WO2014115693A1 - 同期捕捉方法、同期捕捉回路及び無線通信システム - Google Patents

同期捕捉方法、同期捕捉回路及び無線通信システム Download PDF

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WO2014115693A1
WO2014115693A1 PCT/JP2014/051030 JP2014051030W WO2014115693A1 WO 2014115693 A1 WO2014115693 A1 WO 2014115693A1 JP 2014051030 W JP2014051030 W JP 2014051030W WO 2014115693 A1 WO2014115693 A1 WO 2014115693A1
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synchronization
signal
wireless communication
correlation
synchronization signal
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PCT/JP2014/051030
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松藤信哉
松元隆博
黒田翔
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国立大学法人山口大学
エフエクスシステムズ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B1/707—Spread spectrum techniques using direct sequence modulation
    • H04B1/7073—Synchronisation aspects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B1/707—Spread spectrum techniques using direct sequence modulation
    • H04B1/709—Correlator structure
    • H04B1/7093—Matched filter type

Definitions

  • the present invention provides code division multiple access (CDMA).
  • CDMA code division multiple access
  • the present invention relates to a synchronization acquisition method, a synchronization acquisition circuit, and a radio communication system including the synchronization acquisition circuit.
  • each wireless communication station on the transmission side performs spreading processing on a data signal using a spreading code, modulates a carrier wave using the data signal after the spreading processing, and transmits this.
  • the receiving-side wireless communication station obtains a data signal by performing a despreading process on the received signal using a spreading code.
  • multiple access is realized by using a different spreading code for each wireless communication station.
  • a synchronous signal is repeatedly transmitted from the synchronous control station at a predetermined time interval, and each wireless communication station according to the timing at which the synchronous signal is captured.
  • a so-called quasi-synchronous CDMA method for transmitting and receiving data signals has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a main object of the present invention is to provide a synchronization acquisition method, a synchronization acquisition circuit, and a wireless communication system that realize high-accuracy synchronization acquisition in a quasi-synchronous CDMA system. There is to do.
  • a synchronization acquisition method for acquiring a first correlation value that is a correlation value between a wireless signal received from the synchronization control station and another wireless communication station and a sequence of spreading codes used for the synchronization signal Calculating a plurality of second correlation values that are correlation values between the received radio signal and each of a sequence of spreading codes used for each data signal; and Calculating a sum of absolute values of a plurality of second correlation values; detecting a synchronization signal based on the first correlation value and a sum of absolute values of the plurality of second correlation values;
  • a ZCZ code may be used as the spreading code.
  • the synchronization acquisition circuit detects the synchronization signal transmitted from the synchronization control station that transmits the synchronization signal spread by the spreading code, and detects the data signal spread by the spreading code.
  • a synchronization acquisition circuit provided in a code division multiple access wireless communication station that performs transmission and reception, a wireless signal received from the synchronization control station and another wireless communication station, and a sequence of spreading codes used for the synchronization signal And a plurality of second correlation values that are correlation values between the received radio signal and each of a sequence of spreading codes used for each data signal.
  • Second calculating means for calculating the second calculating means, third calculating means for calculating the sum of absolute values of the plurality of second correlation values calculated by the second calculating means, and second calculating means calculated by the first calculating means.
  • 1 correlation Based on the sum of the absolute value of the second correlation value is calculated of the plurality by said third calculating means, and a synchronizing signal detecting means for detecting a synchronizing signal.
  • a ZCZ code may be used as the spreading code.
  • the first calculation unit and the second calculation unit may be configured with a matched filter bank.
  • a second calculating unit that calculates a plurality of second correlation values that are correlation values with each of the series; and a sum of absolute values of the plurality of second correlation values calculated by the second calculating unit.
  • the synchronization signal Synchronization signal detecting means for detecting.
  • a ZCZ code may be used as the spreading code.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a wireless communication system according to a first embodiment of the present invention.
  • 4 is a time chart of communication frames in the wireless communication system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a functional block diagram schematically showing a transmission / reception model in the wireless communication system according to the first embodiment of the present invention.
  • the figure which shows the structure of the synchronous acquisition circuit of Embodiment 1 of this invention.
  • the graph which shows the correlation characteristic of a ZCZ code
  • 3 is a graph showing an example of a synchronization acquisition signal in the first embodiment.
  • the graph which shows the example of the conventional synchronous acquisition signal. 6 is a graph showing synchronization error characteristics in the first embodiment.
  • 10 is a graph illustrating an example of a synchronization acquisition signal in the second embodiment.
  • the graph which shows the example of the conventional synchronous acquisition signal. 10 is a graph showing synchronization error characteristics in the second embodiment.
  • wireless communications system of Embodiment 4 of this invention The block diagram which shows the structure of the radio
  • wireless communications system of each embodiment shown below is a communication system in short distance radio
  • the technical idea of the present invention can be realized even in wireless communication having a long communication distance.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a radio communication system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a CDMA radio communication system 1 includes a plurality of radio communication stations 10, 10,... That transmit and receive radio signals, and a synchronization control station 20 that transmits synchronization signals at predetermined time intervals. ing.
  • Each wireless communication station 10 performs transmission / reception of a wireless signal at the timing when the synchronization signal transmitted from the synchronization control station 20 is detected.
  • the wireless communication system 1 realizes quasi-synchronous CDMA communication by performing such synchronization control.
  • FIG. 2 is a time chart of communication frames in the wireless communication system according to the first embodiment of the present invention.
  • a synchronization signal is repeatedly transmitted from the synchronization control station 20 at predetermined time intervals.
  • Each wireless communication station 10 transmits a data signal at the timing when this synchronization signal is detected.
  • the reception signal including the synchronization signal and each data signal is input to the radio communication station 10 on the reception side.
  • the period during which the synchronization signal is transmitted is referred to as a synchronization signal period
  • the period during which the data signal is transmitted is referred to as a data signal period.
  • Each radio communication station 10 generates a modulation or demodulation timing signal by a pulse generator based on the detection of the synchronization signal transmitted from the synchronization control station 20.
  • Each wireless communication station 10 performs modulation or demodulation in accordance with this modulation or demodulation timing signal. More specifically, the operation is as follows.
  • FIG. 3 is a functional block diagram schematically showing a transmission / reception model in the wireless communication system 1 described above.
  • the radio communication station 10 on the transmission side performs spreading processing on information to be transmitted with a predetermined spreading code in accordance with the modulation timing signal generated based on the detection of the synchronization signal.
  • BPSK Binary Phase Shift Keying
  • BPSK is used as the modulation method, but other modulation methods can also be used.
  • a modulation or demodulation timing signal is generated based on detection of a synchronization signal, and data is transmitted and received according to the modulation or demodulation timing signal. For this reason, in order to accurately transmit and receive data, it is necessary to accurately detect the synchronization signal.
  • Each wireless communication station 10 includes a synchronization acquisition circuit for detecting this synchronization signal. Details of the synchronization acquisition circuit will be described below.
  • a signal for generating a modulation or demodulation timing signal will be referred to as a synchronization acquisition signal.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the synchronization acquisition circuit included in the wireless communication station 10.
  • the synchronization acquisition circuit 11 includes a matched filter bank 111 that outputs a correlation value between a received signal and a spread code, an absolute value addition circuit 112, a division circuit 113, and a pulse generator 114. is doing.
  • the same spreading code is used for both the synchronization signal and the data signal.
  • the sequence a 1 of the spread code A is used for the synchronization signal transmitted from the synchronization control station 20, and the other sequences a 2 to a M are used for the data signal transmitted from each wireless communication station 10. .
  • the absolute value addition circuit 112 calculates the sum of absolute values of the correlation values ⁇ 2 ( ⁇ ) to ⁇ M ( ⁇ ) input from the matched filter bank 111, adds 1 to this, and outputs the result to the division circuit 113.
  • the division circuit 113 calculates the correlation value ⁇ 1 ( ⁇ ) input from the matched filter bank 111 as the sum of the absolute values of the correlation values ⁇ 2 ( ⁇ ) to ⁇ M ( ⁇ ) input from the absolute value addition circuit 112. Then, the synchronization acquisition signal ⁇ ( ⁇ ) is calculated, and the synchronization acquisition signal ⁇ ( ⁇ ) is output to the pulse generator 114.
  • the pulse generator 114 generates a modulation or demodulation timing signal based on the synchronization acquisition signal ⁇ ( ⁇ ).
  • the molecules become autocorrelation value sequence a 1 which is used in the synchronization signal in Equation (4), likewise denominator cross-correlation between the sequences a 1 for use in the synchronization signal It is the sum of absolute values.
  • the sum or difference of the sequences a 2 to a M other than the sequence a 1 used for the synchronization signal is received.
  • the denominator in the equation (4) becomes larger than that of the numerator, and as a result, the value of the synchronous acquisition signal ⁇ ( ⁇ ) becomes smaller.
  • the value of the synchronization acquisition signal ⁇ ( ⁇ ) in the data signal period can be reduced, it is avoided that the reception signal in the data signal period is mistakenly regarded as the synchronization signal. be able to.
  • a ZCZ (Zero Correlation Zone) code is used as a spreading code.
  • the ZCZ code will be described.
  • a spreading code defined by the above equations (1) and (2) that satisfies the following equation (5) is called a ZCZ code having a zero correlation region Zcz.
  • FIG. 5 is a graph showing the correlation characteristics of this ZCZ code. This graph is created using a correlation function when a ZCZ sequence is represented by a square wave, and the correlation values of each shift are connected by a line.
  • the number of sequences M of the ZCZ code is given an upper bound with respect to the sequence length N and the zero correlation region Zcz as shown in the following equation (6).
  • a ZCZ code based on a construction method using a pair of even orthogonal series (E series) whose aperiodic autocorrelation characteristics are relatively close to impulses is used.
  • This construction method is described in detail in “Tomohiro Hayashida, Takahiro Matsumoto, Nobuya Matsufuji, Shishi Kashiwaji,“ About ZCZ Codes with Good Aperiodic Autocorrelation ”, Proc. Of SITA2010, pp.794-799, 2010” has been explained.
  • FIG. 8 is a graph illustrating an example of the synchronization acquisition signal in the first embodiment.
  • FIG. 9 an example of a conventional case in which ⁇ 1 ( ⁇ ) is used as a synchronization acquisition signal is shown in FIG. 9 without depending on Equation (4).
  • 8 and 9 show examples of the synchronization acquisition signal when the data signal is multiplexed by 4 users and the power ratio between the synchronization signal and the data signal is 6 dB. Comparing FIG. 8 and FIG. 9, it can be confirmed that the synchronization acquisition signal is closer to the impulse in the case of the first embodiment. Moreover, in Example 1, it can also confirm that the interference between other stations has been removed effectively.
  • the denominator of Equation (4) may be 0 even outside the zero correlation region due to the influence of noise or the like. As shown in the following formula (7), this can be reduced probabilistically by moving and averaging the correlation output of the denominator in the interval of ⁇ Zcz.
  • This graph shows a simulation result in an ideal environment in which noise and the like are not considered.
  • the horizontal axis represents the number of multiplexed users
  • the vertical axis represents the synchronization error rate.
  • “Conventional” is the synchronization error characteristic in the conventional case where ⁇ 1 ( ⁇ ) is the synchronization acquisition signal
  • Proposal1 is the synchronization error characteristic in the first embodiment when using Equation (4).
  • FIG. 13 is a graph illustrating an example of a synchronization acquisition signal in the second embodiment.
  • FIG. 14 is a graph showing an example of a conventional case in which an M-sequence Hadamard matrix is used as a spreading code and ⁇ 1 ( ⁇ ) is a synchronization acquisition signal.
  • 13 and 14 each show an example of the synchronization acquisition signal when the data signal is multiplexed by 4 users and the power ratio between the synchronization signal and the data signal is 6 dB. Comparing these FIG. 13 and FIG. 14, it can be confirmed that in the case of the second embodiment, the synchronization acquisition signal is closer to an impulse, and interference between other stations can be eliminated.
  • FIG. 15 is a graph showing synchronization error characteristics in the second embodiment.
  • This graph shows a simulation result under an ideal environment, as in the case of the first embodiment.
  • the horizontal axis indicates the number of users to be multiplexed
  • the vertical axis indicates the synchronization error rate.
  • “Conventional” is the synchronization error characteristic in the conventional case where ⁇ 1 ( ⁇ ) is the synchronization acquisition signal
  • “Proposal1” is the synchronization error characteristic in the embodiment 2 using the equation (4)
  • “Proposal2” is The synchronization error rate characteristic in Example 2 at the time of using Formula (7) is each shown. Referring to FIG. 15, in the conventional case, the synchronization error rate increases when the number of users becomes 3 or more, whereas in the case of the second embodiment, it can be confirmed that the value is kept low.
  • the matched filter bank 121 simultaneously performs correlation processing between the received signal r (t) and the entire sequence of the spread code A, and as shown in FIG. 16, each correlation value ⁇ 1 ( ⁇ ) to ⁇ M ( ⁇ ) are output to the absolute value threshold discriminating circuit 122.
  • the absolute value threshold determination circuit 122 performs threshold determination using a predetermined threshold for the absolute values of the correlation values ⁇ 1 ( ⁇ ) to ⁇ M ( ⁇ ). Specifically, when the absolute value of the correlation value exceeds the threshold value, it is determined that the correlation value is large, and when it is equal to or less than the threshold value, it is determined that the correlation value is small.
  • the absolute value threshold determination circuit 122 outputs “1” to the AND circuit 123 when it is determined to be large and “0” when it is determined to be small.
  • inverted values of the correlation values ⁇ 2 ( ⁇ ) to ⁇ M ( ⁇ ) related to the data signal are output to the AND circuit 123.
  • the output of the AND circuit 123 is “1” because the output for the correlation value ⁇ 1 ( ⁇ ) related to the synchronization signal is “1”, and the correlation values ⁇ 2 ( ⁇ ) to other data signals are used. Only when the output for ⁇ M ( ⁇ ) is “0”. Therefore, when the output from the AND circuit 123 is “1”, it means that a synchronization signal has been detected, and the pulse generator 124 receiving this generates a modulation or demodulation timing signal. Thereby, synchronous control is realizable.
  • FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of the wireless communication system according to the third embodiment of the present invention.
  • the wireless communication system 3 includes a game apparatus main body 30 and a plurality of sensor controllers 31, 31,... Used by a user of the game apparatus.
  • Each of the game apparatus main body 30 and the sensor controllers 31, 31,... Includes quasi-synchronized CDMA modules 301, 311, 311,.
  • the game apparatus body 30 also includes a module (not shown) corresponding to the synchronous control station in the first embodiment.
  • the quasi-synchronous CDMA communication described in the first embodiment is performed between the game apparatus body 30 and the sensor controllers 31, 31,.
  • the game apparatus body 30 also includes a motion calculation processing device 302 for analyzing the motion of the user who operates the sensor controller 31, and a feedback determination for generating information to be notified to the user according to the analysis result. And a processing device 303.
  • the sensor controller 31 includes a vibrator 313, a vibrator control device 312 that controls the operation of the vibrator 313, an acceleration sensor 315 and a gyro sensor 316, and a sensor information acquisition device 314 that acquires information output from these sensors. It is equipped with.
  • the wireless communication system 3 of the present embodiment is a game system that can realize a golf game, for example.
  • a user performs a golf swing after fixing the sensor controllers 31, 31,... To a plurality of parts such as arms and legs.
  • the sensor information acquisition device 314 of each sensor controller 31 acquires operation information that is information output from the acceleration sensor 315 and the gyro sensor 316 according to the user's operation.
  • Each sensor controller 31 transmits this operation information to the transmission line via the semi-synchronous CDMA module 311.
  • the game apparatus main body 30 receives the operation information transmitted from each sensor controller 31 via the semi-synchronous CDMA module 301, and gives this to the operation calculation processing apparatus 302.
  • the motion calculation processing device 302 compares the user's body motion during the golf swing obtained based on the received motion information with the ideal body motion during the golf swing stored in advance. If it is determined that there is a part different from the ideal motion, the motion calculation processing device 302 outputs information indicating the part to the feedback determination processing device 303. Receiving this, the feedback determination processing device 303 identifies the sensor controller 31 fixed to the part, and generates an operation instruction signal for instructing the identified sensor controller 31 to vibrate. The game apparatus body 30 transmits this operation instruction signal to the transmission line via the semi-synchronous CDMA module 301.
  • the sensor controller 31 When the sensor controller 31 receives the operation instruction signal transmitted from the game apparatus main body 30 via the semi-synchronous CDMA module 311, the sensor controller 31 instructs the vibrator control apparatus 312 to start the operation of the vibrator 313. As a result, the vibrator 313 operates and vibration is given to the user. Thereby, the user can easily confirm which part is different from the ideal form.
  • the wireless communication system of the present embodiment can be applied to other game systems.
  • the case where each user operates each controller by applying the wireless communication system of the present embodiment to a game or the like that is played simultaneously by a large number of people is assumed.
  • the wireless communication system of the present embodiment since a plurality of controllers can be connected to the game apparatus body at the same time, the movement of a plurality of parts can be sensed as in the above-described golf game, or a large number of players can play simultaneously. It becomes possible to do.
  • Embodiment 4 is a wireless communication system in which a plurality of portable game devices are wireless communication stations. Hereinafter, the configuration will be described.
  • FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a wireless communication system according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the wireless communication system 4 includes a plurality of portable game devices 40, 40,.
  • Each portable game apparatus 40 includes a semi-synchronous CDMA module 401 corresponding to the wireless communication station in the first embodiment.
  • the radio communication system 4 includes the synchronization control station (not shown) in the first embodiment.
  • the quasi-synchronous CDMA communication described in the first embodiment is performed between the plurality of portable game devices 40, 40,.
  • at least one of the portable game devices 40, 40,... Constituting the wireless communication system 4 may be configured to serve as a synchronous control station.
  • the portable game device 40 includes a game arithmetic processing device 402 that executes various arithmetic processes related to the game, a liquid crystal display 404, an image processing device 403 that outputs a signal related to a display image to the liquid crystal display 404, A key input information acquisition device 405 for receiving a key input from the user.
  • a game arithmetic processing device 402 that executes various arithmetic processes related to the game
  • a liquid crystal display 404
  • an image processing device 403 that outputs a signal related to a display image to the liquid crystal display 404
  • a key input information acquisition device 405 for receiving a key input from the user.
  • the portable game devices 40, 40,..., which are clients receive key input from the user by the key input information acquisition device 405, and the arithmetic processing related to the key input is executed by the game arithmetic processing device 402. Is transmitted to the transmission line via the semi-synchronous CDMA module 401.
  • the portable game device 40 as a host receives a signal transmitted from each portable game device 40 via the semi-synchronous CDMA module 401. Then, image information displayed on the own liquid crystal display 404 based on these signals in the game arithmetic processing device 402 and image information displayed on the liquid crystal display 404 of the portable game devices 40, 40,. And generate The image information for the own device is transferred to the liquid crystal display 404 via the image processing device 403, and as a result, the image is displayed on the liquid crystal display 404. On the other hand, the image information for the client is transmitted to the transmission path via the semi-synchronous CDMA module 401.
  • the portable game devices 40, 40,... Serving as clients receive image information transmitted from the portable game device 40 serving as the host via the semi-synchronous CDMA module 401.
  • This image information is transferred to the liquid crystal display 404 via the game arithmetic processing device 402 and the image processing device 403, and as a result, an image is displayed on the liquid crystal display 404 of each client.
  • this wireless communication system 4 By repeating such an operation, a game that can be played simultaneously by a large number of people in the wireless communication system 4 can be realized.
  • this wireless communication system 4 it can be configured by only the portable game devices 40, 40,..., And cost can be reduced compared to the case through the Internet or the like. Further, since the quasi-synchronous CDMA method is used, the real-time property can be improved, and excellent user operability can be realized.
  • the fifth embodiment is a wireless communication system in which a plurality of speaker devices are wireless communication stations.
  • the configuration will be described.
  • FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of a wireless communication system according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the wireless communication system 5 includes a surround speaker control device 50 and a plurality of speaker devices 51, 51,. These surround speaker control devices 50 and the plurality of speaker devices 51, 51,... Respectively include quasi-synchronized CDMA modules 501, 511, 511,.
  • Surround speaker control device 50 also includes a module (not shown) corresponding to the synchronization control station in the first embodiment.
  • the quasi-synchronous CDMA communication described in the first embodiment is performed between the surround speaker control device 50 and the plurality of speaker devices 51, 51,.
  • the surround speaker control device 50 includes a sound separation processing device 502 that separates the sound input from the sound source and distributes the sound to each channel.
  • the speaker device 51 includes a D / A converter 512 and a speaker unit 513.
  • the surround speaker control device 50 separates the sound input from the sound source in the sound separation processing device 502 and generates a sound signal for each channel. Then, the surround speaker control device 50 transmits the audio signal to the transmission path via the semi-synchronous CDMA module 501.
  • the speaker device 51 converts the audio signal into an analog signal by the D / A converter 512, and supplies this to the speaker unit 513. As a result, the speaker unit 513 outputs the sound for the channel.
  • Embodiment 6 is a wireless communication system in which a plurality of microphones are used as wireless communication stations. Hereinafter, the configuration will be described.
  • FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of a wireless communication system according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the wireless communication system 6 includes a microphone array control device 60 and a plurality of microphone devices 61, 61,.
  • Each of the microphone array control device 60 and the plurality of microphone devices 61, 61,... Includes quasi-synchronized CDMA modules 601, 611, 611,.
  • the microphone array control device 60 also includes a module (not shown) corresponding to the synchronization control station in the first embodiment. Thereby, the quasi-synchronous CDMA communication described in the first embodiment is performed between the microphone array control device 60 and the plurality of microphone devices 61, 61,.
  • the microphone array control device 60 includes a voice extraction arithmetic processing device 602 for extracting a desired voice signal from the voice signal received from each microphone device 61.
  • the microphone device 61 includes a sound collecting microphone 613 and an A / D converter 612 that converts an analog sound signal obtained by the sound collecting microphone 613 into a digital sound signal.
  • Each microphone device 61 transmits the audio signal obtained by the A / D converter 612 to the transmission line via the semi-synchronous CDMA module 611.
  • the audio extraction arithmetic processing device 602 compares the frequency of the audio and calculates the acquired time difference. To specify the sound source position. Then, the microphone array control device 60 filters the sound other than the desired direction and outputs only the sound in the desired direction. Thereby, noise cancellation, echo cancellation, etc. are realizable.
  • the microphone array when a plurality of microphones are arranged in a distributed manner, a difference in sound source position seen from each microphone is likely to occur, and the sound source direction can be specified more accurately.
  • dispersion causes problems such as difficulty in wiring.
  • wireless communication since it can be realized by wireless communication, such a problem does not occur. Even in the case where wireless communication is used in this way, in the present embodiment, excellent simultaneous multiple connectivity and real-time performance can be obtained, so that the sound source direction can be accurately specified.
  • Embodiment 7 is a wireless communication system in which a plurality of joint drive devices for driving joints of a robot are wireless communication stations. Hereinafter, the configuration will be described.
  • FIG. 21 is a block diagram showing a configuration of a wireless communication system according to the seventh embodiment of the present invention.
  • the wireless communication system 7 includes a main controller 70 and a plurality of joint drive devices 71, 71,.
  • the main controller 70 and the plurality of joint driving devices 71, 71,... Respectively include quasi-synchronized CDMA modules 701, 711, 711,.
  • the main controller 70 also includes a module (not shown) corresponding to the synchronous control station in the first embodiment. Accordingly, the quasi-synchronous CDMA communication described in the first embodiment is performed between the main controller 70 and the plurality of joint driving devices 71, 71,.
  • the main controller 70 also includes a balance control computing device 702 that performs computation for balance control of each joint of the robot.
  • the joint drive device 71 includes an actuator 713 for operating the joint, an actuator control device 712 for controlling the operation of the actuator 713, a sensor group 714 including an acceleration sensor, a gyro sensor, a torque sensor, and the like, A sensor information acquisition device 715 that acquires information output from the sensors.
  • the sensor group 714 outputs information necessary for balance control such as acceleration information and torque information, and the sensor information acquisition device 715 acquires the information.
  • Each joint drive device 71 transmits the information to the transmission path via the semi-synchronous CDMA module 711.
  • the main controller 70 receives the information via the semi-synchronous CDMA module 701, and calculates control information necessary for balance control based on the information in the balance control arithmetic unit.
  • the control information is transmitted via the semi-synchronous CDMA module 711 and received by each joint driving device 71.
  • the actuator control device 712 controls the operation of the actuator 713 based on the control information. Thereby, the balance control of the whole robot is realizable.
  • the synchronization acquisition circuit includes the matched filter bank.
  • a configuration in which a plurality of correlators are provided in parallel may be used.
  • FIG. 22 is a diagram showing the configuration of the synchronization acquisition circuit having such a configuration.
  • M matched filters 111A are provided in parallel instead of the matched filter bank 111 in the synchronization acquisition circuit 11 of the first embodiment. Since the other configuration of the synchronization acquisition circuit 11A is the same as that of the synchronization acquisition circuit 11, the same reference numerals are given and description thereof is omitted. Also in the synchronization acquisition circuit 11A, accurate synchronization acquisition can be realized in the same manner as the synchronization acquisition circuit 11.
  • an extended ZCZ sequence defined by the following equation (8) can be used.
  • This extended ZCZ sequence is a sequence that is extended to a length N + 2Zcz by increasing the number of Zcz chips before and after the ZCZ sequence of length N, as shown in Expression (8).
  • a zero correlation region can be maintained even when an odd correlation function appears by data modulation.
  • the synchronization acquisition method and synchronization acquisition circuit of the present invention are useful as a synchronization acquisition method and synchronization acquisition circuit in quasi-synchronous CDMA communication.
  • the wireless communication system of the present invention is useful as a quasi-synchronous CDMA wireless communication system.

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  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)

Abstract

　同期捕捉回路（１１）は、各無線通信局（１０）に設けられており、同期制御局（１２）及び他の無線通信局（１０）から受信した無線信号と同期信号に用いられる拡散符号の系列との相関値である第１の相関値、並びに前記受信した無線信号と各データ信号に用いられる拡散符号の系列のそれぞれとの相関値である複数の第２の相関値を出力するマッチドフィルタバンク（１１１）と、前記複数の第２の相関値の絶対値の和を算出する絶対値加算回路（１１２）とを備え、これらの第１の相関値と前記複数の第２の相関値の絶対値の和とに基づいて、同期信号を検出する。

Description

同期捕捉方法、同期捕捉回路及び無線通信システム
　本発明は、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ：Code Division
Multiple Access）方式の通信における同期捕捉方法、同期捕捉回路、及びその同期捕捉回路を備える無線通信システムに関する。
　ＣＤＭＡ方式においては、送信側の各無線通信局が拡散符号を用いてデータ信号に拡散処理を施し、その拡散処理後のデータ信号を用いて搬送波を変調し、これを送信する。受信側の無線通信局は、送信側から送信された信号を受信した場合、その受信した信号に対して拡散符号を用いて逆拡散処理を施すことによってデータ信号を取得する。ここで、無線通信局毎に異なる拡散符号が用いられることにより多元接続が実現される。
　このようなＣＤＭＡ方式は、同期制御の方法に基づいて同期型と非同期型とに大別される。同期型のＣＤＭＡ方式では、複数の無線通信局から送信されたデータフレームの先頭チップが同じタイミングで受信されるように同期制御が行われる。これに対し、非同期型のＣＤＭＡ方式では、このような同期制御が行われず、複数の無線通信局から送信されたデータフレームの先頭チップが異なるタイミングで受信される。
　無線通信の場合、各無線通信局の移動等に伴って通信環境が刻々と変化するため、上述した同期型のＣＤＭＡ方式のような厳密な同期制御は困難である。また、上述した非同期型のＣＤＭＡ方式においては、各無線通信局からの信号の到達時点が不定であるため、採用できる拡散符号に制約が生じ、その結果他局間干渉が増大し、それがビット誤り率特性の劣化や多重数の減少をまねく。基地局において精密なパワーコントロールを行うことによって他局間干渉を抑制することは可能であるが、そのためには煩雑な処理が必要になるという不都合が生じる。
　上述したような同期型及び非同期型のＣＤＭＡ方式の欠点を解消すべく、同期制御局から所定の時間間隔で繰り返し同期信号が送信され、各無線通信局がその同期信号を捕捉したタイミングに応じてデータ信号の送受信を実行する、所謂準同期型のＣＤＭＡ方式が提案されている（例えば、特許文献１乃至３を参照。）。
特開２００５－１７５８４９号公報 特開２００７－４９６８８号公報 特開２０１１－４９９２２号公報
　一般的に、同一の拡散符号同士の内積である自己相関値のピーク値と比べて、異なる拡散符号同士の内積である相互相関値のピーク値は小さいため、これらのピーク値を用いることにより同期信号を正確に捕捉することができる。しかしながら、各送信局が同時に送信を行うことによって相互相関値が重なり合ってそのピーク値が大きくなったり、各無線通信局の遠近等に起因して自己相関値及び相互相関値のピーク値間の差が小さくなったりする場合がある。この場合、同期信号ではない信号を誤って同期信号と捉えてしまうという問題が生じ得るため、上述した準同期型のＣＤＭＡ方式において正しい同期制御を行うことができなくなるという事態を招くおそれがある。
　本発明は、斯かる事情を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、準同期型のＣＤＭＡ方式において高精度な同期捕捉を実現する同期捕捉方法、同期捕捉回路、及び無線通信システムを提供することにある。
　上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の同期捕捉方法は、拡散符号により拡散された同期信号を送信する少なくとも１つの同期制御局と、当該同期制御局から送信された同期信号を検出した場合に、拡散符号により拡散されたデータ信号の送受信を実行する複数の無線通信局とを備える符号分割多元接続方式の無線通信システムにて、前記無線通信局のそれぞれが前記同期信号を捕捉する同期捕捉方法であって、前記同期制御局及び他の無線通信局から受信した無線信号と、前記同期信号に用いられる拡散符号の系列との相関値である第１の相関値を算出するステップと、前記受信した無線信号と各データ信号に用いられる拡散符号の系列のそれぞれとの相関値である複数の第２の相関値を算出するステップと、算出した前記複数の第２の相関値の絶対値の和を算出するステップと、前記第１の相関値と前記複数の第２の相関値の絶対値の和とに基づいて、同期信号を検出するステップとを有する。この態様において、前記拡散符号としてＺＣＺ符号を用いるようにしてもよい。
　また、本発明の一の態様の同期捕捉回路は、拡散符号により拡散された同期信号を送信する同期制御局から送信された当該同期信号を検出した場合に、拡散符号により拡散されたデータ信号の送受信を実行する符号分割多元接続方式の無線通信局に設けられる同期捕捉回路であって、前記同期制御局及び他の無線通信局から受信した無線信号と、同期信号に用いられる拡散符号の系列との相関値である第１の相関値を算出する第１算出手段と、前記受信した無線信号と各データ信号に用いられる拡散符号の系列のそれぞれとの相関値である複数の第２の相関値を算出する第２算出手段と、前記第２算出手段によって算出された前記複数の第２の相関値の絶対値の和を算出する第３算出手段と、前記第１算出手段により算出された第１の相関値と前記第３算出手段により算出された前記複数の第２の相関値の絶対値の和とに基づいて、同期信号を検出する同期信号検出手段とを具備する。
　この態様において、前記拡散符号としてＺＣＺ符号が用いるようにしてもよい。また、前記態様において、前記第１算出手段及び前記第２算出手段が、マッチドフィルタバンクで構成されていてもよい。
　また、本発明の一の態様の無線通信システムは、拡散符号により拡散された同期信号を送信する少なくとも１つの同期制御局と、当該同期制御局から送信された同期信号を検出した場合に、拡散符号により拡散されたデータ信号の送受信を実行する複数の無線通信局とを備える符号分割多元接続方式の無線通信システムであって、前記無線通信局が、前記同期制御局及び他の無線通信局から受信した無線信号と、同期信号に用いられる拡散符号の系列との相関値である第１の相関値を算出する第１算出手段と、前記受信した無線信号と各データ信号に用いられる拡散符号の系列のそれぞれとの相関値である複数の第２の相関値を算出する第２算出手段と、前記第２算出手段によって算出された前記複数の第２の相関値の絶対値の和を算出する第３算出手段と、前記第１算出手段により算出された第１の相関値と前記第３算出手段により算出された前記複数の第２の相関値の絶対値の和とに基づいて、同期信号を検出する同期信号検出手段とを具備する。この態様において、前記拡散符号としてＺＣＺ符号を用いるようにしてもよい。
　本発明に係る同期捕捉方法、同期捕捉回路及び無線通信システムによれば、準同期型のＣＤＭＡ方式における同期捕捉の精度を高めることが可能となる。
本発明の実施の形態１の無線通信システムの構成を示すブロック図。 本発明の実施の形態１の無線通信システムにおける通信フレームのタイムチャート。 本発明の実施の形態１の無線通信システムにおける送受信モデルを模式的に示す機能ブロック図。 本発明の実施の形態１の同期捕捉回路の構成を示す図。 ＺＣＺ符号の相関特性を示すグラフ。 ＺＣＺ系列の非周期自己相関特性を示すグラフ。 ＺＣＺ系列の非周期相互相関特性を示すグラフ。 実施例１における同期捕捉信号の例を示すグラフ。 従来の同期捕捉信号の例を示すグラフ。 実施例１における同期誤り特性を示すグラフ。 Ｍ系列型アダマール行列の非周期自己相関特性を示すグラフ。 Ｍ系列型アダマール行列の非周期相互相関特性を示すグラフ。 実施例２における同期捕捉信号の例を示すグラフ。 従来の同期捕捉信号の例を示すグラフ。 実施例２における同期誤り特性を示すグラフ。 本発明の実施の形態２の同期捕捉回路の構成を示す図。 本発明の実施の形態３の無線通信システムの構成を示すブロック図。 本発明の実施の形態４の無線通信システムの構成を示すブロック図。 本発明の実施の形態５の無線通信システムの構成を示すブロック図。 本発明の実施の形態６の無線通信システムの構成を示すブロック図。 本発明の実施の形態７の無線通信システムの構成を示すブロック図。 本発明の実施の形態１の同期捕捉回路の変形例の構成を示す図。
　以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す各実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための方法及び装置を例示するものであって、本発明の技術的思想は下記のものに限定されるわけではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。
　なお、以下に示す各実施の形態の無線通信システムは、通信距離が比較的短い近距離無線通信における通信システムである。しかしながら、本発明の技術的思想は、通信距離が長い無線通信においても実現可能である。
　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１の無線通信システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、ＣＤＭＡ方式の無線通信システム１は、無線信号を送受信する複数の無線通信局１０，１０，…と、所定の時間間隔で同期信号を送信する同期制御局２０とを備えている。各無線通信局１０は、同期制御局２０から送信された同期信号を検出したタイミングで、無線信号の送受信を実行する。無線通信システム１は、このような同期制御を行うことによって、準同期型のＣＤＭＡ方式の通信を実現する。
　図２は、本発明の実施の形態１の無線通信システムにおける通信フレームのタイムチャートである。図２に示すように、同期制御局２０からは所定の時間間隔で同期信号が繰り返し送信される。各無線通信局１０は、この同期信号を検出したタイミングで、データ信号を送信する。その結果、図２のタイムチャートの最終段に示されているように、受信側の無線通信局１０に対して、同期信号と各データ信号を含む受信信号が入力される。なお、以下では、同期信号の送信が行われる期間を同期信号期間と、データ信号の送信が行われる期間をデータ信号期間とそれぞれ呼ぶ。
　各無線通信局１０は、同期制御局２０から送信された同期信号の検出に基づいて、パルス発生器によって変調又は復調タイミング信号を生成する。各無線通信局１０は、この変調又は復調タイミング信号に応じて変調又は復調を行う。より具体的には、次のように動作する。
　図３は、上述した無線通信システム１における送受信モデルを模式的に示す機能ブロック図である。図３に示すように、送信側の無線通信局１０は、同期信号の検出に基づいて生成された変調タイミング信号に合わせて、送信対象の情報に対して所定の拡散符号により拡散処理を施すことにより送信信号を生成し、その送信信号をＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調して伝送路に送信する。なお、ここでは変調方式としてＢＰＳＫを用いているが、他の変調方式を用いることも可能である。
　他方、受信側の無線通信局１０は、受信信号をＢＰＳＫ復調した後、所定の拡散符号を用いて逆拡散処理を施し、同期信号の検出に基づいて生成された復調タイミング信号に合わせて閾値判定することによって情報を取り出す。
　上述したように、本実施の形態では、同期信号の検出に基づいて変調又は復調タイミング信号が生成され、その変調又は復調タイミング信号にしたがってデータの送受信が行われる。そのため、データの送受信を正確に行うためには、同期信号を正確に検出する必要がある。各無線通信局１０は、この同期信号の検出のために同期捕捉回路を備えている。以下、この同期捕捉回路の詳細について説明する。なお、以下では、変調又は復調タイミング信号を生成するための信号を同期捕捉信号と呼ぶことにする。
　［同期捕捉回路］
　図４は、無線通信局１０が備える同期捕捉回路の構成を示す図である。図４に示すように、同期捕捉回路１１は、受信信号と拡散符号との相関値を出力するマッチドフィルタバンク１１１と、絶対値加算回路１１２と、除算回路１１３と、パルス発生器１１４とを具備している。
　本実施の形態において、拡散符号は次のように表記される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、Ｎは系列長を、Ｍは系列数をそれぞれ示している。この式（１）に示すように、拡散符号Ａは、Ｍ個の２値系列の集合であり、各系列ａｍは要素１又は－１のＮ個の並びを表している。ここで、長さＮの２値系列ａｍとａｌとの周期相関関数は以下のように定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　本実施の形態においては、同期信号及びデータ信号の両方について同一の拡散符号が用いられる。具体的には、同期制御局２０から送信される同期信号については拡散符号Ａの系列ａ１が、各無線通信局１０から送信されるデータ信号についてはその他の系列ａ２乃至ａＭが用いられる。
　マッチドフィルタバンク１１１は、受信信号ｒ（ｔ）と拡散符号Ａの全系列との相関処理を同時に行い、図４に示すように、各相関値ρ１（τ）乃至ρＭ（τ）を出力する。ここで、相関値ρ１（τ）は除算回路１１３に、その他の相関値ρ２（τ）乃至ρＭ（τ）は絶対値加算回路１１２にそれぞれ出力される。
　絶対値加算回路１１２は、マッチドフィルタバンク１１１から入力された相関値ρ２（τ）乃至ρＭ（τ）の絶対値の和を算出し、これに１を加えて除算回路１１３に出力する。除算回路１１３は、マッチドフィルタバンク１１１から入力された相関値ρ１（τ）を、絶対値加算回路１１２から入力された相関値ρ２（τ）乃至ρＭ（τ）の絶対値の和で除することにより同期捕捉信号γ（τ）を算出し、その同期捕捉信号γ（τ）をパルス発生器１１４へ出力する。パルス発生器１１４は、この同期捕捉信号γ（τ）に基づいて、変調又は復調タイミング信号を生成することになる。
　上記の同期捕捉信号γ（τ）を式で表すと以下のとおりとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　同期信号期間においては、同期制御局２０から同期信号が送信されるのみで、無線通信局１０からのデータ信号の送信は行われない。そのため、受信されるのは同期信号のみであるため、式（４）における分子は同期信号に用いられる系列ａ１の自己相関値となり、同じく分母は同期信号に用いられる系列ａ１との相互相関値の絶対値の和となる。他方、データ信号期間においては、同期信号に用いられる系列ａ１以外の系列ａ２乃至ａＭの和又は差が受信される。そのため、式（４）における分母は分子に比べて大きくなり、その結果、同期捕捉信号γ（τ）の値は小さくなる。このように、本実施の形態では、データ信号期間における同期捕捉信号γ（τ）の値を小さくすることができるため、データ信号期間における受信信号を誤って同期信号と捉えてしまうことを回避することができる。
　＜実施例１＞
　以下、拡散符号としてＺＣＺ（Zero Correlation Zone）符号を用いた場合の実施例１について説明する。
　まず、ＺＣＺ符号について説明する。上記の式（１）及び（２）で定義される拡散符号であって、下記の式（５）を満たすものを、零相関領域Ｚｃｚを有するＺＣＺ符号と呼ぶ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　以下では、ＺＣＺ符号Ａの中の一つの系列ａｍをＺＣＺ系列と呼ぶ。図５は、このＺＣＺ符号の相関特性を示すグラフである。このグラフは、ＺＣＺ系列を方形波で表した場合の相関関数を用いて作成されており、各シフトの相関値が線で結ばれている。
　なお、ＺＣＺ符号の系列数Ｍは、系列長Ｎ及び零相関領域Ｚｃｚに対して、以下の式（６）に示すように上界付けられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 　２値ＺＣＺ符号では、Ｚｃｚ＝１のとき、系列数Ｍ＝Ｎ／２となり、上界を満たす符号が構成できる。
　実施例１では、非周期自己相関特性が比較的インパルスに近くなる偶差直交系列（Ｅ系列）の組を用いた構成法によるＺＣＺ符号を用いる。なお、この構成法については、「林田知大、松元隆博、松藤信哉、范平志、“非周期自己相関特性が良好なＺＣＺ符号について”、Proc. of SITA2010、pp.794-799、2010」に詳細が説明されている。図６及び図７は、系列長Ｎ＝３２、系列数Ｍ＝１６、無相関領域Ｚｃｚ＝１で、Ｅ系列を利用した構成法によるＺＣＺ系列の非周期自己相関特性及び非周期相互相関特性をそれぞれ示すグラフである。
　拡散符号としてＺＣＺ符号を用いた場合、雑音等を考慮しなければ、零相関領域では相互相関関数が０であるため、同期信号期間において、上記の式（４）で求められる同期捕捉信号γ（τ）は零相関領域ではインパルスとなり、それ以外の領域では分母が大きくなるために同期捕捉信号γ（τ）は小さな値となる。また、データ信号期間において、零相関領域では式（４）の分子が０となるため、同期捕捉信号γ（τ）は０となる。図８は、実施例１における同期捕捉信号の例を示すグラフである。この結果が良好であることを確認するために、式（４）によらずに、ρ１（τ）を同期捕捉信号とした従来の場合の例を図９に示す。なお、図８及び図９は何れも、データ信号が４ユーザで多重されており、同期信号とデータ信号との電力比が６ｄＢの場合の同期捕捉信号の例を示している。これらの図８及び図９を比較すると、実施例１の場合の方が、同期捕捉信号がインパルスに近いことが確認できる。また、実施例１において、他局間干渉を有効に除去できていることも確認することができる。
　なお、雑音等の影響によって、零相関領域外においても式（４）の分母が０になる場合が生じ得る。下記の式（７）に示すように、分母の相関出力を±Ｚｃｚの区間で移動平均することによって、これを確率的に軽減することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　図１０は、系列長Ｎ＝３２、系列数Ｍ＝１６、無相関領域Ｚｃｚ＝１で、Ｅ系列を利用した構成法によるＺＣＺ系列を用いた場合の実施例１における同期誤り特性を示すグラフである。なお、このグラフは、雑音等を考慮しない理想環境下でのシミュレーション結果を示している。このグラフにおいて、横軸は多重されるユーザ数を、縦軸は同期誤り率をそれぞれ示している。また、このグラフにおいて、“Conventional”はρ１（τ）を同期捕捉信号とした従来の場合の同期誤り特性を、“Proposal1”は式（４）を用いた場合の実施例１における同期誤り特性を、“Proposal2”は式（７）を用いた場合の実施例１における同期誤り率特性をそれぞれ示している。図１０を参照すると、従来の場合ではユーザ数が５以上になると同期誤り率が上昇していくのに対し、実施例１の場合ではその値が低いまま維持されていることが確認できる。
　＜実施例２＞
　次に、拡散符号としてＭ系列型アダマール行列を用いた場合の実施例２について説明する。この実施例２においても、上記の式（４）を用いて同期捕捉信号が算出される。なお、図１１及び図１２は、Ｍ系列型アダマール行列の非周期自己相関特性及び非周期相互相関特性をそれぞれ示すグラフである。これらのグラフは、系列長＝３２の場合の特性を示している。
　図１３は、実施例２における同期捕捉信号の例を示すグラフである。また、図１４は、拡散符号としてＭ系列型アダマール行列を用い、ρ１（τ）を同期捕捉信号とした従来の場合の例を示すグラフである。なお、図１３及び図１４は何れも、データ信号が４ユーザで多重されており、同期信号とデータ信号との電力比が６ｄＢの場合の同期捕捉信号の例を示している。これらの図１３及び図１４を比較すると、実施例２の場合の方が、同期捕捉信号がインパルスに近く、しかも、他局間干渉を除去できていることが確認できる。
　図１５は、実施例２における同期誤り特性を示すグラフである。このグラフは、実施例１の場合と同様に、理想環境下でのシミュレーション結果を示している。また、このグラフにおいて、横軸は多重されるユーザ数を、縦軸は同期誤り率をそれぞれ示しており、
“Conventional”はρ１（τ）を同期捕捉信号とした従来の場合の同期誤り特性を、“Proposal1”は式（４）を用いた場合の実施例２における同期誤り特性を、“Proposal2”は式（７）を用いた場合の実施例２における同期誤り率特性をそれぞれ示している。図１５を参照すると、従来の場合ではユーザ数が３以上になると同期誤り率が上昇していくのに対し、実施例２の場合ではその値が低いまま維持されていることが確認できる。
　（実施の形態２）
　実施の形態１では、同期捕捉回路がアナログ回路により実現されているが、デジタル回路によって実現することも可能である。実施の形態２では、同期捕捉回路がデジタル回路で構成されている。なお、それ以外の構成については実施の形態１の場合と同様であるため説明を省略する。以下、実施の形態２の同期捕捉回路の構成について説明する。
　図１６は、実施の形態２の同期捕捉回路の構成を示す図である。図１６に示すように、同期捕捉回路１２は、受信信号と拡散符号との相関値を出力するマッチドフィルタバンク１２１と、絶対値閾値判別回路１２２と、ＡＮＤ回路１２３と、パルス発生器１２４とを具備している。
　マッチドフィルタバンク１２１は、実施の形態１の場合と同様に、受信信号ｒ（ｔ）と拡散符号Ａの全系列との相関処理を同時に行い、図１６に示すように、各相関値ρ１（τ）乃至ρＭ（τ）を絶対値閾値判別回路１２２に対して出力する。絶対値閾値判別回路１２２は、各相関値ρ１（τ）乃至ρＭ（τ）の絶対値について、所定の閾値を用いた閾値判別を行う。具体的には、相関値の絶対値が当該閾値を超える場合はその相関値が大であると判別し、当該閾値以下である場合はその相関値が小であると判別する。そして、絶対値閾値判別回路１２２は、大と判別された場合には“１”を、小と判別された場合には“０”を、ＡＮＤ回路１２３に出力する。ここで、データ信号に係る相関値ρ２（τ）乃至ρＭ（τ）については反転させた値がＡＮＤ回路１２３に対して出力される。この場合、ＡＮＤ回路１２３の出力が“１”となるのは、同期信号に係る相関値ρ１（τ）についての出力が“１”、その他のデータ信号に係る相関値ρ２（τ）乃至ρＭ（τ）についての出力が“０”の場合のみである。そのため、ＡＮＤ回路１２３からの出力が“１”の場合は同期信号を検出したことになり、これを受けたパルス発生器１２４は変調又は復調タイミング信号を生成する。これにより、同期制御を実現することができる。
　（実施の形態３）
　実施の形態３は、ゲーム装置のコントローラを無線通信局とした場合の無線通信システムである。以下、その構成について説明する。
　図１７は、本発明の実施の形態３の無線通信システムの構成を示すブロック図である。図１７に示すとおり、無線通信システム３は、ゲーム装置本体３０と、ゲーム装置のユーザが使用する複数のセンサコントローラ３１，３１，…とを備えている。これらのゲーム装置本体３０及びセンサコントローラ３１，３１，…はそれぞれ、実施の形態１における無線通信局に相当する準同期ＣＤＭＡモジュール３０１及び３１１，３１１，…を具備している。また、ゲーム装置本体３０は、実施の形態１における同期制御局に相当するモジュール（図示せず）も具備している。これにより、ゲーム装置本体３０及びセンサコントローラ３１，３１，…間において、実施の形態１において説明した準同期型のＣＤＭＡ方式の通信が行われることになる。
　また、ゲーム装置本体３０は、センサコントローラ３１を操作するユーザの動作を解析するための動作算出処理装置３０２と、その解析結果に応じてそのユーザに対して通知する情報を生成するためのフィードバック判定処理装置３０３とを具備している。他方、センサコントローラ３１は、バイブレータ３１３と、そのバイブレータ３１３の動作を制御するバイブレータ制御装置３１２と、加速度センサ３１５及びジャイロセンサ３１６と、これらのセンサから出力される情報を取得するセンサ情報取得装置３１４とを具備している。
　本実施の形態の無線通信システム３は、例えばゴルフゲームを実現することができるゲームシステムである。ユーザは、腕及び脚等の複数の部位にセンサコントローラ３１，３１，…を固定した後、ゴルフスイングを行う。このとき、各センサコントローラ３１のセンサ情報取得装置３１４は、ユーザの動作に応じて加速度センサ３１５及びジャイロセンサ３１６から出力された情報である動作情報を取得する。各センサコントローラ３１は、この動作情報を、準同期ＣＤＭＡモジュール３１１を介して伝送路に送信する。
　ゲーム装置本体３０は、準同期ＣＤＭＡモジュール３０１を介して各センサコントローラ３１から送信された動作情報を受信し、これを動作算出処理装置３０２に与える。動作算出処理装置３０２は、受け取った動作情報に基づいて得られたユーザのゴルフスイング時の体の動きと、予め記憶されているゴルフスイング時の体の理想の動きとを比較する。ここで、理想の動きと異なる部位があると判定した場合、動作算出処理装置３０２はその部位を示す情報をフィードバック判定処理装置３０３に対して出力する。これを受けたフィードバック判定処理装置３０３は、当該部位に固定されているセンサコントローラ３１を特定し、その特定したセンサコントローラ３１に対してバイブレーション動作を指示するための動作指示信号を生成する。ゲーム装置本体３０は、この動作指示信号を、準同期ＣＤＭＡモジュール３０１を介して伝送路に送信する。
　センサコントローラ３１は、準同期ＣＤＭＡモジュール３１１を介してゲーム装置本体３０から送信された動作指示信号を受信した場合、バイブレータ制御装置３１２に対してバイブレータ３１３の動作を開始するよう指示する。その結果、バイブレータ３１３が作動し、ユーザに対して振動が与えられる。これにより、ユーザは、どの部位が理想のフォームと異なるのか等を容易に確認することができる。
　本実施の形態ではゴルフゲームが例示されているが、それ以外のゲームシステムにおいても本実施の形態の無線通信システムが適用可能であることは言うまでもない。例えば、多人数で同時にプレイするゲーム等に本実施の形態の無線通信システムを適用して、各ユーザが各コントローラを操作する場合等が想定される。本実施の形態の無線通信システムの場合、複数のコントローラが同時にゲーム装置本体に接続することができるため、上述したゴルフゲームのように複数部位の動きをセンシングしたり、多人数が同時でプレイしたりすること等が可能になる。また、本実施の形態の無線通信システムの場合、高速に同期確立を実現することができるため、通信が必要になったときにのみコントローラを起動させればよい。そのため、バッテリー駆動が想定される無線コントローラにおいて、低消費電力化を図ることができる。
　（実施の形態４）
　実施の形態４は、複数の携帯型ゲーム装置を無線通信局とした場合の無線通信システムである。以下、その構成について説明する。
　図１８は、本発明の実施の形態４の無線通信システムの構成を示すブロック図である。図１８に示すとおり、無線通信システム４は、複数の携帯型ゲーム装置４０，４０，…を備えている。各携帯型ゲーム装置４０は、実施の形態１における無線通信局に相当する準同期ＣＤＭＡモジュール４０１を具備している。また、無線通信システム４は、実施の形態１における同期制御局（図示せず）を備えている。これにより、複数の携帯型ゲーム装置４０，４０，…間において、実施の形態１において説明した準同期型のＣＤＭＡ方式の通信が行われることになる。なお、無線通信システム４を構成する携帯型ゲーム装置４０，４０，…のうちの少なくとも１つが同期制御局の役割を果たすように構成されていてもよい。
　また、携帯型ゲーム装置４０は、ゲームに関する各種の演算処理を実行するゲーム演算処理装置４０２と、液晶ディスプレイ４０４と、その液晶ディスプレイ４０４に対して表示画像に関する信号を出力する画像処理装置４０３と、ユーザからのキー入力を受け付けるキー入力情報取得装置４０５とを具備している。
　以下、１台の携帯型ゲーム装置４０がホストとし機能し、他の携帯型ゲーム装置４０，４０，…がクライアントとして機能する場合を例にして説明する。クライアントである携帯型ゲーム装置４０，４０，…は、キー入力情報取得装置４０５にてユーザからのキー入力を受け付け、そのキー入力に関する演算処理がゲーム演算処理装置４０２にて実行し、その処理結果を示す信号を、準同期ＣＤＭＡモジュール４０１を介して伝送路に送信する。
　ホストである携帯型ゲーム装置４０は、準同期ＣＤＭＡモジュール４０１を介して、各携帯型ゲーム装置４０から送信された信号を受信する。そして、ゲーム演算処理装置４０２にてこれらの信号に基づき自機の液晶ディスプレイ４０４にて表示する画像情報と、クライアントである携帯型ゲーム装置４０，４０，…の液晶ディスプレイ４０４にて表示する画像情報とを生成する。自機用の画像情報は画像処理装置４０３を介して液晶ディスプレイ４０４に渡され、その結果当該液晶ディスプレイ４０４に画像が表示される。他方、クライアント用の画像情報は、準同期ＣＤＭＡモジュール４０１を介して伝送路に送信される。
　クライアントである携帯型ゲーム装置４０，４０，…は、準同期ＣＤＭＡモジュール４０１を介して、ホストである携帯型ゲーム装置４０から送信された画像情報を受信する。この画像情報は、ゲーム演算処理装置４０２及び画像処理装置４０３を介して液晶ディスプレイ４０４に渡され、その結果各クライアントの液晶ディスプレイ４０４に画像が表示される。
　このような動作を繰り返すことにより、無線通信システム４において、多人数で同時にプレイ可能なゲームを実現することができる。この無線通信システム４の場合、携帯型ゲーム装置４０，４０，…のみで構成することもでき、インターネット等を介する場合と比べて低コスト化を図ること等が可能になる。また、準同期型のＣＤＭＡ方式を用いているため、リアルタイム性を高めることができ、優れたユーザ操作性を実現することができる。
　（実施の形態５）
　実施の形態５は、複数のスピーカ装置を無線通信局とした場合の無線通信システムである。以下、その構成について説明する。
　図１９は、本発明の実施の形態５の無線通信システムの構成を示すブロック図である。図１９に示すとおり、無線通信システム５は、サラウンドスピーカ制御装置５０と、複数のスピーカ装置５１，５１，…とを備えている。これらのサラウンドスピーカ制御装置５０及び複数のスピーカ装置５１，５１，…はそれぞれ、実施の形態１における無線通信局に相当する準同期ＣＤＭＡモジュール５０１及び５１１，５１１，…を具備している。また、サラウンドスピーカ制御装置５０は、実施の形態１における同期制御局に相当するモジュール（図示せず）も具備している。これにより、サラウンドスピーカ制御装置５０及び複数のスピーカ装置５１，５１，…間において、実施の形態１において説明した準同期型のＣＤＭＡ方式の通信が行われることになる。
　また、サラウンドスピーカ制御装置５０は、音源から入力された音声を分離し、各チャネルに振り分ける音声分離処理装置５０２を具備している。他方、スピーカ装置５１は、Ｄ／Ａ変換器５１２と、スピーカ部５１３とを具備している。サラウンドスピーカ制御装置５０は、音声分離処理装置５０２にて、音源から入力された音声を分離し、各チャネル用の音声信号を生成する。そして、サラウンドスピーカ制御装置５０は、その音声信号を、準同期ＣＤＭＡモジュール５０１を介して伝送路に送信する。スピーカ装置５１は、準同期ＣＤＭＡモジュール５１１を介して音声信号を受信した場合、Ｄ／Ａ変換器５１２にてアナログ信号に変換し、これをスピーカ部５１３に与える。その結果、スピーカ部５１３にて、当該チャネル用の音声が出力される。
　サラウンドスピーカシステムにおいては、鳴動の同期をとる必要があり、これを無線通信で行うことは通常困難である。本実施の形態の場合、正確な同期捕捉が可能となるため、このようなサラウンドスピーカシステムにも有効である。
　（実施の形態６）
　実施の形態６は、複数のマイクを無線通信局とした場合の無線通信システムである。以下、その構成について説明する。
　図２０は、本発明の実施の形態６の無線通信システムの構成を示すブロック図である。図２０に示すとおり、無線通信システム６は、マイクアレイ制御装置６０と、複数のマイク装置６１，６１，…とを備えている。なお、これらの複数のマイク装置６１，６１，…によってマイクアレイ６２が構成されている。マイクアレイ制御装置６０及び複数のマイク装置６１，６１，…はそれぞれ、実施の形態１における無線通信局に相当する準同期ＣＤＭＡモジュール６０１及び６１１，６１１，…を具備している。また、マイクアレイ制御装置６０は、実施の形態１における同期制御局に相当するモジュール（図示せず）も具備している。これにより、マイクアレイ制御装置６０及び複数のマイク装置６１，６１，…間において、実施の形態１において説明した準同期型のＣＤＭＡ方式の通信が行われることになる。
　また、マイクアレイ制御装置６０は、各マイク装置６１から受け取った音声信号から所望の音声信号を抽出するための音声抽出演算処理装置６０２を具備している。他方、マイク装置６１は、集音マイク６１３と、その集音マイク６１３によって得られたアナログの音声信号をデジタルの音声信号に変換するＡ／Ｄ変換器６１２とを具備している。各マイク装置６１は、Ａ／Ｄ変換器６１２にて得られた音声信号を、準同期ＣＤＭＡモジュール６１１を介して伝送路に送信する。マイクアレイ制御装置６０は、準同期ＣＤＭＡモジュール６０１を介して各マイク装置６１から音声信号を受信した場合、音声抽出演算処理装置６０２にて、音声の周波数比較を行い、取得した時間差を算出することにより、音源位置を特定する。そして、マイクアレイ制御装置６０は、所望の方向以外の音声をフィルタリングし、所望の方向の音声のみを出力する。これにより、ノイズキャンセル・エコーキャンセル等を実現することができる。
　マイクアレイにおいては、複数のマイクを分散させて配置した方が、各マイクから見た音源位置に差が生じやすく、より正確に音源方向を特定することができる。しかしながら、そのように分散させた場合には、配線が困難になる等の問題が生じる。本実施の形態の場合、無線通信で実現できるため、そのような問題は生じない。このように無線通信を利用した場合であっても、本実施の形態では、優れた同時多元接続性及びリアルタイム性が得られるため、音源方向を正確に特定することができる。
　（実施の形態７）
　実施の形態７は、ロボットが有する関節を駆動するための複数の関節駆動装置を無線通信局とした場合の無線通信システムである。以下、その構成について説明する。
　図２１は、本発明の実施の形態７の無線通信システムの構成を示すブロック図である。図２１に示すとおり、無線通信システム７は、メインコントローラ７０と、複数の関節駆動装置７１，７１，…とを備えている。メインコントローラ７０及び複数の関節駆動装置７１，７１，…はそれぞれ、実施の形態１における無線通信局に相当する準同期ＣＤＭＡモジュール７０１及び７１１，７１１，…を具備している。また、メインコントローラ７０は、実施の形態１における同期制御局に相当するモジュール（図示せず）も具備している。これにより、メインコントローラ７０及び複数の関節駆動装置７１，７１，…間において、実施の形態１において説明した準同期型のＣＤＭＡ方式の通信が行われることになる。
　また、メインコントローラ７０は、ロボットの各関節のバランス制御のための演算を行うバランス制御用演算装置７０２を具備している。他方、関節駆動装置７１は、関節を動作させるためのアクチュエータ７１３と、そのアクチュエータ７１３の動作を制御するアクチュエータ制御装置７１２と、加速度センサ・ジャイロセンサ・トルクセンサ等で構成されるセンサ群７１４と、それらのセンサから出力された情報を取得するセンサ情報取得装置７１５とを具備している。各関節駆動装置７１において、センサ群７１４が加速度情報・トルク情報などのバランス制御に必要な情報を出力し、センサ情報取得装置７１５がこれを取得する。そして、各関節駆動装置７１は、その情報を、準同期ＣＤＭＡモジュール７１１を介して伝送路に送信する。メインコントローラ７０は、準同期ＣＤＭＡモジュール７０１を介して当該情報を受信し、バランス制御用演算装置にてその情報に基づきバランス制御に必要な制御情報を算出する。その制御情報は、準同期ＣＤＭＡモジュール７１１を介して送信され、各関節駆動装置７１によって受信される。各関節駆動装置７１において、アクチュエータ制御装置７１２が当該制御情報に基づいてアクチュエータ７１３の動作を制御する。これにより、ロボット全体のバランス制御を実現することができる。
　ロボットの場合、関節部においては、個別の制御信号を必要とする複数の関節駆動装置が密集しているため、有線による通信を用いると、配線が入り組んだり、可動域が制限されたり等の問題が生じる。本実施の形態の場合、無線通信で実現できるため、そのような問題は生じない。このように無線通信を利用した場合であっても、本実施の形態では、混信を起こすことがないため、関節駆動装置が密集している場合でも問題はなく、また、優れたリアルタイム性を実現できるため、即時応答性が求められるロボットシステムに有効である。さらに、バッテリー駆動が前提の移動型ロボットのように関節駆動装置の低消費電力が求められる場合でも、本実施の形態では、未使用時はスリープ状態にしておき、使用時に高速に同期確立を行う等の動作が可能なため、省電力化を実現することができる。
　（その他の実施の形態）
　上述した各実施の形態では、同期捕捉回路がマッチドフィルタバンクを具備しているが、各系列についての相関値を出力できればよいため、複数の相関器を並列に設けるような構成であってもよい。図２２は、そのような構成の同期捕捉回路の構成を示す図である。図２２に示すように、同期捕捉回路１１Ａには、実施の形態１の同期捕捉回路１１におけるマッチドフィルタバンク１１１の代わりに、Ｍ個のマッチドフィルタ１１１Ａが並列に設けられている。なお、この同期捕捉回路１１Ａのその他の構成については、同期捕捉回路１１の場合と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。この同期捕捉回路１１Ａにおいても、同期捕捉回路１１と同様に正確な同期捕捉を実現することができる。
　また、上述した実施例１のように、拡散符号としてＺＣＺ系列を用いる場合、下記の式（８）により定義される拡張ＺＣＺ系列を用いることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 　この拡張ＺＣＺ系列は、式（８）に示すとおり、長さＮのＺＣＺ系列の前後にＺｃｚチップ増やして長さＮ＋２Ｚｃｚに拡張した系列である。この拡張ＺＣＺ系列を用いることにより、データ変調によって奇相関関数が現れた場合でも零相関領域を保つことができる。
　本発明の同期捕捉方法及び同期捕捉回路は、準同期型のＣＤＭＡ方式の通信における同期捕捉方法及び同期捕捉回路として有用である。また、本発明の無線通信システムは、準同期型のＣＤＭＡ方式の無線通信システムとして有用である。
　１，３，４，５，６，７　無線通信システム
　１０　無線通信局
　１１，１１Ａ，１２　同期捕捉回路
　２０　同期制御局
　３０　ゲーム装置本体
　３１　センサコントローラ
　４０　携帯型ゲーム装置
　５０　サラウンドスピーカ制御装置
　５１　スピーカ装置
　６０　マイクアレイ制御装置
　６１　マイク装置
　６２　マイクアレイ
　７０　メインコントローラ
　７１　関節駆動装置
　１１１，１２１　マッチドフィルタバンク
　１１１Ａ　マッチドフィルタ
　１１２　絶対値加算回路
　１１３　除算回路
　１１４　パルス発生器
　１２２　絶対値閾値判別回路
　１２３　ＡＮＤ回路
　１２４　パルス発生器
　３０１，３１１　準同期ＣＤＭＡモジュール
　３０２　動作算出処理装置
　３０３　フィードバック判定処理装置
　３１２　バイブレータ制御装置
　３１３　バイブレータ
　３１４　センサ情報取得装置
　３１５　加速度センサ
　３１６　ジャイロセンサ
　４０１　準同期ＣＤＭＡモジュール
　４０２　ゲーム演算処理装置
　４０３　画像処理装置
　４０４　液晶ディスプレイ
　４０５　キー入力情報取得装置
　５０１，５１１　準同期ＣＤＭＡモジュール
　５０２　音声分離処理装置
　５１２　Ｄ／Ａ変換器
　５１３　スピーカ部
　６０１，６１１　準同期ＣＤＭＡモジュール
　６０２　音声抽出演算処理装置
　６１２　Ａ／Ｄ変換器
　６１３　集音マイク
　７０１，７１１　準同期ＣＤＭＡモジュール
　７０２　バランス制御用演算装置
　７１２　アクチュエータ制御装置
　７１３　アクチュエータ
　７１４　センサ群
　７１５　センサ情報取得装置

Claims (7)

  1. 　拡散符号により拡散された同期信号を送信する少なくとも１つの同期制御局と、当該同期制御局から送信された同期信号を検出した場合に、拡散符号により拡散されたデータ信号の送受信を実行する複数の無線通信局とを備える符号分割多元接続方式の無線通信システムにて、前記無線通信局のそれぞれが前記同期信号を捕捉する同期捕捉方法であって、
    　前記同期制御局及び他の無線通信局から受信した無線信号と、前記同期信号に用いられる拡散符号の系列との相関値である第１の相関値を算出するステップと、
    　前記受信した無線信号と各データ信号に用いられる拡散符号の系列のそれぞれとの相関値である複数の第２の相関値を算出するステップと、
    　算出した前記複数の第２の相関値の絶対値の和を算出するステップと、
    　前記第１の相関値と前記複数の第２の相関値の絶対値の和とに基づいて、同期信号を検出するステップと
    　を有する、同期捕捉方法。
  2. 　前記拡散符号としてＺＣＺ符号が用いられる、
    　請求項１に記載の同期捕捉方法。
  3. 　拡散符号により拡散された同期信号を送信する同期制御局から送信された当該同期信号を検出した場合に、拡散符号により拡散されたデータ信号の送受信を実行する符号分割多元接続方式の無線通信局に設けられる同期捕捉回路であって、
    　前記同期制御局及び他の無線通信局から受信した無線信号と、同期信号に用いられる拡散符号の系列との相関値である第１の相関値を算出する第１算出手段と、
    　前記受信した無線信号と各データ信号に用いられる拡散符号の系列のそれぞれとの相関値である複数の第２の相関値を算出する第２算出手段と、
    　前記第２算出手段によって算出された前記複数の第２の相関値の絶対値の和を算出する第３算出手段と、
    　前記第１算出手段により算出された第１の相関値と前記第３算出手段により算出された前記複数の第２の相関値の絶対値の和とに基づいて、同期信号を検出する同期信号検出手段と
    　を具備する、同期捕捉回路。
  4. 　前記第１算出手段及び前記第２算出手段が、マッチドフィルタバンクで構成されている、
    　請求項３に記載の同期捕捉回路。
  5. 　前記拡散符号としてＺＣＺ符号が用いられる、
    　請求項３又は４に記載の同期捕捉回路。
  6. 　拡散符号により拡散された同期信号を送信する少なくとも１つの同期制御局と、当該同期制御局から送信された同期信号を検出した場合に、拡散符号により拡散されたデータ信号の送受信を実行する複数の無線通信局とを備える符号分割多元接続方式の無線通信システムであって、
    　前記無線通信局が、
    　前記同期制御局及び他の無線通信局から受信した無線信号と、同期信号に用いられる拡散符号の系列との相関値である第１の相関値を算出する第１算出手段と、
    　前記受信した無線信号と各データ信号に用いられる拡散符号の系列のそれぞれとの相関値である複数の第２の相関値を算出する第２算出手段と、
    　前記第２算出手段によって算出された前記複数の第２の相関値の絶対値の和を算出する第３算出手段と、
    　前記第１算出手段により算出された第１の相関値と前記第３算出手段により算出された前記複数の第２の相関値の絶対値の和とに基づいて、同期信号を検出する同期信号検出手段と
    　を具備する、無線通信システム。
  7. 　前記拡散符号としてＺＣＺ符号が用いられる、
    　請求項６に記載の無線通信システム。
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