【0001】
【発明の属する技術分野】
インパルス状の超広帯域信号を用いて通信する装置にあって、マルチパス干渉や受信装置のタイミングジッタに対する耐性を強化するための超広帯域(UWB)送信装置及び超広帯(UWB)域受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、インパルス状の超広帯域信号を用いて通信する装置としては(社)電子情報通信学会技術研究報告SST2001−63(2002年)にUWB−IRの原理として記載されているような構成が既知であった。UWBは,既存の無線技術と異なり,搬送波(キャリア)を使わずに,ナノ秒程度の時間のパルスを送信することでデータを送る技術である。非常に広い帯域(たとえば1.5GHz以上,あるいは中心周波数から25%以上の帯域)にわたって,ノイズ以下の低い送信出力の信号を送るのが特徴。きわめて高い精度で物体や人の位置を特定できることから,これまでは軍事用レーダーや災害時の人命捜索などの用途で部分的に利用されてきた。これらの用途での利用は,米当局が免許を付与することで限定的に利用されるにとどまっていたが、2002年2月14日に米連邦通信委員会(FCC)が技術の商業利用を承認した。UWBを情報伝送に用いる方式としてはパルス位置変調と、Bi−Phase変調等が提案されている。
【0003】
図27に示すように従来のパルス位置変調方式の超広帯域(UWB)送受信装置は、タイムホッピング系列を出力するタイムホッピング系列発生手段1と、2値の情報信号(0または1)に応じてタイムホッピング系列信号を遅延させる遅延選択手段34と、遅延選択手段からの出力信号のタイミングでインパルス信号を発生させるインパルス発生手段2と、前記インパルス信号を増幅する増幅手段3と、前記増幅手段3からの信号を空中に放射するアンテナ手段4とから構成される送信装置100と、空中に放射されたUWB信号を給電するアンテナ手段5と、前記アンテナ手段5からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅(LNA)手段6と、前記低雑音増幅手段6からの信号と検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段7と、タイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて前記検波用インパルス信号を発生させる検波用インパルス信号発生手段10と、前記タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段9と、送信側のタイムホッピング系列と前記タイムホッピング系列との同期を確立する同期手段10と、前期乗算手段7の出力をタイムホッピング周期と同期して積分放電する積分放電手段11と、積分放電手段11からの信号を受けスレッショルド0を中心として判定する判定手段12とを含む受信装置110とから構成される超広帯域(UWB)送受信装置である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、図27に示されるような構成された超広帯域(UWB)送受信装置において、タイムホッピング信号からのオフセット時間は情報信号が“1”の場合に0とし、情報信号が“0”の場合にはインパルス信号出力時間分だけシフトしている。ここで、インパルス信号出力時間とは図2におけるTiとしている。これは受信装置側における検波用インパルス信号(相関波形)が図3に示されるように、基本的にはTiの2倍の時間における相関演算を行うことを前提に設計されているためである。このように情報信号が“1”の場合と“0”の場合とのオフセット時間差がインパルス信号出力時間(Ti)しかないと、受信装置においてタイミングジッタが生じた場合、オフセット時間差が小さいと相関波形と受信信号との相関演算タイミングがずれた時の影響が大きく、判定誤りの確率が高くなってしまう。この影響をなくすためにタイミングジッタの小さなUWB送受信装置を実現しようとすると高価で大型になってしまうという課題を有していた。
【0005】
本発明は以上のような問題を解決し、マルチパス干渉やタイミングジッタの影響を小さくして高性能な超広帯域(UWB)送受信装置を実現することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、図4のように情報信号が“1”の場合と“0”の場合とのオフセット時間差をインパルス信号出力時間(Ti)以上とし、マルチパス波の影響を軽減したり、タイミングジッタの影響を小さくする。オフセット時間差を広げたことに対応し、受信装置側の検波用インパルス信号(相関波形)は図4のように信号出力時間がTi以上の波形とする。
【0007】
さらに、このように単に信号出力時間を長くしただけでは、受信信号が存在しないと想定される区間においても相関演算が行われるため熱雑音等の影響を受けやすく、判定誤りの確率が高くなってしまうため、図14のように低雑音増幅装置からの出力を分岐し、一方の出力にのみ遅延手段を設けてそれぞれの出力を加算し、加算結果との相関演算を行うような構成とする。このような構成とすることで、相関演算区間では必ず受信信号が存在することとなり、熱雑音等の影響を受けにくくすることができる。
【0008】
また、マルチパス波が存在する場合にはマルチパス波の信号電力も加算することができ、性能劣化を抑制することが可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、タイムホッピング系列を出力するタイムホッピング系列発生手段と、前記タイムホッピング系列信号をそのまま出力する場合と遅延させて出力する場合とを2値の情報信号(0または1)に応じて選択的に切り替える遅延選択手段と、前記遅延選択手段の遅延時間が1つのインパルス信号出力時間以上となるように設定するシフト時間設定手段と、前記遅延選択手段から出力される信号タイミングでインパルス信号を発生させるインパルス発生手段と、前記インパルス信号を増幅する増幅する手段と、前記増幅手段からの信号を空中に放射するアンテナ手段とから構成したもので、情報信号によって定まるオフセット時間間隔を1つのインパルス信号出力時間以上となるように任意に設定することができ、タイミングジッタの影響を相対的に小さくすることができ、小型で安価なUWB送信装置を実現できるという作用を有する。
【0010】
請求項2に記載の発明は、タイムホッピング系列を出力するタイムホッピング系列発生手段と、前記タイムホッピング系列信号をそのまま出力する場合と遅延させて出力する場合とをM値の情報信号に応じて選択的に切り替える遅延選択手段と、前記遅延選択手段の遅延時間が1つのインパルス信号出力時間以上となるように設定するシフト時間設定手段と、前記遅延選択手段から出力される信号タイミングでインパルス信号を発生させるインパルス発生手段と、前記インパルス信号を増幅する増幅する手段と、前記増幅手段からの信号を空中に放射するアンテナ手段とから構成したもので、M値の情報信号によって定まるオフセット時間間隔を1つのインパルス信号出力時間以上となるように任意に設定することができ、タイミングジッタの影響が大きくなる多値の情報信号を伝送する場合に、この影響を緩和することができ、高性能なUWB送信装置を実現できるという作用を有する。
【0011】
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2記載の超広帯域送信装置において、シフト時間設定手段は、発生させるインパルス信号のオフセット時間差が1つのインパルス信号出力時間のN倍(N:2以上の整数)であることを特徴とするもので、情報信号によって定まるオフセット時間間隔が1つのインパルス信号出力時間の整数倍であるため、ディジタル的な処理等が容易となり、UWB送信装置の低消費電力化につながるという作用を有する。
【0012】
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の超広帯域送信装置において、シフト時間設定手段は、オフセット時間差を適応的に変化させることを特徴とするもので、オフセット時間間隔が適応的に制御されるため、受信側におけるマルチパス波等による受信品質の劣化を低減することが可能となり、高品質なUWB伝送が可能となるという作用を有する。
【0013】
請求項5に記載の発明は、空中に放射されたUWB信号を給電するアンテナ手段と、前記アンテナ手段からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段と、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号から送信側のタイムホッピング系列と受信側のタイムホッピング系列発生手段との同期を確立する同期手段と、前記同期手段により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での1つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生させる検波用インパルス信号発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号と前記検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段と、前期乗算手段出力を前記タイムホッピング系列の周期と同期して積分放電する積分放電手段と、積分放電手段からの信号を受けスレッショルド0を中心として判定し、2値の情報信号を出力する判定手段とから構成されるもので、送信側と受信側におけるそれぞれのクロックのタイミングジッタの影響を緩和することができ、安価なクロックを採用したUWB受信装置の実現が可能となるという作用を有する。
【0014】
請求項6に記載の発明は、空中に放射されたUWB信号を給電するアンテナ手段と、前記アンテナ手段からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段と、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号から送信側のタイムホッピング系列と受信側のタイムホッピング系列との同期を確立する同期手段と、前記前記同期手段により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での1つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生させる検波用インパルス信号発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号と前記検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段と、前期乗算手段出力を前記タイムホッピング系列の周期と同期して積分放電する積分放電手段と、積分放電手段からの信号を受けM−1個のスレッショルドを基準として判定し、M値(M:2以上の整数)の情報信号を出力する判定手段とから構成されるもので、タイミングジッタの影響が大きくなる多値の情報信号を受信する場合に、この影響を緩和することができ、安価なクロックを採用しても高品質なUWB受信装置の実現が可能となるという作用を有する。
【0015】
請求項7に記載の発明は、空中に放射されたUWB信号を給電するアンテナ手段と、前記アンテナ手段からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段と、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号から送信側のタイムホッピング系列と前記タイムホッピング系列との同期を確立する同期手段と、前記タイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて異なるN個の検波用インパルス信号を発生するN個の検波用インパルス信号発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号と前記検波用インパルス信号とをそれぞれ乗ずるN個の乗算手段と、前期N個の乗算手段出力を前記タイムホッピング系列の周期と同期して積分放電するN個の積分放電手段と、前期N個の積分放電手段からの信号を前記タイムホッピング系列の周期に同期してサンプリングするN個のサンプリング手段と、前期N個のサンプリング手段からの出力信号のうち絶対値が最も大きいブランチを判定する絶対値最大ブランチ判定手段と、前期N個のサンプリング手段からの出力信号と、前期絶対値最大ブランチ判定手段からの出力信号とをうけてM値の情報信号として判定データをデマッピングして出力するデマッピング手段とから構成されるもので、多値の情報信号を受信する場合に、受信性能に大きな影響を与える閾値設定の必要がないためUWB多値信号の伝送を高性能に実現することが可能となるという作用を有する。
【0016】
請求項8に記載の発明は、請求項5乃至7のいずれかに記載の超広帯域(UWB)受信装置において、検波用インパルス発生手段は、信号の出力時間が送信側の1つのインパルス信号出力時間のN倍(N:2以上の整数)であることを特徴とするもので、検波用インパルス信号の出力時間が整数倍に限定されているため、設計が容易となり従来のUWB受信装置の設計ノウハウが利用可能であり、高品質なUWB受信装置の実現が可能となるという作用を有する。
【0017】
請求項9に記載の発明は、請求項5乃至8のいずれかに記載の超広帯域(UWB)受信装置において、低雑音増幅手段からの信号を2値の情報信号間のオフセット時間差分の遅延をする遅延手段と、前記遅延手段からの出力信号と前記低雑音増幅手段からの信号とを加算する加算手段とを有するもので、積分区間において信号の存在しない区間をなくすことで相関演算における熱雑音等の影響を削減することが可能となり、より高性能なUWB受信装置を実現できるという作用を有する。
【0018】
請求項10に記載の発明は、請求項5乃至8のいずれかに記載の超広帯域(UWB)受信装置において、低雑音増幅手段からの信号を情報信号間のオフセット時間差に対応した遅延時間だけ遅延させるN−1個の遅延手段と、前記N−1個の遅延手段の出力と前記低雑音増幅手段からの信号とを加算する加算手段とを有するもので、2値の場合よりも高性能な受信が要求される多値伝送の場合においても積分区間における信号の存在しない区間をなくし熱雑音の影響を小さくすることができ、性能の高い良好な通信が可能となるという作用を有する。
【0019】
請求項11に記載の発明は、請求項5乃至10のいずれかに記載の超広帯域(UWB)受信装置において、検波用インパルス発生手段は、発生させるインパルス信号の出力時間を適応的に変化させることを特徴とするもので、受信側におけるマルチパス波等による受信品質の劣化を低減する等の目的のために、送信側でオフセット時間間隔が適応的に制御される場合においても、受信側における検波用インパルス信号を送信側と整合させることが可能となり、劣悪な電波伝搬環境においても高品質なUWB伝送が可能となるという作用を有する。
【0020】
請求項12に記載の発明は、空中に放射されたUWB信号を給電するアンテナ手段と、前記アンテナ手段からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段と、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号から送信側のタイムホッピング系列と前記タイムホッピング系列との同期を確立する同期手段と、前記同期手段により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での1つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生させる検波用インパルス信号発生手段と、低雑音増幅手段からの信号を情報信号間のオフセット時間差に対応した遅延時間だけ遅延させるN−1個の遅延手段と、前記N−1個の遅延手段の出力から前記オフセット時間差を適応的に変化させたことに対応して加算する前記N−1個の遅延手段の出力の個数を選択するブランチ選択手段と、前記ブランチ選択手段において選択された前記N−1個の遅延手段の出力と前記低雑音増幅手段からの信号とを加算する加算手段と、前記加算手段からの信号と検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段と、前期乗算手段出力をタイムホッピング周期と同期して積分放電する積分放電手段と、積分放電手段からの信号を受けスレッショルド0を中心として判定し、2値の情報信号を出力する判定手段とから構成されるもので、タイミングジッタなどによる同期精度劣化の許容度を拡大することが出来るうえ、簡易な構成で実現が可能となり、安価で小型なUWB受信装置を実現できるという作用を有する。
【0021】
請求項13に記載の発明は、請求項11または12に記載の超広帯域(UWB)受信装置において、さらに、伝搬路で発生したマルチパス波を推定するマルチパス推定手段を有し、前記マルチパス推定手段からの出力に応じてオフセット時間差を適応的に変化させるもので、受信側におけるマルチパス波等による受信品質の劣化を最小限にするため、マルチパス波の存在しない時間にオフセット時間間隔を設定するよう制御しているため、タイミングジッタなどによる同期精度劣化の許容度をマルチパス環境下においても適応的に低減でき、品質の高いUWB伝送が可能となるという作用を有する。
【0022】
請求項14に記載の発明は、請求項12記載の超広帯域(UWB)受信装置において、さらに、伝搬路で発生したマルチパス波を推定するマルチパス推定手段を有し、ブランチ選択手段は前記マルチパス推定手段からの出力に応じて前記遅延手段の出力の個数を選択するもので、マルチパス波等の影響を低減するために適応的に制御されたオフセット時間間隔に対応して、相関演算を行う積分区間内における熱雑音の影響を最小限にすることが容易にできる構成となっており、小型で高性能なUWB受信装置の実現が可能となるという作用を有する。
【0023】
請求項15に記載の発明は、空中に放射されたUWB信号を給電するアンテナ手段と、前記アンテナ手段からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段と、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号から送信側のタイムホッピング系列と前記タイムホッピング系列との同期を確立する同期手段と、前記同期手段により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での1つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生させる検波用インパルス信号発生手段と、伝搬路で発生したマルチパス波を推定するマルチパス推定手段と、低雑音増幅手段からの信号を前記推定したマルチパス波の時間的位置が情報信号と重ならないように遅延時間を設定したN−1個の遅延手段と、前記マルチパス推定手段で推定したマルチパス波の時間的位置から前記N−1個の遅延手段の出力を選択するブランチ選択手段と、前記ブランチ選択手段からの選択された前記N−1個の遅延手段の出力と前記低雑音増幅手段からの信号とを加算する加算手段と、前記加算手段からの信号と検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段と、前期乗算手段出力をタイムホッピング周期と同期して積分放電する積分放電手段と、積分放電手段からの信号を受けスレッショルド0を中心として判定し、情報信号を出力する判定手段とから構成されるもので、マルチパス波の影響を低減するために適応的に制御されたオフセット時間間隔に対応すると同時に、マルチパス波が存在する時間の受信信号は相関演算に用いないような構成としているため、マルチパス波による劣化も削減することが可能となり、高品質な伝送が可能となるという作用を有する。
【0024】
請求項16に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の超広帯域(UWB)送信装置と、請求項5乃至15のいずれかに記載の超広帯域(UWB)受信装置とから構成されるもので、タイミングジッタなどの影響を小さくでき、安価なデバイスを使用したUWB送受信装置の実現が可能となり、伝送に必要なビット単価を低下できるという作用を有する。
【0025】
請求項17に記載の発明は、請求項13乃至15のいずれかに記載の超広帯域(UWB)受信装置において、マルチパス推定手段のマルチパス波の推定結果出力を送信装置に通知するもので、タイミングジッタの影響を小さくできると同時に、マルチパス波の影響も緩和することのできるUWB送受信装置の実現が可能となり、マルチパス波の影響が無視できない劣悪な電波伝搬環境においても高速な伝送が可能となるという作用を有する。
【0026】
請求項18に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の超広帯域(UWB)送信装置において、タイムホッピング系列によって定まるタイミングからのオフセット時間が情報信号を誤り訂正符号化した信号によって定められるものであり、誤り訂正符号化によって周波数利用効率は低下するものの、誤りによる再送等を含めたシステム全体のスループットは向上し、有限な周波数資源を有効に使用することが可能となるという作用を有する。
【0027】
請求項19に記載の発明は、請求項18記載の超広帯域(UWB)送信装置において、誤り訂正符号化は、畳み込み符号化を用いるものであり、畳み込み符号化を用いて送信することにより誤り率の小さい復号が可能となり、高性能な通信が可能となるという作用を有する。
【0028】
請求項20に記載の発明は、請求項5乃至15のいずれかに記載の超広帯域(UWB)受信装置において、請求項19記載の超広帯域(UWB)送信装置から送信された畳み込み符号化した信号を、前記積分手段からの積分放電出力を軟判定ビタビ復号する軟判定ビタビ復号手段を設けたもので、ビタビ復号することにより誤り率の小さい復号が可能となり、高性能な通信が可能となるという作用を有する。
【0029】
請求項21に記載の発明は、請求項18記載の超広帯域(UWB)送信装置において、誤り訂正符号化は、ターボ符号化を用いるもので、ターボ符号化を用い送信することにより誤り率の小さい復号が可能となり、高性能な通信が可能となるという作用を有する。
【0030】
請求項22に記載の発明は、請求項5乃至15のいずれかに記載の超広帯域(UWB)受信装置において、請求項21記載の超広帯域(UWB)送信装置から送信されたターボ符号化した信号を、前記積分手段からの積分放電出力をターボ復号するターボ復号手段を設けたもので、回路規模が増大し、復号までの遅延時間が大きくなるものの、軟判定ビタビ復号よりもさらに誤り率の小さい復号が可能となり、高性能な通信が可能となるという作用を有する。
【0031】
請求項23に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の超広帯域(UWB)送信装置において、タイムホッピング系列の周期よりも情報信号の繰り返し周期を適応的に短くするもので、伝搬路状態が良好な場合には情報信号の繰返し周期を短くすることで拡散による直交性が低下し干渉信号や熱雑音に対する耐性が小さくなる一方で、高速伝送速度で通信が可能となるという作用を有する。
【0032】
請求項24に記載の発明は、請求項5乃至15のいずれかに記載の超広帯域(UWB)受信装置において、請求項23記載の超広帯域(UWB)送信装置から送信される情報信号の繰り返し周期と同期して動作する積分放電手段を有するもので、伝搬路状態が良好な場合には情報信号の繰返し周期を短くすることで拡散による直交性が低下し干渉信号や熱雑音に対する耐性が小さくなる一方で、高速伝送速度で通信が可能となるという作用を有する。
【0033】
請求項25に記載の発明は、請求項20、22、24のいずれかに記載の超広帯域(UWB)受信装置において、積分放電出力をA/D変換した信号を復号化するもので、誤り訂正復号する場合の信号処理にディジタル信号処理が適用でき、小型で高性能な通信装置の実現が可能となるという作用を有する。
【0034】
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図26を用いて説明する。
【0035】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における超広帯域(UWB)送受信装置のブロック構成図を示す。
【0036】
本装置は送信すべき2値の情報信号を変調する変調部と、変調信号を送信する送信アンテナと、空中に放射された信号を受信する受信アンテナと、受信アンテナ出力信号を復調する復調部などから構成される。
【0037】
図1において、本発明の超広帯域(UWB)送受信装置は、タイムホッピング系列を出力するタイムホッピング系列発生手段1、前記タイムホッピング系列信号をそのまま出力する場合と遅延させて出力する場合とを2値の情報信号(0または1)に応じて選択的に切り替える遅延選択手段34、遅延選択手段34の遅延時間が1つのインパルス信号出力時間以上となるように設定するシフト時間設定手段33、遅延選択手段34から出力される信号タイミングでインパルス信号を発生するインパルス発生手段2、前記インパルス信号を増幅する電力増幅手段3、増幅した信号を空中に放射する送信アンテナ4から構成される送信装置と、空中に放射されたUWB信号を給電する受信アンテナ5、受信アンテナ5からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段6、低雑音増幅手段6からの信号と検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段7、同期手段10により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での1つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生するインパルス発生手段8、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段9、送信側との同期を確立する同期手段10、乗算手段7の出力をタイムホッピング系列の周期と同期して積分放電する積分放電手段11、積分放電手段11からの信号を受けスレッショルド0を中心として判定し、2値の情報信号を出力する判定手段12等から構成される受信装置とから成る。
【0038】
UWB送受信装置はタイムホッピング系列で定まる出力タイミングを情報信号に対応してオフセットさせ、そのタイミングでインパルス信号を発生させて送信アンテナによって空中に放射し、受信アンテナによって受信したインパルス信号を増幅した後に、相関検出することで受信信号の判定を行う。
【0039】
上記のように構成された超広帯域(UWB)送受信装置の動作について説明する。
【0040】
送信装置100の動作について説明する。
【0041】
タイムホッピング系列発生手段1は、タイムホッピング系列信号を発生させ出力する。遅延選択手段34は、タイムホッピング系列発生手段1からのタイムホッピング系列信号をそのまま出力する場合と遅延させて出力する場合とを2値の情報信号(0または1)に応じて選択的に切り替えて出力する。シフト時間設定手段33は、遅延選択手段34の遅延時間が1つのインパルス信号出力時間以上となるように設定する。インパルス発生手段2は、遅延選択手段34から出力される信号タイミングでインパルス信号を発生させる。増幅手段3は、インパルス発生手段2で発生したインパルス信号を増幅し、アンテナ手段4により空中に放射する。
【0042】
次に、受信装置110の動作について説明する。アンテナ手段5により空中に放射されたUWB信号を給電する。低雑音増幅(LNA)手段6は、アンテナ手段5からの出力信号を低雑音増幅する。
【0043】
タイムホッピング系列発生手段9は、タイムホッピング系列信号を発生し、出力する。同期手段10は、低雑音増幅手段6からの信号から送信側のタイムホッピング系列と受信側のタイムホッピング系列発生手段9との同期を確立する。検波用インパルス信号発生手段8は、同期手段10により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での1つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生させる。
【0044】
乗算手段7は、低雑音増幅手段6からの信号と検波用インパルス信号発生手段8からの検波用インパルス信号とを乗ずる。積分放電手段11は、乗算手段7からの出力をタイムホッピング周期と同期して積分放電する。判定手段12は、積分放電手段11からの信号を受けスレッショルド0を中心として判定し、2値の情報信号を出力する。
【0045】
次に、本実施の形態1の送信装置100のインパルス発生手段2におけるインパルス信号のオフセット時間について詳細に説明する。
【0046】
PN系列などのランダム系列であるタイムホッピング系列を発生させるタイムホッピング系列発生手段1からの信号に基づくタイミングでインパルス信号501を発生させる。ここで、遅延選択手段34において、“0”または“1”の情報信号によって前記インパルス信号の発生タイミングをシフトさせる。例えば、情報信号が“1”の場合にはタイムホッピング系列によって定まるタイミングで(オフセットさせずに)インパルス信号502を発生させ、情報信号が“0”の場合にはタイムホッピング系列によって定まるタイミングからオフセット504(遅延)させたタイミングでインパルス信号503を発生させる(図5参照)。
【0047】
以上のように、従来の技術で前述したように図5に示されるオフセット時間差として、インパルス発生時間であるTiと同じとした場合には従来と同様の効果しか得られないが、本発明のようにシフト時間設定手段33によってオフセット時間差をTi以上とすれば、受信装置110における同期手段10でのタイミングジッタに対する耐性が高まり好適である。例えば、オフセット時間差を(Ti+Tδ)604とした場合(図6参照)、受信装置110のインパルス発生手段8におけるインパルス信号の波形を図4に示すように時間方向に拡大すれば、受信装置110の乗算手段7における受信信号701とインパルス信号702・703及びTδ704の関係が図7に示されるようになり、タイミングジッタに対する耐性が高まる。これは、タイミングジッタにより受信側のインパルス信号の発生タイミングがTδ/2ずれてしまった場合にも、相関演算(乗算と積分放電)結果が同じとなるためである。すなわち、受信側のインパルス信号の発生タイミングがずれた場合にもTδ/2以下のタイミングずれは許容されることになる。
【0048】
オフセット時間差(Ti+Tδ)のTδの上限は、タイムホッピング系列の最短ホッピング時間をTmとした場合、(Tm−Ti)となる。この上限以上にすると、Tδによる時間シフトなのか、タイムホッピングによる時間シフトなのかの区別がつかなくなるためである。従って、Tδの設定範囲は、0<Tδ<(Tm−Ti)であり、熱雑音等の影響を考慮すれば、より好ましくは0<Tδ<(Tm/2)程度とするのが妥当である。
【0049】
なお、上記説明では、オフセット時間差を(Ti+Tδ)と説明したが、オフセット時間差Ti+Tδのうち、Tδ=NTi(N:1以上の整数)とすることによりオフセット時間差Tiの整数倍となるため、インパルス発生手段の構成が容易で実現し易くなる。
【0050】
また、後述するように受信装置側に遅延手段を設けるなどして性能を向上させる場合にもTiの整数倍の遅延時間を実現すればよいため簡易となり好適である。
【0051】
(実施の形態2)
図8は、本発明の実施の形態2におけるUWB送受信装置のブロック構成図を示す。
【0052】
本装置は多値伝送を可能にする構成であり、多値の情報信号を変調する変調部と、変調信号を送信する送信アンテナと、空中に放射された信号を受信する受信アンテナと、受信アンテナ出力信号を多値伝送に対応して復調する復調部などから構成される。
【0053】
図8において、本発明のUWB送受信装置は、タイムホッピング系列を出力するタイムホッピング系列発生手段1、シリアルに入力される情報信号をシリアル/パラレル変換するシリアル/パラレル(S/P)変換手段15、前記タイムホッピング系列信号をそのまま出力する場合と遅延させて出力する場合とをM値の情報信号に応じて選択的に切り替える遅延選択手段34、遅延選択手段34の遅延時間が1つのインパルス信号出力時間以上となるように設定するシフト時間設定手段33、遅延選択手段34から出力される信号タイミングでインパルス信号を発生するインパルス発生手段2、前記インパルス信号を増幅する電力増幅手段3、増幅した信号を空中に放射する送信アンテナ4から構成される送信装置100と、空中に放射されたUWB信号を給電する受信アンテナ5、受信アンテナ5からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段6、低雑音増幅手段6からの信号と検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段7、同期手段10により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での1つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生する検波用インパルス発生手段8、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段9、送信側との同期を確立する同期手段10、乗算手段7の出力をタイムホッピング系列の周期と同期して積分放電する積分放電手段11、受信平均電力に応じて閾値を制御する閾値設定手段13、閾値設定手段13で設定された閾値を基準としてM値信号を判定し、M値の情報信号を出力するM値判定手段14等から構成される受信装置110とから成る。
【0054】
本実施の形態2では、多値伝送UWB送受信装置の1実施の形態を示すものであり、実施の形態1とは多値で伝送する点が異なり、2値の場合よりも効率的に無線伝送することが可能となる。実施の形態1と異なる点を中心に説明する。
【0055】
以下のその動作について説明する。
【0056】
送信する情報信号は、S/P変換手段15においてパラレルに変換される。タイムホッピング系列発生手段1は、タイムホッピング系列信号を発生させ出力する。遅延選択手段34は、タイムホッピング系列発生手段1からのタイムホッピング系列信号をそのまま出力する場合と遅延させて出力する場合とをM値の情報信号に応じて選択的に切り替える。シフト時間設定手段33は、遅延選択手段34の遅延時間が1つのインパルス信号出力時間以上となるように設定する。インパルス発生手段2は、遅延選択手段34から出力される信号タイミングでインパルス信号を発生させる。
【0057】
例えば、4値(2ビット)伝送の場合には直列信号である情報信号をS/P変換手段15により2ビットのパラレル信号に変換し、変換されたパラレル信号は{00}、{01}、{10}、{11}のいずれかであり、従来例におけるオフセット時間は{00}の場合は0、{01}の場合はTi,{10}の場合は2Ti、{11}の場合は3Tiとしていた。本発明では前述のオフセット時間を{00}の場合は0、{01}の場合はTi+Tδ、{10}の場合は2(Ti+Tδ)、{11}の場合は3(Ti+Tδ)としてインパルス信号を発生させ、送信するものである。
【0058】
これに対応する受信装置110の検波用インパルス発生手段8における検波用インパルス信号の波形の例としては図9に示すものが考えられる。図9に示すような波形を採用し、それぞれのタイミング毎に振幅を−B、+A、−A、+Bとすることで、これら異なる振幅を乗じた信号に対する積分放電結果も熱雑音がなければ4値のうちのいずれかになる。よって、閾値設定手段13においてこの4値の中間の値を閾値として設定し、設定した閾値を基準として後段のM値判定手段14で判定する。判定結果としては{00}、{01}、{10}、{11}のうちのいずれかが出力される。
【0059】
ここで、送信装置100と受信装置110の距離の違い等により受信信号電力が異なるため、この閾値を適切に制御する必要があり、これを閾値設定手段13で制御することとなる。具体的には、例えば既知のパイロット信号や同期信号などを送信しておき、これらを受信した場合の受信信号電力から閾値を設定する。なお、インパルス発生手段8におけるインパルス信号波形の振幅は信号間距離が最大となるよう、B=A/2とすると好適である。
【0060】
以上のようにすることで、多値伝送の場合においても実施の形態1と同様に受信装置110の検波用インパルス発生手段8における検波用インパルス信号の波形を図10に示すように時間方向に拡大すれば、受信装置110の乗算手段7における受信信号1106〜1109とインパルス信号1101〜1104の関係が図11に示されるようになり、タイミングジッタ(Tδ)1105に対する耐性が高まる。
【0061】
なお、オフセット時間差Ti+Tδのうち、Tδ=NTi(N:1以上の整数)となるように制限を与えることにより、従来技術において実施していたオフセット時間差Tiの整数倍となるため、インパルス発生手段の構成が容易で実現し易い。また、後述するように受信装置側に遅延手段を設けるなどして性能を向上させる場合にもTiの整数倍の遅延時間を実現すればよいため簡易となり好適である。多値伝送ではシステムにより高精度なタイミング同期精度が要求されるが、本構成を用いれば要求されるタイミング同期精度を緩和することが容易にでき、好適である。
【0062】
(実施の形態3)
図12は、本発明の実施の形態3におけるUWB受信装置のブロック構成図を示す。
【0063】
図12において、空中に放射されたUWB信号を給電する受信アンテナ5、受信アンテナ5からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段6、低雑音増幅手段6からの信号と検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段7、タイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて第一の検波用インパルス信号を発生する検波用インパルス発生手段(#1)8a、タイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて第二の検波用インパルス信号を発生する検波用インパルス発生手段(#2)8b、送信側との同期を確立する同期手段10、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段9、乗算手段7の出力をタイムホッピング周期と同期して積分放電する積分放電手段11、積分放電手段11の出力をタイムホッピング周期と同期してサンプリングするサンプリング手段16、サンプリング手段16からの複数の出力で絶対値が最大となるブランチを判定する絶対値最大ブランチ判定手段17、判定したブランチに対応する信号を出力するデマッピング手段18等から構成される受信装置110である。
【0064】
図12に示すような受信装置110の構成とすれば、受信性能に大きな影響を与える閾値設定の必要がないため好適である。図12は、4値伝送の場合を示しているが、より多値の伝送を行う場合には検波用インパルス発生手段8を#3、#4、…と増やし、後段の積分放電手段11やサンプリング手段16もこれに対応して増やせばよい。
【0065】
実施の形態3は、実施の形態2とは多値化への対応を振幅方向ではなく、時間方向で対応するとした構成が異なり、実施の形態2と異なる点を中心に説明する。
【0066】
図13に検波用インパルス発生手段#1(10a)における検波用インパルス信号および、検波用インパルス発生手段#2(10b)における検波用インパルス信号を示している。
【0067】
このような検波用インパルス信号をそれぞれの乗算手段7a、7bで別々に乗算し、後段の積分放電手段11a、11bで積分することで、2値伝送の場合と同様の結果が得られる。そして、サンプリング手段16a、16bにおいてタイムホッピング系列の周期毎にサンプルし、デマッピング手段18a、18bにおいてデマッピングする。
【0068】
サンプリング結果の絶対値が最大となるサンプリング結果に対応してデマッピングするよう、絶対値が最大となるブランチを判定する最大値判定手段17を構成しておく。
【0069】
このように構成することで、最も確からしいタイミングで受信された信号の相関結果の最大値が選択され、その相関結果が正であるか負であるかということと、どのブランチからの出力であるかということに応じてデマッピングされる。
【0070】
例えば、送信装置におけるタイムホッピング系列によって定まるタイミングからのオフセット時間を{00}の場合は0、{01}の場合はTi+Tδ、{10}の場合は2(Ti+Tδ)、{11}の場合は3(Ti+Tδ)とした場合、図12において上側(インパルス発生#1側)のブランチの方の相関結果の絶対値が大きく、相関結果が正である場合には{01}がデマッピングされ、相関結果が負の場合には{10}がデマッピングされる。一方で、下側(インパルス発生#2側)のブランチの方の相関結果の絶対値が大きく、相関結果が正である場合には{11}が、負である場合には{00}がデマッピングされる。
【0071】
以上のように、受信側において相関演算手段を並列に構成しておくことにより、受信性能に大きな影響を与える閾値設定の必要がないためUWB多値信号の伝送を高性能に実現することが可能となるという効果がある。
【0072】
なお、オフセット時間差Ti+Tδのうち、Tδ=NTi(N:1以上の整数)となるように制限を与えることにより、従来技術において実施していたオフセット時間差Tiの整数倍となるため、インパルス発生手段の構成が容易で実現し易い。また、後述するように受信装置側に遅延手段を設けるなどして性能を向上させる場合にもTiの整数倍の遅延時間を実現すればよいため簡易となり好適である。多値伝送ではシステムにより高精度なタイミング同期精度が要求されるが、本構成を用いれば要求されるタイミング同期精度を緩和することが容易にでき、好適である。
【0073】
(実施の形態4)
図14は、本発明の実施の形態4におけるUWB送受信装置のブロック構成図を示す。
【0074】
実施の形態4は、実施の形態1とは受信装置110において遅延手段19および加算手段20を加えた構成が異なり、実施の形態1と異なる点を中心に説明する。
【0075】
上記のように構成されたUWB送受信装置の動作について説明する。
【0076】
送信装置100は、実施の形態1と同様であるので説明は省略する。
【0077】
送信側で空中に輻射されたインパルス信号は受信アンテナ5において受信され、低雑音増幅手段6において増幅される。低雑音増幅手段6で増幅された信号は分岐され、後段の加算手段20にそのまま入力されるものと、遅延手段19を経由してから加算手段20に入力されるように構成する。また、別に同期手段10にも入力され、送信側と同期させるようにタイムホッピング系列発生手段9を制御する。なお、低雑音増幅手段6の前段または後段に帯域通過フィルタを構成することも、信号対雑音比を向上させるためにも好適である。
【0078】
加算手段20において、遅延手段19で遅延した信号と遅延していない信号とが加えられる。送信側における信号0と1とのオフセット時間差を2Tiとした場合、遅延手段19の遅延時間はTiとすると好適である。
【0079】
加算手段20の後段には乗算手段7が構成されており、送信側のタイムホッピング系列と同期したタイミングで検波用インパルス発生手段8から発生される検波用インパルス信号と乗算が行われる。ここで、検波用インパルス信号としては図15に示すような2Tiのインパルス発生信号1501を出力するようにしておく。このようにインパルス発生時間を倍の2Tiにすれば、送信側のタイムホッピング系列との同期精度が十分でない場合にも、乗算結果である相関値の劣化を少なくすることが可能となる。
【0080】
乗算手段7から後段は従来の技術と同様に、積分放電手段11においてタイムホッピング系列の周期の時間で積分放電を繰り返す。そして、判定手段12では放電のタイミングにおける積分値がスレッショルドよりも大きいか小さいかを判定して情報信号を復号する。
【0081】
本実施の形態では受信側で遅延させた信号と遅延させない信号とを加えているため、実施の形態1の場合の図7と異なり、信号が存在しない区間がなくなり、相関演算における熱雑音等の影響を削減することが可能となり、より高性能なUWB送受信装置を実現できる。
【0082】
また、遅延手段を複数設けた図16に示す構成とすることも好適であり、遅延手段の個数をN個(N:2以上の整数)、それぞれの遅延手段の遅延時間が{Ti,2Ti,3Ti,…,(N−1)Ti}とし、この場合には送信側における情報信号0と1のオフセット時間差をNTiとしておき、検波用インパルス発生手段9において発生する検波用インパルス信号の発生時間をNTiとすれば、さらに同期精度を許容することが可能となり、より広帯域な周波数帯域を使用するUWB送受信装置の実現が容易となる。
【0083】
また、オフセット時間差をTiの整数倍としない場合には遅延手段の遅延時間をTiの整数倍に限定する必要はなく、最も性能が高い遅延時間とするようにすると好適である。
【0084】
(実施の形態5)
図17は、本発明の実施の形態5におけるUWB送受信装置のブロック構成図を示す。
【0085】
本発明の実施の形態8は、実施の形態1におけるUWB送受信装置の構成図である図1の構成に加えて、シフト時間設定手段の前段にオフセット時間差制御(Tδ制御)手段22を設け、シフト時間設定手段33で調整するオフセット時間を制御する。る。
【0086】
次に、本発明の実施の形態5の動作について、実施の形態1と異なる点を中心に説明する。
【0087】
オフセット時間差制御手段22は、タイムホッピング系列発生手段1で発生したタイムホッピング系列のタイミングからの遅延時間Tδを可変とするようにシフト時間設定手段33を制御するものである。送信側では情報信号0を出力するタイミングと情報信号1を出力するタイミングの差を制御すればよい。
【0088】
一方、受信側では検波用インパルス信号の時間長を可変にさせる必要がある。図17において、検波用インパルス信号発生手段8をオフセット時間差制御手段22によって制御し、検波用インパルス信号の時間長を可変させるような構成としている。例えば、互いに異なる時間長のインパルス信号を発生することのできる手段を複数個容易しておき、遅延時間Tδの大きさによってこれらを切り替えて乗算手段に入力するインパルス信号の時間長を変化させるように構成しても好適である。
【0089】
以上のことにより、マルチパス波が存在する時間的な位置がオフセット時間差と一致してしまうことによって誤り率が増加してしまうような場合にもオフセット時間差を変更することで、マルチパス波が存在する時間的位置とオフセット時間差が一致しなくなるため、誤り率の増加を防ぐことが可能となる。
【0090】
(実施の形態6)
図18は、本発明の実施の形態6におけるUWB受信装置のブロック構成図を示す。
【0091】
本発明の実施の形態6は、実施の形態5の構成に実施の形態4の遅延手段を複数設けた構成を組み合わせたもので、実施の構成5及び実施の形態4と異なる点を中心に説明する。
【0092】
図18は本発明を用いる実施の形態9を示し、図18において本発明のUWB受信装置は図16の構成に加えて、各々の遅延手段(19a,19b,19c,19d)からのブランチのうち、送信側で設定したオフセット時間差の長さに応じて、加算手段20に入力すべきブランチを選択するブランチ選択手段21が設けられる。
【0093】
ブランチ選択手段21では、例えば、送信側におけるオフセット時間差を変化させる遅延時間Tδの値が0であれば、加算手段20にはすべてのブランチ出力を入力しないようにし、TδがTiであれば、19aのみを選択し、Tδが2Tiであれば19a,19bを選択し、Tδが3Tiであれば19a,19b,19cまでを選択して加算手段20に入力するように制御するものである。
【0094】
このようにすることで、適応的に変化するオフセット時間差に応じて、最適な受信性能が得られるため好適である。
【0095】
(実施の形態7)
図19は、本発明の実施の形態7におけるUWB送受信装置のブロック構成図を示す。
【0096】
図19は、実施の形態5の図17の構成に加えて、受信装置110側で推定されたマルチパス波の時間的な位置およびその大きさを遅延プロファイルとして、送信装置100側に送信し、送信装置100側ではオフセット時間差制御手段22が伝搬路で発生したマルチパス波を推定するマルチパス推定手段23からの出力に応じる構成したものである。
【0097】
受信装置110側でのマルチパス推定結果は送信装置100側へ他の情報信号などと共に多重化手段38で多重化化され、変調手段39により変調されて、デュプレクサ40を介して送信されるような構成とすると好適である。マルチパス波の時間的な位置およびその大きさを推定するマルチパス推定手段23が設けられ、送信装置100側におけるオフセット時間差を適応的に変化させるオフセット時間差制御手段22が伝搬路で発生したマルチパス波を推定するマルチパス推定手段23からの出力に応じるよう構成されている。
【0098】
マルチパス推定手段23では伝搬路のインパルス応答である遅延プロファイルを導出し、マルチパス波が存在する時間的な位置がオフセット時間差と一致するかどうかを確認し、一致してしまう場合には一致信号を出力するとともに、一致しないようなオフセット時間差を出力して、送信装置100側のシフト時間設定手段33における遅延時間の設定値を変化させる。
【0099】
受信装置110側から送信装置100側への遅延プロファイルの伝達は、情報信号の伝達と共に送信されるような構成とし、受信装置110側では情報信号と共に送られた信号から情報信号と遅延プロファイルとを分離し、分離された遅延プロファイルを用いて、受信装置110側におけるインパルス発生タイミングもこの変化させたオフセット時間差に応じて変化させるよう、オフセット時間差制御手段22を制御する。
【0100】
遅延プロファイルの伝達には図19のように受信装置110側には情報信号と遅延プロファイル信号とを多重する多重化手段38と、多重化した信号を変調する変調手段39、受信信号と変調手段39からの出力である送信信号とを切替えるデュプレクサ40とを構成し、送信装置100側には送信信号と受信信号とを切替えるデュプレクサ35、デュプレクサ35の出力を復調する復調手段36、復調手段36の出力信号から、情報信号と遅延プロファイル信号とを多重分離する多重分離化手段37とを構成すると好適である。
【0101】
このような構成とすることで、マルチパス波の影響を最小限に抑えることが可能となり、高性能な無線通信装置を容易に実現できるという作用を有する。
【0102】
(実施の形態8)
図20は、本発明の実施の形態8におけるUWB送受信装置のブロック構成図を示す。
【0103】
本発明の実施の形態8のUWB送受信装置は、実施の形態6の図18の構成に加えて、マルチパス波の時間的な位置およびその大きさを推定するマルチパス推定手段23が設けた構成であり、実施の形態6とことなるところを中心に説明する。そして、実施の形態7と同様に送信側におけるオフセット時間差を適応的に変化させる手段が、伝搬路で発生したマルチパス波を推定するマルチパス推定手段からの出力に応じるよう構成されおり、詳しい説明は省略する。
【0104】
マルチパス推定手段23において、マルチパス波が存在する時間的な位置がオフセット時間差と一致してしまうかどうかを推定し、一致してしまう場合には一致しないように送信側でオフセット時間差を変化させる。
【0105】
同時に、受信側におけるインパルス発生タイミングもこの変化させたオフセット時間差に応じて変化させるよう、オフセット時間差制御手段22を制御する。さらに、設定されたオフセット時間差の長さに応じて、加算手段20に入力すべきブランチを選択するブランチ選択手段21を制御する。
【0106】
このようにすることで、マルチパス波の影響を最小限に抑えることが可能となるうえに、適応的に変化するオフセット時間差に応じて、最適な受信性能が得られるため好適である
(実施の形態9)
図21は、本発明の実施の形態9におけるUWB送受信装置のブロック構成図を示す。
【0107】
本発明の実施の形態12のUWB送受信装置は、実施の形態8の図20の構成に加えて、遅延手段における遅延量を適応的に変化させる手段を有しており、遅延手段19a,19b,19c,19dそれぞれの遅延時間Ta,Tb,Tc,Tdをそれぞれ推定したマルチパス波の時間的位置が情報信号と重ならないように制御するように構成したものである。実施の形態8の図20とは遅延手段の各々の遅延時間がTiの整数倍に限定しないように構成したところが異なり、他の構成及びその動作については、前記記載と重複するので説明は省略する。
【0108】
この適応的な遅延により信号だけでなくマルチパス波の時間および位相を変化させることが可能となるため、レイク受信と同様な効果が上がるため、誤り率の小さい高性能な無線通信装置を実現できる。
【0109】
(実施の形態10)
図22は、本発明の実施の形態10におけるUWB送受信装置のブロック構成図を示す。
【0110】
本発明を用いる実施の形態13のUWB送受信装置は、実施の形態1の図1の構成に加えて、送信側において情報信号を誤り訂正符号化する手段24と、受信側において判定されたデータを誤り訂正復号化する手段25を設けたものであり、実施の形態1と異なるところを中心に説明する。
【0111】
誤り訂正符号手段24は、あらかじめ送信信号を冗長にしておき、受信装置側で誤りを訂正できるように誤り訂正符号化するものである。
一方、受信側の誤り訂正復号化手段25は、送り側で符号化された信号を復号化し、元の情報信号を得るものである。
【0112】
このように、誤り訂正符号化によって周波数利用効率は低下するものの、誤りによる再送等を含めたシステム全体のスループットは向上し、また、限られた送信電力において所要の符号誤り率を達成することが可能となり、有限な周波数資源を有効に使用することが可能となるという作用を有する。
【0113】
なお、誤り訂正符号化手段を実施の形態1の構成に付加した実施の形態ついて説明したが、これに限定されるものではなく、実施の形態2〜9の構成に付加しても同様な効果を得ることができる。
【0114】
(実施の形態11)
図23は、本発明の実施の形態11におけるUWB送受信装置のブロック構成図を示す。
【0115】
本発明の実施の形態11のUWB送受信装置は、実施の形態1の図1の構成に加えて、送信側において情報信号の繰返し周期を制御する繰返し数制御手段26と、受信側において積分放電手段11の積分区間を制御する手段27とが設けたものであり、実施の形態1と異なるところを中心に説明する。
【0116】
実施の形態1では情報信号の繰り返し数はタイムホッピング系列の周期と同じであり、一定としていたが、本実施の形態では情報信号の繰り返し数を制御する繰返し数制御手段26によって情報信号の繰返し数を変化させる。送信側における繰返し数変化に対応して、受信側においては積分放電手段11の積分区間を制御する手段27を設け、送信側にける繰返し数分だけ積分するよう積分区間を制御する。
【0117】
このような構成とすることで、伝搬路状態が良好で誤り率が低い場合には情報信号の繰返し周期を短くし、伝送速度を高速化させることが可能となる。繰返し周期は伝搬路状態の状況に応じて適応的に制御すると好適である。
【0118】
なお、繰り返し制御手段26及び積分区間制御手段27を実施の形態1の構成に付加した実施の形態ついて説明したが、これに限定されるものではなく、実施の形態2〜9の構成に付加しても同様な効果を得ることができる。
【0119】
(実施の形態12)
図24は、本発明の実施の形態12におけるUWB送受信装置のブロック構成図を示す。
【0120】
本発明の実施の形態15のUWB送受信装置は、実施の形態1の図1の構成に加えて、送信側において情報信号を畳込み符号化する畳込み符号化手段28と、受信側において積分放電手段11からの出力を入力とし、軟判定ビタビ復号するビタビ復号手段29とを設けたもので、実施の形態1と異なるところを中心に説明する。
【0121】
本実施の形態では、畳込み符号化手段28において情報信号を畳込み符号化して送信し、受信側では積分放電手段11からの出力信号を軟判定ビタビ復号手段29に入力し、軟判定ビタビ復号を行う。
【0122】
このような構成とすることで積分放電手段出力をいったん硬判定した後に硬判定ビタビ復号するよりも誤り率の小さい復号が可能となり、高性能な通信が可能となる。
【0123】
なお、畳込み符号化手段28及びビタビ復号手段29を実施の形態1の構成に付加した実施の形態ついて説明したが、これに限定されるものではなく、実施の形態2〜9の構成に付加しても同様な効果を得ることができる。
【0124】
(実施の形態13)
図25は、本発明の実施の形態13におけるUWB送受信装置のブロック構成図を示す。
【0125】
本発明の実施の形態13のUWB送受信装置は、実施の形態1の図1の構成に加えて、送信側において情報信号をターボ符号化する手段30と、受信側において積分放電手段11からの出力を入力とし、ターボ復号する手段31とが設けたものであり、実施の形態1と異なるところを中心に説明する。
【0126】
本実施の形態ではターボ符号化手段30において情報信号をターボ符号化して送信し、受信側では積分放電手段11からの出力信号をターボ復号手段29に入力し、ターボ復号を行う。
【0127】
このような構成とすることで、積分放電手段からの出力をいったん硬判定した後に復号するよりも誤り率の小さい復号が可能となり、高性能な通信が可能となる。ターボ復号により、回路規模が増大し復号遅延が生じるものの、ビタビ復号よりも低い誤り率特性が得られるため好適である。
【0128】
なお、ターボ符号化する手段30及びターボ復号する手段31を実施の形態1の構成に付加した実施の形態ついて説明したが、これに限定されるものではなく、実施の形態2〜9の構成に付加しても同様な効果を得ることができる。
【0129】
なお、図26は、前述までの構成に加えて、受信側において積分放電手段出力をアナログ/ディジタル変換する手段32が設けたものである。
【0130】
これにより硬判定誤り訂正復号化よりも軟判定誤り訂正復号化の方が誤り訂正能力は向上する。ビタビ復号やターボ復号を行う際、誤り訂正信号処理を実施するのに適したディジタル信号に変換することで、容易に誤り率の小さい復号が可能となる。
【0131】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、UWB送受信装置において、送信側で情報信号0と1とのオフセット時間差を送信インパルス信号の発生時間よりも長くしておき、受信側の検波用インパルス信号の発生時間もこれに対応して長くすることで、システムとして要求されるタイミング同期精度を緩和することができ、高性能なUWB伝送を小型で安価なデバイスによって実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1におけるUWB送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図2】従来技術における送信側インパルス信号の概略を示す図
【図3】従来技術における受信側検波用インパルス信号の概略を示す図
【図4】本発明の実施の形態1における受信側検波用インパルス信号の概略を示す図
【図5】本発明の実施の形態1における従来の送信信号のタイミングの概略を示す説明図
【図6】本発明の実施の形態1の送信信号のタイミングの概略を示す説明図
【図7】本発明の実施の形態1を説明するための乗算手段へ入力される二つの信号の波形の概略を示す説明図
【図8】本発明の実施の形態2におけるUWB送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図9】本発明の実施の形態2を説明するための従来の受信側検波用インパルス信号の例の概略を示す図
【図10】本発明の実施の形態2の受信側検波用インパルス信号の例の概略を示す図
【図11】本発明の実施の形態2を説明するための乗算手段へ入力される二つの信号の波形の概略を示す説明図
【図12】本発明の実施の形態3におけるUWB送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図13】本発明の実施の形態3を説明するための本発明の受信側検波用インパルス信号の例の概略を示す図
【図14】本発明の実施の形態4におけるUWB送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図15】本発明の実施の形態4を説明するための乗算手段へ入力される二つの信号の波形の概略を示す説明図
【図16】本発明の実施の形態4における遅延手段を複数設けたUWB送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図17】本発明の実施の形態5におけるUWB送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図18】本発明の実施の形態6におけるUWB送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図19】本発明の実施の形態7におけるUWB送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図20】本発明の実施の形態8におけるUWB送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図21】本発明の実施の形態9におけるUWB送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図22】本発明の実施の形態10におけるUWB送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図23】本発明の実施の形態11におけるUWB送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図24】本発明の実施の形態12におけるUWB送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図25】本発明の実施の形態13におけるUWB送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図26】本発明の実施の形態13におけるUWB送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図27】従来技術におけるUWB送受信装置の構成を示すブロック構成図
【符号の説明】
1 タイムホッピング系列発生手段
2 インパルス発生手段
3 電力増幅手段
4 送信アンテナ
5 受信アンテナ
6 低雑音増幅手段
7 乗算手段
8 インパルス発生手段
9 タイムホッピング系列発生手段
10 同期手段
11 積分放電手段
12 判定手段
13 閾値設定手段
14 M値判定手段
15 S/P変換手段
16 サンプリング手段
17 最大値判定手段
18 デマッピング手段
19 遅延手段
20 加算手段
21 ブランチ選択手段
22 オフセット時間差制御手段
23 マルチパス推定手段
24 誤り訂正符号化手段
25 誤り訂正復号化手段
26 繰返し数制御手段
27 積分区間制御手段
28 畳込み符号化手段
29 軟判定ビタビ復号手段
30 ターボ符号化手段
31 ターボ復号化手段
32 アナログ/ディジタル変換手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
An apparatus for communicating using an impulse-like ultra-wide band signal, the present invention relates to an ultra-wide band (UWB) transmitting apparatus and an ultra-wide band (UWB) area receiving apparatus for enhancing resistance to multipath interference and timing jitter of a receiving apparatus. .
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a device for performing communication using an impulse-shaped ultra-wide band signal, a configuration described as a principle of UWB-IR in IEICE technical report SST 2001-63 (2002) is known. there were. UWB is a technique for transmitting data by transmitting a pulse of about nanosecond time without using a carrier, unlike an existing wireless technique. It is characterized by transmitting a signal with low transmission output below noise over a very wide band (for example, 1.5 GHz or more, or 25% or more from the center frequency). Because it can determine the position of objects and people with extremely high accuracy, it has been partially used in military radars and searching for human lives during disasters. Utilization in these applications was limited to the use of licenses by U.S. authorities, but on February 14, 2002, the Federal Communications Commission (FCC) began commercial use of the technology. Acknowledged. As a method of using UWB for information transmission, pulse position modulation, Bi-Phase modulation, and the like have been proposed.
[0003]
As shown in FIG. 27, a conventional ultra wideband (UWB) transmission / reception apparatus using a pulse position modulation method includes a time hopping sequence generating means 1 for outputting a time hopping sequence, and a time hopping sequence generating means 1 for outputting a time hopping sequence. Delay selecting means 34 for delaying the hopping sequence signal, impulse generating means 2 for generating an impulse signal at the timing of the output signal from the delay selecting means, amplifying means 3 for amplifying the impulse signal, and A transmitting apparatus 100 including an antenna means 4 for radiating a signal into the air, an antenna means 5 for feeding a UWB signal radiated into the air, and a low-noise amplifier for amplifying an output signal from the antenna means 5 with low noise. (LNA) means 6, multiplying means 7 for multiplying the signal from the low-noise amplifying means 6 and the detection impulse signal, A detection impulse signal generating means 10 for generating the detection impulse signal at a timing determined by a hopping sequence, a time hopping sequence generating means 9 for generating the time hopping sequence, a transmission-side time hopping sequence and the time hopping sequence. Synchronizing means 10 for establishing the synchronization of the above, integrating discharging means 11 for integrating and discharging the output of the multiplying means 7 in synchronism with the time hopping cycle, and judgment on receiving a signal from the integrating discharging means 11 based on a threshold 0 An ultra-wideband (UWB) transmission / reception device including a reception device 110 including the means 12.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
That is, in the ultra wideband (UWB) transmitting / receiving apparatus configured as shown in FIG. 27, the offset time from the time hopping signal is set to 0 when the information signal is “1”, and is set to 0 when the information signal is “0”. Are shifted by the impulse signal output time. Here, the impulse signal output time is Ti in FIG. This is because, as shown in FIG. 3, the detection impulse signal (correlation waveform) on the receiving device side is basically designed on the assumption that a correlation operation is performed in a time twice as long as Ti. As described above, if the offset time difference between the case where the information signal is “1” and the case where the information signal is “0” is only the impulse signal output time (Ti), if timing jitter occurs in the receiving apparatus, if the offset time difference is small, the correlation waveform becomes small. When the correlation calculation timing between the received signal and the received signal is shifted, the effect is large, and the probability of a determination error increases. If an attempt is made to realize a UWB transmitting / receiving apparatus with small timing jitter in order to eliminate this effect, there is a problem that the apparatus becomes expensive and large.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems and to realize a high-performance ultra-wide band (UWB) transmitting / receiving apparatus by reducing the influence of multipath interference and timing jitter.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To solve this problem, the present invention sets the offset time difference between the case where the information signal is "1" and the case where the information signal is "0" as shown in FIG. And reduce the effect of timing jitter. In response to the widening of the offset time difference, the detection impulse signal (correlation waveform) on the receiving device side has a waveform whose signal output time is equal to or longer than Ti as shown in FIG.
[0007]
Furthermore, simply increasing the signal output time in this manner is likely to be affected by thermal noise and the like because the correlation operation is performed even in a section in which no received signal is assumed to exist, and the probability of a determination error increases. Therefore, as shown in FIG. 14, the output from the low-noise amplifying device is branched, only one output is provided with delay means, the respective outputs are added, and a correlation operation with the addition result is performed. With such a configuration, the received signal always exists in the correlation calculation section, and it is possible to reduce the influence of thermal noise or the like.
[0008]
In addition, when a multipath wave exists, the signal power of the multipath wave can also be added, and performance degradation can be suppressed.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The invention according to claim 1 of the present invention provides a time hopping sequence generating means for outputting a time hopping sequence, and a binary information signal for outputting the time hopping sequence signal as it is and for outputting the time hopping sequence signal with delay. Delay selection means for selectively switching according to 0 or 1), shift time setting means for setting the delay time of the delay selection means to be equal to or longer than one impulse signal output time, and output from the delay selection means. An impulse generating means for generating an impulse signal at a signal timing, an amplifying means for amplifying the impulse signal, and an antenna means for radiating a signal from the amplifying means into the air, and an offset determined by the information signal. The time interval can be set arbitrarily so as to be longer than one impulse signal output time, Effect of Imingujitta can relatively be reduced that the has the effect that small and can realize an inexpensive UWB transmitting device.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, a time hopping sequence generating means for outputting a time hopping sequence, and a case where the time hopping sequence signal is output as it is or a case where the time hopping sequence signal is output after being delayed are selected according to an M-value information signal. Delay selecting means, shift time setting means for setting the delay time of the delay selecting means to be equal to or longer than one impulse signal output time, and generating an impulse signal at a signal timing outputted from the delay selecting means. And an amplifying means for amplifying the impulse signal, and an antenna means for radiating a signal from the amplifying means into the air. The offset time interval determined by the M-value information signal is set to one. The timing jitter can be set arbitrarily so as to be longer than the impulse signal output time. Effect when transmitting multi-valued information signal is increased, it is possible to mitigate this effect, an effect that can realize a high-performance UWB transmitting device.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the ultra-wideband transmitting apparatus according to the first or second aspect, the shift time setting means sets the offset time difference of the generated impulse signal to N times (N: N) of one impulse signal output time. (An integer of 2 or more), and the offset time interval determined by the information signal is an integral multiple of one impulse signal output time. It has the effect of reducing power consumption.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in the ultra-wide band transmitting apparatus according to any one of the first to third aspects, the shift time setting means adaptively changes the offset time difference. Since the interval is adaptively controlled, it is possible to reduce the deterioration of the reception quality due to the multipath wave or the like on the receiving side, which has the effect of enabling high quality UWB transmission.
[0013]
An antenna for feeding a UWB signal radiated in the air, a low-noise amplifier for amplifying an output signal from the antenna with low noise, and a time-hopping sequence for generating a time-hopping sequence Generating means, a synchronizing means for establishing synchronization between the transmission-side time hopping sequence and the receiving-side time hopping sequence generation means from the signal from the low-noise amplification means, and a time hopping sequence synchronously established by the synchronization means. Detection impulse signal generation means for generating a detection impulse signal having an output time longer than one impulse signal output time on the transmission side at a determined timing, a signal from the low noise amplifying means, and the detection impulse signal. Multiplying means and the output of the multiplying means by the period of the time hopping sequence. The transmitting side and the receiving side are composed of integrating discharging means for performing integrated discharging in synchronism, and determining means for receiving a signal from the integrating discharging means and making a determination around a threshold 0 and outputting a binary information signal. In this case, the effect of the timing jitter of each clock can be reduced, and an UWB receiver using an inexpensive clock can be realized.
[0014]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an antenna unit for feeding a UWB signal radiated into the air, a low noise amplifying unit for amplifying an output signal from the antenna unit with low noise, and a time hopping sequence for generating a time hopping sequence. Generating means, synchronizing means for establishing a synchronization between a time hopping sequence on the transmitting side and a time hopping sequence on the receiving side from a signal from the low noise amplifying means, and a time hopping sequence synchronously established by the synchronizing means. A detection impulse signal generation means for generating a detection impulse signal having an output time longer than one impulse signal output time on the transmission side at the timing; and a signal from the low noise amplification means and the detection impulse signal. Multiplying means and the output of the multiplying means are the same as the period of the time hopping sequence. Integral discharge means for performing integral discharge, and determining means for receiving a signal from the integral discharge means, determining with reference to M-1 thresholds, and outputting an information signal of M value (M: an integer of 2 or more). When receiving a multi-valued information signal in which the influence of timing jitter is large, the influence can be mitigated, and a high-quality UWB receiver can be realized even if an inexpensive clock is adopted. It has the effect that it becomes possible.
[0015]
The invention according to claim 7, wherein antenna means for feeding a UWB signal radiated into the air, low-noise amplifying means for amplifying an output signal from the antenna means with low noise, and a time-hopping sequence for generating a time-hopping sequence Generating means, synchronizing means for establishing synchronization between a time hopping sequence on the transmission side and the time hopping sequence from a signal from the low noise amplifying means, and N detection impulse signals different in timing determined by the time hopping sequence N detecting impulse signal generating means for generating the signal, N multiplying means for multiplying the signal from the low noise amplifying means and the detecting impulse signal, respectively, N integrated discharge means for performing integrated discharge in synchronization with the cycle of the series, and N integrated discharge means for the preceding period N sampling means for sampling the signal in synchronism with the cycle of the time hopping sequence, and absolute value maximum branch judging means for judging the branch having the largest absolute value among the output signals from the N sampling means. And a demapping means for receiving the output signals from the N previous sampling means and the output signal from the maximum absolute value branch judging means and demapping the judgment data as an M-value information signal and outputting the same. Therefore, when a multi-valued information signal is received, there is no need to set a threshold value that greatly affects the reception performance, so that the transmission of a UWB multi-valued signal can be realized with high performance. .
[0016]
According to an eighth aspect of the present invention, in the ultra-wide band (UWB) receiving device according to any one of the fifth to seventh aspects, the detection impulse generating means includes a signal output time of one impulse signal output time on the transmission side. (N: an integer of 2 or more), and the output time of the detection impulse signal is limited to an integer multiple, so that the design is facilitated and the design know-how of the conventional UWB receiver is known. Can be used, and an operation of realizing a high quality UWB receiving apparatus can be realized.
[0017]
According to a ninth aspect of the present invention, in the ultra wide band (UWB) receiving apparatus according to any one of the fifth to eighth aspects, the signal from the low noise amplifying means is provided with a delay of an offset time difference between binary information signals. And an adding means for adding an output signal from the delay means and a signal from the low-noise amplifying means, and eliminating a signal-free section in the integration section to reduce thermal noise in the correlation operation. And the like, and has the effect of realizing a higher performance UWB receiver.
[0018]
According to a tenth aspect of the present invention, in the ultra wide band (UWB) receiving apparatus according to any one of the fifth to eighth aspects, a signal from the low noise amplifying unit is delayed by a delay time corresponding to an offset time difference between information signals. N-1 delay means, and an addition means for adding the output of the N-1 delay means and the signal from the low noise amplifying means, which has higher performance than the binary case. Even in the case of multilevel transmission requiring reception, there is an effect that a section in which no signal exists in the integration section can be eliminated, the influence of thermal noise can be reduced, and good communication with high performance can be achieved.
[0019]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the ultra-wide band (UWB) receiving device according to any one of the fifth to tenth aspects, the detection impulse generation means adaptively changes an output time of an impulse signal to be generated. In the case where the offset time interval is adaptively controlled on the transmission side for the purpose of reducing the deterioration of reception quality due to multipath waves and the like on the reception side, detection on the reception side is This makes it possible to match the impulse signal for use with the transmitting side, and has the effect of enabling high quality UWB transmission even in a poor radio wave propagation environment.
[0020]
An antenna for feeding a UWB signal radiated in the air, a low-noise amplifier for amplifying an output signal from the antenna with low noise, and a time-hopping sequence for generating a time-hopping sequence Generating means, synchronizing means for establishing synchronization between a time hopping sequence on the transmitting side from the signal from the low noise amplifying means and the time hopping sequence, and transmitting at a timing determined by the time hopping sequence synchronously established by the synchronizing means. A detection impulse signal generating means for generating a detection impulse signal having an output time longer than one impulse signal output time on the side, and a delay time corresponding to an offset time difference between information signals from a signal from the low noise amplifier means. N-1 delay means, and outputs of the N-1 delay means. And a branch selecting means for selecting the number of outputs of the N-1 delay means to be added in response to the adaptively changing the offset time difference, and the N-1 selected by the branch selecting means. Adding means for adding the outputs of the delay means and the signal from the low-noise amplifying means; multiplying means for multiplying the signal from the adding means by the detection impulse signal; and It is composed of an integrating discharge means for integrating and discharging in synchronism, and a determining means for receiving a signal from the integrating discharge means and making a determination around a threshold 0 and outputting a binary information signal. In addition to being able to increase the tolerance of accuracy deterioration, it can be realized with a simple configuration, and an inexpensive and compact UWB receiver can be realized. A.
[0021]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the ultra wideband (UWB) receiving device according to the eleventh or twelfth aspect, the multi-path estimating means for estimating a multipath wave generated in a propagation path is further provided. The offset time difference is adaptively changed according to the output from the estimating means.In order to minimize the deterioration of the reception quality due to the multipath wave or the like on the receiving side, the offset time interval is set to a time when no multipath wave exists. Since the setting is controlled, the tolerance of the synchronization accuracy deterioration due to the timing jitter or the like can be adaptively reduced even in a multipath environment, and an effect that high-quality UWB transmission becomes possible.
[0022]
The invention according to claim 14 is the ultra wide band (UWB) receiving device according to claim 12, further comprising multipath estimating means for estimating a multipath wave generated in a propagation path, wherein the branch selecting means is a multipath estimator. The number of outputs of the delay unit is selected according to the output from the path estimation unit.Correlation calculation is performed in accordance with the offset time interval adaptively controlled to reduce the influence of multipath waves and the like. The configuration is such that it is easy to minimize the effect of thermal noise in the integration interval to be performed, and has an effect that a small, high-performance UWB receiver can be realized.
[0023]
An invention according to claim 15, wherein antenna means for feeding a UWB signal radiated into the air, low-noise amplifying means for amplifying an output signal from the antenna means with low noise, and a time-hopping sequence for generating a time-hopping sequence Generating means, synchronizing means for establishing synchronization between a time hopping sequence on the transmitting side from the signal from the low noise amplifying means and the time hopping sequence, and transmitting at a timing determined by the time hopping sequence synchronously established by the synchronizing means. Detecting impulse signal generating means for generating a detecting impulse signal having an output time longer than one impulse signal output time on the side, multipath estimating means for estimating a multipath wave generated in a propagation path, and low noise The time position of the multipath wave in which the signal from the amplifying means is estimated is an information signal. N-1 delay means for setting a delay time so as not to be delayed, and branch selecting means for selecting an output of the N-1 delay means from a temporal position of the multipath wave estimated by the multipath estimating means. Adding means for adding the output of the N-1 delay means selected from the branch selecting means and the signal from the low-noise amplifying means; and outputting the signal from the adding means and the detection impulse signal. A multiplying means for multiplying, an integrating discharge means for integrating and discharging the output of the multiplying means in synchronization with the time hopping cycle, and a determining means for receiving a signal from the integrating discharging means, making a determination around a threshold 0, and outputting an information signal. It corresponds to an offset time interval that is adaptively controlled to reduce the effect of the multipath wave, and at the same time, Since Shin signal are configured so as not used for correlation calculation, degradation due to multipath waves also becomes possible to reduce an effect that high-quality transmission becomes possible.
[0024]
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided an ultra-wide band (UWB) transmitting apparatus according to any one of the first to fourth aspects, and an ultra-wide band (UWB) receiving apparatus according to any one of the fifth to fifteenth aspects. Therefore, the effects of timing jitter and the like can be reduced, a UWB transmitting / receiving apparatus using an inexpensive device can be realized, and the cost per bit required for transmission can be reduced.
[0025]
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the ultra wideband (UWB) receiving device according to any one of the thirteenth to fifteenth aspects, a multipath wave estimation result output of a multipath estimating unit is notified to a transmitting device. It is possible to realize a UWB transceiver that can reduce the effects of timing jitter and also reduce the effects of multipath waves, enabling high-speed transmission even in poor radio propagation environments where the effects of multipath waves cannot be ignored. It has the effect of becoming
[0026]
According to an eighteenth aspect of the present invention, in the ultra-wide band (UWB) transmitting apparatus according to any one of the first to fourth aspects, an offset time from a timing determined by a time hopping sequence is obtained by using a signal obtained by performing error correction coding on an information signal. Although the frequency use efficiency is reduced by error correction coding, the throughput of the entire system including retransmission due to errors is improved, and the finite frequency resources can be used effectively. Having.
[0027]
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the ultra-wide band (UWB) transmitting apparatus according to the eighteenth aspect, the error correction coding uses convolutional coding, and the error rate coding is performed by using convolutional coding. Has a function of enabling high-performance communication.
[0028]
According to a twentieth aspect of the present invention, in the ultra wideband (UWB) receiving device according to any one of the fifth to fifteenth aspects, a convolutionally encoded signal transmitted from the ultra wideband (UWB) transmitting device according to the nineteenth aspect is provided. Is provided with soft-decision Viterbi decoding means for soft-decision Viterbi decoding of the integrated discharge output from the integrating means. Viterbi decoding enables decoding with a small error rate and enables high-performance communication. Has an action.
[0029]
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the ultra wideband (UWB) transmitting apparatus according to the eighteenth aspect, the error correction coding uses turbo coding, and the error rate is small by transmitting using turbo coding. Decoding is enabled, and high-performance communication is enabled.
[0030]
According to a twenty-second aspect of the present invention, there is provided an ultra-wideband (UWB) receiving apparatus according to any one of the fifth to fifteenth aspects, wherein a turbo-coded signal transmitted from the ultra-wideband (UWB) transmitting apparatus according to the twenty-first aspect is provided. Is provided with turbo decoding means for turbo-decoding the integrated discharge output from the integrating means. Although the circuit scale is increased and the delay time before decoding is increased, the error rate is smaller than that of soft decision Viterbi decoding. Decoding is enabled, and high-performance communication is enabled.
[0031]
According to a twenty-third aspect of the present invention, in the ultra-wide band (UWB) transmitting apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the repetition period of the information signal is adaptively shorter than the period of the time hopping sequence. When the propagation path condition is good, shortening the repetition period of the information signal reduces the orthogonality due to spreading and reduces resistance to interference signals and thermal noise, while enabling communication at high transmission rates. Having.
[0032]
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the ultra-wide band (UWB) receiving apparatus according to any one of the fifth to fifteenth aspects, a repetition period of an information signal transmitted from the ultra-wide band (UWB) transmitting apparatus according to the twenty-third aspect. In the case where the propagation path condition is good, the repetition period of the information signal is shortened to reduce the orthogonality due to diffusion, and the resistance to interference signals and thermal noise decreases. On the other hand, it has the effect of enabling communication at a high transmission rate.
[0033]
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, in the ultra wideband (UWB) receiving apparatus according to any one of the twentieth, twenty-second, and twenty-fourth aspects, a signal obtained by A / D converting an integrated discharge output is decoded. Digital signal processing can be applied to signal processing in the case of decoding, which has an effect that a small and high-performance communication device can be realized.
[0034]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0035]
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a block diagram of an ultra-wide band (UWB) transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
[0036]
The apparatus includes a modulator for modulating a binary information signal to be transmitted, a transmitting antenna for transmitting the modulated signal, a receiving antenna for receiving a signal radiated in the air, and a demodulator for demodulating a receiving antenna output signal. Consists of
[0037]
In FIG. 1, an ultra-wide band (UWB) transmitting / receiving apparatus according to the present invention includes a time hopping sequence generating means 1 for outputting a time hopping sequence, and a binary output for outputting the time hopping sequence signal as it is and for outputting it with a delay. Delay selecting means 34 for selectively switching according to the information signal (0 or 1), shift time setting means 33 for setting the delay time of the delay selecting means 34 to be longer than one impulse signal output time, and delay selecting means A transmitting device including an impulse generating means 2 for generating an impulse signal at a signal timing outputted from 34, a power amplifying means 3 for amplifying the impulse signal, a transmitting antenna 4 for radiating the amplified signal to the air, Receiving antenna 5 for feeding the radiated UWB signal, low-noise amplification of the output signal from receiving antenna 5 A low-noise amplifying means 6, a multiplying means 7 for multiplying the signal from the low-noise amplifying means 6 and the detection impulse signal, and one impulse signal on the transmitting side at a timing determined by a time-hopping sequence synchronized by the synchronizing means 10. Impulse generation means 8 for generating a detection impulse signal having an output time longer than the output time, time hopping sequence generation means 9 for generating a time hopping sequence, synchronization means 10 for establishing synchronization with the transmitting side, and multiplication means 7 Integral discharging means 11 for integrating and discharging the output in synchronization with the cycle of the time hopping sequence, determining means 12 for receiving a signal from integrating discharging means 11 to determine the signal based on threshold 0, and outputting a binary information signal, etc. Receiving device.
[0038]
The UWB transmitting and receiving apparatus offsets the output timing determined by the time hopping sequence in accordance with the information signal, generates an impulse signal at that timing, radiates it into the air by the transmitting antenna, and amplifies the impulse signal received by the receiving antenna. The reception signal is determined by detecting the correlation.
[0039]
The operation of the ultra-wide band (UWB) transmitting / receiving apparatus configured as described above will be described.
[0040]
The operation of the transmitting device 100 will be described.
[0041]
The time hopping sequence generating means 1 generates and outputs a time hopping sequence signal. The delay selecting unit 34 selectively switches between a case where the time hopping sequence signal from the time hopping sequence generating unit 1 is output as it is and a case where the time hopping sequence signal is output with a delay according to the binary information signal (0 or 1). Output. The shift time setting means 33 sets the delay time of the delay selecting means 34 to be equal to or longer than one impulse signal output time. The impulse generating means 2 generates an impulse signal at the signal timing output from the delay selecting means 34. The amplifying means 3 amplifies the impulse signal generated by the impulse generating means 2 and radiates it into the air by the antenna means 4.
[0042]
Next, the operation of the receiving device 110 will be described. The UWB signal radiated into the air by the antenna means 5 is fed. The low noise amplification (LNA) means 6 amplifies the output signal from the antenna means 5 with low noise.
[0043]
The time hopping sequence generating means 9 generates and outputs a time hopping sequence signal. The synchronization unit 10 establishes synchronization between the transmission-side time hopping sequence and the reception-side time hopping sequence generation unit 9 from the signal from the low noise amplification unit 6. The detection impulse signal generation means 8 generates a detection impulse signal having an output time longer than one impulse signal output time on the transmission side at a timing determined by the time hopping sequence synchronized by the synchronization means 10.
[0044]
The multiplication means 7 multiplies the signal from the low noise amplification means 6 by the detection impulse signal from the detection impulse signal generation means 8. The integrating and discharging means 11 integrates and discharges the output from the multiplying means 7 in synchronization with the time hopping cycle. The determining means 12 receives the signal from the integrating and discharging means 11 and makes a determination around the threshold 0, and outputs a binary information signal.
[0045]
Next, the offset time of the impulse signal in impulse generating means 2 of transmitting apparatus 100 according to the first embodiment will be described in detail.
[0046]
An impulse signal 501 is generated at a timing based on a signal from the time hopping sequence generating means 1 for generating a time hopping sequence such as a PN sequence, which is a random sequence. Here, in the delay selecting means 34, the generation timing of the impulse signal is shifted by the information signal of "0" or "1". For example, when the information signal is "1", the impulse signal 502 is generated at a timing determined by the time hopping sequence (without offsetting), and when the information signal is "0", the impulse signal 502 is offset from the timing determined by the time hopping sequence. The impulse signal 503 is generated at the timing 504 (delayed) (see FIG. 5).
[0047]
As described above, when the offset time difference shown in FIG. 5 is the same as Ti, which is the impulse generation time, as described above in the related art, only the same effect as in the related art can be obtained. If the offset time difference is made equal to or more than Ti by the shift time setting means 33, the tolerance against timing jitter in the synchronization means 10 in the receiving device 110 is preferably increased. For example, when the offset time difference is (Ti + Tδ) 604 (see FIG. 6), if the waveform of the impulse signal in the impulse generating means 8 of the receiving device 110 is expanded in the time direction as shown in FIG. The relationship among the received signal 701, the impulse signals 702 and 703, and Tδ704 in the means 7 is as shown in FIG. 7, and the tolerance to timing jitter is increased. This is because the correlation calculation (multiplication and integration discharge) results are the same even when the generation timing of the impulse signal on the receiving side is shifted by Tδ / 2 due to timing jitter. That is, even when the generation timing of the impulse signal on the receiving side is shifted, a timing shift of Tδ / 2 or less is allowed.
[0048]
The upper limit of Tδ of the offset time difference (Ti + Tδ) is (Tm−Ti) when the shortest hopping time of the time hopping sequence is Tm. If the upper limit is exceeded, it becomes impossible to distinguish between a time shift due to Tδ and a time shift due to time hopping. Therefore, the setting range of Tδ is 0 <Tδ <(Tm−Ti), and in consideration of the influence of thermal noise and the like, it is more appropriate to set the range to about 0 <Tδ <(Tm / 2). .
[0049]
In the above description, the offset time difference is described as (Ti + Tδ). However, by setting Tδ = NTi (N: an integer of 1 or more) of the offset time difference Ti + Tδ, the offset time difference becomes an integral multiple of the offset time difference Ti. The structure of the means is easy and easy to realize.
[0050]
In addition, when the performance is improved by providing a delay unit on the receiving device side as described later, it is simple and preferable because it is sufficient to realize a delay time that is an integral multiple of Ti.
[0051]
(Embodiment 2)
FIG. 8 shows a block diagram of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
[0052]
The present apparatus is configured to enable multi-level transmission, and includes a modulator for modulating a multi-level information signal, a transmitting antenna for transmitting a modulated signal, a receiving antenna for receiving a signal radiated in the air, and a receiving antenna. It comprises a demodulator for demodulating the output signal in response to multi-level transmission.
[0053]
In FIG. 8, the UWB transmitting / receiving apparatus of the present invention includes a time hopping sequence generating means 1 for outputting a time hopping sequence, a serial / parallel (S / P) converting means 15 for serial / parallel converting an information signal inputted serially, Delay selection means 34 for selectively switching between the case where the time hopping sequence signal is output as it is and the case where the time hopping sequence signal is output with delay according to the M-value information signal, and the delay time of the delay selection means 34 is one impulse signal output time The shift time setting means 33 for setting as described above, the impulse generating means 2 for generating an impulse signal at the signal timing output from the delay selecting means 34, the power amplifying means 3 for amplifying the impulse signal, the aerial signal amplification A transmitting device 100 including a transmitting antenna 4 for radiating the air, A receiving antenna 5 for feeding a UWB signal, a low noise amplifying means 6 for amplifying an output signal from the receiving antenna 5 with low noise, a multiplying means 7 for multiplying a signal from the low noise amplifying means 6 by a detection impulse signal, a synchronizing means 10 At the timing determined by the time hopping sequence established synchronously, a detection impulse generating means 8 for generating a detection impulse signal having an output time longer than one impulse signal output time on the transmission side, and a time for generating a time hopping sequence Hopping sequence generating means 9, synchronizing means 10 for establishing synchronization with the transmitting side, integrating discharging means 11 for integrating and discharging the output of multiplying means 7 in synchronization with the cycle of the time hopping sequence, and controlling the threshold value according to the average received power Threshold value setting means 13 for performing the M-value signal based on the threshold value set by the threshold value setting means 13 Constant, and a receiving apparatus 110. comprised M value determining unit 14 or the like for outputting the information signal M values.
[0054]
The second embodiment shows an embodiment of a multi-level transmission UWB transmitting / receiving apparatus, which is different from the first embodiment in that multi-level transmission is performed and wireless transmission is more efficient than in the case of binary transmission. It is possible to do. The following description focuses on differences from the first embodiment.
[0055]
The operation will be described below.
[0056]
The information signal to be transmitted is converted in parallel by the S / P converter 15. The time hopping sequence generating means 1 generates and outputs a time hopping sequence signal. The delay selecting unit 34 selectively switches between a case where the time hopping sequence signal from the time hopping sequence generating unit 1 is output as it is and a case where the time hopping sequence signal is output after being delayed according to the M-value information signal. The shift time setting means 33 sets the delay time of the delay selecting means 34 to be equal to or longer than one impulse signal output time. The impulse generating means 2 generates an impulse signal at the signal timing output from the delay selecting means 34.
[0057]
For example, in the case of quaternary (2-bit) transmission, an information signal that is a serial signal is converted into a 2-bit parallel signal by the S / P converter 15 and the converted parallel signal is {00}, {01}, The offset time in the conventional example is 0 for {00}, Ti for {01}, 2Ti for {10}, and 3Ti for {11}. And had In the present invention, an impulse signal is generated by setting the above-mentioned offset time to 0 for {00}, Ti + Tδ for {01}, 2 (Ti + Tδ) for {10}, and 3 (Ti + Tδ) for {11}. Let it be sent.
[0058]
FIG. 9 shows an example of a corresponding waveform of the detection impulse signal in the detection impulse generating means 8 of the receiving apparatus 110. By adopting a waveform as shown in FIG. 9 and setting the amplitude to -B, + A, -A, and + B at each timing, the integrated discharge result of the signal multiplied by these different amplitudes is 4 if there is no thermal noise. One of the values. Accordingly, the threshold value setting means 13 sets an intermediate value between these four values as a threshold value, and the M value determination means 14 at the subsequent stage makes a determination based on the set threshold value. Any one of {00}, {01}, {10}, and {11} is output as the determination result.
[0059]
Here, since the received signal power is different due to a difference in the distance between the transmitting apparatus 100 and the receiving apparatus 110 or the like, it is necessary to appropriately control the threshold, and the threshold is set by the threshold setting means 13. Specifically, for example, a known pilot signal, a synchronization signal, and the like are transmitted, and a threshold is set based on the received signal power when these are received. It is preferable that the amplitude of the impulse signal waveform in the impulse generating means 8 be B = A / 2 so that the inter-signal distance becomes maximum.
[0060]
As described above, even in the case of multi-level transmission, the waveform of the detection impulse signal in detection impulse generating means 8 of receiving apparatus 110 is expanded in the time direction as shown in FIG. Then, the relationship between the received signals 1106 to 1109 and the impulse signals 1101 to 1104 in the multiplying means 7 of the receiving device 110 becomes as shown in FIG. 11, and the tolerance to timing jitter (Tδ) 1105 is increased.
[0061]
By limiting the offset time difference Ti + Tδ so that Tδ = NTi (N: an integer of 1 or more), the offset time difference becomes an integral multiple of the offset time difference Ti implemented in the prior art. The configuration is easy and easy to realize. In addition, when the performance is improved by providing a delay unit on the receiving device side as described later, it is simple and preferable because it is sufficient to realize a delay time that is an integral multiple of Ti. In multi-level transmission, high precision timing synchronization accuracy is required by the system. However, with this configuration, the required timing synchronization accuracy can be easily reduced, which is preferable.
[0062]
(Embodiment 3)
FIG. 12 shows a block diagram of a UWB receiver according to Embodiment 3 of the present invention.
[0063]
In FIG. 12, a receiving antenna 5 for feeding a UWB signal radiated into the air, a low-noise amplifying unit 6 for amplifying an output signal from the receiving antenna 5 with low noise, a signal from the low-noise amplifying unit 6 and an impulse signal for detection. Multiplying means 7 for generating a first impulse signal for detection at a timing determined by the time hopping sequence (# 1) 8a, and generating a second impulse signal for detection at a timing determined by the time hopping sequence Detection impulse generation means (# 2) 8b, a synchronization means 10 for establishing synchronization with the transmitting side, a time hopping sequence generation means 9 for generating a time hopping sequence, and an output of the multiplication means 7 synchronized with the time hopping cycle. Integral discharge means 11 for performing integral discharge, and the output of integral discharge means 11 is time-hopped. Sampling means 16 for sampling in synchronization with the sampling cycle; absolute value maximum branch determining means 17 for determining a branch having a maximum absolute value from a plurality of outputs from the sampling means 16; and a data for outputting a signal corresponding to the determined branch. The receiving device 110 includes the mapping unit 18 and the like.
[0064]
The configuration of the receiving apparatus 110 as shown in FIG. 12 is preferable because there is no need to set a threshold value that greatly affects the receiving performance. FIG. 12 shows the case of quaternary transmission. In the case of performing multi-value transmission, the number of detection impulse generating means 8 is increased to # 3, # 4,. Means 16 may be increased correspondingly.
[0065]
The third embodiment is different from the second embodiment in that the configuration corresponding to the multi-value conversion is not the amplitude direction but the time direction, and the following description focuses on the differences from the second embodiment.
[0066]
FIG. 13 shows a detection impulse signal in the detection impulse generation means # 1 (10a) and a detection impulse signal in the detection impulse generation means # 2 (10b).
[0067]
Such a detection impulse signal is multiplied separately by the respective multiplication means 7a and 7b, and integrated by the integration discharge means 11a and 11b at the subsequent stage, thereby obtaining the same result as in the case of binary transmission. Then, the sampling units 16a and 16b sample at every cycle of the time hopping sequence, and the demapping units 18a and 18b demap.
[0068]
The maximum value determining means 17 for determining the branch having the maximum absolute value is configured so as to perform demapping corresponding to the sampling result having the maximum absolute value of the sampling result.
[0069]
With this configuration, the maximum value of the correlation result of the signal received at the most probable timing is selected, and whether the correlation result is positive or negative and the output from which branch Demapping is performed according to the fact.
[0070]
For example, the offset time from the timing determined by the time hopping sequence in the transmitting device is 0 for {00}, Ti + Tδ for {01}, 2 (Ti + Tδ) for {10}, and 3 for {11}. In the case of (Ti + Tδ), the absolute value of the correlation result in the upper branch (impulse generation # 1 side) in FIG. 12 is larger, and when the correlation result is positive, {01} is demapped and the correlation result is Is negative, {10} is demapped. On the other hand, the absolute value of the correlation result of the branch on the lower side (impulse generation # 2 side) is larger, and {11} is deciphered when the correlation result is positive and {00} when the correlation result is negative. Is mapped.
[0071]
As described above, by configuring the correlation calculation means in parallel on the receiving side, it is not necessary to set a threshold value that greatly affects the reception performance, so that transmission of UWB multilevel signals can be realized with high performance. This has the effect of becoming
[0072]
By limiting the offset time difference Ti + Tδ so that Tδ = NTi (N: an integer of 1 or more), the offset time difference becomes an integral multiple of the offset time difference Ti implemented in the prior art. The configuration is easy and easy to realize. In addition, when the performance is improved by providing a delay unit on the receiving device side as described later, it is simple and preferable because it is sufficient to realize a delay time that is an integral multiple of Ti. In multi-level transmission, high precision timing synchronization accuracy is required by the system. However, with this configuration, the required timing synchronization accuracy can be easily reduced, which is preferable.
[0073]
(Embodiment 4)
FIG. 14 shows a block diagram of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
[0074]
The fourth embodiment is different from the first embodiment in the configuration in which a delay unit 19 and an addition unit 20 are added to the receiving apparatus 110, and the following description focuses on the differences from the first embodiment.
[0075]
The operation of the UWB transmitting / receiving apparatus configured as described above will be described.
[0076]
Transmitting apparatus 100 is the same as in the first embodiment, and a description thereof will not be repeated.
[0077]
The impulse signal radiated into the air on the transmitting side is received by the receiving antenna 5 and amplified by the low noise amplifier 6. The signal amplified by the low-noise amplifying means 6 is configured to be branched and input to the adding means 20 at the subsequent stage as it is, or to be input to the adding means 20 via the delay means 19. It is also separately input to the synchronization means 10 and controls the time hopping sequence generation means 9 so as to synchronize with the transmission side. It should be noted that it is also preferable to configure a band-pass filter before or after the low-noise amplifier 6 in order to improve the signal-to-noise ratio.
[0078]
In the adding means 20, the signal delayed by the delay means 19 and the signal not delayed are added. When the offset time difference between the signals 0 and 1 on the transmitting side is 2Ti, the delay time of the delay unit 19 is preferably set to Ti.
[0079]
The multiplying means 7 is provided at the subsequent stage of the adding means 20, and multiplies the detection impulse signal generated by the detection impulse generating means 8 at a timing synchronized with the time hopping sequence on the transmission side. Here, a 2Ti impulse generation signal 1501 as shown in FIG. 15 is output as the detection impulse signal. By thus doubling the impulse generation time to 2Ti, even when the synchronization accuracy with the time hopping sequence on the transmission side is not sufficient, it is possible to reduce the deterioration of the correlation value that is the result of the multiplication.
[0080]
Similarly to the prior art, the integral discharge means 11 repeats the integral discharge at the time of the cycle of the time hopping sequence in the stage subsequent to the multiplication means 7 as in the conventional technique. Then, the determining means 12 determines whether the integrated value at the discharge timing is larger or smaller than the threshold and decodes the information signal.
[0081]
In the present embodiment, since a signal delayed on the receiving side and a signal not delayed are added, unlike FIG. 7 in the first embodiment, there is no section where no signal exists, and thermal noise and the like in the correlation operation are eliminated. The influence can be reduced, and a higher performance UWB transmitting / receiving apparatus can be realized.
[0082]
It is also preferable to adopt a configuration shown in FIG. 16 in which a plurality of delay means are provided, where the number of delay means is N (N: an integer of 2 or more), and the delay time of each delay means is ΔTi, 2Ti, 3Ti,..., (N−1) Ti}, in this case, the offset time difference between the information signals 0 and 1 on the transmitting side is NTi, and the generation time of the detection impulse signal generated by the detection impulse generation means 9 is With NTi, it is possible to further allow synchronization accuracy, and it is easy to realize a UWB transmitting / receiving apparatus using a wider frequency band.
[0083]
When the offset time difference is not set to an integral multiple of Ti, it is not necessary to limit the delay time of the delay means to an integral multiple of Ti, and it is preferable to set the delay time to the highest performance.
[0084]
(Embodiment 5)
FIG. 17 shows a block diagram of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
[0085]
Embodiment 8 of the present invention provides an offset time difference control (Tδ control) unit 22 in front of a shift time setting unit in addition to the configuration of FIG. The offset time adjusted by the time setting means 33 is controlled. You.
[0086]
Next, the operation of the fifth embodiment of the present invention will be described focusing on the differences from the first embodiment.
[0087]
The offset time difference control means 22 controls the shift time setting means 33 so as to make the delay time Tδ from the timing of the time hopping sequence generated by the time hopping sequence generation means 1 variable. On the transmitting side, the difference between the timing of outputting the information signal 0 and the timing of outputting the information signal 1 may be controlled.
[0088]
On the other hand, on the receiving side, it is necessary to make the time length of the detection impulse signal variable. In FIG. 17, the detection impulse signal generation means 8 is controlled by the offset time difference control means 22 to vary the time length of the detection impulse signal. For example, a plurality of means capable of generating impulse signals having different time lengths from each other are easily provided, and these are switched according to the magnitude of the delay time Tδ to change the time length of the impulse signal input to the multiplication means. It is also suitable to configure.
[0089]
As described above, by changing the offset time difference even when the error rate increases due to the time position at which the multipath wave exists coincides with the offset time difference, the multipath wave exists. Since the temporal position and the offset time difference do not match, it is possible to prevent the error rate from increasing.
[0090]
(Embodiment 6)
FIG. 18 shows a block diagram of a UWB receiver according to Embodiment 6 of the present invention.
[0091]
The sixth embodiment of the present invention is a combination of the configuration of the fifth embodiment and a configuration in which a plurality of delay units of the fourth embodiment are provided, and a description will be given focusing on differences from the fifth embodiment and the fourth embodiment. I do.
[0092]
FIG. 18 shows a ninth embodiment using the present invention. In FIG. 18, the UWB receiving apparatus of the present invention has the configuration of FIG. 16 and further includes a branch from each delay means (19a, 19b, 19c, 19d). And a branch selecting unit 21 for selecting a branch to be input to the adding unit 20 according to the length of the offset time difference set on the transmitting side.
[0093]
For example, if the value of the delay time Tδ for changing the offset time difference on the transmitting side is 0, the branch selecting means 21 prevents all the branch outputs from being input to the adding means 20, and if Tδ is Ti, 19a If Tδ is 2Ti, 19a and 19b are selected. If Tδ is 3Ti, 19a, 19b and 19c are selected and input to the adding means 20.
[0094]
This is preferable because optimal reception performance can be obtained according to the offset time difference that adaptively changes.
[0095]
(Embodiment 7)
FIG. 19 shows a block diagram of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 7 of the present invention.
[0096]
FIG. 19 shows that, in addition to the configuration in FIG. 17 of the fifth embodiment, the time position and the magnitude of the multipath wave estimated on the receiving device 110 side are transmitted to the transmitting device 100 side as a delay profile, On the transmitting apparatus 100 side, the offset time difference control means 22 is configured to respond to the output from the multipath estimating means 23 for estimating the multipath wave generated in the propagation path.
[0097]
The result of the multipath estimation on the receiving device 110 side is multiplexed by the multiplexing means 38 together with other information signals and the like to the transmitting device 100 side, modulated by the modulating means 39, and transmitted through the duplexer 40. It is preferable to adopt a configuration. Multipath estimating means 23 for estimating the temporal position and magnitude of the multipath wave is provided, and offset time difference control means 22 for adaptively changing the offset time difference on the transmitting apparatus 100 side generates a multipath wave generated on the propagation path. It is configured to respond to the output from the multipath estimating means 23 for estimating waves.
[0098]
The multipath estimating means 23 derives a delay profile, which is an impulse response of the propagation path, checks whether or not the temporal position where the multipath wave exists matches the offset time difference. Is output, and an offset time difference that does not match is output to change the set value of the delay time in the shift time setting means 33 of the transmitting apparatus 100.
[0099]
The transmission of the delay profile from the receiving apparatus 110 to the transmitting apparatus 100 is configured to be transmitted together with the transmission of the information signal, and the receiving apparatus 110 converts the information signal and the delay profile from the signal transmitted with the information signal. Using the separated and separated delay profiles, the offset time difference control means 22 is controlled so that the impulse generation timing on the receiving device 110 side is also changed according to the changed offset time difference.
[0100]
For transmitting the delay profile, as shown in FIG. 19, a multiplexing unit 38 for multiplexing the information signal and the delay profile signal, a modulating unit 39 for modulating the multiplexed signal, a receiving signal and a modulating unit 39 And a duplexer 40 for switching between a transmission signal and an output of the transmission device 100. A duplexer 35 for switching between a transmission signal and a reception signal, a demodulator 36 for demodulating the output of the duplexer 35, and an output of the demodulator 36 are provided on the transmission device 100 side. It is preferable to configure demultiplexing means 37 for demultiplexing the information signal and the delay profile signal from the signal.
[0101]
With such a configuration, it is possible to minimize the influence of the multipath wave, and it is possible to easily realize a high-performance wireless communication device.
[0102]
(Embodiment 8)
FIG. 20 shows a block diagram of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 8 of the present invention.
[0103]
The UWB transmitting / receiving apparatus according to the eighth embodiment of the present invention has a configuration in which a multipath estimating unit 23 for estimating a temporal position and a size of a multipath wave is provided in addition to the configuration of FIG. 18 of the sixth embodiment. Therefore, the description will be focused on the points different from the sixth embodiment. As in the seventh embodiment, the means for adaptively changing the offset time difference on the transmitting side is configured to respond to the output from the multipath estimating means for estimating the multipath wave generated in the propagation path, and will be described in detail. Is omitted.
[0104]
The multipath estimating means 23 estimates whether or not the temporal position where the multipath wave exists coincides with the offset time difference, and if it does, the transmitting side changes the offset time difference so as not to coincide. .
[0105]
At the same time, the offset time difference control means 22 is controlled so that the impulse generation timing on the receiving side is also changed according to the changed offset time difference. Further, it controls the branch selecting means 21 for selecting a branch to be input to the adding means 20 according to the length of the set offset time difference.
[0106]
By doing so, the effect of the multipath wave can be minimized, and the optimum receiving performance can be obtained in accordance with the offset time difference that changes adaptively, which is preferable.
(Embodiment 9)
FIG. 21 is a block diagram of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 9 of the present invention.
[0107]
The UWB transmitting / receiving apparatus according to the twelfth embodiment of the present invention includes, in addition to the configuration shown in FIG. 20 of the eighth embodiment, means for adaptively changing the delay amount in the delay means, and delay means 19a, 19b, The delay time Ta, Tb, Tc, Td of each of 19c and 19d is controlled so that the temporal position of the multipath wave is not overlapped with the information signal. 20 is different from FIG. 20 in the eighth embodiment in that the delay time of each of the delay means is not limited to an integral multiple of Ti. Other configurations and operations thereof are the same as those described above, and therefore, the description thereof is omitted. .
[0108]
This adaptive delay makes it possible to change not only the signal but also the time and phase of the multipath wave, so that an effect similar to that of rake reception is improved. Therefore, a high-performance wireless communication device with a small error rate can be realized. .
[0109]
(Embodiment 10)
FIG. 22 shows a block diagram of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 10 of the present invention.
[0110]
The UWB transmitting / receiving apparatus according to the thirteenth embodiment using the present invention includes, in addition to the configuration of FIG. 1 according to the first embodiment, a unit 24 that performs error correction coding of an information signal on a transmitting side and data determined on a receiving side. It is provided with a means 25 for performing error correction decoding, and the following description will focus on differences from the first embodiment.
[0111]
The error correction coding means 24 makes the transmission signal redundant in advance, and performs error correction coding so that the receiving device can correct the error.
On the other hand, the error correction decoding means 25 on the receiving side decodes the signal encoded on the transmitting side to obtain the original information signal.
[0112]
As described above, although the frequency use efficiency is reduced by the error correction coding, the throughput of the entire system including retransmission due to an error is improved, and a required code error rate can be achieved at a limited transmission power. This makes it possible to use limited frequency resources effectively.
[0113]
Although the embodiment in which the error correction encoding means is added to the configuration of the first embodiment has been described, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained by adding it to the configuration of the second to ninth embodiments. Can be obtained.
[0114]
(Embodiment 11)
FIG. 23 shows a block diagram of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 11 of the present invention.
[0115]
An UWB transmitting / receiving apparatus according to an eleventh embodiment of the present invention includes, in addition to the configuration shown in FIG. 1 of the first embodiment, a repetition number control means 26 for controlling a repetition period of an information signal on a transmission side, and an integration discharge means on a reception side. This is provided with a means 27 for controlling the eleventh integration section, and different points from the first embodiment will be mainly described.
[0116]
In the first embodiment, the number of repetitions of the information signal is the same as the period of the time hopping sequence and is fixed. However, in the present embodiment, the number of repetitions of the information signal is controlled by the repetition number control means 26 for controlling the number of repetitions of the information signal. To change. In response to a change in the number of repetitions on the transmission side, a means 27 for controlling the integration section of the integrating and discharging means 11 is provided on the reception side, and the integration section is controlled so as to integrate by the number of repetitions on the transmission side.
[0117]
With this configuration, when the propagation path condition is good and the error rate is low, the repetition period of the information signal can be shortened, and the transmission speed can be increased. It is preferable that the repetition period is adaptively controlled according to the state of the propagation path state.
[0118]
Although the embodiment in which the repetition control means 26 and the integration interval control means 27 are added to the configuration of the first embodiment has been described, the present invention is not limited to this, and is added to the configurations of the second to ninth embodiments. The same effect can be obtained.
[0119]
(Embodiment 12)
FIG. 24 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 12 of the present invention.
[0120]
The UWB transmitting / receiving apparatus according to the fifteenth embodiment of the present invention includes, in addition to the configuration shown in FIG. It is provided with a Viterbi decoding means 29 which receives an output from the means 11 and performs soft-decision Viterbi decoding. The following description will focus on differences from the first embodiment.
[0121]
In the present embodiment, the information signal is convolutionally encoded and transmitted by the convolutional encoding means 28, and the output signal from the integrating and discharging means 11 is input to the soft-decision Viterbi decoding means 29 on the receiving side, and the soft-decision Viterbi decoding is performed. I do.
[0122]
With such a configuration, it is possible to perform decoding with a lower error rate than when performing hard decision once on the output of the integral discharge means and then perform hard decision Viterbi decoding, thereby enabling high-performance communication.
[0123]
Although the embodiment in which the convolution encoding means 28 and the Viterbi decoding means 29 are added to the configuration of the first embodiment has been described, the present invention is not limited to this, and is added to the configurations of the second to ninth embodiments. However, the same effect can be obtained.
[0124]
(Embodiment 13)
FIG. 25 is a block diagram of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 13 of the present invention.
[0125]
The UWB transmitting / receiving apparatus according to the thirteenth embodiment of the present invention includes, in addition to the configuration shown in FIG. 1 of the first embodiment, a means 30 for turbo coding an information signal on the transmitting side and an output from the integrating and discharging means 11 on the receiving side. , And a turbo decoding unit 31 is provided, and the following description will focus on differences from the first embodiment.
[0126]
In the present embodiment, an information signal is turbo-coded by a turbo coding unit 30 and transmitted, and an output signal from the integrating and discharging unit 11 is input to a turbo decoding unit 29 on the receiving side to perform turbo decoding.
[0127]
With such a configuration, decoding can be performed with a lower error rate than when decoding is performed after the output from the integrating and discharging means is once hard-decided, and high-performance communication is possible. Although turbo decoding increases the circuit scale and causes decoding delay, it is preferable because an error rate characteristic lower than that of Viterbi decoding can be obtained.
[0128]
Although the embodiment in which the turbo encoding unit 30 and the turbo decoding unit 31 are added to the configuration of the first embodiment has been described, the present invention is not limited to this, and the configuration of the second to ninth embodiments is not limited thereto. The same effect can be obtained by adding.
[0129]
In FIG. 26, in addition to the above-described configuration, a means 32 for performing analog / digital conversion of the output of the integration discharge means on the receiving side is provided.
[0130]
As a result, the error correction capability of soft decision error correction decoding is higher than that of hard decision error correction decoding. When performing Viterbi decoding or turbo decoding, by converting the digital signal into a digital signal suitable for performing error correction signal processing, decoding with a low error rate can be easily performed.
[0131]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the UWB transmitting / receiving apparatus, the offset time difference between information signals 0 and 1 is set longer on the transmission side than the generation time of the transmission impulse signal, and the generation of the detection impulse signal on the reception side is performed. By increasing the time correspondingly, the timing synchronization accuracy required for the system can be eased, and high-performance UWB transmission can be realized by a small and inexpensive device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a transmission-side impulse signal according to the related art.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a receiving-side detection impulse signal according to a conventional technique.
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a receiving-side detection impulse signal according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing the timing of a conventional transmission signal according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the timing of a transmission signal according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram schematically showing waveforms of two signals input to a multiplying unit for describing Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 9 is a diagram schematically illustrating an example of a conventional receiving-side detection impulse signal for describing Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 10 is a diagram schematically illustrating an example of a receiving-side detection impulse signal according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 11 is an explanatory diagram schematically showing waveforms of two signals input to a multiplying means for describing Embodiment 2 of the present invention;
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 13 is a diagram schematically illustrating an example of a receiving-side detection impulse signal of the present invention for describing Embodiment 3 of the present invention;
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing an outline of waveforms of two signals input to a multiplying means for describing Embodiment 4 of the present invention;
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus provided with a plurality of delay units according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 8 of the present invention.
FIG. 21 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 9 of the present invention.
FIG. 22 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 10 of the present invention.
FIG. 23 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 11 of the present invention.
FIG. 24 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 12 of the present invention.
FIG. 25 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 13 of the present invention.
FIG. 26 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus according to Embodiment 13 of the present invention.
FIG. 27 is a block diagram showing a configuration of a UWB transmitting / receiving apparatus according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1 Time hopping sequence generation means
2 Impulse generation means
3 Power amplification means
4 transmitting antenna
5 receiving antenna
6 Low noise amplification means
7 Multiplication means
8 Impulse generation means
9 Time hopping sequence generation means
10 Synchronization means
11 Integral discharge means
12 Judgment means
13 Threshold setting means
14 M value judgment means
15 S / P conversion means
16 Sampling means
17 Maximum value judgment means
18 Demapping means
19 Delay means
20 Addition means
21 Branch selection means
22 Offset time difference control means
23 Multipath estimation means
24 error correction coding means
25 Error correction decoding means
26 Repetition number control means
27 Integration section control means
28 Convolutional coding means
29 Soft-decision Viterbi decoding means
30 Turbo coding means
31 Turbo decoding means
32 Analog / digital conversion means