(57)【要約】【課題】パルス変調型無線通信装置において、一つのパルス上に複数のビットを重畳する多重化を実現し、伝送速度が高く、かつ安価な構成で無線通信装置を実現することを目的とする。【解決手段】データ信号１１１を入力し、所定の波形パターンを有するチャープ信号を生成し、前記チャープ信号をパルス変調してパルス変調信号を生成する送信パルス変調部１０２と、前記パルス変調信号を入力して時間的にパルス幅が圧縮された圧縮パルスを生成し出力する非線形遅延線路１０６と、を有するパルス変調型無線通信装置とすることにより、パルス幅を短パルスに圧縮することで、一つのパルス上に複数のビットを重畳する多重化を実現し、伝送速度の高い無線通信を実現することができる。【選択図】  図１
2004343388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ信号を入力し、所定の波形パターンを有するチャープ信号を生成し、前記チャープ信号をパルス変調してパルス変調信号を生成する送信パルス変調部と、前記パルス変調信号を入力して時間的にパルス幅が圧縮された圧縮パルスを生成し出力する非線形遅延部と、を有するパルス変調型無線通信装置。
【請求項２】
チャープ信号は、周波数成分が所定の時間に対し単調減少する特性を有することを特徴とする請求項１記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項３】
非線形遅延部は、入力周波数に対する時間遅延量が単調増加する特性を有することを特徴とする請求項２記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項４】
送信パルス変調部は、チャープ変調用パターンを生成する送信パターン生成器と、前記チャープ変調用パターンを用いて所定の時間に対するチャープ信号を生成する電圧制御発振器と、を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項５】
送信パルス変調部は、所定の時間を複数のパルス区間に分割し、各々のパルス区間におけるチャープ信号を、データ信号に応じて位相反転することを特徴とする請求項１から４のいずれか記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項６】
送信パルス変調部は、所定の時間のチャープ信号を複数のパルス区間に分割するスイッチを有することを特徴とする請求項５記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項７】
送信パルス変調部は、ユーザ識別のために設けた任意のビット数の擬似ランダム符号を生成するＰＮ符号生成器と、入力されたデータ信号と前記擬似ランダム符号とを乗算して拡散データ信号を生成する拡散器と、を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項８】
送信パルス変調部は、拡散データ信号とチャープ信号とを乗算してパルス変調信号を生成する乗算器を有することを特徴とする請求項７記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項９】
時間的にパルス幅が圧縮された圧縮パルス信号を受信するアンテナと、前記圧縮パルス信号を入力してパルス幅が所定の時間幅に伸張された受信信号を生成し出力する非線形遅延部と、所定の波形パターンを有するチャープ信号を生成し、前記チャープ信号をパルス変調して復調用パルス列信号を生成し、前記受信信号及び前記復調用パルス列信号を用いて復調を行い復調データ信号を生成する受信復調部と、を有するパルス変調型無線通信装置。
【請求項１０】
チャープ信号は、周波数成分が所定の時間に対し単調増加する特性を有することを特徴とする請求項９記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項１１】
非線形遅延部は、入力周波数に対する時間遅延量が単調増加する特性を有することを特徴とする請求項１０記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項１２】
受信復調部は、チャープ変調用パターンを生成する受信パターン生成器と、前記チャープ変調用パターンを用いて所定の時間に対するチャープ信号を生成する電圧制御発振器と、を有することを特徴とする請求項９から１１のいずれか記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項１３】
受信復調部は、所定の時間を複数のパルス区間に分割し、各々のパルス区間におけるチャープ信号を位相反転することを特徴とする請求項９から１２のいずれか記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項１４】
受信復調部は、所定の時間のチャープ信号を複数のパルス区間に分割するスイッチを有することを特徴とする請求項１３記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項１５】
受信復調部は、ユーザ識別のために設けた任意のビット数の擬似ランダム符号を生成するＰＮ符号生成器と、所定の時間の前記擬似ランダム符号のビット列を時間的に反転するビット列反転器と、前記ビット列反転器の出力を拡散して拡散符号を生成する拡散器と、を有することを特徴とする請求項９から１４のいずれか記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項１６】
受信復調部は、拡散符号とチャープ信号とを乗算して復調用パルス列信号を生成する第１乗算器を有することを特徴とする請求項１５記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項１７】
受信復調部は、受信信号と復調用パルス列信号とを乗算する第２乗算器と、前記第２乗算器の出力を入力して前記受信信号と前記復調用パルス列信号との相関係数を出力する低域通過フィルタと、前記相関係数を入力し位相情報を検出して復調データ信号を出力するコンパレータと、を有することを特徴とする請求項１６記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項１８】
データ信号を入力し、所定の波形パターンを有する第１チャープ信号を生成し、前記第１チャープ信号をパルス変調してパルス変調信号を生成する送信パルス変調部と、受信信号を入力し、所定の波形パターンを有する第２チャープ信号を生成し、前記第２チャープ信号をパルス変調して復調用パルス列信号を生成し、前記受信信号及び前記復調用パルス列信号を用いて復調を行い復調データ信号を生成する受信復調部と、前記パルス変調信号を入力した場合には時間的に前記パルス変調信号のパルス幅を圧縮した送信圧縮パルス信号を生成して出力し、時間的にパルス幅が圧縮された受信圧縮パルス信号を入力した場合には前記受信圧縮パルス信号のパルス幅を所定の時間幅に伸張した前記受信信号を生成し出力する非線形遅延部と、送信時には前記送信パルス変調部と前記非線形遅延部とを接続し、受信時には前記受信復調部と前記非線形遅延部とを接続する送受信切替スイッチと、を有するパルス変調型無線通信装置。
【請求項１９】
第１チャープ信号は周波数成分が所定の時間に対し単調減少する特性を有し、第２チャープ信号は周波数成分が所定の時間に対し単調増加する特性を有することを特徴とする請求項１８記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項２０】
非線形遅延部は、入力周波数に対する時間遅延量が単調増加する特性を有することを特徴とする請求項１９記載のパルス変調型無線通信装置。
【請求項２１】
シリアルデータを並列データに変換して複数のデータ信号を生成する直列−並列変換器と、前記複数のデータ信号のそれぞれを入力し、各々異なる時間遅延を付加してそれぞれ出力する複数の遅延素子と、前記複数の遅延素子の出力のそれぞれの信号を入力し、所定の波形パターンを有するチャープ信号をそれぞれ生成し、前記それぞれの信号と前記チャープ信号とを用いてパルス変調しパルス変調信号をそれぞれ生成し、前記パルス変調信号のパルス幅を時間的に圧縮した圧縮パルス信号をそれぞれ生成する複数の送信パルス生成部と、前記複数の送信パルス生成部から出力される複数の圧縮パルス信号を合成する合成器と、を有するパルス変調型無線通信装置。
【請求項２２】
時間的にパルス幅が圧縮された圧縮パルス信号が複数合成された合成圧縮パルス信号を受信するアンテナと、前記合成圧縮パルス信号を入力して複数の圧縮パルス信号に分解する分解器と、前記圧縮パルス信号それぞれを入力し、前記圧縮パルス信号それぞれのパルス幅を所定の時間幅に伸張して受信信号をそれぞれ生成し、前記受信信号それぞれを各々所定の時間タイミングで復調し復調データ信号をそれぞれ生成する複数の復調部と、複数の前記復調データ信号を入力してシリアルデータに変換する並列−直列変換器と、を有するパルス変調型無線通信装置。
【請求項２３】
請求項１から２２のいずれか記載のパルス変調型無線通信装置を用いた携帯端末装置。
【請求項２４】
請求項１から２２のいずれか記載のパルス変調型無線通信装置を用いた無線基地局装置。
【請求項２５】
請求項１から２２のいずれか記載のパルス変調型無線通信装置を用いた無線計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパルス状の変調信号を用いたパルス変調型無線通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パルス状の変調信号を用いた無線通信信号のパルス生成を行う方法として，ウェーブレット信号を用いて、パルス状の信号を生成している（例えば、特許文献１参照。）。以下に、図面を用いて従来の技術を説明する。
【０００３】
図８は従来のウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）と呼ばれるパルス状の変調信号を用いた無線通信装置のブロック構成図を示しており、図９は図８で用いられているパルス信号の波形について示したものである。
【０００４】
図８において、８０１はアンテナ、８０３はフロントエンド、８０４は相関器、８０７はタイミング生成器で、８１１が受信部となっている。８１３が送信部で、８１５がアンテナ、８１７がパルス生成器、８１９はタイミング生成器、８２１がエンコーダーである。これらの受信部８１１、送信部８１３を無線制御部８０９が制御する構成となっている。
【０００５】
このような無線ブロックに対し，パルス波形を生成する際に図９のｇ（ｔ）に示すようなウェーブレット信号を用いている。ウェーブレット信号を周波数領域で示したものがＧ（ｗ）で、広い帯域の周波数成分を持っている。ウェーブレット信号に対しＰ（ｗ）で示されるマッチドフィルタを用い、ｇ（ｔ）もしくはＧ（ｗ）の相関係数を取ることにより、短パルスｐ（ｔ）を得ている。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第６５０５０３２号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このパルス変調器においては、パルス圧縮にマッチドフィルタを用いるため、広帯域な周波数成分を持つ短パルスを生成するためには、高速な信号処理を必要とする。また圧縮されたパルスに情報ビットを重畳する際に、生成したパルス自身の位相またはパルス位置に情報を重畳することで変調を行うものであり、一つのパルスで１ビットを送ることしかできない。より伝送速度の高い通信を実現するためには、一つのパルスに複数のビット（情報）を多重化することが要求されている。
【０００８】
本発明は、一つのパルス上に複数のビットを重畳する多重化を実現し、伝送速度が高く、かつ安価な構成で無線通信装置を実現することを目的とする。
【０００９】
【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、データ信号を入力し、所定の波形パターンを有するチャープ信号を生成し、前記チャープ信号をパルス変調してパルス変調信号を生成する送信パルス変調部と、前記パルス変調信号を入力して時間的にパルス幅が圧縮された圧縮パルスを生成し出力する非線形遅延部と、を有するように構成したものである。
【００１０】
あるいは、本発明は、時間的にパルス幅が圧縮された圧縮パルス信号を受信するアンテナと、前記圧縮パルス信号を入力してパルス幅が所定の時間幅に伸張された受信信号を生成し出力する非線形遅延部と、所定の波形パターンを有するチャープ信号を生成し、前記チャープ信号をパルス変調して復調用パルス列信号を生成し、前記受信信号及び前記復調用パルス列信号を用いて復調を行い復調データ信号を生成する受信復調部と、を有するように構成したものである。
【００１１】
これにより、一つのパルス信号に複数の情報を多重化した無線通信を実現することができ、冗長性を高めることでより信頼性の高い通信環境が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の発明は、データ信号を入力し、所定の波形パターンを有するチャープ信号を生成し、前記チャープ信号をパルス変調してパルス変調信号を生成する送信パルス変調部と、前記パルス変調信号を入力して時間的にパルス幅が圧縮された圧縮パルスを生成し出力する非線形遅延部と、を有するパルス変調型無線通信装置であり、パルス幅を短パルスに圧縮することで、伝送速度を高めることができるという作用を有する。
【００１３】
本発明の第２の発明は、第１の発明において、チャープ信号が、周波数成分が所定の時間に対し単調減少する特性を有することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第３の発明は、第２の発明において、非線形遅延部が、入力周波数に対する時間遅延量が単調増加する特性を有することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第４の発明は、第１から３のいずれかの発明において、送信パルス変調部が、チャープ変調用パターンを生成する送信パターン生成器と、前記チャープ変調用パターンを用いて所定の時間に対するチャープ信号を生成する電圧制御発振器と、を有することを特徴とするものであり、アナログ回路であるために、ディジタル信号処理と比して低消費電力で実現できるという作用を有する。
【００１６】
本発明の第５の発明は、第１から４のいずれかの発明において、送信パルス変調部が、所定の時間を複数のパルス区間に分割し、各々のパルス区間におけるチャープ信号を、データ信号に応じて位相反転することを特徴とするものであり、１ビット信号を伝送する際に複数のパルスを用いて冗長性を高めるとともに、パルス幅を短パルスに圧縮することで、伝送速度を高めることができるという作用を有する。
【００１７】
本発明の第６の発明は、第５の発明において、送信パルス変調部が、所定の時間のチャープ信号を複数のパルス区間に分割するスイッチを有することを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第７の発明は、第１から６のいずれかの発明において、送信パルス変調部が、ユーザ識別のために設けた任意のビット数の擬似ランダム符号を生成するＰＮ符号生成器と、入力されたデータ信号と前記擬似ランダム符号とを乗算して拡散データ信号を生成する拡散器と、を有することを特徴とするものであり、複数の無線通信装置を同一の周波数チャネルで用いることができるという作用を有する。
【００１９】
本発明の第８の発明は、第７の発明において、送信パルス変調部は、拡散データ信号とチャープ信号とを乗算してパルス変調信号を生成する乗算器を有することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第９の発明は、時間的にパルス幅が圧縮された圧縮パルス信号を受信するアンテナと、前記圧縮パルス信号を入力してパルス幅が所定の時間幅に伸張された受信信号を生成し出力する非線形遅延部と、所定の波形パターンを有するチャープ信号を生成し、前記チャープ信号をパルス変調して復調用パルス列信号を生成し、前記受信信号及び前記復調用パルス列信号を用いて復調を行い復調データ信号を生成する受信復調部と、を有するパルス変調型無線通信装置であり、受信したパルス時間を伸張することで、受信回路に要求される信号処理速度を緩和できるという作用を有する。
【００２１】
本発明の第１０の発明は、第９の発明において、チャープ信号が、周波数成分が所定の時間に対し単調増加する特性を有することを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の第１１の発明は、第１０の発明において、非線形遅延部が、入力周波数に対する時間遅延量が単調増加する特性を有することを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の第１２の発明は、第９から１１のいずれかの発明において、受信復調部が、チャープ変調用パターンを生成する受信パターン生成器と、前記チャープ変調用パターンを用いて所定の時間に対するチャープ信号を生成する電圧制御発振器と、を有することを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の第１３の発明は、第９から１２のいずれかの発明において、受信復調部が、所定の時間を複数のパルス区間に分割し、各々のパルス区間におけるチャープ信号を位相反転することを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の第１４の発明は、第１３の発明において、受信復調部が、所定の時間のチャープ信号を複数のパルス区間に分割するスイッチを有することを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の第１５の発明は、第９から１４のいずれかの発明において、受信復調部が、ユーザ識別のために設けた任意のビット数の擬似ランダム符号を生成するＰＮ符号生成器と、所定の時間の前記擬似ランダム符号のビット列を時間的に反転するビット列反転器と、前記ビット列反転器の出力を拡散して拡散符号を生成する拡散器と、を有することを特徴とするものであり、複数の無線通信装置を同一の周波数チャネルに収容できるという作用を有する。
【００２７】
本発明の第１６の発明は、第１５の発明において、受信復調部が、拡散符号とチャープ信号とを乗算して復調用パルス列信号を生成する第１乗算器を有することを特徴とするものである。
【００２８】
本発明の第１７の発明は、第１６の発明において、受信復調部が、受信信号と復調用パルス列信号とを乗算する第２乗算器と、前記第２乗算器の出力を入力して前記受信信号と前記復調用パルス列信号との相関係数を出力する低域通過フィルタと、前記相関係数を入力し位相情報を検出して復調データ信号を出力するコンパレータと、を有することを特徴とするものである。
【００２９】
本発明の第１８の発明は、データ信号を入力し、所定の波形パターンを有する第１チャープ信号を生成し、前記第１チャープ信号をパルス変調してパルス変調信号を生成する送信パルス変調部と、受信信号を入力し、所定の波形パターンを有する第２チャープ信号を生成し、前記第２チャープ信号をパルス変調して復調用パルス列信号を生成し、前記受信信号及び前記復調用パルス列信号を用いて復調を行い復調データ信号を生成する受信復調部と、前記パルス変調信号を入力した場合には時間的に前記パルス変調信号のパルス幅を圧縮した送信圧縮パルス信号を生成して出力し、時間的にパルス幅が圧縮された受信圧縮パルス信号を入力した場合には前記受信圧縮パルス信号のパルス幅を所定の時間幅に伸張した前記受信信号を生成し出力する非線形遅延部と、送信時には前記送信パルス変調部と前記非線形遅延部とを接続し、受信時には前記受信復調部と前記非線形遅延部とを接続する送受信切替スイッチと、を有するパルス変調型無線通信装置であり、送信時と受信時で同じ非線形遅延部を用いることで、回路構成を簡素化できるという作用を有する。
【００３０】
本発明の第１９の発明は、第１８の発明において、第１チャープ信号が周波数成分が所定の時間に対し単調減少する特性を有し、第２チャープ信号が周波数成分が所定の時間に対し単調増加する特性を有することを特徴とするものである。
【００３１】
本発明の第２０の発明は、第１９の発明において、非線形遅延部が、入力周波数に対する時間遅延量が単調増加する特性を有することを特徴とするものである。
【００３２】
本発明の第２１の発明は、シリアルデータを並列データに変換して複数のデータ信号を生成する直列−並列変換器と、前記複数のデータ信号のそれぞれを入力し、各々異なる時間遅延を付加してそれぞれ出力する複数の遅延素子と、前記複数の遅延素子の出力のそれぞれの信号を入力し、所定の波形パターンを有するチャープ信号をそれぞれ生成し、前記それぞれの信号と前記チャープ信号とを用いてパルス変調しパルス変調信号をそれぞれ生成し、前記パルス変調信号のパルス幅を時間的に圧縮した圧縮パルス信号をそれぞれ生成する複数の送信パルス生成部と、前記複数の送信パルス生成部から出力される複数の圧縮パルス信号を合成する合成器と、を有するパルス変調型無線通信装置であり、無線通信装置の伝送速度を高めるという作用を有する。
【００３３】
本発明の第２２の発明は、時間的にパルス幅が圧縮された圧縮パルス信号が複数合成された合成圧縮パルス信号を受信するアンテナと、前記合成圧縮パルス信号を入力して複数の圧縮パルス信号に分解する分解器と、前記圧縮パルス信号それぞれを入力し、前記圧縮パルス信号それぞれのパルス幅を所定の時間幅に伸張して受信信号をそれぞれ生成し、前記受信信号それぞれを各々所定の時間タイミングで復調し復調データ信号をそれぞれ生成する複数の復調部と、複数の前記復調データ信号を入力してシリアルデータに変換する並列−直列変換器と、を有するパルス変調型無線通信装置である。
【００３４】
本発明の第２３の発明は、第１から２２のいずれかの発明によるパルス変調型無線通信装置を用いた携帯端末装置又は無線基地局装置又は無線計測装置であり、低消費電力かつ伝送速度の高い無線通信を実現するという作用を有する。
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図９を用いて説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態によるパルス変調型無線通信装置の構成を示すブロック図である。図１において、１０１はデータ生成部、１０２は送信パルス変調部、１０３は受信復調部、１０４はタイミング生成回路、１０５は送受信切替スイッチ、１０６は非線形遅延線路、１０７は帯域通過フィルタ、１０８はアンテナである。
【００３７】
まず始めに、データ送信時の動作を説明する。無線通信装置全体の動作は、タイミング生成回路１０４により生成されたビットタイミング信号１１２とパルスタイミング信号１１３より各々制御される。
【００３８】
データ生成部１０１は、伝送するデータを生成して２値のデータ信号１１１を生成し、タイミング生成回路１０４から出力されたビットタイミング信号１１２に基づいてデータ信号１１１を出力する。
【００３９】
送信パルス変調部１０２は、データ信号１１１を入力し、タイミング生成回路１０４から出力されたビットタイミング信号１１２及びパルスタイミング信号１１３に基づいて所定のパターンを有するように生成されたチャープ信号を用いて、入力されたデータ信号１１１のパルス変調を行う。パルス変調されたデータ信号は、送信信号１１４として送信パルス変調部１０２から出力される。
【００４０】
送信パルス変調部１０２によりパルス変調された送信信号１１４は、送受信切替スイッチ１０５、非線形遅延線路１０６、帯域通過フィルタ１０７を通り、アンテナ１０８より、空中に放射される。
【００４１】
次に、データ受信時の動作を説明する。無線通信装置全体の動作は、タイミング生成回路１０４により生成されたビットタイミング信号１１５とパルスタイミング信号１１６より各々制御される。
【００４２】
アンテナ１０８により受信された信号は、帯域通過フィルタ１０７、非線形遅延線路１０６を通り、送受信切替スイッチ１０５により受信信号１１７として受信復調部１０３に入力される。
【００４３】
受信復調部１０３は、受信信号１１７を入力し、タイミング生成回路１０４から出力されたビットタイミング信号１１５及びパルスタイミング信号１１６を用いて復調検波を行い、復調データ信号１１８を出力する。
【００４４】
次に、図２から図５を用いて変復調方法について説明する。図２は本実施の形態によるパルス圧縮の動作を示す時間波形図であり、図１の非線形遅延線路１０６に対して入力信号をｖ（ｔ）、出力信号をｖｔ（ｔ）としたものである。
【００４５】
図２（ａ）は非線形遅延線路１０６への入力信号ｖ（ｔ）の電圧波形であり、Δｔの時間の間、周波数成分がｆＵからｆＬまで単調減少するようなチャープ変調された信号を示し、図２（ｂ）はそのときの時間−周波数特性である。
【００４６】
図２（ｃ）は非線形遅延線路１０６が入力信号ｖ（ｔ）に与える周波数−時間遅延特性で、ｆＬからｆＵの周波数変動に対し、Δｔだけの遅延時間を生じる特性であり、図２（ｄ）はそのときの出力信号ｖｔ（ｔ）の電圧波形である。
【００４７】
非線形遅延線路１０６に入力される信号１１４ａは、高い周波数成分が先に入力され、低い周波数成分が後から入力される時間関係であるために、最終的な出力は図２（ｄ）のようにパルス幅が圧縮された短パルス信号ｖｔ（ｔ）となる。
【００４８】
このように、周波数成分が単調減少する信号を、入力周波数に対して時間遅延量が単調増加する機能を有する非線形遅延線路に入力することで、時間的にパルス幅が圧縮された短パルスを生成し、出力することが可能となる。
【００４９】
図３は本実施の形態による短パルスを伸張する動作を示す時間波形図であり、図１の非線形遅延線路１０６に対して入力信号をｖｔ（ｔ）、出力信号をｖｒ（ｔ）としたもので、図２に示した方法により生成された圧縮パルス信号を、再度同じ非線形遅延線路１０６に入力することで伸張する方法を示す。
【００５０】
図３（ａ）は非線形遅延線路１０６への入力信号ｖｔ（ｔ）の電圧波形であり、図２に示した方法を用いて時間的にパルス幅が圧縮された信号を示す。図３（ｂ）は非線形遅延線路１０６が入力信号ｖｔ（ｔ）に与える周波数−時間遅延特性で、ｆＬからｆＵの周波数変動に対し、Δｔだけの遅延時間を生じる特性であり、図３（ｃ）はそのときの出力信号ｖｒ（ｔ）の電圧波形である。
【００５１】
出力信号ｖｒ（ｔ）は、Δｔの時間の間、周波数成分がｆＬからｆＵまで単調増加するようなチャープ変調された信号を示し、図３（ｄ）はそのときの時間−周波数特性である。
【００５２】
短パルスとして同じタイミングで非線形遅延線路１０６に入力された信号は、周波数により遅延時間が異なるため、周波数成分がｆＬからｆＵまで時間的に変化するチャープ信号となり、図２で示したチャープ信号１１４ａに対し、時間に対する周波数変化が逆転したチャープ信号１１７ａが得られる。
【００５３】
このように、周波数成分が時間的に単調減少する信号を時間的に圧縮して生成したパルス信号を、入力周波数に対して時間遅延量が単調増加する機能を有する非線形遅延線路に入力することで、パルス信号が時間的に伸張され、周波数成分が時間的に単調増加する信号を生成し、出力することが可能となる。
【００５４】
次に、チャープ信号に対するパルス列の割り当て方法を示す。図４はパルス列が割り当てられた上記チャープ信号のパルス圧縮の動作を示す時間波形図であり、図５はこのようにして圧縮されたパルス信号を伸張する動作を示す時間波形図である。
【００５５】
図４は、図２におけるチャープ変調された信号１１４ａに対し、３つのパルス列１１４ｂ〜１１４ｄに分割した場合を示している。パルスとパルスの間に電圧振幅が零になる区間が存在するが、全体としては、図２で示したチャープ信号と同じ特性を有するものであり、非線形遅延線路１０６を通すことにより、図２の場合と同様に短パルスに圧縮することができる。
【００５６】
図５は、図４に示した方法により生成された圧縮パルス信号を、再度同じ非線形遅延線路１０６に入力することで伸張する方法を示す。図３で示した場合と同様にパルス幅が元のチャープ信号へ伸張されるが、パルス列が時間的には反転して出力されるため、元パルス１１４ｂに対応したパルス１１７ｂは最も時間的に遅く出力される。このようなパルス列に対し、データの“１”、“０”に対応して位相反転を施すことにより情報を重畳することが可能となる。
【００５７】
このような原理に基づいて動作するパルス変調型無線通信装置の動作について、図１を用いて説明する。送信パルス変調部１０２において、１ビットに相当する時間区間に対してチャープ信号を発生し、パルス列の区間に対応したパルスタイミング信号１１３を用いて任意のパルス列に分割する。一方、入力されたデータ信号１１１は、前記パルス列とタイミングを合わせてユーザＩＤに対応して拡散される。ただしパルス列の数と、ユーザＩＤに用いるビット列数を合わせて、一つのデータビットに対し、一つのチャープ信号が対応するタイミングとする。このように拡散されたデータ符号と、パルス列に分割されたチャープ信号とを乗算することにより、パルス列に情報を重畳した送信信号１１４が生成される。
【００５８】
このようにパルス変調されて送信パルス変調部１０２から出力された送信信号１１４は、送受信切替スイッチ１０５を介して非線形遅延線路１０６を通ることにより、短いパルスに圧縮され、アンテナ１０８を通じて伝送される。
【００５９】
このようにして送信された信号は、同様の構成を有した異なる無線通信装置のアンテナ１０８により受信され、帯域通過フィルタ１０７、非線形遅延線路１０６を通り、送受信切替スイッチ１０５により受信信号１１７として受信復調部１０３に入力され、タイミング生成回路１０４から出力されたビットタイミング信号１１５及びパルスタイミング信号１１６を用いて復調検波され、復調データ信号１１８として出力される。
【００６０】
以上のように、本発明による無線通信装置を用いれば、データ送信時にパルス圧縮を用い、データ復調時にパルス伸張を用いることで、パルス状の変調信号を用いた無線通信を実現することが可能となり、安価な構成で、本来複数のパルス列で表現されている複数の情報（ビット）のデータを、一つの短パルス内に多重化することができるため、伝送速度を高めることができるとともに、パルス変調前の信号処理に必要な速度を低減することができる。
【００６１】
なお、本実施の形態では、図１に示すように非線形遅延線路１０６、帯域通過フィルタ１０７、アンテナ１０８を、送信と受信とで、送受信切替スイッチ１０５を用いて切り替える構成を示したが、図６に示すように、送信と受信とでそれぞれ、非線形遅延線路、帯域通過フィルタ、アンテナを設ける構成としても良い。この場合、非線形遅延線路６０１と６０６、帯域通過フィルタ６０２と６０５、アンテナ６０３と６０４において、それぞれ、同様の特性を有するものを用いることとする。
【００６２】
また、本実施の形態では、データ送信時に、周波数成分が単調減少するチャープ信号を、入力周波数に対する時間遅延量が単調増加する非線形遅延線路に通過させてパルス圧縮し、データ受信時に、圧縮パルスを、入力周波数に対する時間遅延量が単調増加する非線形遅延線路に通過させてパルス伸張を行うことで周波数成分が単調増加するチャープ信号を得る例を示したが、逆に、周波数成分が単調増加するチャープ信号を、入力周波数に対する時間遅延量が単調減少する非線形遅延線路に通過させてパルス圧縮し、データ受信時に、圧縮パルスを、入力周波数に対する時間遅延量が単調減少する非線形遅延線路に通過させてパルス伸張を行うことで周波数成分が単調減少するチャープ信号を得るような構成としても良い。
【００６３】
また、本実施の形態では、パルス圧縮及びパルス伸張を行うために、非線形遅延線路を用いたが、周波数−遅延時間の特性が単調増加（または、上記追加例では単調減少）であるような非線形遅延素子であれば、これに限定されない。
【００６４】
（実施の形態２）
図７は本実施の形態による送信パルス変調部の構成を示すブロック図であり、図１の無線通信装置における送信パルス変調部１０２の具体的な構成を示す。７０１はＰＮ符号生成器、７０２は拡散器、７０３は送信パターン生成器、７０４は電圧制御発振器、７０５はスイッチ、７０６は乗算器、７０７はスイッチ７０５及び乗算器７０６を有するパルス変調器である。その他の符号は図１と同様である。
【００６５】
送信パターン生成器７０３は、ビットタイミング信号１１２を入力し、チャープ変調をかけるパターンを生成する。電圧制御発振器７０４ではこのパターンを用いて１ビットに相当する時間区間に対してチャープ信号を発生する。このチャープ信号を、パルス列の区間に対応したパルスタイミング信号１１３を用いて、スイッチ７０５により任意のパルス列に分割する。
【００６６】
一方、送信パルス変調部１０２に入力されたデータ信号１１１は２値のデータ列であり、ＰＮ符号生成器１０３はパルスタイミング信号１１３を入力しユーザ識別コードとして擬似的なランダム符号を生成し、拡散器７０２においてこのユーザ識別用コードをデータ信号１１１に付加する。
【００６７】
すなわち、データ信号１１１は、パルスタイミング信号１１３により前記パルス列とタイミングを合わせて、ユーザＩＤに対応して拡散される。ただし、パルス列の数と、ユーザＩＤに用いるビット列数を合わせて、一つのデータビットに対し、一つのチャープ信号が対応するタイミングとする。
【００６８】
そして、拡散器７０２にて拡散されたデータ符号と、スイッチ７０５にてパルス列に分割されたチャープ信号とを、乗算器７０６にて乗算することによりパルス列に情報を重畳して送信信号１１４が生成され、送信パルス変調部１０２から出力される。
【００６９】
このようにパルス変調された送信信号１１４は、非線形遅延線路１０６を通ることにより、短いパルスに圧縮されアンテナ１０８を通じて伝送される。
【００７０】
以上のように、本発明による送信パルス変調部を有する無線通信装置を用いれば、パルス状の変調信号を用いた無線通信を実現することが可能となり、パルスに変調をかける際に、拡散されたユーザＩＤを一つのパルス上に多重化するとともに、非線形遅延素子を通してパルス圧縮を施すことで、ひとつの単パルスに複数の情報を多重化し送信することができる。すなわち、安価な構成で、本来複数のパルス列で表現されている複数の情報（ビット）のデータを、一つの短パルス内に多重化することができるため、伝送速度を高めることができるとともに、パルス変調前の信号処理に必要な速度を低減することができる。
【００７１】
（実施の形態３）
図８は本実施の形態による受信復調部の構成を示すブロック図であり、図１の無線通信装置における受信復調部１０３の具体的な構成を示す。８０１はＰＮ符号生成器、８０２はビット列反転回路、８０３は拡散器、８０４は受信パターン生成器、８０５は電圧制御発振器、８０６はスイッチ、８０７は乗算器、８０８はスイッチ８０６及び乗算器８０７を有するパルス変調器であり、８０９はこれらを有するパルス発生部である。８１０は乗算器、８１１は低域通過フィルタ、８１２はコンパレータであり、その他の符号は図１と同様である。
【００７２】
図８においてパルス発生部８０９は、図７の送信パルス変調部１０２とほぼ同様の構成を有する。図８のパルス発生部８０９において図７の送信パルス変調部１０２と異なる点は、データを１または０で固定とした点と、受信パターン生成器８０４が送信の場合と異なる点、及び、ビット列の順序を反転させるビット列反転回路８０２を有する点である。
【００７３】
受信パターン生成器８０４においては、図７において生成したチャープ信号に対し、非線形遅延線路１０６を２度通った信号に相当するようなチャープ信号が電圧制御発振器８０５から発生するような受信パルスパターンを生成する。電圧制御発振器８０５はこのパターンを用いてチャープ信号を発生し、このチャープ信号を、パルス列の区間に対応したパルスタイミング信号１１６を用いて、スイッチ８０６により任意のパルス列に分割する。このようにして得られたパルス列に対し、乗算器８０７にて固有のユーザＩＤに相当する拡散符号を乗算して、復調用パルス列８１３が得られる。この復調用パルス列８１３は、乗算器８１０にて受信信号１１７と乗算される。
【００７４】
受信された信号は送信されたパルス列が時間軸に対し逆転したものであるため、ＰＮ符号生成器８０１から出力されたＰＮ符号は、ビット列の順序を反転させるビット列反転回路８０２を用いてビット列の順番を入れ替えてから、拡散器８０３で拡散され、拡散符号として乗算器８０７に入力される。
【００７５】
復調用パルス列８１３と受信信号１１７とを乗算して得られた信号は、低域通過フィルタ８１１を通すことにより、受信信号１１７と、復調用パルス列８１３との相関係数を取ることになる。すなわち、受信信号１１７と復調用パルス列８１３との時間タイミングが一致したときのみ、相関係数が高くなり、低域通過フィルタ８１１の出力振幅が大きくなる。このため、低域通過フィルタ８１１の出力電圧をコンパレータ８１２で観測しながら、復調用パルス列８１３生成のタイミングを調整し、コンパレータ８１２から復調データ信号１１８を出力する。
【００７６】
以上のように、本発明による受信復調部を有する無線通信装置を用いれば、非線形遅延素子を通して短パルスを時間的に伸張してから、復調、検波処理をするために、必要な信号処理速度を低減することができる。また送信変調部の機能の大部分を利用して受信復調機能をさせるために、無線機全体の回路規模を低減することができる。
【００７７】
（実施の形態４）
図９は本実施の形態によるパルス変調型無線通信装置を複数用いた無線通信装置の送信部の構成を示し、図９（ａ）は送信パルス生成部単体の構成を示すブロック図、図９（ｂ）は無線通信装置の送信部の構成を示すブロック図、図９（ｃ）はアンテナから送信される信号の時間波形図を示す。
【００７８】
図９（ａ）において、送信パルス生成部９０１は、送信パルス変調部９０２、非線形遅延線路９０３、帯域通過フィルタ９０４を有し、これら各部位は、（実施の形態１）や（実施の形態２）に示した構成及び機能を有する。
【００７９】
図９（ｂ）において、９０５はデータ生成部、９０６はシリアルデータを並列データに変換する直列−並列変換部、９０７ａ〜ｎは各々異なる遅延（τ１、τ２、・・・、τｎ）を有する遅延素子である。９０１ａ〜ｎは各々送信パルス生成部で、それぞれ図９（ａ）の送信パルス生成部９０１の構成を有する。これら送信パルス生成部９０１ａ〜ｎは、遅延素子９０７ａ〜ｎの出力にそれぞれ接続され、各々の送信パルス生成部９０１ａ〜ｎの出力を合成器９０８で合成し、アンテナ９０９を通じて出力される。
【００８０】
図９（ｃ）はアンテナ９０９に入力されて空中に放射される信号の時間波形を示す。第１の送信パルス生成部９０１ａにより生成されたパルス９１１、第２の送信パルス生成部９０１ｂにより生成されたパルス９１２、同様に第ｎの送信パルス生成部９０１ｎにより生成されたパルス９１３は各々、遅延素子９０７ａ〜ｎの遅延時間量τ１〜τｎだけ時間軸でずれて生成されるため、パルスが重なることはない。
【００８１】
以上のように、本発明によるパルス変調型無線通信装置を複数用いた無線通信装置を用いれば、送信パルス生成部でデータはパルス圧縮され、パルスのない時間帯に、別のパルスを挿入することで、全体として伝送速度を高めることができる。
【００８２】
なお、上記においては送信部のみの構成を示したが、図９（ａ）の送信パルス生成部９０１のところに、図１に示した無線通信装置の主要部を配置すれば、送受信切替スイッチにより送信と受信とを切り替えることができ、このような無線通信装置の主要部を図９（ｂ）のように複数配置することで受信復調部を複数設けることとなり、受信時に、タイミングの異なる変調パルスに対し各々復調、検波の処理を行い、最後に並列−直列変換をすることにより、復調波形を得ることができる。
【００８３】
具体的には、時間的にパルス幅が圧縮された圧縮パルス信号が複数合成された合成圧縮パルス信号を受信するアンテナと、前記合成圧縮パルス信号を入力して複数の圧縮パルス信号に分解する分解器と、前記圧縮パルス信号それぞれを入力し、前記圧縮パルス信号それぞれのパルス幅を所定の時間幅に伸張して受信信号をそれぞれ生成し、前記受信信号それぞれを各々所定の時間タイミングで復調し復調データ信号をそれぞれ生成する複数の復調部と、複数の前記復調データ信号を入力してシリアルデータに変換する並列−直列変換器と、を有するように構成することで、復調波形を得ることができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、一つのパルス上に複数のビットを重畳する多重化を用いた無線通信を実現することができるとともに、簡易な構成でありながら信号処理の高速性を緩和することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるパルス変調型無線通信装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態によるパルス圧縮の動作を示す時間波形図
【図３】本発明の一実施の形態によるパルス伸張の動作を示す時間波形図
【図４】本発明の一実施の形態によるパルス圧縮の動作を示す時間波形図
【図５】本発明の一実施の形態によるパルス伸張の動作を示す時間波形図
【図６】本発明の一実施の形態によるパルス変調型無線通信装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の一実施の形態によるパルス変調型無線通信装置の送信パルス変調部の構成を示すブロック図
【図８】本発明の一実施の形態によるパルス変調型無線通信装置の受信復調部の構成を示すブロック図
【図９】本発明の一実施の形態によるパルス変調型無線通信装置の構成を示すブロック図及び送信信号の時間波形図
【図１０】従来のパルス変調型無線通信装置の構成を示すブロック図
【図１１】従来のパルス変調型無線通信装置のパルス生成器周辺の時間波形図
【符号の説明】
１０１、９０５  データ生成部
１０２、９０２  送信パルス変調部
１０３  受信復調部
１０４  タイミング生成回路
１０５  送受信切替スイッチ
１０６、６０１、６０６、９０３  非線形遅延線路
１０７、６０２、６０５、９０４  帯域通過フィルタ
１０８、６０３、６０４、９０９  アンテナ
１１１  データ信号
１１２、１１５  ビットタイミング信号
１１３、１１６  パルスタイミング信号
１１４  送信信号
１１７  受信信号
１１８  復調データ信号
７０１、８０１  ＰＮ符号生成器
７０２、８０３  拡散器
７０３、８０４  送信パターン生成器
７０４、８０５  電圧制御発振器
７０５、８０６  スイッチ
７０６、８０７、８１０  乗算器
７０７、８０８  パルス変調器
８０２  ビット列反転回路
８０９  パルス発生部
８１１  低域通過フィルタ
８１２  コンパレータ
８１３  復調用パルス列
９０１  送信パルス生成部
９０６  直列−並列変換器
９０７  遅延素子
９０８  合成器
【図１】
2004343388.tif 000003
【図２】
2004343388.tif 000004
【図３】
2004343388.tif 000005
【図４】
2004343388.tif 000006
【図５】
2004343388.tif 000007
【図６】
2004343388.tif 000008
【図７】
2004343388.tif 000009
【図８】
2004343388.tif 000010
【図９】
2004343388.tif 000011
【図１０】
2004343388.tif 000012
【図１１】
2004343388.tif 000013