WO2011016205A1

WO2011016205A1 - 受信装置及び受信方法

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Publication number: WO2011016205A1
Application number: PCT/JP2010/004814
Authority: WO
Inventors: 大山貴博; 坂本剛憲
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2009-08-05
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2011-02-10

Abstract

　低分解能のサンプル基本ユニットを用いつつサンプル基本ユニットの数を少なくする受信装置及び受信方法。受信装置（１００）において、絶対値算出部（１２２，１２３）が、受信信号のＩ成分及びＱ成分それぞれの絶対値を算出し、加算器（１２４）が、Ｉ成分の絶対値からＱ成分の絶対値を減算し得られた差分信号を出力し、サンプル基本ユニット（１２１－１～３）が、Ｉ成分、Ｑ成分、及び差分信号をサンプルし、受信シンボル判定部（１３０）が、サンプル基本ユニット（１２１－１～３）でサンプルされたサンプル信号に基づいて受信信号の表すシンボルを判定する。こうすることで、８相の分解能を３つのサンプル基本ユニットで実現することができる。すなわち、低分解能のサンプル基本ユニットを用いつつサンプル基本ユニットの数を少なくする受信装置を実現することができる。

Description

受信装置及び受信方法

　本発明は、受信装置及び受信方法に関する。

　PSK（Phase Shift Keying）又はMSK（Minimum Shift Keying）などの位相変調又は周波数変調を用いて通信を行う場合、受信側では、直交検波が行われ、検波された信号のコンスタレーションの位相情報に基づいてデータが復調される。

　例えば、π/2シフトBPSK（Binary Phase Shift Keying）、QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）、又はMSKなどの変調信号は、送信データに応じて4つの位相値を示す。従って、これらの変調信号の受信側では、理想的な位相値から±π/4の範囲を閾値としてＩＱ平面を４つの領域に分割し、受信信号の位相が含まれる領域を特定することにより、データが復調される。そして、受信側においては、±π/4の閾値を判定するのに十分な位相分解能を得るために、ある程度大きな分解能（有効ビット数）を持つADC（Analog to Digital Convertor）によって検波信号をサンプルする必要がある。

　また、送信側と受信側との間でキャリア周波数又はキャリア位相に差がある場合、検波信号のコンスタレーションが回転してしまう。このような位相の回転をディジタル的に補正するためには、受信側では、大きな分解能を持つADCが設けられる必要があり、このADCを用いて詳細な位相情報を得る必要がある。

　以上のように受信側ではある程度大きな分解能を持つADCが設けられることが望まれる。

　一般に、モバイル機器では省電力化の実現が重要であるところ、ADCの消費電力は「２の“分解能”乗」に比例するため、ADCの分解能を大きくするほど機器の消費電力が大きくなってしまう。

　このように分解能を大きくすることと受信装置の消費電力を抑えることとは相反する要求ではあるものの、なるべく小さな分解能を持つADCを用いて、十分な精度で位相情報を取得したいという要求がある。

　このような背景の下、検波信号をアナログ的に加減算処理することによって、分解能が１ビットのADCを用いても8相分の位相情報を得られるような受信機構成が、特許文献１で提案されている。図１は、特許文献１の受信機の構成を示す図であり、図２は、位相情報の量子化の様子を示す図である。図１の受信機では、直交検波された信号であるＩ信号（同相成分）及びＱ信号（直交成分）をサンプリングしたサンプルＩ及びサンプルＱとともに、Ｉ信号及びＱ信号の和並びにＩ信号及びＱ信号の差をサンプリングしたサンプルＩ’及びサンプルＱ’がADCから出力される。

　そして、後段のシンボル判定部（図示せず）は、図２に示されるコンスタレーション上のどの領域に、受信信号の位相が含まれるかによって、受信シンボルを判定する。より具体的には、シンボル判定部は、サンプルＩ及びサンプルＱに基づいて、ＩＱ平面のどの象限に受信信号の位相が含まれるか特定できる。また、シンボル判定部は、サンプルＩ’及びサンプルＱ’に基づいて、Ｉ’Ｑ’平面のどの象限に、受信信号の位相が含まれるか特定できる。そして、Ｉ軸及びＱ軸と、Ｉ’軸及びＱ’軸とは、π／２だけ回転した関係にある。

　従って、ＩＱ平面の象限及びＩ’Ｑ’平面の象限の組み合わせによってＩＱ平面が８つの部分領域に分割されるので、シンボル判定部は、受信信号の位相が含まれる部分領域を特定することによって、その部分領域に対応する２ビットの情報を得ることができる。

特開２００４－２２１９３９号公報

　しかしながら、同じ相数である位相変調又は周波数変調で通信が行われる場合、受信側におけるADCに代表されるサンプル基本ユニットの数は、消費電力の削減、実装面積の削減、コストの削減、及び信号のタイミング調整の簡便さの観点から、できるだけ少ない方が好ましい。

　本発明の目的は、低分解能のサンプル基本ユニットを用いつつ、サンプル基本ユニットの数を少なくする受信装置及び受信方法を提供することである。

　本発明の受信装置は、受信信号のＩ成分及びＱ成分それぞれの絶対値を算出する絶対値算出手段と、前記Ｉ成分の絶対値から前記Ｑ成分の絶対値のα（０＜α）倍を減算し得られた差分信号を出力する加算手段と、前記Ｉ成分、前記Ｑ成分、及び前記差分信号をサンプルする第１乃至第３のサンプル基本ユニットとを有するサンプル手段と、前記サンプル手段でサンプルされたサンプル信号に基づいて前記受信信号の表すシンボルを判定する判定手段と、を具備する。

　本発明の受信方法は、受信信号のＩ成分及びＱ成分それぞれの絶対値を算出する絶対値算出ステップと、前記Ｉ成分の絶対値から前記Ｑ成分の絶対値のα（０＜α）倍を減算し得られた差分信号を出力する減算ステップと、前記Ｉ成分、前記Ｑ成分、及び前記差分信号をサンプルするサンプルステップと、前記サンプルステップでサンプルされたサンプル信号に基づいて前記受信信号の表すシンボルを判定する判定ステップと、を具備する。

　本発明によれば、低分解能のサンプル基本ユニットを用いつつ、サンプル基本ユニットの数を少なくする受信装置及び受信方法を提供することができる。

従来の受信機の構成を示すブロック図位相情報の量子化の様子を示す図本発明の実施の形態１に係る受信装置の構成を示すブロック図実施の形態１における位相情報の量子化の様子を示す図サンプル部の他の構成を示す図本発明の実施の形態２に係るサンプル部の構成を示すブロック図実施の形態２における位相情報の量子化の様子を示す図サンプル部の他の構成を示す図本発明の実施の形態３に係るサンプル部の構成を示すブロック図実施の形態３における位相情報の量子化の様子を示す図サンプル部の他の構成を示す図他の実施の形態（１）に係るサンプル部の構成を示すブロック図他の実施の形態（１）に係るサンプル部の他の構成を示すブロック図他の実施の形態（２）に係るサンプル部の構成を示すブロック図他の実施の形態（２）に係るサンプル部の他の構成を示すブロック図他の実施の形態（３）に係るサンプル部の構成を示すブロック図他の実施の形態（３）に係るサンプル部の他の構成を示すブロック図

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。

　（実施の形態１）
　［受信装置１００の構成］
　図３は、本発明の実施の形態１に係る受信装置１００の構成を示すブロック図である。図３において、受信装置１００は、直交検波部１１０と、サンプル部１２０と、受信シンボル判定部１３０とを有する。

　直交検波部１１０は、アンテナを介して受信した受信信号を検波し、得られたＩ信号及びＱ信号をサンプル部１２０へ出力する。

　サンプル部１２０は、Ｉ信号及びＱ信号をサンプルし、得られたサンプルＩ信号及びサンプルＱ信号を受信シンボル判定部１３０へ出力する。さらに、サンプル部１２０は、Ｉ信号の絶対値及びＱ信号の絶対値の差分をサンプルし、得られたサンプル差分信号を受信シンボル判定部１３０へ出力する。

　具体的には、サンプル部１２０は、サンプル基本ユニット１２１－１～３と、絶対値算出部１２２，１２３と、加算器１２４と、サンプルクロック出力部１２５とを有する。

　サンプル基本ユニット１２１－１，２は、それぞれＩ信号及びＱ信号をサンプルし、サンプルＩ信号及びサンプルＱ信号を出力する。サンプル基本ユニット１２１－３は、Ｉ信号の絶対値及びＱ信号の絶対値の差分をサンプルし、得られたサンプル差分信号を出力する。これらのサンプルは、サンプルクロック出力部１２５から出力されるクロックに合わせて行われる。またここでは、各サンプル基本ユニット１２１は、１ビット分解能を持つＡＤＣで構成されている。

　絶対値算出部１２２は、Ｉ信号を入力とし、Ｉ信号の絶対値を算出する。また、絶対値算出部１２３は、Ｑ信号を入力とし、Ｑ信号の絶対値を算出する。

　加算器１２４は、Ｉ信号の絶対値からＱ信号の絶対値のα倍（ここでは、α＝１であるため、Ｑ信号の絶対値のα倍する乗算器は図示しない）を減算し、得られた差分信号をサンプル基本ユニット１２１－３へ出力する。

　このように、サンプル部１２０は、同じタイミングのＩ信号及びＱ信号から、複数種類の信号を形成し、受信シンボル判定部１３０へ出力する。

　受信シンボル判定部１３０は、サンプル部１２０から受け取る複数種類の信号に基づいて、受信シンボルを判定する。

　［受信装置１００の動作］
　直交検波部１１０は、アンテナを介して受信した受信信号を検波し、得られたＩ信号及びＱ信号をサンプル部１２０へ出力する。

　サンプル部１２０では、絶対値算出部１２２がＩ信号の絶対値を算出し、絶対値算出部１２３がＱ信号の絶対値を算出する。そして、加算器１２４が、Ｉ信号の絶対値からＱ信号の絶対値のα倍（ここでは、α＝１）を減算する。そして、サンプル基本ユニット１２１－１，２が、それぞれＩ信号及びＱ信号をサンプルする。サンプル基本ユニット１２１－３が、Ｉ信号の絶対値及びＱ信号の絶対値の差分をサンプルする。

　受信シンボル判定部１３０は、サンプル部１２０から受け取るサンプルＩ信号及びサンプルＱ信号の振幅値に基づいて、受信信号の位相が含まれる、ＩＱ平面上の象限を特定する。

　また、受信シンボル判定部１３０は、サンプル差分信号の振幅値に基づいて、受信信号の位相が含まれる領域を特定する。サンプル差分信号の振幅値は、Ｉ信号の絶対値とＱ成分の絶対値との大小関係を示している。すなわち、ここでは、サンプル差分信号の振幅値の振幅値が正であれば、図４の斜線で示される領域（つまり、Ｉ軸を中心に－π／２[ｒａｄ]からπ／２[ｒａｄ]までの領域）に、受信信号の位相が含まれることになる。

　そして、受信シンボル判定部１３０は、ＩＱ平面上の象限と、サンプル差分信号の振幅値から特定される領域とに基づいて、ＩＱ平面上の８つの部分領域のいずれかを受信信号の位相が含まれる領域として特定することができる。

　以上のように本実施の形態によれば、受信装置１００において、絶対値算出部１２２，１２３が、受信信号のＩ成分及びＱ成分それぞれの絶対値を算出し、加算器１２４が、Ｉ成分の絶対値からＱ成分の絶対値を減算し得られた差分信号を出力し、サンプル基本ユニット１２１－１～３が、Ｉ成分、Ｑ成分、及び差分信号をサンプルし、受信シンボル判定部１３０が、サンプル基本ユニット１２１－１～３でサンプルされたサンプル信号に基づいて受信信号の表すシンボルを判定する。

　こうすることで、８相の分解能を３つのサンプル基本ユニットで実現することができる。すなわち、低分解能のサンプル基本ユニットを用いつつサンプル基本ユニットの数を少なくする受信装置を実現することができる。

　なお、以上の説明では、各サンプル基本ユニット１２１が１つのＡＤＣから構成される場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図５に示されるサンプル部１２０Ａのように、１つのコンパレータと１つのフロップフロップとから構成されるサンプル基本ユニット１２１Ａとしても良い。

　（実施の形態２）
　実施の形態１では、ＩＱ平面の各象限と、Ｉ信号の絶対値及びＱ信号の絶対値の大小関係から特定される２グループの領域とが重なる領域によってＩＱ平面を８つの部分領域（つまり、８相）に分割した。これに対して、実施の形態２では、ＩＱ平面の各象限と、Ｉ信号の絶対値及びＱ信号の絶対値のα（実施の形態２では、αは０より大きく１を除く値）倍の大小関係から特定される２グループの領域と、Ｉ信号の絶対値のα（αは０より大きく１を除く値）倍及びＱ信号の絶対値の大小関係から特定される２グループの領域とが重なる領域によって、１２の部分領域（つまり、１２相）に分割する。

　図６は、本発明の実施の形態２に係るサンプル部１２０Ｂの構成を示すブロック図である。図６において、サンプル部１２０Ｂは、乗算部２０１，２０２と、加算器１２４Ｂ－１，２と、サンプル基本ユニット１２１Ｂ－１～４とを有する。

　乗算部２０１は、Ｉ信号の絶対値をα（ここでは、αは０より大きく１を除く値）倍する。乗算部２０２は、Ｑ信号の絶対値をα（ここでは、αは０より大きく１を除く値）倍する。

　加算器１２４Ｂ－１は、Ｉ信号の絶対値のα倍からＱ信号の絶対値を減算する。加算器１２４Ｂ－２は、Ｉ信号の絶対値からＱ信号の絶対値のα倍を減算する。

　サンプル基本ユニット１２１Ｂ－１，２は、サンプル基本ユニット１２１－１，２と同様に、それぞれＩ信号及びＱ信号をサンプルし、サンプルＩ信号及びサンプルＱ信号を出力する。サンプル基本ユニット１２１Ｂ－３は、Ｉ信号の絶対値のα倍及びＱ信号の絶対値の差分をサンプルし、得られた第１のサンプル差分信号を出力する。サンプル基本ユニット１２１Ｂ－４は、Ｉ信号の絶対値及びＱ信号の絶対値のα倍の差分をサンプルし、得られた第２のサンプル差分信号を出力する。またここでは、各サンプル基本ユニット１２１は、１ビット分解能を持つＡＤＣで構成されている。

　受信シンボル判定部１３０は、サンプル部１２０Ｂから受け取る複数種類の信号に基づいて、受信シンボルを判定する。

　ここで、受信シンボル判定部１３０は、実施の形態１と同様に、サンプル差分信号の振幅値に基づいて、受信信号の位相が含まれる領域を特定する。ただし、図７に示すように、第１のサンプル差分信号の振幅値によるＩＱ平面の分割のされ方と、第２のサンプル差分信号の振幅値によるＩＱ平面の分割のされ方とは異なる。

　従って、受信シンボル判定部１３０は、ＩＱ平面上の象限と、第１のサンプル差分信号の振幅値から特定される領域（図７の点線で仕切られる領域）と、第２のサンプル差分信号の振幅値から特定される領域（図７の一点鎖線で仕切られる領域）とに基づいて、ＩＱ平面上の１２の部分領域のいずれかを受信信号の位相が含まれる領域として特定することができる。なお、ＩＱ平面を１２等分するためには、αの値をtan(π/6)とする必要がある。

　なお、以上の説明では、各サンプル基本ユニット１２１Ｂが１つのＡＤＣから構成される場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図８に示されるサンプル部１２０Ｃのように、１つのコンパレータと１つのフロップフロップとから構成されるサンプル基本ユニット１２１Ｃとしても良い。

　（実施の形態３）
　実施の形態３では、実施の形態１及び実施の形態２を組み合わせることにより、ＩＱ平面を１６の部分領域に分割する。

　図９は、本発明の実施の形態３に係るサンプル部１２０Ｄの構成を示すブロック図である。図９において、サンプル部１２０Ｄは、実施の形態１のサンプル部１２０の構成要素と、実施の形態２のサンプル部１２０Ｂの構成要素との両方を含んでなる。

　サンプル基本ユニット１２１－３は、Ｉ信号の絶対値及びＱ信号の絶対値の差分をサンプルし、得られた第１のサンプル差分信号を出力する。

　サンプル基本ユニット１２１Ｂ－３は、Ｉ信号の絶対値のα倍及びＱ信号の絶対値の差分をサンプルし、得られた第２のサンプル差分信号を出力する。サンプル基本ユニット１２１Ｂ－４は、Ｉ信号の絶対値及びＱ信号の絶対値のα倍の差分をサンプルし、得られた第３のサンプル差分信号を出力する。

　従って、受信シンボル判定部１３０は、ＩＱ平面上の象限と、第１のサンプル差分信号の振幅値から特定される領域（図１０の大きい点線で仕切られる領域）と、第２のサンプル差分信号の振幅値から特定される領域（図１０の小さい点線で仕切られる領域）と、第３のサンプル差分信号の振幅値から特定される領域（図１０の一点鎖線で仕切られる領域）とに基づいて、ＩＱ平面上の１６の部分領域のいずれかを受信信号の位相が含まれる領域として特定することができる。なお、ＩＱ平面を１６等分するためには、αの値をtan(π/８)とする必要がある。

　なお、以上の説明では、各サンプル基本ユニット１２１が１つのＡＤＣから構成される場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図１１に示されるサンプル部１２０Ｅのように、１つのコンパレータと１つのフロップフロップとから構成されるサンプル基本ユニット１２１としても良い。

　またなお、以上の各実施の形態において、ADCの分解能は必ずしも１ビットである必要はなく、より大きな分解能のADCを用いることで、より詳細な位相情報を得ることも可能である。

　（他の実施の形態）
　（１）上記した実施の形態１では、絶対値算出部１２２および１２３によって、Ｉ成分およびＱ成分の絶対値を求める場合の構成について示した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図１２および図１３に示すサンプル部１２０Ｆおよびサンプル部１２０Ｇのように、２乗値算出部１４０および１４１によって、Ｉ成分およびＱ成分の２乗値を求める構成としても良い。要は、Ｉ成分およびＱ成分の絶対的な大きさが取得できれば良い。狭義の絶対値及び２乗値の両方を含めて「絶対値」と呼ぶことができる。

　（２）上記した実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、絶対値算出部１２２および１２３によって、Ｉ成分およびＱ成分の絶対値を求める場合の構成について示した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図１４および図１５に示すサンプル部１２０Ｈおよびサンプル部１２０Ｉのように、２乗値算出部１４０および１４１によって、Ｉ成分およびＱ成分の２乗値を求める構成としても良い。要は、Ｉ成分およびＱ成分の絶対的な大きさが取得できれば良い。

　（３）上記した実施の形態３でも、実施の形態１及び実施の形態２と同様に、絶対値算出部１２２および１２３によって、Ｉ成分およびＱ成分の絶対値を求める場合の構成について示した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図１６および図１７に示すサンプル部１２０Ｊおよびサンプル部１２０Ｋのように、２乗値算出部１４０および１４１によって、Ｉ成分およびＱ成分の２乗値を求める構成としても良い。要は、これらに限らずＩ成分およびＱ成分の絶対的な大きさが取得できれば良い。

　ここで、絶対値算出部又は２乗値算出部で実施される、信号の絶対的な大きさを検出する処理には、アナログ回路で実現する場合、例えば、全波整流回路又は２乗検波回路などを用いることができる。

　２００９年８月５日出願の特願２００９－１８２５０４の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

　本発明の受信装置及び受信方法は、低分解能のサンプル基本ユニットを用いつつサンプル基本ユニットの数を少なくするものとして有用である。

　１００　受信装置
　１１０　直交検波部
　１２０　サンプル部
　１２１　サンプル基本ユニット
　１２２，１２３　絶対値算出部
　１２４　加算器
　１２５　サンプルクロック出力部
　１３０　受信シンボル判定部
　２０１，２０２　乗算部
　１４０，１４１　２乗値算出部

Claims

　受信信号のＩ成分及びＱ成分それぞれの絶対値を生成する絶対値算出手段と、前記Ｉ成分の絶対値から前記Ｑ成分の絶対値のα（０＜α）倍を減算することによって、差分信号を生成する加算手段と、前記Ｉ成分、前記Ｑ成分、及び前記差分信号をサンプルすることによって、サンプル信号を生成する第１乃至第３のサンプル基本ユニットとを有するサンプル手段と、
　前記サンプル信号に基づいて前記受信信号の表すシンボルを判定する判定手段と、
　を具備する受信装置。
　各サンプル基本ユニットは、１ビット分解能のアナログディジタル変換器から構成される、
　請求項１に記載の受信装置。
　各サンプル基本ユニットは、１つのコンパレータと１つのフロップフロップとから構成される、
　請求項１に記載の受信装置。
　受信信号のＩ成分及びＱ成分それぞれの絶対値を生成する絶対値算出ステップと、
　前記Ｉ成分の絶対値から前記Ｑ成分の絶対値のα（０＜α）倍を減算することによって、差分信号を生成する減算ステップと、
　前記Ｉ成分、前記Ｑ成分、及び前記差分信号をサンプルすることによって、サンプル信号を生成するサンプルステップと、
　前記サンプル信号に基づいて前記受信信号の表すシンボルを判定する判定ステップと、
　を具備する受信方法。