JP2009159168A - 無線受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】他のピコネットが近傍にある場合でも、干渉の影響を軽減できる。
【解決手段】ホッピング制御部２３は、同期タイミング信号に基づきホッピング同期を確立し、同期確立後は、送信側が採用しているホッピングパターンに同期させて受信周波数の切り替えを行う。そして、ホッピング制御部２３は、パケット待ち受け状態及びパケット受信後で上記同期確立前でも、一定周期で受信周波数の切り替えを行う。この一定周期は、例えば８シンボル分に相当する時間（ホッピング周期６シンボル＋回路遅延１．５シンボル）とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、送信時に複数の送信帯域に周波数をホッピングしながら伝送する無線システムにおける無線受信機に関する。

従来、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式と呼ばれる無線伝送方式がある。また、一定時間間隔で搬送周波数の切り替えを行う周波数ホッピング通信方式が知られている。
ここで、ＷＰＡＮ(Wireless Personal Network)用途に標準化が進められている、MultiBand OFDM(MB-OFDM)方式においては、上記２つの方式を組み合わせ、例えば、５２８ＭＨｚの帯域幅を持ったＯＦＤＭシンボルを、３つの周波数バンドに、定められた順番で周波数ホッピングを行い、広帯域を利用した伝送を行っている。

上記のように周波数ホッピングを行う無線システムにおける無線受信機では、一般に、パケットの先頭に付加されたプリアンブル信号の伝送区間で、無線送信機側で行われた周波数ホッピングのパターンを検出し、検出したホッピングパターンに同期して受信周波数を切り替える必要がある。

上記MB-OFDM方式では、上記同期の為のプリアンブル信号として１８シンボルの既知のシンボルを使用しており、この１８シンボルの信号区間で上記ホッピングの同期をとる必要がある。

一般に、上記MB-OFDM方式の無線受信機では、受信周波数を、例えば上記３つの周波数のうちの１つに固定して、各パケットの受信待ち受けを行っている。よって、上記１８シンボルの信号区間の各OFDMシンボルのうち、上記固定の周波数バンドと同じ周波数バンドのOFDMシンボルのみが同期検出部に入力されることになる（特許文献１参照）。同期検出部では、特許文献１等にも記載の通り、既知のプリアンブルパターンに基づき相関器で相互相関を求めることによりホッピング同期のタイミングを検出する。この検出結果に基づき、送信側のホッピングパターンに同期して受信周波数を切り替えることができるようになる。
特開２００７−１９９８５号公報

上記の通り、従来の方式では、ホッピングの同期を確立するまでは、ホッピングされる複数の周波数バンドのうちの１つの周波数バンドに固定して受信待ち受けが行われる為、別のピコネットが近傍にある場合に、受信波が常に干渉する可能性があり、受信性能が劣化するという問題があった。

例えば図６に示す例では、ピコネット１と、このピコネット１の近傍にピコネット２があるとする。そして、ピコネット１では図示の通り、バンド１→バンド２→バンド３→バンド１→バンド２→・・・というパターンでホッピングを行っている。ピコネット２では図示の通り、バンド１→バンド３→バンド２→バンド１→バンド３→・・・というパターンで周波数ホッピングを行っている。この様なパターンにおいて、偶然、ピコネット１のバンド１とピコネット２のバンド１のタイミングが同じになった場合、図示の通り、バンド１のタイミングは常に同じになり、例えばピコネット１の任意の受信機がバンド１固定で受信待ち受けを行っていた場合、受信波が常に干渉することになってしまい、受信性能が劣化する。

本発明の課題は、ＭＢ−ＯＦＤＭ方式のようなＯＦＤＭシンボルを周波数ホッピングする方式の無線システムにおいて、特にその無線受信機において受信待ち受け状態時およびホッピング同期確立までの間、受信周波数を一定周期で順次切り替えるようにすることで、他のピコネットが近傍にある場合でも、干渉の影響を軽減し、受信性能を改善することができる無線受信機等を提供することである。

本発明の無線受信機は、ＯＦＤＭ方式に周波数ホッピング方式を適用したＭＢ−ＯＦＤＭ方式により無線送信機側が任意のパケットの各ＯＦＤＭシンボルを任意の周波数ホッピングパターンで周波数を切り替えて送信した信号を受信する無線受信機であって、前記周波数ホッピングパターンで用いられる特定の複数の周波数のうちの何れかの周波数を受信周波数として、該受信周波数の信号を、受信信号をダウンコンバートさせる為に出力するシンセサイザと、既知のプリアンブルパターンに基づき相関器で相互相関を求めることにより相関検出信号を生成・出力する同期検出手段と、該相関検出信号に基づきホッピング同期を確立して前記周波数ホッピングパターンに同期させて前記受信周波数を切り替え制御するホッピング制御手段とを有する無線受信機において、前記ホッピング制御手段は、前記任意のパケットの受信待ち受け状態時および該パケットを受信開始から前記ホッピング同期を確立するまでの間、一定周期で前記受信周波数の切り替えを行うようにする。

従来では、上述した通り、受信待ち受け状態時等に受信周波数固定としていた為（上記図６の例ではバンド１固定）、他のピコネットが近傍にある場合、干渉の影響により受信性能が劣化していたが、本発明では受信待ち受け状態時等でも一定周期で受信周波数の切り替えを行っているので、上記の例ではバンド１で影響を受けていても例えばバンド２に切り替わることで、干渉の影響を軽減し、受信性能を改善することができる。

上記無線受信機において、例えば、前記一定周期は、前記周波数ホッピングパターンの周期に受信回路の遅延時間を加えた周期である。
また、上記無線受信機において、例えば、前記ホッピング制御手段は、前記受信待ち受け状態時および該パケットを受信開始から前記ホッピング同期を確立するまでの期間、前記一定周期での受信周波数切り替えが行われる毎に、該切り替え直後から前記受信回路の遅延時間分経過するまでの期間、前記相関検出信号をマスクする。

本発明の無線受信機等によれば、ＭＢ−ＯＦＤＭ方式のようなＯＦＤＭシンボルを周波数ホッピングする方式の無線システムにおける無線受信機において、受信待ち受け状態時の受信周波数を一定周期で順次切り替えるようにすることで、他のピコネットが近傍にある場合でも、干渉の影響を軽減し、受信性能を改善することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１に、本例の無線受信機の受信回路の構成ブロック図を示す。
図示の無線受信機では、既存の一般的なＭＢ−ＯＦＤＭ方式の無線受信機と略同様に、受信アンテナにより受信された各ＯＦＤＭシンボルは、ＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐ）１１、ダウンコンバータ１２、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１４、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）１５、及びＡ／Ｄコンバータ１６を介して、復調・制御部２０内のＦＦＴ演算部２１及び同期検出部２２に入力される。

ダウンコンバータ１２（直交検波部）は、外部から受信信号の入力（ＬＮＡ１１の出力）と、シンセサイザ１３から出力される所定の周波数の信号の入力に応じて、この所定周
波数信号によって受信信号を直交検波し、複素ベースバンド信号を出力する。尚、特に図示・説明しないが、一般的に複素ベースバンド信号はＩ相とＱ相とに分けて出力され、それぞれ処理される。

シンセサイザ１３から出力される信号の周波数が、上記受信周波数であり、この受信周波数は、ホッピング制御部２３から出力されるホッピング制御信号によって切り替え制御される。よって、この受信周波数は固定的ではなく、特に同期確立した後は、ホッピングパターンに同期して切り替えられる。また、従来では、ホッピング制御部に相当する構成は、任意のパケットの受信待ち受け状態時および該パケットを受信開始から前記ホッピング同期を確立するまでの間、受信周波数を固定するように制御していた。これに対して、本例のホッピング制御部２３は、後述するように、任意のパケットの受信待ち受け状態時および該パケットを受信開始から前記ホッピング同期を確立するまでの間（以下、受信待ち受け状態時等という場合もある）、一定周期で受信周波数を切り替え制御する。

復調・制御部２０の各機能、すなわちＦＦＴ演算部２１、同期検出部２２、ホッピング制御部２３の機能は、専用回路により実現される。
ＦＦＴ演算部２１は上記入力に応じた復調信号を生成・出力するが、ここでは関係ないので特に説明しない。

同期検出部２２も、既存の一般的な構成であり、例えば図２に示す構成を有しており、以下、簡単に説明する。
上記Ａ／Ｄコンバータ１６の出力（受信シンボル）は、同期検出部２２内の相関演算部３１（相関器）に入力される。同期検出部２２は、予め無線機間で決められているプリアンブルの信号パターンを保持している。相関演算部３１は、上記入力信号のパターン（受信ＯＦＤＭシンボルのパターン）とこのプリアンブルパターンとの相互相関を演算し、受信ＯＦＤＭシンボルのパターンと一致したタイミングで相関信号を出力する。相関ピーク検出部３２は、この相関ピークの位置（タイミング）を検出して、この相関検出信号（相関ピーク信号）を図示の同期タイミング信号としてホッピング制御部２３へ出力する。

ホッピング制御部２３は、この同期タイミング信号に基づきホッピング同期を確立し、同期確立後は全てのＯＦＤＭシンボルが受信可能となる。すなわち、例えば図３に示す図示の「同期検出位置」後のように、送信側の図示のバンド１→バンド２→バンド３→バンド１→バンド２→・・・というホッピングパターンに同期させて受信周波数の切り替えを行う（図示の“受信バンド番号”のように切り替える）。すなわち、例えばバンド３のＯＦＤＭシンボルの受信タイミングでは、受信周波数はバンド３になっている。バンド１，２についても同様である。

従来のホッピング制御部では、上述した通り、受信待ち受け状態時等には、受信周波数を上記３つのバンドのうちの１つに固定するように制御している。例えば、図３に示す例では、図示の“受信バンド番号”に示す通り、パケット受信待ち受け状態時（パケットが受信されていない期間）およびパケットを受信開始から前記ホッピング同期を確立するまでの間、受信周波数はバンド１固定となっている。

これに対して、本例のホッピング制御部２３は、受信待ち受け状態時等の受信周波数を、従来のように固定にすることなく、一定周期で順次切り替えるように制御している。これにより、例えば上述した図６に示す状態でバンド１において１回程度干渉があったとしても、その後にバンド２やバンド３に切り替わることで、上述した従来の問題は解消されることになる。

そして、本例では、この一定周期を、ホッピング周期と回路遅延（受信回路の遅延時間
）に基づいて決めている。
ここで、ＭＢ−ＯＦＤＭ方式では、図４に示すように、７種類のホッピングパターンがＴＦＣ(Time Frequency Code)として定められており、送信側では、図示の各ＴＦＣ番号（ＴＦＣ１〜ＴＦＣ７）の何れかに対応付けられるバンドＩＤのパターンで、３つの伝送周波数帯域を切り替えながら送信を行う。

図４に示す各周波数ホッピングパターンの周期（ホッピング周期）は、ＯＦＤＭシンボルの６シンボル分である。そして、図示の７つのパターンのうち、ＴＦＣ１、ＴＦＣ２は１シンボル毎、ＴＦＣ３、ＴＦＣ４は２シンボル毎に、周波数ホッピングするパターンである。ＴＦＣ５〜ＴＦＣ７は、周波数ホッピングしないパターンである。

また、上記受信回路の遅延時間は、ここではダウンコンバータ１２出力時から同期検出部２２の相関ピーク検出部３２出力までに掛かる時間（回路遅延により掛かる時間）とする。遅延の主要因は、同期検出部２２の相関演算遅延、受信経路内の各フィルタ回路による遅延、Ａ／Ｄ変換による遅延などである。ここでは、受信回路の遅延時間は仮に１．５シンボル分に相当する時間であるものとする。

以上の例においては、ホッピング制御部２３は、上記一定周期を８シンボル分に相当する時間（ホッピング周期６シンボル＋回路遅延１．５シンボル）とする。受信待ち受け状態時等には、８シンボル周期で受信周波数を例えばバンド１→バンド２→バンド３→バンド１→・・・というように繰り返し切り替えて、受信フレームを待ち受ける。

これにより上記ＴＦＣ１〜ＴＦＣ４の何れかのパターンでのフレーム受信時に、任意の受信周波数において同じ周波数のＯＦＤＭシンボルを最低２個受信できる。例えば図５の例において、受信周波数がバンド２（図示の受信バンド番号＝‘２’）のときに図示のＰＳ５，ＰＳ８の２つのＯＦＤＭシンボルを受信できる。尚、ここでいう“受信できる”とは、同期検出部２２が正常に受信シンボルを入力できることを意味する。

また、上記ＴＦＣ３、ＴＦＣ４のように２シンボル毎の周波数ホッピングパターンにおいても、２個の相関ピークの検出位置から、受信したシンボルが１シンボル目か２シンボル目かを識別することが可能である。

２点の相関ピーク出力からホッピング同期タイミングを確立した後は、従来通り、全てのＯＦＤＭシンボルを受信できるようになる（図５に示すＰＳ１０〜ＰＳ１８）。
また、受信待ち受け状態時およびホッピング同期確立するまでの間は、受信周波数を切り替えた際には、上記回路遅延に応じて図５に示すように入力マスクを行う（ホッピング同期のタイミング検出で使用しない）。つまり、ホッピング制御部２３は、受信周波数切り替え直後から回路遅延時間分経過するまでの期間、同期検出部２２から出力される相関検出信号を受け付けない。

これは、バンド切り替え直後から回路遅延時間分経過するまでの期間では、ホッピング制御部２３に入力される相関ピーク信号が、バンド切り替え前の情報（図５に示すＰＳ１）や不完全なフレームの情報（図５に示すＰＳ２）となる可能性があるからである。上記マスクを行うことで、ホッピング制御部２３に入力される相関ピーク信号は、現在使用しているバンドで受信されたＯＦＤＭシンボルの情報であることが保証される。これにより、同期検出時のホッピング制御信号の出力初期値の制御が可能となる。

尚、ホッピング制御部２３による上記受信待ち受け状態時およびホッピング同期確立するまでの間の受信周波数の切り替え制御を実現する為のハードウェア構成図は、従来でも受信周波数の切り替え制御機能があること、及び特に同期制御する必要なく予め決められ
た一定周期で所定の（ここでは３種類の）受信周波数の切り替えを行うものであることから、特に図示・説明しない。入力マスクに関しても同様である。

本例の無線受信機の受信回路の構成ブロック図である。 図１の同期検出部の構成例である。 従来の動作の一例を示す図である。 ＭＢ−ＯＦＤＭ方式における７種類のホッピングパターンを示す図である。 本例の動作の一例を示す図である。 従来の問題を説明する為の図である。

符号の説明

１１ ＬＮＡ
１２ ダウンコンバータ
１３ シンセサイザ
１４ ＬＰＦ
１５ ＡＧＣ
１６ Ａ／Ｄコンバータ
２０ 復調・制御部
２１ ＦＦＴ演算部
２２ 同期検出部
２３ ホッピング制御部
３１ 相関演算部
３２ 相関ピーク検出部

Claims (3)

1. ＯＦＤＭ方式に周波数ホッピング方式を適用したＭＢ−ＯＦＤＭ方式により無線送信機側が任意のパケットの各ＯＦＤＭシンボルを任意の周波数ホッピングパターンで周波数を切り替えて送信した信号を受信する無線受信機であって、前記周波数ホッピングパターンで用いられる特定の複数の周波数のうちの何れかの周波数を受信周波数として、該受信周波数の信号を、受信信号をダウンコンバートさせる為に出力するシンセサイザと、既知のプリアンブルパターンに基づき相関器で相互相関を求めることにより相関検出信号を生成・出力する同期検出手段と、該相関検出信号に基づきホッピング同期を確立して前記周波数ホッピングパターンに同期させて前記受信周波数を切り替え制御するホッピング制御手段とを有する無線受信機において、
   前記ホッピング制御手段は、前記任意のパケットの受信待ち受け状態時および該パケットを受信開始から前記ホッピング同期を確立するまでの間、一定周期で前記受信周波数の切り替えを行うことを特徴とする無線受信機。
2. 前記一定周期は、前記周波数ホッピングパターンの周期に受信回路の遅延時間を加えた周期であることを特徴とする請求項１記載の無線受信機。
3. 前記ホッピング制御手段は、前記受信待ち受け状態時および該パケットを受信開始から前記ホッピング同期を確立するまでの期間、前記一定周期での受信周波数切り替えが行われる毎に、該切り替え直後から前記受信回路の遅延時間分経過するまでの期間、前記相関検出信号をマスクすることを特徴とする請求項２記載の無線受信機。