JP4971951B2

JP4971951B2 - 無線受信装置

Info

Publication number: JP4971951B2
Application number: JP2007299680A
Authority: JP
Inventors: 篤志沖田; 雅則林; 聡杉野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-11-19
Also published as: JP2009130387A

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。

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。

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。

特許文献１の無線受信装置は、初期同期を取った後、タイミングをずらした２つの積分期間における２つの積分値が等しくなるように、２つの積分期間のタイミングを同時にシフトすることによって、同期を維持している。
特開２００７−６０５０７号公報

しかしながら、特許文献１の無線受信装置は、２つの積分値の何れかに歪みがあった場合、この歪みの影響を受けやすい方向にもシフトする可能性がある。そうすると、２つの積分値の差分が小さくなったり、大小関係が反転してしまい、同期が外れてしまうおそれがあるという問題があった。

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、初期同期を取った後、同期を外すことなく安定にパルスを追尾することができる無線受信装置を提供することにある。

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当該無線信号を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初期同期させる初期同期手段と、前記初期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、前記初期同期手段によって前記初期同期が取られた後、通常状態では前記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前記タイミング制御手段を制御し、前記２つの積分値の差分の極性が反転したか否かの判定を行う一方、前記２つの積分値の差分の極性が反転したと判定した場合、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逆方向に前記一定シフト量より大きいシフト量をシフトさせるように前記タイミング制御手段を制御する同期維持手段とを備え、前記初期同期手段は、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シフトさせるように前記タイミング制御手段を制御し、前記２つの積分値の何れもが事前に設定された閾値以上になった場合において、前記２つの積分値が等しくなると、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初期同期させたと判断することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記無線信号は、複数の前記パルスによって１ビットのデータを構成し、前記同期維持手段は、前記１ビットのデータにおいて、前記判定を複数回行うことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記同期維持手段は、前記判定を行う頻度を可変とすることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、通常状態で前記２つの積分期間のタイミングをシフトさせる方向を選択可能とする選択手段を備えることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記同期維持手段は、前記２つの積分値の差分が大きくなると逆方向へのシフト量を大きくするように前記タイミング制御手段を制御することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、前記初期同期手段は、前記２つの積分値の何れもが前記閾値以上になるまで、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に対して進む方向又は遅れる方向の何れかの方向にシフトさせるように前記タイミング制御手段を制御し、前記２つの積分値の何れもが前記閾値以上になった場合に、前記２つの積分値が等しくなるように前記２つの積分期間のタイミングをシフトさせる方向を変化させ、前記２つの積分値が等しくなると、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初期同期させたと判断することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、初期同期を取った後、例えば積分値に歪みが発生する部分を避ける方向に２つの積分期間のタイミングをシフトさせていき、２つの積分値の差分の極性が反転したときに２つの積分期間のタイミングを逆方向にシフトさせることによって、同期を外すことなく安定にパルスを追尾することができる。

請求項２の発明によれば、無線信号のパルスの周期と２つの積分期間の周期の偏差が大きく且つ積分ブロックの積分値が急峻に変化する場合であっても、判定を行う頻度を短くすることによって、同期が外れてパルスロストとなるのを防止することができる。

請求項３の発明によれば、判定を行う頻度が多い場合、雑音などが原因で、判定を誤る確率が高くなるが、判定を行う頻度を可変とすることにより、積分ブロックの積分値の急峻度合いに応じた頻度を選択することができ、最適な受信を実現することができる。

請求項４の発明によれば、通常状態で積分期間のタイミングをシフトさせようと想定していた方向に、積分値の歪みがあった場合、この歪みが発生する部分を避けるようにシフト方向を切り替えることができる。

請求項５の発明によれば、２つの積分値の差分が大きい場合、つまりパルスの周期と積分期間の周期の偏差が大きい場合、２つの積分期間を固定のシフト量ではなく、２つの積分値の差分に応じてシフト量を選択することによって、精度よく同期を維持することができる。

（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３０_１〜３０_ｎを有する第１〜ｎの積分ブロック３_１〜３_ｎと、第１〜ｎの積分ブロック３_１〜３_ｎ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３_１〜３_ｎから出力されるデジタル信号ＡＤ１〜ＡＤｎを用いて受信信号ＳＩＧ１との同期をとるとともに、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３_１〜３_ｎ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。

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Ｆ１１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Ｆ１２と、ビット同期用パルス配列Ｆ１２と後述のデータ部Ｆ１４とを区別するためのパルス列であるユニークワードＦ１３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Ｆ１４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。

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。

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。

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。

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３_１〜３_ｎに出力される。

各積分ブロック３_１〜３_ｎ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３０_１〜３０_ｎ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３１_１〜３１_ｎ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。

なお、ＡＤ変換器３１_１〜３１_ｎは、例えば８ｂｉｔ、２５５段のものである。このため、各ＡＤ変換器３１_１〜３１_ｎ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。

加算器４は、各ＡＤ変換器３１_１〜３１_ｎから出力されるデジタル信号ＡＤ１〜ＡＤｎ、すなわち積分回路３０_１〜３０_ｎ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。

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３_１〜３_ｎ（ＡＤ変換器３１_１〜３１_ｎ）の台数である。例えば２つのＡＤ変換器３１_１〜３１_ｎ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３１_１〜３１_ｎ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３１_１〜３１_ｎ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。

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。

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３０_１〜３０_ｎ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。

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３_１の積分期間のタイミングを第２の積分ブロック３_２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３０_１，３０_２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３０_１，３０_２にそれぞれ出力する。なお、第ｋの積分ブロック３_ｋの積分期間のタイミングも第ｋ＋１の積分ブロック３_ｋ＋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３０_ｋ，３０_ｋ＋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３０_ｋ，３０_ｋ＋１にそれぞれ出力する。ｋは１，３，５・・・ｎ−１である。

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３_１，３_２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。

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３_１，３_２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。

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。

同期部５０は、信号到来判定部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。

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３_１の積分区間と第２の積分ブロック３_２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３_１，３_２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。

同期制御部５０２は、まず、第１の積分ブロック３_１の積分期間のタイミングを第２の積分ブロック３_２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３０_１の積分期間と第２の積分回路３０_２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。

信号捕捉／追尾制御部５０１は、第１，２の積分ブロック３_１，３_２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３_１及び第２の積分ブロック３_２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。

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３_１のデジタル信号ＡＤ１が第２の積分ブロック３_２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３_２のデジタル信号ＡＤ２が第１の積分ブロック３_１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。

また、初期同期を取った後、信号捕捉／追尾制御部５０１は、図５に示すように、通常状態では第１，２の積分ブロック３_１，３_２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。

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。

閾値設定部５１は、複数の閾値のレベル（Ｌ１＜Ｌ２＜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。

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。

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３_１と第２の積分ブロック３_２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３０_１，３０_２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３０_１，３０_２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。

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。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。

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。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。

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。

なお、初期同期処理において、積分ブロック３_１，３_２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３_１〜３_ｎ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。

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。

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。

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。

以上、本実施形態によれば、初期同期を取った後、例えばデジタル信号（積分値）ＡＤ１，ＡＤ２に歪みが発生する部分を避ける方向に２つの積分期間のタイミングをシフトさせていき、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きに２つの積分期間のタイミングを逆方向にシフトさせることによって、同期を外すことなく安定にパルスを追尾することができる。

また、通常状態で積分期間のタイミングをシフトさせようと想定していた方向に、デジタル信号ＡＤ１，ＡＤ２の歪みがあった場合、この歪みが発生する部分を避けるようにシフト方向を切り替えることができる。

（実施形態２）
ところで、実施形態１の無線受信装置は、積分ブロックの積分値が急峻に変化する場合、１ビットのデータ分の時間ごとでは、上記積分値が大きく変化してしまう可能性がある。この場合、デジタル信号が小さくなってしまうため、同期が外れてしまうおそれがある。

そこで、実施形態２の無線受信装置は、無線信号が、複数のパルスによって１ビットのデータを構成し、信号捕捉／追尾制御部５０１が、１ビットのデータにおいて、判定を複数回行うものである。つまり、本実施形態の無線受信装置では、データ１ビット分の時間ごとではなく、データ１ビットの半分の時間ごとに判定を行う。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。

以上、本実施形態によれば、図６に示すように、無線信号のパルスの周期と２つの積分期間の周期の偏差が大きく且つ積分ブロック３_１，３_２のデジタル信号（積分値）ＡＤ１，ＡＤ２が急峻に変化する場合であっても、判定を行う頻度を短くすることによって、同期が外れてパルスロストとなるのを防止することができる。

（実施形態３）
ところで、無線信号のデータについて、例えば、初期設定ではデータ１ビットが１６マイクロ秒であったのに対し、データ１ビットを３２マイクロ秒に設定変更された場合、実施形態１の無線受信装置では、上記設定変更後において、３２マイクロ秒ごとに判定を行うことになる。その結果、同じデータ１ビットでも、設定変更後では設定変更前に比べて、判定を行う間隔が２倍になってしまうため、その間に無線信号のパルスのタイミングに対して積分期間のタイミングも２倍変化することから、同期が外れてしまうおそれがある。

また、実施形態１の無線受信装置では、データ１ビットが１６マイクロ秒であっても、シフト量に対するデジタル信号ＡＤ１，ＡＤ２の変化率が大きい場合、次の判定までの間にデジタル信号ＡＤ１，ＡＤ２が大きく変動する。

そこで、実施形態３の無線受信装置は、信号捕捉／追尾制御部５０１が、判定を行う頻度を可変とするものである。つまり、本実施形態の無線受信装置では、信号捕捉／追尾制御部５０１が判定を行う頻度を、例えば外部のマイクロコンピュータからの設定で可変とするもので、通信速度の違いによるデータ１ビットの判定時間の差異を補完するものである。具体的には、１ビットが３２マイクロ秒であった場合、判定頻度を１６マイクロ秒とすることである。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。

以上、本実施形態によれば、判定を行う頻度が多い場合、雑音などが原因で、判定を誤る確率が高くなるが、判定を行う頻度を可変とすることにより、積分ブロック３_１，３_２の積分値の急峻度合いに応じた頻度を選択することができ、最適な受信を実現することができる。また、判定を行う間隔を短くすることによって、デジタル信号ＡＤ１，ＡＤ２の変動幅を小さくすることができるので、誤り率を低減させることができる。

（実施形態４）
実施形態４の無線受信装置は、信号捕捉／追尾制御部５０１が、２つのデジタル信号（積分値）ＡＤ１，ＡＤ２の差分（ＡＤ１−ＡＤ２）が大きくなると逆方向へのシフト量を大きくするように、位相制御部７を制御する点で、実施形態１の無線受信装置と相違している。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。

本実施形態の無線受信装置は、デジタル信号ＡＤ１，ＡＤ２の差分（ＡＤ１−ＡＤ２）の極性を判定するだけでなく、デジタル信号ＡＤ１，ＡＤ２のうち大きい値に対する差分（ＡＤ１−ＡＤ２）の割合に応じてシフト量を算出し、算出したシフト量だけシフトさせるものである。図７に示すように、パルスのタイミングに対する２つの積分期間のタイミングのシフト量は、２つのデジタル信号ＡＤ１，ＡＤ２の差分（ＡＤ１−ＡＤ２）と関連しているため、デジタル信号ＡＤ１に対する差分（ＡＤ１−ＡＤ２）の割合に応じて、２つの積分期間のタイミングをシフトさせる。

例えば、デジタル信号ＡＤ１に対する差分（ＡＤ１−ＡＤ２）の割合が５０％である場合、２つの積分期間を３ナノ秒、６０％の場合に２ナノ秒、８０％の場合に１ナノ秒だけ遅れ方向にシフトさせる。そして、差分（ＡＤ１−ＡＤ２）が９０％以上の場合、２つの積分期間をシフトさせないように制御する。

以上、本実施形態によれば、２つのデジタル信号（積分値）ＡＤ１，ＡＤ２の差分が大きい場合、つまりパルスの周期と積分期間の周期の偏差が大きい場合、２つの積分期間を固定のシフト量ではなく、２つのデジタル信号ＡＤ１，ＡＤ２の差分（ＡＤ１−ＡＤ２）に応じてシフト量を選択することによって、精度よく同期を維持することができる。

実施形態１〜４の無線受信装置の構成を示すブロック図である。同上の無線受信装置における信号処理部の構成を示すブロック図である。同上の無線受信装置で受信される無線信号を示す図である。同上の無線受信装置における同期について説明するための図である。実施形態１の無線受信装置における受信エネルギーと閾値との関係を示す図である。実施形態２の無線受信装置における受信エネルギーと閾値との関係を示す図である。実施形態４の無線受信装置における受信エネルギーと閾値との関係を示す図である。

符号の説明

１アンテナ
２検波ブロック
３_１〜３_ｎ積分ブロック
３０_１〜３０_ｎ積分回路
５信号処理部
７位相制御部

Claims

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当該無線信号を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初期同期させる初期同期手段と、
前記初期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、
前記初期同期手段によって前記初期同期が取られた後、通常状態では前記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前記タイミング制御手段を制御し、前記２つの積分値の差分の極性が反転したか否かの判定を行う一方、前記２つの積分値の差分の極性が反転したと判定した場合、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逆方向に前記一定シフト量より大きいシフト量をシフトさせるように前記タイミング制御手段を制御する同期維持手段とを備え、
前記初期同期手段は、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シフトさせるように前記タイミング制御手段を制御し、前記２つの積分値の何れもが事前に設定された閾値以上になった場合において、前記２つの積分値が等しくなると、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初期同期させたと判断する
ことを特徴とする無線受信装置。
前記無線信号は、複数の前記パルスによって１ビットのデータを構成し、
前記同期維持手段は、前記１ビットのデータにおいて、前記判定を複数回行う
ことを特徴とする請求項１記載の無線受信装置。
前記同期維持手段は、前記判定を行う頻度を可変とすることを特徴とする請求項１記載の無線受信装置。
通常状態で前記２つの積分期間のタイミングをシフトさせる方向を選択可能とする選択手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無線受信装置。
前記同期維持手段は、前記２つの積分値の差分が大きくなると逆方向へのシフト量を大きくするように前記タイミング制御手段を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線受信装置。
前記初期同期手段は、前記２つの積分値の何れもが前記閾値以上になるまで、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に対して進む方向又は遅れる方向の何れかの方向にシフトさせるように前記タイミング制御手段を制御し、前記２つの積分値の何れもが前記閾値以上になった場合に、前記２つの積分値が等しくなるように前記２つの積分期間のタイミングをシフトさせる方向を変化させ、前記２つの積分値が等しくなると、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初期同期させたと判断することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線受信装置。