JP6084917B2

JP6084917B2 - 無線パルス受信装置

Info

Publication number: JP6084917B2
Application number: JP2013239599A
Authority: JP
Inventors: 尚一大嶋; 賢一松永; 近藤　利彦; 利彦近藤; 森村　浩季; 浩季森村
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2033-11-20
Also published as: JP2015100058A

Description

本発明は、パルス信号を変調信号として使用する無線システムの無線パルス受信装置に関するものである。

図７（ａ）は、特許文献１に開示された従来の無線パルス受信装置の構成を示す図であり、図７（ｂ）は、無線パルス受信装置１Ａで受信するパルス信号の波形図である。

パルス通信では、パルス信号を変調信号として使用する。このため、受信したパルス信号からデータを復調するには、パルスを取りこぼさないようにパルス幅と同じサンプリング周期でパルス信号をサンプリングする必要がある。つまり、サンプリング速度を高速としなければならない。一方、非特許文献１では、パルスの生じるタイミングとサンプリングのタイミングを無線パルス送信装置と無線パルス受信装置の間で定期的に同期させることでサンプリング速度を低減する方法が提案されている。

特開２００３−１７９５７７号公報

寺田崇秀他、"間欠動作ＣＭＯＳＵＷＢ−ＩＲ受信機アナログフロントエンド，"信学技報ICD2007-48,2007

上記のように、パルス信号を高速にサンプリングすると、サンプリングを行うＡ／Ｄ変換器とディジタル回路の消費電力が増加する。一方、パルスの生じるタイミングとサンプリングのタイミングを無線パルス送信装置と無線パルス受信装置の間で同期させると、その同期処理により各装置の消費電力が増加する。

本発明の目的は、パルス信号を変調信号として使用する無線システムの無線パルス受信装置において無線パルス送信装置と同期を図ることなくＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度を低減させる技術を提供することにある。

上記の課題を解決するために、第１の本発明に係る無線パルス受信装置は、受信したパルス信号を該パルス信号のパルス幅に応じた速度で積分する積分器と、前記積分による積分値に応じた強度を有する信号の強度が予め定められた閾値以上か否かを判定する比較器と、前記積分値の信号と前記比較による結果の信号に基づいて、前記積分の周期が前記パルス信号のパルス間隔と同じになるように前記積分器を制御する位相調整回路および積分周期設定回路と、前記積分値の信号をホールドするホールド回路と、前記ホールド後の信号を前記パルス間隔に応じた速度でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器とを備えることを特徴とする。

第２の本発明に係る無線パルス受信装置は、受信したパルス信号を該パルス信号のパルス幅に応じた速度で積分する積分器と、前記積分による積分値に応じた強度を有する信号の強度が予め定められた閾値以上か否かを判定する比較器と、前記積分値の信号と前記比較による結果の信号に基づいて、前記積分の周期が前記パルス信号のパルス間隔と同じになるように前記積分器を制御する位相調整回路および積分周期設定回路と、前記位相調整回路から前記積分値の信号と前記比較による結果の信号に基いて送信される信号に含まれる前記パルス間隔と同じ周期のサンプリングパルスのタイミングで前記積分値の信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器とを備えることを特徴とする。

第３の本発明に係る無線パルス受信装置は、受信したパルス信号を、該パルス信号のパルス間隔の逆数に比例した速度で積分する積分器と、前記積分による積分値に応じた強度を有する信号の強度が予め定められた閾値以上か否かを判定する比較器と、前記比較による結果の信号を前記パルス間隔と同じ周期でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器とを備えることを特徴とする。

第４の本発明に係る無線パルス受信装置は、受信したパルス信号を、該パルス信号のパルス間隔の逆数に比例した速度で積分する積分器と、前記積分による積分値に応じた強度を有する信号を前記パルス間隔と同じ周期でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、パルス信号を変調信号として使用する無線システムの無線パルス受信装置において無線パルス送信装置と同期を図ることなくＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度を低減させることができる。

第１の実施の形態に係る無線パルス受信装置１Ａの構成を示す図である。無線パルス受信装置１Ａで受信するパルス信号の波形図である。位相調整回路１３における動作を説明するための図である。第２の実施の形態に係る無線パルス受信装置１Ｂの構成を示す図である。第３の実施の形態に係る無線パルス受信装置１Ｃの構成を示す図である。第４の実施の形態に係る無線パルス受信装置１Ｄの構成を示す図である。従来の無線パルス受信装置の構成例とパルス信号の波形を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各実施の形態を通して同一名称の要素には同一符号を付与する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る無線パルス受信装置１Ａの構成を示す図である。

無線パルス受信装置１Ａは、パルスを変調信号として使用する無線システムの無線パルス受信装置であり、積分器１１、比較器１２、位相調整回路１３、積分周期設定回路１４、ホールド回路１５およびＡ／Ｄ変換器１６を備える。

図２は、無線パルス受信装置１Ａで受信するパルス信号の波形図である。

パルス信号は、無線システムの無線パルス送信装置（図示せず）から受信するもので、ここでは、パルス幅をＹ秒、パルス間隔をＸ秒とする。例えば、実線で示すようにビット「１」を伝えるタイミングでパルスが発生し、破線で示すようにビット「０」を伝えるタイミングではパルスの発生が抑制される。

図１に戻り、積分器１１は、図２に示すようなパルス信号を当初はパルス幅Ｙに応じた速度で積分する。例えば、積分周期設定回路１４が積分器１１に対し、パルス幅Ｙと同じ周期で開始パルスＳ１を繰り返し送信する。また、積分周期設定回路１４が積分器１１に対し、開始パルスＳ１から所定の時間だけ遅らせて終了パルスＳ２を送信する。積分器１１は、開始パルスＳ１の受信時から積分を開始し、これにより、パルスが生じている時間では積分値が上昇する。また、積分器１１は、終了パルスＳ２の受信時に積分値を０に戻す。また、積分器１１は、継続的にその時点の積分値に応じた強度を有する信号Ｓ３を比較器１２と位相調整回路１３に送信する。

比較器１２は、信号Ｓ３の強度が予め定められた閾値以上か否かを判定する。例えば、比較器１２は、信号Ｓ３の強度が閾値以上となったなら、Ａ／Ｄ変換器１６へ出力する信号Ｓ４を立ち上げ且つその強度を維持し、信号Ｓ３の強度が閾値未満となったなら、信号Ｓ４を立ち下げ且つその強度を維持する。

位相調整回路１３は、信号Ｓ３と信号Ｓ４に基づいて、開始パルスＳ１の周期がパルス間隔Ｘと同じになるように積分周期設定回路１４を制御する。これにより、積分周期設定回路１４は、開始パルスＳ１の周期がパルス間隔Ｘと同じになるように開始パルスＳ１のタイミングを変化させる。

図３は、位相調整回路１３における動作を説明するための図である。

位相調整回路１３は、例えば、信号Ｓ３の立ち上がりのタイミングｔ０から信号Ｓ４の立ち上がりのタイミングｔ１までの時間Ａと、タイミングｔ１から信号Ｓ３の立ち下がりのタイミングｔ２までの時間Ｂとが同じになるように積分周期設定回路１４を制御する。

時間Ａ、Ｂが同じになる場合、タイミングｔ０は、パルス信号の立ち上がりのタイミングに一致するので、それからパルス幅Ｙと同じ時間だけ積分してしまえば、信号Ｓ３の次の立ち上がりのタイミング（次のｔ０）までは積分する必要がない。つまり、開始パルスＳ１の周期を長くできる。時間Ａ、Ｂは、例えば、パルス幅Ｙの１／２である。

実際、位相調整回路１３は、そのように積分周期設定回路１４を制御する。一方、開始パルスＳ１の周期を長くしすぎると、時間Ａ、Ｂが異なってくるので、位相調整回路１３は、その場合は、開始パルスＳ１の周期が短くなるように積分周期設定回路１４を制御する。これにより、開始パルスＳ１の周期がパルス間隔Ｘに漸近する。つまり、積分器１１は、パルスの存在しえる期間の開始タイミング（パルス間隔Ｘと同じ周期で訪れる）のみに積分を開始することになる。パルスの存在しえる期間とは、パルス信号においてパルスが生じている期間のみならず、パルスが生じていなくても、パルス信号により伝えるデータによっては、パルスとなり得る期間をも包含する意図で使用している。つまり、積分器１１は、パルス信号を当初はパルス幅Ｙに応じた速度で積分していたが、パルス間隔Ｘに応じた速度（無線システムで定められたデータ通信速度）で積分するように動作を変化させる。

ホールド回路１５は、信号Ｓ３をホールドする。つまり、信号Ｓ３が一旦立ち上がると、ホールド回路１５からＡ／Ｄ変換器１６へ送信される信号Ｓ５も立ち上がる。また、信号Ｓ３が立ち下がっても信号Ｓ５は立ち下がらず、予め定められたパルス間隔Ｘと同じ時間だけ強度を維持し、その時刻を過ぎたら立ち下がる。

Ａ／Ｄ変換器１６は、信号Ｓ５を例えば予めパルス間隔Ｘと同じに設定されたサンプリング間隔で、つまり、パルス間隔Ｘに応じたサンプリング速度（データ通信速度）でサンプリングし、サンプリングのタイミングで信号Ｓ５の強度をディジタル値「１」または「０」に変換する。Ａ／Ｄ変換器１６は、例えば、信号Ｓ５の強度が所定の強度より強い場合はディジタル値「１」を出力し、信号Ｓ５の強度が所定の強度より弱い場合はディジタル値「０」を出力する。

なお、パルス間隔Ｘと同じサンプリング間隔が予め設定されてない場合は、信号Ｓ３の強度が予め設定された閾値を超えた時点の直後または一定期間後のタイミングから、次に信号Ｓ３の強度が閾値を超えた時点の直後または一定期間後のタイミングまでの時間を計測し、この時間をサンプリング間隔としてもよい。この場合、計測された時間の長さがパルス間隔Ｘと同程度でない場合は、パルス信号が受信されていない、すなわち、雑音や他の無線機からの混信として処理してもよい。

また、ホールド回路１５においてもこのように計測した値をパルス間隔Ｘとすればよい。

以上のように、無線パルス受信装置１Ａによれば、無線パルス送信装置と同期を図ることなくＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度を低減させることができる。

［第２の実施の形態］
図４は、第２の実施の形態に係る無線パルス受信装置１Ｂの構成を示す図である。

無線パルス受信装置１Ｂは、積分器１１、比較器１２、位相調整回路１３、積分周期設定回路１４およびＡ／Ｄ変換器１６を備える。

第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは異なり、位相調整回路１３は、信号Ｓ３、Ｓ４に基づいて、信号Ｓ６をＡ／Ｄ変換器１６に送信する。信号Ｓ６は、例えば、パルスの存在しえる期間（定義は前述のとおり）ごとに１づつのサンプリングパルスを含むものである。つまり、サンプリングパルスの周期はパルス間隔Ｘに等しい。

Ａ／Ｄ変換器１６は、信号Ｓ６の各サンプリングパルスのタイミングで信号Ｓ３の強度をディジタル値に変換する。つまり、Ａ／Ｄ変換器１６は、信号Ｓ３をパルス間隔Ｘに応じたサンプリング速度（データ通信速度）でＡ／Ｄ変換する。

以上のように、無線パルス受信装置１Ｂによれば、無線パルス送信装置と無線パルス受信装置の間で同期を図ることなくＡ／Ｄ変換器１６のサンプリング速度を低減させることができる。しかも、ホールド回路１５を不要にできる。

［第３の実施の形態］
図５は、第３の実施の形態に係る無線パルス受信装置１Ｃの構成を示す図である。

無線パルス受信装置１Ｃは、積分器１１、比較器１２およびＡ／Ｄ変換器１６を備える。無線パルス受信装置１Ｃは、パルス信号の強度が高い場合に有効な構成である。

積分器１１は、第１の実施の形態とは異なり、パルス信号を予め定められたパルス間隔Ｘに応じた速度（データ通信速度）で当初から積分する。この際、積分器１１は、積分開始の直前に積分値を０に戻す。積分器１１は、継続的にその時点の積分値に応じた強度を有する信号Ｓ３を比較器１２に送信する。

これにより、少なくとも信号Ｓ４が立ち上がるタイミングやその近傍では、パルス信号においてパルスが生じていることがわかる。

Ａ／Ｄ変換器１６は、例えば、信号Ｓ４が立ち上がるタイミングやその近傍のタイミングで信号Ｓ４の強度をディジタル値に変換し、以降、予め定められたパルス間隔Ｘと同じ周期で信号Ｓ４をＡ／Ｄ変換する。

以上のように、無線パルス受信装置１Ｃによれば、無線パルス送信装置と同期を図ることなくＡ／Ｄ変換器１６のサンプリング速度を低減させることができる。しかも、位相調整回路１３、積分周期設定回路１４およびホールド回路１５を不要にできる。

［第４の実施の形態］
図６は、第４の実施の形態に係る無線パルス受信装置１Ｄの構成を示す図である。

無線パルス受信装置１Ｄは、積分器１１およびＡ／Ｄ変換器１６を備える。無線パルス受信装置１Ｄは、パルス信号の強度が高い場合に有効であり、回路構成の簡略化が可能である。

積分器１１は、第３の実施の形態と同様に、パルス信号を予め定められたパルス間隔Ｘに応じた速度（データ通信速度）で積分し、積分開始の直前に積分値を０に戻す。積分器１１は、継続的にその時点の積分値に応じた強度を有する信号Ｓ３をＡ／Ｄ変換器１６に送信する。

少なくとも信号Ｓ３が立ち上がるタイミングの直後では、パルス信号においてパルスが生じていることがわかる。

Ａ／Ｄ変換器１６は、例えば、信号Ｓ３が立ち上がるタイミングの直後で信号Ｓ３の強度をディジタル値に変換し、以降、予め定められたパルス間隔Ｘと同じ周期で信号Ｓ３をＡ／Ｄ変換する。

以上のように、無線パルス受信装置１Ｄによれば、無線パルス送信装置と同期を図ることなくＡ／Ｄ変換器１６のサンプリング速度を低減させることができる。しかも、比較器１２、位相調整回路１３、積分周期設定回路１４およびホールド回路１５を不要にできる。

１Ａ…無線パルス受信装置
１Ｂ…無線パルス受信装置
１Ｃ…無線パルス受信装置
１Ｄ…無線パルス受信装置
１１…積分器
１２…比較器
１３…位相調整回路
１４…積分周期設定回路
１５…ホールド回路
１６…Ａ／Ｄ変換器

Claims

受信したパルス信号を該パルス信号のパルス幅に応じた速度で積分する積分器と、
前記積分による積分値に応じた強度を有する信号の強度が予め定められた閾値以上か否かを判定する比較器と、
前記積分値の信号と前記比較による結果の信号に基づいて、前記積分の周期が前記パルス信号のパルス間隔と同じになるように前記積分器を制御する位相調整回路および積分周期設定回路と、
前記積分値の信号をホールドするホールド回路と、
前記ホールド後の信号を前記パルス間隔に応じた速度でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と
を備えることを特徴とする無線パルス受信装置。
受信したパルス信号を該パルス信号のパルス幅に応じた速度で積分する積分器と、
前記積分による積分値に応じた強度を有する信号の強度が予め定められた閾値以上か否かを判定する比較器と、
前記積分値の信号と前記比較による結果の信号に基づいて、前記積分の周期が前記パルス信号のパルス間隔と同じになるように前記積分器を制御する位相調整回路および積分周期設定回路と、
前記位相調整回路から前記積分値の信号と前記比較による結果の信号に基づいて送信される信号に含まれる前記パルス間隔と同じ周期のサンプリングパルスのタイミングで前記積分値の信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と
を備えることを特徴とする無線パルス受信装置。
受信したパルス信号を、該パルス信号のパルス間隔の逆数に比例した速度で積分する積分器と、
前記積分による積分値に応じた強度を有する信号の強度が予め定められた閾値以上か否かを判定する比較器と、
前記比較による結果の信号を前記パルス間隔と同じ周期でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と
を備えることを特徴とする無線パルス受信装置。
受信したパルス信号を、該パルス信号のパルス間隔の逆数に比例した速度で積分する積分器と、
前記積分による積分値に応じた強度を有する信号を前記パルス間隔と同じ周期でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と
を備えることを特徴とする無線パルス受信装置。