JP2005217925A - 変調回路及び変調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パルス変調器であるＳＡＷマッチトフィルタ内の寄生容量が原因で発生してしまう直達波、すなわち、入力端子から出力端子に直接透過してしまう信号成分を送信電波として空中線に放射しない変調回路及び変調方法を提供する。
【解決手段】 正位相の単一パルスと逆位相の単一パルスとを生成し、正位相又は逆位相の単一パルスを基準パルス列に変調するとともに、当該変調した単一パルスと逆位相の単一パルスをデータパルス列に変調し、加算して出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）送受信装置における変調回路に関する。特にＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）マッチトフィルタを変調回路として用いた場合に入出力端子間寄生容量により発生する入力信号の直接透過成分（Ｄｉｒｅｃｔ Ｆｅｅｄ−Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｗａｖｅ）を抑制するための変調回路に関する。

従来、ＳＡＷマッチトフィルタにおける直達波の伝搬を防ぐためのフィルタ接続方法が知られている。例えば、特許文献１に記載の発明によれば、ＳＡＷマッチトフィルタの多段接続構成において、ＳＡＷマッチトフィルタを２段以上縦続に接続し、ＳＡＷマッチトフィルタの各段間を結ぶ入出力信号の接続線の少なくとも一つをグランド電位へ接続することで、不平衡接続とする。このように構成することにより、デバイスの入力から出力への電気的な直達波の伝搬を防ぐことができる。
特開２０００−１９６４１１号公報

ところで、近年、使用周波数帯域が数ＧＨｚと高いＵＷＢ送受信装置の開発が行われている。出願人は、ＳＡＷマッチトフィルタを変調回路として採用したＵＷＢ送受信装置に関する出願（特願２００２−２６2６8０）を行っている。
図９は、ＳＡＷマッチトフィルタ方式ＵＷＢ送信機の構成図である。また、図１０、１１は、パルス変調器（Ｐｕｌｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）として使用されているＳＡＷマッチトフィルタの電極パターンを示す。
上段のパターンは、基準パルス列を生成するためのＳＡＷマッチトフィルタであり、中段が例えば情報“０“送信するためのデータ（基準パルス列より早いタイミングで送信される）パルス列生成用ＳＡＷマッチトフィルタ、下段が例えば情報“１“を送信するためのデータ（基準パルス列より遅いタイミングで送信される）パルス生成用ＳＡＷマッチトフィルタとなっている。
この３段のＳＡＷマッチトフィルタにおいて発生する寄生容量は、信号の入出力方法が不平衡（Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｎｄｅｄ Ｓｉｇｎａｌ）であるか（図１０を参照）、平衡（Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｓｉｇｎａｌ）であるか（図１１を参照）によってそれぞれ図示されるようになるが、いずれの場合においても、このようなＳＡＷマッチトフィルタ に３ＧＨｚ以上の高周波信号を入力すると、図示するような寄生容量の影響で入出力端子開か容量結合され、入力端子から出力端子に直接透過してしまう信号成分（直達波）が発生する。

その影響で図１２のように、パルス変調するためにＳＡＷマッチトフィルタに単一パルスを入力すると、まず初めに直達波が出力され、たいていの場合はその後に出力される希望波パルス列よりも大きい振幅となってしまう。すると、電波法で規定されている送信電力を超えてしまうという問題があった。また、規定送信電力を超えないように調整すると、希望波パルス列信号が小さくなり、通信距離が極端に短くなってしまうという問題があった。さらに、受信機で復調する際に直達波が妨害波として悪影響を与えてしまうという問題があった。

また、図１１に示す平衡入出力タイプにおいては、容量ＣzとＣyの値を限りなく等しくするとともに、容量ＣXとＣwの値を限りなく等しくすることができれば、図１０に示す不平衡入出力タイプよりも直達波の影響を多少小さくすることはできるが、パターンレイアウトの観点からこの２経路の距離を等しくすることは非常に難しいという問題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、パルス変調器であるＳＡＷマッチトフィルタ内の寄生容量が原因で発生してしまう直達波、すなわち、入力端子から出力端子に直接透過してしまう信号成分を送信電波として空中線に放射しない変調回路及び変調方法を提供することにある。

この発明は上記の課題を解決すべくなされたもので、本発明は、正位相の単一パルスと、逆位相の単一パルスとを生成する単一パルス生成部と、前記単一パルス生成部から前記正位相又は逆位相の単一パルスを入力し、基準パルス列に変調する第１のＳＡＷマッチトフィルタと、前記単一パルス生成部から前記第１のＳＡＷマッチトフィルタと逆位相の単一パルスを入力し、データパルス列に変調する第２、３のＳＡＷマッチトフィルタとからなるパルス変調部と、前記第１のＳＡＷマッチトフィルタから前記基準パルス列を入力するとともに、前記第２のＳＡＷマッチトフィルタ又は第３のＳＡＷマッチトフィルタのいずれかからデータパルス列を入力して加算する加算部とを具備することを特徴とする。

また、本発明は、前記単一パルス生成部は、前記単一パルスを生成する単一パルス生成器と、前記単一パルス生成器から単一パルスを入力し、不平衡−平衡変換して正位相の単一パルスと、逆位相の単一パルスとを生成する不平衡−平衡変換器とを具備することを特徴とする。

また、本発明は、前記第２のＳＡＷマッチトフィルタは、前記単一パルス生成部から前記第１のＳＡＷマッチトフィルタと逆位相の単一パルスを入力し、前記基準パルス列より所定の時間だけ早くデータパルス列に変調して出力し、前記第３のＳＡＷマッチトフィルタは、前記単一パルス生成部から前記第１のＳＡＷマッチトフィルタと逆位相の単一パルスを入力し、前記基準パルス列より所定の時間だけ遅くデータパルス列に変調して出力することを特徴とする。

また、本発明は、ＳＡＷマッチトフィルタを変調回路として用いるＵＷＢ無線通信機において、単一パルス生成部が、正位相の単一パルスと、逆位相の単一パルスとを生成し、複数のＳＡＷマッチトフィルタからなるパルス変調部が、前記正位相又は逆位相の単一パルスを基準パルス列に変調するとともに、当該変調した単一パルスと逆位相の単一パルスをデータパルス列に変調し、加算部が、前記基準パルス列と、前記データパルス列とを加算して出力することを特徴とする。

また、本発明は、単一パルス生成器が単一パルスを生成し、不平衡−平衡変換器が前記単一パルス生成器から単一パルスを入力し、不平衡−平衡変換して正位相の単一パルスと、逆位相の単一パルスとを生成することを特徴とする。

また、本発明は、前記パルス変調部は、第１〜３のＳＡＷマッチトフィルタからなり、前記第１のＳＡＷマッチトフィルタは、前記正位相又は逆位相の単一パルスを入力して、基準パルス列に変調し、前記第２のＳＡＷマッチトフィルタは、前記第１のＳＡＷマッチトフィルタと逆位相の単一パルスを入力し、前記基準パルス列より所定の時間だけ早くデータパルス列に変調し、前記第３のＳＡＷマッチトフィルタは、前記第１のＳＡＷマッチトフィルタと逆位相の単一パルスを入力し、前記基準パルス列より所定の時間だけ遅くデータパルス列に変調することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、正位相の単一パルスと逆位相の単一パルスとを生成し、正位相又は逆位相の単一パルスを基準パルス列に変調するとともに、当該変調した単一パルスと逆位相の単一パルスをデータパルス列に変調し、加算して出力する。
このように構成することで、基準パルス列を生成するＳＡＷマッチトフィルタから発生する直達波と、データパルス列を生成するＳＡＷマッチトフィルタから発生する直達波とが逆位相となり、時間軸で比較すると、ちょうど正反対の位相関係の直達波同士が同じ時間タイミングで発生し、その後に続くデータパルス列同士は設定した遅延時間だけずれる。この結果、加算した際に直達波は互いにキャンセルされて無くなり、一方のパルス列のすき間にもう一方のパルス列が挿入された形の送信パルス列のみが出力される。
したがって、希望波パルス列よりも大きい振幅となる直達波のせいで電波法により規定されている放射電力値を超え、他の無線通信システムに妨害を与えてしまったり、直達波を放射電力規定値に合わせたために希望波パルス列が小さくなりすぎて通信距離が短くなってしまったり、さらには直達波が受信側で復調する際の妨害波となってしまって通信性能が劣化するなどという現象を防ぐことができる効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

以下、図面を参照して、本発明の変調回路を適用したＵＷＢ無線通信機の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態の変調回路１の構成図である。
本実施形態の変調回路１は、単一パルス生成部２、パルス変調部３、データ制御部４、加算部５とから構成される。
単一パルス生成部２は、単一パルス生成器１０と、不平衡−平衡器２０とから構成され、正位相の単一パルスと、逆位相の単一パルスとを同時に生成し、パルス変調部３に供給する。具体的には、図２に示すように、単一パルス生成器１０が単一パルスを生成し、不平衡−平衡器２０が生成された単一パルスを入力して、不平衡−平衡変換して正位相の単一パルスと、逆位相の単一パルスとを同時に生成する。
図２は、図１に示す変調回路１のより具体的な実装例を示す。図２の回路構成においては、不平衡−平衡変換器２０として変成器（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を使用している。
しかし、一般的には変成器の周波数帯域幅が狭いため、ＵＷＢ通信用パルス波のような帯域幅の非常に広い信号を扱うのに不向きである。このため、図３に示すような広帯域トランジスタを用いた差動増幅器を適用した方が動作特性は良いことが考えられる。また、これ以外にも０°−１８０°分配器（Ｈｙｂｒｉｄ Ｐｏｗｅｒ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）や３ｄＢ Ｈｙｂｒｉｄ Ｃｏｕｐｌｅｒなどを使用しても同等に機能する。

パルス変調部３は、複数のＳＡＷマッチトフィルタ３０−１〜３から構成され、単一パルス生成部２から正位相の単一パルス、逆位相の単一パルスを入力して、正位相又は逆位相の単一パルスを基準パルス列に変調するとともに、当該変調した単一パルスと逆位相の単一パルスをデータパルス列に変調する。
具体的には、ＳＡＷマッチトフィルタ３０−１が単一パルス生成部２から正位相又は逆位相の単一パルスを入力し、基準パルス列に変調し、ＳＡＷマッチトフィルタ３０−２、３のいずれかが単一パルス生成部２からＳＡＷマッチトフィルタ３０−１と逆位相の単一パルスを入力し、データパルス列に変調する。

データ制御部４は、ロジックデータ生成器４０と、スイッチ５０−１、２とから構成される。データ制御部４は、入力する送信データが２値論理レベルのいずれのレベルであるかに基づいて、ＳＡＷマッチトフィルタ３０−２又はＳＡＷマッチトフィルタ３０−３のいずれかを選択し、スイッチ５０−１を介して単一パルス生成部２から供給されるＳＡＷマッチトフィルタ３０−１と逆位相の単一パルスを選択したＳＡＷマッチトフィルタに出力し、選択されたＳＡＷマッチトフィルタで変調されたデータパルス列をスイッチ５０−２を介して加算部５に出力する。
具体的には、データが“O”が“1”かによって、ロジックデータ生成器４０は、データ“O”用のマッチトフィルタ３０−２、あるいは、データ“１”用のマッチトフィルタ３０−３を選択し、スイッチ５０−１、２を切り替える。

加算部５は、加算合成器６０を有しており、ＳＡＷマッチトフィルタ３０−１から基準パルス列を入力するとともに、データ制御部４が選択したＳＡＷマッチトフィルタ３０−２又はＳＡＷマッチトフィルタ３０−３のいずれかからデータパルス列を入力して加算する。

なお、図２に示す実装例では、単一パルス発生器（ＳＲＣ１、２）、不平衡−平衡変換器（ＴＦ１）、ＳＡＷマッチトフィルタ（ＳＮＰ１〜３）、スイッチ（ＳＷＩＴＣＨ１、２）、加算合成器（ＰＷＲ１）に加えて、信号増幅器（ＡＭＰ１〜３）、アイソレータ（ＩＳＯ１〜６）が適宜追加される。また、Ｖｉ１点、Ｖｉ２点、Ｖｉ３点、Ｍｏｄ１点、Ｍｏｄ２点、Ｔｘ点は 図２の回路構成で実行した計算機シミュレーション結果の信号波形（図４〜８）の取得箇所を示す（後述する）。

次に、図面を参照して、本実施形態の変換回路１の動作について説明する。図４〜８は、本実施形態の変換回路１における信号処理の過程を示す信号波形図である。
まず、単一パルス生成部２では基準パルス列生成のための正位相の単一パルス（図４を参照）をマッチトフィルタ１の前段Ｖｉ1点に発生させるとともに、データバルス列生成のための逆位相の単一パルス（図５を参照）をマッチトフィルタ２の前段Ｖｉ２点またはマッチトフィルタ３の前段Ｖｉ３点に発生させる。
データバルス列生成のための逆位相の単一パルスをＶｉ２点に発生させるか、Ｖｉ３点に発生させるかは、送信データが“O”であるか“１”であるかによって、スイッチ５０−１，２を切り替えて選択する。

発生させた単一パルスそれぞれをＳＡＷマッチトフィルタ３０−１及び２又は３に入力すると、正位相の単一パルスを変調した基準パルス列（図６を参照）がＭｏｄ１点に出力されるとともに、逆位相の単一パルスを変調したデータパルス列（図７を参照）がＭｏｄ２点に出力される。このとき、ＳＡＷマッチトフィルタ３０−１及び２又は３において、直達波はそれぞれのＳＡＷマッチトフィルタ３０−１〜３内に設定された遅延量に関係なくすぐに出力される。
Ｍｏｄ１点における信号と、Ｍｏｄ２点における信号とを時間軸で比較すると、ちょうど正反対の位相関係の直達波同士が同じ時間タイミングで発生する。
一方、その後に続く希望波パルス列（基準パルス列及びデータパルス列）同士はそれぞれのＳＡＷマッチトフィルタ３０−１〜３内に設定された遅延時間だけずれて発生する。

したがって、同じ時間タイミングで発生した、ちょうど正反対の位相関係の直達波同士を加算合成器で加算すると、直達波は互いにキャンセルされる。図４〜８の信号波形を用いて説明すれば、Ｍｏｄ１点（図６を参照）とＭｏｄ２点（図７を参照）の時間軸波形の先頭にある大きな直達波が加算されて合成された後のＴｘ点（図８を参照）では、キャンセルされて無くなっていることがわかる。
一方、希望波パルス列同士についてはキャンセルされることなく、一方のパルス列のすき間にもう一方のパルス列が挿入された形の送信パルス列のみ（図８を参照）が出力できる。

以上説明したように、本実施形態の変調回路１によれば、ＳＡＷマッチトフィルタを用いたＵＷＢ通信用パルス変調器において、およそ３ＧＨｚ以上の高周波信号を扱う場合にＳＡＷマッチトフィルタ内の寄生容量が原因で発生していた直達波、すなわち入力端子から出力端子に直接透過してしまう信号成分をキャンセルすることができるので、ＳＡＷマッチトフィルタに設計上の特別な工夫を施さなくとも希望波パルス列のみを送信することができる。
その結果、たいていの場合において希望波パルス列よりも大きい振幅となる直達波のせいで電波法により規定されている放射電力値を超えてしまうことや他の無線通信システムに妨害を与えてしまうことを防ぐことができる。
また、直達波を放射電力規定値に合わせたために希望波パルス列が小さくなりすぎて通信距離が短くなってしまうことを防ぐことができる。
さらには直達波が受信側で復調する際の妨害波となってしまって通信性能が劣化するなどという現象を防ぐことができる。

変調回路１の構成図。 より詳細な変調回路１の構成図。 広帯域トランジスタを用いた差動増幅器による不平衡−平衡変換器の構成図。 Ｖｉ１点における正位相の単一パルス波形図。 Ｖｉ２点における逆位相の単一パルス波形図。 Ｍｏｄ１点における基準パルス用ＳＡＷ変調器出力波形図。 Ｍｏｄ２点におけるデータパルス用ＳＡＷ変調器出力波形図。 Ｔｘ点におけるパルス変調器送信波形図。 ＳＡＷマッチトフィルタ方式ＵＷＢ送信部の構成図。 不平衡信号入出力タイプのＳＡＷマッチトフィルタ方式変調器の寄生容量。 平衡信号入出力タイプのＳＡＷマッチトフィルタ方式変調器の寄生容量。 従来の変調器による変調波形図。

符号の説明

１…変調回路
２…単一パルス生成部
３…パルス変調部
４…データ制御部
５…加算部
１０…単一パルス生成器（ＳＲＣ１，２）
２０…不平衡−平衡変換器（ＴＦ１）
３０−１〜３…ＳＡＷマッチトフィルタ（ＳＮＰ１〜３）
４０…ロジックデータ生成器
５０−１、２…スイッチ（ＳＷＩＴＣＨ１、２）
６０…加算合成器（ＰＷＲ１）

Claims (6)

1. 正位相の単一パルスと、逆位相の単一パルスとを生成する単一パルス生成部と、
   前記単一パルス生成部から前記正位相又は逆位相の単一パルスを入力し、基準パルス列に変調する第１のＳＡＷマッチトフィルタと、前記単一パルス生成部から前記第１のＳＡＷマッチトフィルタと逆位相の単一パルスを入力し、データパルス列に変調する第２、３のＳＡＷマッチトフィルタとからなるパルス変調部と、
   前記第１のＳＡＷマッチトフィルタから前記基準パルス列を入力するとともに、前記第２のＳＡＷマッチトフィルタ又は第３のＳＡＷマッチトフィルタのいずれかからデータパルス列を入力して加算する加算部と
   を具備することを特徴とする変調回路。
2. 前記単一パルス生成部は、前記単一パルスを生成する単一パルス生成器と、前記単一パルス生成器から単一パルスを入力し、不平衡−平衡変換して正位相の単一パルスと、逆位相の単一パルスとを生成する不平衡−平衡変換器とを具備する
   ことを特徴とする請求項１に記載の変調回路。
3. 前記第２のＳＡＷマッチトフィルタは、前記単一パルス生成部から前記第１のＳＡＷマッチトフィルタと逆位相の単一パルスを入力し、前記基準パルス列より所定の時間だけ早くデータパルス列に変調して出力し、
   前記第３のＳＡＷマッチトフィルタは、前記単一パルス生成部から前記第１のＳＡＷマッチトフィルタと逆位相の単一パルスを入力し、前記基準パルス列より所定の時間だけ遅くデータパルス列に変調して出力する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の変調回路。
4. ＳＡＷマッチトフィルタを変調回路として用いるＵＷＢ無線通信機において、
   単一パルス生成部が、正位相の単一パルスと、逆位相の単一パルスとを生成し、
   複数のＳＡＷマッチトフィルタからなるパルス変調部が、前記正位相又は逆位相の単一パルスを基準パルス列に変調するとともに、当該変調した単一パルスと逆位相の単一パルスをデータパルス列に変調し、
   加算部が、前記基準パルス列と、前記データパルス列とを加算して出力する
   ことを特徴とする変調方法。
5. 単一パルス生成器が単一パルスを生成し、
   不平衡−平衡変換器が前記単一パルス生成器から単一パルスを入力し、不平衡−平衡変換して正位相の単一パルスと、逆位相の単一パルスとを生成する
   ことを特徴とする請求項４に記載の変調方法。
6. 前記パルス変調部は、第１〜３のＳＡＷマッチトフィルタからなり、
   前記第１のＳＡＷマッチトフィルタは、前記正位相又は逆位相の単一パルスを入力して、基準パルス列に変調し、
   前記第２のＳＡＷマッチトフィルタは、前記第１のＳＡＷマッチトフィルタと逆位相の単一パルスを入力し、前記基準パルス列より所定の時間だけ早くデータパルス列に変調し、
   前記第３のＳＡＷマッチトフィルタは、前記第１のＳＡＷマッチトフィルタと逆位相の単一パルスを入力し、前記基準パルス列より所定の時間だけ遅くデータパルス列に変調する
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の変調方法。
   

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