JP2015211242A - データ送信機、データ受信機、データ通信システム、データ送信方法、およびデータ送信プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】周波数ホッピングで通信する送信側と受信側とが高い処理効率で同期することができるデータ送信機を提供する。
【解決手段】パケット単位処理手段２１が、入力されたデジタルデータに基づいて、所定のパケット単位で所定のサンプリング処理を行ってベースバンド信号を生成する。出力信号生成手段２２は、生成されたベースバンド信号に基づいて出力信号を生成する。送信手段２４は、生成された出力信号を所定のタイミングで周波数ホッピングさせて送信する。フレーム付加手段２５は、送信手段２４が出力信号の周波数ホッピングを予め決められたタイミングで開始するように、入力されたデジタルデータの前に所定のフレームデータを付加する。そして、パケット単位処理手段２１は、フレーム付加手段２５によって所定のフレームデータが付加されたデジタルデータに所定のパケット単位で所定のサンプリング処理を施す。
【選択図】 図６

Description

本発明は、周波数ホッピングの技術を用いて通信を行うデータ送信機、データ受信機、データ通信システム、データ送信方法、およびデータ送信プログラムに関する。

通信機器間の通信の機密性を高める等の目的のために、通信に用いる電波の周波数を所定の時間間隔で切り替える周波数ホッピングの技術が採用されている。周波数ホッピングが採用された通信システムでは、送信側は、２．５ミリ秒や４ミリ秒等の極めて短い時間間隔で搬送周波数を切り替えて信号を送信する。受信側は、送信側の周波数の切り替えタイミングに合わせて（同期を図って）、受信する搬送周波数を切り替え、送信された信号を受信する。

周波数ホッピングが採用された通信システムにおいて、搬送波を変調する送信側の変調器と、変調された搬送波を復調する受信側の復調器とは、一般に、いずれも専用のハードウェアによってそれぞれ構成されている。

特許文献１に記載されている方法では、送信側が、搬送波を所定の同期ワードを含むデータで変調し、パケット化して送信する。そして、受信側が、受信したパケットを復調したデータに含まれる当該同期ワードに基づいて、ペイロード等の開始位置を検出する。

特許文献２に記載されている方法では、所定のデータ間隔で送信される通知信号と同期ワードとに基づいて、フレーム同期位置が特定される。

特開２００１−４５０１２号公報 特開２００４−１５３６９３号公報

しかし、送信側の変調器と受信側の復調器とを専用のハードウェアで構成した場合には、いずれも予め定められた動作のみを行うため、予め定められた種類の変調方式およびフレーム以外に対応することができない。

特許文献１に記載されている方法は、送信側および受信側における各処理をビットごとに行っている。また、特許文献２に記載されている方法は、所定のクロック周波数に基づいてサンプリングされたデータに応じて、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）において各処理が行われている。

しかし、ビットやクロック周波数に基づいてサンプリングされたデータという小さい単位ごとに各処理を行うように構成された場合には、処理効率が低いという問題がある。処理効率が低いと、送信側の変調器と受信側の復調器とを専用のハードウェアで構成しなければならず、予め定められた種類の変調方式およびフレーム以外に対応することができない。

そこで、本発明は、周波数ホッピングで通信する送信側と受信側とが高い処理効率で同期することができるデータ送信機、データ受信機、データ通信システム、データ送信方法、およびデータ送信プログラムを提供することを目的とする。

本発明によるデータ送信機は、入力されたデジタルデータに基づいて、所定のパケット単位で所定のサンプリング処理を行ってベースバンド信号を生成するパケット単位処理手段と、パケット単位処理手段が生成したベースバンド信号に基づいて出力信号を生成する出力信号生成手段と、出力信号生成手段が生成した出力信号を所定のタイミングで周波数ホッピングさせて送信する送信手段とを備え、パケット単位処理手段は、送信手段が出力信号の周波数ホッピングを予め決められたタイミングで開始するように、入力されたデジタルデータの前に所定のフレームデータを付加するフレーム付加手段を含み、フレーム付加手段によって所定のフレームデータが付加されたデジタルデータに所定のパケット単位で所定のサンプリング処理を施すことを特徴とする。

本発明によるデータ受信機は、所定のタイミングで周波数ホッピングが開始される電波の受信処理を行う受信手段と、受信処理による受信信号に基づくデジタルデータの生成処理を所定のパケット単位で行うデジタルデータ生成手段と、デジタルデータに含まれている所定のデータに基づいて、周波数ホッピングが開始されるタイミングを算出する周波数切替算出手段と、周波数切替算出手段が算出したタイミングに基づいて、周波数ホッピングが開始された電波の受信処理を受信手段に行わせる周波数切替手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によるデータ通信システムは、いずれかの態様のデータ送信機、および所定のタイミングで周波数ホッピングが開始され、データ送信機が送信した出力信号に基づく電波の受信処理を行う受信手段と、受信処理による受信信号に基づくデジタルデータの生成処理を所定のパケット単位で行うデジタルデータ生成手段と、デジタルデータに含まれている所定のデータに基づいて、周波数ホッピングが開始されるタイミングを算出する周波数切替算出手段と、周波数切替算出手段が算出したタイミングに基づいて、周波数ホッピングが開始された電波の受信処理を受信手段に行わせる周波数切替手段とを備えたことを特徴とするデータ受信機を備えたことを特徴とする。

本発明によるデータ送信方法は、入力されたデジタルデータに基づいて、所定のパケット単位で所定のサンプリング処理を行ってベースバンド信号を生成するパケット単位処理ステップと、パケット単位処理ステップで生成したベースバンド信号に基づいて出力信号を生成する出力信号生成ステップと、出力信号生成ステップで生成した出力信号を所定のタイミングで周波数ホッピングさせて送信する送信ステップとを含み、パケット単位処理ステップで、送信ステップにおいて出力信号の周波数ホッピングを予め決められたタイミングで開始するように、入力されたデジタルデータの前に所定のフレームデータを付加し、所定のフレームデータが付加されたデジタルデータに所定のパケット単位で所定のサンプリング処理を施すことを特徴とする。

本発明によるデータ送信プログラムは、コンピュータに、入力されたデジタルデータに基づいて、所定のパケット単位で所定のサンプリング処理を行ってベースバンド信号を生成するパケット単位処理と、パケット単位処理で生成したベースバンド信号に基づいて出力信号を生成する出力信号生成処理と、出力信号生成処理で生成した出力信号を所定のタイミングで周波数ホッピングさせて送信する送信処理とを実行させ、パケット単位処理で、送信処理において出力信号の周波数ホッピングが予め決められたタイミングで開始されるように、入力されたデジタルデータの前に所定のフレームデータを付加するフレーム付加処理を実行させ、フレーム付加処理によって所定のフレームデータが付加されたデジタルデータに所定のパケット単位で所定のサンプリング処理を施させることを特徴とする。

本発明によれば、周波数ホッピングで通信する送信側と受信側とを高い処理効率で同期させることができる。

本発明の第１の実施形態の通信システムの構成例を示すブロック図である。 送信側通信機器の動作を示すフローチャートである。 フレーム付加部によってフレームデータがユーザデータに付加されたビットデータの構成を示す説明図である。 受信側通信機器の動作を示すフローチャートである。 受信側通信機器における受信信号の処理結果を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態のデータ送信機の構成例を示すブロック図である。

実施形態１．
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の通信システムの構成例を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の通信システム１００は、送信側通信機器２００と受信側通信機器３００とを含む。

送信側通信機器２００は、プログラム制御に従って処理を実行するＤＳＰ２１０およびＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）２２０と、記憶部２３０と、通信部２４０とを含む。ＤＳＰ２１０は、フレーム付加部２１１、ビット−シンボル変換部２１２、帯域制限フィルタ部２１３、アップサンプラ部２１４、および周波数設定部２１５を含み、所定の大きさのデータの単位である所定のパケット単位で、入力されたユーザデータを処理する。また、ＦＰＧＡ２２０は、直交変調部２２１および周波数切替タイミング発生部２２２を含む。通信部２４０は、アンテナ２４３を介して出力信号を送信するアナログ送信部２４１と、当該アナログ送信部２４１に出力信号の送信周波数を切り替えさせる周波数切替部２４２とを含む。

送信側通信機器２００において、フレーム付加部２１１は、ユーザによって入力されたユーザデータに所定のフレームデータを付加する。ビット−シンボル変換部２１２は、ユーザデータにフレームデータが付加されたビットデータをシンボルデータに変換したベースバンド信号を生成して、帯域制限フィルタ部２１３に入力する。ベースバンド信号は、互いに直交するＩ（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ）成分とＱ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）成分とを有し、帯域制限フィルタ部２１３およびアップサンプラ部２１４を通過した後に直交変調部２２１で直交変調される。そして、直交変調部２２１は、アップサンプラ部２１４を通過したベースバンド信号に基づいて、例えば、１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成する。

また、記憶部２３０には、周波数ホッピングで用いられる周波数が所定のホッピングパターンに応じた順序でテーブル形式で記憶されている。周波数設定部２１５は、記憶部２３０に記憶されているテーブルに基づいて、送信側通信機器２００から送信される出力信号の送信周波数を決定する。すなわち、周波数設定部２１５は、例えば、所定のホッピングパターンに基づいて出力信号の送信周波数を決定する。周波数切替タイミング発生部２２２は、フレーム付加部２１１がユーザデータにフレームデータを付加したタイミングに基づくタイミングで、周波数設定部２１５が決定した送信周波数を示す周波数情報を周波数切替部２４２に入力する。

周波数切替部２４２は、周波数切替タイミング発生部２２２が周波数情報を入力したときに、アナログ送信部２４１が送信する出力信号の送信周波数を当該周波数情報によって示された周波数に切り替えさせ、周波数ホッピングを行う。

受信側通信機器３００は、プログラム制御に従って処理を実行するＤＳＰ３１０およびＦＰＧＡ３２０と、通信部３４０とを含む。通信部３４０は、送信された出力信号をアンテナ３４３を介して受信するアナログ受信部３４１と、当該アナログ受信部３４１に、受信する受信信号の周波数を切り替えさせる周波数切替部３４２とを含む。ＦＰＧＡ３２０は、直交復調部３２１および周波数切替タイミング発生部３２２を含む。ＤＳＰ３１０は、帯域制限フィルタ部３１１、シンボルタイミング検出部３１２、シンボル−ビット変換部３１３、フレーム除去部３１４、同期ワード検出部３１５、および周波数切替タイミング算出部３１６を含み、所定の大きさのデータの単位である所定のパケット単位で、入力された信号を処理する。
なお、ＤＳＰ３１０における処理単位である所定のパケット単位は、ＤＳＰ２１０の処理単位である所定のパケット単位と同じデータの大きさであってもよいし、異なるデータの大きさであってもよい。

受信側通信機器３００において、送信された出力信号をアンテナ３４３を介してアナログ受信部３４１が受信して、受信信号を直交復調部３２１に入力する。直交復調部３２１は、入力された受信信号に基づいて、Ｉ成分とＱ成分とを有するベースバンド信号を生成して帯域制限フィルタ部３１１に入力する。帯域制限フィルタ部３１１は、例えば、プログラム制御に従って数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚ以下の周波数の信号を通過させるルートナイキストフィルタ等のローパスフィルタとして動作するＤＳＰ３１０によって実現される。

帯域制限フィルタ部３１１を通過した信号は、シンボルタイミング検出部３１２を介してシンボル−ビット変換部３１３に入力されて、ビットデータに変換される。当該ビットデータは、フレーム除去部３１４によってフレームデータが除去されて出力される。また、当該ビットデータは、同期ワード検出部３１５にも入力されて、フレームデータに含まれている同期ワードを検出する。周波数切替タイミング算出部３１６は、同期ワード検出部３１５が検出した同期ワードに基づいて、アナログ受信部３４１が受信する受信信号の周波数を切り替えるタイミングを算出する。周波数切替タイミング発生部３２２は、周波数切替タイミング算出部３１６が算出したタイミングに基づいて、周波数切替部３４２に周波数切り替えのタイミングを指示する。周波数切替部３４２は、周波数切替タイミング発生部３２２の指示に応じて、アナログ受信部３４１に受信周波数を切り替えさせる。

なお、受信側通信機器３００は、例えば、周波数ホッピングで用いられる周波数が所定のホッピングパターンに応じた順序でテーブル形式で記憶されている記憶部（図示せず）を有する。そして、例えば、周波数切替部３４２は、記憶部に記憶されている周波数を読み出し、アナログ受信部３４１に、読み出した周波数に受信周波数を切り替えさせる。

次に、本発明の第１の実施形態の通信システム１００の動作について説明する。まず、送信側通信機器２００の動作について説明する。図２は、送信側通信機器２００の動作を示すフローチャートである。図２に示すように、送信側通信機器２００は、ユーザデータが入力されると、ＤＳＰ２１０のフレーム付加部２１１が当該ユーザデータの先頭にパケット単位でフレームデータを付加する処理を行う（ステップＳ１０１）。

具体的には、例えば、フレームデータが４つのパケットからなる場合に、ステップＳ１０１において、ユーザデータにフレームデータを付加する処理は４回行われる。それに対して、例えば、フレームデータを数十個に小分けにして、所定のサンプリング周波数に基づくサンプリングのタイミングで順次ユーザデータに付加するように構成された場合には、ユーザデータにフレームデータを付加する処理は、数十回に亘って行われる。したがって、本実施形態によれば、所定のサンプリング周波数に基づくサンプリングのタイミングでフレームデータを付加する場合に比べて、処理の回数を減らすことができる。よって、ＤＳＰ２１０の処理負荷を良好に軽減することができる。なお、ＤＳＰ２１０において以下に述べる各処理もパケット単位で行われるので、当該ＤＳＰ２１０の処理負荷を良好に軽減することができる。

図３は、フレーム付加部２１１によってフレームデータがユーザデータに付加されたビットデータの構成を示す説明図である。図３に示すように、フレーム付加部２１１は、ユーザデータの先頭に、プリアンブルと同期ワードと同期データとからなるフレームデータを付加する。また、フレーム付加部２１１は、ユーザデータを所定のデータ単位で分割し、分割した各ユーザデータ間およびフレームデータとの間に、図３において「Ｇ」で示されているガードビットを挿入する。

同期ワードは、例えば、周波数ホッピングが開始されることを示す情報である。同期データは、例えば、ユーザデータの先頭を予め決められた位置にするための予め決められた長さのデータである。

本実施形態では、フレームデータが送信された後においてユーザデータの送信が開始されたときに、周波数ホッピングが開始される。そして、所定のデータ単位で分割された各ユーザデータ間の各ガードビットが送信されるタイミングで周波数ホッピングがそれぞれ行われる。

なお、ＤＳＰ２１０のフレーム付加部２１１は、ユーザデータの先頭にフレームデータを付加したときに、その旨をＦＰＧＡ２２０の周波数切替タイミング発生部２２２に通知する。

ビット−シンボル変換部２１２は、ステップＳ１０１の処理でフレーム付加部２１１によってフレームデータがユーザデータに付加されたビットデータをシンボルデータに変換する処理をパケット単位で行い（ステップＳ１０２）、ベースバンド信号を生成する。そして、ビット−シンボル変換部２１２は、互いに直交するＩ成分とＱ成分とを有するベースバンド信号を帯域制限フィルタ部２１３にパケット単位で入力する。なお、ベースバンド信号におけるＩ成分をＩ信号ともいい、ベースバンド信号におけるＱ成分をＱ信号ともいう。

帯域制限フィルタ部２１３は、例えば、プログラム制御に従ってルートナイキストフィルタ等のローパスフィルタとして動作するＤＳＰ２１０によって実現される。そして、帯域制限フィルタ部２１３は、例えば、数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚ以下の周波数の信号を通過させるフィルタリング処理を行う（ステップＳ１０３）。

また、帯域制限フィルタ部２１３を通過したベースバンド信号は、ＤＳＰ２１０のアップサンプラ部２１４に入力される。アップサンプラ部２１４は、入力されたベースバンド信号をシンボルデータのサンプリングレート（シンボルレート）よりも高い周波数でサンプリングする処理をパケット単位で行う（ステップＳ１０４）。具体的には、例えば、アップサンプラ部２１４は、シンボルレートが８ｋＨｚであるベースバンド信号を、当該シンボルレートの８倍である６４ｋＨｚでサンプリングする処理をパケット単位で行う。なお、アップサンプラ部２１４は、ベースバンド信号をシンボルレートの１０倍等の他の周波数でサンプリングしてもよい。

そして、アップサンプラ部２１４は、サンプリングしたベースバンド信号、つまりアップサンプルしたベースバンド信号をＦＰＧＡ２２０の直交変調部２２１に入力する。直交変調部２２１は、入力されたベースバンド信号のＩ信号とＱ信号とを直交振幅変調する（ステップＳ１０５）。

直交変調部２２１は、Ｉ信号とＱ信号とを、例えば、ＱＰＳＫ（四位相偏移変調：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）や、１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、π／４ＱＰＳＫ、ＦＳＫ（周波数偏移変調：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）等の変調方式で直交振幅変調する。

直交変調部２２１は、ベースバンド信号のＩ信号とＱ信号とを直交振幅変調した出力信号を通信部２４０のアナログ送信部２４１に入力する（ステップＳ１０６）。

アナログ送信部２４１は、ステップＳ１０６の処理で入力された出力信号がユーザデータに基づく出力信号でない場合に（ステップＳ１０７のＮ）、当該出力信号をアンテナ２４３に出力する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０６の処理で入力された出力信号がユーザデータに基づく出力信号でない場合とは、出力信号がフレームデータに基づく信号である場合である。前述したように、本実施形態では、出力信号がフレームデータに基づく信号である場合には、周波数ホッピングは行われない。したがって、アナログ送信部２４１は、出力信号がフレームデータに基づく信号である場合には、所定の送信周波数で出力信号をアンテナ２４３に出力する。そして、出力信号は、アンテナ２４３によって電波に変換されて送信される。

また、ステップＳ１０６の処理で入力された出力信号がユーザデータに基づく出力信号である場合に（ステップＳ１０７のＹ）、周波数の切り替えタイミングであるときに（ステップＳ１０９のＹ）、以下の処理が行われる。すなわち、周波数切替タイミング発生部２２２は、フレーム付加部２１１からユーザデータの先頭にフレームデータを付加したことを通知された場合に、周波数設定部２１５に記憶部２３０から所定のホッピングパターンに応じた周波数を読み出させる。そして、周波数設定部２１５に、記憶部２３０から読み出させた周波数を出力信号の送信周波数に決定させる（ステップＳ１１０）。

周波数切替タイミング発生部２２２は、周波数設定部２１５が決定した送信周波数を示す周波数情報を周波数切替部２４２に入力する。周波数切替部２４２は、周波数切替タイミング発生部２２２が周波数情報を入力したときに、以下の処理を行う。すなわち、周波数切替部２４２は、アナログ送信部２４１に、送信する出力信号の送信周波数を当該周波数情報によって示された周波数に切り替えさせて（ステップＳ１１１）、当該出力信号をアンテナ２４３に出力する（ステップＳ１１２）。

なお、周波数の切り替えタイミングでないときに（ステップＳ１０９のＮ）、アナログ送信部２４１は、送信する出力信号の送信周波数を切り替えることなく当該出力信号をアンテナ２４３に出力させる（ステップＳ１１２）。そして、出力信号は、アンテナ２４３によって電波に変換されて送信される。

そして、送信側通信機器２００に入力されたユーザデータが全て送信された場合に（ステップＳ１１３のＹ）、処理を終了し、送信されていないユーザデータがある場合に（ステップＳ１１３のＮ）、ステップＳ１０２の処理に移行する。

次に、受信側通信機器３００の動作について説明する。図４は、受信側通信機器３００の動作を示すフローチャートである。図５は、受信側通信機器３００における受信信号の処理結果を示す説明図である。

図４に示すように、受信側通信機器３００において、アンテナ２４３を介して送信された出力信号はアンテナ３４３によって受信されると（ステップＳ２０１）、図５（ａ）に例示した受信信号に変換されて受信処理を行うアナログ受信部３４１に順次入力される。アナログ受信部３４１は、アンテナ３４３によって順次入力された受信信号をＦＰＧＡ３２０の直交復調部３２１に順次入力する。直交復調部３２１は、受信信号から、Ｉ成分とＱ成分とを有するベースバンド信号を取り出す復調処理を行う（ステップＳ２０２）。具体的には、直交復調部３２１は、例えば、受信信号に正弦波を混合して順次Ｉ信号を取り出す。また、直交復調部３２１は、例えば、受信信号に余弦波を混合して順次Ｑ信号を取り出す。

ＤＳＰ３１０は、ＦＰＧＡ３２０が取り出したＩ信号とＱ信号とを所定のパケット単位で順次取り込み（図５（ｂ）参照）、ＤＳＰ３１０の帯域制限フィルタ部３１１を通過させる（ステップＳ２０３）。そして、ＤＳＰ３１０のシンボルタイミング検出部３１２は、順次取り込まれたＩ信号とＱ信号とをパケット単位で所定のサンプリング周波数で順次サンプリングする。シンボルタイミング検出部３１２は、Ｉ信号とＱ信号とのサンプリング結果における各シンボルの間の区切りを検出する処理を、前述したパケット単位で順次行う（ステップＳ２０４）。

ＤＳＰ３１０のシンボル−ビット変換部３１３は、ステップＳ２０４の処理でシンボルタイミング検出部３１２が検出した各シンボル間の区切りに基づいて、前述したパケット単位で各シンボルをビットデータにそれぞれ変換する（ステップＳ２０５）。

したがって、ＤＳＰ３１０のシンボル−ビット変換部３１３によるパケット単位のステップＳ２０５の処理によって、図３に示す送信されたビットデータと同様なビットデータをパケット単位で順次得ることができる（図５（ｃ）参照）。

そして、シンボル−ビット変換部３１３は、変換後のビットデータをフレーム除去部３１４と同期ワード検出部３１５とにパケット単位で順次入力する。フレーム除去部３１４は、入力されたビットデータにフレームデータが含まれていた場合に、当該フレームデータを除去して、受信側通信機器３００から出力する（ステップＳ２０６）。そして、アナログ受信部３４１に入力された受信信号に基づくデータの処理が終了した場合に（ステップＳ２０７のＹ）、処理を終了する。

アナログ受信部３４１に入力された受信信号に基づくデータの処理が終了していない場合に（ステップＳ２０７のＮ）、同期ワード検出部３１５は、以下の処理を行う。すなわち、シンボル−ビット変換部３１３が順次入力した図５（ｃ）に示すビットデータから同期ワードの検出を試みる。図５（ｂ），（ｃ）に示す例では、同期ワード検出部３１５は、パケットｃが変換されたビットデータから、同期ワードを検出する。なお、同期ワード検出部３１５は、ビットデータにおいて同期ワードの後尾である、図５（ｃ）において「ｔ_１」で示されるタイミングで同期ワードを検出したとする。

そして、同期ワード検出部３１５は、検出したタイミング「ｔ_１」を示す同期ワード検出タイミング情報を周波数切替タイミング算出部３１６に入力する。ＤＳＰ３１０の周波数切替タイミング算出部３１６は、入力された同期ワード検出タイミング情報に基づいて、周波数ホッピングを開始するタイミング「ｔ_２」を算出する。

具体的には、周波数切替タイミング算出部３１６は、同期ワードが含まれているパケットｃの後尾に対応するビットが入力されたタイミング「ｔ_３」とタイミング「ｔ_２」との間にステップＳ２０４の処理におけるサンプリングが行われる回数「Ｄ」を算出する。回数「Ｄ」は、図５（ｃ）に示すように、以下の式（１）で算出される。

Ｄ＝Ａ−（Ｂ−Ｃ）・・・式（１）
なお、Ａは、タイミング「ｔ_１」とタイミング「ｔ_２」との間に所定のサンプリング周波数によるサンプリングが行われる回数であり、予め設定された固定値である。Ｂは、一のパケットにおいて、先頭に応じたビットが入力されてから後尾に応じたビットが入力されるまでの間に所定のサンプリング周波数によるサンプリングが行われる回数であり、やはり、予め設定された固定値である。Ｃは、パケットｃにおいて先頭に応じたビットが入力されてからタイミング「ｔ_１」が到来するまでの間に所定のサンプリング周波数によるサンプリングが行われる回数である。タイミング「ｔ_２」は、式（１）によって算出されたＤとタイミング「ｔ_３」と所定のサンプリング周波数とに基づいて算出される。

周波数切替タイミング算出部３１６は、算出したタイミング「ｔ_２」を示すタイミング情報を周波数切替タイミング発生部３２２に入力する。具体的には、周波数切替タイミング算出部３１６は、例えば、現在からタイミング「ｔ_２」が到来するまでにサンプリングが行われる回数を示すタイミング情報を周波数切替タイミング発生部３２２に入力する。

また、周波数切替タイミング発生部３２２は、入力されたタイミング情報に基づいて、タイミング「ｔ_２」が到来したと判断した場合に（ステップＳ２０８のＹ）、例えば、前述した図示しない記憶部から所定のホッピングパターンに応じた周波数を読み出す。そして、周波数切替タイミング発生部３２２は、読み出した周波数をアナログ受信部３４１における受信周波数に決定する（ステップＳ２０９）。

周波数切替タイミング発生部２２２は、決定した受信周波数を示す周波数情報を周波数切替部３４２に入力する。周波数切替部３４２は、周波数切替タイミング発生部３２２が周波数情報を入力したときに、アナログ受信部３４１に、受信処理を行う受信周波数を当該周波数情報によって示された周波数に切り替えさせる（ステップＳ２１０）。そして、ステップＳ２０１の処理に移行する。すると、ステップＳ２０１では、切り替えられた周波数、つまり、周波数ホッピングが行われた周波数で受信処理が行われる。したがって、送信側通信機器２００における周波数ホッピングのタイミングに受信側通信機器３００の周波数ホッピングのタイミングを同期させることができる。

本実施形態によれば、送信側通信機器２００において、入力されたユーザデータの処理をパケット単位で行うので、ビットやクロック周波数に基づいてサンプリングされたデータという小さい単位ごとに行う場合に比べて、処理効率を向上させることができる。したがって、プログラム制御に従って処理を実行するＤＳＰ２１０およびＦＰＧＡ２２０に各処理を実行させることができる。

また、専用のハードウェアで各処理を行うように構成された場合には、予め定められた種類の変調方式およびフレーム以外に対応することができない。しかし、本実施形態によれば、プログラム制御に従って処理を実行するＤＳＰ２１０およびＦＰＧＡ２２０に各処理を実行させるので、プログラムを変更することによって、様々な種類の変調方式およびフレームに柔軟に対応することが可能になる。

また、本実施形態によれば、受信側通信機器３００において、受信した信号の処理をパケット単位で行うので、ビットやクロック周波数に基づいてサンプリングされたデータという小さい単位ごとに行う場合に比べて、処理効率を向上させることができる。したがって、プログラム制御に従って処理を実行するＤＳＰ３１０およびＦＰＧＡ３２０に各処理を実行させることができる。

また、専用のハードウェアで各処理を行うように構成された場合には、予め定められた種類の変調方式およびフレーム以外に対応することができない。しかし、本実施形態によれば、プログラム制御に従って処理を実行するＤＳＰ３１０およびＦＰＧＡ３２０に各処理を実行させるので、プログラムを変更することによって、様々な種類の変調方式およびフレームに柔軟に対応することが可能になる。

したがって、本実施形態によれば、受信側通信機器２００と送信側通信機器３００とを高い処理効率で同期させて周波数ホッピングを行って通信させることができる。

なお、本実施形態では、送信側通信機器２００と受信側通信機器３００との間で、周波数ホッピングの周波数切り替えのタイミングを同期させているが、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）等において一方の通信機器と他方の通信機器との間における送受信タイミングの同期にも適用することができる。具体的には、例えば、一方の通信機器が、データの送信側であるときに受信側に切り替わるタイミングを示す情報を他方の通信機器に送信し、当該他方の通信機器が、当該情報に基づくタイミングでデータの送信を開始する。

また、ＳＣＰＣ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｐｅｒ Ｃａｒｒｉｅｒ）等の周波数分割多元接続にも適用可能である。

実施形態２．
本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図６は、本発明の第２の実施形態のデータ送信機の構成例を示すブロック図である。図６に示すように、本発明の第２の実施形態のデータ送信機２０は、パケット単位処理手段２１（図１に示すＤＳＰ２１０に相当）、出力信号生成手段２２（図１に示すＦＰＧＡ２２０に相当）、および送信手段２４（図１に示す通信部２４０に相当）を含む。また、パケット単位処理手段２１は、フレーム付加手段２５（図１に示すフレーム付加部２１１に相当）を含む。

パケット単位処理手段２１は、入力されたデジタルデータに基づいて、所定のパケット単位で所定のサンプリング処理を行ってベースバンド信号を生成する。出力信号生成手段２２は、パケット単位処理手段２１が生成したベースバンド信号に基づいて出力信号を生成する。送信手段２４は、出力信号生成手段２２が生成した出力信号を所定のタイミングで周波数ホッピングさせて送信する。フレーム付加手段２５は、送信手段２４が出力信号の周波数ホッピングを予め決められたタイミングで開始するように、入力されたデジタルデータの前に所定のフレームデータを付加する。

そして、パケット単位処理手段２１は、フレーム付加手段２５によって所定のフレームデータが付加されたデジタルデータに所定のパケット単位で所定のサンプリング処理を施す。

本実施形態によれば、周波数ホッピングで通信する送信側と受信側とを高い処理効率で同期させることができる。

２０ データ送信機
２１ パケット単位処理手段
２２ 出力信号生成手段
２４ 送信手段
２５ フレーム付加手段
１００ 通信システム
２００ 送信側通信機器
２１０、３１０ ＤＳＰ
２１１ フレーム付加部
２１２ ビット−シンボル変換部
２１３、３１１ 帯域制限フィルタ部
２１４ アップサンプラ部
２１５ 周波数設定部
２２０、３２０ ＦＰＧＡ
２２１ 直交変調部
２２２、３２２ 周波数切替タイミング発生部
２３０ 記憶部
２４０ 通信部
２４１ アナログ送信部
２４２、３４２ 周波数切替部
２４３、３４３ アンテナ
３１２ シンボルタイミング検出部
３１３ シンボル−ビット変換部
３１４ フレーム除去部
３１５ 同期ワード検出部
３１６ 周波数切替タイミング算出部
３２１ 直交復調部
３４１ アナログ受信部
３００ 受信側通信機器

Claims (9)

1. 入力されたデジタルデータに基づいて、所定のパケット単位で所定のサンプリング処理を行ってベースバンド信号を生成するパケット単位処理手段と、
   前記パケット単位処理手段が生成した前記ベースバンド信号に基づいて出力信号を生成する出力信号生成手段と、
   前記出力信号生成手段が生成した前記出力信号を所定のタイミングで周波数ホッピングさせて送信する送信手段とを備え、
   前記パケット単位処理手段は、
   前記送信手段が前記出力信号の前記周波数ホッピングを予め決められたタイミングで開始するように、入力された前記デジタルデータの前に所定のフレームデータを付加するフレーム付加手段を含み、
   前記フレーム付加手段によって前記所定のフレームデータが付加されたデジタルデータに前記所定のパケット単位で前記所定のサンプリング処理を施す
   ことを特徴とするデータ送信機。
2. 前記パケット単位処理手段は、前記所定のフレームデータが付加されたデジタルデータに所定のサンプリング周波数で前記所定のサンプリング処理を施して、Ｉ成分とＱ成分とを有する前記ベースバンド信号を生成する
   請求項１に記載のデータ送信機。
3. 前記予め決められたタイミングは、前記出力信号のうち前記入力されたデジタルデータに応じた部分を送信開始するときである
   請求項１または請求項２に記載のデータ送信機。
4. 前記フレーム付加手段は、前記出力信号において、前記周波数ホッピングが開始されるタイミングとの間隔が所定の間隔になるように構成されたデータを含む前記フレームデータを前記デジタルデータの前に付加する
   請求項１から請求項３のうちいずれかに記載のデータ送信機。
5. 前記パケット単位処理手段は、プログラム制御に従って処理を実行するプロセッサである
   請求項１から請求項４のうちいずれかに記載のデータ送信機。
6. 所定のタイミングで周波数ホッピングが開始される電波の受信処理を行う受信手段と、
   前記受信処理による受信信号に基づくデジタルデータの生成処理を所定のパケット単位で行うデジタルデータ生成手段と、
   前記デジタルデータに含まれている所定のデータに基づいて、前記周波数ホッピングが開始されるタイミングを算出する周波数切替算出手段と、
   前記周波数切替算出手段が算出した前記タイミングに基づいて、前記周波数ホッピングが開始された電波の前記受信処理を前記受信手段に行わせる周波数切替手段とを備えた
   ことを特徴とするデータ受信機。
7. 請求項１から請求項５のうちいずれかに記載のデータ送信機と、
   前記データ送信機が送信した前記出力信号に基づく前記電波を受信する請求項６に記載のデータ受信機とを備えた
   ことを特徴とするデータ通信システム。
8. 入力されたデジタルデータに基づいて、所定のパケット単位で所定のサンプリング処理を行ってベースバンド信号を生成するパケット単位処理ステップと、
   前記パケット単位処理ステップで生成した前記ベースバンド信号に基づいて出力信号を生成する出力信号生成ステップと、
   前記出力信号生成ステップで生成した前記出力信号を所定のタイミングで周波数ホッピングさせて送信する送信ステップとを含み、
   前記パケット単位処理ステップで、
   前記送信ステップにおいて前記出力信号の前記周波数ホッピングを予め決められたタイミングで開始するように、入力された前記デジタルデータの前に所定のフレームデータを付加し、前記所定のフレームデータが付加されたデジタルデータに前記所定のパケット単位で前記所定のサンプリング処理を施す
   ことを特徴とするデータ送信方法。
9. コンピュータに、
   入力されたデジタルデータに基づいて、所定のパケット単位で所定のサンプリング処理を行ってベースバンド信号を生成するパケット単位処理と、
   前記パケット単位処理で生成した前記ベースバンド信号に基づいて出力信号を生成する出力信号生成処理と、
   前記出力信号生成処理で生成した前記出力信号を所定のタイミングで周波数ホッピングさせて送信する送信処理とを実行させ、
   前記パケット単位処理で、
   前記送信処理において前記出力信号の前記周波数ホッピングが予め決められたタイミングで開始されるように、入力された前記デジタルデータの前に所定のフレームデータを付加するフレーム付加処理を実行させ、
   前記フレーム付加処理によって前記所定のフレームデータが付加されたデジタルデータに前記所定のパケット単位で前記所定のサンプリング処理を施させる
   ためのデータ送信プログラム。

Images