JP2007166354A - 送受信装置とそのパスサーチ回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の送受信回路は、Rake合成を行うための受信信号の遅延時間の計算に多くの消費電力が必要である問題があった。
【解決手段】本発明の送受信装置は、受信信号の遅延プロファイルを生成する受信信号電力計算部41と、遅延プロファイル内で所定の電力値よりも大きな電力となる有効ピークを検索し、有効ピークのうち最大電力となる有効ピークの遅延時間を示す最大ピーク遅延時間情報S1と、有効ピークの電力値を示すピークレベル情報S2とを出力する有効ピーク判定部42と、受信信号電力計算部41が遅延プロファイルを生成する期間を切り替える動作切り替え信号S3をピークレベル情報S2に基づき生成するパスサーチ動作制御部43とを有し、受信信号電力計算部41は、動作切り替え信号S3に基づき第1の期間内の遅延プロファイルを生成し、あるいは第1の期間よりも短い期間の第2の期間内の遅延プロファイルを生成するものである。
【選択図】図1

Description

本発明にかかるスペクトラム拡散通信方式のパスサーチ回路は、特に複数の経路を伝播して受信される信号の信号電力の有効ピークをサーチするパスサーチ回路に関する。
近年、携帯電話システム等の無線システムでは、スペクトラム拡散通信が多く用いられている。このスペクトラム拡散通信は、送信側機器において拡散符号としてPN(擬似乱数:Pseudo-random Number)コードを用いて伝送信号を変調することによって、伝送信号のスペクトラムを拡散する。また、受信側機器においては、送信側機器と同じPNコードを用いて受信した伝送信号を逆拡散することによって、伝送信号の復調を行う。
また、送信側機器と受信側機器との間で通信される伝送信号は、電波である。そのため、受信側機器で受信する伝送信号には、機器間を直接伝播する直接波に加えて、建物等の遮蔽物に反射して伝播される干渉波が混在することになる。一般的に、干渉波は、直接波に比べて到達遅延時間が不安定な信号であるためノイズとなる。しかしながら、この遅延時間を把握して、受信側機器で直接波に干渉波を加えることができれば、受信する伝送信号の電界強度を増大することができ、伝送信号のS/N(Signal/Noise)比を高めることができる。このように、直接波に干渉波を合成して受信信号を増強する手法をRake合成という。
Rake合成を用いた従来の送受信回路100のブロック図を図6に示す。図6に示す送受信回路100は、アンテナ101、送受信フィルタ102、送信ブロック110、受信ブロック120を有している。
送信ブロック110は、音声信号を検出して伝送信号を生成する。送信ブロック110の動作を説明する。まず、マイク114によって音声信号を検出する。検出された音声信号は、送信音声処理部113でデジタル信号に変換される。ベースバンド送信部112は、RF(Radio Frequency)信号に2段階の変調処理を行う。変調処理は、RF信号に対して前述のデジタル信号を用いて変調を行う一次変調と、一次変調されたRF信号に対してPNコードを用いて変調を行う二次変調とによって行われる。ベースバンド送信部112によって、変調されたRF信号は、送信RF部111で増幅され、送受信フィルタ102とアンテナ101とを介して送信される。
受信ブロック120は、受信した伝送信号から音声信号を生成する。受信ブロック120の動作を説明する。まず、アンテナ101と送受信フィルタ102を介して受信RF部121が伝送信号を受信する。受信された伝送信号は受信RF部121で増幅され、受信信号電力計算部122に送信される。受信信号電力計算部122では、受信した伝送信号に対してPNコードを用いた逆拡散を行い所定期間に受信した伝送信号の遅延プロファイルを計算する。この逆拡散は、所定期間に受信した伝送信号に対してタイミングをずらした複数のPNコードを用いて行われる。図7に遅延プロファイルの一例を示す。遅延プロファイルは、縦軸にタイミングをずらした複数のPNコードによって逆拡散された伝送信号の電力が示され、横軸にタイミングのずれ量(時間)が示される。図7に示すように、伝送信号は、タイミングT3とT4との間と、タイミングT5とT6との間とで他に比べて電力が大きくなっている。ここで、図7に示す時間は、信号の到達時間の遅延として捉えることができる。受信信号電力計算部122は、図7に示す電力と時間とを関連付けて遅延プロファイルをメモリに記憶する。
有効ピーク判定部123は、遅延プロファイルより電力が所定の値以上となっている有効ピークとその有効ピークに対応する時間を検索し、検索した時間に基づきベースバンド受信部124を制御する。有効ピークに対応する時間を検索する範囲をパスサーチ範囲と称す。ベースバンド受信部124は、複数のベースバンド受信回路を有する。複数のベースバンド受信回路は、それぞれ有効ピーク判定部123が検索した有効ピークの遅延時間の1つに対応して動作する。それぞれのベースバンド受信回路は、有効ピークの遅延時間を考慮して受信RF部121から入力される伝送信号の逆拡散を行う。電力合成部125は、複数のベースバンド受信回路の出力信号を合成する。これによって、電力合成部125が出力するベースバンド信号は、有効ピークの電力を合成した信号となる。ベースバンド信号は、受信音声処理部126で音声信号となり、スピーカー127より出力される。
このように、Rake合成を行うことで受信した伝送信号の電力を増強と、伝送信号のS/N比の向上が可能である。また、Rake合成を行う場合に有効ピークを検索する方法の他の例が特許文献1、2、3に開示されている。
特開2000−22665号公報 特開2003−87153号公報 特開2004−80298号公報
しかしながら、従来の送受信回路100は、Rake合成を行うために、伝送信号を受信するごとに全範囲に対して遅延プロファイルの計算を行わなければならない。また、有効ピーク判定部123は、遅延プロファイルの全てをパスサーチ範囲として有効ピークの検索を行っている。そのため受信ブロック120での消費電力が増大する問題があった。
また、特許文献1、2、3に開示される技術は、パスサーチ範囲を限定することで有効ピーク検索にかかる消費電力の低減を行うものである。しかしながら、伝送信号を受信するごとに全範囲に対して遅延プロファイルの計算を行っているために、受信電力計算部の消費電力を削減することができない問題がある。
本発明にかかる送受信装置は、受信信号の遅延プロファイルを生成する受信信号電力計算部と、前記遅延プロファイル内において所定の電力値よりも大きな電力となる有効ピークを検索し、前記有効ピークのうち最大の電力となる最大有効ピークに対応する遅延時間を示す最大ピーク遅延時間情報と、前記有効ピークの電力値を示すピークレベル情報とを出力する有効ピーク判定部と、前記受信信号電力計算部が遅延プロファイルを生成する期間を切り替える動作切り替え信号を前記ピークレベル情報に基づき生成するパスサーチ動作制御部とを有し、前記受信信号電力計算部は、前記動作切り替え信号に基づき第1の期間内の遅延プロファイルを生成し、あるいは前記最大ピーク遅延時間情報によって指定される時間を含み前記第1の期間よりも短い期間で設定される第2の期間内の遅延プロファイルを生成するものである。
本発明にかかる送受信回路によれば、遅延プロファイル中に有効ピークがある場合、受信信号電力計算部は、次のタイミングで受信する伝送信号からは短い期間を指定する第2の期間内でのみ遅延プロファイルの生成を行う。これによって、受信信号電力計算部の計算量を削減されるため、受信信号電力計算部での消費電力を低減することが可能である。また、有効ピーク判定部は、生成された遅延プロファイル内のみで有効ピークの検索を行う。つまり、有効ピーク判定部は、遅延プロファイルが第2の期間内において生成されたものである場合、第2の期間の範囲内での有効ピークの検索を行う。これによって、有効ピーク判定部の計算量を削減できるため、有効ピーク判定部での消費電力を低減することが可能である。
本発明にかかる送受信回路によれば、遅延プロファイル生成及び有効ピークの検索に関する消費電力を低減することが可能である。
本発明にかかる送受信回路は、例えばスペクトラム拡散通信方式の無線通信に用いられる。スペクトラム拡散通信は、PNコードを用いて伝送信号を変調し、伝送信号のスペクトラムを拡散することで、帯域幅を有効に利用する方法である。ここで、スペクトラム拡散通信の変調方法には、直接拡散変調(DS:Direct Sequence)や周波数ホッピング変調(FH:Frequency Hopping)などがあるが、以下の説明では、一例として直接拡散変調を行う場合について説明する。また、本発明にかかる送受信回路は、Rake合成を行い受信した伝送信号の電力を増強する。
スペクトラム拡散通信方式について説明する。スペクトラム拡散通信では、所定の周波数を有する伝送信号をPNコードで変調することによって、伝送信号のスペクトラムを拡散し、信号の電力レベルを低減する。つまり、送信側機器から送信される電波(伝送信号)は、元の伝送信号より広いスペクトラムと低い電力レベルとを有する。このような電波を受信し、元の伝送信号に戻すためには、逆拡散という処理を行う。逆拡散は、受信した伝送信号の変調に用いられたPNコードと同位相であって、同一のPNコードを受信側機器で生成し、受信した伝送信号をこの生成したPNコードで再び変調を施すことで行う。これによって、受信した伝送信号は、スペクトラムが狭く、電力レベルが大きな信号となる。また、スペクトラム拡散通信方式では、受信した伝送信号の変調に用いられたPNコードと異なる位相、あるいは異なるPNコードで受信した伝送信号を変調すると、受信した伝送信号のスペクトラムはさらに広がり、電力レベルはさらに低下する特徴がある。
また、PNコードは、擬似的な乱数に基づいてハイレベル(例えば、電源電位)とロウレベル(例えば、接地電位)とが切り替わるクロック信号である。PNコードのハイレベルとロウレベルとの切り替わり時間の最小単位は、一般的に送信するデータの切り替わり時間の最小単位の数分の一である。つまり、PNコードは、送信するデータの数倍の周波数を有する。以下の説明においては、このPNコードの切り替わり時間の最小単位を1チップ区間と称し、送信するデータの切り替わりの最小単位を1ビット区間と称す。
本発明にかかる送受信回路の一態様を以下で図面を参照して説明する。図1に本発明にかかる送受信回路1のブロック図を示す。送受信回路1は、アンテナ10、送受信フィルタ11、送信ブロック20、受信ブロック30を有している。
送信ブロック20は、マイク21、送信音声処理部22、ベースバンド送信部23、送信RF部24を有している。マイク21は、音声を検出する。送信音声処理部22は、マイク21で検出された音声信号をデジタル音声信号に変換する。ベースバンド送信部23は、デジタル音声信号とPNコードとを用いてRF信号を変調して、送信信号を生成する。この変調には、デジタル音声信号によってRF信号を変調する一次変調と、一次変調されたRF信号にさらにPNコードによる変調を行う二次変調とがある。この2つの変調を行うことでベースバンド送信部23は、送信信号を生成する。送信RF部24は、送信信号を増幅して、送受信フィルタ11とアンテナ10とを介して伝送信号を出力する。
受信ブロック30は、受信RF部31、ベースバンド受信部32、電力合成部33、受信音声処理部34、スピーカー35、パスサーチ回路40を有している。受信RF部31は、アンテナ10、送受信フィルタ11を介して受信した伝送信号(例えば、受信信号)を増幅し、後段に接続される回路に出力する。ベースバンド受信部32は、複数のベースバンド受信回路を有している。複数のベースバンド受信回路は、それぞれ有効ピーク判定部42より与えられる遅延情報に対応した遅延を有するPNコードを用いて受信信号の逆拡散を行う。有効ピーク判定部42の詳細は後述する。
電力合成部33は、複数のベースバンド受信回路の出力を合成して1つのベースバンド信号を生成する。受信音声処理部34は、電力合成部33の出力よりアナログ音声信号を生成し、スピーカー35より音声信号を出力する。
パスサーチ回路40は、受信信号の遅延プロファイルを生成して、遅延情報を複数のベースバンド受信回路に送信する。パスサーチ回路40の詳細なブロック図を図2に示し、これを参照してパスサーチ回路40について詳細に説明する。
図2に示すように、パスサーチ回路40は、受信信号電力計算部41、有効ピーク判定部42、パスサーチ動作制御部43を有している。また、受信信号電力計算部41は、制御部411、PNコード発生器412、逆拡散部413、積分器414、デュアルポートRAM415を有している。有効ピーク判定部42は、サーチャー回路421、最大ピーク電力検出部422、最大ピーク電力検出部422を有している。パスサーチ動作制御部43は、比較器431を有している。
受信信号電力計算部41は、受信信号の遅延プロファイルを生成して記憶する。この遅延プロファイルを生成する期間を最大ピーク遅延時間情報S1と動作切り替え信号S3とに基づき制御部411が制御する。最大ピーク遅延時間情報S1と動作切り替え信号S3とについては後述する。PNコード発生器412は、PNコードを生成する。逆拡散部413は、PNコード発生器412が生成したPNコードの位相をずらし、ずらした各PNコードを用いて受信信号の逆拡散を行う。ここで、逆拡散に用いられるPNコードは、例えばPNコードのレベルが変化する最小単位を1チップとすると、1/2チップずつ位相を遅らせたものである。
積分器414は、逆拡散部413が出力する信号を積分し、受信信号電力レベルを出力する。デュアルポートRAM415は、受信信号電力レベルの値とその値に対応するPNコードのずれ量とを関係付けた遅延プロファイルを記憶する。
つまり、PNコード発生器412受信信号の変調に用いられたPNコードと同位相、かつ、同一のPNコードを生成し、PNコード発生器412が生成するPNコードの位相を少しずつ遅延させながら逆拡散部413で受信信号の逆拡散を行うことで、所定のタイミングで電力レベルのピークを検出することができ、電力レベルがピークとなった時のずれ量から信号の遅延時間を検出することが可能である。したがって、受信信号電力計算部41は、この遅延時間と電力レベルとに基づいて遅延プロファイルを生成する。この遅延プロファイルのテーブルの一例を図3に示す。図3に示す遅延プロファイルのテーブルは、デュアルポートRAM415に記憶されるものであって、アドレスが遅延時間に対応しており、アドレスに対応してそのタイミングでの電力レベルが記憶されている。
有効ピーク判定部42は、デュアルポートRAM415に記憶された遅延プロファイルを検索し、所定値以上の電力レベルを有効ピークとして判定し、有効ピークに対応した遅延時間の情報をそれぞれ、複数のベースバンド受信回路に送信する。遅延プロファイルの検索と遅延時間の送信はサーチャー回路421が行う。また、サーチャー回路421は、有効ピークのうち最大の電力レベルを示すピークレベル情報S2をパスサーチ動作制御部43に送信する。
さらに、有効ピーク判定部42の最大ピーク電力検出部422は、有効ピークのうち最大レベルのピークが発生した遅延時間を示す最大ピーク遅延時間情報S1を受信信号電力計算部41の制御部411に送信する。
パスサーチ動作制御部43は、比較器431によって、ピークレベル情報S2と所定の値を示す電力閾値とを比較し、動作切り替え信号S3を出力する。動作切り替え信号S3は、例えばピークレベル情報S2の値が電力閾値よりも小さければハイレベル(例えば、電源電位)となり、ピークレベル情報S2の値が電力閾値よりも大きければロウレベル(例えば、接地電位)となる。
ここで、パスサーチ回路40の動作を図4に示すタイミングチャートを参照して説明する。また、以下では、遅延プロファイルを計算する区間として、1ビット区間を1つの計算単位とした場合を一例として説明する。
パスサーチ回路40は、まず受信信号が入力される(ステップS101)と、受信信号電力計算部41で1ビット区間の全体を第1の期間(例えば、第1のパスサーチ範囲)として、第1のパスサーチ範囲の遅延プロファイルを生成する(ステップS102)。続いて、第1のパスサーチ範囲において生成された遅延プロファイルに対して、有効ピーク判定部42が有効ピークを検索する(ステップS103)。また、有効ピーク判定部42は、検索された有効ピークに対応した遅延時間をそれぞれベースバンド受信回路に送信する。
ステップS103によって、遅延プロファイル中の最大ピークに対応する遅延時間が検索されるため、有効ピーク判定部42は、最大ピーク遅延時間情報S1を受信信号電力計算部41に送信する(ステップS104)。また、有効ピーク判定部42は、ピークレベル情報S2をパスサーチ動作制御部43に送信する。ここで、ピークレベル情報S2の値が電力閾値よりも小さければステップS101に戻り次のタイミングの信号を受信する。ピークレベル情報S2の値が電力閾値よりも大きければステップS106へと進む(ステップS105)。
ステップS106では、最大ピーク遅延時間情報S1に基づき、受信信号の電力レベルが最大レベルとなる遅延時間を中心に第1のパスサーチ範囲の1/2の大きさとなる第2の期間(例えば、第2のパスサーチ範囲)を設定する(ステップS106)。続いて、次のタイミングで入力される信号を受信する(ステップS107)。ステップS107で入力される信号に対して、受信信号電力計算部41は、第2のパスサーチ範囲内の受信信号の電力を計算し、第2のパスサーチ範囲内の遅延プロファイルを生成する(ステップS108)。
なお、受信信号電力計算部41は、第2のパスサーチ範囲以外の期間は受信信号の電力計算及び遅延プロファイルの生成を行わない。しかしながら、PNコード発生器412の動作は、継続して行うことが好ましい。これは、PNコードが擬似乱数であるため、PNコード発生器412の動作を停止した場合、再度生成を開始したPNコードを受信信号に対応したPNコードに同期させる処理に多くの時間が必要となるためである。
続いて、有効ピーク判定部42は、第2のパスサーチ範囲内の遅延プロファイルに基づき、有効ピークを検索する(ステップS109)。このとき、有効ピーク判定部42は、第2のパスサーチ範囲内の有効ピークより得られる遅延時間をそれぞれベースバンド受信回路に送信する。また、有効ピーク判定部42は、ピークレベル情報S2をパスサーチ動作制御部43に送信する。ここで、ピークレベル情報S2の値が電力閾値よりも小さければステップS101に戻り、その後に入力される信号を受信する。ピークレベル情報S2の値が電力閾値よりも大きければステップS107に戻り、その後に入力される信号を受信する(ステップS110)。
なお、上記説明では、第2のパスサーチ期間は、ステップS107〜ステップS110において再設定や変更を行わない例について説明したが、ステップS110でピークレベル情報S2の値が電力閾値よりも大きい場合にステップS106にもどり、第2のパスサーチ範囲を再設定するようにしても良い。
ここで、遅延プロファイルと第1、第2のパスサーチ範囲との関係を図5に示す。図5に示すようにタイミングT0〜T8の期間を1ビット区間とすると、第1のパスサーチ範囲はタイミングT0〜T8の期間で設定される。また、最大レベルとなる有効ピークがタイミングT3〜T4の期間にある。したがって、第2のパスサーチ範囲は、タイミングT2〜T6の期間に設定される。
上記説明より、従来の送受信装置は、信号を受信する毎に第1のパスサーチ範囲に対して遅延プロファイルを計算していたのに対し、本発明にかかる送受信装置は、有効ピークを検出した後は第1のパスサーチ範囲の1/2の期間となる第2のパスサーチ範囲を設定し、これ以降に受信する信号に対しては第2のパスサーチ範囲内の遅延プロファイルのみを生成する。これによって、遅延プロファイルを生成するための計算量を従来の半分にできるため、受信信号電力計算部41の消費電力を削減することが可能である。
本発明の有効ピーク判定部42の有効ピーク検索範囲は、遅延プロファイルが生成された期間と同じである。つまり、遅延プロファイルが第1のパスサーチ範囲よりも短い第2のパスサーチ範囲で生成された場合、有効ピーク判定部42での計算量が削減されるため、有効ピーク判定部42での消費電力も削減することが可能である。
一方、本発明においてパスサーチ範囲の期間を設定するために追加される主な回路は、比較器431であり、比較器431は一般的な回路で回路規模も小さい。そのため、回路規模の増大を抑制することが可能である。また、追加する回路の規模が小さいことから、消費電力の増加を抑制することが可能である。つまり、本発明にかかる送受信回路によれば、遅延プロファイルの計算量削減による消費電力の削減量は、比較器の追加による消費電力の増加に比べて非常に大きなものとなる。また、比較器の追加による面積の増大はごくわずかである。
また、上記実施の形態では、第2のパスサーチ範囲の移動、あるいは範囲の変更を行わないため、第2のパスサーチ範囲を設定するための計算が必要ない。つまり、第2のパスサーチ範囲を設定するための計算にかかる回路の追加、及び消費電力の増加はない。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形することが可能である。例えば、第2のパスサーチ範囲の設定は、第1のパスサーチ範囲に対して1/4、あるいは3/4にするなど適宜変更することが可能である。また、第2のパスサーチ範囲の設定は、固定値に限らず受信信号の最大電力レベルに応じて変更することも可能である。さらに、ピークレベル情報は、有効ピークの平均値を示す情報を用いても良い。
本発明にかかる送受信装置のブロック図である。 本発明にかかるサーチ部のブロック図である。 本発明にかかる遅延プロファイルのテーブルを示す図である。 本発明にかかるサーチ部の動作のフローチャートを示す図である。 本発明にかかるサーチ部のパスサーチ範囲を示す図である。 従来の送受信装置のブロック図である。 従来の送受信装置の遅延プロファイル及びパスサーチ範囲を示す図である。
符号の説明
1 送受信回路
10 アンテナ
11 送受信フィルタ
20 送信ブロック
21 マイク
22 送信音声処理部
23 ベースバンド送信部
24 送信RF部
30 受信ブロック
31 受信RF部
32 ベースバンド受信部
33 電力合成部
34 受信音声処理部
35 スピーカー
40 パスサーチ回路
41 受信信号電力計算部
42 有効ピーク判定部
43 パスサーチ動作制御部
411 制御部
412 PNコード発生器
413 逆拡散部
414 積分器
421 サーチャー回路
422 最大ピーク電力検出部
431 比較器
415 デュアルポートRAM
S1 最大ピーク遅延時間情報
S2 ピークレベル情報
S3 動作切り替え信号

Claims (7)

  1. 受信信号の遅延プロファイルを生成する受信信号電力計算部と、
    前記遅延プロファイル内において所定の電力値よりも大きな電力となる有効ピークを検索し、前記有効ピークのうち最大の電力となる最大有効ピークに対応する遅延時間を示す最大ピーク遅延時間情報と、前記有効ピークの電力値を示すピークレベル情報とを出力する有効ピーク判定部と、
    前記受信信号電力計算部が遅延プロファイルを生成する期間を切り替える動作切り替え信号を前記ピークレベル情報に基づき生成するパスサーチ動作制御部とを有し、
    前記受信信号電力計算部は、前記動作切り替え信号に基づき第1の期間内の遅延プロファイルを生成し、あるいは前記最大ピーク遅延時間情報によって指定される時間を含み前記第1の期間よりも短い期間で設定される第2の期間内の遅延プロファイルを生成する送受信装置。
  2. 前記パスサーチ動作制御部は、所定の値を有する電力閾値と前記ピークレベル情報とを比較し、前記比較の結果に基づき動作切り替え信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の送受信装置。
  3. 前記ピークレベル情報は、前記有効ピークのうち最大の電力レベルとなる有効ピークの電力値を示すことを特徴とする請求項1又は2に記載の送受信装置。
  4. 前記ピークレベル情報は、前記有効ピークの平均値を示すことを特徴とする請求項1又は2に記載の送受信装置。
  5. 前記第2の期間は、前記最大ピーク遅延時間情報によって指定される時間を略中央として所定の期間が設定されることを特徴とする請求項1に記載の送受信装置。
  6. 前記受信信号電力計算部は、前記動作切り替え信号が所定の値を有する電力閾値よりも前記ピークレベル情報の値が小さいことを示す場合に前記第1の期間で遅延プロファイルを生成し、前記動作切り替え信号が所定の値を有する電力閾値よりも前記ピークレベル情報の値が大きいことを示す場合に前記第2の期間で遅延プロファイルを生成することを特徴とする請求項1に記載の送受信装置。
  7. 前記受信信号電力計算部は、スペクトラム拡散された受信信号を受信し、前記受信信号を逆拡散することで前記受信信号の電力を計算し、前記受信信号の電力値と前記電力値に対応した遅延時間とを含む前記遅延プロファイルを生成することを特徴とする請求項1又は6に記載の送受信装置。
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