JP2006254120A - 受信方法及び受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 直接拡散波の拡散符号フレーム長を検出する従来の受信装置おいては、ノイズが大きいほど、受信信号の相関値のピークが目立ちにくくなる傾向にあり、拡散フレーム長検出性能が劣化し、また、相関値のロスが大きく、復調誤りが増大する傾向がある。
【解決手段】 区間分割式相関値計算部１は、直接拡散波受信Ｉ／Ｑ信号（Ｉ信号及び／又はＱ信号）を入力信号として受け、その入力信号の自己相関の相関幅全体を複数の区間に分割し、各分割区間の入力信号値の絶対値の総和を相関値とする。相関値ピーク間隔計算部２は、区間分割式相関値計算部１から出力される相関値のうち、周期的に出現する相関値ピークの間隔を計算して拡散符号フレーム長として検出する。区間分割式相関値計算を行うことにより、相関値のロスが大幅に低減でき、相関値ピークとノイズ成分による無相関区間での相関値と相関点での相関値ピークとの差が明確にできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は受信方法及び受信装置に係り、特に複数のディジタル通信方式を受信して、通信方式特有の通信諸元を検出することにより通信方式を識別して復調する受信方法及び受信装置に関する。

信号傍受などの特殊な用途では、受信したディジタル変調波の通信方式が未知であるので、受信したディジタル変調波からそのディジタル通信方式特有の通信諸元を検出し、その検出結果に基づいて通信方式を識別して、受信したディジタル変調波の復調を行う受信装置が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような受信装置の中で、特に直接拡散波の拡散符号フレーム長を検出することにより通信方式を識別して復調する受信装置に関する従来技術について以下に説明する。ディジタル通信方式の受信装置の最終目的は、変調された信号を復調してデータにすることであるが、複数のディジタル通信方式を受信して復調する受信装置の場合、復調処理を実施するために前段の処理で必要な中心周波数、変調方式、変調速度等を検出する。

図３は一般的な受信装置の一例の全体ブロック図を示す。これは、従来技術も本発明も同じ構成である。同図において、受信信号は、まず、中心周波数検出部４に供給され、ここでＡ／Ｄ変換された後ＦＦＴ（高速フーリエ変換）により、周波数分布が求められ、これにより中心周波数が求められる。

直交検波部５は、中心周波数検出部４により検出された中心周波数で、中心周波数検出部４を経由して入力された受信信号を直交検波してＩ信号及びＱ信号に変換する。変調方式識別部６は、このＩ信号及びＱ信号を入力として受け、その入力信号のコンスタレーション分布を求めて変調方式の識別を行う。変調速度検出部７は、非線形二乗処理を実施し、ＦＦＴ処理を実施することにより、クロック周期のピークを求めることにより変調速度を求める。後で詳細に説明するが、フレーム長検出部８は、変調速度検出部７を経由して入力された受信信号と検出された変調速度とから拡散符号の周期を表す拡散符号フレーム長を求める。

なお、変調方式識別部６、変調速度検出部７、フレーム長検出部８は、一例としてこの順序で記述したが、処理する順序は問わない。変調方式識別部６、変調速度検出部７の処理も一例であるため、どのような求め方でも構わない。復調部９は、複数の通信方式について、中心周波数検出部４、変調方式識別部６、変調速度検出部７及びフレーム長検出部８でそれぞれ検出された中心周波数、変調方式、変調速度、拡散符号フレーム長のそれぞれの値と、データベースに保有している諸元との照合を実施し、照合された諸元のデータベースを使用して受信信号の復調を実施し、復調データを出力する。

次に、本発明と関連するフレーム長検出部８での従来技術でのフレーム長検出方式について図４、図５、図６、図７を用いて以下に詳細に説明する。図４は直接拡散波受信Ｉ／Ｑ信号から自己相関をとる処理の説明図を示す。図５は従来のフレーム長検出部８における信号処理系の一例のブロック図を示す。図６は従来の受信方法で相関値の積み上がりにおける途中推移を表す図である。図７はシフト量を横軸とした相関値ピークのグラフと拡散符号フレーム長との関係を示す図である。

図４は入力される信号の一例を挙げて、実際の自己相関がどのように実施されるかを示している。直接拡散波受信Ｉ／Ｑ信号は、図４（Ａ）に示す情報シンボルに、同図（Ｂ）に示す拡散符号フレーム長Ｔの拡散符号列が重畳した同図（Ｃ）に示すような信号であり、数学的には情報シンボルに拡散符号列が複素乗算された信号である。図４では説明を簡単にするために、ノイズを省いてベースバンドのＩ／Ｑ信号をＩまたはＱの片ＣＨで表現した１波の受信信号を図４（Ｃ）に示している。

従来のフレーム長検出部８では、まず、図５に示す相関値計算部１１にて、上記の受信信号の周期性を求めるために自己相関による相関値を求める。この時、自己相関に必要な長さの相関幅で受信信号を切り取った単位で自己相関を行う。すなわち、元の信号をｘ〔ｔ〕とすると、サンプリング単位でｍサンプルシフトした、図４（Ｄ）に示す信号ｘ〔ｔ＋ｍ〕と、同図（Ｃ）に示した受信信号とのサンプリング単位での乗算を行い、更にその乗算結果の総和を求め、その総和の絶対値をとることで自己相関による相関値を求める。ここで、シフト量ｍは１から順次増加させて、相関幅まで実施する。この説明を数式で表すと、次式で表される。

ここで、上式中、ｓｉｚｅは相関幅、ｔはサンプリングタイミングを表す。

図４（Ｅ）及び図６は信号ｘ［ｔ］とｘ［ｔ＋ｍ］との乗算信号、図５（Ｂ）に示すグラフは、ちょうど、自己相関のシフト量ｍが拡散符号フレーム長τになった場合での相関値の積み上がり方の途中推移を示したグラフである。乗算信号ｘ〔ｔ〕ｘ〔ｔ＋ｍ〕の値は、図４（Ｅ）及び図６に示すように、情報シンボルの切り替わりの影響で、正の相関と負の相関を繰り返すため、図５（Ｂ）に示すように、相関値の積み上がりもジグザグになり、最終的な相関値としては、確率的に正または負に偏りが生じるため、相関値は積み上がることになる。

図７は、シフト量ｍを変数とした時の相関値のグラフを示す。ちょうど、シフト量ｍが拡散符号フレーム長τになった時に相関値のピークが生じることを示すグラフである。シフト量を順次増加させていくと、図７に示すように相関値の極大値となる相関値ピークが拡散フレーム長周期で表れる。そこで、図５に示す相関値ピーク間隔計算部１２は、相関値計算部１１からの自己相関結果に基づき、相関値ピークの間隔を例えば平均化又は最大頻度を求めることで拡散フレーム長を出力することができる。

なお、相関値ピークを検出する場合、例えば、シフト量ｍを順次増加させた時、相関値が閾値を越えたものから一定シフト量の範囲で最大となる一点を選択する。閾値の決定方法は、例えば相関値全体の最大値に１以下の経験的な係数を乗じた値で決定したり、相関値全体の平均値に１以上の経験的な係数を乗じた値で決定したり、あるいは経験的な定数で決定する。

なお、ＯＦＤＭ（周波数分割多元接続）信号受信装置の中で、部分相関部を有し、受信シンボルと、シンボル時間オフセットだけ位相が歪曲された基準シンボルの部分相関値を検出し、更にその部分相関値の全体和を計算し、それが最大になるシフト量を初期周波数の同期誤差値として出力するＯＦＤＭ信号受信装置が従来から知られている（例えば、特許文献２参照）。

また、入力されるフレーム化された信号に対して安定なフレーム同期を達成するために、フレーム化された入力信号と、その入力信号を１フレーム分遅延した信号との相関を求め、フレーム周期毎にピークが現れる信号をフレーム同期の引き込み及び保持などに利用するフレーム同期装置が従来から知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００２−３６８６４８号公報(第１１頁) 特開２００４−２８２７５９号公報（第１５頁、図３Ａ、図４） 特開平４−３４６５３２号公報（第４頁）

複数のディジタル通信方式を受信して、通信方式特有の通信諸元を検出することにより、通信方式を識別して受信ディジタル変調波信号を復調する従来の受信装置の中で、特に直接拡散波の拡散符号フレーム長を検出する受信装置おいては、直接拡散波の信号はノイズに埋もれた信号が殆どであるため、ノイズが大きいほど、受信信号の相関値のピークが目立ちにくくなる傾向にあり、拡散フレーム長検出性能が劣化する。

また、従来の受信装置では情報シンボルの切り替わりの影響で、受信信号の相関値の積み上がりが上下動を繰り返すという相関値のロスが非常に大きいため、特にノイズに対して弱い傾向がある。また、周波数偏差があって、信号の位相が回転する場合にも相関値の積み上がりが上下動を繰り返すため相関値のロスが大きくなる傾向があり、拡散フレーム長検出性能が劣化する。これにより、従来の受信装置では復調における復調誤りが増大するという課題がある。

また、特許文献２記載のＯＦＤＭ信号受信装置では、帯域毎に分割して相関値とっているが、このものは、ＯＦＤＭ信号が元々複数の帯域を持っている信号であるので、帯域毎に分割して相関をとるのは、周波数単位で相関値をとるものであり、１つの周波数の信号について分割して相関を取るものではなく、また、相関は予め既知の基準信号（パイロット信号等の周波数同期用のパターン信号が既知）との相互相関であり、未知の電波諸元の信号を自己相関により扱っているもではない。更に、特許文献３には、分割して相関をとる記載がない。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、受信したディジタル変調波信号のディジタル通信方式特有の通信諸元を検出することにより、ディジタル通信方式を識別して受信ディジタル変調波信号を復調するに際し、入力信号の自己相関の相関幅全体を区間に分割して絶対値をとって相関値とすることによって、相関値のロスを大幅に減少させるため、低Ｃ／Ｎ時や周波数偏差が大きい場合での拡散符号フレーム長の検出性能を大幅に高めて、復調誤りを低減し得る受信方法及び受信装置を提供することを目的とする。

本発明受信方法は上記の目的を達成するために、受信したディジタル変調波から通信方式特有の通信諸元を検出することにより、受信したディジタル変調波の通信方式を識別して、ディジタル変調波を復調する受信方法であって、受信したディジタル変調波からＩ信号及び／又はＱ信号を検波する第１のステップと、Ｉ信号及び／又はＱ信号を入力信号として受け、その入力信号の自己相関の相関幅全体を複数の区間に分割し、各分割区間の入力信号値の絶対値の総和を相関値として求める第２のステップと、第２のステップで求めた相関値のうち、周期的に出現する相関値ピークの間隔を計算してフレーム長として検出する第３のステップとを含み、検出されたフレーム長に基づいて、Ｉ信号及び／又はＱ信号を復調することを特徴とする。

この発明では、第２のステップで相関値のロスが大幅に低減できるから、低Ｃ／Ｎ状況であっても相関値ピーク間隔計算部での相関値ピークとノイズ成分による無相関区間での相関値と相関点での相関値ピークとの差を明確にできる。また、上記の区間分割数を周波数偏差に応じて変更できる。

ここで、上記の通信方式特有の通信諸元は、中心周波数、変調方式、変調速度及びフレーム長であり、受信したディジタル変調波は、直接拡散波であることを特徴とする。

また、本発明は上記の目的を達成するため、上記の第２のステップは、受信する最大フレーム長の数十倍を相関幅とし、分割数をシステムで許容する最大の周波数偏差に応じた予め設定した数に決定して相関値を求めることを特徴とする。この発明では、分割数をシステムで許容する最大の周波数偏差に応じた予め設定した数に決定するようにしたため、周波数偏差により信号の位相が回転していたとしても、区間を小さく区切る（区間分割数を多くする）ことで、各分割区間内での位相の変動を微小にでき、周波数偏差を多少含んでいても拡散符号フレーム長の検出性能が高まり、それにより周波数偏差を多少含んでいても復調誤りを低減できる。

また、上記の目的を達成するため、本発明受信装置は、受信したディジタル変調波から通信方式特有の通信諸元を検出することにより、受信したディジタル変調波の通信方式を識別して、ディジタル変調波を復調する受信装置であって、受信したディジタル変調波からＩ信号及び／又はＱ信号を検波する検波手段と、Ｉ信号及び／又はＱ信号を入力信号として受け、その入力信号の自己相関の相関幅全体を複数の区間に分割し、各分割区間の入力信号値の絶対値の総和を相関値として求める区間分割式相関値計算手段と、区間分割式相関値計算手段から出力される相関値のうち、周期的に出現する相関値ピークの間隔を計算してフレーム長として検出する相関値ピーク間隔計算手段とを有し、相関値ピーク間隔計算手段により検出されたフレーム長に基づいて、Ｉ信号及び／又はＱ信号を復調することを特徴とする。

この発明では、区間分割式相関値計算手段により相関値のロスが大幅に低減できるから、低Ｃ／Ｎ状況であっても相関値ピーク間隔計算部での相関値ピークとノイズ成分による無相関区間での相関値と相関点での相関値ピークとの差を明確にできる。また、上記の区間分割数を周波数偏差に応じて変更できる。

また、上記の目的を達成するため、上記の区間分割式相関値計算手段は、受信する最大フレーム長の数十倍を前記相関幅とし、分割数をシステムで許容する最大の周波数偏差に応じた予め設定した数に決定して相関値を求めることを特徴とする。この発明では、分割数をシステムで許容する最大の周波数偏差に応じた予め設定した数に決定するようにしたため、周波数偏差により信号の位相が回転していたとしても、区間を小さく区切る（区間分割数を多くする）ことで、各分割区間内での位相の変動を微小にできるため、相関値の相殺部分が少なくなり、相関値のロスが低減でき、相関値ピーク間隔計算手段での相関値ピークとノイズ成分による無相関区間での相関値と相関点での相関値ピークとの差が明確になり、これにより周波数偏差を多少含んでいても拡散符号フレーム長の検出性能が高まり、それにより周波数偏差を多少含んでいても復調誤りを低減できる。

本発明によれば、区間分割式相関値計算を行うことにより、相関値のロスが大幅に低減でき、低Ｃ／Ｎ状況であっても相関値ピーク間隔計算部での相関値ピークとノイズ成分による無相関区間での相関値と相関点での相関値ピークとの差が明確にできるため、低Ｃ／Ｎの状況においても拡散符号フレーム長の検出性能が高まり、低Ｃ／Ｎの状況においても復調誤りを低減でき、また、周波数偏差を多少含んでいても拡散符号フレーム長の検出性能が高まり、それにより周波数偏差を多少含んでいても復調誤りを低減できる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明になる受信装置の要部の一実施の形態のブロック図を示す。この実施の形態は、図３に示した受信装置のフレーム長検出部８に相当する装置で、図１に示すように、直接拡散波受信Ｉ／Ｑ信号（Ｉ信号及び／又はＱ信号）を入力信号として受け、その入力信号の自己相関の相関幅全体を複数の区間に分割し、各分割区間の入力信号値の絶対値の総和を相関値とする区間分割式相関値計算部１と、区間分割式相関値計算部１から出力される相関値のうち、周期的に出現する相関値ピークの間隔を計算して拡散符号フレーム長として検出する相関値ピーク間隔計算部２とから構成される。

次に、図１に示す本実施の形態の動作について説明する。動作の基本は従来と同じで、本実施の形態の従来と異なる点のみ以下に記述する。異なる点は区間分割式相関値計算部１での相関値の計算式について以下のように複数の区間を分割して計算する手法をとることである。例えば、相関幅「９９」の場合、１０区間に分割して、１０回加算したらその度に絶対値をとって加算していくような手法をとる。分割の方法については、等分割にしようが、ランダムな長さにしようが問わない。

なお、上記の相関幅は経験的な値であり、フレーム長の数十倍以上あれば十分であるが、フレーム長が未知であるので、通常はシステムで受信する最大のフレーム長の数十倍をとる。また、分割数は相関幅とは特に関係はなく、分割数は周波数偏差が大きいほど細かく分割する必要があるが、周波数偏差自体も未知であるため、システムで許容する最大の周波数偏差から決定される。位相が１回転する時間の１／２（ＢＰＳＫの場合）や１／４（ＱＰＳＫの場合）以下の長さが目安である。

区間分割式相関値計算部１は、数２に示した計算方式により、入力信号の自己相関の相関幅全体を複数の区間に分割して絶対値をとって相関値Ｒ［ｍ］とすることによって、相関値のロスを大幅に減少させることが可能となる。すなわち、従来は図５（Ｂ）に示したように、正と負の相関がそのまま積算されるため、相殺される量が多く、あまり相関値が積み上がらない。

これに対して、本実施の形態では、図２（Ａ）に示す前記信号ｘ［ｔ］とｘ［ｔ＋ｍ］との乗算信号に対して、区間分割式相関値計算部１により得られる相関値Ｒ［ｍ］は、図２（Ｂ）に示すように、乗算信号ｘ〔ｔ〕ｘ〔ｔ＋ｍ〕の値が情報シンボルの切り替わりの影響で、正の相関と負の相関を繰り返すが、相関幅全体を複数の区間に分割することで、正の相関の部分と負の相関の部分が明確に分離されることで、絶対値をとることによって、効率的に相関値が積み上がる。また、相関値が相殺される正の相関と負の相関の混在する区間は、相関値が相殺されるが、全体の比率からみると量的に少なくなるため相関値が積み上がることになる。

これにより、無相関区間での相関値と相関点での相関値ピークとの差が明確になるため、ノイズや周波数偏差の影響があったとしても従来方式より無相関区間での相関値と相関点での相関値ピークとの間に大きな差がつくため、相関値ピーク間隔計算部２での相関値ピーク間隔が精度良く検出でき、拡散符号フレーム長が精度良く求められることになる（拡散符号フレーム長の推定性能が向上する）。従って、低Ｃ／Ｎ（搬送波対雑音比）の状況においても拡散符号フレーム長の検出性能が高まり、低Ｃ／Ｎの状況においても復調誤りを低減できる。

また、本実施の形態によれば、周波数偏差により信号の位相が回転していたとしても区間を小さく区切る（区間分割数を多くする）ことで、各分割区間内での位相の変動は微小になるため、相関値の相殺部分が少なくなり、相関値のロスが低減でき、相関値ピーク間隔計算部２での相関値ピークとノイズ成分による無相関区間での相関値と相関点での相関値ピークとの差が明確になり、周波数偏差を多少含んでいても拡散符号フレーム長の検出性能が高まり、それにより周波数偏差を多少含んでいても復調誤りを低減できる。

なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、直接拡散波以外でも周期性のある信号に対して本発明を適用することができる。また、本発明は、図１及び図３に示した受信装置の動作をコンピュータにより実行させるコンピュータプログラムも包含するものである。

本発明の要部の一実施の形態のブロック図である。 図１の実施の形態における相関値の積み上がりの途中推移を示す図である。 本発明を適用し得る受信装置の一例の全体構成を示すブロック図である。 直接拡散波受信Ｉ／Ｑ信号から拡散符号フレーム長を求める過程の説明図である。 従来の受信装置のフレーム長検出部の一例のブロック図である。 図５の従来装置における相関値の積み上がりの途中推移を示す図である。 シフト量を横軸とした相関値ピークのグラフと拡散符号フレーム長との関係を示す図である。

符号の説明

１ 区間分割式相関値計算部
２ 相関値ピーク間隔計算部
４ 中心周波数検出部
５ 直交検波部
６ 変調方式識別部
７ 変調速度検出部
８ フレーム長検出部
９ 復調部

Claims (6)

1. 受信したディジタル変調波から通信方式特有の通信諸元を検出することにより、前記受信したディジタル変調波の通信方式を識別して、該ディジタル変調波を復調する受信方法であって、
   前記受信したディジタル変調波からＩ信号及び／又はＱ信号を検波する第１のステップと、
   前記Ｉ信号及び／又はＱ信号を入力信号として受け、その入力信号の自己相関の相関幅全体を複数の区間に分割し、各分割区間の入力信号値の絶対値の総和を相関値として求める第２のステップと、
   前記第２のステップで求めた前記相関値のうち、周期的に出現する相関値ピークの間隔を計算してフレーム長として検出する第３のステップと
   を含み、検出された前記フレーム長に基づいて、前記Ｉ信号及び／又はＱ信号を復調することを特徴とする受信方法。
2. 前記通信方式特有の通信諸元は、中心周波数、変調方式、変調速度及びフレーム長であり、前記受信したディジタル変調波は、直接拡散波であることを特徴とする請求項１記載の受信方法。
3. 前記第２のステップは、受信する最大フレーム長の数十倍を前記相関幅とし、前記分割数をシステムで許容する最大の周波数偏差に応じた予め設定した数に決定して前記相関値を求めることを特徴とする請求項１記載の受信方法。
4. 受信したディジタル変調波から通信方式特有の通信諸元を検出することにより、前記受信したディジタル変調波の通信方式を識別して、該ディジタル変調波を復調する受信装置であって、
   前記受信したディジタル変調波からＩ信号及び／又はＱ信号を検波する検波手段と、
   前記Ｉ信号及び／又はＱ信号を入力信号として受け、その入力信号の自己相関の相関幅全体を複数の区間に分割し、各分割区間の入力信号値の絶対値の総和を相関値として求める区間分割式相関値計算手段と、
   前記区間分割式相関値計算手段から出力される前記相関値のうち、周期的に出現する相関値ピークの間隔を計算してフレーム長として検出する相関値ピーク間隔計算手段と
   を有し、前記相関値ピーク間隔計算手段により検出された前記フレーム長に基づいて、前記Ｉ信号及び／又はＱ信号を復調することを特徴とする受信装置。
5. 前記通信方式特有の通信諸元は、中心周波数、変調方式、変調速度及びフレーム長であり、前記受信したディジタル変調波は、直接拡散波であることを特徴とする請求項４記載の受信装置。
6. 前記区間分割式相関値計算手段は、受信する最大フレーム長の数十倍を前記相関幅とし、前記分割数をシステムで許容する最大の周波数偏差に応じた予め設定した数に決定して前記相関値を求めることを特徴とする請求項４記載の受信装置。
   

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