(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
MビットのデータをN分割し、並列データに変換する直並列変換手段と、
前記直並列変換手段により変換されたM/Nビットのデータにより、互いに異なる周波数の搬送波をそれぞれ変調するN個の変調手段と、
前記N個の変調手段により変調されたN個の前記搬送波を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音響信号を、残響が所定レベル以下になる所定の時間間隔で送信する音響送信手段とを有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において、
前記M/Nビットの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M/Nビットの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M/Nビットの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M/Nビットの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】
MビットのデータをN分割し、並列データに変換する直並列変換工程と、
前記直並列変換工程において変換されたM/Nビットのデータにより、互いに異なる周波数のN個の搬送波を変調する変調工程と、
前記変調工程において変調された前記N個の搬送波を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、
前記加算工程において加算された搬送波と、前記窓関数信号生成工程において生成された前記窓関数を示す信号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音響信号を、残響が所定レベル以下になる所定の時間間隔で送信する音響送信工程とを有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、
MビットのデータをN分割し、並列データに変換する直並列変換工程と、
前記直並列変換工程において変換されたM/Nビットのデータにより、互いに異なる周波数のN個の搬送波を変調する変調工程と、
前記変調工程において変調されたN個の前記搬送波を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、
前記加算工程において加算された搬送波と、前記窓関数信号生成工程において生成された前記窓関数を示す信号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音響信号を、残響が所定レベル以下になる所定の時間間隔で送信する送信工程とを実行させ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、
前記変調工程において、M/Nビットのデータにより行われる変調が、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、前記変調工程において、M/Nビットの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、前記変調工程において、M/Nビットのデータは前記搬送波の振幅値に変換され、
直交振幅変調の場合、前記変調工程において、M/Nビットの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】
MビットのデータがN分割により並列データに変換され、変換されたM/Nビットのデータにより互いに異なる周波数の搬送波がそれぞれ変調され、変調されたN個の前記搬送波が加算され、窓関数を示す信号が生成され、加算結果の信号と窓関数を示す信号が乗算され、乗算結果に基づいて生成された音響信号を、残響が所定レベル以下になる所定の時間間隔で受信し、受信した前記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データを復調する復調手段とを有することを特徴とする音響受信装置。
【請求項８】
MビットのデータがN分割により並列データに変換され、変換されたM/Nビットのデータにより互いに異なる周波数の搬送波がそれぞれ変調され、変調されたN個の前記搬送波が加算され、窓関数を示す信号が生成され、加算結果の信号と窓関数を示す信号が乗算され、乗算結果に基づいて生成された音響信号を、残響が所定レベル以下になる所定の時間間隔で受信し、受信した前記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データを復調する復調工程とを有することを特徴とする音響受信方法。
【請求項９】
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、
MビットのデータをN分割し、並列データに変換する直並列変換手段と、
前記直並列変換手段により変換されたM/Nビットのデータにより、互いに異なる周波数の搬送波をそれぞれ変調するN個の変調手段と、
前記N個の変調手段により変調されたN個の前記搬送波を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音響信号を、残響が所定レベル以下になる所定の時間間隔で送信する音響送信手段とを有し、
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Mビットのデータを復調する復調手段とを有することを特徴とする音響通信装置。
【請求項１０】
音響通信装置が行う音響通信方法であって、
MビットのデータをN分割し、並列データに変換する直並列変換工程と、
前記直並列変換手段により変換されたM/Nビットのデータにより、互いに異なる周波数のN個の搬送波をそれぞれ変調する変調工程と、
変調された前記N個の搬送波を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、
前記加算工程において加算された搬送波と、前記窓関数信号生成工程において生成された前記窓関数を示す信号を乗算する乗算工程と、
前記乗算工程における乗算結果である信号に基づく音響信号を、残響が所定レベル以下になる所定の時間間隔で送信する音響送信工程と、
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Mビットのデータを復調する復調工程と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】
【発明が解決しようとする課題】
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】
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（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】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
【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，１または複数の，所定の周波数を有する搬送波に対して，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信号を音により送信する音響送信手段と，を備えている。
【００１４】
本発明の第１の側面によるプログラムは，送信情報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，１または複数の，所定の周波数を有する搬送波を表したディジタルデータに対して，前記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，前記所定の周波数を有する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。
【００１５】
また，本発明の第１の側面によるプログラムは，送信情報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，前記送信情報に基づいて，１または複数の，所定の周波数を有する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。
【００１６】
本発明の第１の側面によると，１または複数の，所定の周波数を有する搬送波に対して，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る。そして，変調された信号は音により送信される。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。また，音響信号の送信間隔を，残響の悪影響を受けない程度にまですることができ，残響に強い音響送信装置が提供される。さらに，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。
【００１７】
本発明の第１の側面において，好ましくは，前記所定の周波数を有する搬送波が複数の場合には，該複数の搬送波のそれぞれが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。
【００１８】
本発明の第２の側面による音響受信装置は，１または複数の，所定の周波数を有する搬送波に対して，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通信情報を音響信号として受信し，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信号をフーリエ変換し，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。
【００１９】
本発明の第２の側面によると，１または複数の，所定の周波数を有する搬送波に対して，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通信情報が音響信号として受信され，電気信号に変換される。そして，変換された信号はフーリエ変換され，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が読み出される。続いて，読み出された値に基づいて通信情報が復調される。これにより，受信装置を簡略なものとすることができる。
【００２０】
本発明の第３の側面による音響通信装置は，音響送信装置と音響受信装置とを備えている音響通信装置であって，
前記音響送信装置は，１または複数の，所定の周波数を有する搬送波に対して，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信号を音により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り変換された信号をフーリエ変換し，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。
【００２１】
本発明の第３の側面によると，前記音響送信装置は，１または複数の，所定の周波数を有する搬送波に対して，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，前記変調された信号を音により送信する。前記音響受信装置は，前記音響送信装置により送信された音響信号を受信して，電気信号に変換し，前記変換された信号をフーリエ変換し，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。これによっても，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。
【００２２】
【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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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＝｛ｄ1，ｄ2，…，ｄM｝（Ｍは正の整数，ｄ1〜ｄMはそれぞれ１ビットデータ）が送信部１に入力される。送信データｄは，送信部２により音響信号ｘ（ｔ）（ｔ：時間）に変換され，ガス管３を介して受信部２に送信される。
【００２７】
受信部２では，受信された音響信号ｘ（ｔ）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。
【００２８】
この音響信号ｘ（ｔ）は，本実施の形態では，
【００２９】
【数１】
0003821666.tif 000002
【００３０】
により表される。
【００３１】
ここで，Ｎは正の整数であり，送信に用いられる搬送波（キャリア）信号ｕi(ｔ)＝sin（２πｆi（ｔ−ｔPi））の個数である。本実施の形態では，１または２以上の任意の個数の搬送波を用いることができる。また，ｆiは搬送波周波数，ｔPiは位相オフセット時間［秒］，φi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。
【００３２】
以下に，音響信号ｘ（ｔ）の具体例について説明する。
【００３３】
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ｕi(ｔ)に施し，音響信号ｘ（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ｘ（ｔ）の振幅パラメータ（振幅値）ａiおよび位相オフセット時間ｔPiはそれぞれ一定値（以下では，一例としてａ＝１［Ｖ］，ｔPi＝０［秒］とする。）とされる。そして，各キャリア信号ｕi（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φiによりシフト（移相）される。
【００３４】
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１２ａi（ｉ＝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Ｍビットの送信データｄ＝｛ｄ1，ｄ2，…，ｄM｝は，まず直列／並列変換器１１に入力される。
【００３５】
直列／並列変換器１１は，入力されたＭビットの送信データｄを，先頭ビットから順にＭ／Ｎビットずつに区切り，それぞれがＭ／Ｎビットを有するＮ個のグループ（並列データ）ｐ1〜ｐNに分割する。直列／並列変換器１１は，Ｎ個の出力端子Ｏ1〜ＯNを有し，分割された各並列データｐ1〜ｐNを出力端子Ｏ1〜ＯNにそれぞれ出力する。
【００３６】
たとえばＭ＝２４，Ｎ＝８の場合には，送信データｄ＝｛ｄ1，ｄ2，…，ｄ24｝は，８個の３ビットずつからなる並列データｐ1＝｛ｄ1，ｄ2，ｄ3｝，ｐ2＝｛ｄ4，ｄ5，ｄ6｝，…，ｐ8＝｛ｄ22，ｄ23，ｄ24｝に分割される。そして，並列データｐ1は出力端子Ｏ1に，並列データｐ2は出力端子Ｏ2に，…，並列データｐ8は出力端子Ｏ8に，それぞれ出力される。
【００３７】
このように，整数ＭおよびＮの値は，Ｎ個の各並列データが同じビット数を有するように設定されることが好ましい。すなわち，整数Ｍは，整数Ｎの整数倍に設定されるのが好ましい。
【００３８】
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。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。
【００３９】
ＰＳＫ変調器１２ａi（ｉ＝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ｕi（ｔ）を発生する正弦波信号発生器１２１iおよびキャリア信号ｕi（ｔ）の位相をシフトさせる移相器１２２iを有する。
【００４０】
ただし，各ＰＳＫ変調器１２ａiの正弦波信号発生器１２１iの周波数ｆiには，それぞれ異なる値の周波数が割り当てられる。たとえばｆ1＝２０００［Ｈｚ］，ｆ2＝２２５０［Ｈｚ］，ｆ3＝２５００［Ｈｚ］，…というように，ｆ1からｆN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。
【００４１】
このように送信するキャリア信号を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】
各正弦波信号発生器１２１iが発生した搬送波（搬送波を表す信号）は，移相器１２２iに入力される。一方で，移相器１２２iには，並列データｐiも入力される。
【００４３】
移相器１２２iには，並列データｐiに対応した移相量（位相シフト量）φiがあらかじめ設定されている。移相量φiとしては，たとえば２M/N相ＰＳＫによる２π÷２M/N間隔の角度が割り当てられる。たとえば，前述したＭ＝２４，Ｎ＝８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。
【００４４】
移相器１２２iは，入力された並列データｐiに対応した移相量φiだけ，キャリア信号ｕi（ｔ）の位相をシフトさせる。これにより，キャリア信号ｕi（ｔ）は，以下の式（２）に示す被変調信号ｖi（ｔ）に変換される。
【００４５】
【数２】
0003821666.tif 000003
【００４６】
ただし，前述したように，位相オフセット時間ｔPiを０としているので，この時間ｔPiは式（２）において省略されている。
【００４７】
各移相器１２２iから出力されたＮ個の被変調信号ｖ1（ｔ）〜ｖN（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ｗ（ｔ）が生成される。
【００４８】
【数３】
0003821666.tif 000004
【００４９】
この加算信号ｗ（ｔ）は，乗算器１２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。
【００５０】
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。
【００５１】
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内にパワースペクトルが局在する性質を有する。
【００５２】
したがって，被変調信号ｖi（ｔ）にガウス窓信号ｇ（ｔ）が乗算された信号ｖi（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内にパワースペクトル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ｖ1（ｔ）・ｇ（ｔ）〜ｖ8（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ｖ1（ｔ）・ｇ（ｔ）〜ｖ8（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ｖi（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ｗ（ｔ）・ｇ（ｔ）を作成する場合であっても，各信号ｖi（ｔ）・ｇ（ｔ）間の干渉を小さくすることができる。
【００５３】
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ｘ（ｔ）と同じ波形を有する電気信号（ｙ（ｔ）とする。）が生成される。
【００５４】
【数４】
0003821666.tif 000005
【００５５】
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ｕi（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ｕi（ｔ）の位相を移相器１２２iによりシフトさせることもできる。
【００５６】
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ｙ（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ｙ（ｔ）は，増幅器１４に直接与えられることとなる。
【００５７】
増幅器１４に与えられたアナログ信号ｙ（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ｙ（ｔ）を音響信号に変換し，音としてガス管３内に出力（送信）する。
【００５８】
ガス管３内を送信された音響信号ｘ（ｔ）は，受信部２のマイク２６により受信され，電気信号ｙ（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ｙ（ｔ）が増幅器２５に与えられてもよい。
【００５９】
増幅器２５により増幅された信号ｙ（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。
【００６０】
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１２１iの周波数ｆi（すなわち搬送波の周波数）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１２２iによる移相量に対応する。
【００６１】
復調処理器２７には，移相器１２２iと同様に，読み出された位相値に対応するＭ／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Ｍ／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。
【００６２】
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１２２i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。
【００６３】
並列／直列変換器２１は，これらＮ個のＭ／Ｎビットのディジタルデータを，Ｍビットの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Ｍビットの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。
【００６４】
音響信号ｘ（ｔ）の送信間隔は，前に送信された音響信号の残響の影響が小さくなり，受信部２側で各音響信号を弁別することができる間隔とされる。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。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，伝送速度を向上することができる。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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６（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１２ｇi（ｉ＝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。
【００６８】
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ｐ1〜ｐNを出力端子Ｏ1〜ＯNにそれぞれ出力する。
【００６９】
変調器１２は，Ｎ個のＱＡＭ変調器１２ｇ1〜１２ｇN，加算器１２ｈ，乗算器１２ｋ，およびガウス窓信号発生器１２ｄを有する。Ｎ個の並列データｐ1〜ｐNは，Ｎ個のＱＡＭ変調器１２ｇ1〜１２ｇNにそれぞれ入力される。
【００７０】
ＱＡＭ変調器１２ｇi（ｉ＝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ｕi（ｔ）を発生する正弦波信号発生器１２１i，キャリア信号ｕi（ｔ）の位相をシフトさせる移相器１２２i，移相量／振幅値設定器１２３i，および乗算器１２４iを有する。
【００７１】
移相量／振幅値設定器１２３iには，並列データｐiが入力される。移相量／振幅値設定器１２３iは，入力された並列データｐiの値に対応して，キャリア信号ｕi（ｔ）の位相をシフトさせる移相量と，キャリア信号ｕi（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１２３iは，並列データｐiの値に対応した移相量を移相器１２２iに，振幅値を乗算器１２４iに，それぞれ出力する。
【００７２】
移相器１２２iは，キャリア信号ｕi（ｔ）の位相を，移相量／振幅値設定器１２３i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ｕi（ｔ）を乗算器１２４iに与える。
【００７３】
乗算器１２４iは，移相器１２２iから入力されたキャリア信号に，移相量／振幅値設定器１２３i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。
【００７４】
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。
【００７５】
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１２１iの周波数ｆi（すなわち搬送波の周波数）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，Ｍ／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Ｍビットの１つのディジタルデータにされ，出力される。
【００７６】
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。
【００７７】
ＱＡＭ変調器１２ｇiを，図７に示す構成とすることもできる。このＱＡＭ変調器１２ｇiでは，正弦波信号発生器１２５iから第１のキャリア信号ｕi1（ｔ）＝−sin２πｆi（ｔ‐ｔPi）が出力され，余弦波信号発生器１２７iから第２のキャリア信号ｕi2（ｔ）＝cos２πｆi（ｔ‐ｔPi）が出力される。
【００７８】
振幅値設定器１２６iには，入力される並列データｐiの値に対応して，第１のキャリア信号ｕi1（ｔ）の振幅値ｂi，および，第２のキャリア信号ｕi2（ｔ）の振幅値ｃiがあらかじめ設定されている。振幅値設定器１２６iは，入力される並列データｐiの値に対応した振幅値ｂiおよびｃiを乗算器１２９iおよび１３０iにそれぞれ出力する。
【００７９】
乗算器１２９iおよび１３０iは，第１のキャリア信号ｕi1（ｔ）および第２のキャリア信号ｕi2（ｔ）に振幅値ｂiおよびｃiをそれぞれ乗算し，乗算結果を加算器１３１iに出力する。加算器１３１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。
【００８０】
このような処理により，音響信号ｘ（ｔ）は，以下の式（５）により表される信号となる。
【００８１】
【数５】
0003821666.tif 000006
【００８２】
なお，これまでに述べたＱＡＭ変調器１２ｇiの処理は，第１の例におけるＰＳＫ変調器１２ａi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。
【００８３】
ＱＡＭ変調器１２ｇi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１２ｇiを図８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ｐ1〜ｐN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。
【００８４】
移相量／振幅値設定器５１1〜５１Nを，第１のキャリア信号ｕi1（ｔ）の振幅値ｂi，および，第２のキャリア信号ｕi2（ｔ）の振幅値ｃi，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。
【００８５】
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。
【００８６】
３．音響信号の他の例
振幅シフトキーイング（ＡＳＫ：Amplitude Shift Keying）のみによって音響信号を作成することもできる。また，周波数シフトキーイング（ＦＳＫ：Frequency Shift Keying）によっても音響信号を作成することができる。
【００８７】
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。
【００８８】
また，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。
【００８９】
【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ｖ1（ｔ）・ｇ（ｔ）〜ｖ8（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ｖ1（ｔ）・ｇ（ｔ）〜ｖ8（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】（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７】ＱＡＭ変調器の他の構成例を示すブロック図である。
【図８】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
２５  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
１２１i  正弦波信号発生器
１２２i  移相器
【図１】
0003821666.tif 000007
【図２】
0003821666.tif 000008
【図３】
0003821666.tif 000009
【図４】
0003821666.tif 000010
【図５】
0003821666.tif 000011
【図６】
0003821666.tif 000012
【図７】
0003821666.tif 000013
【図８】
0003821666.tif 000014