(57)【要約】【課題】  インパルス・ラジオ信号による拡散通信を容易に行なうことができる送信機を提供する。【解決手段】  スペクトラム拡散通信によりデータを送信する送信機１０であって、拡散符号により送信データを拡散する拡散変調部１４と、拡散された信号をＲＺ信号に変換するＲＺ変換部１５と、ＲＺ信号にインパルス列を乗積し、インパルス・ラジオ信号に変換するインパルス列変換部１６とを有する構成としている。このように送信データを拡散した後でＲＺ信号に変換し、インパルスラジオ信号に変換するので、データに同じ値が連続しても受信側で正確にデータを取り出すことができ、インパルスラジオ信号による送受信を実現することができる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトラム拡散通信によりデータを送信する送信機であって、
拡散符号により送信データを拡散する拡散変調手段と、
前記拡散された前記送信データをＲＺ信号に変換するＲＺ変換手段と、
前記ＲＺ信号にインパルス列を乗積し、インパルスラジオ信号に変換するインパルス列変換手段とを有することを特徴とする送信機。
【請求項２】
前記インパルス列は、ピコ秒のレベルのパルス幅を有することを特徴とする請求項１記載の送信機。
【請求項３】
ＲＺ信号にインパルス列の符号が乗積されたインパルスラジオ信号を受信する受信機であって、
前記ＲＺ信号の１周期の１／ｎ（ｎは任意の自然数）の間隔で、信号を順次取り込むｎ個のバッファを備える受信手段と、
有効であると判断される前記バッファの出力を使用して復調処理を行なう復調手段とを有することを特徴とする受信機。
【請求項４】
前記１／ｎの間隔は、インパルス性のノイズの発生時間よりも長く設定されていることを特徴とする請求項３記載の受信機。
【請求項５】
前記受信手段は、設定された拡散符号と前記ｎ個のバッファに取り込んだ信号とを比較し、前記拡散符号に一致する信号を記録したバッファを前記有効と判定することを特徴とする請求項３又は４記載の受信機。
【請求項６】
送信側から複数回送信される同期を取るためのリーダパルスにより同期捕捉を行なう同期捕捉手段を有することを特徴とする請求項３から５のいずれか１項記載の受信機。
【請求項７】
前記リーダパルスの受信後に受信するデータ部に対してだけ逆拡散処理を行なう逆拡散処理手段を有することを特徴とする請求項６記載の受信機。
【請求項８】
前記同期捕捉手段は、所定の送信時間で送信される信号を受信する毎に、前記同期捕捉を行なうことを特徴とする請求項６記載の受信機。
【請求項９】
請求項１又は２記載の送信機と、請求項３から８のいずれか１項記載の受信機とを備え、前記インパルスラジオ信号による送受信を行なうことを特徴とするデータ通信システム。
【請求項１０】
スペクトラム拡散通信によりデータを送信する送信方法であって、
拡散符号により送信データを拡散するステップと、
前記拡散された前記送信データをＲＺ信号に変換するステップと、
前記ＲＺ信号にインパルス列を乗積し、インパルスラジオ信号に変換するステップとを有することを特徴とする送信方法。
【請求項１１】
前記インパルス列は、ピコ秒のレベルのパルス幅を有することを特徴とする請求項１０記載の送信方法。
【請求項１２】
ＲＺ信号にインパルス列の符号が乗積されたインパルスラジオ信号を受信する受信方法であって、
前記ＲＺ信号の１周期の１／ｎ（ｎは任意の自然数）の間隔で、ｎ個のバッファに信号を順次取り込むステップと、
有効であると判断される前記バッファの出力を使用して復調処理を行なうステップと、
を有することを特徴とする受信方法。
【請求項１３】
前記１／ｎの間隔は、インパルス性のノイズの発生時間よりも長く設定されていることを特徴とする請求項１２記載の受信方法。
【請求項１４】
設定された拡散符号と、前記ｎ個のバッファに取り込んだ信号とを比較し、前記拡散符号に一致する信号を記録したバッファを前記有効と判定するステップを有することを特徴とする請求項１２又は１３記載の受信方法。
【請求項１５】
送信側から複数回送信される同期を取るためのリーダーパルスにより同期捕捉を行なうステップを有することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項記載の受信方法。
【請求項１６】
前記リーダパルスの受信後に受信するデータ部分に対してだけ逆拡散処理を行なうステップを有することを特徴とする請求項１５記載の受信方法。
【請求項１７】
前記同期捕捉は、所定の送信時間で送信される信号を受信する毎に行なうことを特徴とする請求項１５記載の受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インパルス状の超広帯域（ＵＷＢ：Ultra Wide Band）信号を用いて通信を行なう送信機、受信機、データ通信システム及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スペクトル拡散通信方式（Spread Spectrum）において、相関特性の多様化を図るため、直接拡散（Direct Sequence=DS）方式に用いられるＰＮ（Pseudorandom Noise）符号をＲＺ（Return To Zero）化し、データに乗積する技術が提案されている（特許文献１参照）。ＰＮ符号をＲＺ化することで、図１に示すようにＰＮ符号中の一定時間だけ出力をゼロにする。ＰＮ符号自体は正、負の値を取るので、ＲＺ化することで正、負、ゼロの３つの値を取ることができる。
【０００３】
また近年、大容量伝送が可能で、多くのユーザを収納できる方式として、ＵＷＢ−ＩＲ（UWB‐Impulse Radio）方式に注目が集まっている。ＵＷＢ−ＩＲ方式は１ナノ秒以下のインパルスを使用することで、数ＧＨｚの周波数帯域に拡散し、従来の無線方式に干渉を与えることなく、周波数帯域の共有が可能となる。
【０００４】
図２に、ＲＺ化したＰＮ符号と、インパルス列とをデータに乗積する送信機の構成を示す。ＲＺ化したＰＮ符号を図２に示す第１乗算器４でデータに乗積し、これにインパルス発生器３により発生したインパルス列を乗積する。
【０００５】
図３に、図２に示す送信機内で生成される信号の波形図を示す。図３（Ｂ）にＰＮ符号を示し、図３（Ｃ）にＰＮ符号をＲＺ変換した信号波形を示す。また、図３（Ａ）に示すデータに、図３（Ｃ）に示すＲＺ化したＰＮ符号を乗積しデータを拡散した信号波形を図３（Ｄ）に示す。また図３（Ｄ）に示す拡散後のデータに、インパルス列を乗積しインパルス・ラジオ信号に変換した信号波形を図３（Ｅ）に示す。図３（Ｆ）には受信側の信号波形を示す。
【０００６】
【特許文献１】特開平４−３４７９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら図３（Ｅ）に示すインパルス・ラジオ信号を受信側で受信して復調する時に、受信側では信号波形を特定することができない。例えば、図３（Ｄ）に点線で示す領域のように拡散したデータに‘１’が連続すると、受信側では、インパルス・ラジオ信号から拡散符号が乗積された信号の波形（すなわち、図３（Ｄ）に示す信号）を特定することができない。これはインパルス・ラジオ信号から拡散符号が乗積された信号を推定する時に、図３（Ｇ）に示すように複数の信号が推定され、信号波形が特定できないためである。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、インパルス・ラジオ信号による拡散通信を容易に行なうことができる送信機、受信機、データ通信システム及びその方法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】
【０００９】
かかる目的を達成するために本発明の送信機は、スペクトラム拡散通信によりデータを送信する送信機であって、拡散符号により送信データを拡散する拡散変調手段と、前記拡散された前記送信データをＲＺ信号に変換するＲＺ変換手段と、前記ＲＺ信号にインパルス列を乗積し、インパルスラジオ信号に変換するインパルス列変換手段とを有する構成としている。
【００１０】
このように送信データを拡散した後でＲＺ信号に変換し、インパルスラジオ信号に変換するので、データに同じ値が連続しても受信側で正確にデータを取り出すことができ、インパルスラジオ信号による送受信を実現することができる。
【００１１】
上記構成の送信機において、前記インパルス列は、ピコ秒のレベルのパルス幅を有しているとよい。
【００１２】
インパルス列が、ピコ秒のレベルのパルス幅を有しているので、超広帯域通信を実現することができる。
【００１３】
本発明の受信機は、ＲＺ信号にインパルス列の符号が乗積されたインパルスラジオ信号を受信する受信機であって、前記ＲＺ信号の１周期の１／ｎ（ｎは任意の自然数）の間隔で、信号を順次取り込むｎ個のバッファを備える受信手段と、有効であると判断される前記バッファの出力を使用して復調処理を行なう復調手段と、を有する構成としている。
【００１４】
拡散周期に応じた個数のバッファを持たせることで、容易に逆拡散することができる。
【００１５】
上記受信機において、前記１／ｎの間隔は、インパルス性のノイズの発生時間よりも長く設定されているとよい。
【００１６】
従って、インパルス性のノイズの影響を受けずに信号を受信することができる。
【００１７】
上記受信機において、前記受信手段は、設定された拡散符号と前記ｎ個のバッファに取り込んだ信号とを比較し、前記拡散符号に一致する信号を記録したバッファを前記有効と判定するとよい。
【００１８】
拡散符号に一致する信号を記録したバッファを有効と判定して同期を取るので、受信信号の同期捕捉を行なうことなく、データを復調可能となる。
【００１９】
上記受信機において、送信側から複数回送信される同期を取るためのリーダパルスにより同期捕捉を行なう同期捕捉手段を有するとよい。
【００２０】
リーダパルスを用いて同期捕捉を行なうことで、データ部の受信までに同期捕捉を完了させることができる。
【００２１】
上記受信機において、前記リーダパルスの受信後に受信するデータ部に対してだけ逆拡散処理を行なう逆拡散処理手段を有するとよい。
【００２２】
データ部に対してだけ逆拡散処理を行なうので、処理の遅延を低減させることができる。
【００２３】
上記受信機において、前記同期捕捉手段は、所定の送信時間で送信される信号を受信する毎に、前記同期捕捉を行なうとよい。
【００２４】
所定の送信時間で送信される信号を受信する毎に、前記同期捕捉を行なうので、同期保持の処理を省くことができる。
【００２５】
本発明のデータ通信システムは、請求項１又は２記載の送信機と、請求項３から８のいずれか１項記載の受信機とを備え、前記インパルスラジオ信号による送受信を行なう構成としている。
【００２６】
本発明の送信方法は、スペクトラム拡散通信によりデータを送信する送信方法であって、拡散符号により送信データを拡散するステップと、前記拡散された送信信号をＲＺ信号に変換するステップと、前記ＲＺ信号にインパルス列を乗積し、インパルスラジオ信号に変換するステップとを有している。
【００２７】
このように送信データを拡散した後でＲＺ信号に変換し、インパルスラジオ信号に変換するので、データに同じ値が連続しても受信側で正確にデータを取り出すことができ、インパルスラジオ信号による送受信を実現することができる。
【００２８】
上記送信方法において、前記インパルス列は、ピコ秒のレベルのパルス幅を有しているとよい。
【００２９】
インパルス列が、ピコ秒のレベルのパルス幅を有しているので、超広帯域通信を実現することができる。
【００３０】
本発明の受信方法は、ＲＺ信号にインパルス列の符号が乗積されたインパルスラジオ信号を受信する受信方法であって、前記ＲＺ信号の１周期の１／ｎ（ｎは任意の自然数）の間隔で、ｎ個のバッファに信号を順次取り込むステップと、有効であると判断される前記バッファの出力を使用して復調処理を行なうステップとを有している。
【００３１】
このように拡散周期に応じた個数のバッファを持たせることで、容易に逆拡散することができる。
【００３２】
上記の受信方法において、前記１／ｎの間隔は、インパルス性のノイズの発生時間よりも長く設定されているとよい。
【００３３】
従って、インパルス性のノイズの影響を受けずに信号を受信することができる。
【００３４】
上記の受信方法において、設定された拡散符号と、前記ｎ個のバッファに取り込んだ信号とを比較し、前記拡散符号に一致する信号を記録したバッファを前記有効と判定するステップを有するとよい。
【００３５】
拡散符号に一致する信号を記録したバッファを有効と判定して同期を取るので、受信信号の同期捕捉を行なうことなく、データを復調可能となる。
【００３６】
上記の受信方法において、送信側から複数回送信される同期を取るためのリーダーパルスにより同期捕捉を行なうステップを有するとよい。
【００３７】
リーダパルスを用いて同期捕捉を行なうことで、データ部の受信までに同期捕捉を完了させることができる。
【００３８】
上記の受信方法において、前記リーダパルスの受信後に受信するデータ部分に対してだけ逆拡散処理を行なうステップを有するとよい。
【００３９】
データ部に対してだけ逆拡散処理を行なうので、処理の遅延を低減させることができる。
【００４０】
上記の受信方法において、前記同期捕捉は、所定の送信時間で送信される信号を受信する毎に行なうとよい。
【００４１】
所定の送信時間で送信される信号を受信する毎に、前記同期捕捉を行なうので、同期保持の処理を省くことができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明は、データに同じ値が連続しても受信側で正確にデータを取り出すことができ、インパルスラジオ信号による送受信を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
添付図面を参照しながら本発明の最良の実施例を説明する。
【実施例１】
【００４４】
まず、図４を参照しながら本実施例の送信機１０の構成を説明する。本実施例の送信機１０は、ベースバンド処理部１１と、搬送波処理部１２と、送信部２１とを有している。ベースバンド処理部１１は、コーデック（不図示）から取得したデジタル音声信号を所定の符号化方式で符号化して圧縮し、所定のブロックにまとめ、搬送波処理部１２に出力する。搬送波処理部１２は、ベースバンド処理部１１によって処理された信号を搬送波に乗せる処理を行なう。搬送波処理部１２は、位相変調等の所定の変調方式でデータを変調する変調部１３と、ＰＮ符号を用いて拡散変調を行なう拡散変調部１４と、拡散変調後の信号をＲＺ変換するＲＺ変換部１５と、ＲＺ変換後の信号をインパルス・ラジオ信号に変換するインパルス列変換部１６とを有している。また拡散変調部１４はＰＮ符号発生器１７と第１積算器１８とを備えている。インパルス列変換部１６は、インパルス発生器１９と第２乗算器２０とを有している。インパルス列変換部１６の出力は、送信部２１で所要のレベルに電力増幅された後、アンテナから無線送信される。
【００４５】
本実施例の搬送波処理部１２の処理手順について図６のフローチャートを参照しながら説明する。本実施例は、図４に示すように変調後の信号に、第１積算器１８でＰＮ符号を乗積し（ステップＳ１）、拡散後の信号をＲＺ変換している（ステップＳ２）。その後、ＲＺ変換後の信号にインパルス列を乗積して、インパルス・ラジオ信号に変換している（ステップＳ３）。インパルス・ラジオ信号は、電力レベルを調整した後、アンテナから出力される（ステップＳ４）
【００４６】
図５に搬送波処理部１２内の信号波形を示す。変調部１３で変調された送信信号に、ＰＮ符号発生器１７のＰＮ符号を乗積することで図５（Ｂ）に示す拡散された信号が生成される。またこの信号をＲＺ変換器１５でＲＺ変換することで、図５（Ｃ）に示すＲＺ変換された信号に変換され、この信号にインパルス列を乗積することで図５（Ｄ）に示すインパルス・ラジオ信号が生成される。なお、インパルス列は、拡散符号に応じて各インパルスの位相が調整されており、インパルス列をＲＺ変換後の信号に乗積することで、パルス位置変調が行なわれる。
【００４７】
インパルス列変換部１６は、図５（Ｄ）に示すように入力した信号の立ち上がりエッジに同期したインパルス・ラジオ信号を生成している。従って、拡散変調後の信号にインパルス列を乗算してインパルス・ラジオ信号を生成すると、図３（Ｇ）のように受信側で信号波形を判定することができないことがある。
【００４８】
これに対し本実施例は、ＰＮ符号により拡散した後のデータをＲＺ変換しているので、図５（Ｂ）に示すように拡散後の信号に‘１’が連続しても、図５（Ｃ）に示すようにＲＺ変換によって連続した‘１’の状態を反映させることができる。従って、このＲＺ信号をインパルスラジオ信号に変換しても、受信側で逆拡散を正しく行なうことができる。
【００４９】
なお、インパルス発赤２０から発生するインパルス列のパルス幅を数［ｐｓｅｃ］程度にすることで、インパルス・ラジオ信号の送信周波数帯域を３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚとし、超広帯域通信（ＵＷＢ）を実現することができる。
【００５０】
次に、図７を参照しながら受信機３０の構成を説明する。受信機３０は、図７に示すように受信部３１と、搬送波処理部３２と、同期捕捉部３３と、ベースバンド処理部３４とを備えている。アンテナより受信した信号は受信部３１のバッファに一時的に蓄積される。搬送波処理部３２は、受信した信号を受信部３１から取り出し、逆拡散処理や復調処理を行なってベースバンド信号を生成する。同期捕捉部３３は、アンテナより受信した信号からデータを取り出すため、データの受信タイミングを検出し、搬送波処理部３２に検出した受信タイミングを通知する。ベースバンド処理部３４は、搬送波処理部３２からの信号にＡ／Ｄ変換し、フェージングなどの影響除去や、受信した信号の種別判別、エラー訂正等を行い、適切な復号処理を行って、音声データとその他の通信データとを分離する。音声データは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）の構成とされたコーデック(不図示)に供給される。
【００５１】
図８に受信部３１に設けられたバッファの構成を示す。本実施例のバッファは、図８に示すようにｎ個のバッファから構成される。これらのバッファ１〜ｎは、ＲＺ信号の１周期をｎ分割して、最初の１／ｎの区間に受信した信号をバッファ１に、次の１／ｎの区間に受信した信号をバッファ２にといったように順次信号を入力する。この様子を図１１に示す。このようにして１／ｎの区間で受信するバッファをずらしていき、次の周期では、またバッファ１に信号を取り込む。従って、バッファ１〜ｎは、ＲＺの１周期において同じ位置のデータを取り込む。このバッファ１〜ｎに取り込んだ信号が有効か無効かを判定し、有効な信号だけを復調に使用することで復調の信頼性を高めることができる。
【００５２】
各バッファ１〜ｎは、拡散周期内において同じ位置の信号を取り込むことになるので、いずれかのバッファに記録した信号がＰＮ符号に一致した場合に、同期捕捉が完了したと判定し、そのバッファの出力を使用して逆拡散を行なう。これによりＲＺ出力された拡散データの逆拡散が用意となる。また、ＲＺ信号の１周期の１／ｎ（ｎは任意の自然数）の間隔で、ｎ個のバッファに信号を順次取り込むので、インパルス・ラジオ信号との同期を取ることなく復調することが可能となる。
【００５３】
受信した信号が図９に示すように立ち上がりと立ち下がりで不安定な場合、信号の延び、ずれ等が発生した場合、送信信号と受信信号の波形が異なってしまう。このような場合に、正しい信号を受信していないと判断されるバッファの出力は使用せずに、中央部分のバッファで受信した信号を有効なデータと判定することで、正しくデータを復調することができる。
【００５４】
またバッファ１〜ｎが信号を取り込む間隔は、インパルス性のノイズの影響を考慮して設定することで、このノイズの影響を排除することができる。すなわち、図１０に示すようにインパルスノイズが発生している間隔よりも、各バッファ１〜ｎの受信間隔が長くなるように設定し、複数のバッファで同じインパルスノイズの影響を受けないようにする。これにより正確にデータを受信することができる。
【００５５】
次に、同期捕捉部３３の動作について説明する。パルス位置変調によって変調された信号を送受信する場合、データ送信に先立ってリーダパルスと呼ばれる送信側と受信側で同期を取るための基準となる信号が送信される。本実施例では、このリーダパルス信号を図１２に示すように複数回送信し、受信機３０は、このリーダパルスを受信して同期捕捉を行う。
【００５６】
また通常、同期捕捉完了後、逆拡散が行なわれるが、図１３に示すようにこのリーダパルス部も逆拡散されるため遅延が生じる。本実施例では、図１４に示すようにリーダパルス部の後に受信するデータ部に対してだけ逆拡散を行なうことにより、データ復調までの遅延時間を削減させる。同期捕捉にかかる時間は、受信したＰＮ符号と、受信機３０側に用意された参照符号と一致したチップ数から換算することができる。またリーダパルスの送信時間は既知であるので、図１４に示すようにそこから調整時間だけ処理の開始を遅らせ、データ部の受信タイミングで逆拡散を開始する。
【００５７】
また、本実施例では、図１５に示すように１回（１シンボル）の送信時間を数ｍｓｅｃとし、受信機３０側では１回信号を受信するごとに同期捕捉を行なう。送信時間を同期がずれないように設定することで、送信時間内では同期保持の処理を行なう必要がなくなる。また次の送信時間には受信機３０で再度同期捕捉を行なうため、同期保持の処理を省略したスペクトラム拡散通信を行なうことができる。
【００５８】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】ＲＺ信号について説明するための図である。
【図２】従来の送信機の構成を示す図である。
【図３】従来の送信機内での信号波形を示す図である。
【図４】本発明の送信機の構成を示す図である。
【図５】送信機内での信号波形を示す図である。
【図６】送信機の動作手順を示すフローチャートである。
【図７】受信機の構成を示すブロック図である。
【図８】受信部のバッファの構成を示す図である。
【図９】受信部のバッファについて説明するための図である。
【図１０】受信部のバッファについて説明するための図である。
【図１１】受信部のバッファについて説明するための図である。
【図１２】同期捕捉について説明するための図である。
【図１３】同期捕捉について説明するための図である。
【図１４】同期捕捉について説明するための図である。
【図１５】同期捕捉について説明するための図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  送信機                      １１  ベースバンド処理部
１２  搬送波処理部                １３  変調部
１４  拡散変調部                  １５  ＲＺ変換部
１６  インパルス列変換部          １７  ＰＮ符号発生器
１８  第１乗算器                  １９  インパルス発生器
２０  第２乗算器                  ２１  送信部
３０  受信機                      ３１  受信部
３２  搬送波処理部                ３３  同期捕捉部
３４  ベースバンド処理部
【図１】
2006114980.tif 000003
【図２】
2006114980.tif 000004
【図３】
2006114980.tif 000005
【図４】
2006114980.tif 000006
【図５】
2006114980.tif 000007
【図６】
2006114980.tif 000008
【図７】
2006114980.tif 000009
【図８】
2006114980.tif 000010
【図９】
2006114980.tif 000011
【図１０】
2006114980.tif 000012
【図１１】
2006114980.tif 000013
【図１２】
2006114980.tif 000014
【図１３】
2006114980.tif 000015
【図１４】
2006114980.tif 000016
【図１５】
2006114980.tif 000017