JP2019021964A - Communication system and communication method - Google Patents

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竹内 嘉彦
Yoshihiko Takeuchi
嘉彦 竹内
椿豪 廖
hao liao Chun
椿豪 廖
鈴木 誠
Makoto Suzuki
鈴木  誠
博之 森川
Hiroyuki Morikawa
博之 森川
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Abstract

To provide a communication system and a communication method of such accuracy as can demultiplex a multiplexed signal, in a multi-hop network to which a CSS modulation system is applied.SOLUTION: A communication system and a communication method prepare respective matched filters outputting for all data modulation, while delaying by a mutually common specific time. When demodulating by using a large number of matched filters, output correlation peak of the matched filters can be separated, if the time difference arriving at a reception terminal station goes above the inverse number of bandwidth (8 μs if the bandwidth is 125 kHz). When setting a unique delay time (difference between terminals is the inverse number of bandwidth or more) for each terminal, a transfer destination terminal can receive signals with a time difference, and can separate them.SELECTED DRAWING: Figure 13

Description

本開示は、CSS(Chirp Spread Spectrum)変調でされている信号をマルチホップ伝送方式で同時送信する通信システム及び通信方法に関する。   The present disclosure relates to a communication system and a communication method for simultaneously transmitting signals that are modulated by CSS (Chirp Spread Spectrum) modulation using a multi-hop transmission scheme.

LPWA(LowPowerWideArea)は、消費電力を抑えながら遠距離通信を確保する無線通信方式として、IoT(InternetofThings)の分野他で注目されている(例えば、非特許文献1を参照。)。LPWAには、携帯電話関係の標準化団体3GPPで標準化されているCat.M1、Cat.NB1(例えば、非特許文献2を参照。)の他、自動検針システム等で導入されているWi−SUN(非特許文献3を参照。)、さらにIoTを考慮した通信方式としてSigfox(例えば、非特許文献4を参照。)やLoRa(例えば、非特許文献5を参照。)等がある。   LPWA (Low Power Wide Area) has been attracting attention in the field of IoT (Internet of Things) as a wireless communication system that secures long-distance communication while suppressing power consumption (see, for example, Non-Patent Document 1). LPWA has a Cat. Standardized by 3GPP, a mobile phone standardization organization. M1, Cat. In addition to NB1 (for example, see Non-Patent Document 2), Wi-SUN (see Non-Patent Document 3) introduced in an automatic meter reading system or the like, and Sigfox (for example, Non-Patent Document 3) as a communication method considering IoT. Patent Document 4) and LoRa (for example, see Non-Patent Document 5).

この中で、非特許文献6によれば、LoRaは、CSS変調と多値FMデータ変調(M−ary)が用いられているとされる。その概要を非特許文献7と8等から検討する。   Among them, according to Non-Patent Document 6, it is assumed that LoRa uses CSS modulation and multi-level FM data modulation (M-ary). The outline is examined from Non-Patent Documents 7 and 8.

chirp信号自体は、受信時マッチドフィルタを用いることにより、圧縮利得を利用して高雑音下で良好な信号検出が可能で、レーダー等で実績がある(例えば、非特許文献9と10を参照。)。また、chirp信号を用いた通信分野に関してもCSS方式として検討されている(例えば、非特許文献11〜13を参照。)。   The chirp signal itself can be satisfactorily detected under high noise using a compression gain by using a matched filter at the time of reception, and has a track record in radar or the like (see, for example, Non-Patent Documents 9 and 10). ). Further, the communication field using chirp signals is also being studied as a CSS system (see, for example, Non-Patent Documents 11 to 13).

一方、LPWAは消費電力を抑えながら遠距離通信を行うのであれば、マルチホップ通信は有効な手段となる(例えば、非特許文献1を参照。)。IoT分野において、マルチホップ通信ながらルーティング機能を除去しつつ、簡易にネットワークが構成できる同時送信フラッディング方式のマルチホップネットワークは有効な手段が提案されている(例えば、非特許文献14を参照。)。   On the other hand, if the LPWA performs long-distance communication while suppressing power consumption, multi-hop communication is an effective means (see, for example, Non-Patent Document 1). In the IoT field, effective means has been proposed for a simultaneous transmission flooding type multi-hop network that can easily configure a network while removing a routing function while performing multi-hop communication (see, for example, Non-Patent Document 14).

[CSS変調方式]
CSSのデータ変調に関して説明する。
chirp信号は、時間とともに瞬時周波数が変化(一般に単調増加もしくは単調減少)するFM信号の一種である。通信に利用した例として、データ変調をupもしくはdown chirp信号の差異により識別するSSK(Slope−ShiftKeying)があり(例えば、非特許文献11を参照。)、chirp信号毎に位相変調(PSK)をかけ、復調時に帯域幅の一部(サブバンド)を受信し復調するPSK方式が示された例がある(例えば、非特許文献12を参照。)。また、chirp信号の2周期分のマッチドフィルタで相関を取ることにより2値差同位相符号化(DBPSK)の復調を行う復調方式が発明者らにより提案された(例えば、非特許文献13を参照。)。
[CSS modulation system]
The CSS data modulation will be described.
The chirp signal is a type of FM signal whose instantaneous frequency changes (generally monotonously increasing or monotonically decreasing) with time. As an example used for communication, there is SSK (Slope-ShiftKeying) for identifying data modulation by the difference between up or down chirp signals (see, for example, Non-Patent Document 11), and phase modulation (PSK) is performed for each chirp signal. In addition, there is an example in which a PSK system for receiving and demodulating a part of the bandwidth (subband) at the time of demodulation is shown (for example, see Non-Patent Document 12). Further, the inventors have proposed a demodulation method for demodulating binary difference in-phase coding (DBPSK) by obtaining a correlation with a matched filter for two periods of chirp signals (see, for example, Non-Patent Document 13). .)

また、近年において、LPWA用途でCSSデータ変調を行っている例がある。図1はLoRaモジュールの出力信号をサンプリングオシロスコープで測定し、瞬時周波数を求めたものである。図1に示す様に、瞬時周波数が時間と伴に変化するchirp信号を用いており、モジュールにてデータ変調及び復調が可能となっている(例えば、非特許文献6を参照。)。非特許文献7及び8によれば、図1において、帯域幅Bは125kHz、chirp信号の時間幅(シンボル長)Tは1/B×4096となっている。時間幅Tが1/Bの4096倍あるため、帯域幅Bの1/4096の周波数差は弁別可能である。他に、シンボル長Tは1/Bの2SF(SF=7,8,9,10,11,12)倍の長さが選択可能で、ここでは、SF=12(2SF=4096)の場合について記述する。 In recent years, there is an example in which CSS data modulation is performed for LPWA applications. FIG. 1 shows an instantaneous frequency obtained by measuring an output signal of a LoRa module with a sampling oscilloscope. As shown in FIG. 1, a chirp signal whose instantaneous frequency changes with time is used, and data modulation and demodulation can be performed by a module (see, for example, Non-Patent Document 6). According to Non-Patent Documents 7 and 8, in FIG. 1, the bandwidth B is 125 kHz, and the time width (symbol length) T of the chirp signal is 1 / B × 4096. Since the time width T is 4096 times the 1 / B, the frequency difference of 1/44096 of the bandwidth B can be discriminated. In addition, the symbol length T can be selected to be 2 SF (SF = 7, 8, 9, 10, 11, 12) times 1 / B, where SF = 12 (2 SF = 4096). Describe the case.

まず、図2を用いてデータ変調方式について概説する。Chirp信号の初期瞬時周波数f(t=0)とすると、
(数1)
f(t=0)=fo+B×n/4096 (1)
ここで、t=0は1シンボルの開始時間、foは帯域下端の周波数、n=0〜4095とする。
First, the data modulation system will be outlined with reference to FIG. If the initial instantaneous frequency f (t = 0) of the Chirp signal is
(Equation 1)
f (t = 0) = fo + B × n / 4096 (1)
Here, t = 0 is the start time of one symbol, fo is the frequency at the lower end of the band, and n = 0 to 4095.

各々の信号はシンボル長が1/Bの4096倍あることにより周波数上は帯域幅Bの1/4096の周波数分解能で弁別可能で、弁別可能な周波数差をデータ変調として用いる(M−Ary方式)。このとき(1)式のn=0〜4095の対応関係で、12ビットのデータが1シンボル長(1chirp信号長)で送受信が可能となる。   Since each signal has a symbol length of 4096 times 1 / B, the frequency can be discriminated with a frequency resolution of 1/44096 of the bandwidth B, and the discriminable frequency difference is used as data modulation (M-Ary method). . At this time, 12-bit data can be transmitted / received with one symbol length (1 chirp signal length) in the correspondence relationship of n = 0 to 4095 in the equation (1).

デジタル信号処理で、サンプリング周波数Bsを帯域幅Bに等しい125kHzでI/Q複素サンプリングすると、帯域幅の上下端外側の信号はアンダーサンプリングとなるため、Bs帯域内の信号として扱える。また、送信chirp信号を同様に帯域B内で再帰的に利用すれば、全てBs帯域内の信号の送受として扱える。chirp信号の周波数波形をS(f)、時間波形をs(t)とすると、
(数2)
S(f+B)=S(f−B)=S(f) (2)
(数3)
s(t+T)=s(t−T)=s(t) (3)
となる。ここで、Tはシンボル時間長である。
In digital signal processing, when I / Q complex sampling is performed at a sampling frequency Bs of 125 kHz equal to the bandwidth B, the signals outside the upper and lower ends of the bandwidth are undersampling, and therefore can be handled as signals within the Bs band. Similarly, if the transmission chirp signal is used recursively in the band B, it can be handled as transmission / reception of signals in the Bs band. If the frequency waveform of the chirp signal is S (f) and the time waveform is s (t),
(Equation 2)
S (f + B) = S (f−B) = S (f) (2)
(Equation 3)
s (t + T 0 ) = s (t−T 0 ) = s (t) (3)
It becomes. Here, T 0 is a symbol time length.

続いてプリアンブルについて説明する。
LoRaの信号測定(図1)から、プリアンブルとされるシンボル列でパケットは開始される。up chirp(時間とともに瞬時周波数が増加するchirp信号)が複数と、down chirp(時間とともに瞬時周波数が減少するchirp信号)が2回と1/4シンボル送られる。up chirp、down chirpとも周波数オフセットの無い信号(n=0)が用いられる。down chirpでは、foは帯域上端の周波数とする。
Next, the preamble will be described.
From the LoRa signal measurement (FIG. 1), a packet is started with a symbol string as a preamble. A plurality of up chirps (chirp signals whose instantaneous frequency increases with time) and a plurality of down chirps (chirp signals whose instantaneous frequency decreases with time) are transmitted 1/4 times. A signal with no frequency offset (n = 0) is used for both up chirp and down chirp. In down chirp, fo is the frequency at the upper end of the band.

LPWAの用途自体、IoT等低消費電力、低価格の無線端末局を想定すれば、端末局の周波数精度には限りがある。920MHz帯の特定小電力を想定すれば、端末局の周波数精度に関して、あまり高精度は期待できない。周波数精度を30ppm程度と想定すれば、27.6kHzの周波数ずれとなり、帯域幅125kHz、チャネル間隔200kHzに比較して無視できない。従って、プリアンブルとして送られてくる初期周波数をn=0として受信局側で同定する必要が生じる。   Assuming LPWA applications themselves, IoT and other low power consumption, low cost wireless terminal stations, the frequency accuracy of the terminal stations is limited. If a specific low power in the 920 MHz band is assumed, it is not possible to expect a very high accuracy with respect to the frequency accuracy of the terminal station. Assuming that the frequency accuracy is about 30 ppm, the frequency deviation is 27.6 kHz, which is not negligible compared to the bandwidth 125 kHz and the channel interval 200 kHz. Therefore, it is necessary to identify the initial frequency transmitted as a preamble as n = 0 on the receiving station side.

down chirp信号は後述する様にdown chirp信号に対するマッチドフィルタで検出できる。up chirp信号のdown chirpのマッチドフィルタ(相互相関)は図5の様になる。自己相関との比では平均して36dBがあり、up/down chirp信号相互の信号の影響は小さい。   The down chirp signal can be detected by a matched filter for the down chirp signal, as will be described later. The down chirp matched filter (cross-correlation) of the up chirp signal is as shown in FIG. The average of the ratio to the autocorrelation is 36 dB, and the influence of the signal between the up / down chirp signals is small.

[CSS復調方式]
マッチドフィルタによるCSS復調に関して説明する。
CSS変調された信号は、マッチドフィルタを用いることにより復調が可能である (図3)(例えば、非特許文献11及び13を参照。)。また、相関ピーク(パルス幅)は、ほぼ帯域Bの逆数となる(上記検討条件では8μs)ため、この時間精度はシンボル長(32.768ms)と比較して充分短い。IoTで特にセンサネットワーク等、サンプリング時刻を重視する場合、マッチドフィルタによるCSS復調は有効な特徴となる。
[CSS demodulation method]
The CSS demodulation by the matched filter will be described.
The CSS-modulated signal can be demodulated by using a matched filter (see, for example, Non-Patent Documents 11 and 13). Further, since the correlation peak (pulse width) is approximately the reciprocal of the band B (8 μs under the above examination conditions), this time accuracy is sufficiently short compared to the symbol length (32.768 ms). When importance is placed on sampling time, such as a sensor network, in IoT, CSS demodulation by a matched filter is an effective feature.

非特許文献11及び13が行う復調はマッチドフィルタを1つ使用している。
chirp信号の初期瞬時周波数を、データ値により、
(数4)
fn=fo+B×n/4096 (4)
とすると、帯域幅内で巡回的に周波数掃引されることから、nの異なる相互相関特性は特徴的である。その特徴からfoのマッチドフィルタでn=0〜4095に対する相関検出も可能である。(4)式のどのchirp信号が来るかは、n=0の相関パルス時刻に対して、相関パルスの時間シフト量で検出される(パルス位置変調に変換される)。時刻原点はプリアンブルのマッチドフィルタ出力時刻によって決まる。装置実装上生じる送受無線局間の周波数偏差は、プリアンブルではn=0のchirp信号を複数回送られることから同定され校正可能である。図3に示す様に、down chirp信号のマッチドフィルタ出力も併せて用いれば送受信機間の周波数差に関しても検出可能である。
The demodulation performed by Non-Patent Documents 11 and 13 uses one matched filter.
The initial instantaneous frequency of the chirp signal is determined by the data value.
(Equation 4)
fn = fo + B × n / 4096 (4)
Then, since the frequency is swept cyclically within the bandwidth, different cross-correlation characteristics of n are characteristic. From this feature, correlation detection for n = 0 to 4095 can be performed with a matched filter of fo. Which chirp signal in the equation (4) comes is detected by the time shift amount of the correlation pulse with respect to the correlation pulse time of n = 0 (converted to pulse position modulation). The time origin is determined by the matched filter output time of the preamble. The frequency deviation between the transmitting and receiving radio stations generated in the apparatus mounting can be identified and calibrated because a chirp signal of n = 0 is transmitted a plurality of times in the preamble. As shown in FIG. 3, if the matched filter output of the down chirp signal is also used, the frequency difference between the transceivers can be detected.

マッチドフィルタ1個を利用したCSS復調の構成例を図4に示す。マッチドフィルタ1個利用の場合の相関ピークの発生時刻は、データ変調値n=0〜4095で異なり、信号の瞬時周波数成分によりn≠0の時、2カ所の相関出力を持つ(図6参照)。この2つの相関ピークはそのシフト時間関係が既知のため、プリアンブルで相関ピークの時間原点(n=0の時のピーク時刻)を決めれば、その時間原点からのシフト量でデータ復調(n=0〜4095の判別)が可能である。   A configuration example of CSS demodulation using one matched filter is shown in FIG. The generation time of the correlation peak in the case of using one matched filter differs depending on the data modulation value n = 0 to 4095, and has two correlation outputs when n ≠ 0 depending on the instantaneous frequency component of the signal (see FIG. 6). . Since the relationship between the shift times of these two correlation peaks is known, if the time origin of the correlation peak (peak time when n = 0) is determined by the preamble, data demodulation (n = 0) is performed with the shift amount from the time origin. Discrimination of ˜4095) is possible.

[同時送信型マルチホップ方式]
同時送信型マルチホップ方式における建設的干渉型フラッディング方式とは、IEEE802.15.4等の低ビットレートの通信において、同一のパケットを同一のタイミングで転送することにより、複数の端末局が同時に送信する状況においても、パケットロスが発生しないことに着目した技術である(例えば、非特許文献15を参照。)。同時送信技術の採用によりend−to−endの信頼性および省電力を両立させている。
[Simultaneous transmission type multi-hop method]
The constructive interference flooding method in the simultaneous transmission type multi-hop method is that a plurality of terminal stations transmit simultaneously by transferring the same packet at the same timing in low bit rate communication such as IEEE 802.15.4. This is a technique that focuses on the fact that no packet loss occurs even in such a situation (see, for example, Non-Patent Document 15). Adoption of the simultaneous transmission technique achieves both end-to-end reliability and power saving.

同時送信型マルチホップ方式の特徴として、次をあげられる。
i)同時送信技術によるフラッディングを基本的な通信方式とするため、トポロジの変動があった場合においても、再ルーティングなどが不要である。
ii)同時送信技術により、ネットワーク全体でパケットレベルでの同期を取り省電力制御を行い、すべての通信がフラッディング動作ではあるものの消費電力を低く抑えることが可能となる。これは、ルーティングが不要であることと、同期型であるためアイドルリスニングやロングプリアンブル送信などが不要であることに起因する。
iii)同期型システムで問題となるトラフィック変動時のリスケジューリングを、同時送信技術を利用することにより極めて低コストに実現を可能にする。
The characteristics of the simultaneous transmission type multi-hop method are as follows.
i) Since flooding by the simultaneous transmission technique is a basic communication method, rerouting or the like is not required even when the topology changes.
ii) With the simultaneous transmission technology, it is possible to perform power saving control by synchronizing at the packet level in the entire network, and it is possible to keep power consumption low although all communications are flooding operations. This is due to the fact that routing is not required and that idle listening and long preamble transmission are unnecessary because of the synchronous type.
iii) Rescheduling at the time of traffic fluctuation, which is a problem in the synchronous system, can be realized at a very low cost by using the simultaneous transmission technology.

U.Raza, P.Kulkarni and M.Sooriyabandara,“Low Power Wide Area Networks: An Overview”, IEEE COMMUN SURV, vol.19,no.2 ,2nd Quart. 2017.U. Raza, P.M. Kulkarni and M.M. Sooriyabandara, “Low Power Wide Area Networks: An Overview”, IEEE COMMUN SURV, vol. 19, no. 2, 2nd Quart. 2017. http://www.3gpp.org/DynaReport/36−series.htmhttp: // www. 3 gpp. org / DynaReport / 36-series. htm https://www.wi−sun.org/index.php/en/https: // www. wi-sun. org / index. php / en / https://www.sigfox.com/enhttps: // www. sigfox. com / en https://www.lora−alliance.org/https: // www. lora-alliance. org / SEMTECH, “AN1200.22 LoRatm modulation basics”, May 2015.SEMTECH, “AN1200.22 LoRatm modulation basics”, May 2015. “What is Lora?”, https://www.link−labs.com/blog/what−is−lora“What is Lora?”, Https: // www. link-labs. com / blog / what-is-lora M. Knight and B. Seeber, “Decoding LoRa: Realizing a Modern LPWAN with SDR”, Proc. The GNU Radio Conference, vol.1 ,no.1 , Sep. 2016.M.M. Knight and B.J. Seeber, “Decoding LoRa: Realizing a Modern LPWAN with SDR”, Proc. The GNU Radio Conference, vol. 1, no. 1, Sep. 2016. J. R. Klauder, A. C. Price, S. Darlington, W. J. Albefsheim,“The theory and design of chirp radars”, Bell Syst. Tech. 1,vol.39,No.4,pp.745−808, Jul. 1960.J. et al. R. Klauder, A.M. C. Price, S.M. Darlington, W.D. J. et al. Albefsheim, “The theory and design of chirp radars”, Bell Syst. Tech. 1, vol. 39, no. 4, pp. 745-808, Jul. 1960. G. Galati,G. Pavan and F.De Palo,“Waveforms design for modern radar: The chirp signal Fifty + years later”,2014 11 th European Radar Conference, pp.13 −16 , 2014.G. Galati, G. Pavan and F.M. De Palo, "Waveforms design for modern radar: The chirp signal Fifty + years later", 2014 11th European Radar Conference, pp. 13-16, 2014. D. S. Dayton,“FM “Chirp” Communications: Multiple Access to Dispersive Channels”, IEEE Trans. Electromagn.Compat.,vol.EMC−10 Issue:2, pp.296−297, 1968.D. S. Dayton, “FM“ Chirp ”Communications: Multiple Access to Dispersive Channels”, IEEE Trans. Electromagn. Compat. , Vol. EMC-10 Issue: 2, pp. 296-297, 1968. H. Takai,Y. Urabe and H. Yamasaki,“Anti−multipath and anti−j amming modulation/demodulation scheme SR−chirp PSK for high−speed data transmission in dispersive fading channel with interference”, Proc. 1994 IEEE VTC, pp.1355 −1359 , Jun. 1994.H. Takai, Y .; Urabbe and H.M. Yamazaki, “Anti-multipath and anti-jamming modulation / demodulation scheme SR-chirp PSK for high-speed data transmission in dispersive in dispersive. 1994 IEEE VTC, pp. 1355-1359, Jun. 1994. Y. Takeuchi and K. Yamanouchi,“A chirp spread spectrum DPSK modulator and demodula−tor for a time shift multiple access communication system by using SAW devices”, 1998 IEEE MTT−S IMS Dig. , vol.2 , pp.507−510, Jun. 1998.Y. Takeuchi and K.K. Yamauchi, “A chirp spread spectrum DPSK modulator and demo-tor for a time shift multiple access system communication I S E device E 19 , Vol. 2, pp. 507-510, Jun. 1998. F. Ferrari, et al. ,“Effici ent network flooding and time synchronization with Glossy”, Proc. ACM/IEEE IPSN’11 , pp.73−84, Apr. 2011.F. Ferrari, et al. "Efficient network flooding and time synchronization with Glossy", Proc. ACM / IEEE IPSN'11, pp. 73-84, Apr. 2011. 鈴木誠, 森川博之, 「Choco :無線センサネットワーク向け多目的プラットフォーム」,信学技報 MoNA2014−24, Jul. 2014.Suzuki Makoto, Morikawa Hiroyuki, “Choco: Multipurpose Platform for Wireless Sensor Networks”, IEICE Technical Report MoNA2014-24, Jul. 2014. C. H. Liao, G. Zhu, D. Kuwabara, S. Ohara and M. Suzuki and H.Morikawa,“Evaluating the Sub−GHz LoRa Receiver Performance under Synchronized Packet Collisions”,信学技報 RCS2017−27,Apr. 2017.C. H. Liao, G.G. Zhu, D.D. Kuwabara, S .; Ohara and M.M. Suzuki and H.K. Morikawa, “Evaluating the Sub-GHz LoRa Receiver Performance Under Synchronized Packet Collations”, IEICE Technical Report RCS2017-27, Apr. 2017.

CSS変調の場合、各端末局間の周波数偏差が無い、もしくはきわめて小さい場合は、複数の端末からの信号は各シンボル時間で、各端末局間の同期精度以内の信号合成となり、上述した同様建設的干渉型のフラッディング方式が可能となる。一方、各端末局間に潜在的に無視できない周波数偏差がある場合、各端末からのchirp信号は、互いに同一周波数の信号(各シンボル内、位相のみ異なる信号の合成)とはならず、特定の周波数間隔を保ったままのchirp信号の合成となる。この場合、端末局間の周波数偏差により、chirp信号の初期周波数が異なる周波数の合成となり、合成波の初期周波数は特定できない。   In the case of CSS modulation, when there is no or very small frequency deviation between the terminal stations, signals from multiple terminals are combined within the accuracy of synchronization between the terminal stations at each symbol time, and the same construction as described above. Interferometric flooding is possible. On the other hand, when there is a frequency deviation that is potentially not negligible between the terminal stations, chirp signals from the terminals do not become signals of the same frequency (combining signals that differ only in phase within each symbol), The chirp signal is synthesized while maintaining the frequency interval. In this case, due to the frequency deviation between the terminal stations, the chirp signal has a different initial frequency, and the initial frequency of the synthesized wave cannot be specified.

この対策として、非特許文献16では、FM信号のキャプチャー効果を利用して、複数の端末局からの信号の内、最も強い信号を選択的に受信する性質を利用して、フラッディング方式を実現している。   As a countermeasure, Non-Patent Document 16 implements a flooding method using the property of selectively receiving the strongest signal among a plurality of terminal stations using the capture effect of FM signals. ing.

ここで、図12に非特許文献16に記載されるCSS変調方式の送信側の機能ブロック図(A)と受信側の機能ブロック図(B)を示す。受信側入力のchirp信号は、逆のスロープを持つ(up chirpならdown chirp、down chirpならup chirp)の信号を掛けることにより、各シンボルで周波数の異なるCW信号となり、通常の多値FM変調信号となる。このときの最大S/Nを得るマッチドフィルタは各多値FM狭帯域信号に対応する狭帯域フィルタ(周波数フィルタ)となり、1シンボル毎の再生が必要なことから、ほぼ1シンボル以内の時定数が必要であり、その帯域幅は1シンボル時間の逆数に対応する。また狭帯域フィルタ(周波数フィルタ)の時定数から、シンボルの時刻同期はシンボル時間長程度の精度となる。   FIG. 12 shows a functional block diagram (A) on the transmission side and a functional block diagram (B) on the reception side of the CSS modulation system described in Non-Patent Document 16. The chirp signal on the receiving side is converted to a CW signal having a different slope by multiplying a signal having a reverse slope (down chirp if up chirp, up chirp if down chirp) by each symbol. It becomes. The matched filter for obtaining the maximum S / N at this time is a narrow band filter (frequency filter) corresponding to each multi-level FM narrow band signal, and since reproduction is required for each symbol, a time constant within approximately one symbol is required. Required and its bandwidth corresponds to the reciprocal of one symbol time. In addition, the time synchronization of the symbols is accurate to the symbol time length from the time constant of the narrow band filter (frequency filter).

このようなCSS変調方式を非特許文献14のようなマルチホップネットワークに適用した場合、多くの端末から出力された同一信号が着目する1つの端末に到達することがあり、図4のような構成の精度ではこれらを分離することが難しい。つまり、図4のようなCSS変調の復調構成では多重された信号の分離が困難という課題があった。そこで、本発明は、このような課題を解決するために、CSS変調方式が適用されたマルチホップネットワークにおいて、多重された信号を分離可能な精度の通信システム及び通信方法を提供することを目的とする。   When such a CSS modulation method is applied to a multi-hop network as in Non-Patent Document 14, the same signal output from many terminals may reach one terminal of interest, and the configuration as shown in FIG. It is difficult to separate them with the accuracy of. That is, the CSS modulation demodulation configuration as shown in FIG. 4 has a problem that it is difficult to separate multiplexed signals. Accordingly, an object of the present invention is to provide an accurate communication system and communication method capable of separating multiplexed signals in a multi-hop network to which a CSS modulation scheme is applied in order to solve such problems. To do.

上記目的を達成するために、本発明に係る通信システム及び通信方法は、全てのデータ変調(全てのシンボル種類)に対して、各々のマッチドフィルタを用意することとした。   In order to achieve the above object, in the communication system and communication method according to the present invention, each matched filter is prepared for all data modulations (all symbol types).

具体的には、本発明に係る通信システムは、帯域幅B及びシンボル長Tのチャープ信号をBT個のシンボルに対応する周波数変調(FM変調)でCSS(Chirp Spread Spectrum)変調された変調信号を用い、複数の無線端末の間で同一のデータをマルチホップ方式で送受信する通信システムであって、
前記無線端末は、
それぞれの前記周波数変調に対応した複素共役周波数応答を持ち、前記変調信号の瞬間周波数に応じて前記受信信号に対応する相関値を相互に共通する特定時間だけ遅延して出力するBT個のマッチドフィルタと、
前記BT個のマッチドフィルタが出力する遅延信号のうち、1シンボル内で振幅のピークが所定位置(所定遅延時間量)に1つである遅延信号を探す演算部と、
前記演算部が探した前記遅延信号のピーク位置を利用して前記変調信号にクロックを同期させる同期部と、
前記クロックに基づき、予め設定された前記無線端末に固有であり、他の無線端末の遅延時間との差が1/B以上且つ1シンボル以内の遅延時間経過後に前記変調信号を送信する送信部と、
を備えることを特徴とする。
Specifically, in the communication system according to the present invention, a chirp signal having a bandwidth B and a symbol length T is modulated by a frequency modulation (FM modulation) corresponding to BT symbols and subjected to CSS (Chirp Spread Spectrum) modulation. A communication system for transmitting and receiving the same data in a multi-hop manner between a plurality of wireless terminals,
The wireless terminal is
BT matched filters each having a complex conjugate frequency response corresponding to each of the frequency modulations and outputting a correlation value corresponding to the received signal delayed by a common time in accordance with the instantaneous frequency of the modulated signal When,
An arithmetic unit for searching for a delayed signal having an amplitude peak within one symbol at a predetermined position (predetermined delay time amount) among the delayed signals output by the BT matched filters;
A synchronization unit that synchronizes a clock to the modulation signal using a peak position of the delayed signal searched by the arithmetic unit;
A transmission unit that is unique to the preset wireless terminal based on the clock and that transmits the modulated signal after a delay time of 1 / B or more and within one symbol that is different from the delay time of another wireless terminal; ,
It is characterized by providing.

また、本発明に係る通信方法は、帯域幅B及びシンボル長Tのチャープ信号をBT個のシンボルに対応する周波数変調(FM変調)でCSS(Chirp Spread Spectrum)変調された変調信号を用い、複数の無線端末の間で同一のデータをマルチホップ方式で送受信する通信方法であって、
前記無線端末において、
それぞれの前記周波数変調に対応した複素共役周波数応答を持ち、前記変調信号の伸二周波数に応じて前記受信信号に対応する相関値を相互に共通する特定時間だけ遅延して出力するBT個のマッチドフィルタ手順と、
前記BT個のマッチドフィルタが出力する遅延信号のうち、1シンボル内で振幅のピークが所定位置に1つである遅延信号を探す演算手順と、
前記演算手順で探した前記遅延信号のピーク位置を利用して前記変調信号にクロックを同期させる同期手順と、
前記クロックに基づき、予め設定された前記無線端末に固有であり、他の無線端末の遅延時間との差が1/B以上且つ1シンボル以内の遅延時間経過後に前記変調信号を送信する送信手順と、
を行うことを特徴とする。
In addition, the communication method according to the present invention uses a modulated signal obtained by subjecting a chirp signal having a bandwidth B and a symbol length T to frequency modulation (FM modulation) corresponding to BT symbols and performing CSS (Chirp Spread Spectrum) modulation. A communication method for transmitting and receiving the same data in a multi-hop manner between wireless terminals of
In the wireless terminal,
BT matched filters each having a complex conjugate frequency response corresponding to each of the frequency modulations and outputting a correlation value corresponding to the received signal delayed by a specific time common to each other in accordance with the extended binary frequency of the modulated signal Procedure and
An arithmetic procedure for searching for a delayed signal having one amplitude peak at a predetermined position within one symbol among the delayed signals output by the BT matched filters;
A synchronization procedure for synchronizing a clock to the modulation signal using a peak position of the delayed signal searched in the calculation procedure;
A transmission procedure that is specific to the wireless terminal set in advance based on the clock, and that transmits the modulated signal after a delay time of 1 / B or more and within one symbol that is different from the delay time of another wireless terminal; ,
It is characterized by performing.

全てのデータ変調に対して、対応するマッチドフィルタの出力は同一時刻に相関ピークをもち、且つその相関ピークのレベルは各々一定である。つまり、全てのデータ変調(例えば、12ビット全てのデータ)に対応するマッチドフィルタを用意しておき、その出力のなかからピークが1つであるマッチドフィルタを探し出すことで、変調したデータを知ることができる。   For all data modulations, the output of the corresponding matched filter has a correlation peak at the same time, and the level of the correlation peak is constant. In other words, a matched filter corresponding to all data modulations (for example, all 12-bit data) is prepared, and a matched filter having one peak is searched for from the output to know the modulated data. Can do.

1個のマッチドフィルタを使用した構成の場合、データは時間原点からの時間差により検出されるため、マッチドフィルタは1個で良いものの、多数の時刻(12ビットであれば4096点)での相関演算が必要である。一方、多数(12ビットであれば4096個)のマッチドフィルタを用いる場合は、相関計算は相関ピークの時刻1点のみで、演算量としてはマッチドフィルタ1個利用の場合と差異は無い。   In the case of a configuration using one matched filter, the data is detected by the time difference from the time origin, so although only one matched filter is required, correlation calculation at a large number of times (4096 points for 12 bits). is necessary. On the other hand, in the case of using a large number (4096 if 12 bits) of matched filters, the correlation calculation is only at one point of the correlation peak, and the amount of calculation is not different from the case of using one matched filter.

さらに、本発明のように多数のマッチドフィルタを用いて復調する場合、受信端末局に到達する時刻差が、帯域幅の逆数(帯域幅Bが125kHzならば8μs)以上あれば、マッチドフィルタの出力相関ピークを分離することが可能となる。つまり、多数のマッチドフィルタを用いて復調することで分解能を高めることができ、多くの端末から出力された同一信号が1つの端末に到達しても、これらを分離することが可能となる。従って、本発明は、CSS変調方式が適用されたマルチホップネットワークにおいて、多重された信号を分離可能な精度の復調器及び復調方法を提供することができる。   Further, when demodulating using a large number of matched filters as in the present invention, if the time difference reaching the receiving terminal station is equal to or greater than the reciprocal of the bandwidth (8 μs if bandwidth B is 125 kHz), the output of the matched filter Correlation peaks can be separated. In other words, the resolution can be increased by demodulating using a number of matched filters, and even if the same signal output from many terminals reaches one terminal, it can be separated. Therefore, the present invention can provide an accurate demodulator and demodulation method capable of separating multiplexed signals in a multi-hop network to which the CSS modulation method is applied.

多重された変調信号を分離するためには既知信号であるプリアンブル部を利用する。具体的には、前記変調信号が任意シンボルに対応する前記拡散符号でCSS変調されたプリアンブル部を有し、
前記演算部は、前記プリアンブル部の前記遅延信号が1シンボル内の振幅のピークが1つでない場合、前記変調信号が時間軸上でずれて多重されていると判断し、
前記同期部は、前記変調信号が多重している場合、いずれか1つの前記変調信号のプリアンブル部を利用してクロックを同期させ、
前記送信部は、クロックを同期させた前記変調信号のみを送信することを特徴とする。
In order to separate the multiplexed modulation signal, a preamble portion which is a known signal is used. Specifically, the modulation signal has a preamble portion that is CSS modulated with the spreading code corresponding to an arbitrary symbol,
When the delay signal of the preamble part does not have one amplitude peak in one symbol, the arithmetic part determines that the modulation signal is multiplexed shifted on the time axis,
When the modulation signal is multiplexed, the synchronization unit synchronizes the clock using the preamble portion of any one of the modulation signals,
The transmission unit transmits only the modulated signal with a clock synchronized.

前述のように、LPWAの用途自体、IoT等低消費電力、低価格の無線端末局を想定すれば、端末局の周波数精度には限りがあり、受信する変調信号の中心周波数が変動する可能性がある。本発明に係る復調器及び復調方法は、プリアンブル部を利用して次のように周波数変動が発生していることを認知することとした。   As described above, assuming the use of LPWA itself, a low-power wireless terminal station such as IoT, and the low-price wireless terminal station, the frequency accuracy of the terminal station is limited, and the center frequency of the received modulated signal may vary There is. The demodulator and the demodulation method according to the present invention recognize that the frequency fluctuation is generated as follows using the preamble part.

(判断手法1)
前記変調信号が任意シンボルに対応する前記周波数変調でCSS変調されたプリアンブル部を有し、
前記演算部は、前記プリアンブル部の1シンボル内で振幅のピークが1つである前記遅延信号を出力したマッチドフィルタに割り当てたシンボルが前記任意シンボルでない場合、前記変調信号の中心周波数がずれていると判断することを特徴とする。
(Judgment method 1)
The modulated signal has a preamble portion that is CSS modulated by the frequency modulation corresponding to an arbitrary symbol;
The arithmetic unit shifts a center frequency of the modulation signal when a symbol assigned to the matched filter that outputs the delayed signal having one amplitude peak in one symbol of the preamble unit is not the arbitrary symbol. It is characterized by judging.

(判断手法2)
前記変調信号が任意シンボルに対応する前記周波数変調でCSS変調されたプリアンブル部を有し、
前記演算部は、前記プリアンブル部の1シンボル内で振幅のピークが1つである前記遅延信号の前記ピークの位置が前記所定位置(所定遅延量)にない場合、前記変調信号の中心周波数がずれていると判断することを特徴とする。
(Judgment method 2)
The modulated signal has a preamble portion that is CSS modulated by the frequency modulation corresponding to an arbitrary symbol;
The arithmetic unit shifts a center frequency of the modulation signal when a position of the peak of the delayed signal having one amplitude peak in one symbol of the preamble part is not in the predetermined position (predetermined delay amount). It is judged that it is.

本発明は、CSS変調方式が適用されたマルチホップネットワークにおいて、多重された信号を分離可能な精度の通信システム及び通信方法を提供することができる。   The present invention can provide a communication system and a communication method with high accuracy capable of separating multiplexed signals in a multi-hop network to which a CSS modulation method is applied.

CSS変調方式の時間と瞬時周波数の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the time of a CSS modulation system, and an instantaneous frequency. CSSにおけるデータ変調を説明する図である。It is a figure explaining the data modulation in CSS. チャープ信号に対するマッチドフィルタの出力を説明する図である。It is a figure explaining the output of the matched filter with respect to a chirp signal. マッチドフィルタ1個を利用したCSS復調器の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the CSS demodulator using one matched filter. down−chirpマッチドフィルタのUp/Down−chirp信号に対する相関出力を説明する図である。It is a figure explaining the correlation output with respect to an Up / Down-chirp signal of a down-chirp matched filter. n=0のマッチドフィルタ1個を利用したCSS復調器のマッチドフィルタが出力する信号を説明する図である。It is a figure explaining the signal which the matched filter of a CSS demodulator using one matched filter of n = 0 outputs. (A)は本発明に係る通信システムの無線端末が備える復調器を説明する構成図である。(B)は本発明に係る通信システムの無線端末が備える復調器のマッチドフィルタの動作を説明する図である。(A) is a block diagram explaining the demodulator with which the radio | wireless terminal of the communication system which concerns on this invention is provided. (B) is a figure explaining operation | movement of the matched filter of the demodulator with which the radio | wireless terminal of the communication system which concerns on this invention is provided. 本発明に係る通信システムの無線端末が備える復調器の各マッチドフィルタの出力について時系列変化を説明する図である。It is a figure explaining a time-sequential change about the output of each matched filter of the demodulator with which the radio | wireless terminal of the communication system which concerns on this invention is provided. 本発明に係る通信システムの無線端末が備える復調器の各マッチドフィルタの出力についての振幅値を説明する図である。(A)は1シンボル目での比較、(B)は2シンボル目(B)での比較である。It is a figure explaining the amplitude value about the output of each matched filter of the demodulator with which the radio | wireless terminal of the communication system which concerns on this invention is provided. (A) is a comparison at the first symbol, and (B) is a comparison at the second symbol (B). 本発明に係る通信システムの無線端末が備える復調器の各マッチドフィルタの出力について時系列変化を説明する図である。It is a figure explaining a time-sequential change about the output of each matched filter of the demodulator with which the radio | wireless terminal of the communication system which concerns on this invention is provided. 本発明に係る通信システムの無線端末が備える復調器の各マッチドフィルタの出力についての振幅値を説明する図である。It is a figure explaining the amplitude value about the output of each matched filter of the demodulator with which the radio | wireless terminal of the communication system which concerns on this invention is provided. CSS変調方式の送信側の機能を説明するブロック図(A)と受信側の機能を説明するブロック図(B)である。It is a block diagram (A) explaining the function of the transmission side of a CSS modulation system, and a block diagram (B) explaining the function of the receiving side. 本発明に係る通信システムの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the communication system which concerns on this invention. 本発明に係る通信システムの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the communication system which concerns on this invention.

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.

図13(A)は、本実施形態の通信システムの構成を説明する図である。本通信システムは、帯域幅B及びシンボル長Tのチャープ信号をBT個のシンボルに対応する周波数変調(FM変調)でCSS変調された変調信号を用い、複数の無線端末の間で同一のデータをマルチホップ方式で送受信する。前記無線端末のうちデータを送信する端末を「イニシエータI」としている。イニシエータIからの送信信号が到達できるエリア21内に複数の無線端末Aが存在する。そして、エリア21の外側には、無線端末Aからの送信信号が到達できるエリア22があり、エリア22内に送信先の無線端末Bがある。イニシエータIが送信したデータは複数の無線端末A(例えば、無線端末AとA)で中継され無線端末Bに到着する(図13(B)を参照。)。つまり、イニシエータIから無線端末Bへの伝送ルートは複数存在する。 FIG. 13A is a diagram illustrating the configuration of the communication system according to the present embodiment. This communication system uses a modulated signal obtained by CSS-modulating a chirp signal with a bandwidth B and a symbol length T by frequency modulation (FM modulation) corresponding to BT symbols, and the same data is transmitted between a plurality of wireless terminals. Send and receive in a multi-hop manner. A terminal that transmits data among the wireless terminals is referred to as “initiator I”. A plurality of wireless terminals An exist in the area 21 where the transmission signal from the initiator I can reach. And, on the outside of the area 21, there are areas 22 which can reach the transmission signal from the wireless terminal A n, there is a transmission destination radio terminal B in the area 22. The data transmitted by the initiator I is relayed by a plurality of wireless terminals An (for example, wireless terminals A 1 and A 2 ) and arrives at the wireless terminal B (see FIG. 13B). That is, there are a plurality of transmission routes from the initiator I to the wireless terminal B.

まず、無線端末AやBが行うCSS変調された変調信号を復調する手法を説明する。
図7(A)は、無線端末Aを説明する構成図である。無線端末Aは、
CSS変調された変調信号を受信するアンテナ11と、
受信された前記変調信号を増幅する増幅器12と、
増幅された前記変調信号の周波数を変換するコンバータ13と、
周波数を変換した前記変調信号に対して、それぞれの前記周波数変調に対応した複素共役周波数応答を持ち、前記変調信号の瞬時周波数に応じて前記受信信号に対応する相関値を相互に共通する特定時間だけ遅延して出力するBT個のマッチドフィルタ14と、
前記BT個のマッチドフィルタ14が出力する遅延信号のうち、1シンボル内で振幅のピークが所定位置に1つである遅延信号を探す演算部15と、
演算部15が探した前記遅延信号のピーク位置を利用して前記変調信号にクロックを同期させる同期部16と、
前記クロックに基づき、予め設定された前記無線端末に固有であり、他の無線端末の遅延時間との差が1/B以上且つ1シンボル以内の遅延時間経過後に前記変調信号を送信する送信部17と、
を備える。
First, a method for demodulating a CSS-modulated modulation signal performed by the radio terminals An and B will be described.
Figure 7 (A) is a block diagram illustrating a wireless terminal A n. The wireless terminal An is
An antenna 11 for receiving a CSS modulated signal;
An amplifier 12 for amplifying the received modulated signal;
A converter 13 for converting the frequency of the amplified modulated signal;
A specific time having a complex conjugate frequency response corresponding to each of the frequency modulations and a correlation value corresponding to the received signal corresponding to the instantaneous frequency of the modulation signal with respect to the modulation signal whose frequency is converted BT matched filters 14 that are output with a delay of
An arithmetic unit 15 for searching for a delayed signal having one amplitude peak at a predetermined position within one symbol among the delayed signals output from the BT matched filters 14;
A synchronization unit 16 that synchronizes a clock to the modulation signal using a peak position of the delayed signal searched by the calculation unit 15;
Based on the clock, a transmission unit 17 that is unique to the preset wireless terminal and that transmits the modulated signal after a delay time of 1 / B or more and within one symbol has elapsed from the delay time of another wireless terminal. When,
Is provided.

なお、無線端末Bの演算部15は、BT個のマッチドフィルタ14が出力する遅延信号のうち、1シンボル内で振幅のピークが所定位置(所定遅延時間)に1つである遅延信号を探し、前記遅延信号を出力したマッチドフィルタに割り当てたシンボルを出力する。   The computing unit 15 of the wireless terminal B searches for a delayed signal whose amplitude peak is one at a predetermined position (predetermined delay time) within one symbol among the delayed signals output from the BT matched filters 14. A symbol assigned to the matched filter that outputs the delayed signal is output.

本実施形態では、例として帯域幅Bが125kHz、シンボル長Tが1/Bの212倍の32.768msecのCSS変調信号で説明する。このCSS変調信号は図1のようにプリアンブル部とデータ部で構成される。プリアンブル部はup chirpが10シンボルとdown chirpが2シンボルと1/4シンボルで構成される。データ部は、1シンボル毎にup chirpが12ビットのデータで変調される。具体的には、12ビットのデータによりup chirp開始時の周波数をΔf(=1/T=30.5Hz)づつ変化させる。 In this embodiment, the bandwidth B is 125 kHz, the symbol length T is described in 2 12 times the 32.768msec of CSS modulated signal 1 / B as an example. The CSS modulation signal is composed of a preamble part and a data part as shown in FIG. The preamble part is composed of 10 symbols for up chirp and 2 symbols for down chirp and 1/4 symbol. In the data part, up chirp is modulated with 12-bit data for each symbol. Specifically, the frequency at the start of up chirp is changed by Δf (= 1 / T = 30.5 Hz) by 12-bit data.

図7(B)は、マッチドフィルタ14の動作を説明する図である。図7B(a)はマッチドフィルタ14(#0)の動作、図7B(b)はマッチドフィルタ14(#1024)の動作である。なお、マッチドフィルタ14(#0)には
データ〔0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0〕が割り当てられ、
マッチドフィルタ14(#1024)には
データ〔0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0〕が割り当てられている。
FIG. 7B is a diagram for explaining the operation of the matched filter 14. FIG. 7B (a) shows the operation of the matched filter 14 (# 0), and FIG. 7B (b) shows the operation of the matched filter 14 (# 1024). The matched filter 14 (# 0) is assigned data [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0].
Data [0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] is assigned to the matched filter 14 (# 1024).

具体的に変調信号(#0)と変調信号(#1024)を受信した例で説明する。(i)は変調信号(#0)と変調信号(#1024)の波形を説明している。(ii)はそれぞれのマッチドフィルタ14に設定された遅延特性である。マッチドフィルタ14(#0)は、周波数軸上では対応する信号の周波数応答の複素共役に固定遅延特性を持ち、時間軸上では周波数が高くなるにつれて遅延時間が減少する遅延特性である。マッチドフィルタ14(#0)は、変調信号(#0)が入力した時には(iii)のように全ての周波数を同じ時間tに出力する。つまり、全ての周波数の信号強度が積算され、マッチドフィルタ14(#0)の出力は(iv)のように時間tに1つのピークが現れる信号となる。 A specific example will be described in which the modulation signal (# 0) and the modulation signal (# 1024) are received. (I) illustrates the waveforms of the modulation signal (# 0) and the modulation signal (# 1024). (Ii) is a delay characteristic set for each matched filter 14. The matched filter 14 (# 0) has a fixed delay characteristic in the complex conjugate of the frequency response of the corresponding signal on the frequency axis, and has a delay characteristic in which the delay time decreases as the frequency increases on the time axis. Matched filter 14 (# 0), when the modulated signal (# 0) is input and output at the same time t 0 all frequencies as in (iii). That is accumulated signal strength of all frequencies, the output of the matched filter 14 (# 0) is a signal one peak appears in a time t 0 as (iv).

一方、マッチドフィルタ14(#0)は、変調信号(#1024)が入力した時にはマッチドフィルタ14(#0)の遅延特性と変調信号(#1024)とが整合しないので(iii)のように周波数によって出力する時間が分離してしまう。つまり、分離出力された周波数の信号強度がそれぞれ積算され、マッチドフィルタ14(#0)の出力は(iv)のように2つのピークが現れる信号となる。   On the other hand, since the delay characteristic of the matched filter 14 (# 0) and the modulated signal (# 1024) do not match when the modulated signal (# 1024) is input, the matched filter 14 (# 0) has a frequency as shown in (iii). The output time will be separated. That is, the signal intensities of the frequencies that are separated and output are accumulated, and the output of the matched filter 14 (# 0) becomes a signal in which two peaks appear as in (iv).

マッチドフィルタ14(#1024)は、変調信号(#1024)に整合する遅延特性を持つ。すなわち、周波数遅延時間応答は(ii)のように周波数が高くなるにつれて初期遅延時間が減少し、ある周波数を超えると巡回的に最大遅延時間となり、そこから初期遅延時間に向かって遅延時間が減少する遅延特性である。マッチドフィルタ14(#1024)は、変調信号(#0)が入力した時にはマッチドフィルタ14(#1024)の遅延特性と変調信号(#0)とが整合しないので(iii)のように周波数によって出力する時間が分離してしまう。つまり、分離出力された周波数の信号強度がそれぞれ積算され、マッチドフィルタ14(#1024)の出力は(iv)のように2つのピークが現れる信号となる。   The matched filter 14 (# 1024) has a delay characteristic that matches the modulation signal (# 1024). That is, the frequency delay time response decreases as the frequency becomes higher as in (ii), and the initial delay time decreases cyclically when it exceeds a certain frequency, from which the delay time decreases toward the initial delay time. This is a delay characteristic. Since the delay characteristic of the matched filter 14 (# 1024) and the modulated signal (# 0) do not match when the modulated signal (# 0) is input, the matched filter 14 (# 1024) is output according to the frequency as in (iii). Time to separate. That is, the signal intensities of the frequencies that are separated and output are integrated, and the output of the matched filter 14 (# 1024) becomes a signal in which two peaks appear as in (iv).

一方、マッチドフィルタ14(#1024)は、変調信号(#1024)が入力した時には(iii)のように全ての周波数を同じ時間tに出力する。つまり、全ての周波数の信号強度が積算され、マッチドフィルタ14(#1024)の出力は(iv)のように時間tに1つのピークが現れる信号となる。 On the other hand, the matched filter 14 (# 1024) is when the modulated signal (# 1024) is input and output at the same time t 0 all frequencies as in (iii). That is accumulated signal strength of all frequencies, the output of the matched filter 14 (# 1024) is a signal one peak appears in a time t 0 as (iv).

演算部15は、それぞれのマッチドフィルタ14の出力を確認し、1つのピークのみが現れている出力のマッチドフィルタ14を検出する。演算部15は、1つのピークのみが現れている出力のマッチドフィルタ14に割り当てられているデータを当該シンボルのデータとして出力する。このように、無線端末A及びBは、受信したCSS変調信号を復調することができる。 The calculation unit 15 confirms the output of each matched filter 14 and detects the matched filter 14 having an output in which only one peak appears. The calculation unit 15 outputs data assigned to the output matched filter 14 in which only one peak appears as data of the symbol. Thus, the radio terminals An and B can demodulate the received CSS modulated signal.

続いて、無線端末A及びBの利点を説明する。
非特許文献11及び13のようにマッチドフィルタを1個利用した場合、データによって2つの相関ピークが現れ、そのピークレベルを線形加算した場合、すべてのデータ変調に対して同一になるが、データ判定が煩雑となる。
Subsequently, advantages of the wireless terminals An and B will be described.
When one matched filter is used as in Non-Patent Documents 11 and 13, two correlation peaks appear depending on the data, and when the peak levels are linearly added, they are the same for all data modulations. Becomes complicated.

無線端末A及びBのように全てのデータ変調(4096通り)に対して、各々のマッチドフィルタを用意すれば、全てのデータ変調に対して、対応するマッチドフィルタの出力は同一時刻に相関ピークをもち、且つその相関ピークのレベルは各々一定である。 If each matched filter is prepared for all data modulations (4096) as in the wireless terminals An and B, the output of the corresponding matched filter for all the data modulations is a correlation peak at the same time. And the level of the correlation peak is constant.

データの情報は相関ピークの検出時刻にのみに含まれる。4096通りのマッチドフィルタを用意する必要はあるものの、データ判定のための演算は1シンボル当たり相関ピークの時刻1点(図7Bのt)のみの計算で良い。データに対する相関ピークは全ての相関器の内1個のみに現れる。また、4096通りの相関計算は、同一の入力信号に対して行われるため、データ復調は相関器出力間のレベル差による最尤推定が可能である。 Data information is included only in the correlation peak detection time. Although it is necessary to prepare 4096 matched filters, the calculation for data determination can be performed only at one point of correlation peak time per symbol (t 0 in FIG. 7B). The correlation peak for the data appears in only one of all correlators. Further, since 4096 correlation calculations are performed on the same input signal, data demodulation can be performed with maximum likelihood estimation based on a level difference between correlator outputs.

非特許文献11及び13のように1個のマッチドフィルタを使用した構成例の場合、データは時間原点からの時間差により検出されるため、マッチドフィルタは1個で良いものの、4096ポイントの時刻での相関演算が必要である。一方、本復調器のように4096個のマッチドフィルタを用いる場合は、相関計算は相関ピークの時刻1点のみで、演算量としてはマッチドフィルタ1個利用の場合と差異は無い。   In the case of the configuration example using one matched filter as in Non-Patent Documents 11 and 13, since the data is detected by the time difference from the time origin, one matched filter is sufficient, but at the time of 4096 points. Correlation calculation is required. On the other hand, when 4096 matched filters are used as in this demodulator, the correlation calculation is only at one point of the correlation peak, and the amount of calculation is not different from the case of using one matched filter.

図8に1シンボル目はn=0、2シンボル目はn=1023を送信した場合の時間(シンボル長を1単位)に対する各マッチドフィルタの出力値(ピークを0dBとした相対値)を全ての時刻で計算した結果を示す。データ判定点である時刻0及び、時刻1において、各マッチドフィルタ番号を横軸、縦軸を相対出力値(ピークを0dBとして規格化)したものを図9に示す。n=0、及びn=1023のマッチドフィルタに相関ピークを持つ。   In FIG. 8, n = 0 for the first symbol, and n = 1023 for the second symbol, the output values (relative values where the peak is 0 dB) of each matched filter for the time (symbol length is 1 unit) The result calculated by time is shown. FIG. 9 shows the matched filter numbers at the time 0 and the time 1, which are data determination points, with the horizontal axis representing the matched filter number and the relative output value representing the vertical axis (normalized with the peak as 0 dB). The matched filter of n = 0 and n = 1023 has a correlation peak.

プリアンブル部で正確にシンボル同期でき、プリアンブル信号がn=0のchirp信号として同定できればデータ部の復調も可能となる。このときの所要精度は、1パケット2secとすると、相関ピークの幅は1/B=8μsであるので、通常規格では1パケット2sec以内のため、4ppm以下の偏差精度が必要となる。端末局間の個別のクロック精度は、プリアンブルでのデータ同定時にオフセットとすれば、端末局(送信端末)の周波数源における、秒程度の時間幅での周波数短期安定度が、移動時のドプラー周波数変移を含めて数ppm以下(通常のLPWA利用では問題無い所要周波数安定度)であれば復調可能である。   If the preamble can be accurately symbol-synchronized and the preamble signal can be identified as a chirp signal with n = 0, the data portion can be demodulated. If the required accuracy at this time is 2 sec per packet, the width of the correlation peak is 1 / B = 8 μs. Therefore, in the normal standard, the deviation accuracy is 4 ppm or less because it is within 2 sec per packet. The individual clock accuracy between the terminal stations is the offset at the time of data identification in the preamble, and the frequency short-term stability in the time width of about 2 seconds at the frequency source of the terminal station (transmitting terminal) is the Doppler frequency during movement. It can be demodulated if it is several ppm or less including the transition (the required frequency stability which is not a problem when using normal LPWA).

また、送信端末の周波数が大きく(例えば30ppm、27.6kHz)ずれた場合、本無線端末はプリアンブル部を利用して周波数ずれを判断する。例えば、プリアンブル部が持つ10シンボルが変調信号(#0)であれば、変調信号の中心周波数がずれていなければ、マッチドフィルタ14(#0)から振幅のピークが1つである信号が出力される。一方、マッチドフィルタ14(#0)から振幅のピークが2つである信号が出力され、他のマッチドフィルタ14(#X)から振幅のピークが1つである信号が出力された場合、演算部15は変調信号の中心周波数がずれていると判断できる。また、演算部15はマッチドフィルタ14(#X)から変調信号の中心周波数のずれ量も判断できる。このため、演算部15は、データ部の復調時に変調信号の中心周波数のずれ量を考慮してデータ出力をする。   In addition, when the frequency of the transmitting terminal is greatly shifted (for example, 30 ppm, 27.6 kHz), the wireless terminal determines the frequency shift using the preamble portion. For example, if 10 symbols of the preamble part are modulation signals (# 0), a signal with one amplitude peak is output from the matched filter 14 (# 0) if the center frequency of the modulation signal is not shifted. The On the other hand, when a signal having two amplitude peaks is output from the matched filter 14 (# 0) and a signal having one amplitude peak is output from the other matched filter 14 (#X), the calculation unit 15 can be determined that the center frequency of the modulation signal is shifted. Moreover, the calculating part 15 can also judge the deviation | shift amount of the center frequency of a modulation signal from the matched filter 14 (#X). For this reason, the calculation unit 15 outputs data in consideration of the shift amount of the center frequency of the modulation signal when demodulating the data part.

また、変調信号の中心周波数がずれたときに、マッチドフィルタ14(#0)から振幅のピークが1つである信号が出力された場合、ピークの位置が所定位置(図7Bのt)からずれるため、このずれからも演算部15は変調信号の中心周波数がずれていると判断できる。 Further, when the signal having one amplitude peak is output from the matched filter 14 (# 0) when the center frequency of the modulation signal is shifted, the peak position is changed from a predetermined position (t 0 in FIG. 7B). Therefore, the calculation unit 15 can determine that the center frequency of the modulation signal is shifted from this shift.

(他の実施形態)
上記説明では、物理的にマッチドフィルタ14を複数用意することを説明したが、ソフトウエア的に処理してもよい。つまり、受信した変調信号をコンピュータでマッチドフィルタ14(#0〜#4095)に相当する演算処理を行い、全ての周波数で遅延時間が一定(ピークがひとつ)となる遅延特性を見出し、その遅延特性に割り当てられているデータを出力してもよい。
(Other embodiments)
In the above description, it has been described that a plurality of matched filters 14 are physically prepared, but processing may be performed in software. In other words, the received modulation signal is subjected to arithmetic processing corresponding to the matched filter 14 (# 0 to # 4095) by a computer, and a delay characteristic having a constant delay time (one peak) at all frequencies is found. The data assigned to may be output.

[多重化変調信号]
図1にあるLPWAのCSS変調方式の信号波形を見ると、図2のデータ変調をした場合、周波数帯域幅(125kHz)に対して1シンボル当たり(4)式のn=0〜4095の内1通りのみ送信される。1シンボル内で1通りのchirp信号のみの送信を行うことは、特定の周波数ポイントで見れば、1シンボル時間の内一部(1/4096)しか利用されない。また、特定の時刻ポイントで見れば特定の瞬時周波数(帯域幅の1/4096)の信号のみ利用される。時間及び周波数のいずれから見ても、周波数の利用効率は低い。
[Multiplexed modulation signal]
The signal waveform of the LPWA CSS modulation system shown in FIG. 1 shows that, in the case of data modulation shown in FIG. 2, one of n = 0 to 4095 in the equation (4) per symbol with respect to the frequency bandwidth (125 kHz). Only sent on the street. If only one chirp signal is transmitted within one symbol, only a part (1/4096) of one symbol time is used at a specific frequency point. Further, when viewed at a specific time point, only a signal having a specific instantaneous frequency (1/4096 of the bandwidth) is used. The frequency utilization efficiency is low in terms of both time and frequency.

非特許文献13によれば、連続するchirp信号間に差動化2値変調(DBPSK)を施す場合、chirp信号自体を多重化しても、多重化信号毎の相関ピークの時刻が異なるため(相互に直交しているため)、分離復調可能である。線形チャープ信号を用いて、周波数重み付けをしなければ、相関出力は、帯域幅の逆数のパルス幅を持つ振幅sinx/x型の応答となるため、相関パルスが直交する時間間隔に取れば、本報告と同条件で4096多重化可能である。これは、chirp信号に対してマッチドフィルタを通すことにより、一般的なOFDMの周波数と時間を入れ替えた形とも見なせる。   According to Non-Patent Document 13, when differential binary modulation (DBPSK) is performed between successive chirp signals, even if the chirp signal itself is multiplexed, the time of the correlation peak for each multiplexed signal differs (mutually). Can be separated and demodulated. If frequency weighting is not performed using a linear chirp signal, the correlation output becomes an amplitude sinx / x type response having a pulse width that is the reciprocal of the bandwidth. 4096 multiplexing is possible under the same conditions as the report. This can be regarded as a form in which the frequency and time of a general OFDM are exchanged by passing a matched filter on the chirp signal.

一方、上述の周波数差を用いたM−Aryでデータ変調し、同一シンボル時間内で時刻の異なる複数のchirp信号を送信した場合、データによっては複数のchirp信号同士が重なる(CSS変調信号の多重化)。しかし、多重化される各々の変調信号のプリアンブルを用いれば、データ相関ピークの時刻は帯域幅の逆数(1/B)で推定できるので、相関ピーク時刻の異なる多重化信号を分離して復調が可能となる。   On the other hand, when data modulation is performed with M-Ary using the above-described frequency difference and a plurality of chirp signals having different times within the same symbol time are transmitted, a plurality of chirp signals may overlap with each other (multiplexing of CSS modulation signals). ). However, if the preamble of each modulated signal to be multiplexed is used, the time of the data correlation peak can be estimated by the reciprocal of the bandwidth (1 / B), so that the multiplexed signals having different correlation peak times can be separated and demodulated. It becomes possible.

図14は、本通信システムの無線端末が多重化されたCSS変調信号を分離して復調する手法を説明する概念図である。図14(A)は無線端末が受信する多重化されたCSS変調信号である。当該変調信号は既知のchirp信号(図では周波数fから始まるup chirp信号)で構成されるプリアンブル部を持つ。このため、無線端末の演算部15はマッチドフィルタ#0の出力を確認し、相関ピークの時刻がtとなるように時刻同期する。このとき、ピークが2本発生する(図14(B))ので、演算部15は受信した変調信号が多重化されていることを認知でき、それぞれのピークに合わせて時間同期できる(図14(C)及び(D))。つまり、演算部15はプリアンブル部を利用して信号αと信号βを分離できる。そして、データ部において、時刻同期されたそれぞれの時刻tで相関ピークを発生させるマッチドフィルタ番号からそれぞれのデータを取り出すことができる。 FIG. 14 is a conceptual diagram illustrating a technique for separating and demodulating a multiplexed CSS modulated signal by a wireless terminal of the communication system. FIG. 14A shows a multiplexed CSS modulated signal received by the wireless terminal. The modulation signal has a preamble portion composed of a known chirp signal (up chirp signal starting from the frequency f 0 in the figure). For this reason, the computing unit 15 of the wireless terminal confirms the output of the matched filter # 0 and performs time synchronization so that the correlation peak time becomes t0. At this time, since two peaks occur (FIG. 14B), the calculation unit 15 can recognize that the received modulation signal is multiplexed, and can synchronize time according to each peak (FIG. 14 ( C) and (D)). That is, the arithmetic unit 15 can separate the signal α and the signal β using the preamble part. Then, in the data portion, each data can be extracted from the matched filter number that generates the correlation peak at each time t 0 synchronized in time.

図10は、図8の信号に対して、Addと書いた時点の信号(データはn=0とした)を加算した場合である。図10において加算した信号の判定点(Add時点)で、データ値がx印のデータであった場合、多重化されたchirp信号各々は重なる。しかし、ある程度の誤りの発生を許せば、その確率は4096通りの内、多重される側の信号の前後のシンボルを考慮すれば2通りの誤りを発生する場合の数で必ずしも高くはない。さらに、多重化前後1シンボル時間離れた点において同一周波数でピークが検出されるため、前後のシンボルにおける同時刻のピークを調べることにより分離を助ける。また、相関ピークのレベルは、相関時間のうちchirp信号が重なる時間幅に比例するため、信号レベルを測定すれば被多重信号との分離はより容易となる。   FIG. 10 shows a case where the signal at the time of writing “Add” is added to the signal shown in FIG. 8 (data is n = 0). In FIG. 10, when the data value is the data indicated by x at the determination point (Add point) of the added signals, the multiplexed chirp signals overlap each other. However, if a certain amount of error is allowed, the probability is not necessarily high in the number of cases in which two types of errors occur in consideration of the symbols before and after the multiplexed signal among 4096 patterns. Furthermore, since a peak is detected at the same frequency at a point one symbol time before and after multiplexing, separation is aided by examining the same time peak in the preceding and following symbols. Further, since the level of the correlation peak is proportional to the time width in which the chirp signals overlap in the correlation time, separation from the multiplexed signal becomes easier if the signal level is measured.

図8のマッチドフィルタによるCSS復調の各相関出力の時系列変化をみると、各データに対応するchirp信号が巡回的に周波数シフトした信号(図2参照)のため、その信号に対するマッチドフィルタ出力は、各々周波数シフトしたもの、時系列的には時間シフトとしたものとなり、各々の相互相関は独立性があるとは言えない。しかし、相関出力の時系列変化は、特徴的で全てのデータ毎の信号で共通である(図8参照)。この特徴点に注目して多重化された信号を分離復調することは可能である。   Looking at the time series change of each correlation output of CSS demodulation by the matched filter of FIG. 8, since the chirp signal corresponding to each data is a frequency-shifted signal (see FIG. 2), the matched filter output for that signal is These are frequency-shifted and time-shifted in time series, and it cannot be said that each cross-correlation is independent. However, the time series change of the correlation output is characteristic and common to all the signals for each data (see FIG. 8). It is possible to separate and demodulate the multiplexed signal by paying attention to this feature point.

[同時送信マルチホップ]
図13(A)のように、本通信システムは、同時送信マルチホップ方式でデータを伝搬する。このため、イニシエータIから無線端末Bまで複数の経路があり、伝送距離によってデータの到着時間が異なる。本通信システムはCSS変調なので、無線端末Bが受信する信号は前述した多重化された変調信号とみなせる。さらに積極的に時間差をつけるために各無線端末Aが固有の遅延時間を待ってデータを転送してもよい(図13(C))。
[Simultaneous transmission multi-hop]
As shown in FIG. 13A, this communication system propagates data by the simultaneous transmission multi-hop method. For this reason, there are a plurality of paths from the initiator I to the wireless terminal B, and the data arrival time differs depending on the transmission distance. Since this communication system is CSS modulated, the signal received by the wireless terminal B can be regarded as the multiplexed modulated signal described above. Better be transferred data each wireless terminal A n is awaiting delay time specific to actively put the time difference (Fig. 13 (C)).

具体的には、イニシエータIからの変調信号を無線端末AとAが受信し、無線端末AとAは変調信号のプリアンブル部を利用して時刻同期する。そして、無線端末AとAはそれぞれ異なる固有の遅延時間後に当該変調信号を送信する。なお、無線端末AとAは受信した信号に誤りがあるか否かを確認し、誤りが無い場合にホップ数や遅延量を書き換えて当該変調信号を送信してもよい。一方、無線端末AとAは信号に誤りがある場合やホップ数が上限を超える場合、当該変調信号を送信しない。 Specifically, the wireless terminals A 1 and A 2 receive the modulated signal from the initiator I, and the wireless terminals A 1 and A 2 synchronize time using the preamble portion of the modulated signal. Then, the wireless terminals A 1 and A 2 transmit the modulated signals after different inherent delay times. Note that the wireless terminals A 1 and A 2 may check whether or not there is an error in the received signal, and if there is no error, the hop count and the delay amount may be rewritten to transmit the modulated signal. On the other hand, the radio terminals A 1 and A 2 do not transmit the modulation signal when there is an error in the signal or when the number of hops exceeds the upper limit.

また、無線端末Aも複数の無線端末から変調信号を受信することがある。この場合、無線端末Aは、演算部15が、プリアンブル部の前記遅延信号が1シンボル内の振幅のピークが1つでないことから変調信号が時間軸上でずれて多重されていると判断した場合、同期部16にいずれか1つの変調信号のプリアンブル部を利用してクロックを同期させ、送信部17にクロックを同期させた変調信号のみを送信させてもよい。後段において、変調信号の多重数を低減することができる。 In addition, the wireless terminal An may also receive modulated signals from a plurality of wireless terminals. In this case, the radio terminal An determines that the arithmetic unit 15 determines that the modulated signal is multiplexed with a shift on the time axis because the delayed signal of the preamble unit does not have one amplitude peak in one symbol. In this case, the synchronization unit 16 may synchronize the clock using the preamble portion of any one of the modulation signals, and the transmission unit 17 may transmit only the modulation signal with the clock synchronized. In the subsequent stage, the number of multiplexed modulation signals can be reduced.

無線端末Bは、無線端末AとAから遅延時間差と伝送時間差をもった変調信号を受信する。無線端末Bは、多数のマッチドフィルタを用いて復調するので、各変調信号の到達する時刻差が帯域幅の逆数(1/B=8μs)以上あれば、マッチドフィルタの出力相関ピークを分離可能である(時間フィルタ)。無線端末Bは、この特徴を利用して受信信号を多重化CSS変調信号として扱えば、複数の無線端末Aから同一シンボル内の時間間隔で送られた信号も各々分離復調可能である。 The wireless terminal B receives a modulated signal having a delay time difference and a transmission time difference from the wireless terminals A 1 and A 2 . Since the wireless terminal B demodulates using a number of matched filters, the output correlation peak of the matched filter can be separated if the time difference of arrival of each modulated signal is equal to or greater than the reciprocal of the bandwidth (1 / B = 8 μs). Yes (time filter). Wireless terminal B, if handle received signal by utilizing this characteristic as a multiplexed CSS modulated signal, the signal sent at time intervals of the same symbols from a plurality of radio terminals A n also are each separable demodulation.

また、無線端末Bは、一旦分離復調された信号を無線端末Aの周波数偏差による復調値のオフセットを考慮して合成すれことで、統計的多重効果により1端末からのリレー伝送より冗長性を高めることができる。 Further, the wireless terminal B, that you composite in consideration of the offset of the demodulated values once separated demodulated signal due to the frequency deviation of the radio terminal A n, redundancy than relay transmission from first terminal by statistical multiplexing effect Can be increased.

[効果]
本発明は、M−Aryの多値FMデータ変調の周波数利用効率改善のため、複数chirp信号を多重化する際に帯域幅の逆数以上の時間差をつけることでそれぞれの信号を分離可能とした、CSS方式での同時送信型のマルチホップ伝送方式を採用する通信システムである。
前述した様に、その相互相関の性質からデータによってはchirp信号どうしが重なり多重化信号どうしを分離し難い場合が存在するが、建設的干渉型フラッディング方式の統計的多重効果による劣化の改善効果が期待できる。そして本通信システムは、非特許文献16のFMキャプチャー効果による強信号の選択的受信と比較して同等以上の性能が期待できる。
[effect]
In the present invention, in order to improve the frequency utilization efficiency of multi-level FM data modulation of M-Ary, each signal can be separated by adding a time difference more than the reciprocal of the bandwidth when multiplexing a plurality of chirp signals. This is a communication system that employs a simultaneous transmission type multi-hop transmission system in the CSS system.
As described above, there are cases where chirp signals overlap and it is difficult to separate multiplexed signals depending on the data due to the nature of the cross-correlation, but the effect of improving the deterioration due to the statistical multiplexing effect of the constructive interference flooding method is I can expect. This communication system can be expected to have equivalent or better performance than the selective reception of strong signals by the FM capture effect of Non-Patent Document 16.

本発明に係る通信方法は、LPWAの通信方式のひとつCSS変調と多値FMデータ変調(M−ary)を組み合わせた方式であって、複数(M−ary分)のマッチドフィルタを用いる復調している。本通信方法の復調は、データ判定点が1シンボル当たり1カ所であることから1つのマッチドフィルタの復調と比べて演算量における差異が無い。   A communication method according to the present invention is a method combining CSS modulation and multi-level FM data modulation (M-ary), which is one of LPWA communication methods, and performs demodulation using a plurality of (for M-ary) matched filters. Yes. Since the demodulation of this communication method has one data determination point per symbol, there is no difference in the amount of calculation compared to the demodulation of one matched filter.

また、本通信方法は、複数のマッチドフィルタを復調に用いることにより、シンボル時間に比較して充分短い時間精度(1/2SF例えばSF=7〜12)で送受信間の時刻同期が可能であり、同時刻サンプリングを必要とするセンサネットワークには有効な特徴を持つ。 In addition, this communication method can synchronize time between transmission and reception with a sufficiently short time accuracy (1/2 SF, for example, SF = 7 to 12) compared to the symbol time by using a plurality of matched filters for demodulation. This is an effective feature for sensor networks that require simultaneous sampling.

11:アンテナ
12:増幅器
13:コンバータ
14:マッチドフィルタ
15:演算部
16:同期部
17:送信部
I:イニシエータ
:無線端末(nは自然数)
B:受信無線端末
11: Antenna 12: Amplifier 13: Converter 14: Matched filter 15: Calculation unit 16: Synchronization unit 17: Transmission unit I: Initiator A n : Wireless terminal (n is a natural number)
B: Receiving wireless terminal

Claims (8)

帯域幅B及びシンボル長Tのチャープ信号をBT個のシンボルに対応する周波数変調(FM変調)でCSS(Chirp Spread Spectrum)変調された変調信号を用い、複数の無線端末の間で同一のデータをマルチホップ方式で送受信する通信システムであって、
前記無線端末は、
それぞれの前記周波数変調に対応した複素共役周波数応答を持ち、前記変調信号の瞬間周波数に応じて前記受信信号に対応する相関値を相互に共通する特定時間だけ遅延して出力するBT個のマッチドフィルタと、
前記BT個のマッチドフィルタが出力する遅延信号のうち、1シンボル内で振幅のピークが所定位置(所定遅延量)に1つである遅延信号を探す演算部と、
前記演算部が探した前記遅延信号のピーク位置を利用して前記変調信号にクロックを同期させる同期部と、
前記クロックに基づき、予め設定された前記無線端末に固有であり、他の無線端末の遅延時間との差が1/B以上且つ1シンボル以内の遅延時間経過後に前記変調信号を送信する送信部と、
を備えることを特徴とする通信システム。
The chirp signal with bandwidth B and symbol length T is modulated using frequency modulation (FM modulation) corresponding to BT symbols and modulated with CSS (Chirp Spread Spectrum), and the same data is transmitted between a plurality of wireless terminals. A communication system that transmits and receives in a multi-hop manner,
The wireless terminal is
BT matched filters each having a complex conjugate frequency response corresponding to each of the frequency modulations and outputting a correlation value corresponding to the received signal delayed by a common time in accordance with the instantaneous frequency of the modulated signal When,
An arithmetic unit for searching for a delayed signal having an amplitude peak at one predetermined position (predetermined delay amount) within one symbol among the delayed signals output from the BT matched filters;
A synchronization unit that synchronizes a clock to the modulation signal using a peak position of the delayed signal searched by the arithmetic unit;
A transmission unit that is unique to the preset wireless terminal based on the clock and that transmits the modulated signal after a delay time of 1 / B or more and within one symbol that is different from the delay time of another wireless terminal; ,
A communication system comprising:
前記変調信号が任意シンボルに対応する前記拡散符号でCSS変調されたプリアンブル部を有し、
前記演算部は、前記プリアンブル部の前記遅延信号が1シンボル内の振幅のピークが1つでない場合、前記変調信号が時間軸上でずれて多重されていると判断し、
前記同期部は、前記変調信号が多重している場合、いずれか1つの前記変調信号のプリアンブル部を利用してクロックを同期させ、
前記送信部は、クロックを同期させた前記変調信号のみを送信する
ことを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
The modulation signal has a preamble portion that is CSS modulated with the spreading code corresponding to an arbitrary symbol;
When the delay signal of the preamble part does not have one amplitude peak in one symbol, the arithmetic part determines that the modulation signal is multiplexed shifted on the time axis,
When the modulation signal is multiplexed, the synchronization unit synchronizes the clock using the preamble portion of any one of the modulation signals,
The communication system according to claim 1, wherein the transmission unit transmits only the modulated signal with a clock synchronized.
前記変調信号が任意シンボルに対応する前記周波数変調でCSS変調されたプリアンブル部を有し、
前記演算部は、前記プリアンブル部の1シンボル内で振幅のピークが1つである前記遅延信号を出力したマッチドフィルタに割り当てたシンボルが前記任意シンボルでない場合、前記変調信号の中心周波数がずれていると判断することを特徴とする請求項1又は2に記載の通信システム。
The modulated signal has a preamble portion that is CSS modulated by the frequency modulation corresponding to an arbitrary symbol;
The arithmetic unit shifts a center frequency of the modulation signal when a symbol assigned to the matched filter that outputs the delayed signal having one amplitude peak in one symbol of the preamble unit is not the arbitrary symbol. The communication system according to claim 1, wherein the communication system is determined.
前記変調信号が任意シンボルに対応する前記周波数変調でCSS変調されたプリアンブル部を有し、
前記演算部は、前記プリアンブル部の1シンボル内で振幅のピークが1つである前記遅延信号の前記ピークの位置が前記所定位置にない場合、前記変調信号の中心周波数がずれていると判断することを特徴とする請求項1又は2に記載の通信システム。
The modulated signal has a preamble portion that is CSS modulated by the frequency modulation corresponding to an arbitrary symbol;
The arithmetic unit determines that the center frequency of the modulation signal is shifted when the position of the peak of the delayed signal having one amplitude peak in one symbol of the preamble part is not in the predetermined position. The communication system according to claim 1 or 2.
帯域幅B及びシンボル長Tのチャープ信号をBT個のシンボルに対応する周波数変調信号でCSS(Chirp Spread Spectrum)変調された変調信号を用い、複数の無線端末の間で同一のデータをマルチホップ方式で送受信する通信方法であって、
前記無線端末において、
それぞれの前記拡散符号に対応した複素共役周波数応答を持ち、前記変調信号の瞬時周波数に対応する相関値を相互に共通する特定時間だけ遅延して出力するBT個のマッチドフィルタ手順と、
前記BT個のマッチドフィルタが出力する遅延信号のうち、1シンボル内で振幅のピークが所定位置に1つである遅延信号を探す演算手順と、
前記演算手順で探した前記遅延信号のピーク位置を利用して前記変調信号にクロックを同期させる同期手順と、
前記クロックに基づき、予め設定された前記無線端末に固有であり、他の無線端末の遅延時間との差が1/B以上且つ1シンボル以内の遅延時間経過後に前記変調信号を送信する送信手順と、
を行うことを特徴とする通信方法。
A chirp signal having a bandwidth B and a symbol length T is modulated using a signal modulated by CSS (Chirp Spread Spectrum) with a frequency modulation signal corresponding to BT symbols. A communication method for transmitting and receiving at
In the wireless terminal,
BT matched filter procedures having a complex conjugate frequency response corresponding to each of the spreading codes, and outputting a correlation value corresponding to the instantaneous frequency of the modulated signal delayed by a specific time common to each other;
An arithmetic procedure for searching for a delayed signal having one amplitude peak at a predetermined position within one symbol among the delayed signals output by the BT matched filters;
A synchronization procedure for synchronizing a clock to the modulation signal using a peak position of the delayed signal searched in the calculation procedure;
A transmission procedure that is specific to the wireless terminal set in advance based on the clock, and that transmits the modulated signal after a delay time of 1 / B or more and within one symbol that is different from the delay time of another wireless terminal; ,
A communication method characterized by:
前記変調信号が任意シンボルに対応する前記拡散符号でCSS変調されたプリアンブル部を有し、
前記演算手順で、前記プリアンブル部の前記遅延信号が1シンボル内の振幅のピークが1つでない場合、前記変調信号が時間軸上でずれて多重されていると判断し、
前記同期手順で、前記変調信号が多重している場合、いずれか1つの前記変調信号のプリアンブル部を利用してクロックを同期し、
前記送信手順で、クロックを同期させた前記変調信号のみを送信する
ことを特徴とする請求項5に記載の通信方法。
The modulation signal has a preamble portion that is CSS modulated with the spreading code corresponding to an arbitrary symbol;
In the calculation procedure, when the delayed signal of the preamble part does not have one amplitude peak in one symbol, it is determined that the modulated signal is multiplexed shifted on the time axis,
When the modulation signal is multiplexed in the synchronization procedure, the clock is synchronized using the preamble portion of any one of the modulation signals,
6. The communication method according to claim 5, wherein in the transmission procedure, only the modulated signal with a clock synchronized is transmitted.
前記変調信号が任意シンボルに対応する前記周波数変調でCSS変調されたプリアンブル部を有し、
前記演算手順で、前記プリアンブル部の1シンボル内で振幅のピークが1つである前記遅延信号を出力したマッチドフィルタに割り当てたシンボルが前記任意シンボルでない場合、前記変調信号の中心周波数がずれていると判断することを特徴とする請求項5又は6に記載の通信方法。
The modulated signal has a preamble portion that is CSS modulated by the frequency modulation corresponding to an arbitrary symbol;
If the symbol assigned to the matched filter that has output the delayed signal having one amplitude peak in one symbol of the preamble part is not the arbitrary symbol in the calculation procedure, the center frequency of the modulation signal is shifted. The communication method according to claim 5, wherein the communication method is determined.
前記変調信号が任意シンボルに対応する前記周波数変調でCSS変調されたプリアンブル部を有し、
前記演算手順で、前記プリアンブル部の1シンボル内で振幅のピークが1つである前記遅延信号の前記ピークの位置が前記所定位置にない場合、前記変調信号の中心周波数がずれていると判断することを特徴とする請求項5又は6に記載の通信システム。
The modulated signal has a preamble portion that is CSS modulated by the frequency modulation corresponding to an arbitrary symbol;
In the calculation procedure, when the peak position of the delayed signal having one amplitude peak within one symbol of the preamble portion is not at the predetermined position, it is determined that the center frequency of the modulation signal is shifted. The communication system according to claim 5 or 6.
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