(57)【要約】【課題】無線通信において、送信機から受信機に送信された信号に対する外部侵入者の妨害・改ざん行為を検出することを可能とし、同無線通信のセキュリティを向上することができる無線通信システムを提供する。【解決手段】送信機は、搬送波の周波数より低い周波数で偏波ベクトルが回転する電磁波の、回転の一周期を分割した区間に互いに直交する符号を割り当て、符号で情報信号を拡散して送信し、受信機は、直線偏波のアンテナで情報信号を含む電磁波を受信し、送信機が用いた符号と同一の符号を用いて、受信した信号の同期をとり、同期を取った受信信号の偏波ベクトルの回転の一周期を分割した複数の区間の夫々に対応する情報を直交符号により抽出する無線通信システム。【選択図】図１
2016001816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機は、搬送波の周波数より低い周波数で偏波ベクトルが回転する電磁波の、該回転の一周期を分割した区間に互いに直交する符号を割り当て、該符号で情報信号を拡散して送信し、
受信機は、直線偏波のアンテナで前記情報信号を含む電磁波を受信し、送信機が用いた符号と同一の符号を用いて、受信した信号の同期をとり、同期を取った受信信号の偏波ベクトルの回転の一周期を分割した複数の区間の夫々に対応する情報を前記直交符号により抽出することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
送信機は、搬送波の周波数より低い周波数で偏波ベクトルが回転する電磁波の、該回転の一周期を分割した区間に互いに直交する符号を割り当て、該符号で情報信号を拡散して送信し、
受信機は、互いに直交する二つのアンテナを用いて、搬送波の周波数より低い周波数で偏波ベクトルが回転する前記情報信号を含む電磁波を、前記偏波ベクトルの回転に同調して受信し、送信機が用いた符号と同一の符号を用いて、受信した信号の同期をとり、更に受信機は、直線偏波のアンテナで前記電磁波を受信し、得られた同期信号を用いて、受信した信号の同期をとり、同期を取った受信信号の偏波ベクトルの回転の一周期を分割した複数の区間の夫々に対応する情報を前記直交符号により抽出することを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の無線通信システムであって、
前記直交符号を構成する各ビットが強相関性を示す同一の符号で拡散されており、前記受信機は偏波ベクトルの一周期に相当する前記強相関性を示す符号の配列で、受信した信号の同期をとることを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の無線通信システムであって、
前記直交符号を構成する各ビットが強相関性を示す互いに異なる複数の符号で拡散されており、受信機は偏波ベクトルの一周期に相当する前記強相関性を示す符号の配列で、受信した信号の同期をとることを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の無線通信システムであって、
前記情報信号を送信しない時間間隔を有し、送信機は該時間間隔において電磁波に強相関性を示す符号を割り当てて送信し、受信機は前記強相関性を示す複数の符号を用いて前記情報信号を送信しない時間間隔を抽出して、受信した信号の同期をとることを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の無線通信システムであって、
前記直交符号の偏波ベクトルの一周期に相当する配列が強相関性を示すことを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の無線通信システムであって、
送信機は偏波ベクトルの一周期に亘り同一の情報信号を割り当て、受信機は抽出した受信信号の偏波ベクトルの回転の一周期を分割した複数の区間のそれぞれに対応する各情報を比較し、それらが同一の情報でない場合に、送受信機間の通信に外部者による介入が生じたと認識し、各情報のうち一部分の情報が他の多数の情報と異なる場合、該当する部分の情報を棄却することを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の無線通信システムであって、
送信機が異なる周波数の二つの搬送波生成回路を具備し、これらが生成する二つの搬送波を分岐して受動回路で夫々の搬送波に対して互いに位相が９０度異なる直交搬送波を生成し、これら計４つの搬送波のうち周波数の異なる同相の組を、一方は同相で合成し他方は逆相で合成し、それらを空間的に直交する２つのアンテナで個別に送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の無線通信システムであって、
送信機が異なる周波数および位相が９０度異なる計４つの搬送波生成回路を具備し、これらが生成する計４つの搬送波のうち周波数の異なる同相の２つの搬送波の組を一方は同相で合成し他方は逆相で合成し、それらを空間的に直交する２つのアンテナで個別に送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１０】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の無線通信システムであって、
送信機が一つの搬送波生成回路と偏波ベクトルの回転の周波数と同一周波数の局部発振回路を具備し、これらが生成した波を掛け合わせることで、包絡線が正弦波状に変化する搬送波を形成し、形成した搬送波を分岐し、一方を偏波ベクトルの周期の四分の一遅延させ、他方は直接、空間的に直交する２つのアンテナで個別に送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１１】
請求項８または請求項９に記載の無線通信システムであって、
送信機は異なる２つの周波数の搬送波の電磁波に異なる情報を割り当てて送信し、受信機は該２つの周波数に分けて該情報を復元することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の無線通信システムを用いる昇降機システム。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の無線通信システムを用いる変電設備監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信機から送信された無線信号を反射波により送受信機間に形成される複数の伝搬路を介して受信機に伝送し、受信機は同複数の伝搬路を経て到達した無線信号を該伝搬路毎に識別して受信する無線通信システム、及びこれを用いた昇降機システム並びに変電設備監視システムに係り、特に送受信機間に形成される複数の伝搬路を選択して通信可能な無線通信システム、及びこれを用いた昇降機システム並びに変電設備監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信・交通技術の進歩に伴う世界規模での経済活動の活性化により、世界規模でのエネルギ資源の供給不足が予測されている。特に、新興国における急激な経済活動の進歩を維持する為の、電力、石油、水等のインフラ物資の十分な供給に対して、既存の社会インフラシステムの供給能力は各国で限界にきており、同供給能力の拡大が図られないと、一国の経済発展が中断する恐れさえある。
【０００３】
現在、各国の経済活動は複雑な相互依存関係にあり、一国の経済活動の停滞あるいは低下は全世界的な経済システムの変調を引き起こす可能性大である。このような、社会背景の下、情報技術を用いてインフラ物資を製造、供給する社会インフラシステムの高効率稼働を実現し、発展著しい各国において経済活動の発展を維持する新システムに大きな期待が寄せられている。
【０００４】
同システムの基本コンセプトは、社会インフラシステムを構成する機器に多量のセンサを搭載し、同センサにより各機器の稼働状態および該機器を取り囲む周囲環境に関するデータを取得し、同データの解析によりシステム全体の稼働効率を上げるための各機器の制御を行うことにある。
【０００５】
この点に関し、従来も、社会インフラシステムを構成する機器には種々のセンサが取りつけられ、センサにより取得されたデータを用いて機器を制御するといったことは行われていたが、現在期待されている社会インフラシステムの高効率稼働に向けては、現行得られているデータより遥かに多いデータが必要であるとの報告が多くなされている。社会インフラシステムの稼働効率を向上させるために十分なデータを取得するべく新たなセンサを、同システムを構成する機器に設置する必要があるが、これらのデータを集積する新たな通信手段の構築が課題となっている。
【０００６】
現状、社会インフラシステムの監視・制御には通信の信頼性の観点から有線ネットワークが用いられていた。しかしながら、多くのセンサが取得するデータを有線ネットワークで伝送することは極めて困難である。なぜなら、一般にセンサ数の増加に伴いネットワークを形成する伝送線路の数は指数関数的に増大し、そのような多くの線路を有線で実現するのはコスト面および敷設場所の確保の面で現実的でないからである。
【０００７】
そのブレークスルーとして期待されているのが無線ネットワークである。無線ネットワークではセンサの増加に伴う通信機器の増加は代数関数的で、指数関数的に増える通信機器とセンサの間の伝送線路は電磁波の伝搬路として自由空間中に自動的に形成されるからである。
【０００８】
このように、無線ネットワークは社会インフラシステムの高効率稼働を実現する制御ネットワークとして期待されているが、反面、自由空間中に放射された電磁波が予測不能な個所に到達するので、外部侵入者による特定の伝搬路に対する妨害あるいは情報改ざんが比較的容易に行われる危険性がある。
【０００９】
社会インフラシステムの高効率稼働を目的とした制御ネットワークを、有線ネットワークと無線ネットワークに対してセキュリティの観点から比較すると、前者は伝送路が可視化されるので外部侵入者による該伝送路を伝達する情報に対する妨害・改ざんは容易である。後者は、送受信機間で無数の伝搬路が形成されるので、外部侵入者によるすべての伝搬路に対しての妨害・改ざん行為は事実上不可能であるが、特定の伝搬路に対しては、やはり外部侵入者による妨害・改ざんは容易である。このような状況下有線ネットワークにおいては、センサの数が少ない現状でも、外部侵入者による妨害・改ざん行為に耐性を持つ為に複数のパスを送受信機間に形成することが必要となるが、有線ネツトワークにおける伝送路の増加は送受信機間の物理的結線の増大を意味し、装置コストおよび設置工数の観点から好ましくない。無線ネットワークでは、送受信機間で多数の伝送路が形成されるので、特定の伝送路で情報伝送の妨害および改ざんが行われても、他の伝送路を経由して所望のデータを伝送することはできる。
【００１０】
この場合の問題は、複数の伝搬路を経由した電磁波が同時に受信機に到達するので、問題のある伝送路を経由して到達した信号と問題のない伝送路を経由して到達した信号を識別する技術が別途必要となることである。
【００１１】
特許文献１では送信する電磁波を円偏波とし情報信号に拡散符号を乗じて同円偏波を用いて通信を行う事で、外部侵入者による妨害・改ざん行為からの耐性を得ている。円偏波では送受信機間に存在する物体表面での反射の際に回転方向が反転する。従って、受信機で回転方向の異なる二つの円偏波アンテナを具備していれば、外部侵入者による妨害・改ざん行為が一方の回転方向の円偏波アンテナで検出されれば、逆回転の円偏波アンテナでは円偏波の直交性により、該妨害・改ざんされた電磁波は除去できる。
【００１２】
然るにこの原理は、円偏波を通信に用いることを前提としており、外部侵入者が情報の妨害・改ざんを直線偏波のアンテナを行った場合、その妨害・改ざん行為を受けた信号は、左右どちらの回転の円偏波アンテナでも受信され、前述の効果は期待できない。また。外部侵入者が情報の妨害・改ざん行為を行った信号が、同行為の後に、複数の伝搬路を経由して受信機に到達して、且つ該複数の伝搬路が、反射回数が奇数と偶数の反射回数を含む伝搬路を含む場合は、やはり同妨害・改ざん行為を受けた信号は左右どちらの回転の円偏波アンテナでも受信されてしまう。
【００１３】
特許文献２では、送信機が偏波角度を調節して受信機において信号品質が最も良い送信偏波角度を選んで通信を行うものである。この場合には、送受信機間に存在する複数の物体の表面によって電磁波が反射される際には電磁波の偏波ベクトルと該表面に対する入射角に固有な偏波ベクトルの角度シフトを引き起こす。このため、送信機で固定の偏波ベクトルで信号を送信しても受信機には異な偏波ベクトルの異なる複数の電磁波が到達する。これらの電磁波の偏波ベクトルは送信機の送信した電磁波の偏波ベクトルと一定の関係を有するから、該送信波の偏波ベクトルが異なれば、受信機に到来する電磁波の偏波ベクトルも変化し、それらのベクトル和となる直線偏波アンテナで受信した受信電界強度および受信信品質も変化する。
【００１４】
従って、外部侵入者による妨害・改ざんを受けた信号の影響を少なくする送信電磁波の偏波ベクトルが存在すると期待できる。特許文献２の技術では、外部侵入者による情報の妨害・改ざんにより受信電界強度あるいは受信信号品質が劣化することを前提としているが、外部侵入者による情報改ざんが行われた場合、情報の内容が変化し受信信号の物理的諸量が劣化する保証はない。結果として、特許文献２の技術による無線通信の外部侵入者に対するセキュリティの向上は必ずしも実現されない可能性が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平７−１８３８２７号公報
【特許文献２】特表２００３−５２０５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
係る状況おいて、無線ネットワークの通信セキュリティ向上を実現する為に、送信機から受信機に至る複数の伝送路を識別することが課題である。送信機から放射される電磁波が自動的に空間に拡散し、送受信機間に存在する物体による多重反射により複数の異なる伝搬路を経て、該電磁波は受信機に到達するが、この複数の異なる伝搬路を識別できれば、各伝搬路毎の信号を個別に復元可能であり、各復元信号を比較することにより、伝送情報の妨害・改ざんの有無を知ることができる。
【００１７】
また該識別結果を用いて、外部侵入者による情報の妨害・改ざんが行われた可能性のある伝搬路を経て受信機に到達した信号を棄却することが可能となれば、外部侵入者に対する送受信機間の通信セキュリティを向上できる。
【００１８】
以上のことから本発明においては、無線通信において、送信機から受信機に送信された信号に対する外部侵入者の妨害・改ざん行為を検出することを可能とし、同無線通信のセキュリティを向上することができる無線通信システム、及びこれを用いた昇降機システム並びに変電設備監視システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
送信機は、搬送波の周波数より低い周波数で偏波ベクトルが回転する電磁波の、回転の一周期を分割した区間に互いに直交する符号を割り当て、符号で情報信号を拡散して送信し、受信機は、直線偏波のアンテナで情報信号を含む電磁波を受信し、送信機が用いた符号と同一の符号を用いて、受信した信号の同期をとり、同期を取った受信信号の偏波ベクトルの回転の一周期を分割した複数の区間の夫々に対応する情報を直交符号により抽出する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、無線通信において、送信機から受信機に送信された信号に対する外部侵入者の妨害・改ざん行為を検出することが可能になるので、同無線通信のセキュリティを向上する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１に係る無線通信システムの構成例を示す図。
【図２】本発明における一連の送信処理機能を模式的に記載した図。
【図３】空間に放出される電磁波を３次元表示した図。
【図４】デジタルデータ生成回路、デジタルデータ復元回路の構成例を示す図。
【図５】本発明の実施例２に係る無線通信システムの構成例を示す図。
【図６】本発明の実施例３に係る無線通信システムの構成例を示す図。
【図７】本発明の実施例４に係る無線通信システムの構成例を示す図。
【図８】本発明の実施例５に係る無線通信システムの構成例を示す図。
【図９】図８のデジタルデータ生成回路の構成例を示す図。
【図１０】本発明の実施例６に係る無線通信システムの構成例を示す図。
【図１１】図１０のデジタルデータ生成回路、デジタルデータ復元回路の構成例を示す図。
【図１２】無線通信システムが用いる直交符号の相関関数の例を示した図。
【図１３】無線通信システムが用いる直交符号の周波数スペクトラムの例を示した図。
【図１４】本発明の実施例７に係る無線通信システムの構成例を示す図。
【図１５】図１４のデジタルデータ復元回路の構成例を示す図。
【図１６】本発明の実施例８に係る無線通信システムの構成例を示す図。
【図１７】本発明の無線通信システムを昇降機システムに提要した構成例を示す図。
【図１８】本発明の無線通信システムを変電設備監視システムに提要した構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。これらの実施例では、本発明の送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な無線通信システムの構成例について説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な、実施例１に係る無線通信システムの構成例の図である。
【００２４】
図１には送信器Ｓ側の設備と、受信機Ｒ側の設備が示されている。送信器Ｓ側には空間的に直交する２つの送信アンテナＡＮＳ（ＡＮＳ１、ＡＮＳ２）が備えられ、受信機Ｒ側には二つの受信アンテナ系ＡＮＲ１（ＡＮＲ１１、ＡＮＲ１２）、ＡＮＲ２を具備する。受信アンテナ系ＡＮＲ１の２つの受信アンテナＡＮＲ１１、ＡＮＲ１２は、２つの送信アンテナＡＮＳ１、ＡＮＳ２のように、空間的に直交する２つの受信アンテナとされている。また受信アンテナＡＮＲ２は、２つの受信アンテナＡＮＲ１、ＡＮＲ２のいずれかと同じ向きに位置づけられている。
【００２５】
送信器Ｓ側において、２つの送信アンテナＡＮＳ（ＡＮＳ１、ＡＮＳ２）から送信される情報（デジタルデータ）Ｄは、デジタルデータ生成回路１１において形成される。なおデジタルデータ生成回路１１について、図４を用いて詳細に後述する。とりあえずは生成手法には触れず、以降の送信処理について説明する。
【００２６】
デジタルデータ生成回路１１から出力されるデジタルデータＤは、第一の送信重畳回路５および第二の送信重畳回路６にそれぞれ印加される。第一の送信重畳回路５には、第一の周波数ｆ１を有する第一の搬送波生成回路７の出力が印加されており、デジタルデータＤと第一の搬送波生成回路７の出力が重畳される。また第二の送信重畳回路６には、第二の周波数ｆ２を有する第二の搬送波生成回路８の出力が印加されており、デジタルデータＤと第二の搬送波生成回路８の出力が重畳される。
【００２７】
その後、第一の送信重畳回路５の出力は送信９０度ハイブリッド回路３の第１の入力ポートＩ１に入力され、第二の送信重畳回路６の出力は送信四分の一周期遅延回路（９０度位相回路）４を介して送信９０度ハイブリッド回路３の第２の入力ポートＩ２に入力される。最終的に、送信９０度ハイブリッド３の二つの出力ポートＯ１、Ｏ２の其々は、空間的に直交する第一の送信アンテナＡＮＳ１および第二の送信アンテナＡＮＳ２に接続され、これにより空間に放射される。
【００２８】
図２は、搬送波生成回路７、８から送信アンテナＡＮＳ１、ＡＮＳ２に至る一連の送信処理機能を模式的に記載した図である。上記の回路構成によれば、異なる周波数ｆ１、ｆ２を有する信号を合成することにより、包絡線Ｌが｜ｆ１−ｆ２｜の周期で変化するビート波を発生する。ここでビート波の周波数ｆ３は、周波数ｆ１、ｆ２よりも低い周波数になる。図1においてこれら二つの信号を合成するのは送信９０度ハイブリッド回路３である。
【００２９】
さらに送信四分の一周期遅延回路（９０度位相回路）４および９０度ハイブリッド３においてビート波を９０度の位相差（包絡線Ｌの周期の１／４）をもって、空間的に直交する２つのアンテナから空間に放射する。これにより、回転偏波（包絡線の周期で偏波ベクトルが回転する電磁波）が生成される。
【００３０】
図２には、送信アンテナＡＮＳ１から空間に送出される電磁波成分と、送信アンテナＡＮＳ２から空間に送出される電磁波成分を模式的に示している。２つの電磁波成分は、９０度の位相差と、空間的な直交関係にある。図２のＳＤは空間に放射された電磁波の時間変化の様子を示しており、これをさらに拡大して示したものが図３である。
【００３１】
図３は空間に放出される電磁波を３次元表示したものであり、空間的に直交する第一の送信アンテナＡＮＳ１および第二の送信アンテナＡＮＳ２の方向を示すｘ軸、ｙ軸と、時間軸ｔとの関係で電磁波の時間変化の様子を３次元表示したものである。この図の表記から明らかなように電磁波は時間的に回転する回転偏波として伝搬している。
【００３２】
なお図２の電磁波成分にはデジタルデータ生成回路１１から出力されるデジタルデータＤを含んでおり、互いに直交する符号が割り当てられている。かつこの割り当ては、回転する電磁波の周期を分割した区間を単位とし、分割区間に互いに直交する符号が割り当てられている。
【００３３】
以上の送信側の機能は、要するに送信機は、搬送波の周波数ｆ１、ｆ２より低い周波数ｆ３で偏波ベクトルが回転する電磁波の、回転の一周期を分割した区間に互いに直交する符号を割り当て、符号で情報信号を拡散して送信したものということができる。
【００３４】
他方受信機Ｒ側において、送信器Ｓ側からの送信信号ＳＤは二つの受信アンテナ系ＡＮＲ１（ＡＮＲ１１、ＡＮＲ１２）、ＡＮＲ２により受信される。このうち、互いに空間的に直交する第一の受信アンテナＡＮＲ１１と第二の受信アンテナＡＮＲ１２によって受信された信号は、送信側の変調処理を逆に辿ることによりデジタルデータ生成回路１１が出力したデジタルデータＤを復元することができる。
【００３５】
具体的には、第一の受信アンテナＡＮＲ１１の出力と第二の受信アンテナの出力ＡＮＲ１２が受信９０度ハイブリッド回路２３の二入力とされる。受信９０度ハイブリッド回路２３の二出力の一方は、直接第一の受信重畳回路２５によって第一の局部発振器２７の出力と掛け合わされて搬送波成分が除去され、受信合成回路２９の一方の入力に印加される。また受信９０度ハイブリッド回路２３の二出力の他方は、受信四分の一周期遅延回路（９０度位相回路）２４を介し第二の受信重畳回路２６によって第二の局部発振器２８の出力と掛け合わされて搬送波成分が除去され、受信合成回路２９の他方の入力に印加される。
【００３６】
かくして、受信合成回路２９の出力ＤＸは、デジタルデータ生成回路１１からのデジタルデータＤに対応するが、受信合成回路２９の出力であるデジタルデータＤＸは、送受信機間の反射などによる複数の伝搬路を経由した電磁波を利用することによる影響を含んでいる。受信合成回路２９の出力ＤＸは、第一のデジタルデータ復元回路３１に入力される。なお第一のデジタルデータ復元回路３１について、図４を用いて詳細に後述する。
【００３７】
受信アンテナＡＮＲ２とその後段の信号処理回路は、複数の伝搬路を経由したことによる影響を除くために設備されたものである。ここでの受信アンテナＡＮＲ２は、いわゆる直線偏波のアンテナである。要するに直交受信アンテナＡＮＲ１（ＡＮＲ１１、ＡＮＲ１２）は送受信機間に形成される複数の異なる伝搬路を経由して受信機に到達したすべての電磁波で伝送された信号に関するものである。これに対して、直線偏波のアンテナＡＮＲ２は送受信機間に形成される複数の異なる伝搬路を経由して受信機に到達した電磁波のうち特定伝搬路を経由して到達した電磁波を除いて伝送された信号に関するものである。この相違を利用することにより、必要とする電磁波のみを抽出することが可能となる。
【００３８】
受信アンテナＡＮＲ２の後段の信号処理においては、第三の受信アンテナＡＮＲ２によって受信された信号は分岐され、一方は直接第三の受信重畳回路４５によって第三の局部発振器４７の出力と掛け合わされ、搬送波成分が除去されて受信合成回路４９の一方の入力に印加される。また分岐された他方は、第四の受信重畳回路４６によって第四の局部発振器４８の出力と掛け合わされて搬送波成分が除去され、受信合成回路４９の他方の入力に印加される。受信合成回路４９の出力であるデジタルデータＤＮは、第二のデジタルデータ復元回路５１に入力される。
【００３９】
図４は、実施例１の送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な無線通信システムが具備するデジタルデータ生成回路１１およびデジタルデータ復元回路３１、５１の構成例を示す図である。
【００４０】
まずデジタルデータ生成回路１１は、最終的にデジタルデータＤを生成するが、この生成は例えば以下のようにして実行することができる。この生成手法としては公知の手法を採用可能である。図４の例では、このために各回路要素の同期を取る為のクロック生成回路５０１を具備し、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）５０２に予め記憶されたビットパタンを用いてＰＮ符号生成回路５０３によりＰＮ符号を生成する。なおＰＮ（ｐｓｅｕｄｏｒａｎｄｏｍ  ｎｏｉｓｅ）符号とは疑似雑音のことであり、ＣＤＭＡ方式の携帯電話システムなどで採用されているスペクトラム拡散技術において、２次変調（拡散変調）の時に使う特殊な波形で、＋１と−１の２値をほぼランダムに取る方形波になる。
【００４１】
図１のデジタルデータ生成回路１１内において、ＲＯＭ５０２に予め記憶されたビットパタンの一例をＰ５０２として例示している。パルス列Ｐ５０２は、Ｃ１からＣＮまでのＮ個のパルス列の循環形式で形成されている。Ｃ１からＣＮまでのＮ個のパルス列の期間長は、最終的にデジタルデータ生成回路１１から与えられる情報Ｄの１フレーム、従って１周期に対応する。この１周期の期間の情報がＩｎｆｏ１、Ｉｎｆｏ２として示されている。また図１のデジタルデータ生成回路１１内には、ＰＮ符号生成回路５０３により生成されたＰＮ符号のパルス列の一例がＰ５０３で示されている。パルス列Ｐ５０３はｐ１からｐｎまでのｎ個のパルス列で形成されている。
【００４２】
再度図４に戻りここでは、ＲＯＭ５０６に予め記憶されたビットパタンを用いて直交符号生成回路５０５により直交符号を生成し、インターリーブ回路５０４により直交符号の１ビットをＰＮ符号で拡散する為のインターリーブが行われ、両者は第一の乗算器５１１により各ビットが掛け合わされる。
【００４３】
図１のデジタルデータ生成回路１１内において、直交符号生成回路５０５により生成された直交符号のパルス列の一例がＰ５０５で示されている。パルス列Ｐ５０５はｂ１からｂｎまでのｍ個のパルスで形成されている。なおｐ１からｐｎまでのｎ個のパルス列で形成された一群のパルス列Ｐ５０３の長さが、ｂ１からｂｍまでのｍ個のパルスで形成されたパルス列Ｐ５０５の１つ（例えばｂ１）に相当する。
【００４４】
さらに図４において、ＣＰＵ５０９より供給される情報は、データ生成回路５０８によりデジタルデータに変換され、インターリーブ回路５０７によってＰＮ符号で拡散された直交符号のビット数までインターリーブされ、第一の乗算器５１１における掛け合わされた結果とともに第二の乗算器５１２により掛け合わされてデジタルデータ生成回路１１の出力となる。
【００４５】
図１のデジタルデータ生成回路１１内には、データ生成回路５０８により生成されたデジタルデータのパルス列の一例がＰ５０８で示されている。パルス列Ｐ５０８は、前記１周期の期間内でパルス列Ｉ１を繰り返し発生し、次の周期の期間内でパルス列Ｉ２を繰り返し発生する。なおｂ１からｂｍまでのｍ個のパルス列で形成された一群のパルス列Ｐ５０５の長さが、Ｃ１からＣＮまでのＮ個のパルス列で形成されたパルス列Ｐ５０８の１つ（例えばＣ１）に相当する。
【００４６】
図４のデジタルデータ生成回路１１では、上記手順によりデジタルデータＤを生成している。従って、第一のデジタルデータ復元回路３１では、上記加工を逆に辿ることによりＣＰＵ５０９から供給されたデジタルデータを復元すればよい。
【００４７】
図４における第一のデジタルデータ復元回路３１は、基本的にはデジタルデータ生成回路１１の逆の手順で処理を実行してデジタルデータを復元する。このため第一のデジタルデータ復元回路３１には各回路要素の同期を取る為のクロック生成回路６０１を具備する。
図４における第一のデジタルデータ復元回路３１における最初の処理では、送信情報（デジタルデータ）Ｄに対応する受信復調情報（デジタルデータ）ＤＸを入力とし、受信復調情報（デジタルデータ）ＤＸから、有意の情報であるＩｎｆｏ１、Ｉｎｆｏ２を特定するために、その先頭位置を特定することである。
【００４８】
このために第一のデジタルデータ復元回路３１では、入力信号（受信合成回路２９の出力ＤＸ）を、入力信号アナログデジタル変換器６１３によりデジタル化してデータバッファ６１０に蓄える。他方、ＲＯＭ６１２に予め記憶されたビットパタンを用いてＰＮ符号生成回路６１１により生成したＰＮ符号をレジスタ６０９に蓄えている。
【００４９】
スライディング相関回路６０８には、データバッファ６１０に蓄えられた受信データと、レジスタ６０９に蓄えられたＰＮ符号が入力されている。スライディング相関回路６０８では、これらを用いて両者の相関関数を計算してその最大値からデータバッファ６１０中に格納されているデータＤＸから送信機Ｓが送信したデジタルデータＤの開始点を特定し、ポインタ６０７に開始点の情報を格納する。
【００５０】
第一のデジタルデータ復元回路３１内のＣＰＵ６０６は、ポインタ６０７に格納されたデータ開始点を用いて、データバッファ６１０中のデータの中から、送信機側Ｓが回転偏波の一周期を分割した各領域に相当する受信データをデータ読み出し回路６０５によって抜き出すよう命令する。
【００５１】
抜き出されたデータ読み出し回路６０５の出力は、ＲＯＭ６０２に予め蓄えられたビットパタンを用いて部分直交符号生成回路６０３が生成する各領域に送信機が割り当てた部分的な直交部号と乗算器６１３によって掛け合わされる。かけ合わせの結果はＲＡＭ６０４に格納され、ＣＰＵ６０６がこれを取りこむ。
【００５２】
ＣＰＵ６０６は前記の処理を繰り返し、送信機Ｓが回転偏波の一周期を分割した各領域に相当するデータを順次取りこみ、取りこんだデータにより各領域に対応する送受信機間の伝搬路を介して伝送されたデータを伝送路毎に復元する。
【００５３】
図１において、第二のデジタルデータ復元回路５１は第一のデジタルデータ復元回路３１と同様に構成されており、その動作は第一のデジタルデータ復元回路３１において図４を用いて説明したとおりであるので、詳細な説明を省略する。
【００５４】
以上の受信機Ｒ側の処理は要するに、受信機は、直線偏波のアンテナで情報信号を含む電磁波を受信し、送信機が用いた符号と同一の符号を用いて、受信した信号の同期をとり、同期を取った受信信号の偏波ベクトルの回転の一周期を分割した複数の区間の夫々に対応する情報を直交符号により抽出したものということができる。
【００５５】
図１、図４に示した実施例１によれば、送信機Ｓは時間と共に偏波ベクトルが搬送波より遅い周波数で回転する回転偏波の電磁波に、回転偏波の周期を分割した各時間領域にＰＮ符号で拡散された直交符号を割り当てて、直交符号が重畳された情報信号を回転偏波の電磁波で送信し、送信電磁波は拡散され複数の異なる伝搬路を経て受信機に到達し、受信機は回転偏波の一周期を分割した各領域に相当する情報を個別に復元可能となる。
【００５６】
この場合に、空間的に直交する２つの受信アンテナＡＮＲ１１、ＡＮＲ１２から受信され、復調されてデジタルデータ復元回路３１に入力されるデータは、送受信機間に形成される複数の異なる伝搬路を経由して受信機に到達したすべての電磁波で伝送された信号に関するものである。
【００５７】
一方、直線偏波のアンテナでＡＮＲ２から受信され、復調されてデジタルデータ復元回路５１に入力されるデータは、送受信機間に形成される複数の異なる伝搬路を経由して受信機に到達した電磁波のうち特定伝搬路を経由して到達した電磁波を除いて伝送された信号に関するものである。
【００５８】
各領域は送信された電磁波の異なる偏波ベクトルに対応する。デジタルデータ復元回路３１で得られる復元情報とデジタルデータ復元回路５１で得られる復元情報を比較した結果から、複数の伝搬路を経て到来した信号を認識できるので、送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別する効果と、伝搬路を選択して通信を行う効果がある。
【００５９】
なお本発明によれば、無線通信において、送信機から受信機に送信された信号に対する外部侵入者の妨害・改ざん行為を検出できるので、同無線通信のセキュリティを向上する効果が得られる。この理由について、さらに詳細に説明する。
【００６０】
まず送信機と受信機の間に存在する物体の表面で反射された電磁波は、該表面に対する電磁波の入射角と電磁波の偏波ベクトルに固有な偏波角度のシフトを生じる。従って、送信機が同一の偏波ベクトルで放射した電磁波が、受信機で異なる偏波ベクトルで信号を受信した場合、それは特定の反射を経験して送信機から受信機に到達したことになる。送信機から放射された電磁波は自動的に空間に拡散されるから、電磁波は異なる反射を経験して異なる複数の経路で受信機に到達して、到達した複数の信号は異なる偏波角度のシフトを被っている。
【００６１】
これに対し受信機は、特定の固定された直線偏波のアンテナでこれら複数の異なる偏波角度のシフトを被った電磁波のうち特定の偏波シフトを持つ電磁波だけを、電磁波の偏波の直交性を用いて除去できる。
【００６２】
送信機は回転偏波を用いて信号が重畳された電磁波を送信しているから、受信機のアンテナは時系列的に送信機が送信した異なる偏波ベクトルに対応して異なる偏波角度シフトを受けた到来波、即ち異なる経路を経て受信機に到達した電磁波のみを除去可能である。
【００６３】
受信機は時間軸上で送信機が送信する回転偏波の周期を分割した各領域に対応する、受信信号と送信機が用いた情報を拡散した符号と同一符号を用いて復元した情報を比較すれば、送信機が送信した情報に対する外部侵入者の妨害行為および改ざん行為を、同比較によって生じる復元情報の不一致によって検出することが可能となる。
【００６４】
また外部からの介入を判断し対処するとして例えば、送信機は偏波ベクトルの一周期に亘り同一の情報信号を割り当て、受信機は抽出した受信信号の偏波ベクトルの回転の一周期を分割した複数の区間のそれぞれに対応する各情報を比較し、それらが同一の情報でない場合に、送受信機間の通信に外部者による介入が生じたと認識し、各情報のうち一部分の情報が他の多数の情報と異なる場合、該当する部分の情報を棄却することで可能である。
【実施例２】
【００６５】
実施例２では、本発明の送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な無線通信システムの他の構成例について図５を用いて説明する。
【００６６】
図５と図１を比較して明らかなように、両実施例は変調機構及び復調機構が相違しているのみであり、送受信アンテナ系統、デジタルデータ生成回路１１、デジタルデータ復元回路３１、５１は基本的に同じ構成のものである。このため、ここでの説明は相違部分を主体に説明する。
【００６７】
図１と図５の変調機構及び復調機構の相違は、要するにこの機構をデジタル的に構成するのであれば図１のほうが実現しやすく、アナログ的に実現するのであれば高精度なアナログ発振器（搬送波発生回路）が１台で実現できる図５が好ましいという点である。実現する機能そのものは実施例１と同じである。
【００６８】
送信機側の変調機構において、図１では２つの搬送波発生回路７、８を用いて位相の異なる２つの搬送波ｆ１、ｆ２を生成していた。これにより搬送波発生回路７ではｃｏｓω１、搬送波発生回路８ではｃｏｓω２の搬送波を得ていた。図５では、位相の異なる２つの搬送波を以下のようにして生成している。なお図５が図１と相違する部分を点線で枠組みしている。
【００６９】
図５の回路構成例では、搬送波生成回路６１の出力（ｃｏｓΩ）を二分岐し、その一方を回転偏波の周波数と同一の周波数の局部発信器６２の出力と、第一の送信重畳回路６５において掛け合わせる。第一の送信重畳回路６５の出力は、送信重畳回路６５においてデジタルデータ生成回路１１から出力されるデジタルデータに掛け合わせられて送信９０度ハイブリッド回路３の第１の入力ポートＩ１に印加される。
【００７０】
搬送波生成回路６１の出力（ｃｏｓΩ）を二分岐した他方は、回転偏波の周波数と同一の周波数の送信局部発信器６２の出力を、送信四分の一周期遅延回路６３を介して得られた出力と、第二の送信重畳回路６６において掛け合わされる。さらにその後、送信重畳回路６８においてデジタルデータ生成回路１１から出力されるデジタルデータに掛け合わされ、送信９０度ハイブリッド回路３の第２の入力ポートＩ２に印加される。
【００７１】
送信９０度ハイブリッド回路３からの二つの出力の其々は空間的に直交する第一の送信アンテナ１および第二の送信アンテナ２により空間に放射される。この部分は図１と同じである。図５の送信機側の変調機構では、搬送波生成回路６１を高精度、従って高価な部品で構成すればよく、局部発信器６２の制度は求められないことから全体として廉価に構成できる。
【００７２】
受信機Ｓ側において、アンテナ系及び受信９０度ハイブリッド回路２３までの処理は図１と同じである。互いに空間的に直交する第一の受信アンテナＡＮＲ１１と第二の受信アンテナＡＮＲ１２によって受信された信号は、受信９０度ハイブリッド回路２３の二入力となり、受信９０度ハイブリッド回路２３からは対応する２出力が得られている。図５では、ここから先の復調機構が図１とは相違している。相違部分が点線枠で示されている。
【００７３】
受信９０度ハイブリッド回路２３の二出力の一方は、搬送波の周波数と同じ周波数の第一の受信局部発振器８１の出力と第一の送信重畳回路８７において掛け合わされ、その結果が回転偏波の周波数と同一の周波数の第二の受信局部発振器８２の出力と第三の受信重畳回路８５において掛け合わされ、受信合成回路８９の第一の入力とされる。
【００７４】
また受信９０度ハイブリッド回路２３の二出力の他方は、搬送波の周波数と同じ周波数の第一の受信局部発振器８１の出力と第二の送信重畳回路８８において掛け合わされ、その結果が回転偏波の周波数と同一の周波数の第二の受信局部発振器８２の出力と受信四分の一周期遅延回路８３を介して第四の受信重畳回路８６において掛け合わされ受信合成回路８９の第二の入力となる。受信合成回路８９の出力が第一のデジタルデータ復元回路３１に入力される。
【００７５】
なお、第三の受信アンテナＡＮＲ２によって受信された信号は、第五の受信重畳回路９２において搬送波の周波数と同じ周波数の第三の受信局部発振器９１の出力と掛け合わされ、その結果が回転偏波の周波数と同一の周波数の第四の受信局部発振器９３の出力と第六の受信重畳回路９４において掛け合わされ、デジタルデータ復元回路５１に入力される。デジタルデータ生成回路１１およびデジタルデータ復元回路３１、５１の動作は実施例１と同一である。
【００７６】
本実施例によれば、実施例１で得られる効果を、同実施例と比べて少ない個数の搬送波周波数の発振器で実現できるので装置の製造コストを低減する効果がある。
【実施例３】
【００７７】
実施例３では、本発明の送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な無線通信システムの他の構成例について図６を用いて説明する。
【００７８】
図１、図５と図６を比較すると明らかなように、まずアンテナ系統が相違している。送信側に変更はないが、受信側のアンテナは直交受信アンテナＡＮＲ１（ＡＮＲ１１、ＡＮＲ１２）のみを使用している。このアンテナを用いた変調機構及び復調機構は、以下のように構成されている。
【００７９】
まず送信機Ｓ側において、ここに備えられたデジタルデータ生成回路１１の出力は四分岐されている。四分岐された第一の出力は、第一の送信重畳回路１０５において第一の周波数の余弦波発生回路１０１の出力と掛け合わされ、四分岐された第二の出力は第二の送信重畳回路１０６において第二の周波数の余弦波発生回路１０２と掛け合わされる。２つの余弦波発生回路１０１、１０２からの出力は第一の送信合成回路１０９で加算され、第一の送信アンテナＡＮＳ１から空中に放射される。
【００８０】
四分岐された第三の出力は、第三の送信重畳回路１０７において第一の周波数の正弦波発生回路１０３の出力と掛け合わされ、四分岐された第四の出力は第四の送信重畳回路１０８において第二の周波数の正弦波発生回路１０４の出力と掛け合わされる。２つの正弦波発生回路１０３、１０４からの出力は、第二の送信合成回路において互いに逆相で加算され、第一の送信アンテナＡＮＳ１と空間的に直交する第二の送信アンテナＡＮＳ２から空中に放射される。
【００８１】
受信機側に設置された受信アンテナは、第一の送信アンテナＡＮＳ１に対応した第一の受信アンテナＡＮＲ１１と、空間的に直交し第二の送信アンテナＡＮＳ２に対応する第二の受信アンテナＡＮＲ１２で構成されている。
【００８２】
このうち第一の送信アンテナＡＮＳ１に対応した第一の受信アンテナＡＮＲ１１から入力した信号は、同相分岐回路１４９において二分岐される。そして二分岐された一方は、第一の受信重畳回路１４５において第一の周波数の余弦局部発振器１４１の出力と掛け合わされる。二分岐された他方は、第二の受信重畳回路１４６において第二の周波数の余弦局部発振器１４２の出力と掛け合わされる。２つの余弦局部発振器１４１、１４２からの出力は第一の受信合成回路１２１により合成され、第三の受信合成回路１２０の第一の入力となる。
【００８３】
また第一の受信アンテナＡＮＲ１１と空間的に直交し、第二の送信アンテナＡＮＳ２に対応した第二の受信アンテナＡＮＲ１２から入力した信号を、逆相分岐回路１５０において二分岐する。分岐された一方は、第三の受信重畳回路１４７において第一の周波数の正弦局部発振器１４３の出力と掛け合わされ、分岐された他方は第四の受信重畳回路１４８において第二の周波数の正弦局部発振器１４４の出力と掛け合わされる。
【００８４】
２つの正弦局部発振器１４７、１４８からの出力は、第二の受信合成回路１２２において合成されたのち二分岐されて、一方は第三の受信合成回路１２０の第二の入力となり、他方は第二のデジタルデータ復元回路５１の入力となり、第三の受信合成回路の出力は第一のデジタルデータ復元回路５１の入力となる。なお、デジタルデータ生成回路１１およびデジタルデータ復元回路３１と５１の動作は、実施例１と同一である。
【００８５】
この実施例３の直交受信アンテナＡＮＲ１（ＡＮＲ１１、ＡＮＲ１２）では、実施例１、実施例２に比べてアンテナＡＮＲ１２が直線偏波のアンテナＡＮＲ２の機能も兼用しているので、アンテナ構成が簡便でよい。また実施例３によれば、実施例１で得られる効果を、９０度ハイブリッド回路を用いることなく実現できるので装置寸法を小型にする効果がある。
【実施例４】
【００８６】
実施例４では、本発明の送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な無線通信システムの他の構成例について図７を用いて説明する。
【００８７】
図７の送受信機の変復調機構のハードウェア構成は図１の実施例と同等である。図１の実施例と異なる点は、デジタルデータ生成回路１１およびデジタルデータ復元回路３１と５１が用いるＰＮ符号が、拡散すべき直交符号の各ビットに対して同一の直交符号内で異なっている点である。図７では、ＰＮ符号および直交符号の関係が相違している部分を点線枠で表示している。なお、他の部分の説明に相違はないので説明を省略する。
【００８８】
実施例４によれば、実施例１と比べて、ＰＮ符号で拡散された直交符号のランダム性が向上するので、送受信機間の同期確立を容易にする効果がある。
【実施例５】
【００８９】
実施例５では、本発明の送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な無線通信システムの他の構成例について図８を用いて説明する。
【００９０】
図８の実施例５では、送受信機の変復調機構のハードウェア構成はデジタルデータ生成回路１１を除き図１の実施例と同等である。デジタルデータ生成回路１１におけるソフト的な処理の相違する部分を、点線枠で示している。
【００９１】
図９は、実施例５の送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な無線通信システムが具備するデジタルデータ生成回路の他の構成図の例である。図９において、デジタルデータ生成回路１１は、各回路要素の同期を取る為のクロック生成回路５０１を具備し、ＲＯＭ５０２に予め記憶されたビットパタンを用いて直交符号生成回路５０３により直交符号を生成する。またＣＰＵ５０６より供給される情報がデータ生成回路５０５によりデジタルデータに変換されインターリーブ回路５０４によって直交符号のビット数までインターリーブされる。直交符号生成回路５０３の出力とインターリーブ回路５０４の出力の両者が乗算器５１１により掛け合わされる。他方において、ＲＯＭ５１３に予め記憶されたビットパタンを用いてＰＮ符号生成回路５１４によりＰＮ符号を生成している。ＰＮ符号生成回路５１４の出力と乗算器５１１の出力は、セレクタ５１５に入力される。
【００９２】
両者を入力とするセレクタ５１５は、時間上で交互にそれらをデジタルデータ生成回路１１の出力とする。図８のデジタルデータ生成回路１１において、デジタルデータ生成回路１１の出力ＤとしてＩｎｆｏで示した期間は、ＣＰＵ５０６の出力から作成した信号をセレクタ５１５が選択した期間を意味しており、デジタルデータ生成回路１１の出力Ｄとしてｓｙｎｃで示した期間は、ＲＯＭ５１３の出力から作成した信号をセレクタ５１５が選択した期間を意味している。この考え方によれば、ＲＯＭ５１３の出力期間ｓｙｎｃに一連のパルス列の先頭を特定するためのアドレスデータを挿入し、Ｉｎｆｏで示した期間に情報を挿入することでの時間軸上の区別化を可能とする。
【００９３】
実施例５によれば送受信機間の同期を取る為のＰＮ符号を、直交符号を拡散しないで、時間軸上の別の部分に挿入するので、データ伝送レートを犠牲にして回転偏波の一周期内に収まるビット数を大幅に低減することができ、結果として通信に使用する電磁波の占有周波数帯域を削減することができるので、周波数資源の有効利用が実現できる。
【実施例６】
【００９４】
実施例６では、本発明の送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な無線通信システムの他の構成例について図１０を用いて説明する。
【００９５】
図１０に示した送受信機の変復調機構のハードウェア構成はデジタルデータ生成回路１１とデジタルデータ復元回路３１、５１を除き図１の実施例と同等である。デジタルデータ生成回路１１とデジタルデータ復元回路３１、５１は、その内部のソフト的な処理手法が図１とは相違している。図１０図のデジタルデータ復元回路３１、５１内部のソフト的な処理手法が図１のそれと相違する点を、点線枠で区別して表示している。
【００９６】
図１１は、実施例６の送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な無線通信システムが具備するデジタルデータ生成回路１１およびデジタルデータ復元回路３１、５１の他の構成図の例である。
【００９７】
図１１において、デジタルデータ生成回路１１は、各回路要素の同期を取る為のクロック生成回路５０１を具備し、ＣＰＵ５０９より供給される情報がデータ生成回路５０８によりデジタルデータに変換されインターリーブ回路５０７によって直交符号のビット数までインターリーブされる。他方、ＲＯＭ５０２に予め記憶されたビットパタンを用いて直交符号生成回路５０３により直交符号を生成する。インターリーブ回路５０７の出力とインターリーブ回路５０７の出力は、第二の乗算器５１２により掛け合わされてデジタルデータ生成回路１１の出力となる。
【００９８】
上記送信側のデータ生成過程を受けて、第一のデジタルデータ復元回路３１における復元処理では、各回路要素の同期を取る為のクロック生成回路６０１を具備し、入力信号をアナログデジタル変換器６１３によりデジタル化してデータバッファ６１０に蓄える。またＲＯＭ６１２に予め記憶されたビットパタンを用いて直交符号生成回路６１４により生成した直交符号をレジスタ６０９に蓄えて、スライディング相関回路６０８を用いて両者の相関関数を計算してその最大値からデータバッファ中に格納されているデータから送信機が送信したデータの開始点を特定しポインタ６０７にその情報を格納する。
【００９９】
ＣＰＵ６０６はポインタ６０７に格納されたデータ開始点を用いて、データバッファ中のデータの中から、送信機が回転偏波の一周期を分割した各領域に相当する受信データをデータ読み出し回路６０５によって抜き出すよう命令する。データ読み出し回路６０５の出力は、ＲＯＭ６０２に予め蓄えられたビットパタンを用いて部分直交符号生成回路６０３が生成する該各領域に送信機が割り当てた部分的な直交部号と乗算器６１３によって掛け合わされ、その結果がＲＡＭ６０４に格納され、ＣＰＵ６０６が取りこむ。
【０１００】
ＣＰＵ６０６は前記の処理を繰り返し、送信機が回転偏波の一周期を分割した各領域に相当するデータを順次取りこみ、取りこんだデータにより該各領域に対応する送受信機間の伝搬路を介して伝送されたデータを該伝送路毎に復元する。第二のデジタルデータ復元回路５１は、第一のデジタルデータ復元回路３４と同様に構成されている。
【０１０１】
実施例６によれば、実施例１の効果がＰＮ符号を用いることなく実現可能である。そのためには、回転偏波の一周期分のビット列となる、該一周期分の直交符号の配列が送受信機間の信号同期を確立できるような強い相関性を示す必要がある。そのような配列は、回転偏波の一周期内に収まるビット数が少ない場合、総当り法で見つけることが出来る。そのようにして見つけた特別な直交符号の配列の相関関数と、その周波数スペクトラムを其々図１２と図１３に示す。
【０１０２】
図１２は、この無線通信システムが用いる直交符号の相関関数の例を示した図であり、横軸に図１１のスライディング相関回路６０８におけるずらし位置、縦軸に合致ビット数（相関関数）を示している。この図によれば、横軸のずらし位置が０であるときに、相関が最大値（３２ｂｉｔの例では３２）を示している。なお各ｂｉｔが一致するときに＋１とし、不一致の時に−１として合計を求める手法であるため、合計がマイナスになることがある。
【０１０３】
図１３は、この無線通信システムが用いる直交符号の周波数スペクトラムの例を示した図であり、横軸に符号の周波数、縦軸にフーリエ変換後のスペクトラムを示している。図１２と図１３から明らかなように、この特別な直交符号の配列は送受信機間の同期を確立可能な強い相関特性を持っている。
【０１０４】
本実施例によれば直交符号を拡散するＰＮ符号が不要である上にデータ伝送レートの低下は生じないので、回転偏波の一周期内に収まるビット数を大幅に低減することができ、結果として通信に使用する電磁波の占有周波数帯域を削減することができるので、周波数資源の有効利用が実現できる。
【実施例７】
【０１０５】
実施例７では、本発明の送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な無線通信システムの他の構成例について、図１４を用いて説明する。
【０１０６】
図１４の送受信機のハードウェア構成は、第二のデジタルデータ復元回路を除き図１０の実施例６と同等である。図１０の実施例と異なる点は、直交符号として、その集合が一つの符号を除く全ての符号の排他論理的総和が、該一つの符号となる特別な符号を用いることである。相違する部分に点線枠を施して示している。
【０１０７】
図１５は、実施例７の送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な無線通信システムが具備するデジタルデータ復元回路５１の他の構成図の例である。図１５において、第二のデジタルデータ復元回路５１は、各回路要素の同期を取る為のクロック生成回路６０１を具備し、入力信号をアナログデジタル変換器６１３によりデジタル化してデータバッファ６１０に蓄える。またＲＯＭ６１２に予め記憶されたビットパタンを用いて直交符号生成回路６１１により生成した直交符号をレジスタ６０９に蓄える。
【０１０８】
スライディング相関回路６０８では、データバッファ６１０に蓄えられた時系列データと、レジスタ６０９に蓄えられた直交符号を比較して、両者の相関関数を計算してその最大値からデータバッファ６１０中に格納されているデータから送信機が送信したデータの開始点を特定しポインタ６０７にその情報を格納する。
【０１０９】
ＣＰＵ６０６は、ポインタ６０７に格納されたデータ開始点を用いて、データバッファ中６１０のデータの中から、送信機が回転偏波の一周期を分割した各領域に相当する受信データをデータ読み出し回路６０５によって抜き出すよう命令する。データ読み出し回路６０５の出力は、ＲＯＭ６０２に予め蓄えられたビットパタンを用いて部分直交符号生成回路６０３が生成する該各領域に送信機が割り当てた部分的な直交部号と乗算器６１３によって掛け合わされる。乗算器６１３における掛け合の結果は、順次総和回路６１５に入力され、回転偏波の一周期を分割した各領域のすべてのデータが揃った時点でそれらの総和をとりＲＡＭ６０４に格納され、ＣＰＵ６０６に取りこまれる。
【０１１０】
実施例７によれば、時間軸上に特定の偏波角度に対応する特定の伝搬路を経たデータのみを再現できるので、結果として複数の伝搬路を経て受信機に到達する情報を伝搬路毎に弁別して時間軸上に配置することができ、結果として特定の伝搬路を選択した情報伝送が可能となる。
【実施例８】
【０１１１】
実施例８では、本発明の送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な無線通信システムの他の構成例について図１６を用いて説明する。
【０１１２】
図１６の実施例８では、送信機側に２つのデジタルデータ生成回路１１Ａ、１１Ｂを備える。２つのデジタルデータ生成回路１１Ａ、１１Ｂが与える情報（デジタルデータ）ＤはそれぞれＤＡ、ＤＢである。
【０１１３】
図１６の例では、送信機側の変調処理として第一のデジタルデータ生成回路１１Ａから出力されるデジタルデータＤＡに、第一の周波数ｆ１を有する第一の搬送波生成回路７の出力を第一の送信重畳回路５を用いて重畳する。またデジタルデータ生成回路１１Ｂから出力されるデジタルデータＤＢに、第二の周波数ｆ２を有する第二の搬送波生成回路８の出力を第二の送信重畳回路６を用いて重畳する。第一の送信重畳回路５の出力と、送信四分の一周期遅延回路４を介した第二の送信重畳回路６の出力が送信９０度ハイブリッド３の２つの入力ポートに印加され、送信９０度ハイブリッド３の二つの出力の其々が空間的に直交する第一の送信アンテナ１および第二の送信アンテナ２により空間に放射される。
【０１１４】
受信機は二つのアンテナ系を具備する。互いに空間的に直交する第一の受信アンテナＡＮＲ１１と第二の受信アンテナＡＮＲ１２によって受信された信号は、送信機の変調処理の逆手順による復調により信号再現される。具体的には、第一の受信アンテナＡＮＲ１１の出力と第二の受信アンテナＡＮＲ１２の出力が受信９０度ハイブリッド回路２３の二入力とされ、受信９０度ハイブリッド回路２３の二出力の一方は直接第一の受信重畳回路２５によって第一の局部発振器２７と掛け合わされ搬送波成分が除去され第一のデジタルデータ復元回路３１Ａに入力される。受信９０度ハイブリッド２３の二出力の他方は受信四分の一周期遅延回路２４を介し第二の受信重畳回路２６によって第二の局部発振器２８と掛け合わされ搬送波成分が除去され第三のデジタルデータ復元回路３１Ｂに入力される。
【０１１５】
更に、第三の受信アンテナ４１によって受信された信号は分岐され、一方は直接第三の受信重畳回路４５によって第三の局部発振器４７と掛け合わされ搬送波成分が除去され第二のデジタルデータ復元回路５１に入力され、他方は第四の受信重畳回路４６によって第四の局部発振器４８と掛け合わされ搬送波成分が除去され第四のデジタルデータ復元回路５１Ｂに入力される。
【０１１６】
第一のデジタルデータ生成回路１１Ａと第二のデジタルデータ生成回路１１Ｂの出力に含まれる情報データＤＡ、ＤＢは独立であり、其々の情報データは、第一のデジタルデータ復元回路３１Ａおよび第二のデジタルデータ復元回路５１Ａと、第三のデジタルデータ復元回路３１Ｂおよび第四のデジタルデータ復元回路５１Ｂとに入力され、それぞれの独立した情報について復元処理が行われる。この方式により、図１０に示した実施例７と同様の効果が実現できる。
【０１１７】
本実施例によれば、独立する二つの情報を同一の無線機ハードウェアで伝送可能となり、無線通信の伝送レートを二倍にする効果がある。
【実施例９】
【０１１８】
実施例９では、本発明の送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な無線通信システムの構成例について図１７を用いて説明する。
【０１１９】
図１７に示す実施例９の昇降機システム１１００は、昇降機が設置される建物１１０１の内部を昇降カゴ１１１１が昇降する。建物１１０１の内部の床部Ｂおよび天井部Ｒには送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な基地局無線機１１０２（１１０２Ｂ、１１０２Ｒ）と、基地局２直交偏波一体アンテナ１１０３（１１０３Ｂ、１１０３Ｒ）が結合されて設置されている。
【０１２０】
また昇降カゴ１１１１についてみると、その外部天井ＥＲと外部床面ＥＢには其々端末局２直交偏波一体アンテナ１１１２（１１１２ＥＢ、１１１２ＥＲ）が設置され、高周波ケーブル１１１４を用いて端末局無線機１１１３に結合している。
【０１２１】
基地局無線機１１０３と端末局無線機１１１３は、建物１１０１の内部を無線伝送媒体とするので、建物１１０１の内壁および昇降機の外壁により電磁波は多重反射を受け、多重波干渉環境が形成されている。
【０１２２】
実施例９では送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な技術により、多重波干渉環境下でも高品質の無線伝送が実現可能となるので、同無線機を用いた無線接続手段を用いて、昇降機１１１１の制御・監視を建物１１０１より有線接続手段を用いずに遠隔で実施できる。この結果、ケーブル等の有線接続手段を削除可能で、同一の輸送能力をより小さい建物体積で実現でき、あるいは同一の建物体積で昇降機寸法を増大させることによる輸送能力向上を実現できる。
【実施例１０】
【０１２３】
実施例１０では、本発明の送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な無線通信システムの他の構成例を説明する。図１８に示す実施例１０は、送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な無線通信システムを適用した変電設備監視システムの構成図の例である。
【０１２４】
実施例１０の変電設備監視システム１２００は、複数の変電機器１２０１を監視する。変電機器１２０１には送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な端末局無線機１２０３と端末局２直交偏波一体アンテナ１２０２が結合し設置されている。また複数の変電機器１２０１の近傍に、変電機器１２０１の数よりも少ない数の複数の基地局装置１２１１が設営され、基地局装置１２１１は本発明の送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な基地局無線機１２１３と基地局２直交偏波一体アンテナ１２１２が結合し設置される。変電機器の寸法は数ｍのオーダーであり無線機が使用する電磁波の周波数である数百ＭＨｚから数ＧＨｚに対応する波長に比べ圧倒的に大きいため、複数の変電機器１２０１により電磁波は多重反射を受け、多重波干渉環境が形成される。
【０１２５】
実施例１０では送受信機間に形成される複数の伝搬路を識別可能な技術により、多重波干渉環境下でも高品質の無線伝送が実現可能となるので、同無線機を用いた無線接続手段を用いて、変電機器１２０１の制御・監視を複数の無線基地局１２１１により有線接続手段を用いずに遠隔で実施できる．この結果、ケーブル等の該有線接続手段を用いる場合に問題となる高圧誘導電力の問題を解決でき、同ケーブルの敷設コストを削除できるので、変電機器１２０１の制御・監視システムの安全性向上およびコスト削減に効果がある。
【符号の説明】
【０１２６】
ＡＮＳ１、ＡＮＳ２：送信アンテナ
ＡＮＲ１１、ＡＮＲ１２、ＡＮＲ２：受信アンテナ
３：９０度ハイブリッド回路
４：９０度位相回路
５、６：重畳回路
７、８：搬送波発生回路
１１：デジタルデータ生成回路
２３：９０度ハイブリッド回路
２４：９０度位相回路
２５、２６：重畳回路
２７、２８：搬送波発生回路
２９：受信合成回路
３１：デジタルデータ復元回路
４５、４６：重畳回路
４７、４８：搬送波発生回路
４９：合成回路、
５１：デジタルデータ復元回路
６１：搬送波発生回路
６２：局部発振回路
６３：９０度位相回路
６５、６６、６７、６８：重畳回路
８１、８２：局部発振回路
８３：９０度位相回路
８５、８６、９７、８８、８９：重畳回路
９１、９２、９３：局部発振回路
９４：重畳回路
１０１、１０２、１０３、１０４：搬送波発生回路
１０５、１０６、１０７、１０８：重畳回路
１０９、１１０、１２０、１２１、１２２：合成回路
１４１、１４２、１４３、１４４：局部発振回路
１４５、１４６、１４７、１４８、１４９：重畳回路
１５０：合成回路、
１１００：昇降機システム
１１０１：建物
１１０２：基地局無線機
１１０３：基地局２直交偏波一体アンテナ
１１１１：昇降カゴ
１１１２：端末局２直交偏波一体アンテナ
１１１４：高周波ケーブル、１１１３：端末無線機
１２００：変電設備監視システム
１２０１：変電機器
１２０２：端末局２直交偏波一体アンテナ
１２０３：端末局無線機
１２１１：基地局装置
１２１２：基地局２直交偏波一体アンテナ
１２１３：基地局無線機
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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