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(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】P2024153292
(43)【公開日】2024-10-29
(54)【発明の名称】通信システム、基地局および通信方法
(51)【国際特許分類】
H04B 1/7097 20110101AFI20241022BHJP
【ＦＩ】
H04B1/7097
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023067093
(22)【出願日】2023-04-17
(71)【出願人】
【識別番号】504133110
【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学
(74)【代理人】
【識別番号】100205350
【弁理士】
【氏名又は名称】狩野 芳正
(74)【代理人】
【識別番号】100117617
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 圭策
(72)【発明者】
【氏名】藤井 威生
(72)【発明者】
【氏名】安達 宏一
(72)【発明者】
【氏名】熊田 遼汰
(57)【要約】
【課題】等価的に非整数の拡散率を実現するチャープスペクトラム拡散を用いる。
【解決手段】第１端末（３Ａ）は、第１拡散率（Ｓ）を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第１送信信号を送信する。第２端末（３Ｂ）は、第２拡散率（Ｓ）を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第２送信信号を送信する。基地局（２）は、第１送信信号と第２送信信号とを同時に１つの受信信号として受信する。第１送信信号の第１チップ長（Ｔｃ）と、第２送信信号の第２チップ長（（１＋ρ）Ｔｃ）との比は非整数である。基地局（２）の検出部（２２２）は、第１チップ長に基づく第１逆拡散処理と、第１サンプリング数（２Ｓ）を用いた第１フーリエ変換処理とを受信信号に施して第１送信信号を検出し、第２チップ長に基づく第２逆拡散処理と、第２サンプリング数（ｑ・２Ｓ）を用いた第２フーリエ変換処理とを受信信号に施して第２送信信号を検出する。
【選択図】図１
【解決手段】第１端末（３Ａ）は、第１拡散率（Ｓ）を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第１送信信号を送信する。第２端末（３Ｂ）は、第２拡散率（Ｓ）を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第２送信信号を送信する。基地局（２）は、第１送信信号と第２送信信号とを同時に１つの受信信号として受信する。第１送信信号の第１チップ長（Ｔｃ）と、第２送信信号の第２チップ長（（１＋ρ）Ｔｃ）との比は非整数である。基地局（２）の検出部（２２２）は、第１チップ長に基づく第１逆拡散処理と、第１サンプリング数（２Ｓ）を用いた第１フーリエ変換処理とを受信信号に施して第１送信信号を検出し、第２チップ長に基づく第２逆拡散処理と、第２サンプリング数（ｑ・２Ｓ）を用いた第２フーリエ変換処理とを受信信号に施して第２送信信号を検出する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１拡散率を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第１送信信号を送信する第１端末と、
第２拡散率を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第２送信信号を送信する第２端末と、
前記第１送信信号と前記第２送信信号とを同時に１つの受信信号として受信する基地局と
を備え、
前記第１拡散率および前記第２拡散率のそれぞれは整数であり、
前記第１送信信号の第１チップ長と、前記第２送信信号の第２チップ長との比は非整数であり、
前記基地局は、
前記第１チップ長に基づく第１逆拡散処理と、第１サンプリング数を用いた第１フーリエ変換処理とを前記受信信号に施して前記第１送信信号を検出し、前記第２チップ長に基づく第２逆拡散処理と、第２サンプリング数を用いた第２フーリエ変換処理とを前記受信信号に施して前記第２送信信号を検出する検出部と、
選出した前記第１送信信号および前記第２送信信号を表す情報を外部に出力する出力部と
を備え、
前記第１サンプリング数および前記第２サンプリング数のうち、一方のサンプリング数は他方のサンプリング数に所定のオーバーサンプリング係数を乗算した値である
通信システム。
第２拡散率を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第２送信信号を送信する第２端末と、
前記第１送信信号と前記第２送信信号とを同時に１つの受信信号として受信する基地局と
を備え、
前記第１拡散率および前記第２拡散率のそれぞれは整数であり、
前記第１送信信号の第１チップ長と、前記第２送信信号の第２チップ長との比は非整数であり、
前記基地局は、
前記第１チップ長に基づく第１逆拡散処理と、第１サンプリング数を用いた第１フーリエ変換処理とを前記受信信号に施して前記第１送信信号を検出し、前記第２チップ長に基づく第２逆拡散処理と、第２サンプリング数を用いた第２フーリエ変換処理とを前記受信信号に施して前記第２送信信号を検出する検出部と、
選出した前記第１送信信号および前記第２送信信号を表す情報を外部に出力する出力部と
を備え、
前記第１サンプリング数および前記第２サンプリング数のうち、一方のサンプリング数は他方のサンプリング数に所定のオーバーサンプリング係数を乗算した値である
通信システム。
【請求項2】
請求項１に記載の通信システムにおいて、
前記第１送信信号の第１チップ長と、前記第２送信信号の第２チップ長との比率は無理数に含まれる
通信システム。
前記第１送信信号の第１チップ長と、前記第２送信信号の第２チップ長との比率は無理数に含まれる
通信システム。
【請求項3】
請求項２に記載の通信システムにおいて、
前記第１送信信号の第１チップ長と、前記第２送信信号の第２チップ長との比率は有理数に含まれる
通信システム。
前記第１送信信号の第１チップ長と、前記第２送信信号の第２チップ長との比率は有理数に含まれる
通信システム。
【請求項4】
請求項３に記載の通信システムにおいて、
前記第１サンプリング数は、前記第１拡散率を指数とする２の累乗であり、
前記第２サンプリング数は、前記第２拡散率を指数とする２の累乗に前記オーバーサンプリング係数を乗算した値であり、
前記オーバーサンプリング係数は、２以上の整数である
通信システム。
前記第１サンプリング数は、前記第１拡散率を指数とする２の累乗であり、
前記第２サンプリング数は、前記第２拡散率を指数とする２の累乗に前記オーバーサンプリング係数を乗算した値であり、
前記オーバーサンプリング係数は、２以上の整数である
通信システム。
【請求項5】
請求項４に記載の通信システムにおいて、
前記第１拡散率と、前記第２拡散率とは、同一の整数である
通信システム。
前記第１拡散率と、前記第２拡散率とは、同一の整数である
通信システム。
【請求項6】
請求項４または５に記載の通信システムにおいて、
前記オーバーサンプリング係数は、２以上の偶数である
通信システム。
前記オーバーサンプリング係数は、２以上の偶数である
通信システム。
【請求項7】
第１拡散率を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第１送信信号と、第２拡散率を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第２送信信号とを同時に１つの受信信号として受信する受信部と、
前記第１送信信号の第１チップ長に基づく第１逆拡散処理と、第１サンプリング数を用いた第１フーリエ変換処理とを前記受信信号に施して前記第１送信信号を検出し、前記第２送信信号の第２チップ長に基づく第２逆拡散処理と、第２サンプリング数を用いた第２フーリエ変換処理とを前記受信信号に施して前記第２送信信号を検出する検出部と、
選出した前記第１送信信号および前記第２送信信号を表す情報を外部に出力する出力部と
を備え、
前記第１拡散率および前記第２拡散率のそれぞれは整数であり、
前記第１チップ長と、前記第２チップ長との比は非整数であり、
前記第１サンプリング数および前記第２サンプリング数のうち、一方のサンプリング数は他方のサンプリング数に所定のオーバーサンプリング係数を乗算した値である
基地局。
前記第１送信信号の第１チップ長に基づく第１逆拡散処理と、第１サンプリング数を用いた第１フーリエ変換処理とを前記受信信号に施して前記第１送信信号を検出し、前記第２送信信号の第２チップ長に基づく第２逆拡散処理と、第２サンプリング数を用いた第２フーリエ変換処理とを前記受信信号に施して前記第２送信信号を検出する検出部と、
選出した前記第１送信信号および前記第２送信信号を表す情報を外部に出力する出力部と
を備え、
前記第１拡散率および前記第２拡散率のそれぞれは整数であり、
前記第１チップ長と、前記第２チップ長との比は非整数であり、
前記第１サンプリング数および前記第２サンプリング数のうち、一方のサンプリング数は他方のサンプリング数に所定のオーバーサンプリング係数を乗算した値である
基地局。
【請求項8】
第１拡散率を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第１送信信号と、第２拡散率を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第２送信信号とを同時に１つの受信信号として受信することと、
前記第１送信信号の第１チップ長に基づく第１逆拡散処理と、第１サンプリング数を用いた第１フーリエ変換処理とを前記受信信号に施して前記第１送信信号を検出し、前記第２送信信号の第２チップ長に基づく第２逆拡散処理と、第２サンプリング数を用いた第２フーリエ変換処理とを前記受信信号に施して前記第２送信信号を検出することと、
選出した前記第１送信信号および前記第２送信信号を表す情報を外部に出力することと
を含み、
前記第１拡散率および前記第２拡散率のそれぞれは整数であり、
前記第１チップ長と、前記第２チップ長との比は非整数であり、
前記第１サンプリング数および前記第２サンプリング数のうち、一方のサンプリング数は他方のサンプリング数に所定のオーバーサンプリング係数を乗算した値である
通信方法。
前記第１送信信号の第１チップ長に基づく第１逆拡散処理と、第１サンプリング数を用いた第１フーリエ変換処理とを前記受信信号に施して前記第１送信信号を検出し、前記第２送信信号の第２チップ長に基づく第２逆拡散処理と、第２サンプリング数を用いた第２フーリエ変換処理とを前記受信信号に施して前記第２送信信号を検出することと、
選出した前記第１送信信号および前記第２送信信号を表す情報を外部に出力することと
を含み、
前記第１拡散率および前記第２拡散率のそれぞれは整数であり、
前記第１チップ長と、前記第２チップ長との比は非整数であり、
前記第１サンプリング数および前記第２サンプリング数のうち、一方のサンプリング数は他方のサンプリング数に所定のオーバーサンプリング係数を乗算した値である
通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は通信システム、基地局および通信方法に関し、例えば、チャープスペクトラム拡散を用いる変調方式および復調方式に好適に利用できるものである。
【背景技術】
【0002】
ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ－ｏｆ－Ｔｈｉｎｇｓ：モノのインターネット）の発展に伴い、ＬｏＲａＷＡＮ（Ｌｏｎｇ Ｒａｎｇｅ Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：長距離広域ネットワーク）に代表されるＬＰＷＡＮ（ Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：省電力広域ネットワーク）が注目されている。このような通信方法として、物理層でチャープスペクトラム拡散を用いる変調方式および復調方式が知られている。
【0003】
チャープスペクトラム拡散を用いる変調方式では、複数の種類のチャープシンボルを組み合わせることによって任意のデータを表すことができる。それぞれのチャープシンボルは、時間とともに周波数が変化する。チャープシンボルの種類によって、周波数が最大値から最小値へ（または最小値から最大値へ）瞬間的に切り替わるタイミングが異なる。チャープスペクトラム拡散を用いると、比較的低い消費電力で比較的長い距離の通信が可能となる。なお、チャープスペクトラム拡散には、拡散率を大きくすればするほど、雑音耐性が向上する一方で、伝送レートは低下する、というトレードオフがある。
【0004】
標準化されたＬｏＲａＷＡＮでは、拡散率として所定の範囲の整数値だけ（例えば７から１２まで）が選択可能である。この条件下で、２つの送信機がそれぞれ送信する２つの送信信号を、１つの受信機が同時に１つの受信信号として受信するとき、それぞれの送信信号の拡散率が同一であり、かつ、ＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ：信号対干渉比）が所定の値（例えば６ｄＢ）以上あれば、受信機は１つの送信信号のみを受信可能であることが知られている。このとき、受信機で干渉キャンセル技術を用いれば、複数の送信信号を検出することも可能となるが、その代わりに、受信機が大幅に複雑化してしまう。
【0005】
また、上記の条件下で、２つの送信機がそれぞれ送信する２つの送信信号を、１つの受信機が同時に１つの受信信号として受信するとき、それぞれの送信信号の拡散率が互いに異なり、かつ、ＳＩＲが所定の閾値を超えれば、受信機は両方の送信信号を受信可能である。このとき、両方の送信信号で最小の拡散率を選択する場合と比較して、伝送レートは低下してしまう。
【0006】
上記に関連して、非特許文献１（ＬｏＲａ Ａｌｌｉａｎｃｅ，Ｉｎｃ．、“ＬｏＲａＷＡＮ（ＴＭ） １．０．３ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ”、２０１８年、インターネット＜ＵＲＬ：https://lora-alliance.org/sites/default/files/2018-07/lorawan1.0.3.pdf＞）には、ＬｏＲａＷＡＮの仕様書第１．０．３版が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】ＬｏＲａ Ａｌｌｉａｎｃｅ，Ｉｎｃ．、“ＬｏＲａＷＡＮ（ＴＭ） １．０．３ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ”、２０１８年、インターネット＜ＵＲＬ：https://lora-alliance.org/sites/default/files/2018-07/lorawan1.0.3.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上記状況に鑑み、本開示は、等価的に非整数の拡散率を実現するチャープスペクトラム拡散を用いる通信システム、基地局および通信方法を提供することを目的の１つとする。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0009】
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。よって、括弧付きの記載により、特許請求の範囲は、限定的に解釈されるべきではない。
【0010】
一実施の形態によれば、通信システム（１）は、第１端末（３Ａ）と、第２端末（３Ｂ）と、基地局（２）とを備える。第１端末（３Ａ）は、第１拡散率（例えばＳ）を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第１送信信号を送信する。第２端末（３Ｂ）は、第２拡散率（Ｓ）を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第２送信信号を送信する。基地局（２）は、第１送信信号と第２送信信号とを同時に１つの受信信号として受信する。第１拡散率（例えばＳ）および第２拡散率（例えばＳ）のそれぞれは整数である。第１送信信号の第１チップ長（例えばＴｃ）と、第２送信信号の第２チップ長（例えば（１＋ρ）Ｔｃ）との比は非整数（１＋ρ）である。ここで、「ρ」をフラクショナル係数と呼ぶ（０＜ρ＜１）。基地局（２）は、検出部（２２２）と、出力部（２２３）とを備える。検出部（２２２）は、第１チップ長（例えばＴｃ）に基づく第１逆拡散処理と、第１サンプリング数（例えば２Ｓ）を用いた第１フーリエ変換処理とを受信信号に施して第１送信信号を検出し、第２チップ長（例えば（１＋ρ）Ｔｃ）に基づく第２逆拡散処理と、第２サンプリング数（例えばｑ・２Ｓ）を用いた第２フーリエ変換処理とを受信信号に施して第２送信信号を検出する。出力部（２２３）は、選出した第１送信信号および第２送信信号を表す情報を外部に出力する。第１サンプリング数（例えば２Ｓ）および第２サンプリング数（例えばｑ・２Ｓ）のうち、一方のサンプリング数（例えばｑ・２Ｓ）は他方のサンプリング数（例えば２Ｓ）に所定のオーバーサンプリング係数（ｑ）を乗算した値である。
【0011】
一実施の形態によれば、基地局（２）は、受信部（２２１）と、検出部（２２２）と、出力部（２２３）とを備える。受信部（２２１）は、第１拡散率（例えばＳ）を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第１送信信号と、第２拡散率（例えばＳ）を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第２送信信号とを同時に１つの受信信号として受信する。検出部（２２２）は、第１送信信号の第１チップ長（例えばＴｃ）に基づく第１逆拡散処理と、第１サンプリング数（例えば２Ｓ）を用いた第１フーリエ変換処理とを受信信号に施して第１送信信号を検出し、第２送信信号の第２チップ長（例えば（１＋ρ）Ｔｃ）に基づく第２逆拡散処理と、第２サンプリング数（例えばｑ・２Ｓ）を用いた第２フーリエ変換処理とを受信信号に施して第２送信信号を検出する。出力部（２２３）は、選出した第１送信信号および第２送信信号を表す情報を外部に出力する。第１拡散率（例えばＳ）および第２拡散率（例えばＳ）のそれぞれは整数である。第１チップ長（例えばＴｃ）と、第２チップ長（例えばｑＴｃ）との比は非整数（１＋ρ）である。ここで、「ρ」をフラクショナル係数と呼ぶ（０＜ρ＜１）。第１サンプリング数（例えば２Ｓ）および第２サンプリング数（例えばｑ・２Ｓ）のうち、一方のサンプリング数（例えばｑ・２Ｓ）は他方のサンプリング数（例えば２Ｓ）に所定のオーバーサンプリング係数（ｑ）を乗算した値である。
【0012】
一実施の形態によれば、通信方法は、第１拡散率（例えばＳ）を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第１送信信号と、第２拡散率（例えばＳ）を用いるチャープスペクトラム拡散によって生成した第２送信信号とを同時に１つの受信信号として受信すること（Ｓ０１）を含む。通信方法は、さらに、第１送信信号の第１チップ長（例えばＴｃ）に基づく第１逆拡散処理と、第１サンプリング数（例えば２Ｓ）を用いた第１フーリエ変換処理とを受信信号に施して第１送信信号を検出し、第２送信信号の第２チップ長（例えば（１＋ρ）Ｔｃ）に基づく第２逆拡散処理と、第２サンプリング数（例えばｑ・２Ｓ）を用いた第２フーリエ変換処理とを受信信号に施して第２送信信号を検出すること（Ｓ０２）を含む。通信方法は、さらに、選出した第１送信信号および第２送信信号を表す情報を外部に出力すること（Ｓ０３）を含む。第１拡散率（例えばＳ）および第２拡散率（例えばＳ）のそれぞれは整数である。第１チップ長（例えばＴｃ）と、第２チップ長（例えば（１＋ρ）Ｔｃ）との比は非整数（１＋ρ）である。ここで、「ρ」をフラクショナル係数と呼ぶ（０＜ρ＜１）。第１サンプリング数（例えばｑ・２Ｓ）および第２サンプリング数（例えば２Ｓ）のうち、一方のサンプリング数（例えばｑ・２Ｓ）は他方のサンプリング数（例えば２Ｓ）に所定のオーバーサンプリング係数（ｑ）を乗算した値である。
【発明の効果】
【0013】
一実施の形態によれば、等価的に非整数の拡散率を実現するチャープスペクトラム拡散を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
添付図面を参照して、本開示による通信システム、基地局および通信方法を実施するための形態を以下に説明する。
【0016】
（実施形態）
図１に示すように、一実施形態による通信システム１は、２つの送信機としての端末３Ａ、３Ｂと、１つの受信機としての基地局２とを含む。端末３Ａおよび端末３Ｂは、アンテナ３０Ａ、３０Ｂをそれぞれ備える。基地局２は、アンテナ２０を備える。２つの端末３Ａ、３Ｂは、２つのアンテナ３０Ａ、３０Ｂによって、２つの送信信号をそれぞれ送信する。基地局２は、アンテナ２０によって、端末３Ａ、３Ｂが送信した２つの送信信号を、同時に１つの受信信号として受信し、それぞれの送信信号を検出する。以降、端末３Ａ、３Ｂを区別しないとき、これらを端末３と総称する。また、アンテナ３０Ａ、３０Ｂを区別しないとき、これらをアンテナ３０と総称する。
図１に示すように、一実施形態による通信システム１は、２つの送信機としての端末３Ａ、３Ｂと、１つの受信機としての基地局２とを含む。端末３Ａおよび端末３Ｂは、アンテナ３０Ａ、３０Ｂをそれぞれ備える。基地局２は、アンテナ２０を備える。２つの端末３Ａ、３Ｂは、２つのアンテナ３０Ａ、３０Ｂによって、２つの送信信号をそれぞれ送信する。基地局２は、アンテナ２０によって、端末３Ａ、３Ｂが送信した２つの送信信号を、同時に１つの受信信号として受信し、それぞれの送信信号を検出する。以降、端末３Ａ、３Ｂを区別しないとき、これらを端末３と総称する。また、アンテナ３０Ａ、３０Ｂを区別しないとき、これらをアンテナ３０と総称する。
【0017】
図２Ａに示すように、一実施形態による基地局２は、いわゆるコンピュータのように構成されてもよい。図２Ａの例において、基地局２は、バス２１と、演算装置２２と、記憶装置２３と、通信装置２４と、入出力装置２５とを備える。一例として、バス２１は、演算装置２２、記憶装置２３、通信装置２４および入出力装置２５を相互に通信可能に接続するように構成されている。
【0018】
演算装置２２は、受信部２２１と、検出部２２２と、出力部２２３とを備える。記憶装置２３は、基地局プログラムを格納するプログラム記憶部２３１を備える。演算装置２２は、基地局プログラムを実行することによって、受信部２２１、検出部２２２および出力部２２３の処理を実現する。受信部２２１、検出部２２２および出力部２２３のそれぞれは、演算装置２２と記憶装置２３とが協働して処理を実現する仮想的な機能ブロックである。受信部２２１は、アンテナ２０および通信装置２４を介して受信信号を受信する。検出部２２２は、受信信号に含まれるそれぞれの送信信号を検出する。出力部２２３は、検出した送信信号を表す情報を外部へ出力する。受信部２２１、検出部２２２および出力部２２３が実現する処理の詳細については、後述する。
【0019】
基地局プログラムは、記録媒体２３０から読み出されてプログラム記憶部２３１に格納されてもよい。記録媒体２３０は、非一時的で有形の媒体（non-transitory and tangible media）であってもよい。
【0020】
通信装置２４は、アンテナ２０を介して、端末３が送信する送信信号を受信する。通信装置２４は、さらに、図示しないネットワークに接続されていてもよい。基地局プログラムは、通信装置２４を介して外部から取得されてプログラム記憶部２３１に格納されてもよい。
【0021】
入出力装置２５は、使用者に情報を出力し、使用者が入力する操作を受け付ける。一例として、入出力装置２５は、画像を出力する表示装置、キー入力操作を受け付けるキーボードなどを含む。
【0022】
図２Ｂは、基地局２の少なくとも一部の、特に検出部２２２の一構成例を示すブロック回路図である。図２Ｂの例において、基地局２は、第１入力部２０１と、周波数時間同期部２０２と、第２入力部２０３と、逆拡散部２０４と、離散フーリエ変換部２０５と、最大要素抽出部２０６と、出力部２０７とを備える。
【0023】
第１入力部２０１は、アンテナ２０で受信された受信信号を周波数時間同期部２０２に供給する。周波数時間同期部２０２は、受信した受信信号の同期を取る。第２入力部２０３は、逆拡散処理に用いる基本チャープ信号を受信する。逆拡散部２０４は、基本チャープ信号を用いて、同期した受信信号に逆拡散処理を施す。離散フーリエ変換部２０５は、逆拡散処理を施された信号に離散フーリエ変換処理を施す。最大要素抽出部２０６は、離散フーリエ変換処理によって得られた複数の周波数成分のうち、出力強度の絶対値が最大である周波数成分に対応するシンボル番号ｍ＊を抽出する。出力部２０７は、抽出されたシンボル番号ｍ＊を出力する。
【0024】
図３に示すように、一実施形態による端末３は、いわゆるコンピュータのように構成されてもよい。図３の例において、端末３は、バス３１と、演算装置３２と、記憶装置３３と、通信装置３４と、入出力装置３５とを備える。一例として、バス３１は、演算装置３２、記憶装置３３、通信装置３４および入出力装置３５を相互に通信可能に接続するように構成されている。
【0025】
演算装置３２は、生成部３２１と、変調部３２２と、送信部３２３とを備える。記憶装置３３は、端末プログラムを格納するプログラム記憶部３３１を備える。演算装置３２は、端末プログラムを実行することによって、生成部３２１、変調部３２２および送信部３２３の処理を実現する。生成部３２１、変調部３２２および送信部３２３のそれぞれは、演算装置３２と記憶装置３３とが協働して処理を実現する仮想的な機能ブロックである。生成部３２１は、基地局２へ送信する情報を表す信号を生成する。変調部３２２は、生成した信号をチャープスペクトラム拡散で変調して送信信号を生成する。送信部３２３は、アンテナ３０および通信装置３４を介して送信信号を送信する。生成部３２１、変調部３２２および送信部３２３が実現する処理の詳細については、後述する。
【0026】
端末プログラムは、記録媒体３３０から読み出されてプログラム記憶部３３１に格納されてもよい。記録媒体３３０は、非一時的で有形の媒体であってもよい。
【0027】
通信装置３４は、アンテナ３０を介して、送信信号を基地局２に向けて送信する。通信装置３４は、さらに、図示しないネットワークに接続可能に構成されていてもよい。端末プログラムは、通信装置３４を介して外部から取得されてプログラム記憶部３３１に格納されてもよい。
【0028】
入出力装置３５は、使用者に情報を出力し、使用者が入力する操作を受け付ける。一例として、入出力装置３５は、点灯するランプ、押下操作を受け付けるスイッチなどを含む。
【0029】
図４のフローチャートを参照して、一実施形態による通信方法の処理について説明する。図４のフローチャートの処理は、基地局２が起動するときに開始してもよい。図４のフローチャートの処理が開始すると、ステップＳ０１が実行される。
【0030】
図４のステップＳ０１において、図１に示した受信機としての基地局２が、送信機としての端末３Ａ、３Ｂからそれぞれ送信された複数の送信信号を受信する。より詳細には、端末３Ａ、３Ｂのそれぞれが備える、図３に示した送信部３２３が送信した送信信号を、基地局２が備える、図２Ａに示した受信部２２１が受信する。ここでは、端末３Ａと端末３Ｂとがそれぞれ送信した送信信号が基地局２に同時に到達し、基地局２がこれら２つの送信信号が時間軸および周波数軸で少なくとも部分的に重なった１つの受信信号として受信する場合について説明する。
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
図５Ａおよび図５Ｂを参照して、チャープスペクトラム拡散の変調および復調に用いるアップチャープシンボルおよびダウンチャープシンボルについて説明する。図５Ａに示すように、アップチャープシンボルは、時間とともに周波数が増加するような信号である。図５Ａは、合計４本のグラフ４１１、４１２、４１３、４１４を含んでいる。図５Ａにおいて、横軸は時間を表し、縦軸は周波数を表す。アップチャープシンボルの周波数は、グラフ４１４のように、時刻Ｔ１における周波数Ｆ１から、時刻Ｔ５における周波数Ｆ５まで増加してもよい。もしくは、アップチャープシンボルの周波数は、グラフ４１１のように、時刻Ｔ１における周波数Ｆ４から、時刻Ｔ２における周波数Ｆ５まで増加し、時刻Ｔ２において周波数Ｆ１に切り替わり、時刻Ｔ５における周波数Ｆ４まで増加してもよい。アップチャープシンボルの周波数が切り替わるタイミングは、グラフ４１２、４１３のように、時刻Ｔ３、Ｔ４であってもよい。グラフ４１１～グラフ４１４のような波形を有するアップチャープシンボルは、周波数が瞬間的に切り替わるタイミングの有無または違いに応じて異なるデータに対応付けることができる。
【0035】
図５Ｂに示すように、ダウンチャープシンボルは、時間とともに周波数が減少するような信号である。図５Ｂは、合計４本のグラフ４２１、４２２、４２３、４２４を含んでいる。図５Ｂにおいて、横軸は時間を表し、縦軸は周波数を表す。ダウンチャープシンボルの周波数は、グラフ４２１のように、時刻Ｔ１における周波数Ｆ５から、時刻Ｔ５における周波数Ｆ１まで減少してもよい。もしくは、ダウンチャープシンボルの周波数は、グラフ４２２のように、時刻Ｔ１における周波数Ｆ２から、時刻Ｔ２における周波数Ｆ１まで減少し、時刻Ｔ２において周波数Ｆ５に切り替わり、時刻Ｔ５における周波数Ｆ２まで減少してもよい。ダウンチャープシンボルの周波数が切り替わるタイミングは、グラフ４２３、４２４のように、時刻Ｔ３、Ｔ４であってもよい。グラフ４２１～グラフ４２４のような波形を有するダウンチャープシンボルは、周波数が瞬間的に切り替わるタイミングの有無または違いに応じて異なるデータに対応付けることができる。
【0036】
チャープ信号は、複数のアップチャープシンボルおよび／またはダウンチャープシンボルを組み合わせることによって任意のデータを表すことができる。
【0037】
図５Ａおよび図５Ｂでは、アップチャープシンボルおよびダウンチャープシンボルの周波数が、時刻Ｔ１から時刻Ｔ５までのシンボル長Ｔｓの間に、帯域幅Ｗの範囲内で増加または減少する例を示した。また、図４Ａおよび図４Ｂの例では、アップチャープシンボルおよびダウンチャープシンボルの周波数が瞬間的に切り替わる時刻Ｔ２～Ｔ４が、シンボル長Ｔｓを４等分したチップ長Ｔｃごとに配置される例を示した。これらのパラメータはあくまでも一例であって、一実施の形態を限定しない。
【0038】
図５Ａの例では、チップ長Ｔｃがシンボル長Ｔｓの４分の１であるので、１つのアップチャープシンボルで４種類の情報を表すことができる。言い換えれば、１つのアップチャープシンボルは２ビットの情報を表現できる。１つのアップチャープシンボルが表現できる情報量のビット数を拡散率と呼ぶ。
【0039】
前述のとおり、チャープスペクトラム拡散には、拡散率を大きくすればするほど、雑音耐性が向上する一方で、伝送レートは低下する、というトレードオフがある。また、標準化されたＬｏＲａＷＡＮでは、拡散率として７から１２までの整数値だけが選択可能である。この条件下で、２つの端末３Ａ、３Ｂがそれぞれ送信する２つの送信信号を、１つの基地局２が同時に１つの受信信号として受信するとき、それぞれの送信信号の拡散率が同一であり、かつ、ＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ：信号対干渉比）が所定の必要値以上あれば、基地局２は１つの送信信号のみを受信可能である。このとき、基地局２で干渉キャンセル技術を用いれば、複数の送信信号を検出することも可能となるが、その代わりに、基地局２が大幅に複雑化してしまう。
【0040】
また、上記の条件下で、２つの端末３Ａ、３Ｂがそれぞれ送信する２つの送信信号を、１つの基地局２が同時に１つの受信信号として受信するとき、それぞれの送信信号の拡散率が互いに異なり、かつ、ＳＩＲが所定の閾値を超えれば、基地局２は両方の送信信号を受信可能である。このとき、両方の送信信号で最小の拡散率を選択する場合と比較して、伝送レートは低下してしまう。
【0041】
基地局２が同時に１つの受信信号として受信する２つの送信信号のうち、一方を希望信号と呼び、他方を干渉信号と呼ぶとき、希望信号の拡散率と、干渉信号の拡散率と、受信信号のＳＩＲとが図６の表に示した条件を満たすとき、ＢＥＲ（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ：ビット誤り率）を１％以下に抑えることができる。つまり、受信信号に逆拡散処理を施すことによって干渉信号を抑圧することが可能となり、希望信号の復調に成功し得る。図６の表において、それぞれのマスの中の数値は、当該マスの行に対応する希望信号換算率と、当該マスの列に対応する干渉信号拡散率との組み合わせにおいて、希望信号を復調するために必要な受信信号のＳＩＲの値を表す。一例として、希望信号の拡散率が７であり（１番上の行）、干渉信号の拡散率が８である（左から２つ目の列）とき、受信信号のＳＩＲが－１１ｄＢ以上であれば、希望信号の復調に成功し得る。
【0042】
ただし、拡散率を１つ大きくすると、シンボル長Ｔｓが２倍になり、実質的な伝送レートが低下する。このことについて、図７を参照して説明する。図７は、２つの枠５１、５２を含む。枠５１は、拡散率が７であるチャープシンボルの一例を表すグラフＧ１１を示す。枠５２は、拡散率が８であるチャープシンボルの一例を表すグラフＧ１２を示す。枠５１、５２に共通して、横軸は時間軸上に並ぶ複数のチップの番号を表すチップインデックスｌを表し、縦軸は振幅を表す。
【0043】
枠５１のチャープシンボルは２＾７＝１２８個のチップを含み、枠５１のチャープシンボルのシンボル長Ｔｓはチップ長Ｔｃの１２８倍である。枠５２のチャープシンボルは２＾８＝２５６個のチップを含み、枠５２のチャープシンボルのシンボル長Ｔｓはチップ長Ｔｃの２５６倍である。チップ長Ｔｃは帯域幅Ｗの逆数であるので、帯域幅Ｗが枠５１および枠５２で同じであるとき、枠５２のシンボル長Ｔｓは枠５１のシンボル長Ｔｓの２倍となる。
【0044】
１つのチャープシンボルの伝送レートは、拡散率と同じビット数に比例し、シンボル長Ｔｓに反比例する。拡散率が８であるチャープシンボルの伝送レートを、拡散率が７であるチャープシンボルの伝送レートで除算すると、（８／２５６Ｔｃ）／（７／１２８Ｔｃ）＝４／７≒５７％が得られる。つまり、拡散率を７から８に増やすと、伝送レートは約５７％に減少する。
【0045】
このように、基本的には拡散率をなるべく小さく抑えることによってより高い伝送レートが得られる。しかし、標準化されたＬｏＲａＷＡＮでは、２つの送信信号にそれぞれ異なる拡散率を割り当てるためには、２つの送信信号の拡散率の差を１以上の整数に設定する必要がある。
【0046】
そこで、発明者らは、２つの送信信号にそれぞれ異なる拡散率を割り当て、基地局２が同時に受信した２つの送信信号をそれぞれ検出し、伝送レートを向上するために、フラクショナル係数という概念を導入することを提案する。フラクショナル係数を導入することによって、２つの送信信号の拡散率のうち、少なくとも一方として、整数以外の値を設定することができる。
【0047】
フラクショナル係数をρで表すとき、フラクショナル係数ρとして０＜ρ＜１を満たす値を設定する。拡散率をＳで表すとき、２つの送信信号の拡散率Ｓを両方とも、標準化されたＬｏＲａＷＡＮで使用可能な拡散率Ｓの値に設定する。ただし、２つの送信信号のうち、一方のチップ長Ｔｃを、１＋ρの値で乗算する。この乗算によって得られるチップ長（１＋ρ）Ｔｃを、以降、チップ長Ｔｃ
（Ｓ，ρ）で表す。このとき、当該送信信号のシンボル長も、１＋ρの値で乗算される。この乗算によって得られるシンボル長（１＋ρ）Ｔｓを、以降、シンボル長Ｔｓ
（Ｓ，ρ）で表す。チップ長Ｔｃ
（Ｓ，ρ）およびシンボル長Ｔｓ
（Ｓ，ρ）の観点から、当該送信信号の拡散率は等価的にＳ＋ρに等しく、この値は非整数である。以降、拡散率Ｓにフラクショナル係数ρを加算した等価的拡散率をフラクショナル拡散率ＦＳで表す。
【0048】
一例として、フラクショナル係数ρ＝０．２５と設定し、第１の送信信号および第２の送信信号の拡散率Ｓを７とし、第２の送信信号のフラクショナル拡散率ＦＳを７．２５とする場合について、図８を参照して説明する。図８は、３つの枠６１、６２、６３を含む。枠６１は、拡散率Ｓが７であり、フラクショナル係数ρが０であり、フラクショナル拡散率ＦＳが７であるチャープシンボルの一例を表すグラフＧ２１を示す。枠６２は、拡散率Ｓが７であり、フラクショナル係数ρが０．２５であり、フラクショナル拡散率ＦＳが７．２５であるチャープシンボルの一例を表すグラフＧ２２を示す。枠６３は、拡散率Ｓが８であり、フラクショナル係数ρが０であり、フラクショナル拡散率ＦＳが８であるチャープシンボルの一例を表すグラフＧ２３を示す。枠６１、６２、６３に共通して、横軸は時間軸上に並ぶ複数のチップの番号を表すチップインデックスｌを表し、縦軸は振幅を表す。なお、図８に示した枠６１のグラフＧ２１および枠６３のグラフＧ２３は、図７に示した枠５１のグラフＧ１１および枠５２のグラフＧ１２と、それぞれ同じである。
【0049】
図８に示したグラフＧ２２のチャープシンボルのシンボル長Ｔｓ
（７，０．２５）は、グラフＧ２１のシンボル長Ｔｓ
（７，０）の（１＋ρ）＝１．２５倍であり、グラフＧ２３のシンボル長Ｔｓ
（８，０）の（１＋ρ）／２＝５／８倍である。また、グラフＧ２２のチャープシンボルのチップ長Ｔｃは、グラフＧ２１、Ｇ２３のチップ長Ｔｃの（１＋ρ）＝１．２５倍である。ただし、グラフＧ２２のチャープシンボルが含む情報量の観点から、拡散率Ｓは７であることに留意されたい。
【0050】
フラクショナル拡散率ＦＳが７．２５であるグラフＧ２２のチャープシンボルの伝送レートを、フラクショナル拡散率ＦＳが７であるグラフＧ２１のチャープシンボルの伝送レートで除算すると、（７／（（１＋ρ）×１２８Ｔｃ））／（７／１２８Ｔｃ）＝４／５＝８０％が得られる。その一方で、図７を参照して説明したとおり、フラクショナル拡散率ＦＳが８であるグラフＧ２３のチャープシンボルの伝送レートを、フラクショナル拡散率ＦＳが７であるグラフＧ２１のチャープシンボルの伝送レートで除算すると、約５７％が得られる。したがって、２つの送信信号のうち、一方のフラクショナル拡散率ＦＳが７のとき、他方のフラクショナル拡散率ＦＳを８から７．２５に変更することで、伝送レートは８０％／５７％＝約１．４倍に増大する。
【0051】
図９を参照して、基地局２から見た送信信号のシンボル長Ｔｓについて説明する。図９は、３つの枠７１、７２、７３を含む。図９の枠７１は、図８の枠６１に対応し、拡散率Ｓが７であり、フラクショナル係数ρが０であり、フラクショナル拡散率ＦＳが７である複数のチャープシンボルの一例を示す。図９の枠７２は、図８の枠６２に対応し、拡散率Ｓが７であり、フラクショナル係数ρが０．２５であり、フラクショナル拡散率ＦＳが７．２５であるチャープシンボルの一例を示す。図９の枠７３は、図８の枠６３に対応し、拡散率Ｓが８であり、フラクショナル係数ρが０であり、フラクショナル拡散率ＦＳが８であるチャープシンボルの一例を示す。図９の枠７１、７２、７３に共通して、横軸は時間を表し、縦軸は周波数を表す。また、枠７１、７２、７３に共通して、隣接する２本の破線の間隔は、シンボル長Ｔｓに等しく、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）の窓の幅に等しい。ＦＦＴの窓は、復調ウィンドウとも呼ばれる。
【0052】
図９に示すように、枠７１の、フラクショナル拡散率ＦＳが７であるチャープシンボルに対応する１つの復調ウィンドウは、枠７２の、フラクショナル拡散率ＦＳが７．２５であるチャープシンボルのうち、最大で２つのチャープシンボルによって干渉され得る。また、枠７２の、フラクショナル拡散率ＦＳが７．２５であるチャープシンボルに対応する１つの復調ウィンドウは、枠７１の、フラクショナル拡散率ＦＳが７であるチャープシンボルのうち、最大で３つのチャープシンボルによって干渉され得る。
【0053】
送信機としての端末３の、図３に示した変調部３２２が生成する送信信号について説明する。変調部３２２がチャープスペクトラム拡散に用いるアップチャープ信号が、図５Ａに示すような線形チャープ信号であるとき、送信信号の、ある瞬間における瞬時周波数は、以下の「数１」式で表される。
【0054】
【数1】
【0055】
図１に示した端末３Ａ、３Ｂのうち、端末３Ａのフラクショナル係数が０であり、端末３Ｂのフラクショナル係数がρであるとき、端末３Ａに対応する上記の「数１」式は以下の「数２」式のように表され、端末３Ｂに対応する上記の「数１」式は以下の「数３」式のように表される。
【0056】
【数2】
【数3】
【0057】
なお、チャープ信号がアップチャープ信号であるとき、チャープレートνは１であり、チャープ信号がダウンチャープ信号であるとき、チャープレートνは－１である。以降の説明では、チャープレートν＝１の場合を想定する。
【0058】
図１に示した端末３Ａ、３Ｂのうち、端末３Ａがチャープスペクトラム拡散に用いるベースバンドアップチャープ信号は以下の「数４」式のように表され、端末３Ｂがチャープスペクトラム拡散に用いるベースバンドアップチャープ信号は以下の「数５」式のように表される。
【0059】
【数4】
【数5】
【0060】
図２Ａに示した基地局２の検出部２２２は、理想的なＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：低域通過フィルタ）を使用すると想定する。検出部２２２が、受信信号を、拡散率がＳでありフラクショナル係数が０である端末３Ａに対応するチップ長Ｔｃ＝１／Ｗに等しいナイキストレートでサンプリングするとき、端末３Ａ、３Ｂが送信する送信信号のうち、シンボルインデックスｍのチャープシンボルを第ｋサンプリング時刻にサンプリングして得られるベースバンド離散時間受信信号は、以下の「数６」式および「数７」式のように表される。このとき、サンプリング周期はチップ長Ｔｃに等しく、サンプリング数は拡散率Ｓを指数とする２の累乗（２Ｓ）に等しい。
【0061】
【数6】
【数7】
【0062】
なお、上記の「数６」式および「数７」式に登場するｍｏｄ関数は、基準アップチャープ信号をｍ回サイクリックシフトすることでシンボルインデックスｍのチャープシンボルが得られることを意味する。一例として、基準アップチャープ信号とは、図５Ａに示したグラフ４１４と同じ波形を有する、シンボルインデックス０のチャープシンボルである。
【0063】
端末３Ｂの送信信号からの干渉が存在する環境における、端末３Ａの送信信号に対するＬｏＲａ復調処理によって得られるＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｅｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：離散フーリエ変換）出力の一例を、図１０に示す。図１０は、端末３Ａの送信信号に対応するグラフＧ３１と、端末３Ｂの送信信号に対応するグラフＧ３２とを含む。グラフＧ３１、Ｇ３２に共通して、横軸は周波数インデックスｎを示し、縦軸はＤＦＴ出力の強度を表す。図１０の例では、端末３Ａの送信信号が含むチャープシンボルのシンボルインデックスｍＡは３０であり、端末３Ｂの送信信号が含むチャープシンボルのシンボルインデックスｍＢは１００である。端末３Ａに対応するグラフＧ３１では、シンボルインデックスｍＡと同じ値３０の周波数インデックスｎにピークが立っている。その一方で、端末３Ｂに対応するグラフＧ３２では、シンボルインデックスｍＢと同じ値１００の周波数インデックスｎのみならず、複数の周波数ビンにエネルギーが拡散している。
【0064】
その一方で、端末３Ａの送信信号からの干渉が存在する環境における、端末３Ｂの送信信号に対するＬｏＲａ復調処理では、サンプリング周期が（１＋ρ）Ｔｃ≧Ｔｃ＝１／Ｗとなり、サンプリング定理を満足しないため、上記に説明した端末３Ａの送信信号に対するＬｏＲａ復調処理に改良を加える必要があることについて説明する。まず、シンボルインデックスｍが０である基準アップチャープ信号を、サンプリング周期（１＋ρ）Ｔｃでサンプリングした場合の第ｋサンプルは、以下の「数８」式および「数９」式のように表される。
【0065】
【数8】
【数9】
【0066】
次に、端末３Ａ、３Ｂが送信する送信信号のうち、シンボルインデックスｍのチャープシンボルを、サンプリング周期（１＋ρ）Ｔｃで第ｋサンプリング時刻にサンプリングして得られるベースバンド離散時間受信信号は、以下の「数１０」式および「数１１」式のように表される。
【0067】
【数10】
【数11】
【0068】
上記の「数１１」式の信号を、図２Ｂに示した基地局２の逆拡散部２０４が、基準ダウンチャープ信号で逆拡散すると、以下の「数１２」式が得られる。
【0069】
【数12】
【0070】
上記の「数１２」式は、ｍｏｄ関数の値に応じて、つまりｋ＋ｍが２Ｓ未満であるか否かに応じて、以下の「数１３」式または「数１４」式のように表される。より詳細には、０≦ｋ＜２Ｓ－ｍが満たされるとき、上記の「数１２」式は以下の「数１３」のように表される。反対に、２Ｓ－ｍ≦ｋ＜２Ｓが満たされるとき、「数１２」式は以下の「数１４」のように表される。
【0071】
【数13】
【数14】
【0072】
図２Ｂに示した基地局２の離散フーリエ変換部２０５が、逆拡散部２０４によって逆拡散処理を施された後の信号に２ＳポイントＤＦＴを適用して得られる第ｎ周波数成分は、以下の「数１５」式のように表される。
【0073】
【数15】
【0074】
上記の「数１５」式は、以下の「数１６」式のように変形される。
【0075】
【数16】
【0076】
上記の「数１６」式のうち、右辺の第１項（１行目の右辺の部分）は、希望信号成分に対応する。また、上記の「数１６」式のうち、右辺の第２項（２行目の部分）は、自己干渉成分に対応する。上記の「数１６」式は、ｍ－ｎに係るデルタ関数とならないため、希望信号成分が周波数領域で広がり、かつ、自己干渉も発生する。
【0077】
上記の「数１６」のうちの希望信号成分（右辺の第１項）は、以下の「数１７」式のように表される。
【0078】
【数17】
【0079】
上記の「数１７」式から、サンプリング定理を満足しないサンプリング処理に起因して、ＤＦＴ処理によるエイリアシングが、（１＋ρ）（ｍ－ｎ）／２Ｓ＝±１を満足する周波数インデックスｎで発生することが示される。
【0080】
以上の条件下でコンピュータシミュレーションを行った結果について説明する。図１１の例では、端末３ＢがシンボルインデックスｍＢ＝１０のチャープシンボルを送信し、基地局２が当該チャープシンボルにサンプリング処理およびＤＦＴ処理を施すとき、サンプリング定理が満足されないため、周波数インデックスｎ＝１０のところに所望信号のピークＰ１１が立つのみならず、自己干渉のピークＰ１２が周波数インデックスｎ＝約９０のところに、エイリアシングのピークＰ１３が周波数インデックスｎ＝約１１０のところに、それぞれ立ってしまう。また、図１２の例では、端末３ＢがシンボルインデックスｍＢ＝８０のチャープシンボルを送信し、基地局２が当該チャープシンボルにサンプリング処理およびＤＦＴ処理を施すとき、サンプリング定理が満足されないため、周波数インデックスｎ＝８０のところに所望信号のピークＰ２１が立つのみならず、自己干渉のピークＰ２２が周波数インデックスｎ＝約５５のところに立ってしまう。
【0081】
一実施形態では、図１１および図１２に示したようなエイリアシングと自己干渉に対処するため、オーバーサンプリング係数ｑを用いてオーバーサンプリングを行う。オーバーサンプリングで用いるオーバーサンプリング数は、サンプリング定理を満足するサンプリングで用いるサンプリング数（２Ｓ）にオーバーサンプリング係数ｑを乗算した値（ｑ・２Ｓ）である。また、オーバーサンプリングで用いるオーバーサンプリング周期は、サンプリング定理を満足するサンプリングで用いるサンプリング周期（（１＋ρ）Ｔｃ）をオーバーサンプリング係数ｑで除算した値（（（１＋ρ）／ｑ）Ｔｃ）である。一例として、ｔ＝（ｋ（１＋ρ）／ｑ）Ｔｃと置く。ここで、「ｔ」は時間を示す。「ｋ」はサンプリング時刻を示す。「ρ」はフラクショナル係数を示す。「ｑ」はオーバーサンプリング係数（ｑ＞１）を示す。「Ｔｃ」はチップ長を示す。その結果、上記の「数１１」式は、以下の「数１８」式のように表される。また、上記の「数１２」式は以下の「数１９」式のように表される。
【0082】
【数18】
【数19】
【0083】
なお、オーバーサンプリング係数ｑは２以上の偶数であってもよいが、これはあくまでも一例であって本実施形態を限定しない。別の例として、オーバーサンプリング係数ｑは２以上の整数であってもよい。
【0084】
上記の「数１９」式は、ｍｏｄ関数の値に応じて、つまりｋ＋ｑｍがｑ・２Ｓ未満であるか否かに応じて、以下の「数２０」式または「数２１」式のように表される。より詳細には、０≦ｋ＜ｑ（２Ｓ－ｍ）が満たされるとき、上記の「数１９」式は以下の「数２０」のように表される。反対に、ｑ（２Ｓ－ｍ）≦ｋ＜ｑ・２Ｓが満たされるとき、「数１９」式は以下の「数２１」のように表される。
【0085】
【数20】
【数21】
【0086】
図２Ｂに示した基地局２の離散フーリエ変換部２０５が、逆拡散部２０４によって逆拡散処理を施された後の信号にｑ・２ＳポイントＤＦＴを適用して得られる第ｎ周波数成分は、以下の「数２２」式のように表される。
【0087】
【数22】
【0088】
上記の「数２２」式のうち、右辺の第１項（１行目の右辺の部分）は希望信号成分を表す。この希望信号成分に着目すると、周波数インデックスｎが０≦ｎ≦２ｓ－１を満たす範囲において、エイリアシングが発生しないことが読み取れる。
【0089】
以上のオーバーサンプリングを用いる条件下でコンピュータシミュレーションを行った結果について説明する。図１３の例では、端末３ＢがシンボルインデックスｍＢ＝１０のチャープシンボルを送信し、基地局２が当該チャープシンボルにサンプリング処理およびＤＦＴ処理を施すとき、図１１の例と比較して、周波数インデックスｎ＝１０のところに所望信号のピークＰ３１が立つことは同じであるが、自己干渉およびエイリアシングは発生しない。また、図１４の例では、端末３ＢがシンボルインデックスｍＢ＝８０のチャープシンボルを送信し、基地局２が当該チャープシンボルにサンプリング処理およびＤＦＴ処理を施すとき、図１２の例と比較して、周波数インデックスｎ＝８０のところに所望信号のピークＰ４１が立つことは同じであるが、自己干渉は発生しない。
【0090】
端末３Ｂに対してオーバーサンプリングを用いる条件下で、端末３Ａからの干渉がある場合のコンピュータシミュレーションを行った結果について説明する。端末３ＡのシンボルインデックスｍＡが３０であり、端末３ＢのシンボルインデックスｍＢが１００であるとき、図１５に示すように、端末３Ｂの送信信号に対応するグラフＧ４１では、シンボルインデックスｍＢと同じ値１００の周波数インデックスｎにピークが立っている。その一方で、端末３Ａの送信信号に対応するグラフＧ４２では、シンボルインデックスｍＡと同じ値３０の周波数インデックスｎのみならず、複数の周波数ビンにエネルギーが拡散している。ＬｏＲａの非同期検波では、ＤＦＴ出力の絶対値が最大となる周波数を送信シンボルと判定するので、図１５の例でも端末３Ａの送信信号のチャープシンボルのシンボルインデックスは、図２Ａに示した検出部２２２によって、図４のステップＳ０２において、正しく判定されると期待される。
【0091】
（コンピュータシミュレーションの結果）
発明者らは、上記に説明したように、フラクショナル係数ρを導入し、かつ、オーバーサンプリング係数ｑを用いるオーバーサンプリングを行うことで、エイリアシング及び自己干渉の影響を低減しつつ、２つの端末３Ａ、３Ｂがそれぞれ送信する２つの送信信号を優れた受信特性で受信できることを、コンピュータシミュレーションによって確認した。
発明者らは、上記に説明したように、フラクショナル係数ρを導入し、かつ、オーバーサンプリング係数ｑを用いるオーバーサンプリングを行うことで、エイリアシング及び自己干渉の影響を低減しつつ、２つの端末３Ａ、３Ｂがそれぞれ送信する２つの送信信号を優れた受信特性で受信できることを、コンピュータシミュレーションによって確認した。
【0092】
図１６は、２つの端末３Ａ、３Ｂがそれぞれ送信するチャープシンボルについて説明するための図である。図１６は、２つの枠８１、８２を含む。２つの枠８１、８２に共通して、横軸は時間を示し、縦軸は周波数を示す。図１６の枠８１は、図９の枠７１に対応し、拡散率Ｓが７であり、フラクショナル係数ρが０であり、フラクショナル拡散率ＦＳが７である複数のチャープシンボルの一例を示す。図１６の枠８２は、図９の枠７２に対応し、拡散率Ｓが７であり、フラクショナル係数ρが０．２５であり、フラクショナル拡散率ＦＳが７．２５であるチャープシンボルの一例を示す。図１６の枠８２のシンボル長Ｔ’ｓは、枠８１のシンボル長Ｔｓの（１＋ρ）＝１．２５倍である。
【0093】
図１７は、コンピュータシミュレーションで用いたパラメータと、それぞれのパラメータの値とを表す表である。拡散率Ｓは７であり、信号電力対干渉電力比γＳＩＲは０．０ｄＢであり、試行回数は１０６回であり、フラクショナル係数ρは０．２５である。
【0094】
図１８は、コンピュータシミュレーションの結果を表すグラフである。図１８は、合計５本のグラフＧ５１、Ｇ５２、Ｇ５３、Ｇ５４、Ｇ５５を含む。グラフＧ５１、Ｇ５２、Ｇ５３、Ｇ５４、Ｇ５５に共通して、横軸は信号対雑音比を示し、縦軸はシンボルエラーレートを示す。グラフＧ５１は、端末３Ｂが存在しない場合の、端末３Ａからの送信信号に含まれるチャープシンボルのシンボルインデックスｍＡの検出に失敗したシンボルエラーレートを表す。グラフＧ５２は、端末３Ｂが存在する場合の、端末３Ａからの送信信号に含まれるチャープシンボルのシンボルインデックスｍＡの検出に失敗したシンボル誤り率を表す。グラフＧ５２のシンボルエラーレートは、グラフＧ５１と比較して約２ｄＢ劣化している。
【0095】
グラフＧ５３は、端末３Ａ、３Ｂでシンボル長Ｔｓが同じ場合のシンボルエラーレートを表す。グラフＧ５４は、端末３Ａが存在し、かつ、オーバーサンプリングを用いない場合の、端末３Ｂからの送信信号に含まれるチャープシンボルのシンボルインデックスｍＢの検出に失敗したシンボルエラーレートを表す。グラフＧ５５は、端末３Ａが存在し、かつ、オーバーサンプリングを用いる場合の、端末３Ｂからの送信信号に含まれるチャープシンボルのシンボルインデックスｍＢの検出に失敗したシンボルエラーレートを表す。グラフＧ５５は、復調が困難であることを示すグラフＧ５３、Ｇ５４と比較して、シンボルエラーレートが劇的に改善されており、グラフＧ５２の特性に近づいている。
【0096】
このように、本実施形態によれば、フラクショナル係数ρを導入し、かつ、オーバーサンプリング係数ｑを用いるオーバーサンプリングを行うことで、２つの端末３Ａ、３Ｂがそれぞれ送信する２つの送信信号を優れた受信特性で受信できる。
【0097】
（変形例：２つの拡散率は異なってもよい）
上記の実施形態では、第１の送信信号の拡散率Ｓと、第２の送信信号の拡散率Ｓとが同じ整数である場合の構成について説明した。この構成の変形例として、第１送信信号の拡散率Ｓ１と、第２送信信号の拡散率Ｓ２とは、異なってもよい。例えば、第１送信信号の拡散率Ｓ１が７であり、第２送信信号の拡散率Ｓ２が８であり、第１送信信号のフラクショナル係数が０．１であってもよい。また、第１の送信信号および第２の送信信号のうち、チップ長Ｔｃをフラクショナル係数ρと１との和（１＋ρ）で乗算する送信信号と、オーバーサンプリング係数ｑを乗算したサンプリング数（ｑ・２Ｓ）を用いてオーバーサンプリングする送信信号とは、同じ送信信号であってもよいし、異なる送信信号であってもよい。
上記の実施形態では、第１の送信信号の拡散率Ｓと、第２の送信信号の拡散率Ｓとが同じ整数である場合の構成について説明した。この構成の変形例として、第１送信信号の拡散率Ｓ１と、第２送信信号の拡散率Ｓ２とは、異なってもよい。例えば、第１送信信号の拡散率Ｓ１が７であり、第２送信信号の拡散率Ｓ２が８であり、第１送信信号のフラクショナル係数が０．１であってもよい。また、第１の送信信号および第２の送信信号のうち、チップ長Ｔｃをフラクショナル係数ρと１との和（１＋ρ）で乗算する送信信号と、オーバーサンプリング係数ｑを乗算したサンプリング数（ｑ・２Ｓ）を用いてオーバーサンプリングする送信信号とは、同じ送信信号であってもよいし、異なる送信信号であってもよい。
【0098】
（変形例：２つのチップ長の比は有理数に限定されない）
上記の実施形態では、第１の送信信号のチップ長Ｔｃと、第２の送信信号のチップ長Ｔｃとの比が、２つの整数の比として表すことのできる有理数である場合の構成について説明した。この構成の変形例として、２つのチップ長Ｔｃの比は、有理数以外の無理数であってもよい。
上記の実施形態では、第１の送信信号のチップ長Ｔｃと、第２の送信信号のチップ長Ｔｃとの比が、２つの整数の比として表すことのできる有理数である場合の構成について説明した。この構成の変形例として、２つのチップ長Ｔｃの比は、有理数以外の無理数であってもよい。
【0099】
（変形例：チャープレートの変更例）
上記の実施形態では、チャープスペクトラム拡散においてアップチャープ信号を用い、逆拡散処理においてダウンチャープ信号を用いる場合の構成について説明した。この構成の変形例として、チャープスペクトラム拡散においてダウンチャープ信号を用い、逆拡散処理においてアップチャープ信号を用いてもよい。
上記の実施形態では、チャープスペクトラム拡散においてアップチャープ信号を用い、逆拡散処理においてダウンチャープ信号を用いる場合の構成について説明した。この構成の変形例として、チャープスペクトラム拡散においてダウンチャープ信号を用い、逆拡散処理においてアップチャープ信号を用いてもよい。
【0100】
以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【0101】
１ 通信システム
２ 基地局
２０ アンテナ
２０１ 第１入力部
２０２ 周波数時間同期部
２０３ 第２入力部
２０４ 逆拡散部
２０５ 離散フーリエ変換部
２０６ 最大要素抽出部
２０７ 出力部
２１ バス
２２ 演算装置
２２１ 受信部
２２２ 検出部
２２３ 出力部
２３ 記憶装置
２３０ 記録媒体
２３１ プログラム記憶部
２４ 通信装置
２５ 入出力装置
３、３Ａ、３Ｂ 端末
３０、３０Ａ、３０Ｂ アンテナ
３１ バス
３２ 演算装置
３２１ 生成部
３２２ 変調部
３２３ 送信部
３３ 記憶装置
３３０ 記録媒体
３３１ プログラム記憶部
３４ 通信装置
３５ 入出力装置
４１１、４１２、４１３、４１４ グラフ
４２１、４２２、４２３、４２４ グラフ
５１、５２ 枠
６１、６２、６３ 枠
７１、７２、７３ 枠
８１、８２ 枠
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５ 周波数
Ｇ１１、Ｇ１２ グラフ
Ｇ２１、Ｇ２２、Ｇ２３ グラフ
Ｇ３１、Ｇ３２ グラフ
Ｇ４１、Ｇ４２ グラフ
Ｇ５１、Ｇ５２、Ｇ５３、Ｇ５４、Ｇ５５ グラフ
ｌ チップインデックス
ｍ＊ シンボル番号
ｎ 周波数インデックス
Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１ ピーク（所望信号）
Ｐ１２、Ｐ２２ ピーク（自己干渉）
Ｐ１３ ピーク（エイリアシング）
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５ 時刻
Ｔｃ チップ長
Ｔｓ、Ｔ’ｓ シンボル長
Ｗ 帯域幅
２ 基地局
２０ アンテナ
２０１ 第１入力部
２０２ 周波数時間同期部
２０３ 第２入力部
２０４ 逆拡散部
２０５ 離散フーリエ変換部
２０６ 最大要素抽出部
２０７ 出力部
２１ バス
２２ 演算装置
２２１ 受信部
２２２ 検出部
２２３ 出力部
２３ 記憶装置
２３０ 記録媒体
２３１ プログラム記憶部
２４ 通信装置
２５ 入出力装置
３、３Ａ、３Ｂ 端末
３０、３０Ａ、３０Ｂ アンテナ
３１ バス
３２ 演算装置
３２１ 生成部
３２２ 変調部
３２３ 送信部
３３ 記憶装置
３３０ 記録媒体
３３１ プログラム記憶部
３４ 通信装置
３５ 入出力装置
４１１、４１２、４１３、４１４ グラフ
４２１、４２２、４２３、４２４ グラフ
５１、５２ 枠
６１、６２、６３ 枠
７１、７２、７３ 枠
８１、８２ 枠
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５ 周波数
Ｇ１１、Ｇ１２ グラフ
Ｇ２１、Ｇ２２、Ｇ２３ グラフ
Ｇ３１、Ｇ３２ グラフ
Ｇ４１、Ｇ４２ グラフ
Ｇ５１、Ｇ５２、Ｇ５３、Ｇ５４、Ｇ５５ グラフ
ｌ チップインデックス
ｍ＊ シンボル番号
ｎ 周波数インデックス
Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１ ピーク（所望信号）
Ｐ１２、Ｐ２２ ピーク（自己干渉）
Ｐ１３ ピーク（エイリアシング）
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５ 時刻
Ｔｃ チップ長
Ｔｓ、Ｔ’ｓ シンボル長
Ｗ 帯域幅
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
