JP2007134789A - 送信装置、受信装置、無線システム、通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受信装置の構成を簡略化し、Ｓ／Ｎを改善すること。
【解決手段】この無線装置は、ベースバンドの変調信号を生成するベースバンド信号処理手段と、ベースバンドの変調信号を送信周波数の信号に変換するためのローカル信号を生成するローカル信号生成手段と、ローカル信号が送信用ローカル信号として入力され、該送信用ローカル信号に基づいてベースバンドの変調信号を送信周波数の信号に変換する周波数変換手段と、ローカル信号が受信用ローカル信号として入力され、周波数変換手段により変換された送信周波数の信号に受信用ローカル信号を重畳して送信信号を出力する信号重畳手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信に用いられる送信装置、受信装置、無線システムおよび通信方法に関する。

近年、利用可能な周波数帯域が豊富に存在すること、電波伝搬減衰量が大きく必要以上に電波が届かないこと、さらに受動回路が比較的小型化できることなどから、ミリ波帯（３０ＧＨｚ〜）での短距離無線通信が注目されている。

マイクロ波帯（３〜３０ＧＨｚ）で利用される無線受信機では、一般に、受信信号を復調するためのローカル信号を受信機内で生成している。しかし、ミリ波帯で利用される無線受信機内でローカル信号を生成する場合、ローカル信号の周波数が高くなるために周波数逓倍器などを使用する必要があり、ローカル信号に重畳される雑音が増加してしまう。ローカル信号に含まれる雑音電力が増加すると、受信信号の信号電力対雑音電力比（以下、「Ｓ／Ｎ比」という。）が劣化し、結果として受信機の受信感度が劣化し、Ｃ／Ｎ等も悪化するという問題が生じる。

こうした問題に対処するため、特許文献１に示すような無線通信装置が提案されている。特許文献１で提案される従来の無線通信装置では、送信機が送信信号と共に受信用ローカル信号を送信することにより、受信機側でローカル信号を生成する必要を無くしている。

しかし、かかる従来の無線通信装置では、ベースバンド信号を一度、中間周波数（以下、「ＩＦ」という。）信号に周波数変換し、その後、無線周波数（以下、「ＲＦ」という。）信号に周波数変換するスーパーヘテロダイン方式を採用する必要がある。そのため、こうした従来技術を用いた場合、送信機、受信機ともに回路構成が複雑となり、それに伴ってサイズが大型化するという問題があった。
特開２００１−５３６４０

以上で説明したように、従来の無線送受信装置では、受信装置側におけるローカル信号源が、特に高い周波数帯において受信信号のＳ／Ｎを悪化させる要因となる問題がある。また、受信装置からローカル信号源を排し、送信装置から受信装置に対して受信用ローカル信号を送信信号と共に供給した場合であっても、送信装置・受信装置の回路構成が複雑化してサイズが大型化するという問題がある。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、高い周波数帯域であってもシンプルな構成でＳ／Ｎを改善することのできる送信装置、受信装置、無線システムおよび通信方法を提供することを目的としている。

上記した目的を達成するために、第１の発明の送信装置は、ベースバンドの変調信号を生成するベースバンド信号処理手段と、ベースバンドの変調信号を送信周波数の信号に変換するためのローカル信号を生成するローカル信号生成手段と、ローカル信号が送信用ローカル信号として入力され、該送信用ローカル信号に基づいてベースバンドの変調信号を送信周波数の信号に変換する周波数変換手段と、ローカル信号が受信用ローカル信号として入力され、周波数変換手段により変換された送信周波数の信号に受信用ローカル信号を重畳して送信信号を出力する信号重畳手段とを具備している。

第２の発明の受信装置は、ベースバンドの変調信号を送信周波数の信号に変換するローカル信号に基づいて、変調信号を送信周波数の信号に変換し、該送信周波数の信号にローカル信号を重畳して送信された送信信号を二乗検波してベースバンド信号を出力する二乗検波手段と、二乗検波手段から出力されたベースバンド信号を復調するベースバンド信号処理手段とを具備している。

第３の発明の無線システムは、第１の発明の送信装置と、第２の発明の受信装置とを具備している。

第４の発明の通信方法は、ベースバンドの変調信号を生成するステップと、ベースバンドの変調信号を送信周波数の信号に変換するためのローカル信号を生成するステップと、ローカル信号に基づいて、ベースバンドの変調信号を前記送信周波数の信号に変換するステップと、変換するステップにより変換された送信周波数の信号にローカル信号を重畳するステップと、重畳するステップにより重畳された信号を、アンテナを介して送信するステップと、重畳するステップにより重畳された信号を、アンテナを介して受信するステップと、受信するステップにより受信された信号を二乗検波するステップを有している。

本発明では、ベースバンド信号から送信周波数の送信信号に変換するためのローカル信号を、送信周波数に変換後の送信信号に重畳するので、受信装置の構成を簡略化することができる。また、受信装置からローカル信号生成手段を省略することができるので、受信装置のＳ／Ｎを改善することができる。

本発明によれば、受信装置を簡略化し、Ｓ／Ｎを改善することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。以下の実施形態の説明では、送受信機の動作原理を説明するために具体的な周波数および構成を例に挙げているが、この周波数の値や回路構成は、本発明の適用範囲を限定するものではない。図１は、本発明の第１の実施形態の無線システムの全体構成を示すブロック図である。

図１に示すように、この実施形態の無線システム１は、送信装置２と受信装置３とを備えている。送信装置２は、信号入力部１１、ベースバンド信号処理部１２、ローカル信号生成部１３、周波数変換部１４、ローカル信号遅延部１５、ローカル信号重畳部１６、電力増幅部１７、送信信号分岐部１８、アンテナ１９および送信信号検出部２０を具備している。受信装置３は、アンテナ２１、高周波増幅部２２、二乗検波部２３、ベースバンド信号処理部２４および信号出力部２５を具備している。

まず送信装置２について説明する。信号入力部１１は、デジタル情報を取り込む入力手段である。信号入力部１１は、送信装置２の外部から情報を取り込むインタフェースとして機能する。ベースバンド信号処理部１２は、信号入力部１１から取り込まれたデジタル情報をベースバンド信号に変換するとともにＰＳＫ変調して、ベースバンドのＰＳＫ信号を出力するデジタル変調手段である。ベースバンド信号処理部１２は、ベースバンド信号をＰＳＫ系変調するものであればどのような構成のものでもよい。

ローカル信号生成部１３は、ベースバンド信号処理部１２によりＰＳＫ変調されたベースバンド信号を所望の送信周波数に変換するための局部発振器である。この実施形態の送信装置２では、ベースバンド信号を直接送信周波数に変換するため、ローカル信号生成部１３は、送信周波数と略同一の周波数のローカル信号を生成する。ローカル信号生成部１３は、ＰＬＬ発振器（周波数シンセサイザ）や、ＰＬＬ発振器と逓倍器（周波数逓倍器）とを組み合わせたものなどを用いることができる（例えば、「移動通信の基礎」 奥村善久/進士昌明 監修 社団法人電子情報通信学会 参照）。

なお、この実施形態の無線システム、送信装置では、ローカル信号生成部１３にて生成されるローカル信号を分岐して送信用および受信用ローカル信号を生成している。以下の説明において、送信信号を周波数変換するためのローカル信号を「送信用ローカル信号」（Ｓｃ）、受信装置において受信信号を再生するために送信信号に重畳されるローカル信号を「受信用ローカル信号」（Ｓｃ’）と呼ぶ。

周波数変換部１４は、ベースバンド信号処理部１２によりＰＳＫ変調されたベースバンド信号Ｓ_ｂを所望の送信周波数に変換するミキサーである。周波数変換部１４は、当該ベースバンド信号Ｓ_ｂとローカル信号生成部１３により生成された送信用ローカル信号Ｓ_ｃとを乗算して周波数を変換する。周波数変換部１４としては、例えばギルバートセル乗算器などトランジスタにより構成されたミキサーや、ダブルバランストミキサーなどダイオードにより構成されたミキサーなどを用いることができる（例えば、「アナログ集積回路設計技術(下)」 P.R.グレイ/R.G.メイヤー共著 永田穣 監訳 培風館 参照）。

ローカル信号遅延部１５は、ローカル信号生成部１３により生成されたローカル信号を遅延制御して受信装置３の受信用ローカル信号Ｓ_ｃ’を出力する位相制御手段である。また、ローカル信号重畳部１６は、周波数変換部１４により送信周波数に変換された送信信号とローカル信号遅延部１５から出力される受信用ローカル信号とを合成（加算）する加算手段である。

この実施形態の無線システムでは、ローカル信号重畳部１６が、受信装置のための受信用ローカル信号Ｓ_ｃ’を送信信号に重畳している。しかし、受信装置が当該重畳された受信用ローカル信号Ｓ_ｃ’を用いて元のベースバンド信号Ｓ_ｂを極力誤りなく得るためには、周波数変換部１４において周波数変換に用いられた送信用ローカル信号Ｓ_ｃと、ローカル信号重畳部１６により重畳される受信用ローカル信号Ｓ_ｃ’とが互いに同期していることが望ましい。ローカル信号遅延部１５は、ローカル信号重畳部１６において送信信号に重畳される受信用ローカル信号Ｓ_ｃ’の位相を制御し、送信用ローカル信号Ｓ_ｃと受信用ローカル信号Ｓ_ｃ’とを同期させる機能を有する。

電力増幅部１７は、ローカル信号重畳部１６により受信用ローカル信号が重畳された送信信号を所定の送信電力まで増幅する増幅手段である。この実施形態では、送信信号がＰＳＫ変調されているから、効率的なＣ級動作の電力増幅器を用いることができる（例えば、「マイクロ波半藤対回路 基礎と展開」 小西良弘 監修 本城和彦 著 日刊工業新聞社 参照）。

送信信号分岐部１８は、電力増幅部１７により増幅された送信信号をアンテナ１９に送るとともにローカル信号遅延部１５の制御用に信号の一部を分岐する信号分岐手段である。送信信号分岐部１８がローカル信号遅延部１５のために分岐する送信信号は、受信用ローカル信号の遅延制御の必要最小限でよい。送信信号分岐部１８としては、例えば高周波用電力分配器やブランチラインカプラなどを用いることができる（例えば「マイクロウェーブ技術入門講座(基礎編)」 森栄二 著 CQ出版社 参照）。

アンテナ１９は、送信信号分岐部１８を通過した送信信号を放射する空中線である。アンテナ１９は、送信する周波数と無線システムの設置形態（送信装置と受信装置との距離等）に応じて適宜選択される。

送信信号検出部２０は、ローカル信号遅延部１５での受信用ローカル信号の位相制御量（遅延量）を制御する遅延制御手段である。送信信号検出部２０は、送信信号分岐部１８から分岐された送信信号に基づいて、ローカル信号遅延部１５での受信用ローカル信号の遅延量を決定して制御する機能を有する。

続いて受信装置３について説明する。アンテナ２１は、送信装置２からの信号を受信するアンテナである。アンテナ２１は、送信装置２のアンテナ１９と対応するが、同一の形式である必要はない。

高周波増幅部２２は、アンテナ２１により受信された受信信号を所定のレベルまで増幅する増幅手段である。高周波増幅部２２は、低雑音のものが望ましく、複数段に分けて増幅してもよい。

二乗検波部２３は、高周波増幅部２２により増幅された受信信号を二乗検波する検波器である。二乗検波部２３は、受信用ローカル信号が重畳された受信信号からベースバンドのＰＳＫ信号に変換する。すなわち、二乗検波部２３は、受信周波数をベースバンドに変換する周波数変換機能を有する。

ベースバンド信号処理部２４は、二乗検波部２３から出力されたベースバンドのＰＳＫ信号をＰＳＫ復調し、得られたベースバンド信号から元のデジタル情報に変換する復調手段である。ベースバンド信号処理部２４は、送信装置２のベースバンド信号処理部１２と対応する。信号出力部２５は、ベースバンド信号処理部２４から出力される元のデジタル情報を外部に出力するインタフェースである。

信号入力部１１から入力されたデジタル情報は、ベースバンド信号処理部１２によりベースバンドのＰＳＫ信号に変換される。一方、ローカル信号生成部１３は、ベースバンド信号を送信周波数の信号に変換するためのローカル信号を生成する。周波数変換部１４は、当該ローカル信号（送信用ローカル信号）に基づき、ベースバンドのＰＳＫ信号を送信周波数の信号に変換する。ローカル信号遅延部１５は、送信信号検出部２０からの位相制御情報に基づき、ローカル信号の位相を制御（遅延）して受信用ローカル信号を生成する。ローカル信号重畳部１６は、周波数変換部１４により変換された送信周波数の信号に受信用ローカル信号を重畳して送信信号として出力する。電力増幅部１７は、送信信号を所定の電力まで増幅する。増幅された送信信号は、送信信号分岐部１８を経てアンテナ１９から空間に放射される。送信信号検出部２０は、送信信号分岐部１８から検出される送信信号に基づき、送信信号に含まれる送信用ローカル信号の成分および受信用ローカル信号の成分が互いに同期するように、ローカル信号遅延部１５に対し受信用ローカル信号の位相制御を指示する。

一方、空間からアンテナ２１を介して取り込まれた送信信号（受信信号）は、高周波増幅部２２により所定の電力まで増幅される。二乗検波部２３は、増幅された受信信号を二乗検波してベースバンド信号を生成する。ベースバンド信号処理部２４は、生成されたベースバンド信号から元のデジタル情報を復元し、信号出力部２５を介して出力する。

このように、この実施形態の無線システム、送信装置によれば、ＰＳＫ変調されたベースバンド信号と送信用ローカル信号を乗算して送信信号を生成するとともに、当該送信信号に受信用ローカル信号を重畳するので、受信装置側の受信用ローカル信号生成手段を省略することができる。特に、この実施形態の無線システム、送信装置では、ベースバンド信号を送信用ローカル信号により直接送信周波数に変換しているから、送信周波数とローカル信号周波数とがほぼ同一となる。すなわち、周波数変換された送信信号と当該送信信号に重畳される受信用ローカル信号とがほぼ同一の周波数となるので、送信装置の電力増幅部、アンテナ等、および受信装置の高周波増幅部等の設計が容易になり、構成を簡略化することができる。

また、この実施形態の無線システム、送信装置、受信装置によれば、送信信号に重畳する受信用ローカル信号の位相を、周波数変換に用いた送信用ローカル信号と同期させているので、受信装置側で十分な復調出力を得ることができる。特に、この実施形態の無線システム、送信装置、受信装置では、受信用ローカル信号の位相制御（同期制御）を送信直前の送信信号に基づいて行っているので、受信装置側の受信状態に即した制御が可能になる。

さらに、この実施形態の無線システム、受信装置では、受信信号に重畳された受信用ローカル信号を利用してベースバンド信号に変換しているので、受信用ローカル信号生成手段を省略することができ、受信装置の構成を簡略化することができる。特に、受信用ローカル信号生成手段が生成するローカル信号の質（安定度、雑音信号の量など）が受信装置のＳ／Ｎの悪化要因となるから、Ｓ／Ｎの悪化を抑えることも可能になる。

続いて、この実施形態の無線システムにおける送信装置について詳細に説明する。図２は、この実施形態の送信装置におけるベースバンド信号処理部１２の構成を示すブロック図である。図２に示すように、この実施形態のベースバンド信号処理部１２は、直列接続されたデジタル信号処理部３１、Ｄ／Ａ変換部３２およびＬＰＦ３３を備えている。

デジタル信号処理部３１は、信号入力部１１を介して取り込まれたデジタル情報がＰＳＫ変調されたベースバンド信号をデジタル信号として出力する変調手段である。デジタル信号処理部３１は、ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）などにより実現され、すべてデジタル処理によりベースバンドのＰＳＫ信号を生成する。

Ｄ／Ａ変換部３２は、デジタル信号処理部３１によりデジタル信号として生成されたベースバンドのＰＳＫ信号を、ＰＳＫ変調されたアナログのベースバンド信号に変換する変換手段である。

ＬＰＦ３３は、Ｄ／Ａ変換部３２によりベースバンド信号がＤ／Ａ変換される際に生じるエイリアシングを抑圧するためのローパスフィルタである。

このように、この実施形態の無線システム、送信装置では、ＰＳＫ変調されたベースバンド信号がデジタル信号として生成され、Ｄ／Ａ変換によりアナログのベースバンド信号に変換され、Ｄ／Ａ変換により生じたエイリアシング抑圧することで、ベースバンドのＰＳＫ変調信号を得ているが、これには限定されない。例えば、ベースバンドの正弦波アナログ信号について、信号入力部１１が取り込んだデジタル情報に基づいてＰＳＫ変調を施すとともに、帯域制限を施すことによりベースバンドのＰＳＫ変調信号を得てもよい。

次に、この実施形態の送信装置におけるローカル信号遅延部１５について詳細に説明する。図３は、この実施形態の送信装置におけるローカル信号遅延部１５の構成を示すブロック図、図４は、このローカル信号遅延部１５の遅延特性の一例を示す図である。

図３に示すように、この実施形態のローカル信号遅延部１５は、入力整合回路４１、バイポーラトランジスタ４２、出力整合回路４３、チョークインダクタ４４およびバイアス回路４５を備えている。この実施形態のローカル信号遅延部１５は、トランジスタのベースバイアス電圧に依存して変化する群遅延特性を利用した遅延回路により構成されている。

入力整合回路４１は、ローカル信号生成部１３の出力と接続され、例えばインダクタやキャパシタなどを組み合わせて構成される整合回路である。入力整合回路４１は、ローカル信号生成部１３とインピーダンスなどのマッチングをとり、信号の反射を抑えるための回路である。入力整合回路４１の出力は、バイポーラトランジスタ４２のベースと接続されている。

バイポーラトランジスタ４２は、ベースが入力整合回路４１の出力およびバイアス回路４５の出力が接続され、エミッタが接地され、コレクタがチョークインダクタ４４の一端および出力整合回路４３の入力が接続されたトランジスタである。バイポーラトランジスタ４２は、例えばＮＰＮ型のトランジスタである。

出力整合回路４３は、入力がバイポーラトランジスタ４２のコレクタおよびチョークインダクタ４４の一端と接続され、出力がローカル信号重畳部１６と接続された、例えばインダクタやキャパシタなどを組み合わせて構成される整合回路である。出力整合回路４３は、ローカル信号重畳部１６とインピーダンスなどのマッチングを取り、信号の反射を抑えるための回路である。

チョークインダクタ４４は、一端がバイポーラトランジスタ４２のコレクタおよび出力整合回路４３の入力と接続され、他端がＶＣＣ（電源）に接続されたインダクタである。チョークインダクタ４４は、バイポーラトランジスタ４２のコレクタとＶＣＣとを高周波的に分離する。すなわち、バイポーラトランジスタ４２に対してコレクタバイアス電圧を供給する際にバイポーラトランジスタ４２の特性（動作）が電源のインピーダンスの影響を受けないようにする作用をする。

バイアス回路４５は、入力が送信信号検出部２０の出力と接続され、出力が入力整合回路４１の出力およびバイポーラトランジスタ４２のベースと接続された、バイアス制御回路である。バイアス回路４５は、増幅器のバイアス回路として一般的に利用されているもので、例えばエミッタフォロアなどで構成されるバイアス回路を用いることができる。バイアス回路４５は、送信信号検出部２０から送られる制御信号に基づいて、バイポーラトランジスタ４２のバイアス電流を制御する機能を有する。より具体的には、バイアス回路４５は、バイポーラトランジスタ４２にバイアス電流を供給すると共に、送信信号検出部２０からの制御信号の電圧変化に対するバイポーラトランジスタ４２の群遅延特性の感度を下げる作用をする。

ローカル信号生成部１３からローカル信号が入力されると、ローカル信号は、入力整合回路４１を介してバイポーラトランジスタ４２のベースに入力される。バイポーラトランジスタ４２のコレクタにはチョークインダクタ４４を介してＶＣＣが接続されているから、ベースに入力されたローカル信号に応じてコレクタ電流が流れる。コレクタ電流が流れると、出力整合回路４３を介してローカル信号重畳部１６にローカル信号に対応する信号が出力される。

一般に、ｐ型半導体とｎ型半導体を接合したｐｎ接合半導体における接合間容量は、その両端に印加される電圧値に依存して変化することが知られている（例えば「RF Circuit Design」Reinhold Ludwig/Ravel Bretchko著 Prentice Hall参照）。

トランジスタは、ｐｎ接合およびｎｐ接合を組み合わせて作られているため、例えばバイポーラトランジスタの場合、ベース端子またはコレクタ端子に印加されるバイアス電圧が変化すると、それに応じて寄生容量が変化する。寄生容量が変化すると、トランジスタに入力された信号が出力される際に信号の位相進み量が変化することになり、結果として、入力信号に対する出力信号の遅延量が変化することになる。

そこで、この実施形態の無線システム、送信装置では、バイアス回路４５が、送信信号検出部２０からの位相制御信号に基づいてバイポーラトランジスタ４２のバイアス電流を変化させ、結果的にコレクタを経て出力されるローカル信号の位相を変化させている。

図４に示すのは、この実施形態の無線システム、送信装置におけるローカル信号遅延部の遅延特性の特性例を示す図である。図４に示すように、送信信号検出部２０から送られる制御信号に対して、ローカル信号の遅延量が比例する特性が好適である。

なお、この実施形態の無線システム、送信装置では、ローカル信号遅延部１５にバイポーラトランジスタを用いているが、これには限定されない。すなわち、トランジスタやダイオードなどｐｎ接合半導体を用いた素子や、アクティブ素子を利用するものであってもよい。

次に、この実施形態の送信装置における送信信号検出部２０について詳細に説明する。図５は、この実施形態の送信信号検出部２０の構成を示すブロック図、図６は、この送信信号検出部２０におけるＬＰＦ５２の構成例を示す回路図、図７は、この送信信号検出部２０における電圧レベル判定部５４の構成例を示す回路図である。

図５に示すように、この実施形態の送信信号検出部２０は、直列接続された二乗検波部５１、ＬＰＦ５２、ＤＣ遮断部５３、電圧レベル判定部５４および制御信号出力部５５を備えている。

二乗検波部５１は、入力が送信信号分岐部１８と接続され、出力がＬＰＦ５２と接続されている。二乗検波部５１は、出力電圧が入力電圧の２乗に比例する二乗検波（自乗検波）特性を有する検波器である。この実施形態では、ローカル信号を使用せずに周波数変換する変換器としても機能させて用いている。二乗検波部５１は、振幅変調波の復調などに使用される、ダイオードを用いた二乗検波器などを用いることができる。

ＬＰＦ５２は、一端が二乗検波部５１の出力と接続され、他端がＤＣ遮断部５３の入力と接続され、所定の周波数よりも低域側を通過させるローパスフィルタである。図６に示すように、この実施形態のＬＰＦ５２は、二乗検波部５１およびＤＣ遮断部５３の間に直列接続された抵抗器６１と、一端が抵抗器６１のＤＣ遮断部５３接続端と接続され、他端が接地されたキャパシタ６２により構成されている。ただし、ＬＰＦ５２は、図６に示すようなＲＣ型ローパスフィルタには限定されない。

ＤＣ遮断部５３は、入力がＬＰＦ５２と接続され、出力が電圧レベル判定部５４に接続されている。ＤＣ遮断部５３は、入力された信号から直流成分を除去する作用をする。ＤＣ遮断部５３としては、例えば信号線路に直列に挿入されたキャパシタなどを用いることができる。

電圧レベル判定部５４は、入力がＤＣ遮断部５３の出力と接続され、出力が制御信号出力部と接続されている。電圧レベル判定部５４は、入力された信号の電圧レベルを判定して、制御信号出力部５５に当該電圧レベルに応じた制御信号を出力させる作用をする。図７に示すように、この実施形態の電圧レベル判定部５４は、アノードがＤＣ遮断部５３の出力と接続され、カソードが制御信号出力部５５の入力と接続されたダイオード６３と、一端がダイオード６３のアノードと接続され、他端が接地された抵抗器６４と、それぞれ一端がダイオード６３のカソードと接続され、それぞれ他端が接地されたキャパシタ６５および抵抗器６６とを備え、ダイオードを用いた一般的なダイオード検波器を構成している。図７に示す電圧レベル判定部５４は、入力された信号をダイオード６３により整流し、出力側に備えられたキャパシタ６５に充電する事により、入力信号の振幅電圧レベルを検出することができる。すなわち、電圧レベル判定部５４は、入力された電圧レベルに応じた電圧を出力する

制御信号出力部５５は、入力が電圧レベル判定部５４の出力と接続され、出力がローカル信号遅延部１５と接続されている。制御信号出力部５５は、電圧レベル判定部５４から出力される信号に基づいて、ローカル信号遅延部１５における受信用ローカル信号の遅延量を制御する信号を出力する作用をする。

送信信号分岐部１８から送信信号の一部が入力されると、二乗検波部５１は、当該送信信号を二乗して出力する。ＬＰＦ５２は、二乗された送信信号から当該送信信号の高調波成分を除去する。ＤＣ遮断部５３は、高調波成分が除去された送信信号から直流成分を除去する。その結果、ＤＣ遮断部５３は、ＰＳＫ変調された元のベースバンド信号に対応した参照信号を出力することになる。この参照信号は、送信信号分岐部１８から分岐された送信信号から、受信装置３と同一の手順により生成されるから、参照信号が十分なレベルとなるように受信用ローカル信号の位相が制御することで、送信用ローカル信号と受信用ローカル信号の同期を取ることが可能になる。電圧レベル判定部５４は、参照信号の電圧レベルを判定して直流電圧を出力し、その直流電圧に基づいて制御信号出力部５５は制御信号をローカル信号遅延部１５に出力する。

続いて、この実施形態の無線システムにおける受信装置について詳細に説明する。図８は、この実施形態の受信装置における二乗検波部２３の構成を示すブロック図である。図８に示すように、この実施形態の二乗検波部２３は、二乗検波器７１、ＬＰＦ７２、ＤＣ遮断部７３および電圧レベル判定部７４を備えている。図８に示すように、この実施形態の受信装置３における二乗検波部２３の基本構成は、同じく送信装置２における送信信号検出部２０の基本構成とほぼ同一である。

二乗検波器７１は、入力が高周波増幅部２２と接続され、出力がＬＰＦ７２と接続されている。二乗検波器７１は、出力電圧が入力電圧の２乗に比例する二乗検波（自乗検波）特性を有する検波器である。この実施形態では、いわゆる復調機能ではなく、ローカル信号を使用せずに周波数変換する変換器として機能させている。二乗検波器７１は、振幅変調波の復調などに使用される、ダイオードを用いた二乗検波器などを用いることができる。

ＬＰＦ７２は、一端が二乗検波器７１の出力と接続され、他端がＤＣ遮断部７３の入力と接続され、所定の周波数よりも低域側を通過させるローパスフィルタである。このＬＰＦ７２は、図６に示すＬＰＦ５２と同様の構成のものを用いることができる。

ＤＣ遮断部７３は、入力がＬＰＦ７２と接続され、出力が電圧レベル判定部７４と接続されている。ＤＣ遮断部７３は、入力された信号から直流成分を除去する作用をする。ＤＣ遮断部７３としては、例えば信号経路に直列に挿入されたキャパシタなどを用いることができる。

電圧レベル判定部７４は、入力がＤＣ遮断部７３の出力と接続され、出力がベースバンド信号処理部２４と接続されている。電圧レベル判定部７４は、入力された信号の電圧レベルを検出し、当該電圧レベルに応じたベースバンド信号を出力する作用をする。この電圧レベル判定部７４は、図７に示す電圧レベル判定部５４と同様の構成のものを用いることができる。

高周波増幅部２２から増幅された受信信号が入力されると、二乗検波器７１は、当該受信信号を二乗して出力する。ＬＰＦ７２は、二乗された受信信号から高調波成分を除去する。ＤＣ遮断部７３は、高調波成分が除去された受信信号から直流成分を除去する。電圧レベル判定部７４は、半波整流された信号電圧を出力する。その結果、電圧レベル判定部７４は、ＰＳＫ変調された元のベースバンド信号をベースバンド信号処理部２４に出力することになる。

この実施形態の受信装置３によれば、送信装置２における送信信号検出部２０と同じ構成の二乗検波部２３を具備し、受信用ローカル信号生成手段を省略したので、送信用ローカル信号と受信用ローカル信号との位相ずれに起因するＳ／ＮやＣ／Ｎの悪化を抑えることができる。

次に、この実施形態の受信装置におけるベースバンド信号処理部２４について詳細に説明する。図９は、この実施形態の受信装置３におけるベースバンド信号処理部２４の構成を示すブロック図である。図９に示すように、この実施形態の受信装置３のベースバンド信号処理部２４は、この実施形態の送信装置２のベースバンド信号処理部１２の逆の構成を有している。すなわち、この実施形態のベースバンド信号処理部２４は、直列接続されたＬＰＦ７５、Ａ／Ｄ変換部７６およびデジタル信号処理部７７を備えている。

ＬＰＦ７５は、受信信号に含まれる高調波成分を除去してエイリアシングを抑圧するためのローパスフィルタである。

Ａ／Ｄ変換部７６は、高調波成分が除去されたベースバンドのＰＳＫ信号をデジタル信号に変換する変換手段である。

デジタル信号処理部７７は、デジタル信号に変換されたベースバンドのＰＳＫ信号から元のデジタル情報に復調する復調手段である。デジタル信号処理部７７は、ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）などにより実現され、すべてデジタル処理によりベースバンドのＰＳＫ信号を復調処理する。

このように、この実施形態の無線システム１、受信装置３では、ベースバンドの受信信号についてエイリアシング抑圧し、Ａ／Ｄ変換によりデジタルのベースバンド信号に変換し、デジタル化したベースバンド信号からデジタル情報を得ている。ただし、これには限定されない。Ａ／Ｄ変換せずアナログのベースバンド信号から直接デジタル情報を取り出すように構成してもよい。

続いて、図１ないし図１０を参照して、この実施形態の無線システム１の動作原理について詳細に説明する。図１０は、この実施形態におけるローカル信号の位相遅れと受信信号との関係を示す図である。以下に説明する例では、送受信信号の周波数はミリ波帯の６０ＧＨｚであり、ベースバンド信号は１Ｇｂｐｓの伝送速度でＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調されているものとして説明する。

信号入力部１１からデジタル情報が取り込まれてベースバンドのＰＳＫ変調が施されると、ベースバンド信号処理部１２は、数式（１）に示すようなＢＰＳＫ変調信号を出力し、周波数変換部１４に入力する。

数式（１）に示すＢＰＳＫ変調信号は、ベースバンド信号処理部１２に備えられているデジタル信号処理部３１での信号処理とベースバンドフィルタ（ＬＰＦ３３）により帯域制限された、有限な周波数信号帯域を有するベースバンド信号である。この例では、１Ｇｂｐｓの伝送速度でＢＰＳＫ変調されているため、数式（１）のベースバンド信号には少なくともＤＣから５００ＭＨｚまでの周波数成分を有している変調信号となる。

ここで、ローカル信号生成部１３は、数式（２）に示すローカル信号を生成し、送信用ローカル信号として周波数変換部１４に入力する。数式（２）に示すローカル信号周波数ｆｃは、この例では６０ＧＨｚである。

周波数変換部１４は、数式（１）に示すベースバンド信号Ｓ_ｂと数式（２）に示す送信用ローカル信号Ｓ_ｃとを乗算し、数式（３）に示すようなＲＦ送信信号Ｓ_ＲＦを生成する。生成されたＲＦ送信信号Ｓ_ＲＦは、ローカル信号重畳部１６に入力される。

一方、ローカル信号生成部１３は、ローカル信号遅延部１５に受信用ローカル信号を入力する。ローカル信号遅延部１５は、入力された受信用ローカル信号に対して、送信信号検出部２０から出力される位相制御信号に応じた遅延量の遅延を与える。その結果、ローカル信号遅延部１５は、送信用ローカル信号と位相同期が取れた受信用ローカル信号をローカル信号重畳部１６に入力する。なお、説明をわかりやすくするため、以下の説明では、ローカル信号遅延部１５が有する特性は図４に示すような特性であるものとする。この例では、図３に示すローカル信号遅延部１５のチョークインダクタ４４のインピーダンスが十分に高い値である必要がある。すなわち、数式（４）で計算される６０ＧＨｚにおけるチョークインダクタ４４のインピーダンスが、例えば１０００［Ω］より十分高い値となるように選択する。具体的には、例えば１０［nH］のインダクタンス値を有するチョークインダクタを用いる。

以下、ローカル信号遅延部１５により、送信用ローカル信号と受信用ローカル信号との位相同期が既に取れているものとして説明する。ローカル信号重畳部１６は、数式（３）に示されるＲＦ送信信号Ｓ_ＲＦと、送信用ローカル信号と位相同期の取れた受信用ローカル信号Ｓ_ｃ’を重畳し、数式（５）に示すような受信用ローカル信号が重畳されたＲＦ送信信号Ｓ_{ＲＦ＋ＬＯ}を生成して電力増幅部１７へ入力する。

電力増幅部１７は、数式（５）に示す受信用ローカル信号が重畳されたＲＦ送信信号Ｓ_{ＲＦ＋ＬＯ}を電力増幅し、送信信号分岐部１８へ入力する。

送信信号分岐部１８に入力された受信用ローカル信号が重畳されたＲＦ送信信号Ｓ_{ＲＦ＋ＬＯ}は、信号の一部が分岐されて送信信号検出部２０に入力され、残りはアンテナ１９を介して空間中に放射される。

次に、ローカル信号遅延部１５における受信用ローカル信号の遅延量および遅延制御について詳細に説明する。

図５に示すように、数式（５）に示すＲＦ送信信号Ｓ_{ＲＦ＋ＬＯ}が送信信号検出部２０に入力されると、二乗検波部５１は、二乗検波を施す。すなわち、二乗検波部５１の二乗特性により、数式（５）に示すＲＦ送信信号Ｓ_{ＲＦ＋ＬＯ}が二乗され、数式（６）に示すような出力信号Ｓ^２ _{ＲＦ＋ＬＯ}が得られる。

ここで、数式（６）の第１、２項目は直流（ＤＣ）成分、第４項目はＢＰＳＫ変調されたベースバンド信号成分、第５〜１０項目はローカル信号周波数の２倍の高調波周波数成分（この例では１２０ＧＨｚの周波数を持つ信号成分）である。

数式（６）で示される二乗検波部５１の出力信号Ｓ^２ _{ＲＦ＋ＬＯ}は、ＬＰＦ５２およびＤＣ遮断部５３に入力され、第１、２項目のＤＣ成分および第５〜１０項目の２倍の周波数成分（高調波成分）が除去される。ＤＣ遮断部５３は、数式（７）に示す信号Ｓ^２ _{ＲＦ＋ＬＯ}を出力して、電圧レベル判定部５４に入力する。

ここで、図５および図６に示すＬＰＦ５２の遮断周波数は、抵抗器６１の抵抗値をＲ、キャパシタ６２の容量値をＣとしたとき、数式（８）で表される。

この例では、数式（８）で計算される遮断周波数が、数式（６）における第５〜１０項目の周波数、すなわち１２０ＧＨｚより低く、数式（６）における第３、４項目のベースバンド信号の周波数成分、すなわち５００ＭＨｚより高くなるように、インダクタンス値Ｌ、抵抗値Ｒ、および容量値Ｃが選択される。

また、この例におけるＤＣ遮断部５３が、信号線路に直列に挿入されたキャパシタである場合、当該キャパシタの容量値は、ＢＰＳＫ変調されたベースバンド信号に含まれる全ての周波数成分、すなわち最大５００ＭＨｚまでの周波数成分に対して、数式（９）で計算される当該キャパシタのインピーダンスの大きさが、例えば１／１０００［Ω］より十分低くなるように選択する。例えば、ｆｃ＝６０ＧＨｚであればＣ＝０．０１［μＦ］の容量であるとする。ＤＣを除く必要な周波数帯域全てを通過させるためである。

数式（７）における定数Ａ，Ｂ，Ｃ、すなわちベースバンド信号Ｓ_ｂ、送信用ローカル信号Ｓ_ｃ、および受信用ローカル信号Ｓ_ｃ’の信号振幅が全て等しく１である場合、数式（７）は数式（１０）になる。この場合、電圧レベル判定部５４から出力される電圧値は、電圧レベル判定部５４のダイオード６３により半波整流され、０〜１．２５［Ｖ］となる。電圧レベル判定部５４から出力された電圧は、制御信号出力部５５へ加えられる。数式（１０）に示すように、この段階で、元のベースバンド信号Ｓ_ｂが再生されている（第２項目）。

制御信号出力部５５は、電圧レベル判定部５４から電圧を受けると（この例では０〜１．２５Ｖの範囲の電圧）、ローカル信号遅延部１５における遅延量の制御に必要な電圧値に変換する。すなわち、制御信号出力部５５は、電圧レベル判定部５４が出力する電圧を、ローカル信号遅延部１５が受け入れ可能な電圧のダイナミックレンジに合わせて変換する。例えば、図３に示すようにローカル信号遅延部１５がトランジスタを用いた回路により構成され、図４に示す制御電圧対遅延量の特性を有する場合、必要な制御信号電圧値の範囲は０〜２．５［Ｖ］となる。この場合、制御信号出力部５５は、０〜１．２５［Ｖ］の電圧範囲を０〜２．５［Ｖ］の電圧範囲へレベル変換を行う。例えば、制御信号出力部５５は、電圧レベル判定部５４から出力される０〜１．２５［Ｖ］の範囲の出力電圧レベルが大きくなると大きくなり、小さくなると小さくなるようにレベル変換する。

ローカル信号遅延部１５は、制御信号出力部５５から入力された制御信号に応じた遅延量の遅延を受信用ローカル信号に与え、ローカル信号重畳部１６へ出力する。そして、ローカル信号遅延部１５は、制御信号出力部５５から出力される制御信号に基づいて、送信信号検出部２０にて二乗検波された信号の電圧レベルが大きくなるように、受信用ローカル信号に対して遅延を与える。その結果、送信用ローカル信号と受信用ローカル信号とが互いに同期する。

続いて、この実施形態における受信装置３の受信動作と、送信用ローカル信号と受信用ローカル信号との位相同期を取る必要がある理由について詳細に説明する。

受信用ローカル信号と送信用ローカル信号との位相同期が取れておらず、送信用ローカル信号に比べて受信用ローカル信号の位相が遅れてしまっている場合、すなわち送信用ローカル信号の方が受信用ローカル信号よりも遅れてローカル信号重畳部１６に入力される場合、数式（５）は数式（１１）となる。

数式（１１）に示す信号が図１に示す受信装置３にて受信された場合、受信信号は、高周波増幅部２２で増幅された後、二乗検波部２３にて二乗検波されて数式（１２）に示す信号となる。なお、数式（１２）にて使用される各信号の振幅値を表すＡ，Ｂ，Ｃの各定数は、送信機にて送信された各信号の振幅レベルより低くなるが、ここでは説明を簡便にするために、受信機にて受信された信号の各信号振幅を改めてＡ，Ｂ，Ｃと再定義しなおすものとする。また、高周波増幅部２２は、受信信号をＤ倍に増幅するものとする。

二乗検波部２３は、送信信号検出部２０と同様に、ＬＰＦ７２とＤＣ遮断部７３とを備えている。二乗検波部２３においては、数式（１２）に含まれる第５〜１０項目の２倍の周波数成分がＬＰＦ７２にて除去され、第１項目の直流成分がＤＣ遮断部７３にて除去される。結果として、数式（１３）に示す信号がベースバンド信号処理部２４へ出力される。

説明を分かりやすくするため、数式（１３）において、定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは全て１であるとすると、数式（１３）は数式（１４）となる。

数式（１４）に示すように、ベースバンド信号処理部２４に入力されるＳ^２ _{ＲＦ＋ＬＯ}には、数式（１）に示す元のベースバンド信号Ｓ_ｂが再生されていることがわかる。すなわち、受信用ローカル信号Ｓ_ｃ’を受信装置において用意しなくても、元のベースバンド信号Ｓ_ｂが復元されている。

なお、二乗検波部２３と送信信号検出部２０の構成は、制御信号出力部５５を備えているか否かのみ異なり、その他の構成は同じであるが、例えばローパスフィルタを構成するインダクタのインダクタンス値やキャパシタの容量値などは、二乗検波部２３と送信信号検出部２０とで異なる場合が考えられる。しかし、基本的な動作と回路の働きは同様である。

そして、図９に示すように、ベースバンド信号処理部２４に入力された信号Ｓ^２ _{ＲＦ＋ＬＯ}は、ＬＰＦ７５にてＡ／Ｄ変換部７６のエイリアシング周波数にあたる信号が除去された後、Ａ／Ｄ変換部７６にてデジタル信号に変換され、デジタル信号処理部７７へ入力される。デジタル信号処理部７７は、入力されたデジタル信号から元のＢＰＳＫ信号を復調する。

ここで、位相遅れφの影響について説明する。数式（１４）に示したベースバンド信号処理部２４への入力信号の値を図１０に示す。図１０において、横軸は受信用ローカル信号の位相遅れφであり、縦軸は受信信号レベル（二乗値＝Ｓ^２）である。図１０に示すように、位相遅れφの値が大きくなると、ａ_ｉ（ｔ）＝１のときとａ_ｉ（ｔ）＝０のときの信号レベルの値の差が徐々に小さくなり、φ=π／２（≒１．５７）の時に等しくなり、φ＝π（≒３．１４）の時には完全に値が逆になってしまうことがわかる。

このように、送信用ローカル信号と受信用ローカル信号との位相同期を取らないとａ_ｉ（ｔ）＝１のときとａ_ｉ（ｔ）＝０のときの信号レベルの値の差が小さくなるため、受信装置にて信号を復調する際に検出誤りが生じる可能性が高くなり、最悪の場合にはデータが反転されて検出され、データが復調できなくなる。そこで、この実施形態の無線システム、送信装置および受信装置では、受信用ローカル信号に対して遅延を与えることにより位相同期を取る方法を用いている。

なお、受信用ローカル信号を遅延させて位相同期をとるためには、位相同期を取る前の状態において、温度変化やチャネル周波数変化などの外的要因に対して、送信用ローカル信号よりも受信用ローカル信号の位相が常に進んでいる状態となっている必要がある。これにより、ローカル信号遅延部１５において与えられる遅延量が大きくなると、送信信号検出部２０における検波出力も大きくなる関係となり、前述のとおり受信用ローカル信号と送信用ローカル信号との位相同期を取ることが可能となる。送信用ローカル信号よりも受信用ローカル信号の位相を常に進めるため、あらかじめローカル信号に遅延を与える方法としては、例えば信号線路に遅延線路を追加するなどの方法が考えられ、容易に実現することができる。

以上説明したように、この実施形態の無線システム、送信装置、受信装置、通信方法によれば、受信装置は、受信用ローカル信号を含んだＲＦ帯の受信信号を直接二乗検波することで、ベースバンドのＰＳＫ変調信号を得ることが可能となる。そして、従来の受信装置では必要であったＩＦ段を省略することが可能となり、安価で小型な無線システム、送信装置および受信装置を実現することが可能となる。また、この実施形態の無線システム、送信装置、受信装置、通信方法によれば、送信側において送信用ローカル信号と受信用ローカル信号との同期をとるので、受信側における符号誤りを抑えることができる。

続いて、本発明の第２の実施形態について詳細に説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態の無線システムにおける送信装置のベースバンド信号処理部１１２の構成を示すブロック図、図１２は、この実施形態の送信装置の周波数変換部１１４の構成を示すブロック図、図１３は、この実施形態におけるローカル信号の位相遅れと受信信号との関係を示す図である。

この実施形態に係る無線システム、送信装置および受信装置は、第１の実施形態に係る無線システム、送信装置および受信装置におけるベースバンド信号処理部１２および周波数変換部１４の構成を変更したものである。具体的には、周波数変換部から出力されるＲＦ送信信号に含まれる下側側波帯の項を除去するため、ベースバンド信号処理部から出力されるベースバンド信号とローカル信号生成部から出力される送信用ローカル信号とを直交変調してＲＦ送信信号を生成するものである。以下の説明において第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

図１１に示すように、この実施形態の無線システム、送信装置は、ベースバンド信号処理部１１２および周波数変換部１１４を具備している。ベースバンド信号処理部１１２は、デジタル信号処理部１３１、第１のＤ／Ａ変換部１３２、第１のＬＰＦ１３３、第２のＤ／Ａ変換部１３４および第２のＬＰＦ１３５を備えている。また、周波数変換部１１４は、第１の周波数変換部８１、第２の周波数変換部８２、９０度移相部８３および加算器８４を備えている。

デジタル信号処理部１３１は、第１の実施形態におけるデジタル信号処理部３１と対応し、信号入力部１１を介して取り込まれたデジタル情報がＰＳＫ変調されたベースバンド信号をデジタル信号として出力する変調手段である。この実施形態のデジタル信号処理部１３１は、ＰＳＫ変調されたベースバンド信号のうち、Ｉｃｈ（同相信号）とＱｃｈ（直交信号）とを分離して出力する点において、第１の実施形態のデジタル信号処理部３１と相違している。デジタル信号処理部１３１は、それぞれＩｃｈおよびＱｃｈのベースバンド信号を別々に生成するための回路を備えていてもよいし、Ｉｃｈのベースバンド信号をヒルベルト変換することでπ／２位相のずれたＱｃｈのベースバンド信号を生成してもよい。この場合、ヒルベルト変換はＦＩＲフィルタを用いたヒルベルト変換器が使用できる。

第１のＤ／Ａ変換部１３２および第２のＤ／Ａ変換部１３４は、第１の実施形態におけるＤ／Ａ変換部３２と対応し、デジタル信号処理部１３１によりデジタル信号として生成されたベースバンドのＰＳＫ信号を、ＰＳＫ変調されたアナログのベースバンド信号に変換する変換手段である。第１のＤ／Ａ変換部１３２および第２のＤ／Ａ変換部１３４は、それぞれＩｃｈおよびＱｃｈについてＤ／Ａ変換する。

第１のＬＰＦ１３３および第２のＬＰＦ１３５は、第１の実施形態におけるＬＰＦ３３と対応し、第１および第２のＤ／Ａ変換部１３２および１３４によりベースバンド信号がＤ／Ａ変換される際に生じるエイリアシングを抑圧する。

デジタル信号処理部１１２は、ＩｃｈとＱｃｈとを分離したまま周波数変換部１１４に出力する。

第１の周波数変換部８１および第２の周波数変換部８２は、第１の実施形態の周波数変換部１４と対応し、それぞれＩｃｈ信号およびＱｃｈ信号を周波数変換する。
９０度移相部８３は、ローカル信号生成部１３から生成された送信用ローカル信号のうちＱｃｈ信号に用いる方について９０度位相をずらす移相手段である。

加算器８４は、第１および第２の周波数変換部８１および８２により周波数変換されたＩｃｈ・Ｑｃｈの信号を加算してローカル信号重畳部１６に出力する。

第１の実施形態では、数式（５）に示すように下側側波帯の信号であるcos(2πf_ct-a_i(t)π)の項がＲＦ送信信号Ｓ_{ＲＦ＋ＬＯ}に含まれている。そのため、後述するように送信用ローカル信号と受信用ローカル信号とで位相同期が取れていない場合に発生する誤差信号の項が増えてしまう。そこで、第２の実施形態では、ＲＦ送信信号から下側側波帯の項を除去するため、直交変調を採用している。

すなわち、ベースバンド信号処理部１１２は、ＩｃｈおよびＱｃｈのベースバンド信号を出力する。ローカル信号生成部１３から出力される送信用ローカル信号は、Ｉｃｈ用およびＱｃｈ用の互いに９０度位相のずれたＩｃｈ用ローカル信号およびＱｃｈ用ローカル信号として、それぞれ第１および第２の周波数変換部８１および８２に入力される。そして、ＩｃｈおよびＱｃｈのベースバンド信号がＩｃｈ用およびＱｃｈ用ローカル信号とそれぞれ乗算される。

以下、この実施形態の無線システムおよび送信装置におけるベースバンド信号処理部１１２および周波数変換部１１４の動作について詳細に説明する。

ベースバンド信号処理部１１２は、数式（１５）に示すようなＢＰＳＫ変調されたＩｃｈおよびＱｃｈのベースバンド信号を出力する。数式（１５）に示すＩｃｈおよびＱｃｈのベースバンド信号は、互いにπ／２位相がずれた信号である。

一方、ローカル信号生成部１３にて生成された送信用ローカル信号は、それぞれ、Ｉｃｈ用の第１の周波数変換部８１とＱｃｈ用の第２の周波数変換部８２とに入力される。Ｑｃｈ用の送信用ローカル信号は、９０度位相器８３によりＩｃｈ用の送信用ローカル信号に比べて９０度位相がずれ、Ｑｃｈ用の第２の周波数変換部８２に入力される。この実施形態におけるＩｃｈ用の送信用ローカル信号およびＱｃｈ用の送信用ローカル信号の例を数式（１６）に示す。

数式（１５）および数式（１６）より、この実施形態における周波数変換部１１４から出力されるＲＦ送信信号は数式（１７）のようになる。数式（１７）と数式（３）とを比較すると、第１の実施形態では、数式（３）に示すようにcos(2πf_ct-a_i(t)π)で示される下側側波帯が存在するが、第２の実施形態では数式（１７）に示すように下側側波帯が無くなることが分かる。

よって、ローカル信号重畳部１６から出力される受信用ローカル信号が重畳されたRF送信信号は、数式（１８）のようになる。

ここで、第２の実施形態において、送信用ローカル信号と受信用ローカル信号との間で位相同期が取れていない場合、ＲＦ送信信号は数式（１９）のようになる。

数式（１９）に示すＲＦ送信信号が受信装置側で二乗検波されると、二乗検波されて得られる受信信号は、数式（２０）のようになる。

第１の実施形態の場合と同様に、数式（２０）に示す受信信号のうち、直流成分および２倍の周波数成分が除去され、数式（２１）に示す信号がベースバンド信号処理部２４へ出力される。

数式（２１）において、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが全て１であるとすると、数式（２２）が得られる。

第２の実施形態の数式（２１）と第１の実施形態の数式（１３）を比較すると、下側側波帯であるcos(2πf_ct-a_i(t)π)の項によって生ずる誤差信号の項が無くなるため、数式（１３）よりも数式（２１）の方が簡素である。結果として、送信用ローカル信号と受信用ローカル信号の位相差φによる受信信号の判定誤りも少なくなる。この実施形態における数式（２２）に示したベースバンド信号処理部２４への入力信号を図１３に示す。

図１３と図１０とを比較すると、第１の実施形態におけるベースバンド信号処理部２４への入力信号レベルは、位相遅れφ＝１．３〜１．８［ｒａｄ］の範囲において誤差信号の項の影響からａ（ｔ）＝０とａ（ｔ）＝１とで両方とも正の値をとってしまうが、図１３に示す第２の実施形態では、ａ（ｔ）＝０とａ（ｔ）＝１とで両方とも正の値をとることは無くなる。すなわち、受信信号の判定誤りが少なくなることが分かる。

この実施形態に係る無線システム、送信装置、受信装置によれば、周波数変換部から出力されるＲＦ送信信号に含まれる下側側波帯の項を除去したので、受信信号の判定誤りを少なくすることができる。

続いて、本発明の第３の実施形態について詳細に説明する。図１４は、本発明の第３の実施形態の無線システムにおける送信装置２０２の構成を示すブロック図、図１５は、この実施形態の送信装置２０２におけるＨＰＦ２２６の構成例を示す回路図である。

この実施形態に係る無線システム、送信装置は、第１の実施形態に係る無線システムおよび送信装置おいて、周波数変換部１４から出力されるＲＦ送信信号に含まれる下側側波帯の成分を除去するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を、周波数変換部１４の出力側にさらに備えたものである。以下の説明において第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

図１４に示すように、この実施形態の送信装置２０２は、周波数変換部１４とローカル信号重畳部１６との間にＨＰＦ２２６をさらに具備している。また、図１５に示すように、この実施形態のＨＰＦ２２６は、周波数変換部１４の出力とローカル信号重畳部１６の入力との間に直列に挿入されたキャパシタ８５と、一端がキャパシタ８５の一端とローカル信号重畳部１６の入力との間に接続され、他端が接地された抵抗器８６とを組み合わせて構成してもよい。

ここで、ＨＰＦ２２６の作用について詳細に説明する。この実施形態の無線システム、送信装置において、ＨＰＦ２２６は、数式（３）に示すような周波数変換部１４から出力されるＲＦ送信信号から、下側側波帯の成分を抑圧し、ローカル信号重畳部１６に入力する。

ＨＰＦ２２６の遮断周波数は、抵抗器８６の抵抗値をＲ、キャパシタ８５の容量値をＣとしたとき、数式（２３）のように表すことができる。

ＨＰＦ２２６を構成する抵抗器８６の抵抗値、およびキャパシタ８５の容量値は、数式（３）で表されるＲＦ送信信号のうち、下側側波帯の項（数式（３）では第２項目）を抑圧し、上側側波帯の項（数式（３）では第１項目）をそのまま通過させるような値が選択される。下側側波帯の信号を抑圧する抑圧量が図１５に示す１段のＨＰＦ２２６では足りない場合、図１５に示すＨＰＦ２２６を多段構成にすることで抑圧量を増やすことが可能である。

ＨＰＦ２２６から出力されるＲＦ送信信号は、数式（３）における下側側波帯の項が抑圧された信号となるため、ＨＰＦ２２６にて下側側波帯の成分が十分に抑圧された場合、数式（１７）に示す信号と同じものとみなすことができる。

このように、この実施形態に係る無線システム、送信装置、受信装置では、第２の実施形態と同様に、周波数変換部から出力されるＲＦ送信信号に含まれる下側側波帯の項を除去するので、受信信号の判定誤りを少なくすることができる。

続いて、本発明の第４の実施形態について詳細に説明する。図１６は、本発明の第４の実施形態の無線システムにおける送信装置３０２の構成を示すブロック図である。この実施形態の無線システム、送信装置、受信装置は、第１の実施形態とローカル信号生成部およびローカル信号遅延部の配置を変更したもので、送信用ローカル信号と受信用ローカル信号との間の位相同期を取るローカル信号遅延部が周波数変換部とローカル信号生成部の間に配置されている。すなわち、この実施形態の無線システム、送信装置では、受信用ローカル信号に対して遅延を与えて位相同期を取るのではなく、送信用ローカル信号に対して遅延を与えて位相同期を取っている。以下の説明において第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

図１６に示すように、この実施形態の無線装置３０２では、ローカル信号を生成するローカル信号生成部３１３と、生成されたローカル信号に遅延を与えて送信用ローカル信号を生成し、当該送信用ローカル信号を周波数変換部３１４に入力するローカル信号遅延部３１５と、送信用ローカル信号により周波数変換された送信用信号とローカル信号生成部３１３が生成したローカル信号（受信用ローカル信号）とを加算するローカル信号重畳部３１６と、送信信号分岐部１８から分岐された送信信号に基づいてローカル信号遅延部３１５における送信用ローカル信号の遅延量を制御する送信信号検出部３２０とを具備している。すなわち、この実施形態においては、ローカル信号生成部３１３が生成したローカル信号が、受信用ローカル信号としてそのままローカル信号重畳部３１６に入力されるとともに、ローカル信号遅延部３１５において所定量遅延されて生成された送信用ローカル信号が周波数変換部３１４に入力される点が、第１の実施形態と相違している。

なお、この実施形態におけるローカル信号生成部３１３、周波数変換部３１４、ローカル信号遅延部３１５、ローカル信号重畳部３１６および送信信号検出部３２０は、それぞれ第１の実施形態におけるローカル信号生成部１３、周波数変換部１４、ローカル信号遅延部１５、ローカル信号重畳部１６および送信信号検出部２０と対応し、それぞれ同一のものを適用することができる。ただし、この実施形態では、送信用ローカル信号に対して遅延を与えることで位相同期を取るため、受信用ローカル信号よりも送信用ローカル信号の位相が常に進んでいる状態となっている必要ある。このような状態にしておくことにより、ローカル信号遅延部３１５にて与えられる遅延量が大きくなると、送信信号検出部３２０における検波出力も大きくなり、第１の実施形態と同様に受信用ローカル信号と送信用ローカル信号の位相同期を取ることが可能となる。この実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。

続いて、本発明の第５の実施形態について詳細に説明する。図１７は、本発明の第５の実施形態の無線システムにおける送信装置４０２の構成を示すブロック図である。この実施形態に係る無線システム、送信装置、受信装置では、ローカル信号遅延部において遅延量を制御する制御信号が、ベースバンド信号処理部から与えられる点において第１の実施形態と相違している。以下の説明において第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

図１７に示すように、この実施形態の送信装置４０２は、第１の実施形態の送信装置２におけるベースバンド信号処理部１２に代えてベースバンド信号処理部４１２を具備している。また、この実施形態の送信装置４０２では、送信信号検出部を省略している。

ベースバンド信号処理部４１２は、信号入力部１１から取り込まれたデジタル情報をベースバンド信号に変換するとともにＰＳＫ変調して、ベースバンドのＰＳＫ信号を出力するデジタル変調手段である。加えて、ベースバンド信号処理部４１２は、ローカル信号遅延部４１５における受信用ローカル信号の遅延量を制御する制御信号を出力する機能を有している。すなわち、ベースバンド信号処理部４１２は、温度変化や使用チャネル周波数に応じて決定される受信用ローカル信号の遅延量データを、あらかじめルックアップテーブルとして記憶している。そして、ベースバンド信号処理部４１２は、ルックアップテーブルに基づいて、周囲の温度変化やチャネル周波数に応じた制御信号を生成してローカル信号遅延部１５に入力する。ローカル信号遅延部１５は、入力された制御信号に基づいて受信用ローカル信号を遅延させ、送信用ローカル信号との位相を同期させる。

この実施形態の無線システム、送信装置によれば、送信信号分岐部および送信信号検波部を省略することができ、送信装置の構成を簡素化することができる。

続いて、本発明の第６の実施形態について詳細に説明する。図１８は、本発明の第６の実施形態の無線システムにおける送信装置のローカル信号遅延部５１５の構成を示すブロック図である。この実施形態の無線システム、送信装置は、図３に示す第１の実施形態のローカル信号遅延部１５の構成を変更したものである。以下の説明において第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

この実施形態の無線システム、送信装置は、図３に示す半導体トランジスタを用いたローカル信号遅延部１５に代えて、図１８に示す遅延線路を用いたローカル信号遅延部５１５を具備している。図１８に示すように、この実施形態のローカル信号遅延部５１５は、切替手段９１および９２と、遅延線路部９３とを備えている。

切替手段９１は、ローカル信号生成部１３の出力と接続された共通端子と、複数の出力端子とを有している。切替手段９１は、ローカル信号生成部１３が生成したローカル信号の通過経路を切り替えて複数の出力端子のいずれかに出力するスイッチ手段である。

遅延線路部９３は、互いに独立した複数の遅延線路を備えており、それぞれの一方の端部に切替手段９１の複数の出力が接続されている。複数の遅延線路は、それぞれ異なる長さ（遅延量）に形成されている。遅延線路部９３は、複数の遅延線路を備える構成には限定されない。すなわち、インダクタやキャパシタなどの受動素子を組み合わせた遅延素子を備える構成としてもよい。

切替手段９２は、複数の遅延線路それぞれの他端が接続された複数の入力端子と、ローカル信号重畳部１６の入力が接続された共通の出力端子とを有している。切替手段９２は、切替手段９１と対応し、切替手段９１が選択した遅延線路を通過した受信用ローカル信号をローカル信号重畳部１６に入力する。

切替手段９１および９２は、送信信号検出部２０の出力とも接続され、送信信号検出部２０から送られる受信用ローカル信号の遅延の制御信号に基づき、遅延線路部９３のいずれかの遅延線路を選択する。結果として、切替手段９１および９２は、ローカル信号生成部１３からローカル信号重畳部１６へ送られる受信用ローカル信号の遅延量を制御する。例えば、遅延線路９３を適宜選択して図４に示す遅延特性となるように構成することで、第１の実施形態と同様の動作が実現できる。

この実施形態に係る無線システム、送信装置によれば、能動素子を用いずにローカル信号遅延部を構成するので、消費電流を低減することができる。

なお、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではない。上記各実施形態では、ベースバンド信号処理部から出力されるベースバンド信号をＢＰＳＫ変調されたものとして説明したが、これには限定されない。すなわち、多値ＰＳＫ変調されたものを用いても、同様の構成で同様の効果を奏することができる。この場合、ベースバンド信号処理部から出力されるベースバンド信号は、数式（２４）に示すような多値ＰＳＫ変調信号で表される。

この場合、数式（１５）に示したａ_ｉ（ｔ）が「０」または「１」の２値だけではなく、数式（２４）に示すように「０」から「２」までの範囲の値をとる。この場合、ＢＰＳＫ変調を用いた場合に比べて伝送速度を向上させることができる。

また、上記各実施形態では、送信用ローカル信号および受信用ローカル信号のいずれか一方を遅延させることにより両者を同期させているが、これにも限定されない。すなわち、移相器によりいずれか一方のローカル信号の位相を進めることにより実現してもよい。

本発明は、電気通信事業、電気通信機器製造業その他に適用することができる。

本発明の第１の実施形態の無線システムの全体構成を示すブロック図である。 図１に示す実施形態の送信装置におけるベースバンド信号処理部の構成を示すブロック図である。 図１に示す実施形態の送信装置におけるローカル信号遅延部の構成を示すブロック図である。 図３に示すローカル信号遅延部の遅延特性の一例を示す図である。 図１に示す実施形態の送信信号検出部の構成を示すブロック図である。 図５に示すＬＰＦの構成例を示す回路図である。 図５に示す電圧レベル判定部の構成例を示す回路図である。 図１に示す実施形態の受信装置における二乗検波部の構成を示すブロック図である。 図１に示す実施形態の受信装置におけるベースバンド信号処理部の構成を示すブロック図である。 図１に示す実施形態におけるローカル信号の位相遅れと受信信号との関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態の無線システムにおける送信装置のベースバンド信号処理部の構成を示すブロック図である。 図１１に示す実施形態の送信装置の周波数変換部の構成を示す図である。 図１１に示す実施形態におけるローカル信号の位相遅れと受信信号との関係を示す図である。 本発明の第３の実施形態の無線システムにおける送信装置の構成を示すブロック図である。 図１４に示す実施形態の送信装置におけるＨＰＦの構成例を示す回路図である。 本発明の第４の実施形態の無線システムにおける送信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態の無線システムにおける送信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施形態の無線システムにおける送信装置のローカル信号遅延部の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…無線システム、２…送信装置、３…受信装置、１１…信号入力部、１２…ベースバンド信号処理部、１３…ローカル信号生成部、１４…周波数変換部、１５…ローカル信号遅延部、１６…ローカル信号重畳部、１７…電力増幅部、１８…送信信号分岐部、１９…アンテナ、２０…送信信号検出部、２１…アンテナ、２２…高周波増幅部、２３…二乗検波部、２４…ベースバンド信号処理部、２５…信号出力部。

Claims (11)

1. ベースバンドの変調信号を生成するベースバンド信号処理手段と、
   前記ベースバンドの変調信号を送信周波数の信号に変換するためのローカル信号を生成するローカル信号生成手段と、
   前記ローカル信号が送信用ローカル信号として入力され、該送信用ローカル信号に基づいて前記ベースバンドの変調信号を前記送信周波数の信号に変換する周波数変換手段と、
   前記ローカル信号が受信用ローカル信号として入力され、前記周波数変換手段により変換された前記送信周波数の信号に前記受信用ローカル信号を重畳して送信信号を出力する信号重畳手段と
   を具備したことを特徴とする送信装置。
2. 前記送信信号にそれぞれ含まれる前記送信用ローカル信号の信号成分および前記受信用ローカル信号の信号成分が互いに同期するように、前記受信用ローカル信号の位相を制御して前記信号重畳手段に入力する位相制御手段をさらに備え、
   前記信号重畳手段は、前記周波数変換手段により変換された前記送信周波数の信号に前記位相制御手段により位相が制御された受信用ローカル信号を重畳すること
   を特徴とする請求項１記載の送信装置。
3. 前記送信信号にそれぞれ含まれる前記送信用ローカル信号の信号成分および前記受信用ローカル信号の信号成分が互いに同期するように、前記送信用ローカル信号の位相を制御して前記周波数変換手段に入力する位相制御手段をさらに備え、
   前記周波数変換手段は、前記位相制御手段により位相が制御された送信用ローカル信号に基づいて、前記ベースバンドの変調信号を前記送信周波数の信号に変換すること
   を特徴とする請求項１記載の送信装置。
4. 前記送信信号を検出する検出手段をさらに備え、
   前記位相制御手段は、前記検出手段により検出された前記送信信号に基づいて前記位相を制御すること
   を特徴とする請求項２または３に記載の送信装置。
5. 前記検出手段は、二乗検波手段と、フィルタ手段と、直流成分遮断手段とを備えたことを特徴とする請求項４記載の送信装置。
6. 前記受信用ローカル信号または前記送信用ローカル信号の位相制御量情報をあらかじめ記憶した記憶手段をさらに備え、
   前記位相制御手段は、前記記憶手段に記憶された位相制御量情報に基づいて前記位相を制御すること
   を特徴とする請求項２または３に記載の送信装置。
7. 前記ベースバンド信号処理手段は、Ｉ信号とＱ信号とに分離されたベースバンドのＰＳＫ変調信号を生成し、
   前記周波数変換手段は、前記送信用ローカル信号に基づいて前記Ｉ信号を周波数変換する第１の周波数変換手段と、前記送信用ローカル信号に基づいて該送信用ローカル信号と９０度位相のずれた送信用ローカル信号を生成する９０度移相手段と、前記９０度位相のずれた送信用ローカル信号に基づいて前記Ｑ信号を周波数変換する第２の周波数変換手段と、前記第１の周波数変換手段および前記第２の周波数変換手段のそれぞれの出力を加算する加算手段とを備えること
   を特徴とする請求項１記載の送信装置。
8. 前記周波数変換手段から出力された前記送信周波数の信号に含まれる所定の低周波数成分を除去して前記信号重畳手段に入力するフィルタ手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の送信装置。
9. ベースバンドの変調信号を送信周波数の信号に変換するローカル信号に基づいて、前記変調信号を送信周波数の信号に変換し、該送信周波数の信号に前記ローカル信号を重畳して送信された送信信号を二乗検波してベースバンド信号を出力する二乗検波手段と、
   前記二乗検波手段から出力されたベースバンド信号を復調するベースバンド信号処理手段と
   を備えたことを特徴とする受信装置。
10. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の送信装置と、請求項９に記載の受信装置とを具備したことを特徴とする無線システム。
11. ベースバンドの変調信号を生成するステップと、
    前記ベースバンドの変調信号を送信周波数の信号に変換するためのローカル信号を生成するステップと、
    前記ローカル信号に基づいて、前記ベースバンドの変調信号を前記送信周波数の信号に変換するステップと、
    前記変換するステップにより変換された前記送信周波数の信号に前記ローカル信号を重畳するステップと、
    前記重畳するステップにより重畳された信号を、アンテナを介して送信するステップと、
    前記重畳するステップにより重畳された信号を、アンテナを介して受信するステップと、
    前記受信するステップにより受信された信号を二乗検波するステップと
    を有することを特徴とする通信方法。

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