JP3752673B2

JP3752673B2 - Ｕｗｂ送信機及び受信機

Info

Publication number: JP3752673B2
Application number: JP2002241249A
Authority: JP
Inventors: 幸俊眞田
Original assignee: Keio University
Current assignee: Keio University
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2022-08-21
Also published as: JP2004080644A; US20040174925A1; US7289576B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）送信機及び受信機に関し、特に、伝送レートを高速化し、さらに、ＳＮ比を改善したＵＷＢ送信機及び受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＵＷＢシステムという、非常に短いパルス信号を用いた通信システムが提案されている（「日経エレクトロニクス」２００２年３月１１日号第５５〜６６頁参照）。ＵＷＢシステムは、搬送波（キャリヤ）を用いない、中間周波数（ＩＦ）を利用しない、極めて広帯域、低消費電力などの特徴を有する。主な利用目的にＰＣ（Personal Computer）の周辺機器間の超高速通信が挙げられる。
【０００３】
図３は、従来のスーパーヘテロダイン方式の送受信機の構成を示す図である。送信信号はミクサ２１で、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２２からの局部発振信号によって高周波信号に周波数変換されて、パワーアンプ２３で高周波増幅され、帯域通過フィルタ２４で所定帯域に制限され、アンテナスイッチ２５を介して、アンテナ２６から放射され、受信に際しては、アンテナ２６で受信された高周波信号は、アンテナスイッチ２５を介して帯域通過フィルタ２７で所定の帯域に制限され、低雑音アンプ２８で増幅され、ミクサ２９で電圧制御発振器２２からの局部発振信号と混合されて中間周波数信号とされ、帯域通過フィルタ３０で所定の中間周波数帯域に制限され、アンプ３１で増幅されミクサ３２でベース信号に変換されて受信信号となる。
【０００４】
図４は、従来のＵＷＢ送受信機の構成を示す図である。クロック発振器４１からのクロックによって制御され、ＰＮ符号発生器４２からのＰＮ（Pseudo Noise）符号が入力されるパルス発生器４３に送信信号が入力され、パルス発生器４３は例えば送信信号１に対して｛１、１、−１、１｝というパルス列を、送信信号−１に対して｛−１、−１、１、−１｝というパルス列を発生する（直接拡散方式）。ここでは、２相位相（Bi-phase）、すなわち、プラス極性のパルスとマイナス極性のパルスを用いる。そのパルス列は帯域通過フィルタ４４で所定の極めて広い帯域に制限されて、そのまま周波数変換されずにアンテナスイッチ４５を介してアンテナ４６から放射される。放射される電力は微弱であるが、帯域が極めて広いこと、近距離通信を想定していることから十分に情報を伝送することができる。受信に際して、アンテナ４６で受信された超広帯域であるパルス列信号は、アンテナスイッチ４５を介して帯域通過フィルタ４７で所定の帯域に制限され、低雑音アンプ４８で増幅される。相関器４９は、周波数変換されていない受信されたままのパルス列と、パルス発生器４３からの送信に用いたパルス列と同じ参照パルス列｛１、１、−１、１｝及び｛−１、−１、１、−１｝との相関をそれぞれとって、相関出力をアンプ５０で増幅して、受信パルス列と参照パルス列との相関が十分に大きい場合に、受信信号１又は−１を得る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＵＷＢシステムの通信速度は通信路のマルチパス（＝エコー）に依存する。エコーがあると、どのパルスが本当の送信信号か区別がつかなくなる。このため、通常はエコーの大きさが十分に小さくなる時間間隔をおいてから次のパルスを発生させるようにチップ周期（パルス繰返し周期）を定めている。このように、伝送レートはエコーによって制限されることになる。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、伝送レートを高速化し、さらに、ＳＮ比を改善したＵＷＢ送信機及び受信機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のＵＷＢ送信機は、予め、本来のチップ周期である第１チップ周期よりも短い第２チップ周期における位置のエコーの極性を検出するエコー検出器と、該エコー検出器で検出されたエコーが同極性である場合、直前のパルスと同極性のパルスを発生するときには第２チップ周期で発生し、直前のパルスと逆極性のパルスを発生するときには第１チップ周期で発生し、前記エコー検出器で検出されたエコーが逆極性である場合、直前のパルスと同極性のパルスを発生するときには第１チップ周期で発生し、直前のパルスと逆極性のパルスを発生するときには第２チップ周期で発生するパルス発生器とを備える。
【０００８】
また、第２チップ周期は第１チップ周期の１／２であることで、クロック制御が楽になる。
【０００９】
また、前記エコー検出器は、受信機の符号復号のための相関器を兼ねていることで、構成が簡単になる。
【００１０】
また、本発明のＵＷＢ受信機は、予め、本来のチップ周期である第１チップ周期よりも短い第２チップ周期における位置のエコーの極性を検出するエコー検出器と、該エコー検出器で検出されたエコーが同極性である場合、直前のパルスと同極性のパルスを発生するときには第２チップ周期で発生し、直前のパルスと逆極性のパルスを発生するときには第１チップ周期で発生し、前記エコー検出器で検出されたエコーが逆極性である場合、直前のパルスと同極性のパルスを発生するときには第１チップ周期で発生し、直前のパルスと逆極性のパルスを発生するときには第２チップ周期で発生するパルス発生器と、該パルス発生器からのパルス列と受信信号との相関をとる相関器とを備える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施の形態によるＵＷＢ送信機及び受信機の構成を示す図である。ここでは、ＵＷＢ送受信機の構成を示しているが、これを送信機と見ることもできれば、受信機と見ることもできるので、ＵＷＢ送信機及び受信機と表現している。基本構成、すなわち、各構成要素の配置は図４に示した従来のＵＷＢ送受信機の構成と同じである。本実施の形態では、相関器９からパルス発生器３にエコーに関する情報が転送されるように構成されている。他の点に関しては、各構成要素、クロック発振器１、ＰＮ符号発生器２、パルス発生器３、帯域通過フィルタ４、アンテナスイッチ５、アンテナ６、帯域通過フィルタ７、低雑音アンプ８、相関器９、及び、アンプ１０は、それぞれ、クロック発振器４１、ＰＮ符号発生器４２、パルス発生器４３、帯域通過フィルタ４４、アンテナスイッチ４５、アンテナ４６、帯域通過フィルタ４７、低雑音アンプ４８、相関器４９、及び、アンプ５０に対応する。
【００１３】
図２は、本実施の形態に用いるパルスを説明する図である。図２(a)は、従来のＵＷＢ送受信機に用いるパルスを説明する図であり、受信機でエコーが十分に小さくなる間隔であるチップ周期Ｔcの間隔で送信機からパルス列が送信される。受信機で受信されるパルス列の間には不規則ではあるが徐々に減衰するエコーが存在し、そのエコーは送信するパルスと同極性（この例の場合はプラスとなる）である場合もあれば、逆極性（この例の場合はマイナスとなる）である場合もある。
【００１４】
図２(b)は、本実施の形態のＵＷＢ送信機及び受信機に用いるパルスを説明する図である。本実施の形態では、本来のチップ周期Ｔcの１／２の位置、すなわち、Ｔc／２の位置のエコーの極性を予め調べておいて、パルス発生器３が発生するパルスの間隔を次のようにする。すなわち、
(1).Ｔc／２の位置のエコーが同極性である場合、
直前のパルスと同極性のパルスを発生するときにはチップ周期をＴc／２とし、
直前のパルスと逆極性のパルスを発生するときにはチップ周期をＴcとする。
(2).Ｔc／２の位置のエコーが逆極性である場合、
直前のパルスと逆極性のパルスを発生するときにはチップ周期をＴc／２とし、
直前のパルスと同極性のパルスを発生するときにはチップ周期をＴcとする。
【００１５】
これにより、チップ周期をＴc／２とする場合には、パルス信号とエコーとが同極性で重畳されて信号の振幅が大きくなるから、ＳＮ比が良くなる。逆に、パルス信号とエコーとが逆極性である場合に重畳すると信号の振幅が小さくなって一般の雑音との区別がつきにくくＳＮ比が悪くなるため、チップ周期は本来のＴcとしておくのである。このように、１／２の確率でチップ周期を１／２にすることができるので、平均してチップ周期を３／４にすることができ、その分だけ伝送レートを高速化することができる。
【００１６】
予め、Ｔc／２の位置のエコーの極性を調べるには次のようにすれば良い。すなわち、通信相手の送信機からチップ周期Ｔcで｛１、−１｝というパルス列を送信し、チップ周期Ｔc／２の参照パルス列｛１、１、−１、−１｝と｛１、−１、−１、１｝とでそれぞれ相関をとって、そのどちらに、より大きな相関があるかを調べることで、Ｔc／２の位置のエコーの極性が同極性か逆極性かを調べることができる。相関器９は、その結果をパルス発生器３に転送して、パルス発生器３はその結果を利用して発生するパルスのチップ周期を上記のように制御する。パルス発生器３が送信に用いるパルス列、すなわち、送信信号１に対するパルス列｛１、１、−１、１｝と、送信信号−１に対するパルス列｛−１、−１、１、−１｝は、本実施の形態においても、受信の際の参照パルス列として用いる。ただし、本実施の形態においては上記のように、エコーの極性及び隣接パルスの極性に応じて、チップ周期が変わっているものとなっている。
【００１７】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００１８】
上記実施の形態では、受信のための相関器９によってエコーの極性を検出したが、別途パルス信号に対するエコーの極性を検出する構成要素を追加しても良い。また、通信相手からエコーの極性を通信手段によって知らせるように構成しても良い。
【００１９】
短くするチップ周期は１／２に限られるものではなく、１／３、１／４、３／４などでも構わない。ただし、切りのいい周期である方がクロック制御が簡単であるので望ましい。
【００２０】
ＰＮ符号による符号化は必ずしも必要なく、チップ周期がエコーの極性及び隣接パルスの極性に応じて上記のように変わるものであれば良い。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、伝送レートを高速化し、さらに、ＳＮ比を改善したＵＷＢ送信機及び受信機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるＵＷＢ送信機及び受信機の構成を示す図である。
【図２】本実施の形態に用いるパルスを説明する図である。
【図３】従来のスーパーヘテロダイン方式の送受信機の構成を示す図である。
【図４】従来のＵＷＢ送受信機の構成を示す図である。
【符号の説明】
１、４１クロック発振器
２、４２ＰＮ符号発生器
３、４３パルス発生器
４、７、４４、４７帯域通過フィルタ
５、４５アンテナスイッチ
６、４６アンテナ
８、４８低雑音アンプ
９、４９相関器
１０、５０アンプ
２１、２９、３２ミクサ
２２電圧制御発振器
２３パワーアンプ
２４、２７、３０帯域通過フィルタ
２５アンテナスイッチ
２６アンテナ
２８低雑音アンプ
３１アンプ

Claims

予め、本来のチップ周期である第１チップ周期よりも短い第２チップ周期における位置のエコーの極性を検出するエコー検出器と、
該エコー検出器で検出されたエコーが同極性である場合、直前のパルスと同極性のパルスを発生するときには第２チップ周期で発生し、直前のパルスと逆極性のパルスを発生するときには第１チップ周期で発生し、前記エコー検出器で検出されたエコーが逆極性である場合、直前のパルスと同極性のパルスを発生するときには第１チップ周期で発生し、直前のパルスと逆極性のパルスを発生するときには第２チップ周期で発生するパルス発生器と
を備えることを特徴とするＵＷＢ送信機。
第２チップ周期は第１チップ周期の１／２であることを特徴とする請求項１記載のＵＷＢ送信機。
前記エコー検出器は、受信機の符号復号のための相関器を兼ねていることを特徴とする請求項１又は２記載のＵＷＢ送信機。
予め、本来のチップ周期である第１チップ周期よりも短い第２チップ周期における位置のエコーの極性を検出するエコー検出器と、
該エコー検出器で検出されたエコーが同極性である場合、直前のパルスと同極性のパルスを発生するときには第２チップ周期で発生し、直前のパルスと逆極性のパルスを発生するときには第１チップ周期で発生し、前記エコー検出器で検出されたエコーが逆極性である場合、直前のパルスと同極性のパルスを発生するときには第１チップ周期で発生し、直前のパルスと逆極性のパルスを発生するときには第２チップ周期で発生するパルス発生器と、
該パルス発生器からのパルス列と受信信号との相関をとる相関器と
を備えることを特徴とするＵＷＢ受信機。
第２チップ周期は第１チップ周期の１／２であることを特徴とする請求項４記載のＵＷＢ受信機。
前記エコー検出器は、前記相関器を兼ねていることを特徴とする請求項４又は５記載のＵＷＢ受信機。