(57)【要約】【課題】人為的あるいは自然的な特定の伝播路の障害および妨害に対し強い耐性を持つ無線システムを実現すること。【解決手段】  送受信機能を具備する一対の無線機２０１、４０１が同時に、送信機が情報を搬送波の周波数とは異なる周波数で偏波が回転する電波を用い送信し、受信機は複数のアンテナを用いて三次元的にあらゆる偏波の到来波を受信し、到来波の三次元的合成によって得られる任意の回転面ベクトルを有する楕円回転偏波の軌跡を抽出し、同軌跡を再現可能な有限複数個の固有な回転面ベクトルを有する円軌跡を呈する回転偏波を計算で得て、得られた複数の回転偏波に対応する伝送路を選択的に用いて通信を行う。【選択図】  図１
2019062246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムであって、
送信機は、搬送波の周波数とは異なる周波数で偏波が搬送波に比べて低い周波数で回転する電波を用いて、情報を送信し、
受信機は、
３つのアンテナを用いて３次元的に多方向からの偏波の到来波を受信し、互いに直交する３軸に平行な偏波の３つの信号を得て、
到来波の３次元的合成によって得られる楕円回転偏波の到来方向及び長軸の傾き並びに長軸と短軸の比を含む楕円軌跡を抽出し、
３次元的に複数の方向から到来する回転偏波の到来方向及び楕円軌跡の組み合わせに対する３つのアンテナから得られる出力を予め記憶したテーブルを参照し、抽出した楕円軌跡を再現可能な有限複数個の固有の円軌跡を呈するひとつ又は複数の回転偏波を求め、
求めたひとつ又は複数の回転偏波に対応する伝送路を用いて通信を行う、
無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載された無線通信システムにおいて、
受信機は、
デジタル信号処理回路
を備え、
前記テーブルは、仰角Θ及び方位角Φを含む到来方向、楕円軌跡の長軸の傾きψ及び長軸と短軸の比ρを含む楕円軌跡と、到来波を受信する３つのアンテナの直交する２つのアンテナの各組み合わせの出力による楕円偏波の楕円軌跡の長軸の傾きΨｍと長軸と短軸の比Ρｍとの関係を予め記憶し、
前記デジタル信号処理回路は、空間的に互いに直交する３つのアンテナの出力を個別に時間軸上に蓄積し、
前記デジタル信号処理回路は、３つのアンテナのうちの直交する２つのアンテナの３種類の組み合わせについて、信号強度の時間的変化を回転偏波の一周期に亘り計算し、各直交する２つのアンテナに入力する回転偏波の楕円軌跡の長軸の傾きΨｍ及び長軸と短軸の比Ρｍ（ｍ＝１〜３）を計算し、
前記デジタル信号処理回路は、Ψｍ、Ρｍから、前記テーブルを用いて最も近い値を示す回転偏波の楕円軌跡の長軸の傾きΨ’ｍ及び長軸と短軸の比Ρ’ｍを求め、
前記デジタル信号処理回路は、前記テーブルを参照し、Ψ’ｍ、Ρ’ｍに対応するΘ、Φにより、自側の送信機の回転偏波を放射する方向を変化させ、さらに、相手側の無線機にΘ、Φを含む情報を伝送し、Θ、Φにより、相手側の送信機の回転偏波を放射する方向を変化させ、
前記デジタル信号処理回路は、回転偏波を放射する方向が変化された受信波について、前記テーブルで得られる回転偏波のΨ’ｍ，Ρ’ｍと、受信波から求まる回転偏波のΨｍ、Ρｍの差分の減少が予め定められた閾値以下になった時点で、前記テーブルに示されるΘ、Φを内部メモリに記憶し、Θ、Φにより設定される回転偏波で通信を行う
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項２に記載された無線通信システムにおいて、
前記デジタル信号処理回路は、
送信機の、余弦Ｘ軸重み付け回路及び正弦Ｘ軸重み付け回路をｓｉｎΘｃｏｓΦ、余弦Ｙ軸重み付け回路及び正弦Ｙ軸重み付け回路をｓｉｎΘｓｉｎΦ、余弦Ｚ軸重み付け回路及び正弦Ｚ軸重み付け回路をｃｏｓΘ、にそれぞれ設定し、
送信機は、任意の一方向に伝搬方向が一致する偏波が円の軌跡を持って周波数wで回転する回転偏波とあらゆる伝搬方向を持つ偏波が惰円の軌跡を持って周波数wで回転する回転偏波を空間に放射する、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項１に記載された無線通信システムにおいて、
一方の無線機の送信機及び他方の無線機の受信機は、同一の循環符号を共有し、
一方の無線機の送信機は、偏波が搬送波に比べて低い周波数で回転する電磁波に、回転周期と同一の周期を有する循環符号が掛け合わされた信号を重畳して送信し、
他方の無線機の受信機は、送信機が用いた循環符号と同一の符号を用いて、送信情報を再現する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項４に記載された無線通信システムにおいて、
一方の無線機の送信機及び他方の無線機の受信機は、異なる複数の循環符号を共有し、異なるタイミングで異なる前記循環符号を用い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に記載された無線通信システムにおいて、
一方の無線機の送信機及び他方の無線機の受信機は、同期符号を共有し、循環符号を用いるタイミングとは別のタイミングで同期符号を信号として送信し、一方の無線機の送信機及び他方の無線機の受信機で同期をとることを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
請求項１に記載された無線通信システムにおいて、
受信機は、タイマーを具備し、前記タイマーにより定められた一定期間毎に、前記テーブルを参照し、抽出した楕円軌跡を再現可能な有限複数個の固有の円軌跡を呈するひとつ又は複数の回転偏波を計算することを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
請求項１に記載された無線通信システムにおいて、
受信機は、ログメモリを具備し、受信した楕円回転偏波の到来方向及び楕円軌跡を含む情報を前記ログメモリに時系列的に記憶し、及び／又は、前記ログメモリから到来方向及び楕円軌跡を含む情報を外部装置に出力することを特徴とする無線通信システム。
【請求項９】
請求項１に記載された無線通信システムにおいて、
第１の受信アンテナと第２の受信アンテナと第３の受信アンテナを切り替える受信アンテナ切り替えスイッチを備えたこと、
又は、
第１乃至第３の送受共用アンテナにそれぞれ接続された第１乃至第３のサーキュレータ又は第１乃至第３のアンテナスイッチ
を備えたこと、
を特徴とする無線通信システム。
【請求項１０】
請求項１に記載された無線通信システムにおいて、
２つの送受共用アンテナと１つの受信アンテナと、
前記２つの送受共用アンテナに接続された２つのサーキュレータ
を備え、
送信機は、異なる２周波数の余弦発生回路と正弦波発生回路の計４種類の回路を用いて情報に信号を重畳し、２周波数の差の半分の周波数で偏波が回転する電波を生成することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１１】
請求項１に記載された無線通信システムにおいて、
電界に感度を有する空間的に直交する２つのアンテナと、
前記２つのアンテナが張る面内の磁界に感度を有する前記面内の第３のアンテナ
を備え、
受信機は、３つのアンテナからの出力を個別に処理する３つの回路群を有し、前記回路群の出力を処理するデジタル信号処理部を有する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１２】
無線機であって、
送信機により、搬送波の周波数とは異なる周波数で偏波が搬送波に比べて低い周波数で回転する電波を用いて送信された、情報を受信し、
３つのアンテナを用いて３次元的に多方向からの偏波の到来波を受信し、互いに直交する３軸に平行な偏波の３つの信号を得て、
到来波の３次元的合成によって得られる楕円回転偏波の到来方向及び長軸の傾き並びに長軸と短軸の比を含む楕円軌跡を抽出し、
３次元的に複数の方向から到来する回転偏波の到来方向及び楕円軌跡の組み合わせに対する３つのアンテナから得られる出力を予め記憶したテーブルを参照し、抽出した楕円軌跡を再現可能な有限複数個の固有の円軌跡を呈するひとつ又は複数の回転偏波を求め、
求めたひとつ又は複数の回転偏波に対応する伝送路を用いて通信を行う、
無線機。
【請求項１３】
無線通信システムにおける無線通信方法であって、
送信機は、搬送波の周波数とは異なる周波数で偏波が搬送波に比べて低い周波数で回転する電波を用いて、情報を送信し、
受信機は、
３つのアンテナを用いて３次元的に多方向からの偏波の到来波を受信し、互いに直交する３軸に平行な偏波の３つの信号を得て、
到来波の３次元的合成によって得られる楕円回転偏波の到来方向及び長軸の傾き並びに長軸と短軸の比を含む楕円軌跡を抽出し、
３次元的に複数の方向から到来する回転偏波の到来方向及び楕円軌跡の組み合わせに対する３つのアンテナから得られる出力を予め記憶したテーブルを参照し、抽出した楕円軌跡を再現可能な有限複数個の固有の円軌跡を呈するひとつ又は複数の回転偏波を求め、
求めたひとつ又は複数の回転偏波に対応する伝送路を用いて通信を行う、
無線通信方法。
【請求項１４】
請求項１に記載された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１５】
請求項１に記載された無線通信システムを適用した変電所制御システム。
【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、無線機、無線通信方法、昇降機制御システム及び変電所制御システムに係り、特に、送信機が時系列的に異なる偏波を用いて送信を行い、受信機が同時に異なる偏波で受信を行う、偏波を制御する無線通信システム、無線機、同無線通信システムを運用するための無線通信方法、同無線通信システムを用いる昇降機制御システム及び変電所制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
持続的発展可能な社会の実現に向けて、エネルギー、水、ガス、石油等を生産・分配する社会インフラシステムの高効率運用が重要となっている。社会インフラシステムの高効率運用は、例えば、同システムを構成する機器の高効率動作により実現され、同動作を可能とする機器の監視・制御ネットワーク等を必要とする。同機器の高効率動作を行う為に、同機器に多数のセンサを配置し、得られた多くのデータから機器の稼働状況を推測・予測する技術が有望視されている。このように多くのセンサからのデータを収集・解析し、稼働状況推測し、制御情報を同機器に伝達する為のネットワークは、伝送経路が極めて多数となるため、従来の有線技術に代わり無線技術によるネットワークの構成が望まれる。社会インフラシステムは社会にライフラインを提供するので、ネットワークが人為的あるいは自然的に特定の伝送路が障害および妨害を受けた場合に、該障害・妨害を受けた伝送路を用いない通信を行い、ライフラインを提供可能な機能が極めて重要である。一般に無線通信では伝送路が開放空間であるので、自動的に複数の伝送路が送受信点間に形成されるが、一般にそれらを一括して送受信するため、人為的あるいは自然的に発生した特定の伝送路の障害および妨害に対してネットワークの通信品質は劣化する場合が想定され、ネットワークダウンにまで及ぶ可能性がある。有線通信では外部者が伝送路を特定できるので、外部者が伝送路を発見・介入した場合、ライフラインの供給に深刻な影響を与える可能性を完全には否定できない。すなわち、従来技術の無線通信および有線通信では、人為的あるいは自然的な特定の伝送路の障害および妨害に対して、強い耐性を持つネットワークを必ずしも実現できていない場合が想定される。
【０００３】
社会インフラシステムを構成する機器に配置されるセンサおよび同機器を制御するアクチュエータは同機器自体が電磁波散乱体となるので、電磁波を通信媒体として用いる無線ネットワークでは、同ネットワークを構成する無線機が見通し状態で通信をすることが期待できず、該機器により反射された多重反射波を用いる非見通し状態で通信をするという特殊な状況で運用される。電磁波はベクトル波であり反射により進行方向に垂直な偏波と呼ばれる物理実態が固有な変化をするために、送信機から自動的に複数の方向に放射された同一偏波の電波は、複数の機器により固有の反射を行い、受信機に複数の伝搬路を通じて固有の偏波の変化を受けた複数の電波として到来する。従って、受信機はこれら複数の到来電波のベクトル合成によって生じる予測不能な偏波方向を用いることとなる。電磁波を用いる無線通信の送受対称性により、送受信間に生じる予測不能な偏波方向の変化は特定の送受信機の対に固有なものであり、且つ電波環境が変化することで時々刻々と不規則な変化をする。
【０００４】
従来技術としては、送信機と受信機が電波環境の変化に対応して最適な一組の偏波を用いて通信品質の向上を目指す通信システムが、特開２００３−５２０５４５号公報記載の先行技術にて提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−５２０５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような該先行技術では、送受信間で特定の一組の偏波を用いて通信を行うために、送受信間で単一の伝送路を用いることとなり、人為的あるいは自然的な特定の伝送路の障害および妨害に対して、通信品質が大きく変動するという課題があった。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、伝送路の障害および妨害に対し強い耐性を持つネットワークを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の解決手段によると、
無線通信システムであって、
送信機は、搬送波の周波数とは異なる周波数で偏波が搬送波に比べて低い周波数で回転する電波を用いて、情報を送信し、
受信機は、
３つのアンテナを用いて３次元的に多方向からの偏波の到来波を受信し、互いに直交する３軸に平行な偏波の３つの信号を得て、
到来波の３次元的合成によって得られる楕円回転偏波の到来方向及び長軸の傾き並びに長軸と短軸の比を含む楕円軌跡を抽出し、
３次元的に複数の方向から到来する回転偏波の到来方向及び楕円軌跡の組み合わせに対する３つのアンテナから得られる出力を予め記憶したテーブルを参照し、抽出した楕円軌跡を再現可能な有限複数個の固有の円軌跡を呈するひとつ又は複数の回転偏波を求め、
求めたひとつ又は複数の回転偏波に対応する伝送路を用いて通信を行う、
無線通信システムが提供される。
【０００９】
本発明の第２の解決手段によると、
無線機であって、
送信機により、搬送波の周波数とは異なる周波数で偏波が搬送波に比べて低い周波数で回転する電波を用いて送信された、情報を受信し、
３つのアンテナを用いて３次元的に多方向からの偏波の到来波を受信し、互いに直交する３軸に平行な偏波の３つの信号を得て、
到来波の３次元的合成によって得られる楕円回転偏波の到来方向及び長軸の傾き並びに長軸と短軸の比を含む楕円軌跡を抽出し、
３次元的に複数の方向から到来する回転偏波の到来方向及び楕円軌跡の組み合わせに対する３つのアンテナから得られる出力を予め記憶したテーブルを参照し、抽出した楕円軌跡を再現可能な有限複数個の固有の円軌跡を呈するひとつ又は複数の回転偏波を求め、
求めたひとつ又は複数の回転偏波に対応する伝送路を用いて通信を行う、
無線機が提供される。
【００１０】
本発明の第３の解決手段によると、
無線通信システムにおける無線通信方法であって、
送信機は、搬送波の周波数とは異なる周波数で偏波が搬送波に比べて低い周波数で回転する電波を用いて、情報を送信し、
受信機は、
３つのアンテナを用いて３次元的に多方向からの偏波の到来波を受信し、互いに直交する３軸に平行な偏波の３つの信号を得て、
到来波の３次元的合成によって得られる楕円回転偏波の到来方向及び長軸の傾き並びに長軸と短軸の比を含む楕円軌跡を抽出し、
３次元的に複数の方向から到来する回転偏波の到来方向及び楕円軌跡の組み合わせに対する３つのアンテナから得られる出力を予め記憶したテーブルを参照し、抽出した楕円軌跡を再現可能な有限複数個の固有の円軌跡を呈するひとつ又は複数の回転偏波を求め、
求めたひとつ又は複数の回転偏波に対応する伝送路を用いて通信を行う、
無線通信方法が提供される。
【００１１】
本発明の第４の解決手段によると、
上述のような無線通信システムを適用した昇降機制御システムが提供される。
本発明の第５の解決手段によると、
上述のような無線通信システムを適用した変電所制御システムが提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、伝送路の障害および妨害に対し強い耐性を持つネットワークを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施例の無線通信システムの構成図の例である。
【図２】本実施例の無線通信システムの他の構成図の例である。
【図３】本実施例の無線通信システムの他の構成図の例である。
【図４】本実施例の無線通信システムの他の構成図の例である。
【図５】本実施例の無線通信システムの他の構成図の例である。
【図６】本実施例の無線通信システムの他の構成図の例である。
【図７】本実施例の無線通信システムの他の構成図の例である。
【図８】本実施例の無線通信システムの無線機の構造図の例である。
【図９】本実施例の無線通信システムの他の無線機の構造図の例である。
【図１０】本実施例の無線通信システムの他の無線機の構造図の例である。
【図１１】本実施例の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１２】本実施例の無線通信システムを適用した変電所システムの構成図の例である。
【図１３】本実施例の無線通信システムの動作を説明する図である。
【図１４】本実施例の回転偏波の組み合わせと出力についてのテーブルの説明図である。
【図１５】本実施例のデジタル信号処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
Ａ．概要
本実施例においては、送信機および受信機が複数の偏波を用いて通信を行い、該複数の偏波に対応する複数の伝送路の異なる組み合わせにより複数の異なる受信波を形成し、該複数の受信波を用いて、特定の伝送路からの信号を選択的に再現し、人為的あるいは自然的に特定の伝送路が障害および妨害を受けた場合に、該障害・妨害を受けた伝送路を用いない通信を行う。
【００１５】
本実施例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、送受信機能を具備する一対の無線機が同時に、送信機が情報を搬送波の周波数とは異なる周波数で偏波が回転する電波を用い送信し、受信機は複数のアンテナを用いて三次元的にあらゆる偏波の到来波を受信し、到来波の三次元的合成によって得られる任意の回転面ベクトルを有する楕円回転偏波の軌跡を抽出し、同軌跡を再現可能な有限複数個の固有な回転面ベクトルを有する円軌跡を呈する回転偏波を計算で得て、得られた複数の回転偏波に対応する伝送路を選択的に用いて通信を行うことを特徴とすることができる。
【００１６】
本実施例では、送信機が搬送波の周波数と比べて十分に低い周波数で偏波が回転する電波を用いて送信を行う場合、受信機は複数の伝播路を経由した到来波の三次元的ベクトル和を受信する。各伝搬路を経由した到来波は受信点ではやはり回転偏波であるから、該三次元的ベクトル和は任意の回転面ベクトルを有する楕円回転偏波となる。この楕円円偏波軌跡は、有限の複数個の円偏波により三次元的に再現可能であるため、固有の回転面ベクトルと固有の偏波角度シフトで識別可能な、有限個の回転偏波回転伝送路を得ることができる。任意の回転面ベクトルを有する回転偏波は同回転面ベクトルと方向が一致する直線偏波アンテナにより強度を極端に（例えば、１００分の１以下）できる。更に、十分低い偏波の回転周波数に対応する一周期にサイドローブの低い循環符号を対応付けることで、同アンテナと回転面ベクトルの方向が一致しない回転偏波は同循環符号の高い符号利得によりそのすべての回転偏波で運ばれる信号は再現される。これらの特性を用いて、受信した三次元的偏波軌跡を再現する複数の個々の回転偏波を伝播する伝送路を選択することができ、障害・妨害を受けた伝送路を用いない通信が可能となるので、人為的あるいは自然的な特定の伝送路の障害および妨害に対し強い耐性を持つネットワークを実現することができる。
【００１７】
Ｂ．無線機及び無線通信システム
【実施例１】
【００１８】
本実施例では、送受信機（無線機）が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの構成例を図１および図１３を用いて説明する。
【００１９】
図１は、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの構成図の例である。
【００２０】
第一の無線機３０１の送信機は、情報信号発生器１の出力を二分岐した一方に循環符号発生回路１１の出力を第一の送信乗算器２により重畳し続いて第二の送信乗算器４により余弦回転偏波周波数発生回路３の出力を掛け合わせその出力を三分岐する。第一の分岐出力が余弦Ｘ軸重み付け回路５により定数倍されて第一の送信合成回路７の第一入力となり、第二の分岐出力が余弦Ｙ軸重み付け回路１５により定数倍されて第二の送信合成回路１７の第一入力となり、第三の分岐出力が余弦Ｚ軸重み付け回路２５により定数倍されて第三の送信合成回路２７の第一入力となる。情報信号発生器１の出力を二分岐した他方に、循環符号発生回路１１の出力を第四の送信乗算器１２により重畳し、続いて第五の送信乗算器１４により正弦回転偏波周波数発生回路１３の出力を掛け合わせ、その出力を三分岐する。第一の分岐出力が正弦Ｘ軸重み付け回路６により定数倍されて第一の送信合成回路７の第二入力となり、第二の分岐出力が正弦Ｙ軸重み付け回路１６により定数倍されて第二の送信合成回路１７の第二入力となり、第三の分岐出力が正弦Ｚ軸重み付け回路２６により定数倍されて第三の送信合成回路２７の第二入力となる。第一の送信合成回路７の出力に第五の送信乗算器８により搬送波周波数発生回路３９の出力を掛け合わせ、第一の電力増幅器９を介して第一の送信アンテナ１０から空間に電波を放射し、第二の送信合成回路１７の出力に第六の送信乗算器１８により搬送波周波数発生回路３９の出力を掛け合わせ第二の電力増幅器１９を介して第二の送信アンテナ２０から空間に電波を放射し、第三の送信合成回路２７の出力に第七の送信乗算器２８により搬送波周波数発生回路３９の出力を掛け合わせ第三の電力増幅器２９を介して第三の送信アンテナ３０から空間に電波を放射する。各送信アンテナ１０，２０，３０は互いに空間的に直交する。
【００２１】
第一の無線機３０１の受信機は、空間的に直交する第一の受信アンテナ１４０と第二の受信アンテナ１５０と第三の受信アンテナ１６０を用いて同時に受信電界を得る。第一の受信アンテナ１４０の出力は、第一の低雑音増幅器１４１によって増幅された後、第一の受信乗算器１４２によって搬送波周波数と同一周波数の信号を発生する局部発信回路１４９の出力が掛合わされその出力が第一の帯域通過フィルタ１４３を介して第一のバッファアンプ１４４に入力され、その出力が複数の第一の遅延器１４５で順次遅延されデジタル信号処理回路１４８に夫々入力される。第二の受信アンテナ１５０の出力は、第二の低雑音増幅器１５１によって増幅された後、第二の受信乗算器１５２によって搬送波周波数と同一周波数の信号を発生する局部発信回路１４９の出力が掛合わされその出力が第二の帯域通過フィルタ１５３を介して第二のバッファアンプ１５４に入力され、その出力が複数の第二の遅延器１５５で順次遅延されデジタル信号処理回路１４８に夫々入力される。第三の受信アンテナ１６０の出力は、第三の低雑音増幅器１６１によって増幅された後、第三の受信乗算器１６２によって搬送波周波数と同一周波数の信号を発生する局部発信回路１４９の出力が掛合わされ、その出力が第三の帯域通過フィルタ１６３を介して第三のバッファアンプ１６４に入力され、その出力が複数の第三の遅延器１６５で順次遅延されデジタル信号処理回路１４８に夫々入力される。情報信号発生器１、循環符号発生回路１１、第一の送信乗算器２、第二の送信乗算器４、余弦回転偏波周波数発生回路３、余弦Ｘ軸重み付け回路５、第一の送信合成回路７、余弦Ｙ軸重み付け回路１５、第二の送信合成回路１７、余弦Ｚ軸重み付け回路２５、第三の送信合成回路２７、第四の送信乗算器１２、第五の送信乗算器１４、正弦回転偏波周波数発生回路１３、正弦Ｘ軸重み付け回路６、正弦Ｙ軸重み付け回路１６、正弦Ｚ軸重み付け回路２６、第一の遅延器１４５、信号処理回路１４８、第二の遅延器１５５、第三の遅延器１６５は、デジタルモジュール２０１内に形成される。
【００２２】
第二の無線機４０１も第一の無線機３０１と同様の構成・動作をとるので説明を省略する。なお、第一無線機３０１の送信機の各部の番号と、第二の無線機４０１の送信機の各部の１００番台の番号とが対応して示し、また、第二無線機４０１の受信機の各部の番号と、第一の無線機３０１の受信機の各部の１００番台の番号とが対応して示される。
【００２３】
無線機３０１は空間的に互いに直交する三つの送信アンテナ１０および２０および３０を具備する。これらのアンテナには余弦Ｘ軸重み付け回路５、余弦Ｙ軸重み付け回路１５、余弦Ｚ軸重み付け回路２５および正弦Ｘ軸重み付け回路６、正弦Ｙ軸重み付け回路１６、正弦Ｚ軸重み付け回路２６により振幅重みが付けられる。三つの余弦重み付け回路の共通入力と三つの正弦重み付け回路の共通入力は空間的に互いに直交する２アンテナに対する入力である。この互いに直交する２アンテナからの電波を三次元的に回転させるためには、これら２アンテナに対して同一の空間回転重みを与えればよい。この空間重みの与え方には無数の方法があるがたとえばオイラー角θとφをパラメータとして用いれば、余弦Ｘ軸重み付け回路５および正弦Ｘ軸重み付け回路６はｓｉｎθｃｏｓφ、余弦Ｙ軸重み付け回路１５および正弦Ｙ軸重み付け回路１６はｓｉｎθｓｉｎφ、余弦Ｚ軸重み付け回路２５および正弦Ｚ軸重み付け回路２６はｃｏｓθとなる。これらのパラメータはデジタル信号処理回路１４８によって制御される。その結果、無線機３０１は任意の一方向に伝搬方向が一致する偏波が円の軌跡を持って周波数ωで回転する回転偏波とあらゆる（多方向の）伝搬方向を持つ偏波が惰円の軌跡を持って周波数ωで回転する回転偏波を空間に放射する。厳密にいえば、偏波が円の軌跡を持って周波数ωで回転する回転偏波の伝搬方向に直交方向には偏波が固定の方向で大きさが周波数ωで変化する固定偏波が放射されるが、これを広義の意味で偏波が惰円の軌跡を持って周波数ωで回転する回転偏波と呼んでも差し支えない。無線機４０１の送信に関しても同様の動作がなされる。
【００２４】
無線機４０１は空間的に互いに直交する三つの受信アンテナ４０および５０および６０を具備する。送信機から放射された一つの偏波が円の軌跡を持って周波数ωで回転する回転偏波および無数の偏波が惰円の軌跡を持って周波数ωで回転する回転偏波は、送受信を行う二つの無線機を取り囲む一般に複数の電波散乱体の表面で反射される。この反射の際に回転偏波の該表面に対する入射角と該表面の法線方向に固有な値で回転偏波の偏波角度シフトを受ける。送信機から送信された回転偏波のうち受信機に到達する電波散乱体の表面で反射された回転偏波は、送信点と反射点と受信点の間でスネルの法則を満足するものに限られる。従って、送信機から送信された回転偏波のうち受信機に到達する回転偏波の数は有限となる。受信機は三次元的に複数の方向から到来する回転偏波の多数の組み合わせに対する３アンテナが得る３出力を記憶したテーブルをあらかじめ具備している。そのテーブルの作成法は無数にあるが、たとえば図１４のように作成できる。
【００２５】
図１４は、本実施例の回転偏波の組み合わせと出力についてのテーブルの説明図である。
図１４のテーブルは次のように作成されている。有限の複数の到来方向を持つ回転偏波の合成は特定の一方向から到来する偏波が惰円の軌跡を持って周波数ωで回転する回転偏波になるから、空間的に互いに直交する３アンテナのうち２アンテナの組み合わせが出力する信号は特定の一方向から到来する偏波が一般に長軸が傾いている（仮想的二次元座標中である角度で回転した）惰円の軌跡を持って周波数ωで回転する回転偏波の軌跡を示す。受信機に到来する波の数は有限であることが分かっているので、この数をある整数Ｎを上限として定める。受信機が具備する空間的に互いに他と直交する３アンテナにより識別できる一つの到来波の到来方向の精度には現実的に限界があるので、その分解能をΔΘとΔΦで表わす。ΔΘは０°から１８０°の値を変化する仰角Θの分解能であり、ΔΦは０°から３６０°の値を変化する方位角Φの分解能である。偏波が円の軌跡を持って周波数ωで回転する回転偏波を偏波が惰円の軌跡を持って周波数ωで回転する回転偏波の特殊な場合と考えて、楕円軌跡の長軸の傾きをψ、長軸と短軸の比をρとする。受信機のψおよびρの計算精度にも限界があるから、それらの分解能をΔψとΔρとする。Δψは０°から１８０°の値を変化するψの分解能であり、Δρは１からＲの値を変化するρの分解能である。ここでＲはある整数を上限として定める。各分解能を用いて、Θ、Φ、ψ、ρの候補値をｉΔΘ、ｊΔΦ、ｋΔψ、ｌΔρと表わすことができ、これらをΘｉ、Φｊ、ψｋ、ρｌとする。但し、ｉ、ｊ、ｋは非負の整数でありｌは正の整数である。複数のΘｉ、Φｊ、ψｋ、ρｌを有する到来波による受信３アンテナの直交する２アンテナの各組み合わせの出力の偏波の楕円軌跡の長軸の傾きと長軸と短軸の比を夫々Ψｍ、Ρｍとする。ｍは１から３の受信３アンテナの直交する２アンテナの各組み合わせを識別する変数である。ｉ、ｊ、ｋ、ｌの個数をＩ、Ｊ、Ｋ、Ｌとすれば図１４のテーブルの列の数はＩ×Ｊ×Ｋ×Ｌ＋３であり、第２行以下の行の数はＩ＊Ｊ＊Ｋ＊ＬＣＮである。
【００２６】
図１５は、本実施例のデジタル信号処理のフローチャートである。
以下に、デジタル信号処理回路４８および１４８の処理の概要を図１５のフローチャートを用いて説明する。
デジタル信号処理回路４８および１４８は、まず、ΔΨｍ＝０，ΔΡｍ＝０として、変数初期化を行う（Ｓ１０１）。つぎに、デジタル信号処理回路４８および１４８は、空間的に互いに直交する３アンテナの出力を個別に時間軸上に蓄積する（Ｓ１０３）。上述のように、余弦Ｘ軸重み付け回路５および正弦Ｘ軸重み付け回路６がｓｉｎθｃｏｓφ、余弦Ｙ軸重み付け回路１５および正弦Ｙ軸重み付け回路１６がｓｉｎθｓｉｎφ、余弦Ｚ軸重み付け回路２５および正弦Ｚ軸重み付け回路２６がｃｏｓθである場合、Ｅ１（ｔ）＝ｒｓｉｎθｃｏｓφ，Ｅ２（ｔ）＝ｒｓｉｎθｓｉｎφ），Ｅ３（ｔ）＝ｒｃｏｓθ、となる（なお、ｒは振幅を表す。）。つぎに、デジタル信号処理回路４８および１４８は、それらの２つの組み合わせ三種類について信号強度の時間的変化を回転偏波の一周期に亘り計算し、各直交２アンテナに入力する回転偏波の偏波の軌跡を求め、各直交２アンテナに入力する回転偏波の楕円軌跡の長軸の傾きΨｍと長軸と短軸の比Ρｍを該軌跡から計算で求める［（Ψ１，Ρ１），（Ψ２，Ρ２），（Ψ３，Ρ３）］（Ｓ１０５）。つぎに、デジタル信号処理回路４８および１４８は、求めたΨｍ、Ρｍから図１４のテーブルを用いて最も近い値を示す回転偏波の組Ψ’ｍ，Ρ’ｍを見つける［（Ψ’１，Ρ’１），  （Ψ’２，Ρ’２），（Ψ’３，Ρ’３）］（Ｓ１０７）。ここで、最初は、デジタル信号処理回路４８および１４８は、ステップＳ１０１の初期化された変数により、ステップＳ１０９はＹｅｓとなり、ステップＳ１１１に移行する。デジタル信号処理回路４８および１４８は、テーブルで得られる回転偏波の組が示す該直交２アンテナの組に対する長軸の傾きと長軸と短軸の比（Ψ’ｍ、Ρ’ｍ）と、受信波から求まる値Ψｍ、Ρｍの差分をΔΨｍ、ΔΡｍとして内部メモリ等の適宜のメモリに記憶する（Ｓ１１１）。
【００２７】
つぎに、デジタル信号処理回路４８および１４８は、テーブルを参照し、Ψ’ｍ、Ρ’ｍに対応するΘ、Φにより、θ、φを設定し、送信機の回転偏波を放射する方向を余弦Ｘ軸重み付け回路５、余弦Ｙ軸重み付け回路１５、余弦Ｚ軸重み付け回路２５および正弦Ｘ軸重み付け回路６、正弦Ｙ軸重み付け回路１６、正弦Ｚ軸重み付け回路２６のパラメータを変化させる（Ｓ１１３）。
【００２８】
デジタル信号処理回路４８および１４８は、空間的に直交する３つの送信アンテナを用いて空間の特定の一方向に回転偏波を角度θ、φを設定することにより放射することが出来る。回転偏波の放射方向を制御する必要性が生じるのは、テーブルで得られる回転偏波の組により再現する一つの楕円軌跡の回転偏波の軌跡が、実際に受信される楕円軌跡の回転偏波の軌跡との差が大きい場合である。テーブルが格納可能な有限数の回転偏波の組の数は限られるので、理想的にはΘ、Φ、ψ、ρの候補値は連続値でなくてはならないところを、ある分解能を定めて有限個の離散値で代表させる。この分解能がΘ、Φ、ψ、ρの候補値が如何に実際に受信している楕円軌跡の回転偏波を構成する回転偏波を忠実に模擬しているかを決定する。テーブルの容量は現実的に限界があるので、送信する回転偏波の方向を微小に変化させることで、テーブルで得られる回転偏波の組により再現する一つの楕円軌跡の回転偏波の軌跡と、実際に受信される楕円軌跡の回転偏波の軌跡との差を、縮小する。デジタル信号処理回路４８および１４８は、３つの送信アンテナに結合する三つの余弦重み付け回路の共通入力と三つの正弦重み付け回路の値を適当なアルゴリズム（たとえばランダム変化あるいはパラメータの逐次微小変化）で変化させ、得られたΘ、Φ、ψ、ρの候補値によって再現される楕円軌跡の回転偏波の軌跡と、実際に受信信号から得られる同軌跡とが、限りなく近くなるように制御を行う。
【００２９】
さらに、詳細に説明すると、次のようになる。テーブルに記載されているψ、ρは、受信機に到来する楕円偏波軌跡の回転偏波のものである。送信機は、求められたΘ、Φ（Θ、Φの組が複数ある場合は、そのうちの特定の一つ）を、新たなθ、φとして送信する。そして上述の動作を繰り返す。それにより、送信機が用いるθ、φと受信機が計算（テーブル参照比較）で得るΘ、Φとの差は、一定値（ゼロとは限らない）に収束してゆく。Θ、Φの組が複数ある場合を詳細に説明すると、次のようになる。たとえば、Θ、Φの組が（Θ１、Φ１）、（Θ２、Φ２）、（Θ３、Φ３）であったとする。これよりΘ１、Φ１を選び、送信機が用いるθ、φとする。次に得られるΘ、Φの組のうち元のΘ１、Φ１に近いものを選んで、次の送信機が用いるθ、φとする。受信機が計算（テーブル参照比較）で得るΘ、Φの複数の組のどれもが前回選んだΘ、Φの組に対して大幅に値が異なる場合は、得られたΘ、Φの複数の組からランダムに一組選んで、次の送信機が用いるθ、φとする。このような処理を繰り返す。これにより、最終的に送信機が送信するθ、φで決まる伝搬方向の円偏波軌跡の回転偏波が、送受信機間に存在する複数の電波反射体により複数の反射を受けて、固有のΘ、Φ、ψ、ρの組を持つ複数の楕円偏波軌跡の回転偏波へと変換されることになる。
【００３０】
また、デジタル信号処理回路４８および１４８は、自側の無線機の送信機のパラメータを設定するとともに、相手側の無線機にもこの情報を伝送することで相手側の無線機の送信機のパラメータも相手側の無線機のデジタル信号処理回路１４８および４８が設定する。相手側の無線機にこれらのパラメータの情報を伝送する方法は適宜の手法により実施すれば良い。パラメータを変化した後、デジタル信号処理回路４８および１４８は、ステップＳ１０３に戻り、受信波について同様の操作を行う。
【００３１】
デジタル信号処理回路４８および１４８は、新たに計算された差分をΔΨｍ、ΔΡｍが減少する間は同様の操作を繰り返し、（例えば、予め定められた定められた閾値と比較する等により、）同差分の減少が頭打ちになった時点で（Ｓ１０９）、テーブルに示される複数の回転偏波の組を通信に用いている（通信に用いる）有限数の回転偏波と決定する（Ｓ１１５）。なお、デジタル信号処理回路４８および１４８は、パラメータの情報（Θ、Φを含む情）を内部メモリに記憶してもよい。送信機が放射する回転偏波の方向を変化させる手法についてはこれまで色々な方法が知られており、その代表はランダムに方向を変化させるものと、該方向を微小に変化させ目的関数の極小化を目指すものがある。後者の場合、図１５のフローチャートで示される操作は、送信機が放射する回転偏波の方向を特定方向に変化させ、目的関数であるΔΨｍ、ΔΡｍが減少する間はその方向を保ちΔΨｍ、ΔΡｍが増加した場合はその方向を変化させ、方向の変化に係わらず目的関数であるΔΨｍ、ΔΡｍが収束したと判断された場合操作を終了させることになる。
【００３２】
受信波に到来する有限の回転偏波が定まった後は、有限数の各回転偏波の伝搬方向および各時刻での偏波方向が分かるので、空間的に互いに他と直交する３アンテナの出力をデジタル信号処理回路に蓄えて、これらに重み付けを行い加算することで該３アンテナにより空間に仮想的に実現される特定の偏波方向を有するアンテナを実現し、特定の伝搬方向および特定の偏波の電波を受信させないことが可能となる。重み付けと仮想アンテナの方向に関する技術は、送信アンテナで用いた技術と同様である。このような原理で本実施例では、特定の伝搬方向の到来波、すなわち送受信点間に形成される特定の伝搬路を選択することが可能となる。
【００３３】
第一の無線機３０１および第二の無線機４０１は同時に偏波を回転偏波周波数で周期的に変化させ通信しているため、該回転偏波周波数を十分に低くすることにより、第一の無線機３０１の送受信タイミングと第二の無線機４０１の送受信タイミングを実質的に同一とすることができる。たとえば通信のサービスエリアが数１００ｍである場合、回転偏波の周波数を１００ｋＨｚとすれば同周波数に対応する波長は３ｋｍとなる。一般に電波の位相差が１／１０波長以下である場合、該位相が通信に影響を与える可能性は少ない。なぜならば、電波の振幅が減衰を受ける干渉は１／２波長で最大となり、１／１０波長では減衰の効果は実用的に無視できる。また、一般の通信で用いる位相変調はＢＰＳｋ，ＱＰＳＫであり１／２波長および１／４波長に対応する位相の変化を基本とするので、１／１０波長に対応する位相の変化では位相変調に対する効果は実用上無視できる。非常に高速のデータを伝送するためにより多値の位相変調を行う場合は、１／１６波長に対応する位相の変化あるいは１／６４波長に対応する位相の変化を用いるが、この場合１／１０波長に対応する位相の変化は無視できない。本発明及び／又は本実施例の背景はライフラインを提供する機器の監視・制御であり、現状その用途に適合する情報伝送量は数１００ｋｂｐｓ以下のオーダーであり、１／１０波長に対応する位相の変化が問題となるような高速のデータ伝送は不要である。
【００３４】
図１３は、本実施例の無線通信システムの動作を説明する図である。
一般に、回転偏波の周波数は送受信機間に存在する複数の電磁波散乱体となる什器の配置間隔に比べて同周波数に対する波長が十分に長い（５倍以上）にとることが望ましい。この場合、第一の無線機３０１から複数の伝播路を介して第二の無線機４０１に到着する複数の到来波は偏波の回転に対しては位相が揃っていると見做してよいので、固有の回転面ベクトルを有し送信偏波と固有の偏波角度差を持つ回転偏波周波数を同じくする単一の回転偏波となる。第二の無線機４０１は空間的に直交する第一の受信アンテナ４０と第二の受信アンテナ５０と第三の受信アンテナ６０の出力から搬送波成分を取り除き、三系統の回転偏波周波数の信号をデジタル信号処理によって該回転偏波の周期より十分に短い時間で（四分の一以下で八分の一以下が望ましい）サンプリングし、ベースバンド信号として用いることにより、複数の到来波のベクトル合成の偏波の軌跡を三次元的に計算し求めることができる。この計算で得られた三次元的軌跡は図１３に示すように任意の回転面ベクトルを有する単独の楕円回転偏波となる。回転周波数は送信回転偏波と等しい。この任意の回転面ベクトルを有する単独の楕円回転偏波は、先述のとおり、固有の回転面ベクトルを有する有限の回転偏波を用いて計算により再構成することができる。
【００３５】
この楕円円偏波軌跡は、有限の複数個の円偏波により三次元的に再現可能であるため、固有の回転面ベクトルと固有の偏波角度シフトで識別可能な、有限個の回転偏波回転伝送路を得ることができる。任意の回転面ベクトルを有する回転偏波は同回転面ベクトルと方向が一致する直線偏波アンテナにより強度を極端に（１００分の１以下）できる。更に、十分低い偏波の回転周波数に対応する一周期にサイドローブの低い循環符号が循環符号発生回路で生成されこれが回転偏波の一周期に対応付けられているので、同アンテナと回転面ベクトルの方向が一致しない回転偏波は同循環符号の高い符号利得によりそのすべての回転偏波で運ばれる信号は再現される。本実施例では、これらの特性を用いて、受信した三次元的偏波軌跡を再現する複数の個々の回転偏波を伝播する伝送路を選択することができ、障害・妨害を受けた伝送路を用いない通信が可能となるので、人為的あるいは自然的な特定の伝送路の障害および妨害に対し強い耐性を持つネットワークを実現することができる。
【００３６】
第一の無線機301と第二の無線機401は同時に送受信を行うことで無線通信の対称性より回転偏波の周波数では同時に偏波角度の情報を自動的に共有すると考えてよいので、各無線機の受信機の受信感度が最大となるタイミングをベースバンド回路は知ることができ、その時の循環符号の初期位相と立体的重み付けも知ることができる。本実施例では、ベースバンド回路がこの初期位相データと立体的重み付けデータを循環符号生成回路、余弦Ｘ軸重み付け回路、余弦Ｙ軸重み付け回路、余弦Ｚ軸重み付け回路、正弦Ｘ軸重み付け回路、正弦Ｙ軸重み付け回路、正弦Ｚ軸重み付け回路に供給することにより、送受信間で良好な通信品質を無線システムが稼働している電波環境の変化に追随して良好に保つ効果がある。
【実施例２】
【００３７】
本実施例では、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成例を図２を用いて説明する。
【００３８】
図２は、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成図の例である。図１の実施例と異なる点は、第一の無線機３０２および第二の無線機４０２が、余弦Ｘ軸重み付け回路５および１０５、余弦Ｙ軸重み付け回路１５および１１５、余弦Ｚ軸重み付け回路２５および１２５、正弦Ｘ軸重み付け回路６および１０６、正弦Ｙ軸重み付け回路１６および１１６、正弦Ｚ軸重み付け回路２６および１２６、第一の送信合成回路７および１０７、第二の送信合成回路１７および１１７、第三の送信合成回路２７および１２７、第六の送信乗算器１８および１１８、第二の電力増幅器１９および１１９、第二の送信アンテナ２０および１２０を具備せず、複合制御線３１および１３１が単一の制御線に置き換わっている点である。図示のように、各部が、デジタルモジュール２０２内、デジタルモジュール２０２ａ内にそれぞれ形成される。
【００３９】
本実施例によれば、無線機３０２および４０２の送信機は、任意の方向に回転偏波を放射することができず、固定の一方向にのみ回転偏波を放射するので、送信機が最適な回転偏波の放射方向を用いることができない場合が想定される。しかしながら、送信機と受信機の間に多くの什器等が存在し、送信機から放射された電波が複数の異なる経路で受信機に到達する反射波が多い環境では、それらの反射によって形成される受信機が選択的に用いることができる回転偏波の数も大きいので、図１の実施例の送信する回転偏波の方向に関する機能以外の機能をより少ない構成要素で実現できるので、無線機の製造コストを低減することができる。
【実施例３】
【００４０】
本実施例では、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成例を図３を用いて説明する。
図３は、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成図の例である。図２の実施例と異なる点は、第一の無線機３０３および第二の無線機４０３が、第二の低雑音増幅器５１および１５１、第三の低雑音増幅器６１および１６１、第二の受信乗算器５２および１５２、第三の受信乗算器６２および１６２、第二の帯域通過フィルタ５３および１５３、第三の帯域通過フィルタ６３および１６３、第二のバッファアンプ５４および１５４、第三のバッファアンプ６４および１６４、第二の遅延器５５、第三の第二の遅延器６５が存在せず、第一の遅延器４５が遅延器３５で置き換わり、第二の受信アンテナ５０および１５０と第三の受信アンテナ６０および１６０を切り替える受信アンテナ切り替えスイッチ４６を具備しこれらのアンテナと第一の低雑音増幅器４１とを結合することである。図示のように、各部がデジタルモジュール２０３内、デジタルモジュール２０３ａ内にそれぞれ形成される。
【００４１】
該受信アンテナ切り替えスイッチ４６はベースバンド回路４８からの制御信号で順次切り替えられ第一のバッファアンプ４４の出力は第一の遅延器４５の三分の一の遅延量を持つ三倍の個数の遅延器３５の従属結合へと入力される。本実施例によれば、回転偏波の周期がベースバンド回路の最短処理時間より十分に大きい場合は、回転偏波の周期を等分割した間隔を更に三分割して空間的に互いに直交する三つの受信アンテナを切り替えることにより、図２の実施例と同じ効果を少ない構成要素で実現できるので、無線機の製造コストを低減することができる。
【実施例４】
【００４２】
本実施例では、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成例を図４を用いて説明する。
図４は、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成図の例である。図２の実施例と異なる点は、新たに同期符号発生回路２１および１２１と符号切り替えスイッチ３６および１３６を具備し、該符号切り替えスイッチ３６および１３６と循環符合発生回路１１および１１１を制御する複合制御線３２および１３２を有することである。図示のように、各部は、デジタルモジュール２０４内、デジタルモジュール２０４ａ内にそれぞれ形成される。
【００４３】
ベースバンド回路４８および１４８は該符号切り替えスイッチ３６および１３６によって回転偏波に同期符号を重畳させるタイミングを生成し、送受信機は循環符号により相関利得の大きい同期符号により互いの同期をとる。本実施例によれば、無線システムの送受信に跨る信号処理の精度を向上させることができるので、受信機が用いる複数の回転偏波による伝播路の通信品質を向上させる効果がある。なお、図１の実施例に本実施例と同様に、同期符号発生回路２１および１２１と符号切り替えスイッチ３６および１３６を具備し、該符号切り替えスイッチ３６および１３６と循環符合発生回路１１および１１１を制御する複合制御線３２および１３２を新たに導入することにより、実施例の効果を図１の実施例に与えることが可能である。
【実施例５】
【００４４】
本実施例では、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成例を図５を用いて説明する。
図５は、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成図の例である。図４の実施例と異なる点は、循環符号発生回路１１および１１１の代わりに循環符号発生回路アレイ２２および１２２を具備し、符号切り替えスイッチ３６および１３６の代わりに符号選択スイッチ５６および１５６と、該符号選択スイッチ５６および１５６と循環符号発生回路アレイ２２および１２２を制御する複合制御線３３および１３３を具備することである。図示のように、各部は、デジタルモジュール２０５内、デジタルモジュール２０５ａ内にそれぞれ形成される。
【００４５】
循環符号発生回路アレイ２２および１２２は互いに弱い相互相関を有する異なる循環符号を生成し、符号選択スイッチ５６および１５６は該異なる符号を選択して信号発生回路１および１０１の出力に重畳する。該異なる符号の弱い相互相関特性により、第一の無線機３０５と第二の無線機４０５は複数の自分以外の無線機を識別可能となる。この識別機能によって、本実施例の無線機は循環符号発生回路を切り替えることにより複数の無線機と通信可能となるので、無線システムが収容する無線機が同時に通信可能な時間軸上の領域が増えることから無線システムのスループット向上させる効果がある。
【実施例６】
【００４６】
本実施例では、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成例を図６を用いて説明する。
【００４７】
図６は、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成図の例である。図２の実施例と異なる点は、第一および第二の無線機が時刻発生回路４７および１４７を新たに具備することである。図示のように、各部は、デジタルモジュール２０６内、デジタルモジュール２０６ａ内にそれぞれ形成される。
【００４８】
本実施例の無線システムでは、第一および第二の無線機の受信機が計算して求める楕円回転偏波の回転面ベクトルと楕円形状の変化のタイミングを、デジタル信号処理回路４８および１４８が図１の実施例と同様の方法で得て時刻発生回路４７および１４７に蓄える。一旦、時刻発生回路４７および１４７に値が蓄えられた後の一定期間はデジタル信号処理回路４８および１４８は時刻発生回路４７および１４７の出力を用いて、循環符号発生回路１１１および１１の符合発生のタイミングを決定する。該一定の期間を過ぎた後は、第一および第二の無線機の受信機が計算して求める楕円回転偏波の回転面ベクトルと楕円形状の変化のタイミングをデジタル信号処理回路４８および１４８から図１の実施例と同様の方法で得る。本実施例によれば無線機が具備するデジタル信号処理回路の動作を簡略化できるので、無線機の消費電力を削減することができ、無線システム全体の低消費電力化に効果がある。
【実施例７】
【００４９】
本実施例では、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成例を図７を用いて説明する。
【００５０】
図７は、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成図の例である。図６の実施例と異なる点は、新たに、通信状態記憶装置５７および１５７とデータバス６７とおよび１６７を具備することである。図示のように、各部は、デジタルモジュール２０７内、デジタルモジュール２０７ａ内にそれぞれ形成される。
【００５１】
通信状態記憶装置５７および１５７はそれぞれデジタル信号処理回路４８および１４８と結合し、第一の無線機３０７と第二の無線機４０７の受信機が計算して求める楕円回転偏波の回転面ベクトルと楕円形状の情報を時系列的に蓄え、該情報をデータバス６７および１６７を用いて第一の無線機３０７および第二の無線機４０７の外部に伝達することができる。本実施例の無線システムは時系列的な該受信機が計算して求める楕円回転偏波の回転面ベクトルと楕円形状の変化を調べることによって、該無線システムを取り巻く電波伝搬に影響を与える環境変化を検出することができ、無線システムを安定動作させる為のメインテナンス機能を得ることができるので、本実施例の無線システムの動作安定化および不測の事態に対応してシステムを復旧させる時間を短縮することが可能となる。
【実施例８】
【００５２】
本実施例では、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムが用いる送信機の他の構成例を図８を用いて説明する。
【００５３】
図８は、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成図の例である。図１の実施例の無線機と異なる点は、第一の送信アンテナ１０、第二の送信アンテナ２０、第三の送信アンテナ３０、第一の受信アンテナ４０、第二の受信アンテナ５０、第三の受信アンテナ６０の代わりに、第一の送受共用アンテナ７０と第二の送受共用アンテナ８０と第三の送受共用アンテナ９０を具備し、新たに第一のサーキュレータ７１と第二のサーキュレータ８１と第三のサーキュレータ９１を具備したことである。第一のサーキュレータ７１の第一端子に第一の送受共用アンテナ７０、第二のサーキュレータ８１の第一端子に第二の送受共用アンテナ８０、第三のサーキュレータ９１の第一端子に第三の送受共用アンテナ９０がそれぞれ結合する。第一のサーキュレータ７１の第二端子に第一の電力増幅器９の出力、第二のサーキュレータ８１の第二端子に第二の電力増幅器１９の出力、第三のサーキュレータ９１の第二端子に第三の電力増幅器２９の出力がそれぞれ結合する。第一のサーキュレータ７１の第三端子に第一の低雑音増幅器１４１の入力、第二のサーキュレータ８１の第三端子に第二の低雑音増幅器１９の入力、第三のサーキュレータ９１の第三端子に第三の低雑音増幅器２９の入力、がそれぞれ結合する。図示のように、各部は、デジタルモジュール２０８内に形成される。
【００５４】
第一のサーキュレータ７１および第二のサーキュレータ８１および第三のサーキュレータ９１は端子の循環順序で信号を伝達するので、第一の送受両用アンテナ７０および第二の送受両用アンテナ８０および第三の送受両用アンテナ９０は第一の電力増幅器９と第二の電力増幅器１９と第三の電力増幅器２９の出力を空間に放射し、無線機３０８に到来する電磁波の電力を第一の低雑音増幅器１４１と第二の低雑音増幅器１５１と第三の低雑音増幅器１６１に入力する。本実施例によれば、図１の実施例の無線機と同一の機能を３つのアンテナで実現できるので、無線機寸法の小型化および無線機の製造コスト低減に効果がある。
【実施例９】
【００５５】
本実施例では、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムが用いる送信機の他の構成例を図９を用いて説明する。
【００５６】
図９は、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成図の例である。図８の実施例の無線機と異なる点は、
無線機３０９は第一のサーキュレータ７１および第二のサーキュレータ８１および第三のサーキュレータ９１の代わりに第一のアンテナスイッチ７２および第二のアンテナスイッチ８２および第三のアンテナスイッチ９２を具備することである。図示のように、各部は、デジタルモジュール２０９内に形成される。
【００５７】
第一のアンテナスイッチ７２の共通端子に第一の送受共用アンテナ７０、第二のアンテナスイッチ８２の共通端子に第二の送受共用アンテナ８０、第三のアンテナスイッチ９２の共通端子に第三の送受共用アンテナ９０がそれぞれ結合する。第一のアンテナスイッチ７２の第一端子に第一の電力増幅器９の出力、第二のアンテナスイッチ８２の第一端子に第二の電力増幅器１９の出力、第三のアンテナスイッチ９２の第一端子に第三の電力増幅器２９の出力がそれぞれ結合する。第一のアンテナスイッチ７２の第二端子に第一の低雑音増幅器１４１の入力、第二のアンテナスイッチ８２の第二端子に第二の低雑音増幅器１９の入力、第三のアンテナスイッチ９２の第二端子に第三の低雑音増幅器２９の入力、がそれぞれ結合する。
【００５８】
本実施例によれば図１の実施例の無線機と同様の機能を３つのアンテナおよび寸法が大きく重いサーキュレータを用いることなく実現できるので、無線機寸法の小型化・軽量化および無線機の製造コスト低減に効果がある。
【実施例１０】
【００５９】
本実施例では、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムが用いる送信機の他の構成例を図１０を用いて説明する。
【００６０】
図１０は、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成図の例である。無線機２１０は２つの送受共用アンテナと１つの受信アンテナおよび２つのサーキュレータを具備し、受信回路の構成は図１の無線機３０１と同様である。無線機３１０の送信機は、情報信号発生器１の出力を二分岐した一方に余弦送信乗算器７６により、第一の余弦波搬送波発生回路７８の出力と第二の余弦波搬送波発生回路７９の出力を加算器７７により足し合わせて形成されるビート状の搬送波を掛け合わせ、循環符号発生回路１１の出力を第一の送信乗算器２により重畳し、続いて第一のデルタシグマ回路９７で逓倍し、余弦帯域通過型フィルタ９５を介し第一の電力増幅器９により増幅して第一のサーキュレータ７１の第一端子に入力する。情報信号発生器１の出力を二分岐した他方に正弦送信乗算器８６により、第一の正弦波搬送波発生回路８８の出力と第二の正弦波搬送波発生回路８９の出力を減算器８７により差を採って形成されるビート状の搬送波を掛け合わせ、循環符号発生回路１１の出力を第二の送信乗算器１２により重畳し、続いて第二のデルタシグマ回路９８で逓倍し、正弦帯域通過型フィルタ９６を介し第二の電力増幅器１９により増幅して第三のサーキュレータ９１の第一端子に入力する。なお、第一のデルタシグマ回路９７と第二のデルタシグマ回路９８にはクロック生成回路９９により動作クロックか供給される。
【００６１】
無線機３１０の受信機は、第一のサーキュレータ７１の第三端子の出力は、第一の低雑音増幅器１４１によって増幅された後、第一の受信乗算器１４２によって搬送波周波数と同一周波数の信号を発生する局部発信回路１４９の出力が掛合わされ、その出力が第一の帯域通過フィルタ１４３を介して第一のバッファアンプ１４４に入力され、その出力が複数の第一の遅延器１４５で順次遅延されデジタル信号処理回路１４８に夫々入力される。第三のサーキュレータ９１の第三端子の出力は、第三の低雑音増幅器１６１によって増幅された後、第三の受信乗算器１６２によって搬送波周波数と同一周波数の信号を発生する局部発信回路１４９の出力が掛合わされ、その出力が第三の帯域通過フィルタ１６３を介して第三のバッファアンプ１６４に入力され、その出力が複数の第三の遅延器１６５で順次遅延されデジタル信号処理回路１４８に夫々入力される。第一のサーキュレータ７１および第三のサーキュレータ９１の第二端子は、それぞれ第一の送受両用アンテナ７０および第三の送受両用アンテナ９０と結合する。第二の受信アンテナ１５０の出力は第二の低雑音増幅器１５１によって増幅された後、第二の受信乗算器１５２によって搬送波周波数と同一周波数の信号を発生する局部発信回路１４９の出力が掛合わされその出力が第二の帯域通過フィルタ１５３を介して第二のバッファアンプ１５４に入力され、その出力が複数の第二の遅延器１５５で順次遅延されデジタル信号処理回路１４８に夫々入力される。図示のように、各部は、デジタル回転偏波送受信モジュール２１０内に形成される。本実施例によれば、図１の実施例の無線機と同一の機能を３つのアンテナで実現でき、且つ電力増幅器に入力信号の生成および低雑音増幅器の出力信号の処理をすべてデジタル回路で実現可能となるので、無線機寸法の小型化および無線機の製造コスト低減さらに無線機の高寿命化に効果がある。
【００６２】
Ｄ．他のシステムへの適用
【実施例１１】
【００６３】
本実施例では、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成例を図１１を用いて説明する。
図１１は、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する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１１００は、昇降機が設置される建物１１０１の内部を昇降カゴ１１１１が昇降する。建物１１０１の内部の床部および天井部には、基地局無線機１１０２と基地局２直交偏波一体アンテナ１１０３が結合し設置される。昇降機１１１１の外部天井と外部床面には、端末無線機１１１３が設置され、直交偏波一体アンテナ１１１２が高周波ケーブル１１１４を用いて結合されている。基地局無線機１１０２及び端末無線機１１１３は、実施例１〜１０のように、其々外部者からの伝搬路改変行為を検出し同改変に対して送受信間の通信品質の低下を補償する送信機および受信機を具備する。基地局無線機１１０３と端末局無線機１１１３は、建物１１０１の内部を無線伝送媒体とするので、該建物１１０１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。本実施例では、多重波干渉環境下で外部者からの伝搬路改変行為を検出し同改変に対して送受信間の通信品質の低下を補償する高品質の無線伝送が実現可能となる。そして、同無線機を用いた無線接続手段を用いて、昇降機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ので、ケーブル等の該有線接続手段を削除可能できる。また、本実施例では、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】
【００６４】
本実施例では、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線システムの他の構成例を図１３を用いて説明する。
図１２は、送受信機が回転偏波を使い複数の回転偏波伝搬路を選択的に使用する無線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１２００は、複数の変電機１２０１と同変電機１２０１には、端末局無線機１２０３、と端末局回転偏波アンテナ１２０２が結合し設置される。端末局無線機１２０３は、実施例１〜１０のように、回転偏波を送受信可能なアンテナを具備する回転偏波の電磁波を用いる無線通信システムの送信機および受信機を具備する。該複数の変電機１２０１の近傍に、該変電機１２０１の数よりも少ない数の複数の基地局装置１２１１が設営される。該基地局装置１２１１は、実施例１〜１０のように、回転偏波を送受信可能なアンテナを具備する回転偏波の電磁波を用いる基地局無線機１２１３と、基地局回転偏波アンテナ１２１２が結合し設置される。変電機の寸法は、例えば数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る。本実施例では、多重波干渉環境下で複数の反射波を用いて送受信間の通信品質の低下を補償する高品質の無線伝送が実現可能となる。そして、同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できる。また、本実施例では、ケーブル等の該有線接続手段を用いる場合に課題となる高圧誘導電力の影響を解決でき、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。
【００６５】
Ｄ．構成例
本発明及び／又は本実施例は、例えば、以下の構成例のように提供されることができる。
【００６６】
（構成例１）
送信機は偏波が搬送波に比べて低い周波数で回転する電磁波に該回転周期と同一の周期を有する循環符号が掛け合わされた信号を重畳して送信し、受信機は送信機が用いた循環符号と同一の符号を用いて、送信機が用いた偏波の方向を知り、同方向の情報を用いて特定の時刻の受信信号を用いて送信情報を再現することを特徴とする無線通信システム。
（構成例２）
構成例１の無線通信システムであって、無線機は異なる複数の循環符号を共有し、異なるタイミングで異なる該循環符号を用いることを特徴とする無線通信システム。  
（構成例３）
構成例１又は２の無線通信システムであって、無線機は同期符号を共有し、循環符号を用いるタイミングとは別のタイミングで同期符号を信号として送信し、複数の無線機で同期をとることを特徴とする無線通信システム。
（構成例４）
構成例１乃至３のいずれかの無線通信システムであって、無線機はログメモリを具備し、受信機は三次元空間のあらゆる方向に感度を有するアンテナを用いて互いに直交する三軸に平行な偏波の三信号を個別に得て、該三信号の空間的ベクトル和を抽出し、該空間的ベクトル和の情報をログメモリに時系列的に記憶し、該ログメモリの情報を用いて無線機を取り巻く無線環境の状況変化を認識することを特徴とする無線通信システム。
【００６７】
（構成例５）
構成例１乃至４のいずれかの無線通信システムであって、送信機は異なる２周波数の余弦発生回路と正弦波発生回路の計４種類の回路を用いて、２周波数の差の半分の周波数で偏波が回転する電波を生成することを特徴とする無線通信システム。
（構成例６）
構成例１乃至５のいずれかの無線通信システムであって、無線機は電界に感度を有する空間的に直交する３アンテナを具備し、受信機は同３アンテナからの出力を個別に処理する３つの回路群を有し、同回路群の出力を統合的に処理するデジタル信号処理部を有することを特徴とする無線通信システム。
（構成例７）
構成例１乃至６のいずれかの無線通信システムであって、無線機は電界に感度を有する空間的に直交する２アンテナと同アンテナが張る面内の磁界に感度を有する第三のアンテナを同面内に具備し、受信機は同３アンテナからの出力を個別に処理する３つの回路群を有し、同回路群の出力を統合的に処理するデジタル信号処理部を有することを特徴とする無線通信システム。
（構成例８）
構成例１乃至７のいずれかの無線通信システムを適用した昇降機制御システム。
（構成例９）
構成例１乃至７のいずれかの無線通信システムを適用した変電所制御システム。
【００６８】
Ｅ．付記
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれている。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１…情報信号発生器
３…余弦回転周波数発生回路
５…余弦Ｘ軸重み付け回路
６…正弦Ｘ軸重み付け回路
１０…第一の送信アンテナ
１１…循環符号発生回路
１３…正弦回転周波数発生回路
１５…余弦Ｙ軸重み付け回路
１６…正弦Ｙ軸重み付け回路
２０…第二の送信アンテナ
２５…余弦Ｚ軸重み付け回路
２６…正弦Ｚ軸重み付け回路
３０…第三の受信アンテナ
３９…搬送波周波数発生回路
【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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