JP4116916B2 - スペクトラム拡散信号処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、スペクトラム拡散用擬似雑音符号に同期してデータが変調されたスペクトラム拡散信号を処理するスペクトラム拡散信号処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、スペクトラム拡散通信システムは種々の分野で利用されている。特に測位システムでは、たとえばGPS、GLONASS、GPS/SBAS等の測位システムで送信信号をスペクトラム拡散用擬似雑音符号(以下「PRN符号」という。)で位相変調されていて、且つそのPRN符号は送信すべきデータ(測位システムの場合、航法メッセージ)で位相変調されている。
【0003】
このようなスペクトラム拡散された信号を受信し、そのデータを復調するためには、受信機側で発生したPRN符号と受信信号のPRN符号との相関値を求め、この相関値から両PRN符号の位相差を検出するとともに、受信機側で発生したPRN符号の位相を受信信号に同期させてデータの復調を行うようにしている(例えば、非特許文献1参照)。
【0004】
ここで、受信機内に構成される従来のスペクトラム拡散信号処理装置の構成例を図4の(A),(B)に示す。また、図5の(A),(B)に図4の(A),(B)の各部のタイミング関係をそれぞれ示す。
図4の(A)に示す例で、乗算器1は受信機内部で発生したコード(PRN符号)を受信信号に掛け合わせる。積算器2は、その値を受信機内部で発生したタイミングで積算を開始する。バッファ3は、積算器2により求められた積算結果を、受信機内部で発生したタイミング毎に入力する。CPUはこのバッファ3の値をバッファの内容が更新される毎に読み出してデータの復調を行う。
【0005】
図5の(A)は1ms周期のC/Aコードを復調する例であり、「受信信号タイミング」は受信信号に含まれているPRN符号の周期を示している。また「受信機内部タイミング」は受信信号タイミングとは別に独立して定めたタイミング信号であり、積算器2はこの受信機内部タイミングで積算を開始し、それに同期して、最終の積算値をCPU出力期間でCPUへ出力する。
【0006】
図4の(B)に示す例で、乗算器1は受信機内部で発生したコード(PRN符号)を受信信号に掛け合わせ、積算器2はその乗算結果を受信信号タイミング(受信信号のPRN符号に同期した信号)で積算を開始し、第1バッファ3aは受信信号タイミングで積算器2の値を取り込む。図5の(B)に示すように、第2バッファ3bは受信機内部で発生したタイミングで第1バッファ3aの内容を取り込む。CPUはこの第2バッファ3bの内容を読み取ってデータの復調を行う。
【0007】
【非特許文献1】
A.J.Van Dierendonck,"GPS Receivers",in Global Positioning System:Theory and Application,vol.I,B.W.Parkinson and J.J.Spilker,Jr.,eds.,pp.329-407,American Institute of Aeronautics and Astronautics,Washington,DC,1996.
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
図4の(A)に示した構成では、バッファ3を設けているため、相関値をCPUへ出力する間に次の相関値を求めるための処理(積算器2による積算)が行える。しかし、受信信号のPRN符号の位相(以下、単に「受信信号のタイミング」という。)とは無関係に、受信機内部で発生したタイミングで相関処理を行うため、積算処理の途中でデータ(航法メッセージ)のビットが変化した時、PRN符号の位相が反転する場合がある。この場合、積算量が正負でキャンセルされてしまい、所期の相関結果を得ることができない。
【0009】
図6は、その典型例を示している。ここで示すように、C/Aコードの場合、積算開始タイミングから0.5ms後にデータビットが反転すれば相関結果は0となって、その1ms区間については相関結果が全く得られない(相関値が0となる)。上記位相反転による積算方向の正負キャンセルによる相関値の減少を以下「相関損失」という。
【0010】
一方、図4の(B)に示した構成では、受信信号タイミングに同期して積算を開始するので上述の問題は解消できるが、複数の受信チャンネルのそれぞれにバッファを1段余計に設ける必要があるため、全体の回路規模が増大してしまう。
【0011】
そこで、この発明の目的は、相関値を求めるバッファを1段だけで済むようにし、且つデータビットの反転による相関損失の問題を抑えたスペクトラム拡散信号処理装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明は、スペクトラム拡散用擬似雑音符号に同期してデータが変調されたスペクトラム拡散信号を受信する手段と、該受信による受信信号に装置内部で生成したスペクトラム拡散用擬似雑音符号を乗算するとともに一定周期毎に積算して、前記受信信号とスペクトラム拡散用擬似雑音符号との相関値をバッファに求める相関手段と、該バッファに求められた相関値を基に前記データを復調するデータ復調手段とを備えたスペクトラム拡散信号処理装置において、前記装置内部で生成するスペクトラム拡散用擬似雑音符号の繰り返しタイミングの間隔を分割してなる複数のタイミングを擬似受信信号のタイミングとし、該擬似受信信号タイミングのうち、受信信号のスペクトラム拡散用擬似雑音符号のタイミングに最も近いタイミングの擬似受信信号タイミングを前記一定周期毎の積算の開始タイミングとして定める積算開始タイミング設定手段を設けたことを特徴としている。
【0013】
このように装置内部で生成するスペクトラム拡散用擬似雑音符号の繰り返しタイミングの間隔を分割した複数のタイミングのうち受信信号のスペクトラム拡散用擬似雑音符号のタイミングに最も近いタイミングで積算を開始するようにしたことにより、データビットの反転タイミングが最悪の場合でも、図6に示した従来の最悪ケースの場合に比べて相関損失を低減することができる。
【0014】
また、この発明は、前記相関手段が複数チャンネル分備えていて、前記データ復調手段が、隣接する前記擬似受信信号タイミングの間隔以内の時間に各チャンネルのバッファから前記相関値を読み出してデータを復調するようにしたことを特徴としている。
【0015】
このように擬似受信信号タイミングの間隔以内の時間でバッファの内容(相関値)を読み出すようにしたことによって、バッファが1段であっても、その読み出し途中で相関値が変化することがないため、相関値を正しく求めることができる。また、データ復調手段は、各チャンネルのバッファに求められた相関値を同じタイミングで読み出すことができ、各チャンネルが受信する受信信号のスペクトラム拡散用擬似雑音符号の位相がそれぞれ異なっていても、所定のタイムスケジュールに従った処理が可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態に係るスペクトラム拡散信号処理装置の構成を図1〜図3を基に説明する。
図1はスペクトラム拡散信号処理装置の構成を示すブロック図である。ここでコードNCO4はCPU10から与えられた制御データに基づいてコード発生器5が発生するC/Aコードの位相を制御する。コード発生器5は所定のPRN符号(C/Aコード)を発生する。受信信号は図外のダウンコンバータにより周波数変換され且つ所定ビット数のディジタルデータ列に変換された信号である。乗算器1は、コード発生器5が発生したC/Aコードと受信信号とを乗算する。タイミング信号発生回路6は複数の取り得るタイミングのうちCPU10から与えられた所定の擬似受信信号タイミング信号を発生する。積算器2はタイミング信号発生回路6が発生したタイミングで、乗算器1の出力データを順次積算し、バッファ3は積算器2によって求められた積算値を、タイミング信号発生回路6の発生したタイミングで取り込む。このバッファ3に取り込まれる値は、コード発生器5が発生したC/Aコードと受信信号との相関値である。GPSの場合、C/Aコードのコード長は1[ms]であり、積算器2はこの1[ms]の間に所定回数の積算を行い、その最終値をバッファ3に求める。
【0017】
図1において、CPU10はROM12に書き込んだプログラムを実行する。RAM11は各受信チャンネルとの間でデータ入出力時のワーキングエリアとして用いる。
上記1〜6で示した要素は各受信チャンネルch1,ch2・・・chmにそれぞれ設けている。各受信チャンネルには共通の受信信号を入力する。
【0018】
なお、このスペクトラム拡散信号処理装置をGPS受信機に適用する場合には、各受信チャンネルに、受信信号のキャリア信号と受信機内部で発生したキャリア信号との位相差を検出して、そのキャリア位相を同期させるための回路も設けるが、図1ではそれを省略している。
【0019】
受信信号タイミング(受信信号のC/Aコード位相)が不明な状態でその捕捉を行う場合には、コード発生器5の発生するC/Aコードの位相を順次所定量ずつシフトさせて、相関値が最大となる位相を検出する。その後、受信信号のコード位相を追尾するためには、コード発生器5が発生したC/Aコードと受信信号のC/Aコードとの位相ずれ量を検出するためのブロックを設ければよい。
【0020】
図2は図1各部の信号のタイミング関係を示す図である。ここで、「擬似受信信号タイミング1〜n」は、C/Aコードの1周期である1[ms]をn等分した時間間隔のタイミング信号である。これらの擬似受信信号タイミング1〜nは各受信チャンネルch1〜chmに共通に用いる。すなわち各受信チャンネルにおいて、タイミング信号発生回路6はこれらの擬似受信信号タイミング1〜nのうちCPU10が指定したいずれかのタイミング信号を発生する。「受信機内部タイミング」は擬似受信信号タイミング1〜nの基準となるタイミング信号であり、各受信チャンネルに共通である。受信信号タイミングは各受信チャンネル毎に異なっていて、図2に示すタイミングであれば、それに最も近い擬似受信信号タイミング2を採用する。すなわちこのタイミングでバッファ3は積算器2の値を取り込み、積算器2は再び新たに積算を開始する。バッファ3に取り込まれた内容は次の擬似受信信号タイミング1までの間にCPU10へ出力する。
【0021】
各チャンネルが受信する受信信号のC/Aコードの位相は、割り当てられた衛星に応じてそれぞれ異なるが、CPUは、図2に示した受信機内部タイミング直後の一定期間(擬似受信信号タイミングnからその後の擬似受信信号タイミング1までの期間)に、各受信チャンネルのバッファ3に求められた相関値を同時に読み出すので、その間に相関値が変化することがなく、CPU10は所定のタイムスケジュールに従った処理を行うことができる。
【0022】
図3はデータビット反転タイミングと擬似受信信号タイミングとのずれと相関損失との関係を示している。(A)に示すように、相関損失が最悪となるのは、データビット反転タイミングが、隣接する擬似受信信号タイミングのちょうど中間位置となる場合である。その場合でも、1[ms]のうち1/n[ms]分の積算量が正負キャンセルされるだけであるので、相関損失は1/n以内に抑えることができる。
【0023】
図3の(B)は、図4の(A)に示した従来の構成による相関損失の例を示している。この場合、データビット反転タイミングが積算開始タイミングから±1/2[ms]ずれた点で最悪であり、その相関損失は1(100%)となるので、最大相関損失は1から1/nにまで抑えることができる。
【0024】
GPSの場合には、従来は航法メッセージのデータビット20[ms]のうち、最大相関損失は1[ms]であるので、20log(20−1)/20≒−0.445dBとなり、受信感度は最悪で約0.4dB低下する。これに対し、本願発明の場合、上記擬似受信信号タイミングの分割数nを8とすれば、相関損失は最悪1/8であるので、20log{(20−1/8)/20}≒−0.054dBとなり、受信感度は最悪でも約0.05dB低下するだけとなる。
【0025】
なお、以上に示した例ではGPS信号のC/Aコードの処理について示したが、例えばWAAS(Wide Area Augmentation System) の場合、そのデータビットがPRN符号の2周期分であり、2[ms]のうち、最大相関損失は1[ms]であるので、20log(2−1)/2≒−6dBとなり、受信感度は最悪約6dB低下する。これに対し、本願発明の場合、上記擬似受信信号タイミングの分割数nを8とすれば、相関損失は最悪1/8であるので、20log{(2−1/8)/2}≒−0.6dBとなり、受信感度は最悪でも約0.6dB低下するだけとなる。
【0026】
【発明の効果】
この発明によれば、装置内部で生成するスペクトラム拡散用擬似雑音符号の繰り返しタイミングの間隔を分割した複数のタイミングのうち受信信号のスペクトラム拡散用擬似雑音符号の位相に最も近いタイミングで、受信信号とスペクトラム拡散用擬似雑音符号との乗算結果の積算を開始するようにしたことにより、データビットの反転タイミングが最悪の場合でも相関損失を小さく抑えることができる。
【0027】
また、この発明によれば、前記相関手段が複数チャンネル分備えていて、前記データ復調手段が、擬似受信信号タイミングの間隔以内の時間でバッファの内容(相関値)を読み出すようにしたことによって、バッファが1段であっても、その読み出し途中で相関値が変化することがないため、相関値を正しく求めることができる。また、データ復調手段は、各チャンネルのバッファに求められた相関値を同じタイミングで読み出すことができ、各チャンネルが受信する受信信号のスペクトラム拡散用擬似雑音符号の位相がそれぞれ異なっていても、所定のタイムスケジュールに従った処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態に係るスペクトラム拡散信号処理装置の構成を示すブロック図
【図2】同装置各部の信号のタイミング関係を示す図
【図3】実施形態に係るスペクトラム拡散信号処理装置の、従来の例と比較しての積算開始タイミングと相関損失との関係を示す図
【図4】従来のスペクトラム拡散信号処理装置の構成例を示す図
【図5】同装置の各部の信号のタイミング関係を示す図
【図6】積算処理の途中でデータのビットが変化することにより、積算量が正負でキャンセルされてしまう典型例を示す図
【符号の説明】
1−乗算器
ch−受信チャンネル
Claims (2)
- スペクトラム拡散用擬似雑音符号に同期してデータが変調されたスペクトラム拡散信号を受信する手段と、該受信による受信信号に装置内部で生成したスペクトラム拡散用擬似雑音符号を乗算するとともに一定周期毎に積算して、前記受信信号とスペクトラム拡散用擬似雑音符号との相関値をバッファに求める相関手段と、該バッファに求められた相関値を基に前記データを復調するデータ復調手段とを備えたスペクトラム拡散信号処理装置において、
前記装置内部で生成するスペクトラム拡散用擬似雑音符号の繰り返しタイミングの間隔を分割してなる複数のタイミングを擬似受信信号のタイミングとし、該擬似受信信号タイミングのうち、受信信号のスペクトラム拡散用擬似雑音符号のタイミングに最も近いタイミングの擬似受信信号タイミングを前記一定周期毎の積算の開始タイミングとして定める積算開始タイミング設定手段を設けたことを特徴とするスペクトラム拡散信号処理装置。 - 前記相関手段は複数チャンネル分備え、前記データ復調手段は、隣接する前記擬似受信信号タイミングの間隔以内の時間に前記複数のチャンネルのバッファから前記相関値を読み出してデータを復調するようにした請求項1に記載のスペクトラム拡散信号処理装置。
Priority Applications (1)
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JP2003106498A JP4116916B2 (ja) | 2003-04-10 | 2003-04-10 | スペクトラム拡散信号処理装置 |
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JP2003106498A Expired - Lifetime JP4116916B2 (ja) | 2003-04-10 | 2003-04-10 | スペクトラム拡散信号処理装置 |
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2003
- 2003-04-10 JP JP2003106498A patent/JP4116916B2/ja not_active Expired - Lifetime
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