JP4263626B2

JP4263626B2 - 通信装置、通信システム、及び通信方法

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Publication number: JP4263626B2
Application number: JP2004005026A
Authority: JP
Inventors: 亮介藤原; 健一水垣
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2024-01-13
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Description

本発明は、パルス列を伝送信号として用いる通信装置、通信システム、及び通信方法に関する。

例えば、インパルスラジオ通信方式では一般的にパルス信号を用いて通信を行う。
非特許文献１には、ガウシアンモノパルスをパルス位置で変調したPPM（Pulse Position Modulation）方式の通信システムが示されている。これらのパルス列を用いた通信方式は、通常の連続波を用いた信号伝送とは異なり、断続的なエネルギー信号の送受によって情報の伝送を行う。

上記パルス列を構成するパルスが非常に狭いパルス幅を持つとき、その信号スペクトラムは通常の連続波を用いた通信に比べ、周波数帯域が拡がり信号のエネルギーは分散される。その結果、各周波数における信号エネルギーは微小なものとなるため、他の通信システムと干渉を起こすことなく通信ができ、周波数帯域の共有が可能になる。

しかしながら、例えば無線通信の場合を想定すると、無線機器における外部環境は、通信装置の移動や、物・人物の移動などにより、たえず変化している。したがって、その外部環境の変化に応じて通信品質が変化してしまう問題があった。

通信環境が悪くなった場合に通信品質を確保するためには、特許文献１、特許文献２で示されているように、通信環境を測定してその結果に基づいて送信電力の制御を行う方法がある。

特開２００３−５１７６１号公報

米国特許第６５３９２１３号明細書ウイン，Ｍ．Ｚ．；ショルツ，Ｒ．Ａ、「インパルス・ラジオ：ハウ・イット・ワークス」、アイ・イー・イー・イー、コミュニケーションズ・レターズ、１９９８年２月ボリュウム：２、イシュー：２（Win, M.Z.; Scholtz, R.A、"Impulse radio: how it works"、IEEE Communications Letters、1998年2月、Volume: 2 Issue: 2）

しかし、他の通信装置への干渉の影響を小さくするため、送信できるエネルギーには上限があり、それにより信号伝送距離が制限される問題や、外部環境の悪化による通信失敗などが起こる問題がある。特許文献１及び特許文献２における電力の制御方法は、この送信エネルギーの上限が考慮されておらず、大幅な通信品質の改善は見込めない。また、この外部環境の悪化により、通信失敗などのためデータの再送が増えると、送信器での送信回数、時間が増え、消費電力が大きくなる問題がある。

そこで、本発明の目的は外部の環境の変動に対しても通信品質を確保し、システム全体のスループットを上げ、伝送効率の良い通信装置、通信システム、及び通信方法を提供することにある。

開示される本発明のうちの代表的な手段を幾つか示せば、次の通りである。すなわち、本発明に係る通信装置は、パルス列を用いた情報の伝送を行う通信装置であって、所定の信号を受信する受信部と、前記受信部の受信信号から通信環境状態を測定する通信環境測定手段と、前記通信環境測定手段の測定結果に基づいて前記パルス列の送信レートの制御と単一パルスの送信エネルギーの制御とを行う制御手段を備えた送信部とを具備してなり、該送信部は前記制御手段により制御された前記パルス列を送信することを特徴とするものである。

前記通信装置において、前記制御手段は、平均送信エネルギーが所定の値以下になるように前記パルス列の送信レートの制御と前記単一パルスの送信エネルギーの制御とを連係制御すれば好適である。ここで、平均送信エネルギーの所定の値とは、通常、各国の電波法や、各通信規格で規定される値である。

また、本発明に係る通信システムは、第１の通信装置と少なくとも一つの第２の通信装置とを具備してなり、パルス列の送受信により通信を行う通信システムであって、
前記第１の通信装置は、前記パルス列を受信する受信部と、前記第１受信部による受信信号から通信環境状態を測定する通信環境測定手段と、前記通信環境測定手段の測定結果から制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記制御信号を前記第２の通信装置へ送信する第１送信部とを含んでなり、
前記第２の通信装置は、前記第１の通信装置から送信された前記制御信号を受信する第２受信部と、前記第２受信部で受信された前記制御信号に応じて前記パルス列の送信レートの制御と単一パルスの送信エネルギーの制御とを行う制御手段を備えた第２送信部とを含んでなり、該第２送信部は前記制御手段により制御された前記パルス列を送信することを特徴とする通信システムである。

本発明に係る通信方法は、パルス列を用いて送受信する通信方法であって、所定の信号を受信する受信ステップと、前記受信ステップで受信した前記所定の信号から通信環境を測定する測定ステップと、前記測定ステップの測定結果に応じて前記パルス列の送信レートと単一パルスの送信エネルギーを制御する制御ステップと、制御された前記パルス列を送信する送信ステップとを有することを特徴とする。

また、本発明に係る通信方法は、第１の通信装置と少なくとも一つの第２の通信装置から構成され、パルス列の送受信により通信を行う通信システムの通信方法であって、
前記記第１の通信装置は、所定の信号を受信する第１受信ステップと、前記受信信号から通信環境を測定する測定ステップと、前記測定ステップの測定結果から制御信号を生成する制御信号生成ステップと、前記制御信号を前記第２の通信装置へ送信する第１送信ステップとを有し、
前記第２の通信装置は、前記第１の通信装置から送信された前記制御信号を受信する第２受信ステップと、前記第２受信ステップにおいて受信された前記制御信号に応じて、前記パルス列の送信レートと単一パルスの送信エネルギーを制御する制御ステップと、該制御ステップにより制御された前記パルス列を前記第１通信装置へ送信する第２送信ステップとを有することを特徴とする。

なお、前記どちらの通信方法においても、前記制御ステップは、平均送信エネルギーが所定の値以下になるように前記パルス列の送信レートと単一パルスの送信エネルギーを連係して制御すれば好適である。

また、前記どちらの通信方法においても、前記測定ステップは、前記受信ステップの受信信号の受信電力、信号対雑音比、受信データの誤り率、背景雑音電力の少なくとも一つを測定すればよい。

外部の通信環境がダイナミックに変動しても、その通信環境の変化に応じて、パルス列のパルス間間隔を広げ、一つのパルスのエネルギーを増やすことにより、平均送信電力を変化させずに、良好な通信品質を確保できる。また、通信環境が良好な場合は、できるだけ伝送レートを上げることができ、システム全体の効率を向上できる。

本発明について、添付図面を参照しながら、実施例を用いて以下、詳細に説明する。

図１に本発明に係る通信装置の第１の実施例の構成を示す。本実施例の通信装置は、アンテナANTを介してパルス列を受信する受信部（RCVR）１と、受信部１の出力信号sg1より通信状態を測定する通信環境測定部（MEAS）２と、通信環境測定部２の測定結果sg2を受けて送信すべきデータdatの送信パルス列の送信レートと単一パルスの送信エネルギーを制御して送信信号txoを出力する送信部（TMTR）３と、受信部１と送信部３がアンテナの共用を可能にするスイッチ（SWT）４とから構成される。

図２は通信環境測定部２の構成例を示すブロック図であり、信号電力測定部（PWR）２Ａ、信号対雑音比測定部（SNR）２Ｂ、誤り率測定部（BER）２Ｃ、背景雑音測定部（BKNS）２Ｄの少なくとも一つを備えている。

本実施例では、インパルスラジオ通信方式を一例にして、具体的に説明する。インパルスラジオ通信方式は、パルスとしてインパルス波形を用いたパルス列で情報を伝送する方式である。またマルチユーザ接続を実現するためにタイムホッピングを施す。タイムホッピングとは、ユーザー固有に割り当てられた擬似ランダム符号系列に応じてパルスの送信スロットを割り当てることである。変調方式としては、PPM方式、モノパルスの位相を±１８０度ずらしたバイフェイズ（Bi-Phase）方式、パルス振幅変調（PAM：Pulse Amplitude Modulation）方式があり、いずれの変調方式も適用可能である。ここでは、Bi-Phase方式を用いる。

ただし、本発明の適用範囲は上記通信方式に限定されず、断続的なエネルギーを用いて情報の伝送をする方式すべてに適用可能である。例えば、BPSK（Bi-Phase Shift Keying）やQPSK（Quadrature Phase Shift Keying）などで連続波をパルス列で変調した信号列に対しても適用範囲内である。またパルス列の波形や、変調方式は限定されない。

図３は、図１における送信部３の構成例を示すブロック図である。送信部３は、制御信号生成部（CNTLSG）１０と、フレームクロック生成部（FRMCLG)１１と、擬似ランダム符号生成部（PNCG）１２と、送信タイミングクロック生成部（TXCLG）１３と、データバッファ（DBUF）１４と、パルス生成部（PG）１５と、レベル制御部（LVCNT）１６とから構成される。

図４に、フレームクロックfrmclk、送信タイミングクロックtxclk、データバッファ１４より出力されるデータtxd、及びパルス生成部１５の出力plsの波形例を示し、これを用いて送信部３の動作を説明する。

フレームクロック生成部１１は、パルス列のフレーム間隔を規定するフレームクロックfrmclkを生成する。擬似ランダム符号生成部１２は、タイムホッピング量を定める系列を生成し、送信タイミングクロック生成部１３は、上記タイムホッピング系列と上記フレームクロックfrmclkからパルスの送信タイミングクロックtxclkを生成する。データバッファ１４は、送信すべきデータを一時的に蓄積し出力する。パルス生成部１５は送信タイミングクロックtxclkのタイミングで、データバッファ１４より出力されたデータtxdにより変調されたパルス波形を生成し、パルス列plsを出力する。変調は送信データの‘１’と‘０’によって、極性を反転させられる。パルス列plsはレベル制御部１６で単一パルスのレベルを制御され、この制御された信号txoが送信される。

通信環境測定部２から出力された測定結果ｓｇ２により、制御信号生成部１０は、フレームクロック生成部１１の発振周期を制御する制御信号cntfrと、レベル制御部１６を制御する制御信号cntlvを生成する。この制御信号生成部１０はメモリ機能を有し、制御値を記憶することもできる。またデータバッファ１４のデータ出力タイミングは、制御信号生成部１０で生成される制御信号cntbfに応じて制御される。

図５は、レベル制御部１６により出力される送信パルス列txoの電圧波形例を示す図であり、この図を用いてパルス列の制御例を説明する。Va，Vbはパルスの振幅を示し、Ta，Tbはパルス間間隔を示す。ただしパルス間間隔値は、上記システムのようにタイムホッピングを施した場合は、平均的な値とする。

図５における単一パルスの送信エネルギーをそれぞれSa，Sbとすると、Sa，Sbはそれぞれパルス振幅Va，Vbの２乗に比例する。比例係数は、アンテナ端における特性インピーダンスによる。例えば通信環境が良い場合、送信信号txo_Aのように送信レートを上げ、パルス振幅を小さくして、単一パルスのエネルギーを小さくする。通信環境が悪い場合は、txo_Bのように送信レートを下げ、パルス振幅を大きくして、単一パルスのエネルギーを大きくなるよう制御される。このとき平均送信エネルギーは、所定の値以下、すなわち所定の平均エネルギーを超えない範囲内に制御される。好適には、平均送信エネルギーは一定の値をとる。ここで上記平均送信エネルギーの所定の値とは、通常各国の電波法や通信規格において規定される。以後所定の平均送信エネルギーは、上記のように規定された値とする。

平均送信エネルギーはSa／Ta、Sb／Tbで求めることができ、したがって図５の例では、
Ta＜Tb、Sa＞Sb、Sa／Ta＝Sb／Tb の関係で制御することが望ましい。

図１７は、図５で説明した通信環境に応じてパルス列の送信レートと単一パルスのエネルギーを制御する本発明に係る制御方法を、適用した場合と適用しない場合のシミュレーション結果である。図１７において、縦軸はパルス列の送信レートRt［Mbps］であり、横軸は通信距離ｘ［m］である。実線ａは本発明の制御を適用した場合、破線ｂは制御を適用しない場合である。なお、シミュレーションでは、制御を適用しない場合の条件は１ビットあたり６４個のパルスで情報を送信し、パルスの平均間隔を７８nsecとした時であり、制御を適用した場合の条件は１ビットあたり６４個のパルスで情報を送信し、パルスの平均間隔を７．８nsec〜１５６nsecまで可変可能とした時である。

図１７から明らかなように、本発明に係る制御方法を適用した場合には、送信可能距離が向上し、また距離が近いところ、すなわち伝播環境が良いところでは、送信レートを未適用の場合の０．２Mbps程度から１０Mbpsを越える程度まで大きくできる。したがって、本発明の制御方法を適用することにより、通信システム全体のスループットの向上を図ることができる。

図６に、図１に示した受信部１の構成例を示す。受信部１は、信号捕捉・同期保持部（ACQ/SYNC）２１と、フレームクロック生成部（FRMCLG）２２と、テンプレート波形生成部（TEMPG）２３と、擬似ランダム符号生成部（PNCG）２４と、相関器（CORR）２５と、積分器（INT）２６と、判定部（JGE）２７と、データバッファ（DBUF）２８とから構成される。

信号捕捉・同期保持部２１では、受信信号rxinと、送信側で施したタイムホッピングと同じスロットで生成された参照用波形と最も相関性が高い時間を検出する。以後、上記相関が高く維持されるように、フレームクロック生成器２２からのクロック発生タイミングを制御する。

フレームクロック生成器２２から生成されたフレームクロックと、擬似ランダム符号生成部２４で生成された送信側と同じタイムホッピング系列とからテンプレート波形生成部２３によりテンプレート波形列が生成される。このテンプレート波形は相関器２５にて受信信号rxinと乗算され、積分器２６により積分される。積分器出力intoutは、判定部２７により正負を判定され、データバッファ２８に一時蓄積される。判定部２７の判定タイミングは、信号捕捉・同期保持部２１の不図示の制御信号により制御される。

図７は、図１に示した通信環境測定部２の構成例を示すブロック図である。通信環境測定部２は、サンプルホールド部（S/H）３０と、判定部（JGE）３１と、信号処理部（DSP）３２と、カウンタ（CT）３３と、絶対値器（ABS）３４と、平均器（AVE）３５と、２乗器（SQR）３６と、減算器（SUB）３７と、除算器（DIV）３８とから構成される。絶対値器３４は入力Ｘの絶対値 |Ｘ| 、平均器３５は時間平均Ｅ(Ｘ) を出力するブロックである。

誤り率測定は、誤り検出用符合が受信信号に施されている場合に可能になる。判定部３１でデータ判定後、信号処理部３２にて受信信号に施されている誤り検出用符号の複号を行って誤りを検出し、カウンタ３３にて誤り率を計測する。

また、信号電力Ｓの測定と、信号対雑音比Ｓ／Ｎの測定は、下記計算を具現化するものである。図６における積分器２６により積分された積分値intoutを、サンプルホールド部３０でサンプルホールドした出力値をＸとすると、信号電力Ｓ、分散σ²、および信号対雑音比Ｓ／Ｎは、それぞれ次式で表される。ただし、Ｅ(Ｘ)は、Ｘの時間平均を表す。

Ｓ＝ (Ｅ(|Ｘ|))² …(１)
σ²＝ (Ｅ(Ｘ²))−｛Ｅ(|Ｘ|)｝² …(２)
Ｓ／Ｎ＝Ｓ／σ² …(３)
ただし、図７に示す測定方法だけに限定されない。例えば、受信信号電力は、積分器出力intoutそのものとし、無信号時の積分器出力の絶対値との比の２乗をとって信号対雑音比としてもよい。また図７は、誤り率測定、信号電力測定、信号対雑音比測定を含んでいるが、少なくとも一つ備えていればよい。

また背景雑音電力は、無信号時における積分器出力の絶対値の２乗として計算するか、無信号時の上記分散値を背景雑音電力とするか、どちらを採用してもよい。

図８は、本実施例の通信装置における第１の制御手順例を示すフローチャートである。
先ず、受信部１でパルス列を受信し（ステップＳＴ１）、その受信特性を通信環境測定部２で測定する（ステップＳＴ２）。この通信環境測定では、受信電力、信号対雑音比、誤り率の少なくとも一つを測定する。次に、ステップＳＴ３において、通信環境の測定結果と上記受信信号の送信電力、及び測定項目における受信に必要な閾値とから送信パラメータ（パルス列の送信レートと単一パルスのエネルギー）の制御値を計算する。現在の送信パラメータを比較する（ステップＳＴ４）。比較した結果、変更の必要がある場合は、ステップＳＴ５へ進み、送信パラメータを更新して送信を行い（ステップＳＴ６）、変更の必要が無い場合にはステップ６へ進み、送信する。また、ステップＳＴ４を省略して、比較を行わないで毎回計算された送信パラメータにより制御を行うこともできる。

また図９は、本実施列の通信装置における第２の制御手順例を示すフローチャートである。これは、本実施列を適用した図１の構成を有する通信装置TRNCV1と通信装置TRNCV2の二つの通信装置間での通信手順を示している。

通信装置TRNCV1から通信装置TRNCV2へデータを送信する時、通信装置TRNCV2は受信部１で通信装置TRNCV1から送信された所定の送信パラメータを持つパルス列を受信する（ステップＳＴ２０）。その受信特性を通信環境測定部２で受信電力、信号対雑音比、誤り率の少なくとも一つを測定し（ステップＳＴ２１）、その結果に応じた制御情報を生成する（ステップＳＴ２２）。そして、その制御情報を送信部３から通信装置TRNCV1へ送信する（ステップＳＴ２３）。

通信装置TRNCV1では、送信部３に含まれるデータバッファに送信するべき送信データが存在するかどうかを判定し（ステップＳＴ１１）、存在する場合はステップＳＴ１２へ進み、受信部１で通信装置TRNCV2からの上記制御情報を含んだ信号を受信し、ステップＳＴ１３で送信部３においてその制御情報を元にパラメータの変更を判定し、変更が必要な場合にはステップＳＴ１４へ進み、パルス列の送信レートと単一パルスの送信エネルギーのパラメータの変更制御を行った後にステップＳＴ１０へ進む。パラメータの変更が不要の場合はパラメータを変更せずにステップＳＴ１０へ進み、送信する。
以上の手順が、送信部１におけるデータバッファに送信すべきデータがなくなるまで繰り返される。

次に、パルス列の送信レートと単一パルスの送信エネルギーの制御値の計算例として、受信電力測定結果を用いて計算する方法を説明する。但し、計算方法はこれに限定されない。今、単一パルスのエネルギーがSt、送信レートがRtで送信された信号の受信電力結果がSrで、所望の通信品質を実現する受信電力をShとする。このとき、下記の様に制御値を計算する。

St’＝K＊St＊（Sh／Sr） …(４)
また、送信レートRt’は、所定の平均送信エネルギーをPとしたとき、
Rt’＝P／St’ …(５)
ただし、St’、Rt’はそれぞれ制御適用後の送信パルスのエネルギーと送信レートである。

またKは定数であり、通信環境測定用の受信波形とデータ送信用の送信波形が同一の伝搬損失特性を持つ場合には、K＝１とする。異なる伝搬損失特性を持つ場合、Kは両者の伝搬損失特性の違いに関連づけられる。例えば、測定用波形の伝搬損失が単位距離あたりLr、送信波形の単位距離あたりの伝搬損失がLtとあらかじめ予想できる場合には、K＝Lt／Lrとすることができる。なお、定数Kは、以下の式においても同様の定義で用いる。
以上のようにして、測定用波形と、送信波形の特性が異なるものであっても制御可能である。

次に、信号対雑音比を上記通信環境測定に用いる場合の計算例を説明する。今、単一パルスの送信エネルギーSt、送信レートRtで送信された信号の信号対雑音比がSNRrであり、所定の通信品質を実現する受信電力をSNRhとする。このとき制御値St’は、次式で計算され、Rt’は上記（５）式で計算される。
St’＝K＊St＊（SNRh／SNRr） …(６)
次に、誤り率を上記通信環境測定に用いる場合の計算例を説明する。一般に誤り率と信号対雑音比の関係は変調方式に依存した関数になる。測定された誤り率から受信された信号対雑音比SNRrの予測値を、変調方式に依存した関数により求め、算出されたSNRr’を用いて、上式（６）のSNRrに、SNRr’を代入して制御値St’を求め、制御値Rt’を前述した式（５）により求める。

次に、背景雑音電力を上記通信環境測定に用いる場合の計算例を説明する。室内近距離における通信のようにマルチパス伝搬による劣化の影響が少ない場合で、背景ノイズなどの電磁環境が変動する場合に有効である。測定による背景雑音電力がPnで、受信に必要な信号対雑音比をSNRh、想定される環境での信号電力損失をLとすると、制御値St’を次式により計算し、制御値Rt’は前述した式（５）により求めればよい。
St’＝SNRh＊Pn＊L …(７)
上記送信パラメータの計算は、実際に通信装置上で計算を行ってもよいし、また制御信号生成部にテーブルをあらかじめ作成しておいて参照してもよい。

図８および図９で示した制御方法は、１対１通信または、図１０に示すようなマルチホップ型のトポロジを持つネットワークに適用することもできる。図１０における通信装置TRNCV_A，TRNCV_B，TRNCV_Cは、それぞれ本実施例の構成を有する通信装置である。

以上の本実施例に関する説明では、図１に示した通信装置における受信部１はパルス列を受信するブロックとして説明したが、上記パルス列以外を受信するブロックとしてもよい。この際、送信部は、通信環境測定部２における上記信号の受信特性の測定結果に応じて、パルス列の送信レートと単一パルスのエネルギーを制御してパルス列を送信する。また、送信部は、受信部１で受信した制御情報に応じてパルス列の送信レートと単一パルスのエネルギーを制御してパルス列を送信してもよい。

図１１に、本発明に係る通信装置の第２の実施例の構成を示す。本実施例の通信装置は、アンテナANTを介して所定の信号を受信する受信部（RCVR）５１と、受信部の出力信号sg51より通信環境状態を測定する通信環境測定部（MEAS）５２と、通信環境測定部の測定結果sg52を受けて送信すべきデータdatの送信パルス列の送信レートと単一パルスのエネルギーを制御して送信する送信部（TMTR）５３と、受信部５１と送信部５３がアンテナの共用を可能にするスイッチ（SWT）５４とから構成される。通信環境測定部５２に信号検出部（FINDSG）５２Ｅを含む点、送信部５３は図１の送信部１と同様の機能に加え、信号検出部５２Ｅからの検出信号sg52eを受けて所定の送信レートと単一パルスのエネルギーを送信する送信開始時期を制御する制御機能をも有する点が実施例１と相異する。

なお、上記受信部で受信される所定の信号はパルス信号だけに限定されず、アナログ信号等、どのような通信手段の信号を用いてもよい。

信号検出部５２Ｅは、上記所定の信号の存在の有無を検出する機能を有し、その検出信号sg52eに応じて、送信部５３はパルス列を、所定の送信レートと単一パルスのエネルギーに制御して送信する。また、通信環境測定部５２の信号電力測定部、信号対雑音比測定部の測定結果sg52に応じて、パルス列の送信レートと単一パルスのエネルギーを制御して送信してもよいことは勿論である。

例えば、上記所定の信号が送られてきたことを検知すると、それをトリガーとして、所定のパルス列の送信レートと単一パルスのエネルギーに制御されたパルス列を用い、データ送信を開始する。以上の構成により、外部機器から送信の制御が行え、消費電力の低減が行える。

図１２は、信号検出部５２Ｅの構成例を示すブロック図である。信号検出部５２Ｅは、所定の周波数帯域を持つフィルタ（F）６１と、検波部（DET）６２と、閾値判定部（THJGE）６３とから構成される。受信部５１からの受信信号sg51を検波部６２で検波した検波出力が、閾値判定部６３において所定の閾値を超えた場合に、所定の信号が有ると判定し、検出信号sg52eを出力する。

本実施例における通信装置の別の構成例を図１３に示す。この通信装置は、図１１の構成に対して、電力抽出部（PWREXT）５５を追加している。電力抽出部５５は、受信される信号から電力を抽出し、送信部５３にその電力を供給できる。送信部５３は、上記電力を用いてパルス列を送信する。これにより、外部からパルス列を送信するための電力供給が可能になるので、電波方式認識タグ（RF-ID tag）や非接触ＩＣなどの用途に応用が可能である。また、電力抽出部５５に、電力を保持する機能を設けてもよい。その場合、通信装置は、保持電力により必要に応じてパルス列の送信ができる機能を付加させることが可能になる。

図１４は、本発明に係る第３の実施例の通信システムの構成例を示す図である。本実施例の通信システムは、通信装置TRNCV_Dから送られるデータを通信装置TRNCV_Eで受信するシステムである。図１４において、参照符号１は受信部（RCVR）、２は通信環境測定部（MEAS）、３は送信部（TMTR）、４はスイッチ（SWT）、７１は制御情報生成部（MKCNT）、７２は制御情報送信部（CNTTMTR）、７３は制御情報受信部（CNTRCVR）を示す。

図１４の構成において、通信装置TRNCV_Eの受信部１と通信環境測定部２は、図１の受信部と通信環境測定部とそれぞれ同様の機能を有する。すなわち、受信部１はパルス列を受信するブロックであり、通信環境測定部２は受信部１での受信信号の受信電力、信号対雑音比、誤り率、背景雑音電力の少なくとも一つを測定するブロックである。
また制御信号生成部７１は、通信環境測定部２での測定結果に応じて制御信号を生成する。この制御信号は、制御情報送信部７２より所定の通信手段で送信される。ただしこの通信手段は、パルス信号に限定されるものではなく、アナログ信号方式など、どのような方式を用いてもよい。

通信装置TRNCV_Dにおいて、送信部３は図１の送信部と同様の機能を有する。制御情報受信部７３は、通信装置TRNCV_Eにおける制御情報送信部７２によって送信された制御情報を受信するブロックである。送信部３は、制御情報受信部７３により受信された制御情報に応じて、パルス列の送信レートと単一パルスの送信エネルギーの制御を行い、送信する。

本実施例における制御手順例は、図９のフローチャートと同じである。図９における通信装置TRNCV1は図１４における通信装置TRNCV_D、図９における通信装置TRNCV2は図１４における通信装置TRNCV_Eに相当する。

通信装置TRNCV_Dから通信装置TRNCV_Eへデータを送信する時、通信装置TRNCV_Eは、受信部１で通信装置TRNCV_Dから送信された所定の送信パラメータを持つパルス列を受信する。通信環境測定部２でその受信波形から通信環境測定を行い、その結果に応じた制御情報を制御情報生成部７１で生成し、制御情報送信部７２から送信する。

通信装置TRNCV_Dでは、送信部３に含まれるデータバッファ（図３のデータバッファ１４に対応する）に送信すべきデータが存在するかどうかを判定する。送信データが存在する場合、制御情報受信部７３で通信装置TRNCV_Eからの制御情報を受信し、送信部３においてその制御情報を元にパルス列の送信レートと単一パルスの送信エネルギーの制御を行い、送信する。以上の手順を、制御情報送信部７２内のデータバッファに送信すべきデータがすべてなくなるまで繰り返す。

本実施例によれば、データをパルス列で伝送する通信装置において、受信部、通信環境測定部が簡単化、省略できる。このことは、例えばスター型のネットワーク構成においてノード構成の簡単化という要求に答えられる。図１４に示す通信装置TRNCV_Eが基地局となり、通信装置TRNCV_Dがノードとなり、ノードから基地局へはパルス列を用いた伝送効率の良い通信方式、基地局からノードへの通信は、ノードへの負荷が少ない通信方式で通信を行うことができ、システム全体の効率が向上する。

図１５は、本発明に係る通信装置の一応用例を説明する構成図である。本実施例の装置８０は、通信装置（TRNCV）８１Ａと、マイクロコンピュータ（MICROCOM）８１Ｂと、メモリ（MEM）８１Ｃとを含むモジュール８１を備えている。モジュール８１は、同一チップまたは複数チップの組み合わせで実現される。

通信装置８１Ａは、アンテナANTと結合されている。ここで、通信装置８１Ａは本発明に係る通信装置であり、実施例１〜３で述べた何れかの通信装置を用いることができる。マイクロコンピュータ８１Ｂは、メモリ８１Ｃに格納されているデータの処理を行ったり、外部から取得されるデータを受け取り、必要に応じて処理を施してメモリに格納する。マイクロコンピュータ８１Ｂは、メモリ８１Ｃに格納されているデータや、外部インターフェースExtI/Fを通して外部から取得されるデータを必要に応じて処理を行い、通信装置８１Ａに送る。通信装置８１Ａは、マイクロコンピュータ８１Ｂから送られてきたデータを、パルス列を用いて送信、またはアンテナからの受信信号の受信を行う。また、マイクロコンピュータ８１Ｂは、必要に応じて通信装置８１Ａの制御を行う。それにより、本発明に係る通信方法を実現する制御をすべてマイクロコンピュータ８１Ｂから処理させることもできる。

図１６は、本発明に係る通信装置の別の応用例を説明する構成図である。本実施例の装置９０は通信装置を含む装置であり、例えば非接触ＩＣカードや、RF-IDタグなどが想定される。装置９０は、通信装置（TRNCV）９１Ａと、データ制御部（DATCNT）９１Ｂと、メモリ（MEM）９１Ｃと、アンテナANT_Aとを含むモジュール９１を備える。モジュール９１は、同一１チップ又は複数チップの組み合わせで実現される。また、リーダ／ライタ装置（RDR/WRTR）９４はアンテナANT_Bに接続されている。

ここで、通信装置９１Ａは本発明に係る通信装置であり、実施例２の図１３に示した構成の通信装置を適用した場合を例に説明する。

リーダ／ライタ装置９４は、所定の信号を送信する。通信装置９１Ａは、アンテナANT_Aを介してその所定の信号の検知を行う。通信装置９１Ａはリーダ／ライタ装置９４からの所定の信号の検知をトリガーにして、データ制御部９１Ｂを介してメモリ９１Ｃからデータを読み込み、パルス列を用いてデータ送信を行う。リーダ・ライタ装置９４では、アンテナANT_Bを介して上記パルス列を受信し、メモリ９１Ｃ内のデータを読む。

また、リーダ／ライタ装置９４からの所定の信号には、所定の情報を含ませることができる。その場合には、通信装置９１Ａでは上記信号を受信して所定の情報を取得し、データ制御部９１Ｂを介してメモリ９１Ｃに、上記情報を記憶する。

また、通信装置９１Ａ内に、電力抽出・保持部を持たせ、リーダ／ライタ装置の信号から電力を抽出し、必要に応じて電力を保持し、上記パルス列の送信や、メモリ読み出し、書き込み時における電力とすることもできる。これにより、リーダ／ライタ装置９４から必要な動作の電力を供給することができ、装置９０において低消費電力化、もしくは電池内蔵を不要にしてバッテリレス化が実現できる。

本実施例における通信装置９１Ａは、実施例２で述べた通信装置の適用例を示したが、実施例１や実施例３の通信装置に置き換えても適用が可能である。

実施例１における本発明に係る通信装置の構成例を示すブロック図。図１に示した通信環境測定部の構成例を示すブロック図。図１に示した送信部の構成例を示すブロック図。図３に示した送信部の各部の波形例を示す図。図３に示したレベル制御部により出力される送信パルス列の電圧波形例を示す図。図１に示した受信部の構成例を示すブロック図。図２に示した通信環境測定部の構成例を示すブロック図。実施例１の通信装置における第１の制御手順を示すフローチャート。実施列１の通信装置における第２の制御手順を示すフローチャート。実施列１の通信装置の適用例を示すマルチホップ型のネットワーク構成図。実施例２における本発明に係る通信装置の構成例を示すブロック図。図１１に示した信号検出部の構成例を示すブロック図。実施例２における本発明に係る通信装置の別の構成例を示すブロック図。実施例３における通信システムの構成例を示す図。本発明に係る通信装置の一応用例を示す図。本発明に係る通信装置の別の応用例を示す図。本発明に係る制御方法を適用した場合の通信装置の効果を示す図。

符号の説明

１，５１…受信部(RCVR)、２，５２…通信環境測定部(MEAS)、２Ａ…信号電力測定部(PWR)、２Ｂ…信号対雑音比測定部(SNR)、２Ｃ…誤り率測定部(BER)、２Ｄ…背景雑音測定部(BKNS)、３，５３…送信部（TMTR）、４，５４…スイッチ(SWT)、１０…制御信号生成部(CNTLSG)、１１…フレームクロック生成部(FRMCLG)、１２…擬似ランダム符号生成部(PNCG)、１３…送信タイミングクロック生成部(TXCLG)、１４，２８…データバッファ(DBUF)、１５…パルス生成部(PG)、１６…レベル制御部(LVCNT)、２１…信号捕捉・同期保持部(ACQ/SYNC)、２２…フレームクロック生成部(FRMCLG)、２３…テンプレート波形生成部(TEMPG)、２４…擬似ランダム符号生成部(PNCG)、２５…相関器(CORR)、２６…積分器(INT)、２７…判定部(JGE)、３０…サンプルホールド部(S/H)、３１…判定部(JGE)、３２…信号処理部(DSP)、３３…カウンタ(CT)、３４…絶対値器(ABS)、３５…平均器(AVE)、３６…２乗器(SQR)、３７…減算器(SUB)、３８…除算器(DIV)、５２Ｅ…信号検出部(FINDSG)、５５…電力抽出部(PWREXT)、６１…フィルタ(F)、６２…検波部(DET)、６３…閾値判定部(THJGE)、７１…制御情報生成部(MKCNT)、７２…制御情報送信部(CNTTMTR)、７３…制御情報受信部(CNTRCVR)、８０，９０…装置、８１，９１…モジュール、８１Ａ，９１Ａ…通信装置(TRNCV)、８１Ｂ…マイクロコンピュータ(MICROCOM)、８１Ｃ…メモリ(MEM)、９１Ｂ…データ制御部(DATCNT)、９４…リーダ／ライタ装置(RDR/WRTR)、ANT，ANT_A，ANT_B…アンテナ、cntfr，cntlv，cntbf…制御信号、dat…データ、frmclk…フレームクロック、intout…積分器出力、L…信号電力損失、Lr，Lt…単位距離あたりの伝搬損失、pls…パルス列、Rt…送信レート、rxin…受信信号、Sr，Sh…受信電力、sg1，sg51…受信部出力信号、sg2，sg52…測定結果、sg52e…検出信号、Sa，Sb…単一パルスの送信エネルギー、Ta，Tb…パルス間間隔、TRNCV1，TRNCV2…通信装置、TRNCV_A，TRNCV_B，TRNCV_C，TRNCV_D，TRNCV_E…通信装置、txclk…送信タイミングクロック、txd…バッファ出力データ、txo…送信パルス列、Va，Vb…パルス振幅、ｘ…通信距離。

Claims

パルス列を用いた情報の伝送を行う通信装置であって、
所定の信号を受信する受信部と、
前記受信部の受信信号から通信環境状態を測定する通信環境測定手段と、
前記通信環境測定手段の測定結果に基づいて前記パルス列の送信レートの制御と単一パルスの送信エネルギーの制御とを行う制御手段を備えた送信部とを具備してなり、
前記制御手段は、平均送信エネルギーが所定の値以下になるように、前記通信環境状態がよい場合には前記パルス列の送信レートを上げるとともに前記単一パルスの送信エネルギーを小さくし、前記通信環境状態が悪い場合には前記パルス列の送信レートを下げるとともに前記単一パルスの送信エネルギーを大きくし、
該送信部は前記制御手段により制御された前記パルス列を送信することを特徴とする通信装置。
請求項１に記載の通信装置において、
前記測定する通信環境状態は、前記受信信号における、信号電力の状態、信号対雑音比の状態、受信データの誤り率の状態、背景雑音電力の状態の各状態の少なくとも一つであることを特徴とする通信装置。
請求項１に記載の通信装置において、
前記送信部は、受信された所定の制御信号に応じて制御を開始した前記制御手段により制御された前記パルス列の送信を行うことを特徴とする通信装置。
請求項１に記載の通信装置において、
前記通信環境測定手段は、所定の信号の検出手段を有し、
前記送信部は、前記制御手段により制御された前記パルス列の送信を前記検出手段の検出結果に応じて開始することを特徴とする通信装置。
第１の通信装置と少なくとも一つの第２の通信装置とを具備してなり、パルス列の送受信により通信を行う通信システムであって、
前記第１の通信装置は、
前記パルス列を受信する第１受信部と、
前記第１受信部による受信信号から通信環境状態を測定する通信環境測定手段と、
前記通信環境測定手段の測定結果から制御信号を生成する制御信号生成手段と、
前記制御信号を前記第２の通信装置へ送信する第１送信部とを含んでなり、
前記第２の通信装置は、
前記第１の通信装置から送信された前記制御信号を受信する第２受信部と、
第２受信部で受信された前記制御信号に応じて前記パルス列の送信レートの制御と単一パルスの送信エネルギーの制御とを行う制御手段を備えた第２送信部とを含んでなり、
前記制御手段は、平均送信エネルギーが所定の値以下になるように、前記通信環境状態がよい場合には前記パルス列の送信レートを上げるとともに前記単一パルスの送信エネルギーを小さくし、前記通信環境状態が悪い場合には前記パルス列の送信レートを下げるとともに前記単一パルスの送信エネルギーを大きくし、
該第２送信部は前記制御手段により制御された前記パルス列を前記第１の通信装置へ送信することを特徴とする通信システム。
パルス列を用いて送受信する通信方法であって、
所定の信号を受信する受信ステップと、
前記受信ステップで受信した前記所定の信号から通信環境を測定する測定ステップと、
前記測定ステップの測定結果に応じてパルス列の送信レートと単一パルスの送信エネルギーを制御する制御ステップと、
制御された前記パルス列を送信するステップとを有し、
前記制御ステップは、平均送信エネルギーが所定の値以下になるように、前記通信環境がよい場合には前記パルス列の送信レートを上げるとともに前記単一パルスの送信エネルギーを小さくし、前記通信環境が悪い場合には前記パルス列の送信レートを下げるとともに前記単一パルスの送信エネルギーを大きくするステップであることを特徴とする通信方法。
第１の通信装置と少なくとも一つの第２の通信装置とを具備してなり、パルス列の送受信により通信を行う通信システムの通信方法であって、
前記第１の通信装置は、
所定の信号を受信する第１受信ステップと、
前記受信信号から通信環境を測定する測定ステップと、
前記測定ステップの測定結果から制御信号を生成するステップと、
前記制御信号を前記第２の通信装置へ送信する第１送信ステップとを有し、
前記第２の通信装置は、
前記第１の通信装置から送信された前記制御信号を受信する第２受信ステップと、
前記第２受信ステップにおいて受信された前記制御信号に応じて、前記パルス列の送信レートと単一パルスの送信エネルギーを制御する制御ステップと、該制御ステップにより制御された前記パルス列を前記第１の通信装置へ送信する第２送信ステップとを有し、
前記制御ステップは、平均エネルギーが所定の値以下になるように、前記通信環境がよい場合には前記パルス列の送信レートを上げるとともに前記単一パルスの送信エネルギーを小さくし、前記通信環境が悪い場合には前記パルス列の送信レートを下げるとともに前記単一パルスの送信エネルギーを大きくするステップであることを特徴とする通信方法。