(57)【要約】  本発明は振幅変調を使用する同期変調システムに関し、基本的には、その搬送波の２倍の周波数でデジタル信号を送信することができる変調器および復調器からなる。この目的のために、搬送波の一サイクルにおいて２つの異なる情報ビットを送ることができるように、システムは搬送波正弦波の正の半分と負の半分とを別々に変調するために組み合わせるアナログ回路およびデジタル回路を使用する。復調器−変調器ユニットは他のユニットと容易に組み合わせて、有線又は無線通信システム、更には寄生高調波の発生が最小限である光又は音響システムでさえも形成することができ、その結果、動作のための最小帯域幅要件をもたらす。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振幅変調を使用する同期変調システムであって、変調器及び復調器を備えることを特徴とし、変調器は、情報を調整し搬送波に対して同期させる同期装置に接続され情報の各ビットが正または負のピークのいずれかである搬送波信号の半分に関連するように動作する一組のプログラム可能減衰器も制御するマイクロコントローラによって構成され、また時間基準水晶とゼロ交差検出器も有し、復調器は、マイクロコントローラと、１組の正および負のレベル比較器と、復調される信号の最大正ピークレベルと最大負ピークレベルとの間に正確に位置する基準レベルを確立する信号ゼロ調整回路とを有することを特徴とする同期変調システム。
【請求項２】
マイクロコントローラによって制御されるダイオード、抵抗器、および電子スイッチのアレイによって形成される１組の減衰器によって特徴付けられ、搬送波信号の半サイクルごとに予め設定された一定のレベルまで減衰し、したがって、マイクロコントローラは、プログラムおよび復調器回路によって認識可能な必要な減衰レベルを有する入力シリアル情報に従って、変調され、搬送波上にインプリントされるシリアル情報を生成することができる、請求項１に記載の振幅変調を使用する同期変調システム。
【請求項３】
前記復調器回路はマイクロコントローラと、予め設定された基準及び復調されるべき信号に接続された高速比較器とを特徴とし、前記搬送波信号の各半サイクルにおけるレベルを検出すると、正であろうと負であろうと、それがゼロ、１又は同期信号であるかを決定し、この目的に設けられた入力の手段によって、これらの評価をマイクロコントローラに直接的に伝達する、請求項１及び２に記載の振幅変調を使用する同期変調システム。
【請求項４】
前記ゼロセンタリング回路は、前記整流された入力信号値に基づいて増幅器のバランスレベルを変化させるマイクロコントローラに接続された正の整流器と負の整流器とからなることを特徴とし、これは次いで、前記入力信号に接続され前記入力信号の最大正ピーク値と最大負ピーク値との間の任意の不均衡を補正することを特徴とする請求項１に記載の振幅変調を使用する同期変調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送波と独自の変調システムを用いて様々な媒体を介して情報や信号の伝送を可能にする装置であることから、電子工学及び電気通信工学の分野を中心に開発されたものである。
【背景技術】
【０００２】
２０世紀を通して、また２１世紀には、大抵有線または無線手段を使用して、ある地点から別の地点に長距離にわたって情報を送信する様々な方法およびシステムが開発されてきた。しかし、複数の同時送信を行う際に送信の各々の情報が他の信号との相互作用によって混ざり合うかまたは破損することを回避する必要性により、同じ媒体上を伝搬するいくつかの信号間の第１の基本的な識別を可能にする基本信号または搬送波周波数を使用することとなり、最も基本的かつ伝統的なものは振幅変調（ＡＭ）および周波数変調（ＦＭ）であり、その後にＦＳＫ、ＰＰＭ、ＯＯＫなどのシステムが続く。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通信理論には、搬送波または搬送波信号の周波数が情報信号または変調信号の最大周波数の少なくとも２倍でなければならない、という基本的な法則がある。これは電気通信システムの設計に対する理論的な障壁を確立し、１秒当たりの情報量またはシステムレートを制限する。ある周波数帯域でより多くの情報を送るために、振幅変調と周波数変調との組み合わせさえも使用されてきた。しかし、この種の信号処理は必要な帯域幅を広げる二次高調波を生成する。
【０００４】
上述したような全ての従来のシステムは電気通信のこの基本法則に従って上述した制限的な２対１の法則に従い、我々のシステムは変調及び復調の代替案を提案する。我々はこれがこの基本法則をバイパスすることを証明し、情報の半分の周波数の搬送波を使用して、はるかに高い周波数の信号の送信を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
我々の設計によって提案されたシステムは、振幅変調に基づいて動作するが、搬送波として使用される正弦波の正および負の部分において異なる情報を送信する変調器および復調器からなり、このタイプの変調を実行することによって、我々のシステムは周波数「ｆ」を有する搬送波を使用して、周波数「２ｆ」で情報を送信することができ、これは一見して、搬送波周波数が最大変調周波数の少なくとも２倍でなければならないことを述べる電気通信の基本法則に適合せず、それにもかかわらず、この場合、我々は理論によって、思いがけず確立されたレートよりも４倍速く情報を送信するようにしている。
【０００６】
このシステムはＡＭ帯域を用いてデジタル情報を直列に送るのに特に有用であり、輸送媒体は有線でも無線でもよく、同様に、この設計は過剰な高調波の発生を回避し、無数の高調波を発生するＯＯＫのような他のシステムで通常起きることとは反対に、制限された帯域幅内でのその動作を可能とし、その見掛けの伝送は、非常に広いスペクトルを有する信号である。我々のシステムにおける変調と復調とは、雑音に対して広い余裕の安全性と同期点の識別の容易さを可能にした。
【０００７】
我々のシステムの本質的な要素は変調器と復調器とであり、これは増幅器、電力ユニット及びケーブル伝送用のアンテナ又はインタフェースのような電気通信システムの他の従来の要素に接続して、完全な双方向電気通信システムを統合することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、典型的な搬送波信号と典型的な変調信号とを示す。
【図２】図２は、このシステムによって変調された信号とそれが運ぶ情報とを示す。
【図３】図３は、変調器回路を示す。
【図４】図４は、電気通信受信機の図を示す。
【図５】図５は、復調器回路を示す。
【図６】図６は、変調器および復調器を含む完全な通信システムを示す。
【図７】図７に、ゼロ中心回路の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の振幅変調対象を使用する同期変調システムは、搬送波周波数の２倍に等しい送信信号周波数を取り扱うことができるという事実から、他のシステムと識別される。システムは、搬送波として使用される信号の正および負の部分の両方に対してある程度の減衰を生成するようにプログラムすることができる１組の減衰器を制御するマイクロコントローラによって形成される変調器を使用し、対応部分として、搬送波信号の発振の各半サイクルに課せられる減衰レベルを正確に検出することができる復調器を有し、この変調器および復調器アセンブリはこの設計の基礎を形成し、搬送波自体よりも高速なシリアルデジタル信号の送信を可能にし、この設計のハイブリッド特性は変調および復調プロセス内でアナログおよびデジタル電子機器を組み合わせて使用することにあり、有線、無線、または光通信システムを統合するために容易に使用することができる。図１に示すように、従来のシステムでは、搬送波周波数（２３）を有する搬送波（２）が送信の基礎として使用される一方、変調信号（１）は搬送周波数（２３）の半分以下の変調周波数（４８）を有することができる。我々の設計の基本である技術は、異なる情報片、一方は搬送波の正の部分で、他方は負の部分で搬送波信号を送信することが可能なように用いることからなり、この技術は信号のアナログ処理をデジタル処理と混合し、ＯＯＫのようなシステムとは異なり、ほとんど寄生高調波が発生せず、これが送信用の狭い周波数帯を用いることに寄与し、図２において、我々のシステムの基本原理を理解することができる：情報（４）列であって一連の１（ｏｎｅｓ）とゼロ（ｚｅｒｏｓ）（シリアル情報）からなり、それに同期信号（５）が追加されるものが、搬送波を構成する正弦信号を変調するために用いられ、同期信号（５）がシリアル情報（４）列に含まれ、そのため信号を復調する際に、あるテキスト、ページ、又はグラフィックの開始及び終了を識別することが可能である。変調信号（３）は信号の正および負の両方の部分に識別可能な情報が存在するように、搬送波が変調されていることを示しており、正および負の両方の予め設定された振幅レベルを超えるかどうかにかかわらず、振幅に応じて、１（ｏｎｅｓ）およびゼロ（ｚｅｒｏｓ）がこの信号内で特徴付けられ、Ｖｕｐは１（ｏｎｅ）を定義する振幅の最小の大きさであり、Ｖｕｎは波の負の部分に関係し、極大部分または正弦波信号がこれらのレベルを超えない場合、それはゼロ（ｚｅｒｏ）と見なされ、同様に、Ｖｕｐレベルを超えることなくＶｓレベルを超えることを特徴とする同期信号（５）を生成することが可能である。図２では明確にするためにゼロレベルまたは基準レベルと正弦波信号との間の空間に陰影が付けられているが、正弦波信号がその正の部分のＶｕｐレベルまたは負の部分のＶｕｎレベルを超える限り、それは１（ｏｎｅ）であると見なされる。
【００１０】
図３はこの種の変調を行うために使用される回路を示しており、この図では周波数搬送波が図２の変調信号（３）のような信号を生成するために処理され、ゼロ交差検出器（２９）は搬送波（２）の周波数（２３）と情報（４）シリアル列との間の適切な同期を確立することを可能にし、ゼロ交差検出器（２９）の出力は、変調クリスタル（３６）を備えた変調マイクロコントローラ（２８）の位相入力（３７）に接続され、情報（４）周波数と搬送波周波数（２３）とが常に一致し、時間基準として位相を維持することを可能にする。変調マイクロコントローラ（２８）はまたゼロ制御出力（３０）と同期制御出力（３１）とを備え、搬送波の各半サイクルに、１（ＯＮＥ）を表すために搬送波が必要とされる場合、変調マイクロコントローラ（２８）はこの半周期の終わりまで何も行わず、この半サイクルの間ゼロ（ＺＥＲＯ）を示すために必要とされる場合、変調マイクロコントローラ（２８）は信号をゼロ制御出力（３０）に送り、これにより、ゼロスイッチ（２５）を閉じて、制限抵抗器（２２）とゼロ減衰器アセンブリ（２７）とで分圧器が形成され、これにより、この半サイクルに対して、搬送波の正弦波信号が、搬送波の正または負の半サイクル（図２参照）であるか否かに応じて、ＶｕｐまたはＶｕｎよりも小さいレベルに減衰されることを決定する。ゼロ制限抵抗器（３４）は変調出力（３３）ポイントで結果として生じる信号のカットオフをよりスムーズにし、この抵抗器なしで、搬送波の正弦波信号が遮断され、ダイオードにプラスまたはマイナスの２つのバイアス電圧（シリコンダイオードの場合０．７）プラトウが形成され、したがって、ゼロ制限抵抗器（３４）を含むことにより、変調出力（３３）信号はより丸い形状を獲得する、すなわち、ほとんど高調波が無い状態で取得する。同期信号（５）をマークしたい場合、変調マイクロコントローラ（２８）は同期制御出力（３１）に信号を送り、これにより同期スイッチ（２４）を瞬間的に閉じ、この手順はゼロ（ＺＥＲＯ）の実装について説明したものと同様であるが、この場合、減衰はより高く、図２のＶｓレベルよりも高いがＶｓ２レベルよりも低い出力信号を生成し、同期信号を１（ＯＮＥ）またはゼロ（ＺＥＲＯ）から区別化することによりこれを確実に識別することができ、この場合、同期減衰器アセンブリ（２６）の作用によって適切な減衰が達成され、このアセンブリはシンク制限抵抗器（３５）を含み、このアセンブリはゼロ減衰アセンブリ（２７）と同様に動作するが、直列ダイオードが少ないので、減衰はより高い。スイッチ（２４）及び（２５）ならびに抵抗器（２２）及びアセンブリ（２６）及び（２７）は、変調を実行するために同期およびプログラム可能な方法で搬送波（２）の信号を減衰させることを可能にするプログラム可能な減衰器を構成する。
【００１１】
図４は復調回路のブロック図を示しており、この図は変調信号（３）が自動利得制御（３８）に導入され、次いで、ゼロ中心回路（３９）に導入される方法を示しており、両回路は信号の正しい復調に不可欠であり、自動利得制御（３８）は出力信号がピークからピークまで所定の大きさを有することを確実にする従来の回路であり、一方、ゼロ中心回路（３９）は正及び負のピーク値に基づいた信号の中心合わせをする役割を担い、この種の回路が作り出す中心合わせはエネルギーの量又は曲線から基準軸までの面積に基づいているので、コンデンサ及び抵抗器の単純な配置は、このタスクを正常に実行できず、この大きさを正及び負の感覚でバランスさせるが、これは信号が変調された方法に従ってそれを復調するのには役に立たず、復調器（４０）への信号入力（１８）は信号の正の最大値及び負の最大値に対して完全に中心合わせされなければならず、その結果、図５の回路を適用して信号を同期および復調することができる。図５内の図に示すように、先に中心合わせされた変調信号（３）は、この信号が正の比較器（６）、同期比較器（８）及び第２の比較器（４９）の正の入力、ならびに負の比較器（７）の負の入力に印加されるように、入力キャパシタ（１７）および抵抗器（１９）によって結合された信号入力（１８）に印可され、この一組の超高速比較器は、信号がＶｕｐまたはＶｕｎレベルの大きさを超えると、対応する出力が１つの正の入力（１３）または１つの負の入力（１４）を通ってこの情報を復調マイクロコントローラ（１２）に与えるように作動し、また、これらの正負のレベルのいずれも超えないと、復調マイクロコントローラ（１２）が信号のこの半周期に対応する信号をゼロ（ＺＥＲＯ）であると決定するように作動し、２つのレベル（ＶｕｐまたはＶｕｎ）のいずれかを超えると、この半周期に対応する信号が１（ＯＮＥ）となるように作動し、同期比較器（８）が、信号がＶｓレベル（正）を超えたことを検出すると、同期比較器（８）の出力が１（ＯＮＥ）を呈し、遅延コンデンサ（２１）が遅延抵抗器（２０）を通って充電され始めると判断するように作動し、この遅延は１（ＯＮＥ）またはゼロ（ＺＥＲＯ）がＶｓ２レベルを超えるので１（ＯＮＥ）またはゼロ（ＺＥＲＯ）からの同期信号を区別するために必要であり、第２比較器（４９）は、その結果その出力がゼロ（ＺＥＲＯ）となるインバータ（９）の入力に１（ＯＮＥ）の出力が存在するようにし、ＮＡＮＤゲート（１０）の出力が同期比較器（８）の出力に関係なく１（ＯＮＥ）のままであると判断し、ゲート（１１）の出力をゼロ（ＺＥＲＯ）のままにしておき、これが復調マイクロコントローラ（１２）の同期入力（１５）の信号であり、１（ＯＮＥ）は真の同期信号が存在する場合にのみ同期入力（１５）に登録されるので、受信されたものが１（ＯＮＥ）またはゼロ（ＺＥＲＯ）であって同期信号ではないことを示す。復調クリスタル（３２）は復調マイクロコントローラ（１２）が時間基準として、変調信号（３）との同期状態を確認することを可能にし、これにより、復調マイクロコントローラ（１２）は送信されたシリアル情報をその出力（１６）とすることができる。
【００１２】
この変調復調方法は図６に示すような完全な電気通信システムの統合を容易にし、ここで、発振器（４１）及びシリアル情報発生器（４２）は、搬送波（２）及びデジタルシリアル情報（４）を、図３に示すものとして変調器回路（５０）に提供し、変調出力（３３）はそこから無線送信用の送信アンテナ（４３）又は有線送信用のケーブル（４７）に導出することができるように、電力増幅器（４６）に送出される。受信は受信アンテナ（４４）又は通信ケーブル（４７）の作用により達成され、入力増幅器（４５）は信号を取り扱うのに適したレベルに増幅し、一方、自動利得制御（３８）は図５に示すようにゼロ中心回路（３９）が復調器（４０）に必要なフォーマットで信号を提示することができるように、予め設定された大きさに対して最小の変動を有するピーク・ツー・ピーク信号を維持する役割を果たし、したがって対応する出力（１６）を得る。
【００１３】
図７は正の整流器（５１）、負の整流器（５２）及びゼロ調整マイクロコントローラ（５３）を備えたゼロ中心回路（３９）のブロック図を示しており、これらは入力信号の正及び負の最大値を決定し、これに基づいて、ゼロ中心回路の出力が復調器への入力信号を構成するように調整可能なレベル増幅器（５４）のＤＣバランスを操作するが、ここでは信号の最大値及び最小値に対して完全な中心合わせがなされる。
【００１４】
搬送波周波数の２倍（電気通信理論で示される最大の４倍）の周波数で情報を伝送することができるこの変調システムの正しい動作のための必須要素は、情報と搬送波との間の同期であり、これを達成するために、図３に示すように、変調マイクロコントローラ（２８）と密接に動作する変調同期回路（５１）は、情報を破損する高調波の発生を避けるために不可欠である。
【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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【国際調査報告】
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