JP2010057088A - 受信装置及び伝搬路推定方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】受信信号の振幅情報を用いて適切な伝搬路推定を行うこと。
【解決手段】検波部102は、データ“0”及び“1”により構成される既知のCES(Channel Estimation Sequence:伝搬路推定系列)がOOK(On Off Keying:オンオフキーイング)変調されたOOK変調信号系列の振幅情報を抽出して検波信号系列を取得し、“1”検出部1042は、検波信号系列のサンプル値からデータ“1”に対応するサンプル値のみを抽出して抽出信号系列を取得し、相関演算部1043は、抽出信号系列とCESとの相関演算を行い、伝搬遅延推定部1044は、当該相関演算からCIR(Channel Impulse Response:チャネルインパルス応答)の伝搬遅延量を推定し、振幅係数推定部1045は、当該相関演算からCIRの振幅係数を推定する。
【選択図】図19

Description

本発明は、例えば、OOK(On Off Keying:オンオフキーイング)変調方式が用いられるシステムにおいて、包絡線検波等により得られた受信信号の振幅情報を用いて伝搬路推定を行う受信装置及び伝搬路推定方法に関する。
無線通信では送信アンテナから送信された信号が複数の経路を経て受信アンテナに到達する。このとき、通過した経路長の違いからそれぞれの信号の強度及び位相が互いに異なる状態で合成されるため、受信機の復調性能が劣化する。そのため、受信機において信号を正しく復調する上で、伝搬路推定は重要な技術である。
一般に、伝搬路推定は、次のようにして行われる。先ず、送信側から受信側に伝搬路推定系列(CES:Channel Estimation Sequence)が送信される。受信側では、送信側から送信される伝搬路推定系列と同一の既知信号系列を用意しておき、当該既知信号系列と、受信信号から検波により検出される系列との相関がとられる。
伝搬路推定では、検波方式として、一般に同期検波が用いられる。次に、得られた相関結果の中から鋭いピークが現れた位置が直接波又は遅延波の到来時刻として検出され、信号の伝搬遅延量が推定される。そのため、伝搬路推定には、優れた自己相関特性を有する信号系列が伝搬路推定系列として用いられる。そして、推定した伝搬遅延量に基づいて、符号間干渉による振幅変動の大きさが求められ、振幅係数が推定される。
伝搬路推定の精度を向上させる方法として、例えば特許文献1に開示される方法がある。特許文献1に開示される方法では、受信側は、通信相手から送信された既知信号系列を受信し、既知信号系列と受信信号系列との複素相関処理により電力遅延プロファイルを求める。そして、遅延プロファイルから直接波成分の到来時間及び大きさを検出し、直接波に対する相関値のレプリカを生成する。次に、当該遅延プロファイル(相関結果)から、生成したレプリカを差し引くことにより、遅延波の到来時間の推定精度を向上させている。なお、特許文献1に開示される方法は、検波方式に同期検波を用いることが前提とされている。
特表2006−524971号公報
しかしながら、通信方式によっては、検波方式に同期検波が用いられるとは限らないため、特許文献1に開示される方法を用いても必ずしも伝搬路推定の精度を向上させることができるとは限らない。例えば、広周波数帯域にパルス状の信号を伝送するUWB(Ultra Wide Band)においては、パルスの有無に応じてデータを伝送するOOK(On Off Keying)変調方式が用いられることがある。ここで、OOK変調方式では、データの“1”と“0”に対し、パルスの“有り”と“無し”を対応させ、振幅成分にのみ情報を含めるため、検波方式に包絡線検波が用いられることが多い。
同期検波では、受信信号系列から振幅情報及び位相情報が抽出されるのに対し、包絡線検波では、受信信号系列から振幅情報のみが抽出される。そのため、伝搬路に遅延波が存在する場合、包絡線検波により得られた検波信号系列と既知信号系列との相関結果と、同期検波により得られた検波信号系列と既知信号系列との相関結果とは異なる。その結果、包絡線検波による相関結果を伝搬路推定にそのまま用いると、相関結果に位相情報が含まれないため、適切な伝搬路推定結果が得られない場合がある。
ここでは、OOK変調信号に対する、包絡線検波による相関結果と、同期検波による相関結果との違いについて例を挙げて説明する。以下では、一例として長さが128ビットのCES(データ“1”と“0”で構成される)を用いる場合を例に説明する。CESの長さが128ビットの場合、255(=128×2−1)サンプルの相関結果が得られる。
図1は、伝搬路に遅延波が存在しない場合に、包絡線検波により得られた検波信号系列と元のCESとの相関結果を示している。図1から分かるように、遅延波が存在しない場合、サンプルの中央の128番目のみに鋭いピークが存在する。この鋭いピークは、直接波の存在を表し、遅延波の伝搬遅延量の基準時間となる。
図2は、伝搬路に遅延波が存在しない場合に、同期検波により得られた検波信号系列と元のCESとの相関結果を示している。図2から分かるように、伝搬路に遅延波が存在しない場合には、同期検波を行う場合も図1と同様に、サンプルの中央の128番目にのみピークが存在する。
このように、伝搬路に遅延波が存在しない場合、包絡線検波による相関結果と同期検波による相関結果とは一致する。従って、伝搬路に遅延波が存在しない場合には、包絡線検波を用いる場合と同期検波を用いる場合とで、伝搬路推定結果は同じとなる。一方、伝搬路に遅延波が存在する場合には、包絡線検波を用いる場合と同期検波を用いる場合とで、相関結果が異なる。一例として伝搬路のCIR(CIR:Channel Impulse Response:伝搬路のチャネルインパルス応答):h(t)が下記の式(1)で表せるものとする。
Figure 2010057088
式(1)において、第1項は直接波、第2項は遅延波を表しており、δ(t)は、ディラックのデルタ関数、aは振幅減衰量を表し、dは伝搬遅延量を表し、φは位相回転量を表す。一例としてa=1、a=0.3、d=0、d=T(但し、Tはシンボル長)、φ=0、φ=πとすると、CIRは、h(t)=δ(t)−0.3δ(t−T)となる。
一例として、図3には、同期検波による相関結果を示す。図4は、図3において120番目から140番目のサンプルを拡大したものである。図4から分かるように、同期検波では、128番目に絶対値が最大となるピークが検出され、129番目に次に絶対値が大きいピークが検出されている。従って128番目のピークは、直接波が検出されたことを示し、129番目のピークは、遅延波が直接波に対して1シンボル遅延した位置に検出されたことを示す。更に、遅延波の振幅は負の値で検出されており、遅延波が直接波に逆位相で干渉することが分かる。同期検波を用いる場合には、遅延波の到来時間及び遅延波の位相が正しく検出される。
一方、図5には、包絡線検波による相関結果を示す。図6は、図5において120番目から140番目のサンプルを拡大したものである。図6から分かるように、128番目と135番目とにピークが見られる。そのため、本来、遅延波が129番目に検出されなければならないのに対し、遅延波が135番目に検出されることになる。このように、包絡線検波を用いる場合には、遅延波の到来時間が誤って検出されることがある。
また、遅延波は逆位相で干渉している。このため、本来、遅延波の振幅は負の値として検出されなければならないところ、図5に示すように、包絡線検波による相関結果では、遅延波の振幅が正の値として検出されてしまい、直接波と遅延波の位相関係も誤って検出されてしまう。
そのため、伝搬路に遅延波が存在する場合には、包絡線検波による相関結果を伝搬路推定にそのまま用いると、適切な伝搬路推定が困難となる場合がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、受信信号の振幅情報を用いて適切な伝搬路推定を行う受信装置及び伝搬路推定方法を提供することを目的とする。
本発明の受信装置は、データ“0”及び“1”により構成される既知の伝搬路推定系列がOOK変調されたOOK変調信号系列を包絡線検波して検波信号系列を取得する検波手段と、前記検波信号系列からデータ“1”に対応する検波信号のみを抽出して抽出信号系列を取得する抽出手段と、前記抽出信号系列と、前記伝搬路推定系列との相関演算を行う相関手段と、前記相関演算の結果に基づいて伝搬路特性を推定する推定手段と、を具備する構成を採る。
本発明の伝搬路推定方法は、データ“0”及び“1”により構成される既知の伝搬路推定系列がOOK変調されたOOK変調信号系列を包絡線検波して検波信号系列を取得し、前記検波信号系列からデータ“1”に対応する検波信号のみを抽出して抽出信号系列を取得し、前記抽出信号系列と、前記伝搬路推定系列との相関演算を行い、前記相関演算の結果に基づいて伝搬路特性を推定するようにした。
本発明の受信装置及び伝搬路推定方法によれば、受信信号の振幅情報を用いて適切な伝搬路推定を行うことができる。このため、例えば、OOK変調信号のように、受信信号の振幅情報のみにデータの情報が含まれるような場合に、受信信号の復調に用いられる、包絡線検波等の受信信号の振幅情報のみを抽出する検波方式を流用し、回路規模が大きくかつ複雑になるのを回避しつつ、適切な伝搬路推定を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態1)
図7には、本発明の実施の形態に係る受信装置の要部構成を示す。図7に示す受信装置100は、アンテナ101、検波部102、サンプル部103、伝搬路推定部104、等化部105、及び二値化部106を備えて構成される。
アンテナ101は、通信相手(図示しない)から送信されるOOK(On Off Keying:オンオフキーイング)変調信号系列を受信し、受信信号系列を検波部102に出力する。なお、本実施の形態では、通信相手からデータ“0”及び“1”により構成される既知の伝搬路推定系列(CES:Channel Estimation Sequence)がOOK変調されたOOK変調信号系列が送信される。
例えば、通信相手から、図8に示すようにデータ“0110001010”の伝搬路推定系列(CES)が送信される場合、当該伝搬路推定系列(CES)に対するOOK変調信号の波形を図9に示す。伝搬路に遅延波が存在しなければ、図9に示すOOK変調信号系列がアンテナ101において受信される。
また、伝搬路に遅延波が存在する場合には、アンテナ101において受信されるOOK変調信号系列の波形は変動する。以下、一例として、伝搬路のチャネルインパルス応答(CIR:Channel Impulse Response)h(t)が、式(2)により表される場合について考える。
Figure 2010057088
式(2)において、第1項は直接波を表し、第2項は遅延波を表す。また、δ(t)は、ディラックのデルタ関数を表す。また、a、d、φ(n=1,2,・・・)は、それぞれ振幅減衰量、伝搬遅延量、位相回転量を表す。
式(2)において、一例として、a=1、a=0.3、d=0、d=T(Tはシンボル長)、φ=0、φ=πとすると、チャネルインパルス応答は、h(t)=δ(t)−0.3δ(t−T)となる。このような環境下で、図9に示すOOK変調信号系列が送信された場合に、アンテナ101に到着する受信信号系列の波形を、図10に示す。
遅延波の伝搬遅延量dがd=T、直接波と遅延波の位相差がφ−φ=πなので、1シンボル長Tだけ遅延した遅延波が直接波に対して逆位相で干渉する。そのため、データ“1”の直後のデータが“1”の場合、遅延波の干渉によって振幅が0.3減衰する。一方、データ“1”の直後のデータが“0”の場合、遅延波の干渉によって振幅が0.3増加する。
検波部102は、アンテナ101で受信された受信信号系列に対して包絡線検波を施し、得られた検波信号系列をサンプル部103に出力する。
例えば、図9に示すOOK変調信号系列に包絡線検波が施されると、図11に示すような検波信号系列が得られる。因みに、図12には、同期検波による検波信号系列を示す。図11と図12との比較から分かるように、伝搬路に遅延波が存在しない場合には、包絡線検波によって得られる検波信号系列と同期検波によって得られる検波信号系列とは、ほぼ等しい波形となる。
なお、伝搬路に遅延波が存在する場合には、包絡線検波によって得られる検波信号系列と同期検波によって得られる検波信号系列とは、異なる波形となる。図10に示すOOK変調信号系列に包絡線検波が施されると、図13に示すような検波信号系列が得られる。また、図14には、図10に示すOOK変調信号系列に対し、同期検波を行った場合の検波信号系列の波形を示す。図13と図14との比較から分かるように、遅延波の干渉を受けたデータ“1”の部分に関しては、両者ともに振幅が0.3減少している。一方、遅延波の干渉を受けたデータ“0”の部分に関しては、包絡線検波による検波信号は、振幅が正の値をとるのに対し、同期検波による検波信号系列は、振幅が負の値をとり、両者で結果が異なる。
上述したように、包絡線検波では、受信信号系列の振幅情報のみが抽出される。そのため、図13と図11とを比較すると分かるように、遅延波の干渉を受けたデータ“0”の部分(時間4参照)の振幅が0.3増加している。一方、同期検波では、振幅情報に加え位相情報も抽出される。そのため、図14と図12とを比較すると分かるように、遅延波の干渉を受けたデータ“0”の部分の振幅は0.3減少している(時間4参照)。
このように、包絡線検波では、遅延波の位相回転量に関わらず、すなわち、遅延波の位相が直接波に対し同位相か逆位相かに関わらず、データ“0”に対応する検波信号の振幅が常に増加する。そのため、包絡線検波による検波信号系列をそのまま伝搬路推定に利用すると適切な伝搬路推定結果が得られるとは限らない。より具体的には、包絡線検波による検波信号系列のうち、データ“0”に対応する検波信号を伝搬路推定に利用すると適切な伝搬路推定が困難となる場合がある。
そこで、本実施の形態では、後述の伝搬路推定部104において、受信したCES(伝搬路推定系列)の中から元のデータが“1”の部分のみの相関結果を用いて伝搬路推定を行うようにする。上述したように、データ“1”に対応する検波信号の振幅は、包絡線検波による検波信号を用いる場合にも、同期検波による検波信号を用いる場合と同様に、遅延波の位相回転量に応じて正しく増減する。一方、データ“0”に対応する検波信号の振幅は、包絡線検波による検波信号を用いる場合、遅延波の位相回転量に関わらず常に増加してしまう。従って、受信したCES(伝搬路推定系列)の中から元のデータが“1”に対応する部分のみの相関結果を用いて伝搬路推定を行うようにする。これにより、包絡線検波による検波信号系列において、遅延波の位相回転量を正しく反映している部分のみを用いて伝搬路推定が行われるようになる。伝搬路推定部104における伝搬路推定方法については、後述する。
サンプル部103は、検波部102から出力される検波信号系列を所定のタイミングでサンプリングし、得られたサンプル値を伝搬路推定部104及び等化部105に出力する。
例えば、伝搬路に遅延波が存在しない場合の例として、図11に示す包絡線検波後の検波信号系列をサンプリングレート1/T(但し、Tはシンボル長)でサンプリングすると、図15に示すようなサンプル値が得られる。因みに、図16には、図12の同期検波後における検波信号系列のサンプル値を示す。図15と図16との比較から分かるように、伝搬路に遅延波が存在しない場合には、包絡線検波された検波信号系列のサンプル値と同期検波された検波信号系列のサンプル値とは、ほぼ等しい値をとる。
一方、伝搬路に遅延波が存在する場合には、検波方式によりサンプル値が異なる。図17には、図13の包絡線検波後の検波信号系列に対するサンプル値を示す。また、図18には、図14の同期検波後の検波信号系列に対するサンプル値を示す。図17と図18との比較から分かるように、伝搬路に遅延波が存在する場合には、包絡線検波された検波信号系列のサンプル値と同期検波された検波信号系列のサンプル値とは、異なる値をとる。
伝搬路推定部104は、サンプル部103から出力されるサンプル値を用いて伝搬路推定を行う。ここで、伝搬路推定とは、伝搬路のチャネルインパルス応答(CIR)の伝搬遅延量、振幅係数を推定することをいう。なお、本実施の形態に係る伝搬路推定部104の伝搬路推定方法については、後に詳述する。伝搬路推定部104は、推定した伝搬遅延量及び振幅係数を等化部105に出力する。
等化部105は、サンプル部103から出力されるサンプル値を等化する。具体的には、等化部105は、伝搬路推定部104において推定された伝搬遅延量、振幅係数、及び、二値化部106において復調された過去の復調結果を用いて、サンプル値の振幅補正を行う。なお、等化部105の振幅補正方法については、後に詳述する。等化部105は、振幅補正後のサンプル値を二値化部106に出力する。
二値化部106は、等化部105から出力される振幅補正後のサンプル値を所定の閾値Thと比較して二値化することにより、受信データを復調する。二値化部106は、復調結果を等化部105にフィードバックする。
次に、伝搬路推定部104の内部構成及び伝搬路推定方法を、以下に記載する。伝搬路推定部104は、受信したCES(伝搬路推定系列)の中から元のデータが“1”に対応する部分のみの相関結果を用いて伝搬路推定を行う。
図19には、伝搬路推定部104の要部構成を示す。図19に示す伝搬路推定部104は、CES検出部1041、“1”検出部1042、相関演算部1043、伝搬遅延推定部1044、及び振幅係数推定部1045を備える。
CES検出部1041は、受信信号中のCES区間を検出する。CESの検出方法としては、特に限定されず、様々な方法を用いることができる。例えば、CES検出部1041が、マッチドフィルタを備え、マッチドフィルタの出力が所定の値を超えた場合に、CESを検出したと判定する検出方法を用いても良い。CES検出部1041は、検出したCESを“1”検出部1042及び振幅係数推定部1045に出力する。
“1”検出部1042は、CES検出部1041において検出されたCESの中から元のデータが“1”である部分のみを抽出し、元のデータが“0”である部分のサンプル値を0に置換し、抽出信号系列として新たなCESを構成する。なお、“1”検出部1042は、式(3)の演算を行うことにより、当該処理を実現することができる。
Figure 2010057088
式(3)において、CE(n)は、元のCESを表し、CE(n)は、CES検出部1041において検出されたCESを表す。また、演算“×”は、CESの各要素の掛け算を表し、CE(n)は、抽出信号系列として新たに構成されたCESを表す。なお、CESは送受信装置間で共通の信号系列を用いるため、受信側では送信されるCESと同一のCESを予め用意しておくことができる。
図20には、図17の信号系列に対し、式(3)の処理を施した信号系列(新たに構成されたCES)を示す。図20から分かるように、データ“0”の部分の振幅が全て0に置換されている。“1”検出部1042は、新たに構成されたCES(CE(n))を相関演算部1043に出力する。
相関演算部1043は、CE(n)とCE(n)との相関演算を行う。図21には、相関演算結果の一例を示す。図22は、図21において120番目から140番目のサンプルを拡大したものである。図22と図6とを比較すると分かるように、図22では、135番目のピークがなくなっており、代わりに129番目にピークが現れている。更に、図22では、振幅係数が負の値として検出される。
すなわち、“1”検出部1042が、元のデータが“0”の部分のサンプル値を0に置換することにより、位相回転量が正しく反映されないデータ“0”の部分の遅延波の影響が除去される。一方、データ“1”の部分のサンプル値は、位相回転量を正しく反映するので、“1”検出部1042が、CESの中から元のデータが“1”の部分のみを抽出する。これにより、相関演算部1043は、位相回転量に関する情報を含む検波信号系列を用いて、相関演算結果を取得することができる。そのため、検波部102が包絡線検波を施す場合においても、相関演算結果には、遅延波の伝搬遅延量及び位相回転量が正しく含まれるようになる。
相関演算部1043は、得られた相関結果を伝搬遅延推定部1044に出力する。
伝搬遅延推定部1044は、相関結果から相関値の絶対値が所定の値Yを超えた箇所を信号が到来した時間u(n=1,2,・・・)として検出する。次に、伝搬遅延推定部1044は、検出した到来時間uから伝搬遅延量dを計算する。伝搬遅延量dは、直接波の到来時間と遅延波の到来時間との相対的な時間差であり、伝搬遅延推定部1044は、式(4)により伝搬遅延量dを得る。
Figure 2010057088
例えば、図21においてY=5とすると、u=128が直接波の到来時間、u=129が遅延波の到来時間として検出される。従って、伝搬遅延推定部1044は、直接波の伝搬遅延量dとして、d=u−u=128−128=0を得る。また、伝搬遅延推定部1044は、遅延波の伝搬遅延量dとして、d=u−u=129−128=1を得る。このようにして、遅延波が直接波に対して1シンボル長だけ遅延していることが検出される。
伝搬遅延推定部1044は、伝搬遅延量dを振幅係数推定部1045及び等化部105に出力する。
振幅係数推定部1045は、CES検出部1041から出力されるCES(式(3)におけるCE(n))と伝搬遅延推定部1044において推定される伝搬遅延量dとを用いて、チャネルインパルス応答(CIR)の振幅係数Aを推定し、推定した振幅係数Aを等化部105に出力する。
ここで、振幅係数Aは、次のように定義されるものとする。なお、式(2)には、振幅減衰量a及び位相回転量φが含まれていたが、振幅係数推定部1045は、これらをひとまとめにしてA=aexp(jφ)を振幅係数として検出する。すなわち、式(2)は、式(5)のように表される。
Figure 2010057088
遅延波の干渉がない状態でデータ“1”を受信したときの振幅をCとし、遅延波の干渉がない状態でデータ“0”を受信したときの振幅をZとすると、下記の演算処理[1]〜[4]により振幅係数Aを推定することができる。なお、CESが既知信号系列であること、及び、既に伝搬遅延量が得られていることから、CES区間内において、遅延波の干渉を受けないデータ“1”、及び、遅延波の干渉を受けないデータ“0”が分かる。振幅Cは、遅延波の干渉を受けないデータ“1”の振幅値より設定され、振幅Zは、遅延波の干渉を受けないデータ“0”の振幅値より設定される。
[1]現在の受信データが“0”で、d−dシンボル前のデータが“1”のとき
現在の受信データのサンプル値をSとすると、式(6)を計算することにより、遅延波がデータ“0”に与える振幅変動Dを推定する。
Figure 2010057088
[2]現在の受信データが“1”で、d−dシンボル前のデータが“1”のとき
現在の受信データのサンプル値をSとすると、式(7)を計算することにより、遅延波がデータ“1”に与える振幅変動Dを推定する。
Figure 2010057088
[3]直接波の振幅係数Aは、Cに等しい(式(8))。
Figure 2010057088
[4]遅延波の振幅係数Aは、現在の受信データによって、式(9)のように異なる。
Figure 2010057088
なお、チャネルインパルス応答(CIR)が3波以上の合成波で表される場合は、各遅延波のデータ“1”又は“0”の全ての組み合わせに対して、上記[1]、[2]と同様の演算処理を行い、各遅延波がデータ“0”及びデータ“1”に与える振幅変動を算出する。
このようにして、伝搬路推定部104は、伝搬遅延量d、振幅変動D,D、及び、振幅係数Aを推定し、推定した伝搬遅延量d、振幅変動D,D、及び、振幅係数Aを等化部105に出力する。
次に、等化部105における等化方法について説明する。
等化部105は、上述のように推定された伝搬遅延量d及び振幅変動D、Dと、遅延波の干渉を受けないCESのデータ“0”の振幅値Zと、遅延波の干渉を受けないCESのデータ“1”の振幅値Cと、二値化部106において復調された過去のデータの復調結果とに基づいて、サンプル値S(n=1,2,・・・)の振幅を補正する。以下では、伝搬路推定部104における伝搬路推定の結果、チャネルインパルス応答(CIR)が下記式(10)で表される場合を例に、等化部105における等化方法、すなわち、振幅補正方法について説明する。なお、式(10)において、|A|>|A|、つまり、遅延波の振幅は、直接波の振幅より小さいとする。
Figure 2010057088
等化部105は、Dの値及び過去のシンボルの復調結果に応じて、サンプル値Sを以下のように補正する。なお、等化部105は、遅延波が存在しない場合に、データ“1”を受信したときの振幅C、データ“0”を受信したときの振幅Z、及び、二値化部106で用いられる閾値Th=(C−Z)/2+Zを予め保持している。
[1]D>0、かつ、時間d−dシンボル前の復調結果が“1”の場合
この場合、遅延波が直接波に対し同位相で合成される。そこで、等化部105は、サンプル値Sの振幅を以下の(i)〜(iii)のように補正する。
(i)S>Cのとき、S−Dに補正する。
すなわち、等化部105は、受信データ“1”のサンプル値Sから同位相に合成された遅延波の影響Dを除去する。これにより、等化部105は、本来の値より大きめに受信されたサンプル値を、本来の値に補正する。
(ii)S<Th、かつ、D<(Th−Z)のとき、S−Dに補正する。
<Thの場合、(a)データ“0”であるが遅延波の影響により振幅が増加した場合と、(b)データ“1”であるが、伝搬路の影響により振幅が減ってしまった場合との2つの場合が考えられる。そこで、等化部105は、Dと(Th−Z)とを比較し、どちらの場合か判定する。ここで、(Th−Z)は、本来、データ“0”であるのに誤ってデータ“1”と判定されるまでのマージンを示す。従って、データ“0”に対し遅延波が影響を及ぼすDが、当該マージン(Th−Z)より小さければ、(a)データ“0”の場合と判定することができる。そこで、等化部105は、S<Th、かつ、D<(Th−Z)のとき、サンプル値Sから遅延波の影響Dを除去する補正を行う。
(iii)C>S≧Th、かつ、D≧(Th−Z)のとき、S−Dに補正する。
C>S≧Thの場合、(a)本来データ“0”であるが、伝搬路の影響により振幅が増加した場合と、(b)本来データ“1”であるが、伝搬路の影響により振幅が減少した場合との、2つの場合が考えられる。そこで、等化部105は、Dと(Th−Z)とを比較し、どちらの場合であるか判定する。(ii)で述べたように、(Th−Z)は、本来データ“0”であるのに誤ってデータ“1”と判定されるまでのマージンを示す。すなわち、D≧(Th−Z)を満たす場合、(a)の場合であると判定することができる。そこで、等化部105は、C>S≧Th、かつ、D≧(Th−Z)のとき、サンプル値Sから遅延波の影響Dを除去する補正を行う。
[2]D<0、かつ、時間d−dシンボル前の復調結果が“1”の場合
この場合、遅延波が直接波に対し逆位相で合成される。そこで、等化部105は、サンプル値Sを以下の(i)〜(v)ように補正する。なお、補正の考え方は、[1]と同様であるため詳しい説明を省略する。
(i)S≧Th、かつD<(Th−Z)、かつ|D|<(Th−Z)のとき、S+|D|に補正する。
(ii)Sn<Th、かつD<(Th−Z)、かつ|D|<(Th−Z)のとき、S−Dに補正する。
(iii)S≧Th、かつD≧(Th−Z)、かつ|D|≧(Th−Z)のとき、S−Dに補正する。
(iv)S<Th、かつD≧(Th−Z)、かつ|D|≧(Th−Z)のとき、S+|D|に補正する。
(v)D≧(Th−Z)、かつ|D|<(Th−Z)のとき、|S−D−Z|と|S+|D|−C|とを比較し、値が小さい方((S−D1)か(S+|D|)のいずれか)を補正後の値として採用する。
なお、[1]及び[2]に代えて、|S−D−Z|と|S−D−C|とを比較し、値が小さい方((S−D)又は(S−D)のいずれか一方)を補正後の値として採用することもできる。上述したように、振幅Zは、遅延波の影響を受けずにデータ“0”を受信した場合の値であり、振幅Cは、遅延波の影響を受けずにデータ“1”を受信した場合の値である。
すなわち、|S−D−Z|は、サンプル値Sが理想的な振幅Zに対しどれだけずれているかを示し、|S−D−C|は、サンプル値Sが理想的な振幅Cに対しどれだけずれているかを示している。従って、|S−D−Z|と|S−D−C|とを比較し、ずれが小さい方を採用することにより、補正後の(S−D)及び(S−D)のうちより確からしい補正結果が採用されることになる。
なお、チャネルインパルス応答(CIR)が3波以上の合成波で表される場合は、上記に加え、時間d−dシンボル前の復調結果が“1”の場合、及び時間dn−1−d、及びd−dシンボル前の復調結果が“1”の場合について同様な操作を行う。
このように、等化部105は、伝搬遅延量dと、遅延波がない状態におけるCESのデータ“0”及び“1”を受信した振幅値C,Zと、遅延波がCESのデータ“0”及び“1”に与える振幅変動D、Dと、過去のデータの復調結果とに基づいて、サンプル値S(n=1,2,・・・)の振幅を補正(等化)する。
なお、等化方法(振幅補正方法)は上述した方法に限定されず、伝搬路推定部104において推定されたチャネルインパルス応答(CIR)を用いて、他の方法により行っても良い。例えば、一般的なDFE(Decision Feedback Equalizer)において、伝搬路推定部104において推定された振幅係数は、ディジタルフィルタの係数として設定することも可能である。
但し、振幅係数は受信したデータが“0”の場合と“1”の場合とで異なる。このため、データが“0”の場合を想定したディジタルフィルタと、データが“1”の場合を想定したディジタルフィルタとを用意し、2つのフィルタ出力のうち、尤度が大きい方を復調結果として採用するようにする必要がある。
以上のように、本実施の形態では、検波部102は、データ“0”及び“1”により構成される既知のCESがOOK変調されたOOK変調信号系列の振幅情報を抽出して検波信号系列を取得する。また、“1”検出部1042は、検波信号系列のサンプル値からデータ“1”に対応するサンプル値のみを抽出して抽出信号系列を取得する。また、相関演算部1043は、抽出信号系列とCESとの相関演算を行い、伝搬遅延推定部1044は、当該相関演算からチャネルインパルス応答(CIR)の伝搬遅延量を推定する。また、振幅係数推定部1045は、当該相関演算からチャネルインパルス応答(CIR)の振幅係数を推定するようにした。
このようにすることで、例えば、OOK変調信号のように、振幅情報のみにデータの情報が含まれるような場合に、遅延波の位相回転量が正しく反映された振幅情報のみから得られた相関演算結果を用いて伝搬路推定が行われるようになる。これにより、包絡線検波等の復調に用いられる検波方式を流用し、回路規模が大きくかつ複雑になるのを回避しつつ、適切な伝搬路推定を行うことができるようになる。
(実施の形態2)
実施の形態1では、伝播路推定系列とその他の部分(例えばペイロード)の伝送レートが同一の場合について説明した。すなわち、サンプル部103が、伝搬路推定系列とその他の部分とで、同一の伝送レートを用いてサンプリングする場合を例に説明した。
本実施の形態では、伝送路推定系列とその他の部分の伝送レートが異なる場合に適用可能な受信装置及び伝播路推定方法について説明する。なお、以下では、CESのビットレート(OOKでは、シンボルレートと等価)がペイロードのビットレートの半分である場合を例に説明する。
一般に、CESとペイロードとで伝送レートが異なる場合に、CESとペイロードとで異なるサンプリングレートを用いるようにすると、2つのサンプリングレートが必要となり、装置構成が複雑になる。そのため、通常、伝送レートが早いペイロードのビットレートでサンプリングを行う。
従って、ペイロードのビットレートがB(1/T)であり、CESのビットレートBCESがBCES=B/2(1/2T)の場合、ペイロード及びCESの双方をサンプリングレートB(1/T)でサンプリングする。この結果、CESの1ビットに対して2つのサンプル結果が得られるようになる。例えば、128ビットのCESに対しては、サンプル結果として256サンプルが得られる。
ここで、例として自己相関結果がインパルスとなるようなCESを考える。図23には、当該CESを、CESのビットレートBCES(=B/2)に等しいレートでサンプリングした場合の相関結果を示す。なお、図24には、図23における120〜136番目の相関値を拡大して表示する。CESのビットレートBCESに等しいレートでサンプリングした場合、128番目の相関値はピーク値をとり、それ以外の相関値はゼロをとる。
一方、図25には、CESをペイロードのビットレートBに等しいレートでサンプリングした場合の相関結果を示す。なお、図26には、図25における250〜262番目の相関値を拡大して表示する。ペイロードのビットレートBに等しいレートでサンプリングした場合、256番目の最大ピークの両サイドに小さなピーク(以下「サイドローブ」という)が現れる。
このようなサイドローブの存在の影響により、遅延波が存在する伝播路では、適切な相関結果が得られない場合がある。以下では、一例として、チャネルインパルス応答(CIR)が、h(t)=δ(t)−0.5δ(t−T)で表される場合の相関結果について考える。
図27に、遅延波が存在する伝搬路における、256ビットの長さを持つCESをCESのビットレートの2倍のレートでサンプリングした場合の相関結果のうち、506〜518番目の相関値を拡大して表示する。図27から分かるように、直接波に対応する512番目のピークより前に、存在しないはずのピーク(サイドローブ)が検出される。また、本来遅延波が検出されるはずの513番目にはピークが現れていない。
このように、CESをCESのビットレートBCESより高速なレートでサンプリングする場合、相関結果が適切でない場合がある。この結果、後段の伝搬路推定部104において、伝播路推定を正しく行うことが困難となる。
そこで、本実施の形態では、CESのビットレートより高速なレートでサンプリングされたサンプル値を用いて、伝搬路推定を行う伝搬路推定部及び伝搬路推定方法について説明する。
図28には、本実施の形態に係る伝搬路推定部の要部構成を示す。なお、図28の本実施の形態に係る伝搬路推定部において、図19と共通する構成部分には、図19と同一の符号を付して説明を省略する。図28は、図19に対して、相関演算部1043に代えて、相関演算部1043aを備える。
相関演算部1043aは、CESのビットレートBCESより高速なレートでサンプリングされたサンプル値を用いて相関演算を行った後、当該相関演算を補正する。
相関演算部1043aにおける相関演算の補正方法については、図29のフロー図を用いて説明する。図29において、STはフローの各ステップを示す。
“1”検出部1042は、受信したCESからデータ“1”の部分のみを抽出する(ST101)。相関演算部1043aは、ST101の結果とCESとの相関処理を行う(ST102)。更に、相関演算部1043aは、ST102の結果から振幅の絶対値が最大の成分(通常は直接波成分)を検出し、その振幅値をαとする(ST103)。また、相関演算部1043aは、CESの自己相関結果におけるサイドローブ信号を予め用意しておく。また、相関演算部1043aは、CESの自己相関関数におけるサイドローブ信号をST103の時間に合わせてシフトし、かつ、ST103の振幅値αを振幅係数として振幅調整を行う(ST104)。
そして、相関演算部1043aは、ST102の結果からST104の結果を差し引き(ST105)、ST105の結果から、2番目に振幅の絶対値が大きい成分を検出し、その振幅値をβとする(ST106)。相関演算部1043aは、サイドローブ信号を、ST106の時間に合わせてシフトし、かつ、ST106の振幅値βを振幅係数として振幅調整を行う(ST107)。相関演算部1043aは、ST105の結果からST107の結果を差し引く(ST108)。相関演算部1043aは、振幅の絶対値が所定の閾値以上の成分に対し、ST106〜ST108を繰返す(ST109:YES)。
相関演算部1043aは、振幅の絶対値が所定の閾値未満となると(ST109:NO)、ST109の結果において、ST103で検出した成分(通常は直接波成分)の振幅値をγとする(ST110)。次に、相関演算部1043aは、サイドローブ信号を、ST103の時間に合わせてシフトし、かつ、(γ−α)を振幅係数として振幅調整を行う(ST111)。そして、相関演算部1043aは、ST109の結果からST111の結果を差し引き、減算後の結果を補正後の相関演算結果とする(ST112)。
このように、相関演算部1043aは、相関結果に対して、振幅の絶対値が大きい成分から段階的に、その振幅値を係数として自己相関結果のサイドローブを除去する。この処理を繰返すことで、各検出パス成分の振幅値が徐々に補正される。そして、最後に、振幅の絶対値が最大であった成分(通常は直接波成分)について、補正後の振幅値と補正前の振幅値との差を求め、この差を係数として、もう一度サイドローブの除去を行う。
図30には、図27に対して上記の一連の処理(ST103〜ST112)を施した結果を示す。上記の処理により、511番目に存在していたピークが消えて、本来遅延波が存在する513番目にピークが現れるようになる。
以上のように、本実施の形態によれば、サンプル部103が、CESのビットレートBCESより高速なレートでCESをサンプリングする場合に、相関演算部1043aは、CESの自己相関結果におけるサイドローブ信号に、自己相関結果の振幅の絶対値が最大値αを乗算することにより振幅調整した後、自己相関結果から振幅調整後のサイドローブ信号を減算する。また、相関演算部1043aは、減算後の結果における振幅の絶対値の最大値βを乗算することにより振幅調整したサイドローブ信号を、減算後の結果から更に減算するとう処理を、減算後の結果が所定の閾値以上になるまで繰返す。
これにより、サンプル部103が、CESのビットレートBCESより高速なレートでCESをサンプリングする場合においても、相関演算部1043aは、不要なサイドローブを除去し、遅延波の影響を再現し、適切な相関演算結果を取得することができる。この結果、後段の伝搬遅延推定部1044及び振幅係数推定部1045は、適切な伝搬路推定を行うことができるようになる。
(実施の形態3)
実施の形態1及び実施の形態2では、自己相関がインパルスになる系列を伝搬路推定系列(CES)に用い伝搬路推定した。本実施の形態では、実施の形態1及び実施の形態2の伝搬路推定系列(CES)とは異なる系列を用いて、伝搬路推定する伝搬路推定部及び伝播路推定方法について説明する。なお、実施の形態1及び実施の形態2と同様に、本実施の形態に係る伝搬路推定部は、包絡線検波により取得された振幅情報を用いて伝播路推定する。
図31には、本実施の形態に係る伝搬路推定部の要部構成を示す。なお、本実施の形態に係る伝搬路推定部は、図7の受信装置100の伝搬路推定部104に代えて適用することができる。
図31の伝搬路推定部204は、CES検出部2041、伝搬遅延推定部2042及び振幅係数推定部2043を備えて構成される。
CES検出部2041は、サンプル部103から出力される検波信号のサンプル値から、CESを検出する。なお、CESの検出方法としては、特に限定されず、様々な方法を用いることができる。例えば、CES検出部2041が、マッチドフィルタを備え、マッチドフィルタの出力が所定の値を超えた場合に、CESを検出したと判定する検出方法を用いても良い。
なお、本実施の形態では、CESに、下記の3種類のCES、CES、CESから構成される系列を用いる。
(1)CES:全てデータ“0”で構成される。
(2)CES:先頭の1個のデータのみ“1”であり、残りの他のデータは“0”で構成される。
(3)CES:全てデータ“1”で構成される。
図32に、一例として、長さが32シンボルのCES(n=1,2,3)を示す。また、図33には、図32に示すCESを送信したときの受信信号の波形を示す。なお、図33は、チャネルインパルス応答(CIR)が、h(t)=δ(t)−0.3δ(t−10T)で表される環境下における、受信信号の波形である。また、図34には、図33に示す、受信信号に対する包絡線検波後の検波信号を示す。また、図35には、図34に示す検波信号に対するサンプル値を示す。
CES検出部2041は、CESを検出すると、CESを検出したタイミングを伝搬遅延推定部2042に出力する。また、CES検出部2041は、サンプル部103から出力される検波信号のサンプル値を、伝搬遅延推定部2042及び振幅係数推定部2043に出力する。
伝搬遅延推定部2042は、サンプル値から伝搬遅延量dを推定する。具体的には、伝搬遅延推定部2042は、先ず、CESの区間において先頭のデータ以外で所定の閾値を超えたサンプル値を遅延波として検出する。そして、伝搬遅延推定部2042は、遅延波が検出された時間からCESの先頭のデータ“1”が検出された時間を減算することにより、遅延波の伝搬遅延量dを算出する。
例えば、図35に示す例において、33番目のシンボルがCESの先頭のデータ“1”と検出され、43番目のシンボルが遅延波として検出される場合、伝搬遅延推定部2042は、d=43−33より、d=10を得る。
なお、伝搬遅延推定部2042は、CESの区間で、伝搬遅延量d後のサンプル値の変動量に応じて、遅延波の位相変動量を判定することもできる。すなわち、伝搬遅延推定部2042は、伝搬遅延量d後のサンプル値が増加している場合には、遅延波の位相は直接波の位相と同位相であると判定する。また、伝搬遅延推定部2042は、伝搬遅延量d後のサンプル値が減少している場合には、遅延波の位相は直接波の位相と逆位相であると判定する。
伝搬遅延推定部2042は、推定した伝搬遅延量dを振幅係数推定部2043及び等化部105に出力する。
振幅係数推定部2043は、チャネルインパルス応答(CIR)の振幅係数A及び振幅変動Dを推定する。図35に示す例では、CESの区間において、先頭から10シンボル後に受信信号の振幅が減少している。上述したように、CESは、全てデータ“0”であるので、CESの先頭、すなわち、図35における33番目のサンプル値の振幅から、直接波の振幅係数Aを求めることができる。
また、振幅係数推定部2043は、検出したサンプル値から遅延波がない環境下でのデータ“0”のサンプル値(例えばCES区間のサンプル値の平均値)を減算し、データ“1”が干渉によりデータ“0”に与える振幅変動Dを求める。
また、振幅係数推定部2043は、CESの区間において、CESの区間の先頭からdシンボル以後のサンプル値から、遅延波が存在しない環境下でのデータ“1”のサンプル値(例えばCES区間の先頭のサンプル値)を減算する。これにより、振幅係数推定部2043は、データ“1”が干渉によってデータ“1”に与える振幅変動Dを求める。
このようにして、振幅係数推定部2043は、データ“1”が干渉によりデータ“0”に与える振幅変動D1、及び、データ“1”が干渉によってデータ“1”に与える振幅変動Dを求める。
以上のように、本実施の形態では、全てデータ“0”で構成されるCESと、先頭の1個のデータのみ“1”であり、残りの他のデータは“0”で構成されるCESと、全てデータ“1”で構成されるCESと、からなるCESを用いて、伝搬路推定を行うようにした。
実施の形態1及び実施の形態2では、伝搬路推定部104は、現在の受信データ及び過去(d−dシンボル前)のデータが“1”であるか否かによって、振幅変動Dを算出した。これに対し、本実施の形態では、過去のデータの復調結果を用いずに、現在のサンプル値の振幅のみから振幅変動Dを算出することができる。このため、実施の形態1及び実施の形態2に比べ、比較的簡易な方法で、伝搬路推定を行うことができるようになる。
本発明に係る受信装置及び伝搬路推定方法は、受信信号の振幅情報を用いて適切な伝搬路推定を行うことができる。例えば、本発明に係る受信装置及び伝搬路推定方法は、OOK変調方式が用いられるシステムにおいて、包絡線検波等により得られた受信信号の振幅情報を用いて伝搬路推定を行う受信装置及び伝搬路推定方法などに有用である。
包絡線検波を用いた場合の相関結果の一例を示す図 同期検波を用いた場合の相関結果の一例を示す図 遅延波が存在する環境下において同期検波した場合の相関結果の一例を示す図 図3の拡大図 遅延波が存在する環境下において包絡線検波した場合の相関結果の一例を示す図 図5の拡大図 本発明の実施の形態1に係る受信装置の要部構成を示すブロック図 送信データの一例“0110001010”を示す図 図8の送信データをOOK変調した場合に得られる変調信号を示す図 遅延波が存在する場合の受信信号の一例を示す図 図9のOOK変調信号を包絡線検波した場合に得られる検波信号を示す図 図9のOOK変調信号を同期検波した場合に得られる検波信号を示す図 図10の受信信号を包絡線検波した場合に得られる検波信号を示す図 図10の受信信号を同期検波した場合に得られる検波信号を示す図 図11の検波信号をサンプリングして得られるサンプル値を示す図 図12の検波信号をサンプリングして得られるサンプル値を示す図 図13の検波信号をサンプリングして得られるサンプル値を示す図 図14の検波信号をサンプリングして得られるサンプル値を示す図 実施の形態1に係る伝搬路推定部の要部構成を示すブロック図 図17のサンプル値からデータ“1”の部分を抽出した結果を示す図 伝搬路推定系列のうちデータ“1”の部分のみを用いた場合の相関結果を示す図 図21の拡大図 自己相関結果がインパルスとなるようなCESの自己相関結果を示す図 図23の拡大図 自己相関結果がインパルスとなるようなCESを2倍のレートでサンプリングした場合の自己相関結果を示す図 図25の拡大図 遅延波が存在する環境下においてCESを2倍のレートでサンプリングした場合の相関結果の一例を示す図 本発明の実施の形態2に係る伝搬路推定部の要部構成を示すブロック図 実施の形態2に係る相関演算部の動作を説明するためのフロー図 図27に示す自己相関結果に対してサイドローブ除去処理を施した結果を示す図 本発明の実施の形態3に係る伝搬路推定部の要部構成を示すブロック図 実施の形態3におけるCESの一例を示す図 遅延波が存在する環境下における図32のCESの受信信号を示す図 図33の受信信号を包絡線検波した場合に得られる検波信号を示す図 図34の検波信号をサンプリングして得られるサンプル値を示す図
符号の説明
100 受信装置
101 アンテナ
102 検波部
103 サンプル部
104,204 伝搬路推定部
105 等化部
106 二値化部
1041,2041 CES検出部
1042 “1”検出部
1043,1043a 相関演算部
1044,2042 伝搬遅延推定部
1045,2043 振幅係数推定部

Claims (7)

  1. データ“0”及び“1”により構成される既知の伝搬路推定系列がOOK変調されたOOK変調信号系列を包絡線検波して検波信号系列を取得する検波手段と、
    前記検波信号系列からデータ“1”に対応する検波信号のみを抽出して抽出信号系列を取得する抽出手段と、
    前記抽出信号系列と、前記伝搬路推定系列との相関演算を行う相関手段と、
    前記相関演算の結果に基づいて伝搬路特性を推定する推定手段と、
    を具備する受信装置。
  2. 前記抽出手段は、
    前記検波信号系列のうちデータ“0”に対応する検波信号を0に置き替えることにより前記抽出信号系列を取得する、
    請求項1に記載の受信装置。
  3. 前記検波信号系列を二値化して復調結果を得る二値化手段と、
    前記伝搬路推定系列と、前記検波信号系列と、過去の復調結果とを用いて、等化処理を行う等化手段と、をさらに具備する、
    請求項1に記載の受信装置。
  4. 前記推定手段は、
    前記相関演算の結果に基づいて直接波に対する遅延波の遅延時間を算出する、
    請求項1に記載の受信装置。
  5. 前記推定手段は、
    前記遅延時間と、前記伝搬路推定系列と、前記検波信号系列とを用いて、伝搬路の振幅係数を推定する、
    請求項4に記載の受信装置。
  6. 前記等化手段は、
    前記遅延時間と、遅延波の干渉を受けない前記伝搬路推定系列のデータ“0”及び“1”の振幅値と、遅延波が前記伝搬路推定系列のデータ“0”及び“1”に与える振幅変動と、過去のデータの復調結果とに基づいて、前記検波信号系列の振幅を補正する、
    請求項3に記載の受信装置。
  7. データ“0”及び“1”により構成される既知の伝搬路推定系列がOOK変調されたOOK変調信号系列を包絡線検波して検波信号系列を取得し、
    前記検波信号系列からデータ“1”に対応する検波信号のみを抽出して抽出信号系列を取得し、
    前記抽出信号系列と、前記伝搬路推定系列との相関演算を行い、
    前記相関演算の結果に基づいて伝搬路特性を推定する、
    伝搬路推定方法。
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