(57)【要約】【課題】  簡易なデバイスによって超広帯域で無線送受信を行うための方法・装置を提供する。【解決手段】  送信データは制御信号発生部１００によって所望のビットデータに変換され、チャープ信号発生部１１０に供給される。  チャープ(CHIRP)信号発生部１１０はデータ判別回路１１１と、ランプ信号発生回路１１２、周波数が可変する周波数制御発振器１１３等を備えており、各ビットデータがそれぞれ第１の周波数から第２の周波数に変化するようなアップチャープ信号、及び第１の周波数から第２の周波数に変化するダウンチャープ信号に変換され、このチャープ信号が高周波増幅器１２０を介してアンテナに送出される。  受信側では複数個の所定の帯域通過フイルタによってチャープ信号を分離し、各フイルタ毎に検波信号を出力し、各検波信号を所定の遅延量を有する複数個の遅延回路で圧縮合成して送信時のビットデータを復調する。【選択図】     図１
2006074609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビットデータに基づいて第１の周波数からスタートし、第２の周波数において終了するようにスイープするチャープ信号波形を発生し、該チャープ信号波形をデジタル伝送データを形成するビットデータ位置に対応して間欠的に送信手段により送出すると共に、離間した位置に配置されている受信手段によって前記チャープ波形の信号を受信し、前記デジタル伝送データを復調することを特徴とする超広帯域無線送受信方式。
【請求項２】
上記チャープ信号波形は伝送データの符号に基づいて上記第１の周波数から時間と共に高くなる方向にスイープするアップチャープ信号波形と、上記第２の周波数から時間と共に低くなる方向にスイープされているダウンチャープ信号波形によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の超広帯域無線送受信方式。
【請求項３】
送信データを変調する制御信号発生手段と、該制御信号発生手段の出力に基づいて第１の周波数から第２の周波数、及び第２の周波数から第１の周波数に連続的に変化するチャープ波形信号を発生する周波数発生手段と、前記周波数発生手段の出力を送信するための送信手段とを有していることを特徴とする超広帯域無線送信装置。
【請求項４】
チャープ信号波形とされている電波を受信する受信手段と、該受信手段によって受信されたチャープ信号の帯域幅をＮ分割して出力するＮ個の帯域通過フイルタと、前記各帯域通過フイルタの出力のエンベロープを検出するＮ個の検出手段と、前記各検出手段の検出出力をそれぞれ順次所定の時間だけ遅延して出力する遅延手段と、該遅延手段の出力を合成して受信合成信号を出力する合成手段と、該合成手段の出力を復号する復調手段とを備えていることを特徴とする超広帯域無線受信装置。
【請求項５】
上記周波数発生手段から出力されるチャープ信号波形は、送出する第１のビットデータに基づいて周波数が低い方から高い方にスイープすると共に、送出する第２のビットデータに基づいて周波数が高い方から低い方にスイープされるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の超広帯域無線送信装置。
【請求項６】
上記周波数発生手段から出力されるチャープ信号波形は、特定の与干渉周波数が実質的にスイープする範囲内に存在しないように制御されることを特徴とする請求項３に記載の超広帯域無線送信装置。
【請求項７】
上記遅延手段は上記チャープ信号波形のスイープ範囲をＮ分割した時点に基づいた遅延量が設定されているＮ個の第１の遅延回路群と、該Ｎ個の第１の遅延回路群と遅延量が逆方向に配列されている第２の遅延回路群によって構成されていることを特徴とする請求項４に記載の超広帯域無線受信装置。
【請求項８】
上記Ｎ個の遅延手段の出力を選択するスイッチ群を設け、該スイッチ群によって被干渉周波数の出力を選択しないように構成したことを特徴とする請求項４に記載の超広帯域無線受信装置。
【請求項９】
伝送媒体に送出されるチャープ信号波形の周波数スイープ範囲を限定することによって、多局間で多重通信できるようにすることを特徴とする請求項１に記載の超広帯域無線送受信方式。
【請求項１０】
超広帯域無線送受信において、送信側で低速の送信データを超広帯域用の高速なパルスレートに変換するための符号拡散手段と、受信側で前記高速のパルスレートに変換された受信信号を低速の受信データに変換する逆拡散手段を備えることを特徴とする超広帯域無線送受信方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル無線通信システムの分野において注目されている超広帯域の無線送受信方式に関わり、特に非常に広い周波数帯域を利用して高密度のデジタル情報を送信、又は受信する際に好適な超広帯域無線送信装置、及び超広帯域無線受信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、多くの移動体無線によって使用できる電波の周波数資源が減少しており、新たな無線通信システムを導入する際に、既存の無線周波数システムが使用していない周波数を割り当てることが極めて困難な状況になっている。
そこで、このような技術分野において周波数資源を有効に再利用する無線技術として超広帯域無線伝送方式が注目を集めている。
この超広帯域無線伝送方式（Ultra Wideband伝送方式、通常UWBと呼ばれている）はデータ信号を極めて微細なパルス信号に変換し、そのままベースバンド信号として伝送媒体に供給するものが源流であり、例えば、伝送するデータのパルス幅を数nSに設定すると、一連の伝送情報が占める占有帯域幅は数ＧＨzであり、ほぼキャリヤ周波数をもつような広い占有周波数帯域になる。
【０００３】
このようなUWB無線通信では、既存の無線LANで使用される帯域幅に比較して極めて広い帯域伝送方式となっており、この方式の無線送受信方式はその周波数スペクトルが既存の無線送信機や、無線受信機が使用している周波数領域と重なることになる。
しかし、UWB無線送受信方式の場合は伝送電力が広い周波数帯域に分散しているので、この広く分散している周波数スペクトルのレベルは各周波数において極めて小さいレベルであり、特定の周波数帯域で交信されている無線通信に対しては、殆ど影響しないような雑音レベルの信号として扱うこともできる。
したがって、無線通信分野で新たな周波数資源として活用されるべく多くの研究がなされている。
【特許文献１】特開２００３−２０４３１１
【非特許文献１】日経エレクトロニクス  2003.2.17.(98-121P)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記したようにUWB通信方式を実現するためには、非常に高い周波数領域の信号波を処理する回路が必要であり、例えば、その電力は小さい消費電流を扱うものであっても、現実の回路としては高密度の集積回路（LSI）で実現することになり、高度な技術と高い困難度が要求される。
【０００５】
例えば、モノパルス方式のUWB無線通信方式では、情報で変調される１〜数十ｎＳのパルス幅とされた図１４（ａ）のようなモノパルス信号がそのまま電波として送出される。
このようなモノパルス信号波形は、モノパルス波形となるデータが予め記憶されているＲＯＭテーブルを用意し、このＲＯＭテーブルを超高速のクロックによって読み出すような高密度の集積回路を使用することが考えられている。
また、読み出しタイミングを制御することによって送信データで変調することができるようにした信号処理用の半導体集積回路も必要とされる。
さらには、伝送媒体に送出される超高周波の電波を直接、高速のデジタルデータで断続する変調方式なども検討されているが、超広帯域化するときに派生する信号スペクトルの輻射エネルギを所定の範囲内にとどめるように管理することは極めて困難である。
【０００６】
また、従来のDS（直接拡散）技術をさらに高い周波数領域で実現する回路方式等が検討されているが、現実には通信路パラメータ、すなわち、送受信系をすべて含んだ空間伝搬の伝達関数等を考慮すると、高い困難性を伴うという問題がある。
【０００７】
さらに、直接インパルス（モノパルス）信号で電波として送出する送信信号波は、伝送路でマルチパス、その他の影響を大きく受けると、受信側では殆ど元のパルス波形を残すことができないという問題が生じる。これは伝送路を含めて送受信系全体として広い周波数に亘って均一な群遅延特性を確保できないこと、帯域が制限されてしまっていることに問題があり、その原因となるものは、アンテナ特性、回路フイルタの特性、伝送路のマルチパス、フェージングの発生等複数であり、これらも解決すべき問題点に関わっている。
【０００８】
したがって、上記したような問題点が解消されないと、受信側で受信した信号を単純にアナログ・デジタル変換（２値化）しても、元々の希望信号の形状を受信側で最適に、つまり送信時の信号波形と同様な信号として復調することは困難である。
【０００９】
各国の電波法の規定によるとUWB無線送受信方式の場合は以下のような問題点が生じる。
図１４（ｂ）は米国FCCが定める電磁波の放射強度の許容レベルを縦軸に、周波数を横軸としたスペクトルテンプレートを例示したものであるが、UWB無線通信方式では必然的にその信号エネルギーが超広帯域のスペクトルを有するから、各国でそれぞれ規定されている電波法の放射限界レベルを規定したスペクトルテンプレート内に入るようにすることが困難になる場合もある。  
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の超広帯域無線送受信方式はかかる問題点を軽減するためになされたもので、
高密度の伝送データ（パルス信号）を所定の第１の周波数からスタートし、所定の第２の周波数において終了するようにスイープしたチャープ波形によって構築し、送信手段によってこのチャープ波形の信号を間欠的に無線区間に送出すると共に、離間した位置に配置されている受信手段によって前記チャープ波形の信号を受信し、前記伝送データを復調するものである。
【００１１】
また、本発明の無線送信装置は、送信データを変調する制御信号発生手段と、該制御信号発生手段の出力に基づいて第１の周波数から第２の周波数、または第２の周波数から第１の周波数に変化するチャープ信号波形を発生する周波数発生手段と、前記周波数発生手段の出力を送信するための送信手段を有している。
【００１２】
そして、本発明の実施の形態ではUWB無線送受信領域内に、干渉を与えるような無線機器の存在を確認したときに、チャープ信号波形を構成するスイープ特性を変更することによって、与干渉となる周波数信号の送出を簡単に禁止することができるようにしている。
なお、この与干渉防止策を施しても伝送情報の誤りデータの多発を防ぐことができる。
【００１３】
本発明の無線受信装置は、チャープ信号波形とされている電波を受信する受信手段と、該受信手段によって受信されたチャープ信号を所定の帯域毎に検出する複数の帯域通過フイルタと、前記各フイルタの出力のエンベロープを検出する検出手段と、該検出手段の検出出力を順次所定の時間だけ遅延して圧縮する遅延手段と、該遅延手段の圧縮された出力を合成して受信合成信号を出力する合成手段を備えているものである。
【００１４】
本発明の無線受信装置はUWB無線受信環境に干渉波が存在するときは、受信したチャープ信号波形の所定の領域毎に検出された信号の一部をスイッチング手段によって出力しないように制御して、干渉波信号成分を除去することが簡単にできると共に、復調された信号が圧縮・合成によって構成されているため、干渉波の除去によってもBER（信号誤り率）が殆ど低下しない。
なお、本発明の他の実施の形態としては、超広帯域無線送受信において、さらにデータの転送レートを高くするために、送信側で低速の送信データを超広帯域用の高速なパルスレートに変換するための例えば符号拡散手段と、受信側で前記高速のパルスレートに変換された受信信号を低速の受信データに変換する例えば逆拡散手段を備えるようにすることもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、伝送すべき情報となる送信データを、ビット伝送速度に準拠した所定の期間、連続的に変化するチャープ波形によって構築するようにしているので、UWB無線送受信方式の伝送システムを採用する際に、伝送信号を簡単な回路構成によって実現することができるようになる共に、送信時の電力スペクトルを所望の範囲に管理することが容易にできる。また、受信時には帯域毎に分割された信号処理を行えばよいので、伝送路の広帯域な群遅延特性に基づく種種の問題を低減することができる。
【００１６】
すなわち、信号データの遅延・圧縮処理によってＳ／Ｎ比の向上を計ることができ、BER(Bit errer rate)も低減させることができる。
また、UWB通信方式であるにも関わらず送信エネルギーを規定のスペクトルテンプレート内に収めることが容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の超広帯域無線送受信方式では、送信データ（パルス信号）、または例えばＰＮ符号系列によって直接拡散した高速の送信データに基づいて電圧可変発振器等を制御し、この一連の各ビットデータに基づいて第１の周波数から第２の周波数、または、及び第２の周波数から第１の周波数に所定の特性を持って変化するようなチャープ(CHIRP)信号を発生する。
所定の範囲でスイープされているチャープ信号が所定のビット転送速度に基づいて間欠的に放射手段から無線区間に送出され、離間した位置に配置されている受信手段によって受信される。
受信手段はチャープ信号の所定の周波数を抽出する複数個のフイルタ手段と、このフイルタ手段のエンベロープ出力信号を所定の時間遅延する遅延手段によって圧縮し、モノパルス波形に変換し、必要があればレート変換、逆拡散等を行って送信情報を復号するようにしている。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の超広帯域無線送受信方式を実現するための送信側ブロック図の１例を示したものである。
この図において１００は制御信号発生部を示し、この制御信号発生部１００は伝送情報をデジタル信号に変換した送信データに対して種種の信号処理を施すことができるものとする。
図１の場合は制御信号発生部１００に入力された送信データは演算器１０３に供給され、所定のクロック周波数を発生するシンセサイザ１０１から供給されているクロックによって駆動されている拡散信号生成器（ＰＮ系列符号発生器）１０２の出力によって高速の拡散符号に変換されるが、例えば、単なる測定パルス波形や、センシング信号、工場内の各種制御信号、パルス変調信号等の低速のビットデータを出力するものでもよい。
【００１９】
１１０はチャープ(CHIRP)信号発生部を示し、データ判定回路１１１と、ランプ信号発生回路１１２、及びランプ信号発生回路１１２の出力信号によって周波数が可変する周波数制御発振器１１３等を備えている。
この実施例によれば、制御信号発生部１００から出力されたビットデータはデータ判定回路１１１で２値データに判別され、「１」または「０」の値がそれぞれランプ信号発生回路１１２に供給される。そして、２値データに基づいて発生するランプ信号に基づいて周波数制御発振器１１３の出力周波数が制御される。
チャープ信号波形及びランプ信号波形の具体例を図２（ａ）（ｂ）に示す。
チャープ信号波形（ａ）はランプ信号波形（ｂ）のレベルに対応してその周波数が変化する（スイープする）信号であり、例えば図２の場合はランプ信号が所定のレベルＶｔｈ以上になる期間Ｔｓで交番信号がスイープされるように構成されている。
また、図２（ｃ）に示す断続信号（１１４）によってスイープ期間を定め、この信号により、後で述べるように論理回路１４０を制御して、スイープ期間のみ電波が出力されるように制御することができる。
【００２０】
チャープ信号を形成する交番信号の周波数はランプ信号波形のレベルに対応して変化されるので、ビット速度の基準となるスイープ期間Ｔｓでは、第１の周波数ｆ１から第２の周波数ｆ２に向かって直線的にスイープされ、次に入力されたビットデータに基づいて、所定の期間ＴR後に次のチャープ信号が出力される。
この実施の形態では、例えば期間ｔ１，ｔ２のデータ「１」の時をアップチャープ信号波としており、ランプ信号が所定のレベルＶｔｈになると、周波数がｆ１から連続的に変化してさらに高い周波数ｆ２に変化するように制御される。
また、期間ｔ３に見られるようにデータが「０」となるときは、ランプ信号の傾斜が逆になることによってダウンチャープ信号波となり、高い方の周波数ｆ２から連続的に低下して低い方の周波数ｆ１に至るように制御される。
上記期間ＴRは送信ビットレートに関連して定められるとともに、前記スペクトルテンプレートで許容される周波数で決められる。
【００２１】
周波数制御発振器(VCO)１１３から出力されるチャープ信号は、高周波電力増幅器１２０を介してアンテナより放射される。
１３０は与干渉制御回路であり、この与干渉制御回路１３０の出力をゲート回路１４０を介して高周波増幅器１２０に供給し、その出力を制御することによって、超広帯域無線送受信を行っている環境において、他の無線機器に与える特定周波数の干渉波を放出しないように制御することができる。
すなわち、チャープ信号を出力しない期間ＴR、及び後で述べる与干渉の原因となる周波数が出力されるタイミングでは、断続信号１１４の信号、又は与干渉制御回路１３０の信号出力によりゲート回路１４０を開き、高周波電力増幅器１２０の出力がオフとなるように制御している。
【００２２】
図３（ａ）は第１の周波数をｆ１、第２の周波数をｆ２としたときのチャープ信号波形におけるスイープ周波数の変化を周波数軸上で示したものであり、また、同図（ｂ）はスイープする信号のスピードを示す。
各チャープ信号の周波数がスイープされている時間は情報の転送レート、または実際の送信転送レートを決める制御信号発生部のレートマッチングに基づいて決めることができ、一般的にはビット速度が高くなれば各チャープ信号のスイープ時間も短くする。
【００２３】
例えば、スイープ周波数をｆ１からｆ２としたときにビット速度が５０Ｍｂｐｓではスイープ時間は図３（ｂ）のＡに示すようにＴ１＝２０ｎＳ以下に設定され、１００Ｍｂｐｓでは同図Ｂに示すようにＴ２（約１０ｎＳ）以下とすると共にスイープの断続する期間ＴRも考慮する必要がある。
また、チャープ信号波形を形成するチャープ周波数の使用範囲（ｆ１〜ｆ２）は、先に示した電波法で規定されるスペクトルテンプレートにより制限され、FCCのスペクトルマスクをクリアする場合は、ほぼ４〜１０ＧＨｚを採用することができる。
また、このチャープ信号波形は受信側のフィルタの特性や、多重通信として使用する場合を考慮すると、４ＧＨｚ〜７ＧＨｚと７ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの２種類のチャープ信号として使用するようにすることもでき、さらに細かく帯域分割することも可能である。
【００２４】
チャープ信号とチャープ信号の間は無出力となるように制御されるが、この無出力となる期間を適当に選ぶことによって転送ビット速度はＴ＝Ｔｓ＋ＴRとなる。
また、このチャープ信号による無線通信時における信号帯域ｆｂｗは、ビット速度にもよるが、ほぼ周波数│ｆ１−ｆ２│と考えることができる。
【００２５】
図４は本発明の超広帯域帯域無線送受信方式の受信部とされる部分のブロック図を示している。
この図において２０１は広帯域の受信アンテナ、２０２は広帯域の信号を増幅するための低雑音高周波増幅器、２０３は低雑高周波音増幅器２０３の出力を分配する分配回路でこのブロック図ではＮ個の出力に分配している。
分配された各出力は、例えばその帯域幅ｆＢＷが（ｆｂｗ／Ｎ）よりやや大きくなるように設定されたＮ個の帯域通過フイルタＢＰＦ1、ＢＰＦ2、ＢＰＦ3・・・・・ＢＰＦnからなる帯域通過フイルタ群（以下、バンドパスフィルタＢＰＦという）２０４に入力され、各バンドパスフィルタＢＰＦ（1.2.・・・n）の出力はその出力信号のエンベロープを検出するＮ個の検波器２０５に供給される。
【００２６】
２０６Ａ、２０６Ｂはそれぞれ所定の遅延特性を持ったＮ個の遅延回路からなる第１，及び第２の遅延回路群であり、第１の遅延回路群２０６Ａの場合は(K-1)ｔｓ、第２の遅延回路群２０６Ｂの場合は(ｎ-K)ｔｓ、但し（Ｋ＝1,2,3,・・・・ｎ）からなる遅延量に設定され、次に示す信号波形に見られるように、受信されたチャープ信号のスイープ時間ＴｓをＮ分割した時間ｔｓ（ｔｓ＝Ｔｓ/N）となるような遅延の差分量を有するように設定されている。
【００２７】
そして、第１，及び第２の各遅延回路群２０６Ａ、２０６Ｂの出力はそれぞれ信号合成器２０７Ａ、２０７Ｂに入力され、その出力は判別回路２０８に供給される。
判別回路２０８は前記信号合成器２０７Ａと２０７Ｂの出力レベルを比較して有意性のある方の信号（通常は信号レベルの高い方の信号）をビットデータ「１」または「０」として出力する。  
そして、２値化されたビットデータがレート変換回路２０９、及び復号回路２１０に供給され、受信された伝送情報を出力する。
レート変換回路１１９は送信時に行った転送データのレート変換処理操作を元の信号処理レートに戻すものであり、例えば送信時に符号拡散処理を行っている場合は、逆拡散回路によって構成されるが、このレート変換回路１１９は必ずしも必要とされるものではない。
【００２８】
以下、上記受信回路においてバンドパスフィルタの個数Ｎが５個の場合について受信データの復調を説明する。
図５（ａ）は受信したアップチャープ信号波形を、例えば５個のＢＰＦフィルタを介して出力したときの信号波形である。
この場合５個のＢＰＦ（１．２．３．４．５）の中心周波数は前記チャープ信号波形のスイープ範囲を５分割した時点で出力される周波数となるように設定されているので、各バンドパスフィルタＢＰＦ（１，２，３，４，５）の出力は、図に示すようにｔ１、ｔ２、ｔ３，ｔ４、ｔ５の時間間隔で異なる５個の周波数からなる信号として得られる。
【００２９】
この各信号のエンベロープが検波器２０５によって図５（ｂ）に示すように得られる。
さらにこのエンベロープ信号波Det（１，２，３，４，５）は、次の遅延回路群２０６Ａを構成する遅延回路の各々において順次遅延されて出力されるが、５個の遅延回路の遅延量が図の矢印に示すように時間ｔｓの整数倍（ｄ１，ｄ２，・・・ｄ５）となるように順次小さくなるように設定することによって、図５（ｃ）に示すように遅延回路群２０６Ａの出力側ではｔｎ時間軸上に集められる。
そして、この時間軸上に集合した出力信号が合成器２０７Ａにより圧縮・合成され同図（ｄ）に示すようなモノパルス波形に変換される。
【００３０】
前記チャープ信号波形は、例えばビットデータの「１」を示すアップチャープ信号の場合を示したが、例えばビットデータが「０」を示すダウンチャープ信号波形の場合は、第１の遅延回路群２０６Ａの出力点で時間軸ｔｎ上に検波エンベロープ信号が集合しない。
そこで、ダウンチャープ信号波形を検出する場合は、前記各通過帯域フィルタ群２０４のエンベロープ検波出力は第２の遅延回路群２０６Ｂにおいて検出されるようにしている。
以下 、同様にビットデータ「０」となっているときのチャープ信号を５分割してダウンチャープ信号波形からモノパルス信号の検出を行う場合を図６により説明する。
この場合は図６（ａ）に示すように受信したダウンチャープ信号は、バンドパスフィルタＢＰＦ（１、２．３．４．５）から順次フイルタを通過した信号が時間ｔ（１，２，３，４，５）毎に出力される。
【００３１】
この信号は図６（ｂ）のように次の検波器においてそれぞれエンベロープが抽出された出力波形Det（１，２，３，４，５）に変換され、遅延時間が第１の遅延回路群２０６Ａの各遅延回路の遅延量と逆となるように配列されている遅延回路ＤＬ（１，２，３，４，５）に供給されるので、図６（ｃ）に示されるように信号合成器２０７Ｂにおいて或る時間軸上ｔｎで各エンベロープ信号が圧縮されて合成される。
この場合、この第２の遅延回路群２０６Ｂに入力されたアップチャープ信号波形の検出信号は、遅延回路群２０６Ｂでは発散する方向に遅延され特定時間軸に集まることはない。
【００３２】
このようにして受信したアップチャープ信号は信号合成器２０７Ａにおいて圧縮合成されたモノパルスを形成すると共に、受信したダウンチャープ信号は合成器２０７Ｂ側で圧縮合成されたモノパルス信号を形成するので、この信号合成器２０７Ａ、２０７Ｂの信号成分を相互に比較してその出力を２値信号の「１」  「０」に対応するように判別する判別回路２０８を設ければ、送信側でビットデータに基づいて変調した信号を検出することができる。
【００３３】
なお、この場合、判別回路２０８は単純なコンパレータによって構成することができるが、信号合成器２０７（Ａ・Ｂ）の双方にあるレベル以上の信号が検出できない場合は、受信データがないことを判別することが好ましい。
２０９は送信情報をPN系列で拡散した場合は、データを逆拡散する逆拡散回路を含むレート変換回路であり、２１０は受信データから送信情報を復元するための復号回路である。
【実施例２】
【００３４】
図７は本発明の他の実施例を示す受信手段をブロック図としたものである。
このブロック図においても先の図４の受信手段と同様に、広帯域のアンテナ３０１と低雑音で広帯域の高周波増幅器３０２，及びその出力をＮ個の出力端子に供給する分配回路３０３を備えている。
分配回路３０３の出力はそれぞれＮ個の周波数変換を行う周波数変換回路３０４に供給される。この周波数変換回路３０４は分配回路３０３から出力されたチャープ信号を一定の中間周波数IFを含む信号に変換するものであって、チャープ信号のスイープ範囲をｎ分割したタイミングで受信された周波数の信号を中間周波数IFに変換するように周波数混合器３０５（１、２，３，・・・ｎ）と局部発振器３０６（１、２，３，・・・ｎ）が設けられている。
【００３５】
そして、このシンセサイザ回路３０４から出力された信号の中間周波数IFに対応した信号が通過するように設定されたＮ個のバンドパスフイルタ回路を含む帯域通過フイルタ回路群３０７に供給される。
また、帯域通過フイルタ回路群３０７の各出力信号はそれぞれ検波器３０８に入力され、信号のエンベロープ波形が検出される。
この各検波器３０８から出力された複数個のエンベロロープ検出信号は、先に図５，６の（ｂ）で示したようにチャープ信号波形のスイープ範囲をＮ分割したタイミングの信号レベルを示している。
したがって、このエンベロープ検出波形は次のＮ個の遅延回路の２組で構成される遅延回路群３０９に入力することによって、先に説明したようにチャープ信号を受信した直後のある時間軸上に集めることができると共に、この時点で圧縮・合成されたモノパルス信号を信号合成回路３１０、３１１において形成することができる。
【００３６】
なお、遅延回路群３０９を構成する各遅延回路の遅延量は、先に述べたようにチャープ信号波形を形成するスイープ時間Ｔｓ内をｎ分割した時間ｔｓのほぼ整数倍となるように設定するが、この遅延量は前記した図４の第１，第２の遅延回路２０６Ａ，２０６Ｂに対応して決めることになる。
【００３７】
すなわち、この実施例でも斜線を施していない第１の遅延回路群と、斜線を施したもう１組の第２の遅延回路群の配列が示されている。そして、斜線を施していない第１の遅延回路群の出力を合成する信号合成器３１０と、斜線を引いた第２の遅延回路群の出力を合成する信号合成器３１１、及び該信号合成器３１０、３１１の出力からビットデータを判別して種種の信号処理を行う制御回路３１２が設けられている。
図４で説明したように第１の遅延回路群と、信号合成器３１０によってビットデータが「１」となるアップチャート信号の合成出力が得られる。また、図４に説明したように第２の遅延回路群の遅延量が斜線を引いていない第１の遅延回路群の配列と逆方向になるように設定し、この第２の遅延回路群の出力を合成する信号合成器３１１を設けると、チャープ信号のビットデータが「０」となるダウンチャープ信号を検出することができる。
このように２個の信号合成器３１０，３１１の出力を前述したような判別機能を有している制御回路３１２において比較することによって、アップチャート信号とされている例えばビットデータ「１」と、ダウンチャート信号とされている例えばビットデータが「０」となる信号を検出し、また、種種の信号処理を施すことができる。
【００３８】
図７に示す本発明の超広帯域帯域無線受信装置の場合は、チャープ信号からモノパルスを生成する時の周波数の抽出が、同一の中間周波数を通過帯域とする同一構成のバンドパスフイルタＢＰＦ（ｉｆ）によって構成できると共に、各局部発振器３０６（１〜ｎ）の発振周波数をシンセサイザ方式で定めるように設計することによって、半導体集積回路化が容易になり回路設計が量産化に向いているという利点がある。
【実施例３】
【００３９】
ところでUWB無線方式の場合は、その広い周波数帯域に起因して他の通常の無線機器との間で与干渉や被干渉の問題が生じる。
すなわち、従来から運用されている例えば無線LAN通信網、衛星通信網等に対して使用されているＧＨｚオーダのキャリヤ周波数（２，４ＧＨｚ帯、５、２ＧＨｚ帯等）がUWB無線通信方式の帯域内で重畳し、このキャリヤ周波数が送信側では与干渉を、受信側では被干渉周波数となる。
【００４０】
図８は他の無線機器に対して与干渉となる周波数が出力しないようにしたUWB無線装置の一例を示したもので、５１０はアンテナ切り換えスイッチ、５２０はスイーパ受信機、５３０は与干渉制御回路、５４０はUWB送信機である。
UWB送信機５４０は先に示した本発明の図１のようにチャープ信号を送信出力とする無線送信装置であり、情報送信時にはアンテナスイッチ５１０のｂ接点を介して送信データで変調されたチャープ信号を出力する。
【００４１】
本例ではこのチャープ信号からなる電波を送出する際にスイッチ５１０をａ接点に切り換え、スイーパ受信機によって送信帯域内のキャリヤセンスを行う。
そして、このキャリヤセンスにより受信されたＲＦ信号波を検波してその検出レベルが与干渉制御回路５３０に供給される。与干渉制御回路５３０はスペクトルアナライザ、検出データの記録を行うＲＡＭ、制御信号発生回路等を備え、与干渉制御回路５３０において干渉障害が生じると判定された周波数がチャープ信号の掃引周波数と合致するときは、干渉防止用の信号をUWB送信機５４０に供給する。
【００４２】
UWB送信機５４０は本発明の図１に示されているようにチャープ信号発生部１１０を備えているので、図２に示したようにチャープ信号を形成する第１の周波数ｆ１〜第２の周波数ｆ２の間に干渉周波数が生じないようにランプ信号波形を形成する。
【００４３】
図９（ａ）は与干渉を防止するためのランプ信号波形の例を示したもので、例えば干渉周波数ｆ３（５ＧＨｚ）が検出されたときは、この周波数ｆ３の前後で欠落するランプ信号を形成し太線の部分のみで電圧制御発振器を駆動するように制御する。
また、同図（ｂ）の場合は同じく干渉周波数がｆ３の場合、この周波数ｆ３の前後の周波数を含むタイミングｔiおいては掃引時間が零となるように設定し、実質的に干渉周波数ｆ３がチャープ信号波形から除去されるように駆動する。
【００４４】
次に、UWB受信装置が受信側の妨害周波数の影響をできるだけ受けないようにするために被干渉防止制御を行う場合についてのべる。
図１０は先に本発明の図４に示した受信装置のブロックの一部を示したもので、受信されたチャープ信号波形は帯域通過フイルタ群２０３において例えばＮ個の周波数単位で検出され、検波器２０４を介してエンベロープ信号が形成されると共に、次に所定の遅延回路群２０５において各出力信号が遅延圧縮され、モノパルスに形成される。
【００４５】
本実施例の場合は、この信号処理を行う各回路に共通するように選択スイッチ群５１０と、キャリヤセンス回路５２０、及びスイッチ選択回路５３０を設ける。
そして、キャリヤセンス回路５２０において被干渉波となる周波数が検出されると、その周波数を示す信号がスイッチ選択回路５３０に入力され、被干渉波周波数がチャープ信号のスイープ周波数に該当しているときは。その周波数に該当するバンドパスフイルタ、例えばＢＰＦ（ｋ）の信号処理回路のラインのスイッチＳＷ（ｋ）を開く。
なお、キャリアセンス回路５２０はアンテナ入力に接続しないで、図１０の点線で示すようにＮ個の検波器２０４の各出力を取り込み、被干渉となっている検出レベルの大きい周波数を検出してスイッチ選択回路５３０を制御するようにしてもよい。
このように構成すると、本発明のUWB無線受信システムでは被干渉周波数に対応した周波数成分がチャープ信号周波数帯域から除去されたものになり、BERを向上することができる。
なお、上記被干渉波対策及び与干渉対策では、本発明のチャープ信号の周波数スペクトル内に干渉する周波数が存在することをスイーパ受信機や、キャリアセンス回路によって検出するように説明したが、干渉波となる周波数が予め判明している通信環境では、そのような周波数が送信側で出力されないようチャープ信号発生部のスイープ制御を行うように設計すればよい。
また、受信側でも被干渉となる周波数成分があらかじめ判明しているときは、その周波数成分の信号が検出されないようにフイルタの特性を設定したり、遅延回路の特性を制御したりすることもできる。
【００４６】
上記UWB通信方式の場合は超広帯域の伝送情報に基づいて構築され、多局間多重通信を行うことはあまり考えられないが、複数個の超広帯域無線送受信方式が同一地区に重合して存在する場合は、広帯域のスペクトルエネルギで構成される多局間多重通信において問題が生じるおそれがある。しかし、本発明のチャープ方式による超広帯域無線送受信方式では、伝送される電波の周波数スペクトルが比較的コントロールしやすいので、以下に示すように多重化技術によって多局間通信をも容易にできるようになる。  
【００４７】
図１１は本発明のチャープ方式で超広帯域無線送受信方式を構築するときのバンドの設定を示したもので、チャープ信号によって占有される信号帯域が、例えば図（ａ）に示すように１ＧＨｚの帯域Ａの場合は、チャープ信号のスイープ制御のみによって、これを同図（ｂ）に示すように５００ＭＨｚの帯域Ｂ、及びＣとして多重化通信にすることができる。
このような周波数分割多重は先に説明したようにチャープ信号波形のスイープ周波数の範囲を適宜設定することによって簡単に実現することができる。
【００４８】
図１２は同じく超広帯域無線送受信方式のチャンネルを多重化する他の実施例を示したものである。この実施例ではチャープする周波数のスイープ時間のプロファイルを各交信機毎に特定の関数となるように変化させるもので、例えばチャンネル１（ＣＨ１）ではスイープ特性が比較的緩やかに変化するように設定し、チャンネル２（ＣＨ２）の方ではスイープ時間を早くするように設定する。
そして、各チャンネル毎にこのプロファイルに対応してバンドパスフイルタの通過帯域と遅延回路群の遅延量を設定し、この遅延量の違いによって受信側では異なるプロファイルの送信データが検出（圧縮・集積）できないようにする。
【００４９】
また、従来の通信方式に採用されているように時分割でチャープ信号波形が発生するように各チャンネル間の通信環境を設定することもできる。
すなわち、図１３に示すように先の受信回路に示したバンドパスフイルタＢＰＦ群２０３，検波器群２０４，および遅延回路群２０５からなる受信部において、各検出波形を合成する信号合成器の前段に所定のタイミングで開閉するスイッチ群４０１を設け、このスイッチ群４０１によって受信した検出信号を各チャンネル毎に時分割的に制御する。
【００５０】
非同期の場合、通信を開始する前（タイミングを捕捉するまで）はスイッチングコントロールが難しいが、一度、通信が開始され送受送間でタイミングが例えばビット同期回路４０２によって捕捉されると、その信号に基づいて自分のチャンネルの通信タイミングを把握することができるから、そのタイミング信号に基づいてＳＷ制御回路４０３を制御し、このＳＷ制御回路４０３の出力によって自局のタイミングでスイッチ群４０１を開閉し情報を復調すれば、これによって不要な干渉波を排除し目的とする通信信号の情報のみを適切に抽出することができる。
なお、タイムホッピングという技術によって時間をずらしデータ通信を行う技術（スペクトル拡散通信で行われている）を応用すればより高度な多局間多重通信も実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の超広帯域無線送受信方式は上記したように従来のUWB無線送受信方式に見られるように、数十ｐＳ〜数十ｎＳのパルス幅となるような細いモノパルス信号を作る必要がなく、周波数を変化させたキャリヤ信号を連続的に出力すればよいことになるので、周波数領域で見た場合、線スペクトルが周波数変動していることになる。
これに対して送信データがモノパルス方式となっているUWB無線送受信方式の場合は、そのパルス形状によって線スペクトルのエネルギーが決定され、送信波は周波数領域で見た場合、パルスがフーリエ変換されたという非常に限界的な状態となる。
フーリエ変換された結果を電波法で規定されるスペクトルテンプレート内に収めるためには、非常に複雑な、かつ正確なパルスの形状技術が要求されることになるが、本発明のようにチャープ信号波形を情報伝送信号とする超広帯域無線通信方式の場合は、線スペクトルが周波数変動しているだけなので、通信を行う際に放出される電波強度を規定のスペクトル内に収めることは非常に簡単であり、すでに利用されている周波数帯域に対して、さらに情報を伝送するための無線施設の構築を行うことが容易にできる。
【００５２】
さらに、UWB無線送受信方式の電力測定方法についても狭い帯域フイルタにより計測されるため、実際的にその帯域に落ち込む電力はそれほど大きくならない。すなわち、周波数スイープで送信電力を確保し、さらに受信側でチャープ受信信号を積分させる動作で復調信号を得ることによって十分な無線回線のリンクマージンが得られることになる。
【００５３】
なお、本発明は情報を２値信号に変調する技術としてアップチャープ信号とダウンチャープ信号を使用するようにしたが、チャープ信号を作る第１の周波数と第２の周波数のスイープ範囲を、データが「１」の時は低域側に限定し、データが「０」の時は高域側に設定することによってビットデータを送受信するようにしてもよい。
さらに、スイープのプロファイルであるスイープ速度をビットデータの「１」、「０」に対応して変化させ、受信側ではバンドパスフイルタの通過帯域特性や、遅延回路群の各遅延回路の遅延量の設定を適宜行うことによって伝送データの変調・復調を行わせることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の超広帯域無線送受信方式の送信側装置のブッロクである。
【図２】チャープ信号波形と説明図である。
【図３】チャープ信号波形の帯域幅を示す説明図である。
【図４】本発明の超広帯域無線送受信方式の受信側装置のブロック図である。
【図５】アップチャープ信号からビットデータを得るための信号波形図である。
【図６】ダウンチャープ信号からビットデータを得るための信号波形図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す受信側のブロック図である。
【図８】与干渉波を除去するようにしたUWB無線送信装置のブロック図である。
【図９】与干渉周波数をなくするためのスイープ波形信号の説明図である。
【図１０】被干渉波の影響をなくするためのUWB無線受信装置のブロック図である。
【図１１】本発明を多重無線通信方式にする場合の超広帯域の説明図である。
【図１２】多局間で多重化を行う際に利用できるチャープ信号の説明図である。
【図１３】多重通信を行う受信手段の一つの実施例を示すブロック図である。
【図１４】モノパルス信号波形と、輻射領域を制限するテンプレートの説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００  制御信号発生部、１１０  チャープ信号発生部、
１２０  高周波増幅器、２０３  分配回路、２０４  フイルタ回路群、２０６遅延回路群
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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