JP2015142191A - 周波数ホッピング方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用可能な周波数が限られた中でも周波数衝突を効果的に避け、セキュリティも向上させることが可能な周波数ホッピング方法及び装置を提供する。【解決手段】信号処理器１１は、第１の周期を持ち広い周波数範囲を広い周波数間隔でホッピングする第１のホッピングパターンと、前記第１の周期と異なる第２の周期を持ち狭い周波数範囲を狭い周波数間隔でホッピングする第２のホッピングパターンとを合成し、この合成したホッピングパターンに基づいて周波数ホッピングを行う（ＰＬＬ局部発振器７の発振周波数を変化させる）。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばBluetooth（登録商標）、無線ＩＣタグ、セキュリティを要するデータ通信、又は音声通信等に利用可能な周波数ホッピング方法及び装置に関する。

一般に、周波数ホッピングを使用する送受信機は、利用可能な周波数を多く持っているが、混信を避けるために周波数が分割して割り当てられる関係で、実際に利用できる周波数は僅かであることが多い。すなわち、多数の送受信機（無線局）が同時に使用される可能性があり、他の送受信機、或いは同様の送受信機から構成される多数のネットワークに混信を与えないように、例えば制御局が多数の送受信機（無線局）で構成される多数のネットワークに対して利用できる周波数を分割して割り当てるため、一つのネットワークが使用できるホッピング周波数は僅かであることが多い。制御局が多数のネットワークに対して周波数が衝突しないようなホッピングパターンを割り当てることもある。

若しくは、最初から使用できる周波数が少ない場合や、使える周波数帯域幅が広く理論的には使用できる周波数が多いものの他の送受信機（無線局）に割り当てられた周波数を電波干渉防止の観点から使用しないようにする場合等は、現実的に使用できる周波数が少ないことが多い。また、制御局が異なり全く独立した多数のネットワークにおいては、相関のない独立した異なるホッピングパターンが使用されるので、周波数衝突が発生し通信障害による伝送レートが低下することがある。

そして、セキュリティを要する周波数ホッピング送受信機において、使用周波数が少ない場合は、第三者が傍受し容易に使用周波数を知ることができる。そして使用周波数を容易に知ることにより、第三者が電波妨害を掛けることが容易となる。また、下記特許文献５のＦＨ用非同期受信機（ＦＨ：周波数ホッピング）により周波数ホッピングの効果を除去される可能性がある。さらに、使用周波数が少ないとホッピングレートを上げても使用周波数における電波が頻繁に受信されてしまうため、第三者の使用する受信機の周波数スキャン（周波数走査）に容易に引っ掛かり、ホッピングレートを上げる効果が小さくなってしまう。

特開２００５−４５６６３号公報（第１０頁、図１） 特開平１１−６８７０１号公報（第５頁、図１） 特開平９−１１６５２６公報（第１３頁、図１、第１４頁、図９） 特開２００３−３２７３９公報（第１４頁、図１） 特開平１１−１０３２６６公報（第６頁、図１）

前述のように、周波数ホッピングを使用する送受信機においては実際に使用できる周波数に限りがあるため、多数の送受信機を同時に使用できるよう想定されたネットワークで近隣のネットワークと相関がなく独立したホッピングパターンを使用する場合は、ホッピングパターンを変えても、またホッピングレートを上げても周波数の衝突が多く発生する可能性が高く再送回数が増加する傾向にあり、伝送レートを高くすることができず、高速なデータ伝送又は高音質な音声通信の障害になっていた。また、周波数の衝突が多いと受信時の雑音が増え、信号対妨害波比（Ｓ／Ｊ）又は信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が悪化し、送受信機間の通信距離を短くする要因にもなっていた。

そして、セキュリティを要する周波数ホッピング送受信機においては、使用周波数が少ないと、ホッピングレートを上げたとしても第三者が受信又は傍受し容易に使用周波数を知ることができ、第三者が狭帯域の妨害電波を使用して簡単に効果的に妨害を掛けることができた。若しくは、第三者がホッピングの効果を除去し、あたかも一つの周波数で受信しているようにすることもできた。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、使用可能な周波数が限られた中でも周波数衝突を効果的に避け、セキュリティも向上させることが可能な周波数ホッピング方法及び装置を提供することにある。

本発明のある態様は、周波数ホッピング方法である。この方法は、第１の周期を持ち広い周波数範囲を広い周波数間隔でホッピングする第１のホッピングパターンと、前記第１の周期と異なる第２の周期を持ち狭い周波数範囲を狭い周波数間隔でホッピングする第２のホッピングパターンとを合成し、この合成したホッピングパターンに基づいて周波数ホッピングを行う。

前記第２のホッピングパターンは、前記第１のホッピングパターンに含まれる各周波数に、当該周波数に割り当てられた占有帯域幅内で変動を加えるものであってもよい。

前記第１のホッピングパターンに含まれる周波数の数をｎ、前記第２のホッピングパターンに含まれる周波数の数をｍとしたとき、前記合成したホッピングパターンに含まれる周波数の数がｎ×ｍであってもよい。

前記第１及び第２のホッピングパターンをそれぞれ複数準備しておき、合成する前記第１及び第２のホッピングパターンの組合せを所定のタイミングで変更してもよい。

複数の局部発振器を用い、所定の周波数を境にいずれの局部発振器を使用するかを切り替えてもよい。

複数の局部発振器を用い、ある局部発振器の使用中に、次に使用する局部発振器に予め発振させてもよい。

複数の局部発振器を用い、ある局部発振器の使用が開始された後に、前に使用していた局部発振器の発振を終了させてもよい。

本発明のもう１つの態様は、周波数ホッピング装置であり、局部発振器と、前記局部発振器を制御する制御部とを備え、前記制御部は、第１の周期を持ち広い周波数範囲を広い周波数間隔でホッピングする第１のホッピングパターンと、前記第１の周期と異なる第２の周期を持ち狭い周波数範囲を狭い周波数間隔でホッピングする第２のホッピングパターンとを記憶したメモリを有し、前記第１及び第２のホッピングパターンを合成したホッピングパターンに基づいて前記局部発振器の発振周波数をホッピングさせる。

複数の局部発振器を備え、前記制御部は、所定の周波数を境にいずれの局部発振器を使用するかを切り替えてもよい。

複数の局部発振器と、前記複数の局部発振器のいずれかの出力信号を選択して混合器に入力する選択手段とを備え、前記制御部は、ある局部発振器の出力信号を選択中に、次に選択する局部発振器に予め発振させてもよい。

前記制御部は、ある局部発振器の出力信号が選択された後に、前に使用していた局部発振器の発振を終了させてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現をシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、使用可能な周波数が限られた中でも周波数衝突を効果的に避け、セキュリティも向上させることが可能な周波数ホッピング方法及び装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る送受信機の基本構成を示すブロック図。 ホッピング周波数に関し、実際に使用できる周波数と理論上使用できる周波数の関係を示す説明図。 図２に示した周波数のうち実際に使用できる周波数を抜き出した説明図。 従来例に関し、信号処理器１１に記憶されている複数のホッピングパターンの中から使用するホッピングパターンを選択し、周波数情報をＰＬＬ局部発振器７に伝達する関係を示した説明図。 他の無線局又は送受信機と電波干渉がなく理想的な環境で使用可能なホッピングパターン（ホッピングパターン１,２）と、業務上実際に使用できる周波数を使用して作成されたホッピングパターン（ホッピングパターンＡ,Ｂ）との違い、及びそれらのホッピングパターンと秘匿性についての特徴を示す説明図。 実施の形態に関し、図４に示した各ホッピングパターンに加えて周波数衝突の回避性を向上するホッピングパターン（偏差パターンＡ,Ｂ）を信号処理器１１に更に記憶しておき、その中から使用するホッピングパターンを選択し、周波数情報をＰＬＬ局部発振器７に伝達する関係を示した説明図。 実施の形態に関し、図５に示した各ホッピングパターンに加えて、偏差パターンＡ,Ｂの偏差量及び偏差の変化について説明した説明図。 従来及び実施の形態のＰＬＬ局部発振器７の発振周波数及びステップ間隔の関係を説明した説明図。 実施の形態に関し、高速ホッピング及び安定周波数出力に対応したＰＬＬ局部発振器７の構成説明図。 図９のＰＬＬ局部発振器７の出力のタイムチャート。 隣り合うホッピング周波数における変調された受信波の帯域幅及びガードバンドの説明図。 中間周波数に変換された受信波のスペクトラムの形状説明図。 図７に記載のホッピングパターンＡの周波数における目的の受信波、及び重畳した狭帯域の妨害（混信）波の関係を示した説明図。 実施の形態に関し、図７に記載のホッピングパターンＡの周波数に偏差パターンＡの周波数が加算された周波数における目的の受信波、及び重畳した狭帯域の妨害（混信）波の関係を示した説明図。 実施の形態に関し、図７に記載のホッピングパターンＡの周波数に偏差パターンＡの周波数が加算された周波数における目的の受信波、及び重畳した広帯域の妨害（混信）波の関係を示した説明図。 実施の形態に関し、図７に記載のホッピングパターンＡの周波数に偏差パターンＡの周波数が加算された周波数における目的の受信波、及び重畳した同類かつ中心周波数のずれた変調波（混信波）の関係を示した説明図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明の実施の形態に係る送受信機の基本構成を示すブロック図である。この送受信機は、例えば、Bluetooth（登録商標）又は無線ＩＣタグに使用する周波数ホッピングを行う送受信機、或いはセキュリティを要する周波数ホッピングを行う送受信機であり、多数の送受信機を同時に使用できるよう想定されたネットワークで、近隣のネットワークと相関がなく独立した周波数ホッピングパターンを使用し、近隣のネットワークと周波数衝突が発生する可能性のある送受信機を想定している。

図１に示すように、本実施の形態の送受信機は、使用周波数帯域の電波のみ通過させるバンドパスフィルタ１と、信号処理器１１の制御に従い送受信を高速に切換えできる送受切換器２と、送信電波を規定の出力電力まで増幅する増幅器３と、ＩＦ（中間周波数）信号とＰＬＬ局部発振器信号を混合する送信部の混合器４、或いは受信電波とＰＬＬ局部発振器信号を混合する受信部の混合器４と、ＩＦ（中間周波数）信号を増幅するＩＦ増幅器５と、変調データを発振器８の出力する基準信号に乗せる変調器６と、ホッピング周波数の基準信号を発振出力するＰＬＬ局部発振器７と、ＩＦ（中間周波数）信号を発振出力する発振器８と、微弱な受信電波を増幅する増幅器９と、ＩＦ信号からベースバンドデータを取り出す復調器１０と、ホッピングパターンの選択、ＰＬＬ局部発振器７或いは送受切換器２の制御、並びに送受信するデータの加工及び分離を行う制御部としての信号処理器１１と、アンテナ１６とから構成される。なお、このブロック図の受信部は簡単な構成としてシングルスーパーヘテロダイン方式になっているが、ダブルスーパーヘテロダイン方式など、多段のＩＦを使用した方式でもよい。

図２は、ホッピング周波数に関し、実際に使用できる周波数と理論上使用できる周波数の関係を示す説明図である。図２において実際に使用できる周波数とは、例えば他のネットワークの送受信機又は他無線局と周波数の衝突を避けるために、予め使用周波数を協議して当該送受信機が使用できる周波数である。また、理論上使用できる周波数とは、周波数の割当てがあり使用できるのであるが、他のネットワークの送受信機又は他無線局と周波数の衝突を避けるために、予め使用周波数を協議して、使用を休止した周波数である。ただし、予め使用周波数を協議することが困難な場合や、他のネットワークと周波数に相関のない場合は業務上実際に使用できる周波数と理論上使用できる周波数との区分けがなくなり、全ての周波数を使用することも可能となり、衝突が起こることが多くなる。なお、図２において実線（実際に使用できる周波数でｆ１,ｆ４,ｆ８など）と点線（理論上使用できる周波数でｆ２,ｆ３,ｆ５など）は等間隔に並んでないが、ＰＬＬ局部発振器７の発振周波数のstepに合わせて、例えば１０ＫＨｚごとに周波数が並んでいてもよい。

図３は、図２の実線の部分を抜き出した図で、実際に使用できる周波数が少ないことが容易に理解できるようにした図である。

図４は、従来例に関し、信号処理器１１に記憶されている複数のホッピングパターンの中から使用するホッピングパターンを選択し、周波数情報をＰＬＬ局部発振器７に伝達する関係を示した説明図である。図４では、例えばホッピングパターンが４種類あり、これらのうち１種類を選択し、選択したホッピングパターンに応じた刻々と変化する周波数情報をＰＬＬ局部発振器７に送り、ＰＬＬ局部発振器７を制御している。

図５は、図４に記載されたホッピングパターンについて説明したものであり、ホッピングパターン１,２は実際に使用できる周波数と理論上使用できる周波数とを使用して作成されたホッピングパターンである。一方、ホッピングパターンＡ,Ｂは実際に使用できる周波数のみを使用して作成されたホッピングパターンである。なお、ホッピングパターンＡ,Ｂのホッピング周期は、使用できる周波数が少ないことからホッピングパターン１,２と比較して周期が短くなる。

従来は、秘匿性を向上させるために、図５の下段に示すようにホッピングレートを上げたりしている。例えば、汎用として使われているBluetooth（登録商標）では、２.４ＧＨｚ帯の中の１ＭＨｚごとに７９波を使用し、1,600回/秒のレートでホッピングを行っている。また、セキュリティを要する送受信機においては、例えば米軍規格のFighter Data Link 16においては77,800回/秒のレートでホッピングを行っている。

しかし、いくらホッピングレートを上げても使用周波数が少なければ、容易に第三者の受信機のスキャンに引っ掛かる確率が高くなる。また、スペクトラムアナライザーなどの測定器でMax hold受信にすれば容易に使用周波数の輝線が立ってきて、使用周波数が知られてしまう。

図６は、実施の形態に関し、図４に示した各ホッピングパターンに加えて周波数衝突の回避性を向上するホッピングパターン（偏差パターンＡ,Ｂ）を信号処理器１１に更に記憶しておき、その中から使用するホッピングパターンを選択し、周波数情報をＰＬＬ局部発振器７に伝達する関係を示した説明図である。ホッピングパターン１,２及びホッピングパターンＡ,Ｂは、第１のホッピングパターンの例示であり、図６で追加された偏差パターンＡ,Ｂは、第２のホッピングパターンの例示である。第１及び第２のホッピングパターンのホッピング周期は相互に異なる。

図６では、一例として、第１のホッピングパターンの中から選択されたホッピングパターンＡの周波数情報と、第２のホッピングパターンの中から選択された偏差パターンＡの周波数情報とを合成し、その合成値を信号処理部１１からＰＬＬ局部発振器７に送り、ＰＬＬ局部発振器７を制御している。そしてこの合成値による周波数をＰＬＬ局部発振器７に発振させることにより、周波数衝突が少なくなり、データの再送信回数が減り、結果として高速なデータ伝送を可能とする。また、周波数の相互干渉が少なくなり、雑音のレベルが小さくなり、結果として高音質な音声通信の向上、通信距離の向上を可能にする。第１のホッピングパターンに含まれる周波数の数をｎ、第２のホッピングパターンに含まれる周波数の数をｍとすれば、第１及び第２のホッピングパターンを合成したホッピングパターンに含まれる周波数の数は最大でｎ×ｍとなる。なお、合成する第１及び第２のホッピングパターンの組合せは、予め設定した時間、周期回数に達した場合、あるいは予め設定した使用表（組合せの切替に関する情報を記憶したテーブル）に基づいて変更するようにしてもよい。

ホッピングパターン１,２及びホッピングパターンＡ,Ｂは、ある系列のホッピングパターンと別の系列のホッピングパターンの合成後のホッピングパターン、即ち多重合成後のホッピングパターンであってもよいし、ホッピングパターンの基となる乱数系列が多重合成によってできたものであってもよい。ただし、ホッピングパターン１,２及びホッピングパターンＡ,Ｂは、合成後のホッピングパターンの指示する周波数情報が、ある基本となる周波数の占有帯域幅内で僅かに変動するものにはなっていない。

図７は、図６に記載されたホッピングパターンについて説明したものであり、偏差パターンＡ,Ｂのホッピング周波数は変化の範囲が小さい。例えば、ホッピングパターン１,２及びホッピングパターンＡ,Ｂは、図２のように変化範囲が１００ＭＨｚから２００ＭＨｚにも及ぶ。これに対して偏差パターンＡ,Ｂは変化範囲が±十数ＫＨｚとなっている。すなわち、本実施の形態では、偏差パターンＡ,Ｂの合成により、ホッピングパターン１,２及びホッピングパターンＡ,Ｂに含まれる各周波数の占有帯域幅内で、ＰＬＬ局部発振器７の発振周波数を変化させる。

図８は、従来及び実施の形態のＰＬＬ局部発振器７の発振周波数及びステップ間隔の関係を説明した説明図である。従来のＰＬＬ局部発振器７では、幅広い発振周波数帯に対応するため発振できる周波数のステップ間隔が大きくなってしまう（又はチャンネル数が少なくなってしまう）という欠点があった。このステップ間隔が大きくなることを改善するために、今回のＰＬＬ局部発振器７においては、第１のＰＬＬ局部発振器１２と第２のＰＬＬ局部発振器１３とを並列使用し、各ＰＬＬ局部発振器の発振周波数帯を分けている。なお、並列使用するＰＬＬ局部発振器の個数は３個以上でもよく、出力周波数のステップ間隔により決定される。

図９は、実施の形態に関し、高速ホッピング及び安定周波数出力に対応したＰＬＬ局部発振器７の構成説明図である。図９は、図８とは別の方法を示しており、４つのＰＬＬ局部発振器を並列使用し、早いホッピングレートに対応させるために、第１のＰＬＬ局部発振器１２と第３のＰＬＬ局部発振器１４を低周波側を担当する組とし、第２のＰＬＬ局部発振器１３と第４のＰＬＬ局部発振器１５を高周波側を担当する組としている。こうした方法は、一方の組の担当する出力周波数が連続して選択される場合に有効である。すなわち、例えば第１のＰＬＬ局部発振器１２の発振出力が選択されている最中に第３のＰＬＬ局部発振器１４の発振を開始し、その後、発振周波数が安定した段階の第３のＰＬＬ局部発振器１４の発振出力を選択することで、立ち上がり時の周波数変化、立ち下がり時の周波数変化の無い安定した周波数をＰＬＬ局部発振器７の発振出力として使用することができる。なお、並列使用するＰＬＬ局部発振器は５個以上でもよく、また各組が具備するＰＬＬ局部発振器の個数は異なってもよい（例えば、ある組が２個を並列使用し、他の組が３個を並列使用する等）。また、並列使用するＰＬＬ局部発振器の組は３組以上であってもよい。ＰＬＬ局部発振器の選択は、各ＰＬＬ局部発振器の出力側に設けられた不図示のゲートを信号処理器１１の制御で開閉することにより行えばよい。

図１０は、図９のＰＬＬ局部発振器７の出力のタイムチャートである。なお、図１０の縦軸は、発振周波数を絶対値として明確には表しておらず、相対値として表しているが、発振周波数の高低の時間的な変化が分かるようになっている。ＰＬＬ局部発振器７の発振出力の周波数は、時間がｔ１,ｔ２,ｔ３・・・と経過していくのに応じて変化している（最上段のタイムチャート参照）。なお、各時間の後部においては電波が出ない空白時間、即ちガードタイムが設けられている。ガードタイムは、送受信機間の距離による遅延を考慮し、送受信機間が最大通信距離にあるときに、ある送受信機が受信波を受信した後に送信する場合において、受信波を最後まで受信してから送信できるようにするものである。ガードタイムは、また、相互の送受信機間の僅かな時間同期ずれを緩衝する目的も含んでいる。

図１０の２段目以下のタイムチャートは、ＰＬＬ局部発振器７に含まれる各々のＰＬＬ局部発振器（第１のＰＬＬ局部発振器１２〜第４のＰＬＬ局部発振器１５）の発振周波数の波形を示す。ｔ１〜ｔ３までの期間とｔ６の期間は、出力周波数が低いので、第１のＰＬＬ局部発振器１２及び第３のＰＬＬ局部発振器１４の組が担当している。一方、ｔ４,ｔ５の期間は、出力周波数が高いので、第２のＰＬＬ局部発振器１３及び第４のＰＬＬ局部発振器１５の組が担当している。

周波数ｆｐ,ｆｑ,ｆｘ,ｆｙは、図７に示すホッピングパターン１,２又はホッピングパターンＡ,Ｂを構成する周波数（ｆ１〜ｆｎ）のいずれかを示す。なお、図１０の２段目以下のタイムチャートにおいて周波数ｆｐ,ｆｑ,ｆｘ,ｆｙは横一直線で示されるが、周波数ｆｐ,ｆｑ,ｆｘ,ｆｙが示す周波数は、信号処理器１１の制御に従い、ｔ１,ｔ２,ｔ３・・・で示される期間ごとに変化しうる。

図１０の２段目以下のタイムチャートにおけるオーバーシュートが見られる波形は、第１のＰＬＬ局部発振器１２〜第４のＰＬＬ局部発振器１５の実際の発振周波数の変化を示す波形であり、周波数ｆｐ,ｆｑ,ｆｘ,ｆｙに対して図７に示す偏差パターンＡ又は偏差パターンＢの周波数を合成したものに相当する。発振周波数の変化、オーバーシュート及びアンダーシュートは、各ＰＬＬ局部発振器の立ち上がり時と立ち下り時に現れる。このため、信号処理器１１は、各ＰＬＬ局部発振器を、当該ＰＬＬ局部発振器の発振出力を選択する前に（他のＰＬＬ局部発振器の使用中に）予め発振させる。信号処理器１１は、また、各ＰＬＬ局部発振器の発振を、次のＰＬＬ局部発振器の使用が開始された後に終了させる。例えば、信号処理器１１は、第１のＰＬＬ局部発振器１２が発振しているｔ１の期間に、次の第３のＰＬＬ局部発振器１４の発振を開始させ、第３のＰＬＬ局部発振器１４の発振出力が選択されるｔ２の期間の後（ｔ３の期間）に第３のＰＬＬ局部発振器１４の発振を終了させる。これらにより、高いホッピングレートであっても、ＰＬＬ局部発振器７の出力として、第１のＰＬＬ局部発振器１２〜第４のＰＬＬ局部発振器１５の、立ち上がり時の周波数変化、立ち下がり時の周波数変化の無い安定した周波数を使用することが可能となる。

図１１は、隣り合うホッピング周波数における変調された受信波の帯域幅及びガードバンドの説明図であって、図１の増幅器９から出力される電波のスペクトラムの概要図である。なお、中心周波数がｆ８とｆ９のスペクトラムはホッピングしているので実際は同一時刻には現れないが、図は説明を分かり易くするために両方のスペクトラムを描いている。

図１１の例では、受信信号は帯域幅が４０ＫＨｚ、ガードバンドが５ＫＨｚであり、電波のスペクトラムは山形となっている。スペクトラムが山形になる理由は、変調器６の中にある図示しないバンドパスフィルタ（または中間周波数フィルタ）の山形の通過特性により高調波などのスプリアスの発生を遮断するようにしているためである。また、復調器１０の中にある図示しないバンドパスフィルタ（または中間周波数フィルタ）の山形の通過特性により、図１２に示すように受信部の混合器４を通ったＩＦ（中間周波数）信号もいっそうスペクトラムが山形になる。ガードバンドは、各々の送受信機のＰＬＬ局部発振器の周波数発振精度や安定度の違いからくる周波数ずれに起因する相互の周波数干渉を緩衝する目的で設定されている。ガードバンドは、また、送受信機のどちらか或いは両方が移動した場合のドップラー効果による周波数偏移の緩衝も目的とする。

フィルタにより受信信号のスペクトルラムが山形になること、及びガードバンドが存在することにより、図７に示す偏差パターンＡ,Ｂの偏差量を送受信機相互の周波数干渉の悪影響のない程度にすることで、中心周波数の同じ電波同士の衝突は回避されることが多くなる。

図１３は、図７に記載のホッピングパターンＡの周波数における目的の受信波、及び重畳した狭帯域の妨害（混信）波の関係を示した説明図である。図１３は、妨害又は混信波としてＣＷ（無変調）がｆ１やｆ２１の中心周波数に重畳した場合を示している。なお、中心周波数がｆ１とｆ２１のスペクトラムはホッピングしているので実際は同一時刻には現れないが、図は説明を分かり易くするために両方のスペクトラムを描いている。図１３の場合、例えば中心周波数がｆ１である電波の総受信電力（各スペクトラムの合計値）が−８０ｄＢｍの場合で妨害（混信）波が−８６ｄＢｍであると復調困難となるが、妨害（混信）波が−８７ｄＢｍでは復調可能となる。すなわち、復調にはＳ／Ｎ（またはＳ／Ｊ）が７ｄＢ必要である。

図１４は、実施の形態に関し、図７に記載のホッピングパターンＡの周波数に偏差パターンＡの周波数が加算された周波数における目的の受信波、及び重畳した狭帯域の妨害（混信）波の関係を示した説明図である。図１４は、妨害又は混信波としてＣＷ（無変調）がｆ１やｆ２１（偏差パターンＡの周波数を加算する前の中心周波数）に重畳した場合を示している。なお、中心周波数がｆ１＋５ＫＨｚとｆ２１−１２ＫＨｚのスペクトラムはホッピングしているので実際は同一時刻には現れないが、図は説明を分かり易くするために両方のスペクトラムを描いている。図１４の場合、例えば中心周波数がｆ１＋５ＫＨｚの電波の総受信電力（各スペクトラムの合計値）が−８０ｄＢｍの場合で妨害（混信）波が−８４ｄＢｍであると復調困難となるが、妨害（混信）波が−８５ｄＢｍでは復調可能となる。すなわち、復調にはＳ／Ｎが５ｄＢ必要である。同様に例えば中心周波数がｆ２１−１２ＫＨｚの総受信電力（各スペクトラムの合計値）が−８０ｄＢｍの場合で妨害（混信）波が−８１ｄＢｍであると復調困難となるが、妨害（混信）波が−８２ｄＢｍでは復調可能となる。すなわち、復調にはＳ／Ｎが２ｄＢ必要である。

図１５は、実施の形態に関し、図７に記載のホッピングパターンＡの周波数に偏差パターンＡの周波数が加算された周波数における目的の受信波、及び重畳した広帯域の妨害（混信）波の関係を示した説明図である。図１３の例では中心周波数がｆ１の電波の総受信電力（各スペクトラムの合計値）が−８０ｄＢｍの場合で妨害（混信）波が−８６ｄＢｍであると復調困難になっていたが、図１５のようにｆ１＋偏差パターンＡの周波数に対応させるため妨害（混信）波を広帯域化した結果、妨害（混信）波のピーク電力が例えば−９６ｄＢｍになってしまう。なお、この−９６ｄＢｍをＣＷ同様にＮ（ノイズ）として単純に考えると、Ｎが１０ｄＢさらに小さくなったため妨害効果が全くなくなった例となる。広帯域の妨害波の効果を出すためには、図１５で中心周波数がｆ２１−１２ＫＨｚの電波に重畳した妨害（混信）波のように、単純に考えるとｆ２１での電力値が−８６ｄＢｍ必要となる。実際には広帯域化しているので、妨害効果を得るためのＮ（ノイズ）の総電力値は、例えば−７８ｄＢｍになってしまう。

以上のことからホッピングパターンＡと偏差パターンＡの合成により、第三者は下記のように妨害を掛けにくくなる。
１ 電波を受信する場合は、受信周波数の規則性がなくなり、高速同期及び安定受信ができなくなる。
２ 電波を妨害する場合は、妨害に効果的なＣＷを使用できなくなり、広帯域の電波を送信する必要がある。しかし単位周波数あたりの送信電力が小さくなるため、効果的な妨害ができなくなる。

図１６は、実施の形態に関し、図７に記載のホッピングパターンＡの周波数に偏差パターンＡの周波数が加算された周波数における目的の受信波、及び重畳した同類かつ中心周波数のずれた変調波（混信波）の関係を示した説明図である。図１６において重畳している混信波は、当該送受信機と同様の近隣のネットワークの送受信機が発したデータ信号波であり、目的の受信波に対して中心周波数がずれている。なお、近隣のネットワークとの周波数衝突は、当該送受信機のホッピングパターンと近隣のネットワークの送受信機のホッピングパターンとの間に相関がない場合に起こる。

図１６に示すような混信波が重畳すると雑音であるＮ（ノイズ）が大きくなることにより当該送受信機のＩＦ信号のＳ／Ｎが悪くなる。しかし、前記の図１３及び図１４の説明から、目的の受信波に対して混信波の中心周波数がずれているため雑音レベルは僅かに低下し、受信波の欠落が低下する。結果として復調器１０における復調後のベースバンドデータの欠落が少なくなり、伝送レートの向上、高音質な音声通信の向上、通信距離の向上が可能となる。そして伝送レートが高くできるということは、単位時間当たりのデータ伝送量が増えることになり、ホッピングレートを上げ、ホッピングに伴う制御データが増えてもベースバンドデータ量を減らす必要がなくなる。したがってホッピングレートも向上することが可能となる。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 受信機の通過帯域幅はフィルターの特性により通常は山形となり、通過帯域の中心周波数から離れるほど他の信号即ち雑音から受ける影響が小さくなる。したがって、本実施の形態のように偏差パターンを合成することで、ホッピング周波数の異なる他の送受信機の発する電波との完全な周波数衝突は回避されることが多くなり、Ｓ／ＮまたはＳ／Ｊが改善され、そして近隣する相関のない送受信機又はネットワークの悪影響を受けることを少なくし、結果として高速なデータ伝送又は高音質な音声通信の向上、通信距離の向上が可能となる。

(2) 使用周波数が多数生成されたことにより、同一周波数を積分した度数が小さくなり、第三者の受信機に対しては、受信レベルの低下に伴い受信スキャン（受信走査）機能の無効化を図ることができ、この結果電波妨害を行うことが困難になる。また、仮にＣＷ妨害や変調波による広帯域幅の妨害を受けたとしても、その効果を小さくすることができる。

(3) 使用周波数が多数生成されたことにより、特許文献５のＦＨ用非同期受信機のように局部発振器を多数具備する必要のある受信機にとっても、受信信号が通過帯域幅の中心に位置しなくなることが多くなり、復調後の信号レベルの低下によりホッピングを除去する効果が低下させることができる。

(4) 合成するホッピングパターンの組合せ（図７のホッピングパターンと偏差パターンとの組合せ）を予め設定した時間、周期回数に達した場合に、あるいは予め設定した使用表に基づいて変更すれば、一層第三者の受信機の受信スキャン（受信走査）機能の無効化を図ることができる。

(5) 高周波側を担当するＰＬＬ局部発振器と低周波側を担当するＰＬＬ局部発振器を並列使用すれば、周波数分解能を上げることができ、発振できる周波数のステップ間隔を小さくすることができる。

(6) 同じ周波数範囲を担当する複数のＰＬＬ局部発振器を用いれば、図１０で説明したように、発振の立ち上がり時、立ち下り時の周波数の歪のある部分を除いた周波数を選択使用することが可能となり、発振周波数の安定性を向上することができる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。

１ ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）、２ 送受切換器、３ 増幅器、４ 混合器、５ ＩＦ増幅器、６ 変調器、７ ＰＬＬ局部発振器、８ 発振器、９ 増幅器、１０ 復調器、ｌｌ 信号処理器、１２ 第１のＰＬＬ局部発振器、１３ 第２のＰＬＬ局部発振器、１４ 第３のＰＬＬ局部発振器、１５ 第４のＰＬＬ局部発振器、１６ アンテナ

本発明の第１の態様は、周波数ホッピング方法である。この方法は、第１の周期を持ち広い周波数範囲を広い周波数間隔でホッピングする第１のホッピングパターンと、前記第１の周期と異なる第２の周期を持ち狭い周波数範囲を狭い周波数間隔でホッピングする第２のホッピングパターンとを合成し、この合成したホッピングパターンに基づいて一つの局部発振器による発振周波数の周波数ホッピングを行う、周波数ホッピング方法であって、
前記第２のホッピングパターンは、前記第１のホッピングパターンに含まれる各周波数に、当該周波数に割り当てられた占有帯域幅内で変動を加えるものである。

本発明の第２の態様は、周波数ホッピング方法である。この方法は、第１の周期を持ち広い周波数範囲を広い周波数間隔でホッピングする第１のホッピングパターンと、前記第１の周期と異なる第２の周期を持ち狭い周波数範囲を狭い周波数間隔でホッピングする第２のホッピングパターンとを合成し、この合成したホッピングパターンに基づいて、一群の局部発振器の発振出力のいずれかを選択することによって得られる発振周波数の周波数ホッピングを行う、周波数ホッピング方法であって、
前記第２のホッピングパターンは、前記第１のホッピングパターンに含まれる各周波数に、当該周波数に割り当てられた占有帯域幅内で変動を加えるものである。

前記第２の態様において、所定の周波数を境にいずれの局部発振器を使用するかを切り替えてもよい。

前記第２の態様において、ある局部発振器の使用中に、次に使用する局部発振器に予め発振させてもよい。

前記第２の態様において、ある局部発振器の使用が開始された後に、前に使用していた局部発振器の発振を終了させてもよい。

前記第１又は第２の態様において、前記第１のホッピングパターンに含まれる周波数の数をｎ、前記第２のホッピングパターンに含まれる周波数の数をｍとしたとき、前記合成したホッピングパターンに含まれる周波数の数がｎ×ｍであってもよい。

前記第１又は第２の態様において、前記第１及び第２のホッピングパターンをそれぞれ複数準備しておき、合成する前記第１及び第２のホッピングパターンの組合せを所定のタイミングで変更してもよい。

本発明の第３の態様は、周波数ホッピング装置であり、一つの局部発振器と、前記局部発振器を制御する制御部とを備え、前記制御部は、第１の周期を持ち広い周波数範囲を広い周波数間隔でホッピングする第１のホッピングパターンと、前記第１の周期と異なる第２の周期を持ち狭い周波数範囲を狭い周波数間隔でホッピングする第２のホッピングパターンとを記憶したメモリを有し、前記第１及び第２のホッピングパターンを合成したホッピングパターンに基づいて前記局部発振器の発振周波数をホッピングさせる構成であって、
前記第２のホッピングパターンは、前記第１のホッピングパターンに含まれる各周波数に、当該周波数に割り当てられた占有帯域幅内で変動を加えるものである。
本発明の第４の態様は、周波数ホッピング装置であり、一群の局部発振器と、前記一群の局部発振器を制御する制御部とを備え、前記制御部は、第１の周期を持ち広い周波数範囲を広い周波数間隔でホッピングする第１のホッピングパターンと、前記第１の周期と異なる第２の周期を持ち狭い周波数範囲を狭い周波数間隔でホッピングする第２のホッピングパターンとを記憶したメモリを有し、前記第１及び第２のホッピングパターンを合成したホッピングパターンに基づいて、前記一群の局部発振器の発振出力のいずれかを選択することによって得られる発振周波数をホッピングさせる構成であって、
前記第２のホッピングパターンは、前記第１のホッピングパターンに含まれる各周波数に、当該周波数に割り当てられた占有帯域幅内で変動を加えるものである。

前記第４の態様において、前記制御部は、所定の周波数を境にいずれの局部発振器を使用するかを切り替えてもよい。

前記第４の態様において、前記一群の局部発振器のいずれかの出力信号を選択して混合器に入力する選択手段とを備え、前記制御部は、ある局部発振器の出力信号を選択中に、次に選択する局部発振器に予め発振させてもよい。

前記第４の態様において、前記制御部は、ある局部発振器の出力信号が選択された後に、前に使用していた局部発振器の発振を終了させてもよい。

Claims (11)

1. 第１の周期を持ち広い周波数範囲を広い周波数間隔でホッピングする第１のホッピングパターンと、前記第１の周期と異なる第２の周期を持ち狭い周波数範囲を狭い周波数間隔でホッピングする第２のホッピングパターンとを合成し、この合成したホッピングパターンに基づいて周波数ホッピングを行う、周波数ホッピング方法。
2. 前記第２のホッピングパターンは、前記第１のホッピングパターンに含まれる各周波数に、当該周波数に割り当てられた占有帯域幅内で変動を加えるものである、請求項１に記載の周波数ホッピング方法。
3. 前記第１のホッピングパターンに含まれる周波数の数をｎ、前記第２のホッピングパターンに含まれる周波数の数をｍとしたとき、前記合成したホッピングパターンに含まれる周波数の数がｎ×ｍである、請求項１又は２に記載の周波数ホッピング方法。
4. 前記第１及び第２のホッピングパターンをそれぞれ複数準備しておき、合成する前記第１及び第２のホッピングパターンの組合せを所定のタイミングで変更する、請求項１から３のいずれか一項に記載の周波数ホッピング方法。
5. 複数の局部発振器を用い、所定の周波数を境にいずれの局部発振器を使用するかを切り替える、請求項１から４のいずれか一項に記載の周波数ホッピング方法。
6. 複数の局部発振器を用い、ある局部発振器の使用中に、次に使用する局部発振器に予め発振させる、請求項１から５のいずれか一項に記載の周波数ホッピング方法。
7. 複数の局部発振器を用い、ある局部発振器の使用が開始された後に、前に使用していた局部発振器の発振を終了させる、請求項１から６のいずれか一項に記載の周波数ホッピング方法。
8. 局部発振器と、前記局部発振器を制御する制御部とを備え、前記制御部は、第１の周期を持ち広い周波数範囲を広い周波数間隔でホッピングする第１のホッピングパターンと、前記第１の周期と異なる第２の周期を持ち狭い周波数範囲を狭い周波数間隔でホッピングする第２のホッピングパターンとを記憶したメモリを有し、前記第１及び第２のホッピングパターンを合成したホッピングパターンに基づいて前記局部発振器の発振周波数をホッピングさせる、周波数ホッピング装置。
9. 複数の局部発振器を備え、前記制御部は、所定の周波数を境にいずれの局部発振器を使用するかを切り替える、請求項８に記載の周波数ホッピング装置。
10. 複数の局部発振器と、前記複数の局部発振器のいずれかの出力信号を選択して混合器に入力する選択手段とを備え、前記制御部は、ある局部発振器の出力信号を選択中に、次に選択する局部発振器に予め発振させる、請求項８又は９に記載の周波数ホッピング装置。
11. 前記制御部は、ある局部発振器の出力信号が選択された後に、前に使用していた局部発振器の発振を終了させる、請求項８から１０のいずれか一項に記載の周波数ホッピング装置。