JP4509062B2

JP4509062B2 - 受信装置

Info

Publication number: JP4509062B2
Application number: JP2006154617A
Authority: JP
Inventors: 行広門田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2026-06-02
Also published as: JP2007325080A

Description

本発明は、同一波形の繰り返しを含む信号の有無の検出と前記信号の受信タイミングの検出を行う受信装置に関するものである。

従来の送受信装置においては、送信側で、既知の波形を含んだ信号を送信し、受信側では、受信信号と既知の波形との相互相関を検出することによって、前記信号の有無と前記信号の受信タイミングの検出を行う構成としている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、既知信号を用いる場合、マルチキャリア方式を用いた通信システム等で、各キャリアを使用しているか否か各送受信装置において異なる通信システムにおいては、その通信システムで共通の既知信号を用意することが不可能となり、多数の種類の既知信号との相互相関の有無を検出する回路が必要となるため、ハードウエア規模が増大してしまう。

このような問題に対し、送信側で、同一波形の繰り返しを含んだ信号を送信し、受信側では、受信信号と、受信信号を所定の期間（繰り返しの間隔）遅延させた信号との自己相関を検出することによって、前記信号の有無と前記信号の受信タイミングの検出を行うことが提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、受信装置の大きさをあるレベルに調整するＡＧＣ（自動利得制御）手段をもち、前記ＡＧＣ手段によってゲイン調整を行う場合で、無信号状態から信号を受信し始めた場合の受信信号先頭部においては、ＡＧＣによるゲイン調整の過渡期にあたり、信号レベルが不安定となる。そのため、受信信号の振幅値の自己相関を用いた繰り返し波形の検出では、その検出精度が低下することになる。この精度の低下を防ぐためには同一波形を繰り返す回数を増加させることが考えられるが、本来送受信したいデータとは異なる制御用の信号を送受する時間が長くなってしまい、通信の効率を落としてしまう。

さらに、無信号の状態においては、前記ＡＧＣ手段によって信号以外の雑音成分をゲイン調整して、ある一定のレベルまで大きくしてしまうが、雑音成分の変動によっては、必要以上に信号レベルを大きくしてしまい、相関性自体は大きくないものでも、検出波形として大きな値を出力してしまい、ターゲットとする信号がないにも関わらず検出と判断してしまう誤検出を起こすことになってしまうおそれがある。

特開２００５−２９５０８５号公報特開２００４−３０４５９１号公報

本発明の目的は、繰り返し波形を用いて信号検出を行う受信装置において、ＡＧＣ過渡応答時のゲイン制御の影響により、信号検出特性を大きく劣化しまうことを防ぐことにある。

本発明は、
受信した複素ベースバンド信号の位相に関する情報を表す位相情報信号を生成する位相情報生成手段と、
前記位相情報生成手段から出力される位相情報信号と、該位相情報信号を所定の期間遅延した信号との自己相関を検出し、該自己相関を表す相関波形信号を出力する相関検出手段と、
前記相関検出手段からの前記相関波形信号から、前記受信した複素ベースバンド信号中の、同一波形の繰り返しを含む信号の有無と前記信号の受信タイミングを検出する手段と
を備えた受信装置を提供する。

本発明によれば、受信した信号の中から繰り返し波形を含む信号を検出する受信装置において、受信した信号の位相に関する情報を検出し、その位相に関する情報を用いて自己相関を検出するので、ＡＧＣ過渡応答時のゲイン制御の影響を小さくすることができ、より精度よく信号の検出と受信タイミングの検出を行うことができるという効果が得られる。

本発明の受信装置は、受信した信号中に同一波形の繰り返しを含む信号があるか否か及びそのタイミングを検出するものであり、該同一波形は、互いに連続して即ち間隔を空けずに繰り返されているものであっても良く、間隔を空けて繰り返されているものであっても良い。繰り返される同一波形相互間の間隔は受信装置において既知であるものとし、この間隔を「繰り返し間隔」と言うことがある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における受信装置の構成を示すブロック図である。図１において、受信信号は増幅部１１に入力される。入力された信号は増幅部１１によってゲイン調整された後、Ａ／Ｄ変換部１２に供給される。Ａ／Ｄ変換部１２では、デジタル変換を行い、その結果得られたデジタル値はＡＧＣ部１３とＩＱ復調部１４に供給される。

ＡＧＣ部１３では、受信信号を所望のレベルに調整するためのゲインの値を表すＡＧＣ制御信号Ｓｇが算出され、増幅部１１に供給される。増幅部１１では、このＡＧＣ制御信号Ｓｇをもとに受信信号のゲイン調整を行う。

ＩＱ復調部１４では、入力されたデータは複素ベースバンド信号に変換され、位相情報生成部１５に供給される。位相情報生成部１５では、入力されたＩ、Ｑのベースバンド信号の位相に関する情報を生成し、該情報を表す位相情報信号を相関検出部１６に供給する。

位相情報生成部１５は、例えば図２に示されるように、ＩＱ復調部１３からの入力ベースバンドＩＱ信号の位相を検出する位相検出部１５１を備えている。
この位相検出部１５１は、例えばベースバンドＩＱ信号に基づきその逆正接を算出する回路から成り、入力ベースバンドＩＱ信号に対して逆正接を求める演算を行うことにより、位相角（位相値）を求める。

相関検出部１６は、例えば、図３に示されるように、遅延部１６１と、相関波形生成部１６２とを備え、位相情報生成部１５からの位相に関する情報を表す位相情報信号Ｓｐ（ｔ）を、所定の期間、即ち上記の繰り返し間隔に等しい期間遅延させ、該遅延信号Ｓｐ（ｔ−ｄ）と、位相情報生成部１５からの位相情報信号Ｓｐ（ｔ）との相関を表す相関波形信号Ｃｏｒを生成し、該相関波形信号Ｃｏｒを判定部１７に供給する。

相関検出部１６の入力Ｓｐ（ｔ）、遅延信号Ｓｐ（ｔ−ｄ）、相関波形信号Ｃｏｒの一例が図４（Ａ）〜（Ｃ）に示されている。図４（Ａ）及び（Ｂ）において、Ｗａ及びＷａ’は互いに同一の波形を有する部分を示し、同様に、Ｗｂ及びＷｂ’は互いに同一の波形を有する部分を示す。符号Ｗｚ’，Ｗｃで示される部分に対しても同一の波形を有する部分があるが、図には示されていない。

図４（Ｃ）に示される相関波形Ｃｏｒは、信号Ｓｐ（ｔ）と信号Ｓｐ（ｔ−ｄ）との相関に応じた大きさを有するものであり、互いに同じ波形の部分、例えば信号Ｓｐ（ｔ）の部分Ｗａ’と信号Ｓｐ（ｔ−ｄ）の部分Ｗａが同時に相関波形生成部１６２に入力されるときに、比較的大きな値となる。

判定部１７は、相関波形信号Ｃｏｒを閾値（図４（Ｃ）に符号Ｔｈで示されている）と比較するなどして、入力された相関波形信号をもとに、検出のターゲットである同一波形の繰り返しを含む信号の有無と、前記信号の検出タイミングの判定を行う。例えば、相関波形が閾値を超えれば、同一波形が存在すると判定し、さらに例えば、相関波形のピークが現れる位置Ｔｐ、相関波形が閾値を超え始めた点（閾値よりも大きい範囲のうちの最初の点）Ｔｂ、相関波形が閾値を下回るようになった点（閾値Ｔｈよりも大きい範囲のうちの最後の点）Ｔeを検出タイミングとして出力する。

実施の形態２．
上記の実施の形態１では、位相情報生成部１５が図２に示すように構成されているが、代わりに図５に示すように構成されていても良い。図５に示す位相情報生成部１５は、図２に示すのと同様の位相検出部１５１のほかに、位相検出部１５１から出力された位相角を表す信号と、１データ前、即ち、１サンプル前に受信した入力複素ベースバンド信号の位相角を表す信号との差分を検出し、該差分を表す差分位相値信号を出力する差分位相演算部１５２をさらに備え、該差分位相演算部１５２の出力を位相情報生成部１５の出力として（即ち、位相を表す情報として）用いている。

実施の形態３．
位相情報生成部１５を、図２や図５に示すように構成する代わりに、図６に示すように構成しても良い。
図６に示す位相情報生成部１５は、図５と同様の位相検出部１５１及び差分位相演算部１５２のほかに、正弦余弦演算部１５３を備える。
正弦余弦演算部は、差分位相演算部１５２の出力である差分位相値から正弦値（サイン）と余弦値（コサイン）を生成し、正弦余弦演算部１５３の出力を位相情報生成部１５の出力として（即ち、位相をあらわす情報として）用いている。
このように、位相情報生成部１５が、正弦余弦を出力する場合には、相関検出部１６は２軸の複素信号と該複素信号を、同一波形の繰り返し間隔に等しい期間遅延した信号との相関波形を検出する。

実施の形態１、２、３によれば、受信した信号の中から繰り返し波形を含む信号を検出する受信装置において、受信した信号の振幅値ではなく位相に関する情報を検出し、その位相に関する情報を用いて自己相関を検出するので、ＡＧＣ過渡応答時のゲイン制御の影響を小さくすることができ、より精度よく信号の検出と受信タイミングの検出を行うことができるという効果が得られる。

また、既知信号による相互相関を用いないため、使用されている周波数帯が各送受信装置で異なる通信システム等にも、ハードウエア規模を大きくすることなく、信号検出機能を実現することが可能となる。

実施の形態４．
実施の形態１〜３の受信装置では、位相に関する情報の自己相関により、同一波形の繰り返しの有無などを検出しているが、以下に説明する実施の形態４，５では、受信信号の平均振幅値に対する変化分の自己相関により、同一波形の繰り返しの有無などを検出する。

図７はこの発明の実施の形態４における受信装置の構成を示すブロック図である。図７において、図１〜図６と同じ符号は、同様の部材を示す。
受信信号は増幅部１１に入力される。入力された信号は増幅部１１によってゲイン調整された後、Ａ／Ｄ変換部１２に供給される。Ａ／Ｄ変換部１２では、デジタル変換を行い、その結果得られたデジタル値はＡＧＣ部１３と、変化分検出部２３に供給される。

変化分検出部２３は、絶対値演算部２４と、平均振幅算出部２５と、平均振幅減算部２６とを有し、受信した信号の平均振幅に対する変化分を表す信号（変化分信号）を生成する。
絶対値算出部２４は、Ａ／Ｄ変換部１２の出力の絶対値演算を行い、振幅値を算出し、該振幅値は、平均振幅算出部２５と平均振幅減算部２６に供給される。平均振幅算出部２５は、入力された振幅信号の同一波形の繰り返し間隔に等しい期間での平均値を算出し、平均振幅値を平均振幅減算部２６に供給する。平均振幅減算部２６は、絶対値算出部２４から出力された振幅値から、平均振幅算出部２５から出力された平均振幅値を減算し、減算の結果得られる振幅差信号Ｓｄを、変化分検出部２３の出力、即ち平均振幅に対する変化分を表す信号として、相関検出部２７に出力する。

相関検出部２７は、例えば図１の相関検出部１６と同様に構成され、変化分信号Ｓｄと、該変化分信号Ｓｄ（ｔ）を、同一波形の繰り返し間隔に等しい期間遅延した信号Ｓｄ（ｔ−ｄ）との相関を表す相関波形信号Ｃｏｒを生成し、相関波形信号Ｃｏｒを判定部２８に供給する。
判定部２８は、例えば図１の判定部１７と同様のものであり、相関波形信号Ｃｏｒを閾値と比較するなどして、入力された相関波形信号をもとに、検出のターゲットである同一波形の繰り返しを含む信号の有無と、前記信号の検出タイミングの判定を行う。

実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５における受信装置の構成を示すブロック図である。図８に示す受信装置は、図７に示す受信装置と概して同じであるが、以下の点で異なる。
即ち、ＡＧＣ部１３が、図８に示すように、平均振幅算出部１３１と、ゲイン算出部１３２とを備え、該ＡＧＣ部１３内のゲイン算出部１３２の出力が、平均振幅減算部２６に供給されている。

平均振幅算出部１３１は、図７の平均振幅算出部２５と同様のものである。なお、図７の実施の形態の受信装置においても、ＡＧＣ部１３として図８に示すのと同様に構成されたものを用いても良い。

実施の形態５の受信装置の特徴は、ＡＧＣ部１３内の平均振幅算出部１３１をＡＧＣ部１３内のゲイン算出部１３２への入力の供給の役割と、平均振幅減算部２６への入力の供給の役割を兼ねていることであり、これにより装置全体としてのハードウエア量を減らしている。
なお、実施の形態５の受信装置においては、絶対値算出部２４と、平均振幅算出部１３１と、平均振幅減算部２６とで、変化分検出部２３が構成されている。

実施の形態４、５によれば、受信した信号の平均振幅値を減算した振幅値を用いて自己相関を検出するので、ＡＧＣ過渡応答時のゲイン制御の影響を小さくすることができ、より精度よく信号の検出と受信タイミングの検出を行うことができるという効果が得られる。

実施の形態６．
図９はこの発明の実施の形態６における受信装置の構成を示すブロック図である。図９において、図１〜図８と同じ符号は、同様の部材を示す。
受信信号は増幅部１１に入力される。入力された信号は増幅部１１によってゲイン調整された後、Ａ／Ｄ変換部１２に供給される。Ａ／Ｄ変換部１２では、デジタル変換を行い、その結果得られたデジタル値はＡＧＣ部１３とＩＱ復調部１４と絶対値算出部２４に供給される。

ＡＧＣ部１３では、受信信号を所望のレベルに調整するためのゲインの値を表すＡＧＣ制御信号Ｓｇが算出され、増幅部１１に供給される。増幅部１１では、このＡＧＣ制御信号をもとに受信信号のゲイン調整を行う。

ＩＱ復調部１４では、入力されたデータは複素ベースバンド信号に変換され、位相情報生成部１５に供給される。位相情報生成部１５では、入力されたＩ、Ｑのベースバンド信号の位相に関する情報を生成し、該情報を表す位相情報信号を相関検出部１６に供給する。
相関検出部１６は、位相情報信号と、該位相情報信号を同一波形の繰り返し間隔に等しい期間遅延した信号との相関を表す相関波形信号を生成し、該相関波形信号を判定部３１に供給する。

変化分算出部２３は、図７に示される変化分算出部２３と同様に構成され、変化分信号Ｓｄと、該変化分信号Ｓｄ（ｔ）を、同一波形の繰り返し間隔に等しい期間遅延した信号Ｓｄ（ｔ−ｄ）との相関を表す相関波形信号を生成し、相関波形信号を判定部３１に供給する。

判定部３１は、相関検出部１６からの出力である相関波形信号と相関検出部２７からの出力である相関波形信号の両方を用い、前記２つの相関波形信号の両方がそれぞれの閾値に対する条件を満たすか、或いは片方が条件を満たすかなどを判断して、入力された２つの相関波形信号をもとに、検出のターゲットである同一波形の繰り返しを含む信号の有無と、前記信号の検出タイミングの判定を行う。

実施の形態７．
図１０はこの発明の実施の形態７における受信装置の構成を示すブロック図である。図１０において、図１〜図９と同じ符号は、同様の部材を示す。図１０に示す受信装置は、図９に示す受信装置と概して同じであるが、相関合成部３２を備え、図９の判定部３１の代わりに判定部３３を備えている点で異なり、さらに動作が以下の点で異なる。
即ち、相関検出部１６で検出した位相情報をもとにした相関波形信号を相関合成部３２に供給し、同様に相関検出部２７で検出した振幅情報をもとにした相関波形信号を相関合成部３２に供給し、相関合成部３２では、位相情報をもとにした相関波形信号と振幅情報をもとにした相関波形信号を合成した合成相関波形信号を生成し、判定部３３に供給する。

判定部３３は、図１の判定部１７、又は図７及び図８の判定部２７と同様のものであり、合成相関波形信号を所定の閾値とを比較するなどして、合成相関波形信号をもとに、検出のターゲットである同一波形の繰り返しを含む信号の有無と、信号の検出タイミングの判定を行う。

本発明の活用例として、無線ＬＡＮや電力線通信の受信装置に適用できる。

この発明の実施の形態１の受信装置のブロック図である。実施の形態１で用いられる位相情報生成部の一例を示すブロック図である。実施の形態２で用いられる相関検出部を示すブロック図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、相関部の入力信号、遅延信号及び相関波形信号の一例を示す図である。この発明の実施の形態２で用いられる位相情報生成部を示すブロック図である。この発明の実施の形態３で用いられる位相情報生成部を示すブロック図である。この発明の実施の形態４の受信装置のブロック図である。この発明の実施の形態５の受信装置のブロック図である。この発明の実施の形態６の受信装置のブロック図である。この発明の実施の形態７の受信装置のブロック図である。

符号の説明

１１増幅部、１２Ａ／Ｄ変換部、１３ＡＧＣ部、１４ＩＱ復調部、１５位相情報生成部、１６相関検出部、１５１位相検出部、２４絶対値算出部、２５平均振幅算出部、２６振幅減算部、２７相関検出部、２８判定部、３１判定部、３２相関合成部、３３判定部、１３１平均振幅算出部、１３２ゲイン算出部、１５２差分部、１５３正弦余弦演算部、１６１遅延部、１６２相関波形生成部。

Claims

受信した複素ベースバンド信号の位相に関する情報を表す位相情報信号を生成する位相情報生成手段と、
前記位相情報生成手段から出力される位相情報信号と、該位相情報信号を所定の期間遅延した信号との自己相関を検出し、該自己相関を表す相関波形信号を出力する相関検出手段と、
前記相関検出手段からの前記相関波形信号から、前記受信した複素ベースバンド信号中の、同一波形の繰り返しを含む信号の有無と前記信号の受信タイミングを検出する手段と
を備えた受信装置。
前記位相情報生成手段が、
前記受信した複素ベースバンド信号の位相を検出する位相検出手段を備え、
該位相検出手段の出力を前記位相情報信号として出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
前記位相情報生成手段が、
前記受信した複素ベースバンド信号の位相を検出する位相検出手段と、
前記位相検出手段から出力される位相信号と、１サンプル前に受信した前記位相信号との差分値を検出する差分位相検出手段とを備え、
前記差分位相検出手段の出力を前記位相情報信号として出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
前記位相情報生成手段が、
前記受信した複素ベースバンド信号の位相を検出する位相検出手段と、
前記位相検出手段から出力される位相信号と、１サンプル前に受信した前記位相信号との差分値を検出する差分位相検出手段と、
前記差分位相検出手段から出力される差分位相信号から前記差分位相値に対する正弦値と余弦値を生成する正弦余弦演算手段とを備え、
前記正弦余弦演算手段から出力される複素信号を前記位相情報信号として出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
受信した信号の平均振幅に対する変化分を検出する変化分検出手段と、
前記変化分検出手段から出力される変化分を示す変化分信号と、該変化分信号を所定の期間遅延した信号との自己相関を検出し、該自己相関を表す相関波形信号を出力する相関検出手段と、
前記相関検出手段からの前記相関波形信号から、同一波形の繰り返しを含む信号の有無と前記信号の受信タイミングを検出する手段と
を備えた受信装置。
受信した複素ベースバンド信号の位相に関する情報を生成する位相情報生成手段と、
前記位相情報生成手段からの位相情報信号と、該位相情報信号を所定の期間遅延した信号との自己相関を検出し、該自己相関を表す相関波形信号を出力する第１の相関検出手段と、
受信した信号の平均振幅に対する変化分を検出する変化分検出手段と、
前記変化分検出手段から出力される変化分を示す変化分信号と、該変化分信号を前記所定の期間遅延した信号との自己相関を検出し、該自己相関を表す相関波形信号を出力する第２の相関検出手段と、
前記第１及び第２の相関検出手段からの２つの相関波形信号から、同一波形の繰り返しを含む信号の有無と前記信号の受信タイミングを検出する手段と
を備えた受信装置。
受信した複素ベースバンド信号の位相に関する情報を生成する位相情報生成手段と、
前記位相情報生成手段から出力される位相情報信号と、該位相情報信号を所定の期間遅延した信号との自己相関を検出し、該自己相関を表す相関波形信号を出力する第１の相関検出手段と、
受信した信号の平均振幅に対する変化分を検出する変化分検出手段と、
前記変化分検出手段から出力される変化分を示す変化分信号と、該変化分信号を前記所定の期間遅延した信号との自己相関を検出し、該自己相関を表す相関波形信号を出力する第２の相関検出手段と、
前記第１及び第２の相関検出手段からの２つの相関波形信号を合成する相関合成手段と、
前記相関合成手段の出力から、同一波形の繰り返しを含む信号の有無と前記信号の受信タイミングを検出する手段と
を備えた受信装置。
前記変化分検出手段が、
受信した信号の絶対値を算出する手段と、
前記絶対値算出手段から出力される振幅信号の前記所定の期間での平均値を算出する平均振幅算出手段と、
前記絶対値算出手段から出力される振幅信号から、前記平均振幅算出手段から出力される平均振幅信号を減算する平均振幅減算手段とを備え、
前記平均振幅減算手段から出力される振幅差信号を、前記変化分を示す信号として出力することを特徴とする請求項５、６又は７に記載の受信装置。