JP4333424B2 - 応答器、質問器、及びパルス信号送受信システム - Google Patents

Description

本発明は、応答器と質問器とを備え、質問器と応答器との間で所定の情報のやり取りを行うことが可能な無線通信システム等の技術分野に関する。

この種の無線通信システムでは、例えば、特許文献１に開示されているように、移動体識別装置から送信された搬送波を、移動体に取り付けられた応答器の受信アンテナが受信し、当該応答器が所定のデータに基づき変調された変調波を送信アンテナから返信することで、情報のやり取りが行われるようになっている。また、このようなシステムにおいては、移動体識別装置が、応答器からの変調波から検波信号を抽出し、その検波信号の受信レベルをもとに、上記移動体までの距離を推定することが可能になっている。
特許第３３９５４０３号公報

しかしながら、従来のこのようなシステムにおいては、受信アンテナにより受信される搬送波も、送信アンテナにより送信される変調波も連続波であるために、その通信距離の大幅な改善を図ることが困難であった。

また、移動体等に取り付けられる応答器には、これを動作させる電源（例えば、電池等）を備えさせる必要であるので、当該応答器を小型化には限界があった。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、通信距離を大幅に改善させ、また、応答器の小型化を図ることが可能な応答器、質問器、及びパルス信号送受信システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、電波を受信し、所定の周波数に共振する狭帯域アンテナと、前記狭帯域アンテナにより受信された電波から電力を抽出してパルス信号生成手段に供給する電力供給手段と、前記電力供給手段による電力の供給に起因してパルス信号を生成するパルス信号生成手段と、擬似ランダム符号を生成する擬似ランダム符号生成手段と、前記受信された電波を検波してクロック信号を抽出するクロック信号抽出手段と、送信すべき情報と前記擬似ランダム符号に基づいて前記クロック信号に対して変調処理を施すクロック信号変調手段と、前記送信すべき情報を記憶しておくメモリと、前記生成されたパルス信号を送信する広帯域アンテナと、を備え、前記電力供給手段は、前記抽出した電力を蓄積する電力蓄積手段と、前記蓄積された電力に応じた電圧が所定の閾値より大きくなったときに、当該電力を前記パルス信号生成手段に供給することにより当該パルス信号生成手段を起動させる起動手段と、を更に備え、前記パルス信号生成手段は、前記変調処理が施されたクロック信号に基づいて前記パルス信号を生成することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、狭帯域アンテナにより質問器からの電波を受信し、当該受信に起因してパルス信号を生成し、当該パルス信号を広帯域アンテナにより送信するように構成したので、通信距離を大幅に延ばすことができる。更に質問器からの電波から電力を抽出してパルス信号生成手段に供給するように構成したので、応答器を小型化できると共に、通信距離を大幅に延ばすことができる。更に電力供給手段からの電力の供給に起因してパルス信号生成手段がパルス信号を生成するように構成したので、確実に必要なパルス信号を生成でき安定して、通信距離を延ばすことができる。更に蓄積された電力に応じた電圧が所定の閾値より大きくなったときに、当該電力をパルス信号生成手段に供給することにより当該パルス信号生成手段を起動させるように構成したので、所定期間、所定電力のパルス信号を送信することができるので、通信距離を延ばすことができる。更に応答器固有の情報を送信することができる。更に応答器側でクロック信号を生成するためのクロック信号生成手段が不要となるので、応答器を小型化できると共に、消費電力を低下させることができるので、通信距離を延ばすことができる。更に擬似ランダム符号によりパルス信号のパルス間隔が変調されるので、特定の周波数において電力のピークが生じず、他の通信にも妨害を与える恐れがなくなる。更に、擬似ランダム符号に基づいて相関をとることにより高感度の受信を行うことができる。質問器からの電波を効果良く（効率良く）受信することができるため、通信距離を延ばすことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の応答器に対して電波を送信し且つ当該応答器からの前記パルス信号を受信する質問器であって、請求項１に記載された応答器に対して電波を送信し且つ当該応答器からの前記パルス信号を受信する質問器であって、クロック信号を生成するクロック信号生成手段と、前記生成されたクロック信号に対して変調処理を施すクロック信号変調手段と、前記変調処理が施されたクロック信号に基づいて参照信号を生成する参照信号生成手段と、前記応答器に備えられた擬似ランダム符号生成手段により生成される擬似ランダム符号と同一の擬似ランダム符号を生成する擬似ランダム符号生成手段と、前記生成されたクロック信号に基づいて前記電波を変調する電波変調手段と、前記変調された電波を送信し、所定の周波数で共振する狭帯域アンテナと、前記応答器からの前記パルス信号を受信する広帯域アンテナと、前記受信されたパルス信号を検出するパルス信号検出手段と、前記検出されたパルス信号から情報を抽出する情報抽出手段と、を備え、前記パルス信号検出手段は、前記受信されたパルス信号と前記生成された参照信号との相関をとることにより前記パルス信号を検出し、前記クロック信号変調手段は、前記擬似ランダム符号に基づいて前記クロック信号に対して変調処理を施すことを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載された応答器に対して狭帯域アンテナにより電波を送信し且つ当該応答器からの前記パルス信号を広帯域アンテナにより受信し、当該パルス信号を検出するように構成したので、通信距離を大幅に延ばすことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の応答器と、請求項２に記載の質問器とを備え、パルス信号を送受信することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の質問器において、質問器が電波を送信することにより応答器がメモリから送信すべき情報を読み出して、当該送信すべき情報に基づき変調されたパルス信号により質問器に前記情報を返信することを特徴とする。

狭帯域アンテナにより質問器からの電波を受信し、当該受信に起因してパルス信号を生成し、当該パルス信号を広帯域アンテナにより送信するので、通信距離を大幅に延ばすことができる。

以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、無線通信システムに対して本発明を適用した場合の実施形態である。

始めに、図１を参照して、本発明のパルス信号送受信システムの一実施形態である無線通信システムの構成及び機能について説明する。なお、図１は、本実施形態に係る無線通信システムの概要構成例を示す図である。

図１に示すように、無線通信システムＳは、質問器１と、応答器２とを備えて構成されており、パルス信号（パルス波）を用いて質問器１と応答器２との間で無線通信を行うようになっている。

より具体的には、質問器１は、応答器２に対して電波Ｓdを送信（送出）する。これに対し、応答器２は、質問器１から送出され、空間（例えば、空気中）又は電波Ｓdを伝搬可能な媒体等の伝搬媒体を伝搬してきた電波Ｓdを受信し、当該電波の受信に起因して、パルス信号Ｓp（パルス波）を生成し、これを質問器１に対して送信（送出）する。そして、質問器１は、応答器２から送出され、上記伝搬媒体を伝搬してきたパルス信号Ｓpを受信し、これを検出する。

ここで、上記パルス信号Ｓpは、例えば数ＧＨｚにわたる超広帯域幅（ＵＷＢ：Ultra Wideband）の無線通信において用いられるものであり、例えば１ｎｓ（ナノ秒）以下のインパルス状のパルス信号である。

このような無線通信において、質問器１と応答器２との間で所定の情報の授受が行われることになる。

当該無線通信システムＳにおける質問器１と応答器２の構成及び機能等には、様々な態様があるので、それらの態様について、以下の第１の実施形態から第５の実施形態に分けて詳しく説明する。

（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態に係る応答器の構成及び機能について図２を参照して説明する。なお、図２は、第１の実施形態に係る応答器の概要構成例を示す図である。

図２に示すように、応答器２は、受信アンテナとして所定の周波数に同調する狭帯域（共振型）アンテナ２１と、電力供給手段としての電力供給回路（ＰＷＲ）２２と、パルス信号生成手段としてのパルス生成回路２３と、広帯域（例えば、占有周波数帯幅が６ＧＨｚを超える帯域幅）アンテナ２４と、を備えている。

狭帯域アンテナ２１は、質問器１からの電波（例えば連続波）Ｓdを受信し、その電波Ｓdに対応する高周波信号を電力供給回路２２に出力する。

電力供給回路（ＰＷＲ）２２は、整合回路２２ａ、電力蓄積手段としての電力蓄積回路２２ｂ、電圧検出回路２２ｃ、及び起動手段としての起動回路２２ｄを備えて構成されており、狭帯域アンテナ２１により受信された電波（高周波信号）Ｓdから電力を抽出してパルス生成回路２３に供給するようになっている。

整合回路２２ａは、狭帯域アンテナ２１の出力（入力）インピーダンスと電力蓄積回路２２ｂの入力インピーダンスを整合するためのものであり、狭帯域アンテナ２１からの高周波信号を損失なく（反射することなく）電力蓄積回路２２ｂに伝送する。電力蓄積回路２２ｂは、整合回路２１ａからの高周波信号をＤｉによる整流回路によって整流し、コンデンサ（キャパシタ）Ｃ２により充電することによって電力を蓄積する（電力を抽出する）。

電圧検出回路２２ｃは、抵抗Ｒ１，Ｒ２及びコンデンサＣ１を備え、コンデンサＣ２により充電された電圧（蓄積された電力に応じた電圧）を検出するようになっており、起動回路２２ｄは、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）を備え、電圧検出回路２２ｃにより検出された電圧が所定の閾値より大きくなったときに（つまり、抵抗Ｒ１とＲ２の接続点の電圧（ＦＥＴのゲートへのバイアス電圧）がＦＥＴの動作電圧より大きくなったときに）、ＦＥＴがオン動作し、コンデンサＣ２により蓄積された電力をパルス生成回路２３に供給することにより当該パルス生成回路２３を起動させるようになっている。

パルス生成回路２３は、クロック信号生成手段としてのクロック発振器２３ａ、メモリ２３ｂ、変調器２３ｃ、擬似ランダム符号発生手段としての擬似ランダム符号発生器２３ｄ、クロック信号変調手段としての遅延器２３ｅ、及びパルス発生器２３ｆを備えて構成されており、狭帯域アンテナ２１による電波Ｓdの受信に起因して電力供給回路２２から供給される電力により動作し、パルス信号Ｓpを生成するようになっている。

クロック発振器２３ａは、クロック発振することによって、クロック信号を生成し、遅延器２３ｅに出力する。メモリ２３ｂは、例えば不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）等からなっており、ここには、送信すべき情報（例えば、当該応答器の識別情報（ＩＤ））が記憶保持されている。変調器２３ｃは、メモリ２３ｂから送信すべき情報を読み出し、それを送信すべき情報に応じた符号に変調させ、遅延器２３ｅに出力する。擬似ランダム符号発生器２３ｄは、擬似ランダム符号を生成（発生）し、遅延器２３ｅに出力する。

遅延器２３ｅは、変調器２３ｃからの送信すべき情報に応じた符号に基づき、クロック発振器２３ａからのクロック信号に対して変調（例えば、連続するクロック信号の間隔を変化（間隔変調）させる、言い換えれば、クロック信号を所定時間遅延させる）処理を施すようになっており、更に、遅延器２３ｅは、擬似ランダム符号発生器２３ｄからの擬似ランダム符号をも用いて当該クロック信号に対して変調処理を施した後、その変調処理が施されたクロック信号をパルス発生器２３ｆに出力する。

パルス発生器２３ｆは、遅延器２３ｅからの変調処理が施されたクロック信号に基づいてパルス信号Ｓpを生成（発生）、つまり、当該クロック信号をパルスに整形（例えばパルス幅が１ｎｓ（ナノ秒）以下）してパルス信号Ｓpを生成して広帯域アンテナ２４に出力する。

広帯域アンテナ２４は、パルス発生器２３ｆからのパルス信号Ｓpを質問器２に対して送信（送出）するようになっている。なお、本実施形態においては、広帯域アンテナ２４は、微分特性を有している。

このように、連続波ではなく、幅の短いパルス信号（パルス波）Ｓpが送信されるので、平均電力が同じであれば、パルス信号Ｓpの方がピーク電力が高くなり、通信距離を延ばすことができる。また、上記構成においては、特に、電力消費の大きいコントローラを必要としないため、消費電力が小さく通信距離を延ばすことができる。

なお、質問器１からの電波（例えば、連続波）Ｓdの電界強度が弱い場合には、電力供給回路２２における上記閾値を大きくし、当該電波Ｓdから抽出される電力の蓄積時間を長くして必要な電力が蓄積された後、パルス生成回路２３を起動させるように構成すれば、より通信距離を延ばすことができる。

次に、第１の実施形態に係る質問器の構成及び機能について図３を参照して説明する。なお、図３は、第１の実施形態に係る質問器の概要構成例を示す図である。

図３に示すように、質問器１は、電波送信部１１、パルス信号受信部１２、及びコントローラ１３を備えて構成されている。なお、当該質問器１には、図示しない電源から電力が供給されるようになっている。

電波送信部１１は、高周波信号を発振する発振器１１ａと、当該高周波信号に対して変調処理を施す電波変調手段としての変調器１１ｂと、変調処理が施された高周波信号を増幅する増幅器１１ｃと、増幅された高周波信号に応じた電波（例えば、連続波）Ｓdを応答器２に対して送信（送出）する狭帯域アンテナ１１ｄと、を備えている。

ここで、変調器１１ｂは、コントローラ１３からの制御信号に従って、発振器１１ａにより発振された高周波信号を、例えば、振幅が変化するように振幅変調（ＡＭ又はＡＳＫ）させる。

パルス信号受信部１２は、クロック信号生成手段としてのクロック発振器１２ａ、擬似ランダム符号生成手段としての擬似ランダム符号発生器１２ｂ、クロック信号変調手段としての遅延器１２ｃ、参照信号生成手段としてのテンプレートパルス発生器１２ｄ、広帯域アンテナ１２ｅ、及びパルス信号検出手段としての相関器１２ｆ、及び情報抽出手段としての復号器１２ｇを備えている。

クロック発振器１２ａは、クロック発振することによって、クロック信号を生成し、遅延器１２ｃに出力する。

擬似ランダム符号発生器１２ｂは、擬似ランダム符号を生成（発生）し、遅延器１２ｃに出力する。この擬似ランダム符号は、応答器２における擬似ランダム符号発生器２３ｄにより生成される擬似ランダム符号と同一の擬似ランダム符号に設定されている。

遅延器１２ｃは、擬似ランダム符号発生器２３ｄからの擬似ランダム符号に基づいてクロック発振器１２ａからのクロック信号に対して変調処理を施し（例えば、クロック信号を擬似ランダムな時間遅延させ（つまり、連続するクロック信号の間隔を変化させ（間隔変調））た後、その変調処理が施されたクロック信号をテンプレートパルス発生器１２ｄに出力する。

テンプレートパルス発生器１２ｄは、遅延器１２ｃからの変調処理が施されたクロック信号をパルスに整形してパルス信号を生成（発生）し、かかるパルス信号に基づき参照信号Ｓrefを生成（例えば、かかるパルス信号に対し所定回数微分処理を施し、波形整形を行って生成）して相関器１２ｆに出力するようになっている。生成された参照信号Ｓrefは、例えば、相関器１２ｆにおいて、当該参照信号Ｓrefと、応答器２からのパルス信号との相関がとれるタイミングを見計らって出力される（かかるタイミングは、コントローラ１３からの制御信号に基づき遅延器１２ｃにより調整（例えば参照信号Ｓrefを当該タイミングまで遅延させる）される）。

広帯域アンテナ１２ｅは、応答器２からのパルス信号を受信し、相関器１２ｆに出力する。なお、本実施形態においては、広帯域アンテナ１２ｅは、微分特性を有している。

相関器１２ｆは、テンプレートパルス発生器１２ｄからの参照信号Ｓrefと、広帯域アンテナ１２ｅからのパルス信号Ｓpとの相関をとる（つまり、参照信号Ｓrefとパルス信号Ｓpとを比較する）ことによりパルス信号Ｓpを検出して復調し、その相関値（例えば、「０」又は「１」の値）を復号器１２ｇに出力する。このとき、更に、擬似ランダム符号に関する相関も同時にとられる。

復号器１２ｇは、相関器１２ｆからの相関値に基づき、情報（応答器２からのパルス信号Ｓpにより搬送された情報）を復号（抽出）し、コントローラ１３に出力する。

コントローラ１３は、復号器１２ｇから得た情報に基づき、例えば、その情報を外部に出力（表示出力、ＰＣやネットワークへの出力、又は音声出力）するなどの制御を行う。

このように、パルス信号が存在する短い期間のみ、受信及び相関処理を行うことで、パルス信号が存在しない期間のノイズを除去できるので、Ｓ／Ｎ比が向上し、通信距離を延ばすことができる。このとき、擬似ランダム符号に関する相関もとるため、更に、Ｓ／Ｎ比が向上し、通信距離を延ばすことができる。

次に、第１の実施形態に係る無線通信システムＳの動作、及び当該動作において伝搬される信号の波形等について図４及び図５等を参照して説明する。なお、図４は、質問器１から送信される電波Ｓdの波形例を示す図であり、図５は、無線通信システムＳの各部分におけるパルス信号Ｓpの波形例を示す図である。

先ず、質問器１の電波送信部１１において、発振器１１ａから発振された高周波信号が、変調器１１ｂにより例えば断続的な連続波になるように振幅変調された後、狭帯域アンテナ１１ｄにより例えば図４に示すような波形の電波（断続的な連続波）Ｓdが応答器２に対して送信される。図４に示す電波Ｓdにおいては、タイミングＸで連続波が発生しており、タイミングＹで連続波が無くなり（振幅０）、タイミングＺで再び連続波が発生する（それ以降も同様）ようになっている。もちろん、タイミングＹからＺの間の連続波が無くなる期間を設けなくてもよいが（断続的な連続波でなくともよい）、後述するように、タイミングＹからＺの間の連続波が無くなる期間内でパルス信号Ｓpを送信するように構成すれば、応答器２から送信されるパルス信号Ｓpが連続波の影響を受けることを防止することができる。

次に、応答器２において、質問器１からの電波Ｓdが狭帯域アンテナ２１により受信され、その電波Ｓdに対応する高周波信号が電力供給回路２２に出力される。そして、電力供給回路２２の電力蓄積回路２２ｂにおいてコンデンサＣ２に電圧が充電されていき、その充電電圧が所定の閾値より大きくなったときに起動回路２２ｄが動作し、コンデンサＣ１に蓄えられた電力がパルス生成回路２３に供給される。パルス生成回路２３に電力供給がなされると、クロック発振器２３ａによりクロック信号が生成され遅延器２３ｅに出力される。また、擬似ランダム符号発生器２３ｄにより擬似ランダム符号が生成され遅延器２３ｅに出力される。更に、変調器２３ｃによりメモリ２３ｂから送信すべき情報が読み出され、変調された送信すべき情報に応じた符号が遅延器２３ｅに出力される。

そして、遅延器２３ｅより、擬似ランダム符号及び送信すべき情報に応じた符号に基づき、クロック信号に対して変調処理が施されパルス発生器２３ｆに出力される。例えば、遅延器２３ｅは、擬似ランダム符号により連続するクロック信号の間隔を変化させると共に、送信すべき情報に応じた符号により各クロック信号を進めたり遅らせたり（例えば基準位置ｔ0に対し、送信すべき情報に係るデータが「１」ならば、クロック信号をパルス生成回路２３で生成されるパルス信号のパルス幅の略１／４進め、当該データが「０」ならば、当該パルス幅の略１／４遅らせる）する。

続いて、パルス発生器２３ｆにより変調処理が施されたクロック信号に基づいて、例えば図５（Ａ）に示すような波形のパルス信号Ｓpが生成され、広帯域アンテナ２４に出力される。続いて、そのパルス信号Ｓpは、広帯域アンテナ２４にて微分され、例えば図５（Ｂ）に示すような波形のパルス信号Ｓpが質問器１に対して送信される。

ここで、図６に、応答器２の電力供給回路２２における充電電圧と応答器２からのパルス信号Ｓpの送信タイミングとの関係を示す。なお、図６（Ａ）は、電力供給回路２２における充電電圧を、図６（Ｂ）は、擬似ランダム符号により間隔変調されたパルス信号Ｓpを、図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）のパルス信号Ｓpの拡大波形を、夫々示している。また、図４におけるタイミングＸ，Ｙ，Ｚは、夫々、図６におけるタイミングＸ，Ｙ，Ｚに対応している。

図６（Ａ）に示すように、狭帯域アンテナ２１により受信された電波（図４に示す断続的な連続波）Ｓdにより、タイミングＸから電力供給回路２２における充電電圧が徐々に上昇していきタイミングＹで当該充電電圧が所定の閾値より大きくなる。ここで、質問器１は、図４に示すＸ〜Ｙの期間（連続波送信期間）を除々に長くして返信パルス信号を受信したか否かを判定し、図４に示すように連続波が無くなるように構成してもよい。その後のタイミングＹからＺまでの期間においては、蓄積された電力がパルス生成回路２３に供給されていき、且つ連続波による電力の蓄積がなされないので、電力供給回路２２における充電電圧が下降することになる。そして、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、このタイミングＹからＺまでの期間で、擬似ランダム符号により間隔変調されたパルス信号Ｓpが応答器２から送信されることになる。この期間に応答器２からパルス信号Ｓpを送信することにより、質問器１にて連続波の影響を受けない高感度な受信ができ、通信距離を延ばすことができる。

次に、質問器１のパルス信号受信部１２において、応答器２からのパルス信号Ｓpが広帯域アンテナ１２ｅにより受信され、そこで、これらの信号が微分され、図５（Ｃ）に示すような波形のパルス信号Ｓpが相関器１２ｆに出力される。一方、質問器１のパルス信号受信部１２において、クロック発振器１２ａにより生成されたクロック信号は、遅延器１２ｃより、擬似ランダム符号（応答器２と同一の擬似ランダム符号）に基づき変調処理が施された後、テンプレートパルス発生器１２ｄに出力され、そこで、参照信号Ｓrefが
生成され相関器１２ｆに出力される。

そして、相関器１２ｆにおいて、テンプレートパルス発生器１２ｄからの参照信号Ｓrefと、広帯域アンテナ１２ｅからのパルス信号Ｓpとの相関がとられ、その相関値が復号器１２ｇに出力され、その相関値に基づき復号器１２ｇにより情報（応答器２からのパルス信号Ｓpにより搬送された情報）が復号（抽出）され、コントローラ１３に出力される。

ここで、図７に、質問器１における相関器１２ｆにおいて、パルス信号Ｓpと参照信号Ｓrefとの相関がとられる様子の一例を示す。図７（Ａ）では、パルス信号Ｓp（実線）が基準位置ｔ0に対し、パルス幅の略１／４進められており（応答器２の遅延器２３ｅによる）、参照信号Ｓref（破線）との相関値が「正」となり、ビット“１”と判定される。一方、図７（Ｂ）では、パルス信号Ｓpが基準位置ｔ0に対し、パルス幅の略１／４遅らせられており（応答器２の遅延器２３ｅによる）、参照信号Ｓrefとの相関値が「負」となり、ビット“０”と判定される。

また、図８（Ａ）に、擬似ランダム符号により変調された参照信号Ｓrefの一例を示し、図８（Ｂ）に、質問器１における相関器１２ｆにおいて、擬似ランダム符号により変調されたパルス信号Ｓpと参照信号Ｓrefとの相関がとられる様子の一例を示す。図８（Ｂ）に示すように、期間Ｔ１においては、パルス信号Ｓp（実線）と参照信号Ｓref（破線）との相関値が正となり、ビット“１”と判定され、期間Ｔ２においては、パルス信号Ｓpと参照信号Ｓrefとの相関値が負となり、ビット“０”と判定されるので、応答器２にて変調された信号が復調される。このように、単一のパルス信号のみの相関ではなく、擬似ランダム符号でパルス間隔が変調された所定期間（Ｔ１やＴ２）の全パルス信号においても相関をとることにより、信号出力が増加し、通信距離を延ばすことができる。また、パルス間隔を擬似ランダムとすることにより特定の周波数において電力のピークが生じず、他の通信にも妨害を与える恐れがなくなる。

以上説明したように、上記第１の実施形態によれば、応答器２の狭帯域アンテナ２１により質問器１からの連続波を受信して電力を抽出してパルス生成回路２３に供給するように構成したので、応答器２を小型化できると共に、供給された電力によりパルス信号Ｓpを生成して、そのパルス信号Ｓpを搬送波として送信すべき情報を質問器２に送信するように構成したので、通信距離を大幅に延ばすことができる。

なお、上記第１の実施形態においては、狭帯域アンテナ２１により受信された電波Ｓdから電力を抽出してパルス生成回路２３に供給する電力供給回路２２を備えるように構成したが、別の例として、電力供給回路２２の代わりに小型の電池等の電源手段を備え、例えば、狭帯域アンテナ２１による電波Ｓdの受信に起因して（トリガとなって）、当該電源手段からパルス生成回路２３に電力を供給するように構成してもよい。このように構成すれば、電源手段を備えさせる分、応答器２の大きさが大きくなるが、上記第１の実施形態と同様、通信距離を大幅に延ばすことができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る応答器の構成及び機能について図９を参照して説明する。なお、図９は、第２の実施形態に係る応答器の概要構成例を示す図である。また、第２の実施形態に係る応答器の構成及び機能は、基本的には第１の実施形態に係る応答器の構成及び機能と同じであるので、同一の構成部分については、同一の符号を付し、重複する部分の説明を省略する。また、第２の実施形態に係る質問器の構成及び機能は、第１の実施形態に係る質問器の構成及び機能と同一であるので、説明を省略する。

第２の実施形態に係る応答器２ａは、第１の実施形態に係る応答器２における構成要素に加え、図９に示すように、狭帯域アンテナ２１により受信された電波Ｓdを検波して検波信号を生成する検波信号生成手段としての検波回路２５、及び当該検波信号に基づいて当該応答器２ａの動作制御を行う制御手段としてのコントローラ２６を備える。

このような構成において、質問器２から送信された例えば図４に示すような波形の電波（断続的な連続波）Ｓdが、応答器２ａの狭帯域アンテナ２１により受信され、整合回路２２ａを介して検波回路２５に出力される。そして、検波回路２５により電波Ｓdが検波されて検波信号が生成され、コントローラ２６に出力される。

コントローラ２６には、電力供給回路２２から電力が供給されるようになっており、当該コントローラ２６は、検波信号に基づき、例えば図４に示す電波Ｓdの連続波が途切れたことを検出（タイミングＹを検出）し、それにより電力供給回路２２やパルス生成回路２３を制御する。例えば、コントローラ２６は、連続波が途切れたことを検出したときに、起動回路２２ｄを制御してパルス生成回路２３への電力供給したり、クロック発振器２３ａやパルス発生器２３ｆを制御してパルス信号Ｓpの発生させたりする（つまり、パルス信号Ｓpの発生タイミングを制御する）。

以上説明したように、上記第２の実施形態によれば、第１の実施形態における効果を奏すると共に、更に、連続波が途切れたことを検出できるので、より正確に、連続波が無い期間（例えば図４に示すタイミングＹからＺまでの期間）で、パルス信号Ｓpを質問器１に送信することができ、従って、質問器１にて連続波の影響を受けない高感度な受信ができ、通信距離を延ばすことができる。

また、別の例として、質問器１において、コントローラ１３からの制御信号により変調器１１ｂが、応答器２ａのメモリ２３ｂに記憶された情報の指定（例えば、その情報の種類や、メモリの記憶領域のアドレスなど）や擬似ランダム符号の種類を含むように電波Ｓdを変調し、その変調された電波Ｓdを質問器１から応答器２ａに送信する。そして、検波回路２５によりその変調された電波Ｓdが検波されて検波信号が生成され、それが応答器２ａのコントローラ２６に出力されると、当該コントローラ２６は、その検波信号から応答器２ａのメモリ２３ｂに記憶された情報の指定や擬似ランダム符号の種類を判別して、指定された情報をメモリ２３ｂから変調器２３ｃに出力させたり、擬似ランダム符号の種類を擬似ランダム符号発生器２３ｄに出力（通知）させるように構成してもよい。また、応答器２ａのコントローラ２６に検波信号が出力されると、当該コントローラ２６は、指定された情報や予め設定された情報や予め設定された情報をメモリ２３ｄに書き込むように構成してもよい。このように構成すれば、質問器１から送信する電波Ｓdにより、応答器２ａに電力を供給すると共に、応答器２ａを制御することが可能となる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る質問器及び応答器の構成及び機能について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は、第３の実施形態に係る質問器の概要構成例を示す図であり、図１１は、第３の実施形態に係る応答器の概要構成例を示す図である。

また、第３の実施形態に係る質問器及び応答器の構成及び機能は、基本的には第１の実施形態に係る質問器及び応答器の構成及び機能と同じであるので、同一の構成部分については、同一の符号を付し、重複する部分の説明を省略する。

先ず、第３の実施形態に係る質問器１ｂにおいては、第１の実施形態に係る質問器１と比較すると、図１０に示すように、クロック発信器１２ａからのクロック信号Ｓcが遅延器１２ｃばかりでなく、変調器１１ｂにも出力されている。これにより、当該変調器１１ｂは、電波変調手段として、クロック発信器１２ａからのクロック信号Ｓcに基づき、発振器１１ａにより発振された高周波信号に対して変調処理を施し（つまり、連続波でクロック信号を搬送すべく周波数変調や振幅変調処理を施す）、増幅器１１ｃを介して狭帯域アンテナ１１ｄに出力するようになっている。そして、狭帯域アンテナ１１ｄは、そのように変調された電波Ｓdを送信器２ｂに出力する。

次に、第３の実施形態に係る応答器２ｂは、第１の実施形態に係る応答器２における構成要素に加え、図１１に示すように、狭帯域アンテナ２１により受信された電波Ｓdを検波してクロック信号Ｓcを抽出するクロック信号抽出手段としての検波回路（クロック）２７を備える。一方、当該応答器２ｂには、第１の実施形態に係る応答器２におけるクロック発振器２３ａが除かれている。

即ち、応答器２ｂにおいては、クロック発振器２３ａからのクロック信号の代わりに、検波回路（クロック）２７にて抽出されたクロック信号Ｓcが遅延器２３ｅに供給される。当該遅延器２３ｅにおいては、第１の実施形態と同様、変調器２３ｃからの送信すべき情報に応じた符号及び擬似ランダム符号発生器２３ｄからの擬似ランダム符号に基づき、当該クロック信号Ｓcに対して変調処理を施してパルス発生器２３ｆに出力することになる。

以上説明したように、上記第３の実施形態によれば、第１の実施形態における効果を奏すると共に、更に、クロック信号を生成するためのクロック発振器が不要となるので、応答器２ｂを小型化できると共に、消費電力を低下させることができるので、通信距離を延ばすことができる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る質問器及び応答器の構成及び機能について図１２及び図１３を参照して説明する。なお、図１２は、第４の実施形態に係る質問器の概要構成例を示す図であり、図１３は、第４の実施形態に係る応答器の概要構成例を示す図である。

また、第４の実施形態に係る質問器及び応答器の構成及び機能は、基本的には第１の実施形態に係る質問器及び応答器の構成及び機能と同じであるので、同一の構成部分については、同一の符号を付し、重複する部分の説明を省略する。

先ず、第４の実施形態に係る質問器１ｃは、第１の実施形態に係る質問器１と比較すると、図１２に示すように、第１の実施形態に係る質問器１における遅延器１２ｃの代わりに、送信遅延器１２ｈ及び遅延手段としての受信遅延器１２ｉを備える（その他の構成要素は、第１の実施形態に係る応答器２と同様）。つまり、遅延器１２ｃの機能は、送信遅延器１２ｈ及び受信遅延器１２ｉにより分割されることになる。

送信遅延器１２ｈは、擬似ランダム符号発生器２３ｄからの擬似ランダム符号に基づいてクロック発振器１２ａからのクロック信号に対して変調処理を施し、その変調処理が施された（擬似ランダムに間隔変調された）変調クロック信号Ｓcrを変調器１１ｂ及び受信遅延器１２ｉに出力するようになっている。

これにより、当該変調器１１ｂは、電波変調手段として、クロック発信器１２ａからの変調処理が施された変調クロック信号Ｓcrに基づき、発振器１１ａにより発振された高周波信号に対して変調処理を施し（つまり、連続波で、擬似ランダム符号により変調処理が施されたクロック信号を搬送すべく周波数変調や振幅変調処理を施す）、増幅器１１ｃを介して狭帯域アンテナ１１ｄに出力するようになっている。そして、狭帯域アンテナ１１ｄは、そのように変調された電波Ｓdを送信器２ｃに出力する。

また、受信遅延器１２ｉは、クロック発信器１２ａからの変調処理が施された変調クロック信号Ｓcrを所定時間遅延（コントローラ１３からの制御信号に基づき、参照信号Ｓrefとパルス信号Ｓpとの相関がとれるタイミングまで遅延）させ、テンプレートパルス発生器１２ｄに出力する。

また、第１の実施形態に係る質問器１における送信用の狭帯域アンテナ及び受信用の広帯域アンテナの代わりに、方向性結合器１１ｅと、送受信用広帯域アンテナ１１ｆと、を備える。

方向性結合器１１ｅとは、増幅部１１ｃから出力される送信信号を広帯域アンテナ１１ｆに伝えると共に、広帯域アンテナ１１ｆで受信したパルス信号を相関器１２ｆに伝える働きをする。このとき、増幅器１１ｃから出力される信号が相関器１２ｆに伝えられないよう、質問器１から送出される送信信号の周波数に合ったものを用いる。

次に、第４の実施形態に係る応答器２ｃは、第１の実施形態に係る応答器２における構成要素に加え、図１３に示すように、受信アンテナ２１ａと、当該受信アンテナ２１ａにより受信された電波Ｓdを検波して変調処理が施された変調クロック信号Ｓcrを抽出する変調クロック抽出手段としての検波回路（変調クロック）２８と、を備える。なお、質問器１ｃからの電波Ｓdは、擬似ランダム符号により周波数拡散されているので、受信アンテナ２１ａとしては、所定の拡散範囲おいて同調する受信アンテナが用いられる。

一方、当該応答器２ｃには、第１の実施形態に係る応答器２におけるクロック発振器２３ａ及び擬似ランダム符号発生器２３ｄが除かれている。

即ち、応答器２ｃにおいては、クロック発振器２３ａからのクロック信号及び擬似ランダム符号発生器２３ｄからの擬似ランダム符号の代わりに、検波回路（変調クロック）２８にて抽出された擬似ランダムに間隔変調された変調クロック信号Ｓcrが遅延器２３ｅに供給される。当該遅延器２３ｅにおいては、変調器２３ｃからの送信すべき情報に応じた符号に基づき、当該変調クロック信号Ｓcrに対して変調処理を施してパルス発生器２３ｆに出力することになる。

以上説明したように、上記第４の実施形態によれば、第１の実施形態における効果を奏すると共に、更に、クロック信号を生成するためのクロック発振器及び擬似ランダム符号を生成するための擬似ランダム符号発生器が不要となるので、応答器２ｃを小型化できると共に、消費電力を低下させることができるので、通信距離を延ばすことができる。また、応答器２ｃのパルス発生器２３ｆに入力されるクロック信号における擬似ランダム符号は、質問器１側で設定されたものであるので、質問器１における相関器１２ｆにおいて、参照信号Ｓrefとパルス信号Ｓpとの同期をとり易くすることができる。

また、質問器１において送信に用いる狭帯域アンテナと、受信に用いる広帯域アンテナを兼用できるので、質問器１を小型化することができる。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係る応答器の構成及び機能について図１４を参照して説明する。なお、図１４は、第５の実施形態に係る応答器の概要構成例を示す図である。また、第５の実施形態に係る応答器の構成及び機能は、基本的には第１の実施形態に係る応答器の構成及び機能と同じであるので、同一の構成部分については、同一の符号を付し、重複する部分の説明を省略する。また、第５の実施形態に係る質問器の構成及び機能は、第１の実施形態に係る質問器の構成及び機能と同一であるので、説明を省略する。

第５の実施形態に係る応答器２ｄには、図９に示すように、狭帯域アンテナ２１は備えられておらず、電波受信用の受信アンテナと、パルス送信用の広帯域アンテナ２４とは、アンテナ素子Ａ１，Ａ２が兼用されるようになっており、アンテナ素子Ａ１，Ａ２は、伝送路２９ａ，２９ｂを介してパルス生成回路２３におけるパルス発生器２３ｆに接続されていると共に、伝送路を含むＬＣ直列フィルタ２９ｃ，２９ｄを介して電力供給回路２２における整合回路２２ａに接続されている。

そして、広帯域アンテナ２４では、第１の実施形態と同様、パルス生成回路２３により生成されたパルス信号Ｓpを質問器１に対して送信し、且つ、質問器１からの電波Ｓdも受信するようになっている。この広帯域アンテナ２４により受信された電波Ｓdに対応する信号のうち、特定周波数の信号がＬＣ直列フィルタ２９ｃ，２９ｄで分離され、電力供給回路２２における整合回路２２ａに供給される。そして、供給された信号から電力が抽出され、蓄積されることになる。

このように、第５の実施形態によれば、アンテナを共用することにより狭帯域アンテナが不要となり、小型化することができると共に、電力供給回路２２の電力供給によりパルス生成回路２３によりパルス信号Ｓpが生成され、広帯域アンテナ２４から送信されたときにも、ＬＣ直列フィルタ２９ｃ，２９ｄにより当該パルス信号Ｓpが整合回路２２ａに回り込むことを最小限に抑えることができ、歪の小さいパルス信号Ｓpを送信することができる。

なお、上記実施形態においては、パルス生成回路２３により生成されるパルス信号Ｓpは、その間隔を変化させることによって送信すべき情報を変調するように構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、パルス信号の極性を変化させることによって送信すべき情報を変調するように構成してもよいし、パルス信号の振幅を変化させることによって送信すべき情報を変調するように構成してもよいし、更には、パルス信号の有無によって送信すべき情報を変調するように構成してもよい。

また、上記実施形態において、応答器が複数存在する場合には、応答器毎に固有の擬似ランダム符号を割り当てるように構成しても良い。

また、上記実施形態において、質問器は、連続波を用いて他の無線機や質問器と通信を行っても良く、この場合、例えばフレームの切れ目や送受信の切り換え時等に応答器がパルス信号を送信すればよい。

本実施形態に係る無線通信システムの概要構成例を示す図である。 第１の実施形態に係る応答器の概要構成例を示す図である。 第１の実施形態に係る質問器の概要構成例を示す図である。 質問器１から送信される電波Ｓdの波形例を示す図である。 無線通信システムＳの各部分におけるパルス信号Ｓpの波形例を示す図である。 応答器２の電力供給回路２２における充電電圧と応答器２からのパルス信号Ｓpの送信タイミングとの関係を示す図である。 質問器１における相関器１２ｆにおいて、パルス信号Ｓpと参照信号Ｓrefとの相関がとられる様子の一例を示す図である。 （Ａ）は、擬似ランダム符号により変調された参照信号Ｓrefの一例を示し、図８（Ｂ）は、質問器１における相関器１２ｆにおいて、擬似ランダム符号により変調されたパルス信号Ｓpと参照信号Ｓrefとの相関がとられる様子の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る応答器の概要構成例を示す図である。 第３の実施形態に係る質問器の概要構成例を示す図である。 第３の実施形態に係る応答器の概要構成例を示す図である。 第４の実施形態に係る質問器の概要構成例を示す図である。 第４の実施形態に係る応答器の概要構成例を示す図である。 第５の実施形態に係る応答器の概要構成例を示す図である。

１ 質問器
２ 応答器
１１ 電波送信部
１１ａ 発振器
１１ｂ 変調器
１１ｃ 増幅器
１１ｄ 狭帯域アンテナ
１１ｆ 送受信用広帯域アンテナ
１１ｅ 方向性結合器
１２ パルス信号受信部
１２ａ クロック発振器
１２ｂ 擬似ランダム符号発生器
１２ｃ 遅延器
１２ｄ テンプレートパルス発生器
１２ｅ 広帯域アンテナ
１２ｆ 相関器
１２ｇ 復号器
１２ｈ 送信遅延器
１２ｉ 受信遅延器
１３ コントローラ１３
２１ 狭帯域アンテナ
２２ 電力供給回路
２２ａ 整合回路
２２ｂ 電力蓄積回路
２２ｃ 電圧検出回路
２２ｄ 起動回路
２３ パルス生成回路
２３ａ クロック発振器
２３ｂ メモリ
２３ｃ 変調器
２３ｄ 擬似ランダム符号発生器
２３ｅ 遅延器
２３ｆ パルス発生器
２４ 広帯域アンテナ
２５ 検波回路
２６ コントローラ
２７ 検波回路（クロック）
２８ 検波回路（変調クロック）
２９ａ，２９ｂ 伝送路
２９ｃ，２９ｄ ＬＣ直列フィルタ
Ｓ 無線通信システム

Claims (4)

1. 電波を受信し、所定の周波数に共振する狭帯域アンテナと、
   前記狭帯域アンテナにより受信された電波から電力を抽出してパルス信号生成手段に供給する電力供給手段と、
   前記電力供給手段による電力の供給に起因してパルス信号を生成するパルス信号生成手段と、
   擬似ランダム符号を生成する擬似ランダム符号生成手段と、
   前記受信された電波を検波してクロック信号を抽出するクロック信号抽出手段と、
   送信すべき情報と前記擬似ランダム符号に基づいて前記クロック信号に対して変調処理を施すクロック信号変調手段と、
   前記送信すべき情報を記憶しておくメモリと、
   前記生成されたパルス信号を送信する広帯域アンテナと、
   を備え、
   前記電力供給手段は、
   前記抽出した電力を蓄積する電力蓄積手段と、
   前記蓄積された電力に応じた電圧が所定の閾値より大きくなったときに、当該電力を前記パルス信号生成手段に供給することにより当該パルス信号生成手段を起動させる起動手段と、を更に備え、
   前記パルス信号生成手段は、前記変調処理が施されたクロック信号に基づいて前記パルス信号を生成することを特徴とする応答器。
2. 請求項１に記載された応答器に対して電波を送信し且つ当該応答器からの前記パルス信号を受信する質問器であって、
   クロック信号を生成するクロック信号生成手段と、
   前記生成されたクロック信号に対して変調処理を施すクロック信号変調手段と、
   前記変調処理が施されたクロック信号に基づいて参照信号を生成する参照信号生成手段と、
   前記応答器に備えられた擬似ランダム符号生成手段により生成される擬似ランダム符号と同一の擬似ランダム符号を生成する擬似ランダム符号生成手段と、
   前記生成されたクロック信号に基づいて前記電波を変調する電波変調手段と、
   前記変調された電波を送信し、所定の周波数で共振する狭帯域アンテナと、
   前記応答器からの前記パルス信号を受信する広帯域アンテナと、
   前記受信されたパルス信号を検出するパルス信号検出手段と、
   前記検出されたパルス信号から情報を抽出する情報抽出手段と、
   を備え、
   前記パルス信号検出手段は、前記受信されたパルス信号と前記生成された参照信号との相関をとることにより前記パルス信号を検出し、
   前記クロック信号変調手段は、前記擬似ランダム符号に基づいて前記クロック信号に対して変調処理を施すことを特徴とする質問器。
3. 請求項１に記載の応答器と、請求項２に記載の質問器とを備え、
   パルス信号を送受信することを特徴とするパルス信号送受信システム。
4. 請求項３に記載の質問器において、
   質問器が電波を送信することにより応答器がメモリから送信すべき情報を読み出して、当該送信すべき情報に基づき変調されたパルス信号により質問器に前記情報を返信することを特徴とするパルス信号送受信システム。

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