JP4097615B2 - 信号検出方法および装置ならびにそれを利用した送信装置および受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、信号検出技術に関し、特に受信した信号が所定の信号を含むかを検出する信号検出方法および装置ならびにそれを利用した送信装置および受信装置に関する。

２．４ＧＨｚ帯の無線周波数を使用したスペクトル拡散通信システムとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格の無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が実用化されている。当該無線ＬＡＮは、ＣＣＫ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｃｏｄｅ Ｋｅｙｉｎｇ）変調によって、１１Ｍｂｐｓの最大伝送速度を実現する。一方、プリアンブルやヘッダなどの制御のための信号は、ＤＢＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調した信号やＤＱＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調した信号を拡散符号で拡散して生成されている。このような、スペクトル拡散通システムにおける受信装置は、一般的にマッチトフィルタを備えている。マッチトフィルタは受信信号と拡散符号の相関値を出力する。受信信号が連続してマッチトフィルタに入力されると、一定周期で大きな値の相関値が出力される。受信装置は、このような大きな値の相関値を検出することによって、受信信号が処理対象の信号であると判定し、受信信号の受信処理を実行する。さらに受信装置は、大きな値の相関値を検出したタイミングにもとづいて、受信処理におけるタイミング同期も実行する（例えば、特許文献１参照。）。
特開平８−３４０２７６号公報

受信装置で受信した信号の強度は、一般的に送信装置との間の無線伝送路におけるフェージングの影響や送信装置との距離によって、大きく変動する。変動があっても信号の受信を正確に検知するために、特許文献１に係る受信装置は、相関値がしきい値を超えても直ちに処理対象の信号であると判定せずに、シンボルごとの相関値の最大値を複数シンボルにわたって積算し、積算した結果をしきい値と比較して判定している。しかしながら、最大値のみを考慮しているだけでは、マルチパスフェージング環境下やＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）が低い環境下で、正確に相関値の最大値を検出できない可能性がある。すなわち、マルチパスやノイズの影響によって、最大値に対するノイズの寄与が大きくなって、本来検出すべきタイミングで相関値の最大値を検出できなかったり、誤ったタイミングで相関値の最大値を検出する場合がある。さらに、受信装置が相関値の最大値を正確に検出できなければ、処理すべき信号を受信できずに、信号の伝送エラーが生じる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、無線伝送路の特性が、無線信号の伝送を困難にするような環境下においても、信号の受信を検出する信号検出方法および装置ならびにそれを利用した送信装置および受信装置を提供することにある。

本発明のある態様は、信号検出装置である。この装置は、受信すべき信号に含まれた複数のシンボルをシンボルの間隔以下の間隔でそれぞれ標本化する標本化部と、標本化した複数のシンボルを相関処理して複数の相関値をそれぞれ生成する相関部と、ひとつのシンボルの間隔に含まれた標本化すべきタイミングのそれぞれに生成した複数の相関値を対応付け、対応付けた複数の相関値に対して標本化すべきタイミングのそれぞれの中で統計処理し、統計処理した相関値の中から最大値を選択する選択部と、生成した複数の相関値を統計処理する統計処理部と、選択した最大値と統計処理した相関値にもとづいて、受信すべき信号の検出を決定する検出部とを備える。

以上の装置により、受信すべき信号を検出するために相関値の最大値だけでなく、統計処理した相関値も使用するので、信号に含まれたノイズやマルチパス成分の影響を考慮でき、受信すべき信号を正確に検出できる。

受信すべき信号の強度を測定し、測定した信号の強度が所定のしきい値より大きくなれば信号検出処理の開始を決定する開始決定部と、信号検出処理の開始を決定すると、自動利得制御にもとづいて、受信すべき信号に含まれた複数のシンボルの強度を増幅させて標本化部に出力する増幅部とをさらに備えてもよい。

以上の装置により、信号の検出より前に自動利得制御を実行するので、信号の歪みやノイズを増大させずに相関値を正確に導出できる。また、信号検出処理の開始が決定されてから、標本化部等を動作させるため、消費電力を低減できる。

本発明の別の態様は、信号検出方法である。この方法は、受信すべき信号に含まれた複数のシンボルをシンボルの間隔以下の間隔でそれぞれ標本化するステップと、標本化した複数のシンボルを相関処理して複数の相関値をそれぞれ生成するステップと、生成した複数の相関値のうちで、ひとつのシンボルの間隔に含まれた相関値の中の最大値であって、複数のシンボルにわたって統計処理した最大値を選択するステップと、生成した複数の相関値を統計処理するステップと、選択した最大値と統計処理した相関値にもとづいて、受信すべき信号の検出を決定するステップとを備える。

受信すべき信号の強度を測定し、測定した信号の強度が所定のしきい値より大きくなれば信号検出処理の開始を決定するステップと、信号検出処理の開始を決定すると、自動利得制御にもとづいて、受信すべき信号に含まれた複数のシンボルの強度を増幅させて標本化するステップに出力するステップとをさらに備えてもよい。選択するステップは、ひとつのシンボルの間隔に含まれた標本化すべきタイミングのそれぞれに生成した複数の相関値を対応付け、対応付けた複数の相関値に対して標本化すべきタイミングのそれぞれの中で統計処理し、統計処理した相関値の中から最大値を選択してもよい。選択するステップは、統計処理をＩＩＲフィルタによって実行してもよい。検出するステップは、選択した最大値を統計処理した相関値で除算し、当該除算した結果が所定のしきい値よりも大きければ、受信すべき信号の検出を決定してもよい。信号検出処理の開始を決定すると、標本化するステップ、相関値をそれぞれ生成するステップ、選択するステップ、統計処理するステップ、検出を決定するステップに動作の開始を指示する指示ステップとをさらに備えてもよい。

本発明のさらに別の態様は、受信装置である。この装置は、受信すべき信号に含まれた複数のシンボルをシンボルの間隔以下の間隔でそれぞれ標本化する標本化部と、標本化した複数のシンボルを相関処理して複数の相関値をそれぞれ生成する相関部と、生成した複数の相関値のうちで、ひとつのシンボルの間隔に含まれた相関値の中の最大値であって、複数のシンボルにわたって統計処理した最大値を選択する選択部と、生成した複数の相関値を統計処理する統計処理部と、選択した最大値と統計処理した相関値にもとづいて、受信すべき信号の検出を決定する検出部と、受信すべき信号の検出を決定した場合に、複数のシンボルを処理する処理部とを備える。

本発明のさらに別の態様は、送信装置である。この装置は、受信すべき信号に含まれた複数のシンボルをシンボルの間隔以下の間隔でそれぞれ標本化する標本化部と、標本化した複数のシンボルを相関処理して複数の相関値をそれぞれ生成する相関部と、生成した複数の相関値のうちで、ひとつのシンボルの間隔に含まれた相関値の中の最大値であって、複数のシンボルにわたって統計処理した最大値を選択する選択部と、生成した複数の相関値を統計処理する統計処理部と、選択した最大値と統計処理した相関値にもとづいて、受信すべき信号の検出を決定する検出部と、受信すべき信号を検出しなかった場合に、所定の信号を送信する送信部とを備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、無線伝送路の特性が、無線信号の伝送を困難にするような環境下においても、信号の受信を検出できる。

（実施例１）
本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施例１は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格の無線ＬＡＮの受信装置に関する。受信装置は、無線伝送路を介して送信装置から送信された信号を受信する。無線伝送路の特性は、前述のごとく大きく変動する。すなわち、所望の信号の強度が小さいために相対的にノイズの強度が大きい場合もあれば、所望の信号の強度が大きいために相対的にノイズの強度が小さい場合もある。一般的に、前者の場合が信号の伝送を困難にする。本実施例に係る受信装置は、受信した信号、すなわちスペクトル拡散された信号を相関処理し、相関処理の結果にもとづいて受信した信号から処理対象の信号を検出する。受信装置は、信号の伝送が困難な無線伝送路であっても、処理対象の信号を正確に検出するために、次のふたつの技術を備える。

ひとつ目は、受信した信号、すなわちスペクトル拡散された信号を相関処理する前に、受信した信号をＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）によって増幅する。通常は、処理対象の信号を検出してからＡＧＣを動作させるので、処理対象の信号の検出は、受信した信号をフルゲインで増幅して相関処理した結果にもとづいて行われる。そのため、受信した信号に含まれた処理対象の信号が歪み、さらに受信した信号に含まれたノイズが増幅されて、相関値が正確なものでなくなってしまう。一方、本発明は、ＡＧＣによって増幅した信号を相関処理するので、受信した信号に含まれた処理対象の信号の歪が小さくなり、さらに受信した信号に含まれたノイズも相対的に小さくなる。

ふたつ目は、相関値の最大値と相関値の平均値の比を計算し、当該計算した比をしきい値と比較して、信号の検出を判定する。すなわち、相関値の最大値だけのように絶対的な値ではなく、相対的な値にもとづいて判定を行うので、無線伝送路の特性の違いに影響を受けずに正確な判定を可能にする。例えば、所望の信号の強度が大きく、ノイズの強度が小さい場合には、相関値の最大値と相関値の平均値の比が大きくなるが、所望の信号の強度が大きく、ノイズの強度も大きい場合には、相関値の最大値と相関値の平均値の比が小さくなる。すなわち、受信した信号の相関値をノイズの強度によって規格化することに相当する。

さらに、本実施例に係る受信装置は、処理対象の信号の検出を正確に実行しつつ、回路規模を小さくするために、相関値の最大値と相関値の平均値をＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタによって統計処理する。この統計処理によって、ノイズの影響を低減できる。ＩＩＲフィルタを使用するので、ＦＩＲフィルタよりも小さな回路規模で統計処理を実行可能である。

本実施例の前提として、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格におけるＣＣＫ変調の概略を説明する。ＣＣＫ変調は、８ビットをひとつの単位（以下、この単位を「ＣＣＫ変調単位」とする）とし、この８ビットを上位からｄ１、ｄ２、・・・ｄ８と名づける。ＣＣＫ単位のうち、下位６ビットは、［ｄ３，ｄ４］、［ｄ５，ｄ６］、［ｄ７，ｄ８］単位がそれぞれＱＰＳＫの信号点配置にマッピングされる。また、マッピングした位相をそれぞれ（φ２、φ３、φ４）と示す。さらに、位相φ２、φ３、φ４から８種類の拡散符号Ｐ１からＰ８を以下の通り生成する。

一方、ＣＣＫ変調単位のうち、上位２ビットの［ｄ１，ｄ２］は、ＤＱＰＳＫの信号点配置にマッピングされ、ここではマッピングした位相をφ１とする。なお、φ１が被拡散信号に相当する。さらに、被拡散信号φ１と拡散符号Ｐ１からＰ８より、以下の通り８通りのチップ信号Ｘ０からＸ７を生成する。

送信装置は、チップ信号Ｘ０からＸ７の順に送信する（以下、チップ信号Ｘ０からＸ７によって構成される時系列の単位も「ＣＣＫ変調単位」という）。なお、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格ではＣＣＫ変調の他に、ＤＢＰＳＫやＤＱＰＳＫの位相変調した信号が既知の拡散符号によって拡散されて送信される。

図１は、実施例１に係る通信システムのバーストフォーマットを示す。このバーストフォーマットは、ＩＥＥＥ８０２.１１ｂ規格のＳｈｏｒｔＰＬＣＰに相当する。バースト信号は、図示のごとくプリアンブル、ヘッダ、データの領域を含む。さらに、プリアンブルは、ＤＢＰＳＫの変調方式で伝送速度１Ｍｂｐｓで通信され、ヘッダは、ＤＱＰＳＫの変調方式で伝送速度２Ｍｂｐｓで通信され、データは、ＣＣＫの変調方式で伝送速度１１Ｍｂｐｓで通信される。また、プリアンブルは、５６ビットのＳＹＮＣ、１６ビットのＳＦＤを含み、ヘッダは、８ビットのＳＩＧＮＡＬ、８ビットのＳＥＲＶＩＣＥ、１６ビットのＬＥＮＧＴＨ、１６ビットのＣＲＣを含む。一方、データに対応したＰＳＤＵの長さは、可変である。本発明で処理対象とするバースト信号は図１のものに限定されるものでないが、説明の簡略化のために、以下では図１のバーストフォーマットに対する処理を説明する。

図２は、実施例１に係る受信装置１００の構成を示す。受信装置１００は、ＲＦ部１２、ＡＧＣ部１４、ＡＤ部６２、開始決定部１６、指示部１８、検出部２０、処理部２２、制御部２４を含む。また、検出部２０は、マッチトフィルタ部２６、ＩＩＲ部２８と総称される第１ＩＩＲ部２８ａ、第２ＩＩＲ部２８ｂ、第ＮＩＩＲ部２８ｎ、選択部３０、平均部３２、係数部３４、比較部３６、決定部３８を含み、処理部２２は、逆拡散部４０、復調部４２、ＣＣＫ復調部４４、選択部４６を含む。

アンテナ１０は、図示しない送信装置から送信された信号を受信する。受信した信号は、スペクトル拡散されており、図１に示したバーストフォーマットを有し（以下、このようなバーストフォーマットを有した信号を「バースト信号」という）、無線周波数帯の信号である。なお、受信した信号が図１のバーストフォーマットを有してなく、所望の信号を含んでいないような、ノイズの場合もある。ＲＦ部１２は、アンテナ１０で受信した無線周波数帯の信号を周波数変換する。

開始決定部１６は、ＲＦ部１２で周波数変換した信号の強度を測定し、測定した信号の強度が所定のしきい値より大きくなれば信号検出処理の開始を決定する。すなわち、アンテナ１０がバースト信号を受信していない間もＲＦ部１２と開始決定部１６は動作しているが、それら以外の構成要素は停止しており、開始決定部１６による信号検出処理の開始の決定にもとづいて動作を開始する。

ＡＧＣ部１４は、開始決定部１６から信号検出処理の開始を通知されると、自動利得制御を開始して、ＲＦ部１２で周波数変換された信号を増幅する。ここで、ＡＧＣ部１４は、自動利得制御での利得が決定すれば、自動利得制御を停止して、当該利得に固定する。なお、開始決定部１６が信号検出の処理の開始を決定するまで、ＡＧＣ部１４の利得はフルゲインに設定されいる。ＡＤ部６２は、ＡＧＣ部１４で増幅された信号をＡＤ変換する。受信装置１００は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂに準拠した無線ＬＡＮシステムを前提にしており、そのような無線ＬＡＮシステムはひとつのシンボルが１１チップの拡散符号で拡散されている。さらに、ここでは、ひとつのチップを２回サンプリングするので、ひとつのシンボルが２２回サンプリングされる。そのため、ＡＤ部６２によるサンプリングの間隔は、シンボルの間隔以下の間隔である１／２２シンボル間隔になる。

指示部１８は、開始決定部１６から信号検出処理の開始を通知されると、検出部２０に動作の開始を指示する。マッチトフィルタ部２６は、ＡＤ部６２から出力された信号をサンプリングタイミング単位で相関処理し、サンプリングタイミング単位で相関値を生成する。ここで、相関処理はＡＤ部６２から出力された信号とあらかじめ記憶したプリアンブル区間の信号との間の相互相関である。図３は、マッチトフィルタ部２６で相関処理した信号の波形を示す。図は、横軸に時間を示し、縦軸に相関値を示す。ここでは、Ｍシンボルにそれぞれ対応した相関値が出力され、さらにひとつのシンボルはＮ回サンプリングされている。なお、前述のごとく、Ｎ回は２２回に相当する。マッチトフィルタ部２６は、サンプリングタイミングごとに相関値を出力する。

すなわち、後段に設けられた第１ＩＩＲ部２８ａには、図３の「１シンボル」の「１」サンプリング目の相関値、「２シンボル」の「１」サンプリング目の相関値、「Ｍシンボル」の「１」サンプリング目の相関値を出力し、第２ＩＩＲ部２８ｂには、図３の「１シンボル」の「２」サンプリング目の相関値、「２シンボル」の「２」サンプリング目の相関値、「Ｍシンボル」の「２」サンプリング目の相関値を出力し、第ＮＩＩＲ部２８ｎには、図３の「１シンボル」の「Ｎ」サンプリング目の相関値、「２シンボル」の「Ｎ」サンプリング目の相関値、「Ｍシンボル」の「Ｎ」サンプリング目の相関値を出力する。

ＩＩＲ部２８は、マッチトフィルタ部２６から出力された相関値を複数のシンボルにわたってサンプリングタイミング単位で統計処理する。当該統計処理によってノイズの影響を低減する。選択部３０は、１シンボルあたりのサンプリング回数に応じた個数の相関値をＩＩＲ部２８から入力し、その中の最大値を選択する。すなわち、ひとつのシンボルの間隔に含まれた複数のサンプリングタイミングのそれぞれを単位にして、マッチトフィルタ部２６で生成した複数の相関値をＩＩＲ部２８で統計処理し、統計処理した相関値の中から最大値を選択する。このように、最大値をひとつの相関値から選択するのではなく、複数の相関値を統計処理した結果に基づいて最大値を選択するので、ノイズの影響を低減できる。

平均部３２は、ＩＩＲ部２８からの統計処理された相関値をひとつのシンボル区間にわたってさらに統計処理、ここでは平均する。係数部３４は、平均部３２で平均した相関値に係数を乗算する。係数は、例えば、「２」や「４」に設定される。比較部３６は、選択部３０からの最大値と係数部３４からの係数を乗算した平均値の大きさを比較する。決定部３８は、比較部３６での比較の結果、選択部３０からの最大値が大きければ、受信すべき信号を検出したと決定する。すなわち、選択部３０、平均部３２、係数部３４、比較部３６、決定部３８の処理によって、最大値を平均値で除算し、当該除算した結果が所定のしきい値、ここでは、係数部３４で設定した係数の「２」や「４」よりも大きければ、受信すべき信号の検出を決定する。決定部３８が受信すべき信号の検出を決定すれば、その旨を処理部２２に通知し、処理部２２に動作を開始させる。

逆拡散部４０は、図１のバーストフォーマットのプリアンブルとヘッダ領域のような所定の拡散符号で拡散された位相変調信号を逆拡散するために、ＡＤ部６２から出力された信号を当該拡散符号で相関処理する。相関処理は、スライディング型の相関処理であってもよいし、マッチドフィルタ型の相関処理であってもよい。逆拡散部４０は、前述のごとく図１のバーストフォーマットにおいて、通常プリアンブルとヘッダの区間で動作するが、データが所定の拡散符号で拡散した位相変調信号である場合には、データの区間でも動作する。復調部４２は、逆拡散部４０で逆拡散した逆拡散信号を復調する。逆拡散信号の変調方式がＤＢＰＳＫあるいはＤＱＰＳＫであるので、復調は遅延検波で実行される。

ＣＣＫ復調部４４は、図１のバーストフォーマットのデータ区間のごとくＣＣＫ変調された信号に対応した値をＦＷＴ（Ｆａｓｔ Ｗａｌｓｈ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）演算し、ウォルシュ変換値を出力する。具体的には、ＣＣＫ変調単位のチップ信号を入力して、チップ信号間の相関処理によって、６４個のウォルシュ変換値、すなわち相関値を生成する。さらに、６４個のウォルシュ変換値の大きさにもとづいて、ひとつのウォルシュ変換値を選択し、選択したひとつのウォルシュ変換値に応じて、伝送すべき情報信号のｄ１、ｄ２、・・・ｄ８を再生して出力する。

選択部４６は、復調部４２から出力された信号とＣＣＫ復調部４４から出力された信号のいずれかを選択して出力する。図１のバーストフォーマットのプリアンブルとヘッダ領域の区間では、復調部４２から出力された信号を選択し、バーストフォーマットのデータ領域の区間では、ＣＣＫ復調部４４から出力された信号を選択する。制御部２４は、受信装置１００のタイミング等を制御する。

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリのロードされた予約管理機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

図４（ａ）―（ｃ）は、ＡＧＣ部１４で増幅した信号の波形を示す。図４（ａ）は、ＡＧＣ部１４に入力される信号の波形を示す。図では、信号成分「Ｓ」とノイズ成分「Ｎ」を別に示しており、図示のごとく信号成分「Ｓ」は正弦波であるものとする。図４（ｂ）は、入力した信号をフルゲインで増幅した信号の波形を示す。信号成分「Ｓ」は増幅によって、正弦波から矩形波に変形されるために信号の歪みが増大する。また、ノイズ成分「Ｎ」も増幅する。すなわち、信号の歪みとノイズが増大する。これを図２のマッチトフィルタ部２６で相関処理した結果を右側に示す。信号成分「Ｓ」の相関によって相関ピークが検出されるが、ノイズ成分が増幅されているのでノイズフロアも高くなる。このような状況下では、ノイズ成分の変動によって一般的に相関ピークの検出が困難になる。

図４（ｃ）は、本実施例のＡＧＣ部１４で増幅した信号の波形を示す。図示のごとく、増幅した信号は、図４（ａ）の入力される信号の波形と同様の波形を維持している。これを図２のマッチトフィルタ部２６で相関処理した結果を右側に示す。信号成分「Ｓ」の相関によって相関ピークが検出されるうえに、ノイズフロアも低くなる。このような状況下では、ノイズ成分が変動しても相関ピークの検出が容易である。本実施例では、図４（ｃ）で示された信号にもとづいて処理対象の信号を検出する。

図５は、第１ＩＩＲ部２８ａの構成を示す。第１ＩＩＲ部２８ａは、１／４乗算器５０、加算部５２、３／４乗算器５４、遅延部５６を含む。

１／４乗算器５０は、図２のマッチトフィルタ部２６から入力した信号に係数「１／４」を乗算する。ディジタル信号処理の場合、これは下位ビットへの２ビットシフトに相当する。加算部５２は、１／４乗算器５０からの出力信号と３／４乗算器５４からの出力信号を加算し、図２の選択部３０に出力する。遅延部５６は、加算部５２からの出力信号を遅延させる。３／４乗算器５４は、遅延部５６で遅延した信号に係数「３／４」を乗算する。以上の構成によって、以下のような処理がなされる。

ここで、ｘ（ｔ）は時刻ｔでのマッチトフィルタ部２６から入力した信号、ｙ（ｔ）は時刻ｔでの加算部５２から出力した信号を示し、αは忘却係数を示し、図５では「１／４」に設定されている。

図６（ａ）−（ｃ）は、マッチトフィルタ部２６とＩＩＲ部２８での処理のタイミングを示す。図６（ａ）は、マッチトフィルタ部２６に入力される信号のタイミングを示す。信号は「１シンボル」から連続して入力される。図６（ｂ）は、マッチトフィルタ部２６から出力される信号のタイミングを示す。図６（ｂ）は、図６（ａ）、すなわち入力される信号より「１シンボル」遅れたタイミングで「１シンボル」から連続して出力される。図４（ｃ）は、ＩＩＲ部２８から出力される信号のタイミングを示す。図５に示したＩＩＲ部２８の場合、フィルタの引き込みに所定の期間を要し、ＩＩＲ部２８が約０．６８の応答を出力するためには、４シンボルの期間を必要としている。そのため、図２（ｂ）のマッチトフィルタ部２６から出力される信号のうち、最初の４シンボルにおいて、有効な信号を出力せず、「５シンボル」目以降から有効な信号を出力する。また、選択部３０は、「４シンボル」の終了時点、「５シンボル」の終了時点、「６シンボル」の終了時点等で、最大値を選択するための「１回目判定」、「２回目判定」、「３回目判定」を行う。

図７（ａ）−（ｂ）は、比較部３６と決定部３８の動作原理を示す。図７（ａ）は、比較部３６に入力された選択部３０からの最大値と平均部３２からの平均値の差が大きい場合を示す。図示のごとく、全体的なノイズレベルが低いため、平均値も低くなる。その結果、「最大値／平均値」の除算結果が大きくなる。図７（ｂ）は、比較部３６に入力された選択部３０からの最大値と平均部３２からの平均値の差が小さい場合を示す。図示のごとく、全体的なノイズレベルが高いため、平均値も高くなる。その結果、「最大値／平均値」の除算結果が小さくなる。決定部３８では、「最大値／平均値」の除算結果が係数部３４で設定された値より大きくなれば、信号を検出したと判定する。このように、最大値と平均値の比にもとづいて信号の検出を判定するために、最大値が所定の大きさになっても、信号成分が大きいかノイズ成分が大きいかを区別しながら信号の検出を判定できる。その結果、ノイズが大きい環境下においても、正確に信号を検出できる。

図８（ａ）−（ｂ）は、受信装置１００の動作タイミングを示す。図８（ａ）は、本実施例の比較対象となる従来の受信装置における動作タイミングを示す。なお、説明の容易化のために実施例と同一の構成要素を示した符号を使用する。「ステータス」は、受信装置１００の各構成要素の状態を示す。「レベル検出」は、開始決定部１６に対応した部分が何らかの信号や雑音の入力を監視している状態である。「信号検出」は、検出部２０が処理対象の信号を検出している状態である。「ＡＧＣ制御」は、ＡＧＣ部１４が自動利得制御して利得を決定する状態である。「同期捕捉」は、マッチトフィルタ部２６から出力された相関値にもとづいて、タイミング同期を捕捉する状態である。なお、図２ではタイミング同期を捕捉するための構成要素を図示していない。「復調」は、処理部２２が復調する状態である。

「ＡＧＣ」は、ＡＧＣ部１４で設定される利得を示す。「ステータス」が「レベル検出」と「信号検出」の期間にわたって「フルゲイン」に設定される。「ステータス」が「ＡＧＣ制御」の期間において、「ＡＧＣ制御」がなされ最適な利得が導出される。「ステータス」が「同期捕捉」と「復調」の期間にわたって、「ＡＧＣロック」になり、導出された最適な利得に固定される。「マッチトフィルタ」は、マッチトフィルタ部２６の動作のＯＮとＯＦＦを示す。「ステータス」が「レベル検出」の場合に「ＯＦＦ」になり、「ステータス」が「信号検出」の場合に「ＯＮ」になり、「ステータス」が「ＡＧＣ制御」の場合に「ＯＦＦ」になり、「ステータス」が「同期捕捉」の場合に「ＯＮ」になり、「ステータス」が「復調」の場合に「ＯＦＦ」になる。「検出判定」は、決定部３８が信号の検出を判定する場合を示し、「ステータス」が「信号検出」の場合であって、「信号検出」期間の終了のタイミングの近傍で「判定」を行う。

図８（ｂ）は、受信装置１００における動作タイミングを示す。「ステータス」は、図８（ａ）と比較して、「ＡＧＣ制御」と「信号検出」の順番が入れ替わっている。すなわち、「ＡＧＣ制御」がなされた後に、「信号検出」が実行される。さらに「ＡＧＣ」では、「ステータス」の「信号検出」が「ＡＧＣロック」の状態で実行される。「マッチトフィルタ」と「ステータス」の対応は、図８（ａ）と同一であり、前述のごとく、「ステータス」の「ＡＧＣ制御」と「信号検出」の順番が入れ替わっているので、マッチトフィルタ部２６のＯＮとＯＦＦの切り替え回数が減少し、受信装置１００の動作が安定する。検出の「判定」は、図８（ａ）と同一のタイミングでなされるが、さらに「ステータス」の「同期捕捉」が終了するタイミングの近傍で再びなされてもよい。

図９（ａ）−（ｂ）は、受信装置１００の動作タイミングを示す。図９（ａ）は、図８（ｂ）で説明した受信装置１００の「ステータス」と図１のバーストフォーマットを対応づける。「入力」は、受信装置１００に入力した信号のバーストフォーマットを示す。「入力」の「プリアンブル」の期間に、受信装置１００は、「レベル検出」、「ＡＧＣ制御」、「信号検出」、「同期捕捉」の「ステータス」を実行し、「ペイロード」の期間に、「復調」を実行する。「ステータス」と「ＡＧＣ」の関係は、図８（ｂ）と同一である。

図９（ｂ）は、バースト信号が入力される前に強いノイズが入力された場合の受信装置１００の動作タイミングを示す。「入力」の「強いノイズ」の期間に、受信装置１００は、「レベル検出」、「ＡＧＣ制御」、「信号検出」を実行するが、信号は検出されないので、受信装置１００はさらに「信号検出」を繰り返し実行する。「信号検出」を繰り返し実行している場合に、「入力」の「強いノイズ」につづいて、バースト信号が入力されると、入力した信号の強度が大きく変化する。受信装置１００は、入力した信号の大きな変化を検出すると、「信号検出」の「ステータス」を中断して、「レベル検出」に戻す。また、「ＡＧＣ」は「ＡＧＣロック」から「フルゲイン」に戻されるが、これを「ＡＧＣアンロック」とよぶ。「入力」の「プリアンブル」の期間に、受信装置１００は、「レベル検出」、「ＡＧＣ制御」、「信号検出」、「同期捕捉」の「ステータス」を実行し、「ペイロード」の期間に、「復調」を実行する。「ステータス」と「ＡＧＣ」の関係は、図８（ｂ）と同一である。

図１０は、受信装置１００の処理手順を示すフローチャートである。開始決定部１６は、信号の強度がしきい値より大きくなったかを確認する（Ｓ１０）。しきい値より大きくなれば（Ｓ１０のＹ）、ＡＧＣ部１４は、ＡＧＣを設定する（Ｓ１２）。一方、しきい値より大きくなければ（Ｓ１０のＮ）、ステップ１０の処理を繰り返す。マッチトフィルタ部２６は、あらかじめ記憶したプリアンブルのパターンと相互相関処理を実行する（Ｓ１４）。ＩＩＲ部２８は、ＩＩＲによる統計処理を実行する（Ｓ１６）。選択部３０が相関値の中から最大値を選択し、平均部３２が相関値の平均値を計算する。比較部３６は、最大値と平均値を比較し（Ｓ１８）、決定部３８は、最大値が所定のしきい値よりも大きければ（Ｓ２０のＹ）、処理部２２は、データ処理を実行する（Ｓ２２）。決定部３８は、最大値が所定のしきい値よりも大きくなければ（Ｓ２０のＮ）、以上の処理手順を再び実行する。ただし、「ＡＧＣアンロック」が発生した場合（Ｓ２４のＹ）は、ステップ１０の処理に戻り、「ＡＧＣアンロック」が発生していない場合（Ｓ２４のＮ）は、ステップ１４に戻る。

本発明の実施例によれば、信号の検出を判定するために実行する相関処理が、ＡＧＣによって利得が制御された信号にもとづいてなされるため、信号の歪みやノイズの雑音が抑えられ、相関値が正確に導出できる。また、相関値をＩＩＲで統計処理するので、回路規模が小さいにもかかわらず、ノイズの影響を低減できる。また、相関値の最大値と相関値の平均値の比にもとづいて信号を検出するので、ノイズの大きさによらず、正確に信号を検出できる。また、マッチトフィルタのオンとオフを切り替える間隔が長くなるので、処理が安定する。

（実施例２）
本発明の実施例２は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格の無線ＬＡＮの送信装置に関する。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格の無線ＬＡＮはＣＳＭＡを使用しており、ＣＳＭＡにおいて、送信装置は信号を送信する前にキャリアセンスを実行し、信号を検出しなければ信号を送信する。実施例２に係る送信装置は、キャリアセンスに、実施例１で説明した信号の検出技術を適用する。

図１１は、実施例２に係る通信装置１１０の構成を示す。通信装置１１０は、ＲＦ部１２、ＡＧＣ部１４、ＡＤ部６２、開始決定部１６、指示部１８、検出部２０、送信部６０、制御部２４を含む。また、検出部２０は、マッチトフィルタ部２６、ＩＩＲ部２８と総称される第１ＩＩＲ部２８ａ、第２ＩＩＲ部２８ｂ、選択部３０、平均部３２、係数部３４、比較部３６、決定部３８を含む。検出部２０は、実施例１と異なって信号を送信する前にキャリアセンスを実行する。

アンテナ１０、ＲＦ部１２、ＡＧＣ部１４、ＡＤ部６２、開始決定部１６、指示部１８、マッチトフィルタ部２６は、図２の受信装置１００に含まれたものと同様の動作を行うので、説明を省略する。選択部３０は、マッチトフィルタ部２６から出力された複数の相関値をシンボル単位で比較し、最大値を選択する。第１ＩＩＲ部２８ａは、選択部３０から出力された最大値を統計処理する。すなわち、実施例１では、統計処理した後に最大値を選択したが、実施例２では、最大値を選択した後に統計処理を実行する。実施例１の構成では、サンプリングタイミングごとに統計処理するので、ノイズの影響を低減できる。それに対して、実施例２の構成では、複数のサンプリングタイミングをまとめて統計処理するので、回路規模を小さくできる。平均部３２は、マッチトフィルタ部２６から出力された複数の相関値をシンボル単位で平均する。第２ＩＩＲ部２８ｂは、平均部３２から出力された平均値を統計処理する。係数部３４、比較部３６、決定部３８は、図２の受信装置１００に含まれたものと同様の動作を行うので、説明を省略する。

送信部６０は、決定部３８が信号を検出しなかった場合に、送信すべき信号を送信する。送信部６０は、図示しない変調部、拡散部等を含む。

本発明の実施例によれば、受信すべき信号を正確に検出できるので、信号を送信する前のキャリアセンスを正確に実行できる。また信号の検出を判定するために実行する相関処理が、ＡＧＣによって利得が制御されて増幅された信号にもとづいてなされるため、信号の歪みやノイズの雑音が抑えられ、相関値が正確に導出できる。また、相関値をＩＩＲで統計処理するので、回路規模が小さいにもかかわらず、ノイズの影響を低減できる。また、相関値の最大値と相関値の平均の比にもとづいて信号を検出するので、ノイズの大きさによらず、正確に信号を検出できる。また、マッチトフィルタのオンとオフを切り替える間隔が長くなるので、処理が安定する。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施例１および２において、マッチトフィルタ部２６は、受信した信号とあらかじめ記憶したプリアンブルとの間で相互相関を計算した。しかしながらこれに限らず例えば、マッチトフィルタ部２６は、受信した信号とひとつのシンボルだけ前で受信した信号との間の自己相関でもよい。このような変形例によれば、予めプリアンブルのパターンを記憶しなくても相関処理を実行できる。つまり、信号の規則性から信号の有無が判別できればよい。

実施例１に係る通信システムのバーストフォーマットを示す図である。 実施例１に係る受信装置の構成を示す図である。 図２のマッチトフィルタ部で相関処理した信号の波形を示す図である。 図４（ａ）―（ｃ）は、図２のＡＧＣ部で増幅した信号の波形を示す図である。 図２の第１ＩＩＲ部の構成を示す図である。 図６（ａ）−（ｃ）は、図２のマッチトフィルタ部とＩＩＲ部での処理のタイミングを示す図である。 図７（ａ）−（ｂ）は、図２の比較部と決定部の動作原理を示す図である。 図８（ａ）−（ｂ）は、図２の受信装置の動作タイミングを示す図である。 図９（ａ）−（ｂ）は、図２の受信装置の動作タイミングを示す図である。 図２の受信装置の処理手順を示すフローチャートである。 実施例２に係る通信装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０ アンテナ、 １２ ＲＦ部、 １４ ＡＧＣ部、 １６ 開始決定部、 １８ 指示部、 ２０ 検出部、 ２２ 処理部、 ２４ 制御部、 ２６ マッチトフィルタ部、 ２８ ＩＩＲ部、 ３０ 選択部、 ３２ 平均部、 ３４ 係数部、 ３６ 比較部、 ３８ 決定部、 ４０ 逆拡散部、 ４２ 復調部、 ４４ ＣＣＫ復調部、 ４６ 選択部、 ５０ １／４乗算器、 ５２ 加算部、 ５４ ３／４乗算器、 ５６ 遅延部、 ６０ 送信部、 ６２ ＡＤ部、 １００ 受信装置、 １１０ 通信装置。

Claims (2)

1. 受信すべき信号に含まれた複数のシンボルをシンボルの間隔以下の間隔でそれぞれ標本化する標本化部と、
   前記標本化した複数のシンボルを相関処理して複数の相関値をそれぞれ生成する相関部と、
   ひとつのシンボルの間隔に含まれた標本化すべきタイミングのそれぞれに前記生成した複数の相関値を対応付け、前記対応付けた複数の相関値に対して前記標本化すべきタイミングのそれぞれの中で統計処理し、前記統計処理した相関値の中から最大値を選択する選択部と、
   前記生成した複数の相関値を統計処理する統計処理部と、
   前記選択した最大値と前記統計処理した相関値にもとづいて、受信すべき信号の検出を決定する検出部と、
   を備えることを特徴とする信号検出装置。
2. 前記受信すべき信号の強度を測定し、前記測定した信号の強度が所定のしきい値より大きくなれば信号検出処理の開始を決定する開始決定部と、
   前記信号検出処理の開始を決定すると、自動利得制御にもとづいて、前記受信すべき信号に含まれた複数のシンボルの強度を増幅させて前記標本化部に出力する増幅部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の信号検出装置。

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