JP6389997B2 - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置および無線通信方法に関する。

従来の無線通信方式、たとえば、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）で標準化が行なわれた無線通信システムであるＬＴＥ（Long Term Evolution）リリース８（Rel-8）は、最大２０ＭＨｚの帯域を利用して通信を行うことが可能である。

さらに、ＬＴＥの発展版であるＬＴＥ−Ａ（Long Term Evolution-Advanced）では、ＬＴＥとの後方互換性を確保しつつ、更なる高速伝送を実現するため、ＬＴＥでサポートされる帯域幅を基本単位としたコンポーネントキャリア(ＣＣ：Component Carrier）を複数束ねて同時に用いるキャリアアグリゲーション（ＣＡ：Career Aggregation）技術が採用され、最大で５ＣＣ（１００ＭＨｚ幅）を用いて１００ＭＨｚ幅の広帯域伝送が実現可能である。ただし、このようなキャリアアグリゲーションは、近接する周波数バンドでの異なるチャネルを用いた伝送である。

上記のような高速化が図られてはいるものの、近年、 スマートフォン等の高機能な携帯端末の普及に伴って、移動通信トラフィックの需要が急激に増大している。

その結果、従来からの無線ＬＡＮ（Local Area Network）の利用拡大に加え、スマートフォンの普及によるモバイルデータトラフィックの増大により無線ＬＡＮへのオフロードが進展し、免許不要帯域（２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯）でのトラフィックが急増している。

また、ＩｏＴ（Internet Of Things）／Ｍ２Ｍ(Machine to Machine)社会の進展により、 上記周波数帯および９２０ＭＨｚ帯の更なる逼迫が懸念され、これらの周波数帯の周波数利用効率向上は喫緊の課題となっている。

ここで、無線リソースの利用状況は時間・場所・周波数帯や無線チャネル等によって変動するため、一部の周波数帯（や無線チャネル）のみが混雑する状況が発生し得る。

しかしながら、既存の自営系無線システム（例えばＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮ）は単一の周波数帯を用いるか、予め使用する帯域をひとつ決めてから通信を行う。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎは２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のいずれを使用するかを設定してから使用する。このため、既存の自営系無線システム全体として無線リソースに空きがある場合であっても、輻輳が発生するおそれがある。

ここで、無線通信リソースの有効利用を図るためコグニティブ無線技術が注目されている。コグニティブ無線技術とは、無線端末が周囲の電波の利用状況を認識し、その状況に応じて利用する無線通信リソースを変えることをいう。コグニティブ無線技術には、異なる無線通信規格を状況に応じて選択して使うヘテロジニアス型と、無線端末が空き周波数を探し出して必要な通信帯域を確保する周波数共用型とがある。

ヘテロジニアス型においては、コグニティブ無線機は、周辺で運用されている複数の無線システムを認識し、各システムの利用度や実現可能な伝送品質に関する情報を入手し、適切な無線システムに接続する。即ち、ヘテロジニアス型のコグニティブ無線は、周辺に存在する無線システムの利用効率を高めることにより、間接的に周波数資源の利用効率を高めるものである。

一方、周波数共用型においては、コグニティブ無線機は、他の無線システムが運用されている周波数帯域において、一時的、または局所的に利用されていない周波数資源（これは、ｗｈｉｔｅ ｓｐａｃｅと呼ばれる）の存在を検知し、これを利用して信号伝送を行なう。即ち、周波数共用型のコグニティブ無線は、ある周波数帯域における周波数資源の利用効率を直接的に高めるものである。

そして、上述したような免許不要帯域におけるトラフィックの増大の問題を解決する一手法として、使用周波数帯の異なる複数の無線ＬＡＮ規格（例えば、２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮ規格と５ＧＨｚ帯無線ＬＡＮ規格）を選択あるいは並行利用する、ヘテロジニアス型コグニティブ無線的アプローチが考えられる（たとえば、特許文献１、特許文献２）。

しかし、このヘテロジニアス型コグニティブ無線的アプローチでは送信データを適宜分割し、それぞれどの周波数帯で伝送するかを事前に振り分けておく必要がある。この結果、各周波数帯の混雑度合いによっては使用周波数帯によって伝送遅延が大きく異なったり、データが宛先に到着する順番が入れ替わる、等の問題が新たに発生してしまう。

そこで、互いに大きく分離した複数の周波数帯、たとえば、２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮと５ＧＨｚ帯無線ＬＡＮにおいて、既存システムと周波数を共用して、コグニティブな無線通信を実現することが望ましい。

特開２０１１−２１１４３３号明細書 特開２０１３−１８７５６１号明細書

しかしながら、必ずしも上記のような場合に限らず、大きく異なる複数の周波数帯の信号を同時に受信する受信機において、ロバストな同期処理を実現する方法については、必ずしも明らかではない。

たとえば、同期処理の性能を改善させる一般的な手法として、同一周波数の信号を複数の受信アンテナで受信して、合成を行う空間ダイバーシチ方式がある。

空間ダイバーシチ方式では、一つの局部発振器から複数の受信アンテナ受信部の基準周波数信号を生成し、複数の受信アンテナでプリアンブル信号を受信する。

それぞれ独立した空間（伝搬路）を通過した、複数の受信信号から得られた相関結果を合成することによって、伝搬路におけるフェージングによる伝搬品質の劣化を抑圧し、同期性能を改善することができる。

しかし、同一周波数の信号であるため、当該周波数にて強い干渉が生じた場合、どの受信アンテナでも等しく干渉を受けてしまうため、タイバーシチ利得を得ることができない。したがって、従来技術では干渉に対するロバスト性が低いままとなってしまう。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の周波数帯域で同時並行に通信をする場合に、一部の帯域に干渉が存在しても、同期を確立することが可能な無線通信装置および無線通信方法を提供することである。

この発明の１つの局面に従うと、互いに分離した複数の周波数帯にそれぞれ対応して、送信データを複数の部分データに分割し、各部分データを複数の周波数帯ごとのパケットとして同期して同一のタイミングで送信した信号を受信するための無線通信装置であって、各周波数帯ごとに設けられ、対応する周波数帯の信号を受信して復調しデジタル信号に変換するための複数の高周波信号処理部と、複数の高周波信号処理部に共通に設けられ、参照周波数信号を生成する局部発振器とを備え、各高周波信号処理部は、参照周波数信号に基づいて対応する周波数帯に応じて生成されるクロック信号により、複数の周波数帯ごとのパケットに対して、並行して周波数変換および復調処理を実行するための復調処理部を含み、複数の高周波信号処理部の各々からのデジタル信号に対して、ベースバンド処理を実行して部分データを統合するためのデジタル信号処理部と、複数の高周波信号処理部の各々からのデジタル信号に基づいて、パケットに含まれるプリアンブル信号を用いて同期処理を実行するための同期処理部とをさらに備え、同期処理部は、複数の周波数帯に対応してそれぞれ設けられ、対応する高周波信号処理部からの信号に対して相関処理を実行するための複数の相関器を含み、同期処理部は、複数の相関器からの相関結果に対する合成処理に基づいて、局部発振器の発振周波数を制御するための周波数オフセットの検出とデジタル信号処理部の処理のための同期タイミングの検出とを行う。

好ましくは、同期処理部は、複数の相関器により得られた複数の相関プロファイルを合成するための相関プロファイル合成部と、合成後の相関プロファイルから周波数オフセットおよび同期タイミングを検出するための検出部を含む。

好ましくは、相関器は、受信信号の相互相関を算出し、相関プロファイル合成部は、各相関器の出力から相関値の絶対量を生成し、複数の相関器からの相関値の絶対量を重み付け処理するタイミングプロファイル合成部と、複数の周波数帯ごとに、相関器の出力の所定時間の遅延された信号の複素共役と相関器の出力と乗算結果を複素相関として生成する共役複素演算器と、複素相関の位相成分を所定の周波数帯の位相成分にそろえる処理を行う位相演算器と、位相をそろえた複素相関を重み付け処理する周波数偏差プロファイル合成部とを含む
好ましくは、相関器は、受信信号の自己相関を算出し、相関プロファイル合成部は、各相関器の出力を重み付け処理するタイミングプロファイル合成部と、相関器の出力の位相成分を所定の周波数帯の位相成分にそろえる処理を行う位相演算器と、位相をそろえた複素相関を重み付け処理する周波数偏差プロファイル合成部とを含む。

好ましくは、タイミングプロファイル合成部および周波数偏差プロファイル合成部における重み付け処理の重み係数は、総受信電力に対する各周波数帯における受信電力の比に基づいて決定される。

好ましくは、タイミングプロファイル合成部および周波数偏差プロファイル合成部における重み付け処理の重み係数は、総受信ＳＩＮＲに対する各周波数帯における受信ＳＩＮＲの比に基づいて決定される。

好ましくは、タイミングプロファイル合成部および周波数偏差プロファイル合成部における重み付け処理の重み係数は、全周波数帯域についての相関値の平均に対する各周波数帯域におけるピーク相関値の比に基づいて決定される。

好ましくは、同期処理部は、複数の相関器により得られた複数の相関プロファイルより、周波数帯ごとに、周波数帯同期タイミングおよび周波数帯オフセットを検出し、検出された周波数帯同期タイミングおよび周波数帯オフセットを合成して、周波数オフセットおよび同期タイミングを検出する検出結果合成部を含む。

この発明の他の局面に従うと、互いに分離した複数の周波数帯にそれぞれ対応して、送信データを複数の部分データに分割し、各部分データを複数の周波数帯ごとのパケットとして同期して同一のタイミングで送信した信号を受信するための無線通信方法であって、複数の周波数帯に共通に、参照周波数信号を局部発信信号として生成するステップと、各周波数帯ごとに、参照周波数信号に基づいて、周波数帯に応じて生成されるクロック信号により、複数の周波数帯ごとのパケットに対して、並行して周波数変換および復調処理を実行することで、受信した信号を復調しデジタル信号に変換するステップと、復調されたデジタル信号に対して、ベースバンド処理を実行して部分データを統合するステップと、複数の周波数帯についてのデジタル信号に基づいて、パケットに含まれるプリアンブル信号を用いて同期処理を実行するステップとを備え、同期処理を実行するステップは、複数の周波数帯のそれぞれにおいて、復調されたデジタル信号に対して相関処理を実行するステップを含み、複数の周波数帯の相関結果に対する合成処理に基づいて、局部発振信号の発振周波数を制御するための周波数オフセットの検出とベースバンド処理のための同期タイミングの検出とを行うステップをさらに備える。

この発明によれば、一部の帯域に干渉が存在しても、周波数ダイバーシチ利得によってその他の帯域の信号がそれをカバーするため、同期を確立することができる。

また、各帯域で伝搬損失やフェージングの影響が異なるため、一部帯域の通信品質が劣悪になったとしても、その他の帯域の信号がそれをカバーするため、同期を確立することが可能となる。

本実施の形態の無線通信システムの構成を説明するための概念図である。 本実施の形態の送信装置１０００の構成を説明するための機能ブロック図である。 本実施の形態の送信装置１０００´の構成を説明するための機能ブロック図である。 実施の形態の受信装置２０００の構成を説明するための機能ブロック図である。 図３に示した受信装置２０００のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。 実施の形態の受信装置２０００´の構成を説明するための機能ブロック図である。 図３に示した受信装置２０００´のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。 プリアンブルの構成を説明するための概念図である。 プリアンブル構造の一例として、無線通信規格８０２．１１ａ方式におけるパケット構造を説明するための概念図である。 同期処理部２６００の構成のうち、「相互相関」により同期タイミングを生成する構成を説明するための機能ブロック図である。 ＯＦＤＭ方式の場合に、相対相関値ρxを計算する領域を示す図である。 相互相関の処理を行う相関器５０００．１〜５０００．２、相関プロファイル合成部５１００、タイミング検出部５３００、周波数偏差検出部５５００の構成を説明するための機能ブロック図である。 自己相関の処理を行う相関器５０００．１〜５０００．２、相関プロファイル合成部５１００、タイミング検出部５３００、周波数偏差検出部５５００の構成を説明するための機能ブロック図である。 実施の形態２の同期処理部２６００´の構成を説明するための機能ブロック図である。 実施の形態２の同期処理部２６００´の構成を説明するための機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信装置の構成を説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素および処理工程は、同一または相当するものであり、必要でない場合は、その説明は繰り返さない。

なお、以下では、本発明の受信装置を説明する一例として、上述したような互いに大きく分離した複数の既存の免許不要帯域（たとえば、ＩｏＴなどに使用される９２０ＭＨｚ帯、無線ＬＡＮに使用される２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯）において、既存システムと周波数を共用して、コグニティブな無線通信を行うことが可能な無線通信システムにおける受信装置を例とする実施の形態を説明する。

ただし、本発明の受信装置の同期処理については、必ずしも、このような場合に限定されず、より一般的に、互いに分離した複数の周波数帯域を用いて、同一の無線方式で同期したタイミングで同時並行的に通信を行う受信装置に適用することが可能である。また、本発明の受信装置の同期処理においては、後に説明するように、互いに分離した複数の周波数帯域を用いて、異なる無線方式で同期したタイミングで同時並行的に通信を行う受信装置に適用することも可能である。

図１は、本実施の形態の無線通信システムの構成を説明するための概念図である。

図１を参照して、送信側では、９２０ＭＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯の３つの周波数帯を使用することを前提に、各帯域で無線チャネルを１つずつ使用するものとして、送信フレームを構成する。

なお、各周波数帯で、複数チャネルを使用することとしてもよいが、以下では、周波数帯ごとに１チャネルを使用するものとして説明する。

具体的には、送信データを送信系列を使用する各帯域の伝送レートＲｉに比例するシンボル数ずつ区切って各帯域に、シリアル／パラレル変換により割り当てる。

例えば、（５ＧＨｚ帯伝送レート：２．４ＧＨｚ帯伝送レート：９２０ＭＨｚ帯伝送レート）＝（Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３）＝（３：２：１）ならば、送信データの系列を６シンボル毎に区切り、５ＧＨｚ帯（ch1）、２．４ＧＨｚ帯（ch2）、９２０ＭＨｚ帯（ch3）にはその中の３シンボル、２シンボル、１シンボルを割り当てる。なお、送信系列を分割して割り当てる際には、このような場合に限定されず、より一般には、ｍ個の周波数帯を使用する場合は、周波数帯の伝送レートの比を、（Ｒ１：Ｒ２：…：Ｒｍ）（比率は、既約に表現されるとする）とするとき、送信系列を（Ｒ１＋Ｒ２＋…＋Ｒｍ）×ｎ（ｍ，ｎ：自然数）シンボル毎に区切り、各チャネルには、（Ｒ１×ｎ）シンボル、（Ｒ２×ｎ）シンボル、…、（Ｒｍ×ｎ）シンボルを割り当てるものとしてもよい。

そのような割り当ての後に、各帯域ごとに、送信シンボルに対して物理ヘッダをつけて、パケットとし、これらのパケットを同一タイミングで同時並列的に送信する。

送信側で各帯域に割り当てられたシンボル数については、この物理ヘッダ内に情報として格納される。

受信側では、各帯域上の物理ヘッダを利用して同期と復調処理を行う。復調された各系列を送信側と逆の処理で、パラレル／シリアル変換により結合し、フレームの復号を行う。
［送信装置の構成］
図２は、本実施の形態の送信装置１０００の構成を説明するための機能ブロック図である。

図２を参照して、送信装置１０００は、送信系列を図１で説明したように各周波数帯域に割り当てる処理をするためのシリアル／パラレル変換（以下、Ｓ／Ｐ変換）部１０１０と、Ｓ／Ｐ変換後のデータに対して、周波数帯域ごとに、物理ヘッダの付加や、たとえば、誤り訂正符号の付加、インターリーブ処理など、所定の無線通信方式で通信するための無線フレームを形成する処理を実行するための無線フレーム生成部１０２０．１〜１０２０．３と、無線フレーム生成部１０２０．１〜１０２０．３からのデジタル信号に対して、それぞれ、デジタルアナログ変換処理、所定の変調方式への変調処理（たとえば、所定の多値変調方式のための直交変調処理）、アップコンバート処理、電力増幅処理などを実行する高周波処理部（ＲＦ部）１０４０．１〜１０４０．３と、ＲＦ部１０４０．１〜１０４０．３の高周波信号をそれぞれ送出するためのアンテナ１０５０．１〜１０５０．３とを含む。ＲＦ部１０４０．１〜１０４０．３の動作は、これらに共通に設けられた局部発振器１０３０からのクロックに基づいて制御される。

さらに、送信装置１０００は、各周波数帯（各周波数帯の中では１つ以上の無線チャネル）の利用状況（各無線チャネルの空き状況など）を観測するチャネル利用状況観測部１０６０と、チャネル利用状況観測部１０６０の観測に基づいて、所定のタイミングでのチャネル利用状況を予測するチャネル利用状況予測部１０７０と、無線フレーム生成部１０２０．１〜１０２０．３の処理タイミングおよびＲＦ部での送信タイミングを制御して、制御された同一の送信タイミングにおいて所定の期間につき未使用な周波数帯・無線チャネルで同時に無線パケットを送信するように制御するアクセス制御部１０８０とを含む。

このような構成の送信装置１０００により、図１で説明したように、データを複数帯域にマッピングして送信し、受信側では複数帯域を一括受信してデータを統合する。

このようにすると、帯域間で混雑状況に偏りがあっても送信機会を確保できるため周波数利用効率の向上と伝送遅延の低減が期待でき、またデータの到着順番が入れ替わるような問題も発生しない。
［送信装置の他の構成］
図２では、送信装置１０００の構成の一例について説明した。

図２の構成では、送信データをＳ／Ｐ変換部１０１０により各周波数帯に分配した後に、誤り訂正符号化処理とインターリーブ処理を実施する構成であった。

ただし、送信装置１０００の構成は、このような場合に限定されない。

図３は、このような他の構成である送信装置１０００´の構成を説明するための機能ブロック図である。

図３の送信装置１０００´では、送信データについて、誤り訂正符号化処理とインターリーブ処理をした後に、Ｓ／Ｐ変換部１０１０により各周波数帯に分配する構成となっている。無線フレーム生成部１０２０．１〜１０２０．３において、マッピング処理およびＩＦＦＴ処理、ガードインターバルの付加、デジタルアナログ変換処理を実施する。

誤り訂正符号化処理およびインターリーブ処理をした後に、Ｓ／Ｐ変換部１０１０により各周波数帯に分配する構成とすることで、周波数ダイバーシチ効果をより強力に得ることができる。
［受信装置の構成］
以下では、図１で説明したような無線通信システムで使用される受信装置の構成について説明する。

図４は、実施の形態の受信装置２０００の構成を説明するための機能ブロック図である。

図４を参照して、受信装置２０００は、複数の周波数帯域（９２０ＭＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯）の信号をそれぞれ受信するためのアンテナ２０１０．１〜２０１０．３と、アンテナ２０１０．１〜２０１０．３の信号のダウンコンバート処理、復調・復号処理などの受信処理を実行するための受信部２１００．１〜２１００．３と、受信部２１００．１〜２１００．３に対して共通に設けられ、受信部２１００．１〜２１００．３の動作の基準となるクロックである参照周波数信号を生成する局部発振器２０２０と、受信部２１００．１〜２１００．３からの信号の各系列を送信側と逆の処理で、パラレル／シリアル変換により結合するためのパラレル／シリアル変換部２７００とを含む。パラレル／シリアル変換部２７００からの統合されたフレームの出力は、上位レイヤーに受け渡される。

受信装置２０００は、受信した信号のプリアンブル信号から局部発振器２０２０の周波数オフセットの検出を行って、局部発振器２０２０の発振周波数を制御するための信号（発振周波数制御信号）を生成し、搬送波周波数同期処理を行い、また、受信した信号からデジタル信号処理におけるタイミング同期をとるための信号（同期タイミング信号）を生成する同期処理部２６００を含む。同期処理部２６００の構成については、後に、より詳しく説明する。

受信部２１００．１は、アンテナ２０１０．１からの信号を受けて、低雑音増幅処理、ダウンコンバート処理、所定の変調方式に対する復調処理（たとえば、所定の多値変調方式に対する直交復調処理）、アナログデジタル変換処理等を実行するための高周波処理部（ＲＦ部）２４００．１と、ＲＦ部２４００．１からのデジタル信号に対して、復調・復号処理等のベースバンド処理を実行するためのベースバンド処理部２５００．１を含む。

受信部２１００．２も、対応する周波数帯域についての同様の処理を行うための高周波処理部（ＲＦ部）２４００．２ならびにベースバンド処理部２５００．２を含む。また、受信部２１００．３も、対応する周波数帯域についての同様の処理を行うための高周波処理部（ＲＦ部）２４００．３ならびにベースバンド処理部２５００．３を含む。

ベースバンド処理部２５００．１〜２５００．３およびパラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）変換部２７００とを総称して、デジタル信号処理部２８００と呼ぶ。

図５は、図４に示した受信装置２０００のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。

図５に示した機能ブロック図は、一例として、無線通信規格８０２．１１ａと同様の無線通信方式に従う受信装置の構成を示す。

すなわち、無線通信規格８０２．１１ａは、５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮ通信方式であるものの、図４では、２．４ＧＨｚ、９２０ＭＨｚ帯でも、周波数帯が異なるだけで、それ以外は同様の構成の無線通信方式に従う受信部を使用するものとする。

したがって、各周波数帯域において、後に説明するように、パケットのプリアンブル部分の構成などは、複数の周波数帯について共通であるものとする。

ただし、必ずしも、各周波数帯の無線通信方式が同様の構成を有していることは必須ではなく、周波数帯ごとに無線通信方式（信号形式、シンボル長やサブキャリア間隔など）が異なっていてもよい。この場合は、少なくとも単一の送信系列を各帯域に分割して同時に送信し、また、周波数帯が異なる以外は、ＲＦ部の構成が基本的に同一であればよく、パケットのプリアンブル部分の構成（プリアンブルの長さなど）が、複数の周波数帯ごとに異なっていてもよい。

図５では、５ＧＨｚ帯の受信部２１００．３の構成を代表して例示的に示す。

図５を参照して、受信部２１００．３のＲＦ部２４００．３は、アンテナ２０１０．３からの受信信号を増幅するための低雑音増幅器３０１０と、低雑音増幅器３０１０の出力を周波数変換するためのダウンコンバータ３０２０と、ダウンコンバータ３０２０の出力を所定の振幅となるように制御するための自動利得制御器３０３０と、所定の多値変調信号を復調するための直交復調器３０４０と、直交復調器３０４０のＩ成分出力およびＱ成分出力をそれぞれデジタル信号に変換するためのアナログデジタルコンバータ３０５０とを含む。

ＲＦ部２４００．３は、さらに、局部発振器２０２０からの参照周波数信号を対応する周波数帯域の基準クロック信号に変換するためのクロック周波数変換部３０６０と、クロック周波数変換部３０６０からの基準クロックに基づいて、ダウンコンバータ３０２０でのダウンコンバート処理に使用するクロックを生成するクロック生成部３０７０と、クロック周波数変換部３０６０からの基準クロックに基づいて、直交復調器３０４０での復調処理に使用するクロックを生成するクロック生成部３０８０とを含む。

無線通信規格８０２．１１ａと同様の無線通信方式を想定しているので、伝送されてきた信号は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）変調されている。その結果、ＲＦ部２４００．３により、搬送帯域ＯＦＤＭ信号は、基底帯域ＯＦＤＭ信号に変換される。

そして、局部発振器２０２０からの参照周波数信号は、このような搬送帯域ＯＦＤＭ信号から基底帯域ＯＦＤＭ信号への変換における搬送周波数同期に使用される。なお、より一般に、無線通信方式が異なる場合でも、基本的に、局部発振器２０２０からの参照周波数信号は、搬送帯域信号から基底帯域信号への変換における搬送周波数同期に使用される。

再び、図５に戻って、ベースバンド処理部２５００．３は、ＡＤＣ３０５０からの信号を受けて、ガードインターバル部分を除去するためのＧＩ除去部４０１０と、ガードインターバルが除去された信号に対して、高速フーリエ変換を実行するためのＦＦＴ部４０２０と、ＦＦＴ部４０２０の出力に対して、デマッピングおよびデインターリーブ処理を実行するためのデマッピング／デインターリーブ部４０３０と、誤り訂正部４０４０とを含む。

ここで、同期処理部２６００から出力される同期タイミング信号は、ＯＦＤＭシンボルの始まりを検出するためのシンボルタイミング同期などに使用される。

より一般に、無線通信方式が異なる場合でも、基本的に、同期処理部２６００から出力される同期タイミング信号は、ベースバンド処理における同期信号として使用される。
［受信装置の他の構成］
図４および図５では、受信装置２０００の構成の一例について説明した。

図４および図５の構成では、図２の送信側の構成に対応して、受信データに対して、デマッピング／デインターリーブ処理および誤り訂正処理を実施した後に、Ｐ／Ｓ変換部２７００により各周波数帯からの信号を結合する構成であった。

ただし、受信装置２０００の構成は、このような場合に限定されない。

図６は、このような他の構成である受信装置２０００´の構成を説明するための機能ブロック図である。

図６の受信装置２０００´では、受信データについて、Ｐ／Ｓ変換部２７００により各周波数帯の信号を結合した後に、デインターリーブ処理および誤り訂正処理を実行する構成となっている。ベースバンド処理部２５００．１〜２５００．３において、ガードインターバルの除去、ＦＦＴ処理およびデマッピング処理を実施する。

したがって、図６の受信装置２０００´は、図３の送信装置１０００´からの信号の受信に対応するものである。

図７は、このような受信装置２０００´のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。図７の構成は、図３の構成に対応するものである。

図７に示した機能ブロック図も、一例として、無線通信規格８０２．１１ａと同様の無線通信方式に従う送信装置の構成を示す。

図７に示すように、周波数帯域ごとに、ガードインターバル除去部４０１０によるガードインターバルの除去、ＦＦＴ部４０２０によるＦＦＴ処理およびデマッピング部４０３２によるデマッピング処理の後に、Ｐ／Ｓ変換部２７００により各周波数帯の信号を結合する。Ｐ／Ｓ変換部２７００による結合の後に、デインターリーブ部４０４２によるデインターリーブ処理および誤り訂正部４０４０による誤り訂正処理を実行する。
(プリアンブルの構成)
以下では、同期処理部２６００において同期処理を実行するために使用される受信データのヘッダ中に含まれるプリアンブルの構成について説明する。

図８は、プリアンブルの構成を説明するための概念図である。

プリアンブル信号は、以下に説明するような同期処理の他、伝搬路推定のためにも使用されうる。

図８（ａ）に示されるように、伝送パケットの物理ヘッダ内には、所定のビットパターンを有するプリアンブル領域（同期プリアンブル）が設けられている。

受信側では、既知であるこのような所定のビットパターンと受信信号との相互相関をとることで、同期処理を行うことが可能である。

また、図８（ｂ）に示されるように、プリアンブル領域に含まれるビットパターンとして、同一のプリアンブルパターン（Ｃ）を複数設けることで、一定遅延時間後の受信信号を順に掛け合わせる遅延相関（自己相関）をとることで、同期処理を行う構成とすることも可能である。

このとき、無線ＬＡＮのＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格などでは、同期のためのパイロットシンボルが送信信号の中に埋め込まれている。

なお、図８（ｂ）においては、同一のプリアンブルパターンを２つ設けて、一定遅延時間後の受信信号を、順にかけ合わせる構成を示しているが、たとえば、２つの対称なプリアンブルパターン（Ｃ，／Ｃ）（／Ｃは、Ｃと対称なプリアンブルパターン）を設定し、中央から対称に信号を掛け合わせる中央対称相関を用いることも可能である。

また、ＯＦＤＭ信号の受信の場合は、自己相関として、以下のようなものをとることも可能である。すなわち、ＯＦＤＭシンボルには、通常、ガードインターバルが付加されており、ＯＦＤＭシンボルの先頭部分と後端部分とに同じ信号部分が存在する。したがって、受信信号とこれをＯＦＤＭシンボル長だけ遅延させた信号との自己相関をとることにすると、ＯＦＤＭシンボルの区切りを検出することが可能である。

ただし、以下では、自己相関としては、定遅延時間後の受信信号を順に掛け合わせる遅延相関をとる場合を例として説明する。

図９は、図８で説明したようなプリアンブル構造の一例として、無線通信規格８０２．１１ａ方式におけるパケット構造を説明するための概念図である。

図９に示すように、パケットは、データの先頭にフレーム長や伝送速度、分配されたシンボル数などの物理層の情報をやり取りするＰＬＣＰ（Physical Layer Convergence Protocol）ヘッダが付加されている。

ＰＬＣＰプリアンブルは、ショートプリアンブルとロングプリアンブルから構成される。

ショートプリアンブル（ｔ１〜ｔ１０）は、同一の短いシンボルが１０個繰り返されており、それぞれのシンボルを１６サンプルで構成されている。このようなショートプリアンブルは、受信側で自己相関または相互相関の処理を行うことで、受信側での自動利得制御、簡易なタイミング同期および周波数オフセットの推定のために使用される。

ロングプリアンブルは、６４サンプルの長い同一のシンボル（Ｔ１おおびＴ２）が２個繰り返されており、先頭に３２サンプルのＧＩが付け加えられている。長いトレーニングシーケンスを２回繰り返す構成とすることで、受信側での高精度なタイミング同期、周波数オフセットの推定およびチャネル推定に用いられる。

なお、図９に示したようなプリンブル構造は、例示のためのものであって、このような構成に限定されるものではない。

以下では、図４または図６に示した同期処理部２６００の構成について、さらに説明する。

（実施の形態１）（相互相関）
図１０は、同期処理部２６００の構成のうち、「相互相関」により同期タイミングを生成する構成を説明するための機能ブロック図である。

図１０を参照して、同期処理部２６００は、ＲＦ部２４００．１〜２４００．３からの信号をそれぞれ受けて、各々の周波数帯について相関処理を行う相関器５０００．１〜５０００．３と、相関器５０００．１〜５０００．３からの相関値を合成する相関プロファイル合成部５１００と、相関プロファイル合成部５１００で合成された相関プロファイルから同期タイミング信号を生成するためのタイミング検出部５３００と、相関プロファイル合成部５１００で合成された相関プロファイルから周波数偏差（周波数オフセット）を検出するための周波数偏差検出部５５００とを含む。

以下に説明するように、複数の異なる周波数帯においてプリアンブル信号を受信することで、同期処理の精度を高めることが可能である。

実施の形態１では、各周波数帯域について、プリアンブルの構造が共通であるものとする。

（相関器のタイミング同期の動作）
まず、相関器５０００．１の動作について、説明する。他の相関器５０００．２〜５０００．３の動作も同様である。

以下では、相関処理は、相互相関によるものとして説明する。

受信信号ｒと既知信号ｓの相互相関は下記式によって表現できる

ここで、相関は、τ＝０からτ＝Ｔavg−１の期間について、とるものとする。

相互相関を考える場合、同期タイミングの生成においては、伝送路によりフェージングの影響を考慮する必要がある。信号ｒ（ｔ）が、伝送路において、フェージングなどの影響を受けている場合、ｈ（ｔ）を伝搬関数として、ｒ（ｔ）＝ｈ（ｔ）・ｓ（ｔ）となる。

このとき、上述した相互相関の式は、下記のように、書き換えられる。

この式は、ｈ（ｔ）の変動が遅く、Ｔavgの期間で一定とみなせる場合、以下のようになる。

したがって、ある周波数帯の相互相関についてみてみると、その周波数帯におけるフェージングによって位相が回転していることになる。
（同期タイミングのための相関プロファイル合成部５１００の動作）
周波数帯ｆ１（中心周波数ｆ１）における相関器出力と周波数帯ｆ２（中心周波数ｆ２）における相関器出力とを合成する処理について、以下に説明する。なお、周波数帯が３以上の場合も、基本的に同様の処理を各周波数帯で実行したものを、後に説明するような重み付けにより合成することができる。

ここで、周波数帯ｆ１における相関器出力と周波数帯ｆ２における相関器出力は、プリアンブルの構造が同一であるとしているので、下記で表せる。

そして、周波数帯ｆ１と周波数帯ｆ２とは、周波数が大きく異なっていることから、伝達関数ｈ_１と伝達関数ｈ_２とは、独立であると考えてよい。逆にいうと、周波数帯ｆ１と周波数帯ｆ２とは、伝達関数ｈ_１と伝達関数ｈ_２とは、独立であると考えてよい程度に、周波数が異なっているように、周波数帯を設定するといってもよい。

そのため、これらの相関値は、位相がほぼ同等で強め合うこともあれば、逆相で打消しあうこともある。

打消し合いによってタイミング同期を失敗すると、たとえば、ＯＦＤＭのＦＦＴタイミングが把握できずパケットを受信することができない。したがって、打消し合いが生じるのを防ぐ必要がある。

このような逆相による打消し合いを防ぐため、周波数帯ｆ１と周波数帯ｆ２との相関値は、以下のように、電力値（あるいは振幅値）に変換して位相情報を含まないようにしてから合成を行う。

各周波数帯で、相互相関をとる場合、この合成されたｃavg（ｔ）のピークを検出することで、タイミング同期をとることができる。

受信機の構成として、複素数をＩ成分、Ｑ成分として管理する場合、式（１）のように電力値に変換した後に合成する方が処理は容易であり、複素数を極座標で管理する場合、式（２）のように、振幅に変換してから、合成する方が処理は容易である。

ここで、式（１）において重み係数に乗算される相関値の絶対値の２乗や、式（２）において重み係数に乗算される相関値の絶対値のように、相関値の絶対値のべき乗で表される量を、本明細書では、「相関値の絶対量」と呼ぶことにする。

ここで、重み係数ｗ_１やｗ_２は、以下のようにして決定する。

合成の重みwについて、下記のような規範での合成重みが考えられる。

なお、以下のような規範については、タイミング同期をとる（あるいは、周波数オフセットを算出する）時点よりも前の一定時間の範囲で、履歴情報として取得されているデータを基に、予め重み係数が計算されているものとして説明する。

ただし、たとえば、以下に説明する受信電力規範や相関値規範については、受信時の値を用いて、受信データへの重み付けとすることも可能である。

また、各規範は、受信のステージに応じて、組み合わせて使用してもよい。たとえば、受信の初期においては、以下に説明する受信電力規範を使用し、一定期間経過した後は、受信ＳＩＮＲ規範を使用するというような組み合わせで使用することが可能である。もちろん、他の組み合わせでもよい。

ｉ）受信電力規範（干渉を考慮しない）
以下の式のように、全周波数帯域についての受信電力に対する各周波数帯域の受信電力の比で重み係数を決定する。ここで、Ｎｆ−１は、周波数帯域番号の最大値である。

ｉｉ）受信ＳＩＮＲ規範（干渉も考慮。伝搬路推定必要）
以下の式のように、全周波数帯域についてのＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio）に対する各周波数帯域のＳＩＮＲの比で重み係数を決定する。

ｉｉｉ）相関値規範（干渉も一部考慮）
以下の式のように、全周波数帯域についての相関値ρの平均に対する各周波数帯域におけるピーク相関値ρの比で重み係数を決定する。

ここで、相対相関値ρxは、周波数帯番号ｘの相対相関値である。

図１１は、ＯＦＤＭ方式の場合に、相対相関値ρxを計算する領域を示す図である。

図１１に示すように、ｔ＝ｔ_timにおいて、相関値がピークを有するものとし、それに続くガードインターバルの期間（Ｔ_GIの期間）は、マルチパス伝搬による反射波が見える可能性があるので、この部分は、相対相関値ρxの分母を計算するためには使用しないものとする。そして、相対相関値ρxの分母の計算は、ガードインターバルの期間（Ｔ_GIの期間）の前後所定の期間（Ｔwindowの期間）の相関値を使用するものとする。

以上のように合成された合成相関値Ｃavgのピークを探索することで、タイミング検出部５３００により、同期タイミング信号が生成される。

あるいは、合成の重みｗの他の例として、下記のような規範での合成重みを用いてもよい。

ｉｖ）受信電力規範（干渉を考慮しない）

ｖ）受信ＳＩＮＲ規範

ｖｉ）相関値規範

（周波数オフセット検出のための相関プロファイル合成部５１００の動作）
まず、特定の周波数帯の受信信号に周波数オフセットΔｆが存在する場合，受信信号は下記の式で表すことができる。

ｒ´(t)を相互相関の式に代入すると、以下のようになる。

また、時間がＴずれた点における相関値ｃ（ｔ＋Ｔ）の相関値は、以下のようになる。

ｒ（ｔ）が周期Ｔの繰り返し波形である場合、時刻ｔにてｒ（ｔ＋τ）＝ｓ（τ）を満たすと、ｃ（ｔ）とｃ（ｔ＋Ｔ）は、以下の式で表され、ともにピークを持つ。

ここで、プリアンブル信号は、周期Ｔの繰り返し波形であるため、ｒ（ｔ）＝ｒ（ｔ＋Ｔ）とみなせるので、ｈ（ｔ）の変動が遅く、Ｔの期間で一定とみなせる（すなわちｈ（ｔ）＝ｈ（ｔ＋Ｔ））場合、上記の式は、以下のように表される。

このとき、ｃ（ｔ）とｃ（ｔ＋Ｔ）との複素相関結果は、下記のようになる。

相関値ｃ（ｔ）とｃ（ｔ＋Ｔ）との相関結果は，周波数オフセットに起因する位相のみを持つ。

次に、周波数帯ｆ１とｆ２における相関器出力を合成することを考える。

図４または図６に示したように、各周波数帯に対して、同一の局部発振器２０２０からの信号が参照周波数信号として供給される構成となっている場合、周波数帯ｆ１（中心周波数ｆ１）における周波数オフセットΔｆ１と周波数帯ｆ２（中心周波数ｆ２）における周波数オフセットΔｆ２は下記の関係となる。

ここで、周波数ｆ１とｆ２は既知であるため、Ｎも既知である
また、周波数帯ｆ１とｆ２における相関器出力は、プリアンブルパターンが同一であるので、下記で表せる。

遅延信号との複素相関値ｃ（ｆ_１、ｔ＋Ｔ）ｃ^＊（ｆ_１、ｔ）および遅延信号との複素相関値ｃ（ｆ₂、ｔ＋Ｔ）ｃ^＊（ｆ₂、ｔ）とは，異なる周波数オフセット量による位相回転を受けているため、これらの複素相関値の合成を行う前に，各相関出力の位相情報をそろえる必要がある。

そこで、例えば、複素相関値ｃ（ｆ₂、ｔ＋Ｔ）ｃ^＊（ｆ₂、ｔ）の位相情報を複素相関値ｃ（ｆ_１、ｔ＋Ｔ）ｃ^＊（ｆ_１、ｔ）の位相情報に合わせる場合、位相成分のみ１／Ｎ倍した相関値へ変換する。ａｒｇ（ｘ）は、複素数ｘの偏角を求める関数であるものとする。

もちろん、複素相関値ｃ（ｆ_１、ｔ＋Ｔ）ｃ^＊（ｆ_１、ｔ）の位相情報を複素相関値ｃ（ｆ₂、ｔ＋Ｔ）ｃ^＊（ｆ₂、ｔ）の位相情報に合わせる場合、位相成分のみＮ倍した相関値へ変換してもよい。

なお、例外的に、ここで、周波数帯ｆ１における位相成分をＮ倍した結果がπあるいは−πを超えてしまう場合、周波数帯ｆ２において生じている周波数オフセット量が、検出可能範囲を超えている可能性がある。そこで、そのような場合はｗ１を１、ｗ２を０にして、周波数帯ｆ１における相関結果のみを用いるものとする。このようにすることで、周波数帯ｆ２において検出範囲を超える大きな周波数オフセットが生じたとしても、周波数帯ｆ１の結果を用いることで、周波数帯ｆ２における周波数オフセットを検出することが可能となる。

また、周波数帯が３以上ある場合は、いずれか１つの周波数帯を基準として、他の残りの周波数帯の位相成分を、周波数帯の中心周波数の比に応じて、その基準の周波数帯にそろえる処理を行うものとする。

位相情報を合わせた後、以下のような重みづけを行い、相関結果の合成を行う

したがって、複素相関値ｃ（ｔ＋Ｔ）ｃ（ｔ）avgの偏角から周波数オフセットΔf_１を以下の式のようにして、検出できる。

このようにして算出されたΔｆ１から、局部発振器２０２０の発振周波数の周波数オフセットを求めることができる。

図１２は、以上説明したような相互相関の処理を行う相関器５０００．１〜５０００．２、相関プロファイル合成部５１００、タイミング検出部５３００、周波数偏差検出部５５００の構成を説明するための機能ブロック図である。

図１２においても、例示として、周波数帯は、２つであるものとして図示しているが、周波数帯は、より多くてもよい。

図１２を参照して、相関器５０００．１は、受信信号ｒ（ｆ１、ｔ）を受けて、順次、遅延するために直列に接続された遅延回路５００２．１〜５００２．ｍと、遅延回路５００２．１〜５００２．ｍに格納された信号と既知信号ｓとの乗算を行うための乗算器５００４．１〜５００４．ｍと、乗算器５００４．１〜５００４．ｍからの出力を積算する積算器５０１０とを含む。相関器５０００．２も同様の構成を有する。各遅延回路は、１サンプル分だけ信号を遅延する。

なお、もしも周波数帯ごとにサンプリングレートが異なる場合は、周波数帯域間で相関をとるタイミングを揃えるために、相関器の前後でオーバーサンプリングをする処理を行ってもよい。

相関プロファイル合成部５１００は、タイミングプロファイル合成部５１１０と、周波数偏差プロファイル合成部５２１０とを含む。

タイミングプロファイル合成部５１１０は、式（１）において、｜ｃ（ｆ_１、ｔ）｜^２を算出する絶対値演算部５１１２．１と、式（１）において、｜ｃ（ｆ₂、ｔ）｜^２を算出する絶対値演算部５１１２．２と、絶対値演算部５１１２．１の出力と重みｗ１とを乗算する乗算器５１１４．１と、絶対値演算部５１１２．２の出力と重みｗ２とを乗算する乗算器５１１４．２と、乗算器５１１４．１と乗算器５１１４．２の出力を加算する加算器５１１６とを含む。

タイミング検出部５３００は、加算器５１１６の出力のピークを検出して、同期タイミング信号ｔ_timを生成する。

なお、式（２）に相当する処理をする場合は、絶対値演算部５１１２．１と絶対値演算部５１１２．２とで、振幅を計算することとすればよい。

一方、周波数偏差プロファイル合成部５２１０は、相関器５０００．１の出力を時間Ｔだけ遅延させる遅延器５２１２．１と、遅延器５２１２．１の出力の共役複素を生成する共役複素演算器５２１４．１と、相関器５０００．１の出力と共役複素演算器５２１４．１の出力とを乗算する乗算器５２１６．１とを含む。

周波数偏差プロファイル合成部５２１０は、さらに、相関器５０００．２の出力を時間Ｔだけ遅延させる遅延器５２１２．２と、遅延器５２１２．２の出力の共役複素を生成する共役複素演算器５２１４．２と、相関器５０００．２の出力と共役複素演算器５２１４．２の出力とを乗算する乗算器５２１６．２と、乗算器５２１６．２の出力の位相を１／Ｎとするための位相演算器５２２０と、乗算器５２１６．１の出力と重みｗ１とを乗算する乗算器５２２２．１と、位相演算器５２２０の出力と重みｗ２とを乗算する乗算器５２２２．２と、乗算器５２２２．１と乗算器５２２２．２の出力を加算する加算器５２３０とを含む。

周波数偏差検出部５５００は、周波数帯ｆ１における周波数オフセットΔf１を算出し、この周波数オフセットΔf１に基づいて、局部発振器２０２０の周波数オフセットΔｆを算出する。

以上のような構成により、一部の帯域に干渉が存在しても、周波数ダイバーシチ利得によってその他の帯域の信号がそれをカバーするため、同期を確立することができる。また、各帯域で伝搬損失やフェージングの影響が異なるため、一部帯域の通信品質が劣悪になったとしても、その他の帯域の信号がそれをカバーするため、同期を確立することが可能となる。

（実施の形態１の変形例）（自己相関）
以上の説明では、伝送された信号のプリアンブル部分と、既知の信号との相互相関により同期処理を実行する構成について、説明した。

ただし、同期処理については、プリンブルの構成によっては、上述したように自己相関により同期処理を実行することも可能である。

以下、実施の形態１の変形例として、このような自己相関による同期処理について説明する。

実施の形態１の変形例でも、各周波数帯域について、プリアンブルの構造が共通であるものとする。

（相関器によるタイミング同期および周波数オフセットの検出の動作）
特定の周波数帯域について、受信信号ｒの自己相関は下記式によって表現できる。

期間Tavgの範囲で、ｒ（ｔ−τ）＝ｒ（ｔ−τ＋Ｔ）とみなせる場合、以下のように表される。

したがって、期間Ｔavgの範囲ですべてのサンプルが同相加算される。

一方、ｒ（ｔ−τ）≠ｒ（ｔ−τ＋Ｔ）の場合は、同相加算されずに打消し合いが発生する。

したがって、ｒ（ｔ−τ）＝ｒ（ｔ−τ＋Ｔ）となる区間のみ、ｃ（ｔ）は高いピークを持つことになる。

なお、ＯＦＤＭ方式の場合、上述のとおり、ガードインターバル（ＧＩ）と呼ばれる送信信号の一部コピーがシンボル先頭に挿入されるため、自己相関によって、このコピー区間のみｃ（ｔ）が高いピークを持つようになる。これによって、相関値ｃ（ｔ）を観測することでＯＦＤＭシンボルタイミングが検出できる。

周波数オフセットΔｆが存在する場合，受信信号は下記の式で表すことができる

ｒ´(t)を自己相関の式に代入すると、以下のようになる。

ここで、区間Ｔavgの間、ｒ（ｔ−τ）＝ｒ（ｔ−τ＋Ｔ）とみなせる信号である場合は、以下のようになり、相関値ｃ（ｔ）は、周波数オフセットに起因する位相のみを持つ。

次に、周波数帯ｆ１とｆ２における相関器出力を合成することを考える。

図４または図６に示したように、各周波数帯に対して、同一の局部発振器２０２０からの信号が参照周波数信号として供給される構成となっている場合、周波数帯ｆ１（中心周波数ｆ１）における周波数オフセットΔｆ１と周波数帯ｆ２（中心周波数ｆ２）における周波数オフセットΔｆ２は下記の関係となる。

ここで、周波数ｆ１とｆ２は既知であるため、Ｎも既知である
ここで、周波数帯ｆ１とｆ２における相関器出力は、ＧＩやＯＦＤＭシンボル長が同一であるので、下記で表せる。

相関値ｃ（ｆ１、ｔ）と相関値ｃ（ｆ２、ｔ）とは，異なる周波数オフセット量による位相回転を受けているため、これらの相関値の合成を行う前に，各相関出力の位相情報をそろえる必要がある。

そこで、例えば、相関値ｃ（ｆ２、ｔ）の位相情報を相関値ｃ（ｆ１、ｔ）の位相情報に合わせる場合、位相成分のみ１／Ｎ倍した相関値へ変換する。

もちろん、相関値ｃ（ｆ１、ｔ）の位相情報を相関値ｃ（ｆ２、ｔ）の位相情報に合わせる場合、位相成分のみＮ倍した相関値へ変換してもよい。

なお、ここでも、例外的に、周波数帯ｆ１における位相成分をＮ倍した結果がπあるいは−πを超えてしまう場合、周波数帯ｆ２において生じている周波数オフセット量が、検出可能範囲を超えている可能性がある。そこで、そのような場合は、ｗ１を１、ｗ２を０にして、周波数帯ｆ１における相関結果のみを用いる。このようにすることで、周波数帯ｆ２において検出範囲を超える大きな周波数オフセットが生じたとしても、周波数帯ｆ１の結果を用いることで、周波数帯ｆ２における周波数オフセットを検出することが可能となる。

また、周波数帯が３以上ある場合は、いずれか１つの周波数帯を基準として、他の残りの周波数帯の位相成分を、周波数帯の中心周波数の比に応じて、その基準の周波数帯にそろえる処理を行うものとする。

位相情報を合わせた後、以下のような重みづけを行い、相関結果の合成を行う

ここで、重み係数ｗ1やｗ2については、実施の形態１と同様である。

タイミング検出部５３００は、この相関値ｃ_avg（ｔ）のピークを検出することで、同期タイミング信号を出力する。また、周波数偏差検出部５５００は、以下の式により、周波数帯ｆ１における周波数オフセットΔf１を算出し、この周波数オフセットΔf１に基づいて、局部発振器２０２０の周波数オフセットΔｆを算出する。

以上のような構成により、一部の帯域に干渉が存在しても、周波数ダイバーシチ利得によってその他の帯域の信号がそれをカバーするため、同期を確立することができる。また、各帯域で伝搬損失やフェージングの影響が異なるため、一部帯域の通信品質が劣悪になったとしても、その他の帯域の信号がそれをカバーするため、同期を確立することが可能となる。

図１３は、以上説明したような自己相関の処理を行う相関器５０００．１〜５０００．２、相関プロファイル合成部５１００、タイミング検出部５３００、周波数偏差検出部５５００の構成を説明するための機能ブロック図である。

図１３においても、例示として、周波数帯は、２つであるものとして図示しているが、周波数帯は、より多くてもよい。

図１３を参照して、相関器５０００．１は、受信信号ｒ（ｆ１、ｔ）を受けて、所定時間Ｔだけ遅延させるための遅延回路５０２０と、遅延回路５０２０の出力の共役複素を生成するための共役複素演算器５０３０と、受信信号ｒ（ｆ１、ｔ）と共役複素演算器５０３０の出力とを乗算するための乗算器５０４０と、乗算器５０４０の出力を順次、遅延するために直列に接続された遅延回路５００２．１〜５００２．ｍと、遅延回路５００２．１〜５００２．ｍからの出力を積算する積算器５０１０とを含む。相関器５０００．２も同様の構成を有する。各遅延回路は、１サンプル分だけ信号を遅延する。

なお、もしも周波数帯ごとにサンプリングレートが異なる場合は、周波数帯域間で相関をとるタイミングを揃えるために、相関器の前後でオーバーサンプリングをする処理を行ってもよい。

相関プロファイル合成部５１００は、タイミングプロファイル合成部５１１０と、周波数偏差プロファイル合成部５２１０とを含む。

タイミングプロファイル合成部５１１０は、相関器５０００．１の出力と重みｗ１とを乗算する乗算器５１１４．１と、相関器５０００．２の出力と重みｗ２とを乗算する乗算器５１１４．２と、乗算器５１１４．１と乗算器５１１４．２の出力を加算する加算器５１１６とを含む。

タイミング検出部５３００は、加算器５１１６の出力のピークを検出して、同期タイミング信号ｔ_timを生成する。

一方、周波数偏差プロファイル合成部５２１０は、相関器５０００．１の加算器５１１０の出力と重みｗ１とを乗算する乗算器５２２２．１と、相関器５０００．２の加算器５１１０の出力の位相を１／Ｎとするための位相演算器５２２０と、位相演算器５２２０の出力と重みｗ２とを乗算する乗算器５２２２．２と、乗算器５２２２．１と乗算器５２２２．２の出力を加算する加算器５２３０とを含む。

周波数偏差検出部５５００は、加算器５２３０の出力により周波数帯ｆ１における周波数オフセットΔf１を算出し、この周波数オフセットΔf１に基づいて、局部発振器２０２０の周波数オフセットΔｆを算出する。

以上のような構成により、一部の帯域に干渉が存在しても、周波数ダイバーシチ利得によってその他の帯域の信号がそれをカバーするため、同期を確立することができる。また、各帯域で伝搬損失やフェージングの影響が異なるため、一部帯域の通信品質が劣悪になったとしても、その他の帯域の信号がそれをカバーするため、同期を確立することが可能となる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、各周波数帯域で、相関器５０００．１〜５０００．３により相関値を算出した後、これらの相関値を、相関プロファイル合成部５１００で合成する構成について説明した。

これに対して、実施の形態２では、周波数帯域ごとの相関結果の合成ではなく、各周波数帯域において１次同期処理を行い、各周波数で検出されたタイミング/周波数オフセットの検出結果を、合成する手法である。

このような手法は、各周波数帯におけるプリアンブル信号が大きく異なっている（例えばプリアンブルの長さが違うなど）場合に有効である。

図１４は、実施の形態２の同期処理部２６００´の構成を説明するための機能ブロック図である。

実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して、説明は繰り返さない。

また、実施の形態２の受信装置の構成は、同期処理部２６００´の構成を除いて、実施の形態１の受信装置２０００または受信装置２０００´の構成と同様である。

（相関器の動作）
相関器５０００．１〜５０００．３は、それぞれ、実施の形態１と同様の動作を行う。

すなわち、相関器５０００．１〜５０００．３は、無線通信方式に応じて、相互相関または自己相関を算出する。

（１−１相互相関を行う際のタイミング検出動作）
実施の形態１と同様にして、期間Tavgの範囲で、ｒ（ｔ＋τ）＝ｈ（ｔ）・・ｓ（τ）とみなせる場合、相関器５０００．１〜５０００．３がそれぞれ実行する相関処理は、以下のように表される。

したがって、期間Ｔavgの範囲ですべてのサンプルが同相加算される。
一方、ｒ（ｔ＋τ）≠ｈ（ｔ）・・ｓ（τ）の場合は、同相加算されずに打消し合いが発生する。

その結果、ｒ（ｔ＋τ）＝ｈ（ｔ）・・ｓ（τ）となる場合のみ，ｃ（ｔ）は高いピークを持つことになる。

そこで、タイミング検出部５６００．１〜５６００．３では、ｓ（τ）と一致する信号が受信されたタイミングで、ｃ（ｔ）がピークを発生するため、相関器出力のｃ（ｔ）によって、対応する周波数帯域ｘ(ｘ番目の周波数帯)において信号の受信タイミングｔ_tim,xを求めることできる。

（１−２相互相関による周波数オフセットの検出動作）
周波数オフセットΔｆが存在する場合，実施の形態１と同様にして、ｈ（ｔ）の変動が遅く、Ｔの期間で一定とみなせる（すなわちｈ（ｔ）＝ｈ（ｔ＋Ｔ））場合、受信信号の相関値ｃ（ｔ）とｃ（ｔ＋Ｔ）との複素相関結果は、下記のようになる。

相関値ｃ（ｔ）とｃ（ｔ＋Ｔ）との相関結果は，周波数オフセットに起因する位相のみを持つ。

したがって、周波数偏差検出部５７００．１〜５７００．３は、以下のようにして、相関値ｃ（ｔ）とｃ（ｔ＋Ｔ）の複素相関結果の偏角から、対応する周波数帯ｘにおける周波数オフセットΔｆxを検出できる。

（２−１自己相関を行う際のタイミング検出動作）
実施の形態１と同様にして、相関器５０００．１〜５０００．３による自己相関は、期間Tavgの範囲で、ｒ（ｔ−τ）＝ｒ（ｔ−τ＋Ｔ）とみなせる場合、以下のように表される。

したがって、期間Ｔavgの範囲ですべてのサンプルが同相加算される。

一方、ｒ（ｔ−τ）≠ｒ（ｔ−τ＋Ｔ）の場合は、同相加算されずに打消し合いが発生する。

したがって、ｒ（ｔ−τ）＝ｒ（ｔ−τ＋Ｔ）となる区間のみ、ｃ（ｔ）は高いピークを持つことになる。このため、タイミング検出部５６００．１〜５６００．３では、相関器出力のｃ（ｔ）によって、対応する周波数帯域ｘ(ｘ番目の周波数帯)において信号の受信タイミングｔ_tim,xを求めることできる。

（２−２自己相関による周波数オフセットの検出動作）
実施の形態１と同様にして、区間Ｔavgの間、ｒ（ｔ−τ）＝ｒ（ｔ−τ＋Ｔ）とみなせる信号である場合は、以下のようになり、相関値ｃ（ｔ）は、周波数オフセットに起因する位相のみを持つ。

したがって、周波数偏差検出部５７００．１〜５７００．３は、以下のようにして、相関値ｃ（ｔ）とｃ（ｔ＋Ｔ）の複素相関結果の偏角から、対応する周波数帯ｘにおける周波数オフセットΔｆxを検出できる。

（検出結果合成部５８００、検出結果合成部５９００の動作）
以上のようにして、相互相関または自己相関のいずれかにより、タイミング検出部５６００．１〜５６００．３において、各周波数帯ｘの受信タイミングｔ_tim,xが求められ、周波数偏差検出部５７００．１〜５７００．３において、対応する周波数帯ｘにおける周波数オフセットΔｆxが求められた後に、検出結果合成部５８００、検出結果合成部５９００において、受信タイミングおよび周波数オフセットが算出される。

まず、検出結果合成部５８００においては、以下のような処理がされる。

各周波数帯では，上述したようにプリアンブル信号から同期タイミングが検出される。

周波数帯毎にプリアンブル長やサンプリングレートの違いがある場合、そのままでは、タイミング情報を合成することができない。

したがって、所定の周波数帯域のプリアンブル長、サンプリングレートに合わせるように、以下のように補正をかける。

ここで、ａxはサンプリングレートを補正する係数であり、ｂxはプリアンブル構成による理論上の同期位置の差を補正する項であって、以下のように表される。

ここで、複数の周波数帯において同期して、同時にパケットが伝送されてきたときにおいて、「周波数帯ｘの理想検出タイミング位置」とは、周波数帯ｘについて理想的なサンプリングレートで同期タイミングを検出できる時間軸上の位置のことをいい、「基準とする周波数帯の理想検出タイミング位置」とは、基準とする周波数帯について理想的なサンプリングレートで同期タイミングを検出できる時間軸上の位置のことをいう。すなわち、プリンブル構造（プリアンブル長など）の相違により、同期タイミングを検出できる位置が理想的な状態でも、周波数帯ごとにずれるため、ｂxは、これを補正するための係数である。

補正後の各周波数帯における検出結果に対して、合成重みｗを乗算し，合成したものを最終のタイミング検出結果ｔ_timとする。

ただし，t_tim,xは整数であるものとして、以下のように丸め処理を施す。

次に、周波数偏差の検出に当たっては、プリアンブル長，サンプリングレートの補正を行った場合、同期タイミングｔ_timを逆補正することで、使用する帯域のプリアンブル長，サンプリングレートに合わせる。

一方、検出結果合成部５９００では、以下のような処理がされる。

逆補正された同期タイミングｔ_timを用いて、各周波数帯において，周波数オフセット量Δｆxを検出する。

各周波数帯の参照となるオシレータが同一となっている場合、局部発振器２０２０から見ると、中心周波数に対する周波数オフセット量の割合は一定であるものの、各周波数帯においては周波数オフセット量の絶対値は帯域毎に異なる。

したがって、中心周波数と周波数オフセット量の比に変換する。

このようにして、中心周波数との比に変換した周波数オフセット量を、重みｗを乗算し、合成することによって、最終的な周波数オフセット検出結果とする。

なお、ここでも、例外的に、周波数帯ｆ１における周波数オフセット検出結果をＮ倍した結果が、周波数帯ｆ２において周波数オフセット検出範囲を超える場合、ｗ１を１、ｗ２を０にして、周波数帯ｆ１における相関結果のみを用いる。このようにすることで、周波数帯ｆ２において検出範囲を超える大きな周波数オフセットが生じたとしても、周波数帯ｆ１の結果を用いることで、周波数帯ｆ２における周波数オフセットを検出することが可能となる。

この場合、局部発振器２０２０の発振周波数をｆとすると、Δｆ＝Δｆ´×ｆとすることで、局部発振器２０２０の周波数オフセットを得ることができる。

なお、検出結果合成部５８００、検出結果合成部５９００において、重み係数ｗについては、実施の形態１と同様であるものとする。

また、以上の説明では、例示として、周波数帯が２つであるものとして説明したが、周波数帯は、３以上であっても、同様である。

図１５は、実施の形態２の同期処理部２６００´の構成を説明するための機能ブロック図である。

図１５においても、例示として、周波数帯が２つの場合を説明するが、周波数帯は、３つ以上でもよい。

それぞれの周波数帯の受信信号ｒ（ｆ_１，ｔ）およびｒ（ｆ₂，ｔ）に対して、相関器５０００．１および５０００．２において相関処理がされる。ここで、相関処理は、上述のとおり、無線通信方式に応じて、相互相関または自己相関が実行される。

相関器５０００．１および５０００．２の出力に基づいて、タイミング検出部５６００．１および５６００．２において、各周波数帯ごとに一次的な同期タイミングｔ_tim,xの検出が行われる。

周波数帯毎にプリアンブル長やサンプリングレートの違いがある場合、サンプルレートプリアンブル補正部５６０２．２において、上述のとおり、ここでは、周波数帯ｆ１に合せるようにサンプルレートおよびプリアンブルの補正が実行される。

補正後の同期タイミングｔ_tim,xについて、乗算器５１１４．１および５１１４．２により重みｗ１と重みｗ２がそれぞれ乗算され、加算器５１１６でこれらが加算され、丸め処理が行われることで、最終のタイミング検出結果ｔ_timが得られる。

一方、周波数偏差検出部５７００．１および５７００．２は、最終のタイミング検出結果ｔ_timを受けて、上述のとおり、同期タイミングｔ_timを逆補正することで、使用する帯域のプリアンブル長，サンプリングレートに合わせる。

このようにして、逆補正した同期タイミングを使用することで、各周波数帯について、周波数オフセット量Δｆxを検出する。

オフセット変換部５７０２．１と５７０２．２は、それぞれ、対応する周波数帯で検出された周波数オフセットを、各周波数帯の中心周波数と周波数オフセット量の比に変換する。

オフセット変換部５７０２．１と５７０２．２の出力に、乗算器５２２２．１および５２２２．２により重みｗ１と重みｗ２がそれぞれ乗算され、加算器５２３０でこれらが加算され、最終的な周波数オフセット検出結果が生成される。

以上のような構成により、各周波数帯におけるプリアンブル信号が大きく異なっている（例えばプリアンブルの長さが違うなど）場合にも、一部の帯域に干渉が存在しても、周波数ダイバーシチ利得によってその他の帯域の信号がそれをカバーするため、同期を確立することができる。また、各帯域で伝搬損失やフェージングの影響が異なるため、一部帯域の通信品質が劣悪になったとしても、その他の帯域の信号がそれをカバーするため、同期を確立することが可能となる。

今回開示された実施の形態は、本発明を具体的に実施するための構成の例示であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、実施の形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲の文言上の範囲および均等の意味の範囲内での変更が含まれることが意図される。

１０００ 送信装置、１０１０ Ｓ／Ｐ変換部、１０２０．１〜１０２０．３ 無線フレーム生成部、１０３０ 局部発振器、１０４０．１〜１０４０．３ ＲＦ部、１０５０．１〜１０５０．３ アンテナ、１０６０ チャネル利用状況観測部、１０７０ チャネル利用状況予測部、１０８０ アクセス制御部、２０００ 受信装置、２０１０．１〜２０１０．３ アンテナ、２０２０ 局部発振器、２１００．１〜２１００．３ 受信部、２４００．１〜２４００．３ ＲＦ部、２５００．１〜２５００．３ ベースバンド処理部、２７００ Ｐ／Ｓ変換部、２６００，２６００´ 同期処理部、２８００ デジタル信号処理部、５０００．１〜５０００．３ 相関器、５１００ 相関プロファイル合成部、５３００，５６００．１〜５６００．３ タイミング検出部、５５００ 周波数偏差検出部、５７００．１〜５７００．３ 周波数偏差検出部、５８００，５９００ 検出結果合成部。

Claims (9)

1. 互いに分離した複数の周波数帯にそれぞれ対応して、送信データを複数の部分データに分割し、各前記部分データを前記複数の周波数帯ごとのパケットとして同期して同一のタイミングで送信した信号を受信するための無線通信装置であって、
   各前記周波数帯ごとに設けられ、対応する周波数帯の信号を受信して復調しデジタル信号に変換するための複数の高周波信号処理部と、
   前記複数の高周波信号処理部に共通に設けられ、参照周波数信号を生成する局部発振器とを備え、
   各前記高周波信号処理部は、前記参照周波数信号に基づいて対応する周波数帯に応じて生成されるクロック信号により、前記複数の周波数帯ごとのパケットに対して、並行して周波数変換および復調処理を実行するための復調処理部を含み、
   前記複数の高周波信号処理部の各々からのデジタル信号に対して、ベースバンド処理を実行して前記部分データを統合するためのデジタル信号処理部と、
   前記複数の高周波信号処理部の各々からのデジタル信号に基づいて、前記パケットに含まれるプリアンブル信号を用いて同期処理を実行するための同期処理部とをさらに備え、
   前記同期処理部は、前記複数の周波数帯に対応してそれぞれ設けられ、対応する前記高周波信号処理部からの信号に対して相関処理を実行するための複数の相関器を含み、
   前記同期処理部は、前記複数の相関器からの相関結果に対する合成処理に基づいて、前記局部発振器の発振周波数を制御するための周波数オフセットの検出と前記デジタル信号処理部の処理のための同期タイミングの検出とを行う、無線通信装置。
2. 前記同期処理部は、
   前記複数の相関器により得られた複数の相関プロファイルを合成するための相関プロファイル合成部と、
   合成後の相関プロファイルから前記周波数オフセットおよび同期タイミングを検出するための検出部を含む、請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記相関器は、受信信号の相互相関を算出し、
   前記相関プロファイル合成部は、
   各前記相関器の出力から相関値の絶対量を生成し、複数の前記相関器からの前記相関値の絶対量を重み付け処理するタイミングプロファイル合成部と、
   前記複数の周波数帯ごとに、前記相関器の出力の所定時間の遅延された信号の複素共役と前記相関器の出力と乗算結果を複素相関として生成する共役複素演算器と、
   前記複素相関の位相成分を所定の周波数帯の位相成分にそろえる処理を行う位相演算器と、
   位相をそろえた前記複素相関を重み付け処理する周波数偏差プロファイル合成部とを含む、請求項２記載の無線通信装置。
4. 前記相関器は、受信信号の自己相関を算出し、
   前記相関プロファイル合成部は、
   各前記相関器の出力を重み付け処理するタイミングプロファイル合成部と、
   前記相関器の出力の位相成分を所定の周波数帯の位相成分にそろえる処理を行う位相演算器と、
   位相をそろえた前記複素相関を重み付け処理する周波数偏差プロファイル合成部とを含む、請求項２記載の無線通信装置。
5. 前記タイミングプロファイル合成部および前記周波数偏差プロファイル合成部における重み付け処理の重み係数は、総受信電力に対する各周波数帯における受信電力の比に基づいて決定される、請求項３または４記載の無線通信装置。
6. 前記タイミングプロファイル合成部および前記周波数偏差プロファイル合成部における重み付け処理の重み係数は、総受信ＳＩＮＲに対する各周波数帯における受信ＳＩＮＲの比に基づいて決定される、請求項３または４記載の無線通信装置。
7. 前記タイミングプロファイル合成部および前記周波数偏差プロファイル合成部における重み付け処理の重み係数は、全周波数帯域についての前記相関値の平均に対する各周波数帯域におけるピーク相関値の比に基づいて決定される、請求項３または４記載の無線通信装置。
8. 前記同期処理部は、前記複数の相関器により得られた複数の相関プロファイルより、前記周波数帯ごとに、周波数帯同期タイミングおよび周波数帯オフセットを検出し、検出された前記周波数帯同期タイミングおよび前記周波数帯オフセットを合成して、前記周波数オフセットおよび前記同期タイミングを検出する検出結果合成部を含む、請求項１記載の無線通信装置。
9. 互いに分離した複数の周波数帯にそれぞれ対応して、送信データを複数の部分データに分割し、各前記部分データを前記複数の周波数帯ごとのパケットとして同期して同一のタイミングで送信した信号を受信するための無線通信方法であって、
   前記複数の周波数帯に共通に、参照周波数信号を局部発信信号として生成するステップと、
   各前記周波数帯ごとに、前記参照周波数信号に基づいて、前記周波数帯に応じて生成されるクロック信号により、前記複数の周波数帯ごとのパケットに対して、並行して周波数変換および復調処理を実行することで、受信した信号を復調しデジタル信号に変換するステップと、
   前記復調されたデジタル信号に対して、ベースバンド処理を実行して前記部分データを統合するステップと、
   前記複数の周波数帯についてのデジタル信号に基づいて、前記パケットに含まれるプリアンブル信号を用いて同期処理を実行するステップとを備え、
   前記同期処理を実行するステップは、前記複数の周波数帯のそれぞれにおいて、前記復調されたデジタル信号に対して相関処理を実行するステップを含み、
   前記複数の周波数帯の相関結果に対する合成処理に基づいて、前記局部発振信号の発振周波数を制御するための周波数オフセットの検出と前記ベースバンド処理のための同期タイミングの検出とを行うステップをさらに備える、無線通信方法。