JP2660441B2

JP2660441B2 - スペクトラム拡散通信用受信装置

Info

Publication number: JP2660441B2
Application number: JP1171599A
Authority: JP
Inventors: 満夫山本
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 1989-07-03
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1997-10-08
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: US5008899A; DE4021136A1; JPH0336830A; DE4021136C2

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、スペクトラム拡散（SS）通信用受信装置に
関し、特に、ハイブリッド方式のSS通信用受信装置に関
する。

（従来の技術）従来から、SS通信方式がオフィスオートメーション、
移動体通信、遠隔制御等種々の通信分野に利用すべく開
発され、一部では実用化されている。

SS通信方式は、狭帯域信号を広帯域信号に拡散して伝
送するため、秘話性に富みまた、干渉等の耐雑音性に優
れる等種々の特徴を有している。SS通信方式には、大別
して、周波数ホッピング（FH）方式及び直接拡散（DS）
方式がある。

FH方式は情報１ビットが多数の周波数に分散されるた
め、フェージングや干渉に強いという反面、回路構成が
複雑になるという問題がある。

一方、DS方式は回路構成が簡単という利点を有する反
面、FH方式に比べフェージング特性等が劣るという問題
がある。

このような問題に鑑み、両者の利点を利用するため
に、両者を併用したハイブリッド方式が検討されてい
る。

第４図は従来のハイブリッドSS通信方式に使用する送
受信機のブロック図である。

第４図において、送信用データであるベースバンドデ
ータ信号V_BIはミキサ404により疑似雑音（PN）符号発生
器402からのPN符号と乗算された後、ミキサ403の一方の
入力部に入力される。PN符号としては用途、帯域等によ
って相違するが、一般には数十乃至数百ピットのＭ系列
符号が使用される。周波数シンセサイザ401は周波数の
異なる複数の信号源を有しており、PN符号発生器402か
らのPN符号に応答するホッピングパターンの出力信号を
順次切換えてミキサ403の他方の入力部に入力する。ミ
キサ403はミキサ404および周波数シンセサイザ401から
の信号を乗算し、FHされた信号が送信アンテナ405から
電波として送信される。

前記送信信号は受信アンテナ406により受信され、ミ
キサ407の一方の入力部に入力される。ミキサ407はミキ
サ408からの信号と前記受信信号とを乗算し、復調器411
に入力する。この信号は復調器411よって復調され、ベ
ースバンド出力信号V_BOとして出力される。ベースバン
ド出力信号V_BOは送信装置側のベースバンド入力信号V_BI
に対応している。

一方、復調器411の出力信号は同期回路412に入力され
る。同期回路412は復調器411の出力信号を最大にするよ
うにPN符号発生器410のPN符号出力信号の周波数を制御
する。PN符号発生器410は送信装置側のPN符号発生器402
と同一構成である。PN符号発生器410の出力信号はミキ
サ408の一方の入力部および周波数シンセサイザ409へ入
力される。周波数シンセサイザ409は送信装置側の周波
数シンセサイザ401と同一構成であり、PN符号発生器410
からのPN符号に応答して送信側と同一のホッピングパタ
ーンで複数の周波数信号を順次ミキサ408の他方の入力
部に入力する。ミキサ408は周波数シンセサイザ409およ
びPN符号発生器410からの入力信号を乗算し、ミキサ407
の他方の入力部に入力する。ミキサ407は前述したよう
に、ミキサ408からの信号と受信アンテナ406からの信号
とを混合し、この信号を復調器411に入力する。

以上の動作を繰り返すことにより復調器411の出力信
号が最大になったとき、送信装置と受信装置のホッピン
グ速度の同期が得られたことになり、ベースバンド入力
信号V_BIに対応するベースバンド出力信号V_BOが得られ
る。

（発明が解決しようとする問題点）前述の如くして種々のデータを送信することが可能で
ある。しかしながら、同期補足および同期保持回路とし
てDLL（Dlay Lock Loop）回路等が用いられているた
め、同期完了までに長時間要しまた、完全な同期を確立
することが困難であった。

（問題点を解決するための手段）本発明のSS通信用受信装置は、PN符号を出力するPN符
号発生手段と、前記PN符号に応答して相違する周波数の
信号を順次切換え出力する周波数シンセサイザ手段と、
受信信号と前記周波数シンセサイザ手段からの信号とを
乗算するミキシング手段と、前記ミキシング手段の出力
信号と前記PN符号との位相を比較し位相が一致したとき
に相関信号を出力する相関手段と、クロック信号を発生
させかつ前記クロック信号と前記相関信号の位相を比較
して位相差がなくなるようにクロック信号の周波数を制
御するとともに前記クロック信号で前記PN符号発生手段
の周波数を制御する制御手段とを備えて成ることを第１
の特徴としている。

また、前記SS通信用受信装置において、前記周波数シ
ンセサイザ手段の切換え周期と前記PN符号周期とが整数
倍に設定されていることを第２の特徴としている。

（作用）本発明のSS通信用受信装置においては、周波数シンセ
サイザ手段の同期を相関手段の出力信号に基づいて行っ
ている。

また、周波数シンセサイザ手段の周波数切換え同期を
PN符号長の整数倍にすることにより同期を完全にしてい
る。

（実施例）第２図は、本発明に使用するSS通信用送信装置のブロ
ック図である。

第２図において、送信用データとしてのベースバンド
データ入力信号V_BIはミキシング手段であるミキサ201の
一方の入力部に入力される。ベースバンドデータ入力信
号V_BIとしては、模型用、産業用ラジオコントロール送
信装置におけるスティックの操作量を表すデジタルデー
タあるいはコンピュータの通信データ等種々の通信デー
タが使用される。ミキサ201の他方の入力部には、PN符
号発生器204からのPN符号が入力される。PN符号のチッ
プレートをT_C、符号長をＮとすると、PN符号の周期はＮ
・T_Cである。これらの信号はミキサ201によって乗算さ
れ、これによりベースバンドデータ入力信号V_BIはPN符
号に応じて拡散された後、２次変調器202に入力され
る。２次変調器202は交流信号源207からの信号f_Cをミキ
サ201からの信号により変調し高周波信号に変換した
後、ミキシング手段であるミキサ203の一方の入力部に
入力する。変調器202としては周波数偏移変調（FSK）、
振幅変調（AM）あるいは位相偏移変調（PSK）等適時、
種々の変調器が使用される。

一方、PN符号発生器204からのPN符号は周波数シンセ
サイザ205に入力される。周波数シンセサイザ205はPN符
号に応答して異なる複数の周波数信号（f₁−f_c）、（f₂
−f_c）、……、（f_n−f_c）を順次切換え出力する。周波
数シンセサイザ205の出力信号の切換えタイミングと前
記PN符号とが同期するように、前記PN符号の周期（Ｎ・
T_C）と周波数シンセサイザ205の周波数切換え周期は整
数倍に設定されている。本例では、前記PN符号の周期
（Ｎ・T_C）が周波数シンセサイザ205の出力信号の周波
数切換え周期と同一に設定されており、前記PN符号の周
期（Ｎ・T_C）と周波数シンセサイザ205の切換えタイミ
ングとが全く等しくなっている。

変調器202の出力信号はミキサ203によって、周波数シ
ンセサイザ205の出力信号（f₁−f_c）、（f₂−f_c）、…
…、（f_n−f_c）で順次周波数ホッピングされ、送信用ア
ンテナ106から送信される。ミキサ203を用いて周波数ホ
ッピング等を行うようにしたが、これに限られず、周波
数シンセサイザの出力信号を直接送信する等種々の方式
で実現可能である。

第１図は、本発明のSS通信用受信装置のブロック図で
ある。

第２図の送信装置からの信号はアンテナ101で受信さ
れ、ミキシング手段としてのミキサ102の一方の入力部
に入力される。

ミキサ102は、周波数シンセサイザ手段としての周波
数シンセサイザ103からの信号と前記受信信号とを乗算
し逆拡散を行ない、直接拡散（DS）相関器105に入力す
る。周波数シンセサイザ103は第２図の周波数シンセサ
イザ205と同一のホッピングパターンの信号を出力する
ものであり、PN符号発生手段としてのPN符号発生器104
からのPN符号に応答して、相違する周波数の信号（f₁＋
f_IF）、（f₂＋f_IF）、……、（f_n＋f_IF）を順次ミキサ1
02の一方の入力部に入力する。尚、PN符号発生器104は
ピット長等の点で第２図のPN符号発生器204と同一の構
成であり同一のPNパターンを発生するが、クロック信号
発生器109からのクロック信号によってその周期が制御
される点で相違する。また、同期状態でPN符号の周期と
周波数シンセサイザ103の切換え周期とが整数倍になる
ように設定されるが、これらは送信装置側と同一構成で
あるため、本例では両者は同一周期に設定されている。

相関器105は、後述するように、ミキサ102の出力信号
と前記PN符号との時間的な位相がずれているかどうかを
比較し、位相が一致したときに相関信号を出力する。前
記相関信号は、復調器106および位相比較器107の一方の
入力部に入力される。復調器106は第２図の変調器202に
対応してもうけられたので、その入力信号を復調し、第
１図のベースバンド入力信号V_BIに対応するベースバン
ド出力信号V_BOを出力する。尚、送信装置側の２次変調
器202が設けられていなければ復調器106は不要である。

一方、位相比較器107は、相関器105からの相関信号お
よびクロック信号発生器109からのクロック信号の位相
差を比較し、その差に応じた信号をクロック制御器108
に入力する。クロック制御器108はその入力信号に応じ
たクロック制御信号をクロック信号発生器109に入力す
る。クロック制御器108の制御端子には、同期補足用の
強制信号V_Sが入力される。クロック信号発生器109はク
ロック制御信号に応じた周波数のクロック信号をPN符号
発生器104および位相比較器107の他方の入力部に入力す
る。尚、位相比較器107、クロック制御器108およびクロ
ック信号発生器109は制御手段を構成している。

以上の様に構成された本発明の受信装置の動作を第１
図、第２図及びこれらのタイミング図である第３図を用
いて以下説明する。

送信装置にベースバンド入力信号V_BI（Ａ）が入力さ
れると、前述の様に、DS拡散により信号（Ｂ）が得られ
た後、変調、FHがなされ、アンテナ206から信号（Ｃ）
が送信される。

受信装置は、アンテナ101により信号（Ｃ）を受信す
る。受信装置側の初期の同期補足過程は以下の様にして
なされる。

第１図において、受信装置の電源投入に連動して所定
レベルの強制信号V_Sがクロック制御器108に入力され
る。クロック制御器108は前記強制信号に応答して、ク
ロック信号発生器109から同期周波数よりも低周波数の
クロック信号が出力されるようにクロック信号発生器10
9を制御する。クロック信号発生器109からのクロック信
号（Ｅ）に同期して、PN符号発生器104は周波数シンセ
サイザ103にPN符号を出力する。これにより、周波数ホ
ッピングの速度が送信装置側よりも遅くなる。この状態
を維持すると、ある時点で送信装置と受信装置の位相が
一致し、相関器105の出力信号に第３図（Ｆ）に示す様
なピークが生じ同期がとれる。このとき、強制信号V_Sを
除去することにより同期補足が完了したことになる。

次に、同期保持過程を説明する。

受信装置の受信信号は第３図（Ｃ）に示すように、送
信装置の出力信号f₁〜f_nによってホッピングされた時系
列的に直列な信号である。

一方、クロック信号発生器109からのクロック信号
（Ｅ）に同期して、PN符号発生器104は周波数シンセサ
イザ103にPN符号を出力する。周波数シンセサイザ103は
これに応答して信号（Ｄ）をミキサ102に入力する。信
号（Ｃ）はミキサ102により周波数シンセサイザ103の出
力信号（Ｄ）と剰算され、一定の中間周波信号f_IFとし
て出力される。

ミキサ102の出力信号は、相関器105によりPN符号発生
器105のPN符号との時間的な位相がずれているかどうか
を比較し、位相が一致したときに両者の相関がとられ、
相関信号（Ｆ）として出力される。位相比較器107は相
関信号（Ｆ）とクロック信号（Ｅ）との位相を比較する
ことにより、位相誤差に相当する信号（Ｇ）をクロック
制御器108に入力する。この場合、信号（Ｃ）、（Ｄ）
から明らかなように、信号f₁〜f₄およびこれに対応する
信号（f₁＋f_IF）〜（f₄＋f_IF）では受信装置側のホッピ
ングのタイミングが送信装置側よりも遅れているため、
正の信号（Ｇ）が出力される。この信号（Ｇ）に応答し
てクロック制御器108がクロック信号発生器109の周波数
を変化させ、位相誤差を小さくするように制御する。即
ち、クロック信号（Ｅ）の周波数を高くするように制御
し、これにより同期保持が可能となる。逆に、信号
（Ｃ）のf_n-1、fnおよびこれに対応する信号（Ｄ）の
（f_n-1＋f_IF）、（fn＋f_IF）のように受信装置の位相が
進んでいる場合には、位相比較器107の出力信号（Ｇ）
はレベルが反転する。これに応答してクロック信号
（Ｅ）の周波数を低くするように制御し、これにより同
期保持が可能となる。前記プロセスを繰り返すことによ
り送受信装置間の周波数ホッピングの同期保持がなさ
れ、ベースバンドデータ入力信号V_BIに対応するベース
バンドデータ出力信号V_BOを得ることができる。

以上の説明で明らかなように、相関器105の出力信号
により周波数ホッピングの同期をとるようにしているの
で、DS用同期回路とFS用同期回路とを別個に設ける必要
もなく、簡単な構成で確実な同期動作が可能になる。ま
た、周波数シンセサイザの切換え周期とPN符号周期とを
整数倍に設定しているので、相関器105の出力信号が最
適になるように同期をとれば、FH部とDS部の双方の同期
が得られたことになり、同期動作が容易に行い得る。さ
らに、DS方式とFH方式を併用しているため、処理利得は
各々の方式の積となり、単一方式よりも処理利得の向上
が図れる。

尚、本実施例では電波を用いた送受信装置の例を説明
したが、電気ケーブルを使用する送受信装置等にも利用
可能である。また、DS相関器としてマッチドフィルタを
使用すれば同期検出を高速に行い得る。

（効果）本方式によれば、相関器の出力信号により周波数シン
セサイザの切換え周期を制御することにより同期を得て
いるので、DS用同期回路とFS用同期回路を別個に設ける
必要もなく、簡単な構成で確実な同期動作が可能になる
という効果を有している。

また、DS方式とFH方式の双方を併用したハイブリッド
方式であるため、処理利得は両方式の積となり、単一方
式に比べ処理利得の向上が図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の受信装置のブロック図、第２図は本発
明に使用する送信装置のブロック図、第３図は本発明受
信装置のタイミング図、第４図は従来の送受信装置のブ
ロック図である。 102、201、203、403、404、407、408:ミキサ、103、20
5、401、409:周波数シンセサイザ、104、204、402、41
0:PN符号発生器、105:DS相関器、106:復調器、108:クロ
ック制御器、 109:クロック信号発生器、202;変調器、207:交流信号
源、412:同期回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−186145（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−65936（ＪＰ，Ａ) Ｒ．Ｃ．Ｄｉｘｏｎ著「最新スペクトラム拡散通信方式」Ｐ46−51，Ｐ228 （昭和53年、ジャテック出版発行) 電波研究所季報 30（154）、Ｐ49− 60（1984年)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】PN符号を出力するPN符号発生手段と、前記
PN符号に応答して相違する周波数の信号を順次切換え出
力する周波数シンセサイザ手段と、受信信号と前記周波
数シンセサイザ手段からの信号とを乗算するミキシング
手段と、前記ミシシング手段の出力信号と前記PN符号と
の位相を比較し位相が一致したときに相関信号を出力す
る相関手段と、クロック信号を発生させかつ前記クロッ
ク信号と前記相関信号の位相を比較して位相差がなくな
るようにクロック信号の周波数を制御するとともに前記
クロック信号で前記PN符号発生手段の周波数を制御する
制御手段とを備えて成るスペクトラム拡散通信用受信装
置。
【請求項２】前記周波数シンセサイザ手段の切換え周期
と前記PN符号周期とが整数倍に設定されていることを特
徴とする請求項１記載のスペクトラム拡散通信用受信装
置。