(57)【要約】【課題】干渉が予想される環境下で、最適な通信を実現するシステムを提供する。【解決手段】単一チャンネルを用いてウルトラワイドバンドインパルス信号によって通信をする無線通信装置であって、前記信号を送信可能な周波数帯域内に他のシステムによって送信された信号を検出し、前記信号が検出された帯域を回避した送信帯域を定め、前記定められた送信帯域内に送信信号が収まるように、前記チャンネルの帯域幅を制御する。【選択図】図１
2007318325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一チャンネルを用いてウルトラワイドバンドインパルス信号によって通信をする無線通信装置であって、
前記信号を送信可能な周波数帯域内で他のシステムによって送信された信号を検出し、
前記信号が検出された帯域を回避した送信帯域を定め、
前記定められた送信帯域内に送信信号が収まるように、前記チャンネルの帯域幅を制御することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御されたチャンネルの帯域幅で所望の要求精度を満足できるか否かを判定し、
前記要求精度を満足できる帯域幅が確保できなければ、複数回の測位を実行することを特徴とする無線通信装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記無線通信装置から前回送信した信号の帯域と同じ帯域で信号を送信可能か否かを判定し、
前回の帯域と同じ帯域で信号を送信できなければ、最も低い中心周波数又は最も広い帯域幅を選択することによって、要求される仕様に対応するように、前記チャンネルの帯域幅を制御することを特徴とする無線通信装置。
【請求項４】
単一チャンネルを用いてウルトラワイドバンドインパルス信号によって通信をする無線通信装置であって、
前記信号を送信可能な周波数帯域内に他のシステムによって送信された信号を検出する検出部と、
前記信号が検出された周波数帯域に基づいて、信号を送信する方法を判断する判断部と、
前記判断部によって判断された送信方式によって帯域が制限されたウルトラワイドバンドインパルス信号を生成する送信部と、を備え、
前記無線通信装置は、前記他のシステムへの干渉を避けるように、前記制限された帯域幅の前記チャンネルで信号を送信することを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
請求項４において、
さらに、ウルトラワイドバンドインパルス信号を受信し、前記受信した信号に基づいて、当該受信中の信号を受信する特性を制御する受信部を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項６】
請求項４において、
さらに、前記送信部が送信した信号に基づいて、ウルトラワイドバンドインパルス信号を受信する特性を制御する受信部を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記送信部が送信した信号は、送信側の無線通信装置と受信側の無線通信装置の間の通信状態に関するデータを含むこと特徴とする無線通信装置。
【請求項８】
請求項４において、
さらに、ウルトラワイドバンドインパルス信号を受信する受信部を備え、
さらに、前記信号の受信前に、前記検出部及び前記受信部の少なくとも一つによって検出された信号に基づいて、ウルトラワイドバンドインパルス信号を受信する特性を制御する受信部を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項９】
請求項４において、
前記干渉を避けるべき他のシステムが検出されたときに、送信方式を判断するアルゴリズムを格納する記憶部を備え、
送信側及び受信側の無線通信装置は、前記記憶部に格納された同じアルゴリズムによって、前記干渉を避けるべき他のシステムが検出されたときに、送信方式を判断することを特徴とする無線通信装置。
【請求項１０】
請求項４において、
前記判断部は、要求される通信性能、測位性能、送信側及び受信側の無線通信装置の性能、送信パケットの種類、及び送信するデータの内容の少なくとも一つに基づいて、送信方式を判断することを特徴とする無線通信装置。
【請求項１１】
複数の無線通信装置を備え、単一チャンネルを用いたウルトラワイドバンドインパルス信号によって通信をする無線通信システムであって、
前記無線通信装置は、
前記信号を送信可能な周波数帯域内に他のシステムによって送信された信号を検出し、
前記信号が検出された帯域を回避した送信帯域を定め、
前記定められた送信帯域内に送信信号が収まるように、前記チャンネルの帯域幅を制御することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記無線通信装置は、ウルトラワイドバンドインパルス信号を受信し、前記受信した信号に基づいて、当該受信中の信号を受信する特性を制御することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記無線通信装置は、前記送信部が送信した信号に基づいて、ウルトラワイドバンドインパルス信号を受信する特性を制御することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記送信部が送信した信号は、送信側の無線通信装置と受信側の無線通信装置の間の通信状態に関するデータを含むこと特徴とする無線通信システム。
【請求項１５】
請求項１１において、
前記無線通信装置は、さらに、ウルトラワイドバンドインパルス信号を受信する受信部を備え、前記信号の受信前に、前記検出部及び前記受信部の少なくとも一つによって検出された信号に基づいて、ウルトラワイドバンドインパルス信号を受信する特性を制御することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１６】
請求項１１において、
前記無線通信装置は、前記干渉を避けるべき他のシステムが検出されたときに、前記チャンネルの帯域幅を制御するアルゴリズムを格納し、
送信側及び受信側の無線通信装置は、前記格納された同じアルゴリズムによって、前記干渉を避けるべき他のシステムが検出されたときに、前記チャンネルの帯域幅を制御することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１７】
請求項１１において、
前記無線通信装置は、要求される通信性能、測位性能、送信側及び受信側の無線通信装置の性能、送信パケットの種類、及び送信するデータの内容の少なくとも一つに基づいて、前記チャンネルの帯域幅を制御す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、パルス列を伝送信号として用いる無線通信装置に関し、特に、他無線通信システムとの干渉を低減し、システムの通信性能を改善する無線通信装置及び無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ウルトラワイドバンド・インパルスラジオ（以下、ＵＷＢ−ＩＲと略す）通信システムではパルス信号を用いて通信する。非特許文献１は、ガウシアンモノパルスをＰＰＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方法で変調した通信システムを開示している。これらのパルス列を用いた通信方式は、通常の連続波を用いた信号伝送とは異なり、断続的なエネルギー信号の送受信によって情報を伝送する。このようなパルス列を構成するパルスのパルス幅が非常に狭いとき、その信号スペクトラムは通常の連続波を用いた通信に比べ周波数帯域が広く、信号のエネルギーは広帯域に分散される。
【０００３】
その結果、単位周波あたりの信号エネルギーは微小となり、他の通信システムと干渉することなく通信が可能となることから、複数のシステムで周波数を共用できる。この超広帯域通信（ＵＷＢ）システムは、米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）においては、３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚの周波数帯で、−４１．３ｄＢｍ／ＭＨｚと非常に低い送信電力で認可されている。また、日本等の各国においても、広帯域で低電力な通信システムとして、認可されようとしている。
【０００４】
このようなＵＷＢ−ＩＲ通信の一次変調には、２値の位相変調ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ    Ｋｅｙｉｎｇ）や、送信するパルス時間の位置を時間的にシフトするＰＰＭ変調等がある。また、二次変調として符号拡散が広く用いられ、一つの送信データは、符号拡散によって、複数のパルス列で表される。
【０００５】
次に、従来の直接拡散を用いたＢＰＳＫ変調型のＵＷＢ−ＩＲ送信装置について説明する。このような直接拡散型ＵＷＢ−ＩＲ送信機は、例えば、特許文献１に詳しく開示されている。また、ＰＰＭ変調型ＵＷＢ送信機は、特許文献２に詳しく開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３３５１８９号公報
【特許文献２】特表平１０−５０８７２５号公報
【非特許文献１】Moe Z. Win他，"Impulse radio: how it works"，IEEE Communications Letters，Volume 2 No. 1，１９９８年１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の直接拡散を用いたＢＰＳＫ変調型ＵＷＢ−ＩＲ送信装置は以下の構成を備える。
【０００７】
情報ソースは情報を送信データとして乗算器に出力する。拡散符号生成部は、ＰＮ（ｐｓｅｕｄｏ−ｒａｎｄｏｍ  ｎｏｉｓｅ）系列などの拡散符号系列を乗算器に出力する。拡散符号生成部から出力される拡散符号系列は、情報ソースが送信データを生成するレートより高速なレートによって生成される。
【０００８】
乗算器は、情報ソースから出力された送信データと拡散符号系列生成部によって生成された拡散符号系列とを乗算することによって、送信データを拡散して、拡散データ列を生成する。生成された拡散データ列は、パルス生成部に入力される。
【０００９】
パルス生成部は、乗算部から出力された拡散データ列に対応した送信パルス列を生成する。このとき拡散データ列の値に応じて、出力されるパルス列を構成するパルスの極性を反転させる。パルス生成部で生成されたパルス列は、ＲＦフロントエンドによって周波数変換、増幅及び帯域制限等の高周波信号処理がされて送信信号に変換される。ＲＦフロントエンド部は、例えば、電力増幅器、ローカル発振器及びミキサを備える。
【００１０】
そして、変換された高周波信号は、アンテナから送信される。
【００１１】
米国ＦＣＣは、以上説明したＵＷＢ−ＩＲをはじめＵＷＢ無線通信システムの利用を許認可し、各国でもそれを契機にＵＷＢに対する周波数の割り当てが始まった。現在日本で議論されているＵＷＢの許認可スペクトル案を図１７に示す。図１７のグラフの縦軸のＥＩＲＰ（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｒａｄｉａｔｅｄ  Ｐｏｗｅｒ）は、アンテナゲインを含めた送信電力密度を示す。ＥＩＰＲは、アンテナゲインが０ｄＢｉのとき、アンテナに入力される単位周波数幅あたりの電力（例えば、−４１．３ｄＢｍ／ＭＨｚ）を示す。
【００１２】
日本では情報通信審議会がＵＷＢ利用に関する技術検討をした結果、３．４ＧＨｚ〜４．８ＧＨｚ及び７．２５ＧＨｚ〜１０．２５ＧＨｚの帯域において、ＦＣＣと同じ出力の−４１．３ｄＢｍ／ＭＨｚのＥＩＲＰを法規制案として承認する方向に動いている。但し、既存の他の無線通信システムとの干渉が懸念される帯域３．４ＧＨｚ〜４．８ＧＨｚでは、干渉低減技術（例えば、ＤＡＡ：Ｄｅｔｅｃｔ  Ａｎｄ  Ａｖｏｉｄ）の実装が義務付けられる。
【００１３】
ここで、ＤＡＡとは、他のシステムへ与える干渉を避けるために、ＵＷＢデバイスが信号を送信する前に、信号を送信しようとする帯域で受信した信号を検出し、必要があれば信号を送信する帯域を制限する機能である。これによって、ＵＷＢデバイスが同帯域内で運用する既存の無線システムに影響を与えないことを保障している。
【００１４】
なお、４．２ＧＨｚ〜４．８ＧＨｚにおいては、２００８年１２月末までという時限措置として、干渉低減技術を実装しなくてもよい。このような周波数割当及び電力規制は、他のシステムとの干渉を考慮した規制案であり、そのまま法規制として採用される可能性が高い。
【００１５】
次に、前述した法規制を背景として、実装されるＵＷＢシステムについて説明する。ＵＷＢシステムによって利用される周波数帯は、ＵＷＢシステムの実装及び伝播損失の低減を考慮すると、５ＧＨｚ以下の周波数帯を利用することが望ましい。前述したように、低い周波数帯を利用するＵＷＢシステムは、現行法規制のもとでは、干渉低減技術の実装が必要である。この干渉低減技術は、干渉低減技術のアルゴリズムが適切ではなく、及び干渉低減技術の実装形態が適切でなければ、通信が大きく制限されることが課題である。
【００１６】
これに対して、現在広く利用されている干渉回避技術の例に、無線ＬＡＮ、ＩＥＥＥ８０２．１１などで用いられる「キャリアセンス」がある。キャリアセンスＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）は、パケットの衝突を回避するアルゴリズムであり、多重化方式として広く利用されている。ＣＳＭＡは、信号（パケット）を送信しようとする各無線通信装置が、信号を送信する前に無線チャンネルの使用状況を確認し、他の無線通信装置による信号の送信が確認されたときには、送信を断念するアルゴリズムである。
【００１７】
例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格では、（１）ＩＥＥＥ８０２．１１ａのプリアンブルを検出すれば、無線ＬＡＮシステムを検出したので、自局から信号を送信しない。（２）ＩＥＥＥ８０２．１１ａのプリアンブルを検出できなかったときは、受信電力が−６２ｄＢｍの信号が検出されれば、この周波数が他のシステムによって使用されている可能性があるので、自局からは信号を送信しない、というアルゴリズムによって、送信タイミングを制御している。
【００１８】
ＩＥＥＥ８０２．１１のシステムでは、ＵＷＢシステムのように数ＧＨｚの広帯域を使うシステムと異なり、他システムからの帯域内への信号の混入がそれほど見られず、自システムにおいて同様のアルゴリズムを実装することによってシステムが成立する。逆に、干渉回避アルゴリズムを持たないシステムによる妨害波が帯域内に常時存在すると、このシステムから信号を送信するタイミングが得られず、システムの通信効率が著しく低下する。
【００１９】
帯域回避の観点からは、ＩＥＥＥ８０２．１１システムは、予め設定された複数の固定チャンネルを持つので、チャンネルの切り替えは可能である。但し、無線ネットワークの基点となる基地局が利用するチャンネルは、予め手動によって、基地局毎に設定される。さらに、一旦、チャンネルを設定した後は、チャンネルは動的に変更されない。
【００２０】
ＩＥＥＥ８０２．１１システムでは、２０ＭＨｚ程度の固定帯域幅を持ったチャンネルを切り替える。従って、仮に、チャンネル切り替えのアルゴリズムが基地局に実装されていても、送信系及び受信系は数十ＭＨｚの固定値でローカル発振器及び／又はチャンネルフィルタを制御するのみである。
【００２１】
一方、ＵＷＢ−ＩＲシステムでは、５００ＭＨｚ以上の任意の帯域幅を使用して通信する。そして、送信電力は単位周波数あたりで規定されるため、前記法規制に従うと、広帯域な無線信号ほど送信出力を大きくすることができるので、高い通信性能が期待できる。
【００２２】
さらに、周波数軸で広帯域な信号は、時間軸で短いパルス幅の信号であるため、広帯域な信号ほど位置検出精度が向上する。但し、周波数軸で広帯域なシステムでは、他のシステムとの共存が困難であり、使用できるチャンネル数が制限され、及びアナログ回路に対する仕様が厳しくなるという制約もある。
【００２３】
このようにＵＷＢ−ＩＲシステムでは、システム仕様によって、使用される信号の帯域幅を柔軟に変化させることができる。すなわち、使用される信号の帯域幅に応じた送信機、受信機及びこれらの制御アルゴリズムが必要となる。
【００２４】
そこで、本発明は、法規制へ適用するとともに、干渉が予想される環境下で、最適な通信を実現する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】
【００２５】
本発明の代表的なものの一例を示せば、以下の通りである。すなわち、本発明の無線通信装置は、単一チャンネルを用いてウルトラワイドバンドインパルス信号によって通信をする無線通信装置であって、前記信号を送信可能な周波数帯域内に他のシステムによって送信された信号を検出し、前記信号が検出された帯域を回避した送信帯域を定め、前記定められた送信帯域内に送信信号が収まるように、前記チャンネルの帯域幅を制御することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の無線通信システムは、複数の無線通信装置を備え、単一チャンネルを用いたウルトラワイドバンドインパルス信号によって通信をする無線通信システムであって、無線通信装置が上述のように構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、他のシステムへ与える干渉を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を具現する一例に過ぎない。本発明の具現方法は、本命最初に開示された内容に限定されるものではない。
【００２９】
図１は、本発明における妨害排除の概念の説明図である。
【００３０】
本発明では、図１に示すように、ＵＷＢ−ＩＲシステムをベースとした無線通信装置が送信可能なＵＷＢ信号１０（帯域幅１５）中に、回避すべき無線信号２０が存在している。また、図１は、本発明を適用することによって送信されるＵＷＢ信号３０も図示する。このように、本発明を適用することによって、妨害波２０を適切に回避したＵＷＢ信号３０が送信できる。
【００３１】
（第１実施形態）
図２は、第１の実施形態の無線通信装置の概略の構成を示すブロック図である。
【００３２】
第１の実施の形態の無線通信装置は、受信アンテナ５０、送信アンテナ６０、検出部（ＤＥＴ）１００、判断部（ＪＵＤＧ）１１０、送信部（ＵＷＢ−ＴＸ）１２０及び受信部（ＵＷＢ−ＲＸ）１３０を備える。なお、送信アンテナ５０及び受信アンテナ６０は、後述するように（図３参照）、一つのアンテナで共用してもよい。
【００３３】
検出部１００は、送信要求の発生時に、他の無線通信システムとの干渉を避けるために、所望の送信帯域内の無線通信システムの信号を検出する。判断部１１０は、検出部１００によって検出された受信信号レベルと、予め設定した閾値とを比較し、送信が要求された信号を送信するか否かを判定する。送信部１２０は、所望の帯域幅に制限された無線信号を生成する。受信部１３０は、他の無線通信装置から送信されたＵＷＢ信号を受信し、データを復調する。復調の方式は、変調方式に依存するが、一般的な受信機と同様の構成によって実現される。
【００３４】
送信要求が発生すると、他の無線通信システムへの干渉を避けるべく、検出部１００は、所望の送信帯域内（例えば、帯域１５）において受信可能な信号を検出する。検出された無線信号のレベルは周波数の関数として判断部１１０に入力される。判断部１１０は、後述する判断基準に基づいて、入力された信号レベルの情報と予め設定した閾値とを比較して、信号を送信するか否かを判断する。すなわち、判断部１１０の判断によって、信号が送信されるか、送信されないかが定まる。
【００３５】
信号を送信しない場合には、その送信プロセスを終了し、次回の送信要求に備える。例えば、受信した他のシステムから送信された信号が、法規制などによって設定されたレベルよりも大きく、検出された信号の帯域を回避すると、このシステムが信号を送信できない場合には、信号を送信しない。
【００３６】
一方、判断部１１０は、信号を送信する場合は、送信方式（中心周波数、帯域幅、パルス波形、変調方式、パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）等）を設定し、送信方式の情報を送信部１２０に送る。送信部１２０は、判断部１１０から送られた情報に基づいて、送信信号３０を生成し、アンテナ１３０を介して、空間に信号を出力し、送信プロセスを終了する。
【００３７】
ここで重要となるのが、前記判断部１１０における判断基準と送信方式であり、以下にそれぞれについて説明する。
【００３８】
次に、図３に示すブロック図を参照して、第１の実施の形態の無線通信装置の詳細な構成例を説明する。
【００３９】
第１の実施の形態の無線通信装置は、検出部１００、判断部１１０、送信部１２０、受信部１３０、アンテナ１０５０、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０５５及びアンテナスイッチ１０６０を備える。
【００４０】
検出部１００は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０３、可変利得アンプ２０４及び受信電界強度検出回路（ＲＳＳＩ）２０５を備える。なお、検出部１００の構成は、図に示す構成に限定されない。検出部１００は、前述したように、送信要求の発生時に、他の無線通信システムとの干渉を避けるために、所望の送信帯域内（無線通信装置が送信可能なＵＷＢ信号１０の帯域幅１５中の、無線通信システムの信号を検出する。
【００４１】
検出部１００に入力された高周波信号は、ローパスフィルタ２０３によって低域の信号が除去され、約１０ＭＨｚの帯域の信号が抽出される。そして、フィルタリングされた信号は、可変利得アンプ２０４によって所望のレベルまで増幅される。
【００４２】
増幅された高周波信号は受信電界強度検出回路２０５に入力される。受信電界強度検出回路２０５は、ダイオードを用いた半波整流検波回路によって構成されており、受信電界強度に応じたレベルの直流信号を出力する。なお、受信電界強度検出回路２０５の構成としては、既知のさまざまな技術が適用可能である。
【００４３】
受信電界強度検波回路２０５の他の構成例を第２の実施の形態（図１２）に示す。また、受信電界強度検波回路２０５は、オペアンプを利用した全波整流検波回路でもよい。
【００４４】
この検波部１００の信号検出アルゴリズムは、以下に示すアルゴリズムが適用可能である。
（１）今回出力予定の帯域で受信した信号のみ検出する。
（２）無線通信装置で出力可能な帯域内の全ての避干渉波を検出する。これによって、送信帯域を大きく取ることができる。
（３）避干渉システムの帯域と、予め算出したその帯域内電力に基づいて、信号を検出する。これによって、検波回数及び手順を簡素化し信号を検出することができる。この方法は、避干渉システムが既知の場合に有効である。
【００４５】
判断部１１０は、マイクロコンピュータを備え、無線通信装置の各部の動作を制御する。マイクロコンピュータは、プロセッサ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備える。
【００４６】
ＲＯＭは、プロセッサによって実行されるプログラムを記憶する。本実施の形態では、ＲＯＭには、送信方式の判断アルゴリズムを提供するプログラム及び判断アルゴリズムで必要とされるパラメータが記憶される。プロセッサは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行する。ＲＡＭは、プロセッサによるプログラム実行時のワークエリアを提供する。
【００４７】
判断部１１０における、送信方式の判断基準として（１）法規制、（２）標準化規制、（３）システム性能、（４）送信機／受信機性能、（５）通信の必要性、がある。
【００４８】
（１）の法規制に関しては、前述したとおり、法の規定によって無線通信装置の出力を規制する必要があると判断された場合、法規制に従って無線信号の出力を規制する。
【００４９】
（２）の標準化規制に関しては、例えば、無線通信装置が米国無線ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）規格であるＩＥＥＥ８０２．１５．４ａに準拠するシステムであれば、標準化規格に準拠した帯域及び変調方式によって無線信号を送信する。
【００５０】
（３）のシステム性能に関しては、例えば、ノードに高精度測位が要求された場合、周波数軸で広帯域な信号ほど時間軸で狭いパルスとなる。よって、所望の帯域幅で信号を送信できない場合には、干渉を回避しつつ、最も広い帯域で送信するというベストエフォート型で信号を送信する。又は、送信制限のない、別の帯域（日本では、７．２５ＧＨｚ〜１０．２５ＧＨｚ）で信号を送信する。
【００５１】
さらに、ＵＷＢシステムが測位システムである場合に、送信タイミングをずらす、複数回測位する等によって、測位結果を所望の精度に近い値まで精度を向上させることもできる。
【００５２】
さらに、送信周波数幅が広いほど出力電力が大きくできるので、通信性能の観点からも判断される。例えば、複数のチャンネルを同時に使用することで干渉を回避することが可能であるが、チャンネル毎に受信系を用意する必要があり、回路規模および消費電力の増大につながる。
【００５３】
特に、本発明が対象とするＵＷＢ無線通信システムは帯域幅が５００ＭＨｚ以上であるため、例えば、１０ＭＨｚのチャンネルを複数（例えば、１００チャンネル）設けることによって、１０００ＭＨｚの帯域幅を実現すれば、干渉を容易に回避することができる。しかし、１００チャンネルの送受信系を設けるのは現実的でない。
【００５４】
さらに、測距精度及び測位精度に関しては、狭い帯域幅の複数のチャンネルによって信号を送信する場合には、広い帯域幅の一つのチャンネルによって信号を送信する場合と比べ、送信パルス幅に起因する測距精度及び測位精度が大幅に劣化する。
【００５５】
（４）の送信機及び受信機の特性に関しては、送信機及び受信機の構成が制限されている場合（例えば、送信機は、ＵＷＢの使用可能周波数帯域（３．４ＧＨｚ〜４．８ＧＨｚ）のうち、４．２ＧＨｚ〜４．８ＧＨｚでのみ送信信号を生成することが可能な場合、他の無線通信システムから送信された信号がその帯域内に存在すれば、その帯域でＵＷＢ信号を送信できない。
【００５６】
また、送信機が、使用可能周波数帯域の全ての周波数の信号を送信可能だとしても、受信機が一部の周波数帯域のみ（例えば、３．４ＧＨｚ〜４．０ＧＨｚ）の受信可能である場合、４．２ＧＨｚ〜４．８ＧＨｚで送信された信号は受信できない。このような場合には、受信側の受信機の性能がその判断基準となる。これらの送信機及び受信機の性能の情報は、予め各無線通信装置（端末及び基地局）に与えられるとよい。
【００５７】
（５）の通信の必要性に関しては、センサネットシステム等にみられるケースである。例えば、５分間隔で測定データを送信する温度モニタリングシステム等では、５分毎に毎回必ず送信する必要はなく、干渉が懸念される状況では、送信すべきデータを送信ノードのメモリに蓄積し、次回の送信タイミングに、前回のデータをあわせて送信してもよい。
【００５８】
（６）その他の方法として、送信側の無線通信装置と受信側の無線通信装置で要求される通信性能（再送回数、ビットエラー率等）、送信パケットの種類（データ又はＡＣＫ等）、及び、送信するデータの内容に基づいて送信方式を判断することもできる。
【００５９】
さらに、このようなアルゴリズムを適用することによって、送信データ量がメモリに許容される記憶容量を超える場合には、狭い帯域の信号を送信してもよい。又は、判定のための閾値として設定した値を変化させ、当初設定した帯域幅で信号を送信する。このとき、送信電力を低減させ、他の無線通信システムに与える干渉を低減しつつ、データに強力な誤り訂正を施すことで、送信電力の減少分を補償する。
【００６０】
以上説明したように、送受信機の構成及びシステム的観点における応用からの要求に応じて各種アルゴリズムを実装することができる。前述した種々の判断方法及び判断基準を、予め無線機の記憶媒体などに記憶しておくことによって、判断部１１０は判断をすることができる。
【００６１】
送信部１２０は、ベースバンド部（変調）７０２、高周波パルス発生器（ＰＧ）７０４及び電力増幅器（ＰＡ）７０６を備える。送信部１２０の構成は、ＰＬＬやミキサなどアナログ回路によってパルスを生成するものや、高速で動作するデジタル回路を用いたダイレクト・デジタル・シンセサイザ等があり、本発明の帯域制限の方法や中心周波数の設定方法にも様々なものがある。
【００６２】
次に、図４に示すブロック図を参照して、第１の実施の形態の無線通信装置の送信部について説明する。
【００６３】
送信部１２０は、ベースバンドのパルス発生器（ＢＢＰＧ）５００、ローカル発振器２０１、ミキサ２０２、電力増幅器（ＰＡ）５０３、スイッチ５０４及び５０７、及び固定帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタ５０５及び５０６を備える。
【００６４】
ベースバンドパルス発生部５００は、ベースバンドのパルス信号（例えば、１．４ＧＨｚの帯域幅を持つガウシアンパルス）を発生する。その後、ミキサ２０２は、ベースバンドのパルス信号とローカル発振器２０１から出力される高周波キャリア信号とを混合し、ベースバンド信号を所望の高周波帯域に周波数変換する。電力増幅器５０３は、このように高周波に周波数変換されたパルス信号（高周波パルス信号）を所望のレベルまで増幅する。増幅された高周波パルス信号は、スイッチ５０４に入力される。
【００６５】
スイッチ５０４および５０７は、判断部１１０からの制御信号５１０によって連動して動作し、電力増幅器５０３の出力から送信アンテナ６０の間を接続するバンドパスフィルタ５０５及び５０６を切り替える。例えば、フィルタ５０５は、中心周波数が発振器の出力周波数と同一で、帯域幅が１．４ＧＨｚのバンドパルフィルタで、主に不要波の除去に用いられる。フィルタ５０６は、中心周波数が発振器の出力周波数と同一で、中心周波数が０．５ＧＨｚの帯域幅を通過させるバンドパスフィルタである。判断部からの制御信号５１０は、所望の帯域幅を実現するフィルタへ接続する信号である。
【００６６】
例えば、帯域幅が０．５ＧＨｚの信号を送信するときには、電力増幅器５０３の出力をフィルタ５０６へ接続する。フィルタ５０６によって、電力増幅器から出力される１．４ＧＨｚの広帯域信号５５１を、０．５ＧＨｚ帯域の信号へ帯域を制限する。帯域を制限された高周波パルス信号５５３（図５参照）は、スイッチ５０７を介してアンテナ６０から、空間に放射される。
【００６７】
なお、図５に示す高周波パルス信号５５２は、電力増幅器５０３からの出力５５１が広帯域なフィルタ５０５を通過した後の信号を示す。
【００６８】
前述したような制御によって、所望の帯域幅に制限をすることができ、他システムへの干渉を低減することができる。また、本実施の形態で示した帯域制限方法は、ＯＦＤＭ等マルチキャリアによって、サブキャリアの周波数毎にデータを重畳する方式では、帯域制限によりデータが欠落するため、所望の帯域に制限することが困難となる。すなわち、本実施の形態は、ＵＷＢ−ＩＲシステムで実現可能な形態である。
【００６９】
また、本実施の形態では、二種類の固定帯域幅を持つフィルタによる構成を示したが、一つ又は複数のアダプティブフィルタで帯域幅の特性を動的に変化させてもよい。一つのアダプティブフィルタによって構成される場合には、スイッチ５０４及び５０７は不要となり、判断部からの制御信号５１０は直接アダプティブフィルタに入力される。
【００７０】
さらに、中心周波数又は帯域幅の異なる複数のバンドパスフィルタ、ローパスフィルタ及びバンド除去フィルタ等の組み合わせや、アンテナの周波数特性と組み合わせることによって所望の帯域制限を実装してもよい。
【００７１】
前述した送信部の構成又は後述する実施の形態の送信部の構成によって、アンテナ６０から出力される送信波形３０が選択される。すなわち、アンテナ６０から出力される信号は、前述した判断基準に従って、システム上、優位な信号が選択される。その一例としては、図１に示す干渉を回避すべき帯域２０に対し、他のシステムに与える干渉を十分低減できる中で、可能な限り広帯域な信号３０を送信するような選択である。その帯域幅の選択の方法や周波数等は、送信部１２０の回路構成やシステムの仕様に依存する。さらに回路やシステムのマージン等も考慮する必要がある。
【００７２】
受信部１３０は、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）１０７０、ローカル発信器１０７１、ミキサ１０７２及び１０７３、スイッチ１０７４、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０７５、１０７６、可変利得アンプ１０７７及び１０７８、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１０７９及び１０８０、及びベースバンド部（復調）１０８１を備える。
【００７３】
アンテナ１０５０は、この無線通信システムのＵＷＢ信号（希望波）及び他の無線通信システムの無線信号（妨害波）を受信する。その後、アンテナ１０５０によって受信された無線信号は、バンドパスフィルタ１０５５によって不要な周波数の信号がフィルタリングされる。その後、アンテナスイッチ１０６０を介して受信部１３０に入力される。なお、アンテナスイッチの代わりに、サーキュレータ又はデュープレクサを用いてもよい。
【００７４】
受信部１３０は、アンテナスイッチ１０６０から入力された信号を、低雑音増幅器１０７０に入力し、所望のレベルまで電力増幅する。その後、ミキサ１０７２及びミキサ１０７３は、受信信号を局部発振器１０７１からの出力とを混合し、受信信号を直接ベースバンド信号に周波数変換する。ベースバンド部１０８１は、周波数変換されたベースバンドのＩ／Ｑ信号を直交検波して、データを復調する。
【００７５】
次に、前述した各部の動作について説明する。
【００７６】
データ送信の際には、検波部１００が前述した検波プロセスを終えると、判断部１１０が送信すべき周波数帯を判断部１１０で判断し、高周波パルス発生器７０４に帯域制御信号１２１０を送信する。これによって、無線通信装置から送信される信号の周波数及び帯域幅を制御する。例えば、センサデータ（温度及び／又は湿度）は、ベースバンド部７０２に入力され、ベースバンド部７０２で拡散され、変調処理される。その後、高周波パルス発生器７０４は帯域が制限された高周波パルス信号が生成する。生成されたパルス信号は、電力増幅器７０６によって所望の電力まで増幅された後、アンテナスイッチ１０６０、バンドパスフィルタ１０５０及びアンテナ１０５０を経由して、空中に放射される。
【００７７】
このとき、システムによっては、判断部１１０は、送信周波数帯域を効率よく受信するために、中心周波数制御信号１２００及び帯域制御信号１２１０によって、受信部１３０の設定を変更してもよい。
【００７８】
センサデータを送信した後、通信相手となる無線通信装置（例えば、基地局等）から、受信確認ＡＣＫ信号が返信される。他の無線通信装置から送信されたＡＣＫ信号は、送信部１２０から出力された周波数及び帯域幅である可能性が高い。よって、受信部１３０は、予め、送信信号の周波数及び帯域幅で待ち受けていれば、効率よく信号を受信することができる。
【００７９】
すなわち、受信したＡＣＫ信号は、アンテナ１０５０から入力され、バンドパスフィルタ１０５５、アンテナスイッチ１０６０、ローノイズアンプ１０７０、及びＩ／Ｑミキサ１０７２及び１０７３を経由した後、ローパスフィルタ１０７５及び１０７６、可変利得アンプ１０７７及び１０７８、及びアナログデジタルコンバータ１０７９及び１０８０を経由して、ベースバンド部１０８１において復調される。
【００８０】
復調されたデータは、そのデータの内容が判断される。さらに、必要があれば再送処理等の後、送信部１２０及び受信部１３０等を所定の状態（例えば、スタンバイモード）に移行させる。なお、信号の送信後は、無線通信装置を受信モードに設定して、スイッチ１０７４を受信側（ローパスフィルタ１０７５側）に接続する。
【００８１】
信号の送信前等で、このシステムや他のシステムから送信された信号の検波が必要な場合には、スイッチ１０７４を検波部１００側に接続し、検波部１００を動作させる。そして、検波部１００は、所望の送信帯域内において受信可能な信号を検波し、検波した無線信号のレベルを判断部１１０に送る。判断部１１０からローカル発振器１０７１に中心周波数制御信号１２００を送ることによって、検波部１００が検波する信号の周波数を変更することができる。
【００８２】
中心周波数制御信号１２００による発振器１０７１の出力周波数と、検波部１００から出力される電圧値とから、アンテナ１０５０から入力される電力分布１８００を周波数軸で表すことができる。なお、判断の指標となる電力レベルを表す閾値は、受信部１３０の性能及び検波部１００の性能に基づいて、予め設定しておく。
【００８３】
次に、図６のフローチャートを参照して、第１の実施形態の無線通信装置の動作について説明する。
【００８４】
まず、判断部１１０は、送信動作を開始すると、無線通信装置の各部に送信開始のトリガを与える（Ｓ１０１）。例えば、５分間隔に設定されたタイマからのアラームによってトリガを発生する。
【００８５】
次に、検出部１００は、無線通信装置が送信可能な帯域において、到来する無線信号を検出する。このとき、無線通信装置が信号を送信可能な帯域において、連続的又は離散的な数点を測定することによって、電波の状態を監視する。
【００８６】
その後、予め設定された閾値と比較することによって、このシステムが他のシステムに干渉を与えることなく送信可能な帯域を判断する。さらに、判断された送信可能な帯域と、送信先の基地局が受信可能な帯域幅とを比較し、両者の重なる帯域を、「与える干渉を避けつつ通信可能な帯域」と定める（Ｓ１０３）。
【００８７】
その後、定められた「与える干渉を避けつつ通信可能な帯域」の中で、通信に必要な帯域幅が確保できるか否かを判定する（Ｓ１０４）。例えば、本実施の形態が対象とするＵＷＢシステムでは、５００ＭＨｚ以上の帯域幅が要求されるため、「与える干渉を避けつつ通信可能な帯域」の中で、５００ＭＨｚ以上の帯域幅が得られるかを確認する。
【００８８】
判定の結果、必要な帯域が確保できなければ、データを送信せず、送信すべきデータ（例えば、センサによって測定された温度データ）を次の送信タイミングで送信するためにメモリに保持し（Ｓ１０５）、処理を終了する。
【００８９】
一方、Ｓ１０４における判定の結果、必要な帯域が確保できれば、判断部１１０による判断に基づいて、中心周波数、帯域幅、変調方式及びパルス繰返し周期（ＰＲＦ）を設定する（Ｓ１０６）。その後、送信部１２０は、設定された情報に基づいて、所望の信号を生成し、アンテナ６０から生成した信号を送信し（Ｓ１０７）、処理を終了する。
【００９０】
図７は、本発明の第１の実施の形態の無線通信装置の検出部１００によって検出される信号波形を例示する図である。
【００９１】
例えば、この無線通信システムが送信可能な周波数帯域が、３．４ＧＨｚ〜４．８ＧＨｚであり、ステップＳ１０２において、検出部１００によって、４．０ＧＨｚ付近に強い信号が検出された場合を考える。
【００９２】
図８は、図７に示す信号が検出された場合に無線通信装置が送信可能な周波数帯域を動的に変更する様子を示す図である。
【００９３】
例えば、検出部１００が１ＭＨｚの分解能幅で信号を検出する無線通信装置においては、設定された閾値を越えた（又は、閾値と同じ）周波数に対して、分解能分のマージン１ＭＨｚを確保して、４．０ＧＨｚ付近に検出された他のシステムによる信号を回避するように、このシステムが送信可能な周波数帯域を再構成する。次に、送信先の受信機が受信可能な周波数帯域と比較することによって、「与える干渉を避けつつ通信可能な帯域」を設定する。そして、送信機１２０が、前記周波数帯域内において送信波形を生成し、アンテナ６０を介して送信する。
【００９４】
次に、図９及び図１０を参照して、図６に示した処理の変形例について説明する。
【００９５】
図６に示すフローチャートでは、自ら設定した閾値を満たしつつ、送信可能な周波数帯が存在しない場合には、送信すべきデータを次の送信タイミングまで保持し、次回の送信タイミングに、次のデータと共に送信する。仮に定常的に他のシステムからの妨害波が検出され、この無線通信装置からの信号の送信が、所定の回数、滞ったときは、電力を下げる等の措置を採用することによって、送信可能帯域の判定に使用する閾値を変化させ、この無線通信装置による信号の送信帯域を確保することもできる。
【００９６】
この変形例は、図６に示すフローチャートのステップＳ１０４以後の処理を、図９に示す処理で置き換えることによって実現することができる。
【００９７】
この変形例では、ステップＳ１０４において、通信に必要な帯域が確保できず、送信すべきデータをメモリに保持する（Ｓ１０５）。その後、メモリに保持されたデータの数を参照して、通信ができなかった回数と所定の閾値（回数）を比較する（Ｓ１０８）。
【００９８】
比較の結果、通信ができなかった回数が所定の閾値に以下であれば、処理を終了する。一方、通信ができなかった回数が所定の閾値を越えていれば、閾値を変更して（Ｓ１０９）、ステップＳ１０４に戻る。
【００９９】
この閾値の変更は、図１０に示すように、低い閾値（１）から高い閾値（２）に変更することによって、送信可能な帯域幅を増加する。よって、ステップＳ１０４にフィードバックされた後、ステップＳ１０６に進む可能性が増加する。この際、他のシステムへの干渉を低減するために、ステップＳ１０６において送信出力を下げることによって、他システムへの干渉を低減することができる。送信出力の低減には、予め、閾値、送信電力及び送信機の電力増幅器のゲインが登録されたテーブルを格納することによって、このような制御をすることができる。
【０１００】
例えば、閾値（１）から閾値（２）に変更した場合には、図３に示す制御信号１２１０によって電力増幅器７０６のゲインを指定する設定を変更することにより実現することができる。これによって、他のシステムからの干渉が定常的に検出されても、このシステムによる通信が可能となるため、システムを効率的に運用することができる。
【０１０１】
干渉を避け、このシステムによって信号を送信できる帯域が複数ある場合には、システムの要求に応じて送信する帯域を選択する。例えば、（１）前回の送信形態と同一の条件で送信する。（２）利用可能な帯域のうち最も低い周波数帯域で送信する。（３）利用可能な帯域のうち最も広い帯域幅の帯域で送信する。又は、（４）所望の通信性能又は測位性能が得られる帯域のうち、最も狭い帯域幅で送信する、等がある。中心周波数、帯域幅、消費電力、通信性能又は測位性能、及びシステムの簡便性の各々が関連しているため、送信される信号は、前述した様々な送信形態のうち、その応用や環境に応じて最適な方法を選択することが好ましい。
【０１０２】
送信形態の選択の具体例を、図１１を参照して説明する。図１１は、図６に示すフローチャートにおけるＳ１０６の処理を詳細に示したものである。
【０１０３】
まず、高精度測位が必要か否かを判定する（Ｓ１１１）。そして、高精度測位が必要であればステップＳ１１２に進む。一方、高精度測位が必要でなけばステップＳ１１６に進む。
【０１０４】
ステップＳ１１２では、要求される測位精度を満足する帯域幅が確保できるか否かを判定する。その結果、所望の帯域幅が確保できると判定すると、その帯域幅が確保できる周波数を選択する（Ｓ１１３）。その後、選択された帯域幅及び周波数で、送信方式（中心周波数、帯域幅、変調方式及びパルス繰返し周期）を設定し（Ｓ１１９）、ステップＳ１０７の処理に進む。
【０１０５】
より具体的には、この無線通信システムのアプリケーション側の要求によって、誤差６０ｃｍの高精度測位が必要となった場合には、ステップＳ１１１からステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では、６０ｃｍの測位精度を得るために必要な帯域幅（１．０ＧＨｚ）が確保できるかを判定する。測位精度と周波数帯域は、受信機の性能や位置検出アルゴリズムに依存するため、前述したように、これらの関係を予め設定しておく。
【０１０６】
一方。ステップＳ１１２において、必要な帯域幅が確保できないと判定すると、必要な帯域幅（例えば、１．０ＧＨｚ）が確保できるまで、所定時間（例えば、１分間）待ち受ける。その間に必要な帯域幅が確保できればステップＳ１１３に進む。一方、所定時間待ち受けても、必要な帯域幅が確保できなければ、通信可能な帯域内で送信可能な最大の帯域幅の信号を選択する（Ｓ１１５）。このとき、アプリケーションからの要求に応じて、測位信号を数回送信し、測位精度を向上させてもよい。待ち受け時間、帯域幅及び送信回数は、予め設定しておく。また、実際の測位結果を利用してフィードバックし、パラメータを最適化してもよい。
【０１０７】
その後、選択された帯域幅及び周波数で、送信方式（中心周波数、帯域幅、変調方式及びパルス繰返し周期）を設定し（Ｓ１１９）、ステップＳ１０７の処理に進む。
【０１０８】
次に、ステップＳ１１１において、高精度測位が必要ではないと判定された場合の処理について説明する。
【０１０９】
ステップＳ１１６では、今回の通信が前回の通信帯域（中心周波数及び帯域幅）と同一の条件で通信可能か否かを判定する（Ｓ１１６）。その結果、前回の通信帯域と同一の条件で帯域幅が確保できれば、前回と同じ通信帯域を選択し（Ｓ１１７）、選択された帯域幅及び周波数で、送信方式を設定し（Ｓ１１９）、ステップＳ１０７の処理に進む。
【０１１０】
一方、ステップＳ１１６において、前回の通信帯域と同一の条件で帯域幅が確保できなければ、アプリケーションからの要求に応じて、通信帯域を選択する（Ｓ１１８）。例えば、最も低い中心周波数を選択する、又は、最も広い帯域幅を選択する等がある。
【０１１１】
次に、図１１によって前述したフローチャートを用いて、前述した（１）から（４）の送信形態がどのような手順によって選択されるかを説明する。
【０１１２】
（１）前回の送信形態と同一の条件で送信する場合
Ｓ１１１、Ｓ１１６、Ｓ１１７、Ｓ１１９の順に処理が実行されると、前回の送信形態と同一の条件で送信することができる。この構成によって、送信機への送信条件の再設定が不要となり、送信先の受信機の受信が前回と同一構成であるため、最適な受信が可能となり、受信信号に容易に同期することができ、無線通信システムの消費電力が低減される。
【０１１３】
（２）利用可能な帯域のうち最も低い周波数帯域で送信する場合
Ｓ１１１、Ｓ１１６、Ｓ１１８、Ｓ１１９の順に処理が実行されると、利用可能な帯域のうち最も低い周波数帯域で送信することができる。最も低い周波数帯で通信することによって、空間での伝播損失を最小限に抑えることができ、通信の信頼性を向上させることができる。これによって再送回数の低減することができ、無線通信システムの消費電力が低減される。
【０１１４】
（３）利用可能な帯域のうち最も広い帯域幅の帯域で送信する場合
Ｓ１１１、Ｓ１１２、Ｓ１１３、Ｓ１１９の順、又は、Ｓ１１１、Ｓ１１６、Ｓ１１８、Ｓ１１９の順に処理が実行されると、利用可能な帯域のうち最も広い帯域幅の帯域で送信することができる。帯域幅と測位精度は反比例の関係にあり、さらに帯域幅と伝送速度には比例の関係がある。このため、最も広い帯域幅で送信することによって測位精度の向上及び通信速度の向上ができる。
【０１１５】
（４）所望の通信性能又は測位性能が得られる帯域のうち最も狭い帯域幅で送信する場合
Ｓ１１１、Ｓ１１６、Ｓ１１８、Ｓ１１９の順に処理が実行されると、所望の通信性能又は測位性能が得られる帯域のうち最も狭い帯域幅で送信することができる。帯域幅が小さい程、受信電力を低減させることができるので、所望の通信性能又は測位性能が得られる条件下では、帯域幅は狭い方が望ましい。また、この場合、この無線通信システムが占有する帯域も狭いため、他の無線通信システムと容易に共存できる。
【０１１６】
これによって、受信機の消費電力の低減及び周波数利用効率の向上に伴って、システム全体の効率の向上が期待できる。これら所望の通信性能及び測位性能の、中心周波数及び帯域幅との関係は、予めシミュレーションによる検証及び実測等によって設定しておく。又は、システム運用中、通信性能を表す指標である再送回数及びパケット誤り率等のデータをパケットに含め、それらのデータを参照することによって、前記性能と通信形態との関係を更新してもよい。
【０１１７】
以上説明したように、第１の実施の形態では、ＵＷＢシステムが他のシステムに与える影響を低減することができる。また、他のシステムからの干渉によるＵＷＢシステムの性能の劣化を低減することができる。さらに、受信部を最適化に制御することによって消費電力を低減し、通信性能を向上することができる。
【０１１８】
次に、この干渉量低減効果を定量的に検討する。例えば、ＵＷＢシステムが影響を与える他のシステムとして、次世代の携帯電話システム（第４世代移動通信システム）を想定する。第４世代移動通信システムの仕様は未確定であるが、前述した「ＵＷＢ無線システム委員会報告（案）」（非特許文献２）によれば、１００個／ｋｍ2以上のＵＷＢデバイスが利用される場合には、３０％の割合で、移動局の許容受信レベルをノイズレベルが超えてしまう。従って、本発明の適用によって、ＵＷＢシステムによる第４世代移動通信システムへの干渉を低減することが可能となる。例えば、電力を−７０ｄＢｍ／ＭＨｚに低減するだけでも、ノイズレベルが許容値を越える確率は０．５％以下に低減され、ＵＷＢデバイスが与える干渉量が大幅に低減できる。
【０１１９】
（第２実施形態）
図１２は、本発明の第２の実施の形態の無線通信装置の検出部の構成を説明するブロック図である。
【０１２０】
検出部１００は、ローカル発振器２０１、ミキサ２０２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０３、可変利得アンプ２０４及び受信電界強度検出回路（ＲＳＳＩ）２０５を備える。
【０１２１】
アンテナ１０５０からの受信信号はローノイズアンプ１０７０を介してミキサ２０２へ入力される。ミキサ２０２は、発振器２０１の発振周波数と受信信号を混合することによって、受信信号を低周波の信号に変換することができる。これによって、ミキサ２０２以降の回路の仕様を緩和することができる。
【０１２２】
ミキサ２０２から出力される信号は、ローパスフィルタ２０３に入力される。ローパスフィルタ２０３は、ミキサ２０２からの信号を帯域内で急峻に遮断する。ローパスフィルタ２０３を通過した信号は、可変利得増幅器２０４で所望のレベルまで増幅された後、受信電界強度検出回路２０５に入力される。受信電界強度検出回路２０５は、可変利得増幅器２０４からの信号の電圧値を出力する回路である。
【０１２３】
第２の実施の形態では、判断部１１０からの制御信号２１０により、発振器２０１の発振周波数を掃印することによって、電力値に変換される受信周波数が変化する。判断部１１０は、受信電界強度検出回路２０５から出力される受信電界強度及び制御信号２１０に基づいて、アンテナ１０５０が受信する電力分布を、周波数の関数として取得することができる。発信器２０１を検波部１００に独立に設けることによって、検波部１００及び受信部１３０の発信器の仕様が独立となるため、回路規模は大きくなるものの設計の難易度を大幅に下げることができる。
【０１２４】
また、第２の実施の形態の発振器２０１及びミキサ２０２は、図３に示すように、受信部１３０の構成（発振器１０７１及びミキサ１０７２）を共用することによって、実装面積や消費電力を削減することができる。
【０１２５】
（第３実施形態）
図１３は、本発明の第３の実施の形態の無線通信装置の送信部１２０の構成を説明するブロック図である。第３の実施の形態の送信部は、ダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）方式を採用する。
【０１２６】
第３の実施の形態の送信部１２０は、カウンタ（ＣＯＵＮＴ）６０１、記憶部（ＲＯＭ）６０２、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）６０３、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６０４及び電力増幅器（ＰＡ）５０３を備える。
【０１２７】
ダイレクト・デジタル・シンセサイザでは、デジタルの離散値で波形を生成し、デジタルアナログコンバータ及びフィルタリングによってアナログ波形を生成する。従って、ダイレクト・デジタル・シンセサイザによれば、高い自由度で波形を生成できる。
【０１２８】
以下、ダイレクト・デジタル・シンセサイザの動作原理を説明する。カウンタ６０１は、クロック信号６１０が入力されると、入力されるたクロック信号６１０を０からＮまでカウントし、階段状のデジタル波形６１１を生成する。カウンタのそれぞれのカウント値は、記憶部６０２に入力される。記憶部６０２は、入力された各カウント値に対応するデータを出力する。記憶部６０２に格納されるデータは、予め出力波形を離散値であらわしたデータである。従って、記憶部６０２から出力される信号６１２は、離散的な出力波形である。
【０１２９】
デジタルアナログコンバータ６０３は、記憶部６０２から出力された信号６１２をアナログ波形６１３に変換し、ローパスフィルタ６０４に入力する。ローパスフィルタ６０４は、入力されたアナログ波形６１３から不要な高調波成分を除去する。その後、高調波成分が除去されたアナログ波形６１４は、電力増幅器５０３で所望のレベルまで増幅され、アンテナ６０から放射される。
【０１３０】
以上説明したように、第３の実施の形態の送信部は、アナログ方式を採用する第１の実施の形態の送信部（図４）と比較して、デジタル的な制御によって波形を生成するため、高精度で自由度の高いパルスを生成することができる。例えば、クロック６１０や記憶装置６０２に格納されたデジタル波形のデータを変更することによって、中心周波数、パルス波形及び帯域幅等を柔軟に変更することができる。
【０１３１】
（第４実施形態）
図１４は、本発明の第４の実施の形態の無線通信装置の送信部１２０の構成を説明するブロック図である。
【０１３２】
第４の実施の形態の送信部１２０は、スイッチ７０１、パルス発生器７２１及び７２２及びスイッチ５０７を備える。パルス発生器７２１及び７２２は、各々、ベースバンド部（ＢＢ）７０２及び７０３、高周波パルス発生器（ＰＧ）７０４及び７０５及び電力増幅器７０６及び７０７を備える。
【０１３３】
高周波パルス発生器７２１及び７２２は、予め設定された周波数、帯域幅、パルス形状を生成する。
【０１３４】
送信部１２０は、高周波パルス発生器７２１及び７２２を選択をすることによって、生成されるパルスを選択し、送信されるＵＷＢ信号を選択する。
【０１３５】
スイッチ７０１及び５０７は、判断部１１０からの制御信号５１０によって、同期して切り替えられ、送信信号を生成する高周波パルス発生器７２１又は７２２を選択する。
【０１３６】
送信データ７１０は、スイッチ７０１によって選択された高周波パルス発生器７２１又は７２２に入力される。選択された高周波パルス発生器７２１及び７２２は、各々予め設定された特定のパルスを出力する。
【０１３７】
以上説明した第４の実施の形態の送信部は、実装が容易であるという特有の効果がある。例えば、本構成を０．１８ｍｍのＣＭＯＳプロセスで設計した場合、高周波パルス発生器７２１あたり２ｍｍ×２ｍｍ程度の回路面積で実装可能である。従って、所望の帯域幅及びパルス形状を生成するために複数の高周波パルス発生器を備えることは、実装の点で大きな障害とならない。
【０１３８】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る通信システムについて説明する。
【０１３９】
図１５は、第５の実施形態の通信システムの構成を説明するブロック図である。第５の実施の形態の通信システムは、複数台の第１の実施の形態の無線通信装置を備える。なお、図１５では、２台の無線通信装置のみを図示し、２台の無線通信装置で通信する場合を示す。
【０１４０】
まず、第５の実施の形態の特徴の背景を説明する。送信信号８０１のパルス幅によって、受信側の無線通信装置の受信部１３２の最適な構成が異なる。すなわち、時間軸において狭帯域な信号（周波数軸において広帯域）８１１を受信する際には、フロントエンドのアナログ受信回路（例えば、ローノイズアンプ）は、広帯域で信号が受信できる必要がある。広帯域で信号を受信するときは、狭帯域で信号を受信する場合と比べて、高周波的な仕様が厳しく電流を多く流す必要がある。
【０１４１】
さらに、広帯域で信号を受信するときは、利得や雑音指数などの増幅器性能が劣化する等のデメリットが生じる。さらに、デジタル信号処理を考慮すると、時間軸で狭帯域な信号を捕捉するときは、高速なサンプリング速度（例えば、１Ｇｓｐｓ）でのデジタル変換が必要となる。同様に、高速な信号処理も必要となる。その結果、広帯域なシステムでは受信部における消費電力は、狭帯域なシステムと比べて大きくなる。
【０１４２】
一方、広帯域な信号は、現行法規制下では、送信電力を大きくできるため通信状態が良好となる。加えて時間軸で狭いパルスであることから、原理的に、高精度測位及び測距ができる。これとは逆に、狭帯域（時間軸で広帯域）なシステムは、他のシステムとの干渉を回避しやすく、受信機の性能に対する仕様がより緩和される。
【０１４３】
送信側の無線通信装置は、受信アンテナ５０、送信アンテナ６０、検出部１００、判断部１１０、送信部１２０及び受信部１３０を備える。受信側の無線通信装置は、受信アンテナ５２、送信アンテナ６２、検出部１０２、判断部１１２、送信部１２２及び受信部１３２を備える。受信側の無線通信装置は、送信側の無線通信装置の同じ名前の構成と同一である。
【０１４４】
送信側の無線通信装置はアンテナ６０からＵＷＢ信号８０１を送信する。ＵＷＢ信号８０１の波形は、ＵＷＢ信号８０１の帯域幅によって、８１１や８１２に示すように、時間軸におけるパルス幅は変化する。
【０１４５】
第５の実施の形態は、受信側の受信機１３２の構成及びその制御アルゴリズムに特徴がある。
【０１４６】
第５の実施の形態では、受信部１３２の特性を、受信した信号に対応して最適化するため、受信側の無線通信装置で受信信号の特性を判定する。このため、（１）送信側の無線通信装置で、パケットの送信方式に関するデータ（帯域幅、パルス波形等）を含める。（２）送信側の無線通信装置で、パケットの通信状態に関するデータ（再送回数、ビットエラー率等）を含める。（３）送信パケットのプリアンブルを高速でサンプリングすることによって、当該信号の送信方式（帯域幅等）を検出する。（４）任意の帯域で送信信号の電力を検出し、送信信号の帯域を判断する。（５）このシステムが既知のチャンネルを使用する場合、規格（例えば、ＩＥＥＥ規格）によって定められた帯域における信号レベルを検出することによって送信帯域を判定する。等の方法によって、受信信号の特性が判別できる。前述した受信信号の判定方法は予め定められる。
【０１４７】
第５の実施の形態を適用した送信部１２０から出力される信号は、システムの要求や干渉の低減を目的とした帯域幅制限によって、様々な帯域幅によって送信される。受信部１３２は、判断部１１２によって判定された情報に基づいて、受信部１３２の特性を最適化することができる。よって、受信部１３２の消費電力を削減でき、無線通信装置の性能を向上することができる。
【０１４８】
以下に、第５の実施の形態による効果を定量的説明する。例えば、１．５ＧＨｚ帯域の受信システムから、５００ＭＨｚ帯域の信号が受信されることが予見できた場合、１．５ＧＨｚのサンプリングレートで動作していた３ｂｉｔのアナログ・デジタル・コンバータを、５００ＭＨｚのサンプリングレートに低減することができる。このサンプリングレートの低減によって、消費電力を２００ｍＷから２０ｍＷに大幅に削減することができる。さらに、ベースバンドの信号処理速度も低下させることができる。
【０１４９】
入力信号に応じた受信系の最適化は消費電力削減の観点から重要である。特に、センサネットシステムのノード等、ボタン電池によって駆動されている場合は、消費電力削減の効果は大きい。
【０１５０】
逆に、帯域５００ＭＨｚのシステムから、帯域１．５ＧＨｚの利用が可能となった場合には、通信距離が１．８倍程度となる等、通信性能の向上が期待できる。これは、ＵＷＢシステムでは、出力電力は単位周波数帯域あたりの出力電力として規定されるので、帯域幅が３倍になれば、単純には３倍の出力電力が許容されるからである。このため、受信電力は大きくなる。
【０１５１】
なお、受信部１３２が、受信波形に対応していない、いずれの特性で待ち受けていても、中心周波数が同一であれば、受信するパルス信号の帯域幅が広い又は狭いことは、前述したような受信性能の劣化を伴うが通信は可能である。しかし、受信性能の劣化に起因して通信の誤り率が向上したり、システム効率が著しく劣化したりする等の、運用上好ましくない結果を引き起こす場合がある。
【０１５２】
図１６は、第５の実施形態の通信システムの動作を示すフローチャートである。
【０１５３】
前述したように、システムの性能の観点から、パルス波形に応じた受信部の最適化は重要であり、その適用案件のうち別の実施形態を示す。
【０１５４】
図１６に示す処理は、第１の実施の形態の送信処理（図６のＳ１０７）の終了後に、必要に応じて実行される処理である。例えば、送信側の無線通信装置がデータを送信した後、受信側の無線通信装置がデータの取得を確認した信号（ＡＣＫ信号）を受信する処理である。
【０１５５】
第５の実施の形態では、受信部１３０は送信された信号をより高効率に受信するように特性を変化させる手段を備える。送信処理（図６のＳ１０７）の終了後、判断部１１０が受信部１３０の特性を高効率に受信ができるように変更するか否かを判定する（Ｓ１２１）。
【０１５６】
その結果、受信部１３０の特性を変更すると判断されると、送信された信号（すなわち、判断部１１０からの情報）に基づいて、受信部１３０の特性を変更する（Ｓ１２２）。その後、その状態でＡＣＫ信号を待ち受け、ＡＣＫ信号を受信すると、受信した信号を復調する（Ｓ１２３）。
【０１５７】
一方、受信部１３０の特性を変更しないと判断されると、受信部１３０は初期状態の特性を維持する（Ｓ１２４）。
【０１５８】
送信側の無線通信装置は、ＡＣＫ信号を受信した後、スタンバイモードとなる。一方、送信側の無線通信装置は、ＡＣＫ信号が所定の時間内に受信できなければ、前回送信したデータを再送する等の処理が実行される。これらのＡＣＫ信号の受信後の処理は、システムの仕様に依存する。
【０１５９】
これはＡＣＫ信号等の送信される信号（受信信号）は、送信側の無線通信装置が送信した信号の帯域幅と等しい可能性が高いので、送信側の無線通信装置が信号を送信した際に、予め送信側の無線通信装置の受信部１３０の特性を送信信号の帯域幅で最適に受信できるように調整することによって、最適な受信をすることができる。
【０１６０】
また、前述した例は、ＡＣＫ信号がやりとりされるシステムを考えている。しかし、ＡＣＫ信号に関わらず、無線通信装置が信号を送信した後に、何等かの信号の受信が期待できる場合には、同様の処理によって、受信部１３０の特性を最適に調整できる。
【０１６１】
次に、第５の実施の形態の変形例について説明する。
【０１６２】
本変形例は、主に基地局に適用される処理であり、前述した図１５を用いて説明する。本変形例では、送信側の無線通信装置をセンサネットノード、受信側の無線通信装置を基地局とする。
【０１６３】
センサノードは、センサ（例えば、温度センサ及び／又は湿度センサ等）を備える無線通信端末であり、センサが測定した温度及び／又は湿度の情報を送信する。基地局は、各所に配置された複数のセンサノードからの情報から受信するため、主に受信待ち受け状態にある。
【０１６４】
その際、受信アンテナ６２に到来する無線信号８０１を検出部１０２によって検出する。そして、ほかのシステムに与える干渉を低減するために避けるべき帯域２０（図１参照）が認識されると、その帯域を避けるように受信部１３２の特性を変更し、センサネットノードからの信号を待ち受ける。これは基地局及びセンサネットノードは、同じ他のシステムを検出することを前提としている。これによってセンサノードから送信された信号を検出する前に、ノードから送信される信号波形を予測する。
【０１６５】
また、基地局及びセンサネットノードによって検出される他のシステムの妨害波が異なっていても、本変形例は有効である。例えば、この無線通信システムが３．４ＧＨｚ〜４．８ＧＨｚの帯域（帯域幅１．４ＧＨｚ）において通信しているとき、通信帯域幅内で数百ミリワットの出力の電波を送信する携帯電話端末が存在する場合、フロントエンドにあるローノイズアンプ（ＬＮＡ）が飽和し、この無線通信システムによる通信がほとんど不可能になる。しかし、本変形例によって、基地局は、携帯電話端末が使用する帯域を避けて待ち受けるため、この無線通信システムの通信品質を確保することができる。
【０１６６】
この変形例を有効に機能させるために、例えば、基地局が複数のバンドパスフィルタ及び／又はバンド除去フィルタを備えてもよい。基地局は、この無線通信システムへの妨害波となる信号が検出されると、これらのフィルタを使用することによって、他のシステムから与えられる干渉による通信性能の劣化を低減することができる。
【０１６７】
なお、避けるべき信号が検出された場合のアルゴリズムは、予めセンサノード及び基地局に実装されているとよい。例えば、送信予定帯域中に、干渉を避けるべき無線通信システムが検出された場合には、低周波側で信号を送信する。これは、低周波の信号は空間伝送損失が小さいためである。また、できるだけ多くの送信帯域幅が確保できる周波数帯で信号を送信してもよい。また、法規制上、干渉低減アルゴリズムが必要とされない７．２５ＧＨｚ〜１０．２５ＧＨｚの帯域で信号を送信してもよい。このように、システムに応じた帯域選定方法及び／又は優先順位付け等を実装するとよい。
【０１６８】
以上説明したように、第５の実施の形態によると、他システムから与えられる干渉を低減することができ、システムの性能劣化及び通信の遮断を防ぐことができる。
【０１６９】
本発明は、ＵＷＢ無線通信システムに適用することができる。特に、センサネットワーク等のテレメトリーシステム及びデータ無線伝送システム、及び位置検出システム等へ適用すると好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】本発明における妨害排除の概念を説明する説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の無線通信装置の概略のブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の無線通信装置の詳細なブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の無線通信装置の送信部の構成例を説明するブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の無線通信装置の送信信号のスペクトル図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の無線通信装置の動作を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施の形態の無線通信装置によって検出される信号波形を例示する図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の無線通信装置が送信可能な周波数帯域を動的に変更する様子を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の無線通信装置の動作の変形例を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の無線通信装置の動作の変形例における信号波形を例示する図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態の無線通信装置の送信方式の設定処理の詳細なフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の無線通信装置の検出部の別な構成例を説明するブロック図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の無線通信装置の送信部の構成例を説明するブロック図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態の無線通信装置の送信部の構成例を説明するブロック図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態の無線通信システムのブロック図である。
【図１６】本発明の第５の実施の形態の無線通信システムの動作を説明するフローチャートである。
【図１７】日本のＵＷＢ法規制案のスペクトル図である。
【符号の説明】
【０１７１】
１０  送信可能なＵＷＢ信号
１５  送信可能な帯域幅
２０  他システムの無線信号
３０  送信されるＵＷＢ信号
５０、５２、６０、６２  アンテナ
１００、１０２  検出部
１１０、１１２  判断部
１２０、１２２  送信部
１３０、１３２  受信部
２０１  ローカル発信器
２０２  ミキサ
２０３  ローパスフィルタ
２０４  可変利得アンプ
２０５  受信電界強度検出回路
５００  ベースバンドパルス発生部
５０７  ＳＰＤＴスイッチ
５１０  スイッチ切り替え制御信号
５５１  所望の高周波ＵＷＢ信号に加えて不要波を含んだ信号
５５２  不要波を除去したＵＷＢ信号
５５３  帯域制限されたＵＷＢ信号
６０１  カウンタ
６０２  記憶媒体
６０３  デジタルアナログコンバータ
７０１  ＳＰＤＴスイッチ
７０２、７０３  ベースバンド部
７０４、７０５  高周波パルス発生器
７０６、７０７  電力増幅器
７１０  送信データ
８０１  ＵＷＢ送信信号
８１１  ＵＷＢパルス列（広帯域）
８１２  ＵＷＢパルス列（狭帯域）
１０５０  アンテナ
１０５５  バンドパスフィルタ
１０６０  アンテナスイッチ
１０７０  ローノイズアンプ
１０７１  ローカル発信器
１０７２、１０７３  ミキサ
１０７４  スイッチ
１０７５、１０７６  ローパスフィルタ
１０７７、１０７８  可変利得アンプ
１０７９、１０８０  アナログデジタルコンバータ
１０８１  ベースバンド部（復調）
１２００  中心周波数制御信号
１２１０  帯域制御信号
１８００  受信スペクトル
【図１】
2007318325.tif 000003
【図２】
2007318325.tif 000004
【図３】
2007318325.tif 000005
【図４】
2007318325.tif 000006
【図５】
2007318325.tif 000007
【図６】
2007318325.tif 000008
【図７】
2007318325.tif 000009
【図８】
2007318325.tif 000010
【図９】
2007318325.tif 000011
【図１０】
2007318325.tif 000012
【図１１】
2007318325.tif 000013
【図１２】
2007318325.tif 000014
【図１３】
2007318325.tif 000015
【図１４】
2007318325.tif 000016
【図１５】
2007318325.tif 000017
【図１６】
2007318325.tif 000018
【図１７】
2007318325.tif 000019