JP3450300B2 - 同期捕捉方法およびこの方法を実施するための装置 - Google Patents

同期捕捉方法およびこの方法を実施するための装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、長さｍビットの受信されたコー
ド化された拡散シーケンスを局所的に発生された拡散シ
ーケンスとｍ回それぞれ１ビットづつ遅延して相関して
ｍ個の相関応答を形成する同期捕捉方法に関する。本発
明は更に、この方法を実施するための装置に関する。
【０００２】基礎としている拡散方法はダイレクト・シ
ーケンス方法である。その際通信は送信の前にビット毎
に時間的に強く伸張されかつ擬似ランダム２進シーケン
スによって変調される。受信機はその際生じた擬似雑音
信号から２進シーケンスが分かっていれば通信を抽出す
ることができる。
【０００３】この形式の方法は、データ通信、位置決定
およびナビゲーションに使用される。その際受信機が複
数の送信機から信号を受信しかつそれから信号の識別の
ために信号の時間位置が突き止められなければならない
という問題がある。
【０００４】この形式の方法に対する重要な使用分野は
殊に、システムＮＡＶＳＴＡＲ ＧＰＳ（Navigation S
ystem With Timing And Ranging, Global Positioning
System）に従ったリアルタイム・サテライト・ナビゲー
ションである。ここでは、送信機ネットワークとして多
数のサテライトが用いられる。サテライトは地上または
コントロールステーションによって制御される。受信機
の３次元の位置決定のために、少なくとも４つのサテラ
イトが受信機の視野の中になければならない。送信機の
通信は受信機において復号化されて、そこから必要な計
算が行われる。受信機がサテライトを識別しかつその情
報を評価できるように、受信機は送信機固有のコード
（ゴールド・コード）を分かっていなければならない。
このコードは前以て決められている長さの周期的な信号
シーケンスとして伝送される。コードを見つけ出すため
に、受信機においてサテライトのすべてのコードが記憶
される。それから普通はまず、任意のサテライトのコー
ドが生成されかつ受信されたコードと比較される。通例
はそうであるのだが、それが期待されるサテライトでは
ないならば、記憶されているコードとの比較は、一致が
検出されるまでの間実施されなければならない。
【０００５】更に、それぞれ到来する信号の位相位置は
既知ではないので、受信されたコードを有する信号は、
場合により一致が検出されるまでの間、シフトされなけ
ればならない。比較は、同期が成り立っているとき、ほ
ぼ１０２３になる信号の相関関数を介して行われる。こ
のサーチ過程に対して可能な変形をすべて考慮すると、
基本的に、長いサーチ時間でも仕方ないということにな
る。
【０００６】１０２３ビットのゴールド・コード拡散シ
ーケンスに相応して、１０２３のサーチセルを有するサ
ーチパターンが検査されなければならず、その際２つの
サーチセルの時間間隔はビット幅によって前以て決めら
れている。これにより、１／２ビット幅の分解能が実現
される。同期が最適であれば、標本時点は、相関応答の
最大振幅（図２参照）が得られるように選択されてい
る。ここで最大のＳＮ比も実現される。これに対して、
最悪の場合には信号電力は１／４まで低下する可能性が
ある。
【０００７】この電力低減を抑えるための公知の方法
は、サーチ・ポジションの時間間隔を半分または１／４
に低減することによって、サーチパターンを詳細化する
ことになる。しかしこのような手法では、サーチ過程の
数は２倍または４倍にされなければならないので、同期
捕捉時間は著しく延長される。
【０００８】本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方法
および装置を、同期捕捉時間が延長されることなくＳＮ
比の改善が実現されるように改良することである。
【０００９】この課題は、ａ． それぞれの相関応答を
遅延しかつ１つの連続する相関応答に加算することによ
って相関結果を形成し、 ｂ． 前記遅延はｍの整数倍ｉプラス１つの別のビット
であり、ただしｉ＝０，１，２，３，…、かつ ｃ． すべてのｍ個の相関結果について最大値サーチを
実施する ことによって解決される。ｉ＞０の場合、この方法は、
データ変調されていない拡散シーケンスに対してのみ最
適な結果を保証するものである。
【００１０】従って本発明の基本思想は、２つの隣接す
るサーチセルを相互に結び付けるということにある。こ
のようにして、従来の曲線形状に比べて重要な上側の領
域において拡幅されている、相関結果の曲線形状が得ら
れるのである。拡幅は１ビット幅でありかつ拡幅によっ
て信号の電力低下は生じない。このようにして相関応答
の振幅は標本時点およびサーチパターンの正確な同期に
無関係である。その際ＳＮ比は上述した最悪の場合に比
べて著しく改善される。
【００１１】本発明の有利な実施形態によれば、局所的
に生成される拡散シーケンスは送信された拡散シーケン
スの部分である。
【００１２】このようにして、同期捕捉時間の一層の改
善が、殊に拡散シーケンスが長い場合に実現される。
【００１３】装置的にはこの課題は、簡単な回路手段に
よって、即ち、加算器を備え、該加算器は第１の加算器
入力側と、第２の加算器入力側と、相関結果を出力する
ための加算器出力側とを有しており、遅延素子を備え、
該遅延素子は遅延入力側と、前記第２の加算器入力側に
接続されている遅延出力側とを備え、該遅延はｍの整数
倍ｉプラス１つの別のビットであり、ただしｉ＝０，
１，２，３，…相関器を備え、該相関器は第１の加算器
入力側と遅延入力側に接続されている相関器出力側を有
しており、該相関器はｍビットの長さを有している拡散
符号シーケンスを受信しかつ該拡散符号シーケンスを局
所的に生成される拡散シーケンスとｍ回、それぞれの場
合において１ビットづつ遅延して相関するように構成さ
れており、該相関器は相関器出力側にｍ個の相関応答を
出力し、かつｍ個すべての相関結果に関して最大値サー
チを実施するように構成されているサーチユニットを備
えていることで解決される。
【００１４】次に本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。
【００１５】図１は、ＧＰＳナビゲーションシステムに
対する本発明の受信機を略示し、図２は、図１の受信機
の相関応答を略示し、図３は、本発明に係る、図１の受
信機の相関応答、即ち相関結果を略示する。
【００１６】図１には、拡散方法を実施するための受信
機が図示されている。この方法は例えばデータ通信、移
動無線並びに位置決定およびナビゲーションに使用する
ことができるようなものである。次にこの受信機の構成
および機能を、ＧＰＳ位置決定およびナビゲーションシ
ステムに使用されているものとして説明する。というの
はオペレーションは実質的に普通、拡散方法に対する他
のすべての受信機おいて使用されるオペレーションに対
するものだからである。この場合送信機固有の信号、当
該サテライトのゴールド・コードは、特定の送信機の信
号の他に他のすべての働いている送信機の情報を更に含
んでいる受信された信号、全体の信号の雑音レベルから
見つけ出される。
【００１７】アンテナ（図示されていない）から拡散シ
ーケンスとして到来する全体の信号は直角変調されかつ
直角変調器を用いてベースバンドにおいて混合される。
直交成分Ｑおよび同相成分Ｉはそれぞれ、語幅Ｉビット
を有するアナログ・デジタル変換器（図示されていな
い）において量子化される。
【００１８】それから信号は２つの分岐において同じ構
成の相関器２ないし２′に供給される。ここでそれぞ
れ、所属のサテライトのゴールド・コードが全体の信号
の雑音レベルから見つけ出される。相関器２，２′の出
力側に、出力信号としてそれぞれ、図２に示されている
ような相関応答ＫＡないしＫＡ′が取り出される。
【００１９】相関応答ＫＡ，ＫＡ′は同じ構成である装
置１０ないし１０′においてそれぞれ処理が行われる。
これについては後で更に詳細に説明する。装置１０，１
０′の出力信号は相関結果ＫＥないしＫＥ′として電力
計算機３０に供給される。ここで２つの分岐から絶対値
の二乗がそれぞれユニット３，３′において計算されか
つ加算器４において加算される。加算された信号からユ
ニット５において平方根が求められかつ更に、求められ
た結果に関する安全性を高めるために累算器６において
信号強度がＭ回累算される。
【００２０】ゴールド・コード発生器８は相関器２，
２′にサーチの際に問題になるゴールド・コードを供給
する。
【００２１】相関器２および装置１０を有する第１の分
岐および相関器２′および装置１０′を有する第２の分
岐は同じでありかつ信号は同じように処理されるので、
以下に第１の分岐に限って説明するが、説明は第２の分
岐に対しても当てはまるものである。
【００２２】相関器２において、周知のように、長さｍ
ビットの受信された拡散シーケンスがゴールド・コード
発生器８において生成された拡散シーケンスとｍ回それ
ぞれ、１ビットづつ遅延されて、ｍ個の相関応答が形成
されるように相関される。
【００２３】相関器２において出力側に現れる相関応答
ＫＡは、図２に示されているように、最適な時間状態に
おいて（ここでは例えばｔ＝４）、受信された拡散シー
ケンスＩとゴールド・コード発生器８によって局所的に
発生された拡散シーケンスとの間に位相位置も含めて完
全な一致が検出されるとき、最大の振幅ピークを有する
パルスから成っている。通例は相関応答ＫＡの曲線は±
１ビット（Ｂｉｔ）内で０Ｖから上昇しないし０Ｖに降
下する。
【００２４】この曲線経過は従来の相関器の相関応答に
相応していることを指摘しておく。その際１ビット幅の
通例のサーチパターンを前提とするとき、最悪の場合に
は最適な標本時点から１／２ビットのオフセットが生じ
る可能性がある。この場合には図２からわかるように、
このようなオフセットによって６ｄＢの最大電力損失が
発生されることになる。
【００２５】この形式の電力低下を回避するために、装
置１０において、２つの隣接するサーチセルの相関応答
ＫＡから平均値形成が行われる。この目的のために、そ
れぞれの相関応答ＫＡが遅延されかつ隣接するサーチセ
ルの相関応答ＫＡと加算されて図３に示されている相関
結果が形成される。相関応答ＫＡはこのために一方にお
いて直接加算器１１の入力側に供給されかつ他方におい
て遅延素子１２を介して加算器１１の別の入力側に供給
される。
【００２６】遅延素子における遅延度は選択的に、ｍの
整数倍ｉ（ｉ＝０，１，２，３，…）プラスもう１ビッ
トである。従って、選択された遅延度に依存して、２つ
の直接隣接しているビットが相互に結合される（ｉ＝
０）か、または２つの隣接しているが、連続している拡
散シーケンスに存在しているビットの相関応答ＫＡが相
互に結合される（ｉ＞０）。後者の場合には（ｉ＞
０）、拡散シーケンスがデータ変調されていないときに
しか最適な結果は保証されていない。
【００２７】図３に示されているように、相関結果ＫＥ
の形成によって、図２の相関応答ＫＡの場合と同じ高さ
の最大振幅が得られるが、付加的に最大振幅の領域が拡
張されている。この拡張は１サーチパターンフィールド
の長さ、すなわち１ビットに相応している。それ故に、
完全なサーチパターンフィールド内の信号エネルギーは
同じでありかつ上述した図２で説明したような最悪の場
合の電力損失はもはやここでは該当しない。従って最大
の振幅は正確な時間特性に無関係であり、にも拘わらず
上述した最悪の場合には雑音は３ｄＢ増大するが、なお
ＳＮ比の改善が見られる。 ［図面の簡単な説明］
【図１】ＧＰＳナビゲーションシステムに対する本発明
の受信機を略示するブロック線図である。
【図２】図１の受信機の相関応答を説明する曲線図であ
る。
【図３】図１の受信機の相関結果を説明する曲線図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04J 13/00 - 13/06 H04B 1/69 - 1/713

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ｍビットの長さを有している受信され
    た、拡散符号シーケンスを局所的に生成される拡散シー
    ケンスとｍ回、それぞれ１ビットづつ遅延して相関する
    ことによってｍ個の相関応答を形成するステップを有し
    ている通信同期捕捉方法において、 ａ． それぞれの相関応答（ＫＡ）を遅延しかつ１つの
    連続する相関応答（ＫＡ）に加算することによって相関
    結果（ＫＥ）を形成し、 ｂ． 前記遅延度はｍの整数倍ｉプラス１つの別のビッ
    トであり、ただしｉ＝０，１，２，３，…、かつ ｃ． すべてのｍ個の相関結果（ＫＥ）について最大値
    サーチを実施する ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 局所的に生成される拡散シーケンスは送
    信された拡散シーケンスの部分である請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 通信同期捕捉を実施するための回路装置
    であって、 加算器（１１）を備え、該加算器は第１の加算器入力側
    と、第２の加算器入力側と、相関結果（ＫＥ）を出力す
    るための加算器出力側とを有しており、 遅延素子（１２）を備え、該遅延素子は遅延入力側と、
    前記第２の加算器入力側に接続されている遅延出力側と
    を備え、該遅延度はｍの整数倍ｉプラス１つの別のビッ
    トであり、ただしｉ＝０，１，２，３，… 相関器（２）を備え、該相関器は第１の加算器入力側と
    遅延入力側に接続されている相関器出力側を有してお
    り、該相関器はｍビットの長さを有している拡散符号シ
    ーケンスを受信しかつ該拡散符号シーケンスを局所的に
    生成される拡散シーケンスとｍ回、それぞれの場合にお
    いて１ビットづつ遅延して相関するように構成されてお
    り、該相関器（２）は相関器出力側にｍ個の相関応答
    （ＫＡ）を出力し、かつ ｍ個すべての相関結果（ＫＥ）に関して最大値サーチを
    実施するように構成されているサーチユニットを備えて
    いる回路装置。
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