JP4605048B2 - 主側通信装置および従側通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばパルス波形のような広帯域信号を用いた通信装置に関する。

米国に本部がある電気電子学会が制定したＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格に代表される無線ローカルエリアネットワーク（以下、ＬＡＮと記す）に適応した機器が、急速に普及してきている。さらに、音響映像（以下、ＡＶと記す）機器やパーソナルコンピュータを相互に無線等で接続することによって、シームレスなネットワークが確立される社会の到来が予想されている。このような背景により、小型で、かつ高速にデータ通信可能な装置を安価に実現する技術の確立が求められている。

その技術の一つとして、パルス状の変調信号を用いたウルトラワイドバンド（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ（以下、ＵＷＢと記す））と呼ばれる通信方式が注目されている。

図１１は、従来の通信装置の例であるＵＷＢ無線装置のブロック構成図である。本従来例は、複数の受信系を有する構成となっている。アンテナ１００１で受信した信号は、アンプ／フィルタ１００２で増幅および不要な信号を除去した後、自動利得調整部（以下、ＡＧＣと記す）１００３で利得調整をして、受信系１０１１ａ、１０１１ｂに入力される。ＡＧＣ１００３からの信号を、内部のパルス発生部１００７ａ、ｂで発生したパルス信号を用いて、ミキサ１００４ａ、ｂで相関処理を行う。

そして、フィルタ１００５ａ、１００５ｂで不要な信号を除去した後、アナログ・デジタル（以下、Ａ／Ｄと記す）変換器１００６ａ、１００６ｂで、デジタル信号に変換する。その後、制御部１０１０で相関度を判定して、ローカル発振（以下、ＬＯと記す）発生部１００９ａ、１００９ｂの信号を、相関度を高めるために、クロック制御信号によりタイミング発生部１００８ａ、１００８ｂのタイミングを制御して、同期捕捉及び保持を行う（例えば特許文献１参照）。

また、図１２は、他の従来の通信装置の例であるＵＷＢ通信装置のブロック構成である。図１２では、受信信号より得た受信電力レベル情報を、通信相手に返信し、送信電力を通信装置毎に変更することで、通信装置が複数の通信装置から受信する信号の電力レベルを等しくする送信電力制御技術が開示されている。

なお、送信電力制御技術は、ＵＷＢ特有の技術ではなく、広く無線通信に用いられる技術であり、図１２は、送信電力制御技術をＵＷＢに応用した一例を示すものである。本従来例は、複数の通信装置（図示せず）から送信されるインパルス列が、アンテナ２２０５を介して受信部２２０１で受信され、その受信特性が、測定部２２０２においてそれぞれ測定される。測定部２２０２は、信号対雑音比測定部２２０２Ａと、受信信号強度測定部２２０２Ｂと、誤り率測定部２２０２Ｃとを備えている。

この測定結果に基づいて、送信レベルの制御が必要な通信装置が検出され、その情報Ｓ２２０２を送信レベル制御情報生成部２２０３へ出力する。送信レベル制御情報生成部２２０３において、この検出された通信装置の送信レベルを制御するための送信レベル制御情報Ｓ２２０３が生成され、送信部２２０４から送信される。送信レベル制御情報を受信した通信装置の送信レベルが制御され、それぞれの通信装置から送信されるインパルス列の受信特性が等しくなることにより、受信部２２０１において、複数の通信装置から同時に送信されるインパルス列を、受信することが可能となる（例えば特許文献２参照）。
国際公開第０１／９３４４２号パンフレット 特開２００３−５１７６１号公報

しかしながら、複数の受信系を有し、相関度を判定して同期タイミングを調整する特許文献１に記載の従来構成では、複雑な判断フローで複数の受信系信号を高速に処理する必要があるため、受信部機器構成が複雑かつ大型化し、消費電力の増加、機器が高額化することがあり得る。特に、携帯機器等の従側通信装置での実現が困難となり得る。一方、特許文献２に記載の、送信電力を制御する従来構成では、信号干渉で同期タイミングが調整できなくなったり（同期引き込み不可）、同期追従時のジッタが大きくなったりすることを緩和することはできる。しかし、この受信部の機器構成は、複雑かつ大型であり、消費電力が大きく、機器が高額となり得る。特に、携帯機器等の従側通信装置では、実現困難となり得る。

本発明は、同期タイミング調整を、機器の大型化が許容される主側通信装置にて集中的に行うことで、携帯機器等の従側通信装置の受信部構成を簡略化し、小型、低消費電力、低価格が可能な従側通信装置を提供する。

本発明の主側通信装置は、同期タイミング調整機能を持たない従側通信装置と同期して通信を行う主側通信装置であって、送信用信号発生タイミング調整手段と、送信手段とを含む。送信用信号発生タイミング調整手段は、従側通信装置が主側通信装置からの送信信号を受信する場合に用いる同期用信号の発生タイミングである同期用信号発生タイミング情報を従側通信装置から取得し、取得した同期用信号発生タイミング情報に基づいて従側通信装置に送信する信号の送信タイミングを変化させ調整する。送信手段は、送信用信号発生タイミング調整手段で調整した送信タイミングで送信信号を送信する。主側通信装置は、従側通信装置が主側通信装置からの送信信号を受信できるまで、送信用信号発生タイミング調整手段により、送信信号の発生タイミングを変化させ調整する。

この構成により、タイミング調整を、同期タイミング調整機能を有する主側通信装置にて行うことによって、従来、全ての装置の受信側に必要であった多段の受信系ブランチや、同期用のループを、主側通信装置にのみ備えればよい。よって、同期タイミング調整機能をもたない従側通信装置は、受信部機器構成の簡易化により、低消費電力化と機器の低廉化とを実現できる。

また、本発明の主側通信装置は、タイミング調整手段として、信号の遅延時間が可変な可変遅延器を用いてもよい。これによれば、容易にタイミング調整を実現できる。

また、本発明の主側通信装置は、送信手段が、パルス発生時間を任意に変更可能なパルス発生手段と、従側通信装置に伝送する通信データでパルス発生手段が発生するパルスを変調する変調手段と、を含み、送信用信号発生タイミング調整手段が、パルスの発生タイミングの調整と符号化された通信データの１連続であるフレームの発生タイミングの調整との少なくとも一方を行なう構成であってもよい。

これによれば、パルス及びフレームの捕捉及び保持（捕捉と保持とを合わせて、以下、同期と呼ぶ）のためのタイミング調整を、主側通信装置にて行うことによって、従側通信装置のパルスや、フレームの同期のための受信系ブランチや、調整用回路を減らすことが可能となる。このことにより、従側通信装置の受信部機器構成の簡易化による、低消費電力化と機器の低廉化とを実現できる。

また、本発明の主側通信装置は、送信用信号発生タイミング調整手段が複数の従側通信装置へのそれぞれの送信タイミングを記憶する送信タイミング記憶手段を含み、送信手段は送信タイミング記憶手段が記憶したそれぞれの送信タイミングで複数の従側通信装置と通信する構成であってもよい。これによれば、複数の従側通信装置と通信が可能となる。

また、本発明の主側通信装置は、送信手段の個数が複数であり、それぞれの送信手段が、複数の従側通信装置に対応する送信用信号発生タイミング調整手段からの、それぞれの送信タイミングにより従側通信装置の、それぞれと通信する構成であってもよい。これによれば、複数の従側通信装置と通信が可能となる。

また、本発明の従側通信装置は、同期タイミング調整機能を有する主側通信装置と同期して通信を行ない、同期タイミング調整機能を持たない従側通信装置であって、主側通信装置からの送信信号を受信する場合に用いる同期用信号を発生する同期用信号発生手段と、主側通信装置からの送信信号と同期用信号発生手段で発生した同期用信号とを相関させる相関手段と、相関手段の出力により相関度を検出する相関検出手段と、相関検出手段の出力を同期用信号発生タイミング情報として送信するタイミング情報送信手段とを含む構成を有している。

この構成により、パルス同期及びフレーム同期のためのタイミング調整を、全て主側通信装置にて行うことによって、従側通信装置ではパルス同期及びフレーム同期のための受信系ブランチ数や、調整用回路を最低限に減らすことが可能となる。このことにより、受信部機器構成の簡易化による、低消費電力化と機器の低廉化とを実現できる。

また、本発明の従側通信装置は、同期用信号発生タイミング情報が、パルス同期のためのパルスの位相相関度を含む構成であってもよい。これによれば、主側通信装置が、従側通信装置の同期検波用のパルス信号との位相ずれを知ることによって、位相ずれに相当する時間を調整して信号を送信することで、従側通信装置ではタイミング調整不要でパルスの同期が実現できる。

また、本発明の従側通信装置は、同期用信号発生タイミング情報が、フレーム同期のためのフレームとの相関度を含む構成であってもよい。これによれば、主側通信装置は、従側通信装置が持つフレームとの位置ずれを知ることによって、位置ずれに相当する時間を調整して信号を送信することができ、従側通信装置は、タイミング調整不要でフレーム同期が実現できる。

また、本発明の従側通信装置は、タイミング情報送信手段が、主側通信装置からの送信信号の反射条件を変化させることによって同期用信号発生タイミング情報を送信する構成であってもよい。これによれば、従側通信装置が、主側通信装置からの送信信号の反射条件を変化させることによって、従側通信装置が同期用信号発生タイミング情報を送信する際の送信系の消費電力を減らせる。

また、本発明の主側通信装置は、送信手段で、発生するパルスの形状と繰り返し周期の少なくとも一方が可変なパルス発生手段を含み、従側通信装置との同期動作を開始する場合には、まず同期捕捉の容易度合いが大きいパルスを送信した後、精度の高い同期が可能なパルスに切り替える構成であってもよい。これによれば、低精度の同期を短時間で確立できる送信パルスと、高精度の同期確立が可能な送信パルスとを切り替えて、短時間で同期を実現できる。

また、本発明の主側通信装置は、送信手段で、発生するパルスの幅が可変なパルス発生手段を含み、従側通信装置との同期動作を開始する場合には、パルスの幅を広げて、従側通信装置で相関が取れる時間を長くできる幅の広いパルスを送信した後、精度の高い同期が可能な幅の狭いパルスに切り替える構成であってもよい。これによれば、パルス幅を広げて低精度の同期を短時間で確立した後に、パルス幅を狭めることで、高精度の同期確立を行うため、同期時間を短くすることができ、高速通信を実現できる。

また、本発明の主側通信装置は、送信手段で、発生するパルスの繰り返し周期が可変なパルス発生手段を含み、従側通信装置との同期動作を開始する場合には、パルスの繰り返し周期を早めて密にパルスを送信した後、精度の高い同期が可能な繰り返し周期の遅いパルスに切り替える構成であってもよい。これによれば、パルス繰り返し周期を早めることで、相関が取れる確立を高くし、更に、低精度の同期を短時間で確立した後に、繰り返し周期を遅くすることで、高精度の同期確立を行うため、同期時間を短くすることができ、高速通信を実現できる。

また、本発明の主側通信装置は、送信手段で、発生するパルスの繰り返し周期が可変なパルス発生手段を含み、従側通信装置との同期動作を開始する場合には、パルスの繰り返し周期を遅くして尖頭値電圧の高いパルスを粗に送信した後、繰り返し周期の早いパルスに切り替える構成であってもよい。これによれば、パルス繰り返し周期を遅くすることで、各パルスの尖頭値を高くする。これにより信号が雑音に埋もれないため、低精度ながらもパルス同期を短時間で確立することができる。更に、この後にパルスの尖頭値を低く、パルス繰り返し周期を早めることで、高精度の同期確立を行うため、同期時間を短くすることができ、高速通信を実現できる。

さらに、本発明の主側通信装置は、送信タイミングを、任意の間隔で意図的に繰り返し周期を変化させ、同期用信号発生タイミング情報を取得するまでの時間をもとに、従側通信装置までの距離を測定する構成であってもよい。これによれば、装置間の距離を測ることができる。

本発明は、同期タイミング調整機能を持たない従側通信装置と同期して通信を行う主側通信装置とであって、従側通信装置が主側通信装置からの送信信号を受信する場合に用いる同期用信号の発生タイミングである同期用信号発生タイミング情報を従側通信装置から取得し、取得した同期用信号発生タイミング情報に基づいて従側通信装置に送信する信号の送信タイミングを変化させ調整する送信用信号発生タイミング調整手段と、送信用信号発生タイミング調整手段で調整した送信タイミングで送信信号を送信する送信手段とを主側通信装置が含み、従側通信装置が主側通信装置からの送信信号を受信できるまで送信用信号発生タイミング調整手段により送信信号の発生タイミングを変化させ調整することにより、タイミング調整を、同期タイミング調整機能を有する主側通信装置にて行うことによって、従来、全ての装置の受信側である従側通信装置に必要であった多段の受信系ブランチや、同期用のループを主側通信装置にのみ備えればよく、同期タイミング調整機能をもたない従側通信装置は、受信部機器構成の簡易化による、低消費電力化と機器の低廉化とを実現できるという効果を有する主側通信装置および従側通信装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態の主側通信装置および従側通信装置について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における主側通信装置および従側通信装置の構成を示すブロック図であり、本実施の形態では主側通信装置と従側通信装置とが、それぞれ１台の場合の動作例を示している。

主側通信装置１０１と従側通信装置１０２との構成について説明する。主側通信装置１０１は同期タイミング調整機能を有する装置で、主側通信装置の送信信号を発生する送信部１０３と、従側通信装置１０２からの同期用信号発生タイミング情報を受信する同期用信号発生タイミング情報受信部１０５と、受信した同期用信号発生タイミング情報に基づき送信タイミングを決定する送信用信号発生タイミング調整部１０４とを有する。

一方、従側通信装置１０２は、同期タイミング調整機能をもたない装置で、主側通信装置１０１からの信号を受信、復調する受信信号復調部１０６と、受信信号復調部１０６で受信信号を復調する場合に、信号との同期に用いる同期用信号を発生する同期用信号発生部１０７と、受信信号と同期用信号との相関度を判定し、同期用信号発生タイミング情報として、主側通信装置１０１に送信する同期用信号発生タイミング情報送信部１０８とを有する。

次に、本実施の形態の主側通信装置と従側通信装置との動作過程を説明する。主側通信装置１０１から従側通信装置１０２に通信を行う場合、主側通信装置１０１が送る送信信号（以下信号Ａと記す）を、従側通信装置１０２で受信復調するためには、従側通信装置１０２が受信した信号Ａと、従側通信装置１０２の同期用信号発生部１０７で発生させる同期用信号とが同期している必要がある。同期条件としては、例えば、信号の位相の一致、周波数の一致、フレーム位置の一致、符号列の一致などがある。

従側通信装置１０２では、同期用信号を任意のタイミングで同期用信号発生部１０７より発生する。同期用信号と受信した信号Ａとは、受信信号復調部１０６にて相関及び復調処理される。しかし、タイミング調整なしでは、同期用信号と受信した信号Ａとは同期していないため、前述の同期条件（信号の位相の一致、周波数の一致、フレーム位置の一致、符号列の一致など）を満たすためのタイミング調整が必要となる。なお、詳細は以降に記載するが、従側通信装置１０２ではタイミング調整を行う機能を有さず、タイミング調整用信号の生成のみを行い、タイミング調整は主側通信装置１０１にて行う。

従側通信装置１０２において、タイミング調整用の信号である同期用信号発生タイミング情報は、受信した信号Ａと同期用信号とを元に、同期用信号発生タイミング情報送信部１０８にて生成され、同期用信号発生タイミング情報として主側通信装置１０１に送信される。

同期用信号発生タイミング情報としては、例えば信号の相関度の情報、受信信号の誤り率などがある。同期用信号発生タイミング情報は、主側通信装置１０１の同期用信号発生タイミング情報受信部１０５で受信され、ここで読み出された自局の送信した信号Ａと、信号Ａを受信した従側通信装置１０２の同期ずれ情報を、送信用信号発生タイミング調整部１０４に入力し、自局（主側通信装置１０１）の送信タイミングを変更することで、従側通信装置１０２との同期を行う。

図２に、本発明の、より具体的な実施の形態における主側通信装置と従側通信装置との構成を示す。主側通信装置２０１では、従側通信装置２０２に送信する送信データを、符号器２０６にて発生した符号列で符号化を行う。なお、送信データは同期確立用の専用データでもよい。また、ここでは符号器２０６を用いて送信データを符号化して送信する例で説明するが、符号化は必ずしも必要ではない。

符号化された送信データは、パルス発生部２０４で発生されたパルスが変調器２０５にて変調され、アンテナ２１６ａから送信されるものである。主側通信装置２０１から送信された送信データは、通信相手となる従側通信装置２０２のアンテナ２０３ａで受信される（以下、受信信号と記す）。次に、受信信号は、符号器２０９とパルス発生部２０８と変調器２１０とを備える相関信号発生部２１１の発生する同期用の相関信号と相関器２１２で相関処理された後、パルス捕捉相関判定部２１３が、パルス発生部２０８が発生するパルスと受信信号のパルスとのずれを検出し、送信部２１５にパルスの位相ずれ情報として入力する。

また、フレーム捕捉相関判定部２１４では、符号器２０９が発生する符号列と受信信号の符号列とのずれを検出し、送信部２１５にフレームずれ情報として入力する。なお、フレーム捕捉としては例えば、主側通信装置２０１の送信側にて行った符号列と従側通信装置２０２の符号器２０９で発生した符号列との一致があり、同一符号列を用いていても、符号列の開始が一致しなければ復号できないため、開始位置を一致させることを同期とする。送信部２１５では、入力された「ずれ情報」を、主側通信装置２０１に送信する。

主側通信装置２０１では、受信部２０７で受信した「ずれ情報」を復調し、ずれ時間に応じてパルス発生部２０４及び符号器２０６の発生時間を変更・調整する。この動作は同期が確立するまで繰り返し行われる。また、同期後は、送信部２１５及び受信部２０７は、それぞれ従側通信装置２０２から主側通信装置２０１へのデータ送信、受信を行う。

なお、パルス発生部２０４及び符号器２０６でのパルス発生及び符号列発生時間の変化・調整は、パルス発生部２０４及び符号器２０６での発生タイミング自体を変化させるように制御しても、遅延量可変の遅延器と組み合わせても実施可能である。

以上のように、本実施の形態の主側通信装置および従側通信装置によれば、同期タイミング調整を機器の大型化が許容される主側通信装置にて集中的に行うことで、例えば携帯機器といった従側通信装置の受信部構成を簡略化し、小型、低消費電力、低価格が可能な従側通信装置を実現できる。

なお、以上の説明では、パルス同期（捕捉と保持）及び符号列等のフレーム同期（捕捉と保持）を行う構成について説明したが、パルス同期またはフレーム同期のいずれか一方のみを行う構成としてもよい。また、本発明においては、同期タイミング可変（変更）とは、受信信号のタイミングを検出し、自局とのタイミングずれを調整できることであり、遅延量可変の遅延器を有していても、受信信号のタイミングを検出し、調整ができなければ同期タイミング不可変な装置とする。

また、通信に用いる変調方式について記載をしていないが、通信方式による限定はなく、例えば、オン・オフキーイング（Ｏｎ−Ｏｆｆ Ｋｅｙｉｎｇ（以下、ＯＯＫと記す））、二相位相変調（Ｂｉｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ（以下、ＢＰＳＫと記す））、四相位相変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ（以下、ＱＰＳＫと記す））、パルス位置変調（Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（以下、ＰＰＭと記す））等を用いてもよい。図３は、本実施の形態における主側通信装置および従側通信装置の他の構成を示すブロック図であって、ＯＯＫ変調及びＢＰＳＫ変調を用いた場合の、実現例を示す。主側通信装置１２０１と従側通信装置１２０２とは、共に送信機能と受信機能とを備えており、先の実施の形態と同様に、従側通信装置１２０２には同期調整機能が備わっておらず、主側通信装置１２０１で通信に関わる同期調整を行なうことが特徴である。

まず、主側通信装置１２０１の送信機能について説明する。送信機能を実現する主要な構成要素は、パルス発生部１２０３と変調器１２０４ａとである。パルス発生部１２０３の実現方法は様々あるが、例えば矩形波発生器１２０５ａと、可変遅延器１２０６ａと、帯域制限フィルタ１２０７ａとで構成される。矩形波発生器１２０５ａは、送信パルスのもととなる矩形波信号を発生し、送信パルスの繰り返し周波数、パルス幅が、これによって決定される。

図には示していないが、一般的に、周波数安定度の高い水晶発振器の出力を基準信号とし、これを逓倍して、繰り返し周波数の高い信号を生成し、遅延器と比較器とを組み合わせることでパルス幅を調整して、任意の繰り返し周波数とパルス幅との矩形波信号を得ることができる。生成された矩形波信号は、可変遅延器１２０６ａで任意の時間を遅延させた後、帯域制限フィルタ１２０７ａによって通信周波数の信号のみを取り出し、変調器１２０４ａで振幅変調されて、アンテナ１２０８より送信される。可変遅延器１２０６ａの遅延時間については、後に、タイミング調整の動作として説明する。変調器１２０４ａとしては、例えばスイッチ、ミキサといった回路が用いられる。

なお、ＢＰＳＫ変調では、位相情報が必要となるため、例えばミキサを用いる。変調器１２０４ａに加えられる変調信号は、データ１２０９ａより出力される。データの発生源は、通信装置内部の情報や、ＰＣ等の外部装置や、ネットワークからの入力情報であってもよい。

なお、本実施の形態では、符号器１２１０ａを用いて符号化する構成を説明しているが、符号化しない場合、符号器１２１０ａは不要となる。符号器１２１０ａの出力は、可変遅延器１２０６ｂで任意の時間を遅延させた後、変調信号として変調器１２０４ａに入力される。可変遅延器１２０６ｂの遅延時間設定動作についても後述する。

次に、従側通信装置１２０２の受信機能について説明する。アンテナ１２１１で受信した受信信号は、相関器１２１２ｂに入力され、パルス発生部１２１３で生成したテンプレート信号と乗ずることによって受信相関信号を生成する。パルス発生部１２１３は、例えば矩形波発生器１２０５ｂ、帯域制限フィルタ１２０７ｂで構成する。受信相関信号はパルス捕捉相関判定部１２１４ｂに入力され、所望の信号であるかを判定する。

パルス捕捉相関判定部１２１４ｂは、例えば積分器１２１５ｂ、判定器１２１６ｂより構成しても良い。受信相関信号は、積分器１２１５ｂで所定の時間だけ積分され、これを判定器１２１６ｂで閾値判定し、相関判定の結果として出力する。また、閾値との差を位相ずれ情報としても出力する。相関判定の出力は、フレーム捕捉相関判定部１２１７ｂに入力され、符号列との相関処理が行なわれる。

フレーム捕捉相関判定部１２１７ｂは、例えば、符号相関器１２１８ｂと、積分器１２１９ｂと、判定器１２２０ｂとを備える構成であってもよい。符号相関器１２１８ｂは、相関判定の出力と符号列とを乗じる。その結果を、所定の時間だけ積分器１２１９ｂで積分する。その後、判定器１２２０ｂで閾値判定してフレーム相関の結果を受信データとして出力するとともに、閾値との差をフレームずれ情報として出力する。

なお、従側通信装置１２０２は、受信電力検出器１２２１を備えて、信号の受信を検出した場合のみ回路を動作させるように構成しても良い。この際に動作させる回路としては、例えばパルス発生部１２１３としてもよい。

次に、従側通信装置１２０２の送信機能について説明する。従側通信装置１２０２が送信する情報は、データ１２０９ｂ自体が生成する情報とともに、位相ずれ情報とフレームずれ情報とがある。これらの情報はデータ１２０９ｂで合成され、符号器１２１０ｃで符号化された後に、変調器１２０４ｂに入力される。変調器１２０４ｂは、パルス発生部１２１３が発生したパルスを、符号器１２１０ｃからの情報で変調し、その出力はアンテナ１２２２より送信される。

次に、主側通信装置１２０１の受信機能について説明する。アンテナ１２２３で受信された受信信号は、相関器１２１２ａでテンプレート信号と乗じて相関信号となる。この際のテンプレート信号は、矩形波発生器１２０５ａの矩形波をデータ１２０９ａでデータ列とし、符号器１２１０ｂで符号化して、可変遅延器１２０６ｃと、１２０６ｄとで初期遅延を加え、帯域制限フィルタ１２０７ｃで所望の周波数帯域の信号としたものである。

相関器１２１２ａの出力である相関信号は、パルス捕捉相関判定部１２１４ａで相関を判定し、所定の相関関係となっていればパルス位置を捕捉したものとして符号相関の判定を開始し、所定の相関関係となっていなければ、可変遅延器１２０６ｄの遅延量を所定量変更する。

パルス捕捉相関判定部１２１４ａは、例えば積分器１２１６ａで所定の時間だけ積分し、これを判定器１２１５ａで閾値判定することで相関の有無を決定しても良い。また、可変遅延器１２０６ｄの遅延量の変更が行なわれる。符号相関の判定は、フレーム捕捉相関判定部１２１７ａを用いて行い、フレーム捕捉相関判定部１２１７ａは、例えば符号相関器１２１８ａと積分器１２１９ａと判定器１２２０ａとで構成しても良い。

判定器１２２０ａの閾値を上回った信号は、符号の相関が取れていると判断され、受信データとなる。相関が低ければ、可変遅延器１２０６ｃの遅延量を変更する。可変遅延器１２０６ｃの変更する遅延量は、パルスとパルスとの間隔程度としてもよい。相関が閾値を超えるまで遅延量の変更が行なわれる。

主側通信装置１２０１の受信データには、従側通信装置１２０２の位相ずれ情報とフレームずれ情報とが含まれており、これらの情報をもとに可変遅延器１２０６ａ、１２０６ｂの遅延量が変更される。なお、変更する遅延量の決定の際に、判定器１２１６ｂ、１２２０ｂの出力値を示す従側通信装置１２０２の位相ずれ情報とフレームずれ情報とを所定の遅延量に変換する計算式やテーブルを用いる。以上で説明したように、従側通信装置１２０２では可変遅延器を用いたタイミング調整を行なうことはない。

さらに、以上の説明ではパルス通信を中心に記載しているが、正弦波を用いた通信においても適用可能である。例えば、ＣＤＭＡ等のフレーム同期を必要とする通信については特に有効である。また、正弦波を用いた通信において一般的に行なわれる位相同期ループについても、前述のパルス捕捉相関判定部に、通常の位相同期ループで用いられる位相差検出回路を備えることで、周波数差を検出し、これを位相ずれ情報として出力することで周波数同期にも適用可能である。

（実施の形態２）
図４及び図５は、本発明の実施の形態２における主側通信装置と従側通信装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１と異なるのは、図４、図５共に複数の従側通信装置と同期して通信を行なう構成としている点である。

図４において、主側通信装置３０１は、パルス発生部２０４と、変調器２０５と、符号器２０６と、アンテナ２１６ａと、アンテナ２１６ｂと、発生タイミング記憶部３０４と、受信部３０５と、を備える。従側通信装置３０２は、アンテナ２０３ａと、アンテナ２０３ｂと、受信部３０６ａと、送信部３０７ａと、を備える。従側通信装置３０３は、アンテナ２０３ｃと、アンテナ２０３ｄと、受信部３０６ｂと、送信部３０７ｂと、を備える。

実施の形態１にて詳細に記載したように、タイミング調整機能を有する主側通信装置が、タイミング調整機能をもたない従側通信装置に同期タイミングをあわせることによって通信を行う。この際に、複数の同期タイミング調整機能をもたない従側通信装置がある場合、タイミング調整機能を有する主側通信装置は、それぞれの従側通信装置に合わせた同期タイミングで通信を行う必要がある。以下に、２つの実現例を示す。

図４では、従側通信装置３０２の同期タイミングと従側通信装置３０３の同期タイミングとを主側通信装置３０１内の発生タイミング記憶部３０４に保存し、それぞれ通信相手に応じた送信タイミングにてパルス発生部２０４、符号器２０６の発生タイミング変更・調整を行う。特にパルス通信では通信時間中でのパルス発生時間が短いため、複数の通信相手用の信号を、全て一つのパルス発生部２０４、符号器２０６で生成することが可能である。

図５に、複数の同期タイミングを発生する主側通信装置の別の構成について示す。図５における主側通信装置４０１が、図４と異なるのは、パルス発生部２０４に対して、パルス発生部４０５ａとパルス発生部４０５ｂと、また、符号器２０６に対して、符号器４０６ａと符号器４０６ｂと、また、発生タイミング記憶部３０４に対して、発生タイミング調整部４０４ａと発生タイミング調整部４０４ｂとを複数化し、さらに、受信した同期ずれ情報を、同期ずれ情報分配部４０３にて通信相手に応じて分配して、それぞれ別々にタイミング変更・調整を行っている点である。

また、図４の変調器２０５に対して、図５では、変調器４０７ａと変調器４０７ｂと、複数化している。受信部４０２は、受信部３０５に相当する。ここでは別々に送信信号を生成するため、合成器４０８で送信信号の合成を行うことで、アンテナ２１６ａを１つとした構成としている。図４の構成と比べて複数の送信系を有するため、機器の大型化につながる可能性はある。しかし、パルス及び符号列の発生数を減らすこと（すなわち、低速化）ができる。

以上のように、本発明の実施の形態２の主側通信装置および従側通信装置によれば、同期タイミング調整を、機器の大型化が許容される主側通信装置にて集中的に行うことで、例えば携帯機器といった従側通信装置の受信部構成を簡略化し、小型、低消費電力、低価格が可能な従側通信装置を実現できる。

なお、実施の形態では、合成器４０８を用いる場合で説明したが、本発明はこれに限定されることなく、合成器を用いず、個別にアンテナを備えてもよい。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における主側通信装置と従側通信装置との構成を示すブロック図である。実施の形態１と異なるのは、同期ずれ情報である同期用信号発生タイミング情報の送信を、従側通信装置の受信アンテナの終端条件を変化させることにより、主側通信装置が送信した信号の反射波によって行う構成としている点である。

図６において、受信を行う従側通信装置５０２は、アンテナ５０３の終端条件を変化させる反射条件変更部５０４を有し、受信信号を相関信号発生部５０６が生成した相関信号を相関器５０５で相関処理し、パルス捕捉相関判定部５０７で相関度を検出して、同期用信号発生タイミング情報である相関状態信号を発生する。相関度が低い、つまり同期していない場合には切り替え器５０８ａを切り替えて相関状態信号を送信する。

相関状態信号は、主側通信装置５０１からの送信信号を反射条件変更部５０４にて、例えばマッチングがとれたインピーダンス５０Ωと短絡状態の０Ωとを、交互に切り替えて反射させることによって返信され、主側通信装置５０１の受信部５１２で受信、復調される。復調の際の相関信号としては、自局が発した信号を受信しているため、送信データ発生部５０９の信号を分配器５１０で分配し、信号の伝搬時間に相当する遅延を遅延器５１３で与えることで生成する。

主側通信装置５０１のアンテナ５１６ａは、アンテナ２１６ａ、アンテナ５１６ｂはアンテナ２１６ｂに相当し、送信部５１１は、変調器２０５に相当する。

以上のように、本発明の実施の形態３の主側通信装置および従側通信装置によれば、同期タイミング調整を機器の大型化が許容される主側通信装置にて集中的に行うことで、例えば携帯機器といった従側通信装置の受信部構成を簡略化し、小型、低消費電力、低価格が可能な従側通信装置を実現できる。

なお、以上の説明では反射電波を用いた通信の変調方式について記載していないが、例えばＯＯＫ、ＢＰＳＫ、ＰＰＭ等を用いても良い。

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４における主側通信装置で、同期をとるために送信する信号の波形例を示す。実施の形態１と異なるのは、発生タイミング調整の際に、送信するパルスのパルス幅を変化させて同期する点である。

図７（ａ）に示す波形は従側通信装置の相関信号であり、図７（ｂ）に示す破線波形が主側通信装置からの送信信号波形であって、これらを同期するには、発生タイミング調整にてΔｔだけ図７（ｂ）の破線波形発生タイミングを変更し、実線の波形とすることで行う。しかし、例えばパルス通信では波形が重なる時間が短いため、波形が全く相関しない時間が長く、Δｔの時間ずれを算出することが困難である。

そこで、送信信号としてパルス幅の広い図７（ｃ）の波形を用いる。図７（ｃ）の波形はパルス幅が広く、図７（ａ）の波形とも波形相関する。例えば図７（ｃ）では、波形繰り返し３つの時間内のいずれかのタイミングで同期できることとなる。次に、わずかにパルス幅を短くした図７（ｄ）、図７（ｅ）による波形相関を繰り返し、最後に正確な相関タイミングの波形（図７（ｆ））として同期を完了できる。

以上に示すように、機器の大型化が許容される主側通信装置にて、送信するパルスのパルス幅を変化させて同期調整を行うことで、例えば携帯機器といった従側通信装置の受信部構成を簡略化し、小型、低消費電力、低価格が可能な従側通信装置を実現できる。

なお、本実施の形態では同一振幅、同一位相の波素をつなげた例で説明したが、振幅を変化させて、そのエンベロープを、例えばガウシアンモノパルスとなるようにしたり、パルスの中央と両端とや、前半と後半とで、位相、周波数を変化させることによって、相関処理後のパルス信号の、例えば前半、後半といった位置ごとの振幅、位相の違いをもとに相関位置を推定するように構成しても良い。

（実施の形態５）
図８及び図９は、本発明の実施の形態５における主側通信装置で同期をとるために、送信する信号の波形例を示す。実施の形態４と異なるのは、発生タイミング調整の際に、送信するパルスのパルス幅ではなくパルス発生数を変化させて同期する点である。

図８を用いて本実施の形態における主側通信装置で、パルス発生数を増やす例について説明する。図８（ａ）に示す波形は、従側通信装置の相関信号で、図８（ｂ）に示す破線波形が主側通信装置からの送信信号波形である。これらを同期するには、発生タイミング調整にてΔｔだけ、図８（ｂ）の破線波形発生タイミングを変更し、実線の波形とすることで行う。実施の形態４ではパルス幅を長くしたが、本実施の形態では送信信号としてパルス発生数の多い図８（ｃ）を用いる。図８（ｃ）の波形はパルス発生数が多く、図８（ａ）の波形との波形相関もとれる。例えば図８（ｃ）では、パルス２つのいずれかで同期できることとなる。次に、わずかにパルス数を減らした図８（ｄ）、図８（ｅ）による波形相関を行うことで、正確な相関タイミングの波形図８（ｅ）を見つけ、同期を完了する。

次に、図９は本実施の形態における主側通信装置で、パルス発生数を減らす例について説明するための主側通信装置のパルス波形図である。信号と雑音との電力比が大きい場合は、雑音電力を無視でき、受信信号は図９（ａ）に示す波形となる。しかし、通信距離が遠くなったり、他の機器が動作していたり、自らの装置の雑音発生が大きかったりすると、雑音電力が信号に対して相対的に大きくなり、図９（ｂ）に示すように、信号が雑音に埋もれるようになる。これでは同期、相関前の信号を検出することが難しい。

そこで、送信するパルスのパルス発生数を減らし、かわりに各パルスの尖頭値電圧を高くした図９（ｃ）の信号を送信する。ここではパルスの数は少ないものの、各パルスの尖頭値電圧が高いため、雑音に対し信号電力の比を大きくとることができ、信号の検出、復調が容易になり、容易に同期することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、機器の大型化が許容される主側通信装置にて、送信するパルスのパルス発生数を変化させる同期調整を行うことで、例えば携帯機器といった従側通信装置の受信部構成を簡略化し、小型、低消費電力、低価格が可能な従側通信装置を実現できる。

（実施の形態６）
図１０は、本発明の実施の形態６における主側通信装置および従側通信装置における信号タイミングの例を示す。本実施の形態では、実施の形態１〜実施の形態５のいずれかに示す主側通信装置および従側通信装置で、同期信号列と同期確認信号列とを用いて通信装置間距離を計測する方法について説明する。

図１０（ａ）に示す同期信号列が主側通信装置から送信され、これを受信した従側通信装置と同期がとれている場合、従側通信装置は、同期用信号発生タイミング情報として同期確認信号列として図１０（ｂ）を送信し、主側通信装置にはフライングタイム分の時間遅れて同期信号確認信号列として図１０（ｃ）が到達する。通信装置間距離の計測を行う際には、主側通信装置が測距用信号列として同期信号列とは異なる信号である測距用信号列を混ぜた信号列として図１０（ｄ）を送る。

従側通信装置では同期しない信号が混ざるため、この信号に応じて、非同期を示す信号を返信する。主側通信装置側では、図示していないが、受信部内に測距用信号と非同期を示す信号の時間差を計測するフライングタイム算出部にてフライングタイム及び機器間距離の算出を行う。フライングタイムの算出は、主側通信装置が送信した信号と、これに対応して従側通信装置が返信した信号の時間差を用いれば容易に行なうことができ、簡単には時間差から従側通信装置内部による応答時間を差し引いた時間がフライングタイムとなり、これを半分にした時間が主側通信装置と従側通信装置に信号が到達するフライングタイムである。フライングタイムより距離を求めるには、電磁波の速度にフライングタイムを乗ずればよい。

なお、従側通信装置で測距用信号受信から非同期を示す信号を返信するまでの内部遅延については、従側通信装置であらかじめ測定を行い主側通信装置に知らせることで差し引くことも可能である。

以上のように、本実施の形態の主側通信装置と従側通信装置において、同期タイミング調整を機器の大型化が許容される主側通信装置にて集中的に行うことで、例えば携帯機器といった従側通信装置の受信部構成を簡略化し、小型、低消費電力、低価格が可能で、同期タイミング調整用の信号を用いることで通信機器間の距離計測が可能な主側通信装置と従側通信装置を実現できる。

以上のように、本発明にかかる主側通信装置と従側通信装置は、タイミング調整を、同期タイミング調整機能を有する主側通信装置にて行うことによって、従来、全ての装置の受信側に必要であった多段の受信系ブランチや、同期用のループを主側通信装置にのみ備えればよい。同期タイミング調整機能をもたない従側通信装置は、受信部機器構成の簡易化による、低消費電力化と機器の低廉化を実現できるという効果を有する。ＡＶ機器やパーソナルコンピュータを相互に無線接続してシームレスなネットワークを構成するための、例えばパルス波形のような広帯域信号を用いたデータ通信装置やＵＷＢ無線装置などに適用して有用である。

本発明の実施の形態１における主側通信装置および従側通信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における主側通信装置および従側通信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における主側通信装置および従側通信装置の他の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２における主側通信装置および従側通信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２における主側通信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３における主側通信装置および従側通信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態４における主側通信装置のパルス波形図 本発明の実施の形態５における主側通信装置のパルス波形図 本発明の実施の形態５における主側通信装置の動作を説明するためのパルス波形図 本発明の実施の形態６における主側通信装置および従側通信装置の通信信号列図 従来の通信装置の構成を示すブロック図 従来の通信装置の他の構成を示すブロック図

符号の説明

１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，１２０１ 主側通信装置
１０２，２０２，３０２，３０３，５０２，１２０２ 従側通信装置
１０３，２１５，３０７ａ，３０７ｂ，５１１ 送信部
１０４ 送信用信号発生タイミング調整部
１０５ 同期用信号発生タイミング情報受信部
１０６ 受信信号復調部
１０７ 同期用信号発生部
１０８ 同期用信号発生タイミング情報送信部
２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄ，２１６ａ，２１６ｂ，５０３，５１６ａ，５１６ｂ，１２０８，１２１１，１２２２，１２２３ アンテナ
２０４，２０８，４０５ａ，４０５ｂ，１２０３，１２１３ パルス発生部
２０５，２１０，４０７ａ，４０７ｂ，１２０４ａ，１２０４ｂ 変調器
２０６，２０９，４０６ａ，４０６ｂ，１２１０ａ，１２１０ｂ，１２１０ｃ 符号器
２０７，３０５，３０６ａ，３０６ｂ，４０２，５１２ 受信部
２１１，５０６ 相関信号発生部
２１２，５０５，１２１２ａ，１２１２ｂ 相関器
２１３，５０７，１２１４ａ，１２１４ｂ パルス捕捉相関判定部
２１４，１２１７ａ，１２１７ｂ フレーム捕捉相関判定部
３０４ 発生タイミング記憶部
４０３ 同期ずれ情報分配部
４０４ａ，４０４ｂ 発生タイミング調整部
４０８ 合成器
５０４ 反射条件変更部
５０８ａ 切り替え器
５０９ 送信データ発生部
５１０ 分配器
５１３ 遅延器
１２０５ａ，１２０５ｂ 矩形波発生器
１２０６ａ，１２０６ｂ，１２０６ｃ，１２０６ｄ 可変遅延器
１２０７ａ，１２０７ｂ，１２０７ｃ 帯域制限フィルタ
１２０９ａ，１２０９ｂ データ
１２１５ａ，１２１６ｂ，１２２０ａ，１２２０ｂ 判定器
１２１５ｂ，１２１６ａ，１２１９ａ，１２１９ｂ 積分器
１２１８ａ，１２１８ｂ 符号相関器
１２２１ 受信電力検出器

Claims (14)

1. 従側通信装置と同期して通信を行う主側通信装置であって、
   前記従側通信装置が前記主側通信装置からの送信信号との同期に用いる同期用信号と前記送信信号との相関度を、同期用信号発生タイミング情報として、前記従側通信装置から取得し、前記同期用信号発生タイミング情報に基づいて前記従側通信装置に送信する信号の送信タイミングを調整する送信用信号発生タイミング調整手段と、
   調整した送信タイミングで前記送信信号を送信する送信手段と、
   を含み、
   前記送信用信号発生タイミング調整手段は、
   前記従側通信装置が前記主側通信装置からの前記送信信号を受信できるまで、前記送信信号の発生タイミングを調整する主側通信装置。
2. 前記送信用信号発生タイミング調整手段は、信号の遅延時間が可変な可変遅延器を含む請求項１に記載の主側通信装置。
3. 前記送信手段は、
   パルスの発生時間を任意に変更可能なパルス発生手段と、
   前記従側通信装置に伝送する通信データであり、前記パルス発生手段が発生するパルスを変調する変調手段と、
   を含み、
   前記送信用信号発生タイミング調整手段は、前記パルスの発生タイミングの調整と符号化された前記通信データの１連続であるフレームの発生タイミングの調整との少なくとも一方を行なう請求項１または請求項２に記載の主側通信装置。
4. 前記送信用信号発生タイミング調整手段は、
   複数の前記従側通信装置へのそれぞれの送信タイミングを記憶する送信タイミング記憶手段を含み、
   前記送信手段は、
   前記送信タイミング記憶手段が記憶したそれぞれの送信タイミングで、前記複数の従側通信装置へ前記送信信号を送信する請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の主側通信装置。
5. 前記主側通信装置は、複数の前記送信手段を含み、
   それぞれの前記送信手段は、
   複数の前記従側通信装置に対応する前記送信用信号発生タイミング調整手段からのそれぞれの送信タイミングにより、
   それぞれの前記従側通信装置と通信する
   請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の主側通信装置。
6. 主側通信装置と同期して通信を行う従側通信装置であって、
   前記主側通信装置からの送信信号との同期に用いる同期用信号を発生する同期用信号発生手段と、
   前記主側通信装置からの送信信号と前記同期用信号とを相関させる相関手段と、
   前記相関手段の出力により相関度を検出する相関検出手段と、
   前記相関検出手段の出力を同期用信号発生タイミング情報として送信するタイミング情報送信手段と、
   を含む従側通信装置。
7. 前記同期用信号発生タイミング情報が、パルス同期のためのパルスの位相相関度を含む請求項６に記載の従側通信装置。
8. 前記同期用信号発生タイミング情報が、フレーム同期のためのフレームとの相関度を含む請求項６または請求項７に記載の従側通信装置。
9. 前記タイミング情報送信手段が、前記主側通信装置からの送信信号の反射条件を変化させることによって、前記同期用信号発生タイミング情報を送信する請求項６に記載の従側通信装置。
10. 前記送信手段は、
    発生するパルスの形状と繰り返し周期との少なくとも一方を変更するパルス発生手段を含み、
    前記従側通信装置との同期動作を開始する場合には、まず同期捕捉の容易度合いが大きいパルスを送信した後、精度の高い同期が可能なパルスに切り替える
    請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の主側通信装置。
11. 前記送信手段は、発生するパルスの幅を変更するパルス発生手段を含み、
    前記従側通信装置との同期動作を開始する場合には、パルスの幅を広げて、前記従側通信装置で相関が取れる時間を長くできる幅の広いパルスを送信した後、精度の高い同期が可能な幅の狭いパルスに切り替える
    請求項１０に記載の主側通信装置。
12. 前記送信手段は、発生するパルスの繰り返し周期を変更するパルス発生手段を含み、
    前記従側通信装置との同期動作を開始する場合には、パルスの繰り返し周期を早めて、密にパルスを送信した後、精度の高い同期が可能な繰り返し周期の遅いパルスに切り替える請求項１０に記載の主側通信装置。
13. 前記送信手段は、発生するパルスの繰り返し周期を変更するパルス発生手段を含み、
    前記従側通信装置との同期動作を開始する場合には、パルスの繰り返し周期を遅くして、尖頭値電圧の高いパルスを粗に送信した後、繰り返し周期の早いパルスに切り替える
    請求項１０に記載の主側通信装置。
14. 前記従側通信装置までの距離を測定するフライングタイム算出部を更に含み、
    前記送信用信号発生タイミング調整手段が、前記送信タイミングを、任意の間隔で意図的に繰り返し周期を変化させ、
    前記フライングタイム算出部が、前記同期用信号発生タイミング情報を取得するまでの時間をもとに、前記従側通信装置までの距離を測定する
    請求項１乃至請求項５と請求項１０乃至請求項１３のいずれか１つに記載の主側通信装置。
    

Images