JP5737999B2 - 通信システム、送信機および受信機 - Google Patents

Description

本発明は、複数ユーザの信号を多重可能な通信システムに関する。

従来、通信システムにて用いられる変調方式には、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、ＡＰＳＫ（Amplitude Phase Shift Keying）、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）などがある。このうち、ＦＳＫには、つぎのような利点がある。

（ａ）ＰＳＫ、ＱＡＭ、ＡＰＳＫでは、信号の平均電力とピーク電力の比を表すピーク電力対平均電力比（ＰＡＰＲ：Peak-to-Average Power Ratio）が大きいため、非線形増幅器による歪みの影響が大きくなり、特性が劣化する問題がある。そのため、信号のＰＡＰＲをできるだけ小さくする必要がある。一方、ＦＳＫでは、ＰＡＰＲを０ｄＢとすることが可能であり、高効率な通信を行うことが可能である。

（ｂ）いずれの変調方式においても、変調多値数を大きくするほど１シンボル当たりの送信ビット数が増加し、送信レートを大きくすることができる利点がある。しかし、ＰＳＫ、ＱＡＭ、ＡＰＳＫでは、変調多値数を大きくするほど感度が悪くなる。すなわち、所要ＢＥＲ（Bit Error Ratio）を満たすＥｂ／Ｎ０が大きくなる欠点がある。一方、ＦＳＫでは、変調多値数を大きくするほど感度が良くなる。すなわち、所要ＢＥＲを満たすＥｂ／Ｎ０が小さくなる。このように、ＦＳＫでは、変調多値数を大きくすることで送信レートが大きくなり、かつ、感度が良くなるという２つの利点を同時に享受できる。

変調多値数がＭのＭ値ＦＳＫの場合では、Ｍ本の搬送波を使用する。よって、ＦＳＫには、変調多値数が大きいほど１ユーザ当たりの周波数帯域が広がり、その分、周波数方向に多重できるユーザ数が少なくなる問題がある。ＦＳＫの利点（ｂ）を活かすには変調多値数は大きいことが望ましいが、それにより多重ユーザ数が減少することは問題であり、他の多重方法を考える必要がある。

ここで、同一時間、同一周波数により通信を行う複数ユーザを多重する技術としてＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式がある（例えば下記非特許文献１）。このような多重方法を用いることにより、複数ユーザが同一周波数により通信を行うため、多重ユーザ数を増やしても帯域が広がらず、上記問題点を解消できると考えられる。

また、下記非特許文献２では、ＦＳＫ信号を位相回転系列により拡散して送信する技術が開示されている。

武田和晃、安達文幸著 「パイロットチャネル推定を用いるＤＳ−ＣＤＭＡ周波数領域等化の誤り率特性」 電子情報通信学会技術研究報告、無線通信システムＲＣＳ２００４−８６、ｐｐ.６１−６５、２００４年６月 佐野裕康、福井範行、久保博嗣著 「周波数軸上で逆拡散・復調が可能な直接スペクトル拡散方式に関する検討」 ２００９年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ−５−８２

しかしながら、上記従来のＣＤＭＡ方式の技術によれば、ユーザ毎に異なる拡散符号を用いてユーザ多重を行うが、ＰＮ系列やＭ系列により送信信号を拡散する。そのため、信号のＰＡＰＲが大きくなり、ＦＳＫの場合に上記の利点（ａ）を活かせない、という問題があった。

また、上記非特許文献１の技術によれば、ＰＮ系列やＭ系列ではなく位相回転系列により送信信号を拡散しているため、拡散によりＰＡＰＲは大きくならないが、ユーザ多重を行うことは検討されていない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、同一の周波数により変調信号を生成する複数ユーザを多重可能であり、かつ、各ユーザの信号のＰＡＰＲの増加を防止可能な通信システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の送信機と受信機から構成される通信システムであって、前記送信機は、時間と共に周波数の変化する位相回転系列の周波数変化速度を決定するパラメータを記憶する送信機パラメータ記憶手段と、前記パラメータに基づいて位相回転系列を生成する位相回転系列生成手段と、変調信号に対して前記位相回転系列を乗算し、送信信号を得る位相回転系列乗算手段と、を備え、前記複数の送信機の各送信機パラメータ記憶手段が、それぞれ異なる値のパラメータを記憶し、前記受信機は、前記複数の送信機で用いられるパラメータを記憶する受信機パラメータ記憶手段と、所望の送信機に対応するパラメータに基づいて、位相回転系列の逆数を生成する位相回転系列逆数生成手段と、受信信号に対して前記位相回転系列の逆数を乗算し、所望の送信機からの信号を得る位相回転系列逆数乗算手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、同一の周波数により変調信号を生成する複数ユーザを多重可能であり、また、各ユーザの信号のＰＡＰＲの増加を防止できる、という効果を奏する。

図１は、無線通信システムの構成例を示す図である。 図２は、送信機の構成例を示す図である。 図３は、システム帯域内の搬送波を示す図である。 図４は、変調信号が拡散されるイメージを示す図である。 図５は、送信データとＣＰの関係を示す図である。 図６は、位相回転系列の周波数を示す図である。 図７は、ｒａｔｅが負の場合の位相回転系列の周波数を示す図である。 図８は、受信機の構成例を示す図である。 図９は、逆離散フーリエ変換部より出力される受信信号を示す図である。 図１０は、送信機の変調部における逆離散フーリエ変換処理を示す図である。 図１１は、受信機の復調部における離散フーリエ変換処理を示す図である。 図１２は、無線通信システムの構成例を示す図である。 図１３は、送信機の構成例を示す図である。 図１４は、位相回転系列の周波数を示す図である。 図１５は、ｒａｔｅ＝４、Ｎovs＝４の場合の位相回転系列の周波数を示す図である。 図１６は、長さＮ／４の位相回転系列を示す図である。 図１７は、長さＮの位相回転系列を示す図である。 図１８は、変調の際に最も低周波側の搬送波を用いた場合の位相回転系列乗算後の信号を示す図である。 図１９は、変調の際に最も高周波側の搬送波を用いた場合の位相回転系列乗算後の信号を示す図である。 図２０は、システム帯域内の搬送波と位相回転系列乗算後の信号を示す図である。 図２１は、位相回転系列の周波数変化の例を示す図である。 図２２は、位相回転系列生成部での位相回転系列の生成処理を示すフローチャートである。 図２３は、ｒａｔｅ＞０の場合でｉｄｘ＝ｐでステップＳ１０４：Ｎｏとなる場合の周波数を示す図である。 図２４は、ｒａｔｅ＝２、４の場合の位相回転系列の周波数を示す図である。 図２５は、ｒａｔｅ＜０の場合の例として、ｒａｔｅ＝−２の場合の位相回転系列の周波数を示す図である。 図２６は、位相および周波数が常に連続となる位相回転系列の周波数変化の例を示す図である。 図２７は、位相回転系列生成部での位相回転系列の生成処理を示すフローチャートを示す図である。 図２８は、｜ｒａｔｅ｜＝３、４の場合の位相回転系列の周波数を示す図である。 図２９は、｜ｒａｔｅ｜＝４の場合の位相回転系列の周波数を示す図である。 図３０は、位相回転系列の周波数を正弦波状に変化させた図である。 図３１は、Ｒａｔｅ＝３、４の場合の位相回転系列の周波数を示す図である。 図３２は、電力の大きい周波数が繰り返し存在するスペクトルを模式的に表した図である。 図３３は、実施の形態２における位相回転系列の周波数を示す図である。 図３４は、実施の形態３における位相回転系列の周波数を示す図である。 図３５は、実施の形態２の位相回転系列でｒａｔｅ＞０として｜ｒａｔｅ｜を変化させるようにした場合の位相回転系列の周波数を示す図である。 図３６は、実施の形態３の位相回転系列で｜ｒａｔｅ｜を変化させるようにした場合の位相回転系列の周波数を示す図である。 図３７は、実施の形態１、２の位相回転系列のように絶対値が同じだが異なる正負のｒａｔｅを異なるユーザが使用可能な場合の表を示す図である。 図３８は、実施の形態３、４の位相回転系列のように絶対値が同じだが異なる正負のｒａｔｅを異なるユーザに割り当てることができない場合の表を示す図である。

以下に、本発明にかかる通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態の無線通信システムの構成例を示す図である。無線通信システムは、送信機１００−１、１００−２、１００−３、…と、受信機２００と、から構成される。以降の説明において、送信機のことをユーザとも呼ぶことがある。具体的に、送信機１００−ｍ（ｍ＝１、２、３、…）、受信機２００のそれぞれについて説明する。なお、本実施の形態では、無線通信システムを用いて説明するが、有線通信についても適用可能である。

図２は、本実施の形態の送信機１００−ｍの構成例を示す図である。送信機１００−ｍは、変調部１０１と、位相回転系列生成部１０２と、ｃｈｉｒｐ部１０３と、ＣＰ（Cyclic Prefix）付加部１０４と、周波数変換部１０５と、増幅器１０６と、アンテナ１０７と、パラメータ記憶部１０８と、を備える。

まず、送信機１００−ｍでは、変調部１０１が、情報データに応じた長さＮの変調信号ｓ（ｎ）を生成する。使用する変調方式は特に限定せず、ＦＳＫ、ＰＳＫ、ＱＡＭ、ＡＰＳＫなど、どのような方式であってもよい。また変調方式、及び変調多値数はユーザ毎に同じであってもよいし、異なっていてもよい。図３は、システム帯域内の搬送波を示す図である。図３のようにシステム帯域内に複数の搬送波が存在し、変調方式としてＭ値ＦＳＫを用いる場合には、Ｍ個の搬送波が送信機１００−ｍに割り当てられる。ＰＳＫ、ＱＡＭ、ＡＰＳＫなどを用いる場合には、搬送波が１個割り当てられる。送信機１００−ｍは、割り当てられた搬送波を用いて変調信号を生成する。このとき、割り当てられる搬送波は、送信機毎に異なっていてもよいし、同じであってもよい。どちらの場合であっても、後述する本実施の形態のユーザ多重方法を用いることにより、異なるユーザの信号を多重可能となる。

一方、位相回転系列生成部１０２は、パラメータ記憶部１０８に保持されているパラメータ（後述のｒａｔｅ）を用いて位相回転系列ｃ（ｎ）を生成する。位相回転系列ｃ（ｎ）は電力が一定、つまり｜ｃ（ｎ）｜²がｎ（０≦ｎ＜Ｎ）によらず一定であり、なおかつ時間と共に周波数の変化する系列を用いる。なお、｜ｘ｜はｘの絶対値を意味する。

ｃｈｉｒｐ部１０３は、位相回転系列乗算手段であり、下記の式（１）に示すように変調信号ｓ（ｎ）に位相回転系列ｃ（ｎ）を乗算し、送信信号ｘ（ｎ）を得る。

図４は、変調信号が拡散されるイメージを示す図である。変調信号ｓ（ｎ）は１個の搬送波であるが、時間と共に周波数の変化する位相回転系列ｃ（ｎ）を乗算することで、変調信号もまた、時間と共に周波数の変化する信号に変換される。その結果、位相回転系列ｃ（ｎ）乗算後の信号ｘ（ｎ）は、図４に示すように帯域全体に広がった信号となる。

つぎに、ＣＰ付加部１０４が、拡散後の信号にＣＰを付加する。図５は、送信データとＣＰの関係を示す図である。図５に示すように、長さＮの送信データの先頭に長さＮcpのＣＰを付加する。ＣＰには、長さＮの送信信号の後のＮcpシンボルをコピーしたものを用いる。このようにして作成される長さＮ＋Ｎcpの信号をブロックと呼ぶ。

ＣＰ付加部１０４にてＣＰを付加された信号に対して、周波数変換部１０５が、周波数変換し、増幅器１０６が、周波数変換後の信号を増幅する。そして、アンテナ１０７が、増幅器１０６からの信号を入力し、信号を送信する。

ここで、位相回転系列ｃ（ｎ）は電力が一定の系列であるため、変調信号ｓ（ｎ）に位相回転系列ｃ（ｎ）を乗算しても、そのＰＡＰＲは変化しない。すなわち、ＣＤＭＡ方式のように、拡散によりＰＡＰＲが増加するような問題を防ぐことができる。また、特に変調方式にＦＳＫを用いる場合は、送信信号のＰＡＰＲを０ｄＢとすることが可能である。

つぎに、ユーザ多重方法について説明する。位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数の変化の速度がユーザ毎に異なるようにしておけば、位相回転系列ｃ（ｎ）乗算後の送信信号ｘ（ｎ）もまた、ユーザ毎に周波数の変化の速度が異なるようにできる。そのようにすることで、受信機２００において、各ユーザの信号を分離可能となる。つまり、複数の送信機（ユーザ）からの送信信号ｘ（ｎ）を対象としてユーザ多重を行うには、ユーザ毎に異なる位相回転系列ｃ（ｎ）を用いるようにすればよい。

例えば、以下の式（２）のような位相回転系列ｃ（ｎ）を用いることを考える。なお、式（２）は一例であり、電力が一定であり、時間と共に周波数が変化する位相回転系列ｃ（ｎ）であれば、他のどのようなものであってもよい。

ここで、ｊは虚数単位、ＮはＣＰを除くブロック長であり、位相回転系列の系列長となる。また、ｒａｔｅは位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数が変化する速度を決定するパラメータであり、パラメータ記憶部１０８に保持されている。｜ｒａｔｅ｜が大きいほど、その位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数が変化する速さが速いことになる。ユーザ毎に異なるｒａｔｅを用いて位相回転系列ｃ（ｎ）を作成すれば、ユーザ毎に異なる位相回転系列ｃ（ｎ）を生成することが可能である。そのため、ｒａｔｅの値は送信機１００−ｍと受信機２００との間で予め決定され、各送信機１００−ｍは自身が用いるｒａｔｅの値をパラメータ記憶部１０８に保持しておく。

ｒａｔｅは０＜｜ｒａｔｅ｜＜Ｎを満たす実数とする。正の数であっても負の数であってもよいが、受信機２００で各ユーザの信号を分離する際にユーザ間干渉を小さくするため、ｒａｔｅは整数としておくことが望ましい。

図６は、式（２）に示す位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）を示す図である。図６において、横軸は時間を、縦軸は周波数ｆ（ｎ）を表しており、ｒａｔｅ＝２、３の場合の例を示している。ｒａｔｅ＞０の場合、ｎが増加するにつれ周波数ｆ（ｎ）も増加する。ただし、周波数ｆ（ｎ）が１／２Ｔｓに達すると、周波数はｆ（ｎ）＝−１／２Ｔｓに折り返し、再び増加し始める。ここで、送信信号は離散時間信号であり、その時間間隔をＴｓとしている。このとき、サンプリング定理により、周波数ｆ（ｎ）は−１／２Ｔｓ〜１／２Ｔｓの間でしか表現できない。そのため、このような周波数ｆ（ｎ）の折り返しが発生する。

図７は、ｒａｔｅが負の数の場合の位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）を示す図である。ｒａｔｅが負の数の場合の例として、ｒａｔｅ＝−３の場合を示す。ｒａｔｅ＜０の場合、ｎが増加するにつれ周波数ｆ（ｎ）は減少する。ただし、ｆ（ｎ）が−１／２Ｔｓに達すると、周波数はｆ（ｎ）＝１／２Ｔｓに折り返し、再び減少し始める。

前述のように、ｒａｔｅは周波数ｆ（ｎ）の変化速度を表すが、図６、７よりｎを０〜Ｎで変化させることで、位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）がちょうど｜ｒａｔｅ｜周していることが分かる。また、図６から、異なるｒａｔｅを用いれば周波数ｆ（ｎ）の変化の速度が異なることが分かる。そのため、ｒａｔｅが異なれば、異なる位相回転系列ｃ（ｎ）となる。このような異なる位相回転系列ｃ（ｎ）を各ユーザに割り当てることで、ユーザ多重が可能となる。

すなわち、送信機１００−１、２、３、…が、それぞれ異なる位相回転系列ｃ（ｎ）を乗算して送信信号ｘ（ｎ）を送信することで、結果的に、送信機１００−１、２、３、…側から、受信機２００に対して、複数の送信信号ｘ（ｎ）が多重された多重信号を送信しているとみなすことができる。受信機２００においては、複数の送信信号ｘ（ｎ）が多重された多重信号を受信しているとみなすことができる。後述するように、受信機２００では、複数の送信機１００−１、２、３、…からの信号を受信した場合に、各信号に乗算された位相回転系列ｃ（ｎ）が異なることから、所望の送信機で乗算された位相回転系列ｃ（ｎ）を利用して、所望の送信機からの信号を得ることができる。

なお、本実施の形態では、絶対値が同じだが正負が異なるｒａｔｅを異なるユーザに割り当てても、ユーザを多重することが可能である。例えば、ユーザＡがｒａｔｅ＝３、ユーザＢがｒａｔｅ＝−３としてもこれらのユーザを多重できる。

つづいて、受信機２００の動作について説明する。図８は、本実施の形態の受信機２００の構成例を示す図である。受信機２００は、アンテナ２０１と、周波数変換部２０２と、ＣＰ除去部２０３と、離散フーリエ変換部２０４と、周波数領域等化部２０５と、逆離散フーリエ変換部２０６と、位相回転系列逆数生成部２０７と、ｄｅｃｈｉｒｐ部２０８と、復調部２０９と、パラメータ記憶部２１０と、を備える。

アンテナ２０１で受信した信号に対して、周波数変換部２０２が、ベースバンド信号に周波数変換する。周波数変換部２０２の出力はＣＰ除去部２０３に入力される。ＣＰ除去部２０３では、ＣＰを除去し、長さＮの受信ブロックが得られる。

本無線通信システムでは、送信機１００−ｍにてＣＰを付加するようにしているため、伝搬路での歪を補償するために周波数領域等化を実施することが可能となる。よって、受信機２００では、ＣＰ除去後に周波数領域等化を行う。すなわち、ＣＰ除去部２０３より出力される長さＮの受信ブロックに対し、離散フーリエ変換部２０４が、ＮポイントＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）（またはＦＦＴ（Fast Fourier Transform））を実施し、周波数領域の信号に変換する。その後、周波数領域等化部２０５が、周波数領域等化を行い、伝搬路での歪が補償される。そして、逆離散フーリエ変換部２０６が、ＮポイントＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transform）（またはＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform））を実施し、再度、時間領域の信号に変換する。

受信機２００では、複数ユーザの信号を１ユーザずつ順次復調していく。図９は、離散フーリエ変換部２０４より出力される受信信号を示す図である。各ユーザは同一時間、同一周波数で信号を送信するため、受信信号は図９に示すように、複数ユーザの信号が重ね合わされたものとなっている。受信機２００では、これらの信号の中から復調しようとしている１ユーザの信号のみを取り出す必要がある。その処理を行うのがｄｅｃｈｉｒｐ部２０８である。

図９に示す各ユーザの信号は、周波数の変化の速度が互いに異なっている。ｄｅｃｈｉｒｐ部２０８は、そのことを利用して、復調しようとしているユーザの信号のみを取り出す。まず、位相回転系列逆数生成部２０７が、復調しようとしているユーザの位相回転系列ｃ（ｎ）の逆数の系列ｃ^-1（ｎ）を生成する。位相回転系列逆数ｃ^-1（ｎ）は、式（３）のようになる。

なお、パラメータ記憶部２１０には各ユーザが用いるｒａｔｅの値が保持されている。位相回転系列逆数生成部２０７は、この中から、復調しようとしているユーザのｒａｔｅを選択し、位相回転系列逆数ｃ^-1（ｎ）を生成する。

そして、位相回転系列逆数乗算手段であるｄｅｃｈｉｒｐ部２０８が、位相回転系列逆数ｃ^-1（ｎ）を受信信号に乗算し、その結果を復調部２０９に出力する。逆離散フーリエ変換部２０６から入力した受信信号をｙ（ｎ）、復調部２０９への出力をｒ（ｎ）とすると、以下の式（４）の演算を行うことになる。

この処理は、受信信号ｙ（ｎ）の中から位相回転系列ｃ（ｎ）と同一の周波数の変化速度をしている成分のみを取り出すことに相当する。すなわち、送信機１００−ｍにて位相回転系列ｃ（ｎ）により送信信号を生成したユーザの信号のみを取り出すことができる。

復調部２０９は、入力された信号の復調処理を行う。

ここで、送信機１００−ｍにおける変調部１０１の変調処理、および受信機２００における復調部２０９の復調処理について補足する。送信機１００−ｍにおける変調信号の生成方法としては様々な方法が考えられるが、１つの方法として、逆離散フーリエ変換を用いる方法が考えられる。図１０は、送信機１００−ｍの変調部１０１における逆離散フーリエ変換処理を示す図である。このようなポイント数Ｎの逆離散フーリエ変換により、変調信号を生成する。

Ｍ値ＦＳＫにより変調する場合は、そのユーザに対し、ＮポイントのうちのＭポイントが割り当てられており、送信するデータに応じてＭポイントのうちのいずれか１つを非０の値とする。そして、残りのＮ−１ポイントを全て０として、逆離散フーリエ変換を行い、変調信号を生成する。

ＰＳＫ、ＱＡＭ、ＡＰＳＫなどにより変調する場合は、そのユーザに対し、Ｎポイントのうちの１ポイントが割り当てられている。他のＮ−１ポイントは全て０とし、割り当てられた１ポイントは変調シンボルの値とする。そして、逆離散フーリエ変換を行い、変調信号を生成する。

一方、受信機２００の復調部２０９では、離散フーリエ変換により復調を行う。図１１は、受信機２００の復調部２０９における離散フーリエ変換処理を示す図である。ｄｅｃｈｉｒｐ部２０８からの長さＮの出力信号に対し、Ｎポイント離散フーリエ変換を行う。

送信機１００−ｍにてＭ値ＦＳＫにより変調を行った場合は、そのユーザに割り当てられたＭポイントの中から、最も送信された可能性の高い１ポイントを選択し、復調処理を行う。１ポイントの選択方法としては、実部の大きさが最も大きいものを選択する方法、或いは電力の大きさが最も大きいものを選択する方法が考えられる。

送信機１００−ｍにてＰＳＫ、ＱＡＭ、ＡＰＳＫなどにより変調を行った場合は、そのユーザに割り当てられた１ポイントの値を用いて復調処理を行う。

なお、以上の説明は図１のように１個の受信機２００が複数のユーザである送信機１００−ｍから各々異なる信号を受信する場合である。一方、本実施の形態のユーザ多重方法は、１個の送信機が複数の受信機（ユーザ）に対し、各々異なる信号を送信する場合にも適用可能である。図１２は、１個の送信機および複数の受信機（ユーザ）からなる無線通信システムの構成例を示す図である。無線通信システムは、送信機３００と、受信機２００−１、２００−２、２００−３、…と、から構成される。図１２において送信機３００は、複数ユーザに対し異なる信号を多重して送信する。この構成の場合は、受信機２００−ｋ（ｋ＝１、２、３、…、Ｎｕ）のことをユーザと呼ぶことがある。

この場合、送信機３００が、各ユーザ向けの送信信号を生成し、多重後に送信する。図１３は、送信機３００の構成例を示す図である。最大Ｎｕ個のユーザ向けの信号の多重を行う送信機３００について説明する。送信機３００は、変調部３０１−１〜Ｎｕと、位相回転系列生成部３０２−１〜Ｎｕと、ｃｈｉｒｐ部３０３−1〜Ｎｕと、ＣＰ付加部３０４−1〜Ｎｕと、周波数変換部３０５と、増幅器３０６と、アンテナ３０７と、パラメータ記憶部３０８−1〜Ｎｕと、多重化部３０９と、を備える。

図２の送信機１００−ｍの構成と比較すると、図１３の送信機３００の構成では変調部からＣＰ付加部までがユーザ数分（Ｎｕ個）あり、各々のユーザ向けの信号を個別に生成する。このとき、各ユーザは異なるｒａｔｅを用いるため、各パラメータ記憶部３０８−１〜Ｎｕには、各々のユーザが使用するｒａｔｅの値が保持されている。

各々のユーザ向けの信号は、多重化部３０９が多重し、その後、周波数変換部３０５、増幅器３０６を経てアンテナ３０７より送信される。

一方、受信機２００−ｋの構成は図８と同様である。ただし、図１の無線通信システムの場合、受信機２００は複数の送信機１００−ｍからの受信データを順次復調していく必要があった。そして、そのためにパラメータ記憶部２１０では全てのユーザのｒａｔｅの値を保持していた。しかし、図１２の無線通信システムの場合、受信機２００−ｋは自身に向けられたデータのみを復調すればよい。よって、受信機２００−ｋのパラメータ記憶部２１０では、自身が用いるｒａｔｅの値のみを保持していればよい。

このようにして、１個の送信機３００が複数のユーザである受信機２００−ｋに対し、各々異なる信号を送信する場合にも、ユーザ毎にｒａｔｅの値を異なるようにすることで、ユーザ多重を行うことが可能である。

以上説明したように、本実施の形態では、送信機において、変調信号に対し、時間と共に周波数が変化する位相回転系列を乗算し、各ユーザの送信信号を時間と共に周波数の変化する信号とし、その周波数の変化の速度をユーザ毎に異なるようにすることで、各ユーザの信号を同一時間、同一周波数で送信する場合であっても、多重された状態として送信することが可能となる。また、受信機では、受信信号に対して所望の送信機で用いられた位相回転系列の逆数を乗算することで、所望の信号を得ることができる。これにより、送信機および受信機から構成される通信システムにおいて、各ユーザの信号を同一時間、同一周波数で送受信することが可能となる。また、信号のＰＡＰＲの増加を防止することが可能であり、特にＦＳＫを用いる場合にはＰＡＰＲを０ｄＢとすることが可能である。

実施の形態２．
本実施の形態では、位相回転系列ｃ（ｎ）の生成方法が実施の形態１と異なる。そこで、以下に送信機での位相回転系列ｃ（ｎ）の生成方法を説明する。受信機での位相回転系列逆数ｃ^-1（ｎ）は位相回転系列ｃ（ｎ）の逆数の系列であるため、「ｃ^-1（ｎ）＝１／ｃ（ｎ）」と求めることが可能である。なお、図１に示す１個の受信機が複数の送信機（ユーザ）から各々異なる信号を受信するシステムに基づいて説明するが、実施の形態１と同様、図１２に示す１個の送信機が複数の受信機（ユーザ）に対し、各々異なる信号を送信するシステムにおいても適用可能である。実施の形態１と異なる部分について説明する。

実施の形態１で述べた位相回転系列ｃ（ｎ）には、つぎのような問題がある。位相回転系列ｃ（ｎ）は離散信号であり、前述の通りサンプリング定理により表現できる周波数帯域に制限があるため、周波数ｆ（ｎ）＝１／２Ｔｓ、または−１／２Ｔｓで周波数ｆ（ｎ）の折り返しが発生する。例えば、ｒａｔｅ＝４の場合、位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）は図１４のようになる。図１４は、位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）を示す図である。オーバーサンプリングを行っていない状態を示すものであり、周波数ｆ（ｎ）＝１／２Ｔｓで周波数ｆ（ｎ）の折り返しが発生する。

一般に、送信機では送信信号に対しオーバーサンプリングを行う。時間間隔Ｔｓの離散信号をＮovs（＞１）倍オーバーサンプリングすることで、時間間隔Ｔｓ／Ｎovsの離散信号となる。このとき、サンプリング定理により表現できる周波数帯域はＮovs倍に広がる。その結果、ｆ（ｎ）＝１／２Ｔｓで周波数ｆ（ｎ）の折り返しは発生せず、周波数ｆ（ｎ）＝１／２Ｔｓ×Ｎovsでようやく発生するようになる。図１５は、ｒａｔｅ＝４、Ｎovs＝４の場合の位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）を示す図である。この結果、送信信号の帯域がＮovs倍に広がる問題がある。具体的に、図１５では「１／２Ｔｓ×４＝２Ｔｓ」より、２Ｔｓで周波数ｆ（ｎ）の折り返しが発生する。

フィルタにより帯域外電力を除去することは可能であるが、その場合、信号の時間波形が大きく変化し、ＰＡＰＲが大きくなる問題がある。

そこで本実施の形態では、サンプリング定理により決まる周波数帯域に依存せず、数式上で強制的に周波数ｆ（ｎ）が折り返すように位相回転系列ｃ（ｎ）を作成する。すなわち、位相回転系列生成部１０２は、周波数ｆ（ｎ）が変化する一周期内では、周波数ｆ（ｎ）が連続した値をとりながら変化する位相回転系列ｃ（ｎ）を生成する。以降で、このような位相回転系列ｃ（ｎ）の生成方法を説明する。なお、これは一例であり、電力が一定であり時間と共に周波数ｆ（ｎ）の変化する位相回転系列ｃ（ｎ）であって、数式上で強制的に周波数ｆ（ｎ）が折り返すようなものであれば、他のどのようなものであってもよい。

簡単のため、ｒａｔｅ＝４とし、Ｎが４の倍数の場合を例として説明する。図１６は、長さＮ／４の位相回転系列ｃ（ｎ）を示す図である。また、図１７は、長さＮの位相回転系列ｃ（ｎ）を示す図である。図１６のような長さＮ／４の位相回転系列ｃ（ｎ）を図１７のように５個つなぎ合わせることで、長さＮの位相回転系列ｃ（ｎ）を作成する。ただし、１個目と５個目の点線部分は使用しない。

図１６の位相回転系列をｃ_ori（ｎ）とし、その位相をθ_ori（ｎ）、周波数をｆ_ori（ｎ）とする。このとき、周波数ｆ_ori（ｎ）は図１６より式（５）で表される。

ここで、虚数単位をｊ、離散時間信号の時間間隔をＴｓとし、位相回転系列ｃ（ｎ）の位相をθ（ｎ）、各周波数をω（ｎ）、周波数をｆ（ｎ）とすると、これらの間には以下の式（６）の関係が成り立つ。

式（６）より、周波数ｆ_ori（ｎ）×２πＴｓをｎで積分することで位相θ_ori（ｎ）が得られ、それを用いて位相回転系列ｃ_ori（ｎ）を表現できる。以上より、位相回転系列ｃ_ori（ｎ）は次式（７）で表される。

この位相回転系列ｃ_ori（ｎ）を時間方向に５個つなぎ合わせた図１７の位相回転系列ｃ（ｎ）は次式で表される。

ただし、図１７に点線で示した位相θ₁（ｎ）（−Ｎ／８≦ｎ＜０）、位相θ₅（ｎ）（Ｎ≦ｎ＜９Ｎ／８）の部分については使用しない。

ここで、位相回転系列ｃ_ori（ｎ）をつなぎ合わせる際、その継ぎ目で位相θ（ｎ）が不連続であり、スペクトルが広がり、帯域外電力が増加する原因となる。そこで、継ぎ目で位相θ（ｎ）を連続とすべく、以下のように位相回転系列ｃ（ｎ）を作成する。なお、周波数ｆ（ｎ）は式（８）と同様である。

このようにして、オーバーサンプリングするか否かに関わらず、周波数ｆ（ｎ）が−１／２Ｔｓ〜１／２Ｔｓの間で変化する位相回転系列ｃ（ｎ）を作成できる。しかしながら、つぎの問題が生じる。

変調信号に上記の位相回転系列ｃ（ｎ）を乗算すると、変調信号はその搬送波を中心として高周波側に０〜１／２Ｔｓ、低周波側に０〜１／２Ｔｓの範囲で周波数が変化する。図１８は、変調の際に最も低周波側の搬送波を用いた場合の位相回転系列ｃ（ｎ）乗算後の信号を示す図である。また、図１９は、変調の際に最も高周波側の搬送波を用いた場合の位相回転系列ｃ（ｎ）乗算後の信号を示す図である。実施の形態１（図４参照）と比較して、使用する搬送波により、信号の周波数が変化する範囲が異なる。その結果、位相回転系列ｃ（ｎ）乗算後の信号はシステム帯域以外にも広がってしまい、問題となる。すなわち、図９に示すように、各ユーザの信号を同一周波数帯に重ねることができない。

そこで、使用する搬送波に応じて周波数ｆ（ｎ）の変化する範囲が異なる位相回転系列ｃ（ｎ）を用いることを考える。図２０は、システム帯域内の搬送波と位相回転系列ｃ（ｎ）乗算後の信号を示す図である。図２０（ａ）のようにシステム帯域内にＮ個の搬送波があり、低周波側から順に、＃０、＃１、…、＃Ｎ−１とインデックスを付ける。ＰＳＫ、又はＱＡＭにより変調する場合はＮ個の搬送波のうちの１個を用いることになり、そのインデックス番号をｉとする。Ｍ値ＦＳＫにより変調する場合はＮ個の搬送波のうちのＭ個を用いることになり、そのＭ個のうちの真ん中の搬送波のインデックス番号をｉとする。ｉの値に応じて周波数の変化する範囲が異なる位相回転系列ｃ（ｎ）を用いるようにする。

これまでの位相回転系列ｃ（ｎ）は、周波数ｆ（ｎ）が−１／２Ｔｓ〜１／２Ｔｓの範囲で変化するものであったが、「（（（Ｎ−ｉ）／Ｎ）−１）・１／Ｔｓ〜（（Ｎ−ｉ）／Ｎ）・１／Ｔｓ」の範囲で変化する位相回転系列ｃ（ｎ）を用いるようにする。図２１は、この様な範囲で変化する位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）の変化の例を示す図である。これまでは、高周波側、低周波側に１／２Ｔｓずつ均等に周波数ｆ（ｎ）が変化していたが、図２１では高周波側への変化量と、低周波側への変化量が異なっている。ｉが大きい場合ほど、すなわち、変調に使用する搬送波の周波数が大きい場合ほど、使用する位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）の高周波側への変化量は少なくなり、低周波側への変化量は多くなる。このような位相回転系列ｃ（ｎ）を用いることで、Ｎ個のうちのいずれの搬送波を用いる場合であっても、位相回転系列ｃ（ｎ）乗算後の信号は図２０（ｂ）のようになる。つまり、使用する搬送波によらず信号の周波数ｆ（ｎ）が変化する範囲が同一となる。その結果、位相回転系列ｃ（ｎ）乗算後の信号がシステム帯域以外に広がる問題が解消される。

ここで、Ｍ値ＦＳＫの場合、Ｍ個のうちの真ん中の搬送波のインデックス番号により、位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）が変化する範囲を決定していることに注意する。すなわち、Ｍ個のうちのどの搬送波を用いるかによって、位相回転系列ｃ（ｎ）を変えるようなことはしない。そのようなことをすれば、受信側で復調できなくなるためである。

このような「（（（Ｎ−ｉ）／Ｎ）−１）・１／Ｔｓ〜（（Ｎ−ｉ）／Ｎ）・１／Ｔｓ」の範囲で周波数ｆ_ori（ｎ）が変化する位相回転系列ｃ_ori（ｎ）の作り方をｒａｔｅ＝４の場合を例に考える。これは、−１／２Ｔｓ〜１／２Ｔｓの範囲で周波数ｆ_ori（ｎ）が変化する位相回転系列ｃ_ori（ｎ）を周波数軸方向に「（（Ｎ−ｉ）／Ｎ）・１／Ｔｓ−１／２・１／Ｔｓ」だけシフトしたものである。このような位相回転系列ｃ_ori（ｎ）の周波数ｆ_ori（ｎ）は、式（５）のｆ_ori（ｎ）を周波数軸方向に「（（Ｎ−ｉ）／Ｎ）・１／Ｔｓ−１／２・１／Ｔｓ」だけシフトすることで求めることができる。そして式（６）の関係性を用いると、２πＴｓ×ｆ_ori（ｎ）をｎで積分することで、位相θ_ori（ｎ）が求まる。以上より、「（（（Ｎ−ｉ）／Ｎ）−１）・１／Ｔｓ〜（（Ｎ−ｉ）／Ｎ）・１／Ｔｓ」の範囲で周波数ｆ_ori（ｎ）が変化する位相回転系列ｃ_ori（ｎ）は、以下の式（１０）で表すことができる。

これを式（９）により時間方向につなぎ合わせることで、系列長Ｎの位相回転系列ｃ（ｎ）が得られる。

ここで、ｒａｔｅが４以外の場合にも一般化し、位相回転系列生成部１０２での位相回転系列ｃ（ｎ）の生成処理について説明する。図２２は、位相回転系列生成部１０２での位相回転系列ｃ（ｎ）の生成処理を示すフローチャートである。Ｎは系列長、ｎは作成済の系列数を示す。

まず、位相回転系列生成部１０２では、使用する各変数を初期化する（ステップＳ１０１）。ここで、ｉｄｘ＿ｉｎｉはｉｄｘの初期値であり、０≦ｉｄｘ＿ｉｎｉ＜｜Ｎ／ｒａｔｅ｜である。

つぎに、位相回転系列生成部１０２は、以下の式（１１）により、ｆ、θを計算する（ステップＳ１０２）。

ｒａｔｅ＞０の場合の式は、式（１０）をｒａｔｅ＝４以外の場合にも一般化し、ｎをｉｄｘと置き換えたものとなる。ｒａｔｅ＜０の場合についてもｒａｔｅ＞０の場合と同様の考え方で式を作成可能であり、上式のようになる。

つぎに、位相回転系列生成部１０２は、位相θにθoffを加算する（ステップＳ１０３）。このθoffは位相θを常に連続とするために必要なものである。

つぎに、位相回転系列生成部１０２は、周波数ｆが適切な範囲にあるかをチェックする（ステップＳ１０４）。つまり、下記の式（１２）を満たすかどうかを確認する。

周波数ｆが適切な範囲である場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、位相回転系列生成部１０２は、位相回転系列ｃ（ｎ）＝ｅｘｐ（ｊθ）により位相回転系列ｃ（ｎ）を求める。そしてつぎの位相θ、周波数ｆを求めるためにｉｄｘ、ｎの値を更新する（ステップＳ１０５）。位相回転系列ｃ（ｎ）をオーバーサンプリングせずに求める場合はΔ＝１である。Ｎovs倍オーバーサンプリングして作る場合は、Δ＝１／Ｎovsとする。

つぎに、位相回転系列生成部１０２は、ｎ＜Ｎを満たす場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、以降、上記ステップＳ１０１〜Ｓ１０５までの処理を繰り返す。ｎ＜Ｎを満たさない場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、系列長Ｎの位相回転系列ｃ（ｎ）を作り終えたことになるため、処理を終了する。

なお、ステップＳ１０４において、周波数ｆが適切な範囲にない場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、位相回転系列生成部１０２は、ｉｄｘを０に初期化し、またθoffをそのときの位相θの値に更新する（ステップＳ１０７）。そして再度周波数ｆ、位相θを作成しなおす。

図２３は、ｒａｔｅ＞０の場合でｉｄｘ＝ｐでステップＳ１０４：Ｎｏとなる場合の周波数ｆ（ｎ）を示す図である。ｉｄｘ＝ｐ（※）で「ｆ＞（（（Ｎ−１）／Ｎ）−１）・１／Ｔｓ」となるため、ｉｄｘ＝０とリセットし、位相回転系列ｃ（ｎ）を引き続き作成していく。このとき、ｉｄｘ＝ｐ（※）での位相θをθoffとすることで、ｉｄｘをリセット後も位相θを連続とすることができる。

以上が本実施の形態における位相回転系列ｃ（ｎ）の作り方である。この場合も実施の形態１と同様にユーザ毎に異なるｒａｔｅにより位相回転系列ｃ（ｎ）を生成すればユーザ多重が可能となる。図２４は、ｒａｔｅ＝２、４の場合の位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）を示す図である。このようにｒａｔｅが異なれば位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）の変化の速度が異なるため、ユーザ多重が可能となる。また、図２５は、ｒａｔｅ＜０の場合の例として、ｒａｔｅ＝−２の場合の位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）を示す図である。ｎが増加するにつれ周波数ｆ（ｎ）は減少する場合にも、位相θを連続とすることができる。

なお、本実施の形態では、実施の形態１と同様に、絶対値が同じだが正負が異なるｒａｔｅを異なるユーザに割り当てても、ユーザを多重することが可能である。例えば、ユーザＡがｒａｔｅ＝３、ユーザＢがｒａｔｅ＝−３としてもこれらのユーザを多重できる。

以上説明したように、本実施の形態では、位相回転系列の位相を常に連続となるようにした。これにより、実施の形態１の効果に加え、さらに、オーバーサンプリングを行った場合においても、帯域が広がらないような送信信号を生成することができる。また、変調信号生成に使用する搬送波に関わらず、送信信号の帯域を同一とすることができる。

実施の形態３．
本実施の形態では、位相回転系列ｃ（ｎ）の生成方法が実施の形態２と異なる。そこで、以下に送信機での位相回転系列ｃ（ｎ）の生成方法を説明する。図１に示す１個の受信機が複数の送信機（ユーザ）から各々異なる信号を受信するシステムに基づいて説明するが、実施の形態２と同様、図１２に示す１個の送信機が複数の受信機（ユーザ）に対し、各々異なる信号を送信するシステムにおいても適用可能である。実施の形態２と異なる部分について説明する。

実施の形態２の位相回転系列ｃ（ｎ）では、位相θ（ｎ）は常に連続となるが、周波数ｆ（ｎ）は折り返す点で不連続となる。すなわち、ｒａｔｅ＞０の場合は、周波数ｆ（ｎ）が「（（Ｎ−ｉ）／Ｎ）・１／Ｔｓ」から「（（（Ｎ−ｉ）／Ｎ）−１）・１／Ｔｓ」に変化し、ｒａｔｅ＜０の場合は、周波数ｆ（ｎ）が「（（（Ｎ−ｉ）／Ｎ）−１）・１／Ｔｓ」から「（（Ｎ−ｉ）／Ｎ）・１／Ｔｓ」に変化する。これは、スペクトルが広がり、帯域外電力が増加する原因となる。

フィルタにより帯域外電力を除去することは可能であるが、その場合、信号の時間波形が大きく変化し、ＰＡＰＲが大きくなる問題がある。

そこで本実施の形態では、位相θ（ｎ）のみならず、周波数ｆ（ｎ）も常に連続となるように位相回転系列ｃ（ｎ）を作成する。すなわち、位相回転系列生成部１０２は、複数の周期に渡って位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）が変化する場合に、周波数ｆ（ｎ）および位相θ（ｎ）が連続した値をとりながら変化する位相回転系列ｃ（ｎ）を生成する。以降で、そのような位相回転系列ｃ（ｎ）の生成方法を説明する。なお、これは一例であり、電力が一定であり時間と共に周波数ｆ（ｎ）の変化する位相回転系列ｃ（ｎ）であって、系列の位相θ（ｎ）、周波数ｆ（ｎ）が常に連続となっているものであれば、他のどのようなものであってもよい。

図２６は、位相θ（ｎ）および周波数ｆ（ｎ）が常に連続となる位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数変化の例を示す図である。これは系列長Ｎの間に周波数ｆ（ｎ）を４周する場合の例であり、周波数ｆ（ｎ）は増加と減少を繰り返している。このようにすることで、周波数ｆ（ｎ）は常に連続となる。このような位相回転系列ｃ（ｎ）は、周波数ｆ（ｎ）を１周するたびにｒａｔｅの正負を切り替えることで実現できる。

本実施の形態では、実施の形態２と同様に、位相回転系列ｃ_ori（ｎ）を時間方向につなぎ合わせて位相回転系列ｃ（ｎ）を生成する。図２７は、本実施の形態における位相回転系列生成部１０２での位相回転系列ｃ（ｎ）を求めるフローチャートである。ステップＳ２０１〜Ｓ２０６までの処理は実施の形態２（図２２参照）のステップＳ１０１〜Ｓ１０６と同様であり、違いはステップＳ２０７において以下の式（１３）の処理が増えるのみである。

これにより、１周するたびにｒａｔｅの正負が切り替わり（｜ｒａｔｅ｜は変化しない）、位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）が増加／減少を繰り返すようになる。

以上が本実施の形態における位相回転系列ｃ（ｎ）の作り方である。このように、各ユーザはｒａｔｅの正負を切り替えて使用するため、実施の形態１、２では異なるユーザに、絶対値は同じだが正負が異なるｒａｔｅを割り当てて多重することが可能であったが、本実施の形態ではそれはできないことに注意する。例えば、実施の形態１、２ではユーザＡをｒａｔｅ＝３、ユーザＢをｒａｔｅ＝−３とすることで多重可能であった。しかし、本実施の形態では、各ユーザはｒａｔｅの正負を切り替えて使用するため、ユーザＡ、Ｂ共にｒａｔｅとして３と−３の両方を用いることになる。従って、このような多重はできない。本実施の形態では、異なるユーザの｜ｒａｔｅ｜が必ず異なるようにする必要がある。

本実施の形態では、ユーザ毎に異なる｜ｒａｔｅ｜により位相回転系列ｃ（ｎ）を生成すればユーザ多重が可能となる。図２８は、｜ｒａｔｅ｜＝３、４の場合の位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）を示す図である。このように｜ｒａｔｅ｜が異なれば位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）の変化の速度が異なるため、ユーザ多重が可能となる。また、本実施の形態では、位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）は増加と減少を繰り返すが、減少より始まることも勿論使用可能である。図２９は、｜ｒａｔｅ｜＝４の場合の位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）を示す図である。このように、減少から始まる場合でも１周するたびにｒａｔｅの正負が切り替わる動作を行うことで、増加から始まる場合と同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、本実施の形態では、さらに、位相回転系列の周波数を常に連続となるようにした。これにより、実施の形態２の効果に加え、さらに帯域が広がるのを抑え、帯域外電力をさらに小さくすることが可能である。

実施の形態４．
本実施の形態では、位相回転系列ｃ（ｎ）の生成方法が実施の形態３と異なる。そこで、以下に送信機での位相回転系列ｃ（ｎ）の生成方法を説明する。図１に示す１個の受信機が複数の送信機（ユーザ）から各々異なる信号を受信するシステムに基づいて説明するが、実施の形態３と同様、図１２に示す１個の送信機が複数の受信機（ユーザ）に対し、各々異なる信号を送信するシステムにおいても適用可能である。実施の形態３と異なる部分について説明する。

実施の形態３のように位相回転系列ｃ（ｎ）を作成することで、周波数ｆ（ｎ）、位相θ（ｎ）は常に連続となる。しかし、周波数ｆ（ｎ）が増加から減少、または減少から増加に切り替わる点においては、周波数ｆ（ｎ）が変化する速度が急激に変化する。これが、スペクトルの帯域外電力が増加する原因となる。

フィルタにより帯域外電力を除去することは可能であるが、その場合、信号の時間波形が大きく変化し、ＰＡＰＲが大きくなる問題がある。

そこで、本実施の形態では、周波数ｆ（ｎ）をよりなめらかに変化させる方式について説明する。具体的には、周波数ｆ（ｎ）を正弦波状に変化させる。位相回転系列生成部１０２は、周波数ｆ（ｎ）が正弦波状に変化する位相回転系列ｃ（ｎ）を生成する。以降で、そのような位相回転系列ｃ（ｎ）の生成方法を説明する。なお、これは一例であり、電力が一定であり時間と共に周波数ｆ（ｎ）の変化する位相回転系列ｃ（ｎ）であって、系列の周波数ｆ（ｎ）が正弦波状に変化するものであれば、他のどのようなものであってもよい。図３０は、位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）を正弦波状に変化させた図である。

このような位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）は次式（１４）で表される。

図３０は、ｒａｔｅ＝４、α＝０とした場合の例となる。ここで、αは他の変数によらない定数であり、この値を変えることで、ｎ＝０の時点での周波数ｆ（ｎ）の値を変化させることができる。

式（６）より、２πＴｓ×ｆ（ｎ）をｎで積分することで、次式（１５）の位相θ（ｎ）が得られ、位相回転系列ｃ（ｎ）を求めることができる。

本実施の形態の位相回転系列ｃ（ｎ）は、式（１５）に従って作成すればよい。実施の形態２、３のように、位相回転系列ｃ_ori（ｎ）を時間方向につなぎ合わせて位相回転系列ｃ（ｎ）を作るといった処理は不要であり、式（１５）に０≦ｎ＜Ｎのｎを順に代入していくだけで、位相回転系列ｃ（ｎ）を生成することができる。このように作成した位相回転系列ｃ（ｎ）の位相θ（ｎ）、周波数ｆ（ｎ）は常に連続であり、また周波数ｆ（ｎ）は常に滑らかに変化する。

ただし、本実施の形態では、絶対値は同じだが正負が異なる２つのｒａｔｅで、式（１５）により周波数θ（ｎ）を計算すると、両者は同じ値となる。よって、本実施の形態では、実施の形態３と同様に、絶対値は同じだが正負が異なるｒａｔｅを割り当てて多重することができない。例えば、実施の形態１、２では、ユーザＡをｒａｔｅ＝３、ユーザＢをｒａｔｅ＝−３とすることで多重可能であった。しかし、本実施の形態では、ｒａｔｅ＝３として生成したｃ（ｎ）とｒａｔｅ＝−３として生成したｃ（ｎ）は全く同一の位相回転系列となるため、このような多重はできない。本実施の形態では、異なるユーザの｜ｒａｔｅ｜が必ず異なるようにする必要がある。

以上が本実施の形態における位相回転系列ｃ（ｎ）の作り方である。この場合もユーザ毎に異なるｒａｔｅにより位相回転系列ｃ（ｎ）を生成すればユーザ多重が可能となる。図３１は、｜Ｒａｔｅ｜＝３、４の場合の位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）を示す図である。このようにｒａｔｅが異なれば位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）の変化の速度が異なるため、これまでの実施の形態と同様、ユーザ多重が可能となる。

以上説明したように、本実施の形態では、さらに、位相回転系列の周波数の変化をなめらかにさせることとした。これにより、実施の形態３の効果に加え、さらに帯域が広がるのを抑え、帯域外電力をさらに小さくすることが可能である。

実施の形態５．
本実施の形態では、位相回転系列ｃ（ｎ）の生成方法が他の実施の形態と異なる。そこで、以下に送信機での位相回転系列ｃ（ｎ）の生成方法を説明する。図１に示す１個の受信機が複数の送信機（ユーザ）から各々異なる信号を受信するシステムに基づいて説明するが、実施の形態４と同様、図１２に示す１個の送信機が複数の受信機（ユーザ）に対し、各々異なる信号を送信するシステムにおいても適用可能である。実施の形態１〜４と異なる部分について説明する。

実施の形態１〜４の位相回転系列ｃ（ｎ）により送信信号を作成すると、帯域内の電力が一定とはならず、電力の大きい周波数が繰り返し存在する現象が生じる。図３２は、電力の大きい周波数が繰り返し存在するスペクトルを模式的に表した図である。

実施の形態１〜４では、各ユーザにおいて｜ｒａｔｅ｜の値は常に一定であった。よって、これらの位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）は周期性を持つと言える。図３３は、実施の形態２における位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）を示す図である。また、図３４は、実施の形態３における位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）を示す図である。図３３であれば１周毎に、図３４であれば２周毎に位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）が同じパターンを繰り返し、周期性を持つことが分かる。この周期性が、「電力の大きい周波数」という形で周波数スペクトルに現れていると考えられる。

この現象の結果、被探知性が大きくなる問題がある。被探知性が大きいとは、受信機以外の他者に通信を行っていることを気付かれる可能性が高いことを意味する。他者に気付かれない必要がある場合、帯域内電力が一定となるようにし、被探知性を小さくする対策が必要である。

そこで、本実施の形態では、帯域内電力を一定とし、被探知性を小さくする位相回転系列ｃ（ｎ）の生成方法を説明する。この周期性は、ユーザ毎に｜ｒａｔｅ｜が一定であるために発生するので、｜ｒａｔｅ｜を変化させるようにすればよいと考えられる。すなわち、位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）がＮrate（≧１）周する度に、ｒａｔｅを０＜ＭＩＮrate≦｜ｒａｔｅ｜≦ＭＡＸrateの範囲で変化させるようにする。位相回転系列生成部１０２は、ｒａｔｅを、周波数ｆ（ｎ）が変化するＮrate周期ごとに変更して位相回転系列ｃ（ｎ）を生成する。ここで、ＭＩＮrateは｜ｒａｔｅ｜の最小値、ＭＡＸrateは｜ｒａｔｅ｜の最大値となる。

Ｎrate＝１の場合、つまり周波数ｆ（ｎ）が１周する度に｜ｒａｔｅ｜の値を変化させる場合の例を図３５、３６に示す。図３５は、実施の形態２の位相回転系列ｃ（ｎ）でｒａｔｅ＞０として｜ｒａｔｅ｜を変化させるようにした場合の位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）を示す図である。また、図３６は、実施の形態３の位相回転系列ｃ（ｎ）で｜ｒａｔｅ｜を変化させるようにした場合の位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）を示す図である。｜ｒａｔｅ｜の値が変化するため、周波数ｆ（ｎ）のグラフの傾きが一周するたびに変化している。

｜ｒａｔｅ｜の値の変化のさせ方としては、ランダムに変化させてもよいし、一定の規則に従い規則的に変化させるような方法（例えば、一定値ずつ増加させるなど）でもよい。ただし、実施の形態３の位相回転系列ｃ（ｎ）を用いる場合は、ｒａｔｅの正負を周波数ｆ（ｎ）が一周するたびに切り替える必要がある。また実施の形態１、２の位相回転系列をｃ（ｎ）用いる場合は、ｒａｔｅの正負は常に一定としておく必要がある。実施の形態４の位相回転系列ｃ（ｎ）を用いる場合は、ｒａｔｅが正であっても負であっても絶対値が同じであれば生成される位相回転系列ｃ（ｎ）は同じであるため、ｒａｔｅの正負に対する制約は特に必要ない。

例えば、｜ｒａｔｅ｜を２→１０→７→１３→３→…と変化させる場合、ｒａｔｅの値は以下のように変化する。

実施の形態１、２の位相回転系列ｃ（ｎ）を用いる場合、
２→１０→７→１３→３→…
または、
−２→−１０→−７→−１３→−３→…

実施の形態３の位相回転系列ｃ（ｎ）を用いる場合、
２→−１０→７→−１３→３→…
または
−２→１０→−７→１３→−３→…

実施の形態４の位相回転系列ｃ（ｎ）を用いる場合、
２→１０→７→１３→３→…

また、Ｎrate（≧１）の値を小さくするほど｜ｒａｔｅ｜の値が変化する頻度が大きくなり、位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）の周期性が小さくなる。つまり、帯域内電力を一定として被探知性を小さくするためには、Ｎrateの値は小さい方がよいと考えられる。

つぎに、ユーザ多重を行う場合について説明する。なお、ＭＩＮrate、ＭＡＸrate、Ｎrateの値はユーザ毎に異なっていてもよいし、同じであってもよい。他の実施の形態と同様、異なるユーザが同一のｒａｔｅを用いることはできない。よって、各ユーザはｒａｔｅの値を変化させつつ、異なるユーザが同一のｒａｔｅを用いないようにする必要がある。

そこで、Ｎｕユーザを多重する場合、０＜ＭＩＮrate≦｜ｒａｔｅ｜≦ＭＡＸrateの範囲にあるｒａｔｅをＮｕ個のグループに分割し、各グループを各ユーザに割り当てるようにする。ユーザは割り当てられたグループ内のｒａｔｅのみを用いて位相回転系列ｃ（ｎ）を生成する。これにより、異なるユーザが常に異なるｒａｔｅを用いるようにすることができる。

ＭＩＮrate＝５、ＭＡＸrate＝２０、Ｎｕ＝４で、ｒａｔｅとして整数のみを用いる場合の例を図３７、３８に示す。図３７は、実施の形態１、２の位相回転系列ｃ（ｎ）のように絶対値が同じだが異なる正負のｒａｔｅを異なるユーザが使用可能な場合の表を示す図である。また、図３８は、実施の形態３、４の位相回転系列ｃ（ｎ）のように絶対値が同じだが異なる正負のｒａｔｅを異なるユーザに割り当てることができない場合の表を示す図である。各グループに対応するｒａｔｅおよびユーザへの割り当てを示すものである。どちらの場合も、ｒａｔｅをＮｕ（＝４）個のグループに分割し、各グループを異なるユーザに割り当てる。そして、各ユーザは、自身に割り当てられたグループの中から、位相回転系列ｃ（ｎ）の周波数ｆ（ｎ）がＮrate周する度にｒａｔｅの値を選択して使用する。このようにすることで、異なるユーザが同一のｒａｔｅを用いないようにすることができる。

具体的に、送信機１００−ｍ（または送信機３００）では、複数のｒａｔｅがグループ分けされ、パラメータ記憶部１０８（またはパラメータ記憶部３０８−１〜Ｎｕ）ごとにグループが割り当てられている場合、位相回転系列生成部１０２（または位相回転系列生成部３０２−１〜Ｎｕ）は、自身と接続するパラメータ記憶部に割り当てられたグループの中から選択したｒａｔｅを用いて位相回転系列ｃ（ｎ）を生成する。

以上説明したように、本実施の形態では、周波数がＮrate周するたびに位相回転系列のｒａｔｅを変化させることとした。これにより、実施の形態１〜４での効果に加え、さらに、周波数スペクトルの帯域内電力を一定にし、被探知性を小さくすることが可能である。

１００−１、１００−２、１００−３、３００ 送信機
１０１、３０１−１〜Ｎｕ 変調部
１０２、３０２−１〜Ｎｕ 位相回転系列生成部
１０３、３０３−1〜Ｎｕ ｃｈｉｒｐ部
１０４、３０４−1〜Ｎｕ ＣＰ付加部
１０５、３０５ 周波数変換部
１０６、３０６ 増幅器
１０７、３０７ アンテナ
１０８、３０８−1〜Ｎｕ パラメータ記憶部
２００、２００−１、２００−２、２００−３ 受信機
２０１ アンテナ
２０２ 周波数変換部
２０３ ＣＰ除去部
２０４ 離散フーリエ変換部
２０５ 周波数領域等化部
２０６ 逆離散フーリエ変換部
２０７ 位相回転系列逆数生成部
２０８ ｄｅｃｈｉｒｐ部
２０９ 復調部
２１０ パラメータ記憶部
３０９ 多重化部

Claims (10)

1. 複数の送信機と受信機から構成される通信システムであって、
   前記送信機は、
   時間と共に周波数の変化する位相回転系列の周波数変化速度を決定するパラメータを記憶する送信機パラメータ記憶手段と、
   前記パラメータに基づいて、周波数が変化する一周期内では、周波数が連続した値をとりながら変化し、上限の周波数に達したときは下限の周波数に変化し、または下限の周波数に達したときは上限の周波数に変化する位相回転系列を生成する位相回転系列生成手段と、
   変調信号に対して前記位相回転系列を乗算し、送信信号を得る位相回転系列乗算手段と、
   を備え、前記複数の送信機において、各送信機パラメータ記憶手段が、それぞれ異なる値のパラメータを記憶し、各位相回転系列生成手段では送信機毎に前記周波数変化速度が異なる位相回転系列を生成し、
   前記受信機は、
   前記複数の送信機で用いられるパラメータを記憶する受信機パラメータ記憶手段と、
   所望の送信機に対応するパラメータに基づいて、位相回転系列の逆数を生成する位相回転系列逆数生成手段と、
   受信信号に対して前記位相回転系列の逆数を乗算し、所望の送信機からの信号を得る位相回転系列逆数乗算手段と、
   を備えることを特徴とする通信システム。
2. 送信機と複数の受信機から構成される通信システムであって、
   前記送信機は、
   時間と共に周波数の変化する位相回転系列の周波数変化速度を決定するパラメータを記憶する送信機パラメータ記憶手段と、
   前記パラメータに基づいて、周波数が変化する一周期内では、周波数が連続した値をとりながら変化し、上限の周波数に達したときは下限の周波数に変化し、または下限の周波数に達したときは上限の周波数に変化する位相回転系列を生成する位相回転系列生成手段と、
   変調信号に対して前記位相回転系列を乗算し、送信信号を得る位相回転系列乗算手段と、
   をそれぞれ前記受信機の数だけ備え、各送信機パラメータ記憶手段が、それぞれ異なる値のパラメータを記憶し、各位相回転系列生成手段では受信機毎に前記周波数変化速度が異なる位相回転系列を生成し、
   さらに、各位相回転系列乗算手段から入力した送信信号を多重化する多重化手段、
   を備え、
   前記受信機は、
   自身に対応したパラメータを記憶する受信機パラメータ記憶手段と、
   自身に対応したパラメータに基づいて、位相回転系列の逆数を生成する位相回転系列逆数生成手段と、
   受信信号に対して前記位相回転系列の逆数を乗算し、自身宛の信号を得る位相回転系列逆数乗算手段と、
   を備え、前記複数の受信機の各受信機パラメータ記憶手段が、それぞれ異なる値のパラメータを記憶する、
   ことを特徴とする通信システム。
3. 前記位相回転系列生成手段は、
   複数の搬送波からシステム帯域が構成される場合に、前記変調信号の生成に使用された搬送波のシステム帯域における位置に基づいて、周波数の変化する範囲を変更した位相回転系列を生成する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。
4. 前記位相回転系列生成手段は、
   前記パラメータを、周波数が変化する所定の周期ごとに変更して位相回転系列を生成する、
   ことを特徴とする請求項１，２または３に記載の通信システム。
5. 複数の送信機と受信機から構成される通信システムにおける前記送信機であって、
   時間と共に周波数の変化する位相回転系列の周波数変化速度を決定するパラメータを記憶する送信機パラメータ記憶手段と、
   前記パラメータに基づいて、周波数が変化する一周期内では、周波数が連続した値をとりながら変化し、上限の周波数に達したときは下限の周波数に変化し、または下限の周波数に達したときは上限の周波数に変化する位相回転系列を生成する位相回転系列生成手段と、
   変調信号に対して前記位相回転系列を乗算し、送信信号を得る位相回転系列乗算手段と、
   を備え、前記複数の送信機において、各送信機パラメータ記憶手段が、それぞれ異なる値のパラメータを記憶し、各位相回転系列生成手段では送信機毎に前記周波数変化速度が異なる位相回転系列を生成することを特徴とする送信機。
6. 送信機と複数の受信機から構成される通信システムにおける前記送信機であって、
   時間と共に周波数の変化する位相回転系列の周波数変化速度を決定するパラメータを記憶する送信機パラメータ記憶手段と、
   前記パラメータに基づいて、周波数が変化する一周期内では、周波数が連続した値をとりながら変化し、上限の周波数に達したときは下限の周波数に変化し、または下限の周波数に達したときは上限の周波数に変化する位相回転系列を生成する位相回転系列生成手段と、
   変調信号に対して前記位相回転系列を乗算し、送信信号を得る位相回転系列乗算手段と、
   をそれぞれ前記受信機の数だけ備え、各送信機パラメータ記憶手段が、それぞれ異なる値のパラメータを記憶し、各位相回転系列生成手段では受信機毎に前記周波数変化速度が異なる位相回転系列を生成し、
   さらに、各位相回転系列乗算手段から入力した送信信号を多重化する多重化手段、
   を備えることを特徴とする送信機。
7. 前記位相回転系列生成手段は、
   複数の搬送波からシステム帯域が構成される場合に、前記変調信号の生成に使用された搬送波のシステム帯域における位置に基づいて、周波数の変化する範囲を変更した位相回転系列を生成する、
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の送信機。
8. 前記位相回転系列生成手段は、
   前記パラメータを、周波数が変化する所定の周期ごとに変更して位相回転系列を生成する、
   ことを特徴とする請求項５，６または７に記載の送信機。
9. 複数の送信機と受信機から構成される通信システムにおける前記受信機であって、
   時間と共に周波数の変化する位相回転系列の周波数変化速度を決定するパラメータであって、前記複数の送信機において送信機毎に前記周波数変化速度が異なり、周波数が変化する一周期内では、周波数が連続した値をとりながら変化し、上限の周波数に達したときは下限の周波数に変化し、または下限の周波数に達したときは上限の周波数に変化する位相回転系列を生成するために用いられるパラメータを記憶する受信機パラメータ記憶手段と、
   所望の送信機に対応するパラメータに基づいて、位相回転系列の逆数を生成する位相回転系列逆数生成手段と、
   受信信号に対して前記位相回転系列の逆数を乗算し、所望の送信機からの信号を得る位相回転系列逆数乗算手段と、
   を備えることを特徴とする受信機。
10. 送信機と複数の受信機から構成される通信システムにおける前記受信機であって、
    時間と共に周波数の変化する位相回転系列の周波数変化速度を決定するパラメータであって、前記送信機において受信機毎に前記周波数変化速度が異なり、周波数が変化する一周期内では、周波数が連続した値をとりながら変化し、上限の周波数に達したときは下限の周波数に変化し、または下限の周波数に達したときは上限の周波数に変化する位相回転系列を生成するために用いられるパラメータのうち自身に対応したパラメータを記憶する受信機パラメータ記憶手段と、
    自身に対応したパラメータに基づいて、位相回転系列の逆数を生成する位相回転系列逆数生成手段と、
    受信信号に対して前記位相回転系列の逆数を乗算し、自身宛の信号を得る位相回転系列逆数乗算手段と、
    を備え、前記複数の受信機の各受信機パラメータ記憶手段が、それぞれ異なる値のパラメータを記憶することを特徴とする受信機。

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