JP2008160355A

JP2008160355A - バースト信号検出法及びａｒｑ通信復調器

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Publication number: JP2008160355A
Application number: JP2006345420A
Authority: JP
Inventors: Munetoshi Tsuchida; 宗利土田
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: JP4914202B2

Abstract

【課題】ＡＲＱ通信方式などにみられるバースト検出法において精度良くバースト検出を実行する。
【解決手段】バースト検出を精度よく実行するために、ピーク値検出部３１において一定時間内で相関出力の最も大きいピークを検出。バースト判定処理部１３２において、復調データそのもの、復調データに累積同期加算を行ったものの２種類のデータに対して相関をとった２つの相関出力を確認し、同タイミングで相関値のピークが生じたときバースト信号であると判断する。さらに、バースト判定処理部２３３において２つの相関ピークの時間間隔を確認し、それがバースト間隔の整数倍である場合バースト信号であると判断する。これら３つの機能を使用しバースト信号を特定することにより、雑音区間においての誤検出の確率を低くすることができるようになり、精度良くバースト検出が行えるようになる。
【選択図】図２

Description

本発明は、受信信号に誤りが検出されると当該誤り検出されたデータの再送を送信側に要求する自動再要求方式（ＡＲＱ：ＡｕｔｏｍａｔｉｃＲｅｐｅａｔＲｅｑｕｅｓｔ）の適用用途に見られるようなバースト信号検出及び復調器の分野に関する。

ＡＲＱ通信方式は、送信側はデータを決まった大きさのフレームに分割して送信し、受信側ではそのデータの誤り検出を行う。その結果を送信側に通知する。誤りがなければ受信確認信号ＡＣＫ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＡｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）を送信し、誤りが生じた場合には再送要求信号ＮＡＫ（ＮｅｇａｔｉｖｅＡｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）を送信する。

ＡＲＱ通信における送受信の信号について、具体的な例を図１を用いて説明する。バースト信号検出は、バースト信号の信号処理の中で重要な役割を果たす。ＡＲＱ通信復調器では、通信開始の際、復調及び復号を行うにあたり、その対象とする受信バーストを特定（抽出・検出）する必要がある。図１のＡＲＱ通信の場合、データフレーム区間４５０［ｍｓｅｃ］であり、受信側ではこの４５０［ｍｓｅｃ］区間に存在する２１０［ｍｓｅｃ］のバースト信号を特定する必要がある。送信側では、４５０［ｍｓｅｃ］区間に存在する７０［ｍｓｅｃ］のバースト信号を特定する必要がある。

従来の受信装置では、受信バーストの特定を所定の閾値に対する振幅の大小判定に基づいて行っている。

特開２００５−６０３９号公報

従来技術のように、所定の閾値に対する振幅の大小判定によって受信バーストを特定すると信号対雑音比（ＳＮＲ）が低い場合、受信バーストの特定、受信バースト内のシンボル同期を精度よく行うことが難しくなるという問題がある。

また、受信信号が数ビット続く既知信号パターンの場合、受信信号を逐次復調し復調結果に対し既知信号と相関をとる相関器を用いると、既知信号パターンが短いほどバースト信号の誤検出率が高くなる問題がある。

本発明にかかるバースト検出部は、ＡＲＱ通信に代表されるようなバースト信号と雑音から構成される入力信号から、バースト信号を検出するバースト検出部であって、入力信号を一定タイミング間隔で累積同期加算を行う累積同期加算部と、信号を１、−１に硬判定をするクリッピング部と、リファレンスとの相関をとるマッチトフィルタ部と、相関データからバースト信号を判定するバースト判定処理部とを備え、前記バースト信号を特定する。

また、本発明にかかるバースト検出部は、マッチトフィルタにおいて信号パターンによっては、閾値を越えた最も大きいピーク値の前後に同様な大きなピーク値が生じることがあるので、閾値を越えたピーク値が生じた場合は、ある一定時間経過しても２回目のピーク値が生じなかった場合にそのピーク値を確定ピーク値とすることを特徴とするバースト判定処理部を備える。

また、本発明にかかるバースト検出部は、２種類の復調データに対し相関をとる方法を用いて、受信バースト部の誤検出率を低くする方法であって、２種類の復調データの１つ目は復調データそのもの、２つ目は復調データに累積同期加算を行ったものであり、それぞれのデータに対して相関をとり同タイミングで確定ピーク値が生じれば、その確定ピーク値を利用して、どちらか一方しか生じなければ、その確定ピーク値を使用しないで破棄することを特徴とするバースト判定処理部を備える。

また、本発明にかかるバースト検出部は、１つの確定ピーク値を検出後、２つ目の確定ピーク値を検出したとき、その２つの確定ピーク値の間隔が受信バースト間隔の整数倍になっているかを確認し、なっている場合受信バーストを検出したとすることを特徴とするバースト判定処理部を備える。

本発明によれば、ＳＮＲの劣化や周波数オフセットによる影響でバースト検出精度の劣化を抑えることができる。

また、受信信号パターンが短い場合に生じる受信バースト区間の誤検出を減少させることができる。

２値ＦＳＫ変調（１００ｂｐｓ）、ＡＲＱの送受信のタイミングを図１とする。また、送受信の開始は同じ信号を数回受信することが可能である。ＡＲＱ通信における復調器を図２に示す。図２は本発明の実施形態にかかる復調器の概略構成を示すブロック図である。復調器はＡ／Ｄ変換部１１、Ｆ−Ｖ変換部１２、バッファ１３、バースト検出部１４、周波数補正値演算部１５、クロックトラッキング部１６、受信同期カウンタ１７、データ判定部１８を備える。このうち、バースト検出部１４が、本発明に関する部分である。

受信信号は、Ａ／Ｄ変換部１１で所定のサンプリング周波数でサンプリングされディジタルデータ化される。ここでは例としてサンプリング周波数２．５［ｋＨｚ］とする。

Ｆ−Ｖ変換部１２では、ディジタルデータ化されたＦＳＫ変調波の周波数成分を振幅成分へと変換する。

バッファ１３は、シフトレジスタの構成となっておりＦ−Ｖ変換部１２より出力されるデータが順にシフトレジスタ内に入力される。また、このバッファ内のデータに対し相関をとることとなる。従ってバッファサイズは、今回の例では２値ＦＳＫ変調（１００ｂｐｓ）であり、最も長い受信バースト信号で２１０［ｍｓｅｃ］であるので２１［ｂｉｔ］、かつサンプリング周波数２．５［ｋＨｚ］であるので最低５２５［ｓａｍｐｌｅ］分必要となる。しかし、バースト検出部１４内のピーク検出部３１でバースト検出に約１．５シンボル分（３７［ｓａｍｐｌｅ］）の遅延を生じるため大きめにバッファサイズをとる必要がある。今回の例では遅延は３０［ｓａｍｐｌｅ］とし、バッファサイズは５５５［ｓａｍｐｌｅ］とする。

バースト検出部１４は、累積同期加算部２１、クリッピング２２、マッチトフィルタ２３、バースト判定処理部２４を備え、バッファ１３と累積同期加算部２１の信号を対象に相関をとる。

ここでバースト検出部１４の動作について図３のフローチャートを用いて詳しく説明する。ＡＲＱ通信においては、送信側、受信側両方において信号を受信しなければならない。受信側における受信信号はデータ列が長いためバッファ１３のデータを用いて、バースト検出処理１のアルゴリズムで比較的容易にバースト検出が行える。しかし、送信側における受信信号はデータ列が短いため受信側と同様のアルゴリズムを用いると、誤ったバースト検出をしてしまう確率が高い。この理由により、バースト検出法を受信側における受信（バースト検出処理１）、送信側における受信（バースト検出処理２）の２通りに分ける。

受信側における受信のバースト検出処理１について図３のフローチャートを用いて説明する。経路ｂのデータ即ちバッファ１３のデータをクリッピング２２により１と−１に２値化し経路ｄから出力する。経路ａからのデータは使用しないので経路ｃのデータは０とする。

マッチトフィルタ２３において経路ｃ、ｄのデータとリファレンスで相関をとる。マッチトフィルタ側のリファレンス信号も１、−１とする。経路ｃとリファレンスとの相関結果を経路ｅ、経路ｄとリファレンスとの相関結果を経路ｆから出力する。このときも、経路ｃのデータは０なので、経路ｅのデータは０となる。

マッチトフィルタ出力Ｓは（１）式のようになる。

ピーク検出部３１において、マッチトフィルタ２３の出力のピーク値を検出する。ピーク検出部３１の動作をフローチャート図４と図５を用いて説明する。これを、ピーク検出アルゴリズムとする。次の３段階の動作に分かれる。
１．マッチトフィルタ２３の出力値が閾値を超えて、そのピーク値を検出したときに今回の例では３０［ｓａｍｐｌｅ］分のカウンタをスタートさせる。同時にそのときのピーク値を保持し暫定ピーク値とする。
２．カウンタがスタートしていてカウンタが動いている間に、暫定ピーク値より大きな値が生じた場合、カウンタをリセットし暫定ピーク値を置き換える。
３．カウンタが最大値に到達した場合、カウンタをリセット・ストップし暫定ピーク値を確定ピーク値とし、経路ｈからピーク検出フラグを１にし出力する。経路ｇは経路ｅのデータが０なので１が出力されることはない。

バースト判定処理部１３２の動作は、バースト検出処理１とバースト検出処理２で異なる動作をする。バースト検出処理１では、特別な処理は行わず経路ｈの値を経路ｉからそのまま出力する。

バースト判定処理部２３３の動作においても、バースト検出処理１とバースト検出処理２で異なる動作をする。バースト検出処理１では特別な処理は行わず経路ｉからの入力が１であり、かつバッファ１３内のデータが所望のデータであることを確認できたら受信同期カウンタ１７の値を合わせこみ引込完了となる。

引込完了後は、バースト検出部１４は動作せず受信同期カウンタ１７を基準に復調を行う。

送信側における受信のバースト検出処理２について図３のフローチャートを用いて説明する。バースト検出処理２では、累積同期加算部２１において累積同期加算を行った値を使用するので、まず累積同期加算部２１での累積同期加算のタイミングについて図６を用いて説明する。図６に示すように、送信側の受信信号は信号を送信した後、一定時間（伝播遅延と受信側無線機の処理時間に依存）後に到達する。しかし、正確な位置はわからない。そこで累積同期加算を行う場合、累積同期加算部２１にバッファ１３と同程度のサイズのバッファ（ここでは、５２５［ｓａｍｐｌｅ］、２１０［ｍｓｅｃ］）をもち、累積同期加算を行う。送信終了のタイミングで累積同期加算を開始し２１０［ｍｓｅｃ］後、終了する。

経路ａのデータ即ち累積動機加算部２１で累積同期加算を行った値と、経路ｂのバッファ１３のデータをクリッピング２２により１と−１に２値化し、それぞれ経路ｃ、ｄからそれぞれ出力する。

マッチトフィルタ２３において経路ｃ、ｄのデータとリファレンスで相関をとる。今回の例ではバースト検出処理２ではバースト検出処理１と比較してデータ列が１／３になる。そこで、マッチトフィルタ２３の出力をバースト検出処理１と同程度にするためリファレンス信号を３、−３とする。経路ｃのデータとリファレンスとの相関結果を経路ｅ、経路ｄのデータとリファレンスとの相関結果を経路ｆから出力する。

ピーク検出部３１において、図４のフローチャートと図５のピーク検出アルゴリズムにより、マッチトフィルタ２３の出力経路ｅと経路ｆのデータのピーク値検出を行う。経路ｅのデータからピークが検出された場合、経路ｇから検出フラグの１を出力する。経路ｆからピークが検出された場合は経路ｈから検出フラグの１を出力する。

バースト判定処理部１３２の動作では、経路ｇ、ｈの両方の値が同タイミング(例では余裕をもたせて５［ｓａｍｐｌｅ］以内)に１になったときに、経路ｉから１を出力する。この処理の利点を図７を用いて説明する。図７のように２系統のピーク検出フラグを用いて決定することにより、ノイズによるバースト検出の誤検出を避けることができるようになる。これをバースト判定アルゴリズム１とする。

バースト判定処理部２３３のバースト検出処理２の場合の動作を図８のフローチャートと図９を用いて説明する。経路ｉからの入力が１であるか確認する。１でない場合は処理終了となる。経路ｉからの入力が１である場合、累積同期加算部２１のバッファ内のデータを確認し所望のデータか確認する。所望のデータでない場合は処理終了となる。データが所望のデータである場合、現在の受信同期カウンタ１７と現在記憶されているカウンタ値を比較する。現在の受信同期カウンタ１７の値が同タイミング（例では余裕をもたせて５カウント以内）であった場合に受信同期カウンタ１７の値を合わせこみ引込完了となる。同タイミングでない場合、受信同期カウンタ１７の値を記憶し処理終了となる。これをバースト判定アルゴリズム２とする。

周波数補正値演算部１５は、周波数オフセットによる相関値の減少、データの誤りを防ぐため、Ｆ−Ｖ変換器の出力に対して的確な基準値で０、１の判定ができるように、その基準値をバッファ１３内のデータを平均することにより補正する値を求める。

クロックトラッキング部１６は、受信同期カウンタ１７に従い、受信バースト信号の区間でのみ動作する。受信バースト信号の立ち上がり、立下りエッジ部分で受信同期カウンタのカウンタ値の誤差を累積し、誤差の累積に従い受信同期カウンタを補正する。

データ判定部１８は、バッファ１３の信号に対し最終的な判定を行い０、１のデータとして判定する。

図１０に本発明によるアルゴリズムを用いた場合（本発明方式）と用いない場合（従来方式）の、送信側における受信のＣ／Ｎ０［ｄＢ］対１−誤検出率特性を示す。本発明を用いることにより誤検出率が改善されていることがわかる。

なお本例は、ＡＲＱに限らずバースト検出が必要なシステム全てに採用することができる。

ＡＲＱ通信方式の送受信タイミングの一例である。本発明の実施形態にかかるＡＲＱ通信復調器の概略構成を示すブロック図である。本発明のバースト検出アルゴリズムのフローチャートである。本発明のピーク値検出部で行うピーク検出アルゴリズムのフローチャートである。本発明のピーク値検出部で行うピーク検出アルゴリズムを模式的に示す図である。本発明の受信バースト検出の際に行う累積同期加算のタイミングを示す図である。本発明のバースト判定処理部１で行うバースト判定アルゴリズム１を模式的に示す図である。本発明のバースト判定処理部２で行うバースト判定アルゴリズム２のフローチャートである。本発明のバースト判定処理部２で行うバースト判定アルゴリズム２を模式的に示す図である。本発明のバースト検出アルゴリズムのＣ／Ｎ０［ｄＢ］対１−誤検出率特性を示すグラフである。

符号の説明

１１Ａ／Ｄ変換部、１２Ｆ−Ｖ変換部、１３バッファ、１４バースト検出部、１５周波数補正値演算部、１６クロックトラッキング部、１７受信同期カウンタ、１８データ判定部、２１累積同期加算部、２２クリッピング、２３マッチトフィルタ(相関器)、２４バースト判定処理部、３１ピーク値検出部、３２バースト判定処理部１、３３バースト判定処理部２

Claims

ＡＲＱ通信に代表されるようなバースト信号と雑音から構成される入力信号から、バースト信号を検出するバースト検出部であって、入力信号を一定タイミング間隔で累積同期加算を行う累積同期加算部と、信号を１、−１に硬判定をするクリッピング部と、リファレンスとの相関をとるマッチトフィルタ部と、相関データからバースト信号を判定するバースト判定処理部とを備え、前記バースト信号を特定するバースト検出部。
マッチトフィルタにおいて信号パターンによっては、閾値を越えた最も大きいピーク値の前後に同様な大きなピーク値が生じることがあるので、閾値を越えたピーク値が生じた場合は、ある一定時間経過しても２回目のピーク値が生じなかった場合にそのピーク値を確定ピーク値とすることを特徴とするバースト判定処理部を備える、請求項１に記載のバースト検出部。
２種類の復調データに対し相関をとる方法を用いて、受信バースト部の誤検出率を低くする方法であって、２種類の復調データの１つ目は復調データそのもの、２つ目は復調データに累積同期加算を行ったものであり、それぞれのデータに対して相関をとり同タイミングで確定ピーク値が生じれば、その確定ピーク値を利用して、どちらか一方しか生じなければ、その確定ピーク値を使用しないで破棄することを特徴とするバースト判定処理部を備える、請求項１に記載のバースト検出部。
１つの確定ピーク値を検出後、２つ目の確定ピーク値を検出したとき、その２つの確定ピーク値の間隔が受信バースト間隔の整数倍になっているかを確認し、なっている場合受信バーストを検出したとすることを特徴とするバースト判定処理部を備える、請求項１に記載のバースト検出部。