(57)【要約】【課題】ＰＬＬ回路を含んだ回路に比べて周波数同期回路等を簡単な回路によって構成できるようにする。【解決手段】入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を送信する双方向用のＴRX１と、通信許可信号を生成するＴRX２とを備える。ＴRX２は自走発振周波数の信号を発振する発振器を有している。ＴRX２は、ＴRX１から受信した受信信号を発振器２３に注入する。これと共に、発振器２３の自走発振周波数を可変制御しながら受信信号を受信し、発振器２３の信号の自走発振周波数が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出する。ＴRX２は、発振器２３の信号の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことを検出したときに、通信許可信号をＴRX１に送信するものである。【選択図】  図１
2011077885.tif 000002
【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、
前記発振器によって発振される信号の発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、前記発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象を周波数同期としたとき、
入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を送信する双方向用の第１の無線通信装置と、
自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、前記第１の無線通信装置から受信した受信信号を前記発振器に注入すると共に、前記発振器の自走発振周波数を可変制御しながら前記受信信号を受信し、前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成する第２の無線通信装置とを備え、
前記第２の無線通信装置は、
前記発振器の信号の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことを検出したときに、前記通信許可信号を前記第１の無線通信装置に送信する双方向無線通信システム。
【請求項２】
前記第１及び第２の無線通信装置の各々に単一の発振器が設けられ、
前記第１の無線通信装置で発振器が受信部と送信部とで共用され、
前記第１の無線通信装置の送信部は、
前記発振器によって発振される所定の発振周波数の搬送波信号に基づいて送信処理をし、
前記第１の無線通信装置の受信部は、
前記発振器によって発振される前記搬送波信号を逓倍した局部発振信号に基づいて受信処理をし、
前記第２の無線通信装置で発振器が受信部と送信部とで共用され、
前記第２の無線通信装置の受信部は、
前記発振器によって発振される注入同期後の自走発振周波数の局部発振信号に基づいて受信処理をし、
前記第２の無線通信装置の送信部は、
前記発振器によって発振される注入同期後の前記局部発振信号を逓倍した搬送波信号に基づいて送信処理をする請求項１に記載の双方向無線通信システム。
【請求項３】
前記第１の無線通信装置の送信部における搬送周波数及び、前記第２の無線通信装置の送信部における搬送周波数において、Ｍ，Ｎをそれぞれ整数としたとき、前記第１の無線通信装置の搬送周波数と前記第２の無線通信装置の搬送周波数との間には、Ｍ／Ｎなる関係に設定される請求項２に記載の双方向無線通信システム。
【請求項４】
前記第２の無線通信装置には、搬送周波数が異なる複数の送信部が備えられ、
前記第２の無線通信装置から前記第１の無線通信装置への上り信号伝送チャネルが複数構成され、
前記上り信号伝送チャネルの搬送周波数のいずれも単一の発振器に基づいて生成される請求項３に記載の双方向無線通信システム。
【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、
前記発振器によって発振される信号の発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、前記発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象を周波数同期としたとき、
自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、受信した受信信号を前記発振器に注入すると共に、前記発振器の自走発振周波数を可変制御しながら前記受信信号を受信し、前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成する相手方の無線通信装置と無線通信を行う場合であって、
入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を前記相手方の無線通信装置に送信する送信部と、
前記相手方の無線通信装置の発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期した際の当該相手方の無線通信装置から通信許可信号を受信する受信部とを備える無線通信装置。
【請求項６】
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、
前記発振器によって発振される信号の発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、前記発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象を周波数同期としたとき、
入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を送信し、少なくとも、通信許可信号を受信する送信側の無線通信装置と無線通信を行う場合であって、
自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、前記送信側の無線通信装置から受信した受信信号を前記発振器に注入すると共に、前記発振器の自走発振周波数を可変制御しながら前記受信信号を受信する受信部と、
前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部によって生成された前記通信許可信号を送信側の無線通信装置に送信する送信部を備える無線通信装置。
【請求項７】
前記受信部は、
前記発振器の自走発振周波数を可変しながら前記受信信号を受信制御する制御部と、
前記制御部によって可変制御される前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成する周波数同期検出部とを有する請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記制御部は、
アップカウンタ又は／及びダウンカウンタを有し、
前記アップカウンタ又は／及びダウンカウンタは、
前記発振器によって発振される信号の発振周波数を前記注入同期に至る周波数範囲内で繰り返し増減して可変調整する請求項７に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記周波数同期検出部は、
前記受信信号を復調した後の復調信号の周波数変動を振幅値に変換して出力する周波数弁別器と、
前記周波数弁別器から得られる振幅値と設定された比較基準値とを比較して、前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを判定する判定器とを備える請求項７に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
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、
前記発振器によって発振される信号の発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、前記発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象を周波数同期としたとき、
双方向用の第１の無線通信装置が、
入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を送信するステップを有し、
第２の無線通信装置が、
自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、前記第１の無線通信装置から受信した受信信号を前記発振器に注入すると共に、前記発振器の自走発振周波数を可変制御しながら前記受信信号を受信するステップと、
前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成するステップと、
前記発振器の信号の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことを検出したときに、前記通信許可信号を前記第１の無線通信装置に送信するステップとを有する双方向無線通信方法。
【請求項１１】
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、
前記発振器によって発振される信号の発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、前記発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象を周波数同期としたとき、
入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を送信する際に、前記基準搬送信号の搬送周波数を可変制御しながら前記送信信号を送信する双方向用の第１の無線通信装置と、
自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、前記第１の無線通信装置から受信した受信信号を前記発振器に注入すると共に、前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成し、
前記発振器の信号の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことを検出したときに、前記通信許可信号を前記第１の無線通信装置に送信する第２の無線通信装置とを備える双方向無線通信システム。
【請求項１２】
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、
前記発振器によって発振される信号の発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、前記発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象を周波数同期としたとき、
自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、受信した受信信号を前記発振器に注入すると共に、前記発振器の自走発振周波数を可変制御しながら前記受信信号を受信し、前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成する相手方の無線通信装置と無線通信を行う場合であって、
入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を前記相手方の無線通信装置に送信する際に、前記基準搬送信号の搬送周波数を可変制御しながら前記送信信号を送信する送信部と、
前記相手方の無線通信装置の発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期した際の当該相手方の無線通信装置から通信許可信号を受信する受信部とを備える無線通信装置。
【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、
前記発振器によって発振される信号の発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、前記発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象を周波数同期としたとき、
入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を送信する際に、前記基準搬送信号の搬送周波数を可変制御しながら前記送信信号を送信し、少なくとも、通信許可信号を受信する送信側の無線通信装置と無線通信を行う場合であって、
自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、前記送信側の無線通信装置から受信した受信信号を前記発振器に注入すると共に、前記受信信号を受信する受信部と、
前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部によって生成された前記通信許可信号を送信側の無線通信装置に送信する送信部とを備える無線通信装置。
【請求項１４】
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、
前記発振器によって発振される信号の発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、前記発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象を周波数同期としたとき、
双方向用の第１の無線通信装置が、
入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を送信する際に、前記基準搬送信号の搬送周波数を可変制御しながら前記送信信号を送信するステップを有し、
第２の無線通信装置が、
自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、前記第１の無線通信装置から受信した受信信号を前記発振器に注入すると共に、前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成するステップを有し、
前記発振器の信号の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことを検出したとき、前記通信許可信号を前記第１の無線通信装置に送信する双方向無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双方向無線通信システム、無線通信装置及び双方向無線通信方法に関する。詳しくは、近距離の機器間および機器内において、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。その際に、送受信で異なった搬送周波数を用いる双方向無線データ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、高速で大容量のデジタル通信が可能なシステムの要求が高まっている。ミリ波を使用した無線データ伝送システムは、高速データ伝送を実現できるという特徴を有している。このような高速で大容量の無線データ伝送システムにおいて、使用する搬送波信号（キャリア信号）の周波数帯としてミリ波帯が注目され、ミリ波帯域の変調信号を高速に伝送する無線通信装置が使用される場合が多くなってきた。
【０００３】
特に、この種の無線通信装置を機器内の通信に使用した場合（チップ間、基板間、モジュール間など）、導体による伝送路が不要である。しかも、基板等の配置の自由度が向上でき、実装コストが低減でき、かつ、ＬＶＤＳ（Low voltage differential signaling）等で顕著なＥＭＩ（電磁誘導障害）問題も低減できる。
【０００４】
このような無線通信装置を２つ準備して双方向無線通信システムを構築しようとした場合に、ミリ波帯域での低消費電力、低コスト及び小型化を実現したデバイスが要求される。特に、ＲＦ回路における周波数の同期方法は、無線データ伝送システムで重要な要素であるが、その実現方法により回路規模は大きく異なる。
【０００５】
例えば、第３世代デジタルセルラーシステムで広く採用されている双方向無線通信システムによれば、周波数シンセサイザ方式の送信部及び受信部を有したトランシーバ構成の無線通信装置が使用される。
【０００６】
図１０は、従来例に係る双方向無線データ伝送システム＃４の構成例を示すブロック図である。図１０に示す双方向無線データ伝送システム＃４は、周波数シンセサイザを使用した２台の無線通信装置（以下ＴRX４０，ＴRX５０という）から構成される。
【０００７】
ＴRX４０は、基準発振器１５、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路１６、局部発振回路１７、送信部１８、受信部１９、送信用のアンテナ１０６及び受信用のアンテナ１０７を有して構成される。基準発振器１５は、基準発振周波数の信号（以下基準発振信号という）を発振してＰＬＬ回路１６に基準発振信号を出力する。
【０００８】
基準発振器１５にはＰＬＬ回路１６が接続される。ＰＬＬ回路１６は周波数シンセサイザ機能を有しており、基準発振信号に基づいて複数種類の周波数の発振信号を発生する。ＰＬＬ回路１６には局部発振回路１７が接続される。局部発振回路１７は、複数種類の周波数の発振信号に基づいて複数種類の局部発振周波数の搬送波信号を発生する。
【０００９】
局部発振回路１７には送信部１８及び受信部１９が接続される。送信部１８は、変調部１０１、ベースバンドアンプ１０２、アップミクサ１０３及びパワーアンプ１０５を有して構成される。変調部１０１は入力されたデータＤIN１を変調して変調信号ＳIN１をベースバンドアンプ１０２に出力する。変調部１０１にはベースバンドアンプ１０２が接続される。ベースバンドアンプ１０２は、変調信号ＳIN１を増幅する。ベースバンドアンプ１０２にはアップミクサ１０３が接続される。
【００１０】
アップミクサ１０３には局部発振回路１７が接続される。アップミクサ１０３は局部発振回路１７から出力される搬送波信号に基づいて、増幅後の変調信号ＳIN１をアップコンバート処理して送信信号Ｓout１をパワーアンプ１０５に出力する。アップミクサ１０３にはパワーアンプ１０５が接続される。パワーアンプ１０５は、送信信号Ｓout１を増幅する。パワーアンプ１０５にはアンテナ１０６が接続され、増幅後の送信信号Ｓout１が輻射される。
【００１１】
受信部１９は、低ノイズ型のアンプ１０８、ダウンミクサ１０９、ベースバンドアンプ１１９及び復調部１１２を有して構成される。受信用のアンテナ１０７にはアンプ１０８が接続される。アンプ１０８はＴRX５０から受信した受信信号Ｓin２を増幅する。アンプ１０８にはダウンミクサ１０９が接続される。
【００１２】
ダウンミクサ１０９には局部発振回路１７が接続される。ダウンミクサ１０９は、局部発振回路１７から出力される搬送波信号に基づいて、増幅後の受信信号Ｓin２をダウンコンバート処理してベースバンド信号ＳOUT２をベースバンドアンプ１１９に出力する。ダウンミクサ１０９にはベースバンドアンプ１１９が接続される。ベースバンドアンプ１１９はダウンコンバート処理後のベースバンド信号ＳOUT２を増幅する。ベースバンドアンプ１１９には復調部１１２が接続される。復調部１１２は、増幅後のベースバンド信号ＳOUT２を復調してデータＤOUT２を復元する。
【００１３】
ＴRX５０は、周波数オフセット検出部２７、可変型の基準発振器２８、ＰＬＬ回路２９、局部発振回路３０、受信部３１、送信部３２、受信用のアンテナ２０１及び送信用のアンテナ２１１を有して構成される。周波数オフセット検出部２７は、受信部３１から出力される復調後のデータＤ0UT１から周波数オフセットを検出して周波数オフセット検出信号を出力する。
【００１４】
周波数オフセット検出部２７には基準発振器２８が接続される。基準発振器２８は、基準発振信号を発振してＰＬＬ回路２９に基準発振信号を出力する。基準発振器２８にはＰＬＬ回路２９が接続される。ＰＬＬ回路２９は周波数シンセサイザ機能を有しており、基準発振信号に基づいて複数種類の周波数の発振信号を発生する。ＰＬＬ回路２９には局部発振回路３０が接続される。局部発振回路３０は、複数種類の周波数の発振信号に基づいて複数種類の局部発振周波数の搬送波信号を発生する。
【００１５】
受信部３１は、低ノイズ型のアンプ２０２、ダウンミクサ２０３、ベースバンドアンプ２１８及び復調部２０５を有して構成される。受信用のアンテナ２０１にはアンプ２０２が接続される。アンプ２０２はＴRX４０から受信した受信信号Ｓin１を増幅する。アンプ２０２にはダウンミクサ２０３が接続される。ダウンミクサ２０３には局部発振回路３０が接続される。ダウンミクサ２０３は、局部発振回路３０から出力される搬送波信号に基づいて、増幅後の受信信号Ｓin１をダウンコンバート処理してベースバンド信号ＳOUT１をベースバンドアンプ２１８に出力する。
【００１６】
ダウンミクサ２０３にはベースバンドアンプ２１８が接続される。ベースバンドアンプ２１８はダウンコンバート処理後のベースバンド信号ＳOUT１を増幅する。ベースバンドアンプ２１８には復調部２０５が接続される。復調部２０５は、増幅後のベースバンド信号ＳOUT１を復調してデータＤOUT１を復元する。
【００１７】
送信部３２は、変調部２０６、ベースバンドアンプ２０７、アップミクサ２０８及びパワーアンプ２１０を有して構成される。変調部２０６は入力されたデータＤIN２を変調して変調信号ＳIN２をベースバンドアンプ２０７に出力する。変調部２０６にはベースバンドアンプ２０７が接続される。ベースバンドアンプ２０７は、変調信号ＳIN２を増幅する。
【００１８】
ベースバンドアンプ２０７にはアップミクサ２０８が接続される。アップミクサ２０８には局部発振回路３０が接続される。アップミクサ２０８は局部発振回路３０から出力される搬送波信号に基づいて、増幅後の変調信号ＳIN２をアップコンバート処理して送信信号Ｓout２をパワーアンプ２１０に出力する。アップミクサ２０８にはパワーアンプ２１０が接続される。パワーアンプ２１０は、送信信号Ｓout２を増幅する。パワーアンプ２１０にはアンテナ２１１が接続され、増幅後の送信信号Ｓout２が輻射される。
【００１９】
このように双方向無線通信システム＃４を構成すると、ＴRX４０において、ＰＬＬ回路１６を用いた周波数シンセサイザにより、局部発振回路１７の周波数精度の向上とその安定化を実現できる。また、ＴRX５０において、ＰＬＬ回路２９を用いた周波数シンセサイザにより、局部発振回路３０の周波数精度の向上とその安定化を実現できるというものである。
【００２０】
局部発振回路１７，３０の周波数精度は、それぞれの基準発振器１５，２８に左右されるが、基準発振器１５，２８の発振周波数がＴRX４０、ＴRX５０間で異なっている。そのため、結果的にＴRX４０とＴRX５０との間で発振周波数に差が生じる。その周波数誤差を抑えるために、ＴRX５０には周波数オフセット検出部２７が設けられ、受信信号Ｓin１を復調した後のデータＤOUT１から周波数オフセットを検出し、発振周波数差を補正するべく基準発振器２８の発振周波数を制御するようになされる。
【００２１】
例えば、ＷＣＤＭＡ(Wideband Code Division Multiple Access）方式によれば、補正前の基準発振器２８の周波数精度は±２ｐｐｍ、補正後の精度は±０．１ｐｐｍであることが要求されている。ＴRX４０は、基準発振器１５に、ＶＣＴＣＸＯ（温度補償型の電圧制御発振器）を使用し、ある温度範囲（例えば−２５℃〜＋７５℃）で、この周波数精度を実現する。ＴRX５０は、受信信号Ｓin１中のパイロット部を使用し、周波数オフセットを検出し、これをＶＣＴＣＸＯの周波数制御端子電圧を制御することで、周波数を微調整している。このように、周波数シンセサイザ方式によれば、周波数の絶対精度および相対精度を制御できるというものである。
【００２２】
また、上述のＰＬＬ回路１６，２９等を用いた局部発振回路１７，３０の代わりに、同期引き込み現象を利用した注入同期型（インジェクションロック方式）の自走局部発振器を用いることで、送受信周波数を同期させる方法も考案されている。この現象は、例えば、非特許文献１で説明されている。注入同期は、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として広く知られている。具体的には変調信号に基準搬送信号を重畳させ、これを自走局部発振器に注入することで、引き込み現象を起こす。この自走局部発振器により、ＰＬＬ回路１６，２９が不要となり、回路が簡略化される。
【００２３】
このような自走局部発振器を使った無線通信システムに関して、特許文献１には、双方向無線通信装置、双方向無線通信システム並びに方法が開示されている。この双方向無線通信システムによれば、双方向無線通信装置間で無線変調信号を送受信する場合に、双方向無線通信装置は、送信手段、帯域分離手段、注入同期発振手段及び、受信制御手段を備えて構成される。送信手段は、通信相手に送信すべき信号を中間周波数帯に変調した中間周波数帯変調信号と局部発振信号とを乗積することにより生成した無線変調信号を送信する。
【００２４】
帯域分離手段は、受信した受信信号から周波数N・ｆＬＯの局部発振信号のハーモニクス成分と無線変調信号成分とを帯域分離する。注入同期発振手段は、帯域分離手段により分離された局部発振信号のハーモニクス成分を１/Ｎに分周することにより周波数ｆＬＯの局部発振信号を生成する。
【００２５】
これを前提にして、受信制御手段が帯域分離手段により分離された無線変調信号と注入同期発振手段により生成された局部発振信号のハーモニクス成分を乗積することにより、これを中間周波数帯へダウンコンバートするようになされる。このように双方向無線通信システムを構成すると、局部発振信号の周波数を低くすることができるため、双方向無線通信装置の製造工程をより簡略化させることが可能となり、ひいては大幅なコスト削減を達成することができるというものである。
【００２６】
また、機器内に注入同期型の無線通信装置を使用した例として、特許文献２には、信号処理装置および方法が開示されている。この信号処理装置によれば、所定のデータの信号であるデータ信号を、それぞれ信号処理する複数の信号処理部が１つの筐体に格納されて備えられる。複数の信号処理部のうちの所定の信号処理部には注入同期発振手段が設けられる。
【００２７】
注入同期発振手段は、注入信号に同期して、複数の信号処理部のいずれかに無線を介して送信するデータ信号を変調するか、データ信号を復調するためのキャリア信号を生成するように発振する。注入信号（クロック信号）は、他の信号処理部または発振器から有線を介して送信されてくる。データ信号は、複数の信号処理部のいずれかに無線を介して送信される。
【００２８】
信号処理部には通信手段が設けられる。これを前提にして、通信手段がキャリア信号で、複数の信号処理部のいずれかに無線を介して送信するデータ信号を変調するか、複数の信号処理部のいずれかから無線を介して送信されてくるデータ信号を復調するようにした。このように、信号処理装置を構成すると、装置の筐体内において、無線を介して効率的にデータ信号の送受信を行なうことができるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】特開２００７−１５８８５１号公報（第５頁  図２）
【特許文献２】特開２００７−２２８４９９号公報（第７頁  図２）
【非特許文献】
【００３０】
【非特許文献１】Razavi， "A Study of Injection Locking and Pulling in Oscillators" 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】
【００３１】
ところで、従来例に係る双方向無線データ伝送システム＃４等によれば、次のような問題がある。  
ｉ．図１０に示した双方向無線データ伝送システム＃４によれば、ＴRX４０に周波数シンセサイザ用のＰＬＬ回路１６を備え、ＴRX５０に周波数オフセット検出部２７及び周波数シンセサイザ用のＰＬＬ回路２９を備えなければならない。このため、ＴRX４０及びＴRX５０の個々の回路規模の増大を招くという問題がある。
【００３２】
ii．周波数シンセサイザ方式を採用した場合に、周波数オフセット量が検出範囲を超えた場合に、ＴRX４０とＴRX５０との間の発振周波数差を補正することが困難となる。
【００３３】
iii．特許文献１や非特許文献１に見られるインジェクションロック方式の自走局部発振器を用いた無線通信装置によれば、同期可能範囲には制限がある。ここに同期可能範囲とは、自走局部発振器によって発振される信号の発振周波数が注入同期に至る周波数範囲をいう。この同期可能範囲では、注入同期の引き込み現象により、当該発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期するようになる。従って、双方向用の局部発振回路の自走発振周波数を同期可能範囲に収めるように設計する必要がある。しかし、自走局部発振器の製造ばらつき等によって、自走発振周波数が注入同期範囲を超えることが考えられる。
【００３４】
iv．双方向無線通信システムを構築する場合、周波数同期した事実をＴRX４０とＴRX５０で共有しなければならない。ＴRX４０とＴRX５０において、独立に注入同期を行う場合は、それぞれが同期した事実を判定するシーケンスが複雑になる。
【００３５】
ｖ．特許文献２に見られる信号処理装置によれば、複数の信号処理部にクロック信号を有線で供給し、データを無線で伝送する方式が採用される。しかし、その方式によると、無線信号の変調及び復調処理に、クロック信号に注入同期された局部発振信号を使用しなければならない。このため、クロック信号を伝送する配線を装置の筐体内に引き回さなければならない。
【００３６】
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、送信側及び受信側の無線通信装置の構成及び周波数同期状態の確認方法を工夫する。そして、ＰＬＬ回路を含んだ回路に比べて周波数同期回路等を簡単な回路によって構成できるようにした双方向無線通信システム、無線通信装置及び双方向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】
【００３７】
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、前記発振器によって発振される信号の発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、前記発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象を周波数同期としたとき、入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を送信する双方向用の第１の無線通信装置と、自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、前記第１の無線通信装置から受信した受信信号を前記発振器に注入すると共に、前記発振器の自走発振周波数を可変制御しながら前記受信信号を受信し、前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成する第２の無線通信装置とを備える。前記第２の無線通信装置は、前記発振器の信号の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことを検出したときに、前記通信許可信号を前記第１の無線通信装置に送信する双方向無線通信システムによって解決される。
【００３８】
本発明に係る第１の双方向無線通信システムによれば、第１の無線通信装置が、入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を送信する。第２の無線通信装置は、第１の無線通信装置から受信した受信信号を発振器に注入すると共に、発振器の自走発振周波数を可変制御しながら受信信号を受信し、発振器の信号の自走発振周波数が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成する。第２の無線通信装置は、発振器の信号の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことを検出したときに、通信許可信号を第１の無線通信装置に送信するようになる。従って、第１の無線通信装置では、通信許可信号に基づいて第２の無線通信装置との周波数同期が完了し、かつ、通信可能状態にあることを検出（認識）できるようになる。
【００３９】
本発明に係る第１の無線通信装置は、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、前記発振器によって発振される信号の発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、前記発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象を周波数同期としたとき、自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、受信した受信信号を前記発振器に注入すると共に、前記発振器の自走発振周波数を可変制御しながら前記受信信号を受信し、前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成する相手方の無線通信装置と無線通信を行う場合であって、入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を前記相手方の無線通信装置に送信する送信部と、前記発振器の信号の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期した際の前記相手方の無線通信装置から通信許可信号を受信する受信部とを備えるものである。
【００４０】
本発明に係る第１の無線通信装置によれば、送信部は、入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を相手方の無線通信装置に送信する。これを前提にして、相手方の発振器の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期した際に、受信部が相手方の無線通信装置から通信許可信号を受信するようになる。従って、通信許可信号に基づいて相手方の無線通信装置と周波数同期が完了し、かつ、通信可能状態にあることを検出（認識）できるようになる。
【００４１】
本発明に係る第２の無線通信装置は、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、前記発振器によって発振される信号の発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、前記発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象を周波数同期としたとき、入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を送信し、少なくとも、通信許可信号を受信する送信側の無線通信装置と無線通信を行う場合であって、自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、前記送信側の無線通信装置から受信した受信信号を前記発振器に注入すると共に、前記発振器の自走発振周波数を可変制御しながら前記受信信号を受信する受信部と、前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成する信号生成部と、前記信号生成部によって生成された前記通信許可信号を送信側の無線通信装置に送信する送信部とを備えるものである。
【００４２】
本発明に係る第２の無線通信装置によれば、受信部は、送信側の無線通信装置から受信した受信信号を発振器に注入すると共に、当該発振器の自走発振周波数を可変制御しながら受信信号を受信する。信号生成部は、発振器の信号の自走発振周波数が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成する。これを前提にして、発振器の信号の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことが信号生成部によって検出された場合、送信部が、信号生成部によって生成された通信許可信号を送信側の無線通信装置に送信するようになる。従って、受信側の無線通信装置では、通信許可信号に基づいて相手方の無線通信装置と周波数同期が完了し、かつ、通信可能状態にあることを検出（認識）できるようになる。
【００４３】
本発明に係る第１の双方向無線通信方法は、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、前記発振器によって発振される信号の発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、前記発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象を周波数同期としたとき、双方向用の第１の無線通信装置が、入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を送信するステップを有し、第２の無線通信装置が、自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、前記第１の無線通信装置から受信した受信信号を前記発振器に注入すると共に、前記発振器の自走発振周波数を可変制御しながら前記受信信号を受信し、前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成するステップと、前記発振器の信号の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことを検出したときに、前記通信許可信号を前記第１の無線通信装置に送信するステップとを有するものである。
【００４４】
本発明に係る第２の双方向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、前記発振器によって発振される信号の発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、前記発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象を周波数同期としたとき、入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を送信する際に、前記基準搬送信号の搬送周波数を可変制御しながら前記送信信号を送信する双方向用の第１の無線通信装置と、自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、前記第１の無線通信装置から受信した受信信号を前記発振器に注入すると共に、前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成し、前記発振器の信号の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことを検出したときに、前記通信許可信号を前記第１の無線通信装置に送信する第２の無線通信装置とを備えるものである。
【００４５】
本発明に係る第２の双方向無線通信システムによれば、第１の無線通信装置が、入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を送信する際に、前記基準搬送信号の搬送周波数を可変制御しながら前記送信信号を送信する。第２の無線通信装置は、第１の無線通信装置から受信した受信信号を発振器に注入すると共に、発振器の信号の自走発振周波数が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成する。第２の無線通信装置は、発振器の信号の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことを検出したときに、通信許可信号を第１の無線通信装置に送信するようになる。従って、第１の無線通信装置では、通信許可信号に基づいて第２の無線通信装置との周波数同期が完了し、かつ、通信可能状態にあることを検出（認識）できるようになる。
【００４６】
本発明に係る第３の無線通信装置は、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、前記発振器によって発振される信号の発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、前記発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象を周波数同期としたとき、自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、受信した受信信号を前記発振器に注入すると共に、前記発振器の自走発振周波数を可変制御しながら前記受信信号を受信し、前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成する相手方の無線通信装置と無線通信を行う場合であって、入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を前記相手方の無線通信装置に送信する際に、前記基準搬送信号の搬送周波数を可変制御しながら前記送信信号を送信する送信部と、前記発振器の信号の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期した際の前記相手方の無線通信装置から通信許可信号を受信する受信部とを備えるものである。
【００４７】
本発明に係る第３の無線通信装置によれば、送信部は入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を相手方の無線通信装置に送信する際に、基準搬送信号の搬送周波数を可変制御しながら送信信号を送信する。これを前提にして、相手方の発振器の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期した際に、受信部が相手方の無線通信装置から通信許可信号を受信するようになる。従って、通信許可信号に基づいて相手方の無線通信装置と周波数同期が完了し、かつ、通信可能状態にあることを検出（認識）できるようになる。
【００４８】
本発明に係る第４の無線通信装置は、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、前記発振器によって発振される信号の発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、前記発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象を周波数同期としたとき、入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を送信する際に、前記基準搬送信号の搬送周波数を可変制御しながら前記送信信号を送信し、少なくとも、通信許可信号を受信する送信側の無線通信装置と無線通信を行う場合であって、自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、前記送信側の無線通信装置から受信した受信信号を前記発振器に注入すると共に、前記受信信号を受信する受信部と、前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成する信号生成部と、前記信号生成部によって生成された前記通信許可信号を送信側の無線通信装置に送信する送信部とを備えるものである。
【００４９】
本発明に係る第４の無線通信装置によれば、受信部は、自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、送信側の無線通信装置から受信した受信信号を発振器に注入すると共に、受信信号を受信する。信号生成部は、発振器の信号の自走発振周波数が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成する。これを前提にして、送信部は、発振器の信号の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことを検出したとき、通信許可信号を送信側の無線通信装置に送信するようになされる。従って、通信許可信号に基づいて相手方の無線通信装置と周波数同期が完了し、かつ、通信可能状態にあることを検出（認識）できるようになる。
【００５０】
本発明に係る第２の双方向無線通信方法は、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、前記発振器によって発振される信号の発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、前記発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象を周波数同期としたとき、双方向用の第１の無線通信装置が、入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を送信する際に、前記基準搬送信号の搬送周波数を可変制御しながら前記送信信号を送信するステップを有し、第２の無線通信装置が、自走発振周波数の信号を発振する発振器を有して、前記第１の無線通信装置から受信した受信信号を前記発振器に注入すると共に、前記発振器の信号の自走発振周波数が前記注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成するステップと、前記発振器の信号の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことを検出したときに、前記通信許可信号を前記第１の無線通信装置に送信するステップとを有するものである。
【発明の効果】
【００５１】
本発明に係る第１の双方向無線通信システム及び双方向無線通信方法によれば、第２の無線通信装置が、発振器による信号の自走発振周波数が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことを検出する。この周波数同期したことを検出したときに、通信許可信号を第１の無線通信装置に送信するようになされる。
【００５２】
この構成によって、第１の無線通信装置では、通信許可信号に基づいて第２の無線通信装置との周波数同期が完了し、かつ、通信可能状態にあることを検出（認識）できるようになる。従って、周波数同期後、第１の無線通信装置から第２の無線通信装置へデータを送信すると、第２の無線通信装置では、周波数同期後の発振周波数の信号に基づいてデータを復元できるようになる。しかも、従来方式のようなＰＬＬ回路を含んだ回路に比べて周波数同期回路等を簡単な回路によって構成できるようになる。
【００５３】
本発明に係る第１の無線通信装置によれば、受信側の発振器の自走発振周波数が、注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことが検出されたときに、通信許可信号を相手方の無線通信装置から受信するようになされる。
【００５４】
この構成によって、通信許可信号に基づいて相手方の無線通信装置と周波数同期が完了し、かつ、通信可能状態にあることを検出（認識）できるようになる。従って、周波数同期後、当該無線通信装置から相手方の無線通信装置へデータを送信すると、相手方の無線通信装置では、周波数同期後の発振周波数の信号に基づいてデータを復元できるようになる。しかも、従来方式のようなＰＬＬ回路を含んだ回路に比べて周波数同期回路を簡単な回路によって構成できるようになる。
【００５５】
本発明に係る第２の無線通信装置によれば、発振器の自走発振周波数が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことが検出される。この周波数同期したことが検出されたときに、送信部が通信許可信号を送信側の無線通信装置に送信するようになされる。
【００５６】
この構成によって、通信許可信号に基づいて相手方の無線通信装置と周波数同期が完了し、かつ、通信可能状態にあることを検出（認識）できるようになる。従って、周波数同期後、相手方の無線通信装置からデータを受信すると、当該無線通信装置では、周波数同期後の発振周波数の信号に基づいてデータを復元できるようになる。しかも、ＰＬＬ回路を含んだ回路に比べて周波数同期回路を簡単な回路によって構成できるようになる。
【００５７】
本発明に係る第２の双方向無線通信システム及び双方向無線通信方法によれば、入力信号を変調した変調信号に所定の搬送周波数の基準搬送信号を重畳して送信信号を送信する。その際に、第１の無線通信装置が基準搬送信号の搬送周波数を可変制御しながら送信信号を送信する。第２の無線通信装置が、発振器による信号の自走発振周波数が、注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことを検出したときに、通信許可信号を第１の無線通信装置に送信するようになされる。
【００５８】
この構成によって、第１の無線通信装置では、通信許可信号に基づいて第２の無線通信装置との周波数同期が完了し、かつ、通信可能状態にあることを検出（認識）できるようになる。従って、周波数同期後、第１の無線通信装置から第２の無線通信装置へデータを送信すると、第２の無線通信装置では、周波数同期後の発振周波数の信号に基づいてデータを復元できるようになる。しかも、従来方式のようなＰＬＬ回路を含んだ回路に比べて周波数同期回路等を簡単な回路によって構成できるようになる。
【００５９】
本発明に係る第３の無線通信装置によれば、基準搬送信号の搬送周波数を可変制御しながら送信信号を送信する送信部を備える。受信側の発振器の自走発振周波数が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したことが検出されたときに、通信許可信号を相手方の無線通信装置から受信するようになされる。
【００６０】
この構成によって、通信許可信号に基づいて相手方の無線通信装置と周波数同期が完了し、かつ、通信可能状態にあることを検出（認識）できるようになる。従って、周波数同期後、当該無線通信装置から相手方の無線通信装置へデータを送信すると、相手方の無線通信装置では、周波数同期後の発振周波数の信号に基づいてデータを復元できるようになる。しかも、ＰＬＬ回路を含んだ回路に比べて周波数同期回路を簡単な回路によって構成できるようになる。
【００６１】
本発明に係る第４の無線通信装置によれば、発振器の信号の自走発振周波数が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号の搬送周波数に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号を生成する信号生成部を備える。受信側の発振器の自走発振周波数と、注入した受信信号の搬送周波数とが周波数同期したことが検出されたときに、送信部が通信許可信号を送信側の無線通信装置に送信するようになされる。
【００６２】
この構成によって、通信許可信号に基づいて相手方の無線通信装置と周波数同期が完了し、かつ、通信可能状態にあることを検出（認識）できるようになる。従って、周波数同期後、相手方の無線通信装置からデータを受信すると、当該無線通信装置では、周波数同期後の発振周波数の信号に基づいてデータを復元できるようになる。しかも、ＰＬＬ回路を含んだ回路に比べて周波数同期回路を簡単な回路によって構成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１の実施形態としての双方向無線データ伝送システム＃１の構成例を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、制御部２４及び周波数同期検出部２５の内部構成例を示すブロック図である。
【図３】注入信号出力値Ｉp対自走発振周波数ｆ２との関係例を示すグラフ図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、制御部２４における自走発振周波数ｆ２の制御例を示すグラフ図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、第１の双方向無線データ伝送システム＃１における無線通信例を示すシーケンスチャートである。
【図６】第２の実施形態としての双方向無線データ伝送システム＃２の構成例を示すブロックである。
【図７】第３の実施形態としての双方向無線データ伝送システム＃３の構成例を示すブロック図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、制御部８４及び周波数同期検出部８５の内部構成例を示すブロック図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、第３の双方向無線データ伝送システム＃３における無線通信例を示すシーケンスチャートである。
【図１０】従来例に係る双方向無線データ伝送システム＃４の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る双方向無線データ伝送システム、無線通信装置及び双方向無線通信方法について説明する。  
１．第１の実施形態（双方向無線データ伝送システム＃１の構成例及び無線通信例）
２．第２の実施形態（双方向無線データ伝送システム＃２の構成例及び無線通信例）
３．第３の実施形態（双方向無線データ伝送システム＃３の構成例及び無線通信例）
【００６５】
＜第１の実施形態＞  
図１を参照して、本発明に係る第１の実施形態としての双方向無線データ伝送システム＃１について説明する。図１に示す双方向無線データ伝送システム＃１は、双方向無線通信システムの一例を構成し、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。ミリ波帯の信号は、近距離の機器間および機器内において、映画映像や、コンピュータ画像等を搬送する。その際に、送受信で異なった搬送周波数を用い、注入同期により周波数同期を実現する非対称無線データ伝送システムに適用可能なものである。
【００６６】
ここに注入同期とは、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いう。また、周波数同期とは、発振器によって発振される信号の発振周波数が注入同期に至る周波数範囲に入ると、当該注入同期の引き込み現象により、発振器の信号の発振周波数が、注入した信号の周波数に同期する現象をいう。
【００６７】
双方向無線データ伝送システム＃１は、２つの無線通信装置、例えば、第１の無線通信装置の一例を構成する送信側の双方向用の無線通信装置及び第２の無線通信装置の一例を構成する受信側の双方向用の第２の無線通信装置を有して構成される。送信側の双方向用の無線通信装置は、以下ＴRX１と略して記述する。受信側の双方向用の第２の無線通信装置は、以下ＴRX２と略して記述する。この例では、受信側のＴRX２に発振器２３が設けられ、当該発振器２３の自走発振周波数ｆ２を変化させて、自走発振周波数ｆ２を注入同期の周波数範囲内に取り込み、周波数同期を検出する。この検出をトリガーにしてミリ波帯域の信号等を送受信することで、双方向の周波数同期状態を確認できるようにした。
【００６８】
ＴRX１は、入力信号（以下データＤIN１という）を変調した変調信号ＳIN１に所定の搬送周波数ｆ１の基準搬送信号Ｓｒを重畳して送信信号Ｓout１を送信する。例えば、ＴRX１は、送信部１１、受信部１２、発振器１３、送信用のアンテナ１０６、受信用のアンテナ１０７を有して構成される。
【００６９】
発振器１３には局部発振用の単一の電圧制御発振器（Voltage Control Oscillator）が使用される。この例で、発振器１３が送信部１１と受信部１２とで共用される。送信部１１は発振器１３によって発振される搬送周波数ｆ１（発振周波数）の基準搬送信号Ｓｒに基づいて送信処理をする。受信部１２は発振器１３によって発振される基準搬送信号Ｓｒを逓倍した局部発振周波数ｆｌ’の局部発振信号Ｓｌ’に基づいて受信処理をする。この例では、１つの発振器１３で送信部１１の搬送周波数ｆ１及び受信部１２の局部発振周波数ｆｌ’を同時に制御する。このように制御すると、無線通信装置ＴRX１及びＴRX２間で、周波数同期が成立した場合、無線通信装置ＴRX１及びＴRX２間の全ての送受信時の搬送周波数ｆ１及び自走発振周波数ｆ２を同期させることができる。
【００７０】
送信部１１は、変調部１０１、ベースバンドアンプ１０２、アップミクサ１０３、加算器１０４及びパワーアンプ１０５を有して構成される。変調部１０１は、データＤIN１を入力し、当該データＤIN１を変調して変調信号ＳIN１を出力する。変調部１０１にはベースバンドアンプ１０２が接続される。ベースバンドアンプ１０２は変調信号ＳIN１を増幅する。
【００７１】
ベースバンドアンプ１０２にはアップミクサ１０３が接続される。アップミクサ１０３は、増幅後の変調信号ＳIN１（ベースバンド信号）と搬送周波数ｆ１の基準搬送信号Ｓｒとをアップコンバート処理（周波数変換のための乗算処理）して周波数変換信号を出力する。
【００７２】
アップミクサ１０３には加算器１０４が接続される。加算器１０４はアップコンバート後の周波数変換信号に搬送周波数ｆ１の基準搬送信号Ｓｒを加算（重畳）処理した送信信号Ｓout１を出力する。この周波数変換信号に基準搬送信号Ｓｒを加算するようにしたのは、ＴRX２で基準搬送信号Ｓｒに基づく注入同期をし易くするためである。
【００７３】
もちろん、周波数変換信号に基準搬送信号Ｓｒを加算することなく、無変調のままの搬送周波数ｆ１の基準搬送信号Ｓｒを送信信号Ｓout１としてＴRX２に送信するようにしてもよい。送信タイミングは、ＴRX１とＴRX２の間で注入同期制御期間を設定し、この注入同期制御期間に注入同期による周波数同期を実行するとよい。ここに注入同期制御期間とは、送信側の無線通信装置と受信側の無線通信装置との間で、送信側の搬送周波数ｆ１の基準搬送信号Ｓｒと受信側の自走発振周波数ｆ２による局部発振信号Ｓｌとを一致させるように注入同期をとる期間をいう。
【００７４】
加算器１０４にはパワーアンプ１０５が接続される。パワーアンプ１０５は加算後の送信信号Ｓout１を増幅し、増幅後の送信信号Ｓout１をアンテナ１０６に出力する。アンテナ１０６は、送信信号Ｓout１の給電を受けて電波を輻射する。これにより、送信部１１において、データＤIN１を変調した変調信号ＳIN１に所定の搬送周波数ｆ１の基準搬送信号Ｓｒを重畳した送信信号Ｓout１を相手方のＴRX２に送信できるようになる。
【００７５】
受信部１２は、低ノイズ型のアンプ１０８、ダウンミクサ１０９、周波数逓倍器１１０、バンドパスフィルタ１１１及び復調部１１２を有して構成される。受信用のアンテナ１０７にはアンプ１０８が接続される。アンプ１０８はアンテナ１０７で受信された受信信号Ｓin２を増幅する。受信信号Ｓin２は自走発振周波数ｆ２の２倍の搬送波信号を含んでいる。受信信号Ｓin２には、注入同期時、ＴRX２から送られてくるイネーブル信号ＳENが含まれる。
【００７６】
アンプ１０８にはダウンミクサ１０９が接続される。ダウンミクサ１０９には周波数逓倍器１１０が接続される。周波数逓倍器１１０は発振器１３に接続され、搬送周波数ｆ１を２倍に逓倍した２×ｆ１の局部発振信号Ｓｌ’をダウンミクサ１０９に出力する。ダウンミクサ１０９は、周波数逓倍器１１０から出力される局部発振信号Ｓｌ’に基づいて受信信号Ｓin２をダウンコンバート処理（減算）してベースバンド信号ＳOUT２（復調信号）を復調する。
【００７７】
ダウンミクサ１０９にはバンドパスフィルタ１１１が接続される。バンドパスフィルタ１１１は、注入同期時にイネーブル信号ＳENを含むベースバンド信号ＳOUT２を通過させる。バンドパスフィルタ１１１には復調部１１２が接続される。復調部１１２は、ベースバンド信号ＳOUT２を復調してイネーブル信号ＳENを含むデータＤOUT２を出力する。
【００７８】
このようにＴRX１を構成すると、受信部１２では、ＴRX２の発振器２３の局部発振信号Ｓｌの自走発振周波数ｆ２が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１に周波数同期する。そして、周波数同期した際に、ＴRX１は、当該ＴRX２からイネーブル信号ＳENを受信できるようになる。従って、イネーブル信号ＳENに基づいて相手方のＴRX２と周波数同期が完了し、かつ、通信可能状態にあることを検出（認識）できるようになる。
【００７９】
また、ＴRX２は、自走励振注入同期型の単一の局部発振器（以下単に発振器２３という）を有しており、発振器２３は、自走発振周波数ｆ２の局部発振信号Ｓｌを発振する。発振器２３には電圧制御発振器（Voltage Control Oscillator）が使用される。
【００８０】
ＴRX２は受信した受信信号Ｓin１を発振器２３に注入すると共に、当該発振器２３の自走発振周波数ｆ２を可変制御しながら受信信号Ｓin１を受信する。ＴRX２は局部発振信号Ｓｌの自走発振周波数ｆ２が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１に周波数同期したか否かを検出して通信許可信号（以下イネーブル信号ＳENという）を生成する。
【００８１】
ＴRX２においても、発振器２３は、受信部２１と送信部２２とで共用される。受信部２１は、発振器２３によって発振される注入同期後の自走発振周波数ｆ２の局部発振信号Ｓｌに基づいて受信処理をするようになされる。送信部２２は、発振器２３によって発振される注入同期後の局部発振信号Ｓｌを逓倍した搬送波信号Ｓｒ’に基づいて送信処理をするようになされる。この例では、１つの発振器２３で受信部２１の自走発振周波数ｆ２及び送信部２２の搬送周波数ｆｒ’の両方を同時に制御する。このように制御すると、ＴRX１及びＴRX２間で、周波数同期が成立した場合、ＴRX１及びＴRX２間の全ての送受信時の搬送周波数ｆ１及び自走発振周波数ｆ２が同期することになる。
【００８２】
ＴRX２は発振器２３の他に、受信部２１、送信部２２、制御部２４、周波数同期検出部２５、受信用のアンテナ２０１、送信用のアンテナ２１１を有して構成される。制御部２４及び周波数同期検出部２５は信号生成部の一例を構成する。
【００８３】
受信部２１は、ＴRX１から受信した受信信号Ｓin１を発振器２３に注入すると共に、発振器２３の自走発振周波数ｆ２を可変制御しながら受信信号Ｓin１を受信する。例えば、受信部２１は、低ノイズ型のアンプ２０２、ダウンミクサ２０３、ローパスフィルタ２０４及び復調部２０５を有して構成される。
【００８４】
受信用のアンテナ２０１にはアンプ２０２が接続される。アンプ２０２はアンテナ２０１で受信された受信信号Ｓin１を増幅する。受信信号Ｓin１は搬送周波数ｆ１を含んでいる。アンプ２０２にはダウンミクサ２０３及び発振器２３が接続される。ダウンミクサ２０３には発振器２３が接続される。発振器２３には増幅後の受信信号Ｓin１が注入される。
【００８５】
ダウンミクサ２０３は、発振器２３から出力される自走発振周波数ｆ２の局部発振信号Ｓｌに基づいて受信信号Ｓin１をダウンコンバート処理（減算）して得たベースバンド信号ＳOUT１を出力する。ダウンミクサ２０３にはローパスフィルタ２０４が接続される。ローパスフィルタ２０４は、ベースバンド信号ＳOUT１から低域成分を除去し、低域成分除去後のベースバンド信号ＳOUT１を通過させる。ローパスフィルタ２０４には周波数同期検出部２５及び復調部２０５が接続される。復調部２０５は、ベースバンド信号ＳOUT１を復調してデータＤOUT１を出力する。
【００８６】
発振器２３には信号生成部の一部を構成する制御部２４が接続される。制御部２４は、受信信号Ｓin１が注入された発振器２３の自走発振周波数ｆ２を可変制御しながら受信信号Ｓin１を受信制御する。周波数同期検出部２５は信号生成部の一部を構成し、局部発振信号Ｓｌの自走発振周波数ｆ２が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１に周波数同期したか否かを検出してイネーブル信号ＳENを生成する。イネーブル信号ＳENは、発振器２３が注入同期により周波数同期した際に、制御部２４及び送信部２２に出力される。
【００８７】
送信部２２は、周波数同期検出部２５で自走発振周波数ｆ２が、注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１に周波数同期したことが検出されると、イネーブル信号ＳENをＴRX１に送信する。送信部２２は、変調部２０６、ベースバンドアンプ２０７、アップミクサ２０８、周波数逓倍器２０９及びパワーアンプ２１０を有して構成される。
【００８８】
変調部２０６は、データＤIN２を入力し、当該データＤIN２を変調して変調信号ＳIN２を出力する。この例で、発振器２３の自走発振周波数ｆ２が、注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１に周波数同期する。その際に、変調部２０６は、周波数同期検出部２５から出力されるイネーブル信号ＳENを変調してイネーブル信号ＳENを含む変調信号ＳIN２を出力する。
【００８９】
変調部２０６にはベースバンドアンプ２０７が接続される。ベースバンドアンプ２０７は変調信号ＳIN２を増幅する。ベースバンドアンプ２０７にはアップミクサ２０８が接続される。アップミクサ２０８及び上述の発振器２３には、周波数逓倍器２０９が接続される。周波数逓倍器２０９は自走発振周波数ｆ２を２倍に逓倍した搬送周波数ｆｒ’＝２・ｆ２をアップミクサ２０８に出力する。
【００９０】
アップミクサ２０８は、増幅後の変調信号ＳIN２と搬送周波数ｆｒ’の搬送波信号Ｓr’とをアップコンバート処理（周波数変換のための乗算処理）して送信信号Ｓout２を出力する。アップミクサ２０８にはパワーアンプ２１０が接続される。パワーアンプ２１０はアップコンバート後の送信信号Ｓout２を増幅し、増幅後の送信信号Ｓout２をアンテナ２１１に出力する。アンテナ２１１は、送信信号Ｓout２を受けて電波を輻射する。これにより、送信部２２において、イネーブル信号ＳENを含む変調信号ＳIN２に所定の搬送周波数ｆｒ’の搬送波信号Ｓr’を重畳した送信信号Ｓout２を相手方のＴRX１に送信できるようになる。
【００９１】
また、ＴRX１の送信部１１における搬送周波数ｆ１と、ＴRX２の送信部２２における搬送周波数ｆｒ’において、ＴRX１の搬送周波数ｆ１とＴRX２の搬送周波数ｆｒ’＝２・ｆ１との間には、Ｍ／Ｎなる関係に設定される。但し、Ｍ，Ｎはそれぞれ任意の整数である。例えば、ＴRX１における搬送周波数ｆ１が６０ＧＨｚに設定されると、ＴRX２における搬送周波数ｆｒ’が１２０ＧＨｚに設定される。この例では、ｆ１：ｆｒ’＝６０：１２０＝Ｍ：Ｎ（１：２）に設定される。
【００９２】
もちろん、自走発振周波数ｆ２の局部発振信号Ｓｌを分周した搬送波信号Ｓr’を使用してもよい。例えば、ＴRX１における搬送周波数ｆ１が６０ＧＨｚに設定されると、ＴRX２における搬送周波数ｆｒ’が３０ＧＨｚに設定される。この例では、ｆ１：ｆｒ’＝６０：３０＝Ｍ：Ｎ（２：１）に設定される。
【００９３】
ここで、図２Ａ及びＢを参照して、制御部２４及び周波数同期検出部２５の内部構成例について説明する。制御部２４は発振器２３の自走発振周波数ｆ２を可変制御するために、アップカウンタ４１及びデジタル・アナログ変換器（以下ＤＡ変換器４２という）を有して構成される。アップカウンタ４１は、スタート信号Ｓtartに基づいて、例えば、クロック信号ＣLKのパルス数をカウントアップして発振制御データＤｃを出力し、ストップ信号Ｓtopに基づいて発振制御データＤｃの出力を停止する。アップカウンタ４１にはＤＡ変換器４２が接続される。
【００９４】
ＤＡ変換器４２は発振制御データＤｃをデジタルアナログ（ＤＡ）変換してアナログのＶＣＯ制御電圧Ｖｃを生成する。ＶＣＯ制御電圧Ｖｃは、発振器２３に出力される。発振器２３は、ある基準電圧よりもＶＣＯ制御電圧Ｖｃが高くなると自走発振周波数ｆ２を減少する。ある基準電圧よりもＶＣＯ制御電圧Ｖｃが低くなると自走発振周波数ｆ２を増加する。
【００９５】
制御部２４は、発振器２３の自走発振周波数ｆ２を注入同期に至る周波数範囲内で繰り返し増減して可変調整する。これにより、受信信号Ｓin１が注入された発振器２３の自走発振周波数ｆ２を可変制御することができる。このように受信部２１を構成する。当該受信部２１では、発振器２３による局部発振信号Ｓｌの自走発振周波数ｆ２を注入同期に至る周波数範囲に強制的に入り込ませ、注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１に強制的に周波数同期させることができるようになる。
【００９６】
図２Ｂに示す周波数同期検出部２５では、発振器２３が制御部２４によって可変制御される。この発振器２３の局部発振信号Ｓｌの自走発振周波数ｆ２が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１に周波数同期したか否かを検出してイネーブル信号ＳENを生成する。イネーブル信号ＳENは、周波数同期した旨の信号論理を示すＬＯＣＫと、周波数同期していない旨の信号論理を示す反転ＬＯＣＫ（上線を省略する）に分かれる。
【００９７】
周波数同期検出部２５は、例えば、周波数弁別器５１及び判定器５２を有して構成される。周波数弁別器５１は、受信信号Ｓin１を復調した後のベースバンド信号ＳOUT１の周波数変動を振幅値に変換する。周波数弁別後の振幅値は、判定器５２に出力される。周波数弁別器５１には判定器５２が接続される。判定器５２は、周波数弁別器５１から得られる振幅値と設定された比較基準値とを比較して、発振器２３の自走発振周波数ｆ２が、注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１に周波数同期したか否かを判定する。比較基準値は、例えば、上位の制御系から出力される閾値電圧Ｖthによって与えられる。
【００９８】
判定器５２は、周波数弁別器５１から得られる振幅値と設定された比較基準値とが一致した場合に注入同期完了を示すイネーブル信号ＳEN＝ＬＯＣＫを出力する。周波数弁別器５１から得られる振幅値と設定された比較基準値とが一致しない場合は注入同期未完了を示すイネーブル信号ＳEN＝反転ＬＯＣＫ（上線を省略する）を出力する。イネーブル信号ＳEN＝ＬＯＣＫ等は、送信側のＴRX１の他に当該受信側のＴRX２の上位の制御系にも出力される。
【００９９】
このようにＴRX２を構成すると、発振器２３の局部発振信号Ｓｌの自走発振周波数ｆ２が、注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１に周波数同期したことが、周波数同期検出部２５によって検出される。この周波数同期したことが検出された場合、送信部２２が、周波数同期検出部２５で生成されたイネーブル信号ＳENを送信側のＴRX１に送信できるようになる。
【０１００】
続いて、図３を参照して、注入信号出力値Ｉpと、自走発振周波数ｆ２との関係例について説明する。図３に示す縦軸は、注入信号出力値Ｉp［ｄＢ］である。注入信号出力値Ｉpは、無変調の搬送周波数ｆ１の基準搬送信号Ｓｒを受信信号Ｓin１としてＴRX２の発振器２３に注入し、かつ、そのダウンミクサ２０３に受信信号Ｓin１を入力した際のビート信号の強度値である。
【０１０１】
ビート信号は、ダウンミクサ２０３から得られる搬送周波数ｆ１の受信信号Ｓin１と発振器２３の自走発振周波数ｆ２の局部発振信号Ｓｌとの差分を示す信号である。横軸は、発振器２３の自走発振周波数ｆ２である。例えば、図中、自走発振周波数ｆ２は、５９．６ＧＨｚ〜６０．４ＧＨｚであり、０．２ＧＨｚ目盛り刻みで示している。
【０１０２】
この例で、注入信号出力値Ｉp対自走発振周波数ｆ２との関係は、ほぼＶ字の特性曲線となっている。この特性曲線は、（１）式、すなわち、
Ｉp［ｄＢ］＝２０・log10｛（２・α・Ｑ・abs（ｆ２−ｆinj））／ｆinj｝
・・・・・（１）
によって与えられる。但し、ｆ２は発振器２３の自走発振周波数であり、αは、自走発振周波数ｆ２の局部発振信号Ｓｌの振幅であり、Ｑ（Quality factor）は、発振器２３のタンク回路の尖鋭度値であり、ｆinjは、注入同期時の発振器２３の中心周波数である。グラフ中のｆabは、注入同期の周波数範囲である。図中ａ点のｆａが下限周波数で、ｂ点のｆｂが上限周波数である。ここで周波数範囲ｆabは、（２）式、すなわち、  
ｆab＝１／２π・（ωinj±Δωｍ）
Δωｍ＝ρ・ω0／２αＱ                        ・・・・・（２）
によって与えられる。但し、発振器２３の中心周波数ｆinjは、ωinjと置き換え、自走発振周波数ｆ２はω０に置き換え、受信信号Ｓin１（注入信号）の振幅はρである。Δωmは、注入同期の周波数範囲ｆab内で制御部２４が制御する周波数変化分である。
【０１０３】
制御部２４は、発振器２３の自走発振周波数ｆ２を制御して、自走発振周波数ｆ２を変化させることで、この注入同期の周波数範囲ｆabの中心周波数ωinjを受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１に同期させるようになる。
【０１０４】
この例では、無変調時の受信信号Ｓin１を入力したダウンミクサ２０３の出力をビート信号とする。このビート信号は、発振器２３の局部発振信号Ｓｌの自走発振周波数ｆ２が、無変調の受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１の周波数範囲外に有る場合は、ほぼ二次曲線に示す強度となる注入信号出力値Ｉp［ｄＢ］を有している。また、そのビート信号は、自走発振周波数ｆ２が搬送周波数ｆ１の周波数範囲ｆab内に有る場合は、注入信号出力値Ｉp［ｄＢ］を持たない直流となる。この例では、発振器２３における注入同期時の周波数範囲ｆabは６０ＧＨｚ±０．０２ＧＨｚである。
【０１０５】
続いて、図４Ａ及びＢを参照して、自走発振周波数ｆ２の制御例について説明する。図４Ａに示す縦軸は、発振器２３の自走発振周波数ｆ２である。横軸は、注入同期を実行する際の時間ｔである。図中、ＴRX２受信信号は、ＴRX１から受信した受信信号Ｓin１である。また、ｔILは、周波数同期（インジェクションロック）に至った時刻である。図４Ｂに示すＴRX１送信信号は、ＴRX１からＴRX２へ送信される送信信号Ｓout１であって、ＴRX２で受信される受信信号Ｓin１である。受信信号Ｓin１は注入信号として発振器２３に注入される。
【０１０６】
この例で制御部２４は、注入同期制御期間＃Ｔ１で発振器２３に対して自走発振周波数ｆ２を設定する。同様にして、注入同期制御期間＃Ｔ２では発振器２３に自走発振周波数ｆ２＝ｆ２＋Δを設定する。注入同期制御期間＃Ｔ３では発振器２３に自走発振周波数ｆ２＝ｆ２＋２Δを設定する。この例では、注入同期制御期間＃Ｔ３の時刻ｔILで発振器２３が周波数同期に至っている。なお、周波数同期が得られない場合は、破線に示す注入同期制御期間＃Ｔ４で自走発振周波数ｆ２＝ｆ２＋３Δを設定するようになる。
【０１０７】
続いて、図５Ａ及びＢを参照して、本発明に係る第１の双方向無線通信方法について、第１の双方向無線データ伝送システム＃１における無線通信例について説明する。この実施形態では、双方向無線データ伝送システム＃１において、ＴRX２は、受信側の無線通信装置であり、ＴRX１は、送信側の無線通信装置である。発振器２３の局部発振信号Ｓｌの自走発振周波数ｆ２が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１に周波数同期する。この周波数同期したことが周波数同期検出部２５によって検出された場合に、ＴRX２は、イネーブル信号ＳENをＴRX１に送信する場合を前提とする。
【０１０８】
これらを注入同期時の無線通信条件にして、図５Ｂに示すステップＰ２１で、まず、ＴRX２は、図２Ａに示した制御部２４がアップカウンタ４１をオンして受信状態に入る。このとき、図２Ａに示した制御部２４は発振器２３の自走発振周波数ｆ２を制御する。例えば、図５に示す注入同期制御期間をＴとして、図４に示した注入同期制御期間をＴ＝＃Ｔ１で示すと、発振器２３に対して自走発振周波数ｆ２が注入同期制御期間Ｔ＝＃Ｔ１だけ設定される。
【０１０９】
一方、ＴRX１ではステップＰ１１で送信部１１が送信を開始する。次に、ＴRX１はステップＰ１２で無変調の搬送周波数ｆ１の送信信号Ｓout１をＴRX２に送信して接続要求を実行する。このとき、ＴRX１は、データＤIN１を変調することなく、無変調のままの所定の搬送周波数ｆ１の基準搬送信号Ｓｒを送信信号Ｓout１として送信する。送信信号Ｓout１はアンテナ１０６を介してＴRX2に輻射される。
【０１１０】
他方、ステップＰ２２でＴRX２の受信部２１は、受信信号Ｓin１の受信を開始する。このとき、ＴRX２は、ＴRX１から受信した搬送周波数ｆ１の受信信号Ｓin１を発振器２３に注入すると共に、発振器２３の自走発振周波数ｆ２を可変制御しながら受信信号Ｓin１を受信する。また、受信信号Ｓin１はダウンミクサ２０３に入力され、受信信号Ｓin１がダウンコンバートされてベースバンド信号ＳOUT１に周波数変換される。ＴRX１から送信されてきた送信信号Ｓout１（＝受信信号Ｓin１）が無変調の場合、搬送周波数ｆ１と自走発振周波数ｆ２の差の周波数のビート信号がダウンミクサ２０３から出力される。このビート信号は周波数同期検出部２５に入力される。
【０１１１】
そして、ステップＰ２３で周波数同期検出部２５は、発振器２３が注入同期による周波数同期（インジェクションロック）した否かを判別する。このとき、周波数同期検出部２５では、周波数弁別器５１が、受信信号Ｓin１を復調した後のベースバンド信号ＳOUT１の周波数変動を振幅値に変換する。周波数弁別後の振幅値は、判定器５２に出力される。判定器５２は、周波数弁別器５１から得られる振幅値と設定された比較基準値とを比較して、発振器２３の自走発振周波数ｆ２が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１に周波数同期したか否かを判定する。比較基準値は、上位の制御系から出力される閾値電圧Ｖthによって与えられる。判定器５２は、周波数弁別器５１から得られる振幅値と設定された比較基準値とが一致しない場合、注入同期未完了を示すイネーブル信号ＳEN＝反転ＬＯＣＫ（上線を省略する）を制御部２４に出力する。
【０１１２】
そして、ステップＰ２４で制御部２４はアップカウンタ４１をカントアップする。ステップＰ２５で制御部２４は発振器２３に自走発振周波数ｆ２＝ｆ２＋Δを設定する。発振器２３は、注入同期制御期間Ｔ＝＃Ｔ２中、自走発振周波数ｆ２＝ｆ２＋Δで発振する。発振器２３が注入同期制御期間Ｔ＝＃Ｔ２に周波数同期に至らない場合は、再度、ステップＰ２４で制御部２４はアップカウンタ４１をカントアップする。
【０１１３】
ステップＰ２５で制御部２４は発振器２３に自走発振周波数ｆ２＝ｆ２＋２Δを設定する。発振器２３は、注入同期制御期間Ｔ＝＃Ｔ３中、自走発振周波数ｆ２＝ｆ２＋２Δで発振する。制御部２４は、周波数同期に至らしめるための設定を繰り返すようになされる。
【０１１４】
上述のステップＰ２５で、搬送周波数ｆ１が、注入同期の周波数範囲ｆabに入ると、発振器２３は、基準搬送信号Ｓｒに周波数同期する。発振器２３が周波数同期に至ると、ダウンミクサ２０３の出力は直流になる。発振器２３が周波数同期に至った場合に、周波数弁別器５１から得られる振幅値と設定された比較基準値とが一致することから、判定器５２は、注入同期完了を示すイネーブル信号ＳEN＝ＬＯＣＫを出力する。イネーブル信号ＳENは、制御部２４に入力され、発振器２３の自走発振周波数ｆ２を固定する。このときの自走発振周波数ｆ２の中心周波数ω０は発振器２３で作成される。イネーブル信号ＳEN＝ＬＯＣＫ等は、送信側のＴRX1の他に当該受信側のＴRX２の上位の制御系にも出力される。
【０１１５】
発振器２３が周波数同期に至った場合は、ステップＰ２６で送信部２２は、イネーブル信号ＳENをトリガーにして変調部２０６をオンする。変調部２０６は、イネーブル信号ＳENを変調した変調信号ＳIN２をベースバンドアンプ２０７を介してアップミクサ２０８に出力する。アップミクサ２０８ではイネーブル信号ＳENを含む変調信号ＳIN２を搬送周波数ｆｒ’の搬送波信号Ｓｒ’に基づいてアップコンバート処理して送信信号Ｓout２を出力する。搬送波信号Ｓｒ’は固定された自走発振周波数ｆ２を周波数逓倍器２０９で２倍に逓倍された周波数である。
【０１１６】
そして、ステップＰ２７でＴRX２からＴRX１へ搬送周波数ｆｒ’の送信信号Ｓout２を送信して接続応答が実行される。このとき、送信信号Ｓout２は、パワーアンプ２１０及びアンテナ２１１を介してＴRX１に輻射される。ＴRX１のアンテナ１０７が送信信号Ｓout２を受信してイネーブル信号ＳENを含む受信信号Ｓin２を出力する。
【０１１７】
ＴRX１は、ステップＰ１３でイネーブル信号ＳENを含む受信信号Ｓin２を受信すると、ＴRX１及びＴRX２間の周波数同期がなされたこと、及び、これから通信状態に入れることを識別（認知）できるようになる。そして、ＴRX１ではステップＰ１４でデータＤIN１等の通信を開始する。ＴRX１では、搬送周波数ｆ１を固定して通信状態に入る。ＴRX１はデータＤIN１を変調し、変調後のデータＤIN１を含む変調信号ＳIN１を搬送周波数ｆ１の基準搬送信号Ｓｒでアップコンバート処理し、アップコンバート処理後の送信信号Ｓout１をＴRX２に送信する。
【０１１８】
ＴRX２のアンテナ２０１は、データＤIN１を含む送信信号Ｓout１を受信して受信信号Ｓin１を受信部２１に出力する。受信部２１は、受信信号Ｓin１を入力し、ステップＰ２８で受信信号Ｓin１を復調してデータＤOUT１を復元する。なお、２以上の周波数チャネルを有するシステムの場合は、ステップＰ２９で、図中のＴA−ＴB間の処理を繰り返すようになされる。
【０１１９】
このように第１の実施形態としての双方向無線データ伝送システム＃１によれば、ＴRX１が、データＤIN１を変調した変調信号ＳIN１に所定の搬送周波数ｆ１の基準搬送信号Ｓｒを重畳して送信信号Ｓout１を送信する。ＴRX２は、ＴRX１から受信した受信信号Ｓin１を発振器２３に注入すると共に、発振器２３の自走発振周波数ｆ２を可変制御しながら受信信号Ｓin１を受信する。
【０１２０】
ＴRX２は、発振器２３の自走発振周波数ｆ２が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１に周波数同期したか否かを検出してイネーブル信号ＳENを生成する。ＴRX２は、発振器２３の自走発振周波数ｆ２が、注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１に周波数同期したことを検出した場合に、イネーブル信号ＳENをＴRX１に送信するようになる。
【０１２１】
従って、ＴRX１では、イネーブル信号ＳENに基づいてＴRX２との周波数同期が完了し、かつ、通信可能状態にあることを検出（認識）できるようになる。これにより、周波数同期後、ＴRX１からＴRX２へデータＤIN１等を送信すると、ＴRX２では、周波数同期後の自走発振周波数ｆ２の信号に基づいてデータＤOUT１を復元できるようになる。
【０１２２】
また、ＴRX１において、発振器１３を送信部１１及び受信部１２で共通化し、ＴRX２において、発振器２３を受信部２１及び送信部２２で共通化している。このことで、下り信号伝送系で注入同期による周波数同期が採れたところで、逆方向の上り信号伝送チャネルも周波数同期を自動的に成立させることが実現できた。これにより、上り信号伝送系でデータ伝送を行う際にも、周波数同期がとれた状態で送信処理を実現できるようになった。
【０１２３】
しかも、ＰＬＬ回路を含んだ回路に比べて周波数同期回路を簡単な回路によって構成できるようになる。また、自走発振周波数ｆ２に誤差のあるフリーランの局部発振器を発振器２３に使用した場合であっても、片側の発振周波数を制御部２４で変化させながら受信することで、注入同期範囲に追い込み同期させることができる。なお、制御部２４にはアップカウンタ４１の代わりにダウンカウンタを用いてもよい。もちろん、アップカウンタ４１及びダウンカウンタの両方を用いて制御部２４を構成してもよい。
【０１２４】
＜第２の実施形態＞    
続いて、図６を参照して、第２の実施形態としての双方向無線データ伝送システム＃２の構成例について説明する。この実施形態で、ＴRX２’には、搬送周波数ｆｒ’，ｆｒ”が異なる複数、この例では２つの送信部２２，２６が備えられる。上り信号伝送チャネルは、ＴRX２’からＴRX１’へ２系統構成される。２つの上り信号伝送チャネルの搬送周波数ｆｒ’，ｆｒ”は、いずれも単一の発振器２３によって発生され、自走発振周波数ｆ２に基づいて生成される。ＴRX１’には、２つの受信部１２，１４が備えられる。
【０１２５】
ＴRX１’における送信部１１、受信部１２，１４の周波数関係は、Ｍ／Ｎ（Ｍ、Ｎ：整数）の関係に設定され、ＴRX２’における受信部２１、送信部２２，２６の周波数関係は、Ｍ／Ｎ（Ｍ、Ｎ：整数）の関係に設定される。双方向無線データ伝送システム＃２では、図５に示したように、ＴRX１’とＴRX２’との注入同期による周波数同期によって、自走発振周波数ｆ２が搬送周波数ｆ１に一致する。この自走発振周波数ｆ２が搬送周波数ｆ１に一致することを利用（使用）して複数チャネルの周波数同期をとる動作を実現するようになった。この構成によって、全ての上り信号伝送チャネルの周波数同期を同時に実現できるようになる。
【０１２６】
図６に示すＴRX２’は第２の無線通信装置の一例を構成し、受信部２１、第１の送信部２２、発振器２３、制御部２４、周波数同期検出部２５、第２の送信部２６、受信用のアンテナ２０１、送信用のアンテナ２１１，２１７を有して構成される。送信部２２は、第１の上り信号伝送チャネルを構成する。第１の実施形態と同じ符号及び同じ名称のものは同じ機能を有するのでその説明を省略する。
【０１２７】
送信部２６は、第２の上り信号伝送チャネルを構成し、図５で説明したように、周波数同期検出部２５で自走発振周波数ｆ２が注入同期に至る周波数範囲に入って注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１に周波数同期したことが検出される。すると、その注入同期後に、データＤIN２２をＴRX１’に送信する。送信部２６は、変調部２１２、ベースバンドアンプ２１３、アップミクサ２１４、周波数逓倍器２１５及びパワーアンプ２１６を有して構成される。
【０１２８】
変調部２１２は、データＤIN２２を入力し、当該データＤIN２２を変調して変調信号ＳIN２２を出力する。変調部２１２にはベースバンドアンプ２１３が接続される。ベースバンドアンプ２１３は変調信号ＳIN２２を増幅する。ベースバンドアンプ２１３にはアップミクサ２１４が接続される。アップミクサ２１４及び上述の発振器２３には、周波数逓倍器２１５が接続される。周波数逓倍器２１５は自走発振周波数ｆ２を３倍に逓倍した搬送周波数ｆｒ”＝３・ｆ２をアップミクサ２１４に出力する。
【０１２９】
アップミクサ２１４は、増幅後の変調信号ＳIN２２と搬送周波数ｆｒ”の搬送波信号Ｓｒ”とをアップコンバート処理（周波数変換のための乗算処理）して送信信号Ｓout２２を出力する。アップミクサ２１４にはパワーアンプ２１６が接続される。パワーアンプ２１６はアップコンバート後の送信信号Ｓout２２を増幅し、増幅後の送信信号Ｓout２２をアンテナ２１７に出力する。
【０１３０】
アンテナ２１７は、送信信号Ｓout２２を受けて電波を輻射する。これにより、送信部２２において、注入同期後の変調信号ＳIN２２に所定の搬送周波数ｆｒ”の搬送波信号Ｓｒ”を重畳した送信信号Ｓout２２を相手方のＴRX１’に送信できるようになる。なお、送信部２２については、図１に示したデータＤIN２、変調信号ＳIN２、送信信号Ｓout２等を、データＤIN２１、変調信号ＳIN２１、送信信号Ｓout２１等に読み替えて参照されたい。
【０１３１】
また、ＴRX１’の送信部１１における搬送周波数ｆ１と、ＴRX２’の送信部２６における搬送周波数ｆｒ”において、ＴRX１’の搬送周波数ｆ１とＴRX２’の搬送周波数ｆｒ”＝３・ｆ１との間には、Ｍ／Ｎなる関係に設定される。Ｍ，Ｎは、それぞれ任意の整数である。例えば、ＴRX１’における搬送周波数ｆ１が６０ＧＨｚに設定されると、ＴRX２’における搬送周波数ｆｒ”が１８０ＧＨｚに設定される。この例では、ｆ１：ｆｒ”＝６０：１８０＝Ｍ：Ｎ（１：３）に設定される。
【０１３２】
もちろん、自走発振周波数ｆ２の局部発振信号Ｓｌを分周した搬送波信号Ｓｒ”を使用してもよい。例えば、ＴRX１’における搬送周波数ｆ１が６０ＧＨｚに設定されると、ＴRX２’における搬送周波数ｆｒ”が２０ＧＨｚに設定される。この例では、ｆ１：ｆｒ”＝６０：２０＝Ｍ：Ｎ（３：１）に設定される。
【０１３３】
ＴRX１’は第１の無線通信装置の一例を構成し、送信部１１、発振器１３、第１の受信部１２、第２の受信部１４、送信用のアンテナ１０６、受信用のアンテナ１０７，１１３を有して構成される。受信部１２は第１の上り信号伝送チャネルを構成する。図６において、第１の実施形態と同じ符号及び同じ名称のものは同じ機能を有するのでその説明を省略する。
【０１３４】
受信部１４は、第２の上り信号伝送チャネルを構成し、低ノイズ型のアンプ１１４、ダウンミクサ１１５、周波数逓倍器１１６、バンドパスフィルタ１１７及び復調部１１８を有して構成される。受信用のアンテナ１１３にはアンプ１１４が接続される。アンプ１１４はアンテナ１１３で受信された受信信号Ｓin２２を増幅する。受信信号Ｓin２２は自走発振周波数ｆ２の３倍の搬送波信号Ｓｒ”を含んでいる。受信信号Ｓin２２には、注入同期後、ＴRX２’から送られてくるデータＤIN２２が含まれる。
【０１３５】
アンプ１１４にはダウンミクサ１１５が接続される。ダウンミクサ１１５には周波数逓倍器１１６が接続される。周波数逓倍器１１６は発振器１３に接続され、搬送周波数ｆ１を３倍に逓倍した３×ｆ１の局部発振信号Ｓｌ”をダウンミクサ１１５に出力する。ダウンミクサ１１５は、周波数逓倍器１１６から出力される局部発振信号Ｓｌ”に基づいて受信信号Ｓin２２をダウンコンバート処理（減算）して減算信号を出力する。
【０１３６】
ダウンミクサ１１５にはバンドパスフィルタ１１７が接続される。バンドパスフィルタ１１７は、注入同期後、ＴRX２’のデータＤIN２２を含むベースバンド信号ＳOUT２２を通過させる。バンドパスフィルタ１１７には復調部１１８が接続される。復調部１１８は、ベースバンド信号ＳOUT２２を復調してデータＤOUT２２を出力する。なお、受信部１２については、図１に示した受信信号Ｓin２、ベースバンド信号ＳOUT２、データＤOUT１等を、受信信号Ｓin２１、ベースバンド信号ＳOUT２１、データＤOUT２１等に読み替えて参照されたい。
【０１３７】
上述の双方向無線データ伝送システム＃２の動作例については、ＴRX１’，ＴRAX２’間で注入同期をとるまでの動作は、図５に示した通りである。注入同期がとれた後は、第１の上り信号伝送チャネルと第２の上り信号伝送チャネルとで独立して無線通信処理がなされる。
【０１３８】
第１の上り信号伝送チャネルにおいては、ＴRX２’の送信部２２がデータＤIN２１を入力すると、データＤIN２１を変調した変調信号ＳIN２１をベースバンドアンプ２０７を介してアップミクサ２０８に出力する。アップミクサ２０８ではデータＤIN２１を含む変調信号ＳIN２１を搬送周波数ｆｒ’の搬送波信号Ｓｒ’に基づいてアップコンバート処理して送信信号Ｓout２１を出力する。搬送波信号Ｓｒ’は周波数逓倍器２０９で自走発振周波数ｆ２を２倍に逓倍された周波数である。
【０１３９】
ＴRX２’からＴRX１’へ搬送周波数ｆｒ’の送信信号Ｓout２１を送信される。このとき、送信信号Ｓout２１は、パワーアンプ２１０及びアンテナ２１１を介してＴRX１’に輻射される。ＴRX１’のアンテナ１０７は送信信号Ｓout２１を受信してデータＤIN２１を含む受信信号Ｓin２１を出力する。ＴRX１’は、このデータＤIN２１を含む受信信号Ｓin２１を受信すると、受信信号Ｓin２１を復調してデータＤOUT２１を復元する。
【０１４０】
第２の上り信号伝送チャネルについては、送信部２６が、データＤIN２２を変調した変調信号ＳIN２２をベースバンドアンプ２１３を介してアップミクサ２１４に出力する。アップミクサ２１４ではデータＤIN２２を含む変調信号ＳIN２２を搬送周波数ｆｒ”の搬送波信号Ｓｒ”に基づいてアップコンバート処理して送信信号Ｓout２２を出力する。搬送波信号Ｓｒ”は周波数逓倍器２１５で自走発振周波数ｆ２を３倍に逓倍された周波数である。
【０１４１】
ＴRX２’からＴRX１’へ搬送周波数ｆｒ”の送信信号Ｓout２２を送信される。このとき、送信信号Ｓout２２は、パワーアンプ２１６及びアンテナ２１７を介してＴRX１’に輻射される。ＴRX１’のアンテナ１１３は送信信号Ｓout２２を受信してデータＤIN２２を含む受信信号Ｓin２２を出力する。ＴRX１’は、このデータＤIN２２を含む受信信号Ｓin２２を受信すると、受信信号Ｓin２２を復調してデータＤOUT２２を復元する。
【０１４２】
このように第２の実施形態としての双方向無線データ伝送システム＃２によれば、ＴRX２’には、自走発振周波数ｆ２に対して搬送周波数ｆｒ’，ｆｒ”のように、搬送周波数ｆｒ’，ｆｒ”が異なる２つの送信部２２，２６が備えられる。上り信号伝送チャネルは、ＴRX２’からＴRX１’へ２系統構成され、上り信号伝送チャネルの搬送周波数ｆｒ’，ｆｒ”が、いずれも単一の発振器２３に基づいて生成される。ＴRX１’には、２つの受信部１２，１４が備えられる。
【０１４３】
ＴRX１’における送信部１１、受信部１２，１４の周波数関係は、搬送周波数ｆ１＝６０ＧＨｚに対して、１２０ＧＨｚ、１８０ＧＨｚのようにＭ／Ｎ（Ｍ＝３、Ｎ＝１）の関係に設定される。ＴRX２’における受信部２１、送信部２２，２６の周波数関係は、自走発振周波数ｆ２＝６０ＧＨｚに対して、１２０ＧＨｚのようにＭ／Ｎ（Ｍ＝２、Ｎ＝１）の関係に設定され、１８０ＧＨｚのようにＭ／Ｎ（Ｍ＝３、Ｎ＝１）の関係に設定される。
【０１４４】
従って、ＴRX１’とＴRX２’との注入同期動作で自走発振周波数ｆ２が搬送周波数ｆ１に一致し、注入同期後の自走発振周波数ｆ２を使用して他の２つの上り信号伝送チャネルの周波数同期をとる動作を実現できるようになった。これにより、注入同期後、２系統の上り信号伝送チャネルを同時に使用して無線通信処理できるようになった。
【０１４５】
また、ＴRX１’において、発振器１３を送信部１１、受信部１２，１４で共通化し、ＴRX２’において、発振器２３を受信部２１、送信部２２，２６で共通化している。この共通化によって、注入同期が成ったところで、逆方向の２つの上り信号伝送チャネルも周波数同期を自動的に成立させることが容易に実現できた。
【０１４６】
＜第３の実施形態＞  
続いて、図７を参照して、第３の実施形態としての双方向無線データ伝送システム＃３の構成例について説明する。この実施形態では、第１の実施形態で説明した制御部２４が、ＴRX１０で制御部８４として備えられる。制御部８４は、データＤIN１を変調した変調信号ＳIN１に所定の搬送周波数ｆ１の基準搬送信号Ｓｒを重畳して送信信号Ｓout１を送信する。その際に、ＴRX１０側で制御部８４が基準搬送信号Ｓｒの搬送周波数ｆ１を可変制御しながら送信信号Ｓout１を送信するようになされる。
【０１４７】
図７に示す双方向無線データ伝送システム＃３は、近距離の機器間および機器内において、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。その際に、送受信で異なった搬送周波数を用い、注入同期により周波数同期を実現する非対称無線データ伝送システムに適用可能なものである。
【０１４８】
双方向無線データ伝送システム＃３は、ＴRX１０及びＴRX２０を有して構成される。この例では、ＴRX１０は第３の無線通信装置の一例を構成し、発振器１３の搬送周波数ｆ１を変化させる。そして、第４の無線通信装置の一例を構成するＴRX２０の発振器２３で固定された自走発振周波数ｆ２の注入同期の周波数範囲ｆabに当該搬送周波数ｆ１を取り込む。ＴRX２０では周波数同期が検出され、これをトリガーにしてミリ波帯域の信号等が送受信される。これにより、双方向の周波数同期状態を確認できるようにした。
【０１４９】
ＴRX１０は、送信部１１、受信部１２、発振器１３、制御部８４、送信用のアンテナ１０６及び受信用のアンテナ１０７を有して構成される。送信部１１は、データＤIN１を変調した変調信号ＳIN１に所定の搬送周波数ｆ１の基準搬送信号Ｓｒを重畳して送信信号Ｓout１をＴRX２０に送信する際に、基準搬送信号Ｓｒの搬送周波数ｆ１を可変制御しながら送信信号Ｓout１を送信する。
【０１５０】
ＴRX２０は、第１の実施形態と同様にして、受信部２１、送信部２２、発振器２３、周波数同期検出部８５、受信用のアンテナ２０１及び送信用のアンテナ２１１を有して構成される。ＴRX２０は、自走発振周波数ｆ２（固定）の局部発振信号Ｓｌを発振する発振器２３を有している。この例では、受信した受信信号Ｓin１を発振器２３に注入するが、発振器２３の局部発振信号Ｓｌは固定される。発振器２３の自走発振周波数ｆ２を固定するようにしたのは、注入同期時、ＴRX１０側で搬送周波数ｆ１を変化させるためである。
【０１５１】
周波数同期検出部８５は、ダウンコンバート処理後のベースバンド信号ＳOUT１を入力する。周波数同期検出部８５は、発振器２３の自走発振周波数ｆ２（固定）に対して、注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１が注入同期に至る周波数範囲に入って当該自走発振周波数ｆ２に周波数同期したか否かを検出してイネーブル信号ＳENを生成する。この例では、ＴRX２０は、注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１が発振器２３の自走発振周波数ｆ２に周波数同期したことを検出した場合、イネーブル信号ＳENをＴRX１０に送信する。
【０１５２】
ＴRX１０の受信部１２は、注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１が、ＴRX２０の発振器２３の自走発振周波数ｆ２に周波数同期した際に出力されるイネーブル信号ＳENをＴRX２０から受信する。図７において、第１の実施形態と同じ符号及び同じ名称のものは同じ機能を有するのでその説明を省略する。
【０１５３】
ここで、図８Ａ及びＢを参照して、制御部８４及び周波数同期検出部８５の内部構成例について説明する。ＴRX１０の制御部８４は発振器１３の搬送周波数ｆ１を可変制御するために、アップカウンタ４１及びデジタル・アナログ変換器（以下ＤＡ変換器４２という）を有して構成される。アップカウンタ４１は、スタート信号Ｓtartに基づいて、例えば、クロック信号ＣLKのパルス数をカウントアップして発振制御データＤｃを出力する。アップカウンタ４１は、ストップ信号Ｓtopに基づいて発振制御データＤｃの出力を停止する。アップカウンタ４１にはＤＡ変換器４２が接続される。
【０１５４】
ＤＡ変換器４２は発振制御データＤｃをデジタルアナログ（ＤＡ）変換してアナログのＶＣＯ制御電圧Ｖｃを生成する。ＶＣＯ制御電圧Ｖｃは、基準搬送信号Ｓｒを発生する発振器１３に出力される。発振器１３は、ある基準電圧よりもＶＣＯ制御電圧Ｖｃが高くなると基準搬送信号Ｓｒの搬送周波数ｆ１を減少する。ある基準電圧よりもＶＣＯ制御電圧Ｖｃが低くなると基準搬送信号Ｓｒの搬送周波数ｆ１を増加する。
【０１５５】
制御部８４は、発振器１３の搬送周波数ｆ１を注入同期に至る周波数範囲ｆab内で繰り返し増減して可変調整する。これにより、ＴRX２０で受信信号Ｓin１が注入された発振器２３の自走発振周波数ｆ２（固定）の注入同期による周波数制御することができる。このようにＴRX１０を構成すると、注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１が注入同期に至る周波数範囲に入って当該自走発振周波数ｆ２に遠隔操作的に周波数同期させることができるようになる。ここに注入した受信信号Ｓin１は、発振器２３による局部発振信号Ｓｌの自走発振周波数ｆ２（固定）に対して搬送周波数ｆ１を有している。
【０１５６】
図８Ｂに示す周波数同期検出部８５の内部構成例については、図２Ｂに示した周波数同期検出部８５と同様であるので、その説明を省略する。この例では、ＴRX１０の制御部８４が発振器１３の基準搬送信号Ｓｒの搬送周波数ｆ１を可変制御する。ここで可変制御される搬送周波数ｆ１の基準搬送信号ＳｒがＴRX２０で発振器２３に注入される。ここに注入された受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１が、発振器２３で固定されている自走発振周波数ｆ２（固定）に周波数同期したか否かが検出されてイネーブル信号ＳENが生成される。イネーブル信号ＳENについては第１の実施形態で説明した通りである。
【０１５７】
このようにＴRX２０を構成すると、ＴRX１０で搬送周波数ｆ１を変化させる場合であっても、発振器２３の自走発振周波数ｆ２（固定）が、注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１に周波数同期する。このような周波数同期したことが、周波数同期検出部８５によって検出された場合、送信部２２が、周波数同期検出部８５で生成されたイネーブル信号ＳENを送信側のＴRX１０に送信できるようになる。
【０１５８】
続いて、図９Ａ及びＢを参照して、第３の双方向無線データ伝送システム＃３における無線通信例について説明する。この実施形態では、注入同期による周波数同期を制御する際に基準搬送信号Ｓｒの搬送周波数ｆ１を可変制御しながら送信信号Ｓout１を送信する。ＴRX２０は、ＴRX１０から受信した受信信号Ｓin１を発振器２３に注入する。これと共に、ＴRX２０は、発振器２３の信号の自走発振周波数ｆ２（固定）に対して、注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１が周波数同期したか否かを検出してイネーブル信号ＳENを生成する場合を前提とする。
【０１５９】
これらを注入同期時の無線通信条件にして、図９Ａに示すステップＰ３１で、まず、ＴRX１０は、図８Ａに示した制御部８４がアップカウンタ４１をオンして受信状態に入る。このとき、図８Ａに示した制御部８４は発振器１３の搬送周波数ｆ１を制御する。例えば、図９Ａに示す注入同期制御期間をＴとして、図４に示した注入同期制御期間をＴ＝＃Ｔ１で示すと、発振器１３に対して搬送周波数ｆ１が注入同期制御期間Ｔ＝＃Ｔ１だけ設定される。
【０１６０】
一方、ＴRX２０ではステップＰ４１で受信部２１が受信を開始する。これに並行して、ステップＰ３２でＴRX１０の送信部１１は、送信信号Ｓout１の送信を開始する。ＴRX１０はステップＰ３３で無変調の搬送周波数ｆ１の送信信号Ｓout１をＴRX２０に送信して接続要求を実行する。このとき、ＴRX１０は、データＤIN１を変調することなく、無変調のままの所定の搬送周波数ｆ１の基準搬送信号Ｓｒを送信信号Ｓout１として送信する。送信信号Ｓout１はアンテナ１０６を介してＴRX２０に輻射される。
【０１６１】
ステップＰ４２でＴRX２０の受信部２１は、受信信号Ｓin１を受信する。このとき、ＴRX２０は、ＴRX１０から受信した搬送周波数ｆ１の受信信号Ｓin１を発振器２３に注入すると共に、発振器２３の自走発振周波数ｆ２（固定）して、受信信号Ｓin１を受信する。また、受信信号Ｓin１はダウンミクサ２０３に入力され、受信信号Ｓin１がダウンコンバートされてベースバンド信号ＳOUT１に周波数変換される。ＴRX１０から送信されてきた送信信号Ｓout１（＝受信信号Ｓin１）が無変調の場合、搬送周波数ｆ１と自走発振周波数ｆ２の差の周波数のビート信号がダウンミクサ２０３から出力される。このビート信号は周波数同期検出部８５に入力される。
【０１６２】
そして、ステップＰ４３で周波数同期検出部８５は、発振器２３が注入同期による周波数同期（インジェクションロック）した否かを判別する。このとき、周波数同期検出部８５では、周波数弁別器５１が、受信信号Ｓin１を復調した後のベースバンド信号ＳOUT１の周波数変動を振幅値に変換する。周波数弁別後の振幅値は、判定器５２に出力される。
【０１６３】
判定器５２は、周波数弁別器５１から得られる振幅値と設定された比較基準値とを比較して、発振器２３の自走発振周波数ｆ２（固定）に対して、注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１が周波数同期したか否かを判定する。比較基準値は、上位の制御系から出力される閾値電圧Ｖthによって与えられる。判定器５２は、周波数弁別器５１から得られる振幅値と設定された比較基準値とが一致しない場合、注入同期未完了を示すイネーブル信号ＳEN＝反転ＬＯＣＫ（上線を省略する）を上位の制御系に出力する。
【０１６４】
そして、ステップＰ３４で制御部８４はアップカウンタ４１をカントアップする。ステップＰ３５で制御部８４は発振器２３に自走発振周波数ｆ２＝ｆ２＋Δを設定する。発振器２３は、注入同期制御期間Ｔ＝＃Ｔ２中、自走発振周波数ｆ２＝ｆ２＋Δで発振する。発振器２３が注入同期制御期間Ｔ＝＃Ｔ２に周波数同期に至らない場合は、再度、ステップＰ３４で制御部８４はアップカウンタ４１をカントアップする。
【０１６５】
ステップＰ３５で制御部８４は発振器２３に自走発振周波数ｆ２＝ｆ２＋２Δを設定する。発振器２３は、注入同期制御期間Ｔ＝＃Ｔ３中、自走発振周波数ｆ２＝ｆ２＋２Δで発振する。制御部８４は、周波数同期に至らしめるための設定を繰り返すようになされる。
【０１６６】
上述のステップＰ３５で、搬送周波数ｆ１が、注入同期の周波数範囲ｆabに入ると、発振器２３は、基準搬送信号Ｓｒに周波数同期する。発振器２３が周波数同期に至ると、ダウンミクサ２０３の出力は直流になる。発振器２３が周波数同期に至った場合に、周波数弁別器５１から得られる振幅値と設定された比較基準値とが一致することから、判定器５２は、注入同期完了を示すイネーブル信号ＳEN＝ＬＯＣＫを出力する。イネーブル信号ＳENは、ＴRX１０の制御部８４に入力され、発振器１３の搬送周波数ｆ１を固定する。このときの搬送周波数ｆ１の中心周波数ω０は発振器１３で作成される。イネーブル信号ＳEN＝ＬＯＣＫ等は、送信側のＴRX１０の他に当該受信側のＴRX２０の上位の制御系にも出力される。
【０１６７】
発振器２３が周波数同期に至った場合は、ステップＰ４４で送信部２２は、イネーブル信号ＳENをトリガーにして変調部２０６をオンする。変調部２０６は、イネーブル信号ＳENを変調した変調信号ＳIN２をベースバンドアンプ２０７を介してアップミクサ２０８に出力する。アップミクサ２０８ではイネーブル信号ＳENを含む変調信号ＳIN２を搬送周波数ｆｒ’の搬送波信号Ｓｒ’に基づいてアップコンバート処理して送信信号Ｓout２を出力する。搬送波信号Ｓｒ’は周波数逓倍器２０９で自走発振周波数ｆ２を２倍に逓倍された周波数である。
【０１６８】
そして、ステップＰ４５でＴRX２０からＴRX１０へ搬送周波数ｆｒ’の送信信号Ｓout２を送信して接続応答が実行される。このとき、送信信号Ｓout２は、パワーアンプ２１０及びアンテナ２１１を介してＴRX１０に輻射される。ＴRX１０のアンテナ１０７が送信信号Ｓout２を受信してイネーブル信号ＳENを含む受信信号Ｓin２を出力する。
【０１６９】
ＴRX１０は、ステップＰ３６で、イネーブル信号ＳENを含む受信信号Ｓin２を受信すると、ＴRX１０及びＴRX２０間の周波数同期がなされたこと、及び、これから通信状態に入れることを識別（認知）できるようになる。そして、ＴRX１０ではステップＰ３７でデータＤIN１等の通信を開始する。ＴRX１０では、搬送周波数ｆ１を固定して通信状態に入る。ＴRX１０はデータＤIN１を変調し、変調後のデータＤIN１を含む変調信号ＳIN１を搬送周波数ｆ１の基準搬送信号Ｓｒでアップコンバート処理し、アップコンバート処理後の送信信号Ｓout１をＴRX２０に送信する。
【０１７０】
ＴRX２０のアンテナ２０１は、データＤIN１を含む送信信号Ｓout１を受信して受信信号Ｓin１を受信部２１に出力する。受信部２１は、受信信号Ｓin１を入力し、ステップＰ４６で受信信号Ｓin１を復調してデータＤOUT１を復元する。
【０１７１】
このように、第３の双方向無線データ伝送システム＃３によれば、ＴRX１０が、データＤIN１を変調した変調信号ＳIN１に所定の搬送周波数ｆ１の基準搬送信号Ｓｒを重畳して送信信号Ｓout１を送信する。その際に、ＴRX１０は、基準搬送信号Ｓｒの搬送周波数ｆ１を可変制御しながら送信信号Ｓout１を送信する。
【０１７２】
ＴRX２０は、ＴRX１０から受信した受信信号Ｓin１を発振器２３に注入する。これと共に、ＴRX２０は、注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１が注入同期に至る周波数範囲に入って当該自走発振周波数ｆ２に周波数同期したか否かを検出してイネーブル信号ＳENを生成する。受信信号Ｓin１は、発振器２３の信号の自走発振周波数ｆ２（固定）に対して可変制御されている。ＴRX２０は、発振器２３の自走発振周波数ｆ２に対して、注入した受信信号Ｓin１の搬送周波数ｆ１が周波数同期したことを検出した場合に、イネーブル信号ＳENをＴRX１０に送信するようになる。
【０１７３】
従って、ＴRX１０では、イネーブル信号ＳENに基づいてＴRX２０との周波数同期が完了し、かつ、通信可能状態にあることを検出（認識）できるようになる。これにより、周波数同期後、ＴRX１０からＴRX２０へデータＤIN１を送信すると、ＴRX２０では、周波数同期後の自走発振周波数ｆ２の信号に基づいてデータＤOUT１を復元できるようになる。しかも、ＰＬＬ回路を含んだ回路に比べて周波数同期回路を簡単な回路によって構成できるようになる。
【０１７４】
また、自走発振周波数ｆ２に誤差のあるフリーランの局部発振器を発振器２３に使用した場合であっても、片側の発振周波数を制御部８４で変化させながら送信することで、注入同期範囲に追い込み同期させることができる。
【０１７５】
更に、注入同期による周波数同期が成立したことを示すイネーブル信号ＳEN（メッセージ）をＴRX２０からＴRX１０へ送り返すことで、ＴRX２０及びＴRX１０の双方が周波数同期成立を認識し、双方向通信状態に移行することができる。
【０１７６】
ＴRX１０において、発振器１３を送信部１１及び受信部１２で共通化し、ＴRX２０において、発振器２３を受信部２１及び送信部２２で共通化している。このような共通化によって、注入同期が成ったところで、逆方向の上り信号伝送チャネルも周波数同期を自動的に成立させることが容易にできた。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
本発明は、映画映像や、コンピュータ画像等を搬送するための搬送周波数ｆ１が３０ＧＨｚ乃至３００ＧＨｚのミリ波帯の信号を高速に伝送する無線データ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ジタル記録再生装置、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】
【０１７８】
＃１〜＃４・・・双方向無線データ伝送システム（無線通信システム）、１，１’，２，２’，１０，２０，４０，５０・・・ＴRX（無線通信装置）、１１，１８，２２，２６，３２・・・送信部、１２，１４，１９，２１，３１・・・受信部、１３，２３・・・発振器、２４，８４・・・制御部、２５，８５・・・周波数同期検出部、４１・・・アップカウンタ、４２・・・ＤＡ変換器、５１・・・周波数弁別器、５２・・・判定器、１０１，２０６，２１２・・・変調部、１０２，２０７，２１３，２１８・・・ベースバンドアンプ、１０３，２０８，２１４・・・アップミクサ（変調器）、１０４・・・加算器（混合器）、１０５，２１０，２１６・・・パワーアンプ、１０６，１０７，１１３，２０１，２１１，２１７・・・アンテナ、１１０，１１６，２０９，２１５・・・周波数逓倍器、１１１，１１７・・・バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、１１２，１１８、２０５・・・復調器、２０２，１０８，１１４・・・アンプ、２０３，１０９，１１５・・・ダウンミクサ（復調器）、２０４・・・ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
【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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