JP2008085899A - 無線通信装置及び無線通信制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＵＷＢのような高速な無線通信装置における発振器（ＴＣＸＯ等）の周波数誤差を簡単な構成で低減可能とし、受信特性の改善及び通信装置の低価格化を図る。
【解決手段】 可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）１０３の発振周波数を制御する制御手段であるＣＰＵ１２１は、位相ずれ測定手段１２３で測定された位相ずれ量とそのときの周波数制御値とをメモリ手段１２４に記憶し、位相ずれ量が最も小さくなるときの周波数制御値を求め、この周波数制御値に可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）１０３の発振周波数を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばＵＷＢ（Ultra Wide Band：ウルトラワイドバンド）通信方式のような高速の無線通信を行う無線通信装置及び無線通信制御方法に関する。

近年において、携帯電話などの移動体通信機器に加え、パーソナルコンピュータやその周辺装置、テレビジョンなどの家電品に至るまで無線通信機能が装備されつつある。また、無線通信による大容量データの高速転送の要求も高まっており、このような高速通信が可能な次世代の無線通信技術として、ＵＷＢ（Ultra Wide Band：ウルトラワイドバンド）通信方式が注目されている。

このＵＷＢ通信方式は、データを極めて広い周波数帯域に拡散して送受信を行う無線通信方式であり、ＳＳ（Spread Spectrum：スペクトル拡散）方式のＤＳ（Direct Spread：直接拡散）方式を用いたもの等が知られている。

ＳＳ方式の一種であるＤＳ方式は、送信側において情報信号にＰＮ（Pseudo Noise：擬似乱数）符号を乗算することにより占有帯域を拡散して送信し、受信側において、受信した拡散情報信号にＰＮ符号を乗算することにより逆拡散して情報信号を再生する。

図１０は、この直接拡散のＳＳ方式（ＤＳＳＳ：Direct Sequence Spread Spectrum）を用いた一般的なＵＷＢ無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。

この図１０において、送信動作時には、送受信データ処理部等の上位層（図示せず）からの送信データが、インターフェース手段２０４を介して、通信装置本体２０２内のベースバンド回路部２１３に送られ、変調手段２０５、拡散手段２０６により変調及び拡散された後、パルス生成手段２０７にてＵＷＢパルス化され、更に周波数シンセサイザ２１２から出力されるキャリア周波数の搬送波とミキサ２０８で掛け合わされ、パワーアンプ（ＰＡ）２０９、スイッチ２１４、アンテナ２０１を通って電波として放出される。

また、受信動作時には、アンテナ２０１にて受信された受信データが、スイッチ２１４、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）２１５を通り、ミキサ２１６で周波数シンセサイザ２１２から出力されるキャリア周波数の搬送波と掛け合わされ直交復調された後、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１７、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）２１８を通ってデジダル化される。その後、逆拡散手段２１９、復調手段２２０により復調される。このとき同時にループフィルタ手段２２２により受信信号の周波数トラッキングを行い、位相ずれ測定手段２２３によって位相のずれ量を算出してコントローラ２２１に出力する。コントローラ２２１は上記位相ずれ量を元に周波数シンセサイザ２１２に対してクロック周波数の位相調整を行う信号を送出する。発振器２０３は周波数シンセサイザ２１２の「周波数リファレンス」として、例えばＴＣＸＯ（Temperature Compensated Crystal Oscillator：温度補償型水晶発振器）が用いられる。周波数シンセサイザ２１２からクロック生成手段２１１を介して得られたクロックが、ベースバンド回路部２１３に送られている。

このようなＴＣＸＯ等のリファレンス発振器を有する無線通信装置の場合に、発振器の周波数により通信品質が影響されることから、高精度の発振周波数を得ることが重要とされている。

従来技術として、特許文献１には、無線通信システムの通信端末装置において、デコード部での受信信号のＣＲＣ結果が誤り（ＮＧ）の場合に、ＴＣＸＯ制御信号を初期値に戻すような発振器制御回路及び発振器制御方法が開示されている。特許文献２には、ＡＦＣ（自動周波数制御）回路系に温度センサとメモリを持たせ、動作中は温度と周波数制御値をメモリに記憶し、次回動作時に使用するような自動周波数制御方法及び回路が記載されている。

特開２００１−１１１５３５号公報 特開平１０−３４１１７号公報

ところで、上述の特許文献１に記載の技術においては、初期値に戻しても精度よく受信できるかどうかの保証がない、という問題があり、また、上述の特許文献２に記載の技術においては、温度センサが必要で回路が煩雑化し、コストアップの原因になる、という問題点がある。

特に、上記ＵＷＢのような非常に高速な無線通信を行う無線通信通信装置の場合には、リファレンス周波数（基準周波数）の精度として非常に高いものが要求される。例えば、通常のＵＷＢ通信方式においては、通常ギガヘルツオーダの極めて広い帯域を有しており、ナノ秒オーダでタイミングを調整する必要があるため、基準発振器として用いられるＴＣＸＯ（Temperature Compensated Crystal Oscillator：温度補償型水晶発振器）の周波数誤差に高い精度が要求される。

この無線通信装置を例えば家庭でのテレビジョン画像伝送用として採用した場合は、長期にわたる耐用年数が必要となるが、ＴＣＸＯの経年変化や温度特性により周波数誤差の精度が通信可能な許容範囲から逸脱し、その結果、復調特性の劣化、もしくは復調そのものができなくなってしまうという問題があった。

以上の理由から、ＵＷＢのような非常に高速の無線通信を行う装置においては、初期偏差、経年変化、温度特性、非線形性によって周波数が変動しないような高性能の発振器が必要とされ、このような発振器は必然的に高価となり、また温度センサ等を用いると構成が複雑化し、コストアップにつながる、という問題点を有していた。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ＵＷＢのような高速な無線通信を行う装置において、ＴＣＸＯのようなリファレンス発振器の周波数誤差を容易に低減でき、受信特性の改善及び通信装置の低価格化を図ることが可能な無線通信装置及び無線通信制御方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明は、可変周波数発振器の発振周波数を搬送波信号の基準周波数として用いて無線通信を行う無線通信装置において、上記可変周波数発振器の発振周波数を制御する制御手段と、無線通信される信号の品質を表す信号品質値を取得する信号品質取得手段と、上記可変周波数発振器の周波数制御値と上記信号品質値とを記憶する記憶手段とを有し、上記制御手段は、上記可変周波数発振器の発振周波数を変更しながら上記信号品質取得手段により信号品質値を取得し、上記可変周波数発振器の周波数制御値と上記信号品質値とを対応付けて上記記憶手段に記憶し、上記信号品質値が最も高い品質を表すときの周波数制御値を求め、この周波数制御値に上記可変周波数発振器の発振周波数を制御することを特徴とする。

また、本発明は、可変周波数発振器の発振周波数を搬送波信号の基準周波数として用いて無線通信を行う無線通信装置を制御する無線通信制御方法において、無線通信される信号の品質を表す信号品質値を取得する信号品質取得工程と、上記可変周波数発振器の周波数制御値と上記信号品質値とを記憶手段に記憶する記憶工程とを含み、上記可変周波数発振器の発振周波数を変更しながら上記信号品質取得工程により信号品質値を取得し、上記可変周波数発振器の周波数制御値と上記信号品質値とを対応付けて上記記憶手段に記憶し、上記信号品質値が最も高い品質を表すときの周波数制御値を求め、この周波数制御値に上記可変周波数発振器の発振周波数を制御する制御工程を有することを特徴とする。

ここで、上記信号品質は受信信号の位相ずれ量を用い、位相ずれ量が最も小さいときの周波数制御値に可変周波数発振器の発振周波数を制御することが好ましい。

また、起動時に上記可変周波数発振器の発振周波数を離散的に変更しながらパケット送信し、通信相手からの受信パケットの位相ずれ量を測定し、上記可変周波数発振器の周波数制御値と上記位相ずれ量とを対応付けて上記記憶手段に記憶し、上記位相ずれ量が最も小さいときの周波数制御値を求め、この周波数制御値に上記可変周波数発振器の発振周波数を設定する第１の周波数調整動作を行い、通信動作中にループフィルタを用いて周波数トラッキング動作を行い自動周波数制御により周波数誤差を修正し、位相ずれ量及び周波数制御値を上記記憶手段に記憶する第２の周波数調整動作を行い、次回起動時に上記記憶手段に記憶された位相ずれ量が最も小さいときの周波数制御値に上記可変周波数発振器の発振周波数を設定して通信を開始することが好ましい。

本発明によれば、位相ずれ量が最も少なくなる周波数に可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ等）の発振周波数を設定することにより、発振器の固有の発振周波数に所期偏差や経年変化があっても、通信相手との周波数誤差を低減して受信特性の劣化を抑制し、安定した通信を実現できる。また、発振器自体の精度を要求されないため、安価な発振器を用いることが可能となり、工場出荷時の周波数調整工程を省くことができ、コスト削減につながる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態となる無線通信装置の一例を概略的に示すブロック図である。この図１は、直接拡散のＳＳ方式（ＤＳＳＳ：Direct Sequence Spread Spectrum）を用いたＵＷＢ（Ultra Wide Band：ウルトラワイドバンド）通信方式の無線通信装置の例を示している。一般に、ＤＳＳＳ方式の無線通信装置は、送信側において情報信号にＰＮ（Pseudo Noise：擬似乱数）符号を乗算することにより占有帯域を拡散して送信し、受信側において、受信した拡散情報信号にＰＮ符号を乗算することにより逆拡散して情報信号を再生する。また、ＵＷＢ通信方式では、帯域幅が例えば数ＧＨｚ程度と極めて広く、非常に短い時間のパルスを使って伝送している。

図１において、送信と受信兼用のアンテナ１０１が接続された通信装置本体１０２内のスイッチ（アンテナ切換器）１１４には、送信パルス発生部を含む送信系の回路と、受信パルスマッチドフィルタを含む受信系の回路とが接続されている。

図１の送信系の回路は、送受信データ処理部等の上位層（図示せず）からインターフェース手段（Ｉ／Ｆ）１０４を介して供給された送信データを変調する変調手段１０５と、この変調手段１０５からの変調信号をスペクトル拡散する拡散手段１０６と、拡散手段１０６からの拡散信号をＵＷＢパルス化するパルス生成手段１０７と、パルス生成手段１０７からのパルスを周波数シンセサイザ１１２からの搬送波で変調するミキサ（乗算器）１０８と、このミキサ１０８からの信号を増幅するパワーアンプ（ＰＡ）１０９とを有して構成され、パワーアンプ１０９からの出力をスイッチ（アンテナ切換器）１１４を介してアンテナ１０１に供給して無線送信させる。

図１の受信系の回路は、アンテナ１０１にて受信された受信データがスイッチ１１４を介して供給されるローノイズアンプ（ＬＮＡ）１１５と、ローノイズアンプ１１５からの受信信号を送信時と同じ周波数の搬送波で直交検波するミキサ（乗算器）１１６と、ミキサ１０８からの信号の高域成分を除去するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１７と、ローパスフィルタ１１７からの出力信号をデジタル化するＡＤコンバータ（ＡＤＣ）１１８と、ＡＤコンバータ１１８からの出力信号を逆スペクトル拡散する逆拡散手段１１９と、逆拡散手段１１９からの出力信号を復調する復調手段１２０とを有して構成される。

送信系のミキサ１０８での変調や、受信系のミキサ１１６での復調のために用いられる搬送波は周波数シンセサイザ１１２から供給されており、この周波数シンセサイザ１１２には、例えばＶＣ−ＴＣＸＯ（Voltage Controlled - Temperature Compensated Crystal Oscillator：電圧制御−温度補償型水晶発振器）を用いた基準周波数発振器としての可変周波数発振器１０３からの発振出力信号が供給されている。すなわち、可変周波数発振器１０３は、周波数シンセサイザ１１２の「周波数リファレンス」として用いられる。

また、図１のベースバンド回路部１１３には、ＣＰＵ１２１、ループフィルタ手段１２２、位相ずれ測定手段１２３が設けられており、ループフィルタ手段１２２により逆拡散手段１１９における受信信号の周波数トラッキングを行い、位相ずれ測定手段１２３によって位相のずれ量を算出して制御手段としてのＣＰＵ１２１に出力する。ＣＰＵ１２１は、上記位相ずれ量を元にクロック周波数の位相調整を行う周波数制御値を算出し、これらの周波数制御値及び位相ずれ量を記憶するためにメモリ手段１２４が設けられている。ＣＰＵ１２１で算出された周波数制御値は、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１１０でアナログ信号に変換されて、上記可変周波数発振器１０３に制御信号として送られる。また、周波数シンセサイザ１１２からクロック生成手段１１１を介して得られたクロックが、ベースバンド回路部１１３に送られている。ここで、制御手段としてのＣＰＵ１２１は、ソフトウェアプログラムにより処理を実行するコンピュータのプロセッサを想定しているが、後述するように、制御手段としては、ハードウェアにより処理を実行するコントローラを用いるようにしてもよい。

このような構成を有する無線通信装置において、送信動作時には、図示しない上位層からの送信データが、インターフェース手段（Ｉ／Ｆ）１０４を介して、変調手段１０５、拡散手段１０６により変調及び拡散された後、パルス生成手段１０７にてＵＷＢパルス化され、更に周波数シンセサイザ１１２から出力されるキャリア周波数の搬送波とミキサ１１６で掛け合わされ、パワーアンプ（ＰＡ）１０９、スイッチ１１４、アンテナ１０１を通って電波として放出される。

受信動作時には、アンテナ１０１にて受信された受信データが、スイッチ１１４、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）１１５で増幅され、ミキサ１１６で周波数シンセサイザ１１２から出力されるキャリア周波数の搬送波と掛け合わされ、直交復調された後、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１７、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）１１８を通ってデジタル化された後、逆拡散手段１１９、復調手段１２０により復調される。このとき同時にループフィルタ手段１２２により受信信号の周波数トラッキングを行い、位相ずれ測定手段１２３によって位相のずれ量を算出してＣＰＵ１２１に出力する。ＣＰＵ１２１は、上記位相ずれ量を元に周波数制御する信号を送出し、これがＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１１０を通ってアナログ信号化されて可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）１０３に入力され、リファレンス周波数が変化する。このときのリファレンス周波数制御値と位相ずれ量は、ＣＰＵ１２１と接続されているメモリ手段１２４に記憶される。

このような本発明の実施の形態において、可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）の発振周波数を制御する際に、無線通信される信号の品質を表す信号品質値としての位相ずれ量を取得し、可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）の周波数制御値と信号品質値としての位相ずれ量をメモリ手段に記憶し、位相ずれ量が最も小さいときの周波数制御値を求め、この周波数制御値に可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）の発振周波数を制御する。

また、本発明の実施の形態は、第１の周波数調整（ラフチューニング）ステップと、第２の周波数調整（ファインチューニング）ステップとを有している。すなわち、第１の周波数調整（ラフチューニング）ステップとして、起動時にリファレンス周波数発振器である可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）１０３の周波数を離散的に可変しながらパケット送信を行い、通信すべき相手からの応答パケット（Ack Packet）を受信したときの周波数制御値、及びそのときの位相ずれ量をメモリ手段１２４に記憶し、最も位相ずれ量が少ないときの周波数制御値に可変周波数発振器１０３を設定する。その後、第２の周波数調整（ファインチューニング）ステップとして、ループフィルタ手段１２２で周波数トラッキング動作を行い周波数誤差を縮めていく。更に通信動作中は適宜位相ずれ量及び周波数制御値をメモリ手段１２４に記憶しておく。これにより、初期偏差、経年変化、温度特性、非線形性といった可変周波数発振器１０３の周波数誤差を低減することができ、それにより受信特性の改善び受信機のコスト低減を図ることができる。さらにワイヤレスのテレビジョン受像機（ＴＶ）のような通信相手が特定されている場合においては、次回起動時は前回記録していた周波数値から周波数制御を開始することにより迅速に起動することができる。

このような周波数調整（frequency tuning）のアルゴリズムについて、図２〜図５を参照しながら説明する。図２は、送信側（Ｔｘ）の無線通信装置と受信側（Ｒｘ）の無線通信装置との間で通信を行う概略構成を示す図、図３は、送信側（Ｔｘ）と受信側（Ｒｘ）との間の通信を説明するための図、図４は、起動時の上記第１の周波数調整（ラフチューニング）動作を説明するためのフローチャート、図５は、上記第２の周波数調整（ファインチューニング）動作を説明するためのフローチャートである。

図２において、送信側（Ｔｘ）の無線通信装置本体１０２Ｔに接続されたアンテナ１０１Ｔと、受信側（Ｒｘ）の無線通信装置本体１０２Ｒに接続されたアンテナ１０１Ｒとの間で上記ＤＳＳＳ方式のＵＷＢ通信方式による無線通信が行われ、送信側（Ｔｘ）から確認パケット（Confirmation Packet）や同期パケット（Sync Packet）等が受信側（Ｒｘ）に送られ、受信側（Ｒｘ）からは応答パケット（Ack Packet）が送信側（Ｔｘ）に返される。ただし、送信側（Ｔｘ）の無線通信装置本体１０２Ｔに接続された可変周波数発振器（例えばＶＣ−ＴＣＸＯ）１０３Ｔの発振周波数をｆ_Ｔ、受信側（Ｒｘ）の無線通信装置本体１０２Ｒに接続された可変周波数発振器（例えばＶＣ−ＴＣＸＯ）１０３Ｒの発振周波数をｆ_Ｒとするとき、これらの発振周波数ｆ_Ｔ、ｆ_Ｒが、互いに通信可能な許容誤差範囲内に入る程度に等しくなる（ｆ_Ｔ≒ｆ_Ｒ）場合にのみ、上記応答パケット（Ack Packet）が送信側（Ｔｘ）に返される。送信側（Ｔｘ）から確認パケット（Confirmation Packet）等を受信側（Ｒｘ）に送っても応答パケット（Ack Packet）が得られない場合は、送信側の可変周波数発振器１０３Ｔの発振周波数ｆ_Ｔを変更し、再度パケット送信する。

図３には、送信側（Ｔｘ）及び受信側（Ｒｘ）の各無線通信装置の電源を投入した起動時からの動作を示している。なお、図３においては、このような無線通信装置の具体例として、送信側（Ｔｘ）にいわゆるセットトップボックス（ＳＴＢ）を、受信側（Ｒｘ）にテレビジョン受像機（ＴＶ）を想定しているが、この具体例に限定されないことは勿論である。

図３において、先ず、リモコン操作等により送信側（Ｔｘ）及び受信側（Ｒｘ）の各機器の電源を投入（Power On）し、各無線通信装置を起動する。このとき、受信側（Ｒｘ）の無線通信装置は受信可能状態（Rx Ready）に入る。送信側（Ｔｘ）は、受信側から応答をもらうための例えば確認パケット（Confirmation Packet）や同期パケット（Sync Packet）等のパケット３０１を送信し、応答を待つ。この送信側（Ｔｘ）の上記可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）の発振周波数はｆ_Ｔである。また、受信側（Ｒｘ）の上記可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）の発振周波数はｆ_Ｒである。送信側（Ｔｘ）において、所定時間待っても受信側（Ｒｘ）からの応答パケット（Ack Packet）が得られない場合は、送信側（Ｔｘ）の発振周波数ｆ_Ｔを離散的に変更し、再度受信側（Ｒｘ）にパケット３０２を送信して応答を待つ。送信側（Ｔｘ）は、このように可変周波数発振器の発振周波数ｆ_Ｔを離散的に変更しながらパケットを受信側（Ｒｘ）に送信する。送信側（Ｔｘ）の発振周波数ｆ_Ｔが受信側（Ｒｘ）の発振周波数ｆ_Ｒに近付いて、許容誤差範囲内に入る（ｆ_Ｔ≒ｆ_Ｒ）と、受信側（Ｒｘ）からの応答パケット（Ack Packet）３０３が送信側（Ｔｘ）で受信される。このときの発振周波数ｆ_Ｔ及びパケットの位相ずれ量を上記図１のメモリ手段１２４に記憶する。さらに、発振周波数ｆ_Ｔを離散的に変更しながら送信側（Ｔｘ）からパケット３０４を送信し、受信側（Ｒｘ）からの応答パケット３０５を受信する動作を所定回数あるいは所定の周波数範囲内で繰り返し、応答が得られたときの発振周波数ｆ_Ｔの内で、例えば位相ずれ量が最も少ない周波数値となる制御電圧値を、送信側（Ｔｘ）の上記可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）に与えるようにする。以上が上記第１の周波数調整（ラフチューニング）に相当する。その後、上記第２の周波数調整（ファインチューニング）により精度の高いチューニングを行い、周波数誤差を少なくしていく。この第２の周波数調整（ファインチューニング）動作は、例えば、図３の送信側（Ｔｘ）と受信側（Ｒｘ）との間でパケット通信３１０を行いながら周波数を追従させていくような、いわゆる周波数トラッキングにより実現することができる。

次に、上記第１の周波数調整（ラフチューニング）のより詳細な動作を、図４のフローチャートを参照しながら説明する。

図４において、上述したような電源投入によりステップＳＴ３１で送信側の無線通信装置の処理が開始（スタート）されると、ステップＳＴ３２により確認パケット（Confirmation Packet）が送信され、ステップＳＴ３３で所定時間受信状態とすることで、図３の受信側（Ｒｘ）からの応答パケット（Ack Packet）を待っている。次のステップＳＴ３４では、応答パケットが受信されたか否かを判別し、Ｎｏ（受信されず）の場合はステップＳＴ３７に進む。このステップＳＴ３７では、所定の制御電圧値を試行したか否かを判別し、Ｎｏのとき、ステップＳＴ３８に進んで、上記可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）の制御電圧値を別な値に変更する。これを暫く繰り返すと、ある時に無線通信装置同士の発振周波数ｆ_Ｔ及びｆ_Ｒの値が漸近（ｆ_Ｔ≒ｆ_Ｒ）して通信ができるようになる。その時、確認パケット（Confirmation Packet）を受信した図３の受信側（Ｒｘ）の無線通信装置は、相手の送信側（Ｔｘ）の無線通信装置に対して応答パケット（Ack Packet）を送信する。これにより、受信側（Ｒｘ）の無線通信装置は応答パケット（Ack Packet）を受信し、図４のステップＳＴ３４でＹｅｓと判別され、ステップＳＴ３５に進む。ステップＳＴ３５では、受信した応答パケット（Ack Packet）の位相ずれ量を算出し、次のステップＳＴ３６にて算出した位相ずれ量と発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）の周波数制御電圧の設定値（周波数制御値）とを組み合わせて図１のメモリ手段１２４に記憶する。

以上のステップＳＴ３２からステップＳＴ３８までのプロセス、すなわち、確認パケット（Confirmation Packet）送信〜応答パケット（Ack Packet）待ち〜周波数制御値変更を含むプロセスを、所定回数試行することにより、ステップＳＴ３７でＹｅｓと判別され、ステップＳＴ３９に進む。このステップＳＴ３２からステップＳＴ３８までのプロセスは、例えば上記図１の可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）１０３の可変範囲で繰り返すことが挙げられる。例えば、可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）１０３として、可変周波数が±１０ｐｐｍ（parts per million）の品の場合、１ｐｐｍずつずらして２０回繰り返すことが挙げられる。次のステップＳＴ３９では、上記図１のメモリ手段１２４に記録されている記録値の中で、位相ずれ量が最も少なかった時の周波数制御電圧値（周波数制御値に上記図１の可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）１０３の周波数を設定する。

この図４に示すような第１の周波数調整（ラフチューニング）動作により、可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）の周波数をラフに合わせておき、次に、上記第２の周波数調整（ファインチューニング）動作に移行して、更に精度高く周波数誤差を少なくしていく。以上のような動作により、発振器の経年変化や初期偏差、温度特性により周波数誤差の精度が許容可能範囲から逸脱しているような状況であっても、上記動作における周波数可変範囲を大きくとることにより、復調そのものができなくなってしまうようなことがなくなり、受信特性の劣化を抑制できる。

図５は、上記第２の周波数調整（ファインチューニング）動作の一例を説明するためのフローチャートである。

この図５のステップＳＴ４１で上記第２の周波数調整（ファインチューニング）動作が開始（スタート）されると、ステップＳＴ４２に進み、上記図４のステップＳＴ３９でも説明したように、位相ずれ量が最も少なかった時の周波数制御電圧値（周波数制御値）を上記図１のメモリ手段１２４から呼び出し、上記可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）の周波数を設定する。その後、ステップＳＴ４３にて通信相手のパケットが受信できるようになるので、ステップＳＴ４４でこのパケットの位相ずれ量を算出し、その値と上記図１のメモリ手段１２４に記録されている前回測定した位相ずれ量との比較を行う。すなわちステップＳＴ４５で、位相ずれ量が前回受信時より小さいか否かを判別する。このステップＳＴ４５でＹｅｓ（今回算出した位相ずれ量が前回測定した位相ずれ量よりも小さい）と判別された場合には、ステップＳＴ４６に進んで、その値（今回算出した位相ずれ量）と可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）の周波数制御電圧値（周波数制御値）とを上記メモリ手段に記憶し、次のステップＳＴ４７で、上記図１のＣＰＵ１２１から可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）１０３の制御電圧値を出力して周波数を変更し、処理を終了（ステップＳＴ４８）する。ステップＳＴ４５でＮｏと判別されたときも、処理を終了する。なお、上記位相ずれ量は、例えば図１のループフィルタ手段１２２で受信パケットの位相回転量を測定して、その情報を例えばレジスタ経由で図１のＣＰＵ１２１に渡すことにより算出でき、ＣＰＵ１２１は、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１１０でアナログ信号に変換して可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）１０３に制御電圧として供給することにより、発振周波数を制御することができる。

この図５の処理は、例えばメインルーチンからサブルーチンとして繰り返し呼び出され、常時周波数誤差補正が行われる。万一通信が途中で中断しても前回最適だった周波数値が記憶されているため、次回の通信時はその値から周波数制御することができるので、可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）を更に精度高く制御することができ、テレビジョン受像機（ＴＶ）のような長期間使用する機器に対してもシンプルな構成や回路構成で安定した周波数精度を保持することができる。このような第２の周波数調整（ファインチューニング）動作は、無線通信装置の動作中は常に行わせて、例えば数分〜数十分程度の所定周期や、通信状態が変化したとき等に、上記可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）の周波数値を補正するようにすればよい。あるいは、数分〜数十分程度の所定周期や、通信状態が変化したとき等に図５のサブルーチンを呼び出して実行させてもよい。

また、上述のように、位相ずれ量が最も小さくなる周波数制御電圧値（周波数制御値）をメモリ手段に記憶し、次回の起動時には、前回記憶していた周波数値に可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）の発振周波数を設定して、この状態から周波数調整を開始することができる。

ところで、本実施の形態のようなＤＳＳＳを用いたＵＷＢ通信方式の場合は、通常ギガヘルツオーダーの広い帯域を有しておりナノ秒オーダーでタイミングを調整する必要があるため、基準発振器として用いられるＴＣＸＯ（Temperature Compensated Crystal Oscillator：温度補償型水晶発振器）の周波数誤差に高い精度が要求される。もしこの無線通信装置を例えば家庭でのテレビジョン画像伝送用として採用した場合は、長期にわたる耐用年数が必要となるが、ＴＣＸＯの経年変化や温度特性により周波数誤差の精度が許容可能範囲から逸脱し、その結果、復調特性の劣化、もしくは復調そのものができなくなってしまう。このため従来においては、初期偏差、経年変化、温度特性、非線形性によって周波数が変動しないように、必然的に高価な高精度・高安定は発振器（ＴＣＸＯ）を採用することを余儀なくされていた。これに対して、本実施の形態によれば、位相ずれ量が最も少なくなる周波数に上記可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）の発振周波数を設定することにより、発振器の固有の発振周波数に所期偏差や経年変化があっても、通信相手との周波数誤差を低減して受信特性の劣化を抑制し、安定した通信を実現できる。また、発振器自体の精度を要求されないため、安価な発振器を用いることが可能となり、工場出荷時の周波数調整工程を省くことができ、コスト削減につながるのみならず、次回起動時は前回記録していた周波数値から周波数制御を開始することにより、迅速に起動することができる。さらに、テレビジョン受像機（ＴＶ）のような長期間使用する機器に対しても、シンプルな構成や回路構成で安定した周波数精度を保持することができる。

次に、図６は、本発明の第２の実施の形態となる無線通信装置の構成例を示すブロック図である。

この図６に示す実施の形態の無線通信装置は、上記図１に示す回路構成におけるＣＰＵ１２１の代わりに、ハードウェアにより制御処理を実行するコントローラ１３１を用いており、これ以外は上記図１と同様の構成を有しているため、対応する部分に同じ指示符号を付して説明を省略する。

この図６に示す実施の形態によれば、制御動作に専用のコントローラ１３１を用いているため、より高速な制御をすることが可能となり、周波数安定化に要する時間が短縮化される。

次に、図７は、本発明の第３の実施の形態となる無線通信装置の構成例を示すブロック図である。

この本発明の第３の実施の形態の無線通信装置においては、周波数制御のための測定量として、位相ずれ量に加えて、受信したパケットのＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication：受信信号強度）やＰＥＲ（Packet Error Rate：パケット誤り率）等のような、「受信信号の品質がわかる値」を使用している。図７に示す構成例では、メモリ手段１３４に、周波数制御値及び位相ずれ量に加えて、上記ＲＳＳＩの値を記憶し、最適な発振周波数の評価に用いるようにしている。他の構成は上記図１と同様であるため、対応する部分に同じ指示符号を付して説明を省略する。

このような本発明の第３の実施の形態の無線通信装置によれば、最適な発振周波数をより信頼性高く評価でき、可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）を更に精度高く制御することができる。

次に、図８は、本発明の第４の実施の形態となる無線通信装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。

本発明の第４の実施の形態においては、通信相手側において受信したパケットの信号品質（位相ずれ量や上記ＲＳＳＩ、ＰＥＲ等）を測定し、その値を通信相手が応答パケット（Ack Packet）の例えばヘッダ（Header）情報に記載して送信し、受信した無線通信装置側で応答パケット（Ack Packet）をデコードして上記ヘッダ（Header）情報を読み取ることにより、周波数電圧値の制御を行っている。

例えば図８の例では、ステップＳＴ７１で動作が開始（スタート）され、ステップＳＴ７２で送信側からパケット（上記確認パケット等）が受信側に送信され、ステップＳＴ７３で所定時間受信（応答待ち）して、ステップＳＴ７４で応答パケット（Ack Packet）が受信されたか否かを判別する。ここで、受信側、すなわち通信相手側においては、上述したように、ステップＳＴ７２で送信されたパケットの信号品質（例えば位相ずれ量や上記ＲＳＳＩ、ＰＥＲ等）を測定し、その測定された信号品質を示す値を応答パケット（Ack Packet）の例えばヘッダ（Header）情報に記載して、送信側に送り返す。この応答パケット（Ack Packet）が受信側で受信されれば、ステップＳＴ７４でＹｅｓと判別され、ステップＳＴ７５に進む。このステップＳＴ７５では、受信した応答パケット（Ack Packet）をデコードし、ヘッダ（Header）情報に記載された上記通信相手側での信号品質（位相ずれ量や上記ＲＳＳＩ、ＰＥＲ等）を読み取る。次のステップＳＴ７６では、送信側の発振器の制御電圧設定値（周波数制御値）と、通信相手側（上記受信側）で測定された受信信号品質を示す値とを、メモリ手段に記憶する。次のステップＳＴ７７では、所定回数の制御電圧値（周波数制御値）を試行したかを判別し、Ｙｅｓの場合は、処理を終了（ステップＳＴ７９）し、Ｎｏの場合は、ステップＳＴ７８で（送信側の）発振器の制御電圧値を変更した後、ステップＳＴ７２に戻っている。なお、上記ステップＳＴ７４でＮｏと判別された（応答パケットが受信されない）ときは、ステップＳＴ７７に進んでいる。

この図８のフローチャートの動作は、上記図４のフローチャートにおいて、ステップＳＴ３５、ＳＴ３６のように、送信側で応答パケット（Ack Packet）を受信した際の位相ずれ量を制御電圧設定値（周波数制御値）と共にメモリ手段に記憶する代わりに、通信相手側（上記受信側）で測定された受信信号品質を示す値と（送信側の）発振器の制御電圧設定値（周波数制御値）とをメモリ手段に記憶している点以外は略々同様の動作となっている。最終的には、この第４の実施の形態の場合も、メモリ手段に記憶されている記録値の内で、通信相手側の信号品質が最も高いときの送信側の制御電圧値（周波数制御値）に可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）の周波数を設定する。これによって、上述した第１の実施の形態と同様な効果が得られる。

なお、この第４の実施の形態において、通信相手側（上記受信側）で測定された受信信号品質を示す値のみならず、送信側で算出した位相ずれ量もメモリ手段に記憶するようにしてもよく、この場合には、通信相手側の受信信号品質と、送信側での位相ずれ量とを用いて評価が行えるため、最適の発振周波数をより高精度に求めることができる。

次に、図９は、本発明の第５の実施の形態となる無線通信装置の構成例を示すブロック図である。

この図９に示す第５の実施の形態の無線通信装置においては、メモリ手段１３６に記憶する情報として、上記周波数制御値と位相ずれ量に加えて、通信相手を識別するための識別情報（ＩＤ）である「相手先ＩＤ」を用いている。図９の他の構成は上記図１と同様であるため、対応する部分に同じ指示符号を付して説明を省略する。

この図９の無線通信装置において、複数の接続対象相手先がいた場合に、上記各実施の形態において説明したような周波数制御値を記憶させる際に、通信相手先のＩＤもあわせてメモリ手段１３６に記憶させておくことにより、次回起動時、通信したい相手先からの応答パケット（Ack Packet）が受信できた時点で直ちに周波数制御値の最適値あるいは最良値を設定することが可能となる。

以上の説明からも明らかなように、本発明の無線通信装置の実施の形態によれば、起動時にリファレンス発振器である可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）の周波数を離散的に可変しながらパケット送信を行い、通信すべき相手からの応答パケット（Ack Packet）を受信したときの周波数制御値、及びそのときの位相ずれ量を記憶し、最も位相ずれ量が少ないときの周波数制御値に可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）の周波数をセットし、その後、ループフィルタで通常のトラッキング動作を行い周波数誤差を縮めていく。更に通信動作中は、適宜位相ずれ量及び周波数制御値を記憶しておき、次回起動時は前回記録していた周波数値から周波数制御を開始するので、リファレンス発信器の周波数に初期偏差や経年変化があっても同期を取ることができ、受信特性の劣化を抑制できる。また、工場出荷時の周波数調整工程を省くことができ、コスト削減につながる。更にＴＶのような長期間使用する機器に対してもシンプルな構成や回路構成で安定した周波数精度を保持することができる。

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、上記各実施の形態において図示した各手段は、ハードウェアで構成してもよいが、コンピュータにより各手段をソフトウェアにより実現してもよい。

本発明の第１の実施の形態となる無線通信装置の一例を概略的に示すブロック図である。 送信側（Ｔｘ）の無線通信装置と受信側（Ｒｘ）の無線通信装置との間で通信を行う概略構成を示す図である。 送信側（Ｔｘ）と受信側（Ｒｘ）との間の通信を説明するための図である。 第１の周波数調整（ラフチューニング）動作を説明するためのフローチャートである。 第２の周波数調整（ファインチューニング）動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態となる無線通信装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態となる無線通信装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態となる無線通信装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 本発明の第５の実施の形態となる無線通信装置の構成例を示すブロック図である。 ＤＳＳＳを用いた一般的なＵＷＢ無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０１ アンテナ、１０２ 無線通信装置本体、１０３ 可変周波数発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）、１０４ インターフェース手段（Ｉ／Ｆ）、１０５ 変調手段、１０６ 拡散手段、１０７ パルス生成手段、１０８，１１６ ミキサ（乗算器）、１０９ パワーアンプ（ＰＡ）、１１０ ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）、１１１ クロック生成手段、１１２ 周波数シンセサイザ、１１３ ベースバンド回路部、１１４ （アンテナ切換器）、１１５ ローノイズアンプ（ＬＬＡ）、１１７ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１１８ ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）、１１９ 逆拡散手段、１２０ 復調手段、１２１ ＣＰＵ、１２２ ループフィルタ手段、１２３ 位相ずれ測定手段、１２４，１３４，１３６ メモリ手段、１３３ ＲＳＳＩ測定手段

Claims (11)

1. 可変周波数発振器の発振周波数を搬送波信号の基準周波数として用いて無線通信を行う無線通信装置において、
   上記可変周波数発振器の発振周波数を制御する制御手段と、
   無線通信される信号の品質を表す信号品質値を取得する信号品質取得手段と、
   上記可変周波数発振器の周波数制御値と上記信号品質値とを記憶する記憶手段とを有し、
   上記制御手段は、上記可変周波数発振器の発振周波数を変更しながら上記信号品質取得手段により信号品質値を取得し、上記可変周波数発振器の周波数制御値と上記信号品質値とを対応付けて上記記憶手段に記憶し、上記信号品質値が最も高い品質を表すときの周波数制御値を求め、この周波数制御値に上記可変周波数発振器の発振周波数を制御することを特徴とする無線通信装置。
2. 上記信号品質取得手段として、受信信号の位相ずれ量を測定する位相ずれ測定手段を用い、
   上記制御手段は、上記可変周波数発振器の発振周波数を変更しながら上記位相ずれ測定手段により位相ずれ量を測定し、上記可変周波数発振器の周波数制御値と上記位相ずれ量とを対応付けて上記記憶手段に記憶し、上記位相ずれ量が最も小さいときの周波数制御値を求め、この周波数制御値に上記可変周波数発振器の発振周波数を設定することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 上記制御手段は、
   起動時に上記可変周波数発振器の発振周波数を離散的に変更しながらパケット送信し、通信相手からの受信パケットの位相ずれ量を測定し、上記可変周波数発振器の周波数制御値と上記位相ずれ量とを対応付けて上記記憶手段に記憶し、上記位相ずれ量が最も小さいときの周波数制御値を求め、この周波数制御値に上記可変周波数発振器の発振周波数を設定する第１の周波数調整動作を行い、
   通信動作中にループフィルタを用いて周波数トラッキング動作を行い自動周波数制御により周波数誤差を修正し、位相ずれ量及び周波数制御値を上記記憶手段に記憶する第２の周波数調整動作を行い、
   次回起動時に上記記憶手段に記憶された位相ずれ量が最も小さいときの周波数制御値に上記可変周波数発振器の発振周波数を設定して通信を開始することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
4. 上記信号品質として、受信信号強度、パケット誤り率の少なくとも１つを用いることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
5. 上記信号品質値として、通信相手における受信信号の品質を表す値を用い、この受信信号の品質を表す値を含むパケットを通信相手から受信し、上記信号品質取得手段は、この受信パケットから上記通信相手における受信信号の品質を表す値を取得することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
6. 上記記憶手段は、複数の通信相手に対して、各通信相手毎に区別して上記発振周波数と信号品質値とを記憶することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
7. 可変周波数発振器の発振周波数を搬送波信号の基準周波数として用いて無線通信を行う無線通信装置を制御する無線通信制御方法において、
   無線通信される信号の品質を表す信号品質値を取得する信号品質取得工程と、
   上記可変周波数発振器の周波数制御値と上記信号品質値とを記憶手段に記憶する記憶工程とを含み、
   上記可変周波数発振器の発振周波数を変更しながら上記信号品質取得工程により信号品質値を取得し、上記可変周波数発振器の周波数制御値と上記信号品質値とを対応付けて上記記憶手段に記憶し、上記信号品質値が最も高い品質を表すときの周波数制御値を求め、この周波数制御値に上記可変周波数発振器の発振周波数を制御する制御工程
   を有することを特徴とする無線通信制御方法。
8. 上記信号品質取得工程では、受信信号の位相ずれ量を測定し、
   上記制御工程では、上記位相ずれ量が最も小さいときの周波数制御値に上記可変周波数発振器の発振周波数を制御することを特徴とする請求項７記載の無線通信制御方法。
9. 上記制御工程は、
   上記可変周波数発振器の発振周波数を離散的に変更しながらパケット送信を行う工程と、
   通信相手からの返答パケットを受信したときの上記周波数制御値及び上記返答パケットの信号の位相ずれ量を上記記憶手段に記憶する工程と、
   上記位相ずれ量が最も小さいときの周波数制御値に上記可変周波数発振器の発振周波数を設定する設定工程と
   を有することを特徴とする請求項７記載の無線通信制御方法。
10. 上記制御工程は、
    通信動作中にループフィルタを用いて周波数トラッキング動作を行い自動周波数制御により周波数誤差を修正し、位相ずれ量及び周波数制御値を上記記憶手段に記憶する第２の周波数調整動作を行う工程と、
    次回起動時に上記記憶手段に記憶された位相ずれ量が最も小さいときの周波数制御値に上記可変周波数発振器の発振周波数を設定して通信を開始する工程と
    を有することを特徴とする請求項７記載の無線通信制御方法。
11. 上記制御工程は、
    上記可変周波数発振器の発振周波数を離散的に可変しながらパケット送信を行う工程と、
    通信相手からの応答パケットを受信したときの周波数制御値、そのときの位相ずれ量、及び受信信号強度を上記記憶手段に記憶する工程と、
    上記位相ずれ量及び受信信号強度より受信信号品質を判断する工程と、
    上記受信信号品質が最も高くなるような周波数制御値に上記可変周波数発振器の発振周波数を設定する工程と
    を有することを特徴とする請求項７記載の無線通信制御方法。

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