JP2009033702A - タイミング再生装置および受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送データのビット周期と拡散コード周期が非整数倍の関係にあるスペクトラム拡散通信システムの受信装置において、伝送データを高精度に復調するための処理タイミングを再生するタイミング再生装置を得ること。
【解決手段】本発明は、スペクトラム拡散通信システムの受信装置が備えるタイミング再生装置であって、逆拡散後の受信信号からベースバンド信号を抽出するベースバンド成分抽出部（８）と、抽出されたベースバンド信号を電力値へ変換し、電力値に基づいて、ベースバンド成分抽出部（８）から出力されるベースバンド信号のラッチタイミングの基準クロックを生成するタイミング再生部（９）と、を備えている。
【選択図】 図１−２

Description

本発明は、スペクトラム拡散通信システムにおいて、受信信号を逆拡散した後のビット復調を高精度に行うための処理タイミングを再生するタイミング再生装置および受信装置に関する。

スペクトラム拡散通信システムでは、送信側の通信装置（送信機）が、送信データに対して１次変調を実行し、さらに１次変調後のデータに対して拡散コードを乗算し、スペクトラム拡散を行う。そして、スペクトラム拡散を実行して得られた信号を、無線周波数帯へ変換した後、対向する通信装置（受信機）へ送信する。一方、受信側の通信装置は、対向する通信装置から信号を受信すると、送信側で乗算した拡散コードと同じ拡散コードを所望のタイミングに同期させて受信信号へ乗算することにより逆拡散を行い、逆拡散された信号のエネルギーを拡散コード周期で積分し、さらに、積分結果を加算して得られる加算結果に基づいてビット判定を行う。

ここで、スペクトラム拡散通信システムの受信側の通信装置に適用可能な従来の技術として、たとえば下記特許文献１に記載のデータ復号回路が存在する。下記特許文献１に記載のデータ復号回路では、相互相関値を利用して拡散コード周期を判別し、拡散コード周期と同じ周期でビットデータの相関値を取ることにより正確にビット判定を行い、受信信号を復調する。

特開平０５−３２７６５７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のデータ復号回路は、ビットデータ周期（データのビット周期）と拡散コード周期が整数倍（同じ場合も含む）の関係にある、いわゆる同期しているシステムを想定しており、ビットデータ周期と拡散コード周期が非整数倍の関係にあるシステム、すなわち非同期のシステムへ適用することは検討されなかった。

そのため、拡散コード周期の途中でビットデータが変化する非同期のシステムに対して上記データ復号回路を適用すると、受信信号のエネルギーを積分および加算した後のエネルギー量が理想的なエネルギー量と比較して低くなる場合があり、その結果、判定精度が劣化する、という問題があった。

一方、判定精度の劣化を抑えつつ従来のデータ復号回路を適用してスペクトラム拡散通信システムを実現する場合、ビットデータ周期と拡散コード周期が整数倍の関係となるように考慮して設計を行う必要があり、ビットデータ周期、すなわちビットレートを自由に設定することができない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ビットデータ周期と拡散コード周期がいかなる関係にあろうとも、すなわち、上述した非同期のシステムにおいてもビット誤り率の劣化を抑えて復調を行うための処理タイミングを再生するタイミング再生装置およびこれを備えた受信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、スペクトラム拡散通信システムの受信装置が備えるタイミング再生装置であって、逆拡散後の受信信号からベースバンド信号を抽出する信号抽出手段と、前記抽出されたベースバンド信号を電力値へ変換し、当該電力値に基づいて、前記信号抽出手段から出力されるベースバンド信号のラッチタイミングの基準クロックを生成する基準クロック生成手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、受信信号から抽出したベースバンド信号の電力値に基づいてベースバンド信号のラッチタイミングの基準クロックを生成することとしたので、ビットデータ周期と拡散コード周期とが同期していないシステムであっても、ビット周期を正確に検出する（ベースバンド信号を最適なタイミングでラッチする）ことができ、ビット誤り率の劣化を抑えた復調を実現できる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる受信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１−１は、本発明にかかるタイミング再生装置を備えた受信装置と通信を行う送信装置の構成例を示す図であり、図１−２は、本発明にかかるタイミング再生装置を備えた受信装置の実施の形態１の構成例を示す図である。図１−１に示した送信装置は、送信データ蓄積部１と、ビットデータ用クロック生成部２−１と、チップレート用クロック生成部２−２と、１次変調部３と、スペクトラム拡散部４と、無線周波数変換部５と、を含む。また、図１−２に示した、受信装置は、逆拡散部７と、ベースバンド成分抽出部８と、タイミング再生部９と、データラッチ部１０と、自動利得制御部１１と、を含む。また、逆拡散部７は、拡散コード同期部７１および乗算部７２により構成され、タイミング生成部９は、電力変換部９１、巡回加算部９２、最大値検出部９３および再生クロック生成部９４により構成される。なお、逆拡散部７には受信信号の入力端子１０１および１０２が接続され、図示していないアンテナで受信され、無線周波数帯からベースバンドへ周波数変換された後の受信信号が入力される。たとえば、受信信号のＩチャネル信号（同相成分）が入力端子１０１から入力され、Ｑチャネル信号（直交成分）が入力端子１０２から入力される。また、自動利得制御部１１には出力端子１０３および１０４が接続され、所定の処理が実行された後のＩチャネル信号およびＱチャネル信号がこれらの端子から出力される。

つづいて、図１−１に示した送信装置が信号を送信し、その信号を図１−２に示した受信装置が受信する場合の動作について、図２を参照しながら説明する。なお、図２は、実施の形態１のシステムでの信号処理の流れを示す図である。送信装置の送信データ蓄積部１は、通信相手の装置（受信装置）に対して送信する送信データを蓄積しており、ビットデータ用クロック生成部２ａで生成されたクロックに基づいたタイミングで送信データを１次変調部３へ出力し、１次変調部３は、受け取った送信データに対して１次変調を実行する。スペクトラム拡散部４は、上記１次変調後の送信データに対して、チップレート用クロック生成部２−１で生成されたクロックに基づいたタイミングで拡散コード（ＰＮ（Pseudo Random）コード）を乗算し、スペクトラム拡散を行う。

このときビットレート用クロックとチップレート用クロックが非同期（非整数倍）の関係にあれば、図２に例示したように、拡散コード周期（ＰＮと記載された１つのブロック）の途中でビット（ビットデータ）が変化する。そして、このような場合、上記の課題でも示したように、受信側では、受信処理を実行して得られるエネルギー量が理想的なエネルギー量と比較して低くなる場合がある。なお、図３は、受信データのエネルギー量が理想的なエネルギー量と比較して低くなる場合の一例を示しており、拡散コード周期の途中でビットデータが変化している場合、その部分を用いて算出したエネルギー量（加算後のエネルギー）が理想的なエネルギー量と比較して低くなる様子を示している。

スペクトラム拡散部４でスペクトラム拡散された送信データは、無線周波数変換部５で無線周波数帯の信号に変換された後アンテナを介して相手通信装置（受信装置）へ送信される。

送信装置から送信された信号は、受信装置の図示していないアンテナで受信され、所定の処理が実行された後、入力端子１０１，１０２を介して、Ｉチャネル信号およびＱチャネル信号が逆拡散部７へ入力される。逆拡散部７の拡散コード同期部７１は、送信側（送信装置）のスペクトラム拡散部４が送信データに対して乗算した拡散コードと同一の拡散コードを生成し、この拡散コードを乗算部７２がＩチャネル信号およびＱチャネル信号に対して所望のタイミングで乗算することにより逆拡散を行う。逆拡散された後のＩチャネル信号およびＱチャネル信号はベースバンド成分抽出部８へ入力され、ベースバンド成分抽出部８は、Ｉチャネル信号およびＱチャネル信号のベースバンド信号成分を抽出する。

ベースバンド成分抽出部８の動作を詳細に説明する。図４は、ベースバンド成分抽出部８の構成例を示す図であり、ベースバンド成分抽出部８は、積分部８１および移動平均部８２により構成される。なお、入力されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号に対して処理を実行するため、積分部８１および移動平均部８２は、Ｉチャネル信号用とＱチャネル信号用の２組が存在する。

ベースバンド成分抽出部８の積分部８１は、入力されたＩチャネル信号とＱチャネル信号、すなわち逆拡散後の受信信号に対して、それぞれＭ［サンプル］区間（Ｍは自然数）で積分を行い、周期Ｍで（Ｍ区間ごとに）積分結果をラッチし、ラッチした結果をＭで除算することにより、ダウンサンプリングを行う。移動平均部８２は、Ｍで除算して得られた信号（ダウンサンプリングされた信号）Ｎ個を用いた移動平均処理を行う。移動平均部８２が処理を行った結果として、図２に示した「ベースバンド成分抽出部出力」のような出力が得られる。なお、ベースバンド成分抽出部８の構成を積分部８１と移動平均部８２とに分けたのは、サンプル／ビット数が大きい場合に回路規模が膨大になるのを防止できるようにしたためである。たとえば、１２００００サンプル／ビットの信号を扱う場合、単に移動平均部８２のみでベースバンド成分抽出部８を構成すると、その段数Ｎは１２００００段と膨大な回路規模となってしまう。しかしながら、本実施の形態のように積分部８１と移動平均部８２で構成するようにした場合、たとえば積分部８１のサンプリング周期Ｍを４０００、移動平均部８２の段数Ｎを３０として回路規模の削減を図ることが可能となる。ここで、ＭとＮは、Ｍ×Ｎがサンプル／ビット数と等しくなるように、かつ復調に必要な精度が数十サンプル／ビットであることを考慮して設定するのが望ましい。また、サンプル／ビット数が非整数の場合、近似した整数に設定するのが望ましい。

ベースバンド成分抽出部８が抽出したベースバンド信号成分は、図２に示したベースバンド成分抽出部出力のように、送信データのビット周期幅に対応した波形（変化点がビットデータの変化点と一致した波形）となる。したがって、図２の丸印がビット周期幅に対応した理想的なサンプリング点であり、この点をサンプリングすることでエネルギー損失のない復調が可能となる。以後このサンプリング点をデータ識別点と呼ぶ。

基準クロック生成手段に相当するタイミング再生部９は、ベースバンド成分抽出部８により抽出されたベースバンド信号成分を用いて、上記データ識別点の位置を特定する。具体的には、ベースバンド成分抽出部８からベースバンド信号成分が入力されると、まず、電力変換部９１がＩチャネル信号とＱチャネル信号の二乗和を計算することで電力変換を行い（受信信号の電力を算出し）、この変換処理により得られた電力値を巡回加算部９２に入力する。そして、巡回加算部９２は、入力された電力値に対してＩＩＲ（Infinite Impulse Response：無限インパルス応答）巡回加算処理を行う。

図５は、巡回加算部９２の構成例を示す図であり、巡回加算部９２は、Ｎ'段のレジスタにより構成されるレジスタ部９２１と、レジスタ部９２１で保持している最も古い値に対して忘却係数α（０＜α＜１）を乗算する乗算部９２２と、αが乗算された値と電力変換部９１から得られた電力値を加算する加算部９２３と、により構成される。

巡回加算部９２では、電力変換部９１で算出された電力値が入力されると、入力された電力値に対して、レジスタ部９２１がそれまで保持していた値の中の最も古い値に対して乗算部９２２が忘却係数αを乗算して得られた値を加算した後、レジスタ部９２１の０番目に入力する。また、電力変換部９１から入力された値に上記処理を実行して０番目に入力する前に、レジスタのＫ番目（ただし、Ｋ＝０，１，２，３，…，Ｎ'−２）に格納されていた値は、Ｋ＋１番目にシフトされる。また、Ｎ'−１番目に格納されていた値（すなわちその時点でレジスタ部９２１が保持している最も古い値）は、乗算部９２２へ出力され、乗算部９２２で忘却係数αが乗算された後、上述のように、電力変換部９１から入力された電力値に加算される。なお、忘却係数αは、ＩＩＲ巡回加算を繰り返すにあたり、値が発散しないように設定する。たとえば、２５５／２５６、５１１／５１２など、（２＾ｎ−１）／２＾ｎ（ｎ＝１，２，…）の形式が挙げられるが、α＜１であれば、この限りではない。

情報検出手段に相当する最大値検出部９３では、巡回加算部９２のレジスタ部９２１が備えるＮ'個のレジスタに格納されている値の中から最大の値（ＭｘＶとする）と、Ｎ'個のレジスタの中で最大値ＭｘＶが存在する位置の情報すなわち何番目のレジスタにＭｘＶが格納されているのかを示す情報（ＭｘＰとする）を、ベースバンド成分抽出部８の移動平均部８２で用いた段数Ｎと同じ周期Ｎ'で検出する。ＭｘＰは、たとえばレジスタの番号（０〜Ｎ'−１）とする。上述したように、電力変換部９１からの入力があると、各レジスタにそれまで格納されていた情報は隣のレジスタへ再格納される（移動する）。そのため、上記位置情報ＭｘＰは、最大値ＭｘＶがレジスタ部９２１へ格納されているすべての情報の中で何番目に入力されたもの（何番目に古いもの）か、を示している。ここで、図２に示したように、ＩＩＲ巡回加算で得られる値（図２の「巡回加算」に相当）の最大値の位置がちょうど、ベースバンド成分抽出部８から出力される信号に対する理想的なデータ識別点の位置となる。

なお、ビット周期と拡散コード周期が非整数倍の関係にある場合、巡回加算部９２で用いられる周期Ｎ'（段数）を変更することによって対応する。たとえばベースバンド成分抽出部８により２０．０２サンプル／ビットにダウンサンプリングされた場合、５０回中の１回でＮ'を２０から２１にすることにより、５０回の平均として２０．０２サンプル／ビットのタイミングと一致させる。

再生クロック生成部９４は、最大値検出部９３で検出した最大値の値が格納されているレジスタの位置情報ＭｘＰを用いて、最大値の位置（理想的なデータ識別点）でエッジが立ち上がるクロックを生成する。図６は再生クロック生成部９４の構成例を示す図であり、再生クロック生成部９４は、アップカウンタ生成部９４１およびクロック生成部９４２により構成される。アップカウンタ生成部９４１は、０→１→２→…→（Ｎ−１）→０のように、０から（Ｎ−１）までカウントアップし、（Ｎ−１）まで達したらまた０に戻るようにカウントし、カウント値をクロック生成部９４２へ出力する。クロック生成部９４２は、最大値検出部９３から入力された最大値位置情報であるＭｘＰとアップカウンタ生成部９４１から受け取ったカウント値を比較し、クロックを生成する。たとえば、位置情報ＭｘＰをレジスタの番号（０，１，２，３，…）とした場合、クロック生成部９４２は、０→１→２…というアップカウンタ生成部９４１の出力と、ＭｘＰが一致した場合、１という情報を出力し、そのほかの場合は０を出力することによりクロックを生成する。

図２に示したように、この生成されたクロック（図２の「再生クロック」に相当）の位相は、データ識別点のタイミングと一致している。したがって、データラッチ部１０が、この生成されたクロックの立ち上がりエッジでベースバンド成分抽出部８の出力信号をラッチすることで、データ識別点をサンプリングすることができる。図２に示した「出力」がラッチされた結果であり、このようにビットデータの値に対応した出力が得られる。

以上のような一連の処理を実行することによりベースバンド成分を抽出し、適切なタイミングでデータをラッチすることにより、エネルギーの損失を抑えた復調が可能となる。

また、最大値検出部９３で検出された最大値ＭｘＶは、補正手段に相当する自動利得制御部１１に入力され、利用される。スペクトラム拡散通信においては、信号成分に対して雑音成分が支配的であり、入力端子１０１および１０２から入力されるＩチャネルの受信信号およびＱチャネルの受信信号の振幅レベルをそれぞれ１に正規化し、受信信号電力（Ｓ＋Ｎ）を求めると、受信信号電力に対して信号成分電力（Ｓｉｇｎａｌ）と雑音成分電力（Ｎｏｉｓｅ）は図７に示すような関係となる。

一般に、スペクトラム拡散システムでは、低Ｃ／Ｎ（Carrier to Noise ratio）を動作点として回線設計が行なわれているが、逆拡散部７の前段で受信信号が一定振幅に制御され、一定振幅の信号が入力端子１０１および１０２へ入力される場合、図７から明らかなように、たとえばＣ／Ｎ＝−４０［ｄＢ］の場合、信号成分（Ｓｉｇｎａｌ）は、１／１０００未満となる。一方、Ｃ／Ｎが高い（たとえばＣ／Ｎ＝０［ｄＢ］）場合、信号成分（Ｓｉｇｎａｌ）は０．５となる。

したがって、逆拡散部７の前段にアナログＡＧＣ（Automatic Gain Control）を組み込み、受信信号を定振幅化しても、ベースバンド成分抽出部８で抽出した信号成分（Ｓｉｇｎａｌ）は、図７から明らかなように、たとえばＣ／Ｎが−４０［ｄＢ］以上の範囲では、受信Ｃ／Ｎに応じて１／１０００未満〜１．０の間で変動する。そして、ベースバンド成分抽出部８通過後の信号成分がこのように大きく変動すると、以下の問題が生じる。

（１）信号成分の変動分のビット数だけ、信号を表現するために必要なビット幅が増加し、後段の回路規模にインパクトを与える。
（２）後段に軟判定ビタビ復号を有する場合は、誤り訂正能力が低下する。
（３）ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）変調やＡＰＳＫ（Amplitude Phase Shift Keying）変調など、振幅にもビット情報を乗せる変調方式を適用したシステムでは、受信信号を検波する場合にビット判定エラーが生じやすくなる。

そのため、自動利得制御部１１では、最大値ＭｘＶを巡回加算部９２で用いる忘却係数αに基づいて算出される値でデータラッチ部１０の出力信号を除算することで、ベースバンド成分抽出部８の出力信号の振幅レベルの補正を行い、定振幅化を行う。

たとえば、元の信号Ｑ_Aに対して、ベースバンド成分抽出部８の出力振幅が１０分の１になったとする。これをＱ_A’とすると、次式（１）のように表される。
Ｑ_A ＝ １０Ｑ_A’ …（１）

電力変換部９１によりＱ_A’は二乗され、巡回加算部９２に入力される。忘却係数α＝（２ⁿ−１）／２ⁿとすると、一般にＩＩＲ巡回加算は入力値１が連続したときその結果は２ⁿに収束することから、巡回加算部９２内のＮ'個のレジスタの中の最大値ＭｘＶは、次式（２）で表される。

自動利得制御部１１は、この最大値ＭｘＶに基づいて平均振幅（Ａとする）を算出し、算出した平均振幅Ａでベースバンド成分信号を除算する。この例では、平均振幅Ａは次式（３）で求められる。

したがって、出力振幅が１０分の１になったＱ_A’に平均振幅Ａを除算した信号Ｑ_A”は次式（４）のように１となり、振幅の正規化が行われる。

最後に、自動利得制御部１１で振幅が補正されたＩチャネル信号とＱチャネル信号は、それぞれ出力端子２３と２４より出力される。このように、再生クロック生成のために最大値検出部９２で得られる最大値ＭｘＶを、自動利得制御にも用いることができ、新たに平均振幅を求める回路を設ける必要がなくなり、回路の共用化を図ることができる。

このように、本実施の形態では、電力変換部９１でベースバンド信号を電力値へ変換し、電力値を巡回加算部９２がＩＩＲ巡回加算し、最大値検出部９３は、所定期間（ビット周期）ごとに、巡回加算部９２が保持している値の最大値および最大値が格納されているレジスタの位置を検出し、検出された位置の情報に基づいて、ベースバンド信号のラッチタイミングの基準クロックを再生クロック生成部９４が生成することとした。これにより、ビットデータ周期と拡散コード周期とが同期していないシステムの受信装置において、ビット周期を正確に検出し（ベースバンド信号を最適なタイミングでラッチし）、エネルギー損失を抑えた、すなわちビット誤り率の劣化を抑えた復調を実現できる。また、ラッチしたベースバンド信号の振幅レベルの補正を、上記検出された最大値を活用して行うこととしたので、受信装置の回路規模を削減できる。

実施の形態２．
つづいて、実施の形態２について説明する。本実施の形態では、ビットデータ周期と拡散コード周期が非同期の関係にあるシステムにおいてエネルギー損失を抑えた、すなわちビット誤り率の劣化を抑えた復調を可能とするのに加え、伝送に用いられるビットレートが複数存在し、使用される伝送ビットレートが未知の場合であっても、ビットレートを検知してエネルギー損失を抑えて正常に復調を行う受信装置について説明する。

通信システムの回線設計においては、伝搬路状況が最も悪い場合を考慮して、伝送ビットレートを決定することが多い。しかしながら、このようにビットレートを決めてしまうと、伝搬路状況が良好なときも、伝搬路状況が最も悪いときを考慮したビットレートが使用されることになり、周波数利用効率の観点からすれば望ましくない。伝送ビットレートを伝搬路状況によって変更できるようにすれば、伝搬路情報が良好なときはビットレートを上げて情報の伝送時間を短縮することができる、すなわち周波数を有効に利用することができるという利点が生まれる。

図８−１は、実施の形態２の送信装置の構成例を示す図であり、図８−２は、実施の形態２の受信装置の構成例を示す図である。

図８−１に示した本実施の形態の送信装置は、上述した実施の形態１の送信装置（図１−１参照）のビットデータ用クロック生成部２−１に代えてビットデータ用クロック生成部２ａ−１を備え、さらに、ビットレート選択部６が追加された構成をとる。その他の部分については実施の形態１の送信装置と同様であるため、同一の符号を付してその説明は省略する。

図８−２に示した本実施の形態の受信装置は、上述した実施の形態１の受信装置（図１−２参照）が備えていたものと同じ逆拡散部７を備え、また、実施の形態１の受信装置が備えていたベースバンド成分抽出部８、タイミング再生部９、データラッチ部１０および自動利得制御部１１のブロックを複数（図８−２では３つの場合を示しているがこれに限らない）備え、さらに、判定部１２および選択部１３が追加された構成をとる。

なお、各ベースバンド成分抽出部（ベースバンド成分抽出部８−１，８−２，８−３）、各データラッチ部（データラッチ部１０−１，１０−２，１０−３）および各自動利得制御部（自動利得制御部１１−１，１１−２，１１−３）は、実施の形態１の受信装置が備えていたベースバンド成分抽出部８、データラッチ部１０および自動利得制御部１１と同じであるため、詳細な説明は省略する。

以下、本実施の形態の通信動作を説明する。ここでは、一例として、送信装置が３種類のビットレート、１ｋｂｐｓ、２ｋｂｐｓおよび４ｋｂｐｓから選択した任意のビットレートで信号の伝送を行い、受信装置側では伝送ビットレートがわからないようなシステムを想定する。また、２ｋｂｐｓで信号が送信された場合の動作を、図９を参照しながら説明する。なお、図９は、実施の形態２の通信システムでの信号処理の流れを示す図である。

送信装置のビットレート選択部６は、伝搬路状況のフィードバック情報を取得し、その情報に基づいて選択可能なビットレート（この例では１ｋｂｐｓ、２ｋｂｐｓ、４ｋｐｂｓの３種類）の中から伝送するビットレートを決定し、その結果をビットデータ用クロック生成部２ａ−１へ送る。なお、ビットレート選択部６は、たとえば時間的に伝搬路状況が悪い環境から良い環境へと変動することが既知である場合、その時間変動を考慮してビットレートを決定し、伝搬路状況のフィードバック情報を使用しないようにしてもよい。また、通信相手との通信距離がわかる場合、距離が近ければ伝搬路状況が良い、距離が遠ければ伝搬路状況が悪いものとして扱い、これを伝搬路状況に代えて使用してもよい。また、テレメトリにより得られた受信電力や受信Ｓ／Ｎ情報を使用してビットレートを決定するようにしてもよい。さらに、人為的な操作による情報に基づいてビットレートを決定するようにしてもよい。

ビットデータ用クロック生成部２ａ−１は、ビットレート選択部６が選択したビットレートに応じたクロックを生成する。送信データ蓄積部１、１次変調部３、スペクトラム拡散部４および無線周波数変換部５は、実施の形態１と同様の処理を行い、送信データを相手通信装置へ送信する。

受信装置の逆拡散部７は、実施の形態１と同様の処理を実行して逆拡散を行い、逆拡散された後のＩチャネル信号およびＱチャネル信号は、ベースバンド成分抽出部８−１〜８−３へ入力される。これは、システムで使用可能な伝送ビットレートが３種類あるためであり、使用可能な伝送ビットレートの数分だけベースバンド成分抽出部を用意している。ここでは、一例として、ベースバンド成分抽出部８−１が１ｋｂｐｓ用、ベースバンド成分抽出部８−２が２ｋｂｐｓ用、ベースバンド成分抽出部８−３が４ｋｂｐｓ用とする。同様に、タイミング再生部、データラッチ部および自動利得制御部も使用可能な伝送ビットレートの数分だけ用意している。

３つのベースバンド成分抽出部８−１、８−２および８−３は、いずれも実施の形態１で示した積分部８１と移動平均部８２（図４参照）から構成されているが、積分部８１のサンプリング周期Ｍと移動平均部８２の段数Ｎは、各伝送ビットレート（１ｋｂｐｓ、２ｋｂｐｓ、４ｋｂｐｓ）に対応した値を設定する。たとえば、２ｋｂｐｓ用のベースバンド成分抽出部８−２でＭを４０００、Ｎを３０とすると、１ｋｂｐｓ用のベースバンド成分抽出部８−１ではＭが８０００、Ｎは３０であり、４ｋｂｐｓ用のベースバンド成分抽出部８−３ではＭが２０００、Ｎが３０である。

抽出されたベースバンド信号成分は、各ビットレートに対応したタイミング再生部９ａ−１〜９ａ−３へ入力される。タイミング再生部９ａ−１〜９ａ−３はいずれも同じ構成であり、その構成例を図１０に示す。実施の形態２のタイミング再生部９ａ−１〜９ａ−３は、実施の形態１のタイミング再生部９（図１−２参照）の最大値検出部９３に代えて最大値・平均値検出部９５を備え、さらに、信頼度情報算出手段に相当する除算部９６が追加された構成をとる。その他の部分については実施の形態１のタイミング再生部９と同様であるため、同一の符号を付して、その説明は省略する。

最大値・平均値検出部９５は、実施の形態１で示した最大値検出部９３と同様に、巡回加算部９２が備えるＮ'個のレジスタに格納されている値の中から最大の値ＭｘＶおよびＮ'個のレジスタの中で最大値ＭｘＶが存在する位置情報ＭｘＰをベースバンド成分抽出部の移動平均部８２で用いた段数Ｎと同じ周期Ｎ'で検出する。さらに、Ｎ'個のレジスタの値の平均値（ＡｖＶとする）を算出する。除算部９６は、最大値・平均値検出部９５で検出された最大値ＭｘＶを平均値ＡｖＶで除算する。除算結果は、信頼度情報Ｒ_nとして判定部１２へ出力される。これは電力変換部９１で二乗されたデータ系列と、それを１シンボル遅延したデータ系列との自己相関を求める操作に他ならない。信頼度情報Ｒ_nは次式（５）のように表される。
Ｒ_n ＝ ＭｘＶ／ＡｖＶ …（５）

ここで信頼度情報Ｒ_nについて、図１１を用いて説明する。図１１は、次の４パターンの情報が送信された場合の、ＩＩＲ巡回加算結果を示す図である。なお、伝送ビットレートは２ｋｂｐｓとし、受信側では２ｋｂｐｓに対応したベースバンド成分抽出部８−２でベースバンド成分が抽出され、タイミング再生部９ａ−２に入力されたとする。

（パターン１）
無信号パターン（０，０，０，０，０，…）
（パターン２）
オール１パターン（１，１，１，１，１，…）
（パターン３）
「−１」と「１」が交互に続くような０１パターン（−１，１，−１，１，−１，１，…）
（パターン４）
規則性のないランダムパターン（−１，１，１，−１，１，−１，…）

図１１より、（パターン１）の無信号（オール０）パターンの場合、最大値ＭｘＶも平均値ＡｖＶもおよそ０であり、このときの信頼度情報（Ｒ₁とする）は約１となる。（パターン２）のオール１パターンの場合、最大値ＭｘＶも平均値ＡｖＶもおよそ１であり、このときの信頼度情報（Ｒ₂とする）は約１となる。（パターン３）の０１パターンの場合、最大値ＭｘＶはおよそ１、平均値ＡｖＶはおよそ０．５であり、このときの信頼度情報（Ｒ₃とする）は約２となる。（パターン４）のランダムパターンの場合、最大値ＭｘＶはおよそ１、平均値ＡｖＶは０．５から１の間であり、このときの信頼度情報（Ｒ₄とする）は１から２の間である。したがって、図１１に示した４パターンの信頼度情報Ｒ_n（ｎ∈｛１、２、３、４｝）の関係は、次式（６）で表される。

上式（６）からも分かるように、上記の４つのパターンでは、信頼度情報が最大となるのは０１パターン（パターン３）のＲ₃であり、Ｒ_nの値は最大値と平均値との差が大きいほど大きいと言える。

次に、１ｋｂｐｓ用のタイミング再生部９ａ−１で得られる信頼度情報（Ｒ_9-1とする）、２ｋｂｐｓ用のタイミング再生部９２で得られる信頼度情報（Ｒ_9-2とする）、４ｋｂｐｓ用のタイミング再生部９ａ−３で得られる信頼度情報（Ｒ_9-3とする）について説明する。

図９には、伝送ビットレートが２ｋｂｐｓだった場合の、１ｋｂｐｓ用のベースバンド成分抽出部８−１出力およびタイミング再生部９ａ−１内部のＩＩＲ巡回加算出力、２ｋｂｐｓ用のベースバンド成分抽出部８−２出力およびタイミング再生部９ａ−２内部のＩＩＲ巡回加算出力、４ｋｂｐｓ用のベースバンド成分抽出部８−３出力およびタイミング再生部９ａ−３内部のＩＩＲ巡回加算出力が示されている。

まず、１ｋｂｐｓ用のベースバンド成分抽出部８−１、タイミング再生部９ａ−１で復調処理が行われた場合、ベースバンド成分抽出部８−１が１ｋｂｐｓ用の周期で、すなわち２ｋｂｐｓのビットデータ周期に対して倍の周期で移動平均を行うため、例えば｛０，１｝など連続する２ビットが異なるような場合、ベースバンド成分抽出部８−１の出力は図９に示すようなほぼ０に近い値となる。よってＩＩＲ巡回加算結果は、図９に示すようになり、最大値ＭｘＶと平均値ＡｖＶの差は２ｋｂｐｓの場合と比べて小さい。したがって、タイミング再生部９ａ−１が最大値ＭｘＶを平均値ＡｖＶで除算した信頼度情報Ｒ_9-1の値は、２ｋｂｐｓ用のタイミング再生部９ａ−２が最大値ＭｘＶと平均値ＡｖＶから算出した信頼度情報Ｒ_9-2よりも小さい。

つぎに、４ｋｂｐｓ用のベースバンド成分抽出部８−３、タイミング再生部９ａ−３で復調処理が行われた場合は、ベースバンド成分抽出部８−３が４ｋｂｐｓ用の周期で、すなわち２ｋｂｐｓのビットデータ周期に対して半分の周期で移動平均を行うため、例えば｛０，１｝など連続する２ビットが異なるような場合、ベースバンド成分抽出部８−３の出力は、振幅の最大値と最小値をそれぞれ１、−１とすると、図９に示すように、１→１または−１→−１という無遷移が生じる。よってＩＩＲ巡回加算結果は図９に示すようになり、最大値ＭｘＶと平均値ＡｖＶの差は２ｋｂｐｓの場合と比べて小さい。したがって信頼度情報Ｒ_9-3は２ｋｂｐｓの信頼度情報Ｒ_9-2よりも小さい。

以上より、１ｋｂｐｓの信頼度情報Ｒ_9-1、２ｋｂｐｓの信頼度情報Ｒ_9-2、４ｋｂｐｓの信頼度情報Ｒ_9-3の関係は、次式（７）のように表される。
Ｒ_9-2＞Ｒ_9-1，Ｒ_9-3 …（７）

次に、判定部１２は、各タイミング再生部９ａ−１〜９ａ−３から出力された信頼度情報Ｒ_9-1、Ｒ_9-2、Ｒ_9-3を比較し、値が最大のものを検出し、最大値が得られた入力端子の情報を、選択部１３に送る。今回の例では上式（７）から信頼度情報Ｒ_9-2が最大であるため、信頼度情報Ｒ_9-2を出力したタイミング再生部９ａ−２から出力された情報（再生クロック、最大値）に基づいてラッチされ、さらに振幅が補正された信号を判別するための情報を選択部１３に送る。なお、１ｋｂｐｓ用のタイミング再生部９ａ−１に対応するデータラッチ部１０−１および自動利得制御部１１−１、２ｋｂｐｓ用のタイミング再生部９ａ−２に対応するデータラッチ部１０−２および自動利得制御部１１−２、４ｋｂｐｓ用のタイミング再生部９ａ−３に対応するデータラッチ部１０−３および自動利得制御部１１−３の動作は、実施の形態１と同じであるため説明を省略する。

選択部１３は、判定部１２より送られてきた、信頼度情報Ｒ_nが最大であった入力端子の情報に対応する入力端子のみを開放する。そのため出力端子１０３，１０４からは信頼度情報Ｒ_nが最大であったタイミング再生部に対応した信号（今回の例では２ｋｂｐｓ用のタイミング再生部９ａ−２に対応する自動利得制御部１１−２から得られた信号）のみが出力される。

以上のような処理を実行することにより、今回の例のように、１ｋｂｐｓ、２ｋｂｐｓ、４ｋｂｐｓの３種類のビットレートが送信される可能性があり受信側では伝送ビットレートが未知であるという条件で復調を行う場合であっても、受信機は、自ら受信ビットレートを検出し、正しい復調結果（この例では２ｋｂｐｓ用の回路で復調された結果）を出力する。なお復調は、実施の形態１で説明したものと同じ、エネルギーの損失を抑えた復調である。

なお、上記の例では、伝送ビットレートが２ｋｂｐｓの場合の例について説明したが、１ｋｂｐｓの場合や４ｋｂｐｓの場合であっても復調結果を選択できる。

また、信頼度情報Ｒ_nを安定させるため、図１２に示した構成図のように各タイミング再生部９ａ−１〜９ａ−３の除算部９６の前段に積分部８１−１および８１−２を配置するようにしてもよい。図１２に示した構成では、たとえば、除算部８１−１が最大値ＭｘＶを、除算部８１−２が平均値ＡｖＶを、最大値・平均値検出部９５で最大値ＭｘＶなどを検出する周期Ｎ'と同じＮ'回で積分する。除算部９６は、除算部８１−１および８１−２から出力された最大値ＭｘＶ平均値ＡｖＶを用いて信頼度情報Ｒ_nを算出する。

また、今回は一例として伝送ビットレートが３種類存在する場合を説明したが、ベースバンド成分抽出部、タイミング再生部、データラッチ部および自動利得制御部を、伝送ビットレートの数分だけ持つことで、利用できるビットレートの数は自在に設定することが可能である。また、実施の形態１で述べたとおり、ビットデータ周期と拡散コード周期とは非同期であってもエネルギー損失を抑えた復調が可能であるため、ビットレートの設定に制限はなく、任意のビットレートを設定可能である。

このように、本実施の形態の受信機は、ベースバンド成分抽出部、タイミング再生部、データラッチ部および自動利得制御部からなる処理ブロックをシステムで選択可能な伝送ビットレートの数だけ備え、各処理ブロックではタイミング再生部が、内部の巡回加算部が保持している情報に基づいて、信頼度情報を算出するようにした。そして、最も高い信頼度情報を算出した処理ブロックでラッチされ、振幅レベルが補正された信号を選択して復調することとした。これにより、ビットデータ周期と拡散コード周期が非同期の関係にあるシステムにおいてビット誤り率の劣化を抑えた復調を実現する実施の形態１で示した効果に加え、伝送ビットレートが複数存在し、あらかじめ伝送ビットレートがわかっていない場合においても、伝送ビットレートを検知して受信信号を正常に復調できる。

実施の形態３．
つづいて、実施の形態３について説明する。上述した実施の形態２では、ベースバンド成分抽出部、タイミング再生部、データラッチ部、自動利得制御部を伝送ビットレートの数分だけ用意したが、本実施の形態では回路の共用化を考慮し、これらを１つにする代わりとして伝送ビットレートの数だけ検出処理を行う。すなわち、実施の形態２のように一度に複数の信頼度情報Ｒ_nを得るのではなく、ベースバンド成分抽出部、タイミング再生部の設定を順次切り替えて、選択可能な伝送ビットレートそれぞれについての信頼度情報Ｒ_nを得るようにする。

図１３は、実施の形態３の受信装置の構成例を示す図である。本実施の形態の受信装置は、上述した実施の形態１の受信装置（図１−２参照）のベースバンド成分抽出部８およびタイミング再生部９に代えてベースバンド成分抽出部８ｂおよびタイミング再生部９ｂを備え、さらに、伝送ビットレート特定手段を構成する制御部１４が追加された構成をとる。その他の部分については実施の形態１の受信装置と同様であるため、同一の符号を付してその説明は省略する。なお、ベースバンド成分抽出部８ｂは、実施の形態１のベースバンド成分抽出部８（図４参照）と同様に、ＩチャネルおよびＱチャネルに対応した積分部８１および移動平均部８２を備える。また、タイミング再生部９ｂは、実施の形態２のタイミング再生部９ａ−１〜９ａ−３（図１０参照）と同様に、電力変換部９１、巡回加算部９２、再生クロック生成部９４、最大値・平均値検出部９５および除算部９６を備える。

制御部１４は、ベースバンド成分抽出部８ｂおよびタイミング再生部９ｂに対して、実行する動作（どの伝送ビットレートに対応した処理を実行するか）の指示を行う。ベースバンド成分抽出部８ｂは、制御部１４からの指示に従い、備えている積分部８１のサンプリング周期Ｍおよび移動平均部８２の段数Ｎを切り替えてベースバンド成分の抽出処理を実行する。タイミング再生部９ｂは、制御部１４からの指示に従い、備えている巡回加算部９２のレジスタ数および最大値・平均値検出部９５が最大値ＭｘＶの検出処理を実行する周期（上記Ｎ'に相当）を切り替えて、再生クロック、最大値ＭｘＶおよび信頼度情報Ｒ_nの生成処理を実行する。なお、送信側の通信装置（送信装置）は、実施の形態２の送信装置（図８−１参照）と同じである。

本実施の形態の通信動作について、図１４を参照しながら説明する。図１４は、実施の形態３の受信装置が実行する処理の流れの一例を示す図である。なお、実施の形態２の場合と同様に、送信装置は、１ｋｂｐｓ、２ｋｂｐｓおよび４ｋｂｐｓの３種類の中から選択した伝送ビットレートで信号を伝送し、受信装置側では伝送ビットレートがわからない場合について説明する。

制御部１４は、伝送ビットレートに対応した設定値（上記のサンプリング周期Ｍ，段数Ｎ，検出処理実行周期Ｎ'）を保持しており、受信処理を開始すると、まずベースバンド成分抽出部８ｂに１ｋｂｐｓ用のＭおよびＮを、タイミング再生部９ｂには１ｋｂｐｓ用のＮ'を通知し、通知した情報を使用して信号処理を実行するように指示を行う。ベースバンド成分抽出部８ｂおよびタイミング再生部９ｂは、制御部１４より取得した情報（Ｍ，Ｎ，Ｎ'の値）に対応した設定に切り替わり、所定の期間（Ｕ［シンボル］とする）にわたってこれらのＭ，Ｎ，Ｎ’で動作する。ここで、Ｕは巡回加算部９２で設定する忘却係数αの値を参考にしてもよい。たとえば、α＝２^n-1／２ⁿである場合、Ｕ＝２ⁿ［シンボル］として動作を行う。ベースバンド成分抽出部８ｂおよびタイミング再生部９ｂが実行する処理は、実施の形態２で示した、１ｋｂｐｓの伝送ビットレートに対応する復調処理を実行するベースバンド成分抽出部８−１およびタイミング再生部９ａ−１が実行する処理と同様であり、制御部１４は図１４に示す時刻ｔ₁にてタイミング再生部９ｂより信頼度情報Ｒ_aを取得する。

次に、制御部１４は、２ｋｂｐｓ用のＭ，Ｎ，Ｎ’の情報をベースバンド成分抽出部８ｂおよびタイミング再生部９ｂへ通知し、通知内容に従った信号処理を実行するように指示を行う。ベースバンド成分抽出部８ｂおよびタイミング再生部９ｂは、制御部１４から取得した情報に対応した設定に切り替わる。そして、上述した１ｋｂｐｓの場合と同様、実施の形態２で示した、２ｋｂｐｓの伝送ビットレートに対応する復調処理を実行し、制御部１４は図１４に示す時刻ｔ₂にて信頼度情報Ｒ_bを取得する。さらに、制御部１４は、４ｋｂｐｓ用のＭ，Ｎ，Ｎ’の情報をベースバンド成分抽出部８ｂおよびタイミング再生部９ｂへ通知し、通知内容に従った処理をベースバンド成分抽出部８ｂおよびタイミング再生部９ｂが実行して、制御部１４は図１４に示す時刻ｔ₃にて信頼度情報Ｒ_cを得る。

制御部１４は、想定されるすべての伝送ビットレートに対する復調処理をベースバンド成分抽出部８ｂおよびタイミング再生部９ｂに実行させて、それぞれの復調処理で算出される信頼度情報（この例では、Ｒ_a、Ｒ_b、Ｒ_c）をすべて取得すると、取得した信頼度情報Ｒ_nの中から最大値を検出する。このように信頼度情報Ｒ_a、Ｒ_b、Ｒ_cを得て最大値が検出されるまでの状態、制御部１４が順次ベースバンド成分抽出部８ｂとタイミング再生部９ｂに設定値Ｍ，Ｎ，Ｎ’の情報を送る状態を、これ以降サーチモードと呼ぶ。制御部１４は、検出した信頼度情報の最大値を所定のしきい値ＴＨ_nと比較し、信頼度情報の最大値がしきい値ＴＨ_nを上回るまでサーチモードを持続させる。なお、ベースバンド成分抽出部８ｂおよびタイミング再生部９ｂは、最後に制御部１４から通知された情報（Ｍ，Ｎ，Ｎ'）に基づいた設定が持続するものとする。すなわち制御部１４から出力された情報の入力がなければ、ベースバンド成分抽出部８ｂおよびタイミング再生部９ｂの設定が切り替わることはない。

検出された信頼度情報Ｒ_nの最大値がしきい値ＴＨ_nを上回った場合、制御部１４は、信頼度情報Ｒ_nの最大値に対応するＭ、Ｎ，Ｎ’の情報をベースバンド成分抽出部８ｂおよびタイミング再生部９ｂへ通知し続ける。実施の形態２で説明したとおり、伝送ビットレートとベースバンド成分抽出部８ｂ、タイミング再生部９ｂが対応している場合に信頼度情報Ｒ_nの値は最大値となる。ベースバンド成分抽出部８ｂおよびタイミング再生部９ｂは、得られた情報に対応した設定で処理を続ける。このように信頼度情報Ｒ_nの最大値に対応した情報を、ベースバンド成分抽出部８ｂとタイミング再生部９ｂに送り続ける状態をステーブルモードと呼ぶ。

なお、ステーブルモードでは、制御部１４からベースバンド成分抽出部８ｂおよびタイミング再生部９ｂへ毎回同じ情報がされることになる。上述したように、一旦情報が通知されると、ベースバンド成分抽出部８ｂおよびタイミング再生部９ｂは、通知された内容に従った設定での処理を継続するため、制御部１４は、設定されたしきい値ＴＨ_nを信頼度情報Ｒ_nが上回っている場合には、値を送出しないようにしてもよい。Ｒ_nが基準値ＴＨ_nを下回った場合、制御部１４は、再びサーチモードへと移行し、Ｒ_nの検出を行うように制御を行う。

このように、本実施の形態では、サーチモードにおいて順次信頼度情報Ｒ_nの検出を行い、ステーブルモードにおいてベースバンド成分抽出部８ｂおよびタイミング再生部９ｂを、検出した信頼度情報Ｒ_nの中から最大値のものに対応する設定にするようにした。これにより、実施の形態２と比較してすべての信頼度情報Ｒ_a、Ｒ_b、Ｒ_cが揃うまでの時間を要するという欠点はあるものの、ビットレートの数だけベースバンド成分抽出部、タイミング再生部、データラッチ部、自動利得制御部を備える必要が無くなる。すなわち、伝送ビットレートが未知の状態で送信された信号の復調が可能な受信装置を実施の形態２の受信装置よりも少ない回路規模で実現できる。

本実施の形態を適用することにより、ビットデータ周期と拡散コード周期が非同期の関係にあるシステムにおいてビット誤り率の劣化を抑えた復調を可能とするのに加え、伝送ビットレートが複数存在し、あらかじめ伝送ビットレートがわかっていない場合においても、回路規模の増大を最小限に抑えつつ伝送ビットレートを検知して正常な復調を行う受信装置が得られる。

実施の形態４．
つづいて、実施の形態４について説明する。上述した実施の形態２および実施の形態３では、信頼度情報Ｒ_nを上記巡回加算部９２が保持している値の中の最大値ＭｘＶと、保持している値の平均値ＡｖＶと、に基づいて算出している。これはベースバンド成分抽出部の出力信号を電力変換部で二乗したデータ系列とそれを１シンボル遅延したデータ系列との自己相関を求める操作であったが、自己相関ではなく、相互相関を用いて信頼度情報Ｒ_nを求めるようにしてもよい。たとえば、各伝送ビットレートに対応して、Ｍ、Ｎ、Ｎ’が設定されたベースバンド成分抽出部の出力に非線形処理（二乗等）を行った後、非線形処理後のデータ系列と各伝送ビットレート（＝シンボルレート）に相当する周波数成分との相互相関値を算出し、これを信頼度情報として用いてもよい。

ここで、ベースバンド成分抽出部の複素出力データをＤ_i（ｉはサンプル番号、ｉ＝０、１、２…）、各ビットレート（シンボルレート）のサンプリング速度をｆ_S1、ｆ_S2、ｆ_S3とすると、Ｙサンプル時間における各ビットレートの相互相関値Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃は、次式（８）で求めることができる。

ここで、前記信頼度情報Ｒ_a、Ｒ_b、Ｒ_cとして、次式（９）に示すように各相関電力を用いてもよい。
Ｒ_a＝Ｃ₁ ²
Ｒ_b＝Ｃ₂ ²
Ｒ_c＝Ｃ₃ ² …（９）

また、Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃の中の最大値Ｃ_max＝Ｍａｘ（Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃）の示す、ベクトル角θ＝ｔａｎ^-1｛（Ｉｍａｇｉｎａｒｙ Ｃ_max）／（Ｒｅａｌ Ｃ_max）｝情報から前記位置情報ＭｘＰを求めてもよい。

さらに、Ｒ_a、Ｒ_b、Ｒ_cの内の最大値Ｒ_max＝Ｍａｘ（Ｒ_a、Ｒ_b、Ｒ_c）の情報から前記ＭｘＶを求め、それを使用して自動利得制御部１１が振幅を補正するようにしてもよい。

このように、本実施の形態では、実施の形態２および３で使用していた自己相関情報に代えて、相互相関情報を用いることとした。すなわち、相互相関情報に基づいて伝送ビットレートを特定する際に使用する信頼度情報を求めるようにした。これにより、ビットデータ周期と拡散コード周期が非同期の関係にあるシステムにおいてビット誤り率の劣化を抑えた復調が可能となり、また、伝送ビットレートが複数存在し、あらかじめ伝送ビットレートがわかっていない場合においても、伝送ビットレートを検知して正常に復調することができることに加えて、タイミング再生、自動利得制御、ビットレート検出の精度を高めることができる。なお、精度を高めることができるのは、自己相関情報が伝搬路で雑音が付加されている受信信号に基づいて算出するのに対して、相互相関情報は受信信号と雑音が付加されていない信号に基づいて算出されるためである。

実施の形態５.
つづいて、実施の形態５について説明する。上述した実施の形態２および実施の形態３の受信装置が備えるタイミング生成部（図１０参照）では、上記電力変換部９１で電力値へと変換されたベースバンド信号を、上記巡回加算部９２の入力としている。これに対して、本実施の形態の受信装置では、判定部１２（実施の形態２の場合）および制御部１４（実施の形態３の場合）によるビットレートの推定精度をさらに向上させることを目的とし、ベースバンド信号を電力変換するのではなく、１ビット前のベースバンド信号との差分演算を行った値を、巡回加算部９２の入力とする。また、実施の形態２および実施の形態３の受信装置が備えるタイミング生成部では巡回加算部９２が保持している値の最大値ＭｘＶと平均値ＡｖＶより信頼度情報Ｒ_nを算出していたが、本実施の形態の受信装置では、最大値ＭｘＶを尤度情報として活用し、最大値の二乗値（ＭｘＶ２とする）と平均値ＡｖＶより信頼度情報Ｒ_nを算出する。

衛星通信においては、衛星がデータ（有意データ）を受信していない場合、オール０パターンを地上局から衛星に送信し、衛星がオール０パターンを受信し続けることがある。このオール０パターンを受信している状態において、実施の形態２および実施の形態３の受信装置が備えるタイミング生成部では、絶えず同じ値が巡回加算部９２に入力される。そのため、巡回加算部９２のレジスタ内の値が、全て忘却係数αに応じた値で一定となる可能性がある。そして、すべての値が一定となった状態からデータを受信し始めると、巡回加算部９２のレジスタ値が一定の状態からＩＩＲ巡回加算を行うため、巡回加算部９２が保持する値より求める最大値ＭｘＶと平均値ＡｖＶの差が生じるまでに時間を要することがある。

そこで、本実施の形態では、後述するように、１ビット前のベースバンド信号との差分演算を行った値を巡回加算部９２への入力とし、この差分値を上記電力値に代えて使用する。差分を利用することにより、オール０パターン受信時の巡回加算部９２への入力は０となるため、データ受信開始時には、巡回加算部９２のレジスタ値が全て０の状態からＩＩＲ巡回加算を行うことができる。これにより、オール０パターンを受信し続けた後にデータ（オール０パターン以外の有意データ）を受信し始める場合に、巡回加算部９２が保持する値より求める最大値ＭｘＶと平均値ＡｖＶの差が、電力値利用時よりも短時間で出現するようになり、結果として短時間で精度よくビットレートを推定できる。

また、実施の形態２および実施の形態３では信頼度情報Ｒ_nを最大値ＭｘＶと平均値ＡｖＶの比から求めていた。これに対して、本実施の形態では、後述するように、信頼度情報Ｒ_nを、最大値ＭｘＶの二乗と平均値ＡｖＶの比から求める。これは、実施の形態２および実施の形態３で求めていた最大値ＭｘＶと平均値ＡｖＶの比に対して、さらに最大値ＭｘＶを尤度情報として活用することにより、さらなるビットレート推定精度の向上を実現するためである。

図１５は、実施の形態５の受信装置が備えるタイミング再生部９ｃの構成例を示す図である。タイミング再生部９ｃは、実施の形態２のタイミング再生部９ａ−１〜９ａ−３（図１０参照）の、電力変換部９１に代えて差分抽出部９７を備え、さらに最大値・平均値検出部９５で検出された最大値ＭｘＶを二乗する二乗演算部９８を備える。その他の部分についてはタイミング再生部９ａ−１〜９ａ−３と同じであるため、同一の符号を付してその説明は省略する。なおタイミング再生部９ｃは、実施の形態２におけるタイミング再生部９ａ−１〜９ａ−３、および実施の形態３におけるタイミング再生部９ｂの代わりとして用いることができる。

また、図１６は、差分抽出部９７の構成例を示す図である。差分抽出部９７はメモリ部９７１と差分演算部９７２を備える。メモリ部９７１および差分演算部９７２には、ベースバンド信号が入力され、メモリ部９７１では１ビット（Ｎシンボル）分の信号を蓄積する。差分演部９７２では、ベースバンド成分抽出部から信号が入力されると、この入力信号とメモリ部９７１に蓄積されている１ビット前の入力信号との差分演算を行う。ここで時刻ｔにおける信号を（Ｉチャネル：ｘ[ｔ]，Ｑチャネル：ｙ[ｔ]）とし、１ビット前の信号を（ｘ[ｔ−Ｎ]，ｙ[ｔ−Ｎ]）とすると、差分演算部９７２の出力ｚ[ｔ]は次式（１０）のように表される。

なお、ｚ[ｔ]は、次式（１１）または（１２）のように求めてもよい。

差分演算部９７２により算出された、前記式（１０）、（１１）および（１２）のいずれかのｚ[ｔ]は、差分抽出部９７から巡回加算部９２への入力データとなる。

巡回加算部９２では、入力データのＩＩＲ巡回加算を行い、最大値・平均値検出部９５では、巡回加算部９２の保持する値より最大値ＭｘＶと平均値ＡｖＶを検出する。これらの詳細動作は実施の形態２および実施の形態３で示したとおりである。

次に、二乗演算部９８は、最大値・平均値検出部９５で検出された最大値ＭｘＶの二乗演算を行う。除算部９６は、二乗演算部９８で二乗演算が行われた最大値の二乗ＭｘＶ２と、最大値・平均値検出部９５で検出された平均値ＡｖＶの除算を行う（ＭｘＶ２をＡｖＶで除算する）。この除算部９６による除算結果が信頼度情報Ｒ_nとなる。この演算により、最大値ＭｘＶを尤度情報として、実施の形態２および実施の形態３で信頼度情報として用いていたＭｘＶとＡｖＶの比（ＭｘＶ／ＡｖＶ）に重み付けが行われる。

なお、回路規模の制約がある場合、二乗演算部９８を省略し、実施の形態２および実施の形態３のように、信頼度情報Ｒ_nを最大値ＭｘＶと平均値ＡｖＶの比としても構わない。すなわち、本実施の形態のタイミング再生部として、実施の形態２および３で示したタイミング再生部（図１０参照）の電力変換部９１を差分抽出部９７に置き換えたものを採用してもよい。

また、二乗演算部９８を、実施の形態２のタイミング再生部タイミング再生部９ａ−１〜９ａ−３または実施の形態３のタイミング再生部９ｂに付加し、最大値ＭｘＶを二乗した値と平均値ＡｖＶから信頼度情報Ｒ_nを求めても構わない。

また、差分抽出部９７は、実施の形態１の受信装置が備えるタイミング再生部９の電力変換部９１の代わりとして用いてもよい。

このように、本実施の形態では、伝送ビットレートの推定処理において、上述した実施の形態で利用していた電力値に代えて、受信ベースバンド信号と１ビット前のベースバンド信号との差分を利用することとした。これにより、オール０パターンを受信し続けた後に有意データを受信し始める場合、伝送ビットレートを推定するための信頼度情報を求める際に用いる平均値ＡｖＶが、電力値利用時よりも短時間で精度よく求まる。その結果、短時間で精度よく伝送ビットレートを推定できる。

以上のように、本発明にかかるタイミング再生装置は、スペクトラム拡散通信システムに有用であり、特に、ビットデータ周期と拡散コード周期が整数倍の関係にない場合であってもビット誤り率が劣化することなく受信信号を復調する受信装置を実現する場合に適している。

本発明にかかるタイミング再生装置を備えた受信装置と通信を行う送信装置の構成例を示す図である。 本発明にかかるタイミング再生装置を備えた受信装置の実施の形態１の構成例を示す図である。 実施の形態１のシステムでの信号処理の流れを示す図である。 受信データのエネルギー量が理想的なエネルギー量と比較して低くなる場合の一例を示す図である。 ベースバンド成分抽出部の構成例を示す図である。 巡回加算部の構成例を示す図である。 再生クロック生成部の一例を示す図である。 受信信号電力に対する信号成分電力と雑音成分電力の関係を示す図である。 実施の形態２の送信装置の構成例を示す図である。 実施の形態２の受信装置の構成例を示す図である。 実施の形態２の通信システムでの信号処理の流れを示す図である。 実施の形態２のタイミング再生部の構成例を示す図である。 実施に形態２の巡回加算部から出力されるＩＩＲ巡回加算結果の一例を示す図である。 実施の形態２の除算部の変形例を示す図である。 実施の形態３の受信装置の構成例を示す図である。 実施の形態３の受信装置が実行する処理の流れを示す図である。 実施の形態５のタイミング再生部の構成例を示す図である。 実施の形態５のタイミング再生部が備える差分抽出部の構成例を示す図である。

符号の説明

１ 送信データ蓄積部
２−１、２ａ−１ ビットデータ用クロック生成部
２−２ チップレート用クロック生成部
３ １次変調部
４ スペクトラム拡散部
５ 無線周波数変換部
６ ビットレート選択部
７ 逆拡散部
８、８−１、８−２、８−３、８ｂ ベースバンド成分抽出部
９、９ａ−１、９ａ−２、９ａ−３、９ｂ タイミング再生部
１０、１０−１、１０−２、１０−３ データラッチ部
１１、１１−１、１１−２、１１−３ 自動利得制御部
１２ 判定部
１３ 選択部
１４ 制御部
７１ 拡散コード同期部
７２、９２２ 乗算部
８１、８１−１、８１−２ 積分部
８２ 移動平均部
９１ 電力変換部
９２ 巡回加算部
９３ 最大値検出部
９４ 再生クロック生成部
９５ 最大値・平均値検出部
９６ 除算部
１０１、１０２ 入力端子
１０３、１０４ 出力端子
９２１ レジスタ部
９２３ 加算部
９４１ アップカウンタ生成部
９４２ クロック生成部

Claims (22)

1. スペクトラム拡散通信システムの受信装置が備えるタイミング再生装置であって、
   逆拡散後の受信信号からベースバンド信号を抽出する信号抽出手段と、
   前記抽出されたベースバンド信号を電力値へ変換し、当該電力値に基づいて、前記信号抽出手段から出力されるベースバンド信号のラッチタイミングの基準クロックを生成する基準クロック生成手段と、
   を備えることを特徴とするタイミング再生装置。
2. 前記信号抽出手段は、
   前記受信信号をＭサンプル区間（Ｍは自然数）にわたって積分し、当該積分結果を周期ＭごとにＭで除算する積分手段と、
   前記積分手段から出力された最新のＮ個（Ｎは自然数）の信号を対象として平均化処理を実行する移動平均手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のタイミング再生装置。
3. 前記ＭおよびＮを回路規模および伝送データのビット周期あたりのサンプリング数に応じて決定した値とすることを特徴とする請求項２に記載のタイミング再生装置。
4. スペクトラム拡散通信システムの受信装置が備えるタイミング再生装置であって、
   逆拡散後の受信信号からベースバンド信号を抽出する信号抽出手段と、
   前記抽出されたベースバンド信号と前回抽出されたベースバンド信号との差分を抽出し、当該差分値に基づいて、前記信号抽出手段から出力されるベースバンド信号のラッチタイミングの基準クロックを生成する基準クロック生成手段と、
   を備えることを特徴とするタイミング再生装置。
5. 前記信号抽出手段は、
   前記受信信号をＭサンプル区間（Ｍは自然数）にわたって積分し、当該積分結果を周期ＭごとにＭで除算する積分手段と、
   前記積分手段から出力された最新のＮ個（Ｎは自然数）の信号を対象として平均化処理を実行する移動平均手段と、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載のタイミング再生装置。
6. 前記ＭおよびＮを回路規模および伝送データのビット周期あたりのサンプリング数に応じて決定した値とすることを特徴とする請求項５に記載のタイミング再生装置。
7. 前記基準クロック生成手段は、
   前記抽出されたベースバンド信号を電力値へ変換する電力変換手段と、
   複数の情報保持部を含み、前記電力値に対して、当該複数の情報保持部で保持している情報の中の最も古い情報に忘却係数を乗算して得られた値を加算し、当該加算結果を前記最も古い情報に代えて保持しておく巡回加算手段と、
   所定の周期毎に、その時点で前記巡回加算手段が保持している複数の情報の中の最大値と、当該最大値が当該複数の情報の中で何番目に取得した加算結果なのかを示す順番情報と、を検出する情報検出手段と、
   前記順番情報に基づいて前記クロックを生成するクロック生成手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１、２または３に記載のタイミング再生装置。
8. 前記所定の周期を伝送データのビット周期とすることを特徴とする請求項７に記載のタイミング再生装置。
9. 前記基準クロック生成手段は、
   前記抽出されたベースバンド信号と前回抽出されたベースバンド信号との差分を抽出する差分抽出手段と、
   複数の情報保持部を含み、前記差分値に対して、当該複数の情報保持部で保持している情報の中の最も古い情報に忘却係数を乗算して得られた値を加算し、当該加算結果を前記最も古い情報に代えて保持しておく巡回加算手段と、
   所定の周期毎に、その時点で前記巡回加算手段が保持している複数の情報の中の最大値と、当該最大値が当該複数の情報の中で何番目に取得した加算結果なのかを示す順番情報と、を検出する情報検出手段と、
   前記順番情報に基づいて前記クロックを生成するクロック生成手段と、
   を備えることを特徴とする請求項４、５または６に記載のタイミング再生装置。
10. 前記所定の周期を伝送データのビット周期とすることを特徴とする請求項９に記載のタイミング再生装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一つに記載のタイミング再生装置と、
    前記基準クロック生成手段により生成されたクロックを基準として、前記信号抽出手段により抽出されたベースバンド信号をラッチするラッチ手段と、
    を備え、
    前記ラッチ手段によりラッチされたベースバンド信号を復調することを特徴とする受信装置。
12. 請求項７〜１０のいずれか一つに記載のタイミング再生装置と、
    前記基準クロック生成手段により生成されたクロックを基準として、前記信号抽出手段により抽出されたベースバンド信号をラッチするラッチ手段と、
    前記最大値に基づいて前記ラッチされた信号の振幅レベルを補正する補正手段と、
    を備え、
    前記補正手段により補正された後のベースバンド信号を復調することを特徴とする受信装置。
13. 送信装置が予め規定された複数の伝送ビットレートの中から選択した伝送ビットレートを使用してデータ伝送を行うスペクトラム拡散通信システムの受信装置であって、
    請求項１〜３のいずれか一つに記載のタイミング再生装置と、前記タイミング再生装置の基準クロック生成手段により生成されたクロックを基準として前記タイミング再生装置の信号抽出手段により抽出されたベースバンド信号をラッチするラッチ手段と、を含み、前記タイミング再生装置が、さらに、前記基準クロック生成手段により得られた電力値に基づいて自身が生成するクロックの信頼度を算出する受信処理ブロック、
    を前記伝送ビットレート毎に備え、
    さらに、
    前記各タイミング再生装置が算出した信頼度に基づいて、前記各受信処理ブロックによる受信処理結果の中から送信装置が選択した伝送ビットレートに対応した受信処理結果を選択する受信処理結果選択手段、
    を備えることを特徴とする受信装置。
14. 送信装置が予め規定された複数の伝送ビットレートの中から選択した伝送ビットレートを使用してデータ伝送を行うスペクトラム拡散通信システムの受信装置であって、
    請求項１〜３のいずれか一つに記載のタイミング再生装置と、前記タイミング再生装置の基準クロック生成手段により生成されたクロックを基準として前記タイミング再生装置の信号抽出手段により抽出されたベースバンド信号をラッチするラッチ手段と、を含み、前記タイミング再生装置が、さらに、前記基準クロック生成手段により得られた電力値に基づいて自身が生成するクロックの信頼度を算出することとし、前記予め規定された伝送ビットレートのそれぞれに対応した処理を所定期間にわたって順番に実行する受信処理ブロックと、
    前記タイミング再生装置が算出した各伝送ビットレートに対応した信頼度に基づいて、送信装置が選択した伝送ビットレートを特定する伝送ビットレート特定手段と、
    を備え、
    前記伝送ビットレート特定手段が伝送ビットレートを特定した場合、前記受信処理ブロックは、以降、当該特定された伝送ビットレートに対応した処理を実行することを特徴とする受信装置。
15. 送信装置が予め規定された複数の伝送ビットレートの中から選択した伝送ビットレートを使用してデータ伝送を行うスペクトラム拡散通信システムの受信装置であって、
    請求項４〜６のいずれか一つに記載のタイミング再生装置と、前記タイミング再生装置の基準クロック生成手段により生成されたクロックを基準として前記タイミング再生装置の信号抽出手段により抽出されたベースバンド信号をラッチするラッチ手段と、を含み、前記タイミング再生装置が、さらに、前記基準クロック生成手段により得られた差分値に基づいて自身が生成するクロックの信頼度を算出する受信処理ブロック、
    を前記伝送ビットレート毎に備え、
    さらに、
    前記各タイミング再生装置が算出した信頼度に基づいて、前記各受信処理ブロックによる受信処理結果の中から送信装置が選択した伝送ビットレートに対応した受信処理結果を選択する受信処理結果選択手段、
    を備えることを特徴とする受信装置。
16. 送信装置が予め規定された複数の伝送ビットレートの中から選択した伝送ビットレートを使用してデータ伝送を行うスペクトラム拡散通信システムの受信装置であって、
    請求項４〜６のいずれか一つに記載のタイミング再生装置と、前記タイミング再生装置の基準クロック生成手段により生成されたクロックを基準として前記タイミング再生装置の信号抽出手段により抽出されたベースバンド信号をラッチするラッチ手段と、を含み、前記タイミング再生装置が、さらに、前記基準クロック生成手段により得られた差分値に基づいて自身が生成するクロックの信頼度を算出することとし、前記予め規定された伝送ビットレートのそれぞれに対応した処理を所定期間にわたって順番に実行する受信処理ブロックと、
    前記タイミング再生装置が算出した各伝送ビットレートに対応した信頼度に基づいて、送信装置が選択した伝送ビットレートを特定する伝送ビットレート特定手段と、
    を備え、
    前記伝送ビットレート特定手段が伝送ビットレートを特定した場合、前記受信処理ブロックは、以降、当該特定された伝送ビットレートに対応した処理を実行することを特徴とする受信装置。
17. 前記基準クロック生成手段は、
    前記抽出されたベースバンド信号を電力値へ変換する電力変換手段と、
    複数の情報保持部を含み、前記電力値に対して、当該複数の情報保持部で保持している情報の中の最も古い情報に忘却係数を乗算して得られた値を加算し、当該加算結果を前記最も古い情報に代えて保持しておく巡回加算手段と、
    所定の周期毎に、その時点で前記巡回加算手段が保持している複数の情報の中の最大値と、当該最大値が当該複数の情報の中で何番目に取得した加算結果なのかを示す順番情報と、を検出する情報検出手段と、
    前記順番情報に基づいて前記クロックを生成するクロック生成手段と、
    前記電力値および前記予め規定された各伝送ビットレートの周波数成分に基づいて前記クロックの信頼度を算出する信頼度情報算出手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１３または１４に記載の受信装置。
18. 前記基準クロック生成手段は、
    前記抽出されたベースバンド信号を電力値へ変換する電力変換手段と、
    複数の情報保持部を含み、前記電力値に対して、当該複数の情報保持部で保持している情報の中の最も古い情報に忘却係数を乗算して得られた値を加算し、当該加算結果を前記最も古い情報に代えて保持しておく巡回加算手段と、
    所定の周期毎に、その時点で前記巡回加算手段が保持している複数の情報の中の最大値と、当該最大値が当該複数の情報の中で何番目に取得した加算結果なのかを示す順番情報と、を検出し、さらに、当該複数の情報についての平均値を算出する最大値平均値検出手段と、
    前記順番情報に基づいて前記クロックを生成するクロック生成手段と、
    前記最大値または前記最大値の二乗値、および前記平均値に基づいて、前記クロックの信頼度を算出する信頼度情報算出手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１３または１４に記載の受信装置。
19. 前記基準クロック生成手段は、
    前記抽出されたベースバンド信号と前回抽出されたベースバンド信号との差分を抽出する差分抽出手段と、
    複数の情報保持部を含み、前記差分値に対して、当該複数の情報保持部で保持している情報の中の最も古い情報に忘却係数を乗算して得られた値を加算し、当該加算結果を前記最も古い情報に代えて保持しておく巡回加算手段と、
    所定の周期毎に、その時点で前記巡回加算手段が保持している複数の情報の中の最大値と、当該最大値が当該複数の情報の中で何番目に取得した加算結果なのかを示す順番情報と、を検出する情報検出手段と、
    前記順番情報に基づいて前記クロックを生成するクロック生成手段と、
    前記差分値および前記予め規定された各伝送ビットレートの周波数成分に基づいて前記クロックの信頼度を算出する信頼度情報算出手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１５または１６に記載の受信装置。
20. 前記基準クロック生成手段は、
    前記抽出されたベースバンド信号と前回抽出されたベースバンド信号との差分を抽出する差分抽出手段と、
    複数の情報保持部を含み、前記差分値に対して、当該複数の情報保持部で保持している情報の中の最も古い情報に忘却係数を乗算して得られた値を加算し、当該加算結果を前記最も古い情報に代えて保持しておく巡回加算手段と、
    所定の周期毎に、その時点で前記巡回加算手段が保持している複数の情報の中の最大値と、当該最大値が当該複数の情報の中で何番目に取得した加算結果なのかを示す順番情報と、を検出し、さらに、当該複数の情報についての平均値を算出する最大値平均値検出手段と、
    前記順番情報に基づいて前記クロックを生成するクロック生成手段と、
    前記最大値または前記最大値の二乗値、および前記平均値に基づいて、前記クロックの信頼度を算出する信頼度情報算出手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１５または１６に記載の受信装置。
21. さらに、
    前記最大値に基づいて前記ラッチされた信号の振幅レベルを補正する補正手段、
    を備えることを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか一つに記載の受信装置。
22. 前記所定の周期を伝送データのビット周期とすることを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか一つに記載の受信装置。

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