(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号のデューティを可変する第１および第２のデューティ調整回路と、
データ信号と第１のデューティ調整回路を通過したクロック信号との論理積を施す第１のＡＮＤ回路と、
第１のＡＮＤ回路出力信号と第２のデューティ調整回路の出力反転を通過したクロック信号との論理積を施し、パルス信号を生成する第２のＡＮＤ回路と、
を備えることを特徴とする無線送信装置。
【請求項２】
前記パルス信号から使用周波数帯域のＲＦ信号を抽出するバンドパスフィルタを更に有することを特徴とする請求項１に記載の無線送信装置。
【請求項３】
前記ＲＦ信号を規定の電力まで増幅する送信アンプを更に有することを特徴とする請求項２に記載の無線送信装置。
【請求項４】
前記第１のデューティ調整回路、または、前記第２のデューティ調整回路により、クロック信号のデューティを調整して、パルス信号のパルス幅を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線送信回路。
【請求項５】
第１の差動回路と、
該第１の差動回路から出力された差動制御信号によって、流れる電流を調整して、第１の差動回路の差動出力信号間にオフセットを作り出すオフセット回路と、
オフセットの生じた差動信号を増幅して、所望のデューティを得る第２の差動回路と、を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線 送信回路。
【請求項６】
信号のデューティを可変するデューティ調整回路と、
データ信号とクロック信号との論理積を施す第１のＡＮＤ回路と、
第１のＡＮＤ回路出力信号とデューティ調整回路を通過したクロック信号の出力反転信号との論理積を施し、パルス信号を生成する第２のＡＮＤ回路と、
を備え、
該第１のＡＮＤ回路の遅延時間は、デューティ調整回路の遅延時間よりも長いことを特徴とする無線送信装置。
【請求項７】
前記パルス信号から使用周波数帯域のＲＦ信号を抽出するバンドパスフィルタを更に有することを特徴とする請求項６に記載の無線送信装置。
【請求項８】
前記ＲＦ信号を規定の電力まで増幅する送信アンプを更に有することを特徴とする請求項７に記載の無線送信装置。
【請求項９】
前記デューティ調整回路により、クロック信号のデューティを調整して、パルス信号のパルス幅を制御することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の無線送信回路。
【請求項１０】
ベースバンド信号を生成するベースバンド信号生成手段と、
該ベースバンド信号をパルス列に変換する、請求項１〜９のいずれかに記載の無線送信装置と、
生成されたパルス列の帯域を制限する第１のバンドパスフィルタと、
該バンドパスフィルタを通ったパルス列を増幅する送信アンプと、
アンテナから受け取った信号を増幅する受信アンプと、
該送信アンプからのパルス列をアンテナに送信するか、アンテナから受け取った信号を該受信アンプに送信するかを切り替えるスイッチと、
該受信アンプを通った信号の帯域を制限する第２のバンドパスフィルタと、
該第２のバンドパスフィルタを通った信号を検波する検波手段と、
該検波された信号からベースバンド信号を再生する再生手段と、
を備えることを特徴とする無線伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスを用いた信号を送信するインパルス無線送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インパルス方式による無線送信装置は、マイクロ波帯、準ミリ波帯ＵＷＢをはじめとする超広帯域無線伝送システムに利用されている。
図９は、インパルス無線伝送装置のブロック構成図である。
【０００３】
ベースバンド信号生成器１０から出力されたベースバンド信号は、インパルス発生器１１によってインパルスに変換され、バンドパスフィルタ１２によって帯域制限され、波束にされた後、送信アンプ１３によって増幅されて、送受切替スイッチ（ＲＦスイッチ）１４を介して、アンテナ１５から送信される。アンテナ１５によって受信された信号は、送受切替スイッチ１４を通って、受信アンプ１６によって増幅される。そして、バンドパスフィルタ１７によって帯域制限され、検波器１８によって検波されて、ベースバンド信号再生器１９によって、ベースバンド信号が再生される。図９に示される方式では、波束のある場合が、信号の１で、波束のない場合が、信号の０を表すとしている。
【０００４】
図９に示すように、インパルス方式は、狭帯域通信方式と比較して、発振器やミキサが不要でＲＦ部の構成が簡素・低コストとなる特徴を有し、広帯域を利用できるミリ波帯においては１０Ｇｂｐｓを超える広帯域無線伝送の実現が期待されている。
【０００５】
インパルス無線伝送装置における送信装置の従来構成を図１０（ａ）に示す。これは、特許文献１で公開された構成である。図１０（ｂ）のタイムチャートにその動作を示す。この従来構成では、クロック信号を遅延しＸＯＲ回路で生成した矩形波信号（インパルス信号）を送信信号生成部に印加し、データ信号で変調して送信信号として出力する。送信信号生成部には、データ信号によりRFパルス信号をＯＮ／ＯＦＦするためのＲＦスイッチ（図中記号３５）が用いられる。インパルス無線伝送装置の使用する周波数帯がマイクロ波帯程度であれば問題は小さいが、３０ＧＨｚを超えるミリ波帯ともなると、ＲＦスイッチに対して広帯域・高速スイッチ特性が求められる。ところが、広帯域・高速ＲＦスイッチは大変高価な上、サイズも大きいため、送信装置が大型化し製造コストも高くつくという問題がある。
【特許文献１】特開２００６−３０３７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、ＲＦスイッチを不要とし、小型、低コスト化を可能とするインパルス無線送信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面におけるインパルス無線送信装置は、信号のデューティを可変する第１および第２のデューティ調整回路と、データ信号と第１のデューティ調整回路を通過したクロック信号との論理積を施す第１のＡＮＤ回路と、第１のＡＮＤ回路出力信号と第２のデューティ調整回路を通過したクロック信号との論理積を施し、所望のパルス幅をもち、且つ、データ信号系列と全く同調したインパルス信号を生成する第２のＡＮＤ回路と、該インパルス信号から使用周波数帯域のＲＦ信号を抽出するバンドパスフィルタと、該ＲＦ信号を規定の電力まで増幅する送信アンプとを備える。
【０００８】
本発明の第２の側面におけるインパルス無線送信装置は、信号のデューティを可変するデューティ調整回路と、データ信号とクロック信号との論理積を施す第１のＡＮＤ回路と、第１のＡＮＤ回路出力信号とデューティ調整回路を通過したクロック信号との論理積を施し、所望のパルス幅をもち、且つ、データ信号系列と全く同調したインパルス信号を生成する第２のＡＮＤ回路と、該インパルス信号から使用周波数帯域のＲＦ信号を抽出するバンドパスフィルタと、該ＲＦ信号を規定の電力まで増幅する送信アンプとを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるインパルス方式無線伝送装置は、従来回路より小型で低消費電力であり、かつ、高い信号品質を実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に、本発明の第１の実施形態によるインパルス無線送信装置を示す。図２には、第１の実施形態のタイムチャートを示す。
主として、第１のＡＮＤ回路Ａ１および第２のＡＮＤ回路Ａ２、第１のデューティ調整回路Ｄ１および第２のデューティ調整回路Ｄ２、バンドパスフィルタ２５、送信アンプ２６で構成される。クロック信号Ｂをデューティ調整回路Ｄ１、Ｄ２に入力し、デューティ調整回路Ｄ２の出力は論理反転して、互いにデューティ比の異なる２種類のクロック信号ＣおよびＥを生成する。図２においては、回路による遅延時間も考慮して示してある。ＡＮＤ回路Ａ１では、生成したクロック信号Ｃとデータ信号Ａの論理積を出力する。次に、ＡＮＤ回路Ａ１の出力信号Ｄとクロック信号ＥをＡＮＤ回路Ａ２に加えて論理積をとり、信号ＤとＥのオーバラップした部分にインパルス信号を生成する。こうして生成したインパルス信号をバンドパスフィルタ２５に通し、ＲＦ成分を抽出した後に、送信アンプ２６で増幅し、アンテナを通して空中に放射する。本発明の実施形態では、データ信号とクロック信号との合成信号（論理積信号）をＡＮＤ回路Ａ１で生成し、更に、合成信号とクロック信号との論理積をとってインパルス信号を生成する。このため、従来回路で必要だったＲＦスイッチが不要となる。本発明の構成では、原理的にはデューティ調整回路なしでもインパルスを生成可能だが、その場合のインパルス信号の幅は、ＡＮＤ回路Ａ１の伝搬遅延時間で規定される。インパルス無線装置では、使用する周波数帯により必要なパルス幅が異なり、ミリ波帯を利用する場合にはＡＮＤ回路Ａ１の伝搬遅延時間よりも短いパルスが必要になることもある。そのため、デューティ調整回路Ｄ１、Ｄ２を用いてパルス幅をコントロールできる図１の構成が好ましい。
【００１１】
図３は、本発明の第１の実施形態におけるＡＮＤ回路の一実施例を示す図である。
図３は、トランジスタを用いた差動型回路の構成である。
入力は、信号Ａ、Ａ（バー）、Ｂ、Ｂ（バー）である。信号Ａ、Ａ（バー）は、２つで差動入力を示している。同じく、信号Ｂ、Ｂ（バー）は、２つで差動入力を示している。信号Ａは、トランジスタＴｒ５に印加され、信号Ａ(バー）は、トランジスタＴｒ６に印加される。信号Ｂは、トランジスタＴｒ４に印加され、信号Ｂ(バー）は、トランジスタＴｒ１に印加される。図３の回路は、信号Ａと信号ＢのＡＮＤをとる回路である。出力は、信号Ｑ、Ｑ（バー）であり、信号ＡとＢのＡＮＤとなっている。
【００１２】
図４は、デューティ調整回路の実施例を示している。
図４（ａ）において、第１の差動回路３０および第２の差動回路３１、ＡＣ結合コンデンサ３２、バイアス回路３３で構成され、差動制御信号Ｃ、Ｃ（バー）によってバイアス回路３３を流れる電流を調整して、第１の差動回路３０の差動出力信号間にオフセットを作り出し、第２の差動回路３１により、オフセットの生じた差動信号を増幅して、所望のデューティを得る。クロック信号が単一周波数であることを利用して、ＡＣ結合３２としている。
【００１３】
図４（ｂ）において、ＩＮの信号の差動入力のそれぞれにバイアスＣを加えることにより、信号ＡとＡ(バー）が互いに相手をクロスする点を変化させることにより、ＯＵＴの波形の閾値をクロスする点を変化させて、デューティを変えている。図４の場合、Ｃがhighの場合、デューティが減少する。
【００１４】
図５は、第１の発明実施形態の動作をシミュレーションした結果である。
ＲＦスイッチを除去でき、小型、低コストが実現できるのに加え、出力インパルスがデータの影響を受けないためジッタがほとんどなく、高品質性も得られることが分かる。出力パルスは、半値幅が６ｐｓであり、振幅が１．１４Ｖであり、時間ジッタが０．１４ｐｓであり、振幅ジッタが１０ｍＶより小さくなっており、品質の良いパルスが出来ていることがわかる。
【００１５】
図６は、デューティ調整回路をＣＭＯＳで構成した例である。
制御信号Ｃｎ（ｎ＝１、．．．、ｎ）でｐ−ｃｈ負荷、ｎ−ｃｈドライバとして作用する、並列に設けられたＭＯＳトランジスタ数を離散的に変化させ、ｐ−ｃｈ負荷の数とｎ−ｃｈドライバの数を変えることにより、回路の信号の正負変化位置を変化させることで、デューティを調整する回路となっている。すなわち、ｐ−ｃｈ負荷のトランジスタの数がｎ−ｃｈドライバの数より多いと、出力信号は、正の信号部分が大きくなり、信号全体が正の方向に移動する。逆の場合は、出力信号は、負の信号部分が大きくなり、信号全体が負の方向に移動する。これにより、閾値が信号をクロスする部分の位置が異なることになり、矩形波を生成した場合に、デューティを可変するようになる。
【００１６】
図７及び図８は、本発明の第２の実施形態を示す図である。
図８のタイムチャートにおいては、回路の遅延も考慮した図としている。図７において、本データ変調機能付きインパルス発生器は、デューティ調整回路Ｄ３と、ＡＮＤ回路Ａ１、Ａ２、バンドパスフィルタ２５、アンプ２６からなっている。図８に示されるように、データＡとクロックＢとの論理積で信号Ｄを生成し、クロックＢのデューティを可変し、論理を反転することで、信号Ｅを生成し、信号ＤとＥの論理積を取ることによって、信号ＤとＥのオーバラップ部分でパルスＦを生成する。パルスＦをバンドパスフィルタ２５で帯域制限することで、インパルス信号Ｇを生成し、アンプ２６で増幅して、送信する。パルス幅の調整は、デューティ調整回路Ｄ３におけるデューティの調整によって行なう。図１の場合とは異なり、デューティ調整回路が１つになっているため、パルス幅の調整範囲は制限されるが、図７の構成でも、所望の効果は実現できる。
本発明の実施形態により、インパルス無線送信装置の小型化、低コスト化、低消費電力化が可能になると同時に、送信信号の高品質化が可能になる。
【００１７】
上記実施形態以外に、以下の付記を開示する。
（付記１）
信号のデューティを可変する第１および第２のデューティ調整回路と、
データ信号と第１のデューティ調整回路を通過したクロック信号との論理積を施す第１のＡＮＤ回路と、
第１のＡＮＤ回路出力信号と第２のデューティ調整回路の出力反転を通過したクロック信号との論理積を施し、パルス信号を生成する第２のＡＮＤ回路と、
を備えることを特徴とする無線送信装置。
（付記２）
前記パルス信号から使用周波数帯域のＲＦ信号を抽出するバンドパスフィルタを更に有することを特徴とする付記１に記載の無線送信装置。
（付記３）
前記ＲＦ信号を規定の電力まで増幅する送信アンプを更に有することを特徴とする付記２に記載の無線送信装置。
（付記４）
前記第１のデューティ調整回路、または、前記第２のデューティ調整回路により、クロック信号のデューティを調整して、パルス信号のパルス幅を制御することを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の無線送信装置。
（付記５）
第１の差動回路と、
該第１の差動回路から出力された差動制御信号によって、流れる電流を調整して、第１の差動回路の差動出力信号間にオフセットを作り出すオフセット回路と、
オフセットの生じた差動信号を増幅して、所望のデューティを得る第２の差動回路と、を更に備えることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の無線送信装置。
（付記６）
信号のデューティを可変するデューティ調整回路と、
データ信号とクロック信号との論理積を施す第１のＡＮＤ回路と、
第１のＡＮＤ回路出力信号とデューティ調整回路を通過したクロック信号との論理積を施し、パルス信号を生成する第２のＡＮＤ回路と、
を備えることを特徴とする無線送信装置。
（付記７）
前記パルス信号から使用周波数帯域のＲＦ信号を抽出するバンドパスフィルタを更に有することを特徴とする付記６に記載の無線送信装置。
（付記８）
前記ＲＦ信号を規定の電力まで増幅する送信アンプを更に有することを特徴とする付記７に記載の無線送信装置。
（付記９）
前記デューティ調整回路により、クロック信号のデューティを調整して、パルス信号のパルス幅を制御することを特徴とする付記６〜８のいずれか１項に記載の無線送信装置。（付記１０）
第１の差動回路と、
該第１の差動回路から出力された差動制御信号によって、流れる電流を調整して、第１の差動回路の差動出力信号間にオフセットを作り出すオフセット回路と、
オフセットの生じた差動信号を増幅して、所望のデューティを得る第２の差動回路と、を更に備えることを特徴とする付記６〜９のいずれか１項に記載の無線送信装置。
（付記１１）
前記デューティ調整回路は、
差動入力を受け付け、差動出力を出力する第１の差動トランジスタ対と、
該第１の差動トランジスタ対の差動出力のそれぞれに独立にバイアスを与えるバイアス手段と、
該バイアス手段によってバイアスが与えられた該第１の差動トランジスタの出力を受け付け、差動出力を出力する第２の差動トランジスタ対と、
を備えることを特徴とする付記１に記載の無線送信装置。
（付記１２）
前記デューティ調整回路は、
ゲートに入力信号が印加され、ソースが出力端子に接続された複数のトランジスタを並列に接続したＰチャネルトランジスタ群と、
ゲートに入力信号が印加され、ドレインが出力端子に接続された複数のトランジスタを並列に接続したＮチャネルトランジスタ群と、
を備えることを特徴とする付記１に記載の無線送信装置。
（付記１３）
ベースバンド信号を生成するベースバンド信号生成手段と、
該ベースバンド信号をパルス列に変換する、付記１〜１２のいずれかに記載の無線送信装置と、
生成されたパルス列の帯域を制限する第１のバンドパスフィルタと、
該バンドパスフィルタを通ったパルス列を増幅する送信アンプと、
アンテナから受け取った信号を増幅する受信アンプと、
該送信アンプからのパルス列をアンテナに送信するか、アンテナから受け取った信号を該受信アンプに送信するかを切り替えるスイッチと、
該受信アンプを通った信号の帯域を制限する第２のバンドパスフィルタと、
該第２のバンドパスフィルタを通った信号を検波する検波手段と、
該検波された信号からベースバンド信号を再生する再生手段と、
を備えることを特徴とする無線伝送装置。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態によるインパルス無線送信装置を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のタイムチャートを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるＡＮＤ回路の一実施例を示す図である。
【図４】デューティ調整回路の実施例を示している。
【図５】第１の発明実施形態の動作をシミュレーションした結果である。
【図６】デューティ調整回路をＣＭＯＳで構成した例である。
【図７】本発明の第２の実施形態を示す図（その１）である。
【図８】本発明の第２の実施形態を示す図（その２）である。
【図９】インパルス無線伝送装置のブロック構成図である。
【図１０】インパルス無線伝送装置における送信装置の従来構成図及びタイムチャートである。
【符号の説明】
【００１９】
１０      ベースバンド信号生成器
１１      インパルス発生器
１２      バンドパスフィルタ
１３      送信アンプ
１４      送受切替スイッチ
１５      アンテナ
１６      受信アンプ
１７      バンドパスフィルタ
１８      検波器
１９      ベースバンド信号再生器
２５      バンドパスフィルタ
２６      アンプ
【図１】
0004523653.tif 000002
【図２】
0004523653.tif 000003
【図３】
0004523653.tif 000004
【図４】
0004523653.tif 000005
【図５】
0004523653.tif 000006
【図６】
0004523653.tif 000007
【図７】
0004523653.tif 000008
【図８】
0004523653.tif 000009
【図９】
0004523653.tif 000010
【図１０】
0004523653.tif 000011