(57)【要約】【課題】  トランスポンダと通信装置との通信形態の多様性を拡張し、高精度、高品質の無線通信を行う。【解決手段】  同報発信通信装置１０ｍのマスタ送信部１１ｍは、副搬送波をデータによって変調した副搬送波信号で搬送波を変調して、情報成分を含む高周波信号を生成して送信する。同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎのスレーブ送信部１１ｓは、他装置の搬送波の周波数と異なる値の搬送波を送信する。受信部１２は、相互変調信号を受信して自己の搬送波でミキシングして検波し、抽出した副搬送波信号を復調してデータを取得する。トランスポンダ２０−１は、同報発信通信装置１０ｍからの高周波信号及び同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎからの搬送波を受信し、増幅過程で非線形性を持たせて相互変調信号を発生して送信する。【選択図】  図１
2005109759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信を行う通信システムにおいて、
副搬送波をデータによって変調した副搬送波信号で搬送波を変調して、情報成分を含む高周波信号を生成して送信するマスタ送信部を含む同報発信通信装置と、
他装置の搬送波の周波数と異なる値の搬送波を送信するスレーブ送信部と、相互変調信号を受信して自己の搬送波でミキシングして検波し、抽出した副搬送波信号を復調してデータを取得する受信部と、から構成される同報受信通信装置と、
前記同報発信通信装置からの高周波信号及び前記同報受信通信装置からの搬送波を受信し、増幅過程で非線形性を持たせて前記相互変調信号を発生して送信するトランスポンダと、
を有することを特徴とする通信システム。
【請求項２】
無線通信を行う通信システムにおいて、
第１の副搬送波を上りデータによって変調した第１の副搬送波信号で搬送波を変調して上り高周波信号を生成して送信する端末側送信部と、下り高周波信号を受信して搬送波でミキシングして検波し、抽出した第２の副搬送波信号を復調して下りデータを取得する端末側受信部と、から構成される通信装置と、
前記通信装置が送信に用いた第１の副搬送波とは異なる周波数の第２の副搬送波を、下りデータによって変調した第２の副搬送波信号で、前記通信装置から送信された上り高周波信号を変調して下り高周波信号を生成して送信する局側送信部と、上り高周波信号を受信して検波し、抽出した第１の副搬送波信号を復調して、上りデータを取得する局側受信部と、から構成されるトランスポンダと、
を有することを特徴とする通信システム。
【請求項３】
無線通信を行う通信システムにおいて、
副搬送波をデータによって変調した副搬送波信号で搬送波を変調して高周波信号を生成して送信する端末側送信部と、相互変調信号を受信して搬送波でミキシングして検波し、通信対象の装置が送信した副搬送波信号を復調して、通信対象の装置のデータを取得する端末側受信部と、から構成されて、装置毎に搬送波と副搬送波の周波数が異なる複数の通信装置と、
複数の高周波信号を受信し、増幅過程で非線形性を持たせて前記相互変調信号を発生して送信するトランスポンダと、
を有することを特徴とする通信システム。
【請求項４】
無線通信を行う通信システムにおいて、
搬送波を送信する端末側送信部と、複数の高周波信号が重畳した信号を受信して搬送波でミキシングして検波し、通信対象の装置が送信時に用いた副搬送波信号を復調して、通信対象の装置のデータを取得する端末側受信部と、から構成される通信装置と、
データによって変調された副搬送波信号で、前記通信装置から送信された搬送波を変調して高周波信号を生成する局側送信部を含み、装置毎に副搬送波の周波数が異なる複数のトランスポンダと、
を有することを特徴とする通信システム。
【請求項５】
無線通信を行う通信システムにおいて、
周波数変化パターンにもとづいて副搬送波の周波数を切り替え、副搬送波をデータによって変調した副搬送波信号で搬送波を変調して高周波信号を生成して送信する端末側送信部と、対向装置からの高周波信号を受信して搬送波でミキシングして検波し、抽出した副搬送波信号を復調して、データを取得する端末側受信部と、から構成される通信装置と、
周波数変化パターンにもとづいて副搬送波の周波数を切り替え、副搬送波をデータによって変調した副搬送波信号で、前記通信装置から送信された搬送波を変調して高周波信号を生成して送信する局側送信部と、前記通信装置からの高周波信号を受信して検波し、抽出した副搬送波信号を復調して、データを取得する局側受信部と、から構成されるトランスポンダと、
を有することを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は通信システムに関し、特に無線通信を行う通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信ネットワークは、携帯電話機をはじめとしてサービス需要が爆発的に増加しており、一層のサービスの高度化、広域化が望まれている。特に近年ではマイクロ波帯（３ＧＨｚから１０ＧＨｚ程度の周波数領域）やミリ波帯（３０ＧＨｚから３００ＧＨｚ程度の周波数領域）といった高い周波数領域の電波を利用した近距離無線通信の分野が注目されている。
【０００３】
近距離無線通信は、ディジタル通信技術の急速な進歩に伴い、受信感度が向上し、微弱電波無線においても通信距離、誤り率が向上したため、様々な用途に適用されつつある。例えば、近距離無線通信を用いて、道路、車の高度なネットワークを構築しようとするＩＴＳ（Intelligent Transport Systems：高度道路交通システム）への取り組みが現在盛んに行われている。
【０００４】
ＩＴＳの代表的な通信としては、車車間通信（ＩＶＣ：Inter Vehicle Communication）、路車間通信（ＲＶＣ：Road Vehicle Communication）がある。これらは車と車、または車と道路との間でネットワークを構築し、情報を提供し合うことで、周囲の車の制御情報、交通情報などをリアルタイムにドライバや車両に知らせるものである。このような車車間通信や路車間通信によるネットワークを経済的に構築するためには、トランスポンダ通信方式と呼ばれる技術の適用が有望視されている。
【０００５】
図２２はトランスポンダ通信方式の概要を示す図である。図は路車間通信の例を示している。道路わきの電信柱や門柱などに、基地局や中継器に該当するトランスポンダ４０が設置され、車両には、トランスポンダ４０と通信を行う通信装置３０が設置される。
【０００６】
通信装置３０からトランスポンダ４０への上り方向の動作に対し、通信装置３０では、送信情報によって、通信装置３０内部の搬送波発振器３１から出力する搬送波（ミリ波帯の搬送波とする）を変調して、ＲＦ（Radio Frequency）帯の信号を発生し、送信アンテナ３２ａより送信する。トランスポンダ４０では、受信アンテナ４２ｂにより受信したＲＦ信号の検波を行って復調し、通信装置３０からの情報を取得する。
【０００７】
トランスポンダ４０から通信装置３０への下り方向の動作に対し、トランスポンダ４０は、通信装置３０から送信された搬送波を利用して、送信情報による変調を行ってＲＦ信号を生成し、送信アンテナ４２ａより送信する。通信装置３０では、受信アンテナ３２ｂで受信したＲＦ信号を、搬送波発振器３１から出力する搬送波でミキシングして検波して復調することで、トランスポンダ４０からの情報を取得する。
【０００８】
このように、トランスポンダ通信方式は、通信装置３０は装置内部に搬送波発振器３１を含むが、トランスポンダ４０は、搬送波発振器を含まずに通信装置３０から送信される搬送波を利用して変調処理を施して下り伝送を行うといった特徴を持つ。したがって、高価なミリ波帯の発振器は、通信装置３０側だけに設置すればよく、トランスポンダ４０の装置構成はコンパクトで低コストなものにすることができる。このような構成のトランスポンダ通信方式は、将来、ＩＴＳの経済的なネットワーク構築の主流になるシステムとして普及していくと考えられる。
【０００９】
ここで、トランスポンダと端末間との通信の従来技術としては、トランスポンダから通信端末へ、通信の試みが失敗した場合にも通信実施中である旨を示す通知信号を使用者端末に提供する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平１１−２３９０８９号公報（段落番号〔００１８〕〜〔００９１〕，第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般の無線通信システムでは、送信機、受信機双方は局部発振器を有している。この場合、受信機側のミキシング後の信号が、送信機側のミキシング前の信号と同一となって通信が成立するためには、送信機、受信機双方の局部発振器からの局発信号の周波数が一致していることが条件となる。
【００１１】
このため、局部発振器には、ＰＬＬ（Phase-Locked Loop）回路等が付加された高安定で低位相ノイズの発振器が使用されることが多い。このようなシステムに対して、ミリ波帯の無線通信を行う送信機及び受信機を適用した場合、ミリ波帯のような高周波数領域の局発信号を常時安定して高精度に動作させる（双方一致させる）ことは困難である。
【００１２】
一方、上述したトランスポンダ通信方式では、通信装置と、それと対向するトランスポンダとからなり、通信装置のみに搬送波発振器を設置して、トランスポンダは、通信装置から送信される搬送波を利用して情報を送信するといった簡易な構成をとっている。このために、送受信間で局発信号の周波数を一致させるといったことが不要となるため、搬送波発振器の周波数許容範囲を広くとることができ、容易に通信路を確立することができる。
【００１３】
このように、トランスポンダ通信方式は、通信装置の搬送波発振器の精度が高くなくても通信は可能であり、これは１台のトランスポンダと１台の通信装置とで通信を行う場合には有効である。しかし、複数の通信装置による通信を考えた場合、搬送波発振器の周波数許容範囲が広いということは、各々の通信装置の搬送波発振源の周波数を比べると、通常よりも大きな誤差が含まれるということになるので、１台のトランスポンダを介して、複数の通信装置同士で通信するといったシステムを実現することは困難であるといった問題があった。
【００１４】
また、トランスポンダが通信装置の周波数範囲を広く許容するため、通信可能な範囲内に存在する複数の通信装置が同時に情報を送信した場合、トランスポンダでは、それぞれの通信装置を弁別することができずに、混信を生じて通信できないといった問題があった。
【００１５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、トランスポンダと通信装置との通信形態の多様性を拡張し、高精度、高品質の無線通信を行う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】
【００１６】
本発明では上記課題を解決するために、図１に示すような、無線通信を行う通信システム１−１において、副搬送波をデータによって変調した副搬送波信号で搬送波を変調して、情報成分を含む高周波信号を生成して送信するマスタ送信部１１ｍを含む同報発信通信装置１０ｍと、他装置の搬送波の周波数と異なる値の搬送波を送信するスレーブ送信部１１ｓと、相互変調信号を受信して自己の搬送波でミキシングして検波し、抽出した副搬送波信号を復調してデータを取得する受信部１２ｓと、から構成される同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎと、同報発信通信装置１０ｍからの高周波信号及び同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎからの搬送波を受信し、増幅過程で非線形性を持たせて相互変調信号を発生して送信するトランスポンダ２０−１と、を有することを特徴とする通信システム１−１が提供される。
【００１７】
ここで、同報発信通信装置１０ｍのマスタ送信部１１ｍは、副搬送波をデータによって変調した副搬送波信号で搬送波を変調して、情報成分を含む高周波信号を生成して送信する。同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎのスレーブ送信部１１ｓは、他装置の搬送波の周波数と異なる値の搬送波を送信する。受信部１２ｓは、相互変調信号を受信して自己の搬送波でミキシングして検波し、抽出した副搬送波信号を復調してデータを取得する。トランスポンダ２０−１は、同報発信通信装置１０ｍからの高周波信号及び同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎからの搬送波を受信し、増幅過程で非線形性を持たせて相互変調信号を発生して送信する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の通信システムは、同報発信通信装置からは情報成分を含む高周波情報信号を送信し、同報受信装置からは搬送波のみを高周波信号として送信し、トランスポンダでは、高周波信号及び搬送波を受信し、増幅過程で非線形性を持たせて相互変調波を発生する。そして、同報受信装置は、相互変調波を自己の搬送波で検波して復調する構成とした。これにより、トランスポンダを経由しての複数の通信装置間での同報通信を行うことができるので、トランスポンダと通信装置との通信形態の多様性を持たせることができ、高精度、高品質の無線通信を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の通信システムの原理図である。通信システム１−１は、同報発信通信装置１０ｍ、同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎ、トランスポンダ２０−１から構成されて、トランスポンダ２０−１経由で、同報発信通信装置１０ｍから同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎへの同報通知を行う第１の実施の形態のシステムである。
【００２０】
同報発信通信装置１０ｍのマスタ送信部１１ｍは、周波数ｆｃ０の搬送波（キャリア）発振源と周波数ｆｓ１の副搬送波（サブキャリア）発振源を有し（ｆｓ１＜＜ｆｃ０）、周波数ｆｓ１の副搬送波をデータによって変調した副搬送波信号で、周波数ｆｃ０の搬送波をさらに変調（ＡＭ（Amplitude Modulation）変調）して、情報成分を含む高周波信号を生成してエア（ａｉｒ）中へ送信する。なお、送信される高周波信号は図のようなスペクトルとなる（図４で後述）。
【００２１】
同報受信通信装置１０ｓ−１のスレーブ送信部１１ｓは、周波数ｆｃ１の搬送波発振源を有し、周波数ｆｃ１の搬送波のみをエア中へ送信する。なお、同報発信通信装置１０ｍ及び同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎがそれぞれ発振する搬送波の周波数は、すべて互いに異なる値である。すなわち、同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎは、互いに異なる値の周波数ｆｃ１、ｆｃ２、ｆｃ３、・・・、ｆｃｎの搬送波発振源を有する。
【００２２】
同報受信通信装置１０ｓ−１の受信部１２ｓは、トランスポンダ２０−１からの相互変調信号を受信し、自己の周波数ｆｃ１の搬送波でミキシングして検波し、抽出した副搬送波信号を復調することで、同報発信通信装置１０ｍが送信したデータを取得する。
【００２３】
また、同報受信通信装置１０ｓ−２〜１０ｓ−ｎがそれぞれの搬送波をエア中へ出力した際には、同報受信通信装置１０ｓ−２〜１０ｓ−ｎは、トランスポンダ２０−１からの相互変調信号を受信すると、上記と同様にして、自己の周波数ｆｃ２〜ｆｃｎのそれぞれの搬送波を用いて装置毎に受信処理を行う。
【００２４】
トランスポンダ２０−１は、同報発信通信装置１０ｍが送信した高周波信号と、同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎが送信した複数の搬送波とを受信し、増幅部において、増幅過程で非線形性を持たせることで相互変調歪みを生じさせ、相互変調信号を発生させてエア中へ送信する。
【００２５】
なお、図に示す相互変調信号のスペクトルは、同報発信通信装置１０ｍからの高周波信号と、同報受信通信装置１０ｓ−１からの周波数ｆｃ１の搬送波とを受信した際に発生させた場合のスペクトルである（図４で後述）。
【００２６】
ここで、図１に示される通信システム１−１の適用例は、同報発信通信装置１０ｍを持つ先頭車両が情報を送信して、路側に設置されたトランスポンダ２０−１を経由し、同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎそれぞれが設置された後続の車両に、先頭車両の情報を知らせるものである。なお、上記では説明のために通信装置を同報発信通信装置、同報受信通信装置と２つに分けたが、実際には１つの通信装置に同報発信通信装置と同報受信通信装置の両方の機能が含まれるものである。
【００２７】
次に通信装置及びトランスポンダの装置構成について説明する。ここで、通信装置は搬送波発振源を持つので、以降では自励通信装置とも呼ぶ。また、搬送波は、例えばミリ波帯のような高い周波数領域の信号とする（なお、副搬送波の周波数は、搬送波の周波数よりもはるかに小さい周波数であって、高精度な発振源を用いる必要はない）。
【００２８】
図２は自励通信装置の構成を示す図である。自励通信装置１０は、副搬送波発振器１１ａ、副搬送波変調部１１ｂ、搬送波発振器１１ｃ、ＡＭ変調部１１ｄ、出力増幅部１１ｅ、送信アンテナ１１ｆ、受信アンテナ１２ａ、受信増幅部１２ｂ、ミキサ１２ｃ、復調部１２ｄ、通信制御部１３から構成される。なお、副搬送波発振器１１ａ〜送信アンテナ１１ｆまでが送信系１１であり（マスタ／スレーブ送信部、端末側送信部に該当）、受信アンテナ１２ａ〜復調部１２ｄまでが受信系１２である（受信部１２ｓ、端末側受信部に該当）。通信制御部１３は、送信／受信系の制御部に該当する。
【００２９】
通信制御部１３は、コンピュータ等と接続して、他装置へ通知すべき上りデータの送信処理及び他装置から通知された下りデータの受信処理を行う。副搬送波発振器１１ａは、低周波の副搬送波を発振する。この副搬送波発振器１１ａは、制御電圧を可変に設定することにより、周波数ｆｓ１、ｆｓ２、・・・、ｆｓｎの中の任意の１つの副搬送波を発振可能である。
【００３０】
副搬送波変調部１１ｂは、通信制御部１３から送信された上りデータにより副搬送波を変調して、副搬送波信号を生成する。副搬送波信号は、ベースバンドのデータにより変調されたＩＦ（Intermediate Frequency）帯の信号といえる。
【００３１】
搬送波発振器１１ｃは、ミリ波帯のような高周波領域の搬送波を発振する。ＡＭ変調部１１ｄは、副搬送波信号を用いて搬送波をさらにＡＭ変調して高周波信号を生成し、出力増幅部１１ｅへ送信する。また、搬送波発振器１１ｃからの搬送波は、ＡＭ変調部１１ｄを介して、ミキサ１２ｃへも送信される。
【００３２】
出力増幅部１１ｅは、高周波信号を増幅し、送信アンテナ１１ｆは、増幅後の高周波信号をエア中へ送信する。また、搬送波のみを送信する場合は、出力増幅部１１ｅは、ＡＭ変調部１１ｄを介して受信した搬送波発振器１１ｃからの搬送波を増幅し、送信アンテナ１１ｆは、増幅後の搬送波をエア中へ送信する。
【００３３】
受信アンテナ１２ａは、対向のトランスポンダから送信された信号（相互変調信号など）を受信し、受信増幅部１２ｂは、受信信号を増幅する。ミキサ１２ｃは、搬送波発振器１１ｃからの搬送波と受信信号を掛け合わせて（ミキシングして）検波し、搬送波と受信信号の差成分の周波数である副搬送波信号を出力する（トランスポンダから送信された信号は、自励通信装置１０が送信時に用いた搬送波で変調した信号であるので、ここのミキサ１２ｃでは、トランスポンダから送信された信号を検波する際には、自励通信装置１０が高周波信号を送信した時に用いた同じ周波数の発振信号（搬送波）でミキシングして直接低周波を取り出している。このような検波はホモダイン検波、またはダイレクトコンバージョンと呼ばれる）。
【００３４】
復調部１２ｄは、副搬送波信号を復調して（例えば、ディスクリミネータを用いたＦＭ検波、または同期検波や遅延検波等の復調処理を行う）、下りデータを取得し、通信制御部１３へ送信する。
【００３５】
図３はトランスポンダ２０−１の構成を示す図である。トランスポンダ２０−１は、受信アンテナ２２ａ、送信アンテナ２１ｅ、受信増幅部２２ｂ、出力増幅部２１ｄから構成される。
【００３６】
受信アンテナ２２ａは、自励通信装置１０からの高周波信号や搬送波を受信し、受信増幅部２２ｂは、これらの受信信号を増幅する。出力増幅部２１ｄは、受信増幅部２２ｂからの出力信号を増幅し、送信アンテナ２１ｅは、増幅後の信号をエア中へ折り返し送信する。なお、本発明では、上記の増幅過程の内、非線形領域での増幅を行って相互変調を生じさせるが、増幅部として非線形増幅を行う構成ブロックは、受信増幅部２２ｂ、出力増幅部２１ｄのいずれで行ってもよい。
【００３７】
次に第１の実施の形態のエア中の各無線信号の周波数配置について説明する。図４は高周波信号、搬送波、相互変調信号の周波数配置イメージを示す図である。同報発信通信装置１０ｍがトランスポンダ２０−１を経由して、１台の同報受信通信装置１０ｓ−１へ情報を通知する形態の各無線信号について、縦軸を信号強度、横軸を周波数として模式的に表している。なお、以降では周波数ｆａの搬送波（副搬送波）を搬送波ｆａ（副搬送波ｆａ）という表記もする。
【００３８】
同報発振通信装置１０ｍは、副搬送波ｆｓ１をデータによって変調した副搬送波信号を用いて、搬送波ｆｃ０を変調して、情報成分を含む高周波信号Ｓ１を生成して送信する。この場合、高周波信号Ｓ１のスペクトルは、搬送波ｆｃ０を中心として対称な位置に、変調波（すなわち、副搬送波ｆｓ１と搬送波ｆｃ０）の周波数成分の差信号（ｆｃ０−ｆｓ１）である下側波帯信号と、和信号（ｆｃ０＋ｆｓ１）である上側波帯信号とからなる両側波帯の信号が現れることになる。また、同報受信通信装置１０ｓ−１は、周波数ｆｃ１の搬送波Ｓ２のみを送信する。
【００３９】
トランスポンダ２０−１は、高周波信号Ｓ１と搬送波Ｓ２を受信して、これらを非線形増幅して、相互変調信号Ｓ３を生成する。相互変調信号Ｓ３の周波数成分は、高周波信号Ｓ１と搬送波Ｓ２の他に、相互変調歪み波Ｉｄ１、Ｉｄ２を含んでいる（実際には、相互変調歪み波Ｉｄ１、Ｉｄ２以外にも、その他の相互変調歪み波が現れるが、これらは帯域外であったり、または本発明では不要な周波数なので図中省略する）。
【００４０】
相互変調歪み波Ｉｄ１、Ｉｄ２は、搬送波ｆｃ１を中心として対称な位置に、変調波（副搬送波ｆｓ１と搬送波ｆｃ１）の周波数成分の差信号（ｆｃ１−ｆｓ１）と和信号（ｆｃ１＋ｆｓ１）として、下側波帯と上側波帯に現れている。
【００４１】
同報受信通信装置１０ｓ−１による相互変調信号Ｓ３の受信処理としては、自装置が有する搬送波発振器からの搬送波ｆｃ１で相互変調信号Ｓ３をミキシングして副搬送波信号を検波する。そして、抽出した周波数ｆｓ１の副搬送波信号を復調して、同報発信通信装置１０ｍが送信したデータを取得する。
【００４２】
なお、副搬送波信号を復調する場合には、例えば、同報受信通信装置１０ｓ−１内に設置した副搬送波発振源からの副搬送波ｆｓ１を用いて同期検波するなどして復調を行うことができる（このような復調を行う場合、同報発信通信装置１０ｍが有する副搬送波発振源からの副搬送波の周波数と、同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎがデータを取得する際に用いる副搬送波の周波数とは同一の値である）。
【００４３】
次に相互変調歪み波の発生過程について説明する。上記の例でトランスポンダ２０−１に入力する信号は、同報発信通信装置１０ｍからは周波数ｆｃ０の搬送波と、周波数が（ｆｃ０±ｆｓ１）の変調成分とからなる高周波信号Ｓ１であり、同報受信通信装置１０ｓ−１からは周波数ｆｃ１の搬送波Ｓ２である。
【００４４】
ここで、搬送波ｆｃ０と、搬送波ｆｃ１と、高周波信号Ｓ１の上側波帯の周波数（ｆｃ０＋ｆｓ１）の変調成分との３波で生じる相互変調歪みの発生過程について以降説明する。トランスポンダ２０−１の増幅部に入力する３波の信号は、次式で表される。
【００４５】
【数１】
2005109759.tif 000003
【００４６】
ただし、Ｖ1は搬送波ｆｃ０の振幅、Ｖ2は搬送波ｆｃ１の振幅、Ｖ3は上側波帯（ｆｃ０＋ｆｓ１）の振幅である。一般に３波の信号をＡ、Ｂ、Ｃとすると、式（１）を増幅部において非線形増幅した場合、増幅出力には（２Ａ−Ｂ）型の周波数成分と、（Ａ＋Ｂ−Ｃ）型の周波数成分が顕著に現れることが知られている。
【００４７】
ここの例では、（２Ａ−Ｂ）型の周波数成分は、以下の式（２ａ）、（２ｂ）であり、
【００４８】
【数２】
2005109759.tif 000004
【００４９】
（Ａ＋Ｂ−Ｃ）型の周波数成分は、以下の式（３）である。
【００５０】
【数３】
2005109759.tif 000005
【００５１】
これらの内、式（３）が搬送波ｆｃ１の変調成分の下側波帯（相互変調歪み波Ｉｄ１）となって現れることになる。
同様に、搬送波ｆｃ０と、搬送波ｆｃ１と、高周波信号Ｓ１の下側波帯の周波数（ｆｃ０−ｆｓ１）の変調成分との３波で生じる相互変調歪みの発生過程について示すと、トランスポンダ２０−１の増幅部に入力する３波の信号は、次式で表される。
【００５２】
【数４】
2005109759.tif 000006
【００５３】
ただし、Ｖ1は搬送波ｆｃ０の振幅、Ｖ2は搬送波ｆｃ１の振幅、Ｖ4は下側波帯（ｆｃ０−ｆｓ１）の振幅である。そして、（Ａ＋Ｂ−Ｃ）型の周波数成分のみを示すと以下の式（５）となる。
【００５４】
【数５】
2005109759.tif 000007
【００５５】
式（５）は搬送波ｆｃ１の変調成分の上側波帯（相互変調歪み波Ｉｄ２）となって現れることになる。
次に非線形増幅によって発生する相互変調の実験観測結果について説明する。図５、図６はトランスポンダ２０−１の増幅部の出力波形を示す図である。縦軸は信号強度、横軸は周波数であり、第１の実施の形態の装置を実際に動作させたときの観測結果を示している。図５が線形増幅、図６が非線形増幅の観測波形である。
【００５６】
図５では、同報発信通信装置１０ｍ及び同報受信通信装置１０ｓ−１からトランスポンダ２０−１への入力電力が共に−６０ｄＢｍの場合を表している。図中Ｐ１は、同報発信通信装置１０ｍからの搬送波ｆｃ０を示し、Ｐ２は搬送波ｆｃ０の変調成分を示す。また、Ｐ３は同報受信通信装置１０ｓ−１からの搬送波ｆｃ１である。
【００５７】
一方、図６では、同報発信通信装置１０ｍからトランスポンダ２０−１への入力電力が−５０ｄＢｍ、同報受信通信装置１０ｓ−１からトランスポンダ２０−１への入力電力が−６０ｄＢｍの場合を表している。
【００５８】
図６の非線形増幅では、相互変調歪みが発生し、同報受信通信装置１０ｓ−１の搬送波ｆｃ１に伴って、変調歪み成分（図中Ｐ４）が現れている。このＰ４の波形は、上述の式（３）に示す搬送波ｆｃ１の変調成分の下側波帯（相互変調歪み波Ｉｄ１）に該当する。
【００５９】
このように本発明では、トランスポンダ２０−１の増幅特性を調整して、図６のように非線形増幅が発生する状況で使うことにより、同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎから送信された搬送波成分にも変調成分を伴わせるものである。
【００６０】
ここで従来では、複数の自励通信装置で相互に通信する場合、各装置に搬送波発振源を設けて、信号の復調に十分な精度で各装置の搬送波発振源の周波数を一致させるか、受信側に自動周波数制御回路を設けて、送信側の周波数に追従するといったことが行われていたが、ミリ波帯のような高い周波数領域で通信を行うシステムに、このような従来技術を適用した場合、常時安定して高精度に動作させることは非常に困難であった。
【００６１】
一方、本発明では、同報発信通信装置１０ｍの同報情報を含む高周波信号と、同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎからの搬送波とを、トランスポンダ２０−１が受信して非線形増幅を行って、同報情報を相互変調歪み波に含ませて信号を折り返し出力する。そして、同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎは、トランスポンダ２０−１から送信される、同報発信通信装置１０ｍの送信情報を含む相互変調信号を受信して、同報受信通信装置１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎそれぞれが有する搬送波で検波し、抽出した副搬送波信号を復調して情報を取り出す構成とした。
【００６２】
これにより、ミリ波帯の搬送波発振源は自励通信装置だけに設置するといった方式は何ら変更せずに、自励通信装置と、それと対向するトランスポンダとからなるシステムに対して、トランスポンダ経由で、複数の自励通信装置間で同報通信を行うことができる。これにより、トランスポンダ通信方式の通信バリエーションを増やして、サービスの向上を図ることが可能になる。
【００６３】
次に第２の実施の形態の通信システムについて説明する。第２の実施の形態は、自励通信装置とトランスポンダが１：１で全二重通信を行う場合のシステムである。全二重通信とは、ＡとＢの通信において、Ａ→Ｂ、Ａ←Ｂの両方向の通信が同時に可能な通信方式のことである。
【００６４】
図７は第２の実施の形態の通信システムの原理図である。通信システム１−２は、自励通信装置１０−２と、トランスポンダ２０−２から構成される。自励通信装置１０−２は、端末側送信部１４ｓと端末側受信部１４ｒから構成され、さらに高周波搬送波ｆｃの発振源と低周波副搬送波ｆｓ１の発振源を有している。トランスポンダ２０−２は、局側送信部２４ｓと局側受信部２４ｒから構成され、さらに低周波副搬送波ｆｓ２（≠ｆｓ１）の発振源を有している。
【００６５】
上り方向の動作としては、自励通信装置１０−２の端末側送信部１４ｓは、副搬送波ｆｓ１を上りデータ（自励通信装置１０−２からトランスポンダ２０−２への通知情報のこと）によって変調して副搬送波信号を生成する。そして、この副搬送波信号でさらに搬送波ｆｃを変調して上り高周波信号Ｓｕ１を生成して送信する。
【００６６】
また、トランスポンダ２０−２の局側受信部２４ｒは、上り高周波信号Ｓｕ１を受信して検波し（ここでの検波は包絡線検波のような非同期検波を行うので、搬送波ｆｃは不要である）、自励通信装置１０−２で生成された周波数ｆｓ１の副搬送波信号を抽出して復調し、上りデータを取得する。
【００６７】
下り方向の動作としては、トランスポンダ２０−２の局側送信部２４ｓは、副搬送波ｆｓ２を下りデータ（トランスポンダ２０−２から自励通信装置１０−２への通知情報のこと）によって変調して副搬送波信号を生成する。そして、この副搬送波信号でさらに自励通信装置１０−２から送信された上り高周波信号Ｓｕ１を変調して、下り高周波信号Ｓｄ１を生成して送信する。
【００６８】
また、自励通信装置１０−２の端末側受信部１４ｒは、下り高周波信号Ｓｄ１を受信すると、搬送波ｆｃでミキシングして検波し、トランスポンダ２０−２で生成された周波数ｆｓ２の副搬送波信号を抽出して復調し、下りデータを取得する。
【００６９】
次にトランスポンダ２０−２の構成について説明する（自励通信装置１０−２の構成は図２で示した構成と同じである）。図８はトランスポンダの構成を示す図である。トランスポンダ２０（トランスポンダ２０−２）は、受信アンテナ２２ａ、受信増幅部２２ｂ、検波部２２ｃ、復調部２２ｄ、副搬送波発振器２１ａ、副搬送波変調部２１ｂ、ＡＭ変調部２１ｃ、出力増幅部２１ｄ、送信アンテナ２１ｅ、通信制御部２３から構成される。
【００７０】
なお、副搬送波発振器２１ａ〜送信アンテナ２１ｅまでが送信系２１であり（局側送信部に該当）、受信アンテナ２２ａ〜復調部２２ｄまでが受信系２２である（局側受信部に該当）。通信制御部２３は、送信／受信系の制御部に該当する。
【００７１】
通信制御部２３は、コンピュータ等と接続して、他装置へ通知すべき下りデータの送信処理及び他装置から通知された上りデータの受信処理を行う。受信アンテナ２２ａは、自励通信装置からの上り高周波信号（または搬送波）を受信し、受信増幅部２２ｂは、受信信号を増幅する。検波部２２ｃは、上り高周波信号の包絡線検波を行い、副搬送波信号を抽出する。復調部２２ｄは、副搬送波信号を復調して（例えば、ディスクリミネータを用いたＦＭ検波、または同期検波や遅延検波等）、自励通信装置からの上りデータを抽出し、通信制御部２３へ送信する。
【００７２】
副搬送波発振器２１ａは、副搬送波を発振する（制御電圧を可変に設定することにより、周波数ｆｓ１、ｆｓ２、・・・、ｆｓｎの中の任意の１つの副搬送波を発振可能である）。副搬送波変調部２１ｂは、通信制御部２３から送信された下りデータにより副搬送波を変調して副搬送波信号を生成する。
【００７３】
ＡＭ変調部２１ｃは、この副搬送波信号で、自励通信装置から送信された上り高周波信号（または自励通信装置から送信された搬送波）をＡＭ変調して下り高周波信号を生成する。出力増幅部２１ｄは、下り高周波信号を増幅し、送信アンテナ２１ｅは、増幅後の下り高周波信号をエア中へ送信する。
【００７４】
次にエア中の各無線信号の周波数配置について説明する。図９は上り高周波信号Ｓｕ２、下り高周波信号Ｓｄ２の周波数配置イメージを示す図である。縦軸は信号強度、横軸は周波数として、無線信号を模式的に表している。
【００７５】
自励通信装置１０−２は、副搬送波ｆｓ１を上りデータによって変調した副搬送波信号を用いて、搬送波ｆｃを変調して、上り高周波信号Ｓｕ２を生成して送信する。この場合、上り高周波信号Ｓｕ２のスペクトルは、搬送波ｆｃを中心として対称な位置に、周波数が（ｆｃ−ｆｓ１）の下側波帯信号と、周波数が（ｆｃ＋ｆｓ１）の上側波帯信号とからなる両側波帯の信号が現れる。
【００７６】
トランスポンダ２０−２は、副搬送波ｆｓ２を下りデータによって変調した副搬送波信号で、自励通信装置１０−２から送信された上り高周波信号Ｓｕ２を変調して、下り高周波信号Ｓｄ２を生成して送信する。この場合、下り高周波信号Ｓｄ２のスペクトルは、上り高周波信号Ｓｕ２を中心として対称な位置に、周波数が（ｆｃ−ｆｓ２）の下側波帯信号と、周波数が（ｆｃ＋ｆｓ２）の上側波帯信号とからなる両側波帯の信号が現れることになる（搬送波ｆｃを中心として対称な位置に、周波数が（ｆｃ−ｆｓ１）、（ｆｃ−ｆｓ２）の下側波帯信号と、周波数が（ｆｃ＋ｆｓ１）、（ｆｃ＋ｆｓ２）の上側波帯信号が現れる）。
【００７７】
なお、これらの信号の受信処理としては、上述したように、トランスポンダ２０−２では、上り高周波信号Ｓｕ２の包絡線検波を行って、包絡線の値だけで自励通信装置１０−２の情報を復調する。また、自励通信装置１０−２では、下り高周波信号Ｓｄ２に搬送波ｆｃをミキシングして、周波数ｆｓ２の副搬送波を復調し、トランスポンダ２０−２の情報を取得する。
【００７８】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態によれば、従来は半二重方式（半二重方式とは、ＡとＢの通信において、Ａ→Ｂ、Ａ←Ｂのいずれか一方の通信をある時間帯で行う通信方式のこと）で通信を行っていた自励通信装置とトランスポンダとの１：１の通信が、本発明を適用することにより、全二重通信を実現することが可能になる。
【００７９】
次に第２の実施の形態を車車間通信に適用した例について説明する。図１０は車車間通信を示す図である。車両Ａには、車体前方に自励通信装置１０ａ、車体後方にトランスポンダ２０ａが設置され、車両Ｂには、車体前方に自励通信装置１０ｂ、車体後方にトランスポンダ２０ｂが設置される。自励通信装置１０ａ、１０ｂは第２の実施の形態の自励通信装置１０−２に該当し、トランスポンダ２０ａ、２０ｂは第２の実施の形態のトランスポンダ２０−２に該当する。
【００８０】
このような構成に対して、前方車両Ａの速度情報やブレーキ情報といった制御情報が、トランスポンダ２０ａから自励通信装置１０ｂに通知されて、後方車両Ｂが把握することによって、後方車両Ｂのブレーキングが早い段階で可能になり、追突事故を防ぐことができる。また同様に、後方車両Ｂの速度情報やブレーキ情報といった制御情報が、自励通信装置１０ｂからトランスポンダ２０ａに通知されて、前方車両Ａは、後方車両Ｂの走行状態を把握することができる。
【００８１】
次に第３の実施の形態の通信システムについて説明する。第３の実施の形態は、複数の自励通信装置がトランスポンダを経由して全二重通信を行う場合のシステムである。
図１１は第３の実施の形態の通信システムの原理図である。通信システム１−３は、自励通信装置１０−３ａ、１０−３ｂとトランスポンダ２０−３から構成される。なお、実際は、自励通信装置は３台以上の複数台で運用可能だが説明を簡単にするためここでは２台とする。
【００８２】
自励通信装置１０−３ａは、端末側送信部１５ｓ−ａと端末側受信部１５ｒ−ａから構成され、さらに高周波搬送波ｆｃ１、低周波副搬送波ｆｓ１の発振源を有している。自励通信装置１０−３ｂは、端末側送信部１５ｓ−ｂと端末側受信部１５ｒ−ｂから構成され、さらに高周波搬送波ｆｃ２（≠ｆｃ１）、低周波副搬送波ｆｓ２（≠ｆｓ１）の発振源を有している。なお、自励通信装置１０−３ａ、１０−３ｂの装置構成は図２で示した構成と同じであり、トランスポンダ２０−３の装置構成は図３で示した構成と同じである。
【００８３】
上り方向の動作としては、自励通信装置１０−３ａの端末側送信部１５ｓ−ａは、副搬送波ｆｓ１をデータによって変調して副搬送波信号を生成する。そして、この副搬送波信号でさらに搬送波ｆｃ１を変調して高周波信号Ｓｕ３ａを生成して送信する。自励通信装置１０−３ｂの端末側送信部１５ｓ−ｂは、副搬送波ｆｓ２をデータによって変調して副搬送波信号を生成する。そして、この副搬送波信号でさらに搬送波ｆｃ２を変調して高周波信号Ｓｕ３ｂを生成して送信する。
【００８４】
下り方向の動作としては、トランスポンダ２０−３は、自励通信装置１０−３ａ、１０−３ｂが送信した高周波信号Ｓｕ３ａ、Ｓｕ３ｂを受信し、増幅部において、増幅過程で非線形性を持たせることで相互変調歪みを生じさせ、相互変調信号Ｓｄ３を発生させて送信する。自励通信装置１０−３ａの端末側受信部１５ｒ−ａは、相互変調信号Ｓｄ３を受信して、搬送波ｆｃ１でミキシングして検波し、周波数ｆｓ２の副搬送波信号を抽出して復調することで、自励通信装置１０−３ｂが送信したデータを取得する。
【００８５】
また、自励通信装置１０−３ｂの端末側受信部１５ｒ−ｂは、相互変調信号Ｓｄ３を受信して、搬送波ｆｃ２でミキシングして検波し、周波数ｆｓ１の副搬送波信号を抽出して復調することで、自励通信装置１０−３ａが送信したデータを取得する。
【００８６】
次にエア中の各無線信号の周波数配置について説明する。図１２は高周波信号Ｓｕ３ａ、Ｓｕ３ｂ、相互変調信号Ｓｄ３の周波数配置イメージを示す図である。縦軸は信号強度、横軸は周波数として、無線信号を模式的に表している。
【００８７】
自励通信装置１０−３ａは、副搬送波ｆｓ１をデータによって変調した副搬送波信号を用いて、搬送波ｆｃ１を変調して、高周波信号Ｓｕ３ａを生成して送信する。この場合、高周波信号Ｓｕ３ａのスペクトルは、搬送波ｆｃ１を中心として対称な位置に、周波数が（ｆｃ１−ｆｓ１）の下側波帯信号と、周波数が（ｆｃ１＋ｆｓ１）の上側波帯信号とからなる両側波帯の信号が現れる。
【００８８】
自励通信装置１０−３ｂは、副搬送波ｆｓ２をデータによって変調した副搬送波信号を用いて、搬送波ｆｃ２を変調して、高周波信号Ｓｕ３ｂを生成して送信する。この場合、高周波信号Ｓｕ３ｂのスペクトルは、搬送波ｆｃ２を中心として対称な位置に、周波数が（ｆｃ２−ｆｓ２）の下側波帯信号と、周波数が（ｆｃ２＋ｆｓ２）の上側波帯信号とからなる両側波帯の信号が現れる。
【００８９】
トランスポンダ２０−３は、高周波信号Ｓｕ３ａ、Ｓｕ３ｂを受信して、これらを非線形増幅して、相互変調信号Ｓｄ３を生成する。相互変調信号Ｓｄ３の周波数成分は、高周波信号Ｓｕ３ａ、Ｓｕ３ｂの他に、相互変調歪み波Ｉｄ３〜Ｉｄ６を含んでいる（実際には、相互変調歪み波Ｉｄ３〜Ｉｄ６以外にも、その他の相互変調歪み波が現れるが、これらは帯域外であったり、または本発明では不要な周波数なので図中省略する）。
【００９０】
相互変調歪み波Ｉｄ３、Ｉｄ４は、高周波信号Ｓｕ３ａ（搬送波ｆｃ１）を中心として対称な位置に、搬送波ｆｃ１と副搬送波ｆｓ２の周波数成分の差信号（ｆｃ１−ｆｓ２）と和信号（ｆｃ１＋ｆｓ２）として、下側波帯と上側波帯に現れる。また、相互変調歪み波Ｉｄ５、Ｉｄ６は、高周波信号Ｓｕ３ｂ（搬送波ｆｃ２）を中心として対称な位置に、搬送波ｆｃ２と副搬送波ｆｓ１の周波数成分の差信号（ｆｃ２−ｆｓ１）と和信号（ｆｃ２＋ｆｓ１）として、下側波帯と上側波帯に現れる。
【００９１】
自励通信装置１０−３ａの受信処理では、このような相互変調信号Ｓｄ３を受信すると、自装置が有する搬送波発振器からの搬送波ｆｃ１で相互変調信号Ｓｄ３をミキシングして副搬送波信号を検波する。そして、周波数ｆｓ２の副搬送波信号を抽出して復調して、自励通信装置１０−３ｂが送信したデータを取得する。また、自励通信装置１０−３ａの受信処理では、相互変調信号Ｓｄ３を受信すると、自装置が有する搬送波発振器からの搬送波ｆｃ２で相互変調信号Ｓｄ３をミキシングして副搬送波信号を検波する。そして、周波数ｆｓ１の副搬送波信号を抽出して復調して、自励通信装置１０−３ａが送信したデータを取得する。
【００９２】
以上説明したように、本発明の第３の実施の形態によれば、従来は半二重方式で通信を行っていた自励通信装置とトランスポンダ間の通信が、本発明を適用することにより、同一の通信路を時分割によって共用するＴＤＤ(時分割複信方式)やＴＤＭＡ(時分割多元接続方式)などといった技術を用いずに、複数の自励通信装置がトランスポンダを経由して全二重通信を行うことが可能になる。
【００９３】
次に第４の実施の形態の通信システムについて説明する。第４の実施の形態は、自励通信装置が複数のトランスポンダから情報を受信する場合のシステムである。図１３は第４の実施の形態の通信システムの原理図である。通信システム１−４は、自励通信装置１０−４とトランスポンダ２０−４ａ、２０−４ｂから構成される。なお、実際は、トランスポンダは３台以上の複数台で運用可能だが説明を簡単にするためここでは２台とする。
【００９４】
自励通信装置１０−４は、端末側送信部１６ｓと端末側受信部１６ｒから構成され、さらに高周波搬送波ｆｃの発振源を有している。トランスポンダ２０−４ａは、局側送信部２６ｓ−ａ、低周波副搬送波ｆｓ１の発振源を含み、トランスポンダ２０−４ｂは、局側送信部２６ｓ−ｂ、低周波副搬送波ｆｓ２（≠ｆｓ１）の発振源を含む。なお、自励通信装置１０−４の装置構成は図２で示した構成と同じであり、トランスポンダ２０−４ａ、２０−４ｂの装置構成は図８で示した構成と同じである。
【００９５】
上り方向の動作としては、自励通信装置１０−４の端末側送信部１６ｓは、周波数ｆｃの搬送波を送信する。下り方向の動作としては、トランスポンダ２０−４ａの局側送信部２６ｓ−ａは、データによって変調された周波数ｆｓ１の副搬送波信号で、自励通信装置１０−４から送信された搬送波ｆｃを変調して高周波信号Ｓｄ４ａを生成する。同様に、トランスポンダ２０−４ｂの局側送信部２６ｓ−ｂは、データによって変調された周波数ｆｓ２の副搬送波信号で、自励通信装置１０−４から送信された搬送波ｆｃを変調して高周波信号Ｓｄ４ｂを生成する。
【００９６】
そして、自励通信装置１０−４の端末側受信部１６ｒは、高周波信号Ｓｄ４ａ、Ｓｄ４ｂが重畳した信号Ｓｄ４ｃを受信して、搬送波ｆｃでミキシングして検波し、抽出した周波数ｆｓ１の副搬送波信号を復調して、トランスポンダ２０−４ａからの送信データを取得する。または、抽出した周波数ｆｓ２の副搬送波信号を復調して、トランスポンダ２０−４ｂからの送信データを取得する。
【００９７】
次にエア中の各無線信号の周波数配置について説明する。図１４は高周波信号Ｓｄ４ａ、Ｓｄ４ｂ、重畳信号Ｓｄ４ｃの周波数配置イメージを示す図である。縦軸は信号強度、横軸は周波数として、無線信号を模式的に表している。
【００９８】
トランスポンダ２０−４ａは、副搬送波ｆｓ１をデータによって変調して副搬送波信号で、自励通信装置１０−４から送信された搬送波ｆｃ１を変調して、高周波信号Ｓｄ４ａを生成して送信する。高周波信号Ｓｄ４ａのスペクトルは、搬送波ｆｃ１を中心として対称な位置に、周波数が（ｆｃ１−ｆｓ１）の下側波帯信号と、周波数が（ｆｃ１＋ｆｓ１）の上側波帯信号とからなる両側波帯の信号が現れることになる。
【００９９】
トランスポンダ２０−４ｂは、副搬送波ｆｓ２をデータによって変調して副搬送波信号で、自励通信装置１０−４から送信された搬送波ｆｃを変調して、高周波信号Ｓｄ４ｂを生成して送信する。高周波信号Ｓｄ４ｂのスペクトルは、搬送波ｆｃを中心として対称な位置に、周波数が（ｆｃ−ｆｓ２）の下側波帯信号と、周波数が（ｆｃ＋ｆｓ２）の上側波帯信号とからなる両側波帯の信号が現れることになる。
【０１００】
自励通信装置１０−４は、高周波信号Ｓｄ４ａ、Ｓｄ４ｂが重畳された重畳信号Ｓｄ４ｃを受信する。重畳信号Ｓｄ４ｃのスペクトルは、搬送波ｆｃを中心として対称な位置に、周波数が（ｆｃ−ｆｓ１）、（ｆｃ−ｆｓ２）の下側波帯信号と、周波数が（ｆｃ＋ｆｓ１）、（ｆｃ＋ｆｓ２）の上側波帯信号とからなる両側波帯の信号が現れることになる。
【０１０１】
受信処理としては、上述したように、自励通信装置１０−４では、高周波信号Ｓｄ４ｃに搬送波ｆｃをミキシングして、周波数ｆｓ１、ｆｓ２のいずれかまたは両方の副搬送波信号を復調し、トランスポンダ２０−４ａ、２０−４ｂからの情報を取得する。
【０１０２】
以上説明したように、本発明の第４の実施の形態によれば、従来では１：１で自励通信装置とトランスポンダが通信を行っていたシステムが、本発明を適用することにより、自励通信装置と複数のトランスポンダ間で、複数の独立した通信路を設けることが可能になる。
【０１０３】
次に第５の実施の形態の通信システムについて説明する。第５の実施の形態は、自励通信装置とトランスポンダ間で、副搬送波の周波数を切り替えることで、秘匿性を有する通信を行う場合のシステムである。
【０１０４】
図１５は第５の実施の形態の通信システムの原理図である。通信システム１−５は、自励通信装置１０−５とトランスポンダ２０−５から構成される。自励通信装置１０−５は、端末側送信部１７ｓと端末側受信部１７ｒから構成され、さらに高周波搬送波ｆｃ１の発振源と、低周波副搬送波の発振源とを有している（例えば、周波数ｆｓ１、ｆｓ２、ｆｓ３を発振する）。
【０１０５】
トランスポンダ２０−５は、局側送信部２７ｓ、局側受信部２７ｒを含む。なお、図１５では、端末側送信部１７ｓ→局側受信部２７ｒの上り方向の動作について示している（局側送信部２７ｓ←端末側受信部１７ｒの下り方向の動作は、上りと同様である）。
【０１０６】
上り方向の動作としては、自励通信装置１０−５の端末側送信部１７ｓは、周波数変化パターンにもとづいて副搬送波の周波数を切り替え、切り替えた副搬送波をデータによって変調した副搬送波信号で搬送波を変調して高周波信号を生成して送信する。トランスポンダ２０−５の局側受信部２７ｒは、自励通信装置１０−５からの高周波信号を受信して検波し、抽出した副搬送波信号を復調して、データを取得する。
【０１０７】
また、下り方向の動作としては、トランスポンダ２０−５の局側送信部２７ｓは、周波数変化パターンにもとづいて副搬送波の周波数を切り替え、副搬送波をデータによって変調した副搬送波信号で、自励通信装置１０−５から送信された搬送波を変調して高周波信号を生成して送信する。自励通信装置１０−５の端末側受信部１７ｒは、トランスポンダ２０−５からの高周波信号を受信して搬送波でミキシングして検波し、抽出した副搬送波信号を復調して、データを取得する。
【０１０８】
第５の実施の形態では、Bluetoothなどで使用されている周波数ホッピング（ＦＨ）方式を応用したものである。通常の周波数ホッピングは、ある一定の周期で搬送波の周波数（チャネル）を切り替えて（ホッピングして）、通信を行うが、本発明では副搬送波の周波数を所定の周波数パターンで切り替えて通信を行うものである。
【０１０９】
図１６は自励通信装置１０−５の構成を示す図である。自励通信装置１０−５は、図２で示した構成に対し、さらに送信側疑似乱数発生器１１ｇ、受信側疑似乱数発生器１２ｅ、周波数変換器１２ｆを含む。送信側疑似乱数発生器１１ｇは、疑似乱数を連続して発生して副搬送波発振器１１ａに送信する。副搬送波発振器１１ａは、疑似乱数にもとづき所定の周波数変化パターンで副搬送波を発振する（例えば、周波数ｆｓ１、ｆｓ２、ｆｓ３、ｆｓ１、・・・を一定時間毎に巡回させて発振するなど）。副搬送波変調部１１ｂは、副搬送波発振器１１ａから送信される副搬送波をデータによって変調する。その後の送信動作は、上述した内容と同じである。
【０１１０】
一方、受信側の動作として、トランスポンダと同期が取れていない状態では、受信側疑似乱数発生器１２ｅは停止し、復調部１２ｄでは、ある一定の周波数の副搬送波で復調処理を施す（同期が取れていない間は、例えば、ｆｓ１〜ｆｓ３の内の周波数ｆｓ１の副搬送波を用いるとする）。この場合、送信側の信号を周波数ｆｓ１の副搬送波で復調制御していれば、いずれは送信側の信号が周波数ｆｓ１となるので、このとき、復調部１２ｄで送信信号の復調ができてデータが出力されることになる。
【０１１１】
受信側疑似乱数発生器１２ｅは、復調部１２ｄから出力されるデータをトリガにして起動し、疑似乱数を連続して発生する。周波数変換器１２ｆは、受信した疑似乱数にもとづき、対応する周波数（周波数ｆｓ１〜ｆｓ３の内のいすれか１つ）を復調部１２ｄに設定する。このようにして、トランスポンダとの同期を確立する。
【０１１２】
図１７はトランスポンダの構成を示す図である。トランスポンダ２０−５は、図８で示した構成に対し、さらに送信側疑似乱数発生器２１ｆ、受信側疑似乱数発生器２２ｅ、周波数変換器２２ｆを含む。自励通信装置１０−５の同期確立制御は図１６で上述した内容と同じなので説明は省略する。
【０１１３】
次にエア中の各無線信号の周波数配置について説明する。図１８は高周波信号Ｓｕ５ａ、Ｓｕ５ｂ、Ｓｕ５ｃの周波数配置イメージを示す図である。縦軸は信号強度、横軸は周波数として、無線信号を模式的に表している。
【０１１４】
自励通信装置１０−５は、副搬送波ｆｓ１を上りデータによって変調した副搬送波信号を用いて、搬送波ｆｃを変調して、上り高周波信号Ｓｕ５ａを生成して送信する。この場合、上り高周波信号Ｓｕ１のスペクトルは、搬送波ｆｃを中心として対称な位置に、周波数が（ｆｃ−ｆｓ１）の下側波帯信号と、周波数が（ｆｃ＋ｆｓ１）の上側波帯信号とからなる両側波帯の信号が現れる。
【０１１５】
同様に、周波数ｆｓ２の副搬送波を用いた場合の高周波信号Ｓｕ５ｂのスペクトルは、搬送波ｆｃを中心として対称な位置に、周波数が（ｆｃ−ｆｓ２）の下側波帯信号と、周波数が（ｆｃ＋ｆｓ２）の上側波帯信号とからなる両側波帯の信号が現れ、周波数ｆｓ３の副搬送波を用いた場合の高周波信号Ｓｕ５ｃのスペクトルは、搬送波ｆｃを中心として対称な位置に、周波数が（ｆｃ−ｆｓ３）の下側波帯信号と、周波数が（ｆｃ＋ｆｓ３）の上側波帯信号とからなる両側波帯の信号が現れる。
【０１１６】
以上説明したように、本発明の第５の実施の形態によれば、副搬送波の周波数を所定の周波数パターンで切り替えて、自励通信装置とトランスポンダ間で通信を行う構成とした。これにより、第３者からは周波数パターンを特定することが困難であるため、秘匿性の高い通信を行うことが可能になる。
【０１１７】
次に本発明の通信システムの適用例として、高速道路などの合流部で使用可能な衝突回避システムについて説明する。図１９は衝突回避システムの構成を示す図である。図に示す衝突回避システム１００は、高速道路などで合流道路が本線に合流する部分に本発明を適用した例を示している。
【０１１８】
本線進行車両Ａと合流車両Ｂの意思疎通が不十分であると、合流地点で衝突の危険性がある。そこで本線進行車両Ａと合流車両Ｂが相互に通信できる無線通信路を設けることが考えられるが、高速道路などでは本線道路Ｒ１と合流道路Ｒ２の間に側壁Ｗが設けられていることが多く、直接通信することが難しい場合がある。
【０１１９】
そこで、合流地点付近にトランスポンダ１２０を設置し、本線進行車両Ａに搭載した自励通信装置１１０ａと合流車両Ｂに搭載した自励通信装置１１０ｂがトランスポンダ１２０を中継して無線通信路を実現する。
【０１２０】
例えば、本発明の第３の実施の形態を適用した場合、自励通信装置１１０ｂ内の端末側送信部は、副搬送波を車両Ｂの移動情報のデータによって変調した副搬送波信号で搬送波を変調して高周波信号を生成して送信する。トランスポンダ１２０は、自励通信装置１１０ｂからの高周波信号を受信し、増幅過程で非線形性を持たせて相互変調信号を発生して送信する。自励通信装置１１０ａ内の端末側受信部は、相互変調信号を受信して搬送波でミキシングして検波し、自励通信装置１１０ｂが送信した副搬送波信号を復調することで、車両Ａは、衝突の危険性のある車両Ｂの移動情報を取得する。
【０１２１】
従来、中継通信を行う場合、一方の自励通信装置から受信したデータをトランスポンダで一旦蓄積して、ついで他方の自励通信装置に転送する方法がとられていた。しかし、この方法では、データを一旦蓄積する必要があるため、通信遅れが問題であった。本発明によれば、トランスポンダが一方の自励通信装置から受け取った変調信号を送れなく、他方の自励通信装置に送ることができ、また、トランスポンダにデータ蓄積装置が不要になるため、簡単な構成で機能を実現することができる。
【０１２２】
次に本発明の通信装置の適用例として、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated-Continuous Wave）方式のレーダ装置に応用した場合について説明する。図２０はレーダ機能を有する通信装置の構成を示す図である。通信装置１４０は、図２で示した構成と基本的に同じだが、あらたに三角波発振器１４、信号処理部１５を有し、また、出力増幅部１１ｅにＡＭ変調部が含まれる構成をとっている。以下、ＦＭ−ＣＷ方式レーダに関連する箇所を中心に説明する。
【０１２３】
搬送波発振器１１ｃは、搬送波周波数を電圧で制御可能であり、この制御信号を三角波発振器１４により発生させ、出力増幅部１１ｅで搬送波を増幅して送信アンテナ１１ｆからエアに送出する。エアを伝播して目標物で反射した電波は、受信アンテナ１２ａに入力され、受信増幅部１２ｂで増幅される。
【０１２４】
ミキサ１２ｃでは、出力増幅部１１ｅからの搬送波と、受信した搬送波とをミキシングする。三角波発振器１４によって、搬送波周波数が変動しているため、ミキサ１２ｃに入力される２つの信号の周波数は、空間を往復伝播する時間だけずれて入力される。そして、信号処理部１５でミキサ１２ｃの出力信号を周波数解析することによって、通信装置１４０と目標物との間の距離が測定できる。
【０１２５】
図２１はＦＭ−ＣＷ方式レーダの距離測定の概念を示す図である。グラフＧ１の縦軸は周波数、横軸は時間であり、グラフＧ２の縦軸は差周波数、横軸は時間である。なお、簡単な例として、通信装置１４０と目標物との距離が一定の場合（ドップラ効果による周波数シフトがない場合）について説明する。
【０１２６】
送信波（送信搬送波）は常に時間軸上で周期２Ｔで最大周波数偏差Δｆで三角波状に周波数変調されている（グラフＧ１の太線）。目標までの距離をｄとすると、受信波（目標物からの反射波）は、τ＝２ｄ／ｃ（ｃは電波速度：ｃ＝３×１０8ｍ／ｓ）時間だけ前に送信された信号（異なった周波数）となり、ドップラシフトが起こらない場合には受信波はグラフＧ１の細線で示す信号となる。
【０１２７】
この受信信号（過去の送信波）と現在送信している信号をミキシングして得られる、グラフＧ１、Ｇ２に示す差周波数ｆ０は、Δｆ：Ｔ＝ｆ０：τの関係から、ｆ０＝τ＊（Δｆ／Ｔ）となり、これから、ｄ＝（ｃ／２）＊（Ｔ／Δｆ）＊ｆ０として距離ｄが求まる。
【０１２８】
一方、図２０の通信装置１４０の通信機能のうち送信系については、搬送波発振器１１ｃの信号を出力増幅部１１ｅで所定振幅に増幅する際に振幅変調し、エアに送出する。図２ではＡＭ変調部と出力増幅部は別個にしたが、図２０のように両者を出力増幅部１１ｅが兼ねる構成も可能である。出力増幅部１１ｅで変調に使用する副搬送波は、上述したように、副搬送波発振器１１ａの出力を通信制御部１３が生成するディジタルデータによって副搬送波変調部１１ｂで変調することによって得られる。また、受信系は、ミキサ１２ｃの出力信号を復調部１２ｄでデータに戻し、通信制御部１３に入力することで実現する。
【０１２９】
（付記１）  無線通信を行う通信システムにおいて、
副搬送波をデータによって変調した副搬送波信号で搬送波を変調して、情報成分を含む高周波信号を生成して送信するマスタ送信部を含む同報発信通信装置と、
他装置の搬送波の周波数と異なる値の搬送波を送信するスレーブ送信部と、相互変調信号を受信して自己の搬送波でミキシングして検波し、抽出した副搬送波信号を復調してデータを取得する受信部と、から構成される同報受信通信装置と、
前記同報発信通信装置からの高周波信号及び前記同報受信通信装置からの搬送波を受信し、増幅過程で非線形性を持たせて前記相互変調信号を発生して送信するトランスポンダと、
を有することを特徴とする通信システム。
【０１３０】
（付記２）  前記同報発信通信装置の副搬送波の周波数と、前記同報受信通信装置がデータを取得する際に用いる副搬送波の周波数とは同一の値であることを特徴とする付記１記載の通信システム。
【０１３１】
（付記３）  無線通信を行う通信システムにおいて、
第１の副搬送波を上りデータによって変調した第１の副搬送波信号で搬送波を変調して上り高周波信号を生成して送信する端末側送信部と、下り高周波信号を受信して搬送波でミキシングして検波し、抽出した第２の副搬送波信号を復調して下りデータを取得する端末側受信部と、から構成される通信装置と、
前記通信装置が送信に用いた第１の副搬送波とは異なる周波数の第２の副搬送波を、下りデータによって変調した第２の副搬送波信号で、前記通信装置から送信された上り高周波信号を変調して下り高周波信号を生成して送信する局側送信部と、上り高周波信号を受信して検波し、抽出した第１の副搬送波信号を復調して、上りデータを取得する局側受信部と、から構成されるトランスポンダと、
を有することを特徴とする通信システム。
【０１３２】
（付記４）  無線通信を行う通信システムにおいて、
副搬送波をデータによって変調した副搬送波信号で搬送波を変調して高周波信号を生成して送信する端末側送信部と、相互変調信号を受信して搬送波でミキシングして検波し、通信対象の装置が送信した副搬送波信号を復調して、通信対象の装置のデータを取得する端末側受信部と、から構成されて、装置毎に搬送波と副搬送波の周波数が異なる複数の通信装置と、
複数の高周波信号を受信し、増幅過程で非線形性を持たせて前記相互変調信号を発生して送信するトランスポンダと、
を有することを特徴とする通信システム。
【０１３３】
（付記５）  無線通信を行う通信システムにおいて、
搬送波を送信する端末側送信部と、複数の高周波信号が重畳した信号を受信して搬送波でミキシングして検波し、通信対象の装置が送信時に用いた副搬送波信号を復調して、通信対象の装置のデータを取得する端末側受信部と、から構成される通信装置と、
データによって変調された副搬送波信号で、前記通信装置から送信された搬送波を変調して高周波信号を生成する局側送信部を含み、装置毎に副搬送波の周波数が異なる複数のトランスポンダと、
を有することを特徴とする通信システム。
【０１３４】
（付記６）  無線通信を行う通信システムにおいて、
周波数変化パターンにもとづいて副搬送波の周波数を切り替え、副搬送波をデータによって変調した副搬送波信号で搬送波を変調して高周波信号を生成して送信する端末側送信部と、対向装置からの高周波信号を受信して搬送波でミキシングして検波し、抽出した副搬送波信号を復調して、データを取得する端末側受信部と、から構成される通信装置と、
周波数変化パターンにもとづいて副搬送波の周波数を切り替え、副搬送波をデータによって変調した副搬送波信号で、前記通信装置から送信された搬送波を変調して高周波信号を生成して送信する局側送信部と、前記通信装置からの高周波信号を受信して検波し、抽出した副搬送波信号を復調して、データを取得する局側受信部と、から構成されるトランスポンダと、
を有することを特徴とする通信システム。
【０１３５】
（付記７）  前記端末側送信部は、送信側疑似乱数発生器を有し、疑似乱数を連続して変化させて周波数変化パターンを設定し、前記端末側受信部は、受信側疑似乱数発生器を有し、前記トランスポンダと同期がとれていない場合は前記受信側疑似乱数発生器を停止し、前記トランスポンダの副搬送波と自己の副搬送波の周波数が一致して復調した際に取得したデータを契機に、前記受信側疑似乱数発生器を起動して前記トランスポンダとの同期を確立することを特徴とする付記６記載の通信システム。
【０１３６】
（付記８）  前記局側送信部は、送信側疑似乱数発生器を有し、疑似乱数を連続して変化させて周波数変化パターンを設定し、前記局側受信部は、受信側疑似乱数発生器を有し、前記通信装置と同期がとれていない場合は前記受信側疑似乱数発生器を停止し、前記通信装置の副搬送波と自己の副搬送波の周波数が一致して復調した際に取得したデータを契機に、前記受信側疑似乱数発生器を起動して前記通信装置との同期を確立することを特徴とする付記６記載の通信システム。
【０１３７】
（付記９）  移動物体の衝突回避を行う衝突回避システムにおいて、
副搬送波を移動情報のデータによって変調した副搬送波信号で搬送波を変調して高周波信号を生成して送信する端末側送信部と、相互変調信号を受信して搬送波でミキシングして検波し、通信対象の装置が送信した副搬送波信号を復調して、衝突の危険性のある移動物体の移動情報を取得する端末側受信部と、から構成され、移動物体に搭載されて、装置毎に搬送波と副搬送波の周波数が異なる複数の通信装置と、
移動物体の衝突の危険性のある領域に設置され、複数の高周波信号を受信し、増幅過程で非線形性を持たせて前記相互変調信号を発生して送信するトランスポンダと、
を有することを特徴とする衝突回避システム。
【０１３８】
（付記１０）  目標物を検知し無線通信を行う通信装置において、
通信時には、副搬送波をデータによって変調した副搬送波信号で搬送波を変調して高周波信号を生成して送信し、レーダ制御時には、搬送波を三角波状に変調した送信波を出力する端末側送信部と、
通信時には、受信信号を搬送波でミキシングして検波し、通信対象の装置が送信した副搬送波信号を復調して、通信対象の装置のデータを取得し、レーダ制御時には、目標物で送信波が反射されて戻ってきた受信波と、送信波とをミキシングし、差周波数から目標物までの距離を測定する端末側受信部と、
を有することを特徴とする通信装置。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
なお、上記では副搬送波の周波数を切り替えて秘匿性を持たせた通信を行うシステムを第５の実施の形態として独立に設けたが、第１の実施の形態〜第４の実施の形態に対しても、副搬送波の周波数を周波数パターンにもとづいて同様に切り替えることにより、秘匿性を有する通信を行うことが可能になる。
【０１４０】
また、上記では、本発明の通信システムをＩＴＳ（高度道路交通システム）に応用した例を中心に説明したが、本発明はＩＴＳに限らず、ミリ波帯などの高周波領域の近中距離の無線通信システムとして、多様な分野に幅広く適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の通信システムの原理図である。
【図２】自励通信装置の構成を示す図である。
【図３】トランスポンダの構成を示す図である。
【図４】高周波信号、搬送波、相互変調信号の周波数配置イメージを示す図である。
【図５】トランスポンダの増幅部の出力波形を示す図である。
【図６】トランスポンダの増幅部の出力波形を示す図である。
【図７】第２の実施の形態の通信システムの原理図である。
【図８】トランスポンダの構成を示す図である。
【図９】上り高周波信号、下り高周波信号の周波数配置イメージを示す図である。
【図１０】車車間通信を示す図である。
【図１１】第３の実施の形態の通信システムの原理図である。
【図１２】高周波信号、相互変調信号の周波数配置イメージを示す図である。
【図１３】第４の実施の形態の通信システムの原理図である。
【図１４】高周波信号、重畳信号の周波数配置イメージを示す図である。
【図１５】第５の実施の形態の通信システムの原理図である。
【図１６】自励通信装置の構成を示す図である。
【図１７】トランスポンダの構成を示す図である。
【図１８】高周波信号の周波数配置イメージを示す図である。
【図１９】衝突回避システムの構成を示す図である。
【図２０】レーダ機能を有する通信装置の構成を示す図である。
【図２１】ＦＭ−ＣＷ方式レーダの距離測定の概念を示す図である。
【図２２】トランスポンダ通信方式の概要を示す図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１−１  通信システム
１０ｍ  同報発信通信装置
１１ｍ  マスタ送信部
１０ｓ−１〜１０ｓ−ｎ  同報受信通信装置
１１ｓ  スレーブ送信部
１２ｓ  スレーブ受信部
２０−１  トランスポンダ
ｆｃ０、ｆｃ１  搬送波
ｆｓ１  副搬送波
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2005109759.tif 000023
【図１７】
2005109759.tif 000024
【図１８】
2005109759.tif 000025
【図１９】
2005109759.tif 000026
【図２０】
2005109759.tif 000027
【図２１】
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【図２２】
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