(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線送信装置と無線受信装置との間で近距離無線通信を行う無線通信システムであって、
前記無線送信装置は、
第１１、第１２のアンテナと、
送信すべき情報に基づいて搬送波を変調する変調手段と、
前記変調手段が変調した変調信号を入力し、当該変調信号の位相を反転せずに前記第１１のアンテナから送信する第１のバッファと、
前記変調手段が変調した変調信号を入力し、当該変調信号の位相を反転して前記第１２のアンテナから送信する第２のバッファと、
送信すべき情報に基づいて搬送波を変調する前に変調しない搬送波を所定の期間、送信するプリアンブル送信手段と、を有し、
前記無線受信装置は、
第２１、第２２のアンテナと、
前記第２１のアンテナで受信した受信信号を第１の利得で増幅する第１の増幅器と、
前記第２２のアンテナで受信した受信信号を第２の利得で増幅する第２の増幅器と、
前記第１の増幅器の出力信号と前記第２の増幅器の出力信号の差を出力する第１の差動増幅器と、
前記所定の期間に、前記第１の差動増幅器が出力する第１の差動増幅出力信号の振幅を検出し、当該振幅の変動が最小となるように前記第１、第２の利得のいずれか一方もしくは双方を制御する第１の制御手段と、
第２３、第２４のアンテナと、
前記第２３のアンテナで受信した受信信号を第３の利得で増幅する第３の増幅器と、
前記第２４のアンテナで受信した受信信号を第４の利得で増幅する第４の増幅器と、
前記第３の増幅器の出力信号と前記第４の増幅器の出力信号の差を出力する第２の差動増幅器と、
前記所定の期間に、前記第２の差動増幅器が出力する第２の差動増幅出力信号の振幅を検出し、当該振幅の変動が最小となるように前記第３、第４の利得のいずれか一方もしくは双方を制御する第２の制御手段と、
前記第１、第２の差動増幅出力信号のうち前記振幅の変動の最小値がより小さい方の差動増幅出力信号を選択する選択手段と、
前記選択手段が選択した前記差動増幅出力信号を復調する復調手段と、を有し、
前記無線受信装置は、雑音源が発生した振幅が時間的に変動する雑音を受信信号から分離することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記無線受信装置は、
前記第２１、第２２、第２３、第２４のアンテナのうちいずれか２本で受信した前記雑音の極性を判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果を送信する送信手段と、を有し、
前記無線送信装置は、
前記判定結果を受信し、当該判定結果が前記雑音の極性が同極性を示す場合には、前記第１、第２のバッファが前記変調信号の位相が互いに反転した前記変調信号を送信するように前記第１、第２のバッファを設定し、当該判定結果が前記雑音の極性が異極性を示す場合には、前記第１、第２のバッファが前記変調信号の位相が同じ前記変調信号を送信するか、どちらか一方のバッファから前記変調信号を送信するように前記第１、第２のバッファを設定する設定手段を有すること
を特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記判定手段は、前記２本のアンテナそれぞれで受信した前記雑音を乗算して直流成分を取り出し、当該直流成分の電位が第１のしきい値よりも高い場合は前記雑音の極性を同極性と判定し、当該直流成分の電位が第２のしきい値よりも低い場合は前記雑音の極性を異極性と判定することを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記判定手段は、前記２本のアンテナそれぞれで受信した前記雑音の差をとり、当該差の振幅の大きさと前記雑音の振幅の大きさを比較し、前記差の振幅の大きさが前記雑音の振幅の大きさよりも小さい場合は前記雑音の極性を同極性と判定し、前記差の振幅の大きさが前記雑音の振幅の大きさよりも大きい場合は前記雑音の極性を異極性と判定することを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記第２１、第２２、第２３、第２４のアンテナで受信した信号の搬送波周波数とは異なる周波数の信号を発振する局部発振手段を有し、前記第２１、第２２、第２３、第２４のアンテナで受信した信号をダウンコンバートすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記第２１、第２２、第２３、第２４のアンテナで受信した信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ユビキタス社会のネットワークを担う、微弱な信号（電波、電磁波）で通信する近距離無線通信が注目されている。近距離無線には、通信距離が１００ｍ程度の無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）や１０ｍから２０ｍ程度をカバーする無線ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などがある。また、人が通信相手と接触するまで近接したときに通信することを目的とし、人体などの伝送媒体に電界を誘起し、誘起された電界を検出することで通信する電界通信も存在する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】岡村武夫、「微弱無線と小電力無線の基礎知識」、トランジスタ技術、ＣＱ出版社、２００７年１１月号、p.106
【非特許文献２】「たくさん使われている微弱無線機器」、株式会社サーキットデザイン、［online］、［平成２３年１１月７日検索］、インターネット〈 URL：http://www.circuitdesign.jp/jp/technical/technical_pdf/bijaku.pdf.PDF〉
【非特許文献３】小國英徳、外４名、「ＤＳＰを用いたディジタルダイバーシチ受信機の製作」、第４回ＤＳＰＳ教育者会議、２００２年８月２９日
【非特許文献４】「無線伝送の基礎（フェージング通信路における誤り率,ダイバーシチ受信）」、［online］、新潟大学、ディジタル無線伝送工学  平成２３年度講義資料、［平成２３年１１月７日検索］、インターネット〈 URL：http://telecom0.eng.niigata-u.ac.jp/index.php?plugin=attach&refer=Lecture%2FWCom&openfile=04-wireless-2.pdf〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の無線通信システムの内、発射する電波が著しく微弱な無線局（微弱無線）や空中線電力が１０ｍＷ以下の小電力無線局に該当する無線通信システムでは、信号強度が微弱なため環境雑音の影響を受けやすい。図１６に従来の無線通信システムを示す。ここでは、無線通信端末１００を送信側の端末、無線通信端末２００を受信側の端末として、無線通信端末１００のアンテナ１０１から通信すべき情報を含む信号を送信し、無線通信端末２００のアンテナ２０１で受信する場合を考える。図１６に示すように、無線通信端末１００よりも環境雑音の源となる雑音源の方が無線通信端末２００に近いと、環境雑音が無線通信端末１００から送信される信号よりも大きくなり通信が妨害される。
【０００５】
雑音源としては、電子ディスプレイ・看板などの電子機器や無線通信端末１００，２００間の無線通信と同じ周波数帯を利用する他の無線通信機器などがある。これらの機器の密集度や稼働状況によって環境雑音の大きさは変化する。利用者となる人が集まるエリアには雑音源となる機器が密集するため環境雑音が大きくなり、そのエリアでの通信を利用するサービスが影響を受ける。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、雑音の大きな環境下でも安定した通信を可能とする通信システム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】
【０００７】
本発明に係る無線通信システムは、無線送信装置と無線受信装置との間で近距離無線通信を行う無線通信システムであって、前記無線送信装置は、第１１、第１２のアンテナと、送信すべき情報に基づいて搬送波を変調する変調手段と、前記変調手段が変調した変調信号を入力し、当該変調信号の位相を反転せずに前記第１１のアンテナから送信する第１のバッファと、前記変調手段が変調した変調信号を入力し、当該変調信号の位相を反転して前記第１２のアンテナから送信する第２のバッファと、送信すべき情報に基づいて搬送波を変調する前に変調しない搬送波を所定の期間、送信するプリアンブル送信手段と、を有し、前記無線受信装置は、第２１、第２２のアンテナと、前記第２１のアンテナで受信した受信信号を第１の利得で増幅する第１の増幅器と、前記第２２のアンテナで受信した受信信号を第２の利得で増幅する第２の増幅器と、前記第１の増幅器の出力信号と前記第２の増幅器の出力信号の差を出力する第１の差動増幅器と、前記所定の期間に、前記第１の差動増幅器が出力する第１の差動増幅出力信号の振幅を検出し、当該振幅の変動が最小となるように前記第１、第２の利得のいずれか一方もしくは双方を制御する第１の制御手段と、第２３、第２４のアンテナと、前記第２３のアンテナで受信した受信信号を第３の利得で増幅する第３の増幅器と、前記第２４のアンテナで受信した受信信号を第４の利得で増幅する第４の増幅器と、前記第３の増幅器の出力信号と前記第４の増幅器の出力信号の差を出力する第２の差動増幅器と、前記所定の期間に、前記第２の差動増幅器が出力する第２の差動増幅出力信号の振幅を検出し、当該振幅の変動が最小となるように前記第３、第４の利得のいずれか一方もしくは双方を制御する第２の制御手段と、前記第１、第２の差動増幅出力信号のうち前記振幅の変動の最小値がより小さい方の差動増幅出力信号を選択する選択手段と、前記選択手段が選択した前記差動増幅出力信号を復調する復調手段と、を有し、前記無線受信装置は、雑音源が発生した振幅が時間的に変動する雑音を受信信号から分離することを特徴とする。
【０００８】
上記無線通信システムにおいて、前記無線受信装置は、前記第２１、第２２、第２３、第２４のアンテナのうちいずれか２本で受信した前記雑音の極性を判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果を送信する送信手段と、を有し、前記無線送信装置は、前記判定結果を受信し、当該判定結果が前記雑音の極性が同極性を示す場合には、前記第１、第２のバッファが前記変調信号の位相が互いに反転した前記変調信号を送信するように前記第１、第２のバッファを設定し、当該判定結果が前記雑音の極性が異極性を示す場合には、前記第１、第２のバッファが前記変調信号の位相が同じ前記変調信号を送信するか、どちらか一方のバッファから前記変調信号を送信するように前記第１、第２のバッファを設定する設定手段を有することを特徴とする。
【０００９】
上記無線通信システムにおいて、前記判定手段は、前記２本のアンテナそれぞれで受信した前記雑音を乗算して直流成分を取り出し、当該直流成分の電位が第１のしきい値よりも高い場合は前記雑音の極性を同極性と判定し、当該直流成分の電位が第２のしきい値よりも低い場合は前記雑音の極性を異極性と判定することを特徴とする。
【００１０】
上記無線通信システムにおいて、前記判定手段は、前記２本のアンテナそれぞれで受信した前記雑音の差をとり、当該差の振幅の大きさと前記雑音の振幅の大きさを比較し、前記差の振幅の大きさが前記雑音の振幅の大きさよりも小さい場合は前記雑音の極性を同極性と判定し、前記差の振幅の大きさが前記雑音の振幅の大きさよりも大きい場合は前記雑音の極性を異極性と判定することを特徴とする。
【００１１】
上記無線通信システムにおいて、前記第２１、第２２、第２３、第２４のアンテナで受信した信号の搬送波周波数とは異なる周波数の信号を発振する局部発振手段を有し、前記第２１、第２２、第２３、第２４のアンテナで受信した信号をダウンコンバートすることを特徴とする。
【００１２】
上記無線通信システムにおいて、前記第２１、第２２、第２３、第２４のアンテナで受信した信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、雑音の大きな環境下でも安定した通信を可能とする通信システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態における無線通信システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図２】変調信号と雑音の分離の原理を説明する図である。
【図３】第１の比較例の無線通信システムを示す図である。
【図４】図３の無線通信システムにおける変調信号と雑音の分離の原理を説明する図である。
【図５】雑音を分離できる条件を満たす領域を示す図である。
【図６】雑音を分離できる別の条件を満たす領域を示す図である。
【図７】信号分離部の構成を示す機能ブロック図である。
【図８】２入力信号分離部の構成を示す機能ブロック図である。
【図９】別の２入力信号分離部の構成を示す機能ブロック図である。
【図１０】さらに別の２入力信号分離部の構成を示す機能ブロック図である。
【図１１】第２の実施の形態における無線通信システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図１２】雑音極性判定部の構成を示す機能ブロック図である。
【図１３】雑音の極性判定を説明する図である。
【図１４】別の雑音極性判定部の構成を示す機能ブロック図である。
【図１５】さらに別の雑音極性判定部の構成を示す機能ブロック図である。
【図１６】従来の無線通信システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１６】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態における無線通信システムの構成を示す機能ブロック図である。図１に示す無線通信システムは、無線通信端末１，２を備える。無線通信端末１，２はそれぞれ送信・受信する機能をもつモジュールを備えているが、簡略化のため、図１では、無線通信端末１では送信モジュールのみを、無線通信端末２では受信モジュールのみを記載している。
【００１７】
無線通信端末１は、２本のアンテナ１１，１２と、端末処理部１３、変調部１４、非反転バッファ１５、反転バッファ１６を備える。端末処理部１３は、送信すべき情報に基づくデータ信号を変調部１４に入力する。変調部１４は、入力されたデータ信号で所定の周波数の搬送波を変調した変調信号を非反転バッファ１５、反転バッファ１６に入力する。非反転バッファ１５は、変調信号の位相を反転しない非反転変調信号をアンテナ１１へ出力し、アンテナ１１から非反転変調信号を送信する。反転バッファ１６は、変調信号の位相を反転させた反転変調信号をアンテナ１２へ出力し、アンテナ１２から反転変調信号を送信する。
【００１８】
無線通信端末２は、４本のアンテナ２１，２２，２３，２４と、信号分離部２５、復調部２６、端末処理部２７を備える。アンテナ２１，２２，２３，２４それぞれで受信された受信信号は信号分離部２５に入力される。信号分離部２５は、アンテナ２１，２２，２３，２４それぞれが受信した受信信号から、周囲の雑音源から放射されアンテナ２１，２２，２３，２４で受信した雑音を分離し、無線通信端末１が送信した非反転変調信号と反転変調信号を合成した変調信号を復調部２６に入力する。復調部２６は、変調信号を復調してデータ信号を得て端末処理部２７に入力する。端末処理部２７は、入力されたデータ信号に基づいて処理を行う。
【００１９】
次に、信号分離部で変調信号と雑音を分離する動作を図２のモデルを用いて説明する。
【００２０】
図２中の○は、変調信号を送受信するアンテナ１１，１２，２１，２２，２３，２４と雑音を放射する雑音源を示している。無線通信端末１のアンテナ１１，１２それぞれから送信された変調信号ｘ1，−ｘ1と雑音源から放射された雑音ｘ2はアンテナ２１，２２，２３，２４に到達するまでに減衰する。アンテナ１１とアンテナ２１間の減衰率をｂ11、アンテナ１２とアンテナ２１間の減衰率をｂ12、アンテナ１１とアンテナ２２間の減衰率をｂ21、アンテナ１２とアンテナ２２間の減衰率をｂ22、アンテナ１１とアンテナ２３間の減衰率をｂ31、アンテナ１２とアンテナ２３間の減衰率をｂ32、アンテナ１１とアンテナ２４間の減衰率をｂ41、アンテナ１２とアンテナ２４間の減衰率をｂ42とし、雑音源とアンテナ２１間の減衰率をａ12、雑音源とアンテナ２２間の減衰率をａ22とする。雑音源とアンテナ２３間の減衰率をａ32、雑音源とアンテナ２４間の減衰率をａ42とする。アンテナ２１，２２，２３，２４それぞれで受信する受信信号ｅ1，ｅ2，ｅ3，ｅ4は以下の式で表される。
【数１】
0005657513.tif 000002
【００２１】
式（１）から式（４）それぞれの右辺第１項が変調信号成分であり、第２項が雑音成分である。雑音成分を打ち消すようにｅ1からｅ4に重み付けして受信信号間の差をとれば、変調信号成分のみが残り、信号対雑音比が改善する。受信信号ｅ1，ｅ2，ｅ3，ｅ4のいずれか２つの受信信号を使用して雑音成分を消す組み合わせ６通りを以下に示す。
【数２】
0005657513.tif 000003
【００２２】
信号分離部２５では、式（５）〜（１０）のうちのいずれか２つを用いて、用いる式の右辺第２項がゼロとなるように各式の係数をそれぞれ求め、いずれか一方の式により、受信信号に重み付けして受信信号間の差を取った信号分離出力を復調部２６に入力する。例えば、式（７）と式（８）を用いる場合、信号分離部２５では、アンテナ２１，２４で受信した受信信号ｅ1，ｅ4の差を取った式（７）の右辺第２項の（ａ12−ｃ14ａ42）がゼロとなる係数ｃ14と、アンテナ２２，２３で受信した受信信号ｅ2，ｅ3の差を取った式（８）の右辺第２項の（ａ22−ｃ23ａ32）がゼロとなる係数ｃ23を求め、いずれか一方の差を信号分離出力として復調部２６に入力する。受信信号ｅ1，ｅ4の差と受信信号ｅ2，ｅ3の差のうち、先に係数ｃ14，ｃ23が求められた方、あるいは、係数ｃ14，ｃ23を求めるときの差の振幅の変動の最小値が小さくなった方を選択して復調部２６に入力する。
【００２３】
＜１本のアンテナで送信して２本のアンテナで受信する場合＞
ここで、第１の比較例の１本のアンテナで送信して２本のアンテナで受信する場合について説明する。第１の比較例では、雑音成分を打ち消して信号対雑音比を改善することができるが、雑音源の位置によっては変調信号成分も打ち消されてしまうことがある。
【００２４】
図３は第１の比較例の無線通信システムを示す図であり、１本のアンテナ１０１を備えた無線通信端末１００と２本のアンテナ２０１，２０２、信号分離部２１０、復調部２２０を備えた無線通信端末２００からなる。無線通信端末１００は、アンテナ１０１から変調信号ｘ1を送信し、雑音源は雑音ｘ2を放射する。無線通信端末２００は、２本のアンテナ２０１，２０２により変調信号ｘ1と雑音ｘ2を受信する。信号分離部２１０で変調信号ｘ1と雑音ｘ2を分離して復調部２２０で変調信号ｘ1を復調する。雑音源は通信を妨害する要素と記載したものであり、通信システムの動作とは関係ない。図４に図３の通信システムのモデルを示す。
【００２５】
アンテナ１０１とアンテナ２０１間の減衰率をａ11、アンテナ１０１とアンテナ２０２間の減衰率をａ21、雑音源とアンテナ２０１間の減衰率をａ12、雑音源とアンテナ２０２間の減衰率をａ22とする。アンテナ２０１，２０２それぞれで受信する受信信号ｅ1，ｅ2は以下の式で表される。
【数３】
0005657513.tif 000004
【００２６】
この場合においても、式（１１）と式（１２）それぞれの右辺第１項が変調信号成分の項であり、第２項が雑音成分の項である。雑音成分を打ち消すようにｅ1またはｅ2に重み付けしてｅ1，ｅ2の差をとれば、変調信号成分のみが残り、信号対雑音比が改善する。ｅ2に係数ｃ12で重み付けしてｅ1から差し引いた式を以下に示す。
【数４】
0005657513.tif 000005
【００２７】
雑音ｘ2を分離するときは、式（１３）の右辺第２項の（ａ12−ｃ12ａ22）がゼロになるように係数ｃ12を決定するが、このときａ12／ａ22＝ａ11／ａ21であると右辺第１項もゼロとなる。すなわち、変調信号成分も打ち消されてしまうことになる。通常、減衰率ａij（ｉ＝１，２、ｊ＝１，２）は正であるため、第２項がゼロの時に第１項がゼロになる可能性はある。
【００２８】
＜２本のアンテナで送信して２本のアンテナで受信する場合＞
続いて、第２の比較例の２本のアンテナで送信して２本のアンテナで受信する場合について説明する。第２の比較例では、雑音源がどこにあっても変調信号成分を打ち消さずに雑音成分を打ち消すことができるが、アンテナの位置関係に制約がある。
【００２９】
ここでは、図１に示した無線通信端末２がアンテナ２１，２２のみを用いて受信信号から雑音成分を取り除くものとする。アンテナ２１，２２のみを用いた場合、アンテナ２１，２２それぞれでは受信信号ｅ1，ｅ2が受信されるので、受信信号ｅ1，ｅ2を使用して雑音成分を打ち消す式（５）を用いる。式（５）を用いる場合、（ｂ11−ｂ12）か（ｂ21−ｂ22）のいずれか一方のみが負、つまり、（ｂ11−ｂ12）と（ｂ21−ｂ22）の積が負であれば、減衰率ａ12，ａ22がどのような減衰率であっても信号対雑音比を改善できる。
【００３０】
（ｂ11−ｂ12）か（ｂ21−ｂ22）のいずれか一方のみが負になる条件、すなわち（ｂ11−ｂ12）と（ｂ21−ｂ22）の積が負となる条件を考察する。簡単のため減衰率がアンテナ間の距離に反比例すると仮定する。アンテナから放射される電界や磁界はアンテナからの距離に反比例（電力は距離の２乗に反比例）して減衰することが知られている。なお、アンテナの指向性に関しては無指向性のアンテナを使用したと仮定する。
【００３１】
図２に示すように、無線通信端末１のアンテナ１１とアンテナ１２間の距離をｌq、無線通信端末２のアンテナ２１とアンテナ２２間の距離をｌeとする。アンテナ１１とアンテナ１２を結ぶ線分の中心からアンテナ２１とアンテナ２２を結ぶ直線Ｅ１２に垂直な線を引き、その垂直な線と直線Ｅ１２との交点をＢ１とする。そして、垂直な線の長さをｄr1、アンテナ２１と交点Ｂ１間の距離をｌe1、アンテナ２２と交点Ｂ１間の距離をｌe2とし、図示していないが、アンテナ１１とアンテナ２１間の距離をｄs11、アンテナ１２とアンテナ２１間の距離をｄs12、アンテナ１１とアンテナ２２間の距離をｄs21、アンテナ１２とアンテナ２２間の距離をｄs22とすると、各アンテナ間の距離ｄsij（ｉ＝１，２、ｊ＝１，２）は以下の式で表される。
【数５】
0005657513.tif 000006
【００３２】
ここで、θは直線Ｅ１２とアンテナ１１とアンテナ１２を結ぶ直線がなす角度である。
【００３３】
減衰率がアンテナ間の距離に反比例する仮定から、減衰率ｂij（ｉ＝１，２、ｊ＝１，２）を定数ｋを用いて以下の式で表す。
【数６】
0005657513.tif 000007
【００３４】
（ｂ11−ｂ12）と（ｂ21−ｂ22）は以下の式で表される。
【数７】
0005657513.tif 000008
【００３５】
定数ｋは式（１９）と式（２０）の両方に含まれているため、（ｂ11−ｂ12）と（ｂ21−ｂ22）の積が負となる条件に関係ない。また、ｄs11，ｄs12，ｄs21，ｄs22は正の実数であることから、（ｄ2s12-ｄ2s11）と（ｄ2s22-ｄ2s21）の積が負となる条件が（ｂ11−ｂ12）と（ｂ21−ｂ22）の積が負となる条件となる。
【００３６】
式（１４）〜（１７）から（ｄ2s12-ｄ2s11）と（ｄ2s22-ｄ2s21）は以下の式で表される。
【数８】
0005657513.tif 000009
【００３７】
式（２１）と式（２２）から（ｄ2s12-ｄ2s11）と（ｄ2s22-ｄ2s21）の積は以下の式で表される。
【数９】
0005657513.tif 000010
【００３８】
式（２３）の右辺が負となる条件は以下のようになる。
【数１０】
0005657513.tif 000011
【００３９】
式（２４）からθ＞ｔａｎ-1（ｌe1／ｄr）かつθ＜−ｔａｎ-1（ｌe2／ｄr）であるため、式（２４）の条件では、（ｂ11−ｂ12）と（ｂ21−ｂ22）の積が負となるθは存在しない。一方、式（２５）からθ＜ｔａｎ-1（ｌe1／ｄr）かつθ＞−ｔａｎ-1（ｌe2／ｄr）であるため、−ｔａｎ-1（ｌe2／ｄr）＜θ＜ｔａｎ-1（ｌe1／ｄr）となる。以上の結果から、（ｂ11−ｂ12）と（ｂ21−ｂ22）の積が負となる条件が存在することがわかり、この条件が満たされていれば雑音源がどこにあっても信号対雑音比が改善される。言い換えると、無線通信端末２のアンテナが２本の場合、雑音源がどこにあっても信号対雑音比を改善するためには、無線通信端末２のアンテナが２本を結ぶ直線と無線通信端末１の２本のアンテナを結ぶ直線のなす角度に制約がある。
【００４０】
＜２本のアンテナで送信して４本のアンテナで受信する場合＞
最後に、本実施の形態の２本のアンテナで送信して４本のアンテナで受信する場合について、アンテナの位置関係の制約が緩和されることを説明する。
【００４１】
ここでは、図１に示した無線通信端末２がアンテナ２１，２４それぞれで受信した受信信号ｅ1，ｅ4と、アンテナ２２，２３それぞれで受信した受信信号ｅ2，ｅ3のそれぞれで雑音成分を取り除く場合を考える。つまり、受信信号ｅ1，ｅ4を使用して雑音成分を打ち消す式（７）と受信信号ｅ2，ｅ3を使用して雑音成分を打ち消す式（８）を用いる。式（７）と式（８）を用いる場合、（ｂ11−ｂ12）と（ｂ41−ｂ42）の積か（ｂ21−ｂ22）と（ｂ31−ｂ32）の積のいずれかが負になれば、減衰率ａ12，ａ22，ａ32，ａ42がどのような減衰率であっても信号対雑音比を改善できる。
【００４２】
２本のアンテナで送信して２本のアンテナで受信する場合と同様に、アンテナ１１，１２とアンテナ２１，２２の位置関係に基づいてｌq，ｌe1，ｌe2，ｄr1を定義する。さらに、アンテナ１１とアンテナ１２を結ぶ線分の中心からアンテナ２３とアンテナ２４を結ぶ直線Ｅ３４に垂直な線を引き、垂直な線と直線Ｅ３４との交点をＢ２とする。そして、垂直な線の長さをｄr2、アンテナ２３と交点Ｂ２間の距離をｌe1、アンテナ２４と交点Ｂ２間の距離をｌe2とし、図示していないが、アンテナ１１とアンテナ２１間の距離をｄs11、アンテナ１２とアンテナ２１間の距離をｄs12、アンテナ１１とアンテナ２２間の距離をｄs21、アンテナ１２とアンテナ２２間の距離をｄs22、アンテナ１１とアンテナ２３間の距離をｄs31、アンテナ１２とアンテナ２３間の距離をｄs32、アンテナ１１とアンテナ２４間の距離をｄs41、アンテナ１２とアンテナ２４間の距離をｄs42とすると、各アンテナ間の距離ｄsij（ｉ＝１，２，３，４、ｊ＝１，２）は以下の式で表される。
【数１１】
0005657513.tif 000012
【００４３】
式（１８）と同様の減衰率と距離の関係式を用いると、（ｂ11−ｂ12），（ｂ21−ｂ22），（ｂ31−ｂ32），（ｂ41−ｂ42）は以下の式で表される。
【数１２】
0005657513.tif 000013
【００４４】
定数ｋは式（３０）〜（３３）のすべてに含まれているため、（ｂ11−ｂ12）と（ｂ41−ｂ42）の積、（ｂ21−ｂ22）と（ｂ31−ｂ32）の積が負となる条件に関係ない。また、ｄs11，ｄs12，ｄs21，ｄs22，ｄs31，ｄs32，ｄs41，ｄs42は正の実数であることから、（ｄ2s12−ｄ2s11）と（ｄ2s42−ｄ2s41）の積が負となる条件が（ｂ11−ｂ12）と（ｂ41−ｂ42）の積が負となる条件となり、（ｄ2s22−ｄ2s21）と（ｄ2s32−ｄ2s31）の積が負となる条件が（ｂ11−ｂ12）と（ｂ41−ｂ42）の積が負となる条件となる。
【００４５】
式（２６）〜（２９）から（ｄ2s12-ｄ2s11），（ｄ2s22-ｄ2s21），（ｄ2s32-ｄ2s31），（ｄ2s42-ｄ2s41）は以下の式で表される。
【数１３】
0005657513.tif 000014
【００４６】
式（３４）と式（３７）から（ｄ2s12-ｄ2s11）と（ｄ2s42-ｄ2s41）の積は以下の式で表される。
【数１４】
0005657513.tif 000015
【００４７】
式（３８）の右辺が負となる条件は以下のようになる。
【数１５】
0005657513.tif 000016
【００４８】
式（３９）からｔａｎθ＞ｌe1／ｄr1かつｔａｎθ＞ｌe2／ｄr2となり、式（４０）からｔａｎθ＜ｌe1／ｄr1かつｔａｎθ＜ｌe2／ｄr2となる。これらの条件を満たすｔａｎθの領域を図５に示す。
【００４９】
また、式（３５）と式（３６）から（ｄ2s22-ｄ2s21）と（ｄ2s32-ｄ2s31）の積は以下の式で表される。
【数１６】
0005657513.tif 000017
【００５０】
式（４１）の右辺が負となる条件は以下のようになる。
【数１７】
0005657513.tif 000018
【００５１】
式（４２）からｔａｎθ＜−ｌe2／ｄr1かつｔａｎθ＜−ｌe1／ｄr2となり、式（４３）からｔａｎθ＞−ｌe2／ｄr1かつｔａｎθ＞−ｌe1／ｄr2となる。これらの条件を満たすｔａｎθの領域を図６に示す。
【００５２】
図５，６から、（ｄ2s12-ｄ2s11）と（ｄ2s42-ｄ2s41）の積または（ｄ2s22-ｄ2s21）と（ｄ2s32-ｄ2s31）の積の少なくともどちらか一方が負となることがわかる。したがって、無線通信端末１のアンテナ１１，１２を結ぶ直線と無線通信端末２のアンテナ２１，２２を結ぶ直線がなす角度θの制約なく、雑音源がどこにあっても信号対雑音比が改善される。
【００５３】
以上の考察では、減衰率が距離に反比例すると仮定して説明したが、極性だけに着目すれば減衰率が距離の２乗または３乗に反比例しても同じ考察が成り立つ。また、４本のアンテナ２１，２２，２３，２４を長方形の各頂点に配置した場合について説明したが、アンテナ２１，２２を結ぶ直線Ｅ１２とアンテナ２３，２４を結ぶ直線Ｅ３４が平行であればよい。
【００５４】
＜信号分離部＞
次に、信号分離部について説明する。
【００５５】
図７は、本実施の形態における信号分離部２５の機能ブロック図である。
【００５６】
図７に示す信号分離部２５は、２入力信号分離部２５１，２５２と選択部２５３を備える。アンテナ２１，２４を２入力信号分離部２５１に接続し、アンテナ２２，２３を２入力信号分離部２５２に接続する。
【００５７】
２入力信号分離部２５１，２５２それぞれは、各アンテナ２１，２２，２３，２４が受信した受信信号から雑音を分離し、雑音を分離した信号分離出力と分離が完了したことを示す分離完了信号を選択部２５３に入力する。
【００５８】
選択部２５３は、２入力信号分離部２５１から分離完了信号１を入力すると２入力信号分離部２５１の信号分離出力１を復調部２６へ出力し、２入力信号分離部２５２から分離完了信号２を入力すると２入力信号分離部２５２の信号分離出力２を復調部２６へ出力する。すでにどちらかの２入力信号分離部２５１，２５２から分離完了信号を入力していた場合は、先に分離完了信号を入力した方の信号分離出力を復調部２６へ出力する。あるいは、雑音を分離する際の信号分離出力の振幅の変動の最小値がより小さい方の信号分離出力を復調部２６へ出力する。
【００５９】
続いて、２入力信号分離部について説明する。２入力信号分離部２５１，２５２は、ブラインド信号源分離で用いられている処理で独立な信号と雑音を分離してもよいが、図８に示す２入力信号分離部を用いてもよい。２入力信号分離部２５１，２５２のいずれも同様の構成であるのでここでは２入力信号分離部２５１のみを示す。
【００６０】
図８に示す２入力信号分離部２５１は、自動利得調整増幅・フィルタ部３１，３２、可変利得増幅器３３、差動増幅器３４、およびモニタ・分離制御部３５を備える。
【００６１】
自動利得調整増幅・フィルタ部３１，３２は、それぞれアンテナ２１，２４で受信した受信信号ｅ1，ｅ4の不要な雑音を除去するとともに、自動利得調整増幅・フィルタ部３１，３２出力のある期間Ｔａｇでの平均の振幅が所定の振幅になるように利得を調整して受信信号ｅ1，ｅ4を増幅する。
【００６２】
可変利得増幅器３３は、利得制御信号で設定される利得ｃ14で自動利得調整増幅・フィルタ部３２の出力信号を増幅する。
【００６３】
差動増幅器３４は、自動利得調整増幅・フィルタ部３１の出力信号と可変利得増幅器３３の出力信号の差を信号分離出力として出力する。
【００６４】
モニタ・分離制御部３５は、差動増幅器３４の信号分離出力から雑音成分が分離されて無線通信端末１が送信した信号成分が支配的になるように、信号分離出力の振幅の変動が最小になる利得ｃ14を求め、利得ｃ14を設定する利得制御信号を可変利得増幅器３３に出力するとともに、選択部２５３へ分離完了信号を送信する。
【００６５】
無線通信端末１は、送信すべき情報に基づくデータ信号で所定の搬送波を変調する前に変調しない搬送波（プリアンブル）を所定の期間送信し、無線通信端末２はこの期間で雑音を分離するのに最適な利得ｃ14を求める処理を行う。プリアンブルの振幅は一定でほとんど変動しないのに対し、雑音の振幅は一定でないため振幅の変動が大きい。そこで、モニタ・分離制御部３５は、可変利得増幅器３３に設定する利得を変化させて、設定した利得毎に、所定期間内における差動増幅器３４の信号分離出力の振幅の変動の大きさを求め、信号分離出力の振幅の変動の大きさが最小となる利得を雑音を分離するのに最適な利得ｃ14とする。このように、送信すべき情報に基づくデータ信号を受信する直前に可変利得増幅器３３に設定する利得ｃ14を求めるので、無線通信端末２の周囲の状況（伝搬定数）が時間的に変化する場合であっても、効果的に変調信号と雑音を分離することが可能となる。
【００６６】
なお、上記では、自動利得調整増幅・フィルタ部３２に可変利得増幅器３３を接続したが、自動利得調整増幅・フィルタ部３１，３２の両方に可変利得増幅器を接続して双方の利得を調整するものでもよい。このとき、一方の可変利得増幅器の利得を１に設定すると図８に示した２入力信号分離部２５１と同様になる。
【００６７】
図８に示す２入力信号分離部２５１ではアンテナ２１，２４で受信した受信信号ｅ1，ｅ4を直接信号処理していたが、図９に示す２入力信号分離部の変形例のように、受信信号ｅ1，ｅ4を局部発振器３６から出力される所定の周波数の信号でダウンコンバートした後、変調信号と雑音を分離してもよい。
【００６８】
また、図１０に示す信号分離部の変形例のように、アナログ−デジタル変換部３７，３８を備えて、自動利得調整増幅・フィルタ部３１，３２の出力をアナログ−デジタル変換した後にデジタル信号処理により変調信号と雑音を分離してもよい。この場合、アナログ−デジタル変換部３７で変換されたデジタル信号と、アナログ−デジタル変換部３８で変換されモニタ・分離制御部３５が出力する倍率で乗算されたデジタル信号との差を加算部で求めてモニタ・分離制御部３５に出力し、モニタ・分離制御部３５では、デジタル信号処理でピークホールド動作、すなわち最大値または最小値の探索を行って振幅データを求め、加算部が出力する信号の振幅が最小となるようにアナログ−デジタル変換部３８の出力の倍率を決める。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、無線通信端末１が２本のアンテナ１１，１２で非反転変調信号と反転変調信号を送信し、無線通信端末２が４本のアンテナ２１，２２，２３，２４で受信信号ｅ1，ｅ2，ｅ3，ｅ4を受信し、２入力信号分離部２５１，２５２のそれぞれで、受信信号ｅ1，ｅ4の差の振幅の変動、受信信号ｅ2，ｅ3の差の振幅の変動が最小となる利得を求め、２入力信号分離部２５１，２５２の何れか一方の分離信号出力を復調することにより、無線通信端末１のアンテナ１１，１２と無線通信端末２のアンテナ２１，２２，２３，２４との位置関係の制約なく、雑音源がどこにあっても、信号対雑音比を改善できる無線通信システムを提供することができる。
【００７０】
なお、アンテナ２１，２２，２３，２４として、特開２０１１−１９９３９５のようなゲートの左右に配置された電極を用いてもよい。
【００７１】
［第２の実施の形態］
図１１は、第２の実施の形態における無線通信システムの構成を示す機能ブロック図である。図１１に示す無線通信システムは、無線通信端末４，５を備える。無線通信端末４，５はそれぞれ送信・受信する機能をもつモジュールを備えているが、簡略化のため、図１１では、無線通信端末４では送信モジュールのみを、無線通信端末５では受信モジュールのみを記載している。
【００７２】
本実施の形態では、無線通信を行う前に、無線通信端末５の４本のアンテナのうちいずれか２本を用いて受信される雑音の極性を判定して判定結果を無線通信端末４に送信し、無線通信端末４は、判定結果が雑音の極性が同極性を示す場合には、２本のアンテナで異極性の変調信号を送信し、判定結果が雑音の極性が異極性を示す場合には、２本のアンテナで同極性の変調信号あるいは２本のアンテナのいずれか一方のみから変調信号を送信する。
【００７３】
無線通信端末４は、２本のアンテナ４１，４２と、端末処理部４３、変調部４４、極性切替バッファ４５，４６、復調部４７、および送受切替スイッチ４８，４９を備える。
【００７４】
端末処理部４３は、送信すべき情報に基づくデータ信号を変調部４４に入力する。また、端末処理部４３は、無線通信端末５から受信した雑音の極性を示す情報に基づいて、雑音の極性が同極性であれば、極性切替バッファ４５，４６のいずれか一方を非反転、他方を反転として、変調信号の位相が互いに反転した非反転変調信号、反転変調信号を送信するように極性切替バッファ４５，４６を設定し、雑音の極性が異極性であれば、極性切替バッファ４５，４６をどちらも非反転あるいは反転として変調信号の位相が同じ変調信号を送信するように極性切替バッファ４５，４６を設定するか、どちらか一方の極性切替バッファ４５，４６から変調信号を送信するように極性切替バッファ４５，４６を設定する。
【００７５】
変調部４４は、入力されたデータ信号で所定の周波数の搬送波を変調した変調信号を極性切替バッファ４５，４６に入力する。
【００７６】
極性切替バッファ４５，４６は、端末処理部４３から入力する極性切替信号に基づいて、非反転バッファとして機能するか、あるいは反転バッファとして機能するか設定し、非反転変調信号あるいは反転変調信号を送受切替スイッチ４８，４９を介してアンテナ４１，４２へ出力する。
【００７７】
送受切替スイッチ４８，４９は、送信時にはアンテナ４１，４２を極性切替バッファ４５，４６に接続し、受信時にはアンテナ４１，４２を復調部４７に接続する。
【００７８】
復調部４７は、無線通信端末５から送信された変調信号を復調して雑音の極性を示す情報を得て端末処理部４３に入力する。
【００７９】
無線通信端末５は、４本のアンテナ５１，５２，５３，５４と、信号分離部５５、復調部５６、端末処理部５７、雑音極性判定部５８、変調部５９、および送受切替スイッチ６０，６１，６２，６３を備える。
【００８０】
アンテナ５１，５２，５３，５４それぞれで受信された受信信号は、送受切替スイッチ６０，６１，６２，６３を介して信号分離部５５に入力される。
【００８１】
信号分離部５５は、アンテナ５１，５２，５３，５４それぞれが受信した受信信号から雑音を分離し、無線通信端末４が送信した変調信号を復調部５６に入力する。
【００８２】
復調部５６は、変調信号を復調してデータ信号を得て端末処理部５７に入力する。
【００８３】
端末処理部５７は、入力されたデータ信号に基づいて処理を行う。また、雑音極性判定部５８が判定した雑音の極性を示す情報に基づくデータ信号を変調部５９に入力する。
【００８４】
雑音極性判定部５８は、無線通信端末４と無線通信を開始する前に、アンテナ５１，５２，５３，５４それぞれで受信された雑音に基づいて雑音の極性を判定し、端末処理部５７に入力する。
【００８５】
変調部５９は、入力された雑音の極性を示す情報に基づくデータ信号で所定の周波数の搬送波を変調し、変調信号を送受切替スイッチ６０，６１，６２，６３を介してアンテナ５１，５２，５３，５４から送信する。
【００８６】
図１２に雑音極性判定部５８の構成例を示す。図１２に示す雑音極性判定部５８は、アンテナ５１，５４それぞれで受信した雑音を乗算部５８１で乗算し、低域通過フィルタ部５８２で直流成分を取り出し、判定部５８３で取り出した直流成分の電位に基づいて雑音の極性を判定する。
【００８７】
アンテナ５１，５４で受信した雑音が同極性である場合には、図１３に示すように、低域通過フィルタ部５８２の出力は高電位となり、雑音が異極性である場合には、低域通過フィルタ部５８２の出力は低電位となる。判定部５８３は、中心電位を挟んで高電位側のしきい値１と低電位側のしきい値２を設定し、低域通過フィルタ部５８２の出力がしきい値１より高い場合は、同極性の雑音を受信したと判定し、低域通過フィルタ部５８２の出力がしきい値２より低い場合は、異極性の雑音を受信したと判定して判定信号を出力する。低域通過フィルタ部５８２の出力がしきい値１としきい値２の間の場合は、雑音が小さいと判定する。この場合は、無線通信端末４は極性切替バッファ４５，４６をどのように設定してもよい。なお、ここで言う低電位とは、中心電位と比較して低い電位のことであり、例えば、中心電位がゼロの場合には負の電位となる。また、中心電位は、回路に与える電源電圧によって変わり、例えば、単電源の場合には、グランドと電源電圧（正負いずれの電位もあり得る）との中間電位となり、両電源の場合には、正電位の電源電圧と負電位の電源電圧との中間電位となる。高電位も同様に中心電位と比較して高い電位のことである。
【００８８】
図１４は、雑音極性判定部５８の変形例である。図１４に示す雑音極性判定部５８は、可変利得増幅器３３の利得を１にした状態で差動増幅器３４でアンテナ５１，５４それぞれが受信した雑音の差を取り、雑音極性判定部５８が差動増幅器出力の振幅の大きさと受信した雑音の振幅の大きさを比較することで、雑音の極性を判定する。雑音が同極性の場合は差動増幅器出力の振幅は雑音の振幅と比較して小さくなり、雑音が異極性の場合は差動増幅器出力の振幅は雑音の振幅と比較して大きくなる。
【００８９】
上記では、アンテナ５１，５４で受信する雑音の極性を判定したが、任意の２本のアンテナで受信する雑音の極性を判定してもよい。また、図１５に示すように、４本のアンテナ５１，５２，５３，５４を用いて、アンテナ５１，５４で受信する雑音の極性を雑音極性判定部５８の乗算部５８４、低域通過フィルタ部５８５、判定部５８３で判定し、アンテナ５２，５３で受信する雑音の極性を雑音極性判定部５８の乗算部５８１、低域通過フィルタ部５８２、判定部５８３で判定するものでもよい。図１４のように、２入力信号分離部５５１，５５２の分離処理部３９それぞれの信号分離出力とアンテナ５１，５４およびアンテナ５２，５３で受信した雑音の振幅とを比較して雑音の極性を判定してもよい。
【００９０】
２入力信号分離部５５１，５５２は、ブラインド信号源分離で用いられている処理で独立な信号と雑音を分離してもよいが、第１の実施の形態の図７〜９で示した２入力信号分離部２５１を用いてもよい。
【００９１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、無線通信を行う前に、無線通信端末５がアンテナ５１，５４で受信される雑音を乗算して直流成分を取りだし、直流成分の電位に基づいて雑音の極性を判定して無線通信端末４に通知し、無線通信端末４が雑音の極性に基づいてアンテナ４１，４２で送信する変調信号の極性を設定することにより、通信環境に応じて変調信号を送信することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１，２…無線通信端末
１１，１２，２１，２２，２３，２４…アンテナ
１３…端末処理部
１４…変調部
１５…非反転バッファ
１６…反転バッファ
２５…信号分離部
２５１，２５２…２入力信号分離部
２５３…選択部
２６…復調部
２７…端末処理部
３１，３２…自動利得調整増幅・フィルタ部
３３…可変利得増幅器
３４…差動増幅器
３５…モニタ・分離制御部
３６…局部発振器
３７，３８…アナログ−デジタル変換部
３９…分離処理部
４，５…無線通信端末
４１，４２，５１，５２，５３，５４…アンテナ
４３…端末処理部
４４…変調部
４５，４６…極性切替バッファ
４７…復調部
４８，４９…送受切替スイッチ
５５…信号分離部
５５１，５５２…２入力信号分離部
５５３…選択部
５６…復調部
５７…端末処理部
５８…雑音極性判定部
５８１，５８４…乗算部
５８２，５８５…低域通過フィルタ部
５８３…判定部
５９…変調部
６０，６１，６２，６３…送受切替スイッチ
１００，２００…無線通信端末
１０１，２０１，２０２…アンテナ
２１０…信号分離部
２２０…復調部
【図１】
0005657513.tif 000019
【図２】
0005657513.tif 000020
【図３】
0005657513.tif 000021
【図４】
0005657513.tif 000022
【図５】
0005657513.tif 000023
【図６】
0005657513.tif 000024
【図７】
0005657513.tif 000025
【図８】
0005657513.tif 000026
【図９】
0005657513.tif 000027
【図１０】
0005657513.tif 000028
【図１１】
0005657513.tif 000029
【図１２】
0005657513.tif 000030
【図１３】
0005657513.tif 000031
【図１４】
0005657513.tif 000032
【図１５】
0005657513.tif 000033
【図１６】
0005657513.tif 000034