JP4469470B2 - 自己相補系列を用いた直接拡散型相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己相補系列を用いた直接拡散型相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話やＰＨＳ（Personal Handyphone System）などの移動体通信システムにおいては、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access ）方式が用いられるようになっている。このＣＤＭＡ方式は、同じ周波数帯域を複数の利用者が使用することができるため、時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access ）方式と比較して帯域幅当たりの利用者数を増大することができるという利点がある。
【０００３】
しかし、ＣＤＭＡ方式においては、受信機は自局宛の信号と共に他局宛の信号をも受信するため、利用者の位置関係によっては自局宛の信号レベル（自己相関特性）が他局宛の信号レベル（相互相関特性）よりも低下し、自局宛の信号の検出が困難になる場合がある。これはＣＤＭＡ方式における遠近問題として知られており、この遠近問題を解決する技術として、特開平１１−２６１４４８号公報に開示された、直接拡散型相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式がある。
【０００４】
この通信方式では、受信機が受信した信号の搬送波と受信機の局発信号との周波数と位相角が完全に一致している場合には、優れた自己相関特性と相互相関特性とを有するため、上述の遠近問題を解決することができる。
【０００５】
一方、受信機が受信した信号の搬送波と受信機の局発信号とに周波数差が生じている場合には、その周波数差の周期で相関出力が減少する。また、受信機が受信した信号の搬送波と受信機の局発信号とに位相差が生じている場合には、相関値は位相差の余弦となり減少し、特に位相差が９０度であった場合には、全く相関値が出力されなくなってしまう。
【０００６】
したがって、受信信号の搬送波と受信機の局発信号との周波数及び位相角を一致させることは重要であり、送信機にＮ個の異なる搬送波発生器を備えるとともに、受信機にＮ個の異なる局発信号発生器が備え、これら搬送波発生器及び局発信号発生器から出力される信号の周波数及び位相角を一致させるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、受信機側にＮ個の異なる局発信号発生器を備えると、受信機の小型化が困難となる。また、受信機は２相復調を行うため、受信信号の搬送波と受信機の局発信号との周波数差及び位相差を検出することは容易ではなく、これら周波数差及び位相差があっても、その解消を行うことは困難であった。このため、受信機の小型化と、受信信号の搬送波と受信機の局発信号との周波数差及び位相差の解消を行うことが要求されている。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点を解決するものであり、その目的は、受信機の小型化と、受信信号の搬送波と受信機の局発信号との周波数差及び位相差の解消を図ることが可能な自己相補系列を用いた直接拡散型相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の自己相補系列を用いた直接拡散型相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式の受信機は、電圧制御発信器と、前記電圧制御発信器の出力信号を分周し、Ｎ個の局発信号を生成するＮ個の分周器と、前記Ｎ個の局発信号により、Ｎ個の搬送波信号を含んだ受信信号をＮ個の同相ベースバンド信号とＮ個の直交ベースバンド信号とに分離するＮ個の直交復調器と、前記各同相ベースバンド信号について、異なる逆拡散符号との相関をとるＮ個の同相側の整合フィルタと、前記各同相側の整合フィルタの出力信号を加算して、同相相関信号を導出する同相側の加算器と、前記各直交ベースバンド信号について、異なる逆拡散符号との相関をとるＮ個の直交側の整合フィルタと、前記各直交側の整合フィルタの出力信号を加算して、直交相関信号を導出する直交側の加算器と、前記同相相関信号を既知のシンボルタイミングでサンプリングし、同相相関シンボル点信号を導出する同相側の標本化器と、前記直交相関信号を既知のシンボルタイミングでサンプリングし、直交相関シンボル点信号を導出する直交側の標本化器と、前記直交相関シンボル点信号を前記同相相関シンボル点信号で除算した値の逆正接である位相角誤差信号を導出する位相角誤差信号導出手段と、前記位相角誤差信号を１シンボル時間だけ遅延させ、遅延位相角誤差信号を導出する遅延器と、前記位相角誤差信号から前記遅延位相角誤差信号を減算して、周波数誤差信号を導出する周波数誤差信号導出手段と、前記周波数誤差信号の電圧レベルを検出するレベル検出器と、前記検出された電圧レベルが零の場合に前記位相角誤差信号を出力し、前記検出された信号レベルが零でない場合に前記周波数誤差信号を出力する信号選択手段と、前記信号選択手段から出力される信号の高周波成分を除去して、平滑誤差信号を導出する平滑フィルタとを備え、前記電圧制御発信器は、前記平滑誤差信号により、その出力周波数を制御して、前記Ｎ個の搬送波信号と前記受信機のＮ個の局発信号との周波数及び位相角を一致させる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図示した一実施形態に基いて本発明を詳細に説明する。図１に本発明に係る自己相補系列を用いた直接拡散型相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式を適用した通信システムの構成の一例を示す。本実施形態の通信システム２は、自己相補系列を用いた直接拡散型相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式を用いて、送信機４から受信機６へ信号を送信するものであり、送信機４から送信される信号の搬送波ｆ０、ｆ１と受信機６の局発信号ｆ´０、ｆ´１の周波数を一致させる制御を行う。
【００１２】
なお、自己相補系列は、受信機毎にＮ個（Ｎは２のべき乗の整数）を割り当てることができるが、本実施形態では、Ｎ＝２の場合、すなわち２個の自己相補系列Ａ０、Ａ１を割り当てる場合について説明する。例えば、自己相補系列Ａ０は｛＋１，＋１，＋１，−１，＋１，＋１，−１，＋１｝からなる符号長８の系列であり、自己相補系列Ａ１は｛＋１，−１，＋１，＋１，＋１，−１，−１，−１｝からなる符号長８の系列である。
【００１３】
通信システム２における送信機４は、送信データ発生器８、拡散符号発生器１０、乗算器１２、拡散符号発生器１４、乗算器１６、信号発生器１８、分周器２０、２２、乗算器２４、２６、加算器２８、アンテナ３０を備えて構成されている。
【００１４】
送信データ発生器８は、送信データｄ（ｄ＝±１）を出力する。拡散符号発生器１０は、２個の自己相補系列のうちの１つであるＡ０を４回繰り返した拡散符号［Ａ０Ａ０Ａ０Ａ０］を、所定の発生周期（チップ周期）で出力する。乗算器１２は、送信データ発生器８から出力された送信データｄと、拡散符号発生器１０から出力された拡散符号［Ａ０Ａ０Ａ０Ａ０］を乗算し、櫛の歯状スペクトラム拡散信号を生成する。
【００１５】
同様に、拡散符号発生器１４は、２個の自己相補系列のうちの１つであるＡ１を４回繰り返した拡散符号［Ａ１Ａ１Ａ１Ａ１］を、拡散符号［Ａ０Ａ０Ａ０Ａ０］と同一のチップ周期で出力する。乗算器１６は、送信データ発生器８から出力された送信データｄと、拡散符号発生器１４から出力された拡散符号［Ａ１Ａ１Ａ１Ａ１］を乗算し、櫛の歯状スペクトラム拡散信号を生成する。
【００１６】
分周器２０は、信号発生器１８の出力信号ｆを分周比ｎで分周して、搬送波信号ｆ０を生成する。乗算器２４は、乗算器１２の出力信号の周波数を変換するものであり、該乗算器１２の出力信号に、分周器２０からの搬送波信号ｆ０を乗算する。
【００１７】
同様に、分周器２２は、信号発生器１８の出力信号ｆを分周比ｍで分周して、搬送波信号ｆ１を生成する。乗算器２６は、乗算器１６の出力信号の周波数を変換するものであり、該乗算器１６の出力信号に、分周器２２からの搬送波信号ｆ１を乗算する。
【００１８】
ここで、乗算器１２の出力信号の周波数スペクトルと、乗算器１６の出力信号の周波数スペクトルに着目すると、これらは所定の周波数成分が欠落した櫛の歯状のスペクトルになっている。送信に際しては、乗算器１２の出力信号の周波数スペクトルと、乗算器１６の出力信号の周波数スペクトルが重複しないようにする必要がある。換言すれば、乗算器１２の出力信号の周波数スペクトルの欠落した位置に、乗算器１６の出力信号の周波数スペクトルを出現させる必要がある。乗算器２４、２６により乗算器１２、１６の出力信号の周波数を変換するのは、このような理由によるものである。また、分周器２０、２２においては、乗算器１２の出力信号の周波数スペクトルの欠落した位置に、乗算器１６の出力信号の周波数スペクトルを出現させるように、搬送波信号ｆ０、ｆ１の周波数が定められる。
【００１９】
加算器２８は、乗算器２４の出力信号と乗算器２６の出力信号を加算する。この加算器２８の出力信号は、アンテナ３０から送出される。
【００２０】
一方、通信システム２における受信機６は、アンテナ４２、電圧制御発信器４４、分周器４６、直交復調器４８、整合フィルタ５０、５２、分周器５４、直交復調器５６、整合フィルタ５８、６０、加算器６２、標本化器６４、加算器６６、標本化器６８、位相角検出器７０、遅延器７２、減算器７４、レベル検出器７６、スイッチ７８、加算器８０、平滑フィルタ８２を備えて構成されている。
【００２１】
アンテナ４２は、送信機４が送信した信号を受信する。電圧制御発信器４４は、後述する平滑フィルタ８２からの出力信号に基づいて、ローカル信号ｆ´の周波数を変化させて出力する。分周器４６は、１の電圧制御発信器４４から出力されるローカル信号ｆ´を、上述した送信機４内の分周器２０と同一の分周比ｎで分周し、局発信号ｆ´０を生成する。直交復調器４８は、アンテナ４２によって受信した信号に対し、分周器４６からの局発信号ｆ´０を乗算することにより、該受信信号を同相ベースバンド信号Ｉ０と直交ベースバンド信号Ｑ０に分離する。整合フィルタ５０は、直交復調器４８から出力される同相ベースバンド信号Ｉ０と、２個の自己相補系列のうちの１つであるＡ０を２回繰り返した逆拡散符号［Ａ０Ａ０］との相関をとる。整合フィルタ５２は、直交復調器４８から出力される直交ベースバンド信号Ｑ０と、逆拡散符号［Ａ０Ａ０］との相関をとる。
【００２２】
同様に、分周器５４は、電圧制御発信器４４から出力されるローカル信号ｆ´を、上述した送信機４内の分周器２２と同一の分周比ｍで分周し、局発信号ｆ´１を生成する。直交復調器５６は、アンテナ４２によって受信した信号に対し、分周器５４からの局発信号ｆ´１を乗算することにより、該受信信号を同相ベースバンド信号Ｉ１と直交ベースバンド信号Ｑ１に分離する。整合フィルタ５８は、直交復調器５６から出力される同相ベースバンド信号Ｉ１と、２個の自己相補系列のうちの１つであるＡ１を２回繰り返した逆拡散符号［Ａ１Ａ１］との相関をとる。整合フィルタ６０は、直交復調器５６から出力される直交ベースバンド信号Ｑ１と、逆拡散符号［Ａ１Ａ１］との相関をとる。
【００２３】
加算器６２は、整合フィルタ５０の相関出力と整合フィルタ５８の相関出力を加算し、同相相関信号を導出する。標本化器６４は、既知のシンボルタイミングＴｓを用いて、シンボル点の同相相関信号を抽出することにより、同相相関シンボル点信号Ｉｓを導出する。
【００２４】
同様に、加算器６６は、整合フィルタ５２の相関出力と整合フィルタ６０の相関出力を加算し、直交相関信号を導出する。標本化器６８は、既知のシンボルタイミングＴｓを用いて、シンボル点における直交相関信号をサンプリングすることにより、直交相関シンボル点信号Ｑｓを導出する。
【００２５】
位相角検出器７０は、位相角誤差信号導出手段として機能するものであり、標本化器６８からの直交相関シンボル点信号Ｑｓを標本化器６４からの同相相関シンボル点信号Ｉｓで除算し、その逆正接ｔａｎ^-1（Ｑｓ／Ｉｓ）を導出する。この逆正接は位相角誤差信号として遅延器７２及び減算器７４に入力される。
【００２６】
遅延器７２は、位相角検出器７０からの位相角誤差信号を１シンボル時間Ｔｓだけ遅延させ、遅延位相角誤差信号として減算器７４へ出力する。減算器７４は、位相角誤差信号から遅延位相角誤差信号を減算し、その結果を周波数誤差信号として出力する。この周波数誤差信号は、送信機４内の信号発生器１８の出力信号と電圧制御発信器４４から出力されるローカル信号ｆ´の周波数が一致する場合には零になり、一致しない場合には零以外の値になる。
【００２７】
レベル検出器７６は、減算器７４から出力される周波数誤差信号の電圧レベルを検出する。スイッチ７８は、位相角検出器７０と加算器８０との間を直接接続する信号線上に備えられ、信号選択手段として機能するものであり、該電圧レベルが零の場合、すなわち送信機４内の信号発生器１８の出力信号と電圧制御発信器４４から出力されるローカル信号ｆ´の周波数が一致する場合には、オン状態になって位相角検出器７０と加算器８０との間を直接接続する。また、スイッチ７８は、該電圧レベルが零でない場合、すなわち送信機４内の信号発生器１８の出力信号の周波数と電圧制御発信器４４から出力されるローカル信号ｆ´の周波数が一致しない場合には、オフ状態になって位相角検出器７０と加算器８０との間を切断する。
【００２８】
加算器８０は、スイッチ７８がオン状態の場合には、位相角検出器７０からの位相角誤差信号を出力し、スイッチ７８がオフ状態の場合には、減算器７４からの周波数誤差信号を出力する。平滑フィルタ８２は、加算器８０からの位相角誤差信号又は周波数誤差信号の高周波成分を除去し、平滑誤差信号として電圧制御発信器４４へ出力する。
【００２９】
電圧制御発信器４４は、平滑フィルタ８２からの平滑誤差信号に基づいてローカル信号ｆ´の周波数及び位相角を変化させ、送信機４内の信号発生器１８の出力信号の周波数及び位相角を一致させる。具体的には、以下の動作となる。
【００３０】
すなわち、ローカル信号ｆ´と送信機４内の信号発生器１８の出力信号の周波数及び位相角が一致していない場合には、周波数誤差信号の電圧レベルが零でないため、スイッチ７８がオフ状態になり、加算器８０は、減算器７４からの周波数誤差信号を出力し、平滑フィルタ８２は、この周波数誤差信号を平滑化して出力する。このとき、電圧制御発信器４４は、該周波数誤差信号を平滑化した信号に基づいて、ローカル信号ｆ´の周波数を変化させる。この動作が繰り返されることにより、ローカル信号ｆ´と送信機４内の信号発生器１８の出力信号の周波数が一致する。
【００３１】
ローカル信号ｆ´と送信機４内の信号発生器１８の出力信号の周波数が一致すると、周波数誤差信号の電圧レベルが零になるため、スイッチ７８がオン状態になり、加算器８０は、位相角検出器７０からの位相角誤差信号を出力し、平滑フィルタ８２は、この位相角誤差信号を平滑化して出力する。このとき、電圧制御発信器４４は、該周波数誤差信号を平滑化した信号に基づいて、ローカル信号ｆ´の周波数を変化させる。この動作が繰り返されることにより、ローカル信号ｆ´と送信機４内の信号発生器１８の出力信号の位相角が一致する。
【００３２】
このように本実施形態の通信システム２では、１の電圧制御発信器４４を備え、この電圧制御発信器４４から出力されるローカル信号ｆ´と送信機４内の信号発生器１８の出力信号との周波数差を周波数誤差信号として導出するとともに、位相差を位相角誤差信号として導出し、これら周波数誤差信号及び位相角誤差信号に基づいて、電圧制御発信器４４を制御することにより、ローカル信号ｆ´と送信機４内の信号発生器１８の出力信号の周波数及び位相角を一致させることができる。また、局発信号の数に応じた局発信号発生器を備える必要がなく、１の電圧制御発信器４４を用いるだけでよいため、受信機の小型化を図ることもできる。
【００３３】
以上、本発明の一実施形態を図面に沿って説明した。しかしながら本発明は前記実施形態に示した事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基づいてその変更、改良等が可能であることは明らかである。
【００３４】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、受信機の小型化と、受信信号の搬送波と受信機の局発信号との周波数差及び位相差の解消を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自己相補系列を用いた直接拡散型相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式を適用した通信システムの構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
２ 通信システム
４ 送信機
６ 受信機
８ 送信データ発生器
１０ 拡散符号発生器
１２ 乗算器
１４ 拡散符号発生器
１６ 乗算器
１８ 信号発生器
２０、２２ 分周器
２４、２６ 乗算器
２８ 加算器
３０、４２ アンテナ
４４ 電圧制御発信器
４６ 分周器
４８ 直交復調器
５０、５２ 整合フィルタ
５４ 分周器
５６ 直交復調器
５８、６０ 整合フィルタ
６２ 加算器
６４ 標本化器
６６ 加算器
６８ 標本化器
７０ 位相角検出器
７２ 遅延器
７４ 減算器
７６ レベル検出器
７８ スイッチ
８０ 加算器
８２ 平滑フィルタ

Claims (1)

1. Ｎ個の自己相補系列を用いた直接拡散型相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式の受信機において、
   電圧制御発信器と、
   前記電圧制御発信器の出力信号を分周し、Ｎ個の局発信号を生成するＮ個の分周器と、
   前記Ｎ個の局発信号により、Ｎ個の搬送波信号を含んだ受信信号をＮ個の同相ベースバンド信号とＮ個の直交ベースバンド信号とに分離するＮ個の直交復調器と、
   前記各同相ベースバンド信号について、異なる逆拡散符号との相関をとるＮ個の同相側の整合フィルタと、
   前記各同相側の整合フィルタの出力信号を加算して、同相相関信号を導出する同相側の加算器と、
   前記各直交ベースバンド信号について、異なる逆拡散符号との相関をとるＮ個の直交側の整合フィルタと、
   前記各直交側の整合フィルタの出力信号を加算して、直交相関信号を導出する直交側の加算器と、
   前記同相相関信号を既知のシンボルタイミングでサンプリングし、同相相関シンボル点信号を導出する同相側の標本化器と、
   前記直交相関信号を既知のシンボルタイミングでサンプリングし、直交相関シンボル点信号を導出する直交側の標本化器と、
   前記直交相関シンボル点信号を前記同相相関シンボル点信号で除算した値の逆正接である位相角誤差信号を導出する位相角誤差信号導出手段と、
   前記位相角誤差信号を１シンボル時間だけ遅延させ、遅延位相角誤差信号を導出する遅延器と、
   前記位相角誤差信号から前記遅延位相角誤差信号を減算して、周波数誤差信号を導出する周波数誤差信号導出手段と、
   前記周波数誤差信号の電圧レベルを検出するレベル検出器と、
   前記検出された電圧レベルが零の場合に前記位相角誤差信号を出力し、前記検出された信号レベルが零でない場合に前記周波数誤差信号を出力する信号選択手段と、
   前記信号選択手段から出力される信号の高周波成分を除去して、平滑誤差信号を導出する平滑フィルタと、
   を備え、前記電圧制御発信器は、前記平滑誤差信号により、その出力周波数を制御して、前記Ｎ個の搬送波信号と前記受信機のＮ個の局発信号との周波数及び位相角を一致させることを特徴とする、自己相補系列を用いた直接拡散型相補系列繰返し変調形櫛の歯状スペクトル通信方式の受信機。

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