(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の物理層を共有する端末装置間で無線信号を送受信する無線通信システムにおいて、
一の端末装置では、送信すべき実データに同期化シーケンス（ＳＹＮＣ）を付加した実データをパルス信号化し、このパルス信号について変調を施した後にパワーアンプで増幅して無線送信し、
他の端末装置は、復調信号を濾波するためのフィルタを通過する前の復調信号から抽出される同期化シーケンス（ＳＹＮＣ）と、同フィルタを通過した後の復調信号から抽出される同期化シーケンス（ＳＹＮＣ）との間の相互相関係数を取得し、更に取得した相互相関係数に基づいて、同一チャネル内又は隣接チャネル間の干渉性を予測すること
を特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
上記他の端末装置は、更に上記予測した干渉性に基づいて、上記信号の性能改善を行うこと
を特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
上記ＳＹＮＣは、ゴーレイコードであること
を特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項４】
上記ＳＹＮＣは、ｍ系列信号であること
を特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一の物理層を共有する端末装置間で、ミリメートルオーダーの波長からなる無線信号を送受信する無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信は、有線通信と比較して、ケーブルのためのスペースが削減されることや、ノート型パーソナルコンピュータ（ノートＰＣ）等を始めとした携帯端末が、その携帯性を損なうことなくネットワークに接続できる等の利点がある。特に、ミリメートルオーダーの波長を使用して無線通信を行うミリ波ＷＰＡＮ(Wireless Personal Area Network)は、互いに無線信号を送受信する端末装置間の距離が１０ｍ程度までの通信を実現する無線パーソナルエリアネットワークである（例えば、特許文献１参照。）。このミリ波ＷＰＡＮにおいて割り当てられている周波数帯としては、日本では５９〜６６ＧＨｚであり、帯域幅としては、７〜９ＧＨｚも割り当てられている。即ち、このミリ波ＷＰＡＮの帯域幅は、２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮの約１００倍にも亘ることから、これまでの無線通信では考えられなかった数Ｇｂｐｓオーダーの超高速短距離通信が可能となる。
【０００３】
このようなミリ波無線通信では、ミリメートルオーダーの波長を用いることができることから、無線信号を送受信する端末装置を極めて小さく実現することができ、より可搬性に富んだ装置構成とすることか可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５００９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ミリ波ＷＰＡＮを始めとした無線通信システムにおいて、このような同一チャネル内又は隣接チャネル間における信号の干渉性を予測し、予測した干渉性に基づいて受信した信号の性能改善を行うことが従来より行われている。特にこの干渉性の予測には、ある特定の周波数帯が無線通信システムにおいて占有されているかを判断する際に、信号エネルギーを検出することが行われている。実際の無線通信において、送信側の端末装置では、送信すべき信号をパワーアンプ（ＰＡ）により増幅する。しかしながら、このパワーアンプは、あくまで一般に入力に対する出力が非線形になる。このパワーアンプの入出力時における非線形性は、同一チャネル内又は隣接チャネル間における信号の干渉性を予測する上で予測精度や信頼性を低下させる要因になる。
【０００６】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、ミリメートルオーダーの波長からなる無線信号を送受信する無線通信システムにおいて、パワーアンプの非線形性が存在する場合においても、チャネルの干渉性を高精度に予測することが可能な無線通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る無線通信システムは、上述した課題を解決するために、同一の物理層を共有する端末装置間で無線信号を送受信する無線通信システムにおいて、一の端末装置では、送信すべき実データに同期化シーケンス（ＳＹＮＣ）を付加した実データをパルス信号化し、このパルス信号について変調を施した後にパワーアンプで増幅して無線送信し、他の端末装置は、復調信号を濾波するためのフィルタを通過する前の復調信号から抽出される同期化シーケンス（ＳＹＮＣ）と、同フィルタを通過した後の復調信号から抽出される同期化シーケンス（ＳＹＮＣ）との間の相互相関係数を取得し、更に取得した相互相関係数に基づいて、同一チャネル内又は隣接チャネル間の干渉性を予測することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上述した構成からなる無線通信システムでは、ミリメートルオーダーの波長からなる無線信号を送受信する無線通信システムにおいて、パワーアンプの非線形性が存在する場合においても、チャネルの干渉性を高精度に予測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を適用した無線通信システムのシステム構成を示す図である。
【図２】端末装置のブロック構成図である。
【図３】送信側の端末装置が６０ＧＨｚ前後のキャリア周波数を使用する場合の受信電力の一例を示す図である。
【図４】第１のアンプから出力された仮想的なパルス波形の規格化された相互相関係数の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態として、端末装置間で無線信号を送受信する無線通信システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明を適用した無線通信システム１のシステム構成を示している。この無線通信システム１は、各種通信方式に基づいて、一の端末装置２ａと、他の端末装置２ｂ、２ｃ、・・・・２ｎとの間で互いに電波を送受信することにより双方向で無線通信するシステムである。この他の端末装置２ｂ、２ｃ、・・・・２ｎは、各ユーザに対して割り当てられる。この無線通信システム１は、ミリメートルオーダーの波長からなる無線信号を送受信する場合を想定しているが、本発明はこれに限定されることはないことは勿論である。
【００１２】
特に、本発明を適用した無線通信システム１では、ミリメートルオーダーの波長を使用して無線通信を行うミリ波ＷＰＡＮ等に適用されるものであってもよい。ミリ波ＷＰＡＮは、互いに無線信号を送受信する端末装置２間の距離が１０ｍ程度までの通信を実現する無線パーソナルエリアネットワークであり、５９〜６６ＧＨｚにも亘る広帯域が割り当てられている。このため、ミリ波ＷＰＡＮでは、数Ｇｂｐｓオーダーの超高速短距離通信が可能となる。
【００１３】
図２は、このような無線通信に必要な信号を生成するとともに、相手側から送られてきた信号を検出する端末装置２のブロック構成を示している。
【００１４】
端末装置２は、パルス信号を生成するパルス生成部２１と、このパルス生成部２１に接続されてなるとともに、パルス生成部２１により生成されたパルス信号が送られてくるパルスシェーピング部２２と、パルスシェーピング部２２から出力されるパルス信号につき後述する基準信号に基づいて周波数変換を施すためのミキサ回路２４と、基準信号を生成するための局部発信器２３と、ミキサ回路２４において周波数変換された信号につき通過帯域を制限するためのフィルタ２５と、このフィルタ２５に接続された第１のアンプ２６と、この第１のアンプ２６に接続された切替回路５１と、切替回路５１に接続されたアンテナ２７とを備えている。また、この端末装置２は、切替回路５１に接続されたフィルタ３２と、フィルタ３２から出力された信号につき、高周波信号処理を施す低雑音増幅器（ＬＮＡ）３３と、このＬＮＡ３３並びに局部発振器２３に接続されてなるミキサ回路５２と、このミキサ回路５２に対してそれぞれフィルタ４１、第２のアンプ４３、ＡＤＣ４５が順次接続されてなり、さらにこのＡＤＣ４５には信号検出部４７が接続されている。
【００１５】
切替回路５１は、他の端末装置２に対して信号を送信する際において、第１のアンプ２６とアンテナ２７とが接続されるように切替処理を実行する。またこの切替回路５１は、他の端末装置２からの信号を受信する際において、アンテナ２７とフィルタ３２とが接続されるように切替処理を実行する。
【００１６】
パルス生成部２１は、ある時間幅をもったパルス信号を生成する。実際にこのパルス信号を生成する場合において、パルス生成部２１は、互いにほぼ等振幅で構成されるパルス信号を所定間隔で並べたパルス列を順次生成していくことになる。このパルス生成部２１により生成されたパルス信号は、そのままパルスシェーピング部２２へと送信されることになる。
【００１７】
パルスシェーピング部２２は、パルス生成部２１から送信されてきた拡散系列のパルス列を構成する各パルス信号につき所定のシェーピング処理を施す。
【００１８】
局部発振器２３は、変調用の基準信号を生成する。この局部発振器２３によって生成される基準信号の局部発振周波数は、この局部発信器２３内において可変となるように構成されていてもよい。また、この局部発信器２３は、発生すべき局部発振周波数につき、図示しないＰＬＬ回路等に基づいて増強され、減衰されるように制御可能とされていてもよい。
【００１９】
ミキサ回路２４は、パルスシェーピング部２２においてシェーピング処理が施された各パルス信号を、局部発信器２３により送出されてきた基準信号に基づいて周波数変換する。このミキサ回路２４は、この周波数変換された信号をフィルタ２５へ出力する。
【００２０】
フィルタ２５は、ミキサ回路２４から出力されてきた信号につき、所望の帯域のみ通過させるととともに、不要な帯域をカットする。このときフィルタ２５は、ミキサ回路２４における周波数変換時において発生した不要な周波数成分を除去することができるように通過帯域が設定されていてもよい。このフィルタ２５を通過した帯域成分からなる信号は、そのまま第１のアンプ２６へと出力されることになる。
【００２１】
第１のアンプ２６は、このフィルタ２５から出力されてきた信号を増幅する。このとき第１のアンプ２６は、さらに帯域内で周波数特性がフラットになるように補正するようにしてもよい。
【００２２】
アンテナ２７は、第１のアンプ２６により増幅された信号につき、電磁的な電波に変換し、これを空中に放射する。アンテナ２７は、相手側から送信されてきた電波を受信する。
【００２３】
フィルタ３２は、アンテナ２７により受信した電波につき所定の帯域外の信号を除去する。即ち、端末装置２間で電波が送られる過程において、所望の信号以外の信号が重畳される場合もあることから、かかる信号をこのフィルタ３２において精度よく除去する。
【００２４】
ＬＮＡ３３は、アンテナ２７により受信され、フィルタ３２を介して送られてきた信号につき、低雑音増幅する。ＬＮＡ３３により低雑音増幅された信号は、接続されたミキサ回路５２にそれぞれ供給されることになる。
【００２５】
局部発振器２３は、ベースバンドの基準信号としての同相信号（Ｉ信号）及び直交信号（Ｑ信号）を生成する。この局部発振器２３は、生成したＩ信号、Ｑ信号をそれぞれミキサ回路５２へ出力する。
【００２６】
ミキサ回路５２は、ＬＮＡ３３から送信されてきた信号につき、局部発振器２３より出力されてきたＩ信号、Ｑ信号に基づいて復調する。
【００２７】
フィルタ４１は、ミキサ回路５２によりそれぞれ復調が施された信号につき、所定の波形成分のみを通過させる。
【００２８】
第２のアンプ４３は、フィルタ４１により帯域制限された信号を増幅し、これをＡＤＣ４５へ送出する。
【００２９】
ＡＤＣ４５は、第２のアンプ４３から送出されてきたアナログベースバンドの信号をサンプリングしてデジタル信号化し、このデジタル化された信号を信号検出部４７へ送信する。
【００３０】
信号検出部４７は、ＡＤＣ４５からそれぞれ送信されてきた信号を検出する。
【００３１】
次に、本発明を適用した無線通信システム１において、実際に無線信号を送受信する方法につき、図面を参照しながら詳細に説明をする。
【００３２】
先ず、パルス生成部２１は、所定の通信方式の下でパルス信号からなるパルス列を生成する。このとき、送信すべき実データに同期化シーケンス（ＳＹＮＣ）を付加した実データをパルス信号化する。ちなみに、このＳＹＮＣは、ゴーレイコードであってもよいし、またｍ系列信号であってもよい。
【００３３】
ちなみに、このＳＹＮＣは、実データ部の前段において設けられたプリアンブル部において挿入されるものであってもよい。このプリアンブルは、物理層において生成されるものであり、フレームデータの受け損ないを防止するためのダミー情報が書き込まれている。
【００３４】
このＳＹＮＣが重畳されたパルス信号は、パルスシェーピング部２２においてシェーピング処理が施される。また、このパルス列は、ミキサ回路２４において、局部発振周波数に基づく高周波成分により変調される。
【００３５】
このような構成からなる信号は、フィルタ２５において不要な周波数成分が除去され、第１のアンプ２６により増幅される。この第１のアンプ２６では、入力された信号を線形又は非線形に増幅する。この第１のアンプ２６から出力された信号は、アンテナ２７により電磁的な電波に変換されて空気中に放射される。この空気中に放射された電波は、送信先の端末装置２におけるアンテナ２７により受信され電気的な信号に再変換されることになる。そして、この受信した信号は、ＬＮＡ３３により低雑音増幅されてノイズと見分けがつくように調整された上でミキサ回路５２にそれぞれ供給される。
【００３６】
ミキサ回路５２に送られてきた信号は、Ｉ信号ならびにＱ信号へと直交復調されてさらにフィルタ４１を通過することにより、これに重畳されていた不要な成分が除去される
ことになる。最後にこれら信号はＡＤＣ４５によりアナログ−デジタル変換された上で信
号検出部４７へと送信されることになる。
【００３７】
信号検出部４７は、このＡＤＣ４５より送信されてきた信号を検出し、これを解析する。この信号検出部４７における実際の検出処理は、送信されてきた信号を所定時間に亘って取り込み、この所定時間単位で取り込んだ信号に対して、より詳細なパルス信号の解析をかけていく。即ち、この信号検出部４７は、所定時間長で構成される検出窓を介して、パルス列を監視し、これを検出するのと同等の処理を行っている。検出窓には、他の端末装置２から送られてきた信号が時系列的に入力されてくることになる。信号検出部４７は、この入力されてきた信号を検出窓を介して順次検出し、これを解析していくことになる。
【００３８】
このとき信号検出部４７は、ミキサ回路５２において復調された後であってフィルタ４１通過前の信号のＳＹＮＣを記録しておく。以下、このフィルタ４１通過前のＳＹＮＣを通過前ＳＹＮＣという。そして、当該信号がフィルタ４１を通過後のＳＹＮＣ（以下、通過後ＳＹＮＣという。）を取得する。信号検出部４７は、この通過前ＳＹＮＣと、通過後ＳＹＮＣとの間の相互相関係数を取得する。また、信号検出部４７は、取得した相互相関係数に基づいて、同一チャネル内又は隣接チャネル間の干渉性を予測する。
【００３９】
また、信号検出部４７は、ＡＤＣ４５から送られてきた信号について受信電力μl,kの計算を行う。この受信電力μl,kの検出は、いわゆる信号のエネルギーの検出に相当する。
【００４０】
ここでフィルタ４１を通過する各端末装置２ｂ、２ｃ、・・・・２ｎからの信号の規格化された受信電力は、それぞれμl,0, μl,1, ..., μl,kとして表される。ここで、ｌは所望ユーザの特定ブランチ（branch）であり、ｋはその信号の送信ユーザである。
【００４１】
またμl,k は、下記（１）式のように定義される。
【数１】
0005500627.tif 000002
【００４２】
ここで、PRRC(f)は、ルート・レイズド・コサイン（Root Raised Cosine；RRC）フィルタ４１の周波数応答、即ち、時間領域ＲＲＣパルス波形ΨRRC(t)のフーリエ変換である。Rl,k(f-fk) は、受信信号の周波数コンテンツ（fk は、ユーザｋ信号の中心周波数）、即ち、所望ユーザのｌ番目のブランチで、ユーザｋから受信した時間領域受信信号のフーリエ変換rl,k(t)である。また、「|  |」は、大きさを表し、「’」は、複素共役を表している。なお、理想的なケースとして、第１のアンプ２６について非線形性が存在しない場合、上述したμl,k は1である。それ以外、即ち、第１のアンプ２６について非線形性が存在する場合、0≦μl,k＜1となる。
【００４３】
ここで、PRRC(f)とP’RRC(f)は既知である。またRl,k(f-fk)を得るためには、周波数を多数のスロットに分割する。この分割された各周波数スロットでは、Rl,k(f-fk)が測定、充足され、全ての帯域に亘ってRl,k(f-fk)を得ることが可能となる。
【００４４】
次に相互相関係数ρl,kの計算について説明をする。第１のアンプ２６から出力されたパルス波形は、所望の信号並びに不要の信号の相互相関を分析する上で重要であるが、この波形は不明である。第１のアンプ２６は、非線形であることが通常である。また、この第１のアンプ２６への入力は１個のパルスではなく、ランダムな極性を有する無限級数のビットであるため、その出力からでは高精度なパルス波形を得ることは困難である。なお、第１のアンプ２６に入力される前のパルス波形をΨT(t)とする。また、第１のアンプ２６から出力されたパルス波形は、ΨR(t)≠PA[ΨT(t)]とする。以下の説明においては、本発明所期の効果が何れもは発生すると考えられる、仮想的なパルス波形ΨR(t)を先ず用いる。ΨR(t)が明確に分からない状況でΨR(t)とΨRRC(t)を含む畳み込み演算を行う方法は後に詳述する。
【００４５】
ρl,kは、以下の（２）式に示すように定義することができる。
【００４６】
【数２】
0005500627.tif 000003
・・・・・・・・・・・（２）
【００４７】
ここで、bk(i)は、ユーザｋのｉ番目のデータシンボルである。また、Ψ(t)は、現実には周波数領域の挙動、即ちこのΨ(t)は、受信機側のフィルタ４１の周波数応答とフィルタ４１の前方で受信された信号の周波数コンテンツ間の相互相関を時間領域で表したものである。
【００４８】
ちなみに、この時間領域については、受信機側のフィルタ４１の時間領域インパルス応答ΨRRC(t)と、各ユーザから受信したフィルタ４１からのパルス波形間の畳み込み演算ΨRE=ΨR(t)cos(2πfDl,k t+φl,k)として表すことが可能となる。
【００４９】
ここで、fDl,k=f0-fkとφl,k=θl,0-θl,kについては、Ψ(t)=ΨRRC(t)*ΨRE(t)である。また、「*」は、畳み込み演算を表し、θl,kは、所望ユーザ０のｌ番目のブランチにおけるｋ番目のユーザの位相を表している。
【００５０】
上述した方法に基づいてΨ(t)を得るのが困難な理由としては、ΨR(t)が基本的に未知の仮想パルス波形であるためである。ここで、数学的には正確に上述の方法は用いることができない。このため、本発明では、以下の別の方法に基づいて相互相関係数を得る。かかる方法では、ＳＹＮＣコードを用いて相互相関を得る。すべてのユーザの端末装置２ｂ、２ｃ、・・・・２ｎは、特定のＳＹＮＣコードを送信するものとする。ここで、本発明は、同一の物理（ＰＨＹ）層用において行われるＣＣＩ(Copy Control Information)の予測や、ＡＣＩ（Access Control Information)の予測を応用する。以下において、ＳＹＮＣコードとしては、ゴーレイ（Golay）コード又はｍ系列信号を用いる場合について説明をする。
【００５１】
先ず、ＳＹＮＣコードとしてゴーレイコードを用いる場合とは、それぞれ長さＧの２個のバイナリー相補的ゴーレイコードが各ユーザにより送信された場合を考える。実際には以下に説明する処理を実行するものとする。
【００５２】
先ず、各ユーザから送信されてきた相補的ゴーレイコードの系列をパルス生成部２１において、ΨT(t)でパルス波形化し、局部発振器２３により発振された周波数fkで搬送波変調し、更に第１のアンプ２６によりこれを増幅した上で、０位相にてして送信する。受信側は、かかる信号を受信し、フィルタ４１前段の信号を記録する。
【００５３】
ちなみに受信信号は、局部発振器２３から発振される周波数ｆ０に基づいてダウンコンバートされ、フィルタ４１により相互相関係数が算出されることになる。実際には、フィルタ４１通過後のゴーレイコードの系列と、フィルタ４１通過前のゴーレイコードの系列とに基づいて相互相関係数を取得する。この２系列から求めた相互相関係数は、時系列的に整列されて、２Ｇで規格化されることになる。
【００５４】
次にＳＹＮＣコードとしてｍ系列信号を用いる場合について説明をする。長さＭのｍ系列信号が各ユーザにより送信された場合、先ずパルス生成部２１によりｍ系列信号をΨT(t)でパルス波形化し、局部発振器２３により発振された周波数fkで搬送波変調し、次に第１のアンプ２６によりこれを増幅した上で、で、０位相にてして送信する。受信側は、かかる信号を受信し、フィルタ４１前段の信号を記録する。
【００５５】
これらの受信したｍ系列信号は、局部発振器２３から発振される周波数ｆ０に基づいてダウンコンバートされ、フィルタ４１により相互相関係数が算出されることになる。実際には、フィルタ４１通過後のｍ系列信号と、フィルタ４１通過前のｍ系列信号とに基づいて相互相関係数を取得する。この相互相関出力はΨ(t)である。
【実施例１】
【００５６】
本発明は、個人向け近距離無線通信に応用可能である。図３は、送信側の端末装置２が６０ＧＨｚ前後のキャリア周波数を使用する場合の受信電力の一例を示している。フィルタ４１としては、各種出力バックオフ及びロールオフ率が０．２５のＲＲＣフィルタを用いた場合における、６０ＧＨｚの第１のアンプ２６について考察する。図３は、ＯＢＯが３、１０、２０ｄＢの任意のユーザｋに対するμl,kとTbfDl,kの関係を示している。ここでいうＯＢＯとは、10log10(Pset/Pin)である。ここで、Psetは、第１のアンプ２６における飽和電圧であり、Pinは、第１のアンプ２６における入力電圧である。ここでＯＢＯの値が小さいほど第１のアンプ２６は、非線形に近づき、ＯＢＯの値が大きいほど第１のアンプ２６は、線形に近づく。
【００５７】
図４は、上述した方法に基づいて得られた第１のアンプ２６から出力された仮想的なパルス波形の規格化された相互相関係数の一例を示している。第１のアンプ２６におけるＯＢＯは、３ｄＢと２０ｄＢである。受信電力に加えて、相互相関係数を用いて同一チャネル内又は隣接チャネル間の干渉性を予測する。そして、この干渉性に基づいて、所望のユーザの信号の性能劣化を正確に計算することができる。本発明によれば、このようなシステムもハードウェアを通じて実現可能となる。
【符号の説明】
【００５８】
１  無線通信システム
２  端末装置
２１  パルス生成部
２２  パルスシェーピング部
２３  局部発信器
２４  ミキサ回路
２５  フィルタ
２６  第１のアンプ
２７  アンテナ
３２  フィルタ
３３  低雑音増幅器（ＬＮＡ）
４１  フィルタ
４３  第２のアンプ
４５  ＡＤＣ
４７  信号検出部
５１  切替回路
５２  ミキサ回路
【図１】
0005500627.tif 000004
【図２】
0005500627.tif 000005
【図３】
0005500627.tif 000006
【図４】
0005500627.tif 000007