JP2000236286A

JP2000236286A - 通信装置

Info

Publication number: JP2000236286A
Application number: JP3479399A
Authority: JP
Inventors: Norio Hama; 範夫浜
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2000-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】周波数ホッピング方式を用いたデータ通信に
ＡＧＣを有するシステムにおいて、速やかで正確なＡＧ
Ｃの収束と、動作ノイズの影響を受けず低消費電力を実
現する。【解決手段】同期信号と情報信号からなるデータ信号
において、両者の平均電力を一致させるよう送信データ
振幅を設定でき、受信系において同期信号部でＡＧＣを
収束させ、情報信号部ではＡＧＣを停止する。さらに、
周波数ホッピング後は、前に記憶したＡＧＣデータを利
用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線データ通信装
置に関し、特にスペクトラム拡散通信の周波数ホッピン
グ方式に用いられ、さらに1次変調として振幅多重方式
を使用した場合のデータ信号形式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ＡＧＣを正確に動作させるた
めに同期信号を利用する例として、特公平０５−０４３
５８１、特開昭６１−２２０５７８などがある。これ
は、ＴＶの水平同期信号の振幅を検知し、後に続く映像
信号の最大レベルをダイナミックレンジ内に収めるよう
にするもので、映像信号と同期信号のレベル比を決めて
おき、これが一定の値から外れた場合にＡＧＣを動作さ
せるものや、水平同期信号の振幅に応じた検出出力を用
いて増幅器の利得を制御するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明においては、情
報信号は振幅多重信号であるから、この信号のピークを
ダイナミックレンジ内に収めなくてはならない。よって
ＡＧＣ制御は不可欠であるので引例と同様の制御を行な
う必要がある。しかし引例の場合、きめられた一定振幅
の同期信号を用いなければならないので、この値から情
報信号たる映像信号を予測することから、初期的にはレ
ベル誤差が多く発生する。しかし、映像信号であるから
初期のレベル誤差は人間の目には検知されなく、仮に１
フィールド期間（１／６０秒）の映像のレベルがずれて
いてもわからない。そして、これだけの長期間をかけれ
ばＡＧＣは収束するので何の問題も無いわけである。

【０００４】本発明は、デジタル通信装置に適用するも
のであるから、振幅多重方式を用いる情報信号のレベル
を正確に判定するために、速やかにＡＧＣを収束させな
ければならないという課題がある。それは、データ通信
であるからレベルの不確実による誤りは直接伝送品質に
影響し情報の欠落を引き起こすからである。また、ＡＧ
Ｃシステムを連続して動作させることは、動作中のノイ
ズが受信信号に混入する危険をともなう。また消費電力
の増大につながる。

【０００５】特に、周波数ホッピング方式に適用する場
合、一般的に評論されるのに、データ伝送速度が大きく
できないことがある。それは、ホッピングスピードがハ
ードウエアの制限、特にVCOの特性に大きく依存するこ
とがあり、それほど速くできない、また振幅多重するこ
とはホッピングして周波数が変わるたびにいちいち上記
のようなレベル判定をして、AGCを収束させなければな
らないということがあり、振幅多重は無理であるという
ことが長らく言われていた。

【０００６】また同期信号を利用するにあたっては、従
来から使用されてきた同期信号を利用できれば都合がよ
い。データ通信システムにおいてもこのことが重要にな
る。

【０００７】たとえばIEEE802.11の無線LANの標準規格
をより高スピードに拡張するような場合など、すでに標
準として信号フォーマットがきめられているような通信
方式を従来の標準と互換性（相互運用性）をとりながら
拡張するような場合に特に課題となる。

【０００８】本発明は、データ通信用として使用するシ
ステムにＡＧＣを有している場合、速やかで正確なＡＧ
Ｃの収束を実現するデータ信号形式を提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の通信装置は、データ信号を変調して無線信
号に変換して空間に放射する送信手段と、前記無線信号
を受信し検波して前記データ信号を抽出する受信手段か
らなる通信装置において、前記データ信号は同期信号と
情報信号からなり、前記同期信号は一定振幅信号、情報
信号は振幅多重信号で構成され、前記同期信号の平均電
力は、情報信号の平均電力と等しいことを特徴とする。

【００１０】さらに、前記データ信号の振幅値を任意に
設定する、振幅設定手段を有することを特徴とする。

【００１１】さらに初期計測された，前記同期信号の平
均電力値を記憶し、断続的に送信される続行するデータ
信号受信時に前記値を使用することを特徴とする。

【００１２】さらに前記通信装置は、周波数ホッピング
方式を用いることを特徴とする。

【００１３】さらに前記周波数ホッピング方式に使用さ
れる各信号は、同期信号部と情報信号部を備えることを
特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】第１図は、本発明による通信装置
のブロック図である。図においては、この他無線通信に
必要なフィルタ、ＰＬＬなどの回路は省略して記載して
いる。

【００１５】送信データ生成回路３８において生成され
た情報信号（１，０の２値信号）は、シリアルパラレル
変換回路３７でパラレル化され複数データチャネルが生
成される。ここで、各チャネルの相互干渉が無くなるよ
うな処理をおこなう。これは、例えば、互いに直交関係
にあるデータ系列を乗算したスプレッドスペクトラム処
理がある。このあと各チャネル信号を加算し、情報信号
は振幅多重化される。

【００１６】また、パラレル変換後のビットタイミング
ごとのデータ組み合わせを行い、ある振幅を割り当てる
処理が考えられる。例えば、４ｂｉｔの組み合わせであ
れば、１６種類の振幅値が生成されることになる。

【００１７】次に、送信データ構成回路３９で、送信デ
ータ系列が構成される。前述の情報信号の直前に、同期
信号が挿入される。同期信号は受信回路において、ビッ
ト同期をとるために必要であるが、本発明においては、
ＡＧＣ制御をこの信号において行う。同期信号ＲＡＭ４
０は、同期信号符号形式が記憶されている。

【００１８】生成された送信データ系列は、振幅値設定
回路３６において、実際に送信される各振幅レベルに変
換される。例えば、同期信号は振幅Ａレベルに設定する
と、出力値は±Ａレベルとなる。よって、同期信号の振
幅レベル設定を任意に変更できる特徴を持っている。ま
た、情報信号は振幅多値だが、これも各振幅レベルを任
意に設定できる。例えば、振幅最小と最大の間を線形に
振幅レベル設定、あるいは、振幅の小さい部分は、分解
能を上げるため、細かく振幅レベル設定することもでき
る。

【００１９】このようにして、設定された送信データ系
列はＤ／Ａ変換回路３５で、アナログ信号に変換され
る。後は、変調回路３４で第２局部発振回路７からの信
号を利用して変調し中間周波信号（ＩＦ信号）を生成
し、中間周波増幅回路３３で増幅後、さらに第１局部発
振回路４からの信号を利用して、周波数変換回路３２に
おいて、無線周波信号（ＲＦ信号）に変換する。そし
て、高周波増幅回路３１で所定のレベルまで電力増幅を
行って、送信受信切り替え回路３０を経て、アンテナ１
から電波として空間に放射される。

【００２０】発振回路４は、周波数ホッピング方式を行
うため、発振周波数を随時変更させる周波数設定回路２
５からの信号をうけて、周波数が決められる。通常はこ
れをＰＬＬ回路が受け持つが、詳細は省略する。本発明
では、第１局部発振回路４は、単にＲＦキャリアを発生
させるだけのものだが、他にも変調信号を入力すること
で直接変調させる例もある。この場合は変調回路３４は
不要である。

【００２１】変調回路３４は、位相が直交関係にある２
軸（Ｉ，Ｑ軸）上のデータ系列を使用する場合は、直交
変調回路として用いられる。

【００２２】次に、別の通信装置から到来した電波を受
信する様子を説明する。

【００２３】アンテナ１において受信したＲＦ信号は、
送信受信切り替え回路３０を経て高周波増幅回路２に入
力され増幅される。さらに周波数変換回路３において、
第１局部発振回路４からの信号を利用してＩＦ信号に変
換される。発振回路４は、周波数設定回路２５からの信
号により、受信された周波数ホッピング信号の周波数に
同期して周波数を随時変化させる。

【００２４】ＩＦ信号は、中間周波増幅回路５において
増幅される。増幅回路５は、外部制御電圧によって利得
を可変できるもので、受信開始時は、利得が最大になる
ように制御電圧が設定されている。増幅された後、直交
復調回路６において第２局部発振回路７の信号を利用し
て直交復調されて、ベースバンド信号が取り出される。
この信号は、送信側において生成されたデータ信号（帯
域制限されたアナログ信号）であり、信号処理ＩＣ２４
に入力される。信号処理ＩＣ２４の内部にはＡ／Ｄ変換
回路８があり、振幅多重信号をデジタル値に変換して信
号処理回路２１に送られる。中間周波増幅回路に対して
行なわれるＡＧＣは、Ａ／Ｄ変換回路８のダイナミック
レンジを有効に使用するために起動される。

【００２５】ＩＦ信号は、増幅回路５のほかに増幅回路
２３にも供給される。増幅回路２３は、第２図にあるよ
うに、入力信号レベル（ｄＢ）に対して電圧か比例して
出力される。これにより、信号レベルと出力電圧（ＲＳ
ＳＩ信号）の関係が保たれる。ＲＳＳＩ信号は、Ａ／Ｄ
変換回路９に入力され、デジタル値に変換される。

【００２６】このデジタル値は、あらかじめＲＡＭ１３
に書かれたこれに対応するＡＧＣ制御電圧値（デジタル
値）に変換される。続いて加算回路１４に入力される。
この時、単位データ出力回路１１からのデータは０にな
っているので、加算回路１４の出力値は、ＲＡＭ１３か
らのみの値となる。

【００２７】次に、この出力値はＤ／Ａ変換回路１５に
より、アナログ値に変換されて出力される。量子化雑音
の周波数の高い成分は、フィルタ２０で取り除かれる。
また、これはＡＧＣループの応答性を決めている。出力
されたアナログ値はＡＧＣ制御電圧であり、ここで受信
直後に設定された利得最大の状態から、ＲＳＳＩ信号に
よって決められた、概略Ａ／Ｄ変換回路８のダイナミッ
クレンジに近い信号レベルになるような利得設定がされ
た。この一連の動作を利得の疎制御と表現し、この時点
での制御電圧を疎制御信号と表現する。

【００２８】次にＡ／Ｄ変換回路８の出力はほぼ適当な
振幅であるが、精度よくダイナミックレンジにあってい
るわけではないので、さらに細かい振幅レンジの調整動
作が行なわれる。Ａ／Ｄ変換回路８の出力は、スイッチ
２２ａを通して２乗回路１９に入力される。ここで振幅
多重信号を各サンプルで２乗処理する。さらに、この出
力を一定数加算する加算回路１７を経て、２乗平均回路
１８により平均値を求める。そして、スイッチ２２ｂを
経て比較回路１０において、比較値出力１６と比較され
る。

【００２９】もし、この平均値が比較値出力１６の値に
比較して大きければ、“１”を出力する。次に単位デー
タ出力回路１１は、単位データに負号をつけて出力す
る。単位データの数値は、レジスタ１２で保管してお
り、利得制御の精度は、この値が小さいと良くなり、大
きいと悪くなる。また、利得制御の収束性は、前者は遅
く、後者は速くなる。

【００３０】さて、単位データ出力回路１１からの負号
のついた単位データは、加算回路１４において疎制御信
号と加算される。この場合加算結果は疎制御信号よりも
小さくなり、増幅器５に印加される制御電圧は下がるの
で、利得はわずかに低下する。

【００３１】これで、AGCループ内部を一周したことに
なる。

【００３２】また、逆にこの平均値が比較値出力１６の
値に比較して小さければ、比較回路１０は“０”を出力
し、単位データ出力回路１１は、単位データに正号をつ
けて出力する。これで、増幅器５の利得はわずかに増加
する。

【００３３】この一連の動作を密制御、そしてこの時点
での制御電圧を密制御信号と表現する。

【００３４】密制御において比較される比較値出力１６
の値は基準信号電力を表しており、これと同期信号の２
乗平均値すなわち受信データの信号電力と比較される。
これらがほぼ等しくなるようにＡＧＣは収束する。そし
て、収束は同期信号が終わるまでに行なわれる。

【００３５】第１図のスイッチ２２ａ、２２ｂは、閉ル
ープを開放するためのスイッチである。フレーム部５２
に入るとスイッチは開放される。この方法の他にもフレ
ーム部５２における制御電圧の安定化を図るには、もし
ＡＧＣ制御においてノイズ発生の問題がなければ、スイ
ッチ２２ａ，２２ｂは開放せず（配置せず）、代わりに
レジスタ１２に記載される単位データの数値を小さくす
るように書きかえると、実質利得制御が遅くなり、制御
電圧の安定化が図られる。

【００３６】第３図は、本発明における通信装置が使用
する送信データ系列である。

【００３７】ビット同期部５０はいわゆる同期信号の部
分であり、数百ｂｉｔの“１”“０”の交番信号や一定
の繰り返しパターンが挿入されている。これにより、ビ
ット同期や、スプレッドスペクトラム通信における拡散
コード検出を行う。フレーム制御部５１は、通信相手を
記したＩＤやデータ長、ビットレートなどが記載されて
いる。５０，５１は、第１図の同期信号ＲＡＭ４０から
出力されるデータ列である。続いてフレーム部５２には
情報信号が記載されている。この部分は、大量の情報信
号を伝送するため振幅多重信号になっており、受信回路
においてパラレルシリアル変換されて、情報信号が取り
出せる。この部分は振幅情報が情報の一部になるのでＡ
ＧＣ制御を行い、Ａ／Ｄ変換回路８のダイナミックレン
ジを有効に使って受信信号の信号品質を確保する必要が
ある。そして最後に誤り検出のためのパリティビット５
３が付加されている。

【００３８】第４図は、各部の信号波形をＡ／Ｄ変換回
路８の入力点で観測したものである。

【００３９】本来は、伝送系に帯域制限フィルタが挿入
されているので、波形４３は２乗余弦波形等の帯域制限
波形になる。ここでは、波形の理解のため矩形波形で表
現する。

【００４０】また、ビット同期部５０は末端部分から表
現している。

【００４１】ビット同期部５０は、一定振幅の１，０信
号が連続する。またフレーム制御部５１も一定の振幅に
なっている。ビット同期部５０は、十分に密制御動作が
進み収束した状態での様子である。

【００４２】各部において、フレーム部５２以外は、デ
ータ量としては大きくはなく、１，０の判別さえできれ
ば問題はない。逆にフレーム部５２は、正確なレベル検
出が必要になるが、フレーム部５２が来たところでＡＧ
Ｃを起動していたのでは間に合わない。そこでビット同
期部５０を利用する。ビット同期部５０にて平均電力を
計算し、前述のようにＡＧＣ密制御をさせることで、フ
レーム部５２において直ちにダイナミックレンジの一致
する振幅多重信号を受け入れることができる。

【００４３】この場合、ビット同期部５０の末端におい
て密制御動作を終了させＡＧＣの閉ループ制御を開放す
る。最終結果を記憶して、これをもって増幅回路５の利
得を保つようにする。これにより、フレーム部５２では
振幅多重信号を正確に判別することができる。

【００４４】第４図において、４２ａ−４２ｂはＡ／Ｄ
変換回路８のダイナミックレンジ、４１ａは２乗平均値
（ＤＣ成分のぞく平均電力）を平方根した値、４４はＤ
Ｃ成分（信号の平均値）である。ビット同期部５０の末
端では、フレーム部５２の平均電力と等しくなる。例え
ば、第７図にあるような振幅多重信号の振幅分布は２項
分布であるが、この分散は７／４である。この平方根の
値に対応する電圧値（計算値）をＡ／Ｄ変換回路８のダ
イナミックレンジに合わせて決めておき、これを第１図
における比較値出力１６から出力される基準値とするこ
とができる。この基準値と、受信された振幅多重信号の
２乗平均値の平方根に対応する電圧値（上記の計算と同
じ方法で求めた）を比較回路１０で比較する。

【００４５】第５図は、受信開始からの受信信号のＡ／
Ｄ変換回路８における振幅レベル変化を示す。ビット同
期部５０の初期は、増幅回路５の利得は最大なのでＡ／
Ｄ変換回路８ダイナミックレンジ４２ａ−４２ｂで振幅
がクリップされている。その後、ＡＧＣにより利得が適
正化され、ビット同期部５０の末端でＡＧＣ制御は収束
している。

【００４６】第６図は、本発明の通信装置のＡＧＣ制御
を行った場合の、増幅回路５への制御電圧の時刻変化の
様子を示す。時刻経過とともに制御電圧６５が一定の電
圧値に収束していくことがわかる。図において時刻６０
は、受信系が動作を開始した時刻である。この時電圧６
５は最大電圧値６４となり、増幅回路５の利得は最大と
なる。これは微小な受信信号を受信し、信号品質を確保
するために必要な動作である。次に、時刻６１において
疎制御動作が終了してある電圧が決定される。

【００４７】さらに密制御動作に移行し制御電圧６５を
適正な電圧に収束させる。そして時刻６２においてビッ
ト同期部５０が終了して、ＡＧＣ制御が停止する。デー
タ出力回路１１において密制御によるデータが固定され
るので、制御電圧６５は最終的に固定され、フレーム部
５２とパリティビット５３が終了するまで一定電圧を出
力する。

【００４８】第７図は、本発明の通信装置における振幅
値設定回路３６の振幅値設定例を示す図である。この例
ではD／A変換回路３５のダイナミックレンジは、６ビッ
ト（６４レベル）としている。ビット同期部５０に用い
る振幅値は±１０レベルである。そして、フレーム部５
２に用いる振幅値として例えば±４種類の振幅を設定す
る。それぞれの発生確率は２項分布にしたがっている。
それぞれの具体的な設定レベルは、±１は±４レベル、
±２は±１２レベル、±３は±２０レベル、±４は±２
８レベルとなっている。これらは任意に決定できるの
で、フレーム部５２の振幅レベルを変更した場合、ビッ
ト同期部５０の振幅レベルを独立して変更することがで
きる。

【００４９】本発明によれば、フレーム部５２の期間は
ＡＧＣを動作させないので、増幅回路５の利得は変化し
ない。ＩＣ２４内部でのＡＧＣ部分の動作も停止するの
で、不要なノイズが発生することが無い。また、消費電
力の節約になる。

【００５０】もちろん、ノイズの発生が許容値以下で消
費電力が問題にならない場合は、フレーム部５２におい
てＡＧＣを停止させずに、動作させ続けてもよいことは
言うまでもない。この場合でも、フレーム部においてい
きなりＡＧＣを制御開始するのでは、フレーム部の初期
データが欠落するので、同期信号を使用しこれを防ぐ効
果は大きい。

【００５１】第８図は、本発明を周波数ホッピング方式
に適用した場合の、受信信号のＡ／Ｄ変換回路８におけ
る振幅レベル変化を示す。

【００５２】第５、６図で述べたように、ビット同期部
５０をつかって、ＡＧＣ制御を収束させているが、密制
御動作で制御電圧６５が収束したのち、フレーム部５２
を受信する。そして、周波数ホッピングを行うため、フ
レーム部５２は終了し、周波数変更期間７１で周波数が
変更される。そして、周波数が変更された後、次のフレ
ーム部７２が受信される。すでに、データ出力回路１１
において密制御によるデータが固定されており、よって
制御電圧６５は一定の値に決まっているので、フレーム
部７２の受信は、振幅値を誤ること無く判別でき、Ａ／
Ｄ変換回路のダイナミックレンジを有効に使うことがで
きる。

【００５３】また、各フレーム部７２の直前に短いビッ
ト同期部７３を挿入してもよい。これにより周波数が変
更された直後の微小な振幅変動を密制御動作で修正する
ことができる。

【００５４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の通信装置に
おける信号形式を利用することにより、ＡＧＣを使用す
るシステムにおいては、情報信号が受信される期間はす
でにダイナミックレンジが適正になるようにＡＧＣの制
御が済んでおり増幅回路の利得は変化しないので、振幅
多重信号を安定して確実に受信することができる。

【００５５】それに、これは周波数ホッピング方式で通
信を行う場合に、フレーム部５２、７２の情報量を増加
して送信させる場合、有効な手段となる。

【００５６】また、情報信号受信中はＡＧＣは動作しな
いのでＩＣから発生するノイズの影響を受けることはな
く、情報信号の品質は向上する。また、消費電力を減ら
すことができるので、小型で電池寿命の長い通信装置を
構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による通信装置のブロック図である。

【図２】本発明の通信装置の、増幅器２３における入力
信号レベルと出力電圧の関係を示す図である。

【図３】本発明の通信装置が使用する送信データ系列を
示す図である。

【図４】本発明の通信装置の信号波形をＡ／Ｄ変換回路
８の入力点で観測した図である。

【図５】本発明の通信装置の受信開始からの受信信号の
Ａ／Ｄ変換回路８におけるレベル変化を表した図であ
る。

【図６】本発明の通信装置のＡＧＣ制御を行った場合
の、増幅回路５への制御電圧の時間変化を表した図であ
る。

【図７】本発明の通信装置における振幅値設定回路３６
の振幅値設定例を示す図である。

【図８】本発明を周波数ホッピング方式に適用した場合
の、受信信号のＡ／Ｄ変換回路８における振幅レベル変
化を示す図である。

【符号の説明】１．アンテナ２．高周波増幅回路３．周波数変換回路４．第１局部発振回路５．中間周波増幅回路６．直交復調回路７．第２局部発振回路８．Ａ／Ｄ変換回路９．Ａ／Ｄ変換回路１０．比較回路１１．データ出力回路１２．レジスタ１３．ＲＡＭ１４．加算回路１５．Ｄ／Ａ変換回路１６．比較値出力１７．加算回路１８．２乗平均回路１９．２乗回路２０．フィルタ２１．信号処理回路２２．ａ、ｂスイッチ２３．増幅回路２４．ＩＣ２５．周波数設定回路２６．送信受信切り替え回路２７．高周波増幅回路２８．周波数変換回路２９．中間周波増幅回路３０．直交変調回路３１．Ｄ／Ａ変換回路３２．振幅値設定回路３３．シリアルパラレル変換回路３４．送信データ生成回路３５．送信データ構成回路３６．同期信号RAM ３７．ａ，ｂ２乗平均値の平方根３８．ａ，ｂＡ／Ｄ変換回路８のダイナミックレ
ンジ３９波形４０．ＤＣ成分４１．ビット同期部４２．フレーム制御部４３．フレーム部４４．パリティビット４５．受信系が動作を開始した時刻４６．疎動作が終了した時刻４７．ビット同期部を受信し終えた時刻４８．受信系が動作を停止した時刻４９．最大電圧値５０．制御電圧値５１．周波数変更期間５２．フレーム部５３．ビット同期部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】データ信号を変調して送出する送信手段
と、前記信号を受信し検波して前記データ信号を抽出す
る受信手段からなる通信装置において、前記データ信号
は同期信号と情報信号からなり、前記同期信号は一定振
幅信号、情報信号は振幅多重信号で構成され、前記同期
信号の平均電力は、情報信号の平均電力と等しいことを
特徴とする通信装置。
【請求項２】前記データ信号の振幅値を任意に設定す
る、振幅設定手段を有することを特徴とする請求項１記
載の通信装置。
【請求項３】初期計測された，前記同期信号の平均電
力値を記憶し、断続的に送信される続行するデータ信号
受信時に前記値を使用することを特徴とする、請求項２
記載の通信装置。
【請求項４】前記通信装置は、周波数ホッピング方式
を用いることを特徴とする、請求項３記載の通信装置。
【請求項５】前記周波数ホッピング方式に使用される
各信号は、同期信号部と情報信号部を備えることを特徴
とする、請求項４記載の通信装置。