(57)【要約】【課題】使用周波数範囲にわたって相関ピークの検出が可能となるように、整合フィルタを合理的に構成した相関器を提供する。【解決手段】相関器は整合フィルタ１１０−１〜１１０−９を有する。整合フィルタ１１０−１は、相関器の使用周波数範Ｆｓｙｓの中心周波数Ｆｃをサンプリング周波数としてフィルタが設定された、中心周波数用の整合フィルタである。整合フィルタ１１０−２，１１０−４，１１０−６及び１１０−８は、低周波数側に隣り合う整合フィルタの対応周波数範囲の上限周波数に一致するサンプリング周波数でフィルタ係数が設定された、シフト周波数用の整合フィルタである。整合フィルタ１１０−３，１１０−５，１１０−７及び１１０−９は、高周波数側に隣り合う整合フィルタの対応周波数範囲の下限周波数に一致するサンプリング周波数でフィルタ係数が設定された、シフト周波数用の整合フィルタである。【選択図】図５
2014220638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の符号系列で目的信号を変調した変調信号と前記符号系列との相関値を算出する複数の整合フィルタを有する相関器であって、
前記複数の整合フィルタの各々は、
前記相関器の使用周波数範囲で、互いに異なるサンプリング周波数のフィルタ係数より前記相関値を算出し、
前記使用周波数範囲の中心周波数よりも低周波数側では、前記サンプリング周波数に応じて設定される対応周波数範囲の下限周波数を、低周波数側に隣り合う前記整合フィルタのサンプリング周波数に一致させ、
前記中心周波数よりも高周波数側では、前記対応周波数範囲の上限周波数を、高周波数側に隣り合う前記整合フィルタのサンプリング周波数に一致させて構成される
相関器。
【請求項２】
前記サンプリング周波数が隣り合う２つの前記整合フィルタは、互いの前記対応周波数範囲の半分ずつが重複する
請求項１に記載の相関器。
【請求項３】
前記複数の整合フィルタは、
前記使用周波数範囲の中心周波数をサンプリング周波数とした、中心周波数用の整合フィルタと、
前記中心周波数を基準として、低周波数側及び高周波数側に対してそれぞれ同じ大きさの周波数偏差を与えた、複数のシフト周波数用の整合フィルタとからなる
請求項１又は２に記載の相関器。
【請求項４】
前記使用周波数範囲は、前記変調信号を送信する送信機と自相関器を備える受信機との相対速度に基づいて設定される
請求項１から３のいずれか１項に記載の相関器。
【請求項５】
特定の符号系列で目的信号を変調した変調信号と前記符号系列との相関値を、所定のサンプリング周波数のフィルタ係数により算出する整合フィルタを用いて、相関器を構成するコンピュータに、
前記相関器の使用周波数範囲の中心周波数を、前記サンプリング周波数に応じて設定される対応周波数範囲に含むように、中心周波数用の整合フィルタを構成するステップと、
前記中心周波数用の整合フィルタが構成された後、
前記使用周波数範囲内で、前記中心周波数から低周波数側に前記サンプリング周波数をシフトさせて、先に構成した整合フィルタの前記対応周波数範囲の下限周波数に前記サンプリング周波数を一致させた、シフト周波数用の整合フィルタを構成し、
前記使用周波数範囲内で、前記中心周波数から高周波数側に前記サンプリング周波数をシフトさせて、先に構成した整合フィルタの前記対応周波数範囲の上限周波数に前記サンプリング周波数を一致させた、シフト周波数用の整合フィルタを構成するステップと
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、符号系列の相関を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
スペクトラム拡散通信を行う通信システムにおいて、受信機は、整合フィルタを用いて拡散符号の相関を検出して、スペクトラム拡散信号からデータを復調することがある。特許文献１は、受信したスペクトラム拡散信号にドップラシフトによる周波数変動が生じた場合であっても、一定レベル以上の相関ピークを得られるように、それぞれ異なるサンプリング周波数でフィルタ係数が設定された複数の整合フィルタを含む相関器を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０９６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
相関器で動作する整合フィルタの数と、一定レベル以上の相関ピークを検出することができる周波数範囲の広さとは、トレードオフの関係にある。即ち、相関器で動作する整合フィルタの数を増大させることは、スペクトラム拡散信号の周波数変動への耐性を高くすることに寄与する一方で、受信機での処理負荷の増大や電力消費量の増大の原因となる。このため、相関器の使用周波数範囲にわたって相関ピークの検出が妨げられない程度に、整合フィルタの数を減らせることが望ましい。特許文献１は、この観点から整合フィルタを合理的に構成することについて開示していない。
そこで、本発明の目的は、使用周波数範囲にわたって相関ピークの検出が可能となるように、整合フィルタを合理的に構成した相関器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するため、本発明の相関器は、特定の符号系列で目的信号を変調した変調信号と前記符号系列との相関値を算出する複数の整合フィルタを有する相関器であって、前記複数の整合フィルタの各々は、前記相関器の使用周波数範囲で、互いに異なるサンプリング周波数のフィルタ係数より前記相関値を算出し、前記使用周波数範囲の中心周波数よりも低周波数側では、前記サンプリング周波数に応じて設定される対応周波数範囲の下限周波数を、低周波数側に隣り合う前記整合フィルタのサンプリング周波数に一致させ、前記中心周波数よりも高周波数側では、前記対応周波数範囲の上限周波数を、高周波数側に隣り合う前記整合フィルタのサンプリング周波数に一致させて構成される。
【０００６】
本発明では、符号系列で変調した変調信号が、或る整合フィルタの対応周波数範囲の下限周波数又は上限周波数付近の周波数の場合であっても、この周波数に近いサンプリング周波数の他の整合フィルタにより算出された相関値に基づき、相関ピークを検出することができる。また、本発明では、複数の整合フィルタのサンプリング周波数同士を過度に近づけることを防ぐことができるため、相関器で動作する整合器の数を不要に増大させないようにすることができる。
【０００７】
本発明の相関器において、前記サンプリング周波数が隣り合う２つの前記整合フィルタは、互いの前記対応周波数範囲の半分ずつが重複するようにしてもよい。
本発明によれば、使用周波数範囲にわたって相関ピークの検出を可能にしつつ、相関器で動作させる整合フィルタの数を効率的に減らすことができる。
【０００８】
本発明の相関器において、前記複数の整合フィルタは、前記使用周波数範囲の中心周波数をサンプリング周波数とした、中心周波数用の整合フィルタと、前記中心周波数を基準として、低周波数側及び高周波数側に対して同じ大きさの周波数偏差を与えた、複数のシフト周波数用の整合フィルタとからなるようにしてもよい。
本発明によれば、相関器の使用周波数範囲の中心周波数での相関ピークの検出精度を特に高くしつつ、変調信号の周波数の変動の方向や大きさによらないで、相関ピークの検出を可能にすることができる。
【０００９】
本発明の相関器において、前記使用周波数範囲は、前記変調信号を送信する送信機と自相関器を備える受信機との相対速度に基づいて設定されるようにしてもよい。
本発明によれば、送信機及び受信機の相対速度に基づいて相関器の使用周波数範囲が設定されるので、ドップラシフトを原因として変調信号に周波数変動が生じた場合であっても、相関ピークの検出を可能にすることができる。
【００１０】
本発明のプログラムは、特定の符号系列で目的信号を変調した変調信号と前記符号系列との相関値を、所定のサンプリング周波数のフィルタ係数により算出する整合フィルタを用いて、相関器を構成するコンピュータに、前記相関器の使用周波数範囲の中心周波数を、前記サンプリング周波数に応じて設定される対応周波数範囲に含むように、中心周波数用の整合フィルタを構成するステップと、前記中心周波数用の整合フィルタが構成された後、前記使用周波数範囲内で、前記中心周波数から低周波数側に前記サンプリング周波数をシフトさせて、先に構成した整合フィルタの前記対応周波数範囲の下限周波数に前記サンプリング周波数を一致させた、シフト周波数用の整合フィルタを構成し、前記使用周波数範囲内で、前記中心周波数から高周波数側に前記サンプリング周波数をシフトさせて、先に構成した整合フィルタの前記対応周波数範囲の上限周波数に前記サンプリング周波数を一致させた、シフト周波数用の整合フィルタを構成するステップとを実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、使用周波数範囲にわたって相関ピークの検出が可能となるように、整合フィルタを合理的に構成した相関器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る通信システムの全体構成を示す図。
【図２】同通信システムの受信機が備える相関器の構成例を示す図。
【図３】同受信機において相関器の構成手順を示すフローチャート。
【図４】同相関器で構成される整合フィルタの対応周波数範囲同士の関係の説明図。
【図５】同相関器で構成される整合フィルタの対応周波数範囲同士の関係の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る通信システム１の全体構成を示す図である。図１に示すように、通信システム１は、受信機１００と送信機２００とを備える、スペクトラム拡散通信を行う通信システムである。
送信機２００は、スペクトラム拡散通信によりデータ送信を行う送信機である。送信機２００は、放音制御部２０１と、スピーカ２０２とを備える。放音制御部２０１は、楽音信号や超音波信号等の目的信号を拡散符号で変調して、アナログ形式のスペクトラム拡散信号を生成し、スピーカ２０２へ供給する。スピーカ２０２は、放音制御部２０１から供給されたスペクトラム拡散信号に応じて放音する。
拡散符号は、例えばＭ系列であるが、Ｇｏｌｄ系列等の他の符号系列であってもよい。また、放音制御部２０１は、可聴周波数の中で比較的高い周波数であり、人間が聞き取り難く聴感上の違和感や不快感の少ない周波数（例えば１８ｋＨｚ）以上で、且つ、可聴周波数の上限値（例えば２０ｋＨｚ）を含む帯域内の周波数で目的信号を変調した変調信号を、スペクトラム拡散信号として生成する。
特に、放音制御部２０１が可聴周波数の上限値以下の周波数で目的信号を変調した場合、受信機１００及び送信機２００において、可聴周波数を超える高い周波数の信号を確実に伝送し処理するための構成を省くこともできる。なお、上述の目的信号を変調する周波数としての可聴周波数の上限値は、受信機１００及び送信機２００でのサンプリング周波数に基づいて決められてもよく、例えば、２２．０５ｋＨｚ（サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚの場合）又は２４．０ｋＨｚ（サンプリング周波数が４８．０ｋＨｚの場合）等としてもよい。
【００１４】
他方、放音制御部２０１が１８ｋＨｚ以上の周波数で目的信号を変調することが望ましい理由は、以下のとおりである。文献（Kenji Kurata, Tazu Mizunami and Kazuma Matsushita, "Percentiles of normal hearing-threshold distribution under free-field listening conditions in numerical form,"Acoust.Sci.&Tech.26,447-449(2005).）には、人間が音を知覚するために必要な音圧が周波数毎に記載されている（特にFig.2の記載参照）。この文献には、１８ｋＨｚの音を全体の５％の人間が知覚するために必要な音圧（同図のＰ5）が、およそ５０ｄＢＳＰＬと記載されている。換言すると、１８ｋＨｚの音の音圧レベルがおよそ５０ｄＢＳＰＬである場合、全体の９５％の人間が、その音を知覚できない、又は、ほとんど知覚できないことになる。人間が日常的に置かれる環境下では、４０〜５０ｄＢＳＰＬ程度の暗騒音が存在するが、この環境下で通信システム１を利用するためには、送信機２００が、この暗騒音の音圧以上の音圧で放音する必要がある。このために、送信機２００が１８ｋＨｚで目的信号を変調しておよそ５０ｄＢＳＰＬで放音した場合であっても、ほとんどの人間（９５％）によって、１８ｋＨｚの周波数成分の音は知覚されないこととなる。また、１８ｋＨｚよりも高い周波数の音は、人間によって更に知覚され難くなる。更に、同図に示すように、１８ｋＨｚよりも低い周波数の音、例えば１７ｋＨｚの音では、上述のＰ5の閾値はおよそ３０ｄＢＳＰＬと大幅に低下するため、５０ｄＢＳＰＬで放音された場合には、全体の２５％以上の人間により知覚されることとなる（同図Ｐ25に対応）。以上の理由により、放音制御部２０１においては１８ｋＨｚ以上の周波数で目的信号を変調することが望ましいといえる。
【００１５】
受信機１００は、送信機２００により送信されたデータを受信する受信機である。受信機１００は、マイクロホン１０１と、受信部１０２と、相関器１０３と、制御部１０４とを備える。マイクロホン１０１は、送信機２００のスピーカ２０２から放音された音を収音して、収音した音に応じたアナログ形式のスペクトラム拡散信号を、受信部１０２に供給する。受信部１０２は、供給されたスペクトラム拡散信号をアナログ形式からデジタル形式に変換して受信信号を生成し、相関器１０３へ供給する。送信機２００と受信機１００とが相対的に移動している場合には、受信信号は、目的信号の周波数を基準としてドップラシフトした周波数の信号となる。
【００１６】
相関器１０３は、受信機１００が受信したスペクトラム拡散信号と拡散符号との相関を検出する。相関器１０３は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサによりプログラムを実行することによって実現される。ただし、相関器１０３は、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を用いる等して他のプロセッサにより実現されてもよい。
【００１７】
制御部１０４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ(Read Only Memory)及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有するマイクロコンピュータを備え、受信機１００の各部の制御を司る。また、制御部１０４は、相関器１０３を構成するためのプログラムを予めＲＯＭに記憶している。制御部１０４は、このプログラムを実行し、ＤＳＰのプログラムを書き換えること等によって相関器１０３を構成する。
【００１８】
図２は、相関器１０３の構成例を示す図である。図２に示す構成例では、相関器１０３は、９つの整合フィルタ１１０−１〜１１０−９と、位相調整器１２０と、加算器１３０とを有する。
相関器１０３には使用周波数範囲が存在する。相関器１０３の使用周波数範囲は、相関器１０３が拡散符号の相関を検出可能な周波数範囲であり、すなわち、スペクトラム拡散通信を行う通信システム１において使用可能な周波数範囲でもある。使用周波数範囲をＦｓｙｓで表すと、相関器１０３は、この使用周波数範囲Ｆｓｙｓにわたって相関ピークを検出できるように構成される。
【００１９】
相関器１０３の使用周波数範囲Ｆｓｙｓは、例えば、送信機２００と受信機１００とが相対的に移動することによって、スペクトラム拡散信号にドップラシフトを原因とした周波数変動が生じた場合であっても、相関ピークの検出が可能となるように設定される。このため、使用周波数範囲Ｆｓｙｓは、送信機２００と受信機１００との間に想定される相対速度に基づいて、必要十分な周波数範囲を確保するように設定される。受信機１００が人に所持された状態で移動する場合を想定すると、使用周波数範囲Ｆｓｙｓは、例えば、人の徒歩での移動速度や自転車等の乗り物に乗ったときの移動速度に応じて発生するドップラシフトに基づいて、設定される。また、送信機２００が移動する場合には、送信機２００の移動速度に応じて発生するドップラシフトも加味して、使用周波数範囲Ｆｓｙｓが設定される。
【００２０】
相関器１０３の整合フィルタ１１０−１〜１１０−９は、例えばＦＩＲフィルタで形成されたデジタルフィルタにより構成される。整合フィルタ１１０−１〜１１０−９の各々は、送信機２００が目的信号を変調するのに用いる拡散符号と共通の拡散符号を予め記憶している。
整合フィルタ１１０−１は、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの中心となる周波数（以下「中心周波数」と称する。）をサンプリング周波数と設定した、中心周波数用の整合フィルタである。また、整合フィルタ１１０−２〜１１０−９の各々は、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの中心周波数を基準として、この中心周波数に互いに異なる周波数偏差を与えてシフトした周波数（以下「シフト周波数」と称する。）をサンプリング周波数と設定した、シフト周波数用の整合フィルタである。図２において、整合フィルタ１１０−１〜１１０−９の各ブロックに括弧書きで示した「Ｆ１」〜「Ｆ９」は、それぞれ、整合フィルタ１１０−１〜１１０−９のサンプリング周波数を意味する。整合フィルタ１１０−１〜１１０−９の各々は、使用周波数範囲Ｆｓｙｓ内の互いに異なるサンプリング周波数Ｆ１〜Ｆ９でフィルタ係数が設定されている。整合フィルタ１１０−１〜１１０−９の各々は、設定されたフィルタ係数により拡散符号の相関値を算出する。
【００２１】
整合フィルタ１１０−１のサンプリング周波数Ｆ１を基準として、例えば、整合フィルタ１１０−ｋ（ｋは自然数）のシフト周波数に対応するサンプリング周波数（以下「シフトサンプリング周波数」と称する。）として、−０．３％の周波数偏差を与える場合には、整合フィルタ１１０−１のフィルタ係数を１０００倍にアップサンプリングした後、１／９９７倍でダウンサンプリングすることにより、フィルタ係数を設定することができる。また、整合フィルタ１１０−１のサンプリング周波数Ｆ１に対して、整合フィルタ１１０−１のシフトサンプリング周波数に＋０．３％の周波数偏差を与える場合には、整合フィルタ１１０−１のフィルタ係数を１０００倍にアップサンプリングした後、１／１００３倍でダウンサンプリングすることにより、フィルタ係数を設定することができる。周波数偏差が別の値（ここではα％とする。）である場合にも、整合フィルタ１１０−１のフィルタ係数を１００倍でアップサンプリングした後、１／（１００＋α）倍でダウンサンプリングすることによって、シフトサンプリング周波数で相関値を算出する整合フィルタ１１０のフィルタ係数を設定することができる。
以下の説明で、整合フィルタ１１０−１〜１１０−９の各々を特に区別する必要のないときには、これらを「整合フィルタ１１０」と総称する。
【００２２】
整合フィルタ１１０は、受信部１０２から受信信号が入力されると、その受信信号に対して、設定されたフィルタ係数により拡散符号の相関値を算出し、算出した相関値を表す相関値データを位相調整器１２０へ出力する。整合フィルタ１１０は、相関が強いときには、拡散符号の周期で強いピーク値を発生させる。整合フィルタ１１０は、周波数軸上で、拡散符号の周期、すなわち、拡散符号の１チップのコード長に応じた相関特性を持っている。この相関特性は、拡散符号の相関を検出する感度の周波数特性に相当する。よって、スペクトラム拡散信号の周波数によっては、整合フィルタ１１０が出力可能な相関値が低下することがある。この低下する量は、整合フィルタ１１０のサンプリング周波数からスペクトラム拡散信号の周波数が離れるほど大きい。従って、例えば、サンプリング周波数とスペクトラム拡散信号の周波数との差が、拡散符号の１チップ分に相当する周波数以上になると、相関値はゼロ又はゼロに近い極めて小さい値となり、整合フィルタが検出する感度は極めて低下する。
【００２３】
以上のとおり、整合フィルタ１１０は、少なくとも、フィルタ係数の設定に用いられたサンプリング周波数に応じて対応可能な周波数範囲（以下「対応周波数範囲」と称する。）で、拡散符号の相関値を算出する。この対応周波数範囲は、相関器１０３の使用周波数範囲の一部を含む周波数範囲である。また、この対応周波数範囲は、サンプリング周波数とスペクトラム拡散信号の周波数との差が、低周波方向及び高周波方向のそれぞれにおいて、拡散符号の１チップに相当する周波数未満の周波数範囲である。整合フィルタ１１０の対応周波数範囲は、整合フィルタ１１０が少なくともどの程度のレベルの相関値を算出すれば十分かという点を考慮して、設定される。例えば、拡散符号のデータ長やチップ長等の拡散符号の構成要素となるパラメータや、外乱への耐性を評価した実験結果やシミュレーション結果等による環境条件に基づいて、整合フィルタ１１０の対応周波数範囲は設定される。例えば、相関値が一定レベル（スレッショルドレベル）以上で得られ、拡散符号の同期検出やデータの復調が妨げられない周波数範囲を、整合フィルタ１１０の対応周波数範囲とする。ただし、整合フィルタ１１０の対応周波数範囲は、これ以外の手法で設定されてもよい。
整合フィルタ１１０の対応周波数範囲を示すデータは、例えば、制御部１０４のＲＯＭに予め記憶されている。制御部１０４は、このデータに基づいて整合フィルタ１１０の対応周波数範囲を設定することにより、この対応周波数範囲の下限周波数及び上限周波数を特定することもできる。
【００２４】
位相調整器１２０は、整合フィルタ１１０−１〜１１０−９から入力された相関値データの相関ピークの検出タイミングを一致させるように、これらの相関値データの位相を調整してから、加算器１３０へ出力する。整合フィルタ１１０−１〜１１０−９は、互いに異なるサンプリング周波数でフィルタ係数が設定されているので、拡散符号の周期による相関ピークを出力するタイミングが、周波数偏差量に応じて異なることがある。このため、位相調整器１２０は、周波数偏差量に応じて相関値データの位相を調整して、一つの受信信号に基づいて、整合フィルタ１１０−１〜１１０−９より得られる相関値データの検出タイミングを一致させる。
加算器１３０は、位相調整器１２０から入力された各相関値データを検出タイミング毎に加算して、合成相関値を出力する。
【００２５】
受信機１００では、使用周波数範囲Ｆｓｙｓにわたって、相関ピークの検出が可能となるようにしつつ、整合フィルタ１１０の数が不要に増大することがないように、制御部１０４は、以下の手順により相関器１０３の整合フィルタ１１０を構成する。
【００２６】
図３は、制御部１０４が整合フィルタ１１０を構成する際に実行する処理を示すフローチャートである。図４及び図５は、相関器１０３で構成される整合フィルタ１１０の対応周波数範囲同士の関係を説明する図である。
まず、制御部１０４は、相関器１０３の使用周波数範囲Ｆｓｙｓとして、その上限と下限とを設定する（ステップＳ１）。図４（ａ）に示すように、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの下限を「Ｆｓｙｓ＿ｍｉｎ」で表し、上限を「Ｆｓｙｓ＿ｍａｘ」で表すと、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの中心周波数Ｆｃは、Ｆｃ＝（Ｆｓｙｓ＿ｍａｘ−Ｆｓｙｓ＿ｆｍｉｎ）／２という関係を満たす。中心周波数Ｆｃは、ここでは、目的信号の周波数（ここでは１８ｋＨｚ）に一致する。
なお、使用周波数範囲Ｆｓｙｓは、受信機１００又は相関器１０３の仕様等により固定された周波数範囲であってもよいし、外部からデータが与えられること等により変更可能な周波数範囲であってもよい。また、以下の説明では、整合フィルタ１１０−ｋの対応周波数範囲の下限周波数を「Ｆｋ＿ｍｉｎ」で表し、対応周波数範囲の上限周波数を「Ｆｋ＿ｍａｘ」で表す（ｋ＝１，２，・・・，９）。
【００２７】
次に、制御部１０４は、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの中心周波数Ｆｃをサンプリング周波数Ｆ１とした、中心周波数用の整合フィルタ１１０−１を構成する（ステップＳ２）。図４（ａ）に示すように、整合フィルタ１１０−１の対応周波数範囲の下限周波数は、Ｆ１＿ｍｉｎであり、整合フィルタ１１０−２の対応周波数範囲の上限周波数は、Ｆ１＿ｍａｘである。スペクトラム拡散信号にドップラシフト等による周波数変動が生じていないか、又は、その周波数変動が十分小さい場合には、整合フィルタ１１０−１が相関ピークを検出するように、この整合フィルタ１１０−１は構成されている。
【００２８】
次に、制御部１０４は、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの全部の周波数範囲が、整合フィルタ１１０の対応周波数範囲に含まれているか否かを判断する（ステップＳ３）。図４（ａ）に示すように、この段階では、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの一部しか整合フィルタ１１０の対応周波数範囲に含まれていない。このため、制御部１０４は、ステップＳ２の処理で「ＮＯ」と判断する。
【００２９】
次に、制御部１０４は、中心周波数Ｆｃを基準として、サンプリング周波数を低周波数側及び高周波数側にそれぞれシフトさせて、シフト周波数用の整合フィルタ１１０を構成する（ステップＳ４）。図４（ｂ）に示すように、ここでは、制御部１０４は、中心周波数Ｆｃから低周波数側にサンプリング周波数をシフトさせて、先に構成した整合フィルタ１１０−１の対応周波数範囲の下限周波数Ｆ１＿ｍｉｎを、新たなサンプリング周波数Ｆ２とした、整合フィルタ１１０−２を構成する。これにより、整合フィルタ１１０−２の上限周波数Ｆ２＿ｍａｘは、整合フィルタ１１０−１のサンプリング周波数Ｆ１に一致する。また、制御部１０４は、中心周波数Ｆｃから高周波数側にサンプリング周波数をシフトさせて、先に構成した整合フィルタ１１０−１の対応周波数範囲の上限周波数Ｆ１＿ｍａｘを、新たなサンプリング周波数Ｆ３とした、整合フィルタ１１０−３を構成する。これにより、整合フィルタ１１０−３の下限周波数Ｆ３＿ｍｉｎは、整合フィルタ１１０−１のサンプリング周波数Ｆ１に一致する。すなわち、サンプリング周波数が隣り合う２つの整合フィルタ１１０は、互いの対応周波数範囲の半分ずつが重複する。
【００３０】
すなわち、ステップＳ４の処理では、制御部１０４は、現段階での整合フィルタ１１０の対応周波数の下限周波数を新たなサンプリング周波数とした整合フィルタ１１０と、現段階での整合フィルタ１１０の対応周波数の上限周波数を新たなサンプリング周波数とした別の整合フィルタ１１０とを、それぞれ新たに構成する。この際、中心周波数Ｆｃに対するサンプリング周波数の周波数偏差の絶対値は、これらの２つの新たな整合フィルタ１１０で同じである。制御部１０４は、ステップＳ４の処理を実行すると、ステップＳ３の処理に戻る。
【００３１】
制御部１０４は、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの全部の周波数範囲が、整合フィルタ１１０の対応周波数範囲に含まれるまで、ステップＳ３の処理で「ＮＯ」と判断して、ステップＳ４の処理により、サンプリング周波数を低周波数側及び高周波数側にそれぞれシフトさせて、整合フィルタ１１０を逐次新たに追加して構成する。
具体的には、整合フィルタ１１０−１〜１１０〜３を構成した後、制御部１０４は、図４（ｃ）に示すように、整合フィルタ１１０−２の対応周波数範囲の下限周波数Ｆ２＿ｍｉｎをサンプリング周波数Ｆ４とした、整合フィルタ１１０−４を構成し、且つ、整合フィルタ１１０−３の対応周波数範囲の上限周波数Ｆ３＿ｍａｘをサンプリング周波数Ｆ５とした、整合フィルタ１１０−５を構成する。次に、制御部１０４は、図５（ａ）に示すように、整合フィルタ１１０−４の対応周波数範囲の下限周波数Ｆ４＿ｍｉｎをサンプリング周波数Ｆ６とした、整合フィルタ１１０−６を構成し、且つ、整合フィルタ１１０−５の対応周波数範囲の上限周波数Ｆ５＿ｍａｘをサンプリング周波数Ｆ７とした、整合フィルタ１１０−７を構成する。次に、制御部１０４は、図５（ｂ）に示すように、整合フィルタ１１０−６の対応周波数範囲の下限周波数Ｆ６＿ｍｉｎをサンプリング周波数Ｆ８とした、整合フィルタ１１０−８を構成し、且つ、整合フィルタ１１０−７の対応周波数範囲の上限周波数Ｆ７＿ｍａｘをサンプリング周波数Ｆ９とした、整合フィルタ１１０−９を構成する。
図５（ｂ）に示すように、相関器１０３では、整合フィルタ１１０−ｋの対応周波数範囲の下限周波数Ｆｋ＿ｍｉｎは、低周波数側に隣り合う整合フィルタ１１０のサンプリング周波数に一致する。整合フィルタ１１０−ｋの対応周波数範囲の上限周波数Ｆｋ＿ｍａｘは、高周波数側に隣り合う整合フィルタ１１０のサンプリング周波数に一致する。
【００３２】
整合フィルタ１１０−１〜１１０−９が構成されると、図５（ｂ）に示すように、整合フィルタ１１０−８の下限周波数Ｆ８＿ｍｉｎは、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの下限周波数Ｆｓｙｓ＿ｍｉｎを下回る。また、整合フィルタ１１０−９の上限周波数Ｆ９＿ｍａｘは、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの上限周波数Ｆｓｙｓ＿ｍａｘを上回る。すなわち、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの下限周波数Ｆｓｙｓ＿ｍｉｎから、上限周波数Ｆｓｙｓ＿ｍａｘに至るまで、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの全部の周波数範囲がいずれかの整合フィルタ１１０の対応周波数範囲に含まれる。よって、制御部１０４は、整合フィルタ１１０−１〜１１０〜９を構成すると、ステップＳ３の処理で「ＹＥＳ」と判断して、相関器１０３の整合フィルタ１１０を構成する処理を終了する。
【００３３】
以上説明した相関器１０３では、整合フィルタ１１０の数が９個であるが、９個以外となる場合もある。例えば、使用周波数範囲Ｆｓｙｓを更に狭くした場合には、整合フィルタ１１０の数が７個、５個という具合に９個未満となることがあり、反対に、使用周波数範囲Ｆｓｙｓを広くした場合には、整合フィルタ１１０の数が１１個、１３個という具合に９個を上回ることがある。
また、整合フィルタ１１０の対応周波数範囲を狭くした場合には、相関器１０３においてより多くの整合フィルタ１１０が必要となる。反対に、整合フィルタ１１０の対応周波数範囲を広くした場合には、相関器１０３において必要な整合フィルタ１１０の数は少なくなる。
【００３４】
以上説明した通信システム１では、相関器１０３の使用周波数範囲Ｆｓｙｓにわたって、各整合フィルタ１１０の対応周波数範囲の下限周波数及び上限周波数を、それぞれ、低周波数側及び高周波数側に隣り合う整合フィルタ１１０のサンプリング周波数に一致させている。この相関器１０３によれば、各整合フィルタ１１０の対応周波数範囲の下限周波数及び上限周波数付近の周波数のスペクトラム拡散信号が受信された場合であっても、サンプリング周波数が近い他の整合フィルタ１１０との合成相関値に基づいて、相関拡散符号の相関を検出することができる。よって、相関器１０３によれば、使用周波数範囲Ｆｓｙｓにわたって相関ピークを検出することができる。
また、相関器１０３では、隣り合う２つの整合フィルタ１１０の対応周波数範囲の半分ずつを重複させることより、相関器１０３を構成する整合フィルタ１１０の数を効率的に減らすことができる。
【００３５】
また、図５（ｂ）に示すように、相関器１０３は、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの中心周波数Ｆｃをサンプリング周波数とした整合フィルタ１１０−１と、複数のシフト周波数用の整合フィルタ１１０−２〜１１０−９とからなる。これにより、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの中心周波数Ｆｃ、すなわち、スペクトラム拡散信号に周波数変動が生じていない場合の周波数での相関ピークの検出精度を特に高くしつつ、ドップラシフト等によるスペクトラム拡散信号の周波数変動の方向やその大きさによらないで、相関ピークの検出精度を確保することができる。
【００３６】
本発明は、上述した実施形態と異なる形態で実施することが可能である。本発明は、例えば、以下のような形態で実施することも可能である。また、以下に示す変形例は、各々を適宜に組み合わせてもよい。
上述した実施形態では、中心周波数用の整合フィルタ１１０−１のサンプリング周波数Ｆ１が、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの中心周波数Ｆｃに一致していたが、サンプリング周波数Ｆ１が中心周波数Ｆｃに一致せずに、中心周波数Ｆｃからずれていてもよい。この場合であっても、相関器１０３は、中心周波数Ｆｃにおいては、中心周波数用を含む２つの整合フィルタ１１０の合成相関値を出力するので、相関ピークを検出することができる。
なお、整合フィルタ１１０−１のサンプリング周波数等によっては、中心周波数Ｆｃよりも低周波数側と高周波数側とで、整合フィルタ１１０の数が異なることも考えられる。この場合には、制御部１０４は、ステップＳ４の処理において、低周波数側及び高周波数側の一方の側の整合フィルタ１１０の構成を先に終了して、他方の側の整合フィルタ１１０の構成を継続してもよい。
【００３７】
上述した実施形態では、整合フィルタ１１０のサンプリング周波数を中心として、低周波数側の対応周波数範囲と、高周波数側の対応周波数範囲との幅が同じであったが、これらの幅が異なっていてもよい。
また、相関器１０３を構成する全ての整合フィルタ１１０の対応周波数範囲の幅が同じでなくてもよい。この場合であっても、相関器１０３は、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの中心周波数Ｆｃよりも低周波数側では、整合フィルタ１１０−ｋの対応周波数範囲の下限周波数Ｆｋ＿ｍｉｎを、低周波数側に隣り合う整合フィルタ１１０のサンプリング周波数に一致させ、中心周波数Ｆｃよりも高周波数側では、整合フィルタ１１０−ｋの対応周波数範囲の上限周波数Ｆｋ＿ｍａｘを、高周波数側に隣り合う整合フィルタ１１０のサンプリング周波数に一致させた構成である。
【００３８】
また、制御部１０４は、受信機１００がおかれる環境に応じて変化する情報を取得して、この情報に基づいて相関器１０３（整合フィルタ１１０）を構成してもよい。
例えば、制御部１０４は、相関器１０３が相関値データを出力した際に、相関ピークが現れる周波数を検出し、検出した周波数のデータをＲＡＭや図示せぬメモリ等の記憶手段に記憶させる。その後、制御部１０４は、この記憶手段に記憶しておいた周波数のデータを取得して、この周波数に基づいて使用周波数範囲Ｆｓｙｓを設定し、相関器１０３を再構成する。
相関ピークが現れた周波数よりも、周波数軸上で一定距離以上離れた周波数については、仮に使用周波数範囲Ｆｓｙｓに含まれなくても、受信機１００における拡散符号の同期検出及びデータの復調等に影響はないと考えられる。そこで、制御部１０４は、相関ピークが現れた周波数を含む所定の周波数範囲を使用周波数範囲Ｆｓｙｓとして特定して、相関器１０３を再構成することで、相関器１０３で動作させる整合フィルタ１１０の数を効率的に減らすことができる。ここにおいて、制御部１０４は、過去の複数回分の相関ピークの周波数の検出結果を参照してもよい。
【００３９】
また、以下のように使用周波数範囲Ｆｓｙｓが設定されてもよい。
また、受信機１００が、加速度センサやＧＰＳ（Global Positioning System）等を用いて、自機の移動速度を測定する機能を有するとする。この場合には、制御部１０４は、受信機１００の移動速度の測定結果を取得し、移動速度の測定結果に応じた使用周波数範囲Ｆｓｙｓを設定してもよい。受信機１００の移動速度が既知であれば、スペクトラム拡散信号に発生し得る、ドップラシフトに起因した周波数変動を推測することができるからである。制御部１０４は、この移動速度に応じた周波数変動が発生した場合であっても、相関ピークの検出が可能となるように、受信機１００の移動速度と目的信号の周波数とに基づいて、使用周波数範囲Ｆｓｙｓを設定するとよい。
【００４０】
また、送信機２００が移動する場合には、送信機２００の移動に起因した周波数変動を加味して、制御部１０４は使用周波数範囲Ｆｓｙｓを設定してもよい。この場合、送信機２００の放音制御部２０１は、自機の移動速度を示すデータを拡散符号で変調して、スペクトラム拡散信号をスピーカ２０２から放音させる。受信機１００においては、収音したスペクトラム拡散信号に基づいて送信機２００の移動速度を示すデータを復調して取得し、送信機２００の移動速度を特定する。そして、制御部１０４は、送信機２００の移動速度と目的信号の周波数とに基づいて、送信機２００の移動に起因する周波数変動が発生した場合であっても、相関ピークの検出が可能となるように、使用周波数範囲Ｆｓｙｓを設定するとよい。
以上説明したように、受信機１００がおかれる環境に応じて相関器１０３の構成とすることにより、相関器１０３で動作させる整合フィルタ１１０の数を効率的に減らすことができる。
なお、受信機１００又は送信機２００の移動速度を取得するための手段は、別の手段で実現されてもよく、ユーザ入力や他の通信手段が用いられてもよい。
【００４１】
また、制御部１０４は、特定の動作モード（テストモード）で動作するときに、様々な周波数の拡散符号で生成したテスト信号を相関器１０３に供給し、使用周波数範囲Ｆｓｙｓ全体での相関器１０３の相関特性を測定して、この測定結果に基づいて整合フィルタ１１０を再構成してもよい。この場合、制御部１０４は、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの全体で一定レベル以上の相関ピークが得られるように、各整合フィルタ１１０を構成する。制御部１０４は、例えば、各整合フィルタ１１０の対応周波数範囲の大きさや、サンプリング周波数が隣り合う２つの整合フィルタ１１０で対応周波数範囲同士を重複させる幅を、相関特性の測定結果に基づいて規定してもよい。
【００４２】
また、受信機１００には、図４の処理に基づいて予めｎ個（ｎは自然数）の整合フィルタ１１０を含む相関器１０３が予め生成されていて、制御部１０４は、設定した使用周波数範囲Ｆｓｙｓに応じて、ｎ個の整合フィルタ１１０の全部又は一部を動作させるように制御してもよい。ｎ個の整合フィルタ１１０のうちの一部のみを動作させる場合には、制御部１０４は、例えば、使用周波数範囲Ｆｓｙｓの中心周波数Ｆｃに近い順に、（ｎ−１）個以下の整合フィルタ１１０を動作させて、残りの整合フィルタ１１０については動作を停止させる。
また、使用周波数範囲Ｆｓｙｓを固定させる場合には、制御部１０４は、図２及び図５（ｂ）を用いて説明した構成の相関器１０３を継続して動作させてよい。
【００４３】
上述した実施形態では、相関器１０３が位相調整器１２０を含んでいたが、各整合フィルタ１１０の出力が相殺されないような場合には、位相調整器１２０を省略することができる。
【００４４】
上述した実施形態では、楽音信号や超音波信号を目的信号とする例を示したが、直接スペクトラム拡散を行う通信システムであれば、他の目的信号に対しても、本発明を適用することができる。このような目的信号は、例えば、光通信に用いられる光信号や無線通信に用いられる無線信号である。また、スペクトラム拡散信号が伝搬する経路は、無線の経路に限られず、有線の経路を含んでいてもよい。
上述した実施形態の相関器１０３又は制御部１０４が実現する機能は、複数のプログラムの組み合わせによって実現され、又は、複数のハードウェア資源の連係によって実現されうる。相関器１０３又は制御部１０４の機能がプログラムを用いて実現される場合、このプログラムは、磁気記録媒体（磁気テープ、磁気ディスク（ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＦＤ（Flexible Disk））など）、光記録媒体（光ディスクなど）、光磁気記録媒体、半導体メモリなどのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶した状態で提供されてもよいし、ネットワークを介して配信されてもよい。また、本発明は、相関器で動作する整合フィルタを構成する整合フィルタの構成方法として実施することもできる。
【符号の説明】
【００４５】
１…通信システム、１００…受信機、１０１…マイクロホン、１０２…受信部、１０３…相関器、１０４…制御部、１１０，１１０−１〜１１０−９…整合フィルタ、１２０…位相調整器、１３０…加算器、２００…送信機、２０１…放音制御部、２０２…スピーカ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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