JP3598609B2

JP3598609B2 - スペクトル拡散通信システムにおける受信装置

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Publication number: JP3598609B2
Application number: JP26463095A
Authority: JP
Inventors: 聡石井
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 1995-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2015-09-20
Also published as: JPH0993158A; US6047019A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スペクトル拡散通信システムにおける受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信においては、送信側から発せられた電波は複数の伝搬経路を通過した複数の到来波として受信側のアンテナに到達することがある。この状態はマルチパスと呼ばれており、このマルチパスについて図５を用いて説明する。図５において、１０１は送信アンテナ、１０２は受信アンテナである。送信アンテナ１０１から輻射された電波は受信アンテナ１０２により受信されるが、このとき、受信アンテナ１０２には、送信アンテナ１０１から伝搬経路１０３を通って直接到来する直接波と、伝搬経路１０５のように、反射体１０４により反射されて到来する間接波とが到達する。この電波を反射する反射体１０４は、実際には、ビルの壁面や室内の壁などであり、このような伝搬経路１０５を伝搬してくる間接波は複数存在している。このように、伝搬時間の異なる複数の経路を介して電波が伝搬することをマルチパスと呼んでいる。
【０００３】
マルチパスが発生すると種々の障害が発生するが、無線データ通信機などのデジタルデータを伝送する通信機の場合には、受信信号が不確定となってしまうため受信不能状態に陥ったり、あるいは、受信が可能であっても、ビットエラーレート（ＢＥＲ）が悪くなり、通信品質の劣化を招くこととなる。特に、マルチパスによる複数の信号が相互に打ち消しあって受信信号のスペクトルの一部もしくは全部における強度が低下するマルチパスによるフェージングは大きな問題となる。
【０００４】
従来より、このようなマルチパスによる障害に対して、（１）アンテナによる空間ダイバーシティ方式を採用する、（２）波形等化器を使用する、および、（３）スペクトル拡散通信方式を採用するなど、各種の対策がとられている。
図６はアンテナによる空間ダイバーシティ方式を説明するための図である。この図において、２０１、２０２および２０３は、それぞれ、空間的に離して設置された複数個（この例においては、３個）の受信アンテナ、２０４はアンテナ切替装置、２０５は受信装置である。この方法は、複数個の受信アンテナ２０１〜２０３を空間的に離して設置し、これらのうち受信強度の強いアンテナを、アンテナ切替装置２０４により選択して受信装置２０５に接続することにより、安定した受信を行おうとするものである。
【０００５】
また、図７は波形等化器を使用する方法を説明するための図である。この図において、３０１は受信アンテナ、３０２は高周波回路、３０３は波形等化器、３０４は復調回路である。このように構成された受信装置において、受信アンテナ３０１において受信された信号は、高周波回路３０２において中間周波数に周波数変換された後、波形等化器３０３に入力される。波形等化器３０３は、信号の伝搬経路において発生したマルチパスによる波形歪みを遅延素子および可変重み付け回路等を用いて補正するための回路であり、Ａ／Ｄ変換器およびデジタル回路などにより構成されている。波形等化器３０３において補正された受信信号は復調回路３０４に入力される。このとき、波形等化器３０３において受信信号は送信されたときの状態に補正されているので、安定した復調動作が可能となる。
【０００６】
図８は直接拡散変調方式によるスペクトル拡散方式を説明するための図である。図８において、４０１はベースバンド信号発生回路、４０２は直接拡散変調回路、４０３は拡散符号発生器、４０４は送信アンテナであり、これら４０１〜４０４により送信側装置が構成されている。また、４０５は受信アンテナ、４０６は直接拡散復調回路、４０７は拡散符号発生器、４０８はベースバンド受信回路であり、これら４０５〜４０８により受信側装置が構成されている。
【０００７】
このような構成において、ベースバンド信号発生回路４０１からは送信すべきベースバンド情報が出力される。このベースバンド情報は、通常、図８の（イ）に示すようなスペクトルを有している。また、拡散符号発生器４０３からは、ベースバンド情報よりも高速の疑似雑音（ＰｓｅｕｄｏＮｏｉｓｅ；ＰＮ）符号などからなる拡散符号系列が発生されている。そして、ベースバンド信号と拡散符号系列は直接拡散変調回路４０２に入力され、ベースバンド信号が拡散符号系列により変調されて、図８の（ロ）に示すような広い帯域に拡散されたスペクトルを有する拡散変調信号とされる。この拡散変調信号は、該直接拡散変調回路４０２において、さらに、ＰＳＫ変調やＦＳＫ変調などの搬送波変調をされて、送信アンテナ４０４から受信側に向けて送信される。
【０００８】
一方、受信側において、受信アンテナ４０５により受信された信号は直接拡散復調回路４０６に入力される。このとき、上述したマルチパスによるフェージングなどにより、受信信号のスペクトルの一部が図８の（ハ）に示すように減衰しているものとする。この受信アンテナ４０５より入力されたフェージングを受けた受信信号は、直接拡散復調回路４０６において、復調され送信側の拡散符号発生器４０３と同一の拡散符号系列を発生する拡散符号発生器４０７により発生される拡散符号系列により相関をとられて、図８の（ニ）に示すようなスペクトルを有する復調信号が直接拡散復調回路４０６から出力される。このとき、受信信号が図８の（ハ）に示すようにスペクトルの一部が減衰したものであっても、受信信号全体のスペクトルは広い周波数帯域に拡散されているのでこの減衰の影響は少なく、直接拡散復調回路４０６により復調された信号はフェージングによる影響がほとんどあらわれていないものとなっている。この復調された信号はベースバンド受信回路４０８に入力され、ベースバンド信号が再生される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
マルチパス障害に対して、上述したような各種の対策がとられているが、これらの対策は、それぞれ、次のような問題点を有している。
【００１０】
まず、図６に示したアンテナによる空間ダイバーシティ方式は、受信装置２０５に含まれる信号強度検出回路によりアンテナ切替装置２０４を制御してアンテナの選択を行っており、信号強度検出回路がフェージングによる受信信号の強度の低下を検出した時点でアンテナ切替装置２０４を制御してアンテナの切り替えを行うと、アンテナ端から信号強度検出回路までの間に回路やフィルタによる信号遅延が存在しているために、アンテナを切り替えるまでの反応時間が低速であり、切り替えが行われるまでの間、受信信号は劣化したままとなる。したがって、無線データ通信機などの場合は、その切り替えが行われるまでの間に受信されたデータは誤りを含むものとなってしまうという問題点がある。
【００１１】
また、図７に示した波形等化器を用いる場合には、タップ係数の設定や補正レベルの算出方式が複雑であり、また、これを実現するためには高度な論理回路やＤＳＰ（ＤｉｇｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）などを応用したデジタルフィルタ等が必要となる。また、補正不可能なレベルまでスペクトルの強度が劣化したときや、受信強度限界以下まで信号強度が低下したときには、受信信号を復元することが不可能となってしまう。
【００１２】
さらに、図８に示したスペクトル拡散方式を採用した場合であっても、スペクトル拡散により直接拡散されたスペクトルの大半あるいは全部がフェージングにより落ち込んだ場合、あるいは、拡散符号系列長が短い場合にはマルチパスによるフェージングに対してそれほど威力を発揮しないことがある。
【００１３】
したがって、本発明は、マルチパスの生じる環境下におけるフェージングによる受信品質の劣化を押さえることができる受信装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の直接拡散変調方式を採用したスペクトル拡散通信システムにおける受信装置は、所定間隔離されて設置された複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナにそれぞれ対応して設けられた複数の高周波増幅回路を備えた受信機回路と、前記複数の高周波増幅回路を備えた受信機回路からの出力信号を前記拡散符号系列の１チップの整数倍のクロック信号に基づいてサンプリングして、その信号強度を測定し、その強度が最大である前記高周波増幅回路を備えた受信機回路の出力が選択されるように選択信号を出力する信号強度測定手段と、前記信号強度測定手段からの選択信号に基づいて、前記複数の高周波増幅回路を備えた受信機回路からの出力信号のうちの一つを選択して復調回路に供給する経路切替回路とを有する受信装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に本発明のスペクトル拡散通信システムにおける受信装置の一実施の形態のブロック図を示す。
この図において、１０は送信側装置であり、ベースバンド信号発生回路１１、直接拡散変調回路１２、拡散符号発生器１３および送信アンテナ１４により構成されている。この送信側装置１０における各構成要素１１〜１４は、それぞれ、図８に記載したベースバンド信号発生回路４０１、直接拡散復調回路４０２、拡散符号発生器４０３および送信アンテナ４０４と同一のものであり、この送信側装置１０からスペクトル拡散された信号が送信される。
【００１６】
また受信側装置２０は、受信アンテナ２１、２２および２３、受信機回路２４、２５および２６、信号強度測定回路２７、クロック発生器２８、経路切替回路２９、直接拡散復調回路３０、拡散符号発生器３１およびベースバンド受信回路３２から構成されている。ここで、受信アンテナ２１、２２および２３は、図６に示した受信アンテナ２０１、２０２および２０３と同様に、それぞれ、所定間隔離されて設置されている。
【００１７】
このように構成された受信側装置２０において、各受信アンテナ２１、２２および２３からの入力信号は、それぞれ、対応する受信機回路２４、２５および２６に入力される。これら各受信機回路２４〜２６は、いずれも、同様に構成されている。
図２に、これら受信機回路２４、２５および２６の一構成例のブロック図を示す。この図において、４１は受信アンテナ２１、２２あるいは２３からの入力信号、４２は高周波増幅回路、４３は高周波フィルタ、４４は第１混合器、４５は第１ローカル信号発生回路、４６は第１中間周波フィルタ、４７は第１中間周波増幅回路、４８は第２混合器、４９は第２ローカル信号発生回路、５０は第２中間周波フィルタ、５１は第２中間周波増幅回路、５２は当該受信機回路の出力である第２中間周波信号である。
【００１８】
このように構成された受信機回路２４、２５あるいは２６において、受信アンテナ２１、２２あるいは２３からの入力信号４１は高周波増幅回路４２において高周波増幅され、高周波フィルタ４３によりノイズ成分を除去されて、第１混合器４４に入力される。該高周波フィルタ４３の出力信号は、第１混合器４４において、第１ローカル信号発生回路４５により発振される第１局部発振信号により周波数変換され、第１中間周波信号に変換される。この第１中間周波信号は第１中間周波フィルタ４６を通過し、第１中間周波増幅回路４７において増幅される。この第１中間周波増幅回路４７により増幅された第１中間周波信号は第２混合器４８に入力され、第２混合器４８において、第２ローカル信号発生回路４９からの第２局部発振信号により第２中間周波信号に周波数変換される。この第２混合器の出力信号は第２中間周波フィルタ５０を通過して第２中間周波増幅回路５１において増幅され、第２中間周波信号５２として出力される。
【００１９】
さて、このようにして、各受信アンテナ２１、２２および２３からの入力信号は、それぞれ、対応する受信機回路２４、２５および２６において周波数変換および増幅され、第２中間周波数信号とされて出力される。この各受信機回路２４、２５および２６からの出力信号は、信号強度測定回路２７に入力されるとともに、経路切替回路２９に入力されている。
【００２０】
信号強度測定回路２７は、クロック発生器２８により発生されるサンプリングクロックに応答して、各受信機回路２４、２５および２６から入力される第２中間周波信号をサンプリングしてその信号強度を測定し、該測定結果に応じて、経路切替回路２９に選択信号を出力する回路である。クロック発生器２８から出力されるクロック信号の周波数は、拡散符号系列の１ビット長（１チップ長）の整数倍の周波数となされており、信号強度測定回路２７において、１チップあたり複数回のサンプリング動作が行われることとなる。この詳細を図３を参照して説明する。
【００２１】
図３において、（イ）はベースバンド信号の一例、（ロ）は該ベースバンド信号をＰＮ符号列からなる拡散符号系列により変調して得られた拡散変調信号の一例であり、この図に示すように、ベースバンド信号（イ）の各ビットの値の「０」、「１」に対応して、所定ビット数のＰＮ符号系列が対応づけられて拡散変調信号（ロ）が作成されている。なお、このＰＮ符号系列の１ビットは、データの１ビットと区別して１チップ（ｃｈｉｐ）と呼ばれている。また、この例においては、ベースバンド信号の１ビットに対し、７ビットのＭ系列のＰＮ符号系列を割り当てている例を示しているが、これに限られることはなく、他のビット数の拡散符号系列を採用してもよいことはいうまでもない。
【００２２】
（ハ）はクロック発生器２８により発生されるサンプリングクロックの一例を示す図であり、図示するように、ＰＮ符号系列の１チップの整数倍（この例においては２倍）の周波数の信号となされている。したがって、信号強度測定回路２７において、各受信機回路２４〜２６から出力される中間周波信号は、１チップ当たり複数回（この例においては２回）サンプリングされ、その信号強度の測定が行われる。なお、この信号強度の測定は、サンプリングクロックが入力されたときに各受信機回路２４〜２６からの中間周波信号を並列にサンプリングしてそれらの信号強度を測定するように構成してもよいし、あるいは、サンプリングクロックが入力されたときに、該サンプリングクロック周期を時分割して、各受信機回路の出力を順次サンプリングし、信号強度を順次測定するように構成してもよい。
【００２３】
このようにして中間周波信号の強度が測定され、その強度が最大である受信機回路２４〜２６の出力が選択されるように経路切替回路２９に選択信号が供給される。このようにして選択された受信機回路２４、２５あるいは２６からの中間周波信号が、経路切替回路２９を経て直接拡散復調回路３０に供給される。
直接拡散復調回路３０、拡散符号発生器３１およびベースバンド受信回路３２は、前述した図８における直接拡散復調回路４０６、拡散符号発生器４０７およびベースバンド受信回路４０８と同様のものであり、前述した場合と同様にしてベースバンド信号が再生されることとなる。
【００２４】
このようにして、直接拡散復調回路３０に供給される時点において、最適な経路の信号が得られることとなり、直接拡散復調回路３０において安定した復調動作を行うことができるようになる。特に、複数の経路にそれぞれ設けられた受信機回路の出力の信号強度を判定して選択を行っているので、従来技術の場合のように受信機回路における伝搬遅延による不感時間をなくすことができる。また、拡散符号よりも短い周期でサンプリングを行って信号強度の判定を行っているので、経路の切り替えの遅れを最小にすることができ、高々１チップ程度の遅れとすることができる。そして、仮に、１チップのデータに誤りが生じたとしても、この１チップはベースバンド信号の１ビットに対応する所定ビット数のＰＮ符号系列における１チップであるから、復調時にベースバンド信号のビット誤りとなる可能性は非常に少ない。
【００２５】
本発明の受信側装置の他の実施の形態を図４に示す。
図４において、受信アンテナ２１、２２および２３、受信機回路２４、２５および２６、信号強度測定回路２７、クロック発生器２８、経路切替回路２９、直接拡散復調回路３０、拡散符号発生器３１およびベースバンド受信回路３２は、前述した図１の実施の形態に受信側装置２０と同様のものである。この実施の形態における受信側装置２０’は、経路切替回路２９を前置して、該経路切替回路２９により選択された第２中間周波信号のレベルを信号強度測定回路２７で測定し、該測定強度が所定レベル以下のときに経路切替回路２９を切り替えるようになされている点で、前述した図１における受信側装置２０と相違している。このように構成した場合においても、前述した図１の場合と同様に、中間周波信号は直接拡散復調回路３０に入力される時点において、最適な経路を選択された信号となっており、安定した復調動作が可能となっている。
【００２６】
なお、上記各実施の形態においては、受信機回路はダブルスーパーヘテロダイン構成となされているが、必ずしもこれに限られることはなく、中間周波数を得るための受信機回路の構成はいかなる構成であってもよい。
また、上記各実施の形態においては、受信側装置２０または２０’に受信アンテナおよび受信機回路が３系統設けられている例を示したが、これに限られることはなく、２系統以上の受信アンテナおよび受信機回路が設けられていればよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明はこのように構成されているので、中間周波信号が直接拡散復調回路に入力される時点において、すでに最適な経路を選択された信号となっており、直接拡散復調回路において安定した復調動作が可能となる。
また、経路の選択が直接拡散復調回路の入力の前段において行われているので、アンテナ入力端から第２中間周波数までの間における信号の遅延の影響を受けることがなく、遅延による不感時間をなくすことができる。
【００２８】
さらに、チップ周波数の整数倍のサンプリングクロックにより信号強度の測定を行っているため、１チップ長以下の速度で高速に最適な経路の選択を行うことができる。したがって、拡散符号系列長に比べて非常に短い期間で経路の切り替えを行うことが可能となり、切り替えに要した時間分の処理利得の劣化が少なくなる。そのため、拡散符号長が短い場合であっても有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における受信機回路の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態における信号を説明するための図である。
【図４】本発明の受信装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【図５】マルチパスを説明するための図である。
【図６】アンテナによる空間ダイバーシティを説明するための図である。
【図７】波形等化器を用いる方法を説明するための図である。
【図８】直接拡散方式のスペクトル拡散通信方式を説明するための図である。
【符号の説明】
１０送信側装置
１１、４０１ベースバンド信号発生回路
１２、４０２直接拡散変調回路
１３、３１、４０３、４０７拡散符号発生器
１４、１０１、４０４送信アンテナ
２０、２０’ 受信側装置
２１、２２、２３、１０２、２０１、２０２、２０３、３０１、４０５受信アンテナ
２４、２５、２６受信機回路
２７信号強度測定回路
２８クロック発生器
２９経路切替回路
３０、４０６直接拡散復調回路
３２、４０８ベースバンド受信回路
４１アンテナからの入力信号
４２高周波増幅回路
４３高周波フィルタ
４４第１混合器
４５第１ローカル信号発生回路
４６第１中間周波フィルタ
４７第１中間周波増幅回路
４８第２混合器
４９第２ローカル信号発生回路
５０第２中間周波フィルタ
５１第２中間周波増幅回路
５２第２中間周波信号
１０３、１０５伝搬経路
１０４反射体
２０４アンテナ切替装置
２０５受信装置
３０２高周波回路
３０３波形等化器
３０４復調回路

Claims

拡散符号系列信号に基づいて直接拡散変調方式を採用したスペクトル拡散通信システムにおける受信装置において、
所定間隔離されて設置された複数の受信アンテナと、
前記複数の受信アンテナにそれぞれ対応して設けられた複数の高周波増幅回路を備えた受信機回路と、
前記複数の高周波増幅回路を備えた受信機回路からの出力信号を前記拡散符号系列の１チップの整数倍のクロック信号に基づいてサンプリングして、その信号強度を測定し、その強度が最大である前記高周波増幅回路を備えた受信機回路の出力が選択されるように選択信号を出力する信号強度測定手段と、
前記信号強度測定手段からの選択信号に基づいて、前記複数の高周波増幅回路を備えた受信機回路からの出力信号のうちの一つを選択して復調回路に供給する経路切替回路と
を有することを特徴とする受信装置。