JP2007274678A - パルス無線受信装置 - Google Patents
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Abstract
整方向および量を判定し、同期位置への引込み時間を短縮すること。
【解決手段】パルス無線受信装置100は、検波信号105を生成する検波部104と、基準波形信号111を発生する同期用波形発生部160と、基準波形信号111を一定量ずつ遅延させた複数の遅延波形信号を発生する遅延部161と、検波信号105と、基準波形信号111および複数の遅延波形信号との相関値を示す相関値信号を並列に生成する相関算出部162と、相関値信号の示す相関値の組合せに応じた大小関係から、位相ずれの方向および量を示す差分検出信号141を生成する判定部163と、差分検出信号141に基づいて、基準波形信号111の位相を制御する制御信号143を生成し、同期用波形発生部160へ出力する同期制御部142とを備える。
【選択図】図1
Description
本実施の形態にかかるパルス無線受信装置は、受信信号と、位相の相異なる複数の基準信号との相関値を相対比較して、同期のための位相の調整方向と量を正しく判定し、結果として、同期引込みに要する時間を短縮する。
図1は本発明の実施の形態1にかかるパルス無線受信装置の構成を示す図である。図1において、パルス無線受信装置100は、検波部104と、同期用波形発生部160と、遅延部161と、相関算出部162と、判定部163と、同期制御部142とで構成され、受信アンテナ102に接続されている。さらに、上記パルス無線受信装置100は、検波信号105と基準波形信号111とから信号データ153を復調する復調部152を備えている。
検波部104は、受信信号103を全波整流により包絡線検波して、検波信号105を出力する。図2(a)は、本実施の形態にかかる検波部の構成を示す図である。図2(a)において、検波部104は、全波整流回路201により実現している。受信信号103は、一般的に正負の振幅を持つインパルス波形であり、第1〜第4のミキサの前段に正負値による相殺を防ぎ、基準波形信号111との相関を効果的に検出するために、検波部104を設けている。
同期用波形発生部160は、クロック信号発生部106と、可変信号遅延部108と、基準波形発生部110とを備え、クロック信号発生部106の発生するクロック信号107を可変信号遅延部108により所定の時間遅延し、基準波形発生部110にて波形を整形し、同期タイミング信号109のパルスタイミングで基準波形信号111を発生するよう構成されている。図4は、本実施の形態にかかる基準波形発生部の構成を示す図である。図4において、基準波形発生部110は、内部構成にローパスフィルタ(LPF)203を用いて構成されている。なお、本実施の形態では、基準波形信号111の波形は、検波信号105のオンオフキーイングのマーク(以下、マークとはオンオフキーイングにおけるオン状態を示す)における波形に相似する波形とする。また、可変信号遅延部108における遅延時間は、後述する同期制御部142の出力する制御信号143により調整できる。
遅延部161は、第1の遅延素子112と、第2の遅延素子114と、第3の遅延素子116を備え、源波形信号として入力される信号および、入力される源波形信号を多段に遅延させた信号を同時に出力するよう構成されている。図1において、遅延部161は、基準波形信号111と、基準波形信号111を第1〜第3の遅延素子112、114、116により、時間τずつ順次遅延した遅延波形信号113、115、117を出力する。なお、本実施の形態では、第1〜第3の遅延素子112、114、116は、それぞれ入力信号を時間τずつ遅延する構成とするが、受信信号の波形により変更しても良い。また、本実施の形態では、遅延時間τは、検波信号105の半値パルス幅の1/2よりも小さい値として説明する。なお、この半値パルス幅は、図3において検波信号105が正の値を有する時間幅を示し、受信信号103のシンボル長に相当する。また、PPM変調方式の場合のように、半値パルス幅がシンボル長に相当しない場合には、遅延時間τは、パルス幅に相当する半値パルス幅の1/2よりも小さい値とする。
相関算出部162は、第1のミキサ118と、第2のミキサ120と、第3のミキサ122と、第4のミキサ124とを備え、2組の入力される信号系列に含まれるそれぞれの信号を混合し出力する。図1において、相関算出部162は、検波信号105と、基準波形信号111および基準波形信号111を時間τずつ遅延した遅延波形信号113、115、117とを、第1〜第4のミキサ118、120、122、124により、それぞれ混合し、第1〜第4の相関値信号119、121、123、125を出力する。
判定部163は、第1の積分部126と、第2の積分部128と、第3の積分部130と、第4の積分部132と、第1の信号加算部134と、第2の信号加算部136と、第3の信号加算部140とで構成される。
同期制御部142は、入力信号の出力を、別の入力信号に応じて制御するスイッチを備える。図6(a)は、本実施の形態にかかる同期制御部の構成を示す図である。図6(a)において、同期制御部142は、パルス相関検出信号139が高レベルの間に、スイッチ910がオン(on)になり差分検出信号141を制御信号143として出力する。逆に、低レベルの間は、スイッチ910がオフ(off)になり、制御信号143は出力されない。
次に、本実施の形態にかかるパルス無線受信装置の動作について説明する。
ここで、相関算出部における相関値信号を生成する動作について補足説明する。図7は、本実施の形態にかかるパルス無線受信装置の動作を説明する図である。図7において、パルス無線受信装置100は、パルス無線送信装置190から送出される無線信号101を受信し、検波部104により検波信号105を生成する。この検波信号105は、基準波形信号111との位相差191(φ)が生じている。なお、本実施の形態では、検波信号105と基準波形信号111の波形は、それぞれ、(数1)、(数2)に示す正弦波形であるとする。
S(t)=cos(2πt/T)+1+N(t)・・・・(1)
(数2)
R(t)=cos(2πt/T+φ)+1・・・・・・・(2)
ただし、Tは、検波信号105の半値パルス幅、N(t)は、雑音成分である。
続いて、本実施の形態にかかるパルス無線受信装置100は、相関算出部162により、検波信号105と、基準波形信号111および複数の遅延波形信号113、115、117との相関を示す相関値信号119、121、123、124を並列に生成する。判定部163により、これら相関値信号119、121、123、124の示す相関値の組合せに応じた大小関係から、受信信号103と基準波形信号111との位相ずれの方向および量を示す差分検出信号141を生成する。同時に信号135と信号137とを論理積演算し、差分検出信号141が受信パルスのピークを捕らえているか否かを示すパルス相関検出信号139を、さらに生成する。
続いて、本実施の形態にかかるパルス無線受信装置100は、同期制御部142により、このパルス相関検出信号139の示す値に応じて、制御信号143を生成するか否かを判定する。制御信号143を生成すると判定した場合は、同期制御部142の差分検出信号141から、基準波形信号111の位相を制御する制御信号143を生成し、同期用波形発生部160へ出力する。そして、制御信号143の入力を受けた同期用波形発生部160は、出力する基準波形信号111の位相を調整する。
なお、本実施の形態では、パルス無線受信装置100の判定部163は、大小比較をする2組の信号を、相関値信号をそれぞれ平準化した後に加算し生成する。しかし、図10に示すように、2組の相関値信号をそれぞれ加算後に、平準化することにより、積分部の構成数をより少なくし、簡素な構成とすることができる。図10は、本実施の形態にかかるパルス無線受信装置の別の構成を示す図である。図10において、パルス無線受信装置301の判定部163は、相関算出部162の出力する相関値信号125を反転した信号と相関値信号121とを、信号加算部134により加算し、加算信号1003を生成する。さらに、相関値信号119を反転した信号と相関値信号123とを、信号加算部136により加算し、加算信号1004を生成する。そして、生成した加算信号1003、1004をそれぞれ、積分部1001、1002により平準化した信号135、137を生成し、信号137と信号135を反転した信号とを信号加算部140により加算し、その大小を比較判定する。
R(t)=αδ(t)・・・・・・・・・・・・・・・・(3)
ここで、αは、定数であり、δ(t)は、デルタ関数である。
次に、本発明の実施の形態2にかかるパルス無線受信装置について説明する。本実施の形態にかかるパルス無線受信装置は、受信信号と基準信号波形との相関を比較する数を増やして、相関値信号の密度を高めることにより、位相調整の方向と量をより正しく判定し、同期引込みに要する時間をさらに短縮する。
図19は、本実施の形態2にかかるパルス無線受信装置の構成を示す図である。図19において、パルス無線受信装置305は、図1に示した実施の形態1にかかるパルス無線受信装置100とほぼ同じ構成をしているため、差異について説明する。実施の形態1に示したパルス無線受信装置100は、4系統の異なる相関値信号により、位相ずれを判定する構成としているのに対し、本実施の形態にかかるパルス無線受信装置305は、5系統の異なる相関値信号により、位相ずれを判定する構成としている点が異なっている。
図19において、遅延部161は、4つの遅延素子を備え、入力される基準波形信号111と、それを時間τずつ順次遅延した遅延波形信号との5つの信号を生成する。ここで、遅延素子の遅延時間τは、本実施の形態では、それぞれτ=T/5とする。ただし、Tは実施の形態1で説明した検波信号の半値パルス幅である。相関算出部162は、5つのミキサを備え、検波部104の出力する検波信号105と、遅延部161の生成する5つの信号とをそれぞれ混合し、第1〜第5の相関値信号1301、1302、1303、1304、1305を生成する。
そして、判定部163は、これら第1〜第5の相関値信号1301、1302、1303、1304、1305を、それぞれ積分部により、第1〜第5の平準化した信号1306、1307、1308、1309、1310を生成する。続いて、第3の信号1308に第1の信号1306を反転して加算した信号1311と、第2の信号1307に第5の信号1310を反転して加算した信号1312を生成し、さらに信号1311と信号1312を反転して加算した第1の評価値信号1315を生成する。同様に、第3の信号1308に第5の信号1310を反転して加算した信号1314と、第4の信号1309に第1の信号1306を反転して加算した信号1313を生成し、さらに信号1314と信号1313を反転して加算した第2の評価値信号1316を生成する。
そして、同期制御部142は、これら差分検出信号141およびパルス相関検出信号139に基づいて制御信号143を生成する。なお、差分検出信号141、パルス相関検出信号139についての具定的説明は、後述する。
パルス無線受信装置305の動作は、実施の形態1にかかるパルス無線受信装置100とほぼ同じであるため、差異について説明する。実施の形態1に示したパルス無線受信装置100の判定部163は、図9(a)−(c)で示したように、4系統の異なる相関値信号が示す4つの相関値から2組の差を求め、その大小関係により位相ずれを判定している。これに対し、本実施の形態2にかかるパルス無線受信装置305は、5系統の異なる相関値信号が示す5つの相関値から、4つの組の差を求め、その差の大小関係により位相ずれを判定する。
なお、本実施の形態では、図19に示したように、パルス無線受信装置305は、復調部152により、最も相関の強い相関値信号1303を、遅延波形信号1330のタイミングで復調する形態とした。しかし、相関値信号1303の代わりに、複数の相関値信号から基準波形信号と相関の低い信号を除去した信号を合成し、復調する形態としてもよい。図21は、本実施の形態にかかるパルス無線受信装置の別の構成を示す図である。図21において、パルス無線受信装置306は、相関値信号を合成した信号1751と信号1752を、乗算器1701により混合して信号1702を生成し、相関値信号から合成した信号1753と信号1754を、乗算器1703により混合して信号1704を生成する。そして、これら信号1702と信号1704を、さらに加算器1705により加算した信号1706を生成し、遅延波形信号1330のタイミングで復調する。
次に、本発明の実施の形態3にかかるパルス無線受信装置について説明する。本実施の形態にかかるパルス無線受信装置は、受信信号と基準信号波形との相関を比較する数を少なくして、構成の簡素化による製造コストならびに消費電力の削減を実現する。
図23は、本実施の形態3にかかるパルス無線受信装置の構成を示す図である。図23において、パルス無線受信装置308は、図1に示した実施の形態1にかかるパルス無線受信装置100とほぼ同じ構成をしているため、差異について説明する。実施の形態1に示したパルス無線受信装置100は、4系統の異なる相関値信号により位相ずれを判定する構成としているのに対し、本実施の形態にかかるパルス無線受信装置308は、3系統の異なる相関値信号により位相ずれを判定する構成としている点が異なっている。
図23において、遅延部161は、2つの遅延素子を備え、入力される基準波形信号111と、それを時間τずつ順次遅延した遅延波形信号との3つの信号を生成する。ここで、遅延素子の遅延時間τは、本実施の形態では、それぞれτ=T/3とする。ただし、Tは実施の形態1で説明した検波信号の半値パルス幅である。相関算出部162は、3つのミキサを備え、検波部104の出力する検波信号105と、遅延部161の生成する3つの信号とをそれぞれ混合し、第1〜第3の相関値信号1601、1602、1603を生成する。
そして、判定部163は、これら第1〜第3の相関値信号1601、1602、1603をそれぞれ積分部により第1〜第3の平準化した信号1604、1605、1606を生成する。続いて、第1の信号1604に第3の信号1606を反転して加算し、差分検出信号141を生成する。
そして、同期制御部142は、これら差分検出信号141およびパルス相関検出信号139に基づいて制御信号143を生成する。
パルス無線受信装置308の動作は、実施の形態1にかかるパルス無線受信装置100とほぼ同じであるため、差異について説明する。実施の形態1に示したパルス無線受信装置100の判定部163は、図9(a)−(c)で示したように、4系統の異なる相関値信号が示す4つの相関値から2組の差を求め、その大小関係により位相ずれを判定している。これに対し、本実施の形態3にかかるパルス無線受信装置308は、3系統の異なる相関値信号が示す3つの相関値から、1つの相関値を共通とする2組の差を求め、その差の大小関係により位相ずれを判定する。
なお、上記図24を用いた説明では、同期位置の進み度合いを判定する際に、判定部163は、まず、第1および第2の評価値1611、1612をそれぞれ求め、次に、これら2つの評価値を比較するとした。しかし、実現する際には、図19に示すように、第1の平準化した信号1604に第3の信号1606を反転した信号を加算し、直接差分検出信号141を生成する構成としてもよい。
102 受信アンテナ
104,104b 検波部
106 クロック信号発生部
107 クロック信号
108 可変信号遅延部
110 基準波形発生部
112,114,116 遅延素子
118,120,122,124,146,147 ミキサ
126,126b,128,130,132 積分部
134,136,140 信号加算部
138 論理積演算部
142,142b 同期制御部
145 LO信号源
148 90度移相器
150 遅延素子
152 復調部
160 同期用波形発生部
161 遅延部
162 相関算出部
163 判定部
164 スイッチ
Claims (23)
- 基準波形信号を生成する基準波形生成部と、
異なる遅延量で前記基準波形信号を遅延させた複数の遅延波形信号を発生する遅延部と、
受信信号と、前記基準波形信号及び前記遅延波形信号との相関値を示す複数の相関値信号を生成する相関算出部と、
前記複数の相関値信号を、所定の組み合わせで比較し、比較結果に応じて、前記受信信号と前記基準波形信号との位相ずれの方向及び量を示す差分検出信号を生成する判定部と、
前記差分検出信号に基づいて、前記基準波形生成部により生成される前記基準波形信号の位相を制御する同期制御部と、
を具備するパルス無線受信装置。 - 基準波形信号を生成する基準波形生成部と、
異なる遅延量で受信信号を遅延させた複数の遅延波形信号を発生する遅延部と、
前記基準波形信号と、前記遅延部により遅延された前記複数の受信信号との相関値を示す複数の相関値信号を生成する相関算出部と、
前記複数の相関値信号を、所定の組み合わせで比較し、比較結果に応じて、前記受信信号と前記基準波形信号との位相ずれの方向及び量を示す差分検出信号を生成する判定部と、
前記差分検出信号に基づいて、前記基準波形生成部により生成される前記基準波形信号の位相を制御する同期制御部と、
を具備するパルス無線受信装置。 - 前記遅延部は、前記遅延波形信号の最大遅延量を、前記受信信号のシンボル長以下に設定する
請求項1に記載のパルス無線受信装置。 - 前記遅延部は、前記遅延波形信号の遅延間隔を前記受信信号のシンボル長の1/2以下に設定する
請求項3に記載のパルス無線受信装置。 - 前記遅延部は、前記遅延波形信号を少なくとも3つ発生し、かつ、前記遅延波形信号の最大遅延量を、前記受信信号のシンボル長の1/2以下に設定する
請求項4に記載のパルス無線受信装置。 - 前記遅延部は、前記遅延波形信号の最大遅延量を、前記受信信号の搬送波周波数周期以下に設定する
請求項1に記載のパルス無線受信装置。 - 前記遅延部は、前記遅延波形信号の遅延間隔を前記受信信号の搬送波周波数周期の1/2以下に設定する
請求項6に記載のパルス無線受信装置。 - 前記遅延部は、前記遅延波形信号を少なくとも3つ発生し、かつ、前記遅延波形信号の最大遅延量を、前記受信信号の搬送波周波数周期の1/2以下に設定する
請求項7に記載のパルス無線受信装置。 - 前記判定部は、前記所定の相関値の組み合わせとして、互いに隣り合わない時間での前記相関値信号から成る組み合わせを、少なくとも1つ含む
請求項1に記載のパルス無線受信装置。 - 前記判定部は、前記所定の相関値の組み合わせを適宜変更する
請求項1に記載のパルス無線受信装置。 - 前記基準波形信号をタイミング信号として、前記受信信号から信号データを復調する復調部を、さらに備える
請求項1に記載のパルス無線受信装置。 - 前記復調部は、前記受信信号と前記基準波形信号との相関値を示す前記相関値信号を復調する
請求項11に記載のパルス無線受信装置。 - 前記受信信号を包絡線検波する検波器を、さらに備え、
前記相関値算出部は、前記検波器により包絡線検波された前記受信信号と、前記基準波形信号及び前記遅延波形信号との相関値を示す複数の相関値信号を生成し、
前記判定部は、前記検波器により包絡線検波された前記受信信号と前記基準波形信号との位相ずれの方向及び量を示す差分検出信号を生成し、
前記復調部は、前記検波器により包絡線検波された前記受信信号を復調する
請求項11に記載のパルス無線受信装置。 - 前記判定部は、
前記相関値の組合せとして、
第1の組合せは、前記基準波形信号を用いて算出された第1の相関値、および、前記複数の遅延波形信号のうち、遅延量が最も遅延する信号以外の一つの前記遅延波形信号を用いて算出された第3の相関値とし、
第2の組合せは、遅延量が最も遅延する前記遅延波形信号を用いて算出された第2の相関値、および、前記複数の遅延波形信号のうち、遅延量が最も遅延する信号以外の一つの遅延波形信号を用いて算出された第4の相関値とし、
前記第1の組合せである、前記第3の相関値から前記第1の相関値を減じた第1の評価値と、
前記第2の組合せである、前記第4の相関値から前記第2の相関値を減じた第2の評価値との大小関係に基づいて、
前記差分検出信号を生成する
請求項1に記載のパルス無線受信装置。 - 前記第3の相関値、および、前記第4の相関値は、ともに、遅延量が最も遅延する前記遅延波形信号の遅延量の1/2である前記遅延波形信号を用いて算出された相関値である
請求項14に記載のインパルス無線受信装置。 - 前記第3の相関値は、遅延量が最も遅延する前記遅延波形信号の遅延量の、1/2以上でかつ最も1/2に近い、前記遅延波形信号を用いて算出された相関値であり、
前記第4の相関値は、遅延量が最も遅延する前記遅延波形信号の遅延量の、1/2以下でかつ最も1/2に近い、前記遅延波形信号を用いて算出された相関値である
請求項14に記載のインパルス無線受信装置。 - 前記判定部は、
前記相関値の組合せとして、
前記第3の組合せは、前記基準波形信号を用いて算出された前記第1の相関値と、前記複数の遅延波形信号のうち遅延量が最も遅延する信号以外の一つの遅延波形信号と、を用いて算出された前記第3の相関値とし、
前記第4の組合せは、遅延量が最も遅延する前記遅延波形信号を用いて算出された前記第2の相関値と、前記複数の遅延波形信号のうち、遅延量が最も遅延する信号以外の一つの遅延波形信号と、を用いて算出された前記第4の相関値とし、
第5の組合せは、前記第1の相関値と、前記複数の遅延波形信号のうち遅延量が最も遅延する信号以外で、かつ前記第3の相関値、あるいは前記第4の相関値の算出に用いた前記遅延波形信号とは異なる一つの遅延波形信号と、を用いて算出された第5の相関値とし、
第6の組合せは、前記第2の相関値および、前記第5の相関値とし、
前記第6の組合せである前記第5の相関値から前記第2の相関値を減じた値から、前記第3の組合せである前記第3の相関値から前記第1の相関値を減じた値を減じて、第3の評価値を算出し、
前記第5の組合せである前記第5の相関値から前記第1の相関値を減じた値から、前記第4の組合せである前記第4の相関値から前記第2の相関値を減じた値を減じて、第4の評価値を算出し、
さらに、前記第3の評価値と前記第4の評価値との大小関係に基づいて、前記差分検出信号を生成する
請求項1に記載のパルス無線受信装置。 - 前記第3の相関値は、遅延量が最も遅延する前記遅延波形信号の遅延量の、1/2以上で、かつ、最も1/2に近い、前記遅延波形信号を用いて算出された相関値であり、
前記第4の相関値は、遅延量が最も遅延する前記遅延波形信号の遅延量の、1/2以下で、かつ、最も1/2に近い、前記遅延波形信号を用いて算出された相関値であり、
前記第5の相関値は、遅延量が最も遅延する前記遅延波形信号の1/2の前記遅延波形信号を用いて算出された相関値である
請求項17記載のパルス無線受信装置。 - 前記判定部は、
前記複数の相関値信号を、それぞれ前記相関値信号ごとに平準化し、平準化後の前記相関値信号を所定の組合せで加算合成して、前記差分検出信号を生成する
請求項1に記載のパルス無線受信装置。 - 前記判定部は、
前記相関値信号の各クロック期間における最大値をサンプルホールドし、さらにクロックタイミングによりディスチャージ処理して、前記複数の相関値信号を、それぞれ前記相関値信号ごとに平準化する
請求項19に記載のパルス無線受信装置。 - 前記判定部は、
前記相関値信号を所定の組合せで合成して複数の合成信号を生成し、前記合成信号を、それぞれ前記合成信号ごとに平準化し、平準化後の前記合成信号を加算合成して、差分検出信号を生成する
請求項1に記載のパルス無線受信装置。 - 前記判定部は、
前記相関算出部により生成される前記相関値信号を合成して前記合成信号を生成し、
前記判定部により生成された前記合成信号を加算、または、混合して復調対象信号を生成し、
遅延部は、
前記基準波形信号と前記復調対象信号との遅延量と同一の遅延量だけ、前記基準波形信号を遅延させたタイミング信号を生成し、
前記復調対象信号と前記タイミング信号とから信号データを復調する復調部を、さらに具備する
請求項21記載のインパルス無線受信装置。 - 前記判定部は、
前記相関値信号が示す前記相関値の組合せに応じた大小関係から、前記受信信号を捕らえているか否かを示すパルス相関検出信号をさらに生成し、
前記同期制御部は、
前記パルス相関検出信号及び前記差分検出信号に応じて、前記基準波形信号の位相を制御する
請求項1に記載のパルス無線受信装置。
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