(57)【要約】      （修正有）【課題】回転偏波を用いる通信で使用される2系統の電磁波の偏波を、実用上制御することができる無線機及び無線システムを提供する。【解決手段】偏波が搬送波の周波数と独立な周波数で回転する２系統の電波を用いて通信を行う無線システムにおいて、２系統の搬送波を異なるＰＬＬ回路で生成し、２系統の搬送波を合成後、合成結果を測定し、測定結果を用いて、２系統の搬送波の位相関係を制御し、２系統の搬送波の位相を許容値内に収める手順の後に、偏波回転の位相を許容値内に収める手順を行う。【選択図】図２Ｂ
2020188308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波が搬送波の周波数と独立な周波数で回転する２系統の電波を用い、２系統の搬送波の位相と偏波回転の位相の夫々の偏差が許容値内である場合に通信を行う無線システムの制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の無線システムの制御方法であって、
２系統の搬送波の位相を許容値内に収める手順の後に、偏波回転の位相を許容値内に収める手順を行うことを特徴とする無線システムの制御方法。
【請求項３】
請求項２記載の無線システムの制御方法であって、
前記搬送波の位相を同相とする手順の後に、偏波回転の位相を直交とする手順を行うことを特徴とする無線システムの制御方法。
【請求項４】
請求項１記載の無線システムの制御方法であって、
２系統の搬送波を合成後、合成結果を測定し、測定結果を用いて、２系統の搬送波の位相関係を制御することを特徴とする無線システムの制御方法。
【請求項５】
請求項１記載の無線システムの制御方法であって、
２系統の搬送波が異なるPLL回路で生成されることを特徴とする無線システムの制御方法。
【請求項６】
請求項５記載の無線システムの制御方法であって、
２系統の搬送波を合成後、合成結果を測定し、測定結果が所定条件を満たすまで、２系統のPLLの再起動を繰り返すことを特徴とする無線システムの制御方法。
【請求項７】
請求項２記載の無線システムの制御方法であって、
前記偏波回転を制御する正弦波と余弦波の初期位相が可変であり、
２系統の搬送波の出力を合成した結果が所定値より大きくなった後、該正弦波と該余弦波の初期位相を変化させ、２系統の搬送波重畳後の出力を合成した結果が所定値より小さくなるような手順を行うことを特徴とする無線システムの制御方法。
【請求項８】
請求項１記載の無線システムの制御方法であって、
前記２系統の電波を用いるために、第１の信号経路および第２の信号経路を用い、
前記２系統の搬送波として、第１の搬送波と第２の搬送波を用い、
前記偏波を回転させるために、第１の回転偏波信号および第２の回転偏波信号を用い、
前記第１の信号経路において、前記第１の搬送波を第１のPLL回路により供給し、
前記第２の信号経路において、前記第２の搬送波を第２のPLL回路により供給し、
前記第１の信号経路において、前記第１の回転偏波信号と第1の既知の信号を選択的に供給し、
前記第２の信号経路において、前記第２の回転偏波信号と第２の既知の信号を選択的に供給し、
前記第１の信号経路および前記第２の信号経路に、情報信号と第３の既知の信号を選択的に供給し、
２系統の搬送波の位相の偏差が許容値内であるかどうかを評価する際には、
前記第１の信号経路および前記第２の信号経路に、前記第３の既知の信号を供給し、
前記第１の信号経路に前記第１の搬送波と前記第1の既知の信号を供給し、
前記第２の信号経路に前記第２の搬送波と前記第２の既知の信号を供給し、
前記第１の信号経路の信号と前記第２の信号経路の信号が同相かどうかを判定することを特徴とする無線システムの制御方法。
【請求項９】
請求項８記載の無線システムの制御方法であって、
前記第１の信号経路の信号と前記第２の信号経路の信号を合成した信号の波形に基づいて、前記第１の信号経路の信号と前記第２の信号経路の信号が同相かどうかを判定することを特徴とする無線システムの制御方法。
【請求項１０】
請求項９記載の無線システムの制御方法であって、
２系統の搬送波の位相の偏差が許容値内であった場合、さらに、
前記第１の信号経路および前記第２の信号経路に、前記第３の既知の信号を供給し、
前記第１の信号経路に前記第１の搬送波と前記第１の回転偏波信号を供給し、
前記第２の信号経路に前記第２の搬送波と前記第２の回転偏波信号を供給し、
前記第１の信号経路の信号と前記第２の信号経路の信号を合成した信号の波形に基づいて、前記第１の信号経路の信号と前記第２の信号経路の信号が直交かどうかを判定することを特徴とする無線システムの制御方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の無線システムの制御方法であって、
前記第１の信号経路の信号と前記第２の信号経路の信号が同相かどうかを判定する際には、前記第１のPLL回路および前記第２のPLL回路の再起動を複数回行うことを特徴とする無線システムの制御方法。
【請求項１２】
情報信号を生成する情報信号発生器と、
前記情報信号を２系統に分岐する第１の信号経路および第２の信号経路と、
余弦波を生成する回転偏波余弦波発生器と、
正弦波を生成する回転偏波正弦波発生器と、
前記第１の信号経路において、該第1の信号経路に流れる信号に前記余弦波を合成する第１の乗算器と、
前記第２の信号経路において、該第２の信号経路に流れる信号に前記正弦波を合成する第２の乗算器と、
第１の搬送波を生成する第１のPLL回路と、
第２の搬送波を生成する第２のPLL回路と、
前記第１の信号経路において、該第１の信号経路に流れる信号に前記第１の搬送波を合成する第３の乗算器と、
前記第２の信号経路において、該第２の信号経路に流れる信号に前記第２の搬送波を合成する第４の乗算器と、
前記第１の信号経路からの信号を電波として空間に放射する第１のアンテナと、
前記第２の信号経路からの信号を電波として空間に放射する第２のアンテナと、
所定のトレーニング期間において、前記第１のPLL回路と前記第２のPLL回路の再起動を複数回繰り返す信号処理回路と、
を備える無線機。
【請求項１３】
請求項１２記載の無線機であって、
トレーニング信号を生成する同期測定信号発生器と、
前記同期測定信号発生器の出力と前記情報信号発生器の出力を切り替える、情報信号切替器と、
第１の重み定数を生成する第一の重み定数発生器と、
題２の重み定数を生成する第二の重み定数発生器と
前記回転偏波余弦波発生器の出力と前記第一の重み定数発生器の出力を切り替える、第一の波形信号切替器と、
前記回転偏波正弦波発生器の出力と前記第二の重み定数発生器の出力を切り替える、第二の波形信号切替器と、を備え、
前記信号処理回路は、前記トレーニング期間においては、
前記情報信号切替器で前記トレーニング信号を選択し、
前記第一の波形信号切替器で前記第一の重み定数を選択し、
前記第二の波形信号切替器で前記第二の重み定数を選択し、
前記第１の搬送波と前記第２の搬送波の位相が、所定の条件を満たすまで、前記第１のPLL回路と前記第２のPLL回路の再起動を繰り返し、
前記第１の信号経路の出力と前記第２の信号経路の出力を合成した信号の振幅が所定の閾値を超えたことにより、前記所定の条件を満たしたと判定することを特徴とする無線機。
【請求項１４】
請求項１３記載の無線機であって、
前記信号処理回路は、
前記第１の搬送波と前記第２の搬送波の位相が、所定の条件を満たした後、
前記情報信号切替器で前記トレーニング信号を選択し、
前記第一の波形信号切替器で前記余弦波を選択し、
前記第二の波形信号切替器で前記正弦波を選択し、
前記第１の搬送波と前記余弦波を合成した信号および前記第２の搬送波と前記正弦波を合成した信号を合成した信号の振幅が、所定の閾値を下回ったかどうかを判定することを特徴とする無線機。
【請求項１５】
請求項１２記載の無線機を用いた無線システムであって、
偏波が搬送波の周波数と独立な周波数で回転する２系統の電波による通信を行う無線システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は偏波が任意の周波数で回転する電磁波を用いて通信を行う無線機、および無線機を用いる無線システムを実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の機器をインターネットに結合し、機器の状態に関する信号を収集し、信号の内容に基づき機器を制御する信号をインターネットを用いて配信し、機器を構成要素とする各種システムの高効率稼動を実現するInternet of Things (IoT)というコンセプトが注目を浴びている。
【０００３】
無線通信は送信機と受信機の間に障害物が存在しない、見通し通信路と呼ばれる無線伝播路が存在する場合、良好な通信が確保できる。一方、そのような見通し通信路が存在しない場合は、一般に電磁波は送受信機を取り囲む空間に存在する障害物によって一部は反射され、その他の部分は障害物内部に侵入し、その後該障害物を透過して障害物外部を再び伝播する。
【０００４】
このような、障害物に対する反射および透過の際には、横波のベクトル波である電磁波は、電磁波が障害物に入射する際の該電磁波のベクトルと障害物上の入射点における該障害物の法線ベクトルとで決定される固有な偏波の変化を被る。電磁波はベクトル波の横波であるから、その偏波の変化を知ることができないと受信機は良好な受信波を得ることができない。なぜならば、電波を獲得するデバイスであるアンテナは、到来する電磁波のベクトル方向とアンテナ上を流れる電流の方向が一致したときに、最大の受信電力を発生するからである。
【０００５】
無線機は制御すべき機器から所望の信号を得るために適当な場所に設置されるので、その位置および方向を指定することは一般的に不可能である。また、見通し通信路が存在しない場合は、反射および透過によって変化する偏波の状態を知ることは極めて困難である。換言すれば、受信機が良好な通信を実現するために十分な強度の到来波の信号を得る必要があり、送受信機が通信に用いる電磁波の偏波を制御することによって、特に見通し通信路が確保できない送受信期間に障害物が存在する無線通信環境で、良好な通信品質を実現することが可能である。
【０００６】
送受信機の偏波制御を実現する手段の一つに回転偏波通信技術がある。回転偏波は偏波が搬送波より低い周波数で回転するためにその回転角を商用のデジタル信号処理デバイスで制御することが可能であり、送受信機が搬送波周波数より低い時間分解能において適当なタイミングを使用することにより所望の偏波を使用することが可能となる。
【０００７】
回転偏波通信技術の例として、特開2017−046117号公報（特許文献１）がある。回転偏波は空間的に直交する２つのアンテナから同期の取れた搬送波でアップコンバートされる信号を伝送するために、２系統の搬送波の同期を取ることが必須となる。無線通信に使用される周波数は数百MHzから数GHzであるため、クロック周波数の上限から1GHz程度の商用の汎用デジタル信号処理デバイスでこの周波数帯の信号の波形を制御することは極めて困難である。無線機が送信する電磁波の特性を制御する為には、送信している電磁波の状態を無線機自体が監視して該状態を一定に保つ技術の導入が不可欠である。
【０００８】
無線機が送信信号の状態を監視して、通信品質の向上を図る送信波を制御する技術として特開2007−312257号公報（特許文献２）記載の先行技術では、無線機が折り返しループを具備し、同ループで試験信号を送受信し受信信号の品質で送信可否の判断を行うことが開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開2017−046117号公報
【特許文献２】特開2007−312257号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の無線機では、２つのアンテナから放射される搬送波は単一の信号源で生成されているため、搬送波の位相同期は容易である。しかし、搬送波が独立な複数の信号源で生成される場合等には、２つの搬送波の位相同期は保証されない。
【００１１】
空間的に直交する２つのアンテナを用いて任意の偏波が形成できるようにする為には、搬送波周波数領域で直交する２つのアンテナから放射される電磁波の位相同期を取る必要がある。無線通信で使用される搬送波の周波数は通常300MHzから3GHzの間であり、この周波数領域では商用のデジタル信号処理デバイスで２系統の異なる搬送波位相を制御することはデジタル信号処理のクロックの速度が数GHzから数10GHzとなるために一般に困難である。このために、アナログ処理により２系統の搬送波の位相同期を取る手段が必要となる。
【００１２】
送信信号の状態を監視して送信波を制御する技術である特許文献２では、無線機は折り返しループで得られる受信信号から送信信号の品質を知るのであって、送信信号の波形に関する情報を直接知ることはできず、送受信に用いる電磁波の偏波を直接制御することはできない。
【００１３】
係る状況において、回転偏波を用いる通信で使用される２系統の電磁波の偏波を、実用上制御することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明の一側面は、偏波が搬送波の周波数と独立な周波数で回転する２系統の電波を用い、２系統の搬送波の位相と偏波回転の位相の夫々の偏差が許容値内である場合に通信を行う無線システムの制御方法である。
【００１５】
本発明の好ましい他の一側面は、２系統の搬送波の位相を許容値内に収める手順の後に、偏波回転の位相を許容値内に収める手順を行うことである。
【００１６】
本発明のさらに具体的な側面は、２系統の電波を用いるために、第１の信号経路および第２の信号経路を用い、２系統の搬送波として、第１の搬送波と第２の搬送波を用い、偏波を回転させるために、第１の回転偏波信号および第２の回転偏波信号を用いる。第１の信号経路において、第１の搬送波を第１のPLL回路により供給し、第２の信号経路において、第２の搬送波を第２のPLL回路により供給する。第１の信号経路において、第１の回転偏波信号と第１の既知の信号を選択的に供給し、第２の信号経路において、第２の回転偏波信号と第２の既知の信号を選択的に供給し、第１の信号経路および第２の信号経路に、情報信号と第３の既知の信号を選択的に供給する。そして、２系統の搬送波の位相の偏差が許容値内であるかどうかを評価する際には、第１の信号経路および第２の信号経路に、第３の既知の信号を供給し、第１の信号経路に第１の搬送波と第１の既知の信号を供給し、第２の信号経路に第２の搬送波と第２の既知の信号を供給し、第１の信号経路の信号と第２の信号経路の信号が同相かどうかを判定する。
【００１７】
本発明の他の好ましい一側面は、情報信号を生成する情報信号発生器と、情報信号を２系統に分岐する第１の信号経路および第２の信号経路と、余弦波を生成する回転偏波余弦波発生器と、正弦波を生成する回転偏波正弦波発生器と、第１の信号経路において、経路に流れる信号に前記余弦波を合成する第１の乗算器と、第２の信号経路において、経路に流れる信号に前記正弦波を合成する第２の乗算器と、第１の搬送波を生成する第１のPLL回路と、第２の搬送波を生成する第２のPLL回路と、第１の信号経路において、該経路に流れる信号に第１の搬送波を合成する第３の乗算器と、第２の信号経路において、該経路に流れる信号に第２の搬送波を合成する第４の乗算器と、第１の信号経路からの信号を電波として空間に放射する第１のアンテナと、第２の信号経路からの信号を電波として空間に放射する第２のアンテナと、所定のトレーニング期間において、第１のPLL回路と第２のPLL回路の再起動を複数回繰り返す信号処理回路と、を備える無線機である。
【発明の効果】
【００１８】
回転偏波を用いる通信で使用される２系統の電磁波の偏波を、実用上制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１の無線機の構成ブロック図。
【図２Ａ】実施例１の無線システムの通信プロトコルの例を示す流れ図。
【図２Ｂ】実施例１の無線システムの同相合成閾値設定の例を示す流れ図。
【図２Ｃ】実施例１の無線システムの他の通信プロトコルの例を示す流れ図。
【図３】実施例２の無線機の構成ブロック図。
【図４】実施例３の無線機の構成ブロック図。
【図５】実施例４の無線機の構成ブロック図。
【図６】実施例５の無線機の構成ブロック図。
【図７】実施例５の無線システムの通信プロトコルの例を示す流れ図。
【図８】実施例６の無線機の構成ブロック図。
【図９】実施例７の無線機の構成ブロック図。
【図１０】実施例８の無線機の構成ブロック図。
【図１１】実施例９の無線機の構成ブロック図。
【図１２】実施例１０の無線機の構成ブロック図。
【図１３】実施例１１の昇降機監視・制御システムの例を示す透過斜視図。
【図１４】実施例１２の変電所監視・制御システムの例を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
【００２１】
以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。
【００２２】
同一あるいは同様な機能を有する要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、複数の要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。
【００２３】
本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数、順序、もしくはその内容を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。
【００２４】
図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
【００２５】
以下で説明する実施例では、無線機が送信信号の波形を調べて波形が所望の偏波を形成するように送信波を制御する手段を説明している。
【００２６】
一例を挙げるならば、送信機は、情報信号に第１の搬送波とは異なる周波数の正弦波を掛け合わせた結果に第１の搬送波を重畳する系統と、情報信号に第２の搬送波とは異なる周波数の余弦波を掛け合わせた結果に第２の搬送波を重畳する系統を具備している。第１の搬送波と第２の搬送波は同一周波数である。そして、これら２系統の出力を夫々分岐し合成する経路を具備し、合成結果を測定する機能を具備している。合成結果の測定結果を用いて２系統の搬送波発生回路を制御し、２系統の搬送波の位相を等しくして２系統の出力を空間的に直交する２つのアンテナから夫々空間に放射することができる。
【００２７】
また、その他の一例を挙げるならば、送信機は情報信号に第１の搬送波とは異なる周波数の正弦波と定数を選択的に掛け合わせた結果に第１の搬送波を重畳する系統と、情報信号に第２の搬送波とは異なる周波数の余弦波と定数を選択的に掛け合わせた結果に第２の搬送波を重畳する系統を具備する。第１の搬送波と第２の搬送波は同一周波数である。そして、これら２系統の出力を夫々分岐し合成する経路を具備し、該合成結果を測定する機能を具備する。そして、２系統とも定数を掛け合わせた場合の測定結果を用いて、２系統の搬送波発生回路を制御する。２系統の搬送波の位相を等しくした後に、２系統夫々に正弦波および余弦波を掛け合わせた場合の２系統の出力を空間的に直交する２つのアンテナから夫々空間に放射する。
【００２８】
また、その他の一例を挙げるならば、送信機は同一の周波数の搬送波を発生するPLL回路を２つ具備している。そして、情報信号にPLL回路で発生した搬送波とは異なる周波数の正弦波と定数を選択的に掛け合わせた結果に第一のPLL回路で発生した搬送波を重畳する系統と、情報信号にPLL回路で発生した搬送波とは異なる周波数の余弦波と定数を選択的に掛け合わせた結果に第二のPLL回路で発生した搬送波を重畳する系統を具備している。そして、該２系統の出力を夫々分岐し合成する経路を具備し、該合成結果を測定する機能を具備する。２系統とも定数を掛け合わせた場合の測定結果を用いて２系統の夫々のPLL回路を制御し、２系統の搬送波の位相が等しくなるまでPLL回路の停止・再起動を繰り返す。２系統の搬送波の位相を等しくした後に、２系統夫々に正弦波および余弦波を掛け合わせて該２系統の出力を空間的に直交する２つのアンテナから夫々空間に放射する。
【００２９】
また、その他の一例を挙げるならば、送信機は同一の周波数の搬送波を発生するPLL回路を２つ具備し、情報信号に第一のPLL回路で発生した搬送波とは異なる周波数の正弦波と定数を選択的に掛け合わせた結果に第一のPLL回路で発生した搬送波を重畳する系統と、情報信号に第二のPLL回路で発生した搬送波とは異なる周波数の余弦波と定数を選択的に掛け合わせた結果に第二のPLL回路で発生した搬送波を重畳する系統を具備している。そして、２系統の出力を夫々分岐し合成する経路を具備し、該合成結果を測定する機能を具備する。また、閾値を記憶する装置を具備し、２系統とも定数を掛け合わせた場合の測定結果と該閾値を比較して測定値が閾値を越えるまで２系統の夫々のPLL回路の停止・再起動を繰り返す。これにより２系統の搬送波の位相を等しくした後に、２系統夫々に正弦波および余弦波を掛け合わせて、２系統の出力を空間的に直交する２つのアンテナから夫々空間に放射する。
【００３０】
また、その他の一例を挙げるならば、送信機は同一の周波数の搬送波を発生するPLL回路を２つ具備する。情報信号に第一のPLL回路で発生した搬送波とは異なる周波数の正弦波と定数を選択的に掛け合わせた結果に第一のPLL回路で発生した搬送波を重畳する系統と、情報信号に第二のPLL回路で発生した搬送波とは異なる周波数の余弦波と定数を選択的に掛け合わせた結果に第二のPLL回路で発生した搬送波を重畳する系統を具備する。そして、該２系統の出力を夫々分岐し合成する経路を具備する。さらに、該合成結果をアナログ・デジタル変換する機能を具備し、CPU内部に閾値を格納するメモリを具備する。２系統とも定数を掛け合わせた場合の合成結果をアナログ・デジタル変換しCPUにデジタル信号として転送し、CPUはデジタル信号とメモリに格納された閾値を比較して測定値が閾値を越えるまで２系統の夫々のPLL回路の停止・再起動を繰り返して２系統の搬送波の位相を等しくする。その後に、２系統夫々に正弦波および余弦波を掛け合わせ、２系統の出力を空間的に直交する２つのアンテナから夫々空間に放射する。
【００３１】
また、その他の一例を挙げるならば、送信機は同一の周波数の搬送波を発生するPLL回路を２つ具備する。情報信号に第一のPLL回路で発生した搬送波とは異なる周波数の正弦波と定数を選択的に掛け合わせた結果に該搬送波を重畳する系統と、情報信号に第二のPLL回路で発生した搬送波とは異なる周波数の余弦波と定数を選択的に掛け合わせた結果に該搬送波を重畳する系統を具備する。さらに、余弦波と正弦波の位相を調節する移相器を夫々具備している。さらに、２系統の出力を夫々分岐し合成する経路を具備し、該合成結果を測定する機能を具備している。２系統とも定数を掛け合わせた場合の測定結果を用いて２系統の夫々のPLL回路を制御し、２系統の搬送波の位相が等しくなるまでPLL回路の停止・再起動を繰り返して、２系統の搬送波の位相を等しくする。その後に、２系統夫々に正弦波および余弦波を掛け合わせた場合の該２系統の出力の測定結果を用いて２系統の夫々の移相器を制御し、２系統の正弦波と余弦波の位相がπ/2となるようにして空間的に直交する２つのアンテナから夫々空間に放射する。
【００３２】
また、その他の一例を挙げるならば、送信機は同一の周波数の搬送波を発生するPLL回路を２つ具備する。情報信号に第一のPLL回路で発生した搬送波とは異なる周波数の正弦波と定数を選択的に掛け合わせた結果に該搬送波を重畳する系統と、情報信号に第二のPLL回路で発生した搬送波とは異なる周波数の余弦波と定数を選択的に掛け合わせた結果に該搬送波を重畳する系統を具備する。そして、余弦波と正弦波が予め異なる初期位相の余弦波の集合と正弦波の集合から選択できる機能を２系統で夫々具備している。また、２系統の出力を夫々分岐し合成する経路を具備し、該合成結果を測定する機能を具備している。２系統とも定数を掛け合わせた場合の測定結果を用いて２系統の夫々のPLL回路を制御し、２系統の搬送波の位相が等しくなるまで停止・再起動を繰り返して、２系統の搬送波の位相を等しくする。その後に、２系統夫々に異なる初期位相の余弦波および正弦波を順次選択し正弦波および余弦波を掛け合わせた場合の２系統の出力の測定結果を用いて、２系統の夫々の移相器を制御する。そして、２系統の正弦波と余弦波の位相がπ/2となるようにして空間的に直交する２つのアンテナから夫々空間に放射する。
【実施例１】
【００３３】
本実施例では、回転偏波を用いて送受信機が所望の偏波を使用できる無線機の構成、およびその動作を説明する。
【００３４】
図１は本実施例の無線機の構成を説明するブロック図である。回転偏波無線機101は情報信号発生器1と同期測定信号発生器2を具備し、情報信号切替器3が信号処理回路9で制御され、情報信号発生器1と同期測定信号発生器2を切替える。情報信号切替器3の出力は2分岐され、一方が第一の乗算器17によって第一の波形信号切替器15の出力と掛け合わされ、他方が第二の乗算器18によって第二の波形信号切替器16の出力と掛け合わされる。
【００３５】
情報信号発生器1は情報信号ωＩを生成し、同期測定信号発生器2はωＩと同じ程度の周波数で既知のトレーニング信号ωＴを生成する。ωＴはたとえばオール“１”の信号である。
【００３６】
信号処理回路9は、例えばマイクロコンピュータであり、回転偏波無線機101の動作を所定のプログラムに基づいて制御する。制御はソフトウェアで行ってもよいし、ハードウェアでもよい。
【００３７】
第一の波形信号切替器15は、回転偏波余弦波発生器11と第一の重み定数発生器13の出力を切り替える。第二の波形信号切替器16は、回転偏波正弦波発生器12と第二の重み定数発生器14の出力を切り替える。回転偏波余弦波発生器11はcos（ωｐ＋θ１）を生成し、回転偏波正弦波発生器12はsin（ωｐ＋θ１）を生成する。これらは、位相が９０度ずれたsin波を生成して偏波を回転させる。第一の重み定数発生器13と第二の重み定数発生器14は、ωｐと同じ程度の周波数で既知の信号（たとえばオール“１”）を生成する。
【００３８】
第一の乗算器17と第二の乗算器18の各々の出力は、第三の乗算器21および第四の乗算器22によって、第一のPPL装置23および第二のPLL装置24の出力である搬送波と掛け合わされる。第一のPLL装置23および第二のPLL装置24は、信号処理回路9によって制御されている。
【００３９】
第三の乗算器21および第四の乗算器22の出力の一部は分岐され、合成器25の入力となる。合成器25の出力は高周波信号測定器4の入力となり、高周波信号測定器4の出力は信号処理回路9に入力される。第三の乗算器21および第四の乗算器22の出力の大部分は、夫々空間的に直交する第一のアンテナ41および第二のアンテナ42により空間に放射されて回転偏波となる。
【００４０】
ここで、情報信号発生器1からの信号ωＩは無線機から他の無線機へ送信すべき情報信号である。回転偏波余弦波発生器11と回転偏波正弦波発生器12からの信号ωｐは回転偏波を回転させる回転周波数である。第一のPPL装置23と第二のPLL装置24からの信号ωｃは搬送周波数であり、例えばωＩ＜＜ωｐ＜＜ωｃである。
【００４１】
搬送波を生成する第一のPPL装置23および第二のPLL装置24は、ゼロベースで回路を設計・製造する場合には、特許文献１に見られるように単一の装置で生成した信号を分岐して用いることができる。しかし、設計や製造のコストを低減するため、既存の回路を利用したい場合があり、この場合には、独立に動作する２つのPPL装置を使用しなければならない場合がある。PPL装置で生成される搬送波の初期位相はランダムなため、２つのPPL装置で生成される搬送周波数を用いた場合、２つのアンテナ41,42から放射される電磁波の位相の同期が保証されない。本実施例では、この課題を解決する構成を提案している。
【００４２】
現在主流である無線機はデジタル信号処理とアナログ信号処理を併用するPLLで搬送波周波数を生成する。PLLはフィードバックループにより生成周波数を決定する為に、そのループの収束時間はPLLデバイスの特性およびPLLデバイスが置かれた環境(温度、湿度、振動等)によりまちまちである。PLLデバイスが発生する信号は正弦波であり周期性を持つので、まちまちである収束時間はその周期内においてランダムに分布すると考えられる。よって、夫々の系統中の異なるPLLに対して複数の起動・停止・再起動のプロセスを繰り返せば、同プロセスの中で適当な許容可能な位相誤差の範囲内で、両PLLが発生する正弦波あるいは余弦波の位相が一致するタイミングが存在すると考えられる。
【００４３】
以上の動作プロセスを用いることにより独立な２系統の搬送波の位相を実用上一致させることが出来る。本実施例では、回転偏波を用いる通信で使用される偏波回転の周波数および情報信号の周波数における偏波の制御を、商用のデジタル信号処理デバイスで実現することが出来る。
【００４４】
実装の一例として、情報信号発生器1、同期測定信号発生器2、情報信号切替器3、高周波信号測定器4、信号処理回路9、第一の乗算器17、第二の乗算器18、回転偏波余弦波発生器11、第一の重み定数発生器13、第一の波形信号切替器15、回転偏波正弦波発生器12、第二の重み定数発生器14、第二の波形信号切替器16は、デジタル回路ブロック19に含まれ一つのLSI（large scale integration）中に実現される。また、第一のPPL装置23および第二のPLL装置24は、それぞれ独立のLSI中に実現される。
【００４５】
図２Ａは図１の無線機を用いる無線システムの送信時の通信プロトコルの例である。全体の制御は信号処理回路9によって行なわれるものとする。まず、アンテナスイッチがOFFされて、第一のアンテナ41および第二のアンテナ42からの送信は停止される（S201）。
【００４６】
次に、第一のアンテナ41および第二のアンテナ42からから放射される電磁波の位相同期を取るための処理に入る。この処理は、例えば通常の送信の前に、信号処理回路9の制御によりトレーニング期間として行なわれる。情報信号切替器3により、同期測定信号発生器2の出力が選択される（S202）。同期測定信号発生器2の出力は、情報信号発生器1の出力である情報信号に比べて低い周波数成分のみを有する同期信号（情報信号帯周波数トレーニング信号）である。
【００４７】
第一の波形信号切替器15と第二の波形信号切替器16によって、第一の重み定数発生器13と第二の重み定数発生器14の出力である回転偏波周波数定振幅信号（定数値）が選択される（S203）。第一の乗算器17および第二の乗算器18により、第一の重み定数発生器13の出力である第一の重み定数と第二の重み定数発生器14の出力である第二の重み定数が同期信号に掛け合わされる。次に、２つのPLLの同期を検出するための、同相合成閾値の設定を行う（S204）。
【００４８】
図２Ｂは、同相合成閾値設定のためのシーケンスを示す図である。信号処理回路9は、第一のPPL装置23および第二のPLL装置24をリセットし（S901）、２系統のPLLの発振を開始する（S902）。第一の乗算器17および第二の乗算器18の出力は、夫々が第一のPLL装置23および第二のPLL装置24によって発生する同一周波数の搬送波と、第三の乗算器21と第四の乗算器22によって掛け合わされる。第一の乗算器17および第二の乗算器18の出力は、基本的に既知であるから、第三の乗算器21と第四の乗算器22の出力は、主に第一のPLL装置23および第二のPLL装置24の信号の状態を反映する。
【００４９】
第三の乗算器21と第四の乗算器22の出力の一部は分岐され、合成器25により同相で足し合わされ、高周波信号測定器4によりその強度（合成信号振幅）が搬送波周波数帯で測定される（S903）。その測定結果は信号処理回路9に入力されて記憶される（S904）。記録された合成信号振幅のうちの最大値が更新される（S905）。上記の一連の動作（S901〜S905）は、あらかじめ定めた所定の回数繰り返される（S906）。
【００５０】
前述のように、異なる系統のPLLに対して起動・停止・再起動のプロセスを繰り返せば、ランダムな位相を持つ２系統の搬送周波数の位相は、所定の確率で一致するタイミングがあると考えられる。そのタイミングは、２系統の搬送周波数の加算信号が所定の値をとることで検知することができる。すなわち、２系統の搬送周波数が同相である場合、加算信号の振幅は理論的には１系統の信号の2倍となる。
【００５１】
同相のタイミングを検知するためには、PLLの起動・停止・再起動のプロセスを所定回数繰り返し、信号処理回路9で最大振幅を記憶しておく（S901〜S906）。起動・停止・再起動のプロセスを十分多く繰り返していれば、最大振幅を得た条件で２つのPLLの位相が同期していると推定できる。よって、検出した最大振幅を検知する同相合成閾値を設定し（S907）、この閾値を用いて次に最大振幅を検出したときのタイミングで同相と判定すればよい。この方法により信号処理回路9は高周波信号測定器4の出力に基づいて、２系統の搬送波が同相となったことを検知可能である。
【００５２】
図２Ａを参照すると、同相合成閾値の設定（S204）を行った後、信号処理回路9は、第一のPPL装置23および第二のPLL装置24をリセットし（S205）、２系統のPLLの発振を開始する（S206）。第一の乗算器17および第二の乗算器18の出力は、夫々が第一のPLL装置23および第二のPLL装置24によって発生する同一周波数の搬送波と、第三の乗算器21と第四の乗算器22によって掛け合わされる。第一の乗算器17および第二の乗算器18の出力は、基本的に既知であるから、第三の乗算器21と第四の乗算器22の出力は、主に第一のPLL装置23および第二のPLL装置24の信号の状態を反映する。
【００５３】
第三の乗算器21と第四の乗算器22の出力の一部は分岐され、合成器25により同相で足し合わされる。高周波信号測定器4によりその強度（合成信号振幅）が搬送波周波数帯で測定される（S207）。その測定結果は同相合成閾値と比較される（S208）。同相合成閾値との比較の結果、閾値を超えていない場合、第一のPLL装置23と第二のPLL装置24をリセット（S205）、再起動（S206）して、結果を測定し（S207）し、同様の動作を繰り返す。
【００５４】
同相合成閾値との比較の結果、閾値を超えた段階で、２つのPLL装置23,24の発振を維持する。第一の波形信号切替器15および第二の波形信号切替器16により、回転偏波余弦波発生器11および回転偏波正弦波発生器12の出力を選択する（S209）。そして、アンテナスイッチをONにし（S212）、情報信号切替器3により情報信号発生器1の出力を選択する（S213）。なお、アンテナスイッチをONにする（S212）タイミングは、情報信号発生器1の出力を選択した（S213）後等でもよい。
【００５５】
これにより、空間的に直交する第一のアンテナおよび第二のアンテナから同期の取れた搬送波を余弦波と正弦波で変調し、これらの変調波に同一の情報信号を重畳した回転偏波が空中に形成される。
【００５６】
なお、同相合成閾値設定処理（S204）は、送信のたびに行う必要はない。回転偏波無線機101を設置したときに一度だけ行ってもよい。あるいは、後述のように、別途同相合成閾値設定処理を行って、予め閾値を定めておいてもよい。
【００５７】
図２Ｃは、他の通信プロトコルの例である。図１Aと同様の処理は、同一符号により説明を省略する。図２ＣのS209〜S211は、PLLの位相があった後に、回転偏波周波数のsinとcosが直交になっている(sinとcosで位相同期が取れている)ことを確かめる処理である。回転偏波余弦波発生器11と回転偏波正弦波発生器12は、同一信号源を元に信号を生成している限り位相同期が取れているはずである。しかしながら何らかの原因でこれらに位相ずれが生じた場合、回転偏波周波数ωｐよりも搬送波周波数ωcの方が高いので、合成信号の位相ずれを搬送波の位相調整で補正することができる。回転偏波周波数の位相ずれの原因としては、例えばデジタル回路ブロック（ベースバンド回路BB）19と第三の乗算器21および第四の乗算器22の間の結合線路の違い、第三の乗算器21および第四の乗算器22の個体差が考えられる。
【００５８】
実用的には位相調整の対象として、「二系のPLL信号と偏波回転信号の積の信号」を評価することが望ましい。そのための処理として、PLLの位相が合った後、第一の波形信号切替器15と第二の波形信号切替器16は、回転偏波余弦波発生器11と回転偏波正弦波発生器12からの信号を選択する（S209）。搬送波に重畳された余弦波と正弦波は合成器25で合成され、高周波信号測定器4で振幅を測定される（S210）。余弦波と正弦波の位相が同期している場合（両者がπ/2ずれたsin波である場合）、これらの合成信号の振幅は所定の条件を満たすから、この判定により、位相同期を確認することができる（S211）。なお、振幅の条件については、予めシミュレーションあるいは実測などにより求めておけばよい。例えば、正弦波と余弦波の位相同期時の最大振幅の条件を求める。あるいは、同相合成閾値設定の処理（S204）と同様の処理により、合成信号振幅の最小値を求め、当該最小値を検出する直交位相合成閾値を設定し、当該閾値を用いて位相同期を確認してもよい。
【００５９】
上記の場合厳密には、２つの系から得られる信号は正弦波・余弦波と搬送波が乗算されているため、
cos(ωp+θ1)* cos(ωc+φ1)とsin(ωp+θ1)* cos(ωp+φ2)
であり、すなわち、
cos(ωp+θ1)* cos(ωc+φ1) = cos(ωp+θ1+ωc+φ1)+ cos(ωp+θ1-ωc-φ1)
および、
sin(ωp+θ1)* cos(ωc+φ1) = -sin(ωp+θ1+ωc+φ1)+ sin(ωp+θ1-ωc-φ1)
の２つの信号を比較していることになる（正弦波・余弦波と搬送波の周波数・振幅は異なる）。
【００６０】
回転偏波余弦波発生器11と回転偏波正弦波発生器12からの信号の位相同期が確認できた場合（S211でyesの場合）、アンテナスイッチをONにして（S212）、情報信号切替器3により情報信号発生器1の出力を選択し（S213）、通信が可能となる。位相同期が確認できない場合（S211でnoの場合）、第一の波形信号切替器15と第二の波形信号切替器16は、第一の重み定数発生器13と第二の重み定数発生器14からの信号を選択し、処理S205に戻りPLLの位相を再調節する。
【００６１】
回転偏波余弦波発生器11と回転偏波正弦波発生器12は原則として常に動作しており、第一の波形信号切替器15と第二の波形信号切替器16により切り替えられている。このため、PLLの位相を再調節することにより、正弦波・余弦波と搬送波の乗算信号の位相が調節される。
【００６２】
以上の処理では搬送周波数の同期が最も重要であり、送信される電波において周波数が低い回転用位相のずれは許容するという考え方をとっている。図２Ｂで追加されたループ処理はいわば最終チェックで、回転偏波余弦波発生器11および回転偏波正弦波発生器12の正しい動作を確認する意義がある。
【００６３】
なお、搬送波の位相を許容値内に収める処理の後に、偏波回転の位相を許容値内に収める処理を行うことにより、最終的な回転偏波の位相を調節することが容易となる。発明者の検討によると、搬送波の位相がある程度近くなっていないと、二系のPLL信号と偏波回転信号の積の信号の位相同期を取ることがアルゴリズム的に困難である。
【００６４】
本実施例に拠れば、商用の汎用デジタル信号処理デバイスで制御可能な偏波が回転する電磁波で情報信号が転送可能となるので、送受信機が最適偏波を用いることにより、見通し通信路が存在しない無線環境において良好な通信品質を実現することが出来る。
【００６５】
なお、上記では受信側の構成については言及していないが、受信については特許文献１（特開2017−046117号公報）等で記載されている回転偏波技術を適用可能である。
【実施例２】
【００６６】
図３は回転偏波を用いて送受信機が所望の偏波を使用できる無線機の構成を説明する他の例である。回転偏波無線機102が図１の回転偏波無線機101と異なる点は、高周波信号測定器4がアナログ・デジタル変換機5とデジタル信号バス6に置き換わり、合成器25のアナログ出力がデジタル出力に変換され信号処理回路9に入力される点である。信号処理回路９は例えばマイクロコンピュータを使用することができ、デジタル信号を高い分解能で高速に処理することができる。
【００６７】
本実施例に拠れば合成器25の出力である２系統の高周波信号の同相合成強度を図１の実施例と比べて高い分解能で検出可能となる。よって、信号処理回路9が該２系統の搬送波の位相が同一とみなせる時刻を見出す時間が短縮され、無線機を用いる無線通信システムのスループット向上に効果がある。
【実施例３】
【００６８】
図４は回転偏波を用いて送受信機が所望の偏波を使用できる無線機の構成を説明する他の例である。回転偏波無線機103が図１の回転偏波無線機101と異なる点は、新たに閾値発生回路29と比較器39が設置され、高周波信号測定器4の出力が、閾値発生回路29の出力と比較器39により比較され、その比較結果が信号処理回路9に入力される点である。
【００６９】
閾値発生回路29には、予め２系統の搬送波が同相で合成された場合の合成信号強度の、高周波信号測定器4による測定値の最大値または最小値を検出する閾値が記憶されている。例えば２系統の搬送波が最大値1、最小値−1の正弦波または余弦波である場合、同相時の合成信号の最大値は2、最小値は−2である。これらの値は実験やシミュレーションで予め求めておけばよい。
【００７０】
比較器39によって、合成器25の出力である２系統の搬送波の合成信号の所定の最大値または最小値が検知された時刻に、２系統の搬送波が同相であるとみなすことができる。よって、図１の実施例のように、閾値を装置内で設定する時間が必要でないため、信号処理回路9での処理時間が図１の実施例と比べて短縮され、無線機を用いる無線通信システムのスループット向上に効果がある。
【実施例４】
【００７１】
図５は回転偏波を用いて送受信機が所望の偏波を使用できる無線機の構成を説明する他の例である。回転偏波無線機104が図３の回転偏波無線機102と異なる点は、新たに閾値発生回路29が設置され、一時記憶回路49が信号処理回路9内に確保されることである。
【００７２】
閾値発生回路29の出力は信号処理回路9の内部にある一時記憶回路49の内部に蓄えられ、デジタル信号バス6から入力される２系統の搬送波を合成した信号の強度が同相合成時とどれだけ乖離があるかを高速に判断可能となる。よって、２系統の搬送波の位相が同一とみなせる時刻を見出す時間が図３の実施例と比べて大幅に短縮され、無線通信システムのスループット向上に効果がある。
【実施例５】
【００７３】
本実施例では、回転偏波を用いて送受信機が所望の偏波を使用できる無線機の動作を説明する。本実施例では、回転偏波余弦波発生器11と回転偏波正弦波発生器12からの信号の位相調整を可能にしている。
【００７４】
図６は実施例の回転偏波を用いて送受信機が所望の偏波を使用できる無線機の構成を説明する図の他の例である。図７は図６の無線機を用いる無線システムの通信プロトコルの例である。
【００７５】
図６の回転偏波無線機105が図１の回転偏波無線機101と異なる点は、新たに第一の偏波回転周波数帯移相器31および第二の偏波回転周波数帯移相器32が夫々第一の波形信号切替器15と回転偏波余弦波発生器11の間および第二の波形信号切替器16と回転偏波正弦波発生器12の間に挿入されることである。両者はデジタル回路ブロック19内に設置され、信号処理回路9で制御される。
【００７６】
本実施例では、図１の実施例と同様の動作を行い２系統の搬送波が同相であると見なせた後、原則として信号処理回路9は第一のPLL装置23および第二のPLL装置24に対する制御は行わない。第一の波形信号切替器15および第二の波形信号切替器16により、回転偏波余弦波発生器11および回転偏波正弦波発生器12の出力を選択した後、図２Ｃで説明した処理により、両者の位相が合っていないことを検出した場合は、必要によりこれらの位相を制御する。
【００７７】
図７では図２Ｃと同様の処理は同一の符号を付して説明を省略する。図７のプロトコルに示すように、搬送波の位相が整合した後（S208のyes）、信号処理回路9は、回転偏波余弦波発生器11と回転偏波正弦波発生器12からの信号を選択する（S209）。図２Ｃと同様に余弦波と正弦波は合成器25で合成され、高周波信号測定器4で搬送波と乗算された振幅を測定され（S210）、合成信号の位相同期を確認する（S211）。
【００７８】
位相同期を確認できれば（S211のyes）、アンテナスイッチをONにし（S212）、情報信号帯周波数情報信号ωIを選択し（S213）、回転偏波正弦波信号・回転偏波余弦波信号および搬送波信号と合成してアンテナ41,42からの送信が可能となる。
【００７９】
余弦波と正弦波の位相同期が確認できない場合（S211のno）、信号処理回路9であらかじめ定めたルールに従い、第一の乗算器17および第二の乗算器18の入力となる偏波回転周波数帯の余弦波と正弦波の位相を変更する（S701）。そして、高周波信号測定器4によりその強度を搬送波周波数帯で測定する（S210）。あらかじめ定めたルールでは、例えば、第一の偏波回転周波数帯移相器31および第二の偏波回転周波数帯移相器32の位相量を所定量ずつ変更していく。
【００８０】
いずれかの位相量で、合成信号振幅が所定条件を満たす場合には（S211のyes）、アンテナスイッチをONにし（S212）、情報信号帯周波数情報信号ωIを選択し（S213）、アンテナ41,42からの送信が可能となる。
【００８１】
すべての変更量を選択しても、位相が合わなかった場合には（S702のno）、第一の偏波回転周波数帯移相器31および第二の偏波回転周波数帯移相器32で位相を調整することはあきらめ、図２Ｂと同様にPLLの再起動により対応する。
【００８２】
全ての変更量を選択していない場合には、あらかじめ定めた位相の変更条件を全て行うまで位相量を変更する（S702のyes）。
【００８３】
以上のプロセスにより、信号処理回路9は高周波信号測定器4の出力が例えば所定の閾値を下回ったことを知り、その段階で第一の偏波回転周波数帯移相器31および第二の偏波回転周波数帯移相器32の値を固定し、情報信号切替器3により情報信号発生器1の出力を選択する（S211）。これにより、空間的に直交する第一のアンテナおよび第二のアンテナから同期の取れた搬送波を同一の偏波回転周波数の余弦波と正弦波で変調しこれらの変調波に同一の情報信号を重畳した回転偏波が空中に形成される。
【００８４】
上記実施例では、搬送波と偏波回転周波数の正弦波と余弦波の積の位相が、搬送波の位相が等しく偏波回転の正弦波と余弦波が正確にπ/2ずれている状態になるべく近くすることを可能にする。
【００８５】
本実施例に拠れば、図１の実施例に比べて回転偏波を形成する偏波回転周波数帯の正弦波形と余弦波形の直交度が向上するので、偏波回転の安定度を向上させることが出来、送受信機の偏波制御の精度向上に効果がある。
【００８６】
上記では、処理S211の条件を判定する閾値が信号処理回路9内に予め設定されていることを想定した。他の方式としては、処理S701および処理S702のループ処理を、全ての変更量を選択するまで行い、その測定結果を信号処理回路9に入力され記憶する。信号処理回路9は測定結果を記憶しておき、例えば最小出力を検出する閾値を設定する。
【００８７】
上記処理により信号処理回路9は高周波信号測定器4の最小出力を知り、次に該最小出力が得られた条件で第一の偏波回転周波数帯移相器31および第二の偏波回転周波数帯移相器32の値を固定し、情報信号切替器3により情報信号発生器1の出力を選択する。これにより、予め閾値を設定する必要なく、空間的に直交する第一のアンテナおよび第二のアンテナから同期の取れた搬送波を同一の偏波回転周波数の余弦波と正弦波で変調しこれらの変調波に同一の情報信号を重畳した回転偏波が空中に形成される。
【実施例６】
【００８８】
図８は実施例の回転偏波を用いて送受信機が所望の偏波を使用できる無線機の構成を説明する図の他の例である。
【００８９】
図８の回転偏波無線機106が図2の回転偏波無線機102と異なる点は、デジタル回路ブロック19内に、新たに回転偏波余弦波切替器33、回転偏波正弦波切替器34、回転偏波余弦波アレイ35、および回転偏波正弦波アレイ36を具備する点である。回転偏波余弦波切替器33と該回転偏波正弦波切替器34は、信号処理回路9で制御される。回転偏波余弦波切替器33と回転偏波正弦波切替器34には、夫々回転偏波余弦波アレイ35と回転偏波正弦波アレイ36が結合し一組の回転偏波余弦波と回転偏波正弦波が第一の波形信号切替器15と第二の波形信号切替器の入力に結合する。この構成により、アレイ数がｎの場合、ｎ×ｎ通りの組合わせで正弦波と余弦波が供給されることになる（図８の場合9通り）。
【００９０】
本実施例では、図2の実施例と同様の動作を行い２系統の搬送波が同相であると見なせた後、信号処理回路9は第一のPLL装置23および第二のPLL装置24に対する制御は原則行わない。その代わりに、回転偏波余弦波切替器33および回転偏波正弦波切替器34により、回転偏波余弦波アレイ35と回転偏波正弦波アレイ36の中から一組の回転偏波余弦波と回転偏波正弦波が選択される。一般に、回転偏波余弦波アレイ35と回転偏波正弦波アレイ36に含まれる回転偏波余弦波と回転偏波正弦波は初期位相が異なるが、複数の組み合わせを出力可能とすることで、一定の確率で位相の合った（あるいは近い）組み合わせを選択することができる。
【００９１】
図６の例では、正弦波と余弦波の位相を調整するために、第一の偏波回転周波数帯移相器31および第二の偏波回転周波数帯移相器32を用いたが、本実施例ではあらかじめ準備した複数の信号源を組み合わせることで、第一の乗算器17および第二の乗算器18の入力となる回転偏波余弦波と回転偏波正弦波を変化させる。
【００９２】
変化させた回転偏波余弦波と回転偏波正弦波は、高周波信号測定器4によりその強度を搬送波周波数帯で測定する。その測定結果は信号処理回路9に入力され記憶される。信号処理回路9は測定結果を記憶して別の組の回転偏波余弦波と回転偏波正弦波を選択し同様の動作を繰り返す。
【００９３】
該動作の繰り返しにより信号処理回路9は高周波信号測定器4の例えば最小出力を知り、該最小出力が得られた段階で回転偏波余弦波と回転偏波正弦波を固定し情報信号切替器3により情報信号発生器1の出力を選択する。これにより、空間的に直交する第一のアンテナおよび第二のアンテナから同期の取れた搬送波を同一の偏波回転周波数の余弦波と正弦波で変調しこれらの変調波に同一の情報信号を重畳した回転偏波が空中に形成される。
【００９４】
本実施例に拠れば、図2の実施例に比べて回転偏波を形成する偏波回転周波数帯の正弦波形と余弦波形の直交度が向上するので、偏波回転の安定度を向上させることが出来、送受信機の偏波制御の精度向上に効果がある。
【実施例７】
【００９５】
図９は本実施例の回転偏波を用いて送受信機が所望の偏波を使用できる無線機の構成を説明する図の他の例である。
【００９６】
回転偏波無線機107が図６の回転偏波無線機105と異なる点は、新たに同期信号発生回路8と信号処理回路9で制御される第二の情報信号切替器7がデジタル回路ブロック19内に設置され、情報信号発生器1の出力ωIと同期信号発生回路8の出力ωSが第二の情報信号切替器7により選択され情報信号切替器3の入力になることである。
【００９７】
実施例５の図７で２系統の搬送波の同期が取れ、アンテナスイッチをON（S212）にした後は、同期信号発生回路8を用いて通信相手の他の無線機との同期をとり、情報信号発生器1の出力データを該他の無線機に転送する。
【００９８】
無線システムの用途によっては、通信を行う無線機同士での時刻同期を取る必要がある。これは特に、センサネット等の1対N通信を行う場合に通常必要である。この場合は、情報信号を伝送する前に同期信号ωSを伝送することにより、１つの親無線機とN個の子無線機が時刻同期をとることができる。本実施例に拠れば回転偏波を用いる無線通信システムを示現することが出来る。
【実施例８】
【００９９】
図１０は本実施例の回転偏波を用いて送受信機が所望の偏波を使用できる無線機の構成を説明する図の他の例である。
【０１００】
回転偏波無線機108が図３の回転偏波無線機102と異なる点は、新たに第二のアナログ・デジタル変換機51と第三のアナログ・デジタル変換機53がデジタル回路ブロック19内に設置される点である。其其の入力は第三の乗算器21の分岐出力と第四の乗算器22の分岐出力であり、各々の出力は第二のデジタル信号バス52と第三のデジタル信号バス54により信号処理回路9に入力する。
【０１０１】
本実施例に拠れば、実施例２と同様の動作において信号処理回路9は２系統の出力信号強度の差を知る事が出来るで、２系統の搬送波が同相となる条件を該２系統の出力信号強度の差で補正することが可能となり、該２系統の搬送波が同相となるタイミングを得るまでの時間を短縮できるので、無線通信システムのスループット向上に効果がある。
【実施例９】
【０１０２】
図１１は本実施例の回転偏波を用いて送受信機が所望の偏波を使用できる無線機の構成を説明する図の他の例である。
【０１０３】
回転偏波無線機109が図６の回転偏波無線機105と異なる点は、新たに信号処理回路9で制御される第一の送信出力スイッチ27と第二の送信出力スイッチ28を具備することである。
【０１０４】
本実施例では、図１の実施例あるいは図９の実施例と同様の動作を行う際に、２系統の搬送波が同相と見なせるまでは空間に電力が放射されることを抑制する。本実施例によれば、他の無線機にデータを無線伝送する際に、該他の無線機に与える無線干渉を低減できるので、無線通信システムの通信品質向上に効果がある。
【実施例１０】
【０１０５】
図１２は本実施例の回転偏波を用いて送受信機が所望の偏波を使用できる無線機の構成を説明する図の他の例である。
【０１０６】
回転偏波無線機110が図８の回転偏波無線機106と異なる点は、デジタル回路ブロック19内に新たに第一の重み定数切替器55と第二の重み定数切替器56と第一の重み定数アレイ57と第二の重み定数アレイ58を具備し、第一の重み定数切替器55と第二の重み定数切替器56が信号処理回路9で制御されることである。
【０１０７】
第一の重み定数切替器55と第二の重み定数切替器56には夫々第一の重み定数アレイ57と第二の重み定数アレイ58が結合し、一組の同一の重み定数が第一の波形信号切替器15と第二の波形信号切替器の入力に結合する。
【０１０８】
本実施例では、図８と同様な動作をする際に、事前に特定の重み定数を第一の重み定数アレイ57と第二の重み定数アレイ58から選択しておく。第一の重み定数アレイ57と第二の重み定数アレイ58に格納されている重み定数は、直流成分や周期性など無線伝播特性に対して異なる性質を示すものを用意する。
【０１０９】
図８の実施例と同様な動作を行い搬送波の同期を取りデータを伝送した結果が満足でない場合、重み定数を変更して図８と同様な動作を行うことにより、データ伝播特性が改善する可能性がある。本実施例に拠れば、回転偏波無線通信システムが運用を行う無線環境に適応してデータ伝送品質を向上させることが可能となる。
【実施例１１】
【０１１０】
図１３は、回転偏波を用いて特定の伝播路の影響を低減し通信品質を向上させる無線システムを適用した昇降機監視・制御システムの構成図の例である。
【０１１１】
本実施例の昇降機監視・制御システム1100は、昇降機が設置される建物1101の内部を複数の昇降カゴ1111が昇降する。建物1101の内部の床部および天井部には回転偏波機能を有する基地局回転偏波無線機1103と基地局2直交偏波一体アンテナ1102が結合し設置される。昇降カゴ1111の外部天井と外部床面には其々端末局2直交偏波一体アンテナ1112が設置され、高周波ケーブル1114を用いて無線端末機1113に結合している。
【０１１２】
基地局回転偏波無線機1103と無線端末機1113は、建物1101の内部を無線伝送媒体とするので、建物1101の内壁および昇降機の外壁により電磁波は多重反射を受け、複数の無線端末機1113が送信する電磁波が基地局回転偏波無線機1103に到達する際の偏波は同一ではない。また、昇降カゴはその相対位置を変えるので、エレベータが停止する際に基地局回転偏波無線機1103と無線端末機1113が無線通信を行う場合に、そのつど複数の無線端末機1113から基地局回転偏波無線機1103に到達する電磁波の偏波は一般に変化する。
【０１１３】
本実施例によれば、基地局回転偏波無線機1103と無線端末機1113が相対的位置を固定する時間内に、無線チャネル測定モードとデータ伝送モードの処理を行うことで、相対固定位置の予測が困難である昇降機システムにおいて、昇降機と固定設置の回転偏波無線機との間で信頼性高い無線通信を行うことができる。よって、昇降カゴ1111の制御・監視を建物1101より有線接続手段を用いずに遠隔で実施できる。この結果、ケーブル等の有線接続手段を削除可能で、同一の輸送能力をより小さい建物体積で実現でき、あるいは同一の建物体積で昇降機寸法を増大させることによる輸送能力向上を実現できる。
【実施例１２】
【０１１４】
図１４は、回転偏波を用いて特定の伝播路の影響を低減し通信品質を向上させる無線システムを適用した変電設備監視・制御システムの構成図の例である。
【０１１５】
本実施例の変電設備監視・制御システム1200は、複数の変電機1201を具備し、変電機1201には無線端末機1203と無線端末機2直交偏波一体アンテナ1202が結合し設置される。複数の変電機1201の近傍に無線基地局1211が設営され、無線基地局1211はすでに説明した実施例の回転偏波送受信を行う回転偏波無線機1213と回転偏波無線機2直交偏波一体アンテナ1212が結合し設置される。
【０１１６】
変電機の寸法は数mのオーダーであり無線機が使用する電磁波の周波数である数百MHzから数GHzに対応する波長に比べ圧倒的に大きい。このため、複数の変電機1201により電磁波は多重反射を受け、多重波干渉環境が形成され、各変電機1201に固定設置される無線端末機1203からの送信波は、異なる偏波で無線基地局1211に設置される回転偏波無線機1213に到達する。
【０１１７】
本実施例によれば、回転偏波無線機1213と複数の無線端末機1203との間で信頼性の高い無線通信を行うことができる。よって、無線機を用いた無線接続手段を用いて、変電機1201の制御・監視を複数の無線基地局1211により有線接続手段を用いずに遠隔で実施可能となる。この結果、ケーブル等の有線接続手段を用いる場合に問題となる高圧誘導電力の問題を解決でき、ケーブルの敷設コストを削除できるので、変電機1201の制御・監視システムの安全性向上およびコスト削減に効果がある。
【０１１８】
以上で説明した実施例の効果について纏める。現在主流である無線機はデジタル信号処理とアナログ信号処理を併用するPLLで搬送波周波数を生成する。PLLはフィードバックループにより生成周波数を決定する為に、そのループの収束時間はPLLデバイスの特性およびPLLデバイスが置かれた環境(温度、湿度、振動等)によりまちまちである。PLLデバイスが発生する信号は正弦波であり周期性を持つので、まちまちである該収束時間は該周期内においてランダムに分布すると考えられるから、夫々の系統中の異なるPLLに対して複数の起動・停止・再起動のプロセスを繰り返せば、同プロセスの中で適当な許容可能な位相誤差の範囲内で、両PLLが発生する正弦波あるいは余弦波の位相は一致すると考えられる。以上の動作プロセスを用いることにより２系統の搬送波の位相を実用上一致させることが出来、回転偏波を用いる通信で使用される他の周波数帯である偏波回転の周波数および情報信号の周波数における偏波の制御を商用のデジタル信号処理デバイスで実現することが出来る。
【符号の説明】
【０１１９】
1…情報信号発生器
2…同期測定信号発生器
3…情報信号切替器
4…高周波信号測定器
5…アナログ・デジタル変換機
6…デジタル信号バス
7…第二の情報信号切替器
8…同期信号発生回路
9…信号処理回路
11…回転偏波余弦波発生器
12…回転偏波正弦波発生器
13…第一の重み定数発生器
14…第二の重み定数発生器
15…第一の波形信号切替器
16…第二の波形信号切替器
17…第一の乗算器
18…第二の乗算器
19…デジタル回路ブロック
21…第三の乗算器
22…第四の乗算器
101、102、103、104、105、106、107、108、109、110…回転偏波無線機
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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