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発明の名称 多値位相変復調方式
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−46153
公開日 平成7年(1995)2月14日
出願番号 特願平5−192167
出願日 平成5年(1993)8月3日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】松村 修治 (外2名)
発明者 高橋 憲一 / 武石 美奈子 / 大西 博
要約 目的
多値位相変調方式を用いた直接スペクトラム拡散通信に関し、受信部でのベースバンド系の信号処理を簡略化するとともに、周波数オフセット補償を施す事により、より信頼性の高いデータ通信を行い、多重数の増加も可能。

構成
多値位相変調方式のシンボル毎に符号化されるデータ列を、それぞれの位相の搬送波周波数でDBPSK変調部102でDBPSK変調し、合成して送信し、受信側ではそれぞれのデータ列に対してBPSK遅延検波部122でBPSK遅延検波を行い、それらの出力から復号する構成としている。また、相関器出力から周波数オフセット量を求めて、受信局部発振器の周波数を補正したり、復号時にデータの位相回転を補償する処理や、さらには対になる相関器出力を加算して復号する手段との組合せ構成も可能である。
特許請求の範囲
【請求項1】 直接拡散型のスペクトラム拡散通信方式で、送信側ではデータ信号をシンボル毎のデータマッピングを行った後、それぞれのマッピングされた列の信号の差分をとり、対応する位相を持つ搬送波でBPSK変調を行った後合成して送信し、受信側ではBPSK遅延検波を行って得たシンボル列毎の信号を、送信側のマッピング法を基にデータ復号する多値位相変復調方式。
【請求項2】 直接拡散型のスペクトラム拡散通信方式で、送信側ではデータ信号をシンボル毎のデータマッピングを行った後、それぞれのマッピングされた列の信号の差分をとり、対応する位相を持つ搬送波でBPSK変調を行った後合成して送信し、受信側では相関器からの出力で位相回転量を算出し、受信部の局部発振周波数を補償しつつBPSK遅延検波するか、またはBPSK遅延検波時に位相を補償しつつ得たシンボル列毎の信号を、送信側のマッピング法を基にデータ復号する多値位相変復調方式。
【請求項3】 直接拡散型のスペクトラム拡散通信方式で、送信側からの多値位相変調波を、受信側では位相変調に対応する位相を持つ搬送波でBPSK検波する構成で、相関器からの出力で位相回転量を算出し、受信部の局部発振周波数を補償しつつBPSK検波するか、またはBPSK検波時に位相を補償しつつ得たシンボル列毎の信号を、送信側のマッピング法を基にデータ復号する多値位相変復調方式。
【請求項4】 直接拡散型のスペクトラム拡散通信方式で、受信部での相関を求める場合に、直交検波後の各位相信号のそれぞれに、送信側の各位相成分の拡散信号との相関を求め、各位相成分に対する拡散信号毎の相関値を加算して求めた値を用いて、送信信号を復号する事を特徴とする請求項2、若しくは請求項3いずれか記載の多値位相変復調方式。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は直接拡散変調方式のスペクトラム拡散通信方式に使用する多値位相変復調方式に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、スペクトラム拡散通信方式の通信はLSIなどの発達により、軍事や衛星通信のみならず、産業・民生用機器にも応用されつつある。特にアメリカなどではセルラー方式の移動通信にもその使用が検討されるなど注目を集め、日本でも無線LAN等への応用が期待されている。中でも拡散信号と呼ばれる拡散符号によりデータを拡散する直接拡散変調方法は、LSI化など構成のしやすさや相関のとれた時間を調べることにより測距ができることなどから各研究機関で開発が進められている。
【0003】以下、従来の直接拡散変調方式のスペクトラム拡散通信の通信方法を簡単に説明する。
【0004】図6(a)(b)は従来の4相位相変調方式(以下QPSKと記す)を用いた直接拡散形スペクトラム拡散通信方式のそれぞれ送信、受信回路のブロック図である。
【0005】同図(a)の送信側で、入力信号は、まず最初にQPSKのシンボル信号へマッピングするQPSK符号器101に入力され、IとQとの2つのシンボル毎のデータ列に変換される。それらのデータ列はmodulo2の乗算器103i、qにおいてそれぞれに対応する拡散符号発生器104i、qからの信号と乗算され、次の直交変調部109へと送られる。ここで、拡散信号としては疑似雑音系列(PN符号)が多く用いられ、この拡散信号により送信データのスペクトラムが拡散されることになる。直交変調部109は図の点線で囲まれた部分であり、ここではミキサ105i、qで第1局部発振器107からの信号と、同信号の位相をπ/2した信号とでそれぞれ混合され、加算器108で加算される。その後第2局部発振器111の信号でミキサ110で搬送波帯域に変換されてアンテナ112から送信される。
【0006】同図(b)の受信側ではアンテナ113からの信号をミキサ114において第1局部発振器115からの信号と混合し、中間周波数帯に変換する。変換された信号は第2局部発振器の信号と、同信号を位相器117においてπ/2位相シフトされた信号とにより、ミキサ116i、qとでIとQとのベースバンド信号に変換される。この直交信号によるベースバンド信号への周波数変換を直交検波と呼び、直交検波部118と表す。その後データ信号は送信側と同じ拡散符号を発生する拡散符号発生器121i、qとにより相関値を求められるわけであるが、受信第1・第2局部発振器115・119の和が送信側の搬送波周波数(この例では送信側第1・第2局部発振周波数の加算された値)と完全に一致する事は希であるため、データの位相平面上での回転現象が発生してしまう。そのためデータを復号するためには4個の相関器120a〜dを用いて相関を求め、位相検出回路701において位相回転角等を求め、QPSKデータ復号器702で周波数オフセット補償をしつつデータを復号する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従来の構成では、位相検出回路やそれに基づくQPSKデータ復号器も複雑になってしまうという課題とともに、伝送レートが高速になると回路の処理速度からも制限されやすいという課題があった。
【0008】本発明は上記従来技術の課題を解決するもので、従来と同じ伝送速度の場合、必要な帯域を広げること無しに、簡単な回路構成で復号部を構成できるとともに、周波数オフセット補償回路なしの場合にも良好な特性を得られる事ができるものである。したがってスペクトラム拡散通信方式の特徴である多重化にも、特性の向上をもたらすものである。また、信号処理回路の速度は、QPSK変調方式に比較して約半分で処理を可能とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために本発明は、多値位相変調方式のシンボル毎に符号化されるデータ列をそれぞれ多値位相変調方式の位相差に応じた位相の異なる搬送波周波数で差動BPSK(以下DBPSKと記す)またはBPSK変調し、合成して送信する構成としている。また、受信側では直交検波後の信号をそれぞれ対応する相関器出力信号により、BPSK遅延検波またはBPSK検波する事を特徴とし、また、それぞれ対応する相関器出力から周波数オフセットによる位相回転角を相関器出力から算出し補償したり、さらには位相平面で回転に対応するためにi、qでの対応する相関値を用いて複合する手段との組み合わせ構成も可能である。
【0010】
【作用】本発明は上記構成によって、直接スペクトラム拡散通信での受信部でのベースバンド系での復号を多値変調方式の時でもBPSK系復号で信号処理が可能となるため、受信部の回路を簡略化し、処理速度も軽減する事ができる。そして、もとのデータ列を再生するにはBPSK系復号したデータ列を、使用した符号方法で再度復号すればよいことになる。したがって多値になればなるほど簡略化の効果が大きくなる。また、BPSK遅延検波では、後述する条件下では、多値位相変調系の同期検波系に近い信頼性の高いデータ復号を行う事ができるものである。さらに、対応する相関器出力から周波数オフセットによる位相回転角を求めて、受信局部発振器の周波数を補正したり、復号時にデータの位相回転をもとに戻してデータの判定を行う事により、周波数オフセット補償を行う事ができる。ここで、位相平面での回転より、例えば拡散符号iに対応する受信I側の相関器出力は位相角がπ/2またはπ等の時0になってしまうため、対応するI・Qの相関器出力を加算して周波数オフセット補償をする事で、加算しないときの場合分け(条件による分離)回路が省略できるためより回路を簡略化できる事になり、その効果はより大きくなる。
【0011】
【実施例】(実施例1)以下、本発明の第1の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0012】図1(a)、(b)は本発明の一実施例におけるQPSK変調方式に相当する直接拡散形スペクトラム拡散通信方式のそれぞれ送信(拡散部)、受信回路(逆拡散部)のブロック図である。
【0013】図1(a)において、101は入力信号をIとQとの2つのシンボル毎のデータ列に変換する符号器、102i,gは符号器101の出力であるデータ列を差動化する差動符号器、103i,gはそれぞれの入力信号を拡散符号発生器104i、qからの拡散信号と混合する乗算器である。109は直交変調部で、乗算器103iの出力と第1局部発振器107の信号とを混合する乗算器105i、乗算器103gの出力と第1局部発振器107の信号をπ/2位相器106を介した信号とを混合する乗算器105g、乗算器105i,105gの双方の出力を加算する加算器108により構成されている。110は直交変調部109の出力と第2局部発振器111の信号とを混合する乗算器、112はアンテナである。
【0014】上記構成において、同図(a)で入力信号は、まず最初にQPSKのシンボル信号へマッピングする符号器101に入力され、IとQとの2つのシンボル毎のデータ列に変換される。それらのデータ列は差動符号器102において差動化された後、modulo2の乗算器103i、qにおいてそれぞれに対応する拡散符号発生器104i、qからの拡散信号と乗算され、次の直交変調部109へと送られる。直交変調部109ではミキサ105i、qで第1局部発振器107からの信号と、同信号の位相をπ/2した信号とでそれぞれ混合されるが、この時点での変調方式はI・Qともに直交位相平面上でのDBPSK変調であり、加算器108で加算される。この信号のスペクトラムはQPSK変調と同様なスペクトラムとなる。その後第2局部発振器111の信号によりミキサ110で搬送波帯域に変換されてアンテナ112から送信される。
【0015】一方、同図(b)において、113はアンテナ112から送出された信号を入力するアンテナ、114はアンテナ113からの復調すべき入力信号と第1局部発振器115の信号とを混合する乗算器である。118は直交検波部で、乗算器114の出力と第2局部発振器119の信号とを混合する乗算器116i、乗算器114の出力と第2局部発振器119の信号をπ/2位相器117を介した信号とを混合する乗算器116gにより構成されている。120a〜dはそれぞれ乗算器116i,116gの出力を拡散符号121i,121gを用いて相関をとる相関器、122i,gはBPSK遅延検波部、123はQPSK復号器である。
【0016】上記構成において、同図(b)の受信側ではミキサ114において中間周波数帯に変換された信号を直交検波部118によりベースバンド信号に変換する。その後データ信号は従来例と同様に120a〜dの4個の相関器を用いて求められるが、ここでは相関器出力V1とV3、V2とV4をそれぞれ用いてBPSK遅延検波を行い(BPSK遅延検波回路122を使用)、Iデータ列とQデータ列にあたる信号を検波する。この時周波数オフセットにより、位相が回転するにつれてそれぞれの相関器出力が変化するため、相関器の出力は切り替えるなど(例えばV1とV3)の処理をしながら検波する事になる。その後、QPSK復号器123を用いて送信データを復号している。
【0017】以上、本実施例では送信データをQPSK変調のようにして送受信しているが、実際の検波方式は直交多重化されたDBPSK変調であり、QPSK系に比較して周波数オフセットに強いなどの利点がある。
【0018】(実施例2)以下、本発明の第2の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0019】図2は図1(a)の実施例1と同様のQPSK変調方式に相当する直接拡散形スペクトラム拡散通信方式の受信部で、異なる点は周波数オフセット補償回路を追加した点である。
【0020】同図では相関器出力に位相回転角検出を行う位相検出回路124を設け、位相回転角を算出して、同図(a)ではBPSK遅延検波の際に位相を補償してから検波する方法であり、同図(b)では第1局部発振器115の発振周波数を制御し、周波数オフセットの補償を行うもので、両者ともにより広いオフセット補償を行う事ができる。
【0021】なお、同図(b)の実施例では第1局部発振器115を制御したが、第2局部発振器119でも同様の効果がある事は言うまでもない。
【0022】(実施例3)以下、本発明の第3の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0023】図3はQPSK変調方式の直接拡散形スペクトラム拡散通信方式の送信部と、本発明の方法を用いた受信部のブロック図である。
【0024】同図(a)は従来のQPSK変調系での送信系(図6(a))と同様であるため、説明は省略する。
【0025】同図(b)は図2(b)と同等の構成であり、同図(b)の構成では復号時に、送信でのI/Q信号へのそれぞれの拡散符号で一旦BPSK検波し、その出力をQPSK復号している。そして、相関器120からの出力で位相検波回路123で位相回転角を検出し、BPSK検波回路125において周波数オフセット補償として位相補償を行っている。
【0026】また、ここでは図示しないが、実施例2の様に位相検出回路124の出力信号により第1、または第2局部発振器115、119の発振周波数を制御し、周波数オフセットの補償を行っても同様の効果がある事は言うまでもない。
【0027】(実施例4)以下、本発明の第4の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0028】図4は周波数オフセット補償の補償方法を説明する図であり、同図(a)は拡散符号iに対するI側の相関器出力の位相回転を説明する図、同図(b)は位相補償を行う場合の復号部のブロック図である。
【0029】同図(a)では実施例1での相関器120aとcとの出力V1とV3に対する出力が点Riで示されている。この点のV1軸に対する角度θが周波数オフセットがあるときの絶対位相角になる。上記の位相検出器123はこの角度を検出し、回転量を算出するものであるが、この角度がπ/2になったときには出力V1は”0”になってしまい、他の出力信号を条件により場合分けして復号しなければならない。そこで、この例では対になる相関器の出力信号を加算して復号用信号とするものである。
【0030】同図(b)は相関器120以下の受信系のブロック図であるが、実施例1のBPSK遅延検波部122の前に加算器126i,126gを設けている点が異なる。この構成により、特別な場合分けが不要になり、受信部のより一層の簡略化が可能になる。
【0031】また、図5は当該実施例3の構成をもちいた場合の特性例である。同図(a)は従来のDQPSK系での周波数オフセットがない状態、同図(b)は周波数補正を行った例であるが、本方法を用いるとC/N−BER特性が従来より上回るとともに、周波数オフセット補償をしなくても、±15%程度(シンボルレートに対して)の周波数ズレに対しては1桁近くの改善がなされる事がわかる。また、周波数オフセット補償をした場合にはシンボルレートの±15%程度までは、BER特性が平坦に近くなり、本方法の有効性がわかる。以上の特性例により本実施例での有効さが明らかであるとともに、受信回路も簡略化する事ができる。
【0032】以上の実施例では局部発振器を第1、第2の2個を用いたが、通信システムの状況により、1個にしたり、あるいは増やしたりしても同様の効果がある事は言うまでもない。
【0033】
【発明の効果】以上のように本発明は、多値位相変調方式のシンボル毎に符号化されるデータ列を、それぞれ多値位相変調方式の位相差に応じた位相の異なる搬送波周波数でDBPSK変調し、合成して送信する構成としている。一方、受信側では直交検波後の信号をそれぞれ対応する相関器出力信号により、BPSK遅延検波またはBPSK検波し、また、それぞれ対応する相関器出力から周波数オフセットによる位相回転角を求めて、受信局部発振器の周波数を補正したり、復号時にデータの位相回転をもとに戻してデータの判定を行う事により、周波数オフセット補償を行う事ができる。さらには位相平面で回転に対応するためにi、qでの対応する相関値を加算した信号を用いて復号する手段との組み合わせ構成も可能である。
【0034】本発明は上記構成によって、多値変調方式を用いた直接スペクトラム拡散通信でのベースバンド系での復号をBPSK系復号法で信号処理が可能となるため、受信部の回路を簡略化する事ができるとともに、周波数オフセット補償を施す事により、より信頼性の高いデータ通信を行う事を可能とするものである。したがってスペクトラム拡散通信方式の特徴である多重化にも、特性の向上をもたらすものである。




 

 


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