JP2004241927A - Receiver and synchronous processing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a superior receiver and a synchronous processing method which pulls in synchronism for a short period of time by a comparatively simple component constitution without using a frequency-variable oscillator such as VCTCXO, etc. <P>SOLUTION: Timing is shifted M times about one code phase with a shift quantity Δt per time, i.e. Δt = T<SB>c</SB>/M (T<SB>c</SB>is chip spacing). After timing search for a code phase, a phase shifter circuit shifts codes generated by a code regenerator for receiving templates by one code according to a code phase control signal outputted from a pull-in logical circuit, and also shifts the timing M times. Correlation reception is conducted M × K times (K is the code length) in total to synchronize received signals. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス信号列からなる伝送信号を受信する受信装置並びに受信信号の同期獲得並びに同期保持などの処理を行なう同期処理方法に係り、特に、受信信号にテンプレート・パルスを乗算し、その信号を積分又はローパス・フィルタに通すことにより受信を行なう受信装置並びに同期処理方法に関する。
【0002】
さらに詳しくは、本発明は、数100ピコ秒程度の非常に短い周期のインパルス信号列を用いて情報信号を構成される信号列の受信を行なうウルトラ・ワイド・バンド(UWB)通信方式の受信装置並びに同期処理方法に係り、特に、DS−SS(直接スペクトラム拡散)と組み合わせて耐干渉波能力を高めたウルトラ・ワイド・バンド通信方式の受信装置並びに同期処理方法に関する。
【0003】
【従来の技術】
有線方式によるLAN配線からユーザを解放するシステムとして、無線LANが注目されている。無線LANによれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケーブルの大半を省略することができるので、パーソナル・コンピュータ(PC)などの通信端末を比較的容易に移動させることができる。無線LANシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク(PAN)の導入の検討が行なわれている。
【0004】
最近では、SS(Spread Spectrum:スペクトル拡散)方式を適用した無線LAN(Local Area Network)システムが実用化されている。SS方式の一種であるDS(Direct Spread:直接拡散)方式は、送信側において、情報信号にPN(Pseudo Noise:疑似雑音)コードと呼ばれるランダム符号系列を乗算することにより占有帯域を拡散して送信し、受信側において、受信した拡散情報信号にPNコードを乗算することにより逆拡散して情報信号を再生する。
【0005】
さらに、PANなどのアプリケーションを対象として、SS方式を応用したUWB(Ultra Wide Band:ウルトラ・ワイド・バンド)伝送方式が提案されている。UWB伝送方式は、極めて微弱なインパルス列に情報を載せて無線通信を行なう方式が、近距離超高速伝送を実現する無線通信システムとして注目され、その実用化が期待されている(例えば、非特許文献1を参照のこと)。
【0006】
UWB伝送方式には、DSの情報信号の拡散速度を極限まで高くしたDS−UWB方式と、数100ピコ秒程度の非常に短い周期のインパルス信号列を用いて情報信号を構成して、この信号列の送受信を行なうインパルス−UWB方式の2種類がある。
【0007】
DS−UWB方式はPNコード速度によってスペクトラムを制御可能であるが、論理回路をGHzオーダの高速に動作させる必要性があることから消費電力が増加しやすいという問題がある。一方、インパルス−UWB方式はパルス発生器と低速の論理回路の組み合わせで構成できるので消費電流を低減できるというメリットがあるが、パルス発生器でスペクトラムを制御することが難しいという問題がある。
【0008】
また、どちらの方式も例えば3GHzから10GHzという超高帯域な周波数帯域に拡散して送受信を行なうことにより高速データ伝送を実現する。その占有帯域幅は、占有帯域幅をその中心周波数(例えば1GHz〜10GHz)で割った値がほぼ1になるようなGHzオーダの帯域であり、いわゆるW−CDMAやcdma2000方式、並びにSS(Spread Spectrum)やOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式を用いた無線LANにおいて通常使用される帯域幅と比較しても超広帯域なものとなっている。
【0009】
2002年2月に、米国FCCがUWBシステムに関する規制緩和を行なった。規制緩和の内容としては、3.1GHzから10.6GHzまで−41.3dBmの出力の電波を放出することを許可するものである。また、IEEE802.15.3の標準化作業において、例えばUWB無線通信を行なう無線通信装置の間でピコネットを形成して通信を行なう方法が規格化されつつある。
【0010】
UWB通信の送信機側では、PN拡散された送信信号を所定のパルス幅のパルス信号で変調(乗算)し、インパルス信号列となった送信信号をパワー・アンプで増幅し、バンドパス・フィルタでFCCなどの規制に適合する周波数の信号成分だけを取り出し、アンテナから伝送路に送出する。
【0011】
一方、PN逆拡散して受信データを得ることができるが、そのためには受信信号の同期を獲得する必要がある。ここで言う同期獲得は、パルス位置の同期とコード位相の同期の両方を意味しており、処理時間を要する。
【0012】
従来のUWB伝送方式では、受信信号にテンプレート・パルスを乗算し、その信号を積分又はローパス・フィルタ(LPF)に通すことにより受信処理が行なわれていた。
【0013】
図8には、従来のスライディング相関を用いたUWBの送受信機の構成を示している。また、図9には、図8に示したUWB送受信機中のベースバンド回路の内部構成を示している。但し、図示の例ではBPSK(Binary Phase Shift Keying)変調方式を適用しており、I軸信号にのみで送信データが搬送され、Q軸信号はデータ伝送に利用されない。
【0014】
まず、送信動作について説明する。送信データは、ベースバンド回路内で拡散コードと乗算(変調)される。また、水晶発振器(VCTCXO)などから出力される発振周波数をPLL及びVCOを用いて逓倍してより高い発振周波数を得る。パルス発生器はこの発振周波数を用いてパルス信号を生成する。そして、PN拡散された送信信号を所定のパルス幅のパルス信号で変調(乗算)し、インパルス信号列となった送信信号をパワー・アンプ(PA)で増幅し、バンドパス・フィルタ(BPF)でFCCなどの規制に適合する周波数の信号成分だけを取り出し、アンテナから伝送路に送出する。
【0015】
送信時にはVCOの発振周波数をfとして送信を行なう。ここで、fはパルスのチップレートを示している。
【0016】
一方、受信時には、アンテナで受信された信号は、バンドパス・フィルタ(BPF)を通過して送信パルス信号成分以外の周波数成分が除去される。バンドパス・フィルタを通過した信号はさらに低雑音アンプ(LNA)によって増幅される。また、水晶発振器(VCTCXO)などから出力される発振周波数をPLL及びVCOを用いて逓倍して、送信時と同じ周波数を用いてパルス発生器によるテンプレート・パルスを得るとともに、他方のパルス発生器では直交変調により90degだけ位相のずれたテンプレート・パルスを得る。これらを各乗算器において受信信号とそれぞれ乗算して、I軸及びQ軸それぞれの検波信号を得る。さらに、これら検波信号をローパス・フィルタ(LPF)にかけて高周波成分を除去し、そのフィルタ後のパルスのピークにおいてA/D変換を行ない、あとはベースバンド回路内でデジタル処理を行なう。
【0017】
ベースバンド回路内では、I軸及びQ軸の各検波信号にはそれぞれ拡散コードが乗算され逆拡散が行なわれ、積分ダンプにおいて逆拡散信号を積分する。I軸信号に関しては、FEC(Forward Error Correction)並びにCRC(Cyclic Redundancy Check code)が施され、受信データが取り出される。また、Q軸信号に関しては、ループ・フィルタを介してクロック発生器に帰還される。クロック発生器では、積分出力に従ってクロック発生タイミングを調整する。
【0018】
図8に示す例では、クロック周波数の基準となる発振器には、VCTCXO(Voltage Controlled Temperature Compensated Crystal Oscillator:電圧制御温度補償型水晶発振器)などの周波数可変型の発振器が使用される。VCTCXOは入力電圧により発振周波数を設定することが可能であり、ベースバンド回路から供給される位相制御信号に従って発振周波数が定まる。
【0019】
まず、同期獲得時には、ベースバンド回路から同期獲得用の位相制御信号を供給し、VCOの発振周波数がf=f+Δfとなるように、チップレートよりもΔfだけ高い周波数としてテンプレート・パルスを発生させている。
【0020】
また、同期獲得後は、ベースバンド回路から帰還されるQ軸信号の積分出力からなる位相制御信号(誤差信号)に基づいて発振周波数を調整することにより、同期保持が行なわれる。
【0021】
図10(a)には受信パルス波形を示し、また、同図(b)には受信テンプレート波形を示している。図10(b)に示すように、受信側テンプレート波形を、パルス間隔T2が送信されたパルス間隔T1よりも短くする。このようなずれ分は、受信パルス周期T1区間でみるとさほど大きくはないが、パルスが幾つも連なることにより大きなものになり、T1及びT2の最小公倍数すなわちT1×k1=T2×(k1+1)となるパルス数k1において、受信信号と受信テンプレート波形のパルスが1つ分ずれることになる。
【0022】
これは、送信信号に対して受信テンプレート波形の拡散コードの位相が1つだけずれることを意味しており、拡散コードのコード長の数だけパルスずれが起こる区間を「スライディング相関」することで、送信信号の拡散符号の位相を発見できることになる。
【0023】
このような従来のスライディング相関方式を用いた同期獲得処理では、まず第一に、同期に非常に時間がかかるという問題点がある。また、Δfを大きく設定した場合には、同期獲得時間が早くなるものの、同期獲得時に周波数f+Δfし、同期獲得後(すなわち同期保持時)にfへと周波数を変換する必要があり、この際の応答が遅くなるという問題がある。さらに、受信テンプレート波形をスライドさせるために、VCTCXOなどの周波数可変型の発振器が必要であることから、部品構成が複雑化するという問題点がある。
【0024】
【非特許文献1】
日経エレクトロニクス2002年3月11日号「産声を上げる無線の革命児Ultra Wideband」 P.55−66
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、受信信号にテンプレート・パルスを乗算し、その信号を積分又はローパス・フィルタに通すことにより好適に受信を行なうことができる、優れた受信装置並びに同期処理方法を提供することにある。
【0026】
本発明のさらなる目的は、DS−SS(直接スペクトラム拡散)と組み合わせて耐干渉波能力を高めたウルトラ・ワイド・バンド通信方式において、受信信号にテンプレート・パルスを乗算し、その信号を積分又はローパス・フィルタに通すことにより好適に受信を行なうことができる、優れた受信装置並びに同期処理方法を提供することにある。
【0027】
本発明のさらなる目的は、VCTCXOなど周波数可変型の発振器を用いず比較的簡素な部品構成により、短時間で同期獲得を行なうことができる、優れた受信装置並びに同期処理方法を提供することにある。
【0028】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、パルス信号列からなる伝送信号を受信する受信装置であって、
伝送信号を受信する受信手段と、
伝送信号と略同一のパルス発生間隔からなるテンプレート・パルスを生成するパルス生成手段と、
前記パルス生成手段により生成されたテンプレート・パルスの発生タイミングを所定の間隔でシフトさせる位相シフト手段と、
前記位相シフト手段により発生タイミングがシフトされた各テンプレート・パルスと前記受信手段により受信された受信パルスとの相関をとる相関手段と、
前記相関手段による相関結果に基づいて受信信号の同期を獲得する同期獲得手段と、
を具備することを特徴とする受信装置である。
【0029】
本発明に係る受信装置は、例えば、ウルトラ・ワイド・バンド通信方式により数100ピコ秒程度の非常に短い周期のインパルス信号列を用いて情報信号を構成される信号列の受信を行なうものである。例えばDS−SS(直接スペクトラム拡散)と組み合わせることにより、耐干渉波能力を高めることができる。
【0030】
前記パルス生成手段は、固定周波数のクロック信号を出力する発振器と、該クロック信号を逓倍するPLL及びVCOで構成することができる。
【0031】
本発明では、位相シフト手段を用い、受信テンプレート・パルスの発生間隔ではなく、発生タイミングをシフトさせることによりスライディング相関を行なう。
【0032】
位相シフト手段は、制御信号に基づいてクロックの発生タイミングを制御することができるが、クロックの発生間隔(周波数)を制御するものではない。前記位相シフト手段は、チップ間隔TをM等分して、1回当たりΔt(=T/M)ずつテンプレート・パルスの発生タイミングをずらし、それぞれのコード位相に対してM回のタイミング・シフトを行なう。また、前記相関手段は、M×K回の相関受信を行なう(但し、Kはコード長)。これによって、同期獲得手段は受信信号の同期がとれるものと考えられる。
【0033】
位相シフト手段のタイミング・シフト回数Mは、タイミング探索の分解能に相当する。タイミング・シフト回数Mが大きければ、より精度の高い同期獲得を行なうことができるが、その分だけ同期獲得時間が長くなるとともに、送信機側からより長いプリアンブルを送出しなければならない。逆にMが小さければ、同期獲得の精度は低くなるが、同期獲得の所要時間は短くなり、送信機からは短いプリアンブルを送信すればよい。
【0034】
タイミング・シフト回数Mは、受信機側で勝手に設定して決まるものではなく、送受信機間で所定のネゴシエーションを行ない、必要なプリアンブル長とともに相互に通知し合う仕組みが必要である。
【0035】
また、本発明に係る受信装置は、同期獲得後は、受信信号にテンプレート・パルスを乗算し、その信号を積分又はローパス・フィルタに通すことにより得られる誤差信号に基づいて前記位相シフト手段のタイミング・シフト量を調整して同期を保持するようにすればよい。
【0036】
従来のスライディング相関方式では、誤差信号をD/A変換し、VCTCXOの発振周波数を電圧制御することにより同期保持を行なっていた。この場合、発振周波数を制御するためのアナログ・ループを用いるため、回路構成が複雑である。
【0037】
これに対し、本発明に係るスライディング相関方式では、位相シフト手段のタイミング・シフト量を誤差信号に基づいて調節することにより、同期保持を行なう。このときも同期獲得時と同様に発振器の周波数を直接制御する必要がなく、装置構成が簡略化される。したがって、VCTCXOのような周波数可変型の発振器に代えて、TCXOのような固定周波数を出力する発振器を利用することができる。
【0038】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【0039】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【0040】
図1には、本発明の一実施形態に係るUWBの送受信機の構成を示している。また、図2には、図1に示したUWB送受信機中のベースバンド回路の内部構成を示している。但し、図示の例では、BPSK(Binary Phase Shift Keying)変調方式を適用しており、I軸にのみで送信データが搬送される。また、後述するように、同期獲得のためにスライディング相関を行なう。
【0041】
まず、送信動作について説明する。送信データは、ベースバンド回路150内で乗算器153により拡散コードと乗算(変調)されて拡散送信データを得る。また、水晶発振器(TCXO)108などから出力される発振周波数をPLL107及びVCO106を用いて逓倍してより高い発振周波数を得る。パルス発生器109はこの発振周波数を用いてパルス信号を生成する。そして、PN拡散された送信信号を所定のパルス幅のパルス信号で乗算器105により変調(乗算)し、インパルス信号列となった送信信号をパワー・アンプ(PA)104で増幅し、バンドパス・フィルタ(BPF)102でFCCなどの規制に適合する周波数の信号成分だけを取り出し、アンテナ101から伝送路に送出する。
【0042】
一方、受信時には、アンテナ101で受信された信号は、バンドパス・フィルタ102を通過して送信パルス信号成分以外の周波数成分が除去される。バンドパス・フィルタ102を通過した信号はさらに低雑音アンプ110によって増幅される。また、水晶発振器(TCXO)108から出力される発振周波数をPLL107及びVCO106を用いて逓倍して、送信時と同じ周波数を用いてパルス発生器109によるテンプレート・パルスを得るとともに、他方のパルス発生器112では直交変調器111により90degだけ位相のずれたテンプレート・パルスを得る。これらを各乗算器113及び114において受信信号とそれぞれ乗算して、I軸及びQ軸それぞれの検波信号を得る。さらに、これら検波信号をそれぞれローパス・フィルタ(LPF)115及び116にかけて高周波成分を除去し、そのフィルタ後のパルスのピークにおいて各A/D変換117及び118においてデジタル信号に変換処理し、あとはベースバンド回路150内でデジタル処理を行なう。
【0043】
ベースバンド回路150内では、I軸及びQ軸の各検波信号にはそれぞれ拡散コードが乗算器151及び152によりそれぞれ乗算され逆拡散が行なわれ、積分ダンプ154及び155において逆拡散信号を積分する。I軸信号に関しては、FEC(Forward Error Correction)156並びにCRC(Cyclic Redundancy Check code)157が施され、受信データが取り出される。また、Q軸信号に関しては、ループ・フィルタ158を介してクロック発生器に帰還される。クロック発生器では、積分出力に従ってクロック発生タイミングを調整する。
【0044】
本実施形態では、図1に示す通り、VCTCXOなどの周波数可変型の発振器の代わりに、TCXO108などの固定周波数のみを発振する発振器を用い、発振周波数を制御するためのアナログ・ループを削除し、簡素な部品構成としている。
【0045】
また、本実施形態では、位相シフタ回路119を用い、受信テンプレート・パルスの発生間隔ではなく、発生タイミングをシフトさせることによりスライディング相関を行なうようになっている。ここで言う位相シフタ回路119とは、制御信号により、クロックの発生タイミングを制御できる回路を意味しており、クロックの発生間隔(周波数)を制御するものではない。
【0046】
図3には、本実施形態に係る位相シフタ回路の出力例を示している。同図において、位相シフタ回路119は、1サイクルの期間(チップ間隔T)を4等分して、位相#1から位相#4という、発生間隔は同一であるが発生タイミングが1サイクルの4分の1ずつずれた4通りの信号を出力することができる。そして、位相シフタ回路119は、ベースバンド回路150から供給される制御信号により、位相#1から位相#4までの信号を選択的に出力することができる。
【0047】
本実施形態に係るUWB送受信機においては、TCXO108などの固定周波数のみを発振する発振器を用い、さらにこれをPLL107及びVCO106を用いて逓倍して、高周波のクロック周波数を得る。そして、図3に示す位相シフタ回路119は、クロックの周波数ではなく、発生タイミングを制御している。
【0048】
図8及び図9に示した従来のスライディング相関方式においては、受信信号のパルス間隔T1と受信テンプレート波形のパルス間隔T2の間にT2<T1という関係を与えていた(図10を参照のこと)。これに対し、本実施形態に係るスライディング相関方式では、T2=T1とする。パルスの発生タイミングをコントロールすることは、等価的に受信信号をオーバーサンプリングしていることを意味している。
【0049】
従来のスライディング相関方式では、T2<T1であるため、T1×k1=T2×(k1+1)となるパルス数k1において、受信テンプレート信号のパルス数が受信信号に比べて1つだけ余剰になり、コード位相が自動的にシフトされることになる(図10を参照のこと)。
【0050】
これに対し、本実施形態に係るスライディング相関方式では、パルスの発生タイミングをシフトするため、受信側テンプレート信号のコード位相は受信信号に対してコード位相ずれ分を持たない。このため、図2に示すように、同期獲得時において、受信側のコード発生器に発生コードの位相を制御するコントロール信号を供給する同期獲得用論理回路159が必要になる。
【0051】
同期獲得用論理回路159は、同期獲得時において、位相#1から位相#4までのタイミングがずれた信号を発生するよう、位相シフタ回路119に対して位相制御信号(コード位相制御信号)を出力する(後述)。
【0052】
また、同期獲得後は、ベースバンド回路150から帰還されるQ軸信号の積分出力からなる位相制御信号(誤差信号)に基づいて位相シフタ回路119のタイミング・シフト量を調整することにより、同期保持が行なわれる。
【0053】
図4には、本実施形態に係るスライディング相関方式におけるパルスの様子を示している。本実施形態では、受信テンプレート信号の発生タイミングをシフトするため、同図に示す例では受信信号に対してΔtの時間差があり、パルス間隔は受信信号と受信テンプレート信号で等しいことが分かる。この時間差Δtは、位相シフタ回路119がベースバンド回路159からの位相制御信号に基づいて与える。
【0054】
本実施形態に係るUWB送受信システムにおいては、送信信号の先頭には、パルス検出及びチャネル推定のためのプリアンブル部(トレーニング信号)が含まれている。図5には、本実施形態に係るプリアンブル部の構成を示している。同図の上段において示されるブロック1つ分は、1つの拡散コードで拡散されたシンボル1つ分を示している。また、同図において、シンボルはすべて1であるとする。
【0055】
ここで、Kは拡散コードの長さであり、Mはタイミング・シフト回数である。位相シフタ回路119は、1サイクルの期間(チップ間隔)をM等分して、発生間隔は同一であるが発生タイミングが1サイクルのM分の1ずつずれたM通り(図3に示す例ではM=4)の信号を出力する。タイミング・シフト回数Mは、位相シフタ回路119によるタイミング探索の分解能に相当する。
【0056】
図1に示した送受信機においてプリアンブルを受信して同期をとる際、ある拡散コードを用いて位相シフタ回路により受信信号の発生タイミングをずらしながら相関受信を行なう。
【0057】
図5に示す例では、1つのコード位相に対して、M回のタイミング・シフトを行なっている。このため、1回あたりのシフト量ΔtはΔt= T/M(T:チップ間隔)となる。あるコード位相のタイミング探索を行なった後は、位相シフタ回路は図2に示した同期獲得用論理回路159から出力されるコード位相制御信号により受信テンプレート用のコード発生器の発生コードを1つずらし、またM回のタイミング・シフトを行なう。
【0058】
図5に示す例ではコード長をKとしており、全部でM×K回の相関受信を行なうことで、受信信号の同期がとれるものと考えられる。
【0059】
図6及び図7には、本実施形態に係るスライディング相関方式により相関受信を行なう様子を示している。
【0060】
図6には信号が送信されている場合、また図7には信号が送信されていない場合の積分ダンプ回路の出力値をそれぞれ示している。各図より、本実施形態に係るスライディング相関方式を用いることにより同期を獲得できることが分かる。
【0061】
位相シフタ回路119を用いた受信テンプレート・パルスのタイミング・シフトにより同期を獲得した後は、同期保持を行なう。
【0062】
従来のスライディング相関方式では、誤差信号をD/A変換し、VCTCXOの発振周波数を電圧制御することにより同期保持を行なっていた。この場合、発振周波数を制御するためのアナログ・ループを用いるため、回路構成が複雑である。
【0063】
これに対し、本実施形態に係るスライディング相関方式では、位相シフタ回路119のタイミング・シフト量を誤差信号に基づいて調節することにより、同期保持を行なう。このときも同期獲得時と同様に発振器108の周波数を直接制御する必要がなく、装置構成が簡略化される。図示の通り、TCXOのような固定周波数を出力する発振器を利用することができる。
【0064】
前述したように、位相シフタ回路119のタイミング・シフト回数Mは、タイミング探索の分解能に相当し、1サイクルの期間をM等分して発生間隔は同一であるが発生タイミングが1サイクルのM分の1ずつずれたM通り(図3に示す例ではM=4)の信号を出力する。そして、全部でM×K回の相関受信を行なうことで、受信信号の同期を獲得する。
【0065】
タイミング・シフト回数Mが大きければ、より精度の高い同期獲得を行なうことができるが、その分だけ同期獲得時間が長くなるとともに、送信機側からより長いプリアンブルを送出しなければならない。逆にMが小さければ、同期獲得の精度は低くなるが、同期獲得の所要時間は短くなり、送信機からは短いプリアンブルを送信すればよい。
【0066】
タイミング・シフト回数Mは、受信機側で勝手に設定して決まるものではなく、送受信機間で所定のネゴシエーションを行ない、必要なプリアンブル長とともに相互に通知し合う仕組みが必要である。
【0067】
[追補]
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【0068】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、DS−SS(直接スペクトラム拡散)と組み合わせて耐干渉波能力を高めたウルトラ・ワイド・バンド通信方式において、受信信号にテンプレート・パルスを乗算し、その信号を積分又はローパス・フィルタに通すことにより好適に受信を行なうことができる、優れた受信装置並びに同期処理方法を提供することができる。
【0069】
また、本発明によれば、VCTCXOなど周波数可変型の発振器を用いず比較的簡素な部品構成により、短時間で同期獲得を行なうことができる、優れた受信装置並びに同期処理方法を提供することができる。
【0070】
本発明によれば、UWB伝送方式における受信機側での同期獲得処理において、VCTCXOなどの周波数可変型の発振器をアナログ・ループで周波数制御することを必要とせず、TCXOのような周波数固定型の発振器と位相シフタ回路を用いて、簡素の部品構成によりスライディング相関を行なうことができる。
【0071】
従来のスライディング相関方式では、VCTCXOの発振周波数をコントロールするため、同期獲得から受信周波数に戻すまでの応答が問題となる(f+Δf→f)。これに対し、本発明に係るスライディング方式では、TCXOと位相シフタ回路により、周波数移動を行なわないで同期獲得を行なうため、同期獲得時の応答問題が緩和される。
【0072】
また、従来のスライディング相関方式では、周波数移動に伴う過渡応答のため、Δfをあまり大きくとることができない。これに対し、提案方式では同期がとれる範囲内でタイミング分解能Mを調節することができる。Δfを決定する際には、同期精度と過渡応答のトレードオフを考える必要がある。これに対し、位相シフタ回路のタイミング分解能Mは純粋に同期精度のみを考えればよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るUWBの送受信機の構成を示した図である。
【図2】図1に示したUWB送受信機中のベースバンド回路の内部構成を示した図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る位相シフタ回路の出力例を示した図である。
【図4】本発明の一実施形態に係るスライディング相関方式におけるパルスの様子を示した図である。
【図5】プリアンブル部の構成を示した図である。
【図6】本発明に係るスライディング相関方式により相関受信を行なう様子を示した図である。
【図7】本発明に係るスライディング相関方式により相関受信を行なう様子を示した図である。
【図8】従来のスライディング相関を用いたUWBの送受信機の構成を示した図である。
【図9】図8に示したUWB送受信機中のベースバンド回路の内部構成を示した図である。
【図10】従来のスライディング相関方式の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
101…アンテナ
102…バンドパス・フィルタ(BPF)
103…分波器(SW)
104…パワー・アンプ(PA)
105…乗算器
106…VCO
107…PLL
108…TCXO
109…パルス発生器
110…低雑音アンプ(LNA)
111…直交変調器
112…パルス発生器
115,116…ローパス・フィルタ
117,118…A/D変換器
119…位相シフタ回路
150…ベースバンド回路
151,152,153…乗算器
154,155…積分ダンプ
156…FEC
157…CRC
158…ループ・フィルタ
159…同期獲得用論理回路
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a receiving apparatus for receiving a transmission signal composed of a pulse signal train and a synchronization processing method for performing processing such as synchronization acquisition and synchronization maintenance of the reception signal, and more particularly, to multiplying a reception signal by a template pulse, and And a synchronization processing method for performing reception by passing through an integration or a low-pass filter.
[0002]
More specifically, the present invention relates to an ultra wide band (UWB) communication type receiving apparatus for receiving a signal sequence that constitutes an information signal using an impulse signal sequence having a very short period of about several hundred picoseconds. In addition, the present invention relates to a synchronization processing method, and more particularly to a receiver and a synchronization processing method of an ultra-wide band communication system in which an interference wave resistance is enhanced in combination with DS-SS (direct spread spectrum).
[0003]
[Prior art]
A wireless LAN has been attracting attention as a system for releasing users from LAN wiring by a wired system. According to the wireless LAN, most of the wired cable can be omitted in a work space such as an office, so that a communication terminal such as a personal computer (PC) can be relatively easily moved. The demand for wireless LAN systems has been remarkably increased with the increase in speed and price. In particular, the introduction of a personal area network (PAN) is being studied to establish a small-scale wireless network between a plurality of electronic devices existing around a person and perform information communication.
[0004]
Recently, a wireless LAN (Local Area Network) system to which an SS (Spread Spectrum: spread spectrum) method is applied has been put to practical use. In the DS (Direct Spread: direct spreading) system, which is a type of the SS system, the transmitting side multiplies an information signal by a random code sequence called a PN (Pseudo Noise: pseudo noise) code to spread an occupied band and transmit the signal. Then, the receiving side reproduces the information signal by despreading by multiplying the received spread information signal by the PN code.
[0005]
Furthermore, a UWB (Ultra Wide Band) transmission system that applies the SS system has been proposed for applications such as PAN. As for the UWB transmission method, a method of carrying out wireless communication by carrying information on an extremely weak impulse train is attracting attention as a wireless communication system for realizing short-distance ultra-high-speed transmission, and its practical application is expected (for example, see Non-Patent Document 1). Reference 1).
[0006]
In the UWB transmission system, an information signal is formed by using a DS-UWB system in which the spreading speed of a DS information signal is extremely high and an impulse signal train having a very short period of about several hundred picoseconds. There are two types of impulse-UWB system for transmitting and receiving columns.
[0007]
The DS-UWB system can control the spectrum by the PN code speed, but has a problem that power consumption is likely to increase because it is necessary to operate a logic circuit at a high speed on the order of GHz. On the other hand, the impulse-UWB method has the merit that current consumption can be reduced because it can be configured by a combination of a pulse generator and a low-speed logic circuit, but has a problem that it is difficult to control the spectrum with the pulse generator.
[0008]
In both systems, high-speed data transmission is realized by performing transmission and reception by spreading over an ultra-high frequency band of, for example, 3 GHz to 10 GHz. The occupied bandwidth is a band on the order of GHz such that a value obtained by dividing the occupied bandwidth by its center frequency (for example, 1 GHz to 10 GHz) is substantially 1, and is a so-called W-CDMA or cdma2000 system, and an SS (Spread Spectrum). ) Or an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) scheme, which is an ultra-wide band compared to a bandwidth normally used in a wireless LAN.
[0009]
In February 2002, the US FCC deregulated the UWB system. The content of the deregulation is to permit emission of radio waves with an output of -41.3 dBm from 3.1 GHz to 10.6 GHz. In the standardization work of IEEE 802.15.3, for example, a method of forming a piconet and performing communication between wireless communication devices performing UWB wireless communication is being standardized.
[0010]
On the transmitter side of the UWB communication, the PN-spread transmission signal is modulated (multiplied) by a pulse signal having a predetermined pulse width, and the transmission signal in the form of an impulse signal sequence is amplified by a power amplifier, and is then passed through a band-pass filter. Only a signal component having a frequency conforming to regulations such as FCC is extracted and transmitted from an antenna to a transmission path.
[0011]
On the other hand, received data can be obtained by PN despreading, but for that purpose, it is necessary to obtain synchronization of the received signal. The synchronization acquisition here means both the synchronization of the pulse position and the synchronization of the code phase, and requires processing time.
[0012]
In the conventional UWB transmission method, reception processing is performed by multiplying a received signal by a template pulse, and integrating the signal or passing the signal through a low-pass filter (LPF).
[0013]
FIG. 8 shows a configuration of a conventional UWB transceiver using sliding correlation. FIG. 9 shows an internal configuration of a baseband circuit in the UWB transceiver shown in FIG. However, in the illustrated example, a BPSK (Binary Phase Shift Keying) modulation method is applied, transmission data is carried only by I-axis signals, and Q-axis signals are not used for data transmission.
[0014]
First, the transmission operation will be described. The transmission data is multiplied (modulated) by the spreading code in the baseband circuit. Further, an oscillation frequency output from a crystal oscillator (VCTCXO) or the like is multiplied using a PLL and a VCO to obtain a higher oscillation frequency. The pulse generator generates a pulse signal using the oscillation frequency. Then, the PN-spread transmission signal is modulated (multiplied) by a pulse signal having a predetermined pulse width, and the transmission signal that has become an impulse signal train is amplified by a power amplifier (PA), and is then amplified by a band-pass filter (BPF). Only a signal component having a frequency conforming to regulations such as FCC is extracted and transmitted from an antenna to a transmission path.
[0015]
When transmitting, set the oscillation frequency of the VCO to f c Is transmitted. Where f c Indicates the chip rate of the pulse.
[0016]
On the other hand, at the time of reception, the signal received by the antenna passes through a band-pass filter (BPF) to remove frequency components other than the transmission pulse signal component. The signal passing through the band-pass filter is further amplified by a low noise amplifier (LNA). In addition, the oscillation frequency output from a crystal oscillator (VCTCXO) or the like is multiplied using a PLL and a VCO to obtain a template pulse by a pulse generator using the same frequency as at the time of transmission. A template pulse 90 degrees out of phase is obtained by quadrature modulation. These are each multiplied by the received signal in each multiplier to obtain a detection signal for each of the I-axis and the Q-axis. Further, these detection signals are subjected to a low-pass filter (LPF) to remove high-frequency components, A / D conversion is performed on the peak of the filtered pulse, and digital processing is performed in a baseband circuit.
[0017]
In the baseband circuit, each of the I-axis and Q-axis detection signals is multiplied by a spreading code and despread, and the despread signal is integrated in an integration dump. With respect to the I-axis signal, FEC (Forward Error Correction) and CRC (Cyclic Redundancy Check code) are performed, and received data is extracted. The Q-axis signal is fed back to the clock generator via the loop filter. The clock generator adjusts the clock generation timing according to the integrated output.
[0018]
In the example illustrated in FIG. 8, a variable frequency oscillator such as a VCTCXO (Voltage Controlled Temperature Compensated Crystal Oscillator) is used as an oscillator serving as a clock frequency reference. The VCTCXO can set the oscillation frequency by the input voltage, and the oscillation frequency is determined according to the phase control signal supplied from the baseband circuit.
[0019]
First, at the time of synchronization acquisition, a phase control signal for synchronization acquisition is supplied from the baseband circuit, and the oscillation frequency of the VCO becomes f = f c The template pulse is generated at a frequency Δf higher than the chip rate so as to be + Δf.
[0020]
After the synchronization is obtained, the synchronization is maintained by adjusting the oscillation frequency based on the phase control signal (error signal) composed of the integrated output of the Q-axis signal fed back from the baseband circuit.
[0021]
FIG. 10A shows a reception pulse waveform, and FIG. 10B shows a reception template waveform. As shown in FIG. 10B, the receiving side template waveform is set such that the pulse interval T2 is shorter than the transmitted pulse interval T1. Such a deviation is not so large in the reception pulse cycle T1 section, but becomes large due to a series of pulses, and becomes the least common multiple of T1 and T2, ie, T1 × k1 = T2 × (k1 + 1). At the given pulse number k1, the received signal and the pulse of the received template waveform are shifted by one.
[0022]
This means that the phase of the spread code of the reception template waveform is shifted by one with respect to the transmission signal, and the “sliding correlation” is performed by performing the “sliding correlation” on the section where the pulse shift occurs by the number of code lengths of the spread code. The phase of the spread code of the transmission signal can be found.
[0023]
In the synchronization acquisition processing using such a conventional sliding correlation method, first, there is a problem that synchronization takes a very long time. When Δf is set to be large, the synchronization acquisition time is shortened, but the frequency f c + Δf, and after acquiring the synchronization (that is, at the time of maintaining the synchronization), f c In this case, it is necessary to convert the frequency, and the response at this time is slow. Furthermore, since a variable frequency oscillator such as VCTCXO is required to slide the reception template waveform, there is a problem that the component configuration is complicated.
[0024]
[Non-patent document 1]
Nikkei Electronics, March 11, 2002, “Wireless Revolutionary Ultra Wideband” 55-66
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an excellent receiving apparatus and an excellent synchronous processing method capable of appropriately performing reception by multiplying a received signal by a template pulse and passing the signal through an integration or low-pass filter. is there.
[0026]
It is a further object of the present invention to multiply a received signal by a template pulse and integrate or low-pass the signal in an ultra-wide band communication system in which interference wave resistance is enhanced in combination with DS-SS (direct spread spectrum). An object of the present invention is to provide an excellent receiving device and a synchronous processing method that can perform reception suitably by passing through a filter.
[0027]
A further object of the present invention is to provide an excellent receiving apparatus and an excellent synchronization processing method that can acquire synchronization in a short time with a relatively simple component configuration without using a variable frequency oscillator such as a VCTCXO. .
[0028]
Means and Action for Solving the Problems
The present invention has been made in consideration of the above problems, and is a receiving device that receives a transmission signal including a pulse signal train,
Receiving means for receiving the transmission signal;
Pulse generating means for generating a template pulse having substantially the same pulse generation interval as the transmission signal;
Phase shift means for shifting the generation timing of the template pulse generated by the pulse generation means at predetermined intervals,
Correlation means for correlating each template pulse whose generation timing has been shifted by the phase shift means and the reception pulse received by the reception means,
Synchronization acquisition means for acquiring synchronization of a received signal based on a correlation result by the correlation means,
Is a receiving device.
[0029]
A receiving apparatus according to the present invention receives a signal sequence that constitutes an information signal by using an impulse signal sequence having a very short period of about several hundred picoseconds by, for example, an ultra-wide band communication method. . For example, by combining with DS-SS (direct spread spectrum), the anti-interference wave capability can be enhanced.
[0030]
The pulse generating means can be constituted by an oscillator for outputting a clock signal of a fixed frequency, and a PLL and VCO for multiplying the clock signal.
[0031]
In the present invention, sliding correlation is performed by shifting the generation timing, not the generation interval of the reception template pulse, using the phase shift means.
[0032]
The phase shift means can control the clock generation timing based on the control signal, but does not control the clock generation interval (frequency). The phase shift means has a chip interval T c Is divided into M equal parts, and Δt (= T c / M) by shifting the template pulse generation timing by M, and performing M timing shifts for each code phase. Further, the correlation means performs M × K correlation receptions (where K is a code length). Thus, it is considered that the synchronization acquisition means can synchronize the received signal.
[0033]
The number of timing shifts M of the phase shift means corresponds to the resolution of the timing search. If the number of timing shifts M is large, synchronization can be acquired with higher accuracy. However, the synchronization acquisition time becomes longer by that amount, and a longer preamble must be sent from the transmitter side. Conversely, if M is small, the accuracy of synchronization acquisition is low, but the time required for synchronization acquisition is short, and a short preamble may be transmitted from the transmitter.
[0034]
The number of timing shifts M is not determined arbitrarily on the receiver side, but requires a mechanism in which a predetermined negotiation is performed between the transmitter and the receiver, and a mutual notification is made together with the required preamble length.
[0035]
Further, the receiver according to the present invention, after acquiring synchronization, multiplies the received signal by a template pulse, and integrates or passes the signal through a low-pass filter. The synchronization may be maintained by adjusting the shift amount.
[0036]
In the conventional sliding correlation method, the error signal is D / A-converted, and the synchronization is maintained by voltage-controlling the oscillation frequency of the VCTCXO. In this case, the circuit configuration is complicated because an analog loop for controlling the oscillation frequency is used.
[0037]
In contrast, in the sliding correlation method according to the present invention, the synchronization is maintained by adjusting the amount of timing shift of the phase shift means based on the error signal. At this time, it is not necessary to directly control the frequency of the oscillator as in the case of acquiring the synchronization, and the configuration of the device is simplified. Therefore, an oscillator that outputs a fixed frequency such as TCXO can be used instead of a variable frequency oscillator such as VCTCXO.
[0038]
Further objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from more detailed descriptions based on embodiments of the present invention described below and the accompanying drawings.
[0039]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0040]
FIG. 1 shows a configuration of a UWB transceiver according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows an internal configuration of a baseband circuit in the UWB transceiver shown in FIG. However, in the illustrated example, a BPSK (Binary Phase Shift Keying) modulation method is applied, and transmission data is carried only on the I axis. Further, as described later, a sliding correlation is performed for synchronization acquisition.
[0041]
First, the transmission operation will be described. The transmission data is multiplied (modulated) with a spreading code by a multiplier 153 in the baseband circuit 150 to obtain spread transmission data. Further, the oscillation frequency output from the crystal oscillator (TCXO) 108 or the like is multiplied by using the PLL 107 and the VCO 106 to obtain a higher oscillation frequency. The pulse generator 109 generates a pulse signal using the oscillation frequency. The PN-spread transmission signal is modulated (multiplied) with a pulse signal having a predetermined pulse width by a multiplier 105, and the transmission signal that has become an impulse signal train is amplified by a power amplifier (PA) 104, and the bandpass signal is amplified. The filter (BPF) 102 extracts only a signal component having a frequency that conforms to regulations such as FCC, and sends the signal component from the antenna 101 to a transmission path.
[0042]
On the other hand, at the time of reception, the signal received by the antenna 101 passes through the band-pass filter 102 to remove frequency components other than the transmission pulse signal component. The signal passing through the band-pass filter 102 is further amplified by the low-noise amplifier 110. Also, the oscillation frequency output from the crystal oscillator (TCXO) 108 is multiplied by using the PLL 107 and the VCO 106 to obtain a template pulse by the pulse generator 109 using the same frequency as that at the time of transmission, and the other pulse generator At 112, a template pulse whose phase is shifted by 90 deg by the quadrature modulator 111 is obtained. These are multiplied by the received signals in multipliers 113 and 114, respectively, to obtain detection signals for the I axis and the Q axis. Further, these detected signals are respectively passed through low-pass filters (LPF) 115 and 116 to remove high-frequency components, and the peaks of the filtered pulses are converted into digital signals by A / D converters 117 and 118, respectively. Digital processing is performed in the band circuit 150.
[0043]
In the baseband circuit 150, each of the detection signals on the I axis and the Q axis is multiplied by a spreading code by multipliers 151 and 152, respectively, and despread, and the despread signals are integrated in integration dumps 154 and 155. With respect to the I-axis signal, FEC (Forward Error Correction) 156 and CRC (Cyclic Redundancy Check code) 157 are performed, and received data is extracted. Further, the Q-axis signal is fed back to the clock generator via the loop filter 158. The clock generator adjusts the clock generation timing according to the integrated output.
[0044]
In this embodiment, as shown in FIG. 1, an oscillator that oscillates only a fixed frequency such as TCXO108 is used instead of a variable frequency oscillator such as VCTCXO, and an analog loop for controlling the oscillation frequency is deleted. It has a simple component configuration.
[0045]
In the present embodiment, the sliding correlation is performed by using the phase shifter circuit 119 and shifting the generation timing, not the generation interval of the reception template pulse. The phase shifter circuit 119 here means a circuit that can control the clock generation timing by a control signal, and does not control the clock generation interval (frequency).
[0046]
FIG. 3 shows an output example of the phase shifter circuit according to the present embodiment. In the figure, the phase shifter circuit 119 operates for one cycle period (chip interval T c ) Is divided into four equal parts, and four signals of phase # 1 to phase # 4, whose generation intervals are the same but whose generation timings are shifted by a quarter of one cycle, can be output. Then, the phase shifter circuit 119 can selectively output signals from the phase # 1 to the phase # 4 according to the control signal supplied from the baseband circuit 150.
[0047]
In the UWB transceiver according to the present embodiment, an oscillator such as the TCXO 108 that oscillates only a fixed frequency is used, and further multiplied using the PLL 107 and the VCO 106 to obtain a high-frequency clock frequency. The phase shifter circuit 119 shown in FIG. 3 controls the generation timing, not the clock frequency.
[0048]
In the conventional sliding correlation method shown in FIGS. 8 and 9, a relationship of T2 <T1 is given between the pulse interval T1 of the received signal and the pulse interval T2 of the received template waveform (see FIG. 10). . On the other hand, in the sliding correlation method according to the present embodiment, T2 = T1. Controlling the pulse generation timing means equivalently over-sampling the received signal.
[0049]
In the conventional sliding correlation method, since T2 <T1, at the pulse number k1 where T1 × k1 = T2 × (k1 + 1), the number of pulses of the received template signal becomes one extra compared with the received signal, and the code The phase will be shifted automatically (see FIG. 10).
[0050]
On the other hand, in the sliding correlation method according to the present embodiment, since the pulse generation timing is shifted, the code phase of the template signal on the receiving side does not have a code phase shift from the received signal. Therefore, as shown in FIG. 2, at the time of synchronization acquisition, a synchronization acquisition logic circuit 159 for supplying a control signal for controlling the phase of the generated code to the code generator on the receiving side is required.
[0051]
The synchronization acquisition logic circuit 159 outputs a phase control signal (code phase control signal) to the phase shifter circuit 119 so as to generate a signal whose timing is shifted from phase # 1 to phase # 4 during synchronization acquisition. (Described later).
[0052]
After acquiring the synchronization, the amount of synchronization is maintained by adjusting the amount of timing shift of the phase shifter circuit 119 based on the phase control signal (error signal) composed of the integrated output of the Q-axis signal fed back from the baseband circuit 150. Is performed.
[0053]
FIG. 4 shows a state of a pulse in the sliding correlation method according to the present embodiment. In this embodiment, since the generation timing of the reception template signal is shifted, there is a time difference Δt with respect to the reception signal in the example shown in the figure, and it can be seen that the pulse interval is equal between the reception signal and the reception template signal. The time difference Δt is provided by the phase shifter circuit 119 based on the phase control signal from the baseband circuit 159.
[0054]
In the UWB transmission / reception system according to the present embodiment, the head of the transmission signal includes a preamble part (training signal) for pulse detection and channel estimation. FIG. 5 shows the configuration of the preamble section according to the present embodiment. One block shown in the upper part of the drawing shows one symbol spread by one spreading code. Also, in the figure, it is assumed that all symbols are 1.
[0055]
Here, K is the length of the spreading code, and M is the number of timing shifts. The phase shifter circuit 119 divides the period of one cycle (chip interval) into M equal parts, and the generation intervals are the same, but the generation timing is shifted by 1 / M of one cycle (in the example shown in FIG. 3, M = 4). The number of timing shifts M corresponds to the resolution of the timing search by the phase shifter circuit 119.
[0056]
When the transceiver shown in FIG. 1 receives and synchronizes a preamble, it performs correlation reception using a certain spreading code and shifting the generation timing of a received signal by a phase shifter circuit.
[0057]
In the example shown in FIG. 5, M timing shifts are performed for one code phase. Therefore, the shift amount Δt per operation is Δt = T c / M (T c : Chip interval). After searching for the timing of a certain code phase, the phase shifter circuit shifts the generated code of the code generator for the receiving template by one by the code phase control signal output from the synchronization obtaining logic circuit 159 shown in FIG. , And M timing shifts are performed.
[0058]
In the example shown in FIG. 5, the code length is K, and it is considered that the reception signal can be synchronized by performing M × K correlation receptions in total.
[0059]
FIG. 6 and FIG. 7 show how correlation reception is performed by the sliding correlation method according to the present embodiment.
[0060]
FIG. 6 shows an output value of the integration dump circuit when a signal is transmitted, and FIG. 7 shows an output value of the integration dump circuit when no signal is transmitted. From each figure, it can be seen that synchronization can be obtained by using the sliding correlation method according to the present embodiment.
[0061]
After the synchronization is obtained by the timing shift of the reception template pulse using the phase shifter circuit 119, the synchronization is maintained.
[0062]
In the conventional sliding correlation method, the error signal is D / A-converted, and the synchronization is maintained by voltage-controlling the oscillation frequency of the VCTCXO. In this case, the circuit configuration is complicated because an analog loop for controlling the oscillation frequency is used.
[0063]
On the other hand, in the sliding correlation method according to the present embodiment, the synchronization is maintained by adjusting the amount of timing shift of the phase shifter circuit 119 based on the error signal. At this time, it is not necessary to directly control the frequency of the oscillator 108 as in the case of acquiring the synchronization, and the device configuration is simplified. As shown, an oscillator that outputs a fixed frequency such as TCXO can be used.
[0064]
As described above, the number of timing shifts M of the phase shifter circuit 119 corresponds to the resolution of the timing search, and the period of one cycle is divided into M equally, and the generation intervals are the same, but the generation timing is M minutes of one cycle. Are output (M = 4 in the example shown in FIG. 3). Then, a total of M × K correlation receptions are performed, thereby obtaining synchronization of the reception signals.
[0065]
If the number of timing shifts M is large, synchronization can be acquired with higher accuracy. However, the synchronization acquisition time becomes longer by that amount, and a longer preamble must be sent from the transmitter side. Conversely, if M is small, the accuracy of synchronization acquisition is low, but the time required for synchronization acquisition is short, and a short preamble may be transmitted from the transmitter.
[0066]
The number of timing shifts M is not determined arbitrarily on the receiver side, but requires a mechanism in which a predetermined negotiation is performed between the transmitter and the receiver, and a mutual notification is made together with the required preamble length.
[0067]
[Supplement]
The present invention has been described in detail with reference to the specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can modify or substitute the embodiment without departing from the scope of the present invention. That is, the present invention has been disclosed by way of example, and the contents described in this specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the claims described at the beginning should be considered.
[0068]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, in an ultra-wide band communication system in which interference wave capability is enhanced in combination with DS-SS (direct spread spectrum), a received signal is multiplied by a template pulse, It is possible to provide an excellent receiving apparatus and an excellent synchronous processing method that can perform reception suitably by integrating the signal or passing the signal through a low-pass filter.
[0069]
Further, according to the present invention, it is possible to provide an excellent receiving apparatus and an excellent synchronization processing method capable of acquiring synchronization in a short time with a relatively simple component configuration without using a variable frequency oscillator such as a VCTCXO. it can.
[0070]
According to the present invention, in the synchronization acquisition processing on the receiver side in the UWB transmission system, it is not necessary to control the frequency of a variable frequency oscillator such as a VCTCXO by an analog loop, and a fixed frequency oscillator such as a TCXO is used. Sliding correlation can be performed with a simple component configuration using an oscillator and a phase shifter circuit.
[0071]
In the conventional sliding correlation method, since the oscillation frequency of the VCTCXO is controlled, a response from the synchronization acquisition to the return to the reception frequency becomes a problem (f c + Δf → f c ). On the other hand, in the sliding method according to the present invention, the TCXO and the phase shifter circuit perform synchronization acquisition without performing frequency shift, so that a response problem at the time of synchronization acquisition is reduced.
[0072]
Further, in the conventional sliding correlation method, Δf c Can not be too large. On the other hand, in the proposed method, the timing resolution M can be adjusted within a range where synchronization can be achieved. Δf c When deciding, it is necessary to consider the trade-off between synchronization accuracy and transient response. On the other hand, the timing resolution M of the phase shifter circuit only needs to consider purely synchronization accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a UWB transceiver according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of a baseband circuit in the UWB transceiver shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing an output example of a phase shifter circuit according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a state of a pulse in a sliding correlation method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a preamble section.
FIG. 6 is a diagram showing a state of performing correlation reception by the sliding correlation method according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a state of performing correlation reception by the sliding correlation method according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional UWB transceiver using sliding correlation.
FIG. 9 is a diagram showing an internal configuration of a baseband circuit in the UWB transceiver shown in FIG.
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the conventional sliding correlation method.
[Explanation of symbols]
101 ... antenna
102 Band-pass filter (BPF)
103 ... duplexer (SW)
104 Power amplifier (PA)
105 ... Multiplier
106 VCO
107 ... PLL
108 ... TCXO
109 ... Pulse generator
110 ... Low noise amplifier (LNA)
111 ... quadrature modulator
112 ... Pulse generator
115, 116 ... low-pass filter
117, 118 ... A / D converter
119 ... Phase shifter circuit
150 ... Baseband circuit
151, 152, 153 ... multiplier
154,155 ... Integral dump
156 ... FEC
157 ... CRC
158 ... Loop filter
159: Synchronization acquisition logic circuit

Claims (10)

パルス信号列からなる伝送信号を受信する受信装置であって、
伝送信号を受信する受信手段と、
伝送信号と略同一のパルス発生間隔からなるテンプレート・パルスを生成するパルス生成手段と、
前記パルス生成手段により生成されたテンプレート・パルスの発生タイミングを所定の間隔でシフトさせる位相シフト手段と、
前記位相シフト手段により発生タイミングがシフトされた各テンプレート・パルスと前記受信手段により受信された受信パルスとの相関をとる相関手段と、
前記相関手段による相関結果に基づいて受信信号の同期を獲得する同期獲得手段と、
該獲得された同期に従って受信信号を受信処理する手段と、
を具備することを特徴とする受信装置。
A receiving device for receiving a transmission signal composed of a pulse signal train,
Receiving means for receiving the transmission signal;
Pulse generating means for generating a template pulse having substantially the same pulse generation interval as the transmission signal;
Phase shift means for shifting the generation timing of the template pulse generated by the pulse generation means at predetermined intervals,
Correlation means for correlating each template pulse whose generation timing has been shifted by the phase shift means and the reception pulse received by the reception means,
Synchronization acquisition means for acquiring synchronization of a received signal based on a correlation result by the correlation means,
Means for receiving and processing a received signal according to the acquired synchronization;
A receiving device comprising:
ウルトラ・ワイド・バンド通信方式により数100ピコ秒程度の非常に短い周期のインパルス信号列を用いて情報信号を構成される信号列の受信を行なう、
ことを特徴とする請求項1に記載の受信装置。
By using an ultra-wide band communication method, a signal sequence comprising an information signal is received using an impulse signal sequence having a very short period of about several hundred picoseconds,
The receiving device according to claim 1, wherein:
DS−SSと組み合わせたウルトラ・ワイド・バンド通信方式の信号列の受信を行なう、
ことを特徴とする請求項1に記載の受信装置。
Performs reception of an ultra-wide band communication signal sequence in combination with DS-SS,
The receiving device according to claim 1, wherein:
前記パルス生成手段は、固定周波数のクロック信号を出力する発振器と、該クロック信号を逓倍するPLL及びVCOで構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載の受信装置。
The pulse generation means includes an oscillator that outputs a clock signal of a fixed frequency, a PLL that multiplies the clock signal, and a VCO.
The receiving device according to claim 1, wherein:
前記位相シフト手段は、チップ間隔TをM等分して、1回当たりΔt(=T/M)ずつテンプレート・パルスの発生タイミングをずらし、それぞれのコード位相に対してM回のタイミング・シフトを行ない、
前記相関手段は、M×K回の相関受信を行なう(但し、Kはコード長)、
ことを特徴とする請求項1に記載の受信装置。
The phase shift means divides the chip interval Tc into M equal parts, shifts the generation timing of the template pulse by Δt (= Tc / M) per time, and shifts the timing of the template pulse by M times for each code phase. Do a shift,
The correlation means performs M × K correlation receptions (where K is a code length),
The receiving device according to claim 1, wherein:
送信機側とのネゴシエーションによりタイミング・シフト回数Mを決定する手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の受信装置。
The apparatus further includes means for determining the number of timing shifts M by negotiation with the transmitter.
The receiving device according to claim 1, wherein:
同期獲得後は、受信信号にテンプレート・パルスを乗算し、その信号を積分することにより得られる誤差信号に基づいて前記位相シフト手段のタイミング・シフト量を調整して同期を保持する、
ことを特徴とする請求項1に記載の受信装置。
After the synchronization is obtained, the received signal is multiplied by the template pulse, and the timing shift amount of the phase shift means is adjusted based on the error signal obtained by integrating the signal to maintain synchronization.
The receiving device according to claim 1, wherein:
受信パルスとテンプレート・パルスのスライディング相関により同期処理を行なう同期処理方法であって、
受信パルスと略同一のパルス発生間隔からなるテンプレート・パルスを生成するパルス生成ステップと、
前記パルス生成ステップにより生成されたテンプレート・パルスの発生タイミングを所定の間隔でシフトさせる位相シフト・ステップと、
前記位相シフト・ステップにより発生タイミングがシフトされた各テンプレート・パルスと受信パルスとの相関をとる相関ステップと、
前記相関ステップによる相関結果に基づいて受信信号の同期を獲得する同期獲得ステップと、
を具備することを特徴とする同期処理方法。
A synchronous processing method for performing synchronous processing by sliding correlation between a received pulse and a template pulse,
A pulse generation step of generating a template pulse having a pulse generation interval substantially equal to the reception pulse,
A phase shifting step of shifting the generation timing of the template pulse generated by the pulse generation step at predetermined intervals;
A correlation step of correlating the received pulse with each template pulse whose generation timing has been shifted by the phase shift step;
A synchronization obtaining step of obtaining synchronization of a received signal based on a correlation result obtained by the correlation step;
A synchronization processing method comprising:
前記位相シフト・ステップでは、チップ間隔TをM等分して、1回当たりΔt(=T/M)ずつテンプレート・パルスの発生タイミングをずらし、それぞれのコード位相に対してM回のタイミング・シフトを行ない、
前記相関手段は、M×K回の相関受信を行なう(但し、Kはコード長)、
ことを特徴とする請求項8に記載の同期処理方法。
In the phase shift step, the chip interval Tc is divided into M equal parts, and the generation timing of the template pulse is shifted by Δt (= Tc / M) each time, and M timings are performed for each code phase.・ Shift,
The correlation means performs M × K correlation receptions (where K is a code length),
9. The synchronization processing method according to claim 8, wherein:
同期獲得後において、受信パルスにテンプレート・パルスを乗算し、その信号を積分することにより得られる誤差信号に基づいて前記位相シフト・ステップにおけるタイミング・シフト量を調整して同期を保持する同期保持ステップをさらに備える、
ことを特徴とする請求項8に記載の同期処理方法。
After acquiring the synchronization, a synchronization holding step of holding the synchronization by adjusting the amount of timing shift in the phase shift step based on an error signal obtained by multiplying the received pulse by the template pulse and integrating the signal. Further comprising,
9. The synchronization processing method according to claim 8, wherein:
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