JP2929232B2 - スペクトラム拡散信号の復調方法及び装置 - Google Patents

スペクトラム拡散信号の復調方法及び装置

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はスペクトラム拡散信号の復調装置に関し、殊
にドップラ効果、又は送信側発振器の周波数変動等によ
る受信信号の搬送波周波数の変化が生じた場合であって
も、これを補償して正確に復調すべき情報データを得る
ことが可能なスペクトラム拡散信号の復調方法及びその
ための装置に関する。
(従来技術) スペクトラム拡散通信方式は比較的広い周波数帯域に
伝送すべき情報信号を拡散して伝送するため単位周波数
当たりの伝送電力が小さく、他の通信に対して妨害を与
えることが殆どないのみならず、外部雑音の影響を受け
にくい点及び秘匿性に優れる点等に多くの特徴がある。
無線通信路を介してスペクトラム拡散通信を行う方法
としては第4図に示すものが一般的である。
即ち、この通信方法は送信側Tでは発振器1で周波数
f0の搬送波を生成すると共に、乗算器2を使用して伝送
すべき情報データDを前記搬送波で変調し、乗算器3を
使用してその変調信号を所要ビット長の疑似雑音(以
下、PN系列と称する)で乗積変調することによって前記
情報データDをスペクトラム拡散した後、無線通信路を
介して受信側Rに送出する。
一方、受信側Rでは局部発振器4で周波数fLのローカ
ル信号を発生せしめると共に、PN系列発生器5で送信側
Tに於いて使用したものと同一のPN系列を発生せしめ、
送信側Tから送致されたスペクトラム拡散信号と前記ロ
ーカル信号とをミキサ6で周波数混合することによって
前記スペクトラム拡散信号を周波数f0−fL(以下、中間
周波数fIと称する)の中間周波信号に変換した後、デー
タ復調部7及び遅延ロックループ回路(以下、DLLと称
する)8各々に出力する。データ復調部7は乗算器9を
使用して前記PN系列で中間周波信号を逆拡散すると共
に、その逆拡散せしめた信号から前記情報データDの伝
送速度に基づく帯域幅で、その中心周波数がfIの信号成
分をバンドパスフィルタ10で抽出した後、その抽出信号
を検波器11で包絡線検波し、周波数fIのキャリア成分を
除去することによって元の情報データDを復調する。
又、受信側Rはレベル検出器12を使用して前記情報デー
タの絶対値を求めると共に、この絶対値信号を情報デー
タのデータ周期毎に積分してその信号レベルが所定値を
越えたか否かを判断し、そのレベルが所定値を越えるま
でPN系列発生器5が発生するをPN系列を1ビットシフト
して送信側T及び受信側R各々に於いて使用するPN系列
を互いに同期せしめる。更に、この方法で送信側TのPN
系列と受信側RのPN系列との同期をとった後、受信側R
はDLL8を使用してこの同期状態を保持するように、例え
ばPN系列発生器5が発生せしめるPN系列のシフトロック
周波数を調整する。
しかし、上述のような復調方法では送信側、又は受信
側或いは両方が高速で移動する場合ドップラ効果により
受信信号の周波数が変化し、該受信信号をPN系列で逆拡
散した信号の周波数が前記バンドパスフィルタの通過帯
域を外れて結果的に元の情報データを復調することがで
きないと云う問題があった。又、同様の問題は送信側に
於いて生成する搬送波、または受信側に於いて生成する
ローカル信号の周波数に変動がある場合にも発生し、特
に情報データの伝送速度が遅く、且つ搬送波の周波数が
極めて高い場合に顕著であった。更に、この問題を解決
する方法としてドップラ効果等による搬送波の周波数変
動を加味して前記バンドパスフィルタの通過帯域を広く
することが考えられるが、その分S/Nが悪化するため実
用的ではない。
従来、この問題を解決する方法としては第5図に示す
ように、送信側Tでは情報データを送信するための搬送
波とは別に連続波CWを送信する。一方、受信側Rではこ
の連続波CWの受信周波数を観測するためのドップラ検出
器13を設け、その観測周波数と規定周波数との差に基づ
いて局部を発振器4が発生せしめるローカル信号の周波
数を補正してPN系列で逆拡散した信号の周波数が常にバ
ンドパスフィルタの中心周波数fIになるようにしてい
た。
しかしながら、上述のスペクトラム拡散信号通信方式
では情報データを通信するための送信機及び受信機以外
にドップラ効果等の影響を測定するための送信機及び受
信機が必要なため装置が非常に複雑高価となるばかりで
なく、周波数利用効率が悪化すると云う欠点があった。
(発明の目的) 本発明は上述した如きドップラ効果、又は送信側の搬
送周波数の変動等を伴う場合のスペクトラム拡散通信方
式の問題点を解決するためになされたものであって、装
置の大型化を伴わずしかも周波数の利用効率を疎外する
ことなく元の情報データを得ることが可能なスペクトラ
ム拡散信号の復調方法及びそのための装置を提供するこ
とを目的とする。
(発明の概要) 上述の目的を達成するため、本発明に於いては以下の
如き手段を講ずる。
伝送すべき情報データをPN系列でスペクトラム拡散
し、更に周波数f0の搬送波に重畳して送信された信号を
復調する装置に於いて、受信信号を中間周波信号に変換
する手段と、該中間周波信号を前記PN系列で逆拡散する
手段と、該逆拡散した信号のスペクトル成分の最大値及
びそのスペクトル成分の周波数値を求める手段と、前記
スペクトル成分の最大値が所定値を越えることを検出す
る手段と、前記スペクトル成分の最大レベルが所定値を
越えるまでは、タイミング発生回路がタイミング値を変
化して前記PN系列をずらし、前記スペクトル成分の最大
レベルが所定値を越えたときタイミング発生回路がタイ
ミング値を固定することによって送信間のPN系列の同期
をとる手段と、前記スペクトル成分の周波数値に基づく
前記搬送波の周波数偏移量、又は中間周波信号の周波数
偏移量を求めて前記逆拡散した信号の周波数の偏移量を
補正する手段とを具える。
(実施例) 以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。
第1図は本発明に係るスペクトラム拡散信号の復調装
置を示す構成図である。尚、送信側は第4図に示したも
のと違いがないので、ここでは説明を省略する。
同図に於いてWは復調装置であって、周波数fLのロー
カル信号を発生せしめる局部発振器4、及び送信側と同
一のPN系列を発生せしめるPN系列発生器5を具えると共
に、送信側から送致された搬送周波数f0のスペクトラム
拡散信号Sと前記周波数fLのローカル信号とをミキサ6
で周波数混合して該スペクトラム拡散信号Sを周波数fI
の中間周波信号に変換し、その中間周波信号をデータ復
調部7及びDLL8の入力端子に夫々供給する。データ復調
部7は上述した従来のものと同様に乗算器9、バンドパ
スフィルタ10及び検波器11を具え、それ等は前記中間周
波信号から元の情報データDを復調するように接続す
る。DLL8も上述したものと同様に送信側のPN系列とPN系
列発生器5のPN系列との同期状態を保持するように、例
えばPN系列発生器5が発生せしめるPN系列のシフトクロ
ック周波数を調整するように接続する。又、復調装置W
は乗算器9が中間周波信号をPN系列で逆拡散せしめた信
号を同期捕捉部14に供給して、該同期捕捉部14から制御
信号を補正回路15を介して局部発振器4の入力端子に、
又同期捕捉部14から検出信号をタイミング発生回路16を
介してPN系列発生器5の入力端子に夫々供給するように
接続する。更に、同期捕捉部14は周波数fIのローカル信
号を発生せしめる局部発振器17を具え、前記逆拡散信号
と該周波数fIのローカル信号とをミキサ18で周波数混合
して前記逆拡散信号をベースバンド信号に変換した後、
サンプリング定理に基づいてエイリアジングを除去する
ためのローパスフィルタ19を介して前記タイミング発生
回路16のサンプリング信号に基づいて前記ベースバンド
信号をデジタル信号に変換するA/D変換器20に供給し、
そのデジタル信号Fast Fourier Transform(以下、FFT
と称する)21を介して判定回路22に供給することによっ
て前記制御信号及び検出信号を出力するように構成す
る。
このように構成する復調装置Wは以下のように動作す
る。
即ち、復調装置Wは同期捕捉部14が情報データDのデ
ータ周期毎に前記逆拡散信号のデジタル信号からドップ
ラ効果等の影響によって生じる周波数偏移△fdを許容し
うる周波数帯域Bxに於いて該逆拡散信号の周波数スペク
トルを求め、各周波数のスペクトル毎にそのレベルが所
定値を越えたか否かを判定回路22で検出し、判定回路22
は前記レベルが所定値を越えるまで検出信号を出力して
PN系列発生器5が発生するPN系列を1ビットシフトせし
めて送信側と受信側のPN系列とを互いに同期せしめる。
又、判定回路22は前記所定値を越えたスペクトルの周波
数値を制御信号として補正回路15に供給し、前記逆拡散
信号の周波数が常にバンドパスフィルタ10の中心周波数
fIになるように局部発振器4の発振周波数を調整する。
尚、前記周波数偏移△fdを許容しうる周波数帯域Bxは送
信側と受信側との間の最大相対速度をυmax[m/s]、光
の速度をc[m/s]とすれば次式の如く求めることがで
きる。
Bx≧2・υmax・f0/c[Hz] 従って、この復調装置Wによればドップラ効果等の影
響を受けて受信周波数が変化して前記逆拡散信号の周波
数がバンドパスフィルタ10の通過帯域を外れても逆拡散
信号の最大値を検出することができるから、常に送信側
と受信側のPN系列系列とを互いに同期せしめることがで
き、又バンドパスフィルタ10の通過帯域を広げることな
く逆拡散信号の周波数が常にバンドパスフィルタ10の中
心周波数fIになるように局部発振器4の発振周波数を調
整するから、S/Nを劣化せしめることなく元の情報デー
タを復調することができる。
又、第2図は本願発明の変形実施例であって、ミキサ
23、移相器、ローパスフィルタ25、A/D変換器26を第1
図に示した同期捕捉部14に設けて前記周波数f1のローカ
ル信号の位相をπ/2[rad]遅延せしめた信号と前記逆
拡散信号とをミキサ23で周波数混合して逆拡散信号をベ
ースバンド信号に変換した後、サンプリング定理に基づ
いてエイリアジングを除去するためのローパスフィルタ
25を介して前記タイミング発生回路16のサンプリング信
号に基づいて前記ベースバンド信号をデジタル信号に変
換するA/D変換器26に供給すると共に、そのデジタル信
号を、及び前記A/D変換器20によって変換したデジタル
信号を夫々FFT21を介して判定回路22に供給することに
よって前記制御信号及び検出信号を出力するように構成
する。
この復調装置Wによれば、ベースバンドに於ける該逆
拡散信号の実数項成分と虚数項成分とを夫々求めた後、
周波数スペクトルを求めるから、局部発振器17のローカ
ル信号と逆拡散信号との位相差に拘らず前記周波数スペ
クトル成分のレベルを一定にすることができ、判定回路
22の判断を正確にする上で都合が良いであろう。
尚、上述の実施例に於いては送信側から送致されたス
ペクトラム拡散信号の搬送周波数を中間周波信号に変換
した後に逆拡散操作を行って逆拡散信号から元の情報デ
ータを復調、又は逆拡散信号をA/D変換したが、本発明
はこれに限る必要はない。例えば、第3図に示すように
スペクトラム拡散信号Sに対して直接逆拡散操作を行っ
て逆拡散信号から元の情報データを復調、又は逆拡散信
号をA/D変換しても良い。即ち、本発明は少なくとも逆
拡散信号のスペクトル成分の最大レベルが所定値を越え
ることを検出して送受信間のPN系列の同期をとる手段、
又は前記最大レベルのスペクトル成分周波数値からドッ
プラ効果等によって変化する受信信号の搬送周波数等を
補正する手段の何れかを具えれば上述の実施例に限る必
要がないことは自明であろう。
(発明の効果) 本発明は以上説明したように、スペクトラム拡散信号
を復調する際に、逆拡散したスペクトラム拡散信号のス
ペクトル成分を求めた後、その最大レベルを検出して送
信側と受信側のPN系列とを互いに同期せしめ、又最大レ
ベルの前記スペクトル成分の周波数値からドップラ効果
等によって変化する受信信号の搬送周波数等を補正する
ようにしたので、ドップラ効果等の影響を受けて受信周
波数等が変化してもS/Nを悪化させることなく復調すべ
き情報データを得ることが可能なスペクトラム拡散信号
の復調方法及びそのための装置を提供する上で著効を奏
する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す図、第2図及び第3図
は本発明の変形実施例を示す図、第4図及び第5図は従
来のスペクトラム拡散通信方法を説明する図である。 4、17……局部発振器、5……PN系列発生器、6、18…
…ミキサ、7……データ復調部、8……DLL、9……乗
算器、10……バンドパスフィルタ、11……検波器、14…
…同期捕捉部、15……補正回路、16……タイミング発生
回路、19……ローパスフィルタ、20……A/D変換器、21
……FFT、22……判定回路。

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】伝送すべき情報データをPN系列でスペクト
    ラム拡散し、更に周波数f0の搬送波に重畳して送信され
    た信号を復調する方法に於いて、受信信号を前記PN系列
    で逆拡散した後、該逆拡散信号のスペクトル成分を求
    め、該スペクトル成分の最大レベルが所定値を越えるま
    では、タイミング発生回路がタイミング値を変化して前
    記PN系列をずらし、前記逆拡散信号のスペクトル成分の
    最大レベルが所定値を越えたときタイミング発生回路が
    タイミング値を固定することによって、送受信間のPN系
    列の同期をとることを特徴とするスペクトラム拡散信号
    の復調方法。
  2. 【請求項2】伝送すべき情報データをPN系列でスペクト
    ラム拡散し、更に周波数f0の搬送波に重畳して送信され
    た信号を復調する方法に於いて、受信信号を局部発振器
    周波数flでミキシングした信号に、前記PN系列の符号を
    乗算して逆拡散した後、逆拡散信号のスペクトル成分を
    求め、その最大レベルのスペクトル成分周波数値からド
    ップラ効果、又は送信側発振器の周波数変動等による受
    信信号の搬送周波数の変化量を検出し、該変化量に基づ
    いて局部発振器周波数fLを補正したことを特徴とするス
    ペクトラム拡散信号の復調方法。
  3. 【請求項3】伝送すべき情報データをPN系列でスペクト
    ラム拡散し、更に周波数f0の搬送波に重畳して送信され
    た信号を復調する方法に於いて、受信信号を中間周波信
    号に変換すると共に前記PN系列で逆拡散した後、該逆拡
    散信号のスペクトル成分を求め、該スペクトル成分の最
    大レベルが所定値を越えるまでは、タイミング発生回路
    がタイミング値を変化して前記PN系列をずらし、前記逆
    拡散信号のスペクトル成分の最大レベルが所定値を越え
    たときタイミング発生回路がタイミング値を固定するこ
    とによって、送受信間のPN系列の同期をとることを特徴
    とするスペクトラム拡散信号の復調方法。
  4. 【請求項4】伝送すべき情報データをPN系列でスペクト
    ラム拡散し、更に周波数f0の搬送波に重畳して送信され
    た信号を復調する装置に於いて、受信信号を局部発振器
    周波数fLでミキシングした信号に、前記PN系列の符号を
    乗算して逆拡散を行う手段と、該逆拡散した信号のスペ
    クトル成分の最大値及びそのスペクトル成分の周波数値
    を求める手段と、前記スペクトル成分の最大値が所定値
    を越えることを検出する手段と、前記スペクトル成分の
    最大レベルが所定値を越えるまでは、タイミング発生回
    路がタイミング値を変化して前記PN系列をずらし、前記
    スペクトル成分の最大レベルが所定値を越えたときタイ
    ミング発生回路がタイミング値を固定することによって
    送受信間のPN系列の同期をとる手段と、前記スペクトル
    成分の周波数値に基づく前記搬送波の周波数偏移量を求
    めて該偏移量に基づいて前記局部発振器周波数fLを補正
    する手段とを具えたことを特徴とするスペクトラム拡散
    信号の復調装置。
  5. 【請求項5】伝送すべき情報データをPN系列でスペクト
    ラム拡散し、更に周波数f0の搬送波に重畳して送信され
    た信号を復調する装置に於いて、受信信号を局部発振器
    周波数fLでミキシングして中間周波信号に変換する手段
    と、前記PN系列の符号を乗算して逆拡散を行う手段と、
    受信信号を該中間周波信号を前記PN系列で逆拡散する手
    段と、該逆拡散した信号のスペクトル成分の最大値及び
    スペクトル成分の周波数値を求める手段と、前記スペク
    トル成分の最大値が所定値を越えることを検出する手段
    と、前記スペクトル成分の最大レベルが所定値を越える
    までは、タイミング発生回路がタイミング値を変化して
    前記PN系列をずらし、前記スペクトル成分の最大レベル
    が所定値を越えたときタイミング発生回路がタイミング
    値を固定することによって送受信間のPN系列の同期をと
    る手段と、前記スペクトル成分の周波数値に基づく前記
    搬送波の周波数偏移量、又は中間周波信号の周波数偏移
    量を求めて該偏移量に基づいて前記局部発振器周波数fL
    を補正する手段とを具えたことを特徴とするスペクトラ
    ム拡散信号の復調装置。
  6. 【請求項6】伝送すべき情報データをPN系列でスペクト
    ラム拡散し、更に周波数f0の搬送波に重畳して送信され
    た信号を復調する装置に於いて、受信信号を中間周波信
    号に変換する手段と、該中間周波信号を前記PN系列で逆
    拡散する手段と、該逆拡散した信号のスペクトル成分の
    最大値及びそのスペクトル成分の周波数値を求める手段
    と、前記スペクトル成分の最大値が所定値を越えること
    を検出する手段と、前記スペクトル成分の最大レベルが
    所定値を越えるまでは、タイミング発生回路がタイミン
    グ値を変化して前記PN系列をずらし、前記スペクトル成
    分の最大レベルが所定値を越えたときタイミング発生回
    路がタイミング値を固定することによって送受信間のPN
    系列の同期をとる手段と、前記スペクトル成分の周波数
    値に基づく前記搬送波の周波数偏移量、又は中間周波信
    号の周波数偏移量を求めて前記逆拡散した信号の周波数
    の偏移量を補正する手段とを具えたことを特徴とするス
    ペクトラム拡散信号の復調装置。
  7. 【請求項7】前記逆拡散した信号のスペクトル成分の最
    大値及びそのスペクトル成分の周波数値を求める手段が
    前記逆拡散した信号を2つに分岐し、夫々を互いに位相
    がπ/2[rad]異なる所定周波数の信号で乗算検波する
    手段と、両検波出力をFFTする手段とを具えたことを特
    徴とする特許請求の範囲第4項乃至第6項記載のスペク
    トラム拡散信号の復調装置。
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