JP4736628B2 - 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通信の一態様としては、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知られている（例えば、特許文献１参照。）。

図６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６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アンプ１０２と、制御部１０５から出力された時系列上の所定のタイミングを示すテンプレート信号Ｓｘに基づいてアンプ１０２で増幅された信号Ｓｙを積分することにより、テンプレート信号Ｓｘと信号Ｓｙとの相関を示す積分電圧Ｓｚを生成する積分回路１０３と、その積分電圧Ｓｚをデジタル値に変換するＡＤ変換器１０４と、ＡＤ変換器１０４で得られた相関値に基づきテンプレート信号ＳｘをＵＷＢ通信信号と同期させて積分回路１０３へ出力すると共に、ＡＤ変換器１０４で得られた相関値からデータを復調する制御部１０５とを備えている。

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ＵＷＢ通信の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、すなわちテンプレート信号Ｓｘの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７は、背景技術に係るパルス同期処理を説明するための説明図である。まず、ＵＷＢ通信の通信フレームは、図７に示すように、パルス同期を取るためのパルスＰ１を一定周期、例えば２００ｎｓｅｃ間隔で備えている。また、テンプレート信号Ｓｘは、積分回路１０３に積分動作をさせる期間であるウィンドウ期間を示す矩形波パルスを備えて構成されている。

そして、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通信の通信フレームを受信し、ウィンドウ期間内にパルスＰ１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Ｐ１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Ｐ１を受信すると、そのウィンドウ期間のタイミングをパルス同期タイミングとして取得する。

さらに、このようにして取得したパルス同期タイミングにテンプレート信号Ｓｘにおけるウィンドウ期間を示す矩形波パルスの周期タイミングを同期させ、以後、制御部１０５によって生成される周期タイミングにウィンドウ期間を同期させて受信動作を行うことにより、パルス同期を取って送信装置側で生成された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、送信装置側でパルス信号の周期タイミングを生成するタイミング発生回路の精度ばらつきや、無線受信装置１００側で受信周期タイミングを生成する制御部１０５の精度ばらつき等により、送信装置側と無線受信装置１００側とで周期タイミングにずれが生じ、一度パルス同期を取っても時間の経過と共に周期タイミングのずれが増大し、同期が取れなくなってしまう場合がある。このように、一度同期が取れた後に周期タイミングのずれによって同期が取れなくなる場合、積分回路１０３を複数設けて複数のウィンドウ期間を設けるようにすれば、同期が取れた後にパルスＰ１のタイミングがずれた場合であっても、複数のウィンドウ期間のうちいずれかとパルスＰ１とが同期していればパルスＰ１を検出することができるので、同期を維持することが容易になると考えられる。

しかし、積分回路１０３を複数設ける場合には、回路規模が増大し、消費電力が増大する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、複数の積分回路を備えつつ、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を有する無線信号を受信する受信部と、前記受信部により受信された信号を、前記周期における互いに異なる一部の期間である複数の積分期間についてそれぞれ積分する複数の積分回路と、前記複数の積分回路に対し、動作用の電源電圧を供給する電源供給部と、前記複数の積分回路によって得られた積分値に基づいて、前記パルスが前記受信部により受信されるパルスタイミングを取得し、前記複数の積分期間における一部の積分期間である同期用積分期間を前記取得したパルスタイミングと同期させる同期部と、前記同期部により前記同期用積分期間と前記パルスタイミングとが同期された後、前記複数の積分回路のうち前記同期用積分期間について前記積分を行う積分回路を除く他の積分回路への、前記電源供給部による前記電源電圧の供給を停止させる電源供給制御部と、前記同期用積分期間について前記積分を行う積分回路により得られた積分値に基づいて前記無線信号の復調を行う復調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、前記電源供給部は、前記複数の積分回路に対し、各積分期間に応じて動作用の電源電圧を供給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、前記パルスタイミングのずれ方向を検出するずれ方向検出部をさらに備え、前記電源供給制御部は、前記同期部により前記同期用積分期間と前記パルスタイミングとが同期された後、前記複数の積分回路のうち、前記同期用積分期間及び前記同期用積分期間よりも前記ずれ方向検出部によって検出されたずれ方向の積分期間について前記積分を行う積分回路を除く他の積分回路への、前記電源供給部による前記電源電圧の供給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、前記ずれ方向検出部は、前記同期用積分期間より遅れたタイミングに位置する遅れ積分期間について前記積分を行う遅れ積分回路によって得られた積分値と、前記同期用積分期間より進んだタイミングに位置する進み積分期間について前記積分を行う進み積分回路によって得られた積分値とに基づいて、前記パルスタイミングのずれ方向を検出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、前記同期部は、前記各積分期間における一部の期間を隣接する積分期間と互いに重複するように設定すると共に前記複数の積分期間のうち前記互いに一部の期間が重複する二つの積分期間を前記同期用積分期間として設定し、前記パルスタイミングの変化に応じて前記同期用積分期間となる積分期間を変化させることにより前記パルスタイミングと前記同期用積分期間との同期を維持するものであり、前記電源供給制御部は、前記二つの積分期間について前記積分を行う二つの積分回路によって得られた積分値が略等しくなった場合に、当該二つの積分期間よりも前記ずれ方向検出部によって検出されたずれ方向の積分期間について前記積分を行う積分回路への、前記電源供給部による前記電源電圧の供給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、前記受信部により受信された信号を濾波して前記複数の積分回路へ出力すると共に前記濾波する周波数帯域を切替可能な帯域フィルタと、前記同期部により前記パルスタイミングが取得されない時間を計時する計時部と、前記計時部により計時された時間が予め設定された基準時間を超えた場合、前記帯域フィルタの周波数帯域を変化させる帯域切替部とをさらに備え、前記複数の積分回路は前記帯域フィルタから出力された信号を積分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を有する無線信号を受信する工程と、複数の積分回路を用いて前記受信された信号を、前記周期における互いに異なる一部の期間である複数の積分期間についてそれぞれ積分する工程と、前記複数の積分回路に対し、動作用の電源電圧を供給する工程と、前記複数の積分回路によって得られた積分値に基づいて、前記パルスが受信されるパルスタイミングを取得し、前記複数の積分期間における一部の積分期間である同期用積分期間を前記取得したパルスタイミングと同期させる工程と、前記同期用積分期間と前記パルスタイミングとを同期した後、前記複数の積分回路のうち前記同期用積分期間について前記積分を行う積分回路を除く他の積分回路への、前記電源電圧の供給を停止する工程と、前記同期用積分期間について前記積分を行う積分回路により得られた積分値に基づいて前記無線信号の復調を行う工程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、所定の周期でパルスを有する無線信号が受信され、その信号が複数の積分回路を用いて前記周期における互いに異なる一部の期間である複数の積分期間についてそれぞれ積分される。そして、複数の積分回路によって得られた積分値に基づいて、パルスが受信されるパルスタイミングが取得され、複数の積分期間における一部の積分期間である同期用積分期間が前記取得されたパルスタイミングと同期される。さらに、同期用積分期間とパルスタイミングとが同期された後、複数の積分回路のうち同期用積分期間について積分を行う積分回路を除く他の積分回路への電源電圧の供給が停止され、同期用積分期間について積分を行う積分回路により得られた積分値に基づいて無線信号の復調が行われるので、複数の積分回路を備えつつ、同期用積分期間について積分を行う積分回路を除く他の積分回路での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方法を用いた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１は、アンテナ２（受信部）、アンプ３、フィルタ４（帯域フィルタ）、検波器５、積分ブロック６−１〜６−ｎ、信号処理部８、ゲート信号生成部９、位相制御部１０、及び電源供給部１１を備える。

アンテナ２は、ウルトラワイドバンドの無線信号を受信する受信用アンテナである。アンプ３は、アンテナ２で受信された信号を増幅する増幅回路である。フィルタ４は、アンプ３の出力信号を濾波する帯域フィルタで、信号処理部８からの制御信号に応じて通過帯域を３．１ＧＨｚと３．５ＧＨｚとで切り替え可能にされている。検波器５は、フィルタ４の出力信号を検波し、検波信号Ｋ１として積分ブロック６−１〜６−ｎへ出力するものである。アンテナ２、アンプ３、フィルタ４、及び検波器５によって、アンテナ２で受信された３．２ＧＨｚの帯域の信号が包絡線検波されて約５００ＭＨｚ程度に周波数変換され、パルス復調されるようになっている。

積分ブロック６−１〜６−ｎは、検波器５から出力された検波信号Ｋ１を積分し、積分信号Ｓ１〜Ｓｎとして出力する積分回路６１−１〜６１−ｎと、積分回路６１−１〜６１−ｎから出力された積分信号Ｓ１〜Ｓｎをデジタル値に変換し、信号ＡＤ１〜ＡＤｎとして出力するＡＤ変換器６２−１〜６２−ｎとを備えている。ＡＤ変換器６２−１〜６２−ｎは、例えば８ｂｉｔ、２５５段のＡＤ変換器である。以下、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

ゲート信号生成部９は、例えば発振回路を備えて構成されており、ウルトラワイドバンド通信における無線信号パルスの周期と同一の周期で積分回路６１−１〜６１−ｎに積分動作をさせるべく、周期ｔ１毎に積分期間、すなわちウィ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１０は、ゲート信号生成部９から出力された基準ゲート信号Ｇと信号処理部８からの制御信号とに基づいて、基準ゲート信号Ｇの位相を、積分回路６１−１〜６１−ｎにそれぞれ積分動作をさせるタイミングを示すべく変化させ、ゲート信号Ｇ１，Ｇ２〜Ｇｎとして、積分回路６１−１，６１−２〜６１−ｎへそれぞれ出力する。電源供給部１１は、ゲート信号生成部９から出力された基準ゲート信号Ｇと信号処理部８からの制御信号とに基づいて、積分ブロック６−１〜６−ｎ、すなわち積分回路６１−１〜６１−ｎとＡＤ変換器６２−１〜６２−ｎとに対し動作用の電源電圧Ｅ１〜Ｅｎをそれぞれ供給する回路部で、例えばトランジスタ等のスイッチング素子を用いて構成されている。

信号処理部８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憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、タイマ回路と、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、ＡＤ変換器６２−１〜６２−ｎの出力信号ＡＤ１〜ＡＤｎに基づいて受信パルスとのパルス同期タイミングを取得し、同期をとる初期同期部８１、受信パルスとの同期を維持する同期維持部８２、ＡＤ変換器６２−１，６２−２の出力信号に基づいて受信信号からデータを復調し、データＤｏｕｔとして外部へ出力する復調部８３、例えばタイマ回路を用いて初期同期部８１によりパルス同期タイミングが取得されない時間の経過を計時する計時部８４、及び計時部８４により計時された時間が予め設定された基準時間を超えた場合、フィルタ４の周波数帯域を変化させる帯域切替部８５、及び電源供給部１１の動作を制御する電源供給制御部８６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、アンテナ２によるウルトラワイドバンド通信における無線信号の受信が開始された初期状態においては、アンテナ２で受信されたウルトラワイドバンド通信における無線信号パルスのタイミングと無線受信装置１における受信タイミングとが同期していないので、まず、初期同期部８１によって、無線信号パルスがアンテナ２により受信されるパルスタイミングをパルス同期タイミングとして取得する初期同期処理が行われる。

まず、２個の積分ブロック６−１，６−２を用いた初期同期処理について説明する。図２（ａ）は、初期同期部８１による初期同期処理を説明するための信号波形図である。図２（ａ）において、検波器５から出力された検波信号Ｋ１には、ウルトラワイドバンド通信の送信装置におけるパルス送信周期である周期ｔ２毎にパルスＰが含まれている。また、ゲート信号Ｇ１はハイレベルで積分回路６１−１に積分動作を行わせ、ゲート信号Ｇ２はハイレベルで積分回路６１−２に積分動作を行わせる信号である。

そして、図２（ａ）に示すように、初期状態においては、検波信号Ｋ１におけるパルスＰのタイミングと、ゲート信号Ｇ１がハイレベルのタイミングである積分期間ｔｓ１及びゲート信号Ｇ２がハイレベルのタイミングである積分期間ｔｓ２とは一致しておらず、パルス同期がとれていない。そこで、例えば図２（ａ）に示すように、初期同期部８１からの制御信号に応じて、位相制御部１０によって、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングは遅れ方向に徐々に変化されてＡＤ変換器６２−１の出力信号ＡＤ１が増大するタイミングが探索され、ゲート信号Ｇ２における積分期間ｔｓ２のタイミングは積分期間ｔｓ１とは逆に進み方向に徐々に変化されてＡＤ変換器６２−２の出力信号ＡＤ２が増大するタイミングが探索される。

さらに、出力信号ＡＤ１が増大した場合、初期同期部８１によって、その出力信号ＡＤ１が得られた積分期間ｔｓ１のタイミングがパルス同期タイミングとして取得され、出力信号ＡＤ２が増大した場合、その出力信号ＡＤ２が得られた積分期間ｔｓ２のタイミングがパルス同期タイミングとして取得される。

この場合、初期同期部８１によって、積分期間ｔｓ１と積分期間ｔｓ２とが重複しないタイミングに設定され、積分期間ｔｓ１及び積分期間ｔｓ２のタイミングを変化させつつ出力信号ＡＤ１及び出力信号ＡＤ２のうちいずれかにより得られる積分値が増大するタイミングが探索され、その積分値が増大するタイミングがパルス同期タイミングとして取得されるので、二つの積分期間を用いてパルス同期タイミングを探索することができ、図７に示す背景技術に係るパルス同期処理の場合のように一のウィンドウ期間をずらしながらパルス同期タイミングを探索する場合と比べて、初期同期処理の処理時間を約１／２にすることができる。

なお、初期同期処理において、積分ブロック６−１，６−２を用いて積分期間ｔｓ１と積分期間ｔｓ２とのタイミングを変化させることにより、パルス同期タイミングを探索する例を示したが、ｎ個の積分ブロック６−１〜６−ｎを用いて、ｎ個の積分期間のタイミングを変化させることによりパルス同期タイミングを探索するようにしてもよい。この場合、図７に示す背景技術に係るパルス同期処理の場合のように一のウィンドウ期間をずらしながらパルス同期タイミングを探索する場合と比べて、初期同期処理の処理時間を約１／ｎにすることができる。

そして、図２（ｂ）に示すように、初期同期部８１からの制御信号に応じて、位相制御部１０によって、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングがパルス同期タイミングとして取得されたタイミング、すなわちパルスＰのタイミングと同期される。これにより、パルスＰは、積分回路６１−１によって積分され、積分信号Ｓ１が増大する。図２（ｂ）に示すゲート信号Ｇ２と積分信号Ｓ２との動作については後述する。

次に、同期維持部８２（同期部）及び電源供給制御部８６の動作について説明する。図３は、同期維持部８２及び電源供給制御部８６の動作を説明するためのタイミングチャートである。なお、本実施形態においては、ゲート信号Ｇ１，Ｇ２の信号波形と電源電圧Ｅ１，Ｅ２の電圧波形とは同様となるので、図３においては、ゲート信号Ｇ１と電源電圧Ｅ１、及びゲート信号Ｇ２と電源電圧Ｅ２の波形をそれぞれ同じ波形で共用して表している。

まず、初期同期部８１によって、パルス同期タイミングが取得され、図３（ａ）に示すように、パルスＰのタイミングとゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングとが同期され、さらに同期維持部８２からの制御信号に応じて、位相制御部１０によって、積分期間ｔｓ２が積分期間ｔｓ１と連続するように設定される。この場合、複数の積分回路６１−１〜６１−ｎの複数の積分期間ｔｓ１〜ｔｓｎにおける一部の積分期間である積分期間ｔｓ１，ｔｓ２が同期を維持するために用いられる同期用積分期間に相当している。

ここで、無線送信装置におけるパルス周期ｔ２と、ゲート信号生成部９により生成される基準ゲート信号Ｇの周期ｔ１とは、原則同一となるように設定されているが、無線送信装置における発振回路等のパルス周期ｔ２の生成回路と、ゲート信号生成部９における発振回路等のパルス周期ｔ１の生成回路との精度ばらつき等により、パルス周期ｔ１とパルス周期ｔ２との間に差異が生じる場合がある。そうすると、例えばパルス周期ｔ２がパルス周期ｔ１より長い場合には、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングに対してパルスＰのタイミングが遅れることとなる一方、例えばパルス周期ｔ２がパルス周期ｔ１より短い場合には、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングに対してパルスＰのタイミングが進むこととなり、いずれにしても時間の経過と共に周期タイミングのずれが増大し、そのままでは同期が取れなくなってしまう。

そこで、無線受信装置１では、同期維持部８２によって、ＡＤ変換器６２−１により得られた積分値を示す信号ＡＤ１と、ＡＤ変換器６２−２により得られた積分値を示す信号ＡＤ２とに基づいて、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１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され、同期が維持される。

具体的には、例えば、パルス周期ｔ２がパルス周期ｔ１より長い場合には、図３（ａ）において、矢印Ａで示すように、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングに対してパルスＰのタイミングが遅れる。そうすると、図３（ｂ）に示すように、ＡＤ変換器６２−１の積分信号Ｓ１のレベルが低下し、信号ＡＤ１で示される積分値が減少する一方、ＡＤ変換器６２−２の積分信号Ｓ２のレベルが増大し、信号ＡＤ２で示される積分値が増大する。

そして、同期維持部８２によって、信号ＡＤ１で示される積分値と信号ＡＤ２で示される積分値とが比較され、信号ＡＤ２で示される積分値の方が大きくなった場合には、パルスＰのタイミングが遅れたと判断される。さらに、図３（ｃ）に示すように、同期維持部８２からの制御信号に応じて、位相制御部１０によって、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングが積分期間ｔｓ２の方向、すなわち遅れ方向に変化される。

これにより、再びゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングがパルスＰのタイミングと同期され、パルス同期が維持される。

一方、例えば、パルス周期ｔ２がパルス周期ｔ１より短い場合には、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングに対してパルスＰのタイミングが進む。そうすると、ＡＤ変換器６２−２の積分信号Ｓ２のレベルは変化することなく、したがって信号ＡＤ２で示される積分値は増大することなくＡＤ変換器６２−１の積分信号Ｓ１のレベルが低下し、信号ＡＤ１で示される積分値が減少する。

そして、同期維持部８２によって、信号ＡＤ２で示される積分値が増大することなく信号ＡＤ１で示される積分値が減少し、例えば予め設定された閾値を下回ったことが検出されると、パルスＰのタイミングが進んだと判断され、同期維持部８２からの制御信号に応じて、位相制御部１０によって、ゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングが積分期間ｔｓ２とは反対方向、すなわち進み方向に変化される。

これにより、再びゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングがパルスＰのタイミングと同期され、パルス同期が維持される。

一方、上述のようにしてパルス同期を維持する動作中において、電源供給制御部８６からの制御信号に応じて電源供給部１１によって、積分期間ｔｓ１，ｔｓ２について積分を行う積分ブロック６−１，６−２を除く他の積分ブロック６−３〜６−ｎへの電源電圧Ｅ３〜Ｅｎの供給が停止され、積分ブロック６−３〜６−ｎにおける消費電力が低減される。

また、ゲート信号生成部９からの基準ゲート信号Ｇと電源供給制御部８６からの制御信号とに応じて電源供給部１１によって、積分期間ｔｓ１の間、電源電圧Ｅ１が積分ブロック６−１へ供給され、積分期間ｔｓ２の間、電源電圧Ｅ２が積分ブロック６−２へ供給される。すなわち、電源供給部１１によって、積分ブロック６−１と積分ブロック６−２とへ各積分期間に応じて動作用の電源電圧が供給されるので、同期用積分期間である積分期間ｔｓ１，ｔｓ２を除く期間における積分ブロック６−１，６−２での消費電力が低減される。

なお、ゲート信号Ｇ１，Ｇ２の信号波形と電源電圧Ｅ１，Ｅ２の電圧波形とが同一にされる例に限られず、例えば積分ブロック６への電源電圧の供給から積分ブロック６が動作可能になるまでの応答時間だけ、ゲート信号Ｇ１，Ｇ２がハイレベルになるタイミングよりも電源電圧Ｅ１，Ｅ２の供給開始タイミングを早くしても良い。

なお、このようなパルスＰのタイミングの遅れ、進みは、ゲート信号生成部９により生成される基準ゲート信号Ｇの周期ｔ１と無線送信装置におけるパルス周期ｔ２とのずれに起因して発生するので、パルス周期ｔ２がパルス周期ｔ１より長い場合には、パルスＰのタイミングは継続的に遅れ方向となり、パルス周期ｔ２がパルス周期ｔ１より短い場合には、パルスＰのタイミングは継続的に進み方向となる。

そこで、同期維持部８２は、パルスＰのタイミングが遅れたと判断した場合には、上述のようにゲート信号Ｇ１における積分期間ｔｓ１のタイミングをパルスＰのタイミングと同期させる一方、パルスＰのタイミングが進んだと判断した場合には、以後、ゲート信号Ｇ２における積分期間ｔｓ２のタイミングをパルスＰのタイミングと同期させるようにしてもよい。この場合、積分期間ｔｓ２が第１の積分期間、積分回路６１−２が第１の積分回路、積分期間ｔｓ１が第２の積分期間、積分回路６１−１が第２の積分回路となる。

そして、同期維持部８２によって、信号ＡＤ１で示される積分値と信号ＡＤ２で示される積分値とが比較され、信号ＡＤ１で示される積分値の方が大きくなった場合には、パルスＰのタイミングが進んでいるから、同期維持部８２からの制御信号に応じて位相制御部１０によって、ゲート信号Ｇ２における積分期間ｔｓ２のタイミングが積分期間ｔｓ１の方向、すなわち進み方向に変化されるようにしてもよい。

これにより、パルスＰのタイミングのずれが第２の積分期間（積分期間ｔｓ２）とは反対方向であった場合に、パルスＰのタイミングのずれ方向に新たな第２の積分期間（積分期間ｔｓ１）が配置されるので、パルスＰのタイミングがずれたことを、新たな第２の積分回路（積分回路６１−１）の積分値の増大によって検出することができ、パルスＰのタイミングずれの検出が容易となる。

そして、上述のようにしてパルス同期が維持され、復調部８３によって、同期用積分期間である積分期間ｔｓ１，ｔｓ２において積分ブロック６−１，６−２で得られた信号ＡＤ１，ＡＤ２に基づいてデータＤｏｕｔが復調される。

次に、計時部８４と帯域切替部８５の動作について説明する。まず、初期同期部８１によりパルス同期タイミングが取得されない時間、すなわち無線受信装置１が起動されてから初期同期部８１によりパルス同期タイミングが取得されるまでの時間、及び同期維持部８２によって同期が維持できなくなり、同期が取れなくなってから再び初期同期部８１によりパルス同期タイミングが取得されるまでの時間が計時部８４によって計時される。そして、計時部８４により計時された時間が予め設定された基準時間を超えた場合には、ある特定の周波数範囲で背景雑音のパワーが大きいと考えられるので、帯域切替部８５によって、フィルタ４の周波数帯域が切り替えられる。

例えば、フィルタ４が３．１ＧＨｚの通過帯域に設定されている状態で同期が取れなくなり、計時部８４により計時された時間が予め設定された基準時間を超えた場合には、帯域切替部８５によってフィルタ４の周波数帯域が３．５ＧＨｚに切り替えられる一方、フィルタ４が３．５ＧＨｚの通過帯域に設定されている状態で同期が取れなくなり、計時部８４により計時された時間が予め設定された基準時間を超えた場合には、帯域切替部８５によってフィルタ４の周波数帯域が３．１ＧＨｚに切り替えられる。

なお、同期が取れない時間が予め設定された基準時間を超えた場合にフィルタ４の周波数帯域を切り替える例の他、何らかの通信異常を検出して通信異常の発生頻度が予め設定された基準を超えた場合にフィルタ４の周波数帯域を切り替えるようにしてもよい。

これにより、背景雑音のパワーが大きいために通信が困難な場合、フィルタ４の周波数帯域を変化させて背景雑音の周波数を避けることにより、無線通信の安定性を向上させることができる。

（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方法を用いた無線受信装置について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る無線受信方法を用いた無線受信装置の構成の一例を示すブロック図である。図４に示す無線受信装置１ａは、無線受信装置１とは、信号処理部８ａが、パルスタイミングのずれ方向を検出するずれ方向検出部８２１をさらに備え、同期維持部８２、電源供給制御部８６の代わりに同期維持部８２ａ、電源供給制御部８６ａを備える点で異なる。

その他の構成は無線受信装置１と同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態における特徴的な動作について説明する。図５は、同期維持部８２ａ及び電源供給制御部８６ａの動作を説明するためのタイミングチャートである。なお、本実施形態においては、ゲート信号Ｇ１〜Ｇｎの信号波形と電源電圧Ｅ１〜Ｅｎの電圧波形とは同様となるので、図５においては、ゲート信号Ｇ１〜Ｇｎと電源電圧Ｅ１〜Ｅｎの波形をそれぞれ同じ波形で共用して表している。

まず、初期同期部８１によって、上述の図２に示す動作によりパルス同期タイミングが取得される。次に、同期維持部８２ａによって、図５に示すように、積分期間ｔｓ１〜ｔｓｎのタイミングが、隣接する積分期間と互いに一部が重複するように設定される。そして、同期維持部８２ａによって、ＡＤ変換器６２−１により得られた積分値を示す信号ＡＤ１と、ＡＤ変換器６２−２により得られた積分値を示す信号ＡＤ２とが等しくなるように、積分期間ｔｓ１と積分期間ｔｓ２とのタイミングが調整される結果、積分期間ｔｓ１と積分期間ｔｓ２との重複部分と、パルスＰのタイミングとが同期される。

さらに、同期維持部８２ａによって、同期用積分期間である積分期間ｔｓ１，ｔｓ２において積分ブロック６−１，６−２で得られた信号ＡＤ１，ＡＤ２が復調部８３へ出力され、復調部８３によって、信号ＡＤ１，ＡＤ２に基づいてデータＤｏｕｔが復調される。

この場合、複数の積分回路６１−１〜６１−ｎの複数の積分期間ｔｓ１〜ｔｓｎにおける一部の積分期間である積分期間ｔｓ１，ｔｓ２が同期を維持するために用いられる同期用積分期間に相当し、積分期間ｔｓ３が積分期間ｔｓ２より遅れたタイミングに位置する遅れ積分期間に相当し、積分期間ｔｓｎが積分期間ｔｓ１より進んだタイミングに位置する進み積分期間に相当する。

そして、無線送信装置における発振回路等のパルス周期ｔ２の生成回路と、ゲート信号生成部９における発振回路等のパルス周期ｔ１の生成回路との精度ばらつき等により、パルス周期ｔ２とパルス周期ｔ１との間に差異が生じた場合、例えばパルス周期ｔ２がパルス周期ｔ１より長い場合には、図５において矢印Ｂで示すようにパルスＰのタイミングのずれは遅れ方向になる。そうすると、パルスＰの遅れに従って、パルスＰのタイミングは順次、積分期間ｔｓ２→積分期間ｔｓ３→・・・→積分期間ｔｓｎ→積分期間ｔｓ１の順に移動し、ＡＤ変換器６２により得られる積分値を示す信号の値は、信号ＡＤ２→信号ＡＤ３→・・・→信号ＡＤｎ→信号ＡＤ１の順に、順次増大する。

一方、例えばパルス周期ｔ２がパルス周期ｔ１より短い場合には、パルスＰのタイミングのずれは矢印Ｂとは逆に進み方向になる。そうすると、パルスＰの進みに従って、パルスＰのタイミングは順次、積分期間ｔｓ１→積分期間ｔｓｎ→・・・→積分期間ｔｓ３→積分期間ｔｓ２の順に移動し、ＡＤ変換器６２により得られる積分値を示す信号の値は、信号ＡＤ１→信号ＡＤｎ→・・・→信号ＡＤ３→信号ＡＤ２の順に、順次増大する。

そこで、ずれ方向検出部８２１は、遅れ積分期間である積分期間ｔｓ３についてＡＤ変換器６２−３で得られた信号ＡＤ３と、進み積分期間である積分期間ｔｓｎについてＡＤ変換器６２−ｎで得られた信号ＡＤｎとを監視し、信号ＡＤ３の値が増大した場合ずれ方向は遅れ方向であると判断し、信号ＡＤｎの値が増大した場合ずれ方向は進み方向であると判断することにより、ずれ方向を検出する。

そして、電源供給制御部８６ａによって、複数の積分ブロック６−１〜６−ｎのうち、同期用積分期間である積分期間ｔｓ１，ｔｓ２について積分を行う積分ブロック６−１，６−２と、ずれ方向検出部８２１によって検出されたずれ方向の積分期間について積分を行う積分回路を除く他の積分回路への、電源供給部１１による電源電圧の供給が停止される。

例えば、ずれ方向が遅れ方向であれば、電源供給制御部８６ａによって、積分ブロック６−１，６−２と、積分期間ｔｓ１，ｔｓ２よりも遅れ方向の積分期間である積分期間ｔｓ３について積分を行う積分ブロック６−３とへ電源電圧Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３がそれぞれ供給され、積分ブロック６−１，６−２，６−３を除く他の積分ブロック６−４〜６−ｎへの、電源供給部１１による電源電圧の供給が停止される。

一方、ずれ方向が進み方向であれば、電源供給制御部８６ａによって、積分ブロック６−１，６−２と、積分期間ｔｓ１，ｔｓ２よりも進み方向の積分期間である積分期間ｔｓｎについて積分を行う積分ブロック６−ｎとへ電源電圧Ｅ１，Ｅ２，Ｅｎがそれぞれ供給され、積分ブロック６−１，６−２，６−ｎを除く他の積分ブロック６−３〜６−（ｎ−１）への、電源供給部１１による電源電圧の供給が停止される。

そして、電源供給制御部８６ａによって積分期間ｔｓ１，ｔｓ２について積分を行う積分ブロック６−１，６−２により得られた積分値が略等しくなったことが検出された場合に、電源供給制御部８６ａからの制御信号に応じて電源供給部１１によって、積分期間ｔｓ１，ｔｓ２よりもずれ方向検出部８２１によって検出されたずれ方向の積分期間について積分を行う積分回路へ、電源電圧の供給が行われる。

具体的には、ずれ方向検出部８２１により検出されたずれ方向が遅れ方向であれば、電源供給制御部８６ａによって積分ブロック６−１，６−２により得られた信号ＡＤ１，ＡＤ２の値が略等しくなったことが検出された場合に、電源供給制御部８６ａからの制御信号に応じて電源供給部１１によって、積分ブロック６−３へ、電源電圧Ｅ３の供給が行われる。一方、ずれ方向検出部８２１により検出されたずれ方向が進み方向であれば、電源供給制御部８６ａによって積分ブロック６−１，６−２により得られた信号ＡＤ１，ＡＤ２の値が略等しくなったことが検出された場合に、電源供給制御部８６ａからの制御信号に応じて電源供給部１１によって、積分ブロック６−ｎへ、電源電圧Ｅｎの供給が行われる。

そして、同期維持部８２ａによって、例えば信号ＡＤ１の値よりも信号ＡＤ２の値が大きくなったことが検出されると、積分期間ｔｓ２，ｔｓ３が新たな同期用積分期間に設定され、電源供給制御部８６ａにより積分ブロック６−１への電源供給が停止されると共に、積分期間ｔｓ２，ｔｓ３において積分ブロック６−２，６−３で得られた信号ＡＤ２，ＡＤ３が復調部８３へ出力され、復調部８３によって、信号ＡＤ２，ＡＤ３に基づいてデータＤｏｕｔが復調される。

同様に、同期維持部８２ａによって、例えば信号ＡＤ２の値よりも信号ＡＤ１の値が大きくなったことが検出されると、積分期間ｔｓｎ，ｔｓ１が新たな同期用積分期間に設定され、電源供給制御部８６ａにより積分ブロック６−２への電源供給が停止されると共に、積分期間ｔｓｎ，ｔｓ１において積分ブロック６−ｎ，６−１で得られた信号ＡＤｎ，ＡＤ１が復調部８３へ出力され、復調部８３によって、信号ＡＤｎ，ＡＤ１に基づいてデータＤｏｕｔが復調される。

これにより、パルスＰのタイミングがずれた場合であっても、同期維持部８２ａによって、パルスＰのタイミングの変化に応じて新たな同期用積分期間が設定されるので、同期を維持することができる。また、電源供給制御部８６ａによって、同期用積分期間及び同期用積分期間よりもずれ方向の積分期間について積分を行う積分ブロックを除く他の積分ブロックへの、電源供給部１１による電源電圧の供給が停止されるので、複数の積分ブロックを用いて同期を維持しつつ、消費電力を低減することができる。

ところで、新たな同期用積分期間が設定され、電源供給が停止されていた新たな積分ブロックへの動作用電源電圧の供給と、積分動作の開始とが同時である場合、動作用電源電圧の供給が開始された直後は積分ブロックの応答時間が必要となるため安定動作しないおそれがある。特に、１ナノ秒程度のパルスを受信する無線受信装置１ａにおいては、電源供給部１１による積分ブロック６への電源供給の切り替えは、１ナノ秒〜９０ナノ秒程度の切り替え時間で行う必要があるため、動作用電源電圧の供給と、積分動作の開始とが同時である場合には、動作用電源電圧の供給開始後の積分ブロックが安定動作するための応答時間によって、新たに積分動作を開始する積分ブロックが安定動作しない可能性が高い。

しかし、無線受信装置１ａにおいては、電源供給制御部８６ａによって、ずれ方向の積分期間について積分を行う積分ブロック、すなわち次に積分動作を開始する積分ブロックに対して新たな同期用積分期間が設定されて積分動作を開始する前に、予め動作用電源電圧の供給を行うことができるので、同期維持部８２ａによって新たな同期用積分期間が設定される際に、新たに積分動作を開始する積分ブロックの動作が不安定になること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方法を用いた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に示す初期同期部による初期同期処理を説明するための信号波形図である。 図１に示す同期維持部及び電源供給制御部の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る無線受信方法を用いた無線受信装置の構成の一例を示すブロック図である。 図４に示す同期維持部及び電源供給制御部の動作を説明するためのタイミングチャートである。 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。 背景技術に係るパルス同期処理を説明するための説明図である。

符号の説明

１，１ａ 無線受信装置
２ アンテナ
３ アンプ
４ フィルタ
５ 検波器
６ 積分ブロック
８，８ａ 信号処理部
９ ゲート信号生成部
１０ 位相制御部
１１ 電源供給部
６１ 積分回路
６２ ＡＤ変換器
８１ 初期同期部
８２，８２ａ 同期維持部
８３ 復調部
８４ 計時部
８５ 帯域切替部
８６，８６ａ 電源供給制御部
８２１ ずれ方向検出部

Claims (7)

1. 所定の周期でパルスを有する無線信号を受信する受信部と、
   前記受信部により受信された信号を、前記周期における互いに異なる一部の期間である複数の積分期間についてそれぞれ積分する複数の積分回路と、
   前記複数の積分回路に対し、動作用の電源電圧を供給する電源供給部と、
   前記複数の積分回路によって得られた積分値に基づいて、前記パルスが前記受信部により受信されるパルスタイミングを取得し、前記複数の積分期間における一部の積分期間である同期用積分期間を前記取得したパルスタイミングと同期させる同期部と、
   前記パルスタイミングのずれ方向を検出するずれ方向検出部と、
   前記同期部により前記同期用積分期間と前記パルスタイミングとが同期された後、前記複数の積分回路のうち、前記同期用積分期間及び前記同期用積分期間よりも前記ずれ方向検出部によって検出されたずれ方向の積分期間について前記積分を行う積分回路へ前記電源供給部により前記電源電圧を供給させ、前記同期用積分期間及び前記ずれ方向の積分期間について前記積分を行う積分回路を除く他の積分回路への、前記電源供給部による前記電源電圧の供給を停止させる電源供給制御部と、
   前記同期用積分期間について前記積分を行う積分回路により得られた積分値に基づいて前記無線信号の復調を行う復調部と
   を備えることを特徴とする無線受信装置。
2. 前記ずれ方向検出部は、前記同期用積分期間より遅れたタイミングに位置する遅れ積分期間について前記積分を行う遅れ積分回路によって得られた積分値と、前記同期用積分期間より進んだタイミングに位置する進み積分期間について前記積分を行う進み積分回路によって得られた積分値とに基づいて、前記パルスタイミングのずれ方向を検出すること
   を特徴とする請求項１記載の無線受信装置。
3. 前記同期部は、前記各積分期間における一部の期間を隣接する積分期間と互いに重複するように設定すると共に前記複数の積分期間のうち前記互いに一部の期間が重複する二つの積分期間を前記同期用積分期間として設定し、前記パルスタイミングの変化に応じて前記同期用積分期間となる積分期間を変化させることにより前記パルスタイミングと前記同期用積分期間との同期を維持するものであり、
   前記電源供給制御部は、前記二つの積分期間について前記積分を行う二つの積分回路によって得られた積分値が略等しくなった場合に、当該二つの積分期間よりも前記ずれ方向検出部によって検出されたずれ方向の積分期間について前記積分を行う積分回路への、前記電源供給部による前記電源電圧の供給を行わせること
   を特徴とする請求項１又は２記載の無線受信装置。
4. 所定の周期でパルスを有する無線信号を受信する受信部と、
   前記受信部により受信された信号を、前記周期における互いに異なる一部の期間である複数の積分期間についてそれぞれ積分する複数の積分回路と、
   前記複数の積分回路に対し、動作用の電源電圧を供給する電源供給部と、
   前記複数の積分回路によって得られた積分値に基づいて、前記パルスが前記受信部により受信されるパルスタイミングを取得し、前記複数の積分期間における一部の積分期間である同期用積分期間を前記取得したパルスタイミングと同期させる同期部と、
   前記同期部により前記同期用積分期間と前記パルスタイミングとが同期された後、前記複数の積分回路のうち前記同期用積分期間について前記積分を行う積分回路を除く他の積分回路への、前記電源供給部による前記電源電圧の供給を停止させる電源供給制御部と、
   前記同期用積分期間について前記積分を行う積分回路により得られた積分値に基づいて前記無線信号の復調を行う復調部と、
   前記受信部により受信された信号を濾波して前記複数の積分回路へ出力すると共に前記濾波する周波数帯域を切替可能な帯域フィルタと、
   前記同期部により前記パルスタイミングが取得されない時間を計時する計時部と、
   前記計時部により計時された時間が予め設定された基準時間を超えた場合、前記帯域フィルタの周波数帯域を変化させる帯域切替部とを備え、
   前記複数の積分回路は前記帯域フィルタから出力された信号を積分すること
   を特徴とする無線受信装置。
5. 前記電源供給部は、前記複数の積分回路に対し、各積分期間に応じて動作用の電源電圧を供給すること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線受信装置。
6. 所定の周期でパルスを有する無線信号を受信する工程と、
   複数の積分回路を用いて前記受信された信号を、前記周期における互いに異なる一部の期間である複数の積分期間についてそれぞれ積分する工程と、
   前記複数の積分回路に対し、動作用の電源電圧を供給する工程と、
   前記複数の積分回路によって得られた積分値に基づいて、前記パルスが受信されるパルスタイミングを取得し、前記複数の積分期間における一部の積分期間である同期用積分期間を前記取得したパルスタイミングと同期させる工程と、
   前記パルスタイミングのずれ方向を検出する工程と、
   前記同期用積分期間と前記パルスタイミングとを同期した後、前記複数の積分回路のうち、前記同期用積分期間及び前記同期用積分期間よりも前記検出されたずれ方向の積分期間について前記積分を行う積分回路へ前記電源電圧を供給させ、前記同期用積分期間及び前記ずれ方向の積分期間について前記積分を行う積分回路を除く他の積分回路への、前記電源電圧の供給を停止する工程と、
   前記同期用積分期間について前記積分を行う積分回路により得られた積分値に基づいて前記無線信号の復調を行う工程と
   を備えることを特徴とする無線受信方法。
7. 所定の周期でパルスを有する無線信号を受信する工程と、
   複数の積分回路を用いて前記受信された信号を、前記周期における互いに異なる一部の期間である複数の積分期間についてそれぞれ積分する工程と、
   前記複数の積分回路に対し、動作用の電源電圧を供給する工程と、
   前記複数の積分回路によって得られた積分値に基づいて、前記パルスが受信されるパルスタイミングを取得し、前記複数の積分期間における一部の積分期間である同期用積分期間を前記取得したパルスタイミングと同期させる工程と、
   前記同期用積分期間と前記パルスタイミングとを同期した後、前記複数の積分回路のうち前記同期用積分期間について前記積分を行う積分回路を除く他の積分回路への、前記電源電圧の供給を停止する工程と、
   前記同期用積分期間について前記積分を行う積分回路により得られた積分値に基づいて前記無線信号の復調を行う工程と、
   前記同期部により前記パルスタイミングが取得されない時間を計時する工程と、
   前記計時された時間が予め設定された基準時間を超えた場合、前記受信された信号を濾波して前記複数の積分回路へ出力する帯域フィルタの、前記濾波する周波数帯域を変化させる工程とを備え、
   前記複数の積分回路は前記帯域フィルタから出力された信号を積分すること
   を特徴とする無線受信方法。

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