(57)【要約】【課題】  所定数のビットの通信信号の送信のために使用される搬送波の数を低減して、装置の消費電力をさらに低減する。【解決手段】  入力されたビット列を、各々１以上でありそのうち少なくとも１つは２以上である所定の数のビットを含むブロックに分割する抽出部と、前記ブロックの各々に他のブロックとは異なるように割り当てられた、前記所定の数に応じた数の互いに異なる周波数の搬送波のうち、前記所定の数のビットのパターンに対応して定められているものを出力する搬送波出力部とを備えている。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたビット列を、各々１以上でありそのうち少なくとも１つは２以上である所定の数のビットを含むブロックに分割する抽出部と、
前記ブロックの各々に他のブロックとは異なるように割り当てられた、前記所定の数に応じた数の互いに異なる周波数の搬送波のうち、前記所定の数のビットのパターンに対応して定められているものを出力する搬送波出力部と
を備えていることを特徴とする音響送信装置。
【請求項２】
前記２以上である所定の数は同一であることを特徴とする請求項１に記載の音響送信装置。
【請求項３】
前記ビット列はｍ×ｎ個（ｍは２以上の自然数、ｎは自然数）のビットを含み、前記所定の数はｍであり、前記搬送波の数は２ｍであることを特徴とする請求項１に記載の音響送信装置。
【請求項４】
入力された前記搬送波を合成する合成部と、
前記合成された搬送波を増幅する増幅部と、
前記増幅された搬送波をリング型振動子により送波する送波部と
をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の音響送信装置。
【請求項５】
外部より搬送波をリング型振動子により受波する受波部と、
前記リング型振動子での受波状態の判定を予め設定されている閾値にもとづいて行う判定部と、
前記判定部の受波判定結果により前記所定の方法にもとづいてシリアル信号を生成し、出力する変換部と
を備えていることを特徴とする音響受信装置。
【請求項６】
請求項４に記載の音響送信装置と請求項５に記載の音響受信装置とを含み、
請求項４に記載の音響送信装置で送波した搬送波を請求項５に記載の音響受信装置で受波することを特徴とする音響通信システム。
【請求項７】
入力されたビット列を、各々１以上でありそのうち少なくとも１つは２以上である所定の数のビットを含むブロックに分割する抽出工程と、
前記ブロックの各々に他のブロックとは異なるように割り当てられた、前記所定の数に応じた数の互いに異なる周波数の搬送波のうち、前記所定の数のビットのパターンに対応して定められているものを出力する搬送波出力工程と
を備えていることを特徴とする音響送信方法。
【請求項８】
前記２以上である所定の数は同一であることを特徴とする請求項７に記載の音響送信方法。
【請求項９】
前記ビット列はｍ×ｎ個（ｍは２以上の自然数、ｎは自然数）のビットを含み、前記所定の数はｍであり、前記搬送波の数は２ｍであることを特徴とする請求項７に記載の音響送信方法。
【請求項１０】
入力された前記搬送波を合成する合成工程と、
前記合成された搬送波を増幅する増幅工程と、
前記増幅された搬送波をリング型振動子により送波する送波工程と
をさらに備えることを特徴とする請求項７乃至９に記載の音響送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
音響通信装置として水中音響装置がある。水中音響通信装置は、音響信号を用いて水中で通信を行う装置であり、海底等に敷設されたり、海中等で使用されたりする様々な水中機器に実装されることがある。このような場合、水中音響通信装置へ商用電源から電力を供給することが難しく、水中音響通信装置への電力供給は水中機器または自装置に実装される電池から行われる。容量の限られる電池で水中音響通信装置を海底、海中等で長時間稼働させるために、水中音響通信装置の消費電力を低減することが課題として挙げられる。
【０００３】
このような課題を解決する技術が特許文献１に開示されている。
【０００４】
特許文献１に開示されている技術は、周波数分割多重方式を採用し、受波器に設ける振動子として、単一の広帯域振動子ではなく、共振周波数が相互に異なって高いＱ値を有する複数個のリング型振動子を用いる水中音響通信装置に関するものである。Ｑ値の高いリング型振動子は、共振周波数での感度が高く、強度の十分な電気信号を出力できるので、増幅回路を必要としない。また、そのようなリング型振動子は共振周波数以外の周波数成分の音響信号に対してほとんど感度を持たないので、受波器自体を周波数フィルタとして機能させることが可能となる。そのため、その装置において、変復調処理やＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理、それらの処理のためのアナログ／デジタル変換、ひいては電力消費の大きなＣＰＵ（Central Processing Unit）やＡ／Ｄ（Analog/Digital）回路などが不要となる。
【０００５】
この技術は、低消費電力であって確実に通信を行うことができる水中音響通信装置を提供することを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２０９８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されている装置において、所定数のビットの通信信号を周波数分割多重した音響信号を送信する際、ビット数と同数の異なる周波数の搬送波が使用されている。一般的に、音響信号の送信に使用される搬送波の数が増加すると装置の消費電力も増加する傾向がある。このため、所定数のビットの通信信号の送信のために使用される搬送波の数を低減して、装置の消費電力をさらに低減することが課題となる。
【０００８】
本発明の目的は、この課題を解決した音響通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の音響送信装置は、入力されたビット列を、各々１以上でありそのうち少なくとも１つは２以上である所定の数のビットを含むブロックに分割する抽出部と、前記ブロックの各々に他のブロックとは異なるように割り当てられた、前記所定の数に応じた数の互いに異なる周波数の搬送波のうち、前記所定の数のビットのパターンに対応して定められているものを出力する搬送波出力部とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の音響送信方法は、入力されたビット列を、各々１以上でありそのうち少なくとも１つは２以上である所定の数のビットを含むブロックに分割する抽出工程と、前記ブロックの各々に他のブロックとは異なるように割り当てられた、前記所定の数に応じた数の互いに異なる周波数の搬送波のうち、前記所定の数のビットのパターンに対応して定められているものを出力する搬送波出力工程とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、所定数のビットの通信信号の送信のために使用される搬送波の数を低減して、装置の消費電力を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態における水中音響通信装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における水中音響通信装置での２ビットの値と周波数の関係を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における水中音響通信装置での３ビットの値と周波数の関係を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における水中音響送信装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
まず、本実施の形態における水中音響通信装置の構成例について、図１を参照して説明する。
【００１５】
図１は本実施の形態における水中音響通信装置の構成例を示す。水中音響装置１００と２００とは音響通信を行う。水中音響通信装置１００は、送信部１１０、受信部１２０を備え、水中音響装置２００は、送信部２１０、受信部２２０を備える。送信部１１０は外部より入力された通信信号を音響信号に変換して送信する。受信部２２０は水中音響通信装置１００から送信された音響信号を受信し、通信信号に変換して出力する。送信部１１０は、シリアル／パラレル変換回路１１１、２ビット状態判定部１１２ａを含む判定処理部１１２、発振器１１３ａおよびスイッチ１１３ｂを含む搬送波生成回路１１３を備える。さらに、送信部１１０は、加算回路１１４、電力増幅回路１１５、リング型振動子１１６ａを含む送波器１１６、トランス１１７を備える。受信部２２０は、リング型振動子２２１ａを含む受波器２２１、コンパレータ２２２ａを含む判定処理部２２２、パラレル／シリアル変換回路２２３を備える。
【００１６】
水中音響通信装置の各部を説明する。
【００１７】
シリアル／パラレル変換回路１１１は入力された通信信号（シリアル信号）をビット毎に分割し、２ビットのパラレル信号を生成し、２ビット状態判定部１１２ａへ出力する。各２ビット状態判定部１１２ａは入力された２ビットの値を判定する。搬送波生成回路１１３は２ビット状態判定部の２ビット値判定結果に対応した周波数の搬送波を生成し、加算回路１１４へ出力する。加算回路１１４は入力された搬送波を合成し、電力増幅回路１１５へ出力する。電力増幅回路１１５は入力された搬送波を増幅し、送波器１１６へ出力する。送波器１１６は入力された搬送波を音波として水中へ送波する。トランス１１７は電力増幅回路１１５と接続する１次巻線と搬送器１１６の各リング型振動子１１６ａと各々接続する２次巻線を有し、電力増幅回路１１５と送波器１１６との整合を行う。
【００１８】
受波器２２１は水中音響装置１００から送波された音波を各リング振動子２２１ａで受波する。判定処理部２２２はコンパレータ２２２ａにより各リング振動子２２１ａでの受波状態の判定を行う。パラレル／シリアル変換回路１２３は判定処理部２２２の受波判定結果からシリアル信号を生成する。
【００１９】
なお、水中音響通信装置２００の送信部および水中音響通信装置１００の受信部の構成はそれぞれ水中音響通信装置１００および２００のものと同様であるが、各搬送周波数および受信対応の周波数がそれぞれ異なる。
【００２０】
次に、本実施の形態における水中音響通信装置の動作について、図１、図２、図３を参照して説明する。
【００２１】
送信部１１０に外部より通信信号が入力されると、シリアル／パラレル変換回路１１１は入力された通信信号をビット毎に分割し、ビット毎に分割された信号をＭＳＢから２ビットずつ判定処理部１１２の各２ビット状態判定部１１２ａへ出力する。ＭＳＢとはMost Significant Bitの略称である。２ビット状態判定部１１２ａは入力された２ビットの値を判定し、２ビットの値に対応した周波数を選定し、周波数の選定結果を搬送波生成回路１１３へ出力する。２ビットの値と周波数の関係については、図２の通り２ビットの４値（００、０１、１０、１１）の各々にそれぞれ異なる周波数が割り当てられている。搬送波生成回路１１３は入力された周波数選定結果の示す周波数の発振器１１３ａに対して搬送波を送信させると共にスイッチ１１３ｂを切り替えて発振器１１３ａからの搬送波を加算回路１１４へ出力する。加算回路１１４は各スイッチ１１３ｂから入力された搬送波を合成し、合成により周波数多重されて生成された多重化信号を電力増幅回路１１５へ出力する。電力増幅回路１１５は入力された多重化信号を増幅し、増幅された多重化信号をトランス１１７経由で送波器１１６へ出力する。送波器１１６は入力された多重化信号によりリング型振動子が駆動されて生成される音響信号を水中へ送信する。
【００２２】
受波器２２１は水中音響装置１００から送信された音響信号を各リング振動子２２１ａで受波する。判定処理部２２２はコンパレータ２２２ａにより各リング振動子２２１ａでの受波状態のレベル判定を予め設定されている閾値にもとづいて行う。パラレル／シリアル変換回路１２３は判定処理部２２２の受波判定結果からシリアル信号を生成し、出力する。
【００２３】
上記の動作に関して、各部の数量関係について説明する。
【００２４】
送信部１１０に入力されるシリアル通信信号が、例えば、ＭＳＢからＬＳＢ（Least Significant Bit）までｎ／２ビット（ｎは４の倍数）のデータである場合、判定処理部１１２にｎ／４個の２ビット状態判定部１１２ａが備えられる。搬送波生成回路１１３にはＦ１〜Ｆｎのｎ個の異なる周波数の発振器１１３ａとｎ／４個のスイッチ１１３ｂが備えられ、２ビット値判定によりｎ／４個の周波数が選定され、選定された周波数に対応するｎ／４個の発振器１１３ａが起動される。さらに送波器１１６にはｎ個のリング型振動子１１６ａが備えられる。Ｆ１〜Ｆｎについては、Ｆ１が最も低い周波数で、順に高い周波数になって、Ｆｎが最も高い周波数であり、Ｆ１用〜Ｆｎ用のリング型振動子にそれぞれ対応する。
【００２５】
なお、ｎ個のリング型振動子１１６ａは、それぞれ共振周波数がＦ１〜Ｆｎであって、いずれも高いＱ値を有する。このため、各リング型振動子は自身の共振周波数以外の周波数で駆動されたとしても音波振動を発生することはない。例えば、共振周波数Ｆ２のリング型振動子が、周波数Ｆ３で駆動されたとしても、Ｆ２、Ｆ３のみならずあらゆる周波数の音波を放射することはない。これにより、送波器１１６において、電力増幅回路１１５で増幅された多重化信号の周波数成分に対応した共振周波数のリング型振動子のみが駆動され、それら共振周波数の音響信号が送波される。
【００２６】
以上のように、本実施の形態においては、２ｎビット（ｎは自然数）のデータを送信する場合、２ビット値判定によりｎ個の周波数が選定され、選定された周波数に対応するｎ個の発振器が起動される。これに対し、特許文献１においては、ビット値判定により２ｎ個の周波数が選定され、選定された周波数に対応する２ｎ個の発振器が起動される。
【００２７】
なお、ｂ×ｎ（ｂは２以上の自然数、ｎは自然数）ビットのデータを送信する場合に、ｂビット値の判定によりｎ個の周波数が選定され、選定された周波数に対応するｎ個の発振器が起動されるようにしても良い。例えば、ｂが３である場合として、３ビット値と周波数の関係は図３の通りとなる。さらに、ｂビット値には、１個の周波数を割り当てるのではなく、ｂ−１以下の個数の周波数の組み合わせを割り当てても良い。あるいは、ｉビットのデータの信号を送信する場合として、ｉビットの信号をｎ個のｂｎビットの信号とｍ個の１ビットの信号とに分けて、ｎ＋ｍ個の周波数が選定され、選定された周波数に対応するｎ＋ｍ個の発振器が起動されるようにしてもよい。ここで、ｉ＝ｎ×ｂｎ＋ｍであり、ｉ、ｂｎは２以上の自然数、ｎは自然数、ｍは０または自然数である。なお、複数のｂｎの数が互いに異なっている場合より、同一である場合の方が、装置の設計、部品、製造、保守などに係る費用を抑えることが可能である。
【００２８】
このように、所定数のビットの通信信号の送信のために使用される搬送波の数を低減して、装置の消費電力を低減することが可能となる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３０】
まず、本実施の形態の構成について、図４を参照して説明する。
【００３１】
図４は本実施の形態における音響送信装置の構成例を示す。音響送信装置４００は、抽出部４１０、１つまたは複数の搬送波出力部４２０で構成される。
【００３２】
抽出部４１０は、入力されたビット列を、各々１以上でありそのうち少なくとも１つは２以上である所定の数のビットを含むブロックに分割する。
【００３３】
搬送波出力部４２０各々は、所定の数のビットのパターンに対応して定められている搬送波を出力する。
【００３４】
次に、本実施の形態の動作について、図４を参照して説明する。
【００３５】
抽出部４１０は、ｉビットの信号が入力されると、ｍ個の１ビットのブロックと、ｎ個のｂｎビットのブロックとに分割する。ここで、ｉ＝ｍ＋ｎ×ｂｎであり、ｍは０または自然数、ｎは自然数、ｂｎは２以上の自然数である。搬送波出力部４２０は、予めｂｎビットのブロックおよび１ビットのブロック各々の取りうる値各々にそれぞれ異なる周波数が対応されていて、ｂｎビットのブロックおよび１ビットのブロックの値に対応する周波数の搬送波を出力する。
【００３６】
以上のように、所定数のビットの通信信号の送信のために使用される搬送波の数を低減して、装置の消費電力を低減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、音響通信装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１００、２００    水中音響通信装置
１１０、２１０    送信部
１２０、２２０    受信部
１１１    シリアル／パラレル変換回路
１１２    判定処理部
１１２ａ    ２ビット状態判定部
１１３    搬送波生成回路
１１３ａ    発振器
１１３ｂ    スイッチ
１１４    加算回路
１１５    電力増幅回路
１１６    送波器
１１６ａ    リング型振動子
１１７    トランス
２２１    受波器
２２１ａ    リング型振動子
２２２    判定処理部
２２２ａ    コンパレータ
２２３    パラレル／シリアル変換回路
４００    音響送信装置
４１０    抽出部
４２０    搬送波出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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