特許 7223935 無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-09

(45)【発行日】2023-02-17

(54)【発明の名称】無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 5/02 20060101AFI20230210BHJP

【ＦＩ】

H04B5/02

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019058880

(22)【出願日】2019-03-26

(65)【公開番号】P2020161959

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2022-03-01

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３０年度、総務省、戦略的情報通信研究開発推進事業（ＳＣＯＰＥ）「バッテリレス・ワイヤレス完全同期ストリーム通信を実現するマルチサブキャリア多元接続方式の高信頼化と広域化」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】899000079

【氏名又は名称】慶應義塾

(73)【特許権者】

【識別番号】391022614

【氏名又は名称】学校法人幾徳学園

(73)【特許権者】

【識別番号】000142067

【氏名又は名称】株式会社共和電業

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】三次 仁

(72)【発明者】

【氏名】市川 晴久

(72)【発明者】

【氏名】川喜田 佑介

(72)【発明者】

【氏名】江川 潔

【審査官】佐藤 敬介

(56)【参考文献】

【文献】特表２００９－５１８９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１２４１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２００１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１２６５８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０１３２２４１９（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２以上のタグ装置のそれぞれから送信される２以上のバックスキャッター信号を含む混合信号を受信する受信アンテナと、
前記混合信号を複素平面上の複素データに変換する変換部と、
前記複素データによって構成される所定長の複素データ列と近似するように、前記２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角を少なくとも演算し、前記２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角の組み合わせによって構成される写像行列を生成する演算部と、
前記写像行列の逆行列及び前記複素データ列に基づいて、前記２以上のバックスキャッター信号を前記混合信号から分離する分離部と、を備える無線通信装置。

【請求項2】

前記２以上のタグ装置のそれぞれが前記２以上のバックスキャッター信号の送信に用いる搬送信号を送信する送信アンテナを備える、請求項１に記載の無線通信装置。

【請求項3】

前記受信アンテナの数は、前記２以上のタグ装置の数よりも少ない、請求項１又は請求項２に記載の無線通信装置。

【請求項4】

前記受信アンテナの数は、前記２以上のタグ装置の数の１／２以上である、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の無線通信装置。

【請求項5】

前記２以上のタグ装置のいずれかである所定タグ装置に対して、前記受信アンテナとして２以上の受信アンテナが割り当てられており、
前記分離部は、前記２以上の受信アンテナによって受信される２以上の前記混合信号のそれぞれから２以上の所定バックスキャッター信号を分離し、前記２以上の所定バックスキャッター信号の合成によって前記所定タグ装置に対応する前記バックスキャッター信号を取得する、請求項４に記載の無線通信装置。

【請求項6】

前記２以上のバックスキャッター信号のそれぞれは、前記複素平面上において原点を交差するように調整される、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の無線通信装置。

【請求項7】

無線通信装置及び２以上のタグ装置を備える無線通信システムであって、
前記２以上のタグ装置のそれぞれは、
バックスキャッター信号を送信する送信部を備え、
前記無線通信装置は、
前記２以上のタグ装置のそれぞれから送信される２以上のバックスキャッター信号を含む混合信号を受信する受信アンテナと、
前記混合信号を複素平面上の複素データに変換する変換部と、
前記複素データによって構成される所定長の複素データ列と近似するように、前記２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角を少なくとも演算し、前記２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角の組み合わせによって構成される写像行列を生成する演算部と、
前記写像行列の逆行列及び前記複素データ列に基づいて、前記２以上のバックスキャッター信号を前記混合信号から分離する分離部と、を備える無線通信システム。

【請求項8】

２以上のタグ装置のそれぞれから送信される２以上のバックスキャッター信号を含む混合信号を受信するステップと、
前記混合信号を複素平面上の複素データに変換するステップと、
前記複素データによって構成される所定長の複素データ列と近似するように、前記２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角を少なくとも演算し、前記２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角の組み合わせによって構成される写像行列を生成するステップと、
前記写像行列の逆行列及び前記複素データ列に基づいて、前記２以上のバックスキャッター信号を前記混合信号から分離するステップと、を備える無線通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、２以上のタグ装置のそれぞれがバックスキャッター通信で送信する２以上のバックスキャッター信号を分離する方法が提案されている。このような方法としては、タグ装置と受信アンテナとの間の伝搬係数を求め、２以上のタグ装置から受信する信号（以下、混信信号）に伝搬係数の逆行列を掛けることで信号分離を行う方法が主流であるが、伝搬係数を求めるための通信量或いは処理量が無視しえない量になるという問題がある。そこで、無線通信装置が、２以上のタグ装置から受信する混信信号から、独立成分分析を用いて２以上のバックスキャッター信号を分離する（以下、ブラインド信号分離）ことも提案されている（例えば、非特許文献１）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】”独立成分分析による電波到来方向のブラインド推定”, 信学論Vol. J92-A, No.5, pp.327-334, (2009)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述したブラインド信号分離では、無線通信装置が２以上のタグ装置の数と同数以上の受信アンテナを有している必要がある。一方で、無線通信装置の小型化などの観点から、受信アンテナの数を減少したいという要望、信号分離の処理を実時間など高速で実現したいという要望、或いは、ＳＮ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ）比を向上したいという要望も存在する。

【0005】

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、受信アンテナの数を減少しながらも２以上のバックスキャッター信号を高速に分離する、或いは、受信アンテナの数を増やさずにバックスキャッター信号のＳＮ比を改善することを可能とする無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法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】

第１の特徴は、無線通信装置であって、２以上のタグ装置のそれぞれから送信される２以上のバックスキャッター信号を含む混合信号を受信する受信アンテナと、前記混合信号を複素平面上の複素データに変換する変換部と、前記複素データによって構成される所定長の複素データ列と近似するように、前記２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角を少なくとも演算し、前記２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角の組み合わせによって構成される写像行列を生成する演算部と、前記写像行列の逆行列及び前記複素データ列に基づいて、前記２以上のバックスキャッター信号を前記混合信号から分離する分離部と、を備えることを要旨とする。

【0007】

第２の特徴は、第１の特徴において、前記無線通信装置は、前記２以上のタグ装置のそれぞれが前記２以上のバックスキャッター信号の送信に用いる搬送信号を送信する送信アンテナを備えることを要旨とする。

【0008】

第３の特徴は、第１の特徴又は第２の特徴において、前記受信アンテナの数は、前記２以上のタグ装置の数よりも少ないことを要旨とする。

【0009】

第４の特徴は、第１の特徴乃至第３の特徴のいずれか１つにおいて、前記受信アンテナの数は、前記２以上のタグ装置の数の１／２以上であることを要旨とする。

【0010】

第５の特徴は、第４の特徴において、前記２以上のタグ装置のいずれかである所定タグ装置に対して、前記受信アンテナとして２以上の受信アンテナが割り当てられており、前記分離部は、前記２以上の受信アンテナによって受信される２以上の前記混合信号のそれぞれから２以上の所定バックスキャッター信号を分離し、前記２以上の所定バックスキャッター信号の合成によって前記所定タグ装置に対応する前記バックスキャッター信号を取得することを要旨とする。

【0011】

第６の特徴は、第１の特徴乃至第５の特徴のいずれか１つにおいて、前記２以上のバックスキャッター信号のそれぞれは、前記複素平面上において原点を交差するように調整されることを要旨とする。

【0012】

第７の特徴は、無線通信装置及び２以上のタグ装置を備える無線通信システムであって、前記２以上のタグ装置のそれぞれは、バックスキャッター信号を送信する送信部を備え、前記無線通信装置は、前記２以上のタグ装置のそれぞれから送信される２以上のバックスキャッター信号を含む混合信号を受信する受信アンテナと、前記混合信号を複素平面上の複素データに変換する変換部と、前記複素データによって構成される所定長の複素データ列と近似するように、前記２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角を少なくとも演算し、前記２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角の組み合わせによって構成される写像行列を生成する演算部と、前記写像行列の逆行列及び前記複素データ列に基づいて、前記２以上のバックスキャッター信号を前記混合信号から分離する分離部と、を備えることを要旨とする。

【0013】

第８の特徴は、無線通信方法であって、２以上のタグ装置のそれぞれから送信される２以上のバックスキャッター信号を含む混合信号を受信するステップと、前記混合信号を複素平面上の複素データに変換するステップと、前記複素データによって構成される所定長の複素データ列と近似するように、前記２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角を少なくとも演算し、前記２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角の組み合わせによって構成される写像行列を生成するステップと、前記写像行列の逆行列及び前記複素データ列に基づいて、前記２以上のバックスキャッター信号を前記混合信号から分離するステップと、を備えることを要旨とする。

【0014】

上述した特徴のいずれかにおいて、前記演算部は、前記２以上のバックスキャッター信号の搬送波の振幅の分散及び位相角を用いて定義される共分散行列を所定長の複素データ列と近似させることによって、前記２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角を演算する。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、受信アンテナの数を減少しながらも２以上のバックスキャッター信号を高速に分離する、或いは、受信アンテナの数を増やさずに２以上のバックスキャッター信号のＳＮ比を改善することを可能とする無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、実施形態に係る無線通信システム１００を示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係る無線通信装置２０を示す図である。

【図3】図３は、実施形態に係る信号分離を説明するための図である。

【図4】図４は、実施形態に係る信号分離を説明するための図である。

【図5】図５は、実施形態に係る無線通信方法を示すフロー図である。

【図6】図６は、変更例１に係る無線通信装置２０を示す図である。

【図7】図７は、評価結果１を示す図である。

【図8】図８は、評価結果１を示す図である。

【図9】図９は、評価結果２を示す図である。

【図10】図１０は、評価結果２を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下において、実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。

【0018】

但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なる場合があることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係又は比率が異なる部分が含まれている場合があることは勿論である。

【0019】

［開示の概要］
開示の概要に係る無線通信装置は、２以上のタグ装置のそれぞれから送信される２以上のバックスキャッター信号を含む混合信号を受信する受信アンテナと、前記混合信号を複素平面上の複素データに変換する変換部と、前記複素データによって構成される所定長の複素データ列と近似するように、前記２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角を少なくとも演算し、前記２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角の組み合わせによって構成される写像行列を生成する演算部と、前記写像行列の逆行列及び前記複素データ列に基づいて、前記２以上のバックスキャッター信号を前記混合信号から分離する分離部と、を備える。

【0020】

発明者等は、鋭意検討の結果、無線通信装置が受信する混合信号が、２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角の組み合わせによって定義可能であり、符号化率及びビットレート等に依存せずにバックスキャッター信号の事前確率を決定できるという新たなことに着目した。開示の概要では、上述した新たな視点に基づいて、２以上のバックスキャッター信号の搬送波の位相角の組み合わせによって構成される写像行列の逆行列及び複素データ列に基づいて、２以上のバックスキャッター信号を混合信号から分離する。このような構成によれば、混合信号（受信信号）に写像行列の逆行列（以下、分離行列とも称する）を掛け合わせることによって信号分離を実現することができる。バイアス成分が除去された後のバックスキャッター信号は、複素平面上で原点（例えば、ゼロ）を通過する直線を往復し、バックスキャッター信号から得られる複素受信データは、Ｉｎ－ｐｈａｓｅ及びＱｕａｄｒａｔｕｒｅ－ｐｈａｓｅの２要素を有しているため、１つの受信アンテナにより得られる１組の複素受信データから２つの信号を分離可能である。従って、受信アンテナの数を減少しながらも２以上のバックスキャッター信号を分離できる。さらには、事前確率を用いて分離行列が演算されるため、適切な分離行列を得るための反復演算の回数を減少することができ、反復演算において所定長の複素データ列の掛け算が不要であるため、分離行列を高速に演算することができる。従って、２以上のバックスキャッター信号を高速に分離できる。或いは、受信アンテナの数を増やさずに２以上のバックスキャッター信号のＳＮ比を改善することができる。

【0021】

［実施形態］
（無線通信システム）
以下において、実施形態に係る無線通信システムについて説明する。図１は、実施形態に係る無線通信システム１００を示す図である。

【0022】

図１に示すように、無線通信システム１００は、２以上のタグ装置１０と、無線通信装置２０と、を備える。

【0023】

タグ装置１０は、バックスキャッター信号を送信する。例えば、タグ装置１０は、ＲＦタグ、電子タグ、ＩＣタグ、トランスポンダなどであってもよい。タグ装置１０は、測定装置などの出力に基づいて搬送信号（搬送波）を変調し、変調された信号をバックスキャッター信号として反射する。特に限定されるものではないが、測定装置は、歪みゲージ、圧力センサ、加速度センサ、トルクセンサ、変位センサなどである。タグ装置１０は、薄膜形状を有してもよい。ここでは、２つのタグ装置１０（タグ装置１１及びタグ装置１２）が設けられるケースについて例示する。

【0024】

無線通信装置２０は、２つのタグ装置１０のそれぞれから送信される２つのバックスキャッター信号を含む混合信号を受信する。無線通信装置２０は、２つのバックスキャッター信号を混合信号から分離する。無線通信装置２０は、上述した搬送信号を送信する送信アンテナを有してもよい。このようなケースにおいて、無線通信装置２０は、インテロゲータ（リーダ／ライタ）と称されてもよい。但し、搬送信号は、無線通信装置２０以外の装置から送信されてもよい。以下においては、説明を明確化するために、搬送信号の送信については省略する。

【0025】

（無線通信装置）
以下において、実施形態に係る無線通信装置について説明する。図２は、実施形態に係る無線通信装置２０を示す図である。

【0026】

図２に示すように、無線通信装置２０は、受信アンテナ２１と、受信部２２と、変換部２３と、ハイパスフィルタ２４と、バンドパスフィルタ２５と、演算部２６と、分離部２７と、を備える。

【0027】

受信アンテナ２１は、２つのタグ装置１０のそれぞれから送信される２つのバックスキャッター信号を含む混合信号を受信する。受信アンテナ２１の数は、分離対象のバックスキャッター信号の数（タグ装置１０の数）よりも少なくてもよい。以下においては、１つの受信アンテナ２１が設けられるケースについて説明する。

【0028】

受信部２２は、混合信号をベースバンド周波数に変換する。例えば、受信部２２は、搬送信号を用いて、混合信号をベースバンド周波数に変換してもよい（ＤＣ；Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）。或いは、受信部２２は、混合信号を中間周波数に変換してもよい。

【0029】

変換部２３は、混合信号を複素平面（以下、ＩＱ平面）上の複素データ（複素受信データとも称する）に変換する。複素データは、Ｉ成分及びＱ成分によって構成される。変換部２３から出力される複素データは、ハイパスフィルタ２４に入力される。

【0030】

ハイパスフィルタ２４は、変換部２３から出力される周波数成分のうち、低周波成分を透過せずに、高周波成分を透過する。

【0031】

バンドパスフィルタ２５は、ハイパスフィルタ２４から出力される周波数成分のうち、不要周波数成分を透過せずに、所望周波数成分を透過する。

【0032】

以下においては、ハイパスフィルタ２４及びバンドパスフィルタ２５によって低周波成分及び不要周波数成分などのバイアス成分を除去する処理をフィルタ処理と称する。

【0033】

演算部２６は、バイアス成分が除去された後の複素データを取得する。以下においては、バイアス成分が除去された後の複素データを単に混合信号と称することもある。演算部２６は、複素データによって構成される所定長の複素データ列（以下、ＩＱフレーム）と近似するように、２つのバックスキャッター信号の搬送波の位相角を少なくとも演算する。例えば、ＩＱフレームは、４８，０００サンプルの複素データによって構成される。演算部２６は、２つのバックスキャッター信号の搬送波の位相角の組み合わせによって構成される写像行列を生成する。

【0034】

写像行列Φは、以下の式１によって表される。写像行列の詳細については後述する。

【0035】

【数1】

【0036】

ここで、φ₁は、タグ装置１１から送信されるバックスキャッター信号の搬送波の位相角である。φ₂は、タグ装置１２から送信されるバックスキャッター信号の搬送波の位相角である。

【0037】

分離部２７は、写像行列の逆行列（分離行列）及び複素データ列に基づいて、２つのバックスキャッター信号を混合信号から分離する。分離部２７は、以下の式２に基づいて２つのバックスキャッター信号を分離する。

【0038】

【数2】

【0039】

ここで、s_1ｎは、タグ装置１１から送信される分離後のバックスキャッター信号であり、s_2ｎは、タグ装置１２から送信される分離後のバックスキャッター信号である。x_nは、混合信号である。

【0040】

（信号分離の詳細）
以下において、実施形態に係る信号分離の詳細について説明する。図３及び図４は、実施形態に係る信号分離を説明するための図である。

【0041】

具体的には、ＩＱフレームに含まれる混合信号x_nの複素データ列は、図３に示すコンスタレーションを構成する。また、図３に示すように、混合信号x_nの複素データ列は、２つのバックスキャッター信号s_1n, s_2nの実数データ列を含む。

【0042】

ここで、発明者等は、鋭意検討の結果、図３に示すコンスタレーションに基づいて、２つのバックスキャッター信号s_1n, s_2nのそれぞれが、ＩＱ平面上で理想的には原点（ここでは、ゼロ）を交差するように調整されるゼロクロス信号であることに着目した。なお、理想的とは、タグ装置１０の周波数安定度が十分高く、電波伝搬による影響がなく、フィルタ処理によってバイアス成分が十分に除去されることを意味する。このような視点から、発明者等は、バックスキャッター信号s_1ｎの搬送波の位相角φ₁及び振幅a₁並びにバックスキャッター信号s_2ｎの搬送波の位相角φ₂及び振幅a₂によってコンスタレーションの共分散行列を定義することができることを見出した（図４を参照）。

【0043】

具体的には、以下に示す通りである。第１に、混合信号x_nの複素データ列xは、以下の式３によって表される。

【0044】

【数3】

第２に、混合信号x_nの複素データ列xの共分散行列Cは、以下の式４～式６によって表される。

【0045】

【数4】

【0046】

第３に、ゼロクロス信号（バックスキャッター信号）は位相変調した三角関数で表すことができ、位相角度θは、-π＜θ≦πの範囲であり、位相角度θの分布p(θ)は、一様分布（すなわち、1/2π）である。このような前提において、i番目のゼロクロス信号（バックスキャッター信号）について、以下の式７～式８の関係を満たすtというパラメータを導入する。

【0047】

【数5】

【0048】

正弦波の特性からθの微小な変化は、i番目のtが取り得る確率f(t)の２倍に寄与するため、f(t)dt=2p(θ)dθの関係が満たされる。これらの関係から、f(t)は、以下の式９によって表される。

【0049】

【数6】

このような確率f(t)は、以下の式１０～式１２の特性を有する。

【0050】

【数7】

ここで、s₁及びs₂の統計的平均はゼロである。従って、式１２の特性から式６の共分散行列は、以下の式１３に書き換えられる。

【0051】

【数8】

…式１３

【0052】

第４に、式４に示すE(xx^T)が観測可能であるため、共分散行列CがE(xx^T)に近似するように、未知数（a₁、 a₂、 φ₁, φ₂）を演算することができる。言い換えると、演算部２６は、２つのバックスキャッター信号s₁及びs₂の搬送波の振幅の分散（a₁ ²/2、a₂ ²/2）及び位相角（φ₁, φ₂）を用いて定義される共分散行列Cを所定長の複素データ列E(xx^T)と近似させることによって、２つのバックスキャッター信号の搬送波の位相角（φ₁, φ₂）を演算する。特に限定されるものではないが、近似値の演算方法はニュートン法であってもよい。

【0053】

上述した演算によって、２つのバックスキャッター信号s_1n, s_2nの搬送波の位相角φ₁, φ₂を演算することができるため、式１に示す写像行列を生成することができる。

【0054】

上述したように、バックスキャッター信号は、理想的にはＩＱ平面上の原点（ここでは、ゼロ）を交差するように調整される。従って、ＩＱフレームに含まれるバックスキャッター信号の複素データの平均は統計的にゼロに近似し、ＩＱフレームに含まれるバックスキャッター信号の複素データの分散は統計的にa²/2に近似する。このような特性を利用することにより、上述した式１３のように共分散行列をシンプルに表現することが可能になる。

【0055】

（無線通信方法）
以下において、実施形態に係る無線通信方法について説明する。図５は、実施形態に係る無線通信方法を示す図である。

【0056】

図５に示すように、ステップＳ１１において、無線通信装置２０は、２つのタグ装置１０のそれぞれから送信される２つのバックスキャッター信号を含む混合信号を受信する。無線通信装置２０は、混合信号をベースバンド周波数又は中間周波数に変換する。

【0057】

ステップＳ１２において、無線通信装置２０は、混合信号をＩＱ平面上の複素データに変換する。無線通信装置２０は、フィルタ処理によって複素データからバイアス成分を除去する。

【0058】

ステップＳ１３において、無線通信装置２０は、複素データによって構成されるＩＱフレームと近似するように、２つのバックスキャッター信号の搬送波の位相角（φ₁, φ₂）を少なくとも演算する。位相角（φ₁, φ₂）の演算については、上述した式３～式１２を参照されたい。

【0059】

ステップＳ１４において、無線通信装置２０は、２つのバックスキャッター信号の搬送波の位相角の組み合わせによって構成される写像行列を生成する。写像行列Φは、上述した式１によって表される。

【0060】

ステップＳ１５において、無線通信装置２０は、写像行列の逆行列及び複素データ列に基づいて、２つのバックスキャッター信号を混合信号から分離する。無線通信装置２０は、上述した式２に基づいて２つのバックスキャッター信号を分離する。

【0061】

（作用及び効果）
実施形態では、２つのバックスキャッター信号の搬送波の位相角の組み合わせによって構成される写像行列の逆行列及び複素データ列に基づいて、２つのバックスキャッター信号を混合信号から分離する。このような構成によれば、バックスキャッター信号が複素平面上で理想的には原点（例えば、ゼロ）を通過する直線を往復し、バックスキャッター信号から得られる複素受信データがＩｎ－ｐｈａｓｅ及びＱｕａｄｒａｔｕｒｅ－ｐｈａｓｅの２要素を有する点に着目することによって、混合信号（受信信号）に写像行列の逆行列（分離行列）を掛け合わせることによって信号分離を実現することができる。従って、受信アンテナ２１の数を減少しながらも２つのバックスキャッター信号を分離することができる。事前確率を用いて分離行列が演算されるため、適切な分離行列を得るための反復演算の回数を減少することができ、反復演算において所定長の複素データ列の掛け算が不要であるため、分離行列を高速に演算することができる。従って、２つのバックスキャッター信号を高速に分離できる。

【0062】

［変更例１］
以下において、実施形態の変更例１について説明する。以下においては、実施形態に対する相違点について主として説明する。

【0063】

実施形態では、２つのタグ装置１０のそれぞれから送信される２つのバックスキャッター信号を１つの受信アンテナで受信するケースについて例示した。これに対して、変更例１では、３つのタグ装置１０のそれぞれから送信される３つのバックスキャッター信号を２つの受信アンテナで受信するケースについて例示する。

【0064】

図６に示すように、無線通信装置２０は、２つの受信アンテナ２１（受信アンテナ２１Ａ及び受信アンテナ２１Ｂ）を有する。無線通信装置２０は、受信アンテナ２１Ａで受信する混合信号を複素データに変換する構成（受信部２２Ａ、変換部２３Ａ、ハイパスフィルタ２４Ａ、バンドパスフィルタ２５Ａ）を有する。同様に、無線通信装置２０は、受信アンテナ２１Ｂで受信する混合信号を複素データに変換する構成（受信部２２Ｂ、変換部２３Ｂ、ハイパスフィルタ２４Ｂ、バンドパスフィルタ２５Ｂ）を有する。

【0065】

ここで、受信アンテナ２１Ａ及び受信アンテナ２１Ｂは互いに異なる位置に設けられるため、受信アンテナ２１Ａ及び受信アンテナ２１Ｂで受信する混合信号は位相・振幅が異なる信号である。従って、受信アンテナ２１Ａから得られる複素データ及び受信アンテナ２１Ｂから得られる複素データによって生成可能な共分散行列のランクは４に達する。

【0066】

言い換えると、２つの受信アンテナ２１を用いることによって、最大で４つのバックスキャッター信号を分離することが可能である。従って、図６に例示するように、３つのバックスキャッター信号s₁, s₂, s₃を分離することができるのは勿論である。

【0067】

変更例１においては、２以上のタグ装置１０のいずれかである所定タグ装置に対して、受信アンテナとして２つの受信アンテナが割り当てられている。無線通信装置２０（分離部２７）は、２つの受信アンテナ２１によって受信される２つの混合信号のそれぞれから２つの所定バックスキャッター信号を分離し、２つの所定バックスキャッター信号の合成によって所定タグ装置に対応するバックスキャッター信号を取得してもよい。

【0068】

例えば、バックスキャッター信号s₁を送信するタグ装置１０が所定タグ装置であると考えると、所定タグ装置に対して受信アンテナ２１Ａ及び受信アンテナ２１Ｂが割り当てられている。従って、無線通信装置２０は、写像行列を生成した後において、受信アンテナ２１Ａによって受信される混合信号から分離されたバックスキャッター信号s₁及び受信アンテナ２１Ｂによって受信される混合信号から分離されたバックスキャッター信号s₁を合成することによって、最終的なバックスキャッター信号s₁を取得してもよい。

【0069】

ここでは、バックスキャッター信号s₁を例示しているが、バックスキャッター信号s₂及びバックスキャッター信号s₃についても同様の処理を適用可能である。

【0070】

（作用及び効果）
変更例１によれば、実施形態と同様の考え方を導入することによって、２つの受信アンテナ２１を用いることによって、３つのバックスキャッター信号を分離することができる。このような構成によれば、３つのバックスキャッター信号の分離にあたって３つの受信アンテナを準備する必要がなく、受信アンテナ２１の数を減少しながらも３つのバックスキャッター信号を分離することができる。

【0071】

変更例１では、無線通信装置２０は、２つの受信アンテナ２１によって受信される２つの混合信号のそれぞれから２つの所定バックスキャッター信号を分離し、２つの所定バックスキャッター信号の合成によって所定タグ装置に対応するバックスキャッター信号を取得してもよい。このような構成によれば、独立成分は同相に合成され、雑音成分は同相になりえないため、1つの受信アンテナを用いた場合に比してバックスキャッター信号のＳＮ比を改善することができる。

【0072】

［評価結果１］
以下において、評価結果１について説明する。図７及び図８は、評価結果１を示す図である。評価結果１は、実施例と比較例との比較結果を示している。ここでは、４８，０００サンプルによって構成されるＩＱフレームを対象として、混合信号（観測信号）から分離行列を演算するケースを例示している。

【0073】

実施例では、上述した実施形態で説明した手法によって分離行列が演算される。具体的には、実施例では、４８，０００のサンプル（観測信号／混合信号）に基づいて、２×２の共分散行列を構成する４つの成分（実際には、反対角成分が同値であるため、３つの成分）の演算値が演算される。続いて、上述した式１３で表される共分散行列Cを構成する成分と演算値との誤差が小さくなるように、反復演算によってパラメータ（a₁、 a₂、 φ₁, φ₂）が演算される。

【0074】

一方で、比較例では、尖度（kurtosis）の微分値を最小化する独立成分分析によって分離行列が演算される。具体的には、比較例では、２×２の分離行列を構成する４つの成分によって定義される２次元ベクトル（w₁及びw₂）が特定される。２次元ベクトルは、互いに直交しており、１の長さを有するという拘束条件を有する。このような前提下において、ベクトルｗ_１に初期値を与えるとともに、必要に応じて座標変換を行った４８，０００のサンプルにベクトルｗ_１を掛け算する処理を伴って、拘束条件を満たす尖度の微分値が演算される（ラグランジュ未定乗数を用いた演算）。拘束条件を満たす尖度の微分値が停留値となるように、反復演算を行うことによってベクトルｗ_１が演算される（例えば、ヤコビ行列を用いた演算）。ここで、ｎ回目の反復演算は、４８，０００のサンプルにｎ－１番目で演算されたベクトルｗ_１を掛け算する処理を伴う。最終的に、ベクトルｗ_１に基づいて、ベクトルｗ_１と直交するベクトルｗ_２を演算する。

【0075】

第１に、分散行列の反復演算の回数（以下、反復回数）と分離後のバックスキャッター信号の誤り残率との関係について評価した。図７において、縦軸は、分離後のバックスキャッター信号の誤り残率を示しており、横軸は、反復回数を示している。すなわち、図７に示す評価結果は、誤り残率が十分に小さくなる反復回数を示している。図７に示すように、実施例では、比較例よりも少ない反復回数で十分に小さい誤り残率（例えば、１０^－１０）が実現されることが確認された。

【0076】

実施例では、振幅の分散が所定値（ａ^２／２）であり、バックスキャッター信号がゼロクロス信号であることが想定されているため、このような事前確率を用いて共分散行列の演算が行われる。これに対して、比較例では、事前確率を用いて分散行列の演算が行われていない。従って、実施例では、比較例よりも少ない反復回数で十分に小さい誤り残率が実現されると考えられる。

【0077】

第２に、誤り残率が十分に小さい誤り残率（例えば、１０^－１０）に収束するまでの時間（以下、収束時間）をWindows10 Core i7 2.8GHz 20GBメモリのＰＣを用いて評価した。図８において、縦軸は、収束時間を示している。図８に示すように、実施例では、比較例と比べて、演算時間が極めて短いことが確認された。

【0078】

実施例では、４８，０００のサンプルは、２×２の共分散行列を構成する４つの成分（実際には、３つの成分）の演算値を求めるために用いられているに過ぎず、反復演算において、４８，０００のサンプルの掛け算が必要ない。これに対して、比較例では、上述したように、反復演算毎に４８，０００のサンプルの掛け算する処理が必要である。従って、実施例では、比較例と比べて、演算時間が極めて短いと考えられる。

【0079】

［評価結果２］
以下において、評価結果２について説明する。図９及び図１０は、評価結果２を示す図である。ここでは、上述した実施形態で説明した手法によって、２つのタグ装置１０から送信される２つのバックスキャッター信号を含む混合信号から、２つのバックスキャッター信号を分離するケースについて評価した。

【0080】

図９及び図１０において、上段は、タグ装置１０から送信されるバックスキャッター信号の波形（オリジナル）を示しており、下段は、無線通信装置２０によって分離されたバックスキャッター信号の波形（分離結果）を示している。なお、図１０では、分離結果が正規化（５倍）されている。図９は、１つ目のバックスキャッター信号の評価結果を示しており、図１０は、２つ目のバックスキャッター信号の評価結果を示している。

【0081】

図９及び図１０に示すように、上述した実施形態で説明した手法によれば、２つのバックスキャッター信号の双方を適切に分離することができることが確認された。

【0082】

［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

【0083】

実施形態では特に触れていないが、２以上のタグ装置１０の設置場所、クロック、無線通信装置２０に対する距離などの違いから、２以上のタグ装置１０のそれぞれから送信される２以上のバックスキャッター信号の位相が異なる。言い換えると、２以上のタグ装置１０のそれぞれから送信される２以上のバックスキャッター信号は位相・振幅が異なる信号である。

【0084】

変更例１では、３つのタグ装置１０のそれぞれから送信される３つのバックスキャッター信号を受信するケースについて例示した。しかしながら、変更例１はこれに限定されるものではない。変更例１は、４以上のタグ装置１０のそれぞれから送信される４以上のバックスキャッター信号を受信するケースにも適用可能である。このようなケースで必要な条件は、受信アンテナ２１の数が分離対象のバックスキャッター信号の数（タグ装置１０の数）の１／２以上であるという条件である。さらには、受信アンテナ２１の数が分離対象のバックスキャッター信号の数（タグ装置１０の数）よりも少ないことが好ましい。

【0085】

変更例１では、ＳＮ比を改善することが可能であるケースとして、３つのタグ装置１０に対して２つの受信アンテナ２１が設けられるケースを例示した。しかしながら、変更例１はこれに限定されるものではない。ＳＮ比を改善するためには、無線通信装置２０が２以上の受信アンテナ２１を有していればよく、タグ装置１０の数は無関係である。従って、２以上の受信アンテナ２１が割り当てられるタグ装置１０の数は、１つであってもよく、２つであってもよい。さらに、バックスキャッター信号の分離が可能であれば、２以上の受信アンテナ２１が割り当てられるタグ装置１０の数は４以上であってもよい。

【0086】

実施形態では特に触れていないが、バックスキャッター信号がＩＱ平面上におけるゼロクロス信号に調整可能な信号であれば、バックスキャッター信号の変調方式は特に限定されるものではない。すなわち、バックスキャッター信号の変調方式は、２値変調方式であってもよく、多値変調方式であってもよい。このようなケースにおいて、十分なサンプル数を含むＩＱフレームにおいてサンプルの振幅の分散が所定値に収束することが好ましい。

【0087】

実施形態では特に触れていないが、タグ装置１０から送信されるバックスキャッター信号がゼロクロス信号である点、振幅の分散が所定値に収束する点については、無線通信装置２０が予め把握していることに留意すべきである。

【0088】

実施形態では特に触れていないが、無線通信装置２０が行う各処理をコンピュータに実行させるプログラムが提供されてもよい。また、プログラムは、コンピュータ読取り可能媒体に記録されていてもよい。コンピュータ読取り可能媒体を用いれば、コンピュータにプログラムをインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録されたコンピュータ読取り可能媒体は、非一過性の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、ＣＤ－ＲＯＭやＤＶＤ－ＲＯＭ等の記録媒体であってもよい。

【0089】

或いは、無線通信装置２０が行う各処理を実行するためのプログラムを記憶するメモリ及びメモリに記憶されたプログラムを実行するプロセッサによって構成されるチップが提供されてもよい。

【符号の説明】

【0090】

１０…タグ装置、２０…無線通信装置、２１…受信アンテナ、２２…受信部、２３…変換部、２４…ハイパスフィルタ、２５…バンドパスフィルタ、２６…演算部、２７…分離部、１００…無線通信システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】