JP2000196501A - スペクトル拡散送受信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＦＨ方式のスペクトル拡散信号受信装置で、
初期同期捕捉を短縮化する。 【解決手段】 初期同期捕捉において、受信装置の周波
数信号を固定して、ホッピング周波数を単一の状態にす
る。周波数ホッピングされて送信される送信信号が所定
の周波数になると、基準電圧以上のΔｆのＩＦ信号が発
生し、比較回路６から出力信号が発生する。また、復調
回路４の出力から希望のＩＤ信号が検出されると、ＣＰ
Ｕ７から検出信号が発生する。すると、制御回路８から
制御信号が発生し、ＰＮ符号発生回路９が動作し、送信
側と同期された周波数ホッピングが開始される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、初期同期捕捉につ
いて改善を施した周波数ホッピング方式のスペクトル拡
散送受信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、スペクトル拡散信号の送受信方
式には、大きく直接拡散方式と周波数ホッピング方式と
の２つの方式がある。直接拡散方式では、例えばＦＳＫ
やＰＳＫ変調した変調信号を拡散符号でスペクトル拡散
した後に送信し、受信側ではスペクトル拡散信号中の拡
散符号に同期した受信拡散符号を生成し、受信したスペ
クトル拡散信号を受信拡散符号によってスペクトル逆拡
散することで、ＦＳＫまたはＰＳＫ変調信号を得る。そ
れに対して、周波数ホッピング方式は、直接拡散方式の
ように情報変調信号を拡散符号で拡散するものではな
く、送受信装置の間で同時に周波数を変更するのであ
る。以下、周波数ホッピング（ＦＨ）方式について説明
する。

【０００３】図６は従来のＦＨ方式のスペクトル拡散送
受信システムを示すものである。図６の送信装置６１に
おいては、ＡＭ、ＦＭ、ＦＳＫやＰＳＫ変調された（以
下、これらをまとめて情報変調という）情報変調信号が
ミキサ６３で周波数信号によって送信ＲＦ信号に周波数
変換される。周波数信号は周波数信号発生回路６４から
発生するが、周波数信号発生回路６４の出力周波数は外
部からＰＮ符号（拡散符号）によって所定のパターンで
ホッピングされる。上記のように周波数発生回路６４の
出力周波数がホッピングされると、ホッピングされたＲ
Ｆ信号が送信装置６１から送信される。

【０００４】そして、ＲＦ信号は受信装置６５に受信さ
れ、ミキサ６６において周波数信号によって所定のＩＦ
信号に周波数変換され、その後ＩＦ信号は復調される。
受信装置６５では、周波数信号は周波数信号発生回路６
６から発生するが、周波数信号発生回路６６は送信側と
同様にＰＮ符号に応じて所定のパターンで周波数をホッ
ピングする。ＰＮ符号によって周波数信号がホッピング
されることで、所定のＩＦ信号となるＲＦ信号の周波数
もホッピングされるのである。

【０００５】図３にＦＨ方式に使用されるＰＮ符号発生
回路を示す。図３においては、同一のクロックで動作す
る４段のレジスタから成り、かつ、１段目及び４段目の
出力が加算された１段目のレジスタに印加されるシフト
レジスタ３１と、各々のレジスタの出力の重み付けを行
う重み付け回路３２とを有する。重み付け回路３２にお
いて、１段目から４段目のレジスタに対応してそれぞれ
２³から２⁰の回路が存在し、例えば１段目の出力が
「１」を出力すると、２³＝８の出力が重み付け回路３
２から発生する。さらに、重み付け回路３２の出力は加
算回路３３で加算され、加算結果から距離を計算し、こ
の距離をＰＮ符号として周波数信号発生回路に印加す
る。尚、距離とは、隣り合うシフトレジスタ３１の出力
パターンのそれぞれの和を差し引いた値と定義する。

【０００６】シフトレジスタ３１の出力パターンと、そ
れに対応した重み付け後の和と、距離とを図４に示す。
レジスタの内容が変更される毎に、距離が変更される。
図３では距離に応じてホッピング周波数が定まるのであ
る。ここで、距離１〜８に対応したホッピング周波数を
ｆ１〜ｆ８とすると、ＦＨ方式のスペクトル拡散送受信
装置では、図４のようなパターンで送信信号の周波数ホ
ッピングが進んでいく。

【０００７】ところで、受信装置において、変調信号を
正しく復調するためには、送信側と受信側とのＲＦ信号
の周波数が同一パターンでかつ同期してホッピングしな
ければならない。つまり、周波数信号の周波数パターン
が同一で、さらにＰＮ符号が同一パターンで同期して変
更する必要がある。その為、送受信開始時には周波数ホ
ッピングパターンの同期捕捉を行うことが必要となって
くる。

【０００８】一般に、受信装置は、送信信号に対してホ
ッピングパターンを合わせており、その為の同期を捕捉
する同期捕捉回路を備える。従来は、スライディング相
関器によって初期同期を行っていた。スライディング相
関では、１つのパターンが循環する期間を１ホッピング
周期とすると、受信装置はホッピングパターンに応じて
１周期のホッピングを行い、受信側とＲＦ信号中のホッ
ピングパターンとを比較して、相関関係を得る。相関値
が得られなかった場合は、ＰＮ符号のパターンをスライ
ディングさせて、１チップずらす。そして、この相関値
が最大となるまで、スライディングを繰り返して、送受
信側のホッピングパターンの一致を得ていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スライ
ディング相関器では、送受信側のそれぞれのホッピング
パターンが数チップ以上、完全にずれた場合には、多大
な捕捉時間がかかるという問題があった。特に、送受信
装置の間での信号のやり取りが低速で行われるシステム
で、上記のスライディング相関器を使用すると、同期捕
捉時間が非常に長くなるとともに、信号の送受信中の大
半を同期捕捉だけ占められ、信号の送受信の効率が非常
に悪かった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、周波数ホッピ
ング方式のスペクトル拡散送受信システムにおいて、特
定周波数を１回だけホッピングする符号系列によって、
情報信号を周波数ホッピングして送信する送信装置と、
初期同期捕捉時、前記特定周波数を受信するようにし
て、待機する受信装置とから成ることを特徴とする。

【００１１】特に、前記受信装置は、周波数ホッピング
させるための周波数信号を発生する周波数信号発生回路
と、送信信号及び前記周波数信号を乗算する乗算回路
と、乗算回路の出力信号のうち所定周波数の信号を通過
させるフィルターと、該フィルターの出力信号中から所
定周波数の信号の存在を検出する信号検出回路と、初期
同期捕捉時、前記周波数信号を固定の周波数とし、前記
信号検出回路の出力信号に応じて周波数信号のホッピン
グを開始させる制御回路とを備えることを特徴とする。

【００１２】さらに、受信信号からＩＤ信号を検出する
ＩＤ検出回路とを備え、制御回路は信号検出回路及びＩ
Ｄ検出回路の出力信号がともに検出されたときに周波数
ホッピングを開始させることを特徴とする。

【００１３】また、前記信号検出回路は、該フィルター
の出力レベルと基準レベルとを比較する比較回路から成
ることを特徴とする。さらにまた、前記信号検出回路
は、前記フィルターの出力信号を基準信号とするＰＬＬ
と、ＰＬＬのロック状態を検出するロック／アンロック
検出回路とから成ることを特徴とする。

【００１４】本発明によれば、送信側からは特定の周波
数が一回のみしかホッピングされない系列で送信信号が
送信され、受信側ではその特定の周波数で受信待機状態
にする。周波数ホッピングパターンでは特定の周波数の
次のホッピング周波数は一義的に決まり、短時間で周波
数ホッピングの同期をとることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態を示す
図であり、１は周波数信号を出力する周波数信号発生回
路、２は受信ＲＦ信号を周波数信号に応じてＩＦ信号に
周波数変換するミキサ、３はＩＦ信号のうち所定周波数
のＩＦ信号を通過させるＢＰＦ、４はＡＭ、ＦＭ、ＦＳ
ＫまたはＰＳＫ復調を行って、情報信号を得る復調回
路、５はＢＰＦ３の出力レベルを検波するレベル検波回
路、６はレベル検波回路５の出力レベルが基準電圧より
も高いか否かを比較する比較回路、７は復調回路４の出
力信号からデータを取りだして各種制御を実行するＣＰ
Ｕ、８は比較回路６及びＣＰＵ７の出力信号に基づいて
制御信号を発生する制御回路、９は前記制御信号によっ
て周波数信号の周波数をホッピングさせるためのＰＮ符
号発生回路である。１〜９は、スペクトル拡散信号受信
装置を示している。

【００１６】また、１０は情報変調信号を発生する情報
変調回路、１１は受信側のＰＮ符号発生回路と同一の符
号系列のＰＮ符号を発生するＰＮ符号発生回路、１２は
ＰＮ符号発生回路１１のＰＮ符号に応じて送信用周波数
信号を発生する周波数信号発生回路、１３は情報変調信
号を送信用周波数信号に応じて周波数変換するミキサー
である。１０〜１３はスペクトル拡散送信装置を示す。
図１において、通信が開始されると、スペクトル拡散送
信装置は、周波数ホッピングしながら送信装置を送信す
る。ＰＮ符号発生回路１１は、従来と同様図３のように
構成されており、そのレジスタ等の内容は図４のような
パターンで変化する。そして、ＰＮ符号によって、送信
用周波数信号がホッピングし、それによってミキサー１
３の出力信号が図５のようなパターンでホッピングされ
る。図５から明らかなように、このホッピングパターン
は、周波数ｆ８は１回ホッピングし、それ以外は２回ホ
ッピングする系列である。

【００１７】一方、通信が開始されると、スペクトル拡
散信号受信装置は、特定の送信信号ｆ８だけを待ち受け
る待機状態となる。つまり、待機状態では、周波数信号
が（ｆ８＋Δｆ）に設定され、送信信号の周波数がｆ８
の場合のみにミキサ２から周波数がΔｆのＩＦ信号が発
生する。

【００１８】送信周波数がｆ８でない場合、ミキサ２か
らの出力周波数は、ｆ８＋Δｆ±ｆｎ（但し、ｎ＝１〜
７）となり、Δｆとはならない。その為、このＩＦ信号
はＢＰＦ３を通過することができない。ＩＦ信号がＢＰ
Ｆ３で通過することができないと、レベル検波回路５か
らは出力が発生せず、その結果比較回路６からも出力信
号が発生しない。よって、制御回路８は制御信号ＳＴＡ
ＲＴを発生しない。尚、後述するように、制御信号ＳＴ
ＡＲＴは、比較回路６及びＣＰＵ７の出力信号がともに
発生したことを条件に周波数ホッピングを開始させる信
号である。

【００１９】制御信号ＳＴＡＲＴが発生しない間、受信
装置は、固定の受信用周波数信号をそのまま設定して、
刻々と周波数がホッピングされる送信信号を受信してい
る。そして、周波数ｆ８の送信信号が受信装置に受信さ
れると、周波数が（ｆ８＋Δｆ）となる周波数信号によ
りミキサ２から、Δｆの周波数のＩＦ信号が発生する。
このＩＦ信号はレベル検波回路５でレベル検波されて、
レベルを有する検波信号を発生する。検波信号は比較回
路６で基準電圧と比較される。検波信号が基準電圧より
高い場合、比較回路６から出力信号が発生し、制御回路
８に印加される。

【００２０】また、前記ＩＦ信号は復調回路４で情報信
号に復調され、ＣＰＵ７に印加される。ＣＰＵ７は、情
報信号中からＩＤ信号を検出し、希望のＩＤ信号か否か
検出する。希望のＩＤ信号である場合、送信ＲＦ信号が
希望局からの信号であると認識し、制御回路８に対して
検出信号ＩＤを発生する。制御回路８において、比較回
路６及びＣＰＵ７の両出力信号を受けると、制御信号Ｓ
ＴＡＲＴが発生する。その後、ＰＮ符号発生回路９は、
制御信号を受けると、図５のパターンに従って（ｆ８＋
Δｆ）から周波数信号の周波数を変更するようにＰＮ符
号を変更する。これにより受信装置は送信側と同期した
周波数ホッピングを開始する。尚、ＩＦ信号レベルが基
準電圧以下、または希望のＩＤ信号が検出できないとき
は、受信装置は待機状態を続ける。周波数ホッピングが
開始されると、初期同期捕捉は完了し、送受信装置の間
で通常の通信が開始される。

【００２１】ところで、図１においては、初期同期捕捉
時スペクトル拡散受信装置の受信周波数をｆ８に固定し
ている。ＰＮ符号発生回路９において、図５のように、
周波数ｆ１〜ｆ７は１周期に２回発生するのに対して、
周波数ｆ８は１回だけ発生する。受信装置のホッピング
周波数を初期状態としてｆ８に設定すると、次のホッピ
ング周波数が一義的にｆ４に移行することが決まるの
で、受信装置がｆ８の送信信号を捕捉できれば、すぐに
周波数ホッピング状態に移行できる。よって、同期捕捉
を完了するまでの時間を短縮化することができる。

【００２２】尚、周波数ホッピングのパターンとして
は、図４及び５に限ったものではなく、特定の１つのパ
ターンが１回のみホッピングするパターンであれば本発
明に適用することができる。

【００２３】図２は本発明の他の実施形態を示す図であ
り、信号検出回路としてＰＬＬを用いたものである。但
し、その他の回路構成及び動作は図１と同一である。図
２において、ΔｆのＩＦ信号が位相比較回路２２に印加
され、ＩＦ信号とＶＣＯ２１の出力信号との位相比較が
行われる。位相比較回路２２から位相差に応じた出力信
号が発生し、位相比較回路２２の出力信号はＬＰＦ（ロ
ーパスフィルタ）２３で平滑された後、制御電圧として
ＶＣＯ２１に印加される。ＶＣＯ２１の出力信号は位相
比較回路２２に戻り、ＩＦ信号と再び位相比較される。
位相比較回路２２、ＬＰＦ２３及びＶＣＯ２１はＩＦ信
号を基準信号とするＰＬＬ回路を構成している。Δｆの
ＩＦ信号が位相比較回路２２に印加されると、ＰＬＬ回
路はＶＣＯ２１の出力周波数がΔｆに一致するように動
作する。

【００２４】ＬＰＦ２３の出力信号はロック／アンロッ
ク検出回路２４に印加され、ＬＰＦの出力信号に基づい
て上記のＰＬＬ回路がΔｆの周波数にロックしたか否か
を検出する。ＶＣＯ２１がΔｆの出力信号が発生してい
ると、ＶＣＯ２１の制御電圧となるＬＰＦ２３の出力電
圧はＶｃ１となる。出力Ｖｃ１はロック／アンロック検
出回路２４でＶｒ１＜Ｖｃ１＜Ｖｒ２の関係となる基準
電圧Ｖｒ１及びＶｒ２と比較される。出力Ｖｃ１が基準
電圧Ｖｒ１及びＶｒ２の範囲内になるので、ロック／ア
ンロック検出回路２４はＰＬＬ回路が周波数Δｆでロッ
ク状態にあると検出する。ロックすると、ロック／アン
ロック検出回路２４から出力信号が発生し、制御回路８
に印加される。

【００２５】ＩＦ信号が発生しない場合、またはΔｆで
ない場合、ＰＬＬ回路はΔｆ以外の周波数にロックす
る。その為、ＬＰＦの出力信号は、基準電圧Ｖｒ１及び
Ｖｒ２の範囲外になり、ロック／アンロック検出回路２
４はＰＬＬ回路が周波数Δｆにロックしていないと検出
される。この状態では、ロック／アンロック検出回路２
４から出力信号は発生しない。

【００２６】

【発明の効果】本発明に依れば、初期同期の捕捉の際、
受信装置は単一周波数で待機し、送信信号の周波数と単
一周波数との誤差周波数により同期を捕捉するので、回
路構成を簡素化することができる。また、周波数ホッピ
ングの１周期期間で、同期を捕捉することが可能になる
ので、初期同期捕捉時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図である。

【図２】本発明の他の実施形態を示すブロック図であ
る。

【図３】ＰＮ符号発生回路の具体例を示すブロック図で
ある。

【図４】図３の各回路の出力状態を示す状態図である。

【図５】周波数ホッピングパターンを示す特性図であ
る。

【図６】従来例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１、１２ 周波数信号発生回路 ２、１３ ミキサー ３ ＢＰＦ ４ 復調回路 ５ レベル検波回路 ６ 比較回路 ７ ＣＰＵ ８ 制御回路 ９、１１ ＰＮ符号発生回路 １０ 変調回路 ２１ ＶＣＯ ２２ 位相比較回路 ２３ ＬＰＦ ２４ ロック／アンロック検出回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周波数ホッピング方式のスペクトル拡散
   送受信システムにおいて、 特定周波数を１回だけホッピングする符号系列によっ
   て、情報信号を周波数ホッピングして送信する送信装置
   と、 初期同期捕捉時、前記特定周波数を受信するようにし
   て、待機する受信装置とから成ることを特徴とするスペ
   クトル拡散送受信システム。
2. 【請求項２】 前記受信装置は、 周波数ホッピングさせるための周波数信号を発生する周
   波数信号発生回路と、 送信信号及び前記周波数信号を乗算する乗算回路と、 乗算回路の出力信号のうち所定周波数の信号を通過させ
   るフィルターと、 該フィルターの出力信号中から所定周波数の信号の存在
   を検出する信号検出回路と、 初期同期捕捉時、前記周波数信号を固定の周波数とし、
   前記信号検出回路の出力信号に応じて周波数信号のホッ
   ピングを開始させる制御回路とを備えることを特徴とす
   る請求項１記載のスペクトル拡散送受信システム。
3. 【請求項３】 さらに、受信信号からＩＤ信号を検出す
   るＩＤ検出回路とを備え、制御回路は信号検出回路及び
   ＩＤ検出回路の出力信号がともに検出されたときに周波
   数ホッピングを開始させることを特徴とする請求項２記
   載のスペクトル拡散送受信システム。
4. 【請求項４】 前記信号検出回路は、該フィルターの出
   力レベルと基準レベルとを比較する比較回路から成るこ
   とを特徴とする請求項２または３記載のスペクトル拡散
   送受信システム。
5. 【請求項５】 前記信号検出回路は、前記フィルターの
   出力信号を基準信号とするＰＬＬと、ＰＬＬのロック状
   態を検出するロック／アンロック検出回路とから成るこ
   とを特徴とする請求項２または３記載のスペクトル拡散
   送受信システム。