JP2009010474A - 信号処理部及び無線機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 信号処理部において、送信データについて1段目の差動符号化処理を行う差動符号化処理部211aと、その出力について2段目の差動符号化処理を行う差動符号化処理部211bと、その出力を拡散符号で拡散変調処理し、送信データ拡散変調信号を出力する拡散変調処理部214とを備える拡散変調部21と、送信データ拡散変調信号と連続波とを直交変調するキャリア変調部17と、2回の相関処理と2回の遅延検波処理を行う受信データ復号部18とを有する信号処理部及び無線機である。
【選択図】 図1
Description
従来の双方向無線システムで用いられる無線機は、スペクトラム拡散(SS:Spread Spectrum)方式を採用した微弱電波で動作する無線機である。
従来の双方向無線システムについて図18を参照しながら説明する。図18は、従来の双方向無線システムの概略図である。
従来の双方向無線システムは、送信部1aと受信部1bを有する親機1の無線機と、送信部2aと受信部2bを有する子機2の無線機とを備え、子機2の入力装置を動作させて、子機2から親機1に動作命令を送信し、親機1ではその命令に従って動作するようになっている。
つまり、従来の双方向無線システムは、SSを採用した双方向通信(半2重)可能な微弱無線システムとなっている。
上記無線機における信号処理部について図19を参照しながら説明する。図19は、従来の信号処理部の構成ブロック図である。
従来の信号処理部は、ADC(Analog Digital Converter)制御部11と、AGC(Auto Gain Control)部12と、APC/AFC(Auto Power Control/Auto Frequency Control)制御部13と、DAC制御部14と、キャリア復調部15と、キャリアデータ生成部16と、キャリア変調部17と、受信データ復調部18′と、拡散符号生成部20′と、拡散変調部21′と、相関ピーク検出部22′と、粗周波数ズレ検出部23′と、微周波数ズレ検出部24′とから構成されている。
ADC制御部11は、A/Dコンバータ(A/D)への制御信号の生成と、A/Dコンバータから受信IF(Intermediate Frequency)信号を入力する制御を行う。
DAC制御部14は、キャリア変調部17でキャリア変調処理を行ったデータをD/Aコンバータへ送出する。
また、キャリア変調部17は、拡散変調部21から入力される拡散変調処理データ(送信データ、同期ワード/REFデータ)に対して、IFキャリアデータによるキャリア変調を行う。
受信データ復号部18′は、同期確立後のIFキャリア周波数の微周波数補正後に、同期ワードの検出し、ユーザデータの復号処理を行う。
拡散変調部21′は、同期ワード/REFデータの差動符号化処理を行い、送信ユーザデータ及び差動符号化した同期ワード/REFデータの拡散変調処理を行う。
特許文献2には、PSK信号を直交検波して得られる信号に遅延検波を施し、周波数ズレを判定する周波数ずれ検出方法が示されている。
特許文献3には、送信側ではスペクトラム拡散方式で信号を送信し、受信側ではIF中間信号処理後にマッチドフィルタ処理を行って復調するデータ伝送システムが示されている。
特許文献5には、送受信装置に90°位相差を有するハイブリッド結合機を有するFMCWセンサが示されている。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る信号処理部は、送信データについて1段目の差動符号化処理を行う第1の差動符号化処理部と、第1の差動符号化処理部からの出力について2段目の差動符号化処理を行う第2の差動符号化処理部と、第2の差動符号化処理部からの出力を拡散符号で拡散変調処理し、送信データ拡散変調信号を出力する拡散変調処理部とを備える拡散変調部と、送信データ拡散変調信号と連続波とを直交変調するキャリア変調部とを有するものであり、IFキャリア周波数ズレが発生しても極性判断を誤らず、拡散変調及びキャリア変調を適正に行うことができ、受信感度を改善し、回路規模を縮小できるものである。
遅延検波処理を2回行う理由は、微周波数ズレ検出・補正処理でも最大で±32Hzのズレが残ってしまうため、1回の処理では対応できないためである。
尚、受信側の相関処理では、4分割の相関処理を行う。
本発明の実施の形態に係る信号処理部部について図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る信号処理部の構成ブロック図である。
本発明の実施の形態に係る信号処理部(本信号処理部)は、図1に示すように、ADC(Analog Digital Converter)制御部11と、AGC(Auto Gain Control)部12と、APC/AFC(Auto Power Control/Auto Frequency Control)制御部13と、DAC(Digital Analog Converter)制御部14と、キャリア復調部15と、キャリアデータ生成部16と、キャリア変調部17と、受信データ復号部18と、マッチドフィルタ部19と、拡散符号生成部20と、拡散変調部21と、相関ピーク検出部22と、粗周波数ズレ検出部23と、微周波数ズレ検出部24とから構成されている。
次に、本信号処理部の各部について図面を参照しながら説明する。
[ADC制御部11]
ADC制御部11は、A/DコンバータIC(Integrated Circuit)から受信IF信号を読み出し、受信信号をキャリア復調部15に出力する制御を行う。
また、ADC制御部11は、A/DコンバータICへの制御信号を生成して出力する。
AGC部12は、ADC制御部11から出力された受信信号に対して、常に設定した振幅になるよう、AGCアンプへゲインコントロールを行うための制御信号を出力する制御を行う。
APC/AFC制御部13は、サーミスタを使用し、無線部(RF[Radio Frequency]部)の温度モニタを行うためのA/DコンバータICへの制御信号を生成して出力する。
また、APC/AFC制御部13は、A/DコンバータICからのモニタ値に応じて、AFC補正値をキャリアデータ生成部16へ、APC補正値をキャリア変調部17へ供給する。
ここで、APCは自動送信パワー制御、AFCは自動周波数制御を意味している。
DAC制御部14は、キャリア変調部17でキャリア変調処理を行ったデータをD/AコンバータICへ送出する制御を行う。
また、DAC制御部14は、D/AコンバータICへの制御信号を生成して出力する。
キャリア復調部15について図2を参照しながら説明する。図2は、キャリア復調部の構成ブロック図である。
キャリア復調部15は、受信IF信号に対して、キャリアデータ生成部16から入力されるキャリアデータに基づいてIFキャリア成分の除去処理を行い、更に512kHzサンプリング(厳密には524,288Hz)から256kHzサンプリング(厳密には262,144Hz)にダウンサンプル処理を行う。
キャリアデータ生成部16について図3を参照しながら説明する。図3は、キャリアデータ生成部の構成ブロック図である。
キャリアデータ生成部16は、キャリア変調部17及びキャリア復調部15へ供給するIFキャリアデータを生成する。
IFキャリアデータは、送受とも90°位相の違う2種類ずつを生成する。
また、キャリアデータ生成部16は、粗周波数ズレ検出部23及び微周波数ズレ検出部24からの周波数ズレ検出データ、APC/AFC制御部13からのAFC補正データに応じて、周波数補正処理を行う。
次に、キャリア変調部17について図12及び図13を参照しながら説明する。図12は、キャリア変調部の構成ブロック図であり、図13は、キャリア変調部の回路構成図である。
キャリア変調部17は、図12に示すように、キャリアデータ生成部16から供給されるI成分の送信(Tx)用IFキャリアデータに対して、APC/AFC制御部13からのAPC補正信号によりAPC補正処理を行うAPC補正処理部171aと、キャリアデータ生成部16から供給されるQ成分の送信(Tx)用IFキャリアデータに対して、APC/AFC制御部13からのAPC補正信号によりAPC補正処理を行うAPC補正処理部171bと、APC補正処理部171bからの出力を送信データ拡散変調信号によってIFキャリア変調処理を行うIFキャリア変調処理部172と、APC補正処理部171aからの出力とIFキャリア変調処理部172からの出力を加算する加算器173と、MSB(Most Significant Bit)の符号反転を行うSigned→Unsigned変換部174とから構成されている。
次に、受信データ復号部18について図4,5を参照しながら説明する。図4は、受信データ復号部の前段部分の回路図であり、図5は、受信データ復号部の後段部分の回路図である。図4の(a)(b)は、図5の(a)(b)に接続している。
受信データ復号部18は、図4,5に示すように、8倍オーバーサンプリングのI成分データ(8bit)を256kHzで移動平均を取得する移動平均部181aと、その出力をデシメーションフィルタリングしてダウンサンプルするデシメーションフィルタ182aと、低周波成分を除去するハイパスフィルタ(HPF)183aと、8倍オーバーサンプリングのQ成分データ(8bit)を256kHzで移動平均を取得する移動平均部181bと、その出力をデシメーションフィルタリングしてダウンサンプルするデシメーションフィルタ182bと、低周波成分を除去するハイパスフィルタ(HPF)183bと、逆拡散用符号を遅延させる遅延器(delay)180aと、HPF183aからの信号を入力し、遅延回路180aからの逆拡散符号で逆拡散する逆拡散部184aと、HPF183bからの信号を入力し、遅延回路180aからの逆拡散符号で逆拡散する逆拡散部184bと、逆拡散部184aからの出力を分割累積処理する分割累積処理部185aと、逆拡散部184bからの出力を分割累積処理する分割累積処理部185bと、遅延回路(D)180bと、遅延回路(D)180cと、分割累積処理部185a,185bからの出力を加算して実数部分の遅延検波を行う遅延検波処理部186aと、その出力を累積する累積処理部187aと、分割累積処理部185a,185bからの出力を加算して虚数部分の遅延検波を行う遅延検波部186bと、その出力を累積する累積処理部187bと、遅延回路(D)180dと、遅延回路(D)180eと、遅延検波処理部188と、符号取り出し部としてのMSBを取得するMSB部189aと、MSB部189aからの出力をラッチし、受信データを出力するラッチ(Latch)部189bとから構成されている。
次に、マッチドフィルタ部19について図6を参照しながら説明する。図6は、マッチドフィルタ部の構成ブロック図である。
マッチドフィルタ部19は、キャリア復調データに対して、相関検出処理としてマッチドフィルタリングにて逆拡散処理、更に全加算処理を行う。
相関検出処理を行った相関検出データ(相関検出値)は、相関ピーク検出部22へ供給する。
相関ピーク検出部22にてピークが検出された場合、その検出信号(シンボル同期信号)をトリガとして、シフトレジスタ198にて当該相関検出データをラッチし、微周波数ズレ検出部23へ供給する。
拡散符号生成部20について図7を参照しながら説明する。図7は、拡散符号生成部のブロック図である。
拡散符号生成部20は、図7に示すように、拡散符号長指定信号とステート指定信号を入力し、送信(TX)用拡散符号(シリアル符号)、受信(RX)用拡散符号(シリアル符号)、受信(RX)用拡散符号(パラレル符号)を出力する。
尚、拡散符号生成部20における拡散符号格納部は、拡散符号が1系統になったため、Single-Port RAM を使用する。これにより、ポート制御回路を低減できる効果がある。
拡散符号生成部20は、システム起動時に512チップ長の拡散符号を生成し、符号格納部へ格納する。
次に、拡散変調部21について図8を参照しながら説明する。図8は、拡散変調部の構成ブロック図である。
拡散変調部21は、図8に示すように、送信データを入力し、1回目の差動符号化処理を行う差動符号化処理部211aと、差動符号化処理部211aからの出力について2回目の差動符号化処理を行う差動符号化処理部211bと、差動符号化処理部211bからの出力を拡散符号で拡散変調処理し、送信データ変調信号を出力する拡散変調処理部214とから構成されている。
本実施の形態では、通常の差動符号化ではなく、2段差動符号化処理となる。
従来のように、送信データ(PSK[Phase Sift Keying]変調)のみをSS変調した場合、送信スペクトラム波形から判断すると、スペクトラムが広がってしまい、受信側のFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリェ変換)部での検出が不可能であった。
しかし、本信号処理部のように、送信データ(PSK変調)にCWデータを多重化させてSS変調した場合、CW成分が強く見えるため、FFT部での検出が可能となる。FFT部にて検出するのは、受信側処理にてIF周波数にダウンコンバートされた後の周波数成分となる。本信号処理部では、CWのピーク周波数をFFT部にて検出している。
次に、相関ピーク検出部22について図9を参照しながら説明する。図9は、相関ピーク検出部の構成ブロック図である。
相関ピーク検出部22は、図9に示すように、マッチドフィルタ部19からの相関検出値を入力し、1bit区間内のMAXピーク位置をカウンタ値で検出する1bit区間MAXピーク位置検出部221と、検出されたMAXピーク位置のカウンタ値と以前のMAXピーク位置のカウンタ値を比較し、比較結果を出力するMAXピーク位置比較部222と、入力される比較結果から相関ピークが検出されたならシンボル同期信号(相関ピーク検出信号:同期検出信号)を外部及び制御部25に出力し、シンボル位相ズレについてのシンボル位相ズレ検出信号を微周波数ズレ検出部24に出力するシンボル同期信号生成部223と、フリーランのカウンタ値を出力するフリーランカウンタ224とを備えている。
第1に、検出処理開始からフリーランカウンタ224を起動する。
フリーランカウンタ224は、256kHz/1bit長分=512チップ/bitでは4,096=12bitカウンタである。
次に、粗周波数ズレ検出部23について図10を参照しながら説明する。図10は、粗周波数ズレ検出部の構成ブロック図である。
粗周波数ズレ検出部23は、キャリア復調データに対して、LPF(Low Pass Filter)でノイズ除去を行い、ダウンサンプリング処理して、FFT演算を行って累積処理し、MAXピーク位置の検出を行い、粗周波数ズレ検出データを出力する。
ダウンサンプル後のデータに対して、親機−子機のIFキャリア周波数ズレ量に応じた残留周波数成分の検出を行う。
残留周波数成分の検出は、32ポイントのFFT演算で行う。従って、検出周波数精度は、1,024Hzとなる。
1回の演算周期は、32/32,768≒1msecであり、最大32回までの累計を可能としている。
32回の累計演算を行った場合の検出感度は、約15dBアップする。
そして、検出した粗周波数ズレ量をキャリアデータ生成部16に供給する。
次に、微周波数ズレ検出部24について図11を参照しながら説明する。図11は、微周波数ズレ検出部の構成ブロック図である。
微周波数ズレ検出部24は、受信データ復号部18でのデータ復号処理を前に、分割相関処理による分割損(分割による感度劣化)の低減を目的に、周波数ズレ量をさらに少なくするため、高い精度の周波数検出を行う。
そのため、ピークが検出されたときの当該相関データ(32分割分*I,Q成分=64ポイント)に対してFFT演算を行うことで、その残留ズレ分の周波数検出を行うことができる。
尚、微周波数ズレ検出部24は、粗周波数ズレ検出部23と同じ32ポイントFFT演算回路のため、共用化が可能である。
以下、受信処理の流れの概略を簡単に説明する。
第1に、受信処理開始にてADC制御部11を介してキャリア復調部15にてキャリア復調処理実施する。
第2に、キャリア復調処理データを粗周波数ズレ検出部23及びマッチドフィルタ部19へ供給し、粗周波数ズレ検出部23で粗周波数ズレ量検出を行い、同時にマッチドフィルタ部19で相関検出処理を、相関ピーク検出部22で相関ピーク検出処理を行う。
第4に、相関ピーク検出部22で相関ピークが検出された場合、そのピーク値に該当する分割相関の各検出値(32分割分、I,Q成分の計64ポイント)を微周波数ズレ検出部24に供給し、微周波数ズレ量の検出を行う。
以上が、本信号処理部における受信処理の概要である。
通常のBER(Bit Error Rate)特性について図14を参照しながら説明する。図14は、通常のBER特性を示す図である。
図14に示すように、PSK−ASK差動検波方式(同期ワード/REFデータ拡散変調信号をIFキャリア変調としてASK(振幅)変調し、送信データ拡散変調信号をIFキャリア変調としてPSK変調して加算する方式)に比べて、実施の形態に係るPSK−2段遅延検波方式(上記PSK変調と90°位相をずらしたCWとの直交変調方式)の方が、BER1%点で約2.2dBの改善が見られる。
IFキャリア周波数ズレ時のBER特性について図15を参照しながら説明する。図15は、IFキャリア周波数ズレ時のBER特性を示す図である。
図15に示すように、BER1%特性におけるIFキャリア周波数ズレに関する劣化特性はほぼ変わらないものとなっていた。
次に、PSK−ASK差動検波方式(別の例)に係る送信部の変調処理波形について図16を参照しながら説明する。図16は、別の例に係る送信部の変調処理波形を示す図である。
図16に示すように、キャリア変調部17においては、同期ワード/REFデータ拡散変調信号のIFキャリア変調(ASK変調)処理波形と送信データ拡散変調信号のIFキャリア変調(PSK変調)処理波形とを加算して図17の右側に示すIFキャリア変調波形を生成する。このように、キャリア変調部17では、適正なIFキャリア変調が為される。
図16に示すように、IFキャリア変調波形は、ユーザデータの振幅が全体の1/2に制限されている。
次に、実施の形態(PSK−2段遅延検波方式)に係る送信部変調処理波形について図17を参照しながら説明する。図17は、実施の形態に係る送信部変調処理波形を示す図である。
図17に示すように、図16のPSK−ASK差動検波方式と比べて、IFキャリア変調波形は、3dB近くアップしたこととなり、ユーザデータの振幅が全体の幅と同じで、特性が高くなり、受信感度を改善できる。
本信号処理部及び無線機によれば、第1の差動符号化処理部が送信データについて1段目の差動符号化処理を行い、第2の差動符号化処理部が第1の差動符号化処理部からの出力について2段目の差動符号化処理を行い、拡散変調処理部が第2の差動符号化処理部からの出力を拡散符号で拡散変調処理し、送信データ拡散変調信号を出力する拡散変調部と、送信データ拡散変調信号と連続波とを直交変調するキャリア変調部とを有するものであり、IFキャリア周波数ズレが発生しても極性判断を誤らず、拡散変調及びキャリア変調を適正に行うことができ、受信感度を改善し、回路規模を縮小できる効果がある。
Claims (5)
- 送信データについて1段目の差動符号化処理を行う第1の差動符号化処理部と、前記第1の差動符号化処理部からの出力について2段目の差動符号化処理を行う第2の差動符号化処理部と、前記第2の差動符号化処理部からの出力を拡散符号で拡散変調処理し、送信データ拡散変調信号を出力する拡散変調処理部とを備える拡散変調部と、
送信データ拡散変調信号と連続波とを直交変調するキャリア変調部とを有することを特徴とする信号処理部。 - キャリア変調部は、
同相成分の送信用IFキャリアデータを振幅制御補正信号により振幅補正処理を行う第1の振幅補正処理部と、
直交成分の送信用IFキャリアデータを振幅制御補正信号により振幅補正処理を行う第2の振幅補正処理部と、
前記第2の振幅補正処理部からの出力データと送信データ拡散変調信号とによりキャリア変調処理を行い、送信データ拡散変調信号のキャリア変調処理信号を出力するキャリア変調処理部と、
前記第1の振幅補正処理部からの出力を送信データ拡散変調信号と90°位相をずらした連続波として送信データ拡散変調信号のキャリア変調処理信号に加算してキャリア変調データを出力する加算器とを有することを特徴とする請求項1記載の信号処理部。 - キャリア変調処理部におけるキャリア変調処理は、PSK変調であることを特徴とする請求項2記載の信号処理部。
- 同相成分の受信データについて1回目の相関処理を行う第1の分割累積処理部と、
直交成分の受信データについて1回目の相関処理を行う第2の分割累積処理部と、
前記第1の分割累積処理部からの出力について1回目の遅延検波処理を行う第1の遅延検波処理部と、
前記第2の分割累積処理部からの出力について1回目の遅延検波処理を行う第2の遅延検波処理部と、
前記第1の遅延検波処理部からの出力について2回目の相関処理を行う第3の分割累積処理部と、
前記第2の遅延検波処理部からの出力について2回目の相関処理を行う第4の分割累積処理部と、
前記第3の分割累積処理部及び前記第4の分割累積処理部からの出力について2回目の遅延検波処理を行う第3の遅延検波処理部とを有する受信データ復号部を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の信号処理部。 - 請求項1記載の拡散変調部と、請求項1乃至3のいずれか記載のキャリア変調部と、請求項4記載の受信データ復号部とを備える信号処理部を有することを特徴とする無線機。
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