(57)【要約】【課題】ＯＯＲが高い変調信号を生成し、データレート可変が可能なＩＲ変調器を提供する。【解決手段】本発明におけるインパルス無線変調器では、入力データ信号が論理１の時に短パルス信号を出力する短パルス発生手段と短パルス信号を受信し波束信号を出力するバンドパスフィルタと、一方の端子が前記バンドパスフィルタの少なくとも入力側もしくは出力側のいずれか一方に接続され、もう一方の端子がグラウンドに接続されたスイッチ手段とを備え、このスイッチ手段は、入力データ信号が論理１の時に少なくとも一定時間ＯＦＦ状態となり、前記入力データ信号が論理０の時にＯＮ状態となるように制御される。【選択図】  図１
2015088809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力データ信号が論理”１”の時に短パルス信号を出力する短パルス発生手段と、
前記短パルス信号を受信し波束信号を出力するバンドパスフィルタと、
一方の端子が前記バンドパスフィルタの少なくとも入力側もしくは出力側のいずれか一方に接続され、もう一方の端子がグラウンドに接続されたスイッチ手段とを備え、
前記スイッチ手段は、前記入力データ信号が論理”１”の時に少なくとも一定時間ＯＦＦ状態となり、前記入力データ信号が論理”０”の時にＯＮ状態となるように制御される
インパルス無線変調器。
【請求項２】
前記スイッチ手段を制御する制御信号の入力側に、前記スイッチ手段の制御タイミングと前記短パルス発生手段から出力される短パルス信号の出力タイミングを同期させる遅延手段を備えたこと
を特徴とする請求項１記載のインパルス無線変調器。
【請求項３】
前記スイッチ手段は、ドレイン端子が前記バンドパスフィルタの少なくとも入力側もしくは出力側のいずれか一方に接続され、ソース端子が前記グラウンドに接続されているＭＯＳトランジスタであり、
前記ＭＯＳトランジスタのゲート端子に、前記入力データ信号に基づき生成された信号を制御信号として入力すること
を特徴とする請求項１または２記載のインパルス無線変調器。
【請求項４】
前記入力データ信号に基づき生成されたＮＲＺ形式の信号もしくはＲＺ形式の信号を前記制御信号として入力すること
を特徴とする請求項３記載のインパルス無線変調器。
【請求項５】
前記制御信号がＲＺ形式の信号の場合に、前記スイッチ手段の時定数に基づき前記スイッチ手段に入力される前記制御信号のデューティ比を制御するデューティ比制御回路を備えたこと
を特徴とする請求項４記載のインパルス無線変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ信号をパルス発生器によって短パルス信号に変換し、さらにバンドパスフィルタ（ＢＰＦ)によって、通信で使用する周波数帯域の波束信号に変調するインパルス無線変調器に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
ＵＷＢ（Ultra Wide Band)無線技術を実現する手段としてインパルス無線(ＩＲ : Impulse Radio)技術が検討されている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に紹介されるＩＲ送信器を図１０に示す。図１０のＩＲ送信器２は、入力されるデータ信号からＲＦ信号に変調するＩＲ変調器１、信号パワーを増幅する送信用アンプ６０、信号を空間に伝搬するアンテナ７０から構成される。
【０００３】
従来のＩＲ変調器１はデータ信号の論理”１”のときに短パルスを出力する短パルス発生器１０と、出力された短パルスを受け取って通信で使用する周波数帯以外のスペクトル成分をカットオフした波束信号に変換するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter)２０から構成される。ＩＲ送信器２では、ＩＲ変調器２によって生成される変調信号（波束信号）を必要な出力パワーまで送信用アンプ６０によって増幅し、アンテナ７０を通じて空間中に伝搬することにより信号の送信を行う。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Y.  Nakasha et al., "A 12.5-Gb/s Pulse Modulator with 6.5-ps FWHM Using 0.1-um InP HEMTs for Ultra-Wideband Impulse Radio Communications" IEEE Compound Semiconductor IC Symposium 2008, pp. 1-4
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１０に示す従来のＩＲ変調器１では、ＢＰＦのロールオフ特性や回路間のインピーダンス不整合性によって、図１１に示すような符号間干渉動作が生じ、ＯＦＦ動作(論理”０”)時の振幅が０にならない為、ＯＮ／ＯＦＦ比（ＯＯＲ：ON/OFF Ratio)が低下し、変調信号が劣化するという問題が有った。また、従来のＩＲ変調器では、一つの短パルスから生成される一つの波束の持続時間はＢＰＦの帯域によって決まり、それによって扱う事が可能な信号のデータレートが一意に決定される為、データレートの可変が困難であるという問題も有った。
【０００６】
本発明の目的は、上述した従来のＩＲ変調器の問題を解決し、ＯＯＲが高い変調信号が生成可能で、データレート可変が可能なＩＲ変調器を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記のような課題を解決するために、本願発明におけるインパルス無線変調器では、入力データ信号が論理”１”の時に短パルス信号を出力する短パルス発生手段と、前記短パルス信号を受信し波束信号を出力するバンドパスフィルタと、一方の端子が前記バンドパスフィルタの少なくとも入力側もしくは出力側のいずれか一方に接続され、もう一方の端子がグラウンドに接続されたスイッチ手段とを備え、前記スイッチ手段は、前記入力データ信号が論理”１”の時に少なくとも一定時間ＯＦＦ状態となり、前記入力データ信号が論理”０”の時にＯＮ状態となるように制御される。
【０００８】
前記スイッチ手段を制御する制御信号の入力側に、前記スイッチ手段の制御タイミングと前記短パルス発生手段から出力される短パルス信号の出力タイミングを同期させる遅延手段を備えてもよい。
【０００９】
前記スイッチ手段は、ドレイン端子が前記バンドパスフィルタの少なくとも入力側もしくは出力側のいずれか一方に接続され、ソース端子が前記グラウンドに接続されているＭＯＳトランジスタであり、前記ＭＯＳトランジスタのゲート端子に、前記入力データ信号に基づき生成された信号を制御信号として入力するようにしてもよい。
【００１０】
前記入力データ信号に基づき生成されたＮＲＺ形式の信号もしくはＲＺ形式の信号を前記制御信号として入力するようにしてもよい。
【００１１】
前記制御信号がＲＺ形式の信号の場合に、前記スイッチ手段の時定数に基づき前記スイッチ手段に入力される前記制御信号のデューティ比を制御するデューティ比制御回路を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、ＩＲ変調器内で用いられるＢＰＦの入力端子、出力端子のいずれか一方、あるいは両方を、論理”１”時にはＯＦＦ動作(開放)、論理”０”時にはＯＮ動作(短絡)となるスイッチを介して、ＡＣ信号上のグラウンドと接続する事により、符号間干渉動作によるＯＯＲの低下、および変調信号の劣化を防ぐことが可能なＩＲ変調器を実現する事ができる。また、扱うデータレートが変調器内のＢＰＦの帯域によって決まる単一の速度以外にも対応可能な、データレート可変性を持ったＩＲ変調器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＩＲ変調器の構成例である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係るデータレートに応じた持続時間を有する波束信号のイメージ図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施の形態に係るＩＲ変調器の構成例である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態に係る発明の効果を示すシミュレーションに用いたＩＲ変調器の構成例である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態に係る発明の効果を示すシミュレーション波形である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施の形態に係るＩＲ変調器の構成例である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施の形態に係る発明の効果を示すタイミングチャート図である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施の形態に係るＩＲ変調器の構成例である。
【図９】図９は、本発明の第４の実施の形態に係る発明の効果を示すタイミングチャート図である。
【図１０】図１０は、従来のＩＲ送信器の構成例である。
【図１１】図１１は、従来のＩＲ送信器における符号間干渉動作の波形である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＩＲ変調器の構成例である。
【００１６】
図１のＩＲ変調器は、入力データ信号が論理”１”のときに短パルスを出力する短パルス発生器１０と、この短パルスを受け取って通信で使用する周波数帯以外のスペクトル成分をカットオフした波束信号に変換するＢＰＦ２０と、入力されるデータ信号に基づいてＢＰＦの入出力端子とＡＣ信号上のグラウンド（ＧＮＤ）間の接続を開放(ＯＦＦ動作)、短絡(ＯＮ動作)を切り替えるスイッチ３０によって構成される。
【００１７】
図１の構成例では、ＢＰＦの入出力端子のそれぞれとグラウンド（ＧＮＤ）との間に接続したスイッチ３１を、入力論理”０”時に短絡（ＯＮ）動作、論理”１”時に開放（ＯＦＦ）動作する。入力データ信号が、論理”０”時にスイッチを短絡動作（ＯＮ動作）させることにより、符号間干渉や共振動作による信号をＧＮＤへ逃がすことが出来る。これによって、ＢＰＦより後段に接続される回路（アンプ回路、アンテナなど）にその影響を伝えず、結果として論理”０”時の振幅≒０となり、ＯＯＲが大きく変調信号の劣化が小さいＩＲ変調器が可能となる。
【００１８】
また、本発明のＩＲ変調器では、用いるＢＰＦの帯域によって決まる波束の持続時間内であってもスイッチがＯＮ動作に切り替わると波束信号を停止させる事が出来る。よって、図２に示すようにスイッチに入力されるデータ信号の速度（データレート）に応じた持続時間の波束信号の生成が可能であり、データレートの可変が可能となる。
【００１９】
尚、本実施の形態では、ＢＰＦの入力側と出力側の両方にスイッチを接続した構成例を説明したが、スイッチをＢＰＦの入力側と出力側のいずれか一方に接続するようにしてもよい。以下の他の実施の形態においても同様である。
【００２０】
（第２の実施の形態）
図３に、本発明の第２の実施の形態に係るＩＲ変調器の構成例を示す。第１の実施の形態との違いはスイッチとしてＭＯＳスイッチ（ＭＯＳトランジスタ）３１を用いている点である。
【００２１】
ＭＯＳスイッチ３１として、ＮＭＯＳトランジスタを用いた場合は、図３のようにスイッチの制御信号として反転されたＮＲＺデータ信号あるいは反転されたＲＺデータ信号を用いる。ＰＭＯＳトランジスタを用いた場合には、ＮＲＺデータ信号あるいはＲＺデータ信号をそのまま用いればよい。
【００２２】
反転されたＮＲＺデータとして、論理”０”時にＭＯＳスイッチの閾値電位より大きな電位レベルをゲート端子に入力し、論理”１”時にＭＯＳスイッチの閾値電位より小さな電位レベルをゲート端子に入力する。これによって、論理”１”時にはＭＯＳスイッチがＯＦＦ動作となりドレイン-ソース間抵抗が増大し、論理”０”時にはＭＯＳスイッチがＯＮ動作となりドレイン-ソース間抵抗が減少する為、スイッチング動作を実現する事が出来る。
【００２３】
ＭＯＳスイッチ３１を用いる場合、ＯＮ動作時にも有限のドレイン−ソース間抵抗が生じる為、ＭＯＳスイッチがＯＮ動作に切り替わってから出力端子の振幅が停止するまでにＭＯＳスイッチが接続される各ノードの時定数によって決まる一定の時間幅τが必要となる。扱うデータレートが低く、１ビットに要する時間に比べて、τが無視出来る程度に充分小さい場合は、ＭＯＳスイッチのゲート端子に入力する信号は反転されたＮＲＺデータで良い。
【００２４】
一方、扱うデータレートが高く、１ビットに要する時間に比べて、τが無視できない場合は、ＭＯＳスイッチのゲート端子への入力信号として反転されたＲＺデータを用いて、論理”１”の時の前半部の一定時間ＭＯＳスイッチをＯＦＦ状態とし、論理”１”時の後半部においてＭＯＳスイッチをＯＮ動作させることにより、次の論理に切り替わるタイミングには充分小さな振幅にする事ができるので、符号間干渉動作によるＯＯＲの低下をさらに防ぐことが可能となる。
【００２５】
図４に、本発明の第２の実施の形態に係る発明の効果を示すシミュレーションに用いたＩＲ変調器の構成例を示す。図４は、ＭＯＳスイッチ３１をＢＰＦ回路２０の入力側に一つ設け、ＢＰＦ回路２０としてＬＣ並列回路を用いたＩＲ変調器である。短パルス発生器１０は、入力データ信号の立下りに同期した短パルス信号を出力する構成の回路を用いた。この回路において、データレート１２．５Ｇｂｐｓの論理パタン”１０１０１０・・・”を入力した際のＩＲ変調器出力を６５ｎｍＣＭＯＳプロセスパラメタを用いて回路シミュレーションを行った結果を図５に示す。
【００２６】
図５に、ＭＯＳスイッチを用いた場合と用いない構成におけるＩＲ変調器の出力波形の比較結果を示す。ＭＯＳスイッチを用いた場合、論理”０”時のＩＲ変調器の出力信号の振幅が、十分小さくなり、ＭＯＳスイッチを用いない場合と比較して、ＯＯＲを１９ｄＢ程度向上させることが出来ていることが確認できる。
【００２７】
（第３の実施の形態）
図６に、本発明の第３の実施の形態におけるＩＲ変調器の構成例を示す。第１の実施の形態との違いは、スイッチ３０へのデータ入力部に遅延回路を用いている点である。
【００２８】
第１および第２の実施の形態では、短パルス発生器１０より出力される短パルスが、入力されるデータ信号の各論理”１”の先頭のタイミングに同期して出力される場合であった。例えば、図５のシミュレーション結果でも各論理”１”の先頭のタイミングに短パルスが出力されている。
【００２９】
一方、第３の実施の形態では、入力されたデータ信号中の各論理”１”の先頭タイミングと短パルス発生器から短パルスが出力されるタイミングが同期しておらず、短パルスが出力されるタイミングに遅延が生じる場合の本発明を適応例を説明する。
【００３０】
図７に、遅延回路を用いない場合と用いた場合のＩＲ変調器出力信号のタイミングチャートを示す。遅延回路を用いない場合、入力されたデータ信号の各論理”１”の先頭に対して、短パルス発生器から短パルスが出力されるタイミングに遅延が生じた場合に、入力データ信号のその次の論理が”１”である場合と”０”である場合においてＩＲ変調器の出力信号の波束の持続時間が異なってしまい、変調器出力信号の包絡線成分に生じるジッタ成分が大きくなってしまう。
【００３１】
一方、遅延回路を用いた場合には、入力データ信号中の各論理”１”の先頭から短パルスが出力されるまでの遅延量と同じ遅延時間をスイッチに入力される制御信号に与える事により、波束の持続時間が常に一定となり、変調信号の包絡線成分に生じるジッタ成分を低減する事が可能となる。
【００３２】
以上のように、スイッチに入力されるデータ信号を遅延させる遅延回路を備えることにより、入力された各論理”１”の先頭のタイミングから短パルス出力までに遅延が生じる短パルス発生器を用いた場合においても、本発明を適応する事が可能となる。また、上述の遅延回路として、遅延量が外部制御信号によって制御可能な可変遅延回路を用いることにより、ＰＶＴ（Process/Voltage/Temperature)変動にも対応可能なＩＲ変調器が実現可能となる。
【００３３】
（第４の実施の形態）
図８に、本発明の第４の実施の形態に係るＩＲ変調器の構成例を示す。第２の実施形態との違いは、ＭＯＳスイッチ３１への制御信号の入力部にデューティ（Ｄｕｔｙ）比制御回路５０を用いている点である。
【００３４】
図９に、Ｄｕｔｙ比制御回路を用いた場合と用いない場合におけるＩＲ変調器出力信号のタイミングチャートを示す。前述したように、スイッチとしてＭＯＳスイッチを用いた場合、スイッチがＯＮ動作時にも有限のドレイン−ソース間抵抗が生じる為、ＯＮ動作になってから出力端子の振幅が停止するまで一定の時間幅τが必要となる。
【００３５】
ここでＲＺデータ形式の信号をＭＯＳスイッチのゲート端子に入力した場合、論理”１”時に生じる各波束の持続時間はおよそ"τ+１／２ビットに要する時間"となり、"１ビットに要する時間"と必ずしも一致しない。このため、ＩＲ変調器出力信号において、論理が切り替わるタイミングよりも早く振幅が停止する、あるいは遅く振幅が停止するなど変調信号の劣化が生じる。
【００３６】
図９では、τ＜"１／２ビットに要する時間"の場合のＩＲ変調器の出力信号のタイミングチャートの例を説明する。Ｄｕｔｙ比制御回路が無い場合、論理”１”時間内にＩＲ変調器出力信号が停止してしまう。一方、Ｄｕｔｙ比制御回路を用いた場合には、論理”１”時間内のＯＦＦ動作時間をおよそ”１ビットに要する時間−τ”に調整することにより、波束の持続時間を"１ビットに要する時間"と一致させることができる。これにより、符号間干渉動作を低減しながら、すなわち高いＯＯＲを維持しながら、より大きな出力電力を得られるＩＲ変調器が実現可能となる。
【００３７】
また、Ｄｕｔｙ比制御回路を、外部制御信号によって制御可能な可変Ｄｕｔｙ比制御回路にすることにより、ＰＶＴ変動にも対応可能で、かつデータレート可変幅が広いＩＲ変調器が実現可能となる。
【００３８】
また、本実施の形態では、スイッチとしてＭＯＳスイッチを用いた場合を例に説明を行ったが、ＯＮ動作（短絡）時に有限の抵抗値が生じるスイッチ全般に対して同様の効果を得る事が出来る。
【００３９】
以上述べたように、本発明によれば、ＩＲ変調器内で用いられるＢＰＦの入力端子、出力端子のいずれか一方、あるいは両方を、論理”１”時にはＯＦＦ動作(開放)、論理”０”時にはＯＮ動作(短絡)となるスイッチを介して、ＡＣ信号上のグラウンドと接続する構成を用いる事によって、符号間干渉動作によるＯＯＲの低下、およびそれがもたらす変調信号の劣化を防ぐＩＲ変調器を実現する事が可能となる。また、扱うデータレートが用いるＢＰＦの帯域によって決まる単一の速度以外にも対応可能な、データレート可変性を持ったＩＲ変調器を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、データ信号をパルス発生器によって短パルス信号に変換し、さらにバンドパスフィルタ(ＢＰＦ)によって、通信で使用する周波数帯域の波束信号に変調するインパルス無線変調器に用いることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１…インパルス無線変調器、２…インパルス無線送信器、１０…短パルス発生器、２０…バンドパスフィルタ、３０…スイッチ、３１…ＭＯＳスイッチ、４０…遅延回路、５０…デューティ比制御回路、６０…送信用アンプ、７０…アンテナ。
【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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