(57)【要約】【課題】送信アンテナを有さなくても電磁パルスを生成し、放射することができる送信装置と送信方法とを提供する。【解決手段】変調部１３は、入力されたデジタル信号が”０”の場合、タイミングＴ０だけ遅らせてクロック信号を出力し、デジタル信号が”１”の場合、タイミングＴ１だけ遅らせてクロック信号を出力する。光モノサイクル・パルス生成部１４は、変調部１３から出力されるクロック信号をトリガとして、該クロック信号の遅延に応じた光モノサイクル・パルスを生成し、出力する。この出力された光モノサイクル・パルスは、電磁パルス放射部１５に照射し、電磁パルス放射部１５にあるクーパー対を破壊する。このクーパー対の破壊により、電磁パルス放射部１５内に分極が生じ、電磁パルスが誘起され、空中に放射される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信対象の情報に従って、所定の変調をし、光パルスを生成する光パルス生成手段と、
前記光パルス生成手段により生成された光パルスを、両電極がバイアスされ、超伝導状態にある超伝導体素子に照射することにより、電磁パルスを誘起する電磁パルス誘起手段と、
前記電磁パルス誘起手段により誘起された電磁パルスを放射することにより、送信対象の情報を搬送波を用いずに送信する送信手段と、
を備える送信装置。
【請求項２】
前記所定の変調は、送信対象の情報に従って光パルスの配置を変更する位置変調である、
ことを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
【請求項３】
前記光パルス生成手段は、
送信対象の情報に従って、所定のタイミングで入力される信号が通過する経路を切り替える第１の経路切替手段と、
前記経路の少なくとも１つに接続され、入力された信号を所定のタイミングだけ遅延させて出力することにより、経路ごとの出力タイミングを調整する出力タイミング調整手段と、
前記出力タイミング調整手段より出力された信号をトリガとして光パルスを生成し、光パルスを位置変調させる第１の位置変調手段と、を備える、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の送信装置。
【請求項４】
前記光パルス生成手段は、
送信対象の情報に従って、所定のタイミングで生成される光パルスが通過する経路を切り替える経路切替手段と、
前記経路の少なくとも１つに接続され、入力された光パルスを所定のタイミングだけ遅延させて出力することにより、経路ごとの出力タイミングを調整し、光パルスを位置変調させる第２の位置変調手段と、備える、
ことを特徴とする請求項１又２に記載の送信装置。
【請求項５】
前記第２の位置変調手段は、光パルスが通過する各経路の光路長を変えることにより、経路ごとの出力タイミングを調整する、
ことを特徴とする請求項４に記載の送信装置。
【請求項６】
前記光パルスと電磁パルスとのパルス幅は、１ｎｓ（ナノセカンド）以下である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の送信装置。
【請求項７】
前記超伝導体素子の臨界温度は、５０Ｋ以上である、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の送信装置。
【請求項８】
送信対象の情報に従って、所定の変調をし、光パルスを生成する光パルス生成工程と、
前記光パルス生成工程により生成された光パルスを、両電極がバイアスされ、超伝導状態にある超伝導体素子に照射することにより電磁パルスを誘起する電磁パルス誘起工程と、
前記電磁パルス誘起工程により誘起された電磁パルスを放射することにより、送信対象の情報を搬送波を用いずに送信する送信工程と、
を備える送信方法。
【請求項９】
送信対象の情報に従って、所定の変調をし、光パルスを生成する光パルス生成手段と、
前記光パルス生成手段により生成された光パルスを、両電極がバイアスされ、超伝導状態にある超伝導体素子に照射することにより電磁パルスを誘起し、放射する電磁パルス放射手段と、
前記電磁パルス放射手段により放射された電磁パルスを受信し、該受信した電磁パルスから前記送信対象の情報を復調し、出力する出力手段と、
を備える無線通信システム。
【請求項１０】
送信対象の情報に従って、所定の変調をし、光パルスを生成する光パルス生成工程と、
前記光パルス生成工程により生成された光パルスを、両電極がバイアスされ、超伝導状態にある超伝導体素子に照射することにより電磁パルスを誘起し、放射する電磁パルス放射工程と、
前記電磁パルス放射工程により放射された電磁パルスを受信し、該受信した電磁パルスから前記送信対象の情報を復調し、出力する出力工程と、
を備える無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信装置、送信方法、無線通信システム及び無線通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信の分野において、低消費電力で高速通信が可能な通信方式としてＵＷＢ(Ultra Wide Band)通信が注目を集めている。このＵＷＢ通信は、非常に細かいパルス幅(例えば１ｎｓ(ナノセコンド)以下)のパルス列からなる信号を用いて、情報を伝送する伝送方式である。
【０００３】
ＵＷＢ通信の送信装置は、送信対象のデジタル信号に応じてクロック信号を変調し、この変調されたクロック信号をトリガとして電気モノサイクル・パルスを生成する。ＵＷＢ通信の送信装置は、この電気モノサイクル・パルスから送信アンテナで電磁パルスを生成し、空中に放射することにより、送信対象のデジタル信号を搬送波を用いずに送信する。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特開２００２−３２５０７１号公報（第６−７頁、第１−３図）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来のＵＷＢ通信の送信装置は、電磁パルスを生成するため、送信アンテナを有する必要があり、小型化が困難であった。
【０００６】
本発明は、上記の欠点を解決するためになされたものであって、送信アンテナを有さなくても電磁パルスを生成し、放射することができる送信装置と送信方法とを提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、前記送信アンテナを有さない送信装置を備える無線通信システムと無線通信方法とを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る送信装置は、送信対象の情報に従って、所定の変調をし、光パルスを生成する光パルス生成手段と、前記光パルス生成手段により生成された光パルスを、両電極がバイアスされ、超伝導状態にある超伝導体素子に照射することにより、電磁パルスを誘起する電磁パルス誘起手段と、前記電磁パルス誘起手段により誘起された電磁パルスを放射することにより、送信対象の情報を搬送波を用いずに送信する送信手段と、を備える。
【０００９】
また、前記所定の変調は、送信対象の情報に従って光パルスの配置を変更する位置変調であってもよい。
【００１０】
さらに、前記光パルス生成手段は、送信対象の情報に従って、所定のタイミングで入力される信号が通過する経路を切り替える第１の経路切替手段と、前記経路の少なくとも１つに接続され、入力された信号を所定のタイミングだけ遅延させて出力することにより、経路ごとの出力タイミングを調整する出力タイミング調整手段と、前記出力タイミング調整手段より出力された信号をトリガとして光パルスを生成し、光パルスを位置変調させる第１の位置変調手段と、を備えてもよい。
【００１１】
またさらに、前記光パルス生成手段は、送信対象の情報に従って、所定のタイミングで生成される光パルスが通過する経路を切り替える第２の経路切替手段と、前記経路の少なくとも１つに接続され、入力された光パルスを所定のタイミングだけ遅延させて出力することにより、経路ごとの出力タイミングを調整し、光パルスを位置変調させる第２の位置変調手段と、備えてもよい。
【００１２】
さらにまた、前記第２の位置変調手段は、光パルスが通過する各経路の光路長を変えることにより、経路ごとの出力タイミングを調整してもよい。
【００１３】
また、前記光パルスと電磁パルスとのパルス幅は、１ｎｓ（ナノセカンド）以下である、ことが望ましい。
【００１４】
さらに、前記超伝導体素子の臨界温度は、５０Ｋ以上である、ことが望ましい。
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る送信方法は、送信対象の情報に従って、所定の変調をし、光パルスを生成する光パルス生成工程と、前記光パルス生成工程により生成された光パルスを、両電極がバイアスされ、超伝導状態にある超伝導体素子に照射することにより電磁パルスを誘起する電磁パルス誘起工程と、前記電磁パルス誘起工程により誘起された電磁パルスを放射することにより、送信対象の情報を搬送波を用いずに送信する送信工程と、を備える。
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る無線通信システムは、送信対象の情報に従って、所定の変調をし、光パルスを生成する光パルス生成手段と、前記光パルス生成手段により生成された光パルスを、両電極がバイアスされ、超伝導状態にある超伝導体素子に照射することにより電磁パルスを誘起し、放射する電磁パルス放射手段と、前記電磁パルス放射手段により放射された電磁パルスを受信し、該受信した電磁パルスから前記送信対象の情報を復調し、出力する出力手段と、を備える。
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の第４の観点に係る無線通信方法は、送信対象の情報に従って、所定の変調をし、光パルスを生成する光パルス生成工程と、前記光パルス生成工程により生成された光パルスを、両電極がバイアスされ、超伝導状態にある超伝導体素子に照射することにより電磁パルスを誘起し、放射する電磁パルス放射工程と、前記電磁パルス放射工程により放射された電磁パルスを受信し、該受信した電磁パルスから前記送信対象の情報を復調し、出力する出力工程と、を備える。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係るＵＷＢ通信システムについて説明する。
【００１９】
なお、ＵＷＢ通信とは、極めて広い周波数帯域（超広帯域）を使って通信する技術であり、搬送波を使わずに、非常に細かいパルス幅(例えば１ｎｓ以下)のパルス（インパルス）列からなる信号を用いて、情報を伝送する伝送方式である。このＵＷＢ通信には、以下に述べるメリットがある。
【００２０】
ＵＷＢ通信の第１のメリットは、インパルスを用いることにより、単位時間当たりにより多くの情報を伝送できることである。例えば、パルス幅が１ｎｓを用いれば、例えば、１ビットのデータを１秒間に１０億個（１ギガビットのデータ）を伝送することができる。
【００２１】
ＵＷＢ通信の第２のメリットは、搬送波を用いずに、インパルスを用いるため、送信側の消費電力を低減できることである。これは、搬送波を使う場合だと、送信側にて常に電波を発信し続けなければならないのに対し、インパルスを使うと、インパルスを発信するタイミングにだけ電圧等を印加すればよいため、送信側の消費電力の低減を図ることができる。
【００２２】
ＵＷＢ通信の第３のメリットは、このような極めて広い周波数帯域を使って通信するため、ノイズの影響を受けにくいということである。例えば、ある周波数成分にノイズが発生したとしても、影響を受けるのは、インパルスを構成する周波数成分の一部である。このため、受信側において、情報の受信（例えば、１ビットのデータ値の判別）には、ほとんど不都合が生じない。
【００２３】
まず、上述のメリットを有する本発明の実施の形態に係るＵＷＢ通信システム１００の構成について図面を参照して説明する。
【００２４】
ＵＷＢ通信システム１００は、図１に示すように、送信装置１０と、受信装置２０と、から構成される。
【００２５】
送信装置１０は、情報源１１と、第１のクロック信号生成部１２と、変調部１３と、光モノサイクル・パルス生成部１４と、電磁パルス放射部１５と、から構成される。送信装置１０は、送信対象のデジタル信号に応じてクロック信号を位置変調（Pluse Position Modulation）し、この変調されたクロック信号をトリガとして光モノサイクル・パルスを生成する。送信装置１０は、この光モノサイクル・パルスから電磁パルスを誘起し、空中に放射することにより、送信対象のデジタル信号を搬送波を用いずに送信する。
【００２６】
情報源１１は、送信対象である”０”と”１”とからなる１ビットのデジタル信号を生成し、変調部１３に供給する。
【００２７】
第１のクロック信号生成部１２は、図２に示すような、電気モノサイクル・パルスからなるクロック信号を生成し、変調部１３に供給する。なお、この電気モノサイクル・パルスは、パルス間隔が２５〜１０００ｎｓで、パルス幅が０．２〜１．５０ｎｓで、あることが望ましい。
【００２８】
変調部１３は、送信対象のデジタル信号の０／１に応じてクロック信号を位置変調し、出力信号のタイミングを微妙に前後させる。変調部１３は、例えば、図２Ｂに示すように、入力されたデジタル信号が”０”の場合、タイミングＴ０だけ遅らせてクロック信号を出力し、入力されたデジタル信号が”１”の場合、Ｔ０より遅いタイミングＴ１だけ遅らせてクロック信号を出力する。
【００２９】
光モノサイクル・パルス生成部１４は、レーザダイオード等から構成され、変調部１３から出力されるクロック信号をトリガとして、該クロック信号の遅延に応じた光モノサイクル・パルスを生成し、出力する。光モノサイクル・パルス生成部１４は、例えば、図２Ｂに示すクロック信号が供給された場合、図２Ｃに示す光モノサイクル・パルスを生成する。
【００３０】
電磁パルス放射部１５は、図３に示すように、超伝導状態にあるＨ型の酸化超伝導体膜１５１と、酸化超伝導体膜の端１５１Ａと１５１Ｂとをバイアスする電圧源１５２と、から構成され、ボウタイ型のアンテナ構造を備えている。なお、この酸化超伝導体膜１５１の臨界温度は、高温（例えば、５０Ｋ以上）であることが望ましい。
【００３１】
電磁パルス放射部１５の酸化超伝導体膜１５１には、この酸化超伝導体膜の端１５１Ａと１５１Ｂとをバイアスする電圧源１５２により、超伝導電流が流れる。この超伝導電流のキャリアであるクーパー対は、光モノサイクル・パルスが照射されると、光モノサイクル・パルスのエネルギーによる電子遷移によって、破壊される。このようにクーパー対が破壊されることにより、酸化超伝導体膜１５１内に分極が生じ、図２Ｄに示すような、電磁パルスが酸化超伝導体膜１５１内で誘起される。電磁パルス放射部１５は、この誘起された電磁パルスを空中に放射する。
【００３２】
受信装置２０は、受信アンテナ２１と、第２のクロック信号生成部２２と、復調部２３と、から構成され、送信装置１０により空中に放射された電磁パルスを受信し、該電磁パルスを元のデジタル信号に復調して出力する。
【００３３】
受信アンテナ２１は、電磁パルス放射部１５により空中に放射された電磁パルスを受信し、電気モノサイクル・パルスに変換して、復調部２３に供給する。
【００３４】
第２のクロック信号生成部２２は、第１のクロック信号生成部１２が生成するクロック信号と同じクロック信号を生成し、復調部２３に供給する。
【００３５】
復調部２３は、第２のクロック信号生成部２２から供給されるクロック信号を用いて、変調部１３がした位置変調方式に対応する復調方式により、電気モノサイクル・パルスを元のデジタル信号に復調する。復調部２３は、この復調されたデジタル信号を出力する。
【００３６】
次に、上記構成を備えるＵＷＢ通信システム１００の送受信動作について図面を参照して説明する。
【００３７】
図４は、送信装置１０における送信動作を説明するためのフローチャート図である。また、図５は、受信装置２０における受信動作を説明するためのフローチャート図である。これらの送受信動作は、ＵＷＢ通信システム１００に通信開始を指示することにより開始する。
【００３８】
送信装置１０は、情報源１１において、送信対象である”０”と”１”とからなる１ビットのデジタル信号を生成する（ステップＳ４０１）。この生成されたデジタル信号は、変調部１３に供給される。
【００３９】
この供給されたデジタル信号が”０”の場合、第１のクロック信号生成部１２から供給されるクロック信号は、変調部１３において、タイミングＴ０だけ遅らされて、出力される。一方、この供給されたデジタル信号が”１”の場合、第１のクロック信号生成部１２から供給されるクロック信号は、変調部１３において、タイミングＴ１だけ遅らされて、出力される。（ステップＳ４０２）。
【００４０】
この出力されたクロック信号がトリガとなって、光モノサイクル・パルス生成部１４において、該クロック信号の遅延に応じた光モノサイクル・パルスを生成され、出力される。（ステップＳ４０３）。
【００４１】
この出力された光モノサイクル・パルスは、電磁パルス放射部１５に照射し、電磁パルス放射部１５にあるクーパー対を破壊する。このクーパー対の破壊により、電磁パルス放射部１５内に分極が生じ、電磁パルスが誘起される（ステップＳ４０４）。
【００４２】
この誘起された電磁パルスは、電磁パルス放射部１５から空中に放射される（ステップＳ４０５）。
【００４３】
受信装置２０は、受信アンテナ２１において、空中に放射された電磁パルスを受信し、電気モノサイクル・パルスに変換する（ステップＳ５０１）。この変換した電気モノサイクル・パルスは、復調部２３に供給される。
【００４４】
この供給された電気モノサイクル・パルスは、復調部２３において、第２のクロック信号生成部２２から供給されるクロック信号を用いて、変調部１３がした位置変調方式に対応する復調方式により、元のデジタル信号に復調される（ステップＳ５０２）。
【００４５】
この復調されたデジタル信号は、復調部２３から出力される（ステップＳ５０３）。
【００４６】
このように、ＵＷＢ通信システム１００の送信装置１０は、送信アンテナを有さなくても電磁パルスを生成し、放射することができる。このため、送信装置１０は、送信アンテナを省くことができるため、小型化が可能となる。
【００４７】
本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記実施の形態の変形態様について、説明する。
【００４８】
上記実施の形態では、無線通信システムをＵＷＢ通信システムとしたが、本発明は、これに限定されず、パルスを用いて情報を伝送する他の無線通信システムであってもよい。
【００４９】
上記実施の形態では、変調部によりクロック信号を変調していたが、上記実施の形態に限定されず、図６に示す送信装置のように、スイッチング素子６１と遅延素子６２とにより遅延させてもよい。スイッチング素子６１は、例えば、差動ペアを形成する２つのＭＯＳトランジスタ等から構成される。スイッチング素子６１は、デジタル信号が”０”の場合、遅延素子６２が接続されていないＭＯＳトランジスタをＯＮし、デジタル信号が”１”の場合、遅延素子６２が接続されているＭＯＳトランジスタをＯＮする。遅延素子６２が接続されていないＭＯＳトランジスタは、第１のクロック信号生成部１２から供給されるクロック信号をそのまま光モノサイクル・パルス生成部１４に供給する。遅延素子６２は、デジタル信号が”１”の場合にＯＮするＭＯＳトランジスタに接続され、第１のクロック信号生成部１２からスイッチング素子６１を介して供給されるクロック信号を所定のタイミングだけ遅延させて、光モノサイクル・パルス生成部１４に供給する。これにより、スイッチング素子６１と遅延素子６２とは、変調部１３と同様に、デジタル信号の０／１に応じてクロック信号を位置変調することができる。
【００５０】
なお、スイッチング素子６１と遅延素子６２と光モノサイクル・パルス生成部１４との配置は、図６に示す配置に限定されず、図７に示す送信装置のように配置してもよい。この場合、遅延素子６２として空気よりも屈折率の高いガラスなどを用い、スイッチング素子６１と電磁パルス放射部１５との間の光路長を長くすることによって、光モノサイクル・パルスを位置変調する。
【００５１】
上記実施の形態では、送信対象のデジタル信号を”０”と”１”とからなる１ビットの信号としたが、本発明は、これに限定されず、何ビットの信号であってもよい。この場合、デジタル信号のビット数（例えば、ｋビット）に応じて、２ｋ個のタイミングを備える変調部を用いればよい。また、図６に示す送信装置を用いる場合であれば、図８及び図９に示す送信装置のように、２ｋ−１個又は２ｋ個の遅延素子を用いればよい。
【００５２】
上記実施の形態では、変調部の変調方式を位相変調方式としたが、本発明は、これに限定されず、周波数変調（ＦＭ）、振幅変調（ＡＭ）、位相変調、周波数変位変調（ＦＳＫ），位相変位変調（ＰＳＫ）等の変調方式であってもよい。
【００５３】
上記実施の形態では、タイミングＴ１はタイミングＴ０より遅いが、本発明は、これに限定されず、タイミングの遅さは逆であってもよい。
【００５４】
上記実施の形態では、電磁パルス放射部が酸化超伝導体膜から構成されているが、本発明は、これに限定されず、高温超伝導が可能な他の超伝導体素子から構成されてもよい。
【００５５】
上記実施の形態では、電磁パルス放射部はボウタイ型のアンテナ構造を備えているが、本発明は、これに限定されず、ダイポール型等、他のアンテナ構造を備えていてもよい。
【００５６】
上記実施の形態では、第１のクロック信号生成部と第２のクロック信号生成部とが生成するクロック信号は電気モノサイクル・パルスであるが、本発明は、これに限定されず、光モノサイクル・パルス等、他のモノサイクル・パルスであってもよい。
【００５７】
【発明の効果】
本発明により、送信アンテナを有さなくても電磁パルスを生成し、放射することができる送信装置と送信方法とを提供することができる。
【００５８】
また、本発明により、前記送信アンテナを有さない送信装置を備える無線通信システムと無線通信方法とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るＵＷＢ通信システムのブロック図である。
【図２】図２Ａは、第１のクロック信号生成部が生成するクロック信号の波形図である。
図２Ｂは、変調部により変調されたクロック信号の波形図である。
図２Ｃは、光モノサイクル・パルス生成部が生成する光モノサイクル・パルスの波形図である。
図２Ｄは、電磁パルス生成部により生成された電磁パルスの波形図である。
【図３】電磁パルス放射部の構成図である。
【図４】送信装置の送信動作を示すフローチャート図である。
【図５】受信装置の受信動作を示すフローチャート図である。
【図６】スイッチング素子と遅延素子とを備えた送信装置のブロック図である。
【図７】図６に示した送信装置の第１の変形例のブロック図である。
【図８】図６に示した送信装置の第２の変形例のブロック図である。
【図９】図６に示した送信装置の第３の変形例のブロック図である。
【符号の説明】
１００…ＵＷＢ通信システム、１０…送信装置、１１…情報源、１２…第１のクロック信号生成部、１３…変調部、１４…光モノサイクル・パルス生成部、１５…電磁パルス放射部、１５１…酸化超伝導体膜、１５２…電圧源、２０…受信装置、２１…受信アンテナ、２２…第２のクロック信号生成部、２３…復調部、６１…スイッチング素子、６２…遅延素子
【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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