JP2006054542A - 通信装置および通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送路の変化による誤検出を低減できるＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫを用いた通信技術を提供する。
【解決手段】送信部１０において、レベル-周波数変換部１０７は、レベルがとり得る値毎に、所定のｍ個の周波数のうちの任意のｎ個（ｎ＝１〜ｍ）の周波数の組合せが対応付けられたレベル-周波数変換テーブルを用いて、送信パターンを送信スペクトルに変換する。そして、受信部２０において、周波数特定部２０６は受信スペクトルを構成するチップ毎に、所定のしきい値以上の信号レベルを有する周波数を全て検出することにより、当該チップの周波数の組合せを特定する。そして、周波数-レベル変換部２０７が通信相手のレベル-周波数変換部１０７が保持するレベル-周波数変換テーブルと同じ内容を持つテーブル用いて、受信スペクトルを受信パターンに変換する。受信部２０は、レベル-周波数変換テーブルに登録されている周波数各々について、当該周波数の検出に用いるしきい値を決定するしきい値決定部２０５を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫ（Frequency Hopping - M-ary Multilevel Multitone FSK）を用いた通信技術に関する。

近年、周波数ホッピング（FH:Frequency Hopping）を用いた無線通信技術として、ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この技術において、送信側装置は、送信データを、１つのホッピングを構成するチップ数分のレベルで構成された送信パターンに変換する。次に、レベルがとり得る値毎に、所定のｍ個の周波数のうちの所定のｎ個の周波数の組合せが対応付けられたレベル-周波数変換テーブルを用いて、送信パターンを構成する各チップのレベル値をｎ個の周波数の組合せに変換して、送信パターンを、１つのホッピングを構成するチップ数分のｎ個の周波数の組合せで構成された送信スペクトルに変換する。そして、送信スペクトルにＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）処理を施してＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫ信号を生成し、送信する。

一方、受信側装置は、受信したＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫ信号にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を施して受信スペクトルを取得し、当該受信スペクトルを構成する各チップから信号レベルの高いものから周波数成分をｎ個検出する。次に、送信側装置が持つレベル-周波数変換テーブルと同じ内容を持つテーブル用いて、受信スペクトルを構成するチップ各々の当該検出されたｎ個の周波数の組合せをレベル値に変換し、当該受信スペクトルを、１つのホッピングを構成するチップ数分のレベルで構成された受信パターンに変換する。それから、受信パターンを受信データに変換する。

Akihiko OSHINOMI, Gen MARUBAYASHI, Shinich TACHIKAWA, and Masanori HAMAMURA, "Trial Model of The M-ray Multilavel FSK Power-line Transmission Modem", ISPL2003, Proceedings of the 7th International Symposium on Power-Line Communications and Its Applications, March 26-28, 2003, Kyoto, Japan

ｍ個の周波数のうちの任意のｎ個（１〜ｍ）を使用するＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫの場合、固定のｎ個を選ぶＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫの周波数検出方式（スペクトルのレベル上位からｎ個抽出する方式）は使用できない。しきい値を決めて、しきい値以上の周波数を検出する方式も考えられるが、伝送路の状態（信号減衰量、ノイズレベル）変化に対応するためには、十分余裕を持ったしきい値を選ぶ必要があり、ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫの持つ性能を十分に生かし切れない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、伝送路の変化による誤検出を低減できるＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫを用いた通信技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、送信側装置において、レベルがとり得る値毎に、所定のｍ個の周波数のうちの任意のｎ個（ｎ＝１〜ｍ）の周波数の組合せが対応付けられたレベル-周波数変換テーブルを用いて、送信パターンを送信スペクトルに変換する。そして、受信側装置において、受信スペクトルを構成するチップ毎に、所定のしきい値以上の信号レベルを有する周波数を全て検出することにより、当該チップの周波数の組合せを特定し、前記レベル-周波数変換テーブルと同じ内容を持つテーブルを用いて、受信スペクトルを受信パターンに変換する。また、前記レベル-周波数変換テーブルに登録されている周波数各々について、当該周波数の検出に用いるしきい値を決定する。

例えば、ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫを用いた通信装置であって、送信データを無線信号に変換して送信する送信部と、無線信号を受信して受信データに変換する受信部と、を有する。

前記送信部は、送信データを、１つのホッピングを構成するチップ数分のレベルで構成された送信パターンに変換する送信パターン変換手段と、前記レベルがとり得る値毎に、ｍ個の周波数のうちの少なくとも１つの周波数の組合せが対応付けられたレベル-周波数変換テーブルを用いて、前記送信パターンを構成する各チップのレベル値を少なくとも１つの周波数の組合せに変換して、前記送信パターンを、１つのホッピングを構成するチップ数分の少なくとも１つの周波数の組合せで構成された送信スペクトルに変換する送信スペクトル変換手段と、前記送信スペクトルから無線信号を生成して送信する送信手段と、を有する。

前記受信部は、無線信号を受信して受信スペクトルを取得する受信手段と、前記受信スペクトルを構成するチップ毎に、しきい値以上の信号レベルを有する周波数を全て検出する周波数検出手段と、前記レベル-周波数変換テーブルと同じ内容を持つテーブル用いて、前記受信スペクトルを構成する各チップの前記検出された周波数の組合せをレベル値に変換して、前記受信スペクトルを、１つのホッピングを構成するチップ数分のレベルで構成された受信パターンに変換する受信パターン変換手段と、前記受信パターンを受信データに変換する受信データ変換手段と、を有する。また、前記受信部は、前記レベル-周波数変換テーブルに登録されている周波数各々について、当該周波数の検出に用いるしきい値を決定するしきい値決定手段をさらに有する。

本発明によれば、ｍ個の周波数のうちの任意のｎ個（１〜ｍ）を使用するＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫにおいて、伝送路の状態変化に対してもＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫの性能を下げることなく伝送を可能にする。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明の一実施形態が適用されたモデム装置間でやり取りされる通信フレームを模式的に表した図である。図示するように、本実施形態で用いる通信フレームは、ＡＧＣ（Auto Gain Control）用プリアンブル５０１と、同期信号５０２と、全波合成信号５０３と、無信号５０４と、送信データ５０５と、を備えて構成される。

ＡＧＣ用プリアンブル５０１は、ＡＧＣの過渡応答の影響を回避するためのものである。同期信号５０２は、通信フレームを識別するためのものであり、本実施形態では、図示するように、時間軸方向に左右対称の波形（この波形の周波数は送信データ５０５の変調信号に用いられ得るいずれかの周波数とする）を有する信号を偶数（図１では４つ）に分割し、各分割点５０２１で位相反転する（位相を１８０度回転する）ことにより得られる波形５０２２を用いている。このような波形を用いて自己相関演算により同期信号を検出することにより、同期信号の周波数に、送信データ５０５の変調信号に用いられ得る周波数を利用でき、周波数の利用効率が向上する。全波合成信号５０３は、送信データ５０５の変調信号、つまりＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫによる周波数ホッピングに用いられ得る全ての周波数を合成することで得られる信号である。無信号５０４は、信号無しの区間である。そして、送信データ５０５は、自装置に接続されたホストが通信相手に接続されたホストへ送信するデータであり、ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫ信号に変換されている。

図２は本発明の一実施形態が適用されたモデム装置の概略構成図である。

図示するように、本実施形態のモデム装置１は、通信相手へ通信フレームを送信する送信部１０と、通信相手から通信フレームを受信する受信部２０と、を有する。

送信部１０は、Ｓ/Ｐ（Serial/Parallel）変換部１０１と、レベル変換部１０２と、パターン選択部１０３と、ホッピングパターン記憶部１０４と、加算部１０５と、剰余演算部１０６と、レベル-周波数演算部１０７と、合成信号付加部１０８と、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部１０９と、同期信号付加部１１０と、ＤＡ（Digital Analog）変換部１１１と、ＡＦＥ（Analog Front End）部１１２と、を有する。

自装置に接続されたホストから送られてきたＫビットのシリアルデータ（送信データ）は、Ｓ/Ｐ変換部１０１でパラレルデータに変換され、その上位（または下位）Ｋ_１ビットがレベル変換部１０２に入力され、残りのＫ_２ビットがパターン選択部１０３に入力される。レベル変換部１０２は、Ｓ/Ｐ変換部１０１から入力されたＫ_１ビットのパラレルデータを、当該パラレルデータが示す値に応じたレベルに変換する。そして、変換されたレベルが１ホッピングを構成するチップ（シンボル）数分（１チップの時間幅をτとする）連続して構成されたレベルパターンを加算部１０５に出力する。

図３（ａ）は、レベル変換部１０２が出力するレベルパターン１０２１を模試的に表した図である。この例では、１ホッピングのチップ数＝５、Ｋ_１ビットのビット数＝３、そして、Ｋ_１ビットのパラレルデータが「０１１」の場合を示している。レベル数＝８の場合、ビットデータがとり得る値は８通りであり、ビット数＝３となる。

パターン選択部１０３は、Ｓ/Ｐ変換部１０１から入力されたＫ_２ビットのパラレルデータが示す値に対応付けられたホッピングパターンをホッピングパターン記憶部１０４から読み出して加算部１０５に出力する。ここで、ホッピングパターン記憶部１０４には、Ｋ_２ビットのパラデータがとり得る値毎にホッピングパターンが記憶されている。なお、ホッピングパターンのチップ数、レベル数は、レベル変換部１０２が出力するレベルパターンのチップ数、レベル数と同じである。図３（ｂ）は、ホッピングパターン記憶部１０４に記憶されているホッピングパターン１０４１を模試的に表した図である。Ｋ_２ビットのパラデータがとり得る値各々に対応付けるホッピングパターンは、チップ数×レベル数のマトリックスがとり得るパターンのうち、ホッピングパターンとして使える組合せ（他のホッピングパターンと識別可能な程度にバラツキがある組合せ）の中から選択される。

加算部１０５は、レベル変換部１０２から入力されたレベルパターンのレベルとパターン選択部１０３から入力されたホッピングパターンのレベルとをチップ毎に加算する。そして、加算結果を剰余演算部１０６に出力する。剰余演算部１０６は、加算部１０５から入力される各チップの加算結果に対して、レベルパターンおよびホッピングパターンのレベル数の剰余を演算する。つまり、加算結果をｘ、レベルパターンおよびホッピングパターンのレベル数をｙとした場合、ｘ（ｍｏｄ ｙ）を計算する。そして、各チップの計算結果（送信パターン）をレベル-周波数変換部１０７に出力する。但し、計算結果が０の場合、レベル数ｙを計算結果として出力する。

レベル-周波数変換部１０７は、予め登録されたレベル-周波数変換テーブルを用いて、剰余演算部１０６から入力される各チップの計算結果を、少なくとも１つの周波数の組合せ（周波数スペクトル）に変換し、合成信号付加部１０８に出力する。図３（ｃ）は、レベル-周波数変換部１０７に登録されているレベル-周波数変換テーブル１０７１を模式的に表した図である。図示するように、剰余演算部１０６の計算結果がとり得る値毎、つまり、レベルパターンおよびホッピングパターンのレベル毎に、予め定められたｍ個の周波数のうちの任意のｎ（＝１〜ｍ）個の周波数の組合せが対応付けられている。この例では、４個の周波数のうち、１〜３個の周波数の組合せが対応付けられている。なお、利用される周波数は、チップの周波数（１/τ）の整数倍である。図３（ｄ）は、レベル-周波数変換部１０７から出力される１ホッピング分（レベルパターンおよびホッピングパターンのチップ数分）の送信スペクトル１０７２を模式的に表した図である。この例では、加算部１０５に入力されたレベルパターン、ホッピングパターンが図３（ａ）、図３（ｂ）に示すパターンであり、レベル-周波数変換部１０７に登録されたレベル-周波数変換テーブルが図３（ｃ）に示すテーブルである場合に、レベル-周波数変換部１０７から出力される送信スペクトルを示している。

合成信号付加部１０８は、レベル-周波数変換部１０７から出力された、少なくとも１ホッピング分の送信スペクトルの先頭に、全波合成信号および無信号を付加する。ここで、全波合成信号は、レベル-周波数変換テーブル１０７１で使用されている全ての周波数の合成信号である。合成信号および無信号各々の信号継続時間は、チップの整数倍（例えば１チップ分）とする。

次に、ＩＦＦＴ部１０９は、合成信号付加部１０８から出力された、合成信号および無信号が付加された送信スペクトルにＩＦＦＴ処理を施してチップ毎の波形データに変換し、同期信号付加部１１０に出力する。

さて、同期信号付加部１１０は、ＩＦＦＴ部１０９から入力される各チップの波形データにサイクリックプリフィックス（cyclicprefix）を付加する。サイクリックプリフィックスは、ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫ信号の同期ずれによるシンボル（チップ）間干渉を回避するためのものである。チップ毎に、波形データの後部データをコピーして、これをサイクリックプリフィックスとして、当該波形データの前方へ付加する。また、同期信号付加部１１０は、全波合成信号および無信号を表す波形データの先頭に、ＡＧＣ用プリアンブルと同期信号とを付加する。図１に示したように、同期信号は、時間軸方向に左右対称の波形を有する信号を偶数（図１では４つ）に分割し、各分割点で位相反転することにより得られる波形を用いている。以上のようにしてＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫ信号の通信フレームが作成され、同期信号付加部１１０からＤＡ変換部１１１へ出力される。

ＤＡ変換部１１１は、同期信号付加部１１０より出力されたＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫ信号の通信フレームをアナログ信号に変換する。このアナログ信号は、ＡＦＥ部１１２を介してアンテナから送信される。

一方、受信部２０は、ＡＦＥ部２０１と、ＡＤ（Analog Digital）変換部２０２と、同期部２０３と、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部２０４と、しきい値決定部２０５と、周波数特定部２０６と、周波数-レベル変換部２０７と、ホッピングパターン記憶部２０８と、複数の減算部２０９_１〜２０９_ｎと、複数の剰余演算部２１０_１〜２１０_ｎと、多数決判定部２１１と、Ｐ/Ｓ（Parallel/Serial）変換部２１２と、を有する。

ＡＦＥ部２０１を介してアンテナから受信されたＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫ信号は、ＡＤ変換部２０２でデジタル信号に変換されて、同期部２０３に入力される。同期部２０３は、入力されたＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫ信号から同期信号を検出し、検出した同期信号に基づいてＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫ信号の通信フレームを認識し、その出力を制御することで通信フレームの同期を図る。具体的には、次のようにして同期信号を検出する。

先ず、ＡＤ変換部２０２から逐次入力されるＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫ信号を、同期信号の分割区間（図１において分割ポイント５０２１から次の分割ポイント５０２１までの間）と同じ時間幅で分割する。次に、同期信号と同じ分割数の連続する区間において、偶数番目の区間の信号各々の極性を反転させる。それから、当該連続する区間の前半に位置する区間を順番に接続することで得られる波形と、後半に位置する区間を順番に接続することで得られる波形との自己相関演算を行う。図１に示す例の場合、つまり、同期信号の分割数が４の場合は、連続する４つの区間において、１番目の波形データおよび２番目の波形を反転させたデータと、３番目の波形データおよび４番目の波形を反転させたデータとの自己相関演算を行う。さらに、１番目の波形データおよび３番目の波形データと、２番目の波形データおよび４番目の波形データとの自己相関演算を行ってもよい。それぞれの自己相関演算結果の積が予め定められたしきい値以上であるならば、この同期信号と同じ分割数の連続する区間に格納されている波形は、同期信号の波形であると判断して同期信号を検出する。同期信号を検出できなかった場合、対象区間を１つシフトして、上記の処理を続ける。

次に、ＦＦＴ部２０４は、同期部２０３から入力される通信フレームの各チップの波形データにＦＦＴ処理を施してチップ毎の周波数スペクトルに変換する。そして、通信フレーム中の位置により特定される全波合成信号および無信号の周波数スペクトルをしきい値決定部２０５に出力すると共に、同様に通信フレーム中の位置により特定される送信データの周波数スペクトルを周波数特定部２０６に出力する。

しきい値決定部２０５は、ＦＦＴ部２０４より入力された全波合成信号の周波数スペクトルに基づいて、ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫによる周波数ホッピングに利用可能な周波数各々の信号レベルを検出する。また、ＦＦＴ部２０４より入力された無信号の周波数スペクトルに基づいて、ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫによる周波数ホッピングに利用可能な周波数各々のノイズレベルを検出する。そして、ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫによる周波数ホッピングに利用可能な周波数各々の信号レベルおよびノイズレベルに基づいて、ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫによる周波数ホッピングに利用可能な周波数各々の信号検出のためのしきい値を算出し、その算出結果を周波数特定部２０６に出力する。ここで、しきい値はノイズ成分を信号成分であると誤検出しない信号レベルに決定する。例えば、図４に示すように、ある周波数ｉの信号レベルをＳ_ｉ、ノイズレベルをＮ_ｉとした場合、当該周波数のしきい値Ｔ_iを（Ｓ_ｉ-（２×Ｎ_ｉ））/２+Ｎ_ｉにする。しきい値の算出には、複数フレームの信号レベル、ノイズレベルの統計値（平均値、最大値、最小値）を用いてもよい。

周波数特定部２０６は、ＦＦＴ部２０４から出力される送信データの周波数スペクトルをバッファリングする。また、バッファリングした送信データの周波数スペクトルをチップ毎に順番に読み出す。そして、チップ毎に、周波数スペクトルから、ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫによる周波数ホッピングに利用可能な周波数のうち、しきい値決定部２０５より出力された、周波数各々に対応するしきい値以上の信号レベルを有する周波数を全て検出する。それから、チップ毎に、検出した全ての周波数の組合せを、周波数-レベル変換部２０７に出力する。

図５は周波数特定部２０６の動作を説明するためのフロー図である。先ず、周波数特定部２０６は、バッファリングした送信データの周波数スペクトルの中から、バッファリング順に従い１チップ分の周波数スペクトルを読み出す（Ｓ１０１）。次に、カウンタｉを１に設定する（Ｓ１０２）。それから、ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫによる周波数ホッピングに利用可能なｍ個の周波数のうちｉ番目の周波数成分の信号Ｆ_ｉを、読み出した１チップ分の周波数スペクトルから抽出し（Ｓ１０３）、この信号レベルがしきい値決定部２０５より受け取ったｉ番目の周波数に対応するしきい値Ｔ_ｉ以上であるか否かを調べる（Ｓ１０４）。しきい値Ｔ_ｉ未満ならばＳ１０６に進む。一方、しきい値Ｔ_ｉ以上ならば、この周波数成分の信号Ｆ_ｉを検出信号に含め（Ｓ１０５）、それからＳ１０６に進む。

次に、Ｓ１０６において、周波数特定部２０６は、ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫによる周波数ホッピングに利用可能なｍ個の周波数各々について、上述のＳ１０３〜Ｓ１０５を行ったか否かを調べる。行っていないならば、カウンタｉを１つインクリメントし（Ｓ１０７）、その後、Ｓ１０３に戻る。一方、行っているならば、Ｓ１０５で検出信号に含めた全ての周波数を、１チップ分の周波数の組合せとして、周波数-レベル変換部２０７に出力し（Ｓ１０８）、それから、Ｓ１０１に戻る。

さて、周波数-レベル変換部２０７には、通信相手のレベル-周波数変換部１０７に登録されているレベル-周波数変換テーブルと同じテーブルが登録されている。そして、このテーブルを用いて、周波数特定部２０６から入力される各チップの周波数の組合せをレベルに変換し、減算部２０９_１〜２０９_ｎに出力する。

ホッピングパターン記憶部２０８には、Ｋ_２ビットのパラレルデータがとり得る値毎に、当該値に対応付けられて通信相手のホッピングパターン記憶部１０４に記憶されているホッピングパターンと同じパターンが記憶されている。減算部２０９_１〜２０９_ｎおよび剰余演算部２１０_１〜２１０_ｎは、ホッピングパターン記憶部２０８に記憶されているホッピングパターン毎に設けられている。減算部２０８_１〜２０８_ｎは、対応するホッピングパターンのレベルと周波数-レベル変換部２０７から出力される１ホッピング分のチップのレベルとをチップ毎に減算し、その減算結果を対応する剰余演算部２１０_１〜２１０_ｎに出力する。剰余演算部２１０_１〜２１０_ｎは、対応する減算部２０８_１〜２０８_ｎから入力された減算結果に対して、通信相手が使用するレベルパターンおよびホッピングパターンのレベル数の剰余を演算する。つまり、減算結果をｘ、通信相手が使用するレベルパターンおよびホッピングパターンのレベル数をｙとした場合、ｘ（ｍｏｄ ｙ）を計算する。そして、その計算結果を多数決判定部２１１に出力する。

多数決判定部２１１には、剰余演算部２１０_１〜２１０_ｎ各々に対応付けられて、当該剰余演算部２１０_１〜２１０_ｎが対応付けられているホッピングパターンに対応するＫ_２ビットのパラレルデータのデータ値が登録されている。さて、多数決判定部２１１は、剰余演算部２１０_１〜２１０_ｎ各々から入力された１ホッピング分のチップの計算結果に対して多数決判定を行い、同じ計算結果を持つチップを最も多く含む１ホッピング分のチップの計算結果を出力した剰余演算部２１０_１〜２１０_ｎを特定する。そして、特定した剰余演算部２１０_１〜２１０_ｎが最も多く出力したチップの計算結果（レベル）に応じた値のＫ_１ビットのパラレルデータを出力すると共に、特定した剰余演算部２１０_１〜２１０_ｎに対応付けられて登録されているＫ_２ビットのパラレルデータを出力する。

Ｐ/Ｓ変換部２１０は、多数決判定部２１１から出力されたＫ_１ビット、Ｋ_２ビットのパラレルデータを、Ｋ_１ビットを上位（あるいは下位）ビットデータとし、Ｋ_２ビットを残りのビットデータとするＫビットのシリアルデータ（受信データ）に変換し出力する。

なお、上述したＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫ用モデム装置の各構成は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積ロジックＩＣによりハード的に実行されるものでもよいし、あるいは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）など計算機によりソフトウエア的に実行されるものでもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明した。

本実施形態によれば、レベル-周波数変換部１０７および周波数-レベル変換部２０７で用いるレベル-周波数変換テーブルにおいて、レベルがとり得る値各々に対応付ける周波数の数ｎを固定せずに変化させている。例えば、図３（ｃ）では１〜３としている。このため、従来に比べ、レベルのとり得る値の数を増加させることでき、周波数帯域を有効に利用して、伝送速度を向上させることができる。

また、本実施形態では、通信フレームに全波合成信号５０３および無信号５０４を含めている。そして、ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫによる周波数ホッピングに利用可能なｍ個の周波数各々について、全波合成信号５０３に含まれる当該周波数の信号成分と、無信号５０４に含まれる当該周波数のノイズ成分とを用いて、当該周波数成分が送信スペクトルに含まれているか否かを判断するためのしきい値を設定している。つまり、ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫによる周波数ホッピングに利用可能な周波数毎に、伝送区間における当該周波数の減衰やノイズを考慮してしきい値を決定している。このようにすることで、受信側での周波数成分の検出誤りを低減することができる。

また、本実施形態では、通信フレームを識別するための同期信号として、時間軸方向に左右対称の波形を有する信号を偶数に分割し、各分割点で位相反転することにより得られる波形を用い、自己相関演算により同期信号を検出している。このようにすることで、同期信号の周波数に送信データの変調信号に用いられ得る周波数を利用でき、したがって、周波数の利用効率が向上する。

図１は本発明の一実施形態が適用されたモデム装置間でやり取りされる通信フレームを模式的に表した図である。 図２は本発明の一実施形態が適用されたモデム装置の概略構成図である。 図３（ａ）はレベル変換部１０２が出力するレベルパターン１０２１を模試的に表した図であり、図３（ｂ）はホッピングパターン記憶部１０４に記憶されているホッピングパターン１０４１を模試的に表した図であり、図３（ｃ）はレベル-周波数変換部１０７に登録されているレベル-周波数変換テーブル１０７１を模式的に表した図であり、図３（ｄ）はレベル-周波数変換部１０７から出力される１ホッピング分（レベルパターンおよびホッピングパターンのチップ数分）の送信スペクトル１０７２を模式的に表した図である。 図４は周波数検出のためのしきい値を説明するための図である。 図５は周波数特定部２０６の動作を説明するためのフロー図である。

符号の説明

１０…送信部、２０…受信部、１０１…Ｓ/Ｐ変換部、１０２…レベル変換部、１０３…パターン選択部、１０４…ホッピングパターン記憶部、１０５…加算部、１０６…剰余演算部、１０７…レベル-周波数変換部、１０８…合成信号付加部、１０９…ＩＦＦＴ部、１１０…同期信号付加部、１１１…ＤＡ変換部、１１２…ＡＦＥ部、２０１…ＡＦＥ部、２０２…ＡＤ変換部、２０３…同期部、２０４…ＦＦＴ部、２０５…しきい値決定部、２０６…周波数特定部、２０７…周波数-レベル変換部、２０８…ホッピングパターン記憶部、２０９…減算部、２１０…剰余演算部、２１１…多数決判定部、２１２…Ｐ/Ｓ変換部

Claims (4)

1. ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫ（Frequency Hopping - M-ary Multilevel Multitone FSK）を用いた通信装置であって、
   送信データを無線信号に変換して送信する送信部と、無線信号を受信して受信データに変換する受信部と、を有し、
   前記送信部は、
   送信データを、１つのホッピングを構成するチップ数分のレベルで構成された送信パターンに変換する送信パターン変換手段と、
   前記レベルがとり得る値毎に、ｍ個の周波数のうちの少なくとも１つの周波数の組合せが対応付けられたレベル-周波数変換テーブルを用いて、前記送信パターンを構成する各チップのレベル値を少なくとも１つの周波数の組合せに変換して、前記送信パターンを、１つのホッピングを構成するチップ数分の少なくとも１つの周波数の組合せで構成された送信スペクトルに変換する送信スペクトル変換手段と、
   前記送信スペクトルから無線信号を生成して送信する送信手段と、を有し、
   前記受信部は、
   無線信号を受信して受信スペクトルを取得する受信手段と、
   前記受信スペクトルを構成するチップ毎に、しきい値以上の信号レベルを有する周波数を全て検出する周波数検出手段と、
   前記レベル-周波数変換テーブルと同じ内容を持つテーブル用いて、前記受信スペクトルを構成する各チップの前記検出された周波数の組合せをレベル値に変換して、前記受信スペクトルを、１つのホッピングを構成するチップ数分のレベルで構成された受信パターンに変換する受信パターン変換手段と、
   前記受信パターンを受信データに変換する受信データ変換手段と、を有し、
   前記受信部は、前記レベル-周波数変換テーブルに登録されている周波数各々について、当該周波数の検出に用いるしきい値を決定するしきい値決定手段をさらに有すること
   を特徴とするＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫを用いた通信装置。
2. 請求項１に記載のＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫを用いた通信装置であって、
   前記送信手段は、前記無線信号に、前記レベル-周波数変換テーブルに登録されている全ての周波数の合成信号および無信号を付加して送信し、
   前記しきい値決定手段は、前記レベル-周波数変換テーブルに登録されている周波数各々について、前記受信手段が受信した無線信号に付加されている合成信号から当該周波数の信号レベルを検出すると共に、前記無線信号に付加されている無信号から当該周波数のノイズレベルを検出し、検出した信号レベルおよびノイズレベルを用いて当該周波数の検出に用いるしきい値を決定すること
   を特徴とするＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫを用いた通信装置。
3. 請求項１又は２に記載のＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫを用いた通信装置であって、
   前記送信手段は、前記無線信号に、時間軸方向に左右対称の信号波形を有する信号を少なくとも１回位相を反転させることで得られる同期信号を付加して送信し、
   前記受信手段は、前記無線信号に対して、前記少なくとも１回位相を反転させて時間軸方向の左右対称性を計算する自己相関演算を行って、前記無線信号から同期信号を検出し、検出した同期信号に基づいて前記無線信号の同期を図ること
   を特徴とするＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫを用いた通信装置。
4. ＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫ（Frequency Hopping - M-ary Multilevel Multitone FSK）を用いた通信方法であって、
   送信側装置が、
   送信データを、１つのホッピングを構成するチップ数分のレベルで構成された送信パターンに変換する送信パターン変換ステップと、
   前記レベルがとり得る値毎に、ｍ個の周波数のうちの少なくとも１つの周波数の組合せが対応付けられたレベル-周波数変換テーブルを用いて、前記送信パターンを構成する各チップのレベル値を少なくとも１つの周波数の組合せに変換して、前記送信パターンを、１つのホッピングを構成するチップ数分の少なくとも１つの周波数の組合せで構成された送信スペクトルに変換する送信スペクトル変換ステップと、
   前記送信スペクトルから無線信号を生成して送信する送信ステップと、を行い、
   受信側装置が、
   前記無線信号を受信して受信スペクトルを取得する受信ステップと、
   前記受信スペクトルを構成するチップ毎に、しきい値以上の信号レベルを有する周波数を全て検出する周波数検出ステップと、
   前記レベル-周波数変換テーブルと同じ内容を持つテーブル用いて、前記受信スペクトルを構成する各チップの前記検出された周波数の組合せをレベル値に変換して、前記受信スペクトルを、１つのホッピングを構成するチップ数分のレベルで構成された受信パターンに変換する受信パターン変換ステップと、
   前記受信パターンを受信データに変換する受信データ変換ステップと、を行い、
   前記周波数検出ステップは、前記レベル-周波数変換テーブルに登録されている周波数各々について、当該周波数の検出に用いるしきい値を決定すること
   を特徴とするＦＨ-Ｍ^３ＦＳＫを用いた通信方法。

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