JP2014179786A - 無線受信装置及び無線受信方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】消費電力の削減と安定稼働とを両立できる無線受信装置を提供する。
【解決手段】受信信号の電力を検出する電力検出部と、前記受信信号に含まれる所定の信号パターンを検出する第1パターン検出部と、無線通信を行うための無線通信部と、前記電力検出部により前記受信信号の電力が検出された場合、前記第1パターン検出部を起動するパターン検出起動部と、前記第1パターン検出部により前記受信信号から前記所定の信号パターンが検出された場合、前記無線通信部を起動する無線通信起動部と、を備える。
【選択図】図1

Description

本開示は、無線受信装置及び無線受信方法に関する。
従来の無線端末の消費電力の削減方法として、様々な方法が提案されている。例えば、データ信号を送受信する通信用無線部と、受信専用の受信部と、を備えるウェイクアップ型無線装置が知られている。
ウェイクアップ型無線装置は、通信用無線部は基本的に電源を供給しないOFF状態で、又は受信待ち受け動作を行わない低消費電力のスリープモード等で、動作する。ウェイクアップ型無線装置は、データ信号の送受信を開始する前に、送信装置により送出されるウェイクアップ信号を受信専用の受信部により検出すると、通信用無線部への電源供給を開始する。
ウェイクアップ型無線装置として、通信用無線部と包絡線検波器とを備え、所定帯域における電力の有無によりパターン検出を開始し、自局宛パターンを検出することにより通信用無線機を起動する無線通信装置が知られている。(例えば、特許文献1参照)。
特開平8−139635号公報
特許文献1の無線通信装置では、消費電力の削減と無線通信装置の安定稼働との両立が困難であった。
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、消費電力の削減と安定稼働とを両立できる無線受信装置及び無線通信方法を提供する。
本開示の無線受信装置は、受信信号の電力を検出する電力検出部と、前記受信信号に含まれる所定の信号パターンを検出する第1パターン検出部と、無線通信を行うための無線通信部と、前記電力検出部により前記受信信号の電力が検出された場合、前記第1パターン検出部を起動するパターン検出起動部と、前記第1パターン検出部により前記受信信号から前記所定の信号パターンが検出された場合、前記無線通信部を起動する無線通信起動部と、を備える。
本開示によれば、消費電力の削減と安定稼働とを両立できる。
第1の実施形態における無線受信装置の構成例を示すブロック図 第1の実施形態における受信信号の周波数変換後の周波数スペクトラムの一例を示す模式図 第1の実施形態における受信信号に対応する時間軸上の信号の一例を示す模式図 第2の実施形態における無線受信装置の構成例を示すブロック図 (A)第2の実施形態における受信信号の周波数スペクトラムの一例を示す模式図、(B)第2の実施形態における受信信号に対する二乗演算後の周波数スペクトラムの一例を示す模式図 第2の実施形態における相互変調成分の周波数スペクトラムと干渉判定用フィルタの通過帯域との一例を示す模式図 (A)第2の実施形態における、干渉信号が希望信号に対して所定周波数以上離れたチャネルに存在する場合の受信信号の周波数スペクトラムの一例を示す模式図、(B)第2の実施形態における、干渉信号が希望信号に対して所定周波数以上離れたチャネルに存在する場合の受信信号に対する二乗演算後の周波数スペクトラムの一例を示す模式図 (A)〜(C)第2の実施形態における受信信号の周波数スペクトラムと帯域可変フィルタの通過帯域との一例を示す模式図 第3の実施形態における無線受信装置の構成例を示す模式図 (A)〜(D)第3の実施形態における受信信号の周波数スペクトラムとフィルタの通過帯域との一例を示す模式図 第4の実施形態における無線受信装置の構成例を示すブロック図 第4の実施形態におけるパターン検出部の構成例を示すブロック図 従来の受信信号の周波数変換後の周波数スペクトラムを示す模式図 (A),(B)従来の受信信号に対応する時間軸上の信号を示す模式図
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
(本開示の一形態を得るに至った経緯)
特許文献1の無線通信装置が備えるフィルタ1301(図13参照)は、RF(Radio Frequency)帯域の信号通過帯域が広い。この場合、図13に示すフィルタ1301の信号通過帯域内に、希望信号Sと干渉信号Sとが存在する場合、図14(A)に示す時間軸上では、希望信号Sと干渉信号Sとが重なり合う。従って、図14(B)に示すように、二乗演算により抽出される信号では所定の信号パターンを検出できない。
例えば、希望信号Sのパターンを、図14(A)に示す”1010 1110 1011”とする。この場合、二乗演算により抽出される信号は、図14(B)に示す”1011 1111 1111”となる。この場合、希望信号Sが所定の信号パターンとして検出されない。つまり、ウェイクアップパケットを受信しても、干渉によって希望信号Sを検出できない。従って、通信用無線部を起動できず、システムが成立しないことがあった。
以下、消費電力の削減と安定稼働とを両立できる無線受信装置及び無線通信方法について説明する。
以下の実施形態では、無線送信装置と無線受信装置とが無線通信回線に接続され、無線通信システムを形成する。例えば、機器間の状態又はセンシング情報を自立して収集するセンサー間の無線システムが形成される。無線システムは、例えば、WPAN(Wireless Personal Area Network)、M2M(Machine to Machine)通信システム、又はセンサー無線ネットワークシステムを含む。無線通信システムは、ウェイクアップ型無線システムである。
無線送信装置及び無線受信装置の伝送速度は、例えば、低速(数kbps〜数百kbps)であり、無線信号の到達距離は短い(数m〜数十m程度)。また、無線送信装置及び無線受信装置は、例えば、小型であり、電池により数年間駆動できる。なお、無線送信装置及び無線受信装置の通信は、マイクロ波通信でもミリ波通信でもよい。
以下の実施形態では、例えば、振幅に情報を載せる変調方式(OOK(On Off Keying))が採用される。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態における無線受信装置10の構成例を示すブロック図である。無線受信装置10は、アンテナ101、二乗部102、電力判定部103、電源部104、電源スイッチ105、周波数変換部106、フィルタ107、パターン検出部108、電源スイッチ109、及び通信用無線部110を備える。
二乗部102及び電力判定部103は、第1ブロックBL1に含まれる。周波数変換部106、フィルタ107、及びパターン検出部108は、第2ブロックBL2に含まれる。通信用無線部110は、第3ブロックBL3に含まれる。第2ブロックBL2は、受信信号に含まれる所定のパターンを検出する第1パターン検出部としての機能を有する。
アンテナ101は、無線信号の受信待受時において、通信相手が送信するウェイクアップ信号又はデータ信号を受信する。アンテナ101は、受信信号を、二乗部102、周波数106、及び通信用無線部110に出力する。ウェイクアップ信号又はデータ信号は、例えば、無線受信装置10宛ての希望信号Sである。
無線信号の受信待受時とは、例えば、パターン検出され、通信用無線部110が起動されるまでの期間である。
二乗部102は、アンテナ101からの受信信号が入力し、受信信号に対して二乗演算し、二乗信号を電力判定部103に出力する。
電力判定部103は、二乗部102からの二乗信号を入力し、二乗信号をフィルタリングすることにより受信信号の包絡線情報を抽出する。また、電力判定部103は、受信信号の包絡線情報から電力の有無を判定し、判定結果を含む電力判定信号を電源スイッチ105に出力する。
例えば、電力判定信号として、包絡線情報が所定値以上である場合、受信信号の電力があることを表す値が出力される。例えば、「H(HIgh)」が受信信号の電力がある旨を示す値に、「L(Low)」が受信信号の電力がない旨を示す値に、割り当てられる。
電源部104は、電力を各ブロックに供給する。なお、周波数変換部106、フィルタ107、パターン検出部108への電源供給は、電源スイッチ105により制御される。通信用無線部110への電源供給は、電源スイッチ109により制御される。
電源スイッチ105は、電力判定部103からの電力判定信号を入力する。電源スイッチ105は、電力判定信号が示す受信信号電力の有無に応じて、電源部104から周波数変換部106、フィルタ107、又はパターン検出部108への電源の供給を制御する。
例えば、電源スイッチ105は、電力判定信号が「H」の場合、周波数変換部106、フィルタ107、及びパターン検出部108へ電源を供給する。また、電源スイッチ105は、電力判定信号が「L」の場合、周波数変換部106、フィルタ107、及びパターン検出部108へ電源を供給しない。電源スイッチ105は、受信信号の電力が検出された場合に第2ブロックBL2の各部を起動するパターン検出起動部の一例である。
周波数変換部106、フィルタ107、及びパターン検出部108は、電力判定部103により受信信号の電力が存在すると判定された場合に、電源部104からの電力が供給され、動作を開始する。つまり、受信信号の電力が検出された場合、第2ブロックの各部が起動する。
周波数変換部106は、アンテナ101からの受信信号を入力する。周波数変換部106は、受信信号と所定の周波数を持ったLO(Local Oscillator)信号とを乗算することにより周波数変換し、乗算結果を含むダウンコンバート信号をフィルタ107に出力する。ダウンコンバート信号は、周波数変換された受信信号の一例である。
また、周波数変換部106は、例えばミキサ及びLO信号発振器を含み、既知のパターン単位又は2ビット以上のビット単位により受信信号を処理するので、他の構成部、例えば第1ブロックBL1の各部と比較すると相対的に消費電力が大きい。
フィルタ107(帯域制限部の一例)は、周波数変換部106からのダウンコンバート信号を入力する。フィルタ107は、ダウンコンバート信号に対して、信号通過帯域の信号成分を通過させ、他の帯域の信号成分を遮断するよう帯域制限し、帯域制限信号をパターン検出部108に出力する。帯域制限信号は、帯域制限された受信信号の一例である。
例えば、本実施形態の無線通信システムでは、複数の通信チャネルを用いて通信できる。複数の通信チャネルは、周波数軸上において例えば等間隔に配置される。例えば、通信チャネルの周波数間隔の半分が、フィルタ107の信号通過帯域の帯域幅に設定される。これにより、隣接する通信チャネルにおいて伝送される信号の影響を除去でき、隣接チャネルの影響を軽減できる。また、フィルタ107の信号通過帯域の帯域幅は、変調方式に応じて設定されてもよい。
パターン検出部108(第2パターン検出部の一例)は、フィルタ107からの帯域制限信号を入力し、帯域制限信号が所定のパターンであるか否かを判定し、判定結果を含むパターン検出信号を電源スイッチ109に出力する。パターン検出部108は、例えば、既知である任意の信号パターン(既知パターン)と帯域制限信号との相関演算により相関値を導出し、相関値を閾値判定する。
既知パターンは、例えば、ウェイクアップ信号のパターン、プリアンブルのパターン、又は無線受信装置10を識別するパターンを含む。無線受信装置10を識別するパターンは、例えば、IP(Internet Protocol)アドレス、またはMAC(Media Access Control Address)アドレス、を含む。また、閾値判定では、例えば、相関値が所定値以上である場合には相関ありと判定され、相関値が閾値未満である場合には相関なしと判定される。
パターン検出部108に入力される帯域制限信号は、周波数変換部106により受信信号であるRF帯域の信号と比較して低い周波数へ周波数変換され、かつフィルタ107により帯域制限された信号である。
従って、図2に示すように、フィルタ107の信号通過帯域内に希望信号Sの他に干渉信号Sが存在する場合でも、帯域制限により干渉信号Sの成分が除去される。図2の事象を時間的に見ると、図3に示すように、時間軸上の帯域制限信号は、干渉信号Sの成分を含まない。なお、図2における周波数軸上の周波数「0」は、0(Hz)ではなく、所定の基準周波数を示す。また、干渉信号Sは、例えば、他の無線送信装置から他の無線受信装置へ送信される信号である。
例えば、パターン検出信号として、導出された相関値が所定値以上である場合、所定のパターンであることを表す値が出力される。例えば、「H(HIgh)」が所定のパターンありを示す値に、「L(Low)」が所定のパターンなしを示す値に、割り当てられる。
パターン検出部108は、例えば相関器を含み、ビット単位により受信信号に対して相関演算するので、他の構成部、例えば第1ブロックBL1の各部と比較すると相対的に消費電力が大きい。
電源スイッチ109は、パターン検出部108からのパターン検出信号を入力し、所定の信号パターン(例えば希望信号Sの信号パターン)を検出したか否かに応じて、電源部104から通信用無線部110への電源の供給を制御する。
例えば、電源スイッチ109は、パターン検出信号が「H」の場合、通信用無線部110へ電源を供給する。また、電源スイッチ109は、パターン検出信号が「L」の場合、通信用無線部110へ電源を供給しない。電源スイッチ109は、受信信号から所定の信号パターンが検出された場合に通信用無線部110を起動する無線通信起動部の一例である。
通信用無線部110は、例えば復調器を含み、ビット単位により受信信号に対して復調処理するので、他の構成部、例えば第1ブロックBL1および第2ブロックBL2の各部と比較すると相対的に消費電力が大きい。
通信用無線部110は、パターン検出部108により所定のパターンを検出した場合、電力が供給され、動作を開始する。つまり、受信信号から所定の信号パターンが検出された場合に、第3ブロックが起動する。これにより、消費電力が比較的大きい通信用無線部110の稼働時間を低減でき、受信待受時の消費電力を削減できる。
このように、無線受信装置10は、受信信号の信号電力を検出することにより、第2ブロックBL2の各部を起動する。また、無線受信装置10は、所定の信号パターンを検出することにより、第3ブロックBL3の通信用無線部110を起動する。
無線受信装置10によれば、信号電力及び所定の信号パターンを検出する毎に、段階的に第2ブロックBL2,第3ブロックBL3を起動することにより、消費電力が大きいブロックの稼働時間を低減し、受信待受時の消費電力を削減できる。
また、第2ブロックBL2は、周波数変換及びフィルタリングを実行し、干渉信号Sの影響を除去した信号においてパターン検出する。従って、無線受信装置10の干渉耐性を向上できる。これにより、干渉下においても所定の信号パターンを検出でき、通信用無線部110を安定的に起動できる。
従って、消費電力の削減と安定稼働とを両立できる。また、例えば、無線受信装置10を含むセンサー無線ネットワークシステムを省略電力化し、安定稼働できる。
(第2の実施形態)
図4は、第2の実施形態における無線受信装置10Bの構成例を示すブロック図である。無線受信装置10Bは、アンテナ101、二乗部402、電力判定部103、電源部104、電源スイッチ405、周波数変換部106、帯域可変フィルタ407、パターン検出部108、電源スイッチ109、通信用無線部110、及び干渉判定部411を備える。なお、無線受信装置10Bにおいて、図1に示した無線受信装置10と同様の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。
二乗部402は、アンテナ101からの受信信号を入力し、受信信号に対して二乗演算し、二乗信号を電力判定部103及び干渉判定部411に出力する。
電源スイッチ405は、電力判定部103からの電力判定信号を入力する。電源スイッチ405は、電力判定信号が示す受信信号電力の有無に応じて、電源部104から周波数変換部106、帯域可変フィルタ407、又はパターン検出部108への電源の供給を制御する。
例えば、電源スイッチ405は、電力判定信号が「H」の場合、周波数変換部106、帯域可変フィルタ407、及びパターン検出部108へ電源を供給する。また、電源スイッチ405は、電力判定信号が「L」の場合、周波数変換部106、帯域可変フィルタ407、及びパターン検出部108へ電源を供給しない。
帯域可変フィルタ407は、電力判定部103により受信信号の電力が存在すると判定された場合に、電源部104からの電力が供給され、動作を開始する。帯域可変フィルタ407は、周波数変換部106からのダウンコンバート信号と干渉判定部411からの干渉判定信号とを入力する。
帯域可変フィルタ407は、干渉判定信号の有無に応じて、フィルタ特性(例えば、フィルタの減衰特性、フィルタの帯域幅)を制御する。フィルタの減衰特性は、減衰傾度を含む。減衰傾度とは、フィルタの遷移帯域TBにおける減衰特性を示し、周波数軸上における遷移帯域TBに含まれる直線Lの傾斜に相当する(図8(A)参照)。例えば、フィルタ次数又はフィルタの帯域幅は、第2ブロックBL2が用いるパラメータの一例である。
帯域可変フィルタ407は、干渉判定信号が干渉ありを示す場合、狭帯域又は急峻な特性を有する通過帯域において帯域制限し、帯域制限信号をパターン検出部108に出力する。これにより、干渉信号Sが帯域可変フィルタ407の信号通過帯域内に含まれることを抑制できる。
なお、狭帯域とは、例えば、信号通過帯域の帯域幅が所定帯域幅未満であることを示す。また、急峻な特性とは、例えば、フィルタの減衰傾度が所定傾度以上であることを示す。
帯域可変フィルタ407は、干渉判定信号が干渉なしを示す場合、広帯域又は緩い特性を有する信号通過帯域において帯域制限し、帯域制限信号をパターン検出部108フィルタに出力する。これにより、帯域可変フィルタ407に係る消費電力を削減できる。
なお、広帯域とは、例えば、信号通過帯域の帯域幅が所定帯域幅以上であることを示す。また、緩い特性とは、例えば、フィルタの減衰傾度が所定傾度未満であることを示す。
干渉判定部411は、二乗部402からの二乗信号を入力し、二乗信号に含まれる相互変調成分により干渉の有無を判定し、判定結果を含む干渉判定信号を帯域可変フィルタ407へ出力する。相互変調成分とは、希望信号Sと干渉信号Sとを二乗演算することにより、希望信号Sと干渉信号Sとの差分の周波数に現れる成分である。
図5(A)に示す希望信号Sと干渉信号Sとが存在し、希望信号Sと干渉信号Sとの周波数差がfdiffである場合について考察する。
受信信号としての希望信号Sと干渉信号Sとの合成信号は、例えば、以下の(式1)により表される。
cos(2*π*f*t)+cos(2*π*f*t) ・・・(式1)
なお、アスタリスク「*」は乗算を示す。
この場合、合成信号が二乗された二乗信号は、以下の(式2)により表される。
{cos(2*π*f*t)+cos(2*π*f*t)}
=cos(2*π*f*t)
+2cos(2*π*f*t)cos(2*π*f*t)
+cos(2*π*f*t)
=cos(2*π*f*t)
+cos(2*π*(f−f)*t)
+cos(2*π*(f+f)*t)
+cos(2*π*f*t)
=1+cos(2*π*2*f*t)/2
+cos(2*π*(f−f)*t)
+cos(2*π*(f+f)*t)
+cos(2*π*2*f*t)/2 ・・・(式2)
(式2)及び図5(B)に示す二乗信号は、直流成分、周波数2*f,2*f,f+fとなる高調波成分、及び周波数f−f(=fdiff)となる相互変調成分を含む。
一方、干渉信号Sが存在しない場合、受信信号は希望信号Sであり、例えば以下の(式3)により表される。
cos(2*π*f*t) ・・・(式3)
この場合、受信信号が二乗された二乗信号は、以下の(式3)により表される。
cos(2*π*f*t)
={1+cos(2*π*2*f*t)}/2 ・・・(式4)
(式4)に示す二乗信号は、直流成分及び高調波成分を含むが、相互変調成分を含まない。
干渉判定部411は、(式2)及び(式4)に示した性質を利用し、例えば干渉判定用フィルタ411Bを用いて、干渉信号Sの有無を判定する。図6に示すように、干渉判定用フィルタ411Bは、周波数fchを中心とした所定帯域幅を有する。
干渉判定部411は、例えば干渉判定用フィルタ411Bを用いて、直流成分と高調波成分とを除去し、周波数fch付近の信号電力により、干渉信号Sの有無を判定する。この場合、干渉判定用フィルタ411Bの中心周波数fchは、例えば、各通信チャネルの間隔、又は干渉信号Sが希望信号Sに影響を与える周波数間隔、の周波数に設計される。
図6に示すように、希望信号Sと干渉信号Sとの周波数差fdiffが周波数fchと略等しい場合、干渉判定部411は、二乗信号の相互変調成分が干渉判定用フィルタ411Bを通過し、信号電力を検出する。これにより、干渉信号Sが存在すると判定できる。
また、図7(A)に示すように、干渉信号Sが希望信号Sに対して所定周波数以上離れたチャネルに存在する場合、つまり周波数差f’diffが図6に示した周波数差fdiffより大きい場合を考察する。
この場合、図7(B)に示すように、二乗信号の相互変調成分は、周波数f’diffに現れる。周波数f’diffは、干渉判定用フィルタ411Bの信号通過帯域外である。従って、干渉判定部411は、二乗信号の相互変調成分が干渉判定用フィルタ411Bを通過せず、信号電力を検出しない。これにより、干渉信号Sが存在しないと判定できる。
このように、干渉判定部411は、二乗信号の相互変調成分の有無を判定することにより、希望信号Sに影響を与えうる干渉信号Sの有無を判定する。
次に、帯域可変フィルタ407のフィルタ特性について説明する。
帯域可変フィルタ407は、フィルタ次数を変更すると、信号通過帯域の特性が変化する。帯域可変フィルタ407としては、例えばアクティブフィルタが用いられる。帯域可変フィルタ407は、フィルタ次数が大きい場合には、減衰傾度が大きく、例えばオペアンプが必要になるので消費電力が大きい。一方、帯域可変フィルタ407は、フィルタ次数が小さい場合、減衰傾度が小さく、消費電力が小さい。従って、干渉信号Sの有無の判定結果に応じて、最適なフィルタ次数の帯域可変フィルタ407を用いることにより、消費電力を低減でき、安定起動できる。
図8(A)では、干渉信号Sが存在しないので、干渉信号Sによる希望信号Sへの影響は無い。この場合、例えばフィルタ次数を小さくして緩い特性に設定することにより、消費電力の低減と高精度のパターン検出とを両立できる。
図8(B)では、干渉信号Sが、希望信号Sに割り当てられた周波数の近傍の周波数に存在する。この場合、例えばフィルタ次数を大きくして急峻な特性に設定することにより、干渉信号Sを除去し、高精度にパターン検出できる。
図8(C)では、干渉信号Sが、希望信号Sに割り当てられた周波数から所定周波数以上離れた周波数に存在する。この場合、例えばフィルタ次数を小さくして緩い特性に設定しても希望信号Sへの影響は無く、消費電力の低減と高精度のパターン検出とを両立できる。
このように、無線受信装置10Bは、受信信号の信号電力を検出することにより、第2ブロックBL2の各部を起動する。また、無線受信装置10Bは、受信信号から所定の信号パターンを検出することにより、第3ブロックBL3の通信用無線部110を起動する。
無線受信装置10Bによれば、信号電力及び所定の信号パターンを検出する毎に、段階的に第2ブロックBL2,第3ブロックBL3を起動することにより、消費電力が大きいブロックの稼働時間を低減し、受信待受時の消費電力を削減できる。
また、干渉判定部411は、相互変調成分に基づいて、希望信号Sへ影響を与える干渉信号Sの有無を判定する。また、第2ブロックBL2は、周波数変換及びフィルタリングを実行し、干渉信号Sの影響を除去した信号においてパターン検出する。
これにより、パターン検出において、干渉信号Sの有無に応じて適切なフィルタ通過帯域を選択できる。従って、干渉下においてもパターン検出性能を最適に設定でき、消費電力の低減と通信用無線部110の安定的な起動とを両立できる。
なお、帯域可変フィルタ407は、干渉信号の有無に応じて、フィルタ次数ではなく、カットオフ帯域幅を変更してもよい。この場合でも、無線受信装置10Cの起動の安定性を向上できる。
(第3の実施形態)
図9は、第3の実施形態における無線受信装置10Cの構成例を示すブロック図である。無線受信装置10Cは、アンテナ101、二乗部902、電力判定部103、電源部904、電源スイッチ905、精度可変周波数変換部906、フィルタ107、パターン検出部108、電源スイッチ109、通信用無線部110、及び干渉判定部911を備える。なお、無線受信装置10Cにおいて、図1に示した無線受信装置10と同様の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。
二乗部902は、アンテナ101からの受信信号を入力し、受信信号に対して二乗演算し、二乗信号を電力判定部103及び干渉判定部911に出力する。
電源部904は、電力を各ブロックに供給する。なお、周波数変換部106、精度可変周波数変換部906、フィルタ107、パターン検出部108への電源供給は、電源スイッチ105により制御される。通信用無線部110への電源供給は、電源スイッチ109により制御される。
電源部904は、精度可変周波数変換部906からの電力制御信号を入力し、電力制御信号に応じて、精度可変周波数変換部906へ供給する電力量を制御する。
電源スイッチ905は、電力判定部103からの電力判定信号を入力する。電源スイッチ905は、電力判定信号が示す受信信号電力の有無に応じて、電源部904から精度可変周波数変換部906、フィルタ107、又はパターン検出部108への電源の供給を制御する。
例えば、電源スイッチ905は、電力判定信号が「H」の場合、精度可変周波数変換部906、フィルタ107、及びパターン検出部108へ電源を供給する。また、電源スイッチ905は、電力判定信号が「L」の場合、精度可変周波数変換部906、フィルタ107、及びパターン検出部108へ電源を供給しない。
精度可変周波数変換部906は、電力判定部103により受信信号の電力が存在すると判定された場合に、電源部904からの電力が供給され、動作を開始する。精度可変周波数変換部906は、アンテナ101からの受信信号と干渉判定部911からの干渉判定信号とを入力する。精度可変周波数変換部906は、受信信号と所定の周波数を持ったLO信号とを乗算し、乗算結果を含むダウンコンバート信号をフィルタ107に出力する。
精度可変周波数変換部906は、例えば、ミキサ及びLO信号発振器を含む。LO信号発振器により発生されるLO信号の周波数精度は、LO信号発振器が動作するときの電力(動作電力)、つまり周波数変換に用いる電力によって異なる。例えば、LO信号発振器の動作電力を大きくすると、LO信号の周波数精度が高くなり、LO信号発振器の動作電力を小さくすると、LO信号の周波数精度が低くなる。
精度可変周波数変換部906は、干渉判定信号が干渉ありを示す場合、電源部904に対して、精度可変周波数変換部906への供給電力を増大させる電力制御信号を出力する。精度可変周波数変換部906は、干渉判定信号が干渉なしを示す場合、電源部904に対して、精度可変周波数変換部906への供給電力を低下させる電力制御信号を出力する。これにより、精度可変周波数変換部906の動作電力及びLO信号の周波数精度を調整できる。
なお、精度可変周波数変換部906は、2種類のLO信号発振器を具備し、干渉の有無に応じて使用するLO信号発振器を切り替えてもよい。2種類のLO信号発振器は、消費電力が大きく周波数精度が低い第1のLO信号発振器と、消費電力が小さく周波数精度が高い第2のLO信号発振器と、を含む。この場合でも、精度可変周波数変換部906の動作電力及びLO信号の周波数精度を調整できる。
干渉判定部911は、二乗部902からの二乗信号を入力し、二乗信号に含まれる相互変調成分により干渉の有無を判定し、干渉判定信号を精度可変周波数変換部906へ出力する。干渉の判定方法は、第2の実施形態において示した干渉判定部411による判定方法と同様である。
次に、希望信号Sと干渉信号Sとの位置関係別に、精度可変周波数変換部906の動作について説明する。
図10(A)では、干渉信号Sが存在しない。この場合、干渉を考慮しないので、精度可変周波数変換部906は、動作電力を小さくし、周波数精度を低く設定できる。
低い周波数精度により発生されたLO信号によりダウンコンバートされた希望信号Sは、所望の周波数からオフセットした周波数に変換される。この場合でも、希望信号Sがフィルタ107の信号通過帯域内に周波数変換される場合、希望信号Sの信号成分が失われないので、パターン検出部108は、所定の信号パターンを検出できる。これにより、低消費電力によりLO信号を発生でき、消費電力の低減と高精度のパターン検出とを両立できる。
図10(B)では、干渉信号Sが、希望信号Sに割り当てられた周波数の近傍の周波数に存在する。精度可変周波数変換部906は、動作電力が小さい場合、周波数精度が小さくなる。低い周波数精度により発生されたLO信号によりダウンコンバートされた希望信号Sは、所望の周波数にダウンコンバートされない。そのため、干渉信号Sがフィルタ107の信号通過帯域内に存在する場合、パターン検出部108は、所定の信号パターンを検出できない。
図10(B)の状態から、精度可変周波数変換部906の動作電力を増大すると、図10(D)の状態に遷移する。図10(D)では、精度可変周波数変換部906は、動作電力の増大により、LO信号発振器の発振が安定し、希望信号Sを所望の周波数にダウンコンバートできる。これにより、フィルタ107により干渉信号Sを除去し、所定の信号パターンを検出できる。
図10(C)では、干渉信号Sが、希望信号Sが割り当てられた周波数から所定周波数以上離れた周波数に存在する。この場合、干渉信号Sが希望信号Sに対して特に影響しないので、精度可変周波数変換部906は、動作電力を小さくし、周波数精度を低く設定できる。精度可変周波数変換部906は、低い周波数精度により発生されたLO信号によりダウンコンバートする。これにより、消費電力の低減と高精度のパターン検出とを両立できる。
このように、無線受信装置10Cは、受信信号の信号電力を検出することにより、第2ブロックBL2の各部を起動する。また、無線受信装置10Cは、所定の信号パターンを検出することにより、第3ブロックBL3の通信用無線部110を起動する。
無線受信装置10Cによれば、信号電力及び所定の信号パターンを検出する毎に、段階的に第2ブロックBL2,第3ブロックBL3を起動することにより、消費電力が大きいブロックの稼働時間を低減し、受信待受時の消費電力を削減できる。
また、干渉判定部911は、相互変調成分に基づいて、希望信号Sへ影響を与える干渉信号Sの有無を判定する。また、第2ブロックBL2は、干渉信号Sの有無に応じて精度可変周波数変換部906の動作電力を調整し、周波数変換及びフィルタリングを実行し、干渉信号Sの影響を除去した信号においてパターン検出する。
これにより、パターン検出において、干渉信号Sの有無に応じて適切な電力及び周波数精度を選択できる。従って、干渉下においてもパターン検出性能を最適に設定でき、消費電力の低減と通信用無線部110の安定的な起動とを両立できる。
なお、フィルタ107を、第2の実施形態において示した帯域可変フィルタ407としてもよい。この場合、第2ブロックBL2が、干渉信号Sの有無に応じて、LO信号の周波数精度とフィルタの通過帯域とを同時に制御しても良い。
(第4の実施形態)
図11は、第4の実施形態における無線受信装置10Dの構成例を示すブロック図である。無線受信装置10Dは、アンテナ101、二乗部1102、電力判定部103、電源部104、電源スイッチ1105、周波数変換部1106、パターン検出部1108、電源スイッチ109、通信用無線部110、及び干渉判定部1111を備える。なお、無線受信装置10Dにおいて、図1に示した無線受信装置10と同様の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。
二乗部1102は、アンテナ101からの受信信号を入力し、受信信号に対して二乗演算し、二乗信号を電力判定部103及び干渉判定部1111に出力する。
電源スイッチ1105は、電力判定部103からの電力判定信号を入力する。電源スイッチ1105は、電力判定信号が示す受信信号電力の有無に応じて、電源部104から周波数変換部1106又はパターン検出部1108への電源の供給を制御する。
例えば、電源スイッチ1105は、電力判定信号が「H」の場合、周波数変換部1106及びパターン検出部1108へ電源を供給する。また、電源スイッチ1105は、電力判定信号が「L」の場合、周波数変換部1106及びパターン検出部1108へ電源を供給しない。
周波数変換部1106及びパターン検出部1108は、電力判定部103により受信信号の電力が存在すると判定した場合に、電源部104からの電力が供給され、動作を開始する。
周波数変換部1106は、アンテナ101からの受信信号を入力し、受信信号と所定の周波数を持ったLO信号とを乗算し、乗算結果を含むダウンコンバート信号をパターン検出部1108に出力する。
パターン検出部1108は、周波数変換部1106からのダウンコンバート信号と干渉判定部1111からの干渉判定信号とを入力する。パターン検出部1108は、ダウンコンバート信号が所定のパターンであるか否かを判定し、判定結果を含むパターン検出信号を電源スイッチ109に出力する。
また、パターン検出部1108は、干渉判定信号に応じて、パターン検出に用いる各パラメータ(例えば、量子化ビット数、フィルタタップ数、フィルタビット数、相関タップ数、又は相関ビット数)を設定する。
干渉判定部1111は、二乗部1102からの二乗信号を入力し、二乗信号に含まれる相互変調成分により干渉の有無を判定し、干渉判定信号をパターン検出部1108へ出力する。干渉の判定方法は、第2の実施形態において示した干渉判定部411による判定方法と同様である。
次に、パターン検出部1108の構成例について説明する。
図12は、パターン検出部1108の詳細構成例を示すブロック図である。パターン検出部1108は、信号検波部1201、量子化部1202、デジタルフィルタ1203、相関部1204、及び閾値判定部1205を備える。
信号検波部1201は、周波数変換部1106からのダウンコンバート信号を入力し、ダウンコンバート信号を検波し、検波信号を量子化部1202に出力する。例えば、信号検波部1201は、振幅に情報を載せた受信信号(例えばOOK変調信号)の場合、信号電力の有無により検波する。また、信号検波部1201は、周波数に情報を載せた受信信号(例えばFSK(Frequency Shift Keying)変調信号)の場合、復調により検波する。
量子化部1202は、信号検波部1201からの検波信号と干渉判定部1111からの干渉判定信号とを入力し、検波信号を量子化し、量子化信号をデジタルフィルタ1203に出力する。
量子化部1202は、干渉判定信号が干渉ありを示す場合、量子化ビット数を大きくし、干渉判定信号が干渉なしを示す場合、量子化ビット数を小さくする。量子化ビット数を大きくすることにより、パターン検出精度を向上できる。量子化ビット数を小さくすることで、量子化部1202の消費電力を削減できる。
デジタルフィルタ1203は、量子化部1202からの量子化信号と干渉判定部1111からの干渉判定信号とを入力する。デジタルフィルタ1203は、量子化信号をデジタル領域における所定帯域に帯域制限し、帯域制限結果を含む帯域制限デジタル信号を相関部1204に出力する。
デジタルフィルタ1203は、干渉判定信号が干渉ありを示す場合、デジタルフィルタのフィルタ次数を表すフィルタタップ数及びフィルタビット数の少なくとも一方を大きくする。デジタルフィルタ1203は、干渉判定信号が干渉なしを示す場合、フィルタタップ数及びフィルタビット数の少なくとも一方を小さくする。
フィルタタップ数及びフィルタビット数の少なくとも一方を大きくすることにより、減衰傾度が大きくなり、フィルタリングの精度を向上でき、パターン検出精度を向上できる。フィルタタップ数及びフィルタビット数の少なくとも一方を小さくすることにより、減衰精度が小さくなり、デジタルフィルタ1203の消費電力を削減できる。
相関部1204は、デジタルフィルタ1203からの帯域制限デジタル信号と干渉判定部1111からの干渉判定信号とを入力する。相関部1204は、所定の信号パターンと帯域制限デジタル信号との相関を演算し、演算結果を含む相関値信号を閾値判定部1205に出力する。
相関部1204は、干渉判定信号が干渉ありを示す場合、相関演算に用いる相関タップ数及び相関ビット数の少なくとも一方を大きくする。相関部1204は、干渉判定信号が干渉なしを示す場合、相関タップ数および相関ビット数の少なくとも一方を小さくする。
相関タップ数および相関ビット数の少なくとも一方を大きくすることで、相関演算の精度を向上でき、パターン検出精度を向上できる。相関タップ数および相関ビット数の少なくとも一方を小さくすることにより、相関部1204の消費電力を削減できる。
閾値判定部1205は、相関部1204からの相関値信号を入力し、所定値を用いて閾値判定する。閾値判定部1205は、相関値が閾値以上である場合、所定の信号パターンを検出したと判定し、判定結果を含むパターン検出信号を電源スイッチ109に出力する。
このように、干渉判定信号に応じて変化する上記パラメータ(例えば量子化ビット数、フィルタタップ数、フィルタビット数、相関タップ数、又は相関ビット数)は、総じて、値が大きくなると、パターン検出精度を向上できる。一方、上記パラメータは、総じて、値が小さくなると、消費電力を低減できる。
従って、干渉信号Sが存在する場合、各パラメータの値を大きくすることで、干渉を除去し、高精度にパターン検出できる。また、干渉信号Sが存在しない場合、各パラメータの値を小さくすることで、消費電力の低減と高精度のパターン検出とを両立できる。
このように、無線受信装置10Dは、受信信号の信号電力を検出することにより、第2ブロックBL2の各部を起動する。また、無線受信装置10Dは、所定の信号パターンを検出することにより、第3ブロックBL3の通信用無線部110を起動する。
無線受信装置10Dによれば、信号電力及び所定の信号パターンを検出する毎に、段階的に第2ブロックBL2,第3ブロックBL3を起動することにより、消費電力が大きいブロックの稼働時間を低減し、受信待受時の消費電力を削減できる。
また、干渉判定部1111は、相互変調成分に基づいて、希望信号Sへ影響を与える干渉信号Sの有無を判定する。また、第2ブロックBL2は、干渉信号Sの有無に応じてパターン検出に係る各パラメータを調整し、周波数変換及びフィルタリングを実行し、干渉信号Sの影響を除去した信号においてパターン検出する。
これにより、パターン検出において、干渉信号Sの有無に応じて適切なパターン検出に係る各パラメータを選択できる。従って、干渉下においてもパターン検出性能を最適に設定でき、消費電力の低減と通信用無線部110の安定的な起動とを両立できる。
なお、パターン検出に係る各パラメータ(例えば、量子化ビット数、フィルタタップ数、フィルタビット数、相関タップ数、又は相関ビット数)は、干渉判定信号に応じて全ての値を同時に変更されても良いし、一部のパラメータにおいて値を変更しても良い。
なお、例えばフィルタ107又は帯域可変フィルタ407を用いて、パターン検出部1108に含まれるデジタルフィルタと併用しても良い。
なお、第2ブロックBL2は、例えば帯域可変フィルタ407及び精度可変周波数変換部906を用いて、干渉信号Sの有無に応じて、LO信号の周波数精度とフィルタの信号通過帯域を同時に制御しても良い。
本開示は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、特許請求の範囲で示した機能、または本実施形態の構成が持つ機能が達成できる構成であれば、どのようなものであっても適用可能である。
例えば、上記実施形態では、アンテナ101と二乗部102との間にLNA(Low Noise Amplifier:低雑音増幅器)を用いて、受信信号を増幅しても良い。同様に、アンテナ101と周波数変換部106,1106,精度可変周波数変換部906との間にLNAを用いて、受信信号を増幅しても良い。これにより、電力検出及びパターン検出の精度を向上できる。
上記実施形態では、振幅ではなく、例えば、周波数又は位相に情報を載せる変調方式(例えばFSK、PSK(Phase Shift Keying))により変調された受信信号を用いても良い。この場合、第2ブロックBL2が、周波数変換された信号に対して復調処理し、受信信号から複素平面上の位相情報を導出し、位相情報の遷移より信号パターンを検出しても良い。
上記実施形態では、ダイレクトコンバージョン方式を例示した。ダイレクトコンバージョン方式では、無線受信装置が、高周波帯の受信信号を周波数0(Hz)を中心とする周波数成分に変換し、LPF(Low Pass Filter)を用いてフィルタリングする。これに限られず、例えば、スーパーへテロダイン方式、ローIF(Intermediate Frequency)方式を用いてもよい。スーパーヘテロダイン方式では、無線受信装置が、受信信号を中間周波数帯へ周波数変換し、BPF(Band Pass Filter)を用いてフィルタリングする。
上記実施形態では、第2ブロックBL2(例えばパターン検出部108)を起動した後に、第1ブロックBL1の各部への電力供給を停止することにより、低電力化しても良い。また、第3ブロックBL3(通信用無線部110)を起動した後に、第1ブロックBL1及び第2ブロックBL2の各部への電力供給を停止することにより、低電力化しても良い。更に、第3ブロックBL3を起動した後に、干渉判定部411,911,1111への電力供給を停止することにより、低電力化しても良い。
上記実施形態では、二乗部102の出力を例えばアナログ−デジタル変換器(ADC:Analog to Digital Converter)を用いて量子化し、デジタル的に受信信号の電力を判定してもよい。
上記実施形態では、干渉判定部411,911,1111は、第2ブロックBL2に含まれてもよい。これにより、受信信号の電力が検出されてから起動することにより、消費電力を更に削減できる。
上記実施形態では、無線受信装置10B,10C,10Dが複数のアンテナを備え、干渉判定部411,911,1111が出力する干渉判定信号に基づいてアンテナ選択し、希望信号Sに対して干渉信号Sが最小となるアンテナを選択しても良い。
上記実施形態では、本開示をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。
また、上記実施形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるLSIとして実現される。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように1チップ化されてもよい。ここでは、LSIとしてもよいし、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称してもよい。
また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。例えば、LSI製造後にプログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)、LSI内部の回路セルの接続、又は、設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
(本開示の一形態の概要)
本開示の第1の無線受信装置は、
受信信号の電力を検出する電力検出部と、
前記受信信号に含まれる所定の信号パターンを検出する第1パターン検出部と、
無線通信を行うための無線通信部と、
前記電力検出部により前記受信信号の電力が検出された場合、前記第1パターン検出部を起動するパターン検出起動部と、
前記第1パターン検出部により前記受信信号から前記所定の信号パターンが検出された場合、前記無線通信部を起動する無線通信起動部と、
を備える。
本開示の第2の無線受信装置は、第1の無線受信装置であって、
前記第1パターン検出部は、
前記受信信号を周波数変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部により周波数変換された受信信号を所定の周波数帯域において帯域制限する帯域制限部と、
前記帯域制限部により帯域制限された受信信号に含まれる所定の信号パターンを検出する第2パターン検出部と、
を備え、
前記パターン検出起動部は、前記電力検出部により前記受信信号の電力が検出された場合、前記周波数変換部、前記帯域制限部、及び前記第2パターン検出部を起動する。
本開示の第3の無線受信装置は、第1または第2の無線受信装置であって、
前記受信信号が二乗された二乗信号の相互変調成分の有無に基づいて、干渉信号の有無を判定する干渉判定部を備え、
前記第1パターン検出部は、前記干渉判定部により判定された前記干渉信号の有無に基づいて、前記第1パターン検出部が用いるパラメータを制御する。
本開示の第4の無線受信装置は、第3の無線受信装置であって、
前記第1パターン検出部は、前記干渉判定部により判定された前記干渉信号の有無に応じて、前記受信信号を所定の周波数帯域に帯域制限するための減衰傾度を制御する。
本開示の第5の無線受信装置は、第3または第4の無線受信装置であって、
前記第1パターン検出部は、前記干渉判定部により判定された前記干渉信号の有無に基づいて、前記受信信号の周波数変換に用いる電力を制御する。
本開示の第6の無線受信装置は、第3ないし第5のいずれか1つの無線受信装置であって、
前記第1パターン検出部は、前記干渉判定部により判定された前記干渉信号の有無に基づいて、前記受信信号の量子化ビット数を制御する。
本開示の第7の無線受信装置は、第3ないし第6のいずれか1つの無線受信装置であって、
前記第1パターン検出部は、前記干渉判定部により判定された前記干渉信号の有無に基づいて、前記受信信号に含まれるパターンと前記所定の信号パターンとの相関演算に用いられる相関タップ数及び相関ビット数の少なくとも一方を制御する。
本開示の第8の無線受信方法は、
無線受信装置における無線受信方法であって、
受信信号の電力を検出するステップと、
前記受信信号の電力が検出された場合、前記受信信号に含まれる所定の信号パターンを検出するパターン検出部を起動するステップと、
前記受信信号から前記所定の信号パターンが検出された場合、無線通信を行うための無線通信部を起動するステップと、
を有する。
本開示は、消費電力の削減と安定稼働とを両立できる無線受信装置及び無線通信方法等に有用である。
10,10B,10C,10D 無線受信装置
101 アンテナ
102 二乗部
103 電力判定部
104 電源部
105 電源スイッチ
106 周波数変換部
107 フィルタ
108 パターン検出部
109 電源スイッチ
110 通信用無線機
402 二乗部
405 電源スイッチ
407 帯域可変フィルタ
411 干渉判定部
411B 干渉判定用フィルタ
902 二乗部
904 電源部
905 電源スイッチ
907 精度可変周波数変換部
911 干渉判定部
1102 二乗部
1105 電源スイッチ
1106 周波数変換部
1108 パターン検出部
1111 干渉判定部
1201 信号検波部
1202 量子化部
1203 デジタルフィルタ
1204 相関部
1205 閾値判定部

Claims (8)

  1. 受信信号の電力を検出する電力検出部と、
    前記受信信号に含まれる所定の信号パターンを検出する第1パターン検出部と、
    無線通信を行うための無線通信部と、
    前記電力検出部により前記受信信号の電力が検出された場合、前記第1パターン検出部を起動するパターン検出起動部と、
    前記第1パターン検出部により前記受信信号から前記所定の信号パターンが検出された場合、前記無線通信部を起動する無線通信起動部と、
    を備える無線受信装置。
  2. 請求項1に記載の無線受信装置であって、
    前記第1パターン検出部は、
    前記受信信号を周波数変換する周波数変換部と、
    前記周波数変換部により周波数変換された受信信号を所定の周波数帯域において帯域制限する帯域制限部と、
    前記帯域制限部により帯域制限された受信信号に含まれる所定の信号パターンを検出する第2パターン検出部と、
    を備え、
    前記パターン検出起動部は、前記電力検出部により前記受信信号の電力が検出された場合、前記周波数変換部、前記帯域制限部、及び前記第2パターン検出部を起動する無線受信装置。
  3. 請求項1または2に記載の無線受信装置であって、更に、
    前記受信信号が二乗された二乗信号の相互変調成分の有無に基づいて、干渉信号の有無を判定する干渉判定部を備え、
    前記第1パターン検出部は、前記干渉判定部により判定された前記干渉信号の有無に基づいて、前記第1パターン検出部が用いるパラメータを制御する無線受信装置。
  4. 請求項3に記載の無線受信装置であって、
    前記第1パターン検出部は、前記干渉判定部により判定された前記干渉信号の有無に応じて、前記受信信号を所定の周波数帯域に帯域制限するための減衰傾度を制御する無線受信装置。
  5. 請求項3または4に記載の無線受信装置であって、
    前記第1パターン検出部は、前記干渉判定部により判定された前記干渉信号の有無に基づいて、前記受信信号の周波数変換に用いる電力を制御する無線受信装置。
  6. 請求項3ないし5のいずれか1項に記載の無線受信装置であって、
    前記第1パターン検出部は、前記干渉判定部により判定された前記干渉信号の有無に基づいて、前記受信信号の量子化ビット数を制御する無線受信装置。
  7. 請求項3ないし6のいずれか1項に記載の無線受信装置であって、
    前記第1パターン検出部は、前記干渉判定部により判定された前記干渉信号の有無に基づいて、前記受信信号に含まれるパターンと前記所定の信号パターンとの相関演算に用いられる相関タップ数及び相関ビット数の少なくとも一方を制御する無線受信装置。
  8. 無線受信装置における無線受信方法であって、
    受信信号の電力を検出するステップと、
    前記受信信号の電力が検出された場合、前記受信信号に含まれる所定の信号パターンを検出するパターン検出部を起動するステップと、
    前記受信信号から前記所定の信号パターンが検出された場合、無線通信を行うための無線通信部を起動するステップと、
    を有する無線受信方法。
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