(57)【要約】【課題】回路規模及び消費電力が小さいベースバンド集積回路及び無線通信装置を提供する。【解決手段】一実施形態に係るベースバンド集積回路は、最小偏移変調方式で変調されたベースバンド信号の第１成分と、既知の第１の同期ワード信号の前記第１成分と、を除算する。複数の除算結果の中から、周波数オフセットに応じた除算結果が選択される。選択された除算結果は、補間される。補間された除算結果は正弦波で近似され、近似された正弦波に基づいて周波数オフセットが推定される。【選択図】図４
2017046109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最小偏移変調方式で変調されたベースバンド信号の第１成分と、既知の第１の同期ワード信号の前記第１成分と、を除算し、
複数の除算結果の中から、周波数オフセットに応じた前記除算結果を選択し、
選択された前記除算結果を補間し、
補間された前記除算結果を正弦波で近似し、近似された前記正弦波に基づいて前記周波数オフセットを推定する
ベースバンド集積回路。
【請求項２】
前記第１成分は、同相成分又は直交成分である
請求項１に記載のベースバンド集積回路。
【請求項３】
前記周波数オフセットに応じた前記除算結果として、微分成分が所定値以下となる前記除算結果を選択する
請求項１又は請求項２に記載のベースバンド集積回路。
【請求項４】
前記第１の同期ワード信号は、既知のバイナリデータを最小偏移変調方式で変調した複素信号である
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のベースバンド集積回路。
【請求項５】
選択された前記除算結果は、線形補間、多項式補間、又はスプライン補間される
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のベースバンド集積回路。
【請求項６】
前記正弦波の周波数が前記周波数オフセットとして推定される
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のベースバンド集積回路。
【請求項７】
前記第１の同期ワード信号に、推定された前記周波数オフセットを付加して第２の同期ワード信号を生成し、
前記第２の同期ワード信号の第２成分と、前記ベースバンド信号の前記第１成分と、からなる複素信号を生成し、
生成された前記複素信号から、推定された前記周波数オフセットを除去し、
除去された前記複素信号を復調する
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のベースバンド集積回路。
【請求項８】
前記ベースバンド信号の前記第１成分を復調したバイナリデータに基づいて、レプリカ信号を生成し、
前記ベースバンド信号の前記第１成分と、前記レプリカ信号の前記第１成分と、を除算する
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のベースバンド集積回路。
【請求項９】
前記レプリカ信号は、前記ベースバンド信号の前記第１成分を復調したバイナリデータを、最小偏移変調方式で変調することにより生成される
請求項８に記載のベースバンド集積回路。
【請求項１０】
最小偏移変調方式で変調された無線周波数信号を受信するアンテナと、
前記無線周波数信号に基づいて、前記ベースバンド信号の前記第１成分を生成する無線周波数集積回路と、
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のベースバンド集積回路と、
を備える無線通信装置。
【請求項１１】
前記無線周波数集積回路は、前記無線周波数信号と、ローカル信号と、をミキシングすることにより、前記ベースバンド信号の前記第１成分を生成する
請求項１０に記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記ローカル信号の周波数は、前記無線周波数信号のマーク周波数又はスペース周波数である
請求項１０又は請求項１１に記載の無線通信装置。
【請求項１３】
前記無線周波数信号は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ  Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ規格に従ったパケット信号である
請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１４】
最小偏移変調方式で変調されたベースバンド信号の第１成分と、既知の第１の同期ワード信号の前記第１成分と、を除算し、
複数の除算結果の中から、周波数オフセットに応じた前記除算結果を選択し、
選択された前記除算結果を補間し、
補間された前記除算結果を正弦波で近似し、近似された前記正弦波に基づいて前記周波数オフセットを推定する
無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ベースバンド集積回路及び無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、最小偏移変調信号を受信して周波数補正処理を行う回路として、ＭＳＫ信号を二位相偏移変調（ＢＰＳＫ）信号に変換することで、復調処理及び周波数補正処理を容易化する受信処理回路が開示されている。
【０００３】
上記従来の受信処理回路は、最小偏移変調方式で変調された無線周波数信号を、ＩＱ復調器によって周波数変換し、ＡＤ変換器によってＡＤ変換し、ＡｒｃＴａｎ回路によって送受信機間の位相と周波数のオフセット量を検出し、ＢＰＳＫ信号に変換する。
【０００４】
そして、受信処理回路は、検出した周波数オフセットに対してデジタルベースバンド内の数値制御オシレータ（ＮＣＯ）を同期させ、復調後の位相データからＮＣＯの出力位相を差し引くことで、送受信機間の位相オフセット及び周波数オフセットの初期補正及び追従補正を行う。
【０００５】
しかしながら、上記従来の受信処理回路による周波数補正方法は、受信信号の同相成分と直交成分とを使って周波数オフセットの補正を行っていたため、直交復調器、直交成分用アナログフィルタ、直交成分用ＡＤ変換器、及び位相検出用Ａｒｃｔａｎ回路などが必要となり、回路規模及び消費電力が大きいという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２９８４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
回路規模及び消費電力が小さいベースバンド集積回路及び無線通信装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態に係るベースバンド集積回路は、最小偏移変調方式で変調されたベースバンド信号の第１成分と、既知の第１の同期ワード信号の前記第１成分と、を除算する。複数の除算結果の中から、周波数オフセットに応じた除算結果が選択される。選択された除算結果は、補間される。補間された除算結果は正弦波で近似され、近似された正弦波に基づいて周波数オフセットが推定される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る無線通信装置の一例を示す図。
【図２】従来の無線通信装置におけるベースバンド信号のコンスタレーションを示す図。
【図３】第１実施形態に係る無線通信装置におけるベースバンド信号のコンスタレーションを示す図。
【図４】第１実施形態に係る受信処理回路の一例を示す図。
【図５】周波数オフセット及び位相オフセットの推定結果の一例を示す図。
【図６】第２実施形態に係る受信処理回路の一例を示す図。
【図７】第２実施形態に係る差動復調部の一例を示す図。
【図８】第３実施形態に係る受信処理回路の一例を示す図。
【図９】第４実施形態に係る無線通信装置の一例を示す図。
【図１０】第４実施形態に係る無線通知装置を備えるホスト装置及び周辺機器の一例を示す図。
【図１１】第４実施形態に係る無線通知装置を備えるホスト装置及びウェアラブル端末の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る無線通信装置について、図１〜図５を参照して説明する。本実施形態に係る無線通信装置は、最小偏移変調（以下、「ＭＳＫ」という）方式で変調されたパケット信号を受信し、受信したパケット信号の同相成分又は直交成分だけを用いて、データの復調及び周波数オフセットの補正を行う。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る無線通信装置の一例を示す図である。図１に示すように、無線通信装置は、アンテナ１と、バンドパスフィルタ２と、増幅器３と、ミキサ４と、ローパスフィルタ５と、増幅器６と、ＡＤ変換器７と、受信処理回路８と、位相同期回路９と、ローカル発振器１０と、を備える。
【００１３】
アンテナ１は、パケット信号を受信する。パケット信号は、ＭＳＫ方式で変調された無線周波数（以下、「ＲＦ」という）信号である。以下、アンテナ１を介して受信したパケット信号を、受信信号という。
【００１４】
バンドパスフィルタ２（以下、「ＢＰＦ２」という）は、アンテナ１が受信した受信信号を入力され、入力された受信信号のうち、所定の周波数帯域の信号成分を通過させる。
【００１５】
増幅器３は、ＢＰＦ２が通過させた受信信号を入力され、入力された受信信号を増幅する。増幅器３は、低雑音増幅器であるのが好ましい。
【００１６】
ミキサ４は、増幅器３が増幅した受信信号を入力され、入力された受信信号をローカル信号とミキシングすることにより、ダウンコンバート（周波数変換）する。ローカル信号は、ローカル発振器１０から供給される。
【００１７】
ミキサ４が受信信号をダウンコンバートすることにより、ベースバンド（以下、「ＢＢ」という）信号の第１成分が生成される。第１成分は、同相成分であってもよいし、直交成分であってもよい。以下では、第１成分が同相成分である場合を例に説明する。ＢＢ信号の同相成分を、ＢＢ同相信号という。ＢＢ信号及びローカル信号について、詳しくは後述する。
【００１８】
ローパスフィルタ５（以下、「ＬＰＦ５」という）は、ミキサ４が生成したＢＢ同相信号を入力され、入力されたＢＢ同相信号の低周波成分を通過させる。これにより、ＢＢ同相信号から、ミキシングにより生じた不要な高周波成分が除去される。
【００１９】
増幅器６は、ＬＰＦ５が通過させたＢＢ同相信号を入力され、入力されたＢＢ同相信号を復調処理に適した電力レベルに増幅する。増幅器６は、ＢＢ同相信号のレベルに応じて増幅率を変更可能なＶＧＡ（可変利得増幅器）であるのが好ましい。
【００２０】
ＡＤ変換器７（以下、「ＡＤＣ７」という）は、増幅器６が増幅したＢＢ同相信号を入力され、入力されたＢＢ同相信号をＡＤ変換する。これにより、ＢＢ同相信号がデジタル信号に変換される。ＡＤＣ７として、フラッシュ型ＡＤＣ、ΔΣ型ＡＤＣ、パイプライン型ＡＤＣなど、任意のＡＤＣを利用できる。
【００２１】
受信処理回路８は、ＡＤＣ７がＡＤ変換したＢＢ同相信号の復調処理及び周波数補正（以下、「ＡＦＣ」という）処理を実行する。より詳細には、受信処理回路８は、ＢＢ同相信号に基づいて、受信信号に含まれる周波数オフセット及び位相オフセットを推定し、推定結果を位相同期回路９に入力する。受信処理回路８について、詳しくは後述する。
【００２２】
位相同期回路９（以下、「ＰＬＬ９」という）は、受信処理回路８から入力された推定結果に基づいて、ローカル発振器１０を制御する。具体的には、ＰＬＬ９は、周波数オフセット及び位相オフセットが０に近づくように、ローカル発振器１０が供給するローカル信号の周波数及び位相を変化させる。
【００２３】
ローカル発振器１０は、ミキサ４にローカル信号を供給する。ローカル信号の周波数は、受信信号（すなわち、ＭＳＫ変調方式で変調されたＲＦ信号）のマーク周波数又はスペース周波数に設定される。マーク周波数は、受信信号におけるデータ１に相当する周波数であり、ｆｃ＋Δｆと表される。また、スペース周波数は、受信信号におけるデータ０に相当する周波数であり、ｆｃ−Δｆと表される。なお、以下の記述においてマーク周波数をｆｃ−Δｆ、スペース周波数をｆｃ＋Δｆとしてもよい。また、マーク周波数の表すデータを０、スペース周波数の表すデータを１としてもよい。
【００２４】
ｆｃは、受信信号の中心周波数、すなわち、搬送波の周波数である。また、Δｆは、ＭＳＫの最大周波数偏移である。以下では、ローカル信号の周波数がｆｃ−Δｆである場合を例に説明する。
【００２５】
上述の通り、ローカル信号の周波数は、ＰＬＬ９により、周波数オフセット及び位相オフセットが０に近づくように制御される。これにより、受信信号に対するＡＦＣ処理が実現される。
【００２６】
ここで、図２は、従来の無線通信装置におけるＢＢ信号のコンスタレーション（信号点配置）を示す図である。従来の無線通信装置では、周波数ｆｃを有するローカル信号を用いて受信信号がダウンコンバートされた。このため、図２に示すように、受信信号の中心周波数ｆｃは、ＤＣ（０Ｈｚ）に遷移した。この結果、受信信号のスペース周波数ｆｃ−Δｆは−Δｆに遷移し、マーク周波数ｆｃ＋ΔｆはΔｆに遷移した。すなわち、ＢＢ信号のスペース周波数は−Δｆ、マーク周波数はΔｆとなった。
【００２７】
このＢＢ信号は、図２に示すように、シンボル毎に＋π／２又は−π／２だけ位相が変化する信号となる。したがって、ＢＢ信号の位相の変化量を検出することで、ＢＢ信号を復調することができる。ただし、図２に示すように、ＢＢ信号の信号点は、コンスタレーションのＩ軸（同相軸）上及びＱ軸（直交軸）上にそれぞれ存在するため、位相の変化量を検出するためには、ＢＢ信号の同相成分及び直交成分の両方を利用しなければならない。
【００２８】
このため、従来の無線通信装置では、ＢＢ信号の同相成分を生成及び処理するためのアナログ回路（ミキサ、ＬＰＦ、増幅器、ＡＤＣなど）と、ＢＢ信号の直交成分を生成及び処理するためのアナログ回路（ミキサ、ＬＰＦ、増幅器、ＡＤＣなど）と、がそれぞれ必要であった。
【００２９】
これに対して、図３は、本実施形態に係る無線通信装置におけるＢＢ信号のコンスタレーションを示す図である。本実施形態に係る無線通信装置では、上述の通り、スペース周波数ｆｃ−Δｆを有するローカル信号を用いて受信信号をダウンコンバートする。このため、図３に示すように、受信信号における中心周波数ｆｃは、Δｆに遷移する。この結果、受信信号のスペース周波数ｆｃ−ΔｆはＤＣに遷移し、マーク周波数は２Δｆに遷移する。すなわち、ＢＢ信号のスペース周波数はＤＣ、マーク周波数は２Δｆとなる。
【００３０】
このＢＢ信号は、図３に示すように、シンボル毎に０又はπだけ位相が変化する信号となる。図３からわかるように、ＢＢ信号の信号点は、コンスタレーションのＩ軸上にのみ存在する。したがって、本実施形態では、ＢＢ信号の同相成分の極性変化を検出するだけで、位相の変化量を取得し、データを復調することができる。
【００３１】
このため、本実施形態に係る無線通信装置では、上記従来の無線通信装置とは異なり、ＢＢ信号の直交成分を生成及び処理するためのアナログ回路（ミキサ、ＬＰＦ、増幅器、ＡＤＣなど）が必要ない。したがって、本実施形態によれば、無線通信装置のアナログ回路の回路規模を小型化し、消費電力を低減することができる。
【００３２】
また、本実施形態に係る無線通信装置は、ＢＢ信号の同相成分の極性を検出することによりデータを復調できるため、ＢＢ信号の直交成分及び同相成分の位相を検出するためのＡｒｃＴａｎ回路が不要である。したがって、本実施形態によれば、無線通信装置のデジタル回路の回路規模を小型化し、消費電力を低減することができる。
【００３３】
なお、以上では、ＲＦ信号をＢＢ信号に直接的にダウンコンバートする場合について説明した。しかしながら、ＲＦ信号からＢＢ信号へのダウンコンバートは、ＩＦ（中間周波数）信号を介した２段階の構成であってもよい。すなわち、無線通信装置は、ＲＦ信号をＩＦ信号にダウンコンバートし、ＩＦ信号をＢＢ信号にダウンコンバートしてもよい。
【００３４】
また、無線通信装置は、ＢＢ信号の同相成分の代わりに、ＢＢ信号の直交成分（以下、「ＢＢ直交信号」という）を生成し、ＢＢ直交信号に基づいて、周波数オフセットを推定し、補正してもよい。この場合、ＢＢ同相信号を生成及び処理するためのアナログ回路や、ＡｒｃＴａｎ回路が不要となる。したがって、無線通信装置のアナログ回路及びデジタル回路の回路規模を小型化し、消費電力を低減することができる。
【００３５】
次に、本実施形態に係る受信処理回路８について、図４を参照して詳細に説明する。上述の通り、受信処理回路８は、受信信号の周波数オフセット及び位相オフセットを推定する。
【００３６】
周波数オフセットとは、送受信機間のローカル発振器の発振周波数のずれのことである。正確には、送信機及び受信機のローカル発振器の発振周波数が、意図した周波数からずれた量が周波数オフセットとなる。以下では、送信機のローカル発振器の周波数ｆｔがｆｔ＝ｆｃ、受信機のローカル発振器の周波数ｆｒがｆｒ＝ｆｃ−Δｆとなることを意図しているが、これらの発振周波数がそれぞれｆｔ＝ｆｃ＋Δｄ１、ｆｒ＝ｆｃ−Δｆ＋Δｄ２のようにずれてしまった場合、周波数オフセットはΔｄ１＋Δｄ２となる。また、位相オフセットとは、送受信機間のローカル発振器の初期位相のずれのことである。
【００３７】
周波数オフセットがあると、ＢＢ信号の信号点が所望の位置（コンスタレーションのＩ軸上）からずれてしまうため、受信信号の復調精度が低下する。そこで、本実施形態に係る無線通信装置は、受信処理回路８により周波数オフセットを推定し、推定結果に基づいてローカル発振器１０の発振周波数を補正する。
【００３８】
図４は、受信処理回路８の構成の一例を示す図である。図４に示すように、本実施形態に係る受信処理部８は、復調部８１と、ＡＦＣ処理部８２と、を備える。
【００３９】
復調部８１は、ＡＤＣ７によりＡＤ変換されたＢＢ同相信号を入力される。復調部８１が入力されるＢＢ同相信号はデジタル信号である。
【００４０】
復調部８１は、入力されたＢＢ同相信号に復調処理を実行する。ＢＢ同相信号の復調は、ＢＢ同相信号の極性変化を検出することにより行われる。復調部８１は、復調処理により得られた復調データを出力する。
【００４１】
ＡＦＣ処理部８２は、ＡＤＣ７からＢＢ同相信号を入力され、入力されたＢＢ同相信号にＡＦＣ処理を実行する。図４に示すように、ＡＦＣ処理部８２は、同期ワード信号生成部８３と、除算部８４と、サンプル選択部８５と、閾値設定部８６と、補間部８７と、周波数オフセット推定部８８と、を備える。
【００４２】
同期ワード信号生成部８３は、同期ワード信号ｓ（ｔ）（第１の同期ワード信号）を生成する。同期ワード信号ｓ（ｔ）とは、スペース周波数がＤＣ、マーク周波数が２Δｆとなるように、自ノードの同期ワードをＭＳＫ方式で変調した複素信号のことである。
【００４３】
同期ワードとは、パケット信号の検出、同期補足、及び宛先端末のＩＤ指定などを目的とした、既知のバイナリデータである。パケット信号には、このような同期ワードに応じた同期ワード信号と、復調対象となるペイロード信号と、が含まれる。同期ワード信号は、ペイロード信号よりも先に到来する。なお、ペイロード信号よりも先に到来する既知のバイナリデータの全てを同期ワードとしてもよいし、一部を同期ワードとしてもよい。
【００４４】
同期ワード信号生成部８３は、内部メモリに自ノードの同期ワードを記憶しており、ＢＢ同相信号が入力されると、同期ワード信号ｓ（ｔ）を生成する。そして、同期ワード信号生成部８３は、生成した同期ワード信号ｓ（ｔ）の同相成分（Ｉｃｈ）を除算部８４に入力する。以下、同期ワード信号ｓ（ｔ）の同相成分を、同期ワード同相信号Ｒｅ｛ｓ（ｔ）｝という。
【００４５】
なお、同期ワード信号生成部８３は、予め生成した同期ワード信号ｓ（ｔ）を内部メモリに記憶していてもよい。また、ローカル信号の周波数がｆｃ＋Δｆである場合には、同期ワード信号生成部８３は、スペース周波数が−２Δｆ、マーク周波数がＤＣとなるように、同期ワードをＭＳＫ方式で変調した同期ワード信号ｓ（ｔ）をすればよい。さらに、ＡＤＣ７からＢＢ直交信号を入力される場合には、同期ワード信号生成部８３は、同期ワード信号ｓ（ｔ）の直交成分Ｉｍ｛ｓ（ｔ）｝を除算部８４に入力すればよい。
【００４６】
除算部８４は、ＡＤＣ７からＢＢ同相信号を入力され、同期ワード信号生成部８３から同期ワード同相信号Ｒｅ｛ｓ（ｔ）｝を入力される。除算部８４は、ＢＢ同相信号と、同期ワード同相信号Ｒｅ｛ｓ（ｔ）｝と、を除算する。
【００４７】
同期ワード信号生成部８３から入力される同期ワード同相信号Ｒｅ｛ｓ（ｔ）｝は、周波数オフセットがない理想的な同期ワード信号の同相成分である。したがって、受信信号が周波数オフセットのない自ノード宛ての同期ワード同相信号であった場合、ＢＢ同相信号と、同期ワード同相信号Ｒｅ｛ｓ（ｔ）｝と、の周波数は一致する。
【００４８】
一方、受信信号に周波数オフセットがある場合、除算結果として得られる信号は、周波数オフセットに応じた信号となる。周波数オフセットに応じた信号は、理想的には、周波数オフセットと同じ周波数を有する正弦波となる。
【００４９】
しかしながら、実際には、この除算処理では、周波数オフセットに起因するＢＢ信号の直交成分の影響が考慮されていないため、理想的な正弦波は得られない。受信信号の周波数オフセットをＦｏｆｓとすると、ＢＢ同相信号は、Ｒｅ｛ｓ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ２πＦｏｆｓｔ）｝となる。したがって、除算結果は、以下の式で計算される。
【００５０】
【数１】
2017046109.tif 000003
【００５１】
式（１）に示すように、除算結果には、第１項と、第２項と、が含まれる。第１項は、周波数オフセットＦｏｆｓに応じた上述の理想的な正弦波である。第２項は、周波数オフセットＦｏｆｓに起因するＢＢ信号の直交成分により生じる誤差である。このように、除算結果には、誤差が含まれるため、理想的な正弦波は得られない。
【００５２】
除算部８４は、式（１）の計算を所定の時間間隔で実行する。各計算により得られた値をサンプルという。除算部８４は、除算処理により得られた複数のサンプルを、除算結果としてサンプル選択部８５に入力する。
【００５３】
サンプル選択部８５は、除算部８４から入力されたサンプルの中から、異常なサンプルを除去し、正常なサンプルを選択する。異常なサンプルとは、式（１）の第２項の影響が大きいサンプルのことである。これに対して、正常なサンプルとは、式（１）の第２項の影響が小さいサンプルのことである。
【００５４】
具体的には、サンプル選択部８５は、各サンプルの微分値を計算し、得られた微分値に基づいて、正常なサンプルを選択する。各サンプルの微分値は、以下の式で計算される。
【００５５】
【数２】
2017046109.tif 000004
【００５６】
式（２）からわかるように、サンプルの第１項の微分値は、［−２πＦｏｆｓ，２πＦｏｆｓ］の範囲の値となる。一方、サンプルの第２項の微分値は、同期ワード信号ｓ（ｔ）の微分値を含むため、第１項の微分値に比べて値が急峻に変化する。したがって、微分値が［−２πＦｏｆｓ，２πＦｏｆｓ］の範囲に含まれるサンプルは、第２項の影響が小さい正常なサンプルであると考えられる。
【００５７】
そこで、サンプル選択部８５は、微分値が所定の範囲内のサンプルを正常なサンプルとして選択し、微分値が所定の範囲外のサンプルを異常なサンプルとして除去する。サンプル選択部８５は、選択したサンプルを補間部８７に入力する。
【００５８】
閾値設定部８６は、サンプル選択部８５が正常なサンプルを選択するための閾値を設定する。上述の通り、微分値が［−２πＦｏｆｓ，２πＦｏｆｓ］の範囲内のサンプルは、正常なサンプルと考えられる。しかしながら、周波数オフセットＦｏｆｓは、推定対象そのものであるため、閾値として利用することはできない。
【００５９】
そこで、閾値設定部８６は、補正したい周波数オフセットの最大値Ｆｍａｘを、閾値として設定する。サンプル選択部８５は、この閾値により規定される範囲、すなわち、［−２πＦｍａｘ，２πＦｍａｘ］に微分値が含まれるサンプルを、正常なサンプルとして選択する。これにより、閾値Ｆｍａｘ以下の周波数オフセットに応じたサンプルを選択することができる。
【００６０】
閾値Ｆｍａｘは、例えば、ローカル発振器１０の性能に基づいて設定されてもよいし、無線通信装置が受信するＭＳＫ信号の無線規格に基づいて設定されてもよい。例えば、無線通信装置が、ＧＭＳＫ（ガウス型最小偏移動変調）方式で変調されたＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）規格に従ったパケット信号を受信する場合、閾値Ｆｍａｘを１００ｋＨｚに設定することが考えられる。これは、ＢＬＥ規格において、最大周波数オフセットが１００ｋＨｚに定められているためである。このように閾値Ｆｍａｘを設定することにより、規格により定められた範囲内の周波数オフセットに応じたサンプルを選択することができる。
【００６１】
補間部８７は、サンプル選択部８５から入力されたサンプルに対して、補間処理を実行する。サンプルの補間処理には、線形補間、多項式補間、スプライン補間など、任意の補間方法を利用することができる。補間部８７は、補間したサンプルを周波数オフセット推定部８８に入力する。
【００６２】
周波数オフセット推定部８８は、補間部８７により補間されたサンプルに基づいて、周波数オフセットＦｏｆｓを推定する。具体的には、周波数オフセット推定部８８は、補間されたサンプルを正弦波で近似する。周波数オフセット推定部８８は、例えば、補間されたサンプルの極性が反転する周期、最大振幅間の時間幅、最小振幅間の時間幅などに基づいて、正弦波を近似することができる。
【００６３】
近似された正弦波の周波数が周波数オフセットＦｏｆｓの推定値Ｆｏｆｓ′となり、初期位相が位相オフセットφの推定値φ′となる。これは、正常なサンプルの集合は、周波数オフセットＦｏｆｓに応じた正弦波となるためである。周波数オフセット推定部８８は、推定結果をＰＬＬ９に入力する。
【００６４】
周波数オフセット推定部８８から推定結果を入力されたＰＬＬ９は、入力された推定結果にしたがってローカル発振器１０のローカル信号を制御する。具体的には、ＰＬＬ９は、ローカル信号の周波数を、ｆｃ−Δｆ−Ｆｏｆｓ′に遷移させる。また、ＰＬＬ９は、ローカル信号の位相を−φ′だけ遷移させる。これにより、受信信号の周波数オフセット及び位相オフセットを補正することができる。
【００６５】
図５は、周波数オフセット推定部８８による周波数オフセット及び位相オフセットの推定結果の一例を示す図である。図５において、×は除算部８４が出力したサンプルであり、○は補間部８７が補間したサンプルであり、実線は周波数オフセット推定部８８が近似した正弦波である。
【００６６】
図５からわかるように、除算部８４が出力するサンプルには、傾き（微分値）が所定範囲内のサンプルと、傾きが発散しているサンプルと、が含まれていることがわかる。傾きが所定範囲内のサンプルは、周波数オフセットＦｏｆｓに応じた正常なサンプルであり、傾きが発散しているサンプルは、式（２）の第２項の影響が大きい異常なサンプルである。
【００６７】
図５に示すように、正常なサンプルの間を補間すると、正弦波に近い波形が得られることがわかる。この波形に正弦波を近似することにより、周波数オフセット推定部８８は、周波数オフセットＦｏｆｓ及び位相オフセットφを推定することができる。
【００６８】
以上説明した通り、本実施形態に係る受信処理回路８は、ＢＢ同相信号又はＢＢ直交信号だけを利用して、周波数オフセットＦｏｆｓ及び位相オフセットφを推定することができる。また、受信処理回路８は、ＢＢ同相信号及びＢＢ直交信号の位相を検出するためのＡｒｃＴａｎ回路が不要である。したがって、本実施形態によれば、受信処理回路８の回路規模を小型化し、消費電力を低減することができる。
【００６９】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る無線通信装置について、図６及び図７を参照して説明する。第１実施形態では、無線通信装置が自ノード宛ての同期ワード信号を受信した場合のＡＦＣ処理について説明した。
【００７０】
しかしながら、実際には、無線通信装置は、他ノード宛ての同期ワード信号を受信することもあり得る。したがって、無線通信装置は、受信した同期ワード信号が、自ノード宛てかを判定する必要がある。すなわち、無線通信装置は、受信した同期ワード信号を復調して得られた同期ワードと、自ノードの同期ワードと、が一致するかを確認する必要がある。
【００７１】
そこで、本実施形態では、受信した同期ワード信号を、周波数オフセットＦｏｆｓを補正した上で復調する無線通信装置について説明する。以下では、受信信号は、自ノード宛て又は他ノード宛ての同期ワード信号であるものとする。また、受信信号から生成されたＢＢ同相信号を、受信同期ワード信号という。
【００７２】
図６は、本実施形態に係る受信処理回路８の一例を示す図である。図６に示すように、この受信処理回路８は、メモリ８９と、周波数オフセット付加部９０と、周波数オフセット補正部９１と、差動復調部９２と、を備える。他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００７３】
メモリ８９は、ＡＤＣ７から受信同期ワード信号を入力され、入力された受信同期ワード信号を記憶する。受信信号が自ノード宛てであった場合、受信同期ワード信号は、Ｒｅ｛ｓ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ２πＦｏｆｓｔ＋ｊφ）｝と表される。メモリ８９は、記憶した受信同期ワード信号を、周波数オフセット補正部９１に入力する。
【００７４】
周波数オフセット付加部９０は、周波数オフセット推定部８８から、周波数オフセットの推定値Ｆｏｆｓ′と、位相オフセットの推定値φ′と、を入力される。また、同期ワード信号生成部８３から、同期ワード同相信号Ｒｅ｛ｓ（ｔ）｝及び同期ワード直交信号Ｉｍ｛ｓ（ｔ）｝をそれぞれ入力される。
【００７５】
周波数オフセット付加部９０は、同期ワード信号生成部８３から入力された同期ワード信号ｓ（ｔ）に、周波数オフセットの推定値Ｆｏｆｓ′と、位相オフセットの推定値φ′と、を付加することにより、同期ワード信号ｓ２（ｔ）（第２の同期ワード信号）を生成する。同期ワード信号ｓ２（ｔ）は、以下の式で表される。
【００７６】
【数３】
2017046109.tif 000005
【００７７】
周波数オフセット付加部９０は、生成した同期ワード信号ｓ２（ｔ）の直交成分（Ｑｃｈ）を、周波数オフセット補正部９１に入力する。
【００７８】
周波数オフセット補正部９１は、周波数オフセット推定部８８から、周波数オフセットの推定値Ｆｏｆｓ′と、位相オフセットの推定値φ′と、を入力される。また、周波数オフセット補正部９１は、メモリ８９から受信同期ワード信号を入力され、周波数オフセット付加部９０から同期ワード信号の直交成分Ｉｍ｛ｓ２（ｔ）｝を入力される。
【００７９】
同期ワード信号ｓ２（ｔ）は、複素信号であり、受信同期ワード信号に対応する周波数オフセット及び位相オフセットを有する。したがって、周波数オフセット補正部９１は、同期ワード信号ｓ２（ｔ）の直交成分Ｉｍ｛ｓ２（ｔ）｝と、受信同期ワード信号と、に基づいて、複素信号ｓ３（ｔ）を生成することができる。複素信号ｓ３（ｔ）は、以下の式で表される。
【数４】
2017046109.tif 000006
【００８０】
続いて、周波数オフセット補正部９１は、複素信号ｓ３（ｔ）から周波数オフセットの推定値Ｆｏｆｓ′と、位相オフセットの推定値φ′と、を除去する。すなわち、以下の式を計算する。
【００８１】
【数５】
2017046109.tif 000007
【００８２】
式（５）からわかるように、周波数オフセット補正部９１は、受信同期ワード信号が自ノード宛てであった場合、周波数オフセットＦｏｆｓ及び位相オフセットφが除去された同期ワード信号ｓ（ｔ）を生成することができる。同期ワード信号ｓ（ｔ）は、複素信号である。周波数オフセット補正部９１は、こうして得られた同期ワード信号ｓ（ｔ）を、差動復調部９２に入力する。
【００８３】
差動復調部９２は、周波数オフセット補正部９１から入力された同期ワード信号ｓ（ｔ）を復調する。同期ワード信号ｓ（ｔ）は、図３に示すコンスタレーションを有する。したがって、スペース信号（データ０）ではシンボル間の位相が０変化し、マーク信号（データ１）では位相がπ変化する。差動復調部９２は、このような位相変化を検出することにより、同期ワード信号ｓ（ｔ）を復調する。
【００８４】
図７は、差動復調部９２の一例を示す図である。図７の差動復調部９２は、遅延器９２１と、乗算器９２２と、極性判定部９２３と、を備える。
【００８５】
遅延器９２１は、周波数オフセット補正部９１から、同期ワード信号ｓ（ｔ）を入力される。遅延器９２１は、入力された同期ワード信号ｓ（ｔ）を、１シンボル分だけ遅延させて出力する。
【００８６】
乗算器９２２は、周波数オフセット補正部９１から、同期ワード信号ｓ（ｔ）を入力され、遅延器９２１から遅延した同期ワード信号ｓ（ｔ）を入力される。乗算器９２２は、入力された２つの同期ワード信号ｓ（ｔ）を乗算する。すなわち、遅延器９２１は、復調対象のシンボルに対応する同期ワード信号ｓ（ｔ）と、その１つ前のシンボルに対応する同期ワード信号と、を乗算する。乗算器９２２は、乗算結果を極性判定部９２３に入力する。
【００８７】
極性判定部９２３は、乗算器９２２から入力された乗算結果の極性に基づいて、復調対象のシンボルを判定する。極性判定部９２３は、極性が正であった場合、復調対象はスペース信号（データ０）であると判定し、極性が負であった場合、復調対象はマーク信号（データ１）であると判定する。極性判定部９２３は、判定結果を出力する。極性判定部９２３の判定結果として得られるバイナリデータが、復調された同期ワードとなる。
【００８８】
以上説明した通り、本実施形態に係る無線通信装置は、自ノード宛ての同期ワード信号を受信した場合、周波数オフセット及び位相オフセットを補正した上で、復調することができる。無線通信装置は、復調された同期ワードを用いて、同期ワード信号が自ノード宛てかを判定することができる。
【００８９】
より詳細には、受信した同期ワード信号が自ノード宛ての場合、同期ワード信号ｓ（ｔ）が復調されるため、復調された同期ワードと、自ノードの同期ワードと、が一致する。したがって、無線通信装置は、受信した同期ワード信号が自ノード宛てであると判定できる。
【００９０】
また、受信した同期ワード信号が他ノード宛てである場合、式（４），（５）が成り立たない。結果として、復調される信号は、同期ワード信号ｓ（ｔ）とは異なる信号となり、復調された同期ワードと、自ノードの同期ワードと、が一致しない。したがって、無線通信装置は、受信した同期ワード信号が他ノード宛てであると判定できる。
【００９１】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る無線通信装置について、図８を参照して説明する。本実施形態では、同期ワード信号を利用したＡＦＣ処理の後、周波数追従処理を行う無線通信装置について説明する。周波数追従処理とは、ＡＦＣ処理の後に残留する周波数オフセットや、ローカル発振器１０（又は送信機側の発振器）の周波数ドリフトに起因して発生する周波数オフセットを補正する処理のことである。
【００９２】
周波数追従処理は、未知のペイロード信号の受信中も実施する必要があるが、ペイロード信号の受信中には、既知の同期ワードを利用して周波数オフセットを推定することはできない。このため、本実施形態に係る無線通信装置は、未知のペイロード信号を利用したブラインド推定処理を行う。以下では、受信信号は、ペイロード信号であるものとする。また、ペイロード信号から生成されたＢＢ同相信号を、受信ペイロード信号という。
【００９３】
図８は、本実施形態に係る受信処理回路８の一例を示す図である。図８に示すように、この受信処理回路８は、メモリ９３と、レプリカ信号生成部９４と、除算信号選択部９５と、を備える。他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００９４】
メモリ９３は、ＡＤＣ７から受信ペイロード信号を入力され、入力された受信ペイロード信号を記憶する。メモリ９３は、復調部８１、レプリカ信号生成部９４、及び除算信号選択部９５の処理レイテンシが経過した後、記憶した受信ペイロード信号を除算部８４に入力する。
【００９５】
レプリカ信号生成部９４は、復調部８１が受信ペイロード信号を復調して得られたペイロードを入力される。ペイロードは、バイナリデータである。レプリカ信号生成部９４は、復調されたペイロードに基づいて、レプリカ信号を生成する。レプリカ信号とは、スペース周波数がＤＣ、マーク周波数が２Δｆとなるように、復調されたペイロードをＭＳＫ方式で変調した複素信号のことである。レプリカ信号生成部９４は、生成したレプリカ信号の同相成分（Ｉｃｈ）を除算信号選択部９５に入力する。レプリカ信号の同相成分を、レプリカ同相信号という。
【００９６】
除算信号選択部９５は、同期ワード同相信号と、レプリカ同相信号と、を入力され、いずれか一方を選択して除算部９４に入力する。除算信号選択部９５は、受信信号が同期ワード信号である場合、同期ワード同相信号を除算部８４に入力する。これにより、第１実施形態で説明したＡＦＣ処理が実現される。なお、除算信号選択部９５は、図示しない時間同期判定部における時間同期判定結果に基づいて、受信信号が同期ワード信号か否かを判断する。時間同期判定部では、パケット信号のどの部分を受信しているのか判断し、結果を除算信号選択部９５に伝える。
【００９７】
また、除算信号選択部９５は、受信信号がペイロード信号である場合、レプリカ同相信号を除算部８４に入力する。これにより、除算部８４は、メモリ９３から受信ペイロード信号を入力され、除算信号選択部９５からレプリカ同相信号を入力される。そして、除算部８４は、レプリカ同相信号と受信ペイロード信号を除算する。以降の処理は第１実施形態と同様である。
【００９８】
すなわち、サンプル選択部８５が、除算部８４から入力された除算結果から正常なサンプルを選択し、補間部８７が選択された正常なサンプルを補間し、周波数オフセット推定部８８が補間されたサンプルに基づいて周波数オフセットＦｏｆｓを推定する。
【００９９】
以上説明した通り、本実施形態に係る無線通信装置は、受信信号がペイロード信号である場合、受信ペイロード信号と、受信ペイロード信号から生成したレプリカ同相信号と、に基づいて、受信信号の周波数オフセット及び位相オフセットを推定することができる。すなわち、本実施形態では、レプリカ同相信号が、第１実施形態における同期ワード信号ｓ（ｔ）の役割を果たす。したがって、本実施形態に係る無線通信装置は、ペイロード信号の受信中であっても、周波数追従処理を実行することができる。
【０１００】
（第４実施形態）
第４実施形態に係る無線通信装置について、図９〜図１１を参照して説明する。図９は本実施形態に係る無線通信装置の一例を示す図である。図９に示すように、本実施形態に係る無線通信装置は、ＢＢ集積回路１１０と、ＲＦ集積回路１２０と、アンテナ１と、を備える。
【０１０１】
ＢＢ集積回路１１０は、制御回路１１１と、送信処理回路１１２と、受信処理回路１１３と、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換器）１１４と、ＡＤＣ１１５と、を備える。ＢＢ集積回路１１０内の制御回路１１１、送信処理回路１１２、及び受信処理回路１１３は、デジタル信号処理を行う。送信処理回路１１２で生成されたデジタル送信信号は、ＤＡＣ１１４でアナログ送信信号に変換されてからＲＦ集積回路１２０に入力される。あるいは、ＤＡＣ１１４を設けずに、デジタル送信信号をＲＦ集積回路１２０に直接入力し、ＰＬＬ（位相ロックループ）回路を直接変調することでアナログ送信信号を生成してもよい。
【０１０２】
受信処理回路１１３は、上記の各実施形態における受信処理回路８に相当する。また、ＡＤＣ１１５は、上記の各実施形態におけるＡＤＣ７に相当する。
【０１０３】
制御回路１１１は、例えば、ＭＡＣ（Media Access Control）層の処理を行う。制御回路１１１は、ＭＡＣ層よりも上位のネットワーク階層の処理を行ってもよい。また、制御回路１１１は、ＭＩＭＯ(Multi-Input Multi-Output)に関する処理を行ってもよい。例えば、制御回路１１１は、伝搬路推定処理、送信ウェイト計算処理、およびストリームの分離処理などを行ってもよい。
【０１０４】
送信処理回路１１２は、デジタル送信信号を生成する。受信処理回路１１３は、復調や復号を行った後に、同期ワード、プリアンブル、及び物理ヘッダの解析などの処理を行う。
【０１０５】
ＲＦ集積回路１２０は、送信回路１２１と、受信回路１２２と、を備える。送信回路１２１は、図示省略されているが、送信帯域の信号を抽出する送信フィルタ、送信フィルタを通過後の信号を無線周波数にアップコンバートするミキサ、及びアップコンバート後の信号を増幅する増幅器などを備える。
【０１０６】
受信回路１２２は、上記の各実施形態におけるＢＰＦ２、増幅器３、ミキサ４、ＬＰＦ５、増幅器６、ＰＬＬ９、ローカル発振器１０を備える。図９の例では、無線通信装置は、アンテナ１を１つ備えるが、アンテナ１を複数備えてもよい。
【０１０７】
各アンテナ１で無線信号の送受信を行う場合には、送信回路１２１及び受信回路１２２のいずれか一方をアンテナに接続するためのスイッチがＲＦ集積回路１２０に設けられていてもよい。このようなスイッチがあれば、送信時にはアンテナを送信回路１２１に接続し、受信時にはアンテナを受信回路１２２に接続することができる。
【０１０８】
図９に示したＲＦ集積回路１２０及びＢＢ集積回路１１０は、ワンチップであってもよいし、それぞれ別個のチップであってもよい。また、ＲＦ集積回路１２０及びＢＢ集積回路１１０の一部をディスクリート部品で構成し、残りを１つ又は複数のチップで構成してもよい。
【０１０９】
さらに、ＲＦ集積回路１２０及びＢＢ集積回路１１０は、ソフトウェア的に再構成可能なソフトウェア無線機で構成してもよい。この場合、デジタル信号処理プロセッサを用いて、ソフトウェアにてＲＦ集積回路１２０及びＢＢ集積回路１１０の機能を実現すればよい。この場合、図９に示した無線通信装置の内部に、バス、プロセッサ及び外部インタフェースが設けられる。プロセッサと外部インタフェースはバスを介して接続され、プロセッサではファームウェアが動作する。ファームウェアは、コンピュータプログラムにより更新が可能である。プロセッサがファームウェアを動作させることで、図９に示したＲＦ集積回路１２０及びＢＢ集積回路１１０は、処理動作を行うことができる。
【０１１０】
図９に示した無線通信装置は、アクセスポイント、無線ルータ、及びコンピュータなどの据置型の無線通信装置にも適用できるし、スマートフォンや携帯電話などの携帯可能な無線端末にも適用できるし、ホスト装置と無線通信を行うマウスやキーボードなどの周辺機器にも適用できるし、無線機能を内蔵したカード状部材（ＩＣカードやメモリカード、ＳＩＭカードなど）にも適用できるし、生体情報を無線通信するウェアラブル端末にも適用できる。図９に示した無線通信装置同士での無線通信の方式は、特に限定されるものではなく、第３世代以降のセルラー通信、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、近接無線通信など、種々のものが利用可能である。
【０１１１】
図１０は、ホスト装置であるＰＣ２００と周辺機器であるマウス３００との間で無線通信を行う例を示している。図１０のＰＣ２００とマウス３００の双方に、図９に示した無線通信装置１００が内蔵されている。マウス３００は、内蔵バッテリの電力を利用して無線通信を行うが、バッテリを内蔵するスペースは限られているため、できるだけ低消費電力で無線通信を行う必要がある。このため、Bluetooth（登録商標）４．０の規格の中で策定されたＢＬＥなどの低消費無線通信が可能な無線方式を用いて無線通信を行うのが望ましい。
【０１１２】
図１１はウェアラブル端末４００とホスト装置（例えばＰＣ２００）との間で無線通信を行う例を示している。ウェアラブル端末４００は、人間の身体に装着されるものであり、図１１のように腕に装着するタイプだけでなく、シールタイプなどの身体に貼り付けるものや、眼鏡タイプおよびイヤホンタイプなどの腕以外の身体に装着するものや、ペースメーカなどの身体の内部に入れるものなど、種々のものが考えられる。図１１の場合も、ウェアラブル端末４００とＰＣ２００の両方に、図９に示した無線通信装置１００が内蔵されている。
【０１１３】
なお、ＰＣ２００は、コンピュータやサーバなどである。ウェアラブル端末４００も、人間の身体に装着されるため、内蔵バッテリのためのスペースが限られているため、上述したＢＬＥ等の低消費電力での無線通信が可能な無線方式を採用するのが望ましい。
【０１１４】
また、図９に示した無線通信装置同士で無線通信を行う場合、無線通信によって送受される情報の種類は特に限定されない。ただし、動画像データのようなデータ量の多い情報を送受する場合と、マウス３００の操作情報のようにデータ量の少ない情報を送受する場合とでは、無線方式を変えるのが望ましく、送受される情報量に応じて最適な無線方式で無線通信を行う必要がある。
【０１１５】
さらに、図９に示した無線通信装置同士で無線通信を行う場合、無線通信の動作状態をユーザに報知する報知部を設けてもよい。報知部の具体例としては、例えば、ＬＥＤ等の表示装置に動作状態を表示してもよいし、バイブレータの振動により動作状態を報知してもよいし、スピーカやブザー等による音声情報より動作状態を報知してもよい。
【０１１６】
上述した実施形態で説明した無線通信装置の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、無線通信装置の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
【０１１７】
また、無線通信装置の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
【０１１８】
なお、本発明は上記各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、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１１９】
１：アンテナ、２：ＢＰＦ、３：増幅器、４：ミキサ、５：ＬＰＦ、６：増幅器、７：ＡＤＣ、８：受信処理回路、９：ＰＬＬ、１０：ローカル発振器、８１：復調部、８２：ＡＦＣ処理部、８３：同期ワード信号生成部、８４：除算部、８５：サンプル選択部、８６：閾値設定部、８７：補間部、８８：周波数オフセット推定部、８９：メモリ、９０：周波数オフセット付加部、９１：周波数オフセット補正部、９２：差動復調部、９３：メモリ、９４：レプリカ信号生成部、９５：除算信号選択部、１００：無線通信装置、１１０：ＢＢ集積回路、１１１：制御回路、１１２：送信処理回路、１１３：受信処理回路、１１４：ＤＡＣ、１１５：ＡＤＣ、１２０：ＲＦ集積回路、１２１：送信回路、１２２：受信回路、２００：ＰＣ、３００：マウス、４００：ウェアラブル端末、９２１：遅延器、９２２：乗算器、９２３：極性判定部
【図１】
2017046109.tif 000008
【図２】
2017046109.tif 000009
【図３】
2017046109.tif 000010
【図４】
2017046109.tif 000011
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2017046109.tif 000015
【図１１】
2017046109.tif 000016
【図５】
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【図１０】
2017046109.tif 000018