JP2012165208A - スペクトラム拡散信号同期受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受信信号の捕捉時間を最小限に抑え、かつ回路構成が簡易な相関回路を提供する。
【解決手段】コードレジスタ10は送信に使用した既知ＰＮコードを格納している。入力データメモリ12は１回受信したスペクトラム拡散信号を格納する。周波数オフセット部14は、入力データメモリに格納されているスペクトラム拡散信号について、指定された周波数オフセット毎に周波数変換を行う。相関処理回路11は、既知ＰＮコードと周波数オフセット毎に周波数オフセット部から出力されるデータとの相関処理を行う。ピーク検出回路13は、周波数オフセット毎に相関処理されたデータの中から相関値のピーク検出処理を行い、ＰＮコード初期位相情報と搬送波周波数ずれ量情報を生成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、スペクトラム拡散信号同期受信装置、特に、衛星等から送信されてくる直接拡散方式のスペクトラム拡散信号を送信側と同期して受信するスペクトラム拡散信号同期受信装置に関する。

スペクトラム拡散信号を受信復調する場合には、相関器を用いてＰＮ（Pseudorandom Noise）コードの位相を検出して、受信したスペクトラム拡散信号の同期捕捉を行う。相関器は、ＰＮコード長にて決定される帯域にて、受信されたスペクトラム拡散信号とＰＮコードを積分することにより相関処理を実施する。相関処理とは相関値（類似性）を算出するための処理をいう。

受信されたスペクトラム拡散信号について、送信側と受信側とで搬送波周波数のずれがない場合には相関値が最大となり、ずれている場合には、ずれ量に応じて相関値が減少する。例えば、ＧＰＳでは、衛星の移動により衛星と受信機との間の距離が変化するので、ドップラ効果により搬送波周波数の大きなずれが発生する。そして、ＰＮコード周期と同一周期となるような搬送波周波数のずれ量が発生した場合には相関値はなくなる。

このため、搬送波周期のずれ量がＰＮコード長の1/3程度の範囲内で受信信号が入力されない場合には、搬送波周波数成分により相関値が打ち消され、ＰＮコードの位相を検出できない状態となる。そこで、受信信号が相関器に入力する前の搬送波周波数の情報をドップラ補償、即ちドップラ効果を考慮した周波数制御等により算出して、捕捉可能範囲以内の搬送波周波数を有する受信信号を入力する必要性があった。

図５は、周知の相関器の要所を示すブロック図である。この相関器は、周波数変換器から出力される受信データｃ（ＰＮコード成分および搬送波成分）を入力データメモリ12に格納し、入力データメモリ12から読み出したＰＮコード成分および搬送波成分ｊと、コードレジスタ10に保持している既知ＰＮコードｉとを相関処理回路11において相関処理することによりＰＮコード初期位相情報ｅを出力する。既知ＰＮコードｉは送信側と同じＰＮコードである。

相関処理はＰＮコード長により行うため、入力データメモリ12に入力される受信データｃにおける搬送波周波数のずれによる搬送波周期のずれ量をＰＮコード長の1/3の範囲内に追い込むことで、入力されるＰＮコード初期位相情報ｅが検出される。ＰＮコード長の1/3の範囲外の搬送波周波数のずれ量が入力された場合には、搬送波ずれ量に応じてＰＮコードの相関値が現象し、ＰＮコード初期位相ｅの検出が困難となる。

また、相関器の前段に周波数変換器を設け、相関器と周波数変換器を連動させることにより捕捉範囲を拡大することが可能となる。しかし、連動させる仕組みが必要となり全体構成が増加することと、周波数変換毎に相関器へＰＮコードデータを格納させるリタイミング時間が必要となるため、複数回のシーケンスを流す必要があり、受信信号の捕捉時間が増大する要因となる。

そこで、回路構成が簡単で回路規模も小さくするために、ＰＮコード相関部を複数設け、受信信号に対して、複数のＰＮコード位相値算出部および搬送波周波数算出部から推定した中で、最大ピーク値が得られる箇所がＰＮコード位相値となり、最大値ピークから得られる位相情報をさらに複数サンプルすることにより、搬送波周波数情報を算出するようにしたスペクトラム直接拡散信号受信装置および同期捕捉回路が開示されている。しかし、この技術では、相関部を複数設けているため回路規模が大きいことが推測でき、搬送波周波数情報も相関結果を複数サンプルすることにより求められるので捕捉時間も長いと思われる。

また、受信機の発振器で再生される搬送波に存在する周波数オフセット量を早く低減するために、ベースバンド信号に対し拡散符号との相関をとった複素相関ベクトルを１シンボル内で複数のブロックに分割したブロック相関ベクトルに基づいて、搬送波の周波数誤差情報を得て積分し、積分値に応じて積分区間を変化させながら、積分値に基づいて搬送波の周波数を補正するようにしたスペクトラム拡散受信機も知られている。しかし、この技術では、複数のブロックについて処理することが必要であるため、受信信号の捕捉に時間がかかることが推測できる。

特開平10-28076号公報 特開2001-102961号公報

解決しようとする問題点は、受信信号の捕捉時間を最小限に抑え、かつ回路構成が簡易な相関回路が得難いということである。

本発明は、１回分の受信スペクトラム拡散信号に搬送波周波数オフセットを加えて、その度に周波数変換して相関処理を行うことを最も主要な特徴とする。

本発明のスペクトラム拡散信号同期受信装置は、スペクトラム拡散信号を１回受信してメモリに格納し、搬送波周波数オフセットを加えて、その度に周波数変換して相関処理を行い、相関値のピーク位相からＰＮコード位相情報と搬送波周波数ずれ量情報を算出するという構成を採用したため、単純な構成で、かつ捕捉時間を最小限に抑えながら搬送波捕捉範囲を拡大することができるという利点を有する。

図１は本発明のスペクトラム拡散信号同期受信装置のブロック図である。 図２は相関器４の要所を示すブロック図である。 図３は相関器４における処理を示すフローチャートである。 図４は本発明における相関処理結果の例を示すイメージ図である。 図５は周知の相関器の要所を示すブロック図である。

本発明は、１回分の受信データからスペクトラム拡散信号の搬送波信号捕捉範囲を拡大する。即ち、受信したスペクトラム拡散信号について、搬送波周波数オフセットを加え、その度に既知ＰＮコードとの相関処理を行うことにより、１回分の受信データのみで搬送波周波数捕捉範囲の拡大が可能となる。以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明のスペクトラム拡散信号同期受信装置のブロック図である。アンテナ１から入力されたスペクトラム拡散信号ａは、ＬＮＡ（Low Noise AMP）２に入力され増幅される。周波数変換器３は、増幅されたスペクトラム拡散信号ｂをダウンコンバートし中間周波数のスペクトラム拡散信号（受信データ）ｃに変換する。

相関器４は、周波数変換されたスペクトラム拡散信号ｃに、複数の搬送波周波数オフセットｄを加えて周波数変換して、その度に、内蔵している既知ＰＮコードとの相関処理によりＰＮコード初期位相情報ｅと周波数ずれ量情報ｆを算出する。周波数オフセットｄは、周波数変換器３にて周波数変換された後の搬送波周期の1/3程度の値をXとし、この例では、-2X,-X,0,+X,+2Xの５つの値に１対１対応の周波数とされていて、スペクトラム拡散信号ｃの周波数に加えられる。

ＰＮコード発生器５はＰＮコード初期位相情報ｅに同期したＰＮコードｇを発生し、ＰＮコード同期回路６は、このＰＮコードｇとスペクトラム拡散信号ｃを掛け合わせることによりＰＮコードの同期（逆拡散）を行なう。この結果、スペクトラム拡散が取り除かれた状態となり、順次に、搬送波同期回路７、ビット同期回路８およびデータ再生回路９を経由して受信処理を終える。搬送波同期回路７は、逆拡散された受信信号ｈを搬送波周波数ずれ量情報ｆにより復調し、ビット同期回路８は復調された受信信号のビット切り分けを行い、データ再生回路９は２値情報の判定を行うことにより最終的にデータを再生する。

図２は相関器４の要所を示すブロック図である。相関器４は、図５に示した従来の相関器に、ピーク検出回路13と周波数オフセット部14を追加したものである。周波数オフセット部14は、入力データメモリ12に格納されているスペクトラム拡散信号ｊについて、指定された周波数オフセットｄ毎に周波数変換を行う。相関処理回路11は、既知ＰＮコードｉと、周波数オフセットｄ毎に周波数オフセット部13から出力される５回分のデータｋとの相関処理を行う。

ピーク検出回路13は、周波数オフセットｄ毎に相関処理された５回分のデータｌの中から相関値のピーク検出処理を行い、搬送波周波数ずれ量情報ｆとＰＮコード初期位相情報ｅを生成する。ＰＮコード初期位相情報ｅはＰＮコード発生器５、搬送波周波数ズレ量情報ｆは搬送波同期回路７へそれぞれ供給される。

図３は、相関器４における処理を示すフローチャートである。コードレジスタ10には、送信に使用される既知のＰＮコードが予め格納されている。また、周波数オフセット部14には、周波数オフセットｄが供給されている。

先ず、入力データメモリ12に、周波数変換器３からのスペクトラム拡散信号ｃを格納する（図３のステップＳ１）。スペクトラム拡散信号ｃは１回の受信信号に対応するものであり、ＰＮコード成分と搬送波成分とを含んでいる。次に、入力データメモリ12に格納されているスペクトラム拡散信号ｊに対して、-2X,-X,0,+X,+2Xのそれぞれにより以下の処理を行う。

周波数オフセット部14は、例えば、先ず-2Xから周波数オフセット処理（周波数変換）を行ない（ステップＳ２）、相関処理回路11は、周波数オフセット処理されたスペクトラム拡散信号（データｋ）と既知ＰＮコードｉと乗算することにより相関処理を行う（ステップＳ３）。相関処理においては、周知のように、既知ＰＮコードｉの位相を変えながら乗算し、そのデータｌによりピーク検出回路13が相関値のピークを検出する（ステップＳ４）。

ピーク検出回路13は、相関処理中の周波数オフセットとピークを検出したときの既知ＰＮコードｉの位相を格納するが（ステップＳ６）、５回（-2X,-X,0,+X,+2X）の処理中に、格納している相関値が超えた場合には、その時の周波数オフセットと得られたピーク検出位相で更新する（ステップＳ５，Ｓ６）。そして、５回の処理を終えると（ステップＳ７）、ピーク検出回路13は、得られた既知ＰＮコードｉの位相をＰＮコード初期位相情報ｅとしてＰＮコード発生器５へ、また周波数オフセットを搬送波周波数ずれ量情報ｆとして搬送波同期回路７へそれぞれ出力する。

図４は本発明における相関処理結果の例を示すイメージ図である。図４において、Ｘ軸が搬送波の周波数オフセット、Ｚ軸がＰＮコード位相、Ｙ軸が相関値を示している。１つのＹＺ面は、１つの周波数オフセットによる相関処理により得られる相関処理結果である。このようなＹＺ面が５つの搬送波の周波数オフセット毎に得られ、それらのＹＺ面の中で相関値が最も高いピーク位置から得られるＺ軸の値がＰＮコード初期位相情報ｅ、その時のＸ軸の値が搬送波周波数ずれ量情報ｆとして算出される。よって、搬送波周波数ずれ量情報ｆが搬送波信号の捕捉範囲を拡大したものとなる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）１回受信したスペクトラム拡散信号に複数の搬送波周波数オフセットを加え、その度に周波数変換して既知ＰＮコードとの相関処理を行い、得られた相関値のピーク位相からＰＮコード位相情報と搬送波周波数ずれ量情報を算出することを特徴とする直接拡散方式のスペクトラム拡散信号同期受信装置。

（付記２）１回受信したスペクトラム拡散信号に複数の搬送波周波数オフセットを加えて周波数変換し、その度に、内蔵している既知ＰＮコードとの相関処理によりＰＮコード初期位相情報と周波数ずれ量情報を算出する相関器と、前記ＰＮコード初期位相情報によりＰＮコードを発生するＰＮコード発生器と、前記ＰＮコード発生器が発生したＰＮコードと前記スペクトラム拡散信号を掛け合わせることによりＰＮコードの同期（逆拡散）を行なうＰＮコード同期回路と、前記逆拡散された受信信号を前記搬送波周波数ずれ量情報により復調する搬送波同期回路を有することを特徴とする直接拡散方式のスペクトラム拡散信号同期受信装置。

（付記３）前記相関器は、送信に使用した既知ＰＮコードを格納しているコードレジスタと、１回受信したスペクトラム拡散信号を格納する入力データメモリと、前記入力データメモリに格納されているスペクトラム拡散信号について、指定された周波数オフセット毎に周波数変換を行う周波数オフセット部と、前記既知ＰＮコードと、前記周波数オフセット毎に周波数オフセット部から出力されるデータとの相関処理を行う相関処理回路と、前記周波数オフセット毎に相関処理されたデータの中から相関値のピーク検出処理を行い、前記ＰＮコード初期位相情報と前記搬送波周波数ずれ量情報を生成するピーク検出回路有することを特徴とする付記２に記載のスペクトラム拡散信号同期受信装置。

（付記４）前記搬送波周波数オフセットは、搬送波周期の1/3程度の値の正負整数倍対応の複数周波数とされることを特徴とする付記１〜付記３に記載のスペクトラム拡散信号同期受信装置。

１ アンテナ
２ ＬＮＡ（Low Noise AMP）
３ 周波数変換器
４ 相関器
５ ＰＮコード発生器
６ ＰＮコード同期回路
７ 搬送波同期回路
８ ビット同期回路
９ データ再生回路
10 レジスタ
11 相関処理回路
12 入力データメモリ
13 ピーク検出回路

Claims (4)

1. １回受信したスペクトラム拡散信号に複数の搬送波周波数オフセットを加え、その度に周波数変換して既知ＰＮコードとの相関処理を行い、得られた相関値のピーク位相からＰＮコード位相情報と搬送波周波数ずれ量情報を算出することを特徴とする直接拡散方式のスペクトラム拡散信号同期受信装置。
2. １回受信したスペクトラム拡散信号に複数の搬送波周波数オフセットを加えて周波数変換し、その度に、内蔵している既知ＰＮコードとの相関処理によりＰＮコード初期位相情報と周波数ずれ量情報を算出する相関器と、
   前記ＰＮコード初期位相情報によりＰＮコードを発生するＰＮコード発生器と、
   前記ＰＮコード発生器が発生したＰＮコードと前記スペクトラム拡散信号を掛け合わせることによりＰＮコードの同期（逆拡散）を行なうＰＮコード同期回路と、
   前記逆拡散された受信信号を前記搬送波周波数ずれ量情報により復調する搬送波同期回路を有することを特徴とする直接拡散方式のスペクトラム拡散信号同期受信装置。
3. 前記相関器は、
   送信に使用した既知ＰＮコードを格納しているコードレジスタと、
   １回受信したスペクトラム拡散信号を格納する入力データメモリと、
   前記入力データメモリに格納されているスペクトラム拡散信号について、指定された周波数オフセット毎に周波数変換を行う周波数オフセット部と、
   前記既知ＰＮコードと、前記周波数オフセット毎に周波数オフセット部から出力されるデータとの相関処理を行う相関処理回路と、
   前記周波数オフセット毎に相関処理されたデータの中から相関値のピーク検出処理を行い、前記ＰＮコード初期位相情報と前記搬送波周波数ずれ量情報を生成するピーク検出回路有することを特徴とする請求項２に記載のスペクトラム拡散信号同期受信装置。
4. 前記搬送波周波数オフセットは、搬送波周期の1/3程度の値の正負整数倍対応の複数周波数とされることを特徴とする請求項１〜請求項３に記載のスペクトラム拡散信号同期受信装置。

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