JP4345800B2

JP4345800B2 - 無線通信装置

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Publication number: JP4345800B2
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Authority: JP
Inventors: 鎮伊藤
Original assignee: Sony Corp
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Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2026-10-19
Also published as: JP2008104025A; US20080274697A1

Description

本発明は、比較的近距離の機器間において低消費電力の通信動作を実現する無線通信装置に係り、特に、反射波読取装置側から供給される無変調キャリアに対して反射波を変調した反射波信号を伝送する無線通信装置に関する。

さらに詳しくは、本発明は、シンボル信号当たりの情報量を高めた変調反射波信号を送信する無線通信装置に係り、特に、簡素な回路により反射波伝送にＱＡＭ方式やＯＦＤＭ方式を適用して、通信速度や通信品質を向上する無線通信装置に関する。

無線通信技術は、有線通信方式におけるケーブルの配線からユーザを解放するシステムとして期待され、急速に普及してきている。ここで言う無線通信には、携帯電話（ＰＤＣ：ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＣｅｌｌｕｌａｒ）やＰＨＳ（ＰｅｒｓｏｎａｌＨａｎｄｙｐｈｏｎｅＳｙｓｔｅｍ）、ＩＥＥＥ８０２．１１に代表される無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信などが挙げられる。

また、最近ではＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｅｒ）などに使用される非接触通信方式を利用したデータ通信システムについて提案がなされている。非接触の通信方法には、静電結合方式、電磁誘導方式、電波通信方式などが挙げられる。このうち電波通信方式を利用した通信システムは、受信した無変調キャリアに対し変調処理を施した反射波によりデータを送信する反射波伝送装置と、反射波伝送装置からの変調反射波信号からデータを読み取る反射波読取装置で構成され、「バックスキャッタ」とも呼ばれる反射波伝送を行なう。

反射波伝送装置は、反射波読取装置から無変調キャリアが送られてくると、アンテナ負荷インピーダンスの切り替え操作などに基づいてその反射波に変調を施してデータを重畳する。すなわち、反射波伝送装置側ではキャリア発生源が不要であることから、低消費でデータ伝送動作を駆動することができる。アンテナの負荷インピーダンスを変化させるためのアンテナ・スイッチは一般的にガリウム砒素（ＧａＡｓ）のＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）で構成され、その消費電力は数１０μＷ以下である。したがって、無線ＬＡＮでは通信時に数百ｍＷ〜数Ｗ程度の電力を消費することを考慮すると、反射波通信は一般的な無線ＬＡＮの平均消費電力と比較すると圧倒的な性能差を持つと言える（例えば、特許文献１を参照のこと）。

一般的な無線通信システムでは、通信し合う双方の通信機が電波を発信して相手側に情報を伝達する。これに対し、反射波伝送を利用した通信システムでは、反射波伝送装置を搭載した端末は受信電波を反射する動作を行なうだけであるから、無線局とはみなされず、電波通信に課される法規制の対象外として扱われる。また、電磁誘導方式など他の非接触通信システムでは数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの周波数を用いるのに対し、反射波通信方式では例えばＩＳＭ（ＩｎｄｕｓｔｒｏｒｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＭｅｄｉｃａｌＢａｎｄ）と呼ばれる２．４ＧＨｚ帯の高帯域を用いた高速なデータ伝送を実現することができる。

例えば、デジタルカメラや、ビデオ・カメラ、携帯電話、携帯情報端末、携帯型音楽再生装置など、消費電力を極力抑えたいモバイル系の端末機器に反射波伝送装置を組み込み、テレビ、モニタ、プリンタ、ＰＣ、ＶＴＲ、ＤＶＤプレイヤーなど、据え置き型の家電製品などからなるホスト機器に反射波読取装置を組み込む。そして、カメラ付き携帯電話やデジタルカメラで撮った画像データを、反射波伝送路を経由でＰＣにアップロードし、画像データの蓄積や表示出力、プリントアウトなどを行なうことができる。

図８には、反射波伝送方式の無線通信システムの構成例（従来技術）を示している。同図において、参照番号５００は反射波伝送装置を搭載したモバイル機器側の無線送信装置、参照番号５１０は反射波読取装置側の無線送受信装置であり、無線送信装置５００から無線送受信装置５１０に反射波伝送方式によってデータ伝送を行なうものとする。無線送信装置５００は、デジタルカメラなどのアプリケーション部５０３に接続されている。同様に、無線送受信装置５１０は、プリンタなどのアプリケーケーション部５１９に接続されている。

無線送信装置５００への無変調キャリアの送信は、ベースバンド処理部５１８より送信部５１７をオンにし、ローカル発振器５１３の周波数ｆ_oをサーキュレータ５１２経由でアンテナ５１１から送信することにより行なわれる。送信された無変調キャリアｆ_oは、無線送信装置５００のアンテナ５０１に到達する。

送信された無変調キャリアｆ_oは、無線送信部５００のアンテナ５０１に到達する。無線送信部５００は、アンテナ５０１と、反射波変調器５０２で構成される。反射波変調器５０２は、アプリケーション部５０３の送信データに従って、バックスキャッタによるＡＳＫ又は、ＰＳＫ、ＱＰＳＫ変調を行なう。バックスキャッタ変調は、ダイオードによる整流、あるいはＧａＡｓなでのアンテナ・スイッチなどのオン／オフ操作により簡単に構成することができる。

図９には、アンテナ・スイッチのオン／オフ操作を利用して変調反射波を生成する反射波変調器５０２の内部構成例を示している。送信データのビット・イメージに従ってアンテナ・スイッチ５０２Ａのオン／オフ操作を行なう。例えば、データが１のときにはアンテナ・スイッチ５０２Ａをオンにし、データが０のときにはアンテナ・スイッチ５０２Ｂをオフにする。アンテナ・スイッチ５０２Ａの他端は５０Ωのアンテナ負荷５０２Ｂを介して接地されている。したがって、アンテナ５０１は、アンテナ・スイッチ５０２Ａがオンのときにはアンテナ負荷５０２Ｂで終端され、アンテナ・スイッチ５０２Ａがオフのときにはオープンとなる。すなわち、反射波変調器５０２は、アンテナ・スイッチ５０１のオン／オフ操作に伴うアンテナ負荷インピーダンスの変動により変調処理を施した反射波信号を送信する。このようして、最終的にアンテナ５０１から反射される変調反射波信号が、無変調キャリアの中心周波数ｆ_oを中心に生成される。

一方、無線送受信装置５１０では、中心周波数ｆ_oの変調された反射波がアンテナ５１１、サーキュレータ５１２、及び受信部５１４で受信される。直交復調部５１５には、ローカル発振器５１３の周波数ｆ_oが入力され、ダイレクト・コンバージョン受信が行なわれ、ベースバンド信号のＩ'、Ｑ'の各信号が生成される。

このベースバンド信号のＩ'、Ｑ'信号は、後段のＡＧＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ：自動利得制御）アンプ５１６で所望のレベルに増幅され、ベースバンド信号のＩ軸及びＱ軸の信号が得られ、ベースバンド処理部５１８に渡される。ベースバンド処理部５１８では復調が行なわれ、受信データと受信クロックがアプリケーション部５１９に送られる。

上述したように、反射波伝送装置５００側では、反射波変調器５０２が、振幅シフトキーイング（ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ：ＡＳＫ）や位相シフトキーイング（ＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ：ＰＳＫ）、あるいは周波数シフトキーイング（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ：ＦＳＫ）といった一般的な変調方式が適用されており、これを受信する反射波読取装置側ではバックスキャッタ専用の復調方式を採用する必要はない。

例えば、ＡＳＫ方式とＰＳＫ方式を併用した反射波通信システムや（例えば、特許文献２を参照のこと）、反射波通信に適用するＰＳＫ方式の構成方法に関して（例えば、特許文献３、特許文献４を参照のこと）、提案がなされている。

ＡＳＫ、ＰＳＫ、ＦＳＫといった変調方式は、振幅方向の変動成分を持たない変調方式であり、シンボル信号当たりの情報量は主として１ビットでありデータレートは高くない。位相空間上により多くの位相位置を形成することができれば、シンボル信号当たりに割り当てる情報量を多くすることができる。

通信技術の分野においては、多値変調方式として振幅及び位相方向で信号マッピングを行なう直交振幅変調（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＱＡＭ）が知られている。また、シンボル区間内で相互に直交するように各キャリア周波数が設定されている複数のサブキャリアに送信データを分配して伝送するＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）変調方式によれば、周波数利用効率を向上させるとともに、周波数選択性フェージング妨害に強い。

反射波伝送を利用した通信システムにおいても、ＱＡＭ方式やＯＦＤＭ方式を適用することで、通信速度や通信品質を向上することができると思料される。しかしながら、従来の反射波伝送装置や反射波読取装置からなる送受信機にこれらの変調方式を採用するとなると、回路規模が増大し、高精度の回路技術が必要となるため、安価な回路で低消費電力という反射波伝送が本来持つ特徴が損なわれてしまう。

特開２００５−６４８２２号公報特開２００４−２２２２８０号公報特開２００４−３５７２７８号公報特開２００４−３５７３００号公報

本発明の目的は、反射波読取装置側から供給される無変調キャリアに対して反射波を変調した反射波信号を好適に伝送することができる、優れた無線通信装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、シンボル信号当たりの情報量を高め、高データレートの変調反射波信号を送信することができる、優れた無線通信装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、簡素な回路により反射波伝送にＱＡＭ方式やＯＦＤＭ方式などの振幅振動成分を含む変調方式を適用して、通信速度や通信品質を向上することができる、優れた無線通信装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、反射波読取装置からの無変調キャリアに対する反射波にデータを重畳した変調反射波信号を送出する無線通信装置であって、
アンテナと、
送信情報を生成する情報送出手段と、
送信情報に応じて前記アンテナの給電特性を変更する給電特性変更手段と、
送信情報に応じて前記アンテナの放射特性を変更する放射特性変更手段と、
前記アンテナで受信した電波を反射する際に、送信情報に応じた変調処理を行なう変調手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置である。

但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない（以下、同様）。

本発明は、無変調キャリアを受信してデータを重畳させた変調反射波を送出する反射波伝送装置と、変調反射波からデータを読み取る反射波読取装置で構成される、電波の反射技術を利用した無線通信システムに関する。この種の通信システムによれば、反射波伝送側ではキャリア発生源が不要であることから、消費電力を格段に削減しながらデータ伝送を行なうことができ、一般的な無線ＬＡＮに比べると圧倒的な性能差である。

反射波通信システムには、ＡＳＫ、ＰＳＫ、ＦＳＫといった変調方式が適用されるが、これらはいずれも振幅方向の変動成分を持たない変調方式であり、シンボル信号当たりの情報量は主として１ビットでありデータレートは高くない。

反射波通信においても、位相空間上により多くの位相位置を形成することができれば、シンボル信号当たりに割り当てる情報量を多くすることができる。しかしながら、ＱＡＭ方式やＯＦＤＭ方式を適用すると、通信速度や通信品質を向上することができるが、回路規模が増大し、高精度の回路技術が必要となるため、安価な回路で低消費電力という反射波伝送が本来持つ特徴が損なわれてしまう。

これに対し、本発明に係る無線通信装置によれば、通信システムのアンテナの給電特性を変更させる給電特性変更手段と、アンテナの放射特性を変更させる放射特性変更手段と、アンテナから給電された電力を反射させて放出する反射手段を備えており、送信情報に則って給電特性又は放射特性を変更する構成を利用することで、反射波でＱＡＭ信号やＯＦＤＭ信号を生成するための振幅レベル変化を実現することができる。

すなわち、本発明によれば、ＱＡＭやＯＦＤＭ変調方式などの振幅変動成分を持つ変調方式に対して良好な特性を確保することができ、比較的簡素な回路を以って通信速度や通信品質を向上することができる。

ここで、前記給電特性変更手段は、前記アンテナの電波に対する特性を示す指向性又は偏波面を変更することにより給電特性を変更することができる。あるいは、前記放射特性変更手段は、前記アンテナの電波に対する特性を示す指向性又は偏波面を変更することにより放射特性を変更することができる。

また、前記給電特性変更手段は、前記アンテナの電気的特性を示すインピーダンス又は共振点を変更することにより給電特性を変更することができる。あるいは、前記放射特性変更手段は、前記アンテナの電気的特性を示すインピーダンス又は共振点を変更することにより放射特性を変更することができる。

前記給電特性変更手段は、前記アンテナの電波に対する特性を示す偏波の種類（円（右旋／左旋）、楕円、直線）を切り替えることにより給電特性を変更することができる。あるいは、前記放射特性変更手段は、前記アンテナの電波に対する特性を示す偏波の種類（円（右旋／左旋）、楕円、直線）を切り替えることにより放射特性を変更することができる。

本発明によれば、シンボル信号当たりの情報量を高め、高データレートの変調反射波信号を送信することができる、優れた無線通信装置を提供することができる。

また、本発明によれば、簡素な回路により反射波伝送にＱＡＭ方式やＯＦＤＭ方式などの振幅変動成分を含む変調方式を適用して、通信速度や通信品質を向上することができる、優れた無線通信装置を提供することができる。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

図１には、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を模式的に示している。図示の無線通信システムは、反射波伝送方式を適用しており、反射波伝送装置１００と、反射波読取装置２００で構成される。反射波伝送装置１００は、受信アンテナ１０１と、送信アンテナ１０２と、給電特性変更部１０３と、放射特性変更部１０４と、反射波変調部１０５と、情報送出部１０６を備えている。また、反射波読取装置２００は、送信アンテナ２０１と、受信アンテナ２０２と、復調部２０５と、情報取得部２０６と、発振器２０７を備えている。

反射波読取装置２００では、発振器２０７により無線通信に利用される周波数帯の無変調波が生成され、送信アンテナ２０１から放射される。

放射された電波は、反射波伝送装置１００側の受信アンテナ１０１に給電され、給電特性変更部１０３へ伝えられる。

給電特性変更部１０３は、情報送出部１０６からの指示に従って給電特性を変更した上で、受信された無変調波を変調部１０５へ伝える。

変調部１０５では、給電特性変更部１０３からの給電特性が変更されて受信された無変調波を情報送出部１０６からの情報に基づいて変調し、放射特性変更部１０４へ出力する。

放射特性変更部１０４は、情報送出部１０６からの指示に従って放射特性を変更した上で、変調された変調波を送信アンテナ１０２へ出力する。

送信アンテナ１０２は、放射特性変更部１０４からの放射特性が変更されて放射される変調波を放射する。

送信アンテナ１０２から放射された電波は、反射波読取装置２００側の受信アンテナ２０２に給電され、復調部２０５へ伝えられる。

復調部２０５では、受信アンテナ２０２にて受信された変調波を復調し、復調信号を情報取得部２０６へ出力する。そして、情報取得部２０６は、復調部２０５からの復調信号より所望の情報を取り出す。

なお、図１に示したシステム構成では、説明の便宜上、反射波伝送装置１００は無変調波を給電するアンテナ１０１と情報を乗せた変調反射波を送信するアンテナ１０２を独立に設置して、アンテナの指向性並びに偏波面を給電時と放射時で独立に制御するように構成しているが、勿論、これらのアンテナを共用して給電時と放射時で同一として扱うことも可能である。また、給電特性変更部１０３と放射特性本後部１０４を単一の回路チップで構成することも可能である。他方、反射波読取装置２００においても同様に、無変調波を送信するアンテナと変調反射波を受信するアンテナを共用することも可能である。

図２には、給電特性変更部１０３が持つ特性を示している。同図において、円形で示される図は、受信アンテナ１０１の指向性パターンであり、受信電力が一番大きい値を基準（０ｄＢ）とし目盛りを付け、破線で示す同心円が減衰量を示し、給電特性変更部１０３で観測される受信電力を電波の到来方向を基にした相対値を実線で示している。相対値は、半径方向に半径の長いほど受信電力が大きいことを示し、半径の短いほど受信電力が小さいことを示す（厳密には、到来電波の電力そのものが変化するのではなく、感度が変化することを示す）。

図中上部方向より電波が到来し（図１において反射波読取装置２００の送信アンテナ２０１の方向）、情報送出部１０６から指示された特性が選択されているものとする。図２Ａで示す特性は、電波到来方向に対し給電特性変更部１０３で観測される受信電力が最も大きくなる角度が選択されている。一方、図２Ｂで示す特性は、電波到来方向に対し給電特性変更部１０３で観測される受信電力がもっとも大きくなる受信電力に対し１０ｄＢだけ減衰する角度が選択されている。

情報送出部１０６により給電特性変更部１０３の特性を図２Ａに示した特性から図２Ｂに示した特性に切り替えることによって、給電特性変更部１０３から変調部１０５へ伝えられる無変調波の電力に１０ｄＢの相違が発生する。

図３には、給電特性変更部１０３についてのさらに他の特性を示している。同図は、受信アンテナ１０１の偏波方向による受信電力を示しており、横軸は到来電波の偏波方向に対する受信側での偏波方向の回転角であり、縦軸は給電特性変更部１０３で観測される受信電力である。但し、縦軸の受信電力は回転角０度（偏波方向が一致している）を基にした相対値であり、受信電力が一番大きい値を基準（０ｄＢ）とし目盛りを付けている。相対値は、偏波方向が０度に近いほど受信電力が大きく、偏波方向が９０度に近いほど受信電力が小さい。なお、図３で示す特性は電波並びにアンテナ特性は直線偏波を仮定している。

図中においてｘｙで表記する座標軸は偏波の角度を示し、到来電波の偏波方向は９０度（ｘ軸方向が０度とする）となっている。図３Ａで示す特性は、到来電波の偏波方向に対し給電特性変更部１０３で観測される受信電力が最も大きくなる角度（偏波方向９０度、回転角０度）が選択されている。一方、図３Ｂで示す特性は、到来電波の偏波方向に対し給電特性変更部１０３で観測される受信電力が最も大きくなる受信電力に対し１０ｄＢだけ減衰する角度（偏波方向１５０度、回転角６０度）が選択されている。

情報送出部１０６により給電特性変更部１０３の特性を図３Ａに示した特性から図３Ｂに示した特性に切り替えることによって、給電特性変更部１０３から変調部１０５へ伝えられる無変調波の電力には１０ｄＢの違いが発生する。なお、上記の説明では直線偏波を用いたが、楕円偏波の特性を持つ装置間でも同様の特性が得られる。

図４には、図２又は図３を基にした場合の変調部１０５の出力を示している。同図において、横軸は時間、縦軸は振幅であり、変調部１０５の出力の時間応答が示されている。

ここでは、情報送出部１０６から変調部１０５へ出力される情報は「００１０」（０は０度位相、１は１８０度位相）とし、情報送出部１０６から給電特性変更部１０３へ出力される情報（指示）が図２Ａ（又は図３Ａ）に示す特性、図２Ｂ（又は図３Ｂ）に示す特性、図２Ａ（又は図３Ａ）に示す特性、図２Ｂ（又は図３Ｂ）に示す特性と変化するものとする。但し、情報送出部１０６から変調部１０５へ出力される情報と給電特性変更部１０３へ出力される情報は同期しているものとする。また、同図では切り替え周期が無変調波の周波数の正数倍になっているが、あくまでも作図の関係によるものであり、実際に正数倍である必要はない。

上述したように、図２Ａ（又は図３Ａ）に示す特性と図２Ｂ（又は図３Ｂ）に示す特性の切り替えにより、給電特性変更部１０３から変調部１０５へ伝えられる無変調波の電力には１０ｄＢの違いが発生する。したがって、無変調波に対して変調部１０５で変調を施した変調反射波は、図２Ａ（又は図３Ａ）に示す特性と図２Ｂ（又は図３Ｂ）に示す特性とで１０ｄＢの違いがある出力になる。

そして、変調部１０５から出力は、放射特性変更部１０４、送信アンテナ１０２、並びに受信アンテナ２０２経由で、反射波読取装置２００の復調部２０５へ到達する。復調部２０５では、給電特性変更部１０３における図２Ａ（又は図３Ａ）に示す特性と図２Ｂ（又は図３Ｂ）に示す特性の相違に起因する電力１０ｄＢの違いが観測される。なお、給電特性変更部１０３で選択された無変調波の受信電力とは独立して、情報送出部１０６から変調部１０５へ出力される情報は制御可能である。

同様に、放射特性変更部１０４においても、図２又は図３に示したような電力が相違する特性を、反射波読取装置２００の受信アンテナ２０２との間で関係付けることが可能である。この場合、受信電力ではなく、放射特性変更部１０４からの送信電力が変動する形になるが、実際に放射される電力が変化するのではなく反射波伝送装置１００の送信アンテナ１０２から放射される電波の指向性及び／または偏波面を変化させることにより、反射波読取装置２００側の受信アンテナ２０２での受信電力を変化させることになる。

なお、上記では偏波面で制御する手法において、直線偏波、楕円偏波それぞれで適用できることを示した。それ以外にも、２値の電力制御とするのならば、到来電波が直線偏波であるのに対し給電特性変更部１０３では直線偏波と楕円偏波を切り替えたり、反射波読取装置２００側の受信アンテナ２０２の特性が直線偏波であるのに対し放射特性変更部１０４では直線偏波と楕円偏波を切り替えたりすることによって、復調部２０５で観測される電力を制御することも可能である。この場合、直線偏波、楕円偏波に加え円偏波（右旋／左旋）を選択肢に入れても電力制御は可能である。勿論、微妙な電力制御が必要な場合には、偏波選択（直線偏波、楕円偏波、円偏波（右旋／左旋））に加えて、指向性の角度や偏波面の角度の制御を同時に行なうようにしてもよい。これらの組み合わせは所望の電力制御が得られるのならば任意の組み合わせでよい。

また、これまでの説明では情報送出部１０６から給電特性変更部１０３又は放射特性変更部１０４への制御を図２Ａ（又は図３Ａ）に示す特性と図２Ｂ（又は図３Ｂ）の２通りからの選択のみとしてきた。しかしながら、給電特性変更部１０３又は放射特性変更部１０４への制御を２値の選択のみに限らず、複数値の選択も可能であり、且つ、指向性の角度や偏波面の角度を連続的に変化させることも可能である。

このような場合、反射波伝送装置１００の送信アンテナ１０２から、任意の電力を持つ電波を放射することが可能になる。選択する特性を複数値持つ場合には直交振幅変調（ＱＡＭ）を反射波伝送で実現することができる。また、指向性の角度、偏波面の角度を連続的に変化させる場合には、ＯＦＤＭ変調などの信号送信を反射波伝送で実現することができる。

図５には、本実施形態に係る反射波伝送装置１００の構成を用いて１６ＱＡＭ方式でビット・データを位相空間にマッピングする様子を図解している。

図５Ａに示すコンスタレーションは、従来より用いられている１６ＱＡＭ方式のビット・データに対するマッピング対応例である。本実施形態では、同じビット・データに対して図５Ａと同じ信号点にマッピングするものとする。図５Ｂには、本実施形態で用いられるマッピング点と給電特性変更部１０３又は放射特性変更部１０４との関係を示している。同図中で示す特性（１）、特性（２）、特性（３）は、給電特性変更部１０３と放射特性変更部１０４から得られる特性を合わせた結果をそれぞれ示している。

このとき、マッピング点（Ｑ１，Ｑ０，Ｉ１，Ｉ０）において、（００００）、（００１０）、（１０００）、（１０１０）を送信する場合には特性（１）の０ｄＢの減衰を選択し、（０００１）、（００１１）、（０１００）、（０１１０）、（１００１）、（１０１１）、（１１００）、（１１１０）を送信する場合には特性（２）の−２．５５ｄＢの減衰を選択し、（０１０１）、（０１１１）、（１１０１）、（１１１１）を送信する場合には特性（３）の−９．５４ｄＢの減衰を選択する。つまり、マッピング点が同心円上の点には同じ特性が選択される。

減衰量を算出するとき、同心円の半径が最も大きい円を基準にして０ｄＢと定義し、他は相対的な減衰量を求める。求め方としては、同心円の半径が一番大きい円の半径が（３²＋３²）^1/2であるのに対し（特性（１））、特性（２）の場合の半径が（３²＋１²）^1/2、特性（３）の場合の半径が（１²＋１²）^1/2であるので、特性（２）の減衰量は２０×ｌｏｇ（（３²＋１²）^1/2／（３²＋３²）^1/2）＝−２．５５ｄＢ、特性（３）の減衰量は２０×ｌｏｇ（（１²＋１²）^1/2／（３²＋３²）^1/2）＝−９．５４ｄＢとなる。

情報送出部１０６から給電特性変更部１０３又は放射特性変更部１０４へ出される指示は、マッピング点そのものであってもよいし、図５Ｂに示した３つの特性を選択するだけの情報であってもよい。前者の場合、マッピング点に対応した特性の選択は各々の給電特性変更部１０３又は放射特性変更部１０４で行なわれる。

図５Ｂに示すように同心円状に複数のマッピング点があるが、続いて、これらの点と情報送出部１０６との関わりについて説明する。

図５Ｂでは、位相空間の第一象限における各マッピング点に対応する角度を示している。例えば、マッピング点（０００１）と（０１００）はともに減衰が−２．５５ｄＢの特性（２）の同心円上にあるが、マッピング点毎に角度は異なり、（０００１）は７１．５度、（０１００）は１８．４度である。この角度の違いを生成するのは変調部１０５になる。

変調部１０５は、情報送出部１０６からの指示に基づいて、マッピング点が（０００１）ならば基準位相に対し７１．５度の位相を持つ変調波を生成し、マッピング点が（０１００）ならば基準位相に対し１８．４度の位相を持つ変調波を生成する。このとき、情報送出部１０６からの指示はマッピング点そのものであってもよいし、マッピング点が対応する位相の情報であってもよい。

変調部１０５において各変調波に位相を関連付ける方法としては、給電特性変更部１０３から変調部１０５へ供給される無変調波をそのまま用いて無変調波の位相を回転させる方法でもよいし、無変調波自体は例えば０度と１８０度のみの位相回転を持ち、その切り替えを司る信号（ここでは０／１の信号を仮定する）が各所望の位相で基準位相と関係付けられるように生成するようにしてもよい。

図６には、放射特性変更部１０４の出力特性例（但し、ヌルポイントを持つ場合）を示している。同図では、横軸は時間、縦軸は振幅であり、放射特性変更部１０４出力の時間応答が示されている。

情報送出装置１０６から変調部１０５へ出力される情報は、同図中の領域＜Ａ＞では「０」、領域＜Ｂ＞では「１」となり（但し、０は０度位相、１は１８０度位相）、情報送出装置１０６から給電特性変更部１０３又は放射特性変更部１０４へ出力される情報（指示）が図中「送りたい情報の波形」（破線）の振幅レベルを取るように変化している。

但し、振幅レベルとしては給電特性変更部１０３又は放射特性変更部１０４に対しては「送りたい情報の波形」の絶対値が指示されており、「送りたい情報の波形」の符号が反転する情報は変調部１０５へ出力される情報の「０」を０度位相、「１」を１８０度位相とする等の扱いにすることにより表現されている。

このとき、図６中の時間軸中央付近において「送りたい情報の波形」の符号が反転しているので、給電特性変更部１０３又は放射特性変更部１０４を合わせた特性として、反射波読取装置２００に対してヌルポイント（反射波読取装置２００側の受信レベルが０になる状態）が存在する必要がある。且つ、このヌルポイントとなるタイミングで変調部１０５にて変調波の位相反転が施されている。

図７には、給電特性又は放電特性にヌルポイントを持たない場合の放射特性変更部１０４の出力特性例を示している。

同図において、横軸は時間、縦軸は振幅であり、放射特性変更部１０４出力の時間応答を示す図である。なお、ここで示す「給電特性又は放電特性にヌルポイントを持たない」とは、厳密には反射波読取装置２００側での受信レベルが０になるように給電特性変更部１０３又は放射特性変更部１０４を制御できないという意味である。

この条件では、図６に示すような放射特性変更部１０４の出力の時間応答を生成することができない。この場合の対応として、図７で示す放射特性変更部１０４出力の時間応答を生成して対処する。

まず、「送りたい情報の波形」は振幅レベル０を交差しないような波形（すなわち、ヌルポイントを持たない波形）に置き換えられる。この置き換えは、例えば振幅を半分にして、直流オフセットを所望の量加算する事により得られる。なお、この置き換えにより元々「送りたい情報の波形」が持っていた情報は、受信側で逆変換（必ずしも逆変換である必要はないが、それに相当する処理）を加えることにより再生できるものとする。

そして、置き換えられた「送りたい情報の波形」を基にして、情報送出部１０６から給電特性変更部１０３又は放射特性変更部１０４へ情報（指示）が出力される。このとき、情報送出部１０６から変調部１０５へ出力される情報は常に同一位相を保つようになっており、変調波は連続位相の信号になっている。つまり、変調部１０５は実質反射のみを行ない変調機能が不要となる。

ちなみに、反射波読取装置２００側では、逆変換も含め、図７に対応した復調を行なうように設定がされている。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書では、反射波伝送を行なう通信システムに適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。近接通信を行なう反射波伝送方式では、指向性や偏波の特性が安定しているという観点から、同通信方式に対して本発明を好適に適用することができる。しかしながら、反射波を利用しないその他の通信方式や、遠距離通信を行なう一般的な通信システムにおいても、指向性や偏波の特性が安定し、所望の特性が得られることを条件として、本発明のような放射特性を制御する手法を同様に適用することが可能である。また、これら電波環境に依存しない反射波伝送装置内のアンテナ周りのインピーダンスマッチングや共振点の変更などによっても、本発明を適用することによって、同等の効果を得ることができる。

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を模式的に示した図である。図２Ａは、電波到来方向に対し給電特性変更部１０３で観測される受信電力が最も大きくなる角度が選択されているときの、受信アンテナ１０１の指向性パターンを示した図である。図２Ｂは、電波到来方向に対し給電特性変更部１０３で観測される受信電力が最も大きくなる受信電力に対し１０ｄＢだけ減衰する角度が選択されているときの、受信アンテナ１０１の指向性パターンを示した図である。図３Ａは、到来電波の偏波方向に対し給電特性変更部１０３で観測される受信電力が最も大きくなる角度が選択されているときの、受信アンテナ１０１の偏波方向による受信電力を示した図である。図３Ｂは、到来電波の偏波方向に対し給電特性変更部１０３で観測される受信電力が最も大きくなる受信電力に対し１０ｄＢだけ減衰する角度が選択されているときの、受信アンテナ１０１の偏波方向による受信電力を示した図である。図４は、図２又は図３を基にした場合の変調部１０５の出力を示した図である。図５Ａは、従来より用いられている１６ＱＡＭ方式のビット・データに対するマッピング対応例を示した図である。図５Ｂは、本実施形態で用いられるマッピング点と給電特性変更部１０３又は放射特性変更部１０４との関係を示した図である。図６は、放射特性変更部１０４の出力特性例（但し、ヌルポイントを持つ場合）を示した図である。図７は、給電特性又は放電特性にヌルポイントを持たない場合の放射特性変更部１０４の出力特性例を示した図である。図８は、反射波伝送方式の無線通信システムの構成例（従来技術）を示した図である。図９は、アンテナ・スイッチのオン／オフ操作を利用して変調反射波を生成する反射波変調器５０２の内部構成例を示した図である。

符号の説明

１００…反射波伝送装置
１０１…受信アンテナ
１０２…送信アンテナ
１０３…給電特性変更部
１０４…放射特性変更部
１０５…反射波変調部
１０６…情報送出部
２００…反射波読取装置
２０１…送信アンテナ
２０２…受信アンテナ
２０５…復調部
２０６…情報取得部
２０７…発振器

Claims

反射波読取装置からの無変調キャリアに対する反射波にデータを重畳した変調反射波信号を送出する無線通信装置であって、
電波を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナにおける受信した電波に対する反射波信号を送出する送信アンテナと、
送信情報を生成する情報送出手段と、
前記受信アンテナの指向性パターン又は偏向方向の角度を選択して受信電力が一番大きい値を基準にした受信電力の減衰が送信情報に応じた量となるように給電特性を変更する給電特性変更手段と、
送信情報に応じて前記送信アンテナの指向性パターン又は偏向方向の角度を選択して放射特性を変更する放射特性変更手段と、
前記受信アンテナで受信した電波に対する反射波信号を送信する際に、基準位相に対し送信情報に応じた位相を持つ変調波を生成する変調手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
前記給電特性変更手段は、前記アンテナの電気的特性を示すインピーダンス又は共振点を変更することにより給電特性を変更する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
前記放射特性変更手段は、前記アンテナの電気的特性を示すインピーダンス又は共振点を変更することにより放射特性を変更する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
前記給電特性変更手段は、前記アンテナの電波に対する特性を示す偏波の種類（円（右旋／左旋）、楕円、直線）を切り替えることにより給電特性を変更する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
前記放射特性変更手段は、前記アンテナの電波に対する特性を示す偏波の種類（円（右旋／左旋）、楕円、直線）を切り替えることにより放射特性を変更する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
無線路を介して通信を行なう無線通信装置であって、
電波信号を送受信するアンテナと、
送信情報を生成する情報送出手段と、
送信情報に応じて前記アンテナから電波信号を送信する際の指向性パターン又は偏向方向の角度を選択して放射特性を変更する放射特性変更手段と、
送信信号を基準位相から送信情報に応じた位相を回転させた変調波を生成する変調手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。