JP3978455B2 - 高周波無線による制御システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば近距離無線通信方式による利用に適した高周波無線機に関する。
なお、この明細書において「近距離無線通信方式」とは、例えば、法律の規制を受けない微弱電力のキャリア帯信号を用いて、キーレスエントリ、対象物のワイヤレス監視又はワイヤレス制御その他の比較的近距離で行う無線通信方式の総称をいう。

近距離無線通信方式を利用したシステムの例として、キーレスエントリ制御システムが知られている。キーレスエントリ制御システムは、例えば、対象物である車両のドアの開閉、エンジン始動ないしエンジン停止等を、数メートルないし数十メートル離れた位置から、無線によって制御するシステムであり、車両側に搭載される固定型の無線機と、ユーザが所持する携帯性の無線機との組により構成される。

従来のこの種のキーレスエントリ制御システムの概略構成例を図８に示す。
図８に示した例では、ユーザが携行する無線機である送信機１が、ＶＨＦ帯以上の周波数のキャリア帯信号を当該送信機１の識別コードと例えばドアの開閉を指示するための指示信号とで変調して、アンテナ５から、固定型の無線機である受信機２に向けて送信する。

受信機２は、受信したキャリア帯信号をフィルタリングして不要な周波数成分を除去するためのアンテナフィルタを有する。キーレスエントリ制御システムにおいて、通信に必要な帯域幅の周波数（以下、「通信周波数」という）は、最近は、３１５［ＭＨｚ］の高周波信号が使用されるようになっている。そのため、受信機２のアンテナフィルタは、高周波での用途に適した弾性表面波フィルタ（以下、「ＳＡＷフィルタ」とする）６が一般的に用いられている。

また、電波法施行規則によれば、送信機１から３ｍ離れた地点での電界強度は、毎メートル５００[μＶ／ｍ］以下であれば、規制を受けないとされている。受信機２では、このような微弱電力により送信されたキャリア帯信号を受信することになるので、それを高周波増幅部（プリアンプ）１４で所定の電力に増幅し、増幅されたキャリア帯信号に対して、受信機構４で直接検波を行って識別コードと指示信号とを復調する。そして、この指示信号に従って車両の各種駆動機構を制御して、ドアの開閉等を行わせる。
受信機構４はＩＣ化が可能であり、ＳＡＷフィルタ６と共に所謂ディスクリート部品としてセット基板に搭載することにより、受信機２の小型化が図られている。

一般に、アンテナフィルタを使用し、直接検波した受信機の雑音レベルＮ（Ｗ）と帯域幅Ｂ（Ｈｚ）との関係は、下記の（１）式により一義的に決定される。
Ｎ＝ＫＴＢＦ・・・（１）

（１）式において、Ｋはボルツマン定数（１．３８×１０^−２３）、Ｔは絶対温度（度Ｋ）、Ｆは受信機の雑音指数（Ｗ）である。ボルツマン定数Ｋ、絶対温度Ｔ及び雑音指数Ｆは一定値となるので、雑音レベルＮは、アンテナフィルタの帯域幅Ｂに依存する。すなわち、帯域幅Ｂが広いアンテナフィルタを使用するほど雑音レベルＮが高くなり、それだけ信号成分の受信感度は低下する。また、帯域幅Ｂが広いことによって不要な外来信号との相互干渉も引き起こし、誤動作が生じやすくなる。

アンテナフィルタとしてＳＡＷフィルタ６を用いた場合の周波数−減衰特性は、図９に示すようになる。すなわち、３ｄＢ減衰域での帯域幅Ｗ１は、通常は、約１０００［ｋＨｚ］程度となる。これに対して、例えば、識別コードのビット速度を１．２［Ｋｂ／ｓ］とすると、通信に必要な帯域幅Ｗ２は、４［ｋＨｚ］以下となる。

ＳＡＷフィルタ６は、上記のように、通信に必要な帯域幅（４［ｋＨｚ］）に対して非常に広い帯域幅（約１０００［ｋＨｚ］）となるため、（１）式から明らかなように、雑音レベルＮを低減させて信号成分の受信感度を高めることが本質的に不可能となる。換言すると、受信機２が送信機１との間で通信可能な範囲（例えば、通信距離）には一定の限界がある。

また、ＳＡＷフィルタ６の帯域幅Ｂを狭くすることができないので、外来信号と通信周波数（通信に必要な信号の周波数、以下同じ）との相互干渉を有効に防止することもできないばかりでなく、通信周波数に対するイメージ周波数を除去することができず、通信品質の向上も図れない。イメージ周波数を除去するためには、受信機構４において、イメージ抑圧部のような機能を備える必要があったため、受信機構４の構成を簡略化することができず、消費電力の低減も図れないという問題があった。

さらに、ＳＡＷフィルタ６は、水晶板の表面に複数の電極を実装した構造を有するので比較的高価であるうえに、ＩＣ化された受信機構４とは別体としてセット基板に搭載しなければならないので、受信機２の小型化にも一定の限界があった。

なお、上述したキーレスエントリ制御システムのような近距離無線通信方式、特に、アンテナフィルタとしてＳＡＷフィルタ６を用いたシステムでは、一つのアンテナフィルタを送受信兼用にすることは行われていない。これは、同じキャリア帯信号であっても、通信周波数のうち送信周波数ｆ１と受信周波数ｆ２とが異なること、また、ＳＡＷフィルタ６の帯域幅Ｂが非常に広いので、送信時に、このＳＡＷフィルタ６でフィルタリングされる前の高周波信号を増幅すると、通信に必要な帯域幅以外のキャリア帯信号のレベルが大きくなって、ＳＡＷフィルタ６に悪影響を与える（例えば、動作が不安定になり、規定のフィルタ特性が得られない）こと等が、その理由になっている。

本発明の課題は、通信可能な範囲を拡大するとともに、外来信号との相互干渉を有効に防止することができ、イメージ周波数の抑圧も簡易に実現することができる、小型の高周波無線機を用いた制御システムを提供することにある。

本発明は、前掲した（１）式の雑音レベルと帯域幅との関係に着眼し、アンテナフィルタとして、従来のＳＡＷフィルタに比べて極めて狭帯域となる水晶フィルタを採用した高周波無線機を用いるものである。水晶フィルタによれば、キャリア帯信号が通過する帯域幅は、［ｋＨｚ］の帯域幅、例えば２０［ｋＨｚ］以下にすることができるので、ＳＡＷフィルタの帯域幅が約１０００[ｋＨｚ］程度であったことに比べると、格段に狭帯域となる。そのため、エネルギー保存の法則により、同じエネルギー（送信時の電力）に対する受信側の受信感度を飛躍的に高めることができる。

従来、水晶フィルタは、短波帯までの比較的低い周波数による無線機では多用されていたものの、これをＶＨＦ帯（３０〜３００［ＭＨｚ］）あるいはＵＨＦ帯（３００［ＭＨｚ］〜３［ＧＨｚ］）の周波数で使用するということは、考えられなかった。
これは、例えば”水晶デバイスの解説と応用”（２００２年３月 日本水晶デバイス工業会発行）ｐ２３に掲載されている図７に示されるように、水晶フィルタの実現可能範囲には一定の上限があるため、キーレスエントリ制御システムのように、ＶＨＦ帯以上での用途に用いられるアンテナフィルタは、高周波帯用に開発されたＳＡＷデバイス（ＳＡＷフィルタ）に限られると考えられていたことが、その主たる理由になっている。
しかしながら、水晶フィルタを構成する水晶片の製造・加工技術は日々進化しており、水晶フィルタが使用可能な周波数の範囲は拡大される傾向にある。また、水晶は、基本波のほか、オーバートーン、すなわち、基本波の周波数の奇数倍の周波数での使用が可能である。水晶・ＳＡＷ関連デバイスの開発に携わる本発明者らは、従来の発想の転換を図ることにより、水晶フィルタ（水晶片）をＶＨＦ帯以上の周波数でもアンテナフィルタとして用いることができることを見いだしたものである。

本発明が提供する制御システムは、対象物に設けられる第１の高周波無線機と、この第１の高周波無線機との間で、ＵＨＦ帯のキャリア帯信号により法律の規制対象外となる微弱電力によるスペクトル拡散通信を行う第２の高周波無線機とを有するものである。
前記第１の高周波無線機及び前記第２の高周波無線機は、受信時には高周波増幅後の前記キャリア帯信号をフィルタリングし、送信時には前記受信したキャリア帯信号と同じ周波数のキャリア帯信号を高周波増幅前にフィルタリングする送受兼用の水晶フィルタと、直接検波用及び直接変調用のローカル信号を発振する水晶振動子とを含み、前記水晶フィルタは、フィルタリングする周波数のずれの方向が、前記ローカル信号による検波時又は変調時の周波数のずれの方向と同じになる環境で動作するものである。
また、前記第１の高周波無線機は、前記第２の高周波無線機から送信され、前記ローカル信号により直接検波された信号と前記第２の高周波無線機との間で定めた拡散符号とを逆拡散することにより得られた信号の復調を行い、復調されたデータに基づいて前記対象物を制御するための処理を行う受信系処理手段と、前記拡散符号により拡散変調したデータに基づいて前記第２高周波無線機向けに前記ローカル信号により直接変調される信号を生成する処理を行う送信系処理手段とを有するものである。

直接検波方式の高周波無線機では、受信信号を中間周波数にした後にそれを検波するスーパーヘテロダイン方式と比較して回路構成が簡易になり、小型化を促進することができる。水晶フィルタが送受信兼用なので、構造の簡素化及び汎用性を高めることもできる。また、帯域幅が著しく狭く、イメージ抑圧がそれ自体で可能になるという水晶フィルタの特性を活かすことができるので、微弱電力であるにも拘わらず受信感度が高まり、通信可能な範囲を拡げることができる。消費電力を低減する観点からは、キャリア帯信号を間歇的な信号とする。
受信の場合は、例えばフィルタリング前の高周波信号の増幅利得を調整することによって、イメージ周波数を水晶フィルタを通過する段階で確実に除去できるので、後段における信号処理回路でのイメージ抑圧部等が不要になり、消費電力もその分低減化することができる。送信の場合は、水晶フィルタでイメージ周波数を抑圧した後に終段の高周波増幅部で所定電力まで増幅するので、イメージ周波数の増幅を回避することができる。

上記の高周波無線機における前記水晶フィルタは、好ましくは、その温度特性及び経年変化特性を前記水晶振動子の温度特性及び経年変化特性と実質的に同じ環境にする一つのモジュール容器に収容する。
上述したように水晶フィルタの帯域幅は狭いので、周辺温度が変化したり、長時間使用による経年変化（特性変化）によって周波数がずれてしまうと、水晶振動子から発振されるローカル信号によって直接検波する際に、不都合が生じる可能性があるというリスクがある。そこで、水晶フィルタ及び水晶振動子の上記特性が互いに実質的に同じになる環境で動作させることで、仮に周波数のずれが生じた場合であっても、そのずれの方向が両者同じ方向になるので、不都合を回避することができる。
「同じ環境で動作する」とは、例えば水晶フィルタ及び水晶振動子を、各々の温度特性を実質的に同じにする材質から成る一つのモジュール容器内で動作させることをいう。

また、上記の高周波無線機における前記送信系処理手段は、より具体的には、前記対象物より取得したデータに基づいて生成された信号の１次変調を行う１次変調回路を備え、この１次変調回路で変調された信号に対して前記拡散符号を用いて拡散変調を行うようにする。

上記の拡散変調に際しては、好ましくは、前記送信系処理手段と前記受信系処理手段とが、共通のタイミング信号に同期して処理動作を行うようにする。

上記の高周波無線機における前記第１の高周波無線機において、同じ周波数のキャリア帯信号を使用する場合は、受信したキャリア帯信号に含まれる信号成分の周波数と前記ローカル信号の周波数との差を検出し、検出した周波数差を表す周波数差データを所定のメモリに記録するとともに、前記第２の高周波無線機に送信すべき信号を変調する際に前記メモリから周波数差データを読み出し、読み出した周波数差データをもとに送信用のキャリア帯信号の周波数を補正する補正回路をさらに有するものとする。

高周波無線機のアンテナフィルタとして、ＳＡＷフィルタに代えて水晶フィルタを用いたので、帯域幅を狭くして受信感度を高めることができ、これにより、通信範囲の拡大と相互干渉の防止が可能になる。

以下、本発明を、近距離無線通信方式を行うための高周波無線機に適用した場合の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の高周波無線機を受信機として使用するときの最も単純な構成例を示すものであり、従来例を示した図８に対応する。なお、図１において、図８に示したものとほぼ同一機能の構成要素については、説明の便宜上、同一符号を付してある。
この実施形態の受信機２は、サブキャリアによらない直接検波方式を採用したもので、高周波増幅部（プリアンプ）１４、水晶フィルタ３及び受信機構４を有する。高周波増幅部１４と受信機構４は、集積化されたＩＣチップ（ベアチップ）で構成されており、水晶フィルタ３と共に、モジュール容器に収容されて一体化される。以下、このようなＩＣチップをＲＦ（Radio Frequency）ＩＣチップと称する。

ＲＦＩＣチップは、例えばプロセッサとメモリ領域を有し、メモリ領域には、プロセッサがそれを読み取って送信機１との間で無線通信用のデジタル信号処理を行うためのソフトウエア（プログラム、各種パラメータ及びデータ）が格納されている一種のソフトウエア・ラジオである。ソフトウエアは、無線通信の手順や通信周波数が異なる相手とでも通信ができるようにするため、図示しないデータ書換装置（例えば、ＲＯＭライタ）によって、ＲＦＩＣチップとして製造された後であっても書換できるようになっている。
なお、ＲＦＩＣチップ７としては、ソフトウエアが事後的に書換可能なもののほか、予めその動作手順が固定的に定められたファームウエア、例えば配線基板あるいはＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いることもできる。ファームウエアを用いる場合は、用途に応じて、当該ファームウエアを交換自在にしておくことが望ましい。

受信機構４の構成は任意であるが、直接検波用の高周波ローカル信号を発振する水晶振動子を有するローカル発振器を含むものとする場合は、水晶振動子を除くローカル発振器の構成素子を含めてＲＦＩＣチップに組み込むとともに、水晶振動子をＲＦＩＣチップと共に上記のモジュール容器に同梱する。このようにすれば、水晶フィルタ３と水晶振動子の温度特性及び経年変化特性がそれぞれ互いに実質的に同じになる動作環境となるので、水晶フィルタ３の周辺温度が上昇したり、水晶片の経年変化によって周波数がずれたとしても、検波時の周波数も同じ方向にずれるので、不都合の発生を回避することができる。経年変化特性を重視する場合は、水晶フィルタ３と水晶振動子の両者を構成する水晶以外の材料、例えば電極、接着部材等にも同じ材質のものを使用すればよい。
水晶フィルタ３及び水晶振動子のサイズは、例えばキーレスエントリ制御システムにおいて使用される３１５［ＭＨｚ］あるいはその周辺の周波数帯では、水晶片の大きさは１ｍｍ角程度と極めて小型なので、モジュール容器への収容が極めて容易であり、小型化及び量産性の促進にもつながる。

モジュール容器は、図２にその断面図を示すように、例えば、積層セラミックからなる容器本体８を有している。但し、容器内に収容される各種部品の温度特性等を実質的に同じにする材質であれば、積層セラミック以外の部材で形成してよい。容器本体８は、その両面側に凹部を有する断面Ｈ状に成形されている。成形された容器本体８の一方の凹部底面には、導電性接着剤１３等によって水晶フィルタ３が電気的・機械的に接続され、その開口部は、シーム溶接等によってカバー１５が接合されるようになっている。水晶振動子を同梱する場合は、同様の手法で容器本体８にそれを固着する。
容器本体８の他方の凹部底面には、ＲＦＩＣチップ７がフリップチップボンディング等によって固着される。ＲＦＩＣチップ７の周囲には、通常は、保護樹脂１６が充填され、受信機２の移動時のＲＦＩＣチップ７の変位を防止している。ＲＦＩＣチップ７の電極と水晶フィルタ３（及び、水晶振動子）の電極とは、例えばスルーホール１７を通じて配線される。なお、他方の凹部を形成する枠上面には表面実装用の図示しない端子類が形成されている。

図３（ａ）は、この実施形態において使用される水晶フィルタの平面図、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。水晶フィルタ３は、例えばＡＴカットとした水晶片９を有しており、水晶片９の一主面には、一対の入出力電極１０ａ，１０ｂが取り付けられている。水晶片９の他主面には、一つの共通電極１１が取り付けられている。入出力電極１０ａ、１０ｂ及び共通電極１１からは、それぞれ、対角部に引出電極１２が延出している。
ＡＴカットは、水晶のＸ軸に平行でＺ軸から３５度１５分近辺にカットしたもので、周波数温度特性が広温度範囲に亘って３次曲線の極めて良好な特性を示すことが知られている。水晶フィルタ３は、例えば３次オーバトーン、すなわち１００〜１３０［ＭＨz］、好ましくは、市場に登場している１０５［ＭＨz］のものを３１５［ＭＨz］で使用する。

このような構成の受信機２では、図４の周波数−減衰特性図に示されるように、水晶フィルタ３の３ｄＢ減衰域での帯域幅Ｗ１は、２０［ｋＨｚ］以下となる。従来のＳＡＷフィルタ６の帯域幅（約１０００ｋＨｚ）と比較すると、約１／５０以下になる。従って、雑音レベルは、前述の式（１）からＳＡＷフィルタ６を使用した場合に比較して、概ね１／５０となる。受信感度で比較すると、ＳＡＷフィルタ６を適用した場合よりも１７ｄＢ（約５０倍）の感度上昇が得られることになる。この結果、従来よりも近距離で通信可能な範囲を拡げることができる。

また、帯域幅が狭くなるので、外来信号との干渉が防止され、また、イメージ周波数も確実に抑圧されているので、誤動作も回避することができる。さらに、水晶フィルタ３と受信機構４のＲＦＩＣチップ７とを同一のモジュール容器に収容したので、小型化を促進することができる。

なお、モジュール容器の容器本体８は、両面側の凹部を設けて水晶フィルタ３とＲＦＩＣチップ７とを別個に収容して一体化した例を示したが、一面側のみに凹部を設けて両者を収容しても、あるいは両者を別個の容器に収容して接合して一体化してもよい。
また、水晶フィルタ３は、３次オーバトーンとしたが、基本波であってもよく、オーバートーンの次数は任意である。

《他の実施形態》
上記例では、高周波無線機を受信機２に適用した場合の例であるが、例えば送信機１から通信周波数を受信した後、これに応答する場合も考えられるので、送受兼用の高周波無線機として実施する場合の例を挙げる。
図５は、送受兼用の高周波無線機を一つのモジュール容器に収容してモジュール化した無線モジュールの構成図である。この無線モジュール１００は、大別して、高周波増幅部、フィルタ部、及び信号処理部（＃１）を含んでいる。

高周波増幅部は、アンテナ接続端子Ｔ１１を通じて受信されたキャリア帯信号を増幅する低雑音増幅器１０２と、アンテナ接続端子Ｔ１１を通じて供給されるキャリア帯信号の電力を所定値に増幅する電力増幅器１０３とを有する。

フィルタ部は、水晶フィルタ１０５から成る。この水晶フィルタ１０５は、上述した水晶フィルタ３と同じものであり、例えば、通信に使用する帯域幅の中心周波数が３１５［ＭＨz］で、その帯域幅が２０［ｋＨｚ］のものである。水晶フィルタ１０５により帯域幅を例えば２０[ｋＨｚ］以下に狭くすることができるので、例えば１００［ｋＨｚ］程度の中間周波数を直接検波する場合は、低雑音増幅器１０２の利得を、例えば歪みの少ない低利得（約１５[ｄＢ］）に調整することで、水晶フィルタ１０５の段階でイメージ周波数を確実に除去することができ、後段の検波回路１０７を含む信号処理回路でのイメージ抑圧部等を不要にすることができる。送信時においても、高周波増幅部１０３の利得を微弱電力が得られる程度に調整することで、何等の問題もなく、水晶フィルタ１０５を受信時と共用できる。送信波と受信波とを間歇なものとすることにより、送受信周波数を同じ周波数にすることもできる。このようにして、高周波モジュールの信号処理回路の構成を簡易にして、消費電力を小さくすることができる。
既に述べたように、従来の高周波無線機では、アンテナフィルタを送受信兼用にすることができないので、アンテナフィルタは２つになるが、いずれにしても、アンテナフィルタとしてＳＡＷフィルタ６を用いた場合には、帯域幅が広いので、イメージ周波数をも取り込んでしまう。そのため、信号処理回路にはイメージ抑圧部が不可欠となり、回路構成が複雑となって、消費電力も大きくならざるを得ない。

信号処理部（＃１）は、受信時に直接検波方式で検波を行う検波回路１０７、送信時に直接変調を行う変調回路１０８、検波回路１０７及び変調回路１０８に供給する高周波ローカル信号を発振するローカル発振器１０９、検波後の中間周波数を増幅する中間周波増幅器１１０、増幅された中間周波信号をデジタル値に変換してデジタル出力端子Ｔ１２に出力するアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１１１、デジタル入力端子Ｔ１３から入力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）１１２、及び、信号の伝送方向を選択的に切り換えるための送受切換スイッチ１０１、１０４、１０６を有している。

水晶振動子は、通信周波数と中間周波信号との差分の周波数（＝３１５［ＭＨｚ］−約４９［ｋＨｚ］：厳密には、４９．１５２［ｋＨｚ］）の高周波ローカル信号を発振するものである。好ましくは、水晶フィルタ１０５に用いる水晶片と同じ特性の水晶片を構成要素として採用する。約４９［ｋＨｚ］の周波数を用いることは、例えば、信号処理回路（例えば変復調回路）において、低いクロック周波数で変復調のための処理を行うことができるので、消費電力の低減化を図ることができるという効用がある。
送受切換スイッチ１０１、１０４、１０６は、図示しない制御回路を通じて制御され、すべて同じタイミングで開閉動作する。より具体的には、二値信号の一方の値でオン、他方の値でオフになり、例えばオンのときには高周波増幅部及び信号処理部を受信機として動作させ、オフのときにはこれらを送信機として動作させる。従って、送信用のアンテナフィルタと受信用のアンテナフィルタとを同一の（一つの）水晶フィルタで兼用することができる。無線モジュール１００は、電源端子Ｔ１４に接続された電源２０により給電される。

高周波増幅部及び信号処理部の電子回路部分は、前述したＲＦＩＣチップ（ソフトウエア・ラジオ）により構成することができる。このＲＦＩＣチップにおいて、上述した各部の信号処理の動作タイミングは、約３２［ｋＨｚ］（厳密には、３２．７６８［ｋＨｚ］）のクロック信号を出力するクロック発振器（図示省略）から出力されたクロック信号による約６５［キロ・サンプル／秒］とすることができる。この約３２［ｋＨｚ］のクロック発振器は、現在のところ、最もポピュラーな発振回路で量産されているため、廉価であり、無線モジュール１００のコスト低減に寄与することができる。

実装時には、ＲＦＩＣチップ、ローカル発振器１０９に含まれる水晶振動子、及び、水晶フィルタ１０５を、例えば図２に示したような積層セラミックからなるモジュール容器に、同梱させる。特に、水晶振動子、及び、水晶フィルタ１０５は、主たる構成要素である水晶片の温度特性及び経年変化特性がそれぞれ互いに実質的に同じになる動作環境となる部位に実装されるようにする。また、両者に含まれる水晶片を同じ特性のもの、例えば両者を構成する水晶以外の材料、例えば電極、接着部材にも同じ材質のものを用いることにより、経年変化特性もほぼ同じ傾向となる。
そのため、水晶フィルタ１０５の周辺温度が上昇したり、経年変化によって周波数がずれたとしても、検波時あるいは変調時の周波数も同じ方向にずれるので、これらの影響を緩和することができる。

以上のように構成される無線モジュール１００は、送信対象となるデジタル信号をデジタル入力端子Ｔ１３から入力することにより、このデジタル信号で変調したキャリア帯信号を通信相手である受信機に向けて送信できるようになる。送信系は、水晶フィルタ１０５を経た後に増幅して送信するので、水晶フィルタ１０５の入力レベルは小さくても構わない。
また、通信相手である送信機から送信された信号がデジタル出力端子Ｔ１２に表れるので、受信信号のデジタル処理が可能になる。このように、構造が簡単で且つ汎用性が高く、量産が可能になる無線モジュール１００を実現することができる。

《他の実施形態》
本発明の高周波無線機は、上述した送受兼用の無線モジュール１００を拡張して、種々の無線通信方式を実現するものとしての実施が可能である。例えば、用途に応じた具体的な無線通信の手順を実現する信号処理部（信号処理部＃２）を付加した無線モジュールとしての実施が可能である。
図６は、図５に示した無線モジュール１００を拡張して、スペクトル拡散（Spread Spectrum：ＳＳ）方式による近距離無線通信を実現するためのＩＣチップの構成例を示している。前提として、通信相手との間で定めた拡散符号（擬似ランダム信号）が保持されているものとする。このようなＩＣチップもまた、ソフトウエア・ラジオの一種であり、これを、便宜上、ＢＢ（Base Band）ＩＣチップと称する。

ここで、ＢＢＩＣチップ２００の構成を説明する前に、この実施形態の無線モジュールによって行うＳＳ方式の概略に触れておく。
ＳＳ方式では、送信時に、２段階の変調を行ってデータを送出する。
１次変調では、雑音に強いＢＰＳＫ（Binary Phase-Shift Keying)方式を用いて狭帯域信号、つまり通信に使用する帯域内の任意の周波数の信号を得る。次に、高速で切り換わる拡散符号を乗積して、周波数帯域の拡がったＳＳ信号を得る。これは高速で切り換わる信号はスペクトルが拡がることによる。この過程を「2次変調」または「拡散変調」という。

受信時は、拡散変調されたデータを元に戻すために、まず、２次復調(拡散復調)を行う。すなわち、送信側と同様の拡散符号を、送信側と同期した状態で、受信したＳＳ信号に乗積する。この過程を「逆拡散」という。この逆拡散を行うことにより、元の狭帯域信号が得られるので、最後に１次復調を行って、送信側から送出されたデータを再生する。つまり、狭帯域信号に拡散符号を１回かけると信号は拡散され、受信側でもう一度同じ符号をかけると元に戻るという。

複数の通信相手のそれぞれに異なる符号系列を割り当てれば、互いに干渉し合うことなく、同時にかつ同じ周波数帯域を使って通信を行うことができる。ＳＳ方式は、このようにして行う無線通信方式である。但し、拡散符号が送信側と受信側とで同期していない、あるいは相関の小さい符号系列であった場合には、元の狭帯域信号を得ることはできず、帯域が拡がったままの低電力スペクトル密度の信号しか得られない。ＳＳ方式は、同一の周波数帯域内で同時使用可能な無線機数の増加に対して、通信品質が徐々にしか劣化しない利点があるため、近距離無線通信方式には適している。

ＢＢＩＣチップ２００は、上記のＳＳ方式による通信を実現するために、例えば図６に示されるように構成される。
すなわち、受信系は、デジタル入力端子Ｔ２１１を通じて無線モジュール１００から入力された４８［ｋＨｚ］のデジタル信号を復調するためのキャリア復調回路２０１と、上記の２次復調を行う逆拡散回路２０２と、これにより得られた狭帯域信号の１次復調を行い、復調されたデータをデジタル出力端子Ｔ２１３を通じて制御回路３００へ出力するＢＰＳＫ復調回路２０３を有する。

制御回路３００は、対象物の駆動機構、例えば車両のドア開閉機構に接続されており、復調したデータによって、駆動制御されるようになっている。

送信系は、制御回路３００からデータ入力端子Ｔ２１４を通じて入力されたデータ、例えば制御通知を表すデータをフレーム化するフレーマ２０７と、これにより得られたフレーム信号の１次変調を行うＢＰＳＫ変調回路２０６と、拡散符号格納部２０９に格納されている、自機に割り当てられた拡散符号を用いて２次変調を行う拡散回路２０５と、２次変調されたデータと送信時のキャリア帯信号の周波数を補正するための指示データとをデータ出力端子２１２を通じて無線モジュール１００に送出するキャリア誤差補正回路２０４と、送受信時のデジタル処理のタイミング同期をとるためのタイミング同期回路２０８とを有している。

キャリア誤差補正回路２０４は、受信したキャリア帯信号に含まれる信号成分の周波数と自機の高周波ローカル信号の周波数との差（誤差）を検出し、検出した周波数差を表す周波数差データを所定のメモリに記録するとともに、通信相手機に送信すべき信号をキャリア変調する際にメモリから周波数差データを読み出し、読み出した周波数差データをもとに自機の高周波ローカル信号の周波数を補正するものである。これにより、自機から送信されるキャリア帯信号の周波数を受信したキャリア帯信号の周波数に同期させることができる。
デジタル処理なので、この周波数差データの生成は、アナログデータによる場合に比べて非常に単純な処理となる。

キャリア誤差補正回路２０４は、ＳＳ方式のように、送受信側が同期して通信を行う場合には非常に有効な手段となり得るが、この回路は、必ずしも送受信側の双方で保持している必要はない。ＢＢＩＣチップ２００をＳＳ方式の親機に搭載して使用する場合に、このキャリア誤差補正回路２０４を備えるようにし、子機に搭載する場合には、拡散回路２０５の出力をダイレクトにデータ出力端子Ｔ２１２に出力するようにしてもよい。なお、子機に搭載する場合は、消費電力を節減するために、間歇的に送信が行われるようにしてもよい。

各部の動作は、クロック発振器３０から発振され、クロック入力端子Ｔ２１６を通じて入力される３２［ｋＨｚ］のクロック信号に従い、制御端子Ｔ２１５を介して制御回路３００から入力される制御信号により動作する。電源端子Ｔ２１７には、電源２０が接続される。
なお、図６に示した信号処理部（＃２）と図５に示した信号処理部（＃１）とを一体にすることもできる。この場合は、電源２０とクロック発振器３０は一つで足りる。

ＳＡＷフィルタを用いた無線モジュールと、ほぼ同じ条件で近距離通信を行う、図５及び図６に示した信号処理部を有する本発明の無線モジュールにおいて、水晶フィルタを用いることにより、通過する周波数の帯域幅が著しく狭く、例えば２０［ｋＨｚ］になるので、雑音に強いＢＰＳＫ変調及び拡散変調を用いることにより、受信感度は、ＳＡＷフィルタを用いた場合よりも約３０ｄＢ近くまで改善される。さらに、同一周波数帯で混信なく同時に使用できるチャネル（割り当てる拡散符号の数）も飛躍的に多くなる。

以上、複数の実施形態例を通じて本発明の特徴を説明したように、本発明の高周波無線機は、必ずしもキーレスエントリ制御システムでの使用に限られず、近距離通信方式によるすべての無線通信、例えば、産業用テレコン装置（Tele-Control Device）、照明コントローラ、工事用信号機、ガレージオープナ、ゲーム、設備防犯システム、住宅防犯システム等に広く適用することができることは、容易に理解されよう。
また、本発明の高周波無線機は、ＶＨＦ帯以上の周波数を使用して通信を行う他の無線通信方式にも同様に使用できるので、本発明の適用範囲を、近距離通信方式に限定する趣旨でないことは、勿論である。

本発明の一実施形態例を示した高周波無線機のブロック図。 図１に示した高周波無線機をモジュール容器に格納した状態を示した断面図。 本発明の高周波無線機に使用される水晶フィルタの構造説明図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図。 水晶フィルタによる周波数−減衰特性図。 本発明の他の実施形態を示した高周波無線機のブロック図。 高周波無線機に搭載され、あるいは高周波無線機と連携して動作するＩＣチップの構成図。 水晶フィルタとＳＡＷデバイスの使用可能範囲を示したチャート図。 近距離無線通信を行う従来例の受信機のブロック図。 ＳＡＷフィルタによる周波数−減衰特性図。

符号の説明

１・・・送信機、２・・・受信機、３・・・水晶フィルタ、４・・・受信機構、５・・・アンテナ、６・・・ＳＡＷフィルタ、７・・・ＩＣチップ、８・・・容器本体、９・・・水晶片、１０ａ，１０ｂ・・・入出力電極、１１・・・共通電極、１２・・・引出電極、１３・・・導電性接着剤、１４・・・プリアンプ、１５・・・カバー、１００・・・無線モジュール、１０１、１０４、１０６・・・送受切換スイッチ、１０２・・・低雑音増幅器、１０３・・・電力増幅器、１０５・・・水晶フィルタ、１０７・・・検波回路、１０８・・・変調回路、１０９・・・ローカル発振器、１１０・・・中間周波増幅器、１１１・・・アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）、１１２・・・デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）、２０・・・電源（ＰＳ）、２００・・・ＩＣチップ、２０１・・・キャリア復調回路、２０２・・・逆拡散回路、２０３・・・ＢＰＳＫ復調回路、２０４・・・キャリア誤差補正回路、２０５・・・拡散回路、２０６・・・ＢＰＳＫ変調回路、２０７・・・フレーマ、２０８・・・タイミング同期回路、２０９・・・拡散符号格納部、３０・・・クロック発振器、３００・・・制御回路

Claims (7)

1. 対象物に設けられる第１の高周波無線機と、この第１の高周波無線機との間で、ＵＨＦ帯のキャリア帯信号により法律の規制対象外となる微弱電力によるスペクトル拡散通信を行う第２の高周波無線機とを有し、
   前記第１の高周波無線機及び前記第２の高周波無線機は、受信時には高周波増幅後の前記キャリア帯信号をフィルタリングし、送信時には前記受信したキャリア帯信号と同じ周波数のキャリア帯信号を高周波増幅前にフィルタリングする送受兼用の水晶フィルタと、直接検波用及び直接変調用のローカル信号を発振する水晶振動子とを含み、
   前記水晶フィルタは、フィルタリングする周波数のずれの方向が、前記ローカル信号による検波時又は変調時の周波数のずれの方向と同じになる環境で動作するものであり、
   前記第１の高周波無線機は、
   前記第２の高周波無線機から送信され、前記ローカル信号により直接検波された信号と前記第２の高周波無線機との間で定めた拡散符号とを逆拡散することにより得られた信号の復調を行い、復調されたデータに基づいて前記対象物を制御するための処理を行う受信系処理手段と、前記拡散符号により拡散変調したデータに基づいて前記第２高周波無線機向けに前記ローカル信号により直接変調される信号を生成する処理を行う送信系処理手段とを有する、高周波無線による制御システム。
2. 前記キャリア帯信号が間歇的な信号である、
   請求項１記載の制御システム。
3. 前記水晶フィルタは、［ｋＨｚ］の帯域幅で前記キャリア帯信号をフィルタリングする、請求項２記載の制御システム。
4. 前記水晶フィルタは、その温度特性及び経年変化特性を前記水晶振動子の温度特性及び経年変化特性と実質的に同じ環境にする一つのモジュール容器に収容されている、
   請求項１，２又は３記載の制御システム。
5. 前記送信系処理手段は、前記対象物より取得したデータに基づいて生成された信号の１次変調を行う１次変調回路を備え、この１次変調回路で変調された信号に対して前記拡散符号を用いて拡散変調を行う、
   請求項１乃至４のいずれかの項記載の制御システム。
6. 前記送信系処理手段と前記受信系処理手段とが、共通のタイミング信号に同期して処理動作を行う、
   請求項５記載の制御システム。
7. 前記第１の高周波無線機は、
   受信したキャリア帯信号に含まれる信号成分の周波数と前記ローカル信号の周波数との差を検出し、検出した周波数差を表す周波数差データを所定のメモリに記録するとともに、前記第２の高周波無線機に送信すべき信号を変調する際に前記メモリから周波数差データを読み出し、読み出した周波数差データをもとに送信用のキャリア帯信号の周波数を補正する補正回路をさらに有する、
   請求項１乃至６のいずれかの項記載の制御システム。

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