(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２種類の拡散符号を用いてスペクトル拡散通信方式により送信された信号を受信するため上記２種類の拡散符号に対応する２個の相関器を備え、受信信号の拡散符号との相関値を求めてどちらの拡散符号に対応する信号を受信しているかを識別する鉄道用通信装置に用いる相関回路において、
上記２個の相関器のうち一方の相関器を二つに分割すると共に他方の相関器を二つに分割し、この分割した一方の相関器と他方の相関器の対応するもの同士を組み合わせて成り、２種類の拡散符号に対応する２組の相関器群と、
この２組の相関器群に入力させる受信信号を交互に切り換える切換器と、
上記２組の相関器群の出力値の絶対値を入力して同一の拡散符号に対応するもの同士で比較して、その大きい方の値をその拡散符号に対応する相関値として出力する一対の比較器と、
を備えたことを特徴とする相関回路。
【請求項２】
上記切換器は、入力する拡散符号のサンプリング周期の１クロック毎に、上記２組の相関器群に入力させる受信信号の切り換えを行うことを特徴とする請求項１記載の相関回路。
【請求項３】
上記２組の相関器群内の個々の相関器の段数は、拡散符号のチップ数と同等にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の相関回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スペクトル拡散通信方式を利用した鉄道用通信装置に用いる相関回路に関し、特に、雑音に対する耐性を向上し、個々の相関器１個あたりの計算量を低減できる相関回路に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図３に示すように、送信信号に２種類の拡散符号をデジタルデータ１，０に対応して割り当てスペクトル拡散通信方式により信号を送信する送信装置１と、この送信された信号を受信して上記送信装置１の拡散符号との相関値を求めどちらの拡散符号の信号を受信しているかを識別し、その後デジタルデータに復号する受信装置２とを備えた通信システムがある。
【０００３】
そして、上記送信装置１は、２種類の拡散符号を発生する拡散符号発生器３，４と、これらの拡散符号発生器３，４を送信信号のデータ内容により切り換える切換器５とを備えている。また、受信装置２は、上記送信装置１からの信号を受信して拡散符号との相関値を求めどちらの拡散符号の信号を受信しているかを識別する相関回路６と、その識別した信号をデジタルデータに復号する復号回路７とを備えている。
【０００４】
さらに、上記相関回路６は、図４に示すように、入力信号をサンプリングするサンプリング回路８と、このサンプリング回路８でサンプリングした信号を取り込み送信装置１からの信号と参照符号との相関値を求める２個の相関器９，１０とを備えている。なお、この相関器９，１０は、参照符号として前記送信装置１内の拡散符号発生器３，４で発生される拡散符号と同一の符号を発生する拡散符号発生器を内蔵している。
【０００５】
このような通信システムにおいて、送信装置１と受信装置２との間の通信距離を長くするため、また、多重通信を行う場合に拡散符号の符号間干渉を抑えるために、送信装置１から受信した信号の拡散符号と受信装置２内の相関器９，１０の参照符号とのパターンが一致したときのピーク値（以下、「自己相関ピーク値」という）を大きくすることが要求される。この自己相関ピーク値を大きくすることは、送受信装置間の通信距離を長くしたときの耐雑音性能を向上させ、また、多重通信を行う場合の符号間干渉に対する耐性を向上することとなる。
【０００６】
そして、図４に示す相関回路６でアナログの入力信号をデジタルで処理する場合、まず信号のサンプリングが必要であるが、サンプリング回路８におけるサンプリング周期をナイキストの定理により、入力する拡散符号のチップ周期Ｔの半分の周期（Ｔ／２）とする。これを１個の相関器で処理する場合、拡散符号のチップ数Ｎの２倍の段数（２Ｎ）を持つ相関器９又は１０を用いる必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の相関回路の相関器９，１０においては、伝送路における帯域制限により鈍った波形の入力信号をサンプリング回路８でサンプリングし、このサンプリングした信号を拡散符号のチップ数Ｎの２倍分を全加算して相関値を得るため、送信装置１と受信装置２のクロックのずれ等により、出力される自己相関ピーク値が大きく上下して、耐雑音性能が低下することがあった。また、相関器９，１０の段数が２Ｎと多くなり、１回の計算で必要な計算量と出力のビット数が増大するものであった。さらに、サンプリングした信号をそれぞれ１個の相関器９又は１０に入力して相関値を得るため、該相関器９，１０の計算周期をサンプリング周期Ｔ／２以下にする必要があり、計算の高速化が必要となって、コスト高となるものであった。
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、雑音に対する耐性を向上し、個々の相関器１個あたりの計算量を低減できる相関回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による相関回路は、２種類の拡散符号を用いてスペクトル拡散通信方式により送信された信号を受信するため上記２種類の拡散符号に対応する２個の相関器を備え、受信信号の拡散符号との相関値を求めてどちらの拡散符号に対応する信号を受信しているかを識別する鉄道用通信装置に用いる相関回路において、上記２個の相関器のうち一方の相関器を二つに分割すると共に他方の相関器を二つに分割し、この分割した一方の相関器と他方の相関器の対応するもの同士を組み合わせて成り、２種類の拡散符号に対応する２組の相関器群と、この２組の相関器群に入力させる受信信号を交互に切り換える切換器と、上記２組の相関器群の出力値の絶対値を入力して同一の拡散符号に対応するもの同士で比較して、その大きい方の値をその拡散符号に対応する相関値として出力する一対の比較器と、を備えたものである。
【００１０】
このような構成により、２個の相関器のうち一方の相関器を二つに分割すると共に他方の相関器を二つに分割し、この分割した一方の相関器と他方の相関器の対応するもの同士を組み合わせて成り、２種類の拡散符号に対応する２組の相関器群で、２種類の拡散符号を用いてスペクトル拡散通信方式により送信された信号を受信し、切換器により上記２組の相関器群に入力させる受信信号を交互に切り換え、一対の比較器で上記２組の相関器群の出力値の絶対値を入力して同一の拡散符号に対応するもの同士で比較して、その大きい方の値をその拡散符号に対応する相関値として出力するように動作する。これにより、自己相関ピーク値が上下する範囲を小さくでき、データの復号に与える影響を小さくして雑音に対する耐性を向上できる。
【００１１】
また、上記切換器は、入力する拡散符号のサンプリング周期の１クロック毎に、上記２組の相関器群に入力させる受信信号の切り換えを行うものである。これにより、入力する拡散符号の１サンプリング毎に２組の相関器群に交互に信号を入力できる。
【００１２】
さらに、上記２組の相関器群内の個々の相関器の段数は、拡散符号のチップ数と同等にしたものである。これにより、個々の相関器１個あたりの計算量を低減できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による相関回路の実施の形態を示すブロック図である。この相関回路は、スペクトル拡散通信方式を利用した鉄道用通信装置に用いるもので、図３に示すと同様に、送信装置１と受信装置２とを備えた通信システムに適用される。
【００１４】
上記送信装置１は、送信信号に２種類の拡散符号をデジタルデータ１，０に対応して割り当てスペクトル拡散通信方式により信号を送信するもので、２種類の拡散符号を発生する拡散符号発生器３，４と、これらの拡散符号発生器３，４を送信信号のデータ内容により切り換える切換器５とを備えている。
【００１５】
また、受信装置２は、その送信された信号を受信して上記送信装置１の拡散符号との相関値を求めどちらの拡散符号の信号を受信しているかを識別し、その後デジタルデータに復号するもので、相関回路６と、識別した信号をデジタルデータに復号する復号回路７とを備えている。
【００１６】
ここで、上記相関回路６は、２種類の拡散符号を用いてスペクトル拡散通信方式により送信された信号を受信するため上記２種類の拡散符号に対応する２個の相関器を備え、受信信号の拡散符号との相関値を求めてどちらの拡散符号に対応する信号を受信しているかを識別するもので、図１に示すように、サンプリング回路８と、２組の相関器群９ａ，１０ａ；９ｂ，１０ｂと、切換器１１と、絶対値回路１２ａ，１３ａ，１２ｂ，１３ｂと、比較器１４ａ，１４ｂとを備えて成る。
【００１７】
上記サンプリング回路８は、アナログの入力信号をデジタルで処理するために該入力信号をサンプリングするもので、そのサンプリング周期は、入力する拡散符号のチップ周期Ｔの半分の周期（Ｔ／２）とされている。
【００１８】
２組の相関器群９ａ，１０ａ；９ｂ，１０ｂは、前述の図４に示す２個の相関器９，１０のうち、一方の相関器９を二つの相関器９ａ，９ｂに分割し、他方の相関器１０を同じく二つの相関器１０ａ，１０ｂに分割して、相関器９ａと相関器１０ａとで第１組の相関器群とし、相関器９ｂと相関器１０ｂとで第２組の相関器群として、２種類の拡散符号に対応する２組の相関器群としている。この場合、従来の２個の相関器９，１０は、それぞれ拡散符号のチップ数Ｎの２倍の段数（２Ｎ）を持っていたが、本発明では上記各相関器９，１０を二つに分割したことにより、個々の相関器９ａ，１０ａ，９ｂ，１０ｂの段数は、拡散符号のチップ数Ｎと同等にされている。すなわち、従来の半分の段数Ｎとされている。さらに、この場合の上記各相関器９ａ，１０ａ，９ｂ，１０ｂの計算周期は、その段数がＮに低減したので、入力する拡散符号のチップ周期Ｔと同じでよい。なお、上記各相関器９ａ，１０ａ，９ｂ，１０ｂは、参照符号として前記送信装置１内の拡散符号発生器３，４で発生される拡散符号と同一の符号を発生する拡散符号発生器を内蔵している。
【００１９】
切換器１１は、上記２組の相関器群９ａ，１０ａ；９ｂ，１０ｂに入力させる受信信号を交互に切り換え可能とするもので、入力する拡散符号のサンプリング周期の１クロック毎に切り換えるようになっている。すなわち、切換器１１からの切換信号により、切換スイッチ１５を接点ａ，ｂ側に交互に接続することによって、第１組の相関器群９ａ，１０ａと、第２組の相関器群９ｂ，１０ｂとを交互に切り換える。
【００２０】
また、絶対値回路１２ａ，１３ａ，１２ｂ，１３ｂは、上記２組の相関器群９ａ，１０ａ；９ｂ，１０ｂからの出力値を入力してその絶対値をとって出力するもので、それぞれ各相関器９ａ，１０ａ，９ｂ，１０ｂの出力側に接続されている。
【００２１】
さらに、比較器１４ａ，１４ｂは、上記絶対値回路１２ａ，１３ａ，１２ｂ，１３ｂから出力される絶対値を同一の拡散符号に対応するもの同士で比較して、その大きい方の値をその拡散符号に対応する相関値として出力するもので、第１の比較器１４ａは、第１組の相関器群の相関器９ａに接続された絶対値回路１２ａからの絶対値と第２組の相関器群の相関器９ｂに接続された絶対値回路１２ｂからの絶対値とを比較し、第２の比較器１４ｂは、第２組の相関器群の相関器１０ａに接続された絶対値回路１３ａからの絶対値と第２組の相関器群の相関器１０ｂに接続された絶対値回路１３ｂからの絶対値とを比較するようになっている。そして、上記比較器１４ａ，１４ｂの比較の結果出力された大きい方の値が、図３に示す送信装置１の拡散符号発生器３又は４からの拡散符号に対応する相関値として復号回路７に送出される。
【００２２】
次に、このように構成された相関回路の動作について説明する。まず、図３に示す送信装置１から２種類の拡散符号を用いてスペクトル拡散通信方式により送信された信号を、受信装置２の受信部で受信する。次に、受信装置２では、この受信した信号を相関回路６に取り込み、図１に示すサンプリング回路８で受信信号をサンプリングする。このサンプリングする際のサンプリング周期は、前述のように、入力する拡散符号のチップ周期Ｔの半分の周期（Ｔ／２）とされている。
【００２３】
次に、上記サンプリング回路８の１サンプリング毎に切換器１１の制御により切換スイッチ１５を接点ａ，ｂ側に交互に接続して第１組の相関器群９ａ，１０ａと、第２組の相関器群９ｂ，１０ｂとを切り換え、上記サンプリングした入力信号を１サンプリング毎に交互に２組の相関器群９ａ，１０ａと９ｂ，１０ｂとに入力する。
【００２４】
次に、各組の相関器群９ａ，１０ａ；９ｂ，１０ｂは、上記送信装置１から受信した信号の拡散符号との相関値を求めどちらの拡散符号の信号を受信しているかを識別する。このときの各相関器９ａ，１０ａ，９ｂ，１０ｂの計算周期は、前述のように拡散符号のチップ周期Ｔと同じとされている。そして、上記各組の相関器群９ａ，１０ａ；９ｂ，１０ｂで求められた相関値は、各対応する絶対値回路１２ａ，１３ａ，１２ｂ，１３ｂに入力され、その絶対値がとられて出力される。
【００２５】
次に、上記絶対値回路１２ａと１２ｂからの出力は第１の比較器１４ａに入力されて両者が比較され、大きい方の値がその拡散符号に対応する相関値として出力される。また、上記絶対値回路１３ａと１３ｂからの出力は第２の比較器１４ｂに入力されて両者が比較され、大きい方の値がその拡散符号に対応する相関値として出力される。そして、この出力された信号は、復号回路７に入力されてデジタルデータに復号される。
【００２６】
このときの入力信号のサンプリング状態と求められた相関値との関係を示すと、図２のようになる。図２においては、入力信号の理想的な波形とサンプリング位置の関係を、サンプリング状態１（最良状態）とサンプリング状態２（最悪状態）とに分けて示している。サンプリング状態１では、信号波形の山部と谷部において信号最大の位置でサンプリング番号▲１▼，▲２▼，▲３▼，▲４▼に示すようにサンプリングし、サンプリング値としてそれぞれ「1.0」、「1.0」、「-1.0」、「-1.0」を得る。また、サンプリング状態２では、信号波形の山部の立上り部と該山部の信号最大の位置、及び谷部の立下り部と該谷部の信号最小の位置でサンプリング番号▲１▼，▲２▼，▲３▼，▲４▼に示すようにサンプリングし、サンプリング値としてそれぞれ「0.0」、「1.0」、「0.0」、「-1.0」を得る。
【００２７】
なお、図２に示すような理想的な波形をサンプリングするとき、送信装置１と受信装置２のクロックのずれにより、入力信号のサンプリング状態は、上述のサンプリング状態１とサンプリング状態２との間を繰り返し遷移することとなる。また、図２において、自己相関ピーク値の欄は、従来例における最大自己相関ピーク値をＡとし、本発明における最大自己相関ピーク値をＢとして、サンプリング状態１とサンプリング状態２における自己相関ピーク値の大きさを示している。
【００２８】
このようなサンプリング状態において、図４に示す従来の相関回路６では、サンプリング番号▲１▼〜▲４▼でサンプリングした信号のうち送信装置１の一方の拡散符号に対応する信号は、毎回一方の相関器９へ入力する。このとき得られる自己相関ピーク値は、サンプリング状態１では、相関器９の出力できる最大自己相関ピーク値「Ａ」の１倍で「Ａ」（最高値）となり、サンプリング状態２では、相関器９の出力できる最大自己相関ピーク値「Ａ」の0.5倍で「0.5Ａ」（最悪値）となる。したがって、図４に示す従来の相関回路６では、出力される自己相関ピーク値の最悪値は最高値の0.5倍となり、自己相関ピーク値が大きく変動することがわかる。
【００２９】
これに対し、図１に示す本発明の相関回路６では、サンプリング番号▲１▼〜▲４▼でサンプリングした信号のうち送信装置１の一方の拡散符号に対応する信号は、切換器１１の動作により各組の相関器群のうち対応する二つの相関器９ａ，９ｂへ交互に入力する。このとき得られる自己相関ピーク値は、サンプリング状態１では、相関器９ａ，９ｂの出力の絶対値のうち大きい方の値「Ｂ」の１倍で「Ｂ」となり、サンプリング状態２では、相関器９ａ，９ｂの出力の絶対値のうち大きい方の値「Ｂ」の１倍で「Ｂ」となる。したがって、図１に示す本発明の相関回路６では、出力される自己相関ピーク値は常に同じレベルとなり、自己相関ピーク値は変動しないことがわかる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る発明によれば、２個の相関器のうち一方の相関器を二つに分割すると共に他方の相関器を二つに分割し、この分割した一方の相関器と他方の相関器の対応するもの同士を組み合わせて成り、２種類の拡散符号に対応する２組の相関器群で、２種類の拡散符号を用いてスペクトル拡散通信方式により送信された信号を受信し、切換器により上記２組の相関器群に入力させる受信信号を交互に切り換え、一対の比較器で上記２組の相関器群の出力値の絶対値を入力して同一の拡散符号に対応するもの同士で比較して、その大きい方の値をその拡散符号に対応する相関値として出力することができる。これにより、自己相関ピーク値が上下する範囲を小さくでき、データの復号に与える影響を小さくして雑音に対する耐性を向上することができる。
【００３１】
また、請求項２に係る発明によれば、上記切換器により、入力する拡散符号のサンプリング周期の１クロック毎に、２組の相関器群に入力させる受信信号の切り換えを行うことができる。これにより、入力する拡散符号の１サンプリング毎に２組の相関器群に交互に信号を入力することができる。
【００３２】
さらに、請求項３に係る発明によれば、上記２組の相関器群内の個々の相関器の段数を、拡散符号のチップ数と同等にしたことにより、個々の相関器１個あたりの計算量を低減することができる。この場合、従来の相関器１個あたりの段数が２Ｎであったものが本発明では段数Ｎに半減し、従来の計算周期がＴ／２であったものが本発明では計算周期がＴと長くなり、相関器の１段あたりに使用可能な計算時間が従来に比べて４倍となる。したがって、従来のような計算の高速化は不要となり、コスト低下を図ることができる。また、相関器の段数を２ＮからＮ段にすることで、相関器１個から出力される相関値の最大値を従来の半分とすることができるため、計算負荷を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による相関回路の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】  上記相関回路における入力信号のサンプリング状態と求められた相関値との関係を示す表である。
【図３】  スペクトル拡散通信方式により信号を送信する送信装置と、この送信された信号を受信し拡散符号との相関値を求め、その後デジタルデータに復号する受信装置とを備えた通信システムを示すシステム概要図である。
【図４】  従来の相関回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…送信装置
２…受信装置
３，４…拡散符号発生器
６…相関回路
７…復号回路
８…サンプリング回路
９，９ａ，９ｂ，１０，１０ａ，１０ｂ…相関器
１１…切換器
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ…絶対値回路
１４ａ，１４ｂ…比較器
【図１】
0003761804.tif 000002
【図２】
0003761804.tif 000003
【図３】
0003761804.tif 000004
【図４】
0003761804.tif 000005