JP2006115217A - 無線送信方法および無線送信機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】データ信号Dの1ビットに対応して矩形波信号S2を生成し出力する矩形波信号生成部2と、矩形波信号S2のパルス幅を矩形波信号S2ごとに制御するパルス幅制御部3と、矩形波信号S2により駆動される送信アンテナ4とを備える。矩形波信号S2のパルス幅を矩形波信号S2ごとに制御することにより、送信信号スペクトルが広帯域に拡散し、送信信号スペクトルのピーク値が小さくなる。
【選択図】 図1
Description
従来の無線送信機500は、図16(A)に示すように、搬送波(キャリア)を生成する電圧制御発振器(VCO)501と、搬送波に送信したいベースバンド信号を乗算して搬送波を変調することによりアップコンバートする乗算器502と、変調された搬送波すなわち被変調波を増幅するパワーアンプ503と、増幅された被変調波により駆動される送信アンテナ504とを有する。
これに対応する従来の無線受信機600は、図16(B)に示すように、受信アンテナ601と、受信アンテナ601で受信された被変調波を増幅する低雑音増幅器(LNA)602と、増幅された被変調波からイメージ成分を除去するイメージ除去フィルタ603と、搬送波を生成する電圧制御発振器(VCO)604と、イメージ成分が除去された被変調波を搬送波と乗算してダウンコンバートする乗算器605と、乗算器605の出力信号のうち中間周波数を通過させるチャネル選択フィルタ606と、チャネル選択フィルタ606を通過した信号を検波して送信されたベースバンド信号に変換する検波器607とを有する。
図16は位相変復調により無線通信を行う場合の一例であるが、他の無線通信方式においても搬送波を発生させ、搬送波に変復調を施して無線通信を行うのが一般的である。
また、従来のUWBを用いた送信機を用いる場合には、搬送波が不要である反面、ガウシアンモノパルスを生成する短パルス生成回路が必要となる。この短パルス生成回路は構成が複雑でかつ消費電力が大きいので、上述した送信機500を用いる場合と同様に、ハードウェア量が大きく、製造コストおよび消費電力が大きいという問題があった。
上述した規制値は、干渉が起きないように、単位周波数あたりの送信電力で規定されている。送信信号スペクトルを拡散することにより、単位周波数あたりの電力値が低下する。したがって、これを利用することにより、干渉の影響を抑えつつ、全送信信号電力を大きくすることが可能となる。一般的なスペクトル拡散手段として拡散符号や周波数ホッピングを用いた技術があるが、ハードウェア量がさらに大きくなり、消費電力のさらなる増加をもたらすという問題があった。
他の目的は、簡易な構成で送信信号スペクトルの単位周波数あたりの電力値を低減し、無線通信システムの性能を確保しつつ他の無線通信システムへの干渉を低減することにある。
ここで、前記矩形波信号生成手段は、前記ディジタル信号を遅延させる遅延回路と、前記ディジタル信号の状態と前記遅延回路の出力信号の状態とが互いに同じか異なるかで出力電圧を変えることにより前記矩形波信号を生成する演算回路とを備え、前記パルス幅制御手段は、前記遅延回路の遅延量を制御するものであってもよい。
ここで、前記ディジタル信号とクロック信号とに基づき前記ディジタル信号をこのディジタル信号における2状態何れかのビットに対応して状態遷移する信号に変換し前記矩形波信号生成手段に出力する信号変換手段を更に備え、前記タイミング制御手段は、前記クロック信号の周波数を制御するものであってもよい。
ここで、前記矩形波信号生成手段は、縦続接続された複数の矩形波信号生成回路を備え、前記矩形波信号生成回路は、入力信号を遅延させる遅延回路と、前記入力信号の状態と前記遅延回路の出力信号の状態とが互いに同じか異なるかで出力電圧を変えることにより前記パルスを生成する演算回路とを備え、前記生成間隔制御手段は、2段目以降の矩形波信号生成回路に対し前記遅延回路の遅延量を制御するものであってもよい。
[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無線送信機の構成を示すブロック図である。図2は、この無線送信機の各部の信号波形の一例を示す図である。
図1に示す無線送信機は、データが「1」と「0」の状態にコード化されたディジタル信号(以下「データ信号」という)Dをそのデータ信号Dの状態「1」のビットに対応して状態遷移する信号S1に変換する信号変換部1と、信号変換部1から入力される信号S1の状態遷移に同期して矩形波信号S2を生成する矩形波信号生成部2と、矩形波信号生成部2により生成される矩形波信号S2のパルス幅Tを矩形波信号S2ごとに制御するパルス幅制御部3と、矩形波信号生成部2から供給される矩形波信号S2により駆動される送信アンテナ4とから構成される。なお、「矩形波信号」とは、電圧の立ち上がりから立ち下がりまで(場合によっては、立ち下がりから立ち上がりまで)のパルス的な電圧変化をいう。
したがって、信号S1は図2(D)に示すように、データ信号Dの状態「1」のビットに対応して状態遷移する。より具体的には、状態「1」のビットのDuty50%(中央)の位置で状態遷移する。言い換えれば、信号S1の立ち上がりおよび立ち下がりが、データ信号Dの状態「1」にビットに対応することになる。
パルス幅制御部3は、遅延回路21の遅延量を制御する。遅延回路21の遅延量により矩形波信号S2のパルス幅Tが決まるので、遅延量の変化に合わせてパルス幅Tが変化する。
遅延回路21は、図4(A)に示すようなDFF51で実現することができる。DFF51では、供給されるクロック信号C2の周波数によって遅延量が決まり、矩形波信号S2のパルス幅Tが決まる。したがって、パルス幅制御部3としてクロック制御回路61を用い、DFF51に供給するクロック信号C2の周波数を変化させることにより、矩形波信号S2のパルス幅Tを変化させることができる。
なお、インバータ回路を4段以上の偶数段をつなげて遅延回路21を実現することもできる。インバータ回路を3段以上の奇数段をつなげて遅延回路21を実現することもできが、この場合には排他的論理和回路(Exclusive OR回路)22の代わりにExclusive NOR回路を用いる必要がある。
いずれにせよ、遅延回路21およびパルス幅制御部3は、図4に示した構成には限定されない。
2n+1次高調波成分の信号振幅は、図5に示すように矩形波信号の信号振幅に比べ1/(2n+1)になる(3次高調波では1/3、5次高調波では1/5)。したがって、高次の高調波成分を送信する場合ほど、送信信号電力が小さくなる。
このRFパルス信号のパルス幅は、送信アンテナ4のインパルス応答およびアンテナ帯域で決まる。アンテナ帯域が広い場合にはこのパルス幅は短くなり、逆にアンテナ帯域が狭い場合にはこのパルス幅は長くなる。
矩形波信号S2のスペクトルが示されている図3を参照すると、矩形波信号S2の3次高調波成分の周波数は3/2Tに相当するから、3次高調波成分を送信アンテナ4から出力する場合には、図3に示すような帯域の送信アンテナ4を用意すればよい。
さらに、遅延量が小さいほど、矩形波信号S2を出力する排他的論理和回路22も高速に動作する必要がある。遅延量が大きければ、排他的論理和回路22に要求される動作速度は緩和される。
また、規制値に対応した高次高調波成分を利用することで、基本波成分を利用する場合に必要となる減衰器を用いる必要がなくなるといった効果も得られる。
したがって、矩形波信号S2のパルス幅を矩形波信号S2ごとに制御することにより、アンテナ帯域の電力を一定に保ちつつ、単位周波数あたりの送信信号電力ピーク値を低減できるので、他の無線通信システムへの干渉の影響を低減することが可能となる。
なお、後述する他の実施の形態はそれぞれ他のパラメータを矩形波信号ごとに制御するものであるが、この制御についての考え方は本実施の形態と同様である。
本実施の形態に係る無線送信機からは、データ信号Dの状態「1」,「0」に対応してRFパルス信号がオンオフされて送信されるので、無線受信機ではこのオンオフ信号を検波すればよい。したがって、図9(A)に示す無線受信機は、RFパルス信号を受信する受信アンテナ101と、受信された信号を増幅するローノイズアンプ(LNA)102と、増幅された信号をダイオード検波を用いて包絡線検波するダイオード103aと、検波された信号をAD変換するADコンバータ104を有する。
なお、図9(A),(B)におけるADコンバータ104によるAD変換は、検波された信号からRFパルス信号のオンオフを判定していることになるので、ADコンバータ104の代わりにコンパレータを用いてRFパルス信号のオンオフを判定するようにしてもよい。
また、図9(A),(B)に示す無線受信機では、RF信号をそのまま包絡線検波しているが、RF信号を中間周波数にダウンコンバートしてから包絡線検波する構成にしてもよい。この場合には、ダウンコンバートを行う回路が必要になるが、RF信号を直接包絡線検波する場合に比べて包絡線検波の実現が容易になる。
本発明の第2の実施の形態に係る無線送信機は、矩形波信号S2が生成されるタイミングを矩形波信号S2ごとに制御することにより、送信信号スペクトルを拡散し、他の無線通信システムへの干渉の影響を低減するものである。
図10は、本発明の第2の実施の形態に係る無線送信機の構成を示すブロック図である。この図10では、図1に示した構成要素と同一の構成要素に対しては、図1と同一符号を用いている。図11は、この無線送信機の各部の信号波形の一例を示す図である。
矩形波信号S2の高次高調波成分のスペクトルは、図12(A)に示すような多数の線スペクトルからなる。線スペクトルの間隔はデータレートで決まる。
上述したように矩形波信号S2が生成されるタイミングを変化させることは、矩形波信号S2のデータレートを変化させることに相当する。このため、矩形波信号S2の高次高調波成分のスペクトルを構成する線スペクトルの間隔が、図12(B)に実線で示すように変わる。
本発明の第3の実施の形態に係る無線送信機は、2以上のパルスからなる矩形波信号を生成し、そのパルスの生成時間間隔を制御することにより、送信信号スペクトルを拡散し、他の無線通信システムへの干渉の影響を低減するものである。
図13は、本発明の第3の実施の形態に係る無線送信機の構成を示すブロック図である。この図13では、図1および図10に示した構成要素と同一の構成要素に対しては、図1および図10と同一符号を用いている。図14は、この無線送信機の各部の信号波形の一例を示す図である。
第1の矩形波信号生成回路2aは、図1における矩形波信号生成部2と同等のものであり、遅延回路21aと排他的論理和回路22aとから構成され、信号変換部1から入力される信号S1の状態遷移に同期して、図14(A)に示すようなパルス幅T1の矩形波信号S3を生成する。矩形波信号S3のパルス幅T1が遅延回路21aの遅延量で決まることは、上述したとおりである。信号S1はデータ信号Dの状態「1」のビットに対応して状態遷移するので、第1の矩形波信号生成回路2aからはデータ信号Dの状態「1」のビットに対応して矩形波信号S3が出力される。
生成時間間隔制御部8は、遅延回路21bの遅延量を制御する。遅延回路21bの遅延量により矩形波信号S4を構成する2つのパルスの生成時間間隔T2が決まるので、遅延量の変化に合わせて生成時間間隔T2が変化する。
矩形波信号S4を構成する2つのパルスのうち2つ目のパルスに着目すると、2つのパルスの生成時間間隔T2を変化させる操作は、第2の実施の形態で行った矩形波信号が生成されるタイミングを変化させる操作を2つ目のパルスのみに適用しているとみなすことができる。したがって、本実施の形態においても第2の実施形態と同様の作用により、送信信号スペクトルを拡散させ、単位周波数あたりの送信信号電力ピーク値を低減でき、他の無線通信システムへの干渉の影響を低減することが可能となる。
図1における遅延回路21と同様に、遅延回路21a,21bは図15(A)に示すようなDFF51a,51bで実現することができる。
図15(B)に示す例では、インバータ回路52a,55a,52b,55bの出力端子がMOSスイッチ53a,56a,53b,56bおよび容量54a,57a,54b,57bを介して接地されている。MOSスイッチ53a,56aのゲート端子電圧V1によってインバータ回路52a,55aの出力のRC時定数が決まり、MOSスイッチ53b,56bのゲート端子電圧V2によってインバータ回路52b,55bの出力のRC時定数が決まり、それぞれの遅延量が決まる。
また、生成間隔制御部8として電圧制御回路62bを用い、MOSスイッチ53b,56bのゲート端子電圧V2を変化させることにより、2つのパルスの生成時間間隔T2を変化させることができる。
Claims (11)
- 入力されたディジタル信号を無線送信する無線送信方法であって、
前記ディジタル信号の1ビットのデータに対応して矩形波信号を生成するステップと、
前記矩形波信号のパルス幅を前記矩形波信号ごとに制御するステップと、
前記矩形波信号によりアンテナを駆動し送信信号を出力するステップと
を備えることを特徴とする無線送信方法。 - 入力されたディジタル信号を無線送信する無線送信方法であって、
前記ディジタル信号の1ビットのデータに対応して矩形波信号を生成するステップと、
前記矩形波信号が生成されるタイミングを前記矩形波信号ごとに制御するステップと、
前記矩形波信号によりアンテナを駆動し送信信号を出力するステップと
を備えることを特徴とする無線送信方法。 - 入力されたディジタル信号を無線送信する無線送信方法であって、
前記ディジタル信号の1ビットのデータに対応して2以上のパルスからなる矩形波信号を生成するステップと、
前記矩形波信号を構成する前記パルスが生成される時間間隔を前記矩形波信号ごとに制御するステップと、
前記矩形波信号によりアンテナを駆動し送信信号を出力するステップと
を備えることを特徴とする無線送信方法。 - 請求項1〜3に記載の無線送信方法において、
前記矩形波信号を生成するステップは、前記ディジタル信号における2状態何れかのビットに対応して前記矩形波信号を生成することを特徴とする無線送信方法。 - 入力されたディジタル信号を無線送信する無線送信機であって、
前記ディジタル信号の1ビットのデータに対応して矩形波信号を生成し出力する矩形波信号生成手段と、
この矩形波信号生成手段により生成される前記矩形波信号のパルス幅を前記矩形波信号ごとに制御するパルス幅制御手段と、
前記矩形波信号生成手段から入力される前記矩形波信号により駆動されるアンテナと
を備えることを特徴とする無線送信機。 - 請求項5に記載の無線送信機において、
前記矩形波信号生成手段は、前記ディジタル信号を遅延させる遅延回路と、前記ディジタル信号の状態と前記遅延回路の出力信号の状態とが互いに同じか異なるかで出力電圧を変えることにより前記矩形波信号を生成する演算回路とを備え、
前記パルス幅制御手段は、前記遅延回路の遅延量を制御することを特徴とすることを特徴とする無線送信機。 - 入力されたディジタル信号を無線送信する無線送信機であって、
前記ディジタル信号の1ビットのデータに対応して矩形波信号を生成し出力する矩形波信号生成手段と、
この矩形波信号生成手段により前記矩形波信号が生成されるタイミングを前記矩形波信号ごとに制御するタイミング制御手段と、
前記矩形波信号生成手段から入力される前記矩形波信号により駆動されるアンテナと
を備えることを特徴とする無線送信機。 - 請求項7に記載の無線送信機において、
前記ディジタル信号とクロック信号とに基づき前記ディジタル信号をこのディジタル信号における2状態何れかのビットに対応して状態遷移する信号に変換し前記矩形波信号生成手段に出力する信号変換手段を更に備え、
前記タイミング制御手段は、前記クロック信号の周波数を制御することを特徴とする無線送信機。 - 入力されたディジタル信号を無線送信する無線送信機であって、
前記ディジタル信号の1ビットのデータに対応して2以上のパルスからなる矩形波信号を生成し出力する矩形波信号生成手段と、
前記矩形波信号を構成する前記パルスが生成される時間間隔を前記矩形波信号ごとに制御する生成間隔制御手段と、
前記矩形波信号生成手段から入力される前記矩形波信号により駆動されるアンテナと
を備えることを特徴とする無線送信機。 - 請求項9に記載の無線送信機において、
前記矩形波信号生成手段は、縦続接続された複数の矩形波信号生成回路を備え、
前記矩形波信号生成回路は、入力信号を遅延させる遅延回路と、前記入力信号の状態と前記遅延回路の出力信号の状態とが互いに同じか異なるかで出力電圧を変えることにより前記パルスを生成する演算回路とを備え、
前記生成間隔制御手段は、2段目以降の矩形波信号生成回路に対し前記遅延回路の遅延量を制御することを特徴とする無線送信機。 - 請求項5,6,9および10の何れか1項に記載の無線送信機において、
前記ディジタル信号をこのディジタル信号における2状態何れかのビットに対応して状態遷移する信号に変換し前記矩形波信号生成手段に出力する信号変換手段を更に備えることを特徴とする無線送信機。
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JP2008294959A (ja) * | 2007-05-28 | 2008-12-04 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Uwb通信装置 |
JP2016165028A (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | 日本電信電話株式会社 | 無線送信装置 |
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