JP4252699B2

JP4252699B2 - スペクトラム拡散変調方法及びその装置

Info

Publication number: JP4252699B2
Application number: JP34762199A
Authority: JP
Inventors: 稔栄福地; 浩遠藤
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2019-12-07
Also published as: JP2001168763A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信信号に拡散符号によるスペクトラム拡散変調を施すとともに、取り込んだ電波に拡散符号による逆拡散を行って受信信号を得るスペクトラム拡散変調方法及びその装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
従来、この種の装置は、スペクトラム拡散変調方式を利用したレーダ装置や通信装置等に用いられており、例えば図７に示す構成のものがあった。
すなわち、図７に示す送信回路１０において、ＰＮ符号発生器１１からの疑似雑音信号（以下、「ＰＮ符号」）によって、送信信号である中間周波数帯域の信号（以下、「中間周波信号」という）ＩＦを二重平衡変調器１２でスペクトラム拡散変調している。さらに、上記変調された信号ＦIFは、分配器１４を介して入力する局部発振器１３からの高周波信号ＦLOによって、周波数変換器１５でアップコンバートされた後に、ろ波器１６を経てＦLO＋ＦIF＝Ｆｃの信号となって送信空中線１７から送信されていた。
【０００３】
また、伝搬される電波は、受信回路２０の受信空中線２１で受信信号として受信されており、周波数変換器２２で局部発振器１３からの高周波信号ＦLOによってダウンコンバートされた後に、低雑音増幅器２３で増幅され、さらに遅延回路２４で遅延された上記ＰＮ符号に基づき、相関器１８で逆拡散を行って自己相関を検出していた。このように検出された自己相関は、図８の理想的な自己相関特性に示すように、ピークａとフラットなサイドローブｂを持っており、例えば上記スペクトラム拡散変調装置を用いてレーダ装置を実現すると、検出部２６でこの自己相関のピークａを計測し、サイドローブｂよりもやや大きいレベルに設定された閾値Ｔｈに基づき、制御部２７でこの相関のピークａを検出することでターゲットの有無を検出していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記装置では、送信信号の一部がろ波器や周波数変換器のミスマッチや周波数選択性等によって反射し、図７中の点線のように、受信回路に漏れ出してくる。これを「回り込み」と呼ぶが、この回り込みによって発生する回り込み信号は、局部発振器から出力される高周波信号とともに、受信回路の周波数変換器に入力され、中間周波信号に変換されてしまう。上記信号は、受信空中線によって受信された電波と周波数軸上で分別することができないため、相関器で自己相関が検出されると、一種の反射信号として受信されることとなる。上記信号は、回路内を回り込んでくる信号であるため、ほとんど遅延がない受信信号であり、また本来の検出したい受信信号の有無、すなわちレーダ装置に用いた場合、ターゲットの有無にかかわらず常に存在する受信信号となる。
【０００５】
従って、本来検出したい受信信号と回り込み信号が受信回路の周波数変換器に同時に入力されると、両信号が全く同じ周波数帯域に周波数変換されてしまう。このため、上述の本来検出したい受信信号が回り込み信号の信号レベルに比べて小さい時には、図９に示すように、回り込み信号による自己相関特性でのサイドローブｂ1がターゲットの自己相関特性のピークａ2よりも高くなることがある。この結果、この受信信号が回り込み信号によってマスクされてしまい、すなわち設定される閾値Ｔｈよりもターゲットの自己相関ピークａ2が下回ってしまい、自己相関を検出できなくなってしまうという問題点があった。
【０００６】
また、上述したごとく、回り込み信号は、上記受信信号の有無にかかわらず常に存在するので、レーダ装置の受信感度を著しく劣化させてしまい、誤検出が生じることがあるという問題点もあった。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、本来検出したい受信信号と回り込み信号を分離して上記受信信号を正確に検出することができるスペクトラム拡散変調方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、送信回路で送信信号に拡散符号によるスペクトラム拡散変調を施して送信するとともに、受信回路で取り込んだ電波に拡散符号による逆拡散を行い、相関を検出して受信信号を得るスペクトラム拡散変調方法において、前記取り込んだ電波を所定周波数の信号によって２つのサイドバンドを有する周波数成分の受信信号に分けた後に、前記送信回路からの回り込み信号が含まれる所定の高周波信号で周波数変換し、さらに前記受信信号及び前記回り込み信号の周波数成分を前記所定周波数の信号を用いて周波数変換して、前記受信信号及び回り込み信号の周波数成分を、周波数軸上のプラス側の平行移動とマイナス側の平行移動で合成させて、前記受信信号の周波数成分だけを重畳させるスペクトラム拡散変調方法及びその装置が提供される。
【０００８】
すなわち、受信回路で受信された電波は、所定の高周波信号でダウンコンバートされる前に、例えば入力するスイッチで所定の周波数信号によってスイッチングされることで、２つのサイドバンドを有する周波数成分が発生する。この周波数成分の受信信号を上記ダウンコンバートした後に、所定の周波数信号で周波数変換することで、検出したい受信信号の周波数成分のみを重畳させて抽出可能にする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るスペクトラム拡散変調方法及びその装置の一実施形態を図１乃至図６の図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るスペクトラム拡散変調装置の構成の一実施例を示す構成図である。なお、以下の図において、図７の従来例と同様の構成部分に関しては、説明の都合上、同一符号を付記する。
【００１０】
図１に示す本実施例において、送信回路１０は上記従来例と同様の構成であり、受信回路２０では、受信空中線２１と周波数変換器２２の間に、本発明の分別手段を構成するスイッチ２８が接続されており、スイッチ２８は、ＩＦ局部発振器２９からの周波数ＦSWでスイッチングされて、取り込まれた電波を本発明の第１の周波数変換手段を構成する周波数変換器２２に出力している。周波数変換器２２では、局部発振器１３からの高周波信号ＦLOにろ波器１６からの回り込み信号Ｆｃが含まれた高周波信号が入力しており、スイッチ２８から出力された受信信号を上記高周波信号によってダウンコンバートしている。
【００１１】
また、低雑音増幅器２３と相関器２５との間には、本発明の第２の周波数変換手段を構成する周波数変換器３０と、本発明の通過手段を構成するろ波器３１が接続されている。周波数変換器３０では、周波数変換器２２でダウンコンバートされ、かつ低雑音増幅器２３で信号増幅された信号を、ＩＦ局部発振器２９からの周波数ＦSWによって周波数変換している。なお、ＩＦ局部発振器２９は、本発明の分別手段及び第２の周波数変換手段の一部を構成している。
【００１２】
ろ波器３１では、ＦIF＋Δｆを中心周波数とした所定帯域の信号を通過させるように設定されている。これにより、ろ波器３１は、上記周波数変換された信号の帯域制限を行って相関器２５に出力しており、相関器２５での検出したい電波（受信信号）の相関検出を可能にしている。
次に本実施例の装置をレーダに用いた場合の動作を図２、図３の各部の周波数スペクトルに基づいて説明する。まず、受信空中線２１で受信された図示しないターゲットからの反射信号（以下、「ターゲット信号」という）は、図２（ａ）に示すように、例えば中心周波数がＦｃ＋Δｆのスペクトルとなる。ここで、ターゲット信号は、レーダに用いた場合の表現で、受信信号と同じ意味であり、Δｆはドップラーシフト量である。
【００１３】
このターゲット信号は、スイッチ２８によってＩＦ局部発振器２９の周波数ＦSWでスイッチングされると、図２（ｂ）に示すように、周波数軸上に（Ｆｃ＋Δｆ−ＦSW）と（Ｆｃ＋Δｆ＋ＦSW）の２つのサイドバンドが発生する。つまり、本実施例では、受信信号をスイッチ２８でオン・オフすることで振幅偏移変調（ＡＳＫ）がかかったのと同じ状態になり、受信信号の周波数（この場合は、Ｆｃ＋Δｆ）を中心として、その両側に対称に広がった周波数成分を持つ信号（サイドバンド）が、周波数軸上に得られることとなる。
【００１４】
次に、図２（ｂ）に示した信号は、局部発振器１３からの高周波信号ＦLOで周波数変換されるが、実際には、図２（ｃ）に示すように、中心周波数が（ＦLO−ＦIF）と（ＦLO＋ＦIF）からなる回り込み信号を含む高周波信号で周波数変換される。すなわち、周波数変換器２２では、図２の（ｂ）と（ｃ）の信号を混合することになり、出力される中間周波信号は、図３（ａ）に示すようになる。
【００１５】
ところで、実際には、図３（ａ）に示した信号の他にも多くの周波数成分の信号が出力されるが、この図では、ターゲット検出に影響を与えるＦIF＋Δｆの近隣の周波数帯域の中間周波信号、すなわち中心周波数（ＦIF＋Δｆ−ＦSW）、（ＦIF＋Δｆ）及び（ＦIF＋Δｆ＋ＦSW）の信号とＦIFの回り込み信号のみのスペクトルを表示した。
【００１６】
なお、周波数変換器において、図２の（ｂ）と（ｃ）の信号の混合では、ＦIFの回り込み信号は論理的に現れない。しかし、本発明者は、実験の結果、ＦIFの回り込み信号が存在することを確認し、さらにその原因が周波数変換器の一方の入力ポートに複数の周波数信号が入力すると、同じ入力ポートの信号同士で混合が行われることによることを検証した。従って、本実施例に示すように周波数軸上には、図２（ｃ）の信号同士の混合によってＦIFの回り込み信号が現れることとなる。
【００１７】
図３（ａ）に示した信号は、低雑音増幅器２３を通り、周波数変換器３０に入力されて、ＩＦ局部発振器２９の周波数、すなわちスイッチング周波数ＦSWで周波数変換される。この結果、図３（ｂ）に示すように、中心周波数ＦIF＋Δｆのターゲット信号と、中心周波数（ＦIF＋Δｆ−ＦSW）及び（ＦIF＋Δｆ＋ＦSW）の回り込み信号は、周波数軸上のプラス側の平行移動とマイナス側の平行移動で合成されて、周波数ＦSWだけ離れた信号となり、ターゲット信号の周波数成分だけが重畳される。
【００１８】
このＩＦ局部発振器２９からの周波数信号は、図４に示すように、スイッチング周波数ＦSWのデジタル信号からなり、スイッチ２８は、閾値Ｔｈ1とＴｈ2によってオン・オフ切り替えを行っている。このスイッチング周波数ＦSWは、ろ波器３１で分別が可能なように、ＰＮ符号発生器１１のＰＮ符号のチップレートｆrの２倍以上の帯域幅を満たす周波数とし、好ましくは周波数軸上のマイナスの周波数成分がプラス側に折り返してこない範囲２ｆr≦ＦSW≦２（ＦIF−ｆr）で、ただしｆr≦ＦIFの高周波とするのが理想である。
【００１９】
ろ波器３１は、バンドパスフィルタからなり、図３（ｃ）に示すように、中心周波数ＦIF＋Δｆのターゲット信号のみを相関器２５へ通すことができる。
このように、本実施例では、受信空中線からの受信信号を局部発振器からの高周波信号でダウンコンバートする前に、スイッチをスイッチング周波数によってスイッチングさせて上記受信信号を出力することで、サイドバンドの周波数成分を発生させ、この周波数成分を有する信号を上記ダウンコンバートした後に、所定の周波数信号で周波数変換することで、回り込み信号をろ波器の通過帯域外にし、かつ検出したい受信信号の周波数成分のみを重畳させて抽出することが可能になり、本来検出したい受信信号と回り込み信号を分離して上記受信信号を正確に検出することができる。
【００２０】
ここで、本実施例の装置を自動車用ミリ波レーダに用いた場合、例えば局部発振器１３の周波数ＦLOを７５．５ＧＨｚ、中間周波信号の周波数ＦIFを１ＧＨｚ、ＰＮ符号のチップレートｆrを４０ＭＨｚとすると、送信空中線１７から送信される送信電波の中心周波数Ｆｃは７６．５ＧＨｚで、帯域幅が８０ＭＨｚとなり、ＩＦ局部発振器２９の周波数ＦSWは上記範囲内の９０ＭＨｚに設定できる。
【００２１】
これにより、本実施例では、図５の自己相関特性に示すように、回り込み信号の自己相関とターゲット信号の自己相関の検出が同等のレベルで行われることとなって、ターゲットの自己相関ピークａ2の検出が可能となる。従って、本実施例は、図７の従来例を上記と同じ設定条件で自己相関検出を行った場合に比べて、回り込み改善量として２０ｄＢ以上が期待できる。
【００２２】
本発明は、これら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。例えば、図１のスイッチの代わりに、図６に示す低雑音増幅器３２を、受信空中線２１と周波数変換器２２の間に設ける。そして、この低雑音増幅器３２の電源バイアスをＩＦ局部発振器２９からのスイッチング周波数でオン・オフすることで、上記スイッチと同様に受信信号を出力することが可能となり、本来検出したい受信信号と回り込み信号を分離して上記受信信号を正確に検出することができる。
【００２３】
また、本実施例では、低雑音増幅器を用いることにより、受信回路の雑音指数を改善することが可能になり、さらに高感度なスペクトラム拡散変調装置を提供することが可能になる。すなわち、受信回路全体の雑音指数は、主として受信空中線に接続される初段の回路の利得で決まることが知られている。また、低雑音増幅器は、雑音指数が小さく、かつ利得が大きい。そこで、本実施例のように、低雑音増幅器３２を受信空中線２１の初段に接続させれば、受信回路２０全体の雑音指数を小さく抑えることができる。
【００２４】
また、本実施例では、レーダに用いた場合を説明したが、本発明はこれに限らず、信号伝送を行う通信装置に用いた場合でも、同様の効果を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、送信回路で送信信号に拡散符号によるスペクトラム拡散変調を施して送信するとともに、受信回路で取り込んだ電波を拡散符号による逆拡散を行い、相関を検出して受信信号を得るスペクトラム拡散変調方法において、前記取り込んだ電波を所定の周波数信号によって２つのサイドバンドを有する周波数成分の受信信号に分けた後に、前記送信回路からの回り込み信号が含まれる所定の高周波信号で周波数変換し、さらに前記受信信号及び前記回り込み信号の周波数成分を前記所定の周波数信号を用いて周波数変換するので、本来検出したい受信信号と回り込み信号を分離して、受信信号の周波数成分のみを重畳させて抽出することが可能になり、受信信号のみを正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスペクトラム拡散変調装置の構成の一実施例を示す構成図である。
【図２】図１に示した各部の周波数スペクトルを示す図である。
【図３】同じく、各部の周波数スペクトルを示す図である。
【図４】図１に示したＩＦ局部発振器からの周波数信号の波形を示す波形図である。
【図５】図１の装置における自己相関特性を示す特性図である。
【図６】本発明に係るスペクトラム拡散変調装置の構成の他の実施例を示す構成図である。
【図７】スペクトラム拡散変調装置の構成の従来例を示す構成図である。
【図８】理想的な自己相関特性を示す特性図である。
【図９】図７に示した装置における自己相関特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１０送信回路
１１ＰＮ符号発生器
１２二重平衡変調器
１３局部発振器
１４分配器
１５，２２，３０周波数変換器
１６ろ波器
１７送信空中線
２０受信回路
２１受信空中線
２３，３２低雑音増幅器
２４遅延回路
２５相関器
２６検出器
２７制御部
２８スイッチ
２９ＩＦ局部発振器
３１ろ波器

Claims

送信回路で送信信号に拡散符号によるスペクトラム拡散変調を施して送信するとともに、受信回路で取り込んだ電波を拡散符号による逆拡散を行い、相関を検出して受信信号を得るスペクトラム拡散変調方法において、
前記取り込んだ電波を所定の周波数信号によって２つのサイドバンドを有する周波数成分の受信信号に分けた後に、前記送信回路からの回り込み信号が含まれる所定の高周波信号で周波数変換し、さらに前記受信信号及び前記回り込み信号の周波数成分を前記所定の周波数信号を用いて周波数変換することを特徴とするスペクトラム拡散変調方法。
前記所定の周波数信号を用いた周波数変換にて、前記受信信号及び回り込み信号の周波数成分を、周波数軸上のプラス側の平行移動とマイナス側の平行移動で合成されて、前記受信信号の周波数成分だけを重畳させることを特徴とする請求項１に記載のスペクトラム拡散変調方法。
送信回路で送信信号に拡散符号によるスペクトラム拡散変調を施して送信するとともに、受信回路で取り込んだ電波に拡散符号による逆拡散を行い、相関を検出して受信信号を得るスペクトラム拡散変調方法において、
前記電波を所定の周波数信号によって２つのサイドバンドを有する周波数成分の受信信号に分別する分別手段と、
前記分別された周波数成分を、前記送信回路からの回り込み信号が含まれる所定の高周波信号で周波数変換する第１の周波数変換手段と、
前記周波数変換された受信信号及び回り込み信号の周波数成分を前記所定周波数の信号によって周波数変換する第２の周波数変換手段とを備えたことを特徴とするスペクトラム拡散変調装置。
前記第２の周波数変換手段は、前記所定周波数の信号によって前記受信信号及び回り込み信号の周波数成分を、周波数軸上のプラス側の平行移動とマイナス側の平行移動で合成させて、前記受信信号の周波数成分だけを重畳させることを特徴とする請求項３に記載のスペクトラム拡散変調装置。
前記スペクトラム拡散変調装置にて、前記重畳された受信信号の周波数成分を通過させる通過手段を備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載のスペクトラム拡散変調装置。
前記所定周波数の信号は、前記逆拡散を行う拡散符号のチップレートの２倍以上の帯域幅を有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のスペクトラム拡散変調装置。