(57)【要約】【課題】同期制御の必要のない拡散符号発生回路を用いて逆拡散し、低電力の逆拡散復調器を実現する。【解決手段】入力された拡散信号と内部で発生させた拡散符号により相関をとり、フィルタでデータ信号帯域を取り出し、その出力を振幅検波しピーク信号を検波する。振幅検波によりピーク信号が得られる度にスイッチ１５により拡散符号発生器１４への基準信号入力のオン・オフを交互に切り替える。基準信号の周波数は入力される拡散信号のチップレートよりも常に速い周波数に設定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された拡散信号と相関をとるための拡散符号を発生する拡散符号発生器と、該拡散符号発生器からの該拡散符号と入力された前記拡散信号を乗算して相関をとるためのミキサ回路と、該ミキサ回路から出力される相関信号から送受信するデータ信号帯域の信号成分のみを通過させて該帯域外の信号成分を抑圧するためのフィルタと、該フィルタからのピーク信号を検知するための振幅検波器と、該振幅検波器からの該ピーク信号を検出するピーク検出器と、前記拡散符号発生器へ入力するための基準信号を出力する発振子と、前記振幅検波器からの前記ピーク信号を受けて前記拡散符号発生器への前記基準信号の入力を制御するためのスイッチとを有し、
前記発振子の前記基準信号の周波数は入力される前記拡散信号のチップレートよりも常に速い周波数に設定されており、前記スイッチは前記振幅検波器からの前記ピーク信号が得られる度に前記拡散符号発生器への前記基準信号入力のオン・オフを交互に切り替えることを特徴とする逆拡散復調器。
【請求項２】
前記請求項１に記載の逆拡散復調器において、
前記スイッチを、前記振幅検波器から前記ピーク信号が得られる度に前記拡散符号発生器への前記基準信号の入力をオフにし、一定時間待った後にオンにして前記拡散符号発生器へ前記基準信号の入力を開始させる別のスイッチに置き換えたことを特徴とする逆拡散復調器。
【請求項３】
前記請求項１に記載の逆拡散復調器において、
入力される拡散信号のチップレートよりも常に遅い周波数の別の基準信号を出力する別の発振子をさらに備え、
前記スイッチを、前記振幅検波器から前記ピーク信号が得られる度に前記発振子からの基準信号と前記別の発振子からの別の基準信号を交互に切り替えて前記拡散符号発生器へ入力させる別のスイッチに置き換えたことを特徴とする逆拡散復調器。
【請求項４】
入力された拡散信号と相関をとるための拡散符号を発生する拡散符号発生器と、該拡散符号発生器からの該拡散符号と入力された前記拡散信号を乗算して相関をとるためのミキサ回路と、該ミキサ回路から出力される相関信号から送受信するデータ信号帯域の信号成分のみを通過させて該帯域外の信号成分を抑圧するためのフィルタと、該フィルタからのピーク信号を検知するための振幅検波器と、該振幅検波器からの該ピーク信号を検出するピーク検出器と、基準信号を出力する発振子と、該発振子からの該基準信号を受けて分周動作を行うカウンタとを有し、
該カウンタは、前記振幅検波器からの前記ピーク信号が得られる度に分周比を切り替え、入力される前記拡散信号のチップレートよりも常に速い周波数の基準信号と、入力される前記拡散信号のチップレートよりも常に遅い周波数の基準信号を、前記拡散符号発生器へ交互に切り替えて出力することを特徴とする逆拡散復調器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、拡散符号を用いた演算により所望の信号を周波数拡散して送信し、受信では該拡散符号を用いた演算により逆拡散して前記所望の信号を取り出し受信する無線通信における、逆拡散復調器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５に第１の従来技術である逆拡散復調器の構成を示す。本構成では受信された拡散信号は乗算器５１および乗算器５４において拡散符号発生器５９で発生した拡散符号と乗算される。乗算器５１へは進み位相を持った拡散符号Ｐ（ｔ−Ｔ）が入力され、乗算器５４へは遅れ位相を持った拡散符号Ｐ（ｔ＋Ｔ）が入力される。同期がとれなければ２つのバンドパスフィルタ（以下ＢＰＦ）５２，５５の出力からは電力値の低い雑音状の信号が出力されるが、同期がとれた状態で位相が少し進めば上部のＢＰＦ５２に大きな信号が現れ、大きな検波出力が振幅検波器５３から得られる。位相が遅れれば逆に下部の振幅検波器５６から大きな出力が得られる。これらの出力結果を加算器５７で加算して、ループフィルタ５８を通した後に得られる信号を電圧制御発振器（ＶＣＯ）６０の制御信号として入力し、拡散符号発生器５９に入力するクロックの位相を高精度にあわせ込むことで逆拡散処理を行い、受信信号が得られる。
【０００３】
図６に第２の従来技術である逆拡散復調器の構成を、図７に図６の逆拡散復調器におけるピーク検出器６４の入力側のＡ点と出力側のＢ点の信号の特徴的な波形を示す。本構成では受信された拡散信号は拡散符号に対応したマッチトフィルタ６１により相関信号に変換され、遅延線６２によりデータクロック周波数の逆数分遅延され、その遅延信号と前記相関信号が乗算器６３で乗算されその後にピーク検出器６４でピーク検出を行うことで受信信号が得られる。
【０００４】
以上の同期制御回路を有する方式及びマッチトフィルタを有する方式については、次の「非特許文献１」に開示されている。
【０００５】
【非特許文献１】丸林元、中川正雄、河野隆二  著、「スペクトル拡散通信とその応用」、電子情報通信学会、１９９８年、９４頁〜１４５頁、ＩＳＢＮ  ４−８８５５２−１５３−Ｘ。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示した第１の従来技術である逆拡散復調器では、拡散符号と拡散信号の位相を高精度に合わせる必要がある。このため同期制御回路が複雑になり、回路規模及び消費電力が増大するといった問題があった。
【０００７】
また、図６に示した第２の従来技術である逆拡散復調器では、マッチトフィルタとして通常ＳＡＷフィルタを用いる。このため実装面積及び実装コストが増大するといった問題があつた。また、特定の拡散符号に特化したマッチトフィルタを用いるため、異なる拡散符号による拡散信号を復調できないという問題があった。また、マッチトフィルタをオンチップの回路で構成すると、面積規模及び消費電力が増大するという問題があった。
【０００８】
本発明は以上のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、同期制御が不要で低電力な逆拡散復調器を提供することで、携帯無線機の低電力・低コスト化に寄与することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、入力された拡散信号と相関をとるための拡散符号を発生する拡散符号発生器と、該拡散符号発生器からの該拡散符号と入力された前記拡散信号を乗算して相関をとるためのミキサ回路と、該ミキサ回路から出力される相関信号から送受信するデータ信号帯域の信号成分のみを通過させて該帯域外の信号成分を抑圧するためのフィルタと、該フィルタからのピーク信号を検知するための振幅検波器と、該振幅検波器からの該ピーク信号を検出するピーク検出器と、前記拡散符号発生器へ入力するための基準信号を出力する発振子と、前記振幅検波器からの前記ピーク信号を受けて前記拡散符号発生器への前記基準信号の入力を制御するためのスイッチとを有し、前記発振子の前記基準信号の周波数は入力される前記拡散信号のチップレートよりも常に速い周波数に設定されており、前記スイッチは前記振幅検波器からの前記ピーク信号が得られる度に前記拡散符号発生器への前記基準信号入力のオン・オフを交互に切り替えることを特徴とする逆拡散復調器とした。
【００１０】
請求項２にかかる発明は、前記請求項１に記載の逆拡散復調器において、前記スイッチを、前記振幅検波器から前記ピーク信号が得られる度に前記拡散符号発生器への前記基準信号の入力をオフにし、一定時間待った後にオンにして前記拡散符号発生器へ前記基準信号の入力を開始させる別のスイッチに置き換えたことを特徴とする逆拡散復調器とした。
【００１１】
請求項３にかかる発明は、前記請求項１に記載の逆拡散復調器において、入力される拡散信号のチップレートよりも常に遅い周波数の別の基準信号を出力する別の発振子をさらに備え、前記スイッチを、前記振幅検波器から前記ピーク信号が得られる度に前記発振子からの基準信号と前記別の発振子からの別の基準信号を交互に切り替えて前記拡散符号発生器へ入力させる別のスイッチに置き換えたことを特徴とする逆拡散復調器とした。
【００１２】
請求項４にかかる発明は、入力された拡散信号と相関をとるための拡散符号を発生する拡散符号発生器と、該拡散符号発生器からの該拡散符号と入力された前記拡散信号を乗算して相関をとるためのミキサ回路と、該ミキサ回路から出力される相関信号から送受信するデータ信号帯域の信号成分のみを通過させて該帯域外の信号成分を抑圧するためのフィルタと、該フィルタからのピーク信号を検知するための振幅検波器と、該振幅検波器からの該ピーク信号を検出するピーク検出器と、基準信号を出力する発振子と、該発振子からの該基準信号を受けて分周動作を行うカウンタとを有し、該カウンタは、前記振幅検波器からの前記ピーク信号が得られる度に分周比を切り替え、入力される前記拡散信号のチップレートよりも常に速い周波数の基準信号と、入力される前記拡散信号のチップレートよりも常に遅い周波数の基準信号を、前記拡散符号発生器へ交互に切り替えて出力することを特徴とする逆拡散復調器とした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
図１に本発明の第１の実施形態にかかる逆拡散復調器の構成を示す。図中、１１は入力された拡散信号とローカルの拡散符号とで相関をとるためのミキサ回路、１２はデータ信号の帯域外の雑音成分を除去するためのフィルタである。ベースバンド信号を拡散した拡散信号を逆拡散復調する場合にはローパスフィルタを、キャリア成分を含む変調波を拡散した拡散信号を逆拡散復調する場合にはバンドパスフィルタを用いればよい。本方式はフィルタを選択することで拡散されたべースバンド信号、もしくは拡散された変調波信号のどちらにも対応が可能である。従って、本方式ではフィルタはバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）やローパスフィルタ（ＬＰＦ）等フィルタの種類に限定されないが、ここではバンドパスフィルタとする。１３は位相同期時にＢＰＦ１２から出力されるピーク信号を検知するための振幅検波器、１４は入力された拡散信号と相関をとるためのローカルの拡散符号を発生するための拡散符号発生器、１５は振幅検波器からのピーク信号によって水晶発振子から拡散符号発生器１４へ出力される基準信号をオン・オフするためのスイッチ、１６は基準信号（クロック）を発生するための水晶発振子である。なお、基準信号源としてここでは水晶発振子を用いているが、拡散符号発生器１４へ入力する基準信号を出力するものであればよく、水晶発振子に限定されない。１７は振幅検波器１３からの信号を受けて受信データを復調するためのピーク検出器である。以下に回路動作を説明する。
【００１４】
まず、受信した拡散信号に対して、ローカルの拡散符号発生器１４から出力される拡散符号をミキサ回路１１で乗算することによりスライディング相関を行う。初期状態ではスイッチ１５はオンしており、水晶振動子１６からの基準信号がクロックとして拡散符号発生器１４に入力され、出力される拡散符号のチップレートは水晶振動子１６の基準信号周波数となる。なお、水晶振動子１６からの基準信号周波数は、送信時に拡散に用いた拡散符号のチップレートよりも常に高い周波数になるように選んでおく。拡散信号と拡散符号の位相は、拡散信号と拡散符号のチップレートの周波数差で変化し、拡散信号と拡散符号の位相が一致した時にＢＰＦ１２から大きなピーク信号が得られる。
【００１５】
この時、ＢＰＦ１２からのピーク信号を振幅検波器１３で検知しスイッチ１５をオフに制御して、拡散符号発生器１４へのクロックの入力を停止する。ローカルの拡散符号発生器１４のチップレートは入力される拡散信号のチップレートよりも高速に選んでいるため、ＢＰＦ１２からのピーク信号が得られた直後は、ローカルの拡散符号は入力される拡散信号よりも進み位相となっている。拡散信号と拡散符号の位相差は、拡散信号と拡散符号のチップレートの差で変化するため、拡散符号発生器１４への基準信号の入力を停止すると、拡散符号に対して遅れていた拡散信号の位相差が時間に比例して縮まっていき、やがて位相が一致してＢＰＦ１２からピーク信号が出力される。
【００１６】
このピーク信号が得られた直後はローカルの拡散符号発生器１４へのクロックの入力は停止しているため、拡散符号の位相は変化しておらず拡散信号の位相が拡散符号に対して進み位相となる。このピーク信号を検知した直後にスイッチ１５をオンに制御し拡散符号発生器１４へのクロックの入力を再開する。すると、拡散符号と拡散信号の位相が、再び拡散信号と拡散符号のチップレートの差で変化し始める。ローカルの拡散符号のチップレートは拡散信号のチップレートよりも高速に設定しているため、進み位相となっている拡散信号との位相差は時間に比例して縮まっていきやがて位相が一致してピーク信号が得られる。
【００１７】
このように、振幅検波器１３からピーク信号が得られる度にスイッチ１５をオン・オフ制御して、拡散符号発生器１４へのクロックの入力を切り替えることにより、頻繁に位相の同期点が現れて、多くのピーク信号が得られる。このときの振幅検波器１３からの出力信号（図１中Ａ点）を図２に示す。このピーク信号をピーク検出器１７で検知することで受信信号（図１中Ｂ点）が得られる。
【００１８】
従来の図５のような構成の逆拡散復調器では、同期点をサーチして、一致した拡散符号と拡散信号との間の位相を保持し続けるといった高精度な同期制御を行うが、本構成ではそのような同期制御を行わずに、スライディング相関を行った際の位相同期時のピーク信号を頼りに非同期で逆拡散復調し受信データを得る構成とした。そのため逆拡散復調器の同期制御に関する要素が簡易化され、逆拡散復調器を構成するハードウェア、消費電力が削減される。
【００１９】
なお、本実施形態では振幅検波器１３からのピーク信号を検知してスイッチ１５のオン・オフを交互に制御する構成としたが、水晶振動子１６からの基準信号を拡散符号発生器１４に再投入する時には、このピーク信号を検知しなくともスイッチ１５をオフにしてから一定時間後に自動的にスイッチ１５がオンされる構成にしても良い。
【００２０】
拡散符号発生器１４ヘクロックが入力されていない時には、拡散信号と拡散符号の位相差は拡散信号のチップレートで変化する。そのためピーク信号が得られてスイッチ１５をオフにした後、どの程度の時間で拡散信号の位相が拡散符号に対して進み位相になるかが計算可能である。この時間間隔だけスイッチ１５をオフにしてから、自動的にスイッチ１５をオンした場合にも図２と同じ信号波形が出力され、受信信号を得ることができる。この場合はピーク信号を検知して交互にスイッチのオン・オフを制御する場合に比べてスイッチの制御が簡易化される。
【００２１】
［第２の実施形態］
図３に本発明の第２の実施形態にかかる逆拡散復調器の構成を示す。図中、３１はミキサ回路、３２はフィルタ、３３は振幅検波器、３４は拡散符号発生器、３５はスイッチ、３６，３７は水晶振動子、３８はピーク検出器である。
【００２２】
本実施形態にかかる逆拡散復調器は、上記の第１の実施形態にかかる逆拡散復調器とほとんど同じであるが、基準周波数の異なる２つの水晶発振子３６，３７を備え、振幅検波器３３からのピーク信号を受けて拡散符号発生器３４へ入力する基準信号を交互に切り替えることを特徴とするものである。以下、図３を用いて本実施形態について説明するが、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略する。
【００２３】
第１の実施形態では振幅検波器１３からのピーク信号で拡散符号発生器１４へのクロックの入力をオン・オフする構成としたが、本実施形態では、２つの水晶振動子３６，３７を備えて、２つのクロック基準信号を振幅検波器３３からのピーク信号で切り替える構成とする。第１の水晶発振子３６の基準信号周波数は入力される拡散信号のチップレートよりも常に高速になるようにし、第２の水晶発振子３７の基準信号周波数は入力される拡散信号のチップレートよりも常に低速になるようにする。
【００２４】
第１の実施形態では、拡散信号と拡散符号の位相差が変化する速度は、スイッチ１５がオンの時には拡散符号と拡散信号のチップレートの周波数差で、スイッチ１５がオフの時は拡散信号のチップレートの周波数となる。通常、拡散信号のチップレートはＭＨｚのオーダーなので、スイッチ１５がオフの時の拡散信号と拡散符号の位相差が変化する速度は、スイッチ１５がオンの時に比べてかなり速くなる。このためスイッチ１５を制御する制御系の遅延時間を最適化しても、再度スイッチ１５がオンされるまでに、拡散信号の位相が拡散符号の位相から大幅に進んでしまう場合が考えられる。この場合はスイッチ１５がオンされてから再度ピーク信号が得られるまでに時間がかかってしまうことになる。本方式ではピーク信号を受けて受信データを得る構成としているため、ピーク信号とピーク信号の間隔が長い場合には、送受信可能なデータレートが低下してしまうことが考えられる。
【００２５】
そこで、第２の実施形態では拡散信号のチップレートよりも低速の基準信号周波数を持つ水晶発振子も加え、２つの水晶振動子３６，３７からの基準信号を切り替える構成とした。この場合の拡散信号と拡散符号の位相差が変化する速度は、どちらの水晶振動子を用いた場合でも、拡散符号と拡散信号のチップレートの周波数差となる。このため本方式では第１の実施形態と同様の効果を得られるとともに、スイッチ３５を制御する制御系の遅延時間への要求が第１の実施形態の場合よりも緩和されるという特徴を持つ。
【００２６】
［第３の実施形態］
図４に第３の実施形態にかかる逆拡散復調器の構成を示す。図中、４１はミキサ回路、４２はフィルタ、４３は振幅検波器、４４は拡散符号発生器、４５はカウンタ、４６はピーク検出器、４７は水晶振動子である。
【００２７】
本実施形態にかかる逆拡散復調器は、上記第１の実施形態にかかる逆拡散復調器とほとんど同じであるが、第１の実施形態の逆拡散復調器の構成におけるスイッチをカウンタ４５に置き換え、振幅検波器４３からのピーク信号を受けてカウンタ４５の分周比を変え、拡散符号発生器４４へ入力する基準信号の周波数を切り替え、入力される拡散信号のチップレートよりも常に速い基準周波数と、入力される拡散信号のチップレートよりも常に遅い基準周波数を、拡散符号発生器４４へ交互に切り替えて出力することを特徴とするものである。以下、図４を用いて本実施形態について説明するが、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略する。
【００２８】
本実施形態では、水晶発振子４７からの基準信号を受けて動作するカウンタ４５を備え、振幅検波器４３からのピーク信号を検知する度にカウンタ４５の分周比を変えて、入力される拡散信号よりも速い基準周波数と遅い基準周波数を交互に拡散符号発生器４４へ入力する。このため第２の実施形態と同様の効果が得られる。この場合はカウンタ４５の分周比を制御する制御系の遅延時間への要求が第２の実施形態の場合と同様に緩和されるという特徴を持つ。
【００２９】
【発明の効果】
以上から本発明によれば、同期制御の必要のない拡散符号発生回路を用いて逆拡散するので、低電力の逆拡散復調器が実現でき、携帯無線機の低電力・低コスト化に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の逆拡散復調器のブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の逆拡散復調器で得られる復調信号波形図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の逆拡散復調器のブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の逆拡散復調器のブロック図である。
【図５】第１の従来技術である逆拡散復調器のブロック図である。
【図６】第２の従来技術である逆拡散復調器のブロック図である。
【図７】第２の従来技術である逆拡散復調器で得られる復調信号波形図である。
【符号の説明】
１１：ミキサ回路、１２：フィルタ、１３：振幅検波器、１４：拡散符号発生器、１５：スイッチ、１６：水晶発振子、１７：ピーク検出器
３１：ミキサ回路、３２：フィルタ、３３：振幅検波器、３４：拡散符号発生器、３５：スイッチ、３６，３７：水晶発振子、３８：ピーク検出器
４１：ミキサ回路、４２：フィルタ、４３：振幅検波器、４４：拡散符号発生器、４５：カウンタ、４６：ピーク検出器、４７：水晶発振子
５１，５４：ミキサ回路、５２，５５：バンドパスフィルタ、５３，５６：振幅検波器、５７：加算器、５８：ループフィルタ、５９：拡散符号発生器、６０：ＶＣＯ
６１：マッチトフィルタ、６２：遅延線、６３：ミキサ回路、６４：ピーク検出器
【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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