WO2024014019A1

WO2024014019A1 - 無線通信システム

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Publication number: WO2024014019A1
Application number: PCT/JP2023/005227
Authority: WO
Inventors: 仁三次; 遥輝坂部
Original assignee: Keio University; Denso Wave Inc
Current assignee: Keio University; Denso Wave Inc
Priority date: 2022-07-13
Filing date: 2023-02-15
Publication date: 2024-01-18
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: JPWO2024014019A1; US20260012213A1; EP4557638A1; CN119497971A; EP4557638A4; JP7720069B2

Abstract

無変調の搬送波を送信する送信機と、複数の受動型端末と、受信機と、を備え、前記複数の受動型端末の各々は、前記搬送波を受信し、前記複数の受動型端末の各々に予め周波数が定められた副搬送波を前記搬送波のバックスキャッターに重畳し、前記副搬送波を信号源が生成する信号で所定の変調方式を用いて変調し、前記バックスキャッターを送信し、前記受信機は、前記複数の受動型端末から送信される複数のバックスキャッターを受信し、前記複数のバックスキャッターに周波数変換及び直交変換を行うことでＩ成分とＱ成分を有する有限長データ列を生成し、前記有限長データ列から干渉成分を除去して前記複数の受動型端末の各々における前記信号源の信号を復調する、無線通信システム。

Description

無線通信システム

　本開示は、複数の無線タグを利用する無線通信システムにおける高調波除去方式に関する。

　特許文献１に示されているように、無線通信システムで、高調波成分を除去する手法として、バンドパスフィルタを利用した手法がある。この手法は、受信信号に対するバンドパスフィルタ処理により得られたサブキャリアデータ列に回帰分析などを行うことでキャリア位相角を算出し、サブキャリアデータ列から得られる解析データ列およびキャリア位相角から角度データ列を生成し、角度データ列を高調波倍し、高調波倍した角度データ列およびキャリア位相角から高調波成分のレプリカを生成し、所望のサブキャリアデータ列から高調波成分のレプリカを減算することで、受信信号から高調波成分を除去する。

　特許文献２には、回路規模及び処理時間の増大を抑止しつつ干渉信号の影響を軽減することを可能とする受信装置と受信方法が開示されている。

特開2017-200180号公報特開2010-16785号公報

　特許文献１の手法では、高調波除去における計算量が増大することがある。具体的には、特許文献１の手法は、ベースバンドよりも高い周波数の信号をサンプリングする。そのため、ベースバンドの信号の場合と比べて、サンプリングレートが高く、計算量が多くなることがある。

　本開示は、高調波除去における計算量の増大を抑制することを可能にする無線通信システムを提供する。

　本開示の一実施形態に係る無線通信システムは、無変調の搬送波を送信する送信機と、
　複数の受動型端末と、
　受信機と、
　を備える無線通信システムであって、
　前記複数の受動型端末の各々は、前記搬送波を受信し、前記複数の受動型端末の各々に予め周波数が定められた副搬送波を前記搬送波のバックスキャッターに重畳し、前記副搬送波を信号源が生成する信号で所定の変調方式を用いて変調し、前記バックスキャッターを送信し、
　前記受信機は、前記複数の受動型端末から送信される複数のバックスキャッターを受信し、前記複数のバックスキャッターに周波数変換及び直交変換を行うことでＩ成分とＱ成分を有する有限長データ列を生成し、前記有限長データ列から干渉成分を除去して前記複数の受動型端末の各々における前記信号源の信号を復調し、
　前記受信機は、さらに、前記信号源の信号の復調前に、
　前記有限長データ列をベースバンドまでダウンコンバートし、フィルタリングしてサブキャリアデータ列を生成し、
　前記サブキャリアデータ列のうちの干渉チャネルの第１サブキャリアデータ列に対して高調波次数の回転変換を行って第２サブキャリアデータ列を取得し、
　前記サブキャリアデータ列のうちの被干渉チャネルの第３サブキャリアデータ列および前記第２サブキャリアデータ列に基づき共分散行列を計算してキャリア位相角を推定し、
　前記第２サブキャリアデータ列から前記キャリア位相角を減算して前記干渉成分としての高調波データ列を取得し、
　前記第３サブキャリアデータ列から前記高調波データ列を減算する。

　本開示により、高調波除去における計算量の増大を抑制することが可能となる。

本開示の一実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示す概略ブロック図である。本開示の一実施形態に係るセンサ端末のハードウェア構成を示すブロック図である。本開示の一実施形態に係るインテロゲーターのハードウェア構成を示すブロック図である。本開示の一実施形態に係るＩＱ変換部のブロック図である。本開示の一実施形態に係るソフトウェア受信部のハードウェア構成を示すブロック図である。本開示の一実施形態に係るソフトウェア受信部のソフトウェア機能を示すブロック図である。本開示の一実施形態に係るセンサ端末から受信される電波を模式的に示す図である。

　本開示の一実施形態（以下、「本実施形態」という）の概要を説明する。

＜無線通信システム１００の全体構成＞
　図１は、本実施形態に係る無線通信システム１００の全体構成を示す、概略ブロック図である。無線通信システム１００は、受信機１１０、センサ端末２００、およびインテロゲーター（interrogator）３００を備える。図示しない航空機の機体またはトンネル等、大きな構造物である測定対象に、第１センサ端末２００ａ、第２センサ端末２００ｂ、…第ｎセンサ端末２００ｎが貼り付けられている。なお、第１センサ端末２００ａ、第２センサ端末２００ｂ、…第ｎセンサ端末２００ｎを区別しない場合には、これらを単にセンサ端末２００と称する。

　センサ端末２００の近傍には、インテロゲーター３００と、受信機１１０が設けられている。受信機１１０は、ＩＱ変換部４００とソフトウェア受信部５００とを備える。インテロゲーター３００は、ネットワーク１３０を通してソフトウェア受信部５００に接続されている。

　センサ端末２００は、バックスキャッター（即ち後方散乱波）を用いる無線タグ、加速度センサ等のセンサ、およびアナログ変調回路を備える。アナログ変調回路は、例えばコイルおよびコンデンサにバリキャップが並列接続される位相変調器である。この位相変調器では、バリキャップに加速度センサの出力電圧が印加されることで、搬送波に位相変調が行われる。

　リーダライタとも呼ばれるインテロゲーター３００は、センサ端末２００と双方向無線データ通信を行う機能と、無変調波を送信する機能と、を有する。

　第１センサ端末２００ａ、第２センサ端末２００ｂ、…第ｎセンサ端末２００ｎは、それぞれインテロゲーター３００と所定の通信を行った後、インテロゲーター３００から送信される無変調波を受信する。各センサ端末２００は、当該無変調波のバックスキャッターに副搬送波を重畳し、センサが生成する信号で副搬送波を変調し、バックスキャッターを送信する。即ち、各センサ端末２００は、無変調波を反射する。受信機１１０は、複数のセンサ端末２００の各々から送信された電波を受信して、演算処理により各々のセンサの信号を復調する。

　インテロゲーター３００は、複数のセンサ端末２００の各々に一意な副搬送波周波数を割り当てるための双方向通信を行う。インテロゲーター３００は、その結果として作成されるセンサ端末リストを、ネットワーク１３０を通じて受信機１１０に送信する。受信機１１０は、センサ端末リストに基づき、受信したデータを解析して、復調処理を行う。

＜無線通信システム１００における無線通信手順＞
　本実施形態に係る無線通信システム１００は、大きく二つの無線通信手順を行う。

　第一の手順として、インテロゲーター３００は、複数のセンサ端末２００から同時に測定信号を受信するに先立ち、複数のセンサ端末２００の各々と個別に無線データ通信を行う。この無線データ通信において、インテロゲーター３００は、複数のセンサ端末２００の各々に一意な副搬送波周波数を割り当てる。そして、インテロゲーター３００は、複数のセンサ端末２００の各々と副搬送波周波数との関係を示すセンサ端末リストを作成して、受信機１１０にセンサ端末リストを送信する。

　次に第二の手順として、インテロゲーター３００は、無変調の搬送波を送信する。複数のセンサ端末２００の各々は、受信した無変調波に、内蔵する加速度センサの信号で変調した副搬送波を重畳し、当該バックスキャッターを受信機１１０へ返信する。この時、インテロゲーター３００は、搬送波源（即ち送信機）として機能する。

　受信機１１０は、複数のセンサ端末２００から同時に複数のバックスキャッターを受信して、複数のバックスキャッターを有限長のデータ列に変換する。この有限長データ列には、複数のセンサ端末２００の各々から同時に受信される信号が混在しているため、あるセンサ端末２００の信号の復調においては、他のセンサ端末２００の信号が干渉成分となる。そこで、後述するソフトウェア受信部５００は、有限長データ列から干渉成分を除去し、目的とする受信信号の復調処理を行う。

　以下、本実施形態において、受信機１１０が行う、受信信号から干渉成分を除去する処理を「干渉除去」と呼ぶ。

＜センサ端末リスト＞
　センサ端末リストは、複数のセンサ端末２００の各々に設定された変調方式、副搬送波周波数、受信機１１０が受信した電波の強度と副搬送波周波数とにもとづいて決定された復調順を示す。具体的には、センサ端末リストは、複数のセンサ端末２００の各々を一意に識別する端末ＩＤ（Identifier）が格納される端末ＩＤフィールド、複数のセンサ端末２００の各々に設定された変調方式が格納される変調方式フィールド、複数のセンサ端末２００の各々に設定された副搬送波周波数が格納される副搬送波周波数フィールド、複数のセンサ端末２００の各々の復調順が格納される復調順フィールドを含む。

　センサ端末２００には、変調方式として任意のアナログ変調方式が設定されてよい。アナログ変調としては、位相変調（ＰＭ：Phase　Modulation）以外にも周波数変調（ＦＭ：Frequency　Modulation）等が利用可能である。なお、複数のセンサ端末２００が全て同じ変調方式である場合は、センサ端末リストに変調方式フィールドは含まれない。

＜センサ端末２００＞
　図２は、センサ端末２００のハードウェア構成を示すブロック図である。センサ端末２００は、電池等の独立した電源を持たない代わりに、アンテナ２１４が受信した電波の電力を回路駆動電力に変換する電源部２０２を有する。即ち、センサ端末２００は、受動型端末である。アンテナ２１４には電源部２０２の他に、変調部２１２、ＳＰＤＴ（Single　Pole　Double　Throw）スイッチ２０４、および制御部２０８が接続されている。

　ＳＰＤＴスイッチ２０４は、副搬送波源２０６が出力する矩形波信号（即ち副搬送波）に応じて開放端２０４ａと短絡端２０４ｂとを切り替えて、アンテナ２１４に接続する。ＳＰＤＴスイッチ２０４によって、アンテナ２１４のインピーダンスは、副搬送波の周期で変化する。すると、アンテナ２１４から得られる無変調波の反射波（即ちバックスキャッター）に、副搬送波が重畳される。副搬送波源２０６によって生成される副搬送波の周波数は、制御部２０８が副搬送波源２０６を制御することによって決定される。制御部２０８は、第一の手順におけるインテロゲーター３００との通信時に、インテロゲーター３００から指示された周波数を記憶している。そして、制御部２０８は、第二の手順で、記憶していた周波数の副搬送波が生成されるように、副搬送波源２０６を制御する。

　変調部２１２には、信号源であるセンサ２１０が接続されている。センサ２１０は、例えば加速度センサ等の、交流信号を出力するセンサである。変調部２１２は、副搬送波に対し、センサ２１０の信号によって位相変調（ＰＭ）、周波数変調（ＦＭ）等の変調を行う。

　センサ端末２００は、以上の構成によって、無変調波源（即ち搬送波源）であるインテロゲーター３００から送信される無変調波の反射波に副搬送波を重畳する。センサ端末２００は、センサ２１０の信号によって副搬送波に位相変調、周波数変調またはパルス幅変調を行い、当該副搬送波が重畳された反射波を、アンテナ２１４から送信する。

＜インテロゲーター３００＞
　図３は、インテロゲーター３００のハードウェア構成を示すブロック図である。アンテナ３０２が受信した電波は、局部発振器３０４、ミキサー３０６、およびＬＰＦ３０８を用いて、低い周波数の信号に変換される。変換された信号は、復調部３１０に入力され、復調された後、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器３１２によってデジタルデータに変換されて、制御部３１４に入力される。制御部３１４は、例えばマイクロコントローラにより実装される。

　制御部３１４は、デジタルデータに含まれるセンサ端末２００の情報を解釈して、センサ端末２００に対する命令を生成する。当該命令を構成するデジタルデータは、Ｄ／Ａ変換器３１６によってアナログ信号に変換された後、搬送波源３２０が生成する搬送波の変調部３１８による変調に用いられる。

　制御部３１４は、センサ端末２００との対話処理によって、通信可能な範囲内に存在する全てのセンサ端末２００を把握した後、全てのセンサ端末２００に一意な周波数の副搬送波の割り当てを行う。そして、制御部３１４は、センサ端末２００と副搬送波周波数との対応関係を列挙したセンサ端末リスト３２２を作成し、センサ端末リスト３２２を、ネットワーク１３０を介して受信機１１０に送信する。すなわち、インテロゲーター３００は、複数のセンサ端末２００の各々に一意な副搬送波を割り当てるための制御命令を、複数のセンサ端末２００の各々に送信する機能を有する。

＜ＩＱ変換部４００＞
　図４は、ＩＱ変換部４００のブロック図である。ＩＱ変換部４００は、アンテナ４０２が受信した電波から信号を同調回路４０４で抽出した後、信号をＲＦ（Radio　Frequency）アンプ４０６で増幅する。ＲＦアンプ４０６で増幅された信号（例えば高周波信号）は、第一ミキサー４０８および第二ミキサー４１０に入力される。第一ミキサー４０８には局部発振器４１２から出力される、電波の周波数より僅かに低い周波数の局発信号が入力される。第二ミキサー４１０には９０°移相器４１４で９０°位相をずらされた局発信号が入力される。

　第一ミキサー４０８は、ＲＦアンプ４０６からのＲＦ信号と局部発振器４１２からの局発信号とを積算し、ＲＦ信号と局発信号との周波数差の周波数信号を第一ローパスフィルタ（以下「ＬＰＦ」）４１６に供給する。そして、第一ＬＰＦ４１６から、アンテナ４０２が受信する電波の周波数から局部発振器４１２が出力する局発信号の周波数が減算されたＩ信号が出力される。

　同様に、第二ミキサー４１０は、ＲＦアンプ４０６からのＲＦ信号と、９０°移相器４１４により９０°位相がずらされた局発信号と、を積算し、ＲＦ信号と局発信号との周波数差の周波数信号を第二ＬＰＦ４１８に供給する。そして、第二ＬＰＦ４１８から、アンテナ４０２が受信する電波の周波数から９０°移相された局発信号の周波数が減算されたＱ信号が出力される。

　局部発振器４１２、第一ミキサー４０８、９０°移相器４１４、第二ミキサー４１０、第一ＬＰＦ４１６及び第二ＬＰＦ４１８は、直交検波回路（即ちクワドラチャミキサー）を構成する。

　Ｉ信号およびＱ信号は、Ａ／Ｄ変換器４２０によってデジタルデータに変換されて、ソフトウェア受信部５００に出力される。

　ＩＱ変換部４００は、直交検波回路を用いたダウンコンバーターの機能と、Ａ／Ｄ変換器４２０によるＡ／Ｄ変換の機能と、を有する。

＜ソフトウェア受信部５００のハードウェア構成＞
　図５は、ソフトウェア受信部５００のハードウェア構成を示すブロック図である。ソフトウェア受信部５００は、例えばパーソナルコンピュータ等の計算機により実装される。ソフトウェア受信部５００は、バス５１８に接続されたＣＰＵ（Central　Processing　Unit）５０２、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）５０４、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）５０６、液晶ディスプレイ等の表示部５１０、キーボードおよびマウス等の操作部５１２、並びにハードディスク装置等の不揮発性ストレージ５１４を備える。バス５１８にはこの他に、インテロゲーター３００およびＩＱ変換部４００と通信を行うためのＮＩＣ（Network　Interface　Card）５１６が接続されている。ソフトウェア受信部５００は、一般的な計算機であり、不揮発性ストレージ５１４に格納されているプログラムを実行することで、ソフトウェア受信部５００としての機能を実現する。

＜ソフトウェア受信部５００のソフトウェア機能＞
　図６は、ソフトウェア受信部５００のソフトウェア機能を示すブロック図である。ＩＱ変換部４００から受信された、ＩデータおよびＱデータよりなるデータは、処理対象となる有限長データ列６０２として一旦ＲＡＭ５０６（図５参照）に記憶される。ＩデータおよびＱデータよりなる有限長データ列６０２は、先ずハイパスフィルタ（以下「ＨＰＦ」）６０４に入力され、ＨＰＦ６０４によってＤＣ（Direct　Current）オフセット成分（即ち直流分）が除去される。ハイパスフィルタは、必要に応じて設けられてよい。

　ＨＰＦ６０４から出力される有限長データ列６０２は、次に、ダウンコンバートおよびフィルタリング処理部６０８で、ベースバンドまでダウンコンバートされ、フィルタリングされることによって、各副搬送波成分のサブキャリアデータ列６１０が取り出される。その結果、有限長データ列６０２に対してキャリア除去が行われる。なお、フィルタリングの後にベースバンドへのダウンコンバートが行われてもよいし、ダウンコンバートの後にフィルタリングが行われてもよい。

　図７は、センサ端末２００から受信される電波を模式的に示す図である。実機においてはｎ個のセンサ端末２００に対して、数十チャネル、もしくはそれ以上のチャネルが設けられる。しかし、ここでは、図７中に示すキャリアに重畳された周波数ｆ₁のサブキャリア１（即ち、干渉チャネル）と、キャリアに重畳された周波数ｆ_２のサブキャリア２（被干渉チャネル）の２チャネルのみ取り上げて説明する。

　ここで、キャリアの周波数ｆｃは、例えば９００ＭＨｚに設定されている。図１中の第１センサ端末２００ａにサブキャリア１が割り当てられる。サブキャリア１の周波数ｆ_ｓ１は、１００ＫＨｚである。キャリアに重畳されたサブキャリア１の周波数ｆ_１は、ｆｃ＋ｆ_ｓ１である。

　図１中の第２センサ端末２００ｂにサブキャリア２が割り当てられる。サブキャリア２の周波数ｆ_ｓ２は、３００ＫＨｚである。即ち、ｆ_ｓ２は、サブキャリア１の周波数ｆ_ｓ１（即ち１００ＫＨｚ）の３倍である。キャリアに重畳されたサブキャリア２の周波数ｆ_２は、ｆｃ＋ｆ_ｓ２である。。サブキャリア２の周波数ｆ_ｓ２は次式で表すことができる。
　ｆ_ｓ２＝ｆ_ｓ１×３
　ここで、周波数の奇数（３，５、７、９、１１、・・・）倍で高調波が発生する。そのため、干渉チャネルの高調波が被干渉チャネルのノイズ（即ち干渉成分）となる。

　サブキャリアデータ列６１０のうち、干渉チャネルのサブキャリア１のＩデータおよびＱデータよりなる有限長データ列ｓ_１ ^＊、
ｓ_１ ^＊＝（ｓ_１＿１、ｓ_１＿２、ｓ_１＿３、_・・・ｓ_{１＿ｎ－１}、ｓ_１＿ｎ）、ｎ＝サンプル数
　が、復調処理部６２０に入力される。そして、復調処理部６２０から出力される復調データ列６２２を介して、第１センサ端末２００ａからのサブキャリア位相値θが復調される。各ｓ_１＿１、ｓ_１＿２、・・・は、サブキャリア１のサンプリングにより得られるサンプリング周期毎のＩデータおよびＱデータから成る。

　サブキャリアデータ列６１０のうち、被干渉チャネルのサブキャリア２のＩデータおよびＱデータよりなる有限長データ列ｓ_３ ^＊、
ｓ_３ ^＊＝（ｓ_３＿１、ｓ_３＿２、ｓ_{３＿３・・・}ｓ_{３＿ｎ－１、}ｓ_３＿ｎ）、ｎ＝サンプル数
　が、高調波次数回転処理部６１２、キャリア位相角推定部６１４、干渉除去処理部６１８に入力される。

　高調波次数回転処理部６１２は、干渉チャネルのサブキャリアデータ列に対して高調波次数の回転変換を行う。具体的には、高調波次数回転処理部６１２は、干渉チャネルであるサブキャリア１のサブキャリアデータ列に、被干渉チャネルであるサブキャリア２に対応する高調波次数（ここでは、３）の回転変換が行われる。
　高調波次数の回転変換により得られる値ｓ_γは、次式で表される。
ｓ_γ＝｜ｓ_１｜ｅ^{ｊ３∠ｓ１}
３∠ｓ_１＝３θ＋３ψ

　ここで、θは、サブキャリア１のサブキャリア位相角で、第１センサ端末２００ａからの情報に対応する。ψは、サブキャリア１のキャリア位相角である。インテロゲーター３００から送信されるキャリアが第１センサ端末２００ａによって反射されて受信機１１０に到達する際に、キャリアの伝搬経路の長さに応じてキャリアの位相遅れが生じる。当該位相遅れ（換言すると位相差）がサブキャリア１の位相差ψである。位相差ψは、インテロゲーター３００とセンサ端末２００との距離により決まる値で、センサ端末２００に割り当てられるサブキャリア毎に異なる。

　ここでは、有限長データ列ｓ_１ ^＊の振幅値が｜ｓ_１｜で、有限長データ列ｓ_１ ^＊はθ＋ψの角度成分を持っている。ｓ_γはθ＋ψの角度成分が３倍にされたものである。例えば、有限長データ列ｓ_１ ^＊の、ＩＱ平面上での角度（θ＋ψ）が６０度である場合、高調波次数の回転変換によって当該角度は１８０度になる。

　有限長データ列ｓ_３ ^＊は次式で表される。
　ｓ_３ ^＊＝ｓ_３＋βｓ_γｅ^－ｊ２ψ
ここで、ｓ_３は、有限長データ列ｓ_３ ^＊中のサブキャリア２由来の成分である。　βｓ_γｅ^－ｊ２ψは、サブキャリア２に重畳されたサブキャリア１由来の高調波成分である。

キャリア位相角推定部６１４は、被干渉チャネルのサブキャリアデータ列と高調波次数の回転変換が行われたサブキャリアデータ列とに基づき、共分散行列を計算してキャリア位相角を推定する。即ち、サブキャリア２（即ち被干渉チャネル）の有限長データ列Ｓ_３ ^＊と高調波次数の回転変換が行われたサブキャリアデータ列ｓ_γとに基づき、共分散行列が計算される。有限長データ列ｓ_３ ^＊および高調波次数の回転変換が行われたサブキャリアデータ列ｓ_γは、観測できる既知の値である。

　ｓ_３ ^＊Ｔにｓ_３ ^＊＝ｓ_３＋βｓ_γｅ^－ｊ２ψが代入される。
　ｓ_３ ^＊Ｔは、ｓ_３ ^＊の転置行列である。
　ｓ_３ ^＊＝（ｓ_３＿１、ｓ_３＿２、ｓ_{３＿３・・・}ｓ_{３＿ｎ－１、}ｓ_３＿ｎ）、ｎ＝サンプル数
　Ｃ＝Ｅ（ｓ_γｓ_３ ^＊Ｔ）＝Ｅ（ｓ_γ（βｓ_γ ^Ｔｅ^{－ｊ２ψＴ}＋ｓ_３ ^Ｔ））
　　　　　　　　　＝βＥ（ｓ_γｓ_γ ^Ｔｅ^{－ｊ２ψＴ}）＋Ｅ（ｓ_γｓ_３ ^Ｔ）
　上の式の右辺の第２項であるＥ（ｓ_γｓ_３ ^Ｔ）は、ｓ_γとｓ_３とが独立していてｓ_γとｓ_３との間に相関性が無い。具体的には、ｓ_γは、第１センサ端末２００ａに起因するパラメータであり、ｓ_３は、第２センサ端末２００ｂに起因するパラメータであるため、ｓ_γとｓ_３との間に相関性が無いと言える。そのため、Ｅ（ｓ_γｓ_３ ^Ｔ）は、共分散行列の計算により消える。換言すると、キャリア位相角推定部６１４は、計算の過程で生じるＥ（ｓ_γｓ_３ ^Ｔ）を用いずに、Ｅ（ｓ_γｓ_３ ^＊Ｔ）を計算する。即ち、次式のように計算が行われる。
　Ｅ（ｓ_γｓ_３ ^＊Ｔ）＝βＥ（ｓ_γｓ_γ ^Ｔｅ^{－ｊ２ψＴ}）　　　　（０）

　式（０）の右辺のｓ_γｓ_γ ^Ｔｅ^{－ｊ２ψＴ}のｓ_γ ^Ｔｅ^{－ｊ２ψＴ}をｓ_γ´とおくと、ｓ_γ、ｓ_γ´は以下で表される。
　式（０）の右辺は数１を代入することで、以下の行列でも表される。
　数２の下段の行列は既知の値である式（０）の左辺と等しい。
　Ｃ_１１：Ｉ信号の共分散
　Ｃ_２２：Ｑ信号の共分散
　Ｃ_１２、Ｃ_２１：Ｉ信号、Ｑ信号の共分散

　Ｃ_１１＋Ｃ_２２およびＣ_１２－Ｃ_２１が加法定理で導出される。
　数３から、ψが求められる。

　図６中に示すキャリア位相角減算部６１６は、キャリア位相角推定部６１４で求められたキャリア位相角ψを基に、高調波レプリカγ＝ｅ^－ｊ２ψｓ_γを計算する。即ち、キャリア位相角減算部６１６は、高調波次数の回転変換が行われたサブキャリアデータ列からキャリア位相角を減算して高調波データ列を得る。例えば、サブキャリア周波数が１００ＫＨｚで高調波次数が３である高調波データの場合、ＩＱ平面上で高調波データの角度は、（１００ＫＨｚのサブキャリアのキャリア位相角）＋（１００ＫＨｚのサブキャリアのサブキャリア位相角×３）である。本実施形態では、干渉チャネルの高調波次数の回転変換が行われた後に、回転し過ぎた位相角を戻す回転変換が行われる。高調波次数の回転変換が行われたサブキャリアデータ列からキャリア位相角２ψを減算することは、高調波次数の回転変換が行われたサブキャリアデータ列について位相角を２ψ分戻すことに相当する。

　図６中に示す干渉除去処理部６１８は、有限長データ列ｓ_３ ^＊から高調波レプリカγを減算することで、サブキャリア２のサブキャリアデータ列から、サブキャリア２に重畳された高調波成分が取り除かれたサブキャリアデータ列に相当するｓ_３を求める。即ち、サブキャリア２のサブキャリアデータ列から高調波データ列を減算する。高調波レプリカγ＝ｅ^－ｊ２ψｓ_γを減算することは、サブキャリアＳＣ２の干渉成分を除去することに相当する。

　重畳された高調波成分が取り除かれた有限長データ列Ｓ_３が復調処理部６２０へ入力される。そして、復調処理部６２０から出力される復調データ列６２２を介して、第２センサ端末２００ｂからのサブキャリア位相値θ_２が復調される。

　上記の本実施形態では、高調波次数が３で周波数ｆ_ｓ２が３００Ｈｚのサブキャリア２に関して説明したが、本実施形態は、これに限定されない。例えば、第３センサ端末２００ｃにサブキャリア３が割り当てられる。サブキャリア３の周波数ｆ_ｓ３は、サブキャリア１の周波数ｆ_ｓ１（即ち１００ＫＨｚ）の５倍である。この場合、次の様に高調波次数の回転変換が行われる。
　高調波次数の回転変換により得られる値ｓ_γ２は、次式で表される。
ｓ_γ２＝｜ｓ_１｜ｅ^{ｊ５∠ｓ１}
５∠ｓ_１＝５θ_３＋５ψ_３

　キャリア位相角推定部６１４は、被干渉チャネルであるサブキャリア３のキャリアデータ列ｓ_５ ^＊と高調波次数の回転変換が行われたサブキャリアデータ列とに基づきキャリア位相角ψ_３を推定する。キャリア位相角減算部６１６は、高調波次数の回転変換が行われたサブキャリアデータ列とキャリア位相角ψ_３とに基づき高調波レプリカγ_２を計算する。即ち、キャリア位相角減算部６１６は、高調波次数の回転変換が行われたサブキャリアデータ列について位相角を４ψ分戻す。

　干渉除去処理部６１８は、有限長データ列ｓ_５ ^＊から高調波レプリカγ_２を減算することで、サブキャリア３のサブキャリアデータ列から、サブキャリア３に重畳された高調波成分が取り除かれたサブキャリアデータ列に相当するｓ_５を求める。即ち、干渉除去処理部６１８は、高調波レプリカγ＝ｅ^{－ｊ４ψ３}ｓ_γ２を減算し、干渉成分を除去する。

　また、例えば、第４センサ端末２００ｄにサブキャリア４が割り当てられる。サブキャリア４の周波数ｆ_ｓ４は、サブキャリア１の周波数ｆ_ｓ１（即ち１００ＫＨｚ）の９倍である。この場合、サブキャリア４は、サブキャリア１の９倍の高調波成分と、サブキャリア２の３倍の高調波成分とが重畳される。

　この場合、サブキャリア４について、サブキャリア１の９倍の高調波成分の除去と、サブキャリア２の３倍の高調波成分の除去とを逐次行うことで、サブキャリア４の高調波成分が除去される。なお、複数の高調波成分が重畳される周波数をセンサ端末２００にサブキャリアとして割り当てないとしてもよい。

　このように、本実施形態に係る無線通信システム１００は、
　無変調の搬送波を送信するインテロゲーター３００と、
　複数のセンサ端末２００と、
　受信機１１０と、
　を備え、
　前記複数のセンサ端末２００の各々は、前記搬送波を受信し、前記複数のセンサ端末２００の各々に予め周波数が定められた副搬送波を前記搬送波のバックスキャッターに重畳し、前記副搬送波をセンサ２１０が生成する信号で所定の変調方式を用いて変調し、前記バックスキャッターを送信し、
　前記受信機１１０は、前記複数のセンサ端末２００から送信される複数のバックスキャッターを受信し、前記複数のバックスキャッターに周波数変換及び直交変換を行うことでＩ成分とＱ成分を有する有限長データ列６０２を生成し、前記有限長データ列６０２から干渉成分を除去して前記複数のセンサ端末２００の各々における前記センサ２１０の信号を復調し、
　前記受信機１１０は、さらに、前記センサ２１０の信号の復調前に、
　前記有限長データ列６０２をベースバンドまでダウンコンバートし、フィルタリングしてサブキャリアデータ列６１０を生成し、
　前記サブキャリアデータ列６１０のうちの干渉チャネルの第１サブキャリアデータ列に対して高調波次数の回転変換を行って第２サブキャリアデータ列を取得し、
　前記サブキャリアデータ列６１０のうちの被干渉チャネルの第３サブキャリアデータ列および前記第２サブキャリアデータ列に基づき共分散行列を計算してキャリア位相角を推定し、
　前記第２サブキャリアデータ列から前記キャリア位相角を減算して前記干渉成分としての高調波データ列を取得し、
　前記第３サブキャリアデータ列から前記高調波データ列を減算する。

　換言すると、本実施形態に係る無線通信システム１００は、フィルタリングしてベースバンドまでダウンコンバートした信号、又は、ベースバンドまでダウンコンバートしてフィルタリングした信号のキャリア位相角およびサブキャリア位相角を区別する。具体的には、無線通信システム１００は、被干渉チャネルのベースバンド信号と、干渉チャネルのベースバンド信号であって高周波次数の回転変換されたベースバンド信号と、に基づき共分散行列を計算し、被干渉チャネル信号および干渉チャネル信号との独立性を利用して干渉チャネルのキャリア位相角を求める。無線通信システム１００は、高調波次数の回転変換により余分に回転されたキャリア位相角を高周波次数の回転変換された干渉チャネルのベースバンド信号から減算することで高調波レプリカを生成し、被干渉チャネルのベースバンド信号から高調波レプリカを除去する。

　これにより、高調波除去における計算量の増大を抑制することができる。具体的には、受信信号をベースバンドまでダウンコンバートして高調波除去を行うことにより、受信信号のサンプリングレートが低減される。その結果、高調波除去における計算量を低減することができる。さらに、高調波除去における計算量が低減されることにより、高調波除去を行う回路の規模の増大を抑制することができる。換言すると、ダウンコンバートされた受信信号で高調波を除去できる（即ちベースバンド信号処理ができる）ため、サンプリングレートが下がり、同一の回路規模でより多くの受動型端末（即ちセンサ端末２００）との通信が可能になる。

　従来技術では、受信信号をベースバンドまでダウンコンバートして高調波除去を行う場合、キャリア位相角とサブキャリア位相角とを区別することが困難である。即ち、キャリア位相角を推定することが困難である。しかし、本実施形態に係る無線通信システム１００では、第２サブキャリアデータ列および第３サブキャリアデータ列に基づき計算される共分散行列を用いてキャリア位相角を推定する。これにより、ダウンコンバートを伴う高調波除去が可能となる。

　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例および応用例を含む。例えば、上記した実施形態では、本開示をわかりやすく説明するために、装置及びシステムの構成が詳細かつ具体的に説明されているが、必ずしも説明した全ての構成が備えられなくてもよい。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることは可能である。更にはある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

　また、上記実施形態の構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現されてもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するためのプログラム、即ちソフトウェアで実現されてもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid　State　Drive）等の揮発性または不揮発性のストレージ、あるいは、ＩＣ（Integrated　Circuit）カード、光ディスク等の記録媒体に保持され得る。また、制御線および情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、必ずしもすべての制御線および情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていてもよい。

Claims

　無変調の搬送波を送信する送信機と、
　複数の受動型端末と、
　受信機と、
　を備える無線通信システムであって、
　前記複数の受動型端末の各々は、前記搬送波を受信し、前記複数の受動型端末の各々に予め周波数が定められた副搬送波を前記搬送波のバックスキャッターに重畳し、前記副搬送波を信号源が生成する信号で所定の変調方式を用いて変調し、前記バックスキャッターを送信し、
　前記受信機は、前記複数の受動型端末から送信される複数のバックスキャッターを受信し、前記複数のバックスキャッターに周波数変換及び直交変換を行うことでＩ成分とＱ成分を有する有限長データ列を生成し、前記有限長データ列から干渉成分を除去して前記複数の受動型端末の各々における前記信号源の信号を復調し、
　前記受信機は、さらに、前記信号源の信号の復調前に、
　前記有限長データ列をベースバンドまでダウンコンバートし、フィルタリングしてサブキャリアデータ列を生成し、
　前記サブキャリアデータ列のうちの干渉チャネルの第１サブキャリアデータ列に対して高調波次数の回転変換を行って第２サブキャリアデータ列を取得し、
　前記サブキャリアデータ列のうちの被干渉チャネルの第３サブキャリアデータ列および前記第２サブキャリアデータ列に基づき共分散行列を計算してキャリア位相角を推定し、
　前記第２サブキャリアデータ列から前記キャリア位相角を減算して前記干渉成分としての高調波データ列を取得し、
　前記第３サブキャリアデータ列から前記高調波データ列を減算する、
　無線通信システム。
請求項１の無線通信システムの前記受信機は、
　前記キャリア位相角の推定での共分散行列の計算において、
　前記被干渉チャネルの高調波成分を含まないサブキャリアデータ列と前記第２サブキャリアデータ列とに基づく共分散行列を用いずに、前記第３サブキャリアデータ列および前記第２サブキャリアデータ列に基づく共分散行列を計算する。
請求項１の無線通信システムであって、
　前記受信機は、ハイパスフィルタを備え、
　前記有限長データ列をベースバンドまでダウンコンバートし、フィルタリングして前記サブキャリアデータ列を生成する前に、前記ハイパスフィルタを用いて前記有限長データ列から直流分を除去する。