JP4207590B2 - Receiving apparatus and synchronization processing method - Google Patents

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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]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a receiving apparatus that receives a transmission signal composed of a pulse signal sequence, and a synchronization processing method that performs processing such as synchronization acquisition and synchronization maintenance of a received signal, and in particular, a received signal is multiplied by a template pulse, and the signal The present invention relates to a receiving apparatus that performs reception by passing through an integration or low-pass filter and a synchronization processing method.
[0002]
More specifically, the present invention relates to a receiving device of an ultra wide band (UWB) communication system that receives a signal sequence that constitutes an information signal using an impulse signal sequence having a very short period of about several hundred picoseconds. In particular, the present invention relates to a receiver and a synchronization processing method of an ultra-wide band communication system in which interference wave capability is enhanced in combination with DS-SS (direct spectrum spread).
[0003]
[Prior art]
As a system for releasing a user from a wired LAN connection, a wireless LAN has attracted attention. According to the wireless LAN, most of the wired cables can be omitted in a work space such as an office, so that a communication terminal such as a personal computer (PC) can be moved relatively easily. The demand for wireless LAN systems has increased significantly as the speed and price of wireless LAN systems have decreased. In particular, introduction of a personal area network (PAN) is being studied in order 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 local area network (LAN) system using an SS (Spread Spectrum) system has been put into practical use. The DS (Direct Spread) system, which is a type of SS system, spreads the occupied band by multiplying the information signal by a random code sequence called a PN (Pseudo Noise) code on the transmission side and transmits it. On the receiving side, the received spread information signal is despread by multiplying the received spread information signal by the PN code to reproduce the information signal.
[0005]
Furthermore, a UWB (Ultra Wide Band) transmission method using the SS method has been proposed for applications such as PAN. As a UWB transmission method, a method of performing wireless communication by placing information on a very weak impulse train is attracting attention as a wireless communication system that realizes short-range ultrahigh-speed transmission, and its practical application is expected (for example, non-patent) (Ref. 1).
[0006]
In the UWB transmission system, an information signal is configured by using a DS-UWB system in which the spreading speed of a DS information signal is increased to the limit, and an impulse signal sequence having a very short period of about several hundred picoseconds. There are two types of impulse-UWB systems that transmit and receive columns.
[0007]
In the DS-UWB system, the spectrum can be controlled by the PN code speed, but there is a problem that power consumption tends to increase because the logic circuit needs to operate at a high speed of the order of GHz. On the other hand, the impulse-UWB system can be configured by a combination of a pulse generator and a low-speed logic circuit, so that there is a merit that current consumption can be reduced, but there is a problem that it is difficult to control the spectrum with the pulse generator.
[0008]
In addition, both systems realize high-speed data transmission by performing transmission / reception by spreading in an ultra-high frequency band of 3 GHz to 10 GHz, for example. The occupied bandwidth is a bandwidth 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 approximately 1, and is a so-called W-CDMA, cdma2000 system, and SS (Spread Spectrum). ) And a bandwidth that is normally used in a wireless LAN using an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) method, the bandwidth is extremely wide.
[0009]
In February 2002, the US FCC relaxed regulations on the UWB system. As the contents of the deregulation, it is permitted to emit 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 performing communication by forming a piconet between wireless communication apparatuses that perform UWB wireless communication is being standardized.
[0010]
The transmitter side of UWB communication modulates (multiplies) the PN-spread transmission signal with a pulse signal having a predetermined pulse width, amplifies the transmission signal as an impulse signal sequence with a power amplifier, and uses a bandpass filter. Only the signal component of the frequency that complies with regulations such as FCC is extracted and sent out from the antenna to the transmission line.
[0011]
On the other hand, received data can be obtained by PN despreading, but for this purpose, it is necessary to obtain synchronization of the received signal. The acquisition of synchronization here means both synchronization of pulse position and synchronization of code phase, and processing time is required.
[0012]
In the conventional UWB transmission system, reception processing is performed by multiplying a received signal by a template pulse and passing the signal through an integration or low-pass filter (LPF).
[0013]
FIG. 8 shows the configuration of a UWB transceiver using conventional sliding correlation. FIG. 9 shows the internal configuration of the baseband circuit in the UWB transceiver shown in FIG. However, in the example shown in the figure, a BPSK (Binary Phase Shift Keying) modulation method is applied, and transmission data is carried only by the I-axis signal, and the Q-axis signal is not used for data transmission.
[0014]
First, the transmission operation will be described. The transmission data is multiplied (modulated) with the spreading code in the baseband circuit. Further, a higher oscillation frequency is obtained by multiplying an oscillation frequency output from a crystal oscillator (VCTCXO) or the like using a PLL and a VCO. The pulse generator generates a pulse signal using this oscillation frequency. The PN-spread transmission signal is modulated (multiplied) with a pulse signal having a predetermined pulse width, the transmission signal that has become an impulse signal sequence is amplified by a power amplifier (PA), and then a bandpass filter (BPF). Only the signal component of the frequency that complies with regulations such as FCC is extracted and sent out from the antenna to the transmission line.
[0015]
When transmitting, set the VCO oscillation frequency to f c Send as. 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 bandpass filter (BPF), and frequency components other than the transmission pulse signal component are removed. The signal that has passed through the bandpass 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 by using a PLL and a VCO to obtain a template pulse by a pulse generator using the same frequency as that at the time of transmission, and the other pulse generator A template pulse whose phase is shifted by 90 degrees is obtained by quadrature modulation. These are multiplied by the received signal in each multiplier to obtain detection signals for the I axis and the Q axis, respectively. Further, these detection signals are applied to a low-pass filter (LPF) to remove high-frequency components, A / D conversion is performed at the peak of the pulse after the filtering, and digital processing is performed in the baseband circuit.
[0017]
In the baseband circuit, each I-axis and Q-axis detection signal is multiplied by a spreading code to be despread, and the despread signal is integrated in an integration dump. The I-axis signal is subjected to FEC (Forward Error Correction) and CRC (Cyclic Redundancy Check code), and the received data is extracted. The Q-axis signal is fed back to the clock generator through a loop filter. The clock generator adjusts the clock generation timing according to the integration output.
[0018]
In the example shown 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 reference for the clock frequency. The VCTCXO can set the oscillation frequency according to 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 is f = f c The template pulse is generated at a frequency higher by Δf than the chip rate so as to be + Δf.
[0020]
In addition, after synchronization is acquired, synchronization is maintained by adjusting the oscillation frequency based on a phase control signal (error signal) that is an integrated output of the Q-axis signal fed back from the baseband circuit.
[0021]
FIG. 10A shows a received pulse waveform, and FIG. 10B shows a received template waveform. As shown in FIG. 10B, the reception-side template waveform is made shorter than the pulse interval T1 at which the pulse interval T2 is transmitted. Such a deviation is not so large when viewed in the received pulse period T1, but becomes larger due to a series of pulses, and is the least common multiple of T1 and T2, that is, T1 × k1 = T2 × (k1 + 1). At the number of pulses k1, the received signal and the received template waveform pulse are shifted by one.
[0022]
This means that the phase of the spread code of the received template waveform is shifted by one with respect to the transmission signal, and by “sliding correlation” 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 process using such a conventional sliding correlation method, first of all, there is a problem that synchronization takes a very long time. When Δf is set large, the synchronization acquisition time is shortened, but the frequency f c + Δf and f after synchronization is acquired (ie, when synchronization is maintained) c Therefore, there is a problem that the response becomes 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 becomes complicated.
[0024]
[Non-Patent Document 1]
Nikkei Electronics, March 11, 2002 issue “Ultra Wideband, a wireless revolutionary child that raises birth” 55-66
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an excellent receiving apparatus and synchronization processing method capable of suitably receiving by multiplying a received signal by a template pulse and passing the signal through an integration or low-pass filter. is there.
[0026]
A further object of the present invention is to multiply a received signal by a template pulse and integrate or low-pass the received signal in an ultra-wide band communication system in which interference wave capability is enhanced in combination with DS-SS (direct spread spectrum). An object of the present invention is to provide an excellent receiving apparatus and synchronization processing method that can perform reception suitably by passing through a filter.
[0027]
It is a further object of the present invention to provide an excellent receiving apparatus and synchronization processing method capable of acquiring synchronization in a short time with a relatively simple component configuration without using a frequency variable type oscillator such as VCTCXO. .
[0028]
[Means and Actions 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 composed of a pulse signal sequence,
Receiving means for receiving a transmission signal;
Pulse generating means for generating a template pulse having a pulse generation interval substantially the same as the transmission signal;
Phase shift means for shifting the generation timing of the template pulse generated by the pulse generation means at a predetermined interval;
Correlation means for correlating each template pulse whose generation timing is shifted by the phase shift means and the received pulse received by the receiving means;
Synchronization acquisition means for acquiring synchronization of a received signal based on a correlation result by the correlation means;
It is a receiver characterized by comprising.
[0029]
The receiving apparatus according to the present invention receives, for example, 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 an ultra-wide band communication system. . For example, by combining with DS-SS (direct spectrum spread), the ability to withstand interference waves can be enhanced.
[0030]
The pulse generation means can be composed of an oscillator that outputs a clock signal having a fixed frequency, and a PLL and a VCO that multiply the clock signal.
[0031]
In the present invention, the sliding correlation is performed by using the phase shift means and shifting the generation timing instead of the reception template pulse generation interval.
[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 per time) c / M) The template pulse generation timing is shifted by one, and M timing shifts are performed for each code phase. The correlation means performs M × K correlation receptions (where K is the code length). Thus, it is considered that the synchronization acquisition means can synchronize the received signal.
[0033]
The timing shift count M of the phase shift means corresponds to the resolution of the timing search. If the timing shift number M is large, more accurate synchronization acquisition can be performed. However, the synchronization acquisition time becomes longer by that amount, and a longer preamble must be transmitted 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 times of timing shift M is not determined and set arbitrarily on the receiver side, but requires a mechanism for performing a predetermined negotiation between the transmitter and the receiver and notifying each other together with a necessary preamble length.
[0035]
In addition, the receiver according to the present invention, after acquiring the synchronization, multiplies the received signal by a template pulse and passes the signal through an integration or low-pass filter, and the timing of the phase shift means is obtained. -The shift amount should be adjusted to maintain synchronization.
[0036]
In the conventional sliding correlation method, the error signal is D / A converted and the oscillation frequency of the VCTCXO is voltage-controlled to maintain the synchronization. In this case, since an analog loop for controlling the oscillation frequency is used, the circuit configuration is complicated.
[0037]
On the other hand, in the sliding correlation method according to the present invention, synchronization is maintained by adjusting the timing shift amount 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 synchronization acquisition, and the apparatus configuration is simplified. Therefore, an oscillator that outputs a fixed frequency, such as TCXO, can be used instead of a frequency variable oscillator such as VCTCXO.
[0038]
Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from more detailed description based on embodiments of the present invention described later and the accompanying drawings.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0040]
FIG. 1 shows the configuration of a UWB transceiver according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows the internal configuration of the baseband circuit in the UWB transceiver shown in FIG. However, in the example shown in the figure, a BPSK (Binary Phase Shift Keying) modulation method is applied, and transmission data is conveyed only on the I axis. Further, as will be described later, sliding correlation is performed to acquire synchronization.
[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 this oscillation frequency. The PN-spread transmission signal is modulated (multiplied) by a multiplier 105 with a pulse signal having a predetermined pulse width, and the transmission signal that has become an impulse signal sequence is amplified by a power amplifier (PA) 104, The filter (BPF) 102 extracts only a signal component having a frequency that conforms to regulations such as FCC, and sends it out from the antenna 101 to the transmission line.
[0042]
On the other hand, at the time of reception, the signal received by the antenna 101 passes through the bandpass filter 102 and the frequency components other than the transmission pulse signal component are removed. The signal that has passed through the bandpass filter 102 is further amplified by a low noise amplifier 110. Further, 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 quadrature modulator 111 obtains a template pulse whose phase is shifted by 90 degrees. These are multiplied by the received signals in multipliers 113 and 114, respectively, to obtain I-axis and Q-axis detection signals. Further, these detection signals are applied to low-pass filters (LPF) 115 and 116, respectively, to remove high-frequency components, and at the peak of the pulse after the filtering, A / D conversions 117 and 118 convert them to digital signals. Digital processing is performed in the band circuit 150.
[0043]
In the baseband circuit 150, each of the I-axis and Q-axis detection signals is multiplied by a spreading code by multipliers 151 and 152, respectively, and despreading is performed, and integration dumps 154 and 155 integrate the despread signals. The I-axis signal is subjected to FEC (Forward Error Correction) 156 and CRC (Cyclic Redundancy Check code) 157, and the 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 integration output.
[0044]
In this embodiment, as shown in FIG. 1, instead of a frequency variable type oscillator such as VCTCXO, an oscillator that oscillates only a fixed frequency such as TCXO 108 is used, and an analog loop for controlling the oscillation frequency is deleted. It has a simple component structure.
[0045]
Further, in the present embodiment, the sliding correlation is performed by using the phase shifter circuit 119 and shifting the generation timing instead of the reception template pulse generation interval. 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 has a period of one cycle (chip interval T c ) Is divided into four equal parts, and the four generation signals from phase # 1 to phase # 4 having the same generation interval but with the generation timing shifted by a quarter of one cycle can be output. The phase shifter circuit 119 can selectively output signals from the phase # 1 to the phase # 4 by the control signal supplied from the baseband circuit 150.
[0047]
In the UWB transceiver according to this embodiment, an oscillator that oscillates only a fixed frequency such as the TCXO 108 is used, and this is 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 this embodiment, T2 = T1. Controlling the pulse generation timing means that the received signal is equivalently oversampled.
[0049]
In the conventional sliding correlation method, since T2 <T1, the number of pulses of the received template signal is one surplus compared to the received signal in the number of pulses k1 where T1 × k1 = T2 × (k1 + 1). 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 receiving template signal does not have a code phase shift with respect to 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 at the time of synchronization acquisition. (Described later).
[0052]
Further, after the synchronization is acquired, the synchronization shift is maintained by adjusting the timing shift amount 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 done.
[0053]
FIG. 4 shows the state of pulses in the sliding correlation method according to the present embodiment. In this embodiment, since the generation timing of the reception template signal is shifted, in the example shown in the figure, there is a time difference of Δt with respect to the reception signal, and it can be seen that the pulse interval is equal between the reception signal and the reception template signal. This time difference Δt is given 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, a preamble part (training signal) for pulse detection and channel estimation is included at the head of the transmission signal. FIG. 5 shows the configuration of the preamble section according to this embodiment. One block shown in the upper part of the figure shows one symbol spread by one spreading code. In the figure, 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 interval is the same, but the generation timing is deviated by 1 / M of one cycle (in the example shown in FIG. 3). The signal of M = 4) is output. The timing shift number M corresponds to the resolution of the timing search by the phase shifter circuit 119.
[0056]
When the transmitter / receiver shown in FIG. 1 receives the preamble and performs synchronization, correlation reception is performed while shifting the generation timing of the received signal by a phase shifter circuit using a certain spreading code.
[0057]
In the example shown in FIG. 5, M timing shifts are performed for one code phase. Therefore, the shift amount Δt per time is Δt = T c / M (T c : Chip interval). After performing a timing search for a certain code phase, the phase shifter circuit shifts the generated code of the code generator for the reception template by one by the code phase control signal output from the synchronization acquisition logic circuit 159 shown in FIG. Also, M timing shifts are performed.
[0058]
In the example shown in FIG. 5, the code length is K, and it is considered that the received signals can be synchronized by performing M × K correlation receptions in total.
[0059]
6 and 7 show how correlation reception is performed by the sliding correlation method according to the present embodiment.
[0060]
FIG. 6 shows the output value of the integral dump circuit when the signal is transmitted, and FIG. 7 shows the output value of the integral dump circuit when the signal is not 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 received 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 oscillation frequency of the VCTCXO is voltage-controlled to maintain the synchronization. In this case, since an analog loop for controlling the oscillation frequency is used, the circuit configuration is complicated.
[0063]
On the other hand, in the sliding correlation method according to the present embodiment, synchronization is maintained by adjusting the timing shift amount 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 synchronization acquisition, and the apparatus configuration is simplified. As shown, an oscillator that outputs a fixed frequency such as TCXO can be used.
[0064]
As described above, the timing shift number M of the phase shifter circuit 119 corresponds to the resolution of timing search, and the period of one cycle is divided equally into M and the generation interval is the same, but the generation timing is M minutes. M signals shifted by 1 (M = 4 in the example shown in FIG. 3) are output. The synchronization of the received signal is obtained by performing M × K correlation receptions in total.
[0065]
If the timing shift number M is large, more accurate synchronization acquisition can be performed. However, the synchronization acquisition time becomes longer by that amount, and a longer preamble must be transmitted 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 times of timing shift M is not determined and set arbitrarily on the receiver side, but requires a mechanism for performing a predetermined negotiation between the transmitter and the receiver and notifying each other together with a necessary preamble length.
[0067]
[Supplement]
The present invention has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can make modifications and substitutions of the embodiment without departing from the gist of the present invention. That is, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the contents described in the present specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the claims section described at the beginning should be considered.
[0068]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, in the ultra-wide band communication system in which interference wave capability is enhanced in combination with DS-SS (direct spectrum spread), a received signal is multiplied by a template pulse, It is possible to provide an excellent receiving apparatus and synchronization processing method capable of preferably performing reception by passing the signal through an integration or low-pass filter.
[0069]
Further, according to the present invention, it is possible to provide an excellent receiving apparatus and synchronization processing method capable of acquiring synchronization in a short time with a relatively simple component configuration without using a frequency variable type oscillator such as a VCTCXO. it can.
[0070]
According to the present invention, in the synchronization acquisition process on the receiver side in the UWB transmission method, it is not necessary to control the frequency of the frequency variable type oscillator such as the VCTCXO by the analog loop, and the frequency fixed type type such as the TCXO. Using an oscillator and a phase shifter circuit, sliding correlation can be performed with a simple component configuration.
[0071]
In the conventional sliding correlation method, since the oscillation frequency of the VCTCXO is controlled, the response from the synchronization acquisition to the reception frequency is a problem (f c + Δf → f c ). On the other hand, in the sliding system according to the present invention, synchronization is acquired without frequency shift by the TCXO and the phase shifter circuit, so that the response problem at the time of synchronization acquisition is alleviated.
[0072]
Further, in the conventional sliding correlation method, Δf c Can not be taken 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 determining the value, 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 need only consider the synchronization accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing 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 illustrating an output example of a phase shifter circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a state of a pulse in the sliding correlation method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a preamble part.
FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which correlation reception is performed by the sliding correlation method according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which correlation reception is performed by the sliding correlation method according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a conventional UWB transceiver using sliding correlation.
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 a 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... Multipliers
154,155 ... Integral dump
156 ... FEC
157 ... CRC
158 ... Loop filter
159 ... logic circuit for acquiring synchronization

Claims (10)

拡散コードと乗算された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第1のテンプレート・パルス及び90degだけ位相のずれた第2のテンプレート・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前記第1及び第2のテンプレート・パルスの発生タイミングを所定の間隔でそれぞれシフトさせる位相シフト手段と、
前記第1及び第2のテンプレート・パルスをそれぞれ受信信号に乗算してI軸及びQ軸それぞれの検波信号を得る第1及び第2の乗算器と、
前記I軸及びQ軸の各検波信号に前記拡散コードをそれぞれ乗算して逆拡散を行なう第3及び第4の乗算器と、
前記I軸の逆拡散信号を積分して受信データを取り出す受信データ処理手段と、
前記Q軸の逆拡散信号を積分して得られる相関受信結果に基づいて前記位相シフト手段によるテンプレート・パルスの発生タイミングを調整する同期処理手段と、
を具備し、
前記同期処理手段は、前記第1及び第2のテンプレート・パルスの発生タイミングを前記位相シフト手段によって所定の間隔毎に順次シフトさせたときの各相関受信結果に基づいて受信信号の同期を獲得する、
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 sequence multiplied by a spreading code ,
Receiving means for receiving a transmission signal;
And pulse generating means for generating a transmission signal and a second template pulses only phase shift first template pulse及beauty 90deg which substantially consists of the same pulse generation interval,
Phase shift means for shifting the generation timings of the first and second template pulses generated by the pulse generation means at predetermined intervals, respectively ;
First and second multipliers for multiplying the received signal by the first and second template pulses, respectively, to obtain I-axis and Q-axis detection signals;
Third and fourth multipliers for performing despreading by multiplying the detection signals of the I axis and Q axis by the spreading code, respectively;
Received data processing means for integrating the I-axis despread signal to extract received data;
Synchronization processing means for adjusting the generation timing of the template pulse by the phase shift means based on a correlation reception result obtained by integrating the despread signal on the Q axis;
Equipped with,
The synchronization processing means acquires the synchronization of the received signal based on each correlation reception result when the timing of generating the first and second template pulses is sequentially shifted by the phase shift means at predetermined intervals. ,
A receiving apparatus.
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。
Receives a signal train of the ultra-wide band communication method combined with DS-SS.
The receiving apparatus according to claim 1.
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 having a fixed frequency, and a PLL and a VCO that multiply the clock signal.
The receiving apparatus according to claim 1.
前記同期処理手段は、受信信号の同期獲得時において、前記位相シフト手段によって、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、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 synchronization processing means divides the chip interval T c into M equal parts by the phase shift means and obtains the generation timing of template pulses by Δt (= T c / M) per time when the synchronization of the received signal is acquired. Shift, perform M timing shifts for each code phase, and perform M × K correlation reception (where K is the code length),
The receiving apparatus according to claim 1.
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。
A means for determining the number M of timing shifts by negotiation with the transmitter side;
The receiving apparatus according to claim 1.
前記同期処理手段は、同期獲得後は、前記Q軸の逆拡散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第1及び第2のテンプレート・パルスの発生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。
The synchronization processing means adjusts the shift amount of the generation timing of the first and second template pulses based on an error signal obtained by integrating the despread signal of the Q axis after acquiring synchronization. Keep sync,
The receiving apparatus according to claim 1.
拡散コードと乗算された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第1のテンプレート・パルス及び90degだけ位相のずれた第2のテンプレート・パルスを生成するパルス生成ステップと、
前記第1及び第2のテンプレート・パルスをそれぞれ受信信号に乗算してI軸及びQ軸それぞれの検波信号を得る検波ステップと、
前記I軸及びQ軸の各検波信号に前記拡散コードをそれぞれ乗算して逆拡散を行なう逆拡散ステップと、
前記第2のテンプレート・パルスの発生タイミングを所定の間隔毎に順次シフトさせながら前記Q軸の逆拡散信号を積分して得られる各相関受信結果に基づいて前記第1及び第2のテンプレート・パルスの発生タイミングを調整する同期処理ステップと、
を具備することを特徴とする同期処理方法。
A synchronization processing method for performing synchronization processing by sliding correlation of a received pulse multiplied by a spreading code and a template pulse,
A pulse generation step of generating a received pulse and the second template pulses only phase shift first template pulse及beauty 90deg which substantially consists of the same pulse generation interval,
A detection step of multiplying the received signal by the first and second template pulses, respectively, to obtain a detection signal for each of the I axis and the Q axis;
A despreading step of performing despreading by multiplying each of the I-axis and Q-axis detection signals by the spreading code;
The first and second template pulses are generated based on each correlation reception result obtained by integrating the despread signal of the Q axis while sequentially shifting the generation timing of the second template pulse at predetermined intervals. A synchronization processing step for adjusting the occurrence timing of
A synchronization processing method comprising:
前記同期処理ステップでは、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、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7に記載の同期処理方法。
In the synchronization processing step, the chip interval T c is equally divided into M, the template pulse generation timing is shifted by Δt (= T c / M) per time, and M times of timing for each code phase are obtained. Shift and perform M × K correlation reception (where K is the code length),
The synchronization processing method according to claim 7.
同期獲得後において、前記Q軸の逆拡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第1及び第2のテンプレート・パルスの発生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7に記載の同期処理方法。
A synchronization that maintains synchronization by adjusting the shift amount of the generation timing of the first and second template pulses on the basis of an error signal obtained by integrating the inversely expanded signal of the Q-axis after acquiring the synchronization. Further comprising a holding step;
The synchronization processing method according to claim 7.
広帯域を利用して送信され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、
固定された周波数を発振する発振器と、
前記発振器から出力される発振周波数を逓倍して搬送波を生成する搬送波生成手段と、
前記搬送波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、
前記の発生タイミングをシフトさせた搬送波を用いて伝送信号と略同一のパルス発生間隔からなる第1のテンプレート・パルス及び90degだけ位相のずれた第2のテンプレート・パルスを生成するパルス生成手段と、
前記第1及び第2のテンプレート・パルスをそれぞれ受信信号に乗算してI軸及びQ軸それぞれの検波信号を得る第1及び第2の乗算器と、
前記I軸及びQ軸の各検波信号に前記拡散コードをそれぞれ乗算して逆拡散を行なう第3及び第4の乗算器と、
前記I軸の逆拡散信号を積分して受信データを取り出す受信データ処理手段と、
前記Q軸の逆拡散信号を積分して得られる相関受信結果に基づいて前記位相シフト手段によるテンプレート・パルスの発生タイミングを調整する同期処理手段と、
を具備し、
前記同期処理手段は、前記第1及び第2のテンプレート・パルスの発生タイミングを前記位相シフト手段によって所定の間隔毎に順次シフトさせたときの各相関受信結果に基づいて受信信号の同期を獲得する、
ことを特徴とする受信装置。
A receiving device for receiving a transmission signal transmitted using a wideband,
Receiving means for receiving a transmission signal;
An oscillator that oscillates a fixed frequency;
Carrier generation means for generating a carrier by multiplying the oscillation frequency output from the oscillator;
Phase shift means for shifting the generation timing of the carrier wave at predetermined intervals;
Pulse generating means for generating a first template pulse having a pulse generation interval substantially the same as a transmission signal and a second template pulse having a phase shift of 90 deg using a carrier wave whose generation timing is shifted;
First and second multipliers for multiplying the received signal by the first and second template pulses, respectively, to obtain I-axis and Q-axis detection signals;
Third and fourth multipliers for performing despreading by multiplying the detection signals of the I axis and Q axis by the spreading code, respectively;
Received data processing means for integrating the I-axis despread signal to extract received data;
Synchronization processing means for adjusting the generation timing of the template pulse by the phase shift means based on a correlation reception result obtained by integrating the despread signal on the Q axis;
Equipped with,
The synchronization processing means acquires the synchronization of the received signal based on each correlation reception result when the timing of generating the first and second template pulses is sequentially shifted by the phase shift means at predetermined intervals. ,
A receiving apparatus.
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