(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じベースバンド信号で周波数変調された周波数の異なる二つの搬送波を送信する送信機と、二つの搬送波を同じ中間周波数に周波数変換して合成した後に復調する受信機とで構成される周波数ダイバシティー通信装置に於いて、合成する中間周波数の振幅に一定の差を設けるための減衰器あるいはフィルターを送信機または受信機に設けた微弱電波通信装置。
【請求項２】
搬送波の周波数間隔の最低限は、搬送波の電界強度をスペクトラムアナライザで分解能帯域幅を１００ｋＨｚと１ＭＨｚに切り替えて測定したとき、その差が３ｄＢ以内になるようにした請求項１の微弱電波通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の利用分野】
本発明は、微弱電波無線通信に利用される。
【０００２】
【従来技術】
微弱電波の無線通信では、利用できる電波の電界強度が微弱であるため、所望の通信距離を得るためには希望波以外の電波による干渉を可能な限り少なくしなければならない。一般的な生活空間では、大地や建造物などによる電波の反射があり、これによるマルチパスは避けられない。マルチパスはフェージングと呼ばれる電波の振幅変動を発生させる。
周波数ダイバシティーはフェージングの影響を軽減する手法の一つで、複数の周波数の搬送波を送信し、合成して受信することでフェージングを軽減するものである。
従来の装置では、複数の搬送波を合成する方法として各搬送波を複数の受信回路でベースバンド信号に復調してから合成する、または一つの受信機で受信状況に応じて受信する搬送波を切り替える等の方式がある。これらの装置は受信回路（復調回路）が複数必要であるか、搬送波の切り替え手段や受信状況を検出して判断する手段が必要であり、装置が複雑になっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題】
本発明が解決しようとする問題は、受信機にこれらの判断手段や切り替え手段を必要とせずに一つの復調回路で二つの搬送波を合成できる周波数ダイバシティー通信機を提供することである。
【０００４】
【問題を解決するための手段】
本発明では二つの搬送波を同時に受信して、それぞれを周波数変換器で同じ中間周波数に変換してから合成し復調している。これにより搬送波を選択するフィルター等を切り替える回路が不必要になるため切り替えの判断をすることもなく、復調する前に合成するので復調回路は一つでよい。しかし二つの搬送波を中間周波数で合成するとき、これを単純に合成しただけでは問題が発生する。
二つの搬送波周波数をｆ１、ｆ２、ローカル周波数をｆＬ０１、ｆＬ０２、中間周波数をｆＩＦとすると、下側ヘテロダインの受信機であれば原理的にはｆ１−ｆＬ０１＝ｆ２−ｆＬ０２＝ｆＩＦとなる一つの中間周波数ｆＩＦに変換される。しかし現実には送信側の発振器と受信側のローカル発振器は異なるためｆ１−ｆＬ０１とｆ２−ｆＬ０２を正確に一致させることは不可能であり、中間周波数はｆ１−ｆＬ０１＝ｆＩＦ１とｆ２−ｆＬ０２＝ｆＩＦ２という二つの周波数が合成されｆＩＦ１とｆＩＦ２の周波数差のビート（振幅変動）を生じる。ｆＩＦ１とｆＩＦ２の振幅が等しい場合は合成された中間周波数の振幅がゼロになるときがあり受信に大きく影響する。この様子を図示したのが第一図Ａである。ビートによって中間周波数の振幅の小さくなった部分が、正確に復調されず本来再生されるべきパルスが欠けていることを示している。
本発明ではこの中間周波数のビートの影響を少なくすため、合成する中間周波数の振幅に一定の差を設けている。第一図Ｂでこれを説明する。ＦＭ受信機では検波器に入力する中間周波の振幅を一定にするために振幅リミッターを用いる。従ってビートによって振幅変動しても振幅最小値がリミッターレベル以上であればその影響を無くすことができる。中間周波数ｆＩＦ１とｆＩＦ２の振幅をＡＩＦ１、ＡＩＦ２とすると、ビートが発生した状態で振幅の最大値はＡＩＦ１＋ＡＩＦ２、最小値は｜ＡＩＦ１−ＡＩＦ２｜となるから、最小値がリミットレベル以上になるような振幅の差を付ければよいことになる。
高感度受信機では、初段の高周波増幅器のＮＦによって感度が決定するように設計するため、最低受信電界強度に於いても中間周波数の振幅はリミッターレベル以上であるのが一般的である。中間周波数の振幅をリミッターレベルの何倍に設定するかによって必要な振幅の差｜ＡＩＦ１−ＡＩＦ２｜は異なる。
ＡＩＦ１≧ＡＩＦ２として、最小受信電界強度での中間周波数の振幅をＡＩＦ２、リミッターレベルをＡＬＩＭとすればＡＩＦ１−ＡＩＦ２≧ＡＬＩＭであるから、ＡＩＦ２／ＡＬＩＭ＝ｎとすればＡＩＦ１／ＡＩＦ２≧１＋１／ｎとなる。例えば、最小受信電界強度での中間周波数の振幅ＡＩＦ２がリミッターレベルＡＬＩＭに対して二倍（６ｄｂ）に設計された受信機では、二つの搬送波の振幅差を１．５倍（３．５ｄＢ）以上にすればビートによる振幅変動の影響はないものとなる。ただし以上の計算は理想値であるから実際には補正が必要である。
設定する振幅の差が大きいと周波数ダイバシティーの効果が損なわれる。逆にフェージングによってレベル差がゼロになることもあるため、ビートが発生し受信感度が悪くなる可能性もある。しかし携帯機器などによる移動体間通信であればフェージングの状況は時間と共に変化するため、時間ダイバシティーなどでこれを補うこともできるので、用途によっては回路構成が簡単化できる効果により十分実用的である。
【０００５】
【発明の実施例】
以下に本発明の一例を説明する。第二図は二つの搬送波を送信する送信機の構成を示している。同じベースバンド信号によって第一搬送波と第二搬送波を周波数変調（ＦＳＫ）し、合成した後アンテナから送信する。二つの周波数変調器（ＦＭ変調器）の出力レベルに差を付けるため一方に減衰器を接続している。減衰器ではなくフィルターの周波数特性を利用して周波数変調回路の出力レベルに差を設けることでも効果は同様である。
第三図Ａは受信機の構成を示している。二つの搬送波に対応した二組の周波数変換器とローカル発振器を備えている他は、一般的なヘテロダイン受信機と同じ構成である。高周波増幅器で増幅された二つの搬送波は、第一および第二の周波数変換器に入力され、それぞれ異なったローカル周波数で同じ中間周波数に変換され合成される。以降は一般的なＦＭ受信機と同様の過程を経て信号が再生される。以上の例では減衰器を送信機側に設けたが、第三図Ｂのように受信機側でどちらか一方の周波数変換器の出力に減衰器またはフィルターを接続しても同様の効果は得られる。
第四図Ｂに示したのは、一組の周波数変換器とローカル発振器で二つの搬送波を受信できるようにした受信機、第四図Ａはそれに対応した送信機である。第四図Ａの送信機は、前記第二図で示した送信機の第二周波数変調器の入力にベースバンド信号の極性を反転させる回路が追加されている。これは二つの搬送波の変調極性を互に逆にするためのもので、極性反転回路によらなくとも周波数変調器自体の変調極性を逆にしてもよい。
第四図Ｂの受信機は従来のスーパーヘテロダイン受信機そのものである。ここで二つの搬送波周波数をｆ１、ｆ２、受信機のローカル周波数をｆＬ０＝（ｆ１＋ｆ２）／２とすると、二つの搬送波は一つの中間周波数ｆＩＦ＝（ｆ１−ｆ２）／２となって合成される。ｆ１、ｆ２は互にイメージ周波数の関係になるため、中間周波数に変換されたときに互いの変調極性が逆になるが、送信側であらかじめ一方の変調極性を逆にしているため同極性で合成されることになる。
第四図Ｂの受信機と第五図ＡおよびＢの送信機を組み合わせた通信装置では、ローカル発振器を送信回路と受信回路で共用できることが特徴である。以下に第五図Ａの送信機の説明をする。
ベースバンド信号で周波数変調された中間周波数ｆＩＦを周波数変換器へ入力し搬送波周波数へ変換する。ここでローカル発振器の周波数をｆＬ０とすると周波数変換器の出力にはｆＬ０±ｆＩＦが出力されるので、一方はｆＬ０−ｆＩＦ、他方はｆＬ０＋ｆＩＦの周波数が通過するようなバンドパスフィルターを通して合成する。ただしどちらか一方に減衰器を接続して振幅に一定の差を設ける。ｆＬ０−ｆＩＦとｆＬ０＋ｆＩＦでは変調極性が互に逆になるので、第四図Ａの送信機と同様に振幅が異なり、変調極性が互に逆になった二つの搬送波ｆ１＝ｆＬ０−ｆＩＦ、ｆ２＝ｆＬ０＋ｆＩＦが得られることになる。
受信機のローカル周波数は（ｆ１＋ｆ２）／２＝ｆＬ０で送信機のローカル周波数と同じになり、一つの発振回路で送信と受信のローカル発振器を兼用することができる。
第五図Ｂはローパスフィルターの減衰特性を利用して二つの周波数に振幅差を付けるものである。同様のローパスフィルターを第四図Ｂに示した受信機の周波数変換器の前に追加しても本発明の効果は得られる。また同受信機のアンテナ同調を調整し受信する二つの搬送波レベルに差を設けることもフィルターの特性を利用することと同様である。
以上の第四図、第五図の例を周波数スペクトラムで表したのが第六図である。中間周波数ｆｉｆの両サイドにあるスペクトルは送信信号ｆＳにより変調されてできたサイドバンド（変調によりスペクトラムが異なるため概念的に示した）である。各周波数の一例としてはｆＳ＝２５６Ｈｚ（５１２ｂｐｓ）、ｆｉｆ＝４５５ｋＨｚ、ｆＬ０＝３１０ＭＨｚで搬送波はｆ２＝３０９．５４５ＭＨｚ、ｆ１＝３１０．４５５ＭＨｚとなる。
微弱電波の電界強度測定方法（電波法施行規則第６条第２項および昭和６３年郵政省告示第１２７号、平成６年郵政省告示第２７８号）により、３０ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下の周波数での電界強度測定は、まず電界強度計により測定し、さらにスペクトラムアナライザの分解能帯域幅を１００ｋＨｚと１ＭＨｚに切り替えて測定した測定値の差が、３ｄＢ以下であれば電界強度計の測定値をもって電界強度とし、３ｄＢから７ｄＢのときはスペクトラムアナライザの分解能帯域幅１ＭＨｚの値を電界強度とし、７ｄＢ以上のときはスペクトラムアナライザの分解能帯域幅１ＭＨｚの値に５ｄＢを加えた値を電界強度とすると規定されている。中間周波数を４５５ｋＨｚとすると二つの搬送波の周波数差が９１０ｋＨｚであり、上記測定方法によって測定した場合、スペクトラムアナライザの分解能帯域幅の切り替えによる測定値の差が３ｄＢ以下になるため電界強度計の測定値に補正値が加えられることがない。しかも４５５ｋＨｚは多くの通信機で中間周波数として使用されているため、部品の入手が容易である。
【０００６】
【発明の効果】
二つの搬送波の振幅に一定の差を設けることにより、二つの搬送波を一つの中間周波数に変換して合成したときに発生するビートの影響を低減できるため、受信状況に応じて搬送波を切替えたり、受信状況を判定する手段が必要ない周波数ダイバシティー通信機が実現できる。
受信機は一般的なスーパーヘテロダイン受信機と同じ構成であり、送信機と受信機でローカル発振器を共用できるため、特殊な部品を使用することなく回路構成が簡単な周波数ダイバシティー通信機が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【第一図  Ａ】ビートの影響
【第一図  Ｂ】振幅リミッターの効果
【第二図】本発明による送信機の基本的な構成
【第三図  Ａ】本発明による受信機の基本的な構成
【第三図  Ｂ】本発明による受信機の基本的な構成
【第四図  Ａ】本発明を従来のスーパーヘテロダイン受信機で実現する送信機及び受信機の構成
【第四図  Ｂ】本発明を従来のスーパーヘテロダイン受信機で実現する送信機及び受信機の構成
【第五図  Ａ】受信機と送信機でローカル発振器を共用にできる本発明の送信機の構成
【第五図  Ｂ】受信機と送信機でローカル発振器を共用にできる本発明の送信機の構成
【第六図】本発明による送信機の周波数スペクトラムの概略
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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