JP4247267B2 - 無線送信機、無線受信機、無線通信システム、及び無線信号制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のユーザグループまたは複数の事業者（以下、これらを「複数のグループ」と総称する）が共通の周波数帯域を利用して同時に無線で通信を行う環境に存在する、無線送信機、無線受信機及び無線通信システム、並びに、これら無線送信機、無線受信機及び無線通信システムにより実行される無線信号制御方法に関する。

無線リソースの公平な利用方法として、複数のグループが共通の周波数帯域を利用して通信を行うことが検討されている。上記のような同一周波数を複数のグループが共通に使用するための条件としては、他のグループの通信を妨害せず、公平性を保って通信を行うことが肝要となる。

従来の周波数共用技術として、例えば、無線LANシステムが挙げられる。無線LANシステムでは、キャリアセンスを行うことにより、周辺で所定の周波数が使用されているか否かを判定し、周辺で使用されていないときに信号を送信することにより、複数の無線局が混在する環境において自律的に同一周波数上での無線信号の共存を実現している（CSMA/CA）。CSMA/CAにおいては、周波数が使用されているビジー状態が終了すると、一定の時間間隔にランダムな時間を加えた時間だけ待ってから信号の送信を行う。このように各ユーザは、ランダムな時間を加えた時間だけ待った後に通信を開始するため、各ユーザが通信を行える確率は公平になり、ユーザ間で通信の公平性を保つことができる（非特許文献１参照）。

また、複数の事業者が同一周波数帯に存在する複数の無線チャネルを共通に使用する無線システムとして、PHSがある。PHSは、複数の事業者が予め用意された複数の通信用キャリアを共通に使用する。PHSにおいては、各事業者に個別に用意される制御用キャリアにより事業者毎の呼制御を行い、空いている通信用キャリアから使用する通信用キャリアを基地局が選択して使用する。選択された共通の通信用キャリアにおいて、時間分割多重アクセス（TDMA）によって、複数ユーザそれぞれが周波数を使用可能な時間を区切った上で、各ユーザがデータ信号を送信することにより、ユーザ間の公平性を保っている（非特許文献２参照）。

さて、上記の無線LANシステムにおいては、CSMA/CAにより、ユーザ間の公平性を得ることが可能であるが、エチケットに違反して無線リソースを使用し続けるユーザが存在する場合、他のユーザはその周波数帯域を使用不能となる。また、複数のグループが混在する環境においては、ユーザ数が少ないグループは、ユーザ数の多いグループに比べて通信を確立できる確率が低下し、グループ間の公平性を担保できないという問題がある。このため、無線LANシステムでは、周波数を占拠しているユーザ又は該ユーザが属するグループを判別するためのＩＤを無線信号に付与し、エチケット違反の取締りや事業者間の公平性を担保することが重要となる。

また、PHSでは、上記の問題に加え、複数のグループに対して専用の制御用キャリアを用意して通信の制御を行うため、グループ数が増加すると、周波数資源が有限であることから、制御用キャリアを各グループに割り当てることが困難となる。このため、余分な周波数資源を使用することなく、無線信号に対し該無線信号が所属するグループのＩＤを付与し、通信が行われている無線信号から、該無線信号が所属するグループを判別する技術が重要となる。

グループ判別が可能となると、例えば、CSMA/CAを用いる無線LANシステムにおいて、グループの判別結果から得られる統計量（例えば、信号送信を行う前の所定の時間区間における各グループの信号送出回数の比率など）に基づき上述のランダム時間を制御することにより、グループ間の公平性を制御することが可能となる（非特許文献３参照）。

また、TDMA/TDDを用いるPHSなどの通信方式においても同様に、グループの判別結果から得られる統計量に基づいて送信スロットや周波数割当機会を制御することにより、グループ間の公平性を制御することが可能となる。

無線LANシステムでは、無線信号に対し該無線信号が所属するグループのＩＤを付与するために、例えば、図１に示すように、無線送信機１１が、無線信号１３内に、該無線信号１３が所属するグループを識別するためのＩＤ（無線信号ＩＤ：例えばMACアドレス）を挿入した上で、無線信号１３を送信する。該無線信号１３を受信した無線受信機１２は、受信された無線信号１３を信号分離器１４により復調し無線信号ＩＤとデータ信号とに分離した後、ＩＤ判別器１５により無線信号ＩＤに基づいて該無線信号１３の所属するグループを判別する、といった一連の処理方法が考えられる。
"IEEE Std 802.11a-1999" The Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1999. "ARIB RCR STD-28" Association of Radio Industries and Businesses, 1993. "IEEE Std 802.11e-2005" The Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2005.

しかしながら、上記のような方法では、無線信号を受信した無線機は、該無線信号が自局あてであるか否かにかかわらず、毎回、受信された無線信号内の無線信号ＩＤを復調して、該無線信号の所属するグループを判別する処理を行う必要がある。そのため、処理量の観点から、無線信号の受信側の無線機に多大な負担がかかるという問題がある。例えば802.11a方式に基づく無線LANシステムを用いる場合は、グループを判別するために、受信された無線信号に対してプリアンブルを用いたシンボルタイミング同期確立・キャリア周波数同期確立を行った後に、該無線信号のデータ部分に対してFFTによる復調を行い、誤り訂正復号を行う必要がある。このようにグループを判別するためには、一連のデータ復調処理を実行する必要がある。

そこで、本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、複数のグループが存在する環境において、受信された信号に対し複雑なデータ復調処理を行うことなく、該信号の所属するグループを判別可能とする、無線送信機、無線受信機、無線通信システム、及び無線信号制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る無線送信機は、伝送されるデータ信号が所属するグループを識別するためのＩＤ信号であって、グループごとに固有の、周期自己相関についての統計量に出現する２次以上の性質としての高次統計的性質を与える当該ＩＤ信号を、格納したＩＤ信号格納手段と、前記データ信号を変調するデータ変調手段と、前記データ変調手段により変調された変調信号と前記ＩＤ信号格納手段に格納されたＩＤ信号とを関連付け、前記ＩＤ信号に対応した高次統計的性質を、当該ＩＤ信号に関連付けられた変調信号に付与することで、送信される信号を生成する無線信号ＩＤ付与手段と、前記無線信号ＩＤ付与手段により生成された信号を無線で送信する無線信号送信手段と、を具備することを特徴とする。かかる構成により、送信信号が所属するグループに固有の高次統計的性質を付加し、グループごとのＩＤを付与することが可能となる。

なお、上記の無線送信機では、前記無線信号ＩＤ付与手段は、前記ＩＤ信号を前記変調信号に加算することで、当該ＩＤ信号に対応した高次統計的性質を当該変調信号に付与する構成とすることが望ましい。この場合、データ信号を変調して得られる変調信号とＩＤ信号とを加算することにより、加算後の信号において、変調信号の性質とは無相関に、ＩＤ信号に対応した高次統計的性質の特徴が出現する。そのため、該高次統計的性質を抽出することで、送信信号が所属するグループを判別可能となる。

また、上記の無線送信機では、前記無線信号ＩＤ付与手段は、前記ＩＤ信号を前記変調信号に乗算することで、当該ＩＤ信号に対応した高次統計的性質を当該変調信号に付与する構成とすることが望ましい。この場合、データ信号のみでは発現しない高次統計的性質を加えることが可能となる。そのため、該高次統計的性質を観測することで、送信信号が所属するグループを判別可能となる。

また、上記の無線送信機は、複数のサブキャリアを用いるマルチキャリア伝送により信号を送信する無線送信機であり、前記ＩＤ信号格納手段は、伝送されるデータ信号が所属するグループに応じて、当該グループに固有の高次統計的性質が出現するように各サブキャリアにおける送信内容を定めたＩＤ信号を格納し、前記無線信号ＩＤ付与手段は、前記ＩＤ信号格納手段に格納されたＩＤ信号に基づいて各サブキャリアの送信内容を設定することにより、前記送信される信号を生成する構成とすることが望ましい。この場合、マルチキャリア伝送の特性を利用して送信信号の内容を操作する（即ち、ＩＤ信号に基づいて各サブキャリアの送信内容を設定する）ことで、高精度に判別可能となるような高次統計的性質を各グループの送信信号に割り当てることが可能となる。

また、上記の無線送信機は、複数のサブキャリアを用いるマルチキャリア伝送により信号を送信する無線送信機であり、前記ＩＤ信号格納手段は、伝送されるデータ信号が所属するグループに対応付けられた、所定の周波数の正弦波又は該正弦波の信号を離散化した送信シンボルを、前記ＩＤ信号として格納し、前記無線信号ＩＤ付与手段は、ＩＤ信号送信に用いるサブキャリアにおいて、前記ＩＤ信号格納手段に格納された前記正弦波又は前記送信シンボルを送信するように設定することにより、前記送信される信号を生成する構成とすることが望ましい。この場合、サブキャリア内の所定の周波数成分において信号のエネルギーが集中することとなる。このように所定の周波数成分に信号のエネルギーを集中させることにより、受信信号の所属するグループに固有の高次統計的性質を際立たせて出現させることが可能となり、高精度なＩＤ検出を行うことが可能となる。

また、上記の無線送信機は、複数のサブキャリアを用いるマルチキャリア伝送により信号を送信する無線送信機であり、前記ＩＤ信号格納手段は、伝送されるデータ信号が所属するグループに応じて、全てのサブキャリアのうち通信に使用するサブキャリアを定めたＩＤ信号を格納し、前記無線信号ＩＤ付与手段は、前記ＩＤ信号格納手段に格納されたＩＤ信号により定められた所定のサブキャリアのみを用いる、前記送信される信号を生成する構成とすることが望ましい。この場合、選択されたサブキャリア同士を乗算して求める周波数自己相関では周波数自己相関ピークが存在し、逆に、選択されたサブキャリアと選択されないサブキャリアとの周波数自己相関はゼロになることから、無線受信機において周波数自己相関ピーク検出のみを用いてＩＤ検出することが可能となる。

また、上記の無線送信機では、前記ＩＤ信号格納手段は、伝送されるデータ信号と所定の遅延時間だけ遅延させた伝送されるデータ信号とから得られる高次統計的性質において、該データ信号の所属するグループに固有の変化が、前記遅延時間によって生じるように決定されたＩＤ信号を格納し、前記無線信号ＩＤ付与手段は、前記ＩＤ信号格納手段に格納されたＩＤ信号に基づいて、前記グループに固有の変化が生じる高次統計的性質を、当該ＩＤ信号に関連付けられた変調信号に付与することで、前記送信される信号を生成する構成とすることが望ましい。この場合、周波数自己相関に時間差の概念を取り入れることで次元が増加し、無線信号が所属するより多くのグループにＩＤを割り当てることが可能となる。これに伴い、多くのグループが混在する条件であっても個別のＩＤを割り当てることが可能となる。

また、上記の無線送信機では、前記ＩＤ信号格納手段は、誤り訂正符号を用いて得られる系列と前記高次統計的性質における電力ピークが得られる周波数及び遅延時間差とを対応させて前記誤り訂正符号に基づいて該周波数及び遅延時間差を定め、前記高次統計的性質の電力ピークの出現パターンを前記誤り訂正符号に対応させることにより決定される高次統計的性質を、前記送信される信号に出現させるようなＩＤ信号を格納し、前記無線信号ＩＤ付与手段は、前記ＩＤ信号格納手段に格納されたＩＤ信号に基づいて、前記送信される信号を生成する構成とすることが望ましい。この場合、雑音が大きい条件下で周波数自己相関値のピーク検出において誤りが発生しても、その誤りを訂正することにより、高精度に受信信号が所属するグループを判別することが可能となる。

上記目的を達成するために、本発明に係る無線受信機は、受信される信号が所属する可能性があるすべてのグループごとに固有の、周期自己相関についての統計量に出現する２次以上の性質としての高次統計的性質を格納した高次統計的性質データベースと、到来してきた信号を無線で受信する無線信号受信手段と、前記無線信号受信手段により受信された信号に関する高次統計的性質を求め、求められた高次統計的性質と前記高次統計的性質データベースに格納されたグループごとの高次統計的性質とを比較することで、前記受信された信号が所属するグループを判別する無線信号グループ判別手段と、を具備することを特徴とする。かかる構成により、データ復調を行うことなく、無線送信機において付加された高次統計量を観測するだけでＩＤを判別することが可能となる。また、高次統計的性質を用いることにより、雑音成分が抑圧されることにより、受信された信号が所属するグループを高精度に判定することが可能となる。

上記目的を達成するために、本発明に係る無線通信システムは、無線送信機と、前記無線送信機の周辺に存在する無線受信機とを含んで構成される無線通信システムであって、前記無線送信機は、伝送されるデータ信号が所属するグループを識別するためのＩＤ信号であって、グループごとに固有の、周期自己相関についての統計量に出現する２次以上の性質としての高次統計的性質を与える当該ＩＤ信号を、格納したＩＤ信号格納手段と、前記データ信号を変調するデータ変調手段と、前記データ変調手段により変調された変調信号と前記ＩＤ信号格納手段に格納されたＩＤ信号とを関連付け、前記ＩＤ信号に対応した高次統計的性質を、当該ＩＤ信号に関連付けられた変調信号に付与することで、送信される信号を生成する無線信号ＩＤ付与手段と、前記無線信号ＩＤ付与手段により生成された信号を無線で送信する無線信号送信手段と、を具備し、前記無線受信機は、受信される信号が所属する可能性があるすべてのグループごとに固有の高次統計的性質を格納した高次統計的性質データベースと、到来してきた信号を無線で受信する無線信号受信手段と、前記無線信号受信手段により受信された信号に関する高次統計的性質を求め、求められた高次統計的性質と前記高次統計的性質データベースに格納されたグループごとの高次統計的性質とを比較することで、前記受信された信号が所属するグループを判別する無線信号グループ判別手段と、を具備することを特徴とする。かかる構成により、無線送信機において、送信される信号の高次統計的性質のみを用いて該信号の所属するグループにＩＤを付与し、無線受信機においてデータ復調を行うことなくＩＤを判別することが可能となる。また、高次統計的性質を用いることにより、雑音成分が抑圧されることにより、受信された信号が所属するグループを高精度に判定することが可能となる。

ところで、本発明は、上記の無線送信機、無線受信機及び無線通信システムのそれぞれにより実行される無線信号制御方法に係る発明として捉えることができ、以下のように記述することができる。これらはそれぞれ、対応する上記の無線送信機に係る発明、無線受信機に係る発明、無線通信システムに係る発明と同様の作用・効果を奏する。

本発明に係る無線信号制御方法は、無線送信機が、通信に先立って、伝送されるデータ信号が所属するグループを識別するためのＩＤ信号であって、グループごとに固有の、周期自己相関についての統計量に出現する２次以上の性質としての高次統計的性質を与える当該ＩＤ信号を、格納しておくＩＤ信号格納ステップと、前記無線送信機が、前記データ信号を変調するデータ変調ステップと、前記無線送信機が、前記データ変調ステップにて変調された変調信号と前記ＩＤ信号格納ステップにて格納されたＩＤ信号とを関連付け、前記ＩＤ信号に対応した高次統計的性質を、当該ＩＤ信号に関連付けられた変調信号に付与することで、送信される信号を生成する無線信号ＩＤ付与ステップと、前記無線送信機が、前記無線信号ＩＤ付与ステップにて生成された信号を無線で送信する無線信号送信ステップと、を具備することを特徴とする。

また、本発明に係る無線信号制御方法は、無線受信機が、通信に先立って、受信される信号が所属する可能性があるすべてのグループごとに固有の、周期自己相関についての統計量に出現する２次以上の性質としての高次統計的性質を格納しておく高次統計的性質格納ステップと、前記無線受信機が、到来してきた信号を無線で受信する無線信号受信ステップと、前記無線受信機が、前記無線信号受信ステップにて受信された信号に関する高次統計的性質を求め、求められた高次統計的性質と前記高次統計的性質格納ステップにて格納されたグループごとの高次統計的性質とを比較することで、前記受信された信号が所属するグループを判別する無線信号グループ判別ステップと、を具備することを特徴とする。

また、本発明に係る無線信号制御方法は、無線送信機と、前記無線送信機の周辺に存在する無線受信機とを含んで構成される無線通信システムにおける無線信号制御方法であって、前記無線送信機が、通信に先立って、伝送されるデータ信号が所属するグループを識別するためのＩＤ信号であって、グループごとに固有の、周期自己相関についての統計量に出現する２次以上の性質としての高次統計的性質を与える当該ＩＤ信号を、格納しておくＩＤ信号格納ステップと、前記無線送信機が、前記データ信号を変調するデータ変調ステップと、前記無線送信機が、前記データ変調ステップにて変調された変調信号と前記ＩＤ信号格納ステップにて格納されたＩＤ信号とを関連付け、前記ＩＤ信号に対応した高次統計的性質を、当該ＩＤ信号に関連付けられた変調信号に付与することで、送信される信号を生成する無線信号ＩＤ付与ステップと、前記無線送信機が、前記無線信号ＩＤ付与ステップにて生成された信号を無線で送信する無線信号送信ステップと、前記無線受信機が、通信に先立って、受信される信号が所属する可能性があるすべてのグループごとに固有の高次統計的性質を格納しておく高次統計的性質格納ステップと、前記無線受信機が、到来してきた信号を無線で受信する無線信号受信ステップと、前記無線受信機が、前記無線信号受信ステップにて受信された信号に関する高次統計的性質を求め、求められた高次統計的性質と前記高次統計的性質格納ステップにて格納されたグループごとの高次統計的性質とを比較することで、前記受信された信号が所属するグループを判別する無線信号グループ判別ステップと、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、複数のグループが存在する環境において、受信された信号に対し複雑なデータ復調処理を行うことなく、該信号の所属するグループを判別可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態について説明する。

［無線送受信装置の構成］
まず、本実施形態に係る無線送受信装置の構成について説明する。図１３に示すように本実施形態に係る無線送受信装置１０は、後述する図２の無線送信機１の構成と図３の無線受信機２の構成の両方を兼ね備えており、複数の無線送受信装置１０によって無線通信システム１００が形成されている。なお、本発明に係る無線通信システムは無線通信システム１００に相当するが、本発明に係る無線通信システムが無線送信機１の構成と無線受信機２の構成の両方を兼ね備えた複数の無線送受信装置１０により構成されることは必須ではない。即ち、本発明に係る無線通信システムは、無線送信機１と無線受信機２とが混在する構成であればよく、例えば、上記の無線送受信装置１０以外に、無線送信機１の構成のみを備えた装置又は無線受信機２の構成のみを備えた装置を含んだ構成であってもよい。また、本実施形態の無線通信システム１００では、複数のグループが共通の周波数帯域を利用して同時に無線で通信を行う。つまり、複数の無線送受信装置１０同士が、複数のグループのうち何れかのグループに所属する無線信号を、共通の周波数帯域を利用して、送受信し合う。送受信される無線信号が所属するグループは、個々の無線送受信装置１０によりさまざまであり、また、同じ無線送受信装置１０においても、常に同じグループに所属する無線信号を送受信するとは限らない（上記グループは変動しうる）。

上記の無線送信機１は、送信される無線信号が、該無線信号が所属するグループに固有の高次統計的性質を有するように、無線信号を生成して送信する機能を備える。無線受信機２は、受信された無線信号が有する高次統計的性質を計算し、該高次統計的性質と予め記憶したグループ毎の高次統計的性質とに基づいて、該無線信号が所属するグループを判別する機能を備える。

図２は無線送信機１の機能的構成を表すブロック図である。図２に示すように、無線送信機１は機能的に、データ生成手段２０と、ＩＤ信号格納手段２１と、データ変調手段２２と、無線信号ＩＤ付与手段２３と、無線信号送信手段２４とを備えて構成されている。また、図３は無線受信機２の機能的構成を表すブロック図である。図３に示すように、無線受信機２は機能的に、無線信号受信手段３１と、高次統計的性質データベース３２と、無線信号グループ判別手段３３と、スイッチ３４と、データ復調手段３５とを備えて構成されている。

以下、図２及び図３を用いて、各機能要素について詳細に説明する。

無線送信機１のＩＤ信号格納手段２１には、送信される信号が所属するグループに固有の高次統計的性質を有するＩＤ信号データが格納されている。高次統計的性質とは、周波数相関、時間相関、周期自己相関、キュムラント、及びモーメントなどの統計量に出現する性質であり、２次以上のものが該当する。ここで、ＩＤ信号格納手段２１は、例えば周期自己相関特性に特徴が出現するように特定の周波数を有する正弦波を、ＩＤ信号データとして保有する。遅延時間τ及びサイクリック周波数αに対する時間信号x(t)の周期自己相関特性は、

により与えられ、正弦波の周期自己相関特性は、遅延時間が０のとき、

となり、正弦波の周波数の２倍地点においてピークが出現し、他の領域では０となる。

データ生成手段２０は、送信されるデータ信号Ｄ１を生成し、生成したデータ信号Ｄ１をデータ変調手段２２へ出力する。

データ変調手段２２は、送信されるデータ信号Ｄ１を無線通信に適する形式に変調し、変調された信号（以下「変調信号」という）を無線信号ＩＤ付与手段２３へ出力する。なお、本実施形態では、無線送信機１がデータ生成手段２０を備えた例を説明したが、無線送信機１がデータ生成手段２０を備えることは必須要件ではない。例えば、送信されるデータ信号Ｄ１が外部から無線送信機１へ入力される態様を採用してもよい。

無線信号ＩＤ付与手段２３は、入力された変調信号に、ＩＤ信号格納手段２１で保有している正弦波を加算することで、送信される信号を生成し、生成した送信される信号を無線信号送信手段２４へ出力する。

無線信号送信手段２４は、上記送信される信号に増幅、帯域制限、周波数変換などの所定の信号処理を施した後、アンテナ２４Ａを介して通信の相手方の無線受信機２に向けて上記信号処理後の無線信号Ｓを送信する。

図３に示す無線受信機２の無線信号受信手段３１は、アンテナ３１Ａを介して無線信号Ｓを受信し、受信された無線信号Ｓに対し、増幅、帯域制限、周波数変換などの所定の信号処理を施し、処理後の信号を無線信号グループ判別手段３３及びスイッチ３４へ出力する。

なお、上記の無線信号Ｓは、無線送信機１から見た場合「送信信号」と称し、無線受信機２から見た場合「受信信号」と称する。

高次統計的性質データベース３２には、図４に示すように、グループごとに固有の高次統計的性質の特徴量と、その特徴量を与えるＩＤ信号の時間波形の情報とが、対応付けられて格納されている。ここでは、高次統計的性質として、例えば、周期自己相関特性の情報が格納されている。

無線信号グループ判別手段３３は、無線信号受信手段３１による所定の信号処理後の受信信号の周期自己相関特性を計算し、計算で得られた周期自己相関特性と高次統計的性質データベース３２に格納された高次統計的性質の特徴量とを比較することで、受信された無線信号が所属するグループを判別する。

ここで、高次統計的性質の特徴量は、例えば、周波数自己相関特性の電力ピークが出現する周波数シフト量であり、ＩＤ信号として正弦波を加算する場合は、正弦波の周波数の２倍の周波数が周波数シフト量に該当する。高次統計的性質データベース３２には、グループごとの特徴量として、該周波数シフト量が格納される。このとき、所属する可能性があるグループそれぞれに固有の特徴量となる周波数シフト量において、受信信号の高次統計的性質の電力を観測し、観測された電力の大きさ同士を比較することで、電力ピークが出現する周波数シフト量に対応するグループを、受信信号が所属するグループとして判別することができる。

また、１つのＩＤ信号で複数の周波数シフトに対して高次統計的性質の電力ピークが出現する場合は、その電力ピークが出現する周波数シフト量と、それに対応する電力値とが、高次統計的性質データベース３２に格納される。無線信号グループ判別手段３３は、受信信号に対して高次統計的性質を計算し、その計算結果の高次統計的性質の電力値と、高次統計的性質データベース３２に格納されている周波数シフト量及びそれに対応する電力値との間の相関検出を行い、高次統計的性質データベース３２に格納されている特徴量のうち、最も相関が高い特徴量に対応するグループを、受信信号が所属しているグループとして判別する。

無線信号グループ判別手段３３は、判別結果に応じた制御信号をスイッチ３４へ出力する。具体的には、受信信号が所属するグループの判別の結果、受信信号が自局宛の信号である場合には、無線信号グループ判別手段３３は、スイッチ３４をオンにする制御信号を出力し、一方、受信信号が自局宛でない場合には、無線信号グループ判別手段３３は、スイッチ３４をオフにする制御信号を出力する。また、無線信号グループ判別手段３３は、受信信号が自局宛の信号である場合、受信信号が所属するグループの判別結果をデータ復調手段３５へ出力する。

スイッチ３４は、無線信号グループ判別手段３３から入力された制御信号に応じて、スイッチ３４をオン／オフする。これにより、受信信号が自局宛である場合には、無線信号受信手段３１から入力された受信信号がデータ復調手段３５へ出力され、受信信号が自局宛でない場合には、受信信号はデータ復調手段３５へは出力されず、処理が終了する。

データ復調手段３５は、無線信号グループ判別手段３３から受信信号の所属グループの判別結果が入力されると、そのグループに対応するＩＤ信号の波形を高次統計的性質データベース３２から取り出し、取り出したＩＤ信号の波形を受信信号から減算し、減算結果の信号を復調することで、データ信号Ｄ２を得る。

［無線送受信に関する動作］
続いて、複数の無線送受信装置１０間で実行される無線送受信方法に関する動作（以下「無線送受信動作」という）について説明する。図５には、ある無線送受信装置１０の無線送信機１（以下単に「無線送信機１」という）と、他の無線送受信装置１０の無線受信機２（以下単に「無線受信機２」という）との間で実行される無線送受信動作（主に、送信信号へのＩＤ付与及び受信信号のＩＤ判別）に関する手順を示す。

本実施形態に係る無線送受信動作において、無線信号に対しＩＤ付与を行う（即ち、ＩＤ信号に対応した高次統計的性質を、該ＩＤ信号に関連付けられた変調信号に付与することで、送信される信号を生成する）にあたって、まず無線送信機１では、データ生成手段２０がデータ信号Ｄ１を生成し（Ｓ５１）、データ変調手段２２がデータ信号Ｄ１を無線通信に適した形式に変調し、変調されたデータ信号Ｄ１を無線信号ＩＤ付与手段２３に出力する（Ｓ５２）。

無線信号ＩＤ付与手段２３は、ＩＤ信号格納手段２１に格納されている、送信される信号が所属するグループに固有の高次統計的性質を有するＩＤ信号として、特定の周波数を有する正弦波を取り出し、取り出した正弦波を上記変調されたデータ信号に加算する（即ち、データ信号にＩＤ信号を付与する）ことで、送信される信号を生成する（Ｓ５３）。送信される信号は無線信号送信手段２４へ出力される。

無線信号送信手段２４は、上記送信される信号に対し、増幅、帯域制限、周波数変換などの所定の信号処理を施し、アンテナ２４Ａを介して通信の相手方の無線受信機２に向けて、上記信号処理後の無線信号Ｓを送信する（Ｓ５４）。

無線信号Ｓは、無線送信機１の周辺に存在する無線受信機２（実際には無線受信機２の機能を備えた図１３の無線送受信装置１０）により受信される。

無線受信機２では、無線信号受信手段３１が、無線信号Ｓを受信した後、無線信号Ｓに対し、増幅、帯域制限、周波数変換などの所定の信号処理を施す（Ｓ５５）。そして、無線信号グループ判別手段３３は、受信された無線信号Ｓに関する高次統計的性質（ここでは、周期自己相関特性）を計算する（Ｓ５６）。続いて、無線信号グループ判別手段３３は、高次統計的性質データベース３２に格納されている、受信された信号が所属する可能性があるグループに固有の高次統計的性質（ここでは周期自己相関特性）の特徴量と、ステップＳ５６の計算により得られた高次統計的性質とを比較し（Ｓ５７）、その比較結果に基づいて、受信された無線信号Ｓが所属するグループを判別する（Ｓ５８）。このときの比較処理及び判別処理においては、無線信号グループ判別手段３３は、例えば、図６のように、高次統計的性質データベース３２に格納されている高次統計的性質の特徴量（ここでは周期自己相関出現パターン６２）と計算で得られた周期自己相関値６１との間で相関検出などによりパターンマッチングを行い（Ｓ１）、実際に出現した周期自己相関値６１に最も合致している周期自己相関出現パターン６２に対応するＩＤを有するグループを、受信された無線信号Ｓが所属するグループであると判別する（Ｓ２）。

続いて、無線信号グループ判別手段３３は、ステップＳ５８での判別結果に基づき、受信された無線信号Ｓが自局宛の信号であるか否かを判定する（Ｓ５９）。ここで、無線信号Ｓが自局宛の信号である場合は、スイッチ３４をオンにしてデータ復調手段３５に無線信号Ｓが入力するようにし、データ復調手段３５は、以下のようにして無線信号Ｓに対しデータ復調処理を行い（Ｓ６０）、処理を終了する。このとき、無線信号グループ判別手段３３は、データ復調手段３５に対し無線信号Ｓが所属するグループの判別結果を出力し、データ復調手段３５は、該グループ判別結果に基づいて、高次統計的性質データベース３２に格納されているＩＤ信号波形を取り出し、取り出したＩＤ信号波形を無線信号Ｓから減算することで復調処理を行う。なお、ステップＳ５９において、受信された無線信号Ｓが自局宛の信号でない場合は、復調処理を行わずに処理を終了する。

［本実施形態の効果］
続いて、本実施形態の効果について説明する。上記の無線送受信動作においては、無線送信機１の無線信号ＩＤ付与手段２３は、送信されるデータ信号にＩＤ信号として正弦波を加算し、無線受信機２の無線信号グループ判別手段３３は、受信された無線信号の高次統計的性質として周期自己相関特性を計算し該周期自己相関特性に基づいて、受信された無線信号が所属するグループを判別する。図７は、送信される信号７３（即ち、データ信号７１とＩＤ信号７２との和）と、受信された信号の周期自己相関特性７４との関係を表す図である。所属するグループに固有の所定の周波数の正弦波（ＩＤ信号７２）をデータ信号７１に加算して得られる送信信号７３に関する周期自己相関特性７４においては、図７のように、データ信号７１に対応するサイクリック周波数にて相関値のピーク（データ信号に対応する周期自己相関特性）が出現するとともに、上記所定の周波数の２倍のサイクリック周波数にて相関値のピーク（ＩＤ信号に対応する周期自己相関特性）が出現する。そのため、上記のうち、ＩＤ信号に対応する周期自己相関特性（具体的には相関値のピークの出現箇所）によって、受信された無線信号のグループを判別することが可能となる。この結果、無線受信機２では、受信された無線信号のデータ復調処理を行うことなく、該無線信号の所属するグループを判別することが可能となる。また、周期自己相関特性は、相対的な周波数差（周期自己相関ではサイクリック周波数）により定まり、受信された無線信号中に含まれる周波数成分の絶対値で定まるものではなく、キャリア周波数オフセットやシンボルタイミングオフセットの影響を受けない。このため、受信された無線信号に対して自動周波数制御（Automatic Frequency Control：AFC）による高精度な周波数制御、及びシンボルタイミングの厳密な同期確立などを行わずに特性を算出してＩＤの検出を行うことが可能となる。このことから、データ復調を行う場合と比較して、より高速にＩＤを検出することが可能となる。

［無線送受信装置の変形例］
続いて、上記実施形態に係る無線送受信装置の各種の変形例について説明する。

第１の変形例は、無線送受信装置１０において、ＩＤ信号として複数の正弦波を用いるようにしたものである。即ち、ＩＤ信号格納手段２１には、複数の正弦波が加算された合成波がＩＤ信号として格納され、無線信号ＩＤ付与手段２３は、ＩＤ信号格納手段２１に格納されている上記ＩＤ信号（複数の正弦波が加算された合成波）を、データ信号を変調して得られた変調信号に加算することで送信信号を生成し、生成した送信信号を出力する。これにより、周期自己相関特性は、複数の正弦波の周波数の差に応じたサイクリック周波数において相関値のピークが出現するようになり、対象となるグループ数（データ信号が所属しうるグループ数）が増加しても、各グループに割り当てられる固有のＩＤ信号を確保することが可能となる。

第２の変形例は、無線送受信装置１０において、ＩＤ信号として所定の信号帯域幅を有する変調信号を用いるようにしたものである。即ち、ＩＤ信号格納手段２１には、所定の帯域幅を有する変調信号がＩＤ信号として格納され、無線信号ＩＤ付与手段２３は、ＩＤ信号格納手段２１に格納されている上記ＩＤ信号（所定の帯域幅を有する変調信号）を、データ信号を変調して得られた変調信号に加算することで送信信号を生成し、生成した送信信号を出力する。これにより、周期自己相関特性は、ＩＤ信号の信号帯域幅に応じたサイクリック周波数において、遅延時間０（ゼロ）付近で相関値の電力ピークが出現する一方、遅延時間を多くとると相関がなくなる。これにより、正弦波とは異なる相関値の特徴が出現するため、対象となるグループ数（データ信号が所属しうるグループ数）が増加しても、各グループに割り当てられる固有のＩＤ信号を確保することが可能となる。

第３の変形例は、無線送受信装置１０において、高次統計的性質として、周期自己相関特性に代わり、周波数自己相関特性を用いる例である。このとき、無線送信機１のＩＤ信号格納手段２１には、データ信号が所属するグループに固有の周波数自己相関特性を有するＩＤ信号が格納され、無線信号ＩＤ付与手段２３は、ＩＤ信号格納手段２１に格納されているＩＤ信号を、データ信号を変調して得られる変調信号に加算することで、送信信号を生成する。また、無線受信機２の高次統計的性質データベース３２には、受信信号が所属する可能性があるグループに固有の周波数自己相関特性の特徴量が格納され、無線信号グループ判別手段３３は、無線信号受信手段３１により受信された受信信号について周波数自己相関特性を計算し、計算で得られた周波数自己相関特性と高次統計的性質データベース３２に格納されている各グループの周波数自己相関特性の特徴量との比較を行い、受信信号が所属するグループを判別する。図８には、高次周波数自己相関特性の例として、２次の周波数自己相関特性８２、及び、３次の周波数自己相関の特殊例であるバイスペクトラム８３を示す。このうち２次の周波数自己相関特性８２は、信号が有する周波数特性と、所定量の周波数シフトを施した信号の周波数特性とを乗算して周波数方向の平均を取ることにより相関値を算出したものである。２次の周波数自己相関特性８２の数学的定義は、受信信号の周波数特性８１をX(f)とするとき、

で与えられる。ここで、E_fは周波数fに関する期待値を、αは周波数シフトを表す。また、３次の周波数自己相関の特殊例であるバイスペクトラム８３は、信号が有する周波数特性と、第１の所定量の周波数シフトを施した信号の周波数特性と、第２の所定量の周波数シフトを施した信号の周波数特性とを乗算したものである。バイスペクトラム８３の数学的定義は、受信信号の周波数特性８１をX(f)とするとき、

で与えられる。このように周波数自己相関特性を用いることにより、特にＩＤ信号として複数の正弦波を用いる場合に、複数の正弦波の周波数差に応じた周波数において周波数自己相関ピークが出現するため、局部発振器で正弦波を生成するなど、正確な周波数の正弦波の生成は困難であるものの、相対的な周波数差を正確に定めることが可能な状況においては、周波数自己相関ピークが出現する周波数を正確に定めることが可能となる。

第４の変形例は、無線送受信装置１０において、高次統計的性質として、周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方を用いる例である。この場合、無線送信機１のＩＤ信号格納手段２１には、データ信号が所属するグループに固有の周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方を有するＩＤ信号が格納され、無線信号ＩＤ付与手段２３は、ＩＤ信号格納手段２１に格納されているＩＤ信号を、データ信号を変調して得られる変調信号に加算することで、送信信号を生成する。無線受信機２の高次統計的性質データベース３２には、受信信号が所属する可能性があるグループに固有の周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方の特徴量が格納され、無線信号グループ判別手段３３では、無線信号受信手段３１により受信された受信信号について周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方を計算し、計算で得られた周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方と、高次統計的性質データベース３２に格納されている周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方の特徴量との比較を行い、受信信号が所属するグループを判別する。これにより、同一の周波数自己相関特性を保有しつつ異なる周期自己相関特性を有する複数の受信信号同士についても、それらのＩＤの判別が可能となり、対象となるグループ数（データ信号が所属しうるグループ数）が増加しても、各グループに割り当てられる固有のＩＤ信号を確保することが可能となる。

第５の変形例は、無線送信機１の無線信号ＩＤ付与手段２３が、データ信号を変調して得られた変調信号にＩＤ信号を乗算することにより、ＩＤ付与を行うようにしたものである。ここで言う「乗算」とは、データ信号を変調した変調信号s(t)に、ＩＤ信号g_id(t)を時間ごとに乗算して、送信信号x(t)を

としても良いし、周波数軸上で乗算（時間軸上での畳み込み演算に相当）し、

としても良い。本変形例では、時間ごとに乗算する。

このとき、ＩＤ信号格納手段２１は、ＩＤ信号として、データ信号を変調して得られた変調信号に該ＩＤ信号を乗算することで所定の高次統計的性質が出現するようなＩＤ信号を格納しておく。無線信号ＩＤ付与手段２３は、ＩＤ信号格納手段２１に格納されているＩＤ信号を、データ信号を変調して得られた変調信号に乗算して送信信号を生成する。また、無線受信機２の高次統計的性質データベース３２には、受信信号が所属する可能性があるグループに固有の周期自己相関特性の特徴量とＩＤ信号の信号波形パターンとが格納される。データ復調手段３５は、高次統計的性質データベース３２に格納されている、受信信号の所属するグループのＩＤ信号の波形パターンによって受信信号を除算することにより、ＩＤ信号成分からの影響を受けることなく、データ信号成分を復調することが可能となる。

図９には、ＩＤ信号の乗算によるＩＤ付与方法の例を示す。無線送信機１は、データ信号９１にＩＤ信号９２を乗算することで、送信信号９３を生成する。無線受信機２は、受信された上記送信信号９３の高次統計的性質を計算し、ＩＤ検出を行う。図９の例では、高次統計的性質として周期自己相関特性９４を用いた場合を示す。図９では、データ信号９１にＩＤ信号９２を乗算することにより、同じ波形が周波数軸上で繰返し（３回）出現するような送信信号９３が生成されている。例えばＩＤ信号９２がデータ信号９１（s(t)）をfcだけ周波数シフトしてデータ信号の源信号に加算するものであり、該ＩＤ信号９２をデータ信号９１に乗算した後の送信信号x(t)が、

により表されるとすると、時間差が０のときの周期自己相関特性９４は、

により表される。このため、サイクリック周波数αが、ＩＤ信号９２による周波数シフト量fc又は該周波数シフト量の２倍（即ち、2fc）と一致すると、相関ピークが出現する。このように、ＩＤ信号をデータ信号に乗算することにより、高次統計的性質をデータ信号の所属するグループごとに固有に割り当てることができ、ＩＤ割当及び判別を行うことが可能となる。

第６の変形例は、第５の変形例において、高次統計的性質として、周期自己相関特性に代わり、周波数自己相関特性を用いるものである。このとき、無線送信機１のＩＤ信号格納手段２１には、ＩＤ信号として、送信信号に該ＩＤ信号を乗算することでデータ信号が所属するグループに固有の周波数自己相関特性を付加するようなＩＤ信号が格納される。無線信号ＩＤ付与手段２３は、ＩＤ信号格納手段２１に格納されているＩＤ信号を、データ信号を変調して得られた変調信号に乗算して送信信号を生成する。また、無線受信機２の高次統計的性質データベース３２には、受信信号が所属する可能性があるグループに固有の周波数自己相関特性の特徴量とＩＤ信号波形とが格納される。無線信号グループ判別手段３３は、無線信号受信手段３１により受信された受信信号について周波数自己相関特性を計算し、計算で得られた周波数自己相関特性と、高次統計的性質データベース３２に格納されている周波数自己相関特性の特徴量との比較を行い、受信信号が所属するグループを判別する。このように周波数自己相関特性を用いることにより、特にＩＤ信号として複数の正弦波を用いる場合に、複数の正弦波の周波数差に応じた周波数において周波数自己相関ピークが出現するため、局部発振器で正弦波を生成するなど、正確な周波数の正弦波の生成は困難であるものの、相対的な周波数差を正確に定めることが可能な状況においては、周波数自己相関ピークが出現する周波数を正確に定めることが可能となる。

第７の変形例は、第５の変形例において、高次統計的性質として、周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方を用いる例である。この場合、無線送信機１のＩＤ信号格納手段２１には、ＩＤ信号として、送信信号に該ＩＤ信号を乗算することでデータ信号が所属するグループに固有の周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方を付加するようなＩＤ信号が格納される。無線信号ＩＤ付与手段２３は、ＩＤ信号格納手段２１に格納されているＩＤ信号を、データ信号を変調して得られる変調信号に乗算することで、送信信号を生成する。無線受信機２の高次統計的性質データベース３２には、受信信号が所属する可能性があるグループに固有の周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方の特徴量が格納される。無線信号グループ判別手段３３は、無線信号受信手段３１により受信された受信信号について周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方を計算し、計算で得られた周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方と、高次統計的性質データベース３２に格納されている周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方の特徴量との比較を行い、受信信号が所属するグループを判別する。これにより、同一の周波数自己相関特性を保有しつつ異なる周期自己相関特性を有する複数の受信信号同士についても、それらのＩＤの判別が可能となり、対象となるグループ数（データ信号が所属しうるグループ数）が増加しても、各グループに割り当てられる固有のＩＤ信号を確保することが可能となる。

第８の変形例は、無線送信機１がマルチキャリア伝送により無線信号を伝送するときに、付与するＩＤ信号に基づいて各サブキャリアの送信内容を設定する（換言すれば、マルチキャリア伝送のサブキャリアの送信内容によってＩＤ付与を行う）ようにしたものである。以下では、本変形例に係るマルチキャリア伝送時のＩＤ付与と高次の統計的性質との関係として、ＩＤ付与と２次の周波数自己相関特性との関係を説明する。なお、２次の周波数自己相関特性以外の高次の統計的性質を用いる場合でも同様の手法でＩＤ付与を行うことが可能である。

マルチキャリア伝送では、周波数Δfごとに、複数のサブキャリアが並んで伝送されるとする。このとき、マルチキャリア伝送で送信される送信信号は、

で表現される。このとき、s_k(t)は送信信号波形を、T_sはサンプリングレートを、Kはサブキャリアの数を、それぞれ表す。このとき、送信信号の周波数特性は、

となる。ただし、S_k(f)はサブキャリアで送信する信号s_k(t)の周波数表現であり、

とする。このとき、２次の周波数自己相関特性は、

であり、α＝βΔｆ（β∈Ｚ）とすると、

となる。すなわち、源信号とβ個隣接するサブキャリアの信号の各々とを乗算して和を取ったものが２次の周波数自己相関特性となる。ただし、サンプリング時間間隔を十分に小さくすることができない条件では、サンプリングレートにより定まる観測周波数帯域から外れた信号の高周波成分は低周波領域に巡回して出現する。このとき、観測周波数帯域が０≦f≦KΔfとすると、式(１３)は以下のようになる。

本変形例はこの特徴を利用したもので、(1)所定の周波数シフト量で２次の周波数自己相関を０に近づけるか、又は、(2)逆にピークが出現するように送信されるシンボルの内容を変更することで、２次の周波数自己相関特性がそれぞれ異なるように、データ信号が所属するグループに対してＩＤを付与することが可能となる。

このようにして決定されるサブキャリア（ＩＤ信号送信に使用されるサブキャリア）と、該サブキャリアで送信されるＩＤ信号の内容とが、無線送信機１のＩＤ信号格納手段２１に格納され、また、無線受信機２の高次統計的性質データベース３２には、出現する周波数自己相関特性の特徴量及び信号波形が格納される。

ここで、ＩＤ信号の内容の具体例について説明する。例えば５つのサブキャリアにおいてＩＤ信号を送信するケースを考える。このとき、これら５つのサブキャリアで送信する信号の周波数特性をS_k(f)とする。ここで、kはＩＤ信号を送信するサブキャリアのインデックスであり、k={０,１,２,３,４}とする。また、これら５つのサブキャリアは所定の周波数間隔Δfずつ離れて存在するとする。ここで、所定の時間信号g_id(t)の周波数特性をG_id(f)とするとき、

とすると、

となる。また、

とすると、

となる。このとき、式（１６）の周波数自己相関の特徴を出現させるためには、式（１５）に基づき、５つのサブキャリアにおけるＩＤ信号の内容s_k(t), (k=０,１,２,３,４)を、所定の時間信号波形g_id(t)を用いて、

とする。また、式（１８）の周波数自己相関の特徴を出現させるためには、式（１７）に基づき、５つのサブキャリアにおけるＩＤ信号の内容を

とする。

また、本変形例では、無線信号ＩＤ付与手段２３は、ＩＤ信号送信に用いるサブキャリアで送信されるＩＤ信号の内容をＩＤ信号格納手段２１に格納された内容に設定し、データ信号を変調して得られた変調信号をその他のサブキャリアで送信するように送信信号を生成する。また、無線信号グループ判別手段３３は、周波数自己相関特性を計算し、計算で得られた周波数自己相関特性と高次統計的性質データベース３２に格納されているグループごとに固有の高次統計的性質とを比較して、該比較結果に基づき受信信号が所属するグループを判別する。このとき、データ復調手段３５は、高次統計的性質データベース３２に格納されている当該判別されたグループのＩＤ信号波形に基づいて、受信信号の伝送路を推定することができ、該ＩＤ信号波形を利用して高精度なデータ復調を行うことが可能となる。また、本変形例では、データ信号を送信するためのサブキャリアとＩＤ信号を送信するためのサブキャリアとを分けるようにすれば、データ信号を送信しながら同時にＩＤ信号を送信することができる。一方、サブキャリアでＩＤ信号のみを送信するようにすれば、数多くのグループに固有のＩＤを割り当てることが可能となる。

また、本変形例では、無線信号ＩＤ付与手段２３は、ＩＤ信号送信に用いるサブキャリアで送信する信号を、所定の周波数成分に信号のエネルギーが集中するように設定することもできる。具体的には、ＩＤ信号格納手段２１に所定の周波数の正弦波を格納しておき、無線信号ＩＤ付与手段２３はＩＤ信号送信に用いるサブキャリアにおいて、格納されている所定の周波数の正弦波を送信するように設定することにより、サブキャリア内の所定の周波数成分において信号のエネルギーが集中する。このように所定の周波数成分に信号のエネルギーを集中させることにより、受信信号の所属するグループに固有の高次統計的性質を際立たせて出現させることが可能となり、高精度なＩＤ検出を行うことが可能となる。また、送信信号として正弦波を用いる代わりに、ディジタル信号の第i番目の送信シンボルとして

を送信するように設定しても良い。ここで、k=1/8のときの送信シンボルの例を図１４に示す。この送信シンボルは、正弦波の信号を離散化したものであり、離散化しない場合の正弦波信号と同様に、所定の周波数成分に対して信号のエネルギーが集中する。ＩＤ信号格納手段２１はＩＤ信号送信に用いるサブキャリアごとに所定の周波数成分において信号のエネルギーが集中するように式(21)に従って生成された送信シンボルを格納しておき、無線信号ＩＤ付与手段２３は、ＩＤ信号格納手段に格納されている送信シンボルを、その送信シンボルに対応するＩＤ信号送信に用いるサブキャリアで送信するように設定して送信信号を生成する。このような離散化した信号を用いることで、ＩＤ信号送信に用いるサブキャリア以外の信号と同様の方法で、所定の周波数成分に信号のエネルギーを集中させ、高精度なＩＤ検出が可能となる信号を生成することが可能となる。また、離散化した信号を用いることで、ＯＦＤＭ信号送信機において逆フーリエ変換による信号生成が可能となり、所定のサブキャリアにおいて所定の周波数に電力が集中した信号を生成することが可能となる。なお、ＯＦＤＭ信号においては、伝送路推定に用いるパイロットサブキャリアで送信する信号の値として式(21)のような信号を送信することにより、伝送効率を犠牲にせずに、信号にＩＤを付与することが可能となる。

第９の変形例は、マルチキャリア伝送時に、一部のサブキャリアのみを用いるもの、即ち、用いないサブキャリアに入力するシンボルを０（無入力）にしたものである。このとき、ＩＤ信号格納手段２１には、無入力にするサブキャリアと、無入力にするサブキャリアの入力シンボルである「０」とが格納される。無線信号ＩＤ付与手段２３は、ＩＤ信号格納手段２１に格納されている無入力にするサブキャリアの信号を「０」にし、無入力と指定されたサブキャリア以外のサブキャリアで変調信号を送信するように、送信信号を生成する。この場合、例えば、図１０に示すように、無入力のサブキャリアで送信される信号と、無入力のサブキャリア以外のサブキャリアで送信される信号との間で、相関が出現しなくなるため、一部の周波数シフトにおける２次の周波数自己相関を０に近づけることが容易となる。このため、無入力にするサブキャリアの選択によって、さまざまな相関出現パターンを実現する送信信号を容易に生成することが可能となる。

８０２.１１a無線LANでは、同期確立や自動周波数制御を行うために一部のサブキャリアを用いてショートトレーニング信号を送信し、ショートトレーニングを用いてシンボルタイミング同期確立及びキャリア周波数同期確立のための周波数誤差補償を施された後に、全サブキャリアを用いて送信される無線信号フレームのデータ部をFFT処理後に誤り訂正復号を行って信号送信先のMACアドレスを取得し、受信信号の所属するグループを得ることができる。

しかしながら、これら一連のデータ復調処理が必要であるため、データ信号の所属するグループの判別に要する処理時間が大きいという問題がある。これに対し、本発明では、異なる高次統計的性質を得るために使用するサブキャリアの配置を変更することで無線信号の所属するグループ毎にＩＤを割り振り、その高次統計的性質のみを求め、求めた高次統計的性質に基づいてＩＤを判別する。そのため、受信信号の所属するグループを高速に判別することが可能となる。この場合、従来の８０２.１１a無線LANと同様に、ショートトレーニングシンボルは、シンボル同期確立及びキャリア周波数同期確立に利用されると同時に、受信信号の所属するグループを判別するために利用することができる。

第１０の変形例は、無線送信機１が送信信号を送信するときに、時間変動するＩＤ信号を送信するようにしたものである。具体的には、ＩＤ信号格納手段２１は、高次統計的性質の電力ピークが出現する周波数が遅延時間差によって変わるような高次統計的性質を付加するＩＤ信号を格納する。無線信号ＩＤ付与手段２３は、ＩＤ信号格納手段２１に格納されているＩＤ信号によって、高次統計的性質の電力ピークが出現する周波数が遅延時間差によって変わるような高次統計的性質を有する送信信号を生成する。また、無線受信機２の高次統計的性質データベース３２は、遅延時間差と周波数により変動する高次統計的性質の特徴量を格納する。無線信号グループ判別手段３３は、遅延時間差と周波数を変動させて、受信信号の高次統計的性質を計算し、計算で得られた高次統計的性質と高次統計的性質データベース３２に格納されている高次統計的性質の特徴量とを比較することで、受信信号が所属するグループの判別を行う。

以下に、より具体的な例について説明する。図１１は、具体例の概念を表すものである。この図１１は、無線送信機１がマルチキャリア伝送を行う場合のＩＤ付与と２次の周波数自己相関特性との関係を表し、図１１に示す信号Ａは、無線信号を送信するためのサブキャリアが時間によらず一定となる送信信号であり、信号Ｂは、無線信号を送信するためのサブキャリアを時間により変えて送信する送信信号である。このとき、無線送信機１のＩＤ信号格納手段２１は、データ信号伝送に使用しないサブキャリアの情報と、該サブキャリアを使用しない時間情報と、データ信号伝送に使用しないサブキャリアで送信する送信データ「０」とを格納する。無線信号ＩＤ付与手段２３は、データ信号伝送に使用しないサブキャリアに、指定された時間分だけ「０（無入力）」を入力し、その他のサブキャリアに、データ信号を変調して得られた変調信号を入力することで、送信信号を生成する。

ここで、図１１の信号Ａ及び信号Ｂの周波数自己相関特性について説明する。信号x(t)の短区間の周波数特性を

とし、時間差を考慮する２次の周波数特性を

により定義する。このとき、式(２２)の区間積分の時間幅T₀をτ₀とし、信号Ａの周波数特性X_A(f,t)を

とすると、k=0,1,2,…,M-1、及び0≦t₀≦(M-k)τ₀に対して、

が成り立つ。この式(２５)から、信号Ａの２次の周波数自己相関は、時間差kτ₀に依存しておらず、任意のαに対して、

が成り立つことがわかる。これに対し、信号Ｂの周波数特性X_B(f,t)をn=1,2,…,M-1に対して、

とすると、k=0,1,2,…,M-1、及び0≦t₀≦(M-2k-1)τ₀に対して、

となる。即ち、信号Ｂの２次の周波数自己相関は時間差により変動することが分かる。このように遅延時間の違いによって高次の統計的性質を変動可能である（遅延時間を考慮することで高次統計的性質の出現の仕方が変わる）ことが分かる。本変形例では、このような特性を利用し、送信信号の周波数特性を時間によって一定のパターンで変動させることにより、遅延時間の違いによって高次の統計的性質を変動させる。これにより、データ信号が所属する可能性のあるグループに対して、それぞれ固有の高次の統計的性質を有するＩＤ信号の付与を行うことを可能とし、割り当て可能なＩＤ数を増加させることが可能となる。

第１１の変形例は、第１０の変形例における高次統計的性質として、３次以上の周波数自己相関特性を用いたものである。このとき、無線送信機１のＩＤ信号格納手段２１は、データ信号が所属するグループに固有の３次以上の周波数自己相関特性を付加するＩＤ信号を、該ＩＤ信号の送信に使用するサブキャリアの情報とともに格納する。無線信号ＩＤ付与手段２３は、ＩＤ信号格納手段２１に格納されているサブキャリアでＩＤ信号を送信し、その他のキャリアで、データ信号を変調して得られる変調信号を送信するような送信信号を生成する。また、無線受信機２の高次統計的性質データベース３２は、信号が所属する可能性があるグループに固有の３次以上の周波数自己相関特性の特徴量が格納される。無線信号グループ判別手段３３は、無線信号受信手段３１により受信された受信信号について３次以上の周波数自己相関特性を計算し、計算で得られた３次以上の周波数自己相関特性と、高次統計的性質データベース３２に格納されている受信信号が所属する可能性があるグループに固有の３次以上の周波数自己相関特性の特徴量とを比較することで、受信信号が所属するグループを判別する。このように、３次以上の周波数自己相関特性を用いることにより、雑音によるＩＤ判別への影響を低減することが可能となり、高精度なＩＤ判別を行うことが可能となる。

第１２の変形例は、第１０の変形例における高次統計的性質として、周期自己相関特性を用いたものである。このとき、無線送信機１のＩＤ信号格納手段２１は、データ信号が所属するグループに固有の周期自己相関特性を付加するＩＤ信号を、該ＩＤ信号の送信に使用するサブキャリアの情報とともに格納する。無線信号ＩＤ付与手段２３は、ＩＤ信号格納手段２１に格納されているサブキャリアでＩＤ信号を送信し、その他のキャリアで、データ信号を変調して得られる変調信号を送信するような送信信号を生成する。また、無線受信機２の高次統計的性質データベース３２は、受信信号が所属する可能性があるグループに固有の周期自己相関特性の特徴量が格納される。無線信号グループ判別手段３３は、無線信号受信手段３１により受信された受信信号について周期自己相関特性を計算し、計算で得られた周期自己相関特性と、高次統計的性質データベース３２に格納されている受信信号が所属する可能性があるグループに固有の周期自己相関特性の特徴量とを比較することで、受信信号が所属するグループを判別する。このように周期自己相関特性を用いることにより、周波数自己相関を用いる場合に必須である「受信信号のフーリエ変換」を行う必要がなくなるため、簡易な構成でＩＤ判別を行うことが可能となる。

第１３の変形例は、第１０の変形例における高次統計的性質として、周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方を用いたものである。この場合、無線受信機２の高次統計的性質データベース３２には、受信信号が所属する可能性があるグループに固有の周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方の特徴量が格納される。無線信号グループ判別手段３３は、無線信号受信手段３１により受信された受信信号について周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方を計算し、計算で得られた周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方と、高次統計的性質データベース３２に格納されているグループごとの周波数自己相関特性と周期自己相関特性の両方の特徴量とを比較することで、受信信号が所属するグループを判別する。これにより、同一の周波数自己相関特性を保有しつつ異なる周期自己相関特性を有する複数の受信信号についてもＩＤの判別が可能となり、グループ数の増加に対してＩＤの数を確保することが可能となる。

第１４の変形例は、無線送受信装置において、誤り訂正符号と高次統計的性質の特徴量とを対応させて、高次統計的性質のピークが出現する周波数シフト量を定め、該ピークの位置に応じてＩＤ信号の形式を定めるようにしたものである。図１２は、本変形例により、誤り訂正符号と周波数自己相関ピークとを対応させる方法の概念を表す図である。本変形例では、まず、誤り訂正符号化法により所定の長さの符号列を生成する。続いて、符号列と高次統計的性質のピークを対応させて、ピークの位置（出現箇所）を定める。定めたピークの位置に応じて、例えば式(８)から逆算して送信信号形式を定める。

具体的には、図１２に示すように、無線送信機１は、誤り訂正符号化法により所定の長さの符号列を生成し（Ｓ０１）、符号列と高次統計的性質のピークを対応させてピークの出現箇所を定め、該ピークの出現箇所の位置からＩＤ信号を決定し（Ｓ０２）、該決定されたＩＤ信号を無線送信機１のＩＤ信号格納手段２１に格納する。無線信号ＩＤ付与手段２３は、ＩＤ信号格納手段２１に格納されているＩＤ信号を、データ信号を変調して得られる変調信号と関連付けて（例えば加算して）、送信信号を生成する。これにより、割り当てられるＩＤ信号同士でピークの出現箇所が相違することとなり、該ＩＤ信号間の相関が低くなる（例えば図１２のユーザ１のＩＤ信号とユーザ２のＩＤ信号のように、お互いの相関が低くなる）。よって、パターンマッチング後のＩＤ判別誤りを減らすことが可能となる。

なお、第１４の変形例においては、誤り訂正符号として０と１の二値を用いて高次統計的性質のピークの有無のみによりＩＤを割り当てたが、多値の誤り訂正符号に対して、高次統計的性質の大きさ（電力）を割り当てるようにしても良い。この場合、多値の誤り訂正符号に対応させることで、グループ数が増加しても、ＩＤ数を確保し、さらにＩＤ判別誤りを減らすことが可能となる。

また、第１４の変形例においては、高次統計的性質の位相に情報を持たせるようにしてもよい。この場合、高次統計的性質の位相により異なるＩＤを割り振ることで、割り当て可能なＩＤ数を増加させることが可能である。位相に情報を持たせる方法は、フラットフェージング環境においては、周波数によって位相の相対値が変動しないため、特に有効である。

復調を伴う無線信号ＩＤ付与方法及びＩＤ判別方法に関する従来技術を示す図である。 無線送信機の機能的構成を表すブロック図である。 無線受信機の機能的構成を表すブロック図である。 高次統計的性質データベースの構成図である。 無線送受信動作の手順を示す流れ図である。 周波数自己相関に対するパターンマッチングによるＩＤ検出法を示す図である。 ＩＤ信号加算によりＩＤを付与された送信信号と周期自己相関特性との関係を示す図である。 高次の周波数自己相関の概念図である。 ＩＤ信号の乗算によるＩＤ付与方法の構成例を示す図である。 マルチキャリア伝送と周波数自己相関特性の関係の例を示す図である。 遅延時間を考慮する高次周波数自己相関による無線信号ＩＤ割当の例を示す図である。 誤り訂正符号を用いる高次周波数自己相関によるＩＤ付与方法を示す図である。 無線送受信装置の構成を表すブロック図である。 ＩＤ信号送信に用いるサブキャリアで送信する信号を、所定の周波数成分に該信号のエネルギーが集中するように設定する変形例において適用可能な送信シンボルの一例を示す図である。

符号の説明

１００…無線通信システム、１０…無線送受信装置、１…無線送信機、２…無線受信機、２０…データ生成手段、２１…ＩＤ信号格納手段、２２…データ変調手段、２３…無線信号ＩＤ付与手段、２４…無線信号送信手段、２４Ａ…アンテナ、３１…無線信号受信手段、３１Ａ…アンテナ、３２…高次統計的性質データベース、３３…無線信号グループ判別手段、３４…スイッチ、３５…データ復調手段。

Claims (13)

1. 伝送されるデータ信号が所属するグループを識別するためのＩＤ信号であって、グループごとに固有の、周期自己相関についての統計量に出現する２次以上の性質としての高次統計的性質を与える当該ＩＤ信号を、格納したＩＤ信号格納手段と、
   前記データ信号を変調するデータ変調手段と、
   前記データ変調手段により変調された変調信号と前記ＩＤ信号格納手段に格納されたＩＤ信号とを関連付け、前記ＩＤ信号に対応した高次統計的性質を、当該ＩＤ信号に関連付けられた変調信号に付与することで、送信される信号を生成する無線信号ＩＤ付与手段と、
   前記無線信号ＩＤ付与手段により生成された信号を無線で送信する無線信号送信手段と、
   を具備する無線送信機。
2. 前記無線信号ＩＤ付与手段は、前記ＩＤ信号を前記変調信号に加算することで、当該ＩＤ信号に対応した高次統計的性質を当該変調信号に付与することを特徴とする請求項１に記載の無線送信機。
3. 前記無線信号ＩＤ付与手段は、前記ＩＤ信号を前記変調信号に乗算することで、当該ＩＤ信号に対応した高次統計的性質を当該変調信号に付与することを特徴とする請求項１に記載の無線送信機。
4. 前記無線送信機は、複数のサブキャリアを用いるマルチキャリア伝送により信号を送信する無線送信機であり、
   前記ＩＤ信号格納手段は、伝送されるデータ信号が所属するグループに応じて、当該グループに固有の高次統計的性質が出現するように各サブキャリアにおける送信内容を定めたＩＤ信号を格納し、
   前記無線信号ＩＤ付与手段は、前記ＩＤ信号格納手段に格納されたＩＤ信号に基づいて各サブキャリアの送信内容を設定することにより、前記送信される信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線送信機。
5. 前記無線送信機は、複数のサブキャリアを用いるマルチキャリア伝送により信号を送信する無線送信機であり、
   前記ＩＤ信号格納手段は、伝送されるデータ信号が所属するグループに対応付けられた、所定の周波数の正弦波又は該正弦波の信号を離散化した送信シンボルを、前記ＩＤ信号として格納し、
   前記無線信号ＩＤ付与手段は、ＩＤ信号送信に用いるサブキャリアにおいて、前記ＩＤ信号格納手段に格納された前記正弦波又は前記送信シンボルを送信するように設定することにより、前記送信される信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線送信機。
6. 前記無線送信機は、複数のサブキャリアを用いるマルチキャリア伝送により信号を送信する無線送信機であり、
   前記ＩＤ信号格納手段は、伝送されるデータ信号が所属するグループに応じて、全てのサブキャリアのうち通信に使用するサブキャリアを定めたＩＤ信号を格納し、
   前記無線信号ＩＤ付与手段は、前記ＩＤ信号格納手段に格納されたＩＤ信号により定められた所定のサブキャリアのみを用いる、前記送信される信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線送信機。
7. 前記ＩＤ信号格納手段は、伝送されるデータ信号と所定の遅延時間だけ遅延させた伝送されるデータ信号とから得られる高次統計的性質において、該データ信号の所属するグループに固有の変化が、前記遅延時間によって生じるように決定されたＩＤ信号を格納し、
   前記無線信号ＩＤ付与手段は、前記ＩＤ信号格納手段に格納されたＩＤ信号に基づいて、前記グループに固有の変化が生じる高次統計的性質を、当該ＩＤ信号に関連付けられた変調信号に付与することで、前記送信される信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線送信機。
8. 前記ＩＤ信号格納手段は、誤り訂正符号を用いて得られる系列と前記高次統計的性質における電力ピークが得られる周波数及び遅延時間差とを対応させて前記誤り訂正符号に基づいて該周波数及び遅延時間差を定め、前記高次統計的性質の電力ピークの出現パターンを前記誤り訂正符号に対応させることにより決定される高次統計的性質を、前記送信される信号に出現させるようなＩＤ信号を格納し、
   前記無線信号ＩＤ付与手段は、前記ＩＤ信号格納手段に格納されたＩＤ信号に基づいて、前記送信される信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線送信機。
9. 受信される信号が所属する可能性があるすべてのグループごとに固有の、周期自己相関についての統計量に出現する２次以上の性質としての高次統計的性質を格納した高次統計的性質データベースと、
   到来してきた信号を無線で受信する無線信号受信手段と、
   前記無線信号受信手段により受信された信号に関する高次統計的性質を求め、求められた高次統計的性質と前記高次統計的性質データベースに格納されたグループごとの高次統計的性質とを比較することで、前記受信された信号が所属するグループを判別する無線信号グループ判別手段と、
   を具備する無線受信機。
10. 無線送信機と、前記無線送信機の周辺に存在する無線受信機とを含んで構成される無線通信システムであって、
    前記無線送信機は、
    伝送されるデータ信号が所属するグループを識別するためのＩＤ信号であって、グループごとに固有の、周期自己相関についての統計量に出現する２次以上の性質としての高次統計的性質を与える当該ＩＤ信号を、格納したＩＤ信号格納手段と、
    前記データ信号を変調するデータ変調手段と、
    前記データ変調手段により変調された変調信号と前記ＩＤ信号格納手段に格納されたＩＤ信号とを関連付け、前記ＩＤ信号に対応した高次統計的性質を、当該ＩＤ信号に関連付けられた変調信号に付与することで、送信される信号を生成する無線信号ＩＤ付与手段と、
    前記無線信号ＩＤ付与手段により生成された信号を無線で送信する無線信号送信手段と、
    を具備し、
    前記無線受信機は、
    受信される信号が所属する可能性があるすべてのグループごとに固有の高次統計的性質を格納した高次統計的性質データベースと、
    到来してきた信号を無線で受信する無線信号受信手段と、
    前記無線信号受信手段により受信された信号に関する高次統計的性質を求め、求められた高次統計的性質と前記高次統計的性質データベースに格納されたグループごとの高次統計的性質とを比較することで、前記受信された信号が所属するグループを判別する無線信号グループ判別手段と、
    を具備する、
    ことを特徴とする無線通信システム。
11. 無線送信機が、通信に先立って、伝送されるデータ信号が所属するグループを識別するためのＩＤ信号であって、グループごとに固有の、周期自己相関についての統計量に出現する２次以上の性質としての高次統計的性質を与える当該ＩＤ信号を、格納しておくＩＤ信号格納ステップと、
    前記無線送信機が、前記データ信号を変調するデータ変調ステップと、
    前記無線送信機が、前記データ変調ステップにて変調された変調信号と前記ＩＤ信号格納ステップにて格納されたＩＤ信号とを関連付け、前記ＩＤ信号に対応した高次統計的性質を、当該ＩＤ信号に関連付けられた変調信号に付与することで、送信される信号を生成する無線信号ＩＤ付与ステップと、
    前記無線送信機が、前記無線信号ＩＤ付与ステップにて生成された信号を無線で送信する無線信号送信ステップと、
    を具備する無線信号制御方法。
12. 無線受信機が、通信に先立って、受信される信号が所属する可能性があるすべてのグループごとに固有の、周期自己相関についての統計量に出現する２次以上の性質としての高次統計的性質を格納しておく高次統計的性質格納ステップと、
    前記無線受信機が、到来してきた信号を無線で受信する無線信号受信ステップと、
    前記無線受信機が、前記無線信号受信ステップにて受信された信号に関する高次統計的性質を求め、求められた高次統計的性質と前記高次統計的性質格納ステップにて格納されたグループごとの高次統計的性質とを比較することで、前記受信された信号が所属するグループを判別する無線信号グループ判別ステップと、
    を具備する無線信号制御方法。
13. 無線送信機と、前記無線送信機の周辺に存在する無線受信機とを含んで構成される無線通信システムにおける無線信号制御方法であって、
    前記無線送信機が、通信に先立って、伝送されるデータ信号が所属するグループを識別するためのＩＤ信号であって、グループごとに固有の、周期自己相関についての統計量に出現する２次以上の性質としての高次統計的性質を与える当該ＩＤ信号を、格納しておくＩＤ信号格納ステップと、
    前記無線送信機が、前記データ信号を変調するデータ変調ステップと、
    前記無線送信機が、前記データ変調ステップにて変調された変調信号と前記ＩＤ信号格納ステップにて格納されたＩＤ信号とを関連付け、前記ＩＤ信号に対応した高次統計的性質を、当該ＩＤ信号に関連付けられた変調信号に付与することで、送信される信号を生成する無線信号ＩＤ付与ステップと、
    前記無線送信機が、前記無線信号ＩＤ付与ステップにて生成された信号を無線で送信する無線信号送信ステップと、
    前記無線受信機が、通信に先立って、受信される信号が所属する可能性があるすべてのグループごとに固有の高次統計的性質を格納しておく高次統計的性質格納ステップと、
    前記無線受信機が、到来してきた信号を無線で受信する無線信号受信ステップと、
    前記無線受信機が、前記無線信号受信ステップにて受信された信号に関する高次統計的性質を求め、求められた高次統計的性質と前記高次統計的性質格納ステップにて格納されたグループごとの高次統計的性質とを比較することで、前記受信された信号が所属するグループを判別する無線信号グループ判別ステップと、
    を具備する無線信号制御方法。