JP3561417B2 - 拡散変調信号受信装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、拡散変調信号受信装置に係わり、特に、フーリエ変換したベースバンド拡散変調信号とフーリエ変換した参照信号とを乗算し、乗算信号を逆フーリエ変換して相関信号を発生してその最大値を求めるまでの計算量を低減し、迅速な同期捕捉を達成することを可能にした拡散変調信号受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、所定領域内を適宜移動する移動体の現在位置を追尾するため、電波を用いた移動体追尾方式が用いられている。この移動体追尾方式は、移動体に電波を送信する送信機を携帯させ、送信機から放射された電波を受ける基地局を所要領域の近傍に設けているもので、基地局は、受けた電波の到来方向や遅延時間に基づいて移動体の現在位置を知るものである。この移動体追尾方式においては、移動体が携帯する送信機と基地局との間で送受信される信号変調方式として、種々の信号変調方式を用いることが可能であるが、その中の1つにPN符号を用いた拡散変調方式が知られている。
【0003】
ところで、PN符号を用いた拡散変調方式は、送信側において、送信データによってPSK(位相シフトキーイング)等の1次変調信号を形成し、次に、この1次変調信号にPN(疑似ランダムノイズ)符号を乗算した拡散変調信号(2次変調信号)を形成し、次いで、拡散変調信号を送信信号に周波数変換して信号電波として送信するものである。一方、受信側において、アンテナで受信した信号電波からベースバンド拡散変調信号を抽出し、ベースバンド拡散変調信号と送信側で乗算したPN符号と同じ符号を用いて形成された参照信号との積和をとることにより相関信号を生成する。その後、この相関信号をPSK復調し、受信データを得ている。
【0004】
ここで、図9(イ)乃至(ニ)は、前記PN符号を用いた拡散変調方式に用いられる信号波形の一例を示す波形図であって、(イ)は1次(PSK)変調信号を示し、(ロ)はPN符号を示し、(ハ)は1次(PSK)変調信号とPN符号とを乗算して得られる拡散変調信号を示し、(ニ)は帯域制限された拡散変調信号を示す。
【0005】
図9(イ)、(ロ)に示されるように、1次(PSK)変調信号とPN符号との関係は、1次(PSK)変調信号のそれぞれのビット区間TにPN符号の複数のチップ区間Tcが割り当てられているもので、通常、T≫Tcになるように選ばれる。
【0006】
また、図10は、前記PN符号を用いた拡散変調方式に用いられる各信号の周波数スペクトラムを示す特性図であって、曲線(a)は1次(PSK)変調信号の周波数スペクトラムであり、曲線(b)は拡散変調信号の周波数スペクトラムであり、曲線(c)は帯域制限された拡散変調信号の周波数スペクトラムである。
【0007】
図10の曲線(a)、(b)に示されるように、1次(PSK)変調信号と拡散変調信号との周波数スペクトラム分布の関係は、1次(PSK)変調信号の周波数スペクトラムが比較的狭い範囲内に分布しているのに対し、拡散変調信号の周波数スペクトラムが広い範囲にわたって分布している。
【0008】
なお、この拡散変調信号の周波数スペクトラムが他の信号等に妨害を与えるときには、曲線(b)に示されているような周波数スペクトラムを、曲線(c)に示されているように若干周波数帯域を狭める、即ち、周波数帯域の制限が行われる。このとき、図9(ハ)に示されている拡散変調信号の波形は、図9(ニ)に示されるように信号振幅の変化が滑らかな波形になる。
【0009】
次いで、図11は、PN符号を用いた拡散変調方式の既知の拡散変調信号受信装置における要部構成の一例を示すブロック図である。
【0010】
図11に示されるように、拡散変調信号受信装置は、受信部41と、第1フーリエ変換部42と、参照信号発生部43と、第2フーリエ変換部44と、乗算部45と、逆フーリエ変換部46と、最大値探索部47と、復調部48と、制御部49と、アンテナ50と、信号出力端子51とからなっている。この場合、受信部41は、ベースバンド信号発生部52と、アナログ−ディジタル(A/D)変換部53と、メモリ54とからなっている。
【0011】
そして、受信部41は、入力端がアンテナ50に接続され、出力端が第1フーリエ変換部42の入力端に接続される。参照信号発生部43は、出力端が第2フーリエ変換部44の入力端に接続される。乗算部45は、第1入力端が第1フーリエ変換部42の出力端に接続され、第2入力端が第2フーリエ変換部44の出力端に接続され、出力端が逆フーリエ変換部46の入力端に接続される。最大値探索部47は、入力端が逆フーリエ変換部46の出力端に接続され、出力端が復調部48の入力端に接続される。復調部48は、出力端が信号出力端子51に接続される。制御部49は、受信部41、第1フーリエ変換部42、参照信号発生部43、第2フーリエ変換部44、乗算部45、逆フーリエ変換部46、最大値.探索部47、復調部48にそれぞれ接続される。また、受信部41において、ベースバンド信号発生部52は、入力端が受信部41の入力端に接続され、出力端がA/D変換部53の入力端に接続される。メモリ54は、入力端がA/D変換部53の出力端に接続され、出力端が受信部41の出力端に接続される。
【0012】
ここで、図2は、送信機側で用いられるPN符号及び参照信号発生部43が発生する参照信号の一例を示す信号波形図であり、図12は、図2に示された参照信号を第2フーリエ変換部44でフーリエ変換した後に得られる周波数領域参照信号の信号波形図である。
【0013】
図3は、受信部41が出力するベースバンド拡散変調信号の一例を示す信号波形図であって、図3において示されるドット(黒色菱形)は、A/D変換部53においてサンプリングされたサンプルポイントを示している。また、図13は、図3に示されたベースバンド拡散変調信号を第1フーリエ変換部42でフーリエ変換した後に得られる周波数領域受信信号の信号波形図である。
【0014】
なお、本例の拡散変調信号受信装置は、図10に示される曲線(c)のように、送信機側で周波数帯域が制限された拡散変調信号を含む信号電波を、受信部41で受信するものである。
【0015】
図14は、図12に示される周波数領域参照信号と図13に示される周波数領域受信信号とが乗算部45に入力されたとき、逆フーリエ変換部46から出力される相関信号を示す信号波形図であって、図14において示されるドット(黒色菱形)は、離散時間(サンプルポイント)毎の相関値を示している。
【0016】
前記構成による既知の拡散変調信号受信装置の動作を、図2、図3及び図12乃至図14を併用して説明すると、概略、次のとおりである。
【0017】
送信機側においては、図2に示されるようなPN符号で拡散変調され、帯域制限された拡散変調信号が送信信号に周波数変換され、信号電波として送信される。拡散変調信号受信装置においては、送信機から送信された信号電波がアンテナ50で捉えられ、受信信号として受信部41に供給されると、始めに、ベースバンド信号発生部52は、よく知られているように、受信信号の増幅及び周波数変換等の処理を行ってアナログ形式のベースバンド拡散変調信号を抽出し、A/D変換部53に供給する。A/D変換部53は、アナログ形式のベースバンド拡散変調信号を、図3に示されるようなディジタル形式のベースバンド拡散変調信号に変換し、一定サンプル数だけメモリ54に一時的に記憶させる。次いで、メモリ54から読み出されたベースバンド拡散変調信号は、第1フーリエ変換部42においてフーリエ変換され、図13に示されるような周波数領域受信信号に変換された後、乗算部45の第1入力端に供給される。また、参照信号発生部43は、送信機側で発生される図2に示されるようなPN符号と同一の符号を参照信号として発生する。この参照信号は、第2フーリエ変換部44においてフーリエ変換されて、図12に示されるような周波数領域参照信号になり、乗算部45の第2入力端に供給される。
【0018】
乗算部45は、供給された周波数領域参照信号の複素共役信号と、同じように供給された周波数領域受信信号との間で、同一の周波数成分毎に乗算を行って周波数領域乗算信号を発生し、逆フーリエ変換部46に供給する。周波数領域乗算信号は、逆フーリエ変換部46において逆フーリエ変換され、周波数領域乗算信号が、図14に示されるような時間領域乗算信号に変換され、最大値探索部47に供給する。この場合、時間領域乗算信号は、よく知られているように、図3に示されるようなベースバンド拡散変調信号と図2に示されるような参照信号との相関信号である。最大値探索部47は、供給された相関信号の最大値と最大値を示す時間とを検出し、相関信号とともに検出出力を復調部48に供給する。復調部48は、相関値が最大を示す時間においてデータを判別するようなPSK復調を行うと、送信電波中に含まれる送信データに対応した受信データが得られ、得られた受信データが信号出力端子51を介して利用回路(図示なし)に供給される。なお、これらの一連の動作は、制御部49の制御の基に行われる。
【0019】
ところで、その他の既知の拡散変調信号受信装置において、逆フーリエ変換部46が出力するような相関信号を得る手段としては、ベースバンド拡散変調信号を1サンプルずつ時間的にシフトさせ、参照信号との積和を計算して相関信号を求めるというマッチト・フィルタが知られている。このマッチト・フィルタにおいて、参照信号の1周期分に対するベースバンド拡散変調信号のサンプルデータ数をNとすると、1つの相関値を得るためにNサンプルの参照信号とNサンプルのベースバンド拡散変調信号とを掛け合わせて和を求めるので、N回の積和計算が必要になる。そして、ベースバンド拡散変調信号を0から(N−1)サンプルまで時間的にシフトさせ、その都度このような積和計算を行って相関値を求めるので、合計N2 回の積和回数となる。また、ベースバンド拡散変調信号の同相チャネルと直交チャネルについてそれぞれ相関値を計算する必要があるので、積和回数は2N2 回となる。さらに、得られたNサンプルの相関値の最大値を探索するために、同相チャネルと直交チャネルの相関値の2乗和(相関電力)を計算するので、2N回の積和計算が必要となる。結局、相関値の最大値を求めるまでに(2N2 +2N)回の積和が必要となる。
【0020】
これに対して、図11に示されている既知の拡散変調信号受信装置のように、フーリエ変換及び逆フーリエ変換を用いて相関を求める場合には、積和回数は次のようになる。なお、サンプルデータ数Nは2の整数乗の数とし、フーリエ変換と逆フーリエ変換には、よく知られている高速フーリエ変換(FFT;FastFourier Transform)のアルゴリズムを用いるものとする。
【0021】
まず、第1フーリエ変換部42と第2フーリエ変換部44とにおいては、それぞれNlog2 N回(複素数換算)、乗算部45においてはN回(複素数換算)、逆フーリエ変換部46においてはNlog2 N回(複素数換算)の積和回数となり、それらを合計すると、複素数換算で(N+3Nlog2 N)回となる。先のマッチト・フィルタと同様に実数換算すると、(28N+12Nlog2 N)回となる。さらに、マッチト・フィルタの場合と同様に相関値の最大値を探索するので、最大値探索部47で2N回の積和(実数換算)が必要となる。合計すると(30N+12Nlog2 N)回の積和回数が必要となる。
【0022】
フーリエ変換及び逆フーリエ変換を用いて相関を求める場合は、サンプルデータ数Nが大きいとマッチト・フィルタよりも少ない積和回数によって相関信号が得られるので、同期捕捉をそれだけ速く実行できるという利点がある。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フーリエ変換及び逆フーリエ変換を用いて相関を求めている前記既知の拡散変調信号受信装置は、ベースバンド拡散変調信号や参照信号をフーリエ変換するときの周波数帯域(変換周波数帯域)内にある全サンプルデータ数を用い、それらの積和を行うことにより相関を求めるものである。このため、図13に示されるようにベースバンド拡散変調信号が帯域制限されている場合、占有周波数帯域以外のサンプルデータに対しても、フーリエ変換された参照信号との乗算を行わないと、相関信号を求めることができなかった。ここで、相関信号を求める際の積和回数は、変換周波数帯域内のサンプルデータ数(N)によって決まるので、上述のようにベースバンド拡散変調信号が帯域制限されている場合であっても、積和回数を減らすことが難しく、迅速な同期捕捉を行うことができないものであった。
【0024】
これに対して、本出願人は、フーリエ変換したベースバンド拡散変調信号及びフーリエ変換した参照信号の周波数帯域幅を制限した後でそれぞれ乗算部に供給することにより、乗算部とフーリエ変換部で使用されるサンプルデータ数を低減し、相関信号を求める際の積和回数を減らした拡散変調信号受信装置を提案している。
【0025】
前記提案による拡散変調信号受信装置は、前記既知の拡散変調信号受信装置と比較したとき、相関信号を求める際の積和回数を相当に減らすことができるものの、さらなる積和回数の低減が要望されている。
【0026】
本発明は、このような技術的背景のもとでなされたもので、その目的は、フーリエ変換及び逆フーリエ変換を用いて相関を求める際に、サンプルデータを効果的に使用することによって積和回数を低減し、より迅速な同期捕捉を行う拡散変調信号受信装置を提供することにある。
【0027】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による拡散変調信号受信装置は、メモリ機能を有する受信部と、ベースバンド拡散変調信号のデータを所定の間引きレートで抽出する第1データ間引き部と、第1フーリエ変換部と、メモリ機能を有する参照信号発生部と、参照信号のデータを所定の間引きレートと同じレートで抽出する第2データ間引き部と、第2フーリエ変換部と、乗算部と、第1の相関信号を発生する逆フーリエ変換部と、第1の相関信号の最大値を探索する第1最大値探索部と、第1の相関信号の最大値近傍においてベースバンド拡散変調信号と参照信号との相関値を計算し、第2の相関信号を発生する相関値演算部と、第2の相関信号の最大値を探索する第2最大値探索部とからなる手段を具備する。
【0028】
前記手段によれば、第1データ間引き部は、ベースバンド拡散変調信号のデータを所定の間引きレートで抽出し、サンプルデータ数を低減して出力する。同様に、第2データ間引き部は、参照信号のデータを前記所定の間引きレートと同じレートで抽出し、サンプルデータ数を低減して出力する。第1及び第2フーリエ変換部は、サンプルデータ数を低減したベースバンド拡散変調信号及び参照信号に基づきフーリエ変換を行い、このときの積和回数を低減している。この後、乗算部、逆フーリエ変換部、第1最大値探索部においても、それぞれ、サンプルデータ数を低減した信号に基づく積和計算が行われる。その結果、第1最大値探索部において第1の相関信号の最大値を求めるまでの積和回数は、大幅に低減されることになる。
【0029】
また、前記手段によれば、第1最大値探索部は、第1の相関信号の最大値を探索する。相関値演算部は、この探索結果を受けて、第1の相関信号が最大値を示す時間近傍で1サンプルデータ毎に細かく相関値を計算し、第2の相関信号を発生する。第2最大値探索部は、第2の相関信号を受けてその最大値を探索し、真の最大相関値を求めている。そして、第1の相関信号のサンプルデータ数を低減させた結果、粗い時間間隔(サンプルデータ間隔)の相関値が得られるものであっても、相関信号の最大値と最大値になる時間とを正確に求めることができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態において、拡散変調信号受信装置は、PN符号で拡散変調した拡散変調信号を含む電波を受信し、ベースバンド拡散変調信号を発生する受信部と、PN符号と相関がある参照信号を発生する参照信号発生部と、ベースバンド拡散変調信号及び参照信号をフーリエ変換する第1及び第2フーリエ変換部と、フーリエ変換したベースバンド拡散変調信号とフーリエ変換した参照信号のいずれか一方の複素共役信号と他方の信号とを乗算し、乗算信号を発生する乗算部と、乗算信号を逆フーリエ変換して第1の相関信号を発生する逆フーリエ変換部と、第1の相関信号の最大値を探索する第1最大値探索部とを備え、受信部及び参照信号発生部にそれぞれメモリ機能を持たせ、受信部と第1フーリエ変換部の間及び参照信号発生部と第2フーリエ変換部の間にベースバンド拡散変調信号及び参照信号のデータを所定の間引きレートで抽出する第1及び第2データ間引き部を設け、第1の相関信号の最大値近傍においてベースバンド拡散変調信号と参照信号との相関値を計算し、第2の相関信号を発生する相関値演算部と、第2の相関信号の最大値を探索する第2最大値探索部を設けているものである。
【0031】
本発明の実施の形態の好適例において、拡散変調信号受信装置は、第1及び第2データ間引き部が、間引きレートをPN符号のレートに等しくなるように設定して、ベースバンド拡散変調信号及び参照信号のデータを抽出しているものである。
【0032】
これらの本発明の実施の形態によれば、受信部と第1フーリエ変換部の間に接続された第1データ間引き部は、ベースバンド拡散変調信号のデータを所定の間引きレートで抽出し、サンプルデータ数を低減させて出力する。同様に、参照信号発生部と第2フーリエ変換部の間に接続された第2データ間引き部は、参照信号のデータを第1データ間引き部の間引きレートと同じレートで抽出し、サンプルデータ数を低減させて出力する。第1及び第2フーリエ変換部は、サンプルデータ数が低減されたベースバンド拡散変調信号及び参照信号に基づきフーリエ変換を行っているので、このときの積和回数が低減される。
【0033】
また、乗算部、逆フーリエ変換部、第1最大値探索部は、サンプルデータ数を低減した信号に基づきそれぞれ積和計算を行っている。この結果、第1最大値探索部で第1の相関信号を求めるまでの積和回数は、大幅に低減される。
【0034】
さらに、第1最大値探索部は、第1の相関信号の最大値を探索する。相関値演算部は、この探索結果を受けて、第1の相関信号の最大値を示す時間近傍で1サンプルデータ毎に細かく相関値を計算し、第2の相関信号を発生する。第2最大値探索部は、第2の相関信号を受けてその最大値を探索し、真の最大相関値を求めている。この場合、第1の相関信号のサンプルデータ数が低減したことによって、粗い時間間隔(サンプルデータ間隔)の相関値が得られたとしても、第2の相関信号における最大値とその最大値になる時間とが正確に求められる。
【0035】
そして、これらの結果から、本発明の実施の形態においては、相関信号の最大値と時間を求めるまでの積和回数が大幅に低減され、計算の正確さを損なうことなく、迅速な同期捕捉が行われる。
【0036】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【0037】
図1は、本発明による拡散変調信号受信装置の一実施例の要部構成を示すブロック図である。
【0038】
図1に示されるように、本実施例の拡散変調信号受信装置は、受信部1と、第1データ間引き部2と、第1フーリエ変換部3と、参照信号発生部4と、第2データ間引き部5と、第2フーリエ変換部6と、乗算部7と、逆フーリエ変換部8と、第1最大値探索部9と、相関値演算部10と、第2最大値探索部11と、復調部12と、制御部13と、アンテナ14と、信号出力端子15とからなっている。この場合、受信部1は、ベースバンド信号発生部16と、アナログ−ディジタル(A/D)変換部17と、第1メモリ18とからなり、参照信号発生部4は、参照信号生成部19と、第2メモリ20とからなっている。
【0039】
そして、受信部1は、入力端がアンテナ14に接続され、出力端が第1データ間引き部2の入力端に接続される。第1フーリエ変換部3は、入力端が第1データ間引き部2の出力端に接続され、出力端が乗算部7の第1入力端に接続される。参照信号発生部4は、出力端が第2データ間引き部5の入力端に接続される。第2フーリエ変換部6は、入力端が第2データ間引き部5の出力端に接続され、出力端が乗算部7の第2入力端に接続される。乗算部7は、出力端が逆フーリエ変換部8の入力端に接続され、逆フーリエ変換部8は、出力端が第1最大値探索部9の入力端に接続される。相関値演算部10は、第1入力端が第1データ間引き部2の入力端に接続され、第2入力端が第2データ間引き部5の入力端に接続される。また、相関値演算部10は、相関信号入力端が第1最大値探索部9の出力端に接続され、出力端が第2最大値探索部11の入力端に接続される。復調部12は、入力端が第2最大値探索部11の出力端に接続され、出力端が信号出力端子15に接続される。制御部13は、受信部1、第1データ間引き部2、第1フーリエ変換部3、参照信号発生部4、第2データ間引き部5、第2フーリエ変換部6、乗算部7、逆フーリエ変換部8、第1最大値探索部9、相関値演算部10、第2最大値探索部11、復調部12にそれぞれ接続される。
【0040】
また、受信部1において、ベースバンド信号発生部16は、入力端が受信部1の入力端に接続され、出力端がA/D変換部17の入力端に接続される。第1メモリ18は、入力端がA/D変換部17の出力端に接続され、出力端が受信部1の出力端に接続される。参照信号発生部4において、参照信号生成部19は、出力端が第2メモリ20の入力端に接続される。第2メモリ20は、出力端が参照信号発生部4の出力端に接続される。制御部13は、ベースバンド信号発生部16、A/D変換部17、第1メモリ18、参照信号生成部19、第2メモリ20にそれぞれ接続される。
【0041】
前記構成による本実施例の拡散変調信号受信装置の動作を、図2乃至図7を併用して説明する。
【0042】
ここで、前記既知の拡散変調信号受信装置の動作の説明においては、図2及び図3に示された波形図がそれぞれ参照信号発生部43及び受信部41から出力される各信号に対するものであるとして説明したが、本実施例の拡散変調信号受信装置の動作の説明においては、図2及び図3に示された波形図がそれぞれ参照信号発生部4または第2メモリ20、及び、受信部1または第1メモリ18から出力される各信号に対するものであるとして説明する。
【0043】
この他に、図4は、第1フーリエ変換部3から出力される周波数領域受信信号の周波数スペクトラムの一例を示す特性図であり、図5は、第2フーリエ変換部6から出力される周波数領域参照信号の周波数スペクトラムの一例を示す特性図である。
【0044】
図6は、逆フーリエ変換部8から出力される第1の相関信号の一例を示す信号波形図であって、図6に示されるドット(黒色菱形)は離散時間(サンプルポイント)毎の相関値を示す。
【0045】
図7は、逆フーリエ変換部8から出力される第1の相関信号及び相関値演算部10から出力される第2の相関信号の各一例を、時間軸を拡大して示した信号波形図である。
【0046】
図7において、黒色菱形で示される曲線(a)は逆フーリエ変換部8から出力される第1の相関信号であり、白色丸形で示される曲線(b)は相関値演算部10から出力される第2の相関信号である。
【0047】
なお、黒色三角形で示される曲線(c)は、比較のための信号であり、既知の拡散変調信号受信装置における逆フーリエ変換部46から出力される相関信号である。
【0048】
始めに、送信機側においては、送信データを図2に示されるようなPN符号で拡散変調し、得られた拡散変調信号の周波数帯域の制限を行った後、周波数変換を行って送信信号に変換し、この送信信号が信号電波として送信される。
【0049】
拡散変調信号受信装置においては、送信機から送信された信号電波をアンテナ14で捉えると、受信信号として受信部1に供給される。このとき、受信部1においては、ベースバンド信号発生部16が受信信号の増幅及び周波数変換等の処理を行ってアナログ形式のベースバンド拡散変調信号を発生し、A/D変換部17に供給する。A/D変換部17は、アナログ信号形式のベースバンド拡散変調信号を時間的にサンプリングしてアナログ−ディジタル変換(A/D変換)し、図3に示されるようなディジタル形式のベースバンド拡散変調信号に変換し、変換されたベースバンド拡散変調信号は、第1メモリ18に一時的に記憶される。
【0050】
ここで、A/D変換部17は、送信機側で拡散変調に使用されたPN符号のチップレートに対して8倍のレートで時間サンプリングしてディジタル形式のベースバンド拡散変調信号に変換するものとして説明する。これを換言すると、1チップの時間内に8回サンプリングすることであり、図3に示すようなベースバンド拡散変調信号においては、1チップ時間(1Tc)に8個のサンプルポイントが表示されている。
【0051】
次に、第1メモリ18から読み出されたベースバンド拡散変調信号は、第1データ間引き部2に供給され、送信機側で拡散変調に使用されたPN符号と同じレートで間引きされてサンプルデータが抽出される。本実施例の場合には、1チップ時間内に8回サンプリングが行われたベースバンド拡散変調信号に対して、そのサンプルデータを8サンプル毎に1サンプルの割合で間引き、サンプルデータ数を低減してから第1データ間引き部2より出力される。サンプルデータ数を低減したベースバンド拡散変調信号は、第1フーリエ変換部2においてフーリエ変換され、図4に示されるような周波数領域受信信号になって、乗算部7の第1入力端に供給される。
【0052】
一方、参照信号発生部4において、参照信号生成部19は、送信機側で発生されるPN符号と相関を有する参照信号、例えば、図2に示されるようなPN符号を参照信号として生成し、ベースバンド拡散変調信号と同様に、1チップあたり8サンプルの割合で第2メモリ20に一時的に記憶される。次いで、第2メモリ20から読み出された参照信号は、第2データ間引き部5において送信機側で拡散変調に使用されたPN符号と同じレートで間引き、サンプルデータ数を低減してから第2データ間引き部5より出力される。サンプルデータ数を低減した参照信号は、第2フーリエ変換部6においてフーリエ変換され、図5に示されるような周波数領域参照信号になって乗算部7の第2入力端に供給される。
【0053】
次いで、乗算部7は、第1入力端に供給される周波数領域受信信号と、第2入力端に供給される周波数領域参照信号の複素共役信号とを周波数ごとに乗算して周波数領域乗算信号を発生し、逆フーリエ変換部8に供給する。逆フーリエ変換部8は、供給された周波数領域乗算信号を逆フーリエ変換して図6に示されるような第1の相関信号を発生し、第1最大値探索部9に供給する。
【0054】
続いて、第1最大値探索部9は、供給された第1の相関信号の相関電力を計算して相関値の大きさを比較し、図7の曲線(a)に示されるように、第1の相関信号の相関値が最大値を示す時間(サンプルポイント)及びその時間(サンプルポイント)に隣接する時間(サンプルポイント)を摘出し、相関値演算部10に供給する。この探索結果を受けると、相関値演算部10は、まずNサンプルのベースバンド拡散変調信号のデータ値を第1メモリ18から読み出し、同時にNサンプルの参照信号のデータ値を第2メモリ20から読み出す。そして、読み出した2つのデータ値に基づいて、第1の相関信号が最大値を示す時間(サンプルポイント)とそれに隣接する時間(サンプルポイント)との間に入る相関値を1サンプルデータ毎に細かく計算して第2の相関信号を発生して、第2最大値探索部11に供給する。なお、この相関値の計算は、例えば、既知のマッチト・フィルタと同じ手法が利用される。第2最大値探索部11は、供給された第2の相関信号に基づいて、図7の曲線(b)に示されるような第2の相関信号が最大を示すときの最大値と時間(サンプルポイント)を探索し、復調部12に供給する。このとき、第2最大値探索部11で用いられる第2の相関信号は、1チップ時間(1Tc)以内に8個のサンプルデータを有するもので、その相関値の最大値は、図7に示されるように、第1最大値探索部9で用いられる第1の相関信号から得られた相関値の最大値よりも、時間的に若干ずれたところに得られる。しかし、図7の曲線(c)との比較から判るように、既知の拡散変調信号受信装置で求められる相関信号の最大値と同じ時間に第2の相関信号の最大値が求められる。
【0055】
最後に、復調部12は、第2最大値探索部11から第2の相関信号の最大値とその時間が供給されると、相関値の最大値に相当する時間において、PSK復調がなされ、送信機側から送られてきた送信データに対応した受信データを発生させ、信号出力端子15から利用回路(図示なし)に供給される。
【0056】
なお、本実施例の拡散変調信号受信装置におけるこれらの一連の動作は、全て制御部13の制御の基に行われる。
【0057】
ところで、本実施例の拡散変調信号受信装置において、第2の相関信号の最大値が求められるまでの積和回数は、次のようになる。ここで、全サンプルデータ数をN、第1データ間引き部2及び第2データ間引き部5でそれぞれ設定される間引きレートをKとし、いずれも2の整数乗の数とする。なお、間引きレートがKであることは、入力される信号のKサンプルデータ毎に1サンプルを抽出することを意味するもので、サンプルデータ数がNであるとき、抽出されるサンプルデータ数はN/Kになり、この値を便宜的にLとする。
【0058】
まず、ベースバンド拡散変調信号及び参照信号のサンプルデータがそれぞれ第1及び第2データ間引き部2、5で間引かれ、サンプルデータ数がともにLになった後、第1及び第2フーリエ変換部3、6へそれぞれサンプルデータ数がLの信号が出力されるので、ここでの積和回数は、それぞれLlog2 L回(複素数換算)となる。
【0059】
次に、乗算部7では、入力される信号のサンプルデータ数がともにLであるので、ここでの積和回数はL回(複素数換算)となり、続く、逆フーリエ変換部8でも第1及び第2フーリエ変換部3、6と同様にLlog2 L回(複素数換算)となる。第1最大値探索部9では、第1の相関信号をL個入力してそれぞれの相関電力を計算してから最大値を探索するので、2L回の積和回数(実数換算)となる。この結果、第1の相関信号の最大値を求めるまでの積和回数は、以上の積和回数の合計になり、12Llog2 L+30L回(実数換算)となる。
【0060】
また、相関値演算部10では、サンプルデータ数がともにN個のベースバンド拡散変調信号と参照信号とを用いてマッチト・フィルタの計算方法により第2の相関信号を求める。ただし、第1最大値探索部9から入力する時間領域内で2K個の相関値を求めるので、ここでの積和回数は4KN回(実数換算)となる。また、第2最大値探索部11では、第2の相関信号を2K個入力してそれぞれの相関電力を計算してから最大値を探索するので、積和回数は4K回(実数換算)となる。この結果、第2の相関信号の最大値を求めるまでの積和回数は、以上の積和回数の合計になり、4K(N+1)回(実数換算)となる。
【0061】
以上のように、本実施例の拡散変調信号受信装置での積和回数は、第1及び第2の相関信号の最大値を求めるまでの積和回数の合計になり、12Llog2 L+30L+4K(N+1)回(実数換算)となる。この回数を既知の拡散変調信号受信装置の積和回数と比較すると、本実施例では相関値演算部10と第2最大値探索部11が付加された分だけ若干積和回数が増えている。これに対して、既知の拡散変調信号受信装置においては最大値探索部で相関信号の最大値を求めるまでに使用されるサンプルデータ数がNであるが、本実施例の拡散変調信号受信装置においては第1の相関信号を求めるまでに使用されるサンプルデータ数がN/Kに低減される分だけ積和回数が大幅に低減されている。本実施例の拡散変調信号受信装置においては、ここでの積和回数の低減によって、全体の積和回数が相当に低減され、その分迅速な同期捕捉を行うことができる。
【0062】
続く、図8は、本実施例の拡散変調信号受信装置における全サンプルデータ数Nと第2の相関信号の最大値を求めるまでの積和回数との関係を示す特性図である。
【0063】
図8において、曲線(a)は間引きレートを8に設定したときの特性、曲線(b)は間引きレートを2に設定したときの特性であり、また、曲線(c)は比較のために挙げたサンプルデータの間引きがないときの特性、曲線(d)は同じく比較のために挙げたマッチト・フィルタを用いた既知の拡散変調信号受信装置の特性である。
【0064】
図8の曲線(a)に示されるように、間引きレートを8にし、使用するサンプルデータ数を1/8に低減した場合に、本実施例の拡散変調信号受信装置は、曲線(c)に示されている、サンプルデータを全く間引いていない既知の拡散変調信号受信装置における相関信号を求めるまでの積和回数を示す積和計算量を100%とすると、同積和回数を示す積和計算量を約18%にまで低減することができる。
【0065】
また、曲線(b)に示されるように、間引きレートを2にし、使用するサンプルデータ数を1/2に低減した場合においても、本実施例の拡散変調信号受信装置は、既知の拡散変調信号受信装置における同積和計算量の100%と比較すると、同積和回数を示す積和計算量を約48%にまで低減することができる。
【0066】
ここで、本発明においては、第1データ間引き部2及び第2データ間引き部5において間引きレートを8に設定した例を説明した。即ち、8サンプル毎に1サンプルの割合でサンプルデータを間引いてデータ数を低減した例を説明したが、本発明における間引きレートはこのような例に限るものではなく、PN符号の1チップ時間(1Tc)以内に、ベースバンド拡散変調信号及び参照信号のサンプルデータが1つ以上得られるものであれば、元のサンプルデータを2サンプル毎に間引いたり、4サンプル毎に間引いたりしてデータ数を低減していもよい。
【0067】
また、本実施例の拡散変調信号受信装置においては、参照信号生成部19が生成する参照信号を、送信機側で拡散変調に用いたPN符号であるとした例を挙げて説明したが、本発明による参照信号は、このようなPN符号に限られるものでなく、他の信号、例えば、送信機側で用いたPN符号に帯域制限を行って得られる信号等のように、送信機側で拡散変調に用いたPN符号と極めて相関が高い信号が選択されるものである。
【0068】
この他に、本実施例においては、1次変調方式にPSK変調を用いた例を挙げて説明したが、本発明による1次変調方式はPSK変調である場合に限られるものでなく、他のディジタル変調方式を用いてもよいことは勿論である。
【0069】
【発明の効果】
以上のように、本発明による拡散変調信号受信装置によれば、第1データ間引き部は、ベースバンド拡散変調信号のデータを所定の間引きレートで抽出してサンプルデータ数を低減させ、同様に、第2データ間引き部は、参照信号のデータを第1データ間引き部の間引きレートと同じレートで抽出してサンプルデータ数を低減させ、第1及び第2フーリエ変換部は、サンプルデータ数を低減したベースバンド拡散変調信号及び参照信号に基づくフーリエ変換を行っているので、このときの積和回数を低減することができる。また、乗算部、逆フーリエ変換部、第1最大値探索部も、サンプルデータ数を低減した信号に基づいてそれぞれ積和計算が行われるので、第1最大値探索部で第1の相関信号を求めるまでの積和回数を大幅に低減することができる。さらに、第1最大値探索部は、第1の相関信号の最大値を探索し、相関値演算部は、この探索結果を受けて、第1の相関信号の最大値を示す時間近傍で1サンプルデータ毎に細かく相関値を計算し、第2の相関信号を発生し、第2最大値探索部は、第2の相関信号の最大値を探索し、真の最大相関値を求めているものであり、第1の相関信号のサンプルデータ数が低減したことにより、粗い時間間隔(サンプルデータ間隔)の相関値が得られたとしても、第2の相関信号から真の最大値と時間とを正確に求めることができる。これらの点から、本発明による拡散変調信号受信装置は、相関信号の最大値と時間を求めるまでの積和回数が大幅に低減され、計算の正確さが損なわれずに、迅速に同期捕捉を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による拡散変調信号受信装置の一実施例の要部構成を示すブロック図である。
【図2】送信機側で用いられるPN符号及び参照信号発生部が発生する参照信号の一例を示す信号波形図である。
【図3】受信部が出力するベースバンド拡散変調信号の一例を示す信号波形図である。
【図4】第1フーリエ変換部から出力される周波数領域受信信号の周波数スペクトラムの一例を示す特性図である。
【図5】第2フーリエ変換部から出力される周波数領域参照信号の周波数スペクトラムの一例を示す特性図である。
【図6】逆フーリエ変換部から出力される第1の相関信号の一例を示す信号波形図である。
【図7】逆フーリエ変換部から出力される第1の相関信号及び相関値演算部から出力される第2の相関信号の各一例を、時間領域を拡大して示した信号波形図である。
【図8】本実施例の拡散変調信号受信装置における全サンプルデータ数と相関を求める際の積和回数との関係を示す特性図である。
【図9】PN符号を用いた拡散変調方式に用いられる信号波形の一例を示す波形図である。
【図10】PN符号を用いた拡散変調方式に用いられる各信号の周波数スペクトラムを示す特性図である。
【図11】PN符号を用いた拡散変調方式の既知の拡散変調信号受信装置における要部構成の一例を示すブロック図である。
【図12】図2に示された参照信号を既知の拡散変調信号受信装置の第2フーリエ変換部でフーリエ変換した後に得られる周波数領域参照信号の信号波形図である。
【図13】図3に示されたベースバンド拡散変調信号を既知の拡散変調信号受信装置の第1フーリエ変換部でフーリエ変換した後に得られる周波数領域受信信号の信号波形図である。
【図14】既知の拡散変調信号受信装置において、周波数領域参照信号と周波数領域受信信号とが乗算部に入力されたとき、逆フーリエ変換部から出力される相関信号を示す信号波形図である。
【符号の説明】
1 受信部
2 第1データ間引き部
3 第1フーリエ変換部
4 参照信号発生部
5 第2データ間引き部
6 第2フーリエ変換部
7 乗算部
8 逆フーリエ変換部
9 第1最大値探索部
10 相関値演算部
11 第2最大値探索部
12 復調部
13 制御部
14 アンテナ
15 信号出力端子
16 ベースバンド信号発生部
17 アナログ−ディジタル(A/D)変換部
18 第1メモリ
19 参照信号生成部
20 第2メモリ
Claims (2)
- PN符号で拡散変調した拡散変調信号を含む電波を受信し、ベースバンド拡散変調信号を発生する受信部と、前記PN符号と相関がある参照信号を発生する参照信号発生部と、前記ベースバンド拡散変調信号及び前記参照信号をフーリエ変換する第1及び第2フーリエ変換部と、前記フーリエ変換したベースバンド拡散変調信号と前記フーリエ変換した参照信号のいずれか一方の複素共役信号と他方の信号とを乗算し、乗算信号を発生する乗算部と、前記乗算信号を逆フーリエ変換して第1の相関信号を発生する逆フーリエ変換部と、前記第1の相関信号の最大値を探索する第1最大値探索部とを備え、前記受信部及び前記参照信号発生部にそれぞれメモリ機能を持たせ、前記受信部と前記第1フーリエ変換部の間及び前記参照信号発生部と前記第2フーリエ変換部の間に前記ベースバンド拡散変調信号及び前記参照信号のデータを所定の間引きレートで抽出する第1及び第2データ間引き部を設け、前記第1の相関信号の最大値近傍において前記ベースバンド拡散変調信号と前記参照信号との相関値を計算し、第2の相関信号を発生する相関値演算部と、前記第2の相関信号の最大値を探索する第2最大値探索部を設けることを特徴とする拡散変調信号受信装置。
- 前記第1及び第2データ間引き部は、前記間引きレートが前記PN符号のレートに等しくなるように設定されて前記ベースバンド拡散変調信号及び前記参照信号のデータを抽出するものであることを特徴とする請求項1に記載の拡散変調信号受信装置。
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