JPH02145982A

JPH02145982A - 位相変調搬送波再生装置

Info

Publication number: JPH02145982A
Application number: JP63300201A
Authority: JP
Inventors: Seiji Uchino; 政治内野
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1988-11-28
Filing date: 1988-11-28
Publication date: 1990-06-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕Ｇ　Ｐ　Ｓ　（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｌｎｇ
　５ｙｓｔｅａ＋）衛星電波を利用し、この電波を受信
復調して得られる再生搬送波の位相を、別々の地点に置
かれた２台の受信機でそれぞれ記録した後、その記録し
たデータを干渉計を用いて処理することにより、該受信
機の置かれた２地点間の距離を正確に測定できる。

この測距方法は、干渉観測として知られ、日本測地学会
編著により日本測量協会から１９８６年に発刊されたｒ
ＧＰＳ人工衛星による精Ｖｆ！測位システム」の第９章
ｒＧＰＳ電波の干渉計測」に詳細に説明されている。

本発明は、この干渉観測において多相位相変調波を受信
復調し、その搬送波を再生するときに生ずる位相不確実
さを除去する手段を有する位相変調搬送波再生装置に関
するものである。

〔従来の技術ゴ２相位相変調された信号（２相位相変調波）を受信した
のち復調し、その搬送波を再生して、その再生した再生
搬送波と基準となる所定周波数の参照波との位相差を測
定する、従来技術の構成を第５図に示す。

２相位相変調波５（ｔ）は、次の（１）式のようにあら
れされる。

５（ｔ）　　＝　　１’Ｔａ（ｔ）　５ｉｎ（２πｆ　
ｃ　Ｌ＋ψ）　−−（１）なお、（１）式においては、
次の（２）弐〜（４）式に示す関係がある。

ａ（ｔ）　　−Σ　ａｌｌｂ　　（ｔ−ｎＴ、　　）　
　　・−−−−一−・−（２）ａ　、と−１．１・−・・−・・・・・−・−・　（３）ここで、ｒｃは
搬送波の周波数、ａ　（Ｌ）は２値変調信号、Ｔ、はシ
ンボル周期、ａ、１は送信符号系列である。

第２図は、送信符号系列が−１，＋１．＋１．Ｎ、−１
，−１゜＋１．−１．　＋１．　＋１．で２相位相変調
するときの波形を示している前記２相位相変調波５（ｔ
）を発生ずるためのタイムチャートを示す。

第５図において、該２相位相変調波５（ｔ）は二乗手段
１ａで二乗され、その結果は（５）式に示すものとなり
、５（ｔ）”＝　２　ｓｉｎ”　（２πｆｃｔ＋ψ）＝１
−ｃｏｓ（２ｘ２　ｆｃ　Ｌ　＋２φ）−・・・（５）
これが狭帯域バンドパスフィルタ１ｂを通過し、（６）
式に示す信号ｂ（【）となって出力される。

ｂ（ｔ）　＝−ｃｏｓ（２π２ｆｃｔ＋２φ）　　−１
６）さらに、この信号ｂ（ｔ）は２分周手段１ｃにより
２分周され、（７）式に示す再生搬送波ｃ（ｔ）となっ
て出力される。

ｃ（ｔ）　＝　５ｉｎ（２ｚ　ｆ　ｃＬ＋ψ）　　　　
　−−−（７）位相差検出手段４は、参照波発生手段３
より発生した周波数ｆｃの参照波と（７）式に示す再生
搬送波Ｃ（０との位相差ψを検出して出力する。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記（６）式に示すように、位相差（ψ）がもし逆相（
ｇ＋ψ°）であると、前記狭帯域バントパスフィルタ１
ｂの出力信号ｂ（Ｌ）は、（８）式に示すものとなり、
検出される位相差はやはり、ψ゛になってしまう。

ｂ（Ｌ）　＝−ｃｏｓ（２π２　ｆ　ｃ、’ｔ　＋　２
　ｔｔ　＋　２ψ゛）−−ｃｏｓ（２π２　ｆ　ｃ　ｔ
　＋２ψ’）　　−１８１本来なら、位相差として　ψ
−π＋ψ°が出力されるべきである。

この現象より、２相位相変調においてはＯ１πすなわち
、変調相数（−２）の位相子ｔ’ｉ実さが生じてしまう
。

すなわち、第５図に示している従来の位相変調による搬
送波再生手段では、前記した（１）式において、位相差
ψが１８０度異なっても、その位相差の出力は全く同一
の値になってしまう。また、位相変調の相数が増えて、
多相変調になると位相差ψが（３６０度／変調相数）の
整数倍に変わっても従来の技術では同一の再生搬送波の
位相差が出力されてしまう。

本発明は、以上に述べたように多相位相変調における位
相不確実さを除去する手段を備えた位相変調搬送波再生
装置を提供する。

〔課題を解決するための手段〕

以下、本発明が上記した課題をどのように解決したかに
ついて第１図により説明する。なお、この説明では、多
相位相変調を２相位相変羽として述べる。

従来の技術では、１８０度の位相不確実さが発生してし
まうことはすでに述べた通りである。

本発明は、ＧＰＳで採用している信号のように送信符号
系列が所定のフレーム構造をもち、一定のフレーム同期
語を含んでいる場合に、上記課題を解決できる手段を提
供する。

前記フレーム構造の一例として、その一定のフレーム同
期語は４ｂｉｔのバーカー系列＋１．＋１．−１゜＋１
とし、最も単純なフレーム構造として、そのフレーム同
期語が一定の周期で送信符号系列に出現するものをとる
。例えば、同２υノを１２　ｂｉｔとした送信符号系列
の一例を以下に示す。

＋１＋＋１＋−Ｌ＋Ｌ＋１＋＋Ｌ−１，−１＋−１，＋
Ｌ＋１＋＋１＋１．＋１．−１．＋１．−１．−１．−
１．＋１．−１．＋Ｌ−１＋＋１＋１．＋１．−１．＋
１．−１．＋１．−Ｌ＋Ｌ−１，−Ｌ−１，＝１＋１．
＋１．−１．＋１．−１．−Ｌ−１，−１，＋１．＋１
．−１．＋１この例では、フレーム構造の始めの４　ｂ
ｉｔは常にフレーム同ＪＩＪ１語＋１．　＋１＋　−１
，＋１で始まる。このような送信符号系列で２相位相変
調された信号が、多相位相変調復調手段（１）で受信復
調される。

この場合の位相相数は２である。従って、この場合、多
相位相変調復調手段（１）は２相位相変調復調手段とな
る。この２相位相変調復調手段によって復調された受信
符号系列としては、１８０度の位相不確実さがあるため
、次の２つの場合がある。

（１）同相の場合は、正しく復調されて＋１．＋１．＋
１．−１．＋１．＋１．＋１．−１．−１．−１．＋１
．目＋１．＋１．＋１．−１．＋１．−１．−１．−１
４１．−１．＋１．−１−１．＋ｌｉ＋１．−１．＋１
＋−１．＋Ｌ−１，＋１．−１．＝１．−１が受信符号
系列となる。

（２）逆相の場合は、反転されて −１，−１，−１，＋１．−１＋−１，−１，＋１．＋
、！＋１．−Ｌ−１−１．−１．−１．＋１．−１．＋
１．＋１．＋１．−１．＋１．−１．擾１目、４．−１
．＋１．−１．＋１．４．÷１＋−１＋＋１＋目、＋１
が受信符号系列となる。

（１）項の同相の場合は、２桁目から５桁目にわたる４
ｂｉ　Ｌの長さの符号系列が、フレ−ム同期ｎｌｎｇＮ
＋１．＋１．−１．＋１と常に一致する。従って、この
場合の固定位相差は０度である。

（２）項の逆相の場合は、前記受信符号系列を反転する
と、２１行目から５１ｊ目にわたる４ｂｉｔの長さの符
号系列がフレーム同期語＋１１４１１−１．４１と常に
一致する。従って、この場合の固定位相差は１８０度で
ある。

多相位相変調復調手段Ｉの後に続くフレーム同期手段２
は、上に述べたような原理により所定のフレーム構造に
基づいてフレーム同＃Ｊｌを行う。

このようにフレーム同期手段２の固定位相差の出力は、
２相位相変調のときは、同相の場合は０度、逆相の場合
は１８０度である。この固定位相差の出力によって再生
搬送波の位相不確実さを除去するのである。そのため、
該所定のフレーム構造に基づきフレーム同期が完了しな
ければ固定位相差の出力は確定しないので、フレーム同
期が完了するまでの再生搬送波と参照波との位相差デー
タはこのままでは失われてしまう。

そこで、本発明では、記録手段５でフレーム同期が完了
するまでの位相差データを記録しておくようにしたので
ある。

〔作用〕

多相位相変調復調手段１は、所定のフレーム構造でなり
、その中に一定のフレーム同期語を含んだ送信符号系列
によって送信される搬送波が多相位相変調された信号を
受信復調し、その受信符号系列を出力するとともに、該
搬送波を再生し、その再生した再生搬送波を出力する。

しかし、この再生搬送波は、多相位相変ΔＩ！、１にお
ける位相不確実さが原因となって、例えば２相位相変調
の場合において、同相であるか逆相であるかが不明であ
る。

そこで、本発明では、フレーム同期手段２によって受信
符号系列に対してフレーム同期を行うために所定のフレ
ーム構造の範囲内でそのフレーム同期語と該受信符号系
列に含まれるフレーム同期語とが同じ長さの符号系列と
して常に一敗するように固定位相差を決定するようにし
た。例えば、２相泣相変調の場合は、この固定位相差は
０度又は１８０度である。

一方、参照波発生手段３からは所定周波数の参照波が出
力される。

多相位相変調復調手段１から出力された再生搬送波と該
参照波発生手段３から出力された参照波は位相差検出手
段４に入力され、所定の時間間隔により、その位相差が
測定され、これが位相差データとなる。

しかし、この位相差データには位相の不確実さがあって
、例えば２相位相変調のときは正相なのか逆相なのか定
まっていない。

そこで、本発明では、この位相差データを、前記フレー
ム同期手段２においてフレーム同期が完了するまでの間
、記録手段５に記録しておくようにした。

このようにしたことにより、前記フレーム同期が完了す
るまでの位相差データは失なわれない。

位相差補正手段６は、フレーム同期完了後、前記フレー
ム同期手段２から出力された固定位相差を前記記録手段
５に記録されている位相差データから順次、差し引く。

この結果、位相差データの位相不確実さは除去され、位
相不確実さのない位相データが前記位相差補正手段６よ
り出力される。

〔実施例〕

第３図に本発明に係る位相変調搬送波再生装置の一実施
例を示す、この実施例では多相位相変調における相数が
２すなわち、２相位相変調の場合を示す。

多相位相変調復調手段１は、コスタスループあるいはＩ
Ｑ小ループ呼ばれる２相位相変調復調手段により実施さ
れる。ここでは、多相位相変調復調手段ｌにコスタスル
ープを使用したものについて以下、説明する。

１ａは、入力を分配する同相分配器で、その分配した出
力。を■チャンネル側乗算器１ｂとＱチャンネル側乗算
器１ｄに大ノｊする。

ｌｃは、入力を９０度の位相差をもった出力に分配する
直交分配器である。

Ｉｆは、再生搬送波を出力する電圧制御発振器（Ｖ　Ｃ
Ｏ；　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　０ｓｃ
ｉｌｌａｔｏｒ）で、その出力は前記直交分配器ｌｃに
入力されたのち９０度位相の異なった局発信号として分
配され、それぞれ乗算器１ｂ、ｌｄに入力される。

１ｅ４！、１チヤンネル側ベースバントフイルタで、乗
算器１ｂの乗算出力から復調信号以外の不要スプリアス
及び雑音を除去するためのローパスフィルタとして機能
する。

１ｇは、Ｑチャンネル側ベースバンドフィルタで、該乗
算器１ｄの乗算出力に接続されており、前記チャンネル
側ベースバンドフィルタｌｅと同一の特性をもっている
。１チヤンネル側ベースバンドフイルタｌｅとＱチャン
ネル側ベースバンドフィルタ１ｇの出力はベースバンド
信号となる。

ｌｈは、■チャンネル側ベースバンド信号とＱチャンネ
ル側ベースバンド信号とを乗算する乗算器で、その乗算
結果を再生搬送波の位相差として出力する。

１ｊは、該乗算器１ｈの出力である該再生搬送波の位相
差を入力とし、前記電圧制御発振器Ｉｆの制御電圧を出
力して、前記多相位相変調復調手段ｌが常に搬送波をト
ラッキングするようＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ
　Ｌｏｏｐ）として動作するようにするためのループフ
ィルタである。

Ｉチャンネル側ベースバンドフィルタｌｅ、Ｑチャンネ
ル側ベースバンドフィルタｔｇの出力は次のようになる
。この場合、１チヤンネル側ベースバンドフイルタ１ｅ
とＱチャンネル側ベースバンドフィルタＩｇのインパル
ス応答は同一であるので、ｈａ（ｔ）とする。また、そ
のフーリエ変換をＨａ（ｊω）としたときＨａ（Ｊω）１−０゜ｌω１≧２πｆｃ）２π（１／Ｔ、）とする。

このとき、！チャンネル側ベースバンドフィルタ１ｅの
出力は、ｈ、（１）＊（Ｓ（ｔ）Ｉ”ｊ−ｓｌｎ２　ｙｒ　ｆ　
ｃ　Ｌ）−−ａ　（ｔ）ｓｉｎψとなり、Ｑチャンネル側ベースバンドフィルタ１ｇの出力はｈ　ｍ　　（ｔ）本（Ｓ（ｔ）／’ｒｃｏｓ２　７Ｅ　
　ｆ　　ｃ　　ｔ）＝−ａ　　（１）ｃｏｓψとなる。

ただし、ＩＴ　ｓｉｎ”２ｔ　ｆ　ｃＬ　　ｆｒ　ｃｏ
ｓ２ｎ　ｆ　、　ｔは、前記直交分配器１ｃの出力であ
り、ａ（Ｌ）ｚｈ、（ｔ）　＄ａ（ｔ）とする。

ここで、＊印はたたみ込み聞分を意味する。

前記乗算器１ｈの出力ｅ　（ｔ）は、したがって、ａ　
（ｔ）　ｃｏｓψ・ａ　（Ｌ）ｓｉｎψ＝　（１／２）
ａ”（ｔ）ｓ！ｎ２ψ＝ａ（ｔ）となるので、適当なル
ーフ゛フィルタｆｊによって定常状態でｅ（ｔ）＝Ｏと
なるように電圧制御発振器（ＶＣＯ）ｉｆをＰＬＬとし
て制御できる。このままでは、固定位相差　φ＝０．π
　において該ＰＬＬが安定してしまうので、位相不確実
さが生じてしまう、そこで、１チヤンネル側ベ一スバン
ドフイルタＩｇの出力すなわち、多相位相変調復調復調
手段１の出力である受信符号系列ａ（ｔ）を入力とし、
フレーム同期を行って送信符号系列に含まれる所定の長
さの符号系列が常にフレーム構造の範囲内で一敗するよ
うに固定位相差４定め、その定めた固定位相差　Ｏまた
はπ　を出力するフレーム同期手段２を設ければ、前記
した位相不確実さは除去できる。

すなわち、多相位相変調復調手段１で再生された搬送波
（再生搬送波）　２ｓｉｎ（２ｙｔ　ｆ　ｃ　ｔ＋ψ）
と参照波発生手段（発振周波数が常にｆｃである周波数
シンセサイザなどで実現できる。）３により発生される
参照波５ｉｎ２πｆｃｔとの位相差を所定の時間間隔Ｔ
０で測定した位相差データΔψ１ｎΔψ、−ψ（を十錫
↑や）を出力する位相差検出手段４が設けられている。

ここで、ψは位相不確実さであって、同相　ψ（Ｌ）＝ψ（Ｌ）　　　Ｌ≧Ｌｏであるか　又
は逆相　ψ（１）−ψ（１）＋π　ｔ≧【。であるかは
っきりしないが、その時点における状態がそのまま記録
手段５で記録される。そして、フレーム同期手段２の固
定位相差の出力が定まったとき、記録手段５に記録され
たデータからＯまたはπを差し引けば、その位相差は確
定する。フレーム同期手段２で固定位相差の出力が０の
ときは同相のときであるから位相差補正手段６において
０が差し引かれ、位相不確実さのない位相差データΔψ
ｍが出力される。

Δψ、−ψ（Ｌ＋ｌｌＴＭ）　　−ψ（を十ｍＴｏ）フ
レーム同期手段２で固定位相差の出力がπのときは逆相
のときであるから位相差補正手段６においてπが差し引
かれ、位相不確実さのない位相差データΔψｍが出力さ
れる。

Δψ、−ψ（ｔ＋１Ｔｓ）　　−π＝ψ（を十ｍＴ＋＋
）第４図は本発明に係る位相変調搬送波再生装置の他の
一実施例を示し、その構成要件の一つである多相位相変
調復調手段ｌに搬送波を再生するフェーズロック機能を
有するコスタスループを使用した場合を示す。

乗算器ｔｈとしてフエーズロツタの判定手段をもった位
相検波器を使い、前記多相位相変調復調手段１のフェー
ズロックループがロック状態にあるのか又はアンロック
状態にあるのかをフェーズロック判定手段で判断し、そ
の判断出力がアンロック状態であるときは記録手段５に
記録を禁止することを命令できるように構成されている
。

したがって、前記多相位相変調復調手段１がロック状態
になってから記録手段５に位相差データが記録され始め
るので、誤った位相差データを記録せずにすむ特長があ
る。

Ｃ本発明の効果〕本発明は、ＧＰＳ衛星が送信している電波を異なった２
地点で受信復調して、その搬送波を再生し、その再生し
た再生搬送波と所定周波数の参照波との位相差を観測し
、その位相差から２地点間の相対位置を計算するＧＰＳ
測位干渉針を構成するための位相変調搬送波再生装置を
提供する。

今、例えばＧＰＳ衛星のＬ１帯（１，５７５，４２ＭＩ
Ｉｚ）の電波を２地点で受信復調したときの再生搬送波
は従来の技術ではπの位相不確実さが残ってしまうので
相対測位計算したとき　１／２λ＝９５．１５ｍｍごと
に多重解が出てしまう。

ところが、本発明によったときは、πの位相不確実さが
ないのでｌ／λ−１９０，３ｍｍごとに多重解が出現し
、その多重解の数が従来の半分ですみ、相対測位計算が
容品になる。

また、ｎ個のＧＰＳ衛星からの送信電波を受信復調した
とき、従来の技術では、各衛星の信号について　１／２
λごとに多重解が出現し、その出現した多重解の総数は
、Ｋ″　（Ｋ：１衛星当たりの多重解の数）になる。

ところが、本発明によれば、ｌ／λごとにしか前記多重
解が出現しないので、この多重解の総数は（Ｋ／２）”
　＝　　Ｋ”　／　２　’となる。

従って、本発明をｎ個のＧＰＳ衛星を使用した測位干渉
計に実現した場合、その測位計算時間は従来の技術に比
べ、２″分の１と短縮された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る位相変調搬送波再生装置の基本構
成を、第２図は本発明に係る実施例で使用する２相位相
変調波を発生ずるタイムチャートを、第３図は多相位相
変調復調手段が２相位相の場合における本発明の位相変
調搬送波再生装置に係る一実施例を、第４図は本発明に
係る位相変調搬送波再生装置の他の一実施例を、第５回
は従来の技術における位相変調による搬送波再生手段を
それぞれ示す。図において、ｌは多相位相変調復調手段、１ａは同相分
配器、ｌｂと１ｄは乗算器、ｌｃは直交分配器、１ｅは
１チヤンネル側ベースバンドフイルタ、Ｉｆは電圧制御
発振器、ＩｇはＱチャンネル側ベースバンドフィルタ、
１ｈは乗算器（位相検波器）、１ｊはループフィルタ、
２はフレーム同期手段、３は参照波発生手段、４は位相
差検出手段、５は記録手段、６は位相差補正手段　をそ
れぞれ示す。特許出願人　　　アンリツ株式会社代理人　　弁理士　　小池　Ｏｖ大部］）　　１図第図

Claims

【特許請求の範囲】１）一定のフレーム同期語を含んだ所定のフレーム構造
でなる送信符号系列で送信される搬送波に多相位相変調
した信号を受信復調して、その受信符号系列を出力する
とともに該搬送波を再生し、その再生した再生搬送波を
出力する多相位相変調復調手段（１）と；該多相位相変
調復調手段（１）により復調された前記受信符号系列を
入力とし、フレーム同期を行って前記送信符号系列に含
まれるフレーム同期語と該受信符号系列に含まれる所定
の長さの符号系列とが前記フレーム構造の範囲内で一致
するように固定位相差を定め、その定めた固定位相差を
出力するフレーム同期手段（２）と；所定周波数の参照
波を発生する参照波発生手段（３）と；前記多相位相変
調復調手段（１）から出力される再生搬送波と前記参照
波発生手段（３）により発生される参照波との位相差を
所定の時間間隔で測定した位相差データを出力する位相
差検出手段（４）と；該位相差検出手段（４）から出力
される位相差データを記録する記録手段（５）と；前記
フレーム同期手段（２）によるフレーム同期終了後、該
記録手段（５）に記録された位相差データから該フレー
ム同期手段（２）より出力された固定位相差を差し引き
、多相位相変調における位相不確実さを除去した位相デ
ータを出力する位相差補正手段（６）とを備えた位相変
調搬送波再生装置。２）前記多相位相変調復調手段（１）が、送信される搬
送波を再生するためのフェーズロックループ機能を有し
、そのフェーズロックループがロック状態であるか又は
アンロック状態であるかを判断するフェーズロック判定
手段を備え、該フェーズロック判定手段の判断出力がア
ンロック状態であるときは前記記録手段（５）に記録を
禁止することを命令できるように構成されていることを
特徴とする請求項１記載の位相変調搬送波再生装置。