(57)【要約】【課題】乱反射の多い環境下であっても小型かつ低コストのインパルス無線方式による高速無線通信を実現することが可能な無線通信装置を提供する。【解決手段】インパルス信号を受信し第１の電気信号に変換する無線信号受信部と、前記無線信号受信部から出力された前記第１の電気信号を増幅し第２の電気信号を出力する検波器と、前記検波器から出力された前記第２の電気信号の波高レベルに基づき第３の電気信号を出力する比較器と、前記インパルス信号のパルス繰り返し周期内の第１期間に含まれる前記第３の電気信号に基づき信号の復調を行うとともに、前記パルス繰り返し周期内の前記第１期間より後の期間に含まれる前記第３の電気信号を無効化する信号処理部と、を備える無線通信装置。【選択図】図３
2018195920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インパルス信号を受信し第１の電気信号に変換する無線信号受信部と、
前記無線信号受信部から出力された前記第１の電気信号を増幅し第２の電気信号を出力する検波器と、
前記検波器から出力された前記第２の電気信号の波高レベルに基づき第３の電気信号を出力する比較器と、
前記インパルス信号のパルス繰り返し周期内の第１期間に含まれる前記第３の電気信号に基づき信号の復調を行うとともに、前記パルス繰り返し周期内の前記第１期間より後の期間に含まれる前記第３の電気信号を無効化する信号処理部と、
を備える、無線通信装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、所定時間の間、前記第１の電気信号に基づく電荷の放電を指示する放電指令を前記検波器に出力し、
前記検波器は、前記信号処理部から出力された前記放電指令に基づいて、前記所定時間の間、前記第１の電気信号に基づく電荷の放電を行う、
請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記比較器は、前記検波器から出力された前記第２の電気信号の波高レベルと閾値との比較に基づいて前記第３の電気信号を出力し、
前記信号処理部は、前記第１期間内に複数のパルスが含まれている場合、前記閾値を変更する指令を前記比較器に出力する、
請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、所定時間の間、前記インパルス信号の遮断を指示する遮断指令を、前記無線信号受信部に出力し、
前記無線信号受信部は、前記信号処理部から入力された前記遮断指令に基づいて、前記所定時間の間、前記インパルス信号の遮断を行う、
請求項１から３のうちいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記信号処理部は、所定時間の間、前記第１の電気信号の遮断を指示する遮断指令を、前記検波器に出力し、
前記検波器は、前記信号処理部から入力された前記遮断指令に基づいて、前記所定時間の間、前記第１の電気信号の遮断を行う、
請求項１から３のうちいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記信号処理部は、所定時間の間、前記インパルス信号の遮断を指示する遮断指令を、前記無線信号受信部に出力し、
前記無線信号受信部は、前記信号処理部から入力された前記遮断指令に基づいて、前記所定時間の間、前記インパルス信号の遮断を行い、
前記信号処理部は、前記放電指令及び前記遮断指令を同一指令として、前記検波器及び前記無線信号受信部に出力する、
請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記信号処理部は、所定時間の間、前記第１の電気信号の遮断を指示する遮断指令を、前記検波器に出力し、
前記検波器は、前記信号処理部から入力された前記遮断指令に基づいて、前記所定時間の間、前記第１の電気信号の遮断を行い、
前記信号処理部は、前記放電指令及び前記遮断指令を同一指令として、前記検波器に出力する、
請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記信号処理部は、前記第３の電気信号に基づき、前記第１の電気信号に基づく電荷の放電時間を自動で調整する、
請求項２、３、６、及び７のうちいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記信号処理部は、前記第３の電気信号に基づき、前記無線信号受信部に出力する前記インパルス信号の遮断時間を自動で調整する、
請求項４または６に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記信号処理部は、前記第３の電気信号に基づき、前記検波器に出力する前記第１の電気信号の遮断時間を自動で調整する、
請求項５または７に記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速無線伝送技術の一つとして、広い周波数帯域を使用して極めて短い時間に変化するパルス信号を発生させ、フィルターを用いて使用する周波数成分のみを抽出して送信するインパルス無線方式が知られている。このインパルス無線方式では、乱反射の多い環境下で遅延した電波が重なりシンボル間干渉が生じ通信性能が低下してしまう場合がある。
【０００３】
上記のシンボル間干渉の影響を低減させるための方法として、疑似乱数系列から生成されたノイズに近い波形（ＰＮ系列:Pseudo-random Noise)による直接拡散方式（ＤＳＳＳ：Direct Sequence Spread Spectrum）を用いた超広帯域無線通信（ＵＷＢ：Ultra Wide Band）通信が知られている。ＵＷＢ通信においては、送信側のテンプレート波形を作成しておき、このテンプレート波形と受信側の受信波形との相関出力に基づいてデータ値を判定することで干渉波による影響を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３９５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、車両や衛星等の金属閉鎖空間内でインパルス無線方式により高速無線通信を行う場合、パルス間に反射波が重畳し信号として識別できず、直接拡散方式を用いた場合であっても通信エラーが発生する場合があった。また、特許文献１に開示された技術では、主信号と反射波とが同一周波数であることから信号分離を行うことが困難であった。オシロスコープのように、検波したアナログ信号に対して高速なサンプリングを行うことで、主信号と反射波とを識別する方法が考えられるが、高速処理が可能である大規模かつ複雑なデバイスや回路が必要となるため、小型かつ低コストで実現することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の無線通信装置は、インパルス信号を受信し第１の電気信号に変換する無線信号受信部と、前記無線信号受信部から出力された前記第１の電気信号を増幅し第２の電気信号を出力する検波器と、前記検波器から出力された前記第２の電気信号の波高レベルに基づき第３の電気信号を出力する比較器と、前記インパルス信号のパルス繰り返し周期内の第１期間に含まれる前記第３の電気信号に基づき信号の復調を行うとともに、前記パルス繰り返し周期内の前記第１期間より後の期間に含まれる前記第３の電気信号を無効化する信号処理部と、を備える無線通信装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、乱反射の多い環境下であっても小型かつ低コストのインパルス無線方式による高速無線通信を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無線通信システム１の構成図である。
【図２】反射のない環境下および乱反射環境下で受信されるインパルス信号の例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る受信機７の構成図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る検波器１２の構成図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る受信機７の処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る受信機７の処理に伴う時系列信号を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る受信機７の処理に伴う検波制御信号ＤＳのローレベル区間ｔ１とハイレベル区間ｔ２の自動調整を行う場合の時系列信号を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る受信機７Ａの構成図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る受信機７Ａの処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る受信機７Ａの処理に伴う時系列信号を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る受信機７Ｂの構成図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る無線信号受信部１０Ｂの構成図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る受信機７Ｂの処理の一例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る受信機７Ｂの処理に伴う時系列信号を示す図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る受信機７Ｃの構成図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態に係る検波器１２Ｃの構成図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態に係る受信機７Ｃの処理の一例を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る受信機７Ｃの処理に伴う時系列信号を示す図である。
【図１９】本発明の第５の実施形態に係る受信機７Ｄの構成図である。
【図２０】本発明の第５の実施形態に係る受信機７Ｄの処理に伴う時系列信号を示す図である。
【図２１】本発明の第５の実施形態に係る受信機の変更例である受信機７Ｅの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明に係る無線通信装置のいくつかの実施形態について説明する。
【００１０】
[第１の実施形態]
（無線通信システムの構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システム１の構成図である。無線通信システム１は、例えば、乱反射環境３内に配置された送信機５および受信機７（無線通信装置）を備える。無線通信システム１は、乱反射が多い環境である乱反射環境３内において、インパルス無線方式を用いた高速無線通信を行う。ここで、高速無線通信とは、例えば、パルス繰り返し周波数が数十ＭＨｚ以上である通信を言う。また乱反射環境３とは、例えば、金属に囲われた車両、配管、衛星等の閉鎖空間を言う。乱反射環境３内において、送信機５はインパルス信号ＩＳを受信機７に送信し、受信機７はこのインパルス信号ＩＳを受信する。
【００１１】
図２は、反射のない環境下および乱反射環境下で受信されるインパルス信号の例を示す図である。ここで、送信機５が送信するインパルス信号ＩＳを[１ １ １ ０ １ １ ０ １ ０ １]とし、パルス繰り返し周期をｔｐとし、パルス変調はオンオフ変調（ＯＯＫ：On-Off Keying）方式とする。図２に示すように、反射のない環境下では、パルス繰り返し周期ｔｐ毎に、送信機５が送信するインパルス信号ＩＳに対応して１つの波が存在或いは欠如した信号が受信機７によって受信される。これにより、受信機７は、送信機５が送信したデータを正常に受信することができる。
【００１２】
一方、乱反射環境下では、１つのパルス繰り返し周期ｔｐ内に、反射の影響（経路および反射回数の影響）により位相と波高値が異なる複数の波が受信機７によって受信されることになる。図２では、受信機７によって受信される波を、時系列で第一到来波、第二到来波、及び第三到来波とする。ここで、送信機５と受信機７のアンテナが直接視野にある場合、第一到来波は送信機５から受信機７へ最小到達時間で伝搬する直接波となる。このような１つのパルス繰り返し周期ｔｐ内で受信された複数の波に対して、従来の包絡線検波回路等を用いた検波処理を行った場合、これらの複数の波に対する処理が完了する前に、次のパルス繰り返し周期ｔｐと対応する第一到来波が受信機７に到達してしまう。このため、受信機７は、送信機５が送信したデータを正常に受信することができない。特に、高速無線通信を行う場合、パルス繰り返し周期ｔｐが短いためこのような事態が頻繁に生じうる。
【００１３】
（受信機の構成）
本実施形態に係る受信機７では、上記のような乱反射環境下においても送信機５が送信したデータを正常に受信することが可能である。図３は、本実施形態に係る受信機７の構成図である。受信機７は、外部からインパルス信号ＩＳを受信して所定の動作を行う。受信機７は、例えば、無線信号受信部１０と、検波器１２と、比較器１４と、信号処理部１６とを備える。
【００１４】
無線信号受信部１０は、送信機５から送信され空間伝搬されたインパルス信号ＩＳを受信して第１の電気信号Ｓ１に変換し、検波器１２に出力する。受信するインパルス信号ＩＳは、反射の影響でその経路と反射回数が異なることから、位相と波高値が異なる。無線信号受信部１０は、例えば、無線信号を受信するアンテナと、微小信号を増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ:Low Noise Amplifier）と、無線周波数帯域を制限するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Band-pass filter）とを備える。
【００１５】
検波器１２は、無線信号受信部１０から入力された第１の電気信号Ｓ１を増幅して第２の電気信号Ｓ２を生成し、比較器１４に出力するとともに、信号処理部１６から出力された検波制御信号ＤＳ（第１の電気信号Ｓ１に基づく電荷の放電を指示する放電指令）に基づいて、第２の電気信号Ｓ２の出力状態を制御する。図４は、本実施形態に係る検波器１２の構成図を示す。検波器１２は、例えば、包絡線検波回路（二乗検波回路）２０と、Ｎチャンネル電界効果トランジスタ（Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ）２８とを備える。
【００１６】
包絡線検波回路２０は、例えば、ダイオード２２と、コンデンサ２４と、抵抗器２６とを備える。包絡線検波回路２０は、第１の電気信号Ｓ１の振幅が小さい場合に、ダイオード２２の特性から入力振幅の二乗に比例した第２の電気信号Ｓ２を出力する。第２の電気信号Ｓ２は、コンデンサ２４の容量Ｃ１と抵抗器２６の抵抗値Ｒ１とによって定まる時定数τ１＝Ｃ１・Ｒ１で第１の電気信号Ｓ１を積分することにより得られる。
【００１７】
Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２８のドレインは、包絡線検波回路２０の出力と接続されており、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２８のゲートは、信号処理部１６と接続されている。Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２８のゲートは、信号処理部１６から検波制御信号ＤＳを受信する。検波制御信号ＤＳによりＮ−ＭＯＳＦＥＴ２８のゲートに電圧を印加しない場合、包絡線検波回路２０は、入力された第１の電気信号Ｓ１を増幅して第２の電気信号Ｓ２を出力するとともに、コンデンサ２４に蓄積された電荷は抵抗器２６を介して時定数τ１＝Ｃ１・Ｒ１で放電される。一方、検波制御信号ＤＳによりＮ−ＭＯＳＦＥＴ２８のゲートに電圧を印加する場合、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２８のオン抵抗値Ｒ２は抵抗器２６の抵抗値Ｒ１に比べて十分小さいため、コンデンサ２４に蓄積された電荷は抵抗器２６を介さずＮ−ＭＯＳＦＥＴ２８を介して時定数τ２＝Ｃ１・Ｒ２で放電される。
【００１８】
なお、第２の電気信号Ｓ２の出力状態を制御する素子はＮ−ＭＯＳＦＥＴに限られず、高周波信号を遮断可能な、例えば、ジャンクション型ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＭＥＭＳスイッチなどでもよい。
【００１９】
比較器１４は、検波器１２から入力された第２の電気信号Ｓ２の波高レベルに基づきパルス信号となる第３の電気信号Ｓ３を信号処理部１６に出力する。比較器１４は、検波器１２から入力された第２の電気信号Ｓ２の電圧が所定の閾値電圧Ｔｈに到達した否かを判定し、判定結果に基づいて第３の電気信号Ｓ３としてパルス信号を信号処理部１６に出力する。比較器１４は、第２の電気信号Ｓ２の電圧が所定の閾値電圧Ｔｈに到達したと判定した場合にハイレベルの第３の電気信号Ｓ３を出力し、所定の閾値電圧Ｔｈ未満と判定した場合にローレベルの第３の電気信号Ｓ３を出力する。
【００２０】
信号処理部１６は、第３の電気信号Ｓ３であるパルス信号のパルス列に基づいて所定の動作を行う。パルス列に基づく所定の動作とは、例えば、データの開始部に付与されたビットパターンで信号同期するプリアンブル処理、拡散符号に基づく復号演算処理、及び意図しないビットパターンを訂正・検出する誤り検出訂正処理である。また、信号処理部１６は、第３の電気信号Ｓ３の立ち上りを検知し、検波器１２から出力される第２の電気信号Ｓ２を所定時間停止する検波制御信号ＤＳを検波器１２に出力する。所定時間とは、予め定められたパルス繰り返し周期未満に設定された時間である。信号処理部１６は、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）である。すなわち、信号処理部１６は、インパルス信号ＩＳのパルス繰り返し周期内の第１期間に含まれる第３の電気信号Ｓ３に基づき信号の復調を行うとともに、パルス繰り返し周期内の第１期間より後の期間に含まれる第３の電気信号Ｓ３を無効化する。本願において、第３の電気信号Ｓ３の「無効化」とは、信号処理部１６における符号演算処理等において、第３の電気信号Ｓ３を演算対象から除外すること等を意味する。「無効化」とは、例えば、放電により信号の出力を停止させることや、信号の遮断を行うこと等を意味する。
【００２１】
（受信機の処理）
以下、本実施形態に係る受信機７の処理について説明する。図５は、本実施形態に係る受信機７の処理の一例を示すフローチャートである。図６は、本実施形態に係る受信機７の処理に伴う時系列信号を示す図である。受信機７の処理開始時において、信号処理部１６から出力される検波制御信号ＤＳはローレベルに設定されているものとする。
【００２２】
まず、無線信号受信部１０は、送信機５から送信され乱反射環境３内を伝搬されたインパルス信号ＩＳを受信し第１の電気信号Ｓ１に変換する（ステップＳ１０１）。無線信号受信部１０は、第１の電気信号Ｓ１を検波器１２に出力する。
【００２３】
次に、検波器１２は、無線信号受信部１０から入力された第１の電気信号Ｓ１を増幅して第２の電気信号Ｓ２を生成する（ステップＳ１０３）。検波器１２は、生成した第２の電気信号Ｓ２を比較器１４に出力する。
【００２４】
次に、比較器１４は、検波器１２から入力された第２の電気信号Ｓ２の電圧が所定の閾値電圧Ｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。比較器１４は、第２の電気信号Ｓ２の電圧が所定の閾値電圧Ｔｈ以上ではないと判定した場合、第３の電気信号Ｓ３をローレベルに設定する（ステップＳ１０７）。
【００２５】
一方、比較器１４は、第２の電気信号Ｓ２の電圧が所定の閾値電圧Ｔｈ以上であると判定した場合、第３の電気信号Ｓ３をハイレベルに設定する（ステップＳ１０９）。
【００２６】
次に、信号処理部１６は、第３の電気信号Ｓ３の立ち上り（ローレベルからハイレベルへの変化）を検知した後、所定時間ｔ１（図６に示すローレベル区間ｔ１）（第１期間）経過した後、検波制御信号ＤＳをハイレベルに設定する（ステップＳ１１１）。
【００２７】
次に、検波制御信号ＤＳがハイレベルに設定された場合、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２８のゲートに電圧が印加される。検波器１２は、コンデンサ２４に蓄積された電荷と包絡線検波回路２０で増幅した第２の電気信号Ｓ２を時定数τ２で放電する（ステップＳ１１３）。これにより、検波器１２から出力される第２の電気信号Ｓ２の波高レベルを減少させる。
【００２８】
次に、比較器１４は、第２の電気信号Ｓ２が所定の閾値電圧Ｔｈ以下となった場合、第３の電気信号Ｓ３をローレベルに設定する（ステップＳ１１５）。これにより、第３の電気信号Ｓ３が無効化される。
【００２９】
次に、信号処理部１６は、検波制御信号ＤＳをハイレベルに設定した後、所定時間ｔ２（図６におけるハイレベル区間ｔ２）経過したのち、検波制御信号ＤＳをローレベルに設定する（ステップＳ１１７）。
【００３０】
次に、検波制御信号ＤＳがローレベルに設定された場合、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２８のゲートへの電圧の印加が停止される。この結果、検波器１２は、時定数τ１での放電を再開し（ステップＳ１１９）、第２の電気信号Ｓ２を比較器１４に出力する。ここで、信号処理部１６における検波制御信号ＤＳの制御時間ｔ１及びｔ２は、ｔ１＋ｔ２＜ｔｐを満たすように設定される。また、第３の電気信号Ｓ３のパルス繰り返し周期ｔｐ‘は、送信機５から送信されたインパルス信号ＩＳのパルス繰り返し周期ｔｐとほぼ同じ周期（ｔｐ≒ｔｐ’）となる。これにより、反射波（図６の第二到来波及び第三到来波）と、続いて到達する次のパルス繰り返し周期ｔｐにおける第一到来波と、を比較器１４で識別することが可能となり、意図するパルス列（第３の電気信号Ｓ３）を信号処理部１６に出力することが可能となる。
【００３１】
以上において説明した第１の実施形態によれば、検波器１２の出力状態を制御することにより乱反射の多い環境下であっても小型かつ低コストのインパルス無線方式による高速無線通信を実現することが可能になる。
【００３２】
なお、検波制御信号ＤＳのローレベル区間ｔ１とハイレベル区間ｔ２の設定を自動的に行うようにしてもよい。図７は、検波制御信号ＤＳのローレベル区間ｔ１とハイレベル区間ｔ２を自動調整する場合の時系列信号を示す図である。図７に示すαは、検波制御信号ＤＳをハイレベルにする前に反射波である第二到来波が混入し、比較器１４から意図しないパルスが出力されたことを示している。
【００３３】
信号処理部１６は、パルス繰り返し周期ｔｐ未満で図７に示すαのような意図しないパルスが出力されたことを検知（図７におけるｔ３）すると、ローレベル区間ｔ１をｔ１‘＜ｔ３となるように調整し、ハイレベル区間ｔ２をｔ２’＜ｔｐ−ｔ１‘となるように調整する。図７の３番目以降の第一到来波の時系列波形は上記調整を行った結果であり、意図する第３の電気信号Ｓ３が出力されることを示している。検波制御信号ＤＳのローレベル区間ｔ１とハイレベル区間ｔ２を自動調整する処理は、データの開始部に付与されたビットパターンで信号同期するプリアンブル処理の中で実施することにより、プリアンブル以降のデータ部での信号同期改善に寄与する。
【００３４】
なお、上記の方法に限らず、一般的な受信機で用いられる受信波のレベルに応じて信号処理部１６で受信利得を補正する自動利得制御（ＡＧＣ：Automatic Gain Control）機能等を付加することも可能である。
【００３５】
また、本実施形態では、受信機７にＯＯＫ方式を適用する例について説明したが、制御時間ｔ１及びｔ２を適切に設定することにより、パルス位置変調（ＰＰＭ:Pulse Position Modulation）方式等を適用することも可能である。
【００３６】
[第２の実施形態]
次に、本発明の第２の実施形態に係る受信機７Ａについて説明する。図８は、本実施形態に係る受信機７Ａの構成図である。本実施形態は、第１の実施形態を改良したものであって、第１の実施形態と異なる点は、信号処理部１６Ａが閾値電圧制御信号ＴＳを比較器１４Ａに入力し、閾値の制御を行う点である。すなわち、信号処理部１６Ａは、比較器１４Ａの閾値電圧Ｔｈを自動調整する機能を具備している。なお、本実施形態において第１の実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３７】
（受信機の処理）
以下、本実施形態に係る受信機７Ａの処理について説明する。図９は、本実施形態に係る受信機７Ａの処理の一例を示すフローチャートである。図１０は、本実施形態に係る受信機７Ａの処理に伴う時系列信号を示す図である。
【００３８】
まず、無線信号受信部１０は、送信機５から送信され乱反射環境３内を伝搬されたインパルス信号ＩＳを受信して第１の電気信号Ｓ１に変換する（ステップＳ２０１）。無線信号受信部１０は、第１の電気信号Ｓ１を検波器１２に出力する。
【００３９】
次に、検波器１２は、無線信号受信部１０から入力された第１の電気信号Ｓ１を増幅して第２の電気信号Ｓ２を生成する（ステップＳ２０３）。検波器１２は、生成した第２の電気信号Ｓ２を比較器１４Ａに出力する。
【００４０】
次に、比較器１４Ａは、検波器１２から入力された第２の電気信号Ｓ２の電圧が所定の閾値電圧Ｔｈ以上であるか否かを判定し、第３の電気信号Ｓ３の設定（ローレベル、ハイレベル）を行う（ステップＳ２０５）。
【００４１】
次に、信号処理部１６Ａは、パルス繰り返し周期ｔｐ未満において、意図しないパルスを検知したか否かを判定する（ステップＳ２０７）。図１０のβは、検波制御信号ＤＳをハイレベルにする前に反射波である第二到来波が混入し、比較器１４Ａから意図しないパルスが出力されたことを示している。信号処理部１６Ａは、パルス繰り返し周期ｔｐ未満において、意図しないパルスを検知していないと判定した場合、本フローチャートの処理を終了する。
【００４２】
一方、信号処理部１６Ａは、意図しないパルスを検知したと判定した場合、意図しないパルスが発生しない閾値Ｔｈ’まで比較器１４Ａの閾値電圧を自動で調整する。閾値Ｔｈ’は、信号処理部１６Ａによって微調正する方法や、ｔ４の時間からテンプレートを使用して経験的に調整する方法がある。図１０の３番目のパルス繰り返し周期以降の第一到来波の時系列波形は上記の調整を行った結果であり、意図する第３の電気信号Ｓ３が出力されることを示している。
【００４３】
以上において説明した第２の実施形態によれば、反射波の波高値や到来する反射波の数に応じて自動で比較器１４Ａの閾値電圧を調整することにより乱反射の多い環境下であっても小型かつ低コストのインパルス無線方式による高速無線通信を実現することが可能になる。なお、本実施形態は、第１の実施形態で示した検波制御信号ＤＳのローレベル区間ｔ１とハイレベル区間ｔ２を自動調整する方法と組み合わせて実施してもよい。
【００４４】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る受信機７Ｂについて説明する。図１１は、本実施形態に係る受信機７Ｂの構成図である。本実施形態は、第１の実施形態を改良したものであって、第１の実施形態と異なる点は、無線信号受信部１０Ｂが、信号処理部１６Ｂから入力される遮断制御信号ＢＳ（インパルス信号の遮断を指示する遮断指令）に基づいてインパルス信号ＩＳの受信及び遮断制御を行う機能を具備する点が異なる。なお、本実施形態において第１の実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４５】
（受信機の構成）
図１２は、本実施形態に係る無線信号受信部１０Ｂの構成図を示す。無線信号受信部１０Ｂは、例えば、インパルス信号ＩＳを送信機５から受信するアンテナ３１と、アンテナ３１で受信したインパルス信号ＩＳを遮断制御信号ＢＳに基づいてオン及びオフ制御するスイッチ３２と、スイッチ３２から入力された電気信号を増幅して、第１の電気信号Ｓ１を生成する低雑音増幅器（ＬＮＡ）３３とを備える。スイッチ３２は、高周波信号を遮断することが可能な、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ジャンクション型ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＭＥＭＳスイッチである。
【００４６】
（受信機の処理）
以下、本実施形態に係る受信機７Ｂの処理について説明する。図１３は、本実施形態に係る受信機７Ｂの処理の一例を示すフローチャートである。図１４は、本実施形態に係る受信機７Ｂの処理に伴う時系列信号を示す図である。受信機７Ｂの処理開始時において、信号処理部１６Ｂにより出力される遮断制御信号ＢＳはハイレベルに設定されており、スイッチ３２はオンしているものとする。
【００４７】
まず、無線信号受信部１０Ｂは、インパルス信号ＩＳをアンテナ３１で受信すると、スイッチ３２及びＬＮＡ３３を介して、インパルス信号ＩＳを第１の電気信号Ｓ１に変換する。無線信号受信部１０Ｂは、第１の電気信号Ｓ１を検波器１２に出力する（ステップＳ３０１）。
【００４８】
次に、検波器１２は、無線信号受信部１０Ｂから入力された第１の電気信号Ｓ１を増幅して第２の電気信号Ｓ２を生成する（ステップＳ３０３）。検波器１２は、生成した第２の電気信号Ｓ２を比較器１４に出力する。
【００４９】
次に、比較器１４は、検波器１２から入力された第２の電気信号Ｓ２の電圧が所定の閾値電圧Ｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。比較器１４は、第２の電気信号Ｓ２の電圧が所定の閾値電圧Ｔｈ以上ではないと判定した場合、第３の電気信号Ｓ３をローレベルに設定する（ステップＳ３０７）。
【００５０】
一方、比較器１４は、第２の電気信号Ｓ２の電圧が所定の閾値電圧Ｔｈ以上であると判定した場合、第３の電気信号Ｓ３をハイレベルに設定する（ステップＳ３０９）。
【００５１】
次に、信号処理部１６Ｃは、第３の電気信号Ｓ３の立ち上りを検知した後、所定時間ｔ５（図１４におけるハイレベル区間ｔ５）経過したのち、遮断制御信号ＢＳをローレベルに設定する（ステップＳ３１１）。
【００５２】
次に、遮断制御信号ＢＳがローレベルに設定された場合、スイッチ３２はオフし、アンテナ３１からＬＮＡ３３へ入力するインパルス信号ＩＳを遮断する（ステップＳ３１３）。インパルス信号ＩＳを遮断した後の反射波はＬＮＡ３３及び検波器１２には入力されない。すなわち、図１４に示す第１の電気信号Ｓ１の第三到来波は検波器１２には入力されない。従って、検波器１２は、ハイレベル区間ｔ５の間に入力された第２の電気信号Ｓ２のみ増幅させ、蓄積された電荷は時定数τ１で放電することで、第２の電気信号Ｓ２の波高レベルを減少させる。これにより、第３の電気信号Ｓ３が無効化される。
【００５３】
次に、比較器１４は、第２の電気信号Ｓ２が所定の閾値電圧Ｔｈ以下となった場合、第３の電気信号Ｓ３をローレベルに設定する（ステップＳ３１５）。
【００５４】
次に、信号処理部１６Ｂは、所定時間ｔ６（図１４におけるローレベル区間ｔ６）経過したのち、遮断制御信号ＢＳをハイレベルに設定する（ステップＳ３１７）。
【００５５】
次に、無線信号受信部１０Ｂは、遮断制御信号ＢＳがハイレベルに設定されると、第１の電気信号Ｓ１の生成を再開し、検波器１２に出力する（ステップＳ３１９）。ここで、信号処理部１６Ｂにおける遮断制御信号ＢＳの制御時間ｔ５及びｔ６は、ｔ５＋ｔ６＜ｔｐを満たすように設定される。また、第３の電気信号Ｓ３のパルス繰り返し周期ｔｐ‘は、送信機５から送信されたインパルス信号のパルス繰り返し周期ｔｐとほぼ同じ周期（ｔｐ≒ｔｐ’）となる。これにより、反射波（図１４に示す第二到来波及び第三到来波）と、続いて到達する次のパルス繰り返し周期ｔｐにおける第一到来波とを、比較器１４で識別することが可能となる。また、意図するパルス列（第３の電気信号Ｓ３）を信号処理部１６Ｂに出力することで乱反射の多い環境下でも通信可能となる。
【００５６】
なお、遮断制御信号ＢＳのハイレベル区間ｔ５の時間設定によって図７のαのような意図しないパルスが発生する場合、第１の実施形態で示した処理と同様に遮断制御信号ＢＳのハイレベル区間ｔ５とローレベル区間ｔ６を自動調整する方法や、第２の実施形態で示した比較器１４の閾値電圧を自動調整する方法を適用することができる。
【００５７】
以上において説明した第３の実施形態によれば、インパルス信号の反射波を遮断することにより乱反射の多い環境下であっても小型かつ低コストのインパルス無線方式による高速無線通信を実現することが可能になる。
【００５８】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態に係る受信機７Ｃについて説明する。図１５は、本実施形態に係る受信機７Ｃの構成図である。本実施形態は、第３の実施形態を改良したものであって、第３の実施形態と異なる点は、検波器１２Ｃが、信号処理部１６Ｂから入力された遮断制御信号ＢＳ（第１の電気信号Ｓ１の遮断を指示する遮断指令）に基づいて、第１の電気信号Ｓ１の受信及び遮断制御を行う機能を具備する点が異なる。本実施形態は、第３の実施形態で無線信号受信部１０Ｂに付加した受信及び遮断機能によってノイズが増大する懸念を考慮して改良された実施形態である。なお、本実施形態において第３の実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５９】
（受信機の構成）
図１６は、本実施形態に係る検波器１２Ｃの構成図を示す。検波器１２Ｃは、例えば、包絡線検波回路（二乗検波回路）２０と、Ｎチャンネル電界効果トランジスタ（Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ）２７とを備える。Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２７のドレインは、無線信号受信部１０と接続され、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２７のソースは、包絡線検波回路２０におけるダイオード２２のアノードに接続され、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２７のゲートは、信号処理部１６Ｂと接続されている。Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２７のゲートは、信号処理部１６Ｂから遮断制御信号ＢＳを受信する。
【００６０】
遮断制御信号ＢＳによりＮ−ＭＯＳＦＥＴ２７のゲートに電圧を印加した場合、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２７は、第１の電気信号Ｓ１を包絡線検波回路２０に出力する。包絡線検波回路２０は、入力された第１の電気信号Ｓ１を増幅して、第２の電気信号Ｓ２を出力するとともに、コンデンサ２４に蓄積された電荷は抵抗器２６を介して時定数τ１＝Ｃ１・Ｒ１で放電される。一方、遮断制御信号ＢＳによりＮ−ＭＯＳＦＥＴ２７のゲートに電圧を印加しない場合、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２７は、第１の電気信号Ｓ１を遮断するとともに、コンデンサ２４に蓄積された電荷は抵抗器２６を介して時定数τ１＝Ｃ１・Ｒ１で放電される。なお、第１の電気信号Ｓ１を受信又は遮断制御する素子は、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴに限られず、高周波信号を遮断可能な、例えば、ジャンクション型ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＭＥＭＳスイッチなどでもよい。
【００６１】
（受信機の処理）
以下、本実施形態に係る受信機７Ｃの処理について説明する。図１７は、本実施形態に係る受信機７Ｃの処理の一例を示すフローチャートである。図１８は、本実施形態に係る受信機７Ｃの処理に伴う時系列信号を示す図である。受信機７Ｂの処理開始時において、信号処理部１６Ｂにより出力される遮断制御信号ＢＳはハイレベルに設定されており、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２７はオンしているものとする。
【００６２】
まず、無線信号受信部１０は、送信機５から送信され乱反射環境３内を伝搬されたインパルス信号ＩＳを受信して第１の電気信号Ｓ１に変換する（ステップＳ４０１）。無線信号受信部１０は、第１の電気信号Ｓ１を検波器１２Ｃに出力する。
【００６３】
次に、検波器１２Ｃは、無線信号受信部１０から入力された第一到来波による第１の電気信号Ｓ１を増幅して第２の電気信号Ｓ２を比較器１４に出力する（ステップＳ４０３）。
【００６４】
次に、比較器１４は、検波器１２から入力された第２の電気信号Ｓ２の電圧が所定の閾値電圧Ｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０５）。比較器１４は、第２の電気信号Ｓ２の電圧が所定の閾値電圧Ｔｈ以上ではないと判定した場合、第３の電気信号Ｓ３をローレベルに設定する（ステップＳ４０７）。
【００６５】
一方、比較器１４は、第２の電気信号Ｓ２の電圧が所定の閾値電圧Ｔｈ以上であると判定した場合、第３の電気信号Ｓ３をハイレベルに設定する（ステップＳ４０９）。
【００６６】
次に、信号処理部１６Ｃは、第３の電気信号Ｓ３の立ち上りを検知した後、所定時間ｔ７（図１８におけるハイレベル区間ｔ７）経過したのち、遮断制御信号ＢＳをローレベルに設定する（ステップＳ４１１）。
【００６７】
次に、遮断制御信号ＢＳがローレベルに設定された場合、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２７はオフし、第１の電気信号Ｓ１を遮断する（ステップＳ４１３）。コンデンサ２４に蓄積された電荷は、抵抗器２６を介して時定数τ１＝Ｃ１・Ｒ１で放電される。すなわち、図１８に示す第１の電気信号Ｓ１の第三到来波と対応する第２の電気信号Ｓ２は、比較器１４には入力されない。従って、検波器１２Ｃは、ハイレベル区間ｔ７の間に入力された第２の電気信号Ｓ２のみ増幅させ、蓄積された電荷は時定数τ１で放電されることで、第２の電気信号Ｓ２の波高レベルを減少させる。これにより、第３の電気信号Ｓ３が無効化される。
【００６８】
次に、比較器１４は、第２の電気信号Ｓ２が所定の閾値電圧Ｔｈ以下となった場合、第３の電気信号Ｓ３をローレベルに設定する（ステップＳ４１５）。
【００６９】
次に、信号処理部１６Ｂは、遮断制御信号ＢＳをローレベルに設定した後、所定時間ｔ８（図１８におけるローレベル区間ｔ８）経過したのち、遮断制御信号ＢＳをハイレベルに設定する（ステップＳ４１７）。
【００７０】
次に、検波器１２Ｃは、遮断制御信号ＢＳがハイレベルに設定されると、第２の電気信号Ｓ２の生成を再開し、比較器１４に出力する（ステップＳ４１９）。ここで、信号処理部１６Ｂにおける遮断制御信号ＢＳの制御時間ｔ７及びｔ８は、ｔ７＋ｔ８＜ｔｐを満たすように設定される。また、第３の電気信号Ｓ３のパルス繰り返し周期ｔｐ‘は、送信機５から送信されたインパルス信号ＩＳのパルス繰り返し周期ｔｐとほぼ同じ周期（ｔｐ≒ｔｐ’）となる。これにより、以上より、反射波（図１８に示す第二到来波及び第三到来波）と、続いて到達する次のパルス繰り返し周期ｔｐにおける第一到来波とを比較器１４で識別することが可能となり、意図するパルス列（第３の電気信号Ｓ３）を信号処理部１６Ｂに出力することで乱反射の多い環境下でも通信可能となる。
【００７１】
但し、本実施形態では、無線信号受信部１０で反射波を増幅することから、遮断制御信号ＢＳにより遮断解除した際（ローレベルからハイレベルにした際）に無線信号受信部１０の時定数が大きいと立下り波形を検知して検波器１２Ｃで増幅される場合がある（図１８に示すγ）。なお、遮断制御信号ＢＳのハイレベル区間ｔ７の時間設定によって図７のαのような意図しないパルスが発生する場合、第１の実施形態で示した処理と同様に遮断制御信号ＢＳのハイレベル区間ｔ７とローレベル区間ｔ８を自動調整する方法や、第２の実施形態で示した比較器１４の閾値電圧を自動調整する方法と組み合わせて実施してもよい。
【００７２】
以上において説明した第４の実施形態によれば、回路を付加することによるノイズを低減し検波器１２Ｃに入力される反射波を遮断することにより乱反射の多い環境下であっても小型かつ低コストのインパルス無線方式による高速無線通信を実現することが可能になる。
【００７３】
［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態に係る受信機７Ｄについて説明する。図１９は、本実施形態に係る受信機７Ｄの構成図である。本実施形態は、第１の実施形態及び第３の実施形態を組み合わせたものであって、信号処理部１６Ｄから検波器１２に検波制御信号ＤＳを入力し、無線信号受信部１０Ｂに遮断制御信号ＢＳを入力する点が異なる。なお、本実施形態において第１及び第３の実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７４】
（受信機の処理）
図２０は、本実施形態に係る受信機７Ｄの処理に伴う時系列信号を示す図である。第１の実施形態及び第３の実施形態を組み合わせると、第２の電気信号Ｓ２（検波器１２の出力）が増加し、所定の閾値電圧Ｔｈに達すると比較器１４は第３の電気信号Ｓ３をハイレベルにする。信号処理部１６Ｄは、第３の電気信号Ｓ３の立ち上りを検知すると、時間ｔ１経過後に検波制御信号ＤＳをハイレベルにして検波器１２の電荷を時定数τ２で放電させるとともに、時間ｔ５経過後に遮断制御信号ＢＳをローレベルにして無線信号受信部１０Ｂに入力するインパルス信号ＩＳを遮断する。
【００７５】
これにより、反射波による影響を最小限に抑え、比較器１４で第一到来波をより顕著に識別することが可能となる。次に、信号処理部１６Ｄは、時間ｔ６経過後に遮断制御信号ＢＳをハイレベルにしてインパルス信号ＩＳの受信を開始し、時間ｔ２経過後に検波制御信号ＤＳをローレベルに設定し検波器１２は第２の電気信号Ｓ２を増幅する。
【００７６】
ここで、遮断制御信号ＢＳによってインパルス信号ＩＳを受信及び遮断する無線信号受信部１０Ｂは、図１２に示す回路である場合、遮断から受信状態へ遷移するスイッチオンのタイミングにサージ電流が発生する可能性がある。このため、検波制御信号ＤＳをローレベルに設定する時間（図２０におけるｔ１＋ｔ２）に対し、遮断制御信号ＢＳをハイレベルに設定する時間（図２０におけるｔ５＋ｔ６）を短く設定する（（ｔ１＋ｔ２）＞（ｔ５＋ｔ６））ことで、サージ電流を時定数τ２で放電させ比較器１４での誤検知を防止することが可能となる。
【００７７】
なお、上述した比較器１４の誤検知防止は図１２の一例による解決策であって、環境や回路によってノイズが発生する場合は、検波制御信号ＤＳ及び遮断制御信号ＢＳの制御タイミングを個別に設定して防止することができる。また、検波制御信号ＤＳのローレベル区間ｔ１及び遮断制御信号ＢＳのハイレベル区間ｔ５の時間設定により、図７のαのような意図しないパルスが発生する場合、第１の実施形態及び第３の実施形態で示した検波制御信号ＤＳのｔ１及びｔ２、遮断制御信号ＢＳのｔ５及びｔ６を自動調整する方法や、第２の実施形態で示した比較器１４の閾値電圧を自動調整する方法を適用することができる。
【００７８】
また、図２１に示す受信機７Ｅのように、図１９に示す検波制御信号ＤＳと遮断制御信号ＢＳを共通にした制御信号ＣＳ（同一指令）を用いるようにしてもよい。無線信号受信部１０Ｂと検波器１２の遮断及び放電の論理を合わせるためにインバータ５１を制御信号ＣＳの経路に挿入している。これにより、信号処理部１６Ｄにおける信号制御を簡素化することが可能となる。なお、無線信号受信部１０Ｂは制御信号ＣＳがローレベルでインパルス信号ＩＳを遮断する例を示したが、ハイレベルで遮断する回路を具備する場合はインバータ５１が不要となる。
【００７９】
以上において説明した本発明の第５の実施形態は、第１の実施形態と第３の実施形態を組み合わせる態様を説明したが、第１の実施形態と第４の実施形態を組み合わせて実施することも可能である。
【００８０】
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等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の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００８１】
１・・・無線通信システム
５・・・送信機
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ・・・受信機
１０、１０Ｂ・・・無線信号受信部
１２、１２Ｃ・・・検波器
１４、１４Ａ・・・比較器
１６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｄ、１６Ｅ・・・信号処理部
２０・・・包絡線検波回路
２２・・・ダイオード
２４・・・コンデンサ
２６・・・抵抗器
２７・・・Ｎチャンネル電界効果トランジスタ（Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ）
２８・・・Ｎチャンネル電界効果トランジスタ（Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ）
３１・・・アンテナ
３２・・・スイッチ
３３・・・低雑音増幅器（ＬＮＡ）
５１・・・インバータ
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2018195920.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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