JP5745293B2 - Receiving method and receiving apparatus for spread spectrum communication system - Google Patents
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本発明は、スペクトル拡散通信システムの受信方法および受信装置に関し、特に長距離無線通信に好適なスペクトル拡散通信システムの受信方法および受信装置に関するものである。 The present invention relates to a receiving method and receiving apparatus for a spread spectrum communication system, and more particularly to a receiving method and receiving apparatus for a spread spectrum communication system suitable for long-distance wireless communication.
ユビキタス情報化社会の到来とともに実用化の期待されているセンサネットワークでは、通信速度は、遅くても良いが通信距離は長くしたいとの要求がある。例えば、無線通信を応用した倉庫の在庫管理や農場管理および鳥獣監視などがある。 In a sensor network that is expected to be put into practical use with the arrival of the ubiquitous information society, there is a demand to increase the communication distance even though the communication speed may be slow. For example, warehouse inventory management, farm management, and wildlife monitoring using wireless communication.
一方、センサに搭載する通信装置として有望視されている現在のRFID(Radio Frequency IDentification)の通信距離は、数十mしかない。 On the other hand, the communication distance of the current RFID (Radio Frequency IDentification), which is regarded as promising as a communication device mounted on a sensor, is only tens of meters.
したがって、RFIDのメリットを生かしたまま通信距離を拡大させることができれば、ユビキタス情報化社会の実現は一層促進されると思われる。 Therefore, if the communication distance can be expanded while taking advantage of RFID, the realization of a ubiquitous information society will be further promoted.
シャノンの定理では、通信容量Cの理論限界は次式で規定される。 According to Shannon's theorem, the theoretical limit of communication capacity C is defined by the following equation.
ここで、Wは通信路の帯域幅,Sは信号電力,Nは雑音電力である。いま、受信電力(信号電力S)が通信距離Dのα乗に比例して減衰すると仮定すれば、次式を導出できる。 Here, W is the bandwidth of the communication path, S is the signal power, and N is the noise power. Assuming that the received power (signal power S) is attenuated in proportion to the communication distance D to the α power, the following equation can be derived.
ここで、aは定数である。したがって、通信距離Dは、通信容量Cを小さく(通信速度を低く)することで拡大できることが分かる。 Here, a is a constant. Therefore, it can be seen that the communication distance D can be increased by reducing the communication capacity C (lowering the communication speed).
しかし、実際の通信では、周波数ずれと時間ずれによる性能劣化によって通信距離が制限される。以下、周波数ずれと時間ずれの性能劣化について説明する。 However, in actual communication, the communication distance is limited by performance degradation due to frequency shift and time shift. Hereinafter, performance degradation due to frequency shift and time shift will be described.
(1)周波数ずれによる性能劣化
図1は、一般的なスペクトル拡散通信のシステム構成図である。スペクトル拡散通信システムは、送信装置1と受信装置2を備えて構成される。
(1) Performance degradation due to frequency shift FIG. 1 is a system configuration diagram of general spread spectrum communication. The spread spectrum communication system includes a
送信装置1は、送信信号3を拡散符号4によりスペクトル拡散する拡散手段5と、キャリア周波数生成手段6と、前記キャリア周波数生成手段6で生成される信号と前記拡散手段5の出力信号を乗算して、前記出力信号を周波数変換するための乗算器7と、乗算器7の出力信号を伝送信号として無線で送信する送信用アンテナ8と、によって構成される。
The
受信装置2は、送信装置1からの伝送信号を受信する受信用アンテナ9と、キャリア周波数生成手段10と、前記キャリア周波数生成手段10で生成される信号と前記受信用アンテナ9の出力信号を乗算して、前記出力信号を周波数変換するための乗算器11と、当該乗算器11の出力信号を拡散符号12によりスペクトル逆拡散する逆拡散手段13と、によって構成される。そして、その逆拡散手段13の出力が受信信号14となる。
The
数2に示すシャノンの変形定理を帯域幅Wのスペクトル拡散通信に当てはめると、狭帯域化、すなわち拡散系列長を長くする(通信速度を低速にする)ことで、通信距離Dを拡大できることが分かる。 Applying Shannon's deformation theorem shown in Eq. 2 to spread spectrum communication with bandwidth W, it can be seen that the communication distance D can be expanded by narrowing the band, that is, by increasing the spreading sequence length (decreasing the communication speed). .
しかし、実際の通信システムでは、送信装置1と受信装置2との間には僅かなキャリア周波数のずれがあり、これが原因で逆拡散期間に受信信号の位相が回転する。その結果、正しい処理利得が得られなくなり、通信距離Dが制限される。
However, in an actual communication system, there is a slight carrier frequency shift between the
スペクトル拡散の正規化処理利得Gpは、逆拡散期間に発生する位相回転をθとするとき次式で与えられる。 The spread spectrum normalization gain Gp is given by the following equation, where θ is the phase rotation that occurs during the despreading period.
図2にキャリア周波数を40kHz,チップ速度を1kc/s,送信装置1及び受信装置2の周波数安定度をそれぞれ10ppmとした場合において、拡散系列長Lと正規化処理利得Gpの関係を示す。この図では、拡散系列長Lが大きくなると、正規化処理利得Gpが1から急激に落ち込んでいることがわかる。また図3に、拡散系列長Lと処理利得Gp(正規化してない)の関係を示す。この図では、拡散系列長Lが大きくなると、処理利得Gpが頭打ちになり、拡散比が制限されることがわかる。図中の横軸から垂直に伸びた点線は、拡散比の制限が始まる位置を示している。これらの図から、拡散系列長Lを大きくすると十分な処理利得Gpが得られないことがわかる。
(2)時間ずれによる性能劣化
キャリア周波数以外にも、送信装置1と受信装置2との間には僅かなデータクロック周波数のずれが生じる。その結果、逆拡散期間に拡散系列のチップずれが起こり、同様に正しい処理利得が得られなくなり、通信距離Dが制限される。
(2) Performance degradation due to time shift In addition to the carrier frequency, a slight data clock frequency shift occurs between the
図4にキャリア周波数を40kHz,チップ速度を1kc/s,送信装置1及び受信装置2のキャリア周波数の周波数安定度をそれぞれ10ppmとした場合において、送信装置1と受信装置2との間において、逆拡散期間に生ずるチップずれの影響による拡散系列長Lと処理利得の関係を示す。この図でも、拡散系列長Lが大きくなると、正規化処理利得Gpが1から急激に落ち込んでいることがわかる。
In FIG. 4, when the carrier frequency is 40 kHz, the chip speed is 1 kc / s, and the frequency stability of the carrier frequency of the
実際の通信では、周波数ずれと時間ずれの両方の影響を同時に受け、通信距離Dは、周波数ずれや時間ずれの性能劣化により制限を受ける。 In actual communication, both the frequency shift and the time shift are affected at the same time, and the communication distance D is limited by the performance deterioration of the frequency shift and the time shift.
このような問題に対し、従来技術では、受信側で、予め保持している期待信号と、受信信号搬送波との相関演算によって、受信信号搬送波の中に存在するトグル点の候補を検出し、その検出結果に基づいてシフトさせた拡散符号を受信信号に乗算することにより、受信信号を復調する方法が開示されている(特許文献1)。 In order to solve such a problem, the conventional technique detects a toggle point candidate existing in the received signal carrier by a correlation operation between the expected signal held in advance and the received signal carrier on the receiving side. A method of demodulating a received signal by multiplying the received signal by a spread code shifted based on the detection result is disclosed (Patent Document 1).
また、遅延検波によって周波数ずれを伴う信号を復調する方法(特許文献2)や、搬送波周波数オフセット補正方法(特許文献3)などが開示されている。 Also disclosed are a method for demodulating a signal with a frequency shift by delay detection (Patent Document 2), a carrier frequency offset correction method (Patent Document 3), and the like.
しかしながら、上記特許文献1〜3は、いずれも送受信機のキャリア周波数ずれの影響を受けない範囲にスペクトル拡散系列長を設定しており、S/Nの良い受信信号から送信機のキャリア周波数を検出する方法等を採用している。そして、長いスペクトル拡散系列長を使用する必要のある場合は、例えば温度補償機能付発振器のような高精度の発振器を使用することで対応している。
However, in the
したがって、送受信機間のキャリア周波数ずれの影響が大きい範囲にスペクトル拡散系列長を設定し、送信信号の狭帯域化すなわち通信速度を低速化することにより、送信電力を上げることなく無線長距離伝送するものではなかった。 Therefore, the spread spectrum sequence length is set in a range where the influence of the carrier frequency deviation between the transmitter and receiver is large, and the transmission signal is narrowed, that is, the communication speed is reduced, so that transmission over a long distance without increasing the transmission power is performed. It was not a thing.
例えば図5では、スペクトル拡散通信システムで送信する信号Sと雑音Nの関係について、n個に分割された部分系列の送信信号Sと雑音Nがあった場合、部分系列の送信信号Sを加算し、その振幅をn倍にすれば、信号電力はn2倍、雑音電力はn倍となることを示している。ここで、送信信号Sの出力を増加させれば、S/Nは良くなるが、高出力電波は電波法の規制等により上限が決まっている。 For example, in FIG. 5, regarding the relationship between the signal S and the noise N transmitted in the spread spectrum communication system, if there is a partial sequence transmission signal S and noise N divided into n, the partial sequence transmission signal S is added. When the amplitude is increased by n times, the signal power is n2 times and the noise power is n times. Here, if the output of the transmission signal S is increased, the S / N is improved, but the upper limit of the high output radio wave is determined by the regulations of the Radio Law.
図6は、スペクトル拡散通信システムで受信するn個に分割された部分系列の信号Sと雑音Nの関係を示しているが、受信側では送信側との間にキャリア周波数ずれ(各部分系列の逆拡散ベクトルの位相のずれ)があるため、部分系列の受信信号Sを加算したとしてもS/Nが悪く、受信側では、S/Nが悪い条件での復調が必要となる。 FIG. 6 shows the relationship between the signal S of a partial sequence divided into n received by the spread spectrum communication system and the noise N. On the receiving side, the carrier frequency shift (transmission of each partial sequence between the transmitting side and the transmitting side). Therefore, even if the partial sequence received signal S is added, the S / N is poor, and the receiving side needs to demodulate under a condition where the S / N is bad.
そこで、本発明では、信号の狭帯域化の制限を無くし、無線長距離通信が可能なスペクトル拡散通信システムの受信方法および受信装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a receiving method and a receiving apparatus for a spread spectrum communication system that can eliminate the limitation of narrowing the signal band and perform wireless long-distance communication.
本発明の請求項1に係る発明は、受信信号をキャリア周波数の信号で周波数変換し、前記周波数変換した前記受信信号について、長さLの拡散系列を長さΔLの部分系列に分割し、各部分系列毎に逆拡散ベクトルを算出し、各部分系列毎に算出された前記逆拡散ベクトルの位相をそれぞれ正負に一定角度回転させて、2本の枝に分岐し、前記拡散系列の最後まで前記2本の枝に分岐を続けて2分木を生成し、前記2分木の最初から最後までの複数のパスについて、各部分系列毎に算出された前記逆拡散ベクトルを合成した合成逆拡散ベクトルのノルムをそれぞれ算出し、前記複数のパスのうち、前記合成逆拡散ベクトルのノルムが最大となるパスを復調すべき逆拡散データとして検出し、
前記キャリア周波数をF[Hz]とし、送信側でのキャリア周波数の周波数安定度をA t [ppm]とし、受信側でのキャリア周波数の周波数安定度をA r [ppm]とし、チップ速度をR C [cps]とし、前記拡散系列の長さをL[chip]とし、前記逆拡散ベクトルの算出過程で許容される位相回転をα[rad]としたときに、
前記拡散系列を等間隔に分割する周波数ピッチΔfが次式であらわされ、
The invention according to
The carrier frequency is F [Hz], the frequency stability of the carrier frequency on the transmission side and A t [ppm], the frequency stability of the carrier frequency on the receiving side is A r [ppm], the chip rate R C [cps], the length of the spreading sequence is L [chip], and the phase rotation allowed in the despread vector calculation process is α [rad],
A frequency pitch Δf for dividing the spread sequence at equal intervals is expressed by the following equation:
これにより前記受信信号の長さLの拡散系列が、次式でn分割され、 As a result, the spread sequence of the received signal length L is divided into n by the following equation:
前記部分系列の長さΔLが、次式に示す値以下になる The length of the partial sequence ΔL is not more than the value shown in the following equation.
ことを特徴とする。 It is characterized by that.
本発明の請求項2に係る発明は、前記各部分系列毎に前記逆拡散ベクトルの位相をそれぞれ正負に一定角度回転させるのに伴い、前記逆拡散ベクトルの位相回転の累積による時間軸変化が、逆拡散ベクトルの算出に際し最小スライド間隔に達したときに、次式で定義される時間ずれΔtを考慮して、逆拡散する前に入力する前記部分系列をずらす
In the invention according to
ことを特徴とする。 It is characterized by that.
本発明の請求項3に係る発明は、キャリア周波数を生成するキャリア周波数生成手段と、前記キャリア周波数によって周波数変換された受信信号について、長さLの拡散系列を長さΔLの部分系列に分割する拡散系列分割手段と、前記拡散系列分割手段が分割した各部分系列毎に、前記受信信号を逆拡散して逆拡散ベクトルを算出する逆拡散手段であるマッチドフィルタと、前記逆拡散ベクトルの位相を正負に一定角度回転させて、2本の枝に分岐し、前記拡散系列の最後まで前記2本の枝に分岐を続ける2分木生成手段と、前記2分木の最初から最後までの複数のパスについて、各部分系列毎に算出された前記逆拡散ベクトルを合成した合成逆拡散ベクトルのノルムをそれぞれ算出し、前記複数のパスのうち、前記合成逆拡散ベクトルのノルムが最大となるパスを復調すべき逆拡散データとして検出する最大値検出手段と、前記最大値検出手段の逆拡散データに基づいて、受信信号を復調する復調手段と、を備え、
前記受信信号の長さLの拡散系列を、キャリア周波数をF[Hz]とし、送信装置の周波数安定度をA t [ppm]とし、受信装置の周波数安定度をA r [ppm]とし、チップ速度をR C [cps]とし、前記拡散系列の長さをL[chip]とし、前記逆拡散ベクトルの算出過程で許容される位相回転α[rad]としたときに、前記拡散系列を等間隔に分割する周波数ピッチΔfが次式であらわされ、
The invention according to
The spreading sequence of length L of the received signal, the carrier frequency is F [Hz], the frequency stability of the transmitter and A t [ppm], the frequency stability of the receiver and A r [ppm], chips When the speed is R C [cps], the length of the spreading sequence is L [chip], and the phase rotation α [rad] allowed in the despreading vector calculation process, the spreading sequence is equally spaced The frequency pitch Δf to be divided into
これにより前記受信信号の長さLの拡散系列が、次式でn分割され、 As a result, the spread sequence of the received signal length L is divided into n by the following equation:
前記部分系列の長さΔLが、次式に示す値以下になるように前記拡散系列分割手段を構成したことを特徴とする。 The spreading sequence dividing means is configured such that the length ΔL of the partial sequence is equal to or less than the value shown in the following equation.
本発明の請求項4に係る発明は、前記各部分系列毎に前記逆拡散ベクトルの位相をそれぞれ正負に一定角度回転させるのに伴い、前記逆拡散ベクトルの位相回転の累積による時間軸変化が、前記マッチドフィルタの最小スライド間隔に達したときに、次式で定義される時間ずれΔtを考慮して、前記マッチドフィルタに入力する前記部分系列をずらす時間ずれ補償手段を備えたことを特徴とする。
The invention according to
本発明の請求項1によれば、2分木の最初から最後までの複数のパスのうち、合成逆拡散ベクトルのノルムが最大となるパスを復調すべき逆拡散データとして検出することにより、結果的に各部分系列毎に算出された逆拡散ベクトルの位相ずれ、すなわち周波数ずれが最小となる信号を検出することとなり、キャリア周波数ずれを最小化した受信信号の復調が可能となるため、信号の狭帯域化の制限を無くし、無線長距離通信が可能となる。 According to the first aspect of the present invention, a result obtained by detecting, as despread data to be demodulated, a path having the maximum norm of the combined despread vector among a plurality of paths from the beginning to the end of the binary tree. Therefore, the phase shift of the despread vector calculated for each partial series, that is, the signal with the smallest frequency deviation is detected, and the received signal with the smallest carrier frequency deviation can be demodulated. Wireless long-distance communication becomes possible without the limitation of narrowing the bandwidth.
本発明の請求項2によれば、各部分系列毎に逆拡散ベクトルの位相をそれぞれ正負に一定角度回転させるのに伴い、逆拡散ベクトルの位相回転の累積による時間軸変化が逆拡散ベクトルの算出に際し最小スライド間隔に達したとき、時間ずれΔtを考慮して、逆拡散する前に入力する部分系列をずらすことにより、時間ずれを補償することができ、信号の狭帯域化の制限を無くし、無線長距離通信が可能となる。
According to
本発明の請求項3によれば、受信信号の拡散系列を分割して部分系列毎に逆拡散ベクトルを算出し、前記逆拡散ベクトルの位相を正負に一定角度回転させ、2本の枝に分岐し、前記拡散系列の最後まで前記2本の分岐を続ける2分木生成手段と、前記2分木の最初から最後までの複数のパスについて、各部分系列毎に算出された前記逆拡散ベクトルを合成した合成逆拡散ベクトルのノルムをそれぞれ算出し、前記複数のパスのうち、前記合成逆拡散ベクトルのノルムが最大となるパスを復調すべき逆拡散データとして検出する最大値検出手段と、を備えたことにより、キャリア周波数ずれを最小化した受信信号の復調が可能となるため、信号の狭帯域化の制限を無くし、無線長距離通信が可能となる。
According to
本発明の請求項4によれば、各部分系列毎に逆拡散ベクトルの位相をそれぞれ正負に一定角度回転させるのに伴い、逆拡散ベクトルの位相回転の累積による時間軸変化がマッチドフィルタの最小スライド間隔に達したときに、時間ずれΔt分だけ、マッチドフィルタの入力信号をずらす時間ずれ補償手段を備えたことにより、時間ずれを補償することができ、信号の狭帯域化の制限を無くし、無線長距離通信が可能となる。
According to
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、時間軸アプローチによって、送信装置に対する受信装置のキャリア周波数ずれを補償するものであるが、わかりやすく説明するために、従来技術である周波数軸アプローチによるキャリア周波数ずれの補償方法を、比較例として最初に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Although the present invention compensates for the carrier frequency deviation of the receiving apparatus with respect to the transmitting apparatus by the time axis approach, for the sake of easy understanding, the carrier frequency deviation compensation method by the frequency axis approach which is the prior art is used. First, a comparative example will be described.
1.周波数軸および時間軸アプローチの動作原理
(1)周波数軸アプローチ
まず、比較例として、キャリア周波数ずれを周波数軸から見てずれ補償する周波数軸アプローチについて説明する。
1. Operation Principle of Frequency Axis and Time Axis Approach (1) Frequency Axis Approach First, as a comparative example, a frequency axis approach for compensating for a carrier frequency deviation as seen from the frequency axis will be described.
図7は、周波数軸アプローチを実現する受信装置20の概略構成図である。具体的には、無線で伝送されてきた信号を受信する受信用アンテナ21と、受信側のキャリア周波数Fの上限fHから下限fLまでのずれ周波数を周波数ピッチΔf間隔にn分割した周波数に対応したn個のキャリア周波数生成手段22と、それらのn個のキャリア周波数生成手段21で生成される信号と受信用アンテナ21で受信した受信信号を乗算して、当該受信信号を周波数変換するための乗算器23と、乗算器23の各出力信号を逆拡散する逆拡散手段であるマッチドフィルタ24と、逆拡散された各信号を比較し、キャリア周波数ずれの少ない最大の信号を受信データとして選択する比較器25と、その選択された信号を復調する復調手段26と、によって構成される。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the receiving
図示しない送信装置と受信装置20との間の周波数差は、キャリア周波数生成手段2に組み込まれた発振器(図示せず)の製造バラツキや温度等の使用環境が原因で変動する。しかし、逆拡散期間は十分短く、ここでは逆拡散期間内の周波数変動はないと仮定する。
A frequency difference between a transmission device (not shown) and a
周波数軸アプローチでは、キャリア周波数ずれを周波数軸から補償する。いま、キャリア周波数をF[Hz],送信装置のキャリア周波数の周波数安定度をAt[ppm]とし、受信装置のキャリア周波数の周波数安定度をAr[ppm],チップ速度をRC[cps],拡散系列長をL[chip],逆拡散過程で許容される位相回転をα[rad]とすると、キャリア周波数Fの上限fHおよび下限fLは次式で表わされる。 In the frequency axis approach, carrier frequency deviation is compensated from the frequency axis. Now, the carrier frequency F [Hz], the frequency stability of the carrier frequency of the transmitter and A t [ppm], the frequency stability of the carrier frequency of the receiving device A r [ppm], the chip rate R C [cps ], The spreading sequence length is L [chip], and the phase rotation allowed in the despreading process is α [rad], the upper limit f H and the lower limit f L of the carrier frequency F are expressed by the following equations.
図7に示す受信装置20は、上限周波数fHから下限周波数fLまでのずれ周波数を周波数ピッチΔf間隔に分割し、分割した各周波数で受信信号のキャリア復調及び逆拡散をn個のキャリア周波数生成手段22,乗算器23,マッチドフィルタ24で行い、各マッチドフィルタ24からの出力値を比較器25で比較することにより、その最大値を受信データとして検出する。
The receiving
周波数軸アプローチの正規化処理利得Gpsは、逆拡散過程で位相がα回転する場合、数3のθにαを代入することで与えられる。
The normalization processing gain Gps of the frequency axis approach is given by substituting α for θ in
つぎに、周波数軸アプローチの演算量を求める。 Next, the calculation amount of the frequency axis approach is obtained.
拡散系列長Lは、前記周波数ピッチΔfを用いると、 The spreading sequence length L is obtained by using the frequency pitch Δf.
で与えられる。これから周波数ピッチΔfは、 Given in. The frequency pitch Δf is now
となる。帯域2(At+Ar)Fのずれ周波数は周波数ピッチΔfによりn分割される。 It becomes. The shift frequency of the band 2 (A t + A r ) F is divided into n by the frequency pitch Δf.
したがって、逆拡散にマッチドフィルタ24を使用するとき、周波数軸アプローチの演算量NSは次式で与えられる。
Therefore, when using a matched
周波数軸アプローチの演算量は、Lの3乗に比例して増加する。 The computational complexity of the frequency axis approach increases in proportion to L to the third power.
(2)時間軸アプローチ
つぎに、本発明の実施例として、キャリア周波数ずれを時間軸から見てずれ補償する時間軸アプローチについて説明する。
(2) Time Axis Approach Next, as an embodiment of the present invention, a time axis approach for compensating for a carrier frequency deviation as seen from the time axis will be described.
図8は、本発明の受信方法(時間軸アプローチ)を実現する受信装置2の概略構成図である。具体的には、無線で伝送されてきた信号を受信する受信用アンテナ31と、受信側で所定のキャリア周波数の信号を生成するキャリア周波数生成手段32と、受信された受信信号とキャリア周波数生成手段32の出力信号を乗算して、当該受信信号を周波数変換する乗算器33と、乗算器33の出力を逆拡散する逆拡散手段であるマッチドフィルタ34と、送信装置(図示しない)と受信装置2のキャリア周波数のずれ範囲を探索する二分木生成手段35と、最大値検出手段36を備えた探索手段37と、前記探索手段37の探索結果に基づいて、受信信号を復調する復調手段38と、を備えて構成される。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a receiving
上記受信装置2が行なう時間軸アプローチの動作手順は、以下の通りである。
The operation procedure of the time axis approach performed by the receiving
(I)拡散系列を部分系列に分割
長さLの拡散系列を、位相回転がα[rad]となる長さΔLの部分系列に分割する。ここで、αは処理利得Gpの劣化が許容できる位相回転である。数3で与えられる正規化処理利得Gpは、逆拡散過程に発生する位相回転θが小さいとき、ほとんど劣化しない。例えば、θがπ/4のときのGpは約0.974である。時間軸アプローチはこの特徴を利用する。図9に拡散系列の分割を示すが、これは乗算器33の前段または後段に設けた拡散系列分割手段(図示せず)で行なわれる。
(I) Dividing the spreading sequence into partial sequences The spreading sequence with length L is divided into partial sequences with length ΔL in which the phase rotation is α [rad]. Here, α is a phase rotation that allows the degradation of the processing gain G p . The normalization processing gain G p given by
(II)部分系列の逆拡散
受信用アンテナ31で受信信号に対して、前記拡散系列分割手段が分割した各部分系列ごとにI,Q直交軸で逆拡散を行う。ここでいうI軸は直交変調による波形の同相成分を意味し、Q軸は直交位相成分を意味する。マッチドフィルタ34による逆拡散結果は、(逆拡散ベクトル)として扱う。
(II) Despreading of partial sequences The
例えば、図10は、各部分系列毎に算出されたm個の逆拡散ベクトルΔL1、ΔL2・・・ΔLmに位相回転が無い場合において、その逆拡散ベクトルΔL1、ΔL2・・・ΔLmを合成した合成逆拡散ベクトルを示している。このような理想的な場合、正規化処理利得GpはロスがないLとなりI軸と同軸上になる。一方、図11のように逆拡散ベクトルΔL1、ΔL2・・・ΔLmにそれぞれθずつ位相回転がある場合、m個分では、図12のように、位相のずれが累積していき、合成逆拡散ベクトルは小さくなる。例えば、mが20で、θがπ/12の場合、正規化処理利得Gpは0.19Lとなる。なお、これら図10〜図12は逆拡散ベクトルについて説明するための図であり、本発明を適用したものではない。 For example, FIG. 10 shows a composition in which m despread vectors ΔL1, ΔL2,... ΔLm calculated for each partial series have no phase rotation, and the despread vectors ΔL1, ΔL2,. A despreading vector is shown. Such an ideal case, the normalization processing gain G p is the loss no L next to the I-axis and coaxially. On the other hand, if the despread vectors ΔL1, ΔL2,... ΔLm have a phase rotation of θ by θ as shown in FIG. 11, the phase shift accumulates for m pieces as shown in FIG. The vector becomes smaller. For example, when m is 20 and θ is π / 12, the normalization processing gain G p is 0.19L. 10 to 12 are diagrams for explaining the despreading vector, and the present invention is not applied thereto.
(III)二分木の構成
マッチドフィルタ34で得られた部分系列の逆拡散ベクトルは、次の二分木生成手段35で位相を±α回転した2本の枝に分岐される。二分木生成手段35は、この操作を拡散系列の最後まで続け二分木を完成させる。
(III) Configuration of Binary Tree The despread vector of the partial sequence obtained by the matched
図13に二分木の構成を示す。なお、この図13は、位相回転の操作を示すものであるため、実際の動作上のキャリア周波数ずれに伴う位相ずれは、ここでは含めていない。したがって、例えばΔL1から+α位相が回転(ΔL2)した後、さらに−α位相が回転した場合(ΔL3)、位相回転の累積はゼロとなる。また、ΔL3の部分系列の逆拡散ベクトルの先端では、2本の枝が位相回転がゼロとなる点で交差しており、ΔL4の部分系列の逆拡散ベクトルの先端では、位相回転が+α、−αの点で2本の枝が交差する。そのため、実際の二分木生成手段35による探索では、その交点以後で重複する計算を省略して、一本の枝として計算することができる。 FIG. 13 shows the configuration of the binary tree. Since FIG. 13 shows the phase rotation operation, the phase shift accompanying the carrier frequency shift in actual operation is not included here. Therefore, for example, when the + α phase is rotated from ΔL1 (ΔL2) and then the −α phase is further rotated (ΔL3), the accumulation of phase rotation is zero. In addition, at the tip of the despreading vector of the partial series of ΔL3, the two branches intersect at a point where the phase rotation becomes zero, and at the tip of the despreading vector of the partial series of ΔL4, the phase rotation is + α, − Two branches intersect at point α. Therefore, in the search by the actual binary tree generating means 35, it is possible to calculate as one branch by omitting the overlapping calculation after the intersection.
(IV)ベクトル和の最大値の検出
最大値検出手段36は、二分木の初期状態から最終枝までのn個の部分系列からなるパスについて、パス毎に合成逆拡散ベクトルのノルムを求める。その後、ノルムが最大となるパスを復調すべき逆拡散データとして検出し、復調手段38に送出する。図14は、時間軸アプローチによる二分木生成手段35による探索動作を説明する概念図である。この図は、部分系列毎に位相ずれを伴いながら二分木探索する様子を示している。ここで、図13と図14を比較すると、図13では、ΔL4の部分系列の逆拡散ベクトルが6本記載されているのに対し、図14では、8本記載されている。しかし、位相ずれを伴う図14においても、8本のうち、2本の逆拡散ベクトルが、他の2本の逆拡散ベクトルと大きさも向きも同じベクトルであるために計算が省略され、実際の計算は6本分である。これは、図13において交点以後で重複する計算を省略することと同様に説明できるが、より詳細な説明をすると、各部分系列ΔL中において、累積された位相の回転角度が同じ逆拡散ベクトルどうしは、その算出が1回の計算で済む、という意味である。
(IV) Detection of Maximum Value of Vector Sum The maximum
図15は、最大値検出手段36によって、部分系列毎の逆拡散ベクトルを合成した逆拡散ベクトルのノルムが最大となるパスを検出する動作を示す概念図である。この図のように、合成逆拡散ベクトルのノルムが最大となるパスを選択し、その正規化処理利得をGpとすると、結果的に部分系列毎の逆拡散ベクトルの位相ずれを最小化するようにパスを選択したこととなり、キャリア周波数のずれも最小化する。
FIG. 15 is a conceptual diagram showing an operation in which the maximum
時間軸アプローチの正規化処理利得Gptは、部分系列ごとに位相を+α,−α交互に回転する場合に得られ、数3で求めたのと同様に次式で与えられる。
The normalization processing gain G pt of the time axis approach is obtained when the phase is alternately rotated by + α and −α for each partial series, and is given by the following equation as obtained in
例えば、αがπ/4の場合には、Gptは約0.9Lとなる。 For example, when α is π / 4, G pt is about 0.9L.
なお、最大値検出手段36は、図示しない記憶手段であるメモリ40に各部分系列毎の逆拡散ベクトルやパス毎の合成逆拡散ベクトル等のデータを保存したり、読み込んだりして、パス毎に合成逆拡散ベクトルのノルムを求めたり、ノルムが最大となるパスを復調すべき逆拡散データとして検出したりする。
Note that the maximum value detection means 36 stores or reads data such as a despread vector for each partial series and a composite despread vector for each path in the
つぎに、図8の受信装置2で行なわれる時間軸アプローチの演算量を求める。
Next, the calculation amount of the time axis approach performed by the receiving
各部分系列の長さΔLは、拡散系列長Lを数9で規定するn個に分割したものであり、次式であらわせる。なお、上記(1)周波数軸アプローチの場合と同様に、送信装置でのキャリア周波数の周波数安定度をAt[ppm]とし、受信装置でのキャリア周波数の周波数安定度をAr[ppm]とする。 The length ΔL of each partial sequence is obtained by dividing the spread sequence length L into n pieces defined by Equation 9, and is expressed by the following equation. The above (1) as in the case of the frequency axis approach, the frequency stability of the carrier frequency of the transmitting apparatus and A t [ppm], the frequency stability of the carrier frequency in the receiving apparatus A r [ppm] To do.
時間軸アプローチの演算量NTは、各部分相関のマッチドフィルタ演算,二分木の構成,ベクトルノルムの最大値の検出から求まる。ここで、各部分相関のマッチドフィルタの演算量の総和は、拡散系列長Lのマッチドフィルタ34の演算量に等しく、残りの演算はこれに比べると十分小さい。したがって、時間軸アプローチの演算量NTは、次式で近似できる。
The computation amount NT of the time axis approach is obtained from the matched filter computation of each partial correlation, the configuration of the binary tree, and the detection of the maximum value of the vector norm. Here, the sum of the calculation amounts of the matched filters for each partial correlation is equal to the calculation amount of the matched
時間軸アプローチの演算量NTは、拡散系列長Lの2乗となり、拡散系列長Lの3乗に比例する周波数軸アプローチに比べ、管理センターとなる受信装置2側の信号処理負荷は小さい。つまり、図7の構成ではなく、図8の構成を採用することで、受信用アンテナ31が受信信号を受信してから、キャリア周波数のずれを最小化するような逆拡散データ(受信データ)を出力するまでの処理速度を、拡散系列長Lの3乗の比例から2乗に減らすことができる。
The computation amount NT of the time axis approach is the square of the spreading sequence length L, and the signal processing load on the receiving
つぎに、前述した時間ずれの補償について検討する。時間ずれを補償する手段として、図7に示すマッチドフィルタ24の前段や、図8に示すマッチドフィルタ34の前段には、それぞれ時間ずれ補償手段29、39が配設される。
Next, the compensation for the time lag described above will be discussed. As means for compensating for the time lag, time lag compensation means 29 and 39 are provided in the preceding stage of the matched
送信装置1や受信装置2において、キャリア周波数とデータクロック周波数は、それぞれ別個の発振器で生成する場合もあるが、ここでは同じ発振器として、上記キャリア周波数生成手段22,32で生成する場合を考える。
In the
このとき、双方のデータクロック周波数のずれがΔfであれば、送信装置1と受信装置2との間の拡散系列の時間軸は、送信キャリア周波数をfS,受信キャリア周波数fRとするとき、(fR−Δf)/fR倍に伸縮する。したがって、図7に示す周波数軸アプローチを実現する受信装置2では、時間ずれ補償手段29により周波数のずれに応じて時間軸を伸縮させたのち逆拡散することで、周波数ずれ及び時間ずれの補償が可能となる。
At this time, if the difference between both data clock frequencies is Δf, the time axis of the spreading sequence between the
一方、図8に示す時間軸アプローチを実現する受信装置2では、部分系列毎にする位相回転αに伴う時間ずれΔtが、次式のようにあらわせる。
On the other hand, in the receiving
したがって、時間軸アプローチでは、位相回転の累積による時間軸変化がマッチドフィルタ34の最小スライド間隔に達したとき、上記数11の時間ずれΔt分だけ、部分系列のマッチドフィルタ34への入力をずらせば、周波数ずれ及び時間ずれの補償が可能となる。
Therefore, in the time axis approach, when the time axis change due to the accumulation of phase rotation reaches the minimum slide interval of the matched
2.周波数軸および時間軸アプローチの性能比較
(1)周波数軸及び時間軸アプローチ特性
キャリア周波数を40kHz,チップ速度を1kc/s,送信装置1及び受信装置2のキャリア周波数の周波数安定度をそれぞれ10ppmとした場合の、周波数軸アプローチ特性の計算結果を、α=π/8,π/4,π/2の3つの場合について図16に示す。また、時間軸アプローチ特性の計算結果を同様に図17に示す。また、周波数軸アプローチ特性のシミュレーション結果を図18に示し、時間軸アプローチ特性のシミュレーション結果を図19に示す。周波数軸アプローチでは、前記図7に示す受信装置2を用い、時間軸アプローチでは、前記図8に示す受信装置2を用いている。
2. Performance comparison of frequency axis and time axis approaches (1) Frequency axis and time axis approach characteristics Carrier frequency is 40kHz, chip speed is 1kc / s, carrier frequency frequency stability of
これらの図16〜図19から、周波数軸アプローチ及び時間軸アプローチともに、拡散系列長を大きくしたときの性能劣化はなく、キャリア周波数ずれ及び時間ずれを補償出来ていることが分かる。また、性能の劣化量は許容位相回転αにより調整できる。αを大きくすれば、許容誤差も大きくなるため、劣化量が大きくなるが、αを小さくすれば、劣化量が小さくなるため、正規化処理利得が1に近づく。 From FIG. 16 to FIG. 19, it can be seen that both the frequency axis approach and the time axis approach have no performance deterioration when the spreading sequence length is increased, and the carrier frequency shift and time shift can be compensated. Further, the performance deterioration amount can be adjusted by the allowable phase rotation α. Increasing α increases the allowable error and increases the deterioration amount. However, if α is decreased, the deterioration amount decreases and the normalization processing gain approaches 1.
比較例および本発明の実施例は、無線に限らず、有線でも適用できるため、有線に適用した場合のシミュレーション結果を図20、図21に示す。 Since the comparative example and the embodiment of the present invention can be applied not only to wireless but also to wired, simulation results when applied to wired are shown in FIGS.
図20及び図21は、αをπ/2、π/4とし、S/Nが良い場合(60dB)と悪い場合(-30dB)について、シミュレーション実験した結果であり、周波数軸アプローチ(比較例)、時間軸アプローチ(本発明の実施例)、理論計算値の特性をそれぞれ示している。いずれの結果も、拡散系列長Lが103以上になると、理論計算値と同様の結果となる。なお、S/Nが悪い場合(-30dB)においては、拡散系列長Lが小さいと、理論計算値とずれがあるが、これは実験における雑音の発生状況によるものと考えられる。 20 and 21 show the results of simulation experiments when α is π / 2 and π / 4 and the S / N is good (60 dB) and bad (-30 dB), and the frequency axis approach (comparative example). , The time axis approach (an embodiment of the present invention), and the characteristics of theoretical calculation values are shown. In either case, when the spreading sequence length L is 10 3 or more, the result is the same as the theoretical calculation value. In the case where the S / N is bad (−30 dB), if the spreading sequence length L is small, there is a deviation from the theoretical calculation value, which is considered to be due to the noise generation state in the experiment.
(2)演算量の比較
図22に、それぞれ数17と数20に示す周波数軸アプローチと時間軸アプローチの演算量を示す。
(2) Comparison of calculation amount FIG. 22 shows calculation amounts of the frequency axis approach and the time axis approach shown in
拡散系列長Lを大きくするとき、周波数軸アプローチ式はLの3乗に比例するのに対し、時間軸アプローチはLの2乗となる。また、時間軸アプローチの演算量は、許容位相回転αに依存しない。 When the spreading sequence length L is increased, the frequency axis approach formula is proportional to the cube of L, whereas the time axis approach is L square. Further, the amount of computation of the time axis approach does not depend on the allowable phase rotation α.
したがって、拡散系列長を大きくした長距離通信では、時間軸アプローチに必要な演算量は周波数軸アプローチの数桁分の1になり、管理センター側の信号処理負荷は小さく済むことが分かる。 Therefore, it can be seen that in long-distance communication with a long spreading sequence length, the amount of computation required for the time axis approach is one-several digits of the frequency axis approach, and the signal processing load on the management center side can be reduced.
(3)まとめ
シャノンの定理から通信距離と通信速度の関係を導出し、通信速度を低くすることで通信距離が拡大できることを示した。しかし、この変形シャノンの定理をスペクトル拡散通信に応用すると、送受信機間に生ずる周波数ずれと時間ずれが問題となることが分かった。
(3) Summary The relationship between communication distance and communication speed was derived from Shannon's theorem, and it was shown that the communication distance can be expanded by lowering the communication speed. However, when this modified Shannon's theorem is applied to spread spectrum communication, it has been found that the frequency shift and the time shift generated between the transmitter and the receiver become problems.
そこで、スペクトル拡散を応用した長距離無線通信として、周波数軸アプローチと時間軸アプローチによる。周波数ずれと時間ずれの補償方法について検討した。これら補償方法は、拡散系列を長くしても性能劣化はほとんどなく、劣化量は調整できることが分かった。 Therefore, the long-distance wireless communication using spread spectrum is based on the frequency axis approach and the time axis approach. The compensation method of frequency shift and time shift was examined. It has been found that these compensation methods have almost no performance degradation even when the spreading sequence is lengthened, and the degradation amount can be adjusted.
また、ずれ補償に必要な演算量は、周波数軸アプローチは拡散系列長の3乗に比例するのに対し、時間軸アプローチは拡散系列長の2乗で済むことが分かった。技術革新の著しいCPU性能の向上を考慮すると、特に時間軸アプローチは十分に実用可能と思われる。また、本発明の受信方法は、センサに搭載する無線機をそのまま使用できるため有利である。 In addition, the amount of computation required for deviation compensation was found to be proportional to the cube of the spreading sequence length in the frequency axis approach, while the square of the spreading sequence length is sufficient in the time axis approach. Considering the significant improvement in CPU performance due to technological innovation, the time axis approach seems to be practical enough. In addition, the receiving method of the present invention is advantageous because the wireless device mounted on the sensor can be used as it is.
以上のように、本実施例の受信方法では、受信信号をキャリア周波数の信号で周波数変換し、周波数変換した前記受信信号について、長さLの拡散系列を長さΔLの部分系列に分割し、各部分系列毎に逆拡散ベクトルを算出し、各部分系列毎に算出された逆拡散ベクトルの位相をそれぞれ正負に一定角度回転させて、2本の枝に分岐し、拡散系列の最後まで前記2本の枝に分岐を続けて2分木を生成し、2分木の最初から最後までの複数のパスについて、各部分系列毎に算出された逆拡散ベクトルを合成した合成逆拡散ベクトルのノルムをそれぞれ算出し、複数のパスのうち、合成逆拡散ベクトルのノルムが最大となるパスを復調すべき逆拡散データとして検出している。 As described above, in the receiving method of the present embodiment, the received signal is frequency-converted with a carrier frequency signal, and for the received signal that has been frequency-converted, the spread sequence of length L is divided into partial sequences of length ΔL, A despreading vector is calculated for each partial sequence, the phase of the despreading vector calculated for each partial sequence is rotated by a fixed angle, positive and negative, and branched into two branches. The bifurcation tree is generated by branching to the branches of the book, and the norm of the combined despreading vector obtained by synthesizing the despreading vectors calculated for each partial series is obtained for a plurality of paths from the beginning to the end of the binary tree. Each is calculated, and a path having the maximum norm of the combined despreading vector among a plurality of paths is detected as despread data to be demodulated.
また、キャリア周波数をF[Hz]とし、送信側での周波数安定度をAt[ppm]とし、受信側での周波数安定度をA r [ppm]とし、チップ速度をRC[cps]とし、拡散系列の長さをL[chip]とし、逆拡散ベクトルの算出過程で許容される位相回転をα[rad]としたときに、拡散系列を等間隔に分割する周波数ピッチΔfが上記数4であらわされ、これにより受信信号の長さLの拡散系列が、上記数5でn分割され、部分系列の長さΔLが、上記数6に示されるように分割している。
Further, the carrier frequency is F [Hz], the frequency stability of the transmitting side and A t [ppm], the frequency stability of the receiving side is A r [ppm], the chip rate and R C [cps] When the length of the spreading sequence is L [chip] and the phase rotation allowed in the despreading vector calculation process is α [rad], the frequency pitch Δf for dividing the spreading sequence at equal intervals is As a result, the spread sequence having the length L of the received signal is divided into n by the
この場合、2分木の最初から最後までの複数のパスのうち、合成逆拡散ベクトルのノルムが最大となるパスを復調すべき逆拡散データとして検出することにより、結果的に各部分系列毎に算出された逆拡散ベクトルの位相ずれ、すなわち周波数ずれが最小となる信号を検出することとなり、キャリア周波数ずれを最小化した受信信号の復調が可能となるため、信号の狭帯域化の制限を無くし、無線長距離通信が可能となる。 In this case, among the plurality of paths from the beginning to the end of the binary tree, the path having the maximum norm of the combined despreading vector is detected as the despread data to be demodulated. Since the signal with the smallest phase shift of the calculated despreading vector, that is, the frequency shift is detected, and the received signal can be demodulated with the carrier frequency shift minimized, the restriction on the narrowing of the signal is eliminated. Wireless long distance communication becomes possible.
また、本実施例の受信方法では、キャリア周波数をF[Hz]とし、送信側での周波数安定度をAt[ppm]とし、受信側での周波数安定度をAr[ppm]とし、チップ速度をRC[cps]とし、拡散系列長をL[chip]とし、逆拡散過程で許容される位相回転をα[rad]としたときに、各部分系列毎に逆拡散ベクトルの位相をそれぞれ正負に一定角度回転させるのに伴い、逆拡散ベクトルの位相回転の累積による時間軸変化が、逆拡散ベクトルの算出に際し最小スライド間隔に達したときに、上記数21で定義される時間ずれΔtを考慮して、逆拡散する前に入力する前記部分系列をずらしている。
Further, in the receiving method of the present embodiment, the carrier frequency is F [Hz], the frequency stability of the transmitting side and A t [ppm], the frequency stability of the receiving side is A r [ppm], chips When the speed is R C [cps], the spreading sequence length is L [chip], and the phase rotation allowed in the despreading process is α [rad], the phase of the despreading vector for each subsequence is When the time axis change due to the accumulation of the phase rotation of the despreading vector reaches the minimum slide interval when calculating the despreading vector as the positive and negative angles are rotated by a certain angle, the time shift Δt defined by the
この場合、各部分系列毎に逆拡散ベクトルの位相をそれぞれ正負に一定角度回転させるのに伴い、逆拡散ベクトルの位相回転の累積による時間軸変化が逆拡散ベクトルの算出に際し最小スライド間隔に達したとき、時間ずれΔtを考慮して、逆拡散する前に入力する部分系列をずらすことにより、時間ずれを補償することができ、信号の狭帯域化の制限を無くし、無線長距離通信が可能となる。 In this case, as the phase of the despreading vector is rotated by a certain angle positively or negatively for each partial series, the time axis change due to the accumulation of the phase rotation of the despreading vector reaches the minimum slide interval when calculating the despreading vector. When the time difference Δt is taken into consideration, the partial sequence input before despreading is shifted to compensate for the time shift, eliminating the limitation of narrowing the signal band and enabling wireless long-distance communication. Become.
また、本実施例の受信装置2では、キャリア周波数を生成するキャリア周波数生成手段32と、キャリア周波数によって周波数変換された受信信号を逆拡散する逆拡散手段であるマッチドフィルタ34と、受信信号の拡散系列を分割して部分系列毎に逆拡散ベクトルを算出し、逆拡散ベクトルの位相を正負に一定角度回転させて、2本の枝に分岐し、拡散系列の最後まで分岐を続ける2分木生成手段35と、2分木の最初から最後までの複数のパスについて、各部分系列毎に算出された逆拡散ベクトルを合成した合成逆拡散ベクトルのノルムをそれぞれ算出し、複数のパスのうち、合成逆拡散ベクトルのノルムが最大となるパスを復調すべき逆拡散データとして検出する最大値検出手段36と、最大値検出手段36の逆拡散データに基づいて、受信信号を復調する復調手段38と、を備えて構成されている。
Further, in the receiving
また、前記受信信号の長さLの拡散系列を、キャリア周波数をF[Hz]とし、送信装置1の周波数安定度をAt[ppm]とし、受信装置2の周波数安定度をAr[ppm]とし、チップ速度をRC[cps]とし、拡散系列長をL[chip]とし、逆拡散過程で許容される位相回転をα[rad]としたときに、拡散系列を等間隔に分割する周波数ピッチΔfが上記数4であらわされ、これにより受信信号の長さLの拡散系列が、上記数5でn分割され、前記部分系列の長さΔLが、上記数6に示される長さとする拡散系列分割手段を備えて構成されている。
Further, the spreading sequence of length L of the received signal, the carrier frequency is F [Hz], the frequency stability of the
この場合、受信信号の拡散系列を分割して部分系列毎に逆拡散ベクトルを算出し、前記逆拡散ベクトルの位相を正負に一定角度回転させ、2本の枝に分岐し、前記拡散系列の最後まで前記2本の分岐を続ける2分木生成手段35と、前記2分木の最初から最後までの複数のパスについて、各部分系列毎に算出された前記逆拡散ベクトルを合成した合成逆拡散ベクトルのノルムをそれぞれ算出し、前記複数のパスのうち、前記合成逆拡散ベクトルのノルムが最大となるパスを復調すべき逆拡散データとして検出する最大値検出手段36と、を備えたことにより、キャリア周波数ずれを最小化した受信信号の復調が可能となるため、信号の狭帯域化の制限を無くし、無線長距離通信が可能となる。 In this case, the spread sequence of the received signal is divided to calculate a despread vector for each partial sequence, the phase of the despread vector is rotated by a certain angle positively or negatively, branched into two branches, and the last of the spread sequence Binary tree generation means 35 that continues the two branches until and a combined despread vector obtained by synthesizing the despread vectors calculated for each partial series for a plurality of paths from the beginning to the end of the binary tree And a maximum value detecting means 36 for detecting, as despread data to be demodulated, a path having the maximum norm of the combined despreading vector among the plurality of paths. Since it is possible to demodulate the received signal with the frequency deviation minimized, there is no restriction on narrowing the signal band and wireless long-distance communication is possible.
また、本実施例の受信装置2は、キャリア周波数をF[Hz]とし、送信装置1の周波数安定度をAt[ppm]とし、受信装置2の周波数安定度をAr[ppm]とし、チップ速度をRC[cps]とし、拡散系列長をL[chip]とし、逆拡散過程で許容される位相回転をα[rad]としたときに、各部分系列毎に逆拡散ベクトルの位相をそれぞれ正負に一定角度回転させるのに伴い、前記逆拡散ベクトルの位相回転の累積による時間軸変化が前記マッチドフィルタ34の最小スライド間隔に達したときに、上記数7で定義される時間ずれΔtを考慮して、前記マッチドフィルタ34に入力する部分系列をずらす時間ずれ補償手段39を備えて構成されている。
The receiving
この場合、各部分系列毎に逆拡散ベクトルの位相をそれぞれ正負に一定角度回転させるのに伴い、逆拡散ベクトルの位相回転の累積による時間軸変化がマッチドフィルタ34の最小スライド間隔に達したときに、時間ずれΔt分だけ、マッチドフィルタ34の入力信号をずらす時間ずれ補償手段39を備えたことにより、時間ずれを補償することができ、信号の狭帯域化の制限を無くし、無線長距離通信が可能となる。
In this case, as the phase of the despreading vector is rotated positive and negative by a certain angle for each partial series, the time axis change due to the accumulation of the derotating vector phase rotation reaches the minimum slide interval of the matched
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば、上記実施例の二分木生成による探索では、すべての部分系列の分木させた枝に対して逆拡散ベクトル演算している。つまり、すべての枝について、最後の深さまで演算している。しかし、二分木生成の途中過程で、明らかに位相ずれが大きい枝については演算を打ち切って、演算量を減らしても良い。 In addition, this invention is not limited to the said Example, It can change in the range which does not deviate from the meaning of this invention. For example, in the search by binary tree generation in the above embodiment, despreading vector calculation is performed on the branches obtained by branching all the partial sequences. That is, all branches are calculated to the last depth. However, in the middle of the generation of the binary tree, the calculation may be reduced for a branch having a clearly large phase shift to reduce the calculation amount.
2 受信装置
32 周波数変動手段
34 マッチドフィルタ
35 二分木生成手段
36 最大値検出手段
37 探索手段
38 復調手段
39 時間ずれ補償手段
2 Receiver
32 Frequency variation means
34 matched filters
35 Binary tree generation means
36 Maximum value detection means
37 Search means
38 Demodulation means
39 Time shift compensation
Claims (4)
前記周波数変換した前記受信信号について、長さLの拡散系列を長さΔLの部分系列に分割し、
各部分系列毎に逆拡散ベクトルを算出し、
各部分系列毎に算出された前記逆拡散ベクトルの位相をそれぞれ正負に一定角度回転させて、2本の枝に分岐し、
前記拡散系列の最後まで前記2本の枝に分岐を続けて2分木を生成し、
前記2分木の最初から最後までの複数のパスについて、各部分系列毎に算出された前記逆拡散ベクトルを合成した合成逆拡散ベクトルのノルムをそれぞれ算出し、
前記複数のパスのうち、前記合成逆拡散ベクトルのノルムが最大となるパスを復調すべき逆拡散データとして検出し、
前記キャリア周波数をF[Hz]とし、送信側での周波数安定度をA t [ppm]とし、受信側での周波数安定度をA r [ppm]とし、チップ速度をR C [cps]とし、前記拡散系列の長さをL[chip]とし、前記逆拡散ベクトルの算出過程で許容される位相回転をα[rad]としたときに、
前記拡散系列を等間隔に分割する周波数ピッチΔfが次式であらわされ、
これにより前記受信信号の長さLの拡散系列が、次式でn分割され、
前記部分系列の長さΔLが、次式に示す値以下になることを特徴とするスペクトル拡散通信システムの受信方法。
Dividing the spread sequence of length L into partial sequences of length ΔL for the frequency-converted received signal;
Calculate the despreading vector for each partial series,
The phase of the despreading vector calculated for each partial series is rotated by a certain angle, positive and negative, and branched into two branches,
Continue branching to the two branches until the end of the spreading sequence to generate a binary tree;
For a plurality of paths from the beginning to the end of the binary tree, each calculates a norm of a combined despread vector obtained by combining the despread vectors calculated for each partial series,
Detecting a path having a maximum norm of the combined despreading vector among the plurality of paths as despread data to be demodulated ;
The carrier frequency is F [Hz], the frequency stability of the transmitting side and A t [ppm], the frequency stability of the receiving side is A r [ppm], the chip rate and R C [cps], When the length of the spreading sequence is L [chip] and the phase rotation allowed in the despreading vector calculation process is α [rad],
A frequency pitch Δf for dividing the spread sequence at equal intervals is expressed by the following equation:
As a result, the spread sequence of the received signal length L is divided into n by the following equation:
A receiving method of a spread spectrum communication system, wherein the length ΔL of the partial sequence is equal to or less than a value represented by the following equation .
次式で定義される時間ずれΔtを考慮して、逆拡散する前に入力する前記部分系列をずらすことを特徴とする請求項1記載のスペクトル拡散通信システムの受信方法。
Taking into account the time shift Δt which is defined by the following equation, reception method according to claim 1 spread-spectrum communication system, wherein the shifting the partial sequence to be entered before the despreading.
前記キャリア周波数によって周波数変換された受信信号について、長さLの拡散系列を長さΔLの部分系列に分割する拡散系列分割手段と、
前記拡散系列分割手段が分割した各部分系列毎に、前記受信信号を逆拡散して逆拡散ベクトルを算出する逆拡散手段であるマッチドフィルタと、
前記逆拡散ベクトルの位相を正負に一定角度回転させて、2本の枝に分岐し、前記拡散系列の最後まで前記2本の枝に分岐を続ける2分木生成手段と、
前記2分木の最初から最後までの複数のパスについて、各部分系列毎に算出された前記逆拡散ベクトルを合成した合成逆拡散ベクトルのノルムをそれぞれ算出し、前記複数のパスのうち、前記合成逆拡散ベクトルのノルムが最大となるパスを復調すべき逆拡散データとして検出する最大値検出手段と、
前記最大値検出手段の逆拡散データに基づいて、受信信号を復調する復調手段と、を備え、
キャリア周波数をF[Hz]とし、送信装置の周波数安定度をA t [ppm]とし、受信装置の周波数安定度をA r [ppm]とし、チップ速度をR C [cps]とし、前記拡散系列の長さをL[chip]とし、前記逆拡散ベクトルの算出過程で許容される位相回転α[rad]としたときに、
前記拡散系列を等間隔に分割する周波数ピッチΔfが次式であらわされ、
これにより前記受信信号の長さLの拡散系列が、次式でn分割され、
前記部分系列の長さΔLが、次式に示す値以下になるように前記拡散系列分割手段を構成したことを特徴とするスペクトル拡散通信システムの受信装置。
Spreading sequence dividing means for dividing a spread sequence of length L into partial sequences of length ΔL for a received signal frequency-converted by the carrier frequency ;
A matched filter that is a despreading unit that despreads the received signal and calculates a despread vector for each partial sequence divided by the spreading sequence dividing unit ;
By a predetermined angle rotates the phase sign of prior Kigyaku diffusion vector, it branched into branch 2, and a binary tree generating means to continue the branch to branch of the two until the end of the spreading sequence,
For each of a plurality of paths from the beginning to the end of the binary tree, a norm of a combined despread vector obtained by combining the despread vectors calculated for each partial series is calculated, and the combined among the plurality of paths A maximum value detecting means for detecting a path having the maximum despread vector norm as despread data to be demodulated;
A demodulating means for demodulating a received signal based on the despread data of the maximum value detecting means ,
The carrier frequency is F [Hz], the frequency stability of the transmitter and A t [ppm], the frequency stability of the receiver and A r [ppm], the chip rate and R C [cps], the spreading sequence And L [chip], and the phase rotation α [rad] allowed in the despread vector calculation process,
A frequency pitch Δf for dividing the spread sequence at equal intervals is expressed by the following equation:
As a result, the spread sequence of the received signal length L is divided into n by the following equation:
A receiving apparatus for a spread spectrum communication system, characterized in that the spreading sequence dividing means is configured such that the length ΔL of the partial sequence is equal to or less than a value represented by the following equation .
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