(57)【要約】  受信装置は、直接スペクトル拡散が実施された受信信号に対し、直接スペクトル拡散に用いられた拡散符号の複素共役を乗算して相関値系列を生成する拡散符号乗算部（２３２）と、拡散符号乗算部（２３２）が乗算を行うごとに生成される相関値系列の各相関値を加算して相関加算値を生成し、相関加算値の電力値である第１の相関電力値を算出する第１の相関電力算出部（２３Ａ）と、相関値系列を複数のブロックに分割し、ブロックごとに、ブロック内の各相関値を加算して部分相関値を生成するとともに部分相関値の電力値を求め、ブロックごとに求めた電力値同士を加算して第２の相関電力値を算出する第２の相関電力算出部（２３Ｂ）と、第１の相関電力値と第２の相関電力値とに基づいて、受信信号の送信元の送信装置が直接スペクトル拡散において送信信号に拡散符号を乗算したタイミング、を検出するタイミング検出部（２３Ｃ）と、を備える。
2020031336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接スペクトル拡散が実施された受信信号に対し、前記直接スペクトル拡散に用いられた拡散符号の複素共役を乗算して相関値系列を生成する拡散符号乗算部と、
前記拡散符号乗算部が前記乗算を行うごとに生成される相関値系列の各相関値を加算して相関加算値を生成し、前記相関加算値の電力値である第１の相関電力値を算出する第１の相関電力算出部と、
前記相関値系列を複数のブロックに分割し、前記ブロックごとに、ブロック内の各相関値を加算して部分相関値を生成するとともに前記部分相関値の電力値を求め、前記ブロックごとに求めた電力値同士を加算して第２の相関電力値を算出する第２の相関電力算出部と、
前記第１の相関電力値と前記第２の相関電力値とに基づいて、前記受信信号の送信元の送信装置が前記直接スペクトル拡散において送信信号に前記拡散符号を乗算したタイミング、を検出するタイミング検出部と、
を備えることを特徴とする受信装置。
【請求項２】
前記第１の相関電力算出部はサンプルタイミングごとに前記第１の相関電力値を算出し、
前記第２の相関電力算出部はサンプルタイミングごとに前記第２の相関電力値を算出し、
前記タイミング検出部は、
前記第１の相関電力値と前記第２の相関電力値とを重み付け合成してサンプルタイミングごとの重み付け合成電力値を生成する重み付け合成部と、
前記拡散符号１周期内において値が最大の、前記サンプルタイミングごとの重み付け合成電力値を閾値と比較して前記タイミングを検出する閾値判定部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記第１の相関電力算出部はサンプルタイミングごとに前記第１の相関電力値を算出し、
前記第２の相関電力算出部はサンプルタイミングごとに前記第２の相関電力値を算出し、
前記タイミング検出部は、
各サンプルタイミングについて、サンプルタイミングおよびオーバーサンプル数に基づく範囲に含まれる前記第２の相関電力値同士を合成してサンプルタイミングごとのサンプル合成電力値を生成するサンプル合成部と、
前記第１の相関電力値と前記サンプル合成電力値とを重み付け合成してサンプルタイミングごとの重み付け合成電力値を生成する重み付け合成部と、
前記拡散符号１周期内において値が最大の、前記サンプルタイミングごとの重み付け合成電力値を閾値と比較して前記タイミングを検出する閾値判定部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項４】
前記第１の相関電力算出部はサンプルタイミングごとに前記第１の相関電力値を算出し、
前記第２の相関電力算出部はサンプルタイミングごとに前記第２の相関電力値を算出し、
前記タイミング検出部は、
各サンプルタイミングについて、サンプルタイミングおよびオーバーサンプル数に基づく範囲に含まれる前記第１の相関電力値同士を合成してサンプルタイミングごとのサンプル合成電力値を生成するサンプル合成部と、
前記サンプル合成電力値と前記第２の相関電力値とを重み付け合成してサンプルタイミングごとの重み付け合成電力値を生成する重み付け合成部と、
前記拡散符号１周期内において値が最大の、前記サンプルタイミングごとの重み付け合成電力値を閾値と比較して前記タイミングを検出する閾値判定部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項５】
前記重み付け合成で使用する重み付け係数は、前記第１の相関電力値の特性と前記第２の相関電力値の特性とに基づいて決定される、
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の受信装置。
【請求項６】
前記重み付け係数は、雑音成分を含まない状態の前記第１の相関電力値の最大値と、雑音成分を含まない状態の前記第２の相関電力値の最大値とに基づいて決定される、
ことを特徴とする請求項５に記載の受信装置。
【請求項７】
前記重み付け係数は、雑音成分を含まない状態の前記第１の相関電力値の平均値と、雑音成分を含まない状態の前記第２の相関電力値の平均値とに基づいて決定される、
ことを特徴とする請求項５に記載の受信装置。
【請求項８】
前記重み付け係数は、前記第１の相関電力値の平均値と、前記第２の相関電力値の平均値とに基づいて、前記重み付け合成部により適応的に更新される、
ことを特徴とする請求項５に記載の受信装置。
【請求項９】
前記拡散符号は、第１の長さの系列が複数回繰り返された第２の長さの系列であり、
前記第２の相関電力算出部は、前記相関値系列を複数のブロックに分割する際、前記ブロックの長さが前記第１の長さとなるよう、前記相関値系列を分割する、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の受信装置。
【請求項１０】
直接スペクトル拡散が実施された信号を受信する受信装置が備えるタイミング検出装置であって、
前記信号に対し、前記直接スペクトル拡散に用いられた拡散符号の複素共役を乗算して相関値系列を生成する拡散符号乗算部と、
前記拡散符号乗算部が前記乗算を行うごとに生成される相関値系列の各相関値を加算して相関加算値を生成し、前記相関加算値の電力値である第１の相関電力値を算出する第１の相関電力算出部と、
前記相関値系列を複数のブロックに分割し、前記ブロックごとに、ブロック内の各相関値を加算して部分相関値を生成するとともに前記部分相関値の電力値を求め、前記ブロックごとに求めた電力値同士を加算して第２の相関電力値を算出する第２の相関電力算出部と、
前記第１の相関電力値と前記第２の相関電力値とに基づいて、前記受信装置が受信した信号の送信元の送信装置が前記直接スペクトル拡散において送信信号に前記拡散符号を乗算したタイミング、を検出するタイミング検出部と、
を備えることを特徴とするタイミング検出装置。
【請求項１１】
直接スペクトル拡散が実施された信号を受信する受信装置が実行するタイミング検出方法であって、
前記信号に対し、前記直接スペクトル拡散に用いられた拡散符号の複素共役を乗算して相関値系列を生成する拡散符号乗算ステップと、
前記拡散符号乗算ステップを実行するごとに生成される相関値系列の各相関値を加算して相関加算値を生成し、前記相関加算値の電力値である第１の相関電力値を算出する第１の相関電力算出ステップと、
前記相関値系列を複数のブロックに分割し、前記ブロックごとに、ブロック内の各相関値を加算して部分相関値を生成するとともに前記部分相関値の電力値を求め、前記ブロックごとに求めた電力値同士を加算して第２の相関電力値を算出する第２の相関電力算出ステップと、
前記第１の相関電力値と前記第２の相関電力値とに基づいて、前記受信装置が受信した信号の送信元の送信装置が前記直接スペクトル拡散において送信信号に前記拡散符号を乗算したタイミング、を検出するタイミング検出部と、
を含むことを特徴とするタイミング検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接スペクトル拡散が実施された信号を受信する受信装置、タイミング検出装置およびタイミング検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
直接スペクトル拡散通信において、送信機は、変調信号に拡散符号を乗じることで信号を広帯域に拡散し、拡散された信号を受信機に送信する。受信機は、送信機で用いた拡散符号と同一の拡散符号を受信信号に乗じることで逆拡散し、逆拡散後の受信信号を復調する。受信機が正しく逆拡散を行うためには、拡散符号タイミング、すなわち、送信機が変調信号に拡散符号を乗じたタイミングを推定する初期捕捉を行い、推定したタイミングで拡散符号を受信信号に乗じる必要がある。【０００３】
従来の初期捕捉方式の一例である非特許文献１に記載の方式では、受信信号に拡散符号を乗じる整合フィルタ（Matched  Filter）を複数のセグメントに分割し、各セグメントから出力される信号同士の位相差を検出する。さらに、検出した位相差を過去に受信したシンボルにおいて検出した位相差と平均化し、平均化後の位相差に基づいて、拡散符号タイミングである拡散系列タイミングを推定する。これにより、周波数オフセットが存在する環境においても精度良く短時間で初期捕捉を完了することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】東中  雅嗣、他，“拡散系列タイミングと周波数オフセットを同時に推定する直接スペクトル拡散通信用初期捕捉方式”，電子情報通信学会論文誌  Ｂ  Vol.Ｊ98-B  No.12  pp.1277-1288，2015.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に記載の初期捕捉方式では、整合フィルタの分割数を増やすことにより周波数オフセットに対する耐性は高まるが、拡散系列タイミング以外のサンプルタイミングに、相関値のサイドローブが出現してしまう。更に、分割数の増加だけでなく、オーバーサンプルによってもサイドローブが出現してしまう。そのため、サイドローブが存在するタイミングを拡散系列タイミングと誤判定する可能性が高まり、判定精度が劣化するという問題があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、拡散符号タイミングの推定精度を向上させることが可能な受信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる受信装置は、直接スペクトル拡散が実施された受信信号に対し、直接スペクトル拡散に用いられた拡散符号の複素共役を乗算して相関値系列を生成する拡散符号乗算部と、拡散符号乗算部が乗算を行うごとに生成される相関値系列の各相関値を加算して相関加算値を生成し、相関加算値の電力値である第１の相関電力値を算出する第１の相関電力算出部を備える。また、受信装置は、相関値系列を複数のブロックに分割し、ブロックごとに、ブロック内の各相関値を加算して部分相関値を生成するとともに部分相関値の電力値を求め、ブロックごとに求めた電力値同士を加算して第２の相関電力値を算出する第２の相関電力算出部と、第１の相関電力値と第２の相関電力値とに基づいて、受信信号の送信元の送信装置が直接スペクトル拡散において送信信号に拡散符号を乗算したタイミング、を検出するタイミング検出部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる受信装置は、拡散符号タイミングの推定精度を向上させることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかる送信機の構成例を示す図
【図２】実施の形態１にかかる送信機の動作の一例を示すフローチャート
【図３】実施の形態１にかかる送信機が送信する信号のフレーム構成を示す図
【図４】実施の形態１にかかる受信機の構成例を示す図
【図５】実施の形態１にかかる受信機の動作の一例を示すフローチャート
【図６】実施の形態１にかかる初期捕捉部の構成例を示す図
【図７】実施の形態１にかかる初期捕捉部の動作の一例を示すフローチャート
【図８】実施の形態１にかかる拡散符号乗算部の構成例を示す図
【図９】サンプル合成部に受け渡される１周期分の第２の相関電力値の一例を示す図
【図１０】サンプル合成部が出力する１周期分のサンプル合成電力値の一例を示す図
【図１１】第１の相関電力算出部が出力する第１の相関電力値の一例を示す図
【図１２】サンプル合成部が出力するサンプル合成電力値の一例を示す図
【図１３】第２の相関電力算出部が算出する第２の相関電力値が周波数オフセット耐性に強い理由を説明するための図
【図１４】実施の形態１にかかる受信機が備える初期捕捉部の変形例を示す図
【図１５】実施の形態１にかかる受信機を実現する処理回路を示す図
【図１６】実施の形態１にかかる受信機を実現する制御回路の構成例を示す図
【図１７】実施の形態２にかかる送信機の構成例を示す図
【図１８】実施の形態２にかかる送信機の動作の一例を示すフローチャート
【図１９】実施の形態２にかかる送信機が備えるアップサンプル部の処理を説明するための図
【図２０】実施の形態２にかかる送信機が備えるＣＰ（Cyclic  Prefix）付加部の動作を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかる受信装置、タイミング検出装置およびタイミング検出方法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。
【００１１】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態にかかる受信装置に対して信号を送信する送信装置である送信機の構成および動作について説明する。図１は、実施の形態１にかかる送信機の構成例を示す図である。本実施の形態にかかる送信機１は、変調部１１と、拡散符号生成部１２と、拡散部１３と、送信フィルタ１４と、送信アンテナ１５と、を備える。
【００１２】
図１に示す送信機１の動作概要を説明する。図２は、実施の形態１にかかる送信機１の動作の一例を示すフローチャートである。また、図３は、実施の形態１にかかる送信機１が送信する信号のフレーム構成を示す図である。図３に示したように、送信機１が送信する信号はプリアンブルおよびデータで構成される。プリアンブルでは、受信側で既知のビットパターン（以下、既知系列と称する）が送信される。プリアンブルで送信される既知系列は、拡散符号タイミングを推定する処理である初期捕捉部と同期追従部で用いられる。送信機１の変調部１１には、プリアンブルを送信するタイミングでは既知系列が入力され、データを送信するタイミングでは情報ビットが入力される。
【００１３】
変調部１１は、入力された既知系列と情報ビットとを変調して送信信号である変調信号を生成し、生成した変調信号を拡散部１３へ出力する（ステップＳ１１）。変調部１１は、変調方式として、例えばＰＳＫ（Phase  Shift  Keying）およびＦＳＫ（Frequency  Shift  Keying）を用いることができる。変調部１１は、ＰＳＫの１つであるＱＰＳＫ（Quadrature  Phase  Shift  Keying）を用いて情報ビットを変調する場合、情報ビットを２ビット単位で受け取り、２ビットの情報ビットが示す値に対応した複素信号を出力する。
【００１４】
拡散符号生成部１２は、変調部１１から入力された変調信号を拡散部１３が広帯域に拡散する処理で用いられる拡散符号を生成し、生成した拡散符号を拡散部１３へ受け渡す（ステップＳ１２）。本実施の形態では、拡散符号として相関特性の良い符号を用いる。相関特性が良い符号とは、タイミングのずれがない場合に自己相関関数が最大値となり、ずれがある場合は自己相関関数が低くなる符号である。相関特性の良い符号の一例は、Zadoff-Chu系列である。系列長Ｎcが偶数である場合、Zadoff-Chu系列Ｃのｔ番目の要素Ｃ（ｔ）は、式（１）で表される。
Ｃ（ｔ）＝ｅｘｐ（ｊＭcπｔ2／Ｎc）    …（１）
【００１５】
ここで、Ｍcは系列パラメータであり、Ｎcと互いに素な関係にある。本実施の形態では、送信機１から送信された信号を受信する受信装置がZadoff-Chu系列を用いて初期捕捉を行う場合に、拡散符号タイミングを中心に一定の期間のサンプルタイミングにおいて相関値が大きくなる、Ｍc＝１を用いることとする。Ｍc≠１の場合、拡散符号タイミングから離れたタイミングで相関値が大きくなる。
【００１６】
拡散部１３は、変調部１１から入力された変調信号と、拡散符号生成部１２から入力された拡散符号とを乗算して直接スペクトル拡散を行う（ステップＳ１３）。拡散部１３は、直接スペクトル拡散後の変調信号である直接スペクトル拡散信号を送信フィルタ１４へ受け渡す。
【００１７】
送信フィルタ１４は、拡散部１３から入力された直接スペクトル拡散信号に対して帯域制限を行い、帯域制限後の信号を送信アンテナ１５に受け渡す（ステップＳ１４）。
【００１８】
送信アンテナ１５は、送信フィルタ１４から受け渡された信号を送信する（ステップＳ１５）。
【００１９】
なお、図１および図２では記載を省略しているが、送信フィルタ１４から出力される信号は、ディジタル信号からアナログ信号に変換され、アップコンバートされた後に送信アンテナ１５から送信される。
【００２０】
次に、本発明の実施の形態にかかる受信装置である受信機の構成および動作について説明する。図４は、実施の形態１にかかる受信機の構成例を示す図である。本実施の形態にかかる受信機２は、受信アンテナ２１と、受信フィルタ２２と、初期捕捉部２３と、拡散符号生成部２４と、逆拡散部２５と、同期追従部２６と、復調部２７と、を備える。
【００２１】
図４に示す受信機２の動作概要を説明する。図５は、実施の形態１にかかる受信機２の動作の一例を示すフローチャートである。
【００２２】
受信アンテナ２１は、送信機１から送信された信号を受信し、受信信号を受信フィルタ２２に受け渡す（ステップＳ２１）。
【００２３】
受信フィルタ２２は、受信アンテナ２１から受け渡された受信信号に対して帯域制限を行い、帯域制限実施後の受信信号を初期捕捉部２３および逆拡散部２５へ受け渡す（ステップＳ２２）。
【００２４】
なお、図４および図５では記載を省略しているが、受信アンテナ２１が受信した信号は、ダウンコンバートされ、アナログ信号からディジタル信号に変換された後、受信フィルタ２２において帯域制限が行われる。
【００２５】
初期捕捉部２３は、受信フィルタ２２から受け渡された信号に基づき、初期捕捉を行う（ステップＳ２３）。具体的には、初期捕捉部２３は、拡散符号タイミングとの誤差が１／２チップ以内となる精度でタイミングを推定する、粗同期を行う。すなわち、初期捕捉部２３は、「（拡散符号タイミング）−（１／２チップ）」以上、かつ「（拡散符号タイミング）＋（１／２チップ）」以下、となるタイミングを推定した場合、正検出となる。ここで、拡散符号タイミングとは、送信機１において拡散部１３が変調信号に拡散符号を乗算したタイミングであり、チップとは、拡散符号の１要素の単位を意味する。拡散符号の１チップに対してオーバーサンプル２倍で処理を行う場合、初期捕捉部２３は、拡散符号タイミングから±１サンプルずれたタイミングを推定しても正検出となる。初期捕捉部２３の動作の詳細は後述する。初期捕捉部２３は、粗同期で検出した推定タイミングを拡散符号生成部２４に通知する。初期捕捉部２３は本発明にかかるタイミング検出装置を構成する。
【００２６】
拡散符号生成部２４は、逆拡散部２５が後述する逆拡散を行うための拡散符号を生成する（ステップＳ２４）。なお、拡散符号生成部２４が生成する拡散符号は、送信機１の拡散符号生成部１２が生成する拡散符号と同一である。拡散符号生成部２４は、生成した拡散符号を、初期捕捉部２３から通知された推定タイミングに従って逆拡散部２５へ出力する。
【００２７】
逆拡散部２５は、受信フィルタ２２から入力された帯域制限後の受信信号に、拡散符号生成部２４から入力された拡散符号の複素共役を乗算することで、受信信号を逆拡散する（ステップＳ２５）。逆拡散部２５は、ステップＳ２５で逆拡散を実施した後の信号を同期追従部２６へ受け渡す。
【００２８】
同期追従部２６は、逆拡散部２５から入力される信号に基づき、同期追従処理を行う（ステップＳ２６）。同期追従部２６は、初期捕捉部２３で検出された推定タイミングと拡散符号タイミングとの誤差が１／２チップ以内である場合、当業者に良く知られている、任意のシンボルタイミングの同期追従技術を適用することで、拡散符号タイミングの誤差を補正する。同期追従部２６は、補正後のタイミングを拡散符号生成部２４に通知する。
【００２９】
拡散符号生成部２４は、逆拡散部２５が逆拡散を行うための拡散符号を生成する（ステップＳ２７）。拡散符号生成部２４は、生成した拡散符号を同期追従部２６から通知された補正後のタイミングに従って逆拡散部２５へ出力する。すなわち、拡散符号生成部２４は、同期追従部２６から補正後のタイミングが通知された場合、同期追従部２６から通知された補正後のタイミングで拡散符号を出力する。また、拡散符号生成部２４は、同期追従部２６から補正後のタイミングが通知されずに初期捕捉部２３から推定タイミングが通知された場合、初期捕捉部２３から通知された推定タイミングで拡散符号を出力する。
【００３０】
逆拡散部２５は、ステップＳ２７において拡散符号生成部２４から入力された拡散符号に基づき、受信フィルタ２２から入力された帯域制限後の受信信号を逆拡散する（ステップＳ２８）。すなわち、逆拡散部２５は、受信フィルタ２２から入力された帯域制限後の受信信号に、ステップＳ２７で拡散符号生成部２４から入力された拡散符号の複素共役を乗算することで、受信信号を逆拡散する。逆拡散部２５は、ステップＳ２８で逆拡散を実施した後の受信信号を復調部２７へ受け渡す。
【００３１】
復調部２７は、逆拡散部２５から受け取った逆拡散後の受信信号を復調する（ステップＳ２９）。
【００３２】
続いて、受信機２の初期捕捉部２３の構成および動作について詳しく説明する。タイミング検出装置に相当する初期捕捉部２３は、本実施の形態において特徴的な動作を行う。図６は、実施の形態１にかかる初期捕捉部２３の構成例を示す図である。初期捕捉部２３は、拡散符号生成部２３１と、拡散符号乗算部２３２と、相関値加算部２３３と、部分相関値加算部２３４と、電力計算部２３５および２３６と、加算処理部２３７と、相関電力メモリ２３８および２３９と、サンプル合成部２４０と、重み付け合成部２４１と、閾値判定部２４２と、を備える。相関値加算部２３３と電力計算部２３５は第１の相関電力算出部２３Ａを構成し、部分相関値加算部２３４と、電力計算部２３６と、加算処理部２３７は第２の相関電力算出部２３Ｂを構成する。また、サンプル合成部２４０、重み付け合成部２４１および閾値判定部２４２はタイミング検出部２３Ｃを構成する。
【００３３】
図６に示す初期捕捉部２３の動作を説明する。図７は、実施の形態１にかかる初期捕捉部２３の動作の一例を示すフローチャートである。
【００３４】
拡散符号生成部２３１は、送信機１で用いられた拡散符号、すなわち、送信機１において拡散部１３が変調信号を直接スペクトル拡散する際に用いられた拡散符号の複素共役を生成し、拡散符号乗算部２３２へ出力する（ステップＳ３１）。送信機１で用いられた拡散符号をｃ０〜ｃ７とした場合、拡散符号生成部２３１はｃ０*〜ｃ７*を生成する。
【００３５】
拡散符号乗算部２３２は、初期捕捉部２３前段の受信フィルタ２２から受け渡された帯域制限後の受信信号に、拡散符号生成部２３１から受け渡された拡散符号の複素共役を乗算する（ステップＳ３２）。拡散符号乗算部２３２は、帯域制限後の受信信号に拡散符号の複素共役を乗算して得られた乗算結果を相関値加算部２３３および部分相関値加算部２３４へ受け渡す。拡散符号乗算部２３２が出力する乗算結果は帯域制限後の受信信号と拡散符号の相関値である。
【００３６】
拡散符号乗算部２３２は、図８に示す複数の遅延素子と複数の乗算器とを用いて構成できる。図８は、拡散符号長Ｎc＝８、オーバーサンプル数Ｎovs＝２の場合の、拡散符号乗算部２３２の構成例を示している。この場合、拡散符号乗算部２３２を構成する遅延素子はＮc×Ｎovs＝１６個である。遅延素子２５１〜２６６はそれぞれ１／Ｎovsチップ長に相当し、サンプル単位で信号を保持する。ｃ０*〜ｃ７*は拡散符号生成部２３１から入力される拡散符号の複素共役である。拡散符号乗算部２３２を構成する乗算器は、拡散符号長と等しいＮc＝８個である。図８に示した拡散符号乗算部２３２は、受信フィルタ２２から入力された帯域制限後の受信信号をサンプル単位で遅延素子２５１に入力し、サンプルタイミング毎に右側の遅延素子にシフトする。また、拡散符号乗算部２３２は、遅延素子２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、２６２、２６４および２６６に入力された帯域制限後の受信信号と、拡散符号の複素共役ｃ０*〜ｃ７*とを乗算し、サンプルタイミング毎に乗算結果ａ０〜ａ７を得る。拡散符号乗算部２３２は、相関値系列である乗算結果ａ０〜ａ７を相関値加算部２３３および部分相関値加算部２３４へ受け渡す。
【００３７】
ここで、初期捕捉部２３において、拡散符号乗算部２３２と、相関値加算部２３３と、部分相関値加算部２３４と、電力計算部２３５および２３６と、加算処理部２３７とは、シンボルタイミングでなくサンプルタイミングで動作する。相関電力メモリ２３８および２３９は、サンプルタイミングで入力される信号を記憶する。
【００３８】
第１の相関電力算出部２３Ａの相関値加算部２３３は、拡散符号乗算部２３２から受け渡された乗算結果ａ０〜ａ７をｂ０＝ａ０＋ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４＋ａ５＋ａ６＋ａ７のように全て加算し、サンプルタイミング毎に相関加算値を生成する（ステップＳ３３）。相関値加算部２３３は、相関加算値ｂ０を電力計算部２３５へ受け渡す。
【００３９】
第２の相関電力算出部２３Ｂの部分相関値加算部２３４は、拡散符号乗算部２３２から受け渡された乗算結果ａ０〜ａ７を複数のブロックに分割し、同じブロックの乗算結果同士を加算して、部分相関加算値を生成する（ステップＳ３４）。部分相関値加算部２３４は、例えば、乗算結果ａ０〜ａ７を２分割して２つのブロックに分け、ブロックごとに加算して２つの部分相関加算値を生成する。乗算結果ａ０〜ａ７を２分割して加算する場合、部分相関値加算部２３４は、拡散符号乗算部２３２から受け渡された乗算結果ａ０〜ａ７をｂ１＝ａ０＋ａ１＋ａ２＋ａ３、ｂ２＝ａ４＋ａ５＋ａ６＋ａ７のように加算し、加算後の２つの部分相関加算値ｂ１およびｂ２を電力計算部２３６へ受け渡す。
【００４０】
第１の相関電力算出部２３Ａの電力計算部２３５は、相関値加算部２３３から受け渡された相関加算値ｂ０の電力値|ｂ０|２を計算し、算出した電力値を第１の相関電力値として相関電力メモリ２３８へ受け渡す（ステップＳ３５）。
【００４１】
第２の相関電力算出部２３Ｂの電力計算部２３６は、部分相関値加算部２３４から受け渡された部分相関加算値ｂ１およびｂ２のそれぞれの電力値|ｂ１|2および|ｂ２|2を計算し、算出した２つの電力値である２つの部分相関電力値を加算処理部２３７へ受け渡す（ステップＳ３６）。
【００４２】
第２の相関電力算出部２３Ｂの加算処理部２３７は、電力計算部２３６から受け渡された複数の部分相関電力値を合成する。本実施の形態では、加算処理部２３７は、２つの部分相関電力値を|ｂ１|2＋|ｂ２|2のように合成して部分相関合成電力値を生成し、生成した部分相関合成電力値を第２の相関電力値として相関電力メモリ２３９へ受け渡す（ステップＳ３７）。
【００４３】
第１の相関電力算出部２３Ａの後段の相関電力メモリ２３８は、拡散符号長×オーバーサンプル数に相当する、１周期分の相関電力値を保持できるように構成されている。相関電力メモリ２３８は、電力計算部２３５から受け渡された第１の相関電力値を１周期にわたって記憶する（ステップＳ３８）。１周期分の第１の相関電力値が蓄積された後、相関電力メモリ２３８は、保持している１周期分の第１の相関電力値を重み付け合成部２４１へ出力する。
【００４４】
第２の相関電力算出部２３Ｂの後段の相関電力メモリ２３９は、相関電力メモリ２３８と同様に、１周期分の相関電力値を保持できるように構成されている。相関電力メモリ２３９は、加算処理部２３７から受け渡された部分相関合成電力値である第２の相関電力値を１周期にわたって記憶する（ステップＳ３９）。１周期分の第２の相関電力値が蓄積された後、相関電力メモリ２３９は、保持している１周期分の第２の相関電力値をサンプル合成部２４０および閾値判定部２４２へ出力する。なお、相関電力メモリ２３８および２３９以降の処理は、サンプルタイミングで動作していた処理が、シンボルタイミングでの動作に変わる。
【００４５】
サンプル合成部２４０は、第２の相関電力算出部２３Ｂの後段の相関電力メモリ２３９から受け渡された１周期分の第２の相関電力値を隣り合ったサンプルタイミングで合成する（ステップＳ４０）。具体的には、サンプル合成部２４０は、タイミング毎に、前後ｌｏｇ2（Ｎovs）（Ｎovs：オーバーサンプル数）個のタイミングの第２の相関電力値を合成する。例えば、オーバーサンプル数Ｎovs＝２の場合、サンプル合成部２４０は、タイミングがｋのときの第２の相関電力値に対して、タイミングがｋ＋１およびｋ−１のときの２つの第２の相関電力値を加算する。また、オーバーサンプル数Ｎovs＝４の場合、サンプル合成部２４０は、タイミングがｋのときの第２の相関電力値に対して、タイミングがｋ＋１、ｋ−１、ｋ＋２、およびｋ−２のときの４つの第２の相関電力値を加算する。以下、サンプル合成部２４０が出力する、合成後の第２の合成電力値をサンプル合成電力値と称する。
【００４６】
次に、拡散符号長Ｎc＝８、オーバーサンプル数Ｎovs＝２の場合を例とし、サンプル合成部２４０の処理について、図９および図１０を用いて詳細に説明する。図９は、相関電力メモリ２３９からサンプル合成部２４０に受け渡される１周期分の第２の相関電力値の一例を示す図、図１０は、サンプル合成部２４０が出力する１周期分のサンプル合成電力値の一例を示す図である。図９および図１０において、タイミングｋ＝０〜１５は、初期捕捉部２３が検出するタイミングの候補である。ここで、タイミングｋ＝１５が拡散符号タイミングであり、このタイミングで、受信フィルタ２２からの出力信号が持つ拡散符号と、拡散符号乗算部２３２が持つ拡散符号とが一致する。また、初期捕捉部２３は拡散符号タイミングとの誤差が１／２チップ以内となるようにタイミングを検出する粗同期を行うため、誤差が１／２チップ以内のタイミングｋ＝１４およびｋ＝０と推定された場合も正しいタイミングと判断し、正検出となる。タイミングｋ＝０〜１５におけるそれぞれの第２の相関電力値をｄ０〜ｄ１５とすると、サンプル合成部２４０は、ｅ０＝ｄ１５＋ｄ０＋ｄ１，ｅ１＝ｄ０＋ｄ１＋ｄ２，ｅ２＝ｄ１＋ｄ２＋ｄ３，…，ｅ１５＝ｄ１４＋ｄ１５＋ｄ０のように、１周期にわたって、各タイミングの前後ｌｏｇ2（Ｎovs）の第２の相関電力値を合成し、サンプル合成電力値ｅ０〜ｅ１５（図１０参照）を生成する。図１０に示すように、サンプル合成により、正検出となるタイミングｋ＝１４，１５，０のそれぞれの電力値を相対的に高められる。合成後、サンプル合成部２４０は１周期にわたるサンプル合成電力値（ｅ０，ｅ１，…，ｅ１５）を、重み付け合成部２４１へ受け渡す。
【００４７】
重み付け合成部２４１は、相関電力メモリ２３８から受け渡された第１の相関電力値と、サンプル合成部２４０から受け渡されたサンプル合成電力値とを、サンプルタイミングごとに、すなわち、同じサンプルタイミングのもの同士で、重み付け合成する（ステップＳ４１）。重み付け合成後、重み付け合成部２４１は、重み付け合成により得られた重み付け合成電力値を閾値判定部２４２へ受け渡す。
【００４８】
ステップＳ４１において、重み付け合成部２４１は、あらかじめ算出しておいた重み付け係数をサンプル合成部２４０から受け渡されたサンプル合成電力値に乗算し、第１の相関電力値に加算することにより重み付け合成を行う。ここで、重み付け係数の算出方法について、図１１および図１２を用いて説明する。図１１は、第１の相関電力算出部２３Ａが出力する第１の相関電力値の一例を示す図、図１２は、サンプル合成部２４０が出力するサンプル合成電力値の一例を示す図である。受信機２の設計者は、例えば、第１の相関電力の最大値とサンプル合成電力値の最大値とに基づいて、重み付け係数を算出する。この場合、設計者は、まず、第１の相関電力値とサンプル合成電力値のそれぞれについて、拡散符号１周期の内の最大電力値を確認する。このとき、第１の相関電力値およびサンプル合成電力値は雑音成分を含んでいないものとする。その後、設計者は、確認した２つの最大電力値が等電力で合成されるような重み付け係数を算出する。重み付け係数は、拡散符号長Ｎc、オーバーサンプル数Ｎovs、周波数オフセットの値等によって変わる。なお、重み付け係数を算出する機能を重み付け合成部２４１が有し、予め定められた操作が受信機２に対して行われた場合に、重み付け合成部２４１が重み付け係数を算出するようにしてもよい。
【００４９】
閾値判定部２４２は、重み付け合成部２４１から受け渡された１周期分の重み付け合成電力値の中から最大電力値を検出し、閾値判定、すなわち、最大電力値と予め定められた閾値との比較を行う（ステップＳ４２）。最大電力値が閾値を超えている場合、最大電力値に対応したタイミングを、推定タイミング、すなわち拡散符号タイミングの推定結果として受信機２の拡散符号生成部２４へ受け渡す。受信機２においては、閾値判定部２４２が閾値判定で使用する閾値の設定方法として、次のような方法を用いる。閾値判定部２４２は、第２の相関電力算出部２３Ｂ後段の相関電力メモリ２３９から受け渡された、サンプル合成前の１周期分の部分相関電力値の平均を計算し、平均値の定数α（１≦α）倍を閾値として設定する。ここで、定数αの値を大きく設定する程、誤った同期点を確立する誤警報を低減できるが初期捕捉に時間がかかり、定数αの値を小さく設定する程、初期捕捉時間は短縮できるが誤警報が増加するという関係になる。
【００５０】
閾値判定部２４２以後、受信機２は前述した動作によって拡散符号生成部２４以降の処理を実施する。
【００５１】
以上のように、本実施の形態にかかる受信機２の初期捕捉部２３は、受信信号と拡散符号の複素共役とを乗算して得られる相関値系列の加算範囲がそれぞれ異なる第１の相関電力算出部２３Ａと第２の相関電力算出部２３Ｂとを備える。具体的には、第１の相関電力算出部２３Ａは、相関値系列のすべての相関値を加算し、得られた加算結果の電力値を第１の相関電力値として出力する。第２の相関電力算出部２３Ｂは、相関値系列を複数のブロックに分割し、ブロックごとに、ブロック内の相関値を加算するとともに、得られた加算結果の電力値を求め、さらに、ブロックごとに求めた電力値の加算結果を第２の相関電力値として出力する。また、初期捕捉部２３は、第１の相関電力算出部２３Ａで算出した第１の相関電力値と第２の相関電力算出部２３Ｂで算出した第２の相関電力値とを重み付け合成する。そして、初期捕捉部２３は、重み付け合成により得られた電力値（重み付け合成電力値）を閾値と比較し、閾値を超える電力値に対応するサンプルタイミングを推定タイミングと判定する。また、本実施の形態では、重み付け合成に用いる重み付け係数を、第１の相関電力値および第２の相関電力値に基づいて算出することとした。具体的には、第１の相関電力値および第２の相関電力値のそれぞれに対し、拡散符号１周期内の最大電力値を雑音成分が除去された状態であらかじめ確認し、２つの最大電力値が等電力で合成される値を重み付け係数に用いることとした。初期捕捉部２３が第１の相関電力算出部２３Ａと第２の相関電力算出部２３Ｂとを並列に用いる構成としたことにより、拡散符号タイミングの相関電力値が大きく観測されるようになり、非特許文献１に記載の従来の初期捕捉方式の課題であった、相関特性のサイドローブによる同期精度の劣化を改善することができる。また、初期捕捉部２３が、第１の相関電力算出部２３Ａが算出する相関電力値と第２の相関電力算出部２３Ｂが算出する相関電力値とを重み付け合成を行う構成としたことにより、周波数オフセットが小さい条件では第１の相関電力値の割合を大きくでき、周波数オフセットが大きい条件では第２の相関電力値の割合を大きくできる。
【００５２】
ここで、第２の相関電力算出部２３Ｂが算出する第２の相関電力値が周波数オフセットに対する耐性が強い理由を、図１３を用いて説明する。図１３は、第２の相関電力算出部２３Ｂが算出する第２の相関電力値が周波数オフセット耐性に強い理由を説明するための図である。図１３は、周波数オフセットを１／Ｎcとし、図８の初期捕捉部２３の拡散符号乗算部２３２で得られる乗算結果ａ０〜ａ７を複素平面上に示した図である。この場合、第１の相関電力算出部２３Ａが乗算結果ａ０〜ａ７を全て加算し電力値に直すと、式（２）となる。
｜ａ０＋ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４＋ａ５＋ａ６＋ａ７｜2＝０         …（２）
【００５３】
また、第２の相関電力算出部２３Ｂが乗算結果ａ０〜ａ７を２分割にして加算し、電力値に直した後に合成すると、式（３）となる。
｜ａ０＋ａ１＋ａ２＋ａ３｜2＋｜ａ４＋ａ５＋ａ６＋ａ７｜2＞０    …（３）
【００５４】
このように、第２の相関電力算出部２３Ｂは第１の相関電力算出部２３Ａよりも短く乗算結果を分割して加算し、電力計算を行うことで、周波数オフセットに対する耐性を高めている。ただし、第２の相関電力算出部２３Ｂは、乗算結果を分割して相関電力を算出するため、周波数オフセットが小さい条件では第１の相関電力算出部２３Ａよりも相関特性が劣る。そこで、本実施の形態では第１の相関電力値と第２の相関電力値とを重み付け合成を行うことで、周波数オフセットの有無によらず同期判定精度を改善している。
【００５５】
第１の相関電力算出部２３Ａおよび第２の相関電力算出部２３Ｂを備え、第１の相関電力値と第２の相関電力値とを重み付け合成する構成とすることにより同期判定精度を改善できるため、第２の相関電力算出部２３Ｂの後段のサンプル合成部２４０は省略することも可能である。しかし、図６に示したような、サンプル合成部２４０を備える構成とした場合、同期判定精度をさらに向上できる。
【００５６】
すなわち、第２の相関電力算出部２３Ｂが算出する第２の相関電力値に対して、拡散符号１周期にわたって、前後ｌｏｇ2（Ｎovs）のタイミングの第２の相関電力値を合成する構成とし、前後のサンプルタイミングの電力値を合成する場合、正検出となるタイミングの電力値を相対的に高くし、誤警報となるタイミングの電力値を相対的に低くすることができる。その結果、分割数増加に伴うサイドローブによる同期精度の劣化を改善することができる。
【００５７】
本実施の形態によると、以上の第１の相関電力算出部２３Ａおよび第２の相関電力算出部２３Ｂを用いることで、周波数オフセットの有無に依らず、精度良く初期捕捉を行うことが可能となる。
【００５８】
なお、本実施の形態では、受信機２の初期捕捉部２３において、拡散符号乗算部２３２による乗算結果ａ０〜ａ７をｂ１＝ａ０＋ａ１＋ａ２＋ａ３と、ｂ２＝ａ４＋ａ５＋ａ６＋ａ７のように２分割にして加算する第２の相関電力算出部２３Ｂを用いる構成としたが、乗算結果を２分割する構成に限定するものではない。第２の相関電力算出部２３Ｂは、３分割、４分割等、拡散符号を等分割できる他の分割数を用いる構成にしてもよい。例えば乗算結果ａ０〜ａ７を４分割とした場合、ｂ１＝ａ０＋ａ１、ｂ２＝ａ２＋ａ３、ｂ３＝ａ４＋ａ５、ｂ４＝ａ６＋ａ７のように部分相関加算値を計算する。一般に、分割数を増やすと周波数オフセットに対する耐性が強まるため、システムで想定される最大の周波数オフセットに対応した分割数の第２の相関電力算出部２３Ｂを用いる構成とするのがよい。更に、本実施の形態では、第１の相関電力算出部２３Ａと、２分割の第２の相関電力算出部２３Ｂとを並列した構成としたが、分割数が異なる第２の相関電力算出部２３Ｂを複数用いる構成にしてもよい。例えば、第１の相関電力算出部２３Ａと、２分割の第２の相関電力算出部２３Ｂと、４分割の第２の相関電力算出部２３Ｂとを用いた構成である。図６に示した構成と比べると、この構成を用いることにより、周波数オフセットが大きい条件でも正検出となるタイミングを検出することが可能となる。また、２分割、４分割と分割数が異なる第２の相関電力算出部２３Ｂを並列して用いた場合は、分割数によって相関電力値のサイドローブの出現パターンが異なるため、第１の相関電力算出部２３Ａと４分割の第２の相関電力算出部２３Ｂとを用いた構成と比べて同期判定精度を改善できる。
【００５９】
また、本実施の形態では、受信機２の初期捕捉部２３において、電力計算部２３５、２３６の処理結果を、それぞれ相関電力メモリ２３８、２３９に受け渡す構成としたが、これに限定されない。例えば、１シンボル前に相関電力メモリ２３８、２３９に保持した相関電力値と、新たに電力計算部２３５、２３６で計算した相関電力値との間で、平均化を行う構成としてもよい。この場合、相関電力メモリ２３８、２３９は平均化後の相関電力値を保持することとなり、雑音成分を抑圧した良好な閾値判定を行うことが可能となる。
【００６０】
また、本実施の形態では、受信機２の初期捕捉部２３において、第２の相関電力算出部２３Ｂは部分相関値加算部２３４と、電力計算部２３６と、加算処理部２３７とを用いた構成としたが、これに限定されない。非特許文献１で開示されている初期捕捉部のような、位相差計算器を含めた構成に適用することもできる。この場合の初期捕捉部２３の構成を、図１４に例示する。図１４は、実施の形態１にかかる受信機２が備える初期捕捉部の変形例を示す図である。図１４に記載の初期捕捉部２３ａが図６に記載の初期捕捉部２３と異なる点は、図１４の第２の相関電力算出部２３Ｂ−２において、部分相関値加算部２３４の後段に位相差計算部２８１および加算処理部２８２を備え、加算処理部２３７を削除した点である。なお、図１４において、図６と同一の処理を行う箇所は、同一の番号を付してその詳細説明は省略する。部分相関値加算部２３４が拡散符号乗算部２３２から受け渡された乗算結果を２分割にして加算し、部分相関加算値ｂ０およびｂ１が得られた場合を想定する。位相差計算部２８１は、部分相関値加算部２３４から受け渡された部分相関加算値ｂ０とｂ１の位相差を、ｄ０＝ｂ１×ｂ０*のように計算し、位相差の計算結果ｄ０を加算処理部２８２に受け渡す。加算処理部２８２は、位相差計算部２８１から受け渡された位相差の計算結果ｄ０を加算し、加算結果を電力計算部２３６へ受け渡す。電力計算部２３６以後の処理は、前述したものと同じである。このような位相差を求める構成とした場合、第２の相関電力算出部２３Ｂ−２から出力される第２の相関電力値は、位相差をとる処理により第１の相関電力算出部２３Ａよりも多く乗算を行うため、第１の相関電力算出部２３Ａから出力される第１の相関電力値と比べて電力値が大きくなる。そのため、重み付け合成部２４１は適切な電力比で重み付け合成を行うことで、良好な初期捕捉性能を実現できる。この構成により、周波数オフセットが存在する条件でも、精度良く短時間で初期捕捉を行うことが可能となる。
【００６１】
また、本実施の形態では、受信機２の初期捕捉部２３において、サンプル合成部２４０は、第１の相関電力算出部２３Ａの後段に用いず第２の相関電力算出部２３Ｂの後段のみに用いる構成としたが、これに限定されず、第１の相関電力算出部２３Ａの後段にサンプル合成部を用いることもできる。このとき、新たなサンプル合成部は相関電力メモリ２３８の後段に配置する。第１の相関電力算出部２３Ａの後段のサンプル合成部の動作は実施の形態１で説明したサンプル合成部２４０と同じである。系列パラメータＭc＝１のZadoff-Chu系列を直接スペクトル拡散の拡散符号とした場合、オーバーサンプル数Ｎovsが１より大きいときに第１の相関電力算出部の相関値のサイドローブが存在し相関特性が劣化する。そのため、Ｎovs＞１の場合、第２の相関電力算出部だけでなく第１の相関電力算出部の後段にもサンプル合成部を用いた構成とすることで、同期判定精度を改善できる。
【００６２】
また、本実施の形態では、受信機２の初期捕捉部２３の重み付け合成部２４１において、雑音成分が除去された状態の第１の相関電力値およびサンプル合成電力値のそれぞれの、拡散符号１周期内の最大電力値をあらかじめ確認し、２つの最大電力値が等電力で合成されるような重み付け係数を用いたが、これに限定されない。他の重み付け係数の決定方法として、雑音成分が除去された状態の第１の相関電力値およびサンプル合成電力値のそれぞれに対し、拡散符号１周期分の平均値（図１１，図１２参照）を求め、これらの平均値が等しくなるような重み付け係数を用いてもよい。この場合、上述した、最大電力値が等電力となる重み付け係数を用いる場合と比べて第１の相関電力値の割合を大きくでき、周波数オフセットが小さい場合に同期精度の改善が得られる。ただし、周波数オフセットが大きい場合に精度が劣化する。また、最大電力値を等電力とする重み付け係数と、平均値を等電力とする重み付け係数との中間値を重み付け係数とする方法がある。この場合、上述した、最大電力値が等電力となる重み付け係数を用いる場合と比べて、周波数オフセットが大きい場合の精度の劣化が少ないまま、周波数オフセットが小さい場合に精度を改善できる。以上のように重み付け係数を決定することによって、第１の相関電力値とサンプル合成電力値の割合を調整することができる。
【００６３】
更に、重み付け係数をあらかじめ設定した固定値とするのではなく、シンボル毎に適応的に変えてもよい。例えば、相関電力メモリ２３８が保持している第１の相関電力値の平均値と、サンプル合成部２４０が保持しているサンプル合成電力値の平均値が、等しくなる重み付け係数をシンボル毎に算出する方法もある。この場合、重み付け係数は、例えば、重み付け合成部により適宜更新される。重み付け係数を適応的に変更する構成とすることにより、時間的に変動する受信レベルに応じた重み付け合成が可能となり、良好な同期判定精度を実現できる。
【００６４】
また、本実施の形態では、閾値判定部２４２で用いる閾値を算出するために、相関電力メモリ２３９が保持する相関電力値の平均値を用いる構成としたが、これに限定されない。例えば、重み付け合成部２４１が出力する重み付け合成電力値の平均値を用いる構成としてもよい。このような構成とすることで、第１の相関電力値とサンプル合成部２４０が出力するサンプル合成電力値との両方の情報を含んだ精度の良い閾値を生成することができ、良好な同期判定精度を達成できる。
【００６５】
更に、閾値判定部２４２が用いる閾値をあらかじめ設定した固定値とするのではなく、適応的に変えてもよい。例えば、相関電力メモリ２３８で保持している１周期分の第１の相関電力値の平均値と最大値とを求め、最大値が平均値のγ倍（γはあらかじめ決めた定数でγ＞１）を超えている場合、重み付け合成電力値の平均値の定数α倍を閾値判定部２４２で閾値として使用する。一方、重み付け合成電力値の最大値が平均値のγ倍を超えていない場合、定数αに定数β（β＜１）を乗算した値を閾値とする方法がある。相関電力メモリ２３８が保持している第１の相関電力算出部の最大相関電力値は、周波数オフセットが大きい際に値が小さくなる。このように構成することで、閾値を周波数オフセットの大きさによって適応的に変えることができ、周波数オフセットの条件によらず初期捕捉時間を短縮できる。
【００６６】
つづいて、実施の形態１にかかる受信機２のハードウェア構成について説明する。受信機２において、受信アンテナ２１はアンテナ装置で実現される。受信フィルタ２２はフィルタ回路で実現される。
【００６７】
初期捕捉部２３のうち、拡散符号乗算部２３２は、上述したように、図８に示す構成の回路で実現される。初期捕捉部２３の拡散符号乗算部２３２以外の各構成要素は、それぞれ処理回路により実現される。これらの処理回路は、専用ハードウェアにより実現されてもよいし、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）を用いた制御回路であってもよい。
【００６８】
上記の処理回路が、専用ハードウェアにより実現される場合、これらは、図１５に示す処理回路１００により実現される。図１５は、実施の形態１にかかる受信機２を実現する処理回路を示す図である。処理回路１００は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）、またはこれらを組み合わせたものである。  
【００６９】
上記の処理回路が、ＣＰＵを用いた制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図１６に示す構成の制御回路２００である。図１６は、実施の形態１にかかる受信機２を実現する制御回路の構成例を示す図である。図１６に示すように制御回路２００は、ＣＰＵなどであるプロセッサ２０１と、メモリ２０２とを備える。上記の処理回路が制御回路２００により実現される場合、メモリ２０２が、初期捕捉部２３の拡散符号乗算部２３２以外の各構成要素の機能を実現するためのプログラムを記憶しておく。そして、プロセッサ２０１が、メモリ２０２に記憶された上記のプログラムを読み出して実行することにより、初期捕捉部２３の拡散符号乗算部２３２以外の各構成要素が実現される。また、メモリ２０２は、プロセッサ２０１が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
【００７０】
なお、初期捕捉部２３の拡散符号乗算部２３２以外の各構成要素のうち、一部の構成要素を図１５に示す処理回路１００で実現し、残りの構成要素を図１６に示す制御回路２００で実現してもよい。
【００７１】
図１４に示す初期捕捉部２３ａは、初期捕捉部２３を実現する回路と同様の回路で実現される。
【００７２】
拡散符号生成部２４は、図１５に示す処理回路１００または図１６に示す制御回路２００で実現される。逆拡散部２５は、複数の遅延素子と複数の乗算器とを組み合わせた回路で実現される。同期追従部２６は、図１５に示す処理回路１００または図１６に示す制御回路２００で実現される。復調部２７はデモジュレータで実現される。
【００７３】
また、実施の形態１にかかる送信機１の変調部１１はモジュレータで実現される。拡散符号生成部１２は、図１５に示す処理回路１００または図１６に示す制御回路２００と同様の回路で実現される。拡散部１３は、複数の遅延素子と複数の乗算器とを組み合わせた回路で実現される。送信フィルタ１４はフィルタ回路で実現される。送信アンテナ１５はアンテナ装置で実現される。
【００７４】
実施の形態２．
つづいて、実施の形態２について説明する。実施の形態２では、送信機が、直接スペクトル拡散後の信号を複数回反復して送信信号を生成する。これは、スペクトル拡散技術の一つとして知られている方法である。この技術により、送信機は、送信信号スペクトルを周波数軸上で等間隔に分散配置する。実施の形態２にかかる受信機の初期捕捉部は、送信側の直接スペクトル拡散信号の反復回数に従って、第１の相関電力算出部と第２の相関電力算出部の相関値加算周期を決定する。本実施の形態では、送信機の構成および動作、受信機の動作が実施の形態１と異なる。本実施の形態では、実施の形態１と異なる部分について説明を行い、実施の形態１と同様の部分については説明を割愛する。
【００７５】
実施の形態２にかかる送信機の構成および動作について説明する。図１７は、実施の形態２にかかる送信機の構成例を示す図である。図１７に示すように、実施の形態２にかかる送信機１ａは、実施の形態１で説明した送信機１（図１参照）の拡散部１３と送信フィルタ１４との間に、アップサンプル部３１と、周波数シフト部３２と、ＣＰ付加部３３とを追加した構成である。
【００７６】
図１７に示す送信機１ａの動作概要を説明する。図１８は、実施の形態２にかかる送信機１ａの動作の一例を示すフローチャートである。図１８に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートのステップＳ１３とステップＳ１４との間にステップＳ５１〜Ｓ５３を追加したものである。
【００７７】
アップサンプル部３１は、拡散部１３から入力された直接スペクトル拡散信号に対して、信号長を１／Ｐに圧縮した後、圧縮した直接スペクトル拡散信号をＰ回反復する（ステップＳ５１）。ここで、Ｐは２以上の整数とする。アップサンプル部３１は、反復処理を行うことにより、長さがＮcの拡散符号をＰ回繰り返した、長さがＮc×Ｐの直接スペクトル拡散信号を生成する。図１９は、実施の形態２にかかる送信機１ａが備えるアップサンプル部３１の処理を説明するための図である。図１９は、拡散符号周期がＮc＝４、反復回数がＰ＝４とした場合のアップサンプル部３１による直接スペクトル拡散信号の圧縮および反復の例を示す。信号のハッチングが施された部分は、拡散符号の１番目の要素を示す。図１９に示した例の場合、アップサンプル部３１は、サンプルレートを４倍にすることで信号長を１／４に圧縮する。アップサンプル部３１は、次に、１／４の長さに圧縮した信号を４回繰り返してアップサンプル後の直接スペクトル拡散信号を生成する。図１９に示すように、アップサンプル後の直接スペクトル拡散信号は、２つの拡散符号周期が存在する。拡散符号周期＃１は、アップサンプル前の直接スペクトル拡散信号の生成に用いた拡散符号周期Ｎc＝４と同一のチップ数、拡散符号周期＃２は、拡散符号周期＃１の反復回数Ｐ＝４倍の、Ｎc×Ｐ＝１６のチップ数となる。アップサンプル部３１は、アップサンプル後の直接スペクトル拡散信号を周波数シフト部３２へ受け渡す。
【００７８】
周波数シフト部３２は、アップサンプル部３１から入力された信号に対し、予め設定された位相回転量で位相回転を行い、入力信号を周波数シフトさせる（ステップＳ５２）。位相回転量をθとした場合、周波数シフト部３２は、入力信号にｅｘｐ（ｊ２πθｎ／Ｎｃ）（ｎ＝１，…，Ｎｃの整数）を乗算することで、位相回転を行う。周波数シフト部３２は、周波数シフト後の直接スペクトル拡散信号をＣＰ付加部３３へ受け渡す。
【００７９】
ＣＰ付加部３３は、周波数シフト部３２から入力された信号に対し、図２０に示すように、最後尾から予め定められた数のサンプル値を複製し、サイクリックプレフィックス（ＣＰ：Cyclic  Prefix）として先頭に付加する（ステップＳ５３）。なお、図２０は、実施の形態２にかかる送信機１ａが備えるＣＰ付加部３３の動作を説明するための図である。ＣＰ付加部３３は、ＣＰ付加後の直接スペクトル拡散信号を送信フィルタ１４に受け渡す。その後の送信機１ａの処理は、実施の形態１にかかる送信機１と同様である。
【００８０】
送信機１ａのアップサンプル部３１、周波数シフト部３２およびＣＰ付加部３３は、実施の形態１で説明した処理回路１００または制御回路２００により実現される。
【００８１】
次に、実施の形態２にかかる受信機の構成および動作について説明する。実施の形態２にかかる受信機の構成は、実施の形態１にかかる受信機２（図４参照）と同様である。ただし、初期捕捉部２３の動作が異なる。ここでは、実施の形態１にかかる初期捕捉部２３の構成を示す図６を参照しながら実施の形態２にかかる初期捕捉部２３を説明する。また、実施の形態２にかかる受信機２の動作を示すフローチャートは、実施の形態１にかかる受信機２の動作を示すフローチャート（図５参照）と同じである。
【００８２】
初期捕捉部２３は、図２０に示すＣＰ付加後の直接スペクトル拡散信号に対して、図示した拡散符号周期＃２のタイミングを推定する。
【００８３】
図６に示す拡散符号生成部２３１は、送信機１ａのアップサンプル部３１が直接スペクトル拡散信号を反復させる回数Ｐに従って、長さがＮc×Ｐの拡散符号を生成する。例えば、送信機１ａのアップサンプル部３１が図１９に示す構成のアップサンプル後の直接信号を生成する場合、拡散符号生成部２３１は、拡散符号周期＃２に対応する、Ｎc×Ｐ＝１６の周期の拡散符号を生成する。
【００８４】
拡散符号乗算部２３２は、Ｎc×Ｐ×Ｎovs（Ｎovs：オーバーサンプル数）個の遅延素子と、Ｎc×Ｐ個の乗算器とを用いて構成できる。例えば、図１９においてＮovs＝２とした場合、Ｎc×Ｐ×Ｎovs＝３２個の遅延素子と、Ｎc×Ｐ＝１６個の乗算器で拡散符号乗算部２３２を構成できる。
【００８５】
第１の相関電力算出部２３Ａの相関値加算部２３３は、拡散符号乗算部２３２から受け渡された乗算結果を、図１９に示す拡散符号周期＃２と同等の長さで加算する。
【００８６】
第２の相関電力算出部２３Ｂの部分相関値加算部２３４は、拡散符号乗算部２３２から受け渡された乗算結果を、図１９に示す拡散符号周期＃１と同等の長さで加算する。つまり、部分相関値加算部２３４は、拡散符号周期＃２をＰ分割にして加算する。例えば、図１９に示した構成のアップサンプル後の直接スペクトル拡散信号を受信機２が受信する場合、部分相関値加算部２３４は、拡散符号周期＃２を４分割して加算する。
【００８７】
相関値加算部２３３の後段の各構成要素および部分相関値加算部２３４の後段の各構成要素が行う処理は、実施の形態１にかかる初期捕捉部２３の同じ符号が付された各構成要素と同じである。
【００８８】
実施の形態２にかかる受信機２の逆拡散部２５（図４参照）は、実施の形態１と同様に、拡散符号生成部２４から入力された拡散符号を用いて、受信フィルタ２２から入力された信号を逆拡散する。ただし、初期捕捉部２３または同期追従部２６で検出された推定タイミングまたは補正後のタイミングに基づき、ＣＰを除いた部分だけを逆拡散する。
【００８９】
復調部２７は、図１７に示す送信機１ａが送信する信号に対応した復調処理を行う。この処理は、例えば次のような構成で実現できる。復調部２７は、逆拡散部２５から受け取った逆拡散後の信号に対して、まず、伝送路で受けた波形歪みを補正する等化処理を行う。復調部２７は、等化処理を行った後、送信機１ａの周波数シフト部３２で与えられた周波数シフトを除去する処理を行う。復調部２７は、その後、送信機１ａのアップサンプル部３１で実施された、反復回数Ｐに応じた合成を行う。合成は、次に説明するように実施する。復調部２７は、周波数シフトが除去された後の拡散符号周期がＮc×Ｐの信号に対して、送信機１ａのアップサンプル部３１で反復する前の拡散符号の要素番号が同じであるサンプル同士を合成し、長さＮcの信号にする。合成後、復調部２７は、送信機１ａの変調部１１が行う変調処理に対応した復調処理を行う。
【００９０】
以上のように、本実施の形態では、送信機１ａのアップサンプル部３１が、スペクトル拡散後の信号を複数回反復して送信信号を生成する構成とした。更に、受信機２の初期捕捉部２３において、アップサンプル部３１によって反復された後の拡散符号周期と、反復前の拡散符号周期に対応した長さで相関値を加算する、第１の相関電力算出部と第２の相関電力算出部とを併用する構成とした。短い拡散符号周期に対応した第２の相関電力算出部を用いることにより、部分相関でなく拡散符号周期全体の相関特性が得られるため、サイドローブを抑圧した相関値が得られる。この特性に第１の相関電力算出部の相関特性を併用することで同期判定精度を改善できる。
【００９１】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１，１ａ  送信機、２  受信機、１１  変調部、１２，２４，２３１  拡散符号生成部、１３  拡散部、１４  送信フィルタ、１５  送信アンテナ、２１  受信アンテナ、２２  受信フィルタ、２３，２３ａ  初期捕捉部、２３Ａ  第１の相関電力算出部、２３Ｂ，２３Ｂ−２  第２の相関電力算出部、２３Ｃ  タイミング検出部、２５  逆拡散部、２６  同期追従部、２７  復調部、３１  アップサンプル部、３２  周波数シフト部、３３  ＣＰ付加部、２３２  拡散符号乗算部、２３３  相関値加算部、２３４  部分相関値加算部、２３５，２３６  電力計算部、２３７，２８２  加算処理部、２３８，２３９  相関電力メモリ、２４０  サンプル合成部、２４１  重み付け合成部、２４２  閾値判定部、２８１  位相差計算部、２５１〜２６６  遅延素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年7月30日(2020.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接スペクトル拡散が実施された受信信号に対し、前記直接スペクトル拡散に用いられた拡散符号の複素共役を乗算して相関値系列を生成する拡散符号乗算部と、
前記拡散符号乗算部が前記乗算を行うごとに生成される相関値系列の各相関値を加算して相関加算値を生成し、前記相関加算値の電力値である第１の相関電力値を算出する第１の相関電力算出部と、
前記相関値系列を複数のブロックに分割し、前記ブロックごとに、ブロック内の各相関値を加算して部分相関値を生成するとともに前記部分相関値の電力値を求め、前記ブロックごとに求めた電力値同士を加算して第２の相関電力値を算出する第２の相関電力算出部と、
前記第１の相関電力値と前記第２の相関電力値とに基づいて、前記受信信号の送信元の送信装置が前記直接スペクトル拡散において送信信号に前記拡散符号を乗算したタイミング、を検出するタイミング検出部と、
を備えることを特徴とする受信装置。
【請求項２】
前記第１の相関電力算出部はサンプルタイミングごとに前記第１の相関電力値を算出し、
前記第２の相関電力算出部はサンプルタイミングごとに前記第２の相関電力値を算出し、
前記タイミング検出部は、
前記第１の相関電力値と前記第２の相関電力値とを重み付け合成してサンプルタイミングごとの重み付け合成電力値を生成する重み付け合成部と、
前記拡散符号１周期内において値が最大の、前記サンプルタイミングごとの重み付け合成電力値を閾値と比較して前記タイミングを検出する閾値判定部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記第１の相関電力算出部はサンプルタイミングごとに前記第１の相関電力値を算出し、
前記第２の相関電力算出部はサンプルタイミングごとに前記第２の相関電力値を算出し、
前記タイミング検出部は、
各サンプルタイミングについて、サンプルタイミングおよびオーバーサンプル数に基づく範囲に含まれる前記第２の相関電力値同士を合成してサンプルタイミングごとのサンプル合成電力値を生成するサンプル合成部と、
前記第１の相関電力値と前記サンプル合成電力値とを重み付け合成してサンプルタイミングごとの重み付け合成電力値を生成する重み付け合成部と、
前記拡散符号１周期内において値が最大の、前記サンプルタイミングごとの重み付け合成電力値を閾値と比較して前記タイミングを検出する閾値判定部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項４】
前記第１の相関電力算出部はサンプルタイミングごとに前記第１の相関電力値を算出し、
前記第２の相関電力算出部はサンプルタイミングごとに前記第２の相関電力値を算出し、
前記タイミング検出部は、
各サンプルタイミングについて、サンプルタイミングおよびオーバーサンプル数に基づく範囲に含まれる前記第１の相関電力値同士を合成してサンプルタイミングごとのサンプル合成電力値を生成するサンプル合成部と、
前記サンプル合成電力値と前記第２の相関電力値とを重み付け合成してサンプルタイミングごとの重み付け合成電力値を生成する重み付け合成部と、
前記拡散符号１周期内において値が最大の、前記サンプルタイミングごとの重み付け合成電力値を閾値と比較して前記タイミングを検出する閾値判定部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項５】
前記重み付け合成で使用する重み付け係数は、前記第１の相関電力値の特性と前記第２の相関電力値の特性とに基づいて決定される、
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の受信装置。
【請求項６】
前記重み付け係数は、雑音成分を含まない状態の前記第１の相関電力値の最大値と、雑音成分を含まない状態の前記第２の相関電力値の最大値とに基づいて決定される、
ことを特徴とする請求項５に記載の受信装置。
【請求項７】
前記重み付け係数は、雑音成分を含まない状態の前記第１の相関電力値の平均値と、雑音成分を含まない状態の前記第２の相関電力値の平均値とに基づいて決定される、
ことを特徴とする請求項５に記載の受信装置。
【請求項８】
前記重み付け係数は、前記第１の相関電力値の平均値と、前記第２の相関電力値の平均値とに基づいて、前記重み付け合成部により適応的に更新される、
ことを特徴とする請求項５に記載の受信装置。
【請求項９】
前記拡散符号は、第１の長さの系列が複数回繰り返された第２の長さの系列であり、
前記第２の相関電力算出部は、前記相関値系列を複数のブロックに分割する際、前記ブロックの長さが前記第１の長さとなるよう、前記相関値系列を分割する、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の受信装置。
【請求項１０】
直接スペクトル拡散が実施された信号を受信する受信装置が備えるタイミング検出装置であって、
前記信号に対し、前記直接スペクトル拡散に用いられた拡散符号の複素共役を乗算して相関値系列を生成する拡散符号乗算部と、
前記拡散符号乗算部が前記乗算を行うごとに生成される相関値系列の各相関値を加算して相関加算値を生成し、前記相関加算値の電力値である第１の相関電力値を算出する第１の相関電力算出部と、
前記相関値系列を複数のブロックに分割し、前記ブロックごとに、ブロック内の各相関値を加算して部分相関値を生成するとともに前記部分相関値の電力値を求め、前記ブロックごとに求めた電力値同士を加算して第２の相関電力値を算出する第２の相関電力算出部と、
前記第１の相関電力値と前記第２の相関電力値とに基づいて、前記受信装置が受信した信号の送信元の送信装置が前記直接スペクトル拡散において送信信号に前記拡散符号を乗算したタイミング、を検出するタイミング検出部と、
を備えることを特徴とするタイミング検出装置。
【請求項１１】
直接スペクトル拡散が実施された信号を受信する受信装置が実行するタイミング検出方法であって、
前記信号に対し、前記直接スペクトル拡散に用いられた拡散符号の複素共役を乗算して相関値系列を生成する拡散符号乗算ステップと、
前記拡散符号乗算ステップを実行するごとに生成される相関値系列の各相関値を加算して相関加算値を生成し、前記相関加算値の電力値である第１の相関電力値を算出する第１の相関電力算出ステップと、
前記相関値系列を複数のブロックに分割し、前記ブロックごとに、ブロック内の各相関値を加算して部分相関値を生成するとともに前記部分相関値の電力値を求め、前記ブロックごとに求めた電力値同士を加算して第２の相関電力値を算出する第２の相関電力算出ステップと、
前記第１の相関電力値と前記第２の相関電力値とに基づいて、前記受信装置が受信した信号の送信元の送信装置が前記直接スペクトル拡散において送信信号に前記拡散符号を乗算したタイミング、を検出するタイミング検出ステップと、
を含むことを特徴とするタイミング検出方法。
【請求項１２】
直接スペクトル拡散が実施された信号を受信する受信装置を制御する制御回路であって、
前記信号に対し、前記直接スペクトル拡散に用いられた拡散符号の複素共役を乗算して相関値系列を生成する拡散符号乗算ステップと、
前記拡散符号乗算ステップを実行するごとに生成される相関値系列の各相関値を加算して相関加算値を生成し、前記相関加算値の電力値である第１の相関電力値を算出する第１の相関電力算出ステップと、
前記相関値系列を複数のブロックに分割し、前記ブロックごとに、ブロック内の各相関値を加算して部分相関値を生成するとともに前記部分相関値の電力値を求め、前記ブロックごとに求めた電力値同士を加算して第２の相関電力値を算出する第２の相関電力算出ステップと、
前記第１の相関電力値と前記第２の相関電力値とに基づいて、前記受信装置が受信した信号の送信元の送信装置が前記直接スペクトル拡散において送信信号に前記拡散符号を乗算したタイミング、を検出するタイミング検出ステップと、
を前記受信装置に実行させることを特徴とする制御回路。
【請求項１３】
直接スペクトル拡散が実施された信号を受信する受信装置を制御するプログラムを記憶する記憶媒体であって、
前記プログラムは、
前記信号に対し、前記直接スペクトル拡散に用いられた拡散符号の複素共役を乗算して相関値系列を生成する拡散符号乗算ステップと、
前記拡散符号乗算ステップを実行するごとに生成される相関値系列の各相関値を加算して相関加算値を生成し、前記相関加算値の電力値である第１の相関電力値を算出する第１の相関電力算出ステップと、
前記相関値系列を複数のブロックに分割し、前記ブロックごとに、ブロック内の各相関値を加算して部分相関値を生成するとともに前記部分相関値の電力値を求め、前記ブロックごとに求めた電力値同士を加算して第２の相関電力値を算出する第２の相関電力算出ステップと、
前記第１の相関電力値と前記第２の相関電力値とに基づいて、前記受信装置が受信した信号の送信元の送信装置が前記直接スペクトル拡散において送信信号に前記拡散符号を乗算したタイミング、を検出するタイミング検出ステップと、
を前記受信装置に実行させることを特徴とする記憶媒体。
【国際調査報告】
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