JP7366329B2

JP7366329B2 - 受信装置、通信システム、制御回路および記憶媒体

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Publication number: JP7366329B2
Application number: JP2023550122A
Authority: JP
Inventors: 章範大橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-11-11
Filing date: 2021-11-11
Publication date: 2023-10-20
Anticipated expiration: 2041-11-11
Also published as: WO2023084696A1; JPWO2023084696A1

Description

本開示は、チャープ信号によりスペクトル拡散された信号を通信する受信装置、通信システム、制御回路および記憶媒体に関する。

近年、通信分野で使用されている変調方式の中には、周波数帯域を元の信号よりも広い帯域に拡散するスペクトル拡散を行うものがある。例えば、ＣＳＳ（Chirp Spectrum Spread）変調方式は、チャープ信号を用いてスペクトル拡散を行う変調方式である。ＣＳＳ変調方式では、搬送波の振幅を一定に維持したまま、対象とする周波数帯域内で周波数を線形に変化させて伝送する。このようにチャープ信号を用いてスペクトル拡散する変調方式を用いる通信システムにおいて、受信装置は、スペクトル拡散に用いられたチャープ信号を用いて逆拡散処理を行うことで、拡散率に伴う拡散利得を得て受信精度を改善することができる。

スペクトル拡散を行う通信システムにおいて、受信側で逆拡散処理による拡散利得を得るためには、クロック偏差を高精度に推定する必要がある。特に、ＣＳＳ変調によるスペクトル拡散では、クロック偏差が発生するとチャープ信号の時間に対する周波数の傾きにずれが発生する。これにより、正確なタイミングで逆拡散処理をしてもクロック偏差を補正しないと拡散利得を得ることができない。

特許文献１には、クロック偏差を推定して補正する技術が開示されている。具体的には、特許文献１に開示されたシステムでは、通信パケット毎にタイミングずれ量を監視し、複数の通信パケットのタイミングずれ量の変化からクロック偏差を推定している。

特開２００１－１１９３２２号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、複数の通信パケットを受信するまではクロック偏差を推定することができない。このため、クロック偏差を推定するまでに受信する複数のパケットについてはクロック偏差の補正ができず、受信感度が低下するという問題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、チャープ信号によりスペクトル拡散された信号の受信感度を向上させることが可能な受信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる受信装置は、チャープ信号によりスペクトル拡散されたプリアンブル信号と、チャープ信号によりスペクトル拡散されたデータ信号とを含む信号を受信し、受信信号から抽出されたプリアンブル信号に対してチャープ信号の逆相を乗算して逆拡散処理をするプリアンブル逆拡散処理部と、逆拡散処理されたプリアンブル信号に対して逆変調処理を行うプリアンブル逆変調処理部と、逆変調処理されたプリアンブル信号に対して遅延検波処理を２回行うプリアンブル遅延検波部と、遅延検波処理を２回行った後のプリアンブル信号に基づいてクロック偏差を推定するクロック偏差算出部と、クロック偏差の推定値を用いて受信信号のクロック偏差を補正するクロック偏差補正部と、を備えることを特徴とする。

本開示にかかる受信装置は、チャープ信号によりスペクトル拡散された信号の受信感度を向上させることが可能であるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる通信システムの構成を示す図図１に示す送信装置の機能構成を示す図図２に示す送信装置が送信する信号の構成を示す図図１に示す受信装置の機能構成を示す図図４に示すクロック偏差推定部の詳細な機能構成を示す図逆拡散前後のチャープ信号の周波数の経時変化を示す図図４に示す受信装置の動作の一例について説明するためのフローチャート実施の形態２にかかる受信装置の機能構成を示す図図８に示すクロック偏差推定部の詳細な機能構成を示す図図８に示す受信装置の動作の一例について説明するためのフローチャート実施の形態１，２にかかる送信装置および受信装置のそれぞれの機能を実現するための専用のハードウェアを示す図実施の形態１，２にかかる送信装置および受信装置のそれぞれの機能を実現するための制御回路の構成を示す図

以下に、本開示の実施の形態にかかる受信装置、通信システム、制御回路および記憶媒体を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態によって本開示の技術的範囲が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる通信システム１の構成を示す図である。通信システム１は、送信装置１０と、受信装置２０とを有する。通信システム１は、周波数が線形に変化するチャープ信号を用いてスペクトル拡散を行って生成される信号を伝送する。送信装置１０はスペクトル拡散を行い、受信装置２０は逆拡散処理を行うことで、受信感度を向上させることができる。受信感度が改善すると、その分だけ通信距離を長くすることが可能である。以下では、通信システム１は、ＣＳＳ変調を用いて、伝送するデータをスペクトル拡散することとする。

ＣＳＳ変調方式は、チャープ信号を用いてスペクトル拡散する変調方式の一種であり、低消費電力かつ長距離無線通信を実現可能な無線通信方式であるＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）のＩｏＴ（Internet of Things）向け規格であるＬｏＲａにおいて採用されている。ＩｏＴ、Ｍ２Ｍ（Machine to Machine）の分野では、センサ情報などのデータを収集するために、低消費電力かつ広範囲をカバーするための長距離無線通信が求められている。ＣＳＳ変調方式では、拡散率を上げると受信感度が改善される代わりに通信速度が低下するが、ＩｏＴ、Ｍ２Ｍなどの分野では、一般的な通信と比較すると、端末間で伝送される情報量は小さいため、通信速度に対する要求は低い。このため、ＣＳＳ変調方式は、ＩｏＴ、Ｍ２Ｍなどの分野に適した技術であるといえる。なお、ＬＰＷＡには、ＬｏＲａの他に、ＬｏＲａと同じくＩｏＴ向けの無線通信規格であるＳＩＧＦＯＸ、スマートメータなどに採用されている無線通信規格であるＷｉ－ＳＵＮ（Wireless－Smart Utility Network）などがある。

図２は、図１に示す送信装置１０の機能構成を示す図である。送信装置１０は、変調部１００と、ＣＳＳ変調部１０１と、プリアンブル生成部１０２と、ＣＰ（Cyclic Prefic）付加部１０３と、送信フィルタ部１０４と、周波数変換部１０５と、送信アンテナ１０６とを有する。

変調部１００は、送信データを変調し、変調後の送信データをＣＳＳ変調部１０１に出力する。ＣＳＳ変調部１０１は、変調後の送信データに対してチャープ信号による拡散系列を使用してスペクトル拡散処理し、チャープ信号によりスペクトル拡散されたデータ信号をＣＰ付加部１０３に出力する。プリアンブル生成部１０２は、受信側のタイミング検出およびクロック偏差推定に用いられる既知信号であるプリアンブル信号を生成し、プリアンブル信号をチャープ信号による拡散系列を使用してスペクトル拡散処理し、チャープ信号によりスペクトル拡散されたプリアンブル信号をＣＰ付加部１０３に出力する。

ＣＰ付加部１０３は、ＣＳＳ変調部１０１が出力するデータ信号と、プリアンブル生成部１０２が出力するプリアンブル信号とにガードインターバルを付加した信号を送信フィルタ部１０４に出力する。送信フィルタ部１０４は、スペクトル拡散された信号を送信用のフィルタでフィルタリングし、フィルタリングされた信号を周波数変換部１０５に出力する。周波数変換部１０５は、フィルタリングされた信号を周波数変換し、周波数変換後の信号を送信アンテナ１０６に出力する。送信アンテナ１０６は、周波数変換後の信号を送信する。

図３は、図２に示す送信装置１０が送信する信号の構成を示す図である。送信装置１０が送信する信号の１パケットは、プリアンブル信号およびデータ信号を含む。プリアンブル信号およびデータ信号のそれぞれは、チャープ信号によりスペクトル拡散されている。プリアンブル信号は、１パケットの先頭部分で送信される。

図４は、図１に示す受信装置２０の機能構成を示す図である。受信装置２０は、受信アンテナ２００と、周波数変換部２０１と、受信フィルタ部２０２と、タイミング検出部２０３と、プリアンブル抽出部２０４と、クロック偏差推定部２０５と、データ抽出部２０６と、データ逆拡散処理部２０７と、クロック偏差補正部２０８と、復調部２０９とを有する。

受信アンテナ２００は、送信装置１０から送信された信号を受信し、受信信号を周波数変換部２０１に出力する。周波数変換部２０１は、受信信号をベースバンド信号に周波数変換し、周波数変換後の受信信号を受信フィルタ部２０２に出力する。受信フィルタ部２０２は、周波数変換後の受信信号を受信用のフィルタで通信波帯域にフィルタリングし、フィルタリング後の受信信号をタイミング検出部２０３、プリアンブル抽出部２０４およびデータ抽出部２０６のそれぞれに出力する。

タイミング検出部２０３は、フィルタリング後の受信信号に対してマッチドフィルタ法などにより受信タイミングを検出し、検出した受信タイミングをプリアンブル抽出部２０４およびデータ抽出部２０６のそれぞれに出力する。

プリアンブル抽出部２０４は、タイミング検出部２０３が出力する受信タイミングに基づいて、受信信号から、ガードインターバルを除いたプリアンブル信号を抽出し、抽出したプリアンブル信号をクロック偏差推定部２０５に出力する。

クロック偏差推定部２０５は、プリアンブル抽出部２０４が出力するプリアンブル信号を用いてクロック偏差および周波数オフセットを推定し、クロック偏差および周波数オフセットの推定値をクロック偏差補正部２０８に出力する。クロック偏差推定部２０５の詳細については後述される。

データ抽出部２０６は、タイミング検出部２０３が出力する受信タイミングを用いて、受信信号からガードインターバルを除いたデータ信号を抽出し、抽出したデータ信号をデータ逆拡散処理部２０７に出力する。データ抽出部２０６が出力するデータ信号は、ＣＳＳ変調されている。データ逆拡散処理部２０７は、受信信号から抽出されたデータ信号に対して、チャープ信号による逆拡散処理を行い、逆拡散処理後のデータ信号をクロック偏差補正部２０８に出力する。

クロック偏差補正部２０８は、クロック偏差推定部２０５で推定されたクロック偏差の推定値を用いて、逆拡散処理後のデータ信号に対してクロック偏差を補正し、補正後のデータ信号を復調部２０９に出力する。復調部２０９は、逆拡散処理後のデータ信号に対して復調処理を行う。通信システム１は、送信側でガードインターバルを付加するシングルキャリアブロック伝送であり、受信側でＢＴＲ（Bit Timing Recovery）を用いないこととする。

以下、受信装置２０が行うクロック偏差推定処理の詳細について説明する。図５は、図４に示すクロック偏差推定部２０５の詳細な機能構成を示す図である。クロック偏差推定部２０５は、プリアンブル逆拡散処理部２１０と、プリアンブル逆変調処理部２１１と、第１のプリアンブル遅延検波部２１２と、第２のプリアンブル遅延検波部２１３と、クロック偏差算出部２１４とを有する。

プリアンブル逆拡散処理部２１０は、送信装置１０のプリアンブル生成部１０２がプリアンブル信号を直接拡散するときに使用した拡散系列α_p（ｎ）の逆位相となる逆拡散系列β_p（ｎ）を、プリアンブル抽出部２０４が抽出したプリアンブル信号に乗算することで、プリアンブル信号の逆拡散処理を実行する。例えば、拡散系列α_p（ｎ）は、以下の数式（１）で表される。

ｎは時間である。Ｎ_pは拡散系列α_p（ｎ）の拡散長であり、偶数である。ｊは虚数単位である。α_p（ｎ）は、チャープ信号の１つでありＺａｄｏｆｆ－Ｃｈｕ系列と呼ばれる信号であり、定包絡かつ時間に対して周波数が変化する特徴を有する。Ｕ_pは、Ｚａｄｏｆｆ－Ｃｈｕ系列における周波数の傾きを表す整数である。

数式（１）で表される拡散系列α_p（ｎ）の逆位相となる逆拡散系列β_p（ｎ）は、以下の数式（２）で表される。

プリアンブル逆拡散処理部２１０が行う逆拡散処理は、以下の数式（３）で表される。

ｒ_p（ｎ）は、プリアンブル抽出部２０４が抽出したプリアンブル信号であり、ｓ_p（ｎ）は、逆拡散処理後のプリアンブル信号である。プリアンブル逆拡散処理部２１０は、数式（３）で表される逆拡散処理後のプリアンブル信号ｓ_p（ｎ）を出力する。

プリアンブル抽出部２０４が抽出したプリアンブル信号ｒ_p（ｎ）に介在しているクロック偏差Δｆ_cについて考える。クロック偏差は、送信側のサンプリング周波数を生成する源振クロックｆ_txと、受信側のサンプリング周波数を生成する源振クロックｆ_rxとの偏差により発生する。クロック偏差Δｆ_cは、以下の数式（４）で表される。

ここで、送信側の源振クロックｆ_txは、受信側の源振クロックｆ_rxを用いて以下の数式（５）で表される。

ここで、ｘは受信側の源振クロックｆ_rxを基準にしたときのクロック偏差Δｆ_cの割合であり、以下の数式（６）で表される。

続いて、クロック偏差Δｆ_cにより発生するタイミングずれについて考える。クロック偏差Δｆ_cがある状態で、受信側においてｆ_rxサンプル分の信号を受信する時間が経つと、タイミングがΔｆ_cサンプル分だけ前にずれる。つまり、１サンプル当たりにタイミングがずれる時間は、Δｆ_c／ｆ_rxとなり、これは数式（６）のｘに相当する。ここで、１サンプルを直接拡散の１チップに置き換えても同じことが言える。そのため、ｘは１チップあたりのタイミングずれ量として扱うことができ、単位はチップである。

受信側で逆拡散する際に受信した信号にクロック偏差Δｆ_cが介在している場合、送信側のチャープ信号は、受信側で見るとクロック偏差Δｆ_cに影響を受けていると考えられる。受信側で見たときの送信側のチャープ系列は、以下の数式（７）で表される。

数式（７）のチャープ信号を受信側で逆拡散後の位相は、以下の数式（８）で表される。

θ_d（ｎ）はチャープ信号の位相であり、θ（ｎ）は受信側で逆拡散に使用するチャープ系列の位相である。

数式（８）の逆拡散後の位相を見ると、時間ｎに対する２次の関数になっている。そのため、クロック偏差があると逆拡散後でも時間に対して周波数が線形に変化する。

図６は、逆拡散前後のチャープ信号の周波数の経時変化を示す図である。チャープ信号３００にはクロック偏差がなく、チャープ信号３０１にはクロック偏差がある。逆拡散前のチャープ信号３００は傾きＵ_pを有し、逆拡散するとチャープ信号３１０に示すように周波数０Ｈｚになる。これに対してチャープ信号３０１はクロック偏差により傾きＵ_p＋Ｖ_pを有し、逆拡散するとチャープ信号３１１に示すように傾きＶ_pの周波数が残留する。ここで、傾きＶ_pは、数式（８）から以下の数式（９）で表される。

図５の説明に戻る。プリアンブル逆変調処理部２１１は、プリアンブル逆拡散処理部２１０が出力するプリアンブル信号ｓ_p（ｎ）を逆変調処理する。プリアンブル逆変調処理部２１１が行う逆変調処理は、以下の数式（１０）で表される。

ｔ_p（ｎ）は、逆変調処理後のプリアンブル信号であり、γ^*（ｎ）は、送信装置１０から送信された直接拡散前のプリアンブル信号γ（ｎ）の複素共役信号である。

逆変調後のプリアンブル信号ｔ_p（ｎ）には、クロック偏差の影響によって、数式（８）に示すように、時間に対して２次の位相、つまり傾きＶ_pの周波数が残留している。ここで、クロック偏差による影響を補正する方法について考える。クロック偏差の影響は、残留する傾きＶ_pの周波数であるため、傾きＶ_pを推定することでクロック偏差の影響を補正することができる。このため、逆変調後のプリアンブル信号ｔ_p（ｎ）に残留する傾きＶ_pを推定するために、逆変調後のプリアンブル信号ｔ_p（ｎ）に対して時間の２次微分を計算する。プリアンブル信号ｔ_p（ｎ）に対して遅延検波処理を１回行うことで時間の１次微分が計算され、遅延検波処理を２回行うことで時間の２次微分が計算される。

第１のプリアンブル遅延検波部２１２は、逆変調後のプリアンブル信号ｔ_p（ｎ）に対して以下の数式（１１）で表される遅延検波処理を行い、１回目の遅延検波処理後のプリアンブル信号ｕ_p（ｎ）を算出する。

ここで、τ₁は、１回目の遅延検波処理における遅延量である。

第２のプリアンブル遅延検波部２１３は、１回目遅延検波処理後のプリアンブル信号ｕ_p（ｎ）に対して以下の数式（１２）で表される２回目の遅延検波処理を行い、２回目の遅延検波処理後のプリアンブル信号ｖ_p（ｎ）を算出する。

ここで、τ₂は、２回目の遅延検波処理における遅延量である。なお、第１のプリアンブル遅延検波部２１２および第２のプリアンブル遅延検波部２１３は、合わせて、逆変調処理されたプリアンブル信号に対して遅延検波処理を２回行うプリアンブル遅延検波部２１と称することもできる。

クロック偏差算出部２１４は、２回の遅延検波処理後のプリアンブル信号ｖ_p（ｎ）に基づいて、傾きＶ_pを推定する。まず数式（８）を時間ｎで２次微分すると以下の数式（１３）が得られる。

数式（１１）、数式（１２）および数式（１３）から、傾きＶ_pの推定値は、以下の数式（１４）で表される。

傾きＶ_pの推定値は、プリアンブル信号１シンボル分つまりＮ_pチップ分で求めた値である。このため、プリアンブル信号が複数シンボルあるときは、クロック偏差算出部２１４は、プリアンブル信号の各シンボルで傾きＶ_pの推定値を求めて、それらの平均値を出力してもよい。

データ逆拡散処理部２０７は、データ抽出部２０６で抽出したデータ信号に対して以下の数式（１５）で表される逆拡散処理を行う。

ここで、Ｎ_dはデータ信号を拡散処理する際に使用したチャープ信号の拡散長であり、β_d（ｍ）はデータ信号を拡散処理する際に使用したチャープ信号に対応する逆拡散系列である。逆拡散系列β_d（ｍ）は以下の数式（１６）で表される。

クロック偏差がある場合、逆拡散後のデータ信号もクロック偏差の影響を受ける。数式（９）から、データ信号に残留する周波数の傾きＶ_dは、以下の数式（１７）で表される。

クロック偏差補正部２０８は、逆拡散後のデータ信号に残留する周波数の傾きＶ_dをクロック偏差推定部２０５で求められた傾きＶ_pの推定値を用いて、以下の数式（１８）に表される補正処理を行う。

ここで、ｓ_dcはクロック偏差補正後のデータ信号であり、β_dc（ｍ）は以下の数式（１９）で表される。

なお、ここではデータ逆拡散処理部２０７による逆拡散処理とクロック偏差補正部２０８によるクロック偏差補正処理とを分けて記載したが、数式（１５）の逆拡散系列β_d（ｍ）を、数式（１６）で表される逆拡散系列β_d（ｍ）に代えて、以下の数式（２０）で表される系列β_dc（ｍ）に置き換えてもよい。この場合、データの逆拡散処理とクロック偏差補正処理とを同時に実行することが可能である。

続いて、図４に示す受信装置２０の動作について説明する。図７は、図４に示す受信装置２０の動作の一例について説明するためのフローチャートである。受信装置２０は、受信アンテナ２００で送信装置１０が送信した信号を受信する（ステップＳ１０１）。

周波数変換部２０１は、受信信号をベースバンド信号に周波数変換する（ステップＳ１０２）。受信フィルタ部２０２は、周波数変換後の受信信号に対して受信用のフィルタでフィルタリング処理する（ステップＳ１０３）。タイミング検出部２０３は、フィルタリング処理後の受信信号を用いて受信タイミングを検出する（ステップＳ１０４）。

プリアンブル抽出部２０４は、検出された受信タイミングに基づいて、受信信号からプリアンブル信号を抽出する（ステップＳ１０５）。クロック偏差推定部２０５のプリアンブル逆拡散処理部２１０は、抽出されたプリアンブル信号の逆拡散処理を行う（ステップＳ１０６）。クロック偏差推定部２０５のプリアンブル逆変調処理部２１１は、逆拡散処理後のプリアンブル信号の逆変調処理を行う（ステップＳ１０７）。

プリアンブル遅延検波部２１の第１のプリアンブル遅延検波部２１２は、逆変調処理後のプリアンブル信号に対して１回目の遅延検波処理を行う（ステップＳ１０８）。プリアンブル遅延検波部２１の第２のプリアンブル遅延検波部２１３は、１回目の遅延検波処理後のプリアンブル信号に対して２回目の遅延検波処理を行う（ステップＳ１０９）。クロック偏差算出部２１４は、遅延検波処理を２回行った後のプリアンブル信号に基づいて、クロック偏差の推定値を算出する（ステップＳ１１０）。

データ抽出部２０６は、タイミング検出部２０３により推定された受信タイミングに基づいて、受信信号からデータ信号を抽出する（ステップＳ１１１）。データ逆拡散処理部２０７は、抽出されたデータ信号に対して、逆拡散処理を行う（ステップＳ１１２）。ステップＳ１０５からステップＳ１１０におけるプリアンブル抽出部２０４およびクロック偏差推定部２０５の処理と、ステップＳ１１１およびステップＳ１１２におけるデータ抽出部２０６およびデータ逆拡散処理部２０７の処理とは、並行して実行することができる。

クロック偏差補正部２０８は、クロック偏差推定部２０５が出力するクロック偏差の推定値と、データ逆拡散処理部２０７が出力する逆拡散処理後のデータ信号とを用いて、受信信号のクロック偏差を補正する（ステップＳ１１３）。復調部２０９は、クロック偏差を補正後のデータ信号に対して復調処理を行う（ステップＳ１１４）。

以上説明したように、実施の形態１によれば、送信装置１０は、チャープ信号によりスペクトル拡散されたプリアンブル信号およびチャープ信号によりスペクトル拡散されたデータ信号を含む信号を送信する。受信装置２０は、送信装置１０が送信した信号を受信すると、受信信号から抽出されたプリアンブル信号に対して、逆拡散処理した後、逆変調処理を行い、逆変調処理後のプリアンブル信号に対して遅延検波処理を２回行い、遅延検波処理を２回行った後のプリアンブル信号に基づいて、クロック偏差を推定し、クロック偏差の推定値を用いてデータ信号のクロック偏差を補正する。具体的には、受信装置２０は、クロック偏差により残留する周波数の傾きを推定し、推定した傾きに基づいて、データ信号のクロック偏差を補正する。このような処理を行うことにより、受信装置２０は、まだ１パケットしか受信していない状態であっても、クロック偏差を推定することが可能になる。したがって、１パケット毎にクロック偏差を補正することが可能であり、クロック偏差の変化に対しても１パケット毎に追従することが可能になる。このため、受信装置２０は、チャープ信号によりスペクトル拡散された信号の受信感度を向上させることが可能である。

実施の形態２．
実施の形態１にかかる通信システム１では、逆拡散処理および逆変調処理を行った後のプリアンブル信号を使用して、クロック偏差により残留する周波数の傾きを推定し、傾きの推定値を用いて、データ信号のクロック偏差を補正する例について説明した。実施の形態２にかかる通信システム２では、プリアンブル信号に加えて、データ信号を用いて、クロック偏差により残留する周波数の傾きを推定する。以下、実施の形態１と異なる部分について主に説明し、実施の形態１と同様の部分については詳しい説明を省略する。

通信システム２の全体構成は、通信システム１の送信装置１０の代わりに送信装置１０Ａ、受信装置２０の代わりに受信装置２０Ａを有する。送信装置１０Ａは、送信装置１０の機能に加えて、ＣＳＳ変調部１０１が、データ信号１シンボルに対して１回の直接拡散を行う点が異なる。このようにデータ信号をＣＳＳ変調することで、受信装置２０Ａは、データ信号を用いてクロック偏差により残留する周波数の傾きを推定する際に、拡散長のチップ分の逆拡散後のデータ信号が１シンボル分のデータ信号となり、逆拡散後のデータ信号に２回の遅延検波処理を行うと、データ信号に依存することなく、クロック偏差により残留する周波数の傾きを推定することができる。これは、一般的にデータ信号１シンボルが時間に対して周波数が変化するような変調信号ではないためであり、データ信号１シンボルに対して遅延検波を２回実行するとデータ信号による影響がなくなることを利用している。受信装置２０Ａでは、プリアンブル信号から求めたクロック偏差による残留する周波数の傾きの推定値と、データ信号から求めた推定値とを合成し、合成後の推定値を用いてデータ信号のクロック偏差を補正する。

図８は、実施の形態２にかかる受信装置２０Ａの機能構成を示す図である。受信装置２０と同様の部分については同じ符号を付することによって、以下、詳細な説明を省略し、受信装置２０と異なる部分について主に説明する。

受信装置２０Ａは、受信アンテナ２００と、周波数変換部２０１と、受信フィルタ部２０２と、タイミング検出部２０３と、プリアンブル抽出部２０４と、クロック偏差推定部２２０と、データ抽出部２０６と、データ逆拡散処理部２０７と、クロック偏差補正部２２１と、復調部２０９とを有する。

受信装置２０Ａは、受信装置２０のクロック偏差推定部２０５の代わりにクロック偏差推定部２２０を有し、クロック偏差補正部２０８の代わりにクロック偏差補正部２２１を有する。受信装置２０Ａのデータ逆拡散処理部２０７は、逆拡散処理後のデータ信号を、クロック偏差推定部２２０およびクロック偏差補正部２２１のそれぞれに出力する。クロック偏差推定部２２０は、受信信号から抽出されたプリアンブル信号に加えて、データ信号に基づいてクロック偏差を推定する。クロック偏差補正部２２１は、上記の推定値を用いて、逆拡散後のデータ信号に対してクロック偏差を補正する。

図９は、図８に示すクロック偏差推定部２２０の詳細な機能構成を示す図である。クロック偏差推定部２２０は、プリアンブル逆拡散処理部２１０と、プリアンブル逆変調処理部２１１と、プリアンブル遅延検波部２１と、クロック偏差算出部２３２と、データ遅延検波部２３とを有する。データ遅延検波部２３は、第１のデータ遅延検波部２３０と、第２のデータ遅延検波部２３１とを有する。クロック偏差推定部２２０は、受信装置２０におけるクロック偏差推定部２０５のクロック偏差算出部２１４の代わりに、クロック偏差算出部２３２を有する。さらに、クロック偏差推定部２２０は、受信装置２０におけるクロック偏差推定部２０５の構成に加えて、データ信号に対して遅延検波処理を２回行うデータ遅延検波部２３を有する。

第１のデータ遅延検波部２３０は、逆拡散後のデータ信号ｓ_d（ｍ）に対して、以下の数式（２１）で表される遅延検波処理を行い、１回目の遅延検波処理後のデータ信号ｕ_d（ｍ）を算出する。

ここで、ρ₁はデータ信号に対する１回目の遅延検波処理における遅延量である。第２のデータ遅延検波部２３１は、１回目の遅延検波処理後のデータ信号ｕ_d（ｍ）に対して、以下の数式（２２）で表される２回目の遅延検波処理を行い、２回目の遅延検波処理後のデータ信号ｖ_d（ｍ）を算出する。

ここで、ρ₂はデータ信号に対する２回目の遅延検波処理における遅延量である。

クロック偏差算出部２３２は、まず、２回の遅延検波処理後のプリアンブル信号ｖ_p（ｎ）から数式（１４）で表される処理により傾きＶ_pを推定し、さらに、２回の遅延検波処理後のデータ信号ｖ_d（ｍ）から以下の数式（２３）で表される処理により傾きＶ_dの第１推定値を求める。

数式（２３）で表される第１推定値は、データ信号の１シンボル分つまりＮ_dチップ分で求めた値である。このため、クロック偏差算出部２３２は、データ信号を複数シンボル使用して、複数の第１推定値を求めてその平均値を第１推定値として出力してもよい。クロック偏差算出部２３２は、プリアンブル信号から求めた傾きＶ_pの推定値と、データ信号から求めた傾きＶ_dの第１推定値とを合成して、傾きＶ_dの合成後の推定値である第２推定値を以下の数式（２４）から求める。

ここでμ_pは傾きＶ_pの推定値と傾きＶ_dの第１推定値とを合成するときの傾きＶ_pの推定値における割合を表す係数であり、μ_dは傾きＶ_pの推定値と傾きＶ_dの第１推定値とを合成するときの傾きＶ_dの第１推定値における割合を表す係数である。例えば、μ_p＝Ｎ_p、μ_d＝Ｎ_dとすることができる。ただし、これらの係数の値は、上記の例に限定されるものではない。

クロック偏差補正部２２１は、逆拡散後のデータ信号に残留する周波数の傾きＶ_dをクロック偏差推定部２２０で求めたＶ_dの第２推定値を用いて補正する。クロック偏差補正部２２１が行うクロック偏差補正処理は、以下の数式（２５）で表される。

ここでｓ_dc2（ｍ）はクロック偏差補正処理後のデータ信号であり、β_dc2（ｍ）は以下の数式（２６）で表される。

続いて、図８に示す受信装置２０Ａの動作について説明する。図１０は、図８に示す受信装置２０Ａの動作の一例について説明するためのフローチャートである。なお、図１０に示す動作のうち図７を用いて説明した実施の形態１と同様である部分については、同じ符号を付することにより詳細な説明を省略する。このとき、説明中の受信装置２０は受信装置２０Ａと読み替えるものとする。

ステップＳ１０１からステップＳ１１２の処理は図７と同様である。なお、ここでクロック偏差算出部２１４をクロック偏差算出部２３２と読み替えることとする。ステップＳ１１２においてデータ信号の逆拡散処理が行われた後、第１のデータ遅延検波部２３０は、データ信号の１回目の遅延検波処理を行う（ステップＳ２０１）。その後、第２のデータ遅延検波部２３１は、１回目の遅延検波処理後のデータ信号に対して、２回目の遅延検波処理を行う（ステップＳ２０２）。クロック偏差算出部２３２は、遅延検波処理を２回行った後のデータ信号に基づいて、クロック偏差の第１推定値を算出する（ステップＳ２０３）。なお、ステップＳ１１１、ステップＳ１１２、ステップＳ２０１からステップＳ２０３の処理は、ステップＳ１０５からステップＳ１１０の処理と並行して実行することができる。

クロック偏差算出部２３２は、ステップＳ１１０において算出した、プリアンブル信号に基づくクロック偏差の推定値と、ステップＳ２０３において算出した、データ信号に基づくクロック偏差の第１推定値とを合成して、クロック偏差の第２推定値を算出する（ステップＳ２０４）。以下、ステップＳ１１３およびステップＳ１１４は受信装置２０と同様である。なおこのとき、ステップＳ１１３においては、ステップＳ２０４で算出した第２推定値を用いて、クロック偏差を補正することになる。

以上説明したように、実施の形態２によれば、遅延検波処理を２回行った後のプリアンブル信号に加えて、遅延検波処理を２回行った後のデータ信号に基づいて、クロック偏差の推定値が算出される。このため、実施の形態１と同様に、チャープ信号によりスペクトル拡散された信号の受信感度を向上させることが可能であると共に、実施の形態１よりもクロック偏差の推定精度を向上させることが可能である。

続いて通信システム１および通信システム２のハードウェア構成の一例について説明する。送信装置１０，１０Ａおよび受信装置２０，２０Ａのそれぞれの各機能は、処理回路により実現される。これらの処理回路は、専用のハードウェアにより実現されてもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いた制御回路であってもよい。

上記の処理回路が、専用のハードウェアにより実現される場合、これらは、図１１に示す処理回路９０により実現される。図１１は、実施の形態１，２にかかる送信装置１０，１０Ａおよび受信装置２０，２０Ａのそれぞれの機能を実現するための専用のハードウェアを示す図である。処理回路９０は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものである。

上記の処理回路が、ＣＰＵを用いた制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図１２に示す構成の制御回路９１である。図１２は、実施の形態１，２にかかる送信装置１０，１０Ａおよび受信装置２０，２０Ａのそれぞれの機能を実現するための制御回路９１の構成を示す図である。図１２に示すように、制御回路９１は、プロセッサ９２と、メモリ９３とを備える。プロセッサ９２は、ＣＰＵであり、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などとも呼ばれる。メモリ９３は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などである。

上記の処理回路が制御回路９１により実現される場合、プロセッサ９２がメモリ９３に記憶された、各構成要素の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ９３は、プロセッサ９２が実行する各処理における一時メモリとしても使用される。制御回路９１が実行するプログラムは、記憶媒体に記憶された状態で提供されてもよいし、通信路を介して提供されてもよい。

なお、処理回路９０と制御回路９１とが併せて用いられてもよい。図２，４，８などに１つのブロックで表した機能部のそれぞれを１つの回路で実現してもよいし、複数の機能部の機能を１つの回路で実現してもよい。或いは、１つの機能部の機能を複数の回路に分けて実現することもできる。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

例えば、上記の実施の形態１，２では、チャープ信号によりスペクトル拡散させる変調方式の一例として、ＣＳＳ変調を例示したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。通信システム１，２が用いる変調方式は、チャープ信号によりスペクトル拡散させるものであればよい。

１，２通信システム、１０，１０Ａ送信装置、２０，２０Ａ受信装置、２１プリアンブル遅延検波部、２３データ遅延検波部、９０処理回路、９１制御回路、９２プロセッサ、９３メモリ、１００変調部、１０１ＣＳＳ変調部、１０２プリアンブル生成部、１０３ＣＰ付加部、１０４送信フィルタ部、１０５，２０１周波数変換部、１０６送信アンテナ、２００受信アンテナ、２０２受信フィルタ部、２０３タイミング検出部、２０４プリアンブル抽出部、２０５，２２０クロック偏差推定部、２０６データ抽出部、２０７データ逆拡散処理部、２０８，２２１クロック偏差補正部、２０９復調部、２１０プリアンブル逆拡散処理部、２１１プリアンブル逆変調処理部、２１２第１のプリアンブル遅延検波部、２１３第２のプリアンブル遅延検波部、２１４，２３２クロック偏差算出部、２３０第１のデータ遅延検波部、２３１第２のデータ遅延検波部。

Claims

チャープ信号によりスペクトル拡散されたプリアンブル信号と、チャープ信号によりスペクトル拡散されたデータ信号とを含む信号を受信する受信装置において、
受信信号から抽出された前記プリアンブル信号に対して前記チャープ信号の逆相を乗算して逆拡散処理をするプリアンブル逆拡散処理部と、
逆拡散処理された前記プリアンブル信号に対して逆変調処理を行うプリアンブル逆変調処理部と、
逆変調処理された前記プリアンブル信号に対して遅延検波処理を２回行うプリアンブル遅延検波部と、
遅延検波処理を２回行った後の前記プリアンブル信号に基づいてクロック偏差を推定するクロック偏差算出部と、
前記クロック偏差の推定値を用いて前記受信信号のクロック偏差を補正するクロック偏差補正部と、
を備えることを特徴とする受信装置。
前記受信信号から抽出された前記データ信号に対して前記チャープ信号の逆相を乗算して逆拡散処理をするデータ逆拡散処理部と、
逆拡散処理された前記データ信号に対して遅延検波処理を２回行うデータ遅延検波部と、
をさらに備え、
前記クロック偏差算出部は、遅延検波処理を２回行った後の前記プリアンブル信号と、遅延検波処理を２回行った後の前記データ信号とに基づいて前記クロック偏差を推定することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
前記クロック偏差補正部は、逆拡散に使用する前記チャープ信号の周波数の傾きを補正することで前記クロック偏差を補正することを特徴とする請求項１または２に記載の受信装置。
前記チャープ信号は、Ｚａｄｏｆｆ－Ｃｈｕ系列であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の受信装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の受信装置と、
前記プリアンブル信号と前記データ信号とを含む信号を前記受信装置に送信する送信装置と、
を備えることを特徴とする通信システム。
請求項２に記載の受信装置と、
前記プリアンブル信号と前記データ信号とを含む前記信号を前記受信装置に送信する送信装置と、
を備え、
前記送信装置は、前記データ信号の１シンボル単位で、前記チャープ信号によりスペクトル拡散することを特徴とする通信システム。
チャープ信号によりスペクトル拡散されたプリアンブル信号と、チャープ信号によりスペクトル拡散されたデータ信号とを含む信号を受信する受信装置を制御する制御回路において、
受信信号から抽出された前記プリアンブル信号に対して前記チャープ信号の逆相を乗算して逆拡散処理をするステップと、
逆拡散処理された前記プリアンブル信号に対して逆変調処理を行うステップと、
逆変調処理された前記プリアンブル信号に対して遅延検波処理を２回行うステップと、
前記遅延検波処理を２回行った後の前記プリアンブル信号に基づいてクロック偏差を推定するステップと、
前記クロック偏差の推定値を用いて前記受信信号のクロック偏差を補正するステップと、
を前記受信装置に実行させることを特徴とする制御回路。
チャープ信号によりスペクトル拡散されたプリアンブル信号と、チャープ信号によりスペクトル拡散されたデータ信号とを含む信号を受信する受信装置を制御するためのプログラムを記憶した記憶媒体において、該プログラムは、
受信信号から抽出された前記プリアンブル信号に対して前記チャープ信号の逆相を乗算して逆拡散処理をするステップと、
逆拡散処理された前記プリアンブル信号に対して逆変調処理を行うステップと、
逆変調処理された前記プリアンブル信号に対して遅延検波処理を２回行うステップと、
前記遅延検波処理を２回行った後の前記プリアンブル信号に基づいてクロック偏差を推定するステップと、
前記クロック偏差の推定値を用いて前記受信信号のクロック偏差を補正するステップと、
を前記受信装置に実行させることを特徴とする記憶媒体。