(57)【要約】  本発明の電磁波送信装置は、電圧−電流特性が極大値及び前記極大値よりも高電圧側に位置する極小値を有し、かつ、変調信号を示す電磁波を送信する送信部と、デジタル信号を取得する取得部と、前記デジタル信号を、前記極大値の電圧以上で前記極小値の電圧以下の電圧領域とされる発振領域内の３水準以上の電圧値を用いた信号であって前記変調信号に変調する変調部と、を備える。前記送信部は、前記変調信号の少なくとも一部として同期信号を送信するのが好ましい。この場合、前記同期信号は、前記３水準以上の電圧値のうちの最大値及び最小値を含み、かつ、前記最大値及び前記最小値の一方から他方に亘って遷移するパターンを含むのが好ましい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧−電流特性が極大値及び前記極大値よりも高電圧側に位置する極小値を有し、かつ、変調信号を示す電磁波を送信する送信部と、
デジタル信号を取得する取得部と、
前記デジタル信号を、前記極大値の電圧以上で前記極小値の電圧以下の電圧領域とされる発振領域内の３水準以上の電圧値を用いた信号であって前記変調信号に変調する変調部と、
を備える電磁波送信装置。
【請求項２】
前記送信部は、前記変調信号の少なくとも一部として同期信号を送信する、
請求項１に記載の電磁波送信装置。
【請求項３】
前記同期信号は、前記３水準以上の電圧値のうちの最大値及び最小値を含み、かつ、前記最大値及び前記最小値の一方から他方に亘って遷移するパターンを含む、
請求項２に記載の電磁波送信装置。
【請求項４】
前記同期信号は、前記変調信号のすべての水準の電圧値を用いた信号とされる、
請求項２又は３に記載の電磁波送信装置
【請求項５】
前記電磁波は、テラヘルツ波である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁波送信装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電磁波送信装置と、
前記電磁波送信装置が送信した前記電磁波を受信し、デジタル信号に復調する電磁波受信装置と、
を備える電磁波通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波送信装置及び電磁波通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁波送信用の発振素子に用いた通信用の変調方式として、振幅偏移変調方式（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ−Ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ変調方式、以下、ＡＳＫ変調方式という。）が知られている。また、通信用の変調方式としてオンオフ変調方式（Оｎ  Оｆｆ  ｋｅｙｉｎｇ変調方式、以下、ＯＯＫ変調方式）も、ＡＳＫ変調方式に含まれる１つの方式として知られている。【０００３】
ここで、特許文献１には、共鳴トンネルダイオード（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ、以下、ＲＴＤという。）を電磁波送信用の発振素子として用いたＡＳＫ変調方式に関する技術が開示されている。具体的には、当該技術は、ＲＴＤの発振領域のデータ（例えばＯｎに相当する信号）と、非発振領域のデータ（例えばＯｆｆに相当する信号）とを切り替えることにより２値を表す技術、すなわち、振幅の違いでＯｎ及びＯｆｆを表す技術とされている。
また、特許文献２には、ＲＴＤ等の連続発振のテラヘルツ波を用いたＡＳＫ変調方式に関する技術が開示されている。具体的には、当該技術は、強度が可変な可変光を信号光として変調素子に重畳的に入射させ、信号強度に応じてテラヘルツ波の振幅を変調する技術とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１９１５２０号公報
【特許文献２】特開２０１０−４１２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されている技術は、振幅の違いにより２値を表す技術であることから、送信速度（又は通信速度）の高速化に限界がある。【０００６】
本発明が解決しようとする課題としては、送信速度を高速化することが一例として挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、
電圧−電流特性が極大値及び前記極大値よりも高電圧側に位置する極小値を有し、かつ、変調信号を示す電磁波を送信する送信部と、
デジタル信号を取得する取得部と、
前記デジタル信号を、前記極大値の電圧以上で前記極小値の電圧以下の電圧領域とされる発振領域内の３水準以上の電圧値を用いた信号であって前記変調信号に変調する変調部と、
を備える電磁波送信装置である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【０００９】
【図１】本実施形態の電磁波通信システムの概略図である。
【図２】本実施形態の電磁波通信システムが備える電磁波送信装置の概略図である。
【図３】本実施形態の電磁波送信装置が備える電磁波を発振する素子の電圧−電流特性及び発振領域内の４水準の電圧値を示すグラフである。
【図４】本実施形態の電磁波送信装置が送信する変調信号の一例である。
【図５】本実施形態の電磁波送信装置が送信する変調信号の他の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜概要＞
以下、本実施形態（本発明の一例）について説明する。まず、本実施形態の電磁波通信システム１０（図１参照）の機能及び構成について図面を参照しながら説明する。次いで、本実施形態の電磁波通信システム１０の動作について図面を参照しながら説明する。本実施形態の効果については、動作についての説明の中で説明する。なお、参照するすべての図面では同様の機能を有する構成要素に同様の符号を付し、明細書では適宜説明を省略する。
【００１１】
＜構成＞
図１は、本実施形態の電磁波通信システム１０の概略図である。電磁波通信システム１０は、電磁波送信装置２０と、電磁波受信装置３０とを備えている。電磁波通信システム１０は、電磁波送信装置２０により送信される電磁波Ｗを、電磁波受信装置３０により受信する機能を有する。
【００１２】
本実施形態の電磁波Ｗには、後述する変調信号を示す電磁波とされている。また、本実施形態の電磁波Ｗは、一例として、テラヘルツ波とされている。ここで、テラヘルツ波とは、ミリ波よりも短波長で赤外線よりも長波長の電磁波と言われている。テラヘルツ波は、光波及び電波の両方の性質を兼ね備えていた電磁波であり、例えば、布、紙、木、プラスチック、陶磁器等を透過し（又は透過し易く）、金属、水等は透過しない（又は透過し難い）という性質を有する。一般的に、テラヘルツ波の周波数は１ＴＨｚ前後（波長は３００μｍ前後に相当）の電磁波とも言われているが、その範囲について一般的に明確な定義はない。そこで、本明細書では、テラヘルツ波の波長の範囲を７０ＧＨｚ以上１０ＴＨｚ以下の範囲と定義する。
【００１３】
〔電磁波送信装置〕
図２は、本実施形態の電磁波送信装置２０の概略図である。電磁波送信装置２０は、多値変調された変調信号を示す電磁波Ｗを送信する機能を有する。電磁波送信装置２０は、一例として、取得部２２と、変換部２４（変調部の一例）と、切り替え部２６Ａと、選択器２６Ｂと、送信部２８と、多値レベル設定部２９Ａと、同期レベル設定部２９Ｂとを備えている。
【００１４】
（取得部）
本実施形態の取得部２２は、一例として音、映像等のデジタル信号を取得する機能を有する。また、取得部２２は、取得したデジタル信号を、変換部２４に出力する機能を有する。
【００１５】
（変換部）
本実施形態の変換部２４は、一例として、多値レベル変換部２４Ａと、同期信号レベル変換部２４Ｂとを有している。
多値レベル変換部２４Ａは、取得部２２からのデジタル信号（通信用データ）を入力とし、多値レベル設定に従い、多値レベルに変換して出力する機能を有する。ここで、多値レベル設定とは、後述する発振領域ＲＡ（図３参照）内の３水準以上の電圧レベルの設定を意味する。
また、同期信号レベル変換部２４Ｂは、同期レベル設定に従い、所定の同期信号レベルを出力する機能を有する。ここで、同期レベル設定とは、発振領域ＲＡ（図３参照）内の３水準以上の電圧レベルの設定を意味する。
【００１６】
（切り替え部及び選択部）
切り替え部２６Ａは、選択器２６Ｂによって選択されて送信部２８に出力されるデータの切り替えタイミングを生成して、選択器２６Ｂに入力する機能を有する。ここで、当該データとは、多値レベル変換部２４Ａが出力するデータ（以下、多値データという。）及び同期信号レベル変換部２４Ｂが出力するデータ（以下、同期信号データという。）である。
選択器２６Ｂは、切り替え部２６Ａが生成したデータの切り替えタイミングに従い、同期信号データと多値データとを異なるタイミングで送信部２８に出力する機能を有する。
【００１７】
（送信部）
送信部２８は、選択器２６Ｂにより選択されて入力されるデータを電磁波Ｗ（本実施形態の場合は前述のとおりテラヘルツ波）として発振する機能を有する。そのため、送信部２８は、テラヘルツ波を発振する素子を有している。本実施形態のテラヘルツ波を発振する素子は、一例としてＲＴＤとされている。ただし、テラヘルツ波を発振する素子であれば、当該素子はＲＴＤでなくてもよい。
【００１８】
ここで、ＲＴＤの電圧−電流特性（電圧と電流との関係を示す２次元のグラフにおける、電圧に対する電流の特性）について図３のグラフを参照しながら説明する。図３は、本実施形態のＲＴＤの電圧−電流特性及び発振領域ＲＡ内の４水準の電圧値を示すグラフである。
ＲＴＤは、電圧−電流特性において、極大値及び前記極大値よりも高電圧側に位置する極小値を有する。ここで、当該極大値における電圧値を電圧値ＶＯＬとし、当該極小値における電圧値を電圧値ＶＯＨと定義する。そして、電圧値ＶＯＬから電圧値ＶＯＨに亘る電流のスペクトルは、微分負性抵抗特性を示す微分負性抵抗領域とされている。本明細書では、当該微分負性抵抗領域を発振領域ＲＡと定義する。すなわち、ＲＴＤは、その動作領域の電圧−電流特性に、微分負性抵抗特性を示す微分負性抵抗領域（発振領域ＲＡ）を有する。そして、ＲＴＤは、発振領域ＲＡ内の電圧値が印加されている場合に、電磁波Ｗを発振する素子として機能するようになっている。なお、電圧−電流特性のグラフにおける発振領域ＲＡの両側は、ＲＴＤの非発振領域に相当する。ここで、ＲＴＤの非発振領域とは、ＲＴＤの電圧−電流特性において電磁波Ｗを発振するための電圧領域以外の領域を意味する。本明細書では、非発振領域のうち電圧値ＶＯＬよりも低電圧側の領域を非発振領域ＲＢ、電圧値ＶＯＨよりも高電圧側の領域を非発振領域ＲＣと定義する。
【００１９】
そして、送信部２８は、同期信号レベル変換部２４Ｂからの同期信号データが入力されると、発振領域ＲＡ内の３水準以上の電圧値に対応したパターンを有する同期信号を送信するようになっている。ここで、本実施形態の同期信号は、電磁波受信装置３０に、送信信号の検出タイミングを知らせる信号であり、また、変調信号に使用される一部又はすべての電圧レベルを認識させる役割を有する。次いで、送信部２８は、多値レベル変換部２４Ａからの多値データが入力されると、発振領域ＲＡ内の３水準以上の電圧値に対応したパターンを有するデジタル信号を送信するようになっている。ここで、本実施形態における３水準以上の電圧値は、一例として、４水準の電圧値とされている。
【００２０】
以上のとおりであるから、本実施形態における多値レベル設定及び同期レベル設定は、発振領域ＲＡ内の４水準の電圧値に設定されている。また、本実施形態の電磁波送信装置２０は、多値データ及び同期信号データを多値変調し、多値変調したデータを電磁波Ｗに乗せて電磁波受信装置３０に送信するようになっている。
【００２１】
〔電磁波受信装置〕
電磁波受信装置３０は、電磁波送信装置２０が送信した電磁波Ｗを受信し、受信した電磁波Ｗをデジタル信号に復調するようになっている。例えば、デジタル信号が音をデジタル化した信号であれば、電磁波受信装置３０は電磁波受信装置３０により受信された電磁波Ｗのうちの同期信号データに基づき検出タイミングを生成し、音のデジタル信号を復調するようになっている。
【００２２】
以上が、本実施形態の構成についての説明である。
【００２３】
＜動作＞
次に、本実施形態の電磁波通信システム１０の動作について図面を参照しながら説明する。以下、まず、全体の流れについて説明し、次いで多値変調の具体例を挙げて説明する。なお、電磁波通信システム１０により一例として音に関する信号を通信する場合とする。また前述のとおり、以下の説明とともに本実施形態の効果についても説明する。
【００２４】
〔全体の流れ〕
以下、本実施形態の動作の全体の流れについて図１及び図２を参照しながら説明する。
まず、取得部２２は、外部装置（図示省略）から音に関するデジタル信号を取得し、取得したデジタル信号を変換部２４（多値レベル変換部２４Ａ）に出力する。
【００２５】
次いで、多値レベル変換部２４Ａは、取得部２２からのデジタル信号（通信用データ）を入力とし、多値レベル設定部２９Ａによる多値レベル設定に従い、多値レベルに変換して出力する。また、同期信号レベル変換部２４Ｂは、同期レベル設定部２９Ｂによる同期レベル設定に従い、所定の同期信号レベルを出力する。
【００２６】
次いで、切り替え部２６Ａは、選択器２６Ｂによって選択されて送信部２８に出力される多値データと同期信号データとの切り替えタイミングを生成して、選択器２６Ｂに入力する。その結果、選択器２６Ｂは、切り替え部２６Ａが生成した切り替えタイミングに従い、同期信号データと多値データとを異なるタイミングで送信部２８に出力する。
【００２７】
次いで、送信部２８は、選択器２６Ｂにより選択されて入力されるデータを電磁波Ｗに乗せて送信する。すなわち、送信部２８は、当該データについての変調信号を示す電磁波Ｗを送信する。
【００２８】
次いで、電磁波受信装置３０は、送信部２８（電磁波送信装置２０）が送信した電磁波Ｗを受信し、受信した電磁波Ｗのうちの同期信号データに基づき検出タイミングを生成し、多値データをデジタル信号に復調する。その結果、電磁波受信装置３０により受信された電磁波Ｗは音のデジタル信号に復調される。
【００２９】
以上が、本実施形態の動作の全体の流れについての説明である。
【００３０】
〔多値変調の具体例〕
次に、図３、図４及び図５を参照しながら、変調信号の具体例について説明する。図４及び図５は、それぞれ、本実施形態の電磁波送信装置２０が送信する変調信号の一例である。
【００３１】
ここで、図４及び図５における、Ｖは電圧値、ｔは時間を示す。電圧値Ｖの軸における、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は、それぞれ発振領域ＲＡ内の４水準の電圧値を示す。そして、図４及び図５は、選択器２６Ｂを介して送信部２８に入力される、変調信号のパターンの例を示す。これらの変調信号のパターンは、多値データ及び同期信号データを含む。
なお、図４のＶｓｙｎｃ１は、変調信号のうち同期信号データに相当する部分を示す。また、図５のＶｓｙｎｃ２は、デジタル信号が取り得る多値レベルとしてすべてのレベルとなる４水準を用いた同期信号データとした場合である。
【００３２】
本実施形態の変換部２４が生成する信号は、図４及び図５に示されるように、発振領域ＲＡ内の４水準の電圧値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を用いた変調信号とされている。すなわち、本実施形態の変換部２４が生成する信号は、発振領域ＲＡ内の３水準以上の電圧値を用いて多値変調された変調信号とされる。具体的には、当該変調信号は、例えば、ｍビット（ｍ≧１、本実施形態の場合は一例としてｍ＝２）のデータをｎ値（ｎ≧３、本実施形態の場合はｎ＝４）の電圧レベル（本実施形態の場合は電圧値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）に変換して多値変調された信号とされる。そのため、本実施形態の場合、前述の特許文献１及び２に開示されている技術（以下、比較技術という。）に比べて、同じ時間で送信できるデータの量が多い。
したがって、本実施形態の電磁波送信装置２０は、比較技術に比べて、送信速度を高速化することができる。これに伴い、本実施形態の電磁波通信システム１０は、比較技術に比べて、通信速度を高速化することができる。
【００３３】
また、図４示されるように、同期信号データに相当する部分Ｖｓｙｎｃ１は、発振領域ＲＡ内における、最大電圧設定レベルとされる電圧値Ｖ４及び最小電圧設定レベルとされる電圧値Ｖ１を含んでいる。そのため、同期信号は、発振領域ＲＡ内の電圧値を用いて生成される。
したがって、本実施形態の場合、比較技術のように同期信号及びデジタル信号に非発振領域ＲＢ、ＲＣの電圧値を含む場合に比べて、電圧遷移の幅を狭くすることができる。これに伴い、本実施形態の場合、比較技術に比べて、多値レベル変換部２４Ａ及び同期信号レベル変換部２４Ｂが有する生成回路（図示省略）のダイナミックレンジが少なくできる。すなわち、本実施形態の場合、比較技術に比べて、電圧値の遷移時間を短くすることができる。
なお、図５に示されるように、同期信号データにデジタル信号が取り得るすべての多値レベルを用いたＶｓｙｎｃ２を同期信号データとすることで、同期信号のレベル電圧を教師データとして電磁波受信装置３０に送信することが可能となる。電磁波受信装置３０においては受信した同期信号から各レベル電圧を抽出し、受信信号の多値データのレベルを設定することが可能となる。
【００３４】
また、図４に示されるように、同期信号データに相当する部分Ｖｓｙｎｃ１は、最大電圧設定レベルとされる電圧値Ｖ４及び最小電圧設定レベルとされる電圧値Ｖ１を含んでいる。すなわち、本実施形態の同期信号は、発振領域ＲＡ内の電圧設定レベルのうちの最大電圧値（電圧値Ｖ４）及び最小電圧値（電圧値Ｖ１）を含むパターンとされる。そのため、本実施形態の電磁波受信装置３０には、受信する変調信号の最大電圧値及び最小電圧値が認識される。
したがって、本実施形態の電磁波送信装置２０は、電磁波受信装置３０に、変調信号の最大電圧値及び最小電圧値を認識させることができる。
【００３５】
また、図４に示されるように、同期信号データに相当する部分Ｖｓｙｎｃ１、すなわち、同期信号のパターンは、電圧値が発振領域ＲＡ内の最小電圧値（電圧値Ｖ１）及び最大電圧値（電圧値Ｖ４）の一方から他方に亘って遷移する特定のパターン（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の記載順で電圧値が遷移するパターン又はこの逆の記載順で電圧値が遷移するパターン）に設定されている。
したがって、本実施形態の電磁波送信装置２０は、電磁波受信装置３０に認識され易い同期信号を送信することができる。これに伴い、本実施形態の電磁波通信システム１０は、同期信号の認識性の点で通信の安定性が高い。
【００３６】
以上のとおり、本発明について本実施形態を一例として説明したが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲には、例えば、下記のような形態（変形例）も含まれる。
【００３７】
例えば、本実施形態では、発振領域ＲＡ内に４水準の電圧値を設定電圧レベルとして説明した。しかしながら、発振領域ＲＡ内の設定電圧レベルは３水準以上であればよい。
【００３８】
また、本実施形態では、同期信号のパターンを図４のＶｓｙｎｃ１として説明したが、同期信号のパターンはこれらと異なるパターンであってもよい。
【００３９】
この出願は、２０１９年１月９日に出願された日本出願特願２０１９−００１９７２号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 電磁波通信システム
２０ 電磁波送信装置
２２ 取得部
２４ 変換部（変調部の一例）
２４Ａ 多値レベル変換部
２４Ｂ 同期信号レベル変換部
２６Ａ 切り替え部
２６Ｂ 選択器
２８ 送信部
２９Ａ 多値レベル設定部
２９Ｂ 同期レベル設定部
３０ 電磁波受信装置
ＲＡ 発振領域
ＲＢ 非発振領域
ＲＣ 非発振領域
Ｗ 電磁波（テラヘルツ波の一例）
【図１】
2020145235.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2020145235.tif 000008
2020145235.tif 000009
2020145235.tif 000010
2020145235.tif 000011
2020145235.tif 000012