(57)【要約】      （修正有）【課題】雑音及び妨害波の入力がある一定以上になった場合にも、誤り率の増加及び瞬断が殆ど生じないスペクトル拡散変調・復調通信方式及び無線機を提供する。【解決手段】送信側において、伝送すべきデジタル情報データを多値のデジタルデータに変換する手段と１ｍｓ以下の所定の周期になるように形成された最大で一定振幅、一定幅の基準信号と、前記基準信号と同一の幅で多値のデジタルデータに基づいた前記基準信号の振幅を基準とした多値のデジタル値を表現する複数のデータ信号から構成されるデジタル信号を発生する手段１２と前記デジタル信号を変調入力とした搬送波を、前記各信号の幅をτとしたとき、τを周期とする周波数ｆ（＝１／τ）を通過帯域幅とするろ波回路１４を通して、乗算回路１５に入力する手段と前記乗算回路１５に拡散信号を入力し、前記乗算回路１５の出力を帯域通過ろ波回路１７を通して、直接又は周波数変換して送信する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信側において、伝送すべきデジタル情報データを多値のデジタルデータに変換する手段と
１ｍｓ以下の所定の周期になるように形成された最大で一定振幅、一定幅の基準信号と、前記基準信号と同一の幅で多値のデジタルデータに基づいた前記基準信号の振幅を基準とした多値のデジタル値を表現する複数のデータ信号から構成されるデジタル信号を発生する手段と
前記デジタル信号を変調入力とした搬送波を、前記各信号の幅をτとしたとき、τを周期とする周波数ｆ（＝１／τ）を通過帯域幅とするろ波回路を通して、乗算回路に入力する手段と
上記乗算回路に拡散信号を入力し、前記乗算回路の出力を帯域通過ろ波回路を通して、直接又は周波数変換して送信することを特徴とするスペクトル拡散変調・復調方式及び無線機
【請求項２】
受信側において、受信波を直接又は周波数変換し帯域通過ろ波回路を介して高周波増幅回路に入力する手段と
前記高周波増幅回路の出力をピーク検波して、前記出力を所定値以下になるように前記高周波増幅回路の利得を制御する立ち上がり時間を１ｍｓ以下、立ち下がり時間を前記基準信号の周期の２倍以上とした自動制御（ＡＧＣ）手段と
前記高周波増幅回路の出力を第１（前記周波数変換において乗算回路を使用した場合は第２となる、以降使用しない場合について記載する）の乗算回路に入力し、前記乗算回路のもう一方の入力に前記送信側の拡散信号に対応した逆拡散信号を入力し、前記乗算回路の出力を帯域通過ろ波回路に入力し、前記帯域通過ろ波回路の出力を中間周波増幅器に入力する手段と
前記中間周波増幅器の出力をピーク検波して、そのピーク値が所定値になるように、前記中間周波増幅器の利得を制御する立ち上がり時間を１ｍｓ以下、立ち下がり時間を前記基準信号の周期の２倍以上とした自動利得制御（ＡＧＣ）手段と
前記中間周波増幅器の出力の一部を第２の乗算回路に入力し、さらに前記中間周波増幅器の出力の一部を振幅・位相調整回路を介して前記乗算回路のもう一方の入力として入力し、前記乗算回路の出力をろ波回路を介して増幅器に入力し、前記増幅器の出力をピーク検波して、そのピーク値が所定値になるように、前記増幅器の利得を制御する立ち上がり時間を１ｍｓ以下、立ち下がり時間を前記基準信号の周期の２倍以上としたＡＧＣ手段を有し、
前記増幅回路の出力において、ピーク値で振幅値の基準である基準信号の振幅値と、次の基準信号までの間にあるそれぞれのデータ信号の指定された個所の振幅値を比較して、前記データ信号の多値数を特定してデジタル情報データを出力することを特徴とするスペクトル拡散変調・復調方式及び無線機。
【請求項３】
請求項１及び請求項２のスペクトル拡散変調・復調通信方式及び無線機において、前記基準信号から次の基準信号までの間の信号を一つのグループとして、送信側ベースバンド出力のエンベロープ（包絡線）波形が所定の波形になるように、各信号における搬送波の振幅値の減衰量を設定し、
受信側では、前記第２の乗算回路のろ波回路を介しての出力において、  ピーク値で振幅値の基準とした基準信号の振幅値と、次の基準信号までの間にあるそれぞれのデータ信号の指定された個所の振幅値を比較して、前記基準信号間のエンベロープ波形を特定し、前記エンベロープ波形の信号を多値のデジタルデータ群に変換してデジタル情報データを出力することを特徴とするスペクトル拡散変調・復調通信方式及び無線機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、スペクトル拡散変調・復調してデジタル情報データを送受信する通信方式及びそのための無線機に関する。
【背景技術】
【０００２】  スペクトル拡散変調・復調方式は、雑音や妨害波に強く、秘匿性に優れているため、民間においても携帯電話や無線ＬＡＮ等に多く使われている。携帯電話においては、スマートフォン等によるインターネットの接続が多くなる一方、加入台数も増加し、電波の使用が非常に多くなっている。
また、携帯電話においての電波の使用が非常に多くなっている一方、他の用途においても電波使用の要求が多くなっている。そのため、周波数利用効率の良いＱＡＭ（４相振幅変調）方式が多く使われてきている。
ＱＡＭ方式においては、信号に低い周波数成分を含んでいるため、立ち上がりの早い自動利得制御（ＡＧＣ）回路を使用できず、急激な入力の減少に対応できないで通信が途絶えることが多くなっている。さらに、逆拡散を行う前の回路においては、通過帯域幅が非常に広いため、大きな雑音及び大きな妨害波が入力される場合が多く、これらの入力がある一定以上になると、近くの同じ状態にある同一システム内の全ての受信機において、通信が途切れてしまうという大きな問題がある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  送信側において、ベースバンドに周波数利用効率及び電力利用効率の最も優れた単側帯波通信方式を使用し、信号をブロック毎に分け、１個のブロックの周期を非常に短くして、信号に低い周波数成分がないようにするとともに、受信側の復調をブロック毎に行えるようにすることによって、実質的に低い周波数成分をなくすようにするのを目的とする。
【０００４】  受信側において、逆拡散を行う前の回路においては、通過帯域幅が非常に広いため、大きな雑音及び大きな妨害波が入力される場合が多く、これらの入力がある一定以上になると、信号の誤り率の増加や通信の瞬断が生じる。また、通信経路の間に障害物が入ったりして急激に入力が減少して、信号の誤り率の増加や通信の瞬断が生じている。これらの信号の誤り率の増加や通信の瞬断が生じないようにするのを目的とする。目的達成のため、ベースバンドに本人出願済みの特願２０１２−４７２９２の方式を参考としている。
【課題を解決する為の手段】
【０００５】  請求項１のスペクトル拡散変調・復調方式及び無線機においては、送信側で、伝送すべきデジタル情報データを多値のデジタルデータに変換し、１ｍｓ以下の所定の周期になるように形成された最大で一定振幅、一定幅の基準信号と、前記基準信号と同一の幅で、多値のデジタルデータに基づいた前記基準信号の振幅を基準とした多値のデジタル値を表現する複数のデータ信号から構成されるデジタル信号を発生させる。
そして、前記デジタル信号を振幅変調の入力とした搬送波を、信号の幅をτとしたとき、τを周期とする周波数ｆ（＝１／τ）を通過帯域幅とするろ波回路を介して乗算回路に入力し、上記乗算回路に拡散信号を入力して前記乗算回路の出力を帯域通過ろ波回路を通して、直接又は周波数変換して送信することを特徴としている。
【０００６】  請求項２のスペクトル拡散変調・復調方式及び無線機においては、受信側において、受信波を直接又は周波数変換し帯域通過ろ波回路を介して高周波増幅回路に入力し、前記高周波増幅回路の出力をピーク検波して、前記出力を所定値以下になるように前記高周波増幅回路の利得を立ち上がり時間を１ｍｓ以下、立ち下がり時間を前記基準信号の周期の２倍以上としたＡＧＣにより制御する。
前記高周波増幅回路の出力を第１の乗算回路に入力し、前記乗算回路のもう一方の入力に前記送信側の拡散信号に対応した逆拡散信号を入力し、前記乗算回路の出力を帯域通過ろ波回路に入力し、前記帯域通過ろ波回路の出力を中間周波増幅回路に入力する。
前記中間周波増幅器の出力をピーク検波して、そのピーク値が所定値になるように、前記中間周波増幅器を立ち上がり時間を１ｍｓ以下、立ち下がり時間を前記基準信号の周期の２倍以上としたＡＧＣにより利得制御を行う。
前記中間周波増幅回路の出力の一部を第２の乗算回路に入力し、さらに前記中間周波増幅回路の出力の一部を振幅・位相調整回路を介して前記乗算回路のもう一方の入力として入力し、前記乗算回路の出力をろ波回路を介して増幅回路に入力し、前記増幅回路の出力をピーク検波して、そのピーク値が所定値になるように、立ち上がり時間を１ｍｓ以下、立ち下がり時間を前記基準信号の周期の２倍以上としたＡＧＣにより利得制御をする。
前記増幅回路の出力において、ピーク値で振幅値の基準である基準信号の振幅値と、次の基準信号までの間にあるそれぞれのデータ信号の指定された個所の振幅値を比較して、前記データ信号の多値数を特定してデジタル情報データを出力することを特徴としている。
【０００７】  請求項３のスペクトル拡散変調・復調方式及び無線機においては、変調回路の直線性及びろ波回路の振幅特性が不十分の場合、出力の振幅値に差が生じるため、これを確実に補正出来るように、デジタル信号による前記搬送波の振幅の減衰量を、一つの基準信号から次の基準信号までの間のデータ信号を一つのグループとして、各データ信号のデジタル値の組み合わせで表現し、その各データ信号のデジタル値の組み合わせによる送信側ベースバンド出力のエンベロープ波形の前記基準信号間の波形が、前もって定められた波形になるように設定し、
受信側では、第２の乗算回路のろ波回路を介しての出力において、  ピーク値で振幅値の基準である基準信号の振幅値と、次の基準信号までの間にあるそれぞれのデータ信号の指定された個所の振幅値を比較して、前記基準信号間のエンベロープ波形を特定し、前記エンベロープ波形の信号を多値のデジタルデータ群に変換してデジタル情報データを出力することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】  本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されているような効果を奏する。
【０００９】  通常スペクトル拡散方式においては、受信側において、逆拡散されるまでの通過帯域幅が非常に広い。そのため、大きい雑音及び妨害波が入力される場合が多く、これらの入力がある一定以上になると、近くの同じ状態にある同一システム内の全ての受信機において、誤り率の増加及び瞬断が生じる場合が多い。本案では、逆拡散を行う回路への入力が所定の値より大きくならないように制御しているので前記誤り率の増加及び瞬断は殆ど生じない。
【００１０】  受信入力が急激に減少した場合においても、雑音を除去できる乗算回路を２段以上挿入でき、立ち上がり時間が前記受信入力の変化の速度に十分対応できる自動利得制御（ＡＧＣ）回路を２段以上挿入できるので、前記受信入力の急激な減少に対応でき、信号の誤り及び瞬断は殆ど生じない。
【００１１】  前記［００１０］に記載したように、雑音を無視できるほど小さくでき、回路動作を常時直線部分で動作するように制御し、復調は乗算回路により行っているので、復調精度が高い。従って、デジタルデータの大きな多値化ができ、さらにベースバンドの周波数利用効率が高くなっているので高速のデータ伝送が可能となる。
【００１２】  前記［００１０］に記載しているように、雑音を無視できる程度までに小さくできるので、受信回路の利得を十分大きく出来る。従って、微弱電波においても、通信距離を大きく伸ばすことができる。
【００１３】  スペクトル拡散方式においては、フェージングによる急激な落ち込みは生じないので、前記［００１０］に記載した方法にて、フェージングによる影響を無視出来るまで小さくすることができる。
【００１４】  ベースバンドの信号のエネルギーは、信号成分のみであるので、１チャネル当たりの電力は非常に小さくなっている。従って、最大使用可能チャネルは、現行の数倍となっている。
【００１５】  短波帯においては、音声のデジタル化が可能となるとともに、通信の質の向上及び高速データの伝送が可能となり、さらに、地球の裏側との通信も中継器無しで容易となる。
【発明を実施する為の最良の形態】
【００１６】  図１は、本発明の送信側無線機の全体構成を示す図であり、図４は送信側無線機主要部の出力を示す図である。
【００１７】  図１において、シンセサイザ回路１１は、本発明のデジタル無線機の送信動作に必要なデータ信号の幅（１／ｆ１）搬送波ｆ２、ｆ４及び拡散信号の基準周波数を共通の発信源から発生させる。
【００１８】  制御回路１２には、シンセサイザ回路１１からデータ信号の幅（１／ｆ１）を決定する周波数ｆ１が入力される。また、デジタル情報データが入力されて、前記データを多値｛実施例では図４（ａ）｝のデジタルデータに変換する。実施例では図４（ａ）の左から５個毎に、多値のデジタルデータ「１」「３０」「２０」に変換する。実施例では図４（ｂ）となる。そして、指定された基準信号間のデータ信号の数（ｋ−１）（実施例では３）から、各データ信号をグループ分けし、各グループのデータ信号の多値数から、送信出力のエンベロープ波形がそれぞれのグループに設定された波形になるように、各データ信号の減衰量を決定する。基準信号の周期は、前記データ信号の数に１を足した数ｋにデータ信号の幅１／ｆ１を乗じた時間となる。ここでは、前記時間を雑音等の妨害波の振幅の変化及び障害物等による入力の変化の周期に比べて十分短かくすることにより、前記変化に対応している。前記周期は、少なくとも１ｍｓ以下通常１００μｓ以下としている。それら信号を周波数特性が平坦な可変減衰器１３に入力する。
【００１９】  可変減衰回路１３においては、制御回路１２からの信号により、搬送波ｆ２の振幅をデジタル信号の各データ信号において、基準信号を基準として所定の量を減衰させる。その出力波形は図４（ｃ）となる。
【００２０】  ここで、搬送波をＶ０ＣＯＳ（２πｆ０ｔ＋θ）、変調波をｋＡＣＯＳ（２πｆｐｔ＋ψ）とすると、単側帯波は、１／２・ｍＶ０ＣＯＳ｛２π（ｆ０±ｆｐ）ｔ＋θ＋ψ｝となる。
ただし、ｍは変調度（＝ａＡ／Ｖ０）であり，ａは変調の係数である。
前記単側帯波の振幅値には、変調波の周波数に関係ないことが分かる。従って、振幅によってのみ信号を伝送する場合は、変調周波数は限定されない。
ここで、本案の搬送波は、ＶｃＣＯＳ（２πｆｃ＋ρ）で表わされるから、ｆ０±ｆｐをｆｃに置き換え、Ｖｃを信号によって変化させれば、単側帯波通信方式と同じになり、変調成分のみを伝送できることになり、周波数利用効率及び電力利用効率も単側帯波通信方式と同じになる。
当然ながら、本実施例では搬送波をデジタル信号で基準信号を基準として直接減衰させているが、前記デジタル信号で変調波を基準信号を基準として減衰させて、搬送波を振幅変調して、単側帯波として送信しても良い。
そして変調分は、周波数変換しても変化しないので、受信側にて周波数変換及び同期検波後エンベロープ波形を出力して、その振幅を測定することによって信号の復号が可能となる。
【００２１】  帯域通過ろ波回路１４の通過帯域幅はｆ１で、前記可変減衰回路１３で、減衰量の変化時に発生する搬送波ｆ２の高調波成分及び信号波成分の高調波分を削除する。出力波形は、図４の（ｄ）となる。この出力波形は、単側帯波の場合と同等となっている。
【００２２】  前記出力は、乗算回路１５で拡散信号発生回路１６から出力された拡散信号ｆ３と混合されてスペクトル拡散され、帯域通過ろ波回路１７に入力される。前記帯域通過ろ波回路１７出力は高周波増幅回路１８に入力される。高周波増幅回路１８で増幅されて、送信混合回路１９に入力される。帯域通過ろ波回路２０でろ波されて、高周波増幅回路２１入力され、さらに、送信電力増幅回路２２で増幅され、空中線同調回路２３を経て、空中線２４から送信される。
【００２３】  図２及び図３は、本発明の実施の形態に係る受信側無線機の全体構成を示す図で、図５は、前記受信側無線機の主な回路の入出力を示す図である。
【００２３】  受信側においては、受信入力をｆ３＋ｆ２に変換した後、自動利得制御回路３８によって高周波増幅回路３６の出力のピーク値を所定値以下とし、その出力を乗算回路３９に入力する。前記乗算回路３９の出力ｆ２を帯域通過ろ波回路４１に入力し、その出力を中間増幅回路４２に入力する。更に自動利得制御回路４４にて中間周波増幅回路４２の出力のピーク値を所定の値に制御する。その出力を乗算回路４５と帯域フィルタ４７に入力する。
前記帯域フィルタ４６の出力は、振幅・位相調整回路４７を介して前記乗算回路４５に入力する。
前記乗算回路４５から低域通過ろ波回路４８、増幅回路４９を経てエンベロープ波形が出力され、前記エンベロープ波形において、基準信号のピーク値とデータ信号の所定の点との値を比較して、前記データ信号の多値数を特定するか、基準信号間のエンベロープ波形を特定し、その波形からデジタル情報データを特定して出力する。
【００２４】  ここで、図２、図４を参照して、受信側の受信動作の詳細を説明する。
【００２５】  前記アンテナ３１からの出力は、高周波部３２を経て混合回路３３に入力される。混合回路３３では、前記高周波部３２からの信号とシンセサイザ回路３４からの局部発振周波数ｆ４とが混合され、帯域通過ろ波回路３５を介して周波数ｆ３＋ｆ２が得られ、前記周波数の出力は高周波増幅回路３６に入力される。
【００２６】  高周波増幅回路３６の出力は、乗算回路３９及びピーク検波回路３７に入力され、ピーク検波回路３７の出力は、利得制御回路３８に入力され、前記ピーク検波回路の出力が、所定値以上になった場合、高周波増幅回路３６の利得を抑えて、高周波増幅回路３６の出力が所定値以上にならないようにする。
【００２７】  乗算回路３９においては、高周波増幅回路３６及び逆拡散信号発生回路４０の出力を入力として、帯域通過ろ波回路４１を介してベーバンド周波数ｆ２を得る。
【００２８】  帯域通過ろ波回路４１の出力は中間周波増幅回路４２に入力され、その出力は、乗算回路４５、帯域通過ろ波回路４７及びピーク検波回路４３に入力される。ピーク検波回路４３の出力は利得制御回路４４入力され、中間周波増幅回路４２の出力のピーク値が所定値となるように制御する。
【００２９】  帯域通過ろ波回路４７の通過帯域幅は、入力される周波数は一定であるので、前記周波数の偏差の範囲の周波数が通過する最小の幅とする。これにより、帯域通過ろ波回路４７の出力の振幅は、振幅の変化分は除去され略一定となる。帯域通過ろ波回路４７の出力は、振幅・位相調整回路４７を介して乗算回路４５に入力される。
【００３０】  振幅・位相調整回路４７には、シンセサイザ回路及びＡＧＣ回路等が使用される場合が多い。
【００３１】  前記帯域通過ろ波回路及び振幅・位相調整回路を使用する方法以外の方法として、送信側において、基準信号の周期と搬送波を同期させ、受信側において、基準信号の周期を検出して、シンセサイザ発振回路の周波数に同期させ、前記シンセサイザ発振回路の出力を前記乗算回路に入力する方法がある。
【００３２】  雑音が多い場合｛図５（ｂ）に示す｝、前記中間周波増幅回路４２の入力は、図５（ｄ）に示すように雑音の多いところの信号分の振幅は減少する。これは中間周波増幅回路４２、ピーク検波回路４３及び利得制御回路４４によって補償され、図５（ｅ）に示すように、ピーク値が一定となる。
【００３３】  乗算回路４５では中間周波増幅回路４２の出力と振幅・位相調整回路４７の出力とを乗算し、低域通過ろ波回路４８を介して受信入力のエンベロープ波形が出力される。
【００３４】  前記を数式を使用して説明する。
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は、前記［００２９］に示す通り、振幅値は一定となりＶ２ＣＯＳωｒｔとなる。
乗算回路４５では、前記二つの入力が乗算されて下記となる。
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【００３５】  低域通過ろ波回路４８の出力は、増幅回路４９に入力される。増幅回路４９の出力は、振幅測定回路５２及びピーク検波回路５０に入力される。ピーク検波回路５０の出力が利得制御回路５１に入力される。利得制御回路５１は、増幅回路４９の出力のピーク値を所定値になるように制御する。
【００３６】  増幅回路４９の出力は振幅測定回路５２に入力されて、振幅測定回路５２においては、増幅回路４９から入力された基準信号の振幅値（ピーク値）を基準値として設定し、指定された箇所｛図５の（ｇ）の↓の点｝で、その基準値との差を測定して、その基準信号とその次の基準信号間の波形を特定し、その波形を示す信号を復号回路５３に出力する。
【００３７】  復号回路５３においては、振幅測定回路５２からの波形を示す信号により、その信号に対応するデジタルデータ群を特定し、デジタル情報データを出力する。
【実施例】
【００３８】  ベースバンドの通過帯域幅を５ｋＨｚ、基準信号とデータ信号の幅を１／４．８ｋ秒、基準信号間のデータ信号の数を３（ｋ＝４の場合）及び多値数を３２の場合は、伝送量は４．８×５×３÷４＝１８ｋｂｐｓとなる。【００３９】  前記［００３８］においてｋ＝８、多値数＝６４とした場合は、伝送量は４．８×６×７÷８＝２５．２ｋｂｐｓとなる。
ベースバンドにおいて、現行の方式でのＦＭまたはＰＭ方式の場合６ｋｂｐｓ程度であるので、本方式では周波数利用効率が約４倍改善されることになる。【００４０】  図３は、中間周波段を１段の多く接続した場合の受信側無線機の全体構成を示す図であり、雑音を除く乗算回路を１段多くする場合と利得を大きくする場合等に使用する。回路動作は、図２と同様となる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】  本発明のデジタル通信方式及び無線機は、基本的な変復調方式であるので、ラジコンから放送機器・通信機器までの短波帯以上の大部分の無線通信方式及び無線機に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  送信側無線機の全体構成を示す図である。
【図２】  第１の受信側無線機の全体構成を示す図である。
【図３】  第２の受信側無線機の全体構成を示す図である。
【図４】  送信側主要部の出力を示す図である。
【図５】  受信側主要部の入出力を示す図である。
【符号の説明】１１，３４  シンセサイザ回路
１２  制御回路
１３  可変減衰回路
１４、１７、２０、３５、４１、４７、５５、６３，６９、７５  帯域通過ろ波回路
１５、３９，４５、６１、６８，７４  乗算回路
１６、  拡散信号発生回路
１８、２１、３６  高周波増幅回路
１９、３３  混合回路
２２  送信電力増幅回路
２３  空中線同調回路
２４、３１  空中線
３２  高周波部
４２、６４、７２  中間周波増幅回路
３７、４３、５０、５４、６７、７０  ピーク検波回路
３８、４４、５１、６６、７１  利得制御回路
４０、６２  逆拡散信号発生回路
４６、７６  振幅位相調整回路
４８  低域通過ろ波回路
４９、５６  増幅回路
５２  振幅測定回路
５３  復号回路
【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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