JP2007259178A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成の通信装置を用いて、多元接続の自律分散型の通信システムを容易に実現すること。
【解決手段】同期信号生成部１１０は、公共放送のＯＦＤＭ信号を受信するＯＦＤＭ受信部１１０Ａと、そのＯＦＤＭ信号が含んでいるガードインターバルを検出するＧＩ検出部１１０Ｂから構成されている。前段のＯＦＤＭ受信部１１０Ａは、ＯＦＤＭ受信アンテナ１１１とバンドパスフィルタ１１２から構成されている。一方、後段のＧＩ検出部１１０Ｂは、受信したＯＦＤＭ信号を１有効シンボル長分遅延させる遅延素子１１３と、複素相関演算部１１４と、ローパスフィルタ１１５と、判定器１１６から構成されている。複素相関演算部１１４は、バンドパスフィルタ１１２から直接出力されたＯＦＤＭ信号と、遅延素子１１３から得られるＯＦＤＭ信号との間の複素相関を演算する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自律分散型の無線通信システムにおいて送受信処理を実行する通信処理部を有する無線通信装置に関する。
本発明は、例えばＣＤＭＡ方式やＴＤＭＡ方式などの多元接続方式を採用する自律分散型の無線通信システムに有用なものである。

スペクトル拡散手段を用いて通信を行う通信装置としては、例えば下記の特許文献１に記載されている通信装置がある。この従来装置では、既知データに対して第１のＰＮ符号で拡散した信号と送信すべき情報に第２のＰＮ符号で拡散した信号を加算して送信し、受信側においては、ベースバンド受信信号に第１のＰＮ符号を逆拡散することで推定位相回転情報を作成し、受信信号に第２のＰＮ符号で逆拡散した信号にその推定位相情報を掛算することで、周波数同期を捕捉している。
特開２００２−９４４１６

しかしながら、これらの従来装置では、自律分散型の多元接続の通信システムを実現するために、例えば上記の様な同期捕捉に係わる非常に複雑な情報処理を実行しなくてはならないため、その通信装置を簡潔に構成することは必ずしも容易ではない。

また、非同期型のＣＤＭＡ方式を採用する場合には、符号間干渉を回避するために、自己相関や相互相関などの拡散符号に係わる条件を良好に満たす例えばｍ系列などの拡散符号が用いられる。これは、非同期型のＣＤＭＡ方式では、各通信装置で拡散符号のコードの先頭（タイミング）が揃わないため、相互相関が強いだけでなく自己相関も強い符号を用いなければ、他の通信装置からの干渉を受けて、うまく通信できなくなってしまうためである。
しかしながら、上記の条件を十分に満たす拡散符号を用いると、当該通信システム内に同時に収容可能な通信ユーザ数が強く制限されたり、チャネルの使用効率が低下したりするため、システムのキャパシタンスなどの点で問題が生じる。

また、自律分散型の通信システムにおいてＴＤＭＡ方式を採用する場合には、各通信装置では同期を捕捉するためにフレーム間の切れ目を探索するサーチ処理が必要となるので、その通信装置においてはそのサーチ処理を実行するための実行手段や実行時間が非常に冗長になってしまい、装置構成や通信処理性能などの面であまり望ましくない。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、簡易な構成の通信装置を用いて、多元接続の自律分散型の通信システムを容易に実現することである。

上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、自律分散型の無線通信システムにおいて送受信処理を実行する通信処理部を有する無線通信装置において、公共放送に用いられるＯＦＤＭ信号を受信するＯＦＤＭ受信部と、ＯＦＤＭ信号に含まれるガードインターバルを検出するＧＩ検出部と、その検出されたガードインターバルの受信時刻に基づいて、上記の通信処理部における信号発信時刻または信号受信時刻を決定する同期手段とを備えることである。

ただし、上記のＯＦＤＭ受信部やＧＩ検出部は、上記の通信処理部とは必ずしも物理的に同一筐体中に配設されている必要はない。また、上記のＯＦＤＭ受信部やＧＩ検出部は、その他の任意の装置と共用されていても良い。したがって、上記のＯＦＤＭ受信部やＧＩ検出部は、例えば地上デジタル放送用のチューナー（ＯＦＤＭ信号復調装置）などの一部分を利用して構成しても良い。
また、上記の公共放送としては、例えば、地上デジタル放送（テレビ）や地上デジタル音声放送（ラジオ）などの、ＯＦＤＭ信号を用いた任意の公共放送を想定することができる。

また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段の通信処理部において、ＴＤＭＡ方式の送受信処理を実行することである。

また、本発明の第３の手段は、上記の第１の手段の通信処理部において、ＣＤＭＡ方式の送受信処理を実行することである。

また、本発明の第４の手段は、上記の第３の手段の通信処理部において、ＣＤＭＡ方式の拡散符号としてウォルッシュ符号を用いることである。

また、本発明の第５の手段は、上記の第１乃至第４の何れか１つの手段のＧＩ検出部において、ＯＦＤＭ信号を１シンボル長だけ遅延させる信号遅延手段と、１シンボル長だけ遅延された１シンボル長のＯＦＤＭ信号と遅延されていない１シンボル長のＯＦＤＭ信号との間の相関値を各時刻毎に求める相関演算手段とを備え、所定の閾値よりも高い前記相関値を示す部分をＯＦＤＭ信号に含まれる上記のガードインターバルとして検出することである。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。

基地局を設けない自律分散型の通信は、例えば地上デジタル放送などの公共放送が受信可能な屋外の極限られた領域内で行われることが多く、それらの領域内にはその公共放送の電波が略同時刻に到達すると考えて良い。このため、本発明の第１の手段を用いれば、公共放送に用いられるＯＦＤＭ信号に含まれるガードインターバルを検出することによって、当該通信システムを構成する各通信装置は自ら簡単に同期のタイミングを捕捉することができる。
また、上記のＯＦＤＭ受信部やＧＩ検出部や同期手段などは比較的簡単に構成することが可能である。したがって、本発明の第１の手段によれば、各通信装置の構成や通信処理を簡潔にしつつ、それらの通信処理オーバヘッドを効果的に削減することも同時に可能となる。

特に、自律分散型の通信システムにおいてＴＤＭＡ方式（本発明の第２の手段）を採用する場合には、各通信装置では、フレーム間の切れ目を探索するために従来行っていた上記の様なサーチ処理を実行する必要がなくなる。このため、それらのサーチ手段やサーチ処理が不要となる。
したがって、本発明の第２の手段によれば、各通信装置の装置構成を簡潔にでき、かつ、通信処理オーバヘッドも効果的に削減することができる。

また、本発明の第３の手段によれば、自律分散型の通信システムにおいてＣＤＭＡ方式を同期型にすることができるので、上記の従来技術の様な複雑な情報処理を実行する必要がなくなる。したがって、本発明の第３の手段によれば、各通信装置の装置構成を簡潔にでき、かつ、通信処理オーバヘッドも効果的に削減することができる。

また、本発明の第３の手段によれば、簡単に同期が保証されるため、用いるべき拡散符号に対して上記の様な強い制限を課す必要がなくなる。したがって、拡散符号に自己相関の低い符号を用いることができるので、通信システムのキャパシタンスに関する上記の問題も効果的に解消することができる。
即ち、例えば、特に本発明の第４の手段によると、自己相関があまり強くないウォルッシュ符号を用いることによって、通信の秘話性や信頼性を確保しつつ、当該通信システム内に同時に収容可能な通信ユーザ数を最大限に確保することができる。これは、同期を保証することによって、ウォルッシュ符号の直交性が確保されるためである。この時、例えば大きなウォルッシュ行列を用いれば、同一の通信エリア内で従来と同等以上の通信効率を確保しつつ、従来よりも数多くの通信装置を同時に干渉無く通信可能にすることができる。

また、ＯＦＤＭ信号を用いた通常の公共放送では、そのＯＦＤＭ信号に含まれるガードインターバルの信号は、その直後に配置される有効シンボル中の末尾の一定長の信号を前方に複写することによって構成されるので、この特徴的な性質を利用する本発明の第５の手段によれば、上記のＧＩ検出部を具体的かつ簡潔に構成することができる。

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。

図１は、ＤＳ−ＣＤＭＡ方式に従う本実施例１の送信装置１００の制御ブロック図である。この送信装置１００は、後述の受信装置２００（図４）と共に本実施例１の１台の通信装置を構成するものである。この送信装置１００は、情報変調部１０１と、ウォルッシュ符号を生成する拡散符号発生部１０２と、拡散処理を実行する拡散変調部１０３と、搬送波変調処理を実行する周波数変換部１０４と、電力増幅部１０５と、アンテナ１０６と、同期信号Ｓを出力する同期信号生成部１１０とを有してなる。
上記の拡散変調部１０３は、平衡変調器１０３ａなどを用いて構成することができ、また、周波数変換部１０４は、搬送波を生成する周波数シンセサイザやミキサなどを用いて構成することができる。

図２に、上記の同期信号生成部１１０の制御ブロック図を示す。この同期信号生成部１１０は、公共放送のＯＦＤＭ信号を受信するＯＦＤＭ受信部１１０Ａと、そのＯＦＤＭ信号が含んでいるガードインターバルを検出するＧＩ検出部１１０Ｂとから構成されている。前段のＯＦＤＭ受信部１１０Ａは、ＯＦＤＭ受信アンテナ１１１とバンドパスフィルタ１１２から構成されている。
一方、後段のＧＩ検出部１１０Ｂは、バンドパスフィルタ１１２を通過したＯＦＤＭ信号を１有効シンボル長分遅延させる遅延素子１１３と、複素相関演算部１１４と、ローパスフィルタ１１５と、Ａ／Ｄ変換器の機能を兼ねた判定器１１６から構成されている。複素相関演算部１１４は、バンドパスフィルタ１１２から直接出力されたＯＦＤＭ信号と、遅延素子１１３から得られるＯＦＤＭ信号との間の複素相関を演算する。判定器１１６は、例えばシュミットトリガなどを用いて構成しても良い。

図３にＯＦＤＭ信号のシンボル構成を例示する。公共放送のＯＦＤＭ信号のガードインターバルＧＩは、有効シンボルの末尾の１部分を前方に複写することによって構成されるため、ＯＦＤＭ信号を１有効シンボル長分遅延させて得られる上記の複素相関は、ガードインターバルＧＩの部分で高い相関値を示す。このため、ローパスフィルタ１１５と判定器１１６とを経てこの相関値を出力することにより、ガードインターバルＧＩの位置（：受信時刻）を示す所望の同期信号Ｓを得ることができる。
なお、例えば、ＢＳＴ−ＯＦＤＭ規格のモード３においては、１．００８ミリ秒の長さの有効シンボル長が採用されており、そのガードインターバルの長さは有効シンボル長の２^-n倍（ｎ＝２，３，４または５）の長さである。

この様に公共放送のＯＦＤＭ信号を利用すれば、図１の拡散符号発生部１０２においては、拡散符号（ウォルッシュ符号）の先頭ビットの出力時刻を、上記の同期信号Ｓに基づいて決定することができるため、公共放送におけるＯＦＤＭ信号のガードインターバルＧＩの受信時刻に拡散符号の先頭ビットの出力時刻を合わせることが可能となる。したがって、この場合には、同期信号Ｓを用いる図１の拡散符号発生部１０２によって、請求項１に記載の同期手段が具現されていると考えることができる。

また、上記の様な同期信号Ｓは、受信装置側においても有用となる。
図４に本実施例１の受信装置２００の制御ブロック図を示す。この受信装置２００は、情報復調部２０１と、ウォルッシュ符号を生成する拡散符号発生部２０２と、逆拡散処理を実行する拡散復調部２０３と、搬送波復調処理を実行する周波数変換部２０４と、高周波増幅部２０５と、アンテナ２０６と、同期信号Ｓを出力する同期信号生成部２１０とを有してなる。
上記の拡散復調部２０３は、平衡変調器２０３ａなどを用いて構成することができ、また、周波数変換部２０４は、搬送波を生成する周波数シンセサイザやミキサなどを用いて構成することができる。

ここで、上記の同期信号生成部２１０を図２の同期信号生成部１１０と同様に構成すれば、この受信装置２００においては、図１の送信装置１００と同一の同期信号Ｓを同一のタイミングで得ることができる。したがって、上記の拡散符号発生部２０２による拡散符号（ウォルッシュ符号）の先頭ビットの出力の時刻を、この同期信号Ｓに基づいて決定すれば、受信装置２００側においても、公共放送におけるＯＦＤＭ信号のガードインターバルＧＩの受信時刻に拡散符号の先頭ビットの出力時刻を合わせることが可能となる。

したがって、この場合には、同期信号Ｓを用いる図４の拡散符号発生部２０２によって、請求項１に記載の同期手段が具現されていると考えることができ、この場合には、受信装置２００においても、アンテナ２０６で受信されるＣＤＭＡ搬送波とは独立に、簡単に拡散符号の同期を実現することができる。

この様なシステム構成に従えば、同期の捕捉が容易に行えるだけでなく、同一エリア内に位置する各通信装置間では、同時に簡単に同一の同期信号Ｓが得られ、拡散符号を出力する際の同期をそのタイミングで取ることによって、自己相関が低い例えばウォルッシュ符号などをも用いることが可能となる。このため、本実施例の構成によれば、同時に干渉無く、同じ通信効率を前提とすれば従来よりも遥かに数多くの通信装置を通信可能にすることができる。また、同期信号Ｓに基づく同期の確実な保証によって、各拡散符号間の直交性が崩れないため、通信の信頼性も同時に確保することができる。

また、図２のＯＦＤＭ受信部１１０ＡとＧＩ検出部１１０Ｂからなる図２の同期信号生成部１１０は、簡単に上記の同期信号Ｓを生成する手段として、ＴＤＭＡ方式を採用する自律分散型の通信システムの通信装置においても利用することができる。
例えば、自律分散型のＴＤＭＡ方式に従う通信装置の同期方式中に、この様な同期信号生成手段（同期信号生成部）を用い、その同期信号Ｓに基づいて各フレームの開始時刻を決定すれば、送信処理時にも受信処理時にも、フレーム間の切れ目を探索するためのサーチ処理を省略することができる。このため、当該通信装置においては、その様なサーチ処理を実行するための実行手段や、その実行時間を省略することが可能となる。

即ち、この様なシステム構成に従えば、周辺の通信装置は同じ同期信号Ｓをもっているので、１台の通信装置が通信したいそのエリアに入ったときに、そのタイミング信号（同期信号Ｓ）に基づいて、空きスロットをサーチすることが即座に可能となる。この場合には、同期信号Ｓに基づいて、対応する所定のスロット（チャネル）に対するアクセス（信号発信処理または信号受信処理）を開始する回路またはプログラムが、請求項１に記載の同期手段に相当する手段となる。また、各フレーム内における各チャネル（スロット）の占有状況に係わる当該通信システムの通信制御情報は、例えば公開特許公報「特開２００３−１８９３５２」に記載されている様に、当該制御専用のスロットを先頭のスロットなどに設けるなどして管理することができる。

そして、この様な同期捕捉方式によれば、各通信装置が同じ同期信号をもっていることが保証されない従来の自律分散型のＴＤＭＡ方式に比べて、遥かに低遅延で所望の通信処理を開始することが可能となる。このため、例えば、安全運転支援システムを実現するための車車間通信などにおいては、本発明の適用によって、同期捕捉の際の遅延時間を補償することも可能となる。

〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
（変形例１）
例えば、上記の実施例１では、送信装置１００（図１）と受信装置２００（図４）とから１台の通信装置を構成することができるが、この時、送信装置１００の同期信号生成部１１０と受信装置２００の同期信号生成部２１０は、同一の回路（同期信号生成部）から構成しても良い。また、各手段に係わるこの様な共用の可能性については、各アンテナや拡散符号発生部や、或いは周波数変換部に用いられる周波数シンセサイザなどについても同様である。

（変形例２）
また、上記のＯＦＤＭ受信部やＧＩ検出部は、上記の通信装置とは必ずしも物理的に同一筐体中に配設されている必要はなく、また、これらはその他の任意の装置と共用されていても良い。したがって、上記の同期信号生成部が生成する同期信号（Ｓ）は、例えば地上デジタルＴＶ放送受信用のチューナー（ＯＦＤＭ復調装置）が実行する復調処理において検出されるガードインターバルに基づいて生成または取得しても良い。

本発明は、例えば車車間通信や車両歩行者間通信などに利用することができるが、その他にも例えば無線通信用の携帯端末などとして利用しても良い。また、本発明は、必ずしも移動通信にその適用範囲が限定されるものではなく、多元接続方式を採用する自律分散型の任意の無線通信システムに有用なものである。

実施例１の送信装置１００の制御ブロック図 送信装置１００の同期信号生成部１１０の制御ブロック図 ＯＦＤＭ信号のシンボル構成を例示するタイムチャート 実施例１の受信装置２００の制御ブロック図

符号の説明

１００ ： 送信装置
１０２ ： 拡散符号発生部（同期手段）
１１０ ： 同期信号生成部
１１０Ａ： ＯＦＤＭ受信部
１１０Ｂ： ＧＩ検出部
１１３ ： 遅延素子
１１４ ： 複素相関演算部
２００ ： 受信装置
２０２ ： 拡散符号発生部（同期手段）
２１０ ： 同期信号生成部

Claims (5)

1. 自律分散型の無線通信システムにおいて送受信処理を実行する通信処理部を有する無線通信装置において、
   公共放送に用いられるＯＦＤＭ信号を受信するＯＦＤＭ受信部と、
   前記ＯＦＤＭ信号に含まれるガードインターバルを検出するＧＩ検出部と、
   検出された前記ガードインターバルの受信時刻に基づいて、前記通信処理部における信号発信時刻または信号受信時刻を決定する同期手段と
   を有する
   ことを特徴とする無線通信装置。
2. 前記通信処理部は、
   ＴＤＭＡ方式の送受信処理を実行する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記通信処理部は、
   ＣＤＭＡ方式の送受信処理を実行する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
4. 前記通信処理部は、
   ＣＤＭＡ方式の拡散符号としてウォルッシュ符号を用いる
   ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. 前記ＧＩ検出部は、
   前記ＯＦＤＭ信号を１シンボル長だけ遅延させる信号遅延手段と、
   １シンボル長だけ遅延された１シンボル長の前記ＯＦＤＭ信号と、遅延されていない１シンボル長のＯＦＤＭ信号との間の相関値を各時刻毎に求める相関演算手段と
   を有し、
   所定の閾値よりも高い前記相関値を示す部分を前記ＯＦＤＭ信号に含まれる前記ガードインターバルとして検出する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の無線通信装置。

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