(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インパルスＵＷＢ信号（Ｓ）に対して同期していることを示すロック信号（Ｉｂ）を出力するＰＬＬ回路部（18）と、該ＰＬＬ回路部（18）からのクロック信号（Ｉａ）と上記ロック信号（Ｉｂ）の両方が入力された場合にタイミング信号（Ｉｃ）を出力するタイミング信号作成部（20）と、上記タイミング信号（Ｉｃ）に基づいてブロッキング信号（Ｉｄ）を出力するブロッキング信号作成部（21）と、上記ブロッキング信号（Ｉｄ）に基づいて上記ＵＷＢ信号（Ｓ）をオンオフ制御する受信信号スイッチ部（13）と、を備え、
検出すべき上記ＵＷＢ信号（Ｓ）の波形相互間の不要信号（Ｚ）をブロックするように構成したことを特徴とするインパルスＵＷＢ受信回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インパルスＵＷＢ受信回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＵＷＢ(Ultra Wide Band）信号を受信して、測定対象物との距離やその位置を検出するための測距・測位システム（例えば、特許文献１参照）や、ＵＷＢ信号を用いたデータ通信システムがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−６５５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、検出すべき本来の受信信号（以下、主信号と言う場合もある）の他に、建物等の他の物体で反射してくる反射波や、ノイズ等の不要信号が、存在すると、誤ったデータを取り込む虞れがあり、或いは、主信号に近いタイミングに不要信号が存在すれば、主信号の波形に影響を与えて、時間的な誤差要因となる。
つまり、主信号以外の不要信号を受信して、データ検出エラーや測距誤差を生ずるといった問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、比較的簡素な回路構成をもって、確実に不要信号を除去して、主信号のみを高精度に受信するインパルスＵＷＢ受信回路を提供することを目的とする。
特に、インパルスＵＷＢの受信に於けるエラー率を確実に低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のインパルスＵＷＢ受信回路は、インパルスＵＷＢ信号に対して同期していることを示すロック信号を出力するＰＬＬ回路部と、該ＰＬＬ回路部からのクロック信号と上記ロック信号の両方が入力された場合にタイミング信号を出力するタイミング信号作成部と、上記タイミング信号に基づいてブロッキング信号を出力するブロッキング信号作成部と、上記ブロッキング信号に基づいて上記ＵＷＢ信号をオンオフ制御する受信信号スイッチ部と、を備え、検出すべきＵＷＢ信号の波形相互間の不要信号をブロックするように構成したものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、他の物体で反射してくる反射波やノイズ等の不要信号が、検出すべきＵＷＢ信号の波形相互間に存在していても、その不要信号をブロックして、検出すべきＵＷＢ信号（主信号）を高精度かつ確実に抽出できる。つまり、データ検出エラーや距離測定エラーといった不具合の発生（エラー率）を低減させ、安定性に優れると共に正確なＵＷＢ測距・測位システムやＵＷＢデータ通信システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のインパルスＵＷＢ受信回路の実施形態を示すブロック図である。
【図２】回路図である。
【図３】作用説明図であって、（ａ）は受信波形の一例を示す作用説明図であり、（ｂ）は従来の検波波形の一例を示す作用説明図であり、（ｃ）は従来のパルス信号の一例を示す作用説明図であり、（ｄ）はブロッキング信号の出力を示す作用説明図であり、（ｅ）は実施例のパルス信号を示す作用説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図示の実施形態に基づき本発明のインパルスＵＷＢ受信回路を詳説する。
図１に示すように、受信器側の回路に設けられ、インパルスＵＷＢ信号Ｓを受信するためのアンテナ部11と、受信したＵＷＢ信号Ｓを増幅するための第１の増幅部12と、受信したＵＷＢ信号Ｓを（包絡線）検波波形として検出するための包絡線検波部14と、第１の増幅部12と包絡線検波部14の間に介装され第１の増幅部12からのＵＷＢ信号Ｓを包絡線検波部14に伝送するか否かを切り換えてＵＷＢ信号Ｓをオンオフ制御する受信信号スイッチ部13と、包絡線検波されたＵＷＢ信号Ｓ´（主信号検波波形Ｓ´）を増幅させる第２の増幅部15と、利得が適切な範囲になるように調整（フィードバック制御）するための自動利得制御部16と、ＵＷＢ信号Ｓを検波波形からパルス信号に変換するためのパルス変換部17と、パルス変換されたＵＷＢ信号Ｓ´´（主信号パルスＳ´´）からデータを抽出するためのＰＬＬ回路部（位相同期回路部）18と、ＰＬＬ回路部18にて抽出した主信号パルスＳ´´をデジタル処理するデジタル処理部19と、を備えている。デジタル処理部19に処理されたデータに基づいて、図示省略のＣＰＵや集積回路等の演算処理器にて測定対象物までの距離や位置を算出する。
【００１０】
図２に於て、アンテナ部11はアンテナ素子を有するアンテナ部材11であり、第１の増幅部12は高周波増幅器（ＬＮＡ:Low Noise Amplifier）12であり、受信信号スイッチ部13はＯＮ−ＯＦＦスイッチ部13であり、包絡線検波部14は検波器（包絡線検波回路部）14であり、第２の増幅部15はアンプ（ＡＭＰ）15であり、自動利得制御部16はＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路部16であり、パルス変換部17は所定閾値（スレッシュホールド値）に設定したコンパレータ（比較器）17であり、デジタル処理部19はベースバンド回路部19である。
【００１１】
ＰＬＬ(Phase Locked Loop）回路部18は、クロック信号Ｉａを出力可能であると共に、インパルスＵＷＢ信号Ｓのプリアンブル（同期用初期信号）を認識するとスタートして同期している（ロック状態である）ことを示すロック信号Ｉｂを出力可能な回路である。
ＰＬＬ回路部18は、（内部の）可変周波数発振器の出力と、パルス変換部17からの入力と、を（内部の）位相比較器に入力し、２信号間の位相差が無くなるまで自動的に上記可変周波数発振器の周波数を制御して、位相差が無くなった状態でロック信号Ｉｂを出力する。
【００１２】
さらに、図１に示すように、ＰＬＬ回路部18からのクロック信号Ｉａとロック信号Ｉｂの両方が入力された場合にタイミング信号Ｉｃを出力するタイミング信号作成部20と、タイミング信号Ｉｃに基づいてブロッキング信号Ｉｄを受信信号スイッチ部13へ出力するブロッキング信号作成部21と、を備えている。
【００１３】
図２に於て、タイミング信号作成部20はＡＮＤ回路部20である。
ＡＮＤ回路部20は、ＰＬＬ回路部18からのクロック信号Ｉａとロック信号Ｉｂの両方が入力された場合に、タイミング信号Ｉｃが出力される。つまり、正しい受信体制が整っているとき（同期がとれたとき）に、タイミング信号Ｉｃが得られることになる。
このタイミング信号Ｉｃは、検出すべきＵＷＢ信号Ｓ（検波出力）に同期している。
【００１４】
ブロッキング信号作成部21は、回路設計者が構成を設定できる集積回路、例えば、ＰＬＤ（programmable logic device）やＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等に、タイミング信号Ｉｃがトリガー信号として入力されると、所定パルス幅の信号（ワンショトパルス）をブロッキング信号Ｉｄとして出力するようにプログラムしたプログラマブルワンショットマルチ回路部21である。
【００１５】
ＯＮ−ＯＦＦスイッチ部13は、ブロッキング信号Ｉｄを受信している間は、ＬＮＡ12と検波器14の間の信号伝送機能を無効化状態（ＯＦＦ）とし、ブロッキング信号Ｉｄを受信していない場合はＬＮＡ12と検波器14の間の信号伝送機能を有効状態（ＯＮ）とするように、２状態に制御する。
【００１６】
次に、本発明のインパルスＵＷＢ受信回路の動作（作用）について説明する。
アンテナ部11が様々な信号を受信し、ＰＬＬ回路部18がプリアンブル（同期用初期信号）を確認するまでロック状態にならずロック信号Ｉｂは出力しない。クロック信号Ｉａは、ロック状態、アンロック状態、いずれの場合も出力されている。
【００１７】
そして、アンテナ部材11がＵＷＢ信号Ｓのプリアンブル（同期用初期信号）を受信し、ＰＬＬ回路部18が認識（同期確認）すると、ＰＬＬ回路部18からロック（情報）信号Ｉｂが出力される。
【００１８】
ＡＮＤ回路部20は、ロック信号Ｉｂとクロック信号Ｉａの両方が入力されると、タイミング信号Ｉｃを出力する。
プログラマブルワンショットマルチ回路部21は、タイミング信号Ｉｃが入力されるとブロッキング信号Ｉｄを出力する。
【００１９】
ＯＮ−ＯＦＦスイッチ部13は、ブロッキング信号Ｉｄが入力されている間は、ＬＮＡ12と検波器14の間の信号伝送機能を無効化（切断又は遮断）し、アンテナ部11が受信した信号に対して、受信信号検出（検波）が行えないようにする。
【００２０】
ここで、図３（ａ）に示すように、アンテナ部11が受信する受信波形は、検出すべきＵＷＢ信号Ｓ（以下、主信号Ｓと呼ぶ場合もある）と、他の物体で反射してくる反射波やノイズといった不要信号Ｚと、がある。
図３（ｂ）に示すように、従来技術では、検出すべきＵＷＢ信号Ｓ及び不要信号Ｚは包絡線検波部14によって、検波波形に変換される。
以下、説明を容易にするために、検波波形に変換されたＵＷＢ信号Ｓ´を、主信号検波波形Ｓ´と呼び、検波波形に変換された不要信号Ｚ´を、不要検波波形Ｚ´と呼ぶ場合がある。
【００２１】
そして、図３（ｂ）と（ｃ）に示す従来技術のように、パルス変換部17によって、検波波形（主信号検波波形Ｓ´及び不要検波波形Ｚ´）は、所定閾値（所定電圧値）でパルス変換される。
検出すべきＵＷＢ信号Ｓをパルス信号として検出できているが、不要検波波形Ｚ´（不要信号Ｚの検波波形）が所定閾値を越えているとパルス信号として検出している。
つまり、ＵＷＢ信号Ｓをパルス変換したパルス信号Ｓ´´（以下、主信号パルスＳ´´と呼ぶ場合もある）と、不要信号Ｚをパルス変換したパルス信号Ｚ´´（以下、不要パルスＺ´´と呼ぶ場合がある）と、を検出してしまう。
【００２２】
このような、不要パルスＺ´´を取り込んでしまうとデータ通信エラーや測定エラーの原因となってしまう。また、不要信号Ｚが検出すべき主信号Ｓの近くに存在すると、検波波形や検出されるパルス信号に影響を与えて時間的な誤差を発生させる要因となる。
【００２３】
ところが、本発明は、図３（ｄ）に示すように、ＰＬＬ回路部18にて同期確認後に受信した主信号Ｓ（言い換えると、プリアンブル後のデータ用信号）がパルス変換（パルス検出）された直後にブロッキング信号Ｉｄの出力を開始し、所定パルス幅Ｔａをもったブロッキング信号Ｉｄを出力する。つまり、ブロッキング信号Ｉｄがプログラムされた所定時間だけ出力することで、ＯＮ−ＯＦＦスイッチ部13を所定時間だけＯＦＦにして、検出すべきＵＷＢ信号Ｓをパルス変換した直後(Δｔａ）から、次に来る主信号Ｓをパルス変換する直前（Δｔｂ）までの間に、アンテナ部11が不要信号Ｚを受信したとしても、主信号Ｓの波形相互間の不要信号Ｚが包絡線検波部14に伝送されないようにして、不要信号Ｚの包絡線検波やパルス変換が行われない（不要検波波形Ｚ´や不要パルスＺ´´が検出されない）ように受信信号検出を阻止（制御）する。即ち、検出すべきＵＷＢ信号Ｓの波形の相互間の不要信号Ｚをブロックしている。
【００２４】
図３（ａ）に示すような検出すべきＵＷＢ信号Ｓの波形相互間の不要信号Ｚが、図３（ｅ）に示す実施例のように、不要パルスＺ´´として検出されず、主信号パルスＳ´´のみとなる。次工程のデジタル処理部19や演算処理部でのデータ解析や距離計算等においてエラーが減少する。
【００２５】
ブロッキング信号Ｉｄの所定パルス幅Ｔａは、主信号Ｓ（主信号検波波形Ｓ´）の周期Ｗ１や、検出幅Ｗ２や、主信号検波波形Ｓ´の所定閾値検出終了位置と次の主信号検波波形Ｓ´の所定閾値検出開始位置の間の間隔長さ（時間）Ｗ３等に基づいて、予め、プログラムにて設定している。
プログラマブルワンショットマルチ回路部21を、図示省略のＣＰＵを介してディレー値をデジタル的に設定してブロッキング信号Ｉｄのタイミング制御（パルス制御）を行って、極めて正確な時間設定を実現している。
【００２６】
上記パルス変換した直後（Δｔａ）の「直後」とは、同時も含み、パルス変換した時（同時）から２ナノ秒以内の範囲（０ns≦Δｔａ≦２ns）であり、例えば、パルス変換した時から１ナノ秒以上２ナノ秒以下の範囲（１ns≦Δｔａ≦２ns）でブロッキング信号Ｉｄが立ち上がるように設定するのが好ましい。
また、パルス変換する直前の「直前」とは、同時も含み、パルス変換する２ナノ秒前からパルス変換する時（同時）までの範囲（０ns≦Δｔａ≦２ns）であり、例えば、次のＵＷＢ信号Ｓをパルス変換する時よりも２ナノ秒前から１ナノ秒前の間の範囲でブロッキング信号Ｉｄが立ち下がるように設定するのが好ましい。
【００２７】
本発明は、データ通信システムや測距・測位システム等様々なシステムにおいて、ＵＷＢ信号Ｓを受信するための受信器に適用可能であって、例えば、倉庫内に設けた固定送受信器や、フォークリフトや搬送物等の移動体に設けた送受信器付き移動タグ等の受信側回路に組み込むことができる。また、データ通信システムの受信器に用いることもできる。
【００２８】
なお、本発明は、設計変更可能であって、タイミング信号作成部20や、ブロッキング信号作成部21や、受信信号スイッチ部13は、図２に示した回路構成に限らず自由である。
【００２９】
以上のように、本発明は、インパルスＵＷＢ信号Ｓに対して同期していることを示すロック信号Ｉｂを出力するＰＬＬ回路部18と、ＰＬＬ回路部18からのクロック信号Ｉａとロック信号Ｉｂの両方が入力された場合にタイミング信号Ｉｃを出力するタイミング信号作成部20と、タイミング信号Ｉｃに基づいてブロッキング信号Ｉｄを出力するブロッキング信号作成部21と、ブロッキング信号Ｉｄに基づいてＵＷＢ信号Ｓをオンオフ制御する受信信号スイッチ部13と、を備え、検出すべきＵＷＢ信号Ｓの波形相互間の不要信号Ｚをブロックするように構成したので、検出すべきＵＷＢ信号（主信号）Ｓの波形相互間に存在する不要信号Ｚをブロックして、主信号Ｓを高精度かつ確実に抽出できる。つまり、データ検出エラーや距離測定エラーといった不具合の発生（エラー率）を低減させ、安定性に優れると共に正確なＵＷＢ測距・測位システムやＵＷＢデータ通信システムを得ることができる。
【符号の説明】
【００３０】
13  受信信号スイッチ部
18  ＰＬＬ回路部
20  タイミング信号作成部
21  ブロッキング信号作成部  
Ｉａ  クロック信号
Ｉｂ  ロック信号
Ｉｃ  タイミング信号
Ｉｄ  ブロッキング信号
Ｓ  ＵＷＢ信号
Ｚ  不要信号
【図１】
0006482453.tif 000002
【図２】
0006482453.tif 000003
【図３】
0006482453.tif 000004