JP2004072589A - 超広帯域（ｕｗｂ）送信装置及び超広帯域（ｕｗｂ）受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スペクトル拡散システムの一つであるＵＷＢ−ＩＲ（Ｕｌｔｒａ　Ｗｉｄｅ　Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ−Ｉｍｐｕｌｓｅ　Ｒａｄｉｏ）送受信装置において、受信装置に要求されるタイミング同期精度が高く、安価で小型な受信装置を実現することが困難である。
【解決手段】情報信号が“１”の場合のタイムホッピング系列によって定まるタイミングからのオフセットと、情報信号が“０”の場合のオフセットとの差がインパルス信号出力時間（Ｔｉ）以上となるように送信する。オフセット時間差を広げたことに対応し、受信装置側の検波用インパルス信号も信号出力時間がＴｉ以上の波形とすることで、タイミング同期精度が緩和され安価で小規模な回路で復調できる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
インパルス状の超広帯域信号を用いて通信する装置にあって、マルチパス干渉や受信装置のタイミングジッタに対する耐性を強化するための超広帯域（ＵＷＢ）送信装置及び超広帯（ＵＷＢ）域受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インパルス状の超広帯域信号を用いて通信する装置としては（社）電子情報通信学会技術研究報告ＳＳＴ２００１−６３（２００２年）にＵＷＢ−ＩＲの原理として記載されているような構成が既知であった。ＵＷＢは，既存の無線技術と異なり，搬送波（キャリア）を使わずに，ナノ秒程度の時間のパルスを送信することでデータを送る技術である。非常に広い帯域（たとえば１．５ＧＨｚ以上，あるいは中心周波数から２５％以上の帯域）にわたって，ノイズ以下の低い送信出力の信号を送るのが特徴。きわめて高い精度で物体や人の位置を特定できることから，これまでは軍事用レーダーや災害時の人命捜索などの用途で部分的に利用されてきた。これらの用途での利用は，米当局が免許を付与することで限定的に利用されるにとどまっていたが、２００２年２月１４日に米連邦通信委員会（ＦＣＣ）が技術の商業利用を承認した。ＵＷＢを情報伝送に用いる方式としてはパルス位置変調と、Ｂｉ−Ｐｈａｓｅ変調等が提案されている。
【０００３】
図２７に示すように従来のパルス位置変調方式の超広帯域（ＵＷＢ）送受信装置は、タイムホッピング系列を出力するタイムホッピング系列発生手段１と、２値の情報信号（０または１）に応じてタイムホッピング系列信号を遅延させる遅延選択手段３４と、遅延選択手段からの出力信号のタイミングでインパルス信号を発生させるインパルス発生手段２と、前記インパルス信号を増幅する増幅手段３と、前記増幅手段３からの信号を空中に放射するアンテナ手段４とから構成される送信装置１００と、空中に放射されたＵＷＢ信号を給電するアンテナ手段５と、前記アンテナ手段５からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅（ＬＮＡ）手段６と、前記低雑音増幅手段６からの信号と検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段７と、タイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて前記検波用インパルス信号を発生させる検波用インパルス信号発生手段１０と、前記タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段９と、送信側のタイムホッピング系列と前記タイムホッピング系列との同期を確立する同期手段１０と、前期乗算手段７の出力をタイムホッピング周期と同期して積分放電する積分放電手段１１と、積分放電手段１１からの信号を受けスレッショルド０を中心として判定する判定手段１２とを含む受信装置１１０とから構成される超広帯域（ＵＷＢ）送受信装置である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、図２７に示されるような構成された超広帯域（ＵＷＢ）送受信装置において、タイムホッピング信号からのオフセット時間は情報信号が“１”の場合に０とし、情報信号が“０”の場合にはインパルス信号出力時間分だけシフトしている。ここで、インパルス信号出力時間とは図２におけるＴｉとしている。これは受信装置側における検波用インパルス信号（相関波形）が図３に示されるように、基本的にはＴｉの２倍の時間における相関演算を行うことを前提に設計されているためである。このように情報信号が“１”の場合と“０”の場合とのオフセット時間差がインパルス信号出力時間（Ｔｉ）しかないと、受信装置においてタイミングジッタが生じた場合、オフセット時間差が小さいと相関波形と受信信号との相関演算タイミングがずれた時の影響が大きく、判定誤りの確率が高くなってしまう。この影響をなくすためにタイミングジッタの小さなＵＷＢ送受信装置を実現しようとすると高価で大型になってしまうという課題を有していた。
【０００５】
本発明は以上のような問題を解決し、マルチパス干渉やタイミングジッタの影響を小さくして高性能な超広帯域（ＵＷＢ）送受信装置を実現することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、図４のように情報信号が“１”の場合と“０”の場合とのオフセット時間差をインパルス信号出力時間（Ｔｉ）以上とし、マルチパス波の影響を軽減したり、タイミングジッタの影響を小さくする。オフセット時間差を広げたことに対応し、受信装置側の検波用インパルス信号（相関波形）は図４のように信号出力時間がＴｉ以上の波形とする。
【０００７】
さらに、このように単に信号出力時間を長くしただけでは、受信信号が存在しないと想定される区間においても相関演算が行われるため熱雑音等の影響を受けやすく、判定誤りの確率が高くなってしまうため、図１４のように低雑音増幅装置からの出力を分岐し、一方の出力にのみ遅延手段を設けてそれぞれの出力を加算し、加算結果との相関演算を行うような構成とする。このような構成とすることで、相関演算区間では必ず受信信号が存在することとなり、熱雑音等の影響を受けにくくすることができる。
【０００８】
また、マルチパス波が存在する場合にはマルチパス波の信号電力も加算することができ、性能劣化を抑制することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、タイムホッピング系列を出力するタイムホッピング系列発生手段と、前記タイムホッピング系列信号をそのまま出力する場合と遅延させて出力する場合とを２値の情報信号（０または１）に応じて選択的に切り替える遅延選択手段と、前記遅延選択手段の遅延時間が１つのインパルス信号出力時間以上となるように設定するシフト時間設定手段と、前記遅延選択手段から出力される信号タイミングでインパルス信号を発生させるインパルス発生手段と、前記インパルス信号を増幅する増幅する手段と、前記増幅手段からの信号を空中に放射するアンテナ手段とから構成したもので、情報信号によって定まるオフセット時間間隔を１つのインパルス信号出力時間以上となるように任意に設定することができ、タイミングジッタの影響を相対的に小さくすることができ、小型で安価なＵＷＢ送信装置を実現できるという作用を有する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、タイムホッピング系列を出力するタイムホッピング系列発生手段と、前記タイムホッピング系列信号をそのまま出力する場合と遅延させて出力する場合とをＭ値の情報信号に応じて選択的に切り替える遅延選択手段と、前記遅延選択手段の遅延時間が１つのインパルス信号出力時間以上となるように設定するシフト時間設定手段と、前記遅延選択手段から出力される信号タイミングでインパルス信号を発生させるインパルス発生手段と、前記インパルス信号を増幅する増幅する手段と、前記増幅手段からの信号を空中に放射するアンテナ手段とから構成したもので、Ｍ値の情報信号によって定まるオフセット時間間隔を１つのインパルス信号出力時間以上となるように任意に設定することができ、タイミングジッタの影響が大きくなる多値の情報信号を伝送する場合に、この影響を緩和することができ、高性能なＵＷＢ送信装置を実現できるという作用を有する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２記載の超広帯域送信装置において、シフト時間設定手段は、発生させるインパルス信号のオフセット時間差が１つのインパルス信号出力時間のＮ倍（Ｎ：２以上の整数）であることを特徴とするもので、情報信号によって定まるオフセット時間間隔が１つのインパルス信号出力時間の整数倍であるため、ディジタル的な処理等が容易となり、ＵＷＢ送信装置の低消費電力化につながるという作用を有する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の超広帯域送信装置において、シフト時間設定手段は、オフセット時間差を適応的に変化させることを特徴とするもので、オフセット時間間隔が適応的に制御されるため、受信側におけるマルチパス波等による受信品質の劣化を低減することが可能となり、高品質なＵＷＢ伝送が可能となるという作用を有する。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、空中に放射されたＵＷＢ信号を給電するアンテナ手段と、前記アンテナ手段からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段と、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号から送信側のタイムホッピング系列と受信側のタイムホッピング系列発生手段との同期を確立する同期手段と、前記同期手段により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での１つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生させる検波用インパルス信号発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号と前記検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段と、前期乗算手段出力を前記タイムホッピング系列の周期と同期して積分放電する積分放電手段と、積分放電手段からの信号を受けスレッショルド０を中心として判定し、２値の情報信号を出力する判定手段とから構成されるもので、送信側と受信側におけるそれぞれのクロックのタイミングジッタの影響を緩和することができ、安価なクロックを採用したＵＷＢ受信装置の実現が可能となるという作用を有する。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、空中に放射されたＵＷＢ信号を給電するアンテナ手段と、前記アンテナ手段からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段と、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号から送信側のタイムホッピング系列と受信側のタイムホッピング系列との同期を確立する同期手段と、前記前記同期手段により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での１つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生させる検波用インパルス信号発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号と前記検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段と、前期乗算手段出力を前記タイムホッピング系列の周期と同期して積分放電する積分放電手段と、積分放電手段からの信号を受けＭ−１個のスレッショルドを基準として判定し、Ｍ値（Ｍ：２以上の整数）の情報信号を出力する判定手段とから構成されるもので、タイミングジッタの影響が大きくなる多値の情報信号を受信する場合に、この影響を緩和することができ、安価なクロックを採用しても高品質なＵＷＢ受信装置の実現が可能となるという作用を有する。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、空中に放射されたＵＷＢ信号を給電するアンテナ手段と、前記アンテナ手段からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段と、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号から送信側のタイムホッピング系列と前記タイムホッピング系列との同期を確立する同期手段と、前記タイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて異なるＮ個の検波用インパルス信号を発生するＮ個の検波用インパルス信号発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号と前記検波用インパルス信号とをそれぞれ乗ずるＮ個の乗算手段と、前期Ｎ個の乗算手段出力を前記タイムホッピング系列の周期と同期して積分放電するＮ個の積分放電手段と、前期Ｎ個の積分放電手段からの信号を前記タイムホッピング系列の周期に同期してサンプリングするＮ個のサンプリング手段と、前期Ｎ個のサンプリング手段からの出力信号のうち絶対値が最も大きいブランチを判定する絶対値最大ブランチ判定手段と、前期Ｎ個のサンプリング手段からの出力信号と、前期絶対値最大ブランチ判定手段からの出力信号とをうけてＭ値の情報信号として判定データをデマッピングして出力するデマッピング手段とから構成されるもので、多値の情報信号を受信する場合に、受信性能に大きな影響を与える閾値設定の必要がないためＵＷＢ多値信号の伝送を高性能に実現することが可能となるという作用を有する。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項５乃至７のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置において、検波用インパルス発生手段は、信号の出力時間が送信側の１つのインパルス信号出力時間のＮ倍（Ｎ：２以上の整数）であることを特徴とするもので、検波用インパルス信号の出力時間が整数倍に限定されているため、設計が容易となり従来のＵＷＢ受信装置の設計ノウハウが利用可能であり、高品質なＵＷＢ受信装置の実現が可能となるという作用を有する。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項５乃至８のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置において、低雑音増幅手段からの信号を２値の情報信号間のオフセット時間差分の遅延をする遅延手段と、前記遅延手段からの出力信号と前記低雑音増幅手段からの信号とを加算する加算手段とを有するもので、積分区間において信号の存在しない区間をなくすことで相関演算における熱雑音等の影響を削減することが可能となり、より高性能なＵＷＢ受信装置を実現できるという作用を有する。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項５乃至８のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置において、低雑音増幅手段からの信号を情報信号間のオフセット時間差に対応した遅延時間だけ遅延させるＮ−１個の遅延手段と、前記Ｎ−１個の遅延手段の出力と前記低雑音増幅手段からの信号とを加算する加算手段とを有するもので、２値の場合よりも高性能な受信が要求される多値伝送の場合においても積分区間における信号の存在しない区間をなくし熱雑音の影響を小さくすることができ、性能の高い良好な通信が可能となるという作用を有する。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、請求項５乃至１０のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置において、検波用インパルス発生手段は、発生させるインパルス信号の出力時間を適応的に変化させることを特徴とするもので、受信側におけるマルチパス波等による受信品質の劣化を低減する等の目的のために、送信側でオフセット時間間隔が適応的に制御される場合においても、受信側における検波用インパルス信号を送信側と整合させることが可能となり、劣悪な電波伝搬環境においても高品質なＵＷＢ伝送が可能となるという作用を有する。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、空中に放射されたＵＷＢ信号を給電するアンテナ手段と、前記アンテナ手段からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段と、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号から送信側のタイムホッピング系列と前記タイムホッピング系列との同期を確立する同期手段と、前記同期手段により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での１つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生させる検波用インパルス信号発生手段と、低雑音増幅手段からの信号を情報信号間のオフセット時間差に対応した遅延時間だけ遅延させるＮ−１個の遅延手段と、前記Ｎ−１個の遅延手段の出力から前記オフセット時間差を適応的に変化させたことに対応して加算する前記Ｎ−１個の遅延手段の出力の個数を選択するブランチ選択手段と、前記ブランチ選択手段において選択された前記Ｎ−１個の遅延手段の出力と前記低雑音増幅手段からの信号とを加算する加算手段と、前記加算手段からの信号と検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段と、前期乗算手段出力をタイムホッピング周期と同期して積分放電する積分放電手段と、積分放電手段からの信号を受けスレッショルド０を中心として判定し、２値の情報信号を出力する判定手段とから構成されるもので、タイミングジッタなどによる同期精度劣化の許容度を拡大することが出来るうえ、簡易な構成で実現が可能となり、安価で小型なＵＷＢ受信装置を実現できるという作用を有する。
【００２１】
請求項１３に記載の発明は、請求項１１または１２に記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置において、さらに、伝搬路で発生したマルチパス波を推定するマルチパス推定手段を有し、前記マルチパス推定手段からの出力に応じてオフセット時間差を適応的に変化させるもので、受信側におけるマルチパス波等による受信品質の劣化を最小限にするため、マルチパス波の存在しない時間にオフセット時間間隔を設定するよう制御しているため、タイミングジッタなどによる同期精度劣化の許容度をマルチパス環境下においても適応的に低減でき、品質の高いＵＷＢ伝送が可能となるという作用を有する。
【００２２】
請求項１４に記載の発明は、請求項１２記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置において、さらに、伝搬路で発生したマルチパス波を推定するマルチパス推定手段を有し、ブランチ選択手段は前記マルチパス推定手段からの出力に応じて前記遅延手段の出力の個数を選択するもので、マルチパス波等の影響を低減するために適応的に制御されたオフセット時間間隔に対応して、相関演算を行う積分区間内における熱雑音の影響を最小限にすることが容易にできる構成となっており、小型で高性能なＵＷＢ受信装置の実現が可能となるという作用を有する。
【００２３】
請求項１５に記載の発明は、空中に放射されたＵＷＢ信号を給電するアンテナ手段と、前記アンテナ手段からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段と、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号から送信側のタイムホッピング系列と前記タイムホッピング系列との同期を確立する同期手段と、前記同期手段により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での１つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生させる検波用インパルス信号発生手段と、伝搬路で発生したマルチパス波を推定するマルチパス推定手段と、低雑音増幅手段からの信号を前記推定したマルチパス波の時間的位置が情報信号と重ならないように遅延時間を設定したＮ−１個の遅延手段と、前記マルチパス推定手段で推定したマルチパス波の時間的位置から前記Ｎ−１個の遅延手段の出力を選択するブランチ選択手段と、前記ブランチ選択手段からの選択された前記Ｎ−１個の遅延手段の出力と前記低雑音増幅手段からの信号とを加算する加算手段と、前記加算手段からの信号と検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段と、前期乗算手段出力をタイムホッピング周期と同期して積分放電する積分放電手段と、積分放電手段からの信号を受けスレッショルド０を中心として判定し、情報信号を出力する判定手段とから構成されるもので、マルチパス波の影響を低減するために適応的に制御されたオフセット時間間隔に対応すると同時に、マルチパス波が存在する時間の受信信号は相関演算に用いないような構成としているため、マルチパス波による劣化も削減することが可能となり、高品質な伝送が可能となるという作用を有する。
【００２４】
請求項１６に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置と、請求項５乃至１５のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置とから構成されるもので、タイミングジッタなどの影響を小さくでき、安価なデバイスを使用したＵＷＢ送受信装置の実現が可能となり、伝送に必要なビット単価を低下できるという作用を有する。
【００２５】
請求項１７に記載の発明は、請求項１３乃至１５のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置において、マルチパス推定手段のマルチパス波の推定結果出力を送信装置に通知するもので、タイミングジッタの影響を小さくできると同時に、マルチパス波の影響も緩和することのできるＵＷＢ送受信装置の実現が可能となり、マルチパス波の影響が無視できない劣悪な電波伝搬環境においても高速な伝送が可能となるという作用を有する。
【００２６】
請求項１８に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置において、タイムホッピング系列によって定まるタイミングからのオフセット時間が情報信号を誤り訂正符号化した信号によって定められるものであり、誤り訂正符号化によって周波数利用効率は低下するものの、誤りによる再送等を含めたシステム全体のスループットは向上し、有限な周波数資源を有効に使用することが可能となるという作用を有する。
【００２７】
請求項１９に記載の発明は、請求項１８記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置において、誤り訂正符号化は、畳み込み符号化を用いるものであり、畳み込み符号化を用いて送信することにより誤り率の小さい復号が可能となり、高性能な通信が可能となるという作用を有する。
【００２８】
請求項２０に記載の発明は、請求項５乃至１５のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置において、請求項１９記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置から送信された畳み込み符号化した信号を、前記積分手段からの積分放電出力を軟判定ビタビ復号する軟判定ビタビ復号手段を設けたもので、ビタビ復号することにより誤り率の小さい復号が可能となり、高性能な通信が可能となるという作用を有する。
【００２９】
請求項２１に記載の発明は、請求項１８記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置において、誤り訂正符号化は、ターボ符号化を用いるもので、ターボ符号化を用い送信することにより誤り率の小さい復号が可能となり、高性能な通信が可能となるという作用を有する。
【００３０】
請求項２２に記載の発明は、請求項５乃至１５のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置において、請求項２１記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置から送信されたターボ符号化した信号を、前記積分手段からの積分放電出力をターボ復号するターボ復号手段を設けたもので、回路規模が増大し、復号までの遅延時間が大きくなるものの、軟判定ビタビ復号よりもさらに誤り率の小さい復号が可能となり、高性能な通信が可能となるという作用を有する。
【００３１】
請求項２３に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置において、タイムホッピング系列の周期よりも情報信号の繰り返し周期を適応的に短くするもので、伝搬路状態が良好な場合には情報信号の繰返し周期を短くすることで拡散による直交性が低下し干渉信号や熱雑音に対する耐性が小さくなる一方で、高速伝送速度で通信が可能となるという作用を有する。
【００３２】
請求項２４に記載の発明は、請求項５乃至１５のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置において、請求項２３記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置から送信される情報信号の繰り返し周期と同期して動作する積分放電手段を有するもので、伝搬路状態が良好な場合には情報信号の繰返し周期を短くすることで拡散による直交性が低下し干渉信号や熱雑音に対する耐性が小さくなる一方で、高速伝送速度で通信が可能となるという作用を有する。
【００３３】
請求項２５に記載の発明は、請求項２０、２２、２４のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置において、積分放電出力をＡ／Ｄ変換した信号を復号化するもので、誤り訂正復号する場合の信号処理にディジタル信号処理が適用でき、小型で高性能な通信装置の実現が可能となるという作用を有する。
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図２６を用いて説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における超広帯域（ＵＷＢ）送受信装置のブロック構成図を示す。
【００３６】
本装置は送信すべき２値の情報信号を変調する変調部と、変調信号を送信する送信アンテナと、空中に放射された信号を受信する受信アンテナと、受信アンテナ出力信号を復調する復調部などから構成される。
【００３７】
図１において、本発明の超広帯域（ＵＷＢ）送受信装置は、タイムホッピング系列を出力するタイムホッピング系列発生手段１、前記タイムホッピング系列信号をそのまま出力する場合と遅延させて出力する場合とを２値の情報信号（０または１）に応じて選択的に切り替える遅延選択手段３４、遅延選択手段３４の遅延時間が１つのインパルス信号出力時間以上となるように設定するシフト時間設定手段３３、遅延選択手段３４から出力される信号タイミングでインパルス信号を発生するインパルス発生手段２、前記インパルス信号を増幅する電力増幅手段３、増幅した信号を空中に放射する送信アンテナ４から構成される送信装置と、空中に放射されたＵＷＢ信号を給電する受信アンテナ５、受信アンテナ５からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段６、低雑音増幅手段６からの信号と検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段７、同期手段１０により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での１つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生するインパルス発生手段８、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段９、送信側との同期を確立する同期手段１０、乗算手段７の出力をタイムホッピング系列の周期と同期して積分放電する積分放電手段１１、積分放電手段１１からの信号を受けスレッショルド０を中心として判定し、２値の情報信号を出力する判定手段１２等から構成される受信装置とから成る。
【００３８】
ＵＷＢ送受信装置はタイムホッピング系列で定まる出力タイミングを情報信号に対応してオフセットさせ、そのタイミングでインパルス信号を発生させて送信アンテナによって空中に放射し、受信アンテナによって受信したインパルス信号を増幅した後に、相関検出することで受信信号の判定を行う。
【００３９】
上記のように構成された超広帯域（ＵＷＢ）送受信装置の動作について説明する。
【００４０】
送信装置１００の動作について説明する。
【００４１】
タイムホッピング系列発生手段１は、タイムホッピング系列信号を発生させ出力する。遅延選択手段３４は、タイムホッピング系列発生手段１からのタイムホッピング系列信号をそのまま出力する場合と遅延させて出力する場合とを２値の情報信号（０または１）に応じて選択的に切り替えて出力する。シフト時間設定手段３３は、遅延選択手段３４の遅延時間が１つのインパルス信号出力時間以上となるように設定する。インパルス発生手段２は、遅延選択手段３４から出力される信号タイミングでインパルス信号を発生させる。増幅手段３は、インパルス発生手段２で発生したインパルス信号を増幅し、アンテナ手段４により空中に放射する。
【００４２】
次に、受信装置１１０の動作について説明する。アンテナ手段５により空中に放射されたＵＷＢ信号を給電する。低雑音増幅（ＬＮＡ）手段６は、アンテナ手段５からの出力信号を低雑音増幅する。
【００４３】
タイムホッピング系列発生手段９は、タイムホッピング系列信号を発生し、出力する。同期手段１０は、低雑音増幅手段６からの信号から送信側のタイムホッピング系列と受信側のタイムホッピング系列発生手段９との同期を確立する。検波用インパルス信号発生手段８は、同期手段１０により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での１つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生させる。
【００４４】
乗算手段７は、低雑音増幅手段６からの信号と検波用インパルス信号発生手段８からの検波用インパルス信号とを乗ずる。積分放電手段１１は、乗算手段７からの出力をタイムホッピング周期と同期して積分放電する。判定手段１２は、積分放電手段１１からの信号を受けスレッショルド０を中心として判定し、２値の情報信号を出力する。
【００４５】
次に、本実施の形態１の送信装置１００のインパルス発生手段２におけるインパルス信号のオフセット時間について詳細に説明する。
【００４６】
ＰＮ系列などのランダム系列であるタイムホッピング系列を発生させるタイムホッピング系列発生手段１からの信号に基づくタイミングでインパルス信号５０１を発生させる。ここで、遅延選択手段３４において、“０”または“１”の情報信号によって前記インパルス信号の発生タイミングをシフトさせる。例えば、情報信号が“１”の場合にはタイムホッピング系列によって定まるタイミングで（オフセットさせずに）インパルス信号５０２を発生させ、情報信号が“０”の場合にはタイムホッピング系列によって定まるタイミングからオフセット５０４（遅延）させたタイミングでインパルス信号５０３を発生させる（図５参照）。
【００４７】
以上のように、従来の技術で前述したように図５に示されるオフセット時間差として、インパルス発生時間であるＴｉと同じとした場合には従来と同様の効果しか得られないが、本発明のようにシフト時間設定手段３３によってオフセット時間差をＴｉ以上とすれば、受信装置１１０における同期手段１０でのタイミングジッタに対する耐性が高まり好適である。例えば、オフセット時間差を（Ｔｉ＋Ｔδ）６０４とした場合（図６参照）、受信装置１１０のインパルス発生手段８におけるインパルス信号の波形を図４に示すように時間方向に拡大すれば、受信装置１１０の乗算手段７における受信信号７０１とインパルス信号７０２・７０３及びＴδ７０４の関係が図７に示されるようになり、タイミングジッタに対する耐性が高まる。これは、タイミングジッタにより受信側のインパルス信号の発生タイミングがＴδ／２ずれてしまった場合にも、相関演算（乗算と積分放電）結果が同じとなるためである。すなわち、受信側のインパルス信号の発生タイミングがずれた場合にもＴδ／２以下のタイミングずれは許容されることになる。
【００４８】
オフセット時間差（Ｔｉ＋Ｔδ）のＴδの上限は、タイムホッピング系列の最短ホッピング時間をＴｍとした場合、（Ｔｍ−Ｔｉ）となる。この上限以上にすると、Ｔδによる時間シフトなのか、タイムホッピングによる時間シフトなのかの区別がつかなくなるためである。従って、Ｔδの設定範囲は、０＜Ｔδ＜（Ｔｍ−Ｔｉ）であり、熱雑音等の影響を考慮すれば、より好ましくは０＜Ｔδ＜（Ｔｍ／２）程度とするのが妥当である。
【００４９】
なお、上記説明では、オフセット時間差を（Ｔｉ＋Ｔδ）と説明したが、オフセット時間差Ｔｉ＋Ｔδのうち、Ｔδ＝ＮＴｉ（Ｎ：１以上の整数）とすることによりオフセット時間差Ｔｉの整数倍となるため、インパルス発生手段の構成が容易で実現し易くなる。
【００５０】
また、後述するように受信装置側に遅延手段を設けるなどして性能を向上させる場合にもＴｉの整数倍の遅延時間を実現すればよいため簡易となり好適である。
【００５１】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２におけるＵＷＢ送受信装置のブロック構成図を示す。
【００５２】
本装置は多値伝送を可能にする構成であり、多値の情報信号を変調する変調部と、変調信号を送信する送信アンテナと、空中に放射された信号を受信する受信アンテナと、受信アンテナ出力信号を多値伝送に対応して復調する復調部などから構成される。
【００５３】
図８において、本発明のＵＷＢ送受信装置は、タイムホッピング系列を出力するタイムホッピング系列発生手段１、シリアルに入力される情報信号をシリアル／パラレル変換するシリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換手段１５、前記タイムホッピング系列信号をそのまま出力する場合と遅延させて出力する場合とをＭ値の情報信号に応じて選択的に切り替える遅延選択手段３４、遅延選択手段３４の遅延時間が１つのインパルス信号出力時間以上となるように設定するシフト時間設定手段３３、遅延選択手段３４から出力される信号タイミングでインパルス信号を発生するインパルス発生手段２、前記インパルス信号を増幅する電力増幅手段３、増幅した信号を空中に放射する送信アンテナ４から構成される送信装置１００と、空中に放射されたＵＷＢ信号を給電する受信アンテナ５、受信アンテナ５からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段６、低雑音増幅手段６からの信号と検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段７、同期手段１０により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での１つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生する検波用インパルス発生手段８、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段９、送信側との同期を確立する同期手段１０、乗算手段７の出力をタイムホッピング系列の周期と同期して積分放電する積分放電手段１１、受信平均電力に応じて閾値を制御する閾値設定手段１３、閾値設定手段１３で設定された閾値を基準としてＭ値信号を判定し、Ｍ値の情報信号を出力するＭ値判定手段１４等から構成される受信装置１１０とから成る。
【００５４】
本実施の形態２では、多値伝送ＵＷＢ送受信装置の１実施の形態を示すものであり、実施の形態１とは多値で伝送する点が異なり、２値の場合よりも効率的に無線伝送することが可能となる。実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００５５】
以下のその動作について説明する。
【００５６】
送信する情報信号は、Ｓ／Ｐ変換手段１５においてパラレルに変換される。タイムホッピング系列発生手段１は、タイムホッピング系列信号を発生させ出力する。遅延選択手段３４は、タイムホッピング系列発生手段１からのタイムホッピング系列信号をそのまま出力する場合と遅延させて出力する場合とをＭ値の情報信号に応じて選択的に切り替える。シフト時間設定手段３３は、遅延選択手段３４の遅延時間が１つのインパルス信号出力時間以上となるように設定する。インパルス発生手段２は、遅延選択手段３４から出力される信号タイミングでインパルス信号を発生させる。
【００５７】
例えば、４値（２ビット）伝送の場合には直列信号である情報信号をＳ／Ｐ変換手段１５により２ビットのパラレル信号に変換し、変換されたパラレル信号は｛００｝、｛０１｝、｛１０｝、｛１１｝のいずれかであり、従来例におけるオフセット時間は｛００｝の場合は０、｛０１｝の場合はＴｉ，｛１０｝の場合は２Ｔｉ、｛１１｝の場合は３Ｔｉとしていた。本発明では前述のオフセット時間を｛００｝の場合は０、｛０１｝の場合はＴｉ＋Ｔδ、｛１０｝の場合は２（Ｔｉ＋Ｔδ）、｛１１｝の場合は３（Ｔｉ＋Ｔδ）としてインパルス信号を発生させ、送信するものである。
【００５８】
これに対応する受信装置１１０の検波用インパルス発生手段８における検波用インパルス信号の波形の例としては図９に示すものが考えられる。図９に示すような波形を採用し、それぞれのタイミング毎に振幅を−Ｂ、＋Ａ、−Ａ、＋Ｂとすることで、これら異なる振幅を乗じた信号に対する積分放電結果も熱雑音がなければ４値のうちのいずれかになる。よって、閾値設定手段１３においてこの４値の中間の値を閾値として設定し、設定した閾値を基準として後段のＭ値判定手段１４で判定する。判定結果としては｛００｝、｛０１｝、｛１０｝、｛１１｝のうちのいずれかが出力される。
【００５９】
ここで、送信装置１００と受信装置１１０の距離の違い等により受信信号電力が異なるため、この閾値を適切に制御する必要があり、これを閾値設定手段１３で制御することとなる。具体的には、例えば既知のパイロット信号や同期信号などを送信しておき、これらを受信した場合の受信信号電力から閾値を設定する。なお、インパルス発生手段８におけるインパルス信号波形の振幅は信号間距離が最大となるよう、Ｂ＝Ａ／２とすると好適である。
【００６０】
以上のようにすることで、多値伝送の場合においても実施の形態１と同様に受信装置１１０の検波用インパルス発生手段８における検波用インパルス信号の波形を図１０に示すように時間方向に拡大すれば、受信装置１１０の乗算手段７における受信信号１１０６〜１１０９とインパルス信号１１０１〜１１０４の関係が図１１に示されるようになり、タイミングジッタ（Ｔδ）１１０５に対する耐性が高まる。
【００６１】
なお、オフセット時間差Ｔｉ＋Ｔδのうち、Ｔδ＝ＮＴｉ（Ｎ：１以上の整数）となるように制限を与えることにより、従来技術において実施していたオフセット時間差Ｔｉの整数倍となるため、インパルス発生手段の構成が容易で実現し易い。また、後述するように受信装置側に遅延手段を設けるなどして性能を向上させる場合にもＴｉの整数倍の遅延時間を実現すればよいため簡易となり好適である。多値伝送ではシステムにより高精度なタイミング同期精度が要求されるが、本構成を用いれば要求されるタイミング同期精度を緩和することが容易にでき、好適である。
【００６２】
（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３におけるＵＷＢ受信装置のブロック構成図を示す。
【００６３】
図１２において、空中に放射されたＵＷＢ信号を給電する受信アンテナ５、受信アンテナ５からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段６、低雑音増幅手段６からの信号と検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段７、タイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて第一の検波用インパルス信号を発生する検波用インパルス発生手段（＃１）８ａ、タイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて第二の検波用インパルス信号を発生する検波用インパルス発生手段（＃２）８ｂ、送信側との同期を確立する同期手段１０、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段９、乗算手段７の出力をタイムホッピング周期と同期して積分放電する積分放電手段１１、積分放電手段１１の出力をタイムホッピング周期と同期してサンプリングするサンプリング手段１６、サンプリング手段１６からの複数の出力で絶対値が最大となるブランチを判定する絶対値最大ブランチ判定手段１７、判定したブランチに対応する信号を出力するデマッピング手段１８等から構成される受信装置１１０である。
【００６４】
図１２に示すような受信装置１１０の構成とすれば、受信性能に大きな影響を与える閾値設定の必要がないため好適である。図１２は、４値伝送の場合を示しているが、より多値の伝送を行う場合には検波用インパルス発生手段８を＃３、＃４、…と増やし、後段の積分放電手段１１やサンプリング手段１６もこれに対応して増やせばよい。
【００６５】
実施の形態３は、実施の形態２とは多値化への対応を振幅方向ではなく、時間方向で対応するとした構成が異なり、実施の形態２と異なる点を中心に説明する。
【００６６】
図１３に検波用インパルス発生手段＃１（１０ａ）における検波用インパルス信号および、検波用インパルス発生手段＃２（１０ｂ）における検波用インパルス信号を示している。
【００６７】
このような検波用インパルス信号をそれぞれの乗算手段７ａ、７ｂで別々に乗算し、後段の積分放電手段１１ａ、１１ｂで積分することで、２値伝送の場合と同様の結果が得られる。そして、サンプリング手段１６ａ、１６ｂにおいてタイムホッピング系列の周期毎にサンプルし、デマッピング手段１８ａ、１８ｂにおいてデマッピングする。
【００６８】
サンプリング結果の絶対値が最大となるサンプリング結果に対応してデマッピングするよう、絶対値が最大となるブランチを判定する最大値判定手段１７を構成しておく。
【００６９】
このように構成することで、最も確からしいタイミングで受信された信号の相関結果の最大値が選択され、その相関結果が正であるか負であるかということと、どのブランチからの出力であるかということに応じてデマッピングされる。
【００７０】
例えば、送信装置におけるタイムホッピング系列によって定まるタイミングからのオフセット時間を｛００｝の場合は０、｛０１｝の場合はＴｉ＋Ｔδ、｛１０｝の場合は２（Ｔｉ＋Ｔδ）、｛１１｝の場合は３（Ｔｉ＋Ｔδ）とした場合、図１２において上側（インパルス発生＃１側）のブランチの方の相関結果の絶対値が大きく、相関結果が正である場合には｛０１｝がデマッピングされ、相関結果が負の場合には｛１０｝がデマッピングされる。一方で、下側（インパルス発生＃２側）のブランチの方の相関結果の絶対値が大きく、相関結果が正である場合には｛１１｝が、負である場合には｛００｝がデマッピングされる。
【００７１】
以上のように、受信側において相関演算手段を並列に構成しておくことにより、受信性能に大きな影響を与える閾値設定の必要がないためＵＷＢ多値信号の伝送を高性能に実現することが可能となるという効果がある。
【００７２】
なお、オフセット時間差Ｔｉ＋Ｔδのうち、Ｔδ＝ＮＴｉ（Ｎ：１以上の整数）となるように制限を与えることにより、従来技術において実施していたオフセット時間差Ｔｉの整数倍となるため、インパルス発生手段の構成が容易で実現し易い。また、後述するように受信装置側に遅延手段を設けるなどして性能を向上させる場合にもＴｉの整数倍の遅延時間を実現すればよいため簡易となり好適である。多値伝送ではシステムにより高精度なタイミング同期精度が要求されるが、本構成を用いれば要求されるタイミング同期精度を緩和することが容易にでき、好適である。
【００７３】
（実施の形態４）
図１４は、本発明の実施の形態４におけるＵＷＢ送受信装置のブロック構成図を示す。
【００７４】
実施の形態４は、実施の形態１とは受信装置１１０において遅延手段１９および加算手段２０を加えた構成が異なり、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００７５】
上記のように構成されたＵＷＢ送受信装置の動作について説明する。
【００７６】
送信装置１００は、実施の形態１と同様であるので説明は省略する。
【００７７】
送信側で空中に輻射されたインパルス信号は受信アンテナ５において受信され、低雑音増幅手段６において増幅される。低雑音増幅手段６で増幅された信号は分岐され、後段の加算手段２０にそのまま入力されるものと、遅延手段１９を経由してから加算手段２０に入力されるように構成する。また、別に同期手段１０にも入力され、送信側と同期させるようにタイムホッピング系列発生手段９を制御する。なお、低雑音増幅手段６の前段または後段に帯域通過フィルタを構成することも、信号対雑音比を向上させるためにも好適である。
【００７８】
加算手段２０において、遅延手段１９で遅延した信号と遅延していない信号とが加えられる。送信側における信号０と１とのオフセット時間差を２Ｔｉとした場合、遅延手段１９の遅延時間はＴｉとすると好適である。
【００７９】
加算手段２０の後段には乗算手段７が構成されており、送信側のタイムホッピング系列と同期したタイミングで検波用インパルス発生手段８から発生される検波用インパルス信号と乗算が行われる。ここで、検波用インパルス信号としては図１５に示すような２Ｔｉのインパルス発生信号１５０１を出力するようにしておく。このようにインパルス発生時間を倍の２Ｔｉにすれば、送信側のタイムホッピング系列との同期精度が十分でない場合にも、乗算結果である相関値の劣化を少なくすることが可能となる。
【００８０】
乗算手段７から後段は従来の技術と同様に、積分放電手段１１においてタイムホッピング系列の周期の時間で積分放電を繰り返す。そして、判定手段１２では放電のタイミングにおける積分値がスレッショルドよりも大きいか小さいかを判定して情報信号を復号する。
【００８１】
本実施の形態では受信側で遅延させた信号と遅延させない信号とを加えているため、実施の形態１の場合の図７と異なり、信号が存在しない区間がなくなり、相関演算における熱雑音等の影響を削減することが可能となり、より高性能なＵＷＢ送受信装置を実現できる。
【００８２】
また、遅延手段を複数設けた図１６に示す構成とすることも好適であり、遅延手段の個数をＮ個（Ｎ：２以上の整数）、それぞれの遅延手段の遅延時間が｛Ｔｉ，２Ｔｉ，３Ｔｉ，…，（Ｎ−１）Ｔｉ｝とし、この場合には送信側における情報信号０と１のオフセット時間差をＮＴｉとしておき、検波用インパルス発生手段９において発生する検波用インパルス信号の発生時間をＮＴｉとすれば、さらに同期精度を許容することが可能となり、より広帯域な周波数帯域を使用するＵＷＢ送受信装置の実現が容易となる。
【００８３】
また、オフセット時間差をＴｉの整数倍としない場合には遅延手段の遅延時間をＴｉの整数倍に限定する必要はなく、最も性能が高い遅延時間とするようにすると好適である。
【００８４】
（実施の形態５）
図１７は、本発明の実施の形態５におけるＵＷＢ送受信装置のブロック構成図を示す。
【００８５】
本発明の実施の形態８は、実施の形態１におけるＵＷＢ送受信装置の構成図である図１の構成に加えて、シフト時間設定手段の前段にオフセット時間差制御（Ｔδ制御）手段２２を設け、シフト時間設定手段３３で調整するオフセット時間を制御する。る。
【００８６】
次に、本発明の実施の形態５の動作について、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００８７】
オフセット時間差制御手段２２は、タイムホッピング系列発生手段１で発生したタイムホッピング系列のタイミングからの遅延時間Ｔδを可変とするようにシフト時間設定手段３３を制御するものである。送信側では情報信号０を出力するタイミングと情報信号１を出力するタイミングの差を制御すればよい。
【００８８】
一方、受信側では検波用インパルス信号の時間長を可変にさせる必要がある。図１７において、検波用インパルス信号発生手段８をオフセット時間差制御手段２２によって制御し、検波用インパルス信号の時間長を可変させるような構成としている。例えば、互いに異なる時間長のインパルス信号を発生することのできる手段を複数個容易しておき、遅延時間Ｔδの大きさによってこれらを切り替えて乗算手段に入力するインパルス信号の時間長を変化させるように構成しても好適である。
【００８９】
以上のことにより、マルチパス波が存在する時間的な位置がオフセット時間差と一致してしまうことによって誤り率が増加してしまうような場合にもオフセット時間差を変更することで、マルチパス波が存在する時間的位置とオフセット時間差が一致しなくなるため、誤り率の増加を防ぐことが可能となる。
【００９０】
（実施の形態６）
図１８は、本発明の実施の形態６におけるＵＷＢ受信装置のブロック構成図を示す。
【００９１】
本発明の実施の形態６は、実施の形態５の構成に実施の形態４の遅延手段を複数設けた構成を組み合わせたもので、実施の構成５及び実施の形態４と異なる点を中心に説明する。
【００９２】
図１８は本発明を用いる実施の形態９を示し、図１８において本発明のＵＷＢ受信装置は図１６の構成に加えて、各々の遅延手段（１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ）からのブランチのうち、送信側で設定したオフセット時間差の長さに応じて、加算手段２０に入力すべきブランチを選択するブランチ選択手段２１が設けられる。
【００９３】
ブランチ選択手段２１では、例えば、送信側におけるオフセット時間差を変化させる遅延時間Ｔδの値が０であれば、加算手段２０にはすべてのブランチ出力を入力しないようにし、ＴδがＴｉであれば、１９ａのみを選択し、Ｔδが２Ｔｉであれば１９ａ，１９ｂを選択し、Ｔδが３Ｔｉであれば１９ａ，１９ｂ，１９ｃまでを選択して加算手段２０に入力するように制御するものである。
【００９４】
このようにすることで、適応的に変化するオフセット時間差に応じて、最適な受信性能が得られるため好適である。
【００９５】
（実施の形態７）
図１９は、本発明の実施の形態７におけるＵＷＢ送受信装置のブロック構成図を示す。
【００９６】
図１９は、実施の形態５の図１７の構成に加えて、受信装置１１０側で推定されたマルチパス波の時間的な位置およびその大きさを遅延プロファイルとして、送信装置１００側に送信し、送信装置１００側ではオフセット時間差制御手段２２が伝搬路で発生したマルチパス波を推定するマルチパス推定手段２３からの出力に応じる構成したものである。
【００９７】
受信装置１１０側でのマルチパス推定結果は送信装置１００側へ他の情報信号などと共に多重化手段３８で多重化化され、変調手段３９により変調されて、デュプレクサ４０を介して送信されるような構成とすると好適である。マルチパス波の時間的な位置およびその大きさを推定するマルチパス推定手段２３が設けられ、送信装置１００側におけるオフセット時間差を適応的に変化させるオフセット時間差制御手段２２が伝搬路で発生したマルチパス波を推定するマルチパス推定手段２３からの出力に応じるよう構成されている。
【００９８】
マルチパス推定手段２３では伝搬路のインパルス応答である遅延プロファイルを導出し、マルチパス波が存在する時間的な位置がオフセット時間差と一致するかどうかを確認し、一致してしまう場合には一致信号を出力するとともに、一致しないようなオフセット時間差を出力して、送信装置１００側のシフト時間設定手段３３における遅延時間の設定値を変化させる。
【００９９】
受信装置１１０側から送信装置１００側への遅延プロファイルの伝達は、情報信号の伝達と共に送信されるような構成とし、受信装置１１０側では情報信号と共に送られた信号から情報信号と遅延プロファイルとを分離し、分離された遅延プロファイルを用いて、受信装置１１０側におけるインパルス発生タイミングもこの変化させたオフセット時間差に応じて変化させるよう、オフセット時間差制御手段２２を制御する。
【０１００】
遅延プロファイルの伝達には図１９のように受信装置１１０側には情報信号と遅延プロファイル信号とを多重する多重化手段３８と、多重化した信号を変調する変調手段３９、受信信号と変調手段３９からの出力である送信信号とを切替えるデュプレクサ４０とを構成し、送信装置１００側には送信信号と受信信号とを切替えるデュプレクサ３５、デュプレクサ３５の出力を復調する復調手段３６、復調手段３６の出力信号から、情報信号と遅延プロファイル信号とを多重分離する多重分離化手段３７とを構成すると好適である。
【０１０１】
このような構成とすることで、マルチパス波の影響を最小限に抑えることが可能となり、高性能な無線通信装置を容易に実現できるという作用を有する。
【０１０２】
（実施の形態８）
図２０は、本発明の実施の形態８におけるＵＷＢ送受信装置のブロック構成図を示す。
【０１０３】
本発明の実施の形態８のＵＷＢ送受信装置は、実施の形態６の図１８の構成に加えて、マルチパス波の時間的な位置およびその大きさを推定するマルチパス推定手段２３が設けた構成であり、実施の形態６とことなるところを中心に説明する。そして、実施の形態７と同様に送信側におけるオフセット時間差を適応的に変化させる手段が、伝搬路で発生したマルチパス波を推定するマルチパス推定手段からの出力に応じるよう構成されおり、詳しい説明は省略する。
【０１０４】
マルチパス推定手段２３において、マルチパス波が存在する時間的な位置がオフセット時間差と一致してしまうかどうかを推定し、一致してしまう場合には一致しないように送信側でオフセット時間差を変化させる。
【０１０５】
同時に、受信側におけるインパルス発生タイミングもこの変化させたオフセット時間差に応じて変化させるよう、オフセット時間差制御手段２２を制御する。さらに、設定されたオフセット時間差の長さに応じて、加算手段２０に入力すべきブランチを選択するブランチ選択手段２１を制御する。
【０１０６】
このようにすることで、マルチパス波の影響を最小限に抑えることが可能となるうえに、適応的に変化するオフセット時間差に応じて、最適な受信性能が得られるため好適である
（実施の形態９）
図２１は、本発明の実施の形態９におけるＵＷＢ送受信装置のブロック構成図を示す。
【０１０７】
本発明の実施の形態１２のＵＷＢ送受信装置は、実施の形態８の図２０の構成に加えて、遅延手段における遅延量を適応的に変化させる手段を有しており、遅延手段１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄそれぞれの遅延時間Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄをそれぞれ推定したマルチパス波の時間的位置が情報信号と重ならないように制御するように構成したものである。実施の形態８の図２０とは遅延手段の各々の遅延時間がＴｉの整数倍に限定しないように構成したところが異なり、他の構成及びその動作については、前記記載と重複するので説明は省略する。
【０１０８】
この適応的な遅延により信号だけでなくマルチパス波の時間および位相を変化させることが可能となるため、レイク受信と同様な効果が上がるため、誤り率の小さい高性能な無線通信装置を実現できる。
【０１０９】
（実施の形態１０）
図２２は、本発明の実施の形態１０におけるＵＷＢ送受信装置のブロック構成図を示す。
【０１１０】
本発明を用いる実施の形態１３のＵＷＢ送受信装置は、実施の形態１の図１の構成に加えて、送信側において情報信号を誤り訂正符号化する手段２４と、受信側において判定されたデータを誤り訂正復号化する手段２５を設けたものであり、実施の形態１と異なるところを中心に説明する。
【０１１１】
誤り訂正符号手段２４は、あらかじめ送信信号を冗長にしておき、受信装置側で誤りを訂正できるように誤り訂正符号化するものである。
一方、受信側の誤り訂正復号化手段２５は、送り側で符号化された信号を復号化し、元の情報信号を得るものである。
【０１１２】
このように、誤り訂正符号化によって周波数利用効率は低下するものの、誤りによる再送等を含めたシステム全体のスループットは向上し、また、限られた送信電力において所要の符号誤り率を達成することが可能となり、有限な周波数資源を有効に使用することが可能となるという作用を有する。
【０１１３】
なお、誤り訂正符号化手段を実施の形態１の構成に付加した実施の形態ついて説明したが、これに限定されるものではなく、実施の形態２〜９の構成に付加しても同様な効果を得ることができる。
【０１１４】
（実施の形態１１）
図２３は、本発明の実施の形態１１におけるＵＷＢ送受信装置のブロック構成図を示す。
【０１１５】
本発明の実施の形態１１のＵＷＢ送受信装置は、実施の形態１の図１の構成に加えて、送信側において情報信号の繰返し周期を制御する繰返し数制御手段２６と、受信側において積分放電手段１１の積分区間を制御する手段２７とが設けたものであり、実施の形態１と異なるところを中心に説明する。
【０１１６】
実施の形態１では情報信号の繰り返し数はタイムホッピング系列の周期と同じであり、一定としていたが、本実施の形態では情報信号の繰り返し数を制御する繰返し数制御手段２６によって情報信号の繰返し数を変化させる。送信側における繰返し数変化に対応して、受信側においては積分放電手段１１の積分区間を制御する手段２７を設け、送信側にける繰返し数分だけ積分するよう積分区間を制御する。
【０１１７】
このような構成とすることで、伝搬路状態が良好で誤り率が低い場合には情報信号の繰返し周期を短くし、伝送速度を高速化させることが可能となる。繰返し周期は伝搬路状態の状況に応じて適応的に制御すると好適である。
【０１１８】
なお、繰り返し制御手段２６及び積分区間制御手段２７を実施の形態１の構成に付加した実施の形態ついて説明したが、これに限定されるものではなく、実施の形態２〜９の構成に付加しても同様な効果を得ることができる。
【０１１９】
（実施の形態１２）
図２４は、本発明の実施の形態１２におけるＵＷＢ送受信装置のブロック構成図を示す。
【０１２０】
本発明の実施の形態１５のＵＷＢ送受信装置は、実施の形態１の図１の構成に加えて、送信側において情報信号を畳込み符号化する畳込み符号化手段２８と、受信側において積分放電手段１１からの出力を入力とし、軟判定ビタビ復号するビタビ復号手段２９とを設けたもので、実施の形態１と異なるところを中心に説明する。
【０１２１】
本実施の形態では、畳込み符号化手段２８において情報信号を畳込み符号化して送信し、受信側では積分放電手段１１からの出力信号を軟判定ビタビ復号手段２９に入力し、軟判定ビタビ復号を行う。
【０１２２】
このような構成とすることで積分放電手段出力をいったん硬判定した後に硬判定ビタビ復号するよりも誤り率の小さい復号が可能となり、高性能な通信が可能となる。
【０１２３】
なお、畳込み符号化手段２８及びビタビ復号手段２９を実施の形態１の構成に付加した実施の形態ついて説明したが、これに限定されるものではなく、実施の形態２〜９の構成に付加しても同様な効果を得ることができる。
【０１２４】
（実施の形態１３）
図２５は、本発明の実施の形態１３におけるＵＷＢ送受信装置のブロック構成図を示す。
【０１２５】
本発明の実施の形態１３のＵＷＢ送受信装置は、実施の形態１の図１の構成に加えて、送信側において情報信号をターボ符号化する手段３０と、受信側において積分放電手段１１からの出力を入力とし、ターボ復号する手段３１とが設けたものであり、実施の形態１と異なるところを中心に説明する。
【０１２６】
本実施の形態ではターボ符号化手段３０において情報信号をターボ符号化して送信し、受信側では積分放電手段１１からの出力信号をターボ復号手段２９に入力し、ターボ復号を行う。
【０１２７】
このような構成とすることで、積分放電手段からの出力をいったん硬判定した後に復号するよりも誤り率の小さい復号が可能となり、高性能な通信が可能となる。ターボ復号により、回路規模が増大し復号遅延が生じるものの、ビタビ復号よりも低い誤り率特性が得られるため好適である。
【０１２８】
なお、ターボ符号化する手段３０及びターボ復号する手段３１を実施の形態１の構成に付加した実施の形態ついて説明したが、これに限定されるものではなく、実施の形態２〜９の構成に付加しても同様な効果を得ることができる。
【０１２９】
なお、図２６は、前述までの構成に加えて、受信側において積分放電手段出力をアナログ／ディジタル変換する手段３２が設けたものである。
【０１３０】
これにより硬判定誤り訂正復号化よりも軟判定誤り訂正復号化の方が誤り訂正能力は向上する。ビタビ復号やターボ復号を行う際、誤り訂正信号処理を実施するのに適したディジタル信号に変換することで、容易に誤り率の小さい復号が可能となる。
【０１３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＵＷＢ送受信装置において、送信側で情報信号０と１とのオフセット時間差を送信インパルス信号の発生時間よりも長くしておき、受信側の検波用インパルス信号の発生時間もこれに対応して長くすることで、システムとして要求されるタイミング同期精度を緩和することができ、高性能なＵＷＢ伝送を小型で安価なデバイスによって実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＵＷＢ送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図２】従来技術における送信側インパルス信号の概略を示す図
【図３】従来技術における受信側検波用インパルス信号の概略を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における受信側検波用インパルス信号の概略を示す図
【図５】本発明の実施の形態１における従来の送信信号のタイミングの概略を示す説明図
【図６】本発明の実施の形態１の送信信号のタイミングの概略を示す説明図
【図７】本発明の実施の形態１を説明するための乗算手段へ入力される二つの信号の波形の概略を示す説明図
【図８】本発明の実施の形態２におけるＵＷＢ送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図９】本発明の実施の形態２を説明するための従来の受信側検波用インパルス信号の例の概略を示す図
【図１０】本発明の実施の形態２の受信側検波用インパルス信号の例の概略を示す図
【図１１】本発明の実施の形態２を説明するための乗算手段へ入力される二つの信号の波形の概略を示す説明図
【図１２】本発明の実施の形態３におけるＵＷＢ送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図１３】本発明の実施の形態３を説明するための本発明の受信側検波用インパルス信号の例の概略を示す図
【図１４】本発明の実施の形態４におけるＵＷＢ送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図１５】本発明の実施の形態４を説明するための乗算手段へ入力される二つの信号の波形の概略を示す説明図
【図１６】本発明の実施の形態４における遅延手段を複数設けたＵＷＢ送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図１７】本発明の実施の形態５におけるＵＷＢ送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図１８】本発明の実施の形態６におけるＵＷＢ送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図１９】本発明の実施の形態７におけるＵＷＢ送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図２０】本発明の実施の形態８におけるＵＷＢ送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図２１】本発明の実施の形態９におけるＵＷＢ送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図２２】本発明の実施の形態１０におけるＵＷＢ送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図２３】本発明の実施の形態１１におけるＵＷＢ送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図２４】本発明の実施の形態１２におけるＵＷＢ送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図２５】本発明の実施の形態１３におけるＵＷＢ送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図２６】本発明の実施の形態１３におけるＵＷＢ送受信装置の構成を示すブロック構成図
【図２７】従来技術におけるＵＷＢ送受信装置の構成を示すブロック構成図
【符号の説明】
１　タイムホッピング系列発生手段
２　インパルス発生手段
３　電力増幅手段
４　送信アンテナ
５　受信アンテナ
６　低雑音増幅手段
７　乗算手段
８　インパルス発生手段
９　タイムホッピング系列発生手段
１０　同期手段
１１　積分放電手段
１２　判定手段
１３　閾値設定手段
１４　Ｍ値判定手段
１５　Ｓ／Ｐ変換手段
１６　サンプリング手段
１７　最大値判定手段
１８　デマッピング手段
１９　遅延手段
２０　加算手段
２１　ブランチ選択手段
２２　オフセット時間差制御手段
２３　マルチパス推定手段
２４　誤り訂正符号化手段
２５　誤り訂正復号化手段
２６　繰返し数制御手段
２７　積分区間制御手段
２８　畳込み符号化手段
２９　軟判定ビタビ復号手段
３０　ターボ符号化手段
３１　ターボ復号化手段
３２　アナログ／ディジタル変換手段

Claims (25)

1. タイムホッピング系列を出力するタイムホッピング系列発生手段と、前記タイムホッピング系列信号をそのまま出力する場合と遅延させて出力する場合とを２値の情報信号（０または１）に応じて選択的に切り替える遅延選択手段と、前記遅延選択手段の遅延時間が１つのインパルス信号出力時間以上となるように設定するシフト時間設定手段と、前記遅延選択手段から出力される信号タイミングでインパルス信号を発生させるインパルス発生手段と、前記インパルス信号を増幅する増幅する手段と、前記増幅手段からの信号を空中に放射するアンテナ手段とから構成される超広帯域（ＵＷＢ）送信装置。
2. タイムホッピング系列を出力するタイムホッピング系列発生手段と、前記タイムホッピング系列信号をそのまま出力する場合と遅延させて出力する場合とをＭ値の情報信号に応じて選択的に切り替える遅延選択手段と、前記遅延選択手段の遅延時間が１つのインパルス信号出力時間以上となるように設定するシフト時間設定手段と、前記遅延選択手段から出力される信号タイミングでインパルス信号を発生させるインパルス発生手段と、前記インパルス信号を増幅する増幅する手段と、前記増幅手段からの信号を空中に放射するアンテナ手段とから構成される超広帯域（ＵＷＢ）送信装置。
3. シフト時間設定手段は、発生させるインパルス信号のオフセット時間差が１つのインパルス信号出力時間のＮ倍（Ｎ：２以上の整数）であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置。
4. シフト時間設定手段は、オフセット時間差を適応的に変化させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置。
5. 空中に放射されたＵＷＢ信号を給電するアンテナ手段と、前記アンテナ手段からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段と、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号から送信側のタイムホッピング系列と受信側のタイムホッピング系列発生手段との同期を確立する同期手段と、前記同期手段により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での１つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生させる検波用インパルス信号発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号と前記検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段と、前期乗算手段出力を前記タイムホッピング系列の周期と同期して積分放電する積分放電手段と、積分放電手段からの信号を受けスレッショルド０を中心として判定し、２値の情報信号を出力する判定手段とから構成される超広帯域（ＵＷＢ）受信装置。
6. 空中に放射されたＵＷＢ信号を給電するアンテナ手段と、前記アンテナ手段からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段と、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号から送信側のタイムホッピング系列と受信側のタイムホッピング系列との同期を確立する同期手段と、前記前記同期手段により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での１つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生させる検波用インパルス信号発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号と前記検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段と、前期乗算手段出力を前記タイムホッピング系列の周期と同期して積分放電する積分放電手段と、積分放電手段からの信号を受けＭ−１個のスレッショルドを基準として判定し、Ｍ値（Ｍ：２以上の整数）の情報信号を出力する判定手段とから構成される超広帯域（ＵＷＢ）受信装置。
7. 空中に放射されたＵＷＢ信号を給電するアンテナ手段と、前記アンテナ手段からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段と、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号から送信側のタイムホッピング系列と前記タイムホッピング系列との同期を確立する同期手段と、前記タイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて異なるＮ個の検波用インパルス信号を発生するＮ個の検波用インパルス信号発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号と前記検波用インパルス信号とをそれぞれ乗ずるＮ個の乗算手段と、前期Ｎ個の乗算手段出力を前記タイムホッピング系列の周期と同期して積分放電するＮ個の積分放電手段と、前期Ｎ個の積分放電手段からの信号を前記タイムホッピング系列の周期に同期してサンプリングするＮ個のサンプリング手段と、前期Ｎ個のサンプリング手段からの出力信号のうち絶対値が最も大きいブランチを判定する絶対値最大ブランチ判定手段と、前期Ｎ個のサンプリング手段からの出力信号と、前期絶対値最大ブランチ判定手段からの出力信号とをうけてＭ値の情報信号として判定データをデマッピングして出力するデマッピング手段とから構成される超広帯域（ＵＷＢ）受信装置。
8. 検波用インパルス発生手段は、信号の出力時間が送信側の１つのインパルス信号出力時間のＮ倍（Ｎ：２以上の整数）であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置。
9. 低雑音増幅手段からの信号を２値の情報信号間のオフセット時間差分の遅延をする遅延手段と、前記遅延手段からの出力信号と前記低雑音増幅手段からの信号とを加算する加算手段とを有する請求項５乃至８のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置。
10. 低雑音増幅手段からの信号を情報信号間のオフセット時間差に対応した遅延時間だけ遅延させるＮ−１個の遅延手段と、前記Ｎ−１個の遅延手段の出力と前記低雑音増幅手段からの信号とを加算する加算手段とを有する請求項５乃至８のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置。
11. 検波用インパルス発生手段は、発生させるインパルス信号の出力時間を適応的に変化させることを特徴とする請求項５乃至１０のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置。
12. 空中に放射されたＵＷＢ信号を給電するアンテナ手段と、前記アンテナ手段からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段と、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号から送信側のタイムホッピング系列と前記タイムホッピング系列との同期を確立する同期手段と、前記同期手段により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での１つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生させる検波用インパルス信号発生手段と、低雑音増幅手段からの信号を情報信号間のオフセット時間差に対応した遅延時間だけ遅延させるＮ−１個の遅延手段と、前記Ｎ−１個の遅延手段の出力から前記オフセット時間差を適応的に変化させたことに対応して加算する前記Ｎ−１個の遅延手段の出力の個数を選択するブランチ選択手段と、前記ブランチ選択手段において選択された前記Ｎ−１個の遅延手段の出力と前記低雑音増幅手段からの信号とを加算する加算手段と、前記加算手段からの信号と検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段と、前期乗算手段出力をタイムホッピング周期と同期して積分放電する積分放電手段と、積分放電手段からの信号を受けスレッショルド０を中心として判定し、２値の情報信号を出力する判定手段とから構成される超広帯域（ＵＷＢ）受信装置。
13. さらに、伝搬路で発生したマルチパス波を推定するマルチパス推定手段を有し、前記マルチパス推定手段からの出力に応じてオフセット時間差を適応的に変化させる請求項１１または１２に記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置。
14. さらに、伝搬路で発生したマルチパス波を推定するマルチパス推定手段を有し、ブランチ選択手段は前記マルチパス推定手段からの出力に応じて前記遅延手段の出力の個数を選択する請求項１２記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置。
15. 空中に放射されたＵＷＢ信号を給電するアンテナ手段と、前記アンテナ手段からの出力信号を低雑音増幅する低雑音増幅手段と、タイムホッピング系列を発生するタイムホッピング系列発生手段と、前記低雑音増幅手段からの信号から送信側のタイムホッピング系列と前記タイムホッピング系列との同期を確立する同期手段と、前記同期手段により同期確立されたタイムホッピング系列によって定まるタイミングにおいて送信側での１つのインパルス信号出力時間よりも長い出力時間を有する検波用インパルス信号を発生させる検波用インパルス信号発生手段と、伝搬路で発生したマルチパス波を推定するマルチパス推定手段と、低雑音増幅手段からの信号を前記推定したマルチパス波の時間的位置が情報信号と重ならないように遅延時間を設定したＮ−１個の遅延手段と、前記マルチパス推定手段で推定したマルチパス波の時間的位置から前記Ｎ−１個の遅延手段の出力を選択するブランチ選択手段と、前記ブランチ選択手段からの選択された前記Ｎ−１個の遅延手段の出力と前記低雑音増幅手段からの信号とを加算する加算手段と、前記加算手段からの信号と検波用インパルス信号とを乗ずる乗算手段と、前期乗算手段出力をタイムホッピング周期と同期して積分放電する積分放電手段と、積分放電手段からの信号を受けスレッショルド０を中心として判定し、情報信号を出力する判定手段とから構成される超広帯域（ＵＷＢ）受信装置。
16. 請求項１乃至４のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置と、請求項５乃至１５のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置とから構成される超広帯域（ＵＷＢ）送受信装置。
17. マルチパス推定手段のマルチパス波の推定結果出力を送信装置に通知する請求項１３乃至１５のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置。
18. 請求項１乃至４のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置において、タイムホッピング系列によって定まるタイミングからのオフセット時間が情報信号を誤り訂正符号化した信号によって定められる超広帯域（ＵＷＢ）送信装置。
19. 誤り訂正符号化は、畳み込み符号化を用いる請求項１８記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置。
20. 請求項１９記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置から送信された畳み込み符号化した信号を、前記積分手段からの積分放電出力を軟判定ビタビ復号する軟判定ビタビ復号手段を設けた請求項５乃至１５のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置。
21. 誤り訂正符号化は、ターボ符号化を用いる請求項１８記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置。
22. 請求項２１記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置から送信されたターボ符号化した信号を、前記積分手段からの積分放電出力をターボ復号するターボ復号手段を設けた請求項５乃至１５のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置。
23. 請求項１乃至４のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置において、タイムホッピング系列の周期よりも情報信号の繰り返し周期を適応的に短くする超広帯域（ＵＷＢ）送信装置。
24. 請求項２３記載の超広帯域（ＵＷＢ）送信装置から送信される情報信号の繰り返し周期と同期して動作する積分放電手段を有する請求項５乃至１５のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置。
25. 積分放電出力をＡ／Ｄ変換した信号を復号化する請求項２０、２２、２４のいずれかに記載の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置。

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