特開 2024-148343 通信装置、通信方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024148343

(43)【公開日】2024-10-18

(54)【発明の名称】通信装置、通信方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04B 11/00 20060101AFI20241010BHJP

   H04L 27/26 20060101ALI20241010BHJP

【ＦＩ】

H04B11/00

H04L27/26 410

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023061405

(22)【出願日】2023-04-05

(71)【出願人】

【識別番号】516297770

【氏名又は名称】株式会社スマート・ソリューション・テクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100202913

【弁理士】

【氏名又は名称】武山 敦史

(72)【発明者】

【氏名】池田 研一

(57)【要約】

【課題】適切な通信が可能な通信装置、通信方法およびプログラムを提供する。
【解決手段】通信装置１００は、複数の周波数範囲に複数のチャンネルが配置された音波信号を用いて通信を行う場合に、測定処理部１２０により、受信信号と参照信号との周波数差分を測定可能である。通信装置１００の復号処理部１１０は、測定処理部１２０による測定結果を用いて、複数のチャンネルにおいて伝送されたデータを復号可能である。また、測定処理部１２０は、複数のチャンネルにおいて、隣接チャンネルの信号が混入する場合でも周波数差分を測定可能である。そして、復号処理部１１０は、測定処理部１２０による測定結果に対応して、受信する周波数帯域を変更可能である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の周波数範囲に複数のチャンネルが配置された音波信号を用いて通信可能な通信装置であって、
受信信号と参照信号との周波数差分を測定可能な測定手段と、
前記測定手段による測定結果を用いて、前記複数のチャンネルにおいて伝送されたデータを復号して出力可能な復号手段と、を備え、
前記測定手段は、前記複数のチャンネルにおいて、隣接チャンネルの信号が混入する場合でも前記周波数差分を測定可能であり、
前記復号手段は、前記測定手段による測定結果に対応して、受信する周波数帯域を変更可能である、
ことを特徴とする通信装置。

【請求項2】

前記測定手段は、相関値に関する所定特性が得られる周波数範囲に、前記複数のチャンネルが配置された音波信号を受信した場合に、前記周波数差分を測定可能である、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。

【請求項3】

前記複数のチャンネルに対応したチャンネル周波数が、基準周波数に対して整数分の１となる周波数に設定される、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置。

【請求項4】

複数の周波数範囲に複数のチャンネルが配置された音波信号を用いた通信方法であって、
前記複数のチャンネルにおいて、隣接チャンネルの信号が混入する場合でも受信信号と参照信号との周波数差分を測定し、
前記周波数差分の測定結果に対応して、受信する周波数帯域を変更可能としつつ、前記複数のチャンネルにおいて伝送されたデータを復号して出力する、
ことを特徴とする通信方法。

【請求項5】

コンピュータを、
複数の周波数範囲に複数のチャンネルが配置された音波信号を受信した場合に、受信信号と参照信号との周波数差分を測定可能な測定手段と、
前記測定手段による測定結果を用いて、前記複数のチャンネルにおいて伝送されたデータを復号して出力可能な復号手段として機能させ、
前記測定手段は、前記複数のチャンネルにおいて、隣接チャンネルの信号が混入する場合でも前記周波数差分を測定可能であり、
前記復号手段は、前記測定手段による測定結果に対応して、受信する周波数帯域を変更可能である、
ことを特徴とするプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、通信装置、通信方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

音を伝送媒体としてデータや情報を送受信する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６９６３２９０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

複数のチャンネルが配置された音波信号を用いて通信を行う場合に、搬送波信号の周波数が送信側と受信側とで整合しないことにより、通信性能が劣化するという問題がある。

【0005】

この発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、適切な通信が可能な通信装置、通信方法およびプログラム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】

【0006】

（１）上記の目的を達成するために、この発明の第１の観点に係る通信装置は、
複数の周波数範囲に複数のチャンネルが配置された音波信号を用いて通信可能な通信装置であって、
受信信号と参照信号との周波数差分を測定可能な測定手段と、
前記測定手段による測定結果を用いて、前記複数のチャンネルにおいて伝送されたデータを復号して出力可能な復号手段と、を備え、
前記測定手段は、前記複数のチャンネルにおいて、隣接チャンネルの信号が混入する場合でも前記周波数差分を測定可能であり、
前記復号手段は、前記測定手段による測定結果に対応して、受信する周波数帯域を変更可能である、
ことを特徴とする。

【0007】

（２）また、上記（１）の通信装置において、
前記測定手段は、相関値に関する所定特性が得られる周波数範囲に、前記複数のチャンネルが配置された音波信号を受信した場合に、前記周波数差分を測定可能であってもよい。

【0008】

（３）また、上記（１）または（２）の通信装置において、
前記複数のチャンネルに対応したチャンネル周波数が、基準周波数に対して整数分の１となる周波数に設定されてもよい。

【0009】

（４）この発明の第２の観点に係る通信方法は、
複数の周波数範囲に複数のチャンネルが配置された音波信号を用いた通信方法であって、
前記複数のチャンネルにおいて、隣接チャンネルの信号が混入する場合でも受信信号と参照信号との周波数差分を測定し、
前記周波数差分の測定結果に対応して、受信する周波数帯域を変更可能としつつ、前記複数のチャンネルにおいて伝送されたデータを復号して出力する、
ことを特徴とする。

【0010】

（５）この発明の第３の観点に係るプログラムは、
コンピュータを、
複数の周波数範囲に複数のチャンネルが配置された音波信号を受信した場合に、受信信号と参照信号との周波数差分を測定可能な測定手段と、
前記測定手段による測定結果を用いて、前記複数のチャンネルにおいて伝送されたデータを復号して出力可能な復号手段として機能させ、
前記測定手段は、前記複数のチャンネルにおいて、隣接チャンネルの信号が混入する場合でも前記周波数差分を測定可能であり、
前記復号手段は、前記測定手段による測定結果に対応して、受信する周波数帯域を変更可能である、
ことを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】通信装置の構成例を示す図である。

【図2】（Ａ）送信クロックが遅い場合（Ｂ）送信クロックが速い場合それぞれに対応した受信動作例を示す図である。

【図3】（Ａ）周波数差分が小さい場合（Ｂ）周波数差分が大きい場合それぞれに対応したデータ処理例を示す図である。

【図4】データ処理例を示す図である。

【図5】（Ａ）～（Ｅ）それぞれの比周波数に対応した周波数スペクトラムの説明図である。

【図6】データ処理例を示す図である。

【図7】（Ａ）～（Ｅ）それぞれの比周波数に対応した周波数スペクトラムの説明図である。

【図8】チャンネル周波数の設定例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

通信装置１００は、複数の周波数範囲に複数のチャンネルが配置された音波信号を用いて通信可能である。この音波信号は、例えば、非可聴帯域の音波信号であり、人間にはほぼ聞こえない音波信号であってもよい。このような非可聴帯域の音波信号を用いた場合に、雑音による不快感の発生を防止できる。あるいは、通信装置１００が用いる音波信号は、可聴帯域の音波信号を含めた任意の帯域における信号であってもよい。

【0013】

通信装置１００は、例えば、携帯電話やスマートフォン、タブレット端末、決済端末などであり、記憶部、制御部、入力部、出力部、これらを接続するシステムバスなどを、備えて構成可能であればよい。制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成され、記憶部に記憶されたプログラムに従って動作し、そのプログラムに従った処理を実行可能である。制御部は、プログラムにより提供される主要な機能部として、復号処理部１１０、測定処理部１２０、これらの一部または全部を構成可能であればよい。復号処理部１１０や測定処理部１２０の一部は、記憶部に記憶されたプログラムやデータにより構成可能であってもよい。

【0014】

復号処理部１１０は、マイク１１１などの集音部により、空気の振動その他に任意の音波信号に対応した電気信号を、入力信号として取得する。この入力信号は、例えば、サンプリング処理や量子化処理などにより、アナログ信号からデジタル信号へ変換（アナログ／デジタル変換）される。復号処理部１１０は、チャンネル信号取得部１１２と、データ復号部１１３と、を含む。

【0015】

チャンネル信号取得部１１２は、音波信号における複数の周波数範囲に配置された複数のチャンネルに対応して、各チャンネルにおける伝送信号を取得可能にする。チャンネル信号取得部１１２は、周波数変換処理を実行可能であってもよい。周波数変換処理は、中間周波数への変換、ベースバンド信号への変換、これらの一方または両方を含んでもよい。ベースバンド信号への変換を行う場合に、メインキャリアとなる搬送波信号が生成されてもよい。チャンネル信号取得部１１２は、複数のチャンネルに含まれる各チャンネルに対応して、サブキャリアとなる搬送波信号を生成可能であればよい。こうした搬送波信号を受信信号と混合し、フィルタリング処理を実行することにより、各チャンネルに対応した伝送信号であるチャンネル信号を取得可能であればよい。

【0016】

データ復号部１１３は、例えば、変調方式に対応したデマッピング処理を実行することにより、チャンネル信号を用いて伝送されたデータを復号可能であればよい。データ復号部１１３による復号データは、通信装置１００において、制御部による制御に提供されてもよいし、記憶部に記憶されてもよいし、出力部からの出力データとして提供されてもよい。このように、データ復号部１１３は、複数のチャンネルにおいて伝送されたデータを出力可能であればよい。

【0017】

測定処理部１２０は、音波信号として受信した受信信号と、受信側の通信装置１００において生成可能な参照信号とにもとづいて、受信信号と参照信号との周波数差分を測定可能にする。参照信号は、通信装置１００にて予め用意されたデータや情報などを用いて、生成可能であればよい。本実施例での周波数差分は、複数のチャンネルに対応して設定されたチャンネル周波数について、送信側からの受信信号が、受信側で生成される参照信号と相違する場合の差分量を示している。すなわち、受信した搬送波信号の周波数と、受信側における局所発振信号として生成される搬送波信号の周波数との差分が、受信信号と参照信号との周波数差分になる。周波数差分は、周波数公差または周波数偏差、周波数誤差、周波数オフセットともいう。測定処理部１２０は、相関演算部１２１と、参照情報記憶部１２２と、を含む。

【0018】

相関演算部１２０は、受信周波数特性データと、参照用特性データとを用いて、相互相関値を示す相関値データを生成する演算処理を実行可能であればよい。受信周波数特性データは、受信信号のスペクトル分布を示す周波数特性データである。相関演算部１２０は、デジタル信号へ変換された受信信号、あるいは、周波数変換処理により中間周波数への変換が行われた受信信号、これらのいずれかに対して、ＦＦＴ（Fast Fourier Transformation：高速フーリエ変換）処理あるいはＤＦＴ（Discrete Fourier Transformation：離散フーリエ変換）処理などを実行することにより、受信周波数特性データを生成可能であればよい。この場合に、受信信号のうち測定対象帯域が抽出されるように、帯域通過フィルタリング処理が実行されてもよい。また、例えば、パワースペクトル密度といった、受信信号の周波数特性を示す任意のデータに変換する処理が実行されてもよい。パワースペクトル密度は、デシベル値となるようにデータの単位変換処理が実行されてもよい。受信周波数特性データは、最大値が１となるように規格化する規格化処理が適用されてもよい。受信周波数特性データは、周波数特性を平滑化する平滑化処理が適用されてもよい。

【0019】

参照情報記憶部１２２は、受信信号と参照信号との周波数差分を測定する場合に用いる参照情報などを、記憶可能であればよい。参照情報は、相関演算部１２０による演算処理に用いる参照用特性データを含んでいればよい。参照用特性データは、予め用意された参照信号の周波数特性を示すデータであればよい。

【0020】

通信装置１００は、音を使用して情報を通信する場合に、送信側と受信側とで同一の動作周波数になることが要求される。しかしながら、実際にはクロック周波数が誤差を含み、完全に一致させることは困難である。一般的に、多少の誤差を吸収して、通信を成立させる方法が採用されている。

【0021】

送信側と受信側における周波数差分の対策として、例えば、以下のような４つの方法が考えられる。第１例として、送信側および受信側の双方において、十分高精度な周波数のクロック信号を生成可能な信号源を使用することである。第２例として、受信側のフィルタリング処理における通過帯域幅を広くすることで、誤差を含んだ信号からデータを復号することである。第３例として、誤差に起因するタイミングのずれに対し、シンボル期間を長くすることである。第４例として、特別なデータ符号化方式を採用することにより、大きな誤差がある場合でもデータを復号可能にすることである。

【0022】

これらの方法には、それぞれ以下のような問題がある。第１例について、水晶発振子など高精度な信号源を用いた場合に、低価格の製品を提供することが困難になる。第２例について、広い通過帯域幅の場合に、信号対雑音比（ＳＮ比）の低下による性能劣化となり、また、隣接チャンネルの信号が混入する場合には対処することができない。第３例について、タイミングが数％程度のずれである場合に対処できる一方で、例えば、２０％といった大きなずれには対処することが困難になる。第４例について、赤外線リモコンなどで使用されるような符号化方式を採用した場合に、大きな周波数差分にも対処できる一方で、符号化率の低下により通信レートが大幅に減少して、通信の高速化が困難になる。

【0023】

図２は、送信側と受信側とでクロック周波数が誤差を含む場合の受信動作例を示している。このうち、図２（Ａ）は、送信側のクロック信号である送信クロックが遅い場合の受信動作例ＥＸ０１を示している。図２（Ｂ）は、送信クロックが速い場合の受信動作例ＥＸ０２を示している。これらの受信動作例において、通信データは、４つのチャンネルＣＨ０１～ＣＨ０４を用いて、例えば、周波数ホッピング方式により、伝送される。受信側において、通信装置１００は、予め定められたデコード周期に対応して、受信信号により伝送されたデータを、復号処理部１１０により復号する。

【0024】

図２（Ａ）に示す受信動作例ＥＸ０１において、白色楕円は、通信データが伝送される期間と周波数を示している。受信側の通信装置１００は、デコード周期に対応したタイミングＴＩ０１～ＴＩ０８が、デコードタイミングとなるように、受信クロックの周波数などが設定されている。また、予め設定されたホッピングパターンに対応して、受信チャンネルを４つのチャンネルＣＨ０１～ＣＨ０４において切り替えるように、サブキャリアとなる搬送波信号などが生成され、受信信号と混合される。

【0025】

送信クロックが受信クロックよりも遅い場合に、受信した搬送波信号の周波数は、受信側の通信装置１００により生成される搬送波信号の周波数と比べて、低い周波数となる。そのため、受信信号のスペクトル分布は、参照信号のスペクトル分布よりも、低い周波数の側にずれた誤差を含むものになる。これにより、受信動作例ＥＸ０１において、通信データが伝送される周波数は、４つのチャンネルＣＨ０１～ＣＨ０４が配置された周波数範囲において、各チャンネルの下限に近い周波数となる。さらに送信クロックが遅い場合に、通信データが伝送される周波数は、４つのチャンネルＣＨ０１～ＣＨ０４が配置された周波数範囲よりも、低い周波数の側に外れてしまうことがある。また、通信データが伝送される期間は、デコードタイミングの間隔よりも、長い周期となる。したがって、通信データが伝送される期間は、デコードタイミングに対して遅れが生じる。例えば、タイミングＴＩ０８は、通信データＤＡ０１が伝送される期間の開始前となり、通信データＤＡ０１を復号することができなくなる。

【0026】

図２（Ｂ）に示す受信動作例ＥＸ０２において、黒色楕円は、通信データが伝送される期間と周波数を示している。受信側の通信装置１００は、デコード周期に対応したタイミングＴＩ１１～ＴＩ１８が、デコードタイミングとなるように、受信クロックの周波数などが設定されている。また、予め設定されたホッピングパターンに対応して、受信チャンネルを４つのチャンネルＣＨ０１～ＣＨ０４において切り替えるように、サブキャリアとなる搬送波信号などが生成され、受信信号と混合される。

【0027】

送信クロックが受信クロックよりも速い場合に、受信した搬送波信号の周波数は、受信側の通信装置１００により生成される搬送波信号の周波数と比べて、高い周波数となる。そのため、受信信号のスペクトル分布は、参照信号のスペクトル分布よりも、高い周波数の側にずれた誤差を含むものになる。これにより、受信動作例ＥＸ０２において、通信データが伝送される周波数は、４つのチャンネルＣＨ０１～ＣＨ０４が配置された周波数範囲において、各チャンネルの上限に近い周波数となる。さらに送信クロックが速い場合に、通信データが伝送される周波数は、４つのチャンネルＣＨ０１～ＣＨ０４が配置された周波数範囲よりも、高い周波数の側に外れてしまうことがある。また、通信データが伝送される期間は、デコードタイミングの間隔よりも、短い周期となる。したがって、通信データが伝送される期間は、デコードタイミングに対して進みが生じる。例えば、タイミングＴＩ１８は、通信データＤＡ１１が伝送される期間の終了後となり、通信データＤＡ１１を復号することができなくなる。

【0028】

このように、送信側と受信側とでクロック信号が誤差を含む場合に、前述した第２例の方法を用いることにより、各チャンネルに対応して受信可能な帯域幅ＢＷ０１を広く設定した構成がある。この構成において、受信側は、多くの雑音信号が含まれるチャンネル信号を用いて、通信データを復号する。したがって、信号対雑音比（ＳＮ比）の低下により、復号エラーの発生割合が増大する。

【0029】

また、前述した第３例の方法を用いることにより、シンボルの継続期間を延長した構成がある。この構成において、通信データが伝送される期間は、デコードタイミングとのずれを吸収できるように、長期化される。しかしながら、符号化率の低下により、通信の高速化が困難になる。加えて、周波数差分が大きい場合に、吸収できないタイミングずれが発生する。

【0030】

前述した第４例の方法を用いた場合として、特開２００３－２６４６１２号公報に開示されたフォーマットを有する符号化方式がある。この場合に、通信データが伝送される期間に加えて、通信データに対応して異なる停止期間が設定される。したがって、符号化率の低下により、通信の高速化が困難になる。

【0031】

通信装置１００の測定処理部１２０は、受信信号と参照信号との周波数差分を測定することができる。通信装置１００の復号処理部１１０は、測定処理部１２０による測定結果を用いて、受信した搬送波信号の周波数に対応した復号処理を実行することができる。これにより、通信装置１００は、例えば、チャンネル周波数の２０％程度といった、大きな周波数差分が存在する場合でも、通信データを適切に復号する。また、通信装置１００は、符号化率の低下を防止して、通信の高速化を可能にする。

【0032】

通信装置１００の測定処理部１２０において、相関演算部１２１は、受信信号の周波数スペクトラムが示される受信周波数特性データを取得する。受信周波数特性データは、複数のチャンネルが配置された搬送波信号の周波数に対応して、複数のピークが含まれる周波数スペクトラムを特定可能に示す。そして、受信信号と参照信号との周波数差分は、受信周波数特性データと、参照情報記憶部１２２から読み出された参照用特性データとの比較により、測定可能となる。

【0033】

図３は、周波数スペクトラムを用いて周波数差分を測定する場合のデータ処理例を示している。このうち、図３（Ａ）は、周波数差分が小さい場合のデータ処理例ＥＸ１１を示している。図３（Ｂ）は、周波数差分が大きい場合のデータ処理例ＥＸ１２を示している。これらのデータ処理例において、受信周波数特性データおよび参照特性データが示す周波数スペクトラムは、それぞれ、１０のチャンネルに対応したピークを含んでいる。参照特性データが示す周波数スペクトラムは、受信側において想定される本来の周波数に対応した信号の特性である。これに対し、受信周波数特性データが示す周波数スペクトラムは、実際に受信信号を用いて測定された周波数に対応した信号の特性である。

【0034】

図３（Ａ）に示すデータ処理例ＥＸ１１において、本来の周波数に対応した周波数スペクトラムに含まれるピークＦＡ０１、および、測定された周波数に対応した周波数スペクトラムに含まれるピークＦＢ０１は、いずれも第５チャンネルのチャンネル周波数にて出現したものである。この場合に、ピークＦＡ０１とピークＦＢ０１との間の周波数差分は、受信信号と参照信号との正しい周波数差分を示すことになる。したがって、周波数差分の測定結果を用いて、通信データを適切に復号することができる。

【0035】

図３（Ｂ）に示すデータ処理例ＥＸ１２において、本来の周波数に対応した周波数スペクトラムに含まれるピークＦＡ１１は、データ処理例ＥＸ１１と同様に、第５チャンネルのチャンネル周波数にて出現したものである。これに対し、測定された周波数に対応した周波数スペクトラムに含まれるピークＦＢ１１は、データ処理例ＥＸ１１とは異なり、第４チャンネルのチャンネル周波数にて出現したものである。そのため、ピークＦＡ１１とピークＦＢ１１との間の周波数差分は、受信信号と参照信号との正しい周波数差分を示さないことになる。このように、隣接チャンネルの信号が混入する場合に、周波数差分の測定結果を用いて、通信データを適切に復号できないおそれがある。

【0036】

その他、周波数スペクトラムにおいてピークとなる周波数は、雑音信号による影響を受けやすい。従来の技術では、例えば、複数のチャンネルにおいて、隣接チャンネルの信号が混入する場合といった、周波数差分が大きい場合に、正しい周波数差分の測定が困難であった。あるいは、周波数差分の測定結果を用いて通信データを復号する場合に、復号エラーによる性能劣化が生じやすい。

【0037】

本発明の通信装置１００は、受信周波数特性データと参照特性データとを用いた相関演算を実行することにより、周波数差分の測定性能を向上させる。また、複数のチャンネルが配置されるチャンネル周波数を適切に設定することにより、周波数差分の測定性能を向上させる。さらに、基準周波数に対して整数分の１となる周波数をチャンネル周波数として設定することにより、適切な周波数特性を得るための計算量を減少させ、実用上も十分な性能が得られる通信システムを構築可能にする。

【0038】

図４は、複数のチャンネルに対応したチャンネル周波数が略等間隔で配置された場合に、受信周波数特性データと参照特性データとを用いて相関演算を実行したデータ処理例ＥＸ２１を示している。通信装置１００の測定処理部１２０に含まれる相関演算部１２１は、参照特性データにおける周波数の設定を、本来の周波数に対して、およそ０．８倍から１．２倍まで段階的に変化させ、各設定における受信周波数特性データとの相互相関となる相関演算を実行する。このような相関演算により得られる相関値は、送信側と受信側とで、周波数スペクトラムにおけるピークの一致数が多いときに大きい値となり、周波数スペクトラムにおけるピークの一致数が少ないときに小さい値となる。本来の周波数に対して変化させた周波数は、その変化倍率を用いて示すことができ、このような周波数を比周波数ともいう。

【0039】

図５は、図４に示された比周波数ＲＦ０１～ＲＦ０５の場合に対応した周波数スペクトラムの説明図である。このうち、図５（Ａ）は、図４における比周波数ＲＦ０１が０．８１５０である場合の周波数スペクトラムを示している。図５（Ｂ）は、図４における比周波数ＲＦ０２が０．９６８２である場合の周波数スペクトラムを示している。図５（Ｃ）は、図４における比周波数ＲＦ０３が０．９７７６である場合の周波数スペクトラムを示している。図５（Ｄ）は、図４における比周波数ＲＦ０４が０．９９０７である場合の周波数スペクトラムを示している。図５（Ｅ）は、図４における比周波数ＲＦ０５が１．００１０である場合の周波数スペクトラムを示している。

【0040】

図４に示すデータ処理例ＥＸ２１は、比周波数ＲＦ０５にて最大の相関値を有し、比周波数ＲＦ０３にて２番目に大きい相関値を有する。したがって、比周波数ＲＦ０５が第１候補となり、比周波数ＲＦ０３が第２候補となる。そして、第１候補である比周波数ＲＦ０５に対応した周波数オフセットなどを補償した受信設定により、受信側の搬送波信号を生成する。このように、周波数オフセットを推定して、送信側と受信側の周波数同期を確立し、複数のチャンネルを用いて伝送された通信データの復号が図られる。

【0041】

しかしながら、データ処理例ＥＸ２１において、第２候補である比周波数ＲＦ０３に対応した相関値は、第１候補である比周波数ＲＦ０５に対応した相関値に対して、例えば、８０％を超える値といった、比較的に大きい値となる。これにより、データ処理例ＥＸ２１における第１候補と第２候補は、相関値の差分が小さい値となる。実際には、通信環境などの影響を受けるので、第２候補であった比周波数ＲＦ０３のときに、相関値が最大になるものとして、誤って判断されるおそれが高くなる。したがって、データ処理例ＥＸ２１のように、最大相関値と極大相関値の差分が小さくなる周波数特性の設定では、複数のチャンネルにおいて、隣接チャンネルの信号が混入するような大きな周波数差分がある場合に、適切な測定が不可能あるいは困難になる。

【0042】

このように、複数のチャンネルに対応したチャンネル周波数は、略等間隔で配置された場合に、適切な通信が困難になるおそれがある。特に、複数のチャンネルに対応して設定された複数のチャンネル周波数が等比級数となる場合に、隣接チャンネルへのずれが全部のチャンネルにおいて同時に発生するので、周波数スペクトラムにおけるピークの一致数が多くなる。この場合に、２番目に大きい値となる相関値は、最大相関値との差分が最も小さくなり、誤推定の可能性が高く、最も性能が悪くなる。

【0043】

図６は、本実施例においてチャンネル周波数が適切に配置された場合の相関演算を実行したデータ処理例ＥＸ２２を示している。通信装置１００の測定処理部１２０に含まれる相関演算部１２１は、データ処理例ＥＸ２１と同様に、受信周波数特性データと参照特性データとを用いて相関演算を実行する。この場合に、複数のチャンネルに対応したチャンネル周波数は、基準周波数に対して整数分の１となる周波数に設定される。

【0044】

図７は、図６に示された比周波数ＲＦ１１～ＲＦ１５の場合に対応した周波数スペクトラムの説明図である。このうち、図７（Ａ）は、図６における比周波数ＲＦ１１が０．８４６６である場合の周波数スペクトラムを示している。図７（Ｂ）は、図６における比周波数ＲＦ１２が０．９５００である場合の周波数スペクトラムを示している。図７（Ｃ）は、図６における比周波数ＲＦ１３が０．９７９５である場合の周波数スペクトラムを示している。図７（Ｄ）は、図６における比周波数ＲＦ１４が０．９９１６である場合の周波数スペクトラムを示している。図７（Ｅ）は、図６における比周波数ＲＦ１５が１．００１０である場合の周波数スペクトラムを示している。

【0045】

図６に示すデータ処理例ＥＸ２２は、比周波数ＲＦ１５にて最大の相関値を有し、比周波数ＲＦ１３にて２番目に大きい相関値を有する。このデータ処理例ＥＸ２２において、データ処理例ＥＸ２１と異なり、第２候補である比周波数ＲＦ１３に対応した相関値は、第１候補である比周波数ＲＦ１５に対応した相関値に対して、例えば２５％未満といった、比較的に小さい値となる。これにより、データ処理例ＥＸ２２における第１候補と第２候補は、相関値の差分が大きい値となる。したがって、複数のチャンネルに対応したチャンネル周波数は、基準周波数に対して整数分の１となる周波数に設定された場合に、周波数オフセットの正確な推定が可能になり、音波信号を用いた適切な通信を実現することができる。

【0046】

データ処理例ＥＸ２２は、最大相関値が他の極大相関値に対して４倍を超えるといった、相関値に関する所定特性が得られる周波数範囲に、複数のチャンネルが配置されている。このように、通信装置１００は、相関値に関する所定特性が得られる周波数範囲に、複数のチャンネルが配置された音波信号を、受信信号としてデータを復号する。相関値に関する所定特性は、複数のチャンネルに対応したチャンネル周波数を、基準周波数に対して整数分の１となる周波数に設定した場合に、受信信号や参照信号が有する周波数特性であればよい。なお、相関値に関する所定特性は、例えば、音波信号の周波数スペクトラムといった、周波数特性の周波数シフト量を変化させて自己相関を演算した場合に、最大相関値が他の極大相関値に対して、所定差分量を超えた大きい値となるように、複数のチャンネルが複数の周波数範囲に配置された任意の音波信号における周波数特性であってもよい。

【0047】

通信装置１００の測定処理部１２０は、相関値に関する所定特性が得られる周波数範囲に、複数のチャンネルが配置された音波信号を受信した場合に、受信信号と参照信号との周波数差分を測定可能である。これにより、複数のチャンネルにおいて、隣接チャンネルの信号が混入する場合でも周波数差分を適切に測定することができる。通信装置１００の復号処理部１１０は、測定処理部１２０による測定結果に対応して、周波数オフセットなどを補償した受信設定により、受信する周波数帯域を変更可能としつつ、受信側の搬送波信号を生成する。こうして周波数オフセットを推定し、送信側と受信側の周波数同期を確立して、複数のチャンネルにおいて伝送されたデータを復号することができる。

【0048】

図８は、本実施例におけるチャンネル周波数の設定例ＦＳ０１を示している。この設定例ＦＳ０１において、基準周波数が２ＭＨｚに設定される。また、複数のチャンネルとして、第１チャンネルとなるチャンネルＣＨ０１から第１０チャンネルとなるチャンネルＣＨ１０までに対応して、異なる整数を用いて基準周波数が除算される。この除算により得られた値（商）は、各チャンネルＣＨ０１～ＣＨ１０が配置されるチャンネル周波数に設定される。基準周波数を被除数として除算する場合の除数は、第１チャンネルであるチャンネルＣＨ０１に対応した１４６、第２チャンネルであるチャンネルＣＨ０２に対応した１４２、第３チャンネルであるチャンネルＣＨ０３に対応した１３９、第４チャンネルであるチャンネルＣＨ０４に対応した１３６、第５チャンネルであるチャンネルＣＨ０５に対応した１３３、第６チャンネルであるチャンネルＣＨ０６に対応した１３１、第７チャンネルであるチャンネルＣＨ０７に対応した１２８、第８チャンネルであるチャンネルＣＨ０８に対応した１２６、第９チャンネルであるチャンネルＣＨ０９に対応した１２４、第１０チャンネルであるチャンネルＣＨ１０に対応した１２０、これらの値がそれぞれ用いられる。

【0049】

なお、除数の設定は、複数のチャンネルが適切に配置される任意の設定であればよい。例えば、複数のチャンネルに対応したチャンネル周波数の間隔や、複数のチャンネルを配置可能な全体の帯域幅などを考慮して、基準周波数の除数に設定可能な整数の範囲を全探索すること、あるいは、乱数を使用してランダムに選択すること、これらのいずれかにより、第１候補と第２候補とで相関値の差分が大きい値となる整数のグループを特定できればよい。

【0050】

設定例ＦＳ０１において、複数のチャンネルに対応したチャンネル周波数は、チャンネルＣＨ０１に対応した１３６９８．６Ｈｚ、チャンネルＣＨ０２に対応した１４０８４．５Ｈｚ、チャンネルＣＨ０３に対応した１４３８８．５Ｈｚ、チャンネルＣＨ０４に対応した１４７０５．９Ｈｚ、チャンネルＣＨ０５に対応した１５０３７．６Ｈｚ、チャンネルＣＨ０６に対応した１５２６７．２Ｈｚ、チャンネルＣＨ０７に対応した１５６２５．０Ｈｚ、チャンネルＣＨ０８に対応した１５８７３．０Ｈｚ、チャンネルＣＨ０９に対応した１６１２９．０Ｈｚ、チャンネルＣＨ１０に対応した１６６６６．７Ｈｚ、これらの周波数がそれぞれ設定される。

【0051】

このように、基準周波数に対して整数分の１となる周波数がチャンネル周波数に設定された音波信号を受信して、参照信号との周波数差分を測定する。基準周波数に対して整数分の１となる周波数は、それぞれが等比級数にならない。例えば、４つの異なる整数ｋ，ｌ，ｍ，ｎを用いた場合に、ｋ／ｌ＝ｍ／ｎを満たすような組は、ほとんど存在しない。したがって、ある２つの周波数の組は、別の周波数の組と完全に重なることがほとんどない。これにより、周波数の誤った認識が発生しにくくなり、適当な周波数を決める際の優良候補として使用できる。すなわち、複数のチャンネルに対応したチャンネル周波数の間隔は、同一の間隔になる可能性が低くなるので、隣接チャンネルの誤判定を防止して、周波数オフセットを正確に推定することができる。また、基準周波数に対して整数分の１となる周波数の発振信号は、例えば、ＣＰＵが備えるタイマーモジュールを用いて生成したＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号により、容易に出力可能である。これにより、通信装置１００は、複数のチャンネルを用いて伝送された通信データを、適切に復号して出力することができる。

【0052】

以上に説明したように、通信装置１００は、複数の周波数範囲に複数のチャンネルが配置された音波信号を用いて通信を行う場合に、測定処理部１２０により、受信信号と参照信号との周波数差分を測定可能である。通信装置１００の復号処理部１１０は、測定処理部１２０による測定結果を用いて、複数のチャンネルにおいて伝送されたデータを復号可能である。また、測定処理部１２０は、複数のチャンネルにおいて、隣接チャンネルの信号が混入する場合でも周波数差分を測定可能である。そして、復号処理部１１０は、測定処理部１２０による測定結果に対応して、受信する周波数帯域を変更可能である。

【0053】

通信装置１００の測定処理部１２０は、例えば、前述した最大相関値が他の極大相関値に対して４倍を超えるといった、相関値に関する所定特性が得られる周波数範囲に、複数のチャンネルが配置された音波信号を受信した場合に、受信信号と参照信号との周波数差分を測定可能である。より具体的に、通信装置１００の測定処理部１２０は、複数のチャンネルに対応したチャンネル周波数が、基準周波数に対して整数分の１となる周波数に設定された場合に、受信信号と参照信号との周波数差分を測定可能である。このように、通信装置１００の測定処理部１２０は、周波数領域における自己相関値が、例えば、図６に示された周波数特性を有するといった、相関値に関する所定特性が得られる周波数範囲に、複数のチャンネルが配置された音声信号を受信した場合に、受信信号と参照信号との周波数差分を測定可能である。

【0054】

こうした周波数差分の測定により、製造コストの増大を抑制しつつ、周波数オフセットを正確に推定して、伝送されたデータを適切に復号することができる。例えば、高価な水晶発振子を用いることなく、周波数オフセットを推定して、補償することができるので、通信装置１００の製造コストを削減できる。周波数オフセットを正確に推定するので、受信側のフィルタリング処理における通過帯域幅を狭くすることができ、信号対雑音比（ＳＮ比）の増加による性能向上となり、周波数帯域の使用効率を向上させることもできる。デコードタイミングとのずれを防止して、シンボル期間を短くすることができ、符号化率を増加させ、通信の高速化が可能になる。

【0055】

この発明は、上記実施の形態に限定されず、様々な変形及び応用が可能である。例えば、通信装置１００は、上記実施の形態で示された全ての技術的特徴を備えるものでなくてもよく、従来技術における少なくとも１つの課題を解決できるように、上記実施の形態で示された構成や機能、動作の一部を可能にするものであってもよい。また、通信装置１００は、音波信号を受信するための構成に加えて、音波信号を送信するための構成を備えてもよい。例えば、通信装置１００の送信処理部は、複数のチャンネルにおいて、隣接チャンネルの信号が混入する場合でも、受信側で参照信号との周波数差分を測定可能となるように、複数の周波数範囲に複数のチャンネルが配置された音波信号を送信可能であってもよい。この場合に、例えば、前述した最大相関値が他の極大相関値に対して４倍を超えるといった、相関値に関する所定特性が得られる周波数範囲に、複数のチャンネルが配置された音波信号を送信可能であってもよい。より具体的に、複数のチャンネルに対応したチャンネル周波数が、基準周波数に対して整数分の１となる周波数に設定された音波信号を送信可能であってもよい。このように、複数の周波数範囲に複数のチャンネルが配置された音波信号を用いて通信可能な通信装置は、複数のチャンネルに対応したチャンネル周波数が、基準周波数に対して整数分の１となる周波数に設定されるものであればよい。

【0056】

信号や情報、データ、これらの一部または全部は、任意の技術を用いて表すことができる。例えば、電圧、電流、電磁波、磁場または粒子、光電場あるいは光粒子、これらの一部または全部の組合せにより、信号や情報、データ、これらの一部または全部が表されてもよい。通信装置１００の構成や機能、動作を実現する論理ブロック、モジュール、回路、処理ステップ、アルゴリズムは、電子回路などのハードウェア、コンピュータプログラムなどのソフトウェア、あるいは、これらの組合せとして実装されるものであればよい。例えば、上記実施の形態で説明した通信装置１００の機能を実現するためのアプリケーションソフトウェアが提供され、スマートフォンなどの情報通信装置にインストールすることで、新たに専用のハードウェアを追加することなく、音波信号を用いた通信が可能になればよい。

【0057】

通信装置１００の構成や機能、動作を実現する論理ブロック、モジュール、回路は、汎用のマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（Digital Signal Processor：ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を含めたプログラマブル論理デバイス、その他の半導体集積回路、あるいは、これらの組合せとして実装されるものであればよい。

【0058】

通信装置１００の構成や機能、動作を実現するソフトウェアは、コンピュータ読取可能な各種媒体における１または複数の命令やコードとして記憶または送信されてもよい。コンピュータ読取可能な各種媒体は、記憶媒体であってもよいし、通信媒体であってもよい。記憶媒体は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）、ＣＤ－ＲＯＭまたは他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、半導体記憶装置といった、任意の記憶装置を用いて構成可能である。通信媒体は、有線、赤外線、無線、マイクロ波、超音波といった、任意の信号伝送媒体を用いて構成可能である。

【符号の説明】

【0059】

１００ 通信装置
１１０ 復号処理部
１１１ チャンネル信号取得部
１１２ データ復号部
１２０ 測定処理部
１２１ 相関演算部
１２２ 参照情報記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】