JP4829148B2

JP4829148B2 - 送受信装置

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Publication number: JP4829148B2
Application number: JP2007051827A
Authority: JP
Inventors: 茂美倉島; 政宏柳; 聡桜井; 卓也内山; 誉嗣柚場; 隆有田
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: JP2008219284A; US7933308B2; US20080212653A1

Description

本発明は、インパルス状の超広帯域（ＵＷＢ：ＵｌｔｒａＷｉｄｅＢａｎｄ）信号を用いて通信を行なう送受信装置に関する。

スペクトル拡散通信方式（ＳｐｒｅａｄＳｐｅｃｔｒｕｍ）において、相関特性の多様化を図るため、直接拡散（ＤＳ：ＤｉｒｅｃｔＳｅｑｕｅｎｃｅ）方式に用いられるＰＮ（ＰｓｅｕｄｏｒａｎｄｏｍＮｏｉｓｅ）符号をＲＺ（ＲｅｔｕｒｎＴｏＺｅｒｏ）化し、データに乗積する技術が提案されている（特許文献１参照）。ＰＮ符号自体は正、負の値を取るので、ＲＺ化によりＰＮ符号中の一定時間だけ出力を零にすることで正、負、零の３つの値を取ることができる。

また、大容量伝送が可能で、多くのユーザを収納できる方式として、ＵＷＢ−ＩＲ（ＵＷＢ‐ＩｍｐｕｌｓｅＲａｄｉｏ）方式に注目が集まっている。ＵＷＢ−ＩＲ方式は１ナノ秒以下のインパルスを使用することで、数ＧＨｚの周波数帯域に拡散し、従来の無線方式に干渉を与えることなく、周波数帯域の共有が可能となる。

このようなＵＷＢ−ＩＲ方式を使用した送信機として、搬送波に乗せられたデータに対してＰＮ符号により拡散変調及びＲＺ変換を行い、インパルスラジオ信号に変換する送信機が開発されていた。また、このようなインパルスラジオ信号を受信する受信機も開発されていた（例えば、特許文献２参照）。
特開平４−３４７９４３号公報特開２００６−１１４９８０号公報

ところで、ＵＷＢ−ＩＲ方式は大容量伝送に適しているだけでなく、送信機に用いると、高精度の測位が可能である。また、ＵＷＢ−ＩＲ方式を使用する受信機を上述の送信機と共に用いると、高精度の測距が可能である。

そこで、本発明は、ワンチップ化されたインパルス送信部とインパルス受信部とを有し、小型・低消費電力で測位、測距及びデータ通信が可能な送受信機を提供することを目的とする。

本発明の一局面の送受信機は、送信側フィルタを有し、拡散符号により拡散された送信データをＲＺ信号に変換し、このＲＺ信号にインパルス列の符号を乗積してインパルスラジオ信号に変換して送信する送信手段と、受信側フィルタを有し、ＲＺ信号にインパルス列の符号が乗積されたインパルスラジオ信号を受信し、受信したインパルスラジオ信号を復調してデータを受信する受信手段とを含み、前記送信手段及び受信手段がワンチップ化され、前記送信側フィルタは、前記送信手段によって送信されるインパルスラジオ信号を通過させ、前記受信側フィルタは、前記受信手段によって受信されるインパルスラジオ信号を通過させ、前記送信側フィルタ及び前記受信側フィルタは、ＵＷＢ通信用のインパルスラジオ信号を通過させる第１通過帯域と、この第１通過帯域とは帯域が異なり、前記対象物との距離を測定するためのインパルスラジオ信号を通過させる第２通過帯域とを切替可能に構成される。

また、自機が送信するインパルスラジオ信号が受信されることにより、空間内における当該送受信機の位置が特定される測位システムに利用されてもよい。

また、前記送信手段より対象物に向けて送信されたインパルスラジオ信号と、前記対象物によって反射され、前記受信手段で受信されるインパルスラジオ信号との時間差に基づき、前記対象物との間の距離を測定する距離測定手段をさらに備えてもよい。

また、前記送信手段が送信するインパルスラジオ信号の電力を調整する調整手段を接続するための調整用接続端子をさらに備えてもよい。

また、前記受信手段が受信するインパルスラジオ信号の受信レベルを検出する検出手段を接続するための検出用接続端子をさらに備えてもよい。

また、前記送信手段及び前記受信手段には、共通のクロック信号が供給されてもよい。

また、前記送信手段及び前記受信手段は、ＣＭＯＳ又はシリコンゲルマニウム半導体によって構成されてもよい。

また、送受信用のアンテナに前記送信手段又は前記受信手段のいずれかを接続するための切替手段と、この切替手段を制御するための制御手段とをさらに備えてもよい。

また、外部センサを接続するためのセンサ用端子と、外部センサの検出信号をデジタル変換するための変換手段とをさらに備え、この変換手段によってデジタル変換された検出信号を前記送信部が送信するように構成してもよい。

本発明によれば、ワンチップ化されたインパルス送信部とインパルス受信部とを有し、小型・低消費電力で測位、測距及びデータ通信が可能な送受信機を提供できるという特有の効果が得られる。

以下、本発明の送受信機を適用した実施の形態について説明する。

図１は、実施の形態の送受信機１の構成を示すブロック図である。送受信機１は、送信部１０、受信部２０、制御部３０、切替スイッチ４０、アンテナ５０、及び、電源部６０を備える。送信部１０、受信部２０、制御部３０、切替スイッチ４０及び電源部６０はＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）によりワンチップで構成される。

送信部１０は、送信側ベースバンド処理部１１、インパルス変換部１２、増幅部１３及び送信側フィルタ１４を含む。受信部２０は、受信側フィルタ２１、低ノイズ増幅器（ＬｏｗＮｏｉｓｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＬＮＡ）２２、検出部（ＤＥＴ）２３及び受信側ベースバンド処理部２４を含む。

送信側フィルタ１４及び受信側フィルタ２１は、ＵＷＢ通信用のインパルスラジオ信号を通過可能な第１通過帯域と、後述する測距用のインパルスラジオ信号を通過可能な第２通過帯域とを切替可能なフィルタである。第１通過帯域は、例えば、ＵＷＢ通信用に４．５ＧＨｚに設定され、第２通過帯域は、例えば、１ＧＨｚに設定される。

送信側ベースバンド処理部１１及び受信側ベースバンド処理部２４には、共通のクロック信号が供給される。例えば、図１に示すように、クロック用端子１５より送信側ベースバンド処理部１１に入力されるクロック信号が受信側ベースバンド処理部２４に供給される。

増幅部１３には、送信用のインパルスラジオ信号の電力を外部から調節するための調整部を接続するための調整用端子１６が接続される。

検出部２３には、受信するインパルスラジオ信号の強度を表すＲＳＳＩ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ：受信信号強度表示信号）を出力するための検出用端子２５が接続される。

制御部３０は、例えばＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）で構成することができる。この制御部３０には、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）３１、パルス入力端子３２、アナログ信号入力端子３３（ＡＩＮ）、アナログ・デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器）３４、及び、フラッシュメモリ用端子３５が接続されている。

インターフェイス３１は、例えば、ＳＰＩ（ＳｅｒｉａｌＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ）対応のインターフェイスであり、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）メモリ等を接続することにより様々な送信用のデータを送受信機１に入力できるように構成されている。

パルス入力端子３２は、例えば、後述する測距用のパルス信号を入力するための端子である。

アナログ信号入力端子３３には、例えば、加速度計（図示せず）が接続される。このアナログ信号入力端子３４を介して加速度計から入力されるアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器３４によってデジタルデータに変換され、制御部３０を経て送信部１０に入力される。

フラッシュメモリ用端子３５は、例えば、インターフェイス３１と同様にＳＰＩ対応の端子で構成することができるが、インターフェイス３１が送信用のデータを入力するために用いられるのに対して、このフラッシュメモリ用端子３５は主に識別子を制御部３０に入力するために用いられる。この識別子としては、例えば、個人識別用の識別子が挙げられる。

なお、送信波と受信波との時間差（送信波に対する受信波の遅延時間）に基づいて対象物までの距離を測定（測距）するための演算は、制御部３０によって行われる。

また、送信部１０の出力端子１０Ａと、受信部２０の入力端子２０Ａには、送受信切替用の切替スイッチ４０が接続される。この切替スイッチ４０には、送受信用のアンテナ５０が接続される。また、この送受信機１には、電源６０を外部から供給するための電源端子６１が配設される。

［動作］
ここでは、まず、空間内における送受信機１の位置を測定することのできる測位システム（図示せず）に送受信機１を利用する場合の動作について説明する。この測位システムは、送受信機１の位置を測定するための測位処理を実行する演算処理装置と、この演算処理装置に接続される複数の送受信装置（以下、ノード）を備える。各ノードは、送受信機１とＵＷＢ通信が可能であり、タグとして用いられる送受信機１の位置を測定したい所望の空間内に配設される。各ノードは、タグとして用いられる送受信機１と同一のものであってもよい。この場合、各ノード間でも無線通信が可能である。

この測位システムでタグとして用いられる送受信機１から送信されるインパルスラジオ信号がノードによって受信されると、インパルスラジオ信号を受信したノードの位置と受信時刻に基づく測位処理が演算処理装置によって実行される。このような測位処理によって、当該空間内における送受信機１の位置が高精度に特定される。

制御部３０によって送信部１０がオンにされると、ベースバンド処理部１１は、測位用のデジタルデータを所定の符号化方式で符号化して圧縮し、インパルス変換部１２に送出する。インパルス変換部１２は、ベースバンド処理部１１によって処理された信号を位相変調等の所定の変調方式でデータを変調し、変調した信号をＰＮ符号を用いて拡散変調する。インパルス変換部１２は、さらに、拡散変調後の信号をＲＺ変換し、ＲＺ変換後の信号をインパルスラジオ信号に変換する。このとき、制御部３０によって制御される切替スイッチ４０によって送信部１０とアンテナ装置５０とが接続されているため、インパルス変換部１２の出力は、増幅部１３で所定レベルに増幅され、送信側フィルタ１４を介してアンテナ５０から送信される。

送受信機１のアンテナ５０から送信されたインパルスラジオ信号が測位システムのノードによって受信され、上述の測位処理が実行されることにより、空間内における送受信機１の位置が測位システムによって導出される。

また、制御部３０によって受信部２０がオンにされるとともに、切替スイッチ４０が受信部２０側に切り替えられると、送受信機１は、ノードからデータを受信可能な状態になる。

ノードからインパルスラジオ信号を受信すると、送受信機１は、受信したインパルスラジオ信号が自機に送信されたものであるか否かを判定する。

以上のような送受信機１による送信処理と受信処理とを図２に示す処理手順のように切り替えることができる。この処理は送信部１０、受信部２０及び制御部３０によって実行される。

制御部３０は、切替スイッチ４０を所定時間毎に切り替え、インパルスラジオ信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ２０）。このように制御部３０が受信したか否かを判定するインパルスラジオ信号は、測位システムのノードから送信される信号であり、受信部２０は、ノードからインパルスラジオ信号を受信すると、これを復調して制御部３０に送るように構成されている。

制御部３０は、インパルスラジオ信号を受信していないと判定した場合は、手順はステップＳ２１に進行し、切替スイッチを送信側に切り替える（ステップＳ２１）。

次いで、送信部１０は、送信データを所定の符号化方式で符号化して圧縮する（ステップＳ２２）。この処理は、送信側ベースバンド処理部１１によってベースバンドが変調される処理である。

次いで、送信部１０は、ＰＮ符号を用いて拡散変調処理及びＲＺ変換処理を実行し、ＲＺ変換後の信号をインパルスラジオ信号に変換する（ステップＳ２３）。このようにしてインパルスラジオ信号が生成される。

送信部１０は、インパルスラジオ信号をアンテナ５０から送信する（ステップＳ２４）。

一方、制御部３０がステップＳ２０において受信信号を検出したと判定した場合は、受信したインパルスラジオ信号に対してベースバンドの復調処理を実行する（ステップＳ２５）。

次いで、制御部３０は、復調された信号に含まれる識別子を確認する（ステップＳ２６）。

制御部３０は、復調された信号に含まれる識別子が自機の識別子と一致すると判定した場合には、受信したデータを読み込み、データ内容に従って処理を実行する（ステップＳ２７）。

このように測位システム側から送信され、受信部２０によって受信されるインパルスラジオ信号としては、例えば、所望の空間内に複数の送受信機１が存在する場合に各送受信機１に順位付けを行うためのデータを含む信号が挙げられる。これにより、測位システム側で複数の送受信機１の各々に順位を付けて、データ通信を順次行うために、呼び出し／待機を行うためのデータを送受信機１に送信することができる。

また、送受信機１が送信要求したデータを表す信号を測位システムから送受信機１に送信するように構成することもできる。このように、本実施の形態の送受信機１を測位システムに用いれば、ネットワークシステムを構築することもできる。

また、送受信機１のアナログ信号入力端子３３に加速度計を接続し、この加速度計で検出される加速度データを測位システムに送信すれば、測位システム側では、送受信機１の位置を把握すると共に、この送受信機１に接続された加速度計で検出される加速度データを受信することができる。

図３は、本実施の形態の送受信機によって距離を測定するための処理手順を表す図である。

上述のように送受信機１は、インパルスラジオ信号を送信及び受信することができる。自機から特定の対象物に対して送信したインパルスラジオ信号を自機で受信すれば、その対象物との距離を測定することができる。このような測距処理に必要な演算は、制御部３０によって行われる。

制御部３０は、切替スイッチ４０を送信側に切り替える（ステップＳ３０）。

送信部１０は、制御部３０から送出されたパルス信号に基づきインパルスラジオ信号を生成して送信する（ステップＳ３１）。このパルス信号は、パルス入力端子３２に接続されたパルス発信器（図示せず）から測距用の信号として入力されるものである。なお、このとき、送信側フィルタ１４の通過帯域を第２通過帯域に切り替え、周波数が１ＧＨｚのインパルスラジオ信号を送信するようにしてもよい。

次いで、制御部３０は、切替スイッチ４０を受信側に切り替える（ステップＳ３２）。

受信部２０は、受信したインパルスラジオ信号を復調する（ステップＳ３３）。

次いで、制御部３０は、送信したインパルスラジオ信号と受信したインパルスラジオ信号に十分な相関があるか否かを判定する（ステップＳ３４）。この処理は、例えば、スライディング相関処理によって実行される。

制御部３０は、ステップＳ３４で十分な相関があると判定した場合は、送信したインパルスラジオ信号と受信したインパルスラジオ信号との遅延時間を導出する（ステップＳ３５）。

さらに、制御部３０は、ステップＳ３５で導出した遅延時間に基づき、対象物までの距離を演算する（ステップＳ３６）。

一方、制御部３０がステップＳ３４において十分な相関がないと判定した場合は、制御部３０は、手順をステップＳ３０にリターンさせる。

以上の処理により、本実施の形態の送受信機１により、対象物までの距離を測定することができる。

また、送受信機１は、屋外で用いれば、レーダ装置として種々の利用態様が考えられるものであり、利用可能な場所は、上述のような測位システムが配備された所望の空間に限定されるものではない。

以上、本実施の形態によれば、ワンチップ化されたインパルス送信部とインパルス受信部とを有し、小型・低消費電力で測位、測距及びデータ通信が可能な送受信機を提供できる。

なお、以上では、送信部１０、受信部２０、制御部３０、切替スイッチ４０及び電源部６０がＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）によりワンチップで構成される形態について説明したが、ＣＭＯＳに代えて、シリコンゲルマニウム半導体でワンチップに構成してもよい。

また、送信部１０及び受信部２０がフィルタ１４及び２１をそれぞれ内蔵する形態について説明したが、フィルタ１４及び２１は、送受信機１の外部に設けられていてもよい。

また、以上では、切替スイッチ４０によって送信部１０又は受信部２０とアンテナ５０との接続を切り替える形態について説明したが、送信部１０及び受信部２０のそれぞれに接続される２つのアンテナを設けてもよい。この場合、切替スイッチ４０は不要となる。

また、送信側フィルタ１４及び受信側フィルタ２１の第１通過帯域が４．５ＧＨｚに設定される形態について説明したが、第１通過帯域はＵＷＢ通信用の周波数帯域であればよいので、３．１〜１０．６ＧＨｚの間の任意の帯域に設定することができる。

また、送受信機１が測距処理を行わずにＵＷＢ通信だけを行う場合は、送信側フィルタ１４及び受信側フィルタ２１を備えなくてもよい。

また、以上では、切替スイッチ４０が送受信機１に内蔵される形態について説明したが、切替スイッチ４０は、送受信機１の外部に設けられてもよい。

また、以上では、アナログ信号入力端子３３に加速度計を接続する形態について説明したが、この端子には他の様々なセンサを接続することができる。例えば、血圧や脈拍等のバイタルサインを検出できるセンサを接続することにより、送受信機１を保持する者のバイタルデータを送信するようにしてもよい。

以上、本発明の例示的な実施の形態の送受信機について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

実施の形態の送受信機の構成を示すブロック図である。実施の形態の送受信機による送信処理と受信処理の手順を示す図である。実施の形態の送受信機によって距離を測定するための処理手順を表す図である。

符号の説明

１送受信機
１０送信部
１１送信側ベースバンド処理部
１２インパルス変換部
１３増幅部
１４送信側フィルタ
１５クロック用端子
１６調整用端子
２０受信部
２１受信側フィルタ
２２低ノイズ増幅器
２３検出部
２４受信側ベースバンド処理部
３０制御部
３１インターフェイス
３２パルス入力端子
３３アナログ信号入力端子
３４アナログ・デジタル変換器
３５フラッシュメモリ用端子
４０切替スイッチ
５０アンテナ装置

Claims

送信側フィルタを有し、拡散符号により拡散された送信データをＲＺ信号に変換し、このＲＺ信号にインパルス列の符号を乗積してインパルスラジオ信号に変換して送信する送信手段と、
受信側フィルタを有し、ＲＺ信号にインパルス列の符号が乗積されたインパルスラジオ信号を受信し、受信したインパルスラジオ信号を復調してデータを受信する受信手段と
を含み、前記送信手段及び受信手段がワンチップ化され、
前記送信側フィルタは、前記送信手段によって送信されるインパルスラジオ信号を通過させ、前記受信側フィルタは、前記受信手段によって受信されるインパルスラジオ信号を通過させ、
前記送信側フィルタ及び前記受信側フィルタは、ＵＷＢ通信用のインパルスラジオ信号を通過させる第１通過帯域と、この第１通過帯域とは帯域が異なり、前記対象物との距離を測定するためのインパルスラジオ信号を通過させる第２通過帯域とを切替可能に構成される、送受信機。
自機が送信するインパルスラジオ信号が受信されることにより、空間内における当該送受信機の位置が特定される測位システムに利用される、請求項１に記載の送受信機。
前記送信手段より対象物に向けて送信されたインパルスラジオ信号と、前記対象物によって反射され、前記受信手段で受信されるインパルスラジオ信号との時間差に基づき、前記対象物との間の距離を測定する距離測定手段をさらに備える、請求項１又は２に記載の送受信機。
前記送信手段が送信するインパルスラジオ信号の電力を調整する調整手段を接続するための調整用接続端子をさらに備える、請求項１乃至３のいずれかの項に記載の送受信機。
前記受信手段が受信するインパルスラジオ信号の受信レベルを検出する検出手段を接続するための検出用接続端子をさらに備える、請求項１乃至４のいずれかの項に記載の送受信機。
前記送信手段及び前記受信手段には、共通のクロック信号が供給される、請求項１乃至請求項５のいずれかの項に記載の送受信機。
前記送信手段及び前記受信手段は、ＣＭＯＳ又はシリコンゲルマニウム半導体によって構成される、請求項１乃至６のいずれかの項に記載の送受信機。
送受信用のアンテナに前記送信手段又は前記受信手段のいずれかを接続するための切替手段と、この切替手段を制御するための制御手段とをさらに備える、請求項１乃至７のいずれかの項に記載の送受信機。
外部センサを接続するためのセンサ用端子と、外部センサの検出信号をデジタル変換するための変換手段とをさらに備え、この変換手段によってデジタル変換された検出信号を前記送信部が送信する、請求項１乃至８のいずれかの項に記載の送受信機。