JP6653838B2 - 無線受信機 - Google Patents

Description

本発明は、インパルス型超広帯域（ＵＷＢ：Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）を用いつつ受信感度を向上することのできる無線受信機に関するものである。

近年注目されている無線通信技術として、時間幅が極めて小さいパルスを用いて通信を行うインパルスＵＷＢを用いる技術がある（特許文献１参照）。

インパルスＵＷＢでは、１ナノ秒以下の非常に短い時間幅のパルス信号を利用し、そのパルス信号の時間軸上の位置や振幅又は位相等を変化させることで情報の伝送が行われる。

ＵＷＢ信号が占有する周波数帯域は５００ＭＨｚから数ＧＨｚ以上と非常に広くなるが、１ナノ秒の非常に短い時間幅のパルス信号を用いることから、高いデータレートの信号伝送や高精度の測距が実現され得る。

また、インパルスＵＷＢを用いる無線通信方式では、送受信機の構成をシンプルなものにすることができ、製造コストを低く抑えることができるとともに、消費電力も低く抑えることが可能となる。

特開２０１５−６１１０５号公報

こうしたインパルスＵＷＢを用いる場合には、パルスのオンオフ制御に基づくＯＯＫ（Ｏｎ−Ｏｆｆ Ｋｅｙｉｎｇ）変調や、パルスの位置に基づくＰＰＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調を基本処理とし、受信機ではいずれも電力検波を行う必要がある。

そして、受信機側では受信したデータの復調プロセスにおいてパルスの有無の判断処理を行う必要があり、ノイズや受信波形の変動の影響を排除し、目的波のみを正確に捉えるかが重要となる。

具体的には、受信機が受信する受信波には目的波以外のノイズが含まれ、また空中伝搬経路によっては受信波高値が大幅に変動する。

そこで、ノイズを誤って信号のパルスと判断しないように、信号のパルスとノイズとを区別する閾値を高く設定することが考えられる。

しかし、閾値を高く設定してしまうと、目的波が弱いものである場合には受信機が信号のパルスを検出することができず、受信感度の低下を招いてしまう。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、ＵＷＢを用いつつ受信感度を向上することのできる無線受信機を提供することを目的とする。

第１発明に係る無線受信機は、インパルスＵＷＢを用いる無線受信機であって、前記インパルスＵＷＢを受信する受信アンテナと、受信した前記インパルスＵＷＢを増幅するとともに前記インパルスＵＷＢの包絡線の検波を行う受信部と、前記包絡線の最大値を検出する最大ピーク検出部と、前記包絡線の最小値を検出する最小ピーク検出部と、前記包絡線から初期閾値を用いて信号データを得るコンパレータと、前記信号データのエラー率を測定するベースバンド部と、前記エラー率に基づき補正値を算出するＭＰＵと、前記最大値、前記最小値及び前記補正値に基づき補正閾値を算出し、前記コンパレータに送信する演算部と、を備え、前記コンパレータは前記演算部から送信された前記補正閾値に基づき前記包絡線から前記信号データを得る、ことを特徴とする。

第２発明に係る無線受信機は、第１発明において、前記演算部は前記最大値Ｘ、前記最小値Ｙ及び前記補正値Ｚに基づき式（１）の演算を行い、補正閾値Ｖｔを算出し、前記補正閾値Ｖｔを前記コンパレータに送信することを特徴とする請求項１記載の無線受信機。

第３発明に係る無線受信機は、第１発明又は第２発明において、前記エラー率としてビットエラーレートが用いられ、前記ＭＰＵは前記ビットエラーレートに基づき前記補正値を算出することを特徴とする。

第４発明に係る無線受信機は、第１発明又は第２発明において、前記エラー率としてパケットエラーレートが用いられ、前記ＭＰＵは前記パケットエラーレートに基づき前記補正値を算出することを特徴とする。

第５発明に係る無線受信機は、第１発明乃至第４発明の何れか１つにおいて、複数の前記受信部と、複数の前記受信部からの前記包絡線を加算する加算器と、を備えることを特徴とする。

第６発明に係る無線受信機は、第１発明乃至第５発明の何れか１つにおいて、前記ベースバンド部による前記エラー率の測定は所定期間毎に行われることを特徴とする。

上述した構成からなる本発明によれば、インパルスＵＷＢを用いつつ受信感度を向上することのできる無線受信機を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る無線受信機を示すシステム構成ブロック図である。 無線受信機による検出波形を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る無線受信機及び無線通信システムについて説明する。

＜無線受信機＞
図１は、本発明の実施形態に係る無線受信機を示すシステム構成ブロック図である。本実施形態に係る無線受信機１は、アンテナ２と、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）３と、包絡線検出器４と、コンパレータ５と、ベースバンド部６と、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）７と、最大ピーク検出部８と、最小ピーク検出部９と、２段の演算部１０、１１と、を備えて構成されている。

アンテナ２は、送信機から発せられたインパルスＵＷＢを受信するためのアンテナである。

ＬＮＡ３は、アンテナ２を介して受信したインパルスＵＷＢについて、増幅過程で重畳される雑音を抑えつつ、ＵＷＢ信号の増幅を行う。

包絡線検出器４は、ＬＮＡ３から出力された信号の包絡線に基づき、この信号に対する電圧の振幅を検出する。なお、便宜のためアンテナ２、ＬＮＡ３及び包絡線検出器４をまとめて受信部と定義する。

コンパレータ５は、包絡線検出器４により検出された電圧の信号強度を、所定の閾値と比較し、閾値以上の信号強度を目的波信号あり、閾値未満の信号強度を目的波信号無しとして判定する。

ベースバンド部６は、受信データを復調し、コンパレータ５による検出結果のうち目的波信号有りの状態を１、目的波信号無しの状態を０としてデジタル信号の生成を行い、出力データとして図示しない他の装置による処理のために提供する。データの送受信のための変復調は任意の方式で行うことができ、例えばパルス密度変復調を用いることができる。

また、ベースバンド部６は、受信データのエラー率の測定を行う。測定されるエラー率としてはビットエラーレートやパケットエラーレート等、任意のものを採用することができる。ベースバンド部によるエラー率の測定は任意のタイミングで行うことができ、例えば所定の複数のパケット毎に行われる。

ＭＰＵ７は、無線受信機１の構成全体の制御を行う制御機構である。

最大ピーク検出部８は、所定期間にわたっての包絡線検出器４により検出された包絡線の最大値を検出する。この所定期間の包絡線の最大値をＸとする。

最小ピーク検出部９は、所定期間にわたっての包絡線検出器４により検出された包絡線の最小値を検出する。この所定期間の包絡線の最小値をＹとする。

演算部１０は、（Ｘ−Ｙ）／Ｚの演算を行う。ここでＺは補正値であり、ＭＰＵにより算出される、受信信号のエラー率が最小となる値である。

演算部１１は、演算部１０による演算結果に対してＹの加算を行う。

すなわち、演算部１０、１１により、以下の式（１）に示す演算が行われ、補正閾値Ｖｔが算出される。

そして算出された補正閾値Ｖｔはコンパレータ５へと送信され、コンパレータ５の以後の処理に供される。

図２は、無線受信機による検出波形を示すグラフである。図２にＶｔとＸ、Ｙの関係が示されている。コンパレータ５により、包絡線が閾値Ｖｔ以上の部分について目的波信号あり、閾値Ｖｔ未満の部分について目的波信号無し、と判定される。

次に、上述した構成を有する無線受信機１による動作について詳細に説明する。

まず、無線受信機１のアンテナ２が、外部の無線送信器から送信されたインパルスＵＷＢの受信を行い、受信したインパルスＵＷＢをＬＮＡ３へと送信する。

次に、ＬＮＡ３が、アンテナ２により受信されたインパルスＵＷＢに混入されている雑音を抑えつつ、インパルスＵＷＢの増幅を行う。こうすることで、微弱な信号であり雑音による影響を受けやすいインパルスＵＷＢについて、雑音による影響を抑制し、信号の検出を精度よく行うことができる。そしてＬＮＡ３は、増幅したインパルスＵＷＢを包絡線検出器４へと送信する。

次に、包絡線検出器４が、ＬＮＡ３から出力された信号の包絡線に基づき、この信号に対する電圧の振幅を検出する。そして包絡線検出器４は、検出した電圧の振幅をコンパレータ５、最大ピーク検出部８及び最小ピーク検出部９へと送信する。

次に、コンパレータ５は、包絡線検出器４により検出された電圧の信号強度を、所定の閾値と比較し、閾値以上の信号強度を目的波信号あり、閾値未満の信号強度を目的波信号無しとして判定し、デジタルデータの生成を行う。

次に、ベースバンド部６は、受信データを復調し、コンパレータ５による検出結果のうち信号有りの状態を１、信号無しの状態を０としてデジタル信号の生成を行い、出力データとして図示しない他の装置による処理のために提供する。また、受信データのエラー率の測定をベースバンド部６で行う。

エラー率の測定は、例えば受信データに対して施されているデータの修正率や誤り検出の結果に基づき行われるが、この態様に限らず他の態様によりエラー率の測定が行われてもよい。

ベースバンド部６により測定されたエラー率は、ベースバンド部６からＭＰＵ７へと送信される。

次に、ＭＰＵ７が、ベースバンド部６により得られたエラー率に基づき、受信信号のエラー率が最少となるＺを算出する。算出された補正値Ｚは、ＭＰＵ７から演算部１０へと送信される。

一方、最大ピーク検出部８は、包絡線検出器４から送信された電圧の振幅の最大値Ｘを検出し、演算部１０へと送信する。

また、最小ピーク検出部９は、包絡線検出器４から送信された電圧の振幅の最小値Ｙを検出し、演算部１０及び演算部１１へと送信する。

演算部１０は、最大ピーク検出部８から送信された最大値Ｘと、最小ピーク検出部９から送信された最小値Ｙ、そしてＭＰＵ７から送信された補正値Ｚを用いて、（Ｘ−Ｙ）／Ｚの演算を行う。演算部１０による演算結果は、演算部１０から演算部１１へと送信される。

演算部１１は、演算部１０による（Ｘ−Ｙ）／Ｚの演算結果と、最小ピーク検出部９により検出された最小値Ｙを用いて、上述した式（１）の演算を行い、補正閾値Ｖｔの算出を行う。

こうして算出された補正閾値Ｖｔは、演算部１１からコンパレータ５へと送信される。補正閾値Ｖｔを受信したコンパレータ５は、以後の動作をこの補正閾値Ｖｔを用いて行う。

そして、この補正閾値Ｖｔを用いて行われたコンパレータ５による信号の有無の判定結果はベースバンド部６へと送信され、以後無線受信機１は、上述した処理と同様に再度のエラー率の測定から新たな補正閾値Ｖｔの算出を行う。

本実施形態に係る無線受信機１によると、通信状況に応じて閾値の調節を行うことで弱い受信波の検出が可能となり、その結果インパルスＵＷＢを用いた場合でも通信距離を伸ばすことが可能となる。

なお、上述した実施形態に係る無線受信機１はそれぞれ単一の受信部、すなわちアンテナ２、ＬＮＡ３及び包絡線検出器４を１つずつ備えて構成されていた。しかし、本発明においてはこれに限らず、受信部が複数設けられている態様であってもよい。

この場合、複数の受信部から出力される包絡線を加算する加算器が、受信部とコンパレータ５の間に設けられる。

このように加算器を設けることで、複数の受信部により受信したインパルスＵＷＢの電力が理論上受信部の数に応じて倍増する。これによりインパルスＵＷＢの受信電力を高めることができ、従来よりも長距離の無線通信を実現することができる。

１ 無線受信機
２ アンテナ
３ 低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）
４ 包絡線検出器
５ コンパレータ
６ ベースバンド部
７ ＭＰＵ（Micro Processing Unit）
８ 最大ピーク検出部
９ 最小ピーク検出部
１０、１１ 演算部

Claims (6)

1. インパルスＵＷＢを用いる無線受信機であって、
   前記インパルスＵＷＢを受信する受信アンテナと、
   受信した前記インパルスＵＷＢを増幅するとともに前記インパルスＵＷＢの包絡線の検波を行う受信部と、
   前記包絡線の最大値を検出する最大ピーク検出部と、
   前記包絡線の最小値を検出する最小ピーク検出部と、
   前記包絡線から初期閾値を用いて信号データを得るコンパレータと、
   前記信号データのエラー率を測定するベースバンド部と、
   前記エラー率に基づき補正値を算出するＭＰＵと、
   前記最大値、前記最小値及び前記補正値に基づき補正閾値を算出し、前記コンパレータに送信する演算部と、
   を備え、
   前記コンパレータは前記演算部から送信された前記補正閾値に基づき前記包絡線から前記信号データを得る、
   ことを特徴とする無線受信機。
2. 前記演算部は前記最大値Ｘ、前記最小値Ｙ及び前記補正値Ｚに基づき式（１）の演算を行い、補正閾値Ｖｔを算出し、前記補正閾値Ｖｔを前記コンパレータに送信することを特徴とする請求項１記載の無線受信機。
   

   
3. 前記エラー率としてビットエラーレートが用いられ、前記ＭＰＵは前記ビットエラーレートに基づき前記補正値を算出することを特徴とする請求項１又は２記載の無線受信機。
4. 前記エラー率としてパケットエラーレートが用いられ、前記ＭＰＵは前記パケットエラーレートに基づき前記補正値を算出することを特徴とする請求項１又は２記載の無線受信機。
5. 複数の前記受信部と、
   複数の前記受信部からの前記包絡線を加算する加算器と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の無線受信機。
6. 前記ベースバンド部による前記エラー率の測定は所定期間毎に行われることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の無線受信機。

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