(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
局部発振器と、
増幅する周波数帯域が変更可能に構成されており、前記局部発振器の発振出力信号を受けて増幅を行う第１の低雑音増幅器と、
増幅する周波数帯域が変更可能に構成されており、入力信号を受けて増幅を行う第２の低雑音増幅器と、
前記局部発振器の発振出力信号と前記第１または第２の低雑音増幅器の出力信号とを積算するミキサーと、
前記ミキサーの出力から、信号強度を判定する強度判定部と、
前記第１および第２の低雑音増幅器の増幅動作および周波数帯域を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記第１の低雑音増幅器が増幅を行うよう制御した第１の状態において、前記強度判定部の判定結果を受け、信号強度が最も高くなる、前記第１の低雑音増幅器の周波数帯域を学習し、
前記第２の低雑音増幅器が増幅を行うよう制御した第２の状態において、前記第２の低雑音増幅器の周波数帯域を、前記第１の状態において学習した前記第１の低雑音増幅器の周波数帯域と同一に設定する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記局部発振器は、発振周波数が変更可能に構成されており、
前記制御部は、前記局部発振器の発振周波数を制御するものである
ことを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、超広帯域の周波数帯の信号を用いたＵＷＢ（Ultra Wide Band）通信等に対応した、無線通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報量の急速な増大化に伴い、情報データの交換や伝送に大容量化・高速化が要求されてきている。このような要求に対応するため、無線通信に関する技術開発が急速なスピードで進められている。
【０００３】
無線通信については、ケーブル等の配線が不要であることから、オフィスや家庭に至るまで、普及が拡大しつつある。中でも、低消費電力での通信が期待できるＵＷＢ通信（超広帯域通信）が脚光を浴びている。
【０００４】
ＵＷＢ通信では、１．５ＧＨｚ以上、または、中心周波数の２５％以上の帯域を利用する超広帯域信号を用いる。その中の一つの通信方式として、搬送周波数(キャリア)を一定期間ごとに切り替えるＭＢ−ＯＦＤＭ（multiband orthogonal frequency-division multiplexing）方式が提案されている。
【０００５】
図６は従来の無線通信システムの一例を示す図である。図６の構成はＭＢ−ＯＦＤＭ方式を利用している（非特許文献１を参照）。図６において、９１はアンテナ、９２は挟帯域の帯域通過フィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）、９３は利得周波数帯を切り替える（ホッピング）ことが可能な低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）、９４はシングル入力を差動信号に変換するバラン、９５ａ，９５ｂはミキサー、９６は復調部、９７は周波数の切り替えが可能な局部発振器（ＬＯ：Local oscillator）である。
【０００６】
受信時には、アンテナ９１が送信アンテナからの信号を受信し、帯域通過フィルタ９２を介して伝達された信号が低雑音増幅器９３によって増幅される。その後、バラン９４によってシングル−差動変換が行われ、ミキサー９５ａ，９５ｂと局部発振器９７とによって周波数変換された後に、復調部９６によって信号が復調される。
【０００７】
ここで、ＵＷＢのＭＢ−ＯＦＤＭ方式では、搬送周波数をホッピングさせるため、低雑音増幅器９３の利得周波数帯域もホッピングさせ、選択した帯域における増幅を行う。これにより、広帯域の信号を増幅する際に比べて高い利得を実現し、良好な通信システムを構築していた。
【非特許文献１】Akio Tanaka、Hiroshi Kodama、Akifumi Kasamatsu、「Low Noise Amplifier with Center Frequency Hoping for an MB-OFDM UWB Receiver」、Ultra Wideband Systems, 2004. Joint with Conference on Ultrawideband Systems and Technologies. Joint UWBST & IWUWBS. 2004 International Workshop on、（米国）、ＩＥＥＥ、２００４年３月１８〜２１日、ｐ．４２０−４２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の手法では、低雑音増幅器が増幅を行う周波数帯域と局所発振器のホッピング周波数とがずれている場合に、通信性能の劣化が生じる、という問題があった。また、そのずれを補正するためには、送信器からのパイロット信号が必要であり、通信を開始する同期までに時間がかかるという欠点があった。
【０００９】
前記の問題に鑑み、本発明は、無線通信システムにおいて、同期までの期間を短く保ちつつ、通信性能を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明が講じた解決手段は、無線通信システムとして、局部発振器と、増幅する周波数帯域が変更可能に構成されており、前記局部発振器の発振出力信号を受けて増幅を行う第１の低雑音増幅器と、増幅する周波数帯域が変更可能に構成されており、入力信号を受けて増幅を行う第２の低雑音増幅器と、前記局部発振器の発振出力信号と前記第１または第２の低雑音増幅器の出力信号とを積算するミキサーと、前記ミキサーの出力から信号強度を判定する強度判定部と、前記第１および第２の低雑音増幅器の増幅動作および周波数帯域を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第１の低雑音増幅器が増幅を行うよう制御した第１の状態において、前記強度判定部の判定結果を受け、信号強度が最も高くなる前記第１の低雑音増幅器の周波数帯域を学習し、前記第２の低雑音増幅器が増幅を行うよう制御した第２の状態において、前記第２の低雑音増幅器の周波数帯域を前記第１の状態において学習した前記第１の低雑音増幅器の周波数帯域と同一に設定するものである。
【００１１】
請求項１の発明によると、第１の状態において、第１の低雑音増幅器は、局部発振器の発振出力信号を受けて増幅を行い、このとき、ミキサーの出力を受ける強度判定部の判定結果から、信号強度が最も高くなる周波数帯域が学習される。そして第２の状態において、第２の低雑音増幅器は、第１の状態において学習された第１の低雑音増幅器の周波数帯域と同一の周波数帯域が設定され、入力信号を受けて増幅を行う。これにより、第２の低雑音増幅器における周波数帯域のずれを補正することができる。しかも、このずれの補正のために、送信側からパイロット信号を送る必要もない。
【００１２】
また、請求項２の発明では、前記請求項１の発明において、前記局部発振器は発振周波数が変更可能に構成されており、前記制御部は前記局部発振器の発振周波数を制御するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、低雑音増幅器または帯域通過フィルタにおける周波数帯域のずれを補正することができる。しかも、このずれの補正のために、送信側からパイロット信号を送る必要もない。したがって、短い期間で、通信性能の劣化を未然に抑制することができ、通信性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。図１において、１１は局部発振器（ＬＯ：Local Oscillator）、１２は増幅する周波数帯域が変更可能に構成されている低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）、１３は信号強度を判定する強度判定部、１４は低雑音増幅器１２の周波数帯域を制御する制御部、１５は局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１と低雑音増幅器１２の出力信号とを積算するミキサー、３１は入力信号ＳＩＮと局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１とを入力とし、そのうちのいずれか一方を選択出力する選択部、３５はミキサー１５の出力信号から復調を行う復調器である。
【００１６】
制御部１４は、低雑音増幅器１２の周波数帯域の制御に加えて、選択部３１の選択動作も制御する。選択部３１の出力信号は低雑音増幅器１２に与えられ、低雑音増幅器１２は選択部３１の出力信号を受けて増幅を行う。
【００１７】
図１の構成の動作について説明する。まず制御部１４は、選択部３１が局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１を選択出力するよう制御する。この第１の状態において、局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１は低雑音増幅器１２によって増幅される。そして、ミキサー１５において、低雑音増幅器１２の出力信号と局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１とが積算され、その積算結果を示す出力信号が強度判定部１３に与えられる。強度判定部１３はミキサー１５の出力信号から信号強度を判定する。制御部１４は、強度判定部１３の判定結果を受け、信号強度が最も高くなる低雑音増幅器１２の周波数帯域を学習する。すなわち、制御部１４は、低雑音増幅器１２の周波数帯域をスキャンさせていき、強度判定部１３において信号強度が最も高くなる周波数帯域を学習し、そのポイントで低雑音増幅器１２を制御する。
【００１８】
そして、実際の通信を行う際には、制御部１４は、選択部３１が入力信号ＳＩＮを選択出力するよう制御する。この第２の状態において、第１の状態において学習した周波数帯域を低雑音増幅器１２に設定する。低雑音増幅器１２は選択部３１から選択出力された入力信号ＳＩＮを受けて増幅を行い、ミキサー１５は低雑音増幅器１２の出力信号と局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１とを積算する。ミキサー１５の出力信号から、復調器３５によって復調が行われる。
【００１９】
ここで、局部発振器１１の発振周波数をｆｌ（Ｈｚ）とし、低雑音増幅器１２の周波数帯域の中心周波数をｆＮ（Ｈｚ）とすると、ｆｌとｆＮとが一致したとき、ミキサー１５の出力は最も大きくなる。一方、温度、電圧等のばらつき等何らかの原因によってｆｌとｆＮとがずれた場合、ミキサー１５の出力は、ｆｌとｆＮとが一致したときと比べて小さくなる。
【００２０】
そこで、第１の状態すなわち、低雑音増幅器１２が局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１を増幅する状態において、ミキサー１５の出力における信号強度が最も高くなる周波数帯域を学習することによって、低雑音増幅器１２における周波数帯域のずれを補正することができる。しかも、このずれの補正のために、送信側からパイロット信号を送る必要もない。したがって、短い期間で、通信性能の劣化を未然に抑制することができ、通信性能を向上させることができる。
【００２１】
なお、ＭＢ−ＯＦＤＭ方式のように搬送周波数を切り替えることを可能にするためには、局部発振器１１は、発振周波数が変更可能に構成されているのが好ましい。そして、図２に示すように、制御部１４Ａが局部発振器１１の発振周波数を制御するように構成してもよい。これにより、各搬送周波数に対して、低雑音増幅器１２における周波数帯域のずれを補正することが可能になる。
【００２２】
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。図３において、図１と共通の構成要素には図１と同一の符号を付している。図３を図１の構成と対比すると、低雑音増幅器１２および選択部３１に代えて、増幅する周波数帯域が変更可能に構成されている第１および第２の低雑音増幅器５１，５２が設けられている。第１の低雑音増幅器５１は局部発振器１１の出力信号Ｓ１を受けて増幅を行う。一方、第２の低雑音増幅器５２は入力信号ＳＩＮを受けて増幅を行う。制御部１４Ｂは、第１および第２の低雑音増幅器５１，５２の増幅動作および周波数帯域の制御を行い、ミキサー１５は局部発振器１１の出力信号Ｓ１と第１または第２の低雑音増幅器５１，５２の出力信号とを積算する。
【００２３】
図３の構成の動作について説明する。まず制御部１４Ｂは、第１の低雑音増幅器５１が増幅を行うよう制御する。この第１の状態において、局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１は第１の低雑音増幅器５１によって増幅される。そして、ミキサー１５において、第１の低雑音増幅器５１の出力信号と局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１とが積算され、その積算結果を示す出力信号が強度判定部１３に与えられる。強度判定部１３はミキサー１５の出力信号から信号強度を判定する。制御部１４Ｂは、強度判定部１３の判定結果を受け、信号強度が最も高くなる第１の低雑音増幅器５１の周波数帯域を学習する。すなわち、制御部１４Ｂは、第１の低雑音増幅器５１の周波数帯域をスキャンさせていき、強度判定部１３において信号強度が最も高くなる周波数帯域を学習する。
【００２４】
そして、実際の通信を行う際には、制御部１４Ｂは、第２の低雑音増幅器５２が増幅を行うよう制御する。この第２の状態において、第２の低雑音増幅器５２の周波数帯域を、第１の状態において学習した第１の低雑音増幅器５１の周波数帯域と同一に設定する。第２の低雑音増幅器５２は、設定された周波数帯域において、入力信号ＳＩＮの増幅を行う。ミキサー１５は第２の低雑音増幅器５２の出力信号と局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１とを積算する。ミキサー１５の出力信号から、復調器３５によって復調が行われる。
【００２５】
このような構成および動作によって、第１の実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、第１の状態すなわち、第１の低雑音増幅器５１が局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１を増幅する状態において、ミキサー１５の出力における信号強度が最も高くなる周波数帯域を学習し、この学習した周波数帯域を第２の低雑音増幅器５２に設定することによって、第２の低雑音増幅器５２における周波数帯域のずれを補正することができる。しかも、このずれの補正のために、送信側からパイロット信号を送る必要もない。したがって、短い期間で、通信性能の劣化を未然に抑制することができ、通信性能を向上させることができる。
【００２６】
さらに、第１の実施形態と比べると、第２の低雑音増幅器５２の前段には選択部が設けられていないため、選択部を構成する回路要素による高周波特性の劣化を抑制することが可能になる。
【００２７】
なお、第１の実施形態と同様に、局部発振器１１は発振周波数が変更可能に構成されているのが好ましい。そして、制御部１４Ｂが局部発振器１１の発振周波数を制御するように構成してもよい。
【００２８】
なお、第１および第２の実施形態において、従来の図６の構成と同様に、低雑音増幅器の後段にシングル入力を差動信号に変換するバランを設けて、複数のミキサーによって周波数変換を行うように構成してもよい。
【００２９】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態では、ミキサーを用いた周波数変換を利用しない通信方式において、本発明を適用した例について説明する。
【００３０】
図４は本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。図４において、図１と共通の構成要素には図１と同一の符号を付している。図４を図１の構成と対比すると、ミキサー１５が省かれており、強度判定部１３は低雑音増幅器１２の出力から信号強度を判定し、復調器３５は低雑音増幅器１２の出力を受けて信号の復調を行う。
【００３１】
図４の構成において、ミキサーを利用しない通信方式では、送信する際にパルス信号をいったんバンドパスフィルターに入力し周波数成分を選択した後に、アンテナにより出力させる。一方、受信側では、アンテナに到達した信号を増幅するためには送信側で選択した周波数帯域の信号を増幅する必要がある。そこで、局部発振器１１は、送信信号の中心周波数、すなわち前記バンドパスフィルターで選択した中心周波数の発振出力信号を出力する。
【００３２】
図４の構成の動作について説明する。まず制御部１４Ｃは、選択部３１が局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１を選択出力するよう制御する。この第１の状態において、局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１は低雑音増幅器１２によって増幅される。強度判定部１３は低雑音増幅器１２の出力信号から信号強度を判定する。制御部１４Ｃは、強度判定部１３の判定結果を受け、信号強度が最も高くなる低雑音増幅器１２の周波数帯域を学習する。すなわち、制御部１４Ｃは、低雑音増幅器１２の周波数帯域をスキャンさせていき、強度判定部１３において信号強度が最も高くなる周波数帯域を学習し、そのポイントで低雑音増幅器１２を制御する。
【００３３】
そして、実施の通信を行う際には、制御部１４Ｃは、選択部３１が入力信号ＳＩＮを選択出力するよう制御する。この第２の状態において、第１の状態において学習した周波数帯域を低雑音増幅器１２に設定する。低雑音増幅器１２は選択部３１から選択出力された入力信号ＳＩＮを受けて増幅を行い、低雑音増幅器１２の出力信号から、復調器３５によって復調が行われる。
【００３４】
このように、第１の状態すなわち、低雑音増幅器１２が局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１を増幅する状態において、低雑音増幅器１２の出力における信号強度が最も高くなる周波数帯域を学習することによって、低雑音増幅器１２における周波数帯域のずれを補正することができる。しかも、このずれの補正のために、送信側からパイロット信号を送る必要もない。したがって、短い期間で、通信性能の劣化を未然に抑制することができ、通信性能を向上させることができる。
【００３５】
また、局部発振器１１は、発振周波数が変更可能に構成されており、制御部１４Ｃは、局部発振器１１の発振周波数を制御する。これにより、ＭＢ−ＯＦＤＭ方式のように搬送周波数を切り替えることが可能になり、各搬送周波数に対する低雑音増幅器１２の周波数帯域のずれを補正することが可能になる。
【００３６】
（第４の実施形態）
図５は本発明の第４の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。図５において、図１と共通の構成要素には図１と同一の符号を付している。図５において、６１は所定の周波数成分のみを選択する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）、７１はミキサー１５の出力から信号強度を判定する第１の強度判定部、７２は帯域通過フィルタ６１の出力から信号強度を判定する第２の強度判定部、７３は局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１と帯域通過フィルタ６１の出力とを入力とし、そのうちのいずれか一方を選択出力する第１の選択部、７４は入力信号ＳＩＮと局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１とを入力とし、そのうちのいずれか一方を選択出力する第２の選択部である。
【００３７】
制御部１４Ｄは、低雑音増幅器１２の周波数帯域の制御に加えて、帯域通過フィルタ６１の周波数帯域と、第１および第２の選択部７３，７４の選択動作も制御する。第１の選択部７３の出力信号は低雑音増幅器１２に与えられ、第２の選択部７４の出力信号は帯域通過フィルタ６１に与えられる。
【００３８】
図５の構成の動作について説明する。なお、第１の強度判定部７１および第１の選択部７３は、図１の構成における強度判定部１３および選択部３１にそれぞれ対応しており、第１の選択部７３以降の構成の動作は第１の実施形態と同様である。
【００３９】
まず制御部１４Ｄは、第１の選択部７３が局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１を選択出力するよう制御し、また、第２の選択部７４が局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１を選択出力するよう制御する。この第１の状態において、制御部１４Ｄは、第１の実施形態と同様に、低雑音増幅器１２の周波数帯域をスキャンさせていき、第１の強度判定部７１において信号強度が最も高くなる周波数帯域を学習する。また、局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１は第２の選択部７４を介して帯域通過フィルタ６１にも与えられ、第２の強度判定部７２は帯域通過フィルタ６１の出力信号から信号強度を判定する。制御部１４Ｄは、第２の強度判定部７２の判定結果を受け、信号強度が最も高くなる帯域通過フィルタ６１の周波数帯域を学習する。すなわち、制御部１４Ｄは、帯域通過フィルタ６１の通過周波数帯域をスキャンさせていき、強度が最も高くなる通過周波数帯域を学習する。
【００４０】
そして、実際の通信を行う際には、制御部１４Ｄは、第１の選択部７３が帯域通過フィルタ６１の出力信号を選択出力するよう制御し、また、第２の選択部７４が入力信号ＳＩＮを選択出力するよう制御する。そしてこの第２の状態において、低雑音増幅器１２および帯域通過フィルタ６１に、第１の状態において学習した周波数帯域をそれぞれ設定する。帯域通過フィルタ６１は入力信号ＳＩＮを受け、この帯域通過フィルタ６１の出力信号は低雑音増幅器１２に与えられる。ミキサー１５は低雑音増幅器１２の出力信号と局部発振器１１の発振出力信号Ｓ１とを積算する。ミキサー１５の出力信号から、復調器３５によって復調が行われる。
【００４１】
本実施形態によると、第１の実施形態と同様に、低雑音増幅器１２における周波数帯域のずれを補正することができる。またこれとともに、帯域通過フィルタ６１における周波数帯域のずれを補正することも可能になる。しかも、このずれの補正のために、送信側からパイロット信号を送る必要もない。したがって、短い期間で、通信性能の劣化を未然に抑制することができ、通信性能を向上させることができる。
【００４２】
また、局部発振器１１は、発振周波数が変更可能に構成されており、制御部１４Ｄは、局部発振器１１の発振周波数を制御する。これにより、ＭＢ−ＯＦＤＭ方式のように搬送周波数を切り替えることが可能になり、各搬送周波数に対する低雑音増幅器１２および帯域通過フィルタ６１の周波数帯域のずれを補正することが可能になる。
【００４３】
なお、本実施形態では、低雑音増幅器１２と帯域通過フィルタ６１の両方について、周波数帯域のずれを補正するものとしたが、図５の構成から第１の強度判定部７１および第１の選択部７３を省き、帯域通過フィルタ６１についてのみ、周波数帯域のずれを補正するようにしてもかまわない。
【００４４】
また、上述の各実施形態で示した無線通信システムを含む無線通信機器では、この無線通信システムにおいて、低雑音増幅器の利得のばらつきを抑制することによって低雑音増幅器の利得マージンを少なくすることができるので、セット全体の消費電力の削減を行うことが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、ＵＷＢ通信等に対応した無線通信システムの通信性能を向上させるのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。
【図２】図１の構成の変形例である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。
【図６】従来の無線通信システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１  局部発振器
１２  低雑音増幅器
１３  強度判定部
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ  制御部
１５  ミキサー
３１  選択部
５１  第１の低雑音増幅器
５２  第２の低雑音増幅器
６１  帯域通過フィルタ
７１  第１の強度判定部
７２  第２の強度判定部
７３  第１の選択部
７４  第２の選択部
ＳＩＮ  入力信号
Ｓ１  発振出力信号
【図１】
0004754370.tif 000002
【図２】
0004754370.tif 000003
【図３】
0004754370.tif 000004
【図４】
0004754370.tif 000005
【図５】
0004754370.tif 000006
【図６】
0004754370.tif 000007