JP5085499B2 - Wireless communication method, system, wireless transmitter and wireless receiver - Google Patents
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Description
本発明は、送信機の存在を示す信号の送信周波数が既知でなくても、受信機において所望の送信信号のみを通過させるバンドパスフィルタを形成することを可能とする無線通信方法、システム、無線送信機及び無線受信機に関する。 The present invention provides a wireless communication method, system, and wireless communication that can form a band-pass filter that allows only a desired transmission signal to pass therethrough even when the transmission frequency of a signal indicating the presence of the transmitter is not known. The present invention relates to a transmitter and a wireless receiver.
RF周波数を用いて信号を伝送する無線通信では、通信に先立ち、送受信機間で利用するキャリア周波数を取り決めておくのが通常である。送信機では、送信すべきベースバンド信号を受信機との間で予め取り決めた周波数分だけ高い周波数へ変換し、RF信号として送信する。RF信号の周波数、すなわち変換後の周波数がキャリア周波数である。受信機は、受信したRF信号を送信機との間で予め取り決めた周波数分、つまりキャリア周波数の分だけ低い周波数へ変換することで、送信機がRF信号として送信したベースバンド信号を得る。 In wireless communication in which a signal is transmitted using an RF frequency, a carrier frequency to be used between transmitters and receivers is usually determined prior to communication. In the transmitter, the baseband signal to be transmitted is converted to a frequency higher by a frequency determined in advance with the receiver, and transmitted as an RF signal. The frequency of the RF signal, that is, the frequency after conversion is the carrier frequency. The receiver converts the received RF signal to a frequency lower than that determined in advance with the transmitter, that is, the carrier frequency, thereby obtaining a baseband signal transmitted by the transmitter as an RF signal.
特許文献1は、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を開示している。特許文献1によると、送信機はベースバンド信号を拡散符号により符号拡散した信号と、拡散に用いた拡散符号そのものを周波数Δfだけ離して任意のキャリア周波数で送信する。受信機では、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周辺にベースバンド信号を得ることができる。従って、受信機は送信信号のキャリア周波数が未知であっても、Δfさえ知っていれば所望信号を得ることができる。 Patent Document 1 discloses a method capable of data transmission without having to decide a carrier frequency of a signal in advance between a transmitter and a receiver. According to Patent Document 1, a transmitter transmits a signal obtained by code-spreading a baseband signal using a spreading code and a spreading code used for spreading by a frequency Δf and transmitting at an arbitrary carrier frequency. In the receiver, a baseband signal can be obtained around DC by multiplying the reception signal and the complex conjugate sequence of the signal obtained by frequency shifting the reception signal by Δf. Therefore, even if the carrier frequency of the transmission signal is unknown, the receiver can obtain the desired signal as long as Δf is known.
一方、無線通信において所定の周波数に位置する所望信号を抽出し、他の周波数に位置する不要な成分を抑圧するために、受信機においてバンドパスフィルタを用いることが知られている。バンドパスフィルタは、キャパシタやインダクタを用いたアナログ回路、表面弾性波フィルタのような素子、あるいはディジタル信号処理によるIIRフィルタやFIRフィルタにより実現することが可能である。但し、これらのバンドパスフィルタは所望信号を抽出するにあたり、所望信号が位置する周波数を予め知っている必要がある。 On the other hand, it is known to use a bandpass filter in a receiver in order to extract a desired signal located at a predetermined frequency and suppress unnecessary components located at other frequencies in wireless communication. The bandpass filter can be realized by an analog circuit using a capacitor or an inductor, an element such as a surface acoustic wave filter, or an IIR filter or FIR filter by digital signal processing. However, these bandpass filters need to know in advance the frequency at which the desired signal is located in order to extract the desired signal.
さらに、無線環境に適応してディジタルフィルタのパラメータを変更することにより等化を行う適応等化器が知られている(非特許文献1参照)。適応等化器は等化入力信号の他に参照信号の入力を持ち、トレーニング期間中は等化入力信号に対して等化動作を行い、結果として得られる等化出力信号と参照信号との差が小さくなるようにフィルタの動作パラメータを調整する。トレーニング期間以外の期間では、適応等化器はトレーニングにより調整された動作パラメータの下で動作する。
特許文献1の方法によれば、キャリア周波数が未知の信号を送受信機間で伝送することが可能である。しかし、特許文献1の方法は、受信時の乗算処理の過程で受信帯域内に分散している雑音成分も掛け合わされてしまい、結果として雑音電力が概ね二乗になってしまう。そこで、乗算の前にバンドパスフィルタを用いて送信信号のキャリア周波数近傍以外に位置する雑音や不要信号を除去したい。しかし前述の通り、バンドパスフィルタは通過させたい周波数成分が判っていないと設計できない。 According to the method of Patent Document 1, it is possible to transmit a signal with an unknown carrier frequency between a transmitter and a receiver. However, the method of Patent Document 1 also multiplies the noise components distributed in the reception band during the multiplication process at the time of reception, and as a result, the noise power becomes approximately square. Therefore, it is desired to remove noise and unnecessary signals located outside the vicinity of the carrier frequency of the transmission signal using a band pass filter before multiplication. However, as described above, the bandpass filter cannot be designed unless the frequency component to be passed is known.
本発明は、送信機の存在を示す信号の送信周波数が既知でなくても、受信機において所望の送信信号のみを通過させるバンドパスフィルタを形成し、通信手順の設定を可能とする無線通信方法、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する。 The present invention provides a wireless communication method that allows a receiver to set a communication procedure by forming a band-pass filter that allows only a desired transmission signal to pass even if the transmission frequency of a signal indicating the presence of the transmitter is not known. An object is to provide a system, a wireless transmitter, and a wireless receiver.
本発明の第1の観点によると、トレーニング信号を生成するステップと;前記トレーニング信号を周波数変換して所定の周波数差を持つ複数の第1変換信号を生成するステップと;前記複数の第1変換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第2変換信号を生成するステップと;前記受信信号及び前記第2変換信号のいずれか一方の信号を参照信号とし、他方の信号を入力信号とする適応等化器がトレーニングを行うステップと;前記トレーニングの後に、前記適応等化器が前記他方の信号を等化して等化信号を得るステップと;前記等化信号を復調するステップと;を具備する無線通信方法を提供する。 According to a first aspect of the present invention, a step of generating a training signal; a step of frequency-converting the training signal to generate a plurality of first conversion signals having a predetermined frequency difference; and the plurality of first conversions Synthesizing signals to generate a transmission signal; transmitting the transmission signal; receiving the transmission signal to obtain a reception signal; frequency-converting the reception signal to correspond to the frequency difference Generating a second converted signal shifted by a frequency; and an adaptive equalizer having one of the received signal and the second converted signal as a reference signal and the other signal as an input signal performs training. After the training, the adaptive equalizer equalizes the other signal to obtain an equalized signal; and a step of demodulating the equalized signal. To provide a wireless communication method having a; If.
本発明の第2の観点によると、トレーニング信号を生成する信号生成部と;前記トレーニング信号を周波数変換して所定の周波数差を持つ複数の第1変換信号を生成する送信周波数変換部と;前記複数の第1変換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第2変換信号を生成する受信周波数変換部と;前記受信信号及び前記第2変換信号のいずれか一方の信号を参照信号とし、他方の信号を入力信号としてトレーニングを行い、前記トレーニングの後に前記他方の信号を等化して等化信号を得る適応等化器と;前記等化信号を復調する復調部と;を具備する無線通信システムを提供する。 According to a second aspect of the present invention, a signal generator that generates a training signal; a transmission frequency converter that generates a plurality of first converted signals having a predetermined frequency difference by frequency-converting the training signal; A combining unit that combines a plurality of first converted signals to generate a transmission signal; a transmission unit that transmits the transmission signal; a reception unit that receives the transmission signal and obtains a reception signal; and frequency-converts the reception signal A reception frequency conversion unit that generates a second converted signal shifted by a frequency corresponding to the frequency difference; one of the received signal and the second converted signal as a reference signal, and the other signal as An adaptive equalizer that performs training as an input signal and equalizes the other signal after the training to obtain an equalized signal; and a demodulator that demodulates the equalized signal; Providing line communication system.
本発明の第3の観点によると、予め定められた時間長のトレーニング信号を生成するステップと;前記トレーニング信号を複数回繰り返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;前記受信信号を前記時間長に相当する時間だけ遅延させて遅延信号を生成するステップと;前記受信信号及び前記遅延信号のいずれか一方の信号を参照信号とし、他方の信号を入力信号とする適応等化器がトレーニングを行うステップと;前記トレーニングの後に、前記適応等化器が前記他方の信号を等化して等化信号を得るステップと;前記等化信号を復調するステップと;を具備する無線通信方法を提供する。 According to a third aspect of the present invention, a step of generating a training signal having a predetermined time length; a step of generating the transmission signal by repeating the training signal a plurality of times; and a step of transmitting the transmission signal; Receiving the transmission signal and obtaining a received signal; delaying the received signal by a time corresponding to the time length to generate a delayed signal; and one of the received signal and the delayed signal And an adaptive equalizer having the other signal as an input signal performs training; and after the training, the adaptive equalizer equalizes the other signal to obtain an equalized signal; A radio communication method comprising: demodulating the equalized signal;
本発明の第4の観点によると、予め定められた時間長のトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成部と;前記トレーニング信号を複数回繰り返して送信信号を生成する送信信号生成部と;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;前記受信信号を前記時間長に相当する時間だけ遅延させて遅延信号を生成する遅延部と;前記受信信号及び前記遅延信号のいずれか一方の信号を参照信号とし、他方の信号を入力信号としてトレーニングを行い、前記トレーニング後に前記他方の信号を等化して等化信号を得る適応等化器と;前記等化信号を復調する復調部と;を具備する無線通信システムを提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, a training signal generation unit that generates a training signal having a predetermined length of time; a transmission signal generation unit that generates a transmission signal by repeating the training signal a plurality of times; and the transmission signal A transmission unit that receives the transmission signal and obtains a reception signal; a delay unit that generates a delay signal by delaying the reception signal by a time corresponding to the time length; and the reception signal and An adaptive equalizer that performs training using one of the delayed signals as a reference signal and the other signal as an input signal, and equalizes the other signal after the training to obtain an equalized signal; A radio communication system comprising: a demodulator that demodulates a signal;
本発明の第5の観点によると、トレーニング信号を生成する第1信号生成部と;前記トレーニング信号を第1の周波数に変換して第1変換信号を得る第1の周波数変換部と;変調データ信号を生成する第2信号生成部と;トレーニング期間以外の期間に前記トレーニング信号と前記変調データ信号とを乗算して第1乗算信号を生成する第1の乗算部と;前記トレーニング期間には前記トレーニング信号、前記トレーニング期間以外の期間には前記乗算信号をそれぞれ前記第1の周波数と所定の周波数差を持つ第2の周波数に変換して第2変換信号を得る第2の周波数変換部と;前記第1変換信号と前記第2変換信号と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を提供する。 According to a fifth aspect of the present invention, a first signal generation unit that generates a training signal; a first frequency conversion unit that converts the training signal into a first frequency to obtain a first converted signal; and modulation data A second signal generation unit that generates a signal; a first multiplication unit that generates a first multiplication signal by multiplying the training signal and the modulated data signal in a period other than a training period; A second frequency converter that obtains a second converted signal by converting the multiplication signal into a second frequency having a predetermined frequency difference from the first frequency in a period other than the training signal and the training period; There is provided a wireless transmitter comprising: a combining unit that combines the first converted signal and the second converted signal to generate a transmission signal; and a transmission unit that transmits the transmission signal.
本発明の第6の観点によると、前記第5の観点に係る無線送信機から送信される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第3変換信号を生成する第3の周波数変換部と;前記受信信号を参照信号とし、前記第3変換信号を入力信号としてトレーニングを行い、前記トレーニング後に前記第3変換信号を等化して等化信号を得る適応等化器と;前記適応等化器のトレーニング後のタップ係数を用いて前記受信信号をフィルタリングしてフィルタリング信号を得るディジタルフィルタと;前記等化信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得る複素共役演算部と;前記複素共役信号と前記フィルタ信号とを乗算して第2乗算信号を生成する第2の乗算部と;前記第2乗算信号のうち低域の周波数成分のみを通過させて前記変調データ信号を得るローパスフィルタと;前記変調データ信号を復調する復調部と;を具備する無線受信機を提供する。 According to a sixth aspect of the present invention, a receiving unit that receives the transmission signal transmitted from the radio transmitter according to the fifth aspect and obtains a received signal; and frequency conversion of the received signal to convert the frequency difference A third frequency converting unit that generates a third converted signal shifted by a frequency corresponding to the frequency; and training using the received signal as a reference signal, the third converted signal as an input signal, and the third signal after the training. An adaptive equalizer that equalizes a transformed signal to obtain an equalized signal; a digital filter that obtains a filtered signal by filtering the received signal using tap coefficients after training of the adaptive equalizer; and the equalized signal A complex conjugate computation unit that performs complex conjugate computation on the complex conjugate signal to obtain a complex conjugate signal; and multiplies the complex conjugate signal and the filter signal to generate a second multiplication signal A radio receiver comprising: a multiplier of 2; a low-pass filter that passes only a low-frequency component of the second multiplied signal to obtain the modulated data signal; and a demodulator that demodulates the modulated data signal I will provide a.
本発明の第7の観点によると、前記第5の観点に係る無線送信機から送信される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第3変換信号を生成する第3の周波数変換部と;前記受信信号を参照信号とし、前記第3変換信号を入力信号としてトレーニングを行い、前記トレーニング後に適応動作を行って前記第3変換信号を等化して第1等化信号を得る第1の適応等化器と;前記第3変換信号を参照信号とし、前記受信信号を入力信号としてトレーニングを行い、前記トレーニング後に前記受信信号を等化して第2等化信号を得る第2の適応等化器と;前記第1等化信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得る複素共役演算部と;前記複素共役信号と前記第2等化信号とを乗算して第2乗算信号を生成する第2の乗算部と;前記第2乗算信号のうち低域の周波数成分のみを通過させて前記変調データ信号を得るローパスフィルタと;前記変調データ信号を復調する復調部と;を具備する無線受信機。 According to a seventh aspect of the present invention, a reception unit that receives the transmission signal transmitted from the radio transmitter according to the fifth aspect and obtains a reception signal; and frequency conversion of the reception signal to convert the frequency difference A third frequency converting unit that generates a third converted signal shifted by a frequency corresponding to the above; performing training using the received signal as a reference signal, the third converted signal as an input signal, and performing an adaptive operation after the training A first adaptive equalizer that obtains a first equalized signal by equalizing the third converted signal and performing training using the third converted signal as a reference signal and the received signal as an input signal; A second adaptive equalizer that later equalizes the received signal to obtain a second equalized signal; a complex conjugate arithmetic unit that performs a complex conjugate operation on the first equalized signal to obtain a complex conjugate signal; Said compound A second multiplier for multiplying the conjugate signal and the second equalized signal to generate a second multiplied signal; passing only the low frequency component of the second multiplied signal and passing the modulated data signal A radio receiver comprising: a low-pass filter to be obtained; and a demodulator that demodulates the modulated data signal.
本発明の第8の観点によると、予め定められた時間長τのトレーニング信号を繰り返し生成する第1信号生成部と;変調データ信号を生成する第2信号生成部と;時間長2τ以上のトレーニング期間と該トレーニング期間に後続する時間長τ以上のパイロット信号期間以外の期間に、前記トレーニング信号と前記変調データ信号とを乗算して乗算信号を生成する第1乗算部と;前記トレーニング期間と前記パイロット信号期間には前記トレーニング信号、前記トレーニング期間と前記パイロット信号期間以外の期間には前記乗算信号をそれぞれ周波数変換して送信信号を生成する周波数変換部と;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を提供する。 According to an eighth aspect of the present invention, a first signal generating unit that repeatedly generates a training signal having a predetermined time length τ; a second signal generating unit that generates a modulated data signal; and a training having a time length of 2τ or more. A first multiplication unit that generates a multiplication signal by multiplying the training signal and the modulated data signal in a period other than a period and a pilot signal period equal to or longer than a time length τ following the training period; A frequency conversion unit that generates a transmission signal by frequency-converting the training signal in a pilot signal period, and a frequency other than the training signal and the multiplication signal in a period other than the pilot signal period; and a transmission unit that transmits the transmission signal; A wireless transmitter is provided.
本発明の第9の観点によると、前記第8の観点に係る無線送信機からの送信信号を受信する受信ユニットと;前記トレーニング期間中は前記受信信号を時間τだけ遅延させて遅延信号を得る遅延部と;前記遅延信号を参照信号とし、前記受信信号を入力信号として前記トレーニング期間の後半の時間τの期間中トレーニングを行い、前記トレーニング後に前記入力信号を等化して等化信号を得る適応等化器と;前記等化信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得る複素共役演算部と;前記パイロット信号期間中に前記複素共役信号を記憶する記憶部と;前記トレーニング期間及び前記パイロット信号期間以外の期間に前記等化信号と前記記憶部に記憶されている複素共役信号とを乗算して第2乗算信号を得る第2乗算部と;前記第2乗算信号のうち低域の周波数成分のみを通過させて前記変調データ信号を得るローパスフィルタと;前記変調データ信号を復調する復調部と;を具備する無線受信機を提供する。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a receiving unit for receiving a transmission signal from the radio transmitter according to the eighth aspect; and delaying the received signal by time τ during the training period to obtain a delayed signal A delay unit; adapting to perform training during a time τ of the latter half of the training period using the delayed signal as a reference signal and the received signal as an input signal, and equalize the input signal after the training to obtain an equalized signal An equalizer; a complex conjugate operation unit that performs a complex conjugate operation on the equalized signal to obtain a complex conjugate signal; a storage unit that stores the complex conjugate signal during the pilot signal period; and the training period; A second multiplier for multiplying the equalized signal and the complex conjugate signal stored in the storage unit during a period other than the pilot signal period to obtain a second multiplied signal; Provided is a radio receiver comprising: a low-pass filter that obtains the modulated data signal by passing only low frequency components of the multiplication signal; and a demodulator that demodulates the modulated data signal.
本発明の第10の観点によると、前記第8の観点に係る無線送信機からの送信信号を受信する受信ユニットと;前記トレーニング期間中は前記受信信号を時間τだけ遅延させて遅延信号を得る遅延部と;前記遅延信号を参照信号とし、前記受信信号を入力信号として前記トレーニング期間の後半の時間τの期間中トレーニングを行い、前記トレーニング後に前記入力信号を等化して等化信号を得る適応等化器と;前記パイロット信号期間中に前記等化信号を記憶する記憶部と;前記トレーニング期間及び前記パイロット信号期間以外の期間に、前記記憶部から読み出される等化信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得る複素共役演算部と;前記適応等化器により得られる等化信号と前記複素共役信号とを乗算して第2乗算信号を得る第2乗算部と;前記第2乗算信号のうち低域の周波数成分のみを通過させて前記変調データ信号を得るローパスフィルタと;前記変調データ信号を復調する復調部と;を具備する無線受信機を提供する。 According to a tenth aspect of the present invention, a receiving unit that receives a transmission signal from the radio transmitter according to the eighth aspect; and delaying the received signal by time τ during the training period to obtain a delayed signal A delay unit; adapting to perform training during a time τ of the latter half of the training period using the delayed signal as a reference signal and the received signal as an input signal, and equalize the input signal after the training to obtain an equalized signal An equalizer; a storage unit for storing the equalized signal during the pilot signal period; and a complex conjugate operation for the equalized signal read from the storage unit during a period other than the training period and the pilot signal period. A complex conjugate operation unit for obtaining a complex conjugate signal; and multiplying the equalized signal obtained by the adaptive equalizer and the complex conjugate signal to obtain a second multiplied signal A radio receiver comprising: a second multiplication unit; a low-pass filter that obtains the modulated data signal by passing only a low frequency component of the second multiplied signal; and a demodulator that demodulates the modulated data signal. Provide a machine.
本発明によれば、トレーニング信号を周波数変換して得られる所定の周波数差を持つ複数の第1変換信号を合成して送信し、受信側では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第2変換信号を生成し、受信信号及び第2変換信号のいずれか一方の信号を参照信号とし他方の信号を入力信号とする適応等化器によって、トレーニング信号の周波数が受信側において既知でなくとも、所定周波数の所望信号のみを通過させるバンドパスフィルタを形成することができる。 According to the present invention, a plurality of first converted signals having a predetermined frequency difference obtained by frequency conversion of a training signal are combined and transmitted, and the reception side converts the received signal to frequency and corresponds to the frequency difference. The second converted signal shifted by the frequency is generated, and the frequency of the training signal is received by an adaptive equalizer that uses either the received signal or the second converted signal as a reference signal and the other signal as an input signal. Even if it is not known on the side, it is possible to form a bandpass filter that allows only a desired signal having a predetermined frequency to pass therethrough.
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の実施形態に係る通信システムは、送信機100、送信アンテナ110、受信アンテナ201及び受信機200からなる。送信機100には、送信すべき無線信号を生成する送信処理部が含まれる。受信機200には、バンドパスフィルタ202と受信した無線信号の復調処理を行う受信処理部203が含まれる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the communication system according to the first embodiment of the present invention includes a
<送信機100内の送信処理部について>
図2は、送信機100内の送信処理部を示している。図3は、送信処理部が生成する信号の時間波形及びスペクトラムを示している。図2の送信処理部は、トレーニング系列生成部101、第1周波数変換部102、第2周波数変換部103、ローカル発振器104及び合成部105を有する。合成部105から出力されるトレーニング信号である送信信号116は、図1中の送信アンテナ110を含む送信ユニットに供給される。
<About the transmission processing unit in the
FIG. 2 shows a transmission processing unit in the
トレーニング系列生成部101は、受信機200へ送信すべきトレーニング系列111を生成する。トレーニング系列111は特段の決まった系列である必要ではなく、変調し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、トレーニング系列111はBPSK(Binary Phase Shift Keying)変調された擬似ランダム系列であるとする。トレーニング系列111の系列長はτ、変調速度はFsであるものとする。すなわち、トレーニング系列生成部101は図3の時間波形において実線で示すようなトレーニング系列111を生成する。
The training
ローカル発振器104は、第1周波数変換部102及び第2周波数変換部103が周波数変換を行うためのローカル信号112及び113を生成する。第1周波数変換部102及び第2周波数変換部103は、トレーニング系列生成部101により生成されたベースバンドのトレーニング系列111を所定の送信周波数f1及びf2にそれぞれ変換し、図3の破線に示すような第1トレーニング信号114及び第2トレーニング信号115を生成する。第1周波数変換部102及び第2周波数変換部103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)が設けられている。
The
第1周波数変換部102及び第2周波数変換部103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104は第1周波数変換部102及び第2周波数変換部103に対し、周波数差Δfの第1ローカル信号112及び第2ローカル信号113をそれぞれ供給する。なお、第2周波数変換部103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104が第1周波数変換部102及び第2周波数変換部103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102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103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。
The first
第1トレーニング信号114及び第2トレーニング信号115は、合成部105によって合成される。すなわち、合成部105は周波数f1の第1トレーニング信号114及び周波数f2の第2トレーニング信号115を合成し、二つの周波数スペクトルを有する送信116を生成する。こうして生成された送信信号116は図1中の送信アンテナ110に供給され、電波として空間に放射される。
The
送信信号116を時間−周波数平面上で表現すると、図3の右側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BPSK信号は同時に(すなわち同期して)送信される。言い換えれば、本実施形態における送信信号116は、二つのBPSK信号が周波数多重されたFDM信号である。
When the
なお、送信機100の送信処理部に二つの周波数変換部102及び103を設けたが、周波数変換部102及び103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103を省略すれば、トレーニング系列111の信号がそのまま第2トレーニング信号115とされる。
Although the two
<受信機200内のバンドパスフィルタ202について>
次に、図4及び図5を用いて図1の受信機200内のバンドパスフィルタ202について詳細に説明する。バンドパスフィルタ202は、図4に示すように周波数変換部205及び適応等化器206を有する。
<
Next, the
受信ユニットに含まれる図1中の受信アンテナ201では、送信機100からの周波数f1及びf2のトレーニング信号114及び115を含む広帯域、高周波の送信信号116が受信され、受信信号211が出力される。受信アンテナ201から出力される受信信号211には、さらに送信機100及び受信機200内で発生する雑音や、他の無線機器が発する干渉波も含まれる。
The
周波数変換部205では、受信アンテナ201からの受信信号211が周波数変換される。周波数変換部205は、ミキサ2051とローカル発振器2052を有する。ローカル発振器2052は、ミキサ2051が周波数変換を行うためのローカル信号212を発生する。
In the
ローカル発振器2052からのローカル信号212は、送信機100から送信される送信信号115に含まれる第1トレーニング信号114及び第2トレーニング信号115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ej2πΔft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2051は受信信号211に含まれる周波数f1及びf2の第1トレーニング信号及び第2トレーニング信号を周波数Δfのローカル信号212と乗算することにより周波数変換を行い、周波数f2及びf2+Δfの変換信号213を生成する。変換信号213は、周波数変換部205から出力される。
The
適応等化器206は、参照信号入力端子と等化器入力端子の2つの入力端子を持ち、バンドパスフィルタ202に入力される受信信号211は参照信号入力端子に参照信号として入力され、周波数変換部205からの変換信号213は等化器入力端子に入力信号として入力される。本実施形態の適応等化器206では受信信号211を参照信号とし、変換信号213を入力信号としているが、逆に受信信号211を入力信号とし、変換信号213を参照信号としても構わない。
The
図5は、適応等化器206の良く知られている一形態を示している。適応等化器206では、等化器入力端子への入力信号(この例では変換信号)213に対してFIRフィルタ206を適用した結果が等化器出力端子から等化信号214として出力される。適応等化器206は、等化器入力端子への入力信号213と参照信号入力端子に入力された参照信号(この例では受信信号211)との差を小さくする機能を持つ。
FIG. 5 shows a well-known form of
例えば、良く知られるLMS(Least Mean Square)アルゴリズムでは、図5に示されるように入力信号213または等化信号214と参照信号211との二乗平均誤差を小さくするようなタップ係数を適応等化アルゴリズム2065に従って適応的に求め、FIRフィルタ206にセットする。図5では等化信号214と参照信号211との差を減算器2064により求め、この差を適応等化アルゴリズム2065に適用して二乗平均誤差を計算すると共に、この誤差を最小化するようなタップ係数を求めている。
For example, in the well-known LMS (Least Mean Square) algorithm, as shown in FIG. 5, an adaptive equalization algorithm is used that tap coefficients that reduce the mean square error between the
図5中に示されるFIRフィルタ206は、入力信号213を受ける縦続接続された複数の遅延段2061、遅延段2061からの各タップ出力にタップ係数(FIRタップ係数)を乗じる乗算器2062、及び各乗算器2062からの出力信号を加算して等化信号214を得る加算器2063を有する。タップ係数を求めるトレーニングの際には参照信号が必須であるが、トレーニングが終了した後では参照信号は不要であり、タップ係数をトレーニング終了時点での値に固定するのが一般的である。
The
本実施形態では、図6に示すような信号が適応等化器206に入力される。すなわち、参照信号として周波数f1及びf1からΔfだけ離れた周波数f2に同一の信号成分S11及びS12が位置する受信信号211が入力され、そして入力信号として周波数f2及びf2からΔfだけ離れた周波数f2+Δfに参照信号の信号成分S11及びS12と同一の信号成分S21及びS22が位置する変換信号213が入力される。
In this embodiment, a signal as shown in FIG. 6 is input to the
ここで、図6に示すように入力信号と参照信号のそれぞれの雑音成分N1及びN2は周波数変換を経ているため、相関の無い異なる波形である。従って、雑音成分N1及びN2は適応等化器206の動作により抑圧される。また、周波数f1に注目すると、参照信号である受信信号211のf1には信号成分S11が存在するものの、入力信号である変換信号213のf1には信号成分が存在しない。入力信号のf1に信号成分が存在したとしても、干渉源から到来する干渉信号成分である。このように周波数f1に位置する信号成分は、適応等化器206の入力信号と参照信号において一致しないため、適応等化器206の動作により抑圧される。
Here, as shown in FIG. 6, since the noise components N1 and N2 of the input signal and the reference signal have undergone frequency conversion, they have different waveforms having no correlation. Therefore, the noise components N1 and N2 are suppressed by the operation of the
周波数f2+Δfについては、入力信号である変換信号213のf2+Δfには信号成分S22が存在するものの、参照信号である受信信号211のf2+Δfには信号成分が存在しない。参照信号のf2+Δfに信号が存在したとしても、干渉源から到来する干渉信号成分である。このようにf2+Δfに位置する信号成分は、適応等化器206の入力信号と参照信号において一致しないため、適応等化器206の動作により抑圧される。
Regarding the frequency f2 + Δf, the signal component S22 exists in f2 + Δf of the converted
一方、周波数f2の周辺については、適応等化器206は基本的に入力信号をそのまま出力する。なぜなら、図6に示されるように入力信号である変換信号213のf2に位置する信号成分は、受信信号211に含まれる第1トレーニング信号成分S12であり、参照信号のf2に位置する信号成分は、受信信号211に含まれる第2トレーニング信号成分S21である。
On the other hand, for the periphery of the frequency f2, the
図2で説明したように、第1トレーニング信号114及び第2トレーニング信号115は、同一のトレーニング系列111からなっており、周波数も同一であるから、雑音や伝送路歪みの影響を除けば、基本的に同一の信号形状を持つ。従って、適応等化器206は入力信号のうちf2の成分に対しては変形を施さず、そのまま出力する。このように周波数f2に位置する信号成分は、適応等化器206の入力信号と参照信号において一致するため、入力信号は適応等化器206の動作により抑圧されず、そのまま出力される。
As described with reference to FIG. 2, the
以上のように図4に示したバンドパスフィルタ202は、所望周波数f2の成分のみを通し、他の周波数成分(例えばf1,f2+Δfの成分)を抑圧するバンドパス特性を有することになる。しかも、一般的にバンドパスフィルタは通過する周波数帯域を予め決めて設計されるものであるが、本実施形態では事前に周波数f1やf2を知らなくともよく、周波数差Δfを知っているのみで自動的にバンドパスフィルタ202が形成されるという利点がある。
As described above, the band-
図7は、本実施形態におけるバンドパスフィルタ202の動作を計算機シミュレーションにより確認した際の一例である。Δfだけ離れた同一信号がLMS参照信号として、そして参照信号をΔfだけ周波数変換した信号を入力としている。双方には雑音が加算されている。これらの信号に対してLMSアルゴリズムを用いた適応等化器206を動作させると、図示したような周波数特性のFIRフィルタが得られる。
FIG. 7 shows an example when the operation of the
(第2の実施形態)
<送信機100内の送信処理部について>
図8は、本発明の第2の実施形態に基づく図1の送信機内の送信処理部を示している。また、図9は送信処理部が生成する信号の時間波形を示している。図8の送信処理部は、トレーニング系列生成部101、送信遅延部106、選択部107、第3周波数変換部108及びローカル発振器109を有し、第3周波数変換器108から出力される送信信号120が図1中の送信アンテナ110に供給される。
(Second Embodiment)
<About the transmission processing unit in the
FIG. 8 shows a transmission processing unit in the transmitter of FIG. 1 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 9 shows a time waveform of a signal generated by the transmission processing unit. The transmission processing unit of FIG. 8 includes a training
トレーニング系列生成部101は、第1の実施形態と同様に受信機200へ送信すべきトレーニング系列111を生成する。トレーニング系列111は特段の決まった系列である必要ではなく、変調し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、トレーニング系列111はBPSK(Binary Phase Shift Keying)変調された擬似ランダム系列であるとする。また、トレーニング系列111の系列長はτ、変調速度はFsであるものとする。すなわち、トレーニング系列生成部101は、図9の時間波形において実線で示す送信信号の前半(第3トレーニング信号)の元となる第3トレーニング系列111を生成する。
The training
トレーニング系列生成部101により生成される第3トレーニング系列111は、送信遅延部106と選択部107に入力される。送信遅延部106は、第3トレーニング系列111の長さをτとすると、第3トレーニング系列111を時間τだけ遅延させ、第4トレーニング系列117を生成する。
The
選択部107は、第3トレーニング系列111と第4トレーニング系列117のうちいずれか一方を選択して出力する。具体的には、選択部107は時間τの間は第3トレーニング系列111を出力し、そして続く時間τの間は第4トレーニング系列117を出力する。選択部107により選択されたトレーニング系列118は、第3周波数変換部108に入力される。
The
ローカル発振器109は、第3周波数変換部108が周波数変換を行うためのローカル信号119を生成する。第3周波数変換部108は、ローカル信号119を用いて選択部107からのトレーニング系列118(第3トレーニング系列111または第4トレーニング系列117)を所定の送信周波数f3に変換して送信信号120を生成する。第3周波数変換部108は、典型的にはミキサなどにより実現できる。
The local oscillator 109 generates a
第3周波数変換部108から出力される送信信号120の例を図9に示す。図9の前半は第3トレーニング系列111を周波数変換して得られる第3トレーニング信号であり、図9の後半は第4トレーニング系列117を周波数変換して得られる第4トレーニング信号である。言い換えれば、本実施形態における送信信号120は、二つのトレーニング信号が時間多重されたTDM信号である。こうして生成された送信信号120は図1中の送信アンテナ110に供給され、電波として空間に放射される。放射される信号の波形は、図9の点線に示されるようになる。
An example of the
なお、図8では第3周波数変換部108を選択部107の後段に配置したが、トレーニング系列生成部101の直後に配置してもよい。すなわち、トレーニング系列生成部101からのトレーニング系列を第3周波数変換部108により送信周波数f3に変換してから送信遅延部106と選択部107に導くようにしても、図8と同様の結果を得ることができる。
In FIG. 8, the third
<受信機200内のバンドパスフィルタ202について>
次に、図10及び図11を用いて第2の実施形態における図1の受信機200内のバンドパスフィルタ202について詳細に説明する。図10に示すように、第2の実施形態におけるバンドパスフィルタ202は、受信遅延部207及び適応等化器206を有する。
<
Next, the
図1中の受信アンテナ201では、送信機100からの周波数f3のトレーニング信号を含む広帯域、高周波の送信信号120が受信され、受信信号221が出力される。受信アンテナ201から出力される受信信号221には同時に、送信機100及び受信機200内で発生する雑音や、他の無線機器が発する干渉波も含まれる。
1 receives a broadband, high-
受信遅延部207では、受信アンテナ201からの受信信号221が時間τだけ遅延され、遅延信号223が生成される。受信アンテナ201からの受信信号221と及び受信遅延部207からの遅延信号223は、適応等化器206に入力される。適応等化器206は、参照信号入力端子と等化器入力端子の2つの入力端子を持ち、バンドパスフィルタ202に入力される受信信号221は等化器入力端子に入力信号として入力され、受信遅延部207から遅延信号223は参照信号入力端子に参照信号として入力される。本実施形態の適応等化器206では受信信号221を入力信号とし、遅延信号223を参照信号としているが、逆に受信信号221を参照信号とし、遅延信号223を入力信号としても構わない。
In the
本実施形態では、例えば図11に従ってトレーニング信号が複数回繰り返し適応等化器206に入力される。すなわち、入力信号として受信信号221の前半(第3トレーニング信号)が入力され、そして参照信号として受信信号221の後半(第4トレーニング信号)が入力される。これら2つの信号はトレーニング信号であるので、雑音や時変な伝送路歪みを除けば同一の信号である。従って、適応等化器206は入力された信号をそのまま出力する。但し、雑音や干渉波は受信信号221の前半と後半とで異なる形状を持つことから、適応等化器206により抑圧される。
In the present embodiment, for example, according to FIG. 11, a training signal is repeatedly input to the adaptive equalizer 206 a plurality of times. That is, the first half (third training signal) of the
このように図10に示したバンドパスフィルタ202は、所望周波数f3の成分のみを通し、他の周波数成分を抑圧するバンドパス特性を有することになる。しかも、一般的にバンドパスフィルタは通過する周波数帯域を予め決めて設計されるものであるが、本実施形態では、事前に周波数f3を知らなくともよく、遅延時間τを知っているのみで、自動的にバンドパスフィルタ202が形成されるという利点がある。
As described above, the band-
(第3の実施形態)
第3の実施形態では、第1の実施形態で説明したバンドパスフィルタを利用し、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処理部も併せて提示する。第3の実施形態によると、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。
(Third embodiment)
In the third embodiment, a bandpass filter described in the first embodiment is used, and a reception processing unit capable of demodulation even when the carrier frequency is unknown is also presented. According to the third embodiment, it is possible to realize a wireless communication system that enables data transmission without sharing the carrier frequency between the transceivers.
<フレームフォーマットについて>
図12は、第3の実施形態における図1の送信アンテナ110からの送信信号のフォーマットを示す図である。送信アンテナ110からは、周波数f1とf2において同時に信号が送信される。図12に示される送信信号は、時間τの等化器用ヘッダとデータを伝送するペイロードから成るものとする。周波数f1に位置する等化器用ヘッダは、第1の実施形態における第1トレーニング信号114であり、周波数f2に位置する等化器用ヘッダは第1の実施形態におけるに第2トレーニング信号115である。また、周波数f1に位置するペイロード区間を第1データ信号、f2に位置する区間を第2データ信号と呼ぶことにする。
<About frame format>
FIG. 12 is a diagram illustrating a format of a transmission signal from the
<送信機100について>
図13は、第3の実施形態における送信機100の詳細を示している。図13の送信機100は、第1信号生成部121、第2信号生成部122、乗算器123、第1周波数変換部124、第2周波数変換部125、ローカル発振器126及び合成部127を有し、合成部127から出力される送信信号148が送信アンテナ110に供給される。第1周波数変換部124、第2周波数変換部125、ローカル発振器126及び合成部127の動作は、基本的に第1の実施形態と同様である。
<About
FIG. 13 shows details of the
第1信号生成部121は、第1の実施形態におけるトレーニング系列生成部101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信号を生成し続ける点が異なる。第1の実施形態におけるトレーニング系列生成部101と同様に、第1信号生成部121が生成するトレーニング信号141はいかなるものであっても構わない。本実施形態では、第1信号生成部121は一例としてBPSK変調された擬似ランダム系列をトレーニング信号141として生成するものとする。
The first
第2信号生成部122は、受信機200に送信すべきデータを変調して変調データ信号142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。第2信号142の帯域幅は、トレーニング信号141の帯域幅以下であるとする。また、第2信号生成部122は等化器用ヘッダ区間では、変調データ信号142として“1”を出力するものとする。
The
乗算器122は、ペイロード区間ではトレーニング信号141と変調データ信号142を乗算する。等化器用ヘッダ区間では、第2信号生成部122から変調データ信号142として“1”が出力されるため、乗算器122は実質的には第1信号生成部121からのトレーニング信号141をそのまま出力することになる。また、乗算器122はペイロード区間では第2信号生成部122からの変調データ信号142を第1信号生成部121からのトレーニング信号141で時間拡散することになる。
The
第1信号生成部121からのトレーニング信号141は、第1の実施形態と同様に第1周波数変換部124により周波数変換され、中心周波数f1の第1変換信号146が生成される。乗算器123から出力される乗算信号143は、第2周波数変換部125により周波数変換され、中心周波数f2=f1+Δfの第2変換信号147が生成される。
The
第1周波数変換部124及び第2周波数変換部125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126は第1周波数変換部124及び第2周波数変換部125に対し、周波数差Δfの第1ローカル信号144及び第2ローカル信号145をそれぞれ供給する。なお、第2周波数変換部125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126が第1周波数変換部124及び第2周波数変換部124に共通のローカル信号を供給するようにしてもよい。
The first
第1変換信号146及び第2変換信号147は合成部127によって合成され、図14の破線に示すような送信信号148が生成される。こうして生成された送信信号148は、送信アンテナ110により送信される。送信信号148を時間−周波数平面上で表現すると、図14の右側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BPSK信号は同時に(すなわち同期して)送信される。
The first
<受信機200について>
図15は、第3の実施形態における受信機200の詳細を示している。図15の受信機200は、受信アンテナ201、周波数変換部205、適応等化器206、複素共役演算部208、ディジタルフィルタ209、乗算器220、ローパスフィルタ(LPF)221及び信号検出部222を備えている。周波数変換部205は、ミキサ2051とローカル発振器2052を有する。ローカル発振器2052は、ミキサ2051が周波数変換を行うためのローカル信号212を発生する。これらのうち受信アンテナ201、周波数変換部205及び適応等化器206は、第1の実施形態と同様に動作し、適応的にバンドパスフィルタを形成する。
<About
FIG. 15 shows details of the
受信アンテナ201では図14に示した送信信号148が受信され、受信信号211が生成される。受信信号211は周波数変換部205に入力され、ミキサ2051においてローカル発振器2052により生成されるローカル信号、すなわちej2πΔftで表される周波数Δfの正弦波信号を用いて周波数変換され、Δfだけ周波数がシフトされた変換信号が生成される。すなわち、周波数変換部205では受信信号211に含まれる周波数f1及びf2の報知信号と周波数Δfのローカル信号とが乗算され、周波数f2及びf2+Δfの信号が変換信号として得られる。変換信号は適応等化器206へ入力される。また受信信号は、適応等化器206の参照信号としても入力される。
The
適応等化器206は、受信信号211の等化器用ヘッダ区間(時間τ)ではトレーニング動作を行う。すなわち、入力信号(この例では変換信号)213と参照信号(この例では受信信号211)との差が小さくなるように、内部フィルタ(例えばFIRフィルタ)のタップ係数を適応的に変化させる。この動作により、適応等化器206は周波数f2の信号のみを通過させるバンドパスフィルタとして機能する。等化器用ヘッダによるトレーニング期間が終了したら、適応等化器206は内部フィルタの係数を固定する。そして受信信号211のペイロード区間ではトレーニングは行わず、周波数f2の信号のみを通過させるとして動作する。
The
一方、ディジタルフィルタ209は適応等化器206の内部フィルタと同様の構成となっている。適応等化器206においてトレーニングにより求められたタップ係数は、ディジタルフィルタ209に対してもタップ係数241としてセットされる。そしてディジタルフィルタ209は、受信信号のうち周波数f2の成分のみを通過させるバンドパスフィルタとして動作する。
On the other hand, the
図16には、ディジタルフィルタの出力スペクトラムと、適応等化器206の出力スペクトラムが示してある。雑音や周波数f1及びf2+Δfに位置する信号は、ディジタルフィルタ209や適応等化器206により抑圧され、周波数f2に位置する信号は、ディジタルフィルタ209や適応等化器206を通過する。
FIG. 16 shows the output spectrum of the digital filter and the output spectrum of the
適応等化器206から出力される等化信号214は、複素共役演算部208に入力される。複素共役演算部208は、入力された等化信号214に対して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243を生成する。例えば、複素共役演算部208はej2πf2tで表される等化信号214をe-j2πf2tで表される複素共役信号243に変換する。
The equalized
乗算器220では、ディジタルフィルタ209から出力されるフィルタ信号242と複素共役演算部208から出力される複素共役信号243とが乗算され、乗算信号244が生成される。乗算信号244は、ローパスフィルタ221に入力される。ローパスフィルタ221は、乗算信号244である高周波信号のうち所定の周波数以下の信号(この例ではベースバンド信号)のみを通過させる。ここで、ローパスフィルタ221の通過帯域幅が図13の送信機100内の第2信号生成部122により生成される変調データ信号142の帯域幅と等しい場合、ローパスフィルタ221の出力信号245として変調データ信号142そのものが得られる。
The
信号検出部222は、ローパスフィルタ221から出力信号245として得られる変調データ信号142を復調し、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、受信機を制御するための制御データといったデータを取り出す。
The
次に、図16を参照して図15中のディジタルフィルタ209及び適応等化器206以降の動作を説明する。図16に示されるように、ディジタルフィルタ209から出力されるフィルタ信号242においては、周波数f2の位置に信号141と信号142の積の信号が存在する。一方、適応等化器206から出力される等化信号214においては、周波数f2の位置に信号141が存在する。フィルタ信号242と等化信号214の周波数f2の成分の違いは、信号142が乗じられているかどうかのみである。
Next, operations after the
ここで、複素共役演算部108により適応等化器206から出力される等化信号214の複素共役をとり、複素共役信号243とディジタルフィルタ209から出力されるフィルタ信号242とを乗算器220において乗算した場合を考える。これは元々同一周波数に存在する二つの信号を一方について複素共役化をしてから乗算することになるので、乗算器220から出力される乗算信号244は、図16に示されるようにDCを中心とする信号になる。また、複素共役信号243及びフィルタ信号242のいずれにも含まれる第1信号141の成分は、乗算信号244ではDCとなり、これに残った第2信号142の成分が乗じられた信号が得られる。但し、図16のように中心周波数がDC以外の他の信号も生成されてしまうが、ローパスフィルタ221により不要な信号を取り除くことで、第2信号142の成分のみを取り出すことができる。
Here, the complex conjugate of the equalized
このように第3の実施形態によれば、受信機200はf1やf2といった周波数を知る必要はなく、f1とf2の差、すなわち周波数差Δfのみを知っていれば、送信機100から送信される系列、すなわち変調データ信号142の成分を取り出すことができる。しかも、適応等化器206により適応的にバンドパスフィルタを形成することができるので、受信電力が低く、雑音電力が相対的に高い高雑音環境であっても、復調が可能となる。
As described above, according to the third embodiment, the
図17は、図15の受信機200を変形した例を示している。図17の受信機200では、受信信号211を参照信号とし、周波数変換部205からの変換信号213を入力信号とする適応等化器206に加え、図15中のディジタルフィルタ209に代わる第2の適応等化器210を有する。第2の適応等化器210は、適応等化器206とは異なり、周波数変換部205からの変換信号213を参照信号とし、受信信号211を入力信号としている。このような構成によっても、適応受信信号211に対してバンドパスフィルタを形成することができる。
FIG. 17 shows an example in which the
(第4の実施形態)
第4の実施形態では、第2の実施形態で説明したバンドパスフィルタを利用し、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処理部も併せて提示する。従って、第4の実施形態によると、第3の実施形態と同様に、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。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, a bandpass filter described in the second embodiment is used, and a reception processing unit capable of demodulation even when the carrier frequency is unknown is also presented. Therefore, according to the fourth embodiment, similarly to the third embodiment, it is possible to realize a wireless communication system that enables data transmission without sharing the carrier frequency between the transceivers.
<フレームフォーマットについて>
図18は、第4の実施形態における図1の送信アンテナ110から送信される送信信号のフォーマットを示す図である。送信アンテナ110からは、任意の周波数において信号が送信される。送信信号は時間長2τの等化器用ヘッダ、復調用ヘッダ(パイロット信号ともいう)、及びデータを伝送するペイロードから成るものとする。等化器用ヘッダの前半は、第2の実施形態における第3トレーニング信号である。等化器用ヘッダの後半は、第2の実施形態における第4トレーニング信号である。また、ペイロード区間を第3データ信号と呼ぶことにする。
<About frame format>
FIG. 18 is a diagram illustrating a format of a transmission signal transmitted from the
<送信機100について>
図19は、第4の実施形態における送信機100の詳細を示している。図19の送信機100は、第1信号生成部121、第2信号生成部122、乗算器123、送信遅延部128、選択部129、第3周波数変換部130及びローカル発振器131を有し、周波数変換部130から出力される送信信号152が送信アンテナ110に供給される。送信遅延部128、第3周波数変換部130及びローカル発振器131の動作は、第2の実施形態と同様である。
<About
FIG. 19 shows details of the
第1信号生成部121は、第2の実施形態におけるトレーニング系列生成部101と同様に動作するが、本実施形態では生成した長さτの系列をペイロード区間においても繰り返し生成し続ける点が異なる。第2の実施形態におけるトレーニング系列生成部101と同様に、第1信号生成部121が生成するトレーニング信号141はいかなるものであっても構わない。本実施形態では、第2信号生成部121は一例としてBPSK変調された擬似ランダム系列をトレーニング信号141として生成するものとする。
The first
第2信号生成部122は、受信機200に送信すべきデータを変調して変調データ信号142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。変調データ信号142の帯域幅は、トレーニング信号141の帯域幅以下であるとする。また、第2信号生成部122は等化器用ヘッダ区間及び復調用ヘッダ区間では、変調データ信号142として“1”を出力するものとする。
The
乗算器122は、第3の実施形態と同様に、トレーニング信号141と変調データ信号142とを乗算する。送信遅延部128は、第2の実施形態と同様に、第1信号生成部121が生成したトレーニング信号141を時間τだけ遅延させて遅延信号149を出力する。
The
選択部129は、図18の第3トレーニング信号、復調用ヘッダ及び第3データ信号の送信期間では、乗算器122からの乗算信号143を選択し、第3周波数変換部130へ出力する。さらに、選択部129は図18の第4トレーニング信号の送信期間では、送信遅延部128からの遅延信号149を第3周波数変換部130へ出力する。
The
第3周波数変換部130は、第2の実施例と同様に、ローカル発振器131が発生する正弦波のローカル信号151を用いて、選択部129により選択された信号150(乗算信号143または遅延信号149)に対して周波数変換を行い、送信信号152を生成する。
Similar to the second embodiment, the
<受信機200について>
図20は、第4の実施形態における受信機200の詳細を示している。図20の受信機200は、受信アンテナ201、適応等化器206、第1受信選択部231、受信遅延部232、第2受信選択部233、複素共役演算部208、記憶部234、乗算器235、ローパスフィルタ(LPF)221及び信号検出部222を備えている。これらのうち受信アンテナ201、適応等化器206、乗算器235、ローパスフィルタ221及び信号検出部222は、第3の実施形態と同様の動作を行う。
<About
FIG. 20 shows details of the
受信アンテナ201は、図12に示した送信信号152を受信して受信信号251を出力する。受信信号251は、第1受信選択部231に入力される。第1受信選択部231は、第3トレーニング信号の受信時は受信信号251を受信遅延部232へ出力し、第4トレーニング信号及び第3データ信号の受信時には受信信号251を適応等化器206へ出力する。
The
受信遅延部232は、受信信号221を時間τだけ遅延させ、適応等化器206へ参照信号として入力する。適応等化器206には、受信信号251の等化器用ヘッダ区間では参照信号として受信信号221中の第3トレーニング信号が、そして入力信号として受信信号221中の第4トレーニング信号がそれぞれ入力されることになる。第3トレーニング信号と第4トレーニング信号は同一の信号であり、雑音や干渉波の形状が異なる。従って、適応等化器206のトレーニングの結果、第2の実施形態と同様にしてバンドパスフィルタが形成される。
The
受信信号251の復調用ヘッダ及び第3データ信号の区間では、適応等化器206のタップ係数は固定される。従って、適応等化器206によって形成されたバンドパスフィルタにより、復調用ヘッダ及び第3データ信号内の雑音や干渉波が抑圧される。
The tap coefficient of the
適応等化器206から出力される等化信号253は、第2選択部233へ入力される。第2選択部233は、受信信号251の等化器用ヘッダ区間では何も出力せず、復調用ヘッダ区間では入力信号である等化信号253を複素共役演算部208へ入力する。また、第2選択部233はペイロード区間では入力信号である等化信号253を乗算器235へ出力する。
The equalized
複素共役演算部208は、入力された等化信号253である高周波信号に対して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254を生成する。例えば、複素共役演算部208はej2πf2tで表される信号253をe-j2πf2tで表される複素共役信号254に変換する。記憶部234は、複素共役信号254の受信復調用ヘッダの信号を記憶し、乗算器235へ繰り返し出力する。なお、複素共役演算部208と記憶部234の位置を入れ替え、第2選択部233からの信号に含まれる受信復調用ヘッダの信号を記憶部234により記憶し、記憶した受信復調用ヘッダの信号を読み出して複素共役演算部208により複素共役演算を行ってもよい。
The complex
乗算器235は、ペイロード区間の信号と複素共役演算部208から出力される複素共役信号254に含まれる受信復調用ヘッダの信号とを乗算する。これにより第3の実施形態と同様に、乗算器235から出力される乗算信号257のDCに第2信号142が得られる。乗算信号257は、パスフィルタ221に入力される。ローパスフィルタ221は、乗算信号257である高周波信号のうち所定の周波数以下の信号(この例ではベースバンド信号)のみを通過させる。ここで、ローパスフィルタ221の通過帯域幅が図19の送信機100内の第2信号生成部122により生成される変調データ信号142の帯域幅と等しい場合、ローパスフィルタ221の出力信号245として変調データ信号142そのものが得られる。
信号検出部222は、ローパスフィルタ221から出力される変調データ信号を復調し、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、受信機を制御するための制御データといったデータを取り出す。
The
このように第4の実施形態によれば、受信機が送信信号の周波数を知る必要はなく、時間τのみを知っていれば、送信機が送信した送信系列、すなわちデータである第2信号を取り出すことができる。しかも、適応等化器206により適応的にバンドパスフィルタを形成することができるので、受信電力が低く、雑音電力が相対的に高い高雑音環境であっても、復調が可能となる。
Thus, according to the fourth embodiment, it is not necessary for the receiver to know the frequency of the transmission signal, and if only the time τ is known, the transmission sequence transmitted by the transmitter, that is, the second signal that is data is transmitted. It can be taken out. In addition, since the
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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
100・・・送信機
101・・・トレーニング系列生成部
102,103・・・周波数変換部
104・・・ローカル発振器
105・・・合成部
106・・・送信遅延部
107・・・選択部
108・・・第3周波数変換部
109・・・ローカル発振器
110・・・送信アンテナ
121・・・第1信号生成部
122・・・第2信号生成部
123・・・乗算器
124,125,130・・・周波数変換器
127・・・合成部
128・・・送信遅延部
129・・・選択部
200・・・受信機
201・・・受信アンテナ
202・・・バンドパスフィルタ
203・・・受信処理部
205・・・周波数変換部
206・・・適応等化器
207・・・受信遅延部
208・・・複素共役演算部
209・・・ディジタルフィルタ
210・・・適応等化器
220・・・乗算器
221・・・ローパスフィルタ
222・・・信号検出部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記トレーニング信号を周波数変換して所定の周波数差を持つ複数の第1変換信号を生成するステップと;
前記複数の第1変換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第2変換信号を生成するステップと;
前記受信信号及び前記第2変換信号のいずれか一方の信号を参照信号とし、他方の信号を入力信号とする適応等化器がトレーニングを行うステップと;
前記トレーニングの後に、前記適応等化器が前記他方の信号を等化して等化信号を得るステップと;
前記等化信号を復調するステップと;を具備する無線通信方法。 Generating a training signal;
Frequency-converting the training signal to generate a plurality of first converted signals having a predetermined frequency difference;
Combining the plurality of first converted signals to generate a transmission signal;
Transmitting the transmission signal;
Receiving the transmission signal to obtain a reception signal;
Generating a second converted signal obtained by frequency-converting the received signal and shifting the received signal by a frequency corresponding to the frequency difference;
An adaptive equalizer having one of the received signal and the second converted signal as a reference signal and the other signal as an input signal performs training;
After the training, the adaptive equalizer equalizes the other signal to obtain an equalized signal;
And a step of demodulating the equalized signal.
前記トレーニング信号を周波数変換して所定の周波数差を持つ複数の第1変換信号を生成する送信周波数変換部と;
前記複数の第1変換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第2変換信号を生成する受信周波数変換部と;
前記受信信号及び前記第2変換信号のいずれか一方の信号を参照信号とし、他方の信号を入力信号としてトレーニングを行い、前記トレーニング後に前記他方の信号を等化して等化信号を得る適応等化器と;
前記等化信号を復調する復調部と;を具備する無線通信システム。 A signal generator for generating a training signal;
A transmission frequency conversion unit that frequency-converts the training signal to generate a plurality of first conversion signals having a predetermined frequency difference;
A combining unit that combines the plurality of first converted signals to generate a transmission signal;
A transmission unit for transmitting the transmission signal;
A receiving unit for receiving the transmission signal and obtaining a reception signal;
A reception frequency converter that converts the frequency of the received signal to generate a second converted signal shifted by a frequency corresponding to the frequency difference;
Adaptive equalization in which either one of the received signal and the second converted signal is used as a reference signal, training is performed using the other signal as an input signal, and the other signal is equalized after the training. With a vessel;
A radio communication system comprising: a demodulator that demodulates the equalized signal.
前記トレーニング信号を複数回繰り返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;
前記受信信号を前記時間長に相当する時間だけ遅延させて遅延信号を生成するステップと;
前記受信信号及び前記遅延信号のいずれか一方の信号を参照信号とし、他方の信号を入力信号とする適応等化器がトレーニングを行うステップと;
前記トレーニングの後に、前記適応等化器が前記他方の信号を等化して等化信号を得るステップと;
前記等化信号を復調するステップと;を具備する無線通信方法。 Generating a training signal of a predetermined length of time;
Generating a transmission signal by repeating the training signal a plurality of times;
Transmitting the transmission signal;
Receiving the transmission signal to obtain a reception signal;
Delaying the received signal by a time corresponding to the time length to generate a delayed signal;
An adaptive equalizer having one of the received signal and the delayed signal as a reference signal and the other signal as an input signal performs training;
After the training, the adaptive equalizer equalizes the other signal to obtain an equalized signal;
And a step of demodulating the equalized signal.
前記トレーニング信号を複数回繰り返して送信信号を生成する送信信号生成部と;
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;
前記受信信号を前記時間長に相当する時間だけ遅延させて遅延信号を生成する遅延部と;
前記受信信号及び前記遅延信号のいずれか一方の信号を参照信号とし、他方の信号を入力信号としてトレーニングを行い、前記トレーニング後に前記他方の信号を等化して等化信号を得る適応等化器と;
前記等化信号を復調する復調部と;を具備する無線通信システム。 A training signal generator for generating a training signal of a predetermined length of time;
A transmission signal generation unit that generates the transmission signal by repeating the training signal a plurality of times;
A transmission unit for transmitting the transmission signal;
A receiving unit for receiving the transmission signal and obtaining a reception signal;
A delay unit that delays the received signal by a time corresponding to the time length to generate a delayed signal;
An adaptive equalizer that performs training using one of the received signal and the delayed signal as a reference signal and the other signal as an input signal, and equalizes the other signal after the training to obtain an equalized signal; ;
A radio communication system comprising: a demodulator that demodulates the equalized signal.
前記トレーニング信号を第1の周波数に変換して第1変換信号を得る第1の周波数変換部と;
変調データ信号を生成する第2信号生成部と;
トレーニング期間以外の期間に前記トレーニング信号と前記変調データ信号とを乗算して第1乗算信号を生成する第1の乗算部と;
前記トレーニング期間には前記トレーニング信号、前記トレーニング期間以外の期間には前記乗算信号をそれぞれ前記第1の周波数と所定の周波数差を持つ第2の周波数に変換して第2変換信号を得る第2の周波数変換部と;
前記第1変換信号と前記第2変換信号と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。 A first signal generator for generating a training signal;
A first frequency converter that converts the training signal to a first frequency to obtain a first converted signal;
A second signal generator for generating a modulated data signal;
A first multiplier that multiplies the training signal and the modulated data signal in a period other than a training period to generate a first multiplied signal;
A second converted signal is obtained by converting the training signal in the training period and converting the multiplication signal into a second frequency having a predetermined frequency difference from the first frequency in a period other than the training period. A frequency converter of;
A combining unit that combines the first converted signal and the second converted signal to generate a transmission signal;
A radio transmitter comprising: a transmission unit that transmits the transmission signal.
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第3変換信号を生成する第3の周波数変換部と;
前記受信信号を参照信号とし、前記第3変換信号を入力信号としてトレーニングを行い、前記トレーニング後に前記第3変換信号を等化して等化信号を得る適応等化器と;
前記適応等化器のトレーニング後のタップ係数を用いて前記受信信号をフィルタリングしてフィルタリング信号を得るディジタルフィルタと;
前記等化信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得る複素共役演算部と;
前記複素共役信号と前記フィルタ信号とを乗算して第2乗算信号を生成する第2の乗算部と;
前記第2乗算信号のうち低域の周波数成分のみを通過させて前記変調データ信号を得るローパスフィルタと;
前記変調データ信号を復調する復調部と;を具備する無線受信機。 A receiving unit that receives the transmission signal transmitted from the wireless transmitter according to claim 6 and obtains a reception signal;
A third frequency converter that converts the frequency of the received signal to generate a third converted signal that is shifted by a frequency corresponding to the frequency difference;
An adaptive equalizer that performs training using the received signal as a reference signal, the third converted signal as an input signal, and equalizes the third converted signal after the training to obtain an equalized signal;
A digital filter that obtains a filtered signal by filtering the received signal using tap coefficients after training of the adaptive equalizer;
A complex conjugate computation unit that performs complex conjugate computation on the equalized signal to obtain a complex conjugate signal;
A second multiplier for multiplying the complex conjugate signal and the filter signal to generate a second multiplied signal;
A low-pass filter that obtains the modulated data signal by passing only low frequency components of the second multiplication signal;
And a demodulator for demodulating the modulated data signal.
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第3変換信号を生成する第3の周波数変換部と;
前記受信信号を参照信号とし、前記第3変換信号を入力信号としてトレーニングを行い、前記トレーニング後に前記第3変換信号を等化して第1等化信号を得る第1の適応等化器と;
前記第3変換信号を参照信号とし、前記受信信号を入力信号としてトレーニングを行い、前記トレーニング後に前記受信信号を等化して第2等化信号を得る第2の適応等化器と;
前記第1等化信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得る複素共役演算部と;
前記複素共役信号と前記第2等化信号とを乗算して第2乗算信号を生成する第2の乗算部と;
前記第2乗算信号のうち低域の周波数成分のみを通過させて前記変調データ信号を得るローパスフィルタと;
前記変調データ信号を復調する復調部と;を具備する無線受信機。 A receiving unit that receives the transmission signal transmitted from the wireless transmitter according to claim 6 and obtains a reception signal;
A third frequency converter that converts the frequency of the received signal to generate a third converted signal that is shifted by a frequency corresponding to the frequency difference;
A first adaptive equalizer that performs training using the received signal as a reference signal, the third converted signal as an input signal, and equalizes the third converted signal after the training to obtain a first equalized signal;
A second adaptive equalizer that performs training using the third converted signal as a reference signal, the received signal as an input signal, and equalizes the received signal after the training to obtain a second equalized signal;
A complex conjugate calculation unit that performs a complex conjugate calculation on the first equalized signal to obtain a complex conjugate signal;
A second multiplier for multiplying the complex conjugate signal and the second equalized signal to generate a second multiplied signal;
A low-pass filter that obtains the modulated data signal by passing only low frequency components of the second multiplication signal;
And a demodulator for demodulating the modulated data signal.
変調データ信号を生成する第2信号生成部と;
時間長2τ以上のトレーニング期間と該トレーニング期間に後続する時間長τ以上のパイロット信号期間以外の期間に、前記トレーニング信号と前記変調データ信号とを乗算して乗算信号を生成する第1乗算部と;
前記トレーニング期間と前記パイロット信号期間には前記トレーニング信号、前記トレーニング期間と前記パイロット信号期間以外の期間には前記乗算信号をそれぞれ周波数変換して送信信号を生成する周波数変換部と;
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。 A first signal generator for repeatedly generating a training signal having a predetermined time length τ;
A second signal generator for generating a modulated data signal;
A first multiplier for generating a multiplication signal by multiplying the training signal and the modulated data signal in a period other than a training period having a time length of 2τ or more and a pilot signal period having a time length of τ or more following the training period; ;
A frequency converter that generates a transmission signal by converting the frequency of the training signal during the training period and the pilot signal period, and frequency-converting the multiplication signal during periods other than the training period and the pilot signal period;
A radio transmitter comprising: a transmission unit that transmits the transmission signal.
前記トレーニング期間中は前記受信信号を時間τだけ遅延させて遅延信号を得る遅延部と;
前記遅延信号を参照信号とし、前記受信信号を入力信号として前記トレーニング期間の後半の時間τの期間中トレーニングを行い、前記トレーニング後に前記入力信号を等化して等化信号を得る適応等化器と;
前記等化信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得る複素共役演算部と;
前記パイロット信号期間中に前記複素共役信号を記憶する記憶部と;
前記トレーニング期間及び前記パイロット信号期間以外の期間に前記等化信号と前記記憶部に記憶されている複素共役信号とを乗算して第2乗算信号を得る第2乗算部と;
前記第2乗算信号のうち低域の周波数成分のみを通過させて前記変調データ信号を得るローパスフィルタと;
前記変調データ信号を復調する復調部と;を具備する無線受信機。 A receiving unit for receiving a transmission signal from the wireless transmitter according to claim 10;
A delay unit that delays the received signal by time τ during the training period to obtain a delayed signal;
An adaptive equalizer that performs training during a period τ of the latter half of the training period using the delayed signal as a reference signal and the received signal as an input signal, and equalizes the input signal after the training to obtain an equalized signal; ;
A complex conjugate computation unit that performs complex conjugate computation on the equalized signal to obtain a complex conjugate signal;
A storage unit for storing the complex conjugate signal during the pilot signal period;
A second multiplication unit that obtains a second multiplication signal by multiplying the equalized signal and the complex conjugate signal stored in the storage unit during a period other than the training period and the pilot signal period;
A low-pass filter that obtains the modulated data signal by passing only low frequency components of the second multiplication signal;
And a demodulator for demodulating the modulated data signal.
前記トレーニング期間中は前記受信信号を時間τだけ遅延させて遅延信号を得る遅延部と;
前記遅延信号を参照信号とし、前記受信信号を入力信号として前記トレーニング期間の後半の時間τの期間中トレーニングを行い、前記トレーニング後に前記入力信号を等化して等化信号を得る適応等化器と;
前記パイロット信号期間中に前記等化信号を記憶する記憶部と;
前記トレーニング期間及び前記パイロット信号期間以外の期間に、前記記憶部から読み出される等化信号に対して複素共役演算を行い、複素共役信号を得る複素共役演算部と;
前記適応等化器により得られる等化信号と前記複素共役信号とを乗算して第2乗算信号を得る第2乗算部と;
前記第2乗算信号のうち低域の周波数成分のみを通過させて前記変調データ信号を得るローパスフィルタと;
前記変調データ信号を復調する復調部と;を具備する無線受信機。 A receiving unit for receiving a transmission signal from the wireless transmitter according to claim 10;
A delay unit that delays the received signal by time τ during the training period to obtain a delayed signal;
An adaptive equalizer that performs training during a period τ of the latter half of the training period using the delayed signal as a reference signal and the received signal as an input signal, and equalizes the input signal after the training to obtain an equalized signal; ;
A storage unit for storing the equalized signal during the pilot signal period;
A complex conjugate calculation unit that performs a complex conjugate calculation on the equalized signal read from the storage unit during a period other than the training period and the pilot signal period to obtain a complex conjugate signal;
A second multiplier for multiplying the equalized signal obtained by the adaptive equalizer and the complex conjugate signal to obtain a second multiplied signal;
A low-pass filter that obtains the modulated data signal by passing only low frequency components of the second multiplication signal;
And a demodulator for demodulating the modulated data signal.
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