JP6809814B2 - Signal detection device and signal detection method - Google Patents
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Description
本発明は、信号検出装置及び信号検出方法に関し、特に、変調信号を高い時間精度で検出するための信号検出装置及び信号検出方法に関する。 The present invention relates to a signal detection device and a signal detection method, and more particularly to a signal detection device and a signal detection method for detecting a modulated signal with high time accuracy.
レーダや通信において、送信信号や送信信号の一部である同期信号を参照信号として、参照信号と受信信号との相関値を求め、求められた相関値に基づいて受信信号の同期タイミングあるいは受信信号そのものを検出する方法が知られている。その際、受信信号に大きな周波数オフセットがあると相関値のピーク値が著しく低下し、信号や同期の検出が困難となる。そのため、相関を利用した信号検出や同期検出には、受信信号の周波数オフセットを推定して補正する処理が必要となる(例えば、特許文献1、2参照)。 In radar and communication, the transmission signal and the synchronization signal that is a part of the transmission signal are used as reference signals to obtain the correlation value between the reference signal and the reception signal, and the synchronization timing or reception signal of the reception signal is obtained based on the obtained correlation value. A method of detecting itself is known. At that time, if the received signal has a large frequency offset, the peak value of the correlation value drops remarkably, and it becomes difficult to detect the signal or synchronization. Therefore, signal detection and synchronous detection using correlation require processing for estimating and correcting the frequency offset of the received signal (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
さらに、本願発明に関連して、特許文献3は受信信号の同期検出装置を記載し、特許文献4は受信信号と遅延信号との相関値を計算する機能を備えるレーダ装置を記載する。特許文献5はQAM(Quadrature Amplitude Modulation)信号に用いられる等化装置を記載し、特許文献6は遅延検波処理機能を備えるAFC(Automatic Frequency Control)処理装置を記載する。
Further, in relation to the present invention,
特許文献1には、遅延検波した受信信号とプリアンブルパターンとの相関に基づき、簡易な処理で同期を検出する方法が示されている。しかしながら、特許文献1に記載された一般的な遅延検波方法では、定包絡の信号に対して、高い時間精度で同期を検出することは、後述するように困難である。また、特許文献2に記載された技術では、ドップラーシフトによる未知の周波数オフセットを処理するために、それぞれ周波数オフセットの異なる複数の補正機能を並列に配置して処理する必要がある。すなわち、特許文献2に記載された技術には、複数の周波数補正機能を必要とするため、回路規模や処理負荷が増大するという課題がある。そして、特許文献3−6も、受信信号の検出タイミングあるいは同期タイミングを高い時間精度で検出するための技術を開示していない。
Patent Document 1 discloses a method of detecting synchronization by a simple process based on the correlation between the delayed detected received signal and the preamble pattern. However, with the general delayed detection method described in Patent Document 1, it is difficult to detect synchronization with high time accuracy for a constant envelope signal, as will be described later. Further, in the technique described in
(発明の目的)
本発明は、簡単な構成で、受信信号の検出タイミング及び同期タイミングの少なくとも一方を高い精度で検出するための技術を提供することを目的とする。
(Purpose of Invention)
An object of the present invention is to provide a technique for detecting at least one of a received signal detection timing and a synchronization timing with high accuracy with a simple configuration.
本発明の信号検出装置は、受信信号との相関を検出するための参照信号を生成する参照信号生成部と、前記参照信号をNサンプル(Nは2以上の整数)時間遅延させて遅延検波を行い、遅延検波された前記参照信号を出力する第1の遅延検波部と、前記受信信号をNサンプル時間遅延させて遅延検波を行い、遅延検波された前記受信信号を出力する第2の遅延検波部と、前記第1の遅延検波部の出力及び前記第2の遅延検波部の出力の相互相関値を求める相関部と、前記相互相関値に基づいて前記受信信号の検出タイミング及び同期タイミングの少なくとも一方を示すタイミング信号を出力する判定部と、を備える。 The signal detection device of the present invention performs delayed detection by delaying a reference signal generator that generates a reference signal for detecting a correlation with a received signal and the reference signal by N samples (N is an integer of 2 or more) time. A first delay detection unit that outputs the delayed-detected reference signal, and a second delayed detection that delays the received signal by N sample times to perform delayed detection and outputs the delayed-detected received signal. At least the detection timing and synchronization timing of the received signal based on the mutual correlation value, the correlation unit for obtaining the mutual correlation value between the output of the first delay detection unit and the output of the second delay detection unit. A determination unit that outputs a timing signal indicating one of them is provided.
本発明の信号検出方法は、受信信号との相関を検出するための参照信号を生成し、前記参照信号をN(Nは2以上の整数)サンプル時間遅延させて遅延検波を行い、前記受信信号をNサンプル時間遅延させて遅延検波を行い、遅延検波された前記参照信号の虚部成分と遅延検波された前記受信信号の虚部成分との間の相互相関値を求め、前記相互相関値に基づいて前記受信信号の検出タイミング及び同期タイミングの少なくとも一方を示すタイミング信号を出力する、ことを特徴とする。 In the signal detection method of the present invention, a reference signal for detecting a correlation with a received signal is generated, the reference signal is delayed by an N (N is an integer of 2 or more) sample time, delayed detection is performed, and the received signal is detected. Is delayed by N sample times to perform delayed detection, and the cross-correlation value between the imaginary part component of the reference signal that has been delayed detected and the imaginary part component of the received signal that has been delayed detected is obtained and used as the cross-correlation value. Based on this, a timing signal indicating at least one of the detection timing and the synchronization timing of the received signal is output.
本発明の信号検出プログラムは、信号検出装置のコンピュータに、受信信号との相関を検出するための参照信号を生成する手順、前記参照信号を1サンプル時間遅延させて遅延検波を行う手順、遅延検波された前記参照信号の虚部成分のみを出力する手順、前記受信信号を1サンプル時間遅延させて遅延検波を行う手順、遅延検波された前記受信信号の虚部成分のみを出力する手順、遅延検波された前記参照信号の虚部成分と遅延検波された前記受信信号の虚部成分との間の相互相関値を求める手順、前記相互相関値に基づいて前記受信信号の検出タイミング及び同期タイミングの少なくとも一方を示すタイミング信号を出力する手順、を実行させる。 The signal detection program of the present invention causes a computer of a signal detection device to generate a reference signal for detecting a correlation with a received signal, a procedure for delaying the reference signal by one sample time to perform delayed detection, and a delayed detection. A procedure for outputting only the imaginary part component of the reference signal, a procedure for delaying the received signal by one sample time for delayed detection, a procedure for outputting only the imaginary part component of the delayed detected received signal, and a delayed detection. A procedure for obtaining a mutual correlation value between the imaginary part component of the reference signal and the delayed detection imaginary part component of the received signal, and at least the detection timing and synchronization timing of the received signal based on the mutual correlation value. The procedure for outputting a timing signal indicating one of them is executed.
本発明は、簡単な構成で、受信信号の検出タイミング及び同期タイミングの少なくとも一方を高い精度で検出することを可能とする。 The present invention makes it possible to detect at least one of the detection timing and the synchronization timing of the received signal with high accuracy with a simple configuration.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態の受信機100の構成例を示すブロック図である。受信機100は、アンテナ1、A/D(analog to digital)変換器2、直交検波器3、復調器4、信号検出器5を備える。アンテナ1は、無線信号を受信して、受信した信号をA/D変換器2へ出力する。A/D変換器2は、アンテナ1から入力された信号をディジタル信号に変換する。アンテナ1で受信された信号は、A/D変換器2に入力される前に低い周波数に変換(ダウンコンバート)されてもよい。A/D変換器2は、入力された信号をディジタル信号に変換して、直交検波器3へ出力する。直交検波器3は、A/D変換器2から入力されたディジタル信号を直交検波して受信信号を生成する。受信信号は、実部と虚部とを持つ複素信号である。受信信号は、復調器4及び信号検出器5へ出力される。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the receiver 100 according to the first embodiment of the present invention. The receiver 100 includes an antenna 1, an A / D (analog to digital)
信号検出器5は、直交検波器3が生成した複素信号に基づいてタイミング信号を生成し、復調器4へ出力する。タイミング信号は、復調器4における受信信号の検出タイミング及び同期タイミングの少なくとも一方を示す。これらのタイミングは、例えば、タイミング信号の立ち上がりによって示されるが、他の手段によってタイミングが示されてもよい。信号検出器5の構成及び動作についてはさらに後述する。なお、以降では「受信信号の検出タイミング及び同期タイミングの少なくとも一方」を「信号検出/同期タイミング」と記載する。
The
復調器4には、受信信号及びタイミング信号が入力される。復調器4は、タイミング信号が示すタイミングに基づいて、複素信号である受信信号を復調する。受信機100において、信号検出器5以外の要素の構成は一般的な受信機の構成要素として知られているため、それぞれの構成及び動作の詳細な説明は省略する。
A reception signal and a timing signal are input to the demodulator 4. The demodulator 4 demodulates the received signal, which is a complex signal, based on the timing indicated by the timing signal. In the receiver 100, since the components other than the
信号検出器5について以下に説明する。図2は、受信機100に備えられる信号検出器5の構成例を示すブロック図である。信号検出器5は、参照信号生成器11、遅延検波器12及び13、相関器14、判定器15を備える。
The
参照信号生成器11は、参照信号を生成して、遅延検波器12へ出力する。参照信号は受信信号との相互相関値を計算するために用いられる信号である。参照信号は受信信号に対応する形式を持つ複素信号であり、受信機100が受信する信号に応じてそのフォーマットが選択される。本実施形態において、参照信号及び受信信号は、定包絡信号である。参照信号は、例えば、チャープ信号やFSK(frequency shift keying)信号である。参照信号は、受信機100と対になって使用される送信機において用いられる送信信号に基づいて生成されてもよい。
The
例えば、受信信号がFSK信号であり信号検出器5を同期検出のために用いる場合には、参照信号生成器11は、FSK変調された、受信信号と同様のフォーマットを持つ送信信号に含まれる同期信号を、参照信号として生成してもよい。信号検出器5がチャープ方式のレーダの受信部で用いられる場合には、レーダが送信する1個のチャープ信号全体を参照信号としてもよい。レーダのチャープ信号を参照信号として用いることで、受信機100がレーダに備えられる場合に、信号検出器5が出力するタイミング信号によって、チャープ信号の検出タイミングを知ることができる。このように、参照信号は、相関器14において受信信号との相互相関値に基づいて信号検出/同期タイミングの検出が可能である信号が選ばれる。
For example, when the received signal is an FSK signal and the
遅延検波器12は、参照信号を遅延検波して、遅延検波された信号の虚部成分のみを相関器14へ出力する。遅延検波器13は、受信機100に備えられる直交検波器3から出力された受信信号を遅延検波して、遅延検波された信号の虚部成分のみを相関器14へ出力する。相関器14は、遅延検波器12から出力される信号と遅延検波器13から出力される信号との相互相関値を計算して、相互相関値を判定器15に出力する。判定器15は、相関器14から出力される相互相関値と、予め設定された閾値とを比較し、その比較結果に基づいて信号の検出又は同期の検出を判定する。判定結果はタイミング信号として判定器15から図1の復調器4へ出力される。判定器15は相互相関値のピークを検出する機能を備え、ピークが閾値を超えた時にタイミング信号を出力してもよい。
The
図3は、図2に示した遅延検波器12及び13の構成例を示すブロック図である。遅延検波器12及び13は同様の構成を備える。遅延検波器12及び13は、1サンプル遅延器101、複素乗算器102、虚部出力器103を備える。遅延検波器12の1サンプル遅延器101及び複素乗算器102には、参照信号生成器11から参照信号が入力される。遅延検波器13の1サンプル遅延器101及び複素乗算器102には、直交検波器3から受信信号が入力される。1サンプル遅延器101は、入力された信号を1サンプル遅延させ、その複素共役信号を出力する。図3において、複素乗算器102に付された「*」印は、複素乗算器102に入力される信号が1サンプル遅延器101の出力の複素共役信号であることを示す。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the
複素乗算器102は、遅延検波器12又は13への入力信号と1サンプル遅延器101の出力の複素共役信号とを複素乗算して、複素乗算結果を虚部出力器103へ出力する。すなわち、遅延検波器12の複素乗算器102は、参照信号と、参照信号を1サンプル遅延させた信号の複素共役信号と、を複素乗算してその結果を虚部出力器103へ出力する。遅延検波器13の複素乗算器102は、受信信号と、受信信号を1サンプル遅延させた信号の複素共役とを複素乗算してその結果を虚部出力器103へ出力する。虚部出力器103は、複素乗算器102の複素乗算結果から虚部のみを出力する。虚部出力器103の出力は、相関器14に入力される。
The
図4は、信号検出器5の動作手順の例を示すフローチャートである。上述したように、遅延検波器12及び遅延検波器13は、それぞれ複素信号である参照信号と受信信号を遅延検波し(図4のステップS01)、その結果から虚部成分のみを取り出して相関器14へ出力する(ステップS02)。相関器14は、遅延検波された参照信号の虚部成分と遅延検波された受信信号の虚部成分との相互相関値を計算して出力する(ステップS03)。判定器15は、相互相関値のピークを検出し、相互相関値のピークが示すタイミングに基づき、信号検出/同期タイミングを出力する(ステップS04)。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of the operation procedure of the
信号検出器5の機能は、ハードウエアのみで実現されてもよいし、中央処理装置(central processing unit、CPU)やディジタル信号処理装置(digital signal processor、DSP)がプログラムを実行することによって実現されてもよい。
The function of the
図3に示した遅延検波器12及び13における信号について説明する。遅延検波器12及び13は、入力された複素信号(すなわち、参照信号又は受信信号)と、それを1サンプル遅延させた信号を複素共役化した信号と、を複素乗算器102で複素乗算する。
The signals in the
受信信号の遅延検波について遅延検波器13を例に説明する。時刻tにおける受信信号をS(t)、S(t)の位相をθt、S(t)の振幅をAt、サンプル間隔をTとすると、1サンプル遅延器101におけるS(t)の遅延検波で得られる信号は以下の式(1)で表される。
・・・ 式(1)
The delayed detection of the received signal will be described by taking the delayed
・ ・ ・ Equation (1)
式(1)の「×」は複素乗算を意味し、上付き文字の「*」は複素共役を意味する。ここで、時刻tにおける周波数オフセットによる位相誤差をφtとすると、周波数オフセットを含む受信信号の遅延検波は以下の式(2)で表される。
・・・ 式(2)
The "x" in equation (1) means complex multiplication, and the superscript "*" means complex conjugate. Here, assuming that the phase error due to the frequency offset at the time t is φ t , the delayed detection of the received signal including the frequency offset is expressed by the following equation (2).
・ ・ ・ Equation (2)
式(2)の「ΔφT」は、周波数オフセットにより生じるサンプル間の位相差である。以上の2式から明らかなように、参照信号長に相当する時間で周波数オフセットを一定とみなせれば、式(1)と式(2)との差は位相オフセットのみとなる。従って、遅延検波を行った受信信号と、同様の遅延検波を行った参照信号と、の間で相互相関を求めることで信号検出/同期タイミングを検出することが可能となる。 “Δφ T ” in the equation (2) is the phase difference between the samples caused by the frequency offset. As is clear from the above two equations, if the frequency offset can be regarded as constant for a time corresponding to the reference signal length, the difference between the equation (1) and the equation (2) is only the phase offset. Therefore, it is possible to detect the signal detection / synchronization timing by obtaining the cross-correlation between the received signal subjected to the delayed detection and the reference signal subjected to the same delayed detection.
ここで、受信信号やそれに含まれる同期信号を高い時間精度で検出するためには、サンプル間隔Tを充分小さくする(すなわち、サンプルレートを充分高くする)必要がある。しかしながら、サンプルレートが変調速度より高くなるほど、遅延検波された複素変調信号は複素平面上の0°付近に集中する。 Here, in order to detect the received signal and the synchronization signal included in the received signal with high time accuracy, it is necessary to make the sample interval T sufficiently small (that is, make the sample rate sufficiently high). However, as the sample rate becomes higher than the modulation rate, the delayed-detected complex modulation signal is concentrated near 0 ° on the complex plane.
図5は、複素乗算器102から出力される複素信号の振幅を示すグラフの例である。図5において、縦軸は振幅、横軸は時間であり、いずれも任意目盛である。図5は、複素乗算器102から出力される複素信号の振幅の時間的な変動の例を示す。受信信号が定包絡信号であれば、図5に示すように、遅延検波結果の振幅は振幅変動の小さい実部がその絶対値において虚部を大きく上回る。このような信号同士の相互相関値を求めると、振幅変動の小さい実部成分が相互相関値の計算結果において支配的となる。その結果、有意な相関のピークが得られない恐れがある。このため、先述したように、一般的な遅延検波方法では、定包絡の信号に対して高い時間精度で同期を検出することが困難である。そこで、本実施形態の遅延検波器12及び13は、虚部出力器103によって遅延検波後の参照信号及び受信信号の虚部のみを取り出し、相関器14へ出力する。
FIG. 5 is an example of a graph showing the amplitude of the complex signal output from the
具体的には、虚部出力器103は、式(2)で示される遅延検波された受信信号の虚部のみを相関器14へ出力する。参照信号についても同様に、遅延検波された参照信号の虚部のみが相関器14へ出力される。相関器14は、遅延検波器12及び13から入力された虚部成分にのみ基づいて相互相関値を計算する。これにより、周波数オフセットが存在する受信信号に対しても、実部成分の影響を受けず高いサンプルレートで有意な相関のピーク(すなわち、信号検出/同期タイミング)を容易に検出することが可能となる。
Specifically, the imaginary
以上説明したように、第1の実施形態の受信機100は、大きな周波数オフセットの存在する環境で定包絡信号を受信する場合でも、高い時間精度で信号検出や同期検出が可能となる。その理由は、遅延検波により周波数オフセットの影響を除去し、さらに、遅延検波後の受信信号と参照信号とから実部成分を取り除き、虚部成分のみを相互相関値の計算に用いることで、より有効性が高い相互相関値の計算が可能となるからである。 As described above, the receiver 100 of the first embodiment can perform signal detection and synchronous detection with high time accuracy even when receiving a constant envelope signal in an environment where a large frequency offset exists. The reason is that the influence of frequency offset is removed by delayed detection, the real part component is removed from the received signal and reference signal after delayed detection, and only the imaginary part component is used in the calculation of the cross-correlation value. This is because it is possible to calculate a highly effective cross-correlation value.
なお、図2に示した信号検出器5は、信号検出装置と呼ぶことができる。図2に対応する信号検出装置の構成要素を、信号検出器5の参照符号に括弧を付して記載すると、信号検出装置は、参照信号生成部(11)、第1の遅延検波部(12)、第2の遅延検波部(13)、相関部(14)、判定部(15)を備える。
The
参照信号生成部(11)は、受信信号との相関を検出するための参照信号を生成する。第1の遅延検波部(12)は、参照信号を1サンプル時間遅延させて遅延検波を行い、遅延検波された参照信号の虚部成分のみを出力する。第2の遅延検波部(13)は、受信信号を1サンプル時間遅延させて遅延検波を行い、遅延検波された受信信号の虚部成分のみを出力する。相関部(14)は、第1の遅延検波部(12)の出力と第2の遅延検波部(13)の出力との間の相互相関値を求める。判定部(15)は、相互相関値に基づいて信号検出/同期タイミングを示すタイミング信号を出力する。 The reference signal generation unit (11) generates a reference signal for detecting the correlation with the received signal. The first delayed detection unit (12) performs delayed detection by delaying the reference signal by one sample time, and outputs only the imaginary part component of the delayed detected reference signal. The second delayed detection unit (13) delays the received signal by one sample time to perform delayed detection, and outputs only the imaginary component of the delayed detected received signal. The correlation unit (14) obtains a cross-correlation value between the output of the first delay detection unit (12) and the output of the second delay detection unit (13). The determination unit (15) outputs a timing signal indicating the signal detection / synchronization timing based on the cross-correlation value.
このような構成を備える信号検出装置は、遅延検波により周波数オフセットの影響を除去し、さらに、遅延検波後の受信信号及び参照信号の虚部成分のみを相互相関値の計算に用いる。従って、この信号検出装置も、実部成分の影響を受けず高いサンプルレートで有意な相関のピークを容易に検出するという、第1の実施形態と同様の効果を奏する。 The signal detection device having such a configuration removes the influence of the frequency offset by the delayed detection, and further, only the imaginary component of the received signal and the reference signal after the delayed detection is used for the calculation of the cross-correlation value. Therefore, this signal detection device also has the same effect as that of the first embodiment, that is, the peak of the significant correlation is easily detected at a high sample rate without being affected by the real part component.
(第2の実施形態)
図6は、本発明の第2の実施形態の受信機200の構成例を示すブロック図である。受信機200は、第1の実施形態の受信機100と比較して、信号検出器5に代えて信号検出器51を備える。受信機200が備える、アンテナ1、A/D(analog to digital)変換器2、直交検波器3、復調器4の機能は受信機100と同様であるため、これらの既出の要素には同一の名称及び参照符号を付して、重複する説明は適宜省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the receiver 200 according to the second embodiment of the present invention. The receiver 200 includes a
受信機200において、A/D変換器2は、アンテナ1から入力された信号をディジタル信号に変換して、直交検波器3へ出力する。直交検波器3は、A/D変換器2から入力されたディジタル信号を検波して複素信号である受信信号を生成する。受信信号は、復調器4及び信号検出器51へ出力される。
In the receiver 200, the A /
信号検出器51は、直交検波器3が生成した複素信号に基づいてタイミング信号を生成し、復調器4へ出力する。タイミング信号は、復調器4における信号検出/同期タイミングを示す。これらのタイミングは、例えば、タイミング信号の立ち上がりによって示されるが、他の手段によってタイミングが示されてもよい。復調器4には、受信信号及びタイミング信号が入力される。復調器4は、タイミング信号が示すタイミングに基づいて、複素信号である受信信号を復調する。
The
信号検出器51の構成及び動作について以下に説明する。図7は、信号検出器51の構成例を示すブロック図である。信号検出器51は、参照信号生成器11、遅延検波器22及び23、相関器24、判定器15を備える。信号検出器51は、第1の実施形態の信号検出器5と比較して、遅延検波器12及び13、相関器14に代えて、遅延検波器22及び23、相関器24を備える点で相違する。遅延検波器22及び23は、遅延検波器12及び13とは異なり、虚部信号ではなく複素信号を出力する。相関器24は、遅延検波器22及び23から出力される複素信号に基づいて、参照信号と受信信号との相互相関値を計算する。
The configuration and operation of the
本実施形態においても、参照信号及び受信信号は定包絡信号である。参照信号生成器11は、参照信号を生成して、遅延検波器22へ出力する。遅延検波器22は、参照信号を遅延検波して、遅延検波によって生成された複素信号を相関器24へ出力する。遅延検波器23は、直交検波器3から出力された受信信号を遅延検波して、遅延検波によって生成された複素信号を相関器24へ出力する。相関器24は、遅延検波器22から出力される複素信号と遅延検波器23から出力される複素信号との相互相関値を計算して、相互相関値を判定器15に出力する。判定器15は、相関器24から出力される相互相関値と、予め設定された閾値とを比較し、その比較結果に基づいて信号の検出又は同期の検出を判定する。判定結果はタイミング信号として図6の復調器4へ出力される。判定器15は相互相関値のピークを検出する機能を備え、ピークが閾値を超えた時にタイミング信号を出力してもよい。
Also in this embodiment, the reference signal and the received signal are constant envelope signals. The
図8は、第2の実施形態の遅延検波器22及び23の構成を示すブロック図である。遅延検波器22及び23は、第1の実施形態の遅延検波器12及び13と比較して、1サンプル遅延器101に代えてNサンプル遅延器201を備えるとともに、虚部出力器103を備えない点で相違する。遅延検波器22及び23は同様の構成を備える。すなわち、遅延検波器22及び23は、Nサンプル遅延器201及び複素乗算器102を備える。遅延検波器22のNサンプル遅延器201及び複素乗算器102には、参照信号が入力される。遅延検波器23のNサンプル遅延器201及び複素乗算器102には、受信信号が入力される。Nサンプル遅延器201は、遅延検波器22及び23への入力信号(すなわち参照信号又は受信信号)をNサンプル遅延させた信号の複素共役信号を、複素乗算器102へ出力する。Nは2以上の整数である。
FIG. 8 is a block diagram showing the configurations of the
複素乗算器102は、遅延検波器22又は23への入力信号とNサンプル遅延器201の出力の複素共役信号とを複素乗算して、複素乗算結果を出力する。すなわち、遅延検波器22の複素乗算器102は、参照信号とNサンプル遅延器201の出力の複素共役信号とを複素乗算して、その結果を相関器24へ出力する。遅延検波器23の複素乗算器102は、受信信号とNサンプル遅延器201の出力の複素共役信号とを複素乗算して、その結果を相関器24へ出力する。
The
ここで、2つの遅延検波器22及び23において、サンプル間隔TとNとの積が受信信号の変調周期に近い値となる(すなわち、T・N≒変調周期とする)ようにNを設定してもよい。Nを2より大きい整数に設定することにより、遅延検波の際に複素乗算される2つの信号のサンプリング時間の差が拡大するため、サンプル間隔Tが短い場合でも、遅延検波の結果得られる複素信号が複素平面上において0°付近へ集中することが抑制される。その結果、相関器24において、高いサンプルレート(=1/T)で複素信号による相互相関の計算を行った場合でも、相関のピークを容易に検出できる。なお、Nの値を大きくするに従って、Nサンプル遅延器201に必要な遅延量も増大する。これは、Nサンプル遅延器201の回路規模の増大やコストの上昇を招くため、例えばTとNとの積は変調周期あるいはその近傍の値となるようにNを設定することが好ましい。しかし、複素信号同士の相互相関値のピークが検出されるのであれば、TとNとに求められる関係はこれに限られない。
Here, in the two
図9は、信号検出器51の動作手順の例を示すフローチャートである。上述したように、遅延検波器22及び遅延検波器23は、それぞれ、複素信号である参照信号と受信信号とをそれぞれNサンプル遅延させて遅延検波し(図9のステップS11)、その結果を複素信号として相関器24へ出力する(ステップS12)。相関器24は、遅延検波された参照信号の複素信号と遅延検波された受信信号の複素信号との相互相関値を算出して出力する(ステップS13)。判定器15は、相互相関値のピークを検出する機能を備え、相互相関値のピークが示すタイミングに基づき、信号検出/同期タイミングを出力する(ステップS14)。
FIG. 9 is a flowchart showing an example of the operation procedure of the
第1の実施形態の信号検出器5と同様に、信号検出器51の機能は、ハードウエアで実現されてもよいし、CPUやDSPがプログラムを実行することによって実現されてもよい。
Similar to the
以上説明したように、第2の実施形態の受信機200においても、遅延検波により周波数オフセットの影響をキャンセルし、高い時間精度での信号及び同期検出が可能である。その理由は、Nサンプル遅延器を用いて参照信号及び受信信号の遅延検波を行い、その結果得られる複素信号を用いて相互相関値を検出しているからである。また、第2の実施形態の受信機200は、遅延検波の際の遅延量をNサンプルとすることで、相互相関値の計算に複素信号を用いても、高い時間精度で相互相関値を計算することができる。 As described above, also in the receiver 200 of the second embodiment, the influence of the frequency offset can be canceled by the delayed detection, and the signal and the synchronous detection with high time accuracy can be performed. The reason is that the N sample delayer is used to perform delayed detection of the reference signal and the received signal, and the complex signal obtained as a result is used to detect the cross-correlation value. Further, the receiver 200 of the second embodiment calculates the cross-correlation value with high time accuracy even if a complex signal is used for the calculation of the cross-correlation value by setting the delay amount at the time of delay detection to N samples. can do.
なお、図7に示した信号検出器51を、信号検出装置と呼ぶことができる。図7に対応する信号検出装置の構成要素を、信号検出器51の参照符号に括弧を付して記載すると、この信号検出装置は、参照信号生成部(11)、第1の遅延検波部(22)、第2の遅延検波部(23)、相関部(24)、判定部(25)を備える。
The
参照信号生成部(11)は、受信信号との相関を検出するための参照信号を生成する。第1の遅延検波部(22)は、参照信号をNサンプル時間遅延させて遅延検波を行い、遅延検波された参照信号を出力する。第2の遅延検波部(23)は、受信信号をNサンプル時間遅延させて遅延検波を行い、遅延検波された受信信号を出力する。ここで、Nは2以上の整数である。相関部(24)は、第1の遅延検波部(22)の出力と第2の遅延検波部(23)の出力との間の相互相関値を求める。判定部(15)は、相互相関値に基づいて信号検出/同期タイミングを示すタイミング信号を出力する。 The reference signal generation unit (11) generates a reference signal for detecting the correlation with the received signal. The first delayed detection unit (22) delays the reference signal by N sample times, performs delayed detection, and outputs the delayed detected reference signal. The second delayed detection unit (23) delays the received signal by N sample times, performs delayed detection, and outputs the delayed detected received signal. Here, N is an integer of 2 or more. The correlation unit (24) obtains a cross-correlation value between the output of the first delay detection unit (22) and the output of the second delay detection unit (23). The determination unit (15) outputs a timing signal indicating the signal detection / synchronization timing based on the cross-correlation value.
このような構成を備える信号検出装置も、Nサンプル遅延器を用いて参照信号及び受信信号の遅延検波を行い、その結果得られる複素信号を用いて相互相関値を求めることで、第2の実施形態と同様の効果を奏する。 A signal detection device having such a configuration also performs the second implementation by performing delayed detection of the reference signal and the received signal using the N sample delayer and obtaining the cross-correlation value using the complex signal obtained as a result. It has the same effect as the form.
以上の各実施形態に記載された機能及び手順は、受信機100及び200が備えるCPUがプログラムを実行することにより実現されてもよい。プログラムは、固定された、一時的でない記録媒体に記録される。記録媒体としては半導体メモリ又は固定磁気ディスク装置が用いられるが、これらには限定されない。CPU及びプログラムの記録媒体は、信号検出器5及び51に備えられていてもよい。
The functions and procedures described in each of the above embodiments may be realized by the CPU included in the receivers 100 and 200 executing the program. The program is recorded on a fixed, non-temporary recording medium. A semiconductor memory or a fixed magnetic disk device is used as the recording medium, but the recording medium is not limited thereto. The CPU and the recording medium of the program may be provided in the
なお、本発明の実施形態は以下の付記のようにも記載されうるが、これらには限定されない。 In addition, the embodiment of the present invention may be described as the following appendix, but is not limited thereto.
(付記1)
受信信号との相関を検出するための参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記参照信号を1サンプル時間遅延させて遅延検波を行い、遅延検波された前記参照信号の虚部成分のみを出力する第1の遅延検波部と、
前記受信信号を1サンプル時間遅延させて遅延検波を行い、遅延検波された前記受信信号の虚部成分のみを出力する第2の遅延検波部と、
前記第1の遅延検波部の出力と前記第2の遅延検波部の出力との間の相互相関値を求める相関部と、
前記相互相関値に基づいて前記受信信号の検出タイミング及び同期タイミングの少なくとも一方を示すタイミング信号を出力する判定部と、
を備える信号検出装置。
(Appendix 1)
A reference signal generator that generates a reference signal for detecting the correlation with the received signal,
A first delayed detection unit that delays the reference signal by one sample time to perform delayed detection and outputs only the imaginary component of the delayed detected reference signal.
A second delayed detection unit that delays the received signal by one sample time, performs delayed detection, and outputs only the imaginary component of the delayed detected received signal.
A correlation unit for obtaining a cross-correlation value between the output of the first delay detection unit and the output of the second delay detection unit, and
A determination unit that outputs a timing signal indicating at least one of the detection timing and the synchronization timing of the received signal based on the cross-correlation value, and a determination unit.
A signal detection device comprising.
(付記2)
前記参照信号及び前記受信信号は定包絡信号である、付記1に記載された信号検出装置。
(Appendix 2)
The signal detection device according to Appendix 1, wherein the reference signal and the received signal are constant envelope signals.
(付記3)
前記参照信号は、前記受信信号の同期信号を含む、付記1又は2に記載された信号検出装置。
(Appendix 3)
The signal detection device according to
(付記4)
前記参照信号及び前記受信信号はチャープ信号である、付記1に記載された信号検出装置。
(Appendix 4)
The signal detection device according to Appendix 1, wherein the reference signal and the received signal are chirp signals.
(付記5)
アンテナから受信した無線信号をディジタル信号に変換するA/D変換部と、
前記A/D変換部の出力を直交検波して前記受信信号を生成する直交検波部と、
タイミング信号に基づいて前記受信信号を復調して復調信号を出力する復調部と、
前記直交検波部から出力された前記受信信号が入力され、前記タイミング信号を前記復調部へ出力する付記1乃至4のいずれか1項に記載された信号検出装置と、
を備える受信機。
(Appendix 5)
An A / D converter that converts the wireless signal received from the antenna into a digital signal,
An orthogonal detection unit that generates the received signal by orthogonally detecting the output of the A / D conversion unit, and
A demodulator that demolishes the received signal based on the timing signal and outputs the demolished signal,
The signal detection device according to any one of Appendix 1 to 4, wherein the received signal output from the orthogonal detection unit is input and the timing signal is output to the demodulation unit.
A receiver equipped with.
(付記6)
受信信号との相関を検出するための参照信号を生成し、
前記参照信号を1サンプル時間遅延させて遅延検波を行い、
遅延検波された前記参照信号の虚部成分のみを出力し、
前記受信信号を1サンプル時間遅延させて遅延検波を行い、
遅延検波された前記受信信号の虚部成分のみを出力し、
遅延検波された前記参照信号の虚部成分と遅延検波された前記受信信号の虚部成分との間の相互相関値を求め、
前記相互相関値に基づいて前記受信信号の検出タイミング及び同期タイミングの少なくとも一方を示すタイミング信号を出力する、
信号検出方法。
(Appendix 6)
Generate a reference signal to detect the correlation with the received signal
Delay detection is performed by delaying the reference signal by one sample time.
Only the imaginary component of the reference signal that has been delayed detected is output.
Delay detection is performed by delaying the received signal by one sample time.
Only the imaginary component of the received signal that has been delayed detected is output.
The cross-correlation value between the imaginary component of the delayed-detected reference signal and the imaginary component of the delayed-detected received signal was obtained.
A timing signal indicating at least one of the detection timing and the synchronization timing of the received signal is output based on the cross-correlation value.
Signal detection method.
(付記7)
無線信号をディジタル信号に変換し、
前記ディジタル信号を直交検波して前記受信信号を生成し、
タイミング信号に基づいて前記受信信号を復調して復調信号を出力し、
前記受信信号に基づいて、付記6に記載された信号検出方法によって前記タイミング信号を出力する、
受信方法。
(Appendix 7)
Converts wireless signals to digital signals
The digital signal is orthogonally detected to generate the received signal, and the received signal is generated.
The received signal is demodulated based on the timing signal and the demodulated signal is output.
Based on the received signal, the timing signal is output by the signal detection method described in Appendix 6.
Reception method.
(付記8)
信号検出装置のコンピュータに、
受信信号との相関を検出するための参照信号を生成する手順、
前記参照信号を1サンプル時間遅延させて遅延検波を行う手順、
遅延検波された前記参照信号の虚部成分のみを出力する手順、
前記受信信号を1サンプル時間遅延させて遅延検波を行う手順、
遅延検波された前記受信信号の虚部成分のみを出力する手順、
遅延検波された前記参照信号の虚部成分と遅延検波された前記受信信号の虚部成分との間の相互相関値を求める手順、
前記相互相関値に基づいて前記受信信号の検出タイミング及び同期タイミングの少なくとも一方を示すタイミング信号を出力する手順、
を実行させるための信号検出プログラム。
(Appendix 8)
To the computer of the signal detector
Procedure for generating a reference signal to detect the correlation with the received signal,
Procedure for performing delayed detection by delaying the reference signal by one sample time,
Procedure for outputting only the imaginary component of the reference signal that has been delayed detected,
A procedure for delay detection by delaying the received signal by one sample time.
A procedure for outputting only the imaginary component of the received signal that has been delayed detected,
A procedure for obtaining a cross-correlation value between a delayed-detected imaginary part component of the reference signal and a delayed-detected imaginary part component of the received signal.
A procedure for outputting a timing signal indicating at least one of the detection timing and the synchronization timing of the received signal based on the cross-correlation value.
A signal detection program for executing.
(付記9)
受信信号との相関を検出するための参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記参照信号をN(Nは2以上の整数)サンプル時間遅延させて遅延検波を行い、遅延検波された前記参照信号を出力する第1の遅延検波部と、
前記受信信号をNサンプル時間遅延させて遅延検波を行い、遅延検波された前記受信信号を出力する第2の遅延検波部と、
前記第1の遅延検波部の出力及び前記第2の遅延検波部の出力の相互相関値を求める相関部と、
前記相互相関値に基づいて前記受信信号の検出タイミング及び同期タイミングの少なくとも一方を示すタイミング信号を出力する判定部と、
を備える信号検出装置。
(Appendix 9)
A reference signal generator that generates a reference signal for detecting the correlation with the received signal,
A first delayed detection unit that delays the reference signal by N (N is an integer of 2 or more) sample time to perform delayed detection and outputs the delayed detected reference signal.
A second delay detection unit that delays the received signal by N sample times, performs delayed detection, and outputs the delayed detected received signal.
A correlation unit for obtaining a cross-correlation value between the output of the first delay detection unit and the output of the second delay detection unit, and
A determination unit that outputs a timing signal indicating at least one of the detection timing and the synchronization timing of the received signal based on the cross-correlation value, and a determination unit.
A signal detection device comprising.
(付記10)
前記参照信号及び前記受信信号のサンプリング間隔がTである場合に、TとNとの積が前記参照信号及び前記受信信号の変調周期と略等しい、付記9に記載された信号検出装置。
(Appendix 10)
The signal detection device according to Appendix 9, wherein the product of T and N is substantially equal to the modulation period of the reference signal and the received signal when the sampling interval of the reference signal and the received signal is T.
(付記11)
前記参照信号及び前記受信信号は定包絡信号である、付記9又は10に記載された信号検出装置。
(Appendix 11)
The signal detection device according to Appendix 9 or 10, wherein the reference signal and the received signal are constant envelope signals.
(付記12)
前記参照信号は、前記受信信号の同期信号を含む、付記9乃至11のいずれか1項に記載された信号検出装置。
(Appendix 12)
The signal detection device according to any one of Supplementary note 9 to 11, wherein the reference signal includes a synchronization signal of the received signal.
(付記13)
前記参照信号及び前記受信信号はチャープ信号である、付記9又は10に記載された信号検出装置。
(Appendix 13)
The signal detection device according to Appendix 9 or 10, wherein the reference signal and the received signal are chirp signals.
(付記14)
アンテナから受信した無線信号をディジタル信号に変換するA/D変換部と、
前記A/D変換部の出力を直交検波して前記受信信号を生成する直交検波部と、
タイミング信号に基づいて前記受信信号を復調して復調信号を出力する復調部と、
前記直交検波部から出力された前記受信信号が入力され、前記タイミング信号を前記復調部へ出力する付記9乃至13のいずれか1項に記載された信号検出装置と、
を備える受信機。
(Appendix 14)
An A / D converter that converts the wireless signal received from the antenna into a digital signal,
An orthogonal detection unit that generates the received signal by orthogonally detecting the output of the A / D conversion unit, and
A demodulation unit that demodulates the received signal based on the timing signal and outputs the demodulated signal,
The signal detection device according to any one of Appendix 9 to 13, wherein the received signal output from the orthogonal detection unit is input and the timing signal is output to the demodulation unit.
A receiver equipped with.
(付記15)
受信信号との相関を検出するための参照信号を生成し、
前記参照信号をN(Nは2以上の整数)サンプル時間遅延させて遅延検波を行い、
前記受信信号をNサンプル時間遅延させて遅延検波を行い、
遅延検波された前記参照信号と遅延検波された前記受信信号との間の相互相関値を求め、
前記相互相関値に基づいて前記受信信号の検出タイミング及び同期タイミングの少なくとも一方を示すタイミング信号を出力する、
信号検出方法。
(Appendix 15)
Generate a reference signal to detect the correlation with the received signal
Delay detection is performed by delaying the reference signal by N (N is an integer of 2 or more) sample time.
Delay detection is performed by delaying the received signal by N sample time, and then performing delay detection.
The cross-correlation value between the delayed-detected reference signal and the delayed-detected received signal was obtained.
A timing signal indicating at least one of the detection timing and the synchronization timing of the received signal is output based on the cross-correlation value.
Signal detection method.
(付記16)
無線信号をディジタル信号に変換し、
前記ディジタル信号を直交検波して前記受信信号を生成し、
タイミング信号に基づいて前記受信信号を復調して復調信号を出力し、
前記受信信号に基づいて、付記15に記載された信号検出方法によって前記タイミング信号を出力する、
受信方法。
(Appendix 16)
Converts wireless signals to digital signals
The digital signal is orthogonally detected to generate the received signal, and the received signal is generated.
The received signal is demodulated based on the timing signal and the demodulated signal is output.
Based on the received signal, the timing signal is output by the signal detection method described in
Reception method.
(付記17)
信号検出装置のコンピュータに、
受信信号との相関を検出するための参照信号を生成する手順、
前記参照信号をN(Nは2以上の整数)サンプル時間遅延させて遅延検波を行う手順、
前記受信信号をNサンプル時間遅延させて遅延検波を行う手順、
遅延検波された前記参照信号と遅延検波された前記受信信号との間の相互相関値を求める手順、
前記相互相関値に基づいて前記受信信号の検出タイミング及び同期タイミングの少なくとも一方を示すタイミング信号を出力する手順、
を実行させるための信号検出プログラム。
(Appendix 17)
To the computer of the signal detector
Procedure for generating a reference signal to detect the correlation with the received signal,
A procedure for delay detection by delaying the reference signal by N (N is an integer of 2 or more) sample time.
Procedure for delay detection by delaying the received signal by N sample time,
Procedure for obtaining the cross-correlation value between the delayed-detected reference signal and the delayed-detected received signal,
A procedure for outputting a timing signal indicating at least one of the detection timing and the synchronization timing of the received signal based on the cross-correlation value.
A signal detection program for executing.
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記の実施形態に限定されない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made within the scope of the present invention in terms of the structure and details of the present invention.
また、それぞれの実施形態に記載された構成は、必ずしも互いに排他的なものではない。本発明の作用及び効果は、上述の実施形態の全部又は一部を組み合わせた構成によって実現されてもよい。 Further, the configurations described in the respective embodiments are not necessarily exclusive to each other. The actions and effects of the present invention may be realized by a configuration in which all or a part of the above-described embodiments are combined.
1 アンテナ
2 A/D変換器
3 直交検波器
4 復調器
5、51 信号検出器
11 参照信号生成器
12、13、22、23 遅延検波器
14、24 相関器
15 判定器
100、200 受信機
101 1サンプル遅延器
102 複素乗算器
103 虚部出力器
201 Nサンプル遅延器
1 Antenna 2 A /
Claims (8)
前記参照信号を1サンプル時間遅延させて遅延検波を行い、遅延検波された前記参照信号を出力する第1の遅延検波部と、
前記受信信号を1サンプル時間遅延させて遅延検波を行い、遅延検波された前記受信信号を出力する第2の遅延検波部と、
前記第1の遅延検波部の出力及び前記第2の遅延検波部の出力とのそれぞれの虚部成分のみの間の相互相関値を求める相関部と、
前記相互相関値に基づいて前記受信信号の検出タイミング及び同期タイミングの少なくとも一方を示すタイミング信号を出力する判定部と、
を備える信号検出装置。 A reference signal generator that generates a reference signal for detecting the correlation with the received signal,
A first delay detection unit that delays the reference signal by one sample time, performs delayed detection, and outputs the delayed-detected reference signal.
A second delay detection unit that delays the received signal by one sample time, performs delayed detection, and outputs the delayed detected received signal.
A correlation unit for obtaining a cross-correlation value between only the imaginary part components of the output of the first delay detection unit and the output of the second delay detection unit, and
A determination unit that outputs a timing signal indicating at least one of the detection timing and the synchronization timing of the received signal based on the cross-correlation value, and a determination unit.
A signal detection device comprising.
前記A/D変換部の出力を直交検波して前記受信信号を生成する直交検波部と、
タイミング信号に基づいて前記受信信号を復調して復調信号を出力する復調部と、
前記直交検波部から出力された前記受信信号が入力され、前記タイミング信号を前記復調部へ出力する請求項1乃至4のいずれか1項に記載された信号検出装置と、
を備える受信機。 An A / D converter that converts the wireless signal received from the antenna into a digital signal,
An orthogonal detection unit that generates the received signal by orthogonally detecting the output of the A / D conversion unit, and
A demodulation unit that demodulates the received signal based on the timing signal and outputs the demodulated signal,
The signal detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the received signal output from the orthogonal detection unit is input and the timing signal is output to the demodulation unit.
A receiver equipped with.
前記参照信号を1サンプル時間遅延させて遅延検波を行い、
前記受信信号を1サンプル時間遅延させて遅延検波を行い、
遅延検波された前記参照信号と遅延検波された前記受信信号とのそれぞれの虚部成分のみの間の相互相関値を求め、
前記相互相関値に基づいて前記受信信号の検出タイミング及び同期タイミングの少なくとも一方を示すタイミング信号を出力する、
信号検出方法。 Generate a reference signal to detect the correlation with the received signal
Delay detection is performed by delaying the reference signal by one sample time.
Delay detection is performed by delaying the received signal by one sample time.
The cross-correlation value between only the imaginary components of the delayed-detected reference signal and the delayed-detected received signal was obtained.
A timing signal indicating at least one of the detection timing and the synchronization timing of the received signal is output based on the cross-correlation value.
Signal detection method.
前記ディジタル信号を直交検波して前記受信信号を生成し、
タイミング信号に基づいて前記受信信号を復調して復調信号を出力し、
前記受信信号に基づいて、請求項6に記載された信号検出方法によって前記タイミング信号を出力する、
受信方法。 Converts wireless signals to digital signals
The digital signal is orthogonally detected to generate the received signal, and the received signal is generated.
The received signal is demodulated based on the timing signal and the demodulated signal is output.
Based on the received signal, the timing signal is output by the signal detection method according to claim 6 .
Reception method.
受信信号との相関を検出するための参照信号を生成する手順、
前記参照信号を1サンプル時間遅延させて遅延検波を行う手順、
前記受信信号を1サンプル時間遅延させて遅延検波を行う手順、
遅延検波された前記参照信号と遅延検波された前記受信信号とのそれぞれの虚数成分のみの間の相互相関値を求める手順、
前記相互相関値に基づいて前記受信信号の検出タイミング及び同期タイミングの少なくとも一方を示すタイミング信号を出力する手順、
を実行させるための信号検出プログラム。 To the computer of the signal detector
Procedure for generating a reference signal to detect the correlation with the received signal,
Procedure for performing delayed detection by delaying the reference signal by one sample time,
A procedure for delay detection by delaying the received signal by one sample time.
A procedure for obtaining a cross-correlation value between only the imaginary components of the delayed-detected reference signal and the delayed-detected received signal.
A procedure for outputting a timing signal indicating at least one of the detection timing and the synchronization timing of the received signal based on the cross-correlation value.
A signal detection program for executing.
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