JP4645342B2 - 無線受信装置及び無線受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウルトラワイドバンド通信の無線信号を受信する無線受信装置、及び無線受信方法に関する。

近年、高速無線伝送方式の一つとして、所定の周期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。ＵＷＢ通信の一態様では、搬送波を用いず、例えばパルス幅が１ｎｓｅｃ以下等の極めて細かいパルス信号からなるパルス信号列を用いて通信を行うものがある（例えば、特許文献１参照。）。

図１１は、背景技術に係るＵＷＢ通信の無線受信装置１００を示すブロック図である。図１１に示す無線受信装置１００は、ＵＷＢ通信による無線送信装置から送られてきたＵＷＢ通信信号を受信するアンテナ１０１と、アンテナ１０１で受信されたＵＷＢ通信信号を増幅する増幅器１０２と、その無線送信装置でＵＷＢ通信信号を生成するために用いられたものと同じ既知のＰＮ（Pseudorandom Noise）コードに対応するデコード制御信号を生成するデコーダソース１０３と、受信した信号の各パルスと実質的に等価な波形を有するテンプレート信号のパルス列を含む周期タイミング信号を発生する調整可能時間ベース１０４と、デコード制御信号及び周期タイミング信号に基づき無線送信装置の既知のＰＮコードと時間的に一致したデコード信号を生成するデコード時間変調器１０５と、増幅器１０２で増幅された受信信号とデコード信号との相関を取って相関電圧を生成する相関器１０６と、その相関電圧を調整可能時間ベース１０４へフィードバックするローパスフィルタ１０７と、相関電圧からサブキャリアを除去して受信データを復元する復調器１０８とを備えている。

そして、相関器１０６によって、増幅器１０２で増幅された受信信号と、無線送信装置の既知のＰＮコードと時間的に一致したデコード信号との間で相関が取られることにより、受信信号を復調することができるようになっている。

このように構成された無線受信装置１００は、所定の周期タイミングに同期して時間軸上に配置されたパルス信号を受信するために、送信されたパルス信号と無線受信装置１００側の受信タイミングとを同期させるパルス同期を行う必要がある。

図１２は、背景技術に係るパルス同期をとる方法を説明するための説明図である。まず、ＵＷＢ通信の通信信号は、図１２に示すように、パルス同期を取るためのパルスＰ１００（プレアンブル）を一定周期、例えば２００ｎｓｅｃ間隔で備えている。一方、無線受信装置１００は、所定の期間、例えば１０ｎｓｅｃのウィンドウ期間においてのみ、ＵＷＢ通信の通信信号を受信し、ウィンドウ期間内にパルスＰ１００を受信するまでウィンドウ期間のタイミングを少しずつ、例えば１０ｎｓｅｃずつずらしながらパルスＰ１００のタイミングを探索する。そして、ウィンドウ期間内にパルスＰ１００を受信すると、そのウィンドウ期間のタイミングを同期タイミングとして取得することにより、パルス同期を行うようにされている。

そして、データの受信時には、相関器１０６によって、同期タイミングと同期したウィンドウ期間において、増幅器１０２で増幅された受信信号と無線送信装置の既知のＰＮコードとの間で相関が取られることにより、復調器１０８で受信信号が復調されるようになっている。
特表平１０−５０８７２５号公報

ところで、上述のような無線受信装置１００では、アンテナ１０１を用いて受信した非常に微細なパルス信号に信号処理を施すため、増幅器１０２の電力増幅率を大きくする必要があり、増幅器１０２での消費電力が大きいという不都合があった。

本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、受信信号の増幅部における消費電力を低減することができる無線受信装置及び無線受信方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の第１の手段に係る無線受信装置は、所定の周期でパルスが配置されると共に所定のデータを収容する無線通信用の信号を受信する受信部と、前記受信部で受信された信号を増幅する増幅部と、前記増幅部により増幅された信号を、前記周期における一部の期間であるウィンドウ期間において積分する積分部と、前記受信部で受信された信号における前記パルスのタイミングと前記ウィンドウ期間のタイミングとを同期させる同期部と、前記積分値に基づいて前記無線通信用の信号を復調して前記データを取得する復調部と、前記パルスのタイミングと同期したウィンドウ期間である同期ウィンドウ期間において、前記増幅部に前記増幅動作を行わせる制御部とを備えることを特徴としている。

また、上述の無線受信装置において、前記同期ウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値と前記同期ウィンドウ期間を除く期間において前記積分部により得られた積分値とに基づいて前記無線通信用の信号とノイズとを判別するための閾値を生成すると共に、前記閾値が生成されるまでは、前記同期ウィンドウ期間を除く期間において前記増幅部に前記増幅動作を行わせる閾値生成部をさらに備え、前記復調部は、前記同期ウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値が、前記閾値生成部によって生成された閾値を超えているか否かによって前記データの値を判定することにより前記復調を行うことを特徴としている。

また、上述の無線受信装置において、前記閾値生成部は、前記同期ウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値から前記パルスの周波数成分を取得するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタで得られた信号の実効値を算出する実効値算出部と、前記同期ウィンドウ期間を除く期間において前記積分部により得られた積分値を平均する平均処理部とを備え、前記平均処理部で得られた平均値と前記実効値算出部で算出された実効値に所定の設定値を乗じて得られた基準値とを加算することにより前記閾値を生成することを特徴としている。

また、上述の無線受信装置において、前記閾値生成部は、前記平均処理部で得られた平均値と、前記閾値が生成された後における前記同期ウィンドウ期間において前記ハイパスフィルタ及び前記実効値算出部により得られた新たな実効値に所定の設定値を乗じて得られた基準値とを加算した値を新たな閾値として前記閾値を更新することを特徴としている。

また、上述の無線受信装置において、前記制御部は、複数周期における複数の前記同期ウィンドウ期間についての所定割合の同期ウィンドウ期間において前記増幅部に前記増幅動作を行わせ、前記同期ウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値に応じた値である第１の値と前記同期ウィンドウ期間を除くウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値に応じた値である第２の値との差分の増減に応じて前記割合を減増すると共に、前記差分が算出されるまでは、前記同期ウィンドウ期間を除く期間において前記増幅部に前記増幅動作を行わせることを特徴としている。

また、上述の無線受信装置において、前記制御部は、前記差分が算出された後における前記同期ウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値に応じた値である第３の値と前記第２の値との差分の増減に応じて前記割合の減増を繰り返すことを特徴としている。

また、上述の無線受信装置において、前記無線通信用の信号は、同一の前記データを収容した通信フレームを複数含むものであり、前記制御部は、前記閾値生成部により生成された閾値に対する前記同期ウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値の比が予め設定された設定値以上である場合、前記無線通信用の信号において前記複数の通信フレームのうち少なくとも一の通信フレームが前記復調部により復調された後、前記同期ウィンドウ期間における前記増幅部の増幅動作を停止させることを特徴としている。

また、上述の無線受信装置において、前記同期部は、前記同期ウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値に応じた値と前記同期ウィンドウ期間を除くウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値に応じた値とに基づいて、前記同期ウィンドウ期間の時間幅を設定することを特徴としている。

そして、本発明の第２の手段に係る無線受信方法は、所定の周期でパルスが配置されると共に所定のデータを収容する無線通信用の信号を受信するステップと、当該受信された信号を、信号を増幅する増幅部によって増幅させるステップと、当該増幅された信号を、前記周期における一部の期間であるウィンドウ期間において積分するステップと、前記受信された信号における前記パルスのタイミングと前記ウィンドウ期間のタイミングとを同期させるステップと、前記積分値に基づいて前記無線通信用の信号を復調して前記データを取得するステップと、前記パルスのタイミングと同期したウィンドウ期間である同期ウィンドウ期間において、前記増幅部に前記増幅動作を行わせるステップとを備えることを特徴としている。

このような構成の無線受信装置及び無線受信方法は、データを収容する無線通信用の信号が受信部で受信され、受信部で受信された信号が増幅部で増幅され、増幅部により増幅された信号が、パルスの周期における一部の期間であってパルスのタイミングと同期された同期ウィンドウ期間において積分部により積分され、復調部によって当該積分値に基づいて無線通信用の信号が復調されてデータが取得される。そして、制御部によって、増幅部における増幅動作は、同期ウィンドウ期間において実行されるので、同期ウィンドウ期間以外の期間における信号増幅のための消費電力が低減される結果、受信信号の増幅部における消費電力を低減することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線受信装置１の構成の一例を示すブロック図である。また、図１に示す無線送信装置１１は、公知のＵＷＢ無線送信装置で、ＵＷＢ方式の無線信号をアンテナ１２から放射する。図２は、無線送信装置１１によって送信される無線信号の一例を示す説明図である。無線送信装置１１は、通信の信頼性を向上させるため、例えば図２（ａ）に示すように、同一のデータを収容する同一の通信フレームＡを、複数回、例えば３回繰り返してアンテナ１２から無線信号として送信する。

図２（ｂ）は、通信フレームＡの詳細の一例を示す説明図である。通信フレームＡは、例えば短パルス信号Ｐの有無によってデータの「１」、「０」を表すオンオフキーイング方式によって変調されており、通信フレームＡと無線受信装置１側の受信タイミングとを同期させるパルス同期を行うためのパルス同期用パルス列Ａ１と、通信の目的とするデータ部Ａ２とから構成されている。パルス同期用パルス列Ａ１は、例えば図２（ｃ）に示すように、パルス幅が２〜３ｎｓｅｃにされたパルスＰが一定の周期Ｔｒｅｐで、パルス同期処理に必要な時間だけ連続するように構成されている。また、パルス同期用パルス列Ａ１の末端部には、パルス同期用パルス列Ａ１の終了を示す信号パターンＡ３が設けられている。

データ部Ａ２は、例えばパルスＰがＮ個連続する（周期Ｔｒｅｐ×Ｎの期間パルスＰが継続する）と「１」を表し、周期Ｔｒｅｐ×Ｎの期間パルスＰが無い状態が継続すると「０」を表すようにされている。

図１に示す無線受信装置１は、通信フレームＡを受信するアンテナ２（受信部）、受信信号を増幅する増幅器３（増幅部）、受信信号を検波する検波器４、積分器５（積分部）、ＡＤ変換器６、制御部７、ウィンドウ信号生成部８、及び信号検出部９を備えている。アンテナ２は、ＵＷＢ方式の無線信号、例えば無線送信装置１１におけるアンテナ１２から放射された図２に示す無線信号を受信し、増幅器３へ出力する。

増幅器３は、アンテナ２で受信された信号を増幅して検波器４へ出力する増幅器で、増幅率を制御する制御端子を有しており、ウィンドウ信号生成部８から出力されたウィンドウ信号Ｓｗｉｎが当該制御端子に入力されるようになっている。そして、増幅器３は、制御端子を用いて増幅率を増大させると消費電力が増大し、増幅率を低下（増幅動作を停止）させると消費電力が低下するようになっている。

増幅器３としては、例えばＩｎｆｉｎｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製 ＢＧＡ６２２等の低雑音アンプ（LNA：Low Noise Amplifier）等を用いることができる。例えば、ＢＧＡ６２２の場合、３〜４ＧＨｚの周波数における増幅率を１２〜１３ｄＢにすると消費電流は６ｍＡとなり、増幅動作を停止状態にさせて３〜４ＧＨｚの周波数における増幅率を−１７ｄＢにすると消費電流は３００μＡとなり、増幅動作を停止状態にすることにより消費電流を１／２０に低下させることができる。

検波器４は、増幅器３の出力信号を例えば包絡線検波あるいはピーク検波により検波する。さらに、検波器４により検波されて得られた信号Ｓ１は、積分器５へ出力される。積分器５は、ウィンドウ信号生成部８からのウィンドウ信号Ｓｗｉｎに応じた積分区間で、検波器４から出力された信号Ｓ１を積分し、その積分信号をＡＤ変換器６へ出力する。ＡＤ変換器６は、積分器５から出力された積分信号をデジタル値に変換し、そのデジタル変換された積分値ＳＤを制御部７と信号検出部９とへ出力する。

制御部７は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記録するＲＡＭ（Random Access Memory）と、その周辺回路等とを備えて構成され、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、パルス同期処理を行ってウィンドウ信号生成部８に同期タイミングを設定する同期部７１として機能する。

ウィンドウ信号生成部８は、制御部７からの制御信号に応じて、増幅器３に増幅動作をさせたり積分器５に積分動作をさせたりするウィンドウ期間を示すウィンドウ信号Ｓｗｉｎを、増幅器３と積分器５とへ出力する。

図３は、信号検出部９の構成の一例を示すブロック図である。図３に示す信号検出部９は、受信パルスと同期した同期ウィンドウ期間において積分部５により得られた積分値と同期ウィンドウ期間を除く期間において積分器５により得られた積分値とに基づいて、無線通信用の信号とノイズとを判別するための閾値Ｓｔｈを生成する閾値生成部９１と、同期ウィンドウ期間において積分器５により得られた積分値ＳＤが、閾値生成部９１によって生成された閾値Ｓｔｈを超えているか否かによってデータの値を判定することにより復調を行って得られた受信データＳｏｕｔを外部へ出力する復調部９２とを備えている。

閾値生成部９１は、積分器５により得られた積分値ＳＤからパルス同期時のパルスＰの有無により生じる変化分及び、データ部Ａ２に収容されるデータ値に応じて生じる変化分とを除去し、パルスＰの周波数成分を通過させるハイパスフィルタ９３と、ハイパスフィルタ９３で得られた信号の実効値を算出する実効値算出部９４と、積分値ＳＤを平均する平均処理部９５と、平均処理部９５で得られた平均値に実効値算出部９４で算出された実効値に３を乗じた値を加算することにより閾値Ｓｔｈを生成する演算部９６とを備えている。実効値算出部９４と、平均処理部９５と、演算部９６とは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いて構成され、所定の演算プログラムを実行することにより、実効値算出部９４、平均処理部９５、及び演算部９６として機能する。

次に、上述のように構成された無線受信装置１の動作について説明する。まず、送信装置１１のアンテナ１２から放射された信号、例えば通信フレームＡが、アンテナ２によって受信され、増幅器３によって増幅され、検波器４によって例えば包絡線検波あるいはピーク検波により検波される。さらに、検波器４によって検波された信号は、積分器５によって積分され、その積分電圧がＡＤ変換器６によりデジタル変換されて得られた積分値ＳＤが制御部７及び信号検出部９へ出力される。

そして、制御部７における同期部７１によって、パルス同期処理が実行される。図４は、同期部７１の動作を説明するための信号波形図である。まず、同期部７１からの制御信号に応じて、ウィンドウ信号生成部８から、パルス幅Ｔｏｎ、周期Ｔｒｅｐのウィンドウ信号Ｓｗｉｎがφ１の位相タイミングで増幅器３と積分器５とへ出力される。そうすると、ウィンドウ信号Ｓｗｉｎがハイレベルになっているパルス幅Ｔｏｎの間、増幅器３による増幅動作と積分器５による積分動作が行われ、ＡＤ変換器６から出力された積分値ＳＤが、同期部７１によってφ１の位相タイミングにおける積分値ＳＤ１として記憶される。

さらに、同期部７１によって、ウィンドウ信号Ｓｗｉｎの位相タイミングをパルス幅Ｔｏｎだけずらしたφ２のタイミングにする旨の制御信号がウィンドウ信号生成部８へ出力され、ウィンドウ信号生成部８からφ２の位相タイミングでウィンドウ信号Ｓｗｉｎが増幅器３と積分器５とへ出力される。そして、上記と同様の動作により、ＡＤ変換器６から出力された積分値ＳＤが、同期部７１によってφ２の位相タイミングにおける積分値ＳＤ２として記憶される。

このように、同期部７１によって、ウィンドウ信号Ｓｗｉｎの位相タイミングをφ１〜φｎまで移動させた場合における各位相タイミングで得られた積分値ＳＤが、φ１〜φｎの位相タイミングにおける積分値ＳＤ１〜ＳＤｎとして記憶される。

次に、同期部７１によって、積分値ＳＤ１〜ＳＤｎのうち最大の値を有する積分値ＳＤ_ｘと、積分値ＳＤ_ｘの次に大きい値を有する積分値ＳＤ_ｘ−１との差分が算出され、当該差分が信号検出部９から出力された閾値Ｓｔｈ以上であれば、積分値ＳＤ_ｘの得られた位相タイミングφｘが同期タイミングとして取得され、同期部７１からの制御信号に応じてウィンドウ信号生成部８から出力されるウィンドウ信号Ｓｗｉｎの位相タイミングが位相タイミングφｘに固定される。なお、閾値Ｓｔｈの生成動作については後述する。

一方、積分値ＳＤ_ｘと積分値ＳＤ_ｘ−１との差分が閾値Ｓｔｈ未満であれば、再び同期部７１によってウィンドウ信号Ｓｗｉｎの位相タイミングがφ１〜φｎまで移動され、各位相タイミングにおける積分値ＳＤ１〜ＳＤｎが取得され、積分値ＳＤ_ｘと積分値ＳＤ_ｘ−１との差分が閾値Ｓｔｈ以上となるまでこの動作が繰り返される。

これにより、通信フレームＡにおけるパルス同期用パルス列Ａ１（プリアンブル）のパルスＰのタイミングと、ウィンドウ信号Ｓｗｉｎがハイレベルになっているパルス幅Ｔｏｎのタイミング、すなわちウィンドウ期間とが同期される。そして、同期部７１から閾値生成部９１へ、位相タイミングφｘで同期した旨の通知信号Ｓ２が出力される。

次に、信号検出部９の動作について説明する。図５、図６は、信号検出部９による閾値Ｓｔｈの生成動作を説明するための説明図である。図５、図６において、周期Ｔｒｅｐは、φ１〜φ４の四つの位相タイミングによって構成され、すなわち周期Ｔｒｅｐ＝パルス幅Ｔｏｎ×４とされている。そして、位相タイミングφ３が同期位相タイミングとなっている例を示している。この場合、位相タイミングφ３と同期したウィンドウ信号Ｓｗｉｎにおけるパルス幅Ｔｏｎの時間が、同期ウィンドウ期間に相当している。

この場合、同期部７１による同期処理の実行後、同期部７１から演算部９６へ、位相タイミングφ３で同期した旨の通知信号Ｓ２が出力される。次に、図５を参照して、演算部９６からの制御信号に応じて、ウィンドウ信号生成部８からウィンドウ信号Ｓｗｉｎがφ１の位相タイミングで増幅器３と積分器５とへ出力される。

そして、φ１の位相タイミング、すなわちパルスＰと同期していないタイミングにおいてアンテナ２で受信されたノイズ等が、周期Ｔｒｅｐにおける複数周期分、例えばＮ回分増幅器３で増幅され、検波器４で検波され、積分器５で積分され、ＡＤ変換器６でデジタル変換されて積分値ＳＤが得られる。この積分値ＳＤは、φ１の位相タイミングにおけるノイズの積分値ＳＤ１として平均処理部９５に記憶される。

同様にして、パルスＰと同期していないタイミングであるφ２、φ４の位相タイミングについても積分値ＳＤ２，ＳＤ４が平均処理部９５に記憶され、さらに平均処理部９５によって、積分値ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ４の平均値Ｓａｖｅ１が算出される。この場合パルスＰと同期していない位相タイミングφ１，φ２，φ４で得られたノイズの積分値ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ４は、アンテナ２で受信されたノイズ及び増幅器３等、無線受信装置１の内部回路で生じたノイズを示しており、そのノイズ量はガウス分布するものとして近似することができる。

また、演算部９６からの制御信号に応じて、φ３の位相タイミング、すなわち同期タイミングにおいてアンテナ２で受信されたパルスＰが、周期Ｔｒｅｐにおける複数周期分、例えばＮ回分増幅器３で増幅され、検波器４で検波され、積分器５で積分され、ＡＤ変換器６でデジタル変換されて得られた積分値ＳＤ３から、図６に示すように、ハイパスフィルタ９３によってパルスＰの周波数成分が抽出されて信号Ｓｈｐｆとして実効値算出部９４へ出力され、実効値算出部９４によって、その周波数成分の実効値ＳＤｒｍｓが算出される。

次に、演算部９６によって、平均処理部９５によって算出された平均値Ｓａｖｅ１と、実効値算出部９４によって算出された実効値ＳＤｒｍｓとに基づいて、閾値Ｓｔｈが、例えばＳａｖｅ１＋ＳＤｒｍｓ×３として算出されると共に記憶され、復調部９２及び制御部７へ出力される。

次に、同期部７１からの制御信号に応じて、ウィンドウ信号生成部８から位相タイミングφ３と同期したウィンドウ信号Ｓｗｉｎが増幅器３と積分器５とへ出力され、ウィンドウ信号Ｓｗｉｎにおけるパルス幅Ｔｏｎの期間のみ、増幅器３による信号増幅動作と積分器５による積分動作とが実行され、上述と同様の動作によりパルス同期用パルス列Ａ１におけるパルスＰに基づく積分値ＳＤ３がＡＤ変換器６から制御部７と信号検出部９とへ出力される。

そして、復調部９２によって、同期タイミングにおける積分値ＳＤ３と、閾値Ｓｔｈとが比較され、ＳＤ３＜Ｓｔｈであればデータが「０」であると判定され、ＳＤ３≧Ｓｔｈであればデータが「１」であると判定され、その判定値が受信データＳｏｕｔとして外部へ出力される。

この場合、アンテナ２で受信されたノイズ等そのノイズ量がガウス分布するものとして近似すると、ノイズが閾値Ｓｔｈを超える確率は０．３％となる。従って、上述のようにして得られた受信データＳｏｕｔにおけるデータ値「０」，「１」が正しい値である確率は、９９．７％となる。

これにより、パルス同期用パルス列Ａ１を受信する際に得られたノイズレベルと有効な信号であるパルスＰのレベルとに応じて閾値Ｓｔｈが設定され、閾値Ｓｔｈに基づいてデータの復調が行われるので、受信データＳｏｕｔの信頼性を向上させることができる。

なお、Ｓｔｈ＝Ｓａｖｅ１＋ＳＤｒｍｓ×３として算出する例を示したが、要求されるデータの信頼性に応じてＳＤｒｍｓの乗数を増減して設定すればよく、乗数は「３」に限定されない。例えば乗数を「１」、すなわちＳｔｈ＝Ｓａｖｅ１＋ＳＤｒｍｓとしてもよい。

また、ウィンドウ信号Ｓｗｉｎが増幅器３における増幅率の制御端子に入力されているので、ウィンドウ信号Ｓｗｉｎにおけるパルス幅Ｔｏｎの期間のみ、増幅器３による信号増幅動作が行われ、パルス幅Ｔｏｎの期間以外は増幅器３の増幅動作が停止状態にされるので、増幅器３における消費電流、すなわち消費電力を低減することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る無線受信装置について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係る無線受信装置１ａの構成の一例を示すブロック図である。図７に示す無線受信装置１ａは、図１に示す無線受信装置１とは、制御部７ａが、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムを実行することにより、さらに、同期タイミングにおける積分値ＳＤと同期しないタイミングにおける積分値ＳＤの差分を算出するΔＳ算出部７２と、ウィンドウ期間における増幅器３に増幅動作を行わせる割合を設定する間引き処理部７３と、ウィンドウ期間の時間幅を設定するウィンドウ時間幅設定部７４と、複数、例えば３連送された通信フレームＡのうち２番目以降の通信フレームＡの受信の可否を判定し、増幅器３の増幅動作を含む受信動作を停止させる連送受信停止部７５として機能する点で異なる。

また、信号検出部９は、閾値Ｓｔｈに加えてさらに、平均処理部９５で算出された平均値Ｓａｖｅ１と、演算部９６で算出されたＶｎ＝ＳＤｒｍｓ×３とを制御部７ａへ出力する点で異なる。

その他の構成及び動作は図１に示す無線受信装置１と同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の動作について説明する。まず、上述の図１に示す無線受信装置１と同様に、パルス同期用パルス列Ａ１を受信する際において、平均処理部９５によってパルスＰと同期していないタイミングにおける積分値ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ４の平均値Ｓａｖｅ１が算出され、その平均値Ｓａｖｅ１がΔＳ算出部７２へ出力されると共に、演算部９６で算出されたＳＤｒｍｓ×３が基準値Ｖｎとして間引き処理部７３、ウィンドウ時間幅設定部７４、及び連送受信停止部７５へ出力される。

また、パルス同期用パルス列Ａ１を受信する際において、ΔＳ算出部７２によって、同期タイミングにおける積分値ＳＤ３の平均値Ｓａｖｅ２が算出され、すなわち同期ウィンドウ期間における積分値ＳＤ３の平均値Ｓａｖｅ２と同期ウィンドウ期間を除く期間における積分値ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ４の平均値Ｓａｖｅ１の差分である差分値ΔＳが、ΔＳ＝Ｓａｖｅ２−Ｓａｖｅ１として算出される。

次に、間引き処理部７３によって、同期ウィンドウ期間においてΔＳ算出部７２で得られた差分値ΔＳと、演算部９６で得られた基準値Ｖｎとに基づいて、ΔＳ＞Ｖｎとなると、ウィンドウ信号Ｓｗｉｎにおけるオンパルス、すなわち増幅器３と積分器５とを動作させるタイミングが間引かれる。

具体的には、無線受信装置１ａが、通信フレームＡを受信するためには、下記式（１）の条件を満たせばよい。

ΔＳ÷Ｓｔｈ≧１ ・・・（１）
そこで、一定の期間Ｔｘ、例えば周期Ｔｒｅｐの１０倍の期間において、ウィンドウ信号ＳｗｉｎにおけるオンパルスがＮｘ回出力される場合、積分器５によってＮｘ回パルスＰの積分が繰り返された場合に得られる差分値ΔＳをΔＳａｘ、ウィンドウ信号Ｓｗｉｎにおけるオンパルス１回当たりの積分値を積分値ΔＳｉｎｔとすると、下記の式（２）が成立する。

ΔＳａｘ＝Ｎｘ×ΔＳｉｎｔ ・・・（２）
ここで、期間Ｔｘにおいてウィンドウ信号Ｓｗｉｎのオンパルスを間引く回数をＮｙとすると、Ｎｙ回オンパルスを間引いた後のオンパルスの数はＮｘ−Ｎｙとなる。

そうすると、期間Ｔｘにおいて下記の式（３）を満たす回数Ｎｙのオンパルスを間引くことができる。

ΔＳａｘ÷Ｎｘ×（Ｎｘ−Ｎｙ）÷Ｓｔｈ≧１ ・・・（３）
今、期間Ｔｘの間にウィンドウ信号Ｓｗｉｎのオンパルスは１０個あるので、例えば、ΔＳａｘ÷Ｓｔｈ＝５であれば、式（２）から以下の式（４）で示す関係が得られる。

５÷１０×（１０−Ｎｙ）≧１ ・・・（４）
式（４）から、Ｎｙ≦８となり、間引き処理部７３によって、期間Ｔｘの間におけるウィンドウ信号Ｓｗｉｎのオンパルスが８回間引かれ、間引き処理部７３からの制御信号に応じてウィンドウ信号生成部８から期間Ｔｘの間に２回、ウィンドウ信号Ｓｗｉｎのオンパルスが出力され、増幅器３と積分器５とが動作される。

これにより、間引き処理部７３によって、同期ウィンドウ期間において積分器５により得られた積分値と同期ウィンドウ期間を除くウィンドウ期間において積分器５により得られた積分値との差分の増減に応じて、期間Ｔｘの間におけるウィンドウ信号Ｓｗｉｎのオンパルス数の割合が減増されるので、信号レベルとノイズレベルとに応じて通信可能な範囲でウィンドウ信号Ｓｗｉｎのオンパルス数の割合、すなわち増幅器３を動作させる時間の割合を低下させることができ、増幅器３における消費電力を低減することができる。

また、ウィンドウ時間幅設定部７４によって、基準値Ｖｎに対する差分値ΔＳの比を最大にするべくパルス幅Ｔｏｎの時間幅が設定される。図８、図９は、ウィンドウ時間幅設定部７４の動作を説明するための説明図である。図８（ａ）に示すように、パルスＰとウィンドウ信号Ｓｗｉｎとが同期している状態において、アンテナ２で受信されたパルスＰが増幅され、検波されて得られた信号Ｓ１におけるパルスの幅は、パルス幅Ｔｏｎよりも小さい。積分器５は、パルス幅Ｔｏｎの間、積分動作を行うから、パルス幅Ｔｏｎにおける信号Ｓ１のパルス幅の比率が高いほど、Ｓ／Ｎ比（信号対ノイズ比）が高く、良好な受信信号が得られる。

一方、ΔＳ／Ｖｎ＝（Ｓａｖｅ２−Ｓａｖｅ１）／Ｖｎであり、Ｓａｖｅ１はノイズ成分を表すから、ΔＳ／Ｖｎはノイズの増減に応じて減増する。すなわちＳ／Ｎ比が増減すると、ΔＳ／Ｖｎもまた増減する関係にある。

また、図８（ｂ）に示すように、例えば信号Ｓ１における信号パルスがパルス幅Ｔｏｎの間に入ったままパルス幅Ｔｏｎが短縮されるとパルス幅Ｔｏｎにおける信号パルスの占有比率が増大してＳ／Ｎ比は向上する。ところが、信号パルスの位置がパルス幅Ｔｏｎの中央からずれていると、図８（ｃ）に示すようにさらにパルス幅Ｔｏｎを短縮した場合、パルス幅Ｔｏｎから信号パルスが外れてしまい逆にＳ／Ｎ比が小さくなってしまう。すなわち、Ｓ／Ｎ比は、図９を示すように、パルス幅Ｔｏｎが所定の値となった場合に最大となる。

そこで、ウィンドウ時間幅設定部７４は、ウィンドウ信号生成部８へ制御信号を出力してパルス幅Ｔｏｎを増減させながら、ΔＳ算出部７２で得られた差分値ΔＳと演算部９６で得られた基準値ＶｎとからΔＳ／Ｖｎを算出し、ΔＳ／Ｖｎが最大となるパルス幅Ｔｏｎ、すなわちＳ／Ｎ比が最大となるパルス幅Ｔｏｎを探索すると共にウィンドウ信号生成部８へ設定する。

これにより、ΔＳ／Ｖｎ、すなわちＳ／Ｎ比を最大とするようにパルス幅Ｔｏｎを設定することができ、無線受信装置１ａの受信感度を向上させることができる。

また、連送受信停止部７５によって、ΔＳ算出部７２で得られた差分値ΔＳと演算部９６で得られた基準値ＶｎとからΔＳ／Ｖｎが算出され、通信の信頼性を確保するために十分なＳ／Ｎ比が得られるΔＳ／Ｖｎとして予め設定された設定値よりも、算出されたΔＳ／Ｖｎが大きければ、図２（ａ）に示すように通信フレームＡが複数、例えば３連送されている場合であっても、最初の通信フレームＡを受信することにより通信の信頼性を確保することができると考えられるので、最初の通信フレームＡの受信処理が終了した後、連送受信停止部７５からの制御信号に応じてウィンドウ信号生成部８によって、ウィンドウ信号Ｓｗｉｎがローレベルにされ、増幅器３の増幅動作が停止状態にされる。

これにより、複数の通信フレームＡが連送されている場合において、２番目以降の通信フレームＡを受信する際における増幅器３の増幅動作を停止させ、増幅器３における消費電力を低減することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る無線受信装置について説明する。図１０は、本発明の第３の実施形態に係る無線受信装置１ｂの構成の一例を示すブロック図である。図１０に示す無線受信装置１ｂは、図７に示す無線受信装置１ａとは、信号検出部９ａと、ΔＳ算出部７２ａと、間引き処理部７３ａとが、データ部Ａ２の受信の際においても、閾値Ｓｔｈ、差分値ΔＳ、及びウィンドウ信号Ｓｗｉｎにおけるオンパルスの間引き率を更新する点で異なる。

その他の構成及び動作は図７に示す無線受信装置１ａと同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の特徴的な動作について説明する。まず、パルス同期用パルス列Ａ１の受信の際に、同期部７１による同期処理の実行後、図７に示す無線受信装置１ａと同様の動作により、演算部９６によって平均値Ｓａｖｅ１と実効値ＳＤｒｍｓとに基づいて、閾値Ｓｔｈが、例えばＳａｖｅ１＋ＳＤｒｍｓ×３として算出されると共に記憶され、復調部９２及び制御部７へ出力される。

図７に示す無線受信装置１ａでは、以降、データ部Ａ２の受信の際においても、上述のようにパルス同期用パルス列Ａ１の受信の際に算出された閾値Ｓｔｈに基づいて、復調部９２によってデータの値が判定され、その判定値が受信データＳｏｕｔとして外部へ出力される。

一方、図１０に示す無線受信装置１ｂでは、信号検出部９ａにおいて、データ部Ａ２の受信の際に得られた積分値ＳＤ３から、ハイパスフィルタ９３によってパルスＰの周波数成分が抽出されて信号Ｓｈｐｆとして実効値算出部９４へ出力され、実効値算出部９４によって、その周波数成分の実効値ＳＤｒｍｓが算出される。そして、パルス同期用パルス列Ａ１の受信の際に平均処理部９５によって算出された平均値Ｓａｖｅ１と、データ部Ａ２を受信しつつ実効値算出部９４で得られた実効値ＳＤｒｍｓとに基づいて、演算部９６によって、新たに閾値Ｓｔｈが例えばＳａｖｅ１＋ＳＤｒｍｓ×３として算出され、閾値Ｓｔｈと基準値Ｖｎ（＝ＳＤｒｍｓ×３）とが復調部９２及び制御部７へ出力される。

そして、演算部９６によって新たに得られた閾値Ｓｔｈに基づいて、復調部９２によってデータの値が判定され、その判定値が受信データＳｏｕｔとして外部へ出力される。

これにより、データ部Ａ２の受信中に、無線送信装置１１と無線受信装置１ｂとの間の距離が変化したり、無線送信装置１１と無線受信装置１ｂとの間に障害物が配置される等の理由によりパルスＰの信号強度が変化し、実効値算出部９４で得られた実効値ＳＤｒｍｓの値が変化した場合、信号強度の変化後の新たな実効値ＳＤｒｍｓに基づいて閾値Ｓｔｈが再設定され、新たな閾値Ｓｔｈに基づいてデータの復調が行われるので、無線信号の受信状況の変化に対応して受信データＳｏｕｔの信頼性を向上させることができる。

また、データ部Ａ２の受信の際に、ΔＳ算出部７２ａによって、同期タイミングにおける積分値ＳＤ３の平均値Ｓａｖｅ２が算出され、この新たな平均値Ｓａｖｅ２と、パルス同期用パルス列Ａ１の受信の際に平均処理部９５によって算出された平均値Ｓａｖｅ１とに基づいて、差分値ΔＳ＝Ｓａｖｅ２−Ｓａｖｅ１として算出され、すなわち差分値ΔＳがデータ部Ａ２の受信中に新たに受信されたパルスＰに基づき更新される。

次に、間引き処理部７３ａによって、ΔＳ算出部７２ａにより新たに得られた差分値ΔＳと、演算部９６で新たに得られた閾値Ｓｔｈとに基づいて、ΔＳ＞Ｖｎとなると、上述の動作と同様に式（３）を満たす回数Ｎｙが再計算され、ウィンドウ信号Ｓｗｉｎにおけるオンパルスの間引き率が変化される。

これにより、データ部Ａ２の受信中に、例えば無線送信装置１１と無線受信装置１ｂとの間の距離が短くなる等の理由によりパルスＰの信号強度が強くなると、新たな信号強度に応じてウィンドウ信号Ｓｗｉｎにおけるオンパルスの間引き率が増大され、期間Ｔｘの間におけるウィンドウ信号Ｓｗｉｎのオンパルス数の割合が減少され、データ部Ａ２の受信中における信号レベルの変化に応じて通信可能な範囲でウィンドウ信号Ｓｗｉｎのオンパルス数の割合、すなわち増幅器３を動作させる時間の割合を低下させることができるので、増幅器３における消費電力を低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る無線受信装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す無線受信装置によって受信される無線信号の一例を示す説明図である。 図１に示す信号検出部の構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す同期部の動作を説明するための信号波形図である。 図１に示す信号検出部による閾値Ｓｔｈの生成動作を説明するための説明図である。 図１に示す信号検出部による閾値Ｓｔｈの生成動作を説明するための説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る無線受信装置の構成の一例を示すブロック図である。 図７に示すウィンドウ時間幅設定部の動作を説明するための説明図である。 図７に示すウィンドウ時間幅設定部の動作を説明するための説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る無線受信装置の構成の一例を示すブロック図である。 背景技術に係るＵＷＢ通信の無線受信装置を示すブロック図である。 図１１に示す無線受信装置におけるパルス同期をとる方法を説明するための説明図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ 無線受信装置
２ アンテナ
３ 増幅器
４ 検波器
５ 積分器
６ ＡＤ変換器
７，７ａ 制御部
８ ウィンドウ信号生成部
９，９ａ 信号検出部
７２，７２ａ ΔＳ算出部
７３，７３ａ 間引き処理部
７４ ウィンドウ時間幅設定部
７５ 連送受信停止部
９１ 閾値生成部
９２ 復調部
９３ ハイパスフィルタ
９４ 実効値算出部
９５ 平均処理部
９６ 演算部

Claims (9)

1. 所定の周期でパルスが配置されると共に所定のデータを収容する無線通信用の信号を受信する受信部と、
   前記受信部で受信された信号を増幅する増幅部と、
   前記増幅部により増幅された信号を、前記周期における一部の期間であるウィンドウ期間において積分する積分部と、
   前記受信部で受信された信号における前記パルスのタイミングと前記ウィンドウ期間のタイミングとを同期させる同期部と、
   前記積分値に基づいて前記無線通信用の信号を復調して前記データを取得する復調部と、
   前記パルスのタイミングと同期したウィンドウ期間である同期ウィンドウ期間において、前記増幅部に前記増幅動作を行わせる制御部と
   を備えることを特徴とする無線受信装置。
2. 前記同期ウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値と前記同期ウィンドウ期間を除く期間において前記積分部により得られた積分値とに基づいて前記無線通信用の信号とノイズとを判別するための閾値を生成すると共に、前記閾値が生成されるまでは、前記同期ウィンドウ期間を除く期間において前記増幅部に前記増幅動作を行わせる閾値生成部をさらに備え、
   前記復調部は、前記同期ウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値が、前記閾値生成部によって生成された閾値を超えているか否かによって前記データの値を判定することにより前記復調を行うこと
   を特徴とする請求項１記載の無線受信装置。
3. 前記閾値生成部は、
   前記同期ウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値から前記パルスの周波数成分を取得するハイパスフィルタと、
   前記ハイパスフィルタで得られた信号の実効値を算出する実効値算出部と、
   前記同期ウィンドウ期間を除く期間において前記積分部により得られた積分値を平均する平均処理部とを備え、
   前記平均処理部で得られた平均値と前記実効値算出部で算出された実効値に所定の設定値を乗じて得られた基準値とを加算することにより前記閾値を生成すること
   を特徴とする請求項２記載の無線受信装置。
4. 前記閾値生成部は、
   前記平均処理部で得られた平均値と、前記閾値が生成された後における前記同期ウィンドウ期間において前記ハイパスフィルタ及び前記実効値算出部により得られた新たな実効値に所定の設定値を乗じて得られた基準値とを加算した値を新たな閾値として前記閾値を更新すること
   を特徴とする請求項３記載の無線受信装置。
5. 前記制御部は、複数周期における複数の前記同期ウィンドウ期間についての所定割合の同期ウィンドウ期間において前記増幅部に前記増幅動作を行わせ、前記同期ウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値に応じた値である第１の値と前記同期ウィンドウ期間を除くウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値に応じた値である第２の値との差分の増減に応じて前記割合を減増すると共に、前記差分が算出されるまでは、前記同期ウィンドウ期間を除く期間において前記増幅部に前記増幅動作を行わせること
   を特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の無線受信装置。
6. 前記制御部は、前記差分が算出された後における前記同期ウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値に応じた値である第３の値と前記第２の値との差分の増減に応じて前記割合の減増を繰り返すこと
   を特徴とする請求項５記載の無線受信装置。
7. 前記無線通信用の信号は、同一の前記データを収容した通信フレームを複数含むものであり、
   前記制御部は、前記閾値生成部により生成された閾値に対する前記同期ウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値の比が予め設定された設定値以上である場合、前記無線通信用の信号において前記複数の通信フレームのうち少なくとも一の通信フレームが前記復調部により復調された後、前記同期ウィンドウ期間における前記増幅部の増幅動作を停止させること
   を特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の無線受信装置。
8. 前記同期部は、前記同期ウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値に応じた値と前記同期ウィンドウ期間を除くウィンドウ期間において前記積分部により得られた積分値に応じた値とに基づいて、前記同期ウィンドウ期間の時間幅を設定すること
   を特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の無線受信装置。
9. 所定の周期でパルスが配置されると共に所定のデータを収容する無線通信用の信号を受信するステップと、
   当該受信された信号を、信号を増幅する増幅部によって増幅させるステップと、
   当該増幅された信号を、前記周期における一部の期間であるウィンドウ期間において積分するステップと、
   前記受信された信号における前記パルスのタイミングと前記ウィンドウ期間のタイミングとを同期させるステップと、
   前記積分値に基づいて前記無線通信用の信号を復調して前記データを取得するステップと、
   前記パルスのタイミングと同期したウィンドウ期間である同期ウィンドウ期間において、前記増幅部に前記増幅動作を行わせるステップと
   を備えることを特徴とする無線受信方法。

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