(57)【要約】【課題】相関値を求めるバッファを１段だけで済むようにし、且つデータビットの反転による相関損失の問題を抑えたスペクトラム拡散信号処理装置を得る。【解決手段】スペクトラム拡散用擬似雑音符号の周期を分割した複数のタイミングを擬似雑音受信信号のタイミングとし、それらの擬似雑音受信信号タイミングのうち、受信信号のＰＲＮ符号の位相に最も近い擬似受信信号タイミングで積算を開始する。また、隣接する擬似受信信号タイミングの間隔以内の時間で各受信チャンネルのバッファに求められている相関値をＣＰＵへ出力する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトラム拡散用擬似雑音符号に同期してデータが変調されたスペクトラム拡散信号を受信する手段と、該受信による受信信号にスペクトラム拡散用擬似雑音符号を乗算するとともに一定周期毎に積算して、前記受信信号とスペクトラム拡散用擬似雑音符号との相関値をバッファに求める相関手段と、該バッファに求められた相関値を基に前記データを復調するデータ復調手段とを備えたスペクトラム拡散信号処理装置において、
前記スペクトラム拡散用擬似雑音符号の周期を分割してなる複数のタイミングを擬似雑音受信信号のタイミングとし、該擬似雑音受信信号タイミングのうち、受信信号のスペクトラム拡散用擬似雑音符号の位相に最も近いタイミングの擬似受信信号タイミングを前記一定周期の開始タイミングとして定める手段を設けたことを特徴とするスペクトラム拡散信号処理装置。
【請求項２】
前記相関手段は複数チャンネル分備え、前記データ復調手段は、隣接する前記擬似受信信号タイミングの間隔以内の時間で，前記複数のチャンネルのバッファから前記相関値を読み出してデータを復調するようにした請求項１に記載のスペクトラム拡散信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スペクトラム拡散用擬似雑音符号に同期してデータが変調されたスペクトラム拡散信号を処理するスペクトラム拡散信号処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スペクトラム拡散通信システムは種々の分野で利用されている。特に測位システムでは、たとえばＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＧＰＳ／ＳＢＡＳ等の測位システムで送信信号をスペクトラム拡散用擬似雑音符号（以下「ＰＲＮ符号」という。）で位相変調されていて、且つそのＰＲＮ符号は送信すべきデータ（測位システムの場合、航法メッセージ）で位相変調されている。
【０００３】
このようなスペクトラム拡散された信号を受信し、そのデータを復調するためには、受信機側で発生したＰＲＮ符号と受信信号のＰＲＮ符号との相関値を求め、この相関値から両ＰＲＮ符号の位相差を検出するとともに、受信機側で発生したＰＲＮ符号の位相を受信信号に同期させてデータの復調を行うようにしている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、受信機内に構成される従来のスペクトラム拡散信号処理装置の構成例を図４の（Ａ），（Ｂ）に示す。また、図５の（Ａ），（Ｂ）に図４の（Ａ），（Ｂ）の各部のタイミング関係をそれぞれ示す。
図４の（Ａ）に示す例で、乗算器１は受信機内部で発生したコード（ＰＲＮ符号）を受信信号に掛け合わせる。積算器２は、その値を受信機内部で発生したタイミングで積算を開始する。バッファ３は、積算器２により求められた積算結果を、受信機内部で発生したタイミング毎に入力する。ＣＰＵはこのバッファ３の値をバッファの内容が更新される毎に読み出してデータの復調を行う。
【０００５】
図５の（Ａ）は１ｍｓ周期のＣ／Ａコードを復調する例であり、「受信信号タイミング」は受信信号に含まれているＰＲＮ符号の周期を示している。また「受信機内部タイミング」は受信信号タイミングとは別に独立して定めたタイミング信号であり、積算器２はこの受信機内部タイミングで積算を開始し、それに同期して、最終の積算値をＣＰＵ出力期間でＣＰＵへ出力する。
【０００６】
図４の（Ｂ）に示す例で、乗算器１は受信機内部で発生したコード（ＰＲＮ符号）を受信信号に掛け合わせ、積算器２はその乗算結果を受信信号タイミング（受信信号のＰＲＮ符号に同期した信号）で積算を開始し、第１バッファ３ａは受信信号タイミングで積算器２の値を取り込む。図５の（Ｂ）に示すように、第２バッファ３ｂは受信機内部で発生したタイミングで第１バッファ３ａの内容を取り込む。ＣＰＵはこの第２バッファ３ｂの内容を読み取ってデータの復調を行う。
【０００７】
【非特許文献１】
Ａ．Ｊ．Ｖａｎ  Ｄｉｅｒｅｎｄｏｎｃｋ，”ＧＰＳ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ”，ｉｎ  Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｖｏｌ．Ｉ，Ｂ．Ｗ．Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ  ａｎｄ  Ｊ．Ｊ．Ｓｐｉｌｋｅｒ，Ｊｒ．，ｅｄｓ．，ｐｐ．３２９−４０７，Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ，１９９６．
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図４の（Ａ）に示した構成では、バッファ３を設けているため、相関値をＣＰＵへ出力する間に次の相関値を求めるための処理（積算器２による積算）が行える。しかし、受信信号のＰＲＮ符号の位相（以下、単に「受信信号のタイミング」という。）とは無関係に、受信機内部で発生したタイミングで相関処理を行うため、積算処理の途中でデータ（航法メッセージ）のビットが変化した時、ＰＲＮ符号の位相が反転する場合がある。この場合、積算量が正負でキャンセルされてしまい、所期の相関結果を得ることができない。
【０００９】
図６は、その典型例を示している。ここで示すように、Ｃ／Ａコードの場合、積算開始タイミングから０．５ｍｓ後にデータビットが反転すれば相関結果は０となって、その１ｍｓ区間については相関結果が全く得られない（相関値が０となる）。上記位相反転による積算方向の正負キャンセルによる相関値の減少を以下「相関損失」という。
【００１０】
一方、図４の（Ｂ）に示した構成では、受信信号タイミングに同期して積算を開始するので上述の問題は解消できるが、複数の受信チャンネルのそれぞれにバッファを１段余計に設ける必要があるため、全体の回路規模が増大してしまう。
【００１１】
そこで、この発明の目的は、相関値を求めるバッファを１段だけで済むようにし、且つデータビットの反転による相関損失の問題を抑えたスペクトラム拡散信号処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、スペクトラム拡散用擬似雑音符号に同期してデータが変調されたスペクトラム拡散信号を受信する手段と、該受信による受信信号にスペクトラム拡散用擬似雑音符号を乗算するとともに一定周期毎に積算して、前記受信信号とスペクトラム拡散用擬似雑音符号との相関値をバッファに求める相関手段と、該バッファに求められた相関値を基に前記データを復調するデータ復調手段とを備えたスペクトラム拡散信号処理装置において、前記スペクトラム拡散用擬似雑音符号の周期を分割してなる複数のタイミングを擬似雑音受信信号のタイミングとし、該擬似雑音受信信号タイミングのうち、受信信号のスペクトラム拡散用擬似雑音符号の位相に最も近いタイミングの擬似受信信号タイミングを前記一定周期の開始タイミングとして定める手段を設けたことを特徴としている。
【００１３】
このようにスペクトラム拡散用擬似雑音符号の周期を分割した複数のタイミングのうち受信信号のスペクトラム拡散用擬似雑音符号の位相に最も近いタイミングで積算を開始するようにしたことにより、データビットの反転タイミングが最悪の場合でも、図６に示した従来の最悪ケースの場合に比べて相関損失を低減することができる。
【００１４】
また、この発明は、前記相関手段が複数チャンネル分備えていて、前記データ復調手段が、隣接する前記擬似受信信号タイミングの間隔以内の時間で，各チャンネルのバッファから前記相関値を読み出してデータを復調するようにしたことを特徴としている。
【００１５】
このように擬似受信信号タイミングの間隔以内の時間でバッファの内容（相関値）を読み出すようにしたことによって、バッファが１段であっても、その読み出し途中で相関値が変化することがないため、相関値を正しく求めることができる。また、データ復調手段は、各チャンネルのバッファに求められた相関値を同じタイミングで読み出すことができ、各チャンネルが受信する受信信号のスペクトラム拡散用擬似雑音符号の位相がそれぞれ異なっていても、所定のタイムスケジュールに従った処理が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態に係るスペクトラム拡散信号処理装置の構成を図１〜図３を基に説明する。
図１はスペクトラム拡散信号処理装置の構成を示すブロック図である。ここでコードＮＣＯ４はＣＰＵ１０から与えられた制御データに基づいてコード発生器５が発生するＣ／Ａコードの位相を制御する。コード発生器５は所定のＰＲＮ符号（Ｃ／Ａコード）を発生する。受信信号は図外のダウンコンバータにより周波数変換され且つ所定ビット数のディジタルデータ列に変換された信号である。乗算器１は、コード発生器５が発生したＣ／Ａコードと受信信号とを乗算する。タイミング信号発生回路６は複数の取り得るタイミングのうちＣＰＵ１０から与えられた所定の擬似受信信号タイミング信号を発生する。積算器２はタイミング信号発生回路６が発生したタイミングで、乗算器１の出力データを順次積算し、バッファ３は積算器２によって求められた積算値を、タイミング信号発生回路６の発生したタイミングで取り込む。このバッファ３に取り込まれる値は、コード発生器５が発生したＣ／Ａコードと受信信号との相関値である。ＧＰＳの場合、Ｃ／Ａコードのコード長は１［ｍｓ］であり、積算器２はこの１［ｍｓ］の間に所定回数の積算を行い、その最終値をバッファ３に求める。
【００１７】
図１において、ＣＰＵ１０はＲＯＭ１２に書き込んだプログラムを実行する。ＲＡＭ１１は各受信チャンネルとの間でデータ入出力時のワーキングエリアとして用いる。
上記１〜６で示した要素は各受信チャンネルｃｈ１，ｃｈ２・・・ｃｈｍにそれぞれ設けている。各受信チャンネルには共通の受信信号を入力する。
【００１８】
なお、このスペクトラム拡散信号処理装置をＧＰＳ受信機に適用する場合には、各受信チャンネルに、受信信号のキャリア信号と受信機内部で発生したキャリア信号との位相差を検出して、そのキャリア位相を同期させるための回路も設けるが、図１ではそれを省略している。
【００１９】
受信信号タイミング（受信信号のＣ／Ａコード位相）が不明な状態でその捕捉を行う場合には、コード発生器５の発生するＣ／Ａコードの位相を順次所定量ずつシフトさせて、相関値が最大となる位相を検出する。その後、受信信号のコード位相を追尾するためには、コード発生器５が発生したＣ／Ａコードと受信信号のＣ／Ａコードとの位相ずれ量を検出するためのブロックを設ければよい。
【００２０】
図２は図１各部の信号のタイミング関係を示す図である。ここで、「擬似受信信号タイミング１〜ｎ」は、Ｃ／Ａコードの１周期である１［ｍｓ］をｎ等分した時間間隔のタイミング信号である。これらの擬似受信信号タイミング１〜ｎは各受信チャンネルｃｈ１〜ｃｈｍに共通に用いる。すなわち各受信チャンネルにおいて、タイミング信号発生回路６はこれらの擬似受信信号タイミング１〜ｎのうちＣＰＵ１０が指定したいずれかのタイミング信号を発生する。「受信機内部タイミング」は擬似受信信号タイミング１〜ｎの基準となるタイミング信号であり、各受信チャンネルに共通である。受信信号タイミングは各受信チャンネル毎に異なっていて、図２に示すタイミングであれば、それに最も近い擬似受信信号タイミング２を採用する。すなわちこのタイミングでバッファ３は積算器２の値を取り込み、積算器２は再び新たに積算を開始する。バッファ３に取り込まれた内容は次の擬似受信信号タイミング１までの間にＣＰＵ１０へ出力する。
【００２１】
各チャンネルが受信する受信信号のＣ／Ａコードの位相は、割り当てられた衛星に応じてそれぞれ異なるが、ＣＰＵは、図２に示した受信機内部タイミング直後の一定期間（擬似受信信号タイミングｎからその後の擬似受信信号タイミング１までの期間）に、各受信チャンネルのバッファ３に求められた相関値を同時に読み出すので、その間に相関値が変化することがなく、ＣＰＵ１０は所定のタイムスケジュールに従った処理を行うことができる。
【００２２】
図３はデータビット反転タイミングと擬似受信信号タイミングとのずれと相関損失との関係を示している。（Ａ）に示すように、相関損失が最悪となるのは、データビット反転タイミングが、隣接する擬似受信信号タイミングのちょうど中間位置となる場合である。その場合でも、１［ｍｓ］のうち１／ｎ［ｍｓ］分の積算量が正負キャンセルされるだけであるので、相関損失は１／ｎ以内に抑えることができる。
【００２３】
図３の（Ｂ）は、図４の（Ａ）に示した従来の構成による相関損失の例を示している。この場合、データビット反転タイミングが積算開始タイミングから±１／２［ｍｓ］ずれた点で最悪であり、その相関損失は１（１００％）となるので、最大相関損失は１から１／ｎにまで抑えることができる。
【００２４】
ＧＰＳの場合には、従来は航法メッセージのデータビット２０［ｍｓ］のうち、最大相関損失は１［ｍｓ］であるので、２０ｌｏｇ（２０−１）／２０≒−０．４４５ｄＢとなり、受信感度は最悪で約０．４ｄＢ低下する。これに対し、本願発明の場合、上記擬似受信信号タイミングの分割数ｎを８とすれば、相関損失は最悪１／８であるので、２０ｌｏｇ｛（２０−１／８）／２０｝≒−０．０５４ｄＢとなり、受信感度は最悪でも約０．０５ｄＢ低下するだけとなる。
【００２５】
なお、以上に示した例ではＧＰＳ信号のＣ／Ａコードの処理について示したが、例えばＷＡＡＳ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）  の場合、そのデータビットがＰＲＮ符号の２周期分であり、２［ｍｓ］のうち、最大相関損失は１［ｍｓ］であるので、２０ｌｏｇ（２−１）／２≒−６ｄＢとなり、受信感度は最悪約６ｄＢ低下する。これに対し、本願発明の場合、上記擬似受信信号タイミングの分割数ｎを８とすれば、相関損失は最悪１／８であるので、２０ｌｏｇ｛（２−１／８）／２｝≒−０．６ｄＢとなり、受信感度は最悪でも約０．６ｄＢ低下するだけとなる。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、スペクトラム拡散用擬似雑音符号の周期を分割した複数のタイミングのうち受信信号のスペクトラム拡散用擬似雑音符号の位相に最も近いタイミングで、受信信号とスペクトラム拡散用擬似雑音符号との乗算結果の積算を開始するようにしたことにより、データビットの反転タイミングが最悪の場合でも相関損失を小さく抑えることができる。
【００２７】
また、この発明によれば、前記相関手段が複数チャンネル分備えていて、前記データ復調手段が、擬似受信信号タイミングの間隔以内の時間でバッファの内容（相関値）を読み出すようにしたことによって、バッファが１段であっても、その読み出し途中で相関値が変化することがないため、相関値を正しく求めることができる。また、データ復調手段は、各チャンネルのバッファに求められた相関値を同じタイミングで読み出すことができ、各チャンネルが受信する受信信号のスペクトラム拡散用擬似雑音符号の位相がそれぞれ異なっていても、所定のタイムスケジュールに従った処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係るスペクトラム拡散信号処理装置の構成を示すブロック図
【図２】同装置各部の信号のタイミング関係を示す図
【図３】実施形態に係るスペクトラム拡散信号処理装置の、従来の例と比較しての積算開始タイミングと相関損失との関係を示す図
【図４】従来のスペクトラム拡散信号処理装置の構成例を示す図
【図５】同装置の各部の信号のタイミング関係を示す図
【図６】積算処理の途中でデータのビットが変化することにより、積算量が正負でキャンセルされてしまう典型例を示す図
【符号の説明】
１−乗算器
ｃｈ−受信チャンネル
【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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