JP2005277990A

JP2005277990A - スペクトル拡散通信方式の同期装置、逆拡散装置及び受信装置

Info

Publication number: JP2005277990A
Application number: JP2004090881A
Authority: JP
Inventors: Shunichiro Egami; 俊一郎江上; Yoshihiro Kitagawa; 喜博北川
Original assignee: Hamamatsu Foundation for Science and Technology Promotion
Current assignee: Hamamatsu Foundation for Science and Technology Promotion
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】
搬送波を含む受信信号を用いて同期させると共に、搬送波を含む受信信号を直接逆拡散して復調することから、搬送波を取り除く時間をなくし、同期確立時間を短縮化でき、逆拡散から復調に至る時間を短くすることができると共に、演算又は回路構成を簡略化することができるスペクトル拡散通信方式の同期装置、逆拡散装置及び受信装置並びにスペクトル拡散通信方式の同期方法、逆拡散方法及び受信方法を提供することにある。
【解決手段】
搬送波を含む受信信号を、順次シフトさせながら受信側拡散符号との積を算出する遅延手段と、遅延手段の遅延出力の変位の比較結果を、所定の周期の範囲で加算する変位比較手段と、変位比較手段の変位出力の最小値を探索し、最小値の位置を同期点として受信側拡散符号を受信信号に同期させる同期手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、スペクトル拡散通信方式の同期装置、逆拡散装置及び受信装置並びにスペクトル拡散通信方式の同期方法、逆拡散方法及び受信方法に関する。

従来より、スペクトル拡散通信方式の受信装置では、正確な復調を行うために、受信信号に含まれる拡散符号（ＰＮコード）と受信側で発生される拡散符号とを一致させて同期を行っている。この同期方法としては、マッチドフィルタとスライディング相開法等がある。マッチドフィルタは、受信信号に含まれる特定の拡散符号を待ち受け、相関値の高い位置に特定の拡散符号が含まれているものとして同期を行う。また、スライディング相関法では、受信信号の拡散符号と受信側の拡散符号の位相を少しずつずらしながら同期を行う。特許文献１に示す符号分割多元接続装置は、スライディング相関法の一例である。

特許文献１に示されたスペクトル拡散通信方式（符号分割多元接続方式）の受信装置（接続装置）は、受信信号のフレームの先頭を予測し、その周辺の相関演算を行うことにより同期の検出を行っている。
特開平８−３３１０９９号公報

しかしながら、従来のスペクトル拡散通信方式の受信装置では、マッチドフィルタの場合、同期捕捉に掛かる時間は比較的短いものの、相関演算に高速演算を必要とするため、演算や回路構成の簡略化が図れなかった。また、スライディング相関法の場合、高速演算は必要ではないものの、同期捕捉時間が長くなってしまう。

また、特許文献１の受信装置では、受信信号から搬送波（キャリア成分）を取り除いて、且つフレームの先頭を予測する必要があることから、複雑な演算を必要とし、演算又は回路構成を簡略化できない。逆拡散に関しても、受信信号から搬送波（キャリア成分）を取り除く構成が必要なことから、複雑な演算を必要とし、演算又は回路構成を簡略化できない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、搬送波を含む受信信号を用いて同期させると共に、搬送波を含む受信信号を直接逆拡散して復調することから、搬送波を取り除く時間をなくし、同期確立時間を短縮化でき、逆拡散から復調に至る時間を短くすることができると共に、演算又は回路構成を簡略化することができるスペクトル拡散通信方式の同期装置、逆拡散装置及び受信装置並びにスペクトル拡散通信方式の同期方法、逆拡散方法及び受信方法を提供することにある。

請求項１記載のスペクトル拡散通信方式の同期装置は、搬送波を含む受信信号を、順次シフトさせながら受信側拡散符号との積を算出する遅延手段と、遅延手段の遅延出力の変位の比較結果を、所定の周期の範囲で加算する変位比較手段と、変位比較手段の変位出力の最小値を探索し、最小値の位置を同期点として受信側拡散符号を受信信号に同期させる同期手段とを備えることを特徴とする。

請求項２記載のスペクトル拡散通信方式の同期装置は、変位比較手段の変位出力が、所定の周期Ｎの下記数式で表されることを特徴とする。

請求項３記載のスペクトル拡散通信方式の逆拡散装置は、搬送波を含む受信信号を、順次シフトさせながら受信側拡散符号との積を算出する遅延手段と、遅延手段の遅延出力の変位の比較結果を、所定の周期の範囲で加算する変位比較手段と、変位比較手段の変位出力の最小値を探索し、最小値の位置を同期点として受信側拡散符号を該受信信号に同期させる同期手段と、受信信号と該同期された受信側拡散符号とを掛け合わせて逆拡散を行う逆拡散手段とを備えることを特徴とする。

請求項４記載のスペクトル拡散通信方式の逆拡散装置は、変位比較手段の変位出力が、所定の周期Ｎの下記数式で表されることを特徴とする。

請求項５記載のスペクトル拡散通信方式の受信装置は、搬送波を含む受信信号を、順次シフトさせながら受信側拡散符号との積を算出する遅延手段と、遅延手段の遅延出力の変位の比較結果を、所定の周期の範囲で加算する変位比較手段と、変位比較手段の変位出力の最小値を探索し、最小値の位置を同期点として受信側拡散符号を受信信号に同期させる同期手段と、受信信号と該同期された受信側拡散符号とを掛け合わせて逆拡散を行う逆拡散手段と、逆拡散手段の逆拡散出力を復調する復調手段とを備えることを特徴とする。

請求項６記載のスペクトル拡散通信方式の受信装置は、変位比較手段の変位出力が、所定の周期Ｎの下記数式で表されることを特徴とする。

請求項７記載のスペクトル拡散通信方式の同期方法は、搬送波を含む受信信号を、順次シフトさせながら受信側拡散符号との積を遅延出力として算出し、遅延出力の変位の比較結果を、所定の周期の範囲で加算して変位出力を得た後、変位出力の最小値を探索し、最小値の位置を同期点として受信側拡散符号を該受信信号に同期させることを特徴とする。

請求項８記載のスペクトル拡散通信方式の同期方法は、変位出力の算出が、所定の周期Ｎの下記数式で表されることを特徴とする。

請求項９記載のスペクトル拡散通信方式の逆拡散方法は、搬送波を含む受信信号を、順次シフトさせながら受信側拡散符号との積を遅延出力として算出し、遅延出力の変位の比較結果を、所定の周期の範囲で加算して変位出力を得た後、変位出力の最小値を探索し、最小値の位置を同期点として受信側拡散符号を受信信号に同期させ、受信信号と同期された受信側拡散符号とを掛け合わせて逆拡散を行うことを特徴とする。

請求項１０記載のスペクトル拡散通信方式の逆拡散方法は、変位出力の算出が、所定の周期Ｎの下記数式で表されることを特徴とする。

請求項１１記載のスペクトル拡散通信方式の受信方法は、搬送波を含む受信信号を、順次シフトさせながら受信側拡散符号との積を遅延出力として算出し、遅延出力の変位の比較結果を、所定の周期の範囲で加算して変位出力を得た後、変位出力の最小値を探索し、最小値の位置を同期点として受信側拡散符号を受信信号に同期させ、受信信号と同期された受信側拡散符号とを掛け合わせて逆拡散を行った後、逆拡散された信号を復調することを特徴とする。

請求項１２記載のスペクトル拡散通信方式の受信方法は、変位出力の算出が、所定の周期Ｎの下記数式で表されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、搬送波を含む受信信号を用いて同期させることから、搬送波を取り除く時間をなくし、同期確立時間を短縮化できると共に、演算又は回路構成を簡略化することができる。

請求項２の発明によれば、変位比較手段の数式が簡易であることから、演算又は回路構成を簡略化し、同期確立時間を短縮化できる。

請求項３の発明によれば、搬送波を含む受信信号を用いて同期させると共に、搬送波を含む受信信号を直接逆拡散することから、搬送波を取り除く時間をなくし、同期確立時間を短縮化でき、逆拡散に至る時間を短くすることができると共に、演算又は回路構成を簡略化することができる。

請求項４の発明によれば、変位比較手段の数式が簡易であることから、演算又は回路構成を簡略化し、同期確立時間を短縮化でき、逆拡散に至る時間を短くすることができる。

請求項５の発明によれば、搬送波を含む受信信号を用いて同期させると共に、搬送波を含む受信信号を直接逆拡散して復調することから、搬送波を取り除く時間をなくし、同期確立時間を短縮化でき、逆拡散から復調に至る時間を短くすることができると共に、演算又は回路構成を簡略化することができる。

請求項６の発明によれば、変位比較手段の数式が簡易であることから、演算又は回路構成を簡略化し、同期確立時間を短縮化でき、逆拡散から復調に至る時間を短くすることができる。

請求項７の発明によれば、搬送波を含む受信信号を用いて同期させることから、搬送波を取り除く時間をなくし、同期確立時間を短縮化できると共に、演算又は回路構成を簡略化することができる。

請求項８の発明によれば、変位比較手段の数式が簡易であることから、演算又は回路構成を簡略化し、同期確立時間を短縮化できる。

請求項９の発明によれば、搬送波を含む受信信号を用いて同期させると共に、搬送波を含む受信信号を直接逆拡散することから、搬送波を取り除く時間をなくし、同期確立時間を短縮化でき、逆拡散に至る時間を短くすることができると共に、演算又は回路構成を簡略化することができる。

請求項１０の発明によれば、変位比較手段の数式が簡易であることから、演算又は回路構成を簡略化し、同期確立時間を短縮化でき、逆拡散に至る時間を短くすることができる。

請求項１１の発明によれば、搬送波を含む受信信号を用いて同期させると共に、搬送波を含む受信信号を直接逆拡散して復調することから、搬送波を取り除く時間をなくし、同期確立時間を短縮化でき、逆拡散から復調に至る時間を短くすることができると共に、演算又は回路構成を簡略化することができる。

請求項１２の発明によれば、変位比較手段の数式が簡易であることから、演算又は回路構成を簡略化し、同期確立時間を短縮化でき、逆拡散から復調に至る時間を短くすることができる。

以下、本発明の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。本発明の形態における受信装置は、移動体通信や衛星通信等に用いられるスペクトル拡散通信方式を用いたデジタル通信であるＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）通信に係るものである。そして、特に、ＣＤＭＡ通信方式での同期、逆拡散、受信（復調）について説明する。

図１は、本発明に係るスペクトル拡散通信方式の受信装置の構成例を示す構成図である。図２は、同受信装置の信号の様子を示す説明図である。図３は同受信装置の逆拡散までの構成を示す構成図であり、図４は同受信装置のシフトレジスタと変位比較器との詳細を示す説明図である。図５は、同受信機の同期の様子示す説明図である。

図において、スペクトル拡散通信方式の受信装置１は、同期装置２、逆拡散装置３、復調装置４及びデータ処理装置（図示せず）から構成されている。同期装置２は、受信信号と受信装置１側の拡散符号とを同期させるためのものである。また、逆拡散装置３は、狭帯域の変調波（例えば、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）信号）を拡散符号によって再度変調された受信信号から、拡散符号を取り除き、元の狭帯域の変調波に戻すものである。また、復調装置４は、ＢＰＳＫ信号等の狭帯域の変調波から、データを再製するものである。再製されたデータを、データ処理するのがデータ処理装置である。同期装置２、逆拡散装置３、復調装置４及びデータ処理装置は、受信装置１内では、デジタル信号処理技術（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）を用いてソフトウェアにより実現されている。

次に、受信信号の受信から、同期装置２及び逆拡散装置３の構成の詳細を説明する。図３に示すように、同期装置２及び逆拡散装置３の前段には、アンテナ５から受信された受信信号を、搬送波を取り除くことなくデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６を備えている。また、受信装置１側で拡散符号を生成する受信側拡散符号生成部７を備えている。

同期装置２は、遅延手段であるシフトレジスタ１０、変位比較器２０、メモリ手段３０、最小値ピーク探索部３１及び同期部３２を備えている。変位比較手段である変位比較器２０は、シフトレジスタ１０からデータの変位を比較する変位比較部２１、変位を絶対値にする絶対値算出部２２及び、絶対値化された変位を所定の周期で加算する全加算部２３を備えている。

次に、本実施の形態に係る受信装置１の動作を説明する。まず、送信側から送られてくる信号（受信信号）を図２を用いて説明する。送信側では、送信すべきビットデータ（図２（ａ））を、一次変調として例えばＢＰＳＫ信号に変調する（図２（ｂ））。次に、送信側の拡散信号（図２（ｃ））により拡散を行い、搬送波により２次変調を行って送信すべきＣＤＭＡ信号を生成し送信する。受信装置１では、ＣＤＭＡ信号をアンテナ５で受信し、搬送波を含む受信信号をＡ／Ｄ変換器６で、デジタル信号に変換する。

次に、同期装置２の動作を説明すると、まず、デジタル信号に変換された受信信号と受信側拡散符号生成部７で生成された拡散符号とをシフトレジスタ１０に連続的に入力し、順次シフトしながら両者の積を算出する。尚、シフトレジスタ１０及び変位比較器２０で演算を行う受信信号の単位、すなわち、所定の周期Ｎの範囲は、特に限定されるものではなく、例えば、受信側拡散符号の１周期の範囲や、受信側拡散符号の１周期の２分の１や、４分の１であってもよい。但し、周期Ｎは、演算処理を軽減するため、同期の検出が可能な最小の範囲にすることが望ましい。次に、シフトレジスタ１０の出力（ｘ（０）〜ｘ（Ｎ））を変位比較器２０の変位比較部２１で順次比較する（ｘ（１）−ｘ（０）、ｘ（２）−ｘ（１）・・・ｘ（Ｎ）−ｘ（Ｎ−１））。次に、絶対値算出部２２で、変位比較部２１の出力の絶対値を算出する。そして、全加算部２３で、絶対値化された変位を、周期Ｎの範囲（ｋ＝０〜Ｎ）で加算する。変位比較器２０の演算を数式で表したのが数１である。

ここで、図５の最下段にメモリ手段３０に格納された信号の様子を示す。例えば、拡散符号の１周期をＮチップとすると、この１周期の中で１／Nの確率においてＣＤＭＡ信号と受信側拡散符号との位相は完全に一致（同期）する。すなわち、位相が完全に一致した信号は、搬送波成分を含むＢＰＳＫ信号であり、図５の中段左側に示すように、振幅変位は滑らかな正弦波（搬送波成分）になる。これに対し、拡散符号と同期していない場合、同図右側のように変位の多いランダム波形となる。したがって、シフトレジスタ１０を通した信号の１周期（ｎ＝０〜Ｎ）に数１の変位比較演算を行うと、図５最下段に示すように、同期時にその値は最小値をとる。非同期時には、振幅変位は同図に示すようにランダム波形となっており、数１の演算結果は、同期時と比較し大きな値をとることになる。この最小値を見つけるのが最小値ピーク探索部３１であり、最小値を調べることにより同期タイミングが検出される。この最小値の位置を同期点として、同期部３２で、受信側拡散符号の同期を行う。

次に、デジタル信号であり搬送波を含む受信信号（図２（ｄ））と、同期された受信側拡散符号（図２（ｆ））を、逆算装置３を構成する積算器３５により掛け合わせることで、受信信号の逆拡散を行う。逆拡散を行うことで、送信側で１次変換されたＢＰＳＫ信号（図２（ｂ））と同一のＢＰＳＫ信号（図２（ｇ））が再製される。

以上のように、搬送波を含む受信信号を用いて同期させると共に、搬送波を含む受信信号を直接逆拡散して復調することから、搬送波を取り除く時間をなくし、同期確立時間を短縮化でき、逆拡散から復調に至る時間を短くすることができると共に、演算又は回路構成を簡略化することができる。また、変位比較が数１に示すように簡易であることから、演算又は回路構成を簡略化し、同期確立時間を短縮化でき、逆拡散から復調に至る時間を短くすることができる。さらに、同期の位置を見つけ出すために、最小値ピークの探索という簡易な方法を用いればよく、簡易な方法が故に精度も高く、演算又は回路構成を一層簡略化することができる。

また、本発明の実施に、ＤＳＰ技術を用い、デジタル信号による数値計算だけですべての処理を行うので、信号の減衰や周波数特性の劣化といった既存の問題を解決することができる。さらに、パラメータの変更のみで自由に遅延手段（シフトレジスタ１０）の数を変更することが可能になり、さまざまな状況に柔軟かつ動的に対応できる。また、受信側では搬送波周波数に関する事前情報は必要なく、拡散符号に関する情報のみ知らされていれば、ＣＤＭＡ信号の逆拡散が可能となる。

搬送波を含む受信信号を、順次シフトさせながら受信側拡散符号との積を遅延出力として算出し、遅延出力の変位の比較結果を、所定の周期の範囲で加算して変位出力を得た後、変位出力の最小値を探索し、最小値の位置を同期点として受信側拡散符号を該受信信号に同期させるものであれば、ソフトウェアに限ったものではなく、アナログ回路や論理回路の組み合わせであるデジタル回路で実現し適用することができる。

本発明に係るスペクトル拡散通信方式の受信装置の構成例を示す構成図である。同受信装置の信号の様子を示す説明図である。同受信装置の逆拡散までの構成を示す構成図である。同受信装置のシフトレジスタと変位比較器との詳細を示す説明図である。同受信機の同期の様子示す説明図である。

符号の説明

１・・・・受信装置
２・・・・同期装置
３・・・・逆拡散装置
４・・・・復調装置
５・・・・アンテナ
６・・・・Ａ／Ｄ変換器
７・・・・受信側拡散符号生成部
１０・・・シフトレジスタ
２０・・・変位比較器
２１・・・変位比較部
２２・・・絶対値算出部
２３・・・全加算部
３０・・・メモリ手段
３１・・・最小値ピーク探索部
３２・・・同期部
３５・・・積算部

Claims

スペクトル拡散通信方式の同期装置において、
連続的に入力される搬送波を含む受信信号を、順次シフトさせながら受信側拡散符号との積を算出する遅延手段と、
該遅延手段の遅延出力の変位の比較結果を、所定の周期の範囲で加算する変位比較手段と、
該変位比較手段の変位出力の最小値を探索し、該最小値の位置を同期点として該受信側拡散符号を該受信信号に同期させる同期手段とを備えることを特徴とするスペクトル拡散通信方式の同期装置。
前記変位比較手段の変位出力が、前記所定の周期Ｎの下記数式で表されることを特徴とする請求項１記載のスペクトル拡散通信方式の同期装置。
スペクトル拡散通信方式の逆拡散装置において、
搬送波を含む受信信号を、順次シフトさせながら受信側拡散符号との積を算出する遅延手段と、
該遅延手段の遅延出力の変位の比較結果を、所定の周期の範囲で加算する変位比較手段と、
該変位比較手段の変位出力の最小値を探索し、該最小値の位置を同期点として該受信側拡散符号を該受信信号に同期させる同期手段と、
該受信信号と該同期された受信側拡散符号とを掛け合わせて逆拡散を行う逆拡散手段とを備えることを特徴とするスペクトル拡散通信方式の逆拡散装置。
前記変位比較手段の変位出力が、前記所定の周期Ｎの下記数式で表されることを特徴とする請求項３記載のスペクトル拡散通信方式の逆拡散装置。
スペクトル拡散通信方式の受信装置において、
搬送波を含む受信信号を、順次シフトさせながら受信側拡散符号との積を算出する遅延手段と、
該遅延手段の遅延出力の変位の比較結果を、所定の周期の範囲で加算する変位比較手段と、
該変位比較手段の変位出力の最小値を探索し、該最小値の位置を同期点として該受信側拡散符号を該受信信号に同期させる同期手段と、
該受信信号と該同期された受信側拡散符号とを掛け合わせて逆拡散を行う逆拡散手段と、
該逆拡散手段の逆拡散出力を復調する復調手段とを備えることを特徴とするスペクトル拡散通信方式の受信装置。
前記変位比較手段の変位出力が、前記所定の周期Ｎの下記数式で表されることを特徴とする請求項５記載のスペクトル拡散通信方式の受信装置。
スペクトル拡散通信方式の同期方法において、
搬送波を含む受信信号を、順次シフトさせながら受信側拡散符号との積を遅延出力として算出し、
該遅延出力の変位の比較結果を、所定の周期の範囲で加算して変位出力を得た後、
該変位出力の最小値を探索し、該最小値の位置を同期点として該受信側拡散符号を該受信信号に同期させることを特徴とするスペクトル拡散通信方式の同期方法。
前記変位出力の算出が、前記所定の周期Ｎの下記数式で表されることを特徴とする請求項７記載のスペクトル拡散通信方式の同期方法。
スペクトル拡散通信方式の逆拡散方法において、
搬送波を含む受信信号を、順次シフトさせながら受信側拡散符号との積を遅延出力として算出し、
該遅延出力の変位の比較結果を、所定の周期の範囲で加算して変位出力を得た後、
該変位出力の最小値を探索し、該最小値の位置を同期点として該受信側拡散符号を該受信信号に同期させ、
該受信信号と該同期された受信側拡散符号とを掛け合わせて逆拡散を行うことを特徴とするスペクトル拡散通信方式の逆拡散方法。
前記変位出力の算出が、前記所定の周期Ｎの下記数式で表されることを特徴とする請求項９記載のスペクトル拡散通信方式の逆拡散方法。
スペクトル拡散通信方式の受信方法において、
搬送波を含む受信信号を、順次シフトさせながら受信側拡散符号との積を遅延出力として算出し、
該遅延出力の変位の比較結果を、所定の周期の範囲で加算して変位出力を得た後、
該変位出力の最小値を探索し、該最小値の位置を同期点として該受信側拡散符号を該受信信号に同期させ、
該受信信号と該同期された受信側拡散符号とを掛け合わせて逆拡散を行った後、
逆拡散された信号を復調することを特徴とするスペクトル拡散通信方式の受信方法。
前記変位出力の算出が、前記所定の周期Ｎの下記数式で表されることを特徴とする請求項１１記載のスペクトル拡散通信方式の受信方法。