JP2006121609A - Receiver, reception signal detecting circuit, and synchronizing circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウルトラワイドバンド通信の無線信号を受信する受信装置、無線信号の有無を検出する受信信号検出回路、及びパルス同期をとる同期回路に関する。 The present invention relates to a receiving device that receives a radio signal of ultra-wideband communication, a received signal detection circuit that detects the presence or absence of a radio signal, and a synchronization circuit that performs pulse synchronization.
近年、高速無線伝送方式の一つとして、所定の周期タイミングに同期したパルス信号からなるパルス信号列を用いて超広帯域な通信を行うウルトラワイドバンド(UWB:Ultra Wide Band)通信方式が注目されている。UWB通信の一態様では、搬送波を用いず、例えばパルス幅が1nsec以下等の極めて細かいパルス信号からなるパルス信号列を用いて通信を行うものがある(例えば、特許文献1参照。)。 In recent years, attention has been paid to an ultra wide band (UWB) communication system that performs ultra-wideband communication using a pulse signal sequence composed of pulse signals synchronized with a predetermined cycle timing as one of high-speed wireless transmission systems. Yes. In one aspect of UWB communication, communication is performed without using a carrier wave and using a pulse signal sequence made up of extremely fine pulse signals such as a pulse width of 1 nsec or less (see, for example, Patent Document 1).
図10は、背景技術に係るUWB通信の受信装置100を示すブロック図である。図10に示す受信装置100は、UWB通信による送信装置から送られてきたUWB通信信号を受信するアンテナ101と、アンテナ101で受信されたUWB通信信号を増幅するアンプ102と、その送信装置でUWB通信信号を生成するために用いられたものと同じ既知のPN(Pseudorandom Noise)コードに対応するデコード制御信号を生成するデコーダソース103と、受信した信号の各パルスと実質的に等価な波形を有するテンプレート信号のパルス列を含む周期タイミング信号を発生する調整可能時間ベース104と、デコード制御信号及び周期タイミング信号に基づき送信装置の既知のPNコードと時間的に一致したデコード信号を生成するデコード時間変調器105と、アンプ102で増幅された受信信号とデコード信号との相関を取って相関電圧を生成する相関器106と、その相関電圧を調整可能時間ベース104へフィードバックするローパスフィルタ107と、相関電圧からサブキャリアを除去して受信データを復元する復調器108とを備えている。
FIG. 10 is a block diagram showing a UWB
そして、相関器106によって、アンプ102で増幅された受信信号と、送信装置の既知のPNコードと時間的に一致したデコード信号との間で相関が取られることにより、受信信号を復調することができるようになっている。
The
このように構成された受信装置100は、所定の周期タイミングに同期して時間軸上に配置されたパルス信号を受信するために、送信されたパルス信号と受信装置100側の受信タイミングとを同期させるパルス同期を行う必要がある。
The
図11は、背景技術に係るパルス同期をとる方法を説明するための説明図である。まず、UWB通信の通信信号は、図11に示すように、パルス同期を取るためのパルスP100を一定周期、例えば200nsec間隔で備えている。一方、受信装置100は、所定の期間、例えば10nsecのウィンドウ期間においてのみ、UWB通信の通信信号を受信し、ウィンドウ期間内にパルスP100を受信するまでウィンドウ期間のタイミングを少しずつ、例えば10nsecずつずらしながらパルスP100のタイミングを探索する。そして、ウィンドウ期間内にパルスP100を受信すると、そのウィンドウ期間のタイミングを同期タイミングとして取得することにより、パルス同期を行うようにされている。
ところで、上述のような受信装置100において、通信信号の送信がされていない場合には、受信回路の動作を停止させて消費電力を低減したいというニーズがある。そこで、上述のような受信装置100において、通信信号の送信の有無を検出するために、上述のパルス同期をとる動作と同様にパルスP100のタイミングを探索する動作を実行し、パルスP100が検出されない場合に通信信号の送信がされていないと判定し、例えば復調器108の動作を停止させて消費電力を低減することが考えられる。
By the way, in the
しかし、このような方法では、通信信号の有無を検出するためにウィンドウ期間のタイミングを少しずつずらしながらパルスP100のタイミングを探索する必要があるため、通信信号の有無の判定に時間がかかるという不都合があった。例えば、パルスP100が200nsec周期、ウィンドウ期間が10nsecの場合には、図11に示すように最大19回、ウィンドウ期間のタイミングをずらしてパルスP100を探索しなければ、通信信号の有無を判定することができない。 However, in such a method, in order to detect the presence / absence of a communication signal, it is necessary to search the timing of the pulse P100 while gradually shifting the timing of the window period. was there. For example, when the pulse P100 has a cycle of 200 nsec and the window period is 10 nsec, the presence or absence of a communication signal is determined unless the pulse P100 is searched by shifting the timing of the window period up to 19 times as shown in FIG. I can't.
本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、通信信号の有無の判定処理を高速化することができる受信装置、受信信号検出回路、及び同期回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a receiving device, a received signal detecting circuit, and a synchronizing circuit capable of speeding up the process for determining the presence or absence of a communication signal. To do.
上述の目的を達成するために、本発明の第1の手段に係る受信装置は、所定の周期でパルス状の信号を有する無線信号を受信する受信部と、前記受信部により受信された無線信号の包絡線信号を取得する検波部と、前記検波部により取得された包絡線信号を微分した第1の微分信号を生成すると共にその時定数が前記周期を2πで除した値以上にされている第1の微分回路と、前記周期における一部の期間である第1の積分期間について前記第1の微分信号を積分する積分回路と、前記積分回路による積分値がゼロである場合に前記無線信号は前記受信部により受信されていないと判定し、前記積分回路による積分値がゼロでない場合に前記無線信号は前記受信部により受信されていると判定する判定部と、前記積分回路による積分値に基づき前記受信部により受信された無線信号からデータを復元するデータ復元部と、前記判定部により前記無線信号は前記受信部により受信されていると判定された場合に前記データ復元部を動作させる制御部と、を備えることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a receiving apparatus according to the first means of the present invention includes a receiving unit that receives a radio signal having a pulsed signal at a predetermined period, and a radio signal received by the receiving unit. And a first differential signal obtained by differentiating the envelope signal acquired by the detection unit, and a time constant of the detector is equal to or greater than a value obtained by dividing the period by 2π. 1 differential circuit, an integration circuit that integrates the first differential signal for a first integration period that is a partial period in the period, and when the integration value by the integration circuit is zero, the radio signal is It is determined that the wireless signal is received by the receiving unit when it is determined that the wireless signal is not received by the receiving unit, and the integrated value by the integrating circuit is not zero. Z A data restoration unit that restores data from a radio signal received by the reception unit, and a control unit that operates the data restoration unit when the determination unit determines that the radio signal is received by the reception unit It is characterized by providing these.
また、上述の受信装置において、前記検波部により取得された包絡線信号を微分した第2の微分信号を生成すると共にその時定数が前記周期を2πで除した値以下にされている第2の微分回路をさらに備え、前記制御部は、前記判定部により前記無線信号が前記受信部により受信されていると判定された場合において前記積分回路に前記第2の微分信号を積分させ、その積分値が負の値であった場合、当該積分値に応じた変化量で前記第1の積分期間のタイミングを変化させると共に、その積分値が正の値であった場合、前記データ復元部によりデータを復元させることを特徴としている。 Further, in the above-described receiving device, a second differential signal obtained by differentiating the envelope signal acquired by the detection unit is generated, and a second constant whose time constant is less than or equal to a value obtained by dividing the period by 2π. A circuit further comprising: when the determination unit determines that the wireless signal is received by the reception unit, the control unit causes the integration circuit to integrate the second differential signal, and the integration value is If it is a negative value, the timing of the first integration period is changed by a change amount corresponding to the integral value, and if the integral value is a positive value, the data restoration unit restores the data. It is characterized by letting.
そして、上述の受信装置において、前記積分回路は、前記周期の間に前記第1の積分期間とは異なる第2の積分期間について前記微分信号を積分し、前記制御部は、前記判定部により前記無線信号が前記受信部により受信されていると判定された場合において、前記第1の積分期間より遅れた第2の積分期間について前記積分回路にさらに前記第2の微分信号を積分させ、前記第1の積分期間における積分値から前記第2の積分期間における積分値を差し引いた値が、正の値であれば前記第1の積分期間のタイミングを進み方向に変化させると共に、負の値であれば前記第1の積分期間のタイミングを遅れ方向に変化させることを特徴としている。 In the above-described receiving device, the integration circuit integrates the differential signal for a second integration period different from the first integration period during the period, and the control unit performs the determination by the determination unit. When it is determined that a radio signal is received by the receiving unit, the integration circuit further integrates the second differential signal for a second integration period delayed from the first integration period, and the second If the value obtained by subtracting the integration value in the second integration period from the integration value in the first integration period is a positive value, the timing of the first integration period is changed in the advance direction, and the negative value may be used. For example, the timing of the first integration period is changed in the delay direction.
また、本発明の第2の手段に係る受信信号検出回路は、所定の周期でパルス状の信号を有する無線信号を受信する受信部と、前記受信部により受信された無線信号の包絡線信号を取得する検波部と、前記検波部により取得された包絡線信号を微分した微分信号を生成すると共にその時定数が前記周期を2πで除した値以上にされている第1の微分回路と、前記周期における一部の期間である積分期間について前記微分信号を積分する積分回路と、前記積分回路による積分値がゼロである場合に前記無線信号は前記受信部により受信されていないと判定し、前記積分回路による積分値がゼロでない場合に前記無線信号は前記受信部により受信されていると判定する判定部と、を備えることを特徴としている。 Further, the received signal detection circuit according to the second means of the present invention includes a receiving unit that receives a radio signal having a pulsed signal at a predetermined period, and an envelope signal of the radio signal received by the receiving unit. A detection unit to acquire, a first differentiation circuit that generates a differential signal obtained by differentiating the envelope signal acquired by the detection unit, and whose time constant is equal to or greater than a value obtained by dividing the cycle by 2π, and the cycle An integration circuit that integrates the differential signal for an integration period that is a part of the period, and when the integration value by the integration circuit is zero, it is determined that the wireless signal is not received by the reception unit, and the integration And a determination unit that determines that the wireless signal is received by the reception unit when the integrated value by the circuit is not zero.
そして、本発明の第3の手段に係る同期回路は、所定の周期でパルス状の信号を有する無線信号を受信する受信部と、前記受信部により受信された無線信号の包絡線信号を取得する検波部と、前記検波部により取得された包絡線信号を微分した第2の微分信号を生成すると共にその時定数が前記周期を2πで除した値以下にされている第2の微分回路と、前記周期における一部の期間である第1の積分期間について前記第2の微分信号を積分する積分回路と、前記積分回路の積分値が負の値であった場合、当該積分値に応じた変化量で前記第1の積分期間のタイミングを変化させると共に、その積分値が正の値であった場合、同期がとれたと判定する制御部と、を備えることを特徴としている。 The synchronization circuit according to the third means of the present invention acquires a radio signal having a pulsed signal at a predetermined cycle, and an envelope signal of the radio signal received by the receiver A second differential circuit that generates a second differential signal obtained by differentiating the envelope signal acquired by the detection unit, and whose time constant is equal to or less than a value obtained by dividing the period by 2π; An integration circuit that integrates the second differential signal for a first integration period, which is a part of the period, and a change amount corresponding to the integration value when the integration value of the integration circuit is a negative value And a control unit that changes the timing of the first integration period and determines that synchronization is achieved when the integration value is a positive value.
このような構成の受信装置及び受信信号検出回路は、受信部によって所定の周期でパルス状の信号を有する無線信号が受信され、検波部によって無線信号の包絡線信号が取得され、時定数が前記周期を2πで除した値以上にされている第1の微分回路によって検波部で取得された包絡線信号を微分した微分信号が生成される。そして、積分回路によって、前記周期における一部の期間である積分期間について微分信号が積分され、判定部によってその積分値がゼロである場合に無線信号は受信部で受信されていないと判定され、判定部によってその積分値がゼロでない場合に無線信号は受信部により受信されていると判定される。これにより、無線信号におけるパルス信号の探索動作を行うことなく無線信号の受信の有無を検出することができるので、通信信号の有無の判定処理を高速化することができる。 In the reception device and the reception signal detection circuit having such a configuration, the reception unit receives a radio signal having a pulsed signal at a predetermined cycle, the detection unit acquires an envelope signal of the radio signal, and the time constant is A differential signal obtained by differentiating the envelope signal acquired by the detector by the first differentiating circuit having a period equal to or greater than the value obtained by dividing the period by 2π is generated. Then, the integration circuit integrates the differential signal for the integration period which is a part of the period, and the determination unit determines that the wireless signal is not received by the reception unit when the integration value is zero, When the integrated value is not zero by the determination unit, it is determined that the wireless signal is received by the reception unit. Thereby, since the presence / absence of reception of the radio signal can be detected without performing the search operation of the pulse signal in the radio signal, the process for determining the presence / absence of the communication signal can be speeded up.
また、このような構成の同期回路は、受信部によって所定の周期でパルス状の信号を有する無線信号が受信され、検波部によって無線信号の包絡線信号が取得され、時定数が前記周期を2πで除した値以下にされている第2の微分回路によって検波部で取得された包絡線信号を微分した微分信号が生成され、積分回路によって、前記周期における一部の期間である積分期間についてその微分信号が積分される。そして、制御部によって、積分回路の積分値が負の値であった場合、当該積分値に応じた変化量で第1の積分期間のタイミングが変化され、その積分値が正の値であった場合、同期がとれたと判定されるので、パルス信号のタイミングと第1の積分期間とを同期させる同期処理を高速化することができる。 Further, in the synchronization circuit having such a configuration, a radio signal having a pulsed signal is received at a predetermined period by the reception unit, an envelope signal of the radio signal is acquired by the detection unit, and a time constant is equal to 2π. A differential signal obtained by differentiating the envelope signal acquired by the detection unit is generated by the second differentiating circuit which is equal to or less than the value divided by the The differential signal is integrated. When the integration value of the integration circuit is a negative value by the control unit, the timing of the first integration period is changed by a change amount corresponding to the integration value, and the integration value is a positive value. In this case, since it is determined that the synchronization has been achieved, the synchronization processing for synchronizing the timing of the pulse signal and the first integration period can be speeded up.
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.
(第1実施形態)
図1は、本発明の一実施形態に係る受信装置の構成の一例を示すブロック図である。図1に示す受信装置1は、無線信号を受信する受信部の一例であるアンテナ2と、アンテナ2により受信された無線信号SAを増幅して受信信号SBとして出力するアンプ3と、アンプ3から出力された受信信号SBの包絡線信号SCを取得する検波部の一例であるダイオード検波回路4と、ダイオード検波回路4により取得された包絡線信号SCを微分する第1微分回路5(第1の微分回路)及び第2微分回路6(第2の微分回路)と、第1微分回路5で得られた第1微分信号SD(第1の微分信号)及び第2微分回路6で得られた第2微分信号SE(第2の微分信号)のうちいずれかを積分回路8へ出力する切替部7と、切替部7から出力された信号を積分して積分信号SFを生成する積分回路8と、積分回路8で得られた積分信号SFをアナログデジタル変換して積分値として制御部12へ出力するAD変換器9と、制御部12と、ダイオード検波回路4で得られた包絡線信号SCに基づきUWB無線信号における相関値を取得すると共にその相関値に基づきデータを復元する例えば背景技術に係る受信装置100におけるデコーダソース103、調整可能ベース104、デコード時間変調器105、相関器106、ローパスフィルタ107、及び復調器108と同様に構成されたデータ復元部11と、を備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a receiving apparatus according to an embodiment of the present invention. 1 includes an
制御部12は、例えばステートマシンやマイクロコンピュータ等を用いて構成され、切替部7、積分回路8、及びデータ復元部11の動作を制御する。また、制御部12は、AD変換器9から出力された積分値がゼロである場合にUWB無線信号はアンテナ2により受信されていないと判定し、AD変換器9から出力された積分値がゼロでない場合にUWB無線信号はアンテナ2により受信されていると判定する判定部としても機能する。そして、図1に示す受信装置1は、予め設定された周期T、例えば200nsec周期に同期したタイミングでパルス状の信号を有するUWB無線信号を受信する。
The control unit 12 is configured using, for example, a state machine or a microcomputer, and controls operations of the
図2は、第1微分回路5及び第2微分回路6の詳細な構成の一例を示す回路図である。図2に示す第1微分回路5は、ダイオード検波回路4の出力端子がコンデンサC1と抵抗R1とを介してグラウンドに接続され、コンデンサC1と抵抗R1との接続点が切替部7の入力端子に接続されることにより、CR微分回路が構成されている。そして、第1微分回路5の時定数τ1は、以下の式(1)の条件を満たすように、コンデンサC1の容量C1と抵抗R1の抵抗値R1とが設定されている。
τ1=C1・R1 ≧T/(2×π)・・・(1)
ここで、第1微分回路5をハイパスフィルタと考えると、そのカットオフ周波数fc1は
fc1=1/(2π・C1・R1)・・・(2)
となる。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a detailed configuration of the
τ1 = C 1 · R 1 ≧ T / (2 × π) (1)
Here, when the first differentiating
It becomes.
また、図2に示す第2微分回路6は、ダイオード検波回路4の出力端子がコンデンサC2と抵抗R2とを介してグラウンドに接続され、コンデンサC2と抵抗R2との接続点が切替部7の入力端子に接続されることにより、CR微分回路が構成されている。そして、第2微分回路6の時定数τ2は、以下の式(3)の条件を満たすように、コンデンサC2の容量C2と抵抗R2の抵抗値R2とが設定されている。
τ2=C2・R2 ≦T/(2×π)・・・(3)
ここで、第2微分回路6をハイパスフィルタと考えると、そのカットオフ周波数fc2は
fc2=1/(2π・C2・R2)・・・(4)
となる。
In the second differentiating
τ2 = C 2 · R 2 ≦ T / (2 × π) (3)
Here, when the second differentiating
It becomes.
切替部7は、いわゆるマルチプレクサであり制御部12からの制御信号に応じて、第1微分回路5で得られた第1微分信号SD及び第2微分回路6で得られた第2微分信号SEのいずれかを、積分回路8へ出力する。この場合、図1に示す受信装置1において、アンテナ2、アンプ3、ダイオード検波回路4、第1微分回路5、切替部7、積分回路8、AD変換器9、及び制御部12が受信信号検出回路の一例に相当し、アンテナ2、アンプ3、ダイオード検波回路4、第2微分回路6、切替部7、積分回路8、AD変換器9、及び制御部12が同期回路の一例に相当している。
The
なお、第1微分回路5、第2微分回路6、及び切替部7は、図3に示す微分回路13のように構成してもよい。図3に示す微分回路13は、第1微分回路5、第2微分回路6、及び切替部7の構成の他の一例であり、ダイオード検波回路4の出力端子がコンデンサC3と抵抗R3とを介してグラウンドに接続され、コンデンサC3と抵抗R3との接続点が切替部7の入力端子に接続されている。そして、抵抗R3と並列に、スイッチである切替部7と抵抗R4との直列回路が接続されている。
The
この場合、制御部12からの制御信号に応じて切替部7がオフされると、コンデンサC3と抵抗R3とが第1微分回路5として機能する。また、制御部12からの制御信号に応じて切替部7がオンされると、コンデンサC3と、抵抗R3及び抵抗R4の並列回路との直列回路が第2微分回路6として機能する。そして、第1微分回路5の時定数τ1及び第2微分回路6の時定数τ2は、以下の式(5)(6)の条件を満たすようにコンデンサC3の容量C3と抵抗R3の抵抗値R3と、抵抗R4の抵抗値R4とが設定されている。
τ1=C3・R3 ≧T/(2×π)・・・(5)
τ2=C3・{(R3 ・R4)/(R3 +R4)}
≦T/(2×π) ・・・(6)
これにより、第1微分回路5、第2微分回路6、及び切替部7の回路構成を簡素化することができる。
In this case, when the
τ1 = C 3 · R 3 ≧ T / (2 × π) (5)
τ2 = C 3 · {(R 3 · R 4 ) / (R 3 + R 4 )}
≦ T / (2 × π) (6)
Thereby, the circuit structure of the
次に、上述のように構成された受信装置1の動作を説明する。図4は、受信装置1の動作の一例を説明するための信号波形図であり、縦軸は信号レベル、横軸は時間を示している。まず、UWB通信が実行されていない場合、アンテナ2によって受信された無線信号SAの信号レベルはゼロであり、無線信号SAにはパルスP1が含まれていない。そうすると、アンプ3により無線信号SAが増幅された受信信号SBの信号レベルもゼロ、ダイオード検波回路4により受信信号SBから取得された包絡線信号SCの信号レベルもゼロ、第1微分回路5により包絡線信号SCが微分された第1微分信号SDの信号レベルもゼロとなる。そして、制御部12からの制御信号に応じて切替部7によって、第1微分信号SDは積分回路8へ出力される。
Next, the operation of the receiving
一方、制御部12によって、積分回路8の動作を制御するための積分区間信号SGにおいて、周期T間隔でパルスP2が積分回路8へ出力される。パルスP2のパルス幅は、周期Tの一部であって無線信号SAのパルスP1のパルス幅よりも大きくされており、例えば10nsecにされている。
On the other hand, in the integration interval signal SG for controlling the operation of the
次に、積分回路8によって、パルスP2がハイレベルで受信された期間、切替部7から出力された第1微分信号SDが積分信号SFとして積分される。今、第1微分信号SDの信号レベルはゼロであるから、積分信号SFの信号レベルもゼロとなる。さらに、制御部12によって、積分信号SFの信号レベルがAD変換器9によりデジタル値に変換された積分値として取得される。この場合、制御部12によって、積分値ゼロが取得される。
Next, the
このようにして、UWB通信が実行されておらず、従ってアンテナ2によって受信された無線信号SAの信号レベルがゼロであり無線信号SAにパルスP1が含まれていない場合には、制御部12によって積分値ゼロが取得される。そして、制御部12によって、積分値ゼロがであればUWB無線信号はアンテナ2によって受信されていないと判定され、動作させる必要のないデータ復元部11の動作が停止状態に保たれる。
In this way, when the UWB communication is not executed, and therefore the signal level of the radio signal SA received by the
これにより、制御部12によって、UWB無線信号がアンテナ2によって受信されていない状態を検出することができると共に、制御部12によって、UWB無線信号がアンテナ2によって受信されていない状態においてデータ復元部11の動作を停止状態にできるので、受信装置1の消費電力を低減することができる。
As a result, the control unit 12 can detect a state in which no UWB wireless signal is received by the
次に、タイミングT1において、UWB通信が開始されると、アンテナ2によって無線信号SAとしてパルスP1が受信され、アンプ3により無線信号SAのパルスP1が増幅されて受信信号SBのパルスP3としてダイオード検波回路4へ出力され、ダイオード検波回路4によりパルスP3の包絡線からパルスP4が生成され、包絡線信号SCとして第1微分回路5へ出力される。
Next, when the UWB communication is started at timing T1, the pulse P1 is received as the radio signal SA by the
そして、第1微分回路5により包絡線信号SCのパルスP4が微分されると、パルスP4の立ち上がりで第1微分信号SDが正電圧となり、パルスP4の立ち下がりで第1微分信号SDが負電圧(−ΔV)となる。そして、第1微分信号SDの信号レベルは、第1微分回路5の時定数τ1に応じて徐々に上昇する。この場合、第1微分回路5の時定数τ1は、周期Tを2πで除した値以上に設定されている。そうすると、パルスP4の立ち下がりで−ΔVとなった第1微分信号SDは、周期T経過後、すなわち次のパルスP4が第1微分回路5に入力されるタイミングではまだ負の電圧のままである。時間t経過後の第1微分信号SDの信号レベルv(t)は、以下の式(7)によって与えられる。
v(t)=−ΔV・e-(t/τ1) ・・・(7)
例えば、時定数τ1がT/2πであれば、次のパルスP4が第1微分回路5に入力されるタイミングにおける信号レベルv(T)は−0.002ΔVとなり、負の電圧値を有し、ゼロではない。例えば、時定数τ1がTであれば、次のパルスP4が第1微分回路5に入力されるタイミングにおける信号レベルv(T)は−0.368ΔVとなり、負の電圧値を有し、ゼロではない。従って、アンテナ2によって無線信号SAとしてパルスP1が受信された場合には、パルスP1と同期したタイミングでは第1微分信号SDの信号レベルは正の電圧値を有し、パルスP1と同期しないタイミングでは第1微分信号SDの信号レベルは負の電圧値を有する。
When the pulse P4 of the envelope signal SC is differentiated by the
v (t) = − ΔV · e − (t / τ 1) (7)
For example, if the time constant τ1 is T / 2π, the signal level v (T) at the timing when the next pulse P4 is input to the first differentiating
次に、制御部12からの制御信号に応じて切替部7によって、第1微分信号SDは積分回路8へ出力され、積分回路8によって、制御部12からの積分区間信号SGにおけるパルスP2がハイレベルで受信された期間、切替部7から出力された第1微分信号SDが積分信号SFとして積分される。図4において、積分区間信号SGにおけるパルスP2のタイミングは、無線信号SAにおけるパルスP1のタイミングと同期している。そうすると、パルスP2のタイミングにおいて、第1微分信号SDは正の電圧値を有しているので、積分信号SFの信号レベルも正の値となる。そして、制御部12によって、積分信号SFの信号レベルがAD変換器9によりデジタル値に変換された積分値として取得される。この場合、制御部12によって、正の値を有する積分値が取得される。
Next, the first differential signal SD is output to the
このように、UWB通信が実行され従ってアンテナ2によって受信された無線信号SAが周期TのパルスP1を備え、かつ積分区間信号SGにおけるパルスP2のタイミングが無線信号SAにおけるパルスP1のタイミングと同期している場合には、制御部12によってAD変換器9から正の積分値が取得される。そして、制御部12によって、AD変換器9からの積分値がゼロでなければUWB無線信号はアンテナ2によって受信されていると判断され、制御部12からの制御信号に応じてデータ復元部11が動作される。
In this way, the UWB communication is executed and thus the radio signal SA received by the
さらに、制御部12によって、AD変換器9からの積分値が正の値であれば積分区間信号SGにおけるパルスP2のタイミングが無線信号SAにおけるパルスP1のタイミングと同期していると判断され、制御部12からパルスP2のタイミングがパルス同期タイミングとしてデータ復元部11へ供給され、データ復元部11によって、制御部12から供給されたパルス同期タイミングに基づいてパルス同期が行われ、ダイオード検波回路4からの包絡線信号SCに基づいてデータが復元される。
Further, if the integrated value from the
一方、図5は、積分区間信号SGにおけるパルスP2のタイミングと無線信号SAにおけるパルスP1のタイミングとが同期していない場合の信号波形の一例を示す波形図である。図5において、積分区間信号SGにおけるパルスP2のタイミングは無線信号SAにおけるパルスP1のタイミングと同期していない。そうすると、パルスP2のタイミングにおいて、第1微分信号SDは負の電圧値を有しているので、積分信号SFの信号レベルも負の値となる。 On the other hand, FIG. 5 is a waveform diagram showing an example of a signal waveform when the timing of the pulse P2 in the integration interval signal SG and the timing of the pulse P1 in the radio signal SA are not synchronized. In FIG. 5, the timing of the pulse P2 in the integration interval signal SG is not synchronized with the timing of the pulse P1 in the radio signal SA. Then, since the first differential signal SD has a negative voltage value at the timing of the pulse P2, the signal level of the integration signal SF also becomes a negative value.
そして、制御部12によって、積分信号SFの信号レベルがAD変換器9によりデジタル値に変換された負の値を有する積分値として取得される。このように、UWB通信が実行され従ってアンテナ2によって受信された無線信号SAが周期TのパルスP1を備え、かつ積分区間信号SGにおけるパルスP2のタイミングが無線信号SAにおけるパルスP1のタイミングと同期していない場合には、制御部12によってAD変換器9から負の積分値が取得される。そして、制御部12によって、AD変換器9からの積分値がゼロでなければUWB無線信号はアンテナ2によって受信されていると判定され、制御部12からの制御信号に応じてデータ復元部11が動作される。
Then, the signal level of the integration signal SF is acquired by the control unit 12 as an integration value having a negative value converted into a digital value by the
これにより、制御部12は、無線信号SAにおけるパルスP1の探索動作を行うことなく、AD変換器9からの積分値がゼロであればUWB無線信号はアンテナ2によって受信されていないと判定し、AD変換器9からの積分値がゼロでなければUWB無線信号はアンテナ2によって受信されていると判定することができるので、通信信号の有無の判定処理を高速化することができる。
Thereby, the control unit 12 determines that the UWB radio signal is not received by the
さらに、制御部12によって、AD変換器9からの積分値が負の値であれば積分区間信号SGにおけるパルスP2のタイミングが無線信号SAにおけるパルスP1のタイミングと同期していないと判定され、パルスP2のタイミングをパルスP1のタイミングと同期させ、すなわちパルス同期をとるべく、以下の動作が実行される。
Further, if the integrated value from the
図6は、受信装置1のパルス同期をとるための動作の一例を説明するための波形図である。まず、アンテナ2によって無線信号SAとしてパルスP1が受信され、アンプ3により無線信号SAのパルスP1が増幅されて受信信号SBのパルスP3としてダイオード検波回路4へ出力され、ダイオード検波回路4によりパルスP3の包絡線からパルスP4が生成され、包絡線信号SCとして第1微分回路5へ出力される。
FIG. 6 is a waveform diagram for explaining an example of the operation of the receiving
そして、第2微分回路6により包絡線信号SCのパルスP4が微分されると、パルスP4の立ち上がりで第2微分信号SEが正電圧となり、パルスP4の立ち下がりで第2微分信号SEが負電圧(−ΔV)となる。そして、第2微分信号SEの信号レベルは、第2微分回路6の時定数τ2に応じて徐々に上昇する。この場合、第2微分回路6の時定数τ2は、周期Tを2πで除した値以下に設定されており、パルスP4の立ち下がりから時間t経過後の第2微分信号SEの信号レベルv(t)は、以下の式(8)によって与えられる。
v(t)=−ΔV・e-(t/τ2) ・・・(8)
例えば、時定数τ2がT/2πであれば、パルスP4の立ち下がりから次のパルスP4の立ち上がるタイミングまでの間に、v(t)は−ΔVから−0.002・ΔVまで、徐々に変化する。すなわち、パルスP4の立ち下がりから次のパルスP4の立ち上がるタイミングまでの間におけるタイミングに応じて第2微分信号SEの信号レベルが変化する。
Then, when the pulse P4 of the envelope signal SC is differentiated by the
v (t) = − ΔV · e − (t / τ 2) (8)
For example, if the time constant τ2 is T / 2π, v (t) gradually changes from −ΔV to −0.002 · ΔV between the fall of the pulse P4 and the rise of the next pulse P4. To do. That is, the signal level of the second differential signal SE changes according to the timing between the falling edge of the pulse P4 and the rising timing of the next pulse P4.
次に、制御部12からの制御信号に応じて切替部7によって、第2微分回路6から出力された第2微分信号SEが積分回路8へ出力され、積分回路8によって、制御部12からの積分区間信号SGにおけるパルスP2がハイレベルで受信された期間、切替部7から出力された第2微分信号SEが積分信号SFとして積分される。
Next, in response to the control signal from the control unit 12, the
そうすると、上述のように、パルスP4の立ち下がりから次のパルスP4の立ち上がるタイミングまでの間におけるタイミングに応じて第2微分信号SEの信号レベルが変化しているので、パルスP2のタイミングに応じて積分信号SFの信号レベルVsfが変化する。すなわち、パルスP2のタイミングがパルスP4のタイミングより遅れている場合、パルスP2のタイミングがパルスP4のタイミングに近ければ信号レベルVsfの絶対値は増大し、パルスP2のタイミングがパルスP4のタイミングに遠ければ信号レベルVsfの絶対値は減少する。この場合、積分信号SFの信号レベルVsfは負極性である。 Then, as described above, since the signal level of the second differential signal SE changes according to the timing from the falling edge of the pulse P4 to the rising timing of the next pulse P4, according to the timing of the pulse P2. The signal level Vsf of the integration signal SF changes. That is, when the timing of the pulse P2 is delayed from the timing of the pulse P4, the absolute value of the signal level Vsf increases if the timing of the pulse P2 is close to the timing of the pulse P4, and the timing of the pulse P2 is far from the timing of the pulse P4. For example, the absolute value of the signal level Vsf decreases. In this case, the signal level Vsf of the integration signal SF is negative.
そして、制御部12によって、積分信号SFの信号レベルVsfがAD変換器9によりデジタル値に変換された積分値として取得される。従って、パルスP2のタイミングがパルスP4のタイミングより遅れている場合、パルスP2のタイミングがパルスP4のタイミングに近ければAD変換器9の積分値(負極性)の絶対値は増大し、パルスP2のタイミングがパルスP4のタイミングに遠ければAD変換器9の積分値(負極性)の絶対値は減少する。
Then, the signal level Vsf of the integration signal SF is acquired by the control unit 12 as an integration value converted into a digital value by the
さらに、制御部12によって、パルスP2のタイミングをパルスP4のタイミングに同期させるべくパルスP2のタイミングを進ませる時間量が、AD変換器9の積分値における絶対値の増減に応じて減増される。そして、制御部12によって、このようなパルスP2のタイミングをパルスP4のタイミングに同期させる同期処理が、複数の周期Tに渡って繰り返されることにより、パルスP2のタイミングがパルスP4のタイミングに同期する。
Further, the amount of time for which the timing of the pulse P2 is advanced so as to synchronize the timing of the pulse P2 with the timing of the pulse P4 is decreased or increased by the control unit 12 according to the increase or decrease of the absolute value in the integral value of the
これにより、パルスP4のタイミング、すなわちアンテナ2によって受信された無線信号SAのパルスP1のタイミングとパルスP2のタイミングとを同期させるパルス同期処理において、制御部12によって、パルスP1とパルスP2とのタイミングのずれ量に応じて、パルスP2のタイミングの補正量を変化させることができるので、パルス同期処理を高速化することができる。
Thus, in the pulse synchronization process for synchronizing the timing of the pulse P4, that is, the timing of the pulse P1 of the radio signal SA received by the
なお、制御部12は、AD変換器9の積分値における絶対値の増減に応じてパルスP2のタイミングを進ませる時間量が減増される例を示したが、AD変換器9の積分値における絶対値の増減に応じてパルスP2のタイミングを遅らせる時間量を増減させるようにしてもよい。
Note that the control unit 12 has shown an example in which the amount of time for advancing the timing of the pulse P2 is increased or decreased in accordance with the increase or decrease of the absolute value in the integral value of the
次に、上述のようにしてパルスP2のタイミングがパルスP4のタイミングに同期した場合の受信装置1の動作を説明する。図7は、パルスP2のタイミングがパルスP4のタイミングに同期した場合における受信装置1の動作の一例を説明するための波形図である。図7に示すように、パルスP2のタイミングがパルスP4のタイミングに同期すると、積分区間信号SGにおけるパルスP2のタイミングにおいて、第2微分信号SEは正の電圧値を有している。そして、第2微分回路6から出力された第2微分信号SEが積分回路8へ出力され、積分回路8によって、制御部12からの積分区間信号SGにおけるパルスP2がハイレベルで受信された期間、切替部7から出力された第2微分信号SEが積分信号SFとして積分される結果、積分信号SFは正極性となる。
Next, the operation of the receiving
さらに、制御部12によって、積分信号SFの信号レベルVsfがAD変換器9によりデジタル値に変換された積分値として取得され、AD変換器9からの積分値が正の値であれば積分区間信号SGにおけるパルスP2のタイミングと無線信号SAにおけるパルスP1のタイミングとが同期したと判定され、制御部12からパルスP2のタイミングがパルス同期タイミングとしてデータ復元部11へ供給され、データ復元部11によって、制御部12から供給されたパルス同期タイミングに基づいてパルス同期が行われ、ダイオード検波回路4からの包絡線信号SCに基づいてデータが復元される。
Further, the signal level Vsf of the integration signal SF is acquired by the control unit 12 as an integration value converted into a digital value by the
なお、AD変換器9の積分値に応じてパルスP2のタイミングを進ませる(遅らせる)時間量は、例えば実機を用いた実験により求め、これをAD変換器9の積分値に対するタイミング補正量のテーブルデータとして予め制御部12が備える図略の不揮発メモリ等に記憶させておくようにしてもよい。また、制御部12は、このようにして求めたテーブルデータに基づいて、パルス同期処理を予め設定された所定回数の周期Tについて繰り返し実行してもAD変換器9からの積分値が正の値にならない、すなわちパルス同期がとれない場合は、テーブルデータに基づく補正量を増減して微調整を行うようにしてもよい。
Note that the amount of time for which the timing of the pulse P2 is advanced (delayed) in accordance with the integrated value of the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る受信装置について説明する。第2の実施形態に係る受信装置1aの構成は、第1の実施形態に係る受信装置1と同様に図1で示される。第2の実施形態に係る受信装置1aと、第1の実施形態に係る受信装置1とは、制御部12のパルス同期処理の動作が異なる。その他の構成及び動作は第1の実施形態に係る受信装置1と同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態に係る受信装置1aのパルス同期処理について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a receiving apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the receiving
図8は、図1に示す受信装置1aのパルス同期処理の一例を説明するための波形図である。なお、制御部12による無線信号の有無を判定する処理、及びデータ復元部11によるデータ復元処理は、図1に示す受信装置1と同様であるのでその説明を省略する。まず、図1に示す受信装置1と同様に、制御部12からの制御信号に応じて切替部7によって、第2微分回路6から出力された第2微分信号SEが積分回路8へ出力される。
FIG. 8 is a waveform diagram for explaining an example of the pulse synchronization processing of the receiving
次に、制御部12によって、積分回路8の動作を制御するための積分区間信号SGにおいて、周期T間隔のパルスP2と共に、当該周期T内においてパルスP2と同じパルス幅のパルスP5がパルスP2より時間T2だけ遅れたタイミングで積分回路8へ出力される。時間T2は、例えばT/2にされており、周期Tより短い時間である。そして、積分回路8によって、制御部12からの積分区間信号SGにおけるパルスP2、及びパルスP5がハイレベルで受信された期間について、それぞれ切替部7から出力された第2微分信号SEが積分され、さらにAD変換器9によりデジタル値に変換された積分値が制御部12へ出力される。
Next, in the integration interval signal SG for controlling the operation of the
そして、制御部12によって、積分回路8でパルスP2の期間に積分された積分値Sf1と積分回路8でパルスP5の期間に積分された積分値Sf2とが取得され、その差分値Sdiffが、Sdiff=Sf1−Sf2として算出される。そうすると、第2微分信号SEは、式(8)に示すように指数関数で表されるので、パルスP2,P5のタイミング、すなわちパルスP4に対するパルスP2のずれ時間に応じて差分値Sdiffは異なる値となる。さらに、図8に示すように、パルスP2とパルスP5との間にパルスP4がない場合には、差分値Sdiffは正の値となる。一方、図9に示すように、パルスP2とパルスP5との間にパルスP4がある場合には、差分値Sdiffは負の値となる。
Then, the control unit 12 acquires the integration value S f1 integrated in the period of the pulse P2 by the
次に、制御部12によって、差分値Sdiffが正の値である場合には、パルスP2を進ませる方が遅らせるよりも時間の移動量が少ないので、パルスP2のタイミングを進ませてパルスP4のタイミングに同期させるべくパルスP2のタイミングを進ませる時間量が、差分値Sdiffにおける絶対値の増減に応じて減増される。一方、制御部12によって、差分値Sdiffが負の値である場合には、パルスP2を遅らせる方が進ませるよりも時間の移動量が少ないので、パルスP2のタイミングを遅らせてパルスP4のタイミングに同期させるべくパルスP2のタイミングを遅らせる時間量が、差分値Sdiffにおける絶対値の増減に応じて増減される。 Next, when the difference value Sdiff is a positive value by the control unit 12, the amount of movement of time is smaller than the delay of the advance of the pulse P2, so the timing of the pulse P4 is advanced by advancing the timing of the pulse P4. The amount of time for which the timing of the pulse P2 is advanced in order to synchronize with the timing is increased or decreased according to the increase or decrease of the absolute value in the difference value Sdiff. On the other hand, when the difference value Sdiff is a negative value by the control unit 12, the amount of time movement is less than the delay of the pulse P2, so that the timing of the pulse P2 is delayed to the timing of the pulse P4. The amount of time to delay the timing of the pulse P2 to be synchronized is increased or decreased according to the increase or decrease of the absolute value in the difference value Sdiff.
そして、制御部12によって、このようなパルスP2のタイミングをパルスP4のタイミングに同期させる同期処理が、複数の周期Tに渡って繰り返されることにより、パルスP2のタイミングがパルスP4のタイミングに同期する。 Then, the synchronization process for synchronizing the timing of the pulse P2 with the timing of the pulse P4 by the control unit 12 is repeated over a plurality of periods T, whereby the timing of the pulse P2 is synchronized with the timing of the pulse P4. .
これにより、パルスP4のタイミング、すなわちアンテナ2によって受信された無線信号SAのパルスP1のタイミングとパルスP2のタイミングとを同期させるパルス同期処理において、制御部12によって、差分値Sdiffに応じてパルスP2のタイミングの補正量と補正方向とを変化させることができるので、パルス同期処理を高速化することができる。
Thus, in the pulse synchronization processing for synchronizing the timing of the pulse P4, that is, the timing of the pulse P1 of the radio signal SA received by the
1,1a 受信装置
2 アンテナ
3 アンプ
4 ダイオード検波回路
5 第1微分回路
6 第2微分回路
7 切替部
8 積分回路
9 AD変換器
11 データ復元部
12 制御部
13 微分回路
C1,C2,C3 コンデンサ
P1,P2,P3,P4,P5 パルス
R1,R2,R3,R4 抵抗
SA 無線信号
SB 受信信号
SC 包絡線信号
SD 第1微分信号
SE 第2微分信号
SF 積分信号
SG 積分区間信号
T 周期
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記受信部により受信された無線信号の包絡線信号を取得する検波部と、
前記検波部により取得された包絡線信号を微分した第1の微分信号を生成すると共にその時定数が前記周期を2πで除した値以上にされている第1の微分回路と、
前記周期における一部の期間である第1の積分期間について前記第1の微分信号を積分する積分回路と、
前記積分回路による積分値がゼロである場合に前記無線信号は前記受信部により受信されていないと判定し、前記積分回路による積分値がゼロでない場合に前記無線信号は前記受信部により受信されていると判定する判定部と、
前記積分回路による積分値に基づき前記受信部により受信された無線信号からデータを復元するデータ復元部と、
前記判定部により前記無線信号は前記受信部により受信されていると判定された場合に前記データ復元部を動作させる制御部と、
を備えることを特徴とする受信装置。 A receiving unit for receiving a radio signal having a pulsed signal at a predetermined period;
A detector for acquiring an envelope signal of a radio signal received by the receiver;
A first differentiation circuit that generates a first differential signal obtained by differentiating the envelope signal acquired by the detection unit and whose time constant is equal to or greater than a value obtained by dividing the period by 2π;
An integration circuit that integrates the first differential signal for a first integration period that is a part of the period;
When the integration value by the integration circuit is zero, it is determined that the wireless signal is not received by the reception unit, and when the integration value by the integration circuit is not zero, the wireless signal is received by the reception unit. A determination unit that determines that the
A data restoration unit for restoring data from a radio signal received by the reception unit based on an integration value by the integration circuit;
A control unit that operates the data restoration unit when the determination unit determines that the wireless signal is received by the reception unit;
A receiving apparatus comprising:
前記制御部は、前記判定部により前記無線信号が前記受信部により受信されていると判定された場合において前記積分回路に前記第2の微分信号を積分させ、その積分値が負の値であった場合、当該積分値に応じた変化量で前記第1の積分期間のタイミングを変化させると共に、その積分値が正の値であった場合、前記データ復元部によりデータを復元させることを特徴とする請求項1記載の受信装置。 A second differential circuit that generates a second differential signal obtained by differentiating the envelope signal acquired by the detection unit and whose time constant is equal to or less than a value obtained by dividing the period by 2π;
The control unit causes the integration circuit to integrate the second differential signal when the determination unit determines that the wireless signal is received by the reception unit, and the integration value is a negative value. The timing of the first integration period is changed by a change amount corresponding to the integration value, and the data recovery unit restores the data when the integration value is a positive value. The receiving device according to claim 1.
前記制御部は、前記判定部により前記無線信号が前記受信部により受信されていると判定された場合において、前記第1の積分期間より遅れた第2の積分期間について前記積分回路にさらに前記第2の微分信号を積分させ、前記第1の積分期間における積分値から前記第2の積分期間における積分値を差し引いた値が、正の値であれば前記第1の積分期間のタイミングを進み方向に変化させると共に、負の値であれば前記第1の積分期間のタイミングを遅れ方向に変化させることを特徴とする請求項2記載の受信装置。 The integrating circuit integrates the differential signal for a second integration period different from the first integration period during the period;
When the determination unit determines that the wireless signal is received by the reception unit, the control unit further adds a second integration period to the integration circuit for a second integration period delayed from the first integration period. 2 is integrated, and if the value obtained by subtracting the integration value in the second integration period from the integration value in the first integration period is a positive value, the timing of the first integration period is advanced. 3. The receiving apparatus according to claim 2, wherein the timing of the first integration period is changed in the delay direction if the value is negative.
前記受信部により受信された無線信号の包絡線信号を取得する検波部と、
前記検波部により取得された包絡線信号を微分した微分信号を生成すると共にその時定数が前記周期を2πで除した値以上にされている第1の微分回路と、
前記周期における一部の期間である積分期間について前記微分信号を積分する積分回路と、
前記積分回路による積分値がゼロである場合に前記無線信号は前記受信部により受信されていないと判定し、前記積分回路による積分値がゼロでない場合に前記無線信号は前記受信部により受信されていると判定する判定部と、
を備えることを特徴とする受信信号検出回路。 A receiving unit for receiving a radio signal having a pulsed signal at a predetermined period;
A detector for acquiring an envelope signal of a radio signal received by the receiver;
A first differentiating circuit that generates a differential signal obtained by differentiating the envelope signal acquired by the detection unit and whose time constant is equal to or greater than a value obtained by dividing the period by 2π;
An integration circuit that integrates the differential signal for an integration period that is a part of the period;
When the integration value by the integration circuit is zero, it is determined that the wireless signal is not received by the reception unit, and when the integration value by the integration circuit is not zero, the wireless signal is received by the reception unit. A determination unit that determines that the
A received signal detection circuit comprising:
前記受信部により受信された無線信号の包絡線信号を取得する検波部と、
前記検波部により取得された包絡線信号を微分した第2の微分信号を生成すると共にその時定数が前記周期を2πで除した値以下にされている第2の微分回路と、
前記周期における一部の期間である第1の積分期間について前記第2の微分信号を積分する積分回路と、
前記積分回路の積分値が負の値であった場合、当該積分値に応じた変化量で前記第1の積分期間のタイミングを変化させると共に、その積分値が正の値であった場合、同期がとれたと判定する制御部と、
を備えることを特徴とする同期回路。 A receiving unit for receiving a radio signal having a pulsed signal at a predetermined period;
A detector for acquiring an envelope signal of a radio signal received by the receiver;
A second differential circuit that generates a second differential signal obtained by differentiating the envelope signal acquired by the detection unit and whose time constant is equal to or less than a value obtained by dividing the period by 2π;
An integration circuit that integrates the second differential signal for a first integration period that is a partial period in the cycle;
When the integration value of the integration circuit is a negative value, the timing of the first integration period is changed by a change amount corresponding to the integration value, and when the integration value is a positive value, A control unit that determines that the
A synchronization circuit comprising:
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