JP4650235B2 - 無線受信装置及び無線受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウルトラワイドバンド通信の無線信号を受信する無線受信装置、及び無線受信方法に関する。

近年、高速無線伝送方式の一つとして、所定の周期タイミングに同期したパルス信号からなるパルス信号列を用いて超広帯域な通信を行うウルトラワイドバンド（ＵＷＢ：Ultra Wide Band）通信方式が注目されている。ＵＷＢ通信の一態様として、搬送波を用いず、例えばパルス幅が１ｎｓｅｃ以下等の極めて細かいパルス信号からなるパルス信号列を用いて通信を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

図７は、背景技術に係るＵＷＢ通信の無線受信装置１００を示すブロック図である。図７に示す無線受信装置１００は、ＵＷＢ通信による無線送信装置から送られてきたＵＷＢ通信信号を受信するアンテナ１０１と、アンテナ１０１で受信されたＵＷＢ通信信号を増幅するアンプ１０２と、制御部１０５から出力された時系列上の所定のタイミングを示すテンプレート信号Ｓｘに基づいてアンプ１０２で増幅された信号Ｓｙを積分することにより、テンプレート信号Ｓｘと信号Ｓｙとの相関を示す積分電圧Ｓｚを生成する積分回路１０３と、その積分電圧Ｓｚをデジタル値に変換するＡＤ変換器１０４と、ＡＤ変換器１０４で得られた相関値に基づきテンプレート信号ＳｘをＵＷＢ通信信号と同期させて積分回路１０３へ出力すると共に、ＡＤ変換器１０４で得られた相関値からデータを復調する制御部１０５とを備えている。

このように構成された無線受信装置１００は、所定の周期タイミングに同期して時間軸上に配置されたＵＷＢ通信のパルス信号を受信するために、送信されたパルス信号と無線受信装置１００側の受信タイミング、すなわちテンプレート信号Ｓｘのタイミングとを同期させるパルス同期を行って、パルス信号と無線受信装置１００側の受信タイミングとを同期させながら通信信号を受信するようになっている。
特表平１０−５０８７２５号公報

ところで、上述のような無線受信装置１００では、送信装置側でパルス信号の周期タイミングを生成するタイミング発生回路の精度ばらつきや、無線受信装置１００側で受信周期タイミングを生成する制御部１０５の精度ばらつき等により、送信装置側と無線受信装置１００側とで周期タイミングにずれが生じ、一度パルス同期を取っても時間の経過と共に周期タイミングのずれが増大し、同期が取れなくなってしまうという不都合があった。

本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、パルス同期が取れた後、パルス同期の維持の確実性を向上することができる無線受信装置、及び無線受信方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の第１の手段に係る無線受信装置は、パルス同期を取るためのパルスが予め設定されたパルス周期で配置された同期用パルス列が先頭に設けられ、当該同期用パルス列の後ろに予め設定された単位期間毎に、前記パルス周期でパルスが配置されたパルス有区間とパルスが無いパルス無区間とが設けられた通信フレームを受信する無線受信装置であって、前記通信フレームを受信する受信部と、前記パルス周期における一部の期間である積分期間について前記受信部により受信された通信フレームを積分する積分部と、前記同期用パルス列における前記積分部による積分値を、前記単位期間毎に積算し、当該積算値が所定のパルス消失検出用閾値に満たない場合、前記パルスが消失したことを検出するパルス消失検出部と、前記パルス消失検出部によって前記パルスが消失したことが検出されたタイミングから開始する前記単位期間毎に前記積分部による積分値を積算するパルス検出用積算部と、前記パルス検出用積算部による積算値が、予め設定されたパルス有無判定用閾値を超える場合、当該単位期間は前記パルス有区間であると判定し、当該パルス有無判定用閾値に満たない場合、当該単位期間は前記パルス無区間であると判定するパルス有無判定部と、前記パルス有無判定部によって前記パルス有区間であると判定された単位期間において、前記積分部による積分値に基づいて前記パルスが前記受信部により受信されるタイミングである同期タイミングと前記積分期間とを同期させる同期部と、前記同期部により前記同期タイミングと前記積分期間とが同期された状態で、前記積分部による積分値からデータを取得するデータ取得部とを備えたことを特徴としている。

また、上述の無線受信装置において、前記パルス検出用積算部は、前記単位期間を繰り返し計時する計時部を備え、前記パルス消失検出部によって前記パルスが消失したことが検出されたタイミングにおいて前記計時部による前記単位期間の計時を開始させ、前記計時部により前記単位期間を取得することにより、当該タイミングから前記単位期間を開始させることを特徴としている。

また、上述の無線受信装置において、前記パルス消失検出部は、前記同期用パルス列における前記積分部による積分値を、前記単位期間について積算するパルス消失検出用積算部と、前記パルス消失検出用積算部により得られた積算値の５％〜２５％の値を前記パルス消失検出用閾値として設定するパルス消失検出用閾値設定部とをさらに備えることを特徴としている。

また、上述の無線受信装置において、前記データ取得部は、前記パルス有無判定部の判定結果に基づいて、前記データを取得することを特徴としている。

また、上述の無線受信装置において、前記積分部は、互いに異なるタイミングにおける複数の前記積分期間について前記受信部により受信された通信フレームを積分する複数の積分回路と、前記複数の積分回路による積分値を加算する加算回路とを備え、前記同期部は、前記複数の積分回路により得られた複数の積分値を比較する比較部と、前記比較部による比較結果に基づいて前記同期タイミングを取得し、前記複数の積分期間のうちいずれかを前記同期タイミングと同期するタイミングに設定する同期制御部とを備え、前記パルス消失検出部及びパルス検出用積算部は、前記積分部による積分値の代わりに前記加算回路による加算値を用いることを特徴としている。

そして、本発明の第２の手段に係る無線受信装置は、パルス同期を取るためのパルスが予め設定されたパルス周期で配置された同期用パルス列が先頭に設けられ、当該同期用パルス列の後ろに予め設定された単位期間毎に、前記パルス周期でパルスが配置されたパルス有区間とパルスが無いパルス無区間とが設けられた通信フレームを受信する無線受信方法であって、前記通信フレームを受信する工程と、前記パルス周期における一部の期間である積分期間について前記受信された通信フレームを積分する工程と、前記同期用パルス列における前記積分値を、前記単位期間毎に積算し、当該積算値が所定のパルス消失検出用閾値に満たない場合、前記パルスが消失したことを検出する工程と、前記パルスが消失したことが検出されたタイミングから開始する前記単位期間毎に前記積分値を積算した値をパルス検出用積算値として取得する工程と、前記パルス検出用積算値が、予め設定されたパルス有無判定用閾値を超える場合、当該単位期間は前記パルス有区間であると判定し、当該パルス有無判定用閾値に満たない場合、当該単位期間は前記パルス無区間であると判定する工程と、前記パルス有区間であると判定された単位期間において得られた前記積分値に基づいて前記パルスが受信されるタイミングを同期タイミングとして取得し、前記積分期間を前記同期タイミングと同期するタイミングに設定する工程と、前記積分期間と前記同期タイミングとが同期された状態で、前記積分値からデータを取得する工程とを備えたことを特徴としている。

このような構成の無線受信装置及び無線受信方法は、パルス同期を取るためのパルスが予め設定されたパルス周期で配置された同期用パルス列が先頭に設けられ、当該同期用パルス列の後ろに予め設定された単位期間毎に、前記パルス周期でパルスが配置されたパルス有区間とパルスが無いパルス無区間とが設けられた通信フレームを受信する際に、前記パルス周期における一部の期間である積分期間について受信された通信フレームが積分され、同期用パルス列における積分値が単位期間毎に積算され、当該積算値が所定のパルス消失検出用閾値に満たない場合、パルスの消失が検出される。そして、パルスが消失したことが検出されたタイミングから開始する単位期間毎に積分値が積算された値がパルス検出用積算値として取得され、このパルス検出用積算値が予め設定されたパルス有無判定用閾値を超える場合、当該単位期間はパルス有区間であると判定され、パルス有無判定用閾値に満たない場合、当該単位期間はパルス無区間であると判定される。さらに、パルス有区間であると判定された単位期間において得られた積分値に基づいてパルスが受信されるタイミングが同期タイミングとして取得され、積分期間が同期タイミングと同期するタイミングに設定される。そして、積分期間と同期タイミングとが同期された状態で、積分値からデータが取得される。この場合、同期用パルス列の後ろに設けられたパルスの積分値に基づいて、パルスが受信されるタイミングが同期タイミングとして取得され、積分期間が同期タイミングと同期するタイミングに設定されるので、パルス同期が取れた後、パルス同期の維持の確実性を向上することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る無線受信方法を用いた無線受信装置１の構成の一例を示すブロック図である。図２は、図１に示す無線受信装置１によって受信される無線信号の一例を示す説
明図である。図２（ａ）は通信フレームＦ１の一例を示す図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）における符号Ａの部分を拡大して示した図である。図２（ａ）に示すように、通信フレームＦ１は、パルス同期用の連続パルス列Ｆ１１（同期用パルス列）と、ビット同期用パルス配列Ｆ１２と、ユニークワードＦ１３と、データ部Ｆ１４とを備えている。また、図２（ｂ）に示すように、パルスＰは例えば５０ｎｓｅｃ周期で配置されており、パルスＰのパルス幅は例えば１ｎｓｅｃにされている。

連続パルス列Ｆ１１は、通信フレームＦ１と無線受信装置１におけるパルスＰの受信タイミングとを同期させるためのパルス列で、例えば１００μｓｅｃ〜９００μｓｅｃ程度の期間、パルスＰが５０ｎｓｅｃ周期で連続するようにされている。ビット同期用パルス配列Ｆ１２は、ビット同期をとるためのパルス列で、予め設定された単位期間ｔ０の間、パルスＰが無いパルス無区間Ｂ０と、パルスＰが５０ｎｓｅｃ周期で連続するパルス有区間Ｂ１とが交互に配置されるようになっている。ユニークワードＦ１３は、ビット同期用パルス配列Ｆ１２とデータ部Ｆ１４とを区別するためのパルス列である。

データ部Ｆ１４は、一つのパルス無区間Ｂ０と一つのパルス有区間Ｂ１とが組み合わされて１ビットのデータを表すようにされており、１ビットを表すビット区間ｔｂにおいて、例えばパルス無区間Ｂ０の次にパルス有区間Ｂ１となればビット「１」、パルス有区間Ｂ１の次にパルス無区間Ｂ０となればビット「０」を表すようにされている。

図１に示す無線受信装置１は、アンテナ２（受信部）、アンプ３、フィルタ４、検波器５、積分ブロック６−１〜６−ｎ、加算器７（加算回路）、信号処理部８、ゲート信号生成部９、及び位相制御部１０を備える。

アンテナ２は、ウルトラワイドバンドの無線信号を受信する受信用アンテナである。アンプ３は、アンテナ２で受信された信号を増幅する増幅回路である。フィルタ４は、アンプ３の出力信号を濾波する帯域フィルタである。検波器５は、フィルタ４の出力信号を包絡線検波し、検波信号Ｋ１として積分ブロック６−１〜６−ｎへ出力する検波器である。アンテナ２、アンプ３、フィルタ４、及び検波器５によって、アンテナ２で受信された例えば３．２ＧＨｚの帯域の信号が包絡線検波されて約５００ＭＨｚ程度に周波数変換され、パルス復調されるようになっている。

積分ブロック６−１〜６−ｎは、検波器５から出力された検波信号Ｋ１を積分し、積分信号Ｓ１〜Ｓｎとして出力する積分回路６１−１〜６１−ｎと、積分回路６１−１〜６１−ｎから出力された積分信号Ｓ１〜Ｓｎをデジタル値に変換し、信号ＡＤ１〜ＡＤｎとして出力するＡＤ変換器６２−１〜６２−ｎとを備えている。ＡＤ変換器６２−１〜６２−ｎは、例えば８ｂｉｔ、２５５段のＡＤ変換器である。以下、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

加算器７は、ＡＤ変換器６２−１〜６２−ｎから出力される信号ＡＤ１〜ＡＤｎ、すなわち積分回路６１−１〜６１−ｎの積分値を加算して加算値ＡＤ０として信号処理部８へ出力する加算回路である。ゲート信号生成部９は、例えば発振回路を備えて構成されており、ウルトラワイドバンド通信における無線信号パルスの周期と同一の周期で積分回路６１−１〜６１−ｎに積分動作をさせるべく、周期ｔ１毎に積分期間、すなわちウィンドウ期間を示す基準ゲート信号Ｇを出力する回路部である。

位相制御部１０は、ゲート信号生成部９から出力された基準ゲート信号Ｇと信号処理部８からの制御信号とに基づいて、基準ゲート信号Ｇの位相を、積分回路６１−１〜６１−ｎにそれぞれ積分動作をさせるタイミングを示すべく変化させ、ゲート信号Ｇ１〜Ｇｎとして積分回路６１−１〜６１−ｎへそれぞれ出力する。

信号処理部８は、ＡＤ変換器６２−１〜６２−ｎから出力される信号ＡＤ１〜ＡＤｎに基づいて、受信パルスとの同期タイミングを取得し、維持すると共に、加算器７の出力信号に基づいて受信信号からデータを復調し、データＤｏｕｔとして外部へ出力する回路部である。

図３は、信号処理部８の構成の一例を示すブロック図である。図３に示す信号処理部８は、同期部８１、パルス消失検出部８２、パルス検出用積算部８３、パルス有無判定部８４、及びデータ取得部８５を備えている。

同期部８１は、積算部８１１と、比較部８１２と、同期制御部８１３とを備えている。積算部８１１は、例えば、タイマ回路からなる計時部８１４と、加算器とを用いて構成されている。そして、計時部８１４により単位期間ｔ０を計時し、加算器によってＡＤ変換器６２−１〜６２−ｎから出力される積分値ＡＤ１〜ＡＤｎをそれぞれ単位期間ｔ０毎に積算する。比較部８１２は、例えば比較器を用いて構成され、積算部８１１で得られた出力信号ＡＤ１〜ＡＤｎの積算値ＳＤ１〜ＳＤｎを比較して、その比較結果を示す信号を同期制御部８１３へ出力する。

同期制御部８１３は、例えば順序回路やマイクロコンピュータ等を用いて構成された制御回路で、パルス検出用積算部８３からの制御信号に応じて比較部８１２による比較結果に基づいて、パルスＰと積分期間とを同期させてパルス同期をとるべく位相制御部１０へ制御信号を出力し、位相制御部１０から出力されるゲート信号Ｇ１〜ＧｎのうちいずれかとパルスＰとを同期させる。

パルス消失検出部８２は、例えばタイマ回路、加算器やマイクロコンピュータ等を用いて構成された制御回路で、所定の制御プログラムを実行することにより、パルス消失検出用積算部８２１、パルス消失検出用閾値設定部８２２、及びパルス消失判定部８２３として機能する。

パルス消失検出用積算部８２１は、例えばタイマ回路や加算器を用いて構成され、連続パルス列Ｆ１１の受信中において加算器７から出力された加算値ＡＤ０を、単位期間ｔ０毎に積算値ＳＳ１として積算する。パルス消失検出用閾値設定部８２２は、パルス消失検出用積算部８２１で最初に得られた積算値ＳＳ１、すなわちパルスＰが連続して存在している期間において加算値ＡＤ０を単位期間ｔ０の間積算することにより得られる積算値ＳＳ１が、パルスＰが消失したと判断するのに十分な低いレベルまで低下したことを判定するべく、パルスＰの有無を判定するためのパルス消失検出用閾値ＳＳ２を、積算値ＳＳ１の５％〜２５％程度、例えば積算値ＳＳ１の２５％として設定する。

パルス消失判定部８２３は、例えば比較器を用いて構成されており、積算値ＳＳ１がパルス消失検出用閾値ＳＳ２以下になった場合にパルスＰが消失したと判断し、積算部８１１及びパルス検出用積算部８３を初期化させるべくパルスＰの消失を示す制御信号ＰＥを積算部８１１及びパルス検出用積算部８３へ出力する。

パルス検出用積算部８３は、パルス消失検出部８２によってパルスＰが消失したことが検出されたタイミングから開始する単位期間ｔ０毎に加算値ＡＤ０を積算するもので、単位期間ｔ０を繰り返し計時する計時部８３１を備え、パルス消失判定部８２３からパルスＰの消失を示す制御信号ＰＥが出力されたタイミングにおいて計時部８３１を初期化すると共に単位期間ｔ０の計時を開始させる。そして、計時部８３１により計時される単位期間ｔ０毎に加算値ＡＤ０の積算値ＳＳ３を算出する。

パルス有無判定部８４は、パルス検出用積算部８３による積算値ＳＳ３が、予め設定されたパルス有無判定用閾値ＳＳ４を超える場合、パルス有区間Ｂ１が受信されたと判定し、パルス有無判定用閾値ＳＳ４以下の場合、パルス無区間Ｂ０が受信されたと判定し、その判定結果を示す信号ＳＳ５を同期制御部８１３及びデータ取得部８５へ出力する。パルス有無判定用閾値ＳＳ４としては、例えばパルス消失検出用閾値設定部８２２で設定されたパルス消失検出用閾値ＳＳ２を用いることができる。

データ取得部８５は、パルス有無判定部８４から出力された信号ＳＳ５に基づいて、パルス無区間Ｂ０の次にパルス有区間Ｂ１が組み合わされて１ビットが構成されていればビット「１」、パルス有区間Ｂ１の次にパルス無区間Ｂ０が組み合わされて１ビットが構成されていればビット「０」として構成したビット列をデータＤｏｕｔとして外部へ出力する。

次に、上述のように構成された無線受信装置１の動作について説明する。アンテナ２によるウルトラワイドバンド通信における無線信号の受信が開始された初期状態においては、アンテナ２で受信されたウルトラワイドバンド通信における無線信号パルスのタイミングと無線受信装置１における受信タイミングとが同期していないので、ます、同期制御部８１３によって、無線信号パルスがアンテナ２により受信されるパルスタイミングを同期タイミングとして取得する初期同期処理が行われる。

図４は、同期制御部８１３による初期同期処理の一例を説明するための信号波形図である。図４（ａ）において、検波器５から出力された検波信号Ｋ１には、ウルトラワイドバンド通信の送信装置におけるパルス送信周期である周期ｔ２毎にパルスＰが含まれている。また、ゲート信号Ｇ１はハイレベルで積分回路６１−１に積分動作を行わせ、ゲート信号Ｇ２はハイレベルで積分回路６１−２に積分動作を行わせる信号である。

そして、図４（ａ）に示すように、初期状態においては、検波信号Ｋ１におけるパルスＰのタイミングと、ゲート信号Ｇ１がハイレベルのタイミングである積分期間ｔｓ１及びゲート信号Ｇ２がハイレベルのタイミングである積分期間ｔｓ２とは一致しておらず、パルス同期がとれていない。そこで、例えば図４（ａ）に示すように、同期制御部８１３からの制御信号に応じて、位相制御部１０によって、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングは遅れ方向に徐々に変化されてＡＤ変換器６２−１から出力される積分値ＡＤ１が増大するタイミングが探索され、ゲート信号Ｇ２における積分期間ｔｓ２のタイミングは積分期間ｔｓ１とは逆に進み方向に徐々に変化されてＡＤ変換器６２−２から出力される積分値ＡＤ２が増大するタイミングが探索される。

さらに、出力信号ＡＤ１が増大した場合、同期制御部８１３によって、その積分値ＡＤ１が得られた積分期間ｔｓ１のタイミングが同期タイミングとして取得され、出力信号ＡＤ２が増大した場合、その積分値ＡＤ２が得られた積分期間ｔｓ２のタイミングが同期タイミングとして取得される。

この場合、同期制御部８１３によって、積分期間ｔｓ１と積分期間ｔｓ２とが重複しないタイミングに設定され、積分期間ｔｓ１及び積分期間ｔｓ２のタイミングを変化させつつ出力信号ＡＤ１及び出力信号ＡＤ２のうちいずれかにより得られる積分値が増大するタイミングが探索され、その積分値が増大するタイミングが同期タイミングとして取得されるので、二つの積分期間を用いてパルス同期タイミングを探索することができ、一の積分期間をずらしながらパルス同期タイミングを探索する場合と比べて、初期同期処理の処理時間を約１／２にすることができる。

なお、初期同期処理において、積分ブロック６−１，６−２を用いて積分期間ｔｓ１と積分期間ｔｓ２とのタイミングを変化させることにより、同期タイミングを探索する例を示したが、ｎ個の積分ブロック６−１〜６−ｎを用いて、ｎ個の積分期間のタイミングを変化させることにより、同期タイミングを探索するようにしてもよい。この場合、一の積分期間をずらしながらパルス同期タイミングを探索する場合と比べて、初期同期処理の処理時間を約１／ｎにすることができる。

そして、図４（ｂ）に示すように、同期制御部８１３からの制御信号に応じて、位相制御部１０によって、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングが同期タイミングとして取得されたタイミング、すなわちパルスＰのタイミングと同期される。これにより、パルスＰは、積分回路６１−１によって積分され、積分信号Ｓ１が増大する。図４（ｂ）に示すゲート信号Ｇ２と積分信号Ｓ２との動作については後述する。

次に、初期同期処理が行われた後に同期を維持する際の同期制御部８１３の同期維持処理について説明する。図５は、初期同期処理が行われた後に同期を維持する際の同期制御部８１３の動作について説明するためのタイミングチャートである。まず、同期制御部８１３によって、上述の図４に示す動作により同期タイミングが取得され、図５（ａ）に示すように、パルスＰのタイミングとゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングとが同期され、さらに同期制御部８１３からの制御信号に応じて、位相制御部１０によって、積分期間ｔｓ２の一部が積分期間ｔｓ１の一部と重複される。

ここで、無線送信装置におけるパルス周期ｔ２と、ゲート信号生成部９により生成される基準ゲート信号Ｇの周期ｔ１とは、原則同一となるように設定されているが、無線送信装置における発振回路等のパルス周期ｔ２の生成回路と、ゲート信号生成部９における発振回路等のパルス周期ｔ１の生成回路との精度ばらつき等により、パルス周期ｔ１とパルス周期ｔ２との間に差異が生じる場合がある。そうすると、例えばパルス周期ｔ２がパルス周期ｔ１より長い場合には、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングに対してパルスＰのタイミングが遅れることとなる一方、例えばパルス周期ｔ２がパルス周期ｔ１より短い場合には、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングに対してパルスＰのタイミングが進むこととなり、いずれにしても時間の経過と共に周期タイミングのずれが増大し、そのままでは同期が取れなくなってしまう。

そこで、無線受信装置１では、同期部８１によって、ＡＤ変換器６２−１により得られた積分値を示す信号ＡＤ１と、ＡＤ変換器６２−２により得られた積分値を示す信号ＡＤ２とに基づいて、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングがパルスＰのタイミングと同期するように調整され、同期が維持される。

具体的には、例えば、パルス周期ｔ２がパルス周期ｔ１より長い場合には、図５（ａ）において、矢印Ｂで示すように、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングに対してパルスＰのタイミングが遅れる。そうすると、図５（ｂ）に示すように、ＡＤ変換器６２−１の積分信号Ｓ１のレベルが低下し、信号ＡＤ１で示される積分値が減少する一方、ＡＤ変換器６２−２の積分信号Ｓ２のレベルが増大し、信号ＡＤ２で示される積分値が増大する。

そして、積算部８１１によって、計時部８１４で計時された単位期間ｔ０の期間、信号ＡＤ１，ＡＤ２が積算されて積算値ＳＤ１，ＳＤ２として比較部８１２へ出力され、比較部８１２によって、積算値ＳＤ１と積算値ＳＤ２とが比較され、積算値ＳＤ２の方が大きくなった場合には、パルスＰのタイミングが遅れたと判断される。そうすると、図５（ｃ）に示すように、同期制御部８１３からの制御信号に応じて、位相制御部１０によって、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングとゲート信号Ｇ２における積分期間ｔｓ２のタイミングとが積分期間ｔｓ２の方向、すなわち遅れ方向に変化される。

そして、比較部８１２による積算値ＳＤ１と積算値ＳＤ２との比較結果が略同一になるように積分期間ｔｓ１と積分期間ｔｓ２とのタイミングが調整され、パルスＰのタイミングが積分期間ｔｓ１と積分期間ｔｓ２との重複部分の中心になるようにされるので、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングがパルスＰのタイミングと同期され、パルス同期が維持される。

一方、例えば、パルス周期ｔ２がパルス周期ｔ１より短い場合には、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングに対してパルスＰのタイミングが進む。そうすると、ＡＤ変換器６２−１の積分信号Ｓ１のレベルが増大し、信号ＡＤ１で示される積分値が増大する一方、ＡＤ変換器６２−２の積分信号Ｓ２のレベルが減少し、信号ＡＤ２で示される積分値が減少する。

そして、積算部８１１によって、計時部８１４で計時された単位期間ｔ０の期間、信号ＡＤ１，ＡＤ２が積算されて積算値ＳＤ１，ＳＤ２として比較部８１２へ出力され、比較部８１２によって、積算値ＳＤ１と積算値ＳＤ２とが比較され、積算値ＳＤ１の方が大きくなった場合には、パルスＰのタイミングが進んだと判断される。さらに、同期制御部８１３からの制御信号に応じて、位相制御部１０によって、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１とゲート信号Ｇ２における積分期間ｔｓ２のタイミングとが積分期間ｔｓ１の方向、すなわち進み方向に変化される。

そして、比較部８１２による積算値ＳＤ１と積算値ＳＤ２との比較結果が略同一になるように積分期間ｔｓ１と積分期間ｔｓ２とのタイミングが調整される結果、パルスＰのタイミングが積分期間ｔｓ１と積分期間ｔｓ２との重複部分の中心になるようにされるので、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングがパルスＰのタイミングと同期され、パルス同期が維持される。

これにより、パルスＰのタイミングがずれた場合には、同期制御部８１３によって積算値ＳＤ１と積算値ＳＤ２との比較結果に基づいて、積分期間ｔｓ１と積分期間ｔｓ２とのタイミングが調整され、パルス同期を維持することができる。

ところで、図２（ａ）に示すように、通信フレームＦ１には、パルスＰが無いパルス無区間Ｂ０が含まれている。そうすると、上述のような同期維持処理を行う場合、パルス無区間Ｂ０においては、いずれの積分期間においてもパルスＰが検出されないため、積算値ＳＤ１，ＳＤ２はノイズレベルを示す値となる。そうすると、比較部８１２によって、ノイズレベル同士が比較され、その比較結果、すなわちノイズレベルの比較結果に基づいて同期制御部８１３による積分期間のタイミング変更処理が行われるため、パルス同期がずれてしまうという問題が生じる。

そこで、図１に示す無線受信装置１では、パルス無区間Ｂ０においてパルス同期がずれてしまうことを抑制するべく以下の処理を行う。図６は、パルス無区間Ｂ０においてパルス同期がずれてしまうことを抑制するための信号処理部８の動作を説明するための説明図である。

まず、通信フレームＦ１がアンテナ２によって受信されると、連続パルス列Ｆ１１の先頭であるタイミングＴ０から上述の初期同期処理が実行され、タイミングＴ１においてパルス同期がとれる。そうすると、パルス消失検出用積算部８２１によって、タイミングＴ１から単位期間ｔ０経過後のタイミングＴ２までの間、加算器７から出力された加算値ＡＤ０が積算されて積算値ＳＳ１が算出される。そして、パルス消失検出用積算部８２１によって、タイミングＴ１からタイミングＴ２までの間に得られた積算値ＳＳ１に例えば０．２５を乗じた値がパルス消失検出用閾値ＳＳ２として記憶され、設定される。

次に、パルス消失検出用積算部８２１によって、タイミングＴ２以降、加算器７から出力された加算値ＡＤ０が単位期間ｔ０毎に積算され、その積算値ＳＳ１がパルス消失判定部８２３によってパルス消失検出用閾値ＳＳ２と比較され、積算値ＳＳ１がパルス消失検出用閾値ＳＳ２以下になった場合（タイミングＴ３）にパルス消失判定部８２３によってパルスＰが消失したと判断され、積算部８１１及びパルス検出用積算部８３を初期化させるべくパルスＰの消失を示す制御信号ＰＥが積算部８１１及びパルス検出用積算部８３へ出力される。

そうすると、タイミングＴ３において、計時部８１４及び計時部８３１が初期化され、計時部８１４及び計時部８３１によって、タイミングＴ３から単位期間ｔ０の計時が開始され、タイミングＴ３から単位期間ｔ０経過後のタイミングＴ４までの期間について、積算部８１１により信号ＡＤ１，ＡＤ２が積算されて積算値ＳＤ１，ＳＤ２として比較部８１２へ出力され、比較部８１２から積算値ＳＤ１，ＳＤ２の比較結果が同期制御部８１３へ出力される。

一方、計時部８３１の計時動作に基づきタイミングＴ３から単位期間ｔ０経過後のタイミングＴ４までの期間について、パルス検出用積算部８３によって加算値ＡＤ０が積算されて得られた積算値ＳＳ３がパルス有無判定部８４へ出力され、パルス有無判定部８４によって積算値ＳＳ３がパルス有無判定用閾値ＳＳ４と比較され、パルス無区間Ｂ０であるかパルス有区間Ｂ１であるかが判定されて、その判定結果を示す信号ＳＳ５が同期制御部８１３へ出力される。例えば、タイミングＴ３からタイミングＴ４までの単位期間は、パルスＰが存在しているパルス有区間Ｂ１であるから、パルス検出用積算部８３によって得られた積算値ＳＳ３はパルス有無判定用閾値ＳＳ４を超えるので、パルス有無判定部８４によって、タイミングＴ３からタイミングＴ４までの単位期間がパルス有区間Ｂ１である旨の信号ＳＳ５が同期制御部８１３へ出力される。

そして、同期制御部８１３において、パルス有区間Ｂ１である旨の信号ＳＳ５が受信されると、比較部８１２から得られた積算値ＳＤ１，ＳＤ２の比較結果、すなわちパルス有区間Ｂ１において取得された積算値ＳＤ１，ＳＤ２の比較結果に基づいて、上述の同期維持処理が実行される。

一方、タイミングＴ４からタイミングＴ５までの単位期間は、パルスＰが存在しないパルス無区間Ｂ０であるから、パルス検出用積算部８３によって得られた積算値ＳＳ３はパルス有無判定用閾値ＳＳ４以下となり、パルス有無判定部８４によってタイミングＴ４からタイミングＴ５までの単位期間がパルス無区間Ｂ０である旨の信号ＳＳ５が同期制御部８１３へ出力される。

そして、同期制御部８１３において、パルス無区間Ｂ０である旨の信号ＳＳ５が受信されると、比較部８１２から得られた積算値ＳＤ１，ＳＤ２の比較結果は破棄され、すなわちパルス無区間Ｂ０において取得された積算値ＳＤ１，ＳＤ２の比較結果に基づく同期維持処理は実行されることなく、タイミングＴ３からタイミングＴ４までの単位期間において維持されたパルス同期タイミングが変更されることなく用いられる。

さらに、データ取得部８５によって、パルス有無判定部８４から出力された信号ＳＳ５に基づいて、パルス無区間Ｂ０の次にパルス有区間Ｂ１が組み合わされて１ビットが構成されていればビット「１」、パルス有区間Ｂ１の次にパルス無区間Ｂ０が組み合わされて１ビットが構成されていればビット「０」として構成したビット列がデータＤｏｕｔとして外部へ出力される。

以上のように、パルス消失検出部８２によってパルスＰの消失が検出され、パルスＰの消失が検出されたタイミングと同期して、計時部８１４と計時部８３１とが初期化され、単位期間ｔ０の計時が開始されるので、通信フレームＦ１におけるパルス無区間Ｂ０及びパルス有区間Ｂ１のタイミング、すなわちビットを表す一単位となるパルス列のタイミングと、積算部８１１及びパルス検出用積算部８３の動作タイミングとを同期させることができる。

また、パルス有無判定部８４によって、パルス無区間Ｂ０であるかパルス有区間Ｂ１であるかを判定することができ、パルス無区間Ｂ０であった場合には、パルス無区間Ｂ０において取得された積算値ＳＤ１，ＳＤ２の比較結果に基づく同期維持処理は実行されないので、パルス無区間Ｂ０において同期維持処理が実行されることによりパルス同期がずれてしまうことを抑制することができる結果、パルス同期が取れた後、パルス同期の維持の確実性を向上することができる。

また、データ取得部８５は、パルス有無判定部８４から出力された信号ＳＳ５に基づいて、データＤｏｕｔを生成することができるので、通信フレームＦ１からデータを取得するための回路を簡素化することができる。

なお、同期制御部８１３は、複数の積分ブロック６で得られた複数の積分値に基づいて、パルス同期を取る例を示したが、積分ブロック６を一つ備え、同期制御部８１３は、一つの積分ブロック６から得られた一つの積分値に基づいてパルス同期を取るようにしてもよい。この場合、加算器７を備えず、一つの積分ブロック６から得られた一つの積分値を、加算値ＡＤ０の代わりに用いるようにしてもよい。

また、パルス無区間Ｂ０とパルス有区間Ｂ１との組み合わせにより１ビットのデータが表される例を示したが、例えばパルス無区間Ｂ０を「０」、パルス有区間Ｂ１を「１」というように、パルス無区間Ｂ０、パルス有区間Ｂ１をそれぞれ１ビットに対応させてもよい。

また、パルスＰの消失を示す制御信号ＰＥによって、積算部８１１及びパルス検出用積算部８３が初期化される例を示したが、例えばＡＤ変換器６２−１〜６２−ｎから出力された信号ＡＤ１〜ＡＤｎを、所定期間、例えば単位期間ｔ０の間平均することにより得られた平均値に基づきノイズとパルスＰとを識別する平均処理回路を設けた場合など、積算部８１１及びパルス検出用積算部８３以外の回路部であって、単位期間ｔ０と同期する必要のある回路を、パルスＰの消失を示す制御信号ＰＥによって初期化、あるいは動作開始させるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る無線受信方法を用いた無線受信装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す無線受信装置によって受信される無線信号の一例を示す説明図である。 図１に示す信号処理部の構成の一例を示すブロック図である。 図３に示す同期制御部による初期同期処理の一例を説明するためのタイミングチャートである。 図１に示す無線受信装置における、初期同期処理が行われた後に同期を維持する際の動作について説明するためのタイミングチャートである。 図３に示す信号処理部における、初期同期処理が行われた後に同期を維持する際の動作について説明するためのタイミングチャートである。 背景技術による無線受信装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 無線受信装置
２ アンテナ
３ アンプ
４ フィルタ
５ 検波器
６ 積分ブロック
７ 加算器
８ 信号処理部
９ ゲート信号生成部
１０ 位相制御部
６１−１〜６１−ｎ 積分回路
６２−１〜６２−ｎ ＡＤ変換器
８１ 同期部
８２ パルス消失検出部
８３ パルス検出用積算部
８４ パルス有無判定部
８５ データ取得部
８１１ 積算部
８１２ 比較部
８１３ 同期制御部
８１４，８３１ 計時部
８２１ パルス消失検出用積算部
８２２ パルス消失検出用閾値設定部
８２３ パルス消失判定部
ＡＤ０ 加算値
ＡＤ１〜ＡＤｎ 積分値
Ｂ０ パルス無区間
Ｂ１ パルス有区間
Ｄｏｕｔ データ
Ｆ１ 通信フレーム
Ｆ１１ 連続パルス列
Ｆ１２ ビット同期用パルス配列
Ｆ１４ データ部
Ｇ 基準ゲート信号
Ｇ１〜Ｇｎ ゲート信号
Ｐ パルス
ＰＥ 制御信号
Ｓ１〜Ｓｎ 積分信号
ＳＤ１〜ＳＤｎ 積算値
ＳＳ１，ＳＳ３ 積算値
ＳＳ２ パルス消失検出用閾値
ＳＳ４ パルス有無判定用閾値
ｔ０ 単位期間
ｔ１ パルス周期
ｔ２ 周期
ｔｓ１，ｔｓ２ 積分期間

Claims (6)

1. パルス同期を取るためのパルスが予め設定されたパルス周期で配置された同期用パルス列が先頭に設けられ、当該同期用パルス列の後ろに予め設定された単位期間毎に、前記パルス周期でパルスが配置されたパルス有区間とパルスが無いパルス無区間とが設けられた通信フレームを受信する無線受信装置であって、
   前記通信フレームを受信する受信部と、
   前記パルス周期における一部の期間である積分期間について前記受信部により受信された通信フレームを積分する積分部と、
   前記同期用パルス列における前記積分部による積分値を、前記単位期間毎に積算し、当該積算値が所定のパルス消失検出用閾値に満たない場合、前記パルスが消失したことを検出するパルス消失検出部と、
   前記パルス消失検出部によって前記パルスが消失したことが検出されたタイミングから開始する前記単位期間毎に前記積分部による積分値を積算するパルス検出用積算部と、
   前記パルス検出用積算部による積算値が、予め設定されたパルス有無判定用閾値を超える場合、当該単位期間は前記パルス有区間であると判定し、当該パルス有無判定用閾値に満たない場合、当該単位期間は前記パルス無区間であると判定するパルス有無判定部と、
   前記パルス有無判定部によって前記パルス有区間であると判定された単位期間において、前記積分部により得られた積分値に基づいて前記パルスが前記受信部により受信されるタイミングである同期タイミングと前記積分期間とを同期させる同期部と、
   前記同期部により前記同期タイミングと前記積分期間とが同期された状態で、前記積分部による積分値からデータを取得するデータ取得部とを備えたこと
   を特徴とする無線受信装置。
2. 前記パルス検出用積算部は、前記単位期間を繰り返し計時する計時部を備え、前記パルス消失検出部によって前記パルスが消失したことが検出されたタイミングにおいて前記計時部による前記単位期間の計時を開始させ、前記計時部により前記単位期間を取得することにより、当該タイミングから前記単位期間を開始させること
   を特徴とする請求項１記載の無線受信装置。
3. 前記パルス消失検出部は、
   前記同期用パルス列における前記積分部による積分値を、前記単位期間について積算するパルス消失検出用積算部と、
   前記パルス消失検出用積算部により得られた積算値の５％〜２５％の値を前記パルス消失検出用閾値として設定するパルス消失検出用閾値設定部とをさらに備えること
   を特徴とする請求項１又は２記載の無線受信装置。
4. 前記データ取得部は、前記パルス有無判定部の判定結果に基づいて、前記データを取得すること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無線受信装置。
5. 前記積分部は、
   互いに異なるタイミングにおける複数の前記積分期間について前記受信部により受信された通信フレームを積分する複数の積分回路と、
   前記複数の積分回路による積分値を加算する加算回路とを備え、
   前記同期部は、
   前記複数の積分回路により得られた複数の積分値を比較する比較部と、
   前記比較部による比較結果に基づいて前記同期タイミングを取得し、前記複数の積分期間のうちいずれかを前記同期タイミングと同期するタイミングに設定する同期制御部とを備え、
   前記パルス消失検出部及びパルス検出用積算部は、前記積分部による積分値の代わりに前記加算回路による加算値を用いること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無線受信装置。
6. パルス同期を取るためのパルスが予め設定されたパルス周期で配置された同期用パルス列が先頭に設けられ、当該同期用パルス列の後ろに予め設定された単位期間毎に、前記パルス周期でパルスが配置されたパルス有区間とパルスが無いパルス無区間とが設けられた通信フレームを受信する無線受信方法であって、
   前記通信フレームを受信する工程と、
   前記パルス周期における一部の期間である積分期間について前記受信された通信フレームを積分する工程と、
   前記同期用パルス列における前記積分値を、前記単位期間毎に積算し、当該積算値が所定のパルス消失検出用閾値に満たない場合、前記パルスが消失したことを検出する工程と、
   前記パルスが消失したことが検出されたタイミングから開始する前記単位期間毎に前記積分値を積算した値をパルス検出用積算値として取得する工程と、
   前記パルス検出用積算値が、予め設定されたパルス有無判定用閾値を超える場合、当該単位期間は前記パルス有区間であると判定し、当該パルス有無判定用閾値に満たない場合、当該単位期間は前記パルス無区間であると判定する工程と、
   前記パルス有区間であると判定された単位期間において得られた前記積分値に基づいて前記パルスが受信されるタイミングを同期タイミングとして取得し、前記積分期間を前記同期タイミングと同期するタイミングに設定する工程と、
   前記積分期間と前記同期タイミングとが同期された状態で、前記積分値からデータを取得する工程とを備えたこと
   を特徴とする無線受信方法。

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