JP2012060463A - 信号伝送装置、電子機器、基準信号出力装置、通信装置、基準信号受信装置、及び、信号伝送方法 - Google Patents

信号伝送装置、電子機器、基準信号出力装置、通信装置、基準信号受信装置、及び、信号伝送方法 Download PDF

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    • H04B1/707Spread spectrum techniques using direct sequence modulation
    • H04B1/7073Synchronisation aspects

Abstract

【課題】符号分割多重方式を適用した無線通信を行なうに当たり、拡散符号列のタイミング同期を簡易に実現する。
【解決手段】基準信号送信装置5は、基準信号J1を生成して出力する。クロック生成部7002は、シンボル周期信号Sig1と拡散符号レート信号Sig2を基準信号J1と同期して生成する。符号拡散処理部8200は、シンボル周期信号Sig1と拡散符号レート信号Sig2に基づいて符号拡散処理を行ない変調機能部8300に渡す。クロック生成部7004は、シンボル周期信号Sig1と拡散符号レート信号Sig2を基準信号J1と同期して生成する。復調機能部8400は受信信号を復調して符号逆拡散処理部8500に渡す。符号逆拡散処理部8500は、復調信号に対して、シンボル周期信号Sig1と拡散符号レート信号Sig2に基づいて符号逆拡散処理を行なう。
【選択図】図4

Description

本発明は、信号伝送装置、電子機器、基準信号出力装置、通信装置、基準信号受信装置、及び、信号伝送方法に関する。より詳細には、スペクトラム拡散方式を適用して、複数の通信装置間で無線通信を行なう手法に関する。
スペクトラム拡散方式を適用したデータ伝送方式がある。そして複数のデータ列を多重して伝送する一例として、互いに直交する符号列を各データ列に乗じて加算(多重)し伝送する符号分割多重方式が知られており、単一の搬送波に複数のデータ列を多重できるという特徴がある(例えば、特許第3377451号公報参照)。
特許第3377451号公報
符号分割多重方式では、先ず、送信装置によって、互いに直交する拡散符号列が複数のデータ列に乗じられ送出される。受信装置においては、拡散符号列を既知とし、受信信号中の拡散符号列のタイミングが検出され、そのタイミングに合わせて受信信号に既知の拡散符号列を乗じ、データシンボル区間で積分することで、逆拡散が行なわれる。このため、スペクトラム拡散方式では、拡散符号列のタイミング同期機構が必要になる。
拡散符号列のタイミング同期のために、例えば、マッチドフィルタ(整合フィルタ)が使用される。ところが、これらは、回路規模や消費電力が大きくなる難点がある。
本発明は、スペクトラム拡散方式を適用した無線通信を行なうに当たり、拡散符号列のタイミング同期を簡易な構成でとれる手法を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様に係る信号伝送装置は、基準信号を出力する基準信号出力部、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号を基準信号と同期して生成するクロック生成部、及び、クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて信号処理を行なう信号処理部を備える。
本発明の第2の態様に係る信号伝送装置は、第1の態様をより具現化した一例であり、基準信号を出力する基準信号出力部、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理用の第1のクロック信号を基準信号と同期して生成する第1のクロック生成部、第1のクロック生成部で生成された第1のクロック信号に基づいて第1の信号処理を行なう第1の信号処理部、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用の第2のクロック信号を基準信号と同期して生成する第2のクロック生成部、及び、第2のクロック生成部で生成された第2のクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう第2の信号処理部を備える。
本発明の第3の態様に係る信号伝送装置は、第1の態様をより具現化した他の例であり、基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理を行なう第1の信号処理部、第1の信号処理部に入力される基準信号を出力する基準信号出力部、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用のクロック信号を基準信号と同期して生成するクロック生成部、及び、クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう第2の信号処理部を備える。
本発明の第4の態様に係る電子機器は、基準信号を出力する基準信号出力部、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理用の第1のクロック信号を基準信号と同期して生成する第1のクロック生成部、第1のクロック生成部で生成された第1のクロック信号に基づいて第1の信号処理を行なう第1の信号処理部、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用の第2のクロック信号を基準信号と同期して生成する第2のクロック生成部、第2のクロック生成部で生成された第2のクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう第2の信号処理部、及び、第1の信号処理部と第2の信号処理部との間で無線伝送を可能にする無線信号伝送路が1つの筐体内に収容されている。
本発明の第5の態様に係る電子機器は、基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理用の第1のクロック信号を基準信号と同期して生成する第1のクロック生成部、及び、第1のクロック生成部で生成された第1のクロック信号に基づいて第1の信号処理を行なう第1の信号処理部、が1つの筐体内に収容されている第1の電子機器と、基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用の第2のクロック信号を基準信号と同期して生成する第2のクロック生成部、及び、第2のクロック生成部で生成された第2のクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう第2の信号処理部、が1つの筐体内に収容されている第2の電子機器とを備え、第1の電子機器と第2の電子機器が定められた位置に配置されたとき、第1の信号処理部と第2の信号処理部との間に無線伝送を可能にする無線信号伝送路が形成される。
本発明の第6の態様に係る電子機器は、基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理を行なう第1の信号処理部、第1の信号処理部に入力される基準信号を出力する基準信号出力部、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用のクロック信号を基準信号と同期して生成するクロック生成部、クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう第2の信号処理部、及び、第1の信号処理部と第2の信号処理部との間で無線伝送を可能にする無線信号伝送路が1つの筐体内に収容されている。
本発明の第7の態様に係る電子機器は、基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理を行なう第1の信号処理部が1つの筐体内に収容されている第1の電子機器と、基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用のクロック信号を基準信号と同期して生成するクロック生成部、及び、クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう第2の信号処理部が1つの筐体内に収容されている第2の電子機器とを備え、第1の電子機器と第2の電子機器が定められた位置に配置されたとき、第1の信号処理部と第2の信号処理部との間に無線伝送を可能にする無線信号伝送路が形成される。
本発明の第8の態様に係る基準信号出力装置は、スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号の生成に資する基準信号を生成して通信装置に出力する基準信号出力部を備える。
本発明の第9の態様に係る通信装置は、基準信号を出力する基準信号出力部と、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号を基準信号と同期して生成するクロック生成部と、クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて信号処理を行なう信号処理部とを備える。
本発明の第10の態様に係る基準信号受信装置は、スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号の生成に資する基準信号を受け取り、基準信号と同期したクロック信号を生成するクロック生成部を備える。
本発明の第11の態様に係る通信装置は、スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号の生成に資する基準信号を受け取り、基準信号と同期したクロック信号を生成するクロック生成部と、クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて信号処理を行なう信号処理部とを備える。
本発明の第12の態様に係る信号伝送方法は、スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号の生成に資する基準信号を受け取り、受け取った基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号を生成し、生成したクロック信号に基づいて、伝送対象信号をスペクトラム拡散方式で無線伝送する。
要するに、本発明にあっては、スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号の生成に資する基準信号を受け取り、受け取った基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理(データの拡散や受信信号の逆拡散)用のクロック信号を生成し、生成したクロック信号に基づいて伝送対象信号をスペクトラム拡散方式で無線伝送する。
例えば、基準信号出力部は、拡散符号列に同期した基準信号を、伝送対象信号に対してスペクトラム拡散方式を適用した無線信号とは別に出力する。クロック信号生成部は、基準信号出力部から受け取った基準信号に同期して、拡散符号列等の生成に必要となるクロック信号を生成する。
信号処理部は、スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理を行なう際に、基準信号出力部から出力された基準信号と同期するクロック信号に基づいて動作するので、マッチドフィルタを使用せずに、拡散符号列の同期をとることができる。
本発明によれば、スペクトラム拡散方式を適用した無線通信を行なうに当たり、拡散符号列のタイミング同期を簡易な構成で実現でき回路規模や消費電力の増大を抑えることができる。
図1は、実施例1の通信装置を説明する図である。 図2は、基準信号伝送装置の基本構成を説明する図である。 図3は、信号伝送装置の基本構成を説明する図である。 図4は、実施例1の通信装置における全体動作を説明する図(第1例)である。 図5は、実施例1の通信装置における全体動作を説明する図(第2例)である。 図6(A)及び図6(B)は、拡散符号列発生部を説明する図である。 図7は、実施例1の全体動作を説明するタイミングチャートである。 図8は、実施例2の通信装置を説明する図である。 図9は、実施例3の通信装置を説明する図である。 図10は、本実施形態に対する比較例の信号伝送装置を説明する図である。 図11は、マッチドフィルタの構成例を示す図である。 図12は、逆拡散処理部の構成例を示す図である。 図13は、拡散と逆拡散を説明する図である。 図14は、マッチドフィルタによる受信タイミング検出を説明する図である。 図15(A)及び図15(B)は、電子機器の第1例を説明する図である。 図16(A)、図16(B)、及び、図16(C)は、電子機器の第2例を説明する図である。 図17(A)、図17(B)、及び、図17(C)は、電子機器の第3例を説明する図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。各機能要素について形態別に区別する際には、A,B,C,…等のように大文字のアルファベットの参照子を付して記載し、特に区別しないで説明する際にはこの参照子を割愛して記載する。図面においても同様である。
説明は以下の順序で行なう。
1.全体概要
2.通信装置:実施例1
3.基準信号伝送装置
4.信号伝送装置:送信機能部、受信機能部
5.通信装置の動作
6.通信装置:実施例2
7.通信装置:実施例3
8.比較例との対比
9.電子機器への適用事例:実施例4
<全体概要>
以下において、基準信号伝送装置を含まない信号伝送装置(無線伝送装置)は狭義の信号伝送装置であり、狭義の信号伝送装置と基準信号伝送装置を含む通信装置は広義の信号伝送装置である。また、各部がひとつの筐体内に収容された状態の装置構成で電子機器とすることもできる。各装置は、装置単体の場合もあれば、複数の装置の組合せの場合もある。
例えば、本発明の第1の態様や第12の態様と対応する本実施形態の第1の構成においては、基準信号出力部、クロック生成部、及び、信号処理部を備えて信号伝送装置を構成する。基準信号出力部は、基準信号を出力する。クロック生成部は、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号を基準信号と同期して生成する。信号処理部は、クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて信号処理を行なう。
そして、本実施形態の信号伝送方法においては、スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号の生成に資する基準信号を受け取り、受け取った基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号を生成し、生成したクロック信号に基づいて、伝送対象信号をスペクトラム拡散方式で無線伝送する。
本発明の第2の態様と対応する本実施形態の第2の構成においては、基準信号出力部、第1のクロック生成部、第1の信号処理部、第2のクロック生成部、及び、第2の信号処理部を備えて信号伝送装置を構成する。基準信号出力部は、基準信号を出力する。第1のクロック生成部は、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理用の第1のクロック信号を基準信号と同期して生成する。第1の信号処理部は、第1のクロック生成部で生成された第1のクロック信号に基づいて第1の信号処理を行なう。第2のクロック生成部は、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用の第2のクロック信号を基準信号と同期して生成する。第2の信号処理部は、第2のクロック生成部で生成された第2のクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう。
この場合、第1の信号処理部は、第1のクロック生成部で生成された第1のクロック信号に同期して第1の拡散符号列を生成する第1の拡散符号列発生部、及び、第1の拡散符号列発生部で生成された第1の拡散符号列に基づいて伝送対象データの拡散処理を第1の信号処理として行なう拡散処理部を有するものとするとよい。又、第2の信号処理部は、第2のクロック生成部で生成された第2のクロック信号に同期して第2の拡散符号列を生成する第2の拡散符号列発生部、及び、第2の拡散符号列発生部で生成された第2の拡散符号列に基づいて受信データの逆拡散処理を第2の信号処理として行なう逆拡散処理部を有するものとするとよい。
本発明の第3の態様と対応する本実施形態の第3の構成においては、第1の信号処理部、基準信号出力部、クロック生成部、及び、第2の信号処理部を備えて信号伝送装置を構成する。第1の信号処理部は、基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理を行なう。基準信号出力部は、第1の信号処理部に入力される基準信号を出力する。クロック生成部は、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用のクロック信号を基準信号と同期して生成する。第2の信号処理部は、クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう。
この場合、第1の信号処理部は、基準信号に同期して第1の拡散符号列を生成する第1の拡散符号列発生部、及び、第1の拡散符号列発生部で生成された第1の拡散符号列に基づいて伝送対象データの拡散処理を第1の信号処理として行なう拡散処理部を有するものとするとよい。又、第2の信号処理部は、クロック生成部で生成されたクロック信号に同期して第2の拡散符号列を生成する第2の拡散符号列発生部、及び、第2の拡散符号列発生部で生成された第2の拡散符号列に基づいて受信データの逆拡散処理を第2の信号処理として行なう逆拡散処理部を有するものとするとよい。
本実施形態の第1〜第3の何れの構成においても、好ましくは、第1のクロック生成部、第2のクロック生成部、あるいは、クロック生成部は、通信環境特性に基づいて規定される補正量に従って位相補正を行なうとよい。
本実施形態の第1〜第3の何れの構成においても、好ましくは、第1のクロック生成部、第2のクロック生成部、あるいは、クロック生成部は、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいて、シンボル周期のクロック信号を生成するとよい。因みに、この場合、基準信号に基づいてシンボル周期のクロック信号を生成すればよく、シンボル周期と基準信号の周波数が異なっていてもよいのであるが、好ましくは、基準信号出力部は、基準信号の周波数を、シンボル周期の周波数と同じにするとよい。
本実施形態の第1〜第3の何れの構成においても、好ましくは、第1の搬送信号を生成する第1の搬送信号生成部を具備し、第1の信号処理部から出力された信号を第1の搬送信号生成部により生成された第1の搬送信号で変調する変調部と、第2の搬送信号を生成する第2の搬送信号生成部を具備し、変調部から出力された信号を第2の搬送信号生成部により生成された第2の搬送信号で復調する復調部とを備え、第1の搬送信号生成部と第2の搬送信号生成部の少なくとも一方は、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいて搬送信号を基準信号と同期して生成するものとするとよい。この場合、好ましくは、第1の搬送信号生成部と第2の搬送信号生成部の少なくとも一方は、注入同期方式により、搬送信号を基準信号と同期して生成するとよい。
本発明の第4の態様と対応する本実施形態の第4の構成においては、基準信号出力部、第1のクロック生成部、第1の信号処理部、第2のクロック生成部、第2の信号処理部、及び、第1の信号処理部と第2の信号処理部との間で無線伝送を可能にする無線信号伝送路を1つの筐体内に収容して電子機器を構成する。基準信号出力部は、基準信号を出力する。第1のクロック生成部は、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理用の第1のクロック信号を基準信号と同期して生成する。第1の信号処理部は、第1のクロック生成部で生成された第1のクロック信号に基づいて第1の信号処理を行なう。第2のクロック生成部は、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用の第2のクロック信号を基準信号と同期して生成する。第2の信号処理部は、第2のクロック生成部で生成された第2のクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう。
本発明の第5の態様と対応する本実施形態の第5の構成においては、第1の電子機器と第2の電子機器とを備えて電子機器の全体を構成する。そして、第1の電子機器と第2の電子機器が定められた位置に配置されたとき、第1の信号処理部と第2の信号処理部との間に無線伝送を可能にする無線信号伝送路が形成されるようにする。第1の電子機器は、基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理用の第1のクロック信号を基準信号と同期して生成する第1のクロック生成部、及び、第1のクロック生成部で生成された第1のクロック信号に基づいて第1の信号処理を行なう第1の信号処理部が1つの筐体内に収容されているものとする。第2の電子機器は、基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用の第2のクロック信号を基準信号と同期して生成する第2のクロック生成部、及び、第2のクロック生成部で生成された第2のクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう第2の信号処理部、が1つの筐体内に収容されているものとする。この場合、基準信号を出力する基準信号出力部(あるいは基準信号出力部を備えた基準信号出力装置)は、第1の電子機器や第2の電子機器の外部に備えられていてもよいが、好ましくは、基準信号出力部(あるいは基準信号出力部を備えた基準信号出力装置)が、第1の電子機器及び第2の電子機器の何れか一方の筐体内に収容されているとよい。
本発明の第6の態様と対応する本実施形態の第6の構成においては、第1の信号処理部、基準信号出力部、クロック生成部、第2の信号処理部、及び、第1の信号処理部と第2の信号処理部との間で無線伝送を可能にする無線信号伝送路を1つの筐体内に収容して電子機器を構成する。第1の信号処理部は、基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理を行なう。基準信号出力部は、第1の信号処理部に入力される基準信号を出力する。クロック生成部は、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用のクロック信号を基準信号と同期して生成する。第2の信号処理部は、クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう。
本発明の第7の態様と対応する本実施形態の第7の構成においては、第1の電子機器と第2の電子機器とを備えて電子機器の全体を構成する。そして、第1の電子機器と第2の電子機器が定められた位置に配置されたとき、第1の信号処理部と第2の信号処理部との間に無線伝送を可能にする無線信号伝送路が形成されるようにする。第1の電子機器は、基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理を行なう第1の信号処理部が1つの筐体内に収容されているものとする。第2の電子機器は、基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用のクロック信号を基準信号と同期して生成するクロック生成部、及び、クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう第2の信号処理部が1つの筐体内に収容されているものとする。この場合、基準信号を出力する基準信号出力部(あるいは基準信号出力部を備えた基準信号出力装置)は、第1の電子機器や第2の電子機器の外部に備えられていてもよいが、好ましくは、基準信号出力部(あるいは基準信号出力部を備えた基準信号出力装置)が、第1の電子機器及び第2の電子機器の何れか一方の筐体内に収容されているとよい。
本発明の第8の態様と対応する本実施形態の第8の構成においては、スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号の生成に資する基準信号を生成して通信装置に出力する基準信号出力部を備えて基準信号出力装置を構成する。本発明の第9の態様と対応する本実施形態の第9の構成においては、基準信号を出力する基準信号出力部と、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号を基準信号と同期して生成するクロック生成部と、クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて信号処理を行なう信号処理部とを備えて通信装置を構成する。要するに、基準信号出力装置は通信装置と一体のものとすることができる。すなわち、基準信号を出力する基準信号出力部と、クロック生成部と、信号処理部と、を備えた通信装置にすることができる。この場合、クロック生成部は、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号を基準信号と同期して生成する。信号処理部は、クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理を行なう。
本発明の第10の態様と対応する本実施形態の第10の構成においては、スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号の生成に資する基準信号を受け取り、基準信号と同期したクロック信号を生成するクロック生成部を備えて基準信号受信装置を構成する。本発明の第10の態様と対応する本実施形態の第10の構成においては、スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号の生成に資する基準信号を受け取り、基準信号と同期したクロック信号を生成するクロック生成部と、クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて信号処理を行なう信号処理部とを備えて通信装置を構成する。要するに、基準信号受信装置は通信装置と一体のものとすることができる。すなわち、クロック生成部と、信号処理部と、を備えた通信装置にすることができる。この場合、クロック生成部は、スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号の生成に資する基準信号を受け取り、基準信号と同期したクロック信号を生成する。信号処理部は、クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理を行なう。
図1は、実施例1の通信装置を説明する図である。実施例1は、基準信号伝送装置3Aを信号伝送装置1Aに適用して通信装置8Aを構成した事例である。
実施例1の通信装置8Aは、伝送対象信号を無線で伝送する複数の通信装置2を備えた信号伝送装置1Aと、基準信号伝送装置3Aを備えている。送信側の通信装置2を送信器(送信機)と称し、受信側の通信装置2を受信器(受信機)と称し、送信器と受信器を纏めて送受信器とも称する。
信号伝送装置1では、スペクトラム拡散方式を採用した通信を行なう。搬送周波数はミリ波帯を使用するものとする。ミリ波帯に代えて、さらに波長の短い(0.1〜1mm)サブミリ波帯を使用してもよい。符号多重方式の参考資料としては、下記の参考文献1を参照するとよい。
参考文献1:Proakis 、“Digital Communications”、特に13章(Spread Spectrum Signals for Digital Communication )、McGrawHill社
通信装置2は、通信チップ8000を有する。通信チップ8000は、後述の送信チップ8001(TX)と受信チップ8002(RX)の何れか一方又は両方でもよいし、送信チップ8001と受信チップ8002の双方の機能を1チップ内に具備し双方向通信に対応したものでもよい。好ましい態様は、図示のように通信装置2に通信チップ8000と基準信号受信装置7が組み込まれた場合であるが、これには限定されない。また、図の例は、通信チップ8000と基準信号受信装置7を各別の機能部として示しているが、通信チップ8000が基準信号受信装置7の機能部の全てもしくは一部を包含する構成にしてもよい。
実施例1の基準信号伝送装置3Aは、通信装置2が使用する基準信号(本例では拡散符号列等のタイミング信号の基準となる信号)を無線で送信する基準信号送信装置5(基準信号出力装置の一例)と、通信装置2ごとに設けられた基準信号受信装置7を備えている。
図の例は、5台の通信装置2_1〜2_5と、1台の基準信号送信装置5(通信装置2_1に収容)と、4台の基準信号受信装置7_2〜7_5(通信装置2_2〜通信装置2_5に収容)が1つの電子機器の筐体内に収容された例で示しているが、通信装置2および基準信号受信装置7の設置台数は4や5に限らないし、これらが1つの電子機器の筐体内に収容されたものであることも必須でない。
拡散符号列(拡散符号周期信号)は、伝送対象信号のデータシンボル周期長に当たるTsym の周期を持つ基準クロックであり、シンボル周期信号Sig1とも記す。拡散符号列の拡散符号レートをTチップ/秒(chip/s)とし、シンボル周期信号Sig1に対する拡散率をSFとする。スペクトラム拡散方式を採用した通信を行なうに当たり、基準信号送信装置5は、シンボル周期信号Sig1と同じ周波数の基準信号(以下基準クロックとも称する)を送信する。
このとき、図の例は、通信装置2間の伝送対象信号と各通信装置2と基準信号送信装置5間の基準信号の無線周波数が異なるので通信装置2は伝送対象信号の無線信号と基準信号の無線信号のそれぞれに各別のアンテナ(アンテナ5400、アンテナ7100、アンテナ8080)を使用するようにしているがこのことは必須でない。例えば、各通信装置2と基準信号送信装置5と基準信号受信装置7が同期した信号を送受信することに着目して1つのアンテナを共用する形態にしてもよい。
信号伝送装置1では、先ず、基準信号送信装置5は、基準クロック(基準信号)を無線送出し、この基準クロックを通信装置2(送信器及び受信器)で受信する。つまり、基準クロック(シンボル周期信号Sig1)に同期する別の基準クロックを基準信号送信装置5で生成し、伝送信号とは別に各通信装置2と対応して設けられている基準信号受信装置7に送信する。
通信装置2ごとに設けられている基準信号受信装置7は、受信したシンボル周期Tsym の基準クロックに同期したシンボル周期信号Sig1や拡散符号レートTチップ/秒のクロックを生成する。そして、通信装置2では、基準信号送信装置5(クロック送出器)から送出される基準クロックに同期して拡散符号列を生成し、この拡散符号列に基づいて、拡散処理や逆拡散処理を行なう。
スペクトラム拡散方式を適用した通信では、送信側と受信側の符号タイミングの同期をとることが必要となる。スペクトラム拡散方式を採用して無線通信を行なうに当たり、その通信環境がある程度固定された形態(例えば機器内通信や比較的近距離の機器間通信)では、通常の野外における通信とは異なる事象を考慮することが好ましい。
例えば、いわゆるセルラ等の野外通信とは異なり、1)伝搬路の状況が変化しない、2)受信電力変動やタイミング変動が実質的にない(皆無あるいは極めて少ない)、3)伝搬距離が短い、4)マルチパスの遅延スプレッドが小さい、5)拡散符号に擬似ランダム系列を用いる必要性が低い、等の特徴がある。1)〜5)を纏めて、「機器内又は機器間の無線伝送」の特徴と記す。「機器内又は機器間の無線伝送」では通常のスペクトラム拡散通信のように、常に伝搬路の状況を調べる必要はない。
そのため、基準クロックを基準信号送信装置5から各基準信号受信装置7に送信し、各基準信号受信装置7で基準クロックを受信し、各通信装置2では、基準信号受信装置7が受信した基準クロックに基づき符号分割多重処理用のタイミング信号を生成することができる。そして、通信装置2では、予め調べておいた伝搬遅延やその他の通信環境特性に基づいてタイミング補正を行なうことで、前述の符号タイミング同期をとれる。マッチドフィルタ等の複雑な手法を使用せずに済むので、通信装置2の回路規模や消費電力を削減できる。
さらに、「機器内又は機器間の無線伝送」では静的な環境での無線信号伝送と見なしてよく、通信環境特性は概ね不変であると見なしてよい。このことは、「通信環境が不変(固定)であるからパラメータ設定も不変(固定)でよい」ことを意味する。よって、例えば、製品出荷時に通信環境特性を示すパラメータを決定し、そのパラメータをメモリ等の記憶装置に保存しておき、動作時はこのパラメータを元に位相補正を実行すればよい。本例の場合、位相補正機構を搭載することにはなるが、通信環境特性を常に監視してその結果に基づいて位相補正する機構は不要であるから、回路規模を小さくでき、また、消費電力を小さくできる。
<基準信号伝送装置>
図2は、基準信号伝送装置3の基本構成を説明する図である。基準信号送信装置5(CW−TX)は、源基準信号出力部5100、基準信号生成部5200(基準信号出力部の一例)、増幅部5300、アンテナ5400を備えている。
源基準信号出力部5100は、装置全体の基準となるタイミング信号(源基準信号J0と称する)を生成する。一例として、源基準信号出力部5100においては、水晶発振器(XTAL)等で周波数fckの源基準信号J0が発生させられる。
基準信号生成部5200は、源基準信号J0の周波数をシンボル周期Tsym の周波数に逓倍することで送信用の基準タイミング信号(高周波基準信号)を生成する、すなわち、源基準信号J0をより周波数の高い基準信号J1に変換する。基準信号J1は高周波基準信号の一例であり、基準信号生成部5200は、源基準信号出力部5100で生成された源基準信号J0に基づいてより高い周波数の高周波基準信号(基準信号J1)を生成する高周波基準信号出力部の一例である。基準信号生成部5200は、源基準信号J0と同期したより高い周波数の高周波基準信号(基準信号J1)を生成できるものであればよく、種々の回路構成を採り得るが、例えばPLL(Phase-Locked Loop :位相同期ループ)やDLL(Delay-Locked Loop :遅延同期ループ)等で構成するのが好適である。基準信号生成部5200は、源基準信号J0で搬送信号を変調することで、いわゆる無変調キャリアとして基準信号J1を生成するようにしてもよい。
増幅部5300は、周波数変換後の(周期Tsym の周波数の)基準信号J1を増幅してアンテナ5400と接続された伝送路結合部5310(例えばマイクロストリップライン)に供給する。
基準信号受信装置7(CW−RX)は、アンテナ7100、増幅部7200、基準信号再生部7400、逓倍基準信号生成部7500を備えている。アンテナ7100で受信された基準信号J1は、伝送路結合部7210(例えばマイクロストリップライン)を介して増幅部7200に供給される。増幅部7200は、基準信号J1を増幅して基準信号再生部7400に供給する。
基準信号再生部7400は、周波数及び位相が送信側の基準信号J1と完全に同一の、つまり、周波数同期及び位相同期した基準信号CLK1を抽出し逓倍基準信号生成部7500に供給する。
逓倍基準信号生成部7500は、基準信号再生部7400により再生された基準信号CLK1の周波数をSF倍に逓倍して、符号拡散処理や符号逆拡散処理の基準となる拡散符号レートTチップ/秒の逓倍基準信号CLK2を生成する。逓倍基準信号CLK2は高周波基準信号の一例であり、逓倍基準信号生成部7500は、基準信号生成部5200で生成された高周波基準信号(基準信号J1)に基づいてより高い周波数の高周波基準信号を生成する高周波基準信号出力部の一例である。
このような構成の基準信号受信装置7は、基準信号J1をアンテナ7100で受信し、基準信号再生部7400で再生された基準信号CLK1をさらに逓倍基準信号生成部7500で逓倍することで逓倍基準信号CLK2を再生する基準信号受信器を構成する。基準信号CLK1と逓倍基準信号CLK2を纏めて基準信号REFCLKと記す。このような基準信号送信装置5と基準信号受信装置7で構成された基準信号伝送装置3は、周波数同期のとれた基準信号を無線で伝送できるような装置となる。
基準信号J1を無線で各所に伝送するようにしているので、電気配線が不要であり、信号歪みや不要輻射の問題を解決しつつ、各箇所に基準信号J1を供給することができる。基準信号CLK1を元に、各所で必要な周波数の逓倍基準信号CLK2を用意できるので、基準信号として使える周波数を各通信装置2に対応したものとすることができる。
基準信号CLK1の周波数をSF倍に逓倍する機能部を基準信号受信装置7側に設けているが、基準信号受信装置7側には設けずに、同一の機能部を通信装置2側に設けてもよい。基準信号受信装置7に逓倍基準信号生成部7500を設けるとともに、別の逓倍数を実現する機能部を通信装置2側に設けてもよい。その場合、全体の逓倍数をSFにする。
<無線伝送装置>
図3は、信号伝送装置1Aの基本構成を説明する図である。基準信号REFCLKが必要な送信チップ8001(TX)と受信チップ8002(RX)、並びにその前後に備えられたデータインタフェース部8100とデータインタフェース部8600で信号伝送装置1A(通信装置)の基本が構成されている。送信チップ8001には、符号拡散処理部8200(第1の信号処理部の一例)と変調機能部8300が設けられている。受信チップ8002には、復調機能部8400と符号逆拡散処理部8500(第2の信号処理部の一例)が設けられている。符号拡散処理部8200と符号逆拡散処理部8500のそれぞれには、図示しないクロック生成部から、シンボル周期信号Sig1と拡散符号レート信号Sig2が基準信号REFCLKとして供給されるようになっている。ここで、本構成では、後述のように、クロック生成部として基準信号受信装置7を利用する。
[データインタフェース部:送信側]
送信側のデータインタフェース部8100は、第1のデータ列x1と第2のデータ列x2の供給を受け、それぞれを送信チップ8001(特に符号拡散処理部8200)に渡す。例えば、1.25ギガビット/秒(Gbps)のデータがデータインタフェース部8100を介して符号拡散処理部8200に供給される。変形例として例えば、第2のデータ列x2に代えて基準クロックの供給を受けて、それを送信チップ8001に供給してもよい(後述する実施例2を参照)。
[符号拡散処理部]
送信側の符号拡散処理部8200は、図示しない基準信号受信装置7から供給されるシンボル周期信号Sig1と拡散符号レート信号Sig2を使用し、互いに直交する2つの拡散符号列を、2つのデータ列x1及びデータ列x2に乗じて、それらを加算して変調機能部8300に渡す。
[変調機能部]
伝送対象の信号(ベースバンド信号:例えば12ビットの画像信号)は図示しない信号生成部により、高速なシリアル・データ系列に変換され変調機能部8300に供給される。変調機能部8300は、逓倍基準信号CLK2(低周波基準信号)に基づいて信号処理を行なう信号処理部の一例であり、パラレルシリアル変換部からの信号を変調信号として、予め定められた変調方式に従ってミリ波帯の信号に変調する。
変調機能部8300としては、変調方式に応じて様々な回路構成を採り得るが、例えば、2入力型の周波数混合部8302(周波数変換部、ミキサー回路、乗算器等とも称する)と送信側局部発振部8304(第1の搬送信号生成部)を備えた構成を採用すればよい。周波数混合部8302は、符号拡散処理部8200から出力された信号を送信側局部発振部8304で生成された搬送信号Lo_TX で変調する。
送信側局部発振部8304は、変調に用いる搬送信号Lo_TX (変調搬送信号)を生成する。送信側局部発振部8304は、基準信号再生部7400により生成された逓倍基準信号CLK2と同期したより高い周波数の搬送信号(第2の高周波基準信号の一例)を生成する第2の高周波基準信号出力部の一例である。送信側局部発振部8304は、逓倍基準信号CLK2_TX に基づいて搬送信号Lo_TX を生成するものであればよく、種々の回路構成を採り得るが、例えば、PLLやDLL等で構成するのが好適である。
周波数混合部8302は、パラレルシリアル変換部からの信号で送信側局部発振部8304が発生するミリ波帯の搬送信号Lo_TX と乗算(変調)してミリ波帯の伝送信号(被変調信号)を生成し増幅部8360に供給する。伝送信号は増幅部8360で増幅され送信アンテナ8380からミリ波帯の無線信号Smとして放射される。
[復調機能部]
復調機能部8400は、送信側の変調方式に応じた範囲で様々な回路構成を採用し得るが、少なくとも、変調機能部8300の変調方式と対応するものが採用される。復調機能部8400は、逓倍基準信号CLK2(低周波基準信号)に基づいて信号処理を行なう信号処理部の一例である。復調機能部8400は、例えば2入力型の周波数混合部8402(周波数変換部、ミキサー回路、乗算器等とも称する)と受信側局部発振部8404(第2の搬送信号生成部)とを備え、アンテナ8236で受信された受信信号からいわゆる同期検波方式により信号復調を行なう。
周波数混合部8402は、増幅部8460から出力された信号を受信側局部発振部8404で生成された搬送信号Lo_RX で復調する。図示しないが、周波数混合部8402の後段に例えば低域通過フィルタ(LPF)を設け乗算出力に含まれる高調波成分を除去するとよい。同期検波方式では、搬送波を周波数混合部8402とは別の受信側局部発振部8404で再生し、再生搬送波を利用して復調を行なう。同期検波を使用した通信では、送受信の搬送信号は、周波数同期及び位相同期がとれていることが必要である。
受信側局部発振部8404は、基準信号再生部7400により生成された逓倍基準信号CLK2と同期したより高い周波数の搬送信号(第2の高周波基準信号の一例)を生成する第2の高周波基準信号出力部の一例である。受信側局部発振部8404は、逓倍基準信号CLK2_RX に基づいて搬送信号を生成するものであればよく、種々の回路構成を採り得るが、例えば、PLLやDLL等で構成するのが好適である。
[符号逆拡散処理部]
受信側の符号逆拡散処理部8500は、図示しない基準信号受信装置7から供給されるシンボル周期信号Sig1と拡散符号レート信号Sig2を使用し、拡散符号列を既知としていて、復調機能部8400で復調された受信信号(ベースバンド信号)中の拡散符号列のタイミングを検出し、受信信号に拡散符号列を乗じ積分することで逆拡散を行ないデータインタフェース部8600に渡す。このため、スペクトラム拡散方式では、符号の同期機構が必要である。
[データインタフェース部:受信側]
受信側のデータインタフェース部8600は、受信チップ8002(符号逆拡散処理部8500)から第1のデータ列D1と第2のデータ列D2の供給を受け、それぞれを後段回路に渡す。例えば、符号拡散処理部8500から供給される1.25ギガビット/秒(Gbps)のデータがデータインタフェース部8600を介して後段に渡される。
<通信装置の動作>
図4及び図5は、実施例1の通信装置8Aにおける全体動作を説明する図である。ここで、図4に示す第1例は、送信側及び受信側の何れもが基準信号受信装置7を利用したクロック生成部を通信チップ8000に備えた態様であり、図5に示す第2例は、送信側及び受信側の何れもが基準信号受信装置7を利用したクロック生成部を通信チップ8000とは別に備えた態様である。図示しないが、送信側と受信側の一方が基準信号受信装置7を利用したクロック生成部を通信チップ8000に備えた態様とし、送信側と受信側の他方が基準信号受信装置7を利用したクロック生成部を通信チップ8000とは別に備えた態様としてもよい。変調方式としてはBPSKを採用するものとする。クロック生成部を通信チップに内蔵するか否かの違いだけであるので、以下では、クロック生成部を通信チップ8000に内蔵した第1例で説明する。
なお、機器内(筐体内)の信号伝送への適用とする場合には、送信チップ8001、受信チップ8002等の各部(好ましくは基準信号送信装置5も)を同一の筐体内に収容する。そして、筐体内において、第1の信号処理部の一例である符号拡散処理部8200と第2の信号処理部の一例である符号逆拡散処理部8500との間で、無線による伝送を可能にする無線信号伝送路を形成する。
また、機器間の信号伝送への適用とする場合には、送信チップ8001を第1の電子機器の筐体内に収容し、受信チップ8002を第2の電子機器の筐体内に収容する。好ましくは、基準信号送信装置5を第1の電子機器と第2の電子機器の何れかの筐体内に収容する。そして、第1の電子機器と第2の電子機器が定められた位置に配置されたとき、第1の信号処理部の一例である符号拡散処理部8200と第2の信号処理部の一例である符号逆拡散処理部8500との間で、無線による伝送を可能にする無線信号伝送路を形成する。
[無線信号伝送路]
無線信号伝送路は、送受信間でこの無線信号伝送路を介して無線信号(例えばミリ波信号で代表的に記す)の伝送が可能となるようにするものであればよい。例えばアンテナ構造(アンテナ結合部)を備えるものとしてもよいし、アンテナ構造を具備せずに結合をとるものであってもよい。このような「無線信号伝送路」は、空気(いわゆる自由空間)であってもよいが、好ましくは、ミリ波信号を伝送路中に閉じ込めつつミリ波信号を伝送させる構造(ミリ波閉込め構造と称する)を持つものがよい。ミリ波閉込め構造を積極的に利用することで、例えば電気配線のようにミリ波信号伝送路の引回しを任意に確定することができる。ミリ波閉込め構造のものとしては、例えば、典型的にはいわゆる導波管が該当するが、これに限らない。例えば、ミリ波信号伝送可能な誘電体素材で構成されたもの(誘電体伝送路やミリ波誘電体内伝送路と称する)や、伝送路を構成し、かつ、ミリ波信号の外部放射を抑える遮蔽材が伝送路を囲むように設けられその遮蔽材の内部が中空の中空導波路がよい。誘電体素材や遮蔽材に柔軟性を持たせることでミリ波信号伝送路の引回しが可能となる。因みに、「無線信号伝送路」が空気(いわゆる自由空間)の場合、各信号結合部はアンテナ構造をとることになり、そのアンテナ構造によって近距離の空間中を信号伝送することになる。一方、「無線信号伝送路」を誘電体素材で構成されたものとする場合は、アンテナ構造をとることもできるが、そのことは必須でない。
[送信側]
送信チップ8001(送信側の通信装置2)において、符号拡散処理部8200は、データ列x1と対応して拡散符号列発生部8212と拡散処理部8214を有し、データ列x2と対応して拡散符号列発生部8222と拡散処理部8224を有し、さらに加算部8230を有する。さらに、送信チップ8001は、基準信号受信装置7を利用したクロック生成部7002(第1のクロック生成部の一例)を備えている。クロック生成部7002は、増幅部7202(増幅部7200と対応)と、シュミットトリガ7402(基準信号再生部7400と対応)と、クロック発生部7502(逓倍基準信号生成部7500と対応)を有する。
シュミットトリガ7402は、二値データとしての基準クロック(シンボル周期信号Sig1)を取得する二値化部の機能を備えている。具体的には、シュミットトリガ7402は、増幅部7202で増幅された基準信号CLK0(基準信号J1を元にしたもの)を波形整形して周期Tsym のシンボル周期信号Sig1を取得し、シンボル周期信号Sig1をデータインタフェース部8100、拡散符号列発生部8212、拡散符号列発生部8222に供給する。
クロック発生部7502は、シュミットトリガ7402から供給されるシンボル周期信号Sig1に同期する周期Tchipの基準クロック(拡散符号レート信号Sig2)を発生し、拡散符号レート信号Sig2を、拡散処理部8214と拡散処理部8224に供給する。シンボル周期信号Sig1と拡散符号レート信号Sig2の周波数関係は、Tsym =SF×Tchipである。クロック生成部7002側で生成されるシンボル周期信号Sig1と拡散符号レート信号Sig2は、スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理(符号拡散処理)用の第1の基準クロックの一例である。
データインタフェース部8100は、データ列x1とデータ列x2とを、シンボル周期信号Sig1に同期して、符号拡散処理部8200に出力する。
拡散符号列発生部8212は、クロック生成部7002から供給されるシンボル周期信号Sig1と拡散符号レート信号Sig2に基づいて、クロック周期と符号列周期が同じ拡散符号F1を拡散処理部8214に出力する。拡散処理部8214は、データインタフェース部8100を介してシンボル周期信号Sig1に同期して供給されるデータ列x1と拡散符号列発生部8212から供給される拡散符号F1を乗じることで符号拡散を行ない、処理済みデータを加算部8230に供給する。同様に、拡散符号列発生部8222は、クロック生成部7002から供給されるシンボル周期信号Sig1と拡散符号レート信号Sig2に基づいてクロック周期と符号列周期が同じ拡散符号F2を拡散処理部8224に出力する。拡散処理部8224は、データインタフェース部8100を介してシンボル周期信号Sig1に同期して供給されるデータ列x2と拡散符号列発生部8222から供給される拡散符号F2を乗じることで符号拡散を行ない、処理済みデータを加算部8230に供給する。
[受信側]
受信チップ8002(受信側の通信装置2)において、符号逆拡散処理部8500は、復調されるデータ列D1と対応して拡散符号列発生部8512と逆拡散処理部8514を有し、再生されるデータ列D2と対応して拡散符号列発生部8522と逆拡散処理部8524を有する。受信チップ8002は、基準信号受信装置7を利用したクロック生成部7004(第2のクロック生成部の一例)を備えている。クロック生成部7004は、増幅部7204(増幅部7200と対応)と、位相補正回路として機能する移相部7404(基準信号再生部7400と対応)と、クロック発生部7504(逓倍基準信号生成部7500と対応)を有する。
移相部7404は、二値データとしての基準クロック(シンボル周期信号Sig1)を取得する二値化部の機能と、取得したシンボル周期信号Sig1の位相を補正する位相補正部の機能を備えている。具体的には、移相部7404の二値化部は、増幅部7204で増幅された基準信号CLK0を波形整形し、周期Tsym のシンボル周期信号Sig1を取得し、シンボル周期信号Sig1を、拡散符号列発生部8512、拡散符号列発生部8522、データインタフェース部8600に供給する。このとき移相部7404の位相補正部は、基準信号送信装置5から送信器(特に送信チップ8001)や受信器(特に受信チップ8002)までの信号の伝搬遅延等の通信環境特性に基づいて補正量を予め定めておき、その予め定められた補正量に従って位相補正を行なう。
クロック発生部7504は、移相部7404から供給されるシンボル周期信号Sig1に同期する周期Tchipの基準クロック(拡散符号レート信号Sig2)を発生し、拡散符号レート信号Sig2を逆拡散処理部8514と逆拡散処理部8524に供給する。シンボル周期信号Sig1と拡散符号レート信号Sig2の周期関係はTsym =SF×Tchipである。クロック生成部7004側で生成されるシンボル周期信号Sig1と拡散符号レート信号Sig2は、スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第2の信号処理(符号逆拡散処理)用の第2の基準クロックの一例である。
拡散符号列発生部8512は、クロック生成部7004から供給されるシンボル周期信号Sig1と拡散符号レート信号Sig2とに基づいて、クロック周期と符号列周期が同じ拡散符号F3を逆拡散処理部8514に出力する。逆拡散処理部8514は、復調機能部8400で復調されたベースバンドと拡散符号列発生部8512から供給される拡散符号F3を乗じることで符号逆拡散を行ない、処理済みデータをデータインタフェース部8600に供給する。同様に、拡散符号列発生部8522は、クロック生成部7004から供給されるシンボル周期信号Sig1と拡散符号レート信号Sig2に基づいて、クロック周期と符号列周期が同じ拡散符号F4を逆拡散処理部8524に出力する。逆拡散処理部8524は、復調機能部8400で復調されたベースバンドと拡散符号列発生部8522から供給される拡散符号F4を乗じることで符号逆拡散を行ない、処理済みデータをデータインタフェース部8600に供給する。
データインタフェース部8600は、逆拡散処理部8514と逆拡散処理部8524から供給される逆拡散処理済みデータを、それぞれデータ列D1やデータ列D2として、シンボル周期信号Sig1に同期して出力する。
[拡散符号列発生部]
図6は、拡散符号列発生部8212、拡散符号列発生部8222、拡散符号列発生部8512、拡散符号列発生部8522(纏めて拡散符号列発生部8800と記す)を説明する図である。図6(A)は構成例を示し、図6(B)は、拡散符号列発生部8800の動作を説明するタイミングチャートである。
図6(A)に示すように、拡散符号列発生部8800は、拡散符号列a{a0,a1,a2,…aN-1}の各値aiを記憶した複数のレジスタ8802と、選択部8806(セレクタ)を有する。選択部8806の各入力端には、レジスタ8802から拡散符号列a{a0,a1,a2,…aN-1}の各値aiが入力される。図中のクロック発生部8804は、クロック発生部7502やクロック発生部7504と対応するものであり、例えば、基準クロック(ここではシンボル周期信号Sig1)を予め定められた値(ここではSF)で周波数逓倍する逓倍部を内蔵している。選択部8806は、シンボル周期信号Sig1が基準クロックとして第1の制御入力端に供給されるとともに、クロック発生部8804の出力信号である拡散符号レート信号Sig2が出力切替信号として第2の制御入力端に供給される。
図6(B)を参照し、拡散符号列発生部8800の動作を説明する。この例では、クロック発生部8804は、1.25ギガヘルツ(GHz)のシンボル周期信号Sig1を4逓倍し5ギガヘルツの拡散符号レート信号Sig2を生成し、選択部8806の制御入力端に出力切替信号として供給する。選択部8806は、クロック発生部8804からの出力切替信号(拡散符号レート信号Sig2)に基づいて、レジスタ8802からの拡散符号列a{a0,a1,a2,…aN-1}の各値aiの何れか1つを順番に選択して出力することで、クロック周期(シンボル周期Tsym )と符号列周期が同じ拡散符号F@(@は1,2,3,4)を出力する。
[動作]
図7は、図4及び図5に示した実施例1の信号伝送装置1Aにおける全体動作を説明するタイミングチャートである。
信号伝送装置1Aにおいては、拡散率SF=4、チップレート5ギガチップ/秒(Gchip/s)、変調方式をBPSKとしている。したがって、伝送対象データの伝送速度は1.25ギガビット/秒である。基準信号送信装置5は、シンボル周期信号Sig1と同じ1.25ギガヘルツの基準信号CLK0(基準信号J1に相当)を送信する。
データインタフェース部8100、送信チップ8001、受信チップ8002、データインタフェース部8600のそれぞれは、基準信号送信装置5から送信された基準信号CLK0(つまりシンボル周期信号Sig1)に同期して動作する。
例えば、送信側では、基準信号CLK0を受信し、増幅部7202で増幅した後にシュミットトリガ7402で波形整形して周期Tsym のシンボル周期信号Sig1を得る。さらにこれに同期してクロック発生部7502で周期Tchipの拡散符号レート信号Sig2を発生する。受信側も同様に基準クロック(シンボル周期信号Sig1及び拡散符号レート信号Sig2)を受信するが、その位相を移相部7404で調整することができる。
データインタフェース部8100は、シンボル周期信号Sig1に同期してデータ列x1とデータ列x2を出力する。拡散処理部8214と拡散処理部8224はクロック周期と符号列周期が同じ拡散符号F1や拡散符号F2を同期して出力する。拡散処理部8214と拡散処理部8224は、データ列D1やデータ列D2に、それぞれ対応する拡散符号F1あるいは拡散符号F2をそれぞれ乗じることで拡散する。その後、変調機能部8300で所定周波数(例えば60ギガヘルツ)に周波数変換し送出する。
受信チップ8002は、送信チップ8001から送信された無線信号を受信し、復調機能部8400でベースバンドに変換し、符号逆拡散処理部8500(の逆拡散処理部8514や逆拡散処理部8524)で逆拡散する。このときの拡散符号列のタイミングは基準信号送信装置5から送信チップ8001や受信チップ8002までの信号の伝搬遅延で定まるので、これを移相部7404が補正する。
例えば、比較的近距離(例えば10数センチ以内)に配置されている電子機器間や電子機器内での高速信号伝送を実現する手法として、例えばLVDS(Low Voltage Differential Signaling)が知られている。しかしながら、最近のさらなる伝送データの大容量高速化に伴い、消費電力の増加、反射等による信号歪みの影響の増加、不要輻射の増加(いわゆるEMIの問題)、等が問題となる。例えば、映像信号(撮像信号を含む)やコンピュータ画像等の信号を機器内や機器間で高速(リアルタイム)に伝送する場合にLVDSでは限界に達してきている。
データの高速伝送に対応するため、配線数を増やして、信号の並列化により一信号線当たりの伝送速度を落としてもよい。しかしながら、この対処では、入出力端子の増大に繋がってしまう。その結果、プリント基板やケーブル配線の複雑化や半導体チップサイズの拡大等が求められる。また、高速・大容量のデータを配線で引き回すことでいわゆる電磁界障害が問題となる。
LVDSや配線数を増やす手法における問題は、何れも、電気配線により信号を伝送することに起因している。そこで、電気配線により信号を伝送することに起因する問題を解決する手法として、電気配線を無線化して伝送する手法を採ってもよい。電気配線を無線化して伝送する手法としては例えば、筐体内の信号伝送を無線で行なうとともに、UWB(Ultra Wide Band )通信方式を適用してもよいし(第1の手法と記す)、波長の短いミリ波帯(波長1〜10mm)の搬送周波数を使用してもよい(第2の手法と記す)。
しかしながら、第1の手法のUWB通信方式では、搬送周波数が低く、例えば映像信号を伝送するような高速通信に向かないし、アンテナが大きくなる等、サイズ上の問題がある。さらに、伝送に使う周波数が他のベースバンド信号処理の周波数に近いため、無線信号とベースバンド信号との間で干渉が起こり易いという問題点もある。また、搬送周波数が低い場合は、機器内の駆動系ノイズの影響を受け易く、その対処が必要になる。これに対して、第2の手法のように、より波長の短いミリ波帯、あるいはさらに波長の短い(0.1〜1mm)サブミリ波帯の搬送周波数を使用すると、アンテナサイズや干渉の問題を解決し得る。
無線信号を使用して信号伝送を行なうに当たっては、複数の信号を多重化して伝送してもよい。その一例として例えば、互いに直交する符号列をデータ列に乗じて加算多重し伝送する符号分割多重が知られている。符号分割多重方式は、単一の搬送波に複数のデータ列を多重できるという特徴がある。
例えば、符号分割多重方式を適用してミリ波を使った無線伝送装置を実現することで、高速データ伝送を実現できる。特にこのような装置を機器内の通信に使用した場合(チップ間、基板間、モジュール間等)、導体による伝送路が不要であり、基板等の配置の自由度向上、実装コスト低減、LVDS等で顕著なEMI問題も低減できる。フレキシブル基板はコネクタ部の信頼性が問題となっているが、無線伝送に置き換えることで信頼性を向上できる。
機器内や機器間では、伝送レートやデータ幅の異なる複数の信号が通信回路間に伝送されている。これらを多重する方法としては、大きくは、周波数分割多重、時間分割多重、空間分割多重、そして、符号分割多重の4つの手法を挙げることができる。ここで、機器内や機器間の伝送装置では、これら4つの多重方式を1つあるいは何れか複数を併用してもよい。
周波数分割多重は、搬送波周波数を変えて複数のデータを伝送する方式であり、搬送波周波数の異なる送信器と受信器を複数用意する必要がある。時間分割多重は、複数のデータの送出タイミングを変えて伝送する方式であり、それぞれのデータの送出タイミングを定義する機構が送信器と受信器の双方に必要である。空間分割多重は、複数のデータを、アイソレーションのとれる複数の伝搬路を通じて伝送する方式であり、例えば、複数の伝送線路を用意することとアンテナの指向性を使うことが挙げられる。符号分割多重は、前述のように、互いに直交する符号列をデータ列に乗じて加算多重し伝送する方式であり、伝送レートの異なるデータ列も多重することが可能であるが、拡散符号の同期機構が必要である。実施例1を採用しない従前のスペクトラム拡散方式の受信器では、マッチドフィルタ等を使用しているが、受信器は複雑になり、消費電力や回路規模の点から難点がある。
一方、実施例1の信号伝送装置1Aは、送受信器で構成された通信装置8Aに、基準信号送信装置5及び基準信号受信装置7を備える基準信号伝送装置3Aを付加して全体装置を構築している。基準信号送信装置5から送出された基準クロックは送信器としての送信チップ8001に供給され、符号拡散処理部8200の拡散符号列発生部8212と拡散符号列発生部8222に入力される。受信側も同様で、基準信号送信装置5から送出されたシンボル周期信号Sig1及び拡散符号レート信号Sig2の基準となる基準クロックは受信器としての受信チップ8002に供給され、符号逆拡散処理部8500の拡散符号列発生部8512と拡散符号列発生部8522に入力される。
これにより、送受信器が扱う拡散符号は、シンボル周期信号Sig1の一周期に同期する。したがって、受信器には、マッチドフィルタ等逆拡散のための符号のタイミング検出回路は不要となる。つまり、シンボル周期信号Sig1や拡散符号レート信号Sig2の基準となる基準クロックを基準信号伝送装置3の基準信号送信装置5から送信し、それを送信器と受信器で受信し拡散符号列を同期させることで、受信器の同期機構が簡略化される。これにより、消費電力や回路サイズを抑えることができる。例えば、機器内伝送に符号分割多重方式が使えるため、データレートの異なる複数のデータ列でも多重できる利点が得られる。
図8は、実施例2の通信装置8Bを説明する図である。以下では、実施例1との相違点を中心に簡潔に説明する。
実施例2の通信装置8B(信号伝送装置1B、基準信号伝送装置3B)は、送信側や受信側の何れかの通信装置2側に基準信号送信装置5を設け、その通信装置2で使用している発振器(基準発振器、局部発振回路等)で生成される信号を、他の通信装置2に送出する基準クロック(基準信号J1に相当)として利用する形態である。データ(伝送対象信号)とともにクロックも伝送する信号伝送装置に適用する場合に好適な事例である。この場合、基準信号送信装置5は特に基準信号J1を生成する機能を備えていなくてもよく、単に、基準信号を出力する基準信号出力部として機能することになる。実施例1よりも簡易な装置を実現できる。
図では、一例として、送信側の基準クロックを基準信号J1として伝送する形態で示している。因みに、図は、基準信号送信装置5を送信チップ8001とは別にしているが、送信チップ8001に基準信号送信装置5を内蔵してもよい。同様に、基準信号受信装置7を受信チップ8002とは別にしているが、受信チップ8002に基準信号受信装置7を内蔵してもよい。通信チップ(送信チップ8001、受信チップ8002)に基準信号送信装置5や基準信号受信装置7を内蔵すれば通信装置8Bの全体構成をコンパクトにできる。実施例1との対比で説明する。送信チップ8001(送信側の通信装置2)は、クロック生成部7002に代えて、クロック生成部7012を備える。クロック生成部7012は、シンボル周期信号Sig1を発生するクロック発生部7412と拡散符号レート信号Sig2を発生するクロック発生部7512を有する。クロック生成部7002から増幅部7202とシュミットトリガ7402を取り外し、代わりにクロック発生部7412を備える構成と等化である。基準信号送信装置5は、増幅部7203を備える。増幅部7203は、クロック発生部7412からシンボル周期信号Sig1を同期クロックとして受け取り、この入力された同期クロックをそのまま送出する。受信チップ8002(受信側の通信装置2)は、クロック生成部7004に代えて、クロック生成部7005を備える。クロック生成部7005は、クロック生成部7004から増幅部7204を取り外した構成と等化である。基準信号受信装置7は、クロック生成部7004から取り外した増幅部7204を備える。つまり、実施例2では、受信側は、クロック生成部7005と基準信号受信装置7の増幅部7204とで、クロック生成部7004と同一の構成の基準信号受信装置の全体が構成される。
このような実施例2では、送信側では、同期クロックを使って拡散符号列を同期させるとともに、基準信号送信装置5から同期クロックを無線送出する。受信側では、基準信号送信装置5から送出された同期クロック基準信号受信装置7で受信し、受信チップ8002の移相部7404に渡す。受信チップ8002は、実施例1の復調機能部8400と符号逆拡散処理部8500を備えており、基準信号受信装置7が受信した同期クロックに基づいて逆拡散処理を行なう。
図9は、実施例3の通信装置8を説明する図である。以下では、実施例1との相違点を中心に簡潔に説明する。
実施例3の通信装置8C(信号伝送装置1C、基準信号伝送装置3C)は、実施例1をベースに、送信側と受信側の少なくとも一方(何れか一方又は両方、好ましくは両方)の局部発振回路(送信側局部発振部8304、受信側局部発振部8404)で生成する搬送信号も、基準信号送信装置5から送出された基準信号J1に同期させる点に特徴がある。つまり、局部発振器を基準信号送信装置5から送出される基準信号J1に同期させる方法である。この同期処理時には、注入同期方式を適用することが好ましい。
実施例1では、拡散符号列のチップレートとのタイミング同期に関して説明したが、符号分割多重方式では、搬送波周波数同期もとることが好ましい。実施例1では、受信側では一般的な手法により搬送信号の同期をとることを前提に説明したが、実施例3では、基準信号送信装置5から送出される基準信号J1を元に同期処理を行なう。この例では、送信側と受信側の双方の通信装置2において、局部発振器を基準信号送信装置5から送出される基準信号J1に同期させる態様で示している。基準信号送信装置5から送出された基準信号J1に基づいて送信側のクロック生成部7002(シュミットトリガ7402)や受信側のクロック生成部7004(移相部7404)でシンボル周期信号Sig1が生成されるが、これを各局部発振回路(例えばPLL構成や注入同期構成のもの)の基準クロックとして使う。
例えば、図中の右下に示すように、PLL構成の局部発振回路(送信側局部発振部8304や受信側局部発振部8404)は、M分周部、N分周部、位相比較部(PD)、ループフィルタ部(LPF)、発振部等を備える。発振部は、例えば電圧制御発振回路(VCO)や電流制御発振回路(CCO)の何れでもよい。
局部発振回路は、シンボル周期信号TsymをM分周部で1/Mに分周し、位相比較器の基準とし、その比較出力の高域成分をループフィルタ部で除去(抑圧)して発振部の制御信号とする。発振部の発振出力は搬送信号として使用されるが、この発振出力をN分周部で1/Nに分周し、位相比較器の比較信号とする。これにより、局部発振回路は、シンボル周期信号Sig1と同期した搬送信号を生成でき、このシンボル周期信号Sig1に同期した搬送信号を周波数変換部(周波数混合部8302や受信側局部発振部8404)で使用できる。送信側と受信側の双方でこのような処理を行なうことで、送受信の搬送信号の周波数同期を確実にとることができる。
図示しないが、注入同期方式を適用した局部発振器の構成としては種々のものが知られており、それらを採用してもよい。ここではその詳細説明は割愛する。注入同期方式を適用した局部発振器とすれば、変調用の搬送信号と同期した復調用の搬送信号をPLL構成よりも簡易な構成で確実に生成できる。注入同期を適用すると、変調(アップコンバート)に使用される変調用の搬送信号と、復調(ダウンコンバート)に使用される復調用の搬送信号とが確実に同期した状態となるので、変調用の搬送信号の周波数の安定度を緩和して無線伝送を行なっても伝送対象信号を適切に復調できる。加えて、復調では、同期検波の適用が容易であり、同期検波を直交検波に発展使用することで、振幅変調だけでなく位相変調や周波数変調を適用できる。このことは、例えば変調信号を直交化する等して、データ伝送レートを上げられることを意味する。
機器(筐体)内や機器間で無線信号伝送を行なう場合に、変調用の搬送信号の周波数の安定度を緩和しても受信側では適切に伝送対象信号を復調できる。搬送信号の周波数の安定度を緩和してもよいので、局部発振回路としては、回路構成の簡易な発振回路を使用でき、また、全体としての装置構成も簡易にできる。搬送信号の周波数の安定度を緩和してもよいので、タンク回路を含む発振回路の全体(や周波数変換部も)を同一の半導体基板上に形成できる。よって、タンク回路内蔵の1チップ発振回路(半導体集積回路)やタンク回路内蔵の1チップ通信回路(半導体集積回路)の実現が容易になる。
伝送対象信号用の無線信号Smとは別に、送受信で使用される基準クロックの基準となる基準信号J1を送信し、基準信号J1を元に局部発振信号(搬送信号)と拡散符号列を同期させることで、受信側の同期機構を簡略化でき、消費電力や回路サイズを抑えれる。基準信号J1と局部発振回路や基準信号受信装置7(クロック生成部7002やクロック生成部7004)の同期に注入同期を用いることで、回路を一層簡略化できる。機器内や比較的近距離の機器間の無線伝送に符号分割多重方式が使えるため、データレートの異なる複数のデータ列でも多重できる。
<比較例との対比>
図10は、実施例1〜実施例3に対する比較例の信号伝送装置1Xを説明する図である。ここでは、特に実施例1との対比で図示している。比較において本質的に無関係なフレーミングやチャネルコーディングは省いている。
実施例1との相違点は、基準信号伝送装置3を備えておらず、基準信号受信装置7(クロック生成部7002及びクロック生成部7004)の代わりに、送信側はクロック生成部7012を有し、受信側はクロック生成部7014を有し、受信側はさらにマッチドフィルタ7020を有する点にある。
クロック生成部7012は、シンボル周期信号Sig1を発生するクロック発生部7412と拡散符号レート信号Sig2を発生するクロック発生部7512を有する。クロック生成部7014は、シンボル周期信号Sig1を発生するクロック発生部7414と拡散符号レート信号Sig2を発生するクロック発生部7514を有する。マッチドフィルタ7020は、復調機能部8400で復調された受信信号(ベースバンド信号)が供給され、その出力信号がクロック発生部7414に供給される。
図11は、マッチドフィルタ7020の構成例を示す図である。マッチドフィルタ7020は、複数の遅延素子7022(レジスタ)の縦続接続と、遅延素子7022ごとに設けられたタップ係数部7024と、加算部7028を有し、いわゆるFIR(Finite Impulse Response )フィルタ構成となっている。
図12は、逆拡散処理部8514と逆拡散処理部8524(纏めて逆拡散処理部8530と記す)の構成例を説明する図である。逆拡散処理部8530は、乗算部8532と、加算部8534と、レジスタ8536とを有する。図中の拡散符号発生器8538は、拡散符号発生部8212、拡散符号発生部8222、拡散符号発生部8512、拡散符号発生部8522と対応する。
逆拡散処理部8530は、受信信号と拡散符号発生器8538から出力されたクロック周期と符号列周期が同じ拡散符号F1〜F4(code_in)が入力され、逆拡散信号を出力する。詳しくは、受信信号が乗算部8532に入力され、シンボル周期信号Sig1がレジスタ8536と拡散符号発生器8538に入力され、拡散符号レート信号Sig2が拡散符号発生器8538に入力され、加算部8534から逆拡散信号が出力される。
乗算部8532は、復調機能部8400からの受信信号と、拡散符号発生器8538からの出力信号である拡散符号F1〜F4(code_in)とを乗算して、その結果を加算部8534に供給する。加算部8534は、この乗算結果とレジスタ8536からの戻り信号を加算して逆拡散信号として出力する。このとき、逆拡散処理部8530は、拡散符号長分のサンプル数だけ処理したら逆拡散信号を加算部8534から出力し、シンボル周期信号Sig1に同期してレジスタ8536をゼロにリセットする。
[動作]
図13は、拡散と逆拡散を説明する図である。図14は、マッチドフィルタによる受信タイミング検出を説明する図である。
符号分割多重とは、ある拡散符号列の統計的相関特性あるいは線形独立性を使って、同一搬送波周波数に複数のデータを重畳する方式であるとも言える。すなわち、ある拡散符号列a{a0 ,a1 ,a2 ,…aN-1 },a’{a’0 ,a’1 ,a’2 ,…a’N-1 }の内積が式(1)で示される値となって、A2>>σ2であることを使って希望信号とそれ以外の信号をより分ける。
Figure 2012060463
この符号の例は、直交符号であるWalsh関数や擬似ランダム系列によるGold系列である。直交符号は、符号長から有限個の系列が生成され、同一系列時のみ内積が値を持ち、異なる系列では“σ2=0”になる。符号長N=4を例とすると、{1,1,1,1},{1,1,−1,−1},{1,−1,1,−1},{1,−1,−1,1}である。擬似ランダム系列は、生成多項式から得られる有限長の系列であり、鋭い自己相関特性を持つ。
ここで、送信器は、拡散符号列を、伝送対象データxj に乗ずる(図13を参照)。その結果は、式(2)で示される。
Figure 2012060463
送信器は、この拡散後の信号(ここではu1 とu2 )を加算部8230で加算し(加算後の信号をvとする)、変調機能部8300の周波数混合部8302において、送信側局部発振部8304の出力信号と乗じて周波数変換し、さらに増幅部8360で増幅して、送信アンテナ8380から送出する。この信号は、伝搬遅延Tpより遅れて受信アンテナ8480で受信され、増幅部8460で増幅され、復調機能部8400でベースバンドに周波数変換される。
受信器では、さらに、準備した拡散符号列a1を使って、受信信号列のNサンプル(Nは拡散率SFと対応する)ごとに逆拡散を行なう。
図13に示すように、受信信号yと受信器のaのタイミングが同期していたとすると、式(1)のa=a’の条件となって、x1を取得でき、同様に、拡散符号列a2を使って逆拡散することでx2を取得できる。
ここで、比較例の符号多重方式では、拡散符号列のタイミング検出機能が必要となる。これは、送信器と受信器がそれぞれ独立のクロックで動作しており、かつ伝搬遅延は未知だからである。一般にUMTS(Universal Mobile Telecommunications System)方式では、図11に示すようなマッチドフィルタ7020を持つ。使用している拡散符号列は既知としており、拡散符号列をFIRフィルタであるマッチドフィルタ7020のタップ係数としている。
マッチドフィルタ7020に入力された受信信号yが図14に示すようなタイミングになったときのみ、式(1)に従い大きな出力が得られる。このタイミングを受信器内の時計上の時刻TM として記録することで、受信器は受信信号にかかる拡散符号列のタイミングをの時刻TM に基づいて知ることができる。以下では、このタイミングを拡散符号タイミングTM と称する。
セルラでは移動機が常に移動しているので、マッチドフィルタによるパス検出を常に行なう必要がある。すなわち、散乱や反射によって到来パスの異なる信号は時間差を持って受信器で受信される。そのため、マッチドフィルタ出力には、それぞれの到来パスの受信電力と遅延時間に応じたパルスが現れる。
逆拡散回路(逆拡散処理部8514、逆拡散処理部8524)は、通常フィンガと呼ばれる(図12を参照)。逆拡散回路は、前述の記録した拡散符号タイミングTM に従って拡散符号列を用意し、受信信号との内積を計算して逆拡散を行なう。そして拡散符号長分のサンプル数(N)だけ処理したら出力し、レジスタ(図12のレジスタ8536)をゼロにリセットする。
実施例1〜実施例3や比較例の説明では、ADコンバータやDAコンバータを記述していない。これは、実施例1〜実施例3や比較例の説明において、本質とは無関係であるからである。通常のセルラ装置では、拡散処理や逆拡散処理はデジタル領域で行なうので、ADコンバータやDAコンバータを備えるが、この点は実施例1〜実施例3でも同様である。もちろん、デジタル領域で拡散処理や逆拡散処理を行なうことに限らず、アナログ領域で行なうこともでき(例えば参考文献2〜参考文献4を参照)、この場合は、ADコンバータやDAコンバータが不要である。
参考文献2:米国特許第7606338号明細書
参考文献3:特許第3377451号公報
参考文献4:米国特許第4475208号明細書
一方、機器内無線伝送回路は、LSIや基板間の配線を無線伝送に置き換える(例えば参考文献5を参照)。
参考文献5:Kawasaki,et. al.、“A Millimeter-Wave Intra-Connect Solution”、IEEE ISSCC Dig. Tech. Papers、pp.414-415、Feb.2010
参考文献5に記載のような手法を採る場合、配線を置き換え得る程度の小型、低消費電力が要件となるので、従来の符号多重無線伝送装置の実現方法をそのまま適用することは前述の要件から難しい。特に、デジタルマッチドフィルタ(マッチドフィルタ7020に相当)は、回路規模と消費電力が大きくなる難点がある。また、機器内無線伝送装置は、セルラとは使用条件が異なるので、その回路構成はこの用途向けに再検討が必要となる。「機器内又は機器間の無線伝送」の特徴は前述した通りである。例えば、機器内無線伝送の場合、拡散符号に擬似ランダム系列を用いる必要性が低いのに対して、セルラの場合、系列の鋭い自己相関特性を使ってマルチパスを検出するためマッチドフィルタを使用する。
無線通信方式として、参考文献2〜参考文献5以外に参考文献6や参考文献7もある。
参考文献6:特許第3564480号公報
参考文献7:特開平6−85799号公報
参考文献6に記載の手法は、無線通信方式において、局部発振回路と同一の周波数の信号を別途送信し、各送信器と受信器はこれを受信し、各々の局部発振回路に注入同期させるようにしており「搬送波別送方式」といえる。共通の基準信号に基づいて送信搬送信号と受信搬送信号を生成する点では、送受信で共通の基準信号を使用する本実施例の構成と似通っており、送受信の各搬送信号の同期(周波数及び位相の双方について)はとれる。しかしながら、参考文献6に記載の手法は、基準信号を共通化するための配線が必要となるし、基準信号のレベルが大きくなれば不要輻射の問題が発生する。また、参考文献6の手法は、搬送波の同期に特化しており、符号多重無線通信における拡散符号列の同期ついての記述がない。
参考文献7に記載の手法は、衛星通信の送信地球局と受信地球局間の同期を地上系ISDNマスタクロックを利用して同期をするもので「搬送波別送方式」といえる。しかしながら、参考文献7に記載の手法は、基準クロックを有線で伝送しており、また、拡散符号列の同期を考慮したものではない。参考文献7には、参考文献6と同様に、符号多重無線通信における拡散符号列の同期ついての記述がない。
[本実施例]
本実施例の手法では、伝送対象信号用の無線信号Smとは別に、符号分割多重処理用の基準クロックの基準となる基準信号J1を送信し、基準信号J1を元に符号分割多重処理用の基準クロック(前例ではシンボル周期信号Sig1や拡散符号レート信号Sig2)を同期生成している。そのため、拡散符号列のチップレートとのタイミング同期をとるための同期機構を簡略化でき、消費電力や回路サイズを抑えれる。
実施例4は、電子機器への適用事例である。以下に3つの代表的な事例を示す。
<電子機器への適用事例>
[第1例]
図15は、実施例4の電子機器の第1例を説明する図である。第1例は、1つの電子機器の筐体内で無線により信号伝送を行なう場合での適用例である。電子機器としては固体撮像装置を搭載した撮像装置への適用例で示す。この種の撮像装置は、たとえばデジタルカメラやビデオカメラ(カムコーダ)あるいはコンピュータ機器のカメラ(Webカメラ)などとして市場に流通される。
第1通信装置(通信装置2に相当)が制御回路や画像処理回路などを搭載したメイン基板に搭載され、第2通信装置(通信装置2に相当)が固体撮像装置を搭載した撮像基板(カメラ基板)に搭載されているシステム構成となっている。以下では逓倍基準信号J1をミリ波帯で無線伝送するとともにデータをミリ波帯で無線伝送するものとして説明する。
撮像装置500の筐体590内には、撮像基板502とメイン基板602が配置されている。撮像基板502には固体撮像装置505が搭載される。たとえば、固体撮像装置505はCCD(Charge Coupled Device )で、その駆動部(水平ドライバや垂直ドライバ)も含めて撮像基板502に搭載する場合や、CMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor )センサの場合が該当する。
メイン基板602に第1通信装置として機能する半導体チップ103を搭載し、撮像基板502に第2通信装置として機能する半導体チップ203を搭載する。図示しないが、撮像基板502には、固体撮像装置505の他に撮像駆動部など周辺回路が搭載され、また、メイン基板602には画像処理エンジンや操作部や各種のセンサなどが搭載される。
半導体チップ103と半導体チップ203のそれぞれには、基準信号送信装置5の機能を組み込むとともに基準信号受信装置7の機能も組み込む。さらに、半導体チップ103と半導体チップ203のそれぞれには、送信チップ8001や受信チップ8002と同等の機能を組み込む。送信チップ8001と受信チップ8002の両機能を組み込むことで双方向通信にも対処できる。これらの点は、後述する他の適用事例でも同様である。
固体撮像装置505や撮像駆動部は、第1通信装置側のLSI機能部のアプリケーション機能部に該当する。LSI機能部には送信側の信号生成部が接続され、さらに伝送路結合部を介してアンテナ236と接続される。信号生成部や伝送路結合部は固体撮像装置505とは別の半導体チップ203に収容してあり撮像基板502に搭載される。
画像処理エンジンや操作部や各種のセンサなどは第2通信装置側のLSI機能部のアプリケーション機能部に該当し、固体撮像装置505で得られた撮像信号を処理する画像処理部が収容される。LSI機能部には受信側の信号生成部が接続され、さらに伝送路結合部を介してアンテナ136と接続される。信号生成部や伝送路結合部は画像処理エンジンとは別の半導体チップ103に収容してありメイン基板602に搭載される。
送信側の信号生成部はたとえば、多重化処理部、パラレルシリアル変換部、変調部、周波数変換部、増幅部などを具備し、受信側の信号生成部はたとえば、増幅部、周波数変換部、復調部、シリアルパラレル変換部、単一化処理部などを具備する。これらの点は、後述する他の適用事例でも同様である。
アンテナ136とアンテナ236との間で無線通信が行なわれることで、固体撮像装置505で取得される画像信号は、アンテナ間の無線信号伝送路9を介してメイン基板602へと伝送される。双方向通信に対応するように構成してもよく、この場合たとえば、固体撮像装置505を制御するための基準クロックや各種の制御信号は、アンテナ間の無線信号伝送路9を介して撮像基板502へと伝送される。
図15(A)及び図15(B)の何れも、2系統のミリ波信号伝送路9が設けられている。図15(A)では自由空間伝送路9Bとしているが、図15(B)では中空導波路9Lとしている。中空導波路9Lとしては、周囲が遮蔽材で囲まれ内部が中空の構造であればよい。たとえば、周囲が遮蔽材の一例である導電体MZで囲まれ内部が中空の構造にする。たとえば、メイン基板602上にアンテナ136を取り囲む形で導電体MZの囲いが取り付けられている。アンテナ136と対向する位置に撮像基板502側のアンテナ236の移動中心が配置されるようにする。導電体MZの内部が中空であるので誘電体素材を使用する必要がなく低コストで簡易にミリ波信号伝送路9を構成できる。ここで例えば、何れも、半導体チップ103や半導体チップ203には、基準信号の伝送用の処理回路と、基準信号を利用した符号分割多重伝送用の処理回路とを搭載する。そして、2系統のミリ波信号伝送路9の内の一方を符号分割多重伝送用として使用し、他方を基準信号の伝送用として使用する。基準信号を利用した符号分割多重伝送については前述の各実施例の何れかを適用すればよい。後述の第2例と同様に、ミリ波信号伝送路9を1系統とし、符号分割多重伝送用と基準信号の伝送用とで共用してもよい。
[第2例]
図16は、実施例4の電子機器の第2例を説明する図である。第2例は、複数の電子機器が一体となった状態での電子機器間で無線により信号伝送を行なう場合での適用例である。特に、一方の電子機器が他方の電子機器に装着されたときの両電子機器間の信号伝送への適用である。
たとえば、中央演算処理装置(CPU)や不揮発性の記憶装置(たとえばフラッシュメモリ)などが内蔵されたいわゆるICカードやメモリカードを代表例とするカード型の情報処理装置を本体側の電子機器に装着可能(着脱自在)にしたものがある。一方(第1)の電子機器の一例であるカード型の情報処理装置を以下では「カード型装置」とも称する。本体側となる他方(第2)の電子機器を以下では単に電子機器とも称する。
メモリカード201Bの構造例(平面透視および断面透視)が図16(A)に示されている。電子機器101Bの構造例(平面透視および断面透視)が図16(B)に示されている。 電子機器101Bのスロット構造4(特に開口部192)にメモリカード201Bが挿入されたときの構造例(断面透視)が図16(C)に示されている。
スロット構造4は、電子機器101Bの筺体190にメモリカード201B(その筐体290)を開口部192から挿抜して固定可能な構成となっている。スロット構造4のメモリカード201Bの端子との接触位置には受け側のコネクタ180が設けられる。無線伝送に置き換えた信号についてはコネクタ端子(コネクタピン)が不要である。
図16(A)に示すようにメモリカード201Bの筐体290に円筒状の凹形状構成298(窪み)を設け、図16(B)に示すように電子機器101Bの筺体190に円筒状の凸形状構成198(出っ張り)を設けている。メモリカード201Bは、基板202の一方の面に半導体チップ203を有し、基板202の一方の面にはアンテナ236が形成されている。筐体290は、アンテナ236と同一面に凹形状構成298が形成され、凹形状構成298の部分が無線信号伝送可能な誘電体素材を含む誘電体樹脂で構成される。
基板202の一辺には、筐体290の決められた箇所で電子機器101Bと接続するための接続端子280が決められた位置に設けられている。メモリカード201Bは、低速・小容量の信号用や電源供給用に、従前の端子構造を一部に備える。ミリ波での信号伝送の対象となり得るものは、図中に破線で示すように、端子を取り外している。
図16(B)に示すように、電子機器101Bは、基板102の開口部192側の面に半導体チップ103を有し、基板102の一方の面にアンテナ136が形成されている。筺体190は、スロット構造4として、メモリカード201Bが挿抜される開口部192が形成されている。筺体190には、メモリカード201Bが開口部192に挿入されたときに、凹形状構成298の位置に対応する部分に、ミリ波閉じ込め構造(導波路構造)を持つ凸形状構成198が形成され誘電体伝送路9Aとなるように構成されている。
図16(C)に示すように、スロット構造4の筺体190は開口部192からのメモリカード201Bの挿入に対し、凸形状構成198(誘電体伝送路9A)と凹形状構成298が凹凸状に接触するようなメカ構造を有する。凹凸構造が嵌合するときに、アンテナ136とアンテナ236が対向するとともに、その間に無線信号伝送路9として誘電体伝送路9Aが配置される。メモリカード201Bは、誘電体伝送路9Aとアンテナ236の間に筐体290を挟むが、凹形状構成298の部分の素材が誘電体素材であるのでミリ波帯での無線伝送に大きな影響を与えるものではない。
ここで例えば、半導体チップ103や半導体チップ203には、基準信号の伝送用の処理回路と、基準信号を利用した符号分割多重伝送用の処理回路とを搭載する。そして、1つのミリ波信号伝送路9を、符号分割多重伝送用として使用するとともに基準信号の伝送用としても使用する。基準信号を利用した符号分割多重伝送については前述の各実施例の何れかを適用すればよい。図15に示した第1例と同様に、ミリ波信号伝送路9を2系統設け、符号分割多重伝送用と基準信号の伝送用とで各別に使用してもよい。
[第3例]
図17は、実施例4の電子機器の第3例を説明する図である。無線伝送システム1は、第1の電子機器の一例として携帯型の画像再生装置201Kを備えるとともに、画像再生装置201Kが搭載される第2(本体側)の電子機器の一例として画像取得装置101Kを備えている。画像取得装置101Kには、画像再生装置201Kが搭載される載置台5Kが筐体190の一部に設けられている。なお、載置台5Kに代えて、第2例のようにスロット構造4にしてもよい。一方の電子機器が他方の電子機器に装着されたときの両電子機器間において、無線で信号伝送を行なうという点では第2例と同じである。以下では、第2例との相違点に着目して説明する。
画像取得装置101Kは概ね直方体(箱形)の形状をなしており、もはやカード型とは言えない。画像取得装置101Kとしては、たとえば動画データを取得するものであればよく、たとえばデジタル記録再生装置や地上波テレビ受像機が該当する。画像再生装置201Kには、アプリケーション機能部として、画像取得装置101K側から伝送されてくる動画データを記憶する記憶装置や、記憶装置から動画データを読み出して表示部(たとえば液晶表示装置や有機EL表示装置)にて動画を再生する機能部が設けられる。構造的には、メモリカード201Bを画像再生装置201Kに置き換え、電子機器101Bを画像取得装置101Kに置き換えたと考えればよい。
載置台5Kの下部の筺体190内には、たとえば第2例(図16)と同様に、半導体チップ103が収容されており、ある位置にはアンテナ136が設けられている。アンテナ136と対向する筺体190の部分には、無線信号伝送路9として誘電体素材により誘電体伝送路9Aが構成されるようにしてある。載置台5Kに搭載される画像再生装置201Kの筺体290内には、たとえば第2例(図16)と同様に、半導体チップ203が収容されており、ある位置にはアンテナ236が設けられている。アンテナ236と対向する筺体290の部分は、誘電体素材により無線信号伝送路9(誘電体伝送路9A)が構成されるようにしてある。これらの点は前述の第2例と同様である。
第3例は、嵌合構造という考え方ではなく壁面突当て方式を採り、載置台5Kの角101aに画像取得装置101Kが突き当てられるように置かれたときにアンテナ136とアンテナ236が対向するようにしているので、位置ズレによる影響を確実に排除できる。このような構成により、載置台5Kに対する画像再生装置201Kの搭載(装着)時に、画像再生装置201Kの無線信号伝送に対する位置合せ行なうことが可能となる。アンテナ136とアンテナ236との間に筐体190と筐体290を挟むが、誘電体素材であるのでミリ波帯での無線伝送に大きな影響を与えるものではない。
以上、本発明について各実施例を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は実施例に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で実施例に多様な変更又は改良を加えることができ、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
また、各実施例は、クレーム(請求項)に係る発明を限定するものではなく、また実施例の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施例には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施例に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
例えば、最も好適な例として、多くの機能部が半導体集積回路(チップ)に形成されている例で実施例を説明したが、このことは必須でない。
実施例では、受信側のクロック生成部7004にて基準クロックの位相補正を行なっていたが、位相関係は送信側と受信側の相対的なものであるので、クロック生成部7002側で行なうようにしてもよいし、送信側及び受信側の双方で行なうようにしてもよい。ただし、1つの送信器に対して複数の受信器を設けるいわゆる1:Nの通信装置にする場合には、送信側では位相補正を行なわずに、各受信器にてそれぞれの伝搬遅延に応じた位相補正を行なうのがよい。
実施例では、基準信号送信装置5から基準信号受信装置7への基準信号の伝送を無線(特に電波)で行なうようにしているが、これに限らず光通信(例えばレーザ光を利用する)や有線通信で行なってもよい。
実施例では、基準信号送信装置5から基準信号受信装置7へ伝送する基準信号の周波数をシンボル周期信号Sig1と同じ周波数としていたがこのことは必須でなく、シンボル周期信号Sig1に対して整数分の1倍や整数倍やN/M倍(M,Nは整数)等としてもよい。これらの場合、シンボル周期信号Sig1の周波数とのずれの補正は基準信号受信装置7(クロック生成部7002やクロック生成部7004)側で行なえばよい。整数分の1倍の場合は、基準信号受信装置7側にて受信した基準クロックを逓倍してシンボル周期信号Sig1を生成すればよい。一方、整数倍やN/M倍のときはシンボル周期信号Sig1を生成するには分周動作を伴うことになるので、受信側で生成したシンボル周期信号Sig1の周波数が同じ(周波数同期がとれている)でかつ位相がロックしていても(位相同期がとれていても)、シンボル周期信号Sig1の位相が同一にならない現象(位相不確定性と称する)が生じ得る。周波数同期と位相同期がとれていればよい装置では位相不確定性があっても問題がないが、符号分割多重方式を採用した通信を行なう実施例で説明した信号伝送装置1では、位相不確定性が問題となり得るので、その対策が必要となる。ここでは、その対策手法については説明を割愛する。
1…信号伝送装置、2…通信装置、3…基準信号伝送装置、5…基準信号送信装置、7…基準信号受信装置、8…通信装置、5200…基準信号生成部、8000,8001,8002…通信チップ、8100,8600…データインタフェース部、8200…符号拡散処理部、8212,8222,8512,8522,8800…拡散符号列発生部、8214,8224…拡散処理部、8230…加算部、8300…変調機能部、8302…周波数混合部、8304…送信側局部発振部、8400…復調機能部、8402…周波数混合部、8404…受信側局部発振部、8500…符号逆拡散処理部、8512,8522…拡散符号列発生部、8514,8524,8530…逆拡散処理部

Claims (20)

  1. 基準信号を出力する基準信号出力部、
    基準信号出力部から出力された基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理用の第1のクロック信号を基準信号と同期して生成する第1のクロック生成部、
    第1のクロック生成部で生成された第1のクロック信号に基づいて第1の信号処理を行なう第1の信号処理部、
    基準信号出力部から出力された基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用の第2のクロック信号を基準信号と同期して生成する第2のクロック生成部、及び、
    第2のクロック生成部で生成された第2のクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう第2の信号処理部
    を備える信号伝送装置。
  2. 第1の信号処理部は、
    第1のクロック生成部で生成された第1のクロック信号に同期して第1の拡散符号列を生成する第1の拡散符号列発生部、及び、
    第1の拡散符号列発生部で生成された第1の拡散符号列に基づいて伝送対象データの拡散処理を第1の信号処理として行なう拡散処理部
    を有し、
    第2の信号処理部は、
    第2のクロック生成部で生成された第2のクロック信号に同期して第2の拡散符号列を生成する第2の拡散符号列発生部、及び、
    第2の拡散符号列発生部で生成された第2の拡散符号列に基づいて受信データの逆拡散処理を第2の信号処理として行なう逆拡散処理部
    を有する請求項1に記載の信号伝送装置。
  3. 基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理を行なう第1の信号処理部、
    第1の信号処理部に入力される基準信号を出力する基準信号出力部、
    基準信号出力部から出力された基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用のクロック信号を基準信号と同期して生成するクロック生成部、及び、
    クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう第2の信号処理部
    を備える信号伝送装置。
  4. 第1の信号処理部は、
    基準信号に同期して第1の拡散符号列を生成する第1の拡散符号列発生部、及び、
    第1の拡散符号列発生部で生成された第1の拡散符号列に基づいて伝送対象データの拡散処理を第1の信号処理として行なう拡散処理部
    を有し、
    第2の信号処理部は、
    クロック生成部で生成されたクロック信号に同期して第2の拡散符号列を生成する第2の拡散符号列発生部、及び、
    第2の拡散符号列発生部で生成された第2の拡散符号列に基づいて受信データの逆拡散処理を第2の信号処理として行なう逆拡散処理部
    を有する請求項3に記載の信号伝送装置。
  5. 基準信号を出力する基準信号出力部、
    基準信号出力部から出力された基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号を基準信号と同期して生成するクロック生成部、及び、
    クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて信号処理を行なう信号処理部
    を備える信号伝送装置。
  6. クロック生成部は、通信環境特性に基づいて規定される補正量に従って位相補正を行なう
    請求項1から請求項5の何れか一項に記載の信号伝送装置。
  7. クロック生成部は、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいて、シンボル周期のクロック信号を生成する
    請求項1から請求項6の何れか一項に記載の信号伝送装置。
  8. 基準信号出力部は、基準信号の周波数を、シンボル周期の周波数と同じにする
    請求項7に記載の信号伝送装置。
  9. 第1の搬送信号を生成する第1の搬送信号生成部を具備し、第1の信号処理部から出力された信号を第1の搬送信号生成部により生成された第1の搬送信号で変調する変調部と、
    第2の搬送信号を生成する第2の搬送信号生成部を具備し、変調部から出力された信号を第2の搬送信号生成部により生成された第2の搬送信号で復調する復調部と
    を備え、
    第1の搬送信号生成部と第2の搬送信号生成部の少なくとも一方は、基準信号出力部から出力された基準信号に基づいて搬送信号を基準信号と同期して生成する
    請求項1から請求項8の何れか一項に記載の信号伝送装置。
  10. 第1の搬送信号生成部と第2の搬送信号生成部の少なくとも一方は、注入同期方式により、搬送信号を基準信号と同期して生成する
    請求項9に記載の信号伝送装置。
  11. 基準信号を出力する基準信号出力部、
    基準信号出力部から出力された基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理用の第1のクロック信号を基準信号と同期して生成する第1のクロック生成部、
    第1のクロック生成部で生成された第1のクロック信号に基づいて第1の信号処理を行なう第1の信号処理部、
    基準信号出力部から出力された基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用の第2のクロック信号を基準信号と同期して生成する第2のクロック生成部、
    第2のクロック生成部で生成された第2のクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう第2の信号処理部、及び、
    第1の信号処理部と第2の信号処理部との間で無線伝送を可能にする無線信号伝送路
    が1つの筐体内に収容されている電子機器。
  12. 基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理用の第1のクロック信号を基準信号と同期して生成する第1のクロック生成部、及び、
    第1のクロック生成部で生成された第1のクロック信号に基づいて第1の信号処理を行なう第1の信号処理部、
    が1つの筐体内に収容されている第1の電子機器と、
    基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用の第2のクロック信号を基準信号と同期して生成する第2のクロック生成部、及び、
    第2のクロック生成部で生成された第2のクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう第2の信号処理部、
    が1つの筐体内に収容されている第2の電子機器と
    を備え、
    第1の電子機器と第2の電子機器が定められた位置に配置されたとき、第1の信号処理部と第2の信号処理部との間に無線伝送を可能にする無線信号伝送路が形成される電子機器。
  13. 基準信号を出力する基準信号出力部が、第1の電子機器及び第2の電子機器の何れか一方の筐体内に収容されている請求項12に記載の電子機器。
  14. 基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理を行なう第1の信号処理部、
    第1の信号処理部に入力される基準信号を出力する基準信号出力部、
    基準信号出力部から出力された基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用のクロック信号を基準信号と同期して生成するクロック生成部、
    クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう第2の信号処理部、及び、
    第1の信号処理部と第2の信号処理部との間で無線伝送を可能にする無線信号伝送路
    が1つの筐体内に収容されている電子機器。
  15. 基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する第1の信号処理を行なう第1の信号処理部が1つの筐体内に収容されている第1の電子機器と、
    基準信号に基づいて第1の信号処理と対応する第2の信号処理用のクロック信号を基準信号と同期して生成するクロック生成部、及び、
    クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて第2の信号処理を行なう第2の信号処理部
    が1つの筐体内に収容されている第2の電子機器と
    を備え、
    第1の電子機器と第2の電子機器が定められた位置に配置されたとき、第1の信号処理部と第2の信号処理部との間に無線伝送を可能にする無線信号伝送路が形成される電子機器。
  16. スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号の生成に資する基準信号を生成して通信装置に出力する基準信号出力部を備えた基準信号出力装置。
  17. 基準信号を出力する基準信号出力部と、
    基準信号出力部から出力された基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号を基準信号と同期して生成するクロック生成部と、
    クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて信号処理を行なう信号処理部と
    を備えた通信装置。
  18. スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号の生成に資する基準信号を受け取り、基準信号と同期したクロック信号を生成するクロック生成部を備えた基準信号受信装置。
  19. スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号の生成に資する基準信号を受け取り、基準信号と同期したクロック信号を生成するクロック生成部と、
    クロック生成部で生成されたクロック信号に基づいて信号処理を行なう信号処理部と
    を備えた通信装置。
  20. スペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号の生成に資する基準信号を受け取り、
    受け取った基準信号に基づいてスペクトラム拡散方式の無線通信処理に関する信号処理用のクロック信号を生成し、
    生成したクロック信号に基づいて、伝送対象信号をスペクトラム拡散方式で無線伝送する信号伝送方法。
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