超広帯域無線通信装置
【課題】１０ＧＨｚ程度の超広帯域を簡易な構成で利用可能とすることで、短距離高速通信を低価格で実現可能とする超広帯域無線通信装置を提供する。
【解決手段】 クロック１５３ａをクロック１５２ａより所定時間だけ遅らせることで、入出力処理部１５３は入出力処理部１５２より所定時間だけ遅れて動作するようにしている。バイアス手段１５４は、入出力処理部１５３からトリガ信号２２が入力されると、これに一定のバイアスを付加している。コンパレータ１５５は、入出力処理部１５２からトリガ信号２１を入力するとともに、バイアス手段１５４からバイアスが付加されたトリガ信号２２を入力し、トリガ信号２１がトリガ信号２２よりも大きいときだけ、所定の出力を行うよう構成されている。
【解決手段】 クロック１５３ａをクロック１５２ａより所定時間だけ遅らせることで、入出力処理部１５３は入出力処理部１５２より所定時間だけ遅れて動作するようにしている。バイアス手段１５４は、入出力処理部１５３からトリガ信号２２が入力されると、これに一定のバイアスを付加している。コンパレータ１５５は、入出力処理部１５２からトリガ信号２１を入力するとともに、バイアス手段１５４からバイアスが付加されたトリガ信号２２を入力し、トリガ信号２１がトリガ信号２２よりも大きいときだけ、所定の出力を行うよう構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超広帯域を利用して短距離無線通信を行う超広帯域無線通信装置の技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、新しいコンセプトの無線通信技術として、５００ＭＨｚ乃至数ＧＨｚの帯域幅を利用した超広帯域無線システムであるＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）無線通信システムが注目されている。
【０００３】
ＵＷＢは、広帯域を利用することでパルス幅がナノ秒程度かそれ以下の超短パルス波を用いたインパルス無線方式である。パルスを用いた無線通信システムでは、パルス幅が狭くなるほど平均送信電力が小さくなり、到達距離も短くなる。そのため、広帯域化してパルス幅を狭めるほど、同じ周波数帯を使う他の無線機器との混信の可能性を低減させることが可能となり、消費電力も少なくなるという特徴がある。
【０００４】
ＵＷＢは、その出力が極めて低いことから短距離の通信に好適な通信方式であり、ワイヤレスＵＳＢの通信方式等に利用されている（特許文献１）。ワイヤレスＵＳＢは高々１Ｇｂｐｓ程度を極近距離で通信することを目的としており、１ＧＨｚ程度の広帯域を利用することで機器間の距離が３ｍ以内の場合には有線のＵＳＢ２．０と同等の４８０Ｍｂｐｓでの高速通信を可能としており、また１０ｍ離れた場合でも１１０Ｍｂｐｓを確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１８６９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のＵＷＢを用いた通信方式で実現できる通信速度は、高々１Ｇｂｐｓ程度までであり、さらに高速なデータ通信を実現するためには、シャノンの定理からも明らかなように、利用する帯域をさらに拡大する必要がある。しかし、さらに帯域を拡大して１０ＧＨｚ程度の超広帯域を実現するためには、従来は、光学的インパルス生成を利用するか、ＩｎＰなどの高価な半導体材料を用いる必要があった。そのため、１０ＧＨｚ程度の超広帯域を利用した無線通信装置を低価格で実現することができない、といった問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、１０ＧＨｚ程度の超広帯域を簡易な構成で利用可能とすることで、短距離高速通信を低価格で実現可能とする超広帯域無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の超広帯域無線通信装置の第１の態様は、所定ビット数からなる送信データのビット値に対応してトリガ信号を出力する演算制御部と、前記演算制御部から前記トリガ信号を入力して送信信号を生成する送信信号生成部と、前記送信信号を送信する送信アンテナと、所定の受信波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナで受信した前記受信波を入力して所定の受信信号を検波する受信信号処理部と、前記受信信号処理部からの信号を入力して受信データを判定する受信データ判定部とを備えた超広帯域無線通信装置であって、前記送信信号生成部は、前記送信信号として、前記トリガ信号の立ち上がりから所定時間だけ出力される超広帯域インパルス信号を生成することを特徴とする。
【０００９】
本発明の超広帯域無線通信装置の他の態様は、前記演算制御部は、前記送信データに従ってそれぞれ前記トリガ信号を出力する入出力処理部を２つ備え、前記入出力処理部の一方が他方より前記所定時間だけ遅れて前記トリガ信号を出力するように構成され、前記送信信号生成部は、前記一方の入出力処理部から前記トリガ信号を入力して一定のバイアスを付加するバイアス手段と、前記他方の入出力処理部から入力した前記トリガ信号と前記バイアス手段の出力とを比較して前記他方の入出力処理部から入力した前記トリガ信号が前記バイアス手段の出力より大きくなる前記所定時間だけ前記超広帯域インパルス信号を出力するコンパレータを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の超広帯域無線通信装置の他の態様は、前記演算制御部は、前記トリガ信号として、前記送信データに従って生成されたポジティブ信号と極性が前記ポジティブと反対のネガティブ信号とを出力する入出力処理部を備え、前記送信信号生成部は、前記入出力処理部から前記ネガティブ信号を入力して一定のバイアスを付加するバイアス手段と、前記バイアス手段の出力を所定の遅延時間だけ遅延させる遅延手段と、前記ポジティブ信号と前記遅延手段の出力とを比較して前記ポジティブ信号が前記遅延手段の出力よりも大きくなる前記所定時間だけ前記超広帯域インパルス信号を出力するコンパレータと、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の超広帯域無線通信装置の他の態様は、前記遅延時間は、前記トリガ信号のパルス幅に前記所定時間を加算した時間に略等しいことを特徴とする。
【００１２】
本発明の超広帯域無線通信装置の他の態様は、前記バイアスは、前記バイアスを付加しない信号がその立上がり時に前記所定時間だけ前記バイアスを付加した信号より大きくなるように決定していることを特徴とする。
【００１３】
本発明の超広帯域無線通信装置の他の態様は、前記超広帯域インパルス信号は、１ＧＨｚを超える広帯域を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明によれば、１０ＧＨｚ程度の超広帯域を利用したインパルスを簡易な構成で生成することで、数Ｇｂｐｓ程度の短距離高速通信を低価格で実現できる超広帯域無線通信装置を提供することが可能となる。また、超広帯域化により電力スペクトル密度を低減することで、他システムへの干渉を低減した近距離高速通信を容易に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超広帯域無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】信号生成部で生成される送信信号の周波数スペクトルの一例を示す図である。
【図３】第１の実施形態の受信データ判定部の構成を示す図である。
【図４】第１の実施形態の演算制御部及び送信信号生成部の構成を示すブロック図である。
【図５】入出力処理部から出力されるトリガ信号を模式的に示す図である。
【図６】コンパレータに入力されるトリガ信号の一例を示す図である。
【図７】第２の実施形態の演算制御部及び送信信号生成部の構成を示すブロック図である。
【図８】遅延回路により所定の遅延時間が付加されたトリガ信号を、ポジティブ信号からなるトリガ信号と比較して模式的に示す図である。
【図９】第３の実施形態の演算制御部及び送信信号生成部の構成を示すブロック図である。
【図１０】入出力処理部から出力されるトリガ信号の一例を示す図である。
【図１１】第４の実施形態の演算制御部及び送信信号生成部の構成を示すブロック図である。
【図１２】入出力処理部から出力される送信ビット列の一例を示す図である。
【図１３】入出力処理部からの出力及びコンパレータからの出力を加算した合波器の出力の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態における超広帯域無線通信装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００１７】
本発明の超広帯域無線通信装置は、１０ＧＨｚ程度の超広帯域を利用して生成したインパルスを通信用の信号に用いており、これにより数Ｇｂｐｓ程度の短距離高速通信を可能としている。また、このような超広帯域なインパルスを簡易な構成で生成可能としている。
【００１８】
本発明の第１の実施の形態に係る超広帯域無線通信装置の構成を、図１に示すブロック図を用いて説明する。本実施形態の超広帯域無線通信装置１００は、送信データの入力及び受信データの出力を行うデータ入出力部１０１と、送信データをもとに所定のインパルスからなる送信信号を要求するトリガ信号を作成する演算制御部１１１と、演算制御部１１１からトリガ信号を入力して広帯域インパルスからなる送信信号を生成する信号生成部１２０と、送信信号を送信するための送信アンテナ１３１と、所定の受信波を受信するための受信アンテナ１３２と、受信波を検波するための受信信号処理部１４０と、受信信号処理部１４０から受信波を入力して受信データを判定する受信データ判定部１１２とを備えている。
【００１９】
本実施形態では、送信データの入力及び受信データの出力を行うデータ入出力部１０１を設けた構成としているが、外部からの送信データの入力を演算制御部１１１で行い、受信データの外部への出力を受信データ判定部１１２で行うようにしてもよい。あるいは、受信データを受信データ判定部１１２から演算制御部１１１に出力し、演算制御部１１１において外部あるいはデータ入出力部１０１と送受信データの入出力を行わせるようにしてもよい。
【００２０】
また、図１に示す超広帯域無線通信装置１００では、演算制御部１１１と受信データ判定部１１２とをまとめて通信データ処理部１１０とする構成としているが、ハードウェアの構成等によって適宜変更できる。
【００２１】
信号生成部１２０は、演算制御部１１１からトリガ信号を入力して所定のインパルス信号を生成する送信信号生成部１２１と、送信信号生成部１２１で生成されたインパルス信号を波形整形するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２２と、ＢＰＦ１２２で波形整形されたインパルス信号を増幅する増幅器１２３とを備えた構成としている。
【００２２】
信号生成部１２０で生成される送信信号の周波数スペクトルの一例を図２に示す。送信信号生成部１２１で生成されるインパルス信号は、図２（ａ）に示すように、例えば１０ＧＨｚ程度の広帯域なスペクトルを有するベースバンドのインパルス信号である。ＢＰＦ１２２は、このようなインパルス信号を、例えば図２（ｂ）のように波形整形する。図２（ｂ）では、送信信号生成部１２１で生成されたインパルス信号の低周波成分を低減している。図２（ｂ）のように波形整形されたインパルス信号は、増幅器１２３で所定のパワーレベルまで増幅され、送信信号として送信アンテナ１３１から送信される。
【００２３】
なお、本実施形態の信号生成部１２０は、ベースバンドで生成したインパルス信号を用いて送信信号を生成したが、ベースバンドで生成したインパルス信号を所定の高周波帯域までアップコンバートしたものを送信信号に用いるように構成することも可能である。この場合でも、インパルス信号の帯域は１０ＧＨｚ程度の広帯域とするのがよい。
【００２４】
次に、受信アンテナ１３２で受信された受信波は、受信信号処理部１４０に入力され、ここで受信波の検波が行われる。受信信号処理部１４０に入力された受信波は、まず増幅器１４１で増幅された後、ＢＰＦ１４２で所定の帯域にろ波される。送信信号の帯域を図２に示すような１０ＧＨｚ程度とした場合には、ＢＰＦ１４２では１０ＧＨｚ程度の受信波をろ波させるようにする。
【００２５】
また、ベースバンドで生成したインパルス信号を所定の高周波電波でアップコンバートして送信している場合には、所定の周波帯域までダウンコンバートするか、或いはダイオードなどを用いて包絡線検波する必要がある。ＢＰＦ１４２は、アップコンバート前のインパルス信号と同じ周波数帯をろ波するように設定しておくものとする。
【００２６】
検波部１４３は、ＢＰＦ１４２でろ波された受信波を入力して受信波を検波する。ここで検波された各受信波は、通信データ処理部１１０の受信データ判定部１１２に出力され、ここで受信データを判定するための処理が行われる。
【００２７】
受信データ判定部１１２の構成を図３に示す。受信データ判定部１１２は、相関回路１１２ａとデータ変換部１１２ｂとから構成されており、検波部１４３から入力した受信波は、まず相関回路１１２ａで所定の閾値判定が行われ、インパルスの検知が行われる。
【００２８】
相関回路１１２ａは、コンパレータ１６１と閾値設定部１６２とを備えており、検波部１４３から入力した受信波と閾値設定部１６２で設定されている閾値とがコンパレータ１６１に入力される。コンパレータ１６１は、入力した受信波からインパルスを検知するものであり、入力信号を閾値設定部１６２から入力した閾値と比較し、入力信号が閾値を超える場合には’１’に相当する信号を、また閾値を超えない場合には’０’に相当する信号を、それぞれデータ変換部１１２ｂに出力するよう構成されている。
【００２９】
データ変換部１１２ｂは、コンパレータ１６１から所定ビット数のシリアルデータである受信信号を入力すると、これを入出力処理部１６３でパラレルデータに変換している。データ変換部１１２ｂでは、パラレル変換したデータに対し必要な処理を行って受信データに変換するが、ここでは、１０ビットで受信したデータを８ビットに変換する処理を８Ｂ１０Ｂ変換部１６４で行う例を示している。この処理は演算制御部１１１にて、送信データに８Ｂ１０Ｂ変換を行っている場合である。８Ｂ１０Ｂ変換部１６４で行う処理は、送信部の８Ｂ１０Ｂ変換で８ビットから１０ビットに変換されたデータを、再び８ビットに戻して受信データを復元する処理となる。
【００３０】
８Ｂ１０Ｂ変換部１６４で復元された受信データは、入出力処理部１６５で再びシリアルデータに変換されてデータ入出力部１０１に出力される。なお、本実施形態では、データ変換部１１２ｂの８Ｂ１０Ｂ変換部１６４でデータ変換を行う例を説明したが、コンパレータ１６１から出力される受信信号に対し、データ変換等の処理が必要ない場合には、データ変換部１１２ｂを設けず、コンパレータ１６１から直接データ入出力部１０１等に出力させるようにしてもよい。
【００３１】
シリアルデータをパラレルデータに変換する入出力処理部１６３、及びパラレルデータをシリアルデータに変換する入出力処理部１６５には、シリアライザ・デシリアライザ（ＳＥＲＤＥＳ）を用いることができる。ＳＥＲＤＥＳは高速のデータ転送が可能であり、例えばＳＥＤＥＳを搭載したＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）を用いてデータ変換部１１２ｂを構成することができる。
【００３２】
本実施形態の超広帯域無線通信装置１００では、送信信号生成部１２１が演算制御部１１１からトリガ信号を入力すると、このトリガ信号の立ち上がり時の高周波成分を利用して超広帯域インパルス信号を発生している。トリガ信号の立ち上がりを利用して超広帯域インパルス信号を発生するよう構成された本実施形態の演算制御部１１１及び送信信号生成部１２１を、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態の演算制御部１１１及び送信信号生成部１２１の構成を示すブロック図である。
【００３３】
演算制御部１１１では、データ入出力部１０１から所定ビット数のシリアルデータである送信データを入力すると、これを入出力処理部１５１でパラレルデータに変換したのち、このパラレルデータを入出力処理部１５２と１５３に供給している。入出力処理部１５２と１５３は、それぞれクロック１５２ａと１５３ａで動作が制御されるよう構成されており、入出力処理部１５１からパラレル変換された送信データを受け取ると、これをシリアル変換してそれぞれのクロックに従ってトリガ信号を出力する。
【００３４】
また、本実施形態では、クロック１５３ａをクロック１５２ａより所定時間だけ遅らせており、これにより入出力処理部１５３は入出力処理部１５２より所定時間だけ遅れて動作するようにしている。その結果、入出力処理部１５２と１５３とが入出力処理部１５１から同時に送信データを入力しても、入出力処理部１５３から出力されるトリガ信号は、入出力処理部１５２から出力されるトリガ信号より常に所定時間だけ遅れて出力されることになる。
【００３５】
入出力処理部１５２及び１５３から出力されるトリガ信号を模式的に図５に示す。同図では、入出力処理部１５３から出力されるトリガ信号２２が入出力処理部１５２から出力されるトリガ信号２１より遅延時間１００ｐｓだけ遅延して出力されることを示している。この遅延時間は、送信信号に用いるインパルスのパルス幅に略等しく設定されている。
【００３６】
入出力処理部１５２と１５３とから出力される２つのトリガ信号２１、２２は、ともに送信信号生成部１２１に出力される。送信信号生成部１２１は、バイアス手段１５４とコンパレータ１５５とを備えている。バイアス手段１５４は、入出力処理部１５３からトリガ信号２２が入力されると、これに一定のバイアスを付加している。
【００３７】
コンパレータ１５５は、入出力処理部１５２からトリガ信号２１を入力するとともに、バイアス手段１５４からバイアスが付加されたトリガ信号２２を入力し、トリガ信号２１がトリガ信号２２よりも大きいときだけ、所定の出力を行うよう構成されている。コンパレータ１５５に入力されるトリガ信号２１、２２の一例を図６に示す。トリガ信号２２にはバイアス手段１５４で所定のバイアスが付加されているため、同図（ａ）に示すように、大部分の区間においてトリガ信号２２がトリガ信号２１より大きくなっており、この間はコンパレータ１５５からの出力はない。
【００３８】
これに対し、トリガ信号２１が立ち上がる符号３０の時点では、トリガ信号２１がトリガ信号２２より大きくなっており、この間のみコンパレータ１５５からの出力が発生する。その結果、図６（ｂ）に示すようなインパルスが生成される。このように、本実施形態では、トリガ信号の立ち上がりを利用してインパルスを生成し、これを送信信号に用いている。コンパレータ１５５から出力されるインパルスのパルス幅は、クロック１５２ａと１５３ａとの時間差である遅延時間１００ｐｓに略等しくなっており、これにより帯域幅１０ＧＨｚ程度の広帯域なインパルスを生成している。
【００３９】
本実施形態の超広帯域無線通信装置１００では、図４に示したような簡易な構成の演算制御部１１１及び送信信号生成部１２１により、１０ＧＨｚ程度の広帯域なインパルスを容易に生成することができ、これを送受信信号に用いることにより、数Ｇｂｐｓ程度の短距離高速通信を実現することが可能となっている。また、インパルスのパルス幅を決定する遅延時間を、クロック１５２ａと１５３ａとの時間差で設定しており、これはディジタル的に行われることから、安定した遅延時間を実現することができる。
【００４０】
本発明の第２の実施形態にかかる超広帯域無線通信装置を以下に説明する。第２の実施形態では、送信信号に用いるインパルスの生成方法が第１の実施形態と異なっている。本実施形態の演算制御部２１１及び送信信号生成部２２１の構成を、図７を用いて説明する。図７は、本実施形態の演算制御部２１１及び送信信号生成部２２１の構成を示すブロック図である。
【００４１】
演算制御部２１１では、データ入出力部１０１から送信データを入力すると、これを入出力処理部２５１でパラレルデータに変換したのち、このパラレルデータを入出力処理部２５２に供給している。入出力処理部２５２は、入出力処理部２５１からパラレル変換された送信データを受け取ると、これをシリアル変換してトリガ信号を出力するが、さらにこのトリガ信号とは極性が逆の信号も併せて出力することが可能となっている。すなわち、入出力処理部２５２は極性が正のポジティブ信号と極性が負のネガティブ信号の２つの信号を出力することが可能となっている。入出力処理部２５２のこのような機能は、例えばＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌ）のような出力を持つＳＥＲＤＥＳを用いて実現することができる。
【００４２】
本実施形態では、送信信号に用いるインパルスを生成するためのトリガ信号として、入出力処理部２５２から極性が逆で対称なポジティブ信号とネガティブ信号の２つを出力させるようにしている。ポジティブ信号とネガティブ信号は、クロック２５２ａに従って同時に出力され、送信信号生成部２２１に入力される。
【００４３】
本実施形態の送信信号生成部２２１は、バイアス手段２５３、遅延回路２５４、及びコンパレータ２５５を備えている。入出力処理部２５２から入力したポジティブ信号はコンパレータ２５５に直接入力され、ネガティブ信号はバイアス手段２５３に入力される。バイアス手段２５３は、入力したネガティブ信号に所定のバイアスを付加している。
【００４４】
バイアス手段２５３でバイアスが付加された信号は、次に遅延回路２５４に入力され、ここで所定の遅延時間が付加される。バイアスが付加された信号は、ポジティブ信号とは対称な波形となっており、トリガ信号のパルス幅分だけずれた波形となっている。そこで、遅延回路２５４で付加する遅延時間として、トリガ信号のパルス幅分とインパルス生成のための遅延時間とを加えた時間を設定する必要がある。
【００４５】
入出力処理部２５２のトリガ信号の繰り返し周波数を１ＧＨｚとしたとき、１パルス幅の時間は５００ｐｓとなり、これにインパルス生成に必要な遅延時間１００ｐｓを加算すると、遅延回路２５３による遅延時間は６００ｐｓとなる。遅延回路２５３により所定の遅延時間が付加されたトリガ信号を、ポジティブ信号からなるトリガ信号と比較して模式的に図８に示す。同図において、ポジティブ信号からなるトリガ信号を符号２３で示し、遅延時間が付加されたトリガ信号を符号２４で示している。なお、同図で符号２４’はネガティブ信号を示している。
【００４６】
遅延回路２５４で所定の遅延時間を付加された信号は、コンパレータ２５５に入力され、ポジティブ信号と比較される。そして、ポジティブ信号が遅延回路２５３から入力した信号よりも大きくなる期間だけコンパレータ２５５から出力が行われる。遅延時間を図８に示すように設定したことにより、１００ｐｓ程度の期間だけコンパレータ２５５から出力が行われ、１０ＧＨｚ程度の広帯域なインパルスが生成される。
【００４７】
本実施形態では、１つの入出力処理部２５２だけからトリガ信号を出力させるように構成したことから、本実施形態の超広帯域無線通信装置の構成をさらに簡略にすることができる。なお、遅延時間がやや長くなることから、これを例えばアナログ遅延線を用いて実現する場合には、遅延線を長くする必要がある。
【００４８】
本発明の第３の実施形態にかかる超広帯域無線通信装置を以下に説明する。第３の実施形態でも、送信信号に用いるインパルスを第１の実施形態及び第２の実施形態と異なる生成方法で実現している。本実施形態の演算制御部３１１及び送信信号生成部３２１の構成を、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態の演算制御部３１１及び送信信号生成部３２１の構成を示すブロック図である。
【００４９】
演算制御部３１１では、データ入出力部１０１から送信データを入力すると、これを入出力処理部３５１でパラレルデータに変換したのち、このパラレルデータを入出力処理部３５２に供給している。入出力処理部３５２は、入出力処理部３５１からパラレル変換された送信データを受け取ると、これをシリアル変換してトリガ信号を出力しているが、さらにトリガ信号の高周波成分を増大させて出力させるようにしている。
【００５０】
このような機能は、入出力処理部３５２として例えばＳＥＲＤＥＳを用いた場合、ＳＥＲＤＥＳのプリエンファシス（Ｐｒｅ−Ｅｍｐｈａｓｉｓ)機能を用いて実現することができる。入出力処理部３５２から出力されるトリガ信号の一例を図１０に示す。トリガ信号の高周波成分を増大させることで、トリガ信号の立ち上がり時に高いピークを出現させることができる。
【００５１】
本実施形態の送信信号生成部３２１は、閾値設定部３５３及びコンパレータ３５４を備えている。入出力処理部３５２から入力されたトリガ信号は、コンパレータ３５４に入力されて閾値設定部３５３で設定された所定の閾値（図１０の符号３１）と比較される。コンパレータ３５４は、トリガ信号が閾値設定部３５３で設定された閾値よりも大きくなる期間だけ出力を行うよう構成されている。本実施形態では、トリガ信号の立ち上がり時に出現する高いピークのみでインパルスを生成させるように閾値設定部３５３の閾値３１を設定しており、トリガ信号の立ち上がり時の高周波成分でインパルスを生成するようにすることで、広帯域なインパルスの生成を実現している。
【００５２】
本実施形態では、入出力処理部３５２から高周波成分を増大させたトリガ信号を出力させるようにすることで、トリガ信号の立ち上がり時の高周波成分でインパルスを出力させるように構成したことから、本実施形態の超広帯域無線通信装置の構成を簡略にすることができる。また、閾値設定部３５３で設定する閾値を調整するだけで、生成するインパルスのパルス幅をある程度調整することができる。
【００５３】
本発明の第４の実施形態にかかる超広帯域無線通信装置を以下に説明する。第４の実施形態でも、送信信号に用いるインパルスを第１の実施形態から第３の実施形態のいずれとも異なる生成方法で実現している。本実施形態の演算制御部４１１及び送信信号生成部４２１の構成を、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態の演算制御部４１１及び送信信号生成部４２１の構成を示すブロック図である。
【００５４】
演算制御部４１１では、データ入出力部１０１から送信データを入力すると、これを入出力処理部４５１でパラレルデータに変換したのち、このパラレルデータを入出力処理部４５２に供給している。この際に、８Ｂ１０Ｂなどの処理を行っても良い。また、演算制御部４１１には記憶部４５３が備えられており、送信データと同じビット数だけ’１’と’０’とを順次配列した第１固定値と、同じく’０’と’１’とを順次配列した第２固定値が記憶されている。
【００５５】
演算制御部４１１の出力側には、入出力処理部４５２に加えて入出力処理部４５４、４５５が設けられており、入出力処理部４５４には記憶部４５３から第１固定値が、また入出力処理部４５５には記憶部４５３から第２固定値がそれぞれ入力される。入出力処理部４５４、４５５のそれぞれの出力を、コンパレータ４５７、４５８にそれぞれ入力し、閾値設定部４５７ａ、４５８ａに設定された閾値と比較することで、各コンパレータから１ビットおきにインパルスを発生させている。ここでは、本発明の第３の実施形態を用いてインパルスを生成しているが、第１および第２の実施形態を利用してインパルスを生成することも出来る。また、コンパレータ４５７と４５８とから出力されるインパルスを併せると、１ビット毎にインパルスが発生していることになる。
【００５６】
入出力処理部４５２からの図１２に示されるビット列、及びコンパレータ４５７、４５８からの出力を合波器４５９に入力して加算することにより、合波器４５９からの出力は図１３のようになる。すなわち、コンパレータ４５７と４５８とで生成された１ビット毎のインパルスの大きさが、入出力処理部４５２から’１’に相当するトリガが出力されているときにはさらに増大される。閾値設定部４５６ａに設定する閾値を図１３に示す閾値３２とすることにより、送信データに相当するインパルス列がコンパレータ４５６から出力されるようにすることができる。
【００５７】
上記の通り本発明によれば、１０ＧＨｚ程度の超広帯域を利用したインパルスを簡易な構成で生成することで、数Ｇｂｐｓ程度の短距離高速通信を低価格で実現できる超広帯域無線通信装置を提供することが可能となる。本発明では、トリガ信号の立ち上がりを利用してインパルスを生成し、これを送信信号に用いている。また、超広帯域化により電力スペクトル密度を低減することで、他システムへの干渉を低減した近距離高速通信を容易に実現することが可能となる。
【００５８】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る超広帯域無線通信装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における超広帯域無線通信装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１００ 超広帯域無線通信装置
１０１ データ入出力部
１１０ 通信データ処理部
１１１、２１１、３１１、４１１ 演算制御部
１１２ 受信データ判定部
１２０ 信号生成部
１２１、２２１、３２１、４２１ 送信信号生成部
１２２、１４２ ＢＰＦ
１２３、１４１ 増幅器
１３１ 送信アンテナ
１３２ 受信アンテナ
１４０ 受信信号処理部
１４３ 検波部
１５１、１５２、１５３、１６３、１６５、２５１、２５２、３５１、３５２，４５１、４５２、４５４、４５５ 入出力処理部
１６４ ８Ｂ１０Ｂ変換部
１５４、２５３ バイアス手段
１５５、１６１、２５５、３５４、４５６、４５７、４５８ コンパレータ
１６２、３５３ 閾値設定部
４５３ 記憶部
２５４ 遅延回路
４５９ 合波器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超広帯域を利用して短距離無線通信を行う超広帯域無線通信装置の技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、新しいコンセプトの無線通信技術として、５００ＭＨｚ乃至数ＧＨｚの帯域幅を利用した超広帯域無線システムであるＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）無線通信システムが注目されている。
【０００３】
ＵＷＢは、広帯域を利用することでパルス幅がナノ秒程度かそれ以下の超短パルス波を用いたインパルス無線方式である。パルスを用いた無線通信システムでは、パルス幅が狭くなるほど平均送信電力が小さくなり、到達距離も短くなる。そのため、広帯域化してパルス幅を狭めるほど、同じ周波数帯を使う他の無線機器との混信の可能性を低減させることが可能となり、消費電力も少なくなるという特徴がある。
【０００４】
ＵＷＢは、その出力が極めて低いことから短距離の通信に好適な通信方式であり、ワイヤレスＵＳＢの通信方式等に利用されている（特許文献１）。ワイヤレスＵＳＢは高々１Ｇｂｐｓ程度を極近距離で通信することを目的としており、１ＧＨｚ程度の広帯域を利用することで機器間の距離が３ｍ以内の場合には有線のＵＳＢ２．０と同等の４８０Ｍｂｐｓでの高速通信を可能としており、また１０ｍ離れた場合でも１１０Ｍｂｐｓを確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１８６９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のＵＷＢを用いた通信方式で実現できる通信速度は、高々１Ｇｂｐｓ程度までであり、さらに高速なデータ通信を実現するためには、シャノンの定理からも明らかなように、利用する帯域をさらに拡大する必要がある。しかし、さらに帯域を拡大して１０ＧＨｚ程度の超広帯域を実現するためには、従来は、光学的インパルス生成を利用するか、ＩｎＰなどの高価な半導体材料を用いる必要があった。そのため、１０ＧＨｚ程度の超広帯域を利用した無線通信装置を低価格で実現することができない、といった問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、１０ＧＨｚ程度の超広帯域を簡易な構成で利用可能とすることで、短距離高速通信を低価格で実現可能とする超広帯域無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の超広帯域無線通信装置の第１の態様は、所定ビット数からなる送信データのビット値に対応してトリガ信号を出力する演算制御部と、前記演算制御部から前記トリガ信号を入力して送信信号を生成する送信信号生成部と、前記送信信号を送信する送信アンテナと、所定の受信波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナで受信した前記受信波を入力して所定の受信信号を検波する受信信号処理部と、前記受信信号処理部からの信号を入力して受信データを判定する受信データ判定部とを備えた超広帯域無線通信装置であって、前記送信信号生成部は、前記送信信号として、前記トリガ信号の立ち上がりから所定時間だけ出力される超広帯域インパルス信号を生成することを特徴とする。
【０００９】
本発明の超広帯域無線通信装置の他の態様は、前記演算制御部は、前記送信データに従ってそれぞれ前記トリガ信号を出力する入出力処理部を２つ備え、前記入出力処理部の一方が他方より前記所定時間だけ遅れて前記トリガ信号を出力するように構成され、前記送信信号生成部は、前記一方の入出力処理部から前記トリガ信号を入力して一定のバイアスを付加するバイアス手段と、前記他方の入出力処理部から入力した前記トリガ信号と前記バイアス手段の出力とを比較して前記他方の入出力処理部から入力した前記トリガ信号が前記バイアス手段の出力より大きくなる前記所定時間だけ前記超広帯域インパルス信号を出力するコンパレータを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の超広帯域無線通信装置の他の態様は、前記演算制御部は、前記トリガ信号として、前記送信データに従って生成されたポジティブ信号と極性が前記ポジティブと反対のネガティブ信号とを出力する入出力処理部を備え、前記送信信号生成部は、前記入出力処理部から前記ネガティブ信号を入力して一定のバイアスを付加するバイアス手段と、前記バイアス手段の出力を所定の遅延時間だけ遅延させる遅延手段と、前記ポジティブ信号と前記遅延手段の出力とを比較して前記ポジティブ信号が前記遅延手段の出力よりも大きくなる前記所定時間だけ前記超広帯域インパルス信号を出力するコンパレータと、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の超広帯域無線通信装置の他の態様は、前記遅延時間は、前記トリガ信号のパルス幅に前記所定時間を加算した時間に略等しいことを特徴とする。
【００１２】
本発明の超広帯域無線通信装置の他の態様は、前記バイアスは、前記バイアスを付加しない信号がその立上がり時に前記所定時間だけ前記バイアスを付加した信号より大きくなるように決定していることを特徴とする。
【００１３】
本発明の超広帯域無線通信装置の他の態様は、前記超広帯域インパルス信号は、１ＧＨｚを超える広帯域を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明によれば、１０ＧＨｚ程度の超広帯域を利用したインパルスを簡易な構成で生成することで、数Ｇｂｐｓ程度の短距離高速通信を低価格で実現できる超広帯域無線通信装置を提供することが可能となる。また、超広帯域化により電力スペクトル密度を低減することで、他システムへの干渉を低減した近距離高速通信を容易に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超広帯域無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】信号生成部で生成される送信信号の周波数スペクトルの一例を示す図である。
【図３】第１の実施形態の受信データ判定部の構成を示す図である。
【図４】第１の実施形態の演算制御部及び送信信号生成部の構成を示すブロック図である。
【図５】入出力処理部から出力されるトリガ信号を模式的に示す図である。
【図６】コンパレータに入力されるトリガ信号の一例を示す図である。
【図７】第２の実施形態の演算制御部及び送信信号生成部の構成を示すブロック図である。
【図８】遅延回路により所定の遅延時間が付加されたトリガ信号を、ポジティブ信号からなるトリガ信号と比較して模式的に示す図である。
【図９】第３の実施形態の演算制御部及び送信信号生成部の構成を示すブロック図である。
【図１０】入出力処理部から出力されるトリガ信号の一例を示す図である。
【図１１】第４の実施形態の演算制御部及び送信信号生成部の構成を示すブロック図である。
【図１２】入出力処理部から出力される送信ビット列の一例を示す図である。
【図１３】入出力処理部からの出力及びコンパレータからの出力を加算した合波器の出力の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態における超広帯域無線通信装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００１７】
本発明の超広帯域無線通信装置は、１０ＧＨｚ程度の超広帯域を利用して生成したインパルスを通信用の信号に用いており、これにより数Ｇｂｐｓ程度の短距離高速通信を可能としている。また、このような超広帯域なインパルスを簡易な構成で生成可能としている。
【００１８】
本発明の第１の実施の形態に係る超広帯域無線通信装置の構成を、図１に示すブロック図を用いて説明する。本実施形態の超広帯域無線通信装置１００は、送信データの入力及び受信データの出力を行うデータ入出力部１０１と、送信データをもとに所定のインパルスからなる送信信号を要求するトリガ信号を作成する演算制御部１１１と、演算制御部１１１からトリガ信号を入力して広帯域インパルスからなる送信信号を生成する信号生成部１２０と、送信信号を送信するための送信アンテナ１３１と、所定の受信波を受信するための受信アンテナ１３２と、受信波を検波するための受信信号処理部１４０と、受信信号処理部１４０から受信波を入力して受信データを判定する受信データ判定部１１２とを備えている。
【００１９】
本実施形態では、送信データの入力及び受信データの出力を行うデータ入出力部１０１を設けた構成としているが、外部からの送信データの入力を演算制御部１１１で行い、受信データの外部への出力を受信データ判定部１１２で行うようにしてもよい。あるいは、受信データを受信データ判定部１１２から演算制御部１１１に出力し、演算制御部１１１において外部あるいはデータ入出力部１０１と送受信データの入出力を行わせるようにしてもよい。
【００２０】
また、図１に示す超広帯域無線通信装置１００では、演算制御部１１１と受信データ判定部１１２とをまとめて通信データ処理部１１０とする構成としているが、ハードウェアの構成等によって適宜変更できる。
【００２１】
信号生成部１２０は、演算制御部１１１からトリガ信号を入力して所定のインパルス信号を生成する送信信号生成部１２１と、送信信号生成部１２１で生成されたインパルス信号を波形整形するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２２と、ＢＰＦ１２２で波形整形されたインパルス信号を増幅する増幅器１２３とを備えた構成としている。
【００２２】
信号生成部１２０で生成される送信信号の周波数スペクトルの一例を図２に示す。送信信号生成部１２１で生成されるインパルス信号は、図２（ａ）に示すように、例えば１０ＧＨｚ程度の広帯域なスペクトルを有するベースバンドのインパルス信号である。ＢＰＦ１２２は、このようなインパルス信号を、例えば図２（ｂ）のように波形整形する。図２（ｂ）では、送信信号生成部１２１で生成されたインパルス信号の低周波成分を低減している。図２（ｂ）のように波形整形されたインパルス信号は、増幅器１２３で所定のパワーレベルまで増幅され、送信信号として送信アンテナ１３１から送信される。
【００２３】
なお、本実施形態の信号生成部１２０は、ベースバンドで生成したインパルス信号を用いて送信信号を生成したが、ベースバンドで生成したインパルス信号を所定の高周波帯域までアップコンバートしたものを送信信号に用いるように構成することも可能である。この場合でも、インパルス信号の帯域は１０ＧＨｚ程度の広帯域とするのがよい。
【００２４】
次に、受信アンテナ１３２で受信された受信波は、受信信号処理部１４０に入力され、ここで受信波の検波が行われる。受信信号処理部１４０に入力された受信波は、まず増幅器１４１で増幅された後、ＢＰＦ１４２で所定の帯域にろ波される。送信信号の帯域を図２に示すような１０ＧＨｚ程度とした場合には、ＢＰＦ１４２では１０ＧＨｚ程度の受信波をろ波させるようにする。
【００２５】
また、ベースバンドで生成したインパルス信号を所定の高周波電波でアップコンバートして送信している場合には、所定の周波帯域までダウンコンバートするか、或いはダイオードなどを用いて包絡線検波する必要がある。ＢＰＦ１４２は、アップコンバート前のインパルス信号と同じ周波数帯をろ波するように設定しておくものとする。
【００２６】
検波部１４３は、ＢＰＦ１４２でろ波された受信波を入力して受信波を検波する。ここで検波された各受信波は、通信データ処理部１１０の受信データ判定部１１２に出力され、ここで受信データを判定するための処理が行われる。
【００２７】
受信データ判定部１１２の構成を図３に示す。受信データ判定部１１２は、相関回路１１２ａとデータ変換部１１２ｂとから構成されており、検波部１４３から入力した受信波は、まず相関回路１１２ａで所定の閾値判定が行われ、インパルスの検知が行われる。
【００２８】
相関回路１１２ａは、コンパレータ１６１と閾値設定部１６２とを備えており、検波部１４３から入力した受信波と閾値設定部１６２で設定されている閾値とがコンパレータ１６１に入力される。コンパレータ１６１は、入力した受信波からインパルスを検知するものであり、入力信号を閾値設定部１６２から入力した閾値と比較し、入力信号が閾値を超える場合には’１’に相当する信号を、また閾値を超えない場合には’０’に相当する信号を、それぞれデータ変換部１１２ｂに出力するよう構成されている。
【００２９】
データ変換部１１２ｂは、コンパレータ１６１から所定ビット数のシリアルデータである受信信号を入力すると、これを入出力処理部１６３でパラレルデータに変換している。データ変換部１１２ｂでは、パラレル変換したデータに対し必要な処理を行って受信データに変換するが、ここでは、１０ビットで受信したデータを８ビットに変換する処理を８Ｂ１０Ｂ変換部１６４で行う例を示している。この処理は演算制御部１１１にて、送信データに８Ｂ１０Ｂ変換を行っている場合である。８Ｂ１０Ｂ変換部１６４で行う処理は、送信部の８Ｂ１０Ｂ変換で８ビットから１０ビットに変換されたデータを、再び８ビットに戻して受信データを復元する処理となる。
【００３０】
８Ｂ１０Ｂ変換部１６４で復元された受信データは、入出力処理部１６５で再びシリアルデータに変換されてデータ入出力部１０１に出力される。なお、本実施形態では、データ変換部１１２ｂの８Ｂ１０Ｂ変換部１６４でデータ変換を行う例を説明したが、コンパレータ１６１から出力される受信信号に対し、データ変換等の処理が必要ない場合には、データ変換部１１２ｂを設けず、コンパレータ１６１から直接データ入出力部１０１等に出力させるようにしてもよい。
【００３１】
シリアルデータをパラレルデータに変換する入出力処理部１６３、及びパラレルデータをシリアルデータに変換する入出力処理部１６５には、シリアライザ・デシリアライザ（ＳＥＲＤＥＳ）を用いることができる。ＳＥＲＤＥＳは高速のデータ転送が可能であり、例えばＳＥＤＥＳを搭載したＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）を用いてデータ変換部１１２ｂを構成することができる。
【００３２】
本実施形態の超広帯域無線通信装置１００では、送信信号生成部１２１が演算制御部１１１からトリガ信号を入力すると、このトリガ信号の立ち上がり時の高周波成分を利用して超広帯域インパルス信号を発生している。トリガ信号の立ち上がりを利用して超広帯域インパルス信号を発生するよう構成された本実施形態の演算制御部１１１及び送信信号生成部１２１を、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態の演算制御部１１１及び送信信号生成部１２１の構成を示すブロック図である。
【００３３】
演算制御部１１１では、データ入出力部１０１から所定ビット数のシリアルデータである送信データを入力すると、これを入出力処理部１５１でパラレルデータに変換したのち、このパラレルデータを入出力処理部１５２と１５３に供給している。入出力処理部１５２と１５３は、それぞれクロック１５２ａと１５３ａで動作が制御されるよう構成されており、入出力処理部１５１からパラレル変換された送信データを受け取ると、これをシリアル変換してそれぞれのクロックに従ってトリガ信号を出力する。
【００３４】
また、本実施形態では、クロック１５３ａをクロック１５２ａより所定時間だけ遅らせており、これにより入出力処理部１５３は入出力処理部１５２より所定時間だけ遅れて動作するようにしている。その結果、入出力処理部１５２と１５３とが入出力処理部１５１から同時に送信データを入力しても、入出力処理部１５３から出力されるトリガ信号は、入出力処理部１５２から出力されるトリガ信号より常に所定時間だけ遅れて出力されることになる。
【００３５】
入出力処理部１５２及び１５３から出力されるトリガ信号を模式的に図５に示す。同図では、入出力処理部１５３から出力されるトリガ信号２２が入出力処理部１５２から出力されるトリガ信号２１より遅延時間１００ｐｓだけ遅延して出力されることを示している。この遅延時間は、送信信号に用いるインパルスのパルス幅に略等しく設定されている。
【００３６】
入出力処理部１５２と１５３とから出力される２つのトリガ信号２１、２２は、ともに送信信号生成部１２１に出力される。送信信号生成部１２１は、バイアス手段１５４とコンパレータ１５５とを備えている。バイアス手段１５４は、入出力処理部１５３からトリガ信号２２が入力されると、これに一定のバイアスを付加している。
【００３７】
コンパレータ１５５は、入出力処理部１５２からトリガ信号２１を入力するとともに、バイアス手段１５４からバイアスが付加されたトリガ信号２２を入力し、トリガ信号２１がトリガ信号２２よりも大きいときだけ、所定の出力を行うよう構成されている。コンパレータ１５５に入力されるトリガ信号２１、２２の一例を図６に示す。トリガ信号２２にはバイアス手段１５４で所定のバイアスが付加されているため、同図（ａ）に示すように、大部分の区間においてトリガ信号２２がトリガ信号２１より大きくなっており、この間はコンパレータ１５５からの出力はない。
【００３８】
これに対し、トリガ信号２１が立ち上がる符号３０の時点では、トリガ信号２１がトリガ信号２２より大きくなっており、この間のみコンパレータ１５５からの出力が発生する。その結果、図６（ｂ）に示すようなインパルスが生成される。このように、本実施形態では、トリガ信号の立ち上がりを利用してインパルスを生成し、これを送信信号に用いている。コンパレータ１５５から出力されるインパルスのパルス幅は、クロック１５２ａと１５３ａとの時間差である遅延時間１００ｐｓに略等しくなっており、これにより帯域幅１０ＧＨｚ程度の広帯域なインパルスを生成している。
【００３９】
本実施形態の超広帯域無線通信装置１００では、図４に示したような簡易な構成の演算制御部１１１及び送信信号生成部１２１により、１０ＧＨｚ程度の広帯域なインパルスを容易に生成することができ、これを送受信信号に用いることにより、数Ｇｂｐｓ程度の短距離高速通信を実現することが可能となっている。また、インパルスのパルス幅を決定する遅延時間を、クロック１５２ａと１５３ａとの時間差で設定しており、これはディジタル的に行われることから、安定した遅延時間を実現することができる。
【００４０】
本発明の第２の実施形態にかかる超広帯域無線通信装置を以下に説明する。第２の実施形態では、送信信号に用いるインパルスの生成方法が第１の実施形態と異なっている。本実施形態の演算制御部２１１及び送信信号生成部２２１の構成を、図７を用いて説明する。図７は、本実施形態の演算制御部２１１及び送信信号生成部２２１の構成を示すブロック図である。
【００４１】
演算制御部２１１では、データ入出力部１０１から送信データを入力すると、これを入出力処理部２５１でパラレルデータに変換したのち、このパラレルデータを入出力処理部２５２に供給している。入出力処理部２５２は、入出力処理部２５１からパラレル変換された送信データを受け取ると、これをシリアル変換してトリガ信号を出力するが、さらにこのトリガ信号とは極性が逆の信号も併せて出力することが可能となっている。すなわち、入出力処理部２５２は極性が正のポジティブ信号と極性が負のネガティブ信号の２つの信号を出力することが可能となっている。入出力処理部２５２のこのような機能は、例えばＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌ）のような出力を持つＳＥＲＤＥＳを用いて実現することができる。
【００４２】
本実施形態では、送信信号に用いるインパルスを生成するためのトリガ信号として、入出力処理部２５２から極性が逆で対称なポジティブ信号とネガティブ信号の２つを出力させるようにしている。ポジティブ信号とネガティブ信号は、クロック２５２ａに従って同時に出力され、送信信号生成部２２１に入力される。
【００４３】
本実施形態の送信信号生成部２２１は、バイアス手段２５３、遅延回路２５４、及びコンパレータ２５５を備えている。入出力処理部２５２から入力したポジティブ信号はコンパレータ２５５に直接入力され、ネガティブ信号はバイアス手段２５３に入力される。バイアス手段２５３は、入力したネガティブ信号に所定のバイアスを付加している。
【００４４】
バイアス手段２５３でバイアスが付加された信号は、次に遅延回路２５４に入力され、ここで所定の遅延時間が付加される。バイアスが付加された信号は、ポジティブ信号とは対称な波形となっており、トリガ信号のパルス幅分だけずれた波形となっている。そこで、遅延回路２５４で付加する遅延時間として、トリガ信号のパルス幅分とインパルス生成のための遅延時間とを加えた時間を設定する必要がある。
【００４５】
入出力処理部２５２のトリガ信号の繰り返し周波数を１ＧＨｚとしたとき、１パルス幅の時間は５００ｐｓとなり、これにインパルス生成に必要な遅延時間１００ｐｓを加算すると、遅延回路２５３による遅延時間は６００ｐｓとなる。遅延回路２５３により所定の遅延時間が付加されたトリガ信号を、ポジティブ信号からなるトリガ信号と比較して模式的に図８に示す。同図において、ポジティブ信号からなるトリガ信号を符号２３で示し、遅延時間が付加されたトリガ信号を符号２４で示している。なお、同図で符号２４’はネガティブ信号を示している。
【００４６】
遅延回路２５４で所定の遅延時間を付加された信号は、コンパレータ２５５に入力され、ポジティブ信号と比較される。そして、ポジティブ信号が遅延回路２５３から入力した信号よりも大きくなる期間だけコンパレータ２５５から出力が行われる。遅延時間を図８に示すように設定したことにより、１００ｐｓ程度の期間だけコンパレータ２５５から出力が行われ、１０ＧＨｚ程度の広帯域なインパルスが生成される。
【００４７】
本実施形態では、１つの入出力処理部２５２だけからトリガ信号を出力させるように構成したことから、本実施形態の超広帯域無線通信装置の構成をさらに簡略にすることができる。なお、遅延時間がやや長くなることから、これを例えばアナログ遅延線を用いて実現する場合には、遅延線を長くする必要がある。
【００４８】
本発明の第３の実施形態にかかる超広帯域無線通信装置を以下に説明する。第３の実施形態でも、送信信号に用いるインパルスを第１の実施形態及び第２の実施形態と異なる生成方法で実現している。本実施形態の演算制御部３１１及び送信信号生成部３２１の構成を、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態の演算制御部３１１及び送信信号生成部３２１の構成を示すブロック図である。
【００４９】
演算制御部３１１では、データ入出力部１０１から送信データを入力すると、これを入出力処理部３５１でパラレルデータに変換したのち、このパラレルデータを入出力処理部３５２に供給している。入出力処理部３５２は、入出力処理部３５１からパラレル変換された送信データを受け取ると、これをシリアル変換してトリガ信号を出力しているが、さらにトリガ信号の高周波成分を増大させて出力させるようにしている。
【００５０】
このような機能は、入出力処理部３５２として例えばＳＥＲＤＥＳを用いた場合、ＳＥＲＤＥＳのプリエンファシス（Ｐｒｅ−Ｅｍｐｈａｓｉｓ)機能を用いて実現することができる。入出力処理部３５２から出力されるトリガ信号の一例を図１０に示す。トリガ信号の高周波成分を増大させることで、トリガ信号の立ち上がり時に高いピークを出現させることができる。
【００５１】
本実施形態の送信信号生成部３２１は、閾値設定部３５３及びコンパレータ３５４を備えている。入出力処理部３５２から入力されたトリガ信号は、コンパレータ３５４に入力されて閾値設定部３５３で設定された所定の閾値（図１０の符号３１）と比較される。コンパレータ３５４は、トリガ信号が閾値設定部３５３で設定された閾値よりも大きくなる期間だけ出力を行うよう構成されている。本実施形態では、トリガ信号の立ち上がり時に出現する高いピークのみでインパルスを生成させるように閾値設定部３５３の閾値３１を設定しており、トリガ信号の立ち上がり時の高周波成分でインパルスを生成するようにすることで、広帯域なインパルスの生成を実現している。
【００５２】
本実施形態では、入出力処理部３５２から高周波成分を増大させたトリガ信号を出力させるようにすることで、トリガ信号の立ち上がり時の高周波成分でインパルスを出力させるように構成したことから、本実施形態の超広帯域無線通信装置の構成を簡略にすることができる。また、閾値設定部３５３で設定する閾値を調整するだけで、生成するインパルスのパルス幅をある程度調整することができる。
【００５３】
本発明の第４の実施形態にかかる超広帯域無線通信装置を以下に説明する。第４の実施形態でも、送信信号に用いるインパルスを第１の実施形態から第３の実施形態のいずれとも異なる生成方法で実現している。本実施形態の演算制御部４１１及び送信信号生成部４２１の構成を、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態の演算制御部４１１及び送信信号生成部４２１の構成を示すブロック図である。
【００５４】
演算制御部４１１では、データ入出力部１０１から送信データを入力すると、これを入出力処理部４５１でパラレルデータに変換したのち、このパラレルデータを入出力処理部４５２に供給している。この際に、８Ｂ１０Ｂなどの処理を行っても良い。また、演算制御部４１１には記憶部４５３が備えられており、送信データと同じビット数だけ’１’と’０’とを順次配列した第１固定値と、同じく’０’と’１’とを順次配列した第２固定値が記憶されている。
【００５５】
演算制御部４１１の出力側には、入出力処理部４５２に加えて入出力処理部４５４、４５５が設けられており、入出力処理部４５４には記憶部４５３から第１固定値が、また入出力処理部４５５には記憶部４５３から第２固定値がそれぞれ入力される。入出力処理部４５４、４５５のそれぞれの出力を、コンパレータ４５７、４５８にそれぞれ入力し、閾値設定部４５７ａ、４５８ａに設定された閾値と比較することで、各コンパレータから１ビットおきにインパルスを発生させている。ここでは、本発明の第３の実施形態を用いてインパルスを生成しているが、第１および第２の実施形態を利用してインパルスを生成することも出来る。また、コンパレータ４５７と４５８とから出力されるインパルスを併せると、１ビット毎にインパルスが発生していることになる。
【００５６】
入出力処理部４５２からの図１２に示されるビット列、及びコンパレータ４５７、４５８からの出力を合波器４５９に入力して加算することにより、合波器４５９からの出力は図１３のようになる。すなわち、コンパレータ４５７と４５８とで生成された１ビット毎のインパルスの大きさが、入出力処理部４５２から’１’に相当するトリガが出力されているときにはさらに増大される。閾値設定部４５６ａに設定する閾値を図１３に示す閾値３２とすることにより、送信データに相当するインパルス列がコンパレータ４５６から出力されるようにすることができる。
【００５７】
上記の通り本発明によれば、１０ＧＨｚ程度の超広帯域を利用したインパルスを簡易な構成で生成することで、数Ｇｂｐｓ程度の短距離高速通信を低価格で実現できる超広帯域無線通信装置を提供することが可能となる。本発明では、トリガ信号の立ち上がりを利用してインパルスを生成し、これを送信信号に用いている。また、超広帯域化により電力スペクトル密度を低減することで、他システムへの干渉を低減した近距離高速通信を容易に実現することが可能となる。
【００５８】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る超広帯域無線通信装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における超広帯域無線通信装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１００ 超広帯域無線通信装置
１０１ データ入出力部
１１０ 通信データ処理部
１１１、２１１、３１１、４１１ 演算制御部
１１２ 受信データ判定部
１２０ 信号生成部
１２１、２２１、３２１、４２１ 送信信号生成部
１２２、１４２ ＢＰＦ
１２３、１４１ 増幅器
１３１ 送信アンテナ
１３２ 受信アンテナ
１４０ 受信信号処理部
１４３ 検波部
１５１、１５２、１５３、１６３、１６５、２５１、２５２、３５１、３５２，４５１、４５２、４５４、４５５ 入出力処理部
１６４ ８Ｂ１０Ｂ変換部
１５４、２５３ バイアス手段
１５５、１６１、２５５、３５４、４５６、４５７、４５８ コンパレータ
１６２、３５３ 閾値設定部
４５３ 記憶部
２５４ 遅延回路
４５９ 合波器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定ビット数からなる送信データのビット値に対応してトリガ信号を出力する演算制御部と、前記演算制御部から前記トリガ信号を入力して送信信号を生成する送信信号生成部と、前記送信信号を送信する送信アンテナと、所定の受信波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナで受信した前記受信波を入力して所定の受信信号を検波する受信信号処理部と、前記受信信号処理部からの信号を入力して受信データを判定する受信データ判定部とを備えた超広帯域無線通信装置であって、
前記送信信号生成部は、前記送信信号として、前記トリガ信号の立ち上がりから所定時間だけ出力される超広帯域インパルス信号を生成する
ことを特徴とする超広帯域無線通信装置。
【請求項２】
前記演算制御部は、前記送信データに従ってそれぞれ前記トリガ信号を出力する入出力処理部を２つ備え、
前記入出力処理部の一方が他方より前記所定時間だけ遅れて前記トリガ信号を出力するように構成され、
前記送信信号生成部は、前記一方の入出力処理部から前記トリガ信号を入力して一定のバイアスを付加するバイアス手段と、前記他方の入出力処理部から入力した前記トリガ信号と前記バイアス手段の出力とを比較して前記他方の入出力処理部から入力した前記トリガ信号が前記バイアス手段の出力より大きくなる前記所定時間だけ前記超広帯域インパルス信号を出力するコンパレータを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の超広帯域無線通信装置。
【請求項３】
前記演算制御部は、前記トリガ信号として、前記送信データに従って生成されたポジティブ信号と極性が前記ポジティブと反対のネガティブ信号とを出力する入出力処理部を備え、
前記送信信号生成部は、前記入出力処理部から前記ネガティブ信号を入力して一定のバイアスを付加するバイアス手段と、前記バイアス手段の出力を所定の遅延時間だけ遅延させる遅延手段と、前記ポジティブ信号と前記遅延手段の出力とを比較して前記ポジティブ信号が前記遅延手段の出力よりも大きくなる前記所定時間だけ前記超広帯域インパルス信号を出力するコンパレータと、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の超広帯域無線通信装置。
【請求項４】
前記遅延時間は、前記トリガ信号のパルス幅に前記所定時間を加算した時間に略等しい
ことを特徴とする請求項３に記載の超広帯域無線通信装置。
【請求項５】
前記バイアスは、前記バイアスを付加しない信号がその立上がり時に前記所定時間だけ前記バイアスを付加した信号より大きくなるように決定している
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の超広帯域無線通信装置。
【請求項６】
前記超広帯域インパルス信号は、１ＧＨｚを超える広帯域を有している
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超広帯域無線通信装置。
【請求項１】
所定ビット数からなる送信データのビット値に対応してトリガ信号を出力する演算制御部と、前記演算制御部から前記トリガ信号を入力して送信信号を生成する送信信号生成部と、前記送信信号を送信する送信アンテナと、所定の受信波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナで受信した前記受信波を入力して所定の受信信号を検波する受信信号処理部と、前記受信信号処理部からの信号を入力して受信データを判定する受信データ判定部とを備えた超広帯域無線通信装置であって、
前記送信信号生成部は、前記送信信号として、前記トリガ信号の立ち上がりから所定時間だけ出力される超広帯域インパルス信号を生成する
ことを特徴とする超広帯域無線通信装置。
【請求項２】
前記演算制御部は、前記送信データに従ってそれぞれ前記トリガ信号を出力する入出力処理部を２つ備え、
前記入出力処理部の一方が他方より前記所定時間だけ遅れて前記トリガ信号を出力するように構成され、
前記送信信号生成部は、前記一方の入出力処理部から前記トリガ信号を入力して一定のバイアスを付加するバイアス手段と、前記他方の入出力処理部から入力した前記トリガ信号と前記バイアス手段の出力とを比較して前記他方の入出力処理部から入力した前記トリガ信号が前記バイアス手段の出力より大きくなる前記所定時間だけ前記超広帯域インパルス信号を出力するコンパレータを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の超広帯域無線通信装置。
【請求項３】
前記演算制御部は、前記トリガ信号として、前記送信データに従って生成されたポジティブ信号と極性が前記ポジティブと反対のネガティブ信号とを出力する入出力処理部を備え、
前記送信信号生成部は、前記入出力処理部から前記ネガティブ信号を入力して一定のバイアスを付加するバイアス手段と、前記バイアス手段の出力を所定の遅延時間だけ遅延させる遅延手段と、前記ポジティブ信号と前記遅延手段の出力とを比較して前記ポジティブ信号が前記遅延手段の出力よりも大きくなる前記所定時間だけ前記超広帯域インパルス信号を出力するコンパレータと、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の超広帯域無線通信装置。
【請求項４】
前記遅延時間は、前記トリガ信号のパルス幅に前記所定時間を加算した時間に略等しい
ことを特徴とする請求項３に記載の超広帯域無線通信装置。
【請求項５】
前記バイアスは、前記バイアスを付加しない信号がその立上がり時に前記所定時間だけ前記バイアスを付加した信号より大きくなるように決定している
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の超広帯域無線通信装置。
【請求項６】
前記超広帯域インパルス信号は、１ＧＨｚを超える広帯域を有している
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超広帯域無線通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１３５０３８（Ｐ２０１２−１３５０３８Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３７６８（Ｐ２０１２−５３７６８）
【出願日】平成２４年３月９日（２０１２．３．９）
【分割の表示】特願２００７−８１４５２（Ｐ２００７−８１４５２）の分割
【原出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月９日（２０１２．３．９）
【分割の表示】特願２００７−８１４５２（Ｐ２００７−８１４５２）の分割
【原出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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