JP3817248B2 - 逆拡散復調器 - Google Patents

Description

本発明は、拡散符号を用いた演算により所望の信号を周波数拡散して送信し、受信では該拡散符号を用いた演算により逆拡散して前記所望の信号を取り出し受信する無線通信における、逆拡散復調器に関するものである。

図５に従来技術である非同期式逆拡散復調器の構成を、図６に図５の逆拡散復調器におけるピーク検出器の入力側のＡ点と出力側のＢ点の信号の特徴的な波形を示す。本構成では受信された拡散信号は拡散符号に対応したマッチトフィルタ５１により相関信号に変換され、遅延線５２によりデータクロック周波数の逆数分だけ遅延され、その遅延信号と前記相関信号が乗算器５３で乗算され、その後にピーク検出器５４でピーク検出を行うことで受信信号が得られる。

従来技術であるマッチトフィルタを有する方式については、次の「非特許文献１」に記載がある。
丸林元、中川正雄、河野隆二 著、「スペクトル拡散通信とその応用」、電子情報通信学会、１９９８年、９４頁〜１４５頁、ISBN 4-88552-153-X。

図７を用いて課題を説明する。図５に示した従来技術である非同期式の逆拡散復調器では、相関信号のピーク信号をピーク検出器５４で検知して受信信号を得る構成となつている。逆拡散を行う拡散信号に含まれるノイズパワーが小さい場合には図７の（ａ）に示すような送信データに対応したピーク信号が誤りなく得られ、これをピーク検出器で検出することで（ｂ）のような復調データを得ることができる。しかし、逆拡散を行う拡散信号に含まれるノイズパワーが大きくなると、（ｃ）のようにノイズによるピーク信号が相関信号の中に現れるようになる。この信号をピーク検出器で検出すると（ｄ）のような受信信号となり、送信データを誤って復調してしまい、ノイズに弱いという問題があった。

本発明は以上のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、同期制御が不要で低電力な逆拡散復調器についてノイズによる誤復調を防止してその感度特性を改善し、信頼性が高く、携帯無線機の低電力・低コスト化に寄与することである。

請求項１にかかる発明は、直接拡散された拡散信号を同期制御を行わずに非同期で逆拡散する逆拡散手段と、該逆拡散手段により逆拡散された信号から送受信されるデータの周波数帯域外のノイズを抑圧するためのフィルタを有する逆拡散復調器において、前記逆拡散手段が、拡散信号のサンプル保持を行うＮ（Ｎ≧２）個のサンプルホールド回路と、前記拡散信号の拡散に用いたクロックと同じ周波数で且つ前記拡散信号に同期した第１のクロックを入力して前記Ｎ個のサンプルホールド回路を順次サンプルホールドさせるよう制御するサンプルホールド制御手段と、第２のクロックを入力してＮ個の拡散符号を発生する第１の拡散符号発生回路と、前記第２のクロックを入力して前記第１の拡散符号発生回路により発生される拡散符号を逆向きに並び替えたＮ個の拡散符号を発生する第２の拡散符号発生回路と、前記第１及び第２の拡散符号発生回路の出力を制御する拡散符号制御回路と、前記Ｎ個のサンプルホールド回路の出力信号と前記第１又は第２の拡散符号発生回路で発生したＮ個の拡散符号を個々に乗算するＮ個の乗算器と、該Ｎ個の乗算器の出力を加算する加算器と、該加算器の出力のピークを検出するピーク検出器から構成され、前記拡散符号制御回路は、前記ピーク検出器からのピーク信号が入力する度に前記第１の拡散符号発生回路からのＮ個の拡散符号と前記第２の拡散符号発生回路からのＮ個の拡散符号を交互に切り替えて前記乗算器に出力することを特徴とする逆拡散復調器とした。

請求項２にかかる発明は、直接拡散された拡散信号を同期制御を行わずに非同期で逆拡散する逆拡散手段と、該逆拡散手段から出力されるピーク信号をカウントしてデータの復調を行う復調手段を有する逆拡散復調器において、前記逆拡散手段が、拡散信号のサンプル保持を行うＮ（Ｎ≧２）個のサンプルホールド回路と、前記拡散信号の拡散に用いたクロックと同じ周波数で且つ前記拡散信号に同期した第１のクロックを入力して前記Ｎ個のサンプルホールド回路を順次サンプルホールドさせるよう制御するサンプルホールド制御手段と、第２のクロックを入力してＮ個の拡散符号を発生する第１の拡散符号発生回路と、前記第２のクロックを入力して前記第１の拡散符号発生回路により発生される拡散符号を逆向きに並び替えたＮ個の拡散符号を発生する第２の拡散符号発生回路と、前記第１及び第２の拡散符号発生回路の出力を制御する拡散符号制御回路と、前記Ｎ個のサンプルホールド回路の出力信号と前記第１又は第２の拡散符号発生回路で発生したＮ個の拡散符号を個々に乗算するＮ個の乗算器と、該Ｎ個の乗算器の出力を加算する加算器と、該加算器の出力のピークを検出するピーク検出器から構成され、前記拡散符号制御回路は、前記ピーク検出器からのピーク信号が入力する度に前記第１の拡散符号発生回路からのＮ個の拡散符号と前記第２の拡散符号発生回路からのＮ個の拡散符号を交互に切り替えて前記乗算器に出力することを特徴とする逆拡散復調器とした。

本発明によれば、逆拡散手段により逆拡散された信号から送受信されるデータの周波数帯域外のノイズを抑圧するためのフィルタを設ける、あるいは逆拡散手段から出力されるピーク信号をカウントしてデータの復調を行う復調手段を設ける構成としたので、ノイズによる誤復調が防止され、信頼性が高く、構成が簡素で低消費電力での逆拡散復調が可能となり、携帯無線機の低電力・低コスト化に効果がある。

まず、本発明に適用可能な非同期式逆拡散手段について説明する。このような非同期式逆拡散手段としては、前述した図５に示した逆拡散復調器があるが、その他に、図８（特願２００２−０５７５７４），図１０（特願２００２−３５２０１９）に示す逆拡散復調器も同様に適用可能である。

図８に示す非同期式逆拡散復調器は、拡散信号のサンプル保持を行うＮ個のスイッチ７１ａ，７１ｂ，・・・と、第１のクロックｆ１を入力して前記Ｎ個のスイッチの開閉を制御するスイッチ制御回路７２と、第２のクロックｆ２を入力してＮ個の拡散符号を発生する拡散符号発生回路７３と、前記Ｎ個のスイッチ７１ａ，７１ｂ，・・・の出力と前記拡散符号発生回路７３で発生したＮ個の拡散符号を個々に乗算するＮ個の乗算器７４ａ，７４ｂ，・・・と、該Ｎ個の各乗算器の出力を加算する加算器７５と、該加算器７５の出力のピークを検出するピーク検出器７６を有するもので、クロックｆ２で生成される拡散符号の符号長の周期で信号ピークが発生し、ピーク検出器７６でピーク検出を行うことで受信信号が得られる。図９に図８の逆拡散復調器におけるピーク検出器の入力側のＡ点と出力側のＢ点の信号の代表的な波形を示した。

図１０に示す非同期式逆拡散復調器は、拡散信号のサンプル保持を行うＮ（Ｎ≧２）個のサンプルホールド回路９１ａ，９１ｂ，・・・と、拡散信号の拡散に用いたクロックと同じ周波数で且つ前記拡散信号に同期した第１のクロックｆ１を入力してＮ分周（図９ではＮ＝７）し初段のサンプルホールド回路９１ａを制御するサンプルホールド制御回路９２と、該サンプルホールド制御回路９２の出力信号をクロックｆ１により順次シフトしてサンプルホールド回路９１ｂ〜９１ｇに送るシフトレジスタとして働くフリップフロップ９３ａ〜９３ｆと、第２のクロックｆ２を入力してＮ個の拡散符号を発生する第１の拡散符号発生回路と、第２のクロックｆ２を入力して前記第１の拡散符号発生回路により発生される拡散符号を逆向きに並び替えたＮ個の拡散符号を発生する第２の拡散符号発生回路と、前記第１および第２の拡散符号発生回路の出力を制御する拡散符号制御回路と、前記Ｎ個のサンプルホールドされた信号の出力と前記第１又は第２の拡散符号発生回路で発生したＮ個の拡散符号を個々に乗算するＮ個の乗算器９５ａ，９５ｂ，・・・と、該Ｎ個の乗算器の出力を加算する加算器９６と、該加算器９６の出力のピークを検出するピーク検出器９７とを有する。前記第１の拡散符号発生回路と前記第２の拡散符号発生回路と前記拡散符号制御回路とは拡散符号発生回路９４を構成する。また、サンプルホールド制御回路９２とフリップフロップ９３ａ〜９３ｆはサンプルホールド制御手段を構成する。そして、前記ピーク検出器９７からの信号が到来する度に前記拡散符号発生回路９４内の前記拡散符号制御回路が前記第１の拡散符号発生回路の出力と前記第２の拡散符号発生回路の出力を交互に切り替えることで、頻繁に信号ピークが発生し、ピーク検出器９７でピーク検出を行うことで受信信号が得られる。

図１を用いて、実施例１を詳細に説明する。１１は直接拡散された拡散信号を同期制御を行わずに非同期で逆拡散する非同期式逆拡散手段である。この非同期式逆拡散手段１１は前記した図５、図８、図１０の逆拡散復調器のように一度拡散信号の相関をとった際に出力されるピーク信号をピーク検出した復調結果を出力する構成とする。本構成では、図５、図８、図１０のどの逆拡散復調器にも対応可能である。１２は非同期式逆拡散手段１１から出力される信号からデータ周波数帯域内の信号のみを通過させるローパスフィルタである。１３は前記フィルタ１２からの信号をうけて波形整形を行うためのピーク検出器である。なお、本実施形態ではローパスフィルタ１２の出力を整形するためにピーク検出器１３を用いる構成としたが、ローパスフィルタ１２の出力を直接ＡＤ変換してベースバンド信号とし、このベースバンドのデジタル信号処理によって波形整形を行う構成にしてもよく、必ずしもピーク検出器１３を必要とするわけではない。

図１の逆拡散復調器のＡ点、Ｂ点、Ｃ点における特徴的な波形を図２を用いて説明する。受信した拡散信号に含まれるノイズパワーが大きくなってくると、逆拡散手段１１において、拡散信号とローカル信号の拡散符号とで相関をとった際に得られるピーク信号のなかに、拡散符号と拡散信号との間の位相同期時にのみ得られるピーク信号に加えて、ノイズ成分によるピーク信号も現れるようになる。このノイズ成分によるピーク信号は送信データに関係なくランダムに現れるため、このピーク信号を検知して復調してしまうと誤った受信データを得る場合がある。図２に示したピーク検出前の信号は、ノイズにより本来得られるはずのピーク信号とは逆の極性のピーク信号が一部得られている様子を示している。この信号を検知して復調するとＡ点の信号となり、本来は“１”を出力するはずのデータの一部が反転して誤って出力されているのがわかる。

そこで本実施例１では、逆拡散手段１１から出力されたＡ点の信号をローパスフィルタ１２でフィルタリングし、その後にピーク検出器１３で波形整形を行う構成とした。Ａ点の信号をフィルタリングした結果がＢ点の信号となり、Ｂ点の信号を波形整形した結果がＣ点の信号となる。図２に示したようにＡ点の信号をフィルタリングすることで、データレートよりも高周波の信号が取り除かれているのがわかる。この信号を波形整形したＣ点の信号では送信データが正しく復調されており、本実施例１によりノイズが抑制され逆拡散復調器の感度特性が改善されているのがわかる。

図３を用いて、実施例２を詳細に説明する。３１は直接拡散された拡散信号を同期制御を行わずに非同期で逆拡散する非同期式逆拡散手段である。この逆拡散手段３１は前記した図５、図８、図１０の復調器において拡散信号の相関をとった際に出力されるピーク信号をピーク検出せずにそのまま出力する構成とする。すなわち、図５に示した復調器の構成からピーク検出器５４を除いた乗算器５３までの構成を逆拡散手段３１として用い、あるいは図８に示した復調器の構成からピーク検出器７６を除いた加算器７５までの構成を逆拡散手段３１として用いる。また、図１０に示した復調器の構成を逆拡散手段として用いる場合には、加算器９６から出力を２分岐し一方を逆拡散手段３１の出力とし、他方をピーク検出器９７に入力し、ピーク検出器９７からの出力を拡散符号発生回路９４内の拡散符号制御回路に入力する構成とする。このように本構成では図５、図８、図１０のどの逆拡散復調器にも対応可能である。３２は前記非同期式逆拡散手段３１から出力されるピーク信号をカウントして送信データの復調を行う復調手段としてのカウンタ回路である。

図３の逆拡散復調器のＡ点、Ｂ点における特徴的な波形を図４を用いて説明する。受信した拡散信号に含まれるノイズパワーが大きくなってくると、逆拡散手段３１において、拡散信号とローカル信号の拡散符号とで相関をとった際に得られるピーク信号のなかに、拡散符号と拡散信号との間の位相同期時にのみ得られるピーク信号に加えて、ノイズ成分によるピーク信号も現れるようになる。このノイズ成分によるピーク信号は送信データに関係なくランダムに現れるため、このピーク信号を検知して復調してしまうと誤った受信デー夕を得る場合がある。

そこで本実施例２では、逆拡散手段３１から出力されたＡ点のピーク信号をカウンタ回路３２でカウントし、Ｎ（Ｎ≧２）回続けて同じ極性（ただし、前回と反対の極性）のピーク信号が得られた時に、送信データの極性を判定してデータの復調を行う構成とした。図４は２回続けて同じ極性のピーク信号が得られた時に送信データの極性を判断して復調データを得る場合の代表的な信号波形である。

図４に示したようにＡ点のピーク信号をカウントして復調することで、誤りなく受信データを得られており、実施例１の場合と同様の効果が得られていることがわかる。なお、本構成では２回続けて同じ極性のピーク信号が得られた時に、送信データの極性を判定してデータの復調を行う構成としたが、特に２回には限らない。多くの回数をカウントする構成にすると復調データが全く得られない場合が考えられるが、復調に支障をきたさない範囲で自由に設定すればよい。なお、本実施例２では逆拡散手段３１から出力される同極性のピーク信号をカウントしてデータの復調を行う復調手段としてカウンタ回路３２を用いたが、同等の機能を果たすものであれば復調手段はカウンタ回路に限定されない。

本発明の実施例１の逆拡散復調器のブロック図である。 実施例１の逆拡散復調器の特徴的な信号波形図である。 本発明の実施例２の逆拡散復調器のブロック図である。 実施例２の逆拡散復調器の特徴的な信号波形図である。 従来技術である非同期式逆拡散復調器のブロック図である。 図５の非同期式逆拡散復調器における特徴的な信号波形図である。 図５の非同期式逆拡散復調器における課題を説明するための信号波形図である。 本発明に適用可能な非同期式逆拡散復調器のブロック図である。 図８の非同期式逆拡散復調器における特徴的な信号波形図である。 本発明に適用可能な別の非同期式逆拡散復調器のブロック図である。

符号の説明

１１：非同期式逆拡散復調器、１２：ローパスフィルタ、１３：ピーク検出器
３１：非同期式逆拡散復調器、３２：カウンタ回路
５１：マッチトフィルタ、５２：遅延線、５３：乗算器、５４：ピーク検出器
７１ａ〜７１ｇ：スイッチ、７２：スイッチ制御回路、７３：拡散符号発生回路、７４ａ〜７４ｇ：乗算器、７５：加算器、７６：ピーク検出器
９１ａ〜９１ｇ：サンプルホールド回路、９２：サンプルホールド制御回路、９３ａ〜９３ｆ：フリップフロップ、９４：拡散符号発生回路、９５ａ〜９５ｇ：乗算器、９６：加算器、９７：ピーク検出器

Claims (2)

1. 直接拡散された拡散信号を同期制御を行わずに非同期で逆拡散する逆拡散手段と、該逆拡散手段により逆拡散された信号から送受信されるデータの周波数帯域外のノイズを抑圧するためのフィルタを有する逆拡散復調器において、
   前記逆拡散手段は、
   拡散信号のサンプル保持を行うＮ（Ｎ≧２）個のサンプルホールド回路と、
   前記拡散信号の拡散に用いたクロックと同じ周波数で且つ前記拡散信号に同期した第１のクロックを入力して前記Ｎ個のサンプルホールド回路を順次サンプルホールドさせるよう制御するサンプルホールド制御手段と、
   第２のクロックを入力してＮ個の拡散符号を発生する第１の拡散符号発生回路と、
   前記第２のクロックを入力して前記第１の拡散符号発生回路により発生される拡散符号を逆向きに並び替えたＮ個の拡散符号を発生する第２の拡散符号発生回路と、
   前記第１及び第２の拡散符号発生回路の出力を制御する拡散符号制御回路と、
   前記Ｎ個のサンプルホールド回路の出力信号と前記第１又は第２の拡散符号発生回路で発生したＮ個の拡散符号を個々に乗算するＮ個の乗算器と、
   該Ｎ個の乗算器の出力を加算する加算器と、
   該加算器の出力のピークを検出するピーク検出器から構成され、
   前記拡散符号制御回路は、前記ピーク検出器からのピーク信号が入力する度に前記第１の拡散符号発生回路からのＮ個の拡散符号と前記第２の拡散符号発生回路からのＮ個の拡散符号を交互に切り替えて前記乗算器に出力する
   ことを特徴とする逆拡散復調器。
2. 直接拡散された拡散信号を同期制御を行わずに非同期で逆拡散する逆拡散手段と、該逆拡散手段から出力されるピーク信号をカウントしてデータの復調を行う復調手段を有する逆拡散復調器において、
   前記逆拡散手段は、
   拡散信号のサンプル保持を行うＮ（Ｎ≧２）個のサンプルホールド回路と、
   前記拡散信号の拡散に用いたクロックと同じ周波数で且つ前記拡散信号に同期した第１のクロックを入力して前記Ｎ個のサンプルホールド回路を順次サンプルホールドさせるよう制御するサンプルホールド制御手段と、
   第２のクロックを入力してＮ個の拡散符号を発生する第１の拡散符号発生回路と、
   前記第２のクロックを入力して前記第１の拡散符号発生回路により発生される拡散符号を逆向きに並び替えたＮ個の拡散符号を発生する第２の拡散符号発生回路と、
   前記第１及び第２の拡散符号発生回路の出力を制御する拡散符号制御回路と、
   前記Ｎ個のサンプルホールド回路の出力信号と前記第１又は第２の拡散符号発生回路で発生したＮ個の拡散符号を個々に乗算するＮ個の乗算器と、
   該Ｎ個の乗算器の出力を加算する加算器と、
   該加算器の出力のピークを検出するピーク検出器から構成され、
   前記拡散符号制御回路は、前記ピーク検出器からのピーク信号が入力する度に前記第１の拡散符号発生回路からのＮ個の拡散符号と前記第２の拡散符号発生回路からのＮ個の拡散符号を交互に切り替えて前記乗算器に出力する
   ことを特徴とする逆拡散復調器。

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