(57)【要約】  ガウス周波数シフトキー(ＧＦＳＫ)受信機は、ＧＦＳＫ変調された信号を受信し、受信したＧＦＳＫ変調された信号をベースバンドの周波数変調された信号に変換する受信機のフロントエンドと、ベースバンドの周波数変調された信号の望ましいチャネルに隣接するチャネルの干渉を減少させるチャネルフィルタと、チャネルフィルタにかけられたベースバンドの変調された信号を復調し、シンボルのシーケンスを回復する復調器と、シンボルのシーケンスからシンボル間干渉(ＩＳＩ)を減少させるディジタルフィルタと、フィルタにかけられたシンボルのシーケンスに基づいてシンボル判定を生成するシアと、シンボル判定をデータビットにマップするシンボルからビットへのマッパと、を含んでいる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調された信号を受信し、前記変調された信号をベースバンドの変調された信号に変換する、受信機のフロントエンドと、
前記ベースバンドの変調された信号の望ましいチャネルに隣接するチャネルの干渉を、前記ベースバンドの変調された信号から減少させ、チャネルフィルタにかけられたベースバンドの変調された信号を生成する、チャネルフィルタと、
前記チャネルフィルタにかけられたベースバンドの変調された信号を復調し、複数のシンボルからなるシーケンスを回復する、復調器と、
前記複数のシンボルからなるシーケンスから、シンボル間干渉（ＩＳＩ）を減少させる、ディジタルフィルタと、
前記フィルタにかけられた複数のシンボルからなるシーケンスに基づいて、複数のシンボル判定を生成する、スライサと、
前記複数のシンボル判定を複数のデータビットにマップする、シンボルからビットへのマッパと、
を具備する、通信受信機。
【請求項２】
前記通信受信機は、ガウス周波数シフトキー(ＧＦＳＫ)受信機を含む、請求項１の通信受信機。
【請求項３】
前記ディジタルフィルタは、ナイキスト等化フィルタを含み、
前記ナイキスト等化フィルタは、ナイキスト応答に基づいて、前記複数のシンボルからなるシーケンスからＩＳＩを減少させる、請求項１の通信受信機。
【請求項４】
前記ディジタルフィルタは、複数の加重段階を含み、
各加重段階は、ガウスフィルタのインパルス応答に基づいて、それぞれのフィルタ係数によって、前記複数のシンボルからなるシーケンスの中のシンボルに加重する、請求項１の通信受信機。
【請求項５】
前記ディジタルフィルタは、複数の加重段階を含み、
各加重段階は、ディジタルの通信受信機の決定されたインパルス応答と、前記変調された信号の送信機の決定されたインパルス応答との総計に基づくそれぞれのフィルタ係数によって、前記複数のシンボルからなるシーケンスの中のシンボルに加重する、請求項１の通信受信機。
【請求項６】
前記ディジタルフィルタは、複数の加重段階を含み、
各加重段階は、ガウスフィルタの決定されたインパルス応答と、前記チャネルフィルタの決定されたインパルス応答との総計に基づくそれぞれのフィルタ係数によって、前記複数のシンボルからなるシーケンスの中のシンボルに加重する、請求項１の通信受信機。
【請求項７】
前記ディジタルフィルタは、複数の加重段階を含み、
各加重段階は、ガウスフィルタの決定されたインパルス応答と、前記チャネルフィルタの決定されたインパルス応答との総計応答によって除算されたナイキストフィルタの決定されたインパルス応答に基づくそれぞれのフィルタ係数によって、前記複数のシンボルからなるシーケンスの中のシンボルに加重する、請求項１の通信受信機。
【請求項８】
比較器は、前記総計応答の各周波数成分と、所定の実数とを比較し、前記総計応答の周波数成分が、前記所定の実数未満である場合に、前記周波数成分を前記所定の実数に置き換えて、変更された総計応答を生成し、
除算器は、前記ナイキストフィルタの前記決定されたインパルス応答を、前記変更された総計応答によって除算し、前記それぞれのフィルタリング係数を決定する、請求項７の通信受信機。
【請求項９】
前記ガウスフィルタは、０．３６以下の、半分の帯域幅対シンボルレートの比(ＢＴ)を有し、
前記チャネルフィルタは、０．７５未満の、半分の帯域幅対シンボルレートの比(ＢＴ)を有する、請求項７の通信受信機。
【請求項１０】
変調された信号を受信し、前記変調された信号をベースバンドの変調された信号に変換することと、
前記ベースバンドの変調された信号の望ましいチャネルに隣接するチャネルの干渉をフィルタにかけ、前記ベースバンドの変調された信号から前記チャネルの干渉を減少させ、チャネルフィルタにかけられたベースバンドの変調された信号を生成することと、
前記チャネルフィルタにかけられたベースバンドの変調された信号を復調し、複数のシンボルからなるシーケンスを回復することと、
データ処理装置のプロセッサによって、前記複数のシンボルからなるシーケンスからシンボル間干渉（ＩＳＩ）を減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることと、
前記フィルタにかけられた複数のシンボルからなるシーケンスに基づいて、複数のシンボル判定を生成することと、
前記複数のシンボル判定を複数のデータビットにマップすることと、
を含む、通信受信機方法。
【請求項１１】
ＩＳＩを減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることは、
ナイキストフィルタのインパルス応答を決定することと、
前記ナイキストフィルタのインパルス応答に基づいて、複数のフィルタ係数を決定することと、
前記複数のフィルタ係数に基づいて、ＩＳＩを減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることと、
を含む、請求項１０の通信受信機方法。
【請求項１２】
ＩＳＩを減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることは、
ガウスフィルタのインパルス応答を決定することと、
前記ガウスフィルタのインパルス応答に基づいて、複数のフィルタ係数を決定することと、
前記複数のフィルタ係数に基づいて、ＩＳＩを減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることと、
を含む、請求項１０の通信受信機方法。
【請求項１３】
ＩＳＩを減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることは、
ガウスフィルタのインパルス応答を決定することと、
前記フィルタにかけたチャネルの干渉のインパルス応答を決定することと、
前記ガウスフィルタのインパルス応答と、前記フィルタにかけたチャネルの干渉のインパルス応答とを総計して、総計応答を生成することと、
前記総計応答に基づいて、複数のフィルタ係数を決定することと、
前記複数のフィルタ係数に基づいて、ＩＳＩを減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることと、
を含む、請求項１０の通信受信機方法。
【請求項１４】
ＩＳＩを減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることは、
ガウスフィルタのインパルス応答を決定することと、
前記フィルタにかけたチャネルの干渉のインパルス応答を決定することと、
前記ガウスフィルタのインパルス応答と、前記フィルタにかけたチャネルの干渉のインパルス応答とを総計して、総計応答を生成することと、
ナイキストフィルタのインパルス応答を決定することと、
前記ナイキストフィルタのインパルス応答を前記総計応答によって除算して、商を生成することと、
前記商に基づいて、複数のフィルタ係数を決定することと、
前記複数のフィルタ係数に基づいて、ＩＳＩを減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることと、
を含む、請求項１０の通信受信機方法。
【請求項１５】
前記ガウスフィルタは、０．３６以下の、半分の帯域幅対シンボルレートの比(ＢＴ)を有し、
前記フィルタにかけたチャネルの干渉は、０．７５未満の、半分の帯域幅対シンボルレートの比(ＢＴ)を有する、請求項１４の通信受信機方法。
【請求項１６】
前記ガウスフィルタのインパルス応答と、前記フィルタにかけたチャネルの干渉のインパルス応答とを総計することは、
周波数変調器のインパルス応答を決定することと、
前記変調された信号からベースバンド信号への変換のインパルス応答を決定することと、
前記ガウスフィルタのインパルス応答と、前記フィルタにかけたチャネルの干渉のインパルス応答と、前記周波数変調器のインパルス応答と、前記変調された信号からベースバンド信号への変換のインパルス応答とを総計して、総計応答を生成することと、
を含む、請求項１４の通信受信機方法。
【請求項１７】
ＩＳＩを減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることは、
ガウスフィルタのインパルス応答を決定することと、
前記フィルタにかけたチャネルの干渉のインパルス応答を決定することと、
前記ガウスフィルタのインパルス応答と、前記フィルタにかけたチャネルの干渉のインパルス応答とを総計し、総計応答を生成することと、
前記総計応答を周波数領域に変換し、複数の周波数ビンを出力することと、
前記複数の周波数ビンのうちの、所定の値未満の大きさを有する周波数ビンを、前記所定の値に置き換えて、変更された周波数領域総計応答を生成することと、
ナイキストフィルタのインパルス応答を決定することと、
前記ナイキストフィルタのインパルス応答を周波数領域に変換し、ナイキスト周波数領域応答を出力することと、
前記ナイキスト周波数領域応答を、前記変更された周波数領域総計応答によって除算し、商を生成することと、
前記商に基づいて、複数のフィルタ係数を決定することと、
前記複数のフィルタ係数に基づいて、ＩＳＩを減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることと、
を含む、請求項１０の通信受信機方法。
【請求項１８】
複数のコンピュータ読み出し可能命令を記憶しているコンピュータ読み出し可能記憶媒体であって、
前記複数のコンピュータ読み出し可能命令は、通信受信機のプロセッサによって実行された時に、前記プロセッサに、
変調された信号を受信し、前記変調された信号をベースバンドの変調された信号に変換することと、
前記ベースバンドの変調された信号の望ましいチャネルに隣接するチャネルの干渉にフィルタをかけ、前記ベースバンドの変調された信号から前記チャネルの干渉を減少させ、チャネルのフィルタにかけられたベースバンドの変調された信号を生成することと、
前記チャネルのフィルタにかけられたベースバンドの変調された信号を復調し、複数のシンボルからなるシーケンスを回復することと、
前記複数のシンボルからなるシーケンスからシンボル間干渉（ＩＳＩ）を減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることと、
前記フィルタにかけられた複数のシンボルからなるシーケンスに基づいて、複数のシンボル判定を生成することと、
前記複数のシンボル判定を複数のデータビットにマップすることと、
を行わせる、コンピュータ読み出し可能記憶媒体。
【請求項１９】
ＩＳＩを減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることは、
ナイキストフィルタのインパルス応答を決定することと、
前記ナイキストフィルタのインパルス応答に基づいて、複数のフィルタ係数を決定することと、
前記複数のフィルタ係数に基づいて、ＩＳＩを減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることと、
を含む、請求項１８のコンピュータ読み出し可能記憶媒体。
【請求項２０】
前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることは、
ガウスフィルタのインパルス応答を決定することと、
前記ガウスフィルタのインパルス応答に基づいて、複数のフィルタ係数を決定することと、
前記複数のフィルタ係数に基づいて、ＩＳＩを減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることと、
を含む、請求項１９のコンピュータ読み出し可能記憶媒体。
【請求項２１】
前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることは、
ガウスフィルタのインパルス応答を決定することと、
前記フィルタにかけたチャネルの干渉のインパルス応答を決定することと、
前記ガウスフィルタのインパルス応答と、前記フィルタにかけたチャネルの干渉のインパルス応答とを総計して、総計応答を生成することと、
前記総計応答に基づいて、複数のフィルタ係数を決定することと、
前記複数のフィルタ係数に基づいて、ＩＳＩを減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることと、
を含む、請求項１８のコンピュータ読み出し可能記憶媒体。
【請求項２２】
前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることは、
ナイキストフィルタのインパルス応答を決定することと、
ガウスフィルタのインパルス応答を決定することと、
前記ナイキストフィルタのインパルス応答を、前記ガウスフィルタのインパルス応答によって除算して、商を生成することと、
前記商に基づいて、複数のフィルタ係数を決定することと、
前記複数のフィルタ係数に基づいて、ＩＳＩを減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることと、
を含む、請求項１８のコンピュータ読み出し可能記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２０１０年７月３０日に出願された米国出願第１２／８４７，９５１号に対して優先権を主張しており、これによって、米国出願第１２／８４７，９５１号の全内容は、参照によって取り込まれる。
【０００２】
この開示は、通信の分野、特に、周波数シフトキーイング（Frequency Shift Keying, FSK）変調によるデータ通信の分野に関する。
【０００３】
ガウス周波数シフトキーイング（Gaussian Frequency Shift Keying, GFSK）は、ＦＳＫディジタル変調のうちの帯域幅効率の良いタイプである。具体的には、ＧＦＳＫ変調では、パルス整形ガウスフィルタ（pulse shaping Gaussian filter）を利用し、変調された送信搬送波（modulated transmission carrier）の帯域幅を小さくする。ＦＳＫ変調では、データシンボルシーケンスが激しい変化（sharp transition）をする結果、変調された送信搬送波は、周波数が不連続になる。周波数が不連続である結果、送信搬送波の帯域幅は広くなる。しかしながら、パルス整形ガウスフィルタを使用して、データシンボルシーケンスの激しい変化をスムーズにすると、この問題が回避される。パルス整形ガウスフィルタは、データシンボルシーケンスにおけるより高い周波数成分を除去し、その結果として、よりコンパクトな送信スペクトルを可能にする。
【０００４】
ＧＦＳＫ変調方式によって容易にされるコンパクトな送信スペクトルは、ＦＣＣの隣接チャネル電力阻止条件(FCC adjacent channel power rejection requirement)を満たすように、ＧＦＳＫ送信搬送波のスペクトル帯域幅と帯域外スペクトルとの両者を小さくすることによって、ライセンスを取得した帯域（licensed band）と、ライセンスを取得していない、産業、科学、医療（industrial, scientific, and medical, ISM）帯域との両者において動作するワイヤレス通信システムを助ける。国際的な無線スペクトル規制機関によって、同様の条件が施行されている。
【０００５】
しかしながら、パルス整形ガウスフィルタによるパルス整形は、シンボル間干渉(inter-symbol interference, ISI)を引き起こす。実際に、ガウスフィルタによるパルス整形は、ＩＳＩを取り込む。従って、ＧＦＳＫ変調方式を中心として設計されているシステムは、低いデータスループット又は増加したビットエラーレートを考慮して設計されている。従来、ＧＦＳＫ変調方式に関連するＩＳＩは、高い変調次数のデータ通信を妨げる。高い変調次数のデータ通信では、１シンボル当たりに複数のデータビットが送信される。より高いデータスループットを有するＧＦＳＫ通信システムを促進する試みにおいて、より複雑で費用のかかる受信機構造の使用が提案された。
【背景技術】
【０００６】
図１に示されているように、第１の関連技術のＧＦＳＫシステム１００は、ＧＦＳＫ送信機１０２とＧＦＳＫ受信機１１４とを含んでいる。
【０００７】
ＧＦＳＫ送信機１０２は、データソース１０４と、ガウスフィルタ１０６と、ＦＳＫ変調器１０８と、送信機のバックエンド１１０と、送信アンテナ１１２とを含んでいる。ガウスフィルタ１０６は、データソース１０４から与えられたデータシンボルシーケンスにフィルタをかけ、パルス整形されたデータシンボルシーケンスをＦＳＫ変調器１０８に出力する。ＦＳＫ変調器１０８は、選択されたＦＳＫ変調次数(即ち、１シンボル当たりに幾つかのビット)に従って、パルス整形されたデータシンボルシーケンスに基づいて、搬送周波数を変調する。ＦＳＫ変調器１０８の出力は、送信機のバックエンド１１０に与えられる。送信機のバックエンド１１０において、これは、送信周波数にアップコンバートされ、無線周波数(radio frequency, RF)で送信するために、送信アンテナ１１２に接続される。従って、送信アンテナ１１２は、ＧＦＳＫ変調された送信搬送波を送信する。
【０００８】
ＧＦＳＫ受信機１１４は、受信アンテナ１１６と、受信機のフロントエンド１１８と、チャネルフィルタ１２０と、弁別器１２２と、事後検出フィルタ（post detection filter）１２４と、シンボルスライサ１２６と、データシンク１２８とを含んでいる。動作時に、受信アンテナ１１６と受信機のフロントエンド１１８は、送信されたＧＦＳＫ変調された信号を受信し、受信したＧＦＳＫ変調された信号をベースバンドにダウンコンバートする。チャネルフィルタ１２０は、受信したＧＦＳＫ変調された信号に選択的にフィルタをかけ、隣接チャネルの干渉と付加白色ガウス雑音(Additive White Gaussian Noise, AWGN)とを阻止する。弁別器１２２は、変調された送信搬送波の瞬間周波数に比例する出力信号を与えることによって、周波数を復調し、復調されたシンボルのシーケンスを出力する。具体的には、１ビット／シンボルの変調次数(即ち、２ＧＦＳＫ)の場合に、弁別器１２２は、２つの周波数、即ち、ｆ０＋ｆ１と、ｆ０−ｆ１とを弁別する。ここで、ｆ０は、変調されていない搬送周波数である。事後検出フィルタ１２４は、弁別器１２２によって生成された復調されたシンボルのシーケンスにフィルタをかけ、弁別器１２２によって増幅された雑音を減少させる。スライサ１２６は、事後検出フィルタ１２４から出力された、フィルタにかけられたシンボルのシーケンスに基づいて、シンボル判定を生成し、データシンク１２８に与えられるシンボル判定のシーケンスを生成する。ＧＦＳＫ受信機１１４において、事後検出フィルタ１２４は、ＩＳＩを除去するように設計されておらず、スライサ１２６は、シンボル及びビットのエラーを生じさせるＩＳＩが存在する状態で、シンボル判定を生成しなければならない。
【０００９】
第１の関連技術のＧＦＳＫシステム１００では、ガウスフィルタ１０６によって取り込まれるＩＳＩのために、ＦＳＫ変調器１０８は、低い変調次数(即ち、少数のビット／シンボル)の変調方式を使用しなければならない。さもなければ、ＧＦＳＫ受信機１１４において、許容できないレベルのシンボル及びビットのエラーが生じるであろう。具体的には、ガウスフィルタ１０６によって取り込まれたＩＳＩは、弁別器１２２によって出力される復調されたシンボルシーケンスの「目（eye）」を閉じさせ、従って、弁別器１２２の出力は、決められたシンボルのタイミングにおいて、スライサ１２６のシンボル判定閾値よりも確実に一貫して高く又は低くなるとは限らなくなるので、スライサ１２６は、誤ったシンボル判定を生成するであろう。より高い変調次数では、弁別器１２２とスライサ１２６が正しいシンボル判定を生成するのは、より一層難しくなる。従って、ガウスフィルタ１０６によって取り込まれるＩＳＩが原因で、第１の関連技術のＧＦＳＫシステム１００のデータスループットは制限される。その理由は、より低い次数の変調方式のみが、許容できないレベルのシンボルエラーなく利用できるからである。チャネルフィルタ１２０も、受信信号にＩＳＩを取り込む一因となり、ＧＦＳＫシステム１００の制限を更に悪化させる。
【００１０】
図２に示されているように、第２の関連技術のＧＦＳＫシステム２００は、ＧＦＳＫ送信機２０２とＧＦＳＫ受信機２１４とを含んでいる。
【００１１】
ＧＦＳＫ送信機２０２は、データソース２０４と、ガウスフィルタ２０６と、ＦＳＫ変調器２０８と、送信機のバックエンド１１０と、送信アンテナ２１２とを含んでいる。ＧＦＳＫ送信機２０２は、第１の関連技術のＧＦＳＫ送信機１０２と同じ動作をする。
【００１２】
ＧＦＳＫ受信機２１４は、受信アンテナ２１６と、受信機のフロントエンド２１８と、チャネルフィルタ２２０と、弁別器２２２と、最尤シーケンス推定器(maximum likelihood sequence estimator, MLSE)２２４と、データシンク２２６とを含んでいる。第１の関連技術のＧＦＳＫ受信機１１４と比較して、第２の関連技術のＧＦＳＫ受信機２１４は、ＭＬＳＥ推定器に依存し、ＩＳＩが存在する状態でシンボル判定を生成する。即ち、ＭＬＳＥ推定器２２４は、ＩＳＩを除去しない。その代わりに、ＭＬＳＥ推定器２２４は、ＩＳＩが存在する状態で、最小エラー率に従ってデータシンボルを推定し、エラー率に関してデータビットを出力する。例えば、ＭＬＳＥ推定器２２４は、最低エラー率のシンボル判定を決定するために、ビタビ（Vitrerbi）アルゴリズムを利用し、ＩＳＩの存在を減らすことを試みてもよい。しかしながら、特に、低い信号対雑音比(signal-to-noise ratios, SNR)では、ＭＬＳＥ推定器は、ＩＳＩに起因するシンボルエラーを適切に減らすことができない。
【発明の概要】
【００１３】
従って、本発明は、低いＳＮＲの環境においさえ高いスループットでデータを通信する単純でコスト効率の良いアプローチを与える、通信受信機と、通信受信機方法（communication receiver method）と、コンピュータ読出し可能命令を記憶したコンピュータ読出し可能記憶媒体と、を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明の１つの態様によると、変調された信号を受信し、前記変調された信号をベースバンドの変調された信号に変換する、受信機のフロントエンドと、前記ベースバンドの変調された信号の望ましいチャネルに隣接するチャネルの干渉を、前記ベースバンドの変調された信号から減少させ、チャネルフィルタにかけられたベースバンドの変調された信号を生成する、チャネルフィルタと、前記チャネルフィルタにかけられたベースバンドの変調された信号を復調し、複数のシンボルからなるシーケンスを回復する、復調器と、前記複数のシンボルからなるシーケンスから、シンボル間干渉を減少させる、ディジタルフィルタと、前記フィルタにかけられた複数のシンボルからなるシーケンスに基づいて、複数のシンボル判定を生成する、スライサと、前記複数のシンボル判定を複数のデータビットにマップする、シンボルからビットへのマッパ（symbol-to-bit-mapper）と、を具備する、通信受信機が提供される。
【００１５】
本発明の別の態様によると、変調された信号を受信し、前記変調された信号をベースバンドの変調された信号に変換することと、前記ベースバンドの変調された信号の望ましいチャネルに隣接するチャネルの干渉をフィルタにかけ、前記ベースバンドの変調された信号から前記チャネルの干渉を減少させ、チャネルフィルタにかけられたベースバンドの変調された信号を生成することと、前記チャネルフィルタにかけられたベースバンドの変調された信号を復調し、複数のシンボルからなるシーケンスを回復することと、データ処理装置のプロセッサによって、前記複数のシンボルからなるシーケンスからシンボル間干渉を減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることと、前記フィルタにかけられた複数のシンボルからなるシーケンスに基づいて、複数のシンボル判定を生成することと、前記複数のシンボル判定を複数のデータビットにマップすることと、を含む、通信受信機方法が提供される。
【００１６】
本発明の更なる態様によると、複数のコンピュータ読み出し可能命令を記憶しているコンピュータ読み出し可能記憶媒体であって、前記複数のコンピュータ読み出し可能命令は、通信受信機のプロセッサによって実行された時に、前記プロセッサに、変調された信号を受信し、前記変調された信号をベースバンドの変調された信号に変換することと、前記ベースバンドの変調された信号の望ましいチャネルに隣接するチャネルの干渉にフィルタをかけ、前記ベースバンドの変調された信号から前記チャネルの干渉を減少させ、チャネルのフィルタにかけられたベースバンドの変調された信号を生成することと、前記チャネルのフィルタにかけられたベースバンドの変調された信号を復調し、複数のシンボルからなるシーケンスを回復することと、前記複数のシンボルからなるシーケンスからシンボル間干渉（ＩＳＩ）を減少させるために、前記複数のシンボルからなるシーケンスにフィルタをかけることと、前記フィルタにかけられた複数のシンボルからなるシーケンスに基づいて、複数のシンボル判定を生成することと、前記複数のシンボル判定を複数のデータビットにマップすることと、を行わせる、コンピュータ読み出し可能記憶媒体が提供される。
【００１７】
本発明は、後述の詳細な説明を参照することによって、添付の図面に関連付けて検討したときに、より良く理解されるので、本発明をより完全に理解し、本発明に伴う長所の多くが容易に得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の背景技術のＧＦＳＫ通信システムを示している。
【図２】第２の背景技術のＧＦＳＫ通信システムを示している。
【図３】ＧＦＳＫ通信システムのブロック図である。
【図４】様々なＢＴ積を有するガウスフィルタのフィルタ応答波形を示すグラフである。
【図５】ＦＳＫ変調された波形を示す波形図である。
【図６】ディジタルフィルタの係数の生成を示すブロック図である。
【図７Ａ】受信した２ＧＦＳＫ信号から復調されたシンボルのシーケンスを示すグラフである。
【図７Ｂ】フィルタにかけた後の図７Ａのシンボルのシーケンスを示すグラフである。
【図７Ｃ】受信した８ＧＦＳＫ信号から復調されたシンボルのシーケンスを示すグラフである。
【図７Ｄ】フィルタにかけた後の図７Ｃのシンボルのシーケンスを示すグラフである。
【図８】ディジタルフィルタを示すブロック図である。
【図９】送信方法を示すフローチャートである。
【図１０】受信方法を示すフローチャートである。
【図１１】ディジタルフィルタ方法を示すフローチャートである。
【図１２】データ処理装置の実施形態を示す概略的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、より高い変調次数のＦＳＫを利用してデータスループットを高め得るように、ＧＦＳＫ送信機のパルス整形ガウスフィルタによって取り込まれたＩＳＩを大幅に減少させ大部分は除去する、通信受信機と、通信受信機方法とに関する。
【００２０】
開示されている受信機と受信機方法は、従来使用されていたフィルタと比較して、シンボルシーケンスをより積極的にパルス整形し、周波数の不連続性を減らして大幅に除去し、占有送信帯域幅を小さくするガウスフィルタの使用を可能にする。更に、開示されている受信機と受信機方法は、より高いＦＳＫ変調次数を使用することを可能にし、一方で、より高い次数の変調されたシンボルシーケンスをより積極的にパルス整形する。従って、開示されている受信機と受信機方法は、高められたデータスループットを達成し、一方で、占有送信帯域幅を小さくする。これらの及び他の長所は、ＧＦＳＫ送信機のパルス整形ガウスフィルタによって引き起こされたＩＳＩを捕らえて（account for）除去するフィルタを含むＧＦＳＫ受信機によって達成される。
【００２１】
更に、開示されている受信機と受信機方法は、送信機の変調器と、受信機の復調器と、受信機のチャネルフィルタとによって取り込まれたＩＳＩを大幅に減少させ大部分は除去する。
【００２２】
更に、開示されている受信機と受信機方法は、通信システム、即ち、ＧＦＳＫ変調の既知の長所を取り入れ、一方で、従来のＧＦＳＫ受信機の処理段階を減少させ、より単純で、より効率的で、コスト効率の良いＧＦＳＫ受信機を達成する通信システムを提供する。
【００２３】
本発明の受信機と受信機方法とに基づくＩＳＩの除去は、ＧＦＳＫ通信システムに制限されず、ワイヤードとワイヤレスとの両者の、ＧＦＳＫ通信システム以外の通信システムから、ＩＳＩと他の望ましくない通信アーチファクトとを除去するために使用され得る。
【００２４】
ここで、図３を参照して、上述の長所を実現するＧＦＳＫ通信システムの実施形態を記載する。
【００２５】
図３は、ＧＦＳＫ通信システム３００を示している。ＧＦＳＫ通信システム３００は、ＧＦＳＫ送信機３０２とＧＦＳＫ受信機３１４とを含んでいる。ＧＦＳＫ送信機３０２とＧＦＳＫ受信機３１４は、統合されたＧＦＳＫトランシーバとして、単一の通信ユニットにおいて組み合わされてもよく、又は別々の通信ユニットとして与えられてもよい。
【００２６】
ＧＦＳＫ送信機３０２は、データソース３０４と、ガウスフィルタ３０６と、ＦＳＫ変調器３０８と、送信機のバックエンド３１０と、送信アンテナ３１２とを含んでいる。ガウスフィルタ３０６は、データソース３０４から与えられたシンボルのシーケンスにフィルタをかけ、パルス整形されたシンボルのシーケンスをＦＳＫ変調器３０８に出力する。ＦＳＫ変調器３０８は、選択されたＦＳＫ変調次数ｍ(即ち、１シンボル当たりに幾つかのビット)に従って、パルス整形されたシンボルのシーケンスに基づいて、周波数ｆ０を変調する。ＦＳＫ変調器３０８の出力は、送信機のバックエンド３１０に与えられる。送信機のバックエンド３１０において、これは、送信周波数にアップコンバートされ、ワイヤレスＲＦ送信のために、送信アンテナ３１２に結合される。送信アンテナ３１２は、ＧＦＳＫ変調された送信信号を送信周波数で送信する。
【００２７】
データソース３０４の実施形態は、前方誤り訂正(forward error correction, FEC)コード発生器を含み得る。ＦＥＣコード発生器は、冗長データをシンボルのシーケンスに加える。その結果、ＧＦＳＫ受信機は、ＦＥＣデコーダを使用して、データを再送信することなく、エラーを訂正できる。
【００２８】
図４を参照すると、ガウスフィルタ３０６のパルス整形の特性が記載されている。ガウスフィルタ３０６の応答が、そのＢＴ積に関して記載されている。ここで、Ｂは、フィルタの−３ｄＢの半分の帯域幅（half-bandwidth）であり、Ｔは、入力シンボルのシンボル期間（即ち、１／ｆｓｙｍｂｏｌ／ｒａｔｅ）である。図４は、単位振幅と期間Ｔの矩形インパルス波形とで畳み込まれた（convoluted）、ＢＴ＝０．３と、０．５と、０．８とのガウスフィルタのインパルス応答を示している。ＢＴ＝０．３と、０．５と、０．８とのガウスフィルタのインパルス応答は、出力応答波形４０２と、４０４と、４０６として、それぞれ示されている。
【００２９】
図４において、垂直又はｙ軸は、インパルス応答の振幅を表わし、水平又はｘ軸は、シンボルの時間基準Ｔを表わす。
【００３０】
図４に示されているように、ＢＴ積の値がより低くなると、出力応答波形４０６と、４０４と、４０２は、シンボル期間Ｔにわたって次第により大きく拡散し、データシンボル間のＩＳＩの取り込みが増えることを表している。具体的には、シンボル期間Ｔよりも長い持続期間を有する任意の出力応答波形は、シンボルのシーケンスを入力に与えた場合にシンボル間にＩＳＩの取り込む結果になるＢＴ積を有するガウスフィルタに相当する。示されているように、５シンボル期間のＩＳＩは、約０．３のＢＴに近い。
【００３１】
ＧＦＳＫ通信システムにおいて、低いＢＴ積の値を有するガウスフィルタは、かなりの量のＩＳＩを取り込むが、よりコンパクトで効率的な帯域幅の変調された送信搬送波をもたらし、これは好ましい。特に、変調された送信搬送波おける周波数の不連続性は、変調された送信搬送波の送信帯域幅を望ましくなく広くし、これは、ＧＦＳＫ通信システムにおいてガウスフィルタを使用することによって除去される。ガウスフィルタのＢＴ積がより低いほど、周波数の不連続性はより良く除去される。
【００３２】
好ましい実施形態では、後述のＧＦＳＫ受信機フィルタにより、０．３６以下のような低いＢＴ積を有するパルス整形ガウスフィルタを使用することができる。従って、好ましい実施形態では、ガウスフィルタ３０６は、０．３６のＢＴ積を有する。
【００３３】
再び図３を参照すると、ＦＳＫ変調器３０８は、変調指数（modulation index）ｈと、選択されたＦＳＫ変調次数ｍとに基づいて、搬送波ｆ０を変調する。
【００３４】
選択されたＦＳＫ変調次数ｍのＦＳＫ変調の場合に、変調指数ｈは、次のように定義される。
【００３５】
（１）ｈ＝△ｆｍ／ｆｓｙｍｂｏｌ  ｒａｔｅ
ここで、ｆｓｙｍｂｏｌ  ｒａｔｅは、シンボルレートであり、△ｆｍは、隣接シンボルの周波数間隔である。従って、変調指数ｈは、変調された搬送波が、変調されていない周波数ｆ０からどれくらい変化したかを示している。更に、変調指数ｈは、変調されたＦＳＫ搬送波が占有する帯域幅の量に関係付けられる。より低い変調指数ｈは、より小さい占有周波数帯域幅に関係し、より大きい変調指数ｈは、より大きい占有周波数帯域幅に関係する。変調指数ｈが低減するのに従って、ＧＦＳＫ受信機が誤ったシンボル判定をする可能性が高まる。
【００３６】
ＧＦＳＫ受信機３１４のＦＳＫ変調器３０８は、従来使用されていたものと比較して、比較的に高い変調次数ｍと、比較的に低い変調指数ｈとで動作し得る。例えば、ＦＳＫ変調器３０８は、２−ＧＦＳＫと、４−ＧＦＳＫと、８−ＧＦＳＫと、１６−ＧＦＳＫとのような、変調次数で動作し得る。実施形態では、奇数（odd）の変調次数と、２５６−ＧＦＳＫ以上の高い変調次数とを利用し得る。更に、ＦＳＫ変調器３０８は、１／２５６と同じくらい低い変調指数ｈで動作し得る。
【００３７】
実施形態は、ＦＳＫ変調を利用することに制限されていないが、ＦＳＫ変調器３０８は、位相シフトキー(Phase Shift Key, PSK)変調器、直交振幅(quadrature amplitude, QAM)変調器、又は同等のものによって実施され得る。
【００３８】
２−ＧＦＳＫの変調次数は、１ビット／シンボルの送信に関係する。従って、２−ＧＦＳＫ変調次数のもとで動作する場合に、ＦＳＫ変調器３０８は、周波数ｆ０をオフセット周波数＋／−ｆ１によって変調し、２つの変調シンボル、即ち、ｆ０＋ｆ１とｆ０−ｆ１とを得る。図５を参照すると、データシンボルシーケンス５００と、変調されていない搬送波５０２と、変調された搬送波５０４とが示されている。変調されていない搬送波５０２と比較すると、変調された搬送波５０４は、周波数ｆ０＋ｆ１における第１のＦＳＫシンボル５０６と、周波数ｆ０−ｆ１における第２のＦＳＫシンボル５０８とを示している。
【００３９】
図５において、垂直又はｙ軸は、振幅を表わし、水平又はｘ軸は、時間を表わす。
【００４０】
更に、４−ＧＦＳＫと、８−ＧＦＳＫと、１６−ＧＦＳＫとの変調次数は、オフセット周波数ｆ１の更なる倍数を使用する２−ＧＦＳＫの拡張に基づいている。即ち、２ビット／シンボルの変調次数である４−ＧＦＳＫの場合に、ＦＳＫ変調器３０８は、４つの変調シンボル、即ち、ｆ０＋ｆ１と、ｆ０−ｆ１と、ｆ０＋３ｆ１と、ｆ０−３ｆ１とに依存する。
【００４１】
図３を再び参照すると、送信機のバックエンド３１０は、ＦＳＫ変調器３０８から出力された変調された搬送波を、ＲＦ送信に適した周波数にアップコンバートする。
【００４２】
送信機のバックエンド３１０は、周波数変調された搬送波ｆ０をＲＦ送信に適した周波数にアップコンバートするのに必要なハードウェア回路コンポーネントを含んでいる。ハードウェアコンポーネントの非制限的なグループの一部として、送信機のバックエンド３１０は、ディジタルアナログ変換器(digital to analog converter, DAC)と、電圧制御発振器(Voltage Controlled Oscillator, VCO)と、位相同期ループ(Phase Locked Loop, PLL)と、ミキサと、アナログフィルタと、低雑音増幅器(Low Noise Amplifier, LNA)と、変調された搬送波をＲＦ送信に適した周波数にアップコンバートするために使用されるものとして認識されている他のハードウェアコンポーネントと、を含み得る。
【００４３】
既に記載したように、よりコンパクトで効率的な帯域幅のＧＦＳＫ変調された送信搬送波は、都合のよいことに、ＦＣＣの隣接チャネル干渉規制に従う送信信号を与えることによって、ライセンスを取得した帯域と、ライセンスを取得していないＩＳＭ帯域との両者におけるＧＦＳＫ送信機の動作を可能にする。更に、よりコンパクトで効率的な帯域幅のＧＦＳＫ変調された送信搬送波は、都合のよいことに、単純でコスト効率の良い送信増幅器の選択を可能にする。従って、送信バックエンド３１０が、パルス整形ガウスフィルタ３０６によって容易にされるコンパクトな帯域幅の変調された送信搬送波を送信するので、送信バックエンド３１０は、一組の増幅器を使用して設計され得る。これは、簡単で、費用効率が高く、効果的である。
【００４４】
送信機のバックエンド３１０によるアップコンバーションの後で、ＧＦＳＫ変調された送信搬送波信号は、送信アンテナ３１２から送信される。
【００４５】
ＧＦＳＫ送信機３０２の実施形態は、ハードウェア回路の組み合わせとして、ハードウェアで全体的に実施され得る。その代わりに、ＧＦＳＫ送信機３０２は、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで実施されてもよい。例えば、データソース３０４と、ガウスフィルタ３０６と、ＦＳＫ変調器３０８は、コンピュータ読み出し可能媒体に記憶されているコンピュータ読み出し可能命令を実行するデータ処理装置のプロセッサによって実施されてもよく、一方で、送信機のバックエンド３１０と、送信アンテナ３１２は、ハードウェア回路の組み合わせとして、ハードウェアで実施されてもよい。
【００４６】
図３のＧＦＳＫ通信システム３００を再び参照すると、ＧＦＳＫ受信機３１４は、受信アンテナ３１６と、受信機のフロントエンド３１８と、チャネルフィルタ３２０と、ＦＳＫ復調器３２２と、ディジタルフィルタ３２４と、スライサ３２６と、シンボルからビットへのマッパ３２８と、データシンク３３０とを含んでいる。
【００４７】
ＧＦＳＫ受信機３１４は、ＧＦＳＫ変調された送信搬送波信号、例えば、ＧＦＳＫ送信機３０２によって送信されたＧＦＳＫ変調された送信搬送波信号を、アンテナ３１６で受信し、受信したＧＦＳＫ変調された送信搬送波信号を、ベースバンドの周波数変調された信号に、受信機のフロントエンド３１８でダウンコンバートする。
【００４８】
受信機のフロントエンド３１８は、受信したＧＦＳＫ変調された送信搬送波信号をベースバンドにダウンコンバートするのに必要なハードウェア回路コンポーネントを含んでいる。ハードウェアコンポーネントの非制限的なグループの一部として、受信機のバックエンド３１８は、アナログディジタル変換器(analog to digital converter, ADC)と、電圧制御発振器(Voltage Controlled Oscillator, VCO)と、位相同期ループ(Phase Locked Loop, PLL)と、ミキサと、アナログフィルタと、低雑音増幅器(Low Noise Amplifier, LNA)と、受信した送信搬送波信号をダウンコンバートするために使用されるものとして認識されている他のハードウェアコンポーネントと、を含み得る。
【００４９】
チャネルフィルタ３２０は、ベースバンドの周波数変調された信号の望ましいチャネルに隣接する隣接チャネルの干渉を、ベースバンドの変調された信号から、選択的に減少させて、チャネルフィルタにかけられたベースバンドの変調された信号を生成する。特に、チャネルフィルタ３２０は、送信搬送周波数以外の周波数を減少させる。しかしながら、チャネルフィルタ３２０のＢＴが低減するのに従って、チャネルフィルタ３２０は、受信信号において更なるＩＳＩを引き起こすが、これは、隣接チャネルの干渉を減少させる。チャネルフィルタ３２０は、０．７５の、０．６の、０．５の、又はより低い、ＢＴ積を有し得る。従来のＧＦＳＫ受信機で使用されているチャネルフィルタと比較して、チャネルフィルタ３２０は、より低いＢＴ積を有するフィルタを使用することによって隣接チャネルの干渉をより積極的に減少させ得る。更なるＩＳＩは、ディジタルフィルタ３２４によって大幅に減少させられ大部分は除去され得る。
【００５０】
ＦＳＫ周波数復調器３２２は、チャネルフィルタにかけられたベースバンドの周波数変調された信号を復調し、シンボルのシーケンスを回復する。即ち、ＧＦＳＫ変調された送信搬送波信号を変調するために使用された変調次数ｍに応じて、ＦＳＫ周波数復調器３２２は、オフセット周波数ｆ１の倍数(即ち、ｆ１、３ｆ１、５ｆ１、７ｆ１、等)ずつ周波数がオフセットされている周波数ｆ０を区別し得る。例えば、１ビット／シンボルの変調次数(即ち、２−ＧＦＳＫ)の場合に、周波数復調器３２２は、２つの周波数、即ちｆ０＋ｆ１とｆ０−ｆ１とを弁別して、出力信号を生成する。ここで、ｆ０は、搬送周波数である。２−ＧＦＳＫの場合に、ｆ０＋ｆ１は、復調された論理「１」に関係し、ｆ０−ｆ１は、復調された論理「０」に関係し得る。それ以上の変調次数、例えば、４−ＧＦＳＫと、８−ＧＦＳＫと、１６−ＧＦＳＫは、既に記載したように、オフセット周波数ｆ１の更なる倍数に基づいて実現され得る。
【００５１】
ＦＳＫ周波数復調器３２２は、入力における瞬間周波数に比例する出力を与える任意の周波数復調器によって実現され得る。より高い変調次数に対して高い忠実度を達成するために、ＦＳＫ周波数復調器３２２の好ましい実施形態は、ディジタル信号プロセッサ(digital signal processor, DSP)周波数復調器を含み、ＤＳＰ周波数復調器は、チャネルフィルタ３２０よりも広い帯域幅においてｄθ／ｄｔを行なう。ここで、θは、ＦＳＫ周波数復調器３２２の入力における瞬間位相である。ＦＳＫ周波数復調器３２２は、回復されたシンボルのシーケンスを出力する。
【００５２】
ＦＳＫ周波数復調器３２２から出力された回復されたシンボルのシーケンスは、ＩＳＩを受ける。ＩＳＩは、大体において、ＧＦＳＫ変調された送信搬送波信号を送信した送信機のパルス整形ガウスフィルタ、例えば、ＧＦＳＫ送信機３０２のパルス整形ガウスフィルタ３０６によって生じる。ＦＳＫ周波数復調器３２２から出力された回復されたシンボルのシーケンスは、ＩＳＩを受けるので、回復されたシンボルのシーケンスの「目（eye）」が潰れる。ＩＳＩを除去するために、復調されたデータ出力信号は、スライサ３２６によってシンボル判定が行われる前に、ディジタルフィルタ３２４によってフィルタにかけられ、ＩＳＩを除去する。従って、ディジタルフィルタ３２４は、ＦＳＫ周波数復調器３２２から出力された回復されたシンボルのシーケンスの「目」を開き、その結果、高い変調次数ｍと、低いＳＮＲとであっても、スライサ３２６によって行われるシンボル判定は、エラーがより少なくなる。ディジタルフィルタ３２４は、複数の係数に基づいて、ＩＳＩを大幅に減少させ大部分は除去する。更に、ディジタルフィルタ３２４は、複数の係数に基づいて事後検出フィルタ１２４によって行なわれるフィルタリングに似たフィルタリングを行う。
【００５３】
複数の係数を決定する技術は、図６に関連付けて後述する。ディジタルフィルタ３２４の構造と動作は、図８に関連付けて後述する。ディジタルフィルタ３２４は、ＩＳＩを除去し、更に事後検出フィルタリングを行なうので、ＧＦＳＫ受信機３１４は、従来のＧＦＳＫ通信システムと少なくとも同じくらい単純で費用効果が高いが、より良い性能を有するように設計されている。
【００５４】
図３を再び参照すると、ディジタルフィルタ３２４によってフィルタにかけられたシンボルのシーケンスに基づいて、スライサ３２６はシンボル判定を生成する。スライサ３２６は、フィルタにかけられたシンボルのシーケンスに基づいて、幾つかのＦＳＫシンボルを、エラーなく区別できる。従って、ディジタルフィルタ３２４を使用すると、従来使用されていた変調次数よりも高い変調次数に基づいて、ＧＦＳＫ送信機３０２の中のＦＳＫ変調器３０８が動作することを可能にする。従って、データスループットは高くなる。更に、ディジタルフィルタ３２４によってＩＳＩを除去することによって、スライサ３２６は、より少ないエラーでシンボル判定を行うことができ、その結果、再送信がより少なくなるので、データスループットがより高くなる。
【００５５】
スライサ３２６によってシンボル判定が生成された後で、シンボルからビットへのマッパ３２８は、シンボル判定をデータビットにマップする。変調次数ｍに応じて、シンボルからビットへのマッパ３２８に入力された１シンボルは、１、２、４、又はより多くのデータビットに対応し得る。更に、シンボルからビットへのマッパ３２８は、入ってきたシンボルを、奇数のデータビットにマップし得る。更に、スライサ３２６及び／又はシンボルからビットへのマッパ３２８の実施形態は、ＦＥＣデコーダを含み得る。ＦＥＣデコーダは、冗長データを使用して、データを再送信することなく、エラーを訂正する。シンボルからビットへのマッパ３２８によって出力されたデータビットは、データシンク３３０に与えられる。
【００５６】
ＧＦＳＫ受信機３１４の実施形態は、ハードウェア回路の組み合わせのようなハードウェアで全体的に実施され得る。その代わりに、ＧＦＳＫ受信機３１４は、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで実施されてもよい。例えば、受信アンテナ３１６と受信機のフロントエンド３１８は、ハードウェア回路の組み合わせとしてハードウェアで実施されてもよく、一方で、チャネルフィルタ３２０と、ＦＳＫ復調器３２２と、ディジタルフィルタ３２４と、スライサ３２６と、シンボルからビットへのマッパ３２８と、データシンク３３０は、コンピュータ読み出し可能媒体に記憶されているコンピュータ読み出し可能命令を実行するデータ処理装置のプロセッサによって実施されてもよい。
【００５７】
図６は、複数の係数を決定する操作６００を示すフローチャートである。図６は、ＧＦＳＫ受信機３１４の中のディジタルフィルタ３２４のためのフィルタ係数の決定に関して記載されているが、ＧＦＳＫ受信機３１４以外の受信機の中のディジタルフィルタで使用される係数を決定するために、操作６００を適用してもよい。同様に、ディジタルフィルタ方法１１００で使用される係数を決定するために、図６に示されている操作を利用してもよい。
【００５８】
図６を参照すると、６０２において、シンボル時間Ｔの矩形のインパルスが与えられる。矩形のインパルスは、ガウスフィルタ６０４に与えられる。図４に関して既に記載したように、ガウスフィルタ６０４の出力応答は、ガウスフィルタ６０４のＢＴ積に応じて変わるであろう。特定のＢＴ積のガウスフィルタに基づいて、ディジタルフィルタ係数を生成するために、ガウスフィルタ６０４はＢＴ積で変わり得る。言い換えると、操作６００に従って決定されるディジタルフィルタ係数は、少なくとも、ガウスフィルタ６０４のＢＴ積に応じて変わるであろう。図６に示されている操作６００の実施形態では、ガウスフィルタ６０４のＢＴ積は、０．３６であり、ガウスフィルタ６０４の出力応答は、５Ｔの期間にわたる。
【００５９】
ガウスフィルタ６０４の出力は、周波数変調器６０６に与えられる。周波数変調器６０６は、ＦＳＫ変調器３０８のようなＦＳＫ変調器の既知の性質に基づいてモデル化され得る。周波数変調器６０６は、ＦＳＫ変調器３０８の変調伝達関数に基づき得る。更に、操作６００に従って決定されるディジタルフィルタ係数は、周波数変調器６０６の変調伝達関数によって変わるであろう。
【００６０】
周波数変調器６０６の出力は、チャネルフィルタ６０８に与えられる。チャネルフィルタ６０８は、ＢＴ積で、例えば、ＧＦＳＫ受信機３１４の中のチャネルフィルタ３２０のＢＴ積に応じて変わり得る。更に、操作６００に従って決定されるディジタルフィルタ係数は、チャネルフィルタ６０８のＢＴ積に応じて変わるであろう。
【００６１】
チャネルフィルタ６０８の出力は、周波数復調器６１０に入力される。周波数復調器６１０は、ＦＳＫ復調器３２２のようなＦＳＫ復調器の既知の性質に基づいてモデル化され得る。周波数復調器６１０は、ＦＳＫ復調器３２２の変調伝達関数に基づき得る。更に、操作６００に従って決定されるディジタルフィルタ係数は、周波数復調器６１０の変調伝達関数に応じて変わるであろう。
【００６２】
特に、チャネルフィルタ６０８が、０．７５以上のＢＴ積を有する線形位相タイプ（linear phase type）であり、周波数変調器６０６と周波数復調器６１０との両者の変調伝達関数が、単一（unity）である場合は、周波数変調器６０６と、チャネルフィルタ６０８と、周波数復調器６１０とを、操作６００から省いてもよいことに留意すべきである。操作６００の好ましい実施形態において、チャネルフィルタ６０８のＢＴは、０．７５以下である。
【００６３】
更に、通信システムの送信機のバックエンドと受信機のフロントエンドとの応答が、操作６００において補われ得るように、送信機のバックエンドと受信機のフロントエンドは、周波数変調器６０６と、チャネルフィルタ６０８と、周波数復調器６１０との間に含まれ得る。
【００６４】
周波数復調器６１０の出力は、６１２において、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transformation, FFT)によって周波数領域に変換される。６１２において、ＦＦＴは、ガウスフィルタ６０４と、周波数変調器６０６と、チャネルフィルタ６０８と、周波数復調器６１０との、(ＩＳＩを引き起こす応答を含む) 総計応答（aggregate response）の周波数領域表現（frequency domain representation）を出力する。総計応答の周波数領域表現は、６１２のＦＦＴから出力される複数の周波数ビン内に含まれている。
【００６５】
従って、周波数変調器６０６と、チャネルフィルタ６０８と、周波数復調器６１０が、操作６００に含まれているかどうかに応じて、総計応答は変わるであろう。更に、送信機のバックエンドと受信機のフロントエンドが、操作６００に含まれているかどうかに従って、総計応答は変わるであろう。
【００６６】
ＦＦＴ６１２によって出力された複数の周波数ビンの各々の大きさは、所定の値δと比較するために、比較器６１４に与えられる。具体的には、比較器６１４において比較が行われ、その結果、周波数ビンの大きさがδ以下である場合は、周波数ビンはδに等しいと設定される。さもなければ、周波数ビンは変更されない。比較器６１４の後で、更新された周波数ビンは、除算器６１６の第１の入力に、除数として与えられる。
【００６７】
比較器６１４における比較は、雑音利得を防ぐ。操作６００の場合に、比較器６１４における比較は、除算器６１６の除数が０に近くなり過ぎるのを防ぐことによって、雑音利得を防ぐ。δの値は、操作６００によって決定された係数を使用するディジタルフィルタの高周波のロールオフに対する結果の効果的な変数として認識される。具体的には、ＩＳＩを除去するために必要なフィルタのナイキスト応答を悪化させることなく、望ましい高いロールオフ周波数応答を有するディジタルフィルタを得るために、操作６００において使用されるδの値を変えてもよい。ディジタルフィルタの望ましい高いロールオフ周波数を決定するようにδを選択すると、事後検出フィルタリングが、高いロールオフ応答によって達成される。このように、比較器６１４における比較と、δの選択は、事後検出フィルタ１２４の機能性を与える。操作６００の好ましい実施形態では、経験に基づいて、δの値は５×１０−３、即ち実数に決定された。既に記載したように、望ましいロールオフ応答に応じて、δの他の値を使用してもよい。
【００６８】
図６を続けて、６１８において、単位インパルス(unit impulse)がナイキストフィルタ６２０に与えられる。既に記載したように、ナイキストフィルタ、例えばナイキストフィルタ６２０のインパルス応答は、図６に示されているように、ｎ＝０を除く全てのｎＴに対して、０である。図６に示されている操作６００の実施形態では、ナイキストフィルタ６２０の出力応答は、５Ｔの期間にわたる。
【００６９】
ナイキストフィルタ６２０の出力は、ＦＦＴ６２２によって周波数領域に変換される。ＦＦＴ６２２の出力は、複数の周波数ビンであり、これらは、除算器６１６の第２の入力に、被除数として与えられる。
【００７０】
除算器６１６は、ＦＦＴ６２２の出力を比較器６１４の出力によって除算する。除算器６１６の後で、希望であれば、ナイキスト周波数ｆｓ／２において除算器６１６の出力に０をオプションで付加して、奇数個の周波数ビンを作成してもよい。奇数の周波数ビンを有すると、整数のサンプルである合成フィルタの群遅延（group delay）が作成される。０をオプションで挿入することは、除算器６１６と逆高速フーリエ変換(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)６２６との間で行なわれる。
【００７１】
除算器６１６の商の出力は、総計応答と、ナイキストフィルタ６２０のインパルス応答との差の大きさを表わす。ここで、総計応答は、（１）ガウスフィルタ６０４と、（２）周波数変調器６０６と、（３）チャネルフィルタ６０８と、（４）周波数復調器６１０と、の応答である。総計応答は、周波数変調器６０６と、チャネルフィルタ６０８と、周波数復調器６１０とを含むか又は含まないかに応じて変わり得る。既に記載したように、特に、チャネルフィルタ６０８が、０．７５以上のＢＴ積を有する線形位相タイプであり、周波数変調器６０６と周波数復調器６１０との両者の変調伝達関数が、単一である場合は、周波数変調器６０６と、チャネルフィルタ６０８と、周波数復調器６１０とを、操作６００から省いてもよい。
【００７２】
除算器６１６によって出力された差の大きさに基づいて、ディジタルフィルタ係数を生成することによって、生成されたディジタルフィルタ係数を含むディジタルフィルタを使用して、ガウスフィルタ６０４と、周波数変調器６０６と、チャネルフィルタ６０８と、周波数復調器６１０とによって取り込まれたＩＳＩを大幅に除去することができる。
【００７３】
ナイキスト周波数ｆｓ／２において０を付加しても又は付加しなくても、除算器６１６の出力は、ＩＦＦＴ６２６に与えられる。ＩＦＦＴ６２６は、除算器６１６から出力された周波数ビンの出力を、実数の出力時間領域信号に変換する。６２８に示されているように、ＩＦＦＴ６２６の出力は、ディジタルフィルタ係数を与える。除算器６１６の出力に０を付加すると、ＩＦＦＴブロック６２６の実数の時間領域の出力は、５Ｔの期間のサンプルか、又は期間５Ｔと１サンプルとにわたるサンプル数を含む。
【００７４】
操作６００によって決定されたディジタルフィルタ係数を使用して、ＩＳＩを除去する一定の係数のディジタルフィルタを実施してもよい。これは、ガウスフィルタを含む通信システムの応答を、ナイキスト応答と事後検出フィルタの応答とを有するものに変換する。受信機におけるガウスフィルタによって生じたＩＳＩを除去することによって、低いＳＮＲであり、且つ高い変調次数を使用した場合であっても、より少ないエラーで、シンボル判定を行うことができる。
【００７５】
操作６００に従って、（１）ガウスフィルタと、（２）送信機の変調器と、（３）送信機のバックエンドと、（４）受信機のフロントエンドと、（５）チャネルフィルタと、（６）受信機の復調器と、のうちの１つ以上に起因するＩＳＩを捕らえて補償してもよい。操作６００は、上述の送信機と受信機のコンポーネントに起因するＩＳＩを捕らえて補償することに制限されない。しかしながら、他の送信機と受信機のコンポーネントに起因するＩＳＩを捕らえて補償し得ることが、当業者に分かるであろう。
【００７６】
一例として、ＧＦＳＫ通信システム３００に関して、操作６００よって決定されるディジタルフィルタ係数に基づいて、次のコンポーネントに起因するＩＳＩを捕らえて補償してもよい。コンポーネントは、（１）ガウスフィルタ３０６と、（２）ＦＳＫ変調器３０８と、（３）送信機のバックエンド３１０と、（４）受信機のフロントエンド３１８と、（５）チャネルフィルタ３２０と、（６）ＦＳＫ復調器(３２２)である。
【００７７】
図７Ａと、７Ｂと、７Ｃと、７Ｄは、ディジタルフィルタ３２４によるフィルタリングの結果を示している。図７Ａと、７Ｂと、７Ｃと、７Ｄとにおいて、垂直又はｙ軸は、振幅を表わし、水平又はｘ軸は、時間を表わす。
【００７８】
図７Ａは、受信した２−ＧＦＳＫ信号から復調されたシンボルのシーケンスを示している。図７Ａに示されているように、全てのシンボルが、２−ＧＦＳＫのシンボルスライスに対する十分な振幅に達しているとは限らない。その代わりに、ＩＳＩが原因で、シンボルのシーケンスの「目」は潰されている。
【００７９】
図７Ｂは、操作６００によって決定されたディジタルフィルタ係数に従って、ディジタルフィルタ３２４によってフィルタにかけた後の図７Ａのシンボルのシーケンスを示している。図７Ａに示されているように、シンボルは、十分な２−ＧＦＳＫのシンボルの振幅に達しており、シーケンスの「目」は潰されていない。従って、図７Ｂは、図７Ａと比較して、ディジタルフィルタ３２４によってＩＳＩが除去されていることを示している。
【００８０】
図７Ｃに示されているように、受信した８−ＧＦＳＫ信号からの復調されたシンボルのシーケンスの「目」の潰れは、図７Ａよりも一層著しい。図７Ｃに示されているように、全てのシンボルが、８−ＧＦＳＫのシンボルスライスに対するそれぞれのシンボルレベルに近いとは限らない。その代わりに、ＩＳＩが原因で、シンボルのシーケンスの「目」は潰されている。
【００８１】
図７Ｄは、操作６００によって決定されたディジタルフィルタ係数に従って、ディジタルフィルタ３２４によってフィルタにかけた後の図７Ｃのシンボルのシーケンスを示している。図７Ｄに示されているように、シンボルは、それぞれの８−ＧＦＳＫのシンボルレベルに達し、シーケンスの「目」は潰されていない。従って、図７Ｄは、図７Ｃと比較して、ディジタルフィルタ３２４によってＩＳＩが除去されていることを示している。
【００８２】
復調されたシンボルのシーケンスの「目」が、より潰されると、シンボルの元の論理レベルの決定は、シンボル判定のエラーをより起こし易くなる。特に、図７Ｃにおけるように、より高い変調次数において、２を超えるシンボルレベルを、一度に多数の閾値に基づいて区別する場合に、シンボルの元の論理レベルを決定するのは難しく、誤りがちである。従って、従来のＧＦＳＫ受信機におけるスライサは、特に、低いＳＮＲにおいて、誤ったシンボル判定をし易い。しかしながら、ＧＦＳＫ受信機３１４の中のスライサ３２６の場合に、図７Ｄに示されているシンボルのシーケンスに対するシンボルレベルの区別は、同じように誤りがちではない。
【００８３】
ここで、ディジタルフィルタ３２４の構造と動作について、図８を参照して、更に説明する。
【００８４】
図８は、ディジタルフィルタ３２４の好ましい実施形態、即ち、一定の係数の有限インパルス応答(finite impulse response filter, FIR)のディジタルフィルタ８００を示している。具体的には、図８のＦＩＲディジタルフィルタ８００は、一連の遅延ユニット８０２と、一連の乗算器ユニット８０４と、加算ユニット８０６とを含んでいる。ＦＩＲディジタルフィルタ８００は、ＦＩＲディジタルフィルタの既知の構造に基づいて、図８に示されている構造と異なるＦＩＲディジタルフィルタによっても具現され得る。
【００８５】
一連の遅延ユニット８０２の中の遅延ユニットの数と、一連の乗算器ユニット８０４の中の乗算器ユニットの数は、受信したシンボルのシンボルレートと、ディジタルフィルタのサンプリング周波数ｆｓと、パルス整形ガウスフィルタ３０６のＢＴ積と、チャネルフィルタ３２０のＢＴ積と、のうちの少なくとも１つに基づいて決定される。ディジタルフィルタのサンプリング周波数ｆｓは、ナイキストサンプリング周波数以上でなければならない。ナイキストサンプリング周波数は、ＦＳＫ復調器３２２の出力における信号の２倍の帯域幅である。
【００８６】
ＦＩＲディジタルフィルタ８００の動作において、シンボルのシーケンス、例えば、ＦＳＫ復調器３２２によって回復されたシンボルのシーケンスは、一連の遅延ユニット８０２に入力される。各遅延ユニット８０２と、対応する乗算器ユニット８０４は、加重段階を含む。加重段階では、入力されたシンボルのシーケンスの中のシンボルを、それぞれのフィルタ係数によって加重する。図８において、［Ｘ］は、入力されたシンボルのシーケンス、例えば、ＦＳＫ復調器３２２によって回復されたシンボルのシーケンスを表わす。一連の遅延ユニット８０２の中の各遅延ユニットは、１シンボル期間に対する、入力されたシンボルのシーケンスの中のそれぞれのシンボルを記憶し、記憶したシンボルを次の遅延ユニット８０２に出力する。図８に示されているように、タップされたシンボルを、それぞれの乗算器８０４においてそれぞれのフィルタ係数Ａ０−ＡＮによって乗算するために、各遅延ユニット８０２の前と、各遅延ユニット８０２間と、各遅延ユニット８０２の後で、シンボルをタップする。係数Ａ０−ＡＮは、図６に関連付けて既に説明したように決定される。各乗算器８０４の出力は、加算ユニット８０６に入力として与えられる。加算ユニット８０６は、乗算器８０４の出力を加算し、シンボル期間Ｔごとに、出力されたシンボルのシーケンス［Ｙ］のうちの１つのシンボルを生成する。ＦＩＲディジタルフィルタ８００は、入力されたシンボルのシーケンス［Ｘ］の中のシンボル間のＩＳＩを除去し、出力されたシンボルのシーケンス［Ｙ］には、ＩＳＩが、ほぼない。
【００８７】
フィルタ係数Ａ０−ＡＮに基づいて、ディジタルフィルタ３２４とＦＩＲディジタルフィルタ８００は、パルス整形ガウスフィルタのインパルス応答を、ナイキストインパルス応答を有するフィルタに、効果的に変換する等化フィルタを具現している。図６に示されているように、ナイキストフィルタのインパルス応答は、ｎ＝０を除く(ｎは整数である)、全てのｎＴに対して０である。ナイキスト応答に基づいて、ナイキストフィルタによってフィルタにかけられたシンボルのシーケンスから、ＩＳＩは大幅に削除され得る。ディジタルフィルタ３２４とＦＩＲディジタルフィルタ８００は、受信信号から、残りのＩＳＩを、１０００分の１(即ち、０．１％)以下まで除去するように設計されている。
【００８８】
更に、図６に関して既に説明したように、ディジタルフィルタ３２４とＦＩＲディジタルフィルタ８００は、フィルタ係数Ａ０−ＡＮに基づいて事後検出フィルタリングを行なうように構成されている。ディジタルフィルタ３２４とＦＩＲディジタルフィルタ８００とによって行なわれる事後検出フィルタリングは、事後検出フィルタ１２４によって行なわれるものに似ている。
【００８９】
ＦＩＲディジタルフィルタ８００は、ハードウェア回路の組み合わせとして、ハードウェアで全体的に実施され得る。その代わりに、ＦＩＲディジタルフィルタ８００は、コンピュータ読み出し可能命令を実行するデータ処理装置のプロセッサによってソフトウェアで実施されてもよい。
【００９０】
図９は、送信方法９００を示すフローチャートである。送信方法９００は、９０２におけるシンボルのシーケンスのパルス整形と、９０４における変調と、９０６におけるアップコンバージョンと、９０８における送信とを含む。
【００９１】
送信方法９００を実行するために、データソース３０４のようなデータソースによって与えられたシンボルのシーケンスは、９０２において、パルス整形される。９０２におけるパルス整形は、ガウスフィルタ３０６のようなパルス整形ガウスフィルタによって実現され得る。ステップ９０２は、シンボルのシーケンスにＩＳＩを引き起こす。９０４において、パルス整形されたシンボルのシーケンスに従って周波数ｆ０を変調し、変調された信号を発生させる。９０４における変調は、ＦＳＫ変調器３０８によって実施され得る。９０６におけるアップコンバーションは、アップコンバータと増幅器とを含む送信機のバックエンド、例えば送信機のバックエンド３１０によって実現され得る。９０６におけるアップコンバーションでは、変調された信号を、ＲＦ送信に適した周波数に、アップコンバートする。９０８において、適切な送信アンテナを使用して、ＲＦ送信が実施され得る。
【００９２】
図１０は、受信方法１０００を示すフローチャートである。受信方法１０００は、１００２において、送信信号を受信することと、１００４において、受信信号を、ベースバンドの変調された信号にダウンコンバートすることと、１００６において、ベースバンドの変調された信号にフィルタをかけて、隣接チャネルの干渉を除去することと、１００８において、チャネルフィルタにかけられたベースバンドの変調された信号を復調し、シンボルのシーケンスを回復することと、１０１０において、シンボルのシーケンスにフィルタをかけることと、１０１２において、フィルタにかけられたシンボルのシーケンスに基づいて、シンボル判定を生成し、１０１４において、シンボル判定をデータビットにマップすることと、を含む。
【００９３】
受信方法１０００を実行するために、１００２において、アンテナ３１６のようなアンテナで、送信信号が受信される。１００４におけるダウンコンバージョンは、例えば受信機のフロントエンド３１８によって実現される。受信機のフロントエンド３１８は、受信信号を、ベースバンドの変調された信号にダウンコンバートする。１００６における隣接チャネルの干渉の除去は、チャネルフィルタによって行われ得る。チャネルフィルタは、受信信号に既に存在する任意のＩＳＩに加えて、ＩＳＩを引き起こし得る。１００６における隣接チャネルの干渉の除去は、チャネルフィルタ３２０のようなチャネルフィルタによって行われ得る。１００８における、チャネルフィルタにかけられたベースバンドの変調された信号の復調は、入力における瞬間周波数に比例する出力を与える任意の適切な復調器、例えば周波数復調器３２２によって実施され得る。１００８において、シーケンスのシンボル間にＩＳＩを含む、回復されたシンボルのシーケンスが生成される。
【００９４】
１０１０において、回復されたシンボルのシーケンスに存在するＩＳＩは、大幅に除去され、従来技術と比較して長所を与える。１０１０におけるＩＳＩの除去は、ディジタルフィルタ３２４のようなディジタルフィルタによって達成され得る。これは、ＦＩＲフィルタ８００のときに既に一層詳しく記載されている。１０１０においてフィルタにかけることによってＩＳＩが除去され、１０１２において、低いＩＳＲであってもエラーがほぼない、正確なシンボル判定が行われる。１０１２において、スライサ３２６は、例えば、ＩＳＩがほぼない、フィルタにかけられたシンボルのシーケンスを使用して、シンボル判定を生成し得る。１０１４において、シンボルからビットへのマッパ３２８を使用して、１０１２において生成されたシンボル判定をマップすることによって、データビットが回復され得る。
【００９５】
図１１は、ディジタルフィルタ方法１１００を示すフローチャートである。ディジタルフィルタ方法１１００に従って、シンボルのシーケンスはフィルタにかけられる。具体的には、１１０２において、シンボルのシーケンスの中の１組のシンボルを決定し、１１０４において、決定された１組のシンボルの中のシンボルの各々を、それぞれのフィルタ係数によって乗算する。それぞれのフィルタ係数によって乗算された、決定された１組のシンボルの中のシンボルの各々を、１１０６において加算し、第１のフィルタにかけられたシンボルを生成する。１１０８において、フィルタにかけられたシンボルを出力する。次に、決定された１組のシンボルは、ステップ１１１０においてシフトすることによって更新される。例えば、決定された１組のシンボルは、一連の遅延ユニット８０２のような先入れ先出しシンボル遅延チェーンに基づいて、１シンボルずつ更新され得る。更新後に、決定された１組のシンボルを、１１０４においてフィルタ係数によって乗算し、１１０６において再び加算する。従って、１１１０における決定された１組のシンボルの更新に基づいて、１１０８において、第２のフィルタにかけられたシンボルが出力される。図１１に示されているように、ディジタルフィルタ方法１１００は、反復され、フィルタにかけられ出力されたシンボルのシーケンスを生成する。例えば、１１０４における乗算は、乗算器ユニット８０４によって実施されてもよく、１１０６における加算は、加算ユニット８０６によって実施されてもよい。ディジタルフィルタ方法１０００のそれぞれの係数は、フィルタ係数Ａ０−ＡＮであってもよい。
【００９６】
方法９００と、１０００と、１１００は、ＧＦＳＫ通信システム３００を参照して記載されているが、ＧＦＳＫ通信システム３００に関して記載した送信機及び受信機のハードウェア回路と同等であると当業者に理解される、送信機及び受信機のハードウェア回路を使用して実行され得る。更に、方法８００と、９００と、１０００は、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを使用して実行され得る。例えば、図１２を参照して以下で更に詳しく記載されるように、受信方法１０００は、１組のコンピュータ読み出し可能命令に従って処理するデータ処理装置のプロセッサによって、全体的に又は部分的に実行され得る。
【００９７】
コンピュータ読み出し可能命令を実行するデータ処理装置を使用して実施される実施形態によると、コンピュータ読み出し可能命令は、コンピュータ読み出し可能記憶媒体に記憶される。コンピュータ読み出し可能命令は、プロセッサによって実行されるときに、ＧＦＳＫ送信機３００と、ＧＦＳＫ受信機３１４と、操作６００と、方法９００、１０００、１１００と、の特徴を実施するように、プロセッサ及び／又は処理装置を構成し、プロセッサ及び／又は処理装置に指示する。コンピュータ読み出し可能記憶媒体の非制限的な例は、ランダムアクセスメモリ(random access memory, RAM)と、読み出し専用メモリ(read-only memory, ROM)と、光ディスク(ＣＤ)(ＤＶＤ)と、磁気記憶媒体とを含む。
【００９８】
図１２は、データ処理装置の実施形態１２００を示している。データ処理装置１２００は、システムバス１２０２と、プロセッサ１２０４と、ＲＡＭ１２０６と、ＲＯＭ１２０８と、データ入力／出力インターフェース１２１０とを含む。幾つかの実施形態では、プロセッサ１２０４は、統合されたＡＤＣ１２１２及び／又は統合されたＤＡＣ１２１４を含む。その代わりに、ＡＤＣ１２１２とＤＡＣ１２１４は、プロセッサ１２０４から分かれていて、データバス１２０２及び／又は入力／出力インターフェース１２１０を介して、プロセッサ１２０４に接続されていてもよい。
【００９９】
動作において、コンピュータ読み出し可能なプログラム命令は、ＲＡＭ１２０６と、ＲＯＭ１２０８と、他の記憶媒体(示されていない)とのうちの少なくとも１つから、実行するためにプロセッサ１２０４にロードされる。プロセッサ１２０４によって実行されるときに、コンピュータ読み出し可能プログラム命令は、ＧＦＳＫ送信機３００と、ＧＦＳＫ受信機３１４と、操作６００と、方法９００、１０００、１１００との特徴を実施するように、プロセッサ１２０４を構成し、プロセッサ１２０４に指示する。更に、データ処理装置による受信方法１０００の実施を容易にするために、受信した変調された信号は、ＡＤＣ１２１２を使用して、受信した変調されたディジタル信号に変換され得る。その結果、プロセッサ１２０４は、受信した変調された信号のディジタルコピーを操作することができる。更に、データ処理装置による送信方法９００の処理に加えて、変調されたディジタル信号は、アナログ変調信号として送信するために、ＤＡＣ１２１４によってアナログ変調された信号に変換され得る。
【０１００】
プロセッサ１２０４は、汎用中央処理ユニット(Central Processing Unit, CPU)、ディジタル信号プロセッサ(Digital Signal Processor, DSP)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array, FPGA)、又は特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)を含み得る。
【０１０１】
上述を考慮して、通信受信機と通信受信機方法のバリエーションが可能である。従って、当業者によって理解される技術的に同等と認識されるものに基づいて、具体的に上述したもの以外の、通信受信機と通信受信機方法とが実行され得る。
【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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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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