JP3917637B2 - 無線通信システム、無線送信機、無線受信機および無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波によってデジタル信号を送受する無線通信システム、無線送信機、無線受信機および無線通信方法に関し、特に近距離の微弱無線通信に好適に用いられるものに関する。

無線通信では、直流信号や周波数の低い信号をそのまま伝送するのは難しい。
このため、通常、高周波の搬送波（キャリア）に情報変調を施して信号を送信することとしている。具体的には、送信側では、搬送波に送信したい信号波によって変調を施し、被変調波を送信する。一方、受信側では、受信した被変調波を復調することで搬送波から信号波を取り出し送信データを得る（例えば、文献「大庭英雄、提坂秀樹、“無線通信機器”、日本理工出版会、ｐ．１４１−２６５、ＩＳＢＮ ４−８９０１９−１３６−４」参照）。
図３２に従来の無線通信システムの構成の一例を示す。図３２において、送信側では、電圧制御発振器（VCO: Voltage Controlled Oscillators ）１００１は、搬送波を発生させる。この搬送波は、乗算器１００２において、送信したいベースバンド信号ＩＮが乗算されることにより変調される。得られた被変調波は、パワーアンプ（PA:Power Amplifier）１００５により増幅され、送信アンテナ１００６から送信される。受信側では、受信アンテナ１０１１によって受信された被変調波は、低雑音増幅回路（LNA:Low Noise Amplifier ）１０１２により増幅され、イメージ除去フィルタ１０１３によりイメージ成分が除去される。イメージ成分が除去された被変調波は、乗算器１０１７において、ＶＣＯ１０１６により発生した搬送波が乗算されることによってダウンコンバートされ、チャネル選択フィルタ１０１８を通過した後に、検波器１０１９により送信されたベースバンド信号に変換される。図３２は位相変復調（PSK:Phase Shift Keying）により無線通信を行う場合の一例であるが、他の無線通信方式においても搬送波を発生させ、搬送波に変復調を施して無線通信を行うのが一般的である。
一方、搬送波を用いずに通信を行うシステムとして、超広帯域（UWB:Ultra Wideband）技術を用いた無線通信システムが提案されている（例えば、特表２００３−５２９２７３号公報（国際公開公報ＷＯ０１／０７３９６５）、特表２００３−５３５５５２号公報（国際公開公報ＷＯ０１／０９３４４１）。ＵＷＢの送信機は、数ＧＨｚという極めて広い周波数帯域にわたって１秒間に１０億回以上の非常に時間軸の短いパルスを送出し、受信機は、送信機から送られてきたパルスのシーケンスを受信して、パルスをデータに変換する。
以上のように、図３２に示した従来の無線通信システムでは、送信時および受信時に搬送波を発生させ、この搬送波に変復調を施して無線通信を行う。このため、搬送波を発生する回路や搬送波に変復調を施す回路が必要となり、無線通信システムが複雑化し、無線通信システムを構成する送受信機の規模やハードウェア量が増大して無線通信システムのコストや消費電力が増大するという問題点があった。
また、ＵＷＢを用いた無線通信システムにおいても、時間幅の短いモノサイクル波形もしくはガウシアンモノパルスを生成する回路が必要となり，これらの回路を構成するには高周波のアナログ回路技術が必要になるため設計が難しく、無線通信システムを構成する送受信機の規模やハードウェア量が増大して無線通信システムのコストや消費電力が増大するという問題点があった。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、その目的は、搬送波の発生や変復調のための回路等を不要とすることにより、システムの簡易化、低コスト化、低消費電力化を図ることができる無線通信システム、無線送信機、無線受信機および無線通信方法を提供することにある。

本発明の無線通信システムは、無線送信機と無線受信機とを備え、前記無線送信機は、送信すべきデジタル信号を符号化する符号化手段と、この符号化手段により符号化された信号を送信する送信アンテナとを有し、前記無線受信機は、前記送信された信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号に対して前記符号化に対応する復号化を行って前記デジタル信号を復元する復号化手段とを有し、前記符号化手段は、前記送信すべきデジタル信号に拡散符号を乗じてスペクトラム拡散を行う拡散手段と、この拡散手段によりスペクトラム拡散された拡散信号の立ち上がりおよび立ち下がりに応じてインパルス状の信号を発生し、このインパルス状の信号を前記送信アンテナに出力する信号発生手段とを備え、前記復号化手段は、微分演算された拡散信号に対応する拡散符号を用いて、前記受信アンテナで受信された信号の逆拡散を行う逆拡散手段と、この逆拡散手段により逆拡散された信号のピークを検出して前記デジタル信号を復元するピーク検出手段とを備えるものである。
また、本発明の無線通信システムの１構成例は、前記微分演算された拡散信号をΔＳ、この拡散信号ΔＳに対応する拡散符号をＣ、拡散信号ΔＳと拡散符号Ｃとの相関値をＰ、拡散符号Ｃの符号長をＭとすると、

が成立するようにしたものである。
また、本発明の無線通信システムの１構成例において、前記信号発生手段は、拡散したチップレートのｎ（ｎは２以上の整数）次高調波帯域のインパルス信号のみを出力するようにしたものである。

また、本発明の無線受信機は、送信すべきデジタル信号をスペクトラム拡散させた拡散信号の立ち上がりおよび立ち下がりに応じてインパルス状の信号を発生させてインパルス状の信号を搬送波を用いずに送信する無線送信機から信号を受信するものであって、前記送信された信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号に対して前記符号化に対応する復号化を行って前記デジタル信号を復元する復号化手段とを有し、前記復号化手段は、微分演算された拡散信号に対応する拡散符号を用いて、前記受信アンテナで受信された信号の逆拡散を行う逆拡散手段と、この逆拡散手段により逆拡散された信号のピークを検出して前記デジタル信号を復元するピーク検出手段とを備えるものである。

また、本発明の無線通信方法は、送信すべきデジタル信号を符号化する符号化手順と、この符号化手順で符号化された信号を送信する送信手順と、前記送信された信号を受信する受信手順と、この受信手順で受信された信号に対して前記符号化に対応する復号化を行って前記デジタル信号を復元する復号化手順とを備え、前記符号化手順は、前記送信すべきデジタル信号に拡散符号を乗じてスペクトラム拡散を行う拡散手順と、この拡散手順によりスペクトラム拡散された拡散信号の立ち上がりおよび立ち下がりに応じてインパルス状の信号を発生する信号発生手順とを備え、前記復号化手順は、微分演算された拡散信号に対応する拡散符号を用いて、前記受信手順で受信された信号の逆拡散を行う逆拡散手順と、この逆拡散手順により逆拡散された信号のピークを検出して前記デジタル信号を復元するピーク検出手順とを備えるものである。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る無線通信システム、無線送信機、無線受信機および無線通信方法についての好適な参考例と実施例を第１参考例から第７参考例、第１実施例、第２実施例に分けて詳細に説明する。
［第１参考例］
本参考例に係る無線通信システムは、送信側では、送信すべきデジタル信号を直流成分を含まない符号を用いて符号化して送信し、受信側では、受信信号に対し上記符号化に対応する復号化を行ってデジタル信号を復元し、搬送波を用いずに送受信するものである。以下、本参考例について図面を参照して説明する。
図１は、本参考例に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。図１において、無線通信システムは、無線送信機１と無線受信機２とから構成されている。無線送信機１は、符号化器１１、パワーアンプ１２および送信アンテナ１３を備えている。一方、無線受信機２は、受信アンテナ２１、ＬＮＡ２２および復号化器２３を備えている。
以下、信号の流れとともに、この無線通信システムの動作について説明する。図１において、送信すべきデジタル信号ＩＮは、符号化器１１に入力される。ここで、送信すべきデジタル信号ＩＮは、２値情報を示すものであれば、どのような形態の信号であってもよいが、一般的には図２に示されるような単極ＮＲＺのベースバンド信号である。そこで、本参考例でも単極ＮＲＺ信号を用いることとする。
符号化器１１は、入力されたデジタル信号ＩＮに対して、直流成分を含まない符号を用いて符号化を施す。これにより、直流成分付近に電力スペクトルのピークがある単極ＮＲＺのベースバンド信号を、比較的高周波の交流信号成分がメインとなる信号に変換する。ここで、直流成分を含まない符号としては、図２に示されるバイポーラＮＲＺ符号（ＡＭＩ符号（Alternate Mark Inversion code ））やマンチェスター符号（ダイパルス符号、ＳＰ符号）の他、ＢｎＺＳ符号（Bipolar with n Zeros Substitution code、ｎは整数）、ＨＤＢｎ符号（High Density Bipolar code 、ｎは整数）、ｍＢｎＴ符号（m Binary on n Ternary code、ｍ，ｎは整数）、ＣＭＩ符号（Coded Mark Inversion code ）、ＤＭＩ符号（Differential Mode Inversion code）等が挙げられるが、これらに特に限定されない。一方、図２に示される単極ＮＲＺ（Non Return to Zero）、単極ＲＺ（Return to Zero）、両極ＮＲＺ（Non Return to Zero）は、直流（ＤＣ）付近に電力スペクトルのメインローブがあるため、本参考例で用いられる符号としては不適当である。図３に、各種符号の電力スペクトル特性を示す。
符号化器１１により符号化された信号は、パワーアンプ１２に供給される。パワーアンプ１２は、符号化器１１から供給された信号を増幅し、送信アンテナ１３に出力する。ただし、近距離の微弱無線では送信信号電力が厳しく規定されている場合が多く、その場合にはパワーアンプ１２は必ずしも必要とはしない。符号化器１１から出力された信号を直接アンテナ１３に供給しても規定値を上回る送信信号電力となる場合には、パワーアンプ１２の変わりに減衰器を入れて信号電力を調整しても良い。また、本参考例で用いるパワーアンプ１２は、符号化器１１から出力されたデジタル信号の信号振幅をデジタル信号のまま大きくするものとする。こうすることで送信側ではアナログの回路を必要としない構成になり、送信機設計の簡易化、低コスト化が図れる。
送信アンテナ１３は、パワーアンプ１２から受けた信号（パワーアンプ１２を必要としない場合は符号化器１１から受けた信号）を無線送信する。パワーアンプ１２の有無に関わらず、送信アンテナ１３には矩形波のデジタル信号が供給され、このデジタル信号のスペクトルのうち、送信アンテナ１３の帯域内の信号が無線信号として送信される。アンテナは直流信号成分を伝搬することはできず、交流信号成分しか伝搬できない。そのため、送信すべきデジタル信号のうち、矩形波信号の立ち上がり立ち下がりの変化時の交流成分が主に送信アンテナ１３から送信されることとなる。
以上のとおり、無線送信機１は、搬送波、特にアナログ高周波キャリアを用いることなく送信すべき符号化されたベースバンド信号ＩＮを送信する。このため、無線送信機１は、搬送波を発生させるためのＶＣＯ、搬送波にベースバンド信号を乗算するための乗算器等、搬送波の使用に伴って必要となる回路等を有していない。
次に、受信側について説明すると、受信アンテナ２１は、送信アンテナ１３から送信された信号を受信し、ＬＮＡ２２に出力する。ＬＮＡ２２は、受信アンテナ２１から受けた受信信号を、ノイズを抑えて増幅し、復号化器２３に出力する。復号化器２３は、ＬＮＡ２２から入力された信号に対し、符号化器１１による符号化に対応する復号化を行って、デジタル信号を復元する。ＬＮＡ２２から出力される信号はアナログ信号であり、アナログ演算によりデジタル信号を復元する場合にはＬＮＡ２２からの出力信号をそのまま演算に用いる。デジタル演算によりデジタル信号を復元する場合には、復号化器内部にコンパレータまたはリミッタを設け、所定の振幅に制限して矩形波に近づけたあとに、この振幅制限した信号に対し、符号化器１１による符号化に対応する復号化を行って、デジタル信号を復元する。
なお、本参考例では、復号化器２３の内部にコンパレータまたはリミッタを設けることとしているが、この構成に限らず、受信信号にをノイズを抑えて増幅したあとに振幅制限して矩形波に近づける手段を実現することができれば、どのような構成であっても良い。例えば、ＬＮＡ２２にコンパレータまたはリミッタと同等の機能を持たせても良い。また、ＬＮＡ２２からの出力をＡＤコンバータでデジタル化しデジタル演算を行っても良い。
以上のとおり、無線受信機２は、搬送波、特にアナログ高周波キャリアを用いることなく送信された信号を受信する。このため、無線受信機２は、搬送波を発生させるためのＶＣＯ、受信信号に搬送波を乗算するための乗算器等、搬送波の使用に伴って必要となる回路等を有していない。
以下、このように搬送波を用いることなく無線通信できる理由について説明する。無線通信で伝送できるのは交流成分のみであり直流成分は伝送されない。このため、直流成分付近に電力スペクトルのピークがあるベースバンド信号を伝送するのは難しい。一方、電力スペクトルのメインローブが交流成分にある信号であれば、その直流付近の信号成分が送受信されなくとも、メインローブとなる交流信号成分が送受信されれば通信可能となる。そこで、本参考例の無線送信機１では、送信すべきデジタル信号ＩＮを直流成分を含まない符号により符号化することによって、電力スペクトルのメインローブが交流成分になるように操作している。この結果、本参考例においては、搬送波を用いない無線通信が可能となっている。具体的には、１５０ＭＨｚの単極ＮＲＺ信号をマンチェスター符号を用いて符号化すると、電力スペクトルのメインローブは直流（ＤＣ）から３００ＭＨｚまでにほぼ収まり、比較的高周波の帯域（数１０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚ程度）に電力スペクトルのピークが来るため、広帯域アンテナを用いることにより送受信が可能となる。
ただし、交流成分の周波数が低いほど大きいアンテナが必要となるので、送信すべきデジタル信号は高周波であることが好ましい。具体的には、１ＭＨｚ以上が好ましく、１００ＭＨｚ以上がより好ましい。
以上のとおり、本参考例によれば、送信すべきデジタル信号ＩＮを直流成分を含まない符号を用いて符号化することによって、送信信号の電力スペクトルのメインローブを高周波の交流成分にすることにより、パルス伝送通信を可能とし、搬送波を用いずに無線通信することとしているので、搬送波の発生に必要なＶＣＯや、アップコンバージョン、ダウンコンバージョンに必要な乗算器等が不要となり、システムを構成する無線送信機１および無線受信機２のハードウェア量が大幅に削減され、システムの簡易化、低コスト化、低消費電力化が可能となる。
また、特に無線送信機１については、矩形の信号をそのまま送信するので、デジタル信号処理がメインとなる。このため、アナログ回路を大幅に削減でき、大幅な低コスト化、低消費電力化を図ることができる。
本参考例では、モノサイクル波形もしくはガウシアンモノパルスを生成するためのパルス発生器を持たず、デジタルの矩形波信号で送信アンテナを駆動する。この方式は、通信に使用する周波数帯域を使用するアンテナの帯域で選択できるという特徴も持つ。数１００ＭＨｚに中心周波数があるアンテナを使用すれば、その周波数帯域で電波を送受して通信を行い、数ＧＨｚに中心周波数があるアンテナを使用すれば、その周波数帯域で電波を送受して通信を行うことが可能である。これらのいずれの場合にも使用するアンテナに対し、送信すべきベースバンド信号のメインローブが使用するアンテナの周波数帯域に含まれるように調整すればよい。具体的には図２に示した矩形波信号の信号幅Ｔを小さくすればよい。信号幅Ｔを小さくすればその信号に含まれる周波数成分がより高周波側まで広がることが図３からわかる。信号幅Ｔはデジタル回路に供給されるクロック周波数で決まり、クロック周波数は周波数シンセサイザーで制御することができる。
従って本方式では、使用したい周波数帯域に合わせてアンテナと送信機側の周波数シンセサイザーを制御すればよい。周波数シンセサイザーはソフト的に制御することができるので、使用周波数帯域の変更に伴いハードウェア的に変更すべき構成要素はアンテナだけである。以上から他の送信機側の構成要素をハードウェア的に変更することなくアンテナを切り替えるだけで使用する周波数帯域を変更することができるという特徴を本方式は持つ。これに対して、ＵＷＢを用いた従来の無線通信システムでは、モノサイクル波形もしくはガウシアンモノパルスを生成するためのパルス発生器が必要となる。このパルス発生器はあらかじめ規定した周波数帯域にモノサイクル波形もしくはガウシアンモノパルスの周波数成分が含まれるようにチューニングされて実装される。このパルス発生器は高周波のアナログ回路からなるため設計が難しく、モノサイクル波形もしくはガウシアンモノパルスの周波数成分を可変するように設計するのはさらに困難である。つまり、ＵＷＢを用いた従来の無線通信システムでは、通信に使用する周波数帯域にチューニングしてパルス発生器を実装する必要があるため、使用するアンテナを切り替えてもハードウェア的に送信機側の構成要素であるパルス発生器を可変することが困難であり、通信に使用する周波数帯域を変更することができない。

［第２参考例］
本参考例に係る無線通信システムは、上記第１参考例に係る無線通信システムとほとんど同じであるが、送信側で送信すべきデジタル信号に対して拡散符号を乗じてスペクトラム拡散を行い、受信側で受信信号に対し逆拡散を行うことを特徴とするものである。以下、図面を用いて本参考例について説明するが、第１参考例と共通する部分については説明を省略する。
図４は、本参考例に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。図４において、無線通信システムは、無線送信機３と無線受信機４とから構成されている。無線送信機３は、拡散符号発生器３１、乗算器３２、パワーアンプ３３および送信アンテナ３４を備えている。一方、無線受信機４は、受信アンテナ４１、ＬＮＡ４２、逆拡散手段４３およびピーク検出器４４を備えている。本参考例では、拡散符号発生器３１と乗算器３２とが符号化器を構成し、逆拡散手段４３とピーク検出器４４とが復号化器を構成している。
以下、信号の流れとともに、この無線通信システムの動作について説明する。図４において、送信すべきデジタル信号ＩＮは、乗算器３２に入力される。この乗算器３２は、入力されたデジタル信号ＩＮに対し、拡散符号発生器３１により発生させられた拡散符号を乗算し、直接スペクトラム拡散する。すなわち、拡散符号発生器３１と乗算器３２とは、送信すべきデジタル信号に対して拡散符号を乗じてスペクトラム拡散を行う拡散手段として機能する。この直接スペクトラム拡散により、単極ＮＲＺ信号が広帯域に拡散させられる。拡散後の信号は、パワーアンプ３３で増幅された後、送信アンテナ３４から送信される。
本参考例においても第１参考例と同様に、必ずしもパワーアンプ３３は必要ではない。また、パワーアンプ３３を必要とする場合でも、第１参考例と同様にデジタル信号の信号振幅をデジタル信号のまま大きくするものをパワーアンプとして用いることで、送信機側ではアナログ回路を必要としない構成にすることが可能であり、送信機設計の簡易化、低コスト化が図れる。いずれにせよ本参考例においても、第１参考例と同様に送信すべき矩形波のデジタル信号が送信アンテナ３４に供給される。
受信側では、送信アンテナ３４から送信された信号は、受信アンテナ４１により受信され、ＬＮＡ４２により増幅され、逆拡散手段４３に供給される。逆拡散手段４３は、ＬＮＡ４２から受けた信号に対し、無線送信機３におけるスペクトラム拡散に対応する逆拡散を行い、ピーク検出器４４は、逆拡散手段４３の出力信号のピークを検出し、検出したピークを基にデジタル信号を復調する。
図５に、本参考例に用いる逆拡散手段４３の構成例を示す。逆拡散手段４３は、ＬＮＡ４２から入力された拡散信号をサンプル保持するサンプルホールド回路４３１ａ〜４３１ｇと、第１のクロックｆ１を入力としてサンプルホールド回路４３１ａ〜４３１ｇが順次サンプル保持動作をするよう制御するサンプルホールド制御回路４３２と、サンプルホールド制御回路４３２からの出力信号をクロックｆ１に同期してシフトするシフトレジスタを構成するフリップフロップ回路４３３ａ〜４３３ｆと、拡散信号と相関をとるための拡散符号を第２のクロックｆ２に同期して発生する拡散符号発生回路４３４と、サンプルホールド回路４３１ａ〜４３１ｇから出力された拡散信号と拡散符号発生回路４３４から出力された拡散符号とを対応する信号毎に乗算する乗算器４３５ａ〜４３５ｇと、乗算器４３５ａ〜４３５ｇの各出力信号を加算する加算器４３６とから構成される。第１のクロックｆ１は、送信側で拡散信号の拡散に使用されたクロックと同じ周波数のクロックであり、第２のクロックｆ２は、送信側で拡散符号の生成に使用されたクロックと同じ周波数のクロックである。
サンプルホールド制御回路４３２は、第１のクロックｆ１を入力とし、乗算器４３５ａ〜４３５ｇの数と同じ数のクロック毎に１クロック分だけ拡散信号をサンプル保持させるサンプルホールド制御信号を生成する。シフトレジスタを構成するフリップフロップ回路４３３ａ〜４３３ｆは、サンプルホールド制御回路４３２から出力されたサンプルホールド制御信号をクロックｆ１に同期して図５の右方向へシフトさせながら各サンプルホールド回路４３１ｂ〜４３１ｇに出力する。各サンプルホールド回路４３１ａ〜４３１ｇは、クロックｆ１に同期して順次サンプル保持動作を行う。一方、拡散符号発生回路４３４からは拡散符号がクロックｆ２に同期して発生する。
ＬＮＡ４２から入力されサンプルホールド回路４３１ａ〜４３１ｇによって保持された拡散信号と拡散符号発生回路４３４から出力された拡散符号とは、乗算器４３５ａ〜４３５ｇにより対応する信号毎に乗算され、各乗算器４３５ａ〜４３５ｇの乗算結果が加算器４３６によって加算されて出力される。こうして、拡散信号とローカルの拡散符号との相関値演算を行い、この相関値演算結果を基にピーク検出器４４がベースバンド信号を復元する。なお、本参考例では、逆拡散手段４３の１例として図５に示した構成を用いたが、同等の機能を果たすものであれば特にこれには限定されない。
図４の無線送信機３のＡ点（乗算器３２の入力）、Ｂ点（乗算器３２の出力）、Ｃ点（送信アンテナ３４の出力）における代表的な信号波形を図６、図７に示す。図７は図６の信号波形のＰ１の部分を拡大して示したものである。図６、図７の縦軸は信号強度、横軸は時間である。図６Ａ、図７Ａに示す信号が送信すべきデジタル信号ＩＮである。図６Ｂ、図７Ｂに示す信号は、デジタル信号ＩＮを拡散符号により拡散した後の拡散信号である。送信アンテナ３４からは、図６Ｃ、図７Ｃのように拡散信号の立ち上がりおよび立ち下がりに含まれる交流信号成分が無線信号として送信される。
図４の無線受信機４のＤ点（逆拡散手段４３の出力）、Ｅ点（ピーク検出器４４の出力）における代表的な信号波形を図８、図９に示す。図９は図８の信号波形のＰ２の部分を拡大して示したものである。送信された拡散信号とローカルの拡散符号とが一致すると、図８Ａ、図９Ａに示すようにピーク信号が出力される。このピーク信号はベースバンド信号の位相反転に合わせて位相が反転するので、ピーク検出器４４によってピーク信号の位相反転を検出することで、図８Ｂ、図９Ｂに示すように、送信されたベースバンド信号を復元することができる。
以上のとおり、第１参考例と同様に、無線送信機３と無線受信機４とは、搬送波、特にアナログ高周波キャリアを用いることなく送受信を行う。このため、無線送信機３と無線受信機４とは、搬送波の使用に伴って必要となる回路等を有していない。
本参考例においては、直接スペクトラム拡散によって送信すべきデジタル信号ＩＮを高周波まで拡散させるので、第１参考例と同様の理由により、搬送波を用いることなく無線通信を行うことができる。具体的には、３００ＭＨｚのチップレートの拡散符号を用いて１ＭＨｚの単極ＮＲＺ信号を拡散させた場合、拡散後の信号のスペクトルのメインローブは直流（ＤＣ）から３００ＭＨｚまで広がる。なお、直接スペクトラム拡散方式では、逆拡散後の希望波受信電力と干渉波電力との比（ＳＩ比）が、所要の受信誤り率を得るために必要なＳＩ比より大きければ通信可能となる。したがって、送受信可能な周波数帯域は使用されるアンテナの帯域によるが、必要なＳＩ比が確保されれば、メインローブすべてが送受信される必要はなく、比較的高周波側の拡散信号スペクトルのみが送受信される場合であっても通信可能である。
本参考例で送信される信号スペクトルを図１０に示す。３００ＭＨｚのチップレートで拡散されたベースバンド信号のメインローブは直流（ＤＣ）から３００ＭＨｚまで広がる。たとえば使用するアンテナの帯域が１００ＭＨｚから３００ＭＨｚの場合、送信される信号スペクトルは図１０の斜線部分のようになる。
本参考例に係る無線通信システムは、第１参考例と同様の効果を有するほか、次の効果も有する。
すなわち、拡散符号を用いての多重化が可能であり、無線通信システムの多チャネル化が可能となる。また、より広帯域の拡散信号を送受信することにより、長距離化、高ビットレート化を図ることができる。さらに、直接スペクトラム拡散を行うので、マルチパス耐性等のスペクトラム拡散通信と同様の効果を得ることができる。

［第３参考例］
本参考例に係る無線通信システムは、上記第２参考例に係る無線通信システムとほとんど同じであるが、直流成分を含まない拡散符号を用いてスペクトラム拡散を行うことを特徴とするものである。以下、本参考例について説明するが、第２参考例と共通する部分については説明を省略する。
本参考例では、拡散符号発生器３１は直流成分を含まない拡散符号を発生させ、乗算器３２に供給する。例えば、拡散符号発生器３１は、最初に単極ＮＲＺ信号の拡散符号を発生させた後に、この拡散符号を直流成分を含まない符号を用いて符号化し、符号化された拡散符号を乗算器３２に供給する。ただし、直流成分を含まない拡散符号を発生させることができればよく、上記の手順に限定されない。
単極ＮＲＺ信号の拡散符号の電力スペクトルのピークは直流（ＤＣ）付近になるのに対し、たとえばマンチェスター符号を用いて符号化された拡散符号の電力スペクトルのピークは交流成分となる。たとえば、チップレートが１５０ＭＨｚである拡散符号をマンチェスター符号により符号化すると、電力スペクトルのメインローブはＤＣから３００ＭＨｚまでにほぼ収まり、電力スペクトルは比較的高周波の交流信号成分がメインとなる。このようなマンチェスター符号により符号化された拡散符号を新たな拡散符号として用いることによって、交流信号成分に電力スペクトルのピークをもつ送信信号が得られる。このため、本参考例にかかる無線通信システムは、第２の実施例と同様の効果を有するほか、次の効果も有する。すなわち無線通信システムの扱う信号は交流信号がメインの信号となり、単極ＮＲＺの拡散符号を用いた場合に比べてより効率よく送受信することができ、システムの高効率化，低消費電力化を図ることができる。
本参考例においても第１参考例と同様に、必ずしもパワーアンプ３３は必要ではない。また、パワーアンプ３３を必要とする場合でも、第１参考例と同様にデジタル信号の信号振幅をデジタル信号のまま大きくするものをパワーアンプとして用いることで、送信機側ではアナログ回路を必要としない構成にすることが可能であり、送信機設計の簡易化、低コスト化が図れる。いずれにせよ本参考例においても、第１参考例と同様に送信すべき矩形波のデジタル信号が送信アンテナ３４に供給される。

［第４参考例］
本参考例に係る無線通信システムは、送信側では、送信すべきデジタル信号に対して拡散符号を乗じてスペクトラム拡散を行い、スペクトラム拡散した拡散信号の立ち上がりおよび立ち下がりに応じてインパルス状の矩形波信号を発生させて送信し、受信側では、受信信号に対して前記スペクトラム拡散に対応する逆拡散を行い、逆拡散した信号のピークを検出してデジタル信号を復元する。これにより、本参考例では、搬送波を用いずにデジタル信号を送受信する。以下、本参考例について図面を参照して説明する。
図１１は、本発明の第４参考例に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。図１１において、無線通信システムは、無線送信機５と無線受信機６とから構成されている。無線送信機５は、拡散符号発生器１１１、乗算器１１２、信号発生手段１１３、パワーアンプ１１４および送信アンテナ１１５を備えている。一方、無線受信機６は、受信アンテナ１２１、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）１２２、逆拡散手段１２３およびピーク検出器１２４を備えている。本参考例では、拡散符号発生器１１１と乗算器１１２と信号発生手段１１３とが符号化器を構成し、逆拡散手段１２３とピーク検出器１２４とが復号化器を構成している。
以下、信号の流れとともに、この無線通信システムの動作について説明する。図１１において送信すべきデジタル信号（ベースバンド信号）ＩＮは、乗算器１１２に入力される。一方、拡散符号発生器１１１は、拡散符号を発生する。乗算器１１２は、入力されたデジタル信号ＩＮと拡散符号とを乗算することで、デジタル信号ＩＮを直接スペクトラム拡散する。すなわち、拡散符号発生器１１１と乗算器１１２とは、送信すべきデジタル信号ＩＮに対して拡散符号を乗じてスペクトラム拡散を行う拡散手段として機能する。この直接スペクトラム拡散により、デジタル信号ＩＮが広帯域に拡散させられる。
乗算器１１２から出力された拡散信号は、信号発生手段１１３に供給される。信号発生手段１１３は、拡散信号の立ち上がりおよび立ち下がりに応じてインパルス状の矩形波信号を発生する。この信号発生手段１１３としては、微分演算器、ハイパスフィルタやバンドパスフィルタなどが挙げられる。ハイパスフィルタやバンドパスフィルタを用いる場合には、受動素子を用いる構成の他、デジタルフィルタによる信号処理によって微分演算を行った結果を出力する構成などが挙げられる。いずれにしても、拡散信号の立ち上がりおよび立ち下がりに応じてインパルス状の矩形波信号を発生する機能を有するものであれば、これらに特に限定されない。
信号発生手段１１３から出力される信号波形例を図１２に示す。図１２Ａに示した信号波形は信号発生手段１１３に入力される拡散信号の波形であり、図１２Ｂ、図１２Ｃに示した信号波形は信号発生手段１１３から出力される信号の波形である。信号発生手段１１３は、拡散信号の立ち上がり立ち下がりに応じた矩形波信号を出力しているのがわかる。図１２Ｄは信号発生手段１１３に入力される拡散信号の周波数スペクトルを示し、図１２Ｅは信号発生手段１１３から出力される矩形波信号の周波数スペクトルを示している。拡散信号よりも狭い信号幅の矩形波信号を信号発生手段１１３から出力することにより、図１２Ｄに示す拡散信号の周波数スペクトルに比べて、矩形波信号の周波数スペクトルのメインローブの分布が図１２Ｅに示すように高周波側に大きく広がっているのがわかる。したがって、送信すべき拡散信号のチップレートがそれほど高くない場合には、信号発生手段１１３を用いて図１２のように拡散信号の立ち上がり立ち下がりに応じた矩形波信号を生成することにより、高周波側まで信号電力を広げより効率的に信号電力を送信することが可能となる。
パワーアンプ１１４は、信号発生手段１１３から出力された矩形波信号を増幅し、送信アンテナ１１５は、パワーアンプ１１４によって増幅された信号を無線送信する。
本参考例においても第１参考例と同様に、必ずしもパワーアンプ１１４は必要ではない。また、パワーアンプ１１４を必要とする場合でも、第１参考例と同様にデジタル信号の信号振幅をデジタル信号のまま大きくするものをパワーアンプとして用いることで、送信機側ではアナログ回路を必要としない構成にすることが可能であり、送信機設計の簡易化、低コスト化が図れる。いずれにせよ本参考例においても、第１参考例と同様に送信すべき矩形波のデジタル信号が送信アンテナ１１５に供給される。
図１１の無線送信機５のＡ点（乗算器１１２の入力）、Ｂ点（乗算器１１２の出力）、Ｃ点（信号発生手段１１３の出力）における代表的な信号波形を図１３、図１４に示す。図１４は図１３の信号波形のＰ３の部分を拡大して示したものである。図１３、図１４の縦軸は信号強度、横軸は時間である。なお、図１３、図１４は、ＰＮ３１の拡散符号を用いてデジタル信号ＩＮの１００倍のチップレートで拡散し、また信号発生手段１１３として微分演算器を用いた場合の信号波形を示している。
図１３Ａ、図１４Ａに示す信号が送信すべきデジタル信号ＩＮである。図１３Ｂ、図１４Ｂに示す信号は、デジタル信号ＩＮを拡散符号により拡散した後の拡散信号である。図１３Ｃ、図１４Ｃに示す信号は、拡散信号を微分処理した後のインパルス状のパルス信号である。図１４Ｃによれば、Ｃ点では、Ｂ点の拡散信号の立ち上がりおよび立ち下がりに応じてインパルス状の矩形波信号が得られていることが分かる。
このように、Ｂ点の拡散信号の立ち上がりおよび立ち下がりに応じたインパルス状のパルス信号が得られており、微分演算器が信号発生手段１１３として機能していることが分かる。
以上のとおり、本参考例の無線送信機５は、搬送波、特にアナログの高周波キャリアを用いることなく送信すべき拡散信号の立ち上がり立ち下がりに応じた矩形波信号を送信する。このため、無線送信機５は、電圧制御発信器（ＶＣＯ）や乗算器などの、搬送波を発生する回路や搬送波に変復調を施す回路を必要としない。
次に、無線受信機６側について説明する。送信アンテナ１１５から送信された信号は、受信アンテナ１２１により受信され、ＬＮＡ１２２により増幅され、逆拡散手段１２３に供給される。
逆拡散手段１２３は、ＬＮＡ１２２から出力されたインパルス信号に対して、無線送信機５のスペクトラム拡散に対応する逆拡散を行い、ピーク検出器１２４に逆拡散した信号を供給する。逆拡散を行う場合、逆拡散手段１２３に入力された信号の符号位相同期をとって逆拡散を行う同期方式と、符号位相同期をとらずに逆拡散を行う非同期方式とがあるが、本参考例では同期方式の逆拡散手段１２３を用いることとする。同期方式の逆拡散手段としては各種遅延ロックループ（ＤＬＬ）を利用したものが一般的であるが、逆拡散手段１２３は特にこれらに限定されない。
ピーク検出器１２４は、逆拡散手段１２３の出力信号のピークを検出して、デジタル信号（ベースバンド信号）を復元する。
図１１の無線受信機６のＤ点（逆拡散手段１２３の出力）、Ｅ点（ピーク検出器１２４の出力）における代表的な信号波形を図１５、図１６に示す。図１６は図１５の信号波形のＰ４の部分を拡大して示したものである。逆拡散手段１２３により逆拡散したＤ点の信号は、図１５Ａ、図１６Ａに示すように、送信されたデジタル信号のハイ（ＨＩＧＨ）、ロウ（ＬＯＷ）に応じたピーク信号となる。ピーク検出器１２４では、このＤ点の信号を受けてピーク検出し、図１５Ｂ、図１６Ｂに示すように、送信されたデジタル信号を復元する。
以上のとおり、無線受信機６は、搬送波、特にアナログの高周波キャリアを用いることなく送信されたデジタル信号を受信する。このため、無線受信機６は、ＶＣＯや乗算器などの、搬送波を発生する回路や搬送波に復調を施す回路を必要としない。
以下、このように搬送波を用いることなく無線通信できる理由について説明する。無線通信で伝送できるのは交流成分のみであり、直流成分は伝送できない。このため、直流成分付近に電力スペクトルのピークがあるベースバンド信号を無線伝送するのは難しく、そのため通常は高周波キャリアを変調するといった操作が行われる。
これに対して、本参考例の無線通信システムでは、送信すべきデジタル信号INを直接スペクトラム拡散することによって高周波まで拡散させ、拡散信号からインパルス状の矩形波信号を生成することによって、高周波信号を効率的に送信する構成とした。直接スペクトラム拡散方式では、逆拡散後の希望波受信電力と干渉波電力との比（ＳＩ比）が、所要の受信誤り率を得るために必要なＳＩ比より大きければ通信可能となる。したがって、送受信可能な周波数帯域は使用するアンテナの帯域によるが、必要なＳＩ比が確保されれば、電力スペクトルのメインローブすべてを送受信する必要はなく、本参考例のように比較的高周波側の拡散信号スペクトルのみを送受信する場合であっても通信可能である。
具体的には、３ＭＨｚの拡散信号に対しその１００分の１の信号幅の矩形波信号を発生する信号発生手段を用いればその信号電力スペクトルは直流から３００ＭＨｚまで広がる。例えば１００ＭＨｚから３００ＭＨｚまでの広帯域アンテナを使用すればこの拡散信号スペクトルの送受信が可能となる。もしくは、３００ＭＨｚのチップレートの拡散符号を用いて１ＭＨｚのベースバンド信号を拡散した場合、拡散後の信号の電力スペクトルのメインローブは直流（ＤＣ）から３００ＭＨｚまで広がる。信号発生手段１１３として１００ＭＨｚ以上の通過帯域を持つデジタルのハイパスフィルタを用いた場合、信号発生手段１１３を通過した拡散信号スペクトルのメインローブは１００ＭＨｚから３００ＭＨｚまでにほぼ収まるので、広帯域アンテナを使用すれば、この拡散信号スペクトルの送受信が可能となる。この結果、本参考例においては搬送波を用いない無線通信が可能となっている。
以上のとおり、本参考例によれば、送信すべきデジタル信号ＩＮを直接拡散して矩形波信号を発生することによりパルス伝送通信を可能とし、搬送波を用いずに無線通信することとしているので、搬送波の発生に必要なＶＣＯやアップコンバージョンおよびダウンコンバージョンに必要な乗算器といったアナログの高周波回路が不要となり、システムを構成する無線送信機５および無線受信機６のハードウェア量を大幅に削減することができ、システムの簡易化、低コスト化、低消費電力化が可能となる。
さらに、本参考例では、拡散符号を用いての多重化が可能であり、無線通信システムの多チャンネル化が可能となる。また、より広帯域の拡散信号を送受信することにより、長距離化、高ビットレート化を図ることができ、スペクトラム拡散通信と同様にマルチパス耐性等の効果を得ることができる。また、特に無線送信機５については、デジタル信号処理がメインとなるため、アナログ回路を大幅に削減でき、大幅な低コスト化、低消費電力化を図ることができる。
本参考例に関わる無線通信システムは第２参考例と同様の効果を持ち、さらに次の効果も有する。すなわち、信号発生手段を用いることにより、効率的に高周波信号成分を送信することができるようになる。

［第５参考例］
次に、本発明の第５参考例について説明する。本参考例に係る無線通信システムは、上記第４参考例に係る無線通信システムと無線送信機５の構成は同じであるが、無線受信機の構成が異なる。以下、図面を用いて本参考例について説明するが、第４参考例と共通する部分については説明を省略する。
図１７は、本参考例に係る無線通信システムの無線受信機の構成を示すブロック図である。前述のとおり、無線送信機５については第４参考例と同じ構成のため、図１７では記載を省略した。
本参考例の無線受信機７は、受信アンテナ１３１、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）１３２、信号再生手段１３３および逆拡散手段１３４を備えている。本参考例では、信号再生手段１３３と逆拡散手段１３４とが復号化器を構成している。
無線送信機５から送信された信号は、受信アンテナ１３１により受信され、ＬＮＡ１３２により増幅され、信号再生手段１３３に供給される。信号再生手段１３３は、ＬＮＡ１３２から出力されたインパルス状のパルス信号を検出し、無線送信機５の信号発生手段によって処理される前の矩形波状の拡散信号を再生して、逆拡散手段１３４に供給する。この信号再生手段１３３としては、マッチトフィルタ、オペアンプによる積分回路、コンパレータなどが挙げられる。マッチトフィルタに関しては、受動素子を用いる構成の他、ＣＣＤやアナログ信号処理あるいはデジタル信号処理によって演算を行った結果を出力する構成などが挙げられる。いずれにしても、インパルス状の信号を受けて拡散信号を再生するものであればこれらに特に限定されない。
逆拡散手段１３４は、信号再生手段１３３から出力された拡散信号に対して、無線送信機５のスペクトラム拡散に対応する逆拡散を行いデジタル信号（ベースバンド信号）を復元する。逆拡散を行う場合、逆拡散手段１３４に入力された拡散信号の符号位相同期をとって逆拡散を行う同期方式と、符号位相同期をとらずに逆拡散を行う非同期方式とがあるが、本参考例では同期方式の逆拡散手段を用いることとする。同期方式の逆拡散手段としては各種遅延ロックループ（ＤＬＬ）を利用したものが一般的であるが、逆拡散手段１３４は特にこれらに限定されない。
図１７の無線受信機７のＦ点（信号再生手段１３３の出力）、Ｇ点（逆拡散手段１３４の出力）における代表的な信号波形を図１８、図１９に示す。図１９は図１８の信号波形のＰ５の部分を拡大して示したものである。信号再生手段１３３がインパルス状の無線信号を検知して再生処理を行うことにより図１８Ａ、図１９Ａに示す拡散信号が得られ、逆拡散手段１３４がこの拡散信号を受けて逆拡散を行うことにより図１８Ｂ、図１９Ｂに示すデジタル信号が復元される。受信アンテナ１３１で受信した信号は図１１のＣ点に示すようにインパルス信号が位相変調されたものと見なすことができるため、信号再生手段１３３はインパルス信号のピーク値の極性を検知して、ハイ（ＨＩＧＨ）またはロウ（ＬＯＷ）の信号を出力する機能を有するものであればよい。
図２０Ａ、図２０Ｂ、図２０Ｃ、図２０Ｄ、図２０Ｅに信号再生手段１３３の構成例を示す。信号再生手段１３３は、例えばマッチトフィルタ１３３１とピーク検出器１３３２とから構成される（図２０Ａ）。マッチトフィルタを用いる場合、無線送信機５から送信されるインパルス状の信号の形状に対応したマッチトフィルタを用いることにより、受信アンテナ１３１で受信した信号の中からインパルス信号を選択的に検知することが可能である。そして、マッチトフィルタ１３３１から出力された信号のピークをピーク検出器１３３２により検出することで、矩形波状の拡散信号を再生することが可能となる。
図２０Ｂに示すように、信号再生手段１３３をマッチトフィルタ１３３１と積分器１３３３とから構成し、マッチトフィルタ１３３１から出力された信号を積分器１３３３により積分演算することによって拡散信号を再生することも可能である。
また、図２０Ｃに示すように、信号再生手段１３３をマッチトフィルタ１３３１とコンパレータ１３３４とから構成し、マッチトフィルタ１３３１から出力された信号をコンパレータ１３３４により２値化することによって拡散信号を再生することも可能である。
また、図２０Ｄに示すように、信号再生手段１３３を乗算器１３３５と１ビットカウンタ１３３６とから構成し、ＬＮＡ１３２から出力された信号を乗算器１３３５により包絡線検波し、包絡線検波した信号を１ビットカウンタ１３３６でカウントすることによって拡散信号を再生することも可能である。乗算器１３３５の二乗検波による包絡線検波では、ＬＮＡ１３２の出力信号の立ち上がりおよび立ち下がりに応じてパルスが生成される。ＬＮＡ１３２の出力信号には、立ち上がり、立ち下がりが必ず交互に現れるので、包絡線検波したパルスとパルスの間をハイ（Ｈｉｇｈ）またはロウ（Ｌｏｗ）のレベルで固定すれば、拡散信号を復元することができる。１ビットカウンタ１３３６は、乗算器１３３５からパルスが出力される度に、ハイまたはロウを出力する。
さらに、図２０Ｅに示すように、信号再生手段１３３をダイオード１３３７と１ビットカウンタ１３３６とから構成し、ＬＮＡ１３２から出力された信号をダイオード１３３７により包絡線検波し、包絡線検波した信号を１ビットカウンタ１３３６でカウントすることによって拡散信号を再生することも可能である。いずれにしても同等の機能を有するものであれば、これらに特に限定されない。
以上のとおり、本参考例の無線受信機７は、第４参考例と同様に、搬送波、特にアナログの高周波キャリアを用いることなく送信されたデジタル信号を受信する。このため、無線受信機７は、ＶＣＯや乗算器などの、搬送波を発生する回路や搬送波に復調を施す回路を必要としない。
本参考例では、前記第４参考例と同様の効果を奏する。さらに、本参考例では、送信されたインパルス状の信号から矩形波状の拡散信号を再生して逆拡散する構成としているため、インパルス状の信号を直接逆拡散する場合に比べて、逆拡散復調が容易になる特徴を持つ。
なお、逆拡散復調することによるプロセスゲインがあるため、信号再生手段１３３から出力される拡散信号に誤りが多少含まれていたり、拡散信号が完全な矩形波状の信号でなかったりしても、通信は可能である。

［第６参考例］
次に、本発明の第６参考例について説明する。本参考例に係る無線通信システムは、上記第４参考例に係る無線通信システムと無線送信機５の構成は同じであるが、無線受信機の構成が異なる。以下、図面を用いて本参考例について説明するが、第４参考例と共通する部分については説明を省略する。
図２１は、本参考例に係る無線通信システムの無線受信機の構成を示すブロック図である。前述のとおり、無線送信機５については第４参考例と同じ構成のため、図２１では記載を省略した。
本参考例の無線受信機８は、受信アンテナ１４１、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）１４２、信号再生手段１４３、逆拡散手段１４４およびピーク検出器１４５を備えている。本参考例では、信号再生手段１４３と逆拡散手段１４４とピーク検出器１４５とが復号化器を構成している。
無線送信機５から送信された信号は、受信アンテナ１４１により受信され、ＬＮＡ１４２により増幅され、信号再生手段１４３に供給される。
信号再生手段１４３は、第５参考例の信号再生手段１３３と同様にＬＮＡ１４２の出力信号から、無線送信機５の信号発生手段によって処理される前の矩形波状の拡散信号を再生して、逆拡散手段１４４に供給する。
逆拡散手段１４４は、信号再生手段１４３から出力された拡散信号に対して、無線送信機５のスペクトラム拡散に対応する逆拡散を行い、逆拡散した信号をピーク検出器１４５に供給する。逆拡散を行う場合、逆拡散手段１４４に入力された拡散信号の符号位相同期をとって逆拡散を行う同期方式と、符号位相同期をとらずに逆拡散を行う非同期方式とがあるが、本参考例では非同期方式の逆拡散手段を用いることとする。非同期方式の逆拡散手段としてはＳＡＷデバイスによるマッチトフィルタのような受動素子を用いる構成の他、ＣＣＤやアナログ信号処理あるいはデジタル信号処理によるマッチトフィルタによる構成や、図５に示した構成が挙げられるが、非同期で逆拡散復調が可能なものであればこれらに特に限定されない。
ピーク検出器１４５は、逆拡散手段１４４の出力信号のピークを検出して、デジタル信号（ベースバンド信号）を復元する。
図２１の無線受信機８のＨ点（信号再生手段１４３の出力）、Ｉ点（逆拡散手段１４４の出力）、Ｊ点（ピーク検出器１４５の出力）における代表的な信号波形を図２２、図２３に示す。図２３は図２２の信号波形のＰ６の部分を拡大して示したものである。信号再生手段１４３がインパルス状の無線信号を検知して再生処理を行うことにより図２２Ａ、図２３Ａに示す拡散信号が得られ、非同期式の逆拡散手段１４４がこの拡散信号を受けて逆拡散を行うことにより図２２Ｂ、図２３Ｂに示すようにデジタル信号の一部が再生される。ピーク検出器１４５では、逆拡散後の信号を受けてピーク検出し、図２２Ｃ、図２３Ｃに示すデジタル信号を復元する。
以上のとおり、本参考例の無線受信機８は、第４参考例と同様に、搬送波、特にアナログの高周波キャリアを用いることなく送信されたデジタル信号を受信する。このため、無線受信機８は、ＶＣＯや乗算器などの、搬送波を発生する回路や搬送波に復調を施す回路を必要としない。
本参考例では、前記第５参考例と同様の効果を奏する。さらに、本参考例では、非同期で逆拡散する構成としているため、同期型の逆拡散手段に比べてハードウェア量を削減することができ、低消費電力化が図れるという特徴を有する。

［第７参考例］
次に、本発明の第７参考例について説明する。本参考例に係る無線通信システムは、上記第４参考例に係る無線通信システムと無線送信機５の構成は同じであるが、無線受信機の構成が異なる。以下、図面を用いて本参考例について説明するが、第４参考例と共通する部分については説明を省略する。
図２４は、本参考例に係る無線通信システムの無線受信機の構成を示すブロック図である。前述のとおり、無線送信機５については第４参考例と同じ構成のため、図２４では記載を省略した。
本参考例の無線受信機９は、受信アンテナ１５１、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）１５２、逆拡散手段１５３、積分手段１５４およびピーク検出器１５５を備えている。本参考例では、逆拡散手段１５３と積分手段１５４とピーク検出器１５５とが復号化器を構成している。
無線送信機５から送信された信号は、受信アンテナ１５１により受信され、ＬＮＡ１５２により増幅され、逆拡散手段１５３に供給される。
逆拡散手段１５３は、ＬＮＡ１５２から出力された信号に対して、無線送信機５のスペクトラム拡散に対応する逆拡散を行い、逆拡散した信号を積分手段１５４に供給する。逆拡散を行う場合、逆拡散手段１５３に入力された拡散信号の符号位相同期をとって逆拡散を行う同期方式と、符号位相同期をとらずに逆拡散を行う非同期方式とがあるが、本参考例では非同期方式の逆拡散手段を用いることとする。非同期方式の逆拡散手段としてはＳＡＷデバイスによるマッチトフィルタのような受動素子を用いる構成の他、ＣＣＤやアナログ信号処理あるいはデジタル信号処理によるマッチトフィルタによる構成や、図５に示した構成が挙げられるが、非同期で逆拡散復調が可能なものであればこれらに特に限定されない。
積分手段１５４は、逆拡散手段１５３により逆拡散された信号を積分し、この積分した信号をピーク検出器１５５に供給する。この積分手段１５４としては、マッチトフィルタを用いる構成や、オペアンプによる積分演算を行う構成、コンパレータ回路を用いる構成などが挙げられる。マッチトフィルタに関しては、受動素子を用いる構成の他、ＣＣＤやアナログ信号処理あるいはデジタル信号処理によって積分演算を行った結果を出力する構成などが挙げられるが、特にこれらに限定されない。
ピーク検出器１５５は、積分手段１５４の出力信号のピークを検出して、デジタル信号（ベースバンド信号）を復元する。
図２４の無線受信機９のＫ点（逆拡散手段１５３の出力）、Ｌ点（積分手段１５４の出力）、Ｍ点（ピーク検出器１５５の出力）における代表的な信号波形を図２５、図２６に示す。図２６は図２５の信号波形のＰ７の部分を拡大して示したものである。非同期式の逆拡散手段１５３がインパルス状の無線信号に対して逆拡散を行うことにより、逆拡散手段１５３からは図２５Ａ、図２６Ａに示すようなインパルス状の信号が、送信されたデジタル信号のハイ（Ｈｉｇｈ）、ロウ（Ｌｏｗ）に応じて位相変調されて出力される。積分手段１５４は、このインパルス状の信号の位相を検出し、検出した位相に応じたピーク信号を図２５Ｂ、図２６Ｂのように出力する。そして、ピーク検出器１５５は、このピーク信号を検出し、検出したピークを基に図２５Ｃ、図２６Ｃに示すデジタル信号を復元する。
以上のとおり、本参考例の無線受信機９は、第４参考例と同様に、搬送波、特にアナログの高周波キャリアを用いることなく送信されたデジタル信号を受信する。このため、無線受信機９は、ＶＣＯや乗算器などの、搬送波を発生する回路や搬送波に復調を施す回路を必要としない。
本参考例では、前記第６参考例と同様の効果を奏する。

［第１実施例］
次に、本発明の第１実施例について説明する。本実施例に係る無線通信システムは、上記第４参考例に係る無線通信システムと無線送信機５の構成は同じであるが、無線受信機の構成が異なる。以下、図面を用いて本実施例について説明するが、第４参考例と共通する部分については説明を省略する。
図２７は、本実施例に係る無線通信システムの無線受信機の構成を示すブロック図である。前述のとおり、無線送信機５については第４参考例と同じ構成のため、図２７では記載を省略した。
本実施例の無線受信機１０は、受信アンテナ１６１、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）１６２、逆拡散手段１６３およびピーク検出器１６４を備えている。本実施例では、逆拡散手段１６３とピーク検出器１６４とが復号化器を構成している。
拡散信号を送信アンテナから直接送信する場合、または拡散信号の立ち上がり立ち下がりに応じた信号を発生してアンテナから送信する場合は、拡散信号の高周波成分を送信アンテナから送信していることになる。このとき、送信された信号を第７参考例の無線受信機９で受信して逆拡散を施すと、図２５Ａ、図２６Ａに示したようになる。直流成分が伝搬されないことによる影響として、逆拡散手段１５３の出力には、送信信号のハイ（Ｈｉｇｈ）、ロウ（Ｌｏｗ）によらずに、ある値を中心として上下にピークが現れるようになる。第７参考例で説明したとおり、逆拡散手段１５３の出力信号は送信データのハイ、ロウに応じて位相が反転するので、この出力信号の位相を判別することにより通信は可能である。
ただし、第７参考例では、逆拡散後の信号の位相を判別するための積分手段１５４が必要になる。また、逆拡散手段１５３から出力されるピーク信号の幅は、拡散信号のチップレートが高速になると狭くなってくる。したがって、図２５Ａ、図２６Ａに示した信号の位相を判別することは、チップレートが高速になってくると困難になる。
本実施例は、逆拡散処理をする際の拡散符号系列にある変換を施すことにより、第７参考例の問題点を解決するものである。以下、拡散符号系列に施す変換について説明する。
拡散信号をＳ、拡散符号をＣ、拡散信号Ｓと拡散符号Ｃとの相関値をＰとすると、相関値Ｐは次式のようになる。

拡散信号Ｓの高周波成分を無線通信する操作は、拡散信号Ｓを微分演算（差分変調）した信号を無線通信することと同等である。式（１）は拡散符号Ｃの符号長が３１の場合であり、ΔＳは拡散信号Ｓを微分演算（差分変調）した信号である。
ここで、

は拡散符号Ｃの性質によりほぼ０であるから、相関値Ｐはおおよそ下記のようになる。

一般的には、拡散符号Ｃの符号長をＭとすると、下記のようになる。

つまり、式（３）を満たす拡散符号Ｃを用いて、拡散信号の高周波成分ΔＳとの相関値演算を行えば、相関値ピーク信号を得ることができる。
図２８は、本実施例の逆拡散手段１６３の構成例を示すブロック図である。図２８の例は、拡散符号Ｃの符号長Ｍが７の場合の構成例である。図２８の逆拡散手段１６３は、ＬＮＡ１６２から入力された拡散信号の高周波成分ΔＳを拡散信号の拡散に用いたクロックと同じ周波数の第１のクロックｆ１に同期してデジタル信号に変換するコンパレータ回路６３１と、コンパレータ回路６３１の出力信号を前記第１のクロックｆ１の１周期から（Ｎ−１）周期（Ｎは２以上の整数）までそれぞれ遅延させたＮ−１個の信号を出力するＮ−１個の遅延回路６３２ａ〜６３２ｇと、拡散符号Ｃを発生する拡散符号発生回路６３３と、遅延回路６３２ａ〜６３２ｇから出力された信号と拡散符号発生回路６３３から出力された拡散符号Ｃとを対応する信号毎に乗算するＮ個の乗算器６３４ａ〜６３４ｇと、乗算器６３４ａ〜６３４ｇの各出力信号を加算する加算器６３５とから構成される。
コンパレータ回路６３１は、入力された信号のレベルを所定のしきい値に基づいて第１のクロックｆ１の周期毎に判定し、拡散信号をハイまたはロウの１ビットデジタルデータに変換して出力する。遅延回路６３２ａは、コンパレータ回路６３１の出力信号をクロックｆ１の１周期分だけ遅延させて遅延回路６３２ｂおよび乗算器６３４ａに出力する。遅延回路６３２ｂ〜６３２ｆの動作も同様である。遅延回路６３２ｇは、遅延回路６３２ｆの出力信号をクロックｆ１の１周期分だけ遅延させて乗算器６３４ｇに出力する。
一方、拡散符号発生回路６３３は、拡散符号Ｃを発生する。送信側で拡散に用いた拡散符号系列を｛１，−１，−１，１，１，１，−１｝とすると、逆拡散時に用いる拡散符号系列は、式（３）から計算して｛−１，０，１，２，１，０，１｝となる。遅延回路６３２ａ〜６３２ｇから出力された信号と拡散符号発生回路６３３から出力された拡散符号Ｃとは、乗算器６３４ａ〜６３４ｇにより対応する信号毎に乗算され、各乗算器６３４ａ〜６３４ｇの乗算結果が加算器６３５により加算されて出力される。
ピーク検出器１６４は、加算器６３５の出力信号のピークを検出することにより、ベースバンド信号を出力する。
送信すべき拡散信号Ｓと、図２７の無線受信機１０のＱ点（受信信号）とＫ点（逆拡散手段１６３の出力）における代表的な信号波形を図２９に示す。図２９Ａに示す拡散信号Ｓをアンテナから送信した結果、無線受信機１０のアンテナ１６１で受信する信号は図２９Ｂのようになり、逆拡散手段１６３が図２９Ｂの信号を逆拡散すると、図２９Ｃのような信号が得られる。図２９Ｃによれば、図２５Ａ、図２６Ａとは異なり、中心値から上側のみに正のピーク信号が得られているのがわかる。
図３０は、図２９よりも時間間隔を長くした例である。図３０Ａは、送信すべきデータ信号（ベースバンド信号）ＩＮの信号波形図であり、図３０Ｂは、無線受信機１０のＫ点（逆拡散手段１６３の出力）の信号波形図である。
以上のように、本実施例によれば、式（３）を満たす拡散符号Ｃを用いることにより、送信信号のハイ（Ｈｉｇｈ）、ロウ（Ｌｏｗ）に応じた極性のピーク信号を得ることができる。その結果、本実施例では、逆拡散後の信号の位相を判別するための積分手段を用いる必要がなく、拡散信号のチップレートが高速の場合でもベースバンド信号を復調することができる。
なお、本実施例の逆拡散手段１６３のコンパレータ回路６３１および遅延回路６３２ａ〜６３２ｇの代わりに、第１のクロックｆ１に同期して順次サンプル保持動作を行うサンプルホールド回路を用いるようにしてもよい。

［第２実施例］
次に、本発明の第２実施例について説明する。第２参考例〜第７参考例および第１実施例では、例えば直流から３００ＭＨｚまでの拡散信号スペクトルのメインローブのうち、１００ＭＨｚから３００ＭＨｚまでの帯域を送信するようにしていた。第２参考例〜第７参考例および第１実施例の送信信号スペクトルは図１０に示したとおりである。
これに対して、本実施例では、拡散したチップレートの周波数帯域のｎ（ｎは２以上の整数）次高調波帯域のインパルス信号のみを信号発生手段１１３から出力して送信する。本実施例の送信信号スペクトルを図３１に示す。図３１の例では、チップレートの２次高調波帯域（３００〜６００ＭＨｚ）のみを送信している。図３１の帯域ＢＡのように拡散信号スペクトルの谷の部分の帯域を送信すると、電波法等の法規による送信出力規制に適合する範囲で送信出力を大きくしようとすると効率が悪くなる。本実施例では、ｎ次高調波帯域の信号のみを送信することにより、送信出力規制に則った効率のよい送信を行うことができる。

本発明は、電磁波によってデジタル信号を送受する無線通信に適用できる。

図１は、本発明の第１参考例に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の第１参考例の符号化器で用いる各種符号を示す図である。 図３は、本発明の第１参考例の符号化器で用いる各種符号の電力スペクトル特性を示す図である。 図４は、本発明の第２参考例、第３参考例に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。 図５は、本発明の第２参考例の逆拡散手段の構成例を示すブロック図である。 図６Ａは、本発明の第２参考例の無線送信機におけるベースバンド信号の信号波形図、図６Ｂは、無線送信機における拡散信号の信号波形図、図６Ｃは、無線送信機における無線信号の信号波形図である。 図７Ａは、図６Ａを拡大した信号波形図、図７Ｂは、図６Ｂを拡大した信号波形図、図７Ｃは、図６Ｃを拡大した信号波形図である。 図８Ａは、本発明の第２参考例の無線受信機における逆拡散後の信号の信号波形図、図８Ｂは、無線受信機におけるベースバンド信号の信号波形図である。 図９Ａは、図８Ａを拡大した信号波形図、図９Ｂは、図８Ｂを拡大した信号波形図である。 図１０は、本発明の第２参考例における送信信号スペクトルを示す図である。 図１１は、本発明の第４参考例に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。 図１２Ａは、本発明の第４参考例の信号発生手段に入力される拡散信号の信号波形図、図１２Ｂ、図１２Ｃは、信号発生手段から出力される矩形波信号の信号波形図、図１２Ｄは、拡散信号の周波数スペクトルを示す図、図１２Ｅは、矩形波信号の周波数スペクトルを示す図である。 図１３Ａは、本発明の第４参考例の無線送信機におけるベースバンド信号の信号波形図、図１３Ｂは、無線送信機における拡散信号の信号波形図、図１３Ｃは、無線送信機におけるインパルス信号の信号波形図である。 図１４Ａは、図１３Ａを拡大した信号波形図、図１４Ｂは、図１３Ｂを拡大した信号波形図、図１４Ｃは、図１３Ｃを拡大した信号波形図である。 図１５Ａは、本発明の第４参考例の無線受信機における逆拡散後の信号の信号波形図、図１５Ｂは、無線受信機におけるベースバンド信号の信号波形図である。 図１６Ａは、図１５Ａを拡大した信号波形図、図１６Ｂは、図１５Ｂを拡大した信号波形図である。 図１７は、本発明の第５参考例に係る無線通信システムの無線受信機の構成を示すブロック図である。 図１８Ａは、本発明の第５参考例の無線受信機における再生後の拡散信号の信号波形図、図１８Ｂは、無線受信機におけるベースバンド信号の信号波形図である。 図１９Ａは、図１８Ａを拡大した信号波形図、図１９Ｂは、図１８Ｂを拡大した信号波形図である。 図２０Ａ、図２０Ｂ、図２０Ｃ、図２０Ｄ、図２０Ｅは、本発明の第５参考例における信号再生手段の構成例を示すブロック図である。 図２１は、本発明の第６参考例に係る無線通信システムの無線受信機の構成を示すブロック図である。 図２２Ａは、本発明の第６参考例の無線受信機における再生後の拡散信号の信号波形図、図２２Ｂは、無線受信機における逆拡散後の信号の信号波形図、図２２Ｃは、ベースバンド信号の信号波形図である。 図２３Ａは、図２２Ａを拡大した信号波形図、図２３Ｂは、図２２Ｂを拡大した信号波形図、図２３Ｃは、図２２Ｃを拡大した信号波形図である。 図２４は、本発明の第７参考例に係る無線通信システムの無線受信機の構成を示すブロック図である。 図２５Ａは、本発明の第７参考例の無線受信機における逆拡散後の信号の信号波形図、図２５Ｂは、無線受信機におけるインパルス信号の信号波形図、図２５Ｃは、無線受信機におけるベースバンド信号の信号波形の信号波形図である。 図２６Ａは、図２５Ａを拡大した信号波形図、図２６Ｂは、図２５Ｂを拡大した信号波形図、図２６Ｃは、図２５Ｃを拡大した信号波形図である。 図２７は、本発明の第１実施例に係る無線通信システムの無線受信機の構成を示すブロック図である。 図２８は、本発明の第１実施例の逆拡散手段の構成例を示すブロック図である。 図２９Ａは、送信すべき拡散信号の信号波形図、図２９Ｂは、本発明の第１実施例の無線受信機における受信信号の信号波形図、図２９Ｃは、無線受信機における逆拡散後の信号の信号波形図である。 図３０Ａは、送信すべきデータ信号の信号波形図、図３０Ｂは、本発明の第１実施例の無線受信機における逆拡散後の信号の信号波形図である。 図３１は、本発明の第２実施例における送信信号スペクトルを示す図である。 図３２は、従来の無線通信システムの構成の１例を示すブロック図である。

Claims (8)

1. 無線送信機と無線受信機とを備え、
   前記無線送信機は、送信すべきデジタル信号を符号化する符号化手段と、この符号化手段により符号化された信号を送信する送信アンテナとを有し、
   前記無線受信機は、前記送信された信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された信号に対して前記符号化に対応する復号化を行って前記デジタル信号を復元する復号化手段とを有し、
   前記符号化手段は、前記送信すべきデジタル信号に拡散符号を乗じてスペクトラム拡散を行う拡散手段と、この拡散手段によりスペクトラム拡散された拡散信号の立ち上がりおよび立ち下がりに応じてインパルス状の信号を発生し、このインパルス状の信号を前記送信アンテナに出力する信号発生手段とを備え、
   前記復号化手段は、微分演算された拡散信号に対応する拡散符号を用いて、前記受信アンテナで受信された信号の逆拡散を行う逆拡散手段と、この逆拡散手段により逆拡散された信号のピークを検出して前記デジタル信号を復元するピーク検出手段とを備えることを特徴とする無線通信システム。
2. 請求の範囲第１項記載の無線通信システムにおいて、
   前記微分演算された拡散信号をΔＳ、この拡散信号ΔＳに対応する拡散符号をＣ、拡散信号ΔＳと拡散符号Ｃとの相関値をＰ、拡散符号Ｃの符号長をＭとすると、
   

   

   が成立することを特徴とする無線通信システム。
3. 請求の範囲第１項又は第２項記載の無線通信システムにおいて、
   前記信号発生手段は、拡散したチップレートのｎ（ｎは２以上の整数）次高調波帯域のインパルス信号のみを出力することを特徴とする無線通信システム。
4. 送信すべきデジタル信号をスペクトラム拡散させた拡散信号の立ち上がりおよび立ち下がりに応じてインパルス状の信号を発生させてインパルス状の信号を搬送波を用いずに送信する無線送信機から信号を受信する無線受信機であって、
   前記送信された信号を受信する受信アンテナと、
   この受信アンテナで受信された信号に対して前記符号化に対応する復号化を行って前記デジタル信号を復元する復号化手段とを有し、
   前記復号化手段は、微分演算された拡散信号に対応する拡散符号を用いて、前記受信アンテナで受信された信号の逆拡散を行う逆拡散手段と、この逆拡散手段により逆拡散された信号のピークを検出して前記デジタル信号を復元するピーク検出手段とを備えることを特徴とする無線受信機。
5. 請求の範囲第４項記載の無線受信機において、
   前記微分演算された拡散信号をΔＳ、この拡散信号ΔＳに対応する拡散符号をＣ、拡散信号ΔＳと拡散符号Ｃとの相関値をＰ、拡散符号Ｃの符号長をＭとすると、
   

   

   が成立することを特徴とする無線受信機。
6. 送信すべきデジタル信号を符号化する符号化手順と、この符号化手順で符号化された信号を送信する送信手順と、前記送信された信号を受信する受信手順と、この受信手順で受信された信号に対して前記符号化に対応する復号化を行って前記デジタル信号を復元する復号化手順とを備え、
   前記符号化手順は、前記送信すべきデジタル信号に拡散符号を乗じてスペクトラム拡散を行う拡散手順と、この拡散手順によりスペクトラム拡散された拡散信号の立ち上がりおよび立ち下がりに応じてインパルス状の信号を発生する信号発生手順とを備え、
   前記復号化手順は、微分演算された拡散信号に対応する拡散符号を用いて、前記受信手順で受信された信号の逆拡散を行う逆拡散手順と、この逆拡散手順により逆拡散された信号のピークを検出して前記デジタル信号を復元するピーク検出手順とを備えることを特徴とする無線通信方法。
7. 請求の範囲第６項記載の無線通信方法において、
   前記微分演算された拡散信号をΔＳ、この拡散信号ΔＳに対応する拡散符号をＣ、拡散信号ΔＳと拡散符号Ｃとの相関値をＰ、拡散符号Ｃの符号長をＭとすると、
   

   

   が成立することを特徴とする無線通信方法。
8. 請求の範囲第６項又は第７項記載の無線通信方法において、
   前記信号発生手順は、拡散したチップレートのｎ（ｎは２以上の整数）次高調波帯域のインパルス信号のみを出力することを特徴とする無線通信方法。

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