(57)【要約】【課題】パルス状信号を用いた通信装置において、伝送容量の増大と、通信機が多数存在する場合の相互干渉による通信品質の劣化に対して耐性に富む変復調方式を提供することを目的とする。【解決手段】パルス発生器１４からの近似的にガウス分布状の時間波形を有するパルス信号を複数本用いて、その各々を変調回路群１５において互いに異なる回数時間微分変調することによって、近似的にエルミート関数とガウス分布の積の波形を有した互いに直交関係にある信号群を生成し、各信号の振幅に対して独立に送信すべき入力データ１２を割り振り、合成器１６において各々の信号を同期した状態で重畳し多重化した信号をアンテナ１７から放射することによって送信時における大伝送容量化を実現する。【選択図】  図１
2004235809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を互いに独立した複数の並列した２値信号群に変換する直並列変換手段と、前記２値信号群の信号各々を近似的にガウス分布型の時間波形を有するパルス信号に変換することでパルス信号群を発生するパルス信号発生手段と、前記パルス信号群の信号各々を時間微分して互いに異なる波形を有するパルス変調信号に変換することでパルス変調信号群を発生するパルス変調手段と、前記パルス変調信号群の信号各々を振幅変調した信号を重畳することにより高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、前記高周波信号を送信する送信手段と、を有する通信装置。
【請求項２】
高周波信号を受信する受信手段と、前記高周波信号を同一波形の複数の並列信号に分配する分配手段と、分配された並列信号各々を時間積分して復調信号に変換することで復調信号群を発生する復調手段と、前記復調信号群の信号各々をデジタル変換してデジタル信号に変換することでデジタル信号群を発生するデジタル変換手段と、前記デジタル信号群の複数の信号を直列データ信号に変換する並直列変換手段と、を有する通信装置。
【請求項３】
更に、受信手段と分配手段との間に、受信した高周波信号の波形補正を行う歪補正手段とを有し、歪補正された高周波信号を前記分配手段で分配することを特徴とする請求項２記載の通信装置。
【請求項４】
歪補正手段は、受信した高周波信号を、その高周波信号を送信した通信局での送信時の信号波形を再現するよう波形成形することを特徴とする請求項３記載の通信装置。
【請求項５】
歪補正手段は、予め、その高周波信号を送信する通信局から送信されたパルス幅の狭いパルス信号を受信して受信信号波形を記録しておき、前記パルス信号の受信信号波形を基にして前記高周波信号の波形整形を行うことを特徴とする請求項４記載の通信装置。
【請求項６】
時間微分は、伝送線路に容量性素子を直列に挿入することによって構成される回路によりなされることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項７】
時間積分は、容量性素子を用いて伝送線路を接地することによって構成される回路によりなされることを特徴とする請求項２記載の通信装置。
【請求項８】
互いに異なる波形を有するパルス変調信号は、全て等しい最大振幅値を有することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項９】
互いに異なる波形を有するパルス変調信号は、時間的に変化の激しい波形を有する信号ほど大きな最大振幅値を持つことを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項１０】
入力信号を互いに独立した複数の並列した２値信号群に変換する直並列変換手段と、前記２値信号群の信号各々を近似的にガウス分布型の時間波形を有するパルス信号に変換することでパルス信号群を発生するパルス信号発生手段と、前記パルス信号群の信号各々を時間微分して互いに異なる波形を有するパルス変調信号に変換することでパルス変調信号群を発生するパルス変調手段と、前記パルス変調信号群から選択する信号を時間的に切り替えることにより高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、前記高周波信号を送信する送信手段と、を有する通信装置。
【請求項１１】
入力信号を互いに独立した複数の並列した２値信号群に変換する直並列変換手段と、互いに異なる波形を有するとともに直交関数基底をなす複数種類のパルス信号の波形データを保存した記録媒体と、前記２値信号群の信号各々に対応する波形データを有するパルス信号を前記記録媒体から選択することでパルス信号群を発生するパルス信号発生手段と、前記パルス信号群の信号各々を振幅変調した信号を重畳することにより高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、前記高周波信号を送信する送信手段と、を有する通信装置。
【請求項１２】
入力信号を互いに独立した複数の並列した２値信号群に変換する直並列変換手段と、互いに異なる波形を有するとともに直交関数基底をなす複数種類のパルス信号の波形データを保存した記録媒体と、前記２値信号群の信号各々に対応する波形データを有するパルス信号を前記記録媒体から選択することでパルス信号群を発生するパルス信号発生手段と、前記パルス信号群から選択する信号を時間的に切り替えることにより高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、前記高周波信号を送信する送信手段と、を有する通信装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか記載の通信装置を用いたことを特徴としたデジタル機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、通信装置に関するもので、特にパルス状信号を用いた通信装置の変復調方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパルス状信号を用いた通信装置は、ある時間間隔（以下、符号長と呼ぶ）を単位とした単位スロット内における、パルスの有無やパルスの位相に対して２値信号を割り当てることによってデータ伝送を行っている（例えば、特許文献１参照）。以下に、図１１を用いて従来の技術を説明する。
【０００３】
図１１は、従来のパルス状信号を用いた通信装置の変復調方式を示した回路ブロック図である。通信装置は送信機７と受信機８から構成されており、送信機７は、入力データ１をその論理値に応じてパルス信号に変換するデジタルアナログ変換器２と、パルス信号を自由空間へ放射するためのアンテナ３から構成されている。また、受信機８は自由空間を伝搬してきたパルス信号を捉えるためのアンテナ４と、受信したパルス信号からデータを復調再現する作用を有するアナログデジタル変換器５から構成されている。
【０００４】
送信機７において、入力データ１をパルス信号に変換する変換方式を分類すれば下記の３種類に大別される。
１）「Ｂｉ−ｐｈａｓｅ方式」：パルス信号の位相、あるいは、パルスの立ち上がり時における出力値符号に２値を与える方法。
２）「Ｐｕｌｓｅ  ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ方式」：単位スロット内におけるパルスの有無、あるいは、パルス振幅値に対して２値を与える方法。
３）「Ｐｕｌｓｅ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ方式」：単位スロット内におけるパルスの相対的時間的位置に対して２値を与える方法。
【０００５】
以上のように、従来のパルス状信号を用いた通信装置は非常に簡便な回路ブロック構成で実現可能であり、符号長に比べ十分短い時間幅のパルス信号を用いることにより、平均的出力電力を下げることが可能となる上、周波数的に広く分散した信号となることからフェージングに耐性のある高品質な通信サービスの実現が可能となる。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第３７２８６３２号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このパルス状信号を用いた通信装置においては更なる大容量化が要求されている。ところが、従来技術において伝送容量は符号長のみで決定されるために、伝送容量を増大させるためには符号長をより短く設定しなければならない。また、良好な通信品質を実現するためには、符号長の短縮に応じて更に幅の短いパルスが必要となり、そのような短パルス生成が技術的に困難となる上に、非常に広帯域なアンテナや高周波回路が要求され、通信装置の開発が困難となるという技術的課題を有する。
【０００８】
また、パルス信号を用いて通信を行う通信機が多数存在するような状況においては、十分幅の短いパルスを用いても異なる通信機から送信されたパルス信号が時間的に重なり合って受信される確率が増大し、通信品質が劣化するという課題も有する。
【０００９】
本発明は、符号長を変えずに伝送容量を飛躍的に増大させ、また、多数の通信局が存在する場合においても相互干渉による通信品質の劣化がない通信装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、まず、特定の時間毎に生成され、近似的にガウス分布状の時間波形を有するパルス信号を複数本用いて、その各々を互いに異なる回数時間微分変調することによって、近似的にエルミート関数とガウス分布の積の波形を有した互いに直交関係にある信号群を生成し、各信号の振幅に対して独立に送信すべきデータを割り振り、各々の信号を同期した状態で重畳することによって多重化された信号をアンテナから放射することによって送信時における大伝送容量化を実現する。
【００１１】
また、受信時においては先述の多重化された信号をアンテナで受信し、送受信アンテナ特性や電磁波の伝搬特性の周波数依存性による信号波形の歪みを予め除去し、整形された信号を多重度の数だけ分岐させ、各々経路で異なる階数だけ時間積分し、更に高域通過フィルタにより時間的に局在した波形成分を選別し、最後に、パルス信号の周期、すなわち単位スロットで時間積分することにより多重化された信号が並列データとして再現し、再びそれを直列データとして並べ直すことによりデータの復調を行うものである。
【００１２】
更に、単位スロットに対して上述の互いに直交関係にある信号群の１つを割り当て、その割り当て方に対してデータを対応させるような変調を行うことにより、同一波形のパルス信号が同時に受信される確率を下げる。
【００１３】
以上の構成より、符号長を変えることなく、また、短いパルスを使用することなく信号の多重化が可能となり、多数の通信機が存在するような状況下においても通信品質の劣化が少ない大容量な通信装置が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、入力信号を互いに独立した複数の並列した２値信号群に変換する直並列変換手段と、前記２値信号群の信号各々を近似的にガウス分布型の時間波形を有するパルス信号に変換することでパルス信号群を発生するパルス信号発生手段と、前記パルス信号群の信号各々を時間微分して互いに異なる波形を有するパルス変調信号に変換することでパルス変調信号群を発生するパルス変調手段と、前記パルス変調信号群の信号各々を振幅変調した信号を重畳することにより高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、前記高周波信号を送信する送信手段と、を有する通信装置である。
【００１５】
すなわち、時間的に局在した信号は、互いに異なる波形を有した複数種類のパルス状信号の重畳により生成され、前記パルス状信号は近似的にガウス分布型の時間波形を有する信号の時間微分によって生成され、前記異なる波形を有した複数種類のパルス状信号各々の振幅を独立に変調することによって情報を含んだ高周波信号を生成し伝送することによって情報の伝達を行うことを特徴とする通信装置であり、パルス間隔を変えずとも通信容量の飛躍的増加が可能となるという作用を有する。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、高周波信号を受信する受信手段と、前記高周波信号を同一波形の複数の並列信号に分配する分配手段と、分配された並列信号各々を時間積分して復調信号に変換することで復調信号群を発生する復調手段と、前記復調信号群の信号各々をデジタル変換してデジタル信号に変換することでデジタル信号群を発生するデジタル変換手段と、前記デジタル信号群の複数の信号を直列データ信号に変換する並直列変換手段と、を有する通信装置である。
【００１７】
すなわち、時間的に局在した高周波信号を受信し、前記受信された信号を時間積分し、前記積分された信号から時間的に局在した信号を抽出し、前記分別信号を更に有限の時間間隔内で積分することにより情報復調を行うことを特徴とする通信装置であり、簡単な回路構成でありながら請求項１記載の通信装置から送信された高周波信号を受信しデータ復調が行えるという作用を有する。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、更に、受信手段と分配手段との間に、受信した高周波信号の波形補正を行う歪補正手段とを有し、歪補正された高周波信号を前記分配手段で分配することを特徴とする請求項２記載の通信装置であり、また、請求項４に記載の発明は、歪補正手段は、受信した高周波信号を、その高周波信号を送信した通信局での送信時の信号波形を再現するよう波形成形することを特徴とする請求項３記載の通信装置である。
【００１９】
すなわち、他の通信局との通信時において、自局のアンテナにおいて受信された時間的に局在した高周波信号は、前記高周波信号が前記他の通信局の送信時におけるアンテナ入力端での信号波形を再現するよう波形成形され、その後にデータ復調が行なわれることを特徴とする通信装置であり、広帯域なアンテナを必要とせず、通信状況の変化に影響を受けない高品質な通信が得られるという作用を有する。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、歪補正手段は、予め、その高周波信号を送信する通信局から送信されたパルス幅の狭いパルス信号を受信して受信信号波形を記録しておき、前記パルス信号の受信信号波形を基にして前記高周波信号の波形整形を行うことを特徴とする請求項４記載の通信装置である。
【００２１】
すなわち、予め、送信機からパルス幅の狭いパルス信号を発射し、通信を成立させる受信機で受信信号波形を記録し、前記送信機と前記受信機の間で情報伝送する際に、前記受信記録をされた信号波形を基にして波形整形を行うことを特徴とする請求項４記載の通信装置であり、アンテナ特性による波形歪の補償はもとより、動的な伝搬環境の変化に依存した動的な波形歪の補償が可能となり、高品質な通信の提供が可能となるという作用を有する。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、時間微分は、伝送線路に容量性素子を直列に挿入することによって構成される回路によりなされることを特徴とする請求項１記載の通信装置であり、非常に簡単な回路構成で信号多重化に必要とされる信号が生成可能となり小型な送信機が得られるという作用を有する。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、時間積分は、容量性素子を用いて伝送線路を接地することによって構成される回路によりなされることを特徴とする請求項２記載の通信装置であり、非常に簡単な回路構成で多重化信号の復調が可能となり小型な受信機が得られるという作用を有する。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、互いに異なる波形を有したパルス変調信号は、全て等しい最大振幅値を有することを特徴とする請求項１記載の通信装置であり、また、請求項９に記載の発明は、互いに異なる波形を有するパルス変調信号は、時間的に変化の激しい波形を有する信号ほど大きな最大振幅値を持つことを特徴とする請求項１記載の通信装置であり、いずれも多重化された信号の復調時における通信品質を向上させるという作用を有する。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、入力信号を互いに独立した複数の並列した２値信号群に変換する直並列変換手段と、前記２値信号群の信号各々を近似的にガウス分布型の時間波形を有するパルス信号に変換することでパルス信号群を発生するパルス信号発生手段と、前記パルス信号群の信号各々を時間微分して互いに異なる波形を有するパルス変調信号に変換することでパルス変調信号群を発生するパルス変調手段と、前記パルス変調信号群から選択する信号を時間的に切り替えることにより高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、前記高周波信号を送信する送信手段と、を有する通信装置である。
【００２６】
すなわち、高周波信号は、互いに異なる波形を有したパルス状信号の時間的切り替えにより生成され、前記パルス状信号は近似的にガウス分布型の時間波形を有する信号を時間微分することによって生成され、前記複数種類のパルス状信号の選択性に対して情報を添付することによって前記高周波信号を生成し情報伝達を行うことを特徴とする通信装置であり、多数の通信局が同時に通信をしている状況においても他局間との相互干渉がない高品質な通信を提供するという作用を有する。
【００２７】
請求項１１に記載の発明は、入力信号を互いに独立した複数の並列した２値信号群に変換する直並列変換手段と、互いに異なる波形を有するとともに直交関数基底をなす複数種類のパルス信号の波形データを保存した記録媒体と、前記２値信号群の信号各々に対応する波形データを有するパルス信号を前記記録媒体から選択することでパルス信号群を発生するパルス信号発生手段と、前記パルス信号群の信号各々を振幅変調した信号を重畳することにより高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、前記高周波信号を送信する送信手段と、を有する通信装置である。
【００２８】
すなわち、時間的に局在した信号は、互いに異なる波形を有するとともに直交関数基底をなす複数種類のパルス状信号の重畳により生成され、前記互いに異なる波形を有した複数種類のパルス状信号は、予め記録媒体に保管された波形生成データから生成され、前記異なる波形を有した複数種類のパルス状信号各々の振幅を独立に変調することによって情報を含んだ高周波信号を生成し伝送することによって情報の伝達を行うことを特徴とする通信装置であり、直交基底をなすパルス信号群を実現するための高性能な高周波回路を必要としない安価な通信装置を提供するという作用を有する。
【００２９】
請求項１２に記載の発明は、入力信号を互いに独立した複数の並列した２値信号群に変換する直並列変換手段と、互いに異なる波形を有するとともに直交関数基底をなす複数種類のパルス信号の波形データを保存した記録媒体と、前記２値信号群の信号各々に対応する波形データを有するパルス信号を前記記録媒体から選択することでパルス信号群を発生するパルス信号発生手段と、前記パルス信号群から選択する信号を時間的に切り替えることにより高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、前記高周波信号を送信する送信手段と、を有する通信装置である。
【００３０】
すなわち、高周波信号は、互いに異なる波形を有するとともに直交関数基底をなす複数種類のパルス状信号の時間的切り替えにより生成され、前記パルス状信号は予め記録媒体に保管された波形生成データから生成され、前記複数種類のパルス状信号の選択性に対して情報を添付することによって前記高周波信号を生成し情報伝達を行うことを特徴とする通信装置であり、直交基底をなすパルス信号群を実現するための高性能な高周波回路を必要とせず、多数の通信局が同時に通信をしている状況においても他局間との相互干渉がない高品質かつ安価な通信装置を提供するという作用を有する。
【００３１】
請求項１３に記載の発明は、請求項１から１２のいずれか記載の通信装置を用いたことを特徴としたデジタル機器であり、機器間のデータの収受が自由に行える統合的なデジタル環境を提供できるという作用を有する。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を用いて説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は本発明の通信装置の変復調方式を示した信号処理ブロック構成図である。図１において、送信機１１は入力データ１２をパルス状の波形を有する高周波信号に変調し、変調信号を自由空間中に放射する作用を行うもので、直並列変換器１３，パルス発生器１４，変調回路群１５，合成器１６、および、アンテナ１７から構成されている。また、図１において、受信機１８は自由空間中を伝播するパルス状の波形を有する高周波信号を受信し、受信信号を復調することによって入力データ１２を出力データ１９として再現する作用を行うもので、アンテナ１１０，歪補正器１１１，分配器１１２，復調回路群１１３，アナログデジタル変換器１１４、並直列変換器１１５から構成されている。
【００３４】
まず、送信機１１の変調方法について図２を参照し説明する。図２は送信機１１を構成する各信号処理ブロックからの出力信号の概略波形を示した図である。図２において、入力データ列１２は直並列変換器１３によりｎ本の独立な並列データに分解され、その後、特定の符号長τで同期しているｎ本の独立な２値信号群２１に変換される。２値信号群２１の中で、ある１つの信号経路を伝送する２値信号に注視した場合、符号長τにおける１本の２値信号のデータ数は２個（＝１ビット）であることから、送信機１１で送信可能な最大のデータ量は１秒あたりｎ×（１／τ）ビットとなる。
【００３５】
２値信号群２１は、パルス発生器１４において符号長τに比べ十分短いパルス幅σを有する独立なｎ本のパルス信号群２２に変換される。パルスは符号長τ毎に発生し、パルス発生器１４に入力される各２値信号に対応して、異なる振幅値を有するパルスが生成される。例えば、図２においてパルス信号群２２の上側に記した２つの信号は、入力値１に対応して特定の振幅でパルスが生成されているが、一番下の信号経路においては入力値０に対応して、同一時間フレーム中においてパルスが発生しておらず、２値信号の１，０に対応してそれぞれ振幅１，０のパルスが生成されている。
【００３６】
ところで、本発明の通信装置においてパルス信号群２２に現れる信号波形は全て、近似的に下記の式（１）に記したガウス分布に近い信号波形Ｐ（０，ｔ）を持っているものとする。
【００３７】
【数１】
2004235809.tif 000003
【００３８】
以下、式中における「〜」は関数形が近似的に等しい場合に使用するものとし、時間依存性のない定数についてはあらわに記さないものとする。また、式（１）中のＨ（０，ｔ／σ）は０次エルミート関数であり定数１に等しいため、信号波形Ｐ（０，ｔ）を式（１）のように表すことが出来る。
【００３９】
式（１）の信号波形を有するパルス信号群２２は、信号経路毎に接続された変調回路１５において複数回時間微分された変調信号群２３に変換される。なお、図１に記したように各経路を通過するパルス信号は互いに異なる階数の時間微分変調をうけるので、各経路の信号波形は微分の回数を次数ｎにより指定することが可能となり、それをＰ（ｎ，ｔ）と表すとする。実際に式（１）を時間微分すると、変調信号の波形Ｐ（ｎ，ｔ）は下記の式（２）に記したように高次のエルミート関数とガウス分布の積として表現することができる。
【００４０】
【数２】
2004235809.tif 000004
【００４１】
ここで、時間微分後に現れる定数係数は省略してある。各変調信号の波形を見るため、図３に時間軸を横軸にとった時のσ＝１の場合のＰ（０，ｔ），Ｐ（１，ｔ），Ｐ（２，ｔ）、およびＰ（８，ｔ）の各波形を記した。図３から分かるように、次数ｎと信号強度が０となる回数は等しく、微分階数を増すほど多くのリップルからなる信号波形に変調されることがわかる。周波数の観点から信号に含まれる周波数成分は、Ｐ（０，ｔ）は周波数軸においてもパルス幅１／σのガウス分布をもっているが、次数ｎが高くなるにつれて分布が高周波数側へシフトすることになる。
【００４２】
最後に変調信号群２３は、合成器１６によってパルスが同期した状態で合成され１つの和信号２４に変換され、アンテナ１７から自由空間へ放射される。和信号２４の波形をＰ（ｔ）とすると下記の式（３）として表すことができる。
【００４３】
【数３】
2004235809.tif 000005
【００４４】
上述したように、Ｃｉは２値信号群２１におけるｉ階微分される信号経路を伝送される信号の２値に対応して与えられた振幅値であり、パルス発生器１４により、例えば０か１が与えられている。和信号２４の波形を見るため、図４にｎ＝７として、｛Ｃｉ  ｝＝｛１，１，１，０，０，１，０，１｝とした場合の和信号の波形Ｐ（ｔ）を示した。各信号成分の重畳に対応して複雑な波形となっていることが図４より観察される。図４においては、各Ｐ（ｉ，ｔ）が正規直交関数を成すよう比例定数を選んである。
【００４５】
本発明の通信方式を実際の通信装置に適用する場合、復調時における受信感度は各信号Ｐ（ｉ，ｔ）の振幅に依存するため、各々の信号強度を等しくするか、あるいは、次数ｉが大きいものほど強度を強くする必要がある。なぜならば、自由空間における伝搬減衰は高周波成分ほど強く影響を受けるため、上述したように次数ｉが高い信号ほど高い周波数成分を含んでいることから、強くこの減衰を受けることが想定されるからである。
【００４６】
ところで、よく知られているようにエルミート関数Ｈ（ｎ，ｔ）は正規直交関数系を成すことから、各信号Ｐ（ｎ，ｔ）が重畳された和信号Ｐ（ｔ）においてもデータが反映されている｛Ｃｉ｝が混じり合うことがなく、並列度ｎを増やすことによって単位時間当たりのデータ伝送量を単回線時に比べ２＾（ｎ−１）倍に増やすことができる。そのため、符号長τを短くする、いわゆる短パルス化を行わずともデータ伝送量を飛躍的に増加させることが可能である。
【００４７】
次に、受信機１８の動作について図５を参照して説明する。図５は受信機１８を構成する各信号処理部における出力信号を示した概略信号図である。図５において、アンテナ１１０によって受信された高周波信号５１は、まずアンテナ１７，アンテナ１１０の周波数特性と伝播特性によって発生する波形歪を歪補正器１１１によって補正後に、分配器１１２によってｎ個の経路に分配され、波形が同一の分配信号群５２を形成する。
【００４８】
一般に、アンテナは周波数特性を有する上に、電磁波は自由空間を伝搬する間に１階の時間微分演算を受けるため、送信機１１のアンテナ１７入力端における波形に比べ、受信信号５１の波形は明らかに歪んでいる。そのため、精度良く復調が行われるように歪補正器１１１によりあらかじめ信号歪みを除去しておくことが必要となる。
【００４９】
信号歪の補正は、送信機１１からパルス幅の非常に狭いガウス分布上の時間波形を有した信号を送信し、受信機１８のアンテナ端からの出力信号波形を観測することにより、補正に必要な情報の全てを得ることが可能となる。なぜならば、この状況は送受信アンテナと伝搬環境全てを含むインパルス応答を見ていることと等価であるからである。よって、短パルス送信時における受信機１８での受信信号波形をＧ（ｔ）とすれば、その逆関数Ｇ−１（ｔ）と受信信号とのコンボリューションをとることによって、送信機１１からのパルス信号波形を完全に受信機１８で再現できる。ゆえに、歪補正器１１１において上述のインパルス応答波形の逆関数を用いたコンボリューションが出来れば、送信時波形と全く同一の信号波形に成形可能となる。
【００５０】
さて、分配信号群５２は，各信号経路に接続された復調回路群１１３によって複数階時間積分されることによって復調信号群５３に変換されるが、以下に復調後の信号波形について詳述する。今、ｊ階積分された信号成分をＱ（ｊ，ｔ）とすると、式（２）より１階積分はＰ（ｉ，ｔ）の次数を１だけ減少させることに注意すればＱ（ｊ，ｔ）は下記の式（４）のようになる。
【００５１】
【数４】
2004235809.tif 000006
【００５２】
時間積分によって信号中の各成分の次数が下がるとともに、負の次数の波形が信号に混入することがわかる。
【００５３】
式（４）で記述される復調信号群５３は、更にアナログデジタル変換器１１４によってデジタル信号に変換されるが、その変換方法について図６を参照しながら説明する。図６はアナログデジタル変換器１１４内の信号変換方法を示した回路ブロック図である。アナログ変換器１７は高域通過フィルタ６１と積分器６２より構成されている。各経路に入力される信号Ｑ（ｊ，ｔ）はまず高域通過フィルタ６１によって低周波数成分が除去される。式（４）において、ｉ−ｊ＜０の成分はパルス状の波形は有しておらず、符号長τの間で分散した信号波形を有する。例えば、図７にσ＝１の時のＰ（−１，ｔ）を記したが、時間的に局在した信号波形にはなっておらず、また、波形の時間依存性もＰ（０，ｔ）に比べ緩やかであり、時間的に局在した最も周波数成分の低い波形であるＰ（０，ｔ）を透過可能な高域通過フィルタ６１を用いることによって、ｉ−ｊ＜０の成分を除去することが可能となる。
【００５４】
以上のことから、式（４）のＱ（ｊ，ｔ）は下記の式（５）のようになる。
【００５５】
【数５】
2004235809.tif 000007
【００５６】
更に、上記信号を積分器６２で時間積分することになるが、以下のようなエルミート関数の直交性を用いると、積分後の信号Ｑ（ｊ，ｔ）は式（５）の信号成分のうち、ｉ−ｊ＝０の成分の振幅成分のみ、すなわち、多信号と干渉することなく符号長τを有したデジタル信号群｛Ｃｊ  ｝が再生されることになる。
【００５７】
【数６】
2004235809.tif 000008
【００５８】
【数７】
2004235809.tif 000009
【００５９】
ここで、再び図５に戻って説明を続ける。以上のように、図５のアナログデジタル変換器１１４によって復調されたデジタル信号群５４は、並直列変換器１１５によって入力データ１２の再生データである出力データ１９として出力され、送信機１１と受信機１８間のデータ伝送を完成する。
【００６０】
本実施の形態のように、パルス状信号を用いた通信方式において、まず、特定の時間毎に生成され、近似的にガウス分布状の時間波形を有するパルス信号を複数本用いて、その各々を互いに異なる回数時間微分変調することによって、近似的にエルミート関数とガウス分布の積の波形を有した互いに直交関係にある信号群を生成し、各信号の振幅に対して独立に送信すべきデータを割り振り、各々の信号を同期した状態で重畳することによって多重化した信号をアンテナから放射することによって送信時における大伝送容量化を実現する。
【００６１】
また、受信時においては先述の多重化された信号をアンテナで受信し、送受信アンテナ特性や電磁波の伝搬特性の周波数依存性による信号波形の歪みを除去し整形された信号を多重度の数だけ分岐させ、各々経路で異なる階数だけ時間積分し、更に高域通過フィルタにより時間的に局在した波形成分を選別し、最後にパルス信号の周期で時間積分することにより多重化された信号が並列データとして再現し、再び直列データとして並べ直すことにより、完全にデータの復調が可能となる。
【００６２】
以上の通信方式によって、従来のパルス状信号を用いた通信方式と同一周期のパルス信号を用いた場合であっても飛躍的に伝送容量の増加が可能となる。また、本発明の変復調方式においては、微分素子および積分素子の適用のみで多重化に必要な直交信号の生成と直交信号からのデータ復調が可能となり、比較的簡単な回路構成で大容量化が実現可能であるという効果が得られる。
【００６３】
（実施の形態２）
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態における変復調方式は図１に示した第１の実施の形態と同一ブロック構成であるため、構成に対する説明は省略する。ただし、実施の形態２においては式（３）に記した、送信信号波形Ｐ（ｔ）における振幅値Ｃｉに制限を設けて通信を行うことを特徴とする。振幅値Ｃｉ  に対する制限とは、１つの時間フレームにおいて、ある１つの信号Ｐ（ｉ，ｔ）の振幅のみ１であり他の残りの波形は全て０が割り当てられるような符号化を直並列変換器１３で行うようにすることである。例えば、本実施の形態におけるｎ＝７の時のある時間フレームの振幅は、｛Ｃｉ  ｝＝｛０，０，１，０，０，０，０，０｝のようになる。ここでは、ｉ＝３の振幅のみ１が割り当てられ、他の振幅に対しては０が割り当てられている。
【００６４】
このような符号化法を用いると、符号長τの間に多重度ｎに等しいｎ値信号の通信が可能となり、実施の形態１に比べ伝送容量は少ないものの、２値信号を用いた単純なパルス通信の伝送容量を増加させることが可能となる。
【００６５】
また、このように互いに直交関係にあるパルス信号Ｐ（ｉ，ｔ）の時間フレーム毎の切り替えによる、いわゆるホッピングによる通信方式を適用すると、単純な２値パルス通信で問題となる、多通信局数存在時におけるパルス信号の時間的な重なり合いによる相互干渉を起源とする通信品質の劣化に対して耐性を増すことが可能となる。なぜならば、パルス信号Ｐ（ｉ，ｔ）は互いに直交関係にあり、異なる次数の信号が同一時刻に受信されても本発明の受信機１８により分離可能であるためである。例えば、従来の単純パルス通信機において同一時刻に２つのパルスが受信される確率をＰとすると、本発明の変復調方式を使用すれば同一状況下においてその確率はＰ／ｎ（ｎは使用するパルス信号Ｐ（ｉ，ｔ）の最大次数）と減じられる。
【００６６】
以上の通信方式によって、従来のパルス状信号を用いた通信方式と同一周期のパルス信号を用いた場合であっても伝送容量の増加が可能となると共に、通信局数が多い場合においても通信品質の劣化がない通信装置を得ることができる。また、第１の実施の形態と同様に、本発明の変復調方式においては、微分素子および積分素子の適用のみで多重化に必要な直交信号の生成とデータ復調が可能となり、比較的簡単な回路構成で大容量化が実現可能であるという効果が得られる。
【００６７】
（実施の形態３）
最後に、第３の実施の形態について説明する。実施の形態１および２において説明した通信装置においては、式（１）に記した互いに直交関係にある信号群Ｐ（ｉ，ｔ）を、ガウス分布状の時間波形を有した信号の時間微分により生成した。しかし、予め通信装置内の記録媒体に保存されたデータから信号群Ｐ（ｉ，ｔ）を全て生成すると、非常に簡単な回路構成で通信装置を構成可能である。
【００６８】
以上の観点から構成した、第３の実施の形態における通信装置の変復調方式を示した信号処理ブロック構成図を図８に示した。図８において送信機８１はデジタルアナログ変換器８３とアンテナ１７から構成されており、また、受信機８２はアンテナ１１０とアナログデジタル変換器８４から構成されており、基本的なブロック構成は従来技術と同一構成となる。
【００６９】
デジタルアナログ変換器８３は、入力データ１２に応じて実施の形態１と２における和信号２４を生成しうる機能を全て内蔵している。すなわち、入力データ１２の並列データへの変換，直交関係にあるＰ（ｉ，ｔ）の波形生成と並列データの論理値に対応した振幅に対する変調，および、各変調信号の同期を実現した状態での重畳がデジタルアナログ変換器８３で実現される。
【００７０】
また、アナログデジタル変換器８２の機能は、アンテナ１１０からの受信信号Ｐ（ｔ）に対してデータ復調を行うことである。ここでの復調方式は、実施の形態１と２の復調方式とは異なり、アンテナ１１０からの受信信号に対してまず波形歪の補正を行い、その後に、次数ｉのエルミート関数と比例した信号波形を有する参照信号ｒ（ｉ，ｔ）〜  Ｈ（ｉ，ｔ）と同期をとった上で内積をとることにより、直接データ復調を行うものである。
【００７１】
式（２）に記したように、Ｐ（ｉ，ｔ）とｒ（ｉ，ｔ）の内積は、以下のように近似的にエルミート関数の直交条件に他ならない。
【００７２】
【数８】
2004235809.tif 000010
【００７３】
そのため、Ｐ（ｔ）とｒ（ｉ，ｔ）の内積演算によって、データが反映されている振幅値Ｃｉ  が直接復調されるのである。
【００７４】
なお、デジタルアナログ変換器８３における波形生成とアナログデジタル変換器８４における参照信号生成は、予め記録媒体に保管されたデータを参照することによりなされ波形生成のための信号源は用いていない。
【００７５】
以上の通信方式によって、従来のパルス状信号を用いた通信方式と同一周期のパルス信号を用いた場合であっても伝送容量の増加が可能となると共に、通信局数が多い場合においても通信品質の劣化がない通信装置を、非常に簡単な回路構成で実現可能であるという効果が得られる。
【００７６】
【実施例】
次に、本発明の具体例を説明する。
【００７７】
（実施例１）
図１に示したパルス状信号を用いた通信装置において、変調回路群１５および復調回路群１１３の微分，積分回路の構成例を以下に示す。高周波信号への微分，積分演算は周波数軸ω（＝２π×周波数）で見ると、それぞれ次式に相当することから、容量性素子を用いて簡単に構成可能である。
【００７８】
【数９】
2004235809.tif 000011
【００７９】
例えば、図９（ａ）に記したように容量Ｃを有する容量性素子を線路に挿入すれば、高周波信号の通過特性はｉωに比例するため微分演算回路として動作する。また、図９（ｂ）に記したように、容量性素子を通して線路を接地することにより、周波数軸で見た線路の通過特性は１／（ｉω）に比例し、積分回路として動作する。このように、容量性素子を適用するだけで簡単に微分，積分演算回路を構成できることがわかる。
【００８０】
なお、これらの回路は誘導性素子を用いても同様な演算回路を構成可能であることは言うまでもない。すなわち、誘導性素子を線路の挿入すれば積分演算回路として作用し、逆に誘導性素子を通して線路を接地した回路は微分演算回路として動作する。一般に、高周波帯においては、容量性素子の方が誘導性素子に比べ低損失であることから、例えば周波数帯域がミリ波帯にわたる通信装置においては、容量性素子を用いて構成する方が良い。
【００８１】
（実施例２）
本発明の変復調方式を用いることにより、従来のパルス通信の特徴である低送信電力とマルチパスフェージングに対する耐性を確保しながら、大容量伝送が可能となる。そこで、図１０に示したように、大容量データのやり取りが必要なデジタル機器間１００１において本発明の通信装置１００２を適用することにより、複数のデジタル機器を統合的に機能させることが可能となる。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来のパルス状信号を用いた通信方式と同一周期のパルス信号を用いた場合でも、飛躍的に伝送容量の増加が可能となり、多局間との通信干渉に耐性のある高品質な通信装置を提供できる。また、本発明の変復調方式においては、微分素子および積分素子の適用のみで多重化に必要な直交信号の生成と直交信号からのデータ復調が可能となり、比較的簡単な回路構成で大容量化が実現出来るという更に有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１，第２の実施の形態における通信装置の変復調方式を示した信号処理ブロック構成図
【図２】送信機１１の各信号処理ブロックから出力される信号の概略波形を示した波形図
【図３】Ｐ（０，ｔ），Ｐ（１，ｔ），Ｐ（２，ｔ）、およびＰ（８，ｔ）の各変調信号の波形を示した波形図
【図４】｛Ｃｉ｝＝｛１，１，１，０，０，１，０，１｝とした場合の和信号２４の波形を示した波形図
【図５】受信機１８の各信号処理ブロックから出力される信号の概略波形を示した波形図
【図６】アナログデジタル変換器１１４内の信号変換方法を示したブロック構成図
【図７】σ＝１の時のＰ（−１，ｔ）の波形を示した波形図
【図８】本発明の第３の実施の形態における通信装置の変復調方式を示した信号処理ブロック構成図
【図９】（ａ）第１の実施例における時間微分回路の構成を示した回路図
（ｂ）第１の実施例における時間積分回路の構成を示した回路図
【図１０】第２の実施例における本発明の通信装置を内蔵したデジタル機器間の通信の様子を示した概略ネットワーク図
【図１１】従来のパルス状信号を用いた通信装置の変復調方式を示した信号処理ブロック構成図
【符号の説明】
１１  送信機
１２  入力データ
１３  直並列変換器
１４  パルス発生器
１５  変調回路群
１６  合成器
１７  アンテナ
１８  受信機
１９  出力データ
１１０  アンテナ
１１１  歪補正器
１１２  分配器
１１３  復調回路群
１１４  アナログデジタル変換器
１１５  並直列変換器
【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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