JP2012227895A

JP2012227895A - 無線送信装置及び無線受信装置

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Publication number: JP2012227895A
Application number: JP2011096488A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Kojima; 和也小島; Hisayoshi Abe; 尚義阿部
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2031-04-22
Also published as: JP5840378B2

Abstract

【課題】本発明は、ユニークワードの検出及び無線フレームの同期を、高精度及び短時間で実現する無線受信装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、無線フレームごとに、定値信号、交番信号及びデータ信号をそれぞれ変調して生成された無変調信号、交番変調信号及びデータ変調信号をそれぞれ復調して、無変調信号、交番変調信号及びデータ変調信号に対応した復調信号を生成する復調信号生成部２２と、無線フレームごとに、無変調信号及び交番変調信号の検出タイミングの情報を生成する無変調信号・交番変調信号検出タイミング生成部２４と、無線フレームごとに、無変調信号及び交番変調信号の検出タイミングの情報に基づいて、該当する無線フレームの復調信号から、ユニークワード領域を除くデータ領域に対応する受信データ信号を出力する硬判定部２３と、を備えることを特徴とする無線受信装置２である。
【選択図】図５

Description

本発明は、無線フレーム同期を高精度及び短時間で実現する技術に関する。

１対１通信または１対多通信を行う無線通信システムでは、制御情報及び伝送データなどを挿入する領域を周期的に設定するため、無線フレームフォーマットを定義することが一般的である。そのため、無線送信装置では無線フレームを構成し、無線受信装置では無線フレーム周期を検出する必要があり、無線通信システムでは無線フレーム同期を具備する。無線フレーム同期の方法の一つとして、特許文献１では、無線送信装置では送信信号の一部に既知のユニークワードを挿入し、無線受信装置では受信信号の一部から既知のユニークワードを検出する。

また、無線通信システムに適用する無線通信方式を、周波数分割複信（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘ：ＦＤＤ）方式とした場合、送受信する変調信号は連続信号となる。受信した連続信号からユニークワードを検出する方法の一つとして、特許文献１では、Ｍ系列（最大長系列：ＭａｘｉｍａｌＬｅｎｇｔｈＳｅｑｕｅｎｃｅ）などの擬似ランダム系列などの自己相関性の高い系列を、ユニークワードとして用いる。無線送信装置では、この系列をユニークワードとして送信し、無線受信装置では、受信したユニークワードと既知のユニークワードとの相関を求める。

特開平７−２５４８８８号公報

しかし、制御情報及び伝送データなどを挿入する領域に、ユニークワードに類似する信号パターンが発生することがある。また、無線受信方式を準同期検波方式とした場合に、周波数オフセット及びクロック位相誤差などの要因により、受信したユニークワードと既知のユニークワードとの相関が小さくなることがある。よって、ユニークワードを検出し無線フレームを同期させる精度及び時間に課題があった。

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、ユニークワードの検出及び無線フレームの同期を、高精度及び短時間で実現する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、送信側において、定値信号を変調して生成した無変調信号、及び交番信号を変調して生成した交番変調信号を、送信側及び受信側で既知のユニークワードとして無線フレームに挿入する。そして、受信側において、無変調信号及び交番変調信号を検出した検出タイミングの情報を生成し、この無変調信号及び交番変調信号を検出した検出タイミングの情報に基づいて、制御情報及び伝送データなどを含むデータ変調信号を該当する無線フレームから抽出する。

具体的には、本発明は、無線フレームごとに、定値信号、交番信号及びデータ信号を生成する信号生成部と、前記無線フレームごとに、前記定値信号、前記交番信号及び前記データ信号をそれぞれ変調して、無変調信号、交番変調信号及びデータ変調信号を生成する変調信号生成部と、を備えることを特徴とする無線送信装置である。

この構成によれば、ユニークワードの検出及び無線フレームの同期を、高精度及び短時間で実現する無線送信装置を提供することができる。

また、本発明は、無線フレームごとに、定値信号、交番信号及びデータ信号をそれぞれ変調して生成された無変調信号、交番変調信号及びデータ変調信号をそれぞれ復調して、前記無変調信号、前記交番変調信号及び前記データ変調信号に対応した復調信号を生成する復調信号生成部と、前記無線フレームごとに、前記無変調信号及び前記交番変調信号を検出した検出タイミングの情報を生成する無変調信号・交番変調信号検出タイミング生成部と、前記無線フレームごとに、前記無変調信号・交番変調信号検出タイミング生成部が生成した前記無変調信号及び前記交番変調信号を検出した検出タイミングの情報に基づいて、前記復調信号生成部が生成した前記無変調信号、前記交番変調信号及び前記データ変調信号に対応した復調信号から、前記データ変調信号に対応した復調信号を検出するデータ信号検出部と、を備えることを特徴とする無線受信装置である。

この構成によれば、ユニークワードの検出及び無線フレームの同期を、高精度及び短時間で実現する無線受信装置を提供することができる。

また、本発明は、前記無変調信号・交番変調信号検出タイミング生成部は、前記無線フレームごとに、前記無変調信号が有する周波数成分を透過させ、前記交番変調信号が有する周波数成分を減衰させる低域通過フィルタと、前記無線フレームごとに、前記低域通過フィルタにおいて透過させた周波数成分を有する信号の電力の時間変化を算出する信号電力算出部と、を備え、前記信号電力算出部において算出した前記信号の電力の時間変化に基づいて、前記無線フレームごとに、前記無変調信号及び前記交番変調信号を検出した検出タイミングの情報を生成することを特徴とする無線受信装置である。

この構成によれば、無変調信号及び交番変調信号の周波数特性に基づいて、無変調信号を低域通過フィルタで透過させ、交番変調信号を低域通過フィルタで減衰させる。すると、低域通過フィルタ透過後において、無変調信号の部分では信号電力が高くなり、交番変調信号の部分では信号電力が低くなる。そこで、低域通過フィルタ透過後において、信号電力の波形を測定することにより、無変調信号及び交番変調信号を検出した検出タイミングの情報を生成することができる。

本発明は、ユニークワードの検出及び無線フレームの同期を、高精度及び短時間で実現する技術を提供することができる。

無線送信装置の構成例を示す図である。無線送信装置の本発明の構成を示す図である。無線フレームの構成を示す図である。無線受信装置の構成例を示す図である。無線受信装置の本発明の構成を示す図である。無変調信号・交番変調信号検出タイミング生成部の構成を示す図である。低域通過フィルタ透過前の変調信号のスペクトルの概略を示す図である。低域通過フィルタ透過後の変調信号の電力の時間変化の概略を示す図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。

無線送信装置の構成例を図１に示す。無線送信装置１は、一般的には、変調信号生成部１２、帯域制限フィルタ１３、発振器１４、アップコンバータ１５、高出力アンプ１６及びアンテナ１７から構成される。無線送信装置の本発明の構成を図２に示す。無線送信装置１は、本発明では、ユニークワード生成部１１、変調信号生成部１２、帯域制限フィルタ１３、発振器１４、アップコンバータ１５、高出力アンプ１６及びアンテナ１７から構成される。図１及び図２に示した無線送信装置の構成において、帯域制限フィルタ１３、発振器１４、アップコンバータ１５、高出力アンプ１６及びアンテナ１７は、共通する構成要素である。

ユニークワード生成部１１は、無線フレームごとに、定値信号、交番信号及び擬似ランダム信号などを生成する。変調信号生成部１２は、無線フレームごとに、定値信号、交番信号及び擬似ランダム信号などをそれぞれ変調して、無変調信号、交番変調信号及び擬似ランダム変調信号などを生成する。また、制御情報及び伝送データなどを含む送信データを、あらかじめ決められた規則で変調シンボルに変換し信号点に配置することで、データ変調信号を生成する。さらに、無線フレームの構成に従って、無変調信号、交番変調信号及び擬似ランダム変調信号などをデータ変調信号に挿入する。帯域制限フィルタ１３は、他の周波数帯域との混信を防止するために、送信する変調信号の周波数帯域を制限して、送信変調信号を送信する。

無線フレームの構成を図３に示す。無線フレーム３は、ユニークワード領域３１及びデータ領域３２から構成される。ユニークワード領域３１は、無変調信号３１１、交番変調信号３１２及び擬似ランダム変調信号３１３から構成される。無変調信号３１１及び交番変調信号３１２は、擬似ランダム変調信号３１３より先に伝搬される。無変調信号３１１及び交番変調信号３１２は、領域の個数を問わず、順序も問わない。

無線受信装置の構成例を図４に示す。無線受信装置２は、一般的には、アンテナ２７、低雑音アンプ２８、ダウンコンバータ２９、発振器３０、帯域制限フィルタ２１、復調信号生成部２２及び硬判定部２３から構成される。無線受信装置の本発明の構成を図５に示す。無線受信装置２は、本発明では、アンテナ２７、低雑音アンプ２８、ダウンコンバータ２９、発振器３０、帯域制限フィルタ２１、復調信号生成部２２、硬判定部２３、無変調信号・交番変調信号検出タイミング生成部２４、擬似ランダム変調信号検出タイミング生成部２５及び擬似ランダム変調信号検出部２６から構成される。図４及び図５に示した無線受信装置の構成において、アンテナ２７、低雑音アンプ２８、ダウンコンバータ２９、発振器３０及び帯域制限フィルタ２１は、共通する構成要素である。

帯域制限フィルタ２１は、受信した変調信号の周波数帯域を制限して、他の周波数帯域からの干渉や雑音の混入を防止する。復調信号生成部２２は、無線フレームごとに、定値信号、交番信号、擬似ランダム信号及びデータ信号をそれぞれ変調して生成された無変調信号、交番変調信号、擬似ランダム変調信号及びデータ変調信号をそれぞれ復調して、無変調信号、交番変調信号及びデータ変調信号に対応した復調信号を生成する。硬判定部２３は、復調信号生成部２２から出力される復調信号の信号点を判定することで変調シンボルを得た後、送信側と同様のあらかじめ決められた信号点配置規則で変調シンボルから受信データ信号を生成して出力する。このとき、後述する擬似ランダム変調信号検出部２６から出力されるユニークワード領域のタイミングの情報に従って、該当する無線フレームの復調信号から、ユニークワード領域を除くデータ領域に対応する受信データ信号を生成して出力する。

無変調信号・交番変調信号検出タイミング生成部２４は、無線フレームごとに、無変調信号及び交番変調信号を検出した検出タイミングの情報を生成する。擬似ランダム変調信号検出タイミング生成部２５は、無線フレームごとに、無変調信号・交番変調信号検出タイミング生成部２４が生成した無変調信号及び交番変調信号を検出した検出タイミングの情報に基づいて、擬似ランダム変調信号が検出されるべき検出タイミングの情報を生成する。擬似ランダム変調信号検出部２６は、無線フレームごとに、擬似ランダム変調信号検出タイミング生成部２５が生成した擬似ランダム変調信号が検出されるべき検出タイミングの情報に基づいて、復調信号生成部２２が生成した無変調信号、交番変調信号、擬似ランダム変調信号及びデータ変調信号から、擬似ランダム変調信号を検出する。

このように、帯域制限フィルタ２１及び復調信号生成部２２の処理ラインにおいて、変調信号の復調を実行し、無変調信号・交番変調信号検出タイミング生成部２４及び擬似ランダム変調信号検出タイミング生成部２５の処理ラインにおいて、擬似ランダム変調信号が検出されるべき検出タイミングの情報を生成し、これらの処理ラインが並列されている。よって、ユニークワードの検出及び無線フレームの同期を高精度及び短時間で実現でき、処理のやり直しに伴う電力消費を削減できる。

無変調信号・交番変調信号検出タイミング生成部の構成を図６に示す。無変調信号・交番変調信号検出タイミング生成部２４は、低域通過フィルタ２４１、信号電力算出部２４２、全体平均算出部２４３、移動平均算出部２４４、閾値算出部２４５及び信号判定部２４６から構成される。低域通過フィルタ２４１は、無線フレームごとに、無変調信号が有する周波数成分を透過させ、交番変調信号が有する周波数成分を減衰させる。

低域通過フィルタ透過前の変調信号のスペクトルの概略を図７に示す。図７の上側は、変調信号の周波数に対して、低域通過フィルタ透過前の変調信号の信号強度を示す。図７の下側は、変調信号の周波数に対して、低域通過フィルタ２４１の透過係数を示す。キャリア周波数をｆ_ｃとし、無線シンボルクロック周波数をｆ_ｓとする。

周波数ｆ_ｃにおいて、無変調信号のスペクトルが位置している。周波数ｆ_ｃ＋ｆ_ｓ／２及び周波数ｆ_ｃ−ｆ_ｓ／２において、交番変調信号のスペクトルが位置している。周波数ｆ_ｃを中心とし、周波数ｆ_ｃ−ｆ_ｓ／２から周波数ｆ_ｃ＋ｆ_ｓ／２まで、擬似ランダム変調信号及びデータ変調信号のスペクトルが位置している。

低域通過フィルタ２４１の中心周波数は、周波数ｆ_ｃである（図５に示した無線受信装置２に入力される受信変調信号がベースバンド信号である場合はｆ_ｃ＝０となる）。低域通過フィルタ２４１のカットオフ周波数は、周波数ｆ_ｃ−ｆ_ｓ／２より高い周波数及び周波数ｆ_ｃ＋ｆ_ｓ／２より低い周波数である。低域通過フィルタ２４１のカットオフ周波数は、準同期検波方式における最大周波数オフセットをｆ_ｏｆｆとすると、周波数ｆ_ｃ−ｆ_ｏｆｆ及び周波数ｆ_ｃ＋ｆ_ｏｆｆであることが好ましい。

このように、低域通過フィルタ２４１は、無線フレームごとに、受信変調信号のうち、無変調信号が有する周波数成分を透過させ、交番変調信号が有する周波数成分を減衰させ、擬似ランダム変調信号及びデータ変調信号の減衰率を、無変調信号の減衰率及び交番変調信号の減衰率のほぼ中間程度の減衰率とする。

信号電力算出部２４２、全体平均算出部２４３及び移動平均算出部２４４は、無線フレームごとに、低域通過フィルタ２４１が透過させた周波数成分を有する信号の電力の時間変化を算出する。信号電力算出部２４２は、低域通過フィルタ２４１が透過させた周波数成分を有する信号の電力を算出する。全体平均算出部２４３は、長期間での信号電力の平均値を算出する。現時点で処理している無線フレームにおける信号電力の平均値を算出するときに、現時点で処理している無線フレームにおける信号電力に加えて、現時点で処理している無線フレーム以前の無線フレームにおける信号電力を含めて、信号電力の平均値を算出しても良い。移動平均算出部２４４は、短期間での信号電力の平均値を算出する。

低域通過フィルタ透過後の変調信号の電力の時間変化の概略を図８に示す。実線は、移動平均算出部２４４が算出した、短時間での信号電力の平均値を示す。実線のうち時間にほぼ依存しない部分は、全体平均算出部２４３が算出した、長時間での信号電力の平均値とほぼ等価となる。

低域通過フィルタ透過後の無変調信号の信号電力は、長時間での信号電力の平均値より高い。低域通過フィルタ透過後の交番変調信号の信号電力は、長時間での信号電力の平均値より低い。低域通過フィルタ透過後の擬似ランダム変調信号及びデータ変調信号の信号電力は、長時間での信号電力の平均値とほぼ同じ程度である。ここで、このような低域通過フィルタ透過後の変調信号の電力の時間変化を得るため、移動平均の算出対象期間は、無変調信号の継続期間及び交番変調信号の継続期間のうちいずれか短い期間より短い期間とする。さらに、雑音を平滑化するため、移動平均の算出対象期間は、無線シンボル期間より長い期間であることが好ましい。

無変調信号３１１及び交番変調信号３１２について、１つの無線フレーム中における領域の個数を問わないときには、それに応じて図８の実線の山及び谷の個数が変化する。無変調信号３１１及び交番変調信号３１２について、１つの無線フレーム中における順序を問わないときには、それに応じて図８の実線の山及び谷の順序が変化する。

閾値算出部２４５は、長時間での信号電力の平均値より高い値を、低域通過フィルタ透過後の無変調信号の信号電力を検出するための閾値として算出し、長時間での信号電力の平均値より低い値を、低域通過フィルタ透過後の交番変調信号の信号電力を検出するための閾値として算出する。閾値算出部２４５は、これらの閾値及び長時間での信号電力の平均値の差分の情報を、予め設定していてもよく、受信強度に応じて算出してもよい。

信号判定部２４６は、信号電力算出部２４２、全体平均算出部２４３及び移動平均算出部２４４が算出した前記信号の電力の時間変化に基づいて、無線フレームごとに、無変調信号及び交番変調信号を検出した検出タイミングの情報を生成する。信号判定部２４６は、短時間での信号電力の平均値が、大きい方の閾値より高いことを検出したときに、無変調信号を検出したと判定し、短時間での信号電力の平均値が、小さい方の閾値より低いことを検出したときに、交番変調信号を検出したと判定する。

このように、無変調信号及び交番変調信号の周波数特性に基づいて、無変調信号を低域通過フィルタ２４１で透過させ、交番変調信号を低域通過フィルタ２４１で減衰させる。すると、低域通過フィルタ透過後において、無変調信号の部分では信号電力が高くなり、交番変調信号の部分では信号電力が低くなる。そこで、低域通過フィルタ透過後において、信号電力の波形を測定することにより、無変調信号及び交番変調信号を検出した検出タイミングの情報を生成することができる。

以上の実施形態では、ユニークワード領域３１は、擬似ランダム変調信号３１３を含んでいる。そして、無変調信号及び交番変調信号を検出した検出タイミングの情報に基づいて、擬似ランダム変調信号が検出されるべき検出タイミングの情報を生成する。さらに、擬似ランダム変調信号が検出されるべき検出タイミングの情報に基づいて、擬似ランダム変調信号を検出し、擬似ランダム変調信号の後のデータ変調信号の位置を検出している。

以下の実施形態では、ユニークワード領域３１は、擬似ランダム変調信号３１３を含んでいなくてもよい。そして、無変調信号及び交番変調信号を検出した検出タイミングの情報に基づいて、無変調信号及び交番変調信号の後のデータ変調信号の位置を検出してもよい。

無線受信装置２は、擬似ランダム変調信号検出タイミング生成部２５及び擬似ランダム変調信号検出部２６に代えて、データ変調信号検出タイミング生成部を備えればよい。データ変調信号検出タイミング生成部は、無線フレームごとに、無変調信号・交番変調信号検出タイミング生成部２４が生成した無変調信号及び交番変調信号を検出した検出タイミングの情報に基づいて、データ変調信号が検出されるべき検出タイミングの情報を生成すればよい。

本発明に係る無線送信装置及び無線受信装置は、無線フレームを構成し、無線フレームを同期させる無線通信システムにおいて、広範に適用することができる。

１：無線送信装置
２：無線受信装置
３：無線フレーム
１１：ユニークワード生成部
１２：変調信号生成部
１３：帯域制限フィルタ
１４：発振器
１５：アップコンバータ
１６：高出力アンプ
１７：アンテナ
２１：帯域制限フィルタ
２２：復調信号生成部
２３：硬判定部
２４：無変調信号・交番変調信号検出タイミング生成部
２５：擬似ランダム変調信号検出タイミング生成部
２６：擬似ランダム変調信号検出部
２７：アンテナ
２８：低雑音アンプ
２９：ダウンコンバータ
３０：発振器
３１：ユニークワード領域
３２：データ領域
２４１：低域通過フィルタ
２４２：信号電力算出部
２４３：全体平均算出部
２４４：移動平均算出部
２４５：閾値算出部
２４６：信号判定部
３１１：無変調信号
３１２：交番変調信号
３１３：擬似ランダム変調信号

Claims

無線フレームごとに、定値信号、交番信号及びデータ信号を生成する信号生成部と、
前記無線フレームごとに、前記定値信号、前記交番信号及び前記データ信号をそれぞれ変調して、無変調信号、交番変調信号及びデータ変調信号を生成する変調信号生成部と、
を備えることを特徴とする無線送信装置。
無線フレームごとに、定値信号、交番信号及びデータ信号をそれぞれ変調して生成された無変調信号、交番変調信号及びデータ変調信号をそれぞれ復調して、前記無変調信号、前記交番変調信号及び前記データ変調信号に対応した復調信号を生成する復調信号生成部と、
前記無線フレームごとに、前記無変調信号及び前記交番変調信号を検出した検出タイミングの情報を生成する無変調信号・交番変調信号検出タイミング生成部と、
前記無線フレームごとに、前記無変調信号・交番変調信号検出タイミング生成部が生成した前記無変調信号及び前記交番変調信号を検出した検出タイミングの情報に基づいて、前記復調信号生成部が生成した前記無変調信号、前記交番変調信号及び前記データ変調信号に対応した復調信号から、前記データ変調信号に対応した復調信号を検出するデータ信号検出部と、
を備えることを特徴とする無線受信装置。
前記無変調信号・交番変調信号検出タイミング生成部は、
前記無線フレームごとに、前記無変調信号が有する周波数成分を透過させ、前記交番変調信号が有する周波数成分を減衰させる低域通過フィルタと、
前記無線フレームごとに、前記低域通過フィルタにおいて透過させた周波数成分を有する信号の電力の時間変化を算出する信号電力算出部と、を備え、
前記信号電力算出部において算出した前記信号の電力の時間変化に基づいて、前記無線フレームごとに、前記無変調信号及び前記交番変調信号を検出した検出タイミングの情報を生成することを特徴とする、請求項２に記載の無線受信装置。