(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともパルス位置変調方式で変調されたパルス系列信号を同期検波して得られた検波信号に対して、当該パルス系列信号をオン・オフキーイングで送信されたパルス列として観測し、該オン・オフキーイングの時間間隔と該オン・オフ値で特徴付けられるトレリス状態遷移を使用した最尤系列推定法を適用することにより、受信した前記パルス列のオン・オフ値を決定するパルスデコード手段と、
前記パルス列に対しパルス位置変調方式で送信した情報データをデコードするデータデコード手段と、を含むことを特徴とする受信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の受信装置であって、
少なくともＮ個（Ｎは１以上の整数）以上の送信源から送信される前記パルス系列信号を受信した場合には、２のＮ乗個の状態を持つ前記トレリス状態遷移に対して復号処理する手段を含むことを特徴とする受信装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の受信装置であって、
前記パルス系列信号が、既知のパルス列であるプリアンブルを含む場合に、前記パルス系列信号と前記プリアンブルのパルス列との相関値を算出する相関値算出手段と、
算出された前記相関値のピーク値に基づいて前記パルス系列信号の受信タイミングを算出するタイミング算出手段と、を含み、
前記パルスデコード手段が、前記タイミング信号を用いて前記パルス列のオン・オフ値を決定することを特徴とする受信装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の受信装置であって、
前記パルスデコード手段は、受信した前記パルス系列信号が前記パルス位置変調方式に加えパルス位相変調方式により変調されている信号の場合に、当該パルス系列信号に対して、パルス位置変調によるパルスのオン・オフ値と位相変調による位相情報とにより特徴付けられる複素シンボル値を用いて、パルス位置変調によるパルスのオン・オフ値と位相変調による情報とにより特徴付けられるトレリス状態遷移に対してパルスデコード処理を行うことを特徴とする受信装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の受信装置であって、
前記プリアンブルを含む前記パルス系列信号は、航空管制用２次レーダのモードＳで規定された信号であることを特徴とする受信装置。
【請求項６】
少なくともパルス位置変調方式で変調されたパルス系列信号を同期検波して得られた検波信号に対して、当該パルス系列信号をオン・オフキーイングで送信されたパルス列として観測し、該オン・オフキーイングの時間間隔と該オン・オフ値で特徴付けられるトレリス状態遷移を使用した最尤系列推定法を適用することにより、受信した前記パルス列のオン・オフ値を決定するパルスデコード手順と、前記パルス列に対しパルス位置変調方式で送信した情報データをデコードするデータデコード手順と、を含むことを特徴とする受信方式。
【請求項７】
請求項６に記載の受信方式であって、
少なくともＮ個（Ｎは１以上の整数）以上の送信源から送信される前記パルス系列信号を受信した場合には、２のＮ乗個の状態を持つ前記トレリス状態遷移に対して復号処理する手順を含むことを特徴とする受信方式。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の受信方式であって、
前記パルス系列信号が、既知のパルス列であるプリアンブルを含む場合に、前記パルス系列信号と前記プリアンブルのパルス列との相関値を算出する相関値算出手順と、
算出された前記相関値のピーク値に基づいて前記パルス系列信号の受信タイミングを算出するタイミング算出手順と、を含み、
前記パルスデコード手順が、前記タイミング信号を用いて前記パルス列のオン・オフ値を決定することを特徴とする受信方式。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれか１項に記載の受信方式であって、
前記パルスデコード手順は、受信した前記パルス系列信号が前記パルス位置変調方式に加えパルス位相変調方式により変調されている信号の場合に、当該パルス系列信号に対して、パルス位置変調によるパルスのオン・オフ値と位相変調による位相情報とにより特徴付けられる複素シンボル値を用いて、パルス位置変調によるパルスのオン・オフ値と位相変調による情報とにより特徴付けられるトレリス状態遷移に対してパルスデコード処理を行うことを特徴とする受信方式。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれか１項に記載の受信方式であって、
前記プリアンブルを含む前記パルス系列信号は、航空管制用２次レーダのモードＳで規定された信号であることを特徴とする受信方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス位置変調方式を用いて送信されるパルス系列信号を受信するための受信装置及び、受信方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空管制用二次レーダ（SSR:Secondary  Surveilliance  Radar）モードＳは、機上トランスポンダと受信局間にて、１対１でデータをやり取りできるレーダである。ここで使用される信号には、各種の質問信号や応答信号の他、機上のトランスポンダ、機上の位置情報や速度などの情報をランダムアクセスで放送するための拡張スキッタと呼ばれる信号がある。
【０００３】
拡張スキッタ信号は、ランダムアクセスで使用されるという特性上、他機が送信するモードＳ信号に対する非同期混信妨害（FRUIT:False  Replies  Unsynchronized  to  Interrogator  Transmission）となる。
【０００４】
ＦＲＵＩＴが生じた場合の解決技術として非特許文献１においては、受信信号の包絡線からパルスの重なりを推定し、パルスの値を判定する方法、また異なる送信源から同一周波数の搬送波で送信された信号の周波数誤差に着目してパルスを分離する方法が開示されている。また、振幅の違いに着目する方法として、立ち上がりエッジを検出し、パルスのレベルに応じてパルスがオン（ビットの値として’１’）であるのか、オフ（ビットの値として’０’）であるのかを判断する技術が開示されている。
【０００５】
また、非特許文献２にかかる方法では、アレー信号処理を使って、信号の到来方向の推定精度を高めることで、パルスを分離する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ANALISYS  OF  SSR  SIGNALS  BY  SUPER  RESOLUTION  ALGORITHMS,GASPARE  GALATI,SIMONE  BARTOLINI,LUCA  MENE;SIGNAL  PROCESSING  AND  INFORMATION  TECHNOLOGY,2004.  PROCEEDINGS  OF  THE  FOURTH  IEEE  INTERNATIONAL  SYMPOSIUM
【非特許文献２】1090MHZ  CHANNEL  CAPACITY  IMPROVEMENT  IN  THEAIR  TRAFFIC  CONTROL  CONTEXT,G.GLALATI,E.G.PIRACCI,N.PETROCHILOS,F.FIORI;PROCEEDINGS  OF  ESAV’08-SEPTEMVER  3-5-CAPRI,ITALY
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１の受信信号の包絡線にかかる方法では、スレッショルドや条件判断要素が多く、処理が複雑となる問題がある。また、周波数の違いに着目する方法では、各パルスの搬送波周波数に大きな誤差がないとあまり効果が得られない問題がある。
【０００８】
また、非特許文献２にかかる方法では、複数のアレー素子が必要となり、さらに送信源と各アレー間の伝搬路情報の計算が必要となるなど処理や装置が複雑化する問題がある。また、分解能を超える干渉には対応できない問題がある。
【０００９】
本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、複数の送信源がランダムアクセスで同一のパルス位置変調方式を用いて信号を送信する場合に生じる干渉の問題を、簡単な構成かつ処理方法で解決可能な受信装置及び、受信方式を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、受信装置は、少なくともパルス位置変調方式で変調されたパルス系列信号を同期検波方法により得られた検波信号に対して、当該パルス系列信号をオン・オフキーイングで送信されたパルス列として観測し、該オン・オフキーイングの時間間隔と該オン・オフ値で特徴付けられるトレリス状態遷移を使用した最尤系列推定法を適用することにより、受信したパルス列のオン・オフ値を決定するパルスデコード手段と、パルス列に対しパルス位置変調方式で送信した情報データをデコードするデータデコード手段と、を備える。
【００１１】
また、受信方式は、少なくともパルス位置変調方式で変調されたパルス系列信号を同期検波により得られた検波信号に対して、当該パルス系列信号をオン・オフキーイングで送信されたパルス列として観測し、該オン・オフキーイングの時間間隔と該オン・オフ値で特徴付けられるトレリス状態遷移を使用した最尤系列推定法を適用することにより、受信した前記パルス列のオン・オフ値を決定するパルスデコード手順と、前記パルス列に対しパルス位置変調方式で送信した情報データをデコードするデータデコード手順と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に依れば、パルス系列信号をオン・オフキーイングで送信されたパルス列として観測することで、該オン・オフキーイングの時間間隔と該オン・オフ値で特徴付けられるトレリス状態遷移を使用した最尤系列推定法を適用することが可能となり、受信したパルス列のオン・オフ値を決定した後に、パルス位置変調によるデータをデコードするために、受信信号の包絡線に関わる条件判断などの処理を入れることなく、また異なる送信源からの信号の搬送波周波数の誤差の大小に依存することのなく、簡単な構成、かつ、処理方法で、信号間に干渉が発生した場合でもデータを復号できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態の説明に適用される受信装置のブロック図である。
【図２】第１の実施形態にかかるサンプリング回路の詳細ブロック図である。
【図３】第１の実施形態にかかるプリアンブル回路の詳細ブロック図である。
【図４】第１の実施形態にかかる伝搬路情報生成回路の詳細ブロック図である。
【図５】第１の実施形態にかかるデコーダ回路の詳細ブロック図である。
【図６】第１の実施形態にかかるタイミングチャートを示す図で、（ａ）はＳＳＲモードのフォーマットのタイミングチャート、（ｂ）はデータ転送例としてのデータデコード列のタイミングチャート、（ｃ）はオン・オフキーイングとして見た場合のパルスデコード列のタイミングチャートである。
【図７】第１の実施形態にかかるタイミングチャートを示す図で、（ａ）はパルス系列Ｕ１のタイミングチャート、（ｂ）はパルス系列Ｕ２のタイミングチャート、（ｃ）はサンプリング回路における相関部の起動タイミング、（ｄ）はサンプリング回路におけるカウンタの起動タイミング、（ｅ）はプリアンブル同期回路における起動タイミング、（ｆ）はサンプル値メモリ回路の起動タイミングである。
【図８】第１の実施形態にかかるタイミングチャートを示す図で、（ａ）は３つのパルス系列の到着タイミング、（ｂ）はサンプル値メモリ回路の動作タイミング、（ｃ）は伝搬路情報生成回路の動作タイミング、（ｄ）はパルスデコード回路の動作タイミングである。
【図９】第１の実施形態にかかるパルスデコード回路におけるトレリス状態を説明する図で、（ａ）は２つの干渉し合うパルス系列の各チップ値及び状態数、（ｂ）は２つのパルス系列が時間的に重なるチップ値を利用してできる４つの状態を持つトレリス状態遷移を示している。
【図１０】第１の実施形態にかかるパルスデコード回路及びデータデコード回路の手順を説明するフローチャートである。
【図１１】第１の実施形態にかかるパルス系列Ｕ１とＵ２とにおけるパルスデコード結果であるパルスオン・オフ値及びデータデコード結果を示す図である。
【図１２】第１の実施形態にかかるビット区間内に１チップのみパルスを送信するタイプの多値パルス位置変調方式の拡張方法を例示する図で、（ａ）は１チップで１ビット送信する場合、（ｂ）は１チップで２ビット送信する場合、（ｃ）は１チップで３ビット送信する場合の図である。
【図１３】第２の実施の形態にかかる複数の受信局を用いたシステムのブロック図である。
【図１４】第２の実施の形態にかかる中央処理局のブロック図である。
【図１５】第２の実施の形態にかかる中央処理局の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、パルス位置変調方式を用いて複数送信源がランダムアクセスでパルス系列信号を送信する環境において、信号間に干渉が発生した場合における受信信号の復号方法についての受信装置及び受信方式に関する。
【００１５】
本発明では、受信信号に対して同期検波を行って得られる伝搬路情報を利用して、受信パルス系列信号のレプリカを作成する。一方、各送信源から送信されるパルス系列をオン・オフキーイングによるパルス列とみなし、各送信源のパルス列のオン・オフ値を状態としたトレリス状態遷移を考える。そして、受信信号のレプリカと受信信号の測定値との二乗誤差をメトリックとして、最尤系列推定の手法を用いてパルス列の推定を行い、各送信源からの情報を同時にデコードする。
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる受信装置のブロック図である。受信装置２は、ＲＦ処理回路１２、同期検波回路１３、ＡＤ変換回路１４、サンプリング回路１５、プリアンブル同期回路１６、サンプル値メモリ回路１７、伝搬路情報生成回路１８、パルスデコード回路１９、データデコード回路２０を備える。そして、送信源からのパルス系列がアンテナ１１で受信されて、当該受信装置２で処理される。
【００１６】
ＲＦ処理回路１２は、アンテナ１１で受信された信号に対して増幅、ダウンコンバート、帯域制限フィルタリング等を行う。同期検波回路１３は、受信信号を同期検波して得られる複素信号(ＩＱ信号)を出力する。ＡＤ変換回路１４には、同期検波回路１３からの信号が入力されて、この信号を高速の周波数（以下、ＡＤタイミングと呼ぶ）でサンプリングし、サンプル値として出力する。
【００１７】
サンプリング回路１５にはＡＤ変換回路１４からのサンプル値が入力されて、パルスのオン・オフを決定するタイミングであるサンプリングタイミング（以下、パルスタイミングと呼ぶ）を生成し、このパルスタイミングにおけるサンプル値が出力される。
【００１８】
プリアンブル同期回路１６には、サンプリング回路１５からのサンプル値が入力されて、既知のパルス列プリアンブルとの相関を取る。得た相関値の絶対値もしくは２乗値をモニターすることでパルス系列（パルスの列によるプリアンブルとデータで構成されるパケット）の同期を確立させ、パルス系列の開始タイミングを出力する。
【００１９】
サンプル値メモリ回路１７にはサンプリング回路１５からサンプル値が入力されると共に、プリアンブル同期回路１６から開始タイミングが入力され、開始タイミングに基づきサンプル値及び開始タイミングを出力する。
【００２０】
伝搬路情報生成回路１８にはサンプリング回路１５からサンプル値及びその開始タイミングが入力され、パルスの搬送波振幅や位相である伝搬路情報を生成して、出力する。
【００２１】
パルスデコード回路１９には、サンプリング回路１５からサンプル値が、また伝搬路情報生成回路１８から伝搬路情報が入力され、受信信号をパルスデコードし、パルスデコード結果としてパルス列を出力する。
【００２２】
データデコード回路２０は、パルスデコード回路１９からのパルスデコード結果を入力として、パルス位置変調により送信されたデータをデコードして出力する。
【００２３】
次に、サンプリング回路１５の詳細構成を説明する。図２は、サンプリング回路１５のブロック図である。サンプリング回路１５は、相関部１５ａ、ピーク値検出部１５ｂ、カウンタ１５ｄを含むＡＤサンプルメモリ部１５ｃを備える。
【００２４】
相関部１５ａは、ＡＤ変換回路１４からＡＤタイミングで入力される複素数のサンプル値ｒ（ｔ）と複素数の既知波形値信号（ａ0，ａ1，…，ａNｓ−１）との相関値Ｒs（ｔ）を式１に従い算出する。なお、既知波形値信号（ａ0，ａ1，…，ａNｓ−１）は予め設定された既知のパルス波形信号をＡＤタイミングでサンプリングして得られた信号である。
0005617716.tif 000002
【００２５】
ここで、ＮｓはＡＤ変換回路１４のサンプリング周波数と１パルス時間幅とにより決定される整数である。また、ｒ＊（ｔ）はサンプル値ｒ（ｔ）の複素共役を示している。以下、複素共役を示す場合には、同様に上付きの「＊」で示す。この相関値Ｒs（ｔ）は、ピーク値検出部１５ｂに出力される。
【００２６】
ピーク値検出部１５ｂは相関部１５ａからの出力値の二乗値もしくは絶対値をモニターし、ピーク値を検出したところでタイミング信号を出力する。
【００２７】
ＡＤサンプルメモリ部１５ｃは、ＡＤ変換回路１４からＡＤタイミングで入力されたサンプル値ｒ（ｔ）を記憶して、ピーク検出部１５ｂからタイミング信号が入力されると、このタイミング信号に基づいたパルスタイミングに相当するサンプル値ｒ（ｔ）を出力する。
【００２８】
このとき、ＡＤサンプルメモリ部１５ｃは、パルス系列の先頭のパルスのみピーク検出部１５ｂからのタイミング信号を利用し、その後は内部に有するカウンタ１５ｄを使用してパルス時間幅、パルス送信間隔など予め定められている規定のパルスタイミングでサンプル値ｒ（ｔ）を出力する。
【００２９】
次に、プリアンブル同期回路１６について説明する。図３は、プリアンブル同期回路１６のブロック図である。プリアンブル同期回路１６は、相関部１６ａ、ピーク値検出部１６ｂを備える。
【００３０】
相関部１６ａは、サンプリング回路１５からパルスタイミングごとにサンプル値ｒ（ｔ）が入力して、予め規定されているプリアンブル系列（Ｐ0，Ｐ1，…，ＰNP-1）（複素数）との相関値Ｒｐ（ｔ）を式２に従い計算する。ただし、｜Ｐｉ｜＝０，１（ｉ＝０，１，…，Ｎｐ−１）。Ｎｐはプリアンブル系列長を示す。
0005617716.tif 000003
【００３１】
このＰｉはオン・オフキーイングによりパルスの振幅に情報が重畳されており、さらにパルスがオンの場合、パルスに位相シフトキーイングで情報が重畳されているパルスの等価低域信号Ａｉｎｆ０・ｅｊθｉｎｆ０で与えられる複素数（以下、プリアンブルのみでなく、同様の変調がなされているデータ部分のパルスも含めて、この形式で示される値をパルスのシンボル値と称す）を示す。Ａｉｎｆ０は１か０の値でパルスのオン・オフを示し、θｉｎｆ０は情報による位相シフト量、ｊは虚数単位を示している。
【００３２】
次に、伝搬路情報生成回路１８を説明する。図４は、伝搬路情報生成回路１８のブロック図である。伝搬路情報生成回路１８は、レプリカ演算部１８ａ、誤差演算部１８ｂ、伝搬路情報演算部１８ｃ及びレジスタ１８ｄを備える。なお、この伝搬路情報生成回路１８はＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）フィルタを基に構成され、２つの送信源からのパルス系列が干渉しあっている場合を例に説明する。送信源０、１が送信するシンボル値をＳ0（ｔ）、Ｓ1（ｔ）、また送信源０，１と受信装置間の伝搬路情報推定値をそれぞれｈ_est_0（ｔ）、ｈ_est_１（ｔ）（複素数）とする。
【００３３】
レプリカ演算部１８ａは、パルスのシンボル値(ここではシンボル値の候補値となる)Ｓ0（ｔ）、Ｓ1（ｔ）（ただし、｜Ｓ0（ｔ）｜＝｜Ｓ1（ｔ）｜＝０，１）及び伝搬路情報推定値ｈ_est_0（ｔ）、ｈ_est_１（ｔ）（複素数）を用いて、受信信号のレプリカｒ_est（ｔ）を式３に従い計算する。シンボル候補値、伝搬路情報推定値に付されたインデックス０，１は送信源を示す。
0005617716.tif 000004
【００３４】
なお、候補値Ｓ0（ｔ）、Ｓ1（ｔ）に対する値として既知の系列がレジスタ１８ｄに格納されている。
【００３５】
誤差演算部１８ｂ、サンプリング回路１５から入力される受信信号のサンプル値ｒ（ｔ）とレプリカ演算部１８ａから入力される受信信号のレプリカｒ_est（ｔ）との誤差ｅを式４に従い計算する。
0005617716.tif 000005
【００３６】
伝搬路情報演算部１８ｃには誤差演算部１８ｂからの出力である誤差ｅ、設定パラメータである定数ｋ、パルスのシンボル候補値Ｓ0＊（ｔ）、Ｓ1＊（ｔ）が入力される。そして、式５に従い推定値ｈ_est_0（ｔ）、ｈ_est_１（ｔ）を逐次算出する。
0005617716.tif 000006
【００３７】
プリアンブル同期回路１６により、各送信源からのプリアンブル系列のシンボル受信時刻ｔがわかるため、受信信号のサンプル値ｒ（ｔ）とタイミングをあわせながらＳ0（ｔ）、Ｓ1（ｔ）にプリアンブル系列のシンボル値であるＰ0，Ｐ1，…，ＰNP-1をそれぞれのタイミングで入力し、プリアンブル系列が終了するまで伝搬路情報の演算が行われる。
【００３８】
次に、パルスデコード回路１９を説明する。図５は、パルスデコード回路１９のブロック図である。パルスデコード回路１９は、レプリカ生成部１９ａ、ブランチメトリック生成部１９ｂ、パスメトリック候補生成部１９ｃ、パスメトリック選択部１９ｄ、パスメモリ部１９ｅを備える。
【００３９】
そして、パルスデコード回路１９は、最尤系列推定（ＭＬＳＥ：Ｍａｘｉｍｕｍ−Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）を基に構成され、２つの送信源から送信されるパルスのシンボル候補値Ｓ0（ｔ）、Ｓ1（ｔ）の値を状態としたトレリス状態遷移に対して、ビタビアルゴリズムで特定した最尤パスに基づいて２つの送信源から送信されたパルス列をデコードする。
【００４０】
トレリス状態遷移図の状態数は、１パルスで伝送可能な最大情報ビット数によって決定される。例えば、オン・オフキーイングに加え、オンのパルスにＢＰＳＫ変調が重畳されていた場合、１パルスで２ビットの情報ビット数となるため、シンボル候補値Ｓ0（ｔ）、Ｓ1（ｔ）はそれぞれ｛００，０１，１０，１１｝の４通りの状態を持つことになる。
【００４１】
したがって、２つの送信源のそれぞれの状態を考慮すると、トレリス状態遷移図の状態数は４×４＝１６状態となる。以下、説明を簡単にするため、パルスにはオン・オフキーイングによる情報のみが重畳されているものとし（Ｓ0（ｔ）、Ｓ1（ｔ）はそれぞれ０、１の値を取る）、トレリス状態遷移図の状態数は２×２＝４の場合について示す。
【００４２】
レプリカ生成部１９ａには、着目している状態ｘ（Ｓ0（ｔ）Ｓ1（ｔ）＝｛００，０１，１０，１１｝）におけるパルスの値Ｓ0（ｘ，ｔ）、Ｓ1（ｘ，ｔ）に対して、伝搬路情報生成回路１８からの推定値ｈ_est_0（ｔ）、ｈ_est_１（ｔ）が入力されて、式６に従いサンプル値ｒ（ｔ）のレプリカｒ_est（ｘ、ｔ）を計算する。
0005617716.tif 000007
【００４３】
ブランチメトリック生成部１９ｂは、受信信号のサンプル値ｒ（ｔ）と、そのレプリカｒ_est（ｘ、ｔ）を用いて、二乗誤差に相当するブランチメトリックを式７に従い計算する。
0005617716.tif 000008
【００４４】
パスメトリック候補生成部１９ｃは、式８に従い、ビタビアルゴリズムのＡＣＳ（ＡＤＤ、ＣＯＭＰＡＲＥ、ＳＥＬＥＣＴ）のうちのＡＤＤに相当する処理を行いパスメトリックの候補を生成する。
0005617716.tif 000009
【００４５】
パスメトリック選択部１９ｄは、式９に従いＣＯＭＰＡＲＥ、ＳＥＬＥＣＴに相当する処理を行い、パスメトリックの複数候補を比較し、もっとも小さな値を持つ１つのパスメトリックを選択する。
0005617716.tif 000010
【００４６】
パスメモリ部１９ｅは、時刻ｔにおける各状態ｘにおける１時点前の状態をメモリし、かつ、着目するパルス列の最終時刻のタイミングでＳ_est（ｔ）をパルスデコード結果として出力する。
【００４７】
以下、本発明の実施形態における動作をパルス位置変調方式が使用される航空管制用２次監視レーダ（ＳＳＲ：ＳｅｃｏｎｄａｒｙＳｕｒｖｅｉｌｌｉａｎｃｅＲａｄａｒ）モードＳのフォーマットを使用して説明する。
【００４８】
図６（ａ）はＳＳＲモードのフォーマットのタイミングチャート、図６（ｂ）はデータ転送例としてのデータデコード列のタイミングチャート、図６（ｃ）はオン・オフキーイングとして見た場合のパルスデコード列のタイミングチャートを示している。
【００４９】
図６（ａ）に示されるように、ＳＳＲモードＳのパルス列は、プリアンブル部とデータ部とに分けられる。プリアンブル部では０．５マイクロ秒(以降、μsと示す)時間幅のパルスが、図６（ａ）に示される時間間隔で４つ送信される。４つ目のパルスの後、８μs後からパルス位置変調方式によるデータ部が始まる。図６（ｂ）に示すように、データ部においても０．５μsのパルスが使用されるが、１μsのＢｉｔ時間区間を半分に分割し、情報ビット１を送信する場合は前半０．５μsに、情報ビット０を送信する場合は後半０．５μsにパルスを送信する。
【００５０】
データ部、プリアンブル部ともにパルス時間幅とパルス送信間隔は全て０．５μsの倍数となっており、見方を変えると本パルス送信系列は０．５μsのオン・オフキーイングと見ることができる。この場合のチップ（以下、パルス位置変調のビットと区別するためチップと呼ぶ）は、図６（ｃ）に示すように、プリアンブル部は１６チップ、データ部（５６パルスの場合）は１１２チップで全１２８チップとなる。
【００５１】
以下において、２つ送信源からのパルス系列Ｕ１，Ｕ２が干渉し合う場合を例に説明する。図７（ａ）、図７（ｂ）は、パルス系列Ｕ１、Ｕ２のタイミングチャートを示し、パルス系列Ｕ１の３チップ時間後にパルス系列Ｕ２が到着している。
【００５２】
また図７（ｃ）〜図７（ｆ）は、パルス系列Ｕ１、Ｕ２におけるデータのデコードを行う際のサンプリング回路１５の相関部１５ａ及びカウンタ１５ｄ、プリアンブル同期回路１６、サンプル値メモリ回路１７の起動タイミングを例示した図である。
【００５３】
サンプリング回路１５の相関部１５ａでパルス系列Ｕ１の１番目のチップが検知され、さらにそのパルスタイミングが特定される。その後、サンプリング回路１５はカウンタ１５ｄを用いてパルス系列Ｕ１の２番目以降のチップのタイミング（パルスタイミング）を計算する。そして、パルスタイミングごとにそのタイミング時刻ｔに相当する受信信号のサンプル値ｒ（ｔ）が出力される。これらはプリアンブル同期回路１６、サンプル値メモリ回路１７に入力される。
【００５４】
プリアンブル同期回路１６では、受信信号ｒ（ｔ）とプリアンブルとの相関値が算出され、その相関値のピーク値の絶対値もしくは２乗値がモニターされる。プリアンブル同期回路１６は、パルス系列Ｕ２のデータが終了するまで起動し続け、時間内に発生した他送信源からの開始タイミングを検出する。検出された開始タイミングは、サンプル値メモリ回路１７に出力される。
【００５５】
３つのパルス系列Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３を受信した場合を例に、伝搬路情報生成回路１８、パルスデコード回路１９及びデータデコード回路２０の動作を説明する。図８（ａ）は、３つのパルス系列の到着タイミングを示している。また、図８（ｂ）はサンプル値メモリ回路１７、図８（ｃ）は伝搬路情報生成回路１８、図８（ｄ）はパルスデコード回路１９の動作タイミングを示している。
【００５６】
図８（ｂ）は、サンプル値メモリ回路１７にパルス系列Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３のデータが入力された場合の伝搬路情報回路１８とパルスデコード回路１９の動作を示す。伝搬路情報生成回路１８にパルスシンボル値、開始タイミングが時刻順に入力され、伝搬路情報の生成が行なわれる。上述した式５は、重なるパルス系列が２つの場合を示している。
【００５７】
しかし、パルス系列Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３からのデータの重なり方によってパルス系列数は１、２、３と変わり、パルス系列数の変化に応じて伝搬路情報の数も変わる。このため、伝搬路情報数が変化すると、推定値ｈの数を変えて計算が行われる。なお、サンプル値メモリ回路１７にパルスシンボル値、開始タイミングのデータが入力された後の処理は、リアルタイムでなくてもよい。
【００５８】
伝搬路情報生成回路１８によって伝搬路情報値が確定した後、データデコード回路２０が起動され、プリアンブル以下のパルスデコードが開始される。図８（ｂ）に示すようにパルスデコーダ回路におけるトレリス状態数はパルス系列に応じて２、４、８と変化する。
【００５９】
データデコード回路２０の動作を説明するために、２つの干渉し合うパルス系列の各チップ値の例を状態ｘ（Ｓ0Ｓ1＝｛００，１０，１１，０１｝）が４つの場合について、図９を参照して説明する。図９（ａ）は、２つの干渉し合うパルス系列の各チップ値及び状態を示している。図９（ｂ）は、２つのパルス系列が時間的に重なるチップ値を利用してできる４つの状態を持つトレリス状態遷移を示している。
【００６０】
このトレリスに対して、ビタビアルゴリズムを使って最尤パスを推定しパルス値をパルスデコードする。状態遷移図内の太点線の状態遷移は、図９（ａ）に示す状態に対応したトレリス状態遷移を示しているが、ビタビアルゴリズムの目的はトレリス内の多数ある状態遷移の中から、この太点線を探すことにある。ビタビアルゴリズムに基づいた最尤系列推定の手順を図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００６１】
ステップＳＡ１：  レプリカ生成部１９ａは、時刻ｔの各状態ｘに対し、伝搬路情報値を使って受信信号のレプリカｒ_est（ｘ，ｔ）を式１０に従い作成する。
0005617716.tif 000011
【００６２】
ただし、Ｓ0（ｘ，ｔ）、Ｓ1（ｘ，ｔ）は、それぞれ時刻ｔ状態ｘにおけるパルス系列Ｕ１、Ｕ２に対するビット値（０，１）を示す。また、ここではパルス系列Ｕ１、Ｕ２に対する伝搬路情報値ｈ_est_0、ｈ_est_１はデータデコード前に確定しており、かつ、データ終了まで不変とするために時刻ｔが省略されている。
【００６３】
ステップＳＡ２：ブランチメトリック生成部１９ｂは、時刻ｔの各状態ｘに対し、レプリカ生成部１９ａで作成した受信信号のレプリカｒ_est（ｘ，ｔ）及び受信信号のサンプル値ｒ（ｔ）を用いて、ブランチメトリックＭｂ（ｘ，ｔ）を式１１に従い作成する。
0005617716.tif 000012
【００６４】
ステップＳＡ３：  パスメトリック候補生成部１９ｃは、時刻ｔの各状態ｘに対し、１チップ前の時刻ｔ−１のパスメトリックＭｐ（ｊ，ｔ−１）を利用して、状態遷移後の状態ｘに対するパスメトリック候補Ｍｐ（ｘ←ｊ，ｔ）を式１２に従い作成する。ｊは遷移前ｔ−１における状態を示す。
0005617716.tif 000013
【００６５】
ステップＳＡ４：  パスメトリック選択部１９ｄは、時刻ｔの各状態ｘにおいて、複数のＭｐ（ｘ←ｊ，ｔ）から式１３に従い最小値を選択し、時刻ｔにおけるパスメトリックＭｐ（ｘ，ｔ）として、選択されたＭｐ（ｘ←ｊ，ｔ）の状態ｊをパスメモリ部１９ｅに出力する。
0005617716.tif 000014
【００６６】
ステップＳＡ５：  そして、時刻ｔ＝ｔ＋１として、データの最終時刻に到達したか否かを判断して、達していない場合にはステップＳＡ１に戻る。
【００６７】
ステップＳＡ６：  パスメモリ部１９ｅは、データの最終時刻ｔendにおいて、４つの状態ｘのパスメトリックＭｐ（ｘ，ｔend）を比較し、最小値を持つ状態を選択する。選択された状態から時刻を遡りかつパスメモリにある状態をたどりながらパルスの値を出力していく（トレースバックと呼ばれる）。データの先頭時刻までたどって出力された１本の状態遷移のパスが最終選択パス（最尤パス）となる。パルスデコードしたパルス値をデータデコード回路へ出力する。
【００６８】
ステップＳＡ７：  パルスデコード回路から入力されたパルス値に対して、情報ビットをデータデコードする。図１１にパルス系列Ｕ１とＵ２とにおけるパルスオン・オフ値及びデータデコード結果の関係を示す。図１１に示すように、パルス系列Ｕ１とＵ２とではパルス位置変調方式によるビット時刻が一致しない場合がある。そのタイミングの違いに留意しながらパルス系列Ｕ１、Ｕ２の情報ビットのデータデコードを行い、処理は終了する。
【００６９】
さらに、最尤系列推定で用いるパスメトリックの増減を観測することでパルス系列長が推定できるため、パルス系列長の違い（データ部の長さのみが異なる場合）を意識せずにデコードができる。
【００７０】
なお、上記説明では、同一のパルス位置変調で変調されたパルス系列の重なりが２で、１パルスの情報ビット数が１の場合について示したが、重なりが３以上の場合にも、１パルスの情報ビット数Ｔ、重なり数Ｎに従い、トレリスの状態数を２TNと増やすことで拡張が可能である。
【００７１】
２値のパルス位置変調方式の場合を示したが、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すようにビット区間内に１チップのみパルスを送信するタイプの多値パルス位置変調方式の場合に拡張が可能である。図１２（ａ）は、これまで説明した１ビット区間内を２つに分割した場合、図１２（ｂ）は４つに分割した場合、図１２（ｃ）は８つに分割した場合における多値パルス位置変調方式を示している。このような多値パルス位置変調方式でも、上述した方法が適用できる。
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
【００７２】
ＳＳＲモードＳを用いたシステムでは、複数の地上の受信局がネットワークを介して接続されて、各受信局が機上トランスポンダからのパルス系列を受信することがある。なお、以下の説明では、パルス変調はオン・オフキーイングのみが行われているとする。
【００７３】
図１３は、ＳＳＲモードＳを用いたシステムの図である。パルス系列を送信する機上トランスポンダからパルス系列Ｕ１、パルス系列Ｕ２、パルス系列Ｕ３を受信局Ｂ１〜Ｂ３が受信し、さらに各受信局Ｂ１〜Ｂ３から情報を中央処理局３０が収集する。
【００７４】
受信局Ｂ１〜Ｂ３は、第１の実施形態において説明した受信装置２を搭載する。図１４は、中央処理局３０のブロック図である。中央処理局３０は、メモリ部３１，演算比較回路３２を含む。
【００７５】
メモリ部３１は、各受信局Ｂ１〜Ｂ３から送信される情報を記憶する。演算比較回路３２は、記憶した情報を用いて演算、比較を行い、トランスポンダＵ１〜Ｕ３が送信した情報を出力する。この中央処理局３０は、以下のような演算・比較処理を行う。この処理を図１５に示すフローチャートに従い説明する。
【００７６】
ステップＳＢ１：  受信局Ｂ１〜Ｂ３の受信装置２で受信信号に対する処理が行われる。この処理としては、パルスデコード結果を出力する処理やデータデコード結果を出力するが例示できる。
【００７７】
ステップＳＢ２：  中央処理局３０は、受信局Ｂ１〜Ｂ３からの処理結果を受信する。
【００７８】
ステップＳＢ３：  中央処理局３０は、受信局Ｂ１〜Ｂ３からの処理結果を用いて、パルス系列Ｕ１、パルス系列Ｕ２、パルス系列Ｕ３の送信情報を決定する。この送信情報の決定方法の例として、各受信局Ｂ１〜Ｂ３からの処理結果がデータデコード（ビット値）の場合には、それぞれのデータデコードに対して多数決を取る方法がある。また、各受信局Ｂ１〜Ｂ３からの処理結果がパルスデコードの場合には、パルスオン・オフ値に対して多数決を取った後に、ビット値を決定する方法がある。また、各受信局Ｂ１〜Ｂ３における受信レベルや希望信号対干渉信号比（Ｓ／Ｉ）を用いて各受信局Ｂ１〜Ｂ３からの情報に信頼性を示す情報を付加した結果を得る方法がある。
【００７９】
パルス系列Ｕ１が、時刻ｔ＝０及びｔ＝１に送信したパルスオン・オフ値に対するデコード値をＳU1（０）、ＳU1（１）とし、これら２パルスで１ビットＤ１が構成されるものとする。また、中央処理局３０でデコードした最終結果をＳ_est_U1（０）、Ｓ_est_U1（１）とする。表１に示すような各受信局Ｂ１〜Ｂ３からの処理結果（デコード結果）が中央処理局３０に集まったとする。
0005617716.tif 000015
【００８０】
この場合に中央処理局３０が、以下の（１）〜（４）の方法により上述した多数決法を用いてデータデコード結果のビットＤ１の値を決定する。無論、この方法は例示である。なお、ここでは受信局Ｂ２からのパルスオン・オフ値のみがデコードを間違えて逆になっているものとしている。
（１）各受信局Ｂ１〜Ｂ３からのデータデコード結果に対して多数決方法を適用する場合
この場合は、各受信局Ｂ１〜Ｂ３からのデータデコード結果（１，０，１）に対して多数決関数ｍａｊを適用してビットＤ１を求める。この場合、「１」が多数であるので、ビットＤ１は、Ｄ１＝ｍａｊ（１，０，１）＝１となる。
（２）各受信局Ｂ１〜Ｂ３からのパルスオン・オフ値のパルスデコード結果に対して多数決方法を適用する場合
この場合は、各受信局Ｂ１〜Ｂ３からの処理結果はパルスデコード結果である。中央処理局３０は、各パルスデコード結果に対して多数決関数を適用する。この多数決関数の結果をＳU1（０）、ＳU1（１）とする。パルスデコード結果が、（１，０，１）、（０，１，０）の場合、ＳU1（０）＝ｍａｊ（１，０，１）＝１、ＳU1（１）＝ｍａｊ（０，１，０）＝０となる。従って、ビットＤ１は、Ｄ１＝１となる。
（３）各受信局Ｂ１〜Ｂ３における希望波信号のレベルを考慮する場合
この場合はパルスのオン・オフ値を用いた方法のみとなる。各受信局Ｂ１〜Ｂ３からのパルスオン・オフ値に対して、式１４、式１５に従いレベルｈで重み付け加算したＭSU1(0)、ＭSU1(1)を算出する。
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【００８１】
ただし、Ｓ_est_U1_Bj（０）は受信局Ｂｊ（ｊ＝１，２，３）からのパルスデコード結果を示す。
【００８２】
そして、ＭSU1(0)、ＭSU1(1)が「０」以上のときはパルスオン・オフ値を「１」とし、「０」未満のときは「０」とする。
【００８３】
次に、ＭSU1(0)、ＭSU1(1)の値に応じて、パルスオン・オフ値Ｓ_est_U1（０）、Ｓ_est_U1（１）を決定する。即ち、ＭSU1(0)≧０のときは、Ｓ_est_U1（０）＝１とし、ＭSU1(0)＜０のときは、Ｓ_est_U1（０）＝０とする。
【００８４】
また、ＭSU1(1)≧０のときは、Ｓ_est_U1（１）＝１とし、ＭSU1(1)＜０のときは、Ｓ_est_U1（１）＝０とする。
【００８５】
このようにして決定されたＳ_est_U1（０）、Ｓ_est_U1（１）から情報ビットＤ１を決定する。即ち、（Ｓ_est_U1（０）、Ｓ_est_U1（１））＝（１，０）のときは、情報ビットＤ１を「１」と決定する。また、（Ｓ_est_U1（０）、Ｓ_est_U1（１））＝（１，０）のときは、情報ビットＤ１を「０」と決定する。
（４）各基地局の希望信号対干渉信号Ｉの比を考慮する場合
上述した（３）の方法における各受信局に対するレベルｈを下記の式９〜式１１で置き換えて、（３）の方法を適用する。
【００８６】
ｈB1：＝ｈB1＊（｜ｈB1｜2／｜ＩB1｜2）  …  （１６）
ｈB2：＝ｈB2＊（｜ｈB2｜2／｜ＩB2｜2）  …  （１７）
ｈB3：＝ｈB3＊（｜ｈB3｜2／｜ＩB3｜2）  …  （１８）
ただし、Ｉは各受信局Ｂ１〜Ｂ３における希望信号に対する干渉信号全体のレベル値とする。ここで、「：＝」は右辺の値を左辺に置き換えることを意味する。
【符号の説明】
【００８７】
２    受信装置
１１    アンテナ
１３    同期検波回路
１５    サンプリング回路
１５ａ    相関部
１５ｂ    ピーク値検出部
１５ｂ    ピーク検出部
１５ｃ  ＡＤサンプルメモリ部
１５ｄ    カウンタ
１６    プリアンブル同期回路
１６ａ    相関部
１６ｂ    ピーク値検出部
１７    サンプル値メモリ回路
１８    伝搬路情報生成回路
１８ａ    レプリカ演算部
１８ｂ    誤差演算部
１８ｃ    伝搬路情報演算部
１８ｄ    レジスタ
１９    パルスデコード回路
１９ａ    レプリカ生成部
１９ｂ    ブランチメトリック生成部
１９ｃ    パスメトリック候補生成部
１９ｄ    パスメトリック選択部
１９ｅ    パスメモリ部
２０    データデコード回路
３０    中央処理局
３１    メモリ部
３２    演算比較回路
【図１】
0005617716.tif 000018
【図２】
0005617716.tif 000019
【図３】
0005617716.tif 000020
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005617716.tif 000023
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0005617716.tif 000028
【図１２】
0005617716.tif 000029
【図１３】
0005617716.tif 000030
【図１４】
0005617716.tif 000031
【図１５】
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