JP2989294B2

JP2989294B2 - スペクトル拡散通信方式における初期同期獲得方法及びそのための送信機及び受信機

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Publication number: JP2989294B2
Application number: JP6117691A
Authority: JP
Inventors: 義克中川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-08-10
Filing date: 1991-03-01
Publication date: 1999-12-13
Anticipated expiration: 2014-12-13
Also published as: JPH04212535A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、スペクトル拡散（Spread Spect
rum：SS）通信方式に関し、より具体的には、拡散信号
のクロックレートを周波数変調して情報を伝送するクロ
ックレート変調スペクトル拡散通信の受信機における拡
散信号の初期同期獲得方法に関する。例えば、無線通信
や秘話通信に適用されるものである。

【０００２】

【従来技術】本発明に係る従来技術を記載した公知文献
としては、例えば、DIXON,“SpreadSpectrum Systems"J
ohn Wiley ＆ Sons, pp.116-117及びpp.181-183(1977)
がある。これによればクロックレート変調方式として、
擬似雑音信号のクロックを情報信号で周波数変調して送
信することでスペクトル拡散通信を実現するシステムが
記載されており、また、スライディング相関として、受
信された擬似雑音信号との初期同期獲得を行なうため
に、受信機の遅延ロックループ（ＤＬＬ）に用いている
電圧制御発振器（ＶＣＯ）の自走周波数をオフセットさ
せて、遅延ロックループ（ＤＬＬ）の参照擬似雑音信号
の位相をスライドさせていき、相関値が最大となる位相
を検出して、同期獲得を行なう方法が記載されている。

【０００３】クロックレート変調スペクトル拡散通信の
受信機では受信した拡散信号と位相同期するために遅延
ロックループ（ＤＬＬ）と呼ばれる位相同期回路を用い
るが、遅延ロックループ（ＤＬＬ）位相比較特性は位相
比較出力を出せる範囲が狭く、一方、同期追従のために
遅延ロックループ（ＤＬＬ）の電圧制御発振器（ＶＣ
Ｏ）の自走周波数と送信機の電圧制御発振器（ＶＣＯ）
の自走周波数は等しく設定されるため、同期を獲得する
操作、いわゆる初期同期獲得が必要となる。初期同期獲
得の方法として最も簡単な方法はスライディング相関と
呼ばれ、たとえば、受信機の電圧制御発振器（ＶＣＯ）
の自走周波数にわずかなオフセットを持たせ、参照ＰＮ
信号と受信ＰＮ信号との相関を計算しながら、その相関
値があるスレッショールドを越えたときに同期が獲得さ
れたとみなして、電圧制御発振器（ＶＣＯ）の自走周波
数のオフセットを０にして、同期追従動作を行なわせる
ものである。

【０００４】しかし、この方法をクロックレート変調ス
ペクトル拡散通信方式に適用した場合、初期同期獲得用
の回路である相関器、コンパレータ、電圧制御発振器
（ＶＣＯ）のバイアス電圧切替えスイッチなどが必要と
なり、回路が複雑化して、クロックレート変調スペクト
ル拡散通信方式の特徴である構成回路の簡易性が損われ
るという欠点があった。

【０００５】

【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、自走周波数のオフセットに情報信号を乗せてス
ペクトル拡散を行なう点に着目し、情報信号の送り方を
工夫して初期同期獲得を行なうため、回路を複雑にする
ことなしに初期同期獲得を行うこと、また、トレーニン
グ開始時の周波数オフセットを０にし、ある期間、周波
数オフセットが時間に比例して増加する信号を用いるこ
とで、トレーニング期間開始時の系の不安定性を取除く
ようにしたスペクトル拡散通信方式における初期同期獲
得方法を提供することを目的としてなされたものであ
る。

【０００６】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
擬似雑音（ＰＮ）信号を拡散信号に用い、該拡散信号の
クロックレートを情報信号で周波数変調するスペクトル
拡散通信方式において、受信機の遅延ロックループ（Ｄ
ＬＬ）における受信擬似雑音信号の初期同期の獲得のた
めに、送信機の電圧制御発振器（ＶＣＯ）が出力するク
ロックレートを情報信号で変調したデータ信号を送信す
る前に、所定の期間トレーニング信号として、所定の振
幅値を有する信号を送信し、受信機のＶＣＯが出力する
クロックに周波数オフセットを与えることで、前記受信
機の遅延ロックループにおいてスライディング相関をお
こなわせて同期を獲得すること、更には、（２）前記ト
レーニングデータとしての所定の振幅値を有する信号
が、直流信号、鋸歯状信号、三角波状信号、台形状信号
のいずれかであること、更には、（３）前記トレーニン
グデータとして、トレーニングデータ送信開始時に最大
振幅△Ｖｔをとり、その後、時間に比例して△Ｖｔ／Ｔ
ｔ（Ｔｔ：トレーニングデータ送信期間）の割合で振幅
が減少する信号を送信してクロックに周波数オフセット
を与え、受信機の遅延ロックループ（ＤＬＬ）において
スライディング相関をおこなわせて同期を獲得するこ
と、更には、（４）前記トレーニングデータとして、ト
レーニングデータ送信開始時に振幅△Ｖｔが０で、その
後、トレーニング期間中の時間Ｔｐに比例して、△Ｖｔ
／Ｔｐの割合で振幅が増加し、トレーニングデータ伝送
開始からＴｐ時間後、時間に比例して△Ｖｔ／（Ｔｔ−
Ｔｐ）（Ｔｔ：トレーニングデータ送信期間）の割合で
振幅が減少する信号を送信してクロックに周波数オフセ
ットを与え、受信機の遅延ロックループ（ＤＬＬ）にお
いてスライディング相関をおこなわせて同期を獲得する
こと、更には、（５）前記トレーニングデータとして、
トレーニングデータ送信開始時に振幅△Ｖｔが０で、そ
の後、時間に比例して△Ｖｔ／Ｔ₁の割合で振幅が増加
し、Ｔ₁時間からＴ₂時間の間、△Ｖｔが保たれ、Ｔ₂時
間後、Ｔ₃時間まで時間に比例して△Ｖｔ／（Ｔ₃−
Ｔ₂）の割合で振幅が減少する信号を送信してクロック
に周波数オフセットを与え、受信機の遅延ロックループ
（ＤＬＬ）においてスライディング相関をおこなわせて
同期を獲得すること、更には、前記スペクトル拡散通信
方式に用いて好適な送信機（６）及び受信機（７）を特
徴としたものである。以下、本発明の実施例に基づいて
説明する。

【０００７】まず、図２は、本発明によるクロックレー
ト変調スペクトル拡散通信方式の送受信機の一実施例を
説明するための構成図で、図（ａ）が送信機、図（ｂ）
が受信機である。図中、１，１０は加算器、２，１１は
電圧制御発振器（ＶＣＯ）、３，９は擬似雑音（ＰＮ）
信号発生器、４，７は周波数変換部、５は電力増幅部、
６は増幅部、８は相関ネットワーク、８ａはループフィ
ルタ、１２は遅延ロックループ（ＤＬＬ）である。情報
信号Ｓ（ｔ）で電圧制御発振器２を変調して、クロック
レート変調のかかったＰＮ信号をＰＮ信号発生器３、周
波数変換部４、電力増幅部５を介して送信し、受信側で
は増幅部６、周波数変換部７を介し、受信したＰＮ信号
を相関器ネットワーク８、ループフィルタ８ａを含む遅
延ロックループ（ＤＬＬ）で同期追従し、追従誤差信号
を復調信号として取り出している。

【０００８】図３は、スライディング相関器の構成を示
す図で、図中、１３は相関器、１４は絶対値回路、１５
はコンパレータ、１６はスイッチ、１７は加算器、１８
は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１９は擬似雑音（ＰＮ）
信号発生器、２０は相関ネットワーク、２０ａはループ
フィルタである。このスライディング相関器（ｓｌｉｄ
ｉｎｇｃｏｒｒｅｌａｔｏｒ）は、相関技術のうちで
最も単純な構成で、この名称は、同期過程で、受信機の
ＰＮ信号発生器を送信機のそれと異なる速度で動作させ
ることに由来している。送受側の両ＰＮ信号間の相対位
相がずれていき、これを（例えばオシロスコープ上で）
同時に観察すると、互いにすれ違いにずれていき、同期
が得られた場合にのみ静止する。

【０００９】スライディング相関器の利点はその単純さ
であって、受信機の符号クロックを変化させる何らかの
手段以外のものを必要としないところにある。この様な
スライディング相関は、使用するＰＮ信号の周期が長く
ない時に特に有効である。

【００１０】通常、送受信機の電圧制御発振器（ＶＣ
Ｏ）１８の自走周波数は電圧制御発振器（ＶＣＯ）のバ
イアス電圧ＶｔｘとＶｒｘで決まり、Ｖｔｘ＝Ｖｒｘと
なるように設定される。したがって、受信機においてＰ
Ｎ信号の同期を獲得するためには、受信機の遅延ロック
ループ（ＤＬＬ）がＰＮ信号を追従できる範囲、つま
り、遅延弁別特性の範囲内に、送受信ＰＮ信号の位相差
がおさまるように送受いずれかの信号の位相を調整する
必要がある。このように位相を調整することで遅延ロッ
クループ（ＤＬＬ）の同期を確立させることを初期同期
獲得という。この最も簡単な方法が、先に示したスライ
ディング相関器であり、一度、受信機の電圧制御発振器
（ＶＣＯ）１８にオフセット電圧△Ｖを印加し、オフセ
ット周波数△ｆを与えることで、参照ＰＮ信号の位相を
ずらしながら受信ＰＮ信号との相関を相関器１３により
とり、絶対値回路１４を介してコンパレータ１５に入
り、該コンパレータ１５において相関値が最大になった
とき、またはあるしきい値Ｖｔｈを越えたときに同期獲
得信号を出して、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１８の印加
電圧をスイッチ１６により切換えてＶｒｘにもどし、遅
延ロックループ（ＤＬＬ）によるトラッキング状態に切
替えるものである。

【００１１】クロックレート変調スペクトル拡散（Ｓ
Ｓ）通信方式では、電圧制御発振器（ＶＣＯ）の制御電
圧が情報信号に応じて変動するという点で、通常の直接
拡散方式とは異なるが、受信機の遅延ロックループ（Ｄ
ＬＬ）を同期追従（トラッキング）状態に導くための初
期同期獲得が必要である点は同じである。しかし、最も
簡単なスライディング相関器を用いても受信機の回路構
成は複雑化し、クロックレート変調スペクトル拡散（Ｓ
Ｓ）通信方式の特徴である回路構成の簡易性が失われて
しまう。本発明では、スライディング相関の簡易性を生
かし、しかも受信機の自走クロック周波数を変えずに同
期の獲得を行なうことができる方法を考案している。

【００１２】図１は、本発明によるスペクトル拡散通信
方式における初期同期獲得方法を説明するための送信信
号を示す図である。データを伝送する前に、初期同期を
獲得するためのトレーニングデータを送信する期間Ｔｔ
を設ける。トレーニングデータとしては、送信電圧制御
発振器（ＶＣＯ）の自走周波数ｆstを△ｆstだけずらす
ために必要な電圧△Ｖtを送信する。このため、Ｔｔの
間、送信機の電圧制御発振器（ＶＣＯ）の自走周波数は
（ｆst＋△ｆst）となり、受信機の電圧制御発振器（Ｖ
ＣＯ）の自走周波数に対しても△ｆstだけ異なることに
なる。

【００１３】その結果、偶然にトレーニングデータ送信
開始時点で送受信のＰＮ信号の位相差が遅延ロックルー
プ（ＤＬＬ）の遅延弁別特性の範囲内（たとえば、２△
型の場合は−２△＜誤差時間＜２△、△はＰＮ信号のチ
ップ長）にあり、同期が確立している場合を除いては、
送受信のＰＮ信号の位相差は時間とともにずれていき、
いわゆるスライディング・コリレーション（相関）の状
態となる。そして、ＰＮ信号の周期性のため、ある時間
後に送受信ＰＮ信号の位相差が縮まり、遅延ロックルー
プ（ＤＬＬ）の遅延弁別特性内に入ると遅延ロックルー
プ（ＤＬＬ）が同期追従状態に入る。

【００１４】△ｆstの大きさの条件は、｜△ｆst｜＜｜
ＤＬＬのプルインレンジ｜である。遅延ロックループ
（ＤＬＬ）のプルインレンジは、ロックレンジよりも小
さいので、トレーニングデータ送信後にプルインして、
同期が確立し、さらにトレーニングデータ送信が継続す
るような場合でも、周波数オフセット△ｆstは遅延ロッ
クループ（ＤＬＬ）のロックレンジ内にあるので同期状
態は保たれる。トレーニングデータ送信期間Ｔtは、位
相スライドがチップレートの低い方のＰＮ信号１周期
分、確実に生じるように設定すれば良い。たとえば、△
ｆstが正のときは、Ｔtは、Ｎ・（１／△ｆst）であれば良い。

【００１５】△ｆstが小さいとＴtが長くなり、初期同
期獲得に時間がかかる。したがって、△ｆstはプルイン
レンジの範囲内でできるだけ大きくなるように設定す
る。Ｔｓはトレーニングデータ送信後、△ｆst---＞０
（△Ｖｔ---＞０）になるときの周波数のステップ変化
によって生じる遅延ロックループ（ＤＬＬ）の過渡応答
を吸収するための時間であり、遅延ロックループ（ＤＬ
Ｌ）の閉ループ伝達関数の周波数ステップ応答特性に依
存し、Ｔｓは、、△ｆst---＞０後、ループが定常状態
とみなせるまでに必要な時間だけ設ければ良い。また、
この期間がトレーニングデータと実データとの区切りを
示す役割も果すことになる。

【００１６】図４は、図１のトレーニングデータおよび
実データを発生させるための回路構成の実施例を示す図
で、図中、２１はカウンタ、２２はクロック信号源、２
３はＴｓ時間遅延回路、２４はデータ信号出力部、２
５，２６はスイッチである。通信開始と同時にトリガ信
号がカウンタ回路に送出されてカウンタ２１がリセット
される。また、同じ信号はトレーニングデータに相当す
る直流信号△Ｖｔを送出するため、スイッチＡをオンさ
せる。カウンタ２１ではトレーニング期間Ｔｔに相当す
る時間、クロックパルスをカウントし、カウントし終え
た時点でパルスを発生させる。このパルス信号はスイッ
チＡをオフさせるとともに、データ信号を送出するため
のスイッチＢをオンさせる。また、この信号はＴｓ時間
の遅延を生じさせる遅延回路２３を通って、データ信号
出力部２４への実データ送信開始信号となる。したがっ
て、スイッチＡがオフとなった後、Ｔｓ時間たってから
実データの送信が開始されることになる。

【００１７】上述したものは、自走周波数のオフセット
に情報信号を乗せてスペクトル拡散（ＳＳ）通信を行な
う点に着目し、情報信号の送り方を工夫して初期同期獲
得をおこなうため、回路を複雑にすることなしに初期同
期獲得が行なえる方法として、通信開始時点から後のあ
る適当な期間Ｔｔの間、トレーニングデータとして適当
な大きさ△Ｖｔの直流信号を送信し、Ｔｔの間だけＰＮ
信号のクロックに周波数オフセットを与えることで、受
信機の遅延ロックループ（ＤＬＬ）においてスライディ
ング相関を行なわせて同期を獲得する方法である。

【００１８】しかし、この方法ではトレーニングデータ
送信終了時にはクロック周波数がステップ状に変化し、
受信機の遅延ロックループ（ＤＬＬ）の位相追従動作は
周波数ステップ変化（△Ｖに相当する周波数変化△ｆs
t）に応じた過渡的な応答を示すことになる。同期獲得
の高速化のためには△ｆstは遅延ロックループ（ＤＬ
Ｌ）のプルインレンジ以下でなるべく大きく与えること
が望ましいが、このことは同時に、トレーニング期間終
了時に遅延ロックループ（ＤＬＬ）の位相追従動作にお
いて位相誤差のオーバーシュートが増大し、実データ送
信以前に遅延ロックループ（ＤＬＬ）の同期系が不安定
になったり、定常値に落着くまでの時間が長くなって、
通信開始から実データ送信開始までに時間がかかる。

【００１９】このような観点から、トレーニングデータ
信号として、トレーニング開始時に最大振幅△Ｖｔをと
り、トレーニング期間終了時に０となり、時間に比例し
て振幅が減少していく波形の信号を用いることで、初期
同期獲得後、実データ送信までの間の系の安定化を図
り、さらに通信開始から実データ送信開始までの時間を
短くする方法もある。しかし、この方法ではトレーニン
グ期間開始時、遅延ロックループ（ＤＬＬ）の参照ＰＮ
信号の位相差がほとんど無いような場合は、トレーニン
グ開始時に△Ｖｔに相当する周波数オフセットが瞬時に
加わるため、遅延ロックループ（ＤＬＬ）の同期系の過
渡的な応答により系が不安定になり、同期獲得し損なう
可性能があり、トレーニング期間Ｔｔの設定が困難にな
るという点がある。このような場合には、以下に説明す
るような本発明の他の実施例により解決することができ
る。

【００２０】図１において、トレーニングデータ送信期
間Ｔｔは、位相スライドがＰＮ信号１周期分（Ｎチッ
プ）確実に生じるように設定すればよい。したがって、
ＴｔはＮ・（１／△ｆst）あれば良いことは前述した。
そして、△ｆstが小さいとＴｔが長くなり、初期同期獲
得に時間がかかる。したがって、△ｆstはプルインレン
ジの範囲内でできるだけ大きくなるように設定する。図
１のような送信データに対する受信機（図２（ｂ））に
おける同期獲得後の遅延ロックループ（ＤＬＬ）の位相
制御信号(復調信号)Ｓ'(ｔ）は、例えば、図５のように
なる。

【００２１】Ｔｓはトレーニングデータ送信後、△ｆst
---＞０（△Ｖｔ---＞０）になるときの周波数のステッ
プ変化によって生じる遅延ロックループ（ＤＬＬ）の過
渡応答（図５）を吸収するための時間であり、遅延ロッ
クループ（ＤＬＬ）の閉ループ伝送関数の周波数ステッ
プ応答特性と位相ステップ応答特性に依存し、Ｔｓは、
△ｆst---＞０後、ループが定常状態とみなせるまでに
必要な時間だけ設ければ良い。また、この期間がトレー
ニングデータと実データとの区切りを示す役割も果すこ
とになる。しかし、△ｆstを大きくして初期同期獲得の
高速化を図ると遅延ロックループ（ＤＬＬ）の系の制御
信号Ｓ'(ｔ）のオーバシュートが大きくなり、系が不安
定になったりして系が定常状態になるまでに時間がかか
り、Ｔｓを長くとらねばならないことになる。したがっ
て通信開始から実データ送信開始までに時間がかかって
しまう。

【００２２】図６は、トレーニングデータを用いた他の
送信データＳ(ｔ）を示す図で、時間に比例して振幅が
減少する鋸歯状の信号を用いる。この場合トレーニング
データ期間の開始時におけるトレーニングデータ信号の
振幅値△Ｖｔは、図１の場合と同様にして、△Ｖｔに相
当する周波数オフセット△ｆst（△ｆst＝Ｋ・△Ｖｔ、
Ｋ：電圧制御発振器（ＶＣＯ）の感度（Ｈz／Ｖ））が
遅延ロックループ（ＤＬＬ）のプルインレンジ以下でな
ければならない。トレーニング期間開始時からｔ秒後の
トレーニングデータ信号による周波数オフセット△ｆsc
は； △ｆsc＝（１−ｔ／Ｔｔ）・△ｆst であるから、トレーニング期間中にスライドするチップ
数ｎは；

【００２３】

【数１】

【００２４】したがって、Ｔｔは；Ｔｔ＞（２Ｎ／△ｆst）満たすように設定する。

【００２５】図８は、本発明の送信データの送信を実現
するための構成図で、図中、５１はカウンタＡ、５２は
クロック信号発生源、５３はデータ信号出力部、４はカ
ウンタＢ、５５はＤ／Ａ変換器、５６はローパスフィル
タ（ＬＰＦ）、５７は可変利得増幅器、５８はスイッチ
である。

【００２６】通信開始と同時にカウンタＡおよびカウン
タＢがスタートする。カウンタはトレーニング期間Ｔｔ
を計測するためのものであり、カウンタＢは、図９のよ
うなトレーニングデータのパルス信号列をＤ／Ａ変換器
５５から発生させるため、ディジタル入力信号を与える
カウンタである。可変利得アンプ５７はトレーニングデ
ータの振幅を設定するためのものである。クロック周波
数とＤ／Ａ変換器５５のビット数を適当に選び、アンプ
５７の利得を調整することにより、図６のようにトレー
ニング期間Ｔｔの間に△Ｖｔから０まで減少するトレー
ニングデータ信号を出力できる。カウンタＡが時間Ｔｔ
を計測し終えると、実データの送信を開始させる信号が
データ出力部に送られ、同期にスイッチへも信号が送ら
れて、スイッチはトレーニングデータ発生側からデータ
信号出力側へと切換えられる。このことによって、図６
に示した様な本発明のデータ信号を発生できる。

【００２７】図１のような矩形状の信号を用いる場合と
比較すると、△ｆsが等しいとすると、鋸歯状の信号を
使った場合は矩形状の信号を使う場合に比べて、Ｔｔの
下限が２倍になる。しかし、本発明の方法では△ｆsを
遅延ロックループ（ＤＬＬ）のプルインレンジいっぱい
にとっても、トレーニングデータ期間終了の過渡的な位
相変動がなく、図７の様に直ちに実データの送信を開始
できるのに対し、矩形状の信号を用いる従来の方法では
プルインレンジいっぱいにとった分、過渡的な位相変動
が大きくなり、系が定常状態になるまでの時間が長くな
るため、トレーニングデータ送信後から実データ送信開
始までに必要な無信号期間Ｔｓが長くなってしまう。し
たがって、遅延ロックループ（ＤＬＬ）の各定数の設定
状況によっては、図１でのＴｔ＋Ｔｓが図５のＴｔより
長くなる場合が生じる。また、本発明では、周波数ステ
ップ応答による過渡的な位相変動がない分、初期同期獲
得後、安定した系の状態を保ちながら実データの送信を
開始できることになる。

【００２８】しかし、図６のようにトレーニングデータ
はトレーニングデータ送信の開始時に最大振幅△Ｖｔを
とり、瞬時的に大きな周波数オフセットが与えられるた
め、受信機の遅延ロックループ（ＤＬＬ）の参照ＰＮ信
号の位相が受信ＰＮ信号の位相とほぼ一致しており、同
期獲得しかけているような状態にある場合は、系の過渡
応答により同期系が不安定になるため、同期獲得し損な
うことがあるという欠点をもつ。

【００２９】図１０は、本発明におけるトレーニングデ
ータを用いた更に他の送信データＳ(ｔ）を示す図で、
トレーニング開始時に０で時間Ｔｐまで（△Ｖｔ／Ｔ
ｐ）で増加し、その後、（△Ｖｔ（Ｔｔ−Ｔｐ））の割
合で減少する三角波状の信号を用いる。このことによ
り、トレーニング期間終了時だけでなくトレーニング期
間開始時においても、急激な周波数オフセット変化がな
いため、トレーニングデータ送信時において同期獲得を
し損なうこともなくなる。

【００３０】トレーニング期間中の時間Ｔｐは、Ｔｔ＞
Ｔｐ＞０なる範囲で任意に選べる。また、△Ｖｔは、図
１と図６の方法と同様に、△Ｖｔに相当する周波数オフ
セット△ｆst（△ｆst＝Ｋ・△Ｖｔ、Ｋ：電圧制御発振
器（ＶＣＯ）の感度（Ｈz／Ｖ））が遅延ロックループ
（ＤＬＬ）のプルインレンジ以下でなけれなならない。
トレーニング期間開始時からｔ秒後のトレーニングデー
タ信号による周波数オフセット△ｆscは；

【００３１】

【数２】

【００３２】であるから、トレーニング期間中にスライ
ドするチップ数ｎは；

【００３３】

【数３】

【００３４】したがって、Ｔｔは；Ｔｔ＞（２Ｎ／△ｆst）満たすように設定すればよい。この条件は図６の場合と
同じである。

【００３５】図１１は、本発明の送信データの発生を実
現する回路の実施例を示す図で、図中、３１はカウン
タ、３２，３３，３４はフリップフロップ、３５はスイ
ッチ、３６はクロック信号源、３７は分周器、３８はア
ップダウン・カウンタ、３９はＤ／Ａ変換器、４０はロ
ーパスフィルタ（ＬＰＦ）、４１はアンプ、４２はデー
タ出力回路、４３はスイッチである。

【００３６】送信開始と同時に第１のスイッチ４３がト
レーニングモードに設定され、また、カウンタ３１およ
びアップダウン・カウンタ３８が基準クロック信号のカ
ウントを開始する。ここで、第２のスイッチ３５ではフ
リップ・フロップ（ｂ）３４の出力がハイのときに基準
クロック信号端子にオンし、ローのときには基準クロッ
ク信号をＮ分周した信号に接続される。また、アップダ
ウン・カウンタ３８は送信の開始時にはアップカウンタ
として働くように設定される。カウンタ３１はトレーニ
ング期間ＴｐおよびＴｔを計測するためのもので、アッ
プダウン・カウンタ３８は図１２のようなトレーニング
データのパルス列をＤＡ変換器３９より発生させるため
のディジタル入力信号を与えるためのカウンタである。
可変利得アンプ４１はトレーニングデータの振幅を設定
するためのものである。

【００３７】カウンタ３１はトレーニング期間の最初、
Ｔｐ時間は基準クロック信号をＴｐに相当する間（カウ
ント数ＮA＝Ｍ）カウントする。Ｍカウントしたとき、
カウンタ３１から第２のスイッチ３５へ信号が送出さ
れ、時間計測に使われるクロックは基準クロックからＮ
分周クロックへと切り替わる。同時にアップダウン・カ
ウンタ３８のアップダウン入力に信号が送られ、カウン
タ３１はダウンカウンタに切替わる。Ｔｐ時間後、カウ
ンタ３１およびダウンカウンタは基準クロックの１／Ｎ
の周波数のクロック信号でカウントを行なうことになる
ので、たとえば、Ｎ＝２のときは、３Ｔｐ＝Ｔｔとなっ
て、図１２のようなパルス列がＤＡ変換器３９から得ら
れる。

【００３８】図１２のようなパルス列はローパスフィル
タ（ＬＰＦ）４０に加えられ、図１０のような三角波状
のトレーニングデータとして送信される。カウンタ３１
は時間Ｔｔに相当する２Ｍカウント後、信号を送出し、
第１のスイッチ４３がデータ出力モードに切替わり、同
時にデータ出力回路がオンして実データの通信が開始さ
れる。基準クロックの周波数、分周比Ｎおよびカウンタ
３１のカウント数Ｍを選ぶことで任意のＴｐ，Ｔｔを設
定できる。

【００３９】図６のような鋸歯状信号を用いる場合と、
三角波状信号を用いる場合、それぞれにトレーニングデ
ータ送信時間の最小条件値は等しいが、本発明ではトレ
ーニングデータ送信開始時に急激なオフセット信号が加
えられないので、スライディング相関が徐々に行なわれ
るため、トレーニング期間の開始時の受信ＰＮ信号の同
期獲得に際し、遅延ロックループ（ＤＬＬ）が同期獲得
をし損なうことが少なくなるという利点が得られる。

【００４０】上述したものは、トレーニング開始時の周
波数オフセットを０にし、ある期間、周波数オフセット
が時間に比例して増加する信号を用いることで、トレー
ニング期間開始時の系の不安定性を取除く方法である。
しかし、これら三角波状の信号を用いる場合は、必要な
トレーニング期間が矩形波状の信号を用いる場合よりも
長くなるという欠点を有している。このような場合に
は、台形状信号により周波数オフセットを与えること
で、トレーニング期間を三角波状の信号を用いる場合よ
り短くし、かつ初期同期得獲後の系の安定性を保つこと
が可能である。

【００４１】図１３は、本発明におけるトレーニングデ
ータを用いた更に他の送信データＳ(t)を示す図で、ト
レーニング開始時に０で時間Ｔ₁まで（△Ｖｔ／Ｔ₁）の
割合で時間に比例して増加し、その後Ｔ₂まで△Ｖｔを
保ち、Ｔ₂からＴ₃までの間△Ｖｔ／（Ｔ₃−Ｔ₂）の割合
で減少する。Ｔ₁とＴ₂は、０＜Ｔ₁＜Ｔ₂＜Ｔ₃なる範囲
で任意に選べる。△Ｖｔは、他の３例と同様に△Ｖｔに
よって生じる周波数オフセットが遅延ロックループ（Ｄ
ＬＬ）のプルインレンジ以下となるようように設定せね
ばならない。

【００４２】トレーニング期間終了時に周波数オフセッ
トは０なので、同期獲得した系が不安定になることはな
く、三角波状の信号を用いた場合と同様の効果がある。
トレーニング期間開始時からｔ秒後のトレーニングデー
タ信号による周波数オフセット△ｆscは；

【００４３】

【数４】

【００４４】であるから、トレーニング期間中にスライ
ドするチップ数ｎは；

【００４５】

【数５】

【００４６】ｎはＰＮ信号の周期Ｎ以上でなければなら
ないから、トレーニング期間Ｔｔ（＝Ｔ₃）の条件は；

【００４７】

【数６】

【００４８】となる。したがって、トレーニングに必要
な時間はＴ₁の設定によって三角波状信号を用いる場合
より、（Ｔ₂−Ｔ₁）だけ短くできることになる。

【００４９】図１４は、本発明の送信データの発生を実
現する回路の実施例を示す図で、図中、６１はカウン
タ、６２，６３，６４，６５はフリップフロップ、６６
はアップダウン・カウンタ、６７はＤ／Ａ変換器、６８
はローパスフィルタ（ＬＰＦ）、６９はアンプ、７０は
データ出力回路、７１は基準クロック発生器である。送
信開始と同時にカウンタ６１とアップダウン・カウンタ
６６がリセットされ、基準クロック信号のカウントが開
始される。このとき、アップダウン・カウンタ６６はア
ップカウント状態に設定されている。同時に回路出力は
トレーニング信号出力のモードとなる。カウンタ６１は
トレーニング期間Ｔｔ（＝Ｔ₃）およびＴ₁、Ｔ₂を計測
するためのもので時間Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃に相当するカウン
ト数Ｋｃ＝Ｋ₁、Ｋ₂、Ｋ₃が得られた時に出力する。ア
ップダウン・カウンタ６６は図１５のようなトレーニン
グデータのパルス列をＤ／Ａ変換器６７より発生させる
ためのディジタル入力信号を与えるためのカウンタであ
る。線形可変利得アンプ６９はトレーニングデータの振
幅を調整するためのものである。

【００５０】カウンタ６１はトレーニング開始後Ｋ₁カ
ウントしたとき、信号をアップダウン・カウンタ６６の
イネーブル入力に送出し、アップダウン・カウンタ６６
がカウントを停止する。したがって、Ｄ／Ａ変換器６７
の出力値はホールドされる。このとき、アップダウン・
カウンタ６６のアップダウン入力にも信号が送られ、ア
ップダウン・カウンタ６６はアップカウント状態からダ
ウンカウント状態に切換えられる。カウンタ６１は引続
き基準クロック信号をカウントし、カウント数がＫ₂に
なったときに再び信号を送出する。この信号はアップダ
ウン・カウンタ６６をイネーブル状態に戻し、アップダ
ウン・カウンタ６６は、今度はダウンカウントを行な
う。

【００５１】したがって、時間Ｔ₂までホールドされて
いたＤ／Ａ変換器６７の出力は図１５に示すように減少
していく。Ｄ／Ａ変換器６７からのパルス信号列はＬＰ
Ｆ６８に加えられ、図１３のような台形状のトレーニン
グ信号として送信される。カウンタ６１はカウント数が
Ｋ₃になると信号を送出し、この信号によって基準クロ
ック信号出力がオフとなり、同時にトレーニングモード
からデータ出力モードに出力が切換わってデータ信号の
送信が開始される。本発明のような台形状の信号を用い
ることで、三角波状の信号と同様にトレーニング期間開
始および終了時の周波数オフセットを０にできることで
系の安定性を保った初期同期獲得が可能であるだけでな
く、三角波状の信号を用いる場合より、トレーニング期
間を短く設定できる利点が生じる。

【００５２】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。（１）クロックレート変
調スペクトル拡散通信方式において受信ＰＮ信号の初期
同期を獲得する際、送信信号にある期間にわたって、ト
レーニングデータとして送信電圧制御発振器（ＶＣＯ）
に適当な周波数オフセットを与える信号を入力すること
で、受信遅延ロックループ（ＤＬＬ）の参照ＰＮ信号の
位相をスライディングさせて、同期を獲得させることが
でき、特別な回路を必要とせず、クロックレート変調ス
ペクトル拡散通信方式の特徴である構成の簡易性を保ち
ながらも、受信ＰＮ信号の初期同期獲得を実現できる。
（２）クロックレート変調スペクトル拡散通信方式にお
いて受信ＰＮ信号の初期同期を獲得する際、送信信号に
ある期間Ｔｔにわたって、トレーニングデータとしてト
レーニングデータ送信の開始時に振幅が０で、その後、
時間Ｔｐにわたって時間に比例して△Ｖｔ／Ｔｐの割合
で振幅が増加し、Ｔｐ時間以後、時間に比例して△Ｖｔ
／（Ｔｔ−Ｔｐ）の割合で減少する信号を用いること
で、送信電圧制御発振器（ＶＣＯ）に周波数オフセット
を与えて、受信遅延ロックループ（ＤＬＬ）の参照ＰＮ
信号の位相をスライデイングさせ、同期を獲得させるこ
とができ、特別な回路を必要とせず、クロックレート変
調スペクトル拡散通信方式の特徴である構成の簡易性を
保ちながらも、受信ＰＮ信号の初期同期獲得を実現でき
る。（３）クロックレート変調スペクトル拡散通信方式
において受信ＰＮ信号の初期同期を獲得する際、送信信
号にある時間Ｔｔにわたって、トレーニングデータとし
て、トレーニングデータ送信開始時に振幅が０で、その
後、時間に比例して△Ｖｔ／Ｔ_１の割合で振幅が増加
し、Ｔ_１時間からＴ_２時間の間、△Ｖｔが保たれ、Ｔ_２
時間後、Ｔ_３時間まで時間に比例して△Ｖｔ／（Ｔ_３−
Ｔ_２）の割合で振幅が減少する信号を送信して、送信電
圧制御発振器（ＶＣＯ）に周波数オフセットを与えて、
受信遅延ロックループ（ＤＬＬ）の参照ＰＮ信号の位相
をスライディングさせ、同期を獲得させることができ、
特別な回路を必要とせず、クロックレート変調スペクト
ル拡散通信方式の特徴である構成の簡易性を保ちながら
も、受信ＰＮ信号の初期同期獲得を実現できる。（４）
トレーニング期間終了時に周波数オフセットが０になっ
ているため、受信機を遅延ロックループ（ＤＬＬ）にお
ける位相同期系が定常状態に保たれており、直ちに実デ
ータの送信を開始できるだけでなく、トレーニング期間
の開始後、周波数オフセットが０から徐々に増加するた
め、急激な周波数オフセット変化を与えることなく、設
定したトレーニング期間内での初期同期獲得をより確実
におこないながら、トレーニング期間を従来より短縮す
ることができる。（５）本発明は、同期はずれの起きに
くい安定した伝送路を使った通信やデータをパケット化
して送信するような場合の初期同期獲得に特に有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスペクトル拡散通信方式におけ
る初期同期獲得方法を説明するための送信信号を示す図
である。

【図２】クロックレート変調スペクトル拡散通信方式
の送受信機の構成図である。

【図３】スライディング相関器の構成図である。

【図４】図３におけるトレーニングデータ及び実デー
タを発生させる回路構成を示す図である。

【図５】トレーニング区間の周波数オフセットによる
位相誤差信号を示す図である。

【図６】トレーニングデータを用いた他の送信データ
を示す図である。

【図７】図６に示す送信データを用いた場合の位相誤
差信号を示す図である。

【図８】送信データの発生を実現するための回路構成
を示す図である。

【図９】トレーニングデータのパルス列を示す図であ
る。

【図１０】トレーニングデータを用いた更に他の送信
データを示す図である。

【図１１】送信データの発生を実現するための他の回
路構成を示す図である。

【図１２】トレーニングデータの他のパルス列を示す
図である。

【図１３】トレーニングデータを用いた更に他の送信
データを示す図である。

【図１４】送信データの発生を実現するための更に他
の回路構成を示す図である。

【図１５】トレーニングデータの更に他のパルス列を
示す図である。

【符号の説明】

１，１０…加算器、２，１１…電圧制御発振器(ＶＣ
Ｏ)、３，９…擬似雑音(ＰＮ)信号発生器、４，７…周
波数変換部、５…電力増幅部、６…増幅部、８…相関ネ
ットワーク、８ａ…ループフィルタ、１２…遅延ロック
ループ（ＤＬＬ)。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】擬似雑音（ＰＮ）信号を拡散信号に用
い、該拡散信号のクロックレートを情報信号で周波数変
調するスペクトル拡散通信方式において、受信機の遅延
ロックループ（ＤＬＬ）における受信擬似雑音信号の初
期同期の獲得のために、送信機の電圧制御発振器（ＶＣ
Ｏ）が出力するクロックレートを情報信号で変調したデ
ータ信号を送信する前に、所定の期間トレーニング信号
として、所定の振幅値を有する信号を送信し、受信機の
ＶＣＯが出力するクロックに周波数オフセットを与える
ことで、前記受信機の遅延ロックループにおいてスライ
ディング相関をおこなわせて同期を獲得することを特徴
とするスペクトル拡散通信方式における初期同期獲得方
法。
【請求項２】前記トレーニングデータとしての所定の
振幅値を有する信号が、直流信号、鋸歯状信号、三角波
状信号、台形状信号のいずれかであ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における初期同
期獲得方法。
【請求項３】前記トレーニングデータとして、トレー
ニングデータ送信開始時に最大振幅△Ｖｔをとり、その
後、時間に比例して△Ｖｔ／Ｔｔ（Ｔｔ：トレーニング
データ送信期間）の割合で振幅が減少する信号を送信し
てクロックに周波数オフセットを与え、受信機の遅延ロ
ックループ（ＤＬＬ）においてスライディング相関をお
こなわせて同期を獲得することを特徴とする請求項１記
載のスぺクトル拡散通信方式における初期同期獲得方
法。
【請求項４】前記トレーニングデータとして、トレー
ニングデータ送信開始時に振幅△Ｖｔが０で、その後、
トレーニング期間中の時間Ｔｐに比例して、△Ｖｔ／Ｔ
ｐの割合で振幅が増加し、トレーニングデータ伝送開始
からＴｐ時間後、時間に比例して△Ｖｔ／（Ｔｔ−Ｔ
ｐ）（Ｔｔ：トレーニングデータ送信期間）の割合で振
幅が減少する信号を送信してクロックに周波数オフセッ
トを与え、受信機の遅延ロックループ（ＤＬＬ）におい
てスライディング相関をおこなわせて同期を獲得するこ
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
における初期同期獲得方法。
【請求項５】前記トレーニングデータとして、トレー
ニングデータ送信開始時に振幅△Ｖｔが０で、その後、
時間に比例して△Ｖｔ／Ｔ₁の割合で振幅が増加し、Ｔ₁
時間からＴ₂時間の間、△Ｖｔが保たれ、Ｔ₂時間後、Ｔ
₃時間まで時間に比例して△Ｖｔ／（Ｔ₃−Ｔ₂）の割合
で振幅が減少する信号を送信してクロックに周波数オフ
セットを与え、受信機の遅延ロックループ（ＤＬＬ）に
おいてスライディング相関をおこなわせて同期を獲得す
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
方式における初期同期獲得方式法。
【請求項６】擬似雑音（ＰＮ）信号を拡散信号に用
い、該拡散信号のクロックレートを情報信号で周波数変
調するスペクトル拡散通信方式において使用する発信機
であって、該発信機は、受信機の遅延ロックループ（Ｄ
ＬＬ）における受信擬似雑音信号の初期同期の獲得のた
めに、該送信機の電圧制御発振器（ＶＣＯ）が出力する
クロックレートを情報信号で変調したデータ信号を送信
する前に、所定の期間トレーニング信号として、所定の
振幅値を有する信号を送信することを特徴とするスペク
トル拡散通信方式における発信機。
【請求項７】擬似雑音（ＰＮ）信号を拡散信号に用
い、該拡散信号のクロックレートを情報信号で周波数変
調するスペクトル拡散通信方式において使用する受信機
であって、該受信機は、該受信機の遅延ロックループ
（ＤＬＬ）における受信擬似雑音信号の初期同期の獲得
のために、所定の期間トレーニング信号として、送信機
からの所定の振幅値を有する信号を受信し、該受信機の
ＶＣＯが出力するクロックに周波数オフセットを与え、
該受信機の遅延ロックループにおいてスライディング相
関をおこなわせて同期を獲得することを特徴とするスペ
クトル拡散通信方式における受信機。