(57)【要約】【課題】本発明は２つの異なる偏波面を利用し、偏波面ごとの相対的振幅の比較による振幅偏移変調を行い、既存の位相偏移変調に重畳することでデジタル伝送帯域を広げる無線通信方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の無線による通信方法は、伝送データに対応し、送信する第１の偏波と該第１の偏波と独立の第２の偏波の各振幅強度の相対値に関係付けられる符号を生成するステップと、前記第１の偏波と第２の偏波に前記符号に対応する変調を加えて送信するステップと、前記送信した第１の偏波と第２の偏波を受信して、該第１の偏波と第２の偏波の振幅強度を検知するステップと、前記検知した振幅強度から前記符号を復号化するステップと、前記復号化された符号から、前記伝送データを再生するステップと、を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送データに対応し、送信する第１の偏波と該第１の偏波と独立な第２の偏波の各振幅強度の相対値に関係付けられるコードを生成するステップと、
前記第１の偏波と第２の偏波に前記コードに対応する変調を加えて送信するステップと、
前記送信した第１の偏波と第２の偏波を受信して、該第１の偏波と第２の偏波の振幅強度を検知するステップと、
前記検知した振幅強度から前記コードを復号化するステップと、
前記復号化されたコードから、前記伝送データを再生するステップと、
を含む通信方法。
【請求項２】
前記コードは、
前記第１の偏波と第２の偏波の振幅強度が等しい場合は同一コードであり、
前記第１の偏波と第２の偏波の振幅強度が異なる場合は、該第１の偏波と第２の偏波の振幅強度と振幅強度差の比である前記相対値に基づいて決定され、かつ、前記同一コードとは異なる、請求項１に記載の通信方法。
【請求項３】
前記送信するステップは、前記第１の偏波と第２の偏波に位相偏移変調を加えて送信するステップを含む、請求項１又は２に記載の通信方法。
【請求項４】
前記第１の偏波と該第１の偏波と独立な第２の偏波は、互いに直交する２つの偏波である、請求項１乃至３に記載の通信方法。
【請求項５】
第１の偏波を送信する第１送信器と、
前記第１の偏波と独立な第２の偏波を送信する第２送信器と、
伝送データに対応し、前記送信する第１の偏波と第２の偏波の各振幅強度の相対値に関係付けられるコードを付与するコードデータ付与器と、
前記第１の偏波と第２の偏波を、前記コードデータ付与器が付与するコードに対応する振幅に変調する変調器と、
を備える通信装置。
【請求項６】
前記第１の偏波を受信する第１受信器と、
前記第２の偏波を受信する第２受信器と、
前記第１受信器と第２受信器が受信した前記第１の偏波と第２の偏波の振幅強度の相対値を検知する相対振幅検知器と、
前記相対振幅検知器が検知した前記相対値から、前記コードを復号化する復号部と、
前記復号部が復号化したコードから、前記伝送データを再生する再生部と、
を備える通信装置。
【請求項７】
複数の、請求項５又は６に記載の通信装置の間で、無線通信する通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電波を用いた無線通信において、伝搬電波を変調して情報を送信／受信し復調する方法、装置及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
搬送波である電波を変調して情報通信する方式は種々存在する。そのうち代表的なものとして、周波数偏移変調（ＦＳＫ；Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）、位相偏移変調（ＰＳＫ；Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）と振幅偏移変調（ＡＳＫ；Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）等が知られている。
【０００３】
このうち位相偏移変調方式とは、搬送波の位相（０、π）を入力データ（０又は１）に対応させて伝送する方式である。この場合、伝送するデータは１ビットである。これに対して、連続して入力される２ビットを一つの記号とみなし、その伝送データ（００、０１、１０、１１）に対応する搬送波の位相（π／４、３π／４、５π／４、７π／４）で伝送する４位相偏移変調（ＱＰＳＫ；Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）等、伝送データ量を増やした位相偏移変調方式も知られている。
【０００４】
図５は、４位相偏移変調を用いる場合の各伝送データに対応する、搬送波形の一例を示す。この図５ｂの例では、搬送波は（００１１１０）のデータを伝送する場合の変調が加えられている。更に重要データとそうでないデータとを区別して送信する位相偏移変調の階層化方式が、下記特許文献２に公開されている。
【０００５】
一方振幅偏移変調は、搬送波の振幅Ａを変調し、例えば図６のように（Ａ／２，Ａ）の２値を入力データ（０又は１）に対応させて、搬送する方式である。振幅偏移変調された搬送波は、受信器により受信される。受信された搬送波は、その振幅強度が検知され、検知された振幅強度に対応した入力データを再生する。上記例の場合、受信波の振幅強度がＡならば１が、Ａ／２ならば０が、入力データとして復号化される。この振幅偏移変調においても、振幅の分割数を増やすことにより伝送データ量を増やすことができる。
【０００６】
しかし、無線通信の場合、振幅偏移変調は降雨や雲による気象条件の外乱を受けやすい。受信波振幅が短周期で変動するフェーディングが起こる。このため、搬送波の振幅が減衰してビット・エラー・レートが増大するという問題が生ずる。上記例でいえば、例えば、入力データ１に対応する振幅Ａの搬送波が外乱を受け振幅Ａ／２にまで減衰すると、誤った入力データ０が再生される。そのため、無線通信では振幅偏移変調ではなく、耐雑音性に優れる位相偏移変調がよく使われている。例えば現在のＣＳ放送では、偏波面内の変調が用いる２７ＭＨｚ程度の伝送帯域を使用し、４位相偏移変調を用いて３０Ｍｂｐｓ程度の伝送速度を持つ。
【０００７】
一方、ＣＡＴＶのような有線放送の場合は、上記減衰の恐れが少なく、振幅偏移変調は有効である。そこで、有線放送では、振幅偏移変調と位相偏移変調を組合わせた変調方式が用いられている。このような変調方式については、例えば下記の特許文献１に紹介されている。
【０００８】
例えば直交する２つの偏波、水平偏波及び垂直偏波にそれぞれ２値化の位相及び振幅の偏移変調を加えるとする。この場合、上記のように、位相偏移変調及び振幅偏移変調により、それぞれ２×２＝４ビットづつのデータ伝送が可能となる。従って、搬送波全体で４×４＝１６ビットのデータを搬送できることとなる。尚、振幅偏移変調に位相偏移変調を加えるので、各偏波の振幅は、各偏波の包絡線の振幅により決定される。
【０００９】
以上のように独立した２つの偏波それぞれに、振幅偏移変調及び位相偏移変調を加えると、同一周波数帯で多数の情報ビットを伝送することができる。しかし、空間においては上記のように外乱による搬送波の振幅減衰が避けられないため、無線通信に対しては有効な変調方式ではない。即ち、空間における搬送波の外乱による影響は時間と共に変動するため、受信した搬送波の振幅の絶対値も時間変動し、伝送データを確実に再生することはできない。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭６３−１７５５４２号公報
【特許文献２】
特開平５−２７６２１１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は２つの異なる偏波面を利用し、偏波面ごとの相対的振幅の比較による振幅偏移変調を行い、既存の位相偏移変調に重畳することでデジタル伝送帯域を広げる無線通信方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る通信方法は、伝送データに対応し、送信する第１の偏波と該第１の偏波と独立な第２の偏波の各振幅強度の相対値に関係付けられるコードを生成するステップと、前記第１の偏波と第２の偏波に前記コードに対応する変調を加えて送信するステップと、前記送信した第１の偏波と第２の偏波を受信して、該第１の偏波と第２の偏波の振幅強度を検知するステップと、前記検知した振幅強度から前記コードを復号化するステップと、前記復号化されたコードから、前記伝送データを再生するステップと、を含み得る。
【００１３】
ここで、第１の偏波と第２の偏波は、空間を伝達する際にも高い独立性を保持し得る。そのため変調により搬送されるデータも相互の偏波間で独立であり、第１の偏波と第２の偏波は同一周波数帯で大量のデータを搬送することができる。
【００１４】
また、第１の偏波と第２の偏波の各振幅強度の相対値は、空間における外乱による減衰の影響を殆ど受けない。従って、この相対値に関連するコードを使って復調を行なうことにより、より正確に伝送データを再生することができる。
【００１５】
本発明に係る通信装置は、第１の偏波を送信する第１送信器と、前記第１の偏波と独立な第２の偏波を送信する第２送信器と、伝送データに対応し、前記送信する第１の偏波と第２の偏波の各振幅強度の相対値に関係付けられるコードを付与するコードデータ付与器と、前記第１の偏波と第２の偏波を、前記コードデータ付与器が付与するコードに対応する振幅に変調する変調器と、を備え得る。
【００１６】
また、本発明に係る通信装置は、前記第１の偏波を受信する第１受信器と、前記第２の偏波を受信する第２受信器と、前記第１受信器と第２受信器が受信した前記第１の偏波と第２の偏波の振幅強度の相対値を検知する相対振幅検知器と、前記相対振幅検知器が検知した前記相対値から、前記コードを復号化する復号部と、前記復号部が復号したコードから、前記伝送データを再生する再生部と、を備え得る。
【００１７】
このような通信装置を用いることにより、上記本発明に係る通信方法は可能であり、また、上記通信装置を複数使用して、無線通信システムを構築することもできる。
【００１８】
以下、本明細書の実施の形態において、第一の偏波を横偏波といい、第２の偏波を縦偏波ということとする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の通信方法に用いる送信装置について、ブロック図３を用いて説明する。送信装置５０は、伝送するデジタル・データを分配するデータ分配器５２と、分配された各偏波にそれぞれ位相及び振幅偏移変調を加える位相及び振幅偏移変調器５４ａ，５４ｂ、５８ａ，５８ｂと、位相偏移変調がなされた各偏波に増幅等を行なうアップコンバータ５６ａ，５６ｂと、位相偏移変調及び振幅偏移変調された各偏波をそれぞれ足し合わせる加算器６０ａ，６０ｂと、加算され電力増幅された各偏波を送信する水平及び垂直送信アンテナ６４ａ，６４ｂと、から構成される。
【００２０】
ここで、データ分配器５２は上記コードデータ付与器に含まれ、水平及び垂直送信アンテナ６４ａ，６４ｂは上記第１及び第２送信器に含まれ得る。
【００２１】
送信装置５０により送信された水平及び垂直偏波は、ブロック図４ａに示す受信装置１０により受信される。受信装置１０は、各偏波を受信するパラボラアンテナ１２と、水平及び垂直偏波をそれぞれ検知する水平及び垂直高周波変換回路１４ａ、１４ｂと、検知されダウンコンバータ１６ａ、１６ｂを介して受取った各偏波の振幅強度を検出する信号強度検出器１８ａ、１８ｂと、同じく受取った各偏波を４位相偏移復調するＱＰＳＫ復調器２４ａ、２４ｂと、信号強度検出器１８ａ、１８ｂから受取った各偏波を振幅偏移復調する相対振幅検知器２２と、各復調された各偏波のデータを総合して伝送データを再生するデジタル・データ処理装置２６と、から構成される。
【００２２】
ここで、信号強度検出器１８ａ、１８ｂは、上記第１及び第２受信器に対応し得る。
【００２３】
ここで、パラボラアンテナ１２により水平偏波と垂直偏波の搬送する信号を分離させて高周波変換回路１４に導くために、公知の方法を用いてよい。無線通信においては、水平偏波及び垂直偏波は外乱により減衰するものの、両者の独立性と偏波面による減衰量の差の小ささは特別な場合を除いて保たれる。パラボラ反射板によって集められた電波はローノイズ・ブロックコンバーター（ＬＮＢ）のホーン部分に導かれる。このホーン部の先で、水平偏波と垂直偏波は、各々の偏波用に装備された直交した２つの高周波変換回路１４ａ，１４ｂを介して分離され、上記ＬＮＢサーキットよりダウンコンバータ１６ａ，１６ｂに導かれる。
【００２４】
あるいは水平偏波と垂直偏波用の、それぞれに専用のパラボラアンテナ１２を設けて、両偏波を分離して受信してもよい。その他，水平及び垂直偏波を分離する方法はどのような方法でもよく、アンテナの種類も特に限定されない。
【００２５】
本実施形態で使用する振幅偏移変調は、便宜のため送信装置５０において各偏波が５値を取るように変調され、増幅されて整数値（５，６，７，８，９）の何れかで表せるものとする。これらの振幅は、例えばそれぞれ、伝送データ（０００、００１、０１０、０１１，１００）に対応する。横軸に水平偏波の、縦軸に垂直偏波の、それぞれ増幅された振幅強度（５，６，７，８，９）をプロットすると、図７のようなコード化マトリックスが得られる。コード化マトリックスでは、各偏波の増幅された振幅強度の組により５×５＝２５値の伝送データが、例えば図７のようにコード化される。
【００２６】
また、各偏波の位相偏移変調の変調方法は従来の方式と同様であるので説明を省略する。上記振幅偏移変調に加え、例えば位相偏移変調で各偏波が４値を取るとすると、従来の方式であれば特定周波数帯域につき、４×４×５×５＝４００個のデータのコード化が行なえることになる。
【００２７】
以下本実施形態について、相対振幅検知器２２における水平及び垂直偏波の振幅偏移変調の復調方法を詳しく説明する。
【００２８】
本実施形態における相対振幅検知器２２をブロック図４ｂに示す。相対振幅検知器２２は、信号強度検出器１８ａ、１８ｂより送られた各偏波の振幅アナログ・データを各々デジタル・データに変換するアナログ／デジタル・コンバーター３２ａ、３２ｂと、各偏波の振幅デジタル・データから振幅強度差Δを検出する振幅差検出器３６と、各偏波の振幅デジタル・データ及び振幅差検出器３６が検出した振幅強度差Δから各偏波の振幅強度の相対値を求める除算器３８ａ、３８ｂと、を含んで構成される。
【００２９】
また、相対振幅検知器２２は、除算器３８ａ、３８ｂから受取った振幅強度の相対値をコード・サーチ・テーブル３０と比較して最近傍点を検出するデータ比較器４０と、当該最近傍点のデータ及び／又は振幅差検出器３６から発生する振幅強度差Δ＝０の信号を受け取り最終データを生成する振幅データ復号器４２とから構成される。
【００３０】
ここで、データ比較器４０又は振幅データ復号器４２は、上記復号部又は再生部に含まれ得る。
【００３１】
振幅差検出器３６は、（水平偏波の振幅強度）―（垂直偏波の振幅強度）の演算を行い、両偏波の振幅強度差の絶対値を検出する。この振幅強度差Δは、振幅に加えられる変調信号により異なる正値をとり、両偏波の振幅が等しい場合は０となる。振幅強度差Δが０でない場合は、両偏波の振幅の絶対値と振幅強度差Δとの比を取ることにより、両振幅強度の相対値を作成する。
【００３２】
振幅強度差Δと振幅強度の相対値について更に詳細に説明する。振幅差検出器３６で検出されたΔ＝０の信号は、相対振幅検知器２２の内部の振幅データ復号器４２に直接送られる。一方、振幅差検出器３６の検出した振幅強度差Δは除算器３８ａ、３８ｂに送られ、相対値座標（水平振幅強度／Δ、垂直振幅強度／Δ）が計算される。以下、受信した搬送波の振幅から除算器３８ａ、３８ｂが計算した相対値座標を受信相対値座標と呼び、以下に説明するコード・サーチ・テーブル３０にコード化された相対値座標と区別する。
【００３３】
振幅強度を振幅強度差Δで除した量は、振幅強度が変化しても一定であるため、受信相対値座標は外乱による振幅減衰から受ける影響を回避することができる。
【００３４】
図２にコード・サーチ・テーブル３０を示す。対角線以外のすべての相対値座標は相互に異なり、図２に示すようにコード化される。対角線上の座標ではΔ＝０であり、互いに区別されず、コードＸが与えられる。従って、本実施形態では振幅偏移変調された振幅強度は５〜９の整数値であるので、相対振幅検知器２２はＡ〜Ｔ、Ｘのコード化が可能であり、２１個の多値データを生成する。
【００３５】
コード・サーチ・テーブル３０は、予め復調時の参照用に、相対振幅検知器２２の外部又は内部の記憶装置に記憶される。
【００３６】
上記除算器３８ａ、３８ｂで計算された上記受信相対値座標のデータは、データ比較器４０に送られコード化される。まず、データ比較器４０は、受信相対値座標とコード・サーチ・テーブル３０のコード化された相対値座標データを比較する。上述のように無線通信では、搬送波の振幅信号は外乱により劣化しているため、データ比較器４０は受信相対値座標と最近傍の相対値座標データをコード・サーチ・テーブル３０から検出する。検出される相対値座標データは、図２に示されるＡ〜Ｔの２０個にコード化された相対値座標データである。
【００３７】
このように検出された最近傍の相対値座標データは振幅データ復号器４２に送られる。振幅データ復号器４２は、相当するコード・サーチ・テーブル３０のコードをＡ〜Ｔの中から抽出する。又、振幅データ復号器４２は、振幅差検出器３６から振幅強度差Δ＝０の信号がきた場合には、振幅強度差は０と判定しコードＸを与える。抽出された振幅偏移変調のコードは、デジタルデータ処理装置２６に送られて、ＱＰＳＫ復調により得られたコードと併せて、伝送データが復号化される。
【００３８】
図１に、本発明の通信方法における、振幅偏移変調方式の概要をブロック図に示す。本発明の通信方法は、上記実施形態における通信方法に限定されない。振幅偏移変調において振幅のとり得る値は５値に限らず他の多値でもよく、振幅偏移変調と組合わせる変調方式も特定の方式に限定されない。振幅強度を振幅強度差Δで規格化し、コード化する他のすべての振幅偏移変調、復調の方法が本発明の通信方法に含まれる。
【００３９】
また、本発明の通信装置は上記実施形態における構成に限定されない。振幅強度の相対値を検知する相対振幅検知器と、当該相対値からコード・サーチ・テーブルを参照して対応するコードを復号化する復号部と、当該コードから伝送データを再生する再生部に対応する構成要素は、どのような形態で本発明の通信装置に含まれていてもよい。
【００４０】
また、水平及び垂直偏波を分離する方法はどのような方法でもよく、送受信器、アンテナの種類も特に限定されない。また、２つの偏波は直交しなくてもよく、右旋、左旋のような円偏波であって良い。２つの偏波は互いに独立にデータを搬送できればよい。
【００４１】
本発明の通信方法で用いられる無線は、高周波で指向性の強い無線が好ましいが、特に特定の周波数帯域の無線には限定されない。本発明の通信方法を使用して、主にギガ・ヘルツ（ＧＨｚ）以上の無線により衛星通信を行なうのが好ましい。
【００４２】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の通信方式によれば、搬送波として、互いに独立な２つの偏波を用い、それぞれの偏波に振幅及び位相偏移変調を行なうので、無線を用いて大容量のデータを通信できる。
【００４４】
特に、両偏波の振幅強度を振幅強度差Δで除した量は、振幅強度が変化しても一定であるため、受信相対値座標は外乱による振幅減衰から受ける影響を回避することができる。即ち、本発明の通信方式は、振幅強度の相対値を用いて変調、復調を行なうため、従来の振幅強度の絶対値を用いる変調方式と異なり、搬送波が空中において受ける影響を回避することができる。
【００４５】
従って、本発明の通信方法では、無線通信であっても外乱に強く、大容量の伝送データを正確に搬送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の通信方法における、振幅偏移復調の概略を表すブロック図。
【図２】本発明の実施形態の振幅偏移変調方式で得られる相対座標コード化マトリックス。コード・サーチ・テーブルとして記憶される。
【図３】本発明の通信方法で用いる送信器の、送信方法を表すブロック図。
【図４】（ａ）本発明の通信方法で用いる受信器の、受信方法を表すブロック図。
（ｂ）図４（ａ）における、相対振幅検知器２２の内部のデータ処理の方法を表すブロック図。
【図５】（ａ）位相偏移変調の変調方法を表す概略図。
（ｂ）図５（ａ）における位相偏移変調を用いて、伝送データ（００１１１０）を搬送する場合の変調波の波形。
【図６】振幅偏移変調により搬送波を変調する方法を表す概略図。
【図７】本発明の実施形態の振幅偏移変調方式で得られる振幅値のコード化マトリックス。
【コードの説明】
１０：受信装置
１２：パラボラアンテナ
１４ａ：水平高周波変換回路
１４ｂ：垂直高周波変換回路
１６ａ、ｂ：ダウンコンバータ
１８ａ、ｂ：信号強度検出器
２２：相対振幅検知器
２４ａ、ｂ：ＱＰＳＫ復調器
２６：デジタルデータ処理装置
３０：コード・サーチ・テーブル
３２ａ、ｂ：アナログ／デジタル・コンバーター
３６：振幅差検出器
３８ａ、ｂ：除算器
４０：データ比較器
４２：振幅データ復号器
５０：送信装置
５２：データ分配器
５４ａ：水平偏波用位相変調器
５４ｂ：垂直偏波用位相変調器
５６ａ、ｂ：アップコンバータ
５８ａ：水平偏波用振幅偏移変調器
５８ｂ：垂直偏波用振幅偏移変調器
６０ａ、ｂ：加算器
６２ａ、ｂ：電力増幅器
６４ａ：水平送信アンテナ
６４ｂ：垂直送信アンテナ
【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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