(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパルス状の音響信号を順次送信する音響送信装置であって，
送信データを順次ｎビットずつに分割して並列データとし，前記並列データを順次Ｎ個ずつグループとする直列／並列変換手段と，
前記各並列データに対応する互いに異なる周波数の搬送波のそれぞれを前記並列データに基づいて変調するＮ個の変調手段と，
前記変調された搬送波を前記グループ毎に加算する加算手段と，
窓関数を示す信号を生成する窓関数信号生成手段と，
前記加算手段からの出力と，前記窓関数信号生成手段からの出力を乗算する乗算手段と，
前記乗算手段からの出力に基づく前記グループ毎の音響信号をグループ順に送信する音響送信手段を有し，
前記変調手段は，順次入力される前記グループ内の前記Ｎ個の並列データにＮ個の搬送波をそれぞれ対応させ，所定のＳ個目のグループまで計Ｎ×Ｓ個の互いに異なる周波数の搬送波を用い，前記Ｓ個のグループの次のＳ個のグループに対しては再度前記Ｎ×Ｓ個の搬送波を用い，
前記音響送信手段は，前記Ｓ個のグループの１個の音響信号と，次のＳ個のグループの搬送波において対応する１個の音響信号との送信間隔を，前記先のＳ個のグループの前記１個の音響信号の残響が所定レベル以下になる所定の時間間隔とする，
ことを特徴とする音響送信装置。
【請求項２】
請求項１において，
前記窓関数を示す信号は，ガウス窓信号であることを特徴とする音響送信装置。
【請求項３】
請求項１もしくは２において，
前記Ｎ個のそれぞれｎビットの並列データによって前記変調手段が行う変調が，位相シフトキーイング，振幅シフトキーイング，もしくは，直交振幅変調（QAM）のいずれかであり，
位相シフトキーイングの場合，前記変調手段は，前記ｎビットの並列データを前記搬送波の移相量に変換し，
振幅シフトキーイングの場合，前記変調手段は，前記ｎビットの並列データを前記搬送波の振幅値に変換し，
直交振幅変調の場合，前記変調手段は，前記ｎビットの並列データを前記搬送波の移相量及び振幅値に変換することを特徴とする音響送信装置。
【請求項４】
複数のパルス状の音響信号を順次送信する音響送信方法であって，
送信データを順次ｎビットずつに分割して並列データとし，前記並列データを順次Ｎ個ずつグループとする直列／並列変換工程と，
前記各並列データに対応する互いに異なる周波数の搬送波のそれぞれを前記並列データに基づいて変調する変調工程と，
前記変調された搬送波を前記グループ毎に加算する加算工程と，
窓関数を示す信号を生成する窓関数信号生成工程と，
前記加算工程からの出力と，前記窓関数信号生成工程からの出力を乗算する乗算工程と，
前記乗算工程における乗算結果に基づくグループ毎の音響信号を送信する音響送信工程を有し，
前記変調工程は，順次入力される前記グループ内の前記Ｎ個の並列データにＮ個の搬送波をそれぞれ対応させ，所定のＳ個目のグループまで計Ｎ×Ｓ個の互いに異なる周波数の搬送波を用い，前記Ｓ個のグループの次のＳ個のグループに対しては再度前記Ｎ×Ｓ個の搬送波を用い，
前記音響送信工程は，前記Ｓ個のグループの１個の音響信号と，次のＳ個のグループの搬送波において対応する１個の音響信号との送信間隔を，前記先のＳ個のグループの前記１個の音響信号の残響が所定レベル以下になる所定の時間間隔とする，
ことを特徴とする音響送信方法。
【請求項５】
データを音響信号として送信する音響送信装置に設けられたコンピュータにおいて実行され，複数のパルス状の音響信号を順次送信するための音響送信プログラムであって，
送信データを順次ｎビットずつに分割して並列データとし，前記並列データを順次Ｎ個ずつグループとする直列／並列変換工程と，
前記各並列データに対応する互いに異なる周波数の搬送波のそれぞれを前記並列データに基づいて変調する変調工程と，
前記変調された搬送波を前記グループ毎に加算する加算工程と，
窓関数を示す信号を生成する窓関数信号生成工程と，
前記加算工程からの出力と，前記窓関数信号生成工程からの出力を乗算する乗算工程と，
前記乗算工程における乗算結果に基づくグループ毎の音響信号を送信する音響送信工程を有し，
前記変調工程は，順次入力される前記グループ内の前記Ｎ個の並列データにＮ個の搬送波をそれぞれ対応させ，所定のＳ個目のグループまで計Ｎ×Ｓ個の互いに異なる周波数の搬送波を用い，前記Ｓ個のグループの次のＳ個のグループに対しては再度前記Ｎ×Ｓ個の搬送波を用い，
前記音響送信工程は，前記Ｓ個のグループの１個の音響信号と，次のＳ個のグループの搬送波において対応する１個の音響信号との送信間隔を，前記先のＳ個のグループの前記１個の音響信号の残響が所定レベル以下になる所定の時間間隔とする，
ことを特徴とする音響送信プログラム。
【請求項６】
請求項５において，
前記変調行程において，Ｎ個のそれぞれｎビットの並列データによって行われる変調が，位相シフトキーイング，振幅シフトキーイング，もしくは，直交振幅変調（QAM）のいずれかであり，
位相シフトキーイングの場合，前記変調行程において，前記ｎビットの並列データは前記搬送波の移相量に変換され，
振幅シフトキーイングの場合，前記変調行程において，前記ｎビットの並列データは前記搬送波の振幅値に変換し，
直交振幅変調の場合，前記変調行程において，前記ｎビットの並列データは前記搬送波の移相量及び振幅値に変換されることを特徴とする音響送信プログラム。
【請求項７】
複数のパルス状の音響信号を順次受信する音響受信装置であって，
送信データを順次ｎビットずつに分割して並列データとし，前記並列データを順次Ｎ個ずつグループとして変換され，前記各並列データに対応する互いに異なる周波数の搬送波のそれぞれを前記並列データに基づいて変調され，前記変調された搬送波が前記グループ毎に加算され，窓関数を示す信号が生成され，前記加算された出力と，前記窓関数を示す信号が乗算され，前記乗算結果に基づいて生成されたグループ毎の音響信号であって，前記変調の際，順次入力される前記グループ内の前記Ｎ個の並列データにＮ個の搬送波をそれぞれ対応させ，所定のＳ個目のグループまで計Ｎ×Ｓ個の互いに異なる周波数の搬送波を用い，前記Ｓ個のグループの次のＳ個のグループに対しては再度前記Ｎ×Ｓ個の搬送波を用い，且つ前記Ｓ個のグループの１個の音響信号と，次のＳ個のグループの搬送波において対応する１個の音響信号との送信間隔が，前記先のＳ個のグループの前記１個の音響信号の残響が所定レベル以下になる所定の時間間隔で送信された音響信号を電気信号に変換する音響受信手段と，
前記音響受信手段によって変換された前記電気信号をフーリエ変換し前記Ｎ個の搬送波を分離し，前記Ｎ個の搬送波から前記送信データを復調する復調手段を有する，
ことを特徴とする音響受信装置。
【請求項８】
複数のパルス状の音響信号を順次受信する音響受信方法であって，
送信データを順次ｎビットずつに分割して並列データとし，前記並列データを順次Ｎ個ずつグループとして変換され，前記各並列データに対応する互いに異なる周波数の搬送波のそれぞれを前記並列データに基づいて変調され，前記変調された搬送波が前記グループ毎に加算され，窓関数を示す信号が生成され，前記加算された出力と，前記窓関数を示す信号が乗算され，前記乗算結果に基づいて生成されたグループ毎の音響信号であって，前記変調の際，順次入力される前記グループ内の前記Ｎ個の並列データにＮ個の搬送波をそれぞれ対応させ，所定のＳ個目のグループまで計Ｎ×Ｓ個の互いに異なる周波数の搬送波を用い，前記Ｓ個のグループの次のＳ個のグループに対しては再度前記Ｎ×Ｓ個の搬送波を用い，且つ前記Ｓ個のグループの１個の音響信号と，次のＳ個のグループの搬送波において対応する１個の音響信号との送信間隔が，前記先のＳ個のグループの前記１個の音響信号の残響が所定レベル以下になる所定の時間間隔で送信された音響信号を電気信号に変換する音響受信工程と，
前記音響受信工程において変換された前記電気信号をフーリエ変換し，前記Ｎ個の搬送波を分離し，前記Ｎ個の搬送波から前記送信データを復調する復調工程を有する，
ことを特徴とする音響受信方法。
【請求項９】
複数のパルス状の音響信号を順次通信する，音響送信装置と音響受信装置を備える音響通信装置であって，
前記音響送信装置は，送信データを順次ｎビットずつに分割して並列データとし，前記並列データを順次Ｎ個ずつグループとする直列／並列変換手段と，
前記各並列データに対応する互いに異なる周波数の搬送波のそれぞれを前記並列データに基づいて変調するＮ個の変調手段と，
前記変調された搬送波を前記グループ毎に加算する加算手段と，
窓関数を示す信号を生成する窓関数信号生成手段と，
前記加算手段からの出力と，前記窓関数信号生成手段からの出力を乗算する乗算手段と，
前記乗算手段からの出力に基づく前記グループ毎の音響信号をグループ順に送信する音響送信手段を有し，
前記変調手段は，順次入力される前記グループ内の前記Ｎ個の並列データにＮ個の搬送波をそれぞれ対応させ，所定のＳ個目のグループまで計Ｎ×Ｓ個の互いに異なる周波数の搬送波を用い，前記Ｓ個のグループの次のＳ個のグループに対しては再度前記Ｎ×Ｓ個の搬送波を用い，
前記音響送信手段は，前記Ｓ個のグループの１個の音響信号と，次のＳ個のグループの搬送波において対応する１個の音響信号との送信間隔を，前記先のＳ個のグループの前記１個の音響信号の残響が所定レベル以下になる所定の時間間隔とし，
前記音響受信装置は，
前記音響送信手段によって送信された前記音響信号を受信し，電気信号に変換する音響受信手段と，
前記音響受信手段によって変換された前記電気信号をフーリエ変換し，前記Ｎ個の搬送波から前記送信データを復調する復調手段を有する，
ことを特徴とする音響通信装置。
【請求項１０】
複数のパルス状の音響信号を順次通信する音響通信装置が行う音響通信方法であって，
送信データを順次ｎビットずつに分割して並列データとし，前記並列データを順次Ｎ個ずつグループとする直列／並列変換工程と，
前記各並列データに対応する互いに異なる周波数の搬送波のそれぞれを前記並列データに基づいて変調する変調工程と，
前記変調された搬送波を前記グループ毎に加算する加算工程と，
窓関数を示す信号を生成する窓関数信号生成工程と，
前記加算工程からの出力と，前記窓関数信号生成工程からの出力を乗算する乗算工程と，
前記乗算工程における乗算結果に基づくグループ毎の音響信号を送信する音響送信工程を有し，
前記変調工程は，順次入力される前記グループ内の前記Ｎ個の並列データにＮ個の搬送波をそれぞれ対応させ，所定のＳ個目のグループまで計Ｎ×Ｓ個の互いに異なる周波数の搬送波を用い，前記Ｓ個のグループの次のＳ個のグループに対しては再度前記Ｎ×Ｓ個の搬送波を用い，
前記音響送信工程は，前記Ｓ個のグループの１個の音響信号と，次のＳ個のグループの搬送波において対応する１個の音響信号との送信間隔を，前記先のＳ個のグループの前記１個の音響信号の残響が所定レベル以下になる所定の時間間隔とし，
更に，前記音響送信工程において送信された前記音響信号を受信し，電気信号に変換する音響受信工程と，
前記音響受信工程において変換された前記電気信号をフーリエ変換し，前記Ｎ個の搬送波から前記送信データを復調する復調工程を有する，
ことを特徴とする音響通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，送信情報を音響信号として送信する音響送信装置および音響信号送信方法に関する。また，本発明は，通信情報を音響信号として受信する音響受信装置および音響信号受信方法に関する。さらに，本発明は，このような音響送信装置および音響受信装置を備えている音響通信装置および音響信号通信方法に関する。
【０００２】
また，本発明は，音響送信装置に設けられたコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。
【０００３】
【従来の技術】
各家庭（住宅）のガス使用量を，自動検針および収集するためにセンタ局に送信し，ガス漏れ発生をセンタ局に通知し，あるいは，ガス漏れ通知に応答して，センタ局から遠隔操作によりガスメータの遮断を行う遠隔監視／制御システムが実用化されている。
【０００４】
このような遠隔監視／制御システムでは，各家庭（住宅）に設置されたガスメータに，通信機能を有するマイクロコンピュータ等が設けられる。そして，ガスメータのマイクロコンピュータ等は有線回線により端末網制御装置に接続され，端末網制御装置はさらに電話回線によりセンタ局に接続される。
【０００５】
このため，住宅には，ガスメータと端末網制御装置との間に有線回線を通すための貫通孔工事が行われる。しかし，特に集合住宅では，工事が困難な場合が多く，また，美観上の問題が生じる場合もある。
【０００６】
これに対して，ガスメータのマイクロコンピュータ等を電波等の無線通信によって端末網制御装置に接続するとともに，端末網制御装置を各家庭の電話機（固定電話機）に接続し，電話回線を介してセンタ局に接続することも考えられている。しかし，近年，携帯電話およびＰＨＳの普及により，家庭内に電話機を持たない顧客も多くなり，このような電波による方法も，すべての住宅に実施できるものではない。
【０００７】
また，このような通信設備のコスト低減も求められている。
【０００８】
このため，通信情報を音響信号として，ガス管等の内部に伝播させる音響信号通信方法が検討されている。この方法では，ガス管の一方に設置されたガスメータから，ガス管の他方に設置された端末網制御装置へ，音響信号により検針値，ガス漏れ発生通知等の通信情報が送信される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし，ガス管等の内部を音響信号により通信する場合に，たとえば配管の曲がり部，分岐部等で音の反射による残響波（遅延波）が発生する。したがって，通信情報を連続的に送信すると，先に送信された音響信号の残響によって，次に送信された音響信号が妨害され，受信側で音響信号を正確に受信できないという問題が生じている。
【００１０】
この残響の影響を回避するために，先に送信された音響信号の残響が，ある一定のレベル以下に減衰するのを待って，次の音響信号を送信する必要がある。このため，単純なパルス信号による音響通信には，伝送速度の向上に限界があった。
【００１１】
これに対して，パルス信号をガウス窓信号により変調して送信することにより，残響波に強くする試みも行われ，一定の伝送速度の向上が確認されているが，伝送速度をより一層向上させたいという要求がある。
【００１２】
本発明は，このような状況に鑑みなされたものであり，その目的は，音響通信の伝送速度を向上させることにある。
【００１３】
また，本発明の目的は，残響に強い音響通信装置および音響信号通信方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために，本発明の第１の側面による音響送信装置は，複数のパルス信号を順次音により送信する音響送信装置であって，前記複数のパルス信号のそれぞれは，１または複数の，所定の周波数を有する搬送波を変調したものであり，かつ，前記複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波は互いに異なる周波数を有し，前記複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波に対して，送信情報に基づく振幅変調および位相変調の双方またはいずれか一方と，窓関数を表す信号による変調とを行う変調手段と，前記変調手段により変調された複数のパルス信号を音により順次送信する音響送信手段と，を備えている。
【００１５】
本発明の第１の側面による音響信号送信方法は，複数のパルス信号のそれぞれが１または複数の，所定の周波数を有する搬送波を変調したものであり，かつ，前記複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波が互いに異なる周波数を有する，該複数のパルス信号を順次音により送信する音響信号送信方法であって，前記複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波に対して，送信情報に基づく振幅変調および位相変調の双方またはいずれか一方と，窓関数を表す信号による変調とを行い，前記変調された複数のパルス信号を音により順次送信するものである。
【００１６】
また，本発明の第１の側面によるプログラムは，複数のパルス信号のそれぞれが１または複数の，所定の周波数を有する搬送波を変調したものであり，かつ，前記複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波が互いに異なる周波数を有する，該複数のパルス信号を順次音により送信する音響送信装置に設けられたコンピュータに，前記複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波を表したディジタルデータに対して，送信情報を表すディジタルデータに基づき振幅変調および位相変調の双方またはいずれか一方を行う手順と，前記搬送波を表したディジタルデータに対して，窓関数を表す信号による変調とを行う手順と，を実行させるためのものである。
【００１７】
さらに，本発明の第１の側面によるプログラムは，複数のパルス信号のそれぞれが１または複数の，所定の周波数を有する搬送波を変調したものであり，かつ，前記複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波が互いに異なる周波数を有する，該複数のパルス信号を順次音により送信する音響送信装置に設けられたコンピュータに，送信情報に基づいて，前記搬送波に対して行う変調が位相シフトキーイングである場合には前記搬送波の移相量に前記送信情報を変換し，前記変調が振幅シフトキーイングである場合には前記搬送波の振幅値に前記送信情報を変換し，前記変調がＱＡＭである場合には前記搬送波の振幅値および移相量に前記送信情報を変換する手順と，前記変調が位相シフトキーイングである場合には前記搬送波の移相量が，前記変調が振幅シフトキーイングである場合には前記搬送波の振幅値が，前記変調がＱＡＭである場合には前記搬送波の振幅値および移相量が，それぞれパラメータとして与えられた，前記１または複数の搬送波を表す式と，窓関数を表す式とが乗算された計算式の前記パラメータに，前記送信情報から変換された値を代入する手順と，を実行させるためのものである。
【００１８】
本発明の第１の側面によると，複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波に対して振幅変調および位相変調の双方またはいずれか一方を行い，多値（たとえば複数ビット等）を有する送信情報を表現することにより，１つの搬送波における１つの変調シンボルで複数の情報を送信することができる。したがって，伝送速度を向上させることができる。
【００１９】
また，窓関数を表す信号によって変調されるので，搬送波を複数個重ね合わせる場合であっても，搬送波間の干渉を小さくすることができ，これによっても伝送速度を向上させることができる。
【００２０】
さらに，複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波が互いに異なる周波数を有するので，直前に送信したパルス信号の残響が十分に減衰していない状態で次のパルス信号を送信しても，受信側で該次のパルス信号を誤りなく復調することが容易となる。これにより，パルス信号の送信間隔を従来よりも小さくすることができ，その結果，伝送速度を飛躍的に向上させることができる。
【００２１】
本発明の第１の側面において，好ましくは，前記複数のパルス信号の少なくとも１つが複数の搬送波を変調したものである場合には，該複数の搬送波は互いに異なる周波数を有し，前記変調手段は，前記複数の搬送波のそれぞれに対して，個別の送信情報に基づく前記変調を行う。これにより，１つの変調シンボルによる送信情報をさらに増加させることができる。すなわち，すべての搬送波に同じ変調手段で変調を行った場合には，搬送波を１つのみ用いた場合に比べて，伝送速度が搬送波の個数倍になる。
【００２２】
本発明の第２の側面による音響受信装置は，複数のパルス信号のそれぞれが１または複数の，所定の周波数を有する搬送波を変調したものであり，かつ，前記複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波が互いに異なる周波数を有する，該複数のパルス信号を音により受信する音響受信装置であって，前記複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波に対して，送信情報に基づく振幅変調および位相変調の双方またはいずれか一方と，窓関数を表す信号による変調とが行われた前記複数のパルス信号を音として順次受信し，電気信号に変換する音響受信手段と，前記音響受信手段により変換された複数のパルス信号のそれぞれをフーリエ変換し，各パルス信号の前記搬送波の周波数における位相値および振幅値の双方またはいずれか一方を読み出し，読み出した値に基づいて通信情報を復調する復調手段と，を備えている。
【００２３】
本発明の第２の側面による音響信号受信方法は，複数のパルス信号のそれぞれが１または複数の，所定の周波数を有する搬送波を変調したものであり，かつ，前記複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波が互いに異なる周波数を有する，該複数のパルス信号を音により受信する音響信号受信方法であって，前記複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波に対して，送信情報に基づく振幅変調および位相変調の双方またはいずれか一方と，窓関数を表す信号による変調とが行われた前記複数のパルス信号を音として順次受信して，電気信号に変換し，前記変換された複数のパルス信号のそれぞれをフーリエ変換し，各パルス信号の前記搬送波の周波数における位相値および振幅値の双方またはいずれか一方を読み出し，読み出した値に基づいて通信情報を復調するものである。
【００２４】
本発明の第２の側面によると，受信装置を簡略なものとすることができる。
【００２５】
本発明の第３の側面による音響通信装置は，複数のパルス信号を順次音により送信する音響送信装置と該複数のパルス信号を順次音により受信する音響受信装置とを備えている音響通信装置であって，前記複数のパルス信号のそれぞれは，１または複数の，所定の周波数を有する搬送波を変調したものであり，かつ，前記複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波は互いに異なる周波数を有し，前記音響送信装置は，前記複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波に対して，送信情報に基づく振幅変調および位相変調の双方またはいずれか一方と，窓関数を表す信号による変調とを行う変調手段と，前記変調手段により変調された複数のパルス信号を音により順次送信する音響送信手段と，を備え，前記音響受信装置は，前記音響送信手段により送信された複数のパルス信号を順次受信し，電気信号に変換する音響受信手段と，前記音響受信手段により変換された複数のパルス信号のそれぞれをフーリエ変換し，各パルス信号の前記搬送波の周波数における位相値および振幅値の双方またはいずれか一方を読み出し，読み出した値に基づいて通信情報を復調する復調手段と，を備えている。
【００２６】
本発明の第３の側面による音響信号通信方法は，複数のパルス信号を順次音により送信する音響送信装置と該複数のパルス信号を順次音により受信する音響受信装置とを備えている音響通信装置が行う音響信号通信方法であって，前記複数のパルス信号のそれぞれは，１または複数の，所定の周波数を有する搬送波を変調したものであり，かつ，前記複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波は互いに異なる周波数を有し，前記音響送信装置は，前記複数のパルス信号における各パルス信号の搬送波に対して，送信情報に基づく振幅変調および位相変調の双方またはいずれか一方と，窓関数を表す信号による変調とを行い，前記変調された複数のパルス信号を音により順次送信し，前記音響受信装置は，前記音響送信手段により送信された複数のパルス信号を順次受信して，電気信号に変換し，前記音響受信手段により変換された複数のパルス信号のそれぞれをフーリエ変換し，各パルス信号の前記搬送波の周波数における位相値および振幅値の双方またはいずれか一方を読み出し，読み出した値に基づいて通信情報を復調するものである。
【００２７】
本発明の第３の側面によっても，前述した本発明の第１の側面および第２の側面による作用効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に，本発明による音響通信装置を，ガスメータの自動検針，ガス漏れ警報等を行うシステムに適用した実施の形態を説明するが，この実施の形態は一例であり，本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２９】
図１は，本実施の形態による音響通信装置の全体構成を示すブロック図である。この音響通信装置は，送信部１および受信部２を備えている。送信部１と受信部２との間の通信路としては，ガス管３内の空間が利用される。
【００３０】
送信部１は，直列／並列変換器１１，変調器１２，ディジタル／アナログ変換器（以下「Ｄ／Ａ変換器」という。）１３，増幅器１４，およびスピーカ１５を有する。受信部２は，並列／直列変換器２１，復調処理器２７，高速フーリエ変換器（以下「ＦＦＴ」という。）２２，アナログ／ディジタル変換器（以下「Ａ／Ｄ変換器」という。）２３，帯域フィルタ（ＢＰＦ）２４，増幅器２５，およびマイク２６を有する。
【００３１】
送信部１において，直列／並列変換器１１に入力される送信データから直列／並列変換器１１，変調器１２，Ｄ／Ａ変換器１３，および増幅器１４を経て，スピーカ１５の入力データに至るまでは，電気信号により送受信および処理が行われる。スピーカ１５の出力データからガス管３を経てマイク２６の入力データに至るまでは，音響信号（音響パルス信号）により送受信が行われる。受信部２において，マイク２６の出力データから，増幅器２５，Ａ／Ｄ変換器２３，ＦＦＴ２２，復調処理器２７，および並列／直列変換器２１を経て，並列／直列変換器２１から出力される受信データに至るまでは，電気信号により送受信および処理が行われる。
【００３２】
この音響通信装置では，一例として，ガスメータの検針値（ガス使用量），ガス漏れ警報等を表すディジタルのＭビットの送信データｄが直列（ビットシリアル）のデータとして送信部１に入力される。この送信データｄは，音響信号（音響パルス信号）に変換され，ガス管３を介して受信部２に送信される。
【００３３】
受信部２では，受信された音響信号が復調され，送信データｄと同じ値のディジタルの受信データに変換される。受信データは，有線回線（電話回線等），無線回線等により，端末網制御装置，センタ局等に送信される。
【００３４】
音響信号としては，周波数が異なる複数の搬送波（キャリア）を使用した音響信号（ここではＳ個の音響信号とする。Ｓは２以上の整数）が使用される。Ｓ個の音響信号をｘ1（ｔ）〜ｘS（ｔ）とすると，第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｓ：ｉは整数）の音響信号ｘi（ｔ）は，本実施の形態では，
【００３５】
【数１】
0003929299.tif 000002
【００３６】
により表される。
【００３７】
ここで，Ｎは正の整数であり，１つの音響信号ｘi（ｔ）に用いられる搬送波信号（キャリア信号）ｕij(ｔ)＝sin（２πｆij（ｔ−ｔPij））の個数である。本実施の形態では，１つの音響信号ｘi（ｔ）に１または２以上の任意の個数のキャリアを用いることができる。すなわち，Ｎは１であってもよいし，２以上の整数であってもよい。
【００３８】
また，ｆijはキャリアの周波数［Ｈｚ］，ｔPijは位相オフセット時間［秒］，φijは位相変調パラメータである。exp（−Ｂ2（ｔ−ｔC）2）は「窓関数」の一例としてのガウス窓関数（またはガウス窓）を表す変調信号（以下「ガウス窓信号」という。）であり，Ｂはガウス窓信号の帯域パラメータ［Ｈｚ］，ｔCはガウス窓信号の窓中心時間［秒］である。
【００３９】
１つの音響信号ｘi（ｔ）に複数のキャリアが使用される場合に，各キャリア周波数ｆijは異なる値を有する。すなわち，ｊ≠ｋである場合に，ｆij≠ｆikの関係にある。たとえば，ｆi1＜ｆi2＜ｆi3＜…＜ｆiNの関係にあり，一例としてｆ11＝２０００［Ｈｚ］，ｆ12＝２２５０［Ｈｚ］，ｆ13＝２５００［Ｈｚ］，…というように，ｆ11からｆ1Nに向けて２０００［Ｈｚ］から開始する２５０［Ｈｚ］間隔（一定間隔）の周波数が割り当てられてもよいし，隣接する２つの周波数間の間隔が一定でない周波数が割り当てられてもよい。
【００４０】
また，音響信号間で使用される周波数も相互に異なる値を有する。すなわち，ｉ≠ｋである場合に，ｆijはｆk1〜ｆkNのいずれとも異なる関係にある。たとえば，音響信号ｘ1（ｔ）〜ｘS（ｔ）のそれぞれの第１番目のキャリア周波数はｆ11＜ｆ21＜ｆ31＜…＜ｆS1（＜ｆ12）の関係にあり，それぞれの第２番目のキャリア周波数はｆ12＜ｆ22＜ｆ32＜…＜ｆS2（＜ｆ13）の関係にある。第３番目移行のキャリア周波数も同様の関係にある。隣接する２つの周波数の間隔（たとえばｆ11とｆ21との差，ｆ21とｆ31との差等）は，一定値であってもよいし，異なる値であってもよい。
【００４１】
１つの音響信号ｘi（ｔ）に含まれる１つのキャリア信号ｕij(ｔ)＝sin（２πｆij（ｔ−ｔPij））により送信される情報量をｎ［ビット］（ｎは正の整数）とすると，１つの音響信号ｘi（ｔ）はＮ個のキャリア信号が合成（加算）されたものであるので，１つの音響信号ｘi（ｔ）によりｎ×Ｎ［ビット］の情報が送信される。このように送信されるキャリア信号をＮ個設けることにより，伝送速度をＮ倍とすることができる。
【００４２】
送信部１に入力される送信データｄ（ビットシリアルデータ）は，先頭ビット（第１ビット）から第（ｎ×Ｎ）ビットまでの（ｎ×Ｎ）ビットが第１番目の音響信号ｘ1（ｔ）により送信される。これに続く第（ｎ×Ｎ＋１）ビットから第（２×ｎ×Ｎ）ビットまでの（ｎ×Ｎ）ビットが第２番目の音響信号ｘ2（ｔ）により送信される。そして，同様にして後続の送信データが順次（ｎ×Ｎ）ビットずつに区切られ，第３番目の音響信号ｘ3（ｔ）から第Ｓ番目の音響信号ｘS（ｔ）の各音響信号により送信される。その後，再び第１番目の音響信号ｘ1（ｔ）に戻り，第１番目の音響信号ｘ1（ｔ）から第Ｓ番目の音響信号ｘS（ｔ）により送信データが送信される。このように音響信号ｘ1（ｔ）〜ｘS（ｔ）がサイクリックに使用される。
【００４３】
以下に，音響信号ｘi（ｔ）の具体例について説明する。
【００４４】
１．音響信号の第１の例
送信データｄに基づいて多値の位相シフトキーイング（ＰＳＫ：Phase Shift Keying）をキャリア信号ｕij（ｔ）に施し，音響信号ｘi（ｔ）を生成することができる。この場合に，前記式（１）により表される音響信号ｘi（ｔ）の振幅パラメータ（振幅値）ａijおよび位相オフセット時間ｔPijはそれぞれ一定値（以下では，一例としてａij＝１［Ｖ］，ｔPij＝０［秒］とする。）とされる。そして，各キャリア信号ｕij（ｔ）の位相は，送信データｄに基づいてその値が定められる位相変調パラメータφijによりシフト（移相）される。
【００４５】
図２（Ａ）は，ＰＳＫを行う場合における直列／並列変換器１１および変調器１２の詳細な構成を示すブロック図であり，図２（Ｂ）は，変調器１２に含まれるＰＳＫ変調器１２ａj（ｊ＝１〜Ｎ）の詳細な構成を示すブロック図である。送信部１に入力されたビットシリアルの送信データｄ＝｛ｄ1，ｄ2，…｝は，まず直列／並列変換器１１に入力される。
【００４６】
直列／並列変換器１１は，入力された送信データｄを，先頭ビットから順にｎビットずつに区切り，それぞれがｎビットを有するＮ個の並列データｐ11〜ｐ1Nに分割する。たとえばｎ＝３の場合に，並列データｐ11＝｛ｄ1，ｄ2，ｄ3｝，ｐ12＝｛ｄ4，ｄ5，ｄ6｝，…，ｐ1N＝｛ｄ3N-2，ｄ3N-1，ｄ3N｝に分割される。これに続く送信データも同様にｎビットずつのＮ個の並列データに分割され，並列データｐ21〜ｐ2Nが作成される。以下同様にして，並列データが順次作成される。このようにして作成される並列データを一般化して，並列データｐi1〜ｐiN（ｉは正の整数）と表すものとする。そして，並列データｐi1〜ｐiNの並列データのグループをグループＧiとする。
【００４７】
直列／並列変換器１１は，１つの音響信号に含まれるキャリア信号の個数Ｎと同じＮ個の出力端子Ｏ1〜ＯNを有し，並列データｐ11〜ｐ1N（グループＧ1）を出力端子Ｏ1〜ＯNにそれぞれ出力する。続いて，直列／並列変換器１１は，並列データｐ11〜ｐ1Nに続く並列データｐ21〜ｐ2N（グループＧ2），ｐ31〜ｐ3N（グループＧ3），…も同様にして順次出力端子Ｏ1〜ＯNからそれぞれ出力する。
【００４８】
並列データｐ11〜ｐ1Nは第１番目の音響信号ｘ1（ｔ）により送信される。これに続く並列データｐ21〜ｐ2Nは第２番目の音響信号ｘ2（ｔ）により送信される。他の並列データについても同様であり，一般化すると，並列データｐi1〜ｐiNは第ｉ番目の音響信号ｘi（ｔ）により送信される。
【００４９】
変調器１２は，Ｎ個のＰＳＫ変調器１２ａ1〜１２ａN，加算器１２ｂ，乗算器１２ｃ，およびガウス窓信号発生器１２ｄを有する。
【００５０】
出力端子Ｏ1〜ＯNからのＮ個の並列データｐ1〜ｐNは，Ｎ個のＰＳＫ変調器１２ａ1〜１２ａNにそれぞれ入力される。
【００５１】
ＰＳＫ変調器１２ａj（ｊ＝１〜Ｎ，以下同様）は，いずれも同じ構成を有し，正弦波のキャリア信号ｕij（ｔ）を発生する正弦波信号発生器１２１jおよびキャリア信号ｕij（ｔ）の位相をシフトさせる移相器１２２jを有する。
【００５２】
正弦波信号発生器１２１jは，Ｓ個の周波数ｆ1j〜ｆSjの正弦波信号（キャリア信号）ｕ1j(ｔ)＝sin（２πｆ1jｔ）〜ｕSj(ｔ)＝sin（２πｆSjｔ）を，入力されるグループＧ1〜ＧSに同期して順次巡回して発生する。すなわち，グループＧ1に対して周波数ｆ1jの正弦波信号を，グループＧ2に対して周波数ｆ2jの正弦波信号を，…，グループＧSに対して周波数ｆSjの正弦波信号を，それぞれ発生する。そして，これに続くグループＧS+1に対しては，周波数ｆ1jの正弦波信号に戻って，再び周波数ｆ1jから周波数ｆSjまでの正弦波信号を順次発生することを繰り返す。
【００５３】
正弦波信号発生器１２１jが発生したキャリア信号は，移相器１２２jに入力される。一方で，移相器１２２jには，並列データｐijも入力される。
【００５４】
移相器１２２jには，並列データｐijに対応した移相量（位相シフト量）φijがあらかじめ設定されている。移相量φijとしては，たとえば２n相ＰＳＫによる２π÷２n間隔の角度が割り当てられる。たとえば，ｎ＝３の場合の８相ＰＳＫでは，３ビットからなる並列データのそれぞれに図３に示すような移相量を割り当てることができる。図３では，隣接する位相の符号間距離が最小となるように，移相量と３ビットからなる並列データとの対応付け（コンスタレーション）が行われている。
【００５５】
移相器１２２jは，入力された並列データｐijに対応した移相量φijだけ，キャリア信号ｕij（ｔ）の位相をシフトさせる。これにより，キャリア信号ｕij（ｔ）は，以下の式（２）に示す被変調信号ｖij（ｔ）に変換される。
【００５６】
【数２】
0003929299.tif 000003
【００５７】
ただし，前述したように，位相オフセット時間ｔPijを０としているので，この時間ｔPijは式（２）において省略されている。
【００５８】
各移相器１２２jから出力されたＮ個の被変調信号ｖi1（ｔ）〜ｖiN（ｔ）は，加算器１２ｂに与えられ，加算される。これにより，以下の式（３）に表す加算信号ｗi（ｔ）が生成される。
【００５９】
【数３】
0003929299.tif 000004
【００６０】
この加算信号ｗi（ｔ）は，乗算器１２ｃにおいて，ガウス窓信号発生器１２ｄから入力されるガウス窓信号ｇ（ｔ）＝exp（−Ｂ2（ｔ−ｔC）2）と乗算される。
【００６１】
図４は，ガウス窓信号発生器１２ｄにより生成されるガウス窓信号ｇ（ｔ）の波形を示すグラフであり，同図（Ａ）は時間波形を，同図（Ｂ）はパワースペクトル（周波数スペクトル）を，それぞれ示している。
【００６２】
図４に示すように，ガウス窓信号ｇ（ｔ）は，時間領域において，一定の限られた時間領域Ｔ以外では，振幅が急速に０に漸近するとともに，周波数領域においても，一定の限られた周波数領域Ｆ以外ではパワーが急速に０に漸近する性質（周波数領域Ｆ内にパワーの大部分が局在する性質）を有する。
【００６３】
したがって，被変調信号ｖij（ｔ）にガウス窓信号ｇ（ｔ）が乗算された信号ｖij（ｔ）・ｇ（ｔ）も，一定の限られた時間領域以外では，振幅が急速に０に漸近するとともに，一定の限られた周波数領域Ｆ以外ではパワーが急速に０に漸近する（周波数領域Ｆ内にパワーの大部分が局在する）こととなる。図５（Ａ）は，Ｎ＝８とした場合における８個の信号ｖi1（ｔ）・ｇ（ｔ）〜ｖi8（ｔ）・ｇ（ｔ）の時間波形の一例を示し，同図（Ｂ）は，それらのパワースペクトルを示している。また，同図（Ｃ）は，８個の信号ｖi1（ｔ）・ｇ（ｔ）〜ｖi8（ｔ）・ｇ（ｔ）を加算したものの時間波形を示し，同図（Ｄ）は，加算したもののパワースペクトルを示している。このように，信号ｖij（ｔ）・ｇ（ｔ）も時間領域および周波数領域において一定の範囲を有するので，複数個加算して加算信号ｗi（ｔ）・ｇ（ｔ）を作成する場合であっても，各信号ｖij（ｔ）・ｇ（ｔ）間の干渉を小さくすることができる。
【００６４】
乗算器１２ｃによりガウス窓信号が乗算され，その結果，以下の式（４）に示すように，音響信号ｘi（ｔ）と同じ波形を有する電気信号（ｙi（ｔ）とする。）が生成され，乗算器１２ｃから出力される。
【００６５】
【数４】
0003929299.tif 000005
【００６６】
なお，変調器１２の処理の順序は一例であって，たとえば，キャリア信号ｕij（ｔ）にガウス窓信号ｇ（ｔ）を先に乗算し，その後，乗算された信号に含まれるキャリア信号ｕij（ｔ）の位相を移相器１２２jによりシフトさせることもできる。
【００６７】
このような変調器１２の処理は，ディジタルデータ（ディジタル信号）により行うこともできるし，アナログデータ（アナログ信号）により行うこともできる。処理がディジタルデータにより行われた場合には，図１に示すように，変調器１２の後段にＤ／Ａ変換器１３が設けられ，ディジタル信号ｙi（ｔ）は，アナログ信号に変換された後，増幅器１４に与えられることとなる。一方，処理がアナログデータにより行われた場合には，図１に示すＤ／Ａ変換器１３は省略され，アナログ信号ｙi（ｔ）は，増幅器１４に直接与えられることとなる。
【００６８】
増幅器１４に与えられたアナログ信号ｙi（ｔ）は，増幅された後，スピーカ１５に与えられる。スピーカ１５は，増幅器１４から与えられたアナログ電気信号ｙi（ｔ）を音響信号ｘi（ｔ）に変換し，音としてガス管３内に出力（送信）する。
【００６９】
このようにして，グループＧ1〜Ｇsによりそれぞれ変調された音響信号ｘ1（ｔ）〜ｘS（ｔ）が順次送信される。また，これに続くグループＧs+1〜Ｇ2sによりそれぞれ変調された音響信号ｘ1（ｔ）〜ｘS（ｔ）も順次送信される。このようなことが繰り返される。
【００７０】
任意の２つの隣接する音響信号ｘi（ｔ）と音響信号ｘi+1（ｔ）との送信間隔（Ｔｄとする。）については後述する。また，同じ周波数を有するキャリア信号が使用される２つの第ｉ番目の音響信号ｘi（ｔ）とそのＳ番後に送信される第（ｉ＋Ｓ）番目の音響信号（便宜上ｘi+S（ｔ）と表す。）との送信間隔（Ｔｓとする。）についても後述する。
【００７１】
ガス管３内を送信された音響信号ｘi（ｔ）は，受信部２のマイク２６により受信され，電気信号ｙi（ｔ）に変換された後，増幅器２５に与えられる。なお，マイク２６には，プリアンプが含まれていてもよく，このプリアンプにより前置増幅された電気信号ｙi（ｔ）が増幅器２５に与えられてもよい。
【００７２】
増幅器２５により増幅された信号ｙi（ｔ）は，ＢＰＦ２４により，所定の帯域の信号のみが選択された後，Ａ／Ｄ変換器２３に与えられ，Ａ／Ｄ変換器２３により，ディジタル信号（ディジタルデータ）に変換される。このディジタルデータは，ＦＦＴ２２に与えられ，フーリエ変換される。
【００７３】
また，ＦＦＴ２２では，フーリエ変換後のディジタルデータに基づいて，送信部１の正弦波信号発生器１２１jの周波数ｆij（すなわちキャリアの周波数）に対応するＮ個の位相値が読み出される。この読み出された位相値は，移相器１２２jによる移相量に対応する。
【００７４】
復調処理器２７には，移相器１２２jと同様に，読み出された位相値に対応するｎビットのディジタルデータがあらかじめ設定されている。これにより，復調処理器２７では，読み出された位相値に対応するｎビットのディジタルデータがＮ個求められ，求められたＮ個のディジタルデータは，並列／直列変換器２１に与えられる。
【００７５】
このようにＦＦＴ２により位相値を取得し，この位相値を，復調処理器２７により，送信部２の移相器１２２jと同様の設定に基づいてビット情報に変換することにより，複雑な回路構成を必要としない受信部２を構成することができる。
【００７６】
並列／直列変換器２１は，これらＮ個のｎビットのディジタルデータを，直列のディジタルデータに変換し，出力する。並列／直列変換器２１から出力されたディジタルデータは，有線回線（たとえば電話回線等），無線回線等により端末網制御装置，センタ局等に送信される。
【００７７】
このような受信部２の処理が，受信される各音響信号に対して繰り返し実行される。
【００７８】
なお，受信部２は，マイク２６により受信される信号の振幅値（レベル）の大きさに基づいて音響信号の有無を判断することができる。すなわち，受信部２は，受信信号の振幅値があらかじめ定められた閾値以上になると，音響信号が受信されていると判断し，該閾値以上となった時刻の前ｔ１秒から後ｔ２秒までの範囲を音響信号の存在する時間領域Ｔｒとして，この時間領域Ｔｒにおいて音響信号を捕捉し，該音響信号を復調することができる。閾値は，音響信号と残響とを識別できる値に設定され，その具体的な値は，実験，シミュレーション，実際の運用等に基づいて決定される。また音響信号の存在する時間領域Ｔｒは，送信部１が送信するパルス信号の時間幅であり，あらかじめ知ることができる（同様にしてｔ１およびｔ２についてもあらかじめ知ることができる）。このように受信部２が受信信号の振幅値によって音響信号の有無を判断できる点においても，受信部２の構成を簡略なものとすることができる。
【００７９】
次に音響信号の送信間隔について説明する。
【００８０】
図６は，同じ周波数のキャリア信号ｕi1(ｔ)〜ｕiN(ｔ)が使用される２つの音響信号ｘi（ｔ）およびｘi+S（ｔ）のマイク２６による受信波形を示している。この受信波形には，音響信号およびその残響信号（遅延信号）の波形が含まれている。
【００８１】
両音響信号は同じ周波数を有するので，両音響信号の送信間隔Ｔｓは，先に送信された音響信号ｘi（ｔ）の残響波（遅延波）が十分に減衰し，この残響波が次の音響信号ｘi+S（ｔ）とたとえ干渉したとしても，音響信号ｘi+S（ｔ）の各キャリアの周波数に対応する位相値を読み出すことができる間隔（たとえば８０ミリ秒）に設定される。もっともこの送信間隔Ｔｓは，受信部２のマイク２６の感度，増幅器２５，復調器２７等の精度，あるいは受信部２に許容される誤り率にも依存するので，送信間隔Ｔｓの具体的な値は実験，シミュレーション，実際の運用等に基づいて決定される。
【００８２】
一方，任意の２つの隣接する音響信号ｘi（ｔ）および音響信号ｘi+1（ｔ）は，異なる周波数のキャリアを使用している。したがって，先の音響信号ｘi（ｔ）の残響波が比較的大きく残っている位置，すなわち音響信号ｘi（ｔ）とｘi+S（ｔ）との間（送信間隔Ｔｓの間）の位置であっても，この位置で次の音響信号ｘi+1（ｔ）を送信することができる。これ以降の音響信号ｘi+2（ｔ）〜とｘi+S-1（ｔ）についても同様に送信間隔Ｔｓの間で送信することができる。
【００８３】
ただし，２つの隣接する音響信号の送信間隔Ｔｄは，音響信号ｘi（ｔ）の残響波に対して，隣接する次の音響信号ｘi+1（ｔ）のスペクトルが弁別できる程度に設定される。図７は，スペクトル強度（縦軸）と周波数（横軸）との関係を示すグラフであり，音響信号ｘi（ｔ）の残響波のスペクトル強度のグラフを破線で，音響信号ｘi+1（ｔ）のスペクトル強度のグラフを実線で示している。音響信号ｘi（ｔ）の残響波と音響信号ｘi+1（ｔ）とは周波数が異なるので，スペクトル強度がピークとなる周波数の値が両音響信号間で異なっている。送信間隔Ｔｄは，音響信号ｘi+1（ｔ）のスペクトル強度のピークが，該ピーク値の周波数における音響信号ｘi（ｔ）の残響波のスペクトル強度に対して弁別できる程度の時間にされる。もっとも，送信間隔Ｔｄの具体的な値は，受信部２のマイク２６の感度，増幅器２５，復調処理部２７等の精度，あるいは受信部２に許容される誤り率にも依存するので，これらを考慮して，実験，シミュレーション，実際の運用等に基づいて決定される。
【００８４】
このような弁別できる間隔であれば，音響信号ｘ1（ｔ）〜ｘS（ｔ）のそれぞれ隣接する２つの信号間の各送信間隔は一定間隔であってもよいし，それぞれ異なる間隔であってもよい。なお，送信間隔が一定の場合には，Ｔｄ＝Ｔｓ÷Ｓの関係となる。送信部１は，このような時間間隔ＴｓおよびＴｄにより各音響信号を順次送信する。
【００８５】
これにより，ガス管３（特にガス管３の曲がり部，分岐部等）における残響波の影響を受けることなく，送信データを送信することができる。特に，残響波が比較的大きな領域であっても，残響波とは異なる周波数の音響信号を送信することにより，送信間隔を小さくすることができるので，伝送速度を向上することができる。すなわち，Ｓ個の音響信号を使用することにより，従来のＳ倍の伝送速度を達成することができる。また，１つの音響信号により，複数ビットの情報を送信できるので，伝送速度をさらに向上することができる。
【００８６】
なお，Ｎ＝１とすることもでき，この場合には，送信部１において，直列／並列変換器１１および加算器１２ｂが不要となり，受信部２において，並列／直列変換器２１が不要となる。また，ガウス窓信号は窓関数を表す信号の一例であり，他の窓関数を用いることもできる。さらに，ＦＦＴ２２による前述した処理を，離散フーリエ変換器（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）により行うこともできる。
【００８７】
２．音響信号の第２の例
位相変調（特にＰＳＫ）および振幅変調（特に振幅シフトキーイング（ＡＳＫ：Amplitude Shift Keying））の双方をキャリア信号に施すＱＡＭ（Quadrative Amplitude Modulation）を行うことにより，送信データｄを送信することができる。
【００８８】
音響通信装置の全体構成は，図１に示すものと同じである。一方，変調器１２は，ＱＡＭを行うように，図２に示すものとは異なる構成を有する。図８（Ａ）は，ＱＡＭを行う場合における直列／並列変換器および変調器１２の詳細な構成を示すブロック図であり，同図（Ｂ）は，変調器１２に含まれるＱＡＭ変調器１２ｇj（ｊ＝１〜Ｎ）の詳細な構成を示すブロック図である。図２と同じ構成要素には，同じ符号を付し，その詳細な説明を省略することとする。
【００８９】
直列／並列変換器１１は，前述した第１の例と同じ処理を行い，分割された各並列データｐi1〜ｐiNを出力端子Ｏ1〜ＯNにそれぞれ出力する。
【００９０】
変調器１２は，Ｎ個のＱＡＭ変調器１２ｇ1〜１２ｇN，加算器１２ｂ，乗算器１２ｃ，およびガウス窓信号発生器１２ｄを有する。直列／並列変換器１１から出力されるＮ個の並列データｐi1〜ｐiNは，Ｎ個のＱＡＭ変調器１２ｇ1〜１２ｇNにそれぞれ入力される。
【００９１】
ＱＡＭ変調器１２ｇj（ｊ＝１〜Ｎ，以下同様）は，いずれも同じ構成を有し，正弦波のキャリア信号ｕij（ｔ）を発生する正弦波信号発生器１２１j，キャリア信号ｕij（ｔ）の位相をシフトさせる移相器１２２j，移相量／振幅値設定器１２３j，および乗算器１２４jを有する。
【００９２】
移相量／振幅値設定器１２３jには，並列データｐijが入力される。移相量／振幅値設定器１２３jは，入力された並列データｐijの値に対応して，キャリア信号ｕij（ｔ）の位相をシフトさせる移相量と，キャリア信号ｕij（ｔ）の振幅を変化させる振幅量とがあらかじめ設定されている。これにより，移相量／振幅値設定器１２３jは，並列データｐijの値に対応した移相量を移相器１２２jに，振幅値を乗算器１２４jに，それぞれ出力する。
【００９３】
移相器１２２jは，キャリア信号ｕij（ｔ）の位相を，移相量／振幅値設定器１２３jから与えられた移相量だけシフトさせ，位相がシフトされたキャリア信号ｕij（ｔ）を乗算器１２４jに与える。
【００９４】
乗算器１２４jは，移相器１２２jから入力されたキャリア信号に，移相量／振幅値設定器１２３jから与えられた振幅値を乗算し，加算器１２ｂに出力する。加算器１２ｂおよび乗算器１２ｃでは，前述した第１の例と同じ処理が行われる。
【００９５】
このようにして，送信部１は，送信データｄに基づいて，キャリア信号にＱＡＭを施し，変調された信号を音響信号として送信する。
【００９６】
一方，受信部２では，ＦＦＴ（またはＤＦＴ）２２（図１参照）において，送信部１の正弦波信号発生器１２１jの周波数ｆij（すなわちキャリアの周波数）における位相値および振幅値が読み出される。そして，読み出された位相値および振幅値に対応するｎビットの並列データが求められる。求められたＮ個の並列データは，並列／直列変換器２１（図１参照）により直列のディジタルデータに変換され，出力される。
【００９７】
このようなＱＡＭを用いることによっても，前述した第１の例と同様の作用効果を得ることができる。
【００９８】
ＱＡＭ変調器１２ｇjを，図９に示す構成とすることもできる。このＱＡＭ変調器１２ｇjでは，正弦波信号発生器１２５jから第１のキャリア信号ｕ１ij（ｔ）＝−sin２πｆij（ｔ‐ｔPij）が出力され，余弦波信号発生器１２７jから第２のキャリア信号ｕ２ij（ｔ）＝cos２πｆij（ｔ‐ｔPij）が出力される。
【００９９】
振幅値設定器１２６jには，入力される並列データｐijの値に対応して，第１のキャリア信号ｕ１ij（ｔ）の振幅値ｂij，および，第２のキャリア信号ｕ２ij（ｔ）の振幅値ｃijがあらかじめ設定されている。振幅値設定器１２６jは，入力される並列データｐijの値に対応した振幅値ｂijおよびｃijを乗算器１２９jおよび１３０jにそれぞれ出力する。
【０１００】
乗算器１２９jおよび１３０jは，第１のキャリア信号ｕ１ij（ｔ）および第２のキャリア信号ｕ２ij（ｔ）に振幅値ｂijおよびｃijをそれぞれ乗算し，乗算結果を加算器１３１jに出力する。加算器１３１jは，入力された信号を加算して，加算結果を加算器１２ｂに与える。
【０１０１】
このような処理により，音響信号ｘi（ｔ）は，以下の式（５）により表される信号となる。
【０１０２】
【数５】
0003929299.tif 000006
【０１０３】
なお，これまでに述べたＱＡＭ変調器１２ｇjの処理は，第１の例におけるＰＳＫ変調器１２ａjと同様に，ディジタル信号（ディジタルデータ）により行うこともできるし，アナログ信号（アナログデータ）により行うこともできる。また，第１の例と同様に，Ｎ＝１であってもよく，この場合には，送信部１において，直列／並列変換器１１および加算器１２ｂが不要となり，受信部２において，並列／直列変換器２１が不要となる。さらに，他の窓関数を用いることもできる。
【０１０４】
ＱＡＭ変調器１２ｇjの処理を，特にコンピュータ等によりディジタルデータで行う場合には，ＱＡＭ変調器１２ｇjを図１０に示すように構成することができる。すなわち，移相量／振幅値設定器５１1〜５１Nでは，並列データｐi1〜ｐiNに対応する移相量および振幅値が求められ，演算部５２に与えられる。演算部５２では，与えられた移相量および振幅値を式（１）に代入して演算し，演算結果を出力する。
【０１０５】
移相量／振幅値設定器５１1〜５１Nを，第１のキャリア信号ｕ１ij（ｔ）の振幅値ｂij，および，第２のキャリア信号ｕ２ij（ｔ）の振幅値ｃij，を設定する設定器に置換するとともに，演算部５２を式（５）を演算するものに置換することもできる。
【０１０６】
また，第１の例で説明したＰＳＫを用いる場合も，同様にして構成することもできる。
【０１０７】
３．音響信号の他の例
前述した第１の例および第２の例では，第１番目の音響信号ｘi（ｔ）から第Ｓ番目の音響信号ｘS（ｔ）のそれぞれに使用される搬送波の個数を同数のＮ個としたが，各音響信号に使用される搬送波の個数を異なる個数とすることもできる。
【０１０８】
また，振幅シフトキーイング（ＡＳＫ：Amplitude Shift Keying）のみによって変調を行い，音響信号を作成することもできる。
【０１０９】
４．他の実施の形態
送信部１をたとえば端末網制御装置，センタ局等に設け，受信部２をガスメータ等に設けることにより，センタ局から送信されるガス栓を閉じる指令をガスメータ等に与え，ガスメータ等にガス栓を閉じる操作を行わせることもできる。
【０１１０】
また，前述した送信部１の変調処理による送信信号の生成を逆フーリエ変換により行うこともできる。
【０１１１】
さらに，コンピュータ等が行う処理については，プログラムにより記述することができ，このプログラムは，フロッピディスク，メモリカード，ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録して提供することができる。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明によると，音響通信の伝送速度を向上させることができる。また，残響に強い音響通信装置および音響信号通信方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態による音響通信装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）は，ＰＳＫを行う場合における直列／並列変換器および変調器の詳細な構成を示すブロック図であり，（Ｂ）は，変調器に含まれるＰＳＫ変調器の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】８相ＰＳＫにおける３ビットの並列データと位相との対応付け（コンスタレーション）を示す。
【図４】ガウス窓信号発生器により生成されるガウス窓信号の波形を示すグラフであり，（Ａ）は時間波形を，（Ｂ）はパワースペクトルを，それぞれ示す。
【図５】（Ａ）は，Ｎ＝８とした場合における８個の信号ｖi1（ｔ）・ｇ（ｔ）〜ｖi8（ｔ）・ｇ（ｔ）の時間波形の一例を，（Ｂ）は，それらのパワースペクトルを，（Ｃ）は，８個の信号ｖi1（ｔ）・ｇ（ｔ）〜ｖi8（ｔ）・ｇ（ｔ）を加算したものの時間波形を，（Ｄ）は，加算したもののパワースペクトルを，それぞれ示す。
【図６】同じ周波数のキャリア信号が使用される２つの音響信号ｘi（ｔ）およびｘi+S（ｔ）のマイクによる受信波形を示す。
【図７】図７は，スペクトル強度（縦軸）と周波数（横軸）との関係を示すグラフであり，音響信号ｘi（ｔ）の残響波のスペクトル強度のグラフを破線で，音響信号ｘi+1（ｔ）のスペクトル強度のグラフを実線で示す。
【図８】（Ａ）は，ＱＡＭを行う場合における直列／並列変換器および変調器の詳細な構成を示すブロック図であり，（Ｂ）は，変調器に含まれるＱＡＭ変調器の詳細な構成を示すブロック図である。
【図９】ＱＡＭ変調器の他の構成例を示すブロック図である。
【図１０】ＱＡＭ変調器の他の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  送信部
２  受信部
３  ガス管
１１  直列／並列変換器
１２  変調器
１５  スピーカ
２１  並列／直列変換器
２２  ＦＦＴ
２６  マイク
２７  復調処理器
１２ａ1〜１２ａN  ＰＳＫ変調器
１２ｂ  加算器
１２ｃ  乗算器
１２ｄ  ガウス窓信号発生器
１２１j  正弦波信号発生器
１２２j  移相器
【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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