JPH02172338A - 連続チヤープ変調式スペクトラム拡散通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）産業−１−の利用分野 本発明は連続チャープ変調式スペクトラム拡散通信装置
、特に良好な伝送品質を低価で実現したＦＨ方式におけ
る連続ヂャープ変調式スペクトラム拡散通信装置に関す
るものである。

（ロ）従来の技術 変動に強い伝送特性を有する通信方式とじてスペクトラ
１１拡散通信方式（ＳＳ方式）が知られている。該スペ
クＩ・ラム拡散通信方式は、狭帯域情報信号を高いクロ
ック周波数を有するＰＮ（擬似雑音符号）系列で変調す
ることによって広帯域てスペクトラム拡散して伝送路に
向けて送信し、受信側では受信信号を相関検波し、スペ
クトラム逆数して復調し高いＳ／Ｎを得る方式である。

このようなスベク）〜ラム拡散通信方式は、狭帯域雑音
に強く、伝送路特性変動（例えば）ニージンク）に強い
、秘匿性か高いなどの利点を有することから、種々の分
野への応用が研究、開発されてきている。

また、前記ＳＳ通信方式の種類として、ＤＳ方式（直接
拡散方式）、ＦＨ方式（周波数ボッピンク方式）ＴＨ方
式（時間ボッピンク方式）、チャープ方式（パルスＦＭ
方式）、ハイブリッド方式などあるが、その主なるもの
はＤＳ方式とＦＨ方式を基本としている、 ＤＳ方式は、送信信号で変調した搬送波に対し一充分な
長さを持ち−かつ充分に速いビットレートの型下規則２
進コード列でＢＰＳＫ等の変調を加えて広帯域送信を行
い、受信側て同一のコードで再度ＢＰＳＫ等の変調する
ことで送信された信号を復調する方式であるが、プロセ
スゲインは使用する周波数のスロット数で決まる。

また、ＰＨ方式は、所定の周波数領域内に、充分多くの
搬送波周波数スロットを用意し、予め定められたスケジ
ュールに従って離散的（不連続的に）に搬送波周波数を
変化させ、この信号を受信側でも同様のスケジュールで
変化する局部発振信号にて同期をとりながら復調する方
式である。

なお、本発明とある程度関連するので、チャープ（ｃｈ
ｉｒｐ　）方式に少し言及しておくと、チャープ方式は
パルス持続時間中にパルス搬送波によって周波数が漸変
するような信号をＳＡＷフィルタなどで生成し送受信す
るものであるがレーダーに使用されるのみで一般の通信
には用いらノｔてはいなかった。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 前記ＤＳ方式は、ＦＨ方式と比較して回路構成か比較的
簡素てありゲインタル技術が応用され易い利点がある。

また、この方式は、比較的単純な原理に基ついているた
め、理解が容易でありマルチパスに強いなどの利点かあ
る反面、いわゆる「遠、近問題」と呼ばれる近接電波源
による妨害に弱い、同期か困難などの欠点がある。

一方、ＰＨ方式は、移動通信における「遠近問題ｊへの
対応が容易であるなどの利点はあるものの、周波数スロ
ワ１〜数が多く高速ホッピングを必要とするようなシス
テムでは、高速切り替え可能なより高級な周波数シンセ
サイ→ノ゛−を必要とし、コス１へをどこまで下けられ
るかが課紐となっている。

（ニ）問題を解決するための手段 本発明は上記問題を解決するもので、本発明はＦＨ方式
において従来技術にない高速の周波数ボッピンクに相当
する搬送波を経済的な回路構成で実現し、伝送品質を向
上させる如き連続チャープ変調式スペク１ヘラム拡散通
信装置を稈供することを目的としている。

本発明は、システムクロックにしたがって予めプロクラ
ムされたシーケンスで徐々に周波数か変化する搬送波を
発生しうる搬送波発生器手段を送受信側ともに設けてお
り、受信側の搬送波は同期状態において常に送信側の搬
送波よりも一定周波数だけ高くなるようにプログラムさ
れている。したがって、送受信双方の搬送波が完全に同
期した状態では、混合器の出力には一定周波数の中間周
波数が含まれることになる。

（ポ）作用 一度同期がとれると、搬送波発生器手段からの搬送波信
号（局発信号）に対する受信信号の進みや遅れから生ず
る中間周波数の揺らき゛は、搬送波周波数の変化速度と
の相関値から受信側の搬送波発生器手段の作動クロック
にフィードバックをかけ、同期を維持することができる
。

（へ）実施例 第１図（ａ）（ｂ）は本発明によるチャープ変調式スペ
クトラム拡散通信装置の基本構成を示ず。

すなわち、第１図（ａ）は、後で説明する搬送波発生器
１を有する送信側の略図を示し、第１図（ｂ）は受信側
の構成を示す。同図において、１は送信側の搬送波発生
器、２は電力増幅器、３は送信アンテナ、４は受信アン
テナ、５は増幅器、６は受信側の搬送波発生器、７は混
合器、８は低域フィルタ、９はＦＭ復調器、１０は第１
の帯域フィルタ、１１は第２の帯域フィルタ、１２は相
関器、１３は低域フィルタ、１４は電圧制御発振器（Ｖ
　ＣＯ）を示す。

動作においては、送信側の搬送波発生器１の出力て拡散
変調された送信信号は増幅器２を介してアンテナ３から
送信される。

受信側ではアンテナ４で受信した信号か搬送波発生器６
からの搬送波と混合器７て混合され、その中間周波数信
号が低域フィルタ８を介してＦＭ復調器９内で復調され
た後、第１帯域フイルタ１０を介して出力される。

また、復調された信号の一部は第２の帯域フィルタ１１
を介して相関器１２の一方の入力へ与えられる。該相関
器１２の他の入力には搬送波発生器６からの局発信号か
与えられているのて両者の相関出力が発生される。この
ようにして発生された相関出力は低域フィルタ１３を介
してＶ　ＣＯｉ　４へ与えられ搬送波発生器６へのシス
テムクロックを発生している。したがって、搬送波発生
器６、相関器１２、低域フィルタ１３、ＶＣＯ１４でコ
ード・トラッキング・ループを形成し送られた信号の位
相と搬送波発生器６から発生された信号の位相の一致を
とり、両者の位相か完全に同期した状態て混合器７の出
力には一定周波数の中間周波数か発生される。

−度同期がとれた後で、搬送波発生器６からの局発信号
に対して受信信号の位相が進んだり遅れたりしても相関
器１２の相関出力によりシステムクロックにフィードバ
ックかかかり、同期が維持される。

第２図（ａＨｂ）（ｃ）（ｄ）は、第１図の装置の各部
の波形のタイミングを示す。同図に示すように、局発信
号［Ｏに対して受信信号Ｒｉの位相が進んでいるか遅れ
ているかによって（第２図（ａ））、ＦＭ復調器９の検
波出力（復調出力）は正または負の検波出力Ｓとなる（
第２図（ｂ））。一方、搬送波発生器６からの局発信号
Ｐが発生され（第２図（ｃ）〉、前記検波出力Ｓと局発
信号Ｐとが相関８１．２へ与えられているので相関器１
２からはｃ＝ｓ　−ｐに対応した出力か得られる（第２
図（ｄ））。例えば、第２図（ｄ）には受信信号が遅れ
た場合の相関器出力と受信信号が進んだ場合の出力の一
部を示しであるか、局発信号に対して受信信号が遅れて
いる度合によって正方向に変化する出力か現われ、進ん
でいれはその度合によって負の方向に変化する出力か現
われる。第３図はその状態を示す。したがって、第３図
から判るように、受信信号が遅れている場合には正の領
域てシステムクロックを下げ、進んでいる場合には負の
領域て上げて搬送波発生器６からの信号出力の位相を受
信信号に一致させる。

第４図は本発明による別の実施例を示す。この実施例で
は、マツチドフィルタ１５、ゲー１〜１６、捕捉制御部
１７、共振回路１８、スイッチ１−９を設けた構成にな
っている。なお第４図て第１図（ｂ）と同じ参照番号は
同じ構成要素を示す。

第４図の回路の動作を第５図のタイミング図を参照して
説明する。受信信号の同期かとられてない場合には、混
合器７には一定周波数［ａが印加される方にスイッチ１
つが入っておりこのときゲーＩ・１６は開いている。マ
ツチドフィルタ１５によりマツチドパルスＲか検出され
ると、それが捕捉制御部］７に入力され、該制御部１７
からのＳＷ倍信号よりゲート１６は閉じられると共にス
イッチ１９は搬送波発生器６の出力側に投入され、搬送
波発生器６から受信信号の搬送波と位相の一致した搬送
波信号が混合器７に印加され中間周波数信号Ｉが発生さ
れる。

捕捉制御部１７は一定時間経過後に共振回路１８から発
生される信号Ｉを監視し、信号Ｉがなくなれば゛同期が
くずれたことになるので、ゲート１６を開いて、再度マ
ツチドパルスを検出して同期をとるようにしている。

第６図は、送受信装置において用いられる搬送波発生器
の詳細な構成を示す、 同図において、２０，２］は分周器、２２はカウンタ、
２３．３１はメモリ、２４．．２７゜３０はアキュムレ
ータ、２５，２８．２９はアター、２６はマルチプレク
サ、３２はＤ／Ａ変換器、３３．３５は低域フィルタ、
３４はミキサ、３６は分周器、３７は電圧制御発振器を
示す。

次に該搬送波発生器の動作について説明する。

カウンタ２２によりメモリ２３のアドレスを指定し、メ
モリから第２図（ａ）に示す局発信号［０の波形をつく
るためのスロープデータをとり出してアキュムレータ２
４に入れながら、アター２５て加算してゆく。その結果
と初期データをマルチプレクサ２６を介してアキュムレ
ータ２７に入れる。すなわち、アキュムレータ２７内に
は第２図（ａ）に示す局発信号［０の波形の各点Ｐ１．
Ｐ２Ａ−Ｐ４・・・Ｐｎを結ぶ線分に対応するデータを
生成する。

次に各点ｐ１．ｐ２．Ｐ３・・・の方向にしたがって、
アキュムレータ２７内に累積されたデータをシフトデー
タとアター２８において加算し、位相に対応するデータ
が記憶されているアキュムレータ３０の出力の値と前記
アター２８の結果出力を加算しながら、その時点の位相
に対応するディジタル的にメモリ（ｌｔＯＨ）　３１に
記憶されたＳｉｎテーデー読出す。

このようにして得られたディジタルデータをＤ／Ａ変換
器３２を介してアナログ変換し、低域フィルタ３３を介
して混合器３４へ印加し、電圧制御発振器３７の出力を
分周した分周器３６からの分周出力と混合し、変化率の
高い出力信号にして出力する。

結局、本発明呻よる受信側の搬送波発生器においては、
ＰＬＬ回路を構成するアナログ処理側の回路に対して、
所定のディジタル合成された正弦波をＤ／Ａ変換後、基
準信号として与え局発搬送波信号を発生しながら受信信
号の搬送波との同期をとっている。

なお、上記実施例においては、メモリ３１内に記憶され
たデータをとり出して逐次Ｄ／Ａ変換して混合器３４に
与える構成としたが、各点ｐ１．ｐ２．ｐ３・・・のデ
ータおよびシフトデータを加算するアター２８の出力を
別のアキュムレータに入れておいて、タイミング制御装
置などで適当なタイミングをとりつつ、除算装置で除算
しながら実時間で処理し、前記除算装置からの結果をシ
ステムクロックで混合するように構成てきることは、当
業者にとって明らかである。

第７図は所定のスペクトラムパターンを実現するだめの
周波数スケジュールを決定する簡単な方法を示す。図示
の例は単純に方形状のスペクトラムを考えているが、こ
の方法の応用で任意のスペクトラムエンベロープを持つ
スケシュ−リンクも容易である。

まず、平面状に長方形の領域を想定し一方の辺を周波数
Ｆに対応させ、もう一方の辺を時間］゛に対応させる。

次にこの長方形をＴ方向に偶数個の領域に分割する（等
分でなくてもよい）、更にこれらをＦ方向に任意に分割
する。この結果長方形は多数の小領域に分割される。

この図は必ず」−辺からスタートシて小区画の４−辺も
しくは下辺て接続しながら、全区画をただ１回づつもれ
なくたどり最後に」−辺で終わる様な小区画の順序付け
かｉｉＪ能であるが、以下に示すルールに従って、小区
画の統合を行ってもこの特性は維持される。

ｍ　Ｆの方向に並んだ小区画は幾つ連ねて新たな小区画
を形成してもよい。

（＋ｉ）Ｔの方向に並んだ小区画は奇数個であれは連ね
て新たな小区画を形成してもよい。

第８図はこのようにして作成したスケジュールの実際例
である。すなわち、第７図において各区画内で、１．２
，３，４，５．５’、５’□、６の如く一筆書きをする
ような順序て各区画を順次運ノ′：）てゆ（つれば全体
として矩形のスベクトラノ＼パターンにすることがてき
る。

（ト）発明の効果 以」−３本発明の実施例について述べてき／ごか、本発
明においてはプロクラムｉｉ制御ｉｉｉ能なテイシタル
式の搬送波発生装置を設けることによって連続的かつ不
規則に変化する周波数を有する搬送波が発生てきると共
に、送イバ（１１］から送信されてきた搬送波の位相と
迅速に一致させることか可能な回Ｆｌ＠椙成にした拡散
スペクトラム通信装置としている。　したがって、本発
明においては、従来のように高価な周波数シ〉・セザイ
ザを用いて周波数のボッピンクを行なわなくとも、それ
に相当する搬送波を、低価格の回路構成によって発生ず
ることができる著しい利点を有する。

なお、本発明による搬送波発生器を２個用いて適宜、切
り換えて混合器へ与えるようにすることによって連続的
な周波数変ずにのみならず不連続な周波数変化する搬送
波が発生しうるのて通信の秘匿性を一屑増大することが
てきる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は本発明による搬送波発生装置を用
いた送信側の略図および受信側の回路構成、第２図（ａ
）乃至（ｄ）は第１図の動作を説明する波形図、第３図
は第１図（ｂ）の相関器からの出力特性図、第４図は第
２の実施例、第５図は第４図の動作タイミング図、第６
図は本発明による搬送波発生装置の詳細図、第７図はス
ペクトラム拡散通信において矩形スペクトラムを形成す
るチャープスケジュール図、第８図は第７図のスケジュ
ールにしたがって連ねた具体例、をそれぞれ示す。 図中、１は送信側の搬送波発生器、２は電力増幅器、３
は送信アンテナ、４は受信アンテナ、５は増幅器、６は
受信側の搬送波発生器、８１３は低域フィルタ、９はＦ
Ｍ変調器、１０１１は帯域フィルタ、１２は相関器、１
４は電圧制御発振器、をそれぞれ示す。 ０どへ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）プログラム制御式の少なくとも第１および第２の搬
   送波発生器を送信側の送信装置および受信側の受信装置
   に設け、プログラムにしたがつて所定の周波数範囲内で
   、ほぼ連続的かつ準不規則的に変化する周波数を有する
   搬送波を前記第１の搬送波発生器から発生し、通信すべ
   き信号と変調して送側から送信し、受信側においても前
   記第２の搬送波発生器から前記同一の周波数またはこれ
   と一定の周波数だけ隔つた搬送波を発生し受信信号を復
   調して通信することを特徴とする連続チャープ変調式ス
   ペクトラム拡散通信装置。 ２）プログラム制御式の少なくとも第１および第２の搬
   送波発生器を送信側の送信装置および受信側の受信装置
   内に設け、送信側の前記第１の搬送波発生器からの搬送
   波で変調した情報を送信信号として受信側に送信し、受
   信側でこれを受信信号として受信後、それを復調する復
   調器、受信側の前記第２の搬送波発生器からの搬送波入
   力および受信信号を受けて中間周波数信号を発生する混
   合器、コード信号および前記復調器からの復調信号とを
   受けて相関出力を発生する相関器とを有する受信装置に
   おいては、前記相関出力の正または負のピーク間の領域
   で前記第２の搬送波発生器へ印加するシステムクロック
   を制御することによつて前記第２の搬送波発生器のクロ
   ック周波数を変化させ、前記受信信号の搬送波の周波数
   変化パターンとの同期をとり、情報の復調を行なうよう
   にしたことを特徴とする連続チャープ変調式スペクトラ
   ム拡散通信装置。 ３）特許請求の範囲第２項記載の通信装置において前記
   相関出力の正の領域で前記第２の搬送波発生器へ与える
   システムクロック速度を上げ、その負の領域で前記シス
   テムクロック速度を下げるようにフィードバック制御す
   ることを特徴とする連続チャープ変調式スペクトラム拡
   散通信装置。 ４）特許請求の範囲第２項記載の通信装置において、受
   信装置において、更に受信信号のマッチドパルスを検出
   するマッチドフィルタ、該マッチドフィルタからの出力
   の通過を制御するゲート手段、前記マッチドパルスが検
   出された際に前記第２の搬送波発生器をリセットして受
   信信号の搬送波との同期の捕捉を行なう捕捉手段とを備
   えた連続チャープ変調式スペクトラム拡散通信装置。