無線通信装置
【課題】確実にチャープレーダを検出することのできる無線通信装置を提供する。
【解決手段】無線通信装置は、無線信号を受信して受信信号を生成する受信部と、受信信号の位相を計算する位相計算器３１と、計算された位相の時間変化から受信信号の周波数を検出すると共に、検出された周波数の時間変化を算出する周波数時間変化計算部３２と、算出された周波数の時間変化から受信信号がチャープレーダ信号であるかどうかを判定するチャープレーダ判定部３３とを備える。
【解決手段】無線通信装置は、無線信号を受信して受信信号を生成する受信部と、受信信号の位相を計算する位相計算器３１と、計算された位相の時間変化から受信信号の周波数を検出すると共に、検出された周波数の時間変化を算出する周波数時間変化計算部３２と、算出された周波数の時間変化から受信信号がチャープレーダ信号であるかどうかを判定するチャープレーダ判定部３３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置に関し、特に使用周波数帯域をレーダシステムと共有している無線通信システムに用いられる無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
５ＧＨｚ帯を使用した無線ＬＡＮ通信規格ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｎは、その使用周波数帯域を気象レーダ、地形レーダ等のレーダシステムと共有している。そのため、無線通信システムの送受信機は、レーダ電波の到来を監視し、レーダ電波を検出した場合には、そのレーダ電波の周波数帯域を一定時間使用しないことが要求される。５ＧＨｚ帯で使用されているレーダ電波は、パルスレーダとチャープレーダに分けられる。パルスレーダは通常、無線通信フレームよりも時間的に短いため、到来した電波の電力を時間的に監視していればパルスレーダ電波と判定できる。しかし、チャープレーダは無線通信フレームと時間的に同程度の長さであるため、到来した電波の電力のみを監視していてもレーダ電波と特定できず、波形を解析する必要がある。
【０００３】
従来は、到来した電波をＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｎパケット用の復調機に入力し、フレーム先頭部が復調できなかった場合にチャープレーダとみなしていた。あるいは、既知の他の無線通信システム（ＨｉｐｅｒＬＡＮ等）の波形が分かっているときは、受信電波波形とその既知波形との相関値を求めて、他の無線通信システムの電波ではないことを確認してからチャープレーダとみなしていた。しかし、このような消去法的な検出方法では、伝送路歪みにより無線通信システムのフレームが大幅に劣化したような信号を受信した場合や、自分にとっては未知である新しい無線通信規格のフレーム（例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ無線機にとってのＩＥＥＥ８０２．１１ｎ ＧｒｅｅｎＦｉｅｌｄパケット）を受信した場合等に、チャープレーダと誤認識してしまう可能性がある。このような誤認識の無い検出を実行するためには、チャープレーダの特徴である周波数時間変化を検出する必要がある。
【０００４】
特許文献１は、レーダ波形のゼロクロス回数を一定期間カウントすることにより周波数を推定し、連続した３つの期間でそれぞれ周波数を推定した後に周波数変化が線形であることを確認してチャープレーダを判定するシステムを開示している。しかし、特許文献１に記載のシステムでは、推定結果のうち１つでも誤差の大きい推定結果となった際に間違った判定を下すおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６６６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、確実にチャープレーダを検出することのできる無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る無線通信装置は、無線信号を受信して受信信号を生成する受信部と、前記受信信号の位相を計算する位相計算器と、前記計算された位相の時間変化から前記受信信号の周波数を検出すると共に、前記検出された周波数の時間変化を算出する周波数時間変化計算部と、前記算出された周波数の時間変化から前記受信信号がチャープレーダ信号であるかどうかを判定するチャープレーダ判定部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、確実にチャープレーダを検出することのできる無線通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】チャープレーダの波形、時間と電力との関係、及び時間と周波数との関係を表す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態に係る無線通信装置のチャープレーダ検出回路の構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施の形態に係る無線通信装置のチャープレーダ検出回路の構成を示すブロック図である。
【図５】第１の実施の形態に係る無線通信装置のチャープレーダ検出回路の動作を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施の形態に係る無線通信装置のチャープレーダ判定部の構成を示すブロック図である。
【図７】第２の実施の形態に係る無線通信装置がチャープレーダを受信した時の周波数時間変化のヒストグラムである。
【図８】第２の実施の形態に係る無線通信装置が単一周波数波形の電波を受信した時の周波数時間変化のヒストグラムである。
【図９】第２の実施の形態に係る無線通信装置がノイズ又はＯＦＤＭフレームを受信した時の周波数時間変化のヒストグラムである。
【図１０】無線通信装置のチャープレーダ検出回路の他の構成例を示すブロック図である。
【図１１】無線通信装置のチャープレーダ検出回路の他の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施の形態における図面の記載では、同一の構成を有する箇所には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
本実施の形態に係る無線通信装置についての説明に先立ち、まず無線通信装置が検出するチャープレーダについて説明する。図１はチャープレーダを説明するための図である。図１の上部には、チャープレーダ波形が示されている。また、図１には、このチャープレーダ波形と対応して、チャープレーダの電力の時間変化グラフと、周波数の時間変化グラフとが示されている。
【００１２】
図１に示すように、周波数が常に時間変化している波形をチャープ波形という。チャープレーダの電力が存在している時間の長さを時間幅Ｔという。また、波形開始時の周波数と波形終了時の周波数の差をチャープ幅Ｆｃといい、周波数の単位で表される。チャープ波形のうち、周波数が時間とともに線形に変化するものを線形チャープという。通常、チャープレーダは線形チャープである。チャープレーダの波形は、数式では以下の数１のように表される。
【数１】
【００１３】
ここで、Ａ０はチャープ波形の振幅であり、Ｆｃはチャープ幅であり、Ｔは時間幅であり、ｆ０は中心周波数である。また、ｔは時間である。この波形の位相φ［ｒａｄ］、及び周波数ｆ［ＭＨｚ］は、それぞれ時間ｔ［μｓ］の変数であり、以下の数２のように表される。
【数２】
【００１４】
またチャープ波形の周波数の時間変化は、以下の数３のように表される。
【数３】
【００１５】
この値は、時間ｔに依らない一定値である。すなわち、チャープレーダの周波数は、時間とともに線形に変化している。本実施の形態に係る無線通信装置は、このような波形のチャープレーダを検出する。
【００１６】
［第１の実施の形態に係る無線通信装置の構成］
以下、本発明の第１の実施の形態に係る無線通信装置の構成について、図２を参照して説明する。図２は、本実施の形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。図２は、無線通信装置の受信部の構成を示している。
【００１７】
無線通信装置の受信部は、アンテナ２０、高周波回路２１、アナログ・デジタル変換器２２、復調部２３、チャープレーダ検出回路２４、及び周波数帯域選択部２５を備える。
【００１８】
アンテナ２０から受信された電波は、高周波回路２１で無線周波数からベースバンド周波数にダウンコンバートされる。その後、受信電波は、アナログ・デジタル変換器２２でデジタル信号に変換され、復調部２３で復調される。
【００１９】
本実施の形態に係るチャープレーダ検出回路２４は、アナログ・デジタル変換器２２の出力信号を受けて動作する。ここで、本実施形態の無線通信装置は、デジタル直交検波を行うものとする。すなわち、高周波回路２１は、受信電波から無線周波数の余弦波成分、及びこの余弦波成分と９０度位相のずれた正弦波成分を取り出し、アナログ・デジタル変換器２２に出力する。この余弦波成分を同相成分（Ｉｃｈ：Ｉｎ−Ｐｈａｓｅ Ｃｈａｎｎｅｌ）、正弦波成分を直交成分（Ｑｃｈ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｃｈａｎｎｅｌ）と呼ぶ。アナログ・デジタル変換器２２は受け取った同相成分Ｉｃｈ及び直交成分Ｑｃｈをそれぞれ別々にデジタル値に変換する。通常のデジタル直交検波では、デジタルサンプリングした無線波形を、同相成分Ｉｃｈを実部、直交成分Ｑｃｈを虚部とする複素数の列として扱う。復調部２３及びチャープレーダ検出回路２４には、このデジタル複素数列が入力される。
【００２０】
チャープレーダ検出回路２４では、受信電波の波形がチャープ波形か否かの判定を行う。チャープレーダ検出回路２４におけるチャープ波形か否かの判定動作については、後に詳述する。チャープレーダ検出回路２４は、受信電波がチャープレーダであることを検出した場合、周波数帯域選択部２５にチャープレーダ検出信号を出力する。
【００２１】
周波数帯域選択部２５は、チャープレーダ検出回路２４からチャープレーダ検出信号を受け取ると、その周波数帯域をレーダシステムに明け渡すよう、高周波回路２１を制御する。また、周波数帯域選択部２５は、別の周波数帯域へと移動して無線通信を実行するよう高周波回路２１を制御する。具体的には、現在使用している帯域以外の周波数帯域を選択し、高周波回路２１に対し新しい周波数帯域で無線通信を実行するよう信号を送る。
【００２２】
［チャープレーダ検出回路２４の構成］
次に、本実施の形態に係る無線通信装置のチャープレーダ検出回路２４について、図３を参照して説明する。図３は、チャープレーダ検出回路２４の構成を示すブロック図である。このチャープレーダ検出回路２４において、受信電波の波形がチャープ波形かどうかの判定が行われる。
【００２３】
チャープレーダ検出回路２４は、受信電波の位相を計算する位相計算器３１、受信電波の周波数時間変化を計算する周波数時間変化計算部３２、及び受信電波がチャープレーダか否かを判定するチャープレーダ判定部３３を備える。
【００２４】
アナログ・デジタル変換器２２から送られたデジタル複素数列は、チャープレーダ検出回路２４の位相計算器３１に入力される。位相計算器３１は、このデジタル複素数列に基づいて受信電波の位相を求め、その結果を周波数時間変化計算部３２へと送る。周波数時間変化計算部３２は、位相計算器３１で求められた位相に基づいて、受信電波の周波数の時間変化を求める。チャープレーダ判定部３３は、周波数時間変化計算部３２の演算結果を複数回受けて、最終的に受信電波がチャープレーダであるかどうかを判定する。チャープレーダ判定部３３により、受信した電波がチャープレーダであると判定された場合、チャープレーダ検出信号出力端子３４から、チャープレーダ検出信号が出力される。
【００２５】
［チャープレーダ検出回路２４の動作］
以下、チャープレーダ検出回路２４内の位相計算器３１、周波数時間変化計算部３２、チャープレーダ判定部３３の動作について、図４を参照して説明する。図４は、チャープレーダ検出回路２４の内部の構成を示すブロック図である。
【００２６】
位相計算器３１は、入力されたデジタル複素数列からその位相を求める演算器である。複素数から位相を求める方法については、一般的に知られた方法であるため、その詳細な説明は省略する。一例としては、同相成分Ｉｃｈと直交成分Ｑｃｈの絶対値の比を算出する。そして、その値から逆正接表を参照し、且つ同相成分Ｉｃｈと直交成分Ｑｃｈの符号情報も加えて、０ｒａｄ以上２πｒａｄ未満の位相にマッピングする算出方法が挙げられる。ただし、この算出方法はあくまでも一例であって、これに限定されるものではない。
【００２７】
次に、周波数時間変化計算部３２の動作について説明する。図４には、周波数時間変化計算部３２の内部の構成が示されている。周波数時間変化計算部３２は、複数のディレイフリップフロップ４１ａ〜４１ｃ、及び複数の減算器４２ａ〜４２ｃを備える。
【００２８】
位相計算器３１からディレイフリップフロップ４１ａに入力されたデータは、所定のクロックサイクル後にディレイフリップフロップ４１ａから出力されて、ディレイフリップフロップ４１ｂ及び減算器４２ａに入力される。また、ディレイフリップフロップ４１ｂに入力されたデータは、所定のクロックサイクル後にディレイフリップフロップ４１ｂから出力されて、ディレイフリップフロップ４１ｃ及び減算器４２ｂに入力される。そして、ディレイフリップフロップ４１ｃに入力されたデータは、所定のクロックサイクル後に減算器４２ｂに入力される。
【００２９】
減算器４２ａ及び４２ｂは、位相から周波数を算出するための減算器である。減算器４２ａは、位相計算器３１より出力された位相から、ディレイフリップフロップ４１ａより出力された位相を減算する。この値は、ディレイフリップフロップ４１ａの遅延時間の間に変化した位相量であり、周波数に比例する値となる。同様に、減算器４２ｂは、ディレイフリップフロップ４１ｂより出力された位相から、ディレイフリップフロップ４１ｃより出力された位相を減算する。この値は、ディレイフリップフロップ４１ｃの遅延時間の間に変化した位相量であり、周波数に比例する値である。
【００３０】
例えば、位相計算器３１から出力された位相が０ｒａｄ、ディレイフリップフロップ４１ａから出力された位相がπ／１６ｒａｄ、ディレイフリップフロップ４１ｂから出力された位相がπ／８ｒａｄ、ディレイフリップフロップ４１ｃから出力された位相がπ／４ｒａｄであるとする。また、ディレイフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの遅延時間がそれぞれ１μｓであるとする。この場合、減算器４２ａからは−π／１６ｒａｄという減算結果が出力される。この減算結果は、１μｓが経過する間に位相が−π／１６ｒａｄ進んだことを表しており、−３１．２５ｋＨｚの周波数に相当する。また、減算器４２ｂからは−π／８ｒａｄという減算結果が出力される。これは同様に−６２．５ｋＨｚの周波数に相当する。
【００３１】
減算器４２ｃは、周波数に比例する位相量から周波数の時間変化を算出するための減算器である。ディレイフリップフロップ４１ａと４１ｃの遅延時間が等しい場合、減算器４２ａ及び４２ｂで得られる位相量は、同一の遅延時間を単位時間としたものとなる。減算器４２ｃは、減算器４２ａより出力された周波数に比例する位相量から、減算器４２ｂより出力された周波数に比例する位相量を減算する。これにより、ディレイフリップフロップ４１ａ及び４１ｂの遅延時間を足した時間（これはディレイフリップフロップ４１ｂ及び４１ｃの遅延時間を足した時間に等しい）に変化した周波数の量を算出する。
【００３２】
上に例示した位相及び遅延時間の値を用いると、減算器４２ｃは、−π／１６−（−π／８）よりπ／１６ｒａｄという減算結果を出力する。これは２μｓが経過する間に、周波数が３１．２５ｋＨｚ変化したことを表す。その結果、周波数の時間変化は、１５．６２５ｋＨｚ／μｓとなる。周波数時間変化計算部３２では、このようにして位相計算器３１により算出した位相から周波数の時間変化を算出する。
【００３３】
ここで注意すべきことは、位相計算器３１から出力される位相は、０ｒａｄと２πｒａｄが折りたたまれた形式であり、区別がつかないことである。例えば、受信したレーダ電波の周波数時間変化が０Ｈｚ／μｓの場合、周波数時間変化計算部３２は０ｒａｄという計算結果を出力する。また、レーダ電波の周波数時間変化が５００ｋＨｚ／μｓの場合も、周波数時間変化計算部３２は２πｒａｄ＝０ｒａｄという計算結果を出力する。よって、周波数時間変化計算部３２の計算結果を受け取るチャープレーダ判定部３３においては、レーダ波形に周波数時間変化が無い場合と、周波数時間変化が５００ｋＨｚ／μｓである場合とを区別することができない。
【００３４】
これによるチャープレーダの検出失敗を避けるため、本実施の形態のチャープレーダ検出回路２４においては、無線通信に使用する周波数帯域で使用されるチャープレーダの周波数時間変化の値が存在する範囲をあらかじめ調べる。そして、この範囲が０Ｈｚ／μｓと重ならないようにディレイフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの遅延時間を調整する。例えば、無線ＬＡＮ規格ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｎが日本で使用する周波数帯域の一つであるＷ５６（５．４７ＧＨｚ〜５．７２５ＧＨｚ）は、チャープレーダと共有される周波数帯域である。この周波数帯域で使用されるチャープレーダは、時間幅が５０〜１００μｓ、チャープ幅が５〜２０ＭＨｚとなっている。よって周波数時間変化は５０〜４００ｋＨｚ／μｓの範囲に存在している。ここで、ディレイフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの遅延時間を、例えばそれぞれ１μｓと設定すると、周波数時間変化が０Ｈｚ／μｓと重なる値は５００ｋＨｚ／μｓとなる。ディレイフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの遅延時間をこのように設定することにより、チャープレーダの周波数時間変化が０Ｈｚ／μｓとみなされることがなくなる。
【００３５】
このディレイフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの遅延時間に求められる条件を、具体的に式で表すと以下のようになる。あるチャープレーダの周波数時間変化をＤ［ＭＨｚ／μｓ］とする。周波数時間変化の値は、チャープ幅Ｆｃ［ＭＨｚ］を時間幅Ｔ［μｓ］で割ることで求められる（数３におけるＦｃ／Ｔ）。ここで、ディレイフリップフロップ４１ａ及び４１ｃの遅延時間は同一になるように設計するものとする。このディレイフリップフロップ４１ａ及び４１ｃの遅延時間をＴａ［μｓ］とする。また、ディレイフリップフロップ４１ｂの遅延時間をＴｂ［μｓ］とする。周波数時間変化は、ノイズがない理想状態においては数２から算出することができる。この算出結果は、以下の数４のようになる。
【数４】
【００３６】
ここで、時刻ｔｓ［μｓ］はサンプリングタイミングに関係したパラメータであるが、周波数時間変化の算出結果には現れない。所定の周波数帯域で使用されるチャープレーダにおいて、最も小さい周波数時間変化の値をＤｍｉｎ［ＭＨｚ／μｓ］、最も大きい周波数時間変化の値をＤｍａｘ［ＭＨｚ／μｓ］とする。周波数時間変化が全てのチャープ波形において０［ｒａｄ］をまたがないためには、周波数時間変化ＤｍｉｎとＤｍａｘは、以下の数５を満たす必要がある。
【数５】
【００３７】
実際に使用する無線通信装置においては、ノイズや伝送路の影響で測定にある程度のばらつきがでることから、上記数５は、所定のマージンをとって満たす必要がある。
【００３８】
また、ディレイフリップフロップの遅延時間を決定する別の要素としては、無線環境のマルチパスの遅延スプレッドが挙げられる。レーダシステムから放射されたレーダ電波は反射や回折を繰り返して無線通信装置の受信アンテナに到達する。受信アンテナに到達するまでのパスは複数本あり、それぞれ到達時刻が違う。この時刻のばらつきを表す度合いが遅延スプレッドである。
【００３９】
マルチパスがあるとき、無線伝送路環境は周波数に依存した特性で表される。すなわち、送信側から放射された電波が、受信側アンテナに振幅Ａ倍、位相θの回転が加わって到達するとした場合、Ａとθはそれぞれその電波の周波数ｆに依存する値として表される。この振幅と位相の周波数変化の度合いは遅延スプレッドによって決まり、遅延スプレッドをσ［μｓ］と置くと、１／σ［ＭＨｚ］より小さい周波数範囲ではＡとθの値はほぼ一定と見なせる。本実施の形態に係る周波数時間変化計算部３２における演算では、伝送路特性の位相部θは一定である必要がある。そのため、周波数時間変化Ｄ［ＭＨｚ／μｓ］のチャープレーダの周波数が１／σ［ＭＨｚ］だけ変化する時間内に、１回の周波数測定を終わらせることが望ましい。すなわち、遅延時間Ｔａには以下の数６の条件がつくことになる。
【数６】
【００４０】
遅延時間Ｔａ、Ｔｂが１／（σＤｍａｘ）より大きくなると、ノイズと同様、周波数時間変化の算出結果を劣化させる要因となる。周波数時間変化計算部３２は、ディレイフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの遅延時間をこのように設定して、受信電波の周波数時間変化を計算する。
【００４１】
次に、チャープレーダ判定部３３の動作について説明する。チャープレーダ判定部３３は、周波数時間変化計算部３２の算出結果を受けて、受信電波の波形がチャープ波形か否かを判定する。
【００４２】
ここで、チャープ波形を受信したときは、周波数時間変化計算部３２が出力する値は、０［ｒａｄ］以外のある一定値を取り続けるが、ノイズやＯＦＤＭ（直交周波数分割多重方式）のパケットを受信したときは０〜２πｒａｄの間の値をランダムでとる。このため、周波数時間変化の値を１つ受け取っただけでは受信電波の波形がチャープか否かが判定できない。チャープレーダ判定部３３は、周波数時間変化計算部３２の算出結果を複数回受けて判定をすることになる。
【００４３】
また、波形が単一周波数によるもの、たとえばパルスレーダであれば、周波数時間変化計算部３２が出力する値は、常に０［ｒａｄ］近傍の値を取り続ける。チャープレーダ判定部３３には、複数回の周波数時間変化算出結果から、ノイズやＯＦＤＭパケット、パルスレーダとチャープ波形とを見分けることが求められる。
【００４４】
チャープレーダ判定部３３による判定方法として、図５のフローチャートに示すような方法が考えられる。まず、周波数時間変化計算部３２が出力する値を２つ受けて（ステップＳ１）、２つの値の絶対値がそれぞれ第１の所定値以上であることを検出する（ステップＳ２）。これにより、周波数時間変化が０ではないこと、すなわちパルスレーダではないことを確かめる。この後、２つの値の差が第２の所定値より小さいことを検出する（ステップＳ３）。これにより、周波数が一定の時間変化をするチャープ波形であることを確かめる。
【００４５】
チャープレーダ判定部３３がチャープレーダと判定した場合、図３に示すチャープ信号出力端子３４からチャープレーダ検出信号が出力される（ステップＳ４）。このチャープレーダ検出信号は、図２に示す周波数帯域選択部２５に送られる。周波数帯域選択部２５は、チャープレーダ検出信号を受信すると、周波数帯域の中の他のチャネルに切り替えて無線通信を行うための動作を開始する。周波数帯域選択部２５の動作の具体例としては、通信相手の無線通信装置に対し、チャープレーダを検出したためチャネル移動をする旨の連絡や、高周波回路２１へのチャネル切り替え制御、あるいはチャープレーダを検出したチャネルの使用禁止時間を測定するためのタイマ動作が挙げられる。
【００４６】
［第１の実施の形態に係る無線通信装置の効果］
従来の無線通信装置においては、到来した電波が既知の無線通信システムのものでないことを確認することにより、チャープレーダ判定を行っていた。しかし、従来の方法では、その無線通信装置が製造された後に定められた新しい規格の無線パケットをチャープレーダと誤って検出してしまう。また、既知の無線通信システムのパケットであっても、伝送路歪みやノイズ等の影響により大幅に品質が劣化した状態では無線パケットとみなされず、チャープレーダと誤って検出されてしまうという問題があった。
【００４７】
これに対し、本実施の形態に係る無線通信装置によれば、到来した電波の位相を計算するとともに、この位相から周波数の時間変化を算出することができる。チャープ波形の特徴は、周波数の時間変化が常に０以外の一定値を取ることである。この特徴は無線通信パケットにはなく、また伝送路歪みやノイズの影響によって無線通信のパケットの品質が劣化した場合にもこのような特徴は発生しない。周波数の時間変化を算出してチャープレーダの到来を検出することにより、従来の無線通信装置における未知の無線パケットや品質の劣化した無線パケットによるチャープレーダの誤検出を防ぐことができる。このように、本実施の形態に係る無線通信装置は、確実にチャープレーダ波形を検出することができる。
【００４８】
また、本実施の形態のチャープレーダ判定部３３は、周波数時間変化の算出結果を２回受け、その算出結果の値の絶対値がそれぞれ所定値以上であること、また２つの値の差が所定値より小さいことによりチャープ波形を判定している。この判定方法によれば、チャープレーダ判定部３３の回路構成を簡単にすることができ、回路面積や消費電力が小さくて済む。
【００４９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る無線通信装置の構成について説明する。第１の実施の形態ではチャープレーダ判定部３３は、周波数時間変化の算出結果を２回受け、その算出結果の値の絶対値がそれぞれ所定値以上であること、また２つの値の差が所定値より小さいことによりチャープ波形を判定していた。本実施の形態に係る無線通信装置は、このチャープレーダ判定部３３における判定動作が第１の実施の形態と異なる。
【００５０】
［第２の実施の形態に係る無線通信装置の構成及び動作］
図６は、本実施の形態に係るチャープレーダ判定部３３の内部の構成を示すブロック図である。チャープレーダ判定部３３は、領域判定部５１、カウンタ５２ａ〜５２ｐ、セレクタ５３、比較器５４を備える。
【００５１】
領域判定部５１及びカウンタ５２ａ〜５２ｐは、周波数時間変化計算部３２の算出結果からヒストグラムを作成するために用いられる。周波数時間変化計算部３２による算出結果は、０ｒａｄ以上２πｒａｄ未満の位相の形で出力される。領域判定部５１は、０ｒａｄ〜２πｒａｄの位相の範囲を複数の領域、例えば１６個の領域に等分割して、周波数時間変化計算部３２の算出結果がいずれの領域に含まれるかを判定する。領域判定部５１は、複数のカウンタ５２に対し、それぞれカウントアップ信号の出力線を持つ。
【００５２】
カウンタ５２ａ〜５２ｐは各領域に対応して、領域の数と同数（本実施の形態においては１６個）存在する。領域判定部５１は、周波数時間変化計算部３２の算出結果が含まれる領域を判定し、その領域に対応するカウンタ５２に出力信号線を介してカウントアップ信号を送る。その結果、周波数時間変化計算部３２の算出結果が含まれる領域に対応するカウンタ５２がカウントアップされる。所定のタイミングでカウンタ５２ａ〜５２ｎを一斉にゼロにリセットした後、複数回の周波数時間変化の算出結果を受けることで、周波数時間変化のヒストグラムを取得することができる。
【００５３】
以下、図７乃至図９を参照して、領域判定部５１及びカウンタ５２ａ〜５２ｐにより得られるヒストグラムについて説明する。
【００５４】
図７は、無線通信装置がチャープレーダを受信した時の周波数時間変化のヒストグラムである。ここで、チャープレーダ波形のチャープ幅をＦｃ、時間幅をＴとする。ノイズの無い理想的な環境においては、ヒストグラムは、図７に示すようにチャープ波形の周波数時間変化Ｆｃ／Ｔに対応した部分にピークを持つ。周波数時間変化Ｆｃ／Ｔに対応した位相の値は、具体的には２πΔＴ１ΔＴ２Ｆｃ／Ｔ［ｒａｄ］で表される。ΔＴ１はディレイフリップフロップ４１ａ及び４１ｃの遅延時間であり、ΔＴ２はディレイフリップフロップ４１ａと４１ｂの遅延時間の和である。実際には、このピークはノイズ等の影響によって多少の幅を持つことになる。
【００５５】
図８は、無線通信装置がパルスレーダなどの単一周波数波形の電波を受信した時の周波数時間変化のヒストグラムである。パルスレーダなどの単一周波数波形の電波は、周波数の時間変化が無いため、図８に示すように、ヒストグラムの度数が０及び２πの近傍に集まる。
【００５６】
また、図９は、無線通信装置がノイズ又はＯＦＤＭフレームを受信した時の周波数時間変化のヒストグラムである。図９に示すように、ノイズ波形又はＯＦＤＭフレームにおいては、周波数時間変化の算出結果はどの領域にもほぼ等確率で現れる。そのため、ヒストグラムの度数は全領域がほぼ同一の度数を持った平たい分布となる。
【００５７】
チャープレーダであるか否かを判定するためには、所定回数の周波数時間変化の算出結果を受けてヒストグラムを取得した後、０ｒａｄ又は２πｒａｄの近傍ではない領域に大きなピークを持っているか否かを調べればよい。具体的には図７〜図９に示したように、所定の値の閾値を設け、０ｒａｄ又は２πｒａｄに近接しない領域の度数が、この閾値を超えた場合にチャープ波形と見なせばよい。閾値の設定は、チャープではない波形のヒストグラムでは到底到達できないが、図７に示すようにチャープ波形ならば容易に到達できる程度の値に設定すればよい。
【００５８】
セレクタ５３及び比較器５４は、得られた周波数時間変化のヒストグラムにおいて、周波数時間変化の度数が閾値を超えているか否かの判定を行う。所定回数の周波数時間変化の算出結果を受けて、領域判定部５１及びカウンタ５２ａ〜５２ｐによりヒストグラムが得られる。この後、セレクタ５３は各カウンタ５２ａ〜５２ｐのうち、対応する領域が０ｒａｄ又は２πｒａｄに近接しないカウンタ５２の値を順に出力する。比較器５４はセレクタ５３の出力結果を受けて、カウンタ５２がカウントアップした度数と、所定の閾値とを比較する。セレクタ５３からの出力が閾値を超えている場合は、チャープ波形と判断して、チャープレーダ検出信号をチャープレーダ検出信号出力端子３４から出力する。セレクタ５３からの出力が閾値以下である場合は、チャープ波形ではないと判断してチャープレーダ検出信号を出力しない。本実施の形態に係る無線通信装置は、このようにしてチャープレーダ判定部３３における判定動作を実行する。
【００５９】
［第２の実施の形態に係る無線通信装置の効果］
第１の実施の形態に係る無線通信装置は、周波数時間変化の算出結果を２回受け、その算出結果の値の絶対値がそれぞれ所定値以上であること、また２つの値の差が所定値より小さいことによりチャープ波形を判定していた。ここで、ノイズ波形やＯＦＤＭフレームを受信した場合でも、一定の確率で、２回連続で似たような周波数時間変化結果を出力しうる。そのため、ノイズ波形やＯＦＤＭフレームを誤ってチャープレーダと検出するおそれがある。
【００６０】
これに対し、本実施の形態に係る無線通信装置では、周波数時間変化計算部３２から出力された複数回の算出結果を用いてヒストグラムを作成する。このヒストグラムに基づいて、チャープレーダか否かの判定を実行する。これにより、より強いノイズ環境下においても正確にチャープレーダ判定を行うことができる。本実施の形態に係る無線通信装置によれば、第１の実施の形態の無線通信装置よりもさらに確実に、チャープレーダ波形を検出することができる。
【００６１】
［その他］
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加、組み合わせ等が可能である。例えば、周波数時間変化計算部３２の構成及び動作は、図４に示されるものには限られず、同様に受信電波の周波数時間変化を計算できるものであればよい。
【００６２】
周波数時間変化計算部３２の他の構成例として、例えば、図１０に示す構成とすることができる。この場合、減算器４２ａは、位相計算器３１より出力された位相から、ディレイフリップフロップ４１ｂより出力された位相を減算する。また、減算器４２ｂは、ディレイフリップフロップ４１ａより出力された位相から、ディレイフリップフロップ４１ｃより出力された位相を減算する。そして、減算器４２ｃは、減算器４２ａより出力された周波数に比例する位相量から、減算器４２ｂより出力された周波数に比例する位相量を減算する。この動作は、周波数時間変化の算出式を考えると、図４に示す第１の実施の形態の周波数時間変化計算部３２の計算方法と数学的に等価である。
【００６３】
また、周波数時間変化計算部３２のさらに他の構成例として、図１１に示すように、ディレイフリップフロップを４１ａ、４１ｂの２つのみにする構成が考えられる。ディレイフリップフロップ４１ａより出力された位相は、例えば乗算器等により２倍の値にされて減算器４２に入力される。加算器４３は、位相計算器３１より出力された位相と、ディレイフリップフロップ４１ｂより出力された位相を加算する。減算器４２は、加算器４３より出力された位相量から、ディレイフリップフロップ４１ａより出力された位相の２倍の値を減算する。この構成によっても、受信電波の周波数時間変化を計算することができる。この場合、ディレイフリップフロップ１つと減算器１つが不要となり、回路を縮小することができる。しかし、ディレイフリップフロップ４１ａの出力を２倍しているためノイズの乗った波形では雑音強調されてしまうというデメリットも生じる。
【符号の説明】
【００６４】
２０・・・アンテナ、 ２１・・・高周波回路、 ２２・・・アナログ・デジタル変換器、 ２３・・・復調部、 ２４・・・チャープレーダ検出回路、 ２５・・・周波数帯域選択部、 ３１・・・位相計算器、 ３２・・・周波数時間変化計算部、 ３３・・・チャープレーダ判定部、 ３４・・・チャープレーダ検出信号出力端子、 ４１ａ〜４１ｃ・・・ディレイフリップフロップ、 ４２ａ〜４２ｃ・・・減算器、 ５１・・・領域判定部、 ５２ａ〜５２ｎ・・・カウンタ、 ５３・・・セレクタ、 ５４・・・比較器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置に関し、特に使用周波数帯域をレーダシステムと共有している無線通信システムに用いられる無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
５ＧＨｚ帯を使用した無線ＬＡＮ通信規格ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｎは、その使用周波数帯域を気象レーダ、地形レーダ等のレーダシステムと共有している。そのため、無線通信システムの送受信機は、レーダ電波の到来を監視し、レーダ電波を検出した場合には、そのレーダ電波の周波数帯域を一定時間使用しないことが要求される。５ＧＨｚ帯で使用されているレーダ電波は、パルスレーダとチャープレーダに分けられる。パルスレーダは通常、無線通信フレームよりも時間的に短いため、到来した電波の電力を時間的に監視していればパルスレーダ電波と判定できる。しかし、チャープレーダは無線通信フレームと時間的に同程度の長さであるため、到来した電波の電力のみを監視していてもレーダ電波と特定できず、波形を解析する必要がある。
【０００３】
従来は、到来した電波をＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｎパケット用の復調機に入力し、フレーム先頭部が復調できなかった場合にチャープレーダとみなしていた。あるいは、既知の他の無線通信システム（ＨｉｐｅｒＬＡＮ等）の波形が分かっているときは、受信電波波形とその既知波形との相関値を求めて、他の無線通信システムの電波ではないことを確認してからチャープレーダとみなしていた。しかし、このような消去法的な検出方法では、伝送路歪みにより無線通信システムのフレームが大幅に劣化したような信号を受信した場合や、自分にとっては未知である新しい無線通信規格のフレーム（例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ無線機にとってのＩＥＥＥ８０２．１１ｎ ＧｒｅｅｎＦｉｅｌｄパケット）を受信した場合等に、チャープレーダと誤認識してしまう可能性がある。このような誤認識の無い検出を実行するためには、チャープレーダの特徴である周波数時間変化を検出する必要がある。
【０００４】
特許文献１は、レーダ波形のゼロクロス回数を一定期間カウントすることにより周波数を推定し、連続した３つの期間でそれぞれ周波数を推定した後に周波数変化が線形であることを確認してチャープレーダを判定するシステムを開示している。しかし、特許文献１に記載のシステムでは、推定結果のうち１つでも誤差の大きい推定結果となった際に間違った判定を下すおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６６６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、確実にチャープレーダを検出することのできる無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る無線通信装置は、無線信号を受信して受信信号を生成する受信部と、前記受信信号の位相を計算する位相計算器と、前記計算された位相の時間変化から前記受信信号の周波数を検出すると共に、前記検出された周波数の時間変化を算出する周波数時間変化計算部と、前記算出された周波数の時間変化から前記受信信号がチャープレーダ信号であるかどうかを判定するチャープレーダ判定部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、確実にチャープレーダを検出することのできる無線通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】チャープレーダの波形、時間と電力との関係、及び時間と周波数との関係を表す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態に係る無線通信装置のチャープレーダ検出回路の構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施の形態に係る無線通信装置のチャープレーダ検出回路の構成を示すブロック図である。
【図５】第１の実施の形態に係る無線通信装置のチャープレーダ検出回路の動作を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施の形態に係る無線通信装置のチャープレーダ判定部の構成を示すブロック図である。
【図７】第２の実施の形態に係る無線通信装置がチャープレーダを受信した時の周波数時間変化のヒストグラムである。
【図８】第２の実施の形態に係る無線通信装置が単一周波数波形の電波を受信した時の周波数時間変化のヒストグラムである。
【図９】第２の実施の形態に係る無線通信装置がノイズ又はＯＦＤＭフレームを受信した時の周波数時間変化のヒストグラムである。
【図１０】無線通信装置のチャープレーダ検出回路の他の構成例を示すブロック図である。
【図１１】無線通信装置のチャープレーダ検出回路の他の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施の形態における図面の記載では、同一の構成を有する箇所には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
本実施の形態に係る無線通信装置についての説明に先立ち、まず無線通信装置が検出するチャープレーダについて説明する。図１はチャープレーダを説明するための図である。図１の上部には、チャープレーダ波形が示されている。また、図１には、このチャープレーダ波形と対応して、チャープレーダの電力の時間変化グラフと、周波数の時間変化グラフとが示されている。
【００１２】
図１に示すように、周波数が常に時間変化している波形をチャープ波形という。チャープレーダの電力が存在している時間の長さを時間幅Ｔという。また、波形開始時の周波数と波形終了時の周波数の差をチャープ幅Ｆｃといい、周波数の単位で表される。チャープ波形のうち、周波数が時間とともに線形に変化するものを線形チャープという。通常、チャープレーダは線形チャープである。チャープレーダの波形は、数式では以下の数１のように表される。
【数１】
【００１３】
ここで、Ａ０はチャープ波形の振幅であり、Ｆｃはチャープ幅であり、Ｔは時間幅であり、ｆ０は中心周波数である。また、ｔは時間である。この波形の位相φ［ｒａｄ］、及び周波数ｆ［ＭＨｚ］は、それぞれ時間ｔ［μｓ］の変数であり、以下の数２のように表される。
【数２】
【００１４】
またチャープ波形の周波数の時間変化は、以下の数３のように表される。
【数３】
【００１５】
この値は、時間ｔに依らない一定値である。すなわち、チャープレーダの周波数は、時間とともに線形に変化している。本実施の形態に係る無線通信装置は、このような波形のチャープレーダを検出する。
【００１６】
［第１の実施の形態に係る無線通信装置の構成］
以下、本発明の第１の実施の形態に係る無線通信装置の構成について、図２を参照して説明する。図２は、本実施の形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。図２は、無線通信装置の受信部の構成を示している。
【００１７】
無線通信装置の受信部は、アンテナ２０、高周波回路２１、アナログ・デジタル変換器２２、復調部２３、チャープレーダ検出回路２４、及び周波数帯域選択部２５を備える。
【００１８】
アンテナ２０から受信された電波は、高周波回路２１で無線周波数からベースバンド周波数にダウンコンバートされる。その後、受信電波は、アナログ・デジタル変換器２２でデジタル信号に変換され、復調部２３で復調される。
【００１９】
本実施の形態に係るチャープレーダ検出回路２４は、アナログ・デジタル変換器２２の出力信号を受けて動作する。ここで、本実施形態の無線通信装置は、デジタル直交検波を行うものとする。すなわち、高周波回路２１は、受信電波から無線周波数の余弦波成分、及びこの余弦波成分と９０度位相のずれた正弦波成分を取り出し、アナログ・デジタル変換器２２に出力する。この余弦波成分を同相成分（Ｉｃｈ：Ｉｎ−Ｐｈａｓｅ Ｃｈａｎｎｅｌ）、正弦波成分を直交成分（Ｑｃｈ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｃｈａｎｎｅｌ）と呼ぶ。アナログ・デジタル変換器２２は受け取った同相成分Ｉｃｈ及び直交成分Ｑｃｈをそれぞれ別々にデジタル値に変換する。通常のデジタル直交検波では、デジタルサンプリングした無線波形を、同相成分Ｉｃｈを実部、直交成分Ｑｃｈを虚部とする複素数の列として扱う。復調部２３及びチャープレーダ検出回路２４には、このデジタル複素数列が入力される。
【００２０】
チャープレーダ検出回路２４では、受信電波の波形がチャープ波形か否かの判定を行う。チャープレーダ検出回路２４におけるチャープ波形か否かの判定動作については、後に詳述する。チャープレーダ検出回路２４は、受信電波がチャープレーダであることを検出した場合、周波数帯域選択部２５にチャープレーダ検出信号を出力する。
【００２１】
周波数帯域選択部２５は、チャープレーダ検出回路２４からチャープレーダ検出信号を受け取ると、その周波数帯域をレーダシステムに明け渡すよう、高周波回路２１を制御する。また、周波数帯域選択部２５は、別の周波数帯域へと移動して無線通信を実行するよう高周波回路２１を制御する。具体的には、現在使用している帯域以外の周波数帯域を選択し、高周波回路２１に対し新しい周波数帯域で無線通信を実行するよう信号を送る。
【００２２】
［チャープレーダ検出回路２４の構成］
次に、本実施の形態に係る無線通信装置のチャープレーダ検出回路２４について、図３を参照して説明する。図３は、チャープレーダ検出回路２４の構成を示すブロック図である。このチャープレーダ検出回路２４において、受信電波の波形がチャープ波形かどうかの判定が行われる。
【００２３】
チャープレーダ検出回路２４は、受信電波の位相を計算する位相計算器３１、受信電波の周波数時間変化を計算する周波数時間変化計算部３２、及び受信電波がチャープレーダか否かを判定するチャープレーダ判定部３３を備える。
【００２４】
アナログ・デジタル変換器２２から送られたデジタル複素数列は、チャープレーダ検出回路２４の位相計算器３１に入力される。位相計算器３１は、このデジタル複素数列に基づいて受信電波の位相を求め、その結果を周波数時間変化計算部３２へと送る。周波数時間変化計算部３２は、位相計算器３１で求められた位相に基づいて、受信電波の周波数の時間変化を求める。チャープレーダ判定部３３は、周波数時間変化計算部３２の演算結果を複数回受けて、最終的に受信電波がチャープレーダであるかどうかを判定する。チャープレーダ判定部３３により、受信した電波がチャープレーダであると判定された場合、チャープレーダ検出信号出力端子３４から、チャープレーダ検出信号が出力される。
【００２５】
［チャープレーダ検出回路２４の動作］
以下、チャープレーダ検出回路２４内の位相計算器３１、周波数時間変化計算部３２、チャープレーダ判定部３３の動作について、図４を参照して説明する。図４は、チャープレーダ検出回路２４の内部の構成を示すブロック図である。
【００２６】
位相計算器３１は、入力されたデジタル複素数列からその位相を求める演算器である。複素数から位相を求める方法については、一般的に知られた方法であるため、その詳細な説明は省略する。一例としては、同相成分Ｉｃｈと直交成分Ｑｃｈの絶対値の比を算出する。そして、その値から逆正接表を参照し、且つ同相成分Ｉｃｈと直交成分Ｑｃｈの符号情報も加えて、０ｒａｄ以上２πｒａｄ未満の位相にマッピングする算出方法が挙げられる。ただし、この算出方法はあくまでも一例であって、これに限定されるものではない。
【００２７】
次に、周波数時間変化計算部３２の動作について説明する。図４には、周波数時間変化計算部３２の内部の構成が示されている。周波数時間変化計算部３２は、複数のディレイフリップフロップ４１ａ〜４１ｃ、及び複数の減算器４２ａ〜４２ｃを備える。
【００２８】
位相計算器３１からディレイフリップフロップ４１ａに入力されたデータは、所定のクロックサイクル後にディレイフリップフロップ４１ａから出力されて、ディレイフリップフロップ４１ｂ及び減算器４２ａに入力される。また、ディレイフリップフロップ４１ｂに入力されたデータは、所定のクロックサイクル後にディレイフリップフロップ４１ｂから出力されて、ディレイフリップフロップ４１ｃ及び減算器４２ｂに入力される。そして、ディレイフリップフロップ４１ｃに入力されたデータは、所定のクロックサイクル後に減算器４２ｂに入力される。
【００２９】
減算器４２ａ及び４２ｂは、位相から周波数を算出するための減算器である。減算器４２ａは、位相計算器３１より出力された位相から、ディレイフリップフロップ４１ａより出力された位相を減算する。この値は、ディレイフリップフロップ４１ａの遅延時間の間に変化した位相量であり、周波数に比例する値となる。同様に、減算器４２ｂは、ディレイフリップフロップ４１ｂより出力された位相から、ディレイフリップフロップ４１ｃより出力された位相を減算する。この値は、ディレイフリップフロップ４１ｃの遅延時間の間に変化した位相量であり、周波数に比例する値である。
【００３０】
例えば、位相計算器３１から出力された位相が０ｒａｄ、ディレイフリップフロップ４１ａから出力された位相がπ／１６ｒａｄ、ディレイフリップフロップ４１ｂから出力された位相がπ／８ｒａｄ、ディレイフリップフロップ４１ｃから出力された位相がπ／４ｒａｄであるとする。また、ディレイフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの遅延時間がそれぞれ１μｓであるとする。この場合、減算器４２ａからは−π／１６ｒａｄという減算結果が出力される。この減算結果は、１μｓが経過する間に位相が−π／１６ｒａｄ進んだことを表しており、−３１．２５ｋＨｚの周波数に相当する。また、減算器４２ｂからは−π／８ｒａｄという減算結果が出力される。これは同様に−６２．５ｋＨｚの周波数に相当する。
【００３１】
減算器４２ｃは、周波数に比例する位相量から周波数の時間変化を算出するための減算器である。ディレイフリップフロップ４１ａと４１ｃの遅延時間が等しい場合、減算器４２ａ及び４２ｂで得られる位相量は、同一の遅延時間を単位時間としたものとなる。減算器４２ｃは、減算器４２ａより出力された周波数に比例する位相量から、減算器４２ｂより出力された周波数に比例する位相量を減算する。これにより、ディレイフリップフロップ４１ａ及び４１ｂの遅延時間を足した時間（これはディレイフリップフロップ４１ｂ及び４１ｃの遅延時間を足した時間に等しい）に変化した周波数の量を算出する。
【００３２】
上に例示した位相及び遅延時間の値を用いると、減算器４２ｃは、−π／１６−（−π／８）よりπ／１６ｒａｄという減算結果を出力する。これは２μｓが経過する間に、周波数が３１．２５ｋＨｚ変化したことを表す。その結果、周波数の時間変化は、１５．６２５ｋＨｚ／μｓとなる。周波数時間変化計算部３２では、このようにして位相計算器３１により算出した位相から周波数の時間変化を算出する。
【００３３】
ここで注意すべきことは、位相計算器３１から出力される位相は、０ｒａｄと２πｒａｄが折りたたまれた形式であり、区別がつかないことである。例えば、受信したレーダ電波の周波数時間変化が０Ｈｚ／μｓの場合、周波数時間変化計算部３２は０ｒａｄという計算結果を出力する。また、レーダ電波の周波数時間変化が５００ｋＨｚ／μｓの場合も、周波数時間変化計算部３２は２πｒａｄ＝０ｒａｄという計算結果を出力する。よって、周波数時間変化計算部３２の計算結果を受け取るチャープレーダ判定部３３においては、レーダ波形に周波数時間変化が無い場合と、周波数時間変化が５００ｋＨｚ／μｓである場合とを区別することができない。
【００３４】
これによるチャープレーダの検出失敗を避けるため、本実施の形態のチャープレーダ検出回路２４においては、無線通信に使用する周波数帯域で使用されるチャープレーダの周波数時間変化の値が存在する範囲をあらかじめ調べる。そして、この範囲が０Ｈｚ／μｓと重ならないようにディレイフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの遅延時間を調整する。例えば、無線ＬＡＮ規格ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｎが日本で使用する周波数帯域の一つであるＷ５６（５．４７ＧＨｚ〜５．７２５ＧＨｚ）は、チャープレーダと共有される周波数帯域である。この周波数帯域で使用されるチャープレーダは、時間幅が５０〜１００μｓ、チャープ幅が５〜２０ＭＨｚとなっている。よって周波数時間変化は５０〜４００ｋＨｚ／μｓの範囲に存在している。ここで、ディレイフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの遅延時間を、例えばそれぞれ１μｓと設定すると、周波数時間変化が０Ｈｚ／μｓと重なる値は５００ｋＨｚ／μｓとなる。ディレイフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの遅延時間をこのように設定することにより、チャープレーダの周波数時間変化が０Ｈｚ／μｓとみなされることがなくなる。
【００３５】
このディレイフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの遅延時間に求められる条件を、具体的に式で表すと以下のようになる。あるチャープレーダの周波数時間変化をＤ［ＭＨｚ／μｓ］とする。周波数時間変化の値は、チャープ幅Ｆｃ［ＭＨｚ］を時間幅Ｔ［μｓ］で割ることで求められる（数３におけるＦｃ／Ｔ）。ここで、ディレイフリップフロップ４１ａ及び４１ｃの遅延時間は同一になるように設計するものとする。このディレイフリップフロップ４１ａ及び４１ｃの遅延時間をＴａ［μｓ］とする。また、ディレイフリップフロップ４１ｂの遅延時間をＴｂ［μｓ］とする。周波数時間変化は、ノイズがない理想状態においては数２から算出することができる。この算出結果は、以下の数４のようになる。
【数４】
【００３６】
ここで、時刻ｔｓ［μｓ］はサンプリングタイミングに関係したパラメータであるが、周波数時間変化の算出結果には現れない。所定の周波数帯域で使用されるチャープレーダにおいて、最も小さい周波数時間変化の値をＤｍｉｎ［ＭＨｚ／μｓ］、最も大きい周波数時間変化の値をＤｍａｘ［ＭＨｚ／μｓ］とする。周波数時間変化が全てのチャープ波形において０［ｒａｄ］をまたがないためには、周波数時間変化ＤｍｉｎとＤｍａｘは、以下の数５を満たす必要がある。
【数５】
【００３７】
実際に使用する無線通信装置においては、ノイズや伝送路の影響で測定にある程度のばらつきがでることから、上記数５は、所定のマージンをとって満たす必要がある。
【００３８】
また、ディレイフリップフロップの遅延時間を決定する別の要素としては、無線環境のマルチパスの遅延スプレッドが挙げられる。レーダシステムから放射されたレーダ電波は反射や回折を繰り返して無線通信装置の受信アンテナに到達する。受信アンテナに到達するまでのパスは複数本あり、それぞれ到達時刻が違う。この時刻のばらつきを表す度合いが遅延スプレッドである。
【００３９】
マルチパスがあるとき、無線伝送路環境は周波数に依存した特性で表される。すなわち、送信側から放射された電波が、受信側アンテナに振幅Ａ倍、位相θの回転が加わって到達するとした場合、Ａとθはそれぞれその電波の周波数ｆに依存する値として表される。この振幅と位相の周波数変化の度合いは遅延スプレッドによって決まり、遅延スプレッドをσ［μｓ］と置くと、１／σ［ＭＨｚ］より小さい周波数範囲ではＡとθの値はほぼ一定と見なせる。本実施の形態に係る周波数時間変化計算部３２における演算では、伝送路特性の位相部θは一定である必要がある。そのため、周波数時間変化Ｄ［ＭＨｚ／μｓ］のチャープレーダの周波数が１／σ［ＭＨｚ］だけ変化する時間内に、１回の周波数測定を終わらせることが望ましい。すなわち、遅延時間Ｔａには以下の数６の条件がつくことになる。
【数６】
【００４０】
遅延時間Ｔａ、Ｔｂが１／（σＤｍａｘ）より大きくなると、ノイズと同様、周波数時間変化の算出結果を劣化させる要因となる。周波数時間変化計算部３２は、ディレイフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの遅延時間をこのように設定して、受信電波の周波数時間変化を計算する。
【００４１】
次に、チャープレーダ判定部３３の動作について説明する。チャープレーダ判定部３３は、周波数時間変化計算部３２の算出結果を受けて、受信電波の波形がチャープ波形か否かを判定する。
【００４２】
ここで、チャープ波形を受信したときは、周波数時間変化計算部３２が出力する値は、０［ｒａｄ］以外のある一定値を取り続けるが、ノイズやＯＦＤＭ（直交周波数分割多重方式）のパケットを受信したときは０〜２πｒａｄの間の値をランダムでとる。このため、周波数時間変化の値を１つ受け取っただけでは受信電波の波形がチャープか否かが判定できない。チャープレーダ判定部３３は、周波数時間変化計算部３２の算出結果を複数回受けて判定をすることになる。
【００４３】
また、波形が単一周波数によるもの、たとえばパルスレーダであれば、周波数時間変化計算部３２が出力する値は、常に０［ｒａｄ］近傍の値を取り続ける。チャープレーダ判定部３３には、複数回の周波数時間変化算出結果から、ノイズやＯＦＤＭパケット、パルスレーダとチャープ波形とを見分けることが求められる。
【００４４】
チャープレーダ判定部３３による判定方法として、図５のフローチャートに示すような方法が考えられる。まず、周波数時間変化計算部３２が出力する値を２つ受けて（ステップＳ１）、２つの値の絶対値がそれぞれ第１の所定値以上であることを検出する（ステップＳ２）。これにより、周波数時間変化が０ではないこと、すなわちパルスレーダではないことを確かめる。この後、２つの値の差が第２の所定値より小さいことを検出する（ステップＳ３）。これにより、周波数が一定の時間変化をするチャープ波形であることを確かめる。
【００４５】
チャープレーダ判定部３３がチャープレーダと判定した場合、図３に示すチャープ信号出力端子３４からチャープレーダ検出信号が出力される（ステップＳ４）。このチャープレーダ検出信号は、図２に示す周波数帯域選択部２５に送られる。周波数帯域選択部２５は、チャープレーダ検出信号を受信すると、周波数帯域の中の他のチャネルに切り替えて無線通信を行うための動作を開始する。周波数帯域選択部２５の動作の具体例としては、通信相手の無線通信装置に対し、チャープレーダを検出したためチャネル移動をする旨の連絡や、高周波回路２１へのチャネル切り替え制御、あるいはチャープレーダを検出したチャネルの使用禁止時間を測定するためのタイマ動作が挙げられる。
【００４６】
［第１の実施の形態に係る無線通信装置の効果］
従来の無線通信装置においては、到来した電波が既知の無線通信システムのものでないことを確認することにより、チャープレーダ判定を行っていた。しかし、従来の方法では、その無線通信装置が製造された後に定められた新しい規格の無線パケットをチャープレーダと誤って検出してしまう。また、既知の無線通信システムのパケットであっても、伝送路歪みやノイズ等の影響により大幅に品質が劣化した状態では無線パケットとみなされず、チャープレーダと誤って検出されてしまうという問題があった。
【００４７】
これに対し、本実施の形態に係る無線通信装置によれば、到来した電波の位相を計算するとともに、この位相から周波数の時間変化を算出することができる。チャープ波形の特徴は、周波数の時間変化が常に０以外の一定値を取ることである。この特徴は無線通信パケットにはなく、また伝送路歪みやノイズの影響によって無線通信のパケットの品質が劣化した場合にもこのような特徴は発生しない。周波数の時間変化を算出してチャープレーダの到来を検出することにより、従来の無線通信装置における未知の無線パケットや品質の劣化した無線パケットによるチャープレーダの誤検出を防ぐことができる。このように、本実施の形態に係る無線通信装置は、確実にチャープレーダ波形を検出することができる。
【００４８】
また、本実施の形態のチャープレーダ判定部３３は、周波数時間変化の算出結果を２回受け、その算出結果の値の絶対値がそれぞれ所定値以上であること、また２つの値の差が所定値より小さいことによりチャープ波形を判定している。この判定方法によれば、チャープレーダ判定部３３の回路構成を簡単にすることができ、回路面積や消費電力が小さくて済む。
【００４９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る無線通信装置の構成について説明する。第１の実施の形態ではチャープレーダ判定部３３は、周波数時間変化の算出結果を２回受け、その算出結果の値の絶対値がそれぞれ所定値以上であること、また２つの値の差が所定値より小さいことによりチャープ波形を判定していた。本実施の形態に係る無線通信装置は、このチャープレーダ判定部３３における判定動作が第１の実施の形態と異なる。
【００５０】
［第２の実施の形態に係る無線通信装置の構成及び動作］
図６は、本実施の形態に係るチャープレーダ判定部３３の内部の構成を示すブロック図である。チャープレーダ判定部３３は、領域判定部５１、カウンタ５２ａ〜５２ｐ、セレクタ５３、比較器５４を備える。
【００５１】
領域判定部５１及びカウンタ５２ａ〜５２ｐは、周波数時間変化計算部３２の算出結果からヒストグラムを作成するために用いられる。周波数時間変化計算部３２による算出結果は、０ｒａｄ以上２πｒａｄ未満の位相の形で出力される。領域判定部５１は、０ｒａｄ〜２πｒａｄの位相の範囲を複数の領域、例えば１６個の領域に等分割して、周波数時間変化計算部３２の算出結果がいずれの領域に含まれるかを判定する。領域判定部５１は、複数のカウンタ５２に対し、それぞれカウントアップ信号の出力線を持つ。
【００５２】
カウンタ５２ａ〜５２ｐは各領域に対応して、領域の数と同数（本実施の形態においては１６個）存在する。領域判定部５１は、周波数時間変化計算部３２の算出結果が含まれる領域を判定し、その領域に対応するカウンタ５２に出力信号線を介してカウントアップ信号を送る。その結果、周波数時間変化計算部３２の算出結果が含まれる領域に対応するカウンタ５２がカウントアップされる。所定のタイミングでカウンタ５２ａ〜５２ｎを一斉にゼロにリセットした後、複数回の周波数時間変化の算出結果を受けることで、周波数時間変化のヒストグラムを取得することができる。
【００５３】
以下、図７乃至図９を参照して、領域判定部５１及びカウンタ５２ａ〜５２ｐにより得られるヒストグラムについて説明する。
【００５４】
図７は、無線通信装置がチャープレーダを受信した時の周波数時間変化のヒストグラムである。ここで、チャープレーダ波形のチャープ幅をＦｃ、時間幅をＴとする。ノイズの無い理想的な環境においては、ヒストグラムは、図７に示すようにチャープ波形の周波数時間変化Ｆｃ／Ｔに対応した部分にピークを持つ。周波数時間変化Ｆｃ／Ｔに対応した位相の値は、具体的には２πΔＴ１ΔＴ２Ｆｃ／Ｔ［ｒａｄ］で表される。ΔＴ１はディレイフリップフロップ４１ａ及び４１ｃの遅延時間であり、ΔＴ２はディレイフリップフロップ４１ａと４１ｂの遅延時間の和である。実際には、このピークはノイズ等の影響によって多少の幅を持つことになる。
【００５５】
図８は、無線通信装置がパルスレーダなどの単一周波数波形の電波を受信した時の周波数時間変化のヒストグラムである。パルスレーダなどの単一周波数波形の電波は、周波数の時間変化が無いため、図８に示すように、ヒストグラムの度数が０及び２πの近傍に集まる。
【００５６】
また、図９は、無線通信装置がノイズ又はＯＦＤＭフレームを受信した時の周波数時間変化のヒストグラムである。図９に示すように、ノイズ波形又はＯＦＤＭフレームにおいては、周波数時間変化の算出結果はどの領域にもほぼ等確率で現れる。そのため、ヒストグラムの度数は全領域がほぼ同一の度数を持った平たい分布となる。
【００５７】
チャープレーダであるか否かを判定するためには、所定回数の周波数時間変化の算出結果を受けてヒストグラムを取得した後、０ｒａｄ又は２πｒａｄの近傍ではない領域に大きなピークを持っているか否かを調べればよい。具体的には図７〜図９に示したように、所定の値の閾値を設け、０ｒａｄ又は２πｒａｄに近接しない領域の度数が、この閾値を超えた場合にチャープ波形と見なせばよい。閾値の設定は、チャープではない波形のヒストグラムでは到底到達できないが、図７に示すようにチャープ波形ならば容易に到達できる程度の値に設定すればよい。
【００５８】
セレクタ５３及び比較器５４は、得られた周波数時間変化のヒストグラムにおいて、周波数時間変化の度数が閾値を超えているか否かの判定を行う。所定回数の周波数時間変化の算出結果を受けて、領域判定部５１及びカウンタ５２ａ〜５２ｐによりヒストグラムが得られる。この後、セレクタ５３は各カウンタ５２ａ〜５２ｐのうち、対応する領域が０ｒａｄ又は２πｒａｄに近接しないカウンタ５２の値を順に出力する。比較器５４はセレクタ５３の出力結果を受けて、カウンタ５２がカウントアップした度数と、所定の閾値とを比較する。セレクタ５３からの出力が閾値を超えている場合は、チャープ波形と判断して、チャープレーダ検出信号をチャープレーダ検出信号出力端子３４から出力する。セレクタ５３からの出力が閾値以下である場合は、チャープ波形ではないと判断してチャープレーダ検出信号を出力しない。本実施の形態に係る無線通信装置は、このようにしてチャープレーダ判定部３３における判定動作を実行する。
【００５９】
［第２の実施の形態に係る無線通信装置の効果］
第１の実施の形態に係る無線通信装置は、周波数時間変化の算出結果を２回受け、その算出結果の値の絶対値がそれぞれ所定値以上であること、また２つの値の差が所定値より小さいことによりチャープ波形を判定していた。ここで、ノイズ波形やＯＦＤＭフレームを受信した場合でも、一定の確率で、２回連続で似たような周波数時間変化結果を出力しうる。そのため、ノイズ波形やＯＦＤＭフレームを誤ってチャープレーダと検出するおそれがある。
【００６０】
これに対し、本実施の形態に係る無線通信装置では、周波数時間変化計算部３２から出力された複数回の算出結果を用いてヒストグラムを作成する。このヒストグラムに基づいて、チャープレーダか否かの判定を実行する。これにより、より強いノイズ環境下においても正確にチャープレーダ判定を行うことができる。本実施の形態に係る無線通信装置によれば、第１の実施の形態の無線通信装置よりもさらに確実に、チャープレーダ波形を検出することができる。
【００６１】
［その他］
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加、組み合わせ等が可能である。例えば、周波数時間変化計算部３２の構成及び動作は、図４に示されるものには限られず、同様に受信電波の周波数時間変化を計算できるものであればよい。
【００６２】
周波数時間変化計算部３２の他の構成例として、例えば、図１０に示す構成とすることができる。この場合、減算器４２ａは、位相計算器３１より出力された位相から、ディレイフリップフロップ４１ｂより出力された位相を減算する。また、減算器４２ｂは、ディレイフリップフロップ４１ａより出力された位相から、ディレイフリップフロップ４１ｃより出力された位相を減算する。そして、減算器４２ｃは、減算器４２ａより出力された周波数に比例する位相量から、減算器４２ｂより出力された周波数に比例する位相量を減算する。この動作は、周波数時間変化の算出式を考えると、図４に示す第１の実施の形態の周波数時間変化計算部３２の計算方法と数学的に等価である。
【００６３】
また、周波数時間変化計算部３２のさらに他の構成例として、図１１に示すように、ディレイフリップフロップを４１ａ、４１ｂの２つのみにする構成が考えられる。ディレイフリップフロップ４１ａより出力された位相は、例えば乗算器等により２倍の値にされて減算器４２に入力される。加算器４３は、位相計算器３１より出力された位相と、ディレイフリップフロップ４１ｂより出力された位相を加算する。減算器４２は、加算器４３より出力された位相量から、ディレイフリップフロップ４１ａより出力された位相の２倍の値を減算する。この構成によっても、受信電波の周波数時間変化を計算することができる。この場合、ディレイフリップフロップ１つと減算器１つが不要となり、回路を縮小することができる。しかし、ディレイフリップフロップ４１ａの出力を２倍しているためノイズの乗った波形では雑音強調されてしまうというデメリットも生じる。
【符号の説明】
【００６４】
２０・・・アンテナ、 ２１・・・高周波回路、 ２２・・・アナログ・デジタル変換器、 ２３・・・復調部、 ２４・・・チャープレーダ検出回路、 ２５・・・周波数帯域選択部、 ３１・・・位相計算器、 ３２・・・周波数時間変化計算部、 ３３・・・チャープレーダ判定部、 ３４・・・チャープレーダ検出信号出力端子、 ４１ａ〜４１ｃ・・・ディレイフリップフロップ、 ４２ａ〜４２ｃ・・・減算器、 ５１・・・領域判定部、 ５２ａ〜５２ｎ・・・カウンタ、 ５３・・・セレクタ、 ５４・・・比較器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を受信して受信信号を生成する受信部と、
前記受信信号の位相を計算する位相計算器と、
前記計算された位相の時間変化から前記受信信号の周波数を検出すると共に、前記検出された周波数の時間変化を算出する周波数時間変化計算部と、
前記算出された周波数の時間変化から前記受信信号がチャープレーダ信号であるかどうかを判定するチャープレーダ判定部と
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記周波数時間変化計算部は、
前記位相計算器で計算された位相を、順次遅延させる第１、第２及び第３の遅延回路と、
前記第１の遅延回路の入力と前記第１又は第２の遅延回路の出力との差分を演算する第１の減算器と、
前記第３又は第２の遅延回路の入力と前記第３の遅延回路の出力との差分を演算する第２の減算器と、
前記第１及び第２の演算器の出力の差分を演算してその演算結果を周波数の時間変化として出力する第３の減算器と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記チャープレーダ判定部は、
前記周波数時間変化計算部で算出された周波数の時間変化の値のヒストグラムを生成し、このヒストグラムが所定の周波数の時間変化の値でピークを持つかどうかで前記受信信号がチャープレーダ信号であると判定するものである
ことを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記チャープレーダ判定部は、前記第３の減算器により算出された周波数の時間変化の値を２つ以上受けて、２つの値の絶対値がそれぞれ所定値以上であり、且つ２つの値の差が所定値より小さい場合に、前記受信信号がチャープレーダ信号であると判定するものである
ことを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記第１乃至第３の遅延回路は、想定されるチャープレーダ波形の周波数範囲に対して、前記周波数時間変化計算部により算出された周波数の時間変化が０とならないように、その遅延時間が設定されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の無線通信装置。
【請求項６】
チャープレーダ検出回路により前記受信信号がチャープレーダ信号であると判定された場合、受信信号とは異なる周波数帯域のチャネルに切り替えて無線通信を実行する周波数帯域選択部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の無線通信装置。
【請求項１】
無線信号を受信して受信信号を生成する受信部と、
前記受信信号の位相を計算する位相計算器と、
前記計算された位相の時間変化から前記受信信号の周波数を検出すると共に、前記検出された周波数の時間変化を算出する周波数時間変化計算部と、
前記算出された周波数の時間変化から前記受信信号がチャープレーダ信号であるかどうかを判定するチャープレーダ判定部と
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記周波数時間変化計算部は、
前記位相計算器で計算された位相を、順次遅延させる第１、第２及び第３の遅延回路と、
前記第１の遅延回路の入力と前記第１又は第２の遅延回路の出力との差分を演算する第１の減算器と、
前記第３又は第２の遅延回路の入力と前記第３の遅延回路の出力との差分を演算する第２の減算器と、
前記第１及び第２の演算器の出力の差分を演算してその演算結果を周波数の時間変化として出力する第３の減算器と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記チャープレーダ判定部は、
前記周波数時間変化計算部で算出された周波数の時間変化の値のヒストグラムを生成し、このヒストグラムが所定の周波数の時間変化の値でピークを持つかどうかで前記受信信号がチャープレーダ信号であると判定するものである
ことを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記チャープレーダ判定部は、前記第３の減算器により算出された周波数の時間変化の値を２つ以上受けて、２つの値の絶対値がそれぞれ所定値以上であり、且つ２つの値の差が所定値より小さい場合に、前記受信信号がチャープレーダ信号であると判定するものである
ことを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記第１乃至第３の遅延回路は、想定されるチャープレーダ波形の周波数範囲に対して、前記周波数時間変化計算部により算出された周波数の時間変化が０とならないように、その遅延時間が設定されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の無線通信装置。
【請求項６】
チャープレーダ検出回路により前記受信信号がチャープレーダ信号であると判定された場合、受信信号とは異なる周波数帯域のチャネルに切り替えて無線通信を実行する周波数帯域選択部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の無線通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−５３１１７（Ｐ２０１１−５３１１７Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０３１３１（Ｐ２００９−２０３１３１）
【出願日】平成２１年９月２日（２００９．９．２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２日（２００９．９．２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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