JP4888354B2 - Wireless receiver - Google Patents
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Description
本発明は、無線信号を受信する無線受信装置に関するものである。 The present invention relates to a radio receiving apparatus that receives radio signals.
近年、高速無線伝送方式の一つとして、所定周期の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。 In recent years, as one of high-speed wireless transmission systems, an ultra wide band (UWB) communication system that performs ultra-wideband communication using a pulse signal sequence composed of pulse signals synchronized with a predetermined cycle timing has attracted attention. Yes.
上記UWB通信方式を含めた無線通信方式に用いられる従来の無線受信装置として、特許文献1には、無線送信装置から送信された無線信号を受信するアンテナと、アンテナで受信された信号を検波する検波器と、それぞれが検波信号を積分期間において積分し、積分値をデジタル信号に変換する複数の積分ブロックとを備えるものが開示されている。
As a conventional radio receiving apparatus used in radio communication systems including the UWB communication system,
特許文献1の無線受信装置は、2つの積分期間のタイミングを互いに逆方向に変化し、一方の積分期間で積分された積分値が最大となったときに、無線信号のパルスのタイミングと積分期間のタイミングとの間の初期同期を取っている。
しかしながら、特許文献1の無線受信装置は、2つの積分期間のタイミングを変化させているが、最終的に初期同期を取ったか否かの判断を行うために用いられているのは1つの積分期間の積分値であることから、初期同期の精度を高めることができないという問題があった。また、各積分期間のタイミングの変化方向が予め決まっているため、初期同期を取るのに時間がかかる場合が発生するという問題があった。具体的には、積分期間のタイミングをある方向に変化すればすぐに同期が取れる場合であっても、この積分期間のタイミングの変化方向が上記ある方向とは逆方向に予め決められていると、逆方向に変化していき、同期を取るのに非常に時間がかかってしまうというものである。
However, although the wireless reception device of
上記問題を解決する無線受信装置として、タイミングをずらした2つの積分期間を用いて、図9(a)に示すように、2つの積分期間で積分された積分値であるデジタル信号AD1,AD2の少なくとも一方が閾値L0以上の範囲(図9(a)のL0から下方の範囲)において、これら2つのデジタル信号AD1,AD2が等しくなるように積分回路の積分期間のタイミングを変化させて、同期を取ることができるものが考えられる。 As a wireless reception apparatus that solves the above problem, using two integration periods shifted in timing, as shown in FIG. 9A, digital signals AD1 and AD2 that are integrated values in two integration periods are used. In at least one of the ranges above the threshold L0 (the range below L0 in FIG. 9A), the timing of the integration period of the integration circuit is changed so that these two digital signals AD1 and AD2 are equal, and synchronization is performed. What can be taken is considered.
ただし、上記無線受信装置は、図9(a)に示すように、タイミングがずれた2つの積分回路のデジタル信号AD1,AD2の大小関係が正常な場合、2つのデジタル信号AD1,AD2が大小反転するのは1回のみであるため、初期同期を正常に取ることができるが、図9(b)に示すように、何れかのデジタル信号AD1,AD2(図9(b)の場合、デジタル信号AD2)に歪みがあって、2つのデジタル信号AD1,AD2が大小反転するときが複数回(図9(b)では2回)発生した場合、2つの積分期間のタイミングが逆方向に変化して、初期同期を取ることができないという新たな問題があった。 However, as shown in FIG. 9A, the above-described wireless receiving apparatus has two digital signals AD1 and AD2 inverted in magnitude when the magnitude relationship between the digital signals AD1 and AD2 of the two integrating circuits shifted in timing is normal. Since the initial synchronization can be normally performed only once, as shown in FIG. 9B, any one of the digital signals AD1 and AD2 (in the case of FIG. 9B, the digital signal If the AD2) is distorted and the two digital signals AD1 and AD2 are inverted in magnitude several times (twice in FIG. 9B), the timing of the two integration periods changes in the opposite direction. There was a new problem that the initial synchronization could not be taken.
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的は、初期同期を精度よく取ることができる無線受信装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a radio receiving apparatus capable of accurately obtaining initial synchronization.
請求項1の発明は、複数の極短パルスからなるパルスを所定周期で間欠的に有する無線信号と同期して受信し当該無線信号に含まれているデータを復調する無線受信装置であって、前記無線信号を受信する受信手段と、前記受信手段で受信された信号を包絡線検波し、前記複数の極短パルスの包絡線であるパルスを含む検波信号を出力する検波手段と、それぞれが、前記検波手段から出力された検波信号を同じ長さの積分期間において積分し、積分値を出力する積分回路を有する1対の積分ブロックと、前記1対の積分ブロックのうち一方の積分期間のタイミングを他方の積分期間のタイミングより進み方向にずらした状態で前記2つの積分期間のタイミングを同時に変化させるタイミング制御手段と、前記タイミング制御手段によって前記2つの積分期間のタイミングが変化されるごとに前記1対の積分ブロックのそれぞれの積分値と閾値との比較を行う比較手段と、前記2つの積分値の少なくとも一方が前記閾値以上となる範囲において、前記2つの積分値を等しくなるように前記2つの積分期間のタイミングを前記検波信号のパルスのタイミングに対して変化させるように前記タイミング制御手段を制御することで、前記2つの積分期間のタイミングを前記検波信号のパルスのタイミングと同期させる同期手段と、前記同期手段で同期させられた前記2つの積分期間の合成期間の中心を検出期間の中心とし、前記検出期間内の前記パルスの有無を検出して前記無線信号に含まれているデータを復号する復号手段と、前記閾値のレベルを設定可能とする閾値設定手段とを備えることを特徴とする。
The invention of
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記閾値設定手段は、前記タイミング制御手段が前記2つの積分期間のタイミングを変化させたときにおける前記2つの積分値の何れかの最大値に所定の割合を乗じた値を前記閾値のレベルに設定することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the threshold value setting means sets the maximum value to any one of the two integral values when the timing control means changes the timing of the two integral periods. A value obtained by multiplying a predetermined ratio is set as the threshold level.
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記閾値設定手段は、前記割合を可変に設定可能とすることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the threshold value setting means can set the ratio variably.
請求項4の発明は、請求項2又は3の発明において、前記閾値設定手段は、前記閾値の下限値を設定することを特徴とする。
The invention of
請求項1の発明によれば、何れかの積分ブロックの積分値にひずみがあって2つの積分値の大小関係が本来想定されていない部分で反転する場合であっても、同期手段で用いられる閾値を設定しなおすことによって、2つの積分値の大小関係の反転が本来想定されていない部分を除いた範囲で初期同期させることができ、パルスロストを防止することができる。 According to the first aspect of the present invention, even when the integral value of any of the integral blocks is distorted and the magnitude relationship between the two integral values is inverted at a portion that is not originally assumed, it is used by the synchronizing means. By resetting the threshold value, initial synchronization can be performed in a range excluding a portion where the inversion of the magnitude relationship between the two integral values is not originally assumed, and pulse lost can be prevented.
請求項2の発明によれば、各積分ブロックの積分値の大きさに応じた閾値を決定することができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、積分値の最大値へ乗ずる割合を変更することによって、最適な閾値を設定することができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、閾値を下限値より低くしないようにすることによって、雑音をパルスと誤認識することを防止することができるので、パルスとの間で初期同期ができないという課題を解決することができる。
According to the invention of
(実施形態1)
まず、実施形態1の無線受信装置の構成について図1〜5を用いて説明する。この無線受信装置は、複数の極短パルス(パルス幅1ナノ秒程度のパルス)からなるパルスを所定周期で間欠的に有するUWBの無線信号と同期して受信し、上記無線信号に含まれているデータを復調するものであり、図1に示すように、上記無線信号を無線送信装置(図示せず)から受信するアンテナ(受信手段)1と、アンテナ1で受信された信号を包絡線検波し、複数の極短パルスの包絡線であるパルスを含む検波信号を出力する検波ブロック(検波手段)2と、それぞれが、検波ブロック2から出力された検波信号を同じ長さの積分期間において積分し、積分値を出力する積分回路301〜30nを有する第1〜nの積分ブロック31〜3nと、第1〜nの積分ブロック31〜3nから出力される信号(デジタル信号AD1〜ADn)を加算して加算値AD0として出力する加算器4と、第1〜nの積分ブロック31〜3nから出力されるデジタル信号AD1〜ADnを用いて受信信号SIG1との同期を取るとともに、加算器4の出力信号(加算値AD0)から無線信号に含まれているデータを復調して外部に出力する信号処理部5と、間欠駆動ゲート生成部6と、第1〜nの積分ブロック31〜3nの積分期間のタイミングを変化させる位相制御部(タイミング制御手段)7とを備えている。
(Embodiment 1)
First, the configuration of the wireless reception apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. This radio receiving apparatus receives a pulse composed of a plurality of ultrashort pulses (pulses having a pulse width of about 1 nanosecond) in synchronization with a UWB radio signal intermittently having a predetermined period, and is included in the radio signal. As shown in FIG. 1, an antenna (receiving means) 1 that receives the wireless signal from a wireless transmission device (not shown) and an envelope detection of the signal received by the
ここで、無線信号の一例について図3を用いて説明する。図3(a)は無線信号の通信フレームF1を示す図であり、図3(b)は、図3(a)の無線信号が包絡線検波された後における範囲Aの拡大図である。通信フレームF1は、図3(a)に示すように、パルス同期を取るための連続パルス列F1と、ビット同期を取るためにパルスPがない区間とパルスPがある区間とが交互に配置されているビット同期用パルス配列F2と、ビット同期用パルス配列F2と後述のデータ部F4とを区別するためのパルス列であるユニークワードF3と、パルスPがないときを「0」とし、パルスPがあるときを「1」とするデータ部F4とを有している。パルスPは、例えば50ナノ秒周期で配置されており、パルスPのパルス幅は例えば10ナノ秒に設定されている。また、各パルスPは、例えば10個程度連続した極短パルスで構成されている。 Here, an example of a radio signal will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a diagram showing a communication frame F1 of a radio signal, and FIG. 3B is an enlarged view of a range A after the radio signal of FIG. 3A is detected by envelope detection. In the communication frame F1, as shown in FIG. 3A, a continuous pulse train F1 for achieving pulse synchronization, and a section without a pulse P and a section with a pulse P for bit synchronization are alternately arranged. The bit synchronization pulse array F2, the unique word F3 which is a pulse train for distinguishing the bit synchronization pulse array F2 and the data portion F4 described later, and “0” when there is no pulse P, and there is a pulse P It has a data part F4 in which the time is “1”. The pulses P are arranged with a period of 50 nanoseconds, for example, and the pulse width of the pulse P is set to 10 nanoseconds, for example. Each pulse P is composed of, for example, about 10 continuous ultrashort pulses.
連続パルス列F11は、通信フレームF1と無線受信装置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100マイクロ秒〜900マイクロ秒程度の期間、パルスPが50ナノ秒周期で連続している。 The continuous pulse train F11 is a pulse train for synchronizing the communication frame F1 and the reception timing of the wireless reception device. For example, the pulse P is continuous with a period of 50 nanoseconds for a period of about 100 microseconds to 900 microseconds.
ビット同期用パルス配列F12は、ビット同期を取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がないパルス無区間B0と、パルスPが50ナノ秒周期で連続するパルス有区間B1とが交互に配置されている。 The pulse array F12 for bit synchronization is a pulse train for achieving bit synchronization, and a pulse-free interval B0 in which the pulse P does not exist during a preset unit period t0 and a pulse P interval in which the pulse P continues with a period of 50 nanoseconds B1 are alternately arranged.
データ部F14は、1つのパルス無区間B0と1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わすようにされており、1ビットを表わすビット区間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」を表わすようにされている。 In the data portion F14, one pulse no-interval B0 and one pulse interval B1 are combined to represent 1-bit data, and in the bit interval tb representing 1 bit, for example, the pulse no-interval B0 Next, a bit “1” is represented when the pulsed section B1 is reached, and a bit “0” is represented when the pulseless section B0 is followed by the pulse-free section B1.
図1に示す検波ブロック2は、アンテナ1で受信された受信信号SIG1を増幅する増幅部20と、増幅部20の出力信号SIG2から無線信号の使用周波数帯域の成分を抽出するフィルタ(帯域フィルタ)21と、フィルタ21の出力信号SIG3を包絡線検波し、検波信号Kとして出力する検波器22とを備えている。上記検波ブロック2によって、アンテナ1で受信された例えば3.8GHzの帯域の受信信号SIG1は約500MHz程度に周波数変換され、検波信号Kは、検波器22から各積分ブロック31〜3nに出力される。
The
各積分ブロック31〜3nは、一定期間の積分期間において検波信号Kを積分し、アナログ値の積分信号S1〜Snとして出力する積分回路301〜30nと、積分信号S1〜Snをデジタル値に変換し、デジタル信号AD1〜ADnとして出力するAD変換器311〜31nとを備えている。積分期間は、例えば6ナノ秒以上10ナノ秒以下であることが好ましく、さらに好ましいのは8ナノ秒である。
Each of the integration blocks 3 1 to 3 n integrates the detection signal K in an integration period of a certain period, and outputs the
なお、AD変換器311〜31nは、例えば8bit、255段のものである。このため、各AD変換器311〜31nから加算器4及び信号処理部5へのデジタル信号AD1〜ADnの出力には、図1に示すように、各bitごとに1本の信号線が割り当てられ、計8本の信号線が用いられている。
The
加算器4は、各AD変換器311〜31nから出力されるデジタル信号AD1〜ADn、すなわち積分回路301〜30nの積分値のデジタル値を加算し、加算値AD0として信号処理部5に出力する。
The
なお、加算器4から信号処理部5への加算値AD0の出力には、図1に示すように、各bitごとに1本の信号線が割り当てられ、これらの信号線を含む計(8+(n−1))本の信号線が用いられている。nは積分ブロック31〜3n(AD変換器311〜31n)の台数である。例えば2つのAD変換器311〜31nのそれぞれから8bitのデジタル信号AD1〜ADnが加算器4に入力された場合、加算器4から出力される加算値AD0は、桁上りして9bitつまり8+(n−1)bitとなる。また、3つのAD変換器311〜31nのそれぞれから8bitのデジタル信号AD1〜ADnが加算器4に入力された場合、加算器4から出力される加算値AD0は、2つのAD変換器311〜31nからデジタル信号AD1〜ADnが入力されたときの9bitの状態から、さらに最大で1桁上がりして10bitになるので、8+(n−1)bitとなる。
As shown in FIG. 1, one signal line is assigned for each bit to the output of the added value AD0 from the
ただし、加算器4から出力される加算値AD0に必要なビット数は、単純に8+(n−1)と一意に決定されるものではなく、実際の回路において、ビット不足でオーバーフローしてゼロに戻らないようにするため、余裕を持たせたビット幅を用意している。例えば255(10進数)=FF(16進数)のデジタル信号AD1〜ADnを4つ加算した場合、加算値AD0は1020(10進数)=3FC(16進数)であるため、2bit追加するだけでよく、その結果、加算値AD0の出力に必要なビット数は11bitではなく10bitでよい。したがって、残り1bitは余裕を持たせるためのものである。
However, the number of bits necessary for the added value AD0 output from the
間欠駆動ゲート生成部6は、例えば発振回路などを備えており、無線送信装置(図示せず)から送信される無線信号のパルス周期と同一の周期で積分回路301〜30nに積分動作をさせるために、積分期間すなわちウイ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。
The intermittent drive gate generation unit 6 includes an oscillation circuit, for example, and performs integration operation on the
位相制御部7は、間欠駆動ゲート生成部6から出力された基準ゲート信号Gと信号処理部5からの制御信号SIG4,SIG5とに基づいて、第1の積分ブロック31の積分期間のタイミングを第2の積分ブロック32の積分期間のタイミングより進み方向にずらした状態で2つの積分期間のタイミングを同時に変化させるように、積分回路301,302の積分期間のタイミングがそれぞれ異なるように基準ゲート信号Gの位相を変化させ、ゲート信号G1,G2として積分回路301,302にそれぞれ出力する。なお、第kの積分ブロック3kの積分期間のタイミングも第k+1の積分ブロック3k+1の積分期間のタイミングより進み方向にずらした状態で2つの積分期間のタイミングを同時に変化させるように、積分回路30k,30k+1の積分期間のタイミングがそれぞれ異なるように基準ゲート信号Gの位相を変化させ、ゲート信号Gk,Gk+1として積分回路30k,30k+1にそれぞれ出力する。kは1,3,5・・・n−1である。
The
ここで、無線送信装置(図示せず)のパルス周期と無線受信装置のパルス周期の相対変化について図4を用いて説明する。まず、検波信号KのパルスP(無線信号のパルス)の周期が2つの積分ブロック31,32の積分期間の周期(図4ではゲート信号G1,G2で表している。)より長い場合、図4の矢印aで示す方向に、検波信号KのパルスPのタイミングに対して2つの積分期間のタイミングが変化していく。この場合、デジタル信号AD1,AD2は、初め(1)ではデジタル信号AD1のほうがデジタル信号AD2よりも大きく、(2)でデジタル信号AD1が最大となる。その後、(3)で2つの積分期間の合成積分期間の中心とパルスPの中心が一致し、デジタル信号AD1とデジタル信号AD2は等しくなり、(3)〜(4)ではデジタル信号AD2のほうがデジタル信号AD1より大きくなる。 Here, the relative change of the pulse period of a radio | wireless transmitter (not shown) and the pulse period of a radio | wireless receiver is demonstrated using FIG. First, when the period of the pulse P (radio signal pulse) of the detection signal K is longer than the period of the integration period of the two integration blocks 3 1 and 3 2 (represented by the gate signals G1 and G2 in FIG. 4), The timings of the two integration periods change with respect to the timing of the pulse P of the detection signal K in the direction indicated by the arrow a in FIG. In this case, in the digital signals AD1 and AD2, first, the digital signal AD1 is larger than the digital signal AD2 in (1), and the digital signal AD1 is maximum in (2). Thereafter, in (3), the center of the combined integration period of the two integration periods coincides with the center of the pulse P, and the digital signal AD1 and the digital signal AD2 are equal. In (3) to (4), the digital signal AD2 is more digital. It becomes larger than the signal AD1.
一方、検波信号KのパルスPの周期が2つの積分ブロック31,32の積分期間の周期より短い場合、図4の矢印bで示す方向に、検波信号KのパルスPのタイミングに対して2つの積分期間のタイミングが遅れていく。この場合、デジタル信号AD1,AD2は、初め(4)ではデジタル信号AD2のほうがデジタル信号AD1よりも大きく、(3)で2つの積分期間の合成積分期間の中心とパルスPの中心が一致し、デジタル信号AD1とデジタル信号AD2が等しくなる。その後、(2)でデジタル信号AD1が最大となり、(2)〜(1)ではデジタル信号AD1のほうがデジタル信号AD2より大きくなる。 On the other hand, when the cycle of the pulse P of the detection signal K is shorter than the cycle of the integration period of the two integration blocks 3 1 and 3 2 , the timing of the pulse P of the detection signal K in the direction indicated by the arrow b in FIG. The timing of the two integration periods is delayed. In this case, the digital signals AD1 and AD2 are initially larger in (4) than in the digital signal AD1, and in (3) the center of the combined integration period of the two integration periods coincides with the center of the pulse P. The digital signal AD1 is equal to the digital signal AD2. Thereafter, the digital signal AD1 becomes maximum in (2), and the digital signal AD1 becomes larger than the digital signal AD2 in (2) to (1).
信号処理部5は、図2に示すように、同期部50と、ベースバンド復号部(復号手段)52と、閾値設定部(閾値設定手段)51とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
同期部50は、信号到来判定部(比較手段)500と、信号捕捉/追尾制御部(同期維持手段)501と、同期制御部502とを備えている。
The
信号到来判定部500は、後述の同期制御部502が時間軸において第1の積分ブロック31の積分区間と第2の積分ブロック32の積分区間とが一部重なるようにして、2つの積分期間のタイミングを同時に一方向に変化させているときに(図4参照)、第1,2の積分ブロック31,32から出力されたデジタル信号AD1,AD2と、閾値設定部51で設定された閾値との比較を行い、デジタル信号AD1,AD2が閾値以上であるか否かの判定結果を判定信号Hとして同期制御部502に出力する。
Signal
同期制御部502は、まず、第1の積分ブロック31の積分期間のタイミングを第2の積分ブロック32の積分期間のタイミングより進み方向にずらした状態で2つの積分期間のタイミングを同時に変化させるように、位相制御部7を制御する。
上記同期制御部502は、信号到来判定部500からの判定信号Hによって、2つのデジタル信号(積分値)AD1,AD2の少なくとも一方が閾値以上となる範囲では、2つのデジタル信号AD1,AD2が等しくなるように第1の積分回路301の積分期間と第2の積分回路302の積分期間の両方のタイミングを同時に変化させるように、信号捕捉/追尾制御部501を制御する。
The
信号捕捉/追尾制御部501は、第1,2の積分ブロック31,32のデジタル信号AD1,AD2のうち、同期制御部502によって選択された第1の積分ブロック31及び第2の積分ブロック32のデジタル信号AD1,AD2が等しくなるように、位相制御部7に制御信号SIG5を出力する。
Signal acquisition /
具体的には、2つのデジタル信号AD1,AD2の少なくとも一方が閾値以上となる範囲において、第1の積分ブロック31のデジタル信号AD1が第2の積分ブロック32のデジタル信号AD2より大きい場合、2つの積分期間のタイミングを検波信号KのパルスPのタイミングに対して進み方向にシフトさせる。一方、第2の積分ブロック32のデジタル信号AD2が第1の積分ブロック31のデジタル信号AD1より大きい場合、2つの積分期間のタイミングを検波信号KのパルスPのタイミングに対して遅れ方向にシフトさせるように、位相制御部7を制御する。上記のようにすることで、2つのデジタル信号AD1,AD2を等しくして2つの積分期間のタイミングを検波信号KのパルスPのタイミングと同期させる。
Specifically, in two at least one of equal to or larger than the threshold value range of the digital signals AD1, AD2, if the first integration block 3 1 of the digital signal AD1 is greater than the second integration block 3 2 digital signal AD2, The timing of the two integration periods is shifted in the advance direction with respect to the timing of the pulse P of the detection signal K. On the other hand, if the
また、初期同期を取った後、信号捕捉/追尾制御部501は、通常状態では第1,2の積分ブロック31,32の2つの積分期間のタイミングを検波信号KのパルスPのタイミングに対して進む方向又は遅れる方向の何れかの方向に一定シフト量ずつシフトさせるように、位相制御部7を制御するとともに、2つのデジタル信号(積分値)AD1,AD2の差分(AD1−AD2)の極性が反転したか否かを判定する。2つのデジタル信号AD1,AD2の差分(AD1−AD2)の極性が反転したと判定した場合、信号捕捉/追尾制御部501は、2つの積分期間のタイミングを検波信号KのパルスPのタイミングに対して逆方向に予め設定されたシフト量だけシフトさせるように、位相制御部7を制御する。なお、上記予め設定されたシフト量は、一定シフト量より大きいシフト量である。
In addition, after initial synchronization, the signal acquisition /
このとき、信号捕捉/追尾制御部501は、通常状態において、2つの積分期間のタイミングを検波信号KのパルスPに対して進む方向にシフトさせるか、遅れ方向にシフトさせるかを、外部のマイクロコンピュータからの設定によって選択する機能を有している。例えば、積分回路や検波回路などのアナログ回路の雑音の影響から、設計時に比べて想定外の条件により、2つのデジタル信号AD1,AD2の大小関係及びシフト方向が異なる条件となった場合であっても、判定を誤ることなく、信号を追尾することが可能であり、誤り率の増大を防止することができる。
At this time, the signal acquisition /
閾値設定部51は、図5に示すように、複数の閾値のレベル(L1〜L3)を選択して設定できるようになっている。この閾値設定部51には、使用者が閾値を選択するための操作部(図示せず)が設けられており、使用者は操作部を用いて閾値L1〜L3を事前に設定することができる。また、予め設定された閾値(例えばL1)において所定時間内に初期同期を取ることができなかった場合、閾値設定部51は、上記閾値(L1)に代えて他の閾値(例えばL3)を自動設定する。閾値設定部51で設定された閾値L1〜L3の情報は閾値信号Lとして信号到来設定部53に出力される。
As shown in FIG. 5, the
図2に示すベースバンド復号部52は、同期部50で同期させられた2つの積分期間の合成期間の中心を検出期間の中心とし、検出期間内のパルスPの有無を検出して、無線信号に含まれているデータを復号する。具体的には、ベースバンド復号部52は、加算器4から出力される加算値AD0が一定値以上であれば「1」と判定し、加算値AD0が一定値未満であれば「0」と判定することによって復調し、復号信号Doutとして外部に出力する。
The
次に、本実施形態の無線受信装置における初期同期の動作について説明する。ここでは、第1の積分ブロック31と第2の積分ブロック32のみを用いた場合について説明する。アンテナ1による無線信号の受信が開始された初期状態においては、検波器22から出力された検波信号KのパルスP(図4参照)のタイミングと第1,2の積分回路301,302の積分期間のタイミングとが同期していないので、無線信号の通信フレームF1(図3(a)参照)のうち連続パルス列F11を受信するときに、第1,2の積分回路301,302のタイミングを検波信号KのパルスPのタイミングと同期させる初期同期処理を行う必要がある。
Next, the initial synchronization operation in the wireless reception device of this embodiment will be described. Here, the case of using the
まず、同期制御部502からの制御信号SIG4に応じて、位相制御部7が、積分期間をパルスPに対して進み方向に同時に徐々に変化させる。図5のデジタル信号AD1,AD2のタイミングは左から右方向に移動していく。2つの積分期間がパルスPに対して進み方向に変化されていくと、第1のデジタル信号AD1が大きくなり、その後、第2のデジタル信号AD2も大きくなっていく。しかし、第1,2のデジタル信号AD1,AD2は閾値L3未満であるため、2つの積分期間のタイミングはパルスPのタイミングに対して進み方向にそのまま変化されていく。その後、第1のデジタル信号AD1が閾値L3以上となった場合、第1のデジタル信号AD1のほうが第2のデジタル信号AD2より大きいときは、2つの積分期間をパルスPに対して進み方向に変化し、第2のデジタル信号AD2のほうが第1のデジタル信号AD1より大きいときは、2つの積分期間をパルスPに対して遅れ方向に変化する。その後、第1のデジタル信号AD1と第2のデジタル信号AD2が等しくなると、2つの積分期間のタイミングとパルスPのタイミングとの間で同期が取れたと判断し、初期同期処理を終了する。
First, in response to the control signal SIG4 from the
続いて、2つの積分期間をパルスPに対して遅れ方向に同時に徐々に変化する場合について説明する。図5のデジタル信号AD1,AD2は右から左方向に移動していく。2つの積分期間がパルスPに対して遅れ方向に変化されていくと、第2のデジタル信号AD2に歪みがあるため、先に第1のデジタル信号AD1が大きくなり、その後、第2のデジタル信号AD2が大きくなっていく。しかし、第1,2のデジタル信号AD1,AD2は閾値L3未満であるため、2つの積分期間はパルスPに対して遅れ方向にそのまま変化されていく。その後、第1,2のデジタル信号AD1,AD2の大小関係が反転し、第2のデジタル信号AD2が閾値L3以上なった場合、第2のデジタル信号AD2のほうが第1のデジタル信号AD1より大きいときは、2つの積分期間をパルスPに対して遅れ方向に変化し、第1のデジタル信号AD1のほうが第2のデジタル信号AD2より大きいときは、2つの積分期間をパルスPに対して進み方向に変化する。その後、第1のデジタル信号AD1と第2のデジタル信号AD2が等しくなると、2つの積分期間のタイミングとパルスPのタイミングとの間で同期が取れたと判断し、初期同期処理を終了する。 Next, a case where the two integration periods are gradually changed in the delay direction with respect to the pulse P will be described. The digital signals AD1 and AD2 in FIG. 5 move from right to left. When the two integration periods are changed in the delay direction with respect to the pulse P, since the second digital signal AD2 is distorted, the first digital signal AD1 first increases, and then the second digital signal AD2 is getting bigger. However, since the first and second digital signals AD1 and AD2 are less than the threshold value L3, the two integration periods are changed in the delay direction with respect to the pulse P as they are. After that, when the magnitude relationship between the first and second digital signals AD1 and AD2 is reversed and the second digital signal AD2 is greater than or equal to the threshold L3, the second digital signal AD2 is greater than the first digital signal AD1. The two integration periods change in the delay direction with respect to the pulse P, and when the first digital signal AD1 is larger than the second digital signal AD2, the two integration periods are moved in the advance direction with respect to the pulse P. Change. After that, when the first digital signal AD1 and the second digital signal AD2 become equal, it is determined that synchronization is established between the timing of the two integration periods and the timing of the pulse P, and the initial synchronization processing is terminated.
一方、所定時間内に初期同期が取れなかった場合、本実施形態の無線受信装置は、閾値設定部51において閾値を設定しなおして、再度、初期同期の動作を行う。
On the other hand, when the initial synchronization cannot be achieved within a predetermined time, the wireless reception device of the present embodiment resets the threshold in the
なお、初期同期処理において、積分ブロック31,32の積分期間のタイミングを変化させることにより、初期同期を行う例を示したが、n個の積分ブロック31〜3nを用いて、n/2組の積分期間のタイミングを変化させることにより、初期同期を行うようにしてもよい。この場合、1組の積分期間をずらしながら初期同期を行う場合に比べて、初期同期処理の処理時間を約2/nにすることができる。 In the initial synchronization processing, the example in which the initial synchronization is performed by changing the timing of the integration period of the integration blocks 3 1 and 3 2 has been described. However, the n synchronization blocks 3 1 to 3 n are used to perform n synchronization. / Initial synchronization may be performed by changing the timing of two sets of integration periods. In this case, the processing time of the initial synchronization processing can be reduced to about 2 / n compared to the case where the initial synchronization is performed while shifting one set of integration periods.
次に、本実施形態の無線受信装置において初期同期処理が行われた後に同期を維持して信号追尾するための動作について説明する。無線送信装置(図示せず)や間欠駆動ゲート生成部6の水晶発信回路の周期の偏差などにより、検波信号KのパルスP(無線信号のパルス)の周期と、2つの積分期間の周期との間に差異が生じる場合があるため、検波信号KのパルスP(無線信号のパルス)のタイミングに対して2つの積分期間のタイミングにずれが生じ、このタイミングのずれは時間の経過とともに増大し、同期が取れなくなってしまう。 Next, an operation for tracking signals while maintaining synchronization after the initial synchronization processing is performed in the wireless reception device of the present embodiment will be described. The period of the pulse P of the detection signal K (the pulse of the radio signal) and the period of the two integration periods due to a deviation of the period of the crystal transmission circuit of the radio transmission device (not shown) or the intermittent drive gate generation unit 6 Since there may be a difference between them, the timing of the two integration periods is shifted with respect to the timing of the pulse P of the detection signal K (the pulse of the radio signal), and this timing shift increases with time. It becomes impossible to synchronize.
そこで、本実施形態の無線受信装置では、無線信号の通信フレームF1(図3(a)参照)のうちビット同期用パルス配列F12、ユニークワードF13及びデータ部F14において、2つのデジタル信号AD1,AD2を用いて、2つの積分期間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する。 Therefore, in the wireless receiver of the present embodiment, two digital signals AD1, AD2 are included in the bit synchronization pulse array F12, the unique word F13, and the data portion F14 in the communication frame F1 (see FIG. 3A) of the wireless signal. Is used to adjust the timing of the two integration periods to be synchronized with the timing of the pulse P.
具体的には、同期制御部502は、通常状態では、2つの積分期間のタイミングを遅れ方向(又は進み方向)に例えば1ナノ秒ずつシフトさせるように制御している。このとき、2つのデジタル信号AD1,AD2の差分(AD1−AD2)を算出し、この差分(AD1−AD2)の極性を検出する。差分(AD1−AD2)の極性が反転したと判断した場合、2つの積分期間のタイミングを逆方向に例えば2ナノ秒シフトさせる。これらの動作を繰り返すことにより、2つの積分期間のタイミングと検波信号KのパルスPのタイミングの同期を維持する。
Specifically, in the normal state, the
以上、本実施形態によれば、何れかの積分ブロック31,32のデジタル信号(積分値)AD1,AD2にひずみがあって2つのデジタル信号AD1,AD2の大小関係が本来想定されていない部分で反転する場合であっても、同期部50で用いられる閾値を設定しなおすことによって、2つのデジタル信号AD1,AD2の大小関係の反転が本来想定されていない部分を除いた範囲で初期同期させることができ、パルスロストを防止することができる。つまり、閾値設定部51において複数の閾値L1〜L3が設定可能で、かつ、2つのデジタル信号AD1,AD2に対し最適な閾値を選択し、その閾値以上の範囲で積分回路301〜30nの積分期間を設定することで、信号獲得直後での判定誤りによるパルスロストを防止することができる。
As described above, according to this embodiment, the digital signals (integrated values) AD1 and AD2 of any of the integration blocks 3 1 and 3 2 are distorted, and the magnitude relationship between the two digital signals AD1 and AD2 is not originally assumed. Even in the case of inversion in a part, by resetting the threshold value used in the
(実施形態2)
ところで、実施形態1の無線受信装置では、閾値のレベルが通常状態を基準に設定されているため、図6(b)に示すように、デジタル信号が通常状態よりも極端に大きい場合や、2つの積分回路の積分期間のタイミングのずれのばらつきが大きい場合、予め設定されている全ての閾値よりも大きい範囲で、2つのデジタル信号の大小反転が2回発生してしまうため、積分期間のタイミングの変化方向を誤ってしまい、その結果、パルスロストが発生してしまうことがある。
(Embodiment 2)
By the way, in the wireless reception device of the first embodiment, since the threshold level is set based on the normal state, as shown in FIG. 6B, when the digital signal is extremely larger than the normal state, If there is a large variation in the timing difference between the integration periods of the two integration circuits, the magnitude inversion of the two digital signals occurs twice within a range that is larger than all the preset threshold values. May change the direction of the change, and as a result, pulse lost may occur.
そこで、実施形態2の無線受信装置では、閾値設定部51が、図6(a)に示すように、同期制御部502が2つの積分期間のタイミングを変化させたときにおける2つのデジタル信号(積分値)AD1,AD2の何れか一方の最大値に対して所定の割合(例えば50%以上99%以下の何れか)を乗じた値を閾値のレベル(図6(a)のL4)に自動的に設定する。なお、実施形態1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
Therefore, in the wireless reception device according to the second embodiment, the
本実施形態の無線受信装置では、初期同期を取る前に同期制御部502が積分期間のタイミングを変化させていき、信号到来判定部500が各タイミングでのデジタル信号AD1,AD2を検出し、閾値設定部51がこれらのデジタル信号AD1,AD2からデジタル信号AD1,AD2の最大値を求めている。そして、閾値設定部51は、デジタル信号AD1,AD2の最大値に所定の割合を乗じて閾値に自動設定する。
In the wireless reception device of the present embodiment, the
ところで、閾値設定部51には、図7に示すように、閾値の下限値MINが予め設定されている。閾値設定部51は、上記自動設定した閾値と上記下限値MINとを比較し、図7の閾値L5のように自動設定した閾値が下限値MIN以上の場合、閾値L5をそのまま用いる一方、図7の閾値L6のように自動設定した閾値が下限値MINを下回る場合、自動設定した閾値L6ではなく、下限値MINを閾値として設定する。
By the way, as shown in FIG. 7, a threshold lower limit value MIN is preset in the
以上、本実施形態によれば、各積分ブロック31,32のデジタル信号(積分値)AD1,AD2の大きさに応じた閾値を決定することができる。その結果、閾値以上で2つのデジタル信号AD1,AD2が大小反転する回数を1回にすることができ、初期同期を正常に行うことができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to determine a threshold corresponding to the magnitudes of the digital signals (integrated values) AD1 and AD2 of the integration blocks 3 1 and 3 2 . As a result, the number of inversions of the two digital signals AD1 and AD2 above the threshold can be reduced to one, and the initial synchronization can be normally performed.
また、閾値を下限値より低くしないようにすることによって、雑音をパルスと誤認識することを防止することができるので、パルスとの間で初期同期ができないという課題を解決することができる。 In addition, since the threshold value is not set lower than the lower limit value, it is possible to prevent erroneous recognition of noise as a pulse, so that the problem that initial synchronization cannot be performed with the pulse can be solved.
なお、実施形態2の変形例として、初期同期を取る前に積分期間のタイミングを変化させることで、デジタル信号AD1,AD2の最大値を求めるのではなく、前回の初期同期において取得したデジタル信号AD1,AD2の最大値を記憶し、この記憶されたデジタル信号AD1,AD2の最大値を用いてもよい。 As a modification of the second embodiment, the digital signal AD1 acquired in the previous initial synchronization is not obtained by changing the timing of the integration period before the initial synchronization, but by obtaining the maximum value of the digital signals AD1 and AD2. , AD2 may be stored, and the stored maximum values of the digital signals AD1, AD2 may be used.
(実施形態3)
ところで、実施形態2の無線受信装置において、デジタル信号AD1,AD2の最大値に対し、温度環境やゲート信号G1,G2のジッタの影響などで、図8(b)に示すように、デジタル信号AD1,AD2の最大値に予め設定された割合を乗じて設定された閾値L7以上で、デジタル信号AD1,AD2の大小反転が2回発生した場合、積分期間の変化方向を誤り、初期同期を取ることができず、パルスロストが発生する可能性が高くなる。
(Embodiment 3)
By the way, in the radio receiving apparatus of the second embodiment, the digital signal AD1 as shown in FIG. 8B due to the influence of the temperature environment and the jitter of the gate signals G1 and G2 with respect to the maximum value of the digital signals AD1 and AD2. If the digital signal AD1 or AD2 is inverted twice at a threshold value L7 or more that is set by multiplying the maximum value of AD2 by a preset ratio, the change direction of the integration period is wrong and initial synchronization is taken. The possibility of pulse loss increases.
そこで、実施形態3の無線受信装置は、閾値設定部51が、デジタル信号AD1,AD2の最大値に乗ずる割合を可変に設定可能とする。なお、実施形態2と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
Therefore, in the wireless reception device according to the third embodiment, the
本実施形態の閾値設定部51では、デジタル信号AD1,AD2の最大値に対して例えば50%以上99%以下の値を閾値として選択設定することができる。つまり、図8(a)に示すように、閾値L8〜閾値L10の間を連続的又は閾値L7,L8,L9,L10と段階的に設定することができる。また、予め設定された閾値において所定時間内に初期同期を取ることができなかった場合、閾値設定部51は、これまでの割合に代えて他の割合に自動的に変更することで、閾値を設定しなおすことができる。
In the
以上、本実施形態によれば、デジタル信号(積分値)AD1,AD2の最大値へ乗ずる割合を変更することによって、最適な閾値を設定することができる。その結果、閾値以上で2つのデジタル信号AD1,AD2の大小関係が反転する回数を1回とすることができ、パルスロストを回避することができる。 As described above, according to the present embodiment, the optimum threshold value can be set by changing the ratio of multiplying the maximum values of the digital signals (integrated values) AD1 and AD2. As a result, the number of times the magnitude relationship between the two digital signals AD1 and AD2 is inverted when the threshold value is exceeded can be set to one, and pulse lost can be avoided.
1 アンテナ
2 検波ブロック
31〜3n 積分ブロック
301〜30n 積分回路
5 信号処理部
7 位相制御部
1
Claims (4)
前記無線信号を受信する受信手段と、
前記受信手段で受信された信号を包絡線検波し、前記複数の極短パルスの包絡線であるパルスを含む検波信号を出力する検波手段と、
それぞれが、前記検波手段から出力された検波信号を同じ長さの積分期間において積分し、積分値を出力する積分回路を有する1対の積分ブロックと、
前記1対の積分ブロックのうち一方の積分期間のタイミングを他方の積分期間のタイミングより進み方向にずらした状態で前記2つの積分期間のタイミングを同時に変化させるタイミング制御手段と、
前記タイミング制御手段によって前記2つの積分期間のタイミングが変化されるごとに前記1対の積分ブロックのそれぞれの積分値と閾値との比較を行う比較手段と、
前記2つの積分値の少なくとも一方が前記閾値以上となる範囲において、前記2つの積分値を等しくなるように前記2つの積分期間のタイミングを前記検波信号のパルスのタイミングに対して変化させるように前記タイミング制御手段を制御することで、前記2つの積分期間のタイミングを前記検波信号のパルスのタイミングと同期させる同期手段と、
前記同期手段で同期させられた前記2つの積分期間の合成期間の中心を検出期間の中心とし、前記検出期間内の前記パルスの有無を検出して前記無線信号に含まれているデータを復号する復号手段と、
前記閾値のレベルを設定可能とする閾値設定手段と
を備えることを特徴とする無線受信装置。 A radio reception apparatus that receives a pulse composed of a plurality of ultrashort pulses intermittently in a predetermined cycle in synchronization with a radio signal and demodulates data contained in the radio signal,
Receiving means for receiving the radio signal;
Detecting the envelope received from the signal received by the receiving means, and outputting a detection signal including a pulse that is an envelope of the plurality of ultrashort pulses;
A pair of integration blocks each having an integration circuit for integrating a detection signal output from the detection means in an integration period of the same length and outputting an integration value;
Timing control means for simultaneously changing the timings of the two integration periods in a state in which the timing of one integration period of the pair of integration blocks is shifted in the advance direction from the timing of the other integration period;
Comparison means for comparing each integrated value of the pair of integration blocks with a threshold each time the timing of the two integration periods is changed by the timing control means;
The timing of the two integration periods is changed with respect to the pulse timing of the detection signal so that the two integration values are equal in a range where at least one of the two integration values is equal to or greater than the threshold value. Synchronization means for synchronizing the timing of the two integration periods with the timing of the pulse of the detection signal by controlling the timing control means;
The center of the synthesis period of the two integration periods synchronized by the synchronization means is set as the center of the detection period, and the presence or absence of the pulse in the detection period is detected to decode the data included in the radio signal Decryption means;
A radio receiving apparatus comprising: threshold setting means for setting the threshold level.
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