まれる誤差
の範囲が無視できないものになってしまう。例として同
期追従にＤＬＬを用いるとすると、一般に±１／２チッ
プ以内程度の誤差であればタイミング補正が可能である
が、もし誤差がそれを超えるようになれば同期追従が不
可態となり、当然、同期捕捉は失敗となる。そのため、
クロックの精度の向上や同期捕捉自体の高速処理が不可
欠となり、並列処理による回路規模の増大や、動作速度
の高速化による回路負荷の増加などが発生してしまう。

【０００８】したがって本発明の解決すべき技術的課題
は、上記した従来技術のもつ問題点を解消することにあ
り、その目的とするところは、ＤＳ／ＳＳ方式におい
て、必要以上の高速化および回路規模の増大を招来する
ことなく、精度の良い同期捕捉が可能なシステムを実現
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明による同期捕捉システムでは、最初の同期
捕捉の後にもう一度短時間での同期捕捉を行なうことに
より、同期捕捉の精度を向上させる。

【００１０】一般に、同期捕捉では、拡散符号１周期分
の各逆拡散タイミングに対して相関値の検出を行ない、
しきい値を超えるような相関ピークを持つ点、またはす
べての相関値の中で最大となる点を見つけ出すことによ
って、正しい逆拡散タイミングを得る。このとき、クロ
ックの精度およびメモリに受信信号を書き込んでからそ
の同期捕捉にかかった時間を求めることにより、検出さ
れた逆拡散タイミングに含まれるリアルタイムの受信信
号に対する誤差の範囲が求められる。この求められた誤
差の範囲内のタイミングに対して、もう一度メモリへの
書き込みおよび相関値の検出を行なうことにより、一度
目と比較して遥かに短時間での同期捕捉が可能となるた
め、このとき含まれる逆拡散タイミングの誤差の範囲も
小さくなり、リアルタイムでの復調および同期追従がで
きる可能性が飛躍的に高くなる。もしも、二度で十分で
なければ、タイミング誤差の範囲が十分小さくなるまで
同様の操作を数回繰り返せば良い。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。

【００１２】図１は、本発明の第１実施形態に係るＤＳ
／ＳＳ方式を用いた受信機における、同期捕捉システム
の構成を示すブロック図である。本実施形態の同期捕捉
システムは、受信信号をベースバンド信号に変換する周
波数変換回路１０１と、同期捕捉時に受信信号を書き込
むメモリ１０２と、相関ピークを探し出し同期を確立す
る相関器１０３と、クロック数をカウントするクロック
カウンタ１０６と、用いているクロックの精度とクロッ
クカウンタ１０６の出力より、メモリ内の受信信号とリ
アルタイムの受信信号とのタイミングのずれの範囲が何
クロック程度であるかをカウントする誤差カウンタ１０
５と、相関器１０３より得られた逆拡散タイミングが同
期追従可能範囲内であるかを誤差カウンタ１０５より判
断して、復調を始めるかもう一度同期捕捉を行なうかを
切り替えるスイッチ１０４と、復調に用いる拡散符号発
生器１０７、乗算器１０８、およびＬＰＦ１０９と、同
期追従を行なうＤＬＬ１１０とを有する。

【００１３】同期捕捉時は、まず、周波数変換回路１０
１で変換されたベースバンド信号をメモリ１０２に書き
込む。そして、書き込みが終わったら読み出しを行な
い、読み出した信号に対して相関器１０３で相関値の検
出を行なう。このとき、相関ピークしきい値を超えるよ
うな高い相関値を得たなら、これが正しい逆拡散タイミ
ングと判断して同期捕捉を完了し、しきい値を超えない
低い相関値であった場合は、正しい逆拡散タイミングで
はないと判断して、１サンプルまたは数サンプルずらし
た位置から読み出しを行なって、同様に相関値の計算お
よびしきい値判定を行なう。これを繰り返して逆拡散の
タイミングを見つけ出す。

【００１４】このとき、メモリ１０２への書き込みと同
時に、クロックカウンタ１０６を動作させ、送受のクロ
ックの精度を考慮して互いのクロックのずれが受信側の
１クロック以内である間カウントを続け、ずれの範囲が
１クロックを超える程度となったら、誤差カウンタ１０
５を１つカウントすると同時に、クロックカウンタ１０
６をリセットして同様の動作を繰り返す。そして、相関
器１０３による同期捕捉が完了した時点での誤差カウン
タ１０５の値から、ＤＬＬ１１０での同期追従が可能か
どうかをスイッチ１０４により判断し、同期追従可能な
場合、拡散符号発生器１０７で発生させる拡散符号の位
相を修正し、乗算１０８で受信信号と掛け合わせて、Ｌ
ＰＦ１０９で希望信号成分を取り出すことにより、逆拡
散を行なうと同時に、ＤＬＬ１１０を動作させて同期追
従も開始する。

【００１５】また、同期追従可能な範囲を超えていた場
合、誤差カウンタ１０５の示す誤差範囲＋相関値検出必
要分の受信信号をもう一度メモリ１０２に書き込むと同
時に、クロックカウンタ１０６および誤差カウンタ１０
５をリセットし、再び同様に同期捕捉の操作を行なう。
このとき、一度目の同期捕捉が、最大で拡散符号１周期
分のタイミングをすべてサーチしなければならないのに
対して、二度目の同期捕捉は、一度目の同期捕捉で発生
した誤差範囲内の限定されたタイミングだけをサーチす
れば良いので、一度目よりも遥かに短い時間で同期捕捉
を完了することができ、誤差カウンタ１０５が同期追従
可能範囲を超える前に同期捕捉を完了できる確率は飛躍
的に高くなる。

【００１６】もしも、二度目の同期捕捉でも同期追従可
能とならなかった場合、同様にメモリ１０２への書き込
みから繰り返すことによって、さらに短時間で同期捕捉
を完了できるため、これを何度か繰り返すうちにタイミ
ング誤差の範囲が十分小さくなり、いずれ同期追従可能
範囲内に捕捉できる。

【００１７】具体例として、送信側クロックに対する受
信側クロックの精度が１ｐｐｍで、１０サンプル／チッ
プでサンプリングしている場合の動作フローを、図２に
示す。

【００１８】図２ではクロック精度が１ｐｐｍであるか
ら、クロックカウンタ１０６が１００万クロックカウン
トした時点で、誤差カウンタ１０５を１つカウントし
て、クロックカウンタ１０６をリセットする。さらに、
ＤＬＬ１１０で同期追従可能な誤差範囲を±１／２チッ
プ以内とすると、１０サンプル／チップより５サンプル
以内のずれは補正可能で、つまり相関器１０３で同期捕
捉が完了した時点で誤差カウンタ１０５の値が５未満の
ときは、誤差が同期追従可能な範囲とみなして復調を開
始し、５以上のときは誤差が同期追従不可能な範囲にあ
る可能性があるとして、相関器１０３および誤差カウン
タ１０５の値をパラメータにしてもう一度同期捕捉を行
なう。

【００１９】次に、本発明の第２実施形態について説明
する。図３は、本発明の第２実施形態に係るＤＳ／ＳＳ
方式を用いた受信機における、同期捕捉システムの構成
を示すブロック図である。図３において、３０１は周波
数変換回路、３０２はメモリ、３０３は相関器、３０４
はループ用カウンタ、３０５は拡散符合発生器、３０６
は乗算器、３０７はＬＰＦ、３０８はＤＬＬである。

【００２０】図３に示す構成において、まず、前記第１
実施形態と同様に、周波数変換回路３０１でベースバン
ド信号に変換した受信信号をメモリ３０２に書き込んだ
後、随時読み出して相関ピークを見つける。このとき、
相関器３０３では拡散符号１周期分の全タイミングに対
して相関を求めて、その中から最大値を選び出すことで
相関ピークを見つけ出す手法をとることにより、同期捕
捉にかかる時間は常に一定となる。そして、同期捕捉に
かかる時間が一定であれば、得られた逆拡散タイミング
に含まれる誤差の範囲も一定となるので、あらかじめク
ロックの精度および同期捕捉にかかる時間よりその範囲
を知ることができる。さらに、その誤差の範囲すべての
タイミングに対してもう一度相関を求め、一度目と同様
に最大値を選び出すことで相関ピークを見つけ出す。こ
のときもまた、同期捕捉にかかる時間および逆拡散タイ
ミングに含まれる誤差の範囲は既知で一定となり、かつ
一度目よりも遥かに小さくなるので、この同期捕捉のル
ープを繰り返すごとに同期捕捉の精度が向上していき、
あらかじめ何度繰り返せば十分な精度が得られるかを知
ることができる。

【００２１】よって、十分な精度を得るために同期捕捉
を繰り返す回数を、クロックの精度、拡散符号の長さお
よび１チップ当りのサンプル数等からあらかじめ決めて
おいて、ループ用カウンタ３０４でその回数をカウント
し、規定回数の同期捕捉を終えてから拡散符号発生器３
０５の方へ逆拡散タイミングを出力するようにする。

【００２２】逆拡散タイミングを拡散符号発生器３０５
に出力した後は、前記第１実施形態と同様に、逆拡散お
よび同期追従を行なう。

【００２３】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載の発明によ
れば、必要以上に高速化を行なわなくても同期捕捉部分
と同じ回路を使用してタイミング誤差の補正が行なえる
ため、無駄に回路規模を増大させたり、負荷を大きくし
たりすることなく、メモリ蓄積型の同期捕捉が可能とな
る。また、同期捕捉を完了するまでの許容時間を長くと
れるならば、逆にある程度回路規模を小さく抑えること
が可能となる。

【００２４】また、請求項２に記載の発明によれば、簡
単なカウンタだけでタイミングの誤差範囲の判断が可能
となり、請求項１における誤差範囲を判定するアルゴリ
ズムを容易に実現できる。

【００２５】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
相関ピークの検出に要する時間がほぼ一定で既知である
ような相関器を用いることによって、得られた逆拡散タ
イミングに含まれる誤差の範囲をあらかじめ知ることが
できるので、誤差範囲を予測するための手段を必要とす
ることがなく、さらに誤差補正のための同期捕捉を繰り
返す回数を一定に決めておいてカウントするだけの単純
なアルゴリズムで、精度の良い同期捕捉を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るＤＳ／ＳＳ方式を
用いた受信機における、同期捕捉システムの構成を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の第１実施形態における具体的な同期捕
捉アルゴリズムを示すフローチャートである。

【図３】本発明の第２実施形態に係るＤＳ／ＳＳ方式を
用いた受信機における、同期捕捉システムの構成を示す
ブロック図である。

【図４】従来技術によるＤＳ／ＳＳ方式を用いた受信機
における、同期捕捉システムの構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１０１、３０１ 周波数変換回路 １０２、３０２ メモリ １０３、３０３ 相関器 １０４ スイッチ １０５ 誤差カウンタ １０６ クロックカウンタ １０７、３０５ 拡散符号発生器 １０８、３０６ 乗算器 １０９、３０７ ＬＰＦ １１０、３０８ ＤＬＬ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受信したＩＦ信号をベースバンド信号に
   変換する周波数変換回路と、ベースバンド信号を一時記
   憶させておくメモリと、メモリから読み出した信号と目
   的の拡散符号との相関を計算して相関ピークを見つける
   ことにより逆拡散のタイミングを検出する相関器と、検
   出された逆拡散のタイミングに合わせて拡散符号を発生
   させる拡散符号発生器と、この拡散符号とリアルタイム
   のベースバンド信号とを掛け合わせる乗算器と、その乗
   算器の出力信号から希望信号成分を取り出すＬＰＦと、
   同期捕捉後に再び同期が外れないように細かい補正を行
   なう同期追従回路とを有する、スペクトラム拡散方式を
   用いる受信機の同期捕捉システムにおいて、 送受のクロック誤差等の影響で発生するメモリに書き込
   んだ時点での受信信号の逆拡散タイミングと同期捕捉完
   了後のリアルタイムの受信信号の逆拡散タイミングとの
   ずれの範囲を判断する手段と、 このずれの範囲が同期追従可能な範囲内に十分収まって
   いるかどうかを判定して、相関器の逆拡散タイミングを
   拡散符号発生器側に出力するかメモリ側に出力するかを
   切り替える手段とを有し、 前記逆拡散タイミングのずれの範囲が同期追従可能な範
   囲内に収まらなかった場合に、ずれの範囲に対して同期
   捕捉を行なうのに十分な長さの受信信号をメモリに書き
   込み、再び同じ回路およびアルゴリズムを用いて誤差範
   囲内の同期捕捉を行なうことによって誤差の補正を行な
   うことができ、設定した精度での同期捕捉を実現するこ
   とを特徴とする同期捕捉システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載において、 相関器の逆拡散タイミングを拡散符号発生器側に出力す
   るかメモリ側に出力するかを判定するアルゴリズムとし
   て、 メモリに受信信号を書き込むと同時にクロックをカウン
   トするクロックカウンタを動作させ、送受のクロックの
   精度を考慮して送信側と最大１クロックの誤差が生じる
   程度のカウントを行なったときにクロックカウンタの値
   をリセットすると同時に誤差カウンタの値を１つカウン
   トし、これを繰り返しながら同期捕捉が完了するのを待
   ち、同期捕捉が完了した時点の誤差カウンタの値が同期
   追従可能な範囲なら復調および同期追従を開始し、同期
   追従可能範囲外なら誤差カウンタの値に示される誤差の
   範囲内のタイミングに対してもう一度メモリへの書き込
   みおよび同期捕捉を行なうという、アルゴリズムをとる
   ことを特徴とする同期捕捉システム。
3. 【請求項３】 請求項１記載において、 相関ピークの検出に費やす時間が既知である相関器と、
   逆拡散タイミングの誤差補正のために繰り返す同期捕捉
   の回数をカウントする手段とを有し、 送受のクロック誤差および相関ピークの検出時間より得
   られた逆拡散タイミングに含まれる誤差の範囲をあらか
   じめ知ることによって、十分な精度を得るために必要な
   同期捕捉の繰り返し回数を決定し、この決められた回数
   分同期捕捉を繰り返した後で相関器で得られた逆拡散タ
   イミングを拡散符号発生器側に出力することにより、タ
   イミング誤差補正を単純なアルゴリズムおよび回路で実
   現できることを特徴とする同期捕捉システム。