JP2009017018A - Pulse receiving device and pulse receiving method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、UWB(Ultra Wide Band)等のパルス信号を受信して、そのビット値を判定するパルス受信装置及びパルス受信方法に関する。 The present invention relates to a pulse receiving apparatus and a pulse receiving method for receiving a pulse signal such as UWB (Ultra Wide Band) and determining the bit value.
UWBの無線通信方式では、一般的に500MHz以上の極めて広い周波数帯域を用いて、データの送受信を行なっており、その使用周波数帯域において送信信号の放射電力を雑音レベル程度の強さにすることで、同じ周波数帯域を使用する他の無線機器と混信することなく無線通信を行うことを可能にする。 In the UWB wireless communication system, data is generally transmitted and received using an extremely wide frequency band of 500 MHz or higher, and the radiated power of a transmission signal is set to a noise level strength in the use frequency band. Wireless communication can be performed without interfering with other wireless devices using the same frequency band.
UWBの無線通信方式の1つとして、一定周期毎に、数nsec程度の極短幅のパルスを送受信するというインパルスUWB(UWB-IR)方式がある。このインパルスUWB方式は、OFDMなどマルチキャリア技術と比較して、シンプルな回路構成により実現可能であり、センサーネットワークなど低消費電力化を必要とする通信アプリケーションでの利用が期待されている。 As one of UWB wireless communication systems, there is an impulse UWB (UWB-IR) system in which ultra-short pulses of about several nsec are transmitted and received at regular intervals. This impulse UWB system can be realized with a simple circuit configuration as compared with multi-carrier technologies such as OFDM, and is expected to be used in communication applications such as sensor networks that require low power consumption.
一方、実際の無線通信環境では、マルチパス伝搬が悪影響を及ぼす。このマルチパス伝搬では、電波信号が異なる複数の伝搬経路を介して送受され、各伝送経路間に行路差があって、遅延伝搬経路が存在する。パルス信号の送受に際し、この遅延伝搬経路を介して送受された信号成分が大幅に遅延すると、この信号成分が次のパルス信号の区間まで影響を及ぼし、符号間干渉を引き起こす。 On the other hand, in an actual wireless communication environment, multipath propagation has an adverse effect. In this multipath propagation, radio wave signals are transmitted and received via a plurality of different propagation paths, there are path differences between the transmission paths, and there are delay propagation paths. When transmitting and receiving a pulse signal, if the signal component transmitted and received through this delay propagation path is significantly delayed, this signal component affects up to the next pulse signal section, causing intersymbol interference.
この符号間干渉を引き起こす干渉電力成分は、略一定レベルの熱雑音と異なり、送信電力に比例して大きくなるため、送信電力を大きくしても、S/N(信号対雑音電力比)を向上させることができず、軽減困難な誤りを引き起こす要因となる。 The interference power component that causes this intersymbol interference is increased in proportion to the transmission power, unlike thermal noise at a substantially constant level, so even if the transmission power is increased, the S / N (signal to noise power ratio) is improved. This is a factor that causes errors that are difficult to reduce.
このため、通常のインパルス通信システムでは、想定する環境において符号間干渉が略生じない程度まで、つまりパルス信号の成分が次のパルス信号の区間に遅延しない程度まで、パルス信号の周期を長くして、符号間干渉を回避するようにしている。しかしながら、この対処方法では、通信速度の低速化を招くことになる。よって、受信装置においては、遅延した信号成分に起因する符号間干渉に対して強い耐性を持つ仕組みを持つことが望ましい。 Therefore, in a normal impulse communication system, the period of the pulse signal is increased to such an extent that intersymbol interference does not substantially occur in the assumed environment, that is, until the pulse signal component is not delayed in the next pulse signal section. Intersymbol interference is avoided. However, this countermeasure causes a reduction in communication speed. Therefore, it is desirable for the receiving apparatus to have a mechanism that is highly resistant to intersymbol interference caused by delayed signal components.
例えば、特許文献1では、通信開始時に伝搬路の特徴を把握し、それに対応したテンプレート波形を作成し、このテンプレート波形と受信信号の波形との相関を求め、この相関結果により受信信号を復号化している。
しかしながら、特許文献1のようにテンプレート波形を用いて、受信信号を復号化するには、テンプレート波形を記憶しておき、受信信号の波形を解析し、テンプレート波形と受信信号の波形との相関を求める必要があり、このためには複雑なデジタル回路を必要とし、回路の消費電力が増大した。
However, in order to decode the received signal using the template waveform as in
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、マルチパス伝搬が生じる無線通信環境においてパルス信号を正確に復号化することが可能でありながらも、簡単な回路構成であって、低消費電力化を図ることができるパルス受信装置及びパルス受信方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and has a simple circuit configuration while being able to accurately decode a pulse signal in a wireless communication environment in which multipath propagation occurs. An object of the present invention is to provide a pulse receiving apparatus and a pulse receiving method capable of reducing power consumption.
上記課題を解決するために、本発明の装置は、パルス信号を受信するパルス受信装置において、ビット1のパルス信号区間に該ビット1を示す受信信号レベルを周期的にサンプリングすると共に、ビット0のパルス信号区間に該ビット0を示す受信信号レベルを周期的にサンプリングする信号区間測定手段と、前記信号区間測定手段によるビット1を示す受信信号レベルの周期的なサンプリングにより得られた各サンプリング値を格納するビット1格納手段と、前記信号区間測定手段によるビット0を示す受信信号レベルの周期的なサンプリングにより得られた各サンプリング値を格納するビット0格納手段と、前記ビット1格納手段内の各サンプリング値と前記ビット0格納手段内の各サンプリング値とをパルス信号区間における同一のサンプリングタイミング同士で対応させ、同一のサンプリングタイミング毎に、ビット1のサンプリング値とビット0のサンプリング値との差分値を求める差分計算手段と、前記差分計算手段により求められた各差分値のうちから最大値を選択し、この最大値が求められたサンプリングタイミングをパルス信号区間における受信信号レベルの判定タイミングとして設定するタイミング取得手段とを備えている。
In order to solve the above-mentioned problem, the device of the present invention is a pulse receiving device that receives a pulse signal, and periodically samples the received signal
また、前記信号区間測定手段は、規定のビットパターンの受信に際し、該ビットパターンに含まれるビット1、0のそれぞれのパルス信号区間で周期的なサンプリングを行っている。
The signal interval measuring means periodically performs sampling in each pulse signal interval of
更に、前記信号区間測定手段は、ビット1のパルス信号を受信する度に、ビット1を示す受信信号レベルを周期的にサンプリングし、前記ビット1格納手段は、前記信号区間測定手段によるビット1を示す受信信号の周期的なサンプリングにより得られた各サンプリング値を入力する度に、サンプリングタイミング別に、平均的なサンプリング値を求めて格納している。
Further, the signal interval measuring means periodically samples the received signal
また、前記信号区間測定手段は、ビット0のパルス信号を受信する度に、ビット0を示す受信信号レベルを周期的にサンプリングし、前記ビット0格納手段は、前記信号区間測定手段によるビット0を示す受信信号の周期的なサンプリングにより得られた各サンプリング値を入力する度に、サンプリングタイミング別に、平均的なサンプリング値を求めて格納している。
The signal interval measuring means periodically samples the received signal
更に、パルス信号からなるフレームの受信開始を検出して、パルス信号の受信開始を前記信号区間測定手段に通知する受信開始検出手段を備えている。 Furthermore, a reception start detecting means for detecting the start of reception of a frame made up of pulse signals and notifying the signal interval measuring means of the reception start of the pulse signals is provided.
また、パルス信号からなるフレームに含まれるデータ部の受信開始を検出して、データ部の受信開始を前記信号区間測定手段、前記ビット1格納手段、前記ビット0格納手段、前記差分計算手段、及び前記タイミング取得手段に通知するデータ開始検出手段を備えている。
Further, the reception start of the data part included in the frame consisting of the pulse signal is detected, and the reception start of the data part is detected by the signal interval measurement means, the
更に、前記タイミング取得手段により設定されたパルス信号区間における受信信号レベルの判定タイミングを通知され、パルス信号からなるフレームに含まれるデータ部の受信開始時点より、パルス信号区間毎に、通知された判定タイミングの受信信号レベルに基づいてパルス信号のビット値を判定する判定手段を備えている。 Furthermore, the determination timing of the received signal level in the pulse signal section set by the timing acquisition means is notified, and the determination that is notified for each pulse signal section from the reception start time of the data part included in the frame composed of the pulse signal. Judgment means for judging the bit value of the pulse signal based on the received signal level of the timing is provided.
また、前記判定手段は、パルス信号区間毎に、通知された判定タイミングで受信信号レベルをサンプリングして、このサンプリング値をホールドし、このホールドしたサンプリング値からパルス信号のビット値を判定している。 The determination means samples the received signal level at the notified determination timing for each pulse signal section, holds the sampling value, and determines the bit value of the pulse signal from the held sampling value. .
更に、前記判定手段は、パルス信号区間毎に、受信信号レベルに基づいてパルス信号のビット値を周期的に繰り返し求め、通知された判定タイミングで該ビット値を確定して判定している。 Further, the determination means periodically determines the bit value of the pulse signal based on the received signal level for each pulse signal section, and determines and determines the bit value at the notified determination timing.
また、前記信号区間測定手段、前記ビット1格納手段、前記ビット0格納手段、前記差分計算手段、及び前記タイミング取得手段は、パルス信号からなる一定数のフレームの受信の度に、パルス信号区間における受信信号レベルの判定タイミングを設定するための一連の動作を行っている。
Further, the signal interval measuring means, the
更に、前記ビット1格納手段及び前記ビット0格納手段は、パルス信号からなる一定数のフレームの受信の度に、既に格納しているサンプリング値全てを一旦クリアしてから、サンプリング値の格納を開始している。
Furthermore, the
また、前記信号区間測定手段は、フレームに含まれる規定のビットパターンからなるプリアンブル情報の受信のときに起動され、このプリアンブル情報に引き続くデータ情報の受信のときに停止されている。 The signal interval measuring means is activated when preamble information comprising a prescribed bit pattern included in the frame is received, and is deactivated when data information subsequent to the preamble information is received.
更に、前記信号区間測定手段は、フレームに含まれる規定のビットパターンからなるプリアンブル情報の受信のときに受信信号の入力を開始し、このプリアンブル情報に引き続くデータ情報の受信のときに受信信号の入力を停止している。 Further, the signal section measuring means starts receiving a received signal when receiving preamble information composed of a prescribed bit pattern included in the frame, and inputs a received signal when receiving data information subsequent to the preamble information. Has stopped.
また、前記信号区間測定手段、前記ビット1格納手段、前記ビット0格納手段、前記差分計算手段、及び前記タイミング取得手段は、フレームに含まれる規定のビットパターンからなるプリアンブル情報の受信のときに起動され、このプリアンブル情報に引き続くデータ情報の受信のときに停止されている。
The signal interval measuring means, the
更に、前記タイミング取得手段により設定されたパルス信号区間における受信信号レベルの判定タイミングを通知され、パルス信号区間毎に、通知された判定タイミングの受信信号レベルに基づいてパルス信号のビット値を判定する判定手段を備え、前記タイミング取得手段は、前記差分計算手段により求められた各差分値のうちから最大値を選択し、この最大値が求められたサンプリングタイミングをパルス信号区間における受信信号レベルの判定タイミングとして設定すると共に、この最大値となった差分値が求められたビット1のサンプリング値とビット0のサンプリング値との平均値を閾値として設定し、前記判定手段は、通知された判定タイミングの受信信号レベルを前記タイミング取得手段により設定された閾値と比較して、パルス信号のビット値を判定している。
Further, the determination timing of the received signal level in the pulse signal section set by the timing acquisition means is notified, and the bit value of the pulse signal is determined for each pulse signal section based on the received signal level of the notified determination timing. A determination unit, wherein the timing acquisition unit selects a maximum value from among the difference values obtained by the difference calculation unit, and determines the received signal level in the pulse signal interval based on the sampling timing at which the maximum value is obtained. In addition to setting as a timing, an average value of the sampling value of
また、前記パルス信号は、OOK変調又はPPM変調されたものである。 The pulse signal is OOK modulated or PPM modulated.
一方、本発明の方法は、パルス信号を受信するパルス受信方法において、ビット1のパルス信号区間に該ビット1を示す受信信号レベルを周期的にサンプリングすると共に、ビット0のパルス信号区間に該ビット0を示す受信信号レベルを周期的にサンプリングする信号区間測定ステップと、前記信号区間測定ステップでのビット1を示す受信信号レベルの周期的なサンプリングにより得られた各サンプリング値を格納するビット1格納ステップと、前記信号区間測定ステップでのビット0を示す受信信号レベルの周期的なサンプリングにより得られた各サンプリング値を格納するビット0格納ステップと、前記ビット1格納ステップで格納された各サンプリング値と前記ビット0格納ステップで格納された各サンプリング値とをパルス信号区間における同一のサンプリングタイミング同士で対応させ、同一のサンプリングタイミング毎に、ビット1のサンプリング値とビット0のサンプリング値との差分値を求める差分計算ステップと、前記差分計算ステップで求められた各差分値のうちから最大値を選択し、この最大値が求められたサンプリングタイミングをパルス信号区間における受信信号レベルの判定タイミングとして設定するタイミング取得ステップとを含んでいる。
On the other hand, according to the method of the present invention, in the pulse receiving method for receiving a pulse signal, the received signal level indicating the
また、前記信号区間測定ステップでサンプリングされる受信信号は、フレームに含まれる規定のビットパターンからなるプリアンブル情報を示すものである。 The received signal sampled in the signal interval measuring step indicates preamble information composed of a prescribed bit pattern included in the frame.
本発明のパルス受信装置によれば、ビット1のパルス信号区間に該ビット1を示す受信信号レベルを周期的にサンプリングすると共に、ビット0のパルス信号区間に該ビット0を示す受信信号レベルを周期的にサンプリングし、パルス信号区間における同一のサンプリングタイミング毎に、ビット1のサンプリング値とビット0のサンプリング値との差分値を求め、各サンプリングタイミングの差分値のうちから最大値を選択し、この最大値が求められたサンプリングタイミングをパルス信号区間における受信信号レベルの判定タイミングとして設定している。ここで、マルチパス伝搬の無線通信環境がフレーム期間内で急激に変化しなければ、ビット1の受信信号が繰り返されても、受信信号の波形が殆ど変わることがなく、同様にビット0の受信信号が繰り返されても、受信信号の波形が殆ど変わることがない。従って、パルス信号区間における同一のサンプリングタイミングでは、ビット1のサンプリング値が一定となり、同様にビット0のサンプリング値も一定となる。このため、本発明のようなビット1のサンプリング値とビット0のサンプリング値との差分値が最大となったサンプリングタイミング(判定タイミング)では、常に、ビット1、0による受信信号レベルの変化が最大となり、符号間干渉が少ないと考えることができ、両者のサンプリング値の識別を正確かつ容易に行うことができる。すなわち、本発明により求められる判定タイミングを用いることにより、受信信号レベルの識別を正確かつ容易に行うことが可能となる。
According to the pulse receiving apparatus of the present invention, the received signal level indicating the
また、パルス信号区間における1つの判定タイミングを設定し、パルス信号区間毎に、この判定タイミングで受信信号レベルを判定すれば、格別なデジタル回路を必要とせず、簡単な構成のアナログ回路を適用することができ、消費電力も低く抑えることができる。 In addition, if one determination timing in the pulse signal section is set and the reception signal level is determined in each pulse signal section, a special digital circuit is not required and an analog circuit with a simple configuration is applied. And power consumption can be kept low.
例えば、規定のビットパターンの受信に際し、該ビットパターンに含まれるビット1、0のそれぞれのパルス信号区間で周期的なサンプリングを行う。これにより、ビット1のパルス信号区間とビット0のパルス信号区間を区別して、それぞれのサンプリングを行うことが可能となる。規定のビットパターンとしては、1、0の繰り返しパターンや、規定の乱数系列に従って生成された1、0のパターン等がある。
For example, when a prescribed bit pattern is received, periodic sampling is performed in each pulse signal section of
また、ビット1を示す受信信号レベルの周期的なサンプリングにより得られた各サンプリング値を入力する度に、サンプリングタイミング別に、平均的なサンプリング値求めても良い。ビット0を示す受信信号についても、同様にすることができる。この場合は、受信信号の度に、同一サンプリングタイミングのサンプリング値が平均化されて行くので、より正確なサンプリング値を求めることができ、延いてはビット1のサンプリング値とビット0のサンプリング値との差分値が最大となるサンプリングタイミング(判定タイミング)を正確に求めることが可能となる。
Alternatively, an average sampling value may be obtained for each sampling timing each time a sampling value obtained by periodic sampling of the received signal
更に、パルス信号からなるフレームの受信開始を検出しているので、この受信開始の検出時点から受信信号レベルのサンプリングや、この受信信号レベルのサンプリングに引き続く処理を開始することができ、回路を無駄に動作させずに済み、消費電力の低減を図ることができる。 Furthermore, since the start of reception of a frame consisting of a pulse signal is detected, sampling of the received signal level and processing subsequent to the sampling of the received signal level can be started from the point of detection of the start of reception, and the circuit is wasted. Therefore, the power consumption can be reduced.
また、パルス信号からなるフレームに含まれるデータ部の受信開始を検出しているので、このデータ部の開始時点から、判定タイミングを用いて、受信信号レベルの判定を行い、データ部を構成する送信信号を復調することが可能となる。また、この時点から、本発明の装置による判定タイミングを求めるための動作を停止しても差し支えなく、この動作を停止することにより消費電力の低減を図ることができる。 In addition, since the reception start of the data part included in the frame composed of the pulse signal is detected, the reception signal level is determined using the determination timing from the start time of the data part, and the transmission constituting the data part is performed. The signal can be demodulated. Further, from this point of time, the operation for obtaining the determination timing by the apparatus of the present invention can be stopped, and power consumption can be reduced by stopping this operation.
例えば、データ部の受信開始時点より、パルス信号区間毎に、設定された判定タイミングの受信信号レベルに基づいてパルス信号のビット値を判定して、データ部を構成する送信信号を復調する。 For example, the bit value of the pulse signal is determined based on the reception signal level at the set determination timing for each pulse signal section from the reception start time of the data portion, and the transmission signal constituting the data portion is demodulated.
より具体的には、パルス信号区間毎に、設定された判定タイミングで受信信号レベルをサンプリングして、このサンプリング値をホールドし、このホールドしたサンプリング値からパルス信号のビット値を判定するか、あるいは受信信号レベルに基づいてパルス信号のビット値を周期的に繰り返し求め、設定された判定タイミングで該ビット値を確定して判定する。 More specifically, for each pulse signal section, the received signal level is sampled at a set determination timing, and this sampling value is held, and the bit value of the pulse signal is determined from the held sampling value, or The bit value of the pulse signal is obtained periodically based on the received signal level, and the bit value is determined and determined at the set determination timing.
また、本発明の装置による判定タイミングを求めるための動作は、一定数のフレームの受信の度に行われる。この一定数は、単数であっても複数であっても良い。単数である場合は、フレーム毎に、フレームのプリアンブル情報等を用いて、判定タイミングを求めることになり、また複数である場合は、複数のフレーム毎に、判定タイミングを求めることになる。この場合は、パルス信号からなる一定数のフレームの受信の度に、ビット1格納手段及びビット0格納手段に格納されているサンプリング値全てを一旦クリアする必要がある。
The operation for obtaining the determination timing by the apparatus of the present invention is performed every time a certain number of frames are received. This certain number may be singular or plural. If the number is singular, the determination timing is obtained for each frame using the preamble information of the frame, and if there is a plurality, the determination timing is obtained for each of a plurality of frames. In this case, it is necessary to once clear all sampling values stored in the
また、フレームのプリアンブル情報の受信のときに、信号区間測定手段を起動するか、信号区間測定手段への受信信号の入力を開始し、このプリアンブル情報に引き続くデータ情報の受信のときに、信号区間測定手段を停止するか、信号区間測定手段への受信信号の入力を停止して、信号区間測定手段の無駄な動作を回避し、消費電力を低減するのが好ましい。同様に、信号区間測定手段だけではなく、ビット1格納手段、ビット0格納手段、差分計算手段、及びタイミング取得手段についても、フレームのプリアンブル情報の受信のときに起動し、プリアンブル情報に引き続くデータ情報の受信のときに停止して、消費電力を低減するのが好ましい。
Also, when receiving the preamble information of the frame, start the signal section measuring means or start inputting the received signal to the signal section measuring means, and when receiving the data information following this preamble information, the signal section It is preferable to stop the measuring means or stop the input of the received signal to the signal interval measuring means to avoid useless operation of the signal interval measuring means and reduce power consumption. Similarly, not only the signal interval measurement means but also the
また、各サンプリングタイミングの差分値のうちから最大値を選択し、この最大値が求められたサンプリングタイミングをパルス信号区間における受信信号レベルの判定タイミングとして設定するだけではなく、この最大値となった差分値が求められたビット1のサンプリング値とビット0のサンプリング値との平均値を閾値として設定している。この場合は、その設定された判定タイミングの受信信号レベルを該閾値と比較して、パルス信号のビット値を判定する。
In addition, the maximum value is selected from the difference values of each sampling timing, and the sampling timing at which the maximum value is obtained is not only set as the determination timing of the received signal level in the pulse signal section, but becomes the maximum value. The average value of the sampling value of
例えば、パルス信号は、OOK変調又はPPM変調されたものであり、いずれの変調方式であっても本発明を適用することができる。 For example, the pulse signal is OOK modulated or PPM modulated, and the present invention can be applied to any modulation system.
また、本発明のパルス受信方法は、上記本発明のパルス受信装置と同様の作用効果をもたらすものである。 Further, the pulse receiving method of the present invention provides the same effects as the pulse receiving apparatus of the present invention.
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明のパルス受信装置の第1実施形態を示すブロック図である。また、図2は、本実施形態のパルス受信装置を適用した通信システムを模式的に示す説明図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a pulse receiving apparatus of the present invention. Moreover, FIG. 2 is explanatory drawing which shows typically the communication system to which the pulse receiver of this embodiment is applied.
図2の通信システムにおいては、UWB(Ultra Wide Band)無線通信方式により複数ビットBの値を示すそれぞれのパルス信号Pを順次通信しており、送信装置2からパルス信号Pが電波信号として送信され、この電波信号がパルス受信装置1で受信される。また、各ビットBの列はフレームを構成するものであり、よって送信装置2からパルス受信装置1へとフレームが送受される。
In the communication system of FIG. 2, each pulse signal P indicating a value of a plurality of bits B is sequentially communicated by a UWB (Ultra Wide Band) wireless communication method, and the pulse signal P is transmitted as a radio wave signal from the
送信装置2は、一定周期Tp毎に、所要の周波数マスク内に電力制限されたパルス幅Twのパルス信号Pを生成し、このパルス信号Pを各ビットBの値に従ってOOK変調(オンオフキーイング変調)して、このOOK変調されたパルス信号Pを電波信号として送信する。尚、送信装置2は、いかなる構成のものでも良く、本発明により特定されるものではない。
The
パルス受信装置1は、電波信号を受信すると、その高周波受信入力から各パルス信号Pを順次復調して、これらのパルス信号Pから各ビットBの値を逐次判定する。
When receiving the radio signal, the
図3は、各ビットBの列からなるフレームの構成を示している。このフレームPは、同期検出用のプリアンブル部p1と、送信元、受信先、及びフレームの大きさ等のフレーム情報を含むヘッダ部p2と、通信情報を含むペイロード部p3とを含んでいる。プリアンブル部p1は、同期ワードと、データ開始ワードとを含んでいる。 FIG. 3 shows the structure of a frame composed of a sequence of bits B. The frame P includes a preamble part p1 for synchronization detection, a header part p2 including frame information such as a transmission source, a reception destination, and a frame size, and a payload part p3 including communication information. The preamble part p1 includes a synchronization word and a data start word.
図1に示すようにパルス受信装置1は、受信アンテナ201、帯域制限フィルタ202(バンドパスフィルタ、BPF)、LNA部203(低雑音増幅器、Low Noise Amplifier)、AGC部204(自動ゲインコントロール、Automatic Gain Control)、検波部205、判定部206、CCA検出部207(Clear Channel Assessment)、同期タイミング生成部208、及びデータ開始ワード検出部209を備えている。
As shown in FIG. 1, a
このパルス受信装置1においては、送信装置2からの電波信号が受信アンテナ201で受信されると、この電波信号に対応する高周波受信入力が受信アンテナ201から帯域制限フィルタ202及びLNA部203を介してAGC部204に加えられる。
In this
AGC部204は、高周波受信入力レベルに応じて自己の増幅率を制御し、高周波受信入力レベルが一定値になるように該高周波受信入力を増幅制御してから出力しており、高周波受信入力レベルのフィードバック入力を後段の回路から受けて、増幅率の更新を行う。
The
検波部205は、AGC部204からの高周波受信入力を検波し、例えば高周波受信入力の包絡線レベルに対応するアナログ検波出力を受信信号として出力する。検波部205は、包絡線検波やダイオード検波に代表される非同期検波だけではなく、キャリア再生を必要とする同期検波でもよい。この受信信号を積分器に入力することで熱雑音成分の平滑化を行なうような構成にしてもよい。この受信信号は、判定部206、CCA検出部207、及び同期タイミング生成部208に加えられる。
The
尚、同期検波を行なう場合は、電圧制御発振器(VCO)や位相動機回路(PLL)などを用いたキャリア再生機構が必要となるが、ここでは、そのようなキャリア再生機構が検波部205に含まれるものとする。
In the case of performing synchronous detection, a carrier regeneration mechanism using a voltage controlled oscillator (VCO), a phase motive circuit (PLL), or the like is necessary. Here, such a carrier regeneration mechanism is included in the
CCA検出部207は、検波部205からのアナログの受信信号を入力し、この受信信号からフレームに含まれるプリアンブル部を検出し、このプリアンブル部を検出した旨を同期タイミング生成部208に通知する。
The
プリアンブル部p1の検出方法として各種の方法が提案されているので、いずれかの方法を適用すれば良い。例えば、アナログの受信信号レベルと予め設定された閾値とを比較し、受信信号レベルが閾値を超えるか否かに基づいてパルス信号を生成し、このパルス信号をプリアンブル部として検出する。 Various methods have been proposed as a method of detecting the preamble part p1, and any method may be applied. For example, an analog received signal level is compared with a preset threshold value, a pulse signal is generated based on whether the received signal level exceeds the threshold value, and this pulse signal is detected as a preamble part.
ここで、プリアンブル部p1を検出するまでは同期タイミング生成部208を停止させておき、プリアンブル部検出の旨の通知に応答して同期タイミング生成部208を起動させても良い。あるいは、プリアンブル部を検出するまでは同期タイミング生成部208への入力を禁止し、プリアンブル部検出の旨の通知に応答して同期タイミング生成部208への入力を開始しても構わない。また、プリアンブル部を検出するまでは同期タイミング生成部208だけではなく、判定部206、同期タイミング生成部208、及びデータ開始ワード検出部209をも停止させておき、プリアンブル部検出の旨の通知に応答して、各部206〜209を起動させても良い。これにより、フレーム通信が行われていない期間では各部206〜209が停止されて、消費電力が低減される。
Here, the synchronization
同期タイミング生成部208は、CCA検出部207からのプリアンブル部検出の旨の通知を受けると、検波部205からのアナログの受信信号を入力し、この受信信号に基づいて、パルス信号区間(パルス信号Pの1周期Tpに相当する)における受信信号レベルの最適なサンプリングタイミングを求め、このパルス信号区間Tpにおける最適なサンプリングタイミングを判定タイミングとして判定部206に通知する。
When the synchronization
また、同期タイミング生成部208は、アナログの受信信号に基づいて、この受信信号レベルと比較される閾値を求めて設定し、この閾値を判定部206に通知する。
Further, the synchronization
判定部206は、パルス信号区間Tpにおける最適なサンプリングタイミング及び閾値の通知を受けると、この最適なサンプリングタイミングをパルス信号区間Tpにおける受信信号レベルの判定タイミングとして設定し、パルス信号区間Tp毎に、その判定タイミングで検波部205からのアナログの受信信号レベルをサンプリングして、このサンプリング値をホールドし、この判定タイミングの受信信号レベルのサンプリング値を閾値と比較し、サンプリング値が閾値以上であれば、ビット1を示す2値信号を出力し、またサンプリング値が閾値未満であれば、ビット0を示す2値信号を出力する。
Upon receiving notification of the optimum sampling timing and threshold value in the pulse signal interval Tp, the
この判定部206から出力された2値信号は、データ開始ワード検出部209及び次段以降の回路(図示せず)に出力される。
The binary signal output from the
データ開始ワード検出部209は、判定部206からの2値信号を入力すると、プリアンブル部p1の同期ワードが終了するまで待機して、この同期ワードに引き続くデータ開始ワードを検出し、このデータ開始ワードを検出すると、このデータ開始ワード検出の旨を同期タイミング生成部208に通知する。
When the data start
同期タイミング生成部208は、パルス信号区間Tpにおける受信信号レベルの最適なサンプリングタイミング及び受信信号レベルと比較される閾値を求めることを繰り返して、サンプリングタイミング及び閾値の精度を高めて更新しながら、これらを判定部206に通知しており、データ開始ワード検出の旨の通知を受けると、同期ワードが終了することから、サンプリングタイミング及び閾値を求めて通知することを停止する。
The synchronization
従って、判定部206は、同期ワードが終了した時点で、最も高精度なサンプリングタイミング及び閾値を通知され、この最も高精度なサンプリングタイミングを判定タイミングとして確定し、最も高精度な閾値も確定する。以降、判定部206は、1つのフレームの受信が終了するまで、これらの高精度な判定タイミングと閾値を用いて、受信信号レベルを判定し、ヘッダ部p2及びペイロード部p3を示す2値信号を順次生成して出力して行く。
Therefore, the
尚、データ開始ワード検出部209によるデータ開始ワードの検出に応答して、同期タイミング生成部208を停止させるだけではなく、CCA検出部207、及びデータ開始ワード検出部209そのものも停止させて、消費電力の低減を図っても構わない。
In response to the detection of the data start word by the data start
ところで、実際の無線通信環境でマルチパス伝搬が発生すると、電波信号が異なる複数の伝搬経路を介して送受され、これらの伝搬経路のうちの遅延伝搬経路の信号成分が大幅に遅延して、この遅延した信号成分が次のパルス信号区間Tpまで影響を及ぼし、符号間干渉を引き起こすことがある。 By the way, when multipath propagation occurs in an actual wireless communication environment, radio signal is transmitted / received via a plurality of different propagation paths, and the signal component of the delay propagation path among these propagation paths is greatly delayed, The delayed signal component may affect the next pulse signal interval Tp, causing intersymbol interference.
例えば、図4(a)に示すようにプリアンブル部p1の同期ワードが、値「1」のビットB(ビット1)と値「0」のビットB(ビット0)を繰り返してなるパターンである場合は、このビットパターンがOOK変調されると、図4(b)に示すようにビット1のときにだけ1つのパルス信号Pが割り振られる。ここでは、最初のパルス信号区間Tpにパルス信号Pが割り振られ、次のパルス信号区間Tpにパルス信号Pが無く、3番目のパルス信号区間Tpでパルス信号Pが割り振られ、以降同様に、奇数番目のパルス信号区間Tpだけにパルス信号Pが割り振られる。
For example, as shown in FIG. 4A, the synchronization word of the preamble part p1 is a pattern in which bit B (bit 1) having a value “1” and bit B (bit 0) having a value “0” are repeated. When this bit pattern is OOK-modulated, one pulse signal P is allocated only when
仮に、パルス信号Pの送受に際し、マルチパス伝搬等が発生しておらず、パルス信号の送受が正常に行われたならば、パルス受信装置1の検波部205からは受信信号として図4(b)に示すようなパルス信号Pが出力され、判定部206によりパルス信号Pが復調されて、図4(a)に示すような奇数番目のパルス信号区間Tpのビット1と偶数番目のパルス信号区間Tpのビット0からなるプリアンブル部p1の同期ワードが生成出力されることになる。
If transmission / reception of the pulse signal P does not cause multipath propagation and transmission / reception of the pulse signal is performed normally, the
しかしながら、パルス信号Pの送受に際し、マルチパス伝搬が発生すると、遅延伝搬経路を介して伝送されたパルス信号Pの信号成分(電波信号成分)が遅延し、検波部205から出力された受信信号(パルス信号P)の波形が変形する。例えば、図4(c)に示すように受信信号の波形が変形して、その信号成分が次のビット0のパルス信号区間Tpまで遅延してしまう。
However, when multipath propagation occurs during transmission / reception of the pulse signal P, the signal component (radio wave signal component) of the pulse signal P transmitted via the delay propagation path is delayed, and the received signal output from the detection unit 205 ( The waveform of the pulse signal P) is deformed. For example, as shown in FIG. 4C, the waveform of the received signal is deformed, and the signal component is delayed until the next pulse signal period Tp of
従って、奇数番目のパルス信号区間Tpだけにパルス信号Pが割り振られたにもかかわらず、偶数番目のパルス信号区間Tpにも信号成分が及ぶことになる。そして、この偶数番目のパルス信号区間Tpの信号成分のレベルが高いと、判定部206により偶数番目のパルス信号区間Tpのビット1が生成されてしまい、プリアンブル部p1の同期ワードにビット誤りが発生する。
Therefore, even though the pulse signal P is assigned only to the odd-numbered pulse signal section Tp, the signal component also extends to the even-numbered pulse signal section Tp. If the level of the signal component of the even-numbered pulse signal section Tp is high, the
そこで、本実施形態では、同期タイミング生成部208によりパルス信号区間Tpにおける受信信号レベルの最適な判定タイミング及び閾値を求めて、これらの判定タイミング及び閾値を判定部206に通知し、判定部206によりパルス信号区間Tpにおける該判定タイミングで受信信号レベルをサンプリングし、このサンプリング値を閾値と比較して、パルス信号Pの値を判定し、これによりマルチパス伝搬を原因とするビット誤りが生じないようにしている。
Therefore, in the present embodiment, the synchronization
次に、同期タイミング生成部208の処理、すなわちパルス信号区間Tpにおける受信信号レベルの判定タイミング及び閾値を求めるための処理を詳しく説明する。
Next, the processing of the synchronization
図5は、同期タイミング生成部208の構成を示すブロック図である。図5に示すように同期タイミング生成部208は、AD変換部501、受信レベル取得部502、ビット1情報格納部503、ビット0情報格納部504、差分値算出部505、及びタイミング選択部506を備えて構成される。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the synchronization
まず、パルス受信装置1では、検波部205の検波出力である受信信号に基づいて、パルス信号Pに同期する同期信号、つまり図4のパルス信号区間Tpと同期する同期信号を生成し、この同期信号を判定部206、CCA検出部207、同期タイミング生成部208、及びデータ開始ワード検出部209に加えている。これにより、各部206〜209相互間の同期処理が可能となる。
First, the
AD変換部501は、検波部205からの受信信号を入力すると、パルス信号区間Tp毎に、受信信号レベルを所定のサンプリング周期で順次サンプリングし、パルス信号区間Tpにおける受信信号レベルの各サンプリング値を逐一出力する。
When the reception signal from the
例えば、図6に示すようにビット1のパルス信号区間Tpで受信信号レベルが実線Aで示すように変化したとすると、受信信号レベルをサンプリング周期tsでサンプリングして、16のサンプリング値V1k(k=1〜16)を逐一出力する。また、ビット0のパルス信号区間Tpで受信信号レベルが実線Bで示すように変化したとすると、受信信号レベルをサンプリング周期tsでサンプリングして、16のサンプリング値V0k(k=1〜16)を逐一出力する。
For example, if the received signal level changes as indicated by the solid line A in the pulse signal section Tp of
尚、AD変換部501からはサンプリング値を示す複数のビットが出力されるが、このビット数は、3〜4ビット程度で十分である。
The
受信レベル取得部502は、パルス信号区間Tp毎に、16のサンプリング値V1k(k=1〜16)又は16のサンプリング値V0k(k=1〜16)を入力し、16のサンプリング値V1kをビット1情報格納部503に格納し、また16のサンプリング値V0kをビット0情報格納部504に格納する。
The reception
例えば、プリアンブル部p1の最初のパルス信号区間Tpにビット1のパルス信号Pが割り振られ、次のパルス信号区間Tpにビット0のパルス信号Pが割り振られ、以降同様に、ビット1のパルス信号Pとビット0のパルス信号Pが繰り返されるならば、奇数番目のパルス信号区間Tpをビット1のパルス信号区間Tpとして、このビット1のパルス信号区間Tpにおける16のサンプリング値V1kをビット1情報格納部503に格納し、偶数番目のパルス信号区間Tpをビット0のパルス信号区間Tpとして、このビット0のパルス信号区間Tpにおける16のサンプリング値V0kをビット0情報格納部504に格納する。
For example, the pulse signal P of
あるいは、最初のパルス信号区間Tpで得られた16のサンプリング値と次のパルス信号区間Tpで得られた16のサンプリング値とを比較し、サンプリング値の平均値や積分値が大きい方のパルス信号区間Tpをビット1のパルス信号区間Tpとして、このビット1のパルス信号区間Tpにおける16のサンプリング値V1kをビット1情報格納部503に格納し、またサンプリング値の平均値や積分値が小さい方のパルス信号区間Tpをビット0のパルス信号区間Tpとして、このビット0のパルス信号区間Tpにおける16のサンプリング値V0kをビット0情報格納部504に格納し、以降は、同期ワードの1、0の繰り返し順に応じて、パルス信号区間Tp毎に、16のサンプリング値V1k及び16のサンプリング値V0kをビット1情報格納部503及びビット0情報格納部504に交互に振り分ける。
Alternatively, the 16 sampling values obtained in the first pulse signal interval Tp are compared with the 16 sampling values obtained in the next pulse signal interval Tp, and the pulse signal with the larger average value or integrated value of the sampling values is compared. The interval Tp is the pulse signal interval Tp of
また、ビット1情報格納部503及びビット0情報格納部504が同様の構成であり、次段の差分値算出部505では、両者の格納部503、504内のそれぞれのサンプリング値の相対的な差分値を求めるだけであるから、ビット1のパルス信号区間Tpにおける16のサンプリング値V1kを最初に格納した方をビット1情報格納部503として、他方をビット0情報格納部504とし、これ以降、パルス信号区間Tp毎に、16のサンプリング値V1k及び16のサンプリング値V0kをビット1情報格納部503及びビット0情報格納部504に交互に振り分けても良い。
Further, the
ビット1情報格納部503は、ビット1のパルス信号区間Tp毎に、16のサンプリング値V1k(k=1〜16)を入力し、その度に、同一のサンプリングタイミング(kの値が同一)の各サンプリング値V1kを平均して、この平均値をサンプリング値V1kとして格納する。すなわち、各サンプリング値V11の平均値をサンプリング値V11とし、各サンプリング値V12の平均値をサンプリング値V12とし、……、各サンプリング値V116の平均値をサンプリング値V116とする。
The
同様に、ビット0情報格納部504は、ビット0のパルス信号区間Tp毎に、16のサンプリング値V0kを入力し、その度に、同一のサンプリングタイミング(kの値が同一)の各サンプリング値V0kを平均して、この平均値をサンプリング値V0kとして格納する。
Similarly, the
差分値算出部505は、ビット1情報格納部503内の各サンプリング値V1kとビット0情報格納部504内の各サンプリング値V0kとをパルス信号区間Tpにおける同一のサンプリングタイミング同士で対応させ、同一のサンプリングタイミング毎に、ビット1のサンプリング値V1kとビット0のサンプリング値V0kとの差分値Vdkを求める。すなわち、サンプリング値V11とサンプリング値V01との差分値Vd1を求め、サンプリング値V12とサンプリング値V02との差分値Vd2を求め、……、サンプリング値V116とサンプリング値V016との差分値Vd16を求める。
The difference
そして、差分値算出部505は、16の差分値Vd1〜Vd16をタイミング選択部506に通知する。タイミング選択部506は、16の差分値Vd1〜Vd16のうちから最大値を求め、この最大値が求められたサンプリングタイミングを判定部206に通知する。また、タイミング選択部506は、このサンプリングタイミングでのビット1のサンプリング値とビット0のサンプリング値との平均値を求め、この平均値を閾値として判定部206に通知する。
Then, the difference
判定部206は、最大値が求められたサンプリングタイミング及び閾値の通知を受けると、このサンプリングタイミングをパルス信号区間Tpにおける受信信号レベルの判定タイミングとして設定し、パルス信号区間Tp毎に、その判定タイミングで検波部205からのアナログの受信信号レベルをサンプリングし、この判定タイミングのサンプリング値を閾値と比較し、サンプリング値が閾値以上であれば、ビット1を示す2値信号を出力し、またサンプリング値が閾値未満であれば、ビット0を示す2値信号を出力する。
Upon receiving the notification of the sampling timing at which the maximum value is obtained and the threshold value, the
ここで、マルチパス伝搬の無線通信環境が急激に変化しなければ、繰り返し送受されるビット1の受信信号の波形が殆ど変わることがなく、ビット0の受信信号の波形も殆ど変わることがない。従って、いずれのパルス信号区間Tpにおいても、同一のサンプリングタイミングでは、ビット1のサンプリング値が略一定となり、同様にビット0のサンプリング値も略一定となる。このため、いずれのパルス信号区間Tpにおいても、ビット1のサンプリング値V1kとビット0のサンプリング値V0kとの差分値Vdkが最大となったサンプリングタイミング(判定タイミング)では、ビット1、0による受信信号レベルの変化が最大となり、符号間干渉の影響が少ないと考えられ、ビット1、0の識別を正確かつ容易に行うことができる。また、このサンプリングタイミングでのビット1のサンプリング値とビット0のサンプリング値との平均値を閾値として設定し、パルス信号区間Tp毎に、判定タイミングのサンプリング値を閾値と比較して、サンプリング値の判定を行っているので、受信信号レベルの識別を正確かつ容易に行うことができる。
If the wireless communication environment for multipath propagation does not change abruptly, the waveform of the received signal of
また、ビット1情報格納部503では、同一のサンプリングタイミング(kの値が同一)の各サンプリング値V1kを平均して、この平均値を格納し、同様にビット0情報格納部504でも、同一のサンプリングタイミング(kの値が同一)の各サンプリング値V0kを平均して、この平均値を格納している。従って、繰り返し送受されるビット1、0の受信信号の波形にバラツキがあったとしても、ビット1、0の受信信号の平均的な波形に対応する各サンプリング値V1k及び各サンプリング値V0kが求められることになり、プリアンブル部p1の最後の方では、これらの値V1k、V0kの精度が向上する。これに伴って、差分値Vdk及び最大値の精度が向上し、更には、判定タイミングの精度も向上し、延いては判定部206による受信信号レベルの識別性が向上することになる。
The
そして、データ開始ワード検出部209によりデータ開始ワードが検出されると、同期タイミング生成部208が停止されるので、判定部206がプリアンブル部p1の最後の方で求められた高精度のサンプリングタイミングを維持することになり、判定部206によるヘッダ部p2及びペイロード部p3の復調が高精度で行われ、符号誤りが低減される。
When the data start
尚、データ開始ワードの検出に応答して同期タイミング生成部208が停止されるときに、ビット1情報格納部503及びビット0情報格納部504内の全てのサンプリング値がクリアされ、次のフレームの受信のときにビット1情報格納部503及びビット0情報格納部504へのサンプリング値の格納が改めて行われる。これにより、フレーム毎に、判定タイミングと閾値が設定し直される。
When the synchronization
このようなパルス受信装置1においては、マルチパス伝搬の無線通信環境にかかわらず、受信信号を正確に復調することができるだけではなく、判定部206をアナログ回路で構成することができるので、消費電力の低減を図ることができる。これに対して従来のようにテンプレート波形を記憶しておき、受信信号の波形を解析し、テンプレート波形と受信信号の波形との相関を求めるような方法では、デジタル回路を必要とし、この回路規模が大きくなって、消費電力が増大する。
In such a
次に、本発明のパルス受信装置の第2実施形態を説明する。本実施形態のパルス受信装置は、図2の装置と略同様の構成であるが、図2の装置がOOK変調されたパルス信号Pを復調するのに対して、PPM変調されたパルス信号を復調しており、このために同期タイミング生成部208の代わりに、図7に示すような同期タイミング生成部208Aを適用している。
Next, a second embodiment of the pulse receiving apparatus of the present invention will be described. The pulse receiving apparatus of the present embodiment has substantially the same configuration as the apparatus of FIG. 2, but demodulates the pulse signal PPM modulated while the apparatus of FIG. 2 demodulates the pulse signal P modulated by OOK. Therefore, instead of the synchronization
従って、図1において、送信装置2は、PPM変調されたパルス信号を電波信号として送信し、パルス受信装置1は、電波信号を受信して、その高周波受信入力からPPM変調された各パルス信号Pを順次復調し、これらのパルス信号Pから各ビットBの値を逐次判定する。
Accordingly, in FIG. 1, a
本実施形態のパルス受信装置1では、OOK変調のときと同様に、高周波受信入力を帯域制限フィルタ202、LNA部203、及びAGC部204に通してから、この高周波受信入力を検波部205に加え、検波部205の検波出力としてアナログの受信信号を得る。このアナログの受信信号は、判定部206、CCA検出部207、及び同期タイミング生成部208Aに加えられる。
In the
CCA検出部207は、検波部205からのアナログの受信信号を入力し、この受信信号からフレームに含まれるプリアンブル部p1を検出し、このプリアンブル部p1を検出した旨を同期タイミング生成部208A等に通知する。
The
同期タイミング生成部208Aは、CCA検出部207からのプリアンブル部検出の旨の通知を受けると、検波部205からのアナログの受信信号を入力し、この受信信号に基づいて、ビット1、0別に、受信信号レベルの最適なサンプリングタイミングを求め、これらのサンプリングタイミングを判定部206に通知する。
When the synchronization
また、同期タイミング生成部208Aは、ビット1、0別に、アナログの受信信号に基づいて、この受信信号レベルと比較される閾値を求めて設定し、これらの閾値を判定部206に通知する。
In addition, the synchronization
判定部206は、ビット1、0別に、受信信号レベルのサンプリングタイミング及び閾値の通知を受けると、これらのサンプリングタイミングをそれぞれの判定タイミングとして設定し、パルス信号区間Tp毎に、それぞれの判定タイミングでアナログの受信信号レベルをサンプリングし、これらの判定タイミングのサンプリング値をそれぞれの閾値と比較して、ビット1、0を示す2値信号を生成出力する。
Upon receiving the received signal level sampling timing and threshold notification for each
この判定部206から出力された2値信号は、データ開始ワード検出部209及び次段以降の回路(図示せず)に出力される。
The binary signal output from the
データ開始ワード検出部209は、判定部206からの2値信号を入力すると、プリアンブル部p1の同期ワードが終了するまで待機して、この同期ワードに引き続くデータ開始ワードを検出し、このデータ開始ワードを検出すると、このデータ開始ワード検出の旨を同期タイミング生成部208Aに通知する。
When the data start
同期タイミング生成部208Aは、データ開始ワード検出の旨の通知を受けると、同期ワードが終了することから、ビット1、0別に、サンプリングタイミング及び閾値を求めて通知することを停止する。
When the synchronization
判定部206は、同期ワードが終了した時点で、ビット1、0別に、最も高精度なサンプリングタイミング及び閾値を通知され、これらのサンプリングタイミングをそれぞれの判定タイミングとして確定し、高精度な閾値も確定する。以降、判定部206は、これら判定タイミングと閾値を用いて、受信信号レベルを判定し、ヘッダ部p2及びペイロード部p3を示す2値信号を順次生成して出力する。
When the synchronization word ends, the
例えば、図8(a)に示すようにプリアンブル部p1が、ビット1とビット0を繰り返してなるパターンである場合は、このビットパターンがPPM変調されると、図8(b)に示すようにビット1のパルス信号区間Tpにおいては1つのパルス信号Pが該区間Tpの開始時点で直ちに割り振られ、ビット0のパルス信号区間Tpにおいては1つのパルス信号Pが該区間Tpの開始時点より時間ΔTだけ遅れて割り振られる。
For example, as shown in FIG. 8A, when the preamble part p1 has a pattern in which bit 1 and
仮に、パルス信号Pの送受に際し、マルチパス伝搬等が発生しておらず、パルス信号の送受が正常に行われたならば、パルス受信装置1の検波部205から図8(b)に示すようなパルス信号Pが出力され、判定部206によりパルス信号Pが復調されて、図8(a)に示すようなビットパターンのプリアンブル部p1が生成出力されることになる。
If the transmission / reception of the pulse signal P does not cause multipath propagation and the transmission / reception of the pulse signal is performed normally, the
しかしながら、マルチパス伝搬が発生すると、遅延伝搬経路を介して伝送されたパルス信号Pの信号成分(電波信号成分)が遅延し、例えば図8(c)に示すように検波部205から出力された受信信号(パルス信号P)の波形が変形する。
However, when multipath propagation occurs, the signal component (radio wave signal component) of the pulse signal P transmitted through the delay propagation path is delayed and output from the
図8(c)に示すビット1のパルス信号区間Tpにおいては、1つのパルス信号Pが該区間Tpの開始時点で直ちに割り振られたにもかかわらず、時間ΔTだけ遅れたタイミングにも信号成分が及んでおり、この信号成分のレベルが高いと、ビット1、0の判定誤りが発生する。
In the pulse signal section Tp of
そこで、本実施形態では、同期タイミング生成部208Aにより、ビット1、0別に受信信号レベルの最適な判定タイミング及び閾値を求めて、これらの判定タイミング及び閾値を判定部206に通知し、判定部206により、ビット1、0別にそれぞれの判定タイミングでアナログの受信信号レベルをサンプリングし、これらの判定タイミングのサンプリング値をそれぞれの閾値と比較して、パルス信号Pの値を判定している。
Therefore, in the present embodiment, the synchronization
次に、同期タイミング生成部208Aの処理、すなわちパルス信号区間Tpにおける受信信号レベルの判定タイミング及び閾値を求めるための処理を詳しく説明する。
Next, the process of the synchronization
図7に示すように同期タイミング生成部208Aは、AD変換部501、受信レベル取得部502、ビット1情報格納部503、ビット0情報格納部504、ビット1差分値算出部801、ビット0差分値算出部803、ビット1タイミング選択部802、及びビット0タイミング選択部804を備えて構成されている。尚、図7において、図1の装置と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付している。
As shown in FIG. 7, the synchronization
まず、パルス受信装置1では、検波部205の検波出力である受信信号に基づいて、パルス信号Pに同期する同期信号を生成し、この同期信号を判定部206、CCA検出部207、同期タイミング生成部208A、及びデータ開始ワード検出部209に加えて、該各部相互間の同期処理を可能にしている。
First, in the
AD変換部501は、検波部205からの受信信号を入力すると、パルス信号区間Tp毎に、受信信号レベルを所定のサンプリング周期で順次サンプリングし、パルス信号区間Tpにおける受信信号レベルの各サンプリング値を逐一出力する。
When the reception signal from the
例えば、図9に示すようにビット1のパルス信号区間Tpに、実線Aで示す受信信号レベルをサンプリング周期tsでサンプリングして、16のサンプリング値V1k(k=1〜16)を逐一出力する。また、ビット0のパルス信号区間Tpに、実線Bで示す受信信号レベルをサンプリング周期tsでサンプリングして、16のサンプリング値V0k(k=1〜16)を逐一出力する。
For example, as shown in FIG. 9, the received signal level indicated by the solid line A is sampled at the sampling period ts in the pulse signal interval Tp of
受信レベル取得部502は、パルス信号区間Tp毎に、16のサンプリング値V1k(k=1〜16)又は16のサンプリング値V0k(k=1〜16)を入力し、16のサンプリング値V1kをビット1情報格納部503に格納し、また16のサンプリング値V0kをビット0情報格納部504に格納する。
The reception
例えば、プリアンブル部p1の最初のパルス信号区間Tpにビット1のパルス信号Pが割り振られ、次のパルス信号区間Tpにビット0のパルス信号Pが割り振られ、以降同様に、ビット1のパルス信号Pとビット0のパルス信号Pが繰り返されるならば、奇数番目のパルス信号区間Tpをビット1のパルス信号区間Tpとして、このビット1のパルス信号区間Tpにおける16のサンプリング値V1kをビット1情報格納部503に格納し、偶数番目のパルス信号区間Tpをビット0のパルス信号区間Tpとして、このビット0のパルス信号区間Tpにおける16のサンプリング値V0kをビット0情報格納部504に格納する。
For example, the pulse signal P of
ビット1情報格納部503は、ビット1のパルス信号区間Tp毎に、16のサンプリング値V1k(k=1〜16)を入力し、その度に、同一のサンプリングタイミング(kの値が同一)の各サンプリング値V1kを平均して、この平均値をサンプリング値V1kとして格納する。
The
同様に、ビット0情報格納部504は、ビット0のパルス信号区間Tp毎に、16のサンプリング値V0kを入力し、その度に、同一のサンプリングタイミング(kの値が同一)の各サンプリング値V0kを平均して、この平均値をサンプリング値V0kとして格納する。
Similarly, the
ビット1差分値算出部801は、ビット1情報格納部503内の各サンプリング値V1kとビット0情報格納部504内の各サンプリング値V0kとをパルス信号区間Tpにおける同一のサンプリングタイミング同士で対応させ、同一のサンプリングタイミング毎に、ビット1のサンプリング値V1kからビット0のサンプリング値V0kを差し引いた差分値V1dk(=V1k−V0k)を求める。すなわち、V11−V01=V1d1を求め、V12−V02=V1d2を求め、……、V116−V016=V1d16を求める。
The
そして、ビット1タイミング選択部802は、ビット1差分値算出部801により求められた16の差分値V1d1〜V1d16のうちから最大値を求め、この最大値が求められたサンプリングタイミングを判定部206に通知する。また、ビット1タイミング選択部802は、このサンプリングタイミングでのビット1のサンプリング値とビット0のサンプリング値との平均値を求め、この平均値を閾値Sh1として判定部206に通知する。
Then, the
また、ビット0差分値算出部803は、ビット1情報格納部503内の各サンプリング値V1kとビット0情報格納部504内の各サンプリング値V0kとをパルス信号区間Tpにおける同一のサンプリングタイミング同士で対応させ、同一のサンプリングタイミング毎に、ビット0のサンプリング値V0kからビット1のサンプリング値V1kを差し引いた差分値V0dk(=V0k−V1k)を求める。すなわち、V01−V11=V0d1を求め、V02−V12=V0d2を求め、……、V016−V116=V0d16を求める。
Also, the
そして、ビット0タイミング選択部804は、ビット0差分値算出部803により求められた16の差分値V0d1〜V0d16のうちから最大値を求め、この最大値が求められたサンプリングタイミングを判定部206に通知する。また、ビット0タイミング選択部804は、このサンプリングタイミングでのビット1のサンプリング値とビット0のサンプリング値との平均値を求め、この平均値を閾値Sh0として判定部206に通知する。
Then, the
判定部206は、ビット1タイミング選択部802からのサンプリングタイミング及び閾値Sh1をビット1の判定のための判定タイミングTs1及び閾値Sh1として設定し、またビット0タイミング選択部804からのサンプリングタイミング及び閾値Sh0をビット0の判定のための判定タイミングTs0及び閾値Sh0として設定する。
The
そして、判定部206は、パルス信号区間Tp毎に、それらの判定タイミングTs1、Ts0で検波部205からのアナログの受信信号レベルをサンプリングし、これらの判定タイミングTs1、Ts0のサンプリング値をそれぞれの閾値Sh1、Sh0と比較し、判定タイミングTs1のサンプリング値が閾値Sh1以上であれば、ビット1を示す2値信号を出力し、また判定タイミングTs0のサンプリング値が閾値Sh0以上であれば、ビット0を示す2値信号を出力する。
Then, the
尚、同一のパルス信号区間Tpにおいて各判定タイミングTs1、Ts0の受信信号レベルがそれぞれの閾値Sh1、Sh0以上となる無線通信環境では、受信信号の復調が不可能であると考えられる。 It should be noted that in the same pulse signal section Tp, it is considered impossible to demodulate the received signal in a wireless communication environment in which the received signal level at each of the determination timings Ts1 and Ts0 is equal to or higher than the threshold values Sh1 and Sh0.
このようにビット1についての差分値V1dkが最大となるサンプリングタイミングを判定タイミングTs1として設定すると共に、ビット0についての差分値V0dkが最大となるサンプリングタイミングを判定タイミングTs0として設定し、パルス信号区間Tp毎に、各判定タイミングTs1、Ts0の受信信号レベルを用いて、ビット1、0の判定を行っているので、符号間干渉の影響を回避して、ビット値の判定を正確かつ容易に行うことができる。また、いずれの判定タイミングでも、ビット1のサンプリング値とビット0のサンプリング値との平均値を閾値として用いているので、受信信号レベルの識別を正確かつ容易に行うことができる。
The sampling timing at which the difference value V1dk for
また、ビット1情報格納部503では、各サンプリング値V1kを平均して、この平均値を格納し、同様にビット0情報格納部504でも、各サンプリング値V0kを平均して、この平均値を格納しているので、プリアンブル部p1の最後の方では、これらの値V1k、V0kの精度が向上し、差分値V1dk、V0dk及び最大値の精度も向上し、更には、それぞれの判定タイミングTs1、Ts0の精度も向上し、延いては判定部206による受信信号レベルの識別性が向上する。
The
そして、データ開始ワード検出部209によりデータ開始ワードが検出されて、同期タイミング生成部208Aが停止された後では、判定部206がプリアンブル部p1の最後の方で求められた高精度のサンプリングタイミングを維持することになり、判定部206によるヘッダ部p2及びペイロード部p3の復調が高精度で行われ、符号誤りが低減される。
Then, after the data start word is detected by the data start
また、上記各実施形態では、フレーム毎に、パルス信号区間における受信信号レベルの判定タイミング及び閾値を求めて設定しているが、1つのフレームについて判定タイミング及び閾値を一旦設定したならば、引き続く幾つかのフレームについては、その判定タイミング及び閾値を援用し、この後の次のフレームの受信のときに判定タイミング及び閾値を更新するようにしても構わない。すなわち、一定数のフレーム毎に、判定タイミング及び閾値を求めて更新する。 Further, in each of the above embodiments, the determination timing and threshold value of the received signal level in the pulse signal section are obtained and set for each frame. However, once the determination timing and threshold value are set for one frame, several successive steps are performed. For such a frame, the determination timing and threshold value may be used, and the determination timing and threshold value may be updated when the next frame is received thereafter. That is, the determination timing and the threshold value are obtained and updated for every certain number of frames.
更に、判定部206は、判定タイミングで受信信号レベルをサンプリングして、このサンプリング値をホールドし、このホールドしたサンプリング値からパルス信号のビット値を判定しているが、受信信号レベルに基づいてパルス信号のビット値を周期的に繰り返し求め、判定タイミングで該ビット値を確定して判定しても構わない。
Further, the
また、フレーム毎に、サンプリング値V1k及びサンプリング値V0kをビット1情報格納部503及びビット0情報格納部504に格納したりクリアする代わりに、一定数のフレームにわたり、それらの同期ワードを同期タイミング生成部に取り込んで、サンプリング値V1k及びサンプリング値V0kをビット1情報格納部503及びビット0情報格納部504に書き込み続け、サンプリング値V1kの平均値及びサンプリング値V0kの平均値を求めて、判定タイミング及び閾値を設定しても良い。この場合は、一定数のフレーム毎に、ビット1情報格納部503及びビット0情報格納部504内のサンプリング値を格納したりクリアする。
Also, instead of storing or clearing the sampling value V1k and sampling value V0k in the
1 パルス受信装置
2 送信装置
201 受信アンテナ
202 帯域制限フィルタ(バンドパスフィルタ、BPF)
203 LNA部(低雑音増幅器、Low Noise Amplifier)
204 AGC部(自動ゲインコントロール、Automatic Gain Control)
205 検波部
206 判定部
207 CCA検出部(Clear Channel Assessment)
208、208A 同期タイミング生成部
209 データ開始ワード検出部
501 AD変換部
502 受信レベル取得部
503 ビット1情報格納部
504 ビット0情報格納部
505 差分値算出部
506 タイミング選択部
801 ビット1差分値算出部
802 ビット1タイミング選択部
803 ビット0差分値算出部
804 ビット0タイミング選択部
DESCRIPTION OF
203 LNA (Low Noise Amplifier)
204 AGC (Automatic Gain Control)
205
208, 208A Synchronization
Claims (18)
ビット1のパルス信号区間に該ビット1を示す受信信号レベルを周期的にサンプリングすると共に、ビット0のパルス信号区間に該ビット0を示す受信信号レベルを周期的にサンプリングする信号区間測定手段と、
前記信号区間測定手段によるビット1を示す受信信号レベルの周期的なサンプリングにより得られた各サンプリング値を格納するビット1格納手段と、
前記信号区間測定手段によるビット0を示す受信信号レベルの周期的なサンプリングにより得られた各サンプリング値を格納するビット0格納手段と、
前記ビット1格納手段内の各サンプリング値と前記ビット0格納手段内の各サンプリング値とをパルス信号区間における同一のサンプリングタイミング同士で対応させ、同一のサンプリングタイミング毎に、ビット1のサンプリング値とビット0のサンプリング値との差分値を求める差分計算手段と、
前記差分計算手段により求められた各差分値のうちから最大値を選択し、この最大値が求められたサンプリングタイミングをパルス信号区間における受信信号レベルの判定タイミングとして設定するタイミング取得手段とを備えることを特徴とするパルス受信装置。 In a pulse receiving device that receives a pulse signal,
A signal interval measuring means for periodically sampling the received signal level indicating bit 1 in the pulse signal interval of bit 1 and periodically sampling the received signal level indicating bit 0 in the pulse signal interval of bit 0;
Bit 1 storage means for storing each sampling value obtained by periodic sampling of the received signal level indicating bit 1 by the signal section measuring means;
Bit 0 storage means for storing each sampling value obtained by periodic sampling of the received signal level indicating bit 0 by the signal section measuring means;
Each sampling value in the bit 1 storage means and each sampling value in the bit 0 storage means are made to correspond to each other at the same sampling timing in the pulse signal section, and the sampling value of bit 1 and the bit are set at the same sampling timing. A difference calculating means for obtaining a difference value from a sampling value of 0;
A timing acquisition unit that selects a maximum value from the difference values obtained by the difference calculation unit and sets a sampling timing at which the maximum value is obtained as a determination timing of a received signal level in a pulse signal section; A pulse receiving device.
前記ビット1格納手段は、前記信号区間測定手段によるビット1を示す受信信号の周期的なサンプリングにより得られた各サンプリング値を入力する度に、サンプリングタイミング別に、平均的なサンプリング値を求めて格納することを特徴とする請求項1に記載のパルス受信装置。 The signal section measuring means periodically samples the received signal level indicating bit 1 every time a pulse signal of bit 1 is received,
The bit 1 storage means obtains and stores an average sampling value for each sampling timing every time each sampling value obtained by periodic sampling of the received signal indicating bit 1 by the signal section measuring means is input. The pulse receiver according to claim 1, wherein:
前記ビット0格納手段は、前記信号区間測定手段によるビット0を示す受信信号の周期的なサンプリングにより得られた各サンプリング値を入力する度に、サンプリングタイミング別に、平均的なサンプリング値を求めて格納することを特徴とする請求項1に記載のパルス受信装置。 The signal interval measuring means periodically samples the received signal level indicating bit 0 every time a pulse signal of bit 0 is received,
The bit 0 storage means obtains and stores an average sampling value for each sampling timing every time each sampling value obtained by periodic sampling of the received signal indicating bit 0 by the signal section measuring means is input. The pulse receiver according to claim 1, wherein:
データ部の受信開始を検出して、データ部の受信開始を前記信号区間測定手段、前記ビット1格納手段、前記ビット0格納手段、前記差分計算手段、及び前記タイミング取得手段に通知するデータ開始検出手段を備えることを特徴とする請求項1に記載のパルス受信装置。 The frame consisting of the pulse signal includes a data part demodulated as information,
Data start detection that detects the reception start of the data part and notifies the reception start of the data part to the signal interval measurement means, the bit 1 storage means, the bit 0 storage means, the difference calculation means, and the timing acquisition means The pulse receiving device according to claim 1, further comprising: means.
前記タイミング取得手段は、前記差分計算手段により求められた各差分値のうちから最大値を選択し、この最大値が求められたサンプリングタイミングをパルス信号区間における受信信号レベルの判定タイミングとして設定すると共に、この最大値となった差分値が求められたビット1のサンプリング値とビット0のサンプリング値との平均値を閾値として設定し、
前記判定手段は、通知された判定タイミングの受信信号レベルを前記タイミング取得手段により設定された閾値と比較して、パルス信号のビット値を判定することを特徴とする請求項1に記載のパルス受信装置。 Determination means for receiving the determination timing of the received signal level in the pulse signal section set by the timing acquisition means and determining the bit value of the pulse signal for each pulse signal section based on the received signal level of the notified determination timing With
The timing acquisition means selects the maximum value from the difference values obtained by the difference calculation means, sets the sampling timing at which the maximum value is obtained as the determination timing of the received signal level in the pulse signal section, and The average value of the sampling value of bit 1 and the sampling value of bit 0 for which the maximum difference value is obtained is set as a threshold value.
2. The pulse reception according to claim 1, wherein the determination unit determines the bit value of the pulse signal by comparing the received signal level at the notified determination timing with a threshold set by the timing acquisition unit. apparatus.
ビット1のパルス信号区間に該ビット1を示す受信信号レベルを周期的にサンプリングすると共に、ビット0のパルス信号区間に該ビット0を示す受信信号レベルを周期的にサンプリングする信号区間測定ステップと、
前記信号区間測定ステップでのビット1を示す受信信号レベルの周期的なサンプリングにより得られた各サンプリング値を格納するビット1格納ステップと、
前記信号区間測定ステップでのビット0を示す受信信号レベルの周期的なサンプリングにより得られた各サンプリング値を格納するビット0格納ステップと、
前記ビット1格納ステップで格納された各サンプリング値と前記ビット0格納ステップで格納された各サンプリング値とをパルス信号区間における同一のサンプリングタイミング同士で対応させ、同一のサンプリングタイミング毎に、ビット1のサンプリング値とビット0のサンプリング値との差分値を求める差分計算ステップと、
前記差分計算ステップで求められた各差分値のうちから最大値を選択し、この最大値が求められたサンプリングタイミングをパルス信号区間における受信信号レベルの判定タイミングとして設定するタイミング取得ステップとを含むことを特徴とするパルス受信方法。 In a pulse receiving method for receiving a pulse signal,
A signal interval measuring step of periodically sampling the received signal level indicating the bit 1 in the pulse signal interval of the bit 1 and periodically sampling the received signal level indicating the bit 0 in the pulse signal interval of the bit 0;
A bit 1 storing step for storing each sampling value obtained by periodic sampling of the received signal level indicating bit 1 in the signal interval measuring step;
A bit 0 storage step of storing each sampling value obtained by periodic sampling of the received signal level indicating bit 0 in the signal interval measurement step;
Each sampling value stored in the bit 1 storing step and each sampling value stored in the bit 0 storing step are made to correspond to each other at the same sampling timing in the pulse signal section, and for each same sampling timing, the bit 1 A difference calculation step for obtaining a difference value between the sampling value and the sampling value of bit 0;
A timing acquisition step of selecting a maximum value from each difference value obtained in the difference calculation step and setting a sampling timing at which the maximum value is obtained as a determination timing of a received signal level in a pulse signal section. A pulse receiving method characterized by the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007174206A JP2009017018A (en) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | Pulse receiving device and pulse receiving method |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2007174206A Pending JP2009017018A (en) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | Pulse receiving device and pulse receiving method |
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JP (1) | JP2009017018A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9350579B2 (en) | 2013-08-09 | 2016-05-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for determining threshold for symbol detection |
-
2007
- 2007-07-02 JP JP2007174206A patent/JP2009017018A/en active Pending
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US9350579B2 (en) | 2013-08-09 | 2016-05-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for determining threshold for symbol detection |
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