JP2992133B2 - スペクトル拡散通信における受信装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、スペクトル拡散通信装置におけ
る受信装置に関し、例えば、微弱無線通信、移動体無線
通信、構内無線通信に適用されるものである。

【０００２】

【従来技術】ディジタル信号を伝送するためには、通
常、電圧制御発振器を変調データで直接変調をかけるＦ
ＳＫ（Frequency Shift Keying：周波数シフトキーイン
グ）変調方式が用いられるが、この方法ではクロック周
波数が安定しないため、受信機側で擬似雑音（ＰＮ）信
号の同期はずれ、復調誤り等を引き起こす恐れがある。
クロック速度変調によるスペクトル拡散通信方式につい
ては、「最新スペクトラム拡散通信方式」（R.C.Dixon
著、立野、片岡、飯田訳、ジャテック出版、pp.125-127
昭和53.11.30）に記載されている。これによれば、ク
ロック速度変調の具体的な実現方法として、ＰＬＬ（位
相同期ループ）による安定化を図ったものが紹介されて
いるが、これはアナログ信号の伝送を目的にしたもの
で、ディジタル信号の伝送には適さない。また、クロッ
ク速度変調を用いたスペクトル拡散通信においてディジ
タル情報を伝送するとき、従来の方法によると、ＤＬＬ
復調信号からＰＬＬなどによりビットタイミングをと
り、ディジタルデータを再生していた。この方法による
と、複雑かつ高価なＰＬＬを必要とすること、送信デー
タにクロック成分が無い場合には復号誤りが増大すると
いう欠点を有していた。

【０００３】また、クロック速度変調を用いたスペクト
ル拡散通信においてディジタル情報を伝送するとき、従
来の受信回路では、ＤＬＬ復調信号を波形整形回路で信
号の増幅、ノイズ除去を行い、ＰＬＬなどによるビット
タイミングでディジタルデータに識別再生していた。こ
の方法によると、複雑かつ高価なＰＬＬを必要とするこ
と、波形整形回路やデータ判別回路あるいはＤＬＬにお
いて、ノイズ、電源変動、温度変動、その他の原因によ
る復調信号アイパターンの位相変動あるいはレベル変動
が発生し、その結果復号誤りが発生していた。

【０００４】

【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、ＰＬＬなどのビット同期回路を不要とし、送信
データにクロック成分が無いような場合でも、復号タイ
ミングを確実にとること、また、時間タイミングを見る
だけで回路が簡単で、ノイズ、電源変動、温度変動、そ
の他の原因による復調信号アイパターンのレベル変動の
発生による復号誤りをなくすようにしたスペクトル拡散
通信装置における受信装置を提供することを目的として
なされたものである。

【０００５】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、クロッ
ク速度変調によるスペクトル拡散通信を用いたＰＮ信号
の１周期を送信データの１ビットとしてＰＮ信号のクロ
ックに周波数変調をかけるスペクトル拡散通信装置にお
ける受信装置において、（１）参照ＰＮ信号の周期Ｎを
カウントするカウンタと、復調データビットの中央とな
るタイミングでデータ判別タイミング信号を出力するデ
コーダと、遅延ロックループにおける電圧制御発振器へ
の制御電圧である復調信号を波形整形回路により波形整
形した信号をデータ判別タイミング信号のタイミングで
“１”，“０”データを判別するデータ判別回路とを有
すること、或いは、（２）前記ＰＮ信号がＭ系列である
場合、参照ＰＮ信号発生器であるシフトレジスタの各ビ
ットを比較出力が復調データビットの中央となるビット
パターンとの比較を行い、比較出力をデータ判別タイミ
ング信号として出力するコンパレータと、遅延ロックル
ープにおける電圧制御発振器への制御電圧である復調信
号を波形整形回路により波形整形した信号をデータ判別
タイミング信号のタイミングで“１”，“０”データを
判別するデータ判別回路とを有すること、或いは、
（３）参照ＰＮ信号の１周期の時間タイミング１を測る
第１の計測手段と、ＰＮクロックの中心周波数によるＰ
Ｎ信号の１周期の時間タイミング２を測る第２の計測手
段と、時間タイミング２に対する時間タイミング１の進
み、遅れから“１”，“０”データを判別する判別手段
を有すること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。

【０００６】図１は、本発明によるスペクトル拡散通信
装置に用いる送信装置の一例を説明するための構成図
で、図中、１はデータ送出回路、２はＦＳＫ変調回路、
３はＰＮ信号発生器、４はカウンタ、５は周波数変換回
路、６は電力増幅回路である。まず、送信する前にリセ
ット信号によってＰＮ信号の出力を開始するとともに、
カウンタ４のロードを行いカウントを開始する。ＰＮ信
号発生器３は送信データに応じて周波数変調されたＰＮ
クロックに同期した周期ＮチップのＰＮ信号を以後繰り
返し出力する。カウンタ４は、ＰＮ信号の周期であるＮ
ビットをカウントするとキャリーが出るように初期値を
セットしておき、キャリーの負信号をロード信号とする
ことでＮビットのカウントを繰り返す。データ送出回路
１では、同信号をクロックとしてそれに同期した送信デ
ータをＦＳＫ変調回路２に送出する。

【０００７】ＦＳＫ変調回路２では、送信データに応じ
てＰＮクロックに周波数変調をかける。以上の繰作によ
り、ＰＮ信号の周期に同期した送信データによってＰＮ
クロックに周波数変調をかけることができる。周波数変
換回路５によりＰＮ信号に搬送波周波数をかけて周波数
変換を行い、電力増幅回路６で信号を増幅したのちアン
テナより電波を出力する。図２（ａ）〜（ｅ）に送信機
の各部の信号を示す。

【０００８】図３は、本発明によるスペクトル拡散通信
装置に用いる送信装置の他の例を示す構成図で、図中、
７はコンパレータで、その他、図１と同じ作用をする部
分は同一の符号を付してある。ＰＮ信号としてＭ系列を
用いている場合、ＰＮ信号発生器３にはｋビットシフト
レジスタが用いられ、ある初期値を与えることにより周
期信号を発生する。コンパレータ７では、ｋビットシフ
トレジスタの各ビットと初期値とを比較することによっ
てＰＮ信号の周期の始まりを示す信号が得られる。この
信号をデータ送出回路１へデータクロックとして入力
し、送信データをＦＳＫ変調回路２へ送出する。以上の
操作により、ＰＮ信号の周期に同期した送信データによ
ってＰＮクロックに周波数変調をかけることができる。

【０００９】図４は、本発明によるスペクトル拡散通信
装置における受信装置の構成図で、図中、１１はＲＦ増
幅回路、１２は周波数変換回路、１３は相関ネットワー
ク、１４はＰＮ信号発生器、１５はループフィルタ、１
６は電圧制御発振器、１７は波形整形回路、１８はデー
タ判別回路、１９はカウンタ、２０はデコーダである。
アンテナから入力された信号は、周波数変換回路１２に
より中間周波数に落とされ、相関ネットワーク１３、ル
ープフィルタ１５、電圧制御発振器１６、ＰＮ信号発生
器１４からなる遅延ロックループ（ＤＬＬ）に入力され
る。このＤＬＬによって、ＰＮ信号の同期をとるととも
に、電圧制御発振器の制御電圧にＦＳＫ変調されたＰＮ
クロックに対する復調信号が含まれる。

【００１０】データ受信前にリセット信号によりＰＮ信
号の出力を開始するとともに、カウンタ１９のロードを
行いカウントを開始する。ＰＮ信号発生器１４は電圧制
御発振器１６の出力のクロックに同期した周期Ｎチップ
の参照ＰＮ信号を以後繰り返し出力する。カウンタ１９
は、ＰＮ信号の１周期であるＮビットをカウントすると
キャリーが出るように初期値をセットしておき、キャリ
ーの負信号をロード信号とすることでＮビットのカウン
トを繰り返す。

【００１１】デコーダ２０は、データ判別を行うタイミ
ングを示すカウント値をデコードしたときデータ判別タ
イミング信号を出力するように設定される。復調信号
は、ＤＬＬと波形整形回路１７を通過することによりＰ
Ｎ信号の周期より遅延するため、これらの回路遅延を考
慮し、復調信号の１ビットの中央のタイミングでデータ
判別を行うようにデコーダの設定値を設定することで誤
りのない復号を行うことができる。波形整形回路１７
は、ＤＬＬからの微小な復調信号を増幅し、データレー
トに応じたカットオフ周波数をもつＬＰＦに通過させる
ことで、ノイズの除去を行う。データ判別回路１８で
は、デコーダからのタイミング信号のタイミングで、波
形整形されたＤＬＬ復調信号を“１”，“０”の判定を
行い、復調データとして出力する。図５（ａ）〜（ｆ）
に受信機の各部の信号を示す。

【００１２】図６は、本発明によるスペクトル拡散通信
装置における他の受信装置の構成図で、図中、２１はコ
ンパレータで、その他、図４と同じ作用をする部分は同
一の符号を付してある。図４における実施例では、デー
タ判別タイミング信号をカウンタ及びデコーダにより発
生させていたが、ＰＮ信号がＭ系列である場合、ＰＮ信
号発生器１４であるｋビットシフトレジスタの各ビット
と、あるビットパターンとを比較するコンパレータ２１
の比較出力をデータ判別タイミング信号とすることがで
きる。Ｍ系列によるＰＮ信号では、ｋビットシフトレジ
スタの各ビットは１周期の間同じパターンにはならない
ため、データ判別のタイミングを与えるようなビットパ
ターンを設定することができる。このとき、図４におけ
る実施例で説明したように回路遅延を考慮し、比較出力
が復調信号の１ビットの中央で出力するように設定する
必要がある。

【００１３】図７は、本発明によるスペクトル拡散通信
装置における更に他の受信装置の構成図で、図中、２２
はタイミング判定回路、２３は第１のカウンタ、２４は
第２のカウンタ、２５は水晶発振器で、その他、図６と
同じ作用をする部分は同一の符号を付してある。アンテ
ナから入力された信号は、周波数変換回路１２により中
間周波数に落とされ、相関ネットワーク１３、ループフ
ィルタ１５、電圧制御発振器１６、ＰＮ信号発生器１４
からなる遅延ロックループ（ＤＬＬ）に入力される。

【００１４】データ受信前にリセット信号によりＰＮ信
号の出力を開始するとともに、カウンタ１およびカウン
タ２のロードを行いカウントを開始する。ＰＮ信号発生
器１４は電圧制御発振器１６の出力のクロックに同期し
た周期Ｎチップの参照ＰＮ信号を以後繰り返し出力す
る。カウンタ１は、ＰＮ信号の１周期であるＮビットを
カウントするとキャリーが出るように初期値をセットし
ておき、キャリーの負信号をロード信号とすることでＮ
ビットのカウントを繰り返す。

【００１５】カウンタ２では、水晶発振器２５からのク
ロックをＭビットカウントするとキャリーを出力するよ
うに初期値をセットしておく。また、カウンタ１のキャ
リーの負信号をロード信号とすることでＭビットのカウ
ントを繰り返す。水晶発振器２５の出力の周波数は、Ｐ
Ｎクロックの中心周波数あるいはその整数倍とする。カ
ウンタ２のキャリー出力はＰＮクロックが中心周波数の
ときのＰＮ信号の１周期の時間間隔を表すため、水晶発
振器２５の出力がＰＮクロックの中心周波数であればＭ
＝Ｎとすればよい。水晶発振器２５の出力がＰＮクロッ
クの中心周波数のＬ（整数）倍であればＭ＝Ｌ・Ｎとす
ればよい。この実施例ではＬ＝２とした。カウンタ１と
カウンタ２のクロックは同期していないのでカウンタ２
のクロックである水晶発振器２５の出力の周波数が高い
方が時間タイミングを測るときの誤差を小さくすること
ができる。

【００１６】タイミング判定回路２２には、カウンタ１
のキャリー負信号とカウンタ２のキャリー負信号を入力
する。送信側でデータ“１”のときＰＮ信号のクロック
周波数が中心周波数に対して高く、データ“０”のとき
低く周波数変調がかけられているとすると、データ
“１”のときＰＮクロックは中心周波数より周波数が高
いため、ＰＮ信号の１周期の時間が短くなり、同様にデ
ータが“０”のときはＰＮ信号の１周期の時間が長くな
る。したがって、タイミング判定回路２２では、中心周
波数でのＰＮ信号の１周期の時間を示すカウンタ２のキ
ャリー負信号の立ち上がりに対するカウンタ１のキャリ
ー負信号の立ち上がりのタイミングを判断し、進んでい
れば“１”、遅れていれば“０”とデータを判別するこ
とができる。

【００１７】カウンタ１のキャリーがカウンタ２のキャ
リーより進んでいる場合は、カウンタ２のキャリーが出
る前にロードされるためキャリーは出ない。したがっ
て、カウンタ１のキャリー負信号の立ち上がりの前での
カウンタ２のキャリー負信号の立ち上がりの有無を見る
だけでよい。この実施例では、タイミング判定回路２２
は２つのＤ.ＦＦ１とＤ.ＦＦ２などによる遅延回路で構
成している。Ｄ.ＦＦ１を、カウンタ１のキャリー負信
号を１ビット以上遅延させた信号でセットし、データが
“０”のときカウンタ２のキャリー負信号の立ち上がり
でＤ.ＦＦ１の出力がＬになる。データが“１”のとき
は、カウンタ２のキャリーは出ないためＤ.ＦＦ１の出
力はＨのままである。Ｄ.ＦＦ２では、Ｄ.ＦＦ１の出力
をカウンタ１のキャリー負信号の立ち上がりで見ること
によって復調データを再生することができる。図８
（ａ）〜（ｈ）に受信機の各部の信号を示す。

【００１８】図９は、本発明によるスペクトル拡散通信
装置における更に他の受信装置の構成図である。図中の
符号は図６及び図７に付したものと同じである。図７に
示した実施例では、参照ＰＮ信号の１周期の時間タイミ
ングをカウンタ１によって測っていたが、ＰＮ信号がＭ
系列である場合、ＰＮ信号発生器１４であるｋビットシ
フトレジスタの各ビットは１周期の間は同じパターンに
はならないため、ｋビットシフトレジスタの各ビット
と、あるビットパターンをコンパレータ２１で比較する
ことにより、図７に示した実施例でのカウンタ１のキャ
リー出力と同じ信号を得ることができる。例えば、ＰＮ
信号の初期値を与えるビットパターンを設定すればよ
い。

【００１９】

【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）復調信号からＰＬＬでデータのビット同期をとる
必要がなくなるため、複雑かつ高価なＰＬＬを必要とし
ない。また、ＰＬＬを用いないため、同じデータが連続
したときの、ビットずれによる復号誤りが無くなる。し
たがって、送信側において、同じデータの連続をなくす
スクランブルなどの符号化を必要としない。また、受信
側のＤＬＬおよび波形整形回路を通過することによる復
調信号の遅延に対し、デコーダから出力するデータ判別
タイミング信号を適切に遅延させるように設定しておく
ことにより、データビットの中央でデータ判別を行うこ
とができ、確実で誤りのない復号が可能となる。 （２）複雑かつ高価なＰＬＬなどのビット同期回路を必
要としない。また、従来方法では、ＤＬＬ復調信号の増
幅、ノイズ除去を行う波形整形回路やあるしきい値で
“１”，“０”を識別するデータ判別回路あるいは復調
ＤＬＬにおいて、ノイズ、電源変動、温度変動、その他
の原因による復調信号アイパターンのレベル変動が発生
し、その結果、復号誤りが発生していたが、本発明で
は、時間タイミングを見るだけでよいため、回路が簡単
となり、かつ上記のような変動による復号誤りをなくす
ことができる。

【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装置に用い
る送信装置の一例を説明するための構成図である。

【図２】 図１における送信装置の各部の信号を示す図
である。

【図３】 本発明によるスペクトル拡散通信装置に用い
る送信装置の他の例を示す構成図である。

【図４】 本発明によるスペクトル拡散通信装置におけ
る受信装置の構成図である。

【図５】 図４の実施例における受信装置の各部の信号
を示す図である。

【図６】 本発明によるスペクトル拡散通信装置におけ
る他の受信装置の構成図である。

【図７】 本発明によるスペクトル拡散通信装置におけ
る更に他の受信装置の構成図である。

【図８】 図７の実施例における受信装置の各部の信号
を示す図である。

【図９】 本発明によるスペクトル拡散通信装置におけ
る更に他の受信装置の構成図である。

【符号の説明】

１…データ送出回路、２…ＦＳＫ変調回路、３…ＰＮ信
号発生器、４…カウンタ、５…周波数変換回路、６…電
力増幅回路。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クロック速度変調によるスペクトル拡散
   通信を用いた、ＰＮ信号の１周期を送信データの１ビッ
   トとしてＰＮ信号のクロックに周波数変調をかけるスペ
   クトル拡散通信装置において、参照ＰＮ信号の周期Ｎを
   カウントするカウンタと、復調データビットの中央とな
   るタイミングでデータ判別タイミング信号を出力するデ
   コーダと、遅延ロックループにおける電圧制御発振器へ
   の制御電圧である復調信号を波形整形回路により波形整
   形した信号をデータ判別タイミング信号のタイミングで
   “１”，“０”データを判別するデータ判別回路とを有
   することを特徴とするスペクトル拡散通信装置における
   受信装置。
2. 【請求項２】 クロック速度変調によるスペクトル拡散
   通信を用いた、ＰＮ信号の１周期を送信データの１ビッ
   トとしてＰＮ信号のクロックに周波数変調をかけるスペ
   クトル拡散通信装置において、前記ＰＮ信号がＭ系列で
   ある場合、参照ＰＮ信号発生器であるシフトレジスタの
   各ビットを比較出力が復調データビットの中央となるビ
   ットパターンとの比較を行い、比較出力をデータ判別タ
   イミング信号として出力するコンパレータと、遅延ロッ
   クループにおける電圧制御発振器への制御電圧である復
   調信号を波形整形回路により波形整形した信号をデータ
   判別タイミング信号のタイミングで“１”，“０”デー
   タを判別するデータ判別回路とを有することを特徴とす
   るスペクトル拡散通信装置における受信装置。
3. 【請求項３】 クロック速度変調によるスペクトル拡散
   通信を用いた、ＰＮ信号の１周期を送信データの１ビッ
   トとしてＰＮ信号のクロックに周波数変調をかけるスペ
   クトル拡散通信装置において、参照ＰＮ信号の１周期の
   時間タイミング１を測る第１の計測手段と、ＰＮクロッ
   クの中心周波数によるＰＮ信号の１周期の時間タイミン
   グ２を測る第２の計測手段と、時間タイミング２に対す
   る時間タイミング１の進み、遅れから“１”，“０”デ
   ータを判別する判別手段を有することを特徴とするスペ
   クトル拡散通信装置における受信装置。