特許 7351787 通信装置、通信方法及びプログラム

(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】2023-09-19

(45)【発行日】2023-09-27

(54)【発明の名称】通信装置、通信方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04B 1/713 20110101AFI20230920BHJP

【ＦＩ】

H04B1/713

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020065828

(22)【出願日】2020-04-01

(65)【公開番号】P2021164093

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2022-12-26

(73)【特許権者】

【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

【審査官】川口 貴裕

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０９２１８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－２９５３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５３７５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２９９６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０４９９１２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １／７１３

Ｈ０４Ｊ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

音声信号の周波数ホッピングにより複数の周波数チャネルを用いて通信する通信装置であって、
前記複数の周波数チャネルに含まれる１の周波数チャネルを用いてシンボルを伝送する第１期間よりも短い間隔にて、前記複数の周波数チャネルに含まれる他の周波数チャネルを用いてシンボルを伝送する第２期間が開始され、前記第１期間の一部と前記第２期間の一部が重なるように周波数ホッピングを行う、
ことを特徴とする通信装置。

【請求項2】

前記複数の周波数チャネルにおいて、同一の周波数チャネルによりシンボルを伝送する期間の間隔が特定時間以上となるように、設定されたホッピングパターンを用いて周波数ホッピングが行われる、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。

【請求項3】

前記複数の周波数チャネルにおいて、周波数ホッピングを行い異なる周波数チャネルによりシンボルを伝送する場合に周波数の間隔が特定周波数以上となるように、設定されたホッピングパターンを用いて周波数ホッピングが行われる、
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】

音声信号の周波数ホッピングにより複数の周波数チャネルを用いて通信する通信方法であって、
前記複数の周波数チャネルに含まれる１の周波数チャネルを用いてシンボルを伝送する第１期間よりも短い間隔にて、前記複数の周波数チャネルに含まれる他の周波数チャネルを用いてシンボルを伝送する第２期間が開始され、前記第１期間の一部と前記第２期間の一部が重なるように周波数ホッピングを行う、
ことを特徴とする通信方法。

【請求項5】

コンピュータを、
音声信号の周波数ホッピングにより複数の周波数チャネルを用いて通信するための信号処理手段として機能させ、
前記信号処理手段は、前記複数の周波数チャネルに含まれる１の周波数チャネルを用いてシンボルを伝送する第１期間よりも短い間隔にて、前記複数の周波数チャネルに含まれる他の周波数チャネルを用いてシンボルを伝送する第２期間が開始され、前記第１期間の一部と前記第２期間の一部が重なるように周波数ホッピングを行う、
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、通信方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

音声信号を用いて通信を行う技術として、送信データに応じて生成した音声信号を出力し、また、入力された音声信号から受信データを取得するものが提案されている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１０２８５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された技術は、様々な通信に適用可能である一方で、通信装置の動作状態や周辺環境の影響で通信速度を確保しにくいといった問題が生じるおそれもある。

【0005】

この発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、好適な通信が可能な通信装置、通信方法及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、
音声信号の周波数ホッピングにより複数の周波数チャネルを用いて通信する通信装置であって、
前記複数の周波数チャネルに含まれる１の周波数チャネルを用いてシンボルを伝送する第１期間よりも短い間隔にて、前記複数の周波数チャネルに含まれる他の周波数チャネルを用いてシンボルを伝送する第２期間が開始され、前記第１期間の一部と前記第２期間の一部が重なるように周波数ホッピングを行う、
ことを特徴とする。

【0007】

（２）また、上記（１）の通信装置において、
前記複数の周波数チャネルにおいて、同一の周波数チャネルによりシンボルを伝送する期間の間隔が特定時間以上となるように、設定されたホッピングパターンを用いて周波数ホッピングが行われる、
ようにしてもよい。

【0008】

（３）また、上記（１）または（２）の通信装置において、
前記複数の周波数チャネルにおいて、周波数ホッピングを行い異なる周波数チャネルによりシンボルを伝送する場合に周波数の間隔が特定周波数以上となるように、設定されたホッピングパターンを用いて周波数ホッピングが行われる、
ようにしてもよい。

【0009】

（４）この発明の第２の観点に係る通信方法は、
音声信号の周波数ホッピングにより複数の周波数チャネルを用いて通信する通信方法であって、
前記複数の周波数チャネルに含まれる１の周波数チャネルを用いてシンボルを伝送する第１期間よりも短い間隔にて、前記複数の周波数チャネルに含まれる他の周波数チャネルを用いてシンボルを伝送する第２期間が開始され、前記第１期間の一部と前記第２期間の一部が重なるように周波数ホッピングを行う、
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、
音声信号の周波数ホッピングにより複数の周波数チャネルを用いて通信するための信号処理手段として機能させ、
前記信号処理手段は、前記複数の周波数チャネルに含まれる１の周波数チャネルを用いてシンボルを伝送する第１期間よりも短い間隔にて、前記複数の周波数チャネルに含まれる他の周波数チャネルを用いてシンボルを伝送する第２期間が開始され、前記第１期間の一部と前記第２期間の一部が重なるように周波数ホッピングを行う、
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

この発明によれば、好適な通信が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】通信装置の構成例を示す図である。

【図2】送信機の構成例を示す図である。

【図3】周波数ホッピング信号を例示する図である。

【図4】ホッピングパターン作成処理の一例を示すフローチャートである。

【図5】ホッピングパターンの決定例を示す図である。

【図6】通信装置が適用される通信システムの構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、この発明の実施の形態に係る通信装置について説明する。この発明の通信装置は、利用者が携帯して移動可能な移動体通信端末として構成されてもよいし、特定の設置場所に固定された固定通信端末として構成されてもよい。移動体通信端末は、例えば、携帯電話やスマートフォン、タブレット端末などであればよい。通信装置は、他の移動体通信端末や固定通信端末との間で、音声信号を送受信することによる通信が可能である。なお、通信装置は、音声信号を送受信するものに限定されず、例えば音声信号の送信だけ行い、音声信号の受信を行わないものであってもよい。

【0014】

図１は、この発明の実施の形態に係る通信装置１００の構成例を示している。通信装置１００は、音声処理部１１０と、記憶部１２０と、制御部１３０と、入出力部１４０と、通信処理部１５０と、を備えている。また、音声処理部１１０には、マイク１１１およびスピーカ１１２が接続されている。マイク１１１およびスピーカ１１２は、通信装置１００に内蔵されたものであってもよいし、通信装置１００に外付けされたものであってもよい。なお、通信装置１００が音声信号の送信だけを行う場合に、スピーカ１１２が音声処理部１１０に接続される一方で、マイク１１１は設けられない構成であってもよい。通信装置１００の各部は、内部バスを介して相互に電気信号を伝送可能に接続されている。

【0015】

音声処理部１１０は、例えば、デジタル信号プロセッサ（Digital Signal Processor：ＤＳＰ）、デジタルアナログ変換器（Digital-to-Analog Converter：ＤＡＣ）、アナログデジタル変換器（Analog-to-Digital Converter：ＡＤＣ）を用いて構成され、制御部１３０と協働して、音声信号を送受信するための信号処理を実行する。音声処理部１１０による信号処理は、送信データに基づいてスピーカ１１１により音声信号を出力するための処理と、マイク１１２に入力された音声信号に基づいて受信データを取得するための処理と、を含む。音声信号は、各種データを伝送するための搬送波として用いられる。音声処理部１１０は、送信データに応じたデジタル信号をアナログ変換してスピーカ１１１に供給することにより、音声信号を出力させる。また、音声処理部１１０は、マイク１１２に入力された音声信号に対応するアナログ信号をデジタル変換して受信データを取得する。

【0016】

記憶部１２０は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等を含み、各種の情報、固定データ、アプリケーション、画面データ、端末ＩＤ、及び、制御部１３０が各種処理を実行するためのプログラム等を記憶する。制御部１３０が実行するプログラムは、送信プログラム１２１と、受信プログラム１２２と、を含む。制御部１３０が送信プログラム１２１を実行することにより、通信装置１００が送信機として機能する。制御部１３０が受信プログラム１２２を実行することにより、通信装置１００が受信機として機能する。送信プログラム１２１および受信プログラム１２２は、別個のプログラムとして用意されてもよいし、単体のプログラムとして用意されてもよい。

【0017】

制御部１３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）といったマイクロプロセッサ等を含み、記憶部１２０に記憶されているプログラムを実行することにより、音声信号を使用した通信に係る制御を実行する。制御部１３０は、送信プログラム１２１および受信プログラム１２２のいずれか一方を実行することで、通信装置１００を送信機および受信機のいずれか一方に切り替えるように制御してもよい。あるいは、制御部１３０は、送信プログラム１２１および受信プログラム１２２を並行して実行することで、通信装置１００が送信機および受信機の双方として機能するように制御してもよい。

【0018】

入出力部１４０は、キーパッドや液晶ディスプレイ、発光ダイオード等を含み、各種の情報を入力あるいは出力するためのインタフェースを提供する。なお、通信装置１００は、入出力部１４０の一部または全部を備えない構成であってもよい。マイク１１１およびスピーカ１１２は、入出力部１４０の一部を構成してもよい。

【0019】

通信処理部１５０は、例えば、アンテナ、ＲＦ（Radio Frequency）信号処理回路、ベースバンド信号処理回路等を含み、移動体通信ネットワーク、近距離無線通信ネットワーク、有線通信ネットワーク、インターネット、その他、任意の電気通信ネットワークの一部または全部を介して、外部装置と通信するための処理を実行する。

【0020】

通信装置１００は、周波数ホッピング方式（Frequency Hopping：ＦＨ）により複数の周波数チャネルを切り替えてシンボルを伝送することで、音声信号における複数の周波数チャネルを用いて通信する。通信装置１００は、例えば、非可聴帯域の音声信号を搬送波として使用する。このように、非可聴帯域の音声信号を用いて通信すれば、人間は聞き取ることが不可能または困難になるので、通信装置１００の利用者が雑音を感じることがなく、不快感を与えることが防止できる。

【0021】

通信装置１００では、制御部１３０が送信プログラム１２１を実行して音声処理部１１０と協働することにより、送信機５００として機能する。このように、送信機５００は、制御部１３０による送信プログラム１２１の実行によって実現され、各種の機能的構成を有している。

【0022】

図２は、送信機５００の構成例を示している。送信機５００は、一次変調部５０１と、シリアルパラレル変換部５０２と、ホッピングパターン生成部５０３と、ホッピング周波数生成部５０４と、周波数変換部５０５と、ウィンドウ処理部５０６と、パラレルシリアル変換部５０７と、を備える。これらの機能的構成は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することにより構築され、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されたものであればよい。

【0023】

一次変調部５０１は、例えば、周波数シフトキーイング（Frequency Shift Keying：ＦＳＫ）等の狭帯域変調によって、送信データのビット値に応じた変調を行う。このときには、例えば１ビットといった、所定のサイズで送信データを分割し、分割した各データを割り当てたシンボル区間ごとに、被変調信号の周波数をシフトさせればよい。なお、送信データを１ビットごとに分割するものに限定されず、送信データを複数ビットまとめてシンボルに変換し、多周波数を使用するＭＦＳＫ（Ｍ-ary ＦＳＫ）であってもよい。ただし、音声信号を用いた通信では、使用できる帯域が限られるため、ＭＦＫＳを用いることは困難である。送信データは、記憶部１２０から読み出されたデータであってもよいし、制御部１３０の処理により作成されたデータであってもよい。

【0024】

シリアルパラレル変換部５０２は、一次変調部５０１による被変調信号が入力され、この入力信号をシリアル信号方式からパラレル信号方式に変換する。このときには、複数のシンボルが連続したシンボル系列に対応するシリアル信号方式の入力信号を、単位区間ごとに分割したシンボル区間における信号として、パラレル信号方式で出力する。この出力信号は、複数の周波数チャネルごとに、それぞれのシンボル区間にて伝送されるシンボル値に対応した周波数を有する信号であればよい。したがって、シリアルパラレル変換部５０２は、シンボル系列を単位区間ごとに分割した信号を出力する。シリアルパラレル変換部５０２によってパラレル信号方式に変換された信号は、周波数変換部５０５に供給される。

【0025】

ホッピングパターン生成部５０３は、予め設定されたホッピングパターンを生成する。生成されたホッピングパターンに対応するホッピング制御信号が、ホッピング周波数生成部５０４に供給される。ホッピング制御信号は、予め設定されたホッピングパターンに対応して、ホッピング周波数生成部５０４の出力周波数を切替制御する信号であればよい。ホッピング周波数生成部５０４は、例えばトーン信号の周波数を、ホッピングパターン生成部５０３からのホッピング制御信号に応じて切り替えて、周波数変換部５０５に供給する。

【0026】

周波数変換部５０５は、シリアルパラレル変換部５０２から供給された信号を、複数の周波数チャネルに応じた音声周波数帯域の信号に変換する。例えば、シリアルパラレル変換部５０２から供給された信号を、ホッピング周波数生成部５０４から供給された信号と、乗算すればよい。これにより、複数のシンボルをそれぞれ伝送するための複数のシンボル期間と対応して、複数の周波数チャネルにシンボルを割り当てた複数のチャネル信号が生成される。各チャネル信号は、シンボル期間における局在波を形成する信号であればよい。したがって、周波数変換部５０５は、シリアルパラレル変換部５０２によりシンボル系列を単位区間ごとに分割した信号を、周波数ホッピングに使用される複数の周波数チャネルに割り当てた複数のチャネル信号を生成する。周波数変換部５０５から出力されたチャネル信号は、ウィンドウ処理部５０６に入力される。ウィンドウ処理部５０６は、帯域通過フィルタとして機能することで、不要な周波数成分を除去する。これにより、符号間干渉の発生が防止される。その後、各チャネル信号は、パラレルシリアル変換部５０７に入力される。

【0027】

パラレルシリアル変換部５０７は、ウィンドウ処理部５０６からの出力信号が入力され、この入力信号を加算器に供給することで、パラレル信号方式からシリアル信号方式に変換する。このときには、複数の周波数チャネルにおいて、１の周波数チャネルによりシンボルを伝送するシンボル期間よりも短い間隔で、他の周波数チャネルによりシンボルを伝送するシンボル期間を開始させる。このように、パラレル信号方式からシリアル信号方式に変換するシリアル化を行うときに、複数の周波数チャネルに割り当てたシンボルの間隔を、各周波数チャネルにおいてシンボルの伝送に要するシンボル期間よりも短く詰める。そして、先に伝送を開始したシンボル期間の一部が、後に伝送を開始したシンボル期間の一部と、同一期間になることで、シンボルを重ねながら周波数ホッピングを行う。

【0028】

例えば１ビットのデータをシンボルに変換するＦＳＫの場合に、従来の周波数ホッピングでは、シンボル長Ｔｓであれば、通信速度は最大１／Ｔｓ［ｂｐｓ］となる。これに対し、複数の周波数チャネルに割り当てたシンボルの間隔を、各周波数チャネルにおいてシンボルの伝送に要するシンボル期間よりも短く詰めることにより、通信速度は１／Ｔｓ［ｂｐｓ］よりも高速化することができる。

【0029】

パラレルシリアル変換部５０７によってシリアル信号方式に変換された信号は、音声出力用信号として、音声処理部１１０のＤＡＣに供給され、アナログ信号に変換されるようにすればよい。こうして、アナログ信号に変換された音声出力用信号は、スピーカ１１２に供給され、音声信号として出力される。

【0030】

図３は、複数の周波数チャネルに割り当てたシンボルを重ねる処理であるチャネル多重化の有無に応じた周波数ホッピング信号を例示している。ここでは、ホッピングレートがシンボルレート以上となるＦＦＨ（Fast-ＦＨ）のうち、ホッピングレートがシンボルレートと同一になる場合を示している。また、複数の周波数チャネルとして、８つの周波数チャネルＣｈ０～Ｃｈ７を用いるものとしている。なお、ホッピングレートがシンボルレート未満となるＳＦＨ（Slow-ＦＨ）であってもよい。ホッピングレートがシンボルレートよりも高いＦＦＨであってもよい。この実施例におけるチャネル多重化は、複数の周波数チャネルにおいてシンボルを伝送する期間の全部が重なるものではなく、複数の周波数チャネルに含まれる第１チャネルで先にシンボルの伝送を開始した期間の一部分（後半部分）が、複数の周波数チャネルに含まれる第２チャネルで後にシンボルの伝送を開始した期間の一部分（前半部分）と、重なるものであればよい。

【0031】

図３（ａ）は、チャネル多重化なしの場合を示し、複数の周波数チャネルに含まれる１の周波数チャネルによりシンボルを伝送するシンボル期間と同一の間隔で、複数の周波数チャネルに含まれる他の周波数チャネルによりシンボルを伝送するシンボル期間を開始させる。例えば、図３（ａ）に示す場合に、タイミングＴ０からタイミングＴ１までのシンボル伝送期間では、周波数チャネルＣｈ０によりシンボルの伝送が行われ、他の周波数チャネルによるシンボルの伝送は行われない。タイミングＴ１では、シンボルの伝送に使用する周波数を切り替える周波数ホッピングが行われる。これにより、タイミングＴ１からタイミングＴ２までのシンボル伝送期間では、周波数チャネルＣｈ２によりシンボルの伝送が行われ、他の周波数チャネルによるシンボルの伝送は行われない。

【0032】

図３（ｂ）は、チャネル多重化ありの場合を示し、複数の周波数チャネルに割り当てたシンボルの間隔を、シンボル長Ｔｓの１／３である時間Ｔｓ／３に短く詰めている。すなわち、複数の周波数チャネルに含まれる１の周波数チャネルによりシンボルを伝送するシンボル期間よりも短い間隔となる時間Ｔｓ／３で、複数の周波数チャネルに含まれる他の周波数チャネルによりシンボルを伝送するシンボル期間を開始させる。なお、１の周波数チャネルに対応して設定されたシンボル期間が終了するまでは、他の周波数チャネルによりシンボルを伝送するシンボル期間が開始されても、先に開始した１の周波数チャネルによるシンボルの伝送が継続して行われる。そのため、１の周波数チャネルにおけるシンボル期間の一部が、他の周波数チャネルにおけるシンボル期間の一部と、同一期間になることで、シンボルを重ねながら周波数ホッピングを行う。

【0033】

図３（ｂ）に示す場合に、タイミングＴ０からタイミングＴ１までは、図３（ａ）に示す場合と同様に、周波数チャネルＣｈ０によりシンボルを伝送するシンボル期間となる。これに対し、図３（ｂ）に示す場合では、図３（ａ）に示す場合とは異なり、タイミングＴ０からタイミングＴ１となるまでに、他の周波数チャネルによるシンボルの伝送が開始される。例えば、タイミングＴ０からの時間Ｔｓ／３が経過したタイミングＴ０１にて、周波数チャネルＣｈ２によるシンボルの伝送が開始される。また、タイミングＴ０１からの時間Ｔｓ／３が経過したタイミングＴ０２にて、周波数チャネルＣｈ６によるシンボルの伝送が開始される。タイミングＴ０１にて開始された周波数チャネルＣｈ２によるシンボルの伝送は、タイミングＴ１１まで継続して行われる。タイミングＴ０２にて開始された周波数チャネルＣｈ６によるシンボルの伝送は、タイミングＴ１２まで継続して行われる。

【0034】

図３（ｂ）に示すタイミングＴ０からタイミングＴ１までの期間を第１期間とし、タイミングＴ０１からタイミングＴ１１までの期間を第２期間とした場合に、複数の周波数チャネルに含まれる１の周波数チャネルＣｈ０を用いてシンボルを伝送する第１期間よりも短い間隔にて、複数の周波数チャネルに含まれる他の周波数チャネルＣｈ２を用いてシンボルを伝送する第２期間が開始される。また、タイミングＴ０からタイミングＴ１までの第１期間において一部に含まれるタイミングＴ０１からタイミングＴ１までの期間は、タイミングＴ０１からタイミングＴ１１までの第２期間において一部に含まれるタイミングＴ０１からタイミングＴ１までの期間と、重なる同一期間になる。

【0035】

図３（ｂ）に示すタイミングＴ０１からタイミングＴ１１までの期間を第１期間とし、タイミングＴ０２からタイミングＴ１２までの期間を第２期間とした場合に、複数の周波数チャネルに含まれる１の周波数チャネルＣｈ２を用いてシンボルを伝送する第１期間よりも短い間隔にて、複数の周波数チャネルに含まれる他の周波数チャネルＣｈ６を用いてシンボルを伝送する第２期間が開始される。また、タイミングＴ０１からタイミングＴ１１までの第１期間において一部に含まれるタイミングＴ０２からタイミングＴ１１までの期間は、タイミングＴ０２からタイミングＴ１２までの第２期間において一部に含まれるタイミングＴ０２からタイミングＴ１１までの期間と、重なる同一期間になる。

【0036】

図３（ｂ）に示すタイミングＴ０２からタイミングＴ１までの期間では、周波数チャネルＣｈ０、Ｃｈ２、Ｃｈ６による３つのシンボルが、多重化して伝送されることになる。以後の各期間においても、同様に３つのシンボルが、多重化して伝送される。このように、シンボルの間隔を、シンボル長Ｔｓの１／３である時間Ｔｓ／３に短く詰めて伝送した場合には、チャネル多重化なしの場合と比べて、通信速度が３倍の３／Ｔｓに高速化することができる。なお、シンボルの間隔を短く詰める短縮量は、通信仕様として予め定めておけばよく、例えば１／２といった１／３よりも短縮量が少ないものであってもよいし、例えば１／４といった１／３よりも短縮量が多いものであってもよい。いずれにしても、シンボルの間隔を短く詰めて伝送することにより、通信速度を高速化できる。図３に示した例では、ホッピングレートがシンボルレートと同一になる場合なので、１のシンボルが他のシンボルと多重化して伝送される。これに対し、ホッピングレートがシンボルレートよりも高いＦＦＨの場合に、１のシンボルを伝送する複数のチップに対応する局在波が重なるように、チャネル多重化が行われてもよい。例えば、図３（ａ）に示す場合に、タイミングＴ０からタイミングＴ１までのシンボル伝送期間と、タイミングＴ１からタイミングＴ２までのシンボル伝送期間とを用いて、１のシンボルを伝送してもよい。この場合に、図３（ｂ）に示すタイミングＴ０からタイミングＴ１までの第１期間では、タイミングＴ０１からタイミングＴ１１までの第２期間と、共通する１のシンボルが伝送される。そして、タイミングＴ０からタイミングＴ１までの第１期間において一部に含まれるタイミングＴ０１からタイミングＴ１までの期間は、タイミングＴ０１からタイミングＴ１１までの第２期間において一部に含まれるタイミングＴ０１からタイミングＴ１までの期間と、重なる同一期間になる。この場合にも、シンボルの間隔を短く詰めて伝送することができ、さらに、１のシンボルを伝送するチップの間隔を短く詰めて伝送することにより、通信速度を高速化できる。

【0037】

ただし、音声信号は空気の振動によって伝達されるので、通信装置１００の動作状態や周辺環境の影響を受けやすい。そのため、シンボルの間隔を短く詰めすぎると、同一の周波数チャネルにおいて伝送されるシンボル同士が、マルチパス環境による干渉の影響を受けやすくなるという問題が生じる。また、先に伝送を開始したシンボル期間の一部が、後に伝送を開始したシンボル期間の一部と、同一期間になることで、シンボルを重ねながら周波数ホッピングを行う場合に、周波数の間隔が狭すぎると、ドップラーシフトによる干渉の影響を受けやすくなるという問題が生じる。これらの問題を解決するために、ホッピングパターン生成部５０３により生成されるホッピングパターンとして、所定の条件を満たすパターンを予め設定する。

【0038】

図４は、ホッピングパターンを作成するために実行されるホッピングパターン作成処理の一例を示すフローチャートである。ホッピングパターン作成処理は、通信装置１００の制御部１３０が記憶部１２０から読み出したプログラムにしたがって実行されてもよいし、通信装置１００とは異なるコンピュータシステムを用いて実行されてもよい。ホッピングパターン作成処理によって作成されたホッピングパターンは、通信装置１００の記憶部１２０に記憶されて、ホッピングパターン生成部５０３により使用される。このホッピングパターン作成処理では、はじめに変数ｉの初期値「０」をセットする（ステップＳ１０１）。

【0039】

次に、ホッピングパターンにおいて変数ｉを用いて示される系列値Ｐｎ［ｉ］を決定する（ステップＳ１０２）。系列値Ｐｎ［ｉ］は、ホッピングパターンにおけるｉ＋１番目の系列値であり、シンボルの伝送に使用される周波数チャネルの番号を示している。例えば、変数ｉ＝０の場合には、１番目（最初）の系列値Ｐｎ［０］を、任意の値に決定する。変動ｉ≧１の場合には、系列値Ｐｎ［ｉ］を、例えばＰＮ系列発生器といった、乱数発生器を用いて発生させた乱数により決定する。

【0040】

続いて、決定された系列値Ｐｎ［ｉ］について、これより先に決定された系列値Ｐｎ［ｉ－ｊ］と同一であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ここで、変数ｊは、１～ｍの範囲における整数であり、定数ｍは、ホッピングパターンの仕様として予め定めておけばよい。ステップＳ１０３では、今回の決定よりも１個前からｍ個前までに決定された系列値のうちに、今回決定された系列値Ｐｎ［ｉ］と同一のものが含まれている場合に、同一であると判定すればよい。系列値Ｐｎ［ｉ］が系列値Ｐｎ［ｉ－ｊ］と同一である場合には（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２に戻り、系列値Ｐｎ［ｉ］を再決定する。

【0041】

系列値Ｐｎ［ｉ］が系列値Ｐｎ［ｉ－ｊ］と同一ではない場合には（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、今回決定された系列値Ｐｎ［ｉ］と、前回決定された系列値Ｐｎ［ｉ－１］とを比較し、その差分が範囲ｋに含まれるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。範囲ｋを示す変数ｋは、１～ｎの範囲における整数であり、定数ｎは、ホッピングパターンの仕様として予め定めておけばよい。系列値Ｐｎ［ｉ］と系列値Ｐｎ［ｉ－１］との差分は、ホッピング距離とも称され、周波数ホッピングにより切り替える周波数チャネルにおける周波数の間隔に対応している。ステップＳ１０４では、今回決定された系列値Ｐｎ［ｉ］と前回決定された系列値Ｐｎ［ｉ－１]との差分が、予め定めた定数ｎ（正の整数）を用いて、－ｎ以上ｎ以下の範囲内である場合に、差分が範囲ｋに含まれると判定すればよい。この範囲ｋに含まれる場合には（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２に戻り、系列値Ｐｎ[ｉ]を再決定する。なお、ステップＳ１０４では、今回決定された系列値Ｐｎ［ｉ］について、前回決定された系列値Ｐｎ［ｉ－１］との差分だけでなく、さらに前に決定された系列値Ｐｎ［ｉ－ｊ’］との差分が、範囲ｋに含まれるか否かを判定してもよい。変数ｊ’は、２以上の整数であり、ドップラーシフトによる干渉を防止できるように、ホッピングパターンの仕様として予め定めておけばよい。範囲ｋに含まれる場合の処理と、範囲ｋに含まれない場合の処理は、系列値Ｐｎ［ｉ－１］との差分の場合と同様であればよい。

【0042】

差分が範囲ｋに含まれない場合には（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、変数ｉが作成上限値となったか否かを判定する（ステップＳ１０５）。作成上限値ではない場合に（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、変数ｉを１加算するように更新して（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０２に戻り、次の系列値を決定する。

【0043】

変数ｉが作成上限値である場合には（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、所定の巡回チェックを行い、予め定めた基準を満たすか否かを判定する（ステップＳ１０７）。例えば、ステップＳ１０１～Ｓ１０６により決定されたホッピングパターンの先頭部と末尾部とを接続した場合に、ステップＳ１０３、Ｓ１０４と同様の条件を満たすか否かを判定すればよい。

【0044】

巡回チェック結果が条件を満たさない場合には（ステップＳ１０７；Ｎｏ）、巡回用再決定として、ホッピングパターンの一部または全部を決定し直す（ステップＳ１０８）。例えば、ホッピングパターンの末尾部について、ステップＳ１０３、Ｓ１０４と同様の条件を満たすように、系列値の決定をやり直せばよい。

【0045】

巡回チェック結果が条件を満たす場合や（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）、巡回用再決定を行った後には、所定の品質評価を行い、予め定めた基準を満たすか否かを判定する（ステップＳ１０９）。例えば、決定されたホッピングパターンの系列値を用いて、自己相関関数を計算により求めた場合に、Ｓ／Ｎ比（Signal-to-Noise Ratio）が所定の基準値以上であるかを判定すればよい。また、決定されたホッピングパターンの系列値における全体と、その一部との相関関数を計算により求めた場合に、Ｓ／Ｎ比が所定の基準値以上であるかを判定すればよい。

【0046】

品質評価結果が条件を満たさない場合には（ステップＳ１０９；Ｎｏ）、品質用再決定として、ホッピングパターンを決定し直す（ステップＳ１１０）。例えば、ステップＳ１０１～Ｓ１０８を再度実行することにより、ホッピングパターンを決定し直せばよい。なお、ステップＳ１０１～Ｓ１０８を複数回実行することで決定された複数のホッピングパターンのうちで、自己相関関数を計算により求めた場合のＳ／Ｎ比が最も高いホッピングパターンを選択してもよい。また、ステップＳ１０１～Ｓ１０８を複数回実行することで決定された複数のホッピングパターンのうちで、系列値の全部と一部との相関関数を計算により求めた場合のＳ／Ｎ比が最も高いホッピングパターンを選択してもよい。

【0047】

このようなホッピングパターン作成処理では、複数の周波数チャネルにおいて、同一の周波数チャネルによりシンボルを伝送する期間の間隔が特定時間未満であれば、ステップＳ１０３の判定による適合条件を満たさないものとして、系列値の再決定が行われる。また、複数の周波数チャネルにおいて、１回あるいは複数回の周波数ホッピングにより選択された周波数チャネルについて周波数の間隔が特定周波数未満であれば、ステップＳ１０４の判定による適合条件を満たさないものとして、系列値の再決定が行われる。こうして作成されたホッピングパターンを記憶部１２０に記憶させ、ホッピングパターン生成部５０３が生成するホッピングパターンとして予め設定する。したがって、複数の周波数チャネルにおいて、同一の周波数チャネルによりシンボルを伝送する期間の間隔が特定時間以上となるように、設定されたホッピングパターンを用いて周波数ホッピングが行われる。また、１回あるいは複数回の周波数ホッピングにおける周波数の間隔が特定周波数以上となるように、すなわち、複数の周波数チャネルにおいて、所定回数の周波数ホッピングを行い異なる周波数チャネルによりシンボルを伝送する場合に周波数の間隔が特定周波数以上となるように、設定されたホッピングパターンを用いて周波数ホッピングが行われる。こうして、周波数ホッピングによる変更後の周波数チャネルが、同一の周波数チャネルの使用間隔という、時間について予め定められた時間適合条件を満たすように、ホッピングパターンが設定される。また、周波数ホッピングによる変更後の周波数チャネルが、変更前に使用された１または２以上の周波数チャネルに対する周波数間隔という、周波数について予め定められた周波数適合条件を満たすように、ホッピングパターンが設定される。これにより、マルチパス環境による干渉の影響や、ドップラーシフトによる干渉の影響といった、通信装置１００の動作環境や周辺環境の影響を受けにくくなり、音声信号を用いた通信の品質を向上させることができる。

【0048】

ホッピング周波数生成部５０４は、ホッピングパターン生成部５０３によって生成されたホッピングパターンに対応するホッピング制御信号に応じて出力周波数を切り替えて、周波数変換部５０５に供給する。周波数変換部５０５は、シリアルパラレル変換部５０２から供給された信号を、ホッピング周波数生成部５０４から供給された信号と乗算することなどにより、シンボル期間における局在波を形成するチャネル信号を生成する。複数の周波数チャネルに応じたチャネル信号では、時間領域において隣接する局在波同士が特定時間以上の間隔を有し、また、周波数領域において隣接する局在波同士が特定周波数以上の間隔を有する。このように、局在波が重ならないように配置するホッピングパターンを生成することで、相互干渉が回避され、音声信号を用いた通信の品質を向上させることができる。

【0049】

図５は、ホッピングパターンの決定例を示している。ここでは、図４のホッピングパターン作成処理を実行するために、予め定められる定数ｍ＝６および定数ｎ＝１としている。すなわち、６個前までに決定された系列値のうちに、同一の系列値が含まれている場合には、ステップＳ１０３の判定結果により、ステップＳ１０２に戻り系列値が再度決定される。また、前回決定された系列値との差分が±１である場合には、ステップＳ１０４の判定結果により、ステップＳ１０２に戻り系列値が再度決定される。

【0050】

図５（ａ）は、ホッピングパターンＨＰ０１の決定例であり、ステップＳ１０３の条件を満たさない系列値と、ステップＳ１０４の条件を満たさない系列値が、含まれている。例えば、変数ｉ＝６のときと変数ｉ＝８のときに系列値Ｐｎ［ｉ］＝６であるが、ステップＳ１０３では、変数ｉ＝８および変数ｊ＝２の場合にＰｎ［８］＝Ｐｎ［６］となり、同一であると判定される。また、変数ｉ＝１１のときに系列値Ｐｎ［ｉ］＝０であり、変数ｉ＝１２のときに系列値Ｐｎ［ｉ］＝１であるが、ステップＳ１０４では、変数ｉ＝１２の場合にＰｎ［１２］＝Ｐｎ［１１］＋１となり、差分が範囲ｋに含まれると判定される。

【0051】

図５（ｂ）は、ホッピングパターンＨＰ０２の決定例であり、ステップＳ１０３の条件を満たさない系列値や、ステップＳ１０４の条件を満たさない系列値が、含まれていない。ホッピングパターンＨＰ０２では、変数ｉ＝３であるときの系列値Ｐｎ［３］＝２、変数ｉ＝４であるときの系列値Ｐｎ［４］＝０、変数ｉ＝５であるときの系列値Ｐｎ［５］＝４、変数ｉ＝８であるときの系列値Ｐｎ［８］＝３、変数ｉ＝９であるときの系列値Ｐｎ［９］＝５、変数ｉ＝１２であるときの系列値Ｐｎ［１２］＝２、変数ｉ＝１３であるときの系列値Ｐｎ［１３］＝６、変数ｉ＝１４であるときの系列値Ｐｎ［１４］＝４、変数ｉ＝１５であるときの系列値Ｐｎ［１５］＝１が、ホッピングパターンＨＰ０１から変更されている。

【0052】

通信装置１００では、制御部１３０が受信プログラム１２２を実行して音声処理部１１０と協働することにより、受信機として機能する。受信機は、送信機５００が送信データに応じた音声信号を作成するのに用いられた方式と逆の方式によって、受信した音声信号から受信データを取得する。あるいは、単に送信方式の逆方式を用いるよりも信頼性の高い受信データ出力を得るために、受信方式の一部または全部に変更を加えてもよい。受信機となる通信装置１００は、制御部１３０による受信プログラム１２２の実行によって実現され、各種の機能的構成を有している。

【0053】

図６は、通信装置１００を適用可能な通信システム１の構成例を示している。通信システム１は、利用者が所持するユーザ端末１０と、店舗に設置された店舗端末２０と、を備える。ユーザ端末１０及び店舗端末２０として、前述した通信装置１００が適用され、音声信号を送受信して相互に通信する。

【0054】

通信システム１では、例えば、利用者が店舗に来店した際に、ユーザ端末１０が利用者を識別する情報を店舗端末２０に送信する。店舗端末２０は、ユーザ端末１０からの受信情報に応答して、様々な店舗情報などを返信することができる。店舗情報は、商品情報、サービス情報、スケジュール情報、ポイント付与情報、位置情報、これらの情報の一部又は全部、その他、店舗に関する任意の情報を含んでいればよい。

【0055】

通信システム１は、決済システムとして用いられてもよい。この場合に、店舗端末２０は決済端末としての各種処理を実行する。例えば商品購入の際には、利用者の操作に応答して、ユーザ端末１０が音声信号を用いた通信により、利用者ＩＤ（Identifier）を店舗端末２０に送信する。店舗端末２０は、ユーザ端末１０から受信した利用者ＩＤと、商品購入時の手続きで取得された決済金額とを使用して決済処理を行う。決済処理では、例えば店舗端末２０が、電気通信ネットワークを介して接続された決済サーバに利用者ＩＤと決済金額を送信し、決済サーバから認証結果と決済結果を受信する。決済処理を実行した後には、店舗端末２０が、音声信号を用いた通信により、認証結果と決済結果をユーザ端末１０に送信する。認証結果と決済結果を受信したユーザ端末１０は、画面の表示、音声の出力などにより、決済が完了したこと、あるいは、エラーが発生したことなどを、利用者に報知する。

【0056】

以上に説明したように、通信装置１００は、音声信号の周波数ホッピンによる複数の周波数チャネルを用いた通信において、複数の周波数チャネルに含まれる１の周波数チャネルを用いてシンボルを伝送する第１期間よりも短い間隔にて、複数の周波数チャネルに含まれる他の周波数チャネルを用いてシンボルを伝送する第２期間が開始され、第１期間の一部と第２期間の一部が、重なることで同一期間になる。これにより、音声信号を用いた場合の通信速度を高速化して、通信データ量の増大を図ることができる。

【0057】

図４に示されたホッピングパターン作成処理により作成されたホッピングパターンを用いて周波数ホッピングを行うことで、複数の周波数チャネルにおいて、同一の周波数チャネルによりシンボルを伝送する期間の間隔が特定時間以上となる。これによって、マルチパス環境による干渉の影響を軽減して、音声信号を用いた通信の品質を向上させ、通信速度の低下を防止することができる。

【0058】

図４に示されたホッピングパターン作成処理により作成されたホッピングパターンを用いて周波数ホッピングを行うことで、１回の周波数ホッピングにおける周波数の間隔が特定周波数以上となる。これによって、ドップラーシフトによる干渉の影響を軽減して、音声信号を用いた通信の品質を向上させ、通信速度の低下を防止することができる。

【0059】

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。

【0060】

信号や情報は、任意の技術を用いて表すことができ、例えば、データ、指示、命令、情報、信号、ビット、シンボル、チャネルは、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表されてもよい。音声信号を用いた通信に限定されず、電磁波信号を用いた無線通信を行う場合に、上記実施の形態で説明した通信装置１００や、これによる通信方法が適用されてもよい。

【0061】

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、音声信号を用いた通信が可能になればよい。

【0062】

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。

【0063】

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、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、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】

【0064】

１ 通信システム
１０ ユーザ端末
２０ 店舗端末
１００ 通信装置
１１０ 音声処理部
１１１ マイク
１１２ スピーカ
１２０ 記憶部
１２１ 送信プログラム
１２２ 受信プログラム
１３０ 制御部
１４０ 入出力部
１５０ 通信処理部
５００ 送信機
５０１ 一次変調部
５０２ シリアルパラレル変換部
５０３ ホッピングパターン生成部
５０４ ホッピング周波数生成部
５０５ 周波数変換部
５０６ ウィンドウ処理部
５０７ パラレルシリアル変換部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】