(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報信号によって変調が施された複数の搬送波を、それぞれ異なる周波数で偏波を回転させて送信する送信機と、
前記送信機によって送信された複数の搬送波を受信し、当該複数の搬送波それぞれの偏波の回転周波数ごとに分離し、分離した搬送波ごとに前記情報信号を復調し、搬送波ごとに復調した前記情報信号を合成する受信機と、を有し、
前記送信機は、平均周波数が等しい複数の搬送波対それぞれに前記情報信号を変調し、変調が施された対となる搬送波同士を合成し、合成後の複数の搬送波をそれぞれ分岐し、分岐させた当該搬送波のうち一方の搬送波の周波数の位相を所定の角度だけシフトさせて、かつ、他方の搬送波と送信する偏波を交差させて送信し、
前記受信機は、前記送信機によって送信された前記複数の搬送波を受信し、前記平均周波数の整数分の一のサンプリング周波数で複数の周波数成分を抽出し、該複数の周波数成分に重畳された前記情報信号を重み付けて合成することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
情報信号によって変調が施された複数の搬送波を、それぞれ異なる周波数で偏波を回転させて送信する送信機と、
前記送信機によって送信された複数の搬送波を受信し、当該複数の搬送波それぞれの偏波の回転周波数ごとに分離し、分離した搬送波ごとに前記情報信号を復調し、搬送波ごとに復調した前記情報信号を合成する受信機と、を有し、
前記送信機は、異なる周波数の複数の搬送波に情報信号を変調し、変調された前記複数の搬送波のうち基準となる搬送波と他の複数の搬送波とをそれぞれ合成し、合成された前記複数の搬送波それぞれを分岐させるとともに、分岐させた当該搬送波のうち一方の搬送波の周波数の位相を所定の角度だけシフトさせて、かつ、他方の搬送波と送信する偏波が交差させて送信し、
前記受信機は、第一のアンテナと、前記第一のアンテナとは受信する偏波の角度を交差させて設ける第二のアンテナと、からなるアンテナ対を有し、前記送信機によって送信された前記複数の搬送波を前記アンテナ対によって受信し、受信した信号を分岐するとともに、一方の信号に前記回転速度に対応した遅延を施し、遅延を施した一方の信号と他方の信号を合成し、前記回転速度に対応する複数の周波数成分を抽出し、該複数の周波数成分に重畳された前記情報信号を重み付け合成することを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項２に記載の無線通信システムであって、
前記送信機が送信する複数の搬送波は、周波数帯を分割した周波数チャネルを用いて生成させることを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項２に記載の無線通信システムであって、
前記周波数チャネルは、基準の固定チャネルと該固定チャネルに対し常に高いあるいは低い周波数のチャネルから形成されることを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項４に記載の無線通信システムであって、
前記周波数チャネルは、前記固定チャネルについて高い周波数のチャネルと低い周波数のチャネルを交互に選択して、搬送波対を生成することを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記受信機は、前記受信機は、第一のアンテナと、前記第一のアンテナとは受信する偏波の角度を交差させて設ける第二のアンテナと、からなるアンテナ対を有し、前記送信機によって送信された前記複数の搬送波を前記アンテナ対によって受信し、前記第一のアンテナで受信した搬送波および前記第二のアンテナで受信した搬送波をそれぞれ分岐し、分岐した信号を同一のサンプリング周波数でデルタシグマ回路を用いて、回転周波数に対応する異なる周波数成分に重畳された情報信号を分離し、重み付け合成することを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
請求項６の無線通信システムであって、
前記送信機が送信する複数の搬送波は、周波数帯を分割した周波数チャネルを用いて生成させることを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
請求項６に記載の無線通信システムであって、
前記デルタシグマ回路がアナログ共振器を用いることを特徴とする無線通信システム。
【請求項９】
請求項６の無線通信システムであって、
前記デルタシグマ回路のサンプリング周波数が該搬送波の周波数よりも低いことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１０】
請求項６に記載の無線通信システムであって、
前記デルタシグマ回路のデジタルアナログ変換器のサンプリング周波数がアナログデジタル変換器のサンプリング周波数の整数倍であることを特徴とする無線通信システム。
【請求項１１】
請求項６に記載の無線通信システムであって、
前記デルタシグマ回路がフィードバックループとフィードフォワードループを有することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１２】
請求項１記載の無線通信システムであって、
前記送信機及び前記受信機は、送信または受信する偏波の角度がおよそ９０°であるアンテナ対を有し、前記アンテナ対は直線偏波アンテナであることを特徴とする無線通信システム。
【請求項１３】
請求項１記載の無線通信システムであって、
前記送信機及び前記受信機は、送信または受信する偏波の角度がおよそ９０°であるアンテナ対を有し、前記アンテナ対は円偏波アンテナであることを特徴とする無線通信システム。
【請求項１４】
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記送信機及び前記受信機は、デジタル信号処理チップを搭載した多層プリント基板で製造されることを特徴とする無線通信システム。
【請求項１５】
請求項１に記載の無線通信システムを適用した昇降機制御システム。
【請求項１６】
請求項１に記載の無線通信システムを適用した変電設備制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システム、昇降機制御システムおよび変電設備制御システムにかかわり、特に無線機の置かれる環境が電波を反射・散乱する障害物を有し、該障害物により発生する多重波を用いて通信を行う無線通信システムを実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
放送・通信分野で著しい発展を遂げた無線通信技術は、無線特有の寸断・更新不能領域の問題を順次克服しつつあり、通信回線の信頼性を向上させ、通話・聴視に比べて大幅に通信回線の高信頼性が要求される、制御・観測の分野に進出しつつある。特に、社会インフラ系機器では、一般民生機器と比べて通信手段の信頼度がより高いが、このような分野にも無線技術が通信手段として採用が検討されている。【０００３】
社会インフラ系の無線機器が設置される環境は、同無線機器の主な動作目的が社会インフラ機器の制御あるいは監視であるため、民生機器と比べて圧倒的に寸法が大きく金属部材により堅牢に作られた社会インフラ機器自体が、無線通信に用いる電磁波を散乱する根源となる。このような環境下では、放送・通信分野への無線通信のように、電磁波散乱物による反射の影響を受けない、見通し経路あるいは、回折による準見通し経路が事実上存在しないため、該無線通信は電磁波散乱物による反射が引き起こす多重波がお互いに干渉する環境で行われることとなる。【０００４】
このため、該多重波干渉環境下で高信頼性の無線通信を実現することが技術化課題となる。複数の電磁波は送信点から受信点に到達する距離の差が半波長の奇数倍であるとき干渉によりそのエネルギーが相殺されゼロとなり通信不能となる。この課題を解決するための従来技術は空間ダイバシチであり、複数のアンテナを空間的に半波長離して設置することにより、多重波の干渉により電磁波エネルギーがゼロとなる点から半波長離れた点で同多重波が強めあう性質を利用して電磁波のエネルギーがゼロとなる点を代替するものである。【０００５】
社会インフラ系の無線通信環境では、電磁波散乱体である什器の相対位置によって決定される反射が引き起こされる距離が、空間ダイバシチを実現するための上記アンテナ距離、即ち無線通信で用いる電磁波の半波長に相当する距離と同程度であるとき、別の多重反射による干渉によってアンテナに到達する電磁波のエネルギーがゼロとなる可能性が大きく、無線通信の信頼性確保が困難である。【０００６】
ここで、無線通信において上記のような電波干渉を軽減するために、直交する二つの偏波を用いることが考えられる。つまり、電磁波には直交する二つの独立した偏波があり、電磁波が社会インフラ機器等の散乱体により反射される際に偏波の方向により偏波の方向が変化する。具体的には、散乱体表面の接平面に対して垂直な偏波は偏波の方向が維持され、水平な偏波は偏波の方向が１８０°変化するため、直交する二つの偏波を用いれば干渉によって生じる電磁波エネルギーがゼロとなる現象を緩和できる可能性がある。【０００７】
例えば、直交する偏波を利用して通信を行う技術として、特許文献１の先行技術には、直交する偏波を持つ二つの電磁波を用いて通信を行う場合、送信機はそれらの偏波角を変化させ、受信機は同偏波角を検出し、最も良好な通信を行うための偏波角を探し出して通信を行う技術が記載されている。また、特許文献２の先行技術では、直交する二つの電磁波を送信機から送出し、受信機は到来電磁波を直交する二つの偏波成分に分けて、受信しこれらを信号処理技術によって最も受信感度が高くなるように合成する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３１１１３５号公報
【特許文献２】特開昭６０−９７７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のように、直交する二つの偏波を用いる技術として、具体的には、ある偏波の方向を固定して電磁波を送信し、受信点で多重波の干渉により電磁波のエネルギーがゼロとなったということは、送った電磁波の偏波の方向が二つの電磁波が受信点で相殺されるような同一の偏波の回転方向を持ったということであるから、この状態で送信する電磁波の偏波の方向を変化させれば、多重波生成の根源である散乱体表面での電波の反射に起因する偏波の回転方向が変化し偏波の回転角度も変化するので、受信点で干渉する電磁波の位相回転角が同一とならない時刻が存在し、電磁波の偏波の独立性により同受信点で電磁波のエネルギーはゼロとはならないように制御することが可能である。また、該什器によって決定される複数反射の際に電波が伝播する距離は、上記多重反射環境では複数存在するため、什器等による電磁波障害物により引き起こされる複数反射の際の位相角の変化は偏波の回転速度と同距離によって異なる。【００１０】
ここで、特許文献１の先行技術は、送信機と受信機の間の無線伝送空間が理想的な自由空間でない場合に、最適な偏波角度を用いて通信を行う手段の提供であるが、無線通信において送信機から受信機へと伝送される電磁波の偏波の方向は一定であるため、複数の什器が存在する場合の複数の多重反射波が互いに相殺することによる受信機での到来電磁波の現象による通信品質劣化の問題を解決できない。【００１１】
また、特許文献２の先行技術では、無線通信において送信機から受信機へと伝送される電磁波の偏波の方向は一定であるため、複数の什器が存在する場合の複数の多重反射波が互いに相殺することによる受信機での到来電磁波の現象による通信品質劣化の問題を解決できない。【００１２】
すなわち、社会インフラ系の無線システムの電波環境では、電磁波散乱体である什器の相対位置によって決定される反射が引き起こされる距離は複数存在し、これらの距離により送信機から受信機に到達する電磁波は異なった位相で干渉するので、それらが互いに相殺することによる送信機から受信機に至る無線回線の品質が劣化してしまうという課題がある。【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、複数の什器が配置される社会インフラシステムにおいて、該什器が発生させる多重反射波の干渉による送信機から受信機に至る無線回線の品質劣化を軽減する高信頼の無線通信手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。【００１５】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、情報信号によって変調が施された複数の搬送波を、それぞれ異なる速度で偏波を回転させて送信する送信機と、前記送信機によって送信された複数の搬送波を受信し、当該複数の搬送波それぞれの偏波の回転速度ごとに分離し、分離した搬送波ごとに前記情報信号を復調し、搬送波ごとに復調した前記情報信号を合成する受信機と、を有する無線通信システムによって解決される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数の什器が配置される社会インフラシステムにおいて、該什器が発生させる多重反射波の干渉による送信機から受信機に至る無線回線の品質劣化を軽減する高信頼の無線通信手段を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明からなる無線通信システムの構成図の例である。
【図２】本発明からなる無線通信システムの他の構成図の例である。
【図３】本発明からなる無線通信システムの他の構成図の例である。
【図４】本発明からなる無線通信システムの受信機の信号処理部の例である。
【図５】本発明からなる無線通信システムの他の構成図の例である。
【図６】本発明からなる無線通信システムの他の構成図の例である。
【図７】本発明からなる無線通信システムの周波数チャネル構成の例である。
【図８】本発明からなる無線通信システムの周波数チャネル他の構成の例である。
【図９】本発明からなる無線通信システムの他の構成図の例である。
【図１０】本発明からなる無線通信システムの周波数チャネル他の構成の例である。
【図１１】本発明からなる無線通信システムの受信機の信号処理部の周波数スペクトラムの例である。
【図１２】本発明からなる無線通信システムの他の構成図の例である。
【図１３】本発明からなる無線通信システムの受信機の他の信号処理部の周波数スペクトラムの例である。
【図１４】本発明からなる無線通信システムの受信機のデルタシグマ回路の構成図の例である。
【図１５】本発明からなる無線通信システムの他の受信機のデルタシグマ回路の他の構成図の例である。
【図１６】本発明からなる無線通信システムの他の受信機のデルタシグマ回路の他の構成図の例である。
【図１７】本発明からなる無線通信システムの受信機のハードウェア構成の例である。
【図１８】本発明からなる無線通信システムを適用した昇降機システムの構成図の例である。
【図１９】本発明からなる無線通信システムを適用した変電設備監視システムの構成図の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１９】
本実施例では、本発明の無線通信を行う無線機の構成例を説明する。【００２０】
図１は、本実施例の無線通信システムを構成する送信機および受信機の構成図の例である。送信機１０１１では情報信号発生回路３により周波数ｆ１の帯域の信号が生成され、搬送波発生回路１によって生成される搬送波に変調器２によって該信号により変調が施され、変調後の信号は分岐後、複数の回転信号発生回路４により発生した該搬送波の周波数より低い異なる回転周波数の正弦波が複数の送信ミキサ５により其々重畳され、重畳後の複数の信号は各々二分岐され、分岐後の複数の信号の片方はそのまま第一の送信合成回路７により合成され、他の複数の信号は該各々の回転周波数に対応する四分の一波長分の遅延を生じる複数の送信遅延回路６を介して第二の送信合成回路８により合成され、合成後の二つの信号は直交垂直偏波送信アンテナ８８０を構成する直交する２アンテナの夫々に入力され、異なる回転周波数で偏波が回転する複数の回転偏波の合成波として空間に放射される。【００２１】
受信機１０１２では直交垂直偏波受信アンテナ８８１によって直交する２偏波成分として受信された信号は分岐され、分岐後の複数の信号の片方はそのまま、他の複数の信号は該各々の回転周波数に対応する四分の一波長分の遅延を生じる複数の受信遅延回路１９を介して、それらは複数の対として複数の受信合成回路１８により各対に対して夫々合成され、合成後の複数の信号は、複数の第一のローカル信号発生回路１６が発生する送信機が具備する搬送波発生回路１と同一の周波数の正弦波が複数の第一の受信ミキサ１７によって重畳され、該重畳語の各信号は第一の受信フィルタ１５によって該搬送波周波数以上の周波数成分が除去され、該除去後の信号は、複数の第二のローカル信号発生回路１３が発生する送信機が具備する複数の回転信号発生回路４と同一の異なる複数の周波数の正弦波が複数の第二の受信ミキサ１４によって重畳され、該重畳語の各信号は第二の受信フィルタ１２によって該複数の回転周波数以上の周波数成分が除去され、結果として異なる回転周波数で偏波が回転する搬送波によって送信機から受信機に伝送された情報信号が該回転周波数ごとに分別して得られ、該分別後の各情報信号は複数のアナログデジタル変換器１１によってデジタル信号に変換されデジタル信号処理回路１０に各々入力される。【００２２】
什器等の電磁波散乱物が無線通信をおこなう伝送空間に多数存在する環境では、送信機から受信機へと直接伝播する電磁波は通常存在せず、送信機から発射された電磁波は、該什器によって生成される多重反射を受けた複数の電磁波としてお互いに干渉して受信機に到達する。該什器の相対位置により該多重反射波は特定の位相遅延を被るので、該複数の多重反射波は異なる位相遅延を生じてお互いに干渉して受信機に到来するために、該多重反射波が相殺する位相関係を持つ場合、受信機における到来電磁波のエネルギーは減少し受信感度の低下を来たし、無線通信の信頼性は劣化する。什器の相対位置は通信の間で固定されていると考えられるから、該無線通信の信頼性劣化は持続される。【００２３】
電磁波は什器等の電磁波散乱体によって反射される場合に、同散乱体への電磁波の偏波の入射角度によって被る位相変化は０°から１８０°間で変化する。従って、回転偏波の電磁波を用いることにより、什器の相対位置が固定されていても受信機に到来する複数の多重反射波の位相関係を変化させることが可能となる。また、多重反射における反射間に電磁波の偏波角の変化の度合いは回転偏波の回転速度を変えることにより変化させることができる。【００２４】
本実施例によれば、複数の異なる回転周波数で偏波が回転する複数の搬送波を用いて電磁波を送信機から受信機に、該異なる回転周波数に対応する性質の異なった多重反射の合成波によって伝送された情報信号をデジタル信号として得ることができるので、通常のデジタル信号処理によってこれらを尤度高く合成することができ、直接波が期待できない多重反射電波環境における通信回線の信頼性を向上できる。
【実施例２】
【００２５】
本実施例では、本実施例の無線通信システムに用いられる無線機の他の構成例を説明する。【００２６】
図２は、実施例２における無線通信システムを構成する送信機および受信機の構成図の例である。図１の実施例と異なる点は、直交垂直偏波送信アンテナ８８０および直交垂直偏波受信アンテナ８８１の代わりに、夫々、円垂直偏波送信アンテナ８８２および直交垂直偏波受信アンテナ８８３を用いることである。【００２７】
すなわち本実施例では、第一の送信合成回路７により合成された信号、および、第二の送信合成回路８により合成された信号を円垂直偏波送信アンテナ８８２によって、それぞれ回転方向の異なる円偏波によって空間に送信する。また、直交垂直偏波受信アンテナ８８３では、回転方向の異なる円偏波を受信して信号受信した円偏波ごとに信号を分岐する。【００２８】
実施例１で説明したように、無線空間に互いに直交する偏波を伝送することにより、無線通信の信頼性向上を図ることができるので、互いに直交する偏波の電磁波として、右旋偏波の電磁波と左旋偏波の電磁波を用いることも可能であり、本実施例により実施例１と同様の効果が可能となる。【００２９】
一般に直線偏波の直交する２偏波のアンテナを製作する際には、これらを物理的に正確に９０°の配置にすることが要求され高い精度の製造技術が必要とされ製造コストの上昇に繋がる。本実施例では、回転方向の異なる２円偏波アンテナを配置することで、このような正確な配置を確保する必要が無く、製造コスト低減に効果がある。
【実施例３】
【００３０】
本実施例では、本実施例の無線通信システムに用いられる無線機の他の構成例を説明する。図３は、実施例３における無線通信システムを構成する送信機および受信機の構成図の例である。【００３１】
図１の実施例と異なる点は受信機１０３２が、受信した信号を直交垂直偏波受信アンテナ８８１によって、直交する異なる偏波成分に分離して受信し、分離受信信号の一方を搬送波発生回路１と同一の周波数の正弦波を発生させる第一のローカル発信器２７の出力と第一の受信ミキサ２９によって掛け合わせ第一のハイカットフィルタ２５によって搬送波周波数以上の周波数成分を除去し、第一のアナログデジタル変換器２３でデジタル信号に変換し、該信号から複数の第一のデジタルフィルタ２１により異なる回転周波数の搬送波によって伝送された情報信号を分別して取り出し、該分離信号の他方を、第二のローカル発信機３０、第二の受信ミキサ２８、第二のハイカットフィルタ２６、第二のアナログデジタル変換器２４、複数の第二のデジタルフィルタ２２によって、同様に異なる回転周波数の搬送波によって伝送された情報信号を分別して取り出し、これらを用いてデジタル信号処理することによりこれらを尤度高く合成することができ、実施例１と同様の効果を上げることができる。
【実施例４】
【００３２】
本実施例では、本実施例の無線通信システムに用いられる受信機のデジタル信号処理の動作を説明する。図４は、実施例４における無線通信システムに用いられる受信機のデジタル信号処理の動作の例である。【００３３】
受信機が直交する偏波別に受信して得られた２系統の情報信号のデジタル信号は、一方が複数の第一の遅延器４１により順次遅延を受け、各遅延に対する位相変化を第一の可変位相回路４２により施され、他方は第二の遅延器４３により順次遅延を受け、各遅延ごとに複数の合成器４４により両者は合成され、第二の可変位相回路４５により該合成出力は遅延補償後に位相重み付けをうけ、合成回路４６により該位相重み付けを施された複数の信号は合成される。該合成信号は復調回路４７により情報が解読され同情報の誤り率を最小にするよう制御回路４８により該複数の第一の可変位相回路４２および該複数の第二の可変位相回路４５に移相量を制御する。このように尤度高い攻勢が行われた情報信号は復調回路４７からベースバンド回路４９へと供給される。【００３４】
本実施例に拠れば、デジタル信号処理で、回転速度の異なる複数の回転偏波により伝送された情報信号をデジタル信号処理により尤度高く合成できるので、本発明の無線通信システムを構成する受信機の感度向上が実現され、該無線システムの通信信頼性向上に効果がある。
【実施例５】
【００３５】
本実施例では、本実施例の無線通信システムに用いられる無線機の他の構成例を説明する。【００３６】
図５は、実施例５における無線通信システムを構成する送信機および受信機の構成図の例である。送信機１０４１では複数の情報信号発生回路５３により周波数ｆ１の帯域の信号が生成され、異なる周波数の複数の搬送波発生回路５１によって生成される複数の搬送波に複数の変調器５２によって該信号により変調が施され、基準となる一つの搬送波と、他の残りの複数の搬送波の各々を複数の合成回路５４よって各々合成し、合成後の複数の信号は各々二分岐され、分岐後の複数の信号の片方はそのまま第一の送信合成回路５７により合成され、他の複数の信号は該各々の回転周波数に対応する四分の一波長分の遅延を生じる複数の送信遅延回路５５を介して第二の送信合成回路５６により合成され、合成後の二つの信号は直交垂直偏波送信アンテナ８８０を構成する直交する２アンテナの夫々に入力され、異なる回転周波数で偏波が回転する複数の回転偏波の合成波として空間に放射される。【００３７】
受信機１０４２では直交垂直偏波受信アンテナ８８１によって直交する２偏波成分として受信された信号は分岐され、分岐後の複数の信号の片方はそのまま、他の複数の信号は該各々の回転周波数に対応する四分の一波長分の遅延を生じる複数の受信遅延回路６６を介して、それらは複数の対として複数の受信合成回路６５により各対に対して夫々合成され、合成後の複数の信号は、異なる搬送波の周波数と一致する正弦波を発生させる複数の第一のローカル信号発生回路６３が発生する正弦波が複数の受信ミキサ６４によって重畳され、該重畳語の各信号は受信フィルタ６２によって該搬送波周波数以上の周波数成分が除去され、該除去後の信号は、複数のアナログデジタル変換器６１によってデジタル信号に変換されデジタル信号処理回路１０に各々入力される。【００３８】
本実施例に拠れば、異なる複数の周波数の搬送波を用いて、該複数の搬送波の周波数の差の二分の一の周波数で回転する複数の異なる回転偏波の電磁波を、該回転周波数に関係する別置きのローカル発信回路を用いること無く無線空間に実現可能である。【００３９】
このため、受信機に置いても該回転周波数に対応するローカル発信機が不要となる。従って、送信機と受信機のハードウェア構成を簡略化でき、同機器の部品点数削減が実現可能となり、製造コストの低減に効果がある。
【実施例６】
【００４０】
本実施例では、本実施例の無線通信システムに用いられる無線機の他の構成例を説明する。【００４１】
図６は、実施例６における無線通信システムを構成する送信機および受信機の構成図の例である。本実施例の送信機と図５の実施例の送信機は同一である。受信機１０５２では直交垂直偏波受信アンテナ８８１によって直交する２偏波成分として受信された信号は分岐され、それらは複数の対として、送信機の複数の一対の搬送波の平均周波数と同一の周波数の正弦波を発生する複数のローカル信号発生回路８６が発生する正弦波が複数の一対の受信ミキサ８５によって該各対の夫々と重畳され、該重畳語の一対の各信号は一対の受信フィルタ８３によって該搬送波周波数以上の周波数成分が除去され、該除去後の一対の信号は、複数の一対のアナログデジタル変換器８１によってデジタル信号に変換されデジタル信号処理回路１０に各々入力される。【００４２】
本実施例に拠れば図５の実施例の受信機が具備していた受信遅延回路を削除できる。該受信遅延回路はアナログ素子であり、無線通信に用いられる３００MHzから３GHzの周波数帯では、数ｍから数１０cmの電気長が必要となり機器小型化実現の妨げとなる。本実施例ではこのような遅延回路が必要ないので受信機の小型化に効果がある。
【実施例７】
【００４３】
本実施例では、本実施例の無線通信システムに用いられる電磁波の無線チャネルの構成を説明する。【００４４】
図７は、実施例５および６における無線通信システムに用いられる電磁波の無線チャネルの構成の例である。無線チャネルはあらかじめ当該無線システムに与えられた周波数範囲を分割して得られる。等間隔に配置された無線チャネルを一つ飛びに配置して、チャネル０の周波数を基準として、２チャネル分の周波数間隔を利用して１チャネル分の回転偏波の周波数を実現する。本実施例において隣接するチャネルを用いない理由は、これらの隣り合う周波数の搬送波に重畳された情報信号の干渉を抑制するためである。【００４５】
本実施例に拠れば、既存の無線システムの通常の周波数チャネル構成を用いて、本発明の無線システムを実現可能であり、同無線システムの市場導入を容易にする効果がある。
【実施例８】
【００４６】
本実施例では、本実施例の無線通信システムに用いられる電磁波の無線チャネルの構成を説明する。  
図８は、実施例５および６における無線通信システムに用いられる電磁波の無線チャネルの他の構成の例である。無線チャネルはあらかじめ当該無線システムに与えられた周波数範囲を分割して得られる。図８の無線チャネルは図５および図６の実施例の無線通信システムに用いられる無線チャネルの構成例である。等間隔に配置された無線チャネルを一つ以上離して配置して、チャネル０の周波数を基準として、他の周波数チャオネルを上下に配置して２チャネル分の周波数間隔を利用して１チャネル分の回転偏波の周波数を実現する。本実施例において隣接するチャネルを用いない理由は、これらの隣り合う周波数の搬送波に重畳された情報信号の干渉を抑制するためである。【００４７】
本実施例では、回転偏波の周波数に対応する２搬送波の平均周波数が、図７の実施例に比べて狭い範囲に限定できるので、受信機のローカル信号発生回路の構成を簡略化でき、同受信機の小型化、製造コスト低減に効果がある。
【実施例９】
【００４８】
本実施例では、本実施例の無線通信システムに用いられる無線機の他の構成例を説明する。【００４９】
図９は、実施例９における無線通信システムを構成する送信機および受信機の構成図の例である。送信機１０６１では複数の情報信号発生回路９５により周波数ｆ１の帯域の信号が生成され、異なる周波数の複数の一対の搬送波発生回路９１、９２によって生成される複数の搬送波に複数の変調器９３によって該信号により変調が施され、各一対の変調が施された搬送波は複数の合成回路９６よって各々合成し、合成後の複数の信号は各々二分岐され、分岐後の複数の信号の片方はそのまま第一の送信合成回路９９により合成され、他の複数の信号は該各々の回転周波数に対応する四分の一波長分の遅延を生じる複数の送信遅延回路９７を介して第二の送信合成回路９８により合成され、合成後の二つの信号は直交垂直偏波送信アンテナ８８０を構成する直交する２アンテナの夫々に入力され、異なる回転周波数で偏波が回転する複数の回転偏波の合成波として空間に放射される。該一対の２搬送波の平均周波数が同一となるようにする。【００５０】
受信機１０６２では直交垂直偏波受信アンテナ８８１によって直交する２偏波成分として受信された信号は、クロック回路１０３によって動作する第一のデルタシグマ変調器１０１および第二のデルタシグマ変調器１０２によって各々デジタル信号に変換されデジタル信号処理回路１００に各々入力される。デルタシグマ回路によって、該一対の２搬送波はその平均周波数の半分のサンプリング周波数により、該２搬送波の差の周波数の二分の一の周波数成分を抽出することができるので、各一対の２搬送波の平均周波数を同一とすることで、一つのサンプリング周波数で複数の回転偏波の周波数に対応する複数の周波数を得ることができる。【００５１】
本実施例に拠れば、異なる複数の周波数の搬送波を用いて、該複数の搬送波の周波数の差の二分の一の周波数で回転する複数の異なる回転偏波の電磁波を、該回転周波数に関係する別置きのローカル発信回路を用いること無く無線空間に実現可能である。【００５２】
さらに、該回転周波数に対応する一対の２搬送波の平均周波数を同一にすることで、受信機の構成を大幅に簡略化できるので、受信機の製造コストの低減に効果がある。
【実施例１０】
【００５３】
本実施例では、本実施例の無線通信システムに用いられる電磁波の無線チャネルの他の構成を説明する。  
図１０は、実施例９における無線通信システムに用いられる電磁波の無線チャネルの構成の例である。無線チャネルはあらかじめ当該無線システムに与えられた周波数範囲を分割して得られる。図１０の無線チャネルは図９の実施例の無線通信システムに用いられる無線チャネルの構成例である。同一の中心周波数ｆｃを基準として左右に異なる間隔で一対の無線チャネルを複数配置する。本実施例において隣接するチャネルを用いない理由は、これらの隣り合う周波数の搬送波に重畳された情報信号の干渉を抑制するためである。【００５４】
本実施例に拠れば、既存の無線システムの通常の周波数チャネル構成を用いて、本発明の無線システムを実現可能であり、同無線システムの市場導入を容易にする効果がある。
【実施例１１】
【００５５】
本実施例では、本実施例の無線通信システムに用いられる無線機の受信機の周波数スペクトラムの例を説明する。  
図１１は、実施例９における無線通信システムに用いられる無線機の受信機の周波数スペクトラムの無線機の構成図の例である。図９の無線通信システムに用いられる受信機では、デルタシグマ回路のサンプリング周波数ｆｃを中心に複数の平均周波数をｆｃとする複数の搬送波周波数の対が形成され、サンプリング動作によって、ｆｃを基本周期とする周期的な周波数スペクトラムが生成され、結果として、一対の搬送波の差の周波数が得られる。【００５６】
本実施例に拠れば、受信機のアナログ信号処理回路のサンプリング周波数を固定化できるので、同受信機に周波数シンセサイザ等の複雑な周波数可変回路を別置きする必要が無く、受信機の小型化、製造コスト低減に効果がある。
【実施例１２】
【００５７】
本実施例では、本実施例の無線通信システムに用いられる受信機の他の構成例を説明する。【００５８】
図１２は、実施例９における無線通信システムを構成する受信機の他の構成図の例である。受信機１０７２では直交垂直偏波受信アンテナ８８１によって直交する２偏波成分として受信された信号は、クロック回路１０４によって動作する第一のデルタシグマ変調器１０１および第二のデルタシグマ変調器１０２によって各々デジタル信号に変換されデジタル信号処理回路１００に各々入力される。該クロック回路１０４は図９の実施例の受信機のクロック回路１０３に比べて低い周波数であることが特徴である。デルタシグマ回路によって、該一対の２搬送波はその平均周波数の半分のさらに整数分の一のサンプリング周波数により、該２搬送波の差の周波数の二分の一の周波数成分を抽出することができるので、各一対の２搬送波の平均周波数を同一とすることで、一つのサンプリング周波数で複数の回転偏波の周波数に対応する複数の周波数を得ることができる。【００５９】
本実施例に拠れば、本発明からなる無線通信システムを構成する受信機のサンプリング周波数を低減できるので、サンプリング周波数を発生する回路の小型化、低コスト化が実現でき、結果として受信機の構成を大幅に簡略化できるので、受信機の製造コストの低減に効果がある。
【実施例１３】
【００６０】
本実施例では、本実施例の無線通信システムに用いられる無線機の受信機の周波数スペクトラムの例を説明する。  
図１３は、実施例１２における無線通信システムに用いられる無線機の受信機の周波数スペクトラムの無線機の構成図の例である。図９の無線通信システムに用いられる受信機では、デルタシグマ回路のサンプリング周波数ｆｃの整数倍Ｍ＊ｆｃを中心に複数の平均周波数をＭ＊ｆｃとする複数の搬送波周波数の対が形成され、サンプリング動作によって、Ｍ＊ｆｃを基本周期とする周期的な周波数スペクトラムが生成され、結果として、一対の搬送波の差の周波数が得られる。【００６１】
本実施例に拠れば、受信機のアナログ信号処理回路のサンプリング周波数を固定化できさらに該サンプリング周波数を低く採れるので、サンプリング周波数発生回路が簡略化でき、受信機の小型化、製造コスト低減に効果がある。
【実施例１４】
【００６２】
本実施例では、本実施例の無線通信システムに用いられる受信機に用いられるデルタシグマ回路の構成例を説明する。【００６３】
図１４は、実施例９および１２における無線通信システムを構成する受信機のデルタシグマ回路の構成図の例である。デルタシグマ回路１１０１では直交垂直偏波受信アンテナ８８１によって得られる信号を合成器１２６によって形成されるフィードバック回路のメインパスに第一のアナログ共振回路１２１とアナクロデジタル変換器１２３と後置きの比較器で実現されるサンプリング回路（図示せず）が配置され、フィードバックパスにデジタルアナログ変換器１２４と第二のアナログ共振回路１２２が配置され、第一のアナログ共振回路１２１の入力が合成器１２６の出力に結合し、第二のアナログ共振回路１２２の出力および本デルタシグマ回路の入力が該合成器１２６の入力となる。クロック回路１２５はアナログデジタル変換器１２３、デジタルアナログ変換器１２４およびサンプリング回路にクロックを供給する。アナログデジタル変換器１２３、デジタルアナログ変換器１２４は１ｂｉｔ型である。第一のアナログ共振回路１２１は入力信号帯域でノイズシェービングを行うために該入力信号帯域で共振するように設計され、第二のアナログ共振回路１２４はデジタルアナログ変換回路のゼロホールド効果によって生じるｓｉｎｃ関数型のフィードバック信号の波形歪を該入力信号帯域で補償するように設計される。【００６４】
本実施例に拠れば、アナログ共振回路、比較器、１ｂｉｔアナログデジタル変換器１２３、１ｂｉｔデジタルアナログ変換器１２４、固定周波数発信回路であるクロック回路１２５でデルタシグマ回路を実現できるので、同デルタシグマ回路の簡略化による、受信機の製造コスト低減に効果がある。
【実施例１５】
【００６５】
本実施例では、本実施例の無線通信システムに用いられる受信機に用いられるデルタシグマ回路の他の構成例を説明する。図１５は、実施例９および１２における無線通信システムを構成する受信機のデルタシグマ回路の構成図の例である。【００６６】
デルタシグマ回路１１０２では直交垂直偏波受信アンテナ８８１によって得られる信号を合成器１２６によって形成されるフィードバック回路のメインパスにアナログ共振回路１２１とアナクロデジタル変換器１２３と後置きの比較器で実現されるサンプリング回路（図示せず）が配置され、フィードバックパスにデジタル補間回路１２７とデジタルアナログ変換器１２４が配置され、アナログ共振回路１２１の入力が合成器１２６の出力に結合し、デジタルアナログ変換器１２４の出力および本デルタシグマ回路の入力が該合成器１２６の入力となる。クロック回路１２５はアナログデジタル変換器１２３、デジタルアナログ変換器１２６およびサンプリング回路にクロックを供給する。アナログデジタル変換器１２３、デジタルアナログ変換器１２４は１ｂｉｔ型である。アナログ共振回路１２１は入力信号帯域でノイズシェービングを行うために該入力信号帯域で共振するように設計される。【００６７】
本実施例に拠れば、図１４の実施例と比べて、アナログ回路を削減でき、その代わりデジタル回路要素が増える。デジタル回路要素の実態はデジタル信号処理回路の組込みソフトであり、実質上の分品点数増体には結びつかず、結果としてデルタシグマ回路の簡略化による、受信機の製造コスト低減に効果がある。
【実施例１６】
【００６８】
本実施例では、本実施例の無線通信システムに用いられる受信機に用いられるデルタシグマ回路の他の構成例を説明する。図１６は、実施例９および１２における無線通信システムを構成する受信機のデルタシグマ回路の構成図の例である。【００６９】
デルタシグマ回路１１０３では直交垂直偏波受信アンテナ８８１によって得られる信号を合成器２３７、２３８および２３９によって形成されるフィードフォワード・フィードバック回路のメインパスに第一のアナログ共振回路２２１と第二のアナログ共振回路２２２とアナクロデジタル変換器２２３と後置きの比較器で実現されるサンプリング回路（図示せず）が配置され、フィードバックパスにデジタル補間回路２２７とデジタルアナログ変換器２２４が配置され、デルタシグマ回路の入力信号は三分岐され、各分岐後の信号は夫々、フィードフォワード乗数回路２３１、２３２および２３３を介し夫々合成器２３７、２３８および２３９の入力に結合する。第一および第二のアナログ共振回路２２６および２３７は夫々、合成器２３７の出力と合成器２３８の入力および合成器２３８の出力と合成器２３９の入力の間に挿入される。合成器２３９の出力に結合したアナログデジタル変換器２２３の出力はデジタル補間器２２７を介しデジタルアナログ変換機２２４の入力に結合する。デジタルアナログ変換機２２４の出力は三分岐され、各分岐後の信号は夫々、フィードバック乗数回路２３４、２３５および２３６を介し夫々合成器２３７、２３８および２３９の入力に結合する。クロック回路２２８はアナログデジタル変換器２２３、デジタルアナログ変換器２２４およびサンプリング回路にクロックを供給する。アナログデジタル変換器２２３、デジタルアナログ変換器２２４は１ｂｉｔ型である。アナログ共振回路２２１と２２２は入力信号帯域でノイズシェービングを行うために該入力信号帯域で共振するように設計される。【００７０】
本実施例に拠れば、図１５の実施例と比べて、フィードバック乗数回路２３４、２３５および２３６とフィードフォワード乗数回路２３１、２３２および２３３の乗数値によってデルタシグマ回路の各部の位相と振幅を調整可能で回路の設計自由度が向上する。
【実施例１７】
【００７１】
本実施例では、本実施例の無線通信システムに用いられる受信機のハードウェア構成を説明する。【００７２】
図１７は、実施例９および１２における無線通信システムに用いられる受信機のハードウェア構成の他の例である。図１７は図９および１２の無線通信システムに用いられる受信機をプリント基板上に実装する例である。多層プリント基板２４３の上に、電源回路２４４と高周波コネクタ２４１とデジタル信号コネクタ２４２が実装され、図１６と同一の記号が付与された機能素子ブロックが、アナログ信号線２４５およびデジタル信号線２４６によって電気的に結合する。電源回路で発生した直流電流は多層プリント基板２４３の内層に設けられた電源線により、スルーホール等を用いて機能素子ブロックのアクティブ素子に供給される。該多層プリント基板２４３の内層には、アナログ信号線２４５およびデジタル信号線２４６に対するグランド面が形成され、該グランド面とこれら信号線によりストリップ線路が形成され信号の伝達路が形成される。【００７３】
部品が実装されたプリント基板の受信機２００は受信波の入力端として高周波コネクタ２４１、デジタル信号の出力端としてデジタル信号コネクタ２４２が用意され、図９および１２の実施例のデルタ・シグマ変調器の出力点を実現している。【００７４】
本実施例によれば、プリント基板プロセスおよび、部品の自動面実装プロセスを用いて、受信機２００の量産が可能であり、本発明の無線通信システムに用いる無線機の生産コスト低減に効果がある。
【実施例１８】
【００７５】
本実施例では、本発明の無線通信システムの構成例を説明する。【００７６】
図１８は、本実施例の無線システムを適用した昇降機システムの構成図の例である。本実施例の昇降機システム３００は、昇降機が設置される建物３０１の内部を昇降カゴ３１１が昇降する。建物３０１の内部の床部および天井部には偏波角分割ダイバシチ機能を有する基地局無線機３０２と基地局２直交偏波一体アンテナ３０３が結合し設置される。昇降機カゴ３１１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３１２が設置され、高周波ケーブル３１４を用いて端末無線機３１３に結合している。基地局無線機３０３と端末局無線機３１３は、建物３０１の内部を無線伝送媒体とするので、該建物３０１の内壁および該昇降機の外壁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る。【００７７】
本実施例では偏波角度分割ダイバシチにより、多重波干渉環境下でも高品質の無線伝送が実現可能となるので、同無線機を用いた無線接続手段を用いて、昇降機３１１の制御・監視を建物３０１より有線接続手段を用いずに遠隔で実施できるので、ケーブル等の該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１９】
【００７８】
本実施例では、本発明の無線通信システムの他の構成例を説明する。【００７９】
図１９は、本実施例の無線通信システムを適用した変電設備監視システムの構成図の例である。本実施例の変電設備監視システム４００は、複数の変電機４０１と同変電機４０１には偏波角分割ダイバシチを行う端末局無線機４０３と端末局２直交偏波一体アンテナ４０２が結合し設置され、該複数の変電機４０１の近傍に、該変電機４０１の数よりも少ない数の複数の基地局装置４１１が設営され該基地局装置４１１は本発明の偏波角分割ダイバシチを行う基地局無線機４１３と基地局２直交偏波一体アンテナ４１２が結合し設置される。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ため、該複数の変電機４０１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る。【００８０】
本実施例では偏波角度分割ダイバシチにより、多重波干渉環境下でも高品質の無線伝送が実現可能となるので、同無線機を用いた無線接続手段を用いて、変電機４０１の制御・監視を複数の無線基地局４１１により有線接続手段を用いずに遠隔で実施できるので、ケーブル等の該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、同ケーブルの敷設コストを削除できるので、変電機４０１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。【００８１】
以上のように本発明では、散乱体に入射する電磁波の夫々の入射角によって電磁波の偏波の夫々の回転角が決定される性質を利用して、干渉による通信品質の低下を解消する。すなわち、多重波は散乱体によって反射された複数の波が構成要素であるから、該多重波の偏波の回転角は夫々異なり、この異なる回転角を制御することにより、これら多重波の干渉によって生じる電磁波エネルギーがゼロとなる現象を回避可能となる。【００８２】
すなわち、偏波回転の周波数に対応する波長が異なることにより複数の多重反射波の個々の位相差も異なり、受信される多重波の合成波は異なることになる。従って、受信機は等価的に複数の異なる特性を持った電磁波を異なる偏波回転速度の分だけ得ることができるので、送信機から受信機までの無線空間伝送路は多重化され、通信の信頼度向上が実現され、複数の電磁波散乱体が存在する環境下での多重波干渉によって生じる電磁波エネルギーの受信点での消失を原因とする無線通信の信頼性低下を抑制する、該多重波干渉環境下での通信信頼性を向上可能な無線機を提供でき、同システムを用いる無線通信システムを実現できる。
【符号の説明】
【００８３】
１、５１、７１、９１、９２  搬送波発生回路
２、５２、７２、９３  変調器
３、５３  情報信号発生回路
４  送信ミキサ
５  回転信号発生回路
６、５５、７５、９７  送信遅延回路
７、８、４６、５６、５７、７６、７７、９８、９９  合成回路
１０、１００  デジタル信号処理回路
１１、２３、２４、６１、８１、１２３、２２３  アナログデジタル変換器
１２  ローパスフィルタ
１３、１６、２７、３０、６３、８６  ローカル発振器
１４、１７、６４、８５  受信ミキサ
１５、２５、２６、６２、８３  ハイカットフィルタ
１８、４４、５４、６５、７４、９６、１２６、２３７、２３８、２３９  合成器
１９  受信遅延回路
２１、２２  デジタルフィルタ
２８、２９  ミキサ
４１、４３  遅延器
４２、４５  可変位相回路
４７  復調回路
４８  制御回路
４９  ベースバンド回路
６６  受信遅延回路
７３、９５  情報信号発生回路
１０１、１０２  デルタシグマ回路
１０３、１０４、１２５、１２８、２２８  クロック発生回路
１２１、１２２、２２１、２２２  アナログ共振回路
１２４、１２６、２２４  デジタルアナログ変換器
１２７、２２７  デジタル補間回路
２３１、２３２、２３３、２３４、２３５、２３６  乗数器
３００  昇降機システム
３０１  建物
３０２、４１２  基地局２直交偏波一体アンテナ
３０３、４１３  基地局無線機
３１１  昇降カゴ
３１２、４０２  端末局２直交偏波一体アンテナ
３１３、４０３  端末局無線機
４００  変電設備監視システム
４０１  変電機
４１１  無線基地局
８８１  直交垂直偏波送信アンテナ
８８２  直交垂直偏波受信アンテナ
８８３、８８４  直交円偏波送信アンテナ
【図１】
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【図２】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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