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技術 スペクトラム拡散信号受信装置及び時計装置

出願人 カシオ計算機株式会社
発明者 小泉長武
出願日 2014年5月30日 (6年6ヶ月経過) 出願番号 2014-113294
公開日 2015年12月17日 (5年0ヶ月経過) 公開番号 2015-228584
状態 特許登録済
技術分野 電子時計 電気機械時計 無線による位置決定 時分割方式以外の多重化通信方式
主要キーワード 積算出力 絶対値加算 最大値判定 耐ノイズ性能 処理回路構成 直交相成分 二乗回路 保持出力
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年12月17日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

受信したスペクトラム拡散信号復調するスペクトラム拡散信号受信装置で、小さな回路規模でより少ない消費電力ながら確実に受信信号重畳されている疑似雑音符号位相捕捉できる受信装置を提供する。

解決手段

スペクトラム拡散信号を同相成分のキャリア位相信号と混合するミキサ51と、スペクトラム拡散信号を直交相成分のキャリア位相信号と混合するミキサ52と、ミキサ51の出力を積分する積分回路54と、ミキサ52の出力を積算する積分回路56と、積分回路54,56の出力を加算処理する加算処理部57と、加算処理部57の出力と所定のコードとの相関を算出する、シフトレジスタ58を含んだ相関算出系の回路59,60,61,62とを備える。

概要

背景

スペクトル拡散信号中から拡散コード捕捉するための回路において、相関値同期加算最大値判定部のハードウェア規模を小さくするための技術が考えられている。(例えば、特許文献1)

概要

受信したスペクトラム拡散信号復調するスペクトラム拡散信号受信装置で、小さな回路規模でより少ない消費電力ながら確実に受信信号重畳されている疑似雑音符号位相を捕捉できる受信装置を提供する。スペクトラム拡散信号を同相成分のキャリア位相信号と混合するミキサ51と、スペクトラム拡散信号を直交相成分のキャリア位相信号と混合するミキサ52と、ミキサ51の出力を積分する積分回路54と、ミキサ52の出力を積算する積分回路56と、積分回路54,56の出力を加算処理する加算処理部57と、加算処理部57の出力と所定のコードとの相関を算出する、シフトレジスタ58を含んだ相関算出系の回路59,60,61,62とを備える。

目的

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

受信したスペクトラム拡散信号復調するスペクトラム拡散信号受信装置であって、上記スペクトラム拡散信号を同相成分のキャリア位相信号と混合する第1の混合手段と、上記スペクトラム拡散信号を直交相成分のキャリア位相信号と混合する第2の混合手段と、上記第1の混合手段の出力を積算する第1の積算手段と、上記第2の混合手段の出力を積算する第2の積算手段と、上記第1の積算手段と第2の積算手段との出力を加算処理する加算処理手段と、上記加算処理手段の出力と所定のコードとの相関を算出する相関算出手段とを備えたことを特徴とするスペクトラム拡散信号受信装置。

請求項2

上記加算処理手段は、上記第1及び第2の積算手段の各出力の絶対値を加算し、上記第1及び第2の積算手段の各出力の絶対値を比較し、上記比較結果に応じた符号を上記加算した値に乗算することを特徴とする請求項1記載のスペクトラム拡散信号受信装置。

請求項3

上記第1及び第2の積算手段の各出力の絶対値を比較し、絶対値が大きい方の積算手段の出力の符号を上記乗算符号とすることを特徴とする請求項2記載のスペクトラム拡散信号受信装置。

請求項4

請求項1乃至請求項3いずれか記載のスペクトラム拡散信号受信装置を備えたことを特徴とする時計装置

技術分野

0001

本発明は、スペクトラム拡散信号受信装置及び時計装置に関する。

背景技術

0002

スペクトル拡散信号中から拡散コード捕捉するための回路において、相関値同期加算最大値判定部のハードウェア規模を小さくするための技術が考えられている。(例えば、特許文献1)

先行技術

0003

特開平02−011033号公報

発明が解決しようとする課題

0004

図5は、一般的な民生用のGPS受信回路の構成を示すブロック図である。ここでは図示しないGPS衛星から到来するGPS信号(例えば、L1帯のGPS信号であれば1.575[GHz])が、アンテナ11で受信される。
図6は、上記特許文献の技術を含め、主として上記コード相関部18とCPU19での処理回路構成を示すブロック図である。コード相関部18内では、前段からのデジタル化した中間周波信号捕捉エンジン21及び追尾エンジン22,22,…に与えられる。

0005

捕捉エンジン21は、入力される中間周波信号とC/Aコードとの相関を求めることで、コードの位相を探索する。一度信号を捉えることができれば、コード位相を追尾エンジン22,22,…に受け渡す。

0006

図7は、上記捕捉エンジン21内の回路構成を示すブロック図である。同図で、前段の上記A/D変換器17からの、中間周波数ダウンコンバートしたバイナリデータがミキサ31,32に与えられる。ミキサ31にはまた、キャリアNCO(数値制御発振器)33からキャリア位相信号が直接与えられ、それら両入力を用いた積が積分器35へ出力される。

0007

一方、上記ミキサ32にはまた、上記キャリアNCO33の出力するキャリア位相信号が進捗回路34で位相90°分進捗された後に与えられ、それら両入力を用いた積が積分器36へ出力される。

0008

図8を用いて上記図7の回路での動作を説明する。
上記ミキサ31,32に入力される、前段で中間周波数(IF)にダウンコンバートされた中間周波信号が例えば図8(A)に示すような波形であったとする。

0009

これに対して、上記キャリアNCO33が生成する同(I)相のキャリア位相信号が図8(B)に示すようにちょうど反転状態であった場合、ミキサ31の出力する積は図8(C)に示すようになる。

0010

したがって、このミキサ31の出力を積分器35で積算することで、その結果は図8(D)に示すように、この1チップ周期では図中にハッチングで示すようなマイナス積算値として同(I)相の面積が取得されることになる。

0011

一方、上記ミキサ32には、上記キャリアNCO33の出力するキャリア位相信号が上記進捗回路34で90°進捗されて図8(E)に示すような波形の信号が与えられるため、ミキサ32の出力する積は図8(F)に示すようになる。このミキサ32の出力を積分器36で積算することで、その結果は図8(G)に示すように、この1チップ周期では図中にハッチングで示すようにプラスとマイナスで相殺して積算値が「0(ゼロ)」になるものとして直交(Q)相の面積が取得されることになる。

0012

上述した如く上記捕捉エンジン21では、GPS衛星信号から得てダウンコンバートした中間周波信号に対するC/Aコードの位相を探索するべく、同相(I相)成分と直交相(Q相)成分のキャリア信号を生成する回路、中間周波信号と上記成分のキャリア信号を混合する2つのミキサ回路、及び上記ミキサの混合出力を積分する積分器とその積分器の出力を1023チップ分のシフトしながら保持するシフトレジスタ乗算器群積算器等からなる2つの相関処理系の回路等が必要であり、全体の回路規模設置面積が大きくなると共に、それらで消費される電力も大きなものとなる。

0013

特に腕時計などのように、回路の規模と消費電力が大きく制限されるような機器にGPS受信回路を実装しようとした場合、上記捕捉エンジンがGPS受信回路に占める面積と消費電力の割合は大きく、捕捉エンジンの回路構成を簡略化することが求められている。

0014

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小さな回路規模でより少ない消費電力ながら確実に受信信号重畳されている疑似雑音符号の位相を捕捉することが可能なスペクトラム拡散信号受信装置及び時計装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0015

本発明の一態様は、受信したスペクトラム拡散信号復調するスペクトラム拡散信号受信装置であって、上記スペクトラム拡散信号を同相成分のキャリア位相信号と混合する第1の混合手段と、上記スペクトラム拡散信号を直交相成分のキャリア位相信号と混合する第2の混合手段と、上記第1の混合手段の出力を積算する第1の積算手段と、上記第2の混合手段の出力を積算する第2の積算手段と、上記第1の積算手段と第2の積算手段との出力を加算処理する加算処理手段と、上記加算処理手段の出力と所定のコードとの相関を算出する相関算出手段とを備えたことを特徴とする。

発明の効果

0016

本発明によれば、小さな回路規模でより少ない消費電力ながら確実に受信信号に重畳されている疑似雑音符号の位相を捕捉することが可能となる。

図面の簡単な説明

0017

本発明の一実施形態に係る捕捉エンジン内の回路構成を示すブロック図。
同実施形態に係る加算処理部の具体的な回路構成を示すブロック図。
同実施形態に係る図2(B)の加算処理部での信号波形を例示する図。
同実施形態の構成を腕時計に組込んだ場合を例示するブロック図。
一般的なGPS受信回路の構成を示すブロック図。
図4の主としてコード相関部とCPU処理での処理回路構成を示すブロック図。
図5の捕捉エンジン内の回路構成を示すブロック図。
図7の捕捉エンジン各部での信号波形を示す図。

実施例

0018

以下、本発明をGPS受信装置内の捕捉エンジンに適用した場合の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、同実施形態に係る捕捉エンジン50内の回路構成を示すブロック図である。同図で、図示しない前段からの、中間周波数(=4.092[MHz])にダウンコンバートしたバイナリデータがミキサ51,52に与えられる。このミキサ51にはまた、キャリアNCO(数値制御発振器)53から、上記中間周波数と同じ周波数(=4.092[MHz])のキャリア位相信号が直接与えられ、それら両入力を用いた積が積分回路54へ出力される。

0019

一方、上記キャリアNCO53の出力するキャリア位相信号は、進捗回路55で90°進捗されて上記ミキサ52に与えられる。ミキサ52は、両入力を用いた積を積分回路56へ出力する。

0020

上記積分回路54,56はそれぞれ、1.023[MHz]のC/Aコードの周期に合わせた1チップ=0.977[マイクロ秒](=1/(1.023×106)[秒])幅の積分処理を行ない、その結果を加算処理部57へ出力する。この加算処理部57は、積分回路54,56からの積の絶対値加算を行ない、その加算結果を、1023チップ分のレジスタ容量を有するシフトレジスタ58に順次出力する。

0021

既知のC/Aコード1023チップ分を保持するレジスタ59の保持出力と上記シフトレジスタ57の保持出力とが、1チップ分単位で乗算器群60にて乗算され、それらの積が積算部(ΣIQ)61へ一括して出力される。

0022

この積算部61での1[ミリ秒]分の積算出力が、同相(I相)成分及び直交相(Q相)成分を含む捕捉結果として二乗回路62で二乗された後に、捕捉相関度を表すピーク値Pとして後段の図示しないCPU等の制御系に出力される。

0023

図2は、上記加算処理部57の具体的な回路構成を示すブロック図である。
図2(A)は、単純加算方式による加算処理部57Aの構成を示す。この加算処理部57Aでは、上記積分回路54からの同相(I相)成分の積分結果と、積分回路56からの直交相(Q相)成分の積分結果とを加算器71で加算し、その和を次段の上記シフトレジスタ58へ出力する。

0024

このような構成とすることで、加算処理部57自体を非常に簡易な構成としながら、相関値を得るためのシフトレジスタその他を1系統の構成で実現できる。

0025

図2(B)は、絶対値加算及び符号処理方式による加算処理部57Bの構成を示す。この加算処理部57Bでは、上記積分回路54からの同相(I相)成分の積分結果が絶対値化回路(Abs)72に与えられる。また、上記積分回路56からの直交相(Q相)成分の積分結果が絶対値化回路(Abs)73に与えられる。

0026

上記絶対値化回路72は、与えられた同相(I相)成分の積分結果の絶対値を抽出して加算器74及び絶対値判断回路(Sign)75に出力する。一方の上記絶対値化回路73も、与えられた直交相(Q相)成分の積分結果の絶対値を抽出して上記加算器74及び絶対値判断回路75に出力する。

0027

上記加算器74は、同相(I相)成分と直交相(Q相)成分の両積分結果の絶対値を加算してその和を乗算器76へ出力する。上記絶対値判断回路75は、同相(I相)成分と直交相(Q相)成分の両積分結果の絶対値のうち、大きい方の値に対応する符号を選択して上記乗算器76に出力する。
乗算器76は、加算器74からの和と絶対値判断回路75からの符号とを乗算してその積を次段の上記シフトレジスタ58へ出力する。

0028

上記のような回路構成にあって、その動作例を説明する。
図3(A−1)は、破線が同相(I相)のキャリア位相信号(sin)、一点鎖線が中間周波信号IF、太い実線が上記積分器35による積分出力ItValIである。また図3(A−2)は、破線が直交相(Q相)キャリア位相信号(cos)、一点鎖線が中間周波信号IF、太い実線が上記積分器36による積分出力ItValQである。

0029

ここでは、積分出力ItValIはマイナスの値であり、積分出力ItValQは「0」であるが、絶対値は図3(A−1)に示す同相(I相)側の積分出力の方が相対的に大きいため、絶対値判断回路75ではその符号を「マイナス」に設定して、上記乗算器76に数値「−1」を送出する。

0030

したがって乗算器76では、同相(I相)成分と直交相(Q相)成分の両積分結果の絶対値の和を絶対値とする、負の乗算結果を積として次段のシフトレジスタ58へ出力する。

0031

同様に、図3(B−1)は、破線が同相(I相)のキャリア位相信号(sin)、一点鎖線が中間周波信号IF、太い実線が上記積分器35による積分出力ItValIである。また図3(B−2)は、破線が直交相(Q相)キャリア位相信号(cos)、一点鎖線が中間周波信号IF、太い実線が上記積分器36による積分出力ItValQである。

0032

ここでは、積分出力ItValIはプラスの値であり、積分出力ItValQはマイナスの値であり、絶対値は図3(B−1)に示す同相(I相)側の積分出力の方が相対的に大きいため、絶対値判断回路75ではその符号を「プラス」に設定して、上記乗算器76に数値「+1」を送出する。

0033

したがって乗算器76では、同相(I相)成分と直交相(Q相)成分の両積分結果の絶対値の和を絶対値とする、正の乗算結果を積として次段のシフトレジスタ58へ出力する。

0034

図3(C−1)は、破線が同相(I相)のキャリア位相信号(sin)、一点鎖線が中間周波信号IF、太い実線が上記積分器35による積分出力ItValIである。また図3(C−2)は、破線が直交相(Q相)キャリア位相信号(cos)、一点鎖線が中間周波信号IF、太い実線が上記積分器36による積分出力ItValQである。

0035

ここでは、積分出力ItValIが相殺してわずかに「プラス」、積分出力ItValQが「マイナス」となるが、絶対値は図3(C−2)に示す直交相(Q相)側の積分値の方が相対的に大きいため、絶対値判断回路75ではその符号を「マイナス」に設定して、上記乗算器76に数値「−1」を送出する。

0036

したがって乗算器76では、同相(I相)成分と直交相(Q相)成分の両積分結果の絶対値の和を絶対値とする、負の乗算結果を積として次段のシフトレジスタ58へ出力する。

0037

このように、同相(I相)成分と直交相(Q相)成分の両積分結果の絶対値の和を求めた上で、相対的に絶対値が大きい方の符号を用いて乗算することにより、相関を判断するための1チップ間の積算値が大きくなる。そのため、耐ノイズ性能が向上すると共に、誤って符号が検出された場合との差分が明確になり、捕捉エンジン50のS/N比を向上させることができる。

0038

以上詳述した如く本実施形態によれば、シフトレジスタを含んでC/Aコードとの相関を測る回路をより小さな規模として、少ない消費電力ながら確実に受信信号に重畳されている疑似雑音符号の位相を捕捉することが可能となる。

0039

また上記加算処理部57の構成に関しても、図2(A)で説明した単純加算方式による加算処理部57A、図2(B)で説明した絶対値加算及び符号処理方式による加算処理部57Bに限るものではない。

0040

図4は、腕時計80に上記実施形態の技術を組込んだ例を示す。同図で、腕時計80は、GPS受信処理部81、GPSアンテナ82、CPU83、表示部84、表示ドライバ85、操作部86、発振回路87、計時回路88、RAM89、及びROM90から構成される。

0041

上記GPS受信処理部81を、上記実施形態で示した捕捉エンジン及び同捕捉エンジンを含む構成に適用すれば、この腕時計80などのように、回路の実装面積と消費できる電力量に大幅な制限がある機器にGPS受信機能を搭載したい場合に好適となる。

0042

その他、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件による適宜の組み合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

0043

以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[請求項1]
受信したスペクトラム拡散信号を復調するスペクトラム拡散信号受信装置であって、
上記スペクトラム拡散信号を同相成分のキャリア位相信号と混合する第1の混合手段と、
上記スペクトラム拡散信号を直交相成分のキャリア位相信号と混合する第2の混合手段と、
上記第1の混合手段の出力を積算する第1の積算手段と、
上記第2の混合手段の出力を積算する第2の積算手段と、
上記第1の積算手段と第2の積算手段との出力を加算処理する加算処理手段と、
上記加算処理手段の出力と所定のコードとの相関を算出する相関算出手段と
を備えたことを特徴とするスペクトラム拡散信号受信装置。
[請求項2]
上記加算処理手段は、
上記第1及び第2の積算手段の各出力の絶対値を加算し、
上記第1及び第2の積算手段の各出力の絶対値を比較し、
上記比較結果に応じた符号を上記加算した値に乗算する
ことを特徴とする請求項1記載のスペクトラム拡散信号受信装置。
[請求項3]
上記第1及び第2の積算手段の各出力の絶対値を比較し、絶対値が大きい方の積算手段の出力の符号を上記乗算符号とすることを特徴とする請求項2記載のスペクトラム拡散信号受信装置。
[請求項4]
請求項1乃至請求項3いずれか記載のスペクトラム拡散信号受信装置を備えたことを特徴とする時計装置。

0044

50…捕捉エンジン、
51,52…ミキサ、
53…キャリアNCO、
54…積分回路、
55…進捗回路、
56…積分回路、
57,57A,57B…加算処理部、
58…シフトレジスタ、
59…レジスタ、
60…乗算器群、
61…積算部、
62…二乗回路、
71…加算器、
72…(同相(I相)側)絶対値化回路、
73…(直交相(Q相)側)絶対値化回路、
74…加算器、
75…絶対値判断回路、
76…乗算器、
80…腕時計、
81…GPS受信処理部。

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