JP2023064016A - Wireless transmitting method, wireless transmitting device, wireless receiving method, wireless receiving device, and wireless communication method - Google Patents

Wireless transmitting method, wireless transmitting device, wireless receiving method, wireless receiving device, and wireless communication method Download PDF

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誠司 小林
Seiji Kobayashi
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Abstract

To provide a wireless transmitting method that can adjust a time, phase, and frequency offset (that is, synchronize) with a simple receiving device configuration, and is less likely to be out of synchronization due to the influence of interference or the like.SOLUTION: A wireless transmitting method is characterized in that a plurality of chirp signals are used as a synchronization signal or a part of the synchronization signal, and change rates of the plurality of chirp signals are different. By wirelessly transmitting, as the synchronization signal, a cross-carrier signal in which the chirp signals with the different change rates are combined, time delay can be detected accurately, and stable wireless communication synchronization can be achieved with a simple circuit.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

無線通信では、送信された電波に対して、受信機においてタイミング、位相そして周波数を合致させることが必須であり、この手法を「同期」と呼んでいる。本発明は、雑音や混信がある通信路でも確実な同期を実現し、その結果として安定な無線伝送を実現する無線送信方法、無線送信装置、無線受信方法、無線受信装置及び無線通信方法に関する。 In wireless communication, it is essential to match the timing, phase, and frequency of the transmitted radio waves at the receiver, and this technique is called "synchronization." The present invention relates to a radio transmission method, a radio transmission device, a radio reception method, a radio reception device, and a radio communication method that achieve reliable synchronization even on a communication channel with noise or interference, and as a result, achieve stable radio transmission.

無線通信において、データを所定の塊に分割して送信する方式が一般的である。このようなデータの塊は、ブロック、パケット、またはフレームなど様々な用語で呼ばれている。本発明ではデータの塊を、「フレーム」という言葉を用いて説明する。 In wireless communication, a method of dividing data into predetermined chunks and transmitting the data is common. Such chunks of data are referred to by various terms such as blocks, packets, or frames. In the present invention, a chunk of data is described using the term "frame".

フレーム単位でデータを伝送する場合、フレームの受信タイミング、フレームの周波数オフセットそしてフレームの搬送波位相を受信機の内部信号と合致させること、即ち「同期」が必要となる。 このためフレームの先頭あるいはフレームの途中に同期信号を挿入するのが一般的である。 この同期信号は、「プリアンブル」、「基準信号」「フレームシンク」など、様々な名称で呼ばれているが、受信された電波信号に受信機を同期させる機能であることは変わりがない。 When data is transmitted on a frame-by-frame basis, it is necessary to match the reception timing of the frame, the frequency offset of the frame, and the carrier phase of the frame with the internal signal of the receiver, that is, "synchronization". For this reason, it is common to insert a sync signal at the beginning of the frame or in the middle of the frame. This synchronization signal is called by various names such as "preamble", "reference signal", and "frame sync", but it is still a function of synchronizing the receiver with the received radio signal.

特開2016-46618号公報JP 2016-46618 A 特許第6821231号公報Japanese Patent No. 6821231

図1は、従来から使われている2種類の無線送信フォーマットを簡略的に説明する図である。図1(A)はフレームの先頭に「プリアンブル」を付加する一般的な同期手法である。プリアンブル10に続いて、フレームの先頭を示すフレームシンク11、そしてデータ12が続いている。このうちプリアンブル10とフレームシンク11が同期信号である。煩雑になるので図示しないが、データ12にはヘッダー、誤り訂正、誤り検出符号などが含まれる。 FIG. 1 is a diagram briefly explaining two types of conventionally used wireless transmission formats. FIG. 1(A) is a general synchronization technique that adds a "preamble" to the beginning of a frame. A preamble 10 is followed by a frame sync 11 indicating the beginning of a frame and data 12. FIG. Of these, the preamble 10 and the frame sync 11 are synchronization signals. The data 12 includes a header, an error correction code, an error detection code, etc., although they are not shown because they are complicated.

別の無線送信機から送信された電波が同じタイミングで受信機に到来して、プリアンブル10またはフレームシンク11が混信すると同期が乱され、残りのデータ12を受信できなくなる可能性がある。このように図1(A)の同期方式は、プリアンブルが時間的に集中しているのが問題である。 If radio waves transmitted from another wireless transmitter arrive at the receiver at the same timing and interfere with the preamble 10 or frame sync 11, the synchronization will be disturbed and the rest of the data 12 may not be received. As described above, the synchronization method of FIG. 1A has a problem that the preambles are temporally concentrated.

そこで特許文献1(特開2016-46618号広報)には、図1(B)に示すように疑似乱数で生成した同期信号13をフレームに均等分散させた通信方法が開示されている。 Therefore, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2016-46618) discloses a communication method in which synchronization signals 13 generated by pseudo-random numbers are evenly dispersed in frames as shown in FIG. 1(B).

フレームに均等分散させた同期信号13を用いることにより混信に強くなる。しかし同期をとる(時間、周波数や位相などを合致させる)ためには、均等分散させた同期信号を受信機で復号しなければならない。復号するためには受信機の同期が必要であるから、同期信号を検出するために、同期が必要となるというパラドックスが存在している。特許文献1に記載された方法は、このパラドックスを解くために受信装置が複雑で消費電力が大きくなる、という欠点があった。 By using the synchronization signal 13 that is evenly dispersed in the frame, it becomes resistant to interference. However, in order to achieve synchronization (to match time, frequency, phase, etc.), the receiver must decode the evenly distributed synchronization signal. The paradox exists that synchronization is required in order to detect the synchronization signal, since synchronization of the receiver is required for decoding. The method described in Patent Literature 1 has the drawback that the receiver is complicated and the power consumption is high in order to solve this paradox.

そこで特許文献2には、「時間軸で見たときにフレーム全期間にわたってかつ連続して存在する狭帯域同期信号」を用いる無線送信方法等が開示されている。 Therefore, Patent Literature 2 discloses a wireless transmission method and the like using "a narrowband synchronization signal that exists continuously over the entire frame period when viewed on the time axis".

特許文献2に記載された無線通信方法では、狭帯域同期信号の検出を高速フーリエ変換(FFT)で処理することができるので、パラドックスを解いて同期を容易に実現できる。しかし、特許文献2に記載された無線通信方法であっても、送信機内部の基準周波数発信器に周波数オフセットが存在していると周波数探索が必要となり、このため同期回路が複雑になるという欠点があった。 In the wireless communication method described in Patent Document 2, detection of the narrowband synchronization signal can be processed by fast Fourier transform (FFT), so the paradox can be resolved and synchronization can be easily realized. However, even with the wireless communication method described in Patent Document 2, if there is a frequency offset in the reference frequency oscillator inside the transmitter, it is necessary to search for a frequency, which makes the synchronization circuit complicated. was there.

そこで本発明は、簡単な受信装置構成で、時間、位相及び周波数オフセットを調整することが可能(すなわち同期をとることが可能)で、なおかつ、混信などの影響により同期が乱されにくい無線送信方法、無線送信装置、無線受信方法、無線受信装置及び無線通信方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides a wireless transmission method that enables time, phase and frequency offsets to be adjusted (that is, synchronization is possible) with a simple receiver configuration, and that synchronization is less likely to be disturbed by the effects of interference. , a radio transmission device, a radio reception method, a radio reception device, and a radio communication method.

本発明の無線送信方法は、同期信号または前記同期信号の一部として複数のチャープ信号を用い、前記複数のチャープ信号の変化レートが異なることを特徴とする無線送信方法である。 A radio transmission method of the present invention is a radio transmission method characterized by using a plurality of chirp signals as a synchronization signal or a part of the synchronization signal, and wherein the plurality of chirp signals have different change rates.

本発明を適用した無線送信装置(2)は、無線送信する情報を符号化して変調する変調手段(20)と、同期信号を作成する同期信号作成手段(23)と、前記変調信号と前記同期信号を合成して合成信号を作成する合成信号作成手段(26)と、前記合成信号にキャリア信号を重畳することにより高周波信号を作成する高周波変調手段27(高周波信号作成手段)を含んで構成される無線送信装置であって、前記同期信号生成手段(23)は、2つの異なる変化レート(β1,β2)のチャープ信号を合成したクロスキャリア信号を生成することを特徴とする無線送信装置である。 A radio transmission apparatus (2) to which the present invention is applied comprises modulation means (20) for encoding and modulating information to be radio-transmitted, synchronization signal generation means (23) for generating a synchronization signal, the modulation signal and the synchronization signal. Composite signal generating means (26) for generating a composite signal by combining signals, and high frequency modulation means (high frequency signal generating means) for generating a high frequency signal by superimposing a carrier signal on the composite signal. wherein the synchronization signal generating means (23) generates a cross-carrier signal by combining chirp signals with two different change rates (β1, β2). .

本発明の無線受信方法は、受信電波信号に第一のチャープレート(β1)によるデチャープ処理を施して第一のデチャープ信号(Q1)を作成し(33A)、受信電波信号に第二のチャープレート(β2)によるデチャープ処理を施して第二のデチャープ信号(Q2)を作成し(33B)、前記第一のデチャープ信号(Q1)と前記第二のデチャープ信号(Q2)から前記受信電波信号の時間遅れ(δ)を検出し(34)、前記受信電波信号の時間遅れを補正する(35)ことを特徴とする無線受信方法である。 In the radio reception method of the present invention, the received radio signal is dechirped by a first chirp rate (β1) to create a first dechirp signal (Q1) (33A), and the received radio signal is subjected to a second chirp rate. A second dechirped signal (Q2) is created (33B) by applying dechirping processing by (β2), and the time of the received radio signal is calculated from the first dechirped signal (Q1) and the second dechirped signal (Q2). A radio reception method characterized by detecting (34) a delay (δ) and correcting (35) the time delay of the received radio signal.

本発明の無線受信装置(3)は、受信電波信号をIQ信号に変換するフロントエンド手段(30)と、前記IQ信号から同期信号を抽出する同期信号抽出手段(32)と、前記同期信号に応じて前記IQ信号の時間遅延(δ)と位相回転を補正して補正IQ信号を作成するチャネル補正手段(35)と、前記補正IQ信号を復号する復号手段(38)により受信データを得るように構成され、
前記同期信号抽出手段(32)は、前記IQ信号に第一のチャープレート(β1)によるデチャープ処理を施して第一のデチャープ信号(Q1)を得る第一のデチャープ手段(33A)と、前記IQ信号に第二のチャープレート(β2)によるデチャープ処理を施して第二のデチャープ信号(Q2)を得る第二のデチャープ手段(33B)と、前記第一のデチャープ信号と前記第二のデチャープ信号から前記受信電波信号の時間遅れ(δ)を検出する同期信号処理手段(34)を含んで構成されることを特徴とする無線受信装置である。
A radio receiver (3) of the present invention comprises front-end means (30) for converting a received radio signal into an IQ signal, synchronization signal extraction means (32) for extracting a synchronization signal from the IQ signal, and In response, channel correction means (35) for correcting the time delay (δ) and phase rotation of the IQ signal to create a corrected IQ signal, and decoding means (38) for decoding the corrected IQ signal are used to obtain received data. configured to
The synchronization signal extracting means (32) includes first dechirping means (33A) for dechirping the IQ signal with a first chirp rate (β1) to obtain a first dechirping signal (Q1); second dechirping means (33B) for dechirping the signal with a second chirping rate (β2) to obtain a second dechirped signal (Q2); The radio receiving apparatus is characterized by including synchronization signal processing means (34) for detecting the time delay (.delta.) of the received radio signal.

本発明の無線通信方法は、伝送情報を符号化して変調することにより変調信号(mod(t))を作成し、周波数が直線的に変化する二つの複素関数信号exp(j2p・β1・t・t)とexp(j2p・β2・t・t)を含んだ同期信号(Cr(t))を作成し、前記変調信号と前記同期信号にキャリア信号を重畳して高周波信号(TX(t))を作成して電波として送信し、前記高周波信号を受信して前記伝送情報を復元する無線通信方法であって、前記高周波信号に含まれる前記同期信号(Cr(t))によって無線伝送路における時間遅延(δ)を検出し、前記時間遅延を補正することにより前記伝送情報を復号検出することを特徴とする無線通信方法である。 In the wireless communication method of the present invention, a modulated signal (mod(t)) is generated by encoding and modulating transmission information, and two complex function signals exp(j2p·β1·t· t) and exp(j2p·β2·t·t) are generated, and a carrier signal is superimposed on the modulation signal and the sync signal to generate a high-frequency signal (TX(t)). is generated and transmitted as radio waves, and the high-frequency signal is received to restore the transmission information, wherein the synchronization signal (Cr(t)) included in the high-frequency signal is used to generate the time on the wireless transmission path A wireless communication method characterized by decoding and detecting the transmission information by detecting a delay (δ) and correcting the time delay.

[発明の効果]
本発明によれば、他システムからの混信に対して同期信号が乱されることが少なく、より確実に伝送できる無線送信方法、無線送信装置、無線受信方法、無線受信装置及び無線通信方法を実現できる。 これらを適用した無線通信装置を用いれば、安定な通信を実現することが可能となる。 また本発明による無線送信方法を適用した無線送信装置においては、プリアンブルなどの無駄信号に送信電力を割くことが無く従来よりも低消費電力が実現できる。また本発明による無線受信方法を適用した無線受信装置であれば、同期信号処理を効率良く実現できるので、従来よりも簡単な構成かつ低消費電力で受信動作させることが可能となる。
[Effect of the invention]
According to the present invention, a radio transmission method, a radio transmission device, a radio reception method, a radio reception device, and a radio communication method are realized, in which synchronization signals are less disturbed by interference from other systems and can be transmitted more reliably. can. By using a wireless communication device to which these are applied, it is possible to realize stable communication. Further, in the radio transmission apparatus to which the radio transmission method according to the present invention is applied, transmission power is not allocated to useless signals such as preambles, and lower power consumption can be realized than before. In addition, since the radio receiving apparatus to which the radio receiving method according to the present invention is applied can efficiently realize synchronization signal processing, it is possible to operate the receiving apparatus with a simpler configuration and lower power consumption than before.

従来から使われている2種類の無線送信フォーマットを簡略的に説明する図である。FIG. 2 is a diagram briefly explaining two types of conventionally used wireless transmission formats; 本発明の無線通信フォーマットのコンセプトを示す図である。1 is a diagram illustrating the concept of the wireless communication format of the present invention; FIG. 本発明の無線送信装置2のブロック図である。1 is a block diagram of a wireless transmission device 2 of the present invention; FIG. 無線送信装置2において使われる変調パルス作成ブロック21の構成図である。3 is a configuration diagram of a modulated pulse generation block 21 used in the radio transmission device 2; FIG. 無線送信装置2において使われるダウンチャープ生成ブロック24Aの構成図である。3 is a configuration diagram of a down-chirp generation block 24A used in the radio transmission device 2; FIG. 無線送信装置2における各信号を模式的に表した図である。3 is a diagram schematically showing each signal in the radio transmission device 2; FIG. 本発明における無線送信信号のスペクトルを模式的に表した図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing the spectrum of a radio transmission signal in the present invention; 本発明の無線受信装置3のブロック図である。1 is a block diagram of a radio receiver 3 of the present invention; FIG. 無線受信装置3において使われる同期信号抽出手段32の構成図である。3 is a configuration diagram of synchronization signal extraction means 32 used in the radio receiving apparatus 3. FIG. 本発明の無線送信方法を用いた実験における送信電波のスペクトル及びスペクトログラムである。4 shows the spectrum and spectrogram of a transmitted radio wave in an experiment using the wireless transmission method of the present invention; 本発明の無線受信方法を用いた実験により得られたコンスタレーションの一例である。It is an example of a constellation obtained by an experiment using the radio reception method of the present invention. 第二の実施例における無線送信信号のスペクトルを模式的に表した図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing the spectrum of a radio transmission signal in the second embodiment; 第三の実施例における無線通信フォーマットのコンセプトを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the concept of a wireless communication format in the third embodiment; FIG. 第三の実施例の無線送信装置2のブロック図である。It is a block diagram of the wireless transmission device 2 of the third embodiment. 第四の実施例における無線通信フォーマットのコンセプトを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the concept of a wireless communication format in the fourth embodiment; FIG. 第五の実施例における無線通信フォーマットのコンセプトを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the concept of a wireless communication format in the fifth embodiment; FIG.

以下、本開示を実施するための形態(以下実施の形態とする)について説明する。 Hereinafter, a form for carrying out the present disclosure (hereinafter referred to as an embodiment) will be described.

<第一の実施例>
以下では実施例として、シンボルレートfb (=100ksps)のBPSK(Binary Phase Shift Keying)を変調方式として使い、0.5秒間のフレーム、キャリア周波数 fc=920MHzで無線伝送する場合について説明する。 もちろん、本発明はこれに限定されることなく、様々な実施形態で実現できることは言うまでもない。
<First embodiment>
In the following, as an example, a case will be described in which BPSK (Binary Phase Shift Keying) with a symbol rate of fb (=100ksps) is used as a modulation method, and wireless transmission is performed with a frame of 0.5 seconds and a carrier frequency of fc=920MHz. Of course, it goes without saying that the present invention is not limited to this and can be implemented in various embodiments.

図2は、本発明の無線通信フォーマットのコンセプトを示す図である。図2においては、本発明の通信フォーマットを縦軸に周波数、横軸に時間を取って示した。ここでデータ12には、誤り訂正符号や認証情報なども含まれるが、図2では簡略化のため省略している。またデータ12が占める周波数帯域幅をBwと表記している。例えばシンボルレートfbが100ksps(Symbol Per Second)の場合、周波数帯幅Bwはおよそ150kHzである。 FIG. 2 is a diagram showing the concept of the wireless communication format of the present invention. In FIG. 2, the communication format of the present invention is shown with frequency on the vertical axis and time on the horizontal axis. Here, the data 12 includes an error correction code, authentication information, etc., but they are omitted in FIG. 2 for the sake of simplification. The frequency bandwidth occupied by data 12 is denoted by Bw. For example, when the symbol rate fb is 100ksps (Symbol Per Second), the frequency bandwidth Bw is approximately 150kHz.

図2(A)において、フレームとして伝送される情報は、フレームの開始タイミングを表すフレームシンク11と、データ12で構成される。一般に、フレームシンク11の変調方式をデータ12と同一にする場合が多い。 このときフレームシンク11が占める周波数帯域幅もBwである。 In FIG. 2A, information transmitted as a frame consists of a frame sync 11 representing the frame start timing and data 12 . Generally, the frame sync 11 modulation method is often the same as that of the data 12 . At this time, the frequency bandwidth occupied by the frame sync 11 is also Bw.

従来の通信方法では、フレームの先頭付近の時間にプリアンブルと呼ばれる同期信号を伝送するのが一般的であった。これに対して図2に示す本発明の通信フォーマットでは、プリアンブルの代わりにクロスキャリア14をフレームのほぼ全時間において伝送する。 In conventional communication methods, it was common to transmit a synchronization signal called a preamble near the beginning of a frame. On the other hand, in the communication format of the present invention shown in FIG. 2, the cross-carrier 14 is transmitted over substantially the entire time of the frame instead of the preamble.

図2(B)、(C)に示すようにクロスキャリア14は、ダウンチャープ信号14Aとアップチャープ信号14Bで構成される。 この図においてダウンチャープ信号14Aは、周波数+fsを開始点の周波数として、その後は所定のチャープレート(β1)で周波数が下降する信号である。 同様にアップチャープ信号14Bは、周波数-fsを開始点の周波数として、その後は所定のチャープレート(β2)で周波数が上昇する。 この図では、フレーム時間Tを0.5秒、チャープ開始周波数fs=75kHzであり、β1=-300kHz/秒、β2=+300kHz/秒の場合を例示している。 As shown in FIGS. 2B and 2C, the cross-carrier 14 is composed of a down-chirp signal 14A and an up-chirp signal 14B. In this figure, the down-chirp signal 14A is a signal whose starting frequency is the frequency +fs and whose frequency thereafter drops at a predetermined chirp rate (β1). Similarly, the up-chirp signal 14B has a frequency of -fs as a starting point and thereafter increases at a predetermined chirp rate (β2). This figure illustrates a case where the frame time T is 0.5 seconds, the chirp start frequency fs=75 kHz, β1=-300 kHz/sec, and β2=+300 kHz/sec.

このようなダウンチャープ信号14AをCa(t)、アップチャープ信号14BをCb(t)とすると、それぞれ次式1および次式2で表すことができる。

Figure 2023064016000002
Figure 2023064016000003
ここでαは定数、rect(t)は矩形関数である。 Assuming that the down-chirp signal 14A is Ca(t) and the up-chirp signal 14B is Cb(t), they can be expressed by the following equations 1 and 2, respectively.
Figure 2023064016000002
Figure 2023064016000003
where α is a constant and rect(t) is a rectangle function.

<無線送信装置の構成>
図3は、本発明の無線送信装置2のブロック図である。図6は、無線送信装置2の信号を模式的に説明するタイミング図である。 無線送信装置2には伝送データ「101101…」がシンボルクロック(syclk)毎に入力される。 シンボルクロックの周波数は、シンボルレートfbが100kspsのとき、100kHzである。 伝送データは変調手段20により変調され、同期信号作成手段23により作成された同期信号(クロスキャリア14)が付加され、高周波変調手段27によって増幅され、アンテナ202より電波TX(t)として送信される。
<Configuration of wireless transmitter>
FIG. 3 is a block diagram of the radio transmission device 2 of the present invention. FIG. 6 is a timing chart for schematically explaining the signals of the wireless transmission device 2. As shown in FIG. Transmission data “101101 . The symbol clock frequency is 100 kHz when the symbol rate fb is 100 ksps. The transmission data is modulated by the modulating means 20, added with the synchronizing signal (cross carrier 14) generated by the synchronizing signal generating means 23, amplified by the high frequency modulating means 27, and transmitted from the antenna 202 as radio waves TX(t). .

図3にて伝送データ「101101…」は変調パルス作成ブロック21に入力され、シンボル毎に1発のパルス(Mod Pulse)に変換される。 図6(A)~(C)に示すようにMod Pulseは伝送データに応じて極性が変化する両極性のパルス列である。 In FIG. 3 , the transmission data "101101..." is input to the modulated pulse generation block 21 and converted into one pulse (Mod Pulse) for each symbol. As shown in FIGS. 6A to 6C, Mod Pulse is a bipolar pulse train whose polarity changes according to transmission data.

ローパスフィルタ22により、Mod Pulseが低域濾過されて変調信号 mod(t)となる。(図6(D)) ローパスフィルタ22の特性としては、符号間干渉を抑圧できるRoot Raised Cosine (RRC)特性を用いることができる。 この場合、ローパスフィルタ22の通過帯域幅 Bwはシンボルレート fbのおよそ1.5倍になる場合が多い。 本実施例では Bw = 150kHzとして説明する。 Mod Pulse is low-pass filtered by the low-pass filter 22 to become the modulated signal mod(t). (FIG. 6(D)) As a characteristic of the low-pass filter 22, a Root Raised Cosine (RRC) characteristic capable of suppressing intersymbol interference can be used. In this case, the passband width Bw of the low-pass filter 22 is often about 1.5 times the symbol rate fb. In this embodiment, Bw = 150kHz.

図示しないシステムコントローラによりStart Pulse(図6(E))が「0」から「1」に変わってデータ送信開始が指示されると同時に、クロスキャリア信号Cr(t)が生成される。ここでクロスキャリア信号Cr(t)は、後述するようにダウンチャープ信号Ca(t)とアップチャープ信号Cb(t)を合成した信号である。 A system controller (not shown) changes the Start Pulse (FIG. 6(E)) from "0" to "1" to instruct the start of data transmission, and at the same time, the cross-carrier signal Cr(t) is generated. Here, the cross-carrier signal Cr(t) is a signal obtained by synthesizing the down-chirp signal Ca(t) and the up-chirp signal Cb(t), as will be described later.

同期信号作成手段23は、ダウンチャープ(β1)生成ブロック24Aと、アップチャープ(β2)生成ブロック24Bにより構成され、それぞれダウンチャープ信号Ca(t)、アップチャープ信号Cb(t)を生成する。 これらの信号は加算器25により加算されてクロスキャリア信号Cr(t)を生成する。 The synchronization signal generating means 23 comprises a down-chirp (β1) generation block 24A and an up-chirp (β2) generation block 24B, which generate a down-chirp signal Ca(t) and an up-chirp signal Cb(t), respectively. These signals are added by adder 25 to generate cross-carrier signal Cr(t).

ここでダウンチャープ信号Ca(t)、アップチャープ信号Cb(t)が簡単になる場合もある。それは2つのチャープレートの極性が異なり同振幅の場合(即ちβ=-β1=+β2)である。この場合、クロスキャリア信号Cr(t)が実数となり、式3に示す余弦関数(コサイン)で表すことができるので簡略化できる。

Figure 2023064016000004
Here, down-chirp signal Ca(t) and up-chirp signal Cb(t) may be simplified. This is the case when the two chirp plates have different polarities and the same amplitude (ie, β=-β1=+β2). In this case, the cross-carrier signal Cr(t) becomes a real number and can be expressed by the cosine function (cosine) shown in Equation 3, which can be simplified.
Figure 2023064016000004

加算器26は変調信号mod(t)とクロスキャリア信号Cr(t)を加えてミキサ28に供給する。ここで上述したように-β1=β2の場合にはクロスキャリア信号Cr(t)が実数となって虚部が不要となるので、変調信号mod(t)をミキサ28のI軸とし、クロスキャリア信号をミキサ28のQ軸に入れることにより、加算器26を省略することもできる。後述する実験例(図10~図11)では、-β1=β2とした場合を示している。 The adder 26 adds the modulating signal mod(t) and the cross-carrier signal Cr(t) and supplies the result to the mixer 28 . As described above, when -β1=β2, the cross-carrier signal Cr(t) becomes a real number and the imaginary part becomes unnecessary. Adder 26 can also be omitted by feeding the signal into the Q axis of mixer 28 . Experimental examples (FIGS. 10 and 11) to be described later show a case where −β1=β2.

変調信号mod(t)とクロスキャリア信号Cr(t)はミキサ28によって合成され、さらに局部発振器29より供給されるキャリア(周波数fc)が重畳される。キャリア周波数fcは、例えば920Mzとすることができる。 バンドパスフィルタ200は、ミキサ28からの信号に含まれる不要成分を除去する。 バンドパスフィルタ200の出力は、リニアアンプ201により増幅され、アンテナ202から電波TX(t)として空中に送信される。 The modulated signal mod(t) and the cross-carrier signal Cr(t) are combined by the mixer 28, and the carrier (frequency fc) supplied from the local oscillator 29 is superimposed thereon. Carrier frequency fc can be, for example, 920 Mz. Bandpass filter 200 removes unwanted components contained in the signal from mixer 28 . The output of the bandpass filter 200 is amplified by the linear amplifier 201 and transmitted from the antenna 202 to the air as radio waves TX(t).

図4は、無線送信装置2において使われる変調パルス作成ブロック21の構成図である。図4を参照しながら、変調パルス作成ブロック21の構成を説明する。伝送データはシンボルクロック(syclk)毎に入力され、マッパー210により両極性の信号に変換される。即ち伝送データが「1」であれば「+1」に、伝送データが「0」であれば「-1」に変換される。 FIG. 4 is a configuration diagram of the modulated pulse generation block 21 used in the radio transmission device 2. As shown in FIG. The configuration of the modulated pulse generation block 21 will be described with reference to FIG. Transmission data is input every symbol clock (syclk) and converted into a bipolar signal by the mapper 210 . That is, if the transmission data is "1", it is converted to "+1", and if the transmission data is "0", it is converted to "-1".

立ち上がり検出回路211により、シンボルクロック(syclk)の立ち上がりエッジにおいてパルスが生成される。立ち上がり検出回路211はPLL回路213、Dフリップフロップ214、NOTゲート215そしてANDゲート216で構成される。立ち上がり検出回路211は、シンボルクロック(syclk)が論理「0」から論理「1」に変化したタイミングで、立ち上がりエッジパルスを発生させる。 A rising edge detection circuit 211 generates a pulse at the rising edge of the symbol clock (syclk). The rise detection circuit 211 is composed of a PLL circuit 213 , a D flip-flop 214 , a NOT gate 215 and an AND gate 216 . The rising edge detection circuit 211 generates a rising edge pulse at the timing when the symbol clock (syclk) changes from logic "0" to logic "1".

PLL回路213は、シンボルクロック(syclk)の周波数を16逓倍したクロックX16を発生する。この例ではシンボルクロック(syclk)が100kHzであるから、クロックX16は1.6MHzと高速なクロックである。 立ち上がりエッジパルスは乗算器212によってマッパー210の出力と乗算され、シンボル毎に1発の両極性パルス(Mod Pulse)として出力される。 The PLL circuit 213 generates a clock X16 obtained by multiplying the frequency of the symbol clock (syclk) by 16. In this example, the symbol clock (syclk) is 100 kHz, so the clock X16 is a high-speed clock of 1.6 MHz. The rising edge pulse is multiplied by the output of mapper 210 by multiplier 212 and output as one bipolar pulse (Mod Pulse) per symbol.

このようにして生成されるMod Pulseは図6(C)に示すように、伝送データに応じて極性が変化する両極性のインパルス列である。また Mod Pulseは、シンボルクロック(syclk)の立ち上がりに同期しているので、1つのシンボルを伝送する時間(Ts)の中央部で変化する。 The Mod Pulse generated in this manner is a bipolar impulse train whose polarity changes according to the transmission data, as shown in FIG. 6(C). Also, since Mod Pulse is synchronized with the rise of the symbol clock (syclk), it changes at the center of the time (Ts) during which one symbol is transmitted.

同期信号作成手段23は、ダウンチャープ作成手段24A、アップチャープ作成手段24B、そして加算器25により構成される。図5は、ダウンチャープ作成手段24Aの構成図である。アップチャープ作成手段24Bは、チャープレートが異なるだけなので説明を省略する。 The synchronization signal generating means 23 is composed of a down-chirp generating means 24A, an up-chirp generating means 24B, and an adder 25. FIG. FIG. 5 is a configuration diagram of the down chirp generating means 24A. Since the chirp rate of the up-chirp generating means 24B is different, the description thereof is omitted.

図5においてStart Pulseが「0」から「1」に変わってデータ送信開始が指示されると、カウンタ240がクロックX16のカウントを開始する。クロックX16の周波数が1.6MHzのとき、フレームの開始時点で「0」であったカウント値nは、0.5秒後のフレーム終了時点において800,000まで変化する20ビットの整数である。 In FIG. 5, when Start Pulse changes from "0" to "1" to instruct the start of data transmission, the counter 240 starts counting the clock X16. When the frequency of the clock X16 is 1.6 MHz, the count value n, which was "0" at the start of the frame, is a 20-bit integer that changes up to 800,000 at the end of the frame after 0.5 seconds.

不揮発メモリ241は20ビットのアドレスを入力とし、予め書き込まれた8ビットのデータを出力する。このような不揮発メモリ241としては、例えばATMEL社の半導体(AT27C080)を使うことができる。各アドレス(n)に対して式4に示す値を予め書き込むことにより、初期周波数fs、変化レートβ1のダウンチャープ信号の位相θ1 (n) を発生させることができる。

Figure 2023064016000005
ここで関数mod( )は剰余演算を表し、ΔはクロックX16の逆数(0.625μ秒)である。 The nonvolatile memory 241 receives a 20-bit address and outputs prewritten 8-bit data. As such a non-volatile memory 241, for example, a semiconductor (AT27C080) manufactured by ATMEL can be used. By writing in advance the value shown in Equation 4 for each address (n), it is possible to generate the phase θ 1 (n) of the down-chirp signal with the initial frequency fs and change rate β1.
Figure 2023064016000005
where the function mod() represents the remainder operation and Δ is the reciprocal of the clock X16 (0.625 µs).

指数関数ブロック242は不揮発メモリなどで構成され、ダウンチャープ信号の位相θ1 (n) に対してcos{θ1(n) }を実部、sin{θ1(n) }を虚部として出力する。増幅器243は、指数関数ブロック232の出力に所定定数αを乗算することにより、ダウンチャープ信号Ca(t)として出力する。他システムからの干渉があり、同期が乱されるような場合にはαに大きな値を採用して同期性能を上げることができる。 The exponential function block 242 is composed of a non-volatile memory or the like, and outputs cos {θ 1 ( n)} as the real part and sin {θ 1 (n)} as the imaginary part for the phase θ 1 (n) of the down-chirp signal. do. The amplifier 243 multiplies the output of the exponential function block 232 by a predetermined constant α to output as a down-chirp signal Ca(t). If there is interference from other systems and the synchronization is disturbed, a large value can be adopted for α to improve the synchronization performance.

以上説明したようにして生成されるダウンチャープ信号位相θ1(n) は図6(F)に示すように、時間の経過と共に変化が緩やかになり、その変化具合は2次関数で表される。 この結果ダウンチャープ信号Ca(t)の実部cos{θ1(n) }は、図6(G)にイラストで示したしたように時間と共に周波数が低下するチャープ信号となる。 As shown in FIG. 6(F), the down-chirp signal phase θ 1 (n) generated in the manner described above gradually changes with the passage of time, and the degree of change is represented by a quadratic function. . As a result, the real part cos {θ 1 (n)} of the down chirp signal Ca(t) becomes a chirp signal whose frequency decreases with time as illustrated in FIG. 6(G).

以上説明したように、変調信号mod(t)と同時に同期信号としてクロスキャリア信号Cr(t)が作成される。これらがミキサ28によって合成され、さらに高周波変調手段27によりキャリア(周波数fc)が重畳されて送信信号 TX(t)が作成される(図6(H)及び図6(I)参照。)。 送信信号 TX(t)を数式表現すると、次の式5で表わすことができる。

Figure 2023064016000006
ここでεTXは無線送信装置2で生じる送信周波数の偏差である。 As described above, the cross-carrier signal Cr(t) is generated as a synchronization signal simultaneously with the modulating signal mod(t). These are synthesized by the mixer 28, and the carrier (frequency fc) is superimposed by the high frequency modulation means 27 to produce the transmission signal TX(t) (see FIGS. 6(H) and 6(I)). The transmission signal TX(t) can be represented by Equation 5 below.
Figure 2023064016000006
Here, ε TX is the transmission frequency deviation that occurs in the radio transmission device 2 .

図7は、送信信号TX(t)のスペクトルを模式的に表した図である。フレームシンク11とデータ12は、キャリア周波数fcを中心として約150kHzのフラットな周波数特性を持つBPSK変調信号(mod(t))である。 またクロスキャリア信号Cr(t)は、図7にイラスト表示するように搬送波周波数fcを中心としてアップチャープとダウンチャープで構成されるので、図では文字「X」(エックス)のよう観測される。 FIG. 7 is a diagram schematically showing the spectrum of the transmission signal TX(t). The frame sync 11 and data 12 are BPSK modulated signals (mod(t)) having a flat frequency characteristic of approximately 150 kHz centered on the carrier frequency fc. Also, as illustrated in FIG. 7, the cross-carrier signal Cr(t) is composed of up-chirp and down-chirp around the carrier frequency fc, so it is observed as a character "X" in the figure.

<無線受信装置の構成>
図8は、本発明の無線受信装置3のブロック図である。 本発明の無線受信装置3は、アンテナ301,フロントエンド30,同期信号抽出手段32,チャネル補正手段35,復号手段38で構成される。
<Configuration of wireless receiver>
FIG. 8 is a block diagram of the radio receiver 3 of the present invention. The radio receiver 3 of the present invention comprises an antenna 301, a front end 30, a synchronization signal extraction means 32, a channel correction means 35 and a decoding means .

アンテナ301で受信した受信信号RX(t)は次式6で表現される、

Figure 2023064016000007
ここでφc(t)は無線伝搬で発生する位相回転であり、多くの場合その周波数成分は数ヘルツ程度の緩やかな変化である。またδは無線通信で生じる時間遅れであり、εTXは無線送信装置2で生じた周波数偏差である。 The received signal RX(t) received by the antenna 301 is expressed by the following equation 6,
Figure 2023064016000007
Here, φc(t) is the phase rotation that occurs in radio propagation, and in many cases, its frequency component changes gently on the order of several hertz. δ is the time delay that occurs in wireless communication, and εTX is the frequency deviation that occurs in the wireless transmission device 2 .

フロントエンド30は、アンプ302、バンドパスフィルタ303、局部発振器304、ミキサ305そしてAD変換器306で構成される。アンテナ301で受信された微弱電波をアンプ302で増幅し、バンドパスフィルタ303によって不要な周波数成分を除去し、ミキサ305と局部発振器304によって搬送波周波数(fc)の成分を取り除き、AD変換器306によってディジタル情報(IQ信号)に変換する。ここでAD変換器306のサンプリングはシステムクロック(CLK)により行われ、システムクロック(CLK)の周波数は、例えば1.5MHと充分に高く設定される。AD変換器306のサンプリング間隔Δは、システムクロック(CLK)の逆数となる。 Front end 30 comprises amplifier 302 , bandpass filter 303 , local oscillator 304 , mixer 305 and AD converter 306 . A weak radio wave received by an antenna 301 is amplified by an amplifier 302, unnecessary frequency components are removed by a bandpass filter 303, carrier wave frequency (fc) components are removed by a mixer 305 and a local oscillator 304, and an AD converter 306 Convert to digital information (IQ signal). Here, sampling of the AD converter 306 is performed by the system clock (CLK), and the frequency of the system clock (CLK) is set sufficiently high, for example, 1.5MH. A sampling interval Δ of the AD converter 306 is the reciprocal of the system clock (CLK).

以上述べたフロントエンド30により、次の式7に示すIQ信号IQB(n)を得ることができる。

Figure 2023064016000008
ここでεrは無線送信装置2による周波数偏差εTXと、無線受信装置3に搭載された局部発振器304の周波数偏差εRXを加えた値であり、送受信を総合した周波数偏差である。 The IQ signal IQ B (n) shown in the following equation 7 can be obtained by the front end 30 described above.
Figure 2023064016000008
Here, ε r is the sum of the frequency deviation ε TX of the radio transmitter 2 and the frequency deviation ε RX of the local oscillator 304 mounted on the radio receiver 3, and is the total frequency deviation of transmission and reception.

以上説明したようにIQ信号IQB(n)には、周波数ずれεr、そして緩やかな位相回転φcと、全部で3種類の位相に関する偏差が生じている。これらの成分をまとめてφ(n)とすると、

Figure 2023064016000009
上式7の位相回転φ(n)と、時間遅れδを求めて補正することにより同期が実現できる。 As described above, the IQ signal IQ B (n) has a total of three phase deviations, ie, the frequency shift ε r and the gentle phase rotation φc. Putting these components together as φ(n),
Figure 2023064016000009
Synchronization can be realized by obtaining and correcting the phase rotation φ(n) and the time delay δ in the above equation (7).

図9は、IQ信号IQB(n)とシステムクロックCLKを入力として、伝送路特性(δ、φ(n))を検出して出力する同期信号抽出手段32の構成である。同期信号抽出手段32は、2つのデチャープ回路33Aと33Bによって、ダウンチャープ同期信号Q1(n)及びアップチャープ同期信号Q2(n)を抽出する。 次に同期信号処理手段34によって伝送路特性(δ、φ(n))を検出するように構成されている。 FIG. 9 shows the configuration of the synchronizing signal extracting means 32 which receives the IQ signal IQ B (n) and the system clock CLK as inputs, detects the transmission line characteristics (δ, φ(n)), and outputs them. The sync signal extraction means 32 extracts the down-chirp sync signal Q 1 (n) and the up-chirp sync signal Q 2 (n) by two dechirp circuits 33A and 33B. Next, the synchronization signal processing means 34 is configured to detect the transmission path characteristics (.delta., .phi.(n)).

図示しないシステムコントローラにより同期信号抽出がスタートすると、カウンタ79はシステムクロックCLKをカウントして、カウント値nを出力する。 When a system controller (not shown) starts synchronizing signal extraction, the counter 79 counts the system clock CLK and outputs a count value n.

デチャープ回路33Aは、不揮発メモリ331Aと位相逆回転ブロック330Aで構成され、IQ信号IQB(n)にチャープレートβ1のチャープ補正を行って、ダウンチャープ同期信号Q1(n)を抽出する。 またデチャープ回路33BはIQ信号IQB(n)にチャープレートβ2のチャープ補正を行い、アップチャープ同期信号Q2(n)を抽出する。 The dechirping circuit 33A comprises a non-volatile memory 331A and a phase reverse rotation block 330A, performs chirp correction at a chirp rate β1 on the IQ signal IQ B (n), and extracts the down chirp synchronization signal Q 1 (n). A dechirping circuit 33B performs chirp correction at a chirping rate β2 on the IQ signal IQ B (n) to extract an up-chirped synchronizing signal Q 2 (n).

不揮発メモリ331Aのアドレス(n)に対応して、下の式9に示す位相 θ3 (n)を書き込むことにより、初期周波数fs、チャープレートβ1のダウンチャープ信号を発生させることができる。不揮発メモリ331Bにより派生する位相θ4 (n)は、チャープレートがβ2に、周波数初期値が+fsに変わることを除いて同じように構成できる。(下の式10参照。)

Figure 2023064016000010
Figure 2023064016000011
By writing the phase θ 3 (n) shown in the following equation 9 corresponding to the address (n) of the nonvolatile memory 331A, a down-chirp signal with an initial frequency fs and a chirp rate β1 can be generated. The phase θ 4 (n) derived by the non-volatile memory 331B can be constructed in the same way, except that the chirp rate is changed to β2 and the initial frequency to +fs. (See Equation 10 below.)
Figure 2023064016000010
Figure 2023064016000011

位相逆回転ブロック330A及び330Bは、やはり不揮発メモリで構成され、IQ信号IQB(n)にチャープ補正を行って、下の式11と式12に示すダウンチャープ同期信号Q1(n)と。アップチャープ同期信号Q2(n)を抽出する。

Figure 2023064016000012
Figure 2023064016000013
Phase derotation blocks 330A and 330B, also comprised of non-volatile memory, perform chirp correction on the IQ signal IQ B (n) to produce a down-chirp sync signal Q 1 (n) as shown in Equations 11 and 12 below. Extract the up-chirp sync signal Q 2 (n).
Figure 2023064016000012
Figure 2023064016000013

高速フーリエ変換(FFT)70A及び70Bは、ダウンチャープ同期信号Q1(n)とアップチャープ同期信号Q2(n)にフーリエ変換を施し、周波数応答を求める。ピーク検出回路72A及び72Bは、周波数応答がピークになる周波数(fd、fu)を検出する。減算回路76は、2つのピーク周波数(fd、fu)の差を求め、除算回路73が2βで割り算することにより、下の式13から時間遅れδを求める。

Figure 2023064016000014
Fast Fourier Transforms (FFT) 70A and 70B perform Fourier transforms on the down-chirp sync signal Q 1 (n) and the up-chirp sync signal Q 2 (n) to obtain frequency responses. Peak detection circuits 72A and 72B detect frequencies (fd, fu) at which the frequency response peaks. Subtraction circuit 76 finds the difference between the two peak frequencies (fd, fu) and division circuit 73 divides by 2β to find time delay δ from equation 13 below.
Figure 2023064016000014

以上の処理により、周波数ずれεrが除去され、正確な時間遅れδを求めることができる。この結果、図8に示した遅延回路36は、時間遅れδを補正して出力することができる。 By the above processing, the frequency deviation εr is removed, and the accurate time delay δ can be obtained. As a result, the delay circuit 36 shown in FIG. 8 can correct the time delay .delta.

ピークフィルタ71A及び71Bは狭帯域フィルタであり、2つのピーク周波数(fd、fu)周辺のスペクトル成分を抽出する。逆フーリエ変換回路74A及び74Bは、ピークフィルタ71A及び71Bが抽出した信号成分を逆フーリエ変換する。逆正接演算器75A及び75Bは、逆フーリエ変換回路の出力から位相成分を取り出すことにより、伝送路特性の位相成分φ(n)を検出する。加算回路77が2つの逆正接演算器75A及び75Bの出力を加算し、除算回路78によって2で除算することにより、平均化処理されて雑音が少ない伝送路特性の位相成分φ(n)を得ることができる。 Peak filters 71A and 71B are narrowband filters that extract spectral components around two peak frequencies (fd, fu). Inverse Fourier transform circuits 74A and 74B inverse Fourier transform the signal components extracted by the peak filters 71A and 71B. The arctangent calculators 75A and 75B detect the phase component φ(n) of the transmission line characteristic by extracting the phase component from the output of the inverse Fourier transform circuit. An adder circuit 77 adds the outputs of the two arctangent calculators 75A and 75B, and a divider circuit 78 divides the result by 2 to obtain the phase component φ(n) of the transmission line characteristic with less noise after averaging processing. be able to.

図8に示す無線受信装置3の構成において、位相回転補正回路36はIQ信号IQB(n)の位相を-φ(n)だけ逆回転させることにより、伝送路で生じた周波数偏差や位相回転を補正してIQ信号IQC(n)として出力するように構成されている。 In the configuration of the radio receiver 3 shown in FIG. 8, the phase rotation correction circuit 36 reversely rotates the phase of the IQ signal IQ B (n) by -φ(n), thereby correcting the frequency deviation and phase rotation occurring in the transmission path. is corrected and output as an IQ signal IQ C (n).

以上説明したように同期信号抽出手段32は、2つのデチャープ回路33Aと33Bによって、ダウンチャープ同期信号Q1(n)及びアップチャープ同期信号Q2(n)を抽出し、同期信号処理手段34によって伝送路特性(δ、φ(n))を検出して出力することができ、このようにして得られた伝送路特性(δ、φ(n))を使ってIQ信号IQB(n)を補正することにより、同期を実現することができる。 As described above, the synchronizing signal extracting means 32 extracts the down-chirp synchronizing signal Q 1 (n) and the up-chirp synchronizing signal Q 2 (n) by the two dechirp circuits 33A and 33B, and the synchronizing signal processing means 34 The channel characteristics (δ, φ(n)) can be detected and output, and the transmission channel characteristics (δ, φ(n)) thus obtained are used to generate the IQ signal IQ B (n). Synchronization can be achieved by correcting.

<実験結果>
図10に本方式の無線送信方法を用いた実験結果を一例として示す。 図10Aでは、本方式の無線通信装置から出力される送信信号 TX(t)をスペクトルアナライザで観測した結果である。搬送波周波数(fc=920MHz)付近に、BPSK変調の帯域幅(Bw=150kHz)に広がったスペクトルが確認される。
<Experimental results>
FIG. 10 shows an example of experimental results using the wireless transmission method of this system. FIG. 10A shows the result of observing the transmission signal TX(t) output from the radio communication apparatus of this system with a spectrum analyzer. A spectrum spread over the BPSK modulation bandwidth (Bw=150 kHz) is confirmed near the carrier frequency (fc=920 MHz).

図10Bは、送信信号 TX(t)をスペクトログラム観察した結果である。ここでスペクトログラムは、縦軸に時間を、横軸に周波数をとった2次元画像を作成し、画素の明るさで信号強度を表す手法である。 このスペクトルグラムにより、時間ともに周波数が変化するクロスキャリア信号Cr(t)が、搬送波周波数を中心とする「X」文字のように表示されることが確認された。 FIG. 10B is the result of spectrogram observation of the transmission signal TX(t). Here, the spectrogram is a method of creating a two-dimensional image with time on the vertical axis and frequency on the horizontal axis, and expressing the signal intensity by pixel brightness. From this spectrumgram, it was confirmed that the cross-carrier signal Cr(t) whose frequency changes with time is displayed like an "X" centered on the carrier frequency.

図11は本発明の無線受信機において観測されたコンスタレーションである。送信機、受信機、それぞれで発生した周波数偏差周波数偏差(εTX、εRx)や、伝搬路で加わった位相回転により、同期補正前のIQ信号IQB(n)のコンスタレーションは、ぐるぐると回転している。(図11A) これに対して本発明の同期信号処理を施したIQ信号IQC(n)のコンスタレーションは、回転がピタリと止まって復号可能な状態になっている。(図11B) ここでI軸はBPSK変調信号なので、2つのレベル「+1、-1」に分割されている。 またQ軸にはクロスキャリア信号Cr(t)として、幅広い帯が観測されている。 FIG. 11 is a constellation observed in the radio receiver of the present invention. Due to the frequency deviation (ε TX , ε Rx ) generated in each of the transmitter and receiver, and the phase rotation applied in the propagation path, the constellation of the IQ signal IQ B (n) before synchronization correction is swirling. rotating. (FIG. 11A) On the other hand, the constellation of the IQ signal IQ C (n) subjected to the synchronizing signal processing of the present invention is in a decodable state as the rotation stops perfectly. (FIG. 11B) Here the I axis is a BPSK modulated signal, so it is divided into two levels "+1, -1". A wide band is observed on the Q-axis as the cross-carrier signal Cr(t).

以上の実験により、二つの異なる変化レートのチャープ信号を合成したクロスキャリア信号による同期が可能であることを確認した。 From the above experiments, it was confirmed that synchronization is possible by using a cross-carrier signal that combines two chirp signals with different change rates.

<第二の実施例>
図12は、本発明に関わる第二の実施例における無線送信信号のスペクトルを模式的に表した図である。 図12(A)は、第一の実施例と同様にクロスキャリア信号Cr(t)として二つの異なるチャープレート(β1、β2)を用いる。 図12(B)では、クロスキャリア信号Cr(t)として別のチャープレート(β3、β4)を用いている。これら4つのチャープレート(β1,β2,β3,β4)は互いに異なっている。
<Second embodiment>
FIG. 12 is a diagram schematically showing the spectrum of a radio transmission signal in the second embodiment according to the invention. FIG. 12A uses two different chir rates (β1, β2) as the cross-carrier signal Cr(t) as in the first embodiment. In FIG. 12B, different chirp rates (β3, β4) are used as the cross-carrier signal Cr(t). These four chir plates (β1, β2, β3, β4) are different from each other.

例えば図12(A)の信号をA社が用い、図12(B)の信号をB社が用いることにより、A社の無線電波とB社の無線電波が混信した場合であっても、チャープレートが異なることにより互いの同期信号が混信することを防ぐことができる。 このようにシステムに応じてチャープレートを変えることにより、異なる複数のシステムを同一の周波数帯域で運用することが可能である。 For example, when company A uses the signal in FIG. 12A and company B uses the signal in FIG. It is possible to prevent the synchronization signals from interfering with each other due to the different plates. By changing the chirp rate according to the system in this way, it is possible to operate a plurality of different systems in the same frequency band.

<第三の実施例>
図13は、本発明に関わる第三の実施例における無線通信フォーマットのコンセプトを示す図である。この図において、ダウンチャープ信号14Aとアップチャープ信号14Bは、周期的にオンオフされている。 またオンになる時間帯が、14Aと14Bで互いに異なるように構成され、ダウンチャープ信号14Aとアップチャープ信号14Bが干渉しないようにされている。このため、ダウンチャープ信号14Aとアップチャープ信号14Bとの間の混信が防止できる。
<Third embodiment>
FIG. 13 is a diagram showing the concept of the wireless communication format in the third embodiment related to the present invention. In this figure, the down-chirp signal 14A and the up-chirp signal 14B are periodically turned on and off. Also, the turn-on time zones 14A and 14B are configured to be different from each other so that the down-chirp signal 14A and the up-chirp signal 14B do not interfere with each other. Therefore, interference between the down-chirp signal 14A and the up-chirp signal 14B can be prevented.

図14は、図13の方法(ダウンチャープ信号14Aとアップチャープ信号14Bを周期的にオンオフする方法)を実現する無線送信装置2のブロック図である。 同図において、発信器231が周期信号を発生し、反転回路232によって2つのアナログスイッチ230A及び230Bを逆位相で切り替えることにより、ダウンチャープ信号14Aとアップチャープ信号14Bが互いに重複しないタイミングで切り替えられる。 またローパスフィルタ(LPF)233により、切り替えタイミングで発生した高い周波数成分を除去している。 FIG. 14 is a block diagram of a wireless transmission device 2 that implements the method of FIG. 13 (the method of periodically turning on and off the down-chirp signal 14A and the up-chirp signal 14B). In the figure, an oscillator 231 generates a periodic signal, and an inverting circuit 232 switches two analog switches 230A and 230B in opposite phases, whereby the down-chirp signal 14A and the up-chirp signal 14B are switched at timings that do not overlap each other. . A low-pass filter (LPF) 233 removes high frequency components generated at switching timing.

ダウンチャープ信号14Aとアップチャープ信号14Bを周期的に切り替えた場合の無線受信装置3の構成について述べる。同期信号抽出手段32に搭載された狭帯域フィルタ(ピークフィルタ71A及び71B)の通過帯域を狭めることにより、断続的に送信されるダウンチャープ信号14Aとアップチャープ信号14Bを平滑化することができる。 この結果、第一の実施例で説明した無線受信装置3をそのまま用いて同期を実現することができる。 A configuration of the radio receiving apparatus 3 when periodically switching between the down-chirp signal 14A and the up-chirp signal 14B will be described. By narrowing the passband of the narrow band filters (peak filters 71A and 71B) mounted in the sync signal extracting means 32, the intermittently transmitted down-chirp signal 14A and up-chirp signal 14B can be smoothed. As a result, synchronization can be realized using the radio receiving apparatus 3 described in the first embodiment as it is.

<第四の実施例>
図15は、第四の実施例における無線通信フォーマットのコンセプトを示す図である。第三の実施例で説明した無線通信方法をさらに発展させた第四の実施例を図15に示す。 この図に示した無線通信フォーマットでは、BPSK信号(フレームシンク11と、データ12)を断続的に送信する。BPSK信号が途絶えているタイミングで、クロスキャリア信号としてダウンチャープ信号14Aとアップチャープ信号14Bを交互に切り替えて挿入している。このように構成することにより、BPSK信号とクロスキャリア信号の干渉を防ぐことが可能となる。
<Fourth embodiment>
FIG. 15 is a diagram showing the concept of the wireless communication format in the fourth embodiment. FIG. 15 shows a fourth embodiment in which the wireless communication method described in the third embodiment is further developed. In the wireless communication format shown in this figure, a BPSK signal (frame sync 11 and data 12) is intermittently transmitted. At the timing when the BPSK signal is interrupted, the down-chirp signal 14A and the up-chirp signal 14B are alternately switched and inserted as the cross-carrier signal. By configuring in this way, it is possible to prevent interference between the BPSK signal and the cross-carrier signal.

<第五の実施例>
図16は、第五の実施例における無線通信フォーマットのコンセプトを示す図である。第一の実施例で説明した無線通信方法をさらに発展させた第五の実施例を図16に示す。 この図に示した無線通信フォーマットでは、BPSK信号(フレームシンク11と、データ12)にクロスキャリア信号14Aと14Bを加えた信号を作成し、これらの信号にさらにチャープ変調を施している。 この結果、信号周波数帯はfc-fsからfc+fzまで広くなり、混信などによる影響を軽減して安定な通信を実現することが可能となる。
<Fifth embodiment>
FIG. 16 is a diagram showing the concept of the wireless communication format in the fifth embodiment. FIG. 16 shows a fifth embodiment in which the radio communication method described in the first embodiment is further developed. In the radio communication format shown in this figure, signals are created by adding cross-carrier signals 14A and 14B to BPSK signals (frame sync 11 and data 12), and chirp modulation is applied to these signals. As a result, the signal frequency band is widened from fc-fs to fc+fz, and it becomes possible to realize stable communication by reducing the influence of interference.

もちろん第二の実施例で示したように、システムに応じて二つのチャープレート(β5とβ6)を変えることにより多重化を実現することもできる。 また第三と第四の実施例で示したようにクロスキャリア信号やデータ信号を断続的にすることも可能である。 Of course, as shown in the second embodiment, multiplexing can also be achieved by changing the two chirp rates (β5 and β6) depending on the system. It is also possible to intermittently intermittently cross-carrier signals and data signals as shown in the third and fourth embodiments.

Claims (11)

同期信号または前記同期信号の一部として複数のチャープ信号を用い、前記複数のチャープ信号の変化レートが異なることを特徴とする無線送信方法。 A radio transmission method, wherein a plurality of chirp signals are used as a synchronization signal or part of said synchronization signal, said chirp signals having different rates of change. 前記複数の異なる変化レートのうち2つの変化レート(β1,β2)は、絶対値が等しく符号が異なることを特徴とする請求項1に記載の無線送信方法。 2. The radio transmission method according to claim 1, wherein two change rates ([beta]1, [beta]2) of the plurality of different change rates have the same absolute value and different signs. 前記複数のチャープ信号は、フレームのほぼ全期間にわたって存在することを特徴とする請求項1に記載の無線送信方法。 2. The method of claim 1, wherein said plurality of chirp signals are present for substantially the entire duration of a frame. 無線送信する情報を符号化して変調する変調手段(20)と、同期信号を作成する同期信号作成手段(23)と、前記変調信号と前記同期信号を合成して合成信号を作成する合成信号作成手段(26)と、前記合成信号にキャリア信号を重畳することにより高周波信号を作成する高周波変調手段27(高周波信号作成手段)を含んで構成される無線送信装置であって、
前記同期信号生成手段(23)は、2つの異なる変化レート(β1,β2)のチャープ信号を合成したクロスキャリア信号を生成することを特徴とする無線送信装置。
Modulation means (20) for encoding and modulating information to be wirelessly transmitted, Synchronization signal creation means (23) for creating a synchronization signal, Synthesis signal creation for synthesizing the modulation signal and the synchronization signal to create a synthesized signal. means (26); and high-frequency modulation means 27 (high-frequency signal generating means) for generating a high-frequency signal by superimposing a carrier signal on the combined signal, wherein
A radio transmitting apparatus, wherein the synchronization signal generating means (23) generates a cross-carrier signal by synthesizing chirp signals with two different change rates (β1, β2).
前記二つの異なる変化レートは、絶対値が等しく符号が異なることを特徴とする請求項4に記載の無線送信装置。 5. The radio transmitting apparatus according to claim 4, wherein the two different change rates have the same absolute value and different signs. 前記クロスキャリア信号は、フレーム全期間にわたってかつ連続して存在する信号であることを特徴とする請求項4に記載の無線送信装置。 5. The radio transmitting apparatus according to claim 4, wherein the cross-carrier signal is a signal that exists continuously over the entire frame period. 受信電波信号に第一のチャープレート(β1)によるデチャープ処理を施して第一のデチャープ信号(Q1)を作成し(33A)、
受信電波信号に第二のチャープレート(β2)によるデチャープ処理を施して第二のデチャープ信号(Q2)を作成し(33B)、
前記第一のデチャープ信号(Q1)と前記第二のデチャープ信号(Q2)から前記受信電波信号の時間遅れ(δ)を検出し(34)、
前記受信電波信号の時間遅れを補正する(35)ことを特徴とする無線受信方法。
dechirping the received radio signal with a first chirping rate (β1) to create a first dechirping signal (Q1) (33A);
dechirping the received radio signal with a second chirping rate (β2) to create a second dechirping signal (Q2) (33B);
detecting a time delay (δ) of the received radio wave signal from the first dechirped signal (Q1) and the second dechirped signal (Q2) (34);
A radio reception method characterized by correcting (35) the time delay of the received radio signal.
前記第一のデチャープ信号から第一のピーク周波数(fd)を検出し、前記第二のデチャープ信号から第二のピーク周波数(fu)を検出し、前記第一と前記第二の周波数ピークの差分を検出する(76)ことにより、前記受信信号の時間遅れ(δ)を検出することを特徴とする請求項7に記載の無線受信方法。 detecting a first peak frequency (fd) from the first dechirped signal; detecting a second peak frequency (fu) from the second dechirped signal; and difference between the first and second frequency peaks. 8. A method of radio reception as claimed in claim 7, characterized in that the time delay ([delta]) of the received signal is detected by detecting (76) . 受信電波信号をIQ信号に変換するフロントエンド手段(30)と、前記IQ信号から同期信号を抽出する同期信号抽出手段(32)と、前記同期信号に応じて前記IQ信号の時間遅延(δ)と位相回転を補正して補正IQ信号を作成するチャネル補正手段(35)と、前記補正IQ信号を復号する復号手段(38)により受信データを得るように構成され、
前記同期信号抽出手段(32)は、前記IQ信号に第一のチャープレート(β1)によるデチャープ処理を施して第一のデチャープ信号(Q1)を得る第一のデチャープ手段(33A)と、前記IQ信号に第二のチャープレート(β2)によるデチャープ処理を施して第二のデチャープ信号(Q2)を得る第二のデチャープ手段(33B)と、前記第一のデチャープ信号と前記第二のデチャープ信号から前記受信電波信号の時間遅れ(δ)を検出する同期信号処理手段(34)を含んで構成されることを特徴とする無線受信装置。
front-end means (30) for converting a received radio signal into an IQ signal; synchronization signal extraction means (32) for extracting a synchronization signal from the IQ signal; and time delay (δ) of the IQ signal according to the synchronization signal. and channel correction means (35) for correcting the phase rotation to generate a corrected IQ signal, and decoding means (38) for decoding the corrected IQ signal to obtain received data,
The synchronization signal extracting means (32) includes first dechirping means (33A) for dechirping the IQ signal with a first chirp rate (β1) to obtain a first dechirping signal (Q1); second dechirping means (33B) for dechirping the signal with a second chirping rate (β2) to obtain a second dechirped signal (Q2); A radio receiving apparatus comprising a synchronization signal processing means (34) for detecting a time delay (.delta.) of said received radio wave signal.
前記同期信号抽出手段(34)は、
前記第一のデチャープ信号(Q1)を高速フーリエ変換する第一のFFT手段(70A)と、前記第一のFFT手段の出力から第一のピーク周波数(fd)を検出する第一のピーク検出手段(72A)と、
前記第二のデチャープ信号(Q2)を高速フーリエ変換する第二のFFT手段(70B)と、前記第二のFFT手段の出力から第二のピーク周波数(fu)を検出する第二のピーク検出手段(72B)と、
前記第一の周波数ピークと前記第二の周波数ピークとの差分を検出する減算手段(76)により、前記受信電波信号の時間遅れ(δ)を検出することを特徴とする請求項9に記載の無線受信装置。
The synchronization signal extracting means (34)
First FFT means (70A) for fast Fourier transforming the first dechirped signal (Q1), and first peak detection means for detecting a first peak frequency (fd) from the output of the first FFT means (72A) and
Second FFT means (70B) for fast Fourier transforming the second dechirped signal (Q2), and second peak detection means for detecting a second peak frequency (fu) from the output of the second FFT means (72B) and
10. The method according to claim 9, wherein the time delay ([delta]) of the received radio wave signal is detected by subtraction means (76) for detecting the difference between the first frequency peak and the second frequency peak. radio receiver.
伝送情報を符号化して変調することにより変調信号(mod(t))を作成し、周波数が直線的に変化する二つの複素関数信号exp(j2p・β1・t・t)とexp(j2p・β2・t・t)を含んだ同期信号(Cr(t))を作成し、前記変調信号と前記同期信号にキャリア信号を重畳して高周波信号(TX(t))を作成して電波として送信し、前記高周波信号を受信して前記伝送情報を復元する無線通信方法であって、
前記高周波信号に含まれる前記同期信号(Cr(t))によって無線伝送路における時間遅延(δ)を検出し、前記時間遅延を補正することにより前記伝送情報を復号検出することを特徴とする無線通信方法。
A modulation signal (mod(t)) is created by encoding and modulating transmission information, and two complex function signals exp(j2p*β1*t*t) and exp(j2p*β2) with linearly varying frequencies are generated.・Create a synchronous signal (Cr(t)) containing t・t), superimpose a carrier signal on the modulated signal and the synchronous signal to create a high-frequency signal (TX(t)), and transmit it as a radio wave. , a wireless communication method for receiving the high-frequency signal and restoring the transmission information,
A radio characterized by detecting a time delay (δ) in a radio transmission path from the synchronization signal (Cr(t)) contained in the high-frequency signal, and decoding and detecting the transmission information by correcting the time delay. Communication method.
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