JP2019080198A - 通信装置、通信システム及び通信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】単純な構成で多値のデータの確実な送受信を行うことが可能な通信装置、通信システム及び通信方法を提供する。【解決手段】通信システムにおいて送信装置は、送信データを取得するデータ取得部と、送信データに基づいて基準波の立上り及び/又は立下りエッジの位置を変化させてデータ信号を生成するデータ信号生成部と、データ信号を送信する通信部と、を有する。データ信号生成部は、通信部に接続された他の通信装置における送信データの復調処理に関する情報に基づいてデータ信号の立上り及び/又は立下りエッジの位置を補正する。【選択図】図1
Description
本発明は、通信装置及び当該通信装置を含む通信システム、並びに通信方法に関する。
従来から、種々の周波数(波長)の電磁波をキャリア信号として用い、種々の情報を示すデータを当該キャリア信号に乗せて複数の通信装置間で通信する通信システム及び技術が知られている。例えば、非特許文献1には、キャリア信号の振幅を調節することで多値のデータを送受信する技術が開示されている。
IEEE802.3bv Task Force - September 2015, 1000BASE-RH PHY system simulations
通信システムは、種々のデータを容易にかつ確実に通信するように構成されていることが好ましい。従って、例えば、当該通信システムを構成する通信装置には、単純な構成でデータ毎に判別可能な信号の生成及び送受信を行うこと、また、確実な信号処理を行うことが求められる。
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、単純な構成で多値のデータの確実な送受信を行うことが可能な通信装置及び通信システム並びに通信方法を提供することを課題の1つとしている。
請求項1に記載の発明は、送信データを取得するデータ取得部と、送信データに基づいて基準波の立上り及び/又は立下りエッジの位置を変化させてデータ信号を生成するデータ信号生成部と、データ信号を送信する通信部と、を有し、データ信号生成部は、通信部に接続された他の通信装置における送信データの復調処理に関する情報に基づいてデータ信号の立上り及び/又は立下りエッジの位置を補正することを特徴としている。
また、請求項4に記載の発明は、各々が異なるデータを担持している矩形波の複数のデータ信号を受信する通信部と、複数のデータ信号の各々の高周波域を遮断して複数の低周波信号を生成するフィルタと、複数の低周波信号の各々における所定のサンプリングポイントでの電位レベルを測定して複数の低周波信号の各々の立上り及び/又は立下りエッジの位置を検出し、立上り及び/又は立下りエッジの位置に基づいてデータを復調する信号処理部と、を有し、信号処理部は、複数の低周波信号の各々のサンプリングポイントにおける電位レベルに関する情報を生成することを特徴としている。
また、請求項6に記載の発明は、送信データに基づいて基準波の立上り及び/又は立下りエッジの位置を調整してデータ信号を生成するデータ信号生成部と、データ信号を送信する通信部と、を有する第1の通信装置と、データ信号を受信する通信部と、データ信号の高周波域を遮断して低周波信号を生成するフィルタと、低周波信号の所定のサンプリングポイントでの電位レベルを測定して低周波信号の立上り及び/又は立下りエッジの位置を検出し、立上り及び/又は立下りエッジの位置に基づいて送信データを復調する信号処理部と、を有する第2の通信装置と、を含み、信号処理部は、サンプリングポイントでの低周波信号の電位レベルに関するサンプリング情報を第1の送信装置に送信し、データ信号生成部は、サンプリング情報に基づいて、データ信号の立上り及び/又は立下りエッジの位置を補正することを特徴としている。
また、請求項8に記載の発明は、各々が異なるデータを担持している矩形波の複数のデータ信号を受信する通信部と、複数のデータ信号の各々の高周波域を遮断して複数の低周波信号を生成するフィルタと、複数の低周波信号の各々における所定のサンプリングポイントでの電位レベルを測定して複数の低周波信号の各々の立上り及び/又は立下りエッジの位置を検出し、立上り及び/又は立下りエッジの位置に基づいてデータを復調する信号処理部と、を有する通信装置を用いて、低周波信号のサンプリングポイントにおける電位レベルに基づいて複数のデータ信号の立上り及び/又は立下りエッジの位置を補正する情報を送信するステップを含むことを特徴としている。
以下に本発明の実施例について詳細に説明する。
図1は、実施例1に係る通信システム10のブロック図である。本実施例においては、通信システム10が2つの通信装置20及び30を含む場合について説明する。本実施例においては、通信装置(第1の通信装置)20が送信装置として機能し、通信装置(第2の通信装置)30が受信装置として機能する場合について説明する。以下においては、通信装置20を送信装置20と称し、通信装置30を受信装置30と称する。
送信装置20は、受信装置30との間で通信を行う情報を示すデータ(以下、送信データと称する)を外部から取得するデータ取得部21を有する。例えば、データ取得部21は、送信装置20が搭載又は接続された情報端末から、受信装置30に送信されるべき情報を示すデータを取得する。
送信装置20は、送信データを含んだデジタル信号(以下、データ信号と称する)を生成するデータ信号生成部22を有する。本実施例においては、データ信号生成部22は、所定の単位周期内の所定の位置(基準立上り位置)で立上りかつ所定の位置(基準立下り位置)で立下る矩形波の基準信号を生成する基準信号生成部22Aと、当該基準信号に基づいて立上り及び/又は立下りエッジの位置を調整してデータ信号を生成するエッジ調整部22Bと、を有する。
本実施例においては、データ信号生成部22のエッジ調整部22Bは、当該基準信号の立上り位置及び/又は立下り位置の各々を基準とし、この基準に基づいて送信データに応じたデータ信号の立上り及び/又は立下りエッジの位置を決定する。
送信装置20は、データ信号生成部22が生成したデータ信号を送信する通信部23を有する。例えば、本実施例においては、通信部23は、共鳴トンネルダイオード(Resonant Tunneling Diode:RTD)を含み、電波と赤外光との間の周波数帯(例えば0.1〜10THz、テラヘルツ帯)の周波数を有する信号を生成し、これを無線によって外部に送信する。
なお、本実施例においては、データ信号生成部22は、単位周期内に基準信号を含むヘッダ部と、単位周期内にデータ信号を含むデータ部とを含む信号を送信信号として生成する。通信部23は、この送信信号を含む無線信号を生成し、これを送信する。
次に、受信装置30は、データ信号(送信信号)を受信する通信部31を有する。例えば、通信部31は、共鳴トンネルダイオード(Resonant Tunneling Diode:RTD)を含み、無線によってデータ信号を受信する。
受信装置30は、通信部31によって受信されたデータ信号の高周波域を遮断し、低周波信号を生成するローパスフィルタ(以下、単にフィルタと称する)32を有する。本実施例においては、フィルタ32は、アナログのローパスフィルタである。すなわち、フィルタ32は、デジタル信号として入力されたデータ信号を、低周波信号としてのアナログ信号に変換する。
受信装置30は、フィルタ32によって生成された低周波信号に対してA/D変換を行い、低周波信号の立上りエッジ及び/又は立下りエッジを検出(判定)してデジタル信号を生成するA/D変換部33Aと、A/D変換部33Aによって生成されたデジタル信号に基づいて送信装置20から送信されたデータを復調する復調部33Bと、を含む信号処理部33を有する。
図2Aは、送信装置20のデータ信号生成部22が生成するデータ信号を示すタイミングチャートである。図2Aには、データ信号生成部22が生成する基準信号S0と、データ信号SDを含む送信信号S1と、の一部を示している。
図2Aに示すように、まず、基準信号生成部22Aは、基準信号S0として、2つの論理レベル(Lレベル及びHレベル)を有する矩形波のパルス信号を生成する。具体的には、基準信号S0は、単位周期(基準パルス周期)T毎に所定のタイミング(以下、基準立上り位置と称する)TR1で立上る。また、基準信号S0は、単位周期T内において基準立上り位置TR1から所定の期間Tw経過したタイミング(以下、基準立下り位置)TR2で立下る。
換言すれば、基準信号生成部22Aは、単位周期T内の所定の基準立上り位置TR1で立上りかつ所定の基準立下り位置TR2で立下る矩形波の基準信号S0を生成する。なお、本明細書では、単位周期Tとは、図2Aに示すように、1つの基準立上り位置TR1からその直後の基準立上り位置TR1までの期間をいうものとする。
次に、エッジ調整部22Bは、基準信号S0の基準立上り位置TR1及び基準立下り位置TR2の各々に基づいて、立上りエッジの位置E1及び立下りエッジの位置E2を調整した信号をデータ信号SDとして生成する。
具体的には、本実施例においては、エッジ調整部22Bは、データ信号SDとして、基準信号S0の基準立上り位置TR1から時間D1だけ遅れた位置E1で立上り、基準立下り位置TR2から時間D2だけ遅れた位置E2で立下るように、エッジ位置が調整された1つの矩形パルスを生成する。
なお、図2Aに示すように、データ信号生成部22は、通信部23が送信する送信信号S1として、単位周期T内に基準信号S0を含むヘッダ部PHと、単位周期T内にデータ信号SDを含むデータ部PDとを含む信号を生成する。
ヘッダ部PHは、基準立上り位置TR1及び基準立下り位置TR2を受信装置30に伝達するために設けられた部分である。本実施例においては、ヘッダ部PHは、基準信号S0を含む2つの単位周期Tからなる。従って、本実施例においては、データ信号SDは、基準信号S0が一定周期分だけ送信された後に送信される。
図2Bは、送信データDTと、当該送信データDTに応じてデータ信号生成部22が生成するデータ信号SD内のエッジ位置の調整テーブルの一例を示す図である。例えば、エッジ調整部22Bは、単位周期T内におけるデータ信号SDの立上りエッジの位置E1の基準立上り位置TR1からの遅れ時間D1を8段階で調整する。同様に、エッジ調整部22Bは、単位周期T内におけるデータ信号SDの立下りエッジの位置E2の基準立下り位置TR2からの遅れ時間D2を8段階で調整する。
従って、例えば、単位周期T内におけるデータ信号SDの立上りエッジの位置E1によって3ビットのデータが表現され、立下りエッジの位置E2によって3ビットのデータが表現される。従って、図2Bに示すように、データ信号生成部22は、6ビットの送信データDTを1つのデータ信号SD(パルス)で表現するような矩形波の信号を生成する。
例えば、送信データDTが「000000」の場合、立上り位置E1が基準立上り位置TR1と同一の位置t11であり、立下り位置E2が基準立下り位置TR2と同一の位置t21であるデータ信号SDが生成される。また、例えば、送信データDTが「001000」の場合、立上り位置E1が基準立上りタイミングTR1から時間D11だけ遅れた位置t12であり、立下り位置E2が基準立下り位置TR2と同一の位置t21であるデータ信号SDが生成される。
なお、本実施例においては、基準信号S0が矩形波のパルス信号である場合について説明するが、基準信号S0は矩形波からなる場合に限定されない。基準信号S0は、立上り又は立下り時に単調な電位変化を起こす信号であればよく、例えば、台形波、三角波、正弦波やのこぎり波のパルス信号であってもよい。例えば、基準信号S0として台形波を用いる場合、データ信号SDの立上りエッジ又は立下りエッジのいずれかによって3ビットのデータが表現される。換言すれば、基準信号S0は、例えば矩形波や台形波、三角波、のこぎり波を基準波とし、単位周期T内に当該基準波を有する信号である。
図3Aは、受信装置30のフィルタ32によって生成された低周波信号S2の波形を示す図である。図3Aには、送信データDTが「000000」を示すデータ信号SDに基づいた低周波信号S2(000000)の波形を実線で示し、他の送信データDTを示すデータ信号SDに基づいた3つの低周波信号S2(他データ)の波形を破線で例示している。
本実施例においては、フィルタ32によって、データ信号SD(送信信号S1)の高周波域が遮断される。すなわち、データ信号SDの立上りエッジ及び立下りエッジにおける急峻な電位変化成分がフィルタ32を通過しない。従って、図3Aに示すように、低周波信号S2は、データ信号SDにおける立上り及び立下りエッジの位置E1及びE2から緩やかに電位が変化するようなアナログ信号となる。
また、データ信号SDの立上りエッジの位置E1及び立下りエッジの位置E2は、送信データDTに応じて異なる。従って、図3Aに実線及び破線で示すように、低周波信号S2は、送信データDTに応じた位置E1から緩やかに電位が上昇し、送信データDTに応じた位置E2から緩やかに電位が下降するアナログ信号となる。なお、フィルタ32としては、例えばベッセルフィルタ(Besselフィルタ)が挙げられる。
次に、図3Aを用いて、A/D変換部33Aの動作について説明する。A/D変換部33Aは、アナログ信号となった低周波信号S2における所定のタイミングでの電位レベルを測定し、これに基づいてデジタル信号を生成し、データ信号S1を復元する。
本実施例においては、まず、A/D変換部33Aは、例えば、各単位周期T内の低周波信号S2における基準立上り位置TR1から所定時間経過後のタイミングを第1のサンプリングポイントSP1とし、基準立下り位置TR2から所定時間経過後のタイミングを第2のサンプリングポイントSP2として設定する。
そして、A/D変換部33Aは、これらサンプリングポイントSP1及びSP2での低周波信号S2の電位レベル(振幅値)SL1及びSL2を測定する。そして、A/D変換部33Aは、当該測定した電位レベルSL1及びSL2に基づいて、単位周期T内における低周波信号S2の立上りエッジの位置E1及び立下りエッジの位置E2を検出(判定)する。
なお、サンプリングポイントSP1及びSP2は、例えば、基準立上り位置TR1及び基準立下り位置TR2と、エッジ調整部22Bによるデータ信号SDの立上り位置E1及び立下り位置E2の各々の調整可能範囲と、フィルタ32の特性と、に基づいて定められれば良い。
例えば、図3Aに示すように、低周波信号S2は、フィルタ32によって緩やかな立上り及び立下りを持った信号であり、また、その立上り及び立下り開始タイミングは送信データDT毎に異なる。従って、低周波信号S2の立上り途中においては、送信データDT毎に大きな電位レベルの差が生ずるタイミングが存在する。サンプリングポイントSP1は、この低周波信号S2の立上り途中における電位レベルの差が最も大きなタイミングに設けられることができる。
同様に、サンプリングポイントSP2は、低周波信号S2の立下り途中における電位レベルの差が最も大きなタイミングに設けられることができる。A/D変換部33は、サンプリングポイントSP1での低周波信号S2の電位レベルSL1と、サンプリングポイントSP2での低周波信号S2の電位レベルSL2とに応じて低周波信号S2の立上り及び立下りエッジの位置を判定し、デジタル信号を生成する。すなわち、A/D変換部33Aは、低周波信号S2からデータ信号SDを復調する。
また、復調部33Bは、A/D変換部33Aによって変換されたデジタル信号に基づいて、当該デジタル信号に対応するデータである送信データDTを復調する。図3Bは、A/D変換部33Aによる低周波信号S2のエッジ位置の検出テーブルと、復調部33Bによる受信データの判定テーブルの例を示す図である。
図3Bに示すように、A/D変換部33Aは、サンプリングポイントSP1及びSP2での電位レベル(レベル範囲)に応じて低周波信号S2の立上りエッジ及び立下りエッジの位置E1及びE2を検出するテーブルを有する。また、復調部33Bは、A/D変換部33Aによって生成されたデジタル信号に応じて、低周波信号S2に含まれる受信データ、すなわち送信装置20から送信された送信データDTを復調するテーブルを有する。本実施例においては、復調部33Bは、送信装置20のデータ信号生成部22が有するエッジ調整テーブルと同様のデータ復調テーブルを有する。
なお、本実施例においては低周波信号S2の1つのパルス中に2つのサンプリングポイントSP1及びSP2を設定する場合について説明したが、これは一例に過ぎない。例えば、送信データDTの内容によっては、サンプリングポイントSP1及びSP2の他に1つ以上のサンプリングポイントが設けられていてもよいし、サンプリングポイントが1つのみであってもよい。サンプリングポイントは、A/D変換部33Aが低周波信号S2のエッジ位置E1及びE2を検出する(区別する)のに十分な電位レベルの差が生ずる任意のタイミングに設定されればよい。
図4Aは、エッジ調整部22Bのブロック図である。本実施例においては、エッジ調整部22Bは、受信装置30の特性及び信号処理に関する情報を取得し、これに基づいてデータ信号SDのエッジ位置を補正するように構成されている。
具体的には、本実施例においては、エッジ調整部22Bは、受信装置30のフィルタ32から、フィルタ32の特性(周波数特性)に関する情報を取得するフィルタ情報取得部41を有する。
また、エッジ調整部22Bは、A/D変換部33Aから、サンプリングポイントSP1及びSP2、並びにサンプリングポイントSP1及びSP2での低周波信号S2の電位レベルSL1及びSL2に関する情報を取得するサンプリング情報取得部42を有する。また、エッジ調整部22Bは、復調部33Bから、データ復調の際に用いるパラメータのテーブルなどに関する情報を取得する復調情報取得部43を有する。
また、エッジ調整部22Bは、これらの受信装置30に関する情報に基づいて、データ信号SDの立上りエッジの位置E1及び立下りエッジの位置E2を補正(微調整)するエッジ位置補正部44を有する。
図4Bは、通信システム10の動作フローを示す図である。なお、図4Bは、通信システム10の動作フローのうち、送信装置20及び受信装置30間の通信を伴う動作フローのみを示している。すなわち、図4Bにおいては、送信装置20が送信データDTを取得する動作、及びデータ信号SDを受信した受信装置30が信号処理を行って送信データSDを得る動作などの一部を省略している。
まず、通信システム10内において、送信装置20の通信部23及び受信装置30の通信部31間での接続が確立される。続いて、送信装置20のデータ信号生成部22は、エッジ調整のための試験信号として、試験用の送信データDTを含む試験データ信号を生成する。通信部23は、当該試験データ信号を受信装置30に送信する(ステップS01)。受信装置30は、当該試験データ信号を受信する(ステップS02)。
受信装置30のフィルタ32は、試験データ信号に対してフィルタリングを行い、試験用の低周波信号を生成する。そして、A/D変換部33Aは、当該試験用の低周波信号に対してA/D変換を行うために、所定のサンプリングポイントでの当該低周波信号の電位レベルを測定し、エッジ検出及びA/D変換を行う(ステップS03)。また、受信装置30の復調部33Bは、A/D変換部33Aが検出したエッジ位置に基づいて試験用の送信データDTを復調する。
次に、信号処理部33は、当該サンプリング結果及びサンプリング条件、並びに復調結果及び復調条件に関する情報を通信部31によって送信装置20に送信する(ステップS04)。送信装置20におけるエッジ調整部22Bのサンプリング情報取得部42及び復調情報取得部43は、それぞれ、当該サンプリング情報及び復調情報を受信する(ステップS05)。また、本実施例においては、受信装置30は、フィルタ32の特性に関する情報を送信装置20に送信し、送信装置20におけるエッジ調整部22Bのフィルタ情報取得部41はこれを受信する。
送信装置20におけるエッジ調整部22Bのエッジ位置補正部44は、受信装置30から取得した受信装置30による信号処理情報(フィルタ情報、サンプリング情報及びA/D変換情報などの復調処理に関する情報)に基づいて、実際の送信データDT毎のデータ信号SDの立上り及び立下りエッジの位置E1の補正を行う。また、データ信号生成部22は、当該補正されたエッジ位置で立上り及び立下るデータ信号SDを生成し、当該補正されたエッジ位置に関する情報(補正情報)と共に、当該補正後のデータ信号SDを受信装置30に送信する。(ステップS06)。
受信装置30は、当該補正後のデータ信号SD及び当該補正情報を受信する(S07)。また、受信装置30のフィルタ32は低周波信号を生成し、信号処理部33によって復調処理を行う。なお、図4Bにおいては、ステップS01〜S05は、送信装置20及び受信装置30間でデータ信号SDのエッジ調整を行うための動作フローである。実際のデータ通信はその後のステップS06以降に行われる。
図5Aは、データ信号生成部22が生成する試験用のデータ信号(以下、試験データ信号と称する)SDA、すなわち補正前のデータ信号の波形を模式的に示す図である。また、図5Bは、フィルタ32によって生成された試験データ信号SDAの低周波信号(以下、試験低周波信号と称する)S2Aの波形を模式的に示す図である。
また、図6Aは、エッジ調整部22Bのエッジ位置補正部44によって立下り及び立上りエッジの位置が補正されたデータ信号(以下、補正データ信号と称する)SDBの波形を模式的に示す図である。また、図6Bは、補正データ信号SDBに基づいた低周波信号(補正低周波信号)S2Bの波形を模式的に示す図である。なお、図5B及び図6Bには、試験低周波信号S2A及び補正低周波信号S2Bの波形の一部を示している。
図5A及び図5Bと、図6A及び図6Bとを用いて、エッジ調整部22Bによるエッジ調整及びエッジ補正動作について説明する。まず、図5Aに示すように、エッジ調整部22Bは、試験用データ信号SDAとして、エッジ位置の調整可能範囲を均等に分割し、この分割された時間毎で立上り及び立下るデータ信号を生成する。
例えば、エッジ調整部22Bは、同一周期T内における立上りエッジの基準である基準立上り位置TR1から最大遅れ位置TM1まで、均等な遅れ時間(調整時間)DSで4つの位置ES1、ES2及びES3及びES4で立上る試験データ信号SDA1〜SDA4を生成する。なお、位置ES1は基準立上り位置TR1と同一位置に対応し、位置ES4は最大遅れ位置TM1と同一の位置に対応する。
通信部23は、この4つの試験データ信号SDA1〜SDA4をそれぞれ複数回に亘って受信装置30に送信する。なお、エッジ調整部22Bは、当該試験データ信号SDAの立上りエッジ及び立下りエッジの各々に対応する送信データDT(データ値)を記憶しておく。また、通信部23は、当該試験データ信号SDAに対応する送信データDTに関する情報を合わせて受信装置30に送信する。
次に、図5Bは、試験データ信号SDAに対応する試験低周波信号S2Aの波形を基準立上り位置TR1に対応する位置ES1に合わせて重ねて示す図である。まず、フィルタ32は、試験データ信号SDAに応じた試験低周波信号S2Aを生成する。図5Bは、その試験低周波信号S2Aの波形における立上り区間を示した図である。
A/D変換部33Aは、当該立上り区間中の所定の位置をサンプリングポイントSP1とし、このサンプリングポイントSP1での試験低周波信号S2Aの電位レベルを測定する。これによって、図5Bに示すように、エッジ位置ES1〜ES4に立上る試験データ信号SDA1〜SDA4の各々に対応する試験低周波信号S2A1〜S2A4におけるサンプリングポイントSP1での電位レベルSV1〜SV4が得られる。
ここで、図5Bに示すように、均等な遅れ時間DSでエッジ位置ES1〜ES4を決定した場合、試験低周波信号S2A1〜S2A4の各々のサンプリングポイントSP1での電位レベルSV1〜SV4の間隔は一定ではなくなる。これによって、A/D変換などの信号処理の精度がばらつく場合がある。
特に、エッジ位置の調整可能範囲における端部(上限及び下限)に近い位置に対応する試験低周波信号S2Aの電位レベルの間隔(例えば試験低周波信号S2A1の電位レベルSV1と試験低周波信号S2A2の電位レベルSV2との差)は、当該調整可能範囲の中央部の位置に対応する電位レベルの間隔(例えば試験低周波信号S2A2の電位レベルSV2と試験低周波信号S2A3の電位レベルSV3との差)よりも小さい。
従って、例えば、位置ES1及びES2で立上る試験データ信号SDA1及びSDA2に対応する試験低周波信号S2A1及びS2A2のA/D変換を正確に行うために高いエッジ検出精度が求められる場合がある。
これに対し、本実施例においては、エッジ調整部22Bは、受信装置30からのサンプリング及び復調処理に関する情報を取得し、これに基づいて送信データDT毎のエッジ位置E1及びE2を補正する。
具体的には、図6Aに示すように、エッジ位置補正部44は、サンプリングポイントSP1での電位レベルSV1〜SV4の間隔が均等化されるように、データ信号SDのエッジ位置を補正した補正データ信号SDBを生成する。
例えば、エッジ補正部44は、エッジ位置の調整可能範囲の中央部に位置するエッジ位置である立上りエッジ位置ES2及びES3の間隔を小さくするように、補正データ信号SDA2及びSDA3のエッジ位置を補正した補正データ信号SDB2及びSDB3を生成する。
すなわち、図6Aに示すように、エッジ位置補正部44は、位置ES2で立上る試験データ信号SDA2については、エッジ位置ES1から、補正前の遅れ時間DSよりも大きな遅れ時間DS1だけ遅れた位置ES2aで立上るように、そのエッジ位置を補正した補正データ信号SDB2及びSDB3を生成する。
また、エッジ位置補正部44は、位置ES3で立上る試験データ信号SDA3について、そのエッジ位置ES3を補正前の遅れ時間DSよりも小さな遅れ時間DS2だけ遅れたエッジ位置ES3aに補正した補正データ信号SDB3を生成する。なお、エッジ位置ES3aは、位置ES4から遅れ時間DS1だけ遅れた位置とすることができる。
なお、このエッジ位置の調整可能範囲、及び調整可能な最小幅については、例えば送信装置20がデータ信号SDを生成する際に基準となる基準クロック信号に基づいて定められることとなる。
また、本実施例においては、エッジ位置補正部44は、エッジ位置の調整可能範囲の端部に対応するエッジ位置ES1及びES4については補正せず、例えば補正前後で同一のエッジ位置となるような補正データ信号SDB1及びSDB4を生成する。当該エッジ位置ES1及びES4は、エッジ位置ES2及びES3に近づく方向にしか調整(補正)できないからである。
図6Bは、補正データ信号SDBに応じた補正低周波信号S2Bの波形を位置ES1に合わせて重ねて示す図である。図6Bは、その補正低周波信号S2Bの波形における立上り区間を示した図である。
図6Bに示すように、補正データ信号SDBの立上りエッジの位置が最適化されているため、サンプリングポイントSP1での4つの補正低周波信号S2B1〜S2B4の電位レベルの間隔が均等化される。
具体的には、位置ES2a及びES3aとなった補正データ信号SDB2及びSDB3に対応する補正低周波信号S2B2及びS2B3のサンプリングポイントSP1での電位レベルSV2a及びSV3aの各々は、電位レベルSV1及びSV4間で均等間隔となるようなレベルとなる。
このように、データ信号生成部22のエッジ調整部22Bは、この補正データ信号SDBのエッジ位置と送信データDTとを対応付けるように、データ信号SDにおけるエッジ位置E1及びE2の調整テーブルを作成(変更)する。データ信号生成部22は、このテーブルに従ってデータ信号SD及び送信信号S1を生成する。
また、A/D変換部33Aは、この補正低周波信号S2BのサンプリングポイントSP1での電位レベルSV1、SV2a、SV3a及びSV4に従って低周波信号2のエッジ位置E1及びE2の検出テーブルを作成(変更)する。従って、送信データDT毎のA/D変換及び復調の精度がばらつくことが抑制され、単純な構成で多値のデータの確実な送受信を行うことが可能な通信システム10となる。
図7は、試験データ信号SDA及び試験低周波信号S2Aに基づいて信号処理部33が生成する復調テーブルを示す図である。図7におけるx軸はサンプリング時の電位レベルSV(電位レベルSV1〜SV4)を表し、y軸はこれに基づく復調データ(送信データDT)の値を表している。信号処理部33は、試験データ信号SDA及びこれに対応する試験用の送信データDTと、試験データ低周波信号S2Aとを受信する。そして、信号処理部33は、試験データ信号SDAに基づいたサンプリング時の電位レベル(サンプリング電位)SVと送信データDTとの関係を算出する。
具体的には、信号処理部33は、試験データ信号SDA1〜SDA4から、エッジ位置ES1〜ES4毎の電位レベルSV1〜SV4の平均値を算出する。また、この電位レベルSV1〜SV4と、当該エッジ位置ES1〜ES4に対応する送信データDTとの関係を近似する式を算出する。
具体的には、例えば図2Bに示すようにエッジ位置が遅れるほど大きなデータ値となるようにエッジ調整を行う場合を考えると、データ値が大きくなるほど電位レベルの変化量は鈍化する。従って、図7に示すように、試験データ信号SDAに基づいた試験低周波信号S2Aのサンプリング電位SVの送信データDTとの関係は、三次関数に近似されることができる。
例えば、電位レベルSVをxとし、送信データDTのデータ値をyとした場合、両者の関係は、y=ax3+cx(計算式1)に従うと近似することができる。信号処理部33は、試験低周波信号S2Aのサンプリングを行うことで、電位レベルSVを送信データDTに変換する変換式を表す関数の係数a及びcを算出する。信号処理部33は、この変換式及び係数a及びcを復調情報として生成し、送信装置20に送信する。
エッジ調整部22Bの復調情報取得部43は、当該変換式及びその係数値を取得する。エッジ調整部22Bのエッジ位置補正部44は、当該係数a及びcを元に、データ信号SDのエッジ位置の補正を行う。具体的には、例えば、係数a及びcの実測値が算出されることで、受信後の低周波信号S2のサンプリングポイントSP1における電位レベルの間隔を均等化するような、データ値毎のエッジ位置E1を導くことができる。
従って、例えば、データ値をtとし、補正後のエッジ位置E1をzとすると、補正後のエッジ位置E1は、z=at3+ctの式(計算式2)で表すことができる。従って、当該式のデータ値tに基づいた好ましいエッジ位置z、例えば基準立上り位置TR1からの遅れ時間D1を導くことができる。
このように、エッジ位置補正部44は、信号処理部33からエッジ位置E1の計算式2の係数a及びcを取得し、これに基づいた関係で送信データDTとデータ信号SDのエッジ位置の調整を行う。また、立下りエッジの位置E2ついても同様の調整(補正)を行うことで、各データを担持している送信データDT毎の低周波信号S2のサンプリング時の電位レベルSL1及びSL2の各々の間隔を均等化することができる。
なお、本実施例においては、受信装置30では復調の際の計算式1及びその係数a及びcの算出値を復調情報として生成し、これを送信装置20に送信する(返信する)場合について説明した。しかし、受信装置30から送信装置20に送信される信号処理情報はこれに限定されない。
例えば、受信装置30の信号処理部33は、サンプリング時の電位レベルSVの実測値のみを送信装置20に供給してもよい。この場合、送信装置20のエッジ調整部22Bは、この電位レベルSVに基づいて計算式1及び係数a及びcを算出し、これに基づいてエッジ調整を行えばよい。また、この場合、フィルタ情報取得部41が取得したフィルタ32の特性を示す情報を用いることで、係数a及びcを算出することができる。
また、エッジ位置の補正値、すなわち計算式2及びそのデータ値t毎のエッジ位置zを信号処理部33が生成し、これを送信装置20に送信してもよい。この場合、エッジ調整部22は当該エッジ位置の補正値に関する情報を受信し、これに基づいてエッジ位置を決定すればよい。
図8は、実施例1の変形例に係る通信装置20Aのエッジ調整部22Cのブロック図である。例えば、エッジ調整部22Cは、エッジ調整部22Bに代えて通信システム10内に設けられることができる。エッジ調整部22Cは、エッジ調整部22Bと同様のフィルタ情報取得部41、サンプリング情報取得部42及び復調情報取得部43を有する。
本変形例においては、エッジ調整部22Cは、受信装置30からエッジ位置の補正値に関する情報(補正情報)を取得する補正情報取得部51と、当該補正情報に基づいて送信データDT毎のデータ信号SDのエッジ位置E1及びE2を決定するエッジ位置決定部52を有する。
この場合、信号処理部33は、計算式1及び2と、これに基づいたエッジ位置の補正情報を生成すればよい。このように通信装置20Aが設けられることで、通信装置20Aの処理負荷が軽くなり、コンパクトな送信装置となる。本変形例においては、例えば、受信側の負荷が送信側の負荷よりも大きい場合に好適な構成となる。
なお、本実施例においては、通信部23が送信信号としてテラヘルツ波の無線信号を生成し当該テラヘルツ波が通信される場合について説明した。しかし、当該送信信号の構成はこれに限定されない。例えば、当該送信信号は、テラヘルツ帯以外の帯域の周波数を有する信号、例えば可視光や電波などによる信号であってもよい。また、通信部23及び31の構成は一例に過ぎず、共鳴トンネルダイオード以外の通信機器を含んでいてもよい。
また、本実施例においては、基準信号S0及びデータ信号SDを含む送信信号S1が送信装置20及び受信装置30間で通信される場合について説明した。しかし、装置間で通信される信号はこれに限定されず、少なくともデータ信号SDが通信されればよい。
また、送信装置20及び受信装置30間は、有線接続及び無線接続など、データ信号SDを伝送可能な種々の接続態様で接続されていればよい。例えば、送信装置20及び受信装置30間は、光ファイバによって接続されていてもよい。
また、本実施例においては、データ信号生成部22が基準信号生成部22Aを有する場合について説明したが、データ信号生成部22の構成はこれに限定されない。データ信号生成部22は、基準信号生成部22Aを有していなくてもよい。
例えば、データ信号生成部22は、外部から矩形波の基準信号S0を受信して、この基準信号S0に基づいたエッジ調整を行うことでデータ信号SDを生成してもよい。すなわち、データ信号生成部22は、送信データDTに応じて矩形波の立上りエッジ及び立下りエッジの位置を調整してデータ信号SDを生成するように構成されていればよい。
このように、本実施例においては、通信システム10は、送信装置20が送信データDTに応じて矩形波(基準波)の立上り及び/又は立下りエッジを調節したデータ信号SDを生成するデータ信号生成部22を有し、受信装置30がこの矩形波のデータ信号SDの波形を鈍らせるアナログのフィルタ32を有する。従って、フィルタ32によって波形が鈍った信号に対して信号処理を行うことで、容易に多値のデータを通信することができる。
また、通信システム10においては、受信装置30がフィルタ32及び信号処理部33(A/D変換部33A)を有していればよく、例えば、送信装置20にデータ信号SDをアナログ信号に変換するためのD/A変換器が設けられる必要が無い。
また、通信システム10が通信に用いる信号は、立上りエッジ及び立下りエッジの位置が異なる信号である。従って、例えば多値のデータを通信するための振幅変調回路を設ける必要が無い。従って、単純な構成で多値のデータの送受信を行うことが可能な通信システム10を提供することができる。
上記したように、本実施例においては、通信システム10が送信装置(第1の通信装置)20及び受信装置(第2の通信装置)30を含み、送信装置20が送信データDTに応じて基準波の立上り及び/又は立下りエッジの位置E1及びE2を調整したデータ信号SDを生成するデータ信号生成部22と、データ信号SDを送信する通信部23とを有する。
また、受信装置30は、データ信号SDを受信する通信部31と、データ信号SDの高周波域を遮断して低周波信号S2を生成するフィルタ32と、低周波信号S2の所定のサンプリングポイントSP1及びSP2での電位レベルを測定してデータ信号SDの立上り又は立下りエッジの位置E1及びE2を検出(判定)し、これら位置E1及びE2に基づいてデータ信号SDに担持された送信データDTを復調する信号処理部33とを有する。
また、信号処理部33は、当該所定のタイミングSP1及びSP2での低周波信号S2の電位レベルに関するサンプリング情報を送信装置20に送信する。また、データ信号生成部22は、サンプリング情報に基づいてデータ信号SDの立上り及び立下りエッジの位置E1及びE2を補正する。従って、例えば、送信装置20及び受信装置30間での実際の信号状況を考慮した正確なエッジ位置の調整を行うことができる。従って、単純な構成で多値のデータの確実な送受信を行うことが可能な通信システム10を提供することができる。
なお、送信装置20及び受信装置30は、それぞれ単独で動作してもよい。例えば、送信装置20は、受信装置30のみならず、データに応じた立上り及び立下り位置の矩形波を受信及び処理するように構成された種々の通信装置に接続されていてもよい。
例えば、送信装置20は、送信データDTを取得するデータ取得部21と、基準波の信号の立上り及び/又は立下りエッジの位置E1及びE2を送信データDTに応じて調整した(変化させた)データ信号SDを生成するデータ信号生成部22と、通信部23とを有し、通信部23に接続された外部の通信装置(例えば受信装置30)における送信データDTの復調処理に関する情報に基づいてデータ信号SDのをエッジ位置を補正することで、容易に判別可能な多値のデータを送信可能な通信装置となる。
また、例えば、受信装置30は、データを含むデータ信号SDであれば、送信装置20以外の通信装置から受信してもよい。換言すれば、受信装置30は、各々が異なるデータを担持する矩形波の複数のデータ信号SDを受信する通信部31と、複数のデータ信号SDの各々の高周波域を遮断して低周波信号S2を生成するフィルタ32と、低周波信号S2の所定のサンプリングポイントSP1及びSP2での電位レベル(電位レベルSL1及びSL2又はSV1〜SV4)を測定して低周波信号S2の立上り及び/又は立下りエッジの位置を検出し、当該検出したエッジの位置に基づいて当該データを復調する信号処理部34と、を有し、信号処理部33が低周波信号S2の各々のサンプリングポイントSP1及びSP2における電位レベルに基づいた情報を生成することで、受信側の特性に応じて確実に多値のデータを取得可能な通信装置となる。
また、本発明は、例えば送信装置20及び受信装置30を用いて図4Bに示す動作を行うことで、受信装置30での信号処理精度が上がり、確実な多値のデータの送受信を行うことが可能な通信方法を構成することができる。
具体的には、例えば、本発明は、各々が異なるデータを担持する矩形波の複数のデータ信号SDを受信する通信部31と、複数のデータ信号SDの各々の高周波域を遮断して低周波信号S2を生成するフィルタ32と、低周波信号S2の所定のサンプリングポイントでの電位レベル(電位レベルSL1及びSL2又はSV1〜SV4)を測定して低周波信号S2の立上り及び/又は立下りエッジの位置を検出し、当該エッジ位置に基づいてデータ信号SDに担持されたデータを復調する信号処理部33と、を有する受信装置(通信装置)30を用いて、当該低周波信号S2の各々のサンプリングポイントSP1及びSP2の電位レベルに基づいて当該複数のデータ信号SDの立下り及び/又は立下りエッジの位置を補正する情報を送信するステップ(ステップS04)と、を含む通信方法として実施することができる。
10 通信システム
20、20A 送信装置(第1の通信装置)
22 データ信号生成部
22B エッジ調整部
30 受信装置(第2の通信装置)
32 フィルタ
33 信号処理部
20、20A 送信装置(第1の通信装置)
22 データ信号生成部
22B エッジ調整部
30 受信装置(第2の通信装置)
32 フィルタ
33 信号処理部
Claims (8)
- 送信データを取得するデータ取得部と、
前記送信データに基づいて基準波の立上り及び/又は立下りエッジの位置を変化させてデータ信号を生成するデータ信号生成部と、
前記データ信号を送信する通信部と、を有し、
前記データ信号生成部は、前記通信部に接続された他の通信装置における前記送信データの復調処理に関する情報に基づいて前記データ信号の前記立上り及び/又は立下りエッジの位置を補正することを特徴とする通信装置。 - 前記データ信号生成部は、単位周期内の所定の基準立上り位置で立上りかつ所定の基準立下り位置で立下る矩形波の基準信号を生成し、前記基準信号の前記基準立上り位置及び/又は前記基準立下り位置の各々に基づいて前記送信データに応じた前記データ信号の前記立上り及び/又は立下りエッジの位置の各々を決定することを特徴とする請求項1に記載の通信装置。
- 前記データ信号生成部は、単位周期内に前記基準信号を含むヘッダ部と、単位周期内に前記データ信号を含むデータ部と、を含む送信信号を生成し、
前記通信部は、前記送信信号を送信することを特徴とする請求項2に記載の通信装置。 - 各々が異なるデータを担持している矩形波の複数のデータ信号を受信する通信部と、
前記複数のデータ信号の各々の高周波域を遮断して複数の低周波信号を生成するフィルタと、
前記複数の低周波信号の各々における所定のサンプリングポイントでの電位レベルを測定して前記複数の低周波信号の各々の立上り及び/又は立下りエッジの位置を検出し、前記立上り及び/又は立下りエッジの位置に基づいて前記データを復調する信号処理部と、を有し、
前記信号処理部は、前記複数の低周波信号の各々の前記サンプリングポイントにおける電位レベルに関する情報を生成することを特徴とする通信装置。 - 前記信号処理部は、前記異なるデータの各々のデータ値をyとし、前記データ値の各々に対応する前記低周波信号の前記電位レベルをxとした場合、y=ax3+cxで示される式の係数a及びcを算出することを特徴とする請求項4に記載の通信装置。
- 送信データに基づいて基準波の立上り及び/又は立下りエッジの位置を調整してデータ信号を生成するデータ信号生成部と、
前記データ信号を送信する通信部と、を有する第1の通信装置と、
前記データ信号を受信する通信部と、
前記データ信号の高周波域を遮断して低周波信号を生成するフィルタと、
前記低周波信号の所定のサンプリングポイントでの電位レベルを測定して前記低周波信号の立上り及び/又は立下りエッジの位置を検出し、前記立上り及び/又は立下りエッジの位置に基づいて前記送信データを復調する信号処理部と、を有する第2の通信装置と、を含み、
前記信号処理部は、前記サンプリングポイントでの前記低周波信号の前記電位レベルに関するサンプリング情報を前記第1の送信装置に送信し、
前記データ信号生成部は、前記サンプリング情報に基づいて、前記データ信号の前記立上り及び/又は立下りエッジの位置を補正することを特徴とする通信システム。 - 前記信号処理部は、複数の異なる前記送信データのデータ値をyとし、前記データ値の各々に対応する前記低周波信号の前記電位レベルをxとした場合、y=ax3+cxで示される式の係数a及びcを算出して前記第1の通信装置に送信し、
前記データ信号生成部は、前記係数a及びcに基づいて、前記データ信号の前記立上り及び/又は立下りエッジの位置を補正することを特徴とする請求項6に記載の通信システム。 - 各々が異なるデータを担持している矩形波の複数のデータ信号を受信する通信部と、前記複数のデータ信号の各々の高周波域を遮断して複数の低周波信号を生成するフィルタと、前記複数の低周波信号の各々における所定のサンプリングポイントでの電位レベルを測定して前記複数の低周波信号の各々の立上り及び/又は立下りエッジの位置を検出し、前記立上り及び/又は立下りエッジの位置に基づいて前記データを復調する信号処理部と、を有する通信装置を用いて、
前記低周波信号の前記サンプリングポイントにおける電位レベルに基づいて前記複数のデータ信号の立上り及び/又は立下りエッジの位置を補正する情報を送信するステップを含むことを特徴とする方法。
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JP2017206320A JP2019080198A (ja) | 2017-10-25 | 2017-10-25 | 通信装置、通信システム及び通信方法 |
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2017
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