JP4300696B2

JP4300696B2 - 通信装置

Info

Publication number: JP4300696B2
Application number: JP2000283557A
Authority: JP
Inventors: 卓大山; 裕一白木; 昭一中林; 清仁徳田
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2020-09-19
Also published as: JP2002094416A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスペクトル拡散（Spread Spectrum）方式を用いた通信装置に関し、特にその車々間通信に適した通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術を示す文献として下記のものがある。
文献１：山路雪路著、“スペクトラム拡散通信次世代高性能通信に向けて”、東京電機大学出版局。
【０００３】
従来のスペクトル拡散通信方式を図４に示す。データ情報３８はＰＮ符号発生器３９で発生したＰＮ符号で拡散を行ない（４１）、搬送波発生器４０からの搬送波を掛ける（４２）ことで搬送波変調を行なった後、送信アンテナ４３から送信される。受信アンテナ４４で受信された信号は搬送波発生器４７からの搬送波を掛ける（４５）ことで搬送波復調を行ない、ＰＮ符号発生器４８で発生されたＰＮ符号で逆拡散（４６）を行ない、アキュームレータ４９を通して、相関値出力を判定器５０に通して、データ情報が復調できる。
【０００４】
このとき、送信機と受信機の間に搬送波周波数のずれ（Δｆ）が生じると、復調して得た相関検波出力にこのΔｆの情報が反映されてしまう。そのため、従来は自動周波数制御装置（ＡＦＣ：Auto Frequency Control）を用いて、Δｆの制御が行なわれている。また、プリアンブル区間とデータ領域区間を設けることで、このプリアンブル区間にΔｆ制御が行なわれる方法が取られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したΔｆがシンボルレート程度以上になると、ＡＦＣでは受信性能が劣化し、十分な相関出力が得られなくなってしまう。また、搬送波周波数は各車両によって異なるために相手車両が変わる度に周波数同期を取る必要がある。また、搬送波周波数帯域が高くなるにつれて、高い周波数精度が要求される。
【０００６】
本発明の目的は、ΔＦがシンボルレート以上になっても、受信性能が劣化せず、十分な相関出力が得られる通信装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、周波数同期のための特別の回路を必要としない通信装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、伝送効率が高い通信装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、無線周波数帯域が高い場合にも、搬送波周波数に対して高い精度が要求されることのない通信装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の通信装置は、
送信部及び受信部を有し、スペクトル拡散を用いて通信を行う通信装置において、
前記送信部が、
第１のＰＮ符号を発生する手段（１０）と、
第１のＰＮ符号とは異なる第２のＰＮ符号を発生する手段（１１）と、
局ＩＤ（１０１）および局制御情報（１０２）からなる送信データをパケット化する手段（４）と、
既知データ（１０３）を前記第１のＰＮ符号で拡散した信号（１０７）と、
前記パケットを前記第２のＰＮ符号で拡散した信号（１０８）を加算（９）した後、送信する手段（２８、１２)とを有し、
前記受信部が、
受信信号に前記第１のＰＮ符号と既知データを掛算（２０Ａ、２０Ｂ）した値をＰＮ符号のチップ単位毎に算出し、さらに所定のチップ数にわたり平均化し、該平均値をチップ単位ごとに、推定された位相回転情報を含む推定位相情報信号（１２１Ａ、１２１Ｂ）として出力する得る位相情報推定手段（３０）と、
受信信号に前記第２のＰＮ符号を掛算（２２Ａ、２２Ｂ）した値をＰＮ符号のチップ単位毎に算出し、該算出値に前記推定位相情報信号（１２１Ａ、１２１Ｂ）の共役複素数を掛算（２３）した値をチップ単位毎に算出することで位相補正データ信号（１２３）を得る手段（２９）と、
前記位相補正データ信号（２３の出力）の１シンボル間の和を順次全位相において求めることで相関検波出力信号を得る手段（２４）と、
チャネルのビジー状態・アイドル状態を判断するキャリアセンスを行なう手段（６）と、
前記相関検波出力信号から前記送信データの復調を行なう手段（２５）とを有する
ことを特徴とする。
【００１０】
前記キャリアセンスを行なう手段（６）が、
前記相関検波出力信号を使って得られた相関値が所定のスレショルド値よりも高い場合をチャネルのビジー状態、前記相関値が前記所定のスレショルド値よりも低い場合をアイドル状態と判断する機能を具備したものであっても良い。
【００１１】
前記キャリアセンスを行なう手段（６）が、
ＲＦ部における受信電力が所定のスレショルド値よりも高い場合をチャネルのビジー状態、所定のスレショルド値よりも低い場合をアイドル状態と判断する機能を具備したものであっても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１、図２及び図３を参照して本発明の発明の実施の形態を説明する図１のノードＮＡ，ＮＢ，ＮＣと図２のノードＮＡ，ＮＢ，ＮＣはそれぞれ互いに接続されており、図２のノードＮＤ，ＮＥ，ＮＦと、図３のノードＮＤ，ＮＥ，ＮＦとは、それぞれ互いに接続されているとする。
【００１４】
図１、図２及び図３に示すように、この実施の形態の通信装置は、車々間通信に用いられるものであり、各車両に割り与えられた車両ＩＤ１０１を出力する車両ＩＤ出力部１と、自車両制御情報１０２を発生する自車両制御情報発生部２と、他車に送信すべき送信データ系列を生成するデータ生成部３と、生成した送信データをパケット化するパケット生成部４と、送信制御部５と、キャリアセンス部６と、ベースバンド送信部２８とを有する。ベースバンド送信部２８は、掛算器７及び８と、加算器９とを有する。
【００１５】
図示の通信装置はさらに、第１のＰＮ符号を発生する第１のＰＮ符号発生器１０と、第１のＰＮ符号とは異なる第２のＰＮ符号を発生する第２のＰＮ符号発生器１１と、デジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器１２と、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１３と、入力されたアナログベースバンド信号に搬送波信号を掛算することでＲＦ信号に変調する送信ＲＦ部１４と、ＲＦ信号を送信する送信アンテナ１５とを有する。
【００１６】
図示の通信装置はさらに、ＲＦ信号を受信する受信アンテナ１６と、入力されたＲＦ信号に搬送波信号を掛算することでベースバンド信号に復調する受信ＲＦ部１７と、ＬＰＦ１８Ａ，１８Ｂと、ベースバンド受信部３１とを有する。ベースバンド受信部３１は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１９Ａ，１９Ｂと、相関検波部２９と、位相情報推定部３０とを有する。
【００１７】
相関検波部２９は、掛算器２２Ａ，２２Ｂと、複素演算回路２３と、アキュームレータ部２４と、判定器２５とを有する。複素演算回路２３は、入力端子２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ及び出力端子２３ｇ，２３ｈを有し、それぞれの入力端子への入力Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆに対して、
（Ｃ＋ｊＤ）（Ｅ−ｊＦ）＝（ＣＥ＋ＤＦ）＋ｊ（ＤＥ−ＣＦ）
の処理を行ない、出力端子２３ｇ，２３ｈから
Ｇ＝ＣＥ＋ＤＦ
Ｈ＝ＤＥ−ＣＦ
で表わされる出力Ｇ、Ｈを発生する。
【００１８】
アキュームレータ部２４は、受信信号とＰＮ符号を掛算した信号に対して、１シンボル間の和を求め、全位相にわたって相関値を出力する。判定器２５は、入力される情報ビットが‘１’か‘−１’かを判定する。
【００１９】
位相情報推定部３０は、受信信号とＰＮ符号との掛算処理を行ない、１シンボル間の和（相関値）を求め、この処理を全位相に対して、処理を行なうことで相関検波出力を得るものであり、掛算器２０Ａ，２０Ｂと、Ｎチップ平均化回路２１Ａ，２１Ｂとを有する。
【００２０】
図示の通信装置は、さらに、相手車両情報検出部２６と、自車両制御部２７とを有する。相手車両情報検出部２６は、判定器２５で判定した判定結果をもとに車両情報を検出する。自車両制御部２７は、相手車両情報検出部２６で検出された他車制御情報をもとに自車の車両制御情報を求める。
【００２１】
他の車両の通信装置も同様に構成されている。図３には、他の車両の一つとしてＢ車の一部が示されている。Ｂ車の各部材には、Ａ車の対応する部材の符号に２００を加算した数値の符号が付されている。上記のような通信装置を複数台設けることにより通信システムが構成される。
【００２２】
以下、動作を説明する。車両ＩＤ出力部１から出力される、自車両（Ａ車）のＩＤ番号１０１と、自車両制御情報発生部２で発生される、相手車両に送信すべき自車の車両制御情報１０２が、送信データ生成部３にて、“１“および“−１”で構成されるデジタル信号に変えられ、このデジタル信号はパケット生成部４でパケット化される。生成パケット１０４は送信制御部５に通される。パケット１０４が通されると、送信制御部５は、キャリアセンス部６に対して送信要求制御信号１０５を送る。
【００２３】
キャリアセンス部６は、送信要求制御信号１０５を受け取ると、チャネルがビジー状態かアイドル状態かを判断する。アイドル状態であれば、キャリアセンス部６は、送信制御部５に送信開始制御信号１０６を送る。他車両が送信中のためにチャネルがビジー状態であれば、キャリアセンス部６は、次のキャリアセンス時刻を設定して、その時刻になれば再度キャリアセンスを行なう。ビジー状態が続くと、このキャリアセンス時刻設定とキャリアセンスを繰り返す。
【００２４】
車両制御情報１０２はハードウェアで決められた更新間隔で情報が更新されるために、この更新間隔で送信できなければ、次の車両制御情報がパケット生成部４に送られ、パケット生成部４でパケット化される。送信制御部５では次の車両制御情報に置き換えられ、送信制御部５からキャリアセンス部６に次の送信要求制御信号１０５が送られる。
【００２５】
キャリアセンス部６から送信制御部５に送られる送信開始制御信号１０６に従って、既知データ（all"1")１０３とパケット１０４はＰＮ符号で拡散するために掛算器７および８に通される。
【００２６】
パケット１０４は、第２のＰＮ符号発生器１１で発生されたＰＮ符号１１１と掛算器８で掛算され、加算器９に通される。
【００２７】
これと平行して、既知データ（全て“１”のデータ：”all "1"）は、第１のＰＮ符号発生器１０で発生されたＰＮ符号１１０と掛算器７で掛算され、加算器９に通される。
【００２８】
このとき、第１のＰＮ符号で拡散した既知データと第２のＰＮ符号で拡散したパケットは同期が取れているものとする。
【００２９】
このように、既知データを付加することで、自車両（Ａ車両）と他車両（Ｂ）の間の搬送波周波数差および伝搬路によって生じた位相回転情報を得ることができ、この位相回転情報を利用する（戻す）ことで、受信側で正しく復調できる。
【００３０】
加算器９で加算された信号は、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１２に送られ、Ｄ／Ａ変換器１２によるＤ／Ａ変換を受け、さらに、図３のＬＰＦ１３に送られてＬＰＦ処理を受け、送信ＲＦ部１４において搬送波信号（搬送波周波数：ｆ１）を掛けることで搬送波変調されてＲＦ信号１１４となり、送信アンテナ１５より送信される。
【００３１】
自車両（Ａ車両）と同様にして他車両（Ｂ車両）で発生されたベースバンド信号は図３のＬＰＦ２１３でＬＰＦ処理を受け、送信ＲＦ部２１４において搬送波信号（搬送波周波数：ｆ２）を掛けることで搬送波変調されてＲＦ信号３１４となり、送信アンテナ２１５より送信される。
【００３２】
他車両（Ｂ車両）の送信アンテナ２１５より送信された信号は受信アンテナ１６で受信される。受信信号はＲＦ部１７において、搬送波信号（搬送波周波数：ｆ１）を掛けることで、搬送波復調されてベースバンド信号となる。
【００３３】
他車両の搬送波周波数がｆ２とすると、送信機と受信機の搬送波周波数差（Δｆ＝ｆ１−ｆ２）および送信されてから受信されるまでの伝搬路によって、位相回転が生じているために、ＲＦ部１７ではＩ相信号とＱ相信号が出力される。このベースバンド信号は、ＬＰＦ１８Ａ及び１８Ｂを通り、さらに図２のアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１９Ａ及び１９Ｂに送られて、デジタル信号に変換される。
【００３４】
Ａ車とＢ車の間にはΔｆ＝ｆ１−ｆ２の搬送波周波数差およびＡ車からＢ車までの伝搬路によって生じた位相回転がе^ｊθであるとする。
【００３５】
デジタル信号に変換されたＩ相受信信号１１９ＡおよびＱ相受信信号１１９Ｂは、位相情報推定部３０内の掛算器２０Ａ及び２０Ｂにおいて、第１のＰＮ符号発生器８で発生されたＰＮ符号と掛算される。掛算器２０Ａおよび２０Ｂの出力信号は

と表わされ、この信号が推定された位相回転情報になる。このＩ相およびＱ相の推定位相回転情報はそれぞれ、Ｎチップ平均化回路２１Ａ及び２１Ｂに通され、Ｎチップで平滑化された推定位相情報がチップ単位で出力される。この推定位相情報を使って位相回転を補正するために複素演算処理回路２３の端子２３ｅおよび２３ｆに入力される。
【００３６】
一方、Ｉ相受信信号１１９ＡおよびＱ相受信信号１１９Ｂは、相関検波部２９内の掛算器２２Ａにおいて第２のＰＮ符号発生器９で発生されたＰＮ符号と掛算され、複素演算回路の端子２３ｃおよび２３ｄに入力される。掛算器２２Ａ及び２２Ｂの出力信号は

と書き表される。
【００３７】
掛算器２２Ａおよび２２Ｂの出力には（５）式に表わされるように位相情報が反映されているため、（４）式の共役複素数を（５）式に掛算することで位相情報が消去される。すなわち、

の演算が複素演算回路２３で行われる。すなわち複素演算回路２３内で
（Ｃ＋ｊＤ）（Ｅ−ｊＦ）＝（ＣＥ＋ＤＦ）＋ｊ（ＤＥ−ＣＦ） …（７）
（但し、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆはそれぞれ端子２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆの入力）の処理が行なわれ、複素演算回路２３のＩ相出力（Ｇ）およびＱ相出力（Ｈ）は、
Ｇ＝ＣＥ＋ＤＦ …（８）
Ｈ＝ＤＥ−ＣＦ …（９）
となる。
【００３８】
送信された車両制御情報はＩ相にのみ送られているために、複素演算回路のＩ相出力はアキュームレータ部２４に通され、１シンボルの和（相関値）が全位相において出力され、相関検波出力が得られる。
【００３９】
この相関検波出力は判定器２５に通され、シンボル情報が復調される。復調されシンボル情報は相手車両情報検出部２６に通され、ここで他車（Ｂ車）の車両制御情報が得られる。得られた他車制御情報をもとに自車両制御部２７で自車の車両制御情報が求められる。
【００４０】
アキュームレータ部２４の出力信号はキャリアセンス部６にも取り込まれ、キャリアセンス部６ではハードウェアで設定したスレショルド値よりも高い値が相関値として存在するかどうかによって、チャネルがビジー状態かアイドルネ状態かを判断する。そして、先にも述べたように、アイドル状態であればキャリアセンス部６から送信制御部５に送信開始制御信号１０６を送る。
【００４１】
なお、上記実施の形態では、アキュームレータ２４の出力信号でキャリアセンスを行なっているが、ＲＦ部からベースバンド部への入力信号であるＩ相およびＱ相の受信信号（ＬＰＦ１８Ａ、１８Ｂの出力）の電力でキャリアセンスを行なうことも可能である。
【００４２】
上記の実施の形態のように、送信側において、既知データに対して第１のＰＮ符号で拡散した信号と車両情報に対して第２のＰＮ符号で拡散した信号を加算して送信し、受信側においてベースバンド受信信号に第１のＰＮ符号を逆拡散することで推定位相回転情報を作成し、受信信号に第２のＰＮ符号で逆拡散した信号に上記推定位相情報を掛算する方式を用いることで、周波数同期が可能となる。このため、搬送波周波数同期を取るための処理および回路を別途設ける必要がない。また、データ送信信号中にプリアンブル中に周波数同期のための区間を設ける必要がないため、伝送効率が改善でき、高速同期捕捉が可能となる。
【００４３】
異なる送信車両（Ｃ車両：搬送波周波数がｆ３であるとする）から信号をＡ車両で受信した場合、送信機と受信機の搬送波周波数差（Δｆ’＝ｆ１−ｆ３）および送信されてから受信されるまでの伝搬路によって、Ｂ車両からの送信の場合とは異なる位相回転情報が生じるが、同様の処理を行なうことで、Ａ車両とＣ車両間の位相回転情報е^ｊθ’が推定できるために、この推定位相情報を補正することで正しく復調できる。各車両の搬送波周波数は異なるために、相手の搬送波周波数に合わせて送信するか、受信する際に相手の搬送波周波数にあわせる必要がある。車両制御情報を送信する車々間通信では、任意に遭遇する周辺車両と通信を行う必要があるが、送信あるいは受信する毎に周波数同期をする必要がない。
【００４４】
上記の実施の形態は、車々間通信に適用した例であるが、無線搬送波周波数の同期が問題となる通信システムに適用可能である。
【００４５】
また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、送信側において、既知データに対して第１のＰＮ符号で拡散した信号と送信すべき情報（例えば車両情報）に対して第２のＰＮ符号で拡散した信号とを加算して送信し、受信側においてベースバンド受信信号に第１のＰＮ符号を逆拡散することで推定位相回転情報を作成し、受信信号に第２のＰＮ符号で逆拡散した信号に上記推定位相情報を掛算する方式を用いることで、周波数同期が可能となり、このため搬送波周波数同期を取るための処理および回路を別途設ける必要がない。また、データ送信信号中に周波数同期のためのプリアンブル区間を設ける必要がないため、伝送効率が改善でき、高速同期捕捉が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の車々間通信装置のベースバンド処理部を示すブロック図である。
【図２】一実施の形態の車々間通信装置のベースバンド処理部を示すブロック図である。
【図３】一実施の形態のＲＦ部を示すブロック図である。
【図４】従来の車々間通信装置のベースバンド処理部を示すブロック図である。
【符号の説明】
１：車両ＩＤ出力部、２：自車両制御情報発生部、３：データ生成部、４：パケット生成部、５：送信制御部、６：キャリアセンス部、７，８，２０Ａ，２０Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ：掛算器、９：加算器、１０：第１のＰＮ符号発生器、１１：第２のＰＮ符号発生器、１２：Ｄ／Ａ変換器、１５，２１５：送信アンテナ、１６，２１６：受信アンテナ、２８：ベースバンド送信部、１３，１８Ａ，１８Ｂ，２１３，２１８Ａ，２１８Ｂ：ＬＰＦ、１４，２１４：送信ＲＦ部、１５，２１５：送信アンテナ、１７，２１７：受信ＲＦ部、１９Ａ，１９Ｂ：Ａ／Ｄ変換器、２１Ａ，２１Ｂ：Ｎチップ平均化回路、２３：複素演算回路、２４：アキュームレータ部、２５：判定器、２６：相手車両情報検出部、２７：自車両制御部、２９：相関検波部、３０：位相情報推定部、３１：ベースバンド受信部。

Claims

送信部及び受信部を有し、スペクトル拡散を用いて通信を行う通信装置において、
前記送信部が、
第１のＰＮ符号を発生する手段（１０）と、
第１のＰＮ符号とは異なる第２のＰＮ符号を発生する手段（１１）と、
局ＩＤ（１０１）および局制御情報（１０２）からなる送信データをパケット化する手段（４）と、
既知データ（１０３）を前記第１のＰＮ符号で拡散した信号（１０７）と、
前記パケットを前記第２のＰＮ符号で拡散した信号（１０８）を加算（９）した後、送信する手段（２８、１２)とを有し、
前記受信部が、
受信信号に前記第１のＰＮ符号と既知データを掛算（２０Ａ、２０Ｂ）した値をＰＮ符号のチップ単位毎に算出し、さらに所定のチップ数にわたり平均化し、該平均値をチップ単位ごとに、推定された位相回転情報を含む推定位相情報信号（１２１Ａ、１２１Ｂ）として出力する位相情報推定手段（３０）と、
受信信号に前記第２のＰＮ符号を掛算（２２Ａ、２２Ｂ）した値をＰＮ符号のチップ単位毎に算出し、該算出値に前記推定位相情報信号（１２１Ａ、１２１Ｂ）の共役複素数を掛算（２３）した値をチップ単位毎に算出することで位相補正データ信号（１２３）を得る手段（２９）と、
前記位相補正データ信号（２３の出力）の１シンボル間の和を順次全位相において求めることで相関検波出力信号を得る手段（２４）と、
チャネルのビジー状態・アイドル状態を判断するキャリアセンスを行なう手段（６）と、
前記相関検波出力信号から前記送信データの復調を行なう手段（２５）とを有する
ことを特徴とする通信装置。
前記キャリアセンスを行なう手段（６）が、
前記相関検波出力信号を使って得られた相関値が所定のスレショルド値よりも高い場合をチャネルのビジー状態、前記相関値が前記所定のスレショルド値よりも低い場合をアイドル状態と判断する機能を具備したことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
前記キャリアセンスを行なう手段（６）が、
ＲＦ部における受信電力が所定のスレショルド値よりも高い場合をチャネルのビジー状態、所定のスレショルド値よりも低い場合をアイドル状態と判断する機能を具備したことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。