JP4835500B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置に関するものである。

我が国で使用する無線通信装置については、占有周波数帯幅や隣接チャンネル漏洩電力などの使用電波の特性が電波法の規定を満たしていなくてはならない。また、電波法では使用目的ごとに異なる規格（通信規格）が規定されている。例えば、電波法施行規則第６条に規定される「特定小電力無線局」には、電波を利用して遠隔地点における測定機の測定結果を自動的に表示し、又は記録するためのテレメータ用、電波を利用して遠隔地点における装置の機能を始動、変更又は終止させることを目的とする信号の伝送を行うテレコントロール用、及び主として機械によって処理される情報の伝送又は処理された情報の伝送を行うデータ伝送用無線設備について規定された「特定小電力無線局テレメータ用、テレコントロール用及びデータ伝送用無線設備 標準規格（社団法人電波産業会 標準規格ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ６７）」、あるいは、主として火災、盗難その他異常の通報又はこれに付随する制御を行う小電力セキュリティシステムの無線設備について規定された「小電力セキュリティシステムの無線局の無線設備 標準規格（社団法人電波産業会 標準規格ＲＣＲ ＳＴＤ−３０）」などがある。

この種の無線通信装置として、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１に記載されているものは、屋内に設置されているガス漏れ検知器と、屋外に設置されているガスメータとにそれぞれ無線通信装置が搭載され、ガス漏れ検知器で検知したガス漏れ検知情報が無線通信装置によって無線信号で送信され、ガスメータに搭載した無線通信装置で当該無線信号を受信することでガスメータがガスの供給を停止するといったことを行っている。

ところで、無線ＬＡＮに代表されるように、近年は様々な無線通信装置が普及するとともに、一般の電子機器から種々の周波数の電波が放射されているため、無線通信装置の無線信号（希望波）が他の電波（妨害波）の影響を受ける可能性が高くなっており、雑音や干渉に対する耐性を高めることが望まれている。

このように雑音や干渉に対する耐性を高めるための一つの方法として、携帯電話システムやＧＰＳで採用されているスペクトラム拡散通信方式がある。スペクトラム拡散通信方式は、狭帯域の変調信号を拡散符号と呼ばれる信号によって元の信号より広い帯域に拡散させた上で送信し、受信側で同じ拡散符号によって元の変調信号を復元するものである。つまり、受信信号に含まれる変調信号は拡散符号を乗算する逆拡散処理において元の狭い帯域に戻されるが、受信信号に含まれている雑音は反対に広い帯域に拡散されるため、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が向上して雑音や干渉に対する耐性を高めることができるのである。

また、「特定小電力無線局テレメータ用、テレコントロール用及びデータ伝送用無線設備 標準規格（社団法人電波産業会 標準規格ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ６７）」や、「小電力セキュリティシステムの無線局の無線設備 標準規格（社団法人電波産業会 標準規格ＲＣＲ ＳＴＤ−３０）」などでは、複数の無線局が同時に無線信号を送信することによる混信を防止するため、キャリア検知による混信防止機能の搭載が義務づけられている。ここで、スペクトラム拡散通信方式を採用した特定小電力無線局においては、受信した信号に含まれるキャリアの周波数成分の信号強度（いわゆるＲＳＳＩ値）が所定の閾値を超えているか否かによってキャリアを検知する方法と、自局と同一の拡散符号で逆拡散された信号の相関値が所定の閾値を超えているか否かによってキャリアを検知する方法との少なくとも何れか一方による混信防止機能が搭載されている。なお、前者のキャリア検知方法では、逆拡散する前の受信信号強度を閾値と比較するために干渉や雑音の影響を受けやすいのに対し、後者のキャリア検知方法では、逆拡散された信号の相関値を閾値と比較するために干渉や雑音の影響を受けにくいという特徴がある。
特開平８−１５４２７８号公報

上述のように前者のキャリア検知方法によれば短時間でキャリアを検知できるものの、スペクトラム拡散された信号のキャリアを確実に検知するためには後者のキャリア検知方法を採用することが望ましい。しかしながら、後者のキャリア検知方法は受信信号に対してスペクトラム逆拡散を行って相関値を求めなければならないことから検知までに要する時間が前者のキャリア検知方法に比べて大幅に長くなってしまうという短所がある。特に、特定小電力無線局のように連続して送信可能な送信期間が数秒から数十秒に規制されている場合、キャリア検知に要する時間が長くなると送信期間における実際の送信時間が減少してしまい、効率的にデータを送信することが困難になる。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、混信防止のためのキャリア検知を確実且つ迅速に行って効率的にデータを送信することができる無線通信装置を提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、互いに周波数が異なる複数のキャリアを択一的に選択するとともに選択したキャリアを変調した信号をスペクトラム拡散して送信する無線通信装置において、選択したキャリアを送信データで変調する変調手段と、変調された信号に拡散符号を乗算することでスペクトラム拡散する拡散手段と、拡散手段でスペクトラム拡散された信号を空中に放射するアンテナと、当該アンテナで受信する電波に対して第１のキャリア検知を行う第１キャリア検知手段と、アンテナで受信した信号に前記拡散符号を乗算することでスペクトラム逆拡散する逆拡散手段と、逆拡散手段でスペクトラム逆拡散された信号に対して第２のキャリア検知を行う第２キャリア検知手段と、第１キャリア検知手段においてキャリアが検出されない場合に第２キャリア検知手段にキャリア検知を行わせ、第２キャリア検知手段でキャリアが検知されなければ当該キャリアを選択して拡散手段でスペクトラム拡散された信号をアンテナから空中に放射させる制御手段とを備え、第１キャリア検知手段は、キャリアの周波数帯域における受信信号強度が所定の第１閾値を超えている場合にキャリアを検知したと判断し、第２キャリア検知手段は、スペクトラム逆拡散された信号の相関値が所定の第２閾値を超えている場合にキャリアを検知したと判断することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、制御手段は、複数のキャリアについて第１キャリア検知手段にキャリア検知を行わせ、第１キャリア検知手段でキャリアが検知されなかったキャリアについて第２キャリア検知手段にキャリア検知を行わせることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、制御手段は、第１キャリア検知手段で検知されたキャリア並びに当該キャリアと周波数が隣接するキャリアを除く他のキャリアについて第２キャリア検知手段にキャリア検知を行わせることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、制御手段は、第２キャリア検知手段でキャリアが検知された場合、前記周波数が隣接するキャリアについて第２キャリア検知手段にキャリア検知を行わせることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか１項の発明において、第２キャリア検知手段における前記第２閾値が可変であることを特徴する。

請求項１の発明によれば、制御手段が、第１キャリア検知手段においてキャリアが検出されない場合に第２キャリア検知手段にキャリア検知を行わせ、第２キャリア検知手段でキャリアが検知されなければ当該キャリアを選択して拡散手段でスペクトラム拡散された信号をアンテナから空中に放射させるので、第２キャリア検知手段によるキャリア検知を必要以上に行うことが回避でき、その結果、混信防止のためのキャリア検知を確実且つ迅速に行って効率的にデータを送信することができる。

請求項２の発明によれば、制御手段が、複数のキャリアについて第１キャリア検知手段にキャリア検知を行わせ、第１キャリア検知手段でキャリアが検知されなかったキャリアについて第２キャリア検知手段にキャリア検知を行わせるので、個々のキャリア毎に第１キャリア検知手段によるキャリア検知と第２キャリア検知手段によるキャリア検知とを切り替える場合と比較してキャリア検知を迅速に行うことができる。

請求項３の発明によれば、周波数が隣接するキャリアの漏洩電力によって第２キャリア検知手段がキャリアを検知してしまう可能性があるが、制御手段が、第１キャリア検知手段で検知されたキャリア並びに当該キャリアと周波数が隣接するキャリアを除く他のキャリアについて第２キャリア検知手段にキャリア検知を行わせるので、確実且つ迅速にキャリア検知を行うことができる。

請求項４の発明によれば、制御手段が、第２キャリア検知手段でキャリアが検知されない場合、前記周波数が隣接するキャリアについて第２キャリア検知手段にキャリア検知を行わせるので、使用可能なキャリアを見つける機会が増えることで効率的にデータを送信することができる。

請求項５の発明によれば、第２キャリア検知手段における前記第２閾値が可変であるので、用途や使用環境に応じて第２閾値を変化させることによって効率的なキャリア検知を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

本実施形態の無線通信装置は、図１に示すようにアンテナ１と、送信ブロック２と、受信ブロック３と、制御部４とで構成される。制御部４は送信ブロック２並びに受信ブロック３の動作を制御する機能や、送信ブロック２に対して送信データを与えるとともに受信ブロック３で受信したデータを受け取って処理する機能等を有している。

送信ブロック２は、制御部４から与えられる送信データをディジタル変調（例えば、２値位相シフトキーイング：ＢＰＳＫ）するデータ変調部２０と、擬似ランダム雑音符号（拡散符号）系列からなる拡散信号を生成する拡散信号生成部２１と、拡散信号生成部２１で生成される拡散信号をデータ変調部２０から出力される変調信号に乗算する拡散演算部２２と、拡散演算部２２から出力される信号の周波数を中間周波数帯から無線周波数（ＲＦ）帯へ変換する周波数変換部２３とを備えている。但し、送信ブロック２の構成はこれに限定されるものではなく、送信データに拡散符号を乗算した後にデータ変調部２０で変調する構成であっても構わない。ここで、周波数変換部２３においては、予め決められた複数の周波数（キャリア）のうちから制御部４の指示に基づいて選択した周波数に変換してアンテナ１から放射させている。但し、以下の説明では各周波数のキャリアを区別する言葉として「チャネル」を用いる。つまり、周波数変換部２３は制御部４の指示に基づいて選択されたチャネルに周波数変換することになる。

受信ブロック３は、アンテナ１で受信した信号の周波数を中間周波数帯に変換する周波数変換部３０と、擬似ランダム雑音符号（拡散符号）系列からなる逆拡散信号を生成する逆拡散信号生成部３１と、中間周波数帯に変換された信号（以下、「受信信号」と呼ぶ。）に逆拡散信号生成部３１で生成された逆拡散信号を乗算して逆拡散する逆拡散演算部３１と、逆拡散された信号からデータを復調（ディジタル復調）するデータ復調部３３と、受信信号に対して同期を確立する同期確立部３４とを備えている。なお、周波数変換部３０においては、無線周波数帯から中間周波数帯に周波数変換する際にアンテナ１で受信した信号の信号強度を所定の第１閾値と比較することで各チャネルのキャリア検知（以下、第１キャリア検知と呼ぶ。）を行っており、キャリア検知の結果を制御部４に伝えている。ここで、逆拡散信号は他の無線通信装置において変調信号に乗算される拡散符号系列と同一の拡散符号系列からなり、逆拡散信号生成部３１においては、パラメータ（拡散符号の位相とチャネルの周波数）に応じた逆拡散信号を生成して出力している。そして、後述するように同期確立部３４で同期が確立されていれば、パラメータが受信信号におけるパラメータに一致し、逆拡散演算部３２による逆拡散によって送信側における拡散前の信号（変調信号）に戻すことができる。なお、拡散符号の位相とは、受信信号の拡散符号と逆拡散信号生成部３１で生成される逆拡散信号（拡散符号）との間の遅延時間である。

同期確立部３４は同期確立用のパラメータに基づいて受信信号に対する同期を確立するものであって、図２に示すように受信信号に対してパラメータを初期捕捉する初期捕捉部６と、受信信号に対して初期捕捉部６により捕捉したパラメータを補正しながら追従して保持する同期追従部７と、同期追従部７で補正されたパラメータに基づいてパラメータ推定（後述する）を行う同期推定部８とを有している。

初期捕捉部６は、同期推定部８で推定されたパラメータを初期値とし、その初期値から開始してパラメータを順次シフトしながら生成する初期捕捉パラメータ生成部６０と、初期捕捉パラメータ生成部６０で生成される初期捕捉用のパラメータから逆拡散信号を生成する逆拡散信号生成部６１と、逆拡散信号生成部６１で生成される逆拡散信号と受信信号の相関値を演算する逆拡散演算部６２と、逆拡散演算部６２で求めた相関値が最大となるときのパラメータを決定し当該パラメータの値を初期値として同期追従部７に出力する初期捕捉判定部６３とを有している。ここで、初期捕捉判定部６３においては、逆拡散演算部６２で求めた相関値を所定の第２閾値と比較することでキャリア検知を行っており、キャリア検知の結果を制御部４に伝えている。

同期追従部７は、初期捕捉部６で捕捉されたパラメータの初期値を中心として何点かをシフトしてパラメータを生成する同期追従パラメータ生成部７０と、同期追従パラメータ生成部７０で生成されるパラメータから逆拡散信号を生成する逆拡散信号生成部７１と、逆拡散信号生成部７１で生成される逆拡散信号と受信信号の相関値を演算する逆拡散演算部７２と、逆拡散演算部７２で求めた相関値が最大となるようにパラメータを逐次補正し、補正したパラメータを逆拡散部３（逆拡散信号生成部３０）に出力する同期追従判定部７３とを有している。なお、同期追従パラメータ生成部７０では、同期追従判定部７３から補正されたパラメータが入力されると前記初期値に代えて当該補正されたパラメータを中心として何点かをシフトしてパラメータを生成する。

同期推定部８は、送信期間から休止期間に移行するタイミングを検出する送信側休止期間検出部８０と、送信側休止期間検出部８０が休止期間への移行を検出したタイミングの直前に同期追従部７から取得したパラメータに基づいて前記休止期間後の次の送信期間に送信される受信信号を初期捕捉するためのパラメータ（初期値）を推定する初期捕捉パラメータ推定部８１とを有している。送信側休止期間検出部８０では、例えば、データ復調部４に入力する受信信号の有無を検出したり、あるいは、データ復調部４で復調されたデータのフレーム構成を解析することで送信側の休止期間移行タイミングを検出している。また、初期捕捉パラメータ推定部８１で推定されたパラメータは初期捕捉部６の初期捕捉パラメータ生成部６０並びに同期追従部８の同期追従パラメータ生成部７０に入力され、それぞれのパラメータ生成部６０，７０が当該パラメータ（推定値）を初期値として初期捕捉用並びに同期追従用のパラメータを生成する。

初期捕捉パラメータ推定部８１は、例えば、送信側の送信期間においては初期捕捉部６で捕捉したパラメータの初期値を基にして同期追従部７が一定の周期でパラメータを補正して追従しており、同期推定部８にて送信側の休止期間への移行を検出すると、当該休止期間への移行直前に求めたパラメータを次回の送信期間開始時点におけるパラメータの初期値と推定し、当該初期値に基づいて初期捕捉部６が次回の送信期間における初期捕捉を行っている。

次に、本発明の要旨であるデータ送信時の動作について説明する。

制御部４は、何れかのチャネルを選択してデータを送信する際、選択したチャネルにおける混信防止のため、最初に受信ブロック３の周波数変換部３０に第１キャリア検知を行わせ、周波数変換部３０で当該チャネルのキャリアを検知した場合は別のチャネルを選択して再度周波数変換部３０に第１キャリア検知を行わせる。また、何れかのチャネルで第１キャリア検知によってキャリアが検知されなければ、制御部４は当該チャネルに対して初期捕捉部６に第２キャリア検知を行わせ、初期捕捉部６でキャリアを検知しなければ、当該チャネルの選択を送信ブロック２の周波数変換部２３に指示して送信ブロック２により無線信号を送信させる。一方、初期捕捉部６でキャリアを検知した場合、制御部４はさらに別のチャネルを選択して再度周波数変換部３０に第１キャリア検知を行わせ、以降、第１キャリア検知並びに第２キャリア検知の何れにおいてもキャリアが検知されないチャネルが見つかるか、あるいは全てのチャネルでキャリアが検知されるまで上述の処理を繰り返す。

例えば、図３に示すようにチャネルＣＨ１を使って他の無線通信装置が無線信号を送信しているとした場合、チャネルＣＨ１の周波数帯域Ｆ１に無線信号のスペクトルＳのピークが存在し、チャネルＣＨ１については受信信号の信号強度が第１閾値Ｔｈ１を超えるために第１キャリア検知によってキャリアが検知されることになる。次に、チャネルＣＨ１と隣接するチャネルＣＨ２を選択して第１キャリア検知を行うと、チャネルＣＨ２の周波数帯域Ｆ２にはチャネルＣＨ１からの漏洩電力による第１閾値Ｔｈ１以下のスペクトルＳが存在しているが、当該スペクトルＳは初期捕捉部６が行う第２キャリア検知によって検知可能である。なお、図３における第２閾値Ｔｈ２は第２キャリア検知の相関値に対する第２閾値の値を受信信号の信号強度に換算した値を示している。２つのチャネルＣＨ１，ＣＨ２でキャリアが検知された場合、制御部４は、さらに別のチャネルＣＨ３を選択して第１キャリア検知を行わせ、第１キャリア検知でキャリアが検知されず且つ第２キャリア検知でもキャリアが検知されなければ、送信ブロック２の周波数変換部２３に対して当該チャネルＣＨ３の選択を指示するのである。

而して本実施形態によれば、制御部４が、第１キャリア検知手段（受信ブロック３の周波数変換部３０）においてキャリアが検出されない場合に第２キャリア検知手段（受信ブロック３の初期捕捉部６）にキャリア検知を行わせ、第２キャリア検知手段でキャリアが検知されなければ当該キャリアを選択して拡散手段（送信ブロック２の拡散演算部２２）でスペクトラム拡散された信号をアンテナ１から空中に放射させるので、第２キャリア検知手段によるキャリア検知を必要以上に行うことが回避でき、その結果、混信防止のためのキャリア検知を確実且つ迅速に行って効率的にデータを送信することができる。

ここで、本実施形態では各チャネル毎に第１キャリア検知又は第１キャリア検知と第２キャリア検知を行っているが、最初に全てのチャネルについて第１キャリア検知を行い、第１キャリア検知でキャリアが検知されなかったチャネルに対してだけ第２キャリア検知を行うようにすれば、キャリア検知を迅速に行うことができる。

また、第１キャリア検知でキャリアが検知されたチャネルに隣接するチャネルには、上述のように第２閾値以上となる漏洩電力が存在する可能性があるから、最初に全てのチャネルについて第１キャリア検知を行い、第１キャリア検知でキャリアが検知されたチャネルと当該チャネルに隣接したチャネルを除く他のチャネルに対してだけ第２キャリア検知を行うようにすれば、確実且つ迅速にキャリア検知を行うことができる。但し、第２キャリア検知でキャリアが検知されないチャネルが存在しなかった場合は、始めに除外したチャネルのうちで、第１キャリア検知でキャリアが検知されたチャネルに隣接したチャネルに対して第２キャリア検知を行うことで選択可能なチャネルを見つける機会を増やすことが望ましい。

なお、初期捕捉部６の初期捕捉判定部６３における第２閾値を可変とすれば、用途や使用環境に応じて第２閾値を変化させることによって効率的なキャリア検知を行うことができる。

本発明の実施形態を示すブロック図である。 同上における同期確立部のブロック図である。 同上の動作説明用の波形図である。

符号の説明

１ アンテナ
２ 送信ブロック
３ 受信ブロック
４ 制御部（制御手段）
６ 初期捕捉部（第２キャリア検知手段）
３０ 周波数変換部（第１キャリア検知手段）

Claims (5)

1. 互いに周波数が異なる複数のキャリアを択一的に選択するとともに選択したキャリアを変調した信号をスペクトラム拡散して送信する無線通信装置において、
   選択したキャリアを送信データで変調する変調手段と、変調された信号に拡散符号を乗算することでスペクトラム拡散する拡散手段と、拡散手段でスペクトラム拡散された信号を空中に放射するアンテナと、当該アンテナで受信する電波に対して第１のキャリア検知を行う第１キャリア検知手段と、アンテナで受信した信号に前記拡散符号を乗算することでスペクトラム逆拡散する逆拡散手段と、逆拡散手段でスペクトラム逆拡散された信号に対して第２のキャリア検知を行う第２キャリア検知手段と、第１キャリア検知手段においてキャリアが検出されない場合に第２キャリア検知手段にキャリア検知を行わせ、第２キャリア検知手段でキャリアが検知されなければ当該キャリアを選択して拡散手段でスペクトラム拡散された信号をアンテナから空中に放射させる制御手段とを備え、
   第１キャリア検知手段は、キャリアの周波数帯域における受信信号強度が所定の第１閾値を超えている場合にキャリアを検知したと判断し、
   第２キャリア検知手段は、スペクトラム逆拡散された信号の相関値が所定の第２閾値を超えている場合にキャリアを検知したと判断することを特徴とする無線通信装置。
2. 制御手段は、複数のキャリアについて第１キャリア検知手段にキャリア検知を行わせ、第１キャリア検知手段でキャリアが検知されなかったキャリアについて第２キャリア検知手段にキャリア検知を行わせることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 制御手段は、第１キャリア検知手段で検知されたキャリア並びに当該キャリアと周波数が隣接するキャリアを除く他のキャリアについて第２キャリア検知手段にキャリア検知を行わせることを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
4. 制御手段は、第２キャリア検知手段でキャリアが検知された場合、前記周波数が隣接するキャリアについて第２キャリア検知手段にキャリア検知を行わせることを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
5. 第２キャリア検知手段における前記第２閾値が可変であることを特徴する請求項１〜４の何れか１項に記載の無線通信装置。

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