JP3720440B2 - 弾性表面波素子及びスペクトル拡散通信用復調装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マッチドフィルタ及び遅延手段を一体に備える構成の弾性表面波素子及びこの弾性表面波素子を備えてなるスペクトル拡散通信用復調装置に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、雑音に強く秘匿性に優れたスペクトル拡散（Spread Spectrum ，以下ＳＳと略称する）通信方式が注目され始め、これに伴ない、その送受信装置の開発が進められている。
【０００３】
一般に、ＳＳ通信方式において、送信信号となるＳＳ信号は、予め決められているビットレートの高い所定の符号系列を情報信号で一次変調し、この後、その変調した信号で搬送波を二次変調することにより広い周波数帯域のＳＳ信号として生成するものである。
【０００４】
この場合、上述の符号系列には、例えば、擬似雑音（Pseudo Random Noise ，以下ＰＮと略称する）系列などがあり、ＳＳ変調には直接変調方式（Direct Sequense ，以下ＤＳ方式と略称する）或いは周波数ホッピング方式（Frequency Hopping ，以下ＦＨ方式と略称する）などがある。
【０００５】
このようなＳＳ通信方式において、例えばＰＮ符号系列を用いてＤＳ方式によりＳＳ変調を行った場合に、受信機においてそのＳＳ信号を復調するための復調装置は、送信機でＳＳ変調するときに用いたＰＮ符号と同じＰＮ符号を用い、受信したＳＳ信号がこのＰＮ符号パターンと一致したときに情報信号として取り出されるように構成されている。
【０００６】
そして、ＳＳ通信装置の復調装置としては、比較的簡単な構成で実現できるという理由から、弾性表面波素子（Surface Acoustic Wave Device，以下ＳＡＷ素子と略称する）によりマッチドフィルタ及び遅延手段を構成し、これらマッチドフィルタ及び遅延手段から出力される相関ピーク信号に基づいて送信データを復調するものが供されており、その全体のブロック構成の一例を図３に示す。
【０００７】
図３において、マッチドフィルタ１は、ＳＡＷ素子からなるもので、そのＳＳ信号が入力される入力端子はＳＳ変調時と同じＰＮ符号に応じた交差指電極パターンに形成された入力電極に接続されており、相関ピーク信号を出力する出力電極は出力端子を介して演算回路２、増幅器３及びタイミングパルス発生回路４の入力端子に接続されている。
【０００８】
増幅器３は、マッチドフィルタ１から与えられる相関ピーク信号を増幅して遅延線５に出力する。遅延線５は、マッチドフィルタ１と同様にＳＡＷ素子からなるもので、増幅器３を介してマッチドフィルタ１から与えられる信号をＰＮ符号の１周期分だけ遅延させて遅延信号として演算回路２に出力する。演算回路２は、マッチドフィルタ１から与えられる情報信号と、遅延線５から与えられる遅延信号との積を演算し、その演算結果を識別再生回路６に出力する。
【０００９】
識別再生回路６は、演算回路２から与えられる演算結果の信号に対してタイミングパルス発生回路４から与えられるタイミングパルスに基づいて送信データの識別再生を行う。タイミングパルス発生回路４は、識別再生回路６での送信データの再生処理に際して必要となるタイミングパルスをマッチドフィルタ１から与えられる相関ピーク信号に基づいて生成して識別再生回路６へ出力する。
【００１０】
ところで、一般に、ＳＡＷ素子の変換効率は低いために、上述の構成のように、マッチドフィルタ１と遅延線５を接続する場合には、増幅器３を介在させる必要があると共に、Ｓ／Ｎ比が劣化するという不具合がある。そこで、このような不具合を回避すべく、図４に示すように、マッチドフィルタ１と遅延線５とを一体に設ける構成のものが考えられている。
【００１１】
このものは、圧電基板７に、交差指電極パターンがＳＳ変調時と同じＰＮ符号に応じたパターンに形成された入力電極８、交差指電極パターンが正規形に形成された中間出力電極９及び遅延出力電極１０を所定間隔を存して構成したものである。そして、入力電極８と中間出力電極９とで挟まれた部分をマッチドフィルタとし、中間出力電極９と遅延出力電極１０とで挟まれた部分を遅延線としており、その遅延線の間隔はマッチドフィルタから周期的に出力される信号の１周期分の時間だけかかってＳＡＷが伝達する距離に設定されている。
【００１２】
上記の構成としたことにより、マッチドフィルタ１の出力端子に相当する中間出力電極９から情報信号が出力され、遅延線５の出力端子に相当する遅延出力電極１０から遅延信号が出力される。このものによれば、中間出力電極９からの出力信号がＳＡＷの状態のまま直接遅延線に入力されるので、図３に示す構成とは異なって、増幅器３を設ける必要がなくなり、挿入損失による悪影響を大幅に低減し得ると共に、装置の小形化を図ることができる。
【００１３】
ところで、ＳＡＷ素子においては、中間出力電極９や遅延出力電極１０の交差指電極の電極対数を多く設定するほど、出力信号の出力時間を長くできるようになる。例えば、図５に示すように交差指電極の電極対数を５対とした中間出力電極９ａや遅延出力電極１０ａを設ける構成では、図７に示すように、出力信号の出力時間が長くなり、中間出力電極９や遅延出力電極１０の交差指電極の電極対数を１対とした図４の構成では、図６に示すように、出力信号の出力時間が短くなる。そのため、図５の構成のものの方が図４の構成のものよりも復調処理に対しては安定した信号が得られるようになる。これは、相関ピーク信号の出力時間が短いと、演算回路２における演算処理が精度良く行えなくなる場合があるからである。
【００１４】
一方、タイミングパルスを生成するという点から見ると、相関ピーク信号や遅延信号に基づいてタイミング信号を生成しているので、図５のような交差指電極の電極対数が多く形成された中間出力電極９ａや遅延出力電極１０ａを用いる場合には、出力信号の出力時間が長くなることが、逆にタイミング信号を確立する際の精度を低下させる要因となる。したがって、タイミング信号を精度良く生成するためには、図４に示したような交差指電極の電極対数が少ない構成の中間出力電極９や遅延出力電極１０を用いる構成の方が良いものとなる。これは、出力信号の出力時間が短くなることにより、急峻なピークを得ることができるからである。
【００１５】
即ち、上記のようにマッチドフィルタ１と遅延線５とを１つのＳＡＷ素子として構成するものでは、交差指電極の電極対数を設定する条件として、タイミングパルス発生回路４から識別再生回路６へタイミングパルスを正確なタイミングで出力させる条件と、演算回路２において正確な演算処理させるための条件とがトレードオフの関係になっている。そのために、従来構成のものでは、中間出力電極９及び遅延出力電極１０の電極対数の設定に対して、両者の条件を考慮した実用上問題のない中間的な値に設定せざるを得ず、結果的に特性面をある程度犠牲にしているのが現状である。
【００１６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、マッチドフィルタ及び遅延手段とを一体に備える構成としながら、相関ピーク信号の出力を十分に得ることができると共に、タイミングパルス生成用のタイミング信号も精度良く出力することができる弾性表面波素子及びその弾性表面波素子を用いて構成したスペクトル拡散通信用復調装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の弾性表面波素子は、弾性表面波の伝播経路となる圧電基板と、この圧電基板上の一方の端部側に形成された複数対の交差指電極からなりスペクトル拡散信号が入力される入力電極と、この入力電極とマッチドフィルタを構成するように、前記入力電極の交差指パターンに一致するスペクトル拡散信号が入力されると前記圧電基板を伝播する弾性表面波から変換された信号を相関ピーク信号として出力する複数対の交差指電極からなる中間出力電極と、この中間出力電極と遅延手段を構成するように、前記中間出力電極から相関ピーク信号が出力されたタイミングから１周期分だけ遅延した後に同様の相関ピーク信号を遅延信号として出力する複数対の交差指電極からなる遅延出力電極と、前記圧電基板の伝播経路上にあって前記入力電極と前記中間出力電極及び前記遅延出力電極との間に形成され前記中間出力電極及び遅延出力電極よりも少ない電極対数の交差指電極を有するタイミング信号用電極とを備えてなるところに特徴を有する。
【００１８】
上記の弾性表面波素子によれば、スペクトル拡散信号が入力電極に入力されると、マッチドフィルタを構成している中間出力電極から相関ピーク信号が出力され、遅延出力電極からその相関ピーク信号よりも１周期分遅れた信号が出力されるようになり、さらに、タイミング信号用電極からも所定のタイミングで相関ピーク信号に対応した信号を得ることができるようになる。そして、この場合において、タイミング信号用電極は、中間出力電極よりも交差指電極の電極対数が少なく設定されているので、相関ピーク信号よりも短い出力時間の信号として得ることができるので、タイミング信号の生成に際してその精度が向上するようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の弾性表面波素子をスペクトル拡散通信用復調装置に適用した一実施例について、図１及び図２を参照しながら説明する。
弾性表面波素子（以下ＳＡＷ素子と略称する）１１は、マッチドフィルタ１２及び遅延手段たる遅延線１３とを構成するもので、次のように構成されている。即ち、長尺状に形成され、弾性表面波が伝播可能な圧電基板１４は、例えば水晶の単結晶やセラミックの材料などから構成されるもので、その上面には入力電極１５、タイミング信号用電極１６、中間出力電極１７及び遅延出力電極１８が形成されている。
【００２０】
入力電極１５は、圧電基板１４の一方の端部側に配置されているもので、対向する複数対の交差指電極により構成されており、その交差指電極のパターンは、ＳＳ変調時のＰＮ符号のビットパターンに一致するように形成されている。タイミング信号用電極１６は、入力電極１５に対して弾性表面波の進行方向に沿って所定間隔を存した位置に配置されたもので、交差指電極の電極対数が２対とされた正規形のパターンに形成されている。
【００２１】
中間出力電極１７は、タイミング信号用電極１６を挟んで入力電極１５に対して弾性表面波の進行方向に沿って所定間隔を存した位置に配置されており、交差指電極の電極対数が８対とされた正規形のパターンに形成されている。この中間出力電極１７は、入力電極１５と共にマッチドフィルタ１２を構成するもので、入力電極１５の交差指電極パターンに一致するＳＳ信号が入力されると圧電基板１４を伝播する弾性表面波から変換された信号を相関ピーク信号として出力するようになっている。
【００２２】
遅延出力電極１８は、中間出力電極１７から弾性表面波の進行方向に沿ってＳＳ信号の１周期分の伝播距離に対応する間隔を存した位置に配置されており、交差指電極の電極対数が８対とされた正規形のパターンに形成されている。そして、この遅延出力電極１８は、中間出力電極１７と共に遅延線１３を構成するもので、中間出力電極１７から相関ピーク信号が出力されたタイミングから１周期分だけ遅延した後に、同様の相関ピーク信号を遅延信号として出力するようになっている。
【００２３】
タイミングパルス発生回路１９は、タイミング信号用電極１６から与えられる信号に基づいてＳＳ信号の周期に同期したタイミングパルスを出力する。演算回路２０は、中間出力電極１７及び遅延出力電極１８から入力される信号を演算し、その演算結果を識別再生回路２１へ出力する。
【００２４】
識別再生回路２１は、演算回路２０から与えられる演算結果の信号に対して、タイミングパルス発生回路１９から与えられるタイミングパルスに基づいて送信データを識別再生する。
【００２５】
次に、上記構成の作用について、図２も参照しながら説明する。
まず、ＳＡＷ素子１１においては、ＳＳ信号が入力電極１５に与えられると、そのＳＳ信号が入力電極１５の交差指電極のパターンに一致したときに、大きいＳＡＷ信号として伝播経路であるタイミング信号用電極１６に向かって伝播する。このＳＡＷ信号は、タイミング信号用電極１６に到達すると、ここで一部が電気信号に変換されて、タイミング信号用電極１６からタイミング信号として出力され（図２（ａ）参照）、変換に寄与しないＳＡＷ信号の成分は中間出力電極１７に向かって伝播する。
【００２６】
そして、上記ＳＡＷ信号が中間出力電極１７に到達すると、その一部が中間出力電極１７において電気信号に変換されて中間出力電極１７から相関ピーク信号として出力され（同図（ｂ）参照）、残りのＳＡＷ信号の成分は遅延出力電極１８に向かって伝播する。
【００２７】
さらに、ＳＡＷ信号が遅延出力電極１８に到達すると、その一部が遅延出力電極１８において電気信号に変換されて遅延出力電極１８から遅延信号として出力されるようになる（同図（ｃ）参照）。この場合、遅延信号は、相関ピーク信号から１周期分だけ遅延されたタイミングで出力される。
【００２８】
さて、この場合、ＳＡＷ素子１１においては、圧電基板１４を伝播するＳＡＷ信号を電気信号に変換する場合に、検出しようとする電極の交差指電極の電極対数が多いほど、出力時間が長くなる。したがって、タイミング信号用電極１６の交差指電極の電極対数は、中間出力電極１７及び遅延出力電極１８の交差指電極の電極対数よりも少なく設定されているので、タイミング信号用電極１６から出力される信号、即ちタイミング信号は、中間出力電極１７及び遅延出力電極１８から出力される信号よりも短い出力時間となる。これにより、タイミング信号用電極１６から出力時間幅が狭くタイミングパルスとしての精度の高い信号を得ることができる。
【００２９】
タイミングパルス発生回路１９においては、内部に設けられた図示しない同期回路によって相関ピーク信号に同期した信号をタイミングパルスとして生成し、図示しないタイミング調整回路によって当該タイミングパルスの出力タイミングを中間出力電極１７から出力される相関ピーク信号の出力タイミングに一致するように遅延させて出力する。
【００３０】
演算回路２０においては、中間出力電極１７から出力された情報信号及び遅延出力電極１８から出力された遅延信号の両者に演算処理を行って、その演算結果を識別再生回路２１に出力する。
【００３１】
そして、識別再生回路２１においては、演算回路２０から与えられた演算結果の信号を、タイミングパルス発生回路１９から与えられるタイミングパルスにより正確なデータ識別点が与えられることで送信データとして再生する。
【００３２】
このように本実施例のＳＳ通信用復調装置によれば、ＳＡＷ素子１１にタイミング信号を得るためのタイミング信号用電極１６を独立して設ける構成としたので、タイミング信号を独立して出力できるようになり、さらに、タイミング信号用電極１６の交差指電極の電極対数を２対に設定し、中間出力電極１７及び遅延出力電極１８の交差指電極の電極対数を８対に設定する構成としたので、中間出力電極１７及び遅延出力電極１８を演算処理を行うのに十分な出力が得られる条件に設定した構成としながら、タイミング信号用電極１６をタイミング信号の適切な条件である少ない交差指電極の電極対数に設定することができるようになり、両者の条件を最適に設定した構成とすることができる。
【００３３】
本発明は、上記実施例にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
即ち、本実施例においては、タイミング信号用電極１６を入力電極１５と中間出力電極１７との間に形成したが、これに限らず、ＳＡＷの伝播経路であれば、中間出力電極１７と遅延出力電極１８との間或いは遅延出力電極１８の外側のいずれの位置に形成しても良い。
【００３４】
また、タイミング信号用電極１６の交差指電極の電極対数は、１対でも良いし、或いは３対以上でも良く、中間出力電極１７や遅延出力電極１８の交差指電極の電極対数よりも少ない設定であれば良い。尚、タイミングパルスとして精度を向上するためには１対とすることが好ましいが、検出できる信号のレベルに応じて１対では足りない場合には複数対に設定することが好ましい。
【００３５】
さらに、中間出力電極１７及び遅延出力電極１８の交差指電極の電極対数は、設定し得る限り多くする方が、出力を大きく取ることができるので、耐ノイズ特性を向上させることができる。尚、この場合において、設定できる交差指電極の電極対数は、圧電基板１４上での両者の間の定められた距離の間に形成可能な数となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、請求項１記載の弾性表面波素子によれば、弾性表面波の伝播経路に中間出力電極及び遅延出力電極とは独立してタイミング信号用電極を形成する構成としたので、タイミング信号を独立して得ることができ、さらに、タイミング信号用電極の交差指電極の電極対数を中間出力電極及び遅延出力電極の交差指電極の電極対数よりも少なく形成する構成としたので、中間出力電極及び遅延出力電極を演算処理を行うのに十分な出力が得られると共に、タイミング信号を精度良く出力することができる。
【００３７】
請求項２記載のスペクトル拡散通信用復調装置によれば、タイミングパルス発生回路において、スペクトル拡散信号の周期に同期したタイミングパルスを出力し、演算回路において、中間出力電極及び遅延出力電極から入力される信号を演算し、その演算結果を識別再生回路へ出力し、識別再生回路において、演算回路から与えられる演算結果の信号に対してタイミングパルス発生回路から与えられるタイミングパルスに基づいて送信データを識別再生する構成としたので、正確なデータ識別点を演算回路及び識別再生回路に与えることができ、正確な演算処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の電気的構成を示す概略図
【図２】各電極からの出力信号の波形を示す図
【図３】従来例を示すブロック構成図
【図４】他の従来例の弾性表面波素子を示す図
【図５】さらに他の従来例を示す図４相当図
【図６】図４における図２相当図
【図７】図５における図２相当図
【符号の説明】
図面中、１１は弾性表面波素子、１２はマッチドフィルタ、１３は遅延線（遅延手段）、１４は圧電基板、１５は入力電極、１６はタイミング信号用電極、１７は中間出力電極、１８は遅延出力電極、１９はタイミングパルス発生回路、２０は演算回路、２１は識別再生回路である。

Claims (2)

1. 弾性表面波の伝播経路となる圧電基板と、
   この圧電基板上の一方の端部側に形成された複数対の交差指電極からなりスペクトル拡散信号が入力される入力電極と、
   この入力電極とマッチドフィルタを構成するように、前記入力電極の交差指パターンに一致するスペクトル拡散信号が入力されると前記圧電基板を伝播する弾性表面波から変換された信号を相関ピーク信号として出力する複数対の交差指電極からなる中間出力電極と、
   この中間出力電極と遅延手段を構成するように、前記中間出力電極から相関ピーク信号が出力されたタイミングから１周期分だけ遅延した後に同様の相関ピーク信号を遅延信号として出力する複数対の交差指電極からなる遅延出力電極と、
   前記圧電基板の伝播経路上にあって前記入力電極と前記中間出力電極及び前記遅延出力電極との間に形成され前記中間出力電極及び遅延出力電極よりも少ない電極対数の交差指電極を有するタイミング信号用電極とを備えたことを特徴とする弾性表面波素子。
2. 請求項１記載の弾性表面波素子と、
   この弾性表面波素子に設けられた前記タイミング信号用電極に接続され、前記タイミング信号用電極から与えられる信号に基づいてスペクトル拡散信号の周期に同期したタイミングパルスを出力するタイミングパルス発生回路と、
   前記弾性表面波素子に設けられた前記中間出力電極及び前記遅延出力電極に接続され、
   前記中間出力電極及び前記遅延出力電極から入力される信号を演算し、その演算結果を識別再生回路へ出力する演算回路と、
   前記タイミングパルス発生回路及び前記演算回路に接続され、前記演算回路から与えられる演算結果の信号に対して前記タイミングパルス発生回路から与えられるタイミングパルスに基づいて送信データを識別再生する識別再生回路とを備えたことを特徴とするスペクトル拡散通信用復調装置。

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