JP5549557B2 - Transceiver and synchronization system - Google Patents
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本発明は、2つの送受信装置の間において、有線又は無線により信号を送受信して、それら2つの送受信装置間で同期をとったり、装置間の距離を測定する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for transmitting and receiving signals between two transmission / reception apparatuses by wire or wireless, and for synchronizing the two transmission / reception apparatuses and measuring a distance between the apparatuses.
電磁波を反射する対象物までの距離を測定する装置として、特許文献1に記載の装置が知られている。この装置は、送受信装置と、反射対象物との間でフェーズロックドループを形成して、その時の同期周波数から距離を測定するものである。
また、本発明者により発明された、特許文献2、3のように、送受信装置を2個1組として、2つの送受信装置間でフェーズロックドループを形成し、数MHz程度の方形波を数百乃至数GHzの高周波搬送波に載せて当該数MHz程度の方形波の位相遅れを検出する装置が知られている。
As an apparatus for measuring the distance to an object that reflects electromagnetic waves, an apparatus described in
Further, as in Patent Documents 2 and 3 invented by the present inventor, two transmitting / receiving devices are used as one set, a phase-locked loop is formed between the two transmitting / receiving devices, and several hundreds of square waves of about several MHz are generated. There is known an apparatus for detecting a phase delay of a square wave of about several MHz on a high frequency carrier wave of several GHz.
しかし、特許文献1に開示の方法は、送信信号と、その反射波の受信信号との間で、同期のかかる周波数を検出して、その周波数から、送信器と反射物間の距離を測定する方法である。周波数を、順次、変更して、同期する周波数を検出するのが困難であるという問題がある。また、特許文献2、3の方法では、2つの送受信装置間でフェーズロックドループを用いることから、安定して、距離が測定できる。
しかしながら、2つの送受信装置間でフェーズロックドループを形成しても、2つの送受信装置間の距離が変動すると、信号の伝搬遅延時間が変化するために、2つの送受信装置間において、同期をとることはできない。たとえば、あるマスターの送受信装置から、複数のスレーブの送受信装置に対して、信号を送信することで、全てのスレーブの送受信装置及びマスタの送受信装置において、タイミングの同期をとることはできない。複数の送受信装置間で、タイミングの同期をとることができれば、同期時刻を基準にして、時分割によりチャネルを各送受信装置に割り当て、衝突することなくデータ通信を実行することができる。また、特許文献2、3では、送受信装置間の往復距離を測定して、その1/2を両装置間の距離としており、両装置間の距離を直接的には、測定していない。
そこで本発明の目的は、複数の送受信装置間でタイミングの同期をとるための送受信装置を実現することである。
また、2つの送受信装置間の距離を直接的に測定することを実現し、測定精度を向上させることである。
However, the method disclosed in
However, even if a phase-locked loop is formed between the two transmission / reception devices, if the distance between the two transmission / reception devices varies, the signal propagation delay time changes, so the two transmission / reception devices must be synchronized. I can't. For example, by transmitting a signal from a master transmission / reception device to a plurality of slave transmission / reception devices, timing cannot be synchronized in all the slave transmission / reception devices and the master transmission / reception device. If timing can be synchronized among a plurality of transmission / reception devices, channels can be allocated to each transmission / reception device by time division based on the synchronization time, and data communication can be performed without collision. In Patent Documents 2 and 3, the reciprocal distance between the transmitting and receiving apparatuses is measured, and a half of the distance is defined as the distance between both apparatuses, and the distance between both apparatuses is not directly measured.
Therefore, an object of the present invention is to realize a transmission / reception device for synchronizing timing among a plurality of transmission / reception devices.
Another object is to directly measure the distance between two transmission / reception devices and improve measurement accuracy.
第1の発明は、他の第2送受信装置に対して第1信号を送信し、第2送受信装置において受信した第1信号を折り返して第2信号として返信することにより、第2送受信装置との間において、フェーズロックドループ(PLL)により同期をとる送受信装置において、所定の基準周波数の基準信号を出力する基準発振器と、送信ベースバンド信号を発生する、位相と周波数が可変の信号発振器と、信号発振器により生成された送信ベースバンド信号により搬送波を変調して得られる第1信号を送信する送信器と、第2送受信装置から受信した第2信号を復調して受信ベースバンド信号を得る受信器と、送信器に入力される送信ベースバンド信号と基準発振器の出力する基準信号との第1位相差を検出する第1位相比較器と、受信器による復調により得られた受信ベースバンド信号と基準発振器の出力する基準信号との第2位相差を検出する第2位相比較器と、第1位相差と第2位相差との絶対値の差を出力する比較器とを有し、比較器の出力が零となるように、信号発振器の位相と周波数をフィードバック制御したことを特徴とする送受信装置である。 The first invention transmits a first signal to another second transmission / reception device, returns the first signal received by the second transmission / reception device, and returns the second signal as a second signal. A reference oscillator that outputs a reference signal having a predetermined reference frequency, a signal oscillator that generates a transmission baseband signal, a variable phase and frequency, and a signal in a transmission / reception device that is synchronized by a phase-locked loop (PLL) A transmitter for transmitting a first signal obtained by modulating a carrier wave with a transmission baseband signal generated by an oscillator, and a receiver for demodulating a second signal received from a second transceiver to obtain a reception baseband signal A first phase comparator for detecting a first phase difference between a transmission baseband signal input to the transmitter and a reference signal output from the reference oscillator, and demodulation by the receiver A second phase comparator for detecting a second phase difference between the received baseband signal obtained from the reference signal and a reference signal output from the reference oscillator, and an absolute value difference between the first phase difference and the second phase difference is output. And a feedback control of the phase and frequency of the signal oscillator so that the output of the comparator becomes zero.
本発明において、本発明に係る送受信装置が第1信号を送信する時に、他の第2送受信装置は、単一でも複数存在しても良い。第2送受信装置は、受信した第1信号を、理想的には遅延時間なく折り返して、第2信号として返信する装置である。装置内での遅延時間は、通常は、回路による処理時間である。装置内遅延時間は、本発明の送受信装置から第2送受信装置までの伝搬遅延時間に比べて、装置内の遅延時間が十分に小さい値であって、既知の変動しない時間であれば、存在してもかまわない。既知の装置内遅延時間だけ、送受信装置間の同期タイミングや測定される距離を補正すれば良い。 In the present invention, when the transmitting / receiving apparatus according to the present invention transmits the first signal, the other second transmitting / receiving apparatus may be single or plural. The second transmission / reception device is a device that ideally loops back the received first signal without a delay time and sends it back as a second signal. The delay time in the apparatus is usually a processing time by a circuit. The in-device delay time is a value that is sufficiently smaller than the propagation delay time from the transmission / reception device of the present invention to the second transmission / reception device, and that is a known time that does not fluctuate. It doesn't matter. The synchronization timing between the transmitting and receiving apparatuses and the measured distance may be corrected by a known in-apparatus delay time.
第1信号、第2信号の送信は、有線であっても無線であっても良い。第2送受信装置において、受信した第1信号を第2信号として返信する場合には、第1信号の搬送波の周波数と異なる周波数の搬送波で返信することが望ましい。本発明に係る送受信装置は、第1信号と異なる周波数の第2信号を受信した場合に、第2送受信装置から折り返し返信された信号であると認識できる。すなわち、第1信号の他の物体による反射による受信信号や、第1信号の回り込みによる受信信号を第2信号として、誤検出することがない。 Transmission of the first signal and the second signal may be wired or wireless. In the second transmitter / receiver, when the received first signal is returned as the second signal, it is preferable to return with a carrier having a frequency different from the frequency of the carrier of the first signal. The transmission / reception apparatus according to the present invention can be recognized as a signal returned from the second transmission / reception apparatus when a second signal having a frequency different from that of the first signal is received. That is, there is no possibility of erroneously detecting, as the second signal, a reception signal due to reflection by another object of the first signal or a reception signal due to the wraparound of the first signal.
第2送受信装置が複数存在する場合には、各第2信号の搬送波の周波数は、各第1送受信装置間で異なる周波数とするのが望ましい。すなわち、各第2送受信装置には、使用する周波数が割り当てられており、本発明の送受信装置で、第2信号を周波数により選局して復調することで、本送受信装置と、複数の第2送受信装置との間で、順次、走査して、同期をとることができる。本送受信装置を基準に複数の第2送受信装置との間で同期をとることは、全て第2送受信装置間で同期がとれていることを意味する。また、本発明の送受信装置で、第2信号を周波数により選局して復調することで、本送受信装置と、複数の各第2送受信装置との間の距離を、順次、走査して、測定することができる。 When there are a plurality of second transmission / reception devices, it is desirable that the frequency of the carrier wave of each second signal is different between the first transmission / reception devices. That is, a frequency to be used is assigned to each second transmission / reception device, and the transmission / reception device of the present invention selects and demodulates the second signal according to the frequency, thereby the second transmission / reception device and a plurality of second transmission / reception devices. It is possible to sequentially scan and synchronize with the transmission / reception apparatus. Synchronizing with a plurality of second transmission / reception devices on the basis of this transmission / reception device means that synchronization is achieved between the second transmission / reception devices. Further, the transmitter / receiver of the present invention selects and demodulates the second signal according to the frequency, thereby sequentially scanning and measuring the distance between the transmitter / receiver and each of the plurality of second transmitter / receivers. can do.
また、第2送受信装置において、第1信号の受信に同期して第2信号を生成する場合には、高周波信号である第1信号を、単に、周波数変移させたものを第2信号としても良い。すなわち、受信した第1信号の周波数を、所定周波数だけ高い周波数に変移させるのであれば、その所定周波数の正弦波と第1信号とをミキシングして、帯域通過フィルタにより変移後の周波数の第2信号を抽出すれば良い。また、第1信号を復調して、一端、送信ベースバンド信号を得た後に、この送信ベースバンド信号により搬送波を変調して、第2信号を生成して、返信するようにしても良い。 Further, in the second transmission / reception device, when the second signal is generated in synchronization with the reception of the first signal, the first signal that is a high-frequency signal may be simply frequency-shifted as the second signal. . That is, if the frequency of the received first signal is shifted to a frequency higher by a predetermined frequency, the sine wave of the predetermined frequency and the first signal are mixed, and the second frequency after the shift by the band-pass filter is mixed. What is necessary is just to extract a signal. Alternatively, after the first signal is demodulated and a transmission baseband signal is obtained, the carrier wave is modulated by this transmission baseband signal, and a second signal may be generated and returned.
また、他の発明は、上記発明において、第1位相比較器の出力する第1位相差又は第2位相比較器の出力する第2位相差から、第2送受信装置までの距離を求める距離測定装置を有することを特徴とする送受信装置である。 In another aspect of the invention, in the above invention, the distance measuring device for obtaining a distance to the second transmitting / receiving device from the first phase difference output from the first phase comparator or the second phase difference output from the second phase comparator. It is a transmitter / receiver characterized by having.
上記発明において、送信ベースバンド信号は、方形波又は周期的パルスとすることができる。ベースバンド信号については、同期タイミングが分かる信号であれば、任意である。方形波、パルスの他、鋸歯状波、正弦波などを用いることができる。また、拡散符号などの符号データであっても良い。ベースバンド信号には周期関数が望ましいが、同期タイミングが分かるものであれば、必ずしも、周期関数である必要はない。また、変調方式は、振幅変調、周波数変調、位相変調であっても良い。また、振幅変変移変調(ASK)、周波数変移変調(FSK)、位相変移変調(PSK)であっても良い。また、第1位相差、第2位相差は、基準信号の基準位相に対する時間差で測定しても良く、これらの位相差は時間差の概念を含む。 In the above invention, the transmission baseband signal may be a square wave or a periodic pulse. Any baseband signal can be used as long as the synchronization timing is known. Besides a square wave and a pulse, a sawtooth wave, a sine wave, and the like can be used. Also, code data such as a spread code may be used. Although a periodic function is desirable for the baseband signal, it is not always necessary to be a periodic function as long as the synchronization timing is known. The modulation method may be amplitude modulation, frequency modulation, or phase modulation. Further, amplitude shift keying (ASK), frequency shift keying (FSK), and phase shift keying (PSK) may be used. The first phase difference and the second phase difference may be measured as a time difference with respect to the reference phase of the reference signal, and these phase differences include the concept of time difference.
また、他の発明は、上記の発明に係る送受信装置と、複数の第2送受信装置とから成り、各第2送受信装置において、第1信号を受信して、復調された各送信ベースバンド信号を、複数の第2送受信装置間における同期信号とすることを特徴とする同期システムである。本発明の送受信装置を用いて第1信号を送信し、第2信号を受信することで、複数の送受信装置間で、PLL同期をとることができる。これにより、各第2送受信装置で復調された送信ベースバンド信号を、同期のためのタイミング信号とすることができる。 In addition, another invention includes a transmission / reception device according to the above-described invention and a plurality of second transmission / reception devices, and each second transmission / reception device receives a first signal and transmits each demodulated transmission baseband signal. A synchronization system characterized in that it is a synchronization signal between a plurality of second transmission / reception devices. By transmitting the first signal and receiving the second signal using the transmission / reception apparatus of the present invention, PLL synchronization can be established between the plurality of transmission / reception apparatuses. Thereby, the transmission baseband signal demodulated by each second transmitting / receiving device can be used as a timing signal for synchronization.
本発明では、本発明に係る送受信装置から第2送受信装置へ向けて第1信号が送信される。第2送受信装置では、この第1信号は第2信号として折り返し返信される。本送受信装置では、第2信号を復調して得られる受信ベースバンド信号と基準信号との位相差である第2位相差θ2が測定される。また、送信ベースバンド信号と基準信号との位相差である第1位相差θ1が測定される。そして、この第1位相差θ1と第2位相差θ2の絶対値が等しくなるように、送信ベースバンド信号は、基準信号に対して位相が進められる。今、基準信号の位相を基準にすると、送信ベースバンド信号の位相はθ1(正値)、受信ベースバンド信号の位相はθ2(負値)となる。θ1、θ2は、基準信号に対して進み位相を正、遅れ位相を負として定義する。 In the present invention, the first signal is transmitted from the transmitting / receiving device according to the present invention to the second transmitting / receiving device. In the second transmitter / receiver, the first signal is returned as a second signal. In this transmission / reception apparatus, the second phase difference θ2 that is the phase difference between the received baseband signal obtained by demodulating the second signal and the reference signal is measured. Further, a first phase difference θ1 that is a phase difference between the transmission baseband signal and the reference signal is measured. Then, the phase of the transmission baseband signal is advanced with respect to the reference signal so that the absolute values of the first phase difference θ1 and the second phase difference θ2 are equal. Now, based on the phase of the reference signal, the phase of the transmission baseband signal is θ1 (positive value) and the phase of the reception baseband signal is θ2 (negative value). θ1 and θ2 are defined with the leading phase being positive and the lagging phase being negative with respect to the reference signal.
第2送受信装置において第1信号の受信から第2信号の送信までの遅延時間がなく、本送受信装置と第2送受信装置間の伝搬遅延時間により生じる送信ベースバンド信号の遅れ位相量をΔφ(正値)とする。すると、第2送受信装置において第1信号を受信した時の送信ベースバンド信号の基準信号に対する位相は、θ1−Δφとなる。さらに、第2信号として第2送受信装置から本送受信装置に伝搬する間に、位相は、Δφだけ遅れる。したがって、本送受信装置で第2信号を復調して得られる受信ベースバンド信号の基準信号に対する位相は、θ1−2Δφとなる。この位相が受信ベースバンド信号の位相θ2に等しくなる。よって、θ1−2Δφ=θ2が成立する。 The second transmitter / receiver has no delay time from the reception of the first signal to the transmission of the second signal, and the delay phase amount of the transmission baseband signal generated by the propagation delay time between the transmitter / receiver and the second transmitter / receiver is Δφ (correct Value). Then, the phase of the transmission baseband signal with respect to the reference signal when the first signal is received by the second transmission / reception device is θ1−Δφ. Furthermore, the phase is delayed by Δφ while propagating as the second signal from the second transmitting / receiving device to the transmitting / receiving device. Therefore, the phase of the received baseband signal obtained by demodulating the second signal with this transmission / reception apparatus is θ1-2Δφ. This phase becomes equal to the phase θ2 of the received baseband signal. Therefore, θ1-2Δφ = θ2 is established.
第1位相差θ1と第2位相差θ2の絶対値が等しくなるように、送信ベースバンド信号の位相θ1は、フィードバック制御されている。したがって、θ1=−θ2であるので、θ1=Δφである。すなわち、上記の第1位相差θ1又は第2位相差θ2から、本送受信装置と第2送受信装置間の距離Lが、L=cθ1/(2πf)で求められる。ただし、cは光速、fは送信ベースバンド信号の周波数である。このようにして、本送受信装置と第2送受信装置との間でPLL同期をかけた状態で、両装置間の距離を直接的に正確に求めることができる。 The phase θ1 of the transmission baseband signal is feedback controlled so that the absolute values of the first phase difference θ1 and the second phase difference θ2 are equal. Therefore, since θ1 = −θ2, θ1 = Δφ. That is, from the first phase difference θ1 or the second phase difference θ2, the distance L between the transmission / reception apparatus and the second transmission / reception apparatus is obtained by L = cθ1 / (2πf). Where c is the speed of light and f is the frequency of the transmission baseband signal. In this manner, the distance between the two devices can be directly and accurately obtained in a state where PLL synchronization is applied between the present transmitting / receiving device and the second transmitting / receiving device.
また、第2送受信装置において、第1信号を復調して得られた送信ベースバンド信号の基準信号に対する位相は、上記したように、θ1−Δφである。そして、上記のように、第1位相差θ1と第2位相差θ2の絶対値が等しくなるように、PLL同期がかかっている場合には、θ1=Δφである。したがって、第2送受信装置において得られる送信ベースバンド信号の位相は、本送受信装置の基準発振器の出力する基準信号と同位相となっている。このようなPLL同期が、本送受信装置と複数の第2送受信装置との間で確立しているならば、全ての第2送受信装置において受信した第1信号を復調して得られる送信ベースバンド信号は、基準信号と同期したものとなる。この結果、本送受信装置、それぞれ異なる距離にある全ての第2送受信装置との間で、同期を確立させることができる。よって、たとえば、この同期した送信ベースバンド信号を基準に、複数の第2送受信装置に各タイムスロットを割り当てることで、時分割多重通信を行うことができる。 In the second transceiver, the phase of the transmission baseband signal obtained by demodulating the first signal with respect to the reference signal is θ1−Δφ as described above. As described above, θ1 = Δφ when the PLL synchronization is applied so that the absolute values of the first phase difference θ1 and the second phase difference θ2 are equal. Therefore, the phase of the transmission baseband signal obtained in the second transceiver is the same as that of the reference signal output from the reference oscillator of the transceiver. If such PLL synchronization is established between the present transmission / reception device and the plurality of second transmission / reception devices, a transmission baseband signal obtained by demodulating the first signals received by all the second transmission / reception devices. Is synchronized with the reference signal. As a result, synchronization can be established between the present transmitting / receiving device and all the second transmitting / receiving devices at different distances. Therefore, for example, time division multiplex communication can be performed by assigning each time slot to a plurality of second transmission / reception devices on the basis of the synchronized transmission baseband signal.
以下、ブロック図を用いて本発明の具体的な実施例を説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to block diagrams. The present invention is not limited to the following examples.
図1は、本発明に係る送受信装置1の構成図である。基準発振器10は、1MHzの方形波の基準信号S0を発振する発振器である。基準発振器10の出力する基準信号S0は、第1位相比較器11と、第2位相比較器12に入力している。第1位相比較器11には、電圧制御発振器17の出力する送信ベースバンド信号B1が入力されている。送信ベースバンド信号B1は、後述するように、基準信号S0に周波数同期し、位相差が所定値となるように位相同期した方形波である。電圧制御発振器17の出力する送信ベースバンド信号B1は変調器(ミキサー)18に入力している。基準発振器10の出力する基準信号S0はPLL電圧制御発振器19に入力しており、PLL電圧制御発振器19は、基準信号S0を元に、その基準信号S0の周波数を逓倍した正弦波を搬送波として発生する。この搬送波は、変調器18に入力しており、変調器18により送信ベースバンド信号B1により搬送波が振幅変調される。そして、変調器18の出力する信号は、帯域通過フィルタ20に入力して、変調信号の上側帯波だけ抽出される。帯域通過フィルタ20の出力信号は増幅器22で増幅された後、送信アンテナ21を介して、空間に、第1送信信号S1として、放射される。
FIG. 1 is a configuration diagram of a transmission /
第2送受信装置2については後述するが、第2送受信装置2からは、第1信号を受信して、単に、周波数を変移させて、第2信号S2が返信されるものとする。第2信号S2は受信アンテナ30により受信され、受信信号は増幅器31により増幅された後、復調器33に入力する。復調器33は、同期復調器であり、第2信号S2の搬送波に同期した周波数の正弦波の復調搬送波を発生して、その復調搬送波で第2信号S2を同期復調する。復調器33の出力信号は帯域通過フィルタ34を通過して、受信ベースバンド信号B2として第2位相比較器12に入力する。受信ベースバンド信号B2は方形波であり、送信ベースバンド信号B1と同一周波数であり、所定位相だけ遅れた信号である。
The second transmitting / receiving device 2 will be described later, but it is assumed that the second transmitting / receiving device 2 receives the first signal, simply shifts the frequency, and returns the second signal S2. The second signal S2 is received by the receiving
第2位相比較器12では、受信ベースバンド信号B2と基準信号S0との第2位相差θ2が検出される。第2位相差θ2は、受信ベースバンド信号B2の位相−基準信号の位相として定義される。すなわち、基準信号の位相を0度とした時の受信ベースバンド信号B2の位相である。θ2の負値は、遅れ位相を表す。第2位相比較器12は、良く知られたようにフリップフロップ回路から成る。受信ベースバンド信号B2の基準信号S0に対する位相差に比例した幅のパルス信号が出力される。受信ベースバンド信号B2と基準信号S0とが同相の場合には、第2位相比較器12の出力は、デューティ比50%の方形波となり、受信ベースバンド信号B2が基準信号S0に対してπだけ位相が進んでいる場合には、デューティ比100%の方形波(ハイレベルの直流)となり、受信ベースバンド信号B2が基準信号S0に対してπだけ位相が遅れている場合には、デューティ比0%の方形波(ローレベルの直流)となるように調整されている。第2位相比較器12の出力信号はローパスフィルタ(ループフィルタ)14に入力しており、平滑化(平均化)される。ローパスフィルタ14の出力レベルが第2位相差θ2を与える。後述するように、受信ベースバンド信号B2は基準信号S0に対して、必ず位相が遅れる。したがって、第2位相差θ2は負値である。このため、反転器16において、信号レベルが反転されて、第2位相差θ2の絶対値が求められる。すなわち、反転器16の出力信号は、第2位相差の絶対値(−θ2)を与える。
The
同様に、第1位相比較器11には、基準信号S0と送信ベースバンド信号B1が入力している。第1位相比較器11は、第2位相比較器12と同一の構成をしており、同一の作用をする。したがって、送信ベースバンド信号B1と基準信号S0とが同相の場合には、第1位相比較器11の出力は、デューティ比50%の方形波となり、送信ベースバンド信号B1が基準信号S0に対してπだけ位相が進んでいる場合には、デューティ比100%の方形波(ハイレベルの直流)となり、送信ベースバンド信号B1が基準信号S0に対してπだけ位相が遅れている場合には、デューティ比0%の方形波(ローレベルの直流)となるように調整されている。第1位相比較器11の出力信号はローパスフィルタ(ループフィルタ)15に入力しており、平滑化(平均化)される。ローパスフィルタ15の出力レベルが第1位相差θ1を与える。後述するように、送信ベースバンド信号B1は基準信号S0に対して、必ず位相が進んでいる。したがって、第1位相差θ1は正値である。このため、ローパスフィルタ15の出力レベルは第1位相差θ1の絶対値(θ1)を与えることになる。
Similarly, a reference signal S0 and a transmission baseband signal B1 are input to the
第1位相差の絶対値θ1と、第2位相差の絶対値(−θ2≧0)とが、比較器13に入力している。比較器13の出力は、第2位相差の絶対値の第1位相差の絶対値に対する差Δθを演算する。したがって、次式が成立する。
PLL同期が確立した状態では、比較器13の出力であるΔθは零である。すなわち、次式が成立する。
次に、この状態での第1位相差θ1、第2位相差θ2は、送受信装置1と第2送受信装置2との間の距離を表している。いま、第2送受信装置において、第1信号の受信してから第2信号を返信するまので装置内遅延時間を零と仮定する。送信装置1から第2送受信装置までの伝搬遅延時間をΔtとし、送信ベースバンド信号B1の周波数をfとする。遅延時間Δtに相当する位相差Δφは、次式で表される。
基準信号S0の位相をφ0とする。すると、電圧制御発振器17の出力端における送信ベースバンド信号B1の位相φ1は、次式で表される。
第2位相差θ2は、受信ベースバンド信号B2の位相φ2の基準信号の位相φ0に対する位相差であるので、(6)式を用いて、次式で表される。
このようにして、第1位相差θ1、又は、第2位相差θ2を用いて、送受信装置1と第2送受信装置2間の距離Lを測定することができる。この目的のために、ローパスフィルタ15の出力が、距離演算装置70に入力している。距離演算装置70は、(9)式の演算を行う装置であり、コンピュータシステムで構成されている。このように、送受信装置1と第2送受信装置2との間で、PLL同期が確立した後には、両者間の距離が時間的に変動しても、PLL同期は継続されるので、リアルタイムで、連続的に両者間の距離を測定することができる。
In this way, the distance L between the transmission /
第2送受信装置2は、第1信号S1を受信して、単に、周波数変換して第2信号として送信する装置である。周波数変換器は、ミキサーと帯域通過フィルタで構成できる。
なお、本発明における信号発振器は、電圧制御発振器17で構成され、本発明における送信器は、変調器18、PLL電圧制御発振器19、基準発振器10、帯域通過フィルタ20、増幅器22、送信アンテナ21により構成されている。また、本発明における受信器は、受信アンテナ30、増幅器31、帯域通過フィルタ32、復調器33、帯域通過フィルタ34により構成されている。
The second transmitting / receiving device 2 is a device that receives the first signal S1, simply converts the frequency, and transmits it as the second signal. The frequency converter can be composed of a mixer and a band pass filter.
The signal oscillator in the present invention is composed of a voltage controlled
次に、第2送受信装置2の他の構成例について説明する。図2において、受信アンテナ51で受信された第1信号S1は、増幅器52で増幅された後に、第1信号S1の搬送波の帯域を抽出する帯域通過フィルタ53に入力する。帯域通過フィルタ53から出力される第1信号S1は、コスタスループなどで構成される同期復調器54により同期復調されて、ベースバンド帯域を抽出するための帯域通過フィルタ55に入力する。帯域通過フィルタ55の出力信号が送信ベースバンド信号B1となる。送信ベースバンド信号B1は、変調器56に入力する。固定周波数発振器58から周波数f2の方形波がPLL電圧制御発振器57に入力する。PLL電圧制御発振器57においては、その方形波の周波数を所定数倍に逓倍した周波数Mf2の正弦波が生成される。PLL電圧制御発振器57の出力は搬送波として、変調器56に入力する。この搬送波の周波数は、受信した第1信号の搬送波の周波数f1と異なり、第2送受信装置2に固有に割り当てられた周波数である。この変調器56により送信ベースバンド信号B1により周波数Mf2の搬送波が振幅変調されて、上側帯波だけ通過させる帯域通過フィルタ59に入力して、増幅器60で増幅された後、第2信号S2として、送信アンテナ61から空間に放射される。この第2信号S2が送受信装置1により受信されて、上記のようにPLL同期が確立される。
Next, another configuration example of the second transmission / reception device 2 will be described. In FIG. 2, the first signal S1 received by the receiving antenna 51 is amplified by the
送受信装置1と第2送受信装置2との間でPLL同期が確立すると、第2送受信装置2で復調されて得られる送信ベースバンド信号B1の位相は、(6)式により、φ3=φ0+θ1−Δφであるが、θ1=Δφが成立しているので、φ3=φ0となる。すなわち、第2送受信装置2で復調されて得られる送信ベースバンド信号B1は、送受信装置1の基準信号S0と同一周波数で、位相同期した信号となる。これにより、送受信装置1と第1送受信装置2との間で、同期を確立させることができる。このように、送受信装置1と第2送受信装置2との間で、PLL同期が確立した後には、両者間の距離が時間的に変動しても、PLL同期は継続されるので、距離の時間的変動に係わらず、送受信装置1と第2送受信装置との間で、共通の基準信号S0を得ることができ、同期をとることができる。
When PLL synchronization is established between the transmission /
本実施例は、図4に示すように、1台の送受信装置1に対して、複数の第2送受信装置2が存在する場合において、距離測定と同期確立を可能とした実施例である。送受信装置1は、図1に示す第1位相比較器11、第2位相比較器12、比較器13、電圧制御発振器17、変調器18、PLL電圧制御発振器19、復調器33などの送信ベースバンド信号B1と第1信号S1を発生する変調系統、及び、第2信号S2を復調して受信ベースバンド信号B2を得る復調系統とを、第2送受信装置の数nだけ有する。そして、各系統に第1送信信号S1の搬送波の周波数をF1〜Fn、割り当てる。周波数F1〜Fnは、それぞれ、第2送受信装置A1〜Anに、固有に割り当てられている。各第2送受信装置は、自己に割り当てられた周波数以外の第1信号S1は、周波数変移、又は、復調できないように帯域通過フィルタなどを用いて構成されている。又、第2送受信装置A1〜Anの返信する第2信号S2の搬送波の周波数は、それぞれ、Mf1〜Mfnの固有の値に割り当てられている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, distance measurement and synchronization establishment are possible when a plurality of second transmission / reception devices 2 exist for one transmission /
送受信装置1の各復調器33は、これらの周波数Mf1〜Mfnの第2信号S2を、それぞれ、帯域通過フィルタにより選別して復調するように構成されている。このような構成により、送受信装置1と複数の第2送受信装置A1〜An間で、それらの距離が時間的に変動しても、PLL同期を確立することができる。この結果、送受信装置1と各第2送受信装置A1〜An間の距離を、距離が時間的に変動しても、リアルタイムで連続して測定できる。また、送受信装置1と各第2送受信装置A1〜An間の距離が時間的に変動しても、常に、第2送受信装置A1〜Anで復調される送信ベースバンド信号B1の位相を基準信号S0の位相に同期させることができる。すなわち、送受信装置1、全ての第2送受信装置A1〜Anの全てにおいて、それらの距離が変動しても、同期信号を得ることができ、同期確立が実現できる。これにより、同期信号を基準にして、各第2送受信装置A1〜Anにタイムスロットを割り当てることで、時分割多重通信を実現できる。
Each
実施例3は、実施例2のように送受信装置1の変調及び復調系統を、n系統並列に設けるのではなく、n個の時間区間に分けて、それぞれ、順に、周波数F1〜Fnのn個の第1信号S1の送信と、周波数Mf1〜Mfnの第2信号S2の受信を、繰り返すようにした実施例である。図5に示すように、送受信装置1は、各第2送受信装置A1〜Anと、上記のPLL同期確立を、送信周波数及び受信周波数を変化させて、順次、繰り返して、実行する。本実施例の場合には、各第2送受信装置A1〜Anは、送受信装置1との間で、各時間区間だけPLL同期が確立されることになる。この各時間区間において、各第2送受信装置A1〜Anと送受信装置1との間の距離が測定されることになる。したがって、距離測定は、時間的には離散的に得られるが、周波数変化の1周期を短くすることで、距離が時間的に変動してせ、リアルタイムでの距離測定が可能となる。
In the third embodiment, the modulation and demodulation systems of the transmission /
各第2送受信装置A1〜Anには、PLLが確立た時に復調して得られる送信ベースバンド信号B1に同期した同期信号を発振する同期発振器が設けられている。この同期発振器は、常に、発振周波数と位相とをレジスタに記憶している。同期発振器は、たとえば、ディジタルシンセサイザで構成できる。PLL同期を行う時間区間では、復調して得られた送信ベースバンド信号S1と同期信号との間の周波数差と位相差を、更新パルスや絶対値でフィードバックさせて、レジスタの値が、常時、更新される。これにより、PLL同期が確立する。この同期発振器は、PLL同期を確立する時間区間以外では、フィードバック信号が入力されず、レジスタの値は更新されない。したがって、この同期発振器は、PLL同期を確立する時間区間以外では、PLL同期を確立させる時間区間の最後に、レジスタに保持されている周波数と位相とに同期して同期信号を発振する。 Each of the second transmission / reception devices A1 to An is provided with a synchronous oscillator that oscillates a synchronization signal synchronized with the transmission baseband signal B1 obtained by demodulation when the PLL is established. This synchronous oscillator always stores the oscillation frequency and phase in a register. The synchronous oscillator can be composed of, for example, a digital synthesizer. In the time interval in which PLL synchronization is performed, the frequency difference and phase difference between the transmission baseband signal S1 and the synchronization signal obtained by demodulation are fed back by an update pulse or an absolute value, and the register value is always Updated. Thereby, PLL synchronization is established. In this synchronous oscillator, the feedback signal is not input and the value of the register is not updated except during the time interval in which PLL synchronization is established. Therefore, this synchronous oscillator oscillates a synchronization signal in synchronization with the frequency and phase held in the register at the end of the time interval for establishing PLL synchronization except for the time interval for establishing PLL synchronization.
このように、第2送受信装置の同期発振器を構成することで、送受信装置1との間でのPLL同期確立を、時分割で行うことができる。送受信装置1と第2送受信装置A1〜Anの全てにおいて、それらの距離が変動しても、同期信号を得ることができ、同期確立が実現できる。なお、複数の第2送受信装置において、同期信号を得る場合には、PLL同期確立により、一端、同期信号が得られた場合には、送受信装置1に対する距離が時間的に変化しても、第2送受信装置における同期信号の位相は、距離によって影響を受けない。したがって、上記のように、ディジタルシンセサイザを用いて同期信号を発生させ、周期的に、送信装置1から送信される送信ベースバンド信号B1に、同期させることで、同期信号の位相を微調整すれば良い。
In this way, by configuring the synchronous oscillator of the second transmission / reception device, PLL synchronization with the transmission /
本発明は、複数の送受信装置間の距離測定や、同期確立に用いることができる。 The present invention can be used for distance measurement between a plurality of transmission / reception devices and synchronization establishment.
1…送受信装置
2…第2送受信装置
11…第1位相比較器
12…第2位相比較器
13…比較器
17…電圧制御発振器
DESCRIPTION OF
Claims (4)
所定の基準周波数の基準信号を出力する基準発振器と、
送信ベースバンド信号を発生する、位相と周波数が可変の信号発振器と、
前記信号発振器により生成された前記送信ベースバンド信号により搬送波を変調して得られる前記第1信号を送信する送信器と、
前記第2送受信装置から受信した第2信号を復調して受信ベースバンド信号を得る受信器と、
前記送信器に入力される前記送信ベースバンド信号と前記基準発振器の出力する前記基準信号との第1位相差を検出する第1位相比較器と、
前記受信器による復調により得られた前記受信ベースバンド信号と前記基準発振器の出力する前記基準信号との第2位相差を検出する第2位相比較器と、
前記第1位相差と前記第2位相差との絶対値の差を出力する比較器と
を有し、
前記比較器の出力が零となるように、前記信号発振器の位相と周波数をフィードバック制御した
ことを特徴とする送受信装置。 The first signal is transmitted to another second transmission / reception device, and the first signal received by the second transmission / reception device is looped back and returned as a second signal, whereby a phase lock is established with the second transmission / reception device. In a transmission / reception device that is synchronized by droop ,
A reference oscillator that outputs a reference signal of a predetermined reference frequency;
A signal oscillator of variable phase and frequency that generates a transmit baseband signal;
A transmitter for transmitting the first signal obtained by modulating a carrier wave with the transmission baseband signal generated by the signal oscillator;
A receiver that demodulates a second signal received from the second transceiver to obtain a received baseband signal;
A first phase comparator for detecting a first phase difference between the transmission baseband signal input to the transmitter and the reference signal output from the reference oscillator;
A second phase comparator for detecting a second phase difference between the received baseband signal obtained by demodulation by the receiver and the reference signal output from the reference oscillator;
A comparator that outputs a difference in absolute value between the first phase difference and the second phase difference;
The transmission / reception apparatus, wherein the phase and frequency of the signal oscillator are feedback-controlled so that the output of the comparator becomes zero.
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