(57)【要約】【課題】比較的簡単な制御で、符号判定に用いる最適な閾値を比較的短時間で導出すること。【解決手段】誤り検出部３０５は、検出したトレーニング符号と既知のトレーニング符号とを比較し、符号誤りを判定し、誤り判定結果を閾値制御部３０６へ出力する。閾値制御部３０６は、符号‘１’を符号‘０’と誤って判定した場合には閾値を下げ、符号‘０’を符号‘１’と誤って判定した場合には閾値を上げ、符号誤りがない場合には、直前の閾値制御を継続させ、次の符号誤りが検出されるまで閾値を単調増加または単調減少させる。符号判定部３０２は、トレーニング期間中は、誤り判定結果に応じて閾値制御部３０６によって制御された閾値を用いて閾値判定し、トレーニング期間終了後は、平均演算部３０７によって算出された閾値の平均値を閾値に用いて閾値判定する。【選択図】図４
2007306128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号に応じて振幅レベルが選択されてなる振幅変調信号を受信し、受信信号の振幅レベルを閾値判定することで、受信した振幅変調信号の振幅レベルに応じた符号を再生する受信装置であって、
既知の符号列が振幅変調された振幅変調信号列からなるトレーニング信号部と、ぺイロード部とを含む信号を受信する受信手段と、
受信信号の振幅レベルを閾値判定して符号を再生する符号判定手段と、
前記符号判定手段によって再生された前記トレーニング信号部の再生符号と、前記既知の符号とを比較して、判定誤りを検出する誤り検出手段と、
前記トレーニング信号部の受信時に、前記符号判定手段の前記判定閾値を、前記誤り検出手段によって誤りが検出されるまで、単調増加又は単調減少させながら設定する閾値制御手段と、
前記閾値制御手段により設定された前記判定閾値の平均値を算出する平均値演算手段と、
前記ぺイロード部の受信時に、前記符号判定手段の前記判定閾値を、前記平均値演算によって得られた前記平均値に切り換える切換手段と、
を具備する受信装置。
【請求項２】
前記既知の符号列は、符号‘０’と符号‘１’とが等しい確率で出現する
請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記既知の符号列は、符号‘０’と符号‘１’とが交番に出現する
請求項２に記載の受信装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
１シンボルごとの前記符号誤りに応じて前記閾値を制御する
請求項１に記載の受信装置。
【請求項５】
前記閾値制御手段は、
複数シンボルごとの前記符号誤りに応じて前記閾値を制御する
請求項１に記載の受信装置。
【請求項６】
前記振幅変調信号は、インパルス無線信号である
請求項１から請求項５のいずれかに記載の受信装置。
【請求項７】
既知の符号列が振幅変調された振幅変調信号列からなるトレーニング信号部と、ぺイロード部とを含む信号を受信する受信手段と、
受信信号の振幅レベルを閾値判定して符号を再生する符号判定手段と、
前記符号判定手段によって再生された前記トレーニング信号部の再生符号と、前記既知の符号とを比較して、判定誤りを検出する誤り検出手段と、
前記トレーニング信号部の受信時に、前記符号判定手段の前記判定閾値を、前記誤り検出手段によって誤りが検出されるまで、単調増加又は単調減少させながら設定する閾値制御手段と、
前記閾値制御手段により設定された前記判定閾値の平均値を算出する平均値演算手段と、
前記ぺイロード部の受信時に、前記符号判定手段の前記判定閾値を、前記平均値演算によって得られた前記平均値に切り換える切換手段と、
を有する受信装置と、
前記受信装置に対して、前記トレーニング信号部として、‘０’と‘１’とが等しい確率で出現する既知の符号列を振幅変調した振幅変調信号列を生成して送信する送信装置と、
を具備する通信システム。
【請求項８】
振幅変調信号の振幅レベルを閾値判定して符号を再生する符号判定ステップと、
再生された符号の判定誤りを検出する誤り検出ステップと、
前記符号判定ステップでの前記判定閾値を、前記誤り判定ステップにおいて誤りが検出されるまで、単調増加又は単調減少させながら設定する閾値制御ステップと、
前記閾値制御ステップで設定された前記判定閾値の平均値を算出して、この平均値を最適な判定閾値とする平均値演算ステップと、
を含む閾値制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振幅変調を用いる受信装置、通信システム、および閾値制御方法に関し、例えば、インパルス無線通信システムにおいてインパルス無線信号の符号を判定する際に用いる閾値を制御する受信装置、通信システム、および閾値制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インパルス無線通信システムに用いられる変調方式の一つとしてオンオフキーイング（ＯＯＫ：On Off Keying）が知られている。ＯＯＫは振幅変調の一種で２値のディジタル信号符号‘１’，‘０’に対し、インパルス信号の有無（ＯＮ／ＯＦＦ）を対応させる変調方式である。ＯＯＫ変調信号を復調するには受信信号の有無を判定すればよく、一般的には受信信号の振幅値を所定の閾値と比較し、振幅値が閾値よりも大きい場合に符号‘１’と判定し、振幅値が閾値より小さい場合に符号‘０’と判定してディジタル信号符号を検出する手法を用いるため、適切な受信品質を得るためには閾値を適切な値に設定することが重要となる。実際の無線通信では受信信号に雑音が加わったり、遅延波の干渉により受信信号の波形が歪んだりするため、閾値を単純に送信信号の振幅値の１／２に設定すればよいというわけではない。
【０００３】
閾値の設定方法として、例えば特許文献１には、等しい電圧間隔で並ぶ３つの閾値を生成し、前記閾値のうち最も低い閾値による符号誤り率と最も高い閾値による符号誤り率とが等しい場合の真ん中の閾値を符号判定用に設定する手法が開示されている。
【０００４】
図１４は、特許文献１に開示された閾値設定装置の構成を示すブロック図である。図１４において、１は光ファイバ、２は受光素子である。光ファイバ１から出力された光信号は、受光素子２で電気信号に変換され、増倍される。増倍された信号は、等化増幅回路３へ入力され、ここで増幅される。等化増幅回路３から出力された信号は、識別回路４及び利得制御回路５へ入力される。利得制御回路５から出力された信号は、電圧制御回路６及び等化増幅回路３へ入力され、識別回路４への入力信号の振幅を一定にするよう受光素子２の増倍率と等化増幅回路３の利得を制御する。７は閾値設定回路であり、ここで設定された閾値電圧が識別回路４へ印加される。識別回路４はこの閾値をもとに等化増幅回路３の出力信号の振幅レベルを識別する。９及び１０は閾値設定回路７に電圧を供給する出力電源であり、その電圧は可変である。１１はスイッチであり、このスイッチ１１を切換えることで閾値設定回路７の出力電圧を決定する。
【０００５】
従来、閾値の設定は、閾値設定回路７から等しい電圧間隔で並ぶ３つの閾値を出力し、識別回路４に前記閾値のうち最も高い閾値が印加されたときに振幅レベル‘１’の信号を‘０’と誤る確率Ｐ１と最も小さい閾値が印加されたときに振幅レベル‘０’の信号を‘１’と誤る確率Ｐ２を符号誤り率測定器８で測定し、Ｐ１とＰ２とが等しくなるように出力電源９，１０を調整していた。  
【特許文献１】特開平３−４４２４５号公報（第２−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、誤り率Ｐ１，Ｐ２の大小関係に応じて出力電源１０の電圧を上下させ、さらに出力電源９の電圧を微調整することでＰ１とＰ２とが等しくなるようにして符号判定精度を上げるようとしているため、誤り率Ｐ１，Ｐ２を正確に測定する必要が生じ、この結果、誤り率推定用に多量のデータが必要になることに加え、出力電源９の電圧の微調整のたびに上記誤り率推定をしなければならず、閾値制御に多大な時間が必要になるという課題を有していた。特に、ＳＮＲが比較的高い環境下では、誤りが生じる頻度が少ないため、短時間に精度良く誤り率を推定することが困難で、ＳＮＲが高くなればなるほど、誤り率を正確に推定するためにより膨大なデータが必要となり、符号判定精度を上げるために要する時間が長くなる。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、比較的簡単な制御で、符号判定に用いる最適な閾値を比較的短時間で導出することができる受信装置、通信システム、および閾値制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するため、本発明に係る受信装置は、符号に応じて振幅レベルが選択されてなる振幅変調信号を受信し、受信信号の振幅レベルを閾値判定することで、受信した振幅変調信号の振幅レベルに応じた符号を再生する受信装置であって、既知の符号列が振幅変調された振幅変調信号列からなるトレーニング信号部と、ぺイロード部とを含む信号を受信する受信手段と、受信信号の振幅レベルを閾値判定して符号を再生する符号判定手段と、前記符号判定手段によって再生された前記トレーニング信号部の再生符号と、前記既知の符号とを比較して、判定誤りを検出する誤り検出手段と、前記トレーニング信号部の受信時に、前記符号判定手段の前記判定閾値を、前記誤り検出手段によって誤りが検出されるまで、単調増加又は単調減少させながら設定する閾値制御手段と、前記閾値制御手段により設定された前記判定閾値の平均値を算出する平均値演算手段と、前記ぺイロード部の受信時に、前記符号判定手段の前記判定閾値を、前記平均値演算によって得られた前記平均値に切り換える切換手段と、を具備する構成を採る。
【０００９】
この構成によれば、ＳＮＲが比較的良好で符号誤りが起こりにくいような状況でも、比較的単純な閾値制御によって、符号‘１’を符号‘０’と誤って判定する状況と、符号‘０’を符号‘１’と誤って判定する状況とが交互に現れるようにすることでき、閾値の変動領域の上限値サンプル数と下限値サンプル数とが統計的に等しくなり、この結果、閾値の変動領域の上限値および下限値を均等に考慮して閾値の平均値が算出されるようになるため、比較的短時間で、ペイロードを閾値判定する際に用いる閾値を適切な値に設定することができるようになる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、比較的簡単な制御で、比較的短時間で、符号判定用の最適な閾値を導出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、２値振幅変調信号を受信する場合について説明するが、振幅変調の振幅レベルは２値に限定されるものではなく、多値振幅変調信号であっても良い。多値振幅変調信号の場合には、多値の振幅レベルのうちの２値の振幅レベル間の閾値を、本発明に係る閾値制御方法を用いて制御するようにすればよい。
【００１２】
（実施の形態）
図１に、本発明の実施の形態における送信装置の要部構成を示す。図１に示す送信装置１００は、トレーニング符号生成部１０１と、ペイロード生成部１０２と、結合部１０３と、送信部１０４と、アンテナ１０５とを備えている。
【００１３】
トレーニング符号生成部１０１は、図示せぬ通信相手の受信装置が符号判定の際に用いる閾値の最適値を推定するためのトレーニング符号を生成する。トレーニング符号の系列としては、符号‘０’と符号‘１’とが等確率に現れる系列を用いる。後述するように、送信部１０４において、トレーニング符号が‘０’の場合には、２値の振幅レベルのうち小さい振幅レベルで送信され、トレーニング符号が‘１’の場合には、２値の振幅レベルのうち大きい振幅レベルで送信されるため、トレーニング符号の‘０’と‘１’とが等確率に現れる系列を用いる場合には、送信信号の２値の振幅レベルが等確率で現れるようになる。なお、トレーニング符号は通信相手の受信装置との間で共有しており、受信装置はどのような系列のトレーニング符号が通信相手の送信装置１００から送られてくるか予め分かっているものとする。トレーニング符号生成部１０１は、トレーニング符号を結合部１０３へ出力する。
【００１４】
ペイロード生成部１０２は、ペイロードを生成し、結合部１０３へ出力する。ペイロードには、ヘッダ情報などを除く本来伝送したいデータ本体が格納されている。
【００１５】
結合部１０３は、トレーニング符号をペイロードの前方に結合した送信データを生成し、送信部１０４へ出力する。図２に、送信データのフレーム構成を示す。
【００１６】
送信部１０４は、送信データに対してディジタル／アナログ変換、周波数変換、フィルタ処理などの所定の送信処理を施して２値振幅変調信号を生成し、アンテナ１０５を介して図示せぬ通信相手の受信装置へ送信する。すなわち、送信部１０４は、送信データの符号が‘０’の場合には、２値の振幅レベルのうち小さい振幅レベルの変調信号を送信し、送信データの符号が‘１’の場合には、２値の振幅レベルのうち大きい振幅レベルの変調信号を送信する。
【００１７】
なお、図１に示す送信装置１００を構成する各機能ブロックは、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせによって実現することができる。
【００１８】
図３に、本発明の実施の形態における受信装置２００の要部構成を示す。図３に示す受信装置２００は、図１に示す送信装置１００から送信される２値振幅変調信号を受信復調する受信装置で、アンテナ２０１と、受信部２０２と、包絡線検波部２０３と、同期部２０４と、復調部２０５とを備えている。
【００１９】
アンテナ２０１は、図示せぬ通信相手の送信装置１００から送信される２値振幅変調信号を受信し、受信信号を受信部２０２へ出力する。
【００２０】
受信部２０２は、受信信号に対してフィルタ処理、周波数変換処理、増幅処理などの所定の受信処理を施し、包絡線検波部２０３へ出力する。
【００２１】
包絡線検波部２０３は、受信部２０２から出力された受信信号に対して包絡線検波を行い、エンベロープ信号を同期部２０４および復調部２０５へ出力する。
【００２２】
同期部２０４は、エンベロープ信号と受信装置２００内部のクロック信号との同期をとり、同期確立後のクロック信号を復調部２０５へ出力する。
【００２３】
復調部２０５は、同期確立後のクロック信号のタイミングでエンベロープ信号をサンプリングし、サンプリング後の軟判定値を閾値判定して、判定結果に応じて符号‘０’，‘１’を復調する。復調部２０５について、図４を用いて説明する。図４は、復調部２０５の要部構成を示すブロック図である。復調部２０５は、図４に示すように、サンプル・ホールド回路３０１と、符号判定部３０２と、トレーニング符号検出部３０３と、トレーニング符号生成部３０４と、誤り検出部３０５と、閾値制御部３０６と、平均演算部３０７とを備えている。
【００２４】
サンプル・ホールド回路３０１は、エンベロープ信号ａをクロック信号のタイミングでサンプリングし、さらに、サンプリングした軟判定値を１シンボル期間保持する。図５に、エンベロープ信号ａと軟判定値を１シンボル期間保持して得られる出力信号ｂとのタイミング図を示す。サンプル・ホールド回路３０１は、出力信号ｂを符号判定部３０２へ出力する。
【００２５】
符号判定部３０２は、出力信号ｂの振幅レベルと閾値ｃとを比較し、符号判定を行う。例えば、サンプル・ホールド回路３０１の出力信号ｂの振幅レベルが閾値ｃよりも大きい場合には、符号判定部３０２はその信号を符号‘１’と判定し、閾値ｃよりも小さい場合には符号‘０’と判定する。符号判定部３０２は、符号判定結果をトレーニング符号検出部３０３へ出力する。
【００２６】
トレーニング符号検出部３０３は、符号判定結果からトレーニング符号ｄを検出する。なお、トレーニング符号を検出する方法は特に限定されず、例えば、受信信号を観察し、この受信信号のうち既知のトレーニング符号のパターンと一致する箇所を、トレーニング符号として検出する方法や、トレーニング符号のパターンを検出するのではなく、トレーニング符号の前に次からトレーニング符号が続くことを示す既知の信号パターンを挿入して、この既知の信号パターンを検出するという方法を用いて検出してもよい。トレーニング符号検出部３０３は、符号判定結果からトレーニング符号ｄを検出すると、符号判定結果がトレーニング符号であることを示す制御信号をスイッチ３０８へ出力すると共に、検出したトレーニング符号ｄを誤り検出部３０５へ出力する。
【００２７】
トレーニング符号生成部３０４は、通信相手の送信装置１００が備えるトレーニング符号生成部１０１が生成するトレーニング符号と同一のパターンのトレーニング符号ｅを生成し、誤り検出部３０５へ出力する。
【００２８】
誤り検出部３０５は、トレーニング符号ｄの符号誤りを検出する。誤り検出の方法としては、例えば、図６に示すように誤り検出部３０５が備える加算器３０５１を用いて、検出したトレーニング符号ｄと既知のトレーニング符号ｅとの差をモニタする方法がある。具体的には、加算器３０５１が、受信信号から検出したトレーニング符号ｄから既知のトレーニング符号ｅを減算し、減算結果を誤り検出結果ｆとして閾値制御部３０６へ出力する。すなわち、この減算により、符号判定部３０２が符号‘１’を符号‘０’と誤って判定した場合には、誤り検出部３０５は、誤り検出結果ｆとして‘−１’を閾値制御部３０６へ出力する。一方、符号判定部３０２が符号‘０’を符号‘１’と誤って判定した場合には、誤り検出部３０５は、誤り検出結果ｆとして‘１’を閾値制御部３０６へ出力する。また、符号判定部３０２が誤りなく正しく符号判定した場合には、誤り検出部３０５は、誤り検出結果ｆとして‘０’を閾値制御部３０６へ出力する。この結果、誤り検出結果ｆをモニタすることで、符号判定部３０２が符号‘１’を符号‘０’と誤って判定したか否か、符号‘０’を符号‘１’と誤って判定したか否か、または、誤りなく正しく符号判定したか否かを把握することができる。
【００２９】
閾値制御部３０６は、誤り検出結果ｆに応じて符号判定部３０２に供給する閾値ｃを制御する。上述したように、誤り検出結果ｆが‘−１’の場合は、符号判定部３０２が符号‘１’を符号‘０’と誤って判定したことを示すが、これは、閾値が高すぎたことが原因であるため、この場合には、閾値制御部３０６は、閾値ｃを下げる。一方、誤り検出結果ｆが‘１’の場合は、符号判定部３０２が符号‘０’を符号‘１’と誤って判定したことを示すが、これは、閾値が低すぎたことが原因であるため、この場合には、閾値制御部３０６は、閾値ｃを上げる。また、誤り検出結果ｆが‘０’の場合は、符号判定部３０２が誤りなく正しく符号判定したことを示すが、必ずしも、最適な閾値に設定されているとは限らないため、この場合には、閾値制御部３０６は、直前に閾値ｃが下げられた場合には引き続き閾値ｃを下げ、直前に閾値ｃが上げられた場合には引き続き閾値ｃを上げる。このようにして、閾値制御部３０６は、符号誤りがない場合にも、直前の閾値制御を継続させ、次の符号誤りが検出されるまで閾値を単調増加または単調減少させる。なお、閾値ｃの制御方法については、後に詳述する。
【００３０】
平均演算部３０７は、閾値制御部３０６によって制御された閾値ｃの平均値を演算し、スイッチ３０８を経由させて符号判定部３０２へ出力する。平均値は、ペイロードを符号判定する際に用いられる閾値となる。
【００３１】
スイッチ３０８は、トレーニング符号検出部３０３によってトレーニング符号が検出されたか否かを示す制御信号に応じて、経路ｉと経路ｉｉとを切り替える。具体的には、符号判定結果がトレーニング符号の場合には、閾値制御部３０６によって制御された閾値ｃが符号判定部３０２へ出力されるようにスイッチを経路ｉに切り換え、符号判定結果がペイロードの場合には、平均演算部３０７から出力される閾値の平均値が符号判定部３０２へ出力されるようスイッチを経路ｉｉに切り換える。
【００３２】
なお、図３及び図４に示す受信装置２００を構成する各機能ブロックは、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせによって実現することができる。
【００３３】
次いで、上記のように構成された受信装置２００による閾値制御の動作について、図７のフローチャート図および再度図５のタイミングチャート図を参照しながら説明する。なお、図５のａ〜ｆは、それぞれ図４のａ〜ｆに対応する。
【００３４】
図示せぬ送信装置１００から送信される２値振幅変調信号は、アンテナ２０１を介して受信され、受信部２０２によって、所定の受信処理が施され、包絡線検波部２０３によって包絡線が検波されたエンベロープ信号ａが、復調部２０５内のサンプル・ホールド回路３０１へ出力される。なお、図示せぬ送信装置１００から送信される２値振幅変調信号は、図２に示すようにペイロードに前方にトレーニング符号が配置された送信データが２値振幅変調された信号である。
【００３５】
そして、サンプル・ホールド回路３０１によって、エンベロープ信号ａが受信装置２００のクロック信号のタイミングでサンプリングされ、サンプリング後の軟判定値が１シンボル期間保持して得られる出力信号ｂが符号判定部３０２へ出力される。
【００３６】
そして、符号判定部３０２によって、出力信号ｂの振幅レベルと閾値ｃとが閾値判定されて、符号判定を行われる。例えば、サンプル・ホールド回路３０１の出力信号ｂの振幅レベルが閾値ｃよりも大きい場合には、符号‘１’と判定され、閾値ｃよりも小さい場合には符号‘０’と判定され、符号判定結果はトレーニング符号検出部３０３へ出力される。
【００３７】
そして、トレーニング符号検出部３０３によって、符号判定結果からトレーニング符号ｄが検出されると閾値制御（トレーニング）が開始される（ステップ４０１）。以後の説明では、既知のトレーニング符号の系列を図５のｅのような符号‘１’と符号‘０’とが交番に出現する系列とし、トレーニング符号検出部３０３では、例えば‘１０’のパターンが１０回連続して繰り返して検出された場合に、トレーニング符号が検出されたと判定され、受信信号がトレーニング符号であることを示す制御信号がスイッチ３０８へ出力される。
【００３８】
そして、制御信号に従って、スイッチ３０８により経路が経路ｉに切換えられ（ステップ４０２）、閾値制御が開始される。
【００３９】
閾値制御の開始直後は、閾値を上げるか下げるか制御の方法が未確定であるため、閾値を強制的に制御する。制御の仕方は上下どちらでもよいが、本実施の形態では閾値をα下げることとする（ステップ４０３）。
【００４０】
誤り検出部３０５によって、検出されたトレーニング符号の符号誤りが検出され、誤り検出結果ｆが閾値制御部３０６へ出力される（ステップ４０４）。具体的には、符号‘１’が符号‘０’に誤って判定された場合には、誤り検出結果ｆとして‘−１’が閾値制御部３０６へ出力され、符号‘０’が符号‘１’に誤って判定された場合には、誤り検出結果ｆとして‘１’が閾値制御部３０６へ出力され、誤りがなく正しく符号判定された場合には、誤り検出結果ｆとして‘０’が閾値制御部３０６へ出力される。
【００４１】
そして、閾値制御部３０６によって、誤り検出結果ｆに応じて閾値制御が行われる。具体的には、誤り検出結果ｆが‘１’か否か、すなわち、符号‘０’が符号‘１’に誤って判定されたか否かがチェックされ（ステップ４０５）、誤り検出結果ｆが‘１’、つまり、‘０’が符号‘１’に誤って判定された場合には、閾値が低すぎることが原因であると考えられるため閾値がα上げられる（ステップ４０６）。
【００４２】
一方、誤り検出結果ｆが‘１’でない場合には、さらに、誤り検出結果ｆが‘−１’か否か、すなわち符号‘１’が符号‘０’に誤って判定されたか否かがチェックされ（ステップ４０７）、誤り検出結果ｆが‘−１’、つまり、符号‘１’が符号‘０’に誤って判定された場合には、閾値が高すぎることが原因であると考えられるため閾値がα下げられる（ステップ４０８）。
【００４３】
さらに、誤り検出結果ｆが‘１’でも‘−１’でもなく、誤り検出結果ｆが‘０’、すなわち誤りなく正しく符号判定されているときには、直前の閾値制御が継続される（ステップ４０９）。つまり、直前の閾値制御によって閾値がα上げてられている場合には、引き続き閾値はα上げられ、直前の閾値制御が閾値がα下げられている場合には、引き続き閾値はα下げられる。このように誤りが生じていないにもかかわらず閾値を制御するようにしたのは、誤りが生じていないからといって最適な閾値値に設定されているとは限らないからである。図８に、ＳＮＲが比較的良好な環境における受信信号の波形の様子を示す。図８のようにＳＮＲが比較的高い環境下ではＷの範囲に閾値が設定されている場合、符号誤りはほとんどなく、また、誤りが生じるのを待っていたのでは非常に長い時間がかかってしまう。
【００４４】
一方、本実施の形態によれば、誤りない場合にも直前の閾値制御を継続し、閾値を単調増加または単調減少させるようにしたので、閾値ｃは、図５に示すように開始直後誤りがなく正しく符号判定された場合にも、直前の閾値制御を継続して閾値がα下げられる結果、しばらくすると閾値が低すぎて、符号‘０’を符号‘１’と誤って判定する状況を作り出すことができる。そして、誤り検出結果ｆが‘１’となると、閾値がα上げられて、以後、誤りがなく正しく符号判定された場合、すなわち、誤り検出結果ｆが‘０’の場合も、直前の閾値制御を継続して、閾値はα上げられる結果、しばらくすると閾値が高すぎて、符号‘１’が符号‘０’に誤って符号判定される状況を作り出すことができる。
【００４５】
上述したように、本実施の形態では、次に誤り検出部３０５によって符号誤りが検出されるまで、閾値は単調増加または単調減少するため、符号‘１’を符号‘０’と誤って判定する場合と、符号‘０’を符号‘１’と誤って判定する場合とが交互に現れることになって、閾値の変動領域の上限値と下限値のサンプル数が統計的に等しくなる。この結果、平均演算部３０７によって算出される平均値の結果が、どちらかに偏った値にならないようにすることができる。
【００４６】
以上の理由により、誤りが生じていない場合にも、符号誤りが検出されるまで、閾値を単調増加または単調減少させるように制御し、上述した閾値制御をトレーニング符号を受信する期間中（以下「トレーニング期間」という）繰り返すようにする。そして、トレーニング期間が終了したか否かが判定され（ステップ４１０）、トレーニング期間が終了した場合には、平均演算部３０７によって、閾値制御開始から終了時までの間の閾値の平均値が計算され（ステップ４１１）、スイッチ３０８によって経路が経路ｉｉに切換えられ（ステップ４１２）、平均値が符号判定部３０２の閾値として設定されて、閾値制御が終了する（ステップ４１３）。
【００４７】
なお、図９に、本発明に係る閾値制御方法を用いた場合のＢＥＲ（Bit Error Rate）特性のシミュレーション結果を示す。図中、黒塗りの丸は、本実施の形態に係る閾値制御方法をＡＷＧＮ環境下で用いた場合のＢＥＲ特性を示し、白抜きの丸は、無雑音の状態で受信信号振幅のピーク値１に対して、閾値を０．５に設定した固定閾値方法をＡＷＧＮ環境下で用いた場合の特性である。図９からわかるように、ＡＷＧＮ環境において本発明の閾値制御方法を用いることで、固定閾値方法に比べ、ＢＥＲ１０-3でＥｂ／Ｎ０換算で約１ｄＢほどＢＥＲ特性が改善されるのを確認することができる。また、図中、黒塗りの四角は、本実施の形態に係る閾値制御方法をマルチパス環境下で用いた場合のＢＥＲ特性を示し、白抜きの四角は、無雑音の状態で受信信号振幅のピーク値１に対して、閾値を０．５に設定した固定閾値方法をマルチパス環境下で用いた場合の特性である。図９からわかるように、マルチパス環境下においては、閾値固定方式ではＢＥＲ１０-1付近でフロアが生じているのに対し、本発明に係る閾値制御方法を適用する場合には、フロアが生じず、ＡＷＧＮ環境下でのＢＥＲ特性に比べても、ＢＥＲ１０-3で約４ｄＢほどの劣化に抑えられていることが確認できる。
【００４８】
以上のように、本実施の形態によれば、予め送受信装置間で既知のトレーニング符号を検出し、検出したトレーニング符号と既知のトレーニング符号とを比較して、符号‘１’を符号‘０’と誤って判定したか否か、符号‘０’を符号‘１’と誤って判定したか否か、または、誤りなく正しく符号判定したか否かに分けて誤り判定し、符号‘１’を符号‘０’と誤って判定した場合には閾値を下げ、符号‘０’を符号‘１’と誤って判定した場合には閾値を上げ、符号誤りがない場合には、次の符号誤りが検出されるまで直前の閾値制御を継続して閾値を単調増加または単調減少させるように制御し、トレーニング期間終了後、閾値の平均値を算出し、算出した平均値をペイロードを閾値判定する際に用いる閾値として設定するようにしたので、ＳＮＲが比較的良好で符号誤りが起こりにくいような状況でも、符号‘１’を符号‘０’と誤って判定する状況と、符号‘０’を符号‘１’と誤って判定する状況とが交互に現れるようになって、閾値の変動領域の上限値サンプル数と下限値サンプル数とが統計的に等しくなり、この結果、閾値の変動領域の上限値および下限値を均等に考慮して閾値の平均値が算出されるようになるため、ペイロードを閾値判定する際に用いる閾値を適切な値に設定することができるようになる。
【００４９】
特に、図１０に示すようなインパルス無線通信などのように、パルス幅がシンボル周期Ｔｓよりも短いような短パルス信号の場合に、本実施の形態による閾値制御方法は有用である。すなわち、インパルス無線信号をシンボル周期Ｔｓごとの平均電力のみを用いて閾値を制御するようにすると、インパルス無線信号の振幅レベルの平均よりも低いレベルに閾値ｃが設定されてしまい、雑音が大きい場合には符号‘０’を符号‘１’と誤って判定しまう割合が高くなるが、本実施の形態によれば、シンボル周期Ｔｓごとの平均電力を用いずに閾値を実際の受信信号の瞬時の振幅レベルに応じて制御するようにしたので、パルス幅がシンボル周期よりも短く平均電力を用いただけでは適切に閾値を制御することができないような場合であっても、比較的短時間で、適切な閾値を設定することができる。
【００５０】
なお、符号‘０’と符号‘１’が等確率で出現するようなトレーニング符号を用いる場合には、閾値が変動する上限方向の変動幅と、下限方向の変動幅とが均等となるため、閾値の平均値は、上限方向または下限方向のいずれか一方に偏ることなく適切な値となる。
【００５１】
また、トレーニング符号を‘１０１０・・・’と２値の符号‘１’と符号‘０’とを交互に配置するようにした場合には、効率よく符号誤りを検出することができるようになる。上述したように、本発明の閾値制御方法では、誤りなく正しく符号判定した場合にも、直前の閾値制御を繰り返し、次の符号誤りを検出するまで、閾値を単調増加または単調減少するようにしている。そのため、例えば、誤り検出部３０５の誤り検出結果ｆが‘１’、つまり、符号‘０’を符号‘１’と誤って符号判定した場合には閾値は上げられ、以降のトレーニング符号に‘０’が連続し符号誤りが検出されない場合には、閾値は直前の閾値制御を継続してさらに単調増加されることになる。そして、符号‘０’が連続した後、符号‘１’が配置されたトレーニング符号に対して上述した閾値制御方法によって閾値を制御すると、符号‘１’が符号‘０’に誤って符号判定される際に閾値が必要以上に上げられている可能性がある。この結果、次に符号‘０’を符号‘１’と誤って判定するまで、閾値を下げるまでに時間がかかり効率が悪い。同様に、誤り検出結果が‘−１’の場合、つまり、符号‘１’を符号‘０’と誤って符号判定した場合に、以降のトレーニング符号に符号‘１’が連続した後、符号‘０’が配置されたトレーニング符号に対して上述した閾値制御方法によって閾値を制御すると、符号‘０’が符号‘１’に誤って符号判定される際に閾値が必要以上に下げられている可能性があり、この結果、次に符号‘１’を符号‘０’と誤って判定するまで、閾値を上げるのに時間がかかり効率が悪い。
【００５２】
一方、トレーニング符号を‘１０１０・・・’と２値の振幅レベルに対応する符号‘１’と符号‘０’とを交互に配置するようにした場合には、閾値が受信信号の上限値を超えるとただちに符号‘１’を符号‘０’と誤って符号判定するような状況を作り出すことができ、また、閾値が受信信号の下限値を下回るとただちに符号‘０’を符号‘１’と誤って符号判定する状況を作り出すことができるため、効率よく符号誤りが検出されるようになり、また、受信信号の上限値および下限値から大幅にずれることなく閾値を変動させることができるようになるため、受信信号の下限値および上限値を把握することができ、この結果、より適切な値をペイロードの閾値判定に用いる閾値として設定することができる。
【００５３】
なお、上記実施の形態においては、閾値制御を１シンボル毎に行うような構成にしているが、デバイスの性能等により１シンボル毎に閾値制御を行うような高速な処理が困難な場合には、複数シンボルの誤り検出結果ｆを評価して閾値を制御するような構成にしてもよい。
【００５４】
図１１に、４シンボルごとに誤り検出結果ｆを評価して閾値を制御する誤り検出部３０５の要部構成の一例を示す。誤り検出部３０５は、６個の遅延器３０５０−１〜３０５０−６と、４個の加算器３０５１−１〜３０５１−４と、加算器３０５２とを備えている。遅延器３０５０−１〜３０５０−３は、検出したトレーニング符号ｄを１シンボルずつ遅延し、遅延後のトレーニング符号ｄを加算器３０５１−２〜３０５１−４へ出力する。また、遅延器３０５０−４〜３０５０−６は、既知のトレーニング符号ｅを１シンボルずつ遅延し、遅延後のトレーニング符号ｅを加算器３０５１−２〜３０５１−４へ出力する。なお、加算器３０５１−１へは、遅延前の検出したトレーニング符号ｄおよび既知のトレーニング符号ｅが出力される。
【００５５】
加算器３０５１−１〜３０５１−４は、検出したトレーニング符号ｄから既知のトレーニング符号ｅを減算し、減算結果を加算器３０５２へ出力する。上述したように、減算結果が‘−１’の場合は、符号判定部３０２が符号‘１’を符号‘０’と誤って判定したことを示し、減算結果が‘１’の場合は、符号判定部３０２が符号‘０‘を符号‘１’と誤って判定したことを示し、減算結果が‘０’の場合は、符号判定部３０２が誤りなく正しく符号判定したことを示す。
【００５６】
加算器３０５２は、４シンボルの減算結果を加算し、誤り検出結果ｆとして閾値制御部３０６へ出力する。このとき、符号判定部３０２が符号‘１’を符号‘０’と誤って判定した数Ｅ１に比べ、符号‘０‘を符号‘１’と誤って判定した数Ｅ２が少ない場合、つまりＥ１＞Ｅ２のとき、誤り検出結果ｆは負となり、反対に、Ｅ１に比べＥ２が多い場合には、誤り検出結果ｆは正となる。また、Ｅ１とＥ２とが等しい場合には、誤り検出結果ｆはゼロとなる。したがって、誤り検出結果ｆが負で、Ｅ１＞Ｅ２のとき、すなわち符号‘０’を符号‘１’と誤る傾向が強い場合には、閾値制御部３０６は、閾値を上げるように制御し、誤り検出結果が正で、Ｅ１＜Ｅ２のとき、すなわち符号‘１’を符号‘０’と誤る傾向が強い場合には、閾値制御部３０６は、閾値を下げるように制御する。また、誤り検出結果がゼロで、Ｅ１＝Ｅ２のときは、閾値制御部３０６は、直前の閾値制御を継続する。なお、図１２に、４シンボルごとに閾値を制御した場合の各信号は系のタイミングチャート図を示す。
【００５７】
なお、上記実施の形態においては、閾値の制御を行うトレーニング符号を図２に示すようにフレームの先頭に配置する構成としたが、これに限定されるものではない。１フレーム期間内で伝搬環境が変動するような場合には、フレームの先頭で決定した閾値がフレームの最後まで最適値であるとは限らない。従って、図１３に示すようにフレームの途中にトレーニング符号を挿入し、閾値を補正するような構成にしてもよい。このときトレーニング符号の挿入位置を無線送受信装置間で予め決めておけば、受信装置は受信データのビット数をカウントするなどしてトレーニング符号の位置を検出することができる。
【００５８】
なお、上記実施の形態においては、２値振幅変調信号を送受信する場合について説明したが、振幅変調の振幅レベルは２値に限定されるものではなく、トレーニング符号の系列を多値振幅変調信号に対応した系列に変更し上記実施の形態と同様の閾値制御を行うことで、多値振幅変調信号の場合にも、最適な閾値を設定することができる。例えば、符号‘００’が振幅‘０’、符号‘０１’が振幅‘１’、符号‘１１’が振幅‘２’、符号‘１０’が振幅‘３’に対応付けられた４値振幅変調信号の場合、トレーニング符号の系列を‘０００１０００１・・・０００１  ０１１１０１１１・・・０１１１  １１１０１１１０・・・１１１０’と配置し、最初の‘０００１０００１・・・０００１’の区間では振幅‘０’の信号と振幅‘１’の信号とを区別するための閾値制御を行い、次の‘０１１１０１１１・・・０１１１’の区間では振幅‘１’の信号と振幅‘２’の信号とを区別するための閾値制御を行い、最後の‘１１１０１１１０・・・１１１０’の区間では振幅‘２’の信号と振幅‘３’の信号とを区別するための閾値制御を行うようにすることで、多値振幅変調信号に対しても、上記実施の形態の閾値制御方法を適用することができる。
【００５９】
本発明の第１の態様に係る受信装置は、符号に応じて振幅レベルが選択されてなる振幅変調信号を受信し、受信信号の振幅レベルを閾値判定することで、受信した振幅変調信号の振幅レベルに応じた符号を再生する受信装置であって、既知の符号列が振幅変調された振幅変調信号列からなるトレーニング信号部と、ぺイロード部とを含む信号を受信する受信手段と、受信信号の振幅レベルを閾値判定して符号を再生する符号判定手段と、前記符号判定手段によって再生された前記トレーニング信号部の再生符号と、前記既知の符号とを比較して、判定誤りを検出する誤り検出手段と、前記トレーニング信号部の受信時に、前記符号判定手段の前記判定閾値を、前記誤り検出手段によって誤りが検出されるまで、単調増加又は単調減少させながら設定する閾値制御手段と、前記閾値制御手段により設定された前記判定閾値の平均値を算出する平均値演算手段と、前記ぺイロード部の受信時に、前記符号判定手段の前記判定閾値を、前記平均値演算によって得られた前記平均値に切り換える切換手段と、を具備する構成を採る。
【００６０】
この構成によれば、ＳＮＲが比較的良好で符号誤りが起こりにくいような状況でも、比較的単純な閾値制御によって、符号‘１’を符号‘０’と誤って判定する状況と、符号‘０’を符号‘１’と誤って判定する状況とが交互に現れるようにすることでき、閾値の変動領域の上限値サンプル数と下限値サンプル数とが統計的に等しくなり、この結果、閾値の変動領域の上限値および下限値を均等に考慮して閾値の平均値が算出されるようになるため、比較的短時間で、ペイロードを閾値判定する際に用いる閾値を適切な値に設定することができるようになる。
【００６１】
本発明の第２の態様に係る受信装置は、上記第１の態様において、前記既知の符号列は、符号‘０’と符号‘１’とが等しい確率で出現する構成を採る。
【００６２】
この構成によれば、閾値が変動する上限方向の変動幅と、下限方向の変動幅とが均等となるため、算出される閾値の平均値は、上限方向または下限方向のいずれか一方に偏ることなく適切な値となる。
【００６３】
本発明の第３の態様に係る受信装置は、上記第２の態様において、前記既知の符号列は、符号‘０’と符号‘１’とが交番に出現する構成を採る。
【００６４】
この構成によれば、閾値が受信した振幅変調信号の上限値または下限値を超えると直ちに符号誤りが検出されるようになるため、振幅レベルの上限値を閾値が上回ると直ちに閾値が下げられ、また、振幅レベルの下限値を閾値が下回ると直ちに閾値が上げられ、この結果、振幅レベルの上限値の付近と下限値の付近との間で閾値が変動するようになるため、閾値の変動領域が適正となって、より精度良くペイロードの符号判定に用いる閾値を設定することができるようになる。
【００６５】
本発明の第４の態様に係る受信装置は、上記第１の態様において、前記制御手段は、１シンボルごとの前記符号誤りに応じて前記閾値を制御する構成を採る。
【００６６】
この構成によれば、伝搬路状態が急激に変化して振幅変調信号の振幅レベルが変動するような場合にも、閾値と振幅変調信号との関係を１シンボルごとに把握して、閾値を制御することができるため、ペイロードを符号判定する際に用いる閾値を短時間で設定することができる。
【００６７】
本発明の第５の態様に係る受信装置は、上記第１の態様において、前記制御手段は、複数シンボルごとの前記符号誤りに応じて前記閾値を制御する構成を採る。
【００６８】
この構成によれば、複数シンボルのうち小さい振幅レベルに対応する符号が大きい振幅レベルに対応する符号に誤って判定された数Ｅ１と、複数シンボルのうち大きい振幅レベルに対応する符号が小さい振幅レベルに対応する符号に誤って判定された数Ｅ２とを比較して、閾値を制御することができるため、シンボルレートが高速になって、デバイス等の性能により１シンボルごとの閾値制御を行うことが困難な場合にも、複数シンボルの符号誤り判定の結果を用いて、ペイロードを符号判定する際に用いる閾値を最適な値に設定することができる。
【００６９】
本発明の第６の態様に係る受信装置は、上記第１の態様から上記５の態様のいずれかにおいて、前記振幅変調信号は、インパルス無線信号である構成を採る。
【００７０】
この構成によれば、シンボル周期に比べパルス幅が短く平均電力が瞬時の出力電力の平均と異なるようなインパルス無線信号の場合であっても、ペイロードを符号判定するための最適な閾値を設定することができるようになる。
【００７１】
本発明の第７の態様に係る通信システムは、既知の符号列が振幅変調された振幅変調信号列からなるトレーニング信号部と、ぺイロード部とを含む信号を受信する受信手段と、受信信号の振幅レベルを閾値判定して符号を再生する符号判定手段と、前記符号判定手段によって再生された前記トレーニング信号部の再生符号と、前記既知の符号とを比較して、判定誤りを検出する誤り検出手段と、前記トレーニング信号部の受信時に、前記符号判定手段の前記判定閾値を、前記誤り検出手段によって誤りが検出されるまで、単調増加又は単調減少させながら設定する閾値制御手段と、前記閾値制御手段により設定された前記判定閾値の平均値を算出する平均値演算手段と、前記ぺイロード部の受信時に、前記符号判定手段の前記判定閾値を、前記平均値演算によって得られた前記平均値に切り換える切換手段と、を有する受信装置と、前記受信装置に対して、前記トレーニング信号部として、‘０’と‘１’とが等しい確率で出現する既知の符号列を振幅変調した振幅変調信号列を生成して送信する送信装置と、を具備する構成を採る。
【００７２】
この構成によれば、ＳＮＲが比較的良好で符号誤りが起こりにくいような状況でも、比較的単純な閾値制御によって、符号‘１’を符号‘０’と誤って判定する状況と、符号‘０’を符号‘１’と誤って判定する状況とが交互に現れるようにすることでき、閾値の変動領域の上限値サンプル数と下限値サンプル数とが統計的に等しくなり、また、閾値が変動する上限方向の変動幅と下限方向の変動幅とが均等となるため、この結果、上限方向または下限方向のいずれか一方に偏ることなく適切な値を閾値の平均値として算出することができ、比較的短時間で、ペイロードを閾値判定する際に用いる閾値を適切な値に設定することができる。
【００７３】
本発明の第８の態様に係る閾値制御方法は、振幅変調信号の振幅レベルを閾値判定して符号を再生する符号判定ステップと、再生された符号の判定誤りを検出する誤り検出ステップと、前記符号判定ステップでの前記判定閾値を、前記誤り判定ステップにおいて誤りが検出されるまで、単調増加又は単調減少させながら設定する閾値制御ステップと、前記閾値制御ステップで設定された前記判定閾値の平均値を算出して、この平均値を最適な判定閾値とする平均値演算ステップと、を含むようにした。
【００７４】
この方法によれば、ＳＮＲが比較的良好で符号誤りが起こりにくいような状況でも、比較的単純な閾値制御によって、符号‘１’を符号‘０’と誤って判定する状況と、符号‘０’を符号‘１’と誤って判定する状況とが交互に現れるようにすることでき、閾値の変動領域の上限値サンプル数と下限値サンプル数とが統計的に等しくなり、この結果、閾値の変動領域の上限値および下限値を均等に考慮して閾値の平均値が算出されるようになるため、比較的短時間で、振幅変調信号を閾値判定する際に用いる閾値を適切な値に設定することができるようになる。  
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の受信装置、通信システム、および、閾値制御方法は、比較的簡単な制御で、符号判定に用いる最適な閾値を比較的短時間で導出することができ、例えば、インパルス無線通信システムにおいてインパルス無線信号の符号を判定する際に用いる閾値を制御する受信装置、通信システム、および閾値制御方法などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施の形態に係る送信装置の要部構成を示すブロック図
【図２】上記実施の形態に係るフレーム構成を示す図
【図３】上記実施の形態に係る受信装置の要部構成を示すブロック図
【図４】上記実施の形態に係る復調部の要部構成を示すブロック図
【図５】上記実施の形態に係る受信装置による閾値制御動作を説明するためのタイミングチャート図
【図６】上記実施の形態に係る誤り検出部の要部構成を示すブロック図
【図７】上記実施の形態に係る受信装置による閾値制御動作を説明するためのフローチャート図
【図８】ＳＮＲが比較的高い場合の受信波形を示す図
【図９】本発明に係る閾値制御方法を用いた場合のシミュレーションによるＢＥＲ特性を示す図
【図１０】インパルス無線通信における受信波形と平均電力との関係を示す図
【図１１】上記実施の形態に係る誤り検出部の要部構成を示すブロック図
【図１２】上記実施の形態に係る受信装置による閾値制御動作を説明するためのタイミングチャート図
【図１３】上記実施の形態に係るフレーム構成を示す図
【図１４】従来の閾値設定装置の要部構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００７７】
１００  送信機
１０１  トレーニング符号生成部
１０２  ペイロード生成部
１０３  結合部
１０４  送信部
１０５，２０１  アンテナ
２００  受信機
２０２  受信部
２０３  包絡線検波部
２０４  同期部
２０５  復調部
３０１  サンプル・ホールド回路
３０２  符号判定部
３０３  トレーニング符号検出部
３０４  トレーニング符号生成部
３０５  誤り検出部
３０６  閾値制御部
３０７  平均演算部
３０８  スイッチ
３０５０−１〜３０５０−６  遅延器
３０５１，３０５１−１〜３０５１−４，３０５２  加算器
【図１】
2007306128.tif 000003
【図２】
2007306128.tif 000004
【図３】
2007306128.tif 000005
【図４】
2007306128.tif 000006
【図５】
2007306128.tif 000007
【図６】
2007306128.tif 000008
【図７】
2007306128.tif 000009
【図８】
2007306128.tif 000010
【図９】
2007306128.tif 000011
【図１０】
2007306128.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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