1.本发明涉及进行无线通信的发送装置、接收装置、通信系统、控制电路、存储介质、发送方法和接收方法。
背景技术：
2.频移调制(以下称为fsk(frequency shift keying：频移键控)。)是使载波的频率根据要传输的信息而变化的调制方式。关于fsk，公知的是，调制信号的包络线振幅恒定，能够在功率放大器中将输入回退值设定成较小，因此，与相位调制(以下称为psk(phase shift keying：相移键控)。)、正交振幅调制(以下称为qam(quadrature amplitude modulation：正交振幅调制)。)等相比，具有非常高的功率效率。另一方面，fsk的频率利用效率比psk、qam等低。
3.一般而言，在无线通信系统的接收机中，采用同步检波或异步检波中的某一个检波方式。在同步检波中，在解调前预先使接收信号的相位与发送信号一致，由此能够进行高精度的解调，但是，需要同时还传输用于估计在传播路径中产生的相位偏移的导频信号，该导频信号成为开销，传输效率降低。另一方面，在异步检波中，在发送接收之间不使相位一致而进行解调，因此，解调性能不如同步检波，但是，能够削减导频信号的开销，因此，传输效率优异，此外，还能够简化接收电路。特别地，在fsk中，信号功率按照传输的每个信息而集中于不同的频率，因此，通过滤波处理和功率检波，能够非常简易地实现异步检波。例如，在非专利文献1中公开了分别计算各fsk候选信道的功率并将其中功率最大的信号作为估计发送信号进行解调的异步检波方式的技术。
4.现有技术文献
5.非专利文献
6.非专利文献1：g.m.vietta,u.mengali,and d.p.taylor,“optimal noncoherent detection of fsk signals transmitted over linearly time-selective rayleigh fading channels,”ieee transactions on communications,vol.45,no.11,pp.1417-1425,nov.1997
技术实现要素：
7.发明要解决的课题
8.近年来，被称为lpwa(low power wide area：低功耗广域)的、以长距离且高可靠性的信息传输为意向的无线通信系统备受关注。属于lpwa的标准大多对窄带的一次调制信号实施扩频而作为宽带的二次调制信号来传输信号，由此，在传播损耗大的长距离通信中也实现高可靠性的信息传输。例如，lorawan(long range wide area network：远程广域网)将频率相对于时间线性变化的线性调频(chirp)信号作为扩展序列，在对fsk信号实施基于直接扩频的扩频后发送信号。
9.如以往那样，在fsk信号以窄带的一次调制信号直接传输的情况下，通信路径中的多路径引起的频率选择性的影响少。但是，在传输对fsk信号实施了扩频的宽带信号的情况下，通信路径的频率选择性对解调性能造成较大影响。接收机在进行同步检波的情况下，通过使用了导频信号的传输路径估计对多路径进行均衡，能够获得分集增益。另一方面，接收机在进行非专利文献1所公开的异步检波的情况下，无法估计传输路径，因此，无法得到分集增益。而且，如果对依然残留有多路径引起的频率选择性失真的宽带信号实施解扩，则由于线性调频序列的自相关特性，多路径的延迟波功率泄漏到fsk解调时的fsk候选载波，其结果是，可能产生解调错误。具体而言，当在多路径中相对于先行波的延迟波的延迟样本数成为fsk载波间隔的整数倍的情况下，延迟波功率出现在fsk候选载波中。
10.本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，得到发送如下信号的发送装置：该信号使得在对伴有线性调频扩频的频移调制应用异步检波的无线通信系统的接收装置中，避免由于多路径而引起的解调错误，并且不使用导频信号就能够得到基于多路径的分集效果。
11.用于解决课题的手段
12.为了解决上述的课题并实现目的，本发明是与接收装置进行无线通信的发送装置。发送装置具有：调制部，其对输入的信息比特串进行频移调制，生成频移调制符号；直接扩频部，其对频移调制符号实施基于线性调频序列的直接扩频；以及控制部，其对向接收装置发送的信号进行控制，使得在接收装置中解扩后的信号的频谱中，在连续的2个符号中的1个符号中，多路径的延迟波成分不会出现在频移调制候选载波中。
13.发明效果
14.本发明的发送装置发挥如下效果，能够发送如下信号，该信号使得在对伴有线性调频扩频的频移调制应用异步检波的无线通信系统的接收装置中，避免由于多路径而引起的解调错误，并且不使用导频信号就能够得到基于多路径的分集效果。
附图说明
15.图1是示出实施方式1的通信系统的结构例的图。
16.图2是示出实施方式1的发送装置的结构例的框图。
17.图3是示出实施方式1的发送装置的动作的流程图。
18.图4是示出实施方式1的接收装置的结构例的框图。
19.图5是示出实施方式1的接收装置的动作的流程图。
20.图6是示出通过处理器和存储器实现实施方式1的发送装置具有的处理电路的情况下的处理电路的结构例的图。
21.图7是示出通过专用的硬件构成实施方式1的发送装置具有的处理电路的情况下的处理电路的例子的图。
22.图8是示出实施方式2的发送装置的结构例的框图。
23.图9是示出实施方式2的发送装置的动作的流程图。
具体实施方式
24.下面，根据附图对本发明的实施方式的发送装置、接收装置、通信系统、控制电路、
存储介质、发送方法和接收方法进行详细说明。
25.实施方式1
26.图1是示出实施方式1的通信系统1的结构例的图。通信系统1具有发送装置10和接收装置20。通信系统1是发送装置10发送无线信号、接收装置20接收无线信号从而进行无线通信的无线通信系统。
27.首先，对发送装置10的结构和动作进行说明。图2是示出实施方式1的发送装置10的结构例的框图。发送装置10具有fsk载波间隔控制部11、fsk调制部12、直接扩频部13和发送天线14。图3是示出实施方式1的发送装置10的动作的流程图。
28.在发送装置10中，fsk载波间隔控制部11决定由fsk调制部12生成的fsk符号的载波间隔(步骤s11)。fsk载波间隔控制部11将决定的fsk符号的载波间隔输出到fsk调制部12。
29.fsk调制部12根据由fsk载波间隔控制部11决定的fsk符号的载波间隔，对输入的信息比特串进行fsk调制(步骤s12)。具体而言，fsk调制部12根据由fsk载波间隔控制部11决定的第i个fsk符号的载波间隔ki进行fsk调制，如式(1)所示生成m值fsk信号即fsk符号。
[0030][0031]
在式(1)中，mi是根据被输入到fsk调制部12的第i个信息比特串生成的符号编号，是0≤mi≤m-1的范围。n是线性调频序列的直接扩频长度。即，m个fsk符号在频率轴上从全部n个子载波中的第0个子载波起每隔ki子载波进行配置。在本实施方式中，fsk载波间隔控制部11进行控制，以使载波间隔ki按照每个符号而变化，特别地，在连续的2个符号间选择的载波间隔ki和载波间隔k
i 1
互质。
[0032]
由此，在连续的2个符号间通信路径相干的情况下，在接收装置20中的解扩后的频谱中，例如即使在第i个符号中延迟波功率出现在fsk候选载波中，也能够避免在第i-1个符号中延迟波功率出现在fsk候选载波中的情况。另外，后述的接收装置20利用该特性，在第i个符号中检测延迟波的位置，在第i 1个符号解调时进行考虑了该延迟波的位置的解调，由此能够避免解调错误，并且获得分集增益。另外，在以后的说明中，有时将fsk调制部12简称为调制部。
[0033]
直接扩频部13对由fsk调制部12生成的fsk符号实施基于线性调频序列的直接扩频(步骤s13)。直接扩频部13中使用的线性调频序列如式(2)那样表示。
[0034][0035]
在式(2)中，q表示线性调频序列编号。在本实施方式中，在全部fsk符号中使用q为相同值的线性调频序列。直接扩频部13实施直接扩频后的信号如式(3)那样表现。
[0036]
xn＝sn·cn
ꢀꢀꢀ…
(3)
[0037]
发送天线14将由直接扩频部13实施了直接扩频后的信号xn发送到接收装置20(步骤s14)。
[0038]
在实施方式1中，fsk载波间隔控制部11是如下的控制部：对向接收装置20发送的信号进行控制，以使得在接收装置20中解扩后的信号的频谱中，在连续的2个符号中的1个符号中，多路径的延迟波成分不会出现在fsk候选载波中。具体而言，fsk载波间隔控制部11
按照每个符号使fsk符号的载波间隔ki变化，以使在连续的2个符号间选择的fsk符号的载波间隔ki互质。
[0039]
接着，对接收装置20的结构和动作进行说明。图4是示出实施方式1的接收装置20的结构例的框图。接收装置20具有接收天线21、解扩部22、傅里叶变换部23、功率计算部24、度量合成部25、fsk解调部26和延迟波检测部27。图5是示出实施方式1的接收装置20的动作的流程图。另外，设为接收装置20以接收符号单位进行以后说明的处理。
[0040]
在接收装置20中，接收天线21接收从发送装置10发送的信号rn(步骤s21)。解扩部22如式(4)所示对由接收天线21接收到的信号rn进行解扩(步骤s22)。
[0041][0042]
另外，在说明书中，无法在sn的上部赋予^进行表示，因此，在以后的说明中，将在sn的上部赋予了^的内容称为sn(帽)。傅里叶变换部23对由解扩部22解扩后的信号sn(帽)实施长度n的傅里叶变换(步骤s23)。由此，傅里叶变换部23将解扩后的信号sn(帽)转换为频率轴上的信号，生成频率信号。
[0043]
功率计算部24计算由傅里叶变换部23转换后的频率信号中的各子载波的功率(步骤s24)。功率计算部24将计算出的各子载波的功率中的、成为fsk候选载波的候选点的子载波的功率设为对应的各fsk候选符号的度量。另外，设为由发送装置10的fsk载波间隔控制部11决定的各发送符号的载波间隔ki在接收装置20中已知。
[0044]
度量合成部25根据到该接收符号的紧前符号为止被估计出的延迟波的延迟样本数，将从各fsk候选载波的候选点向前方循环移位了延迟样本数的子载波的功率与对应的fsk候选符号的度量相加。即，度量合成部25合成度量(步骤s25)。与第mi个子载波对应的fsk符号的度量如式(5)那样表示。
[0045][0046]
在式(5)中，l是估计出的延迟波的总数。τ
l
是第l个延迟波的延迟样本数。p(k)是由功率计算部24计算出的第k个子载波的功率。另外，l＝0表示先行波，τ0＝0。式(5)表示基于最大比合成规范的度量合成，但是，度量合成部25中的度量合成的方法不限于此。度量合成部25也可以进行式(6)所示的基于选择合成规范的度量合成。
[0047][0048]
fsk解调部26对上述计算出的各fsk候选符号的合成后的度量进行硬判决，估计来自发送装置10的发送fsk信号。即，fsk解调部26进行基于硬判决的fsk解调(步骤s26)。另外，fsk解调部26的硬判决结果在后级的延迟波检测部27中被使用，不需要必须用作最终的解调结果。例如，在应用通信路径编码的情况下，考虑如下结构：接收装置20将从度量合成部25输出的度量输出到与接收装置20的后级连接的未图示的通信路径解码器，将针对通信路径解码器的输出作为解调结果。在以后的说明中，有时将fsk解调部26简称为解调部。
[0049]
延迟波检测部27根据频率信号检测延迟波功率所在的子载波，根据检测到的延迟波功率的子载波的位置和与从前级的fsk解调部26取得的估计fsk信号对应的子载波位置之间的差分，估计延迟波的延迟样本数τ
l
(步骤s27)。延迟波检测部27将估计出的延迟样本数τ
l
输出到度量合成部25。度量合成部25在下一个符号的度量计算时利用从延迟波检测部
27取得的延迟样本数τ
l
。另外，作为延迟波检测部27中的延迟波所在的子载波的估计方法，考虑各种方法。作为一例，举出基于利用了噪声的统计性质的阈值判定的估计、例如根据平均功率等判别噪声和延迟波成分从而检测延迟波的方法，但是，在本实施方式中，检测延迟波的方法不限于此。此外，作为从延迟波检测部27输出到度量合成部25的延迟波的延迟样本数τ
l
，可以仅使用根据当前的符号估计出的值，也可以使用对紧前的连续的数个符号的估计值进行平均化等而提高了精度的值。即，延迟波检测部27也可以将根据紧前的1个符号估计出的延迟波的延迟样本数τ
l
或根据紧前的多个符号估计出的多个延迟波的延迟样本数τ
l
的平均值输出到度量合成部25。
[0050]
接着，对发送装置10的硬件结构进行说明。在发送装置10中，发送天线14是天线元件。fsk载波间隔控制部11、fsk调制部12和直接扩频部13通过处理电路实现。处理电路可以是执行存储器中存储的程序的处理器和存储器，也可以是专用的硬件。处理电路也被称为控制电路。
[0051]
图6是示出通过处理器91和存储器92实现实施方式1的发送装置10具有的处理电路的情况下的处理电路90的结构例的图。图6所示的处理电路90是控制电路，具有处理器91和存储器92。在处理电路90由处理器91和存储器92构成的情况下，处理电路90的各功能通过软件、固件或软件和固件的组合来实现。软件或固件被描述为程序，存储于存储器92。在处理电路90中，处理器91读出并执行存储器92中存储的程序，由此实现各功能。即，处理电路90具有存储器92，该存储器92用于存储其结果是执行发送装置10的处理的程序。该程序也可以说是用于使发送装置10执行由处理电路90实现的各功能的程序。该程序可以由存储了程序的存储介质来提供，也可以由通信介质等其他手段来提供。
[0052]
上述程序也可以说是使发送装置10执行以下步骤的程序：第1步骤，fsk调制部12对输入的信息比特串进行频移调制，生成频移调制符号；第2步骤，直接扩频部13对频移调制符号实施基于线性调频序列的直接扩频；以及第3步骤，fsk载波间隔控制部11对向接收装置20发送的信号进行控制，使得在接收装置20中解扩后的信号的频谱中，在连续的2个符号中的1个符号中，多路径的延迟波成分不会出现在频移调制候选载波中。
[0053]
这里，处理器91例如是cpu(central processing unit：中央处理单元)、处理装置、运算装置、微处理器、微计算机或dsp(digital signal processor：数字信号处理器)等。此外，存储器92例如是ram(random access memory：随机存取存储器)、rom(read only memory：只读存储器)、闪存、eprom(erasable programmable rom：可擦除可编程只读存储器)、eeprom(注册商标)(electrically eprom：电可擦除可编程只读存储器)等非易失性或易失性半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、高密度盘、迷你盘或dvd(digital versatile disc：数字多功能盘)等。
[0054]
图7是示出利用专用的硬件构成实施方式1的发送装置10具有的处理电路的情况下的处理电路93的例子的图。图7所示的处理电路93例如是单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、asic(application specific integrated circuit：专用集成电路)、fpga(field programmable gate array：现场可编程门阵列)或对它们进行组合而得到的部件。关于处理电路，也可以通过专用的硬件实现一部分，通过软件或固件实现一部分。这样，处理电路能够通过专用的硬件、软件、固件或它们的组合来实现上述的各功能。
[0055]
对发送装置10的硬件结构进行了说明，接收装置20的硬件结构也同样。在接收装
置20中，接收天线21是天线元件。解扩部22、傅里叶变换部23、功率计算部24、度量合成部25、fsk解调部26和延迟波检测部27通过处理电路实现。与发送装置10的情况同样，处理电路可以是执行存储器中存储的程序的处理器和存储器，也可以是专用的硬件。
[0056]
如以上说明的那样，根据本实施方式，发送装置10利用被进行了fsk调制的窄带信号通过直接扩频被扩频成宽带信号，按照每个发送符号对与fsk调制时的各fsk符号对应的载波的间隔进行变更。由此，发送装置10能够避免在接收装置20中在发送符号间连续发生在应用现有的异步检波时不可解调的、延迟波成分出现在fsk候选载波中的情况。即，在发送装置10中，只要通信路径相干，则连续的2个符号中的1个符号一定能够避免延迟波成分出现在fsk候选载波中的情况。
[0057]
此外，接收装置20以通过硬判决进行一次解调后的fsk符号为基准来估计延迟波的延迟样本数τ
l
，并且，利用到前一个符号为止求出的估计值生成对先行波成分和延迟波成分进行合成后的度量。由此，接收装置20能够获得基于先行波和延迟波的路径分集增益。而且，接收装置20通过发送装置10中的fsk载波间隔的变更，保证了能够在连续的2个符号中的1个符号中避免延迟波成分出现在fsk候选载波中的情况。因此，接收装置20能够在能够避免该情况的符号中准确地估计延迟波的延迟样本数τ
l
，并且，在另一个无法避免该情况的符号中也能够分离延迟波，其结果是，能够正确地进行解调。
[0058]
这样，发送装置10能够发送如下信号：该信号使得在对伴有线性调频扩频的频移调制应用异步检波的通信系统1的接收装置20中，避免由于多路径而引起的解调错误，并且，不使用导频信号就能够得到基于多路径的分集效果。
[0059]
实施方式2
[0060]
如实施方式1中说明的那样，具有如下特征：发送装置10发送信号，使得在连续的2个符号中的1个符号中，在接收装置20中的解扩后信号的频谱上，延迟波成分不会出现在fsk候选载波中。在实施方式2中，对用于实现该特征的另一个方法进行说明。
[0061]
图8是示出实施方式2的发送装置10a的结构例的框图。发送装置10a具有fsk调制部12a、直接扩频部13a、发送天线14和线性调频序列编号控制部15。图9是示出实施方式2的发送装置10a的动作的流程图。另外，在实施方式2中，通信系统的结构成为在图1所示的通信系统1中将发送装置10置换为发送装置10a而成的结构。
[0062]
fsk调制部12a进行fsk调制(步骤s31)。在实施方式2中，设为fsk调制部12a的fsk调制中的fsk载波间隔在全部符号中相同。
[0063]
线性调频序列编号控制部15按照每个符号对要使用的线性调频序列的序列编号进行控制(步骤s32)。具体而言，线性调频序列编号控制部15按照每个符号对前述的式(2)的q进行变更。特别地，线性调频序列编号控制部15使在连续的2个符号间选择的线性调频序列编号互质。由此，发送装置10a不按照每个符号改变fsk候选载波的位置，但是，能够改变延迟波成分出现的子载波位置。
[0064]
直接扩频部13a根据由线性调频序列编号控制部15决定的线性调频序列的序列编号，对由fsk调制部12a生成的fsk符号实施基于线性调频序列的直接扩频(步骤s33)。
[0065]
发送天线14将由直接扩频部13a实施了直接扩频后的信号xn发送到接收装置20(步骤s34)。
[0066]
在实施方式2中，线性调频序列编号控制部15是如下的控制部：对向接收装置20发
送的信号进行控制，使得在接收装置20中解扩后的信号的频谱中，在连续的2个符号中的1个符号中，多路径的延迟波成分不会出现在fsk候选载波中。具体而言，线性调频序列编号控制部15按照每个符号使线性调频序列编号变化，使得在连续的2个符号间选择的线性调频序列编号互质。
[0067]
另外，在实施方式2中，接收装置20的结构和动作与实施方式1时相同，因此，省略接收装置20的结构和动作的说明。
[0068]
对发送装置10a的硬件结构进行说明。在发送装置10a中，发送天线14是天线元件。fsk调制部12a、直接扩频部13a和线性调频序列编号控制部15通过处理电路实现。处理电路可以是执行存储器中存储的程序的处理器和存储器，也可以是专用的硬件。
[0069]
如以上说明的那样，根据本实施方式，发送装置10a按照每个符号对线性调频序列编号进行变更。该情况下，在发送装置10a和接收装置20中，也能够得到与实施方式1相同的效果。
[0070]
以上的实施方式所示的结构示出一例，能够与其他公知技术进行组合，也能够组合实施方式彼此，还能够在不脱离主旨的范围内省略、变更结构的一部分。
[0071]
标号说明
[0072]
1：通信系统；10、10a：发送装置；11：fsk载波间隔控制部；12、12a：fsk调制部；13、13a：直接扩频部；14：发送天线；15：线性调频序列编号控制部；20：接收装置；21：接收天线；22：解扩部；23：傅里叶变换部；24：功率计算部；25：度量合成部；26：fsk解调部；27：延迟波检测部。