JP4241646B2 - 受信装置、送信装置及び無線システム - Google Patents

Description

本発明は、主としてマイクロ波帯〜ミリ波帯のパルス信号を用いた受信装置、送信装置及び無線システムに関するものである。

近年、数百ＭＨｚから数ＧＨｚ以上の非常に広い周波数帯域を用いた、超広帯域（ＵＷＢ）通信と呼ばれる通信システムや、超広帯域の信号を用いた測距システムの研究開発が活発になってきている。

超広帯域通信においては、従来の無線通信とは異なり、短パルスを用いて、数百ＭＨｚから数ＧＨｚ以上の非常に広い周波数帯域に周波数成分を拡散させて通信を行い、測距システムでは送信した短パルス信号と受信した短パルス信号との時間差を測定することで距離を算出する。高速通信や精度良く距離を測定するためには、１ナノ秒以下の超短パルスの制御が必要であるが、従来このような制御は困難であった。しかし、近年の半導体技術の進歩により、このような制御が技術的に可能となってきている。例えば、超広帯域通信の利点として、短パルスを用いるため多くのユーザで共通の周波数帯の信号を用いても、単位時間あたりの信号の重なりが少ないことを用いて通信分離することが容易となり、同時並行で通信を行うことができることや、非常に広い周波数帯域に周波数成分が拡散されるため特定の周波数によるノイズや電波干渉を全体として受けにくいことが挙げられる。

従来の送信装置におけるパルス発生回路としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られており、従来の受信装置としては、例えば特許文献２に記載された復調回路や、特許文献３に記載されたＳ／Ｎ改善効果を有する信号復調回路が適用可能である。

図１４に、特許文献１に記載された従来の送信装置におけるパルス発生回路を示す。

図１４において、従来の送信装置におけるパルス発生回路は任意のアナログ波形信号を発生するアナログ波形発生回路８０１と、インダクタ８０２と、安定領域と不安定領域を有する負性抵抗素子からなる回路８０３とにより構成されている。アナログ波形発生回路８０１で発生し、送信データを含むアナログ波形信号はまずインダクタ８０２に入力される。インダクタ８０２において、アナログ波形信号の波形変換がされた後、波形変換されたアナログ波形信号が負性抵抗素子からなる回路８０３に入力される。負性抵抗素子からなる回路８０３は、波形変換されたアナログ波形信号に応答して安定領域と不安定領域にその動作状態を変化させ、不安定領域で発振する。

インダクタ８０２において、この不安定領域で発振するように、アナログ信号を波形変換することによってアナログ波形信号の１パルスを複数の短いパルスに分割することで送信出力信号を得る。次に、図１５に、特許文献２に記載された従来の受信装置のパルス信号復調回路を示す。

図１５において、パルス信号復調回路は、アンテナ９０４から受信したパルス列信号をアナログ信号に変換する受信ユニット９０１と、異なるパルス発生基準を有する受信パルス発生回路９０２と、各受信パルス発生回路９０２から発生したパルス信号を並べることで受信データ信号列を生成する合成判定回路９０３とにより構成されている。パルス信号復調回路は、受信したパルス列信号を受信ユニット９０１でアナログ信号に変換し、異なるパルス発生基準を複数個有する受信パルス発生回路９０２に入力する。各受信パルス発生回路が発生したパルス信号を、合成判定回路９０３で並べることで、受信データ信号列を生成する。

さらに、図１６に特許文献３に記載された従来の受信装置のＳ／Ｎ改善効果を有する信号復調回路を示す。

図１６において、遅延回路１００１は、τｆ＝ｎτｃの遅延時間を生じさせる回路であり、τｃはＦＭ変調時の変調周波数の繰返し周期を示しており、いわゆる遅延検波をＦＭ変調波の復調に適応することにより、合成回路１００２において、繰返し波である変調信号は足し合わされるが、無相関波である雑音成分は足し合わされない。これにより、希望波と雑音成分の比を大きくすることによってＳ／Ｎを改善する。

また特に例を示さないが、スペクトラム拡散通信等にて、ユーザ毎に異なる拡散符号を使用することで、同一の周波数帯域に複数のユーザ信号を重ね合わせること（ＣＤＭＡ：Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）が可能となる。このＣＤＭＡは、移動体通信においても使用されているが、例えば基地局から近い移動局と、遠く離れた移動局が同時に通信を行う場合、基地局から近い移動局からの電波は距離が近いため減衰が小さく、大きな信号として基地局に到達し、逆に基地局から遠く離れた移動局からの電波は、距離が遠いためより大きく減衰し、小さな信号として基地局に到達する。この場合、基地局では大きな信号にあわせて受信系の電力レベル調整がなされるため、小さな信号を復調することができないという遠近問題が発生する。遠近問題を解決する手段の一つとして、基地局から近い移動局の送信電力を低くする、送信電力制御が知られている。送信電力制御とは、移動局が基地局からの制御情報に基づいて送信電力を制御することをいう。これにより、基地局から遠く離れた移動局からの電波と、近くの移動局からの電波の信号電力レベル差が小さくなり、双方を受信復調可能な受信系の電力レベル調整が可能となる。
特表２００３−５１３５０１号公報（第１５頁、図３） 米国特許第６，４５２，５３０号明細書（第２頁、ＦＩＧ．１） 特開平１０−１９０３５６号公報（第９頁、図４）

しかしながら、特許文献１及び特許文献２記載の従来の構成の送信装置および受信装置では、遠方の無線装置（送信装置および受信装置の総称として無線装置とも記す）からの電波と、近くにある他の無線装置からの電波を同時に受信すると、前記遠近問題により、電力の大きな信号に応じて受信電力レベル制御がされてしまい、電力の小さな信号を受信復調することができなかったり、信号同士が干渉して信号処理誤りが生じるという課題があった。

また、特許文献３に記載の従来の受信装置におけるＳ／Ｎ改善技術は、規則性信号が重畳可能で、非規則性信号は重畳不可能であることを利用しているため、複数の無線装置からの規則性信号の分離は困難である。また、送信電力制御の技術は、１対多通信において有効な手法であり、複数の無線リンクが存在する場合には、各リンク間の横断した複雑な無線制御が必要となる、例えば、他の無線装置同士が遠距離で通信を行っている場合、その近くにある別の近距離で通信を行っている無線装置の受信レベルに合わせて、遠距離で大きな送信電力にて通信を行っている無線装置の送信電力を下げることはできない。

さらに、無線装置の通信方式を時分割多重、周波数分割多重、符号分割多重とした場合においても、構成が複雑となり、機器が大型化、高額化してしまう。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、パルス連続時間の異なる複数のパルス信号を用いた送信装置と、前記送信装置から送信されるパルス連続時間の異なる複数のパルス信号のうち希望波のパルス列のみを安定して復調可能な量産性に優れた受信装置および無線システムを小型かつ安価に提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の受信装置は、第一のパルス信号と、前記第一のパルス信号よりもパルス連続発生時間の長い第二のパルス信号を少なくとも含む信号を受信信号として受信する受信端と、受信端から出力される受信端出力信号を遅延させることで遅延信号を生成する遅延回路と、遅延信号と受信端出力信号とを合成する遅延パルス合成回路とを有し、前記遅延回路において遅延させる遅延時間は、前記第一のパルス信号のパルス連続発生時間よりも長く、前記第二のパルス信号のパルス連続発生時間よりも短いことを特徴とする。

本構成によって、例えば、妨害波となるパルス列を相殺し、希望波のパルス列のみを安定して復調可能な受信装置を小型かつ安価に実現する。

また、周波数分割多重通信で必要となる複数の周波数帯の異なるフィルタ又は周波数可変のフィルタを必要としないので、量産性にも優れている。例えば、周波数分割多重方式の場合、多重化された信号から任意の周波数の信号を高速に選択して取り出すために、複数の周波数帯の異なるフィルタ及び受信系ブランチを備えるか、複数の周波数帯に特性を変化することの可能な周波数可変フィルタといった特殊な回路が必要となるが、本発明においてこのような回路が不要となるため量産性に優れている。

また、本発明の送信装置は、パルス連続発生時間の異なる複数のパルス信号を発生させるための制御信号を出力する制御信号発生回路と、制御信号に基づいて複数のパルス信号を発生させるパルス発生回路と、通信対象である無線機器からの信号の受信品質または受信電力強度に基づいて、前記無線機器との通信状態を判定する通信状態判定回路とを有し、前記通信状態判定回路での通信状態判定情報をもとに、前記パルス信号のパルス連続発生時間を変化させることを特徴とする。この構成により、複数の受信装置に対して、同時に送信できるといったパルス連続発生時間の異なる複数のパルス信号を用いた送信装置を実現することができる。

本発明の受信装置、送信装置及び無線システムによれば、妨害波となるパルス列を相殺し、希望波のパルス列のみを安定して復調可能な量産性に優れた受信装置と対応する送信装置及び無線システムを小型かつ安価に実現できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１における、受信装置の構成を示すブロック図である。

図１において、受信装置は、パルス連続発生時間の異なる複数のパルス信号を受信信号として受信する受信端１０４と、受信端１０４から出力される受信端出力信号１０７ａを遅延し遅延信号１０８を出力する遅延回路１０１と、受信端１０４から出力される受信端出力信号１０７ｂと遅延信号１０８とを合成する遅延パルス合成回路１０２と、遅延パルス合成回路１０２の出力を増幅する受信可変利得増幅器１０３とを備える。

以上のように構成された受信装置について、図１（ａ）を用いてその動作を説明する。まず複数のパルス信号より成る受信信号は受信端１０４で受信され、受信端出力信号１０７ａとして遅延回路１０１に、また受信端出力信号１０７ｂとして遅延パルス合成回路１０２に入力される。遅延回路１０１はτの遅延時間を有する。受信端出力信号１０７ａを遅延回路１０１に入力することにより、遅延信号１０８が作られる。受信端出力信号１０７ｂを遅延パルス合成回路１０２で合成する。合成された後、遅延パルス合成回路１０２の合成出力信号１０９は、受信可変利得増幅器１０３において増幅される。

図１（ｂ）は、受信端出力信号を合成する様子の具体例を示す図であり、短いパルス信号１１を希望信号、長いパルス信号１２を妨害信号としている。受信信号には短いパルス信号１１と長いパルス信号１２とが混在している。このままでは、パルス連続時間の長い妨害信号である長いパルス信号１２の積算電力が大きいため、例えば受信可変利得増幅器１０３が妨害信号で飽和したり、妨害信号の電力を合わせた利得制御をしてしまい、希望信号である短いパルス信号１１を復調できない。また、同期、復調をパルス連続時間の長い信号１２に対しても行うため、信号処理時間や信号処理誤りの増加につながる。

そこで遅延回路１０１で遅延時間を有する遅延信号１０８をつくる。具体的には、この受信信号が受信された後、受信端１０４から受信端出力信号１０７ｂと、受信端出力信号１０７ａを遅延回路１０１でτの遅延時間で遅延された遅延信号１０８とがそれぞれ出力される。遅延回路１０１から出力された遅延信号１０８は受信端１０４から出力された受信端出力信号１０７ｂよりもτの遅延時間で遅延するが、τの遅延時間は受信信号の短いパルス信号１１が占める時間よりも大きくなければならない。これにより、遅延パルス合成回路１０２からの合成出力信号１０９では、短いパルス信号は２つのパルスが存在する（図１ｂの１１ｃ）のに対し、長いパルス信号は部分的に相殺され（図１ｂの１２ｃ）、相殺された長いパルス信号におけるパルス列の振幅は小さくなるので、積算電力を大きく減じることができる。

なお、τの時間が、例えば長いパルス信号の半周期分の奇数倍の時間であれば、妨害波のパルス列を１８０度位相差で合成することができるため、信号は最も大きく相殺され、より積算電力を大きく減じることができる。また、遅延時間τが、例えば長いパルス信号１２ａのｎ−（２／３）周期分からｎ−（１／３）周期分（ｎ：自然数）の時間であっても、信号を相殺することは可能であり、積算電力を減じることができる。

以上の構成とすることで、受信可変利得増幅器１０３は希望信号に適した動作を行い、短いパルス信号を復調することが可能となる。

これにより、簡単な構成で、妨害信号となるパルス信号を相殺し、希望信号のパルス信号のみを安定して復調が可能となる。従来の受信装置において、時分割多重、周波数分割多重、又は符号分割多重を必要とすることから機器が大型化、高額化するのに対し、本発明では時分割多重等を行う必要がないので、機器が大型化、高額化せず、量産性に優れた受信装置を実現できる。

なお、上記の実施の形態では、受信信号をパルス連続時間の長い信号と短い信号の２種類とした例で説明したが、受信端１０４からの受信端出力信号が、例えば短いパルス信号と中ぐらいの長さのパルス信号と長いパルス信号といったように３種類以上のパルス信号が含まれる場合においても、各々の受信端出力信号に対して異なる遅延時間を有する遅延回路を設けることで、同様の効果を奏するものとなる。具体的には、例えば受信端からの受信端出力信号が３つ出力される場合において、遅延回路を１〜３つ設けることができる。

以上の実施の形態では、妨害信号の受信増幅器への影響について説明したが、例えば、受信ミキサ、受信ＩＦ増幅器等にも同様の影響が発生し、本実施の形態の構成は、これらへの影響を軽減し、希望信号を安定して復調するという効果も合わせて有する。

図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における送信装置のパルス発生回路の構成を示すブロック図である。図２（ａ）において、本実施の形態の送信装置は、切り替え信号を発生する切替信号発生回路２０１と、切替信号発生回路２０１からの切換信号により制御信号を発生する制御信号発生回路２０２と、制御信号発生回路２０２が発生した制御信号により波形を変換する波形変換回路２０３と、波形変換回路２０３からのパルス発生制御信号によりパルスを発振する発振回路２０４とを備える。

以上のように構成された送信装置のパルス発生回路について、図２（ａ）を用いてその動作を説明する。切替信号発生回路２０１は、シンク関数１周期分をパルス１つとした場合において、例えば、パルス発生時間の短いパルス信号としてパルス１つのみを発生させる切替信号と、パルス発生時間の長いパルス信号として数十のパルスを連続して発生させる切替信号とを切替て出力する。具体的には、切替信号発生回路２０１から切替信号として「０」が出力されれば、制御信号発生回路２０２は、例えば０．１ｎｓの間だけパルス信号を出力する制御信号を発生させる。

切替信号発生回路２０１から切替信号として「１」が出力されれば、制御信号発生回路２０２は、例えば１ｎｓの間だけパルス信号を出力する制御信号を発生させる。なお、本発明は、制御信号を発生させる時間をこれらの０．１ｎｓと１ｎｓとに限定するものではない。制御信号発生回路２０２は切替信号発生回路２０１の切替信号に基づき、各パルス発生時間に応じた制御信号を波形変換回路２０３へ出力する。波形変換回路２０３は制御信号を発振回路２０４の動作に適したパルス発生制御信号に変換する。

例えば、波形変換回路２０３は、コイル、抵抗器、オペアンプ、又はこれらの素子を含めたＩＣ等で構成されており、コイルのインダクタ値により制御信号の立上がり特性や立下り特性を調整したり、複数の抵抗器やオペアンプを用いて制御信号の振幅やＤＣオフセット値を調整したりする。波形変換回路２０３において生成されたパルス発生制御信号は、例えば発振回路２０４の電源端子に加える電圧として発振回路２０４の発振と停止の時間を制御することで、パルス信号を発生させる。

なお、本実施の形態では、パルス発生回路として発振回路２０４を用いたが、パルス信号を発生させる回路であればこれに限定することなく、また、発振回路２０４の回路構成もこれに限定しない。

つぎに、パルス発生時間の切替方法として、パルス発生時間の短いパルス信号又はパルス発生時間の長いパルス信号のいずれかを一定時間毎に所定回数発生させてもよい。これにより、パルス発生時間の短いパルス信号又はパルス発生時間の長いパルス信号のいずれかを発生させることができる。

さらに、図２（ｂ）は本発明の第１の実施の形態における送信装置のパルス発生回路の切替信号発生回路２０１からの制御信号に応じて、発振回路２０４におけるパルス発生時間の切替を示す図であるが、このようにパルス発生時間の短いパルス信号及びパルス発生時間の長いパルス信号の両信号を一定時間の間に所定回数ずつ混在するように発生させてもよい。

なお、パルス信号発生時間を０．１ｎｓと、１ｎｓの２種類とした場合について記載したが、これに加えて、他のパルス発生数の組合せとした場合においても同様の効果を奏するものである。具体的に、切替信号発生回路２０１においてパルス発生時間に応じたパルスの個数を設定することができるので、長いパルス信号、短いパルス信号のそれぞれについてパルス発生数を設定する。例えば、制御信号発生回路２０２は、切替信号発生回路２０１の切替信号として「０」が出力されれば０．５ｎｓ、「１」が出力されれば１．５ｎｓとすることで、パルス発生時間に対応するパルス発生数を自由に調整することができる。

また、パルス発生数を３種類以上としても、同様の効果を奏するものである。具体的には、切替信号発生回路２０１による各切替信号の命令をテーブル（図示せず）で表現し、テーブルを切替信号発生回路２０１にあらかじめ記憶させておく。例えば、３種類のパルス発生時間を有するパルス信号からなる送信信号の場合において、制御信号発生回路２０２は、切替信号発生回路２０１の切替信号として「０１」が出力されれば０．５ｎｓ、「１０」が出力されれば１ｎｓ、「１１」が出力されれば２ｎｓの時間に対応する数のパルス信号を順次発生させるようにし、切替信号として「００」が出力されればパルス信号を発生しないようにすることで、パルス発生時間に対応するパルス発生数を自由に調整し、かつ３種類のパルス発生時間を有するパルス信号からなる送信信号をつくり出すことができる。

また、各切替信号の命令をテーブルで表現することから、４種類以上のパルス発生時間を有するパルス信号からなる受信信号をつくり出すこともできる。なお、本実施の形態で示した０．５ｎｓ、１ｎｓ、２ｎｓといったパルス発生時間に本発明は限定されない。

（実施の形態２）
図３（ａ）は、本発明の実施の形態２における受信装置の構成を示すブロック図である。

前述の実施の形態１と異なるのは、本実施の形態では、受信端として２つのアンテナで受信される構成とした点である。

図３（ａ）において、受信装置は、受信信号を受信する第一のアンテナ３０１と、第二のアンテナ３０２と、受信復調する受信復調部３０３とを備える。短いパルス信号は広い帯域に広がり、長いパルス信号は狭い帯域のみに広がるというパルス信号の性質を利用し、第二のアンテナ３０２では狭い周波数帯域の信号のみを受信するアンテナにより、受信信号のうち長いパルス信号のみを受信し、第一のアンテナ３０１では広い周波数帯域の信号を受信するアンテナにより、受信信号のうち長いパルス信号、短いパルス信号の両方を受信する。

図３（ｂ）は、本発明の実施の形態２におけるパルス信号の合成を示す図である。実施の形態１と同様に、受信端出力信号３０６と遅延信号３０７とを遅延パルス合成回路１０２で合成することによって、遅延合成回路１０２の合成出力信号３０８は、短いパルス信号は１つのパルスが発生するのに対し、長いパルス信号は部分的に相殺され、積算電力を大きく減じることができる。以上の構成とすることで、受信復調部３０３は飽和することなく短いパルス信号を復調することが可能となり、簡単な構成で、妨害信号となる長いパルス信号を相殺し、希望信号の短いパルス信号のみを安定して復調可能な、量産性に優れた受信装置を実現できる。

なお、短いパルス信号と長いパルス信号との２種類のパルス信号からなる受信信号について触れたが、多種類のパルス信号からなる受信信号の場合についても、同様の効果を奏するものである。

また、上記の実施の形態では、複数のアンテナを用いた例について述べたが、図４（ａ）に示すように広い周波数帯域を有するアンテナ４０１、狭い周波数帯域にて均一な分配特性を有する分配回路４０２を用いることで、アンテナを一つとして構成しても同様に実施可能である。図４は、本発明の実施の形態２における受信装置の構成を示すブロック図である、アンテナ４０１が広い周波数帯域にわたりパルス信号を受信することができるので、長いパルス信号と短いパルス信号の両方からなる受信信号を受信することができる。一方、分配回路４０２において所定の周波数帯域のパルス信号のみを分配する。分配可能な周波数帯域の範囲が小さくなるほど、分配可能なパルス信号の長さが大きくなることから、長いパルス信号のみを遅延回路１０１へ分配することとなる。

分配回路４０２から遅延回路１０１に入力された長いパルス信号は時間τだけ遅延され、遅延された長いパルス信号とアンテナ４０１において受信した受信信号とが遅延合成回路１０２において、同様に合成される。この場合、アンテナ４０１において受信した受信信号における短いパルス信号は相殺されない一方、長いパルス信号は部分的に相殺され、積算電力を大きく減じることができる。

図４（ｂ）は本発明の実施の形態２における受信装置の分配回路４０２の周波数特性を示す図であり、縦軸の通過損失は上になるほど通過損失が小さくなる様に表示されていて、分配回路４０２により所定の周波数帯域について等分配されていることを示している。

具体的には、分配回路４０２の遅延合成回路１０２側の出力における通過損失４０３がほぼ一定であるのに対し、分配回路４０２の遅延回路１０１側の出力における通過損失４０４はパルス信号の周波数帯域に応じて変化する。所定の周波数帯域の場合には、両者の通過損失が同一となるため、所定の周波数帯域に対応する長さのパルス信号は等分配されることで、遅延回路１０１に入力される。所定の周波数帯域以外の場合には、両者の通過損失が異なるため、パルス信号は等分配されず、遅延回路１０１に入力されない。

図４（ｃ）は、本発明の実施の形態２における受信装置の分配回路４０２及び遅延合成回路１０１としてブランチラインカップラ４０５を用いた場合の配置図である。

図４（ｃ）において、ブランチラインカップラ４０５は終端抵抗４０６と、コンデンサ４０７と、可変容量コンデンサ４０８と、ブランチラインカップラ４０５を構成する素子４０９と、端子４１０〜４１７とを備えている。ブランチラインカップラ４０５は、所定の周波数帯域における中心周波数時に１／４波長（つまり位相量９０度）となる４本の線路がリング状に構成されているものである。線路の位相量が中心周波数時に９０度であれば、回路が完全整合、完全分離となる。

即ち、アンテナ４０１が受信したパルス信号において、パルス信号が所定の中心周波数を有する場合には、ブランチラインカップラ４０５は分配回路４０２としての機能を有する。また、アンテナ４０１からのパルス信号は端子４１２には９０度遅れで、端子４１３には９０×２度遅れで出力される。端子４１２の出力に対して端子４１３の出力が９０度遅れることから、ブランチラインカップラ４０５は遅延回路１０１としての機能も有する。なお、端子４１２、端子４１３間はアイソレーションされるので、パルス信号が伝達されない。

さらに、ブランチラインカップラ４０５における分配特性の原理より、ブランチラインカップラ４０５は、合成回路としての特性を併せ持つ。なお、端子４１４、端子４１５間はアイソレーションされるので、パルス列信号が伝達されない。

本発明は、超広帯域（ＵＷＢ）通信システムにおける無線装置に関するものであるため、高周波領域においては分布定数回路の特性を考慮する必要がある。この場合、終端抵抗４０６は、インピーダンス整合をとるためのものである。また、コンデンサ４０７、可変容量コンデンサ４０８はパルス信号の位相を進ませるため、中心周波数の１／４波長よりも短い線路でパルス信号の位相を９０度遅らせることができる。このことから、コンデンサ４０７はブランチラインカップラ４０５の小型化及び狭帯域化を図るために動作する一方、可変コンデンサ４０８は遅延回路として動作する。

なお、本発明のカップラは、ブランチラインカップラに限定されず、ラットレースや並行結合線路型のカップラでも周波数特性を有するものであり、ブランチラインカップラと同様の効果を奏する。また、本発明は分配数が２分配に限定されることなく３分配以上であっても同様に実現可能である。

図５は、本発明の実施の形態２における受信装置で受信信号に含まれるパルス信号が３種類、分配回路での分配数が４分配、遅延回路の数が２個の場合の構成を示すブロック図である。図５において、受信装置は、アンテナ１６０１で受信した受信信号を分配回路１６０２に入力し、受信端出力信号１６０７ａ〜ｄを得る。受信端出力信号１６０７ａ及び１６０７ｃは特に遅延させることなく、遅延パルス合成回路１６０４ａ、ｂに入力される。受信端出力信号１６０７ｂ及び１６０７ｄは、それぞれ第一の遅延回路１６０３ａ及び第二の遅延回路１６０３ｂで異なる遅延を与えられたのち、遅延信号１６０８ａおよび１６０８ｂとして遅延パルス合成回路１６０４ａ、ｂに入力される。遅延パルス合成回路１６０４ａ、ｂの出力は共に受信復調部１６０５に入力され、受信データとして復調される。

次に、本実施の形態の受信装置における受信信号の遅延、合成の状態を図６を用いて説明する。

受信端出力信号１６０７ａ〜ｄには、例えば短いパルス信号１５０１と、やや長いパルス信号１５０２と、長いパルス信号１５０３といった異なるパルス幅の信号が含まれる。以下、短いパルス信号１５０１、あるいはやや長いパルス信号１５０２を希望波として取り出す例を順に示す。短いパルス信号１５０１を希望波として取り出す場合、受信端出力信号１６０７ｂに第一の遅延回路１６０３ａで遅延時間１が加えられ、遅延信号１６０８ａとなる。この信号１６０８ａと受信端出力信号１６０７ａとは遅延パルス合成回路１６０４ａで合成され、希望波と同等まで妨害波であるやや長いパルス１５０２と、長いパルス１５０３の電力を減ずることができ、希望波である短いパルス信号１５０１を復調することができる。

同様にして、やや長いパルス信号１５０２を希望波として取り出す場合は、受信端出力信号１６０７ｄに第二の遅延回路１６０３ｂで遅延時間２を加え遅延信号１６０８ｂを出力する。この遅延信号１６０８ｂと受信端出力信号１６０７ｃとを遅延パルス合成回路１６０４ｂで合成することで、希望波と同等まで妨害波である短いパルス信号１５０１と、長いパルス信号１５０３の電力を減ずることができ、希望波であるやや長いパルス信号１５０２を復調することができる。なお、長いパルス信号１５０３を希望波として取り出すことも同様にして可能であることは言うまでもない。

さらに、実施の形態１及び実施の形態２は、短いパルス信号を希望信号とした例について述べたが、長いパルス信号を希望信号とすることで、復調処理の冗長性を増すように動作させることも可能である。図７は、本発明の実施の形態２の受信装置におけるパルス信号の合成を示す図である。図７では、第一のアンテナの受信信号による受信端出力信号５０１と、第二のアンテナの受信信号による遅延信号５０２と、合成出力信号５０３とを示している。本実施の形態の復調処理としては、例えば図７の合成出力信号５０３に示すように、第一の時間領域と第三の時間領域の２回、同一の信号（長いパルス信号）を復調処理することが可能となる。遅延時間（第二の時間領域）は任意に制御可能であるため、例えば、第一の時間領域で同期処理を行い、第三の時間領域で信号を復調処理するという使い分けも可能である。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３における無線通信システムの構成を示す図である。

図８において、無線装置であるホームサーバ６０１と、ＴＶ６０２と、オーディオプレーヤ６０３の３台は、例えば一つの部屋の中にあり、その距離は数ｍである。この場合、相互の通信は短いパルス信号を用い、広い周波数帯域に信号を広げることで、単位周波数あたりの周波数成分を非常に小さくし、他の狭帯域通信システムに影響を与えずに通信を行うことが可能である。この際、本発明の送信装置および受信装置である無線装置間の通信、例えばホームサーバ６０１とＴＶ６０２との通信と、ホームサーバ６０１とオーディオプレーヤ６０３との通信は、時分割や周波数分割によって相互に通信に障害をきたさないように分離される。

図９（ａ）に本発明の実施の形態３における無線システムの通信開始のフロー図を示す。オーディオプレーヤ６０３と通信中のホームサーバ６０１が、更にＴＶ６０２との通信を開始するものとする。ホームサーバ６０１は通信開始にあたり、例えばパルス連続発生時間を最短に設定し（Ｓ７０１）、通信開始に際しての認証や通信電力調整を行なう。ここで、通信開始要求に対してＴＶ６０２からの返信が無い、または返信信号のＳ／Ｎが低い等の通信状態を判定し、電力が不足していると判定した場合には（Ｓ７０２の「不足」）、パルス連続発生時間を電力が適切な値になるまで増やしていく（Ｓ７０３）。

次に、妨害波の有無を判断し（Ｓ７０４）、妨害波が無ければホームサーバ６０１とＴＶ６０２間の通信は成立する。妨害波があった場合には（Ｓ７０４の「あり」）、例えば後から通信を開始したＴＶ６０２側で、パルス発生時間を適当に変更して（Ｓ７０５）、オーディオプレーヤ６０３との信号と重ならないように調整する（Ｓ７０６）。

図９（ｂ）に本発明の実施の形態３における受信装置と送信装置とで構成される無線装置のブロック図を示す。本実施の形態の無線装置は、受信復調部１１０５で受信信号を復調することで、通信状態判定及び妨害波の有無（共存状態検出）を行い、この情報をパルス連続時間設定回路１１０６に入力することでパルス連続時間を設定し、この出力をもとにパルス発生回路１１０７でパルスを発生して送信する。

図１０は、本発明の実施の形態３における信号の状態を示す図である。図１０において、初期状態のホームサーバ６０１の受信信号では、ＴＶ６０２からの信号１２０１とオーディオプレーヤ６０３からの信号１２０２とが重なっており、例えばそれぞれの符号列の違いによって分離することが可能ではあるが、冗長情報による通信速度の低下が起こる。そこで送信時間を変更することでＴＶ６０２からの信号１２０１をずらす。これにより、信号の重なりは無くなり、復調時の信号取り込みタイミングの違いのみでＴＶ６０２からの信号１２０１とオーディオプレーヤ６０３からの信号１２０２を分離することが可能となり、冗長情報を減らして通信速度を上げることができる。

なお、以上の説明では、通信開始時のパルス連続発生時間を最短に設定する例を示したが、例えば前回の通信における時間を用い、これを基準として時間を伸縮することでパルス発生時間を調整することで、より短い時間で適切な時間が設定できるようにしても同様に実施可能である。なお、以上の説明では、パルス連続発生時間のみを調整する例で示したが、これと合わせて信号振幅を増減して通信電力を適切な値に調整しても同様に実施可能である。

次に、例えば隣の部屋にて、本実施の形態の無線装置であるＰＣ６０５の使用を開始し、ホームサーバ６０１と無線信号での通信を開始する場合について説明する。ホームサーバ６０１とＰＣ６０５との通信距離は遠く、その経路には壁６０４が存在するため、より大きな電力の信号で通信する必要があり、より大きな送信電力での通信を行う必要がある。

図１１は本発明の実施の形態３における無線装置であるオーディオプレーヤ６０３の受信信号を示す図である。図９の受信信号１３０７に示すように、従来の連続波を用いる無線システムでは、ＰＣ６０５が通信対象であるホームサーバ６０１と比べて近い距離にあるオーディオプレーヤ６０３に対して大きな電力の信号を放射してしまい、オーディオプレーヤ６０３では希望波１３０１に対し、振幅の大きな妨害波１３０２を受信してしまい、受信系の増幅器やミキサが妨害波で歪むなどして、例えば、ホームサーバ６０１とオーディオプレーヤ６０３の通信を妨げてしまうという課題を有していた。

また、図１１の受信信号１３０８に示すように、希望波１３０３と妨害波１３０４の電力差が小さければ、先に示した実施の形態のように、パルス位置を変更することで受信復調が可能となる。しかしながら、図１１の受信信号１３０９に示すように、希望波１３０５と妨害波１３０６との受信電力の差（図１１では正弦波の数の差）が大きい場合、例えパルスが時間的に重なっていなくても、受信系の増幅器やミキサが希望波入力時のみに動作する構成となっていなければ、妨害波入力時の過渡応答により、希望波が入力された際にも歪むなどして、所望の利得、変換特性が得られない。

そこで、本実施の形態の無線システムでは、実施の形態１および実施の形態２のいずれかに記載の受信装置ならびに送信装置で構成される無線装置を用いることで、近距離の通信（ホームサーバ６０１とオーディオプレーヤ６０３との通信）に短いパルス信号を用い、遠距離の通信（ホームサーバ６０１とＰＣ６０５との通信）に長いパルス信号を用いることで、オーディオプレーヤ６０３はＰＣ６０５からの長いパルス信号を相殺する。これにより、オーディオプレーヤ６０３において、遠距離通信に使用される電波の受信電力を抑えるため、遠距離通信に使用される電波に妨害されること無く、近距離通信に使用される電波を用いて通信することができる。

図１２は、本発明の実施の形態３における無線装置であるオーディオプレーヤ６０３内の信号を示す図である。図１２において、オーディオプレーヤ６０３への受信信号としてはホームサーバ６０１からの信号（希望波）１４０１と、ＰＣ６０５からの信号（妨害波）１４０２が入力される。この状態では前述のように妨害波の方が大きな電力の信号であるため、希望波１４０１を適当な信号電力に調整しての復調が困難である。そこで、適当な遅延時間を加えた遅延信号を生成し、受信端出力信号と合成することで、合成出力信号を生成する。合成出力信号では、希望波と妨害波の電力がほぼ等しくなり、対妨害波信号電力比を大幅に改善できる。例えばこの例では、受信信号での電力比が１：６であったのに対し、合成出力信号では２：３に改善されている。

なお、遠距離通信をパルス連続発生時間の長い信号で行なうことは、狭い周波数帯域の信号を用いることになり、他の狭帯域通信システムと異なる周波数帯で通信を行うことで、周波数分割通信が容易になるという効果も得られる。また、他の狭帯域通信システムからの信号が妨害信号となり、本実施の形態における無線装置間の通信に障害が生じる場合、パルス信号を長くすることで狭い周波数帯域にその周波数成分を集中し、他システムからの干渉を受けにくくするようにしてもよい。即ち、使用する周波数帯域を狭めることで、他の無線装置と重なる周波数帯域をなくすようにする。

また、パルス列を長くすることによって送信電力を切り替えて、より大きなＣ／Ｎ比を必要とする多値変調による通信容量の大きな通信を行ってもよい。また、実施の形態１及び実施の形態２に記載の発振回路を周波数可変とすることで、通信に使う周波数帯を変えて、周波数分割多重の無線システムを構築しても良い。なお、周波数可変の発振回路としては特に限定はなく、バラクタダイオードを使った電圧制御発振器などの既知の回路を用いることができる。

さらに、発振周波数を大きく変えることによって、例えば短いパルス列の通信を６０ＧＨｚ帯、長いパルス列の通信を２０ＧＨｚ帯といった組み合わせも可能である。発振周波数を大きく変える手段としては、例えば発振周波数の高次発振周波数を用いることや、複数の発振状態を遷移させること、複数の発振器を切り替えて用いることがあげられる。

以上の無線システムでは、前述の実施の形態１及び実施の形態２に記載のいずれかの無線装置を用いることで、簡単な構成で、安価に通信距離、通信エリア、通信速度の通信装置を切り替え又は組み合わせた無線システムを実現できる。

（実施の形態４）
図１３は、本発明の実施の形態４における受信装置ならびに送信装置である無線装置を用いた測距システムの構成を示す図である。

図１３において、移動体７０１には前述の無線装置が搭載されており、その近くに移動体７０２及び移動体７０３が存在する。例えば、移動体７０１が移動する場合、移動体７０２または移動体７０３との衝突を避けるため、あるいは前方を移動する移動体を一定間隔で追いかけるような追従行動を行う場合、お互いの距離を測る必要がある。

例えば、短いパルス信号を用いて移動体７０１の無線装置から送信されたパルス信号が移動体７０２に反射して再び移動体７０１で受信するまでの時間を測定することで、その飛行時間より距離を算出することができる。

また、長いパルス信号を用い、送信するパルス信号に適当な周波数変調を施すことによって、移動体７０１の無線装置から送信されたパルス信号と、移動体７０３に反射して再び移動体７０１で受信した反射信号のビート周波数より距離を算出することができる。

一般に、以上に記載した短いパルス信号を用いた測距はパルス測距、長いパルス信号を用いた測距をＦＭ−ＣＷ測距であり、本発明の実施の形態１及び実施の形態２における無線装置を用いることで、パルス信号の長さを任意に変化させることで、パルス測距とＦＭ−ＣＷ測距を切替又は組み合わせた測距システムが実現できる。

なお、パルス測距とＦＭ−ＣＷ測距の切替方法としては、例えば、図１３では、近い位置にある移動体７０２は測距精度が高く、測距エリア（この例では水平面指向角）の広いパルス測距で距離検出を行い、遠い位置にある移動体７０３は他システムに影響を与えずに送信電力をあげることができ、高指向性アンテナが実現しやすいＦＭ−ＣＷ測距で距離検出を行う構成を示している。

なお、通常のパルスを用いた測距システムでは、送信パルスと測距対象からの反射パルスを分離するため、反射パルス受信前に、次の送信パルスを発射することができないが、前述の実施の形態３における通信システム同様、短いパルス信号と長いパルス信号は干渉しないため、短いパルス信号の測定対象からの反射パルスの受信とは関係なく、連続して長いパルス信号を送信することが可能であるため、パルス測距とＦＭ−ＣＷ測距を連続して行うことができる。

また、通常のパルス測距において、遠方を高速で移動する物体を対象とした場合、反射パルスの飛行時間中に、物体が高速で移動するため測距精度が劣化するという問題に対しても、送信するパルス信号毎にパルスの数を変化させることで、反射パルスを待つことなく連続してパルス列を送信しても送信信号と反射信号を分離することができるため、短い時間周期で測距することができ、高速で移動する対象に対しても高い測距精度が実現できる。

また、通常のパルス測距において、極端に近い対象では、送信信号と反射信号の分離ができないため測距が困難であるという問題に対しても、送信するパルス信号毎にパルスの数を変化させることで、異なるパルス数の信号との遅延時間を測定することで、遅延時間＝飛行時間＋（第２のパルス数の信号を受信した時刻−第１のパルス数の信号を送信した時刻）となり、この飛行時間より距離を算出することが可能となる。

さらに、実施の形態３同様、発振回路を周波数可変とすることで、測距に使う周波数帯を変えて、他システムとの干渉を回避できる周波数分割多重の測距システムを構築しても良い。

以上の無線システムでは、前述の実施の形態１及び実施の形態２記載のいずれかの無線装置を用いることで、簡単な構成で、安価に測距距離、測距エリアの異なる測距装置を切替又は組み合わせた測距システムを実現できる。

以上のように、本発明にかかる受信装置、送信装置及び無線システムによれば、妨害波となるパルス列を相殺し、希望波のパルス列のみを安定して復調可能な量産性に優れた受信装置と対応する送信装置及び無線システムを小型かつ安価に実現できるという効果を有し、主としてマイクロ波帯〜ミリ波帯のパルス信号を用いた受信装置、送信装置及び無線システム等として有用である。

（ａ）本発明の実施の形態１における受信装置の構成を示すブロック図（ｂ）本発明の実施の形態１における受信装置のパルス信号の合成を示す図 （ａ）本発明の実施の形態１における送信装置のパルス発生回路の構成を示すブロック図（ｂ）本発明の実施の形態１における送信装置のパルス発生回路のパルス発生時間切替を示す図 （ａ）本発明の実施の形態２における受信装置の構成を示すブロック図（ｂ）本発明の実施の形態２における受信装置のパルス信号の合成を示す図 （ａ）本発明の実施の形態２における受信装置の構成を示すブロック図（ｂ）本発明の実施の形態２における受信装置の分配回路の周波数特性を示す図（ｃ）本発明の実施の形態２における受信装置を構成するブランチラインカップラを示す図 本発明の実施の形態２における受信装置で受信信号に含まれるパルス信号が３種類、分配回路での分配数が４分配、遅延回路が２個の場合の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２の受信装置における受信信号の遅延、合成の状態を示す図 本発明の実施の形態２における受信装置のパルス信号の合成を示す図 本発明の実施の形態３における無線システムの構成を示す図 （ａ）本発明の実施の形態３における無線システムの動作を示すフロー図（ｂ）本発明の実施の形態３における受信装置と送信装置とからなる無線装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３における無線装置の信号の状態を示す図 本発明の実施の形態３における無線装置であるオーディオプレーヤの受信信号を示す図 本発明の実施の形態３における無線装置であるオーディオプレーヤ内の信号を示す図 本発明の実施の形態４における無線装置で構成される測距システムを示す図 従来の送信装置のパルス発生回路の構成を示すブロック図 従来の受信装置の構成を示すブロック図 従来の受信装置の信号復調回路の構成を示すブロック図

符号の説明

１１ 短いパルス信号
１２ 長いパルス信号
１０１、１１０３ 遅延回路
１０２、１１０４、１６０４ａ〜ｂ 遅延パルス合成回路
１０３ 受信可変利得増幅器
１０７、３０６、５０１、１６０７ａ〜ｄ 受信端出力信号
１０８、３０７、５０２、１６０８ａ〜ｂ 遅延信号
１０９、３０８、５０３ 合成出力信号
２０１ 切替信号発生回路
２０２ 制御信号発生回路
２０３ 波形変換回路
２０４ 発振回路
３０１ 第一のアンテナ
３０２ 第二のアンテナ
３０３、１１０５、１６０５ 受信復調部
４０１、１１０１ａ〜ｂ、１６０１ アンテナ
４０２、１１０２、１６０２ 分配回路
４０３ 遅延合成回路１０２側における分配回路４０２の通過損失
４０４ 遅延回路１０１側における分配回路４０２の通過損失
４０５ ブランチラインカップラ
４０６ 終端抵抗
４０７ コンデンサ
４０８ 可変容量コンデンサ
４０９ 素子
４１０〜４１７ 端子
６０１ ホームサーバ
６０２ ＴＶ
６０３ オーディオプレーヤ
６０４ 壁
６０５ ＰＣ
７０１、７０２、７０３ 移動体
７０４ 広く短い測距エリア
７０５ 狭く長い測距エリア
１１０６ パルス連続時間設定回路
１１０７ パルス発生回路
１２０１ ＴＶからの信号
１２０２ オーディオプレーヤからの信号
１３０１、１３０３、１３０５ 希望波
１３０２、１３０４、１３０６ 妨害波
１４０１ ホームサーバからの信号
１４０２ ＰＣからの信号
１６０３ａ 第一の遅延回路
１６０３ｂ 第二の遅延回路

Claims (17)

1. 第一のパルス信号と、前記第一のパルス信号よりもパルス連続発生時間の長い第二のパルス信号を少なくとも含む信号を受信信号として受信する受信端と、
   前記受信端から出力される受信端出力信号を遅延させることで遅延信号を生成する遅延回路と、
   前記遅延信号と前記受信端出力信号とを合成する遅延パルス合成回路と
   を有し、
   前記遅延回路において遅延させる遅延時間は、前記第一のパルス信号のパルス連続発生時間よりも長く、前記第二のパルス信号のパルス連続発生時間よりも短い受信装置。
2. 前記受信端は、前記第一のパルス信号と前記第二のパルス信号の両方を受信する第一のアンテナと、前記第一のアンテナよりも受信周波数帯域が狭く前記第二のパルス信号のみを受信する第二のアンテナとからなり、
   前記第一のアンテナで受信した受信信号は前記遅延パルス合成回路に出力され、前記第二のアンテナで受信した受信信号は前記遅延回路に出力され、
   前記遅延パルス合成回路は、前記第一のアンテナから出力される前記受信端出力信号と、前記遅延回路から出力される前記遅延信号とを合成する
   請求項１記載の受信装置。
3. 前記第一のパルス信号は希望波であり、前記第二のパルス信号は妨害波である請求項１または２記載の受信装置。
4. 前記遅延回路において遅延させる遅延時間は、前記第二のパルス信号の周期の半分の奇数倍の時間である請求項１乃至３いずれか一項に記載の受信装置。
5. 前記遅延回路において遅延させる遅延時間は、前記第二のパルス信号のｎ−（２／３）周期分からｎ−（１／３）周期分（ｎ：自然数）までの時間である請求項１乃至３いずれか一項に記載の受信装置。
6. 前記受信端から出力される受信端出力信号のうち前記第二のパルス信号を分配し、前記受信端出力信号と前記分配された第二のパルス信号を出力する分配回路をさらに備え、
   前記受信端出力信号は前記遅延パルス合成回路に出力され、前記分配された第二のパルス信号は前記遅延回路に入力され、
   前記遅延パルス合成回路は、前記分配回路から出力される前記受信端出力信号と、前記遅延回路から出力される前記遅延信号とを合成する
   請求項１記載の受信装置。
7. 前記分配回路及び前記遅延回路、または、前記遅延回路及び前記遅延パルス合成回路として、所定の周波数帯域における中心周波数の信号に対し９０度ずつ位相の異なる４本の線路がリング状に接続されたブランチラインカップラを用いる請求項６記載の受信装置。
8. 前記第一のパルス信号は希望波であり、前記第二のパルス信号は妨害波である請求項６または７記載の受信装置。
9. 前記遅延回路において遅延させる遅延時間は、前記第二のパルス信号の周期の半分の奇数倍の時間である請求項６乃至８いずれか一項に記載の受信装置。
10. 前記遅延回路において遅延させる遅延時間は、前記第二のパルス信号のｎ−（２／３）周期分からｎ−（１／３）周期分（ｎ：自然数）までの時間である請求項６乃至８いずれか一項に記載の受信装置。
11. パルス連続発生時間の異なる複数のパルス信号を発生させるための制御信号を出力する制御信号発生回路と、
    前記制御信号に基づいて前記複数のパルス信号を発生させるパルス発生回路と、
    通信対象である無線機器からの信号の受信品質または受信電力強度に基づいて、前記無線機器との通信状態を判定する通信状態判定回路と
    を有し、
    前記通信状態判定回路での通信状態判定情報をもとに、前記パルス信号のパルス連続発生時間を変化させる送信装置。
12. 前記パルス発生回路として発振回路を用いる請求項１１記載の送信装置。
13. 前記発振回路を周波数可変とする請求項１２記載の送信装置。
14. 前記発振回路を、前記制御信号を用いて間欠動作させる請求項１２または１３記載の送信装置。
15. 前記複数のパルス信号として、パルス連続発生時間の異なる少なくとも２つの信号を発生させる請求項１１乃至１４いずれか一項に記載の送信装置。
16. 通信状態が異なる複数の無線機器と通信する場合、前記通信状態が良好な第一の無線機器との通信に前記パルス連続発生時間の異なるパルス信号のうち短い方の第一のパルス信号を用い、前記第一の無線機器よりも前記通信状態が良くない無線機器との通信に前記第一のパルス信号よりも前記パルス連続発生時間が長い第二のパルス信号を用いる請求項１１乃至１５記載の送信装置。
17. 請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の受信装置と、請求項１１乃至請求項１７のいずれかに記載の送信装置と、を含む無線システム。
    

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