JP6257378B2 - Spread spectrum receiver - Google Patents
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Description
本発明は、スペクトル拡散受信機およびスペクトル拡散送信機に関する。 The present invention relates to a spread spectrum receiver and a spread spectrum transmitter.
スペクトル拡散通信は、ある帯域幅を持った送信信号を、より広い帯域幅に拡散させて伝送を行う方式である。スペクトル拡散通信は、他のシステムに与える干渉量を低減できる、強い耐干渉性を有する、無線伝搬路のフェージングに強い、といった利点から広く検討が行われている。 Spread spectrum communication is a method of transmitting a transmission signal having a certain bandwidth by spreading it over a wider bandwidth. Spread spectrum communication has been widely studied from the advantages of being able to reduce the amount of interference given to other systems, having strong interference resistance, and being strong against fading of radio propagation paths.
スペクトル拡散通信の一種である直接拡散方式は、送信信号に対して広帯域な拡散符号を乗じることでスペクトル拡散信号を得る。直接拡散方式の受信機では、受信信号に対して、送信機で乗算された拡散符号の複素共役を乗じる逆拡散処理を行い、広帯域に拡散された信号を元の狭帯域信号に戻してから所定の復調処理を行う。逆拡散処理は、受信機で保持している拡散符号を、受信信号に含まれる拡散符号に同期させて乗じる必要がある。そのため、受信機では、受信信号から拡散符号の先頭タイミングを検出する初期捕捉を行う必要がある。一般には、拡散符号としてPN(Pseudorandom Noise)系列等の自己相関特性が良い系列が使われる。このことを利用して、受信信号と、受信機で保持している拡散符号との相関演算を行い、ピークを検出することで初期捕捉を実現可能である。 The direct spreading method, which is a kind of spread spectrum communication, obtains a spread spectrum signal by multiplying a transmission signal by a wide band spreading code. In a direct spread system receiver, a despreading process is performed on the received signal by the complex conjugate of the spreading code multiplied by the transmitter, and the signal spread over a wide band is returned to the original narrowband signal and then predetermined. Is demodulated. In the despreading process, it is necessary to multiply the spreading code held in the receiver in synchronization with the spreading code included in the received signal. Therefore, the receiver needs to perform initial acquisition for detecting the leading timing of the spread code from the received signal. In general, a sequence having good autocorrelation characteristics such as a PN (Pseudorandom Noise) sequence is used as a spreading code. Utilizing this fact, the initial acquisition can be realized by performing a correlation operation between the received signal and the spreading code held in the receiver and detecting the peak.
スペクトル拡散通信における一次変調として、例えば、FSK(Frequency Shift Keying)を用いた場合、一般に一次変調信号波形は1シンボル内で変動することとなる。そのため、送信機は、受信機に対して一次変調信号があらかじめ既知の拡散信号を送信し、受信機は、保持している当該既知の拡散信号のレプリカと受信信号との相関演算を行い、ピークを検出することで初期捕捉を行う。このような既知信号を用いた初期捕捉方式の技術が、例えば、下記特許文献1において開示されている。 For example, when FSK (Frequency Shift Keying) is used as the primary modulation in spread spectrum communication, the primary modulation signal waveform generally varies within one symbol. Therefore, the transmitter transmits a spread signal whose primary modulation signal is known in advance to the receiver, and the receiver performs a correlation operation between the held replica of the known spread signal and the received signal, and performs peak calculation. Initial capture is performed by detecting. The technique of the initial acquisition method using such a known signal is disclosed in Patent Document 1 below, for example.
しかしながら、上記従来の技術によれば、既知信号を送信する必要があり、既知信号部分ではユーザ情報を伝送することができない。そのため、通信の効率が著しく損なわれる、という問題があった。 However, according to the above conventional technique, it is necessary to transmit a known signal, and user information cannot be transmitted in the known signal portion. Therefore, there has been a problem that communication efficiency is significantly impaired.
また、一般的に受信機では、同期処理として、初期捕捉処理の他に、送信機と受信機との間に存在する周波数オフセットの推定および補正を行う必要がある。上記従来の技術では、周波数オフセットが存在する環境下での初期捕捉性能の向上については言及されているものの、周波数オフセットの推定および補正については何ら開示されていない。すなわち、受信機では、初期捕捉確立後、別な手段を用いて周波数オフセットの引き込みを行う必要があり、装置規模、処理遅延が増加する、という問題があった。 In general, a receiver needs to estimate and correct a frequency offset existing between a transmitter and a receiver in addition to an initial acquisition process as a synchronization process. In the above conventional technique, although improvement of initial acquisition performance in an environment where a frequency offset exists is mentioned, no estimation and correction of frequency offset are disclosed. That is, in the receiver, after the initial acquisition is established, it is necessary to pull in the frequency offset using another means, and there is a problem that the apparatus scale and the processing delay increase.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、通信効率を損なうことなく高速に同期処理を実現可能なスペクトル拡散受信機およびスペクトル拡散送信機を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a spread spectrum receiver and a spread spectrum transmitter that can realize high-speed synchronization processing without impairing communication efficiency.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、スペクトル拡散送信機から、送信情報に依らず同一の周期であって送信情報毎に繰り返しパターンが異なる変調信号に対して、拡散符号を乗算した信号を受信する場合に、前記スペクトル拡散送信機からの受信信号に前記拡散符号の複素共役を乗算する拡散符号乗算手段と、前記拡散符号の複素共役を乗算後の信号を用いて、1シンボル内において規定されたシンボル間隔でチップ間の位相差を算出する位相差計算手段と、前記チップ間の位相差を加算する加算処理手段と、加算後のチップ間の位相差から電力値を算出する電力計算手段と、前記電力計算手段から入力した電力値および前記電力値に対応するチップ番号の情報に基づいて、拡散符号同期を判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果と前記チップ間の位相差とに基づいて、周波数オフセットを算出する周波数計算手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention spreads a modulated signal from a spread spectrum transmitter to a modulated signal having the same period and a different repetitive pattern for each transmission information regardless of transmission information. When receiving a signal multiplied by a code, a spread code multiplying means for multiplying the received signal from the spread spectrum transmitter by the complex conjugate of the spread code, and a signal after multiplying the complex conjugate of the spread code A phase difference calculating means for calculating a phase difference between chips at a symbol interval defined within one symbol, an addition processing means for adding the phase difference between the chips, and a power value from the phase difference between the chips after the addition. Power calculating means for calculating the power value, determination means for determining spreading code synchronization based on the power value input from the power calculating means and information on the chip number corresponding to the power value, Based on the determination result by the constant means and the phase difference between the chip, characterized in that it comprises a frequency calculating means for calculating a frequency offset, a.
本発明によれば、通信効率を損なうことなく高速に同期処理を実現できる、という効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that synchronization processing can be realized at high speed without impairing communication efficiency.
以下に、本発明にかかるスペクトル拡散受信機およびスペクトル拡散送信機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a spread spectrum receiver and a spread spectrum transmitter according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
まず、スペクトル拡散送信機の構成および動作について説明する。図1は、本実施の形態のスペクトル拡散送信機の構成例を示す図である。スペクトル拡散送信機は、変調部10と、拡散部11と、拡散符号生成部12と、D/A(Digital to Analog)変換部13と、高周波処理部14と、送信アンテナ15と、を備える。各構成の説明とともに、スペクトル拡散送信機の全体動作について説明する。なお、本実施の形態おいて、スペクトル拡散送信機は、一次変調として、信号の周波数を変化させることで情報を伝達するFSK(Frequency Shift Keying)を用いるものとする。
Embodiment 1 FIG.
First, the configuration and operation of the spread spectrum transmitter will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a spread spectrum transmitter according to the present embodiment. The spread spectrum transmitter includes a
変調部10は、情報ビットに応じて信号周波数を選択し、対応する複素正弦波信号を拡散部11へ出力する。図2は、本実施の形態の変調部10から出力する信号スペクトルイメージを示す図である。図2の例では、周波数軸上で8本のサブキャリアが定義されている様子を示している。サブキャリア20〜23は、変調部10において選択可能な4本のサブキャリア(以降、FSKサブキャリア20〜23と呼ぶ)を示し、サブキャリア24〜27は、変調部10において選択不可能な残りの4本のサブキャリアを示す。
The
ここで、4本のFSKサブキャリア20〜23は、8本のサブキャリアの中を等間隔に定義することとする。すなわち、1サブキャリアおきにFSKサブキャリアを定義する。4本のFSKサブキャリア20〜23から1本を選択するので、2ビットを同時に送信することが可能となる。変調部10では、例えば、情報ビット「0,0」を送信する場合はFSKサブキャリア20を、情報ビット「0,1」を送信する場合はFSKサブキャリア21を、情報ビット「1,0」を送信する場合はFSKサブキャリア22を、情報ビット「1,1」を送信する場合はFSKサブキャリア23を、それぞれ選択し、選択したFSKサブキャリアに対応する複素正弦波を拡散部11へ出力する。
Here, the four
拡散部11は、変調部10から入力された複素正弦波と、拡散符号生成部12から入力された拡散符号とを乗算し、その結果をD/A変換部13へ出力する。
The spreader 11 multiplies the complex sine wave input from the
D/A変換部13は、入力信号をアナログ信号に変換したのち、高周波処理部14へ出力する。
The D /
高周波処理部14は、入力信号を高周波にアップコンバートした後、送信アンテナ15から送信する。
The high
つぎに、スペクトル拡散受信機の構成および動作について説明する。図3は、本実施の形態のスペクトル拡散受信機の構成例を示す図である。スペクトル拡散受信機は、受信アンテナ30と、高周波処理部31と、A/D変換処理部32と、受信フィルタ33と、初期捕捉部34と、逆拡散処理部35と、復調部36と、制御部37と、を備える。各構成の説明とともに、スペクトル拡散受信機の全体動作について説明する。
Next, the configuration and operation of the spread spectrum receiver will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the spread spectrum receiver according to the present embodiment. The spread spectrum receiver includes a
スペクトル拡散送信機から送信された信号を受信アンテナ30で受信すると、高周波処理部31は、受信信号をダウンコンバートし、A/D変換処理部32は、ダウンコンバート後の受信信号を受信ディジタル信号に変換する。
When the signal transmitted from the spread spectrum transmitter is received by the
受信フィルタ33は、受信ディジタル信号に対してフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の受信ディジタル信号を、初期捕捉部34および逆拡散処理部35へ受け渡す。
The reception filter 33 performs a filtering process on the received digital signal, and passes the received digital signal after the filtering process to the
初期捕捉部34は、スペクトル拡散受信機が非同期状態にある場合、後述する同期処理を用いて拡散符号タイミングの推定および周波数オフセットの推定を行い、制御部37へ推定結果を通知する。
When the spread spectrum receiver is in an asynchronous state, the
制御部37は、逆拡散処理部35に対して、初期捕捉部34から受け取った拡散符号タイミングを用いて、フィルタ処理後の受信ディジタル信号に対して拡散符号の複素共役を乗算するように指示する。また、制御部37は、初期捕捉部34から受け取った周波数オフセットの推定値に基づいて、スペクトル拡散受信機の周波数オフセットを補正する。
The control unit 37 instructs the despreading processing unit 35 to multiply the received digital signal after filter processing by the complex conjugate of the spreading code using the spreading code timing received from the
逆拡散処理部35は、制御部37から通知された拡散符号タイミングを用いて、受信フィルタ33から受け取ったフィルタ処理後の受信ディジタル信号に対して、スペクトル拡散送信機(図1参照)の拡散符号生成部12で生成された拡散符号と複素共役の関係となる符号を乗算する。 The despreading processing unit 35 uses the spread code timing notified from the control unit 37 and applies the spread code of the spread spectrum transmitter (see FIG. 1) to the received digital signal after the filter processing received from the reception filter 33. The spreading code generated by the generation unit 12 is multiplied by a code having a complex conjugate relationship.
復調部36は、逆拡散処理部35から受け取った逆拡散後の信号に対して、送信信号を判定する処理を行い、情報データを復元する。
The
つづいて、本実施の形態において特徴的な動作を行う初期捕捉部34の構成および動作について詳細に説明する。図4は、本実施の形態の初期捕捉部34の構成例を示す図である。初期捕捉部34は、拡散符号乗算部40と、拡散符号生成部41と、位相差計算部42と、加算処理部43と、平均化処理部44と、電力計算部45と、判定部46と、周波数計算部47と、を備える。
Next, the configuration and operation of the
拡散符号乗算部40は、初期捕捉部34の前段の受信フィルタ33から受け渡されるフィルタ処理後の受信ディジタル信号と、拡散符号生成部41から受け渡される拡散符号とを入力とする。拡散符号乗算部40は、フィルタ処理後の受信ディジタル信号に拡散符号の複素共役を乗算し、乗算結果を位相差計算部42へ受け渡す。拡散符号乗算部40は、例えば、図5に示すシフトレジスタと乗算器を用いて構成することができる。図5は、本実施の形態の拡散符号乗算部40の構成例を示す図である。図5では、1シンボルを拡散符号長8の拡散符号を用いて拡散する場合を例示している。図5において、遅延素子50〜57は、1チップ長の遅延素子であり、拡散符号c0〜c7は、拡散符号生成部41から入力される拡散符号を示す。
The spread
拡散符号乗算部40において、受信フィルタ33から入力されたフィルタ処理後の受信ディジタル信号は、遅延素子50に入力されており、各乗算器の出力が後段の位相差計算部42に受け渡される。拡散符号乗算部40は、受信フィルタ33からの入力毎に、拡散符号c0*〜c7*の複素共役をフィルタ処理後の受信ディジタル信号に乗算し、乗算結果a0〜a7を位相差計算部42へ受け渡す。
In the spread
拡散符号生成部41は、拡散符号生成部12で生成された8チップを1周期とした拡散符号と複素共役の関係にある符号を生成し、拡散符号乗算部40へ出力する。
The spreading code generation unit 41 generates a code having a complex conjugate relationship with a spreading code in which eight chips generated by the spreading code generation unit 12 are one cycle, and outputs the code to the spreading
位相差計算部42は、拡散符号乗算部40から受け渡された拡散符号乗算後の信号に対して、シンボル内の所定のチップ間の位相差を計算し、加算処理部43へ出力する。
The
図6は、本実施の形態のFSKサブキャリア配置を用いた場合の1シンボル時間の信号波形を示す図である。図2に示すFSKサブキャリア配置に対応する。図6において、信号波形60〜63は、それぞれ情報ビット「0,0」,「0,1」,「1,0」,「1,1」を送信する場合の1シンボル時間の信号波形である。なお、変調部10から出力された信号波形は複素正弦波であり、同相成分と直交成分の両方を持つが、図6では、代表例として同相成分のみを示している。図6から分かる通り、変調部10で生成された複素正弦波は、情報ビットに依らずシンボル前半部とシンボル後半部とが同じ波形、すなわち、0.5シンボル間隔で同じ波形であることを示している。
FIG. 6 is a diagram illustrating a signal waveform of one symbol time when the FSK subcarrier arrangement according to the present embodiment is used. This corresponds to the FSK subcarrier arrangement shown in FIG. In FIG. 6,
このことを利用して、位相差計算部42は、入力された拡散符号乗算後の信号に対して、0.5シンボル間隔でチップ間の位相差を計算し、後段の加算処理部43へ出力する。具体的に、位相差計算部42は、位相差の計算として、拡散符号乗算部40から受け渡された乗算結果a0〜a7に対して「b0=a4×a0*」、「b1=a5×a1*」、「b2=a6×a2*」、「b3=a7×a3*」と計算する。なお、「*」は複素共役を示す。
Using this, the phase
加算処理部43は、位相差計算部42から入力された位相差b0〜b3を「d=b0+b1+b2+b3」のように全て足し合わせた後、加算結果dを平均化処理部44へ出力する。
The
平均化処理部44は、加算処理部43から入力された加算結果dを複数シンボル間で平均化する処理を行う。この処理は、例えば、平均化処理部44に8チップ分のデータを保持できるメモリを用意しておき、メモリの記憶内容を、入力された加算結果dとメモリで保持している信号との間で平均化した結果で更新していくことで実現できる。メモリのアドレスは入力信号が切り替わる毎にインクリメントしていき、最終の8チップ目のアドレスの次は先頭アドレスに戻るように巡回させればよい。
The averaging
電力計算部45は、平均化処理部44のメモリに保持されている平均化結果を1シンボル周期、すなわち、平均化処理部44が備える8チップ分のメモリで保持されているデータが等しく更新される毎に全て読み出し、各々の電力値を算出して大小を比較する。電力計算部45は、最大電力値を検出し、その値(最大電力値)とチップ番号を判定部46へ受け渡す。
The
判定部46は、電力計算部45から入力された最大電力値および最大電力値を取るチップ番号と、拡散符号同期に対する初期捕捉完了を判定するためのしきい値とを比較して、しきい値を満たしているか否かを判定する。しきい値判定方法としては、例えば、最大電力値に対するしきい値αと、連続検出回数に対するしきい値βを用意し、最大電力値がしきい値αを満たし、且つ、αを満たすチップ番号がβ回連続して同一であった場合に初期捕捉完了と判定する、という方法を用いることができる。判定部46は、しきい値判定結果と、最大電力値を取るチップ番号とを出力する。
The
周波数計算部47は、電力計算部45と同様に、平均化処理部44のメモリに保持されている平均化結果を1シンボル周期で全て読み出す。周波数計算部47は、判定部46から入力されたしきい値判定結果を参照し、しきい値を満たしているという信号を受け取った場合、判定部46からしきい値判定結果とともに入力されているチップ番号と等しいアドレスに格納されている平均化結果を取りだす。
Similar to the
つぎに、周波数計算部47は、取りだした平均化結果を用いて周波数オフセットを計算する。なお、平均化結果は位相差計算部42で計算された0.5シンボル間隔の位相差を平均化したものに相当する。これらの情報を用いて平均化結果(位相差)から周波数を導出することは、当業者であれば容易に実現できる。周波数計算部47は、最終的に、計算した周波数オフセットを出力する。なお、判定部46から入力されたしきい値判定結果が、しきい値を満たしていないことを示していた場合、周波数計算部47は、特に処理は行わず、例えば、周波数としてゼロを出力するといった、あらかじめ定めておいた初期状態を保持する。
Next, the
制御部37は、初期捕捉部34からしきい値を満たしたという通知を受けると、同時に通知されたチップ番号の情報から、逆拡散処理部35で用いるための拡散符号のタイミングを生成し、逆拡散処理部35へ通知する。また、制御部37は、周波数オフセットの計算結果に基づいて、周波数オフセットを引き込む処理を行う。
Upon receiving a notification that the threshold value is satisfied from the
以上説明したように、本実施の形態では、スペクトル拡散送信機において、変調部10は、情報ビットの値に依らず1シンボルの前半と後半とが同一の波形を示すようにFSKサブキャリアを定義することで、0.5シンボル間隔の周期で周期性を持ち、情報ビット毎に繰り返しパターンが異なる変調信号を生成して出力する。また、スペクトル拡散受信機の初期捕捉部34において、前述した送信波形の特徴を利用して、1シンボル内の前半と後半で位相差を算出し、合成した後に平均化する構成とした。これにより、スペクトル拡散受信機では、拡散符号乗算部40で拡散符号を乗じるタイミングが受信信号中の拡散符号タイミングと一致した場合に、平均化処理部44における当該タイミングの平均化処理結果の信号レベルが他のタイミングと比較して大きくなる。このことを利用して既知信号を用いることなく初期捕捉を完了することができる。また、スペクトル拡散受信機では、初期捕捉が完了したタイミングに対応する平均化処理結果から周波数オフセットを計算することが可能となる。その結果、スペクトル拡散送信機およびスペクトル拡散受信機の間では、通信効率を損なうことなく、高速に同期処理(初期捕捉・周波数オフセット推定)を完了するスペクトル拡散通信を行うことができる。
As described above, in the present embodiment, in the spread spectrum transmitter,
なお、本実施の形態では、位相差計算部42において、0.5シンボル間隔でチップ間の位相差を計算する構成としたが、これに限定するものではなく、異なるシンボル間隔で位相差を計算するように構成してもよい。例えば、16本のサブキャリアに対して等間隔に4本のFSKサブキャリアを定義するように変調部10を構成すると、送信する情報ビットに依らず1シンボル中の0.25シンボル間隔で周期的に同一波形をとる信号が生成される。この場合、位相差計算部42を0.25シンボル間隔で位相差を計算するように構成することができる。このように、位相差計算部42は、情報ビットに依らず1シンボル中に出現する信号の周期性と一致した間隔で、チップ間の位相差を計算するように構成することが可能である。一般に、位相差を計算するチップ間隔が狭くなると、より広い範囲の周波数オフセットを推定できるようになる。この結果、良好な同期性能を実現することができる。
In the present embodiment, the phase
実施の形態2.
本実施の形態では、全サブキャリアの中で4サブキャリアおきにFSKサブキャリアを定義する。また、初期捕捉部34において、位相差計算部、加算処理部、平均化処理部、電力計算部をそれぞれ2系統持つ構成とする。
Embodiment 2. FIG.
In the present embodiment, FSK subcarriers are defined every 4 subcarriers among all subcarriers. In addition, the
本実施の形態におけるスペクトル拡散送信機の構成は実施の形態1(図1参照)と同じである。ただし、変調部10から送信する信号は、図7に例示するような16本のサブキャリアに対して定義される4本のFSKサブキャリアに基づいて生成される。図7は、本実施の形態の変調部10から出力する信号スペクトルイメージを示す図である。図7の例では、周波数軸上で16本のサブキャリアが定義され、本実施の形態におけるFSKサブキャリアの定義方法を示すものである。FSKサブキャリア70〜73は、それぞれFSKサブキャリアを示す。変調部10は、例えば、送信する情報ビットについて、情報ビット「0,0」の場合はFSKサブキャリア70を選択し、情報ビット「0,1」の場合はFSKサブキャリア71を選択し、情報ビット「1,0」の場合はFSKサブキャリア72を選択し、情報ビット「1,1」の場合はFSKサブキャリア73を選択する。これに伴い、拡散符号生成部12は、1シンボル当たり16チップの長さの拡散符号を生成し、拡散部11は、変調部10からの出力と、1シンボル当たり16チップの長さの拡散符号とを掛け合わせる。
The configuration of the spread spectrum transmitter in the present embodiment is the same as that in the first embodiment (see FIG. 1). However, the signal transmitted from the
つぎに、スペクトル拡散受信機の構成および動作について説明する。本実施の形態のスペクトル拡散受信機の構成は実施の形態1(図3参照)と同様であるが、初期捕捉部34の構成が異なる。図8は、本実施の形態の初期捕捉部34の構成例を示す図である。初期捕捉部34は、拡散符号乗算部80と、拡散符号生成部81と、位相差計算部42,82と、加算処理部43,83と、平均化処理部44,84と、電力計算部45,85と、判定部86と、周波数計算部87と、を備える。なお、実施の形態1(図4参照)と同一の機能を有する箇所は同一の符号を付してその詳細説明を省略する。
Next, the configuration and operation of the spread spectrum receiver will be described. The configuration of the spread spectrum receiver of the present embodiment is the same as that of the first embodiment (see FIG. 3), but the configuration of the
本実施の形態の初期捕捉部34は、図7に例示する16サブキャリアに対してFSKサブキャリアが定義された送信信号に対応するように、1シンボル当たり16チップを前提として構成される。
The
拡散符号乗算部80は、図5と同様にシフトレジスタと乗算器で構成できるが、シフトレジスタと乗算器は各々16個ずつ備える。この場合、拡散符号乗算部80は、受信フィルタ33からの入力毎に、拡散符号c0´*〜c15´*の複素共役をフィルタ処理後の受信ディジタル信号に乗算し、乗算結果a0´〜a15´を位相差計算部42および位相差計算部82へ受け渡す。
The spread
拡散符号生成部81は、拡散符号生成部12で生成された16チップを1周期とした拡散符号と複素共役の関係にある符号を生成し、拡散符号乗算部80へ出力する。
The spreading code generation unit 81 generates a code having a complex conjugate relationship with a spreading code with 16 chips generated by the spreading code generation unit 12 as one cycle, and outputs the code to the spreading
位相差計算部42は、実施の形態1と同様に、0.5シンボル間隔でチップ間の位相差を計算する。以降、加算処理部43から電力計算部45は、実施の形態1と同様の処理を行う。結果として、電力計算部45から判定部86に対して、最大電力値と、対応するチップ番号が受け渡されることとなる。なお、拡散符号乗算部80から受け渡される乗算結果a0´〜a15´は、実施の形態1の乗算結果a0〜a7に対して、a0´はa0に相当し、a2´はa1に相当し、a4´はa2に相当し、a6´はa3に相当し、a8´はa4に相当し、a10´はa5に相当し、a12´はa6に相当し、a14´はa7に相当する。
The phase
位相差計算部82は、入力信号に対して所定の間隔で1シンボル内のチップ間の位相差を計算する点は位相差計算部42と同様であるが、位相差を計算する間隔が位相差計算部42と異なるように構成される。本実施の形態では、位相差計算部82は、0.25シンボル間隔でチップ間の位相差を計算することとする。なお、位相差計算部42と位相差計算部82で用いられるシンボル間隔は、1シンボル内で複素正弦波が示す周期性に従い、拡散符号を乗じるタイミングが受信信号中の拡散符号周期と同期したタイミングであった場合に同一波形同士で位相差計算ができる間隔となるように選択する。
The phase difference calculation unit 82 is the same as the phase
図9は、本実施の形態のFSKサブキャリア配置を用いた場合の1シンボル時間の信号波形を示す図である。FSKサブキャリア配置を用いた場合の1シンボル時間の信号波形を例示する。図7に示すFSKサブキャリア配置に対応する。図9において、信号波形90〜93は、それぞれ情報ビット「0,0」,「0,1」,「1,0」,「1,1」を送信する場合の1シンボル時間の信号波形である。なお、変調部10から出力された信号波形は複素正弦波であり、同相成分と直交成分の両方を持つが、図9では、代表例として同相成分のみを示している。図9から分かる通り、変調部10で生成された複素正弦波は、情報ビットに依らず、シンボル前半部とシンボル後半部とが同じ波形、すなわち、0.5シンボル間隔で同じ波形であり、かつ、シンボルの1/4毎に同じ波形、すなわち、0.25シンボル間隔で同じ波形であることを示している。
FIG. 9 is a diagram illustrating a signal waveform of one symbol time when the FSK subcarrier arrangement according to the present embodiment is used. The signal waveform of 1 symbol time at the time of using FSK subcarrier arrangement | positioning is illustrated. This corresponds to the FSK subcarrier arrangement shown in FIG. In FIG. 9,
このことを利用して、位相差計算部82は、入力された拡散符号乗算後の信号に対して、0.25シンボル間隔でチップ間の位相差を計算し、後段の加算処理部83へ出力する。以降、加算処理部83から電力計算部85は、位相差計算部82の処理結果に対して加算処理部43から電力計算部45と同一の処理を別系統で実施する。
Utilizing this fact, the phase difference calculation unit 82 calculates the phase difference between chips at an interval of 0.25 symbols with respect to the input signal after multiplication of the spread code, and outputs it to the addition processing unit 83 in the subsequent stage. To do. Thereafter, the addition processing unit 83 to the power calculation unit 85 perform the same processing as that of the
なお、位相差計算部42の出力に対する処理と位相差計算部82の出力に対する処理とを別系統で実施するための構成は任意の構成とすることができる。それぞれ別回路を独立に設けてもよいし、演算機能は時分割で共用し、計算結果を保持するメモリだけ独立に持たせることで結果的に別系統を用いて実施したことと等価な構成にしてもよい。電力計算部85は、判定部86に対して、最大電力値と、対応するチップ番号を出力する。
In addition, the structure for implementing the process with respect to the output of the phase
判定部86は、電力計算部45および電力計算部85からそれぞれ入力された最大電力値と対応するチップ番号とを用いてしきい値判定を行う。判定部86は、2つの電力計算部45,85から入力される最大電力値を足し合わせた値と、しきい値αとを比較する。また、2つの電力計算部45,85から入力されるチップ番号が同一かどうかを調べ、同一であった場合は、当該チップ番号が最大電力値を示した連続回数としきい値βとを比較する。判定部86は、最大電力値を足し合わせた値がαより大きく、且つ、当該チップ番号が最大電力値を示した連続回数がβ回となった場合にしきい値を満たしたと判定する。それ以外の場合はしきい値を満たしていないと判定する。判定部86は、しきい値判定結果と、最大電力値を取るチップ番号とを出力する。
The
周波数計算部87は、実施の形態1における周波数計算部47と同様に、判定部86からしきい値を満たしたという通知を受け取ると、最大電力値を取るチップ番号の平均化結果を読み出し、周波数オフセットを計算する。ここで、本実施の形態では、平均化処理部44のメモリに保持されている信号(0.5シンボル間隔で計算された位相差)と、平均化処理部84のメモリに保持されている信号(0.25シンボル間隔で計算された位相差)とを読み出して、これら2つの信号からそれぞれ周波数オフセットを計算する。その後、2つの周波数オフセット計算結果を合成し、出力する。ここで、周波数オフセット計算結果の合成には、例えば、下記に示す文献で開示されるような公知の技術を用いることで、当業者であれば容易に実現可能である。
Similarly to the
Hiroshi KUBO,Keishi MURAKAMI,Makoto MIYAKE,Tadashi FUJINO著,“A Multiple Open−Loop Frequency Estimation Based on Differential Detection for MPSK” IEICE Trans.Commun,VOL−E82−B,No.1,January 1999. Hiroshi KUBO, Keishi MURAKAMI, Makito MIYAKE, Tadashi FUJINO, “A Multiple Open-Loop Frequent Sense Ref. Commun, VOL-E82-B, no. 1, January 1999.
以上説明したように、本実施の形態では、スペクトル拡散送信機において、変調部10は、図7に示すように16本のサブキャリアに対して、4サブキャリア間隔でFSKサブキャリアを定義することで、情報ビットに依らず1シンボル内に0.5シンボル間隔と0.25シンボル間隔の異なる周期で周期性を持ち、情報ビット毎に繰り返しパターンが異なる変調信号を生成する。また、スペクトル拡散受信機において、初期捕捉部34は、前述したシンボル内の周期性と一致した間隔でチップ間の位相差を計算する2系統の位相差計算部、加算処理部、平均化処理部、および、電力計算部を持つ構成とした。さらに、2系統の処理結果を用いてしきい値判定並びに周波数オフセットの計算を行うこととした。これにより、2つの異なるシンボル間隔から計算された位相差に基づいて初期捕捉および周波数オフセット推定を行うことが可能となり、高速且つ高精度に同期処理を完了できるという効果を奏する。
As described above, in the present embodiment, in the spread spectrum transmitter,
なお、本実施の形態では、図7に例示したFSKサブキャリアの定義方法としたが、これに限定されず、情報ビットによらず1シンボル内で周期性を示す配置であれば任意のFSKサブキャリア定義を用いることができる。このとき、1シンボル内で周期性を示す組合せが0.5シンボル、および、0.25シンボルの2パターンより多い場合、初期捕捉部には、位相差計算部〜電力計算部までの処理系統を周期性のパターン数だけ用意するように構成することができる。初期捕捉部で使用する周期性のパターン数が増加するほど初期同期性能の向上が期待できる。 In the present embodiment, the FSK subcarrier definition method illustrated in FIG. 7 is used. However, the present invention is not limited to this, and any FSK subcarrier may be used as long as it has periodicity within one symbol regardless of information bits. A carrier definition can be used. At this time, when there are more combinations that show periodicity within one symbol than two patterns of 0.5 symbols and 0.25 symbols, the initial acquisition unit includes a processing system from the phase difference calculation unit to the power calculation unit. The number of periodic patterns can be prepared. An improvement in initial synchronization performance can be expected as the number of periodic patterns used in the initial acquisition unit increases.
また、本実施の形態では、判定部86において、電力計算部45と電力計算部85とから入力される最大電力値の和を用いてしきい値判定する構成としたが、例えば、どちらか一方の電力値のみ使用してもよい。これにより、処理量の削減が可能となる。また、電力計算部45と電力計算部85とから入力される、最大電力値を示すチップ番号が同一であることをしきい値判定の条件としたが、例えば、どちらか一方だけに着目して、当該チップ番号が連続的にβ回出現することをしきい値判定の条件としてもよい。あるいは、電力計算部45と電力計算部85とから入力される、最大電力値を示すチップ番号には依らず、電力和が最大となるチップ番号が連続的にβ回出現することをしきい値判定の条件とすることもできる。判定部86におけるしきい値設定およびしきい値判定方法は、通信環境と初期同期性能に対する要求条件等から必要とされる性能を満足する任意の方法とすることができる。
In the present embodiment, the
また、周波数計算部87において、平均化処理部44と平均化処理部84との平均化結果それぞれに対して周波数オフセットを計算した後、合成するように構成したが、どちらか一方のみを用いて周波数オフセットを計算するようにしてもよい。このように構成することで、処理量の削減が期待できる。また、周波数オフセットを計算するために使用する、平均化処理部44と平均化処理部84とから読み出す位相差は、異なるチップ番号を参照しても良い。例えば、平均化処理部44と平均化処理部84から読み出す位相差は、それぞれ、電力計算部45と電力計算部85とから入力される、最大電力値を示すチップ番号とすることができる。この場合、最大電力値を示すチップ番号が異なる状態で同期判定がなされるような場合に、より確からしい位相差に基づいて周波数オフセットを計算できる。
Further, in the frequency calculation unit 87, the frequency offset is calculated for each of the averaged results of the averaging
以上、本発明の詳細を例示したが、本発明の範囲は上記で説明した実施の形態に限定されず、考えうるあらゆる構成がその範囲に含まれる。 The details of the present invention have been illustrated above, but the scope of the present invention is not limited to the embodiment described above, and all possible configurations are included in the scope.
以上のように、本発明にかかるスペクトル拡散受信機およびスペクトル拡散送信機は、スペクトル拡散通信に有用であり、特に、直接拡散方式に適している。 As described above, the spread spectrum receiver and the spread spectrum transmitter according to the present invention are useful for spread spectrum communication, and are particularly suitable for the direct spread system.
10 変調部、11 拡散部、12 拡散符号生成部、13 D/A変換部、14 高周波処理部、15 送信アンテナ、30 受信アンテナ、31 高周波処理部、32 A/D変換処理部、33 受信フィルタ、34 初期捕捉部、35 逆拡散処理部、36 復調部、37 制御部、40,80 拡散符号乗算部、41,81 拡散符号生成部、42,82 位相差計算部、43,83 加算処理部、44,84 平均化処理部、45,85 電力計算部、46,86 判定部、47,87 周波数計算部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記スペクトル拡散送信機からの受信信号に前記拡散符号の複素共役を乗算する拡散符号乗算手段と、
前記拡散符号の複素共役を乗算後の信号を用いて、1シンボル内において規定されたシンボル間隔でチップ間の位相差を算出する位相差計算手段と、
前記チップ間の位相差を加算する加算処理手段と、
加算後のチップ間の位相差から電力値を算出する電力計算手段と、
前記電力計算手段から入力した電力値および前記電力値に対応するチップ番号の情報に基づいて、拡散符号同期を判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果と前記チップ間の位相差とに基づいて、周波数オフセットを算出する周波数計算手段と、
を備えることを特徴とするスペクトル拡散受信機。 When receiving a signal obtained by multiplying a modulation signal having a repetition pattern that is the same period and different for each transmission information from a spread spectrum transmitter by a spreading code, regardless of transmission information,
Spreading code multiplication means for multiplying the received signal from the spread spectrum transmitter by the complex conjugate of the spreading code;
A phase difference calculating means for calculating a phase difference between chips at a symbol interval defined in one symbol using a signal obtained by multiplying the complex conjugate of the spreading code;
Addition processing means for adding the phase difference between the chips;
Power calculating means for calculating a power value from the phase difference between the chips after the addition,
Determination means for determining spreading code synchronization based on the power value input from the power calculation means and the chip number information corresponding to the power value;
A frequency calculating means for calculating a frequency offset based on a determination result by the determining means and a phase difference between the chips;
A spread spectrum receiver.
前記スペクトル拡散送信機からの受信信号に前記拡散符号の複素共役を乗算する拡散符号乗算手段と、
前記拡散符号の複素共役を乗算後の信号を用いて、1シンボル内のチップ間の位相差を算出する位相差計算手段と、
前記チップ間の位相差を加算する加算処理手段と、
加算後のチップ間の位相差から電力値を算出する電力計算手段と、
前記電力計算手段から入力した電力値および前記電力値に対応するチップ番号の情報に基づいて、拡散符号同期を判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果と前記チップ間の位相差とに基づいて、周波数オフセットを算出する周波数計算手段と、
を備え、
スペクトル拡散送信機から、送信情報に依らず同一の周期であって送信情報毎に繰り返しパターンが異なり、かつ、複数の異なる周期に対応した前記繰り返しパターンを有する変調信号に対して、拡散符号を乗算した信号を受信する場合に、
前記位相差計算手段、前記加算処理手段、および前記電力計算手段を複数備え、前記位相差計算手段、前記加算処理手段、および前記電力計算手段による系統を複数構成し、
複数の前記位相差計算手段は、それぞれが異なる前記周期に対応したチップ間の位相差を算出し、
前記判定手段は、各系統の複数の前記電力計算手段から入力した電力値および前記電力値に対応するチップ番号の情報に基づいて、拡散符号同期を判定し、
前記周波数計算手段は、前記判定手段による判定結果と前記異なる周期に対応したチップ間の位相差とに基づいて、周波数オフセットを算出する、
ことを特徴とするスペクトル拡散受信機。 When receiving a signal obtained by multiplying a modulation signal having a repetition pattern that is the same period and different for each transmission information from a spread spectrum transmitter by a spreading code, regardless of transmission information,
Spreading code multiplication means for multiplying the received signal from the spread spectrum transmitter by the complex conjugate of the spreading code;
A phase difference calculating means for calculating a phase difference between chips in one symbol using a signal after multiplication of the complex conjugate of the spreading code;
Addition processing means for adding the phase difference between the chips;
Power calculating means for calculating a power value from the phase difference between the chips after the addition,
Determination means for determining spreading code synchronization based on the power value input from the power calculation means and the chip number information corresponding to the power value;
A frequency calculating means for calculating a frequency offset based on a determination result by the determining means and a phase difference between the chips;
With
A spread signal is multiplied by a spread code from a spread spectrum transmitter to a modulated signal having the same period regardless of transmission information, a different repetition pattern for each transmission information, and having the repetition pattern corresponding to a plurality of different periods. When receiving
A plurality of the phase difference calculation means, the addition processing means, and the power calculation means, a plurality of systems comprising the phase difference calculation means, the addition processing means, and the power calculation means,
The plurality of phase difference calculating means calculate the phase difference between chips corresponding to the different periods,
The determination means determines spread code synchronization based on the power value input from the plurality of power calculation means of each system and the chip number information corresponding to the power value,
The frequency calculation means calculates a frequency offset based on a determination result by the determination means and a phase difference between chips corresponding to the different periods;
Features and to Luz spectrum spread receiver that.
ことを特徴とする請求項1または2に記載のスペクトル拡散受信機。 The modulated signal is a signal modulated by FSK (Frequency Shift Keying).
The spread spectrum receiver according to claim 1 or 2.
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