JP2005130295A - 通信システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 送信機1の送信側同期信号選択器1cは、コード拡散された送信データに基づいて、送信側同期信号生成器1bから出力される、複数の異なった位相の送信側同期信号を選択する。送信側信号出力器1dは、選択された送信側同期信号に同期して無線信号を出力する。受信機2の受信側同期信号選択器2cは、逆拡散コードに基づいて、受信側同期信号生成器2bから出力される、送信側同期信号と同じ信号の受信側同期信号を選択する。受信側信号出力器2dは、選択された受信側同期信号に同期した無線信号と相関がとられる被相関信号を出力する。相関器2eは、送信機1から送信される無線信号と、被相関信号との相関をとる。
【選択図】 図1
Description
図1は、本発明の通信システムの原理図である。
図に示す送信機1は、コード拡散器1a、送信側同期信号生成器1b、送信側同期信号選択器1c、送信側信号出力器1d、およびアンテナ1eを有している。受信機2は、コード出力器2a、受信側同期信号生成器2b、受信側同期信号選択器2c、受信側信号出力器2d、相関器2e、およびアンテナ2fを有している。
送信側同期信号生成器1bは、異なった位相の送信側同期信号を複数生成する。
受信機2のコード出力器2aは、アンテナ2fより受信される、送信機1からの無線信号を逆拡散するための逆拡散コードを出力する。
受信側同期信号選択器2cは、コード出力器2aから出力される逆拡散コードに基づいて、受信側同期信号生成器2bから出力される受信側同期信号を選択して出力する。
相関器2eは、アンテナ2fより受信される無線信号と、受信側信号出力器2dから出力される被相関信号との相関をとる。
送信機1の送信側同期信号生成器1bは、異なった位相の送信側同期信号を複数生成する。送信側信号出力器1dは、コード拡散された送信データに基づいて選択された送信側同期信号に同期して無線信号を出力する。送信側信号出力器1dは、選択された送信側同期信号に同期して無線信号を出力する。従って、送信側信号出力器1dからは、コード拡散された送信データに応じた、位相の異なった無線信号が出力される。
図2は、送信機のブロック構成図である。
コード拡散器12には、送信データとコード発生器11から出力される拡散コードとが入力される。コード拡散器12は、入力される送信データを拡散コードで拡散して出力する。
次に、図2の個々のブロックを実現する回路について説明する。まず、波形発生器14の回路について説明する。
図に示す単一サイクル発生器は、図2の波形発生器14に構成され、拡散された送信データを変調するための基となる信号を出力する。
トランジスタM1のドレインは、一端が電源Vccと接続されたインダクタL1と接続されている。トランジスタM2のドレインは、一端が電源Vccと接続されたインダクタL2と接続されている。トランジスタM1,M2のドレインは、トランジスタM1を介して接続されている。トランジスタM1,M2のソースは、インダクタL3に接続されている。コンデンサC1と抵抗R2は、並列に接続され、一端はインダクタL3、他端はグランドに接続されている。
図に示すグラフの横軸(time)は時間を示し、単位はnsである。縦軸(voltage)は電圧を示し、単位はVである。図に示す点線は、トランジスタM1,M2のゲートに入力される入力信号i+,i−を示す。実線は、トランジスタM1,M2のドレインから取り出される出力信号o+,o−の差分((o+)−(o−))の波形を示している。図に示すように、単サイクルパルスの出力信号o+,o−は、入力信号i+,i−のクロックに同期して出力されている。
図5は、PLLのブロック構成図である。
図に示すようにPLL(Phase Locked Loop)は、電圧制御発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)21、TFF(T−フリップフロップ)22,23、位相検出器(PD:Phase Detection)24、ループフィルタ(LF:Loop F)25、およびレベルシフタ(LS:Level Shifter)26を有している。また、抵抗R3,R4、およびコンデンサC2〜C5を有している。図に示すPLLは、基準信号Frefを4逓倍した周波数の信号を出力する。
TFF22,23は、VCOから出力される信号を分周する。TFF22,23は、入力される信号を2分周する。従って、TFF23からは、TFF22に入力される信号を4分周した信号が出力される。
ところで、分周器(TFF22,23)の回路規模は大きく、特に初段では、高速動作が要求される。そこで、分周器を省略し、電圧制御発振器21の1/4の周波数を持つ参照信号と直接位相比較を行うPLLについて説明する。
図に示すようにPLLは、抵抗R5〜R11、コンデンサC6〜C9、およびトランジスタM3〜M12を有している。
電圧制御発振器27には、平衡型電圧制御発振器と多相電圧制御発振器がある。まず、平衡型の電圧制御発振器について説明する。
図に示すように電圧制御発振器は、トランジスタM13,M14、抵抗R12,R13、コンデンサC10,C11、インダクタL4,L5、およびダイオードD1,D2を有している。
ダイオードD1のアノードは、トランジスタM13のソースと接続されている。ダイオードD2のアノードは、トランジスタM14のソースと接続されている。ダイオードD1,D2のカソードは互いに接続され、レベルシフタから出力される電圧Vcが入力される。トランジスタM13,M14のドレインからは、電圧Vcに応じた周波数の信号VCO+,VCO−が出力される。なお、ダイオードD1,D2は、バラクタダイオードを用いる。
図8は、多相電圧制御発振器の回路図である。
図に示すように多相電圧制御発振器は、回路28a〜28nを有している。回路28a〜28nは、ダイオードD3,D4と抵抗R15、ダイオードD5,D6と抵抗R16、ダイオードD7,D8と抵抗R17、…を介して、互いに接続されている。
なお、平衡型電圧制御発振器のPLLを用いることなく、多相電圧制御発振器のPLLのみで所望の多相クロックを得るようにしてもよい。
図9は、相選択器の回路図である。
図に示すように相選択器は、デコーダ(DEC)30a、フリップフロップ回路(FF)30b、およびセレクタ30cから構成されている。また、図には、図6〜図8で説明したPLL30d、および図3で説明した単一サイクル発生器30eが示してある。
フリップフロップ回路30bは、一方の多相クロックの入力により、デコーダ30aから出力される信号を入力し、もう一方の多相クロックの入力により、デコーダ30aから出力される信号の入力を確定する。フリップフロップ回路30bは、多相クロックの異なる位相のタイミングによって、信号の入出力を確実に行うことができる。
図10は、コンボルバの構成図である。
図に示すようにコンボルバは、データバス31、デコーダ32a,32b、メモリ(MEMORY/FIFO(First In First Out))33a,33b、DAC(Digital Analog Converter)34a,34b、導電部35a,35b、およびIDT(InterDigital Transducer)36を有している。また、導電部35a,35bの出力にはアンプ37、コンデンサC13,C14、およびスイッチSW1,SW2により構成された積分回路が接続されている。
IDT36には、第2の信号が入力される。IDT36に入力される第2の信号は、歪み抵抗ストライプに対し垂直となるように、導電部35a,35bを表面弾性波として伝搬していく。表面弾性波は、IDT36から離れるほど減衰する。そのため、DAC34a,34bにおいて、第1の信号のビットの電圧値を、導電部35a,35bのIDT36から離れるほど大きくなるようにデジタルまたはアナログ補正することが可能である。
図2に示すコード拡散器12は、コード発生器11より発生される拡散コードにより、送信データを拡散する。
波形発生器14は、図3で示した単一サイクル発生器により、選択された多相クロックを単サイクルパルスの信号に変換する。単一サイクル発生器から出力される単サイクルパルスは、BPF15によって許容帯域だけが取り出される。BPF15から出力される送信信号は、アンテナ16によって受信機に送信される。
図11は、送信機のタイミングチャートを示した図である。
図に示す送信データは、図2に示すコード拡散器12に入力される送信データを示す。送信データ上に示す1,0,1,1,…は、送信データのビット値を示している。拡散コードは、コード発生器11から出力される拡散コードを示す。拡散コード上に示す1,0,3,2,…は、拡散コードの10進数値を示している。ここでは、拡散コードは2ビットである。クロックphi0,phi1,…,phi15は、図2の相選択器13に入力される多相クロックを示している。ここでは、相選択器13は、クロックphi0〜phi3を拡散された送信データに基づいて1つ選択し、出力するものとする。なお、クロックphi0〜phi3の周波数は、出力波形(送信信号)の同期をとるためのクロックであるので、出力波形の中心周波数より低くてよく、簡単には無線信号が出力されるタイミング、すなわちチップ周波数とする。出力波形は、図2の波形発生器14から出力される無線信号の波形を示している。
3bit目以降の上位の拡散コードをデータのシーケンスとして用いる。
図12は、受信機のブロック構成図である。
図に示すように受信機は、アンテナ41、BPF42、コード発生器43、コード拡散器44、相選択器45、波形発生器46、パルス相関器47、パルス列積分器48、および比較器49を有している。受信機は、例えば、搬送波を必要としないUWB通信を行い、図2で示した送信機とミリ波帯の通信を行う。
コード発生器43は、受信信号(アンテナ41によって受信された無線信号)を逆拡散するための逆拡散コードを発生する。
相選択器45には、位相の異なった複数の多相クロックが入力される。この多相クロックは、送信機で生成される多相クロックと同じ周波数、位相を有する。相選択器45は、入力される多相クロックを、コード拡散器44から出力される逆拡散コードに基づいて選択し、出力する。
次に、図12の個々のブロックを実現する回路について説明する。
図12に示すコード拡散器44は、コード発生器43より発生される逆拡散コードを拡散する。
波形発生器46は、単一サイクル発生器により、選択されたクロックを単サイクルパルスの信号に変換する。
パルス列積分器48は、相関値を積分し、比較器49は、パルス列積分器48から出力される積分された相関値をシンボルタイムごとに判定して受信データとして出力する。
図13は、受信機のタイミングチャートを示した図である。
図13に示す逆拡散コードは、図12に示すコード発生器43から出力される逆拡散コードを示す。逆拡散コード上に示す1,0,3,2,…は、逆拡散コードの10進数値を示している。ここでは、図11の拡散コードと同様に2ビットである。クロックphi0,phi1,…,phi15は、図12の相選択器45に入力される多相クロックを示している。ここでは、相選択器45は、クロックphi0〜phi3の4つを順に選択して出力するものとする。出力波形は、図12の波形発生器46から出力される単サイクルパルスの波形を示している。受信信号は、アンテナ41に受信される受信信号を示している。相関出力は、図12のパルス相関器47により、受信信号と出力波形の相関がとられたときの波形を示している。受信データは、受信信号と出力波形の相関値が大きかったときに復調された受信信号のデータを示している。
図2の波形発生器14、図12の波形発生器46の単一サイクル発生器がバースト波を出力する平衡型断続発振器となる。平衡型断続発振器は、選択された多相クロックをバースト波に変換する。図に示すように平衡型断続発振器は、トランジスタM16〜M19、コンデンサC15〜C17、およびインダクタL7,L8を有している。平衡型断続発振器は、図2,図12の波形発生器14、46で構成される。
図に示すグラフの横軸(time)は時間を示し、単位はnsである。縦軸(voltage)は電圧を示し、単位はVである。図に示す点線、一点鎖線は、図14のトランジスタM18,M19のゲートに入力される多相クロックtg0,tg1を示している。実線は、バースト波bo+,bo−の差分((bo+)−(bo−))の波形を示している。
図2の相選択器13、図12の相選択器45がPPM(Pulse Position Modulation)回路となる。図に示すようにPPM回路は、デコーダ(DEC)51、フリップフロップ回路(FF)52、16相クロック源53、およびセレクタ54a,54bを有している。なお、16相クロック源53は、図6〜8で示したPLLによって実現することができる。
図17は、筐体内通信の例を示した図である。
図18は、筐体内通信の他の例を示した図である。
図に示すように、バックプレーン81には、CPUを搭載した複数のCPUボード82a,82bが2列並行に実装されている。CPUボード82a,82bの側面には、高速パラレルバスのバス基板83a,83bが実装されている。CPUボード82a,82bは、無線通信するための送受信モジュール84a,84bを1枚につき3段有している。送受信モジュール84a,84bの上2段は、誘電体導波路85aa,85ab,85ba,85bbで結ばれている。バックプレーン81は、無線通信するための送受信モジュール84cを有している。また、CPUボード82a,82bは、シリアル通信ケーブル86a,86bで接続されている。
図に示すように通信装置は、送信機90a、受信機90b、およびTCXO90cを有している。送信機90aは、MCU(Micro Controller Unit)90aa、同期化回路90ab、PD−LF(phase detector-loop filter)90ac、PPVCO(PolyPhase VCO)90ad、SW90ae、QO90af、およびアンテナ90agを有している。受信機90bは、アンテナ90ba、BPF90bb、LNA(Low Noise Amplifier)90bc、ミキサ90bd、MCU90be、同期化回路90bf、PD−LF90bg、PPVCO90bh、SW90bi、QO90bj、積分器90bk、およびA/D90blを有している。
アンテナ90agは、QO90afから出力される単サイクルパルスまたはバースト波を通信相手となる通信装置に無線送信する。
BPF90bbは、受信信号の許容帯域のみを取り出し、LNA90bcに出力する。LNA90bcは、BPF90bbから出力される受信信号を増幅し、ミキサ90bdに出力する。
ミキサ90bdは、LNA90bcから出力される受信信号と、QO90bjから出力される単サイクルパルスまたはバースト波との相関を取り、積分器90bkに出力する。厳密には、バースト波の中心周波数における送受間のキャリア同期が必要になる。これは、例えば、受信機40b側で遅延器等を用いて直交バースト波を生成し、相関器として用いるミキサを直交化することで回避できる。
送信機90aのPPVCO90adは、受信機90bのPPVCO90bhと共通に設けられたTCXO90cの基準クロックを逓倍し、チップレートクロックccで発振している。
図に示すように位相分配器は、トランジスタM16〜M20、抵抗R15〜R30、コンデンサC18〜C27、インダクタL9〜L13を有している。
図21は、遅延時間を制御してビームを走査するアンテナの断面図である。
図にはアンテナの断面が示してある。また、図においては2つのビームの放射が示してある。アンテナ面からは、距離dの間隔でビームが放射されている。
図22は、指向性ビームを偏向する送信機の概略構成図である。
偏向方向に応じたタイミングで発生される単サイクルパルスを基にコンボルバ91a,91b,…,91nで任意波形を与え、アンテナ92a,92b,…、92nを介して送信する。ここでコンボルバ91a,91b,…,91nを省略すれば単サイクルパルスの送信機となり、またコンボルバの代わりにBPFを使えば、波列送信機となる。また、図20で示した位相分配器から図14の平衡型断続発生器を駆動して送信しても波列送信機となる。
図に示すコンボルバ101a,101b,…,101nは、積分器を内蔵しておらず、代わりに自乗回路を内蔵している。また、T/4ずれた導電層パターンをもつ直交コンボルバとの対を有する。各アンテナ102a,102b,…102nからの経路にあるコンボルバの導電部には偏向角に応じてずれた値が与えられる。なお、この構成は送信側にも使用することができる。
図24は、参照波を用いる広帯域受信機のブロック構成図である。
図に示すように広帯域受信機は、アンテナ111a,111b,…,111n、ミキサ112a,112b,…,112n,113a,113b,…,113n、LPF(Low Pass Filter)114a,114b,…,114n、ミキサ115a,115b,…,115n、多相クロック源116、セレクタ117、位相分配器118、波形発生器119a,119b,…,119n、および積分器120を有している。
ミキサ115a,115b,…,115nは、波形発生器119a,119b,…,119nから出力される信号と、LPF114a,114b,…,114nから出力される信号を混合する。積分器120は、ミキサ115a,115b,…,115nから出力される信号を積分する。
送信データをコード拡散するコード拡散器と、無線信号の出力タイミングの基となる送信側同期信号を、異なった位相で複数生成する送信側同期信号生成器と、コード拡散された前記送信データに基づいて、前記送信側同期信号を選択する送信側同期信号選択器と、選択された前記送信側同期信号に同期して前記無線信号を出力する送信側信号出力器と、を有する送信機と、
前記無線信号を逆拡散するための逆拡散コードを出力するコード出力器と、前記送信側同期信号と同じ複数の受信側同期信号を生成する受信側同期信号生成器と、前記逆拡散コードに基づいて、前記受信側同期信号を選択する受信側同期信号選択器と、選択された前記受信側同期信号に同期した前記無線信号と相関がとられる被相関信号を出力する受信側信号出力器と、前記無線信号と前記被相関信号との相関をとる相関器と、を有する受信機と、
を有することを特徴とする通信システム。
(付記3) 前記無線信号および前記被相関信号は、正負の単サイクルパルスであることを特徴とする付記1記載の通信システム。
(付記5) 前記送信データのコード拡散および前記送信機から送信される前記無線信号と、前記受信側信号出力器から出力される前記無線信号との相関は、コンボルバによって行われることを特徴とする付記1記載の通信システム。
表面弾性波の進行方向を横断するストライプ状の導電領域が表面に形成された半導体と、
前記半導体の表面に実装される電気信号を前記表面弾性波に変換する電極と、
前記導電領域に印加される電圧と前記導電領域を通過する前記表面弾性波との積の総和を一定期間積分して出力する積分器と、
を有することを特徴とする付記5記載の通信システム。
(付記9) 前記電極は、前記導電領域の中央に実装され、一方の側の前記導電領域には正の信号が与えられ、他方の側の前記導電領域には負の信号が与えられることを特徴とする付記6記載の通信システム。
前記無線信号を送信する複数の送信アンテナと、
前記送信アンテナごとに順次異なるタイミングで前記無線信号を出力する信号出力手段と、をさらに有し、
前記受信機は、
前記無線信号を受信する複数の受信アンテナと、
前記受信アンテナの各々から受信される前記無線信号のタイミングを検出する検出手段と、をさらに有することを特徴とする付記1記載の通信システム。
前記受信機は、前記受信アンテナの各々から受信される前記無線信号と相関をとるための受信テンプレート信号を、異なる位相で出力するための受信側位相分配器をさらに有することを特徴とする付記10記載の通信システム。
送信データをコード拡散するコード拡散器と、
無線信号の出力タイミングの基となる同期信号を、異なった位相で複数生成する同期信号生成器と、
コード拡散された前記送信データに基づいて、前記同期信号を選択する同期信号選択器と、
選択された前記同期信号に同期して前記無線信号を出力する信号出力器と、
を有することを特徴とする送信機。
無線信号を逆拡散するための逆拡散コードを出力するコード出力器と、
送信機において生成される前記無線信号の出力タイミングの基となる複数の同期信号と同じ複数の同期信号を生成する同期信号生成器と、
前記逆拡散コードに基づいて、前記同期信号を選択する同期信号選択器と、
選択された前記同期信号に同期した前記無線信号と相関がとられる被相関信号を出力する信号出力器と、
前記無線信号と前記被相関信号との相関をとる相関器と、
を有することを特徴とする受信機。
送信機によって、
送信データをコード拡散し、
無線信号の出力タイミングの基となる送信側同期信号を、異なった位相で複数生成し、 コード拡散された前記送信データに基づいて、前記送信側同期信号を選択し、
選択された前記送信側同期信号に同期して前記無線信号を出力し、
受信機によって、
前記無線信号を逆拡散するための逆拡散コードを出力し、
前記送信側同期信号と同じ複数の受信側同期信号を生成し、
前記逆拡散コードに基づいて、前記受信側同期信号を選択し、
選択された前記受信側同期信号に同期した前記無線信号と相関がとられる被相関信号を出力し、
前記無線信号と前記被相関信号との相関をとる、
ことを特徴とする通信方法。
1a コード拡散器
1b 送信側同期信号生成器
1c 送信側同期信号選択器
1d 送信側信号出力器
1e,2f,16,41 アンテナ
2 受信機
2a コード出力器
2b 受信側同期信号生成器
2c 受信側同期信号選択器
2d 受信側信号出力器
2e 相関器
11,43 コード発生器
12,44 コード拡散器
13,45 相選択器
14,46 波形発生器
15,42 BPF
30a,51 デコーダ
30b,52 フリップフロップ回路
30c,54a,54b セレクタ
30d PLL
30e 単一サイクル発生器
47 パルス相関器
48 パルス列積分器
49 比較器
53 16相クロック源
Claims (10)
- 無線通信する通信システムにおいて、
送信データをコード拡散するコード拡散器と、無線信号の出力タイミングの基となる送信側同期信号を、異なった位相で複数生成する送信側同期信号生成器と、コード拡散された前記送信データに基づいて、前記送信側同期信号を選択する送信側同期信号選択器と、選択された前記送信側同期信号に同期して前記無線信号を出力する送信側信号出力器と、を有する送信機と、
前記無線信号を逆拡散するための逆拡散コードを出力するコード出力器と、前記送信側同期信号と同じ複数の受信側同期信号を生成する受信側同期信号生成器と、前記逆拡散コードに基づいて、前記受信側同期信号を選択する受信側同期信号選択器と、選択された前記受信側同期信号に同期した前記無線信号と相関がとられる被相関信号を出力する受信側信号出力器と、前記無線信号と前記被相関信号との相関をとる相関器と、を有する受信機と、
を有することを特徴とする通信システム。 - 前記無線信号および前記被相関信号は、単サイクルパルスであることを特徴とする請求項1記載の通信システム。
- 前記無線信号および前記被相関信号は、正負の単サイクルパルスであることを特徴とする請求項1記載の通信システム。
- 前記無線信号および前記被相関信号は、バースト波であることを特徴とする請求項1記載の通信システム。
- 前記送信データのコード拡散および前記送信機から送信される前記無線信号と、前記受信側信号出力器から出力される前記無線信号との相関は、コンボルバによって行われることを特徴とする請求項1記載の通信システム。
- 前記コンボルバは、
表面弾性波の進行方向を横断するストライプ状の導電領域が表面に形成された半導体と、
前記半導体の表面に実装される電気信号を前記表面弾性波に変換する電極と、
前記導電領域に印加される電圧と前記導電領域を通過する前記表面弾性波との積の総和を一定期間積分して出力する積分器と、
を有することを特徴とする請求項5記載の通信システム。 - 前記電極は、対向した金属薄膜が表面に形成された強誘電体であり、前記半導体の表面上またはエッチングにより形成したリセス部に実装されることを特徴とする請求項6記載の通信システム。
- 前記電極は、ピエゾ効果を有する前記半導体の表面に形成されたくし型の金属薄膜パターンであることを特徴とする請求項6記載の通信システム。
- 前記電極は、前記導電領域の中央に実装され、一方の側の前記導電領域には正の信号が与えられ、他方の側の前記導電領域には負の信号が与えられることを特徴とする請求項6記載の通信システム。
- 前記送信機は、
前記無線信号を送信する複数の送信アンテナと、
前記送信アンテナごとに順次異なるタイミングで前記無線信号を出力する信号出力手段と、をさらに有し、
前記受信機は、
前記無線信号を受信する複数の受信アンテナと、
前記受信アンテナの各々から受信される前記無線信号のタイミングを検出する検出手段と、をさらに有することを特徴とする請求項1記載の通信システム。
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