(57)【要約】【課題】雑音及び干渉に対して低い感度しか有さない無線受信機を提供する。【解決手段】固有パターンを有した信号を受信するための無線受信機は、固有パターンのうちのゼロでない値の存在を予測する予測部を具備する。追跡部は、予測されたゼロでない複数の値の間で、受信信号中の雑音成分を追跡する。得られた雑音成分は、受信信号から減算され、処理済信号の出力が行われる。次いで、処理済信号は、パターン弁別部及び復調部によって復号される。【選択図】図１
2011035908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非同期的固有パターンを有したＲＦ信号を受信するための無線受信機であって、
非同期モードで、受信信号中の固有パターンを検出するパターン弁別部と、
擬似同期モードで、引き続いて受信した信号部分についてゼロでない値の存在を予測する予測部と、
予測されたゼロでない複数の値の間、受信信号中の雑音成分を追跡する追跡部と、
受信信号から雑音成分を減算して、処理済信号を出力する減算部と、
処理済信号を復調する復調部と
を具備することを特徴とする無線受信機。
【請求項２】
受信信号が、パルス符号化信号であり、
予測部が、パルス符号化信号の各パルス間の時間を予測することを特徴とする請求項１に記載の無線受信機。
【請求項３】
パルス符号化信号が、位置パルス符号化信号であることを特徴とする請求項２に記載の無線受信機。
【請求項４】
予測部が、いつパルスが現れるかを前記信号パターンに基づいて予測する時間基盤予測部であることを特徴とする請求項３に記載の無線受信機。
【請求項５】
追跡部が、予測部によってコントロールされて各パルス間の雑音を追跡するフィルタ部を具備することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の無線受信機。
【請求項６】
受信状況に従って、受信機の感度を動的に調整する適応性感度調整部をさらに具備することを特徴とする請求項５に記載の無線受信機。
【請求項７】
感度調整部が、定期的に所定時間だけ受信機を起動し、前記所定時間中に有効な信号を受信しなかった場合、感度が所定の最大しきい値に達していなければ、感度を段階的に増大させるように構成されることを特徴とする請求項６に記載の無線受信機。
【請求項８】
感度調整部が、有効な信号パターンが検出されたとき、感度を段階的に減少させるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の無線受信機。
【請求項９】
超低電力デューティサイクル受信機であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の無線受信機。
【請求項１０】
非同期的固有信号パターンを有したＲＦ信号に応答する超低電力デューティサイクル受信機の感度向上及び干渉阻止方法であって、
非同期モードで、非同期的固有パターンの存在を検出する段階と、
擬似同期モードで、引き続いて受信した信号部分についてゼロでない値の存在を予測する段階と、
予測されたゼロでない複数の値の間、受信信号中の雑音成分を追跡する段階と、
受信信号から雑音成分を減算して、処理済信号を出力する段階と、
処理済信号を復調する段階と
を有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
受信信号が、パルス符号化信号であり、
雑音成分が、パルス符号化信号の各パルス間で予測されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
パルス符号化信号が、位置パルス符号化信号であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
受信状況に従って、受信機の感度を動的に調整する段階をさらに有することを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
受信機が、定期的に所定時間だけ起動され、前記所定時間中に有効な信号を受信しなかった場合、感度が所定の最大しきい値に達していなければ、感度が段階的に増大させられることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
有効な信号パターンが検出されたとき、感度が段階的に減少させられることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
受信機が、超低電力デューティサイクル受信機であることを特徴とする請求項１０ないし１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
医療用途に適用されることを特徴とする請求項１０ないし１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
埋め込み式又は装着式の医療デバイスに適用されることを特徴とする請求項１０ないし１７のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線通信の分野に関し、特に、無線受信機における感度向上及び干渉阻止の方法に関する。特に、無線受信機は、特定の信号パターンに応答するものとする。
【背景技術】
【０００２】
省電力受信機、例えば、医療用の受信機において、固有信号パターンに応答する超低電力２次受信機を用いて、データの送信があったときに１次受信機をターンオンさせることが知られている。そのようなシステムの一例が、特許文献１に示されている。上記文献の内容は、引用によって本明細書に組み込まれる。典型的に、そのようなシステムは、パルス振幅変調、パルス位置変調、又はパルス幅変調に基づいている。
【０００３】
あらゆる種類の振幅変調技術と同様に、その性能は、信号対雑音比（ＳＮＲ）による制限を受ける。信号対雑音比は、感度又は動作範囲に影響を及ぼす。この制限は、干渉の存在する環境下において特に問題となる。干渉の存在は、そのようなＡＭシステムの性能を著しく低下させるおそれがある。そのような性能低下は、待ち時間及び頑健性の要件の観点から、無線送受信機を使用不能又は非実用的とするおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２２９０５３号明細書
【特許文献２】英国特許第２４２８１６６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、非同期的固有パターンを有したＲＦ信号を受信するための無線受信機が提供される。上記無線受信機は、非同期モードで、受信信号中の固有パターンを検出するパターン弁別部と、擬似同期モードで、引き続き受信される信号部分のうちのゼロでない値の存在を予測する予測部と、予測されたゼロでない複数の値の間、受信信号中の雑音成分を追跡する追跡部と、受信信号から雑音成分を減算して、処理済信号を出力する減算部と、処理済信号を復調する復調部とを具備する。
【０００６】
一実施態様において、本発明は、特許文献２に記載されたように「ウェイクアップ受信機（Wakeup receiver）」として使用されるパルス位置変調超低電力受信機（ＰＰＭ−ＵＬＰ−Ｒｘ）に適用できる。本発明の実施態様によれば、いろいろな認識可能な固有パターンが、特定のパターン弁別方法及び受信機動作コントロール方法と組み合わされて使用されて、受信機の性能を高める。
【０００７】
故に、この発明の実施態様は、受信機をパルス位置変調信号などの本質的に非同期特性を有する受信ＲＦ信号パターンに同期させる方法を併せ持つ。上記実施態様は、受信機動作の２つの方法からなり、１つは、同期性を有し、故に、非コヒーレントである。第２動作モードは、擬似同期とも称され、故に、略コヒーレント又は擬似コヒーレントである。
【０００８】
擬似同期性及び擬似コヒーレンスは、上記方法が予測方法に基づくものであるという事実による。予測方法は、期待した信号が現れるか否かを予測するものであり、この予測によって、必要な信号が期待できない場合に、受信信号中の雑音を除去できる。
【０００９】
信号対雑音比は、雑音予測部の使用によってさらに向上する。雑音予測部は、受信機が停止している場合に、中間周期で雑音を追跡する。必要な信号が検出されたとき、予測部は、リセットされて、引き続き必要な信号の予測を可能とする。この挙動は、得られるＳＮＲを向上させ、干渉もまた阻止する。
【００１０】
また、本発明の実施態様は、動的な感度レベルに従う入力信号パターン及びレベルを用いたさらなる干渉阻止方法を含む。本発明は、ＰＰＭ−ＵＬＰ受信機を用いることに限定されず、当業者の知り得る他の受信機が用いられてよい。本発明は、特に、変調が非イベント シンボル／ビット マーク対スペース比、長さ、又は、信号対雑音比に基づいている場合に有用である。
【００１１】
好適な実施態様において、本発明は、外部感度調整及び反復制御アルゴリズムと、内部予測及び同期化アルゴリズムとを含む。これらはともに、具体化された受信機構造をコントロールする。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、非同期的固有信号パターンを有したＲＦ信号に応答する超低電力デューティサイクル受信機の感度向上及び干渉阻止方法が提供される。上記方法は、非同期モードで、非同期的固有パターンの存在を検出する段階と、擬似同期モードで、引き続き受信される信号部分のうちのゼロでない値の存在を予測する段階と、予測されたゼロでない複数の値の間、受信信号中の雑音成分を追跡する段階と、受信信号から雑音成分を減算して、処理済信号を出力する段階と、処理済信号を復調する段階とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を具体化した例示的な超低電力パルス位置変調受信機の主要構成図である。
【図２】ベースバンド信号処理・検出部の構成図である。
【図３】パターン弁別部、データ復調部、及び制御・タイミングユニットの構成図である。
【図４】感度調整・反復制御ユニットのフローチャート及び動作図である。
【図５】本発明の一実施形態による汎用パターン認識及びメッセージ同期アルゴリズムの状態図である。
【図６】パルス位置変調ＲＦ信号用の超低電力デューティサイクル受信機で使用される専用パターン認識及びメッセージ同期アルゴリズムのタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
これより、添付の図面を参照し、例示のみを目的として本発明をより詳細に説明する。
【００１５】
図１に示された例示的な実施形態を参照すると、変調パルス位置変調ＲＦ入力信号は、アンテナ部１によって受信されて、ＲＦ信号の増幅及びフィルタリングを行うＲＦフロントエンド部２へ送られる。フロントエンド部２は、信号対雑音比を向上させるとともに、帯域外干渉の影響を低減させる。
【００１６】
次いで、ＲＦフロントエンドユニット２からの信号は、ベースバンド信号処理・検出部３に送られる。信号は、ベースバンド信号へとダウンコンバートされ、さらなるフィルタリング及び増幅を受ける。また、ここで、パターン認識及び予測プロセスの第１ステップが実行される。ブロック３の出力は、パターン弁別部、データ復調部、タイミング及び制御ユニット４に送られて、プロセスの次段が実行される。
【００１７】
ブロック３をより詳細に示した図である図２に示されたように、入力ポート１８から与えられた入力信号は、フィルタユニット６でフィルタリングされ、かつ増幅部７で増幅されて、信号対雑音比（ＳＮＲ）を向上させる。干渉阻止と、フリッカ又は１／ｆ雑音のようなゆるやかに変化する雑音の除去とをさらに強化するために、雑音追跡又は予測部９が使用される。増幅部７からの出力信号は、予測／追跡部９に送られる。予測／追跡部９の機能は、パルスが存在しないとき、低周波（ＬＦ）信号レベル（雑音のみ、又は、雑音＋干渉）を推定することである。追跡部は、切換部１０とフィルタ部１１とを具備する。
【００１８】
次いで、ホールド中の予測／追跡された雑音レベルは、減算部１２によって、増幅部７の出力信号から減算される。次いで、差分信号は、制御入力１３，１４を有する積分及びダンプユニット１５によって積分される。ユニット１５の出力は、比較部１６に送られる。比較部１６は、ユニット１５の出力信号を調整ユニット１７によって提供されたしきい値の役目を果たすプログラム可能定数と比較し、量子化データ出力信号１９を得る。
【００１９】
ブロック９及びブロック１５の動作は、図５及び図６に示された新規な内部パターン予測及び認識プロセスによってコントロールされる。このとき、まず、非同期モードで、パターンが検出され、次いで、擬似同期モードで、残りのメッセージが受信される。
【００２０】
内部プロセスは、その実装が物理的変調タイプによって定まる第１階層を有し、例示のＵＬＰ受信機の場合、パルスの発生を予期できるか否かを予測するための時間基盤予測部を備えたＰＰＭを使用する。それは、ＬＦ雑音が追跡又は予測されるこの非予測期間に行われる。
【００２１】
図５に示されたように、受信機は、初期オフ状態５３を有する。Ｓｔａｔｅ＿ＮＣＡ ５４ａと名付けられた状態の間は、初期非コヒーレント同期化フェーズがアクティブとなる。状態Ｓｔａｔｅ＿ＴＳＹＮＣ ５５及び状態Ｓｔａｔｅ＿ＳＣＳ ５６の間、第２擬似同期フェーズがアクティブとなる。
【００２２】
Ｓｔａｔｅ＿ＴＳＹＮＣ状態の目的は、タイマ／予測部２３を入力信号に同期させることにある。そのような同期化の目的は、実際にパルスが存在しているときに統合信号Ｈｉのセットが行われないというリスク無しに、タイマ／予測部２３でのより緩和されたクロック生成を可能とすることである。
【００２３】
図６は、状態Ｓｔａｔｅ＿ＲＩＴＮ ６３と、状態Ｓｔａｔｅ＿ＩＮＴＳ ６４と、状態Ｓｔａｔｅ＿ＩＮＴＬ ６５と、状態Ｓｔａｔｅ＿ＳｅｔＤａｔａ＿Ｓｙｎｃ ６６とからなる状態タイミング図を示す。ループ６７は、図５のＳｔａｔｅ＿ＮＣＡ ５４につながっている。
【００２４】
Ｓｔａｔｅ＿ＲＩＴＮ ６３において、受信機は、積分部１５のリセットを行うとともに、雑音を追跡する。Ｓｔａｔｅ＿ＩＮＴＳ ６４において、受信機は、追跡結果を保持するとともに、短期タイムアウトまでに信号の積分を行う。Ｓｔａｔｅ＿ＩＮＴＬ ６５において、受信機は、長期タイムアウトまでに、信号の保持及び積分を行う。Ｓｔａｔｅ＿ＳｅｔＤａｔａ＿Ｓｙｎｃ ６６において、受信機は、データクロックパルスを生成する。
【００２５】
図３に詳細に示したように、ユニット４は、タイマ／予測機能２３と、データ復調部２４と、パターン弁別部２５と、感度調整部２６と、反復制御部２７とからなる。タイマ／予測機能２３は、クロック生成部を具備してもしなくてもよい。
【００２６】
また、さらなる感度向上及び干渉阻止のために、本発明は、図４に示されたプロセスを含む方法を提供する。図４のフロー図及び動作図において、入力ポイント３５は、プロセスの開始を指し、出力ポイント５２は、プロセスの終了を指す。プロセスは、２つの階層からなり、第１階層は、ビットエラーに起因して以前に受信した類似のパケットが失われた場合に、データパケットを繰り返し受信する。ビットエラーは、パターンエラーとも称され、マンチェスター符号化方式など、あらゆる符号化方式で起こり得る。また、プロセスは、第２階層を有し、第２階層は、物理的な受信機の感度を動的に調整して干渉を阻止する。第２階層は、干渉が存在していない場合よりも短い間隔でではあるが、必要としているデータパケットの正確な受信をなお可能とする。
【００２７】
入力ポイント３５でプロセスが開始されたとき、第１タスク３６は、前回のセッションの数が最大数（ＭＡＸＣＮＴ）よりも少ないか否かをチェックする。最大数は、デフォルト感度へのリセットが実行される前に、感度調整がアクティブとなったセッションの数として定義される。
【００２８】
次いで、受信機は、ステップ３９ないしステップ４０で、所定のタイマ（Ｔｓｎｉｆｆ）を動作させる。タイマの半分（Ｔｓｎｉｆｆ／２）を経過しても、正しいパターンを有した有効な信号が検出されない場合（ステップ４１）、感度の増大４９が行われ、その後に受信機停止５１が続く。感度の増大は、先のＴｓｎｉｆｆ間の感度が初期感度レベルよりも低かった場合にのみ、所定段分実行される。これは、感度を許容される最高レベルとすることを目的としている。
【００２９】
正しいパターンを有した有効な信号が検出されたが、Ｔｓｎｉｆｆ ４２の前にロストし、かつ時間がＴｓｎｉｆｆ ４３に達していない場合、感度は所定段分減少させられ、その後、時間Ｔｓｎｉｆｆまで、入力信号の連続的な受信が続く。時間Ｔｓｎｉｆｆに達し、かつ有効な入力信号が受信及び検出されたとき（ステップ４５）、完全なメッセージ又はパケットの受信が行われ（ステップ４８）、メッセージ又はパケットにエラーが生じていなかった場合、受信機は停止させられる。時間Ｔｓｎｉｆｆを経過しても有効な入力信号を受信しなかった場合（ステップ４５）、感度は、所定段分減少させられ（ステップ４６）、かつ受信機は停止させられる（ステップ５１）。ステップ４８の間にメッセージ又はパケットにエラーが生じ、かつ再試行が許可されない場合、受信機は、直ちに停止させられる。新たな試行が許可された場合、ステップ４７でカウンタが加算され、カウンタの値が値ＭＡＸＣＮＴよりも小さい場合（ステップ５０）、新たな時間Ｔｓｎｉｆｆが開始される（ステップ３９）。ＭＡＸＣＮＴは、ステップ３６と同一である必要はない。ステップ５０での結果が「はい」である場合、受信機は、直ちに停止させられる。次いで、アルゴリズムは、外部イベントが再びステップ３５でアルゴリズムを開始させるまで、ステップ５２で終了する。
【００３０】
明細書中のあるゆる構成図が発明の原理を具体化するための例示的な回路の概念図であるということは、当業者には明らかである。例えば、専用のハードウェアでなく、適切なソフトウェアに関連したソフトウェア実行機能を有したハードウェアとして、プロセッサが提供されてもよい。プロセッサによって提供された場合、その機能は、１つの専用プロセッサによって、１つの共有プロセッサによって、又は、そのうちのいくつかは共有されてもよい複数の別個のプロセッサによって提供される。さらに、明示的に使用された用語「プロセッサ」は、ソフトウェアの実行機能を有したハードウェアだけを指すと解釈すべきではなく、これらに限定されないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、利用者書き込み可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアを格納するためのリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び不揮発性ストレージを暗黙的に含み得る。その他のハードウェア、従来技術、及び／又は慣行技術もまた包含される。
【符号の説明】
【００３１】
１  アンテナ部
２  ＲＦフロントエンド部
３  ベースバンド信号処理・検出部
４  パターン弁別部、データ復調部、制御・タイミング部
５  信号処理・検出部の制御バス
２３  タイマ／予測部
２４  データ復調部
２５  パターン弁別部
２６  感度調整部
２７  反復制御部
【図１】
2011035908.tif 000003
【図２】
2011035908.tif 000004
【図３】
2011035908.tif 000005
【図４】
2011035908.tif 000006
【図５】
2011035908.tif 000007
【図６】
2011035908.tif 000008
【外国語明細書】
2011035908.tif 000009
2011035908.tif 000010
2011035908.tif 000011
2011035908.tif 000012
2011035908.tif 000013
2011035908.tif 000014
2011035908.tif 000015
2011035908.tif 000016
2011035908.tif 000017
2011035908.tif 000018
2011035908.tif 000019
2011035908.tif 000020
2011035908.tif 000021
2011035908.tif 000022
2011035908.tif 000023