JP3877579B2 - Tdma通信装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、1フレームに複数スロットを割当て、各スロットを通信の最小単位としてTDMA(Time Division Multiple Access )通信を行うTDMA通信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
TDMA通信方式では、通信を行う局間において、スロットの同期が必要である。そこで、局間でTDMA通信を行う場合には、スロット同期のための基準時間を与える手段として例えばGPSが用いられる。一例として、西暦2002年度から実施予定のUAIS(Universal Shipborne Automatic Identification System)を採用した船舶間でTDMA通信を行う時には、各船舶にGPS装置が搭載され、GPS装置から得られる毎正分信号(GPS00秒信号)がTDMA通信装置に入力される。TDMA通信装置では、この信号を用いて毎正分毎にフレーム同期を行い、これによりスロット同期を保証している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、GPS機能を利用できないような状況にある場合、たとえば、GPS装置を搭載していない場合や、GPS機能が一時的に故障等の原因により利用できない場合には、上記の方式では、正しいスロットタイミングを失ってしまうことになり、TDMA通信を行えない事態となる。
【0004】
そこで、この発明は、GPS装置等の外部装置から基準となる正確なタイミング信号を得られない場合に、他局の信号に基づいてスロット同期を行うことのできるTDMA通信装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するために次のように構成したものである。
(1)1フレームに複数スロットを割当て、各スロットを通信の最小単位としてTDMA通信を行うTDMA通信装置において、
前記通信のスロットタイミングを発生するスロットタイミング発生カウンタと、
前記スロットタイミング発生カウンタの値を正しいスロットタイミングに調整する制御部と、を備え、
前記制御部は、
他局の信号の受信信号強度値が一定以上であるときに、その信号内のスロット位置関係を判定出来る特定のコードを検出すると、その信号の概ね正しいスロットタイミングを求めて前記スロットタイミング発生カウンタにセットする粗調整モードと、
前記粗調整モードにおいて、一定の期間だけ、各スロットでの受信が正しく行われていることの確認をする確認モードと、
前記確認モードにおいて、前記確認が出来たときに特定の他局を追尾局として、該追尾局を追尾するように前記スロットタイミング発生カウンタの値を微調整し続ける微調整モードと、からなる他局同期モードのいずれかを動作モードとして設定し、
前記確認モードにおいて前記確認が出来なかったとき、又は、前記微調整モードにおいて前記追尾が出来なかったときに、前記他局同期モードを前記粗調整モードに遷移させることを特徴とする。
【0006】
この発明では、他局の受信信号強度を利用してスロットの同期を行う。すなわち、他局の信号の受信信号強度値が一定以上であれば、その信号から概ね正しいスロットタイミングを求めて粗調整モードに入る。このモードでは、他局の電波の存在を確認し、そのデータ内容を調べることでビット単位の精度でスロットタイミング発生カウンタを設定する。他局の電波の存在を確認するには、その信号内のスロット位置関係を判定出来る特定のコードを検出することが必要である。スロット位置関係を判定出来る特定のコードとしては、例えば、先頭フラグを表すコードが適当である。粗調整モード後、一定の期間(たとえば1フレーム期間)だけ、各スロットでの受信が正しく行われていることの確認とフレームにおけるスロット番号を確定する確認モードに入り、さらに、この確認ができると、特定の他局を追尾局として、該追尾局を追尾できるようにスロットタイミング発生カウンタの値を微調整する。このモードを微調整モードという。微調整モードでは、スロットとフレームの同期がとれているため、TDMA通信が可能となる。確認モードにおいてスロット番号やスロットタイミングの確認を出来なくなったとき、または、追尾モードにおいて追尾できなくなった時には再び粗調整モードに状態遷移して最初からやり直す。
【0007】
このような制御によって、全体のモード遷移としては、粗調整モード→確認モード→微調整モードとなり、さらに、条件が悪くなれば微調整モード又は確認モードから粗調整モードに遷移する。各モード間の遷移は条件に応じて互いにリアルタイムに行われる。
【0008】
この発明では、上記のように、他局の信号を利用してスロット同期を行うために、GPS機能が使えなくてもTDMA通信を行うことができる。また、途中で同期が取れなくなっても、他局からの信号の受信信号強度値が一定以上であれば、粗調整モードに遷移するために、再同期が可能である。
【0009】
また、この発明では、上記の粗調整モードにおいて、スロット番号が確認出来れば、直ちに微調整モードに移行するようにしても良い。このようにすることで、確認モードを省略することが出来る。
【0010】
(2)GPSタイミング信号の受信端子を備え、
前記制御部は、前記GPSタイミング信号を受信出来ているときは、動作モードをGPSモードにして前記スロットタイミング発生カウンタの値を該GPSタイミング信号に基づいて調整し、前記GPSタイミング信号を受信出来なくなったときは動作モードを前記他局同期モードに遷移させて前記スロットタイミング発生カウンタの値を調整することを特徴とする。
【0011】
この発明では、GPSタイミング信号を受信できている時には、GPSタイミング信号に基づいてスロット同期を行うが(GPS同期)、GPSタイミング信号が受信できなくなった時には、上記他局同期モードに遷移してスロット同期を行う(他局同期)。このため、GPS機能を利用できるTDMA通信装置においては、GPS機能が一時的に利用できなくなった時でも、他局同期モードに遷移することによって他局同期を行い、これにより持続的なTDMA通信を保証することができる。
【0012】
(3)前記他局の信号の受信信号強度値とリファレンスレベルとを比較し、受信信号強度値がリファレンスレベルを超えたときに受信信号強度値が一定以上である信号を出力するコンパレータを備え、前記制御部は、前記リファレンスレベルを高い値から徐々に低い値にシフトしていくことを特徴とする。
【0013】
コンパレータでは、他局信号の受信信号強度値とリファレンスレベルとを比較するが、フレーム内に存在している他局との距離によってリファレンスレベルの適正値は著しく異なるといえる。一般に、粗調整レベルの同期を取るためには近接局の電波を利用する方が正確であるために、始めはリファレンスレベルを高く設定し、うまくいかない場合にそのリファレンスレベルを徐々に低い方にシフトしていく。こうすることで、粗調整モードに必要な受信信号強度値として適切なものを選ぶことができる。
【0014】
コンパレータの出力を前記制御部への割り込み信号として用い、該制御部が、該割り込み信号を受けたときに、動作モードを前記粗調整モードにするようにすることで、他局同期可能な信号の存在有無を効率的にサーチすることが出来る。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明の実施形態であるTDMA通信装置のブロック図である。 このTDMA通信装置は、GPSタイミング信号の受信端子を備えている。この受信端子には、GPS装置から毎正分毎の信号(以下、GPS00秒信号という)が入力する。TDMA通信は、1フレームを複数スロットに分割し、各スロットを通信の最小単位として移動局と固定局間、または移動局と移動局間で通信を行う方式である。図2は、1フレームを1分として、2250個のスロットが割当てられているUAISの規格を示す。GPS00秒のタイミングでフレーム同期が行われる。すなわち、GPS00秒から、スロット0、スロット1、・・・スロット2249までの各スロットが連続的に割り当てられる(各スロット番号は1つづつ増えていく)。ここでは、各スロットの時間幅を26.7msとする。スロットのビット数は256ビットである。
【0016】
160MHzのGMSK/FM変調された信号は、アンテナ1で受信され、切替器2を介して受信部3に入力される。さらに、中間周波数キャリアを持つ信号にダウンコンバードされる。検波アンプ4は、その信号をベースバンド信号に変換し、検波信号を取り出すとともに、RSSI(受信信号強度値)を電圧または電流信号に変換して出力する。コンパレータ5は、RSSIとリファレンスレベルとを比較し、RSSIがリファレンスレベルを超えた時に「1」を出力する。可変抵抗回路からなるリファレンスレベル設定部6は、リファレンスレベルを最適な値に調整できるようになっている。A/Dコンバータ7は、RSSIをセレクタ8からのスタート信号のタイミングでA/D変換をして、その結果を中央処理装置9に出力する。
【0017】
中央処理装置9は、2つの割込み端子I1とI2とを備え、A/Dコンバータ7からのA/D変換終了信号は割込み端子I1に入力する。中央処理装置9は、最初は、セレクタ8によって選択されるA/D変換スタート信号がコンパレータ5の出力となるように制御する。また、その後は、セレクト8によって選択される信号が中央処理装置9からの信号となるように制御する。この理由については後述する。
【0018】
検波アンプ4からの検波信号は復調器10によって復調され、ベースバンド信号(検波信号)を1/0のビットストリームに変換し、これを中央処理装置9に入力する。中央処理装置9は、このビットストリームをメモリ11に展開する。メモリ11には、復調したバイナリデータ(1/0ビットストリーム)や、A/Dコンバータ7でA/D変換した信号レベルを保存する。バイナリデータは、スロット同期が正しく行われている状態で他局の位置データ等を記憶する他局データベース(図示せず)を作成するために使用されるが、さらに、このバイナリデータやA/D変換したレベルはスロット同期を行うための他局同期に使用される。
【0019】
スロットタイミング発生カウンタ12は、通信のスロットタイミング(具体的には各スロットの先頭位置タイミング)を発生するカウンタである。このカウンタ12は、図2の各スロットの先頭位置のタイミングで中央処理装置9の割込み端子I2に対しスロットタイミング割込みを行う。このカウンタ12の1ビットは復調バイナリデータの1ビットよりも細かい分解能に相当している。中央処理装置9は、このスロットタイミングで、メモリ11に記憶されているバイナリデータのスロット開始位置を知ることが出来る。制御回路13は、このスロットタイミング発生カウンタ12をリセットしたり、カウンタ値を微調整したりする制御を行う。この制御は、中央処理装置9からのデータに基づいて行われる。スロットタイミング発生カウンタ12の1ビットは復調バイナリデータの1ビットよりも細かい分解能を持つので、微調整の分解能は1ビットレート以下とすることが出来る。
【0020】
中央処理装置9は、GPSタイミング信号受信端子14を備えている。この受信端子14には、図外のGPS装置からGPS00秒信号を受ける。中央処理装置9は、この信号を受けている間は、GPS00秒毎に、制御回路13を介してスロットタイミング発生カウンタ12をリセットする。すなわち、通常時の運用(GPS機能が正常に動作している時)では、フレーム同期が正しく行われ、スロットタイミング発生カウンタ12は、1スロット毎に(26.7ms毎に)中央処理装置9に対してスロットタイミング割込みを行う。
【0021】
また、中央処理装置9は、GPS機能が正しく機能していない時(GPS00秒信号が受信できていない時)には、上記GPSモードから他局同期モードに移る。この他局同期モードでは、他局のRSSIが一定以上である時に、その信号を利用して、スロットタイミング発生カウンタ12を概ね正しいスロットタイミングに設定し(粗調整モード)、さらに、1フレーム間だけ矛盾がないかどうかを確認し(確認モード)、さらに、特定の他局を追尾局として、ビットズレが生じない精度でスロットタイミング発生カウンタ12を微調整し続ける(微調整モード)。後述のように、この他局同期モードでは粗調整モード、確認モード、微調整モードがリアルタイムで実行され、微調整モードでは、GPS機能がなくても正確なスロット同期を実現できる。また、確認モードで矛盾が生じた時(1フレーム内の受信スロットのスロット番号が一つでも正しくなかった時)や、微調整モードで追尾できなくなった時には、再び粗調整モードに戻って最初からやり直す。これにより、スロットやフレームの同期が外れたままデッドロック状態になるということはない。
【0022】
なお、TDMA通信装置は、受信だけではなくて送信もできるために、中央処理装置9には送信部16が接続されている。このTDMA通信装置は、他局の位置情報や識別情報を受信して表示画面上にプロットし、且つ、他局に対して自局の位置情報や識別情報を送信するように構成されている。そこで、中央処理装置9に接続されるGPS端子15には、GPS装置で検出された自局の位置情報が入力し、この情報に識別情報等が付加されて送信部14より他局に送信される。
【0023】
したがって、全体のシステムは図3に示すようになっている。すなわち、TDMA通信装置50にはGPS装置51が接続され、このGPS装置51からGPS00秒の信号と位置情報が入力する。TDMA通信装置50の出力側には表示部53が接続されている。この表示部53には、レーダ52も接続されている。表示部53に対しては、TDMA通信装置50から他局に関する情報が入力し、レーダ装置52からはレーダ情報が入力する。表示部53では、これらの入力情報が重ねて表示される。
【0024】
次に、上記TDMA通信装置のスロット同期動作について説明する。
【0025】
この装置は、スロット同期動作のモードとして、GPSモードと他局同期モードとがある。
【0026】
GPSモードでは、GPSタイミング信号受信端子14に対し、GPS00秒信号が毎正分毎に入力する。中央処理装置9は、この信号を受けている間は、割込み端子I1をマスクし、A/Dコンバータ7からの入力を受けることがない。制御回路13は、上記GPS00秒信号を受けた時に、スロットタイミング発生カウンタ12をリセットする。GPS00秒信号は、1フレーム(1分)に一度発生するために、スロットタイミング発生カウンタ12は、この信号でリセットされた後1スロット毎に中央処理装置9の割込み端子I2に対し割込みをかける。これにより、フレーム同期とスロット同期が正確に行われる。
【0027】
次に他局同期モードについて説明する。このモードは、GPS機能が失われた時、すなわち、何らかの障害等によってGPSタイミング信号受信端子14に、GPS00秒信号が連続して所定の回数受信できなくなった時に実行される。
【0028】
他局同期モードでは、中央処理装置9の割込み端子I1のマスクがなくなり、A/Dコンバータ7からの割込みを受けることができるようになる。他局同期モードでは、モードの遷移は図4に示すようになる。GPS00秒信号が失われると、他局同期モードとなり、最初は粗調整モードが設定される。この後、確認モードとなり、さらに微調整モードに移る。微調整モードでは、スロット同期が特定局の1ビット分解能で正確に行われている。また、確認モード及び微調整モードが外れると粗調整モードに遷移し、再び粗調整モードからやり直される。GPS機能が回復すると他局同期モードは中止され、GPSモードに復帰する。
【0029】
上記の他局同期モードにおいて、粗調整モードとは、概ね正しいスロットタイミングを求めるモードであり、確認モードは、その概ね正しいスロットタイミングで1フレーム内の各スロットでの受信が矛盾なく正しく行われているかを確認するモードである。また、微調整モードは、特定の他局を追尾局として、1ビット分解能でその追尾局を追尾するモードである。微調整モードに入ると、他局とのTDMA通信が可能になる。
【0030】
以下、図1に示す回路の各モードにおける動作を説明する。
【0031】
(a)粗調整モード
このモードは他局同期モードに入った時に最初に通過するモードである。粗調整モードでは、中央処理装置9の割込み端子I1が解放され、A/Dコンバータ7から出力信号(RSSI)の割込みを待つ。いま、検波アンプ4の出力信号であるRSSIがリファレンスレベル設定部6によって設定されるリファレンスレベルを超えている時は、その信号はA/Dコンバータ7によってA/D変換され、中央処理装置9の割込み端子I1に割込み信号として入力する。なお、中央処理装置9は、最初はセレクタ8によって、コンパレータ5の出力をA/D変換スタート信号として選択しているため、RSSIがリファレンスレベルを超えている時には、その信号によってA/D変換が行われる。RSSIがリファレンスレベルを超えているということは、受信し得る他局信号が存在することを意味する。そこで、この割込みがあった時には粗調整モードに移る。
【0032】
なお、図5(A)に示すようなスパイキーなノイズ信号が入力した時に粗調整モードになるのは好ましくない。そこで、中央処理装置9は、最初の割込み後、適当な間隔で複数回のA/Dサンプリングを行う。各サンプリングタイミングで連続して一定以上のレベルが得られた時にだけ他局信号が存在していると認識する。これを実現するために、セレクタ8は、初回のサンプリングは信号自身のタイミングで行うが(図5(A)のようにサンプリングタイミングは、信号立ち上がりから若干の遅延がある)、2回目以降のサンプリングタイミングを中央処理装置9から得る。図5(B)は複数回のサンプリングで連続して一定以上のレベル(変換値)があった例を示している。これにより、図5(A)に示すようなノイズ信号によって粗調整モードに入るのを防止する。
【0033】
粗調整モードでは、中央処理装置9は、制御回路13を介してスロットタイミング発生カウンタ12に概ね正しいスロットタイミングを設定する。この動作は次のようにして行う。
【0034】
今、図6又は図7に示すように、1フレームの任意のスロット部分で他局のRSSI信号による割込みがかかったとする。メモリ11には、バイナリデータが時間順にストアされている。図7にこの状態を示している。今、時間t1で割込みがかかると、スロット先頭フラグがサーチされる。スロット先頭フラグは、各スロットの先頭に配置されているフラグ(この例では、「7EH」)であり、図7に示すように、データ領域とプリアンブルの間に配置されている。メモリ11には、スロットのバイナリデータが、割込みの有無に無関係に常時時間順に、循環バッファ方式で記憶されているために、割込みがあった時に、そのタイミングから前後一定の期間をサーチすれば先頭フラグが見つかるはずである。期待する通りに、先頭フラグを検出すれば次の段階に進む。先頭フラグを見つけることができなければ、ノイズ等による割込みであったと見なして他局同期モードの最初に戻る。
【0035】
上記先頭フラグを検出できれば、誤動作を防ぐために割込み端子I1をマスクして、それ以降の割込みを禁止する。そして、スロットタイミング発生カウンタ12をリセットする。または、割込みタイミングt1から先頭フラグが検出されたタイミングまでの相対的時間差を計算し、これを基づく値をスロットタイミング発生カウンタ12にプリセットする。これによって、スロットタイミング発生カウンタ12には、概ね正しいスロットタイミングがセットされることになる。中央処理装置9は、スロットタイミング発生カウンタ12に、概ね正しいスロットタイミングがセットされることにより、メモリ11に順次記憶されているバイナリデータの中から、スロット番号や他の情報を抽出出来るようになる。
【0036】
(b)確認モード
このモードでは、粗調整モードで設定したスロットタイミングが1フレームを通して正しいものであることと、各スロットタイミングがフレーム中の何番目のものであるかを決定する。まず、スロット番号を確認する。図7に示すようにデータ領域にはスロット番号が格納されているために、このスロット番号を抽出してシステム内部にセットする。これ以降、システム内部のスロット番号をスロットタイミング発生カウンタ12が1スロットを計時するごとに1つずつ増やしていきシステム内部のスロット番号とする。1フレーム間において、あるスロットにデータが存在すれば、そのスロット番号を確認し、システム内部に記憶されているスロット一致するかどうか、すなわち矛盾がないかどうかを調べる。データの存在有無は、A/Dコンバータ7の出力から得られるRSSIのレベルの読み取り値を使う。1フレーム期間、データが存在する全てのスロットについて、スロット番号の矛盾がないかを調べ、全てのスロット番号に矛盾がなければ正常であるとして、確認モードを終了する。なお、この確認モードの期間は、1フレームに限定されるものではなく、それより少なくても多くてもよい。また、この確認モードの後に遷移する微調整モードでは、追尾局を設定する必要があるが、この確認モードにおいて追尾局を設定する。この追尾局は、データが存在するスロットのうちのどれかのスロットに対応する局である。追尾局は、予め決めても良いし、データが存在するスロットの中から任意のものを選んで、その選ばれたスロットに対応する局とすることも出来る。たとえば、これらの他局に基地局が存在する場合には、その基地局が追尾局となりうる。また、RSSIレベルの最も高い他局をサーチし、これを追尾局とすることも出来る。なお、AISの規格においては、追尾局をどのように決めるかが指定されている。
【0037】
(c)微調整モード
上記確認モードでフレーム同期が確定すると微調整モードに移る。この微調整モードでは、追尾局を追尾するようにスロットタイミング発生カウンタ12の値を微調整し続ける。すなわち、1フレームの間において予定している追尾局の受信を待つ。この間に追尾局を受信できなければ粗調整モードに遷移する。追尾局を受信できれば、そのスロット番号を確認することによってフレーム同期がとれていることを知る。スロット番号が不一致であればフレーム同期がとれてないから粗調整モードに移る。追尾は、スロットタイミング発生カウンタ12のカウンタ値を微調整することで行う。すなわち、メモリ11に順次記憶されている復調したバイナリデータを利用して、今回の追尾局の受信タイミング(割込みタイミング)がその追尾局のスロットタイミング(スロットタイミング発生カウンタ12からの信号)とどれだけずれているかを計算する。具体的な計算法は次の通りである。
【0038】
図8において、バイナリデータが記憶されているメモリ11において、先頭フラグ「7EH」の位置は、先頭からNビット目に決まっているため、割り込み端子I2への割り込みタイミングのときに復調した101・・・コードと「7EH」との距離(N′bit)を調べる。そして、その距離(差分)でもってスロットタイミング発生カウンタ12のカウント値を制御回路12を通して微調整する。制御回路13は、中央処理装置9から、「遅らせる」「進ませる」の方向性と、その程度を示す数値を受取り、これに従ってスロットタイミング発生カウンタ12のカウント値を調整する。スロットタイミング発生カウンタ12の分解能は復調バイナリデータの1ビットよりも細かいため、この時の調整能力は、1ビットレート以上の分解能にすることが可能である。
【0039】
なお、上記確認モードにおいて矛盾が発生した時、及び微調整モードにおいて追尾できなくなった時には、粗調整モードに戻って最初からやり直す。
【0040】
このようにして、他局同期モードにおいては、GPS機能が使えなくても、リアルタイムで正確なフレーム同期をとることができる。
【0041】
図9〜図11は、上記の他局同期モードにおいての中央処理装置9の動作を示すフローチャートである。
【0042】
中央処理装置9での受信処理動作は、スロットタイミング発生カウンタ12からのスロットタイミング割込み毎に行われる。すなわち、図8のステップST1において、スロットタイミング割込みがあると、デフォルトモード、粗調整モード、確認モード、微調整モードのいずれかのモードが動作モードとして設定される。
【0043】
デフォルトモードは、デフォルトとして設定されるモードであって、このモードでは粗調整モード、確認モード、微調整モードのいずれのモードも動作することはない。したがって、GPS00秒信号が受信できている限り、装置はGPSモードとして動作する。デフォルトモードにおいて、GPS機能が使えなくなった時には(ST2)、粗調整モードに遷移する(ST3)。
【0044】
粗調整モードでは、GPS機能が使えるかどうかの判定を行い(ST4)、GPS機能が使える場合にはST7でデフォルトモードに戻り、GPS機能が使えない場合には、ST5で粗調整モードの処理を行うとともに、ST6で確認モードに遷移する。
【0045】
確認モードでは、GPS機能が使えるかどうかの判定を行い(ST8)、GPS機能が使える場合にはST11でデフォルトモードに戻り、GPS機能が使えない場合には、ST9で確認モードの処理を行うとともに、ST0で微調整モードに遷移する。
【0046】
微調整モードでは、GPS機能が使えるかどうかの判定を行い(ST12)、GPS機能が使える時にはST14でデフォルトモードに戻り、GPS機能が使えない時には、ST13で微調整モードの処理を行ってリターンする。
【0047】
後述のように、確認モードの処理ステップST9では、確認動作が行えないと粗調整モードに遷移する。また、微調整モードの処理ステップST13では、追尾ができなくなると粗調整モードに遷移する。
【0048】
上記の動作によって、図4に示すモード間の遷移が実現される。
【0049】
図10は、粗調整モードの処理ステップST5の動作を示すフローチャートである。
【0050】
ST20では、RSSIの割込みを待つ。すなわち、RSSIの値がリファレンスレベル設定部6で設定したリファレンスレベルを超え、且つ、その状態が複数サンプル回数連続している時には中央処理装置9は粗調整モードを開始する(ST20)。続いて、メモリ11に記憶されている1/0ストリームデータからなる常時復調バイナリーデータから「7EH」の先頭フラグをサーチする(ST21)。サーチは割込みタイミングt1から開始し、一定の期間だけ前方向及び後ろ方向に対して行う。そして、先頭フラグを確認できれば(ST22)、RSSI割込み端子I1をマスクして(ST23)、スロットタイミング発生カウンタリセット処理(ST24)を行う。この処理では、割込みタイミングt1でスロットタイミング発生カウンタ12をリセットする。
【0051】
なお、上記スロットタイミング発生カウンタリセット処理では、割込みタイミングt1から、検出した先頭フラグまでの相対的時間差を計算して、これに対応するカウント値を同カウンタ12にセットしてもよい。この方が、単にリセットするよりは正確であろう。しかし、どちらの方法であっても問題はない。その理由は、粗調整モードであるために、同カウンタ12のカウント値や各スロットのデータを先頭フラグを含めてスロット番号等を正確に確認用にトレースできる程度にタイミングが前後しても良いからである。なお、同様な理由から、A/Dコンバータ7のA/D変換終了時刻とRSSIの信号検知時点とは時間的にずれがあるが、カウンタ12のカウント値がある程度ラフなものでよいため、特に問題は生じない。
【0052】
ST24の処理を終えると図11の確認モードへ遷移する。確認モードでは、1フレーム期間内において、データが存在する各スロットの番号が正しいかどうかの確認を行う(ST30)。粗調整モードにおいて最初に確認できたスロット番号はシステム内部に設定されるが、この後、スロットタイミング発生カウンタ12からスロットタイミング割込みがあることにシステム内部に設定されているスロット番号が1つずつ増えていく。1フレーム期間に、データが存在するスロットがあると、その時のシステム内部に設定されているスロット番号は該スロットのデータに含まれるスロット番号と一致していなければならない。図13はこの様子を示している。粗調整モードで、システム内部に「aaaa」のスロット番号が設定されたとすると、システム内部のスロット番号は、その後スロット割込みがあるたびに1つずつ増えていく。一方、メモリ11に記憶されている復調バイナリデータから得られるスロット番号は、同様に、「aaaa+1」→「aaaa+2」のように1スロットの期間に1つ増えていくものでなければならない。ST30では、この2つスロット番号(システム内部のスロット番号と復調スロットデータから得られるスロット番号)の一致確認を1フレーム期間だけ行う。1フレーム期間において、データが存在する復調スロットのスロット番号がシステム内部のスロット番号に全て一致する時に、1フレームの確認ができたとして(ST31)、微調整モードに遷移する。もし1つでも一致しない場合は、矛盾があったとして粗調整モードに遷移する。なお、図13に示す例では、復調バイナリデータから得られるスロット番号は、「aaaa+1」→「データなし」→「aaaa+3」→・・・と進んでいる。
【0053】
図12は微調整モードの動作を示している。
【0054】
微調整モードでは、ST40において現在のスロット(システム内部で設定されているスロット番号のスロット)が追尾局スロットであるかどうかの判定を行う。追尾局スロットであれば、その追尾局の受信を待ち(ST41)、追尾局のデータがなければ追尾できなくなったものと見なして粗調整モードに移る(ST42)。追尾局が受信でき、且つそのスロット番号がシステム内部のスロット番号と一致していない場合にも粗調整モードに移る。両方のスロット番号の一致が確認できると(ST43)、復調バイナリデータを利用して、今回の受信タイミングが追尾局のスロットタイミングとどれだけずれているかを計算し、その計算結果に基づいて、スロットタイミング発生カウンタ12の微調整を行う(ST44)。この微調整は、制御回路13によって、1ビットレート以上の分解能で行われる。これにより、微調整モードでは、1ビット分解能でのスロット同期ができる。なお、中央処理装置9は、制御回路13に対して、「遅らせる」「進ませる」の方向性と、その程度を知らせる。制御回路13は、この情報に基づいて、スロットタイミング発生カウンタ12の微調整を行う。
【0055】
追尾局としては、予め決められた局(たとえば基準固定局、或いは、規格(AIS)で決められた局)とすることができる。または、受信できたいずれかの局を追尾局とすることも可能である。
【0056】
以上によって、GPS機能が利用できない時には、GPSモードから他局同期モードに移って、他局の信号を利用してスロット同期を取ることができる。
【0057】
上記粗調整モードにおいて、コンパレータ5に与えるリファレンスレベルは固定でない方が望ましい。フレームのトラフィックや存在している他局との距離によって、その適正値が一定でないからである。そこで、一般には粗調整レベルでの同期を取るには近接局の電波を利用するほうが正確であると考えられるために、最初はリファレンスレベルを高く設定し、それによって割込みが得られない時にそのレベルを徐々に低くしていく。
【0058】
図14は上記アルゴリズムを実現するための中央処理装置9の動作を示すフローチャートである。また、図15は、図1において、コンパレータ5に接続されるリファレンスレベル設定部をDAコンバータ20にしている。したがって、リファレンスレベルは、中央処理装置9からの信号に基づいて制御することができる。
【0059】
図14において、一定の時間待ちを行うためのカウンタを使用し、ST50において、このカウンタをインクリメントしながら一定値に達するまでの時間待ちを行う。次に、ST51で1フレーム経過していなければ、RSSIによる割込み検知を行う。割込みがあれば、ST55においてカウンタをクリアして元に戻る。割込みがなければ再びST50で一定時間を待ってST51に進む。すなわち、カウンタによって計数される一定時間ごとに1フレーム内で割込みの有無を検知する。割込みを検出する前に1フレームを経過すると、ST52に進んでリファレンスレベルを下げる。そしてST53でカウンタをクリアして再び1フレーム期間内での割込みの有無を判定する。なお、粗調整モードの最初で、「RSSIリファレンスレベル初期化」処理がコールされる。ここでは、ST60においてリファレンスレベルのデフォルト値が設定される。このデフォルト値は、近接局の電波だけを検出できるように高い値に設定されている。
【0060】
以上により、RSSIリファレンスレベルは、最初は高い値に設定されており、他局信号が検出できるまで、そのレベルが自動的に低下していく。
【0061】
図16は、他局同期モードにおいて、同期精度を向上するための実施例を示している。同図(A)はこの処理を行うためのハードウェアの構成図であり、同図(B)はソフトウェアの構成図を示している。
【0062】
IF信号を検波アンプ4で検波した信号を、ビットレートの整数倍(たとえば10倍)でA/Dコンバータ30でサンプリングしてメモリ32に記憶する。
【0063】
このデータは、図16(B)に示す構造のソフトウェアによってDSPを使用しながら処理される。すなわち、バンドパスフィルタ40によって、メモリ32に記憶されているデータに対し帯域フィルタリングを行い、IQ分離部41によってIQ分離する。分離したIQデータは、復調判定部42に送られて復調され、一方、ビット位相同期ずれ検出部43にも送られる。ビット位相同期ずれ検出部43は、IQ信号から位相情報を取り出し、復調出力に対する位相ずれを検出する。ビット位相同期ずれ検出部43においては、復調判定部42から得られる復調出力は過去のデータとなるため、この過去のデータの周波数スペクトルのプロファイル(IQデータをフーリエ変換することによって得られる)と、現在のデータのプロファイルとを比較することにより両者の位相同期ずれを検出する。この位相同期ずれを追尾情報として用いることによって、同期分解能(同期精度)を1ビット未満に向上させることができる。
【0064】
以上の実施形態のTDMA通信装置は、図3に示すようにGPS装置51と接続されるものとして説明したが、TDMA通信装置50単独で使用することも可能である。すなわち、常時、他局同期モードで動作させておくことも可能である。これにより、たとえば、GPS装置51を搭載していない海上浮標物体(ブイ)等に搭載することができる。
【0065】
また、図3のレーダ装置52は、TDMA通信装置50に対し、必ずしも一体的に設ける必要がない。
【0066】
また、図1の回路では、RSSIを検知したコンパレータ5の出力はA/Dコンバータ7に入力されるようになっている。このため、中央処理装置9には、割込みとサンプリングレベルとが同時に入力し、割込みとサンプリングレベルを一挙に得ることになるが、その他の変形例として、コンパレータ5の出力が割込み端子I1に入力し、A/Dコンバータ7でのA/D変換タイミングをソフトウェアで決定することも可能である。
【0067】
また、上記実施形態では、粗調整モードの次に確認モードに遷移するようにしているが、確認モードを省略することも可能である。この場合には、粗調整モードから直ぐに微調整モードに遷移する。図17は、この場合のモード遷移図である。図18は、粗調整モード時の動作を示している。図18において、ステップST22では、先頭フラグの確認が行われ、確認が出来れば、ST23,ST24を経て、さらにST25でその信号内にスロット番号を確認出来たことを条件に微調整モードへと移る。
【0068】
また、確認モードを設ける場合に、スロット確認を行う一定の期間を1フレーム以内の1〜複数スロットの期間とすることも可能である。
【0069】
【発明の効果】
この発明によれば、GPS機能を使えない状態の時にもスロット同期が可能となる。また、他局同期モードにおいて、途中で同期が取れなくなっても再び同期させることが可能である。また、フレーム内にただ1つの他局しかなくても、その他局を追尾局とすることによって同期を取ることができる。また、少なくともビット単位での分解能による微調整が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態であるTDMA通信装置のブロック構成図
【図2】UAISにおけるフレーム構成図
【図3】TDMA通信装置を使用したシステム全体構成図
【図4】モード遷移図
【図5】ノイズ信号と他局受信信号のRSSI
【図6】スロット先頭フラグの確認方法を示す図
【図7】メモリに記憶された復調バイナリデータを示す図
【図8】微調整モード時の追尾方法を説明する図
【図9】他局同期モードでの動作を示すフローチャート
【図10】粗調整モードの動作を示すフローチャート
【図11】確認モードの動作を示すフローチャート
【図12】微調整モードの動作を示すフローチャート
【図13】確認モードでのスロット番号確認動作を説明するための図
【図14】リファレンスレベル設定部の他の実施例のソフト処理を示すフローチャート
【図15】上記他の実施例の回路構成図
【図16】同期精度を向上する実施例のハードウェア構成図及びソフトウェア構成図
【図17】この発明の他の実施形態のモード遷移図
【図18】他の実施形態の粗調整モード時の動作を示すフローチャート
Claims (5)
- 1フレームに複数スロットを割当て、各スロットを通信の最小単位としてTDMA通信を行うTDMA通信装置において、
前記通信のスロットタイミングを発生するスロットタイミング発生カウンタと、
前記スロットタイミング発生カウンタの値を正しいスロットタイミングに調整する制御部と、を備え、
前記制御部は、
他局の信号の受信信号強度値が一定以上であるときに、その信号内のスロット位置関係を判定出来る特定のコードを検出すると、その信号の概ね正しいスロットタイミングを求めて前記スロットタイミング発生カウンタにセットする粗調整モードと、
前記粗調整モードにおいて、一定の期間だけ、各スロットでの受信が正しく行われていることの確認をする確認モードと、
前記確認モードにおいて、前記確認が出来たときに特定の他局を追尾局として、該追尾局を追尾するように前記スロットタイミング発生カウンタの値を微調整し続ける微調整モードと、からなる他局同期モードのいずれかを動作モードとして設定し、
前記確認モードにおいて前記確認が出来なかったとき、又は、前記微調整モードにおいて前記追尾が出来なくなったときに、前記他局同期モードを前記粗調整モードに遷移させることを特徴とする、TDMA通信装置。 - 1フレームに複数スロットを割当て、各スロットを通信の最小単位としてTDMA通信を行うTDMA通信装置において、
前記通信のスロットタイミングを発生するスロットタイミング発生カウンタと、
前記スロットタイミング発生カウンタの値を正しいスロットタイミングに調整する制御部と、を備え、
前記制御部は、
他局の信号の受信信号強度値が一定以上であるときに、その信号内のスロット位置関係を判定出来る特定のコードを検出すると、その信号の概ね正しいスロットタイミングを求めて前記スロットタイミング発生カウンタにセットするとともに、該スロットの番号を確認する粗調整モードと、
前記粗調整モードにおいて、前記スロットの番号確認が出来たときに特定の他局を追尾局として、該追尾局を追尾するように前記スロットタイミング発生カウンタの値を微調整し続ける微調整モードと、からなる他局同期モードのいずれかを動作モードとして設定し、
前記微調整モードにおいて前記追尾が出来なくなったときに、前記他局同期モードを前記粗調整モードに遷移させることを特徴とする、TDMA通信装置。 - GPSタイミング信号の受信端子を備え、
前記制御部は、前記GPSタイミング信号を受信出来ているときは、動作モードをGPSモードにして前記スロットタイミング発生カウンタの値を該GPSタイミング信号に基づいて調整し、前記GPSタイミング信号を受信出来なくなったときは動作モードを前記他局同期モードに遷移させて前記スロットタイミング発生カウンタの値を調整することを特徴とする、請求項1または2記載のTDMA通信装置。 - 前記他局の信号の受信信号強度値とリファレンスレベルとを比較し、受信信号強度値がリファレンスレベルを超えたときに受信信号強度値が一定以上である信号を出力するコンパレータを備え、前記制御部は、前記リファレンスレベルを高い値から徐々に低い値にシフトしていくことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のTDMA通信装置。
- 前記コンパレータの出力を前記制御部への割り込み信号として用い、該制御部は、該割り込み信号を受けたときに、動作モードを前記粗調整モードにすることを特徴とする、請求項4記載のTDMA通信装置。
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