JP5350068B2 - 相関ピーク検出方法及び無線機 - Google Patents
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[双方向無線システム]
従来の双方向無線システムで用いられている無線機には、スペクトラム拡散(SS:Spread Spectrum)方式を採用した微弱電波で動作する無線機がある。
従来の双方向無線システムは、送信部と受信部を有する親機の無線機と、送信部と受信部を有する子機の無線機とを備え、子機の入力装置を動作させて、子機から親機に動作命令を送信し、親機ではその命令に従って動作し、命令の伝達状況の応答や親機の状態情報を子機に送信するようになっている。
この相関ピーク検出方法では、一般的なしきい値判定方式よりも検出感度を向上させることができる。
尚、ピークタイミングをピークインデックスとして保持する関連技術として特開2008−177945号公報「信号処理部及び無線機」(出願人:日本電波工業株式会社)がある(特許文献1)。
また、相関ピークを検出する一般的な方法を示す関連技術として、特開2000−115027号公報(特許文献2)、特開2003−110462号公報(特許文献3)、特開2003−283369号公報(特許文献4)がある。
以下、ピーク誤検出の発生について説明する。
無入力受信時の相関ピークについて図14を参照しながら説明する。図14は、無入力受信時の相関ピークを示す図である。
図14において、左図が14bitデータ分の受信データについて3600のサンプル数でサンプルして相関値を表示したものであり、右図が1bitのデータを256のサンプル数でサンプルしたものを14bit重ね合わせたものである。両図共に横軸がサンプル数、縦軸が相関値となっている。
尚、図15〜17においても、縦軸・横軸の表記は図14と同様となっている。
従って、無入力受信時は、相関ピークの誤検出の可能性は非常に低い。
正常データ受信時の相関ピークについて図15を参照しながら説明する。図15は、正常データ受信時の相関ピークを示す図である。
正常データ受信時は、図15に示すように、1bitデータ毎に相関値を重ね合わせた場合、相関ピークの検出インデックスがほぼ同じ場所に発生する。具体的には、相関ピークのインデックスが「126」又は「127」にあり、「相関ピーク有り」と判定される。
従って、正常データ受信時は、適正に相関ピークが検出され、誤検出される可能性は低い。
異符号データ受信時の相関ピークについて図16を参照しながら説明する。図16は、異符号データ受信時の相関ピークを示す図である。
異符号データ受信時とは、他のシステムからの信号を受信した場合、または、自システム内からでもID(識別子)の異なる信号を受信した場合が相当する。
図16の右図では、相関ピークインデックスが「230」「231」「230」「231」と続いているため、「相関ピーク有り」と誤判定してしまう可能性がある。
キャリア周波数ズレ混入時の相関ピークについて図17を参照しながら説明する。図17は、キャリア周波数ズレ混入時の相関ピークを示す図である。
キャリア周波数ズレ混入時は、図17に示すように、受信データの位相崩れにより、大きな相関ピークは発生しないが、混入したキャリア周波数ズレ信号が一定の周期性を備えているため、タイミングによってはピーク検出インデックスが続いてしまうことがある。
図17の例では、誤判定タイミングにより検出インデックスも異なるものとなっている。
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、相関ピークの誤検出を防止できる相関ピーク検出方法及び無線機を提供することを目的とする。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る相関ピーク検出方法は、送信側の無線機が、複数ビットのデータを複数の異なる符号系列の拡散符号で順に割り当てて拡散して送信し、受信側の無線機が、受信したデータについてビット毎に複数の異なる符号系列の拡散符号で逆拡散し、当該逆拡散したデータを複数符号系列分取得し、ビット毎に取得された複数のデータについてピーク位置を検出してピーク位置の情報を出力し、当該ピーク位置の情報を複数ビットに渡って符号系列の拡散符号割り当ての順となるよう連結し、連結したピーク位置の情報についてビット単位で連続して同様の位置にピーク位置が得られる場合に、当該ピーク位置を相関ピークとして検出するものであり、送信側で、複数の符号系列の拡散符号で順に割り当てられて拡散した複数ビットのデータについて、受信側で、ビット単位に複数の符号系列の拡散符号で逆拡散してピーク位置を検出し、符号系列の拡散符号割り当ての順でピーク位置の情報を連結して相関ピークを検出するため、相関ピークの誤検出を防止できるものである。
本発明の実施の形態に係る相関ピーク検出方法(本方法)の概略について図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る拡散符号長の割り当てを示す図である。
図1に示すように、従来は、データ1bitに一周期分の拡散符号長(符号32chip)を割り当てるようになっていたが、本発明の実施の形態では、複数の異なる符号系列の拡散符号で拡散された複数のbitのデータに対して、データ1bitに複数の異なる符号系列の拡散符号を割り当てて当該複数の拡散符号で逆拡散して相関値を取得してピーク位置を検出し、符号系列の拡散符号の割り当て順にピーク位置の情報を連結し、連結したピーク位置の情報についてbit単位で連続して同様の位置にピーク位置が得られた場合に、相関ピークを検出するものであり、つまり、複数bitのデータに一周期分の拡散符号を割り当てるようにしたものである。
そして、複数の符号系列毎にbit単位でピーク位置を検出し、複数の符号系列の拡散符号割り当ての順にピーク位置の情報を複数bitに渡って連結し、3bit連続で同じ位置若しくはその近辺でピーク位置が得られれば、当該ピーク位置を相関ピークの位置として検出するものである。
次に、本実施の形態に係る拡散符号の構成について図2を参照しながら説明する。図2は、本実施の形態に係る拡散符号の構成を示す図である。尚、図2では、2bitのデータについての拡散符号を示している。
一周期分の拡散符号は、図2に示すように、符号数が、(n−1)*2であり、B(0) 、…、B(n-1)、B(n) の符号Bと、A(0) 、…、A(n-1)、A(n) の符号Aとから構成されている。符号Aと符号Bとは異なる拡散符号となっている。
また、2bitのデータは、送信側で、一方の1bitが符号A又は符号Bで拡散され、他方の1bitが符号B又は符号Aで拡散されたものである。
次に、本実施の形態に係る受信部相関ピーク検出ブロックについて図3を参照しながら説明する。図3は、受信部相関ピーク検出ブロックの構成図である。
本実施の形態に係る受信部相関ピーク検出ブロックは、図3に示すように、符号選択部(MUX)1a,1b,1c,…,1n+1 と、遅延回路(D)2a,2b,…,2nと、乗算器3a,3b,3c,…,3nと、加算器4a,4b,…,4nと、相関ピーク検出部10とを有している。ここで、相関ピーク検出部10以外が「逆拡散部」に相当する。
乗算器3は、受信信号の1チップに対して符号Aと符号Bを符号選択信号fs のタイミングで乗算し、加算器4に出力する。よって、加算器4には、受信信号(1チップ)と符号Aが乗算されたデータ、若しくは受信信号(1チップ)と符号Bが乗算されたデータが交互に入力されることになる。
従って、相関値は、受信信号1bitについて符号Aでの32chip分、及び符号Bでの32chip分が交互に出力される。
相関ピーク検出部10にはfs毎に符号A及び符号Bでの相関値が交互に入力される。
その相関値は、奇数番目が符号Aによる相関出力であり、偶数番目が符号Bによる相関出力となっている。
本発明の実施の形態に係る第1の相関ピーク検出部について図4を参照しながら説明する。図4は、第1の相関ピーク検出部の構成図である。
第1の相関ピーク検出部は、図4に示すように、A符号相関ピーク位置検出部11aと、B符号相関ピーク位置検出部11bと、選択部(SEL)12aと、選択部(SEL)12bと、ピーク位置判定部(1)13aと、ピーク位置判定部(2)13bと、論理和回路(OR)14とを有している。
ここで、第1の相関ピーク検出部に入力される信号は、2符号を使用したものである。
尚、相関ピークインデックスは、例えば「126 126 127 127 126 …」のようにピーク位置を数値で表したものとなる。
ここで、相関ピーク位置を平均値で求めたが、出現回数の多い値を代表値としてもよいし、3bit以上連続する場合の特定番目の数値を相関ピーク位置としてもよい。
次に、第1の相関ピーク検出部の動作について説明する。
図3に示した加算器4nから出力された相関値は、A符号相関ピーク位置検出部11aとB符号相関ピーク位置検出部11bに入力される。
このようにして、第1の相関ピーク検出部が動作する。
次に、相関ピーク検出タイミングについて図5を参照しながら説明する。図5は、相関ピーク検出タイミングを示す概略図である。
図5において、上段の符号A相関検出が、A符号相関ピーク位置検出部11aにおいて、入力される奇数番目のデータについて相関値をグラフ化したものであり、下段の符号B相関検出が、B符号相関ピーク位置検出部11bにおいて、入力される偶数番目のデータについて相関値をグラフ化したものである。
次に、本発明の第2の実施の形態に係る相関ピーク検出部(第2の相関ピーク検出部)について図6を参照しながら説明する。図6は、第2の相関ピーク検出部の構成図である。
第2の相関ピーク検出部は、第1の相関ピーク検出部の構成に加えて、選択部(SEL)12c,12dと、ピーク値平均処理部(1)15a,(2)15bと、大小比較部16と、選択部(SEL)17を備えている。
A符号相関ピーク位置検出部11aとB符号相関ピーク位置検出部11bは、図4では、相関ピーク位置の情報をSEL12a,12bに出力していたが、図6では、それに加えて、相関ピーク位置におけるピーク値をSEL12c,12dに出力している。
切替動作としては、奇数bit目のピーク値のデータはA符号相関ピーク位置検出部11aからのデータを選択し、偶数bit目のピーク値のデータはB符号相関ピーク位置検出部11bからのデータを選択する。
切替動作としては、偶数bit目のデータはピーク値のA符号相関ピーク位置検出部11aからのデータを選択し、奇数bit目のピーク値のデータはB符号相関ピーク位置検出部11bからのデータを選択する。
ピーク値平均処理部(1)15aから出力されるピーク平均値は、ピーク位置判定部(1)13aで判定される複数のピーク位置に対応するピークの平均値となっている。
ピーク値平均処理部(2)15bから出力されるピーク平均値は、ピーク位置判定部(2)13bで判定される複数のピーク位置に対応するピークの平均値となっている。
次に、相関ピーク検出動作のタイミングについて図7を参照しながら説明する。図7は、相関ピーク検出動作タイミングの第1の例を示すタイミングチャートである。
図7では、図6に示した第2の相関ピーク検出部において、Bitクロック、相関ピーク検出イネーブル信号、選択信号、更に、各部からの出力(A)〜(Q)のデータ内容が示されている。
SEL12aからの出力(E)では、「5」「6」「13」「17」…と3bit以上連続してピーク位置が得られていないのに対して、SEL12bからの出力(F)では、「12」「12」「11」…と3bit以上連続してピーク位置が得られている。
更に、ピーク位置判定部(2)13bは、ピーク検出時の平均インデックスの情報を出力(L)からSEL17に出力する。
SEL17は、大小比較部16からの大小判定信号により、ピーク位置判定部(2)13bの出力(L)を選択し、ピーク検出インデックスの情報として出力(Q)から出力する。
次に、相関ピーク検出動作のタイミングについて図8を参照しながら説明する。図8は、相関ピーク検出動作タイミングの第2の例を示すタイミングチャートである。
図8では、図6に示した第2の相関ピーク検出部において、Bitクロック、相関ピーク検出イネーブル信号、選択信号、更に、各部からの出力(A)〜(Q)のデータ内容が示されている。
SEL12aからの出力(E)では、「5」「6」「7」…と3bit連続してピーク位置が得られており、SEL12bからの出力(F)でも、「12」「12」「11」…と3bit以上連続してピーク位置が得られている。
更に、ピーク位置判定部(1)13aは、ピーク検出時の平均インデックス「6」を出力(J)からSEL17に出力し、ピーク位置判定部(2)13bは、ピーク検出時の平均インデックス「12」を出力(L)からSEL17に出力する。
SEL17は、大小比較部16からの大小判定信号により、ピーク位置判定部(2)13bの出力(L)を選択し、ピーク検出インデックスの情報として「12」を出力(Q)から出力する。
次に、本実施の形態を用いた場合の正常データ受信時の相関ピークについて図9を参照しながら説明する。図9は、正常データ受信時の相関ピークの測定図である。図9において、2符号使用時の相関ピークを示したものである。
以下、図10〜11においても同様の縦軸・横軸の表記となっている。
次に、本実施の形態を用いた場合の異符号データ受信時の相関ピークについて図10を参照しながら説明する。図10は、異符号データ受信時の相関ピークの測定図である。図10における4つの図も、図9と同様の図を示している。
次に、本実施の形態を用いた場合のキャリア周波数ズレ混入時の相関ピークについて図11を参照しながら説明する。図11は、キャリア周波数ズレ混入時の相関ピークの測定図である。図11における4つの図も、図9と同様の図を示している。
次に、本発明の第3の実施の形態に係る相関ピーク検出部(第3の相関ピーク検出部)について図12を参照しながら説明する。図12は、第3の相関ピーク検出部の構成図である。図12では、4符号使用時の構成となっている。図12を応用すれば、4符号以上の複数符号を使用する場合でも適応できる。
また、ピーク位置データセレクタ12X及びピーク値データセレクタ12Yは、SEL12と同様の動作を行うものであるが、具体的構成を図13に示す。
データセレクタ部の具体的構成について図13を参照しながら説明する。図13は、データセレクタ部の構成図である。
図13に示すデータセレクタ部の構成は、ピーク位置データセレクタ12X及びピーク値データセレクタ12Yの双方に共通で適用できる構成となっている。
以降は、上記選択を繰り返す。
本方法及び第1の相関ピーク検出部を備えた無線機によれば、複数bitのデータを複数の異なる符号系列の拡散符号で拡散して送信されたデータについて受信し、1bit毎に当該複数の符号系列の拡散符号で逆拡散して相関値を取得し、符号系列毎にピーク位置を検出し、当該相ピーク位置を符号系列の拡散符号割り当ての順に連結し、その連結したピーク位置の情報において連続して同様の位置にピークがあれば、相関ピークとして検出するものであり、異符号データ受信時やキャリア周波数ズレ混入時であっても、送信側で、複数の符号系列の拡散符号で順に割り当てられて拡散した複数ビットのデータについて、受信側で、ビット単位に複数の符号系列の拡散符号で逆拡散してピーク位置を検出し、符号系列の拡散符号割り当ての順でピーク位置の情報を連結して相関ピークを検出するため、相関ピークの誤検出を防止でき、更に、1bitを複数符号系列の拡散符号で逆拡散しているので、遅延なく相関ピークを検出できる効果がある。
Claims (8)
- 双方向無線システムにおいて受信側の無線機が相関ピークを検出する相関ピーク検出方法であって、
送信側の無線機では、複数ビットのデータを複数の異なる符号系列の拡散符号で順に割り当てて拡散して送信し、
受信側の無線機では、受信したデータについてビット毎に前記複数の異なる符号系列の拡散符号で逆拡散し、当該逆拡散したデータを複数符号系列分取得し、前記ビット毎に取得された複数のデータについてピーク位置を検出してピーク位置の情報を出力し、当該ピーク位置の情報を複数ビットに渡って前記符号系列の拡散符号割り当ての順となるよう連結し、前記連結したピーク位置の情報についてビット単位で連続して同様の位置にピーク位置が得られる場合に、当該ピーク位置を相関ピークとして検出することを特徴とする相関ピーク検出方法。 - 受信側の無線機では、相関ピークが複数の符号系列で検出された場合に、ビット単位に取得された複数のデータについてピークの相関値を前記符号系列の拡散符号割り当ての順となるよう連結し、前記連結したピーク相関値を平均化して平均相関値を取得し、前記平均相関値が最も大きい符号系列の相関ピークを選択することを特徴とする請求項1記載の相関ピーク検出方法。
- ビット単位に得られるピーク位置は、3ビット以上連続して、同じ位置又はその近辺の位置であることを特徴とする請求項1又は2記載の相関ピーク検出方法。
- 双方向無線システムにおける送信側の無線機から複数ビットのデータが複数の異なる符号系列の拡散符号で順に割り当てられて拡散され、送信されたデータを受信して相関ピークを検出する受信側の無線機であって、
受信したデータについてビット毎に前記複数の異なる符号系列の拡散符号で逆拡散し、当該逆拡散したデータを複数符号系列分取得する逆拡散部と、
前記ビット毎に取得された複数のデータについて前記符号系列毎にピーク位置を検出し、ピーク位置の情報を出力する符号相関ピーク位置検出部と、当該ピーク位置の情報を前記符号系列の拡散符号割り当ての順となるよう選択する第1の選択部と、前記選択されたピーク位置の情報を複数ビットに渡って記憶することが可能であり、連続して同様の位置にピーク位置が得られた場合に、当該ピーク位置を相関ピークとして検出するピーク位置判定部とを備える相関ピーク検出部とを有することを特徴とする無線機。 - 符号相関ピーク位置検出部は、ビット毎に取得された複数のデータについてピーク位置を検出してピーク位置の情報を出力すると共に、ピーク値を検出して出力するものであり、
更に、相関ピーク検出部は、前記検出されたピーク値を符号系列の拡散符号割り当ての順となるよう選択する第2の選択部と、前記選択されたピーク値を複数ビットに渡って平均化して平均相関値を取得するピーク値平均処理部と、各符号系列で取得された平均相関値の大小を比較判定する大小比較部と、ピーク位置判定部で複数の符号系列で相関ピークが検出された場合に、前記大小比較部で比較判定された平均相関値が大きい符号系列の相関ピークを選択するためのピーク検出タイミングを出力する第3の選択部とを備えることを特徴とする請求項4記載の無線機。 - ピーク位置判定部は、相関ピークを検出してピーク検出信号を出力すると共に、相関ピーク検出時におけるピーク位置の情報を第3の選択部に出力し、
前記第3の選択部は、大小比較判定部からの大小比較判定結果に基づき、平均相関値が大きい符号系列について、前記ピーク位置判定部から入力された相関ピーク検出時におけるピーク位置の情報をピーク検出タイミングとして出力することを特徴とする請求項5記載の無線機。 - ピーク位置判定部が出力するピーク位置の情報は、ピーク位置の平均値又は複数連続するピーク位置の数値であることを特徴とする請求項6記載の無線機。
- ビット単位に得られるピーク位置は、3ビット以上連続して、同じ位置又はその近辺の位置であることを特徴とする請求項4乃至7のいずれか記載の無線機。
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