(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号と拡散コードとの相関値を求め、相関値を所定時間に亘り積算することにより積算相関値を求め、入力信号に対して拡散コードが位相同期するよう積算相関値に基づき拡散コードの位相を制御するコード位相同期ループを備え、上記コード位相同期ループが、積算相関値に現れる相関ピークの振幅及び幅を圧縮して有色雑音の影響を抑えるための成形処理を相関コードに施した上で上記相関値を求める振幅抑圧相関手段を有するスペクトラム逆拡散装置において、
振幅抑圧相関手段における成形処理の程度を決めるパラメータを変更するパラメータ変更手段を備え、
上記パラメータ変更手段が、上記パラメータの設定を、成形処理なしを示す設定、または、所定程度の成形処理を示す設定のいずれかの設定とし、入力信号のコード位相を捕捉する段階では、上記パラメータの設定を成形処理なしを示す設定にし、一旦捕捉したコード位相を追尾する段階では、上記パラメータの設定を所定程度の成形処理を示す設定にすることを特徴とするスペクトラム逆拡散装置。
【請求項２】
請求項１記載のスペクトラム逆拡散装置において、
上記コード位相同期ループが、更に、上記成形処理を施さないで上記相関値を求める非振幅抑圧相関手段を有し、
上記パラメータ変更手段が、上記振幅抑圧相関手段及び上記非振幅抑圧相関手段のうち一方を選択して上記相関値を求めさせる切替手段を含み、上記非振幅抑圧相関手段の選択を以て上記パラメータの設定を成形処理なしを示す設定にし、上記振幅抑圧相関手段の選択を以て上記パラメータの設定を所定程度の成形処理を示す設定にすることを特徴とするスペクトラム逆拡散装置。
【請求項３】
人工衛星等の送信源からスペクトラム拡散変調が施された信号を受信する手段と、この受信信号に係るキャリアとの同期を確立する手段と、この受信信号に係る拡散コードとの位相同期を確立する手段とを備えるスペクトラム拡散信号受信装置において、
受信信号に係る拡散コードとの位相同期を確立する手段が、請求項１又は２記載のスペクトラム逆拡散装置であることを特徴とするスペクトラム拡散信号受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受信信号に対し拡散コードを用いて逆拡散を行うスペクトラム逆拡散装置及びスペクトラム拡散信号受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、拡散コードである疑似雑音コード（以下ＰＮコードという）を重畳した信号を利用するスペクトラム拡散通信方式が知られており、ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）方式の無線通信などに利用されている。このスペクトラム拡散信号の受信においては、送信側と同一のＰＮコードを受信機内で発生させて逆拡散を行うことにより、受信信号に重畳されているＰＮコードを排除して情報を復調する。そして、この逆拡散を定常的に行うためには、受信機内で発生するＰＮコードを受信信号に重畳されているＰＮコードに常に同期させる必要がある。このため、コード位相同期ループを設け、これを用いて受信信号に重畳されているＰＮコードを追尾する方法が一般的に採用されている。
【０００３】
ここで、コード位相に同期する方式について説明する。図１は、従来の一般的なスペクトラム拡散信号受信装置の構成を示す図であり、空中線１０、周波数変換部２０、Ａ／Ｄ変換部３０、信号処理部４１−１〜４１−ｎ、及び制御部５０−１〜５０−ｎから構成されている。送信局から送信されたスペクトラム拡散信号は、まず空中線１０により受信される。受信信号は周波数変換部２０に供給され、ここで所定の周波数変換及び信号増幅処理が施され中間周波数に変換される。中間周波数信号は、Ａ／Ｄ変換部３０において、所定のサンプリング周波数で量子化されてデジタル信号に変換され、このデジタル信号が信号処理部４１−１〜４１−ｎへ、各々供給される。信号処理部は、ＣＤＭＡに対応すべく４１−１〜４１−ｎのｎ個を有している（ｎ：２以上の自然数）。この各信号処理部４１−１〜４１−ｎは各々独立に動作するキャリア位相同期信号処理部４２及びコード位相同期信号処理部４３を有している。また、制御部は、信号処理部４１−１〜４１−ｎに対応して、５０−１〜５０−ｎのｎ個設けられている。各信号処理部５０−１〜５０−ｎは、各々独立に動作するキャリア位相同期制御部４９及びコード位相同期制御部４８を有している。
【０００４】
キャリア位相同期信号処理部４２は、ローカル周波数信号をＡ／Ｄ変換部３０から供給される中間周波数に対し同期させるべく、キャリア位相同期制御部４９によって制御される。ここで、キャリア位相同期制御の詳しい説明については省略するが、キャリア位相同期信号処理部４２は、同期した位相が互いにπ／２異なるという直交関係を持った一対のローカル周波数信号を、中間周波数信号にミキシングすることで、中間周波数信号を直交検波する。これによって、中間周波数信号の搬送波成分が除去され、ベースバンド信号の互いに直交する成分である一般的なＩ（in-phase）信号及びＱ（quadrature phase) 信号が得られる。
【０００５】
コード位相同期信号処理部４３は、ＰＮコード発生部４４、Ｌ位相遅延部４５、ＰＮコード相関部４７及び積算部４６を有している。ＰＮコード発生部４４は、受信信号に重畳されているＰＮコードと同一のＰＮコードを、任意の周波数、任意の位相のＥ（early)位相ＰＮコードとして発生させ、更に、Ｌ位相遅延部４５においてＥ位相ＰＮコードをτチップ位相遅延させたＬ（late) 位相ＰＮコードも発生させる（τ≦１チップ）。ＰＮコード相関部４７は、図２に示したように、キャリア位相同期信号処理部４２から供給されるＩ、Ｑ信号それぞれについて、前記Ｅ位相ＰＮコード、Ｌ位相ＰＮコードを用いてそれぞれ独立に相関処理を施し、得られた相関値を積算部４６に供給する。積算部４６は、供給されてくる相関値ＥＩ、ＥＱ、ＬＩ、ＬＱを一定期間（例えばＰＮコード１周期分の時間）積算することにより、積算相関値ＲＥＩ、ＲＥＱ、ＲＬＩ、ＲＬＱを得る。コード位相同期制御部４８においては、供給されたＲＥＩ、ＲＥＱ、ＲＬＩ、ＲＬＱから一般的にはキャリア位相の影響を除去するため、
【数１】
ＲＥ＝（ＲＥＩ２＋ＲＥＱ２）１／２、ＲＬ＝（ＲＬＩ２＋ＲＬＱ２）１／２
の処理を実施する。
【０００６】
図３は、従来の一般的な構成を用いて、初期であるアクイジションから追尾までにおけるコード位相同期制御部４８の処理の流れを示したものである。まず、初期であるアクイジションでは、おおよそのコード位相を速かに探す。そのため、６００において、コード位相同期制御部４８には、前記通常ＰＮコードでの積算値ＲＥ、ＲＬが供給される。これらのいずれかが任意のパワー以上になるまで、コード位相同期制御部４８は、６０１において、ＰＮコード発生部４４におけるＰＮコード位相を、一定時間毎に２τチップずつずらすように制御していく。なお、ずらし方は一方方向でなくてもよい。即ち、探索範囲を一巡する方法であればどのような順序でもよい。６０２において、コード位相同期制御部４８は、ＲＥとＲＬの差を求めることにより、コード位相弁別信号Ｄ＝ＲＥ−ＲＬを得る。このコード位相弁別信号Ｄは、０．５チップ前で正の極大、０．５チップ後で負の極大をとり、ＰＮコード発生部４４におけるＥ位相とＬ位相の中間位相点が受信信号のコード位相と完全に同期しているときに０になる、という特性を有する。そこで、コード位相弁別信号Ｄが０となるように、コード位相同期制御部４８は、ＰＮコード発生部４４におけるＰＮコード位相を制御する。
【０００７】
以上のようにして、通常ＰＮコードでコード位相同期制御を行うことができるが、この場合、ＰＮコードと相関性がある雑音（以下「有色雑音」）の影響を受けやすく、正確なコード位相同期ができない問題が生じてしまう。そこで、次に効果的に有色雑音の影響を抑圧し、正確にコード位相に同期する方式について説明する。
【０００８】
通常のＰＮコードでは、コード位相ずれに対する相関値の特性がＰＮコード位相±１チップの二等辺三角形となる。従来より、効果的に有色雑音の影響を抑圧するために、相関の最大値及び幅の両方を圧縮する技術、即ち通常ＰＮコードを圧縮成形したＰＮコードを用いる技術が開発されている。図４は、この有色雑音抑圧技術を用いたスペクトラム拡散信号受信装置の構成を示す図であり、図１の構成に対応する構成については同一符号を付した。そこで、図１と同じ装置であるものの説明は省略する。図４に示す装置と図１に示す装置との相違点は、主として、ＰＮコード振幅抑圧相関部４７’がＰＮコード相関部４７とは異なることである。
【０００９】
図１のＰＮコード相関部４７が通常の無成形ＰＮコードとの相関を検出する部材であったのに対して、ＰＮコード振幅抑圧相関部４７’は、キャリア位相同期信号処理部４２から供給されるＩ、Ｑ信号と、前記成形ＰＮコード即ち成形Ｅ位相ＰＮコード、前記成形Ｌ位相ＰＮコードとの相関値をそれぞれ独立に求め、得られた相関ＥＩ、ＥＱ、ＬＩ、ＬＱを積算部４６に供給する。例えば、通常ＰＮコードの相関の最大値を１とし、成形ＰＮコードの相関が最大値及び幅ともにパラメータα（τ≦α≦１）で圧縮されたとする。この場合、ＰＮコード位相±（α＋１／２τ）チップ以上の区間では、±１チップ付近までは、無成形のＰＮコードではτに比例するのに対し、成形ＰＮコードでは０となり、実質的に有色雑音の影響を受けないことになる。従って、コード位相弁別信号Ｄが０となるように制御するコード位相同期制御部４８では、成形ＰＮコードが圧縮されていればいる程、即ち、αを小さくすればする程、有色雑音の影響を抑圧することができる。
【００１０】
しかし、積算相関値の最大値が、無成形ＰＮコードでは１であるのに対して、成形ＰＮコードではαと小さくなってしまうため、Ｓ／Ｎが良好でない低仰角衛星からの受信信号をアクイジションする場合、アクイジションに係る判定において用いるべき本来の正しいコード位相の積算相関値ＲＥ、ＲＬが小さくなり、雑音に埋もれてしまう。そのため、正しいコード位相を探せなくなってしまうという問題が起こる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、有色雑音の影響を効果的に抑圧するためには、アクイジションの限界性能を犠牲にしなければならなくなってしまう。本発明は、アクイジションの限界性能を犠牲にすることなく、有色雑音の影響も効果的に抑圧できるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、（１）入力信号と拡散コードとの相関値を求め、相関値を所定時間に亘り積算することにより積算相関値を求め、入力信号に対して拡散コードが位相同期するよう積算相関値に基づき拡散コードの位相を制御するコード位相同期ループを備え、（２）上記コード位相同期ループが、積算相関値に現れる相関ピークの振幅及び幅を圧縮して有色雑音の影響を抑えるための成形処理を相関コードに施した上で上記相関値を求める振幅抑圧相関手段を有するスペクトラム逆拡散装置において、（３）振幅抑圧相関手段における成形処理の程度を決めるパラメータを変更するパラメータ変更手段を備え、上記パラメータ変更手段が、上記パラメータの設定を、成形処理なしを示す設定、または、所定程度の成形処理を示す設定のいずれかの設定とし、入力信号のコード位相を捕捉する段階では、上記パラメータの設定を成形処理なしを示す設定にし、一旦捕捉したコード位相を追尾する段階では、上記パラメータの設定を所定程度の成形処理を示す設定にすることを特徴とする。
【００１３】
このように、本発明においては、拡散コードに施される成形処理の程度が、パラメータ変更手段により変更される。従って、成形処理の程度を切り換えることにより、入力信号のコード位相の捕捉（アクイジション）に適した装置動作状態でも、また、入力信号のコード位相の追尾（トラッキング）に適した装置動作状態でも実現できる。その結果、アクイジションの限界性能を犠牲にすることなく有色雑音の影響も好適に抑圧できる装置が得られる。
【００１４】
パラメータ変更手段によるパラメータ変更においては、上記パラメータの設定を、成形処理なしを示す設定、または、所定程度の成形処理を示す設定のいずれかの設定とする。即ち、パラメータの変更範囲内に、成形処理を（実質的に）行わない設定を含める。これによって、入力信号のコード位相のアクイジションに最適な状態を必要に応じ実現できる。さらに、入力信号のコード位相を捕捉する段階では成形処理なしを示す設定、一旦捕捉したコード位相を追尾する段階では所定程度の成形処理を示す設定、というように、アクイジション（捕捉）の前後で設定を切り替えることにより、アクイジション時には最良のアクイジション性能を得つつ追尾時には有色雑音の影響の効果的な排除という性能を得ることができる。これによって、パラメータ変更手段を簡素なものとすることができる。
【００１５】
更に、上述のパラメータ変更の実現手段としては、成形処理を施さないで上記相関値を求める非振幅抑圧相関手段と、振幅抑圧相関手段及び非振幅抑圧相関手段のうち一方を選択して相関値を求めさせる切替手段（後述の実施形態ではコード位相同期制御部４８”が実行するステップ７０６に相当）とを設ける、という実現手段がある。非振幅抑圧相関手段が選択されている状態とは成形処理のパラメータの設定を成形処理なしを示す設定にしている状態に相当するため、これによって上述した２段階のパラメータ変更が実現される。なお、この場合に、更に、振幅抑圧相関手段のパラメータ切替使用を組み合わせれば、３段階以上での成形状態切替も可能である。
【００１６】
そして、本発明は、スペクトラム拡散信号受信装置としても表現できる。即ち、本発明は、人工衛星等の送信源からスペクトラム拡散変調が施された信号を受信する手段と、この受信信号に係るキャリアとの同期を確立する手段と、この受信信号に係る拡散コードとの位相同期を確立する手段とを備えるスペクトラム拡散信号受信装置において、受信信号に係る拡散コードとの位相同期を確立する手段が、本発明に係るスペクトラム逆拡散装置であることを特徴とする。本発明は、特に、Ｓ／Ｎが良くない低仰角衛星からの信号を受信し、これをスペクトラム逆拡散する際に、アクイジションの限界性能の改善という点で、顕著な効果を発揮する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。なお、図４の構成に対応する構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１８】
図５は、本実施形態に係る装置、即ちスペクトラム拡散信号を受信するスペクトラム拡散信号受信装置の全体構成を示す図である。この装置においては、ＰＮコード切替相関部４７”が、図４の従来装置のＰＮコード振幅抑圧相関部４７´と異なっている。このＰＮコード切替相関部４７”の詳細を図６に示す。ここでは、簡単のため、ＰＮコード切替相関部４７”に入力されるＩ信号、Ｑ信号、Ｅ位相ＰＮコード、Ｌ位相ＰＮコードは、まとめてひとつの信号に省略している。また、出力される相関値ＥＩ、ＥＱ、ＬＩ、ＬＱについても、まとめてひとつの信号に省略している。ＰＮコード切替相関部４７”は、図１に示されるＰＮコード相関部４７と、図４に示されるＰＮコード振幅抑圧相関部４７’とを有し、スイッチ４７−１、４７−２の切替により両者を切替使用することができる。これらの変更に伴い、コード位相同期制御部４８”も内容的に一部改変されている。
【００１９】
次に、ＰＮコード切替を行うことで、アクイジションの限界性能を犠牲にすることなく有色雑音の影響を効果的に抑圧する、という本実施形態にて特徴的な方法について説明する。
【００２０】
図７は、本実施形態の構成を用いて、初期であるアクイジションから追尾までのコード位相同期制御部４８”の処理の流れを示したものである。まず、初期であるアクイジションでは、より大きいパワーを得るために、無成形の通常ＰＮコードを用いる。７０１において、コード位相同期制御部４８”はＰＮコード相関切替部４７”のスイッチ４７−１、４７−２をＰＮコード相関部４７側に設定し、無成形の通常ＰＮコードを発生する。７０２において、コード位相同期制御部４８”には、前記通常形態ＰＮコードでの積算値ＲＥ、ＲＬが供給され。これらのいずれかが、任意のパワー以上になるまで、コード位相同期制御部４８”は、７０３において、ＰＮコード発生部４４におけるＰＮコード位相を、一定時間毎に２τチップずつずらすように制御していく。７０４において、コード位相同期制御部４８”は、ＲＥ、ＲＬの差を求めることにより、コード位相弁別信号Ｄ＝ＲＥ−ＲＬを得る。そして、コード位相弁別信号Ｄが０となるように、コード位相同期制御部４８”は、ＰＮコード発生部４４におけるＰＮコード位相を制御する。
【００２１】
７０５において、コード位相同期制御部４８”は、コード位相弁別信号Ｄがほぼ０に収束安定したかを確認する。７０６において、コード位相同期制御部４８”は、有色雑音による影響を抑圧するため、圧縮成形したＰＮコードを用いるべく、ＰＮコード切替相関部４７”のスイッチ４７−１、４７−２をＰＮコード振幅抑圧相関部４７’側に設定し、ＰＮコード振幅抑圧相関部４７’により圧縮成形されたＰＮコードを発生させる。７０７において、コード位相弁別信号Ｄ＝０となるように、コード位相同期制御部４８”は、ＰＮコード発生部４４におけるＰＮコード位相を制御することにより、有色雑音による影響を抑圧したコード位相同期を確立する。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＰＮコードを切り替えることで、アクイジションの限界性能を犠牲にすることなく、有色雑音の影響も効果的に抑圧できるようにすることを実現している。なお、ＰＮコードの成形状態を変化させる方法の例として、上の実施形態では、通常の無成形ＰＮコードと成形ＰＮコードとの切替を取り上げたが、その他に、受信信号の状態に応じて前記圧縮の程度であるαを変化させていくことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の一般的なスペクトラム拡散信号受信装置の構成を示す図である。
【図２】  従来の一般的なスペクトラム拡散信号受信装置におけるＰＮコード相関部の構成を示す図である。
【図３】  従来の一般的なスペクトラム拡散信号受信装置におけるコード同期制御部のフローチャートである。
【図４】  従来の有色雑音抑圧のためのスペクトラム拡散信号受信装置の構成を示す図である。
【図５】  本発明の一実施形態に係るスペクトラム拡散信号受信装置の構成を示す図である。
【図６】  本発明の一実施形態に係るＰＮコード相関切替部の構成を示す図である。
【図７】  本発明の一実施形態に係るコード位相同期制御部のフローチャートである。
【符号の説明】
４７  ＰＮコード相関部、４７−１，４７−２  スイッチ、４７’  ＰＮコード振幅抑圧相関部、４７”  ＰＮコード切替相関部、４８”  コード位相同期制御部。
【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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