JP2008124917A - 無線通信システム並びに無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ミリ波周波数帯を用いて高速広帯域化した反射波伝送を行なう。
【解決手段】第１の通信装置が備えた反射器が、受信した無変調キャリアに対する経長反射波によって第２の通信装置への上り方向のデータ伝送を行なう。一方、第２の通信装置は無変調キャリアに変調信号を多重化して第１の通信装置への下り方向のデータ伝送を行なう。このとき、第１の通信装置は、単一のミキサを用いて、反射波伝送による送信と自己ヘテロダイン方式による受信の双方の動作を行なうことができ受信した無変調キャリアと変調信号の乗積成分からＩＦ信号を取り出してダウンコンバートを行なう。
【選択図】 図１

Description

本発明は、比較的近距離の機器間において低消費電力の通信動作を実現する無線通信システム並びに無線通信装置に係り、特に、反射波読取器側からの無変調キャリアの送信と、反射器側におけるアンテナの終端操作に基づく受信電波の吸収と反射を利用した反射波伝送方式によりデータ通信を行なう無線通信システム並びに無線通信装置に関する。

さらに詳しくは、本発明は、高速広帯域化した反射波伝送を行なう無線通信システム並びに無線通信装置に係り、特に、反射器を備えた端末側の回路の複雑化や消費電力の増大を招くことなく双方向の通信において高速広帯域化を実現する無線通信システム並びに無線通信装置に関する。

無線通信技術は、有線通信方式におけるケーブルの配線からユーザを解放するシステムとして期待され、急速に普及してきている。ここで言う無線通信には、携帯電話（ＰＤＣ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ）やＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＩＥＥＥ８０２．１１に代表される無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信などが挙げられる。

また、最近ではＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｅｒ）などに使用される非接触通信方式を利用したデータ通信システムについて提案がなされている。非接触の通信方法には、静電結合方式、電磁誘導方式、電波通信方式などが挙げられる。このうち電波通信方式のＲＦＩＤシステムは、受信した無変調キャリアに対し変調処理を施した反射波によりデータを送信する反射器と、反射器からの変調反射波信号からデータを読み取る反射波読取器で構成され、「バックスキャッタ」とも呼ばれる反射波伝送を行なう。

反射器は、反射波読取器から無変調キャリアが送られてくると、アンテナ負荷インピーダンスの切り替え操作などに基づいてその反射波に変調を施してデータを重畳する。すなわち、反射器側ではキャリア発生源が不要であることから、低消費でデータ伝送動作を駆動する。そして、反射波読取器側では、このような変調反射波を受信し、復調並びに復号処理して伝送データを取得することができる。

また、反射器においてアンテナの負荷インピーダンスを変化させるためのアンテナ・スイッチを、回路モジュールに組み込んでＣＭＯＳトランジスタで構成することもできるが、回路モジュールとは切り離して、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）で構成することで、低消費電力で高速な切り替え動作が可能となる。後者の場合、反射波変調によるデータ伝送レートが向上するとともに、その消費電力は数１０μＷ以下に抑制される。したがって、無線ＬＡＮでは通信時に数百ｍＷ〜数Ｗ程度の電力を消費することを考慮すると、反射波通信は一般的な無線ＬＡＮの平均消費電力と比較すると圧倒的な性能差を持つと言える（例えば、特許文献１を参照のこと）。

反射器を搭載した端末は受信電波を反射する動作を行なうだけであるから、無線局とはみなされず、電波通信に課される法規制の対象外として扱われる。また、電磁誘導方式など他の非接触通信システムでは数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ（例えば１３．６５ＭＨｚ）の周波数を用いるのに対し、反射波通信方式では例えばＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｏｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｂａｎｄ）と呼ばれる２．４ＧＨｚ帯の高帯域を用いた高速なデータ伝送を実現することができる。

例えば、デジタルカメラや、ビデオ・カメラ、携帯電話、携帯情報端末、携帯型音楽再生装置など、消費電力を極力抑えたいモバイル系の端末機器に反射器を組み込み、テレビ、モニタ、プリンタ、ＰＣ、ＶＴＲ、ＤＶＤプレイヤなど、据え置き型の家電製品などからなるホスト機器に反射波読取器を組み込む。そして、カメラ付き携帯電話やデジタルカメラで撮った画像データを、反射波伝送路を経由でＰＣにアップロードし、画像データの蓄積や表示出力、プリントアウトなどを行なうことができる。

図５Ａには、反射波伝送を利用した無線通信システムの構成を模式的に示している。図示のシステムは、反射器を備えた端末１０と、反射波読取器を備えたホスト２０間で、反射波伝送を行なうようになっている。

端末１０は、インターフェース１６を介して上位機器（アプリケーション）１８に接続して使用され、反射部１１と送信データ符号化部１２からなる送信系統と、受信部１３と、受信データ復号部１４からなる受信系統と、アンテナ１９と、アンテナ１９を送受信系統のいずれかに切り替える送受信切替部１５で構成され、システム制御部１７によって全体の動作が統括的に制御される。

ホスト２０は、インターフェース２６を介して上位機器（アプリケーション）２８に接続して使用され、受信部２１と受信データ復号部２２からなる受信系統と、送信部２３と送信データ符号化部２４からなる送信系統と、アンテナ２９と、アンテナ２９を送受信系統のいずれかに切り替える送受信切替部２５で構成され、システム制御部２７によって全体の動作が統括的に制御される。

ここで、送信部２３は、データ送信を行なう際には、送信データ符号化部２４から渡される送信データでキャリア信号を変調させて送信信号を生成するが、データ受信を行なう際には、無変調キャリアをそのまま送出する。そして、受信部２１は、端末１０から返される変調反射波信号の復調処理を行なう。後者の場合、受信部２１と送信部２３により反射波読取器が構成される。

端末１０側に接続される上位機器１８は、例えばデジタルカメラや、ビデオ・カメラ、携帯電話、携帯情報端末、携帯型音楽再生装置などの、画像や音楽などのコンテンツ・ソースとなる携帯型機器であり、多くの場合はバッテリを主電源として駆動する。また、ホスト２０側に接続される上位機器２８は、例えばテレビ、モニタ、プリンタ、ＰＣ、ＶＴＲ、ＤＶＤプレイヤなど、コンテンツを再生又は蓄積・管理を行なう据え置き型の機器である。

図５Ｂ及び図５Ｃには、端末１０側に搭載される反射部１１、並びに、ホスト２０側に搭載される反射波読取器としての受信部２１と送信部２３の構成例をそれぞれ示している。

反射波読取器側では、受信部２１は、直交検波部２１１と、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ：自動利得制御）アンプ２１２を備えている。また、送信部２３は、パワーアンプ２３１と、ミキサ２３２を備えている。また、送受信切替部２５は、例えばサーキュレータで構成され、１本のアンテナ２９が受信部２１と送信部２３で共用されている。

システム制御部２７は、受信部２１及び送信部２３における反射波通信動作を制御しながら、インターフェース２６を介して上位機器２８との間で一連のデータ送受信を行なう。

システム制御部２７がミキサ２３２に対してある直流電圧を与えることにより、送信信号がアップコンバートされ、送信部２３は無変調キャリアを送信することが可能となる。送信する無変調キャリアの周波数は、周波数シンセサイザ２２４が生成するローカル周波数で決まるが、例えばＩＳＭと呼ばれる２．４ＧＨｚ帯を用いるものとする。ミキサ２３２から出力される無変調キャリアは、パワーアンプ２３１により所定の電力レベルまで増幅され、サーキュレータ２５を介してアンテナ２９より送信される。

反射部１１からは無変調キャリアの反射波に送信データを重畳させた変調反射波信号が返されるが（後述）、ホスト２０側ではアンテナ２９により反射波信号を受信し、サーキュレータ２５を介して受信部２１に供給される。

直交検波部２１１には送信時と同じローカル周波数が入力されるので、直交検波部２１１では、反射部１１で掛けられたＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調波（若しくはＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調波）が検出される。但し、受信した信号はローカル信号と位相が異なるため、Ｉ軸信号とＱ軸信号とはその位相差に応じた変調信号となる。

ＡＧＣアンプ部２１２は、Ｉ軸信号及びＱ軸信号における最適値のゲインを制御し、このゲインが制御されたＩ軸信号及びＱ軸信号を後段の受信データ復号部２２に供給する。

受信データ復号部２２は、Ｉ軸信号及びＱ軸信号についてそれぞれデジタル・データへの復調を行なう。そして、復号されたデジタル・データがインターフェース２６を介して上位機器２８へ送信され、コンテンツの再生出力などの処理が行なわれる。

また、ホスト２０がデータ送信元である端末１０に対してデータの送達確認を行なう場合、システム制御部２７は、受信したパケット・データが正しければ肯定応答を意味するＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）を、受信したパケット・データが誤っていれば否定応答を意味するＮＡＣＫ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）を、それぞれデジタル・データとして、送信データ符号化部２４でパケット化した後、ミキサ２３２に転送し、ＡＳＫ変調を掛ける。

一方、端末１０側の反射部１１は、アンテナ・スイッチ１１１と、アンテナ負荷１１２で構成される。また、受信部１３は、バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）１３１と、ＡＳＫ検波部１３２で構成される。

上位機器１８から要求されている送信データを反射波伝送によって転送する際、送信データ符号化部１２はインターフェース１６を介して読み取ったデータを符号化して送信フレームを構成する。反射部１１では、送信データのビット・イメージに従ってアンテナ・スイッチ１１１のオン／オフ操作を行なう。例えば、データが１のときにはアンテナ・スイッチ１１１をオンにし、データが０のときにはアンテナ・スイッチ１１１をオフにする。

アンテナ・スイッチ１１１の他端は５０Ωのアンテナ負荷１１２を介して接地されている。したがって、アンテナ１９は、アンテナ・スイッチ１１１がオンのときにはアンテナ負荷１１２で終端され、アンテナ・スイッチ１１１がオフのときにはオープンとなる。すなわち、反射部１１は、アンテナ・スイッチ１１１のオン／オフ操作に伴うアンテナ負荷インピーダンスの変動により変調処理を施した反射波信号を送信する。一方のホスト２０側の受信部２１は、送信電波（無変調キャリア）に対する反射波の有無を検出することによって、反射部１１からの送信データを読み取ることができる。

バンドパス・フィルタ１３１及びＡＳＫ検波部１３２は、転送先であるホスト２０からＡＳＫ変調された送達確認信号を受信する際に必要であり、その動作はシステム制御部１７で行なわれる。バンドパス・フィルタ１３１は、受信信号のうち所望周波数を選択的に通過させ、それ以外の周波数帯を減衰させる。伝送の送達確認を行なわない一方向の伝送手順を採用するときには、バンドパス・フィルタ１３１及びＡＳＫ検波部１３２は不要である。

図６には、端末１０側からホスト２０側へ反射波通信によりデータ送信を行なう際のデータの流れを示している。但し、同図中で斜線が施された機能ブロックは、当該データ伝送時において動作を停止することが可能である。

ホスト２０は、送信部２３からアンテナ２９を介して無変調キャリアを送出し、端末１０側ではアンテナ１９で受信する。一方、端末１０の上位機器１８が要求する送信データをインターフェース１６から取り込むと、送信データ符号化部１２はこれを符号化するとともに送信用のフレームを構成する。そして、反射部１１は、前述の受信した無変調波を反射させる際に、送信データで変調を行なうことにより送信データを重畳する。

ホスト２０側では、この変調反射波をアンテナ２９から取り込み、受信部２１で復調を行なった後、受信データ復号部２２でフレームを解いてデータを復号する。そして、インターフェース２６を介して上位機器２８に復号データを渡す。正しく伝送された場合、復号データは端末１０からの送信データと同じものとなる。

端末１０から送られる変調反射波信号には、上位機器１８からの送信データの他に、ホスト２０から端末１０に送られた受信データに対するＡｃｋ／Ｎａｃｋ情報を含むことができる。この場合、受信データ復号部２１で復号されたデータはシステム制御部２７に渡され、Ａｃｋ／Ｎａｃｋ情報に基づいて再送の制御などを行なう。

図７には、ホスト２０側から端末１０側へデータ送信を行なう際のデータの流れを示している。例えば、ホスト２０が端末１０からの反射波信号に対してＡｃｋ／Ｎａｃｋの情報を返信する場合や、ホスト２０側が上位機器２８から要求される送信データ（ファイルなどのコンテンツ）を端末１０に送信する場合に相当する。図７に示されるホスト２０から端末１０へのデータ伝送では、図６に示したような電波の反射を用いておらず、電波による通常の無線通信と同様の手法が用いられている。但し、同図中で斜線が施された機能ブロックは、当該データ伝送時において動作を停止することが可能である。

ホスト２０側では、上位機器２８から要求される送信データ、あるいは端末１０から送られたデータのＡｃｋ／Ｎａｃｋ情報を、送信データ符号化部２４にて送信フレームを構成し、送信部２３にて変調を行ない、アンテナ２９から電波として送出する。

一方、端末１０側では、アンテナ１９で受信した電波を受信部１３にて復調し、続いて受信データ復号部１４でデータを復号する。そして、この復号データはインターフェース１６を介して上位機器１８へ渡され、あるいはＡｃｋ／Ｎａｃｋ情報はシステム制御部１７に渡される。

なお、図５Ａに示した通信システムでは時分割多重方式が適用され、図６に示した反射波伝送による端末１０からホスト２０へのデータ送信と、図７に示した無線通信によるホスト２０から端末１０へのデータ送信は、それぞれ別の時間帯を用いて交互に送信受信が行なわれるものとする。

ところで、無線システムにおいて伝送路の高速広帯域化を求めると、使用する周波数帯は準ミリ波、ミリ波へと移行していくと考えられる。現在、広帯域信号を高品質に伝送する無線通信システムでは、その占有帯域の広さとマイクロ波帯の周波数の枯渇から、無線ＬＡＮや無線ホームリンク、無線映像伝送システム、無線路車間通信システムなどへのミリ波通信の活用が検討されている。例えば、１２ＧＨｚ帯（ＩＦ帯域は１〜２ＧＨｚ）が使用されるＶＨＦ及びＵＨＦ、ＢＳ／ＣＳ衛星放送といったテレビ放送に代表されるミリ波映像伝送システムなどが挙げられる。

ミリ波通信システムでは、送信側では中間周波数（ＩＦ）信号を無線周波数（ＲＦ）信号に変換し、受信側ではＲＦ信号をＩＦ信号に再変換する。これら周波数変換のためには、通常、送信側及び受信側においてそれぞれローカル発振器が使用される。この場合、送信機と受信機それぞれのローカル発振器の発振周波数が高安定であり且つ位相雑音特性に優れていることが必要となることから、高価なローカル発振器の使用と特別な回路の付加が強いられることから、コスト高の要因となる。ミリ波周波数帯で動作するデバイスを低消費電力、小型、低コストで設計するにはほど遠い状況であり、それゆえ、ミリ波を使用する民生機器はごく稀である。

ここで、図５に示した反射波伝送において、ミリ波通信による高速広帯域を実現することを考えると、ホスト２０は、受信部２１、ローカル発振器２２４、送信部２３からなる反射波読取器を備えているが、これらの回路構成が複雑化し、消費電力も大きくなる。また、端末１０側では、受信信号を高周波のままＡＳＫ検波１３２で検波することは極めて困難であり、ダウンコンバートする必要がある。しかしながら、ダウンコンバートのためには、ダウンコンバータにローカル周波数を供給するローカル発振器が必要となるが、この場合、回路が複雑化し消費電力や装置コストが増大するとともに、無線局として電波通信に課される法規制の対象になってしまう。

特開２００５−６４８２２号公報

本発明の目的は、反射波読取器側からの無変調キャリアの送信と、反射器側におけるアンテナの終端操作に基づく受信電波の吸収と反射を利用した反射波伝送方式によりデータ通信を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム並びに無線通信装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、ミリ波周波数帯を用いて高速広帯域化した反射波伝送を行なうことができる、優れた無線通信システム並びに無線通信装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、反射器を備えた端末側の回路の複雑化や消費電力の増大を招くことなく双方向の通信において高速広帯域化を実現することができる、優れた無線通信システム並びに無線通信装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、第１及び第２の通信装置間で双方向の無線通信を行なう無線通信システムであって、
前記第１の通信装置が備えた反射器が、受信した無変調キャリアに対する変調反射波によって前記第２の通信装置への上り方向のデータ伝送を行なう反射波伝送手段と、
前記第２の通信装置は無変調キャリアに変調信号を多重化して前記第１の通信装置への下り方向のデータ伝送を行ない、前記第１の通信装置は受信した無変調キャリアと変調信号の乗積成分から中間周波数信号を取り出してダウンコンバートを行なう自己ヘテロダイン伝送手段と、
を具備することを特徴とする無線通信システムである。

但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない（以下、同様）。

本発明は、無変調キャリアを受信してデータを重畳させた変調反射波を送出する反射器を搭載した端末と、変調反射波からデータを読み取る反射波読取器を搭載したホストで構成される、電波の反射技術を利用した無線通信システムに関する。反射波伝送を利用した通信システムによれば、反射器側ではキャリア発生源が不要であることから、消費電力を格段に削減しながらデータ伝送を行なうことができ、一般的な無線ＬＡＮに比べると圧倒的な性能差である。

本発明に係る通信システムでは、とりわけ、ミリ波周波数帯を利用して高速広帯域化を目指している。しかしながら、反射波伝送システムにおいてミリ波通信を行なう場合、反射器側で受信信号の検波を行なうためには、ローカル周波数を用いてＩＦ信号にダウンコンバートする必要があるが、ローカル発振器を備えることに伴い回路の複雑化、消費電力の増大、コスト増大など、反射通信において反射器が本来持つ利点が大きく損なわれてしまう。

ここで、無線通信の技術分野では、送信機ではローカル発振器の発信出力信号を変調信号に多重化し、受信機ではダウンコンバートを行なうという、自己ヘテロダイン方式が知られている。この自己ヘテロダイン方式によれば、受信機は、送信機から受信した無変調キャリアと変調信号の乗積成分からＩＦ信号を取り出すことができるので、自らローカル発振器を持つ必要がなくなる。

そこで、本発明に係る無線通信システムでは、反射器を備えた端末側において、反射波伝送による送信技術と、自己ヘテロダイン方式による受信技術とを組み合わせることによって、低消費電力、小型、低コストという本来の利点を確保しながら、高速広帯域化を実現することとしている。

すなわち、前記第１の通信装置が備えた反射器が、受信した無変調キャリアに対する経長反射波によって前記第２の通信装置への上り方向のデータ伝送を行なう。一方、前記第２の通信装置は無変調キャリアに変調信号を多重化して前記第１の通信装置への下り方向のデータ伝送を行なう。このとき、前記第１の通信装置は受信した無変調キャリアと変調信号の乗積成分からＩＦ信号を取り出してダウンコンバートを行なう。

前記第１の通信装置は、単一のミキサを用いて、反射波伝送による送信と自己ヘテロダイン方式による受信の双方の動作を行なうことができる。このミキサは、スイッチング手段と周波数混合手段で構成される。スイッチング手段は、送信データに従ってオン／オフ操作することによって前記アンテナの負荷インピーダンスを切り替えて、受信した周波数ｆ_oの無変調キャリアに対する反射波を変調する。また、周波数混合手段は、前記アンテナで受信した周波数ｆ_oの無変調キャリア及び前記周波数ｆ_oからはｆ_sだけ異なる変調信号を多重化した多重化信号を入力して、非線形性による自己ヘテロダイン処理を行なって、中間周波数ｆ_sからなる変調信号を生成する。

前記第１の通信装置が備える単一ミキサは、例えば、前記スイッチング手段及び周波数混合手段がＭＯＳなどのＦＥＴで実装されたモノリシックＩＣとして構成される。

前記スイッチング手段は、前記アンテナの受信信号をドレインに入力し、ソースを接地するとともに、ゲートに前記データ処理手段からの送信データを入力し、送信データに応じたソース・ドレイン間のオン／オフ操作によってアンテナ負荷インピーダンスを切り替えて、受信した周波数ｆ_oの無変調キャリアに対する反射波を変調する。

一方、前記周波数混合手段は、前記アンテナで受信した周波数ｆ_oの無変調キャリア及び前記周波数ｆ_oからはｆ_sだけ異なる変調信号を多重化した多重化信号をゲートに入力すると、ＦＥＴが持つ非線形性による自己ヘテロダイン処理を行なって、中間周波数ｆ_sからなる変調信号をドレインから出力する。

したがって、前記第１の通信装置は、回路が簡素化し、装置の小型化、低消費電力化、低コスト化で高速広帯域化を実現することができる。

また、前記第２の通信装置は、無線信号を送受信するアンテナと、前記アンテナから無変調キャリアを送出するとともに該無変調キャリアに対する変調反射波信号を受信するデータ受信手段と、データを乗せた変調信号を無変調キャリアと多重化して前記アンテナから送信するデータ送信手段と、送信データ及び受信データの処理を行なうデータ処理手段で構成される。

また、前記第２の通信装置は、周波数ｆ_oの信号を生成する第１のローカル発振器と、中間周波数ｆ_sの信号を生成する第２のローカル発振器を備えている。前記データ受信手段は、前記第１のローカル発振器から供給される周波数ｆ_oの無変調キャリアを前記アンテナから送信する。一方、前記データ送信手段は、前記第２のローカル発振器から供給される中間周波数ｆ_sの信号を前記データ処理手段からの送信データで変調し、該変調信号と前記第１のローカル発振器から供給される周波数ｆ_oの無変調キャリアと多重化して前記アンテナから送信する。

そして、前記第２の通信装置は、前記第１の通信装置と接続中は常に周波数ｆ_oの無変調キャリアを送信し続ける。前記第１の通信装置へのデータを送信するには前記周波数ｆ_oからはｆ_sだけ異なる変調信号を多重化して送信するが、前記第１の通信装置からデータを受信するときには前記周波数ｆ_oの変調反射波信号を受信処理する。

本発明によれば、反射波読取器側からの無変調キャリアの送信と、反射器側におけるアンテナの終端操作に基づく受信電波の吸収と反射を利用した反射波伝送方式によりデータ通信を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム並びに無線通信装置を提供することができる。

また、本発明によれば、反射波伝送を利用しつつ、反射器を備えた端末側の回路の複雑化や消費電力の増大を招くことなく、ミリ波周波数帯を用いて双方向の通信において高速広帯域化を実現することができる、優れた無線通信システム並びに無線通信装置を提供することができる。

本発明に係る無線通信システムによれば、反射器を備えた端末側において、反射波伝送による送信技術と、自己ヘテロダイン方式による受信技術とを組み合わせることによって、低消費電力、小型、低コストという本来の利点を確保しながら、双方向のデータ通信において高速広帯域化を実現することができる。

本発明によれば、反射器を備えた端末側では、単一のミキサで、反射波伝送による送信と自己ヘテロダイン方式による受信の双方の動作を行なうことができるので、回路が簡素化し、装置の小型化、低消費電力化、低コスト化で高速広帯域化を実現することができる。

本発明に係る無線通信方式は、特定の使用周波数帯に限定されず適用することができるが、とりわけデバイスがまだ十分に普及していない準ミリ波帯やミリは体でのアプリケーションが期待される。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

本発明は、無変調キャリアを受信してデータを重畳させた変調反射波を送出する反射器を搭載した端末と、変調反射波からデータを読み取る反射波読取器を搭載したホストで構成される、電波の反射技術を利用した無線通信システムに関するものであり、さらに具体的には、ミリ波の周波数帯を利用して高速広帯域化した反射波伝送システムである。

一般的なミリ波通信システムでは、送信側では中間周波数（ＩＦ）信号を無線周波数（ＲＦ）信号に変換し、受信側ではＲＦ信号をＩＦ信号に再変換することから、送信機及び受信機においてそれぞれローカル発振器が必要となる。この場合、送信機と受信機それぞれのローカル発振器の発振周波数が高安定であり且つ位相雑音特性に優れていることが必要となることから、高価なローカル発振器の使用と特別な回路の付加が強いられることから、コスト高の要因となる。また、反射波伝送システムにおいてミリ波通信を行なう場合、反射器側で受信信号の検波を行なうためには、ローカル周波数を用いてＩＦ信号にダウンコンバートする必要があるが、ローカル発振器を備えることに伴い回路の複雑化、消費電力の増大、コスト増大など、反射器が本来持つ利点が大きく損なわれてしまう。

他方、無線通信の技術分野では、送信機ではローカル発振器の発信出力信号（無変調キャリア）を変調信号に多重化し、受信機ではダウンコンバートを行なうという、自己ヘテロダイン方式が知られている。この自己ヘテロダイン方式によれば、送受信機間の位相雑音及び周波数オフセットの影響を十分に除去することができる。また、この場合の受信機は、送信機から受信した無変調キャリアと無変調信号の乗積成分からＩＦ信号を取り出すことができるので、自らローカル発振器を持つ必要がなくなる（例えば、特開２００１−５３６４０号公報を参照のこと）。

そこで、本発明に係る無線通信システムでは、反射器を備えた端末側において、反射波伝送による送信技術と、自己ヘテロダイン方式による受信技術とを組み合わせることによって、低消費電力、小型、低コストという本来の利点を確保しながら、高速広帯域化を実現することとしている。

ミリ波通信は、広帯域信号を高品質に伝送する無線通信システムにおいて、その占有帯域の広さとマイクロ波帯の周波数の枯渇から、無線ＬＡＮや無線ホームリンク、無線映像伝送システム、無線路車間通信システムなどへの活用が考えられている。従来、自己ヘテロダイン方式は、主にこれらの通信システムに組み合わせて使用されてきたが、基本的には送信機から受信機へのデータ通信を行なうことを用途とするものであり、送受信機として同時に使用されるものではない。

これに対し、本発明では、反射器を備えた端末において反射波伝送による送信と自己ヘテロダイン方式による受信の双方の動作を行なう単一ミキサを搭載することによって、無変調キャリアに対する変調反射波により上り方向のデータ伝送を行なうとともに、反射波読取器からの下り方向のデータ伝送に自己ヘテロダイン方式を適用するという、双方向の通信システムに関するものである。すなわち、反射波伝送を行なう上り方向、及び、自己ヘテロダイン方式の下り方向のいずれのデータ通信においても、ミリ波通信により高速広帯域化を実現することができる。

図１には、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を示している。同図において、参照番号２００は、デジタルカメラなどのバッテリ駆動のモバイル機器側の無線通信装置であり、参照番号２１０は、無線通信装置２００と通信する固定系の機器（ＴＶ、プリンタ、ＰＣなど）側の無線通信装置である。

まず、無線通信装置２１０から無線通信装置２００にデータを送信する場合について説明する。

無線通信装置２１０では、送信時には、送信部２１５が、ベースバンド処理部２１８からの送信データでローカル発振器２１４Ａから供給される中間周波数ｆ_sをＡＳＫ変調する。さらに、ローカル発振器２１４Ｂから供給されるローカル周波数ｆ_oからなる無変調キャリアと、中間周波数ｆ_sからなる変調信号をミキサ２１６で混合する。

ここで、ミキサ２１６は、周波数ｆ_oを抑圧せずに出力するものが用いられる。したがって、ミキサ２１６の出力スペクトラムには、図２に示すように、参照番号３０１で示されるｆ_o−ｆ_s中心の変調信号と、参照番号３００で示される無変調キャリアｆ_oと、参照番号３０２で示されるｆ_o＋ｆ_s中心の変調信号が現れる。

ローパス・フィルタ２１７は、サイドバンドの変調波３０１と搬送波３００を通過させ、他方のサイドバンドの変調信号３０２を遮断するように設計されている。したがって、ローパス・フィルタ２１７の出力には、変調信号３０１と無変調キャリア３００の多重信号が出力される。これらはサーキュレータ２１２を通過して、アンテナ２１１から空中に放出される。

従来の反射波伝送では、反射波読取器から反射器への下り方向のデータ伝送時には変調信号のみ送信する。これに対し、本実施形態では自己ヘテロダイン方式を利用するため、無変調キャリアと変調信号の双方が送信される、という点に十分留意されたい。

自己ヘテロダイン方式では、無線通信装置２００は、受信した無変調キャリアと変調信号の乗積成分からＩＦ信号を取り出してダウンコンバートを行なうため、ローカル発振器を必要としない。すなわち、無線通信装置２００では、周波数ｆ_o−ｆ_sからなる変調信号３０１と搬送波３００をアンテナ２０１で受信すると、ミキサ２０２では、自己ヘテロダイン動作によりローカル信号なしに、中間周波数ｆ_sの変調波を出力する。ミキサ２０２の構成については後に詳解する。

続くバンドパス・フィルタ２０３は、中間周波数ｆ_sの変調波だけを選択し、ＡＳＫ検波部２０４では復調を行なう。ベースバンド処理部２０５は、送受信の制御、通信プロトコル処理を行なう。

送受信データは、外部のアプリケーションとインターフェース部２０６を介してベースバンド処理部２０５と受け渡しされる。ここで言う外部アプリケーションは、デジタルカメラ、携帯電話、携帯音楽プレイヤなどが考えられる。

次に、無線通信装置２００から無線通信装置２１０にデータを送信する場合について説明する。

無線通信装置２１０は、送信部２１５からのｆ_sの変調波は出力せずに、オフに制御される。したがって、ミキサ２１４Ａからは、無変調キャリアｆ_oのみが出力され、ローパス・フィルタ２１７及びサーキュレータ２１２を経由し、アンテナ２１１からは無変調キャリア３００（図２を参照のこと）が送信される。

無線通信装置２００では、アンテナ２０１で無変調キャリア３００を受信する。このとき、ベースバンド処理部２０６からは送信データ（ＴＸＤＡＴＡ）が出力され、ミキサ２０２の入力インピーダンスを可変するように制御される。こうして、ミキサ２０２に接続されたアンテナ２０１の終端インピーダンスが変化して、中心周波数ｆ_oからなるＡＳＫ変調波３０４（図２を参照のこと）を発生して、アンテナ２０１より空中に放出される。

図３には、無線通信装置２００内のミキサ２０２の内部構成例を示している。図示のミキサ２０２は、２つのＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｇｉｓｔｅｒ：電界効果型トランジスタ）５０２及び５０３で構成され、モノリシックＩＣ化されている。以下、同図を参照しながら、無線通信装置２００における変調反射波信号の送信動作並びに自己ヘテロダイン方式の受信動作について説明する。

ＦＥＴ５０３は、ヘテロダイン用混合器として動作して、アンテナ２０１で受信した中心ｆ_m（＝ｆ_o−ｆ_s）の信号から中間周波数ｆ_sを取り出す。入力端子（１）は、アンテナ２０１に接続され、整合回路５０１を介してミキサ５０３のゲートに接続されている。

無線通信装置２１０からデータ受信を行なうときには、ＦＥＴ５０３の非線形性により、自己ヘテロダイン処理が行なわれ、中間周波数ｆ_sからなる変調信号３０４（図２を参照のこと）が生成され、ドレインより出力される。言い換えれば、受信信号はＲＦ帯であるｆ_o−ｆ_sからｆ_sのＩＦ信号にダウンコンバートされる。このダウンコンバートされた変調信号３０４は、整合回路５０４を介して、中間周波出力端子（３）として後段のバンドパス・フィルタ２０３に接続される。

また、ＦＥＴ５０２は、ベースバンド処理部２０５からの送信データＴＸＤＡＴＡをゲートに入力して、その０、１のデータ系列に応じてオン／オフ動作し、これに伴う終端操作によって、ミキサ２０１の入力端子（１）のインピーダンスを変化させる。すなわち、送信データが１のときはＦＥＴ５０２のドレインーソース間はオンとなり、送信データが０のときはオフとなる。このオン／オフ動作により、整合回路５０１を挟んだアンテナ２０１の終端インピーダンスは変化し、ここでＡＳＫ変調が掛かり、中心ｆ_oからなる変調反射波信号３０４が発生し、アンテナ２０１から空中に放出される。

なお、図示しないが、ミキサ２０２は、ＦＥＴ５０２のドレインとＦＥＴ５０３の間に、ＦＥＴによるローノイズアンプ（ＬＮＡ）を挿入しても構わない。

変調信号３０４は、無線通信装置２１０まで到来すると、そのアンテナ２１１で受信され、サーキュレータ２１２を経由して、受信部２１３に入力される。サーキュレータ２１２は、無変調キャリア３００の送信動作と変調信号３０４の受信動作を同時に受信するために使用されている。そして、変調信号３０４は、受信部２１３ではローカル発振器２１４Ｂから供給される中心ｆ_oの周波数信号により直交検波されると、ベースバンド信号のＩ軸及びＱ軸信号が生成され、ベースバンド処理部２１８で送信データＴＸＤＡＴＡが復調並びに復号される。

ベースバンド処理部２１８では、送受信の制御、通信プロトコル処理が行なわれる。送受信データは、外部のアプリケーションとインターフェース部２１９を介して、ベースバンド処理部２１８と受け渡しされる。外部アプリケーションには、固定系の機器（ＴＶ、プリンタ、ＰＣなど）などが考えられる。

図４には、図１に示した無線通信システムにおいて無線通信装置２００及び２１０間で行なわれる通信制御シーケンスの一例を示している。

図示のシーケンスでは時分割多重方式が適用され、無線通信装置２１０から無線通信装置２００への自己ヘテロダイン方式のデータ送信と、無線通信装置２００から無線通信装置２１０への反射波伝送によるデータ送信は、それぞれ別の時間帯を用いて交互に送信受信が行なわれる。図中、タイミングＴ１（４００）及びタイミングＴ３(４０２)の区間は無線通信装置２１０からの送信タイミングであり、タイミングＴ２（４０１）の区間は無線通信装置２００からの送信タイミングである。

Ｔ１（４００）及びＴ３（４０２）では、無線通信装置２１０は、周波数ｆ_oからなる無変調キャリアの送信（４０３、４０７）と、変調周波数ｆ_m（＝ｆ_o−ｆ_s）からなる変調データ信号の送信（４０４、４０８）を行なう。

無線通信装置２００は、両周波数の信号をそれぞれ受信すると（４０９、４１２）、自己ヘテロダインすなわち無変調キャリアｆ_oと変調信号ｆ_mの乗積成分から、ＩＦ帯ｆ_s（＝ｆ_o−ｆ_m）からなる変調信号を得る。

一方、タイミングＴ２（４０１）では、無線通信装置２１０は、データすなわち変調信号ｆ_mの送信を停止するが、中心周波数ｆ_oからなる無変調キャリアをそのまま送信し続ける（４０６）。無線通信装置２００では、この無変調キャリアを受信すると（４１０）、その反射波を送信データＴＸＤＡＴＡで変調した反射波信号を返信する（４１１）。無線通信装置２１０は、この変調反射波信号をアンテナ２１１で受信すると（４０５）、受信部２１３及びベースバンド処理部２１８にて復調及び復号処理を行なって送信データを再現し、インターフェース部２１９を介して外部アプリケーションに渡す。

図４より、無線通信装置２１０は、常時、ｆ_oの無変調キャリアの送信を行なっていることが分かる。無線通信装置２１０は、ＴＶ、プリンタ、ＰＣといったＡＣ供給可能な固定系のホスト機器に内蔵されることを想定しているので、無変調キャリアの送信状態が続いても、駆動電源の枯渇などは特に問題にならない。

以上のようにして、無線通信装置２００は反射波伝送による送信技術と、自己ヘテロダイン方式による受信技術とを組み合わせることによって、無線通信装置２１０との相互通信することが可能となる。無線通信装置２００は、モノリシックＩＣで実装されるミキサ２０２で送受信の基本動作を実現しており、モバイル機器に適した低消費電力、小型、低コストで、且つ簡便な無線通信装置を構成することが可能となる。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書では、ミリ波通信に適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、どの周波数帯にも適用が可能である。但し、無線通信装置２１０は無変調キャリアｆ_oと中間周波数ｆ_sだけ離れた変調信号ｆ_mを同時に送信することから、占有帯域幅は広帯域になる。したがって、使用帯域の制限が厳しいマイクロ帯よりも、準ミリ波帯、ミリ波帯での応用が適していると言える。

また、本発明に係る通信システムでは、無線通信装置２００からのデータ送信には反射波伝送方式を使うことから、その伝播損失は往復になり、通常の２乗則から４乗則となる。したがって、一般の通信システムより通信距離は短くなり、非接触通信などの近距離通信に適している。

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を示した図である。 図２は、図１に示した無線通信システムにおける送受信スペクトラムの構成例を示した図である。 図３は、無線通信装置２００内のミキサ２０２の内部構成例を示した図である。 図４は、図１に示した無線通信システムにおいて無線通信装置２００及び２１０間で行なわれる通信制御シーケンスの一例を示した図である。 図５Ａは、反射波伝送を利用した無線通信システムの構成（従来例）を模式的に示した図である。 図５Ｂは、端末１０側に搭載される反射部１１の構成例を示した図である。 図５Ｃは、ホスト２０側に搭載される反射波読取器としての受信部２１と送信部２３の構成例を示した図である。 図６は、端末１０側からホスト２０側へ反射波通信によりデータ送信を行なう際のデータの流れを示した図である。 図７は、ホスト２０側から端末１０側へデータ送信を行なう際のデータの流れを示した図である。

符号の説明

２００…無線通信装置（モバイル機器）
２０１…アンテナ
２０２…ミキサ
２０３…バンドパス・フィルタ
２０４…ＡＳＫ検波部
２０５…ベースバンド処理部
２０６…インターフェース部
２１０…無線通信装置（ＴＶ、プリンタ、ＰＣなど）
２１１…アンテナ
２１２…サーキュレータ
２１３…受信部
２１４Ａ、２１４Ｂ…ローカル発振器
２１５…送信部
２１６…ミキサ
２１７…ローパス・フィルタ
２１８…ベースバンド処理部
２１９…インターフェース部
５０１、５０４…整合回路
５０２、５０３…ＦＥＴ

Claims (9)

1. 第１及び第２の通信装置間で双方向の無線通信を行なう無線通信システムであって、
   前記第１の通信装置が備えた反射器が、受信した無変調キャリアに対する変調反射波によって前記第２の通信装置へのデータ伝送を行なう反射波伝送手段と、
   前記第２の通信装置が無変調キャリアに変調信号を多重化して前記第１の通信装置へのデータ伝送を行ない、前記第１の通信装置が受信した無変調キャリアと変調信号の乗積成分から中間周波数信号を取り出してダウンコンバートを行なう自己ヘテロダイン伝送手段と、
   を具備することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記第２の通信装置は、前記第１の通信装置と接続中は常に周波数ｆ_oの無変調キャリアを送信し続け、前記第１の通信装置へのデータを送信するには前記周波数ｆ_oからはｆ_sだけ異なる変調信号を多重化して送信し、前記第１の通信装置からデータを受信するときには前記周波数ｆ_oの変調反射波信号を受信処理する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記第１の通信装置は、単一のミキサで、反射波伝送による送信と自己ヘテロダイン方式による受信の双方の動作を行なう、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
4. 無線信号を送受信するアンテナと、
   前記アンテナで受信した無変調キャリアに対する反射波を送信データで変調した変調反射波信号を送信するデータ送信手段と、
   前記アンテナで受信した無変調キャリアに変調信号が多重された無線信号の乗積成分から中間周波数信号を取り出して検波を行なうデータ受信手段と、
   送信データ及び受信データの処理を行なうデータ処理手段と、
   を具備することを特徴とする無線通信装置。
5. スイッチング手段と周波数混合手段を備えた単一ミキサをさらに備え、
   前記スイッチング手段は、送信データに従ってオン／オフ操作することによって前記アンテナの負荷インピーダンスを切り替えて、受信した周波数ｆ_oの無変調キャリアに対する反射波を変調し、
   前記周波数混合手段は、前記アンテナで受信した周波数ｆ_oの無変調キャリア及び前記周波数ｆ_oからはｆ_sだけ異なる変調信号を多重化した多重化信号を入力して、非線形性による自己ヘテロダイン処理を行なって、中間周波数ｆ_sからなる変調信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
6. 前記スイッチング手段及び周波数混合手段はＦＥＴで構成され、
   前記スイッチング手段は、前記アンテナの受信信号をドレインに入力し、ソースを接地するとともに、ゲートに前記データ処理手段からの送信データを入力し、送信データに応じたソース・ドレイン間のオン／オフ操作によってアンテナ負荷インピーダンスを切り替えて、受信した周波数ｆ_oの無変調キャリアに対する反射波を変調し、
   前記周波数混合手段は、前記アンテナの受信信号をゲートに入力し、ＦＥＴが持つ非線形性による自己ヘテロダイン処理を行なって、中間周波数ｆ_sからなる変調信号をドレインから出力する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
7. 無線信号を送受信するアンテナと、
   前記アンテナから無変調キャリアを送出するとともに、該無変調キャリアに対する変調反射波信号を受信するデータ受信手段と、
   データを乗せた変調信号を無変調キャリアと多重化して前記アンテナから送信するデータ送信手段と、
   送信データ及び受信データの処理を行なうデータ処理手段と、
   を具備することを特徴とする無線通信装置。
8. 周波数ｆ_oの信号を生成する第１のローカル発振器と、中間周波数ｆ_sの信号を生成する第２のローカル発振器を備え、
   前記データ受信手段は、前記第１のローカル発振器から供給される周波数ｆ_oの無変調キャリアを前記アンテナから送信し、
   前記データ送信手段は、前記第２のローカル発振器から供給される中間周波数ｆ_sの信号を前記データ処理手段からの送信データで変調し、該変調信号と前記第１のローカル発振器から供給される周波数ｆ_oの無変調キャリアを多重化して前記アンテナから送信する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
9. 通信相手と接続中は、該変調信号と前記第１のローカル発振器から供給される周波数ｆ_oの無変調キャリアを前記アンテナから送信し続ける、
   ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
   

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