JP2005123753A - 無線通信システムおよび無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 周波数ホッピング方式のＵＷＢ通信システムにおいて、微弱電波を効率よく受信し及び／又は送信電波を効率よく送信可能なアンテナを備えるＵＷＢ無線通信システムを提供する。
【解決手段】 広帯域アンテナ２９と、広帯域アンテナ２９からの信号を復調する復調回路３５と、複数の狭帯域アンテナ３２ａ〜３２ｈと、ホッピングパターンに従って、その時点での搬送周波数を受信する狭帯域アンテナを選択する選択回路３０と、選択回路３０で選択された狭帯域アンテナからの信号を復調する復調回路３６と、広帯域アンテナ２９の受信状態と、選択された狭帯域アンテナの受信状態とを比較して、 受信状態が好ましい方のアンテナで受信された信号から復調された信号を選択する選択回路２７、３８とを備える。
【選択図】 図２

Description

この発明は、広帯域電波により無線通信を行うＵＷＢ通信に適した、無線通信システム及び無線通信方法に関する。

従来に比べて広い帯城を使ったＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）通信技術が注目を集めている。

図９は、ＵＷＢ通信の一形態である周波数ホッピング方式による無線通信の信号形態の一例を示す。この例は、時間軸上で変調周波数をホッピングしながら、送信対象の信号を変調して、数ｎｓｅｃのパルス状の無線を用いて通信を行う例であり、時間ｔの変化に応じて、パルスを構成する変調信号（搬送波）の周波数が順次変化する。図１０はそのスぺクトラムの例を示す。この例では、３．１ＧＨｚから１０．６ＧＨｚを５００ＭＨｚごとの副帯域に分割している。

図１１は、この方式に対応する送受信回路の例を示す。制御回路１１１は、時間進行に応じて送／受信するべき信号の周波数を順次切り替えて局部発振器（ＬＯ：Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１１２に指示する。局部発振器ＬＯ１１２は、指示された周波数（図９のｆ）の信号（搬送波信号）をミキサＭＸ１１とＭＸ１３とπ／２移相器１１３とに供給する。π／２移相器１１３は、ＬＯ１１２からの搬送波（キャリア）信号をπ／２ラジアンだけ移相してミキサＭＸ１２とＭＸ１４とに出力する。

送信時には、送信データが変調器１１４に供給される。変調器１１４は、送信データの同相成分Ｉ(t)と直交成分Ｑ(t)とを生成し、同相成分Ｉ(t)をミクサＭＸ１１に、直交成分Ｑ(t)をミクサＭＸ１２に出力する。

ミクサＭＸ１１は、同相成分Ｉ(t)とＬＯ１１２からの搬送波信号を混合して出力し、ミクサＭＸ１２は、直交成分Ｑ(t)とπ／２移相器１１３からの移相された搬送波信号とを混合して出力する。

加算器１１５は、ミクサＭＸ１１とＭＸ１２とからの信号を加算することで、制御回路１１１が指定する周波数のパルス状変調信号を発生し、このパルス状変調信号をパルス増幅器（ＰＡ）１１６に供給する。パルス増幅器１１６は、このパルス状変調信号を増幅して出力する。選択回路（送受切り替え回路）１１７には、制御回路１１１より、送受切り替え信号が供給されており、送信時には、パルス増幅器１１６の出力信号をノイズフィルタ１１８を介してアンテナ１１９に導く。これにより、パルス増幅器１１６からの送信信号がアンテナ１１９を介して空中へと放出される。

一方、受信時には、送受切り替え信号により、選択回路１１７がアンテナ１１９を低雑音増幅回路（ＬＮＡ：Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１２０に接続する。これにより、アンテナ１１９で無線信号を受信することにより発生した微弱な信号が、ノイズフィルタ１１８を介して低雑音増幅回路１２０に供給され、増幅されてミクサＭＸ１３とＭＸ１４に出力される。

ミクサＭＸ１３は、低雑音増幅回路１２０の出力信号とＬＯ１１２からの搬送波信号とを混合して、復調信号の同相成分Ｉ(t)を再生し、復調器１２１に供給する。ミクサＭＸ１４は、低雑音増幅回路１２０の出力信号とπ／２移相器１１３からの移相された搬送波信号とを混合して、復調信号の直交成分Ｑ(t)を再生し、復調器１２１に供給する。

復調器１２１は、位相判定などの復調動作を行うことで、ミクサＭＸ１３からの同相成分Ｉ(t)とミクサＭＸ１４からの直交成分Ｑ(t)とから、受信信号を再生して、出力する。

ＵＷＢ無線通信では、広い周波数帯域を使用するが、問題になるのは広帯域に対応するためのアンテナである。即ち、周波数帯城の広さから他の無線規格との帯域の重なりは避けられず、そのため厳しい出力規制が設けられ、受信側ではきわめて微弱な電波を復調することになり、高い受信感度が求められる。使用帯域幅の中心周波数に対する比がほぼ１という条件下では、単一のアンテナで感度を上げることは難しい。
同様に、広い周波数帯域の信号を単一のアンテナで送信することは、受信ほどではないにしても、容易なことではない。

このような問題を解決するため、特許文献１には、広帯域の通信帯域を複数の狭帯域に分割し、各狭帯域用の複数のアンテナを配置する無線通信システムが開示されている。

しかしながら、この無線通信システムは、複数のアンテナで電波を受信し、受信電波の状態から受信に使用するアンテナを選択しているに過ぎない。換言すれば、外的要因により受信状態が変動する複数のアンテナについて、最適受信状態のアンテナを選択して受信に使用するようにしたにすぎず、搬送周波数を順次切り替えながら送信や受信を行う周波数ホッピング方式の無線通信には適用できない。
特開２００３−１６９０１７号公報（例えば、図６〜図８等）

この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、周波数ホッピング方式のＵＷＢ通信等の無線通信を適切に行うことにある。
また、この発明の他の目的は、周波数ホッピング方式のＵＷＢ通信システム等において、微弱電波を効率よく受信し及び／又は送信電波を効率よく送信可能なアンテナを備える無線通信システムを提供すること、及び、無線通信方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る無線通信システムは、
周波数ホッピング方式の無線通信システムであって、
通信帯域が互いに異なる複数のアンテナと、
搬送周波数の切り替えを順次指示する制御手段と、
アンテナからの信号を復調する復調手段と、
前記制御手段からの指示に基づいて、前記複数のアンテナのいずれかを選択して前記復調手段に接続するアンテナ選択手段と、
を備えることを特徴とする。

例えば、前記複数のアンテナは、第１通信帯域を有する第１のアンテナと、前記第１の通信帯域に含まれ、かつ、互いに異なる第２の通信帯域を有する複数の第２のアンテナとを含み、
前記復調手段は、前記第１のアンテナからの信号を復調する第１の復調手段と、
第２の復調手段とを備え、
前記アンテナ選択手段は、前記複数の第２のアンテナのうちの何れかを選択して、その信号を前記第２の復調手段に供給し、
前記第１の復調手段からの復調信号と第２の復調手段からの復調信号の一方を選択する復調信号選択手段を、さらに備える。

ここで、例えば、前記復調信号選択手段は、前記第１のアンテナの受信状態と、前記アンテナ選択手段により選択されたアンテナの受信状態とを比較し、比較結果に基づいて、前記第１と第２の復調手段からの信号の一方を選択する。

例えば、前記複数のアンテナは、中心周波数が互いに異なり且つ互いに重なる通信帯域を有する複数のアンテナから構成され、前記復調手段は、第１と第２の復調手段を備え、前記アンテナ選択手段は、前記制御手段から指示される周波数の搬送波を通信帯域に含む２つのアンテナを選択し、選択した２つのアンテナのうちの１つからの信号を第１の復調手段に、他の１つからの信号を第２の復調手段に、それぞれ供給する。

前記第１のアンテナの受信状態と、前記第２のアンテナの受信状態とを比較し、判別結果に基づいて前記第１と第２の復調手段の一方の出力を選択する復調信号選択手段を配置してもよい。

前記複数のアンテナは、例えば、互いに中心周波数と通信帯域幅とが異なる複数のアンテナを含み、各アンテナは、中心周波数が高くなるに従って通信帯域が広くなるよう構成される。
また、例えば、前記複数のアンテナの少なくとも１つは、複数の搬送周波数を通信帯域に含むように構成される。

前記制御手段により指定される搬送波周波数の送信信号を生成して、前記共通アンテナに送出する送信信号生成手段と、複数の搬送周波数に共通のアンテナと、をさらに配置してもよい。

前記制御手段により指定される搬送波周波数の送信信号を生成する送信信号生成手段と、前記制御手段が指定する搬送波周波数の信号を受信したときに所定の良好な受信状態にあったアンテナを特定する情報を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている情報で特定されるアンテナに前記送信信号生成手段で生成された送信信号を供給する手段と、をさらに配置してもよい。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る無線通信方法は、
搬送波の周波数を切り替えながら通信を行う通信方法であって、
通信帯域が互いに異なる複数のアンテナを用意し、
搬送周波数の切り替えに応答して、前記複数のアンテナのうち少なくとも１つを選択して、該アンテナを用いて前記搬送周波数による通信を行う、
ことを特徴とする。

本発明によれば、適切なＵＷＢ通信を行うことができる。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＵＷＢ通信システム１の構成を示す。図示するように、このＵＷＢ通信システム１は、少なくとも２台の通信装置１１から構成される。通信装置１１は、相互に周波数ホッピング方式によるＵＷＢ無線通信を行う。

各通信装置１１は、図２に示すように、制御回路２１と、局部発振器（ＬＯ）２２と、π／２移相器２３と、変調器２４と、加算器２５と、パルス増幅器（ＰＡ）２６と、第１選択回路２７と、広帯域ノイズフィルタ２８と、広帯域アンテンテナ２９と、第２選択回路３０と、第１〜第８の狭帯域ノイズフィルタ３１ａ〜３１ｈと、第１〜第８の狭帯域アンテンテナ３２ａ〜３２ｈと、第１低雑音増幅回路（ＬＮＡ：Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）３３と、第２低雑音増幅回路３４と、第１復調器３５と、第２復調器３６と、強度判定機３７と、第３選択回路３８と、ミキサＭＸ１〜ＭＸ６と、から構成される。

制御回路２１は、搬送周波数のホッピングパターン（周波数変動パターン）を内部メモリ等に記憶しており、このホッピングパターンに従って、局部発振器（ＬＯ：Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２２に発信周波数を指示する。また、制御回路２１は、第１選択回路２７に、送受切り替え信号を出力し、さらに、受信時に、第２選択回路３０に、アンテナ選択信号を出力する。

局部発振器（ＬＯ）２２は、制御回路２１により指示された周波数の搬送波信号をミキサＭＸ１〜ＭＸ３とπ／２移相器２３とに出力する。π／２移相器２３は、ＬＯ２２からの搬送波信号をπ／２ラジアンだけ移相してミキサＭＸ４〜ＭＸ６に出力する。

変調器２４は、例えば、直並列変換器から構成され、送信データをベースバンド信号に変換し、さらに、その同相成分Ｉ(t)と直交成分Ｑ(t)とを生成し、同相成分Ｉ(t)をミクサＭＸ１に、直交成分Ｑ(t)をミクサＭＸ４に出力する。

ミクサＭＸ１は、同相成分Ｉ(t)とＬＯ２２からの搬送波信号とを混合して出力し、ミクサＭＸ４は、直交成分Ｑ(t)とπ／２移相器２３からの移相された搬送波信号とを混合して出力する。

加算器２５は、ミクサＭＸ１とＭＸ４とからの信号を加算することで、ホッピングパターンによって指定されている搬送波周波数のパルス状変調信号を発生し、このパルス状変調信号をパルス増幅器（ＰＡ）２６に供給する。

パルス増幅器２６は、このパルス状変調信号を増幅して出力する。

第１選択回路２７は、制御回路２１よりの送受切替信号に従って、送信時には、パルス増幅器２６の出力端と広帯域ノイズフィルタ２８とを接続し、受信時には、広帯域ノイズフィルタ２８と低雑音増幅器（ＬＮＡ１）３３の入力端とを接続する。
広帯域ノイズフィルタ２８は、このＵＷＢ通信システム１で使用する搬送波周波数のほぼ全帯域を通過帯域とするバンドパスフィルタなどから構成され、送受信信号に含まれるノイズ成分をカットする。

広帯域アンテナ２９は、このＵＷＢ通信システム１で使用する搬送波周波数のほぼ全帯域を送受信帯域とするアンテナである。

第２選択回路３０は、制御回路２１よりのアンテナ選択信号に従って、狭帯域ノイズフィルタ３１ａ〜３１ｈのいずれかと第２低雑音増幅器（ＬＮＡ２）３４の入力端とを接続する。

狭帯域ノイズフィルタ３１ａ〜３１ｈは、それぞれ、狭帯域アンテナ３２ａ〜３２ｈの受信帯域を通過帯域とする比較的狭通過帯域のバンドパスフィルタなどから構成され、受信信号に含まれるノイズ成分をカットする。

狭帯域アンテナ３２ａ〜３２ｈは、このＵＷＢ通信システム１で使用する搬送周波数のほぼ全帯域を８つの狭帯域に分割したときの、各狭帯域を受信帯域とするアンテナである。

第１低雑音増幅回路（ＬＮＡ１）３３は、広帯域アンテナ２９で無線信号を受信することにより発生した微弱な信号を増幅して、ミクサＭＸ２とＭＸ５とに出力する。

ミクサＭＸ２は、第１低雑音増幅回路３３の出力信号とＬＯ２２からの搬送波信号とを混合して、復調信号の同相成分Ｉ1(t)を再生し、第１復調器３５に供給する。
ミクサＭＸ５は、第１低雑音増幅回路３３の出力信号とπ／２移相器２３からの移相された搬送波信号とを混合して、復調信号の直交成分Ｑ1(t)を再生し、第１復調器３５に供給する。

第１復調器３５は、位相判定などの復調動作を行うことで、ミクサＭＸ２からの同相成分Ｉ1(t)とミクサＭＸ５からの直交成分Ｑ1(t)とから、広帯域アンテナ２９で受信した信号を再生して出力する。

第２低雑音増幅回路３４は、第２選択回路３０で選択された狭帯域アンテナ３２（３２ａ〜３２ｈ）で無線信号を受信することにより発生した微弱な信号を増幅して、ミクサＭＸ３とＭＸ６とに出力する。

ミクサＭＸ３は、第２低雑音増幅回路３４の出力信号とＬＯ２２からの搬送波信号とを混合して、復調信号の同相成分Ｉ2(t)を再生し、第２復調器３６に供給する。

ミクサＭＸ６は、第２低雑音増幅回路３４の出力信号とπ／２移相器２３からの移相された搬送波信号とを混合して、復調信号の直交成分Ｑ2(t)を再生し、第復調器３６に供給する。

第２復調器３６は、位相判定などの復調動作を行うことで、ミクサＭＸ３からの同相成分Ｉ2(t)とミクサＭＸ６からの直交成分Ｑ2(t)とから、選択された狭帯域アンテナ３２（３２ａ〜３２ｈ）で受信した信号を再生して、出力する。

強度判定機３７はＩ1(t)、Ｉ2(t)、Ｑ1(t)、Ｑ2(t)の信号強度を判定し、第１及び第２復調器３５、３６のいずれの出力信号を選択するべきかを第３選択回路３８に指示する。

第３選択回路３８は、強度判定機３５からの選択信号に従って、第１復調器３５と第２復調器３６とのいずれかの出力信号を選択して出力する。

次に、広帯域アンテナ２９と狭帯域アンテナ３２ａ〜３２ｈとの関係について説明する。
図３に示すように、広帯域アンテナ２９は、このＵＷＢ通信システム１で通信に使用する周波数帯域全体を送受信帯域とする。
一方、狭帯域アンテナ３２ａ〜３２ｈは、このＵＷＢ通信システム１で通信に使用する周波数帯域全体のうちで、実際に通信に使用する中心周波数ｆ１〜ｆ８を中心とする比較的狭い帯域を受信帯域とし、帯域が絞られている分だけ、広帯域アンテナ２９よりも数ｄＢ程度高い利得を有する。

制御回路２１は、周波数ｆ１〜ｆ８で信号を送受信できるように、ＬＯ２２の発振周波数を制御する。図２の回路構成は、送受信共にミクサが１段のため、ＬＯ２２の発振周波数は、例えば、ｆ１〜ｆ８となる。但し、これは、周波数変換の段数・回路構成などに応じて適宜選択・設定される。

次に、上記構成の通信装置１１の動作を説明する。
まず、制御回路２１には、例えば、内部に備えるメモリ等に図４に例示するような周波数ホッピングのパターンを有し、受・送信時にこのホッピングパターンを使用する。図４のホッピングパターンでは、例えば、受・送信時に、受・送信周波数をｆ１、ｆ２．．ｆ８と上昇させて、続いて、ｆ８、ｆ７．．ｆ１と減少させる、という変化を繰り返すものとする。回路の安定、互いに通信する機器の時間同期ずれに対するマージンを考慮して周波数が遷移する前後の一定時間帯についてはパルスを送受しないものとする。図５はその様子を示したもので、パルス長さを６ｎｓ、前後の非送受時間を各々２ｎｓとしている。

送信側の通信装置１１は、ホッピングパターンによって指定されている搬送周波数（ｆ１、ｆ２．．ｆ８）で６ｎｓだけパルス状に送信データを変調して無線送信し、４ｎｓの間隔をおいて、搬送周波数を更新して、次のパルス状変調信号を送信するという動作を繰り返し、図５に示すパターンの無線信号を送信する。一方、受信側の通信装置１１は、同一の周波数ホッピングパターンに従って、図５に示すように送信されてくる信号を受信・復調し、送信データを再生する。

（送信動作）
制御回路２１は、送受切り替え信号により、第１選択回路２７を切り替えて、パルス増幅器２６と広帯域ノイズフィルタ２８とを接続させ、また、アンテナ選択信号により、第２選択回路３０を切り替えて、第２低雑音増幅器３４と狭帯域ノイズフィルタ３１ａ〜３１ｈとを電磁的に分離させる。

制御回路２１は内部タイマ等の計時に従って、ホッピングパターンで規定される搬送周波数でデータを送信するために発振すべき周波数を局部発振器２２に指示する（搬送周波数を指示する）。局部発振器（ＬＯ）２２は、指示に従って、所定の周波数の信号をミキサＭＸ１〜ＭＸ３とπ／２移相器２３とに供給する。π／２移相器２３は、ＬＯ２２からの搬送波をπ／２ラジアンだけ移相してミキサＭＸ４〜ＭＸ６に出力する。

変調器２４は、順次送られてくる送信データをベースバンド信号に変換し、さらに、その同相成分Ｉ(t)と直交成分Ｑ(t)とを生成し、同相成分Ｉ(t)をミクサＭＸ１に、直交成分Ｑ(t)をミクサＭＸ４に出力する。

ミクサＭＸ１は、同相成分Ｉ(t)と局部発振器２２からの搬送波信号とを混合して出力し、ミクサＭＸ２は、直交成分Ｑ(t)とπ／２移相器２３からの移相された搬送波信号とを混合して出力する。

加算器２５は、ミクサＭＸ１とＭＸ４とからの信号を加算することで、制御回路２１が指定する搬送周波数のパルス状変調信号を発生し、このパルス状変調信号をパルス増幅器（ＰＡ）２６に供給する。パルス増幅器２６は、このパルス状変調信号を増幅して出力する。第１選択回路２７は、送受切り替え信号に従って、パルス増幅器２６の出力信号を広帯域ノイズフィルタ２８を介して広帯域アンテナ２９に導く。これにより、パルス増幅器２６からの送信信号が広帯域アンテナ２９を介して空中へと放出される。

制御回路２１は、ホッピングパターンに従って、局部発振器２２の発振周波数を順次切り替える。これにより、図５に示されるような送信データを異なる搬送周波数でパルス状に変調して、送信する動作が繰り返される。

（受信動作）
制御回路２１は、送受切り換え信号により、第１選択回路２７を切り替えて、広帯域ノイズフィルタ２８と第１低雑音増幅器３３とを接続させ、また、第２選択回路３０を切り替えて、その時点で受信すべき周波数（ｆ１〜ｆ８のいずれか）を受信帯域とするアンテナ３２に接続されたノイズフィルタ３１と第２低ノイズ増幅器３４とを接続させる。例えば、現時点で、ホッピングパターンの搬送波周波数がｆ２であるとすると、制御信号２１は、第２選択回路３０に、ｆ２を受信帯域の中心周波数とする狭帯域ノイズフィルタ３１ｂと第２低雑音増幅器３４とを接続させる。

広帯域アンテナ２９で中心周波数がｆ２の無線信号を受信することにより発生した微弱な信号が、広帯域ノイズフィルタ２８を介して第１低雑音増幅回路３３に供給され、増幅されてミクサＭＸ２とＭＸ５とに出力される。ミクサＭＸ２は、第１低雑音増幅回路３３の出力信号とＬＯ２２からの搬送波信号とを混合して、復調信号の同相成分Ｉ1(t)を再生し、第１復調器３５に供給する。ミクサＭＸ５は、第１低雑音増幅回路３３の出力信号とπ／２移相器２３からの移相された搬送波信号とを混合して、復調信号の直交成分Ｑ1(t)を再生し、第１復調器３５に供給する。

第１復調器３５は、位相判定などの復調動作を行うことで、ミクサＭＸ２からの同相成分Ｉ1(t)とミクサＭＸ５からの直交成分Ｑ1(t)とから、受信信号を再生して、出力する。

一方、狭帯域アンテナ３２ｂで無線信号を受信することにより発生した微弱信号が、狭帯域ノイズフィルタ３１ｂと第２選択回路３０とを介して第２低雑音増幅回路３４に供給され、増幅されてミクサＭＸ３とＭＸ６とに出力される。ミクサＭＸ３は、第２低雑音増幅回路３４の出力信号と局部発振器２２からの搬送波信号とを混合して、復調信号の同相成分Ｉ2(t)を再生し、第２復調器３６に供給する。ミクサＭＸ６は、第２低雑音増幅回路３４の出力信号とπ／２移相器２３からの移相された搬送波信号とを混合して、受信信号の直交成分Ｑ2(t)を再生し、第２復調器３６に供給する。

第２復調器３６は、位相判定などの復調動作を行うことで,ミクサＭＸ３からの同相成分Ｉ2(t)とミクサＭＸ６からの直交成分Ｑ2(t)とから、受信信号を再生して、出力する。

強度判定機３７は、Ｉ1(t)〜Ｑ2(t)の強度を比較することにより、広帯域アンテナ２９で受信された信号の復調信号と、狭帯域アンテナ３１ｂで受信された信号の復調信号とのいずれか、信号レベルの大きい方を判別し、選択信号を出力する。

第３選択回路３８は、強度判定機３７の判定に従って、第１と第２復調器３５，３６の復調信号の一方を選択して出力する。

以後、ホッピングパターンに従って、受信周波数を順次切り替えながら、同様の動作を繰り返す。

このような構成においては、狭帯域アンテナ３２（３２ａ〜３２ｈ）の利得が高いため、通常は、強度判定機３７は、第２復調器３６の出力信号を選択することを第３選択回路３８に指示する。しかし、無線通信においては周辺状況の変化のために干渉などが発生し、広帯域アンテナ２９での受信状態が狭帯域アンテナ３２の受信状態を上回ることがある。このような場合には、Ｉ1(t)、Ｑ1(t)の信号強度がＩ2(t)、Ｑ2(t)の信号強度よりも強くなるため、強度判定機３７はこれを検出して第３選択回路３８に、第１復調器３５の出力信号を選択することを指示し、これにより、より良好な受信信号を得ることができる。

（第１の実施の形態の応用例）
図３においては、狭帯域アンテナ３２（３２ａ〜３２ｈ）の送受信周波数帯域が互いに重ならないように設定した。しかし、これに限定されず、図６に示すように、狭帯域アンテナ３２の送受信周波数帯域が互いに一部重なるように設定してもよい。

また、無理なく狭帯域アンテナ３２の受信帯域を広げて、１つのアンテナが複数の周波数の搬送波を送受信できるように設定することにより、アンテナの数を減じてもよい。例えば、図６に示すように、搬送波周波数ｆ５とｆ６とを含むようにアンテナ３２ｅの受信帯域を設定し、搬送波周波数ｆ７とｆ８とを含むようにアンテナ３２ｆの受信帯域を設定し、搬送波周波数ｆ９とｆ１０とを含むようにアンテナ３２ｇの受信帯域を設定し、搬送波周波数ｆ１１とｆ１２とｆ１３とを含むようにアンテナ３２ｈの受信帯域を設定すれば、８本のアンテナで１３個の搬送周波数を送・受信できる。

同様に、例えば、搬送波周波数ｆ１とｆ２とを含むようにアンテナ３２ａの受信帯域を設定し、搬送波周波数ｆ３とｆ４とを含むようにアンテナ３２ｂの受信帯域を設定し、搬送波周波数ｆ５とｆ６とを含むようにアンテナ３２ｃの受信帯域を設定し、搬送波周波数ｆ７とｆ８とを含むようにアンテナ３２ｄの受信帯域を設定すれば、４本のアンテナで８個の搬送周波数を送・受信できる。

また、図６に示すように、各アンテナの通信帯域の中心周波数が高くなるに従って（例えば、比例して）カバーする帯域を広げることにより、アンテナの特性を劣化させずに、アンテナの本数を削減することが可能であり、少ないアンテナの本数で複数の搬送周波数の処理ができる。

また、第１と第２の復調器３５，３６から出力される受信データの選択を信号強度の判定によって行っているが、他の手法を使用することも可能である。例えば、１つの周波数の搬送波に一定のビット数が連続して入っていて、受信データの誤り判定が行えるような場合には、誤り率に基づいて、受信データを選択するようにしてもよい。この場合には、強度判定機３７に代えて、第１と第２復調器３５，３６の出力データの正誤率をチェックし、誤り率の小さい方の出力を選択することを第３の選択回路３８に指示するチェック回路が配置する。

（第２の実施の形態）
上記第１の実施の形態においては、送信時には、広帯域アンテナ２９のみを使用したが、送信用に複数の狭帯域アンテナを使用することも可能である。このような構成の通信装置１１の回路ブロックを図７に示す。

なお、図７に示す構成において、図２に示す構成と同一部分には同一符号を付す。

図７の構成においては、複数の狭帯域送信用アンテナ２９ａ〜２９ｄとノイズフィルタ２８ａ〜２８ｄとが配置されている。また、第１選択回路２７とノイズフィルタ２８ａ〜２８ｄとの間には、第４選択回路４１が配置されている。

第４選択回路４１は、制御回路２１からのアンテナ選択信号に従って、第１選択回路２７とノイズフィルタ２８ａ〜２８ｄのいずれかとを接続する。また、強度判定機３７による判定結果を記憶し、第１選択回路２７に選択信号を出力する記憶回路４０が配置されている。
また、アンテナ３２は４つのアンテナ３２ａ〜３２ｄから構成され、ノイズフィルタ３１は、４つのノイズフィルタ３１ａ〜３１ｄで構成される。

図８はアンテナ２９ａ〜２９ｄ、３２ａ〜３２ｄの利得の概略を示したものである。アンテナ２９ａは搬送周波数ｆ１に対して最大の利得を示すが、搬送周波数ｆ２に対しても受信可能な程度の利得を有している。アンテナ３２ａは搬送周波数ｆ２に対して最大の利得を示すが、搬送周波数ｆ１，ｆ３に対しても受信可能な程度の利得を有している。アンテナ２９ｂ〜２９ｄ、３２ｂ〜３２ｄについても同様に、通信帯域に最大の利得を示す搬送周波数と受信可能な程度の利得を示す搬送周波数とを含んでいる。

搬送周波数ｆ１の受信時には制御回路２１からの命令に従い、第４選択回路４１はアンテナ２９ａ、第２選択回路３０はアンテナ３２ａを選択する。その他、各周波数受信時のアンテナ選択は以下の表１のようになる。

このような構成においては、通常状態においてはその周波数において最大利得を持つアンテナからの信号強度が最大になるため、そのアンテナにつながっている第１又は第２復調器３５、３６からの復調信号が強度判定機３７からの指示により、第３選択回路３８において選択される(搬送波周波数ｆ１，ｆ３，ｆ５，ｆ７では第１復調器３５、搬送周波数ｆ２，ｆ４，ｆ６，ｆ８では第２復調器３６)。しかし、無線通信においては、周辺状況の変化のために干渉などが発生し、周波数的に最大利得を持つアンテナよりもそれから少し離れた場所にある隣接周波数に最大利得を持つアンテナの信号強度が上回ることがあり得る。例えば、搬送周波数がｆ１の場合、アンテナ２９ａからの信号強度を、アンテナ３２ａからの信号強度が上回るような場合がある。このような場合には、Ｉ2（ｔ）、Ｑ2（ｔ）の信号強度が、Ｉ1（ｔ）、Ｑ１（ｔ）のそれを勝るため、強度判定機３７はこれを検出して、第３選択回路３８を切り替えることで良好な受信信号を得ることができる。

受信時に各周波数ｆ１〜ｆ８において、２群のアンテナのどちらが良好な状態であったかを示す情報が記憶回路４０に記録される。本通信装置１１が送信を行う際には、その送信周波数において、アンテナ群２９と３２のいずれに属すアンテナが前回良好な状態であったかを記憶回路４０より読み出し、第１の選択回路２７を切り替えてパルス増幅器２６の出力信号を良好な状態にあるアンテナに接続する。
このような構成とすることにより、外部環境により通信環境等が変化した場合に、最適なアンテナを選んで送信することができる。

なお、この発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
例えば、各通信装置１１は、各々の通信機を操作するものがそれぞれの通信機に対し同じホッピングパターンを予め入力する若しくはその都度入力する等することにより、通信を開始する。これについては、ホッピングパターン自体を入力するのではなく、共通のＩＤや一方のアドレス番号などを入力し、これから数学的演算によってホッピングパターンを生成する方法も広く知られており、そのような手法をとってもよい。

また、通信装置１１が誤り訂正符号によって情報信号を符号化する誤り訂正回路を変／復調回路にさらに備えることで、各種の無線通信方式による無線通信が可能となる。そして、上記説明した受信データを選択する強度判定機３７に加えて、この誤り訂正回路により、画像等の大容量データ通信の品質を高めることができ、ＵＷＢ通信におけるさらなる高品質通信を可能とする。

また、通信装置１１が情報信号を暗号化、複合化する回路を変／復調回路にさらに備え、情報信号を各種の暗号方式により暗号化及びその情報信号の復号化を行うことにより、高秘匿性を有する高品質の情報通信も行うことが可能となる。

さらに、各通信装置１１に任意のネットワークを介して接続された装置であって、各通信装置１１からの要求によって周波数ホッピングのパターンを送信する、及び／又は、各通信装置１１に周波数ホッピングのパターンを指示する指示装置を本通信装置と接続し、指示装置を含んだ形態としてＵＷＢ通信システムを構成しても良い。

本発明の第１の実施の形態に係る無線通信システムの構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施の形態にかかる通信装置の構成一例を示すブロック図である。 周波数と各アンテナの利得との関係を示す図である。 周波数ホッピングのホッピングパターンの例を示す図である。 通信装置における周波数の遷移図である。 周波数と各アンテナの利得との他の関係例を示す図である。 第２の実施の形態にかかる通信装置の構成一例を示すブロック図である。 周波数と各アンテナの利得との更に他の関係例を示す図である。 周波数ホッピング方式のＵＷＢを説明するための図である。 周波数とパワーとの関係の例を示すグラフである。 従来の周波数ホッピング方式の通信機の構成の例を示す図である。

符号の説明

１・・・ＵＷＢ通信システム、１１・・・通信装置、２９・・・広帯域アンテナ、３２・・・狭帯域アンテナ、２１・・・制御回路

Claims (10)

1. 周波数ホッピング方式の無線通信システムであって、
   通信帯域が互いに異なる複数のアンテナと、
   搬送周波数の切り替えを指示する制御手段と、
   アンテナからの信号を復調する復調手段と、
   前記制御手段からの指示に基づいて、前記複数のアンテナのいずれかを選択して前記復調手段に接続するアンテナ選択手段と、
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
2. 前記複数のアンテナは、第１通信帯域を有する第１のアンテナと、前記第１の通信帯域に含まれ、かつ、互いに異なる第２の通信帯域を有する複数の第２のアンテナとを含み、
   前記復調手段は、前記第１のアンテナからの信号を復調する第１の復調手段と、
   第２の復調手段とを備え、
   前記アンテナ選択手段は、前記複数の第２のアンテナのうちの何れかを選択して、その信号を前記第２の復調手段に供給し、
   前記第１の復調手段からの復調信号と第２の復調手段からの復調信号の一方を選択する復調信号選択手段を、さらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記復調信号選択手段は、前記第１のアンテナの受信状態と、前記アンテナ選択手段により選択されたアンテナの受信状態とを比較し、比較結果に基づいて、前記第１と第２の復調手段からの信号の一方を選択する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記複数のアンテナは、中心周波数が互いに異なり且つ互いに重なる通信帯域を有する複数のアンテナから構成され、
   前記復調手段は、第１と第２の復調手段を備え、
   前記アンテナ選択手段は、前記制御手段より指示される搬送周波数を通信帯域に含む２つのアンテナを選択し、２つのアンテナのうちの１つからの信号を第１の復調手段に、他の１つからの信号を第２の復調手段に、それぞれ供給する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
5. 前記第１のアンテナの受信状態と、前記第２のアンテナの受信状態とを比較し、判別結果に基づいて前記第１と第２の復調手段の一方の出力を選択する復調信号選択手段をさらに備える、ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
6. 前記複数のアンテナは、互いに中心周波数と通信帯域幅とが異なる複数のアンテナを含み、各アンテナは、中心周波数が高くなるに従って通信帯域が広くなるように構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の無線通信システム。
7. 前記複数のアンテナの少なくとも１つは、複数の搬送周波数を通信帯域に含むように構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の無線通信システム。
8. 前記制御手段により指定される搬送波周波数の送信信号を生成する送信信号生成手段と、
   複数の搬送周波数用のアンテナと、
   を備える、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の無線通信システム。
9. 前記制御手段により指定される搬送波周波数の送信信号を生成する送信信号生成手段と、
   前記制御手段が指定する搬送波周波数の信号を受信したときに所定の良好な受信状態にあったアンテナを特定する情報を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶されている情報で特定されるアンテナに前記送信信号生成手段で生成された送信信号を供給する手段と、
   を備える、ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の無線通信システム。
10. 搬送波の周波数を切り替えながら通信を行う通信方法であって、
    通信帯域が互いに異なる複数のアンテナを用意し、
    搬送周波数の切り替えに応答して、前記複数のアンテナのうち少なくとも１つを選択して、該アンテナを用いて前記搬送周波数による通信を行う、
    ことを特徴とする無線通信方法。

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