JP3593021B2

JP3593021B2 - 同期捕捉システム

Info

Publication number: JP3593021B2
Application number: JP2000309710A
Authority: JP
Inventors: 智行松本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2020-10-10
Also published as: JP2002118499A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期捕捉システムに係り、特に、ＤＳ／ＳＳ（ＤｉｒｅｃｔＳｅｑｕｅｎｃｅ／ＳｐｒｅａｄＳｐｅｃｔｒｕｍ；直接スペクトラム拡散）方式を用いた受信機などに用いて好適な、メモリ蓄積型の同期捕捉システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来のＤＳ／ＳＳ方式を用いた受信機における、メモリ蓄積型の同期捕捉システムの簡単な構成を示すブロック図である。
【０００３】
図４において、受信信号（ＩＦ信号）は、まず周波数変換回路４０１でベースバンド信号に変換されてから、一度メモリ４０２に書き込まれる。その後、指定のアドレスから読み出された信号を、相関器４０３で逆拡散および加算して相関値の計算を行ない、その相関値がしきい値を超えたら、読み出したアドレスが正しい逆拡散のタイミングであると判断し、超えなかったら読み出すアドレスを１サンプルもしくは数サンプルずらして、同様に相関値の計算およびしきい値判定を行なう。
【０００４】
しきい値を超える相関値を検出するまでこれを繰り返し、こうして得た逆拡散タイミングから、拡散符号発生器４０４で発生させる拡散符号の位相をリアルタイムの受信信号に合うようにずらして発生させる。一般に、ＤＳ／ＳＳ方式に用いられる拡散系列は有限長の擬似雑音の繰り返しであるので、メモリ４０２に書き込んだ時点から拡散符号の周期を数えていれば、メモリ４０２内の信号と同じタイミングを知ることができる。具体的には、メモリ４０２への書き込みと同時に拡散符号発生器４０４をリセットし、相関器４０３で得られた逆拡散タイミングのメモリの先頭アドレスからのずれの分だけ拡散符号発生器４０４のタイミングをずらしてやれば良い。
【０００５】
その後、乗算器４０５で受信信号と拡散符号とをかけ合わせて、ＬＰＦ（ＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）４０６で希望信号成分を取り出すことにより逆拡散が行なわれ、復調が可能となり、同時にＤＬＬ（ＤｅｌａｙＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）４０７を動作させることによって、同期追従が開始される。
【０００６】
この同期捕捉方式は、書き込み速度より読み出し速度を速くすることで高速な同期捕捉を実現したい場合や、ＳＮＲ（ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）が低く相関ピークを得るために長い積分時間を要すなどの理由からリアルタイムでの同期捕捉が困難な場合等に用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の手法では、同期捕捉で得た逆拡散タイミングは、メモリ４０２に書き込まれた受信信号に対するものであるので、これをリアルタイムの受信信号に反映させると、タイミングにずれが生じてしまう。これは送信機側と受信機側とのクロックに含まれる相互の誤差等によるもので、クロックの誤差自体は非常に小さなものでも経過した時間に比例してずれが大きくなるので、同期捕捉に長時間かかると、リアルタイムに反映させる逆拡散タイミングに含まれる誤差の範囲が無視できないものになってしまう。例として同期追従にＤＬＬを用いるとすると、一般に±１／２チップ以内程度の誤差であればタイミング補正が可能であるが、もし誤差がそれを超えるようになれば同期追従が不可態となり、当然、同期捕捉は失敗となる。そのため、クロックの精度の向上や同期捕捉自体の高速処理が不可欠となり、並列処理による回路規模の増大や、動作速度の高速化による回路負荷の増加などが発生してしまう。
【０００８】
したがって本発明の解決すべき技術的課題は、上記した従来技術のもつ問題点を解消することにあり、その目的とするところは、ＤＳ／ＳＳ方式において、必要以上の高速化および回路規模の増大を招来することなく、精度の良い同期捕捉が可能なシステムを実現することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明による同期捕捉システムでは、最初の同期捕捉の後にもう一度短時間での同期捕捉を行なうことにより、同期捕捉の精度を向上させる。
【００１０】
一般に、同期捕捉では、拡散符号１周期分の各逆拡散タイミングに対して相関値の検出を行ない、しきい値を超えるような相関ピークを持つ点、またはすべての相関値の中で最大となる点を見つけ出すことによって、正しい逆拡散タイミングを得る。このとき、クロックの精度およびメモリに受信信号を書き込んでからその同期捕捉にかかった時間を求めることにより、検出された逆拡散タイミングに含まれるリアルタイムの受信信号に対する誤差の範囲が求められる。この求められた誤差の範囲内のタイミングに対して、もう一度メモリへの書き込みおよび相関値の検出を行なうことにより、一度目と比較して遥かに短時間での同期捕捉が可能となるため、このとき含まれる逆拡散タイミングの誤差の範囲も小さくなり、リアルタイムでの復調および同期追従ができる可能性が飛躍的に高くなる。もしも、二度で十分でなければ、タイミング誤差の範囲が十分小さくなるまで同様の操作を数回繰り返せば良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１実施形態に係るＤＳ／ＳＳ方式を用いた受信機における、同期捕捉システムの構成を示すブロック図である。本実施形態の同期捕捉システムは、受信信号をベースバンド信号に変換する周波数変換回路１０１と、同期捕捉時に受信信号を書き込むメモリ１０２と、相関ピークを探し出し同期を確立する相関器１０３と、クロック数をカウントするクロックカウンタ１０６と、用いているクロックの精度とクロックカウンタ１０６の出力より、メモリ内の受信信号とリアルタイムの受信信号とのタイミングのずれの範囲が何クロック程度であるかをカウントする誤差カウンタ１０５と、相関器１０３より得られた逆拡散タイミングが同期追従可能範囲内であるかを誤差カウンタ１０５より判断して、復調を始めるかもう一度同期捕捉を行なうかを切り替えるスイッチ１０４と、復調に用いる拡散符号発生器１０７、乗算器１０８、およびＬＰＦ１０９と、同期追従を行なうＤＬＬ１１０とを有する。
【００１３】
同期捕捉時は、まず、周波数変換回路１０１で変換されたベースバンド信号をメモリ１０２に書き込む。そして、書き込みが終わったら読み出しを行ない、読み出した信号に対して相関器１０３で相関値の検出を行なう。このとき、相関ピークしきい値を超えるような高い相関値を得たなら、これが正しい逆拡散タイミングと判断して同期捕捉を完了し、しきい値を超えない低い相関値であった場合は、正しい逆拡散タイミングではないと判断して、１サンプルまたは数サンプルずらした位置から読み出しを行なって、同様に相関値の計算およびしきい値判定を行なう。これを繰り返して逆拡散のタイミングを見つけ出す。
【００１４】
このとき、メモリ１０２への書き込みと同時に、クロックカウンタ１０６を動作させ、送受のクロックの精度を考慮して互いのクロックのずれが受信側の１クロック以内である間カウントを続け、ずれの範囲が１クロックを超える程度となったら、誤差カウンタ１０５を１つカウントすると同時に、クロックカウンタ１０６をリセットして同様の動作を繰り返す。そして、相関器１０３による同期捕捉が完了した時点での誤差カウンタ１０５の値から、ＤＬＬ１１０での同期追従が可能かどうかをスイッチ１０４により判断し、同期追従可能な場合、拡散符号発生器１０７で発生させる拡散符号の位相を修正し、乗算１０８で受信信号と掛け合わせて、ＬＰＦ１０９で希望信号成分を取り出すことにより、逆拡散を行なうと同時に、ＤＬＬ１１０を動作させて同期追従も開始する。
【００１５】
また、同期追従可能な範囲を超えていた場合、誤差カウンタ１０５の示す誤差範囲＋相関値検出必要分の受信信号をもう一度メモリ１０２に書き込むと同時に、クロックカウンタ１０６および誤差カウンタ１０５をリセットし、再び同様に同期捕捉の操作を行なう。このとき、一度目の同期捕捉が、最大で拡散符号１周期分のタイミングをすべてサーチしなければならないのに対して、二度目の同期捕捉は、一度目の同期捕捉で発生した誤差範囲内の限定されたタイミングだけをサーチすれば良いので、一度目よりも遥かに短い時間で同期捕捉を完了することができ、誤差カウンタ１０５が同期追従可能範囲を超える前に同期捕捉を完了できる確率は飛躍的に高くなる。
【００１６】
もしも、二度目の同期捕捉でも同期追従可能とならなかった場合、同様にメモリ１０２への書き込みから繰り返すことによって、さらに短時間で同期捕捉を完了できるため、これを何度か繰り返すうちにタイミング誤差の範囲が十分小さくなり、いずれ同期追従可能範囲内に捕捉できる。
【００１７】
具体例として、送信側クロックに対する受信側クロックの精度が１ｐｐｍで、１０サンプル／チップでサンプリングしている場合の動作フローを、図２に示す。
【００１８】
図２ではクロック精度が１ｐｐｍであるから、クロックカウンタ１０６が１００万クロックカウントした時点で、誤差カウンタ１０５を１つカウントして、クロックカウンタ１０６をリセットする。さらに、ＤＬＬ１１０で同期追従可能な誤差範囲を±１／２チップ以内とすると、１０サンプル／チップより５サンプル以内のずれは補正可能で、つまり相関器１０３で同期捕捉が完了した時点で誤差カウンタ１０５の値が５未満のときは、誤差が同期追従可能な範囲とみなして復調を開始し、５以上のときは誤差が同期追従不可能な範囲にある可能性があるとして、相関器１０３および誤差カウンタ１０５の値をパラメータにしてもう一度同期捕捉を行なう。
【００１９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係るＤＳ／ＳＳ方式を用いた受信機における、同期捕捉システムの構成を示すブロック図である。図３において、３０１は周波数変換回路、３０２はメモリ、３０３は相関器、３０４はループ用カウンタ、３０５は拡散符合発生器、３０６は乗算器、３０７はＬＰＦ、３０８はＤＬＬである。
【００２０】
図３に示す構成において、まず、前記第１実施形態と同様に、周波数変換回路３０１でベースバンド信号に変換した受信信号をメモリ３０２に書き込んだ後、随時読み出して相関ピークを見つける。このとき、相関器３０３では拡散符号１周期分の全タイミングに対して相関を求めて、その中から最大値を選び出すことで相関ピークを見つけ出す手法をとることにより、同期捕捉にかかる時間は常に一定となる。そして、同期捕捉にかかる時間が一定であれば、得られた逆拡散タイミングに含まれる誤差の範囲も一定となるので、あらかじめクロックの精度および同期捕捉にかかる時間よりその範囲を知ることができる。さらに、その誤差の範囲すべてのタイミングに対してもう一度相関を求め、一度目と同様に最大値を選び出すことで相関ピークを見つけ出す。このときもまた、同期捕捉にかかる時間および逆拡散タイミングに含まれる誤差の範囲は既知で一定となり、かつ一度目よりも遥かに小さくなるので、この同期捕捉のループを繰り返すごとに同期捕捉の精度が向上していき、あらかじめ何度繰り返せば十分な精度が得られるかを知ることができる。
【００２１】
よって、十分な精度を得るために同期捕捉を繰り返す回数を、クロックの精度、拡散符号の長さおよび１チップ当りのサンプル数等からあらかじめ決めておいて、ループ用カウンタ３０４でその回数をカウントし、規定回数の同期捕捉を終えてから拡散符号発生器３０５の方へ逆拡散タイミングを出力するようにする。
【００２２】
逆拡散タイミングを拡散符号発生器３０５に出力した後は、前記第１実施形態と同様に、逆拡散および同期追従を行なう。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載の発明によれば、必要以上に高速化を行なわなくても同期捕捉部分と同じ回路を使用してタイミング誤差の補正が行なえるため、無駄に回路規模を増大させたり、負荷を大きくしたりすることなく、メモリ蓄積型の同期捕捉が可能となる。また、同期捕捉を完了するまでの許容時間を長くとれるならば、逆にある程度回路規模を小さく抑えることが可能となる。
【００２４】
また、請求項２に記載の発明によれば、簡単なカウンタだけでタイミングの誤差範囲の判断が可能となり、請求項１における誤差範囲を判定するアルゴリズムを容易に実現できる。
【００２５】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、相関ピークの検出に要する時間がほぼ一定で既知であるような相関器を用いることによって、得られた逆拡散タイミングに含まれる誤差の範囲をあらかじめ知ることができるので、誤差範囲を予測するための手段を必要とすることがなく、さらに誤差補正のための同期捕捉を繰り返す回数を一定に決めておいてカウントするだけの単純なアルゴリズムで、精度の良い同期捕捉を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＤＳ／ＳＳ方式を用いた受信機における、同期捕捉システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態における具体的な同期捕捉アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態に係るＤＳ／ＳＳ方式を用いた受信機における、同期捕捉システムの構成を示すブロック図である。
【図４】従来技術によるＤＳ／ＳＳ方式を用いた受信機における、同期捕捉システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１、３０１周波数変換回路
１０２、３０２メモリ
１０３、３０３相関器
１０４スイッチ
１０５誤差カウンタ
１０６クロックカウンタ
１０７、３０５拡散符号発生器
１０８、３０６乗算器
１０９、３０７ＬＰＦ
１１０、３０８ＤＬＬ

Claims

受信したＩＦ信号をベースバンド信号に変換する周波数変換回路と、ベースバンド信号を一時記憶させておくメモリと、メモリから読み出した信号と目的の拡散符号との相関を計算して相関ピークを見つけることにより逆拡散のタイミングを検出する相関器と、検出された逆拡散のタイミングに合わせて拡散符号を発生させる拡散符号発生器と、この拡散符号とリアルタイムのベースバンド信号とを掛け合わせる乗算器と、その乗算器の出力信号から希望信号成分を取り出すＬＰＦと、同期捕捉後に再び同期が外れないように細かい補正を行なう同期追従回路とを有する、スペクトラム拡散方式を用いる受信機の同期捕捉システムにおいて、
送受のクロック誤差等の影響で発生するメモリに書き込んだ時点での受信信号の逆拡散タイミングと同期捕捉完了後のリアルタイムの受信信号の逆拡散タイミングとのずれの範囲を判断する手段と、
このずれの範囲が同期追従可能な範囲内に十分収まっているかどうかを判定して、相関器の逆拡散タイミングを拡散符号発生器側に出力するかメモリ側に出力するかを切り替える手段とを有し、
前記逆拡散タイミングのずれの範囲が同期追従可能な範囲内に収まらなかった場合に、ずれの範囲に対して同期捕捉を行なうのに十分な長さの受信信号をメモリに書き込み、再び同じ回路およびアルゴリズムを用いて誤差範囲内の同期捕捉を行なうことによって誤差の補正を行なうことができ、設定した精度での同期捕捉を実現することを特徴とする同期捕捉システム。
請求項１記載において、
相関器の逆拡散タイミングを拡散符号発生器側に出力するかメモリ側に出力するかを判定するアルゴリズムとして、
メモリに受信信号を書き込むと同時にクロックをカウントするクロックカウンタを動作させ、送受のクロックの精度を考慮して送信側と最大１クロックの誤差が生じる程度のカウントを行なったときにクロックカウンタの値をリセットすると同時に誤差カウンタの値を１つカウントし、これを繰り返しながら同期捕捉が完了するのを待ち、同期捕捉が完了した時点の誤差カウンタの値が同期追従可能な範囲なら復調および同期追従を開始し、同期追従可能範囲外なら誤差カウンタの値に示される誤差の範囲内のタイミングに対してもう一度メモリへの書き込みおよび同期捕捉を行なうという、アルゴリズムをとることを特徴とする同期捕捉システム。
請求項１記載において、
相関ピークの検出に費やす時間が既知である相関器と、逆拡散タイミングの誤差補正のために繰り返す同期捕捉の回数をカウントする手段とを有し、
送受のクロック誤差および相関ピークの検出時間より得られた逆拡散タイミングに含まれる誤差の範囲をあらかじめ知ることによって、十分な精度を得るために必要な同期捕捉の繰り返し回数を決定し、この決められた回数分同期捕捉を繰り返した後で相関器で得られた逆拡散タイミングを拡散符号発生器側に出力することにより、タイミング誤差補正を単純なアルゴリズムおよび回路で実現できることを特徴とする同期捕捉システム。