JP4887752B2 - インパルス発生装置,通信装置,及びインパルス制御プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体 - Google Patents
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Description
このインパルス方式UWB無線通信は、搬送波を用いずに非常に短いインパルスを使用して通信する方式であり、インパルスを用いることで非常に広帯域のスペクトルになるが、スペクトル密度が低いので、他のシステムに干渉を与えにくいという特徴がある。
インパルスの発生には、例えば、ステップリカバリダイオード(スナップオフダイオードとも呼ばれる)を用いた回路が使われる。このステップリカバリダイオードに順方向電圧を加えた状態から逆方向電圧が加わるようにすることにより、数GHz以上(最大で20GHz程度)の高い周波数成分を含む鋭い立ち上がりの電圧波形を得ることができ、この電圧波形を微分、波形整形することでインパルスを得ることができる。
また、UWBの周波数帯域は、他の無線通信システムでも使用されており、お互いの干渉回避のために、不必要な大きさの電力を放射することは極力避けることが望ましい。
しかしながら、上述した従来の技術では、ディジタル制御減衰器など比較的高価な電子部品が必要である。しかも、ディジタル制御減衰器などは、これを制御するためのインタフェース(もしくは制御回路)も別途用意しなければならず、製造コストがさらに嵩んでしまうとともに、構成も複雑化してしまう。
なお、前記制御部が、前記入力信号のオン/オフ時間を変化させることによって、前記インパルスの出力値を制御することが好ましい。
また、上記目的を達成するために、本発明の通信装置は、インパルス方式のUWB(Ultra WideBand)無線通信方式によって無線通信を行なう無線通信システムに用いられるものであって、前記無線通信に用いるインパルスを発生するインパルス発生部と、このインパルス発生部に入力される、インパルスを発生させるための入力信号を変化させることによって、前記インパルス発生部から出力されるインパルスの出力値を制御する制御部とをそなえ、前記インパルス発生部が、インパルスを発生するステップリカバリダイオードと、該ステップリカバリダイオードの順方向バイアス印加から逆方向バイアス印加へのスイッチ時に該ステップリカバリダイオードに入力される逆方向電圧を、前記制御部によって変化される入力信号に応じて変更する変更部とをそなえることを特徴としている。
〔1〕本発明の一実施形態について
まず、図1に示すブロック図を参照しながら、本発明の一実施形態としての通信装置の構成について説明する。この図1に示すように、本通信装置(インパルス方式UWB(Ultra WideBand)無線通信装置)1は、パルス周波数源10,PN(Pseudo Noise)系列発生部11,PPM(Pulse Position Modulation)データ変調部12,インパルス生成器(インパルス発生装置)30,BPF(Band Pass Filter)13,PA(Power Amplifier)14,送信アンテナ15,受信アンテナ16,BPF17,LNA(Low Noise Amplifier:低雑音アンプ)18,パルス検出部19,相関器20,及びPPMデータ復調部21をそなえて構成されている。
本通信装置1は、本通信装置1と同一もしくは略同一に構成された他の通信装置とインパルス方式のUWB無線通信方式によって互いに無線通信可能に接続される。つまり、本通信装置1は、かかる他の通信装置との間で、インパルス信号(以下、単にインパルスともいう)を用いたデータの送受信が可能である。
図2に示すように、通信装置1が送信する送信データは、例えば、PN系列の一種である8値(つまり、0〜7の8つの値)のRS(Reed-Solomon;リードソロモン)系列でタイムホッピングされており、さらに、パルス位置変調(PPM)でデータ変調されている。
そして、プリアンブル部に後続するデータ部(通信データ)も、プリアンブル部と同様にRS系列でタイムホッピングされるが、このデータ部の各パルス区間において“1”を示す場合には、パルスをプリアンブル部でタイムホッピングされた位置よりも1チップ分後段にずらす、いわゆるパルス位置変調を行なっており、これによって“1”のデータを表している。このように、インパルス方式のUWB無線通信方式(本通信装置1)では、パルス位置変調されたデータ部を送受信することによって、インパルスを用いたデータの送受信を実現しているのである。
パルス発生源10は、クロックを発生するものであり、例えば制御回路等(図示略)によって制御されて、発生するインパルスの1チップの時間が所望の時間になるようにクロックを発生する。
PN系列発生部11は、上述したようなRS系列を発生するものである。
インパルス生成器30は、ステップリカバリダイオード51(後述する図3参照)により、パルスの立ち上がり部で非常に細かいインパルスを生成するものであり、PPMデータ変調部12によって変調されたデータに基づくパルス入力信号と、制御回路等(図示略)からのインパルスの出力値(波高値;振幅)を制御するための制御信号とに基づいて、インパルスを生成する。
インパルス生成器30によって生成されたインパルスは、非常に広い帯域を有しているが、例えば、FCCマスクに適合させる場合には、3.1GHz〜10.6GHzのBPF13を用いることによって、インパルス生成器30によって生成されたインパルスをかかるBPF13に通すことで、3.1GHzよりも低い不要な成分や10.6GHzよりも高い不要な成分を除去することができる。
次に、本通信装置1の受信系の各構成要素について説明すると、他の通信装置から発信されたインパルスを、受信アンテナ16が受信すると、BPF17が余分な成分を除去する。
パルス検出部19は、LNA18によって増幅されたインパルスを受信データとして検出するものである。具体的には、パルス検出部19は、例えば、ダイオードによる包絡線検波回路(図示略)と、コンパレータ(図示略)とをそなえて構成されており、これら包絡線検波回路やコンパレータによってパルス検出する。
なお、本通信装置1では、送信アンテナ15と受信アンテナ16とを別に設けたが、アンテナを一つだけそなえ、送信アンテナと受信アンテナとを同一のアンテナで兼用するように構成してもよい。また、BPF13,17を送信系と受信系とで別途そなえているが、BPFについても一つのもので送受信時に兼用するようにしてもよい。
図3に示すように、インパルス生成器30は、制御部40と、インパルス発生部50とをそなえて構成されている。
制御部40は、インパルスを発生するインパルス発生部50に入力される、インパルスを発生させるためのパルス入力信号(入力信号;入力パルス)を変化させることによって、インパルス発生部50から出力されるインパルスの出力値(波高値)を制御するものである。
なお、制御部40が変化させるパルス入力信号のオン/オフ時間は、所定時間単位(つまり、インパルス発生する最小時間単位である1チップの時間)におけるオン時間もしくはオフ時間のことをいう。したがって、オン時間を指定することによってオフ時間も指定されることになるので、以下の説明においては、オン/オフ時間のことを単にオン時間という。
図4は、パルス入力信号の電圧(入力パルス電圧)が3Vの場合、及び、1.2Vの場合のそれぞれにおいて、オン時間(入力パルスオン時間)を150〜180nsecの範囲で変化させたときのインパルス発生部50から発生されるインパルスの出力値を示すものであり、図5は、パルス入力信号の電圧を0.8〜1.2Vの範囲で変化させたときのインパルス発生部50から発生されるインパルスの出力値を示すものである。
また、図5に示すごとく、インパルス発生部50によれば、パルス入力信号の電圧が0.8VからαVまでの間は、電圧を上げるとインパルスの出力値も上昇するが、αV以降は、パルス入力信号の電圧が上昇してもインパルスの出力値は上昇せずに一定値βをとる。
具体的には、図3に示すように、制御部40は、テーブル41及びD/A(Digital/Analog)コンバータ42をそなえて構成されている。
そして、制御部40は、所望のインパルスの出力値を示す制御信号を入力されると、PPMデータ変調部12からのパルス入力信号のオン時間及び/又は電圧を、テーブル41に基づいて変更して、インパルス発生部50に入力するパルス入力信号を生成する。
また、制御信号がインパルスの出力値を2.06Vにすべく制御部40に入力されたものであれば、制御部40はテーブル41に基づいて、パルス入力信号のオン時間を180nsecに設定するとともに、電圧を3Vに設定する。
また、制御信号がインパルスの出力値を1.03Vにすべく制御部40に入力されたものであれば、制御部40はテーブル41に基づいて、パルス入力信号のオン時間を180nsecに設定するとともに、電圧を1.13Vに設定する。
また、制御信号がインパルスの出力値を0.52Vにすべく制御部40に入力されたものであれば、制御部40はテーブル41に基づいて、パルス入力信号のオン時間を180nsecに設定するとともに、電圧を1.00Vに設定する。
インパルス発生部50は、制御部40から入力されるパルス入力信号に基づいて、インパルスを発生するものであり、例えば、ステップリカバリダイオード51と、変更部52とをそなえている。
変更部52は、ステップリカバリダイオード51の順方向バイアス印加から逆方向バイアス印加へのスイッチ時に入力される逆方向電圧を、制御部40から入力されるパルス入力信号(特に、当該パルス入力信号のオン時間及び電圧)に応じて変更するものである。
ここで、インパルス発生部50に入力されるパルス入力信号のオン時間が100nsec、電源電圧Vccが3Vである場合の、本回路の動作を説明する。また、図8(a)〜(d)に、この場合の図7に示すA〜D点のそれぞれにおける電圧変化を示し、この図8(a)〜(d)も用いて本回路の動作を説明する。
図7のA点の入力Vaが3Vから0Vに変わると(図8(a)参照)、電源電圧(トランジスタ)Vccより抵抗R3を通して電流が流れ、コンデンサC2に電荷が蓄積し、その結果、B点の電位Vbが上昇していく(図8(b)参照)。
そして、適当なタイミングで入力Vaが3Vに変化すると(図8(a)の時間x参照)、B点の電圧Vbは略0Vまで下がり(図8(b)の時間x参照)、C点の電位VcもB点と同じ電圧変化を起こす(図8(c)の時間x参照)。
このとき、ステップリカバリダイオード51には一旦逆電流が流れ、その後、このステップリカバリダイオード51の特性から非常に短時間に電流の流れが止まる。このときにGHzオーダもしくはそれ以上の周波数成分を持つ非常に急峻な電圧変化が生じる(図8(d)の時間x参照)。
なお、このときコンデンサC2に蓄えられる電荷をトランジスタQのオン/オフ時間の比率で調整することによって、インパルス出力の波高値(インパルスの出力値)を変化させることができる。
また、図9(a)〜(d)にパルス入力信号のオン時間が180nsec、電圧が3Vの場合のA〜D点のそれぞれにおける電圧変化を示し、図10(a)〜(d)にパルス入力信号のオン時間が180nsec、電圧が1.2Vの場合のA〜D点のそれぞれにおける電圧変化を示す。なお、図9(a),図10(a)はA点での電圧変化を示し、図9(b),図10(b)はB点での電圧変化を示し、図9(c),図10(c)はC点での電圧変化(つまり、ステップリカバリダイオード51に印加される逆方向電圧の変化)を示し、図9(d),図10(d)はD点での電圧変化(つまり、インパルス発生部50から出力されるインパルスの出力値の変化)を示している。
ここでは、パルス入力信号の電圧が低い図10(a)〜(d)に示す例の方が、図9(a)〜(d)に示す例よりもインパルスの出力値が低くなる(図9(d)及び図10(d)参照)。
すなわち、制御部40は、テーブル41に基づいてインパルス発生部50から所望の出力値のインパルスが得られるようなパルス入力信号を生成することができる。
しかも、高価なディジタル制御減衰器や、これを制御するためのインタフェース及び制御回路が不要なので、製造コストも省コスト化することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述した実施形態では、制御部40がテーブル41に基づいて、インパルス発生部50に入力されるパルス入力信号のオン/オフ時間及び電圧を変更するように構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、制御部40が、インパルスの出力値とパルス入力信号のオン/オフ時間との対応を示すテーブルをそなえ、このテーブルに基づいて制御部40がパルス入力信号のオン/オフ時間のみを変更するように構成してもよい。また、制御部40が、インパルスの出力値とパルス入力信号の電圧との対応を示すテーブルをそなえ、このテーブルに基づいて制御部40がパルス入力信号の電圧のみを変更するように構成してもよい。
なお、上述した制御部40(制御部40´)としての機能は、コンピュータ(CPU,情報処理装置,各種端末を含む)が所定のアプリケーションプログラム(インパルス制御プログラム)を実行することによって実現されてもよい。
なお、本実施形態としての記録媒体としては、上述したフレキシブルディスク,CD,DVD,磁気ディスク,光ディスク,光磁気ディスクのほか、ICカード,ROMカートリッジ,磁気テープ,パンチカード,コンピュータの内部記憶装置(RAMやROMなどのメモリ),外部記憶装置等や、バーコードなどの符号が印刷された印刷物等の、コンピュータ読取可能な種々の媒体を利用することもできる。
(付記1)
インパルスを発生するインパルス発生部と、
該インパルス発生部に入力される、インパルスを発生させるための入力信号を変化させることによって、前記インパルス発生部から出力されるインパルスの出力値を制御する制御部とをそなえて構成されていることを特徴とする、インパルス発生装置。
前記制御部が、前記入力信号のオン/オフ時間を変化させることによって、前記インパルスの出力値を制御することを特徴とする、付記1記載のインパルス発生装置。
(付記3)
前記インパルス発生部から発生される前記インパルスの出力値と前記入力信号のオン/オフ時間との対応を示すテーブルをそなえ、
前記制御部が、前記テーブルに基づいて前記入力信号のオン/オフ時間を変化させることを特徴とする、付記2記載のインパルス発生装置。
前記制御部が、前記入力信号の電圧を変化させることによって、前記インパルスの出力値を制御することを特徴とする、付記1記載のインパルス発生装置。
(付記5)
前記インパルス発生部から発生される前記インパルスの出力値と前記入力信号の電圧との対応を示すテーブルをそなえ、
前記制御部が、前記テーブルに基づいて前記入力信号を変化させることを特徴とする、付記4記載のインパルス発生装置。
前記制御部が、前記入力信号のオン/オフ時間及び電圧を変化させることによって、前記インパルスの出力値を制御することを特徴とする、付記1記載のインパルス発生装置。
(付記7)
前記インパルス発生部から発生される前記インパルスの出力値と、前記入力信号のオン/オフ時間及び電圧の組み合わせとの対応を示すテーブルをそなえ、
前記制御部が、前記テーブルに基づいて前記入力信号を変化させることを特徴とする、付記6記載のインパルス発生装置。
前記インパルス発生部が、
インパルスを発生するステップリカバリダイオードと、
該ステップリカバリダイオードの順方向バイアス印加から逆方向バイアス印加へのスイッチ時に該ステップリカバリダイオードに入力される逆方向電圧を、前記制御部によって変化される入力信号に応じて変更する変更部とをそなえて構成されていることを特徴とする、付記1記載のインパルス発生装置。
前記制御部が、FPGA(Field Programmable Gate Array)で構成されていることを特徴とする、付記1記載のインパルス発生装置。
(付記10)
インパルス方式のUWB(Ultra WideBand)無線通信方式によって無線通信を行なう無線通信システムに用いられる通信装置であって、
前記無線通信に用いるインパルスを発生するインパルス発生部と、
該インパルス発生部に入力される、インパルスを発生させるための入力信号を変化させることによって、前記インパルス発生部から出力されるインパルスの出力値を制御する制御部とをそなえて構成されていることを特徴とする、通信装置。
前記制御部が、前記入力信号のオン/オフ時間を変化させることによって、前記インパルスの出力値を制御することを特徴とする、付記10記載の通信装置。
(付記12)
前記インパルス発生部から発生される前記インパルスの出力値と前記入力信号のオン/オフ時間との対応を示すテーブルをそなえ、
前記制御部が、前記テーブルに基づいて前記入力信号のオン/オフ時間を変化させることを特徴とする、付記11記載の通信装置。
前記制御部が、前記入力信号の電圧を変化させることによって、前記インパルスの出力値を制御することを特徴とする、付記10記載の通信装置。
(付記14)
前記インパルス発生部から発生される前記インパルスの出力値と前記入力信号の電圧との対応を示すテーブルをそなえ、
前記制御部が、前記テーブルに基づいて前記入力信号を変化させることを特徴とする、付記13記載の通信装置。
前記制御部が、前記入力信号のオン/オフ時間及び電圧を変化させることによって、前記インパルスの出力値を制御することを特徴とする、付記10記載の通信装置。
(付記16)
前記インパルス発生部から発生される前記インパルスの出力値と、前記入力信号のオン/オフ時間及び電圧の組み合わせとの対応を示すテーブルをそなえ、
前記制御部が、前記テーブルに基づいて前記入力信号を変化させることを特徴とする、付記15記載の通信装置。
前記インパルス発生部が、
インパルスを発生するステップリカバリダイオードと、
該ステップリカバリダイオードの順方向バイアス印加から逆方向バイアス印加へのスイッチ時に該ステップリカバリダイオードに入力される逆方向電圧を、前記制御部によって変化される入力信号に応じて変更する変更部とをそなえて構成されていることを特徴とする、付記10記載の通信装置。
前記制御部が、FPGA(Field Programmable Gate Array)で構成されていることを特徴とする、付記10記載の通信装置。
(付記19)
インパルスを発生するインパルス発生部をそなえたインパルス発生装置において、該インパルス発生装置によって発生されるインパルスの出力値を制御する機能をコンピュータに実現させるためのインパルス制御プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体であって、
前記インパルス制御プログラムが、
前記インパルス発生部に入力される、インパルスを発生させるための入力信号を変化させることによって、前記インパルス発生部から出力されるインパルスの出力値を制御する制御部として、前記コンピュータを機能させることを特徴とする、インパルス制御プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
前記インパルス制御プログラムが、
前記制御部が、前記入力信号のオン/オフ時間と電圧との少なくとも一方を変化させることによって、前記インパルスの出力値を制御するように、前記コンピュータを機能させることを特徴とする、付記19記載のインパルス制御プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
10 パルス周波数源
11 PN(Pseudo Noise)系列発生部
12 PPM(Pulse Position Modulation)データ変調部
13,17 BPF(Band Pass Filter)
14 PA(Power Amplifier)
15 送信アンテナ
16 受信アンテナ
18 LNA(Low Noise Amplifier)
19 パルス検出部
20 相関器
21 PPMデータ復調部
30 インパルス生成器(インパルス発生装置)
40,40´ 制御部
41 テーブル
42 D/A(Digital/Analog)コンバータ
50 インパルス発生部
51 ステップリカバリダイオード
52 変更部
60 FPGA
Claims (5)
- インパルスを発生するインパルス発生部と、
該インパルス発生部に入力される、インパルスを発生させるための入力信号を変化させることによって、前記インパルス発生部から出力されるインパルスの出力値を制御する制御部とをそなえ、
前記インパルス発生部が、
インパルスを発生するステップリカバリダイオードと、
該ステップリカバリダイオードの順方向バイアス印加から逆方向バイアス印加へのスイッチ時に該ステップリカバリダイオードに入力される逆方向電圧を、前記制御部によって変化される入力信号に応じて変更する変更部とをそなえることを特徴とする、インパルス発生装置。 - 前記制御部が、前記入力信号のオン/オフ時間を変化させることによって、前記インパルスの出力値を制御することを特徴とする、請求項1記載のインパルス発生装置。
- 前記制御部が、前記入力信号の電圧を変化させることによって、前記インパルスの出力値を制御することを特徴とする、請求項1または請求項2記載のインパルス発生装置。
- インパルス方式のUWB(Ultra WideBand)無線通信方式によって無線通信を行なう無線通信システムに用いられる通信装置であって、
前記無線通信に用いるインパルスを発生するインパルス発生部と、
該インパルス発生部に入力される、インパルスを発生させるための入力信号を変化させることによって、前記インパルス発生部から出力されるインパルスの出力値を制御する制御部とをそなえ、
前記インパルス発生部が、
インパルスを発生するステップリカバリダイオードと、
該ステップリカバリダイオードの順方向バイアス印加から逆方向バイアス印加へのスイッチ時に該ステップリカバリダイオードに入力される逆方向電圧を、前記制御部によって変化される入力信号に応じて変更する変更部とをそなえることを特徴とする、通信装置。 - インパルスを発生するステップリカバリダイオードと、該ステップリカバリダイオードの順方向バイアス印加から逆方向バイアス印加へのスイッチ時に該ステップリカバリダイオードに入力される逆方向電圧を、入力信号に応じて変更する変更部とを有するインパルス発生部をそなえたインパルス発生装置において、該インパルス発生装置によって発生されるインパルスの出力値を制御する機能をコンピュータに実現させるためのインパルス制御プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体であって、
前記インパルス制御プログラムが、
前記変更部に入力される、インパルスを発生させるための前記入力信号を変化させることによって、前記インパルス発生部から出力されるインパルスの出力値を制御する制御部として、前記コンピュータを機能させることを特徴とする、インパルス制御プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
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