(57)【要約】【課題】  パルスベース通信における相関法による同期捕捉方式において、マルチパス発生環境下においても同期捕捉を簡単に実現し、また、伝送情報が異なるものになっても同期捕捉をやり直す必要のない同期捕捉方法を提供する。【解決手段】  送信側が送る伝送情報と同じ周期の第一のパルス信号と受信情報との同期をとる符号同期用相関器（２１）と、その周期を有し無変調の第二のパルス信号と受信情報との相関値が所定閾値を超えた時の相関値と、その発生時刻とを対にして格納するメモリ（２１１）を有し、該メモリに格納された相関値を超える相関値相関値と、該相関値の発生時刻との対でメモリ内容を順次更新するタイミング検出用相関器（２２）とを備え、メモリに格納された時刻を用いて符号同期用相関器（２１）の第一のパルス信号を発生させるタイミングを決定することにより受信信号と第一のパルス信号との同期を確立する。【選択図】      図３
2006041705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスベース通信を行うための受信回路であって、
送信側が送る拡散符号により変調されたパルス信号と同じ周期を持ち、前記拡散符号と同一の拡散符号により変調された第一のパルス信号と受信情報との同期をとる符号同期用相関器（２１）と、
前記周期を有し前記第一のパルス信号との時間差が、送信側が送る拡散符号により変調されたパルス信号と送信側が送るタイミング検出信号との時間差(τ１）に等しい、無変調の第二のパルス信号と受信情報との同期をとるタイミング検出用相関器（２２）とを備え、
前記タイミング検出用相関器（２２）は、前記第二のパルス信号のパルス間隔以上の所定時間間隔毎に前記受信信号と前記第二のパルス信号との相関値を測定し、より良い相関値とその発生時刻 (τ２）とを対にして格納するメモリ（２１１）を備え、
前記第一のパルス信号の発生タイミングは前記時間差(τ１）と前記発生時刻(τ２）とを用いて決定し、前記第二のパルス信号の発生タイミングは前記発生時刻(τ２）を用いて決定することにより、符号同期用相関器（２１）による復調動作中に前記タイミング検出用相関器（２２）も動作させることを特徴とする受信回路。
【請求項２】
前記符号同期用相関器（２１）は、前記第一のパルス信号を発生する第一のパルス発生器（２０３）と、受信信号を前記第一のパルス発生器の出力に掛け合わせる第一の掛け算器（２０５）と、前記第一の掛け算器の出力から復調データを再生する復調手段（２０６，２０７）と、前記第一のパルス信号の発生タイミングを前記復調手段の出力と前記時間差(τ１）と前記発生時刻(τ２）とに基づいて制御する第一の制御回路（２０４）とを備え、
前記タイミング検出用相関器（２２）は、前記第二のパルス信号を発生する第二のパルス発生器（２０８）と、受信信号を前記第二のパルス発生器（２０８）の出力に掛け合わせる第二の掛け算器（２０９）と、前記メモリ（２１１）に格納されている発生時刻(τ２）に対応する時間だけ、前記第一のパルス発生器（２０３）から出力されるパルスの発生タイミングをシフトする第二の制御回路（２１２）とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の受信回路。
【請求項３】
前記パルスベース通信はインパルスベースのＵＷＢである、請求項１又は２に記載の受信回路。
【請求項４】
前記伝送情報は情報伝送用拡散符号により生成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の受信回路。
【請求項５】
前記情報伝送用拡散符号は情報伝送用ＰＮ符号であることを特徴とする請求項４に記載の受信回路。
【請求項６】
前記情報伝送用拡散符号は情報伝送用Ｂａｋｅｒ符号であることを特徴とする請求項４に記載の受信回路。
【請求項７】
パルスベース通信を行うための送受信システムであって、
伝送情報を所定周期のパルス信号として発生する第一のパルス発生器（１３）と、
前記所定周期でパルス検出用信号を発生する第二のパルス発生器（１４）と、
前記第一のパルス発生器（１３）と前記第二のパルス発生器（１４）とを制御して、前記第一のパルス発生器と前記第二のパルス発生器から出力されるパルスの時間差を所定値(τ１）にする制御回路（１５）と、
前記第一のパルス発生器の出力と前記第二のパルス発生器の出力とを加算して出力する加算器（１６）とを備えている送信回路と、
受信回路とを備え、
前記受信回路は、
送信側が送る拡散符号により変調されたパルス信号と同じ周期を持ち、前記拡散符号と同一の拡散符号により変調された第一のパルス信号と受信情報との同期をとる符号同期用相関器（２１）と、
前記周期を有し前記第一のパルス信号との時間差が、送信側が送る拡散符号により変調されたパルス信号と送信側が送るタイミング検出信号との時間差(τ１）に等しい、無変調の第二のパルス信号と受信情報との同期をとるタイミング検出用相関器（２２）とを備え、
前記タイミング検出用相関器（２２）は、前記第二のパルス信号のパルス間隔以上の所定時間間隔毎に前記受信信号と前記第二のパルス信号との相関値を測定し、より良い相関値とその発生時刻 (τ２）とを対にして格納するメモリ（２１１）を備え、
前記第一のパルス信号の発生タイミングは前記時間差(τ１）と前記発生時刻(τ２）とを用いて決定し、前記第二のパルス信号の発生タイミングは前記発生時刻(τ２）を用いて決定することにより、符号同期用相関器（２１）による復調動作中に前記タイミング検出用相関器（２２）も動作させることを特徴とする送受信システム。
【請求項８】
前記パルスベース通信はインパルスベースのＵＷＢである、請求項７に記載の送受信システム。
【請求項９】
前記伝送情報は情報伝送用拡散符号により生成されることを特徴とする請求項７に記載の送受信システム。
【請求項１０】
前記情報伝送用拡散符号は情報伝送用ＰＮ符号であることを特徴とする請求項９に記載の送受信システム。
【請求項１１】
前記情報伝送用拡散符号は情報伝送用Ｂａｋｅｒ符号であることを特徴とする請求項９に記載の送受信システム。
【請求項１２】
パルスベース通信を行うための同期捕捉方法であって、
所定周期のパルス信号の伝送情報に対して所定期間だけ時間が異なっているパルス検出用信号を送信側と受信側で生成し、
受信側で受信伝送情報と前記パルス検出用信号との同期を用いて受信側で同期を確立し、
次いで、同期確立した前記パルス検出用信号に対して前記所定期間だけ時間を異ならせて前記伝送情報を受信側で生成することにより、受信信号と前記伝送情報との同期を確立することを特徴とする同期捕捉方法において、
受信側で、送信側が送る拡散符号により変調されたパルス信号と同じ周期を持ち、前記拡散符号と同一の拡散符号により変調された第一のパルス信号と受信情報との同期をとり、
前記周期を有し前記第一のパルス信号との時間差が、送信側が送る拡散符号により変調されたパルス信号と送信側が送るタイミング検出信号との時間差(τ１）に等しい、無変調の第二のパルス信号と受信情報との同期をとり、
前記無変調の第二のパルス信号と受信情報との同期動作では、前記第二のパルス信号のパルス間隔以上の所定時間間隔毎に前記受信信号と前記第二のパルス信号との相関値を測定し、より良い相関値とその発生時刻 (τ２）とを対にしてメモリ（２１１）に格納し、
前記第一のパルス信号の発生タイミングは前記時間差(τ１）と前記発生時刻(τ２）とを用いて決定し、前記第二のパルス信号の発生タイミングは前記発生時刻(τ２）を用いて決定することにより、符号同期用相関器（２１）による復号動作中に前記タイミング検出用相関器（２２）も動作させて、受信信号と前記第一のパルス信号との同期を確立することを特徴とすることを特徴とする同期捕捉方法。
【請求項１３】
前記パルスベース通信はインパルスベースのＵＷＢである、請求項１２に記載の同期捕捉方法。
【請求項１４】
前記伝送情報は情報伝送用拡散符号により生成されることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の同期捕捉方法。
【請求項１５】
前記情報伝送用拡散符号は情報伝送用ＰＮ符号であることを特徴とする請求項１４に記載の同期捕捉方法。
【請求項１６】
前記情報伝送用拡散符号は情報伝送用Ｂａｋｅｒ符号であることを特徴とする請求項１４に記載の同期捕捉方法。
【請求項１７】
前記伝送情報は各パルスの正転と反転のシーケンスからなるＤＳ変調された符号である、請求項１２に記載の同期捕捉方法。
【請求項１８】
前記伝送情報は各パルスの位相を所定期間ずらすか否かによりＴＨ変調された符号である、請求項１２に記載の同期捕捉方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパルスベース通信システムに関し、特に、ＵＷＢ(Ultra Wide Band)等のパルスベース通信システムにおける同期捕捉方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＷＢシステムは搬送波を用いないで信号をパルス状態で送受信するシステムであり、米国のFCC（米連邦通信委員会）が２００２年に民間に認可を与えた。ＦＣＣの規定ではＵＷＢの定義は「帯域５００ＭＨｚ以上または中心周波数の２０％以上の占有帯域幅を持つ無線信号」である。ＵＷＢは高速データ通信が可能な技術として大きな注目を集めている。ＵＷＢの信号は非常に広い帯域を使用して低電力で送信しているために他の通信システムとスペクトルを共有できるというメリットがある。さらに、信号をパルスで送信するのでマルチパスやフェージングの影響も解決する事ができる（非特許文献１および２を参照）。
短いパルスのＵＷＢの波形はマルチパスの影響を避けることができるので、室内の通信に適用される。以下の記載ではマルチパスのない加法的白色雑音AWGNモデルを想定する。
非特許文献５に記載のように、モノサイクルの波形w(t)は次の式（１）で与えられる。
【数１】
2006041705.tif 000003
ここで、τmはパルス幅の大きさである。
【０００３】
図９はＤＳ(Discrete Sequence)で変調された送信信号の波形の一例を示す図である。この例では、周期Tfのパルス列の連続するＳ個（Ｓは正の整数）のパルスで１ビットの情報を表す。変調方式には、各パルスの位相を反転する図９に示したＤＳ以外にＴＨ(Time Hopping)-ＵＷＢが知られている。
【０００４】
図１０はＤＳ-ＵＷＢの変調方式を説明する図である。図示のように、ＤＳ-ＵＷＢではパルス列の各パルスを反転して０、１を区別する。これは、搬送波の位相の非反転と反転で情報の１と０を区別する従来のＣＤＭＡ等におけるＢＰＳＫ(Binary Phase Shift Keying)の技術と類似している。
【０００５】
図１１はＴＨ-ＵＷＢの変調方式を説明する図である。同図に示すように、ＴＨ-ＵＷＢでは各パルスの時間軸上での位置を例えば１２５ピコ秒変化させてその位置により０、１を区別する。
【０００６】
いずれの変調方式においても、上記のように連続するＳ個（Ｓは正の整数）のパルス（ＰＮ符号やBaker符号）でスペクトル拡散をして１ビットの情報を表す。
ＤＳ変調やＴＨ変調のＵＷＢシステムにおいて符号の同期は重要な問題のひとつである。多くの場合、ＳＮ比が大変低い状態あるいは妨害波の存在する中で同期捕捉を行わなければならない。
ＤＳ変調やＴＨ変調のＵＷＢシステムにおけるスペクトル拡散通信において、従来の同期捕捉方法としては、マッチドフィルタによる同期捕捉方法と相関方法による同期捕捉方法とがある。
マッチドフィルタによる同期捕捉方法は早い同期捕捉が可能であるが、ハードウェアは大規模となる。
相関方法による同期捕捉方法はハードウェアが比較的簡単ですむが、同期捕捉には時間がかかってしまう。
【０００７】
同期捕捉の時間を短縮するために、複数の相関器を用いて同期捕捉を行う方法がある。しかしながら、この方法は受信機が複雑となり消費電力の増加をもたらす。
相関法による初期同期の一般的な方法として、正しい符号の位相が得られるまで、可能性のある位相の状態を順に変えていく方法がある。その各位相は、受信信号に逆拡散を試みて、その結果で正しいかどうかを評価していく。推定した符号位相が正しいならば、逆拡散が行われ、相関ピーク値が検知される。また、推定した符号位相が正しくないならば、逆拡散は行われず、その基準信号は、次の推定のために、新しい位相にステップする。この手法をシリアルサーチという（非特許文献３参照）。
【０００８】
しかしながら、相関法におけるこのシリアルサーチの方法によれば、送信信号中に情報が存在しない状態が長く続くほど受信側での同期捕捉に要する時間が長くなるという問題がある。
本出願人は、上記従来技術における問題に鑑みて、受信側での同期捕捉に要する時間を短縮すべく、平成１５年１１月１０日付けで出願の特願２００３−３７９８００において新たな同期捕捉方法を提案した。この方法は、パルスベース通信を行うための同期捕捉方法であって、所定周期のパルス信号の伝送情報に対して所定期間だけ位相が異なっているパルス検出用信号を送信側と受信側で生成し、前記パルス検出用信号を用いて受信側で同期を確立し、次いで、同期確立した前記パルス検出用信号に対して前記所定期間だけ位相を異ならせて符号同期を行うことを特徴とする同期捕捉方法である。
【０００９】
上記の先願の技術によれば、送信信号中に伝送情報が存在しなくても、受信側でいち早く同期捕捉が可能になるので、同期捕捉時間を短くすることができる。
しかしながら、上記先願の技術によれば、伝播路でマルチパスが発生しやすい環境においては、パルス検出用信号であってもマルチパスの影響で受信側では複雑化するので、同期捕捉を繰り返すことが必要となり、結果的に同期捕捉に要する時間が長くなるという問題があった。また、符号同期が確立している段階でマルチパス環境下でより電界強度の大きいパルス検出用信号が検出されたときには復調動作を停止してパルス検出動作に切替えて再度同期捕捉を行わなければならないという問題もあった。これらの問題を図１２により詳述する。
【００１０】
図１２の（ａ）は１つの送信パルスを示し、（ｂ）は（ａ）に示した送信信号を受信した場合にマルチパスの影響により複雑化した受信信号を示す。このような信号の同期捕捉を確立するためには、受信信号中のどのピークが本来の信号のピークがわからなくなってより雑音の少ない本来の信号の受信が困難になり、先願の技術では、同期確立を繰り返す必要があった。また、符号同期が確立している段階でよりよいピークが検出される度に、一旦復調動作を停止してパルス検出信号による同期確立動作に切替えて同期確立をやり直すことが必要であった。
【００１１】
【特許文献１】特願２００３−３７９８００
【非特許文献１】M.Z.Win, R.A.Scholtz, “Ultra-Wide Bandwidth Time-HoppingSpread-Spectrum Impulse Radio for Wireless Multiple-Acess Communications” IEEETrans. On Commun., vol.48, no.4, April 2002
【非特許文献２】K.Siwiak, P.Withington, S.Phelan, “Ultra-wide band radio:the emergence of an important new technology,” Vehicular Technology Conference, VTC 2001 Spring. IEEE VTS 53rd, Vol. 2 pp1169-1172, May.2001
【非特許文献３】Roger L. Peterson, Roger L. Ziemer, David E. Borth,  “Introduction to Spread Spectrum Communications” Prentice-Hall, 1995
【非特許文献４】Kazimierz. SIWIAK, "Ultra-Wide Band Radio: Introducing a New Technology, "Vehicular Technology Conference, VTC 2001 Spring. IEEE VTS 53rd, Volume; 2,6-9 May 2001
【非特許文献５】Femando Ramirez-Mireles, "On the Performance of Ultra-Wide-Band Signal in Gausian Noise and Dense Multipath, "IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. 50, no. 1, January 2001
【非特許文献６】JACK K. HOLMES, "Acquisition Time Performance of PN Spread-Spectrum Systems, "IEEE Trans. Commun., COM-25, 8, pp. 778-783 (Aug. 1977)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、ＵＷＢ通信等のパルスベース通信における相関法による同期捕捉方式において、受信側で復調動作と同期確立動作を並行して行なうことにより、マルチパス発生環境下においても同期捕捉を繰り返す必要をなくし、また、符号同期の確立中により電界強度の大きいパルス検出用信号が検出されても復調動作を停止して同期捕捉をやり直す必要のない同期捕捉方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の第一の態様により提供されるものは、パルスベース通信を行うための受信回路であって、送信側が送る拡散符号により変調されたパルス信号と同じ周期を持ち、上記拡散符号と同一の拡散符号により変調された第一のパルス信号と受信情報との同期をとる符号同期用相関器と、上記周期を有し第一のパルス信号との時間差が、送信側が送る拡散符号により変調されたパルス信号と送信側が送るタイミング検出信号との時間差に等しい、無変調の第二のパルス信号と受信情報との同期をとるタイミング検出用相関器とを備え、タイミング検出用相関器は、第二のパルス信号のパルス間隔以上の所定時間間隔毎に受信信号と第二のパルス信号との相関値を測定し、より良い相関値とその発生時刻とを対にして格納するメモリを備え、第一のパルス信号の発生タイミングは時間差と発生時刻とを用いて決定し、第二のパルス信号の発生タイミングは発生時刻を用いて決定することにより、符号同期用相関器による復号動作中にタイミング検出用相関器も動作させることを特徴とする受信回路である。
【００１４】
本発明の第二の態様により提供されるものは、パルスベース通信を行うための送受信システムであって、伝送情報を所定周期のパルス信号として発生する第一のパルス発生器と、所定周期でパルス検出用信号を発生する第二のパルス発生器と、第一のパルス発生器と第二のパルス発生器とを制御して、第一のパルス発生器と第二のパルス発生器から出力されるパルスの時間差を所定値にする制御回路と、第一のパルス発生器の出力と第二のパルス発生器の出力とを加算して出力する加算器とを備えている送信回路と、第一の態様により提供される受信回路とを備えた送受信システムである。
【００１５】
本発明の第三の態様により、パルスベース通信を行うための同期捕捉方法であって、所定周期のパルス信号の伝送情報に対して所定期間だけ時間が異なっているパルス検出用信号を送信側と受信側で生成し、受信側で受信伝送情報とパルス検出用信号との同期を用いて受信側で同期を確立し、次いで、同期確立したパルス検出用信号に対して所定期間だけ時間を異ならせて伝送情報を受信側で生成することにより、受信信号と伝送情報との同期を確立することを特徴とする同期捕捉方法において、受信側で、送信側が送る拡散符号により変調されたパルス信号と同じ周期を持ち、送信側の拡散符号と同一の拡散符号により変調された第一のパルス信号と受信情報との同期をとり、上記周期を有し第一のパルス信号との時間差が、送信側が送る拡散符号により変調されたパルス信号と送信側が送るタイミング検出信号との時間差に等しい、無変調の第二のパルス信号と受信情報との同期をとり、無変調の第二のパルス信号と受信情報との同期動作では、所定時間間隔毎に受信信号と第二のパルス信号との相関値を測定し、より良い相関値とその発生時刻とを対にしてメモリに格納し、第一のパルス信号の発生タイミングは時間差と発生時刻とを用いて決定し、第二のパルス信号の発生タイミングは発生時刻を用いて決定することにより、符号同期用相関器による復号動作中にタイミング検出用相関器も動作させて、受信信号と第一のパルス信号との同期を確立することを特徴とすることを特徴とする同期捕捉方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
ＵＷＢ通信等のパルスベース通信における相関法による同期捕捉方式において、受信側復調動作中に同期捕捉動作を並行して行うことにより、マルチパスが発生する環境下でも本来の信号の受信が容易になり、また、マルチパス環境下でより大きいピークのパルス検出用信号が致来しても、復調動作を停止して同期捕捉をやり直す必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明において用いられるＵＷＢ用送信回路の構成を示すブロック図である。同図において、１１は例えば100ns毎にパルスを発生するクロック発生器、１２は送信データとクロック発生器１の出力とに基づいてＳ／Ｎの向上及び耐干渉性の向上を目的とした情報伝送用ＰＮ(擬似雑音）信号を発生する情報伝送用ＰＮ発生器、１３は情報伝送用ＰＮ発生器１２の出力に基づいて拡散符号（ＰＮ符号やBaker符号）により変調されたＵＷＢ信号のパルスを発生する第一のパルス発生器、１４はクロック発生器１１の出力に基づいて例えば100nsといった所定周期でパルス検出用信号を発生する第二のパルス発生器、１５は第一および第二のパルス発生器１３，１４を制御する制御回路、１６は第一および第二のパルス発生器１３，１４の出力を加算する加算器、１７は加算器１６の出力を送信するアンテナである。尚、本発明の実施例では図１に示した送信回路はパケット通信を行う。制御回路１５はパケットの先頭で、第二のパルス発生器１４から出力されるパルスの位相を、第一のパルス発生器から出力されるＰＮ符号により変調されたパルス信号の位相から、予め定めた一定時間τ１だけ遅れて出力されるように、第一および第二のパルス発生器１３および１４を制御する。
【００１８】
第二のパルス発生器１４を設けたことにより、情報伝送用ＰＮ発生器１２が情報を発生しているかいないかに関わらず、パケットの先頭部分で第二のパルス発生器１４から一定周期のパルスが送信されるので、受信側では第二のパルス発生器１４からのこのパルスを受信することにより、情報伝送用の拡散符号が存在していなくてもいち早く同期捕捉することができる。
【００１９】
図２は本発明の一実施例によるＵＷＢ用受信回路の構成を示すブロック図である。同図において、２１は送信側が送る伝送情報と同じ周期を持ち、送信側の拡散符号と同一の拡散符号により変調された第一のパルス信号と受信情報との同期をとる符号同期用相関器、２２はタイミング検出用相関器で、２３は受信アンテナである。
【００２０】
符号位相用相関器２１は、送信回路内のクロック発生器１１が発生するクロック信号と同一周期のクロック信号を発生するクロック発生器２０１と、受信した信号からそのクロック発生器２０１から出力されるクロック信号に応じてベースバンド信号を再生するための送信側の拡散符号と同一の拡散符号を発生する情報伝送用ＰＮ発生器２０２と、情報伝送用ＰＮ発生器２０２の出力に基づいてＵＷＢ信号のパルスを生成する受信側の第一のパルス発生器２０３と、情報伝送用ＰＮ発生器２０２の出力信号の発生タイミングを制御する第一の制御回路２０４と、第一のパルス発生器２０３の出力と受信アンテナ２３により受信された信号とを掛け算する第一の掛け算器２０５と、第一の掛け算器２０５の出力をＰＮ符号の連続する所定数毎に積分して情報を再生する積分回路２０６と、積分回路２０６の出力からベースバンド信号を復調データとして出力するベースバンド信号処理回路２０７とを備えている。
【００２１】
タイミング検出用相関器２２は、送信回路内の第二のパルス発生器１４が発生するパルス信号と同一周期を有し無変調の第二のパルス信号をクロック発生器２０１から出力されるクロック信号に応じて発生する第二のパルス発生器２０８と、受信信号を前記第二のパルス発生器２０８の出力に掛け合わせる第二の掛け算器２０９と、第一のパルス発生器２０３と第二のパルス発生器２０８から出力されるパルスの時間差を所定値τ１にするとともに後述する発生時刻τ２を生成する第二の制御回路２１２と、第二の掛け算器２０９の出力をＰＮ符号の連続する所定数毎に積分して情報を再生する積分回路２１０と、積分回路２１０から出力される相関値が所定閾値を超えた場合にその相関値とともに相関値の発生時刻τ２を格納する積分値メモリ２１１とを備えている。第二の制御回路２１２は、第二のパルス発生器２０８の出力信号のタイミングおよび第一の制御回路２０４を制御する。積分回路２１０から出力される相関値が積分値メモリ２１１に格納されている値を超えた時は、新たな相関値で格納値を更新すると共にその相関値の発生時刻τ２も更新する。発生時刻τ２は、所定基準時刻と相対値の発生時刻との時間差である。第二の制御回路２１２はこれらの動作を実現するためのタイマと比較器とを備えている。
【００２２】
符号位相相関器２１内の第一の制御回路２０４は、第二の制御回路２１２の出力を受けて時間差τ１および積分値メモリ２１１に格納されている発生時刻τ２に基づいて、情報伝送用ＰＮ発生器の出力タイミングを決定する。
【００２３】
このように、符号同期用相関器２１の動作を行っている間に、タイミング検出用相関器２２による同期確立を並行して行い、所定時間間隔で積分回路２１０から出力される相関値が以前の相関値より大きくなるとその大きくなった相関値の発生タイミングで積分値メモリ内の発生時刻τ２を更新し、この発生時刻τ２を用いて符号同期用相関器２１における第一のパルス信号の発生タイミングを調整する。
【００２４】
図３は図１および図２に示した本発明の一実施例によるＵＷＢ通信システムの動作を説明するフローチャート、図４は図１に示した送信回路からの出力信号を示す図、図５は本発明の実施例によるタイミング検出モードによる位相同期を説明する図、図６は本発明の実施例による符号検出モードによる位相同期を説明する図である。図３から図６により本発明の実施例による同期捕捉方法を説明する。
【００２５】
まず、図１に示した送信回路から第一のパルス発生器１３の出力と第２のパルス発生器１４の出力とを重ね合わせた信号を、アンテナ１７を介して出力する。
図４において、（ａ）は第一のパルス発生器１３の出力であるＰＮ符号（拡散符号）により変調されたパルス信号を示し、（ｂ）は第二のパルス発生器１４の出力信号を示し、（ｃ）は両者を加算した加算器１６の出力信号を示す。同図の（ａ）に示すように、拡散符号は所定周期Ｔのパルス列である。各パルス列は位相が正転したパルスと位相が反転したパルスの組み合わせでビットの情報を表している。伝送情報が存在しないときは、拡散符号中のパルスも存在しない。また、（ｂ）に示すように、第二のパルス発生器１４の出力信号は一定周期のパルス列からなるパルス検出用信号である。また、（ｃ）に示すように、第一のパルス発生器１３の出力位相と第二のパルス発生器１４の出力位相との時間間隔τ１は任意に予め定めておく。
【００２６】
受信回路において、同期捕捉の初期段階では、ステップＳ３１のタイミング検出モードにより同期が確立しようとする。タイミング検出モードにおいては、掛け算器２０９は、受信側の第二のパルス発生器２０８の出力であるパルス検出用信号(図５の（ｂ））と受信信号（図５の（ａ））とを掛け算する。パルス検出用信号は図５の（ｂ）に示すように、ＰＮ符号の有無に無関係な一定周期のパルス列であるので、その周期Ｔの間で同期捕捉ができる。この段階では拡散符号の位相を考慮する必要がない。この同期確立にあたっては、ステップＳ３１にて第二の制御回路２１２は第二のパルス発生器２０８の出力信号の発生タイミングを積分値メモリ２１１に格納されている値に基づいて適当な時間だけずらすことにより、より大きい相関値を見つけようとする。上記適当な時間は、マルチパスの状況により異なるものであり、準最適な値をシミュレーションを行いながら決定する。長すぎれば同期確立に要する時間が長くなるし、短すぎれば同期確立しにくくなる。最初は、ステップＳ３２のタイミング検証モードにて、所定閾値を超えた相関値が検出されたかどうかが検証され、ステップＳ３３で所定閾値を超えた相関値が検出されたと判定されると、ステップＳ３４にて、その時刻と所定基準時刻との時間差（前述の発生時刻に相当する）τ２を検出された相関値と対にして積分値メモリ２１１に格納する。ステップＳ３３で所定閾値を超えた相関値が検出されない場合は、ステップＳ３１に戻り、上記適当な時間だけ第二のパルス発生器２０８の出力信号の発生タイミングをずらして、再び受信信号と相関を取る。
【００２７】
一旦、積分値メモリ２１１に相関値と発生時刻とが対になって格納された後は、格納された相関値が次の閾値となってステップＳ３１からステップＳ３３を繰り返し、積分値メモリ２１１に格納されている相関値を超える相関値が検出されるとステップＳ３４にてその相関値と発生時刻τ２とを対として前回の値を更新する。
【００２８】
所定基準時刻を図５の（ｂ）に示すパルス検出信号のある位相のピーク時とすると、図５の（ｃ）はより大きい相関値が検出された時の第二のパルス発生器２０８の出力であるパルス検出用信号を示している。図示のように、図５の（ｃ）のパルス検出信号は図５の（ｂ）のパルス検出信号よりτ２だけ発生タイミングが遅くなっている。
【００２９】
積分値メモリ２１１に一旦相関値と発生時刻τ２の対が格納されると、上述のタイミング検出モードと以下に記載の符号同期モードとを並行して動作を行う。
【００３０】
すなわち、符号同期モードにおいては、ステップＳ３６にて積分値メモリ２１１に格納されている時間差τ２が第一の制御回路２０４に与えられる。この動作には、第一の制御回路２０４が第二の制御回路２１２に対して積分値メモリ２１１に格納されている発生時刻τ２を引き渡すよう更新要求をする方法と、第二の制御回路２１２が強制的に第一の制御回路２０４に積分値メモリ２１１に格納されている発生時刻τ２を供給する方法とがある。
第一の制御回路２０４では、第一の制御回路２１２から与えられた相関値と対になっている発生時刻τ２と、送信信号における拡散符号により変調されたパルス信号(図４の（ａ））とパルス検出用信号(図４の（ｂ））との時間差τ１と、ベースバンド信号処理乖離２０７の出力信号とを用いて、拡散用の情報伝送用ＰＮ発生器２０２の出力信号の発生タイミングを制御する。
【００３１】
図６の（ａ）は受信信号を示し、（ｂ）は受信側の第一のパルス発生器２０３の出力を示し、（ｃ）はτ２だけ発生タイミングが遅れた第一のパルス発生器２０３の出力を示す。図示のように、第一のパルス発生器２０３から出力されるパルス検出用信号（ｂ）は受信信号（ａ）より所定時間τ１だけ遅れている。一方、タイミング検出モードで検出された時間差はτ２なので、制御回路２０４の制御により、既に同期捕捉が完了している第二のパルス発生器２０８の出力の位相からτ１＋ｆ（τ２）だけ進ませた信号を第一のパルス発生器２０３から出力させることにより、拡散符号もパルス検出用信号の周期Ｔ内で直ちに同期捕捉される。関数ｆ(τ２）はτ２を測定する際の基準時刻によって決まる。
【００３２】
次いで、ステップ３７にてシーケンス検証モードを実行し、ステップＳ３８にて同期捕捉完了かを判断し、同期がはずれたら、ステップＳ３６に戻る。
【００３３】
上記符号用相関器による復調動作と並行してタイミング検出用相関器の動作は引き続き実行されるので、積分値メモリ２１１の格納値は随時更新される。そして、符号同期モードでは同期捕捉が完了するまでこの更新値を順次利用して同期捕捉を図る。同期捕捉に失敗しても、第一のパスル発生器２０３の出力の周期Ｔの間隔で受信側のパルス検出用信号をスライディングさせるだけで、直ちに同期捕捉を復旧させることができる。こうして、パルスのない部分における無駄な積分時間を省くことができるばかりでなく、マルチパスが存在して本来の受信信号と反射波等のノイズとの区別がつきにくい環境下でも簡単に同期確立ができ、また、送信信号が異なるものとなっても、同期捕捉をやり直す必要のない、高速な同期捕捉が実現できる。
【００３４】
図７は本発明の実施例による同期捕捉時間を従来例と比較する実験により得られたグラフである。図示のように、マルチパスのある場合における平均同期捕捉時間は、電界強度対雑音比Ｅb／Ｎ0がー１０ｄＢから１０ｄＢにわたって従来のシリアルサーチと比較して本発明のほうがはるかに短い平均捕捉時間となった。
【００３５】
図８は本発明の実施例による同期捕捉成功確率を従来例と比較する実験により得られたグラフである。図示のように、マルチパスのある場合における捕捉成功確率も、電界強度対雑音比Ｅb／Ｎ0がー１０ｄＢから１０ｄＢにわたって従来のシリアルサーチと比較して本発明のほうがはるかに高い成功確率となった。
【００３６】
本発明は以上に記載した実施例に限定されるものではなく、例えば、無線システムとしてはＤＳ−ＵＷＢを用いたが、これに替えてＴＨ−ＵＷＢやＴＭ(TimeModulation)−ＵＷＢであってもよい。また、ＦＣＣで規定されたＵＷＢ以外のＵＷＢにも適用可能である。さらに、変調フォーマットとしてＢＰＳＫを用いたが、これに替えてＢＰＡＫであってもよい。さらに、本発明はパケット通信に限定されるものではなく、同期用の信号を送受信するすべてのパルスベース通信に適用され得る。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上説明したように、本発明によれば、インパルスベースのＵＷＢにおいて、マルチパスの多い環境下でも同期捕捉を短時間に確実に行うことが可能になる。また、送信信号が変化しても同期捕捉をやり直す必要がなくなった。さらに、本発明によれば平均同期捕捉時間が従来方式に比べて早くする事ができる。さらに、本発明による方式によれば、ハードウェアを複雑にすることなく、すばやい同期捕捉と成功率の高い同期捕捉を成し遂げる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例によるＵＷＢ用送信回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例によるＵＷＢ用受信回路の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示した本発明の一実施例によるＵＷＢ用受信回路の動作を説明するフローチャートである。
【図４】図１に示した送信回路からの出力信号を示す図である。
【図５】本発明の実施例によるタイミング検出モードを説明する図である。
【図６】本発明の実施例による符号検出モードを説明する図である。
【図７】本発明の実施例による同期捕捉時間対Ｅb／Ｎoを従来例と比較するグラフである。
【図８】本発明の実施例による捕捉成功確率対Ｅb／Ｎoを示すグラフである。
【図９】ＤＳ(Discrete Sequence)で変調された送信信号の波形の一例を示す図である。
【図１０】ＤＳ-ＵＷＢの変調方式を説明する図である。
【図１１】ＴＨ-ＵＷＢの変調方式を説明する図である。
【図１２】マルチパスを説明する図である。
【符号の説明】
【００３９】
２１    符号同期用相関器
２２    タイミング検出用相関器
２３    受信アンテナ
２０１    クロック発生器
２０２    情報伝送用ＰＮ発生器
２０３    受信側の第一のパルス発生器
２０４    第一の制御回路
２０５    第一の掛け算器
２０６    積分回路
２０７    ベースバンド信号処理回路
２０８    第二のパルス発生器
２０９    第二の掛け算器
２１０    積分回路
２１１    積分値メモリ
２１２    第二の制御回路
【図１】
2006041705.tif 000004
【図２】
2006041705.tif 000005
【図３】
2006041705.tif 000006
【図４】
2006041705.tif 000007
【図５】
2006041705.tif 000008
【図６】
2006041705.tif 000009
【図７】
2006041705.tif 000010
【図８】
2006041705.tif 000011
【図９】
2006041705.tif 000012
【図１０】
2006041705.tif 000013
【図１１】
2006041705.tif 000014
【図１２】
2006041705.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月25日(2005.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
図９はＤＳ(Direct Sequence)で変調された送信信号の波形の一例を示す図である。この例では、周期Tfのパルス列の連続するＳ個（Ｓは正の整数）のパルスで１ビットの情報を表す。変調方式には、各パルスの位相を反転する図９に示したＤＳ以外にＴＨ(Time Hopping)-ＵＷＢが知られている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
図１は本発明において用いられるＵＷＢ用送信回路の構成を示すブロック図である。同図において、１１は例えば100ns毎にパルスを発生するクロック発生器、１２は送信データとクロック発生器１1の出力とに基づいてＳ／Ｎの向上及び耐干渉性の向上を目的とした情報伝送用ＰＮ(擬似雑音）信号を発生する情報伝送用ＰＮ発生器、１３は情報伝送用ＰＮ発生器１２の出力に基づいて拡散符号（ＰＮ符号やBaker符号）により変調されたＵＷＢ信号のパルスを発生する第一のパルス発生器、１４はクロック発生器１１の出力に基づいて例えば100nsといった所定周期でパルス検出用信号を発生する第二のパルス発生器、１５は第一および第二のパルス発生器１３，１４を制御する制御回路、１６は第一および第二のパルス発生器１３，１４の出力を加算する加算器、１７は加算器１６の出力を送信するアンテナである。尚、本発明の実施例では図１に示した送信回路はパケット通信を行う。制御回路１５はパケットの先頭で、第二のパルス発生器１４から出力されるパルスの位相を、第一のパルス発生器から出力されるＰＮ符号により変調されたパルス信号の位相から、予め定めた一定時間τ１だけ遅れて出力されるように、第一および第二のパルス発生器１３および１４を制御する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
タイミング検出用相関器２２は、送信回路内の第二のパルス発生器１４が発生するパルス信号と同一周期を有し無変調の第二のパルス信号をクロック発生器２０１から出力されるクロック信号に応じて発生する第二のパルス発生器２０８と、受信信号を前記第二のパルス発生器２０８の出力に掛け合わせる第二の掛け算器２０９と、第一のパルス発生器２０３と第二のパルス発生器２０８から出力されるパルスの時間差を所定値τ１にするとともに後述する発生時刻τ２を生成する第二の制御回路２１２と、第二の掛け算器２０９の出力をＰＮ符号の連続する所定数毎に積分して情報を再生する積分回路２１０と、積分回路２１０から出力される相関値が所定閾値を超えた場合にその相関値とともに相関値の発生時刻τ２を格納する積分値メモリ２１１とを備えている。第二の制御回路２１２は、第二のパルス発生器２０８の出力信号のタイミングおよび第一の制御回路２０４を制御する。積分回路２１０から出力される相関値が積分値メモリ２１１に格納されている値を超えた時は、新たな相関値で格納値を更新すると共にその相関値の発生時刻τ２も更新する。発生時刻τ２は、所定基準時刻と相関値の発生時刻との時間差である。第二の制御回路２１２はこれらの動作を実現するためのタイマと比較器とを備えている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
すなわち、符号同期モードにおいては、ステップＳ３６にて積分値メモリ２１１に格納されている時間差τ２が第一の制御回路２０４に与えられる。この動作には、第一の制御回路２０４が第二の制御回路２１２に対して積分値メモリ２１１に格納されている発生時刻τ２を引き渡すよう更新要求をする方法と、第二の制御回路２１２が強制的に第一の制御回路２０４に積分値メモリ２１１に格納されている発生時刻τ２を供給する方法とがある。
第一の制御回路２０４では、第二の制御回路２１２から与えられた相関値と対になっている発生時刻τ２と、送信信号における拡散符号により変調されたパルス信号(図４の（ａ））とパルス検出用信号(図４の（ｂ））との時間差τ１と、ベースバンド信号処理乖離２０７の出力信号とを用いて、拡散用の情報伝送用ＰＮ発生器２０２の出力信号の発生タイミングを制御する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例によるＵＷＢ用送信回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例によるＵＷＢ用受信回路の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示した本発明の一実施例によるＵＷＢ用受信回路の動作を説明するフローチャートである。
【図４】図１に示した送信回路からの出力信号を示す図である。
【図５】本発明の実施例によるタイミング検出モードを説明する図である。
【図６】本発明の実施例による符号検出モードを説明する図である。
【図７】本発明の実施例による同期捕捉時間対Ｅb／Ｎoを従来例と比較するグラフである。
【図８】本発明の実施例による捕捉成功確率対Ｅb／Ｎoを示すグラフである。
【図９】ＤＳ(Direct Sequence)で変調された送信信号の波形の一例を示す図である。
【図１０】ＤＳ-ＵＷＢの変調方式を説明する図である。
【図１１】ＴＨ-ＵＷＢの変調方式を説明する図である。
【図１２】マルチパスを説明する図である。