(57)【要約】【課題】タイミング同期のための信号の送信周波数が既知でなくとも高精度にタイミング同期を行うことを可能とする。【解決手段】無線送信機は、同期用の第１の信号を生成する第１信号生成部１０１と、第１の信号と異なる同期用の第２の信号を生成する第２信号生成部１０２と、第１の信号及び前記第２の信号を周波数変換して所定の周波数差を持つ第１ＲＦ信号及び第２ＲＦ信号を生成する送信周波数変換部１０３，１０４と、前記第１ＲＦ信号及び前記第２ＲＦ信号を合成して送信信号を生成する合成部１０６と、前記送信信号を送信する送信ユニット１０７とを有する。【選択図】  図２
2010081361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期用の第１の信号を生成するステップと；
前記第１の信号と異なる同期用の第２の信号を生成するステップと；
前記第１の信号及び前記第２の信号の少なくとも一方を周波数変換して所定の周波数差を持つ第１ＲＦ信号及び第２ＲＦ信号を生成するステップと；
前記第１ＲＦ信号及び前記第２ＲＦ信号を合成して送信信号を生成するステップと；
前記送信信号を送信するステップと；
前記送信信号を受信して受信信号を得るステップと；
前記受信信号を周波数変換して前記周波数差に相当する周波数だけシフトさせた変換信号を生成するステップと；
前記変換信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得るステップと；
前記受信信号と前記複素共役信号とを乗算して乗算信号を得るステップと；
前記第１の信号と前記第２の信号との積と、前記乗算信号との相互相関を算出するステップと；
タイミング同期のための基準時間位置を判定するために前記相互相関のピークを検出するステップと；を具備する無線通信方法。
【請求項２】
同期用の第１の信号を生成するステップと；
前記第１の信号と異なる同期用の第２の信号を生成するステップと；
データ信号を生成するステップと；
前記第２の信号と前記データ信号とを乗算してデータ乗算信号を得るステップと；
前記送信信号の同期用ヘッダ区間では第２の信号を選択し、前記送信信号のペイロード区間では前記データ乗算信号を選択するステップと；
前記第１の信号を周波数変換して第１ＲＦ信号を生成するステップと；
前記選択するステップにより選択された信号を周波数変換して前記第１ＲＦ信号に対して所定の周波数差を持つ第２ＲＦ信号を生成するステップと；
前記第１ＲＦ信号及び前記第２ＲＦ信号を合成して送信信号を生成するステップと；
前記送信信号を送信するステップと；
前記送信信号を受信して受信信号を得るステップと；
前記受信信号を周波数変換して前記周波数差に相当する周波数だけシフトさせた変換信号を生成するステップと；
前記変換信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得るステップと；
前記受信信号と前記複素共役信号とを乗算して乗算信号を得るステップと；
前記第１の信号と前記第２の信号との積と、前記乗算信号との相互相関を算出するステップと；
タイミング同期のための基準時間位置を判定するために前記相互相関のピークを検出するステップと；
前記基準時間位置及びその近傍の複数のピークの時刻に対応する相互相関を合成して合成信号を得るステップと；
前記合成信号を復調して前記データ信号を得るステップと；を具備する無線通信方法。
【請求項３】
独立３：請求項１に対応する無線通信システム
同期用の第１の信号を生成する第１信号生成部と；
前記第１の信号と異なる同期用の第２の信号を生成する第２信号生成部と；
前記第１の信号及び前記第２の信号の少なくとも一方を周波数変換して所定の周波数差を持つ第１ＲＦ信号及び第２ＲＦ信号を生成する送信周波数変換部と；
前記第１ＲＦ信号及び前記第２ＲＦ信号を合成して送信信号を生成する合成部と；
前記送信信号を送信する送信ユニットと；
前記送信信号を受信して受信信号を得る受信ユニットと；
前記受信信号を周波数変換して前記周波数差に相当する周波数だけシフトさせた変換信号を生成する受信周波数変換部と；
前記変換信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得る演算部と；
前記受信信号と前記複素共役信号とを乗算して乗算信号を得る乗算部と；
前記第１の信号と前記第２の信号との積と、前記乗算信号との相互相関を算出する相関算出部と；
タイミング同期のための基準時間位置を判定するために前記相互相関のピークを検出する検出部と；を具備する無線通信システム。
【請求項４】
同期用の第１の信号を生成する第１信号生成部と；
前記第１の信号と異なる同期用の第２の信号を生成する第２信号生成部と；
前記第１の信号及び前記第２の信号の少なくとも一方を周波数変換して所定の周波数差を持つ第１ＲＦ信号及び第２ＲＦ信号を生成する送信周波数変換部と；
前記第１ＲＦ信号及び前記第２ＲＦ信号を合成して送信信号を生成する合成部と；
前記送信信号を送信する送信ユニットと；を具備する無線送信機。
【請求項５】
前記送信周波数変換部は、第１ローカル信号を用いて前記第１の信号を周波数変換して前記第１ＲＦ信号を生成する第１の周波数変換部と；前記第１のローカル信号に対して前記周波数差を持つ第２のローカル信号を用いて前記第２の信号を周波数変換して前記第２ＲＦ信号を生成する第２の周波数変換部と；を含む請求項４記載の無線送信機。
【請求項６】
データ信号を生成するデータ信号生成部と；
前記第２の信号と前記データ信号とを乗算してデータ乗算信号を得る乗算器と；
前記送信信号の同期用ヘッダ区間では第２の信号を選択し、前記送信信号のペイロード区間では前記データ乗算信号を選択する選択部と；をさらに具備し、
前記送信周波数変換部は、前記第１の信号を周波数変換して前記第１ＲＦ信号を生成する第１の周波数変換部と、前記選択部により選択された信号を周波数変換して前記第２ＲＦ信号を生成する第２の周波数変換部とを含むことを特徴とする請求項４記載の無線送信機。
【請求項７】
前記第１の信号は第１の拡散系列であり、前記第２の信号は前記第１の拡散系列と異なる第２の拡散系列である請求項４または６のいずれか１項記載の無線送信機。
【請求項８】
前記第１の拡散系列及び前記第２の拡散系列は、いずれもＭ系列である請求項７記載の無線送信機。
【請求項９】
前記第１の拡散系列及び前記第２の拡散系列は、いずれもＣＡＺＡＣ系列である請求項７記載の無線送信機。
【請求項１０】
所定の周波数差を持つ第１ＲＦ信号及び第２ＲＦ信号が合成された送信信号を受信して受信信号を得る受信ユニットと；
前記受信信号を周波数変換して前記周波数差に相当する周波数だけシフトさせた変換信号を生成する受信周波数変換部と；
前記変換信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得る演算部と；
前記受信信号と前記複素共役信号とを乗算して乗算信号を得る乗算部と；
前記第１の信号と前記第２の信号との積と、前記乗算信号との相互相関を算出する相関算出部と；
タイミング同期のための基準時間位置を判定するために前記相互相関のピークを検出する検出部と；を具備する無線受信機。
【請求項１１】
前記受信周波数変換部は、前記周波数差に相当する周波数のローカル信号を生成するローカル信号源と；前記ローカル信号を用いて前記受信信号を周波数変換するミキサと；を含む請求項１０記載の無線受信機。
【請求項１２】
前記相関算出部は、前記第１の信号と前記第２の信号との積がタップ係数として設定され、前記乗算信号が入力されるマッチドフィルタを含み、該マッチドフィルタにより前記相互相関を求める請求項１０記載の無線受信機。
【請求項１３】
請求項５記載の無線送信機から送信される送信信号を受信して受信信号を得る受信ユニットと；
前記受信信号を周波数変換して前記周波数差に相当する周波数だけシフトさせた変換信号を生成する受信周波数変換部と；
前記変換信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得る演算部と；
前記受信信号と前記複素共役信号とを乗算して乗算信号を得る乗算部と；
前記第１の信号と前記第２の信号との積と、前記乗算信号との相互相関を算出する相関算出部と；
タイミング同期のための基準時間位置を判定するために前記相互相関のピークを検出する検出部と；
前記基準時間位置及びその近傍の複数の前記相互相関のピークの位置に対応する相互相関を合成して合成信号を得るＲＡＫＥ合成部と；
前記合成信号を復調して前記データ信号を得る復調部と；を具備する無線受信機。
【請求項１４】
前記受信周波数変換部は、前記周波数差に相当する周波数のローカル信号を生成するローカル信号源と；前記ローカル信号を用いて前記受信信号を周波数変換するミキサと；を含む請求項１３記載の無線受信機。
【請求項１５】
前記相関算出部は、前記第１の信号と前記第２の信号との積がタップ係数として設定され、前記乗算信号が入力されるマッチドフィルタを含み、該マッチドフィルタにより前記相互相関を求める請求項１３記載の無線受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムにおけるタイミング同期に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、無線通信システムにおいては、受信機が信号を正しく受信するために、何らかの方法を用いて受信機が送信機との間でタイミング同期を確立する必要がある。受信機が無線通信システム内の送信機の存在を検出し、さらには当該送信機とタイミング同期をとる方法として、非特許文献１ではマッチドフィルタを利用する方法を開示している。
【０００３】
非特許文献１の方法では、予め送信機と受信機の間で相互相関性能の優れた信号系列、すなわち自己相関値は高い一方で、他系列との相関値は低い系列を予め取り決めておく。送信機は、当該信号系列を予め定められた周波数で送信する。受信機では、当該信号系列をタップ係数とするマッチドフィルタを予め動作させておき、当該信号系列を受信した場合にマッチドフィルタからの出力信号が大きな値を示すようにすることで、送信機の存在を検出する。
【０００４】
一方、送受信機間で事前に信号のキャリア周波数を取り決めなくとも、データ伝送が可能な方法が特許文献１に示されている。特許文献１によると、送信機は拡散符号により拡散された信号と拡散符号とを周波数Δｆだけ離して送信する。受信機は、受信信号と受信信号をΔｆだけ周波数シフトした信号の複素共役系列とを乗算することで、ＤＣ周辺に逆拡散された所望信号を得る。これにより送信信号のキャリア周波数が未知であっても、Δｆさえ知っていれば、受信機は所望信号を得ることができる。
【特許文献１】特開２００８−１７７９１４号公報
【非特許文献１】平 明徳, 石津 文雄, 三宅 真, “周波数選択性フェージング環境におけるOFDM通信システムのタイミング同期方式,” 電子情報通信学会論文誌, Vol. J84-B, No. 7, pp. 1255-1264 (2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法では、送信信号を拡散符号で拡散して送信することから、周波数が既知であれば、非特許文献１のようにマッチドフィルタを用いることで、拡散符号の帯域幅の逆数の精度のタイミング同期を確立することができる。しかしマッチドフィルタを用いる方法は、タイミング同期に用いる信号系列の送信周波数が既知でなければならない。信号系列の送信周波数がわからない状況下では、マッチドフィルタを用いてタイミング同期を確立する方法を利用することは難しい。また、非特許文献１により送信周波数がわからない信号系列を受信することは可能である。しかし拡散符号により拡散された帯域幅の広い信号系列が送信されているにも関わらず、ＤＣ付近に現れるのは逆拡散後の細い帯域幅の信号である。従って低い精度の同期しか得られず、拡散符号を構成する各シンボルのタイミングに同期することは難しい。
【０００６】
本発明は、タイミング同期のための信号の送信周波数が既知でなくとも高精度にタイミング同期を行うことが可能な無線通信方法、システム、無線送信機及び無線受信機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点によると、同期用の第１の信号を生成するステップと；前記第１の信号と異なる同期用の第２の信号を生成するステップと；前記第１の信号及び前記第２の信号の少なくとも一方を周波数変換して所定の周波数差を持つ第１ＲＦ信号及び第２ＲＦ信号を生成するステップと；前記第１ＲＦ信号及び前記第２ＲＦ信号を合成して送信信号を生成するステップと；前記送信信号を送信するステップと；前記送信信号を受信して受信信号を得るステップと；前記受信信号の周波数を周波数変換して前記周波数差に相当する周波数だけシフトさせた変換信号を生成するステップと；前記変換信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得るステップと；前記受信信号と前記複素共役信号とを乗算して乗算信号を得るステップと；前記第１の信号と前記第２の信号との積と、前記乗算信号との相互相関を算出するステップと；タイミング同期のための基準時間位置を判定するために前記相互相関のピークを検出するステップと；を具備する無線通信方法が提供される。
【０００８】
本発明の第２の観点によると、同期用の第１の信号を生成するステップと；前記第１の信号と異なる同期用の第２の信号を生成するステップと；データ信号を生成するステップと；前記第２の信号と前記データ信号とを乗算してデータ乗算信号を得るステップと；前記送信信号の同期用ヘッダ区間では第２の信号を選択し、前記送信信号のペイロード区間では前記データ乗算信号を選択するステップと；前記第１の信号を周波数変換して第１ＲＦ信号を生成するステップと；前記選択するステップにより選択された信号を周波数変換して前記第１ＲＦ信号と前記所定の周波数差を持つ第２ＲＦ信号を生成するステップと；前記第１ＲＦ信号及び前記第２ＲＦ信号を合成して送信信号を生成するステップと；前記送信信号を送信するステップと；前記送信信号を受信して受信信号を得るステップと；前記受信信号の周波数を周波数変換して前記周波数差に相当する周波数だけシフトさせた変換信号を生成するステップと；前記変換信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得るステップと；前記受信信号と前記複素共役信号とを乗算して乗算信号を得るステップと；前記第１の信号と前記第２の信号との積と、前記乗算信号との相互相関を算出するステップと；タイミング同期のための基準時間位置を判定するために前記相互相関のピークを検出するステップと；前記基準時間位置及びその近傍の複数のピークの時刻に対応する相互相関を合成して合成信号を得るステップと；前記合成信号を復調して前記データ信号を得るステップと；を具備する無線通信方法が提供される。
【０００９】
本発明の第３の観点によると、同期用の第１の信号を生成する第１信号生成部と；前記第１の信号と異なる同期用の第２の信号を生成する第２信号生成部と；前記第１の信号及び前記第２の信号の少なくとも一方を周波数変換して所定の周波数差を持つ第１ＲＦ信号及び第２ＲＦ信号を生成する送信周波数変換部と；前記第１ＲＦ信号及び前記第２ＲＦ信号を合成して送信信号を生成する合成部と；前記送信信号を送信する送信ユニットと；前記送信信号を受信して受信信号を得る受信ユニットと；前記受信信号を周波数変換して前記周波数差に相当する周波数だけシフトさせた変換信号を生成する受信周波数変換部と；前記変換信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得る演算部と；前記受信信号と前記複素共役信号とを乗算して乗算信号を得る乗算部と；前記第１の信号と前記第２の信号との積と、前記乗算信号との相互相関を算出する相関算出部と；タイミング同期のための基準時間位置を判定するために前記相互相関のピークを検出する検出部と；を具備する無線通信システムが提供される。
【００１０】
本発明の第４の観点によると、同期用の第１の信号を生成する第１信号生成部と；前記第１の信号と異なる同期用の第２の信号を生成する第２信号生成部と；前記第１の信号及び前記第２の信号の少なくとも一方を周波数変換して所定の周波数差を持つ第１ＲＦ信号及び第２ＲＦ信号を生成する送信周波数変換部と；前記第１ＲＦ信号及び前記第２ＲＦ信号を合成して送信信号を生成する合成部と；前記送信信号を送信する送信ユニットと；を具備する無線送信機が提供される。
【００１１】
本発明の第５の観点によると、所定の周波数差を持つ第１ＲＦ信号及び第２ＲＦ信号が合成された送信信号を受信して受信信号を得る受信ユニットと；前記受信信号を周波数変換して前記周波数差に相当する周波数だけシフトさせた変換信号を生成する受信周波数変換部と；前記変換信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得る演算部と；前記受信信号と前記複素共役信号とを乗算して乗算信号を得る乗算部と；前記第１の信号と前記第２の信号との積と、前記乗算信号との相互相関を算出する相関算出部と；タイミング同期のための基準時間位置を判定するために前記相互相関のピークを検出する検出部と；を具備する無線受信機が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、受信機では送信機との間で第１ＲＦ信号及び第２ＲＦ信号の周波数差を予め取り決めておくことで、同期のための第１の信号及び第２の信号の周波数が受信機において既知でなくとも、マッチドフィルタを用いたタイミング同期を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。  
（第１の実施形態）  
図１に示されるように、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムは無線送信機（以下、送信機という）１００及び無線受信機（以下、受信機という）２００からなる。送信機１００と受信機２００とのタイミング同期をとるために、送信機１００はタイミング同期のための無線信号（タイミング同期信号という）を送信アンテナ１０７によって空間へ向けて送信する。但し、タイミング同期信号を送信する周波数は、予め取り決められていないものとする。受信機２００は、送信されてきたタイミング同期信号を受信アンテナ２０１により受信し、受信されたタイミング同期信号を頼りに受信信号の先頭や終端などのタイミング同期のための基準時間位置を判定することで、送信機１００との間のタイミング同期を行う。
【００１４】
＜送信機１００について＞  
送信機１００は、図２に示されるように第１拡散系列生成部１０１、第２拡散系列生成部１０２、第１周波数変換部１０３、第２周波数変換部１０４、ローカル発振器１０５及び合成部１０６を有する。
【００１５】
第１拡散系列生成部１０１は、タイミング同期用の第１の信号である第１拡散系列１１１を生成する。第２拡散系列生成部１０２は、同様にタイミング同期用の第２の信号である第２拡散系列１１２を生成する。ただし、第１拡散系列１１１と第２の拡散系列１１２は異なる系列が用いられる。第１拡散系列１１１及び第２拡散系列１１２は、特定の決められた系列である必要はなく、変調された擬似ランダム系列や正弦波など、任意の系列を用いることができる。本実施形態では、第１拡散系列１１１及び第２拡散系列１１２として例えばＢＰＳＫ(Binary Phase Shift Keying)変調された擬似ランダム系列を用いる。また、第１拡散系列１１１及び第２拡散系列１１２の系列長はτ、変調速度はＦｓであるものとする。第１拡散系列１１１をａ（ｎ）、第２拡散系列１１２をｂ（ｎ）としたとき、第１拡散系列１１１と第２拡散系列１１２の積、すなわち第１拡散系列１１１の要素と第２拡散系列１１２の要素を乗算したｃ（ｎ）＝ａ（ｎ）×ｂ（ｎ）により構成される系列は、自己相関特性が良い系列であるほど望ましい。
【００１６】
第１拡散系列１１１及び第２拡散系列１１２は、送信周波数変換部である第１周波数変換部１０３及び第２周波数変換部１０４に入力される。第１周波数変換部１０３及び第２周波数変換部１０４には、さらにローカル発振器１０５から周波数変換を行うための第１ローカル信号１１３及び第２ローカル信号１１４がそれぞれ供給される。第１周波数変換部１０３及び第２周波数変換部１０４は、それぞれ第１ローカル信号１１３及び第２ローカル信号１１４を用いて第１拡散系列１１１及び第２拡散系列１１２を周波数変換し、所定の送信周波数ｆ１及びｆ２の第１ＲＦ信号１１５及び第２ＲＦ信号１１６を生成する。第１周波数変換部１０３及び第２周波数変換部１０４は互いに同期しており、周波数ｆ１及びｆ２には所定の周波数差Δｆ（＝ｆ２−ｆ１）が設定されている。
【００１７】
第１周波数変換部１０３及び第２周波数変換部１０４は、典型的にはミキサにより実現される。この場合、ローカル発振器１０５は第１周波数変換部１０３及び第２周波数変換部１０４に対し、周波数差Δｆの第１ローカル信号１１３及び第２ローカル信号１１４をそれぞれ供給する。なお、第２周波数変換部１０４の内部に周波数Δｆの信号発生器とミキサを予め備えることで、ローカル発振器１０５が第１周波数変換部１０３及び第２周波数変換部１０４に共通のローカル信号を供給するようにしてもよい。すなわち、例えば第１周波数変換部１０３では共通のローカル信号を第１ローカル信号として用い、第２周波数変換器１０４では共通のローカル信号と周波数Δｆの信号をミキシングして第２ローカル信号を生成するようにする。
【００１８】
図３の破線は、第１周波数変換部１０３及び第２周波数変換部１０３からそれぞれ出力される第１ＲＦ信号１１５及び第２ＲＦ信号１１６の例を示している。図３の実線は、第１拡散系列１１１及び第２拡散系列１１２に相当する信号を表している。図３の破線は、第１ＲＦ信号１１５及び第２ＲＦ信号１１６の周波数スペクトルを表している。
【００１９】
第１ＲＦ信号１１５及び第２ＲＦ信号１１６は、合成部１０６によって合成される。すなわち、合成部１０６は周波数ｆ１の第１ＲＦ信号１１５及び周波数ｆ２の第２ＲＦ信号１１６を合成し、二つの周波数スペクトルを有する送信信号１１７を生成する。生成された送信信号１１７は送信アンテナ１０７に供給され、電波として空間に放射される。
【００２０】
送信信号１１７を時間−周波数平面上で表現すると、図４に示したようなスペクトラムとなる。すなわち、周波数がΔｆだけ離れたＢＰＳＫ信号（第１ＲＦ信号１１５及び第２ＲＦ信号１１６）が周波数方向に並んでおり、また時間方向においてはこれら二つのＲＦ信号１１５及び１１６は同時に送信される。
【００２１】
なお、ここでは第１拡散系列１１１及び第２拡散系列１１２をそれぞれ第１周波数変換部１０３及び第２周波数変換部１０４により周波数変換したが、周波数変換部１０３及び１０４のいずれか一方を省略してもよい。例えば、第２周波数変換部１０４を省略すれば、第２拡散系列１１２がそのまま第２ＲＦ信号とされる。
【００２２】
＜受信機２００について＞  
次に、受信機２００について説明する。受信機２００は、図５に示されるように受信アンテナ２０１を含む受信ユニット、周波数変換部２０２、複素共役演算部２０３、乗算器２０４、相関算出部であるマッチドフィルタ２０５、タップ係数設定部２０６及びピーク検出部２０７を有する。
【００２３】
受信アンテナ２０１では、図２に示した送信機１００からの送信信号１１７が受信される。周波数変換部２０２では、受信アンテナ２０１から出力される受信信号２１０が周波数変換される。周波数変換部２０２は、ミキサ２０２１とローカル発振器２０２２を有する。ローカル発振器２０２２は、ミキサ２０２１が周波数変換を行うためのローカル信号２１１を発生する。
【００２４】
ローカル発振器２０２２からのローカル信号２１１は、送信機２００から送信される送信信号１１７に含まれる第１ＲＦ信号１１５及び第２ＲＦ信号１１６の周波数ｆ１及びｆ２の周波数差Δｆに相当する周波数の信号、例えばｅj2πΔfで表される周波数Δｆの正弦波信号が用いられる。すなわち、ミキサ２０２１は受信信号２１０に含まれる周波数ｆ１及びｆ２の第１ＲＦ信号及び第２ＲＦ信号を周波数Δｆのローカル信号２１１と乗算することで周波数変換を行い、周波数ｆ２及びｆ２＋Δｆの変換信号２１２を生成する。変換信号２１２は、周波数変換部２０２から出力される。
【００２５】
周波数変換部２０２から出力される変換信号２１２は、複素共役演算部２０３に入力される。複素共役演算部２０３は、入力された変換信号２１２に複素共役演算を行い、虚数部の符号を反転した信号、すなわち複素共役信号２１３を生成する。例えば、複素共役演算部２０３はｅj2πf2で表される変換信号２１２をｅ-j2πf2で表される複素共役信号２１３に変換する。
【００２６】
乗算器２０４では、受信アンテナ２０１からの受信信号２１０と複素共役演算部２０３からの複素共役信号２１３との乗算が行われる。ここで、受信信号２１０と周波数変換部２０２からの変換信号２１２は図６に示すように周波数がΔｆだけ異なっており、受信信号２１０に含まれる第２ＲＦ信号と変換信号２１２に含まれる第１ＲＦ信号は、同一周波数ｆ２に位置している。従って、複素共役演算部２０３により変換信号２１２を複素共役信号２１３に変換し、乗算器２０４において受信信号２１０と複素共役信号２１３とを掛け合わせると、第２ＲＦ信号と第１ＲＦ信号との積がＤＣに現れる。
【００２７】
図７には、乗算器２０４から出力される乗算信号２１４の周波数スペクトラムを示す。ここで、図７のＤＣに現れる信号はキャリア周波数成分が無くなるため、乗算器２０４からは図７及び図８に示すように図２の送信機２００内で生成された第１拡散系列１１１と第２拡散系列１１２との積が乗算信号２１４として得られる。すなわち、図７に示すように第１拡散系列１１１と第２拡散系列１１２との積がＤＣに現れる。
【００２８】
乗算器２０４からの乗算信号２１４は、マッチドフィルタ２０５に入力される。タップ係数設定部２０６は、予め図２の送信機２００内で生成された第１拡散系列１１１と第２拡散系列１１２との積をタップ係数２１６として生成する。タップ係数設定部２０６によって生成されたタップ係数２１６は、マッチドフィルタ２０５に設定される。マッチドフィルタ２０５では、乗算信号２１４とタップ係数２１６との相互相関が算出されるので、マッチドフィルタ２０５からの出力信号（相互相関）２１５は乗算信号２１４がタップ係数２１６と一致した際にピークを示す。マッチドフィルタ２０５からの出力信号２１５は、乗算信号２１４とタップ係数２１６とが時間的にずれている場合は小さい。また、受信アンテナ２０１で信号が受信されない場合、及び送信機２００以外の送信機の他からの信号を受信した場合も、マッチドフィルタ２０５からの出力信号２１５は小さい。
【００２９】
マッチドフィルタ２０５からの出力信号２１５は、ピーク検出部２０７に入力される。ピーク検出部２０７はマッチドフィルタ２０５からの出力信号２１５（相互相関）を観測し続け、ピーク位置（出力信号２１５がピークを示す時刻）を検出する。受信機２００が送信機１００からの第１拡散系列１１１と第２拡散系列１１２を含む送信信号１１７を受信し終わった際、すなわち第１拡散系列１１１と第２拡散系列１１２が全て受信された際、マッチドフィルタ２０５からの出力信号２１５がピークを示す。ピーク検出部２０７は、マッチドフィルタ２０５からの出力信号２１５のピーク位置を検出し、ピーク位置検出信号２１７を出力する。受信機２００は、ピーク位置検出信号２１７によって示されるピーク位置をタイミング同期のための基準時間位置（同期位置）として用い、送信機１００との間のタイミング同期を行うことができる。
【００３０】
このように第１の実施形態によれば、受信機２００は送信機１００が送信したタイミング同期信号（ここでは第１拡散系列１１１及び第２拡散系列１１２）の周波数を知らなくとも、送信機１００との間のタイミング同期を行うことができ、結果として送信信号１１７を正しく受信することができる。また、乗算信号２１４においてＤＣに現れる信号は第１拡散系列１１１と第２拡散系列１１２との積である。この現れた信号の帯域幅は、送信された第１拡散系列１１１や第２拡散系列１１２の帯域幅とほぼ等しい。従って、この帯域幅の逆数の精度で同期することが可能になる。
【００３１】
ここで、マッチドフィルタ２０５の効果を示すために行った計算機シミュレーションの結果について説明する。単純化のため、ＢＰＳＫ変調された擬似ランダム系列に雑音を印加し、同じ擬似ランダム系列をタップ係数とするマッチドフィルタ２０５に入力した。変調後のシンボル数は２５６シンボルであり、この２５６シンボルに対してさらに２倍オーバサンプリングを行った。シミュレーション上では、２倍オーバサンプリング後の２５６シンボルを繰り返し送信した。雑音電力は、信号電力に対して１８ｄＢ高くした。すなわち、マッチドフィルタ２０５への入力の信号対雑音電力比（ＳＮＲ）は、−１８ｄＢである。
【００３２】
マッチドフィルタ２０５に信号を１０回入力し、１０回分の出力波形について電力加算を行った。この操作を３回試行した結果が図９〜図１１であり、横軸は受信サンプル信号を表し、縦軸は１０回分のマッチドフィルタの出力の平均電力を表している。図９〜図１１に示されるように、ピーク値は雑音の影響を受けばらつくものの、擬似ランダム系列の自己相関性能が良いため、はっきりとしたピークが得られていることが分かる。
【００３３】
比較のため、シンボルレートが１／２５６の信号に対して同様に２倍オーバサンプリングを行い、同様に雑音を印加した後に特許文献１のようにローパスフィルタを通した波形を図１２に示す。図１２では、３回分の試行結果をまとめて示している。図１２ではマッチドフィルタの場合と同様に、１０回分の出力波形について電力加算を行っている。図１２に示されるようにピークがなだらかであり、ピーク位置はシンボル周期の５１２より僅かにずれている。
【００３４】
マッチドフィルタ２０５の出力信号２１５のピーク値がばらついたように、ローパスフィルタの出力信号のピーク値やピーク位置は僅かにばらつく。しかし、マッチドフィルタは自己相関特性の良さから、出力に急峻なピークが現れ、ピークが検出されやすいのに対し、ローパスフィルタで受信すると出力のピークがなだらかであるため、ピークの僅かなずれがタイミング同期の狂いにつながってしまう。
【００３５】
なお、第１拡散系列１１１と第２拡散系列１１２は、例えば双方ともＭ系列、又は双方ともＣＡＺＡＣ系列を用いると都合が良い。なぜなら、Ｍ系列やＣＡＺＡＣ系列はそれ自身が自己相関特性に優れ、かつ乗算に対して系が閉じているので、乗算器２０４による乗算後も優れた自己相関特性が保たれる。従って受信機のマッチドフィルタ２０５の出力信号２１５に急峻なピークが立つことを期待できる。
【００３６】
（第２の実施形態）  
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態では、第１の実施形態のタイミング同期方法に加えて、さらにキャリア周波数が未知であっても復調が可能な受信信号処理部も併せて示す。第２の実施形態によると、第１の実施形態と同様にタイミング同期を行い、かつキャリア周波数を送受信機間で共有しなくともデータ伝送が可能となる無線通信システムを実現できる。
【００３７】
＜フレームフォーマットについて＞  
図１３は、第２の実施形態における送信信号１１７のフレームフォーマットを示す図である。送信アンテナ１０７からは、送信信号１１７として周波数ｆ１とｆ２において同時に信号が送信される。図１３に示される送信信号１１７は、先頭の同期用ヘッダと、データを伝送するペイロードを含む。周波数ｆ１では、同期用ヘッダ区間及びペイロード区間において第１拡散系列が送信される。周波数ｆ２では、同期用ヘッダ区間において第２拡散系列が送信され、そしてペイロード区間において第２拡散系列で時間拡散されたデータが送信される。周波数ｆ２のペイロード区間を拡散データ系列と呼ぶこととする。
【００３８】
＜送信機について＞  
図１４に示されるように、第２の実施形態に係る送信機１００は図２に示した第１拡散系列生成部１０１、第２拡散系列生成部１０２、第１周波数変換部１０３、第２周波数変換部１０４、ローカル発振器１０５及び合成部１０６に加えて、データ系列生成部１０８、乗算器１０９及び選択部１１０を有している。第１拡散系列生成部１０１、第２拡散系列生成部１０２、第１周波数変換部１０３、第２周波数変換部１０４、ローカル発振器１０５及び合成部１０６の基本動作は、第１の実施形態と同様である。
【００３９】
第１拡散系列生成部１０１は、第１の実施形態と同様に動作するが、本実施形態ではさらにペイロード区間においても第１拡散系列１１１を繰り返し生成し続ける点が第１の実施形態と異なる。第２拡散系列生成部１０１も、第１拡散系列生成部１０１と同様に第１の実施形態と同様に動作するが、本実施形態ではさらにペイロード区間においても第２拡散系列１１２を繰り返し生成し続ける点が異なる。
【００４０】
データ系列生成部１０８は、受信機２００に送信すべきデータを変調して変調データ系列１１８を出力する。受信機２００に送信すべきデータとは、例えばディジタル化された音声データ、画像データ、文字メッセージのようなユーザデータ、通信システムパラメータのような報知データ、あるいは受信機２００を制御するための制御データが含まれる。変調データ系列１１８の信号の帯域幅は、第２拡散系列１１２の信号の帯域幅以下であるとする。また、データ系列生成部１０８は同期用ヘッダ区間では信号を出力しないものとする。
【００４１】
乗算器１０９は、第２拡散系列１１２と変調データ系列１１８とを乗算し、拡散データ系列１１９を出力する。同期用ヘッダ区間では、データ系列生成部１０８は変調データ系列１１８を出力しないことから、乗算器１０９からの出力は無い。
【００４２】
選択部１１０は、同期用ヘッダ区間では第２拡散系列１１２を選択して出力し、ペイロード区間では拡散データ系列１１９を選択して出力する。
【００４３】
第１拡散系列１１１は、第１の実施形態と同様に第１周波数変換部１０３により中心周波数ｆ１に変換され、第１ＲＦ信号１１５が生成される。一方、選択部１１０からの選択出力信号１２０は、第２周波数変換部１０４により中心周波数ｆ２＝ｆ１＋Δｆに変換され、第２ＲＦ信号１１６が生成される。第１ＲＦ信号１１５及び第２ＲＦ信号１１６は、合成部１０６によって合成され、送信信号１１７が生成される。生成された送信信号１１７は送信アンテナ１０７に供給され、電波として空間に放射される。
【００４４】
＜受信機について＞  
次に、受信機２００について詳細に説明する。図１６に示されように、第２の実施形態に係る受信機２００は、図５に示した周波数変換部２０２、複素共役演算部２０３、乗算器２０４、マッチドフィルタ２０５、タップ係数設定部２０６及びピーク検出部２０７に加えて、ＲＡＫＥ合成部２０８及び復調部２０９を有している。周波数変換部２０２、複素共役演算部２０３、乗算器２０４、マッチドフィルタ２０５、タップ係数設定部２０６及びピーク検出部２０７は、基本的に第１の実施形態と同様の動作を行い、受信信号２１０中の同期用ヘッダ区間を用いて送信機１００と受信機２００との間のタイミング同期を行う。但し、後続のペイロード区間の受信時も、これらのタイミング同期動作は続けられる。
【００４５】
第１拡散系列１１１や第２拡散系列１１２は繰り返し送信されているので、引き続きマッチドフィルタ２０５の出力信号２１５にはピークが現れる。但し、ペイロード区間では第２拡散系列１１２にデータ系列１１８を乗じて送信しているので、データ系列１１８で変調が掛けられたピークが現れる。そこでこれを復調することで、データ系列を得ることができ、ディジタル化された音声データ、画像データ、文字メッセージのようなユーザデータ、通信システムパラメータのような報知データ、受信機２００を制御するための制御データ等を得ることができる。
【００４６】
受信信号２１０には、マルチパスによる複数の反射波を含む複数の到来波が重畳されている可能性がある。マルチパスは、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）信号の送受信時と同様に、マッチドフィルタ２０５からの出力信号を観測することで推定できる。すなわち、マッチドフィルタ２０５からの出力信号２１５にはマルチパスによる遅延プロファイルが現れる。
【００４７】
そこで、ピーク検出部２０７では第１の実施形態と同様にマッチドフィルタ２０５の出力信号２１５（相互相関）についてタイミング同期のための基準時間位置（同期位置）のピークを検出することに加えて、同期位置周辺のピークをも検出して、ピーク位置検出信号２１７を出力する。ピーク位置検出信号２１７は、マッチドフィルタ２０５の出力に接続されたＲＡＫＥ合成部２０８へ通知される。
【００４８】
ＲＡＫＥ合成部２０８では、マッチドフィルタ２０５からの出力信号２１５のうち、ピーク検出部２０７により通知されたピーク位置検出信号２１７により示される複数のピーク位置に現れる信号を加算合成する処理、いわゆるＲＡＫＥ合成処理を行う。このようなＲＡＫＥ合成処理により、受信信号２１０に含まれる、マルチパスにより時間方向に分散している到来波の電力をかき集め、受信性能を上げることができる。ＲＡＫＥ合成部２０８から出力されるＲＡＫＥ合成信号２１８は復調部２０９に入力され、送信機１００内のデータ系列生成部１０８により生成される変調データ系列１１８の元データ（送信すべきデータ）２１９が復調再生される。
【００４９】
このように第２の実施形態によれば、送信信号１１７のキャリア周波数を受信機２００が知らない状況であっても、受信機２００が送信機１００との間のタイミング同期を確立し、受信信号２１０を復調する一連の受信動作を行うことが可能となる。
【００５０】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】無線通信システムの概略を示すブロック図
【図２】第１の実施形態に係る無線送信機を示すブロック図
【図３】図２の無線送信機から放射される送信信号に含まれる第１及び第２ＲＦ信号と第１及び第２拡散系列について示す図
【図４】図２の無線送信機から放射される送信信号の周波数スペクトルを示す図
【図５】第１の実施形態に係る無線受信機を示すブロック図
【図６】図５の無線受信機内で生成される受信信号及び変換信号の周波数スペクトルを示す図
【図７】図５の無線受信機内で生成される乗算信号の周波数スペクトルを示す図
【図８】図５の無線受信機内で生成される乗算信号の時間波形を示す図
【図９】マッチドフィルタの効果を示すために行った計算機シミュレーションの結果を示す図
【図１０】マッチドフィルタの効果を示すために行った計算機シミュレーションの結果を示す図
【図１１】マッチドフィルタの効果を示すために行った計算機シミュレーションの結果を示す図
【図１２】比較例の効果を説明するための図
【図１３】第２の実施形態における送信信号のフォーマットを示す図
【図１４】第２の実施形態に係る無線送信機を示すブロック図
【図１５】第２の実施形態に係る無線受信機を示すブロック図
【符号の説明】
【００５２】
１００・・・無線送信機
１０７・・・送信アンテナ
１０１，１０２・・・拡散系列生成部
１０３，１０４・・・周波数変換部
１０５・・・ローカル発振器
１０６・・・合成部
１０７・・・送信アンテナ
１０８・・・データ系列生成部
１０９・・・乗算器
１１０・・・選択部
１１１，１１２・・・第１、第２の拡散系列（第１、第２の信号）
１１３，１１４・・・ローカル信号
１１５，１１６・・・ＲＦ信号
１１７・・・合成信号
１１８・・・変調データ系列
１１９・・・拡散データ系列
１２０・・・選択出力信号
２００・・・無線受信機
２０１・・・受信アンテナ
２０２・・・周波数変換部
２０２１・・・ミキサ
２０２２・・・ローカル発振器
２０３・・・複素共役演算部
２０４・・・乗算器
２０５・・・マッチドフィルタ
２０６・・・タップ係数設定部
２０７・・・ピーク検出部
２０８・・・ＲＡＫＥ合成部
２０９・・・復調部
２１０・・・受信信号
２１１・・・ローカル信号
２１２・・・変換信号
２１３・・・複素共役信号
２１４・・・乗算信号
２１５・・・マッチドフィルタ出力（相互相関）
２１６・・・タップ係数
２１７・・・ピーク位置検出信号
２１８・・・ＲＡＫＥ合成信号
２１９・・・復調データ
【図１】
2010081361.tif 000003
【図２】
2010081361.tif 000004
【図３】
2010081361.tif 000005
【図４】
2010081361.tif 000006
【図５】
2010081361.tif 000007
【図６】
2010081361.tif 000008
【図７】
2010081361.tif 000009
【図８】
2010081361.tif 000010
【図９】
2010081361.tif 000011
【図１０】
2010081361.tif 000012
【図１１】
2010081361.tif 000013
【図１２】
2010081361.tif 000014
【図１３】
2010081361.tif 000015
【図１４】
2010081361.tif 000016
【図１５】
2010081361.tif 000017