(57)【要約】【課題】局部発振周波数ロック用のＰＬＬ回路や注入同期用の外部回路等に依存することなく、送信側の局部発振周波数の信号と受信側の自走発振周波数の信号とを同期できるようにする。【解決手段】局部発振周波数の信号を発振するＶＣＯ部１０７によって発振された局部発振信号に基づいてディジタル信号を受信側に送信する無線送信部１０４を備え、注入同期制御期間に、無線送信部１０４が受信側のＶＣＯ部に当該無線送信部の局部発振信号を注入し、受信側では、無線送信部１０４からＶＣＯ部に注入された当該無線送信部の局部発振信号と受信側の局部発振信号とを一致させるように当該信号の自走発振周波数が調整されて注入同期がとられ、注入同期制御期間後に、無線送信部１０４が受信側へディジタル信号を伝送するものである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振器に発振周波数近傍の周波数の信号を注入すると、当該発振器の発振周波数が注入した信号の周波数に引き込まれるという現象を注入同期とし、
装置の筺体内に設けられた送信側の局部発振周波数の信号と当該筺体内の受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように注入同期をとる期間を注入同期制御期間としたとき、
局部発振周波数の信号を発振する発振器を有して当該発振器によって発振された局部発振周波数の信号に基づいてディジタル信号を受信側に送信する無線送信部を備え、
注入同期制御期間に、
無線送信部が受信側の発振器に当該無線送信部の局部発振周波数の信号を注入し、
受信側では、
無線送信部から発振器に注入された当該無線送信部の局部発振周波数の信号と受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように当該信号の自走発振周波数が調整されて注入同期がとられ、
注入同期制御期間後に、
無線送信部が受信側へディジタル信号を伝送する無線送信装置。
【請求項２】
ディジタル信号をディジタル処理して無線送信部へ送信信号を出力する送信処理部を備え、
送信処理部は、
ディジタル信号をディジタル処理してディジタルの発振制御データを出力するデータ処理部と、
データ処理部から出力される発振制御データをアナログの発振制御信号に変換して発振器に出力するディジタル・アナログ変換器とを有する請求項１に記載の無線送信装置。
【請求項３】
無線送信部は、
発振器によって発振された局部発振周波数の信号に基づいて送信信号を変調し変調信号を出力する変調部と、
変調部から出力される変調信号を増幅する増幅器とを有し、
送信処理部が、
ディジタル・アナログ変換器から出力される発振制御信号によって発振器を制御し、発振器の局部発振周波数の信号に基づいて増幅器の出力を制御する請求項２に記載の無線送信装置。
【請求項４】
送信処理部は、
注入同期制御期間に増幅器を通常の設定値から徐々に増加し、
注入同期制御期間後、増幅器の出力を通常の設定値に戻す請求項３に記載の無線送信装置。
【請求項５】
発振器に発振周波数近傍の周波数の信号を注入すると、当該発振器の発振周波数が注入した信号の周波数に引き込まれるという現象を注入同期とし、
装置の筺体内に設けられた送信側の局部発振周波数の信号と当該筺体内の受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように注入同期をとる期間を注入同期制御期間としたとき、
自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、送信側から変調信号を受信し、発振器によって発振された自走発振周波数の信号に基づいて受信信号を復調する無線受信部を備え、
無線受信部は、
注入同期制御期間に、
送信側から発振器へ注入された送信側の局部発振周波数の信号に受信側の自走発振周波数の信号を一致させるように当該信号の発振周波数を調整して注入同期をとり、
注入同期制御期間後に送信側からディジタル信号を受信する無線受信装置。
【請求項６】
無線受信部から出力される受信信号をディジタル処理してディジタル信号を出力する受信処理部を備え、
受信処理部は、
無線受信部から受信信号を入力して送信側の局部発振周波数と受信側の自走発振周波数との周波数差及び位相差を検出する検出部と、
検出部から出力される周波数差及び位相差をディジタル処理してディジタルの発振制御データを出力するデータ処理部と、
データ処理部から出力される発振制御データをアナログの発振制御信号に変換するディジタル・アナログ変換器とを有する請求項５に記載の無線受信装置。
【請求項７】
受信処理部が、
ディジタル・アナログ変換器から出力される発振制御信号に基づいて発振器の局部発振周波数を制御する請求項６に記載の無線受信装置。
【請求項８】
無線受信部は、
送信側から受信した変調信号を増幅する増幅器と、
増幅器によって増幅された変調信号から、受信処理部のディジタル・アナログ変換器によって制御される発振器の局部発振周波数の信号に基づいて受信信号を復調する復調部とを有する請求項６に記載の無線受信装置。
【請求項９】
受信処理部が、
ディジタル・アナログ変換器から出力される発振制御信号によって発振器を制御し、発振器の局部発振周波数の信号に基づいて増幅器の出力を制御する請求項８に記載の無線受信装置。
【請求項１０】
受信処理部が、
ディジタル・アナログ変換器から出力される発振制御信号によって発振器を制御し、発振器の局部発振周波数の信号に基づいて復調部の出力を制御する請求項８に記載の無線受信装置。
【請求項１１】
無線受信部から入力した受信信号をディジタル処理してディジタル信号を出力する受信処理部を備え、
受信処理部は、
無線受信部から出力される受信信号をアナログ・ディジタル変換するアナログ・ディジタル変換部と、
アナログ・ディジタル変換部から出力されるディジタルの受信データの周波数差及び位相差をディジタル処理してディジタルの発振制御データを出力するデータ処理部と、
データ処理部から出力される発振制御データをアナログの発振制御信号に変換するディジタル・アナログ変換器とを有する請求項５に記載の無線受信装置。
【請求項１２】
無線受信部とアナログ・ディジタル変換部との間に接続されて受信信号の低域成分を通過させるローパスフィルタと、
アナログ・ディジタル変換部から出力される受信データを入力してＤＡＣ制御電圧を発生し、ＤＡＣ制御電圧に基づいてディジタル・アナログ変換器の出力を制御する発振制御部とを更に備える請求項１１に記載の無線受信装置。
【請求項１３】
発振器に発振周波数近傍の周波数の信号を注入すると、当該発振器の発振周波数が注入した信号の周波数に引き込まれるという現象を注入同期とし、
装置の筺体内に設けられた送信側の局部発振周波数の信号と当該筺体内の受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように注入同期をとる期間を注入同期制御期間としたとき、
局部発振周波数の信号を発振する発振器を有してディジタル信号を変調し送信する無線送信装置と、
自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して無線送信装置からディジタル信号を受信し復調する無線受信装置とを備え、
注入同期制御期間に、
無線送信装置が送信側の局部発振周波数の信号を受信側の発振器に注入し、
無線受信装置が無線送信装置から注入された送信側の局部発振周波数の信号と受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように当該信号の発振周波数を調整して注入同期をとり、
注入同期制御期間後に無線送信装置が無線受信装置へディジタル信号を伝送する無線通信システム。
【請求項１４】
送信側から送られてくる同期識別変調信号を復調して検出する処理を同期ワード検出処理とし、
送信側から送られてくるディジタル信号を復調してビットエラーレートを算出する処理をビットエラー検出処理とし、
受信信号の振幅最大値を検出する処理を振幅最大値検出処理としたとき、
無線受信装置は、
注入同期制御期間に、同期ワード検出処理、ビットエラー検出処理又は振幅最大値検出処理のいずれかを実行し、いずれかの処理に基づき発振器の発振制御電圧を調整して注入同期をとり、
注入同期制御期間後、発振制御電圧を固定する請求項１３に記載の無線通信システム。
【請求項１５】
無線受信装置は、
注入同期制御期間に、発振器の発振制御電圧を調整して注入同期をとり、
無線送信装置から注入された送信側の局部発振周波数の信号と受信側の自走発振周波数の信号とが一致してほぼ一定の出力値となる第１の発振制御電圧を検出し、
第１の発振制御電圧が変動し始める際の第２の発振制御電圧を検出し、
第１及び第２の発振制御電圧の平均値を演算し、
注入同期制御期間後、当該演算によって得られた発振制御電圧を固定する請求項１３に記載の無線通信システム。
【請求項１６】
無線受信装置は、
注入同期制御期間に、発振器の発振制御電圧を調整して注入同期をとり、
無線送信装置から注入された送信側の局部発振周波数の信号と受信側の自走発振周波数の信号とが一致してほぼ一定の出力値となる発振制御電圧の最小値を検出すると共に、当該発振制御電圧の最大値を検出し、
発振制御電圧の最小値と、当該発振制御電圧の最大値とを比較して当該発振制御電圧の最大値を選択し、
注入同期制御期間後、選択によって得られた最大値の発振制御電圧を固定する請求項１３に記載の無線通信システム。
【請求項１７】
無線受信装置は、
注入同期制御期間に、
無線送信装置から注入された送信側の局部発振周波数の信号と受信側の自走発振周波数の信号の周波数差を検出し、
周波数差が小さくなる方向に発振器の発振制御電圧を調整して注入同期をとる請求項１３に記載の無線通信システム。
【請求項１８】
無線受信装置は、
注入同期制御期間後の第１のサンプル期間に、無線送信装置から受信信号を受信した際に得られる第１のオフセット電圧を測定して当該オフセット電圧の平均値を演算し、
第１のサンプル期間を経過した後の第２のサンプル期間に受信信号を受信して得られる第２のオフセット電圧を測定して当該オフセット電圧の平均値を演算し、
第１のサンプル期間に測定された第１のオフセット電圧の平均値と、
第２のサンプル期間に測定された第２のオフセット電圧の平均値とが等しくなるように発振器の発振制御電圧を調整する請求項１３に記載の無線通信システム。
【請求項１９】
無線受信装置は、
注入同期制御期間後の第１のサンプル期間に、無線送信装置から受信した受信信号の振幅を測定して第１の振幅の平均値を演算し、
第１のサンプル期間を経過した後の第２のサンプル期間に受信した受信信号の振幅を測定して第２の振幅の平均値を演算し、
第１のサンプル期間に測定された第１の振幅の平均値と、
第２のサンプル期間に測定された第２の振幅の平均値とが等しくなるように発振器の発振制御電圧を調整する請求項１３に記載の無線通信システム。
【請求項２０】
発振器に発振周波数近傍の周波数の信号を注入すると、当該発振器の発振周波数が注入した信号の周波数に引き込まれるという現象を注入同期とし、
装置の筺体内に設けられた送信側の局部発振周波数の信号と当該筺体内の受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように注入同期をとる期間を注入同期制御期間としたき、
注入同期制御期間に無線送信装置が送信側の局部発振周波数の信号を受信側の発振器に注入し、
無線受信装置が、注入された送信側の局部発振周波数の信号と受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように当該信号の発振周波数を調整して注入同期をとり、
注入同期制御期間後に無線送信装置が無線受信装置へディジタル信号を伝送する無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線送信装置、無線受信装置、無線通信システム及び無線通信方法に関し、装置の筐体内において、映画映像や、コンピュータ画像等を搬送する搬送周波数が３０ＧＨｚ乃至３００ＧＨｚのミリ波帯の信号を高速に伝送するミリ波伝送システムに適用可能なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、映画映像やコンピュータ画像等の情報量の膨大化に伴い、有線・無線に関わらず、高速で大容量のディジタル通信への要求が高まっている。このような高速で大容量のディジタル通信において、ミリ波等の変調信号を高速に伝送する装置が使用される場合が多くなってきた。この種の高速信号伝送装置では、ミリ波等の高速な変調信号をエラーなく受信側に伝送することが要求される。
【０００３】
ミリ波等の高速な無線変調信号を伝送する無線通信システムによれば、例えば、無線送信装置及び無線受信装置から構成され、無線送信装置は、送信ベースバンド処理部及び無線送信部を備える。送信ベースバンド処理部は、上位のディジタルデータ処理部から入力したディジタル信号を処理してベースバンド信号を生成する。無線送信部は、局部発振器を有しており、送信ベースバンド処理部により生成されたベースバンド信号と、局部発振器により生成された局部発振信号とを重畳して無線変調信号を生成する。
【０００４】
無線受信装置は、無線受信部及び受信ベースバンド処理部を備える。無線受信部は、局部発振器を有しており、送信側から受信した無線変調信号に、局部発振器から出力される局部発振信号を重畳してベースバンド信号を生成する。受信ベースバンド処理部は、無線受信部から入力したベースバンド信号を処理して得たディジタル信号を上位のディジタルデータ処理部へ出力する。これにより、送信側から受信側へ大容量のディジタル信号を高速に通信できるようになる。
【０００５】
ここで、無線送信装置及び無線受信装置の各々の局部発振信号の局部発振周波数は、各々自装置内の電圧制御発振器（ＶＣＯ）等により生成されている。このため、送信側及び受信側で全く同一の局部発振周波数の局部発振信号を生成することはできない。したがって、無線送信装置及び無線受信装置の間で、局部発振信号の局部発振周波数に差分が発生する。そこで、周波数安定性に優れ、位相雑音が低い局部発振器が必要とされ、さらに局部発振周波数の差分を補正するために、ＰＬＬ（Phase Lock Loop）回路などが用いられる。
【０００６】
上述の送信側及び受信側で局部発振信号の局部発振周波数を同一に引き込む注入同期方法（Injection Locking  Method）が存在する。この注入同期の技術は、古くから知られ、無線送信装置から無線受信装置へ局部発振周波数の局部発振信号が注入され、送信側及び受信側の間で局部発振周波数を同期させるようになされる。
【０００７】
この種のミリ波を送受信する通信装置に関連して、非特許文献１や、非特許文献２には、ミリ波固体発振器の逓倍同期法による新注入同期方式が開示されている。このミリ波固体発振器によれば、ＤＣバイアス回路、同軸回路及び発振器を備え、注入同期に関して逓倍同期法が採られる。逓倍同期法では、主発振周波数の整数分の１の信号を外部から注入し、発振波を安定するようになされる。
【０００８】
その際にＤＲＳ方式（DC  bais  RF  Separate  Circuit）が採られる。ＤＲＳ方式によれば、ＤＣバイアス回路とは別の同軸回路から発振器へ注入信号を供給し、当該注入信号を発振素子周辺に発生している電磁界に結合させるようになされる。このようにミリ波固体発振器を構成すると、安定な信号を発振器へ注入することができ、しかも、注入回路を簡素化できるというものである。
【０００９】
この種の注入同期方法を用いた無線通信システムに関連して、特許文献１には、無線通信装置及び無線通信方法が開示されている。この無線通信装置によれば、無線送信機及び無線受信機を備え、無線受信機には帯域ろ波器及び注入同期型発振器が設けられる。受信側で、無線送信されてきた信号を中間周波数帯へダウンコンバートする場合に、無線送信機は、入力信号を中間周波数帯に変調し、この中間周波数帯変調信号を無線周波数帯にアップコンバートする。その際に用いた局部発振信号を、そのアップコンバートにより得られた無線周波数帯変調信号と同時に受信側に無線送信する。
【００１０】
無線受信機は、無線送信機から局部発振信号及び無線周波数帯変調信号から成る無線受信信号を受信し、この無線受信信号に含まれる、局部発振信号成分と無線周波数帯変調信号成分との乗積成分を生成する。この乗積成分の生成によって、受信信号を中間周波数帯にダウンコンバートし、そのダウンコンバートで得られた中間周波数帯変調信号を復調する。
【００１１】
これを前提にして、帯域ろ波器は局部発振信号及び無線周波数帯変調信号から成る無線受信信号（合成信号）より無変調キャリア信号（局部発振信号）を抽出する。注入同期型発振器は、帯域ろ波器により抽出された無変調キャリア信号を再生するようにした。このように、無線通信装置を構成すると、送信機に設けた局部発振器と同一の局部発振器を受信機に設けることができるので、受信機の構成を簡単化できると同時にその製造コストを削減できるというものである。
【００１２】
また、特許文献２には、複数の無線通信端末間で通信を行う無線通信方法及びシステムが開示されている。この無線通信システムによれば、１つの送信局及び、複数の無線通信端末を備える。各々の無線通信端末は、注入同期発振器、送信機能部及び受信機能部を有して構成される。送信機能部は、中間周波数帯変調信号と局部発振信号とを乗積して、無線変調信号を生成する。受信機能部は、無線変調信号に局部発振信号を乗積してダウンコンバートした中間周波数帯信号を生成する。
【００１３】
これを前提にして、送信局は、各々の無線通信端末へ基準局部発振信号のみを送信する。複数の無線通信端末は、それぞれ送信局から輻射される基準局部発振信号を受信する。無線通信端末は、基準局部発振信号を増幅及び帯域濾波した後、注入同期発振器によって基準局部発振信号を再生する。各々の無線通信端末は、基準局部発振信号を送信機能部及び受信機能部で使用する局部発振信号として設定し、この局部発振信号を用いて相互の無線通信端末で通信を行うようにした。
【００１４】
このようにシステムを構成すると、使用する局部発振信号による信号劣化を解決し、周波数を有効に利用できると共に、N端末で構成されるN対N通信を想定した無線通信システムを提供できるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００１−０５３６４０号公報（第４頁  図２）
【特許文献２】特開２００３−２４４０１６号公報（第４頁  図１）
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】“A Study of Locking Phenomena in Oscillators"  [1]    ROBERT ADLER  A paper reprinted from the June 1946 issue of the PROCEEDINOGF STH E IRE.
【非特許文献２】“A Study of Injection Locking and Pulling in Oscillators"[2]    Behzad Razavi    IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 39, NO. 9, SEPTEMBER 2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、従来例に係るミリ波を送受信する無線通信システムによれば、注入同期に必要な注入信号量は局部発振器の注入信号が無い時の自走発振周波数と注入信号の周波数との差に依存し、周波数差が大きいとより大きな注入信号量が必要になる。
【００１８】
そのため、次のような問題がある。  
ｉ．特許文献１や２等に見られる無線通信システムにおいて、無線送信装置の局部発振周波数と無線受信装置の自走発振周波数の周波数差が大きい場合には、注入同期に必要とする注入信号振幅が過大となり、当該無線通信システムで注入同期方法を用いても、再現性良く同期をとることが困難となる。
【００１９】
ii．無線受信装置に注入される送信側の局部発振周波数の注入信号のパワーが小さい場合は、送信装置の局部発振周波数と受信装置の自走発振周波数との周波数差が大きい（少なくない）と、再現性良く送受信間で同期をとることが困難となる。
【００２０】
iii．また、送信装置の局部発振周波数と受信装置の自走発振周波数とを同期をとるために、無線受信部に自走発振周波数ロック用のＰＬＬ回路を用いる場合が考えられるが、ＰＬＬ回路を用いると、無線通信システムが複雑になったり、無線受信部に注入同期専用の外部回路を設けると、無線受信部の回路規模が大きくなったり、無線受信部における消費電力が大きくなるという問題が生じる。
【００２１】
iv．非特許文献１，２に見られるようなミリ波固体発振器を備えた場合、ＣＭＯＳ回路以外の回路が必要となり、回路の１チップ化が困難となり、部品点数増加によって無線通信システムのコストアップにつながる。
【００２２】
そこで、本発明はこのような課題を解決したものであって、自走発振周波数ロック用のＰＬＬ回路や注入同期用の外部回路等に依存することなく、無線送信装置の局部発振周波数の信号と無線受信装置の自走発振周波数の信号とを同期できるようにした。そのような無線送信装置、無線受信装置、無線通信システム及び無線通信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】
【００２３】
上述した課題は、発振器に発振周波数近傍の周波数の信号を注入すると、当該発振器の発振周波数が注入した信号の周波数に引き込まれるという現象を注入同期とし、装置の筺体内に設けられた送信側の局部発振周波数の信号と当該筺体内の受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように注入同期をとる期間を注入同期制御期間としたとき、局部発振周波数の信号を発振する発振器を有して当該発振器によって発振された局部発振周波数の信号に基づいてディジタル信号を受信側に送信する無線送信部を備え、注入同期制御期間に、無線送信部が受信側の発振器に当該無線送信部の局部発振周波数の信号を注入し、受信側では、無線送信部から発振器に注入された当該無線送信部の局部発振周波数の信号と受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように当該信号の自走発振周波数が調整されて注入同期がとられ、注入同期制御期間後に、無線送信部が受信側へディジタル信号を伝送する無線送信装置によって解決される。
【００２４】
本発明に係る無線送信装置によれば、無線送信部は、局部発振周波数の信号を発振する発振器を有している。無線送信部は、当該発振器によって発振された局部発振周波数の信号に基づいてディジタル信号を受信側に送信する。これを前提にして、無線送信部は、注入同期制御期間に、無線送信部が受信側の発振器に当該無線送信部の局部発振周波数の信号を注入する。受信側では、無線送信部から発振器に注入された当該無線送信部の局部発振周波数の信号と受信側の局部発振周波数の信号とを一致させるように当該信号の発振周波数が調整されて注入同期がとられる。無線送信部が、注入同期制御期間後に、受信側へディジタル信号を伝送するようになる。従って、無線送信装置を外部回路に見立てた注入同期により、送信側の局部発振周波数の信号を受信側の局部発振器に注入できるので、注入同期制御期間に、無線送信装置の局部発振周波数の信号と無線受信装置の局部発振周波数の信号とを同期させることができる。なお、注入同期は通信期間においても継続されている。
【００２５】
本発明に係る無線受信装置は、発振器に発振周波数近傍の周波数の信号を注入すると、当該発振器の発振周波数が注入した信号の周波数に引き込まれるという現象を注入同期とし、装置の筺体内に設けられた送信側の局部発振周波数の信号と当該筺体内の受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように注入同期をとる期間を注入同期制御期間としたとき、自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、送信側から変調信号を受信し、発振器によって発振された自走発振周波数の信号に基づいて受信信号を復調する無線受信部を備え、無線受信部は、注入同期制御期間に、送信側から発振器へ注入された送信側の局部発振周波数の信号に受信側の自走発振周波数の信号を一致させるように当該信号の発振周波数を調整して注入同期をとり、注入同期制御期間後に送信側からディジタル信号を受信するものである。
【００２６】
本発明に係る無線受信装置によれば、無線受信部は、局部発振周波数の信号を発振する発振器を有している。無線受信部は、送信側から変調信号を受信し、発振器によって発振された局部発振周波数の信号に基づいてディジタル信号を復調する。これを前提にして、無線受信部が注入同期制御期間に、送信側から発振器へ注入された送信側の局部発振周波数の信号に受信側の局部発振周波数の信号を一致させるように当該信号の発振周波数を調整して注入同期をとる。受信側は、注入同期制御期間後に送信側からディジタル信号を受信するようになる。従って、無線送信装置を外部回路に見立てた注入同期により、送信側の局部発振周波数の信号を受信側の局部発振器に注入できるので、注入同期制御期間に、無線受信装置の局部発振周波数の信号を無線送信装置の局部発振周波数の信号に同期させることができる。
【００２７】
本発明に係る無線通信システムは、発振器に発振周波数近傍の周波数の信号を注入すると、当該発振器の発振周波数が注入した信号の周波数に引き込まれるという現象を注入同期とし、装置の筺体内に設けられた送信側の局部発振周波数の信号と当該筺体内の受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように注入同期をとる期間を注入同期制御期間としたとき、局部発振周波数の信号を発振する発振器を有してディジタル信号を変調し送信する無線送信装置と、自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して無線送信装置からディジタル信号を受信し復調する無線受信装置とを備え、注入同期制御期間に、無線送信装置が送信側の局部発振周波数の信号を受信側の発振器に注入し、無線受信装置が無線送信装置から注入された送信側の局部発振周波数の信号と受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように当該信号の発振周波数を調整して注入同期をとり、注入同期制御期間後に無線送信装置が無線受信装置へディジタル信号を伝送するものである。
【００２８】
本発明に係る無線通信システムによれば、本発明に係る無線送信装置及び無線受信装置を備えるので、無線送信装置を外部回路に見立てた注入同期により、送信側の局部発振周波数の信号を受信側の局部発振器に注入できる。このことで、注入同期制御期間に、無線送信装置の局部発振周波数の信号と無線受信装置の局部発振周波数の信号とを同期させることができる。しかも、製造ばらつきや、温度環境の変化等により局部発振周波数の範囲がばらついている発振器を用いた無線信号伝送システムにおいても、注入同期処理を実行できるようになる。
【００２９】
本発明に係る無線通信方法は、発振器に発振周波数近傍の周波数の信号を注入すると、当該発振器の発振周波数が注入した信号の周波数に引き込まれるという現象を注入同期とし、装置の筺体内に設けられた送信側の局部発振周波数の信号と当該筺体内の受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように注入同期をとる期間を注入同期制御期間としたき、注入同期制御期間に無線送信装置が送信側の局部発振周波数の信号を受信側の発振器に注入し、無線受信装置が、注入された送信側の局部発振周波数の信号と受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように当該信号の発振周波数を調整して注入同期をとり、注入同期制御期間後に無線送信装置が無線受信装置へディジタル信号を伝送するものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る無線送信装置によれば、局部発振周波数の信号に基づいてディジタル信号を受信側に送信する無線送信部を備える。無線送信部が注入同期制御期間に受信側の発振器に当該無線送信部の局部発振周波数の信号を注入し、注入同期制御期間後に受信側へディジタル信号を伝送するものである。
【００３１】
この構成によって、無線送信装置を外部回路に見立てた注入同期により、送信側の局部発振周波数の信号を受信側の局部発振器に注入できる。このことで、注入同期制御期間に、無線送信装置の局部発振周波数の信号と無線受信装置の局部発振周波数の信号とを同期させることができる。
【００３２】
従って、製造ばらつきや、温度環境の変化等により局部発振周波数の範囲がばらついている発振器を用いた無線信号伝送システムにおいても、注入同期処理を実行できるようになる。しかも、自走発振周波数ロック用のＰＬＬ回路や注入同期用の外部回路等が必要でなくなるため、回路規模を小さくすることができ、省電力化に寄与するところが大きい。
【００３３】
本発明に係る無線受信装置によれば、送信側から変調信号を受信して局部発振周波数の信号に基づいてディジタル信号を復調する無線受信部を備える。無線受信部は、注入同期制御期間に注入された送信側の局部発振周波数の信号と受信側の局部発振周波数の信号とを一致させるように当該信号の発振周波数を調整して注入同期をとる。注入同期制御期間後に送信側からディジタル信号を受信するものである。
【００３４】
この構成によって、無線送信装置を外部回路に見立てた注入同期により、送信側の局部発振周波数の信号を受信側の局部発振器に注入できる。このことで、注入同期制御期間に、当該無線受信装置の自走発振周波数の信号を無線送信装置の局部発振周波数の信号に同期させることができる。
【００３５】
従って、製造ばらつきや、温度環境の変化等により局部発振周波数の範囲がばらついている発振器を用いた無線信号伝送システムにおいても、注入同期処理を実行できるようになる。しかも、自走発振周波数ロック用のＰＬＬ回路や注入同期用の外部回路等が必要でなくなるため、回路規模を小さくすることができ、省電力化に寄与するところが大きい。
【００３６】
本発明に係る無線通信システム及び無線通信方法によれば、注入同期制御期間に、無線送信装置が送信側の局部発振周波数の信号を受信側の発振器に注入する。無線受信装置が無線送信装置から注入された送信側の局部発振周波数の信号と受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように当該信号の発振周波数を調整して注入同期をとる。注入同期制御期間に、無線送信装置が無線受信装置にディジタル信号を伝送するようになされる。
【００３７】
この構成によって、無線送信装置を外部回路に見立てた注入同期により、送信側の局部発振周波数の信号を受信側の局部発振器に注入できる。このことで、注入同期制御期間に、当該無線受信装置の自走発振周波数の信号を無線送信装置の局部発振周波数の信号に同期させることができる。
【００３８】
従って、製造ばらつきや、温度環境の変化等により自走発振周波数の範囲がばらついている発振器を用いた無線信号伝送システムにおいても、注入同期処理を実行できるようになる。しかも、自走発振周波数ロック用のＰＬＬ回路や注入同期用の外部回路等が必要でなくなるため、回路規模を小さくすることができ、省電力化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る各実施形態としての無線通信システム１の全体構成例を示す概念図である。
【図２】本発明に係る第１の実施形態としての無線送信装置１００の構成例を示すブロック図である。
【図３】送信処理部１０１による注入同期時の無線送信部１０４の電力制御例を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施形態としての無線受信装置２００の構成例を示すブロック図である。
【図５】ＶＣＯ部２０４の内部構成例を示す回路図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＶＣＯ部２０４の発振特性例を示す周波数特性図である。
【図７】無線受信部２０１の動作例を示す説明図である。
【図８】発振制御電圧Ｖｃと二値受信信号Ｓin’との出力波形例を示す説明図である。
【図９】第１の変形例としての注入同期制御時の同期ワード検出処理例を示すフローチャートである。
【図１０】第２の変形例としての注入同期制御時のビットエラー検出処理例を示すフローチャートである。
【図１１】第３の変形例としての注入同期制御時のディジタル信号Ｄoutの出力値一定検出処理例を示すフローチャートである。
【図１２】ディジタル信号Ｄout及び発振制御電圧Ｖｃの出力波形例を示す説明図である（実験結果）。
【図１３】送受信側の局部発振信号Ｓｆの周波数差（大）に対応する注入同期制御例を示す波形例である。
【図１４】送受信側の局部発振信号Ｓｆの周波数差（小）に対応する注入同期制御例を示す波形例である。
【図１５】二値受信信号Ｓin’のエッジの数による発振制御電圧Ｖｃの制御例を示すフローチャートである。
【図１６】第３の実施形態としてのミリ波伝送システム３０の構成例を示すブロック図である。
【図１７】（Ａ）及び（Ｂ）は、ミリ波伝送システム３０における通信例を示す説明図である。
【図１８】ミリ波伝送システム３０における双方向通信時の注入同期制御例を示すシーケンス図である。
【図１９】ミリ波伝送システム３０における片方向通信時の注入同期制御例を示すシーケンス図である。
【図２０】ミリ波伝送システム３０における無線通信例を示すフローチャートである。
【図２１】第４の実施形態としての無線受信装置３００の構成例を示すブロック図である。
【図２２】無線受信装置３００における注入同期制御例を示すフローチャートである。
【図２３】第５の実施形態としてのミリ波伝送システム５０の構成例を示すブロック図である。
【図２４】発振制御電圧Ｖｃと受信信号Ｓinとの出力波形例を示す説明図である。
【図２５】ミリ波伝送システム５０における注入同期制御例を示すフローチャートである。
【図２６】第６の実施形態としての無線受信装置６００の構成例を示すブロック図である。
【図２７】無線受信部８０１における位相差Δφの分布例を示すブロック図である。
【図２８】無線受信装置６００における注入同期後のＶＣＯ部６０４の制御例を示すフローチャートである。
【図２９】無線受信装置６００における注入同期後の第１の変形例としてのＶＣＯ部６０４の制御例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る無線送信装置、無線受信装置、無線通信システム及び無線通信方法について説明する。  
１．各実施形態（無線通信システムの全体構成例）  
２．第１の実施形態（無線送信装置の構成例及びその電力制御例）  
３．第２の実施形態（第１の無線受信装置の構成例及びその注入同期制御例）  
４．第３の実施形態（第１のミリ波伝送システムの構成例：無線通信方法）  
５．第４の実施形態（第２の無線受信装置の構成例及びその注入同期制御例）  
６．第５の実施形態（第２のミリ波伝送システムの構成例：無線通信方法）  
７．第６の実施形態（第３の無線受信装置の構成例及びその注入同期後の制御例）
【００４１】
＜各実施形態＞  
［無線通信システムの全体構成例］  
図１に示す無線通信システム１は、装置２に内装された筐体３の内部に無線通信装置１００及び無線受信装置２００が配置されて無線通信がなされる。装置２には、ハードディスクレコーダ等のデータ記録再生装置、地上波テレビ受像装置、ビデオカメラ、ディジタルカメラ等の撮像装置、携帯電話装置、ゲーム装置、コンピュータ、通信装置等の電子機器が含まれる。筐体３には、樹脂製、金属製及び木製の筐体や、これらの基板、棒体、筒体等が含まれる。また、筐体３は１個の独立体に限られることはなく、第１の筐体と第２の筐体がヒンジ構造や、スライド構造等により係合自在に組み合わされたものであってもよい。例えば、筐体３は折り畳み式や、スライド式等の携帯電話機のような場合である。
【００４２】
無線送信装置１００は、映画映像や、コンピュータ画像等を搬送する搬送周波数が３０ＧＨｚ乃至３００ＧＨｚのミリ波帯の信号を高速に伝送する無線通信システム１に適用可能なものである。この例で、無線送信装置１００は、アンテナ部材１１７の他に局部発振周波数の信号を発振する発振器１０７を有してディジタル信号を変調し、変調後のディジタル信号を当該アンテナ部材１１７を介して受信側に送信する。
【００４３】
無線受信装置２００は、送信側から送られてくる、搬送周波数が３０ＧＨｚ乃至３００ＧＨｚのミリ波帯の映画映像や、コンピュータ画像等の信号を高速に受信するものである。この例で、無線受信装置２００は、アンテナ部材２１７の他に自走発振周波数の信号を発振する発振器２０４を有して無線送信装置１００から変調信号を受信し、変調信号からディジタル信号を復調する。
【００４４】
無線通信システム１では、無線送信装置１００が注入同期制御期間に、送信側の局部発振周波数の信号を受信側の発振器２０４に注入する。注入同期制御期間とは、装置１の筺体内に設けられた送信側の局部発振周波数の信号と当該筺体内の受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように注入同期をとる期間をいう。注入同期とは、発振器２０４等に発振周波数近傍の周波数の信号を注入すると、当該発振器２０４の自走発振周波数が注入した信号の周波数に引き込まれるという現象をいう。
【００４５】
無線受信装置２００は、無線送信装置１００から注入された送信側の局部発振周波数の信号と受信側の自走発振周波数の信号とを一致させるように当該信号の自走発振周波数を調整して注入同期をとる。注入同期制御期間後に無線送信装置１００が無線受信装置２００へディジタル信号を伝送するようになる。
【００４６】
＜第１の実施形態＞  
［無線送信装置の構成例］  
図２に示す無線送信装置１００は、送信処理部１０１と無線送信部１０４とを有して構成される。送信処理部１０１は送信ベースバンド処理部１０２、ディジタル・アナログコンバータ（Digital Analog Converter；以下ＤＡＣ部１０３という）、ＤＡＣ部１０８、送信側制御部１０９、入力端子１１１及び出力端子１１２，１１３，１１８から構成される。送信処理部１０１は、ディジタル信号Ｄinを処理して無線送信部１０４へ送信ベースバンド信号Ｓoutを出力する。
【００４７】
入力端子１１１にはデータ処理部の一例を構成する送信ベースバンド処理部１０２が接続され、上位のディジタルデータ処理部からディジタル信号Ｄinが入力される。送信ベースバンド処理部１０２は、ディジタル信号Ｄinを処理し、出力端子１１２を介して無線送信部１０４へ送信ベースバンド信号Ｓoutを出力する。
【００４８】
送信ベースバンド処理部１０２には、送信制御部１０９が接続される。送信制御部１０９は送信ベースバンド処理部１０２から制御データＤ１９を入力し、制御データＤ１９に基づいてディジタルの発振制御データＤｃを生成する。生成後の発振制御データＤｃはＤＡＣ部１０３へ出力される。ＤＡＣ部１０３は出力端子１１３に接続される。ＤＡＣ部１０３はディジタル・アナログ変換器の一例を構成し、送信制御部１０９から出力される発振制御データＤｃをアナログの発振制御電圧Ｖｃに変換し、出力端子１１３を介して無線送信部１０４に出力する。
【００４９】
送信制御部１０９にはＤＡＣ部１０３の他にＤＡＣ部１０８が接続される。ＤＡＣ部１０８は出力端子１１８に接続される。ＤＡＣ部１０８はディジタル・アナログ変換器の一例を構成し、送信制御部１０９から出力されるゲイン制御データＤｇをアナログのゲイン制御電圧Ｖｇに変換し、出力端子１１８を介して無線送信部１０４に出力する。このように送信処理部１０１を構成すると、ＤＡＣ部１０３から無線送信部１０４へＤ／Ａ変換後の発振制御電圧Ｖｃや、ＤＡＣ部１０８から無線送信部１０４へＤ／Ａ変換後のゲイン制御電圧Ｖｇを出力することができる。ゲイン制御電圧Ｖｇは、送信電力の制御に使用される。
【００５０】
上述の送信ベースバンド処理部１０２には出力端子１１２を介して無線送信部１０４が接続される。無線送信部１０４は、アップコンバート回路（以下ＵＰＭＩＸ部１０５という）、電力増幅器（Power Amp：以下ＡＭＰ部１０６という）、電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator：以下ＶＣＯ部１０７という）を有して構成される。無線送信部１０４は、当該ＶＣＯ部１０７によって発振された局部発振信号Ｓｆに基づいて変調信号Ｓ（ミリ波の信号）を受信側に送信する。
【００５１】
無線送信部１０４は、これらの構成要素の他に入力端子１１４，１１５，１１９及び出力端子１１６を有している。上述の送信処理部１０１の出力端子１１３は、無線送信部１０４の入力端子１１５に接続される。入力端子１１５には、発振器の一例を構成するＶＣＯ部１０７が接続される。ＶＣＯ部１０７は、ＤＡＣ部１０３から入力した発振制御電圧Ｖｃに基づいて局部発振周波数ｆtxの信号（以下、局部発振信号Ｓｆという）を発振する。
【００５２】
送信処理部１０１の出力端子１１８は、無線送信部１０４の入力端子１１９に接続される。入力端子１１９には、ＡＭＰ部１０６が接続される。ＡＭＰ部１０６は、ＤＡＣ部１０８から入力したゲイン制御電圧Ｖｇに基づいてＡＭＰ部１０６のゲイン（増幅度）を調整するようになされる。無線送信部１０４による送信電力を増加する場合はＡＭＰ部１０６のゲインを高めるようなゲイン制御電圧Ｖｇが供給される。反対に無線送信部１０４による送信電力を低減する場合はＡＭＰ部１０６のゲインを低くするようなゲイン制御電圧Ｖｇが供給される。
【００５３】
上述の送信処理部１０１は、当該ＶＣＯ部１０７によって発振される局部発振信号Ｓｆの局部発振周波数ｆtxを発振制御電圧Ｖｃに基づいて制御するようになる。この制御によって、注入同期制御期間（以下でトレーニング期間という）に、送信側の局部発振信号Ｓｆを無線受信装置２００に注入するための安定した送信側の局部発振信号Ｓｆを発振させることができる。
【００５４】
上述の送信処理部１０１の出力端子１１２は、無線送信部１０４の入力端子１１４に接続される。入力端子１１４には変調部の一例を構成するＵＰＭＩＸ部１０５が接続される。ＵＰＭＩＸ部１０５はＶＣＯ部１０７によって発振された局部発振信号Ｓｆに基づいて送信信号Ｓoutに振幅変調等を施して変調信号Ｓを出力する。
【００５５】
ＵＰＭＩＸ部１０５には増幅器の一例を構成するＡＭＰ部１０６が接続される。ＡＭＰ部１０６には出力端子１１６が接続される。出力端子１１６には図１に示したアンテナ部材１１７が接続される。ＡＭＰ部１０６は、ＵＰＭＩＸ部１０５から出力される変調信号Ｓを増幅して、出力端子１１６を介して図１に示したアンテナ部材１１７に変調信号Ｓを出力する。変調信号Ｓは電磁波となって受信側へ輻射される。
【００５６】
この例で、無線送信装置１００は、トレーニング期間に、無線送信部１０４が受信側の発振器（ＶＣＯ）に当該無線送信部１０４の局部発振信号Ｓｆを注入する。受信側では、無線送信部１０４から受信側の発振器（ＶＣＯ）に注入された当該無線送信部１０４の局部発振信号Ｓｆと受信側の局部発振信号Ｓｆとを一致させるように当該局部発振信号Ｓｆの自走発振周波数ｆrxが調整されて注入同期がとられる。無線送信部１０４は、注入同期制御期間後の通信期間に受信側へ変調信号Ｓ（ミリ波の信号）を伝送するようになされる。ここに通信期間とは、送信側から受信側へディジタル信号を伝送する期間をいう。なお、注入同期は通信期間においても継続されている。
【００５７】
続いて、送信処理部１０１による注入同期時の無線送信部１０４の電力制御例について説明する。この電力制御例によれば、トレーニング期間に、無線送信装置１００の出力電力を増加し、通信期間には出力電力を通常値に戻す場合を例に挙げる。これを制御条件にして、まず、図３に示すステップＡ１で送信処理部１０１は、電源ＯＮ情報が検出されると、ステップＡ２に移行して、送信処理部１０１は出力電力を増加する。
【００５８】
このとき、送信処理部１０１は、ＤＡＣ部１０３から出力される発振制御電圧ＶｃによってＶＣＯ部１０７を制御し、ＶＣＯ部１０７の局部発振信号Ｓｆに基づいてＵＰＭＩＸ部１０５の出力を制御する。また、無線送信部１０４は、ＤＡＣ部１０８から出力されるゲイン制御電圧ＶｇによってＡＭＰ部１０６のゲインを制御する。ＡＭＰ部１０６は、ＵＰＭＩＸ部１０５の出力を増幅して送信電力を調整する。
【００５９】
そして、ステップＡ３で送信処理部１０１は注入同期がとられた（インジェクションロックされた）か否かを判別して制御を分岐する。この際の判別は、例えば、無線受信装置２００から無線送信装置１００へ同期完了信号が返信され、同期完了信号を受信した無線送信装置１００が注入同期がとられたか否かを判断する。注入同期がとられていない場合、すなわち、無線受信装置２００から無線送信装置１００へ同期完了信号が返信されてこない場合は、ステップＡ２に戻って送信処理部１０１は出力電力の増加制御を継続する。例えば、送信処理部１０１は、ＤＡＣ部１０８を介してＡＭＰ部１０６にゲイン制御電圧Ｖｇを出力し、ＡＭＰ部１０６の増幅度を通常の設定値から徐々に増加する。
【００６０】
注入同期がとれた場合は、ステップＡ４に移行して送信処理部１０１は出力電力を通常値に戻す。例えば、注入同期制御期間後、送信処理部１０１は、ＡＭＰ部１０６の増幅度を下げて出力を通常の設定値に戻すようになされる。このようにＡＭＰ部１０６を制御すると、トレーニング期間中の電力消費に比べて通信期間中の電力処理を抑えることができる。
【００６１】
このように第１の実施形態に係る無線送信装置１００によれば、送信処理部１０１及び無線送信部１０４を備え、無線送信部１０４がトレーニング期間に受信側の発振器２０４（ＶＣＯ）に当該無線送信部１０４の局部発振信号Ｓｆを注入する。無線受信装置２００では、無線送信装置１００から注入された送信側の局部発振周波数ｆtxの局部発振信号Ｓｆと受信側の局部発振信号Ｓｆとを一致させるように当該局部発振信号Ｓｆの自走発振周波数ｆrxが調整されて注入同期がとられる。しかも、トレーニング期間に、受信側の局部発振信号Ｓｆを注入同期させるための、安定した送信側の局部発振信号Ｓｆを無線受信装置２００に注入できるようになる。
【００６２】
従って、無線送信装置１００を外部回路に見立てた注入同期により、送信側の局部発振周波数ｆtxの局部発振信号Ｓｆを受信側のＶＣＯ部１０７（局部発振器）に注入できる。このことで、トレーニング期間に、無線送信装置１００の局部発振信号Ｓｆと無線受信装置の局部発振信号Ｓｆとを同期させることができる。しかも、無線送信部１０４が変調後の変調信号Ｓ（ミリ波の信号）の振幅を発振制御電圧Ｖｃに基づいて制御できるので、注入同期後の通信期間に、受信側へ高速かつ高信頼度のデータを伝送できるようになる。
【００６３】
これにより、製造ばらつきや、温度環境の変化等により受信側の局部発振周波数ｆtxの範囲がばらついている発振器（ＶＣＯ等）を用いた無線信号伝送システムにおいても、注入同期処理を確実に実行できるようになる。しかも、自走発振周波数ロック用のＰＬＬ回路や注入同期用の外部回路等が必要なくなるため、回路規模を小さくすることができ、省電力化に寄与するところが大きい。
【００６４】
＜第２の実施形態＞  
［第１の無線受信装置の構成例］  
図４に示す無線受信装置２００は、図２に示した無線送信装置１００と、１対１で通信可能な装置である。無線受信装置２００は、映画映像や、コンピュータ画像等を搬送する搬送周波数が３０ＧＨｚ乃至３００ＧＨｚのミリ波帯の信号を高速に伝送するミリ波伝送システムに適用可能なものである。
【００６５】
この例で、無線受信装置２００は注入同期処理を実行する。注入同期処理における関係式を（１）式に示す。
【００６６】
【数１】
2011103603.tif 000003
【００６７】
ただし、  
ω0：無線受信装置２００の自走発振周波数ｆrx、  
ωinj：送信信号Ｓoutの周波数、  
Φ：無線受信装置２００の自走発振周波数ｆrxの位相、  
φ：送信信号Ｓoutの位相、  
α：無線受信装置２００の自走発振周波数ｆrxの振幅、  
ρ：送信信号Ｓoutの振幅、及び、  
Ｑ：尖鋭度である。
【００６８】
無線受信装置２００は、無線受信部２０１及び受信処理部２０５を有して構成される。無線受信部２０１は、トレーニング期間に、送信側から注入された局部発振周波数ｆtxの変調信号Ｓに受信側の局部発振信号Ｓｆを一致させるように当該局部発振信号Ｓｆの自走発振周波数ｆrxを調整して注入同期をとる。無線受信部２０１は、注入同期後の通信期間に送信側からデータを受信するようになされる。
【００６９】
無線受信部２０１は、低雑音増幅器（Low Noise Amp：ＬＮＡ部２０２という）、ダウンコンバート回路（以下Ｄｏｗｎ  Ｍｉｘｅｒ：以下ＤＯＷＮＭＩＸ部２０３という）、ＶＣＯ部２０４から構成される。無線受信部２０１は、上述の構成要素の他に入力端子２１１，２１３、出力端子２１２を有している。無線受信部２０１は、送信側から図示しないアンテナ部材を介して変調信号Ｓ（ミリ波の信号に基づく電磁波）を受信し、ＶＣＯ部２０４によって発振された局部発振信号Ｓｆに基づいて受信信号Ｓinを復調する。
【００７０】
入力端子２１１には図示しないアンテナ部材が接続されると共に、ＬＮＡ部２０２が接続される。ＬＮＡ部２０２は、増幅器の一例を構成し、送信側から受信した変調信号Ｓを増幅する。上述の出力端子２１２はＤＯＷＮＭＩＸ部２０３の出力に接続される。
【００７１】
ＬＮＡ部２０２には、ＤＯＷＮＭＩＸ部２０３及びＶＣＯ部２０４が接続される。ＶＣＯ部２０４は、発振制御電圧Ｖｃに基づいて自走発振周波数ｆrxの信号（以下局部発振信号Ｓｆという）を発振する。ＤＯＷＮＭＩＸ部２０３は、復調部の一例を構成し、ＬＮＡ部２０２によって増幅された変調信号Ｓから、受信処理部２０５のＤＡＣ部２０８によって制御されるＶＣＯ部２０４の局部発振信号Ｓｆに基づいて受信信号Ｓinを復調する。
【００７２】
上述の無線受信部２０１の出力端子２１２は受信処理部２０５に接続される。受信処理部２０５は、無線受信部２０１から出力される受信信号Ｓinをディジタル処理してディジタル信号Ｄoutを出力する。受信処理部２０５は、コンパレート部２０６（comparator）、受信ベースバンド処理部２０７、ディジタル・アナログ変換器（以下ＤＡＣ部２０８という）及び受信側制御部２１９を有して構成される。受信処理部２０５は、上述の構成要素の他に入力端子２１４、出力端子２１５，２１６を有している。上述の出力端子２１２は、受信処理部２０５の入力端子２１４に接続される。
【００７３】
この例で、入力端子２１４には、検出部の一例を構成するコンパレート部２０６が接続される。コンパレート部２０６は、受信信号Ｓinを二値化した受信信号（以下で、二値受信信号Ｓin’という）を出力する。この二値受信信号Ｓin’のエッジの数（以下エッジ数という）を毎秒当たり検出すると、ＤＯＷＮＭＩＸ部２０３から出力される受信信号Ｓinの周波数を測定できるようになる。二値受信信号Ｓin’には、送信側の局部発振周波数ｆtxと受信側の自走発振周波数ｆrxとの周波数差ｆεが含まれる。周波数差ｆεは（ｆtx−ｆrx）である。コンパレート部２０６には１ビット・アナログ・ディジタル変換器が使用される。周波数差ｆεを含む二値受信信号Ｓin’は受信ベースバンド処理部２０７に出力される。
【００７４】
コンパレート部２０６には、データ処理部の一例を構成する受信ベースバンド処理部２０７が接続される。受信ベースバンド処理部２０７は、トレーニング期間に、コンパレート部２０６から出力される二値受信信号Ｓin’をディジタル処理してディジタルの周波数差データＤ２８を出力する。周波数差データＤ２８は、受信ベースバンド処理部２０７がカウントした二値受信信号Ｓin’のエッジ数である。受信ベースバンド処理部２０７は、通信期間に、二値受信信号Ｓin’をディジタル処理してディジタル信号Ｄoutを復調し、当該ディジタル信号Ｄoutを出力端子２１６を介して上位のディジタル処理部へ出力する。
【００７５】
受信ベースバンド処理部２０７には受信側制御部２１９が接続される。受信側制御部２１９は、周波数差データＤ２８からディジタルの発振制御データＤｃを生成する。受信側制御部２１９には、ＤＡＣ部２０８が接続される。ＤＡＣ部２０８は、受信側制御部２１９から出力される発振制御データＤｃをアナログの発振制御電圧Ｖｃに変換する。上述の受信処理部２０５の出力端子２１５は、無線受信部２０１の入力端子２１３に接続される。発振制御電圧Ｖｃは、出力端子２１５及び入力端子２１３を介してＶＣＯ部２０４に出力（帰還）される。
【００７６】
この例で、受信処理部２０５は、ＤＡＣ部２０８から出力される発振制御電圧Ｖｃに基づいてＶＣＯ部２０４の出力を制御する。受信処理部２０５は、例えば、まず、トレーニング期間に、ＶＣＯ部２０４の発振制御電圧Ｖｃを調整して注入同期をとる。次に、無線送信装置１００から注入された送信側の局部発振信号Ｓｆと受信側の局部発振信号Ｓｆとが一致してほぼ一定の（変化が最も少ない）受信信号Ｓinとなる第１の発振制御電圧Ｖｃ１を検出する。更に発振制御電圧Ｖｃを調整して、受信信号Ｓinが変動し始める際の第２の発振制御電圧Ｖｃ２を検出する。その後、発振制御電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２の平均値（発振制御電圧Ｖｃ）を演算し、注入同期制御期間後、当該演算によって得られた発振制御電圧Ｖｃを固定するようになされる。
【００７７】
このように無線受信部２０１及び受信処理部２０５を構成すると、ＤＡＣ部２０８からＶＣＯ部２０４へ複数段階の発振制御電圧Ｖｃを出力することができ、ＶＣＯ部２０４の出力を発振制御電圧Ｖｃに基づいて制御できるようになる。この結果、トレーニング期間に、当該無線受信装置２００の局部発振信号Ｓｆの自走発振周波数ｆrxを送信側の局部発振信号Ｓｆの局部発振周波数ｆtxに同期させることができるようになる。
【００７８】
また、受信処理部２０５は、ＤＡＣ部２０８から出力される発振制御電圧ＶｃによってＶＣＯ部２０４を制御する。例えば、周波数差ｆεが大きい場合に、ＶＣＯ部２０４の自走発振周波数を低減する。周波数差ｆεが小さい場合は、ＶＣＯ部２０４の自走発振周波数を増加する。このように受信処理部２０５を構成すると、受信信号Ｓinの振幅を発振制御電圧Ｖｃに基づいて制御できるので、トレーニング期間に、送信側の局部発振信号Ｓｆに受信側の局部発振信号Ｓｆを注入同期させることができる。
【００７９】
更に、受信処理部２０５は、ＤＡＣ部２０８から出力される発振制御電圧ＶｃによってＶＣＯ部２０４を制御し、ＶＣＯ部２０４の局部発振信号Ｓｆに基づいてＤＯＷＮＭＩＸ部２０３の出力を制御する。このように受信処理部２０５を構成すると、復調時の受信信号Ｓinの振幅を発振制御電圧Ｖｃに基づいて制御できるので、トレーニング期間に、送信側の局部発振信号Ｓｆに受信側の局部発振信号Ｓｆを再現性良く、注入同期させることができる。なお、受信制御部２１９に接続されたＤＡＣ部２０８の他に、図示しないＤＡＣ部を接続し、当該ＤＡＣ部で上述のＬＮＡ部２０２の出力を制御してもよい。例えば、無線送信装置１００で説明したように、受信制御部２１９から出力されるゲイン制御データをアナログのゲイン制御電圧に変換し、Ｄ／Ａ変換後のゲイン制御電圧をＬＮＡ部２０２に出力することができる。その際のゲイン制御電圧は受信電力の制御に使用される。周波数が高い場合は、ＬＮＡ部２０２の増幅度を増加する。周波数が低い場合は、ＬＮＡ部２０２の増幅度を減少する。これにより、ＶＣＯ部２０４の局部発振信号Ｓｆに基づいてＬＮＡ部２０２の出力を制御できるようになる。
【００８０】
続いて、ＶＣＯ部２０４の内部構成例について説明する。図５に示すＶＣＯ部２０４によれば、インダクタンスＬ、コンデンサＣ及び負荷用の抵抗Ｒｐ、論理反転用の素子（以下インバータ２０９という）、ダイオードＤｂ（バラクタ）及び、スイッチング用の電界効果トランジスタ（単にトランジスタＭ１，Ｍ２という）を有して構成される。ＶＣＯ部２０４は電圧制御発振器から構成され、ダイオードＤｂ、インダクタンスＬ及びコンデンサＣは発振素子を構成する。
【００８１】
ダイオードＤｂ及びコンデンサＣは直列に接続される。ダイオードＤｂとコンデンサＣとの直列接続部にはＤＡＣ部２０８が接続され、出力端子２１５及び入力端子２１３を介してＤＡＣ部２０８から発振制御電圧ＶｃＶｃが供給される。インダクタンスＬと、ダイオードＤｂ及びコンデンサＣの直列回路と、負荷用の抵抗Ｒｐとは並列に接続され、これらの各々の一端が電源線ＶDDに接続される。
【００８２】
これらの各々の他端は、出力端子２１０、トランジスタＭ１，Ｍ２のソース及び、インバータ２０９の入力に接続される。インバータ２０９の出力はトランジスタＭ１のゲートに接続される。トランジスタＭ１及びＭ２のドレインは接地線ＧNDに接続される。トランジスタＭ２のゲートは、ＬＮＡ部２０２に接続され、ＬＮＡ部２０２で増幅された後の変調信号Ｓが供給される。自走発振周波数の発振電圧Ｖoutは出力端子２１０からＤＯＷＮＭＩＸ部２０３へ出力される。ここにインダクタンスをＬとし、コンデンサをＣとし、自走発振周波数をｆとし、共振周波数をω０（＝２πｆ）としたとき、ω０は、（２）式、すなわち、
【００８３】
【数２】
2011103603.tif 000004
となる。
【００８４】
図６Ａ及びＢは、ＶＣＯ部２０４の発振特性例を示す周波数特性図である。図６Ａ及びＢにおいて、横軸は周波数数ωである。縦軸はゲイン（利得：ｄＢ）及び位相角φである。ゲインは、トランジスタＭ１及びインバータ２０９によるフィードバック回路のループゲインである。図６Ａに示す｜Ｈ｜は、ＶＣＯ部２０４の共振（Ｑ値）特性例を示す曲線である。ω０は共振周波数である。図６Ｂに示す∠Ｈは、ＶＣＯ部２０４の位相特性例を示す曲線である。ＶＣＯ部２０４の位相は、その共振点でゼロクロスする。その位相は、共振点を基準にして周波数数ωが低い場合は、＋側に振れており、同様にして周波数数ωが高い場合は−側に振れている。
【００８５】
図中のΔφは、送信側から注入された局部発振周波数ｆtxの変調信号Ｓと、無線受信装置２００の局部発振信号Ｓｆとの間に発生した位相差である。位相差Δφは、ω１の発振周波数で発振している信号をＶＣＯ部２０４に注入し、その信号に同期した場合、図５に示したＶＣＯ部２０４の発振周波数はω０からω１へずれることで発生する。
【００８６】
この例で、送信側から注入された変調信号Ｓ（局部発振信号Ｓｆ）と、無線受信装置２００の局部発振信号Ｓｆの位相差Δφをなくすためには、両者の局部発振周波数ｆtx及び自走発振周波数ｆrxを一致させる必要がある。しかしながら、両者の局部発振周波数ｆtx及び自走発振周波数ｆrxが異なる場合でも、注入同期処理により同期した場合、局部発振周波数ｆtx及び自走発振周波数ｆrxは一致し、周波数差ｆεが見えなくなる。
【００８７】
したがって、局部発振周波数ｆtx及び自走発振周波数ｆrxを観察する方法では、周波数差ｆεが見えなくなっても、送信側から注入された局部発振周波数ｆtxの変調信号Ｓと、無線受信装置２００の局部発振信号Ｓｆとの位相差Δφを最小とするための補正することが困難となる。そこで、以下の原理により位相差Δφを検出し、それを補正する方法について述べる。
【００８８】
［無線受信装置の動作例］
図７に示す無線受信部２０１によれば、入力端子２１１で図１に示したアンテナ部材２１７で受信した変調信号Ｓ（ミリ波の信号）は、ＬＮＡ部２０２で増幅され、ＤＯＷＮＭＩＸ部２０３及びＶＣＯ部２０４に入力される。また、ＶＣＯ部２０４からの出力はＤＯＷＮＭＩＸ部２０３に入力される。
【００８９】
ここで、変調信号Ｓを（３）式、すなわち、
【００９０】
【数３】
2011103603.tif 000005
とする。局部発振信号Ｓｆを（４）式、すなわち、
【００９１】
【数４】
2011103603.tif 000006
とする。
【００９２】
ここで、前項までに述べた注入同期方法を用いることにより、ＤＯＷＮＭＩＸ部２０３に入力された局部発振周波数ｆtxの局部発振信号Ｓｆ及び自走発振周波数ｆrxの局部発振信号Ｓｆが同期し、局部発振周波数ｆtx、自走発振周波数ｆrxが等しくなる。（４）式は、ｆtx＝ｆrx後のＤＯＷＮＭＩＸ部２０３から出力端子２１２へ出力される受信信号Ｓinは、（５）式、すなわち、
【００９３】
【数５】
2011103603.tif 000007
【００９４】
となる。しかしながら、上述したように注入同期処理により局部発振周波数ｆtx及び自走発振周波数ｆrxの局部発振信号Ｓｆに周波数差ｆεがなくなっても、位相差Δφが発生する。（４）式が示すように、同期がとれて、局部発振周波数ｆtx及び自走発振周波数ｆrxが等しくなった場合であっても、位相差Δφが存在する場合には、受信（復調）信号はｘ（ｔ）に定数がかかることになり振幅が小さくなってしまう。
【００９５】
反対に、ＤＯＷＮＭＩＸ部２０３に入力される局部発振周波数ｆtxの変調信号Ｓと、自走発振周波数ｆrxの局部発振信号Ｓｆとの間に位相差Δφが発生していない場合は、無線送信装置１００からの出力振幅が最大になることがわかる。このような出力振幅最大値検出処理は、コンパレート部２０６に代わるアナログ・ディジタル変換器を使用してデータ処理するので、第５及び第６の実施形態で説明する。
【００９６】
続いて、図８を参照して、発振制御電圧Ｖｃと二値受信信号Ｓin’との出力波形例（実験結果）について説明する。図８において、横軸は時間ｔであり、縦軸は、発振制御電圧Ｖｃ及び二値受信信号Ｓin’の各々の振幅（電圧）である。発振制御電圧ＶｃはＶP-Pで２．００Ｖ程度である。受信信号ＳinはＶP-Pで２００ｍＶ程度である。
【００９７】
図８に示す出力波形例によれば、トレーニング期間中に、図２に示した無線送信装置１００から局部発振信号Ｓｆだけを出力し、図４に示した無線受信装置２００のＶＣＯ部２０４の発振制御電圧Ｖｃを変化させた際のコンパレート部２０６からの出力例である。上段の山状の波形線がＶＣＯ部２０４から出力される発振制御電圧Ｖｃである。下段の振動間欠状の波形線がコンパレート部２０６から出力される二値受信信号Ｓin’である。
【００９８】
無線送信装置から局部発振信号Ｓｆだけを出力し、無線受信装置で受信し、ＤＯＷＮＭＩＸした受信信号Ｓinは、（６）式、すなわち、
【００９９】
【数６】
2011103603.tif 000008
【０１００】
に示される。このように無線送信装置１００のＶＣＯ部１０７の局部発振周波数ｆtxと、無線受信装置２００のＶＣＯ部２０４の自走発振周波数ｆrxとの間の周波数差ｆεの信号が現れる。したがって、両方の局部発振周波数ｆtxと自走発振周波数ｆrxが一致した場合は、コンパレート部２０６から一定時間変化しない出力値が得られ、無線送信装置１００と無線受信装置２００の局部発振周波数ｆtx、自走発振周波数ｆrxが同期したことを確認できるようになる。なお、図中の下段の波形線において、振動状の波形が抜けている部分が局部発振周波数ｆtxと自走発振周波数ｆrxとが一致した場合であって、「１」あるいは「０」に固定された値が出力される。
【０１０１】
これらにより、無線受信装置２００の自走発振周波数ｆrxを調整し、ある一定範囲の自走発振周波数ｆrxにすれば、注入同期方法により、無線送信装置１００の局部発振周波数ｆtxと無線受信装置２００の自走発振周波数ｆrxとの同期を取れることがわかる。逆に、無線送信装置１００と無線受信装置２００の局部発振周波数ｆtx、自走発振周波数ｆrxの差が大きい場合には注入同期方法を用いても同期をしないことがわかる。なお、温度環境の変化などにより発振周波数範囲が変化してしまうといった環境下においても注入同期処理により、無線送信装置１００の局部発振信号Ｓｆの局部発振周波数ｆtxと無線受信装置２００の自走発振周波数ｆrxとを高速に同期させることができる。
【０１０２】
また、無線送信装置１００から局部発振信号Ｓｆに信号処理を重畳した同期識別変調信号（以下で同期ワードという）を送信した場合、この同期ワードを受信した無線受信装置２００が注入同期処理する。この注入同期処理によっても、無線送信装置１００の局部発振周波数ｆtxと無線受信装置２００の自走発振周波数ｆrxとが同期することも実験により確認できている。
【０１０３】
［変形例１］
図９を参照して、無線受信装置２００における注入同期制御時の同期ワード検出処理例について説明する。この例では、無線受信装置２００がトレーニング期間に、同期ワード検出処理を実行する。ここに同期ワード検出処理とは、送信側から送られてくる同期ワードを復調して検出する処理をいう。その処理については、無線受信装置２００がＶＣＯ部２０４の自走発振周波数ｆrxを調整して、注入同期制御を実行する場合であって、コンパレート部２０６から出力される二値受信信号Ｓin’を用いる方法について述べる。無線送信装置１００はトレーニング期間に同期をとるために送受信間で認識可能な、例えば、４０ビットの同期ワード（ディジタル信号Ｄin）を局部発振周波数ｆtxの局部発振信号Ｓｆに重畳して変調した送信信号Ｓoutを送信する。
【０１０４】
これを制御条件にして、まず、図９に示すステップＢ１で受信処理部２０５は、電源ＯＮ情報が検出されると、ステップＢ２に移行して、受信処理部２０５は、発振制御電圧Ｖｃ（ＶＣＯ電圧）を調整してスイープ（掃引）処理する。このとき、受信処理部２０５は、自走発振周波数ｆrxを調整しながら、同期ワードを受信する。同期がとれていない状態においては、同期ワードが検出できないので、自走発振周波数ｆrxを調整し続ける。
【０１０５】
そして、ステップＢ３で受信処理部２０５は同期ワード検出処理を実行し、注入同期がとられた（インジェクションロックされた）か否かを判別して制御を分岐する。この際の判別は、例えば、送信側から同期ワードを受信し、その検出可否に基づいて判断する。同期ワードが受信できず、その検出ができず注入同期がとれない場合は、ステップＢ２に戻って受信処理部２０５は、発振制御電圧Ｖｃのスイープ処理を継続する。受信処理部２０５は、４０ビットの同期ワードを確認できると、同期ワード検出信号（図示せず）をアクティブにする。同期ワードが検出され、同期がとれた状態においては、同期ワード検出信号が受信側制御部２１９に出力される。同期ワード検出信号は図１６において同期ワード信号Ｄ２９で示している。
【０１０６】
従って、同期ワード検出信号が受信側制御部２１９に出力され、注入同期がとれた場合は、ステップＢ４に移行して受信処理部２０５は注入同期制御期間後、その時点の自走発振周波数ｆrxで発振制御電圧Ｖｃを固定する。これにより、無線受信装置２００は、同期ワード検出処理に基づく発振制御電圧ＶｃでＶＣＯ部２０４を調整し、送受信間で注入同期をとることが可能となる。
【０１０７】
［変形例２］  
続いて、図１０を参照して、無線受信装置２００における注入同期制御時のビットエラー検出処理について説明する。この例では、無線受信装置２００がトレーニング期間に、ビットエラー検出処理例を実行する。ここにビットエラー検出処理とは、送信側から送られてくるディジタル信号Ｄinを復調してビットエラーレート（Bit Error Rate）を演算し、ビットエラーレートを算出する処理をいう。
【０１０８】
その処理については、無線受信装置２００がＶＣＯ部２０４の自走発振周波数ｆrxを調整して、注入同期制御を実行する場合であって、コンパレート部２０６から出力される二値受信信号Ｓin’を用いる方法について述べる。この例でも、無線送信装置１００はトレーニング期間に同期をとるために、局部発振周波数ｆtxの局部発振信号Ｓｆにディジタル信号Ｄinを重畳して変調した送信信号Ｓoutを受信側に送信する。
【０１０９】
これを制御条件にして、まず、図１０に示すステップＣ１で受信処理部２０５は、電源ＯＮ情報が検出されると、ステップＣ２に移行して、受信処理部２０５は、発振制御電圧Ｖｃ（ＶＣＯ電圧）を調整してスイープ（掃引）処理する。このとき、受信処理部２０５は、自走発振周波数ｆrxを調整しながら、ディジタル信号Ｄinに基づく受信信号Ｓinを受信する。
【０１１０】
そして、ステップＣ３で受信処理部２０５はビットエラー検出処理を実行し、注入同期がとられた（インジェクションロックされた）か否かを判別して制御を分岐する。この際に受信処理部２０５は、例えば、送信側からディジタル信号Ｄinに基づく受信信号Ｓinを受信し、受信信号Ｓinのビットエラーレート（図中、ＢＥＲと記す）を算出し、その大小に応じて注入同期がとられた否かを判別する。
【０１１１】
この例では、ディジタル信号Ｄinに基づく受信信号Ｓinが受信できず、ビットエラーレートが、ある閾値Ｅthより大きく（ＢＥＲ＞Ｅth）なって、注入同期がとれない場合は、ステップＣ２に戻って受信処理部２０５の受信制御部２１９は、発振制御電圧Ｖｃのスイープ処理を継続する。例えば、受信ベースバンド処理部２０７は、ビットエラーレートが、ある閾値Ｅthより小さく（ＢＥＲ≦Ｅth）なって、注入同期がとれると、ビットエラー非検出を示す同期ワード信号Ｄ２９をアクティブにする。
【０１１２】
この例で、ディジタル信号Ｄinに基づく受信信号Ｓinのビットエラーレートが小さく、同期がとれた状態においては、ビットエラー非検出を示す同期ワード信号Ｄ２９が受信ベースバンド処理部２０７から受信側制御部２１９に出力される。受信側制御部２１９は、同期ワード信号Ｄ２９に基づいて発振制御電圧Ｖｃを固定するためのディジタルの発振制御データＤｃをＤＡＣ部２０８に出力する。
【０１１３】
従って、発振制御データＤｃが受信側制御部２１９からＤＡＣ部２０８へ出力され、注入同期がとれた場合は、ステップＣ４に移行して受信処理部２０５は注入同期制御期間後、その時点の自走発振周波数ｆrxで発振制御電圧Ｖｃを固定する。発振制御電圧Ｖｃは、ＤＡＣ部２０８からＶＣＯ部２０４に出力される。
【０１１４】
これにより、無線受信装置２００は、ビットエラー検出処理に基づく発振制御電圧ＶｃでＶＣＯ部２０４の自走発振周波数ｆrxを調整して、送受信間で注入同期をとることが可能となる。なお、ビットエラーレートの算出には、受信側で送信側から送られてくるディジタル信号Ｄinが分かっていなければならない。このため、送信側で、ディジタル信号Ｄinをパケット状態にして誤り検出符号（ＣＲＣ）などを付加し、ビットエラーレートのかわりにパケットエラーレート（Packet Error Rate）を用いて同期状態を確認してもよい。
【０１１５】
［変形例３］
続いて、図１１を参照して、無線受信装置２００における注入同期制御時のディジタル信号Ｄoutの出力値一定検出処理例について説明する。この例では、無線送信装置１００から値が全て「０」又は全て「１」のように一定のディジタル信号Ｄinに基づいた変調信号Ｓを送信した場合であって、無線受信装置２００がディジタル信号Ｄoutの出力値一定検出処理に基づいてＶＣＯ部２０４の自走発振周波数ｆrxを調整して注入同期を制御る場合である。
【０１１６】
一定のディジタル信号Ｄinに基づいた変調信号Ｓを送信した場合は、注入同期により、無線送信装置１００と無線受信装置２００の局部発振周波数ｆtxと、自走発振周波数ｆrxとが一致すると、一定時間変化しないディジタル信号Ｄoutが出力される。したがって、ディジタル信号Ｄoutの出力値が一定となった際の自走発振周波数ｆrxの状態で同期がとれるということがわかる。
【０１１７】
さらに、ディジタル信号Ｄoutの出力値がほぼ一定となる発振制御電圧Ｖｃの出力範囲があり、この出力範囲の中でも、後述する位相差Δφにより、信号品質に違いが発生する。したがって、位相差Δφが既知のものであれば、位相差Δφがなくなる点を選択するとよい。位相差Δφが未知であれば、後述する方法によって位相差Δφがなくなる点をさらに検索するとよい。
【０１１８】
この例では、無線送信装置１００から注入された送信側の局部発振信号Ｓｆと受信側の局部発振信号Ｓｆとが一致してほぼ一定の出力値となる第１の発振制御電圧Ｖｃ１を検出し、ディジタル信号Ｄoutの出力値が変動し始める際の第２の発振制御電圧Ｖｃ２を検出する。そして、発振制御電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２の平均値を演算し、注入同期後、当該演算によって得られた中点の発振制御電圧Ｖｃを出力しそれを固定するようにした。
【０１１９】
これを制御条件にして、まず、図１１に示すステップＥ１で受信処理部２０５は、電源ＯＮ情報が検出されると、ステップＥ２に移行して、受信処理部２０５は、発振制御電圧Ｖｃ（ＶＣＯ電圧）を調整してスイープ（掃引）処理する。このとき、受信処理部２０５は、ＶＣＯ部２０４の発振制御電圧Ｖｃを下限値に設定し、そこから発振制御電圧Ｖｃを上昇させる。
【０１２０】
無線送信装置１００から、値が全て「０」又は全て「１」のように一定のディジタル信号Ｄinに基づいた変調信号Ｓが送信されているので、注入同期がとれる場合には、無線受信装置２００においても、ほぼ一定のディジタル信号Ｄoutが受信できるはずである。受信処理部２０５は、自走発振周波数ｆrxを調整しながら、ディジタル信号Ｄinに基づく受信信号Ｓinを受信する。同期がとれていない状態においては、ディジタル信号Ｄinに基づく受信信号Ｓinが復調できないので、自走発振周波数ｆrxを調整し続ける。
【０１２１】
無線送信装置１００から注入された送信側の局部発振信号Ｓｆと受信側の局部発振信号Ｓｆとが一致すると、ディジタル信号Ｄoutの出力値が全て「０」又は全て「１」のように一定となる。
【０１２２】
そこで、ステップＥ３に移行して、受信処理部２０５はディジタル信号Ｄoutの出力値が一定となる検出処理を実行して、注入同期がとられた（インジェクションロックされた）か否かを判別し、制御を分岐する。この際に受信処理部２０５は、送信側からディジタル信号Ｄinに基づく受信信号Ｓinを受信し、受信信号Ｓinに基づくディジタル信号Ｄoutを出力し、そのディジタル信号Ｄoutの出力値が全て「０」又は全て「１」となる事象に応じて注入同期がとられた否かを判別する。
【０１２３】
ディジタル信号Ｄoutの出力値が全て「０」又は全て「１」となる事象が、ほぼ一定の期間中、検出された場合、ステップＥ４に移行して、受信処理部２０５は、同じ出力値のディジタル信号Ｄoutが続いたので、同期がかかったと判断する。その時点で、ディジタル信号Ｄoutが出力値一定となる発振制御電圧Ｖｃとして第１の発振制御電圧Ｖｃ１を記録する。
【０１２４】
その後、ステップＥ５に移行して、受信処理部２０５は、発振制御電圧Ｖｃをさらに上昇させる。そして、ディジタル信号Ｄoutの出力値が変動し始める発振制御（ＶＣＯ）電圧Ｖｃとして第２の発振制御電圧Ｖ２を記録する。
【０１２５】
そして、ステップＥ６に移行して受信処理部２０５は、発振制御電圧Ｖｃ＝Ｖ１，Ｖ２の平均値（Ｖ１＋Ｖ２）／２を演算し、注入同期制御期間後、当該演算によって得られた発振制御電圧Ｖｃを固定する。発振制御電圧Ｖｃは、ＤＡＣ部２０８からＶＣＯ部２０４に出力される。これにより、無線受信装置２００は、ディジタル信号Ｄoutの出力値一定検出処理に基づく発振制御電圧ＶｃでＶＣＯ部２０４の自走発振周波数ｆrxを調整して、送受信間で注入同期をとることが可能となる。
【０１２６】
次に、図１２を参照して、ディジタル信号Ｄout及び発振制御電圧Ｖｃの出力波形例（実験結果）について説明する。図１２において、横軸は時間ｔであり、縦軸は、ディジタル信号Ｄout及び発振制御電圧Ｖｃの各々の振幅（電圧）である。ディジタル信号ＤoutはＶP-Pで２００ｍＶ程度である。発振制御電圧ＶｃはＶP-Pで２．００Ｖ程度である。
【０１２７】
図１２に示す出力波形例によれば、図２に示した無線送信装置１００から局部発振信号Ｓｆを出力し、図４に示した無線受信装置２００のＶＣＯ部２０４の発振制御電圧Ｖｃを変化させた際の受信処理部２０５から出力される波形例である。波形例は、上段の振動状の波形線がＤＯＷＮＭＩＸ部２０１から出力される受信信号Ｓinをディジタル処理した後のディジタル信号Ｄoutである。下段の鋸歯状の波形線がＶＣＯ部２０４から出力される発振制御電圧Ｖｃである。
【０１２８】
上述の例で、無線送信装置１００の送信処理部１０２から、ディジタル信号Ｄinとして全て「０」もしくは全て「１」の一定値を出力する。受信処理部２０５は、同期がとれていない状態においては、ディジタル信号Ｄinに基づく受信信号Ｓinが復調できないので、自走発振周波数ｆrxを調整し続ける。送信側から注入された局部発振周波数ｆtxの変調信号Ｓと受信側の局部発振信号Ｓｆとが一致すると、ディジタル信号Ｄoutの出力値が全て「０」又は全て「１」のように一定となる。
【０１２９】
そこで、受信処理部２０５はディジタル信号Ｄoutの出力値がほぼ一定となる検出処理を実行する。受信処理部２０５は、時刻ｔ１でＶＣＯ部２０４の発振制御電圧Ｖｃを下限値に設定し、そこから発振制御電圧Ｖｃを上昇させる。無線送信装置１００からは値が全て「０」又は全て「１」のように一定のディジタル信号Ｄinに基づいた変調信号Ｓが送信（出力）されているので、注入同期がとれる場合には、無線受信装置２００においても、ほぼ一定の出力値となるディジタル信号Ｄinが受信できるはずである。
【０１３０】
受信処理部２０５は、自走発振周波数ｆrxを調整しながら、ディジタル信号Ｄinに基づく受信信号Ｓinを受信する。同期がとれていない状態においては、ディジタル信号Ｄinに基づく受信信号Ｓinが復調できないので、自走発振周波数ｆrxを調整し続ける。ディジタル信号Ｄoutの出力値が全て「０」又は全て「１」となる事象が、ほぼ一定の期間（図中時刻ｔ２→ｔ３）中、検出された場合、受信処理部２０５は、同じ出力値のディジタル信号Ｄoutが続いたので、同期がとれたと判断する。その時刻ｔ２で、ディジタル信号Ｄoutが出力値一定となる発振制御電圧Ｖｃとして第１の発振制御電圧Ｖｃ１を記録する。
【０１３１】
更に、受信処理部２０５は、発振制御電圧Ｖｃを上限値に設定し、そこから発振制御電圧Ｖｃを下降させる。そして、ディジタル信号Ｄoutの出力値が一定となる時刻ｔ４の発振制御電圧Ｖｃとして第２の発振制御電圧Ｖｃ２を記録する。その際に、前述と同様にして、受信処理部２０５では、ほぼ一定の期間中、同じ出力値のディジタル信号Ｄoutが続いたときに、同期がとれたと判断し、その時刻ｔ４での発振制御電圧Ｖｃを第２の発振制御電圧Ｖｃ２として記憶する。
【０１３２】
このような制御により、ＶＣＯ部２０４の同期範囲の下限値設定に基づいて発振制御電圧Ｖｃ＝Ｖ１が得られる。この同期範囲の上限値設定に基づいて発振制御電圧Ｖｃ２が得られるので、その平均値を発振制御電圧ＶｃとしてＶＣＯ部２０４に設定し同期をとることができる。
【０１３３】
なお、注入同期における同期範囲は、（７）式、すなわち、
【０１３４】
【数７】
2011103603.tif 000009
より求められる。同期した状態においては、（８）式、すなわち、
【０１３５】
【数８】
2011103603.tif 000010
が成り立つ。
【０１３６】
この実験結果においては、ＶＣＯ部２０４の発振制御電圧Ｖｃの変化量を一定としたが、同じディジタル信号Ｄoutが続く長さによって、発振制御電圧Ｖｃの変化量を変えてもよい。なお、上述の説明においては、第１及び第２の発振制御電圧Ｖ１，Ｖ２の平均値をＶＣＯ部２０４の発振制御電圧Ｖｃとしているが、位相差Δφによっては第１及び第２の発振制御電圧Ｖ１，Ｖ２の平均値が最適な発振制御電圧Ｖｃとならない場合もある。そこで、送受信側の局部発振信号Ｓｆの周波数差（ｆtx−ｆrx）に対応した注入同期を制御する方法が考えられる。
【０１３７】
次に、図１３及び図１４を参照して、送受信側の局部発振信号Ｓｆの周波数差ｆε（大・小）に対応する注入同期制御例について説明する。図１３に示す上段の波形例は、送受信側の局部発振信号Ｓｆの周波数差（ｆtx−ｆrx）が大きい場合であって、ＶＣＯ部２０４の発振制御電圧Ｖｃの出力を調整した（変化させた）ときのコンパレート部２０６から出力される二値受信信号Ｓin’である。同図の下段の波形例は、その際の発振制御電圧Ｖｃを高速フーリエ演算（ＦＦＴ）したものである。図中の楕円部分は、ＦＦＴ後の発振制御電圧Ｖｃの周波数領域を表示した部分である。
【０１３８】
図１４に示す波形例は、送受信側の周波数差（ｆtx−ｆrx）が小さい場合であって、ＶＣＯ部２０４の発振制御電圧Ｖｃの出力を調整したときのコンパレート部２０６から出力される二値受信信号Ｓin’である。同図の下段の波形例は、その際の発振制御電圧Ｖｃを高速フーリエ演算（ＦＦＴ）したものである。図中の楕円部分は、ＦＦＴ後の発振制御電圧Ｖｃの周波数領域を表示した部分である。
【０１３９】
この２つの波形例によれば、図２に示した無線送信装置１００の局部発振周波数ｆtxと、図４に示した無線受信装置２００の自走発振周波数ｆrxの周波数差（ｆtx−ｆrx）が大きい場合である。この場合には、前述の（５）式に示したように、コンパレート部２０６から出力される二値受信信号Ｓin’の周波数が大きくなる。
【０１４０】
これは、図１３に示した発振制御電圧Ｖｃが、図１４に示した発振制御電圧Ｖｃよりも低い場合である。この結果、図１３に示した波形例の方が、図１４に示した波形例よりも、送受信側の周波数差（ｆtx−ｆrx）が大きなる。
【０１４１】
この現象は、図１３に示した実験結果からも明確なように、送信側の局部発振周波数ｆtxと、受信側の自走発振周波数ｆrxの周波数差（ｆtx−ｆrx）が大きい場合である。この現象は、コンパレート部２０６から出力される二値受信信号Ｓin’の周波数が高くなることで確認される。反対に、送信側の局部発振周波数ｆtxと、受信側の自走発振周波数ｆrxの周波数差（ｆtx−ｆrx）が小さいと、コンパレート部２０６から出力される二値受信信号Ｓin’の周波数が低くなることで確認される。
【０１４２】
この例では、コンパレート部２０６から出力される二値受信信号Ｓin’のエッジ数を計測することにより、二値受信信号Ｓin’の周波数を知ることができる。この値から無線送信装置１００の局部発振周波数ｆtxと無線受信装置２００の自走発振周波数ｆrxとの周波数差（ｆtx−ｆrx）を算出することができる。従って、送信側の局部発振周波数ｆtxと、受信側の自走発振周波数ｆrxとの間の周波数差（ｆtx−ｆrx）の値に基づいてＶＣＯ部２０４の発振制御電圧Ｖｃを制御することができる。
【０１４３】
次に、図１５を参照して、受信処理部２０５における二値受信信号Ｓin’のエッジ数に基づく発振制御電圧Ｖｃの制御例について説明をする。この例では、受信処理部２０５で二値受信信号Ｓin’のエッジ数を計測（カウント）し、受信側制御部２１９でエッジ数に基づいてＤＡＣ部２０８を制御し、ＤＡＣ部２０８から出力される発振制御電圧Ｖｃの電圧変化量ΔＶを調整してＶＣＯ部２０４を制御する場合を例に挙げる。例えば、その電圧変化量をΔＶとし、ある一定時間の周波数差をＮi（ｉ＝０，１，２，・・・）としたとき、電圧変化量ΔＶは、（９）式（以下で電圧変化量の式という）、すなわち、
【０１４４】
【数９】
2011103603.tif 000011
【０１４５】
で算出される。ただし、Ｋは係数である。この帰還制御例では、この電圧変化量ΔＶをＶＣＯ部２０４に帰還するようになされる。
【０１４６】
これらを制御条件にして、図１５に示すステップＦ１で受信ベースバンド処理部２０７は、コンパレータ部２０６から出力される二値受信信号Ｓin’のエッジ数を計測（カウント）する。次に、ステップＦ２で、受信側制御部２１９は、上述した電圧変化量ΔＶの式（９）を使用してＶＣＯ部２０４の発振制御電圧Ｖｃを調整する。このとき、受信側制御部２１９は、ＶＣＯ部２０４の発振制御電圧Ｖｃを現在の値からｓｉｇｎ（±符号）ΔＶだけ変化させる。
【０１４７】
更に、ステップＦ３で、受信ベースバンド処理部２０７は、コンパレータ部２０６から出力される二値受信信号Ｓin’のエッジ数を計測（カウント）する。そして、ステップＦ４で受信処理部２０５は、ある一定時間の周波数差Ｎi+1が周波数差Ｎiよりも小さいか否かを判別する。ある一定時間の周波数差Ｎi+1が周波数差Ｎiよりも小さい場合は、ステップＦ５で受信側制御部２１９は、電圧変化量ΔＶの式（９）にＮiとＮi+1を代入して電圧変化量ΔＶを演算した後、次回の演算に備えてＮiにＮi+1を代入する。このときは、周波数差Ｎi+1が小さくなっているので、ＶＣＯ部２０４の発振制御電圧Ｖｃの変化方向と、周波数差Ｎi+1の変化方向とが正しいといえる。したがって、（９）式に示した電圧変化式のｓｉｇｎは変化しない。
【０１４８】
上述のステップＦ４で、周波数差Ｎi+1が周波数差Ｎiよりも大きい場合は、周波数差Ｎi+1が大きくなっているので、ＶＣＯ部２０４の発振制御電圧Ｖｃの変化方向と、周波数差Ｎi+1の変化方向とが逆向きになっているといえる。従って、ステップＦ６に移行して、受信側制御部２１９は、（９）式にＮiとＮi+1を代入して電圧変化量ΔＶを演算した後、次回の演算に備えてＮiにＮi+1を代入する。
【０１４９】
その後、ステップＦ７に移行して、受信側制御部２１９は、上述の電圧変化式のｓｉｇｎを判別する。電圧変化式のｓｉｇｎが、＋符号のときは、ステップＦ８に移行してｓｉｇｎの＋符号を−符号に変換する。そして、ステップＦ２に戻る。ステップＦ７で、ｓｉｇｎが−符号のときは、ステップＦ９に移行してｓｉｇｎを＋符号に変換する。
【０１５０】
その後、ステップＦ２に戻って、受信側制御部２１９は、ＶＣＯ部２０４の発振制御電圧Ｖｃを現在の値からｓｉｇｎΔＶだけ変化させる。以下、上述したステップＦ３〜ステップＦ９の処理を繰り返す。上述の例では、発振制御電圧Ｖｃの電圧変化量ΔＶを決定する関数として（９）式、を使用する例を示したが、当然、この関数に限定されるものではなく、他の変数を用いてもよい。
【０１５１】
このように第２の実施形態に係る無線受信装置２００によれば、無線受信部２０１がトレーニング期間に、まず、送信側からＶＣＯ部２０４へ注入された送信側の局部発振信号Ｓｆに受信側の局部発振信号Ｓｆを一致させるように当該局部発振信号Ｓｆの自走発振周波数ｆrxを調整して注入同期をとる。次に、注入同期制御期間後に送信側からディジタル信号Ｄoutを受信するようになる。
【０１５２】
従って、無線送信装置１００を外部回路に見立てた注入同期により、送信側の局部発振周波数ｆtxの局部発振信号Ｓｆを受信側のＶＣＯ部２０４に注入できる。このことで、トレーニング期間に、当該無線受信装置２００の局部発振信号Ｓｆを無線送信装置１００の局部発振信号Ｓｆに同期させることができる。これにより、製造ばらつきや、温度環境の変化等により局部発振信号Ｓｆの局部発振周波数範囲がばらついているＶＣＯ部２０４を用いた無線信号伝送システムにおいても、注入同期処理を実行できるようになる。しかも、局部発振周波数ロック用のＰＬＬ回路や注入同期用の外部回路等が必要でなくなるため、回路規模を小さくすることができ、省電力化に寄与するところが大きい。
【０１５３】
＜第３の実施形態＞
［ミリ波伝送システム３０］
続いて、図１６を参照して、第３の実施形態としてのミリ波伝送システム３０について説明する。この実施形態では、図２に示した無線送信装置１００と図４に示した無線受信装置２００とが１対１で通信可能なミリ波伝送システム３０を例に挙げている。
【０１５４】
図１６に示すミリ波伝送システム３０は無線通信システムの一例を構成し、図１に示した無線送信装置１００と図４に示した無線受信装置２００とが１対１で通信をするようになされる。無線送信装置１００は、局部発振信号Ｓｆを発振するＶＣＯ部１０７を有してディジタル信号Ｄinを変調し、送信側に変調信号Ｓを送信する。無線送信装置１００の出力端子１１６にはアンテナ部材１１７が接続される。アンテナ部材１１７には、パッチアンテナの他に、プローブアンテナ（ダイポール等）、ループアンテナ、小型アパーチャ結合素子（スロットアンテナ等）が使用される。
【０１５５】
無線受信装置２００は、局部発振信号Ｓｆを発振するＶＣＯ部２０４を有して送信側から変調信号Ｓを受信しディジタル信号Ｄoutを復調する。無線受信装置２００の入力端子２１１にはアンテナ部材２１７が接続される。アンテナ部材２１７には無線送信装置１００と同様なものが使用される。なお、無線送信装置１００の内部構成例については、図２を参照し、無線受信装置２００の内部構成例については、図４を各々参照されたい。
【０１５６】
送受信側のアンテナ部材１１７，２１７は、電磁波伝送媒体２１内に配置される。電磁波伝送媒体２１には、空気や真空中の他に誘電体伝送路が使用される。誘電体伝送路は、ミリ波の信号に基づく電磁波が伝搬可能な誘電体素材を有して構成される。誘電体素材には、例えば、比誘電率ε１のガラスエポキシ樹脂が使用される。この他にも、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系、エポキシ樹脂系、シリコーン系及びポリイミド系からなる部材が使用される。なお、電磁波伝送媒体２１は図１に示した筐体３の内部を充填するものであってもよい。
【０１５７】
この例のミリ波伝送システム３０では、無線送信装置１００がトレーニング期間に送信側の局部発振信号Ｓｆを受信側のＶＣＯ部２０４に注入する。無線受信装置２００が無線送信装置１００から注入された送信側の局部発振信号Ｓｆと受信側の局部発振信号Ｓｆとを一致させるように当該信号の発振周波数を調整して注入同期をとる。注入同期後の通信期間に、無線送信装置１００が無線受信装置２００へディジタル信号Ｄinを伝送する。
【０１５８】
続いて、図１７〜図２０を参照して、ミリ波伝送システム３０における無線通信方法について説明する。図１７Ａに示す第１の通信例によれば、図１６に示した無線送信装置１００と無線受信装置２００から構成されるミリ波伝送システム３０において、トレーニング期間Ｔ１と、通信期間Ｔ２とが定義される。トレーニング期間Ｔ１は注入同期制御を実行する期間である。通信期間Ｔ２は、注入同期完了後に送受信間でデータを伝送することが可能となる期間である。
【０１５９】
第１の通信例によれば、一度、注入同期制御が実行され、注入同期が完了するとその後は、注入同期制御を実行しないタイプである。これに対して、図１７Ｂに示す第２の通信例によれば、注入同期完了後に、定期的又は不定期に注入同期制御を実行するタイプで、その注入同期が完了する毎に、データを送信側から受信側へ伝送するようになされる。このミリ波伝送システム３０では、第１又は第２の通信例のいずれを使用してもよい。
【０１６０】
ここで図１８及び図１９を参照して、ミリ波伝送システム３０における注入同期制御例について、双方向及び片方向通信例に分けて説明する。
【０１６１】
［双方向通信例］  
図１８に示す双方向通信例によれば、ミリ波伝送システム３０において、無線受信装置２００で得た情報に対して無線送信装置１００へ、その応答をフィードバックすることが可能である。もちろん、無線送信装置１００には、図４に示した無線受信部２０１及び受信処理部２０５が備えられる。無線受信装置２００には、図２に示した送信処理部１０１及び無線送信部１０４が備えられる。
【０１６２】
これを前提にして、図１８において、送信側ＴＸ（無線送信装置１００）が通信を開始した時刻ｔ１で、トレーニング期間Ｔ１を設定する。受信側ＲＸ（無線受信装置２００）は、注入同期がとれた時刻ｔ２で、送信側ＴＸに「同期完了」の通知を返信する。送信側ＴＸが「同期確認」をとると共に、時刻ｔ３で通信期間Ｔ２を設定し、データを受信側ＲＸに送信する。この例では、定期的に、受信側ＲＸから送信側ＴＸへ時刻ｔ４，ｔ５で同期がとれていることを通知する。
【０１６３】
なお、受信側ＲＸで同期が外れたことを検出し、時刻ｔ６から一定期間、同期がとれず、送信側ＴＸで同期確認ができなくなると、送信側ＴＸは、時刻ｔ７でトレーニング期間Ｔ１を設定して注入同期制御を実行するようになされる。これにより、注入同期が完了する毎に、ディジタル信号（以下データともいう）を送信側ＴＸから受信側ＲＸへ伝送できるようになる。
【０１６４】
［片方向通信例］  
図１９に示す片方向通信例によれば、ミリ波伝送システム３０において、無線受信装置２００で得た情報に対して無線送信装置１００への応答をフィードバックすることができない。そこで、トレーニング期間Ｔ１と通信期間Ｔ２を定期的に繰り返すようになされる。もちろん、注入同期制御期間後の通信期間Ｔ２にトレーニング期間Ｔ１を設定して注入同期をとるようにしてもよい。
【０１６５】
図１９において、送信側ＴＸ（無線送信装置１００）が通信を開始した時刻τ１で、トレーニング期間Ｔ１を設定する。受信側ＲＸ（無線受信装置２００）で注入同期がとれずに、送信側ＴＸが、時刻τ２で通信期間Ｔ２を設定し、データを受信側ＲＸに送信する。この例では、注入同期がとれないで設定された通信期間Ｔ２による送信側ＴＸから受信側ＲＸへデータは破棄される。
【０１６６】
その後、時刻τ３で、再度、トレーニング期間Ｔ１が設定される。受信側ＲＸ（無線受信装置２００）で注入同期がとれて同期確認がなされた場合であって、送信側ＴＸが、時刻τ４で通信期間Ｔ２を設定し、データを受信側ＲＸに送信する。この例では、注入同期がとれているので、当該通信期間Ｔ２による送信側ＴＸから受信側ＲＸへデータは有効となされる。これにより、注入同期が成功する毎に、データを送信側ＴＸから受信側ＲＸへ伝送できるようになる。
【０１６７】
無線受信装置２００は同期がとれているかどうかを確認することができるので、同期がとれていないときの通信期間Ｔ２のデータは破棄し、同期がとれたことを確認できた後の通信期間Ｔ２のデータを有効とするようにした。なお、図１８、図１９で示したいずれの注入同期制御例においても、トレーニング期間Ｔ１は、図３に示した電力制御例のように無線送信装置１００の出力電力を増加させ、通信期間Ｔ２には出力電力を通常値に戻すといった制御を実行するとよい。
【０１６８】
［無線通信方法］  
続いて、図２０を参照して、本発明に係る無線通信方法について説明する。この例では、図１６に示した無線送信装置１００と無線受信装置２００とが１対１で通信可能なミリ波伝送システム３０を例に挙げている。
【０１６９】
この例では、図２０に示すステップＧ１で無線送信装置１００が通信開始のコマンドを待機する。通信開始コマンドは、例えば、ユーザツールから上位のディジタル処理部を介して送信処理部１０１へ入力される。無線送信装置１００が通信開始コマンドを入力すると、ステップＧ２で無線送信装置１００がトレーニング期間Ｔ１を設定する（図１７〜図１９参照）。その後、ステップＧ３で無線送信装置１００がトレーニング期間Ｔ１に送信側ＴＸの局部発振信号Ｓｆを受信側ＲＸのＶＣＯ部２０４に注入する（図２，図３参照）。
【０１７０】
そして、ステップＧ４で、無線受信装置２００が、注入された送信側ＴＸの局部発振信号Ｓｆと受信側ＲＸの局部発振信号Ｓｆとを一致させるように当該局部発振信号Ｓｆの自走発振周波数ｆrxを調整して注入同期をとる。例えば、無線受信装置２００は、まず、トレーニング期間Ｔ１に、無線送信装置１００から注入された送信側ＴＸの局部発振信号Ｓｆと受信側ＲＸの局部発振信号Ｓｆの周波数差ｆεを検出する。次に、この周波数差ｆεが小さくなる方向にＶＣＯ部３０４の発振制御電圧Ｖｃを調整して注入同期をとる（図４〜図１４参照）。
【０１７１】
その後、ステップＧ５で、無線送信装置１００が注入同期制御期間後に通信期間Ｔ２を設定し、その通信期間Ｔ２に無線受信装置２００へディジタル信号Ｄinを伝送する。これにより、注入同期が完了する毎又は注入同期が成功する毎に、ディジタル信号Ｄinを送信側ＴＸから受信側ＲＸへ伝送できるようになる。
【０１７２】
このように、第３の実施形態に係るミリ波伝送システム３０によれば、本発明に係る無線送信装置１００及び無線受信装置２００を備える。このことで、無線送信装置１００を外部回路に見立てた注入同期により、送信側の局部発振周波数ｆtxの局部発振信号Ｓｆを受信側のＶＣＯ部２０４に注入できるようになる。ミリ波伝送システム３０では、トレーニング期間Ｔ１に、無線送信装置１００の局部発振信号Ｓｆと無線受信装置２００の局部発振信号Ｓｆとを同期させることができる。しかも、製造ばらつきや、温度環境の変化等により局部発振信号Ｓｆの局部発振周波数範囲がばらついているＶＣＯ部２０４を用いたミリ波伝送システム３０においても、注入同期処理を実行できるようになる。
【０１７３】
なお、無線受信装置２００とは別にモニタ専用の無線受信装置を配置し、その無線受信装置で注入同期処理の状態を専門にモニタするようにしてもよい。その際に、無線受信装置２００の無線受信部２０１や、受信処理部２０５等から得られる情報、又は、モニタ専用の無線受信装置から得られる情報に基づいて、受信処理部２０５の受信ベースバンド処理部２０７が注入同期処理の状態を判断する。受信処理部２０５は、無線送信装置１００の無線送信部１０４又はその無線受信部２０１を制御し、無線送信装置１００の局部発振周波数ｆtxと無線受信装置２００の自走発振周波数ｆrxとが同期するようになされる。
【０１７４】
＜第４の実施形態＞  
続いて、図２１及び図２２を参照して、第４の実施形態としての無線受信装置３００の構成例について説明する。この実施形態では、図４に示した無線受信装置２００のコンパレート部２０６がアナログ・ディジタル変換器（Analog Digital Converter：以下ＡＤＣ部３０６という）に置き換わっている。無線受信装置３００では、ＡＤＣ部３０６からの出力が受信ベースバンド処理部３０７で処理され、受信信号Ｓinの直流成分が最大となったときの無線受信部３０１の局部発振周波数ｆtxに、ＶＣＯ部３０４の自走発振周波数ｆrxを固定するようになされる。
【０１７５】
図２１に示す無線受信装置３００は、無線受信部３０１及び受信処理部３０５を有して構成される。無線受信部３０１は、トレーニング期間Ｔ１に、まず、送信側から注入された局部発振周波数ｆtxの変調信号Ｓに受信側の局部発振信号Ｓｆを一致させるように当該局部発振信号Ｓｆの自走発振周波数ｆrxを調整して注入同期をとる。次に、注入同期後の通信期間に送信側からディジタル信号Ｄinを受信するようになされる。
【０１７６】
無線受信部３０１は、ＬＮＡ部３０２、ＤＯＷＮＭＩＸ部３０３、ＶＣＯ部３０４から構成される。無線受信部３０１は、上述の構成要素の他に入力端子３１１，３１３、出力端子３１２を有している。無線受信部３０１は、送信側から図示しないアンテナ部材を介して変調信号Ｓ（ミリ波の信号に基づく電磁波）を受信し、ＶＣＯ部３０４によって発振された局部発振信号Ｓｆに基づいて受信信号Ｓinを復調する。
【０１７７】
入力端子３１１には図示しないアンテナ部材が接続されると共に、ＬＮＡ部３０２が接続される。ＬＮＡ部３０２は、送信側から受信した変調信号Ｓを増幅する。ＬＮＡ部３０２には、ＤＯＷＮＭＩＸ部３０３及びＶＣＯ部３０４が接続される。ＶＣＯ部３０４は、発振制御電圧Ｖｃに基づいて自走発振周波数ｆrxの局部発振信号Ｓｆを発振する。ＤＯＷＮＭＩＸ部３０３は、ＬＮＡ部３０２によって増幅された変調信号Ｓから、受信処理部３０５のＤＡＣ部３０８によって制御されるＶＣＯ部３０４の局部発振信号Ｓｆに基づいて受信信号Ｓinを復調する。
【０１７８】
上述の無線受信部３０１の出力端子３１２は受信処理部３０５に接続される。受信処理部３０５は、無線受信部３０１から出力される受信信号Ｓinをディジタル処理してディジタル信号Ｄoutを出力する。受信処理部３０５は、ＡＤＣ部３０６、受信ベースバンド処理部３０７、ＤＡＣ部３０８及び受信側制御部３１９を有して構成される。受信処理部３０５は、上述の構成要素の他に入力端子３１４、出力端子３１５，３１６を有している。上述の出力端子３１２は、受信処理部３０５の入力端子３１４に接続される。
【０１７９】
入力端子３１４には、ＡＤＣ部３０６が接続される。ＡＤＣ部３０６は、無線受信部３０１から出力される受信信号Ｓinをアナログ・ディジタル変換してディジタル信号Ｄinを出力する。ＡＤＣ部３０６には多ビット・アナログ・ディジタル変換器が使用される。
【０１８０】
ＡＤＣ部３０６には、受信ベースバンド処理部３０７が接続される。受信ベースバンド処理部３０７は、トレーニング期間Ｔ１に、ＡＤＣ部３０６から出力されるディジタル信号Ｄinをディジタル処理して受信信号Ｓinの直流成分データＤ３９を出力する。受信ベースバンド処理部３０７は、通信期間Ｔ２に、受信信号Ｓinをディジタル処理してディジタル信号Ｄoutを復調し、当該ディジタル信号Ｄoutを出力端子３１６を介して上位のディジタル処理部へ出力する。受信ベースバンド処理部３０７には受信側制御部３１９が接続される。受信側制御部３１９は、直流成分データＤ３９からディジタルの発振制御データＤｃを生成する。
【０１８１】
受信側制御部３１９には、ＤＡＣ部３０８が接続される。ＤＡＣ部３０８は、受信側制御部３１９から出力される発振制御データＤｃをアナログの発振制御電圧Ｖｃに変換する。上述の受信処理部３０５の出力端子３１５は、無線受信部３０１の入力端子３１３に接続される。発振制御電圧Ｖｃは、出力端子３１５及び入力端子３１３を介してＶＣＯ部３０４に出力（帰還）される。
【０１８２】
この例で、受信処理部３０５は、ＤＡＣ部３０８から出力される発振制御電圧Ｖｃに基づいてＶＣＯ部３０４の出力を制御する。例えば、受信処理部３０５は、トレーニング期間Ｔ１に、直流成分最大値検出処理を実行し、当該処理に基づきＶＣＯ部３０４の発振制御電圧Ｖｃを調整して注入同期をとり、注入同期後、発振制御電圧Ｖｃを固定する。ここに直流成分最大値検出処理とは、受信信号Ｓinの直流成分最大値を検出する処理をいう。
【０１８３】
このように無線受信部３０１及び受信処理部３０５を構成すると、ＤＡＣ部３０８からＶＣＯ部３０４へ複数段階の発振制御電圧Ｖｃを出力することができ、ＶＣＯ部３０４の出力を発振制御電圧Ｖｃに基づいて制御できるようになる。この結果、トレーニング期間Ｔ１に、当該無線受信装置３００の局部発振信号Ｓｆの自走発振周波数ｆrxを送信側の局部発振信号Ｓｆの局部発振周波数ｆtxに注入同期できるようになる。
【０１８４】
続いて、図２２を参照して、無線受信装置３００における注入同期制御例について説明する。この例では、無線受信装置３００がトレーニング期間Ｔ１に、受信信号Ｓinの直流成分の最大値検出処理を実行する。ここに直流成分の最大値検出処理とは、無線受信部３０１から出力される受信信号Ｓinに基づく直流成分データＤ３９の値が最大となる最大値を検出する処理をいう。
【０１８５】
最大値検出処理では、無線受信部３０１から出力される受信信号ＳinがＡＤＣ部３０６でアナログ・ディジタル変換され、当該ＡＤＣ部３０６から出力されるディジタル信号Ｄinをディジタル処理した直流成分データＤ３９に基づいてＶＣＯ部３０４を制御する場合を前提とする。注入同期制御では、無線受信部３０１のＶＣＯ部３０４の自走発振周波数ｆrxを調整して位相差Δφが最小となる方向に制御するようになされる。
【０１８６】
これを制御条件にして、まず、図２２に示すステップＨ１で受信処理部３０５は、電源ＯＮ情報が検出されると、ステップＨ２に移行して、受信処理部３０５は、発振制御電圧Ｖｃ（ＶＣＯ電圧）を調整してスイープ（掃引）処理する。このとき、受信処理部３０５は、自走発振周波数ｆrxを調整しながら、受信信号Ｓinを受信する。同期がとれていない状態においては、位相差Δφが大きく、受信信号Ｓinの直流成分が検出できないので、自走発振周波数ｆrxを調整し続ける。
【０１８７】
そして、ステップＨ３で受信処理部３０５は直流成分データＤ３９の最大値検出処理を実行し、注入同期がとられた（インジェクションロックされた）か否かを判別して制御を分岐する。この際の判別は、例えば、直流成分データＤ３９の最大値が、あらかじめ定めた一定値を上回っているかに基づいて判断する。
【０１８８】
受信信号Ｓinが受信できず、その検出ができず、注入同期がとれない場合は、ステップＨ２に戻って受信処理部３０５は、発振制御電圧Ｖｃのスイープ処理を継続する。受信処理部３０５は、直流成分データＤ３９の最大値が確認できると、最大値が確認できたときの発振制御データＤｃをメモリに記憶する。
【０１８９】
直流成分データＤ３９の最大値が検出され、注入同期がとれた場合は、ステップＨ４に移行して受信処理部３０５は記憶しておいた直流成分データＤ３９の最大値が検出されたときの発振制御データＤｃをＤＡＣ部３０８に出力し、直流成分の最大値が検出された時点の自走発振周波数ｆrxとなるよう発振制御電圧Ｖｃを固定する。これにより、無線受信装置３００は、直流成分最大値検出処理に基づく発振制御電圧ＶｃでＶＣＯ部３０４を調整し、送受信間で注入同期をとることが可能となる。
【０１９０】
このように第４の実施形態としての無線受信装置３００によれば、受信処理部３０５にＡＤＣ部３０６が備えられ、受信処理部３０５では、ＡＤＣ部３０６から出力されるディジタル信号Ｄinが受信ベースバンド処理部３０７で処理される。そして、ディジタル信号Ｄinに基づく直流成分データＤ３９の値が最大となったときの無線受信部３０１の局部発振周波数ｆrxに、ＶＣＯ部３０４の自走発振周波数ｆrxを固定するようになされる。
【０１９１】
従って、無線送信装置１００を外部回路に見立てた注入同期により、送信側の局部発振周波数ｆtxの局部発振信号Ｓｆを受信側のＶＣＯ部２０４に注入できるようになる。このことで、トレーニング期間Ｔ１に、当該無線受信装置３００の局部発振信号Ｓｆを無線送信装置１００の局部発振信号Ｓｆに同期させることができる。これにより、製造ばらつきや、温度環境の変化等により局部発振信号Ｓｆの局部発振周波数範囲がばらついているＶＣＯ部３０４を用いた無線信号伝送システムにおいても、注入同期処理を実行できるようになる。しかも、自走発振周波数ロック用のＰＬＬ回路や注入同期用の外部回路等が必要でなくなるため、回路規模を小さくすることができ、省電力化に寄与するところが大きい。
【０１９２】
＜第５の実施形態＞  
続いて、図２３を参照して、第５の実施形態としてのミリ波伝送システム５０の構成例について説明する。この実施形態では、図２に示した無線送信装置１００と図２１に示した無線受信装置３００とが１対１で通信可能なミリ波伝送システム５０を構成する例に挙げている。
【０１９３】
図２３に示すミリ波伝送システム５０は、無線通信システムの他の一例を構成し、図２に示した無線送信装置１００と図２１に示した無線受信装置３００とが１対１で通信するようになされる。無線送信装置１００は、局部発振信号Ｓｆを発振するＶＣＯ部１０７を有してディジタル信号Ｄinを変調し、受信側に変調信号Ｓを送信する。
【０１９４】
注入同期時には、例えば、局部発振周波数ｆtxの局部発振信号Ｓｆを無変調のまま変調信号Ｓとして受信側に送信する。無線送信装置１００の出力端子１１６にはアンテナ部材１１７が接続される。アンテナ部材１１７には、第３の実施形態と同様にして、パッチアンテナの他に、プローブアンテナ（ダイポール等）、ループアンテナ、小型アパーチャ結合素子（スロットアンテナ等）が使用される。
【０１９５】
無線受信装置３００は、局部発振信号Ｓｆを発振するＶＣＯ部３０４を有して送信側から変調信号Ｓを受信しディジタル信号Ｄoutを復調する。無線受信装置３００の入力端子３１１にはアンテナ部材２１７が接続される。アンテナ部材２１７には無線送信装置１００と同様なものが使用される。なお、無線送信装置１００の内部構成例については、図２を参照し、無線受信装置３００の内部構成例については、図２１を各々参照されたい。
【０１９６】
送受信側のアンテナ部材１１７，２１７は、第３の実施形態と同様にして、電磁波伝送媒体２１内に配置される。電磁波伝送媒体２１には、第３の実施形態と同様にして、空気や真空中の他に誘電体伝送路が使用される。誘電体伝送路は、ミリ波の信号に基づく電磁波が伝搬可能な誘電体素材を有して構成される。誘電体素材には、例えば、比誘電率ε１のガラスエポキシ樹脂が使用される。この他にも、第３の実施形態と同様にして、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系、エポキシ樹脂系、シリコーン系及びポリイミド系からなる部材が使用される。
【０１９７】
この例のミリ波伝送システム５０では、無線送信装置１００がトレーニング期間Ｔ１に送信側の局部発振信号Ｓｆを受信側のＶＣＯ部３０４に注入する。この例では、無線受信装置３００がトレーニング期間Ｔ１に、ＶＣＯ部３０４の発振制御電圧Ｖｃを調整して注入同期をとる。無線送信装置１００から注入された送信側の局部発振信号Ｓｆと受信側の局部発振信号Ｓｆとが一致してほぼ一定の受信信号Ｓinが出力される発振制御電圧Ｖｃの最小値を検出する。
【０１９８】
これと共に、無線受信装置３００は、当該受信信号Ｓinの最大値が出力されるときの発振制御電圧Ｖｃを記録する。注入同期後、先に記録した最大値の受信信号Ｓinが出力される発振制御電圧Ｖｃを固定するようになされる。注入同期後の通信期間Ｔ２には、第３の実施形態と同様にして、無線送信装置１００が無線受信装置３００へディジタル信号Ｄinを伝送する。
【０１９９】
この例で、ＡＤＣ部３０６から出力されるディジタル信号Ｄinに基づいてＶＣＯ部３０４を制御する場合であって、ＤＯＷＮＭＩＸ部３０３に入力される変調信号Ｓと局部発振信号Ｓｆとの間で同期がとれる。そして、送受信側の局部発振周波数ｆtx、自走発振周波数ｆrxが等しくなっても、位相差Δφが存在する場合がある。
【０２００】
ここに、無線受信部３０１に入力される変調信号Ｓ（注入信号）と、ＶＣＯ部３０４の局部発振信号Ｓｆとの間の位相差をΔφとすると、先に説明した（１）、（７）及び（８）式より、（１０）式、すなわち、
【０２０１】
【数１０】
2011103603.tif 000012
が得られる。
【０２０２】
この例においては、変調信号Ｓには、送信側でデータが重畳されることなく、局部発振周波数ｆtxの局部発振信号Ｓｆを無変調のまま変調信号Ｓとして送信されてくるので、位相差Δφがある場合には、（１１）式、すなわち、
【０２０３】
【数１１】
2011103603.tif 000013
が示すように、ほぼ一定となる値がＤＯＷＮＭＩＸ部３０３から出力される。
【０２０４】
また、位相差Δφに応じて、ＡＤＣ部３０６から出力されるディジタル信号Ｄinの出力値が変わる。位相差Δφがない場合は、ディジタル信号Ｄinの最大値が出力されることは先に述べている。したがって、ＡＤＣ部３０６から出力されるディジタル信号Ｄinを受信処理部３０５で処理し、その出力値が最大となったときの発振制御電圧ＶｃでＶＣＯ部３０４の自走発振周波数ｆrxを固定すればよい。
【０２０５】
続いて、図２４を参照して、注入同期の実験に基づく発振制御電圧Ｖｃと受信信号Ｓinとの出力例について説明する。図２４において、横軸は時間ｔであり、縦軸は、発振制御電圧Ｖｃ及び受信信号Ｓinの各々の振幅（電圧）である。発振制御電圧ＶｃはＶP-Pで２．００Ｖ程度である。受信信号ＳinはＶP-Pで２００ｍＶ程度である。
【０２０６】
図２４に示す出力波形例は、図２に示した無線送信装置１００から局部発振信号Ｓｆだけを出力し、図２１に示した無線受信装置３００のＶＣＯ部３０４の発振制御電圧Ｖｃを変化させた際のＤＯＷＮＭＩＸ部３０３から出力される受信信号Ｓinである。上段の振動山状の波形線がＤＯＷＮＭＩＸ部３０３から出力される受信信号Ｓinである。受信信号Ｓinは、ＡＤＣ部３０６でアナログ・ディジタル変換されてディジタル信号Ｄinとなる。下段の山状の波形線がＶＣＯ部３０４から出力される発振制御電圧Ｖｃである。
【０２０７】
注入同期の実験では、ＡＤＣ部３０６から出力されるディジタル信号Ｄinの代わりに、ＤＯＷＮＭＩＸ部３０３から出力されるアナログの受信信号Ｓinを直接オシロスコープにおいて観測した場合である。
【０２０８】
当該実験においては、注入同期がかかる範囲で、ＶＣＯ部３０４の発振制御電圧Ｖｃを変化させている。ＤＯＷＮＭＩＸ部３０３から出力される受信信号Ｓinの出力を観察すると、同期がかかっている状態においても位相差Δφがあるため、受信信号Ｓinの出力値が変化していることがわかる。したがって、先述したように、ＡＤＣ部３０６から出力されるディジタル信号Ｄinの出力値が最大になった時の発振制御電圧ＶｃをＶＣＯ部３０４に固定することにより、位相差Δφを最小とすることができる。
【０２０９】
この例で、ＡＤＣ部３０６から出力されるディジタル信号Ｄinは、上述した（１０）式及び（１１）式に示されるように無線送信装置１００のＶＣＯ部１０７の局部発振周波数ｆtxと、無線受信装置３００のＶＣＯ部３０４の自走発振周波数ｆrxとの間の周波数差ｆεの信号が現れる。したがって、両方の局部発振周波数ｆtxとｆrxが一致した場合は、ＡＤＣ部３０６から一定値が出力され、無線送信装置１００と無線受信装置３００の発振周波数が同期したことを確認できるようになる。
【０２１０】
これにより、温度環境の変化などにより発振周波数範囲が変化してしまうといった環境下においても注入同期処理を実行する。また、無線送信装置１００の局部発振信号Ｓｆの局部発振周波数ｆtxと無線受信装置３００の自走発振周波数ｆrxとを高速に同期させることができる。
【０２１１】
続いて、図２５を参照して、ミリ波伝送システム５０における注入同期制御例について説明する。この例では、無線送信装置１００から局部発振信号Ｓｆを変調せずに受信側に送信した場合であって、無線受信装置３００が、ＡＤＣ部３０６から出力されるディジタル信号Ｄinの出力値一定検出処理に基づいてＶＣＯ部２０４の自走発振周波数ｆrxを調整する。そのときの注入同期制御において、ディジタル信号Ｄinの出力値が一定となった際の自走発振周波数ｆrxの状態で同期をとるようにする。
【０２１２】
これを制御条件にして、まず、図２５に示すステップＪ１で受信処理部３０５は、電源ＯＮ情報が検出されると、ステップＪ２に移行して、受信処理部３０５は、発振制御電圧Ｖｃ（ＶＣＯ電圧）を調整してスイープ（掃引）処理する。このとき、受信処理部３０５は、ＶＣＯ部３０４の発振制御電圧Ｖｃを下限値に設定し、そこから発振制御電圧Ｖｃを上昇させる。
【０２１３】
無線送信装置１００から受信側へ局部発振周波数ｆtxの局部発振信号Ｓｆを無変調のまま振幅がほぼ一定となる値の変調信号Ｓとして送信されるので、注入同期がとれる場合には、無線受信装置３００においても、ほぼ一定のディジタル信号Ｄinが受信できるはずである。受信処理部３０５は、自走発振周波数ｆrxを調整しながら、変調信号Ｓに基づくディジタル信号Ｄinを取得する。同期がとれていない状態においては、受信信号Ｓinは局部発振周波数ｆtxと局部発振信号ｆrxの差の周波数で変動する信号となり、ほぼ一定のディジタル信号Ｄinが取得できないので、自走発振周波数ｆrxを調整し続ける。
【０２１４】
無線送信装置１００から注入された送信側の局部発振信号Ｓｆと受信側の局部発振信号Ｓｆとが一致すると、ディジタル信号Ｄinの出力値の変化が少なくなり、ほぼ一定となる。ステップＪ３では、受信処理部３０５はディジタル信号Ｄinの出力値が一定となる検出処理を実行して、注入同期がとられた（インジェクションロックされた）か否かを判別し、制御を分岐する。この際に、受信処理部３０５は、無線受信部３０１から出力される受信信号ＳinをＡＤＣ部３０６でアナログ・ディジタル変換した後のディジタル信号Ｄinを取得する。受信処理部３０５は、そのディジタル信号Ｄinの一定期間の変化量に応じて注入同期がとられた否かを判別する。
【０２１５】
ディジタル信号Ｄinの変化量が予め定めた値を下回る事象が、ほぼ一定の期間中、検出された場合、ステップＪ４に移行して、受信処理部３０５は、同じ出力値のディジタル信号Ｄinが続いたので、同期がかかったと判断する。その時点で、ディジタル信号Ｄinの出力値がほぼ一定となる発振制御電圧Ｖｃ（ＶＣＯ電圧）として、第１の発振制御電圧Ｖｃ１を記録する。
【０２１６】
その後、ステップＪ５に移行して、受信処理部３０５は、発振制御電圧Ｖｃを第１の発振制御電圧Ｖｃ１の近傍で変化させる。そして、前述と同様にして、受信処理部３０５では、ほぼ一定の期間中、同じ出力値のディジタル信号Ｄinが続いたときに、同期がかかったと判断し、その時点での発振制御電圧Ｖｃで、最大のディジタル信号Ｄinが検出されたときの発振制御電圧Ｖｃを第２の発振制御電圧Ｖｃ２として記憶する。
【０２１７】
そして、ステップＪ６に移行して受信処理部３０５は、発振制御電圧Ｖｃ＝Ｖｃ２となるように発振制御データＤｃを設定し、発振制御電圧Ｖｃを固定する。発振制御電圧Ｖｃは、ＤＡＣ部３０８からＶＣＯ部３０４に出力される。
【０２１８】
この例では、局部発振信号Ｓｆを無変調のまま変調信号Ｓとして受信側に送信した場合、注入同期により、無線送信装置１００の局部発振周波数ｆtxと無線送信装置１００の自走発振周波数ｆrxとが一致すると、ほぼ一定となる値のディジタル信号ＤinがＡＤＣ部３０６から出力される。これにより、無線受信装置３００は、ディジタル信号Ｄinの出力値一定検出処理に基づく発振制御電圧ＶｃでＶＣＯ部３０４の自走発振周波数ｆrxを調整して、送受信間で注入同期をとることが可能となる。
【０２１９】
このように、第５の実施形態としてミリ波伝送システム５０によれば、本発明に係る無線送信装置１００及び無線受信装置３００を備える。受信処理部３０５には、ＡＤＣ部３０６が設けられ、受信処理部３０５では、ＡＤＣ部３０６から出力されるディジタル信号Ｄinが受信ベースバンド処理部３０７で処理される。無線送信装置１００の局部発振周波数ｆtxと無線受信装置３００の自走発振周波数ｆrxとが一致すると、ほぼ一定となる値のディジタル信号ＤinがＡＤＣ部３０６から出力される。
【０２２０】
従って、無線受信装置３００は、ディジタル信号Ｄinの出力値一定検出処理に基づく発振制御電圧ＶｃでＶＣＯ部３０４の自走発振周波数ｆrxを調整して、送受信間で注入同期をとることが可能となる。これにより、無線送信装置１００を外部回路に見立てた注入同期により、送信側の局部発振周波数ｆtxの局部発振信号Ｓｆを受信側のＶＣＯ部２０４に注入できるようになる。このことで、トレーニング期間Ｔ１に、無線送信装置１００の局部発振信号Ｓｆと無線受信装置３００の局部発振信号Ｓｆとを同期させることができる。
【０２２１】
しかも、無線信号伝送システム５０において、ディジタル信号Ｄinのエッジ数に基づいた注入同期処理を実行できる。このことで、無線受信装置３００の無線受信部２０１等の製造ばらつきや、温度環境の変化等により局部発振信号Ｓｆの局部発振周波数範囲がばらついてた場合であっても、忠実にＶＣＯ部３０４を用いた注入同期が実現できる。また、局部発振周波数ロック用のＰＬＬ回路や注入同期用の外部回路等が必要でなくなるため、回路規模を小さくすることができ、省電力化に寄与するところが大きい。
【０２２２】
これまでは、通信開始時における注入同期方法について説明したが、通信中に受信信号Ｓinの周波数と無線受信装置３００等の自走発振周波数ｆrxがずれてくることも考えられる。そこで、注入同期制御期間を経過した後の発振制御電圧Ｖｃを制御以下の実施形態を説明する。
【０２２３】
＜第６の実施形態＞  
続いて、図２６を参照して、第６の実施形態としての無線受信装置６００の構成例について説明する。この実施形態では、注入同期制御期間を経過した後（完了後）に、ＡＤＣ部３０６から出力されるディジタル信号Ｄin’の一定時間におけるオフセット電圧の測定結果に基づいて発振制御電圧Ｖｃを制御するようにした。
【０２２４】
図２６に示す無線受信装置６００は、無線受信部６０１及び受信処理部６０５を有して構成される。無線受信部６０１は、トレーニング期間Ｔ１に、まず、送信側から注入された局部発振周波数ｆtxの変調信号Ｓに受信側の局部発振信号Ｓｆを一致させるように当該局部発振信号Ｓｆの自走発振周波数ｆrxを調整して注入同期をとる。次に、注入同期後の通信期間に送信側からディジタル信号Ｄinを受信するようになされる。
【０２２５】
無線受信部６０１は、ＬＮＡ部６０２、ＤＯＷＮＭＩＸ部６０３、ＶＣＯ部６０４から構成される。無線受信部６０１は、上述の構成要素の他に入力端子６１１，６１３、出力端子６１２を有している。無線受信部６０１は、送信側から図示しないアンテナ部材を介して変調信号Ｓ（ミリ波の信号に基づく電磁波）を受信し、ＶＣＯ部６０４によって発振された局部発振信号Ｓｆに基づいてディジタル信号Ｄinを復調する。
【０２２６】
入力端子６１１には図示しないアンテナ部材が接続されると共に、ＬＮＡ部６０２が接続される。ＬＮＡ部６０２は、送信側から受信した変調信号Ｓを増幅する。ＬＮＡ部６０２には、ＤＯＷＮＭＩＸ部６０３及びＶＣＯ部６０４が接続される。ＶＣＯ部６０４は、発振制御電圧Ｖｃに基づいて自走発振周波数ｆrxの局部発振信号Ｓｆを発振する。ＤＯＷＮＭＩＸ部６０３は、ＬＮＡ部６０２によって増幅された変調信号Ｓから、受信処理部６０５のＤＡＣ部３０８によって制御されるＶＣＯ部６０４の局部発振信号Ｓｆに基づいて受信信号Ｓinを復調する。
【０２２７】
上述の無線受信部６０１の出力端子６１２は受信処理部６０５に接続される。受信処理部６０５は、無線受信部６０１から出力される受信信号Ｓinをディジタル処理してディジタル信号Ｄoutを出力する。受信処理部６０５は、コンパレート部２０６、受信ベースバンド処理部２０７、ＡＤＣ部３０６、ＤＡＣ部３０８、ハイパスフィルタ６０６（High  Pass  Filter）、ローパスフィルタ６０８（Low  Pass  Filter）、ＶＣＯ制御部６０９を有して構成される。受信処理部６０５は、上述の構成要素の他に入力端子６１４、出力端子６１５，６１６を有している。上述の出力端子６１２は、受信処理部６０５の入力端子６１４に接続される。
【０２２８】
ハイパスフィルタ６０６は、無線受信部６０１とコンパレート部２０６との間において、出力端子６１２、入力端子６１４を介して接続され、ＤＯＷＮＭＩＸ部６０３から出力された受信信号Ｓinの高域成分を通過させる。ハイパスフィルタ６０６はコンパレート部２０６に接続される。ハイパスフィルタ６０６には、数ｐＦ程度のコンデンサＣｋが使用される。
【０２２９】
この例では、コンパレート部２０６は、無線受信部６０１のＤＯＷＮＭＩＸ部６０３から出力された受信信号Ｓinのうちの高周波成分を二値化した二値受信信号Ｓin’を受信ベースバンド処理部２０７に出力する。受信ベースバンド処理部２０７は、通信期間Ｔ２に、二値受信信号Ｓin’を処理してディジタル信号Ｄoutを復調し、当該ディジタル信号Ｄoutを出力端子６１６を介して上位のディジタル処理部へ出力する。
【０２３０】
入力端子６１４には、ハイパスフィルタ６０６の他にローパスフィルタ６０８が接続される。ローパスフィルタ６０８は、無線受信部６０１とＡＤＣ部３０６との間に接続され、ＤＯＷＮＭＩＸ部６０３から出力された受信信号Ｓinのうちの低域成分（直流成分）を通過させる。ローパスフィルタ６０８には、数十ｐＦ程度のコンデンサＣｌ及び数十ｋΩ単位の抵抗Ｒｌが使用される。
【０２３１】
ローパスフィルタ６０８にはＡＤＣ部３０６が接続される。ＡＤＣ部３０６は、無線受信部６０１から出力される受信信号Ｓinの低域成分をアナログ・ディジタル変換してディジタル信号Ｄin’（直流成分）を出力する。ＡＤＣ部３０６にはＶＣＯ制御部６０９が接続される。ＶＣＯ制御部６０９は、ＡＤＣ部３０６から出力されるディジタル信号Ｄin’を入力して発振制御データＤｃを発生し、発振制御データＤｃをＤＡＣ部３０８に出力する。
【０２３２】
ＶＣＯ制御部６０９には、ＤＡＣ部３０８が接続される。ＤＡＣ部３０８は、ＶＣＯ制御部６０９から出力される発振制御データＤｃをアナログの発振制御電圧Ｖｃに変換する。上述の受信処理部６０５の出力端子６１５は、無線受信部６０１の入力端子６１３に接続される。発振制御電圧Ｖｃは、出力端子６１５及び入力端子６１３を介してＶＣＯ部６０４に出力（帰還）される。
【０２３３】
この例で、ＶＣＯ制御部６０９は、通信期間Ｔ２中も、注入同期をとるために、ＤＡＣ部３０８から出力される発振制御電圧Ｖｃに基づいてＶＣＯ部６０４の出力を制御する。例えば、ＶＣＯ制御部６０９は、トレーニング期間Ｔ１に、振幅最大値検出処理を実行し、当該処理に基づきＶＣＯ部６０４の発振制御電圧Ｖｃを調整して注入同期をとり、注入同期制御期間後、発振制御電圧Ｖｃを固定する。
【０２３４】
この例では、上述したように、ＤＯＷＮＭＩＸ部６０３に入力される送信側からの変調信号Ｓと自走発振周波数ｆrxの局部発振信号Ｓｆとの間に、位相差Δφが存在する場合、この位相差Δφに応じて出力値が変わる。これは、データが重畳されている状態においても、位相差Δφに応じてオフセット電圧が変化するため、通信中においても、随時、オフセット電圧を観察することにより、位相ずれを補正することが可能となる。
【０２３５】
ここで、図２７に示す他の無線受信部８０１の構成例を参照して、位相差Δφの分布例について説明する。図２７に示す無線受信部８０１によれば、ＶＣＯ部８０４と、ＤＯＷＮＭＩＸ部８０３との間の経路には位相差Δφ＝φ１（第１の遅れ時間τ１’）が分布する。ＬＮＡ部８０２と、ＶＣＯ部８０４との間の経路には、位相差Δφ＝φ２（第２の遅れ時間τ２’）が分布する。ＬＮＡ部８０２と、ＤＯＷＮＭＩＸ部８０３との間の経路には位相差Δφ＝φ３（第３の遅れ時間τ３’）が分布すると考えられる。
【０２３６】
従って、送信側の局部発振信号Ｓｆと無線受信装置６００の局部発振信号Ｓｆとの位相差Δφには、上述した位相差Δφ＝φ１，φ２，φ３が加わることになる。この結果、ＤＯＷＮＭＩＸ部８０３から出力される受信信号Ｓinには、これらすべての位相差Δφ＝φ１，φ２，φ３の影響を受けることになる。この例で、ＤＯＷＮＭＩＸ部８０３から出力される受信信号Ｓinの変化は、個体によっても差が生じるため、位相差ΔφをＤＯＷＮＭＩＸ部８０３からの出力される受信信号Ｓinの低域成分情報をもとに調整する仕組みが必要となる。
【０２３７】
そこで、図２６に示した無線受信装置６００では、ＶＣＯ制御部６０９が注入同期制御期間後の第１のサンプル期間に、無線送信装置１００から受信信号Ｓinを受信した際に得られる第１のオフセット電圧を測定して当該オフセット電圧の平均値を演算する。ＶＣＯ制御部６０９は、更に、第１のサンプル期間を経過した後の第２のサンプル期間に受信信号Ｓinを受信して得られる第２のオフセット電圧を測定して当該オフセット電圧の平均値を演算する。
【０２３８】
ＶＣＯ制御部６０９は、第１のサンプル期間に測定された第１のオフセット電圧の平均値と、第２のサンプル期間に測定された第２のオフセット電圧の平均値とが等しくなるようにＶＣＯ部６０４の発振制御電圧Ｖｃを調整する。このＶＣＯ部６０４の発振制御電圧Ｖｃを調整する制御（注入同期）は、注入同期制御期間後の通信期間Ｔ２中も継続される。
【０２３９】
このように無線受信部６０１及び受信処理部６０５を構成すると、ＤＡＣ部３０８からＶＣＯ部６０４へ複数段階の発振制御電圧Ｖｃを出力することができ、注入同期後も、ＶＣＯ部６０４の出力を発振制御電圧Ｖｃに基づいて制御できるようになる。この結果、通信期間Ｔ２において、当該無線受信装置６００の局部発振信号Ｓｆの自走発振周波数ｆrxを送信側の局部発振信号Ｓｆの局部発振周波数ｆtxに注入同期された状態を維持できるようになる。
【０２４０】
続いて、図２８を参照して、無線受信装置６００における注入同期後のＶＣＯ部６０４の制御例について説明する。この例で、ＶＣＯ制御部６０９は、ＡＤＣ部３０６から出力されるディジタル信号Ｄin’をオフセット電圧としてデータ処理し、このデータ処理により得られる発振制御データＤｃをＤＡＣ部３０８に出力する。ＶＣＯ制御部６０９は、ＤＡＣ部３０８からＶＣＯ部６０４へ発振制御電圧Ｖｃを出力して自走発振周波数ｆrxを調整するような帰還制御を実行する。第５の実施形態で説明した電圧変化量ΔＶは、発振制御電圧Ｖｃの変化幅として定義される。また、発振制御電圧Ｖｃの変化方向は、第５の実施形態と同様にしてｓｉｇｎで定義し、ｓｉｇｎ（符号）は、＋符号もしくは−符号をとるものとする。
【０２４１】
これらを制御条件にして、図２８に示すステップＫ１で、ＶＣＯ制御部６０９は、注入同期処理により送信側の局部発振周波数ｆtxと、無線受信装置６００の自走発振周波数ｆrxの同期がとれた（注入同期完了）後に、ステップＫ２に移行する。ＶＣＯ制御部６０９は、注入同期完了から一定時間経過後の第１のサンプル期間に、無線送信装置１００から受信信号Ｓinを受信する。その際に、ＡＤＣ部３０６から得られるディジタル信号Ｄin’による第１のオフセット電圧を測定して当該オフセット電圧の平均値Ｖ１を演算する。ＶＣＯ制御部６０９は、オフセット電圧の平均値Ｖ１を図示しない不揮発性のメモリ等に記録する。
【０２４２】
次に、ステップＫ３で、ＶＣＯ制御部６０９は、ＶＣＯ部６０４の発振制御電圧Ｖｃを現在の値からｓｉｇｎΔＶだけ変化させる。発振制御電圧Ｖｃは現在の値から＋ΔＶずらされる。第１のサンプル期間から一定時間経過後の第２のサンプル期間に、再び、ステップＫ４でＶＣＯ制御部６０９は、ＡＤＣ部３０６から得られるディジタル信号Ｄin’による第２のオフセット電圧を測定し、当該オフセット電圧の平均値Ｖ２を演算する。ＶＣＯ制御部６０９は、オフセット電圧の平均値Ｖ２を図示しない不揮発性のメモリ等に記録する。
【０２４３】
そして、ステップＫ５でＶＣＯ制御部６０９は、発振制御電圧Ｖｃに係る第１の平均値Ｖ１と第２の平均値Ｖ２とを比較する。平均値Ｖ２の方が大きく、平均値Ｖ１の方が小さい（Ｖ２＞Ｖ１）場合は、ＶＣＯ制御部６０９は、ＶＣＯ部６０４の発振制御電圧Ｖｃの変化方向と、無線受信装置６００の自走発振周波数ｆrxの位相の変化方向が一致していると判断する。平均値がＶ２＞Ｖ１の場合は、ステップＫ６に移行する。
【０２４４】
上述のステップＫ６で、ＶＣＯ制御部６０９は、以降のステップに備えて、平均値Ｖ２を第１のサンプル期間に測定された第１のオフセット電圧の平均値Ｖ１として不揮発性のメモリ等に記録する。
【０２４５】
ＶＣＯ制御部６０９は、発振制御電圧Ｖｃを現在の値からｓｉｇｎを変化させず、すなわち、ｓｉｇｎが＋符号であれば＋符号のまま、その符号が−符号であれば、−符号のままとして、ステップＫ３に戻って、ｓｉｇｎΔＶだけ変化させる。ＶＣＯ制御部６０９は、このようなループ処理を繰り返して、ＶＣＯ部６０４の発振制御電圧Ｖｃを調整する。
【０２４６】
また、ステップＫ５でＶＣＯ制御部６０９は、発振制御電圧Ｖｃに関して、平均値Ｖ１と平均値Ｖ２とを比較する。その結果、平均値Ｖ２の方が小さく、平均値Ｖ１の方が大きい場合（Ｖ２≦Ｖ１）は、ＶＣＯ部６０４の発振制御電圧Ｖｃの変化方向と、無線受信装置６００の自走発振周波数ｆrxの位相の変化方向とが反対になっていると判断する。この判断の結果、平均値Ｖ２≦Ｖ１の場合は、ステップＫ７に移行する。
【０２４７】
ステップＫ７で、ＶＣＯ制御部６０９は、以降のステップに備えて、Ｖ２を第１のサンプル期間に測定された第１のオフセット電圧の平均値Ｖ１として不揮発性のメモリ等に記録する。このとき、ＶＣＯ制御部６０９は、ｓｉｇｎが＋符号であれば、ステップＫ９に移行してｓｉｇｎを−符号に変換する。
【０２４８】
また、ステップＫ８で、ＶＣＯ制御部６０９は、ｓｉｇｎが−符号であれば、ステップＫ１０に移行して、ｓｉｇｎを＋符号に逆転させる。その後、ステップＫ３に戻って、ＶＣＯ部６０４の発振制御電圧Ｖｃを現在の値からｓｉｇｎΔＶだけ変化させる。以下この処理ループを繰り返す。このような処理ループを繰り返すことによって、常に、位相差Δφが最小となるような帰還制御を実行できるようになる。電圧変化量ΔＶについては、上述した例では、一定値としているが、ＡＤＣ部３０６の出力電圧の変化幅などを変数とする関数としてもよい。
【０２４９】
［変形例１］  
続いて、図２９を参照して、無線受信装置３００における注入同期後の第１の変形例としてのＶＣＯ部３０４の制御例について説明する。この例では、先に説明した（５）式より、送信側から注入された変調信号Ｓと無線受信装置３００の局部発振信号Ｓｆの位相差Δφがなくなった時に、ＤＯＷＮＭＩＸ部３０３から出力される受信信号Ｓinの振幅電圧が最大になることを利用する。局部発振信号Ｓｆは自走発振周波数ｆrxの信号である。
【０２５０】
この例で、受信ベースバンド処理部３０７は、ＡＤＣ部３０６から出力されるディジタル信号Ｄinの振幅電圧を測定し、振幅データＤ３８を受信側制御部３１９に出力する。受信側制御部３１９は、この振幅データＤ３８により得られる発振制御データＤｃをＤＡＣ部３０８に出力する。受信側制御部３１９は、ＤＡＣ部３０８からＶＣＯ部６０４へ発振制御電圧Ｖｃを出力して自走発振周波数ｆrxを調整し、受信信号Ｓinの振幅電圧が最大になるような帰還制御を実行する。
【０２５１】
この変形例でも、第５の実施形態で説明した電圧変化量ΔＶが発振制御電圧Ｖｃの変化幅として定義される。また、発振制御電圧Ｖｃの変化方向は、第６の実施形態と同様にしてｓｉｇｎで定義し、ｓｉｇｎは、＋符号もしくは−符号をとるものとする。
【０２５２】
これらを制御条件にして、図２９に示すステップＬ１で、受信側制御部３１９は、注入同期処理により送信側の局部発振周波数ｆtxと、無線受信装置３００の自走発振周波数ｆrxの同期がとれた（注入同期完了）後に、ステップＬ２に移行する。受信側制御部３１９は、注入同期完了から一定時間経過後の第１のサンプル期間に、無線送信装置１００から受信信号Ｓinを受信し、その際に、ＡＤＣ部３０６から得られるディジタル信号Ｄinの第１の振幅電圧を測定して当該振幅電圧の平均値Ｖ１を演算する。受信側制御部３１９は、ディジタル信号Ｄinの振幅電圧の平均値Ｖ１を図示しない不揮発性のメモリ等に記録する。
【０２５３】
次に、ステップＬ３で、受信側制御部３１９は、ＶＣＯ部３０４の発振制御電圧Ｖｃを現在の値からｓｉｇｎΔＶだけ変化させる。発振制御電圧Ｖｃは現在の値から＋ΔＶずらされる。第１のサンプル期間から一定時間経過後の第２のサンプル期間に、再び、ステップＬ４で受信側制御部３１９は、ＡＤＣ部３０６から得られるディジタル信号Ｄinの第２の振幅電圧を測定し、当該振幅電圧の平均値Ｖ２を演算する。受信側制御部３１９は、ディジタル信号Ｄinの振幅電圧の平均値Ｖ２を図示しない不揮発性のメモリ等に記録する。
【０２５４】
そして、ステップＬ５で受信側制御部３１９は、発振制御電圧Ｖｃに係る第１の平均値Ｖ１と，第２の平均値Ｖ２を比較する。平均値Ｖ２の方が大きく、平均値Ｖ１の方が小さい（Ｖ２＞Ｖ１）場合は、受信側制御部３１９は、ＶＣＯ部３０４の発振制御電圧Ｖｃの変化方向と、無線受信装置６００の自走発振周波数ｆrxの位相の変化方向が一致していると判断する。平均値がＶ２＞Ｖ１の場合は、ステップＬ６に移行する。
【０２５５】
上述のステップＬ６で、受信側制御部３１９は、以降のステップに備えて、Ｖ２を第１のサンプル期間に測定された第１のオフセット電圧の平均値Ｖ１として不揮発性のメモリ等に記録する。
【０２５６】
受信側制御部３１９は、発振制御電圧Ｖｃを現在の値からｓｉｇｎを変化させず、すなわち、ｓｉｇｎが＋符号であれば＋符号のまま、その符号が−符号であれば、−符号のままとして、ステップＬ３に戻って、ｓｉｇｎΔＶだけ変化させる。受信側制御部３１９は、このようなループ処理を繰り返して、ＶＣＯ部３０４の発振制御電圧Ｖｃを調整する。
【０２５７】
また、ステップＬ５で受信側制御部３１９は、発振制御電圧Ｖｃに関して、平均値Ｖ１と、平均値Ｖ２とを比較する。その結果、平均値Ｖ２の方が小さく、平均値Ｖ１の方が大きい場合（Ｖ２≦Ｖ１）は、ＶＣＯ部３０４の発振制御電圧Ｖｃの変化方向と、無線受信装置３００の自走発振周波数ｆrxの位相の変化方向とが反対になっていると判断する。この判断の結果、平均値Ｖ２≦Ｖ１の場合は、ステップＬ７に移行する。
【０２５８】
ステップＬ７で、受信側制御部３１９は、以降のステップに備えて、Ｖ２を第１のサンプル期間に測定された第１のオフセット電圧の平均値Ｖ１として不揮発性のメモリ等に記録する。このとき、受信側制御部３１９は、ｓｉｇｎが＋符号であれば、ステップＬ９に移行してｓｉｇｎを−符号に変換する。
【０２５９】
また、ステップＬ８で、受信側制御部３１９は、ｓｉｇｎが−符号であれば、ステップＬ１０に移行して、ｓｉｇｎを＋符号に逆転させる。その後、ステップＬ３に戻って、ＶＣＯ部３００の発振制御電圧Ｖｃを現在の値からｓｉｇｎΔＶだけ変化させる。以下、この処理ループを繰り返す。このような処理ループを繰り返すことによって、常に、位相差Δφが最小となるような帰還制御を実行できるようになる。電圧変化量ΔＶについては、上述した例では、一定値としているが、ＡＤＣ部３０６の出力電圧の変化幅などを変数とする関数としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０２６０】
本発明は、装置の筐体内において、映画映像や、コンピュータ画像等を搬送する搬送周波数が３０ＧＨｚ乃至３００ＧＨｚのミリ波帯の信号を高速に伝送するミリ波伝送システムに適用して極めて好適である。当該システムにはデータ記録再生装置、地上波テレビ受像装置、携帯電話装置、ゲーム装置、コンピュータ、通信装置等が含まれる。
【符号の説明】
【０２６１】
３０，５０・・・ミリ波伝送システム（無線通信システム）、１００・・・無線送信装置、１０１・・・送信処理部、１０２，２０７，３０７・・・受信ベースバンド処理部、１０３，２０８，３０８・・・ＤＡＣ部、１０４・・・無線送信部、１０５・・・ＵＰＭＩＸ部、１０６・・・ＡＭＰ部、１０７，２０４，３０４，６０４，８０４・・・ＶＣＯ部、１１７，２１７・・・アンテナ部材、２００，３００，６００・・・無線受信装置、２０１，３０１，６０１，８０１・・・無線受信部、２０２，３０２，６０２，８０２・・・ＬＮＡ部、２０３，３０３，８０３・・・ＤＯＷＮＭＩＸ部、２０５，３０５，６０５・・・受信処理部、２０６・・・コンパレート部、２０９・・・インバータ、３０６・・・ＡＤＣ部、６０６・・・ハイパスフィルタ、６０８・・・ローパスフィルタ、６０９・・・ＶＣＯ制御部
【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】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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