JP4821375B2 - 送信装置および通信システム - 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送信装置、受信装置および通信システムに関する。

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）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た社会が予想されている。そこで、小型かつ高速のデータ無線装置を、安価に実現する技術の確立が急務となっている。また、通信応用として、超音波センサーやミリ波センサーに代表される無線を用いた測距技術も、車の衝突防止、人体検出による侵入者監視といった様々な用途に用いられており、今後、その応用範囲の拡大が見込まれている。

機器を小型に実現でき、かつ高速のデータ通信と高精度な測距とを実現できる技術の一つとして、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））と呼ばれる無線方式が注目されている。ＵＷＢでは、１ｎｓ以下の短パルスを用い、数百ＭＨｚ以上の広い周波数帯域を使うことによって、通信や測距を行なう。通信においては、短パルスの繰り返し周期を高め、１シンボルを各短パルスまたは複数の短パルスに割り当てることにより、数百Ｍｂｐｓを上回る高速通信の実現が可能となる。測距では、短パルスを用いた到達時間測定を行なうことで、高精度の測距が可能となる。

図９は、従来の受信装置の構成を示すブロック図である。前述の通り、ＵＷＢでは１ｎｓ以下の非常に短いパルスを用いるため、信号の捕捉、同期確立が課題であるが、本従来例では、同期加算と呼ばれる技術で信号の捕捉、同期の誤りを抑圧している。無線伝搬路を経て受信された信号は、信号の減衰、雑音、マルチパスの影響によって信号対雑音比（以下、Ｓ／Ｎと記す）が劣化する。

そこで、受信信号を、複数の遅延回路７０１ａ、ｂを用いて、既知のパルス間隔で遅延させる。それを、電圧加算回路７０２で電圧加算することで、信号電圧を高める。この信号より、同期パルス検出回路７０３で、同期パルスを抽出する。抽出した同期パルスを用いて、復調回路７０４で受信信号を復調し、復調信号（受信データ）を得る（例えば特許文献１参照）。

また、特に図を用いた説明は省略するが、送信装置からの信号を、受信装置でスペクトラム拡散技術を適用し、拡散利得によってＳ／Ｎを改善して、受信（復調）することも開示されている（例えば特許文献２参照）。
特開平５−２８４１２８号公報 特開２００３−１４３１０９号公報

しかしながら、従来の送信装置、受信装置および通信システムにおいては、以下の課題が生じる場合があり得る。同期加算だけでは、受信信号と共に雑音電力も加算してしまうため、Ｓ／Ｎ改善効果は低くなり得る。また、スペクトル拡散技術を適用する方法では、拡散信号の同期に時間がかかるため、実効的なスループットが低下し得る。さらに、拡散信号同期用の回路が多数必要となり、回路が複雑化し得る。よって、機器が大型化し、消費電力も増加し得る。

本発明は、受信装置側で、Ｓ／Ｎ改善効果が大きく、実効的なスループットが低下せず、拡散信号同期用回路を多数必要とせず、回路は複雑化せず、機器は大型化せず、消費電力も増加しない、送信装置、受信装置および通信システムを提供する。

本発明の送信装置は、パルス発生回路と、パルス繰り返し周期決定回路と、尖頭値電力決定回路と、変調器と、を含む構成を有している。パルス発生回路は、パルス列を発生する。パルス繰り返し周期決定回路は、クロック信号をもとに、パルス発生回路が発生するパルス列の、パルス繰り返し周期を決定する。尖頭値電力決定回路は、パルス発生回路が発生するパルス列のパルス尖頭値電力を決定する。変調器は、パルス発生回路が発生したパルス列を送信データで変調して送信信号を生成する。

この構成により、通信相手の受信装置側で、Ｓ／Ｎ改善効果が大きく、実効的なスループットが低下せず、拡散信号同期用回路を多数必要とせず、回路は複雑化せず、機器は大型化せず、消費電力も増加しない。

また、本発明の送信装置は、パルス繰り返し周期決定回路と尖頭値電力決定回路とが連動して、送信信号の平均電力が一定となるように、パルス繰り返し周期とパルス尖頭値電力とを決定する構成であってもよい。これによれば、平均送信電力を一定のまま、尖頭値電力の大きなパルスを送信できる。

また、本発明の送信装置は、送信信号が、少なくとも尖頭値電力の異なる２種類のパルスより構成されていてもよい。これによれば、送信装置からの信号を受信する受信装置側が必要とする信号を適切に送信することができる。

また、本発明の送信装置は、変調器が、パルス尖頭値電力の大きなパルスに同期情報の少なくとも一部を割り当てる構成であってもよい。これによれば、送信装置からの信号を受信する受信装置側で、パルスの捕捉、同期保持が容易となる。

また、本発明の送信装置は、変調器が、パルス尖頭値電力の大きなパルスに距離測定用の信号を割り当てる構成であってもよい。これによれば、データ通信のみならず、距離測定も容易に実現できる。

また、本発明の送信装置は、変調器の変調方式が、パルス位置変調、パルス位相変調、パルス振幅変調のいずれかである構成であってもよい。これによれば、簡易な構成で、短パルスによる高速通信および高精度測距を実現できる。

また、本発明の送信装置は、乱数を発生する乱数発生回路をさらに含み、乱数発生回路が発生する乱数に基づき尖頭値電力決定回路がパルス尖頭値電力を決定する構成であってもよい。これによれば、特定の状態における混信等の通信状態の劣化を回避し、少なくとも尖頭値電力の大きなパルスによる通信や測距を実現できる。

また、本発明の送信装置は、タイマ回路をさらに含み、タイマ回路が指定する時間間隔に基づき、尖頭値電力決定回路が、パルス尖頭値電力を決定する構成であってもよい。これによれば、通信相手の受信装置側で、一定時間毎に尖頭値電力の大きなパルスを受信でき、パルスの到着時刻の推定が容易となり、パルスの捕捉、同期保持が容易となる。

また、本発明の送信装置は、受信装置が受信した情報に基づいて、パルス繰り返し周期決定回路で決定するパルス繰り返し周期と尖頭値電力決定回路で決定するパルス尖頭値電力との少なくとも一方を変更する構成であってもよい。これによれば、受信状態に応じて適切な送信条件を設定できる。

また、本発明の送信装置は、受信装置が受信した情報が、送信信号を送信した通信相手の装置からの受信状態を示す情報である構成であってもよい。これによれば、通信相手の受信状態に応じて適切な送信条件を設定できる。

また、本発明の送信装置は、受信装置が受信した情報が、送信信号を送信した通信相手以外の装置からの情報である構成であってもよい。これによれば、他の装置に対する干渉を軽減するように送信条件を最適化できる。

本発明の受信装置は、受信パルス信号生成回路と、選別回路と、同期回路と、復調回路と、を備えている。受信パルス信号生成回路は、受信信号に基づき短パルスを再現して受信パルス信号を生成する。選別回路は、受信パルス信号のパルス尖頭値電力の大きさに基づきパルスを選別する。同期回路は、クロック信号を選別回路が選別した受信パルス信号により同期して同期出力信号を生成する。復調回路は、同期回路からの同期出力信号と選別回路からの受信パルス信号とにより復調信号を生成する。この構成により、パルス尖頭値電力の大きなパルスでＳ／Ｎを大幅に改善でき、回路は複雑化せず、機器は大型化せず、消費電力も増加しない。

また、本発明の受信装置は、選別回路がパルス尖頭値電力の大きなパルスを選別し、同期回路で、選別回路が選別したパルス尖頭値電力の大きなパルスでクロック信号を同期し、復調回路がパルス尖頭値電力の小さなパルスの受信復調処理を行なう構成であってもよい。これによれば、パルスの捕捉、同期保持が容易となり、Ｓ／Ｎ改善効果が大きく、実効的なスループットが低下せず、拡散信号同期用回路を多数必要とせず、回路は複雑化せず、機器は大型化せず、消費電力も増加しない。

また、本発明の受信装置は、選別回路がパルス尖頭値電力の大きなパルスを選別し、同期回路で、選別回路が選別したパルス尖頭値電力の大きなパルスで拡散信号の同期を取る構成であってもよい。これによれば、拡散信号の同期が容易となり、Ｓ／Ｎ改善効果が大きく、実効的なスループットが低下せず、拡散信号同期用回路を多数必要とせず、回路は複雑化せず、機器は大型化せず、消費電力も増加しない。

また、本発明の受信装置は、時間差信号生成回路と、信号飛行距離推定回路とを備える構成であってもよい。時間差信号生成回路は、クロック信号と受信パルス信号との時間差より時間差信号を生成してもよい。信号飛行距離推定回路は、時間差信号生成回路が生成した時間差信号より信号飛行距離を推定してもよい。これによれば、回路は複雑化せず、機器は大型化せず、消費電力も増加せず、容易に距離の測定を実現できる。

また、本発明の受信装置は、復調回路で取得した他の装置の受信情報を送信装置に出力する構成であってもよい。これによれば、他の装置の受信状態を送信装置に伝達することができる。

また、本発明の受信装置は、取得した他の装置の受信情報が、送信装置から送信信号を送信した通信相手の装置の受信情報である構成であってもよい。これによれば、送信装置の通信相手の受信状態を送信装置に伝達することができる。

さらに、本発明の受信装置は、取得した他の装置の受信情報が、送信装置から送信信号を送信した通信相手以外の装置の受信情報である構成であってもよい。これによれば、他の装置に対する干渉等の情報を送信装置に伝達することができる。

本発明は、送信装置において、パルス列を発生するパルス発生回路と、パルス発生回路が発生するパルス列のパルス繰り返し周期をクロック信号に基づき決定するパルス繰り返し周期決定回路と、パルス発生回路が発生するパルス列のパルス尖頭値電力を決定する尖頭値電力決定回路と、パルス発生回路が発生したパルス列を送信データで変調して送信信号を生成する変調器とを含む構成とし、受信装置においては、受信信号に基づき短パルスを再現して受信パルス信号を生成する受信パルス信号生成回路と、受信パルス信号のパルス尖頭値電力の大きさに基づきパルスを選別する選別回路と、クロック信号を選別回路が選別した受信パルス信号により同期して同期出力信号を生成する同期回路と、同期回路からの同期出力信号と選別回路からの受信パルス信号とにより復調信号を生成する復調回路とを備えることにより、受信装置側で、Ｓ／Ｎ改善効果が大きく、実効的なスループットが低下せず、拡散信号同期回路を多数必要とせず、回路は複雑化せず、機器は大型化せず、消費電力も増加しない、送信装置、受信装置および通信システム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送信装置、受信装置および通信システムについて、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における送信装置、受信装置および通信システムの構成を示すブロック図である。本実施例の通信システムは、送信装置１０１と、受信装置１１０とを含む。送信装置１０１は、送信クロック信号を生成する送信クロック回路１０２と、パルスの繰り返し周期を決定するパルス繰り返し周期決定回路１０３と、パルス尖頭値電力を決定する尖頭値電力決定回路１０４と、送信用パルス列を発生するパルス発生回路１０５と、送信用パルス列を、送信データを用いて変調する変調器１０６と、送信信号を調整する送信調整回路１０７と、送信帯域を制限する帯域制限フィルタ１０８ａとを備え、送信信号はアンテナ１０９ａより送信される。

以上のように構成された送信装置について、図１を用いて、その動作を説明する。パルス発生回路１０５が送信用パルス列を発生する際に、送信クロック回路が生成する送信クロック信号を基準とし、パルス繰り返し周期決定回路１０３が決定した繰り返し周期と尖頭値電力決定回路１０４が決定したパルス尖頭値電力とを、パルス発生回路１０５に入力し、適宜送信用パルス列のパルス繰り返し周期と各パルスの尖頭値電力とを変更していく。

パルス尖頭値電力の決定方法としては、送信データの情報の重要度によって決定してもよく、重要な情報としては例えば、通信要求情報、機器認識用情報、同期用情報などがある。また、通信路の状態に応じて決定しても良く、通信路の状態としてはマルチパス波の強度や密度などがある。

本実施の形態では、変調方式を限定することなく、パルス通信方式にて一般的に用いられる、例えばパルス位置変調、パルス位相変調、パルス振幅変調、パルスシェープ変調を用いて実現しても良い。尖頭値電力の異なるパルスについて図２のパルス列を用いて説明する。図２は本発明の実施の形態１における送信装置がから送信されたパルス波形を、受信装置が受信した場合のパルス波形を示す図である。

図２には尖頭値電力の低いパルス６０１ａ〜ｄと尖頭値電力の高いパルス６０３とが混在しており、例えば尖頭値電力の高いパルス６０３に通信要求情報を付与し、尖頭値電力の低いパルス６０１ａ〜ｄには伝送する通信情報を付与する。なお、ここでは、尖頭値電力が高いパルスと低いパルスとの２種類の場合で説明するが、本発明はこれに限定されず、尖頭値電力が異なる少なくとも２種類のパルスで構成されていればよい。

これによって送信装置１０１から送られた送信信号を受信する装置では、尖頭値電力の低いパルス６０１ａ〜ｄの受信に対し、尖頭値電力の高いパルス６０３の受信では、より高いＳ／Ｎでの復調が可能となり、雑音やマルチパス信号が大きな経路での通信においても、少なくとも通信要求情報の受信が可能となる。なお、パルスの存在しない位置６０２は、平均的な送信電力を一定に保ちながら尖頭値電力の高いパルス６０３を出力するために、パルスを出力しない時間的な位置である。

パルスの存在しない位置６０２の設定は、パルス繰り返し周期決定回路１０３での周期決定でパルスの周期を変えること、または、尖頭値電力決定回路１０４で尖頭値電力を０（零）とみなせる程度に小さく設定することのいずれの方法でも実施可能である。以上の様にして、パルス繰り返し周期決定回路と前記尖頭値電力決定回路とが連動して、送信信号の平均電力が一定となるように、パルス繰り返し周期とパルス尖頭値電力とを決定する。

変調器１０６で生成された送信信号は、送信調整回路１０７および帯域制限フィルタ１０８ａで電力値、周波数帯域を調整して、アンテナ１０９ａから送信される。送信調整回路１０７は、増幅器や減衰器による電力値の調整のみならず、局部発振器とミキサ、スイッチの組み合わせや、発振器の直接変調による周波数変換を行う回路などを用いて任意の周波数帯域の信号に周波数変換する構成にしてもよい。

次に、受信装置１１０は、アンテナ１０９ｂで受信した信号から帯域外の不要信号を除去する帯域制限フィルタ１０８ｂと、受信した信号の電力値を調整する受信調整回路１１１と、受信信号のパルス整形を行なう受信パルス信号生成回路１１２と、受信パルス信号から同期信号を抽出するクロック再生回路１１３と、受信クロック回路１１７で生成した受信クロック信号との同期調整が行なわれた同期出力信号を生成する同期回路１１４と、復調信号（受信データ）を出力する復調回路１１５とを備える。

以上のように構成された受信装置１１０について、その動作を説明する。アンテナ１０９ｂで受信した信号を帯域制限フィルタ１０８ｂで帯域外の不要信号を除去した後、受信調整回路１１１で電力値の調整を行う。前述の送信調整回路１０７と同様に、電力値の調整のみならず、低域通過フィルタ（以下、ＬＰＦと記す）、局部発振器とミキサ、エンベロープ検波器、相関テンプレートを用いた同期検波や遅延相関による遅延検波によって、高周波成分の除去を行なってもよい。受信調整回路１１１で調整された受信信号は、受信パルス信号生成回路１１２に入力される。

受信パルス信号生成回路１１２では、クロック再生や復調用に受信信号のパルス整形を行なう。パルス整形としては、例えば比較回路やオーバーサンプリングによる信号成分の抽出や、パルス幅の調整などがある。受信パルス信号生成回路１１２からは受信パルス信号が出力され、復調回路１１５およびクロック再生回路１１３に入力される。クロック再生回路１１３では同期信号が抽出され、同期回路１１４にて、受信クロック回路１１７からの受信クロック信号との同期調整が行なわれた同期出力信号を生成し、復調回路１１５にて復調処理を行い、復調信号（受信データ）を出力する。

以上の受信装置１１０の動作において、送信装置１０１の動作説明でも記載したが、雑音やマルチパス信号が大きな経路を伝搬した受信信号はＳ／Ｎが低く、例えば受信調整回路１１１で比較回路を用いた信号検波を行なった場合、比較基準電圧と雑音電圧の差が小さいため、雑音成分を信号成分として誤認識したり、信号成分の見落としをしやすく、誤りの多い受信信号を生成してしまう。

これに対し尖頭値電力の大きなパルスは、比較基準電圧と雑音電圧の差を大きくとることができるため、誤りの少ない受信信号を生成することが可能であり、クロック再生回路１１３は、尖頭値電力の大きなパルスを選別して基準とすることで尖頭値電力の小さなパルスを含め、正確に受信データを得ることができる。

以上のように本発明の第１の実施の形態の送信装置、受信装置および通信システムによれば、送信装置側で、送信信号のパルス繰り返し周期と各パルスの尖頭値電力を適宜変更することで、受信装置側で、Ｓ／Ｎ改善効果が大きく、実効的なスループットが低下せず、拡散信号同期用回路を多数必要とせず、回路は複雑化せず、容易にパルスの捕捉、同期保持を実現し、機器の小型化、低消費電力化を実現できる。

なお、以上の説明では、尖頭値電力の大きなパルスに付与する情報を限定しない例で説明したが、同期情報を付与した場合の例について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態１における送信装置、受信装置および通信システムの構成を示すもう一つのブロック図である。本実施例の通信システムは、送信装置２０１と、受信装置２０３とを含む。図３において、図１と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。本実施の形態では、送信装置に同期情報抽出回路２０２を、受信装置に選別回路２０５を設けている。

受信パルス信号生成回路２０４は、受信調整回路１１１の出力により、受信パルス信号を生成し、選別回路２０５に出力する。クロック再生回路２０６は、選別回路２０５からの同期パルス信号によりクロックを再生する。受信パルス信号生成回路２０４は、受信調整回路１１１の出力により、受信パルス信号を生成し、選別回路２０５に出力する。クロック再生回路２０６は、選別回路２０５からの同期パルス信号によりクロックを再生する。

以上のように構成された送信装置、受信装置および通信システムにおいて、例えば、同期情報は送信データの一部として生成される場合では、送信装置２０１に入力された送信データは、同期情報抽出回路２０２に入力されて同期情報のタイミングを抽出し、これをもとに尖頭値電力決定回路１０４がパルスの尖頭値電力を決定する。受信装置２０３には、同期情報が付与された尖頭値電力の大きなパルスのみを抽出する選別回路２０５が備えられていて、ここで同期パルス信号を生成することでクロック再生を行なう。これにより、受信装置２０３では正確な同期タイミングを得ることができ、正確な同期タイミングで受信パルス信号をサンプリングすることによって、Ｓ／Ｎ比の小さな受信パルス信号を復調しても、復調誤り発生を低く抑えることができる。

また、以上の説明ではクロック信号の同期を尖頭値電力の大きなパルスを用いて行なう例を示したが、スペクトル拡散通信の機能を備えた送信装置および受信装置において、拡散符号の開始時間位置を尖頭値電力の大きなパルスに付与することで、符号同期を短時間で実現するように実施してもよい。

また、以上の説明では、同期情報等の選定された情報に尖頭値電力の大きなパルスを付与する例で説明したが、図４に示す構成とすることで送信データとは無関係に尖頭値電力大きなパルスを適当に付与する構成としてもよい。図４は、本発明の実施の形態１における送信装置の構成を示すもう一つのブロック図である。図４において、図１と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。図４において、本実施の形態の送信装置４０１は、パルス尖頭値電力設定回路４０２を有し、この回路が設定するタイミングに基づき、尖頭値電力の大きなパルスの付与が尖頭値電力決定回路１０４により実施される。

パルス尖頭値電力設定回路４０２としては例えば、一定の時間ごとに尖頭値電力の大きなパルスを設定するタイマ回路４０２Ａや、乱数発生回路である乱数を発生しランダムに尖頭値電力の大きなパルスを設定するランダムタイミング発生機能回路４０２Ｂなどがある。例えばタイマ回路４０２Ａであれば、受信装置では一定の時間ごとに尖頭値電力の大きなパルスが受信されるため、パルスの到達時間の推定が容易になり、パルスの捕捉、同期保持が簡単となり、ランダムタイミング発生機能回路４０２Ｂであれば、周期的な信号が、特定のマルチパス環境で相殺されたり、他の機器が発する周期的な信号と常に干渉してしまうことを回避することが可能となり、受信装置で低誤りでのパルスの捕捉、同期保持を実現することができる。

なお、まずタイマ回路４０２Ａにて周期的に尖頭値電力の大きなパルスを送信し、前述のマルチパス環境や他機器との干渉の問題が起きた場合に、ランダムタイミング発生機能回路４０２Ｂに、切替部４０２Ｃで切り替えて動作してもよい。

また、以上の説明では送信装置と受信装置とに、クロック回路を備えた場合で説明したが、送信装置と受信装置とが近接している場合は、送信クロック回路と受信クロック回路とは同一のクロック回路としてもよい。

以上の説明では通信情報の重要度によってパルスの周期および尖頭値電力を変更する例を示したが、前述のように通信路の状態に応じてこれを決定しても良い。以下に、通信路の状態として、マルチパス波の強度や密度によるパルスの周期および尖頭値電力の変更の実施例について図５、図６を用いて説明する。図５および図６は、本発明の実施の形態１における送信装置が送信し、受信装置が受信した他のパルス波形を示す図である。送信信号８０１ａは、ＯＯＫ変調した信号であり、パルス８０２の有無によって‘１’と‘０’を表している。

受信信号８０１ｂは、マルチパス波８０３を伴った信号を示す。信号８０１ｃは、受信信号８０１ｂをエンベロープ検波した信号を示す。検波後信号８０１ｃを所定のしきい値８０４で評価し、これより大きい信号を‘１’、小さければ‘０’と判定する。信号８０１ｄは、しきい値８０４を超える信号が入力された場合を信号あり、これを下回る信号が入力された場合は信号なしとするＡ／Ｄ変換（２値化）した信号である。信号８０１ｅは、マルチパスがなく、理想的にＡ／Ｄ変換できた場合の信号であり、信号８０１ｄと信号８０１ｅとを比較すると、検出タイミングずれ発生８０５が存在する。

これはマルチパス波８０３によってシンボル間干渉が発生し、パルス波形が歪んだためである。検出タイミングずれ８０５が発生すると、Ａ／Ｄ変換後の信号８０１ｄをもとに行なう同期追従のジッタ増加による復調誤りの増加となる。また、このジッタが大きくなると、同期引き込みができなくなったり、一度引き込めても同期が外れたりと、通信品質の大きな劣化につながる。

図６に示すように、尖頭値電力の大きいパルス９０２を混在させることで、前記の通信品質劣化を改善する実施例を示す。送信信号９０１ａでは、尖頭値電力の大きいパルス９０２を、例えば、４回に１回挿入している。図５と同様、マルチパス波を含む受信信号９０１ｂをエンベロープ検波し、検波後の信号９０１ｃを得る。これを、しきい値９０３で判定する。なお、この場合のしきい値９０３は、図５中のしきい値８０４よりも大きい値としてもよい。Ａ／Ｄ変換後は信号９０１ｄとなり、図５での信号８０１ｄと比べると、パルス数は減るものの、検出タイミングずれ発生９０４は、図５での信号のそれ（図中の破線矢印）と比べ、マルチパスがない場合の信号９０１ｅとのずれ（図中の実線矢印）が小さくなる。

これは、尖頭値電力の大きいパルス９０２では、前のパルスからのシンボル間干渉が小さくなるため、その影響が小さくなり、パルス波形歪が小さくなるためである。以上に説明したように、尖頭値電力の大きなパルスを所定の間隔で挿入することにより、マルチパス波が存在する環境でも通信品質の劣化を防ぎ、短時間での同期引き込み、精度の高い同期追従を実現できる。なお、尖頭値電力の大きいパルスは、同期ジッタを受信状態推定回路で評価し、所定のしきい値を越えたことを検出した場合に挿入するようにしても良い。また、挿入する周期、挿入するパルスの電力についても、しきい値を複数設定し、ジッタが大きければ、より大電力のパルスを、周期を短く挿入するように制御してもよい。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２における送信装置、受信装置および通信システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態が実施の形態１と異なるのは、通信機能と共に測距機能を備えた構成としている点である。本実施例の通信システムは、送信装置３０１と、受信装置３０８とを含む。

実施の形態１と同様に、送信装置３０１では尖頭値電力決定回路３０３を用いて尖頭値電力の大きなパルスと、尖頭値電力の小さなパルスを混在して送信する。この際に本実施の形態では、尖頭値電力の大きなパルスに測距用のデータ、尖頭値電力の小さなパルスに通信用のデータを付与する。なお、以下の説明では、尖頭値電力の大きなパルスに測距用のデータのみを与えた例について説明するが、先頭値電力の大きなパルスに測距用のデータのみならず、例えば同期用データのような通信にも利用できる情報を与えることで、測距と通信との両方に利用するように実施することも可能である。

通信用のデータと測距用のデータとは、共に送信データ生成回路３０２に入力されて送信データとして出力される。送信データは尖頭値電力決定回路３０３に入力されて、前述のように、通信用データと測距用データのタイミングにあわせて尖頭値電圧が決定され、パルス発生回路３０４に入力され、尖頭値電圧の異なるパルスが出力される。それぞれのデータは、合わせて変調器３０５に入力され、適当な変調方式にて変調され送信信号が生成され、送信調整回路１０７、帯域制限フィルタ１０８ａを経てアンテナ１０９ａから送信される。

通信信号は他の装置３０６に受信され、例えば、実施の形態１にて詳細に記載されたように通信機としての信号の処理が行なわれ、返送された信号が受信装置３０８のアンテナ１０９ｂで受信され、帯域制限フィルタ１０８ｂ、受信調整回路１１１を経て、受信信号として受信パルス信号生成回路３０９に入力される。受信パルス信号生成回路３０９で生成された受信パルス信号はクロック再生回路３１０、同期回路１１４を経て同期出力信号として復調回路１１５に入力され、復調回路１１５は復調信号（受信データ）を出力する。

次に測距動作について説明する。ここでは、測距対象物体３０７からの反射信号を用いて、距離を測定する例について記述する。送信装置３０１から送信された測距信号は、測距対象物体３０７に到達、反射して反射信号として受信装置３０８のアンテナ１０９ｂで受信される。この反射信号も通信信号と同様、受信パルス信号生成回路３０９で受信パルス信号として出力されるが、選別回路２０５にて選別され、受信測距用信号として出力される。

なお、選別方法としては例えば、簡単に受信パルス信号の電力差による方法や、測距用データと通信データとに異なる拡散コードを用いる方法や、送信装置の送信時間より測距用データの反射信号到達時間を推定する方法などがある。遅延時間算出回路３１２は、クロック信号と受信パルス信号との時間差より時間差信号を生成する時間差信号生成回路と、時間差信号生成回路が生成した時間差信号より信号飛行距離を推定する信号飛行距離推定回路とを含み、選別回路２０５で選別された受信測定用信号は遅延時間算出回路３１２に入力され、送信信号との時間差を算出することによって距離を求め、復調信号（測距データ）として出力する。この際の送信信号としては、パルス発生回路３１５の信号を、遅延時間を補正する遅延補正回路３１１で調整した信号を用いる。

以上のように本発明の実施の形態２の送信装置、受信装置および通信システムによれば、送信信号のパルス繰り返し周期と各パルスの尖頭値電力とを適宜変更し、尖頭値電力の大きな信号で対象物までの測距を行ない、尖頭値電力の小さな信号で他機器との通信を行なうことで、簡単な回路構成で通信と測距とを実現できる。

なお、以上の説明では送信信号と測距対象物体からの反射信号との時間差をもとに距離を計算する例について記載したが、通信相手が受信してから返信するまでの時間を既知とすることで、送信信号と通信相手からの返信との時間差をもとに距離を計算しても同様に実施可能である。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３における送信装置、受信装置および通信システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態が実施の形態１と異なるのは、送信装置が受信装置からの要求に応じて、パルス繰り返し周期とパルス尖頭値電力との少なくとも一方を調整する構成としている点である。

図８において、送信装置５０１ａと受信装置５０２ａとの組み合わせが、主に送信を行なう側の通信システムで、送信装置５０１ｂと受信装置５０２ｂとの組み合わせが、主に受信を行う側の通信システムを示しており、大きくは前述の実施の形態１と同様の構成となっている。送信クロック回路１０２ａ〜ｂは、送信クロック回路１０２と、同様の構成である。パルス繰り返し周期決定回路１０３ａ〜ｂは、パルス繰り返し周期決定回路１０３と、同様の構成である。尖頭値電力決定回路１０４ａ〜ｂは、尖頭値電力決定回路１０４と、同様の構成である。パルス発生回路１０５ａ〜ｂは、パルス発生回路１０５と、同様の構成である。

変調器１０６ａ〜ｂは、変調器１０６と、同様の構成である。送信調整回路１０７ａ〜ｂは、送信調整回路１０７と、同様の構成である。帯域制限フィルタ１０８ｃ〜ｄは、帯域制限フィルタ１０８ａ〜ｂと、同様の構成である。アンテナ１０９ｃ〜ｄは、アンテナ１０９ａ〜ｂと、同様の構成である。受信調整回路１１１ａ〜ｂは、受信調整回路１１１と、同様の構成である。受信パルス信号生成回路１１２ａ〜ｂは、受信パルス信号生成回路１１２と、同様の構成である。クロック再生回路１１３ａ〜ｂは、クロック再生回路１１３と、同様の構成である。同期回路１１４ａ〜ｂは、同期回路１１４と、同様の構成である。復調回路１１５ａ〜ｂは、復調回路１１５と、同様の構成である。

異なるのは、受信状態推定回路５０３ａ、ｂを備えることである。送信装置５０１ａから送信された信号を受信した受信装置５０２ｂが、復調回路１１５ｂの出力を受信状態推定回路５０３ｂにて受信状態を推定する。あるいは、同期回路１１４Ｂで生成する同期出力信号の位相変化の例えば平均値をもとに、受信状態を推定する。推定した受信状態に応じて、自局のパルス繰り返し周波数とパルス尖頭値電力とを決定し、返信する。

返信としては、例えば確認（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｍｅｎｔ：以下、ＡＣＫと記す）信号による通信継続や、現状の繰り返し周期とパルス尖頭値での同期との可否を知らせる信号などがある。受信状態推定回路５０３ｂで推定したパルス尖頭値電力設定情報や、パルス繰り返し周波数設定情報を、送信データ生成回路５０５を介して送信データに加え、返信を受信した受信装置５０２ａの受信状態推定回路５０３ａにて、通信相手の受信状態情報を取得し、例えばＡＣＫ信号であれば、そのままの繰り返し周期と尖頭値電力とで通信を継続する。また、例えば低受信電力を知らせる信号であれば、繰り返し周期を下げることでパルス尖頭値電力を大きくして、受信装置５０２ｂでより大きな尖頭値電力のパルスの受信を可能とし、受信電力過多を知らせる信号であれば尖頭値電力を下げる。

また受信装置５０２ｂが処理可能なデータレートについても、対応可能なデータレートが高ければパルス繰り返し周期を上げ、データレートが低ければ繰り返し周期を下げる、などを行なう。なお、初期状態での送信装置５０１ａから受信装置５０２ｂへのパルス繰り返し周期は、あらかじめ取り決めた初期値にて行なうことや、いずれかの装置が適宜設定値を変更して通信相手と一致させるようにしてもよい。

以上のように本発明の実施の形態３の送信装置、受信装置および通信システムによれば、通信相手の受信状態に応じて送信信号のパルス繰り返し周期および各パルスの尖頭値電力の少なくとも一方を適宜変更して通信を行なうことで、簡単な回路構成でのパルスの捕捉、同期保持を実現し、機器の小型化、低消費電力化を実現できる。

なお、以上の説明では受信状態推定回路５０３ａにて、通信相手である送信装置５０１ｂからの信号を検出し、受信状態情報を取得する例について記載したが、例えば周波数帯域を共用する他の機器からの電波を検出し、これに干渉しないように繰り返し周期や尖頭値電力を変更するようにしてもよい。

以上のように、本発明にかかる送信装置、受信装置および通信システムは、送信装置において、パルス列を発生するパルス発生回路と、パルス発生回路が発生するパルス列のパルス繰り返し周期をクロック信号に基づき決定するパルス繰り返し周期決定回路と、パルス発生回路が発生するパルス列のパルス尖頭値電力を決定する尖頭値電力決定回路と、パルス発生回路が発生したパルス列を送信データで変調して送信信号を生成する変調器とを含む構成とし、受信装置においては、受信信号に基づき短パルスを再現して受信パルス信号を生成する受信パルス信号生成回路と、受信パルス信号のパルス尖頭値電力の大きさに基づきパルスを選別する選別回路と、クロック信号を選別回路が選別した受信パルス信号により同期して同期出力信号を生成する同期回路と、同期回路からの同期出力信号と選別回路からの受信パルス信号とにより復調信号を生成する復調回路とを備えることにより、受信装置側で、Ｓ／Ｎ改善効果が大きく、実効的なスループットが低下せず、拡散信号同期回路を多数必要とせず、回路は複雑化せず、機器は大型化せず、消費電力も増加しないという効果を有し、例えばパルス波形のような広帯域信号を用いた送信装置、受信装置および通信システム等として有用である。

本発明の実施の形態１における送信装置、受信装置および通信システムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における送信装置が送信し、受信装置が受信したパルス波形を示す図 本発明の実施の形態１におけるもう一つの送信装置、受信装置および通信システムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における送信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における送信装置が送信し、受信装置が受信した他のパルス波形を示す図 本発明の実施の形態１における送信装置が送信し、受信装置が受信した他のパルス波形を示す図 本発明の実施の形態２における送信装置、受信装置および通信システムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３における送信装置、受信装置および通信システムの構成を示すブロック図 従来の受信装置の構成を示すブロック図

符号の説明

１０１，２０１，３０１，４０１，５０１ａ〜ｂ 送信装置
１０２，１０２ａ〜ｂ 送信クロック回路
１０３，１０３ａ〜ｂ パルス繰り返し周期決定回路
１０４，１０４ａ〜ｂ，３０３ 尖頭値電力決定回路
１０５，１０５ａ〜ｂ，３０４，３１５ パルス発生回路
１０６，１０６ａ〜ｂ，３０５ 変調器
１０７，１０７ａ〜ｂ 送信調整回路
１０８ａ〜ｄ 帯域制限フィルタ
１０９ａ〜ｄ アンテナ
１１０，２０３，３０８，５０２ａ〜ｂ 受信装置
１１１，１１１ａ〜ｂ 受信調整回路
１１２，１１２ａ〜ｂ，２０４，３０９ 受信パルス信号生成回路
１１３，１１３ａ〜ｂ，２０６，３１０ クロック再生回路
１１４，１１４ａ〜ｂ 同期回路
１１５，１１５ａ〜ｂ 復調回路
１１７ 受信クロック回路
２０２ 同期情報抽出回路
２０５ 選別回路
３０２，５０５ 送信データ生成回路
３０６ 他の装置
３０７ 測距対象物体
３１１ 遅延補正回路
３１２ 遅延時間算出回路
４０２ パルス尖頭値電力設定回路
４０２ａ タイマ回路
４０２ｂ ランダムタイミング発生機能回路（乱数発生回路）
４０２ｃ 切替部
５０３ａ〜ｂ 受信状態推定回路
６０１ａ〜ｄ 尖頭値電力の低いパルス
６０２ パルスの存在しない位置
６０３ 尖頭値電力の高いパルス

Claims (13)

1. パルス列を発生するパルス発生回路と、
   前記パルス列のパルス繰り返し周期を、クロック信号をもとに決定するパルス繰り返し周期決定回路と、
   乱数を発生する乱数発生回路と、
   前記乱数に基づき、前記パルス尖頭値電力を決定する尖頭値電力決定回路と、
   前記パルス列を送信データで変調して送信信号を生成する変調器と、
   を含む送信装置。
2. パルス列を発生するパルス発生回路と、
   前記パルス列のパルス繰り返し周期を、クロック信号をもとに決定するパルス繰り返し周期決定回路と、
   前記パルス列のパルス尖頭値電力を決定する尖頭値電力決定回路と、
   前記パルス列を送信データで変調して送信信号を生成する変調器と、を含み、
   受信装置が受信した情報に基づいて、
   前記パルス繰り返し周期決定回路で決定するパルス繰り返し周期と前記尖頭値電力決定回路で決定するパルス尖頭値電力との少なくとも一方を変更する、
   送信装置。
3. 前記受信装置が受信した情報は、前記送信信号を送信した通信相手の装置からの受信状態を示す情報である請求項２に記載の送信装置。
4. 前記受信装置が受信した情報は、前記送信信号を送信した通信相手以外の装置からの情報である請求項２に記載の送信装置。
5. 前記パルス繰り返し周期決定回路と前記尖頭値電力決定回路とが連動して、前記送信信号の平均電力が一定となるように、前記パルス繰り返し周期と前記パルス尖頭値電力とを決定する請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の送信装置。
6. 前記送信信号が、少なくとも尖頭値電力の異なる２種類のパルスより構成されている請
   求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の送信装置。
7. 前記変調器は、前記パルス尖頭値電力の大きなパルスに同期情報の少なくとも一部を割り当てる請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の送信装置。
8. 前記変調器は、前記パルス尖頭値電力の大きなパルスに距離測定用の信号を割り当てる請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の送信装置。
9. 前記変調器は、変調方式が、パルス位置変調、パルス位相変調、パルス振幅変調のいずれかである請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の送信装置。
10. 時間間隔を指定するタイマ回路をさらに含み、
    前記尖頭値電力決定回路は、前記指定された時間間隔に基づき、前記パルス尖頭値電力を決定する、
    請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の送信装置。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の送信装置と、
    受信信号に基づき短パルスを再現して受信パルス信号を生成する受信パルス信号生成回路、
    前記受信パルス信号のパルス尖頭値電力の大きさに基づきパルスを選別する選別回路、
    前記選別回路が選別した受信パルス信号により、クロック信号を同期して、同期出力信号を生成する同期回路、並びに、
    前記同期回路からの同期出力信号と前記選別回路からの受信パルス信号とにより復調信号を生成する復調回路、を備える受信装置と、
    を含む通信システム。
12. 前記受信装置が、前記同期回路で生成する同期出力信号の位相変化をもとに、通信状態を推定する受信状態推定回路を有し、
    前記受信状態推定回路が、前記位相変化をもとに、前記送信装置が送信する前記尖頭値電力の大きいパルスの尖頭値電力および前記パルス繰り返し周期の少なくとも一方を決定する請求項１１に記載の通信システム。
13. 前記同期回路が生成する同期出力信号の位相変化の平均値をもとに、前記パルスの尖頭値電力および前記パルス繰り返し周期の少なくとも一方を決定する請求項１１に記載の通信システム。

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