JP2005176023A - 無線送信装置、無線受信装置、および無線送受信システム - Google Patents

Abstract

【課題】
映像、または映像および音声をデジタル符号化していないパルスの信号に変換しこれを無線送信する。
【解決手段】
無線送信装置１は、アナログ信号を入力し当該アナログ信号をアナログパルス信号に変換して出力するアナログ信号変換手段１１と、前記アナログパルス信号を無線送信用の信号に変調するデジタル無線信号変調手段１２とを備え、無線受信２は、受信信号をアナログパルス信号に逆変換するデジタル無線信号復調手段２１と、前記復調手段により復調されたアナログパルス信号を映像信号等に変換するアナログ信号逆変換手段２２とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、映像および音声にかかるアナログ信号の所定の周波数帯域での送受信を可能とする無線送受信技術に関し、具体的には、映像、または映像および音声をデジタル符号化していないパルスの信号（本明細書では「アナログパルス信号」と言う）に変換しこれを無線送信することができる無線送信装置、前記送信装置から受信したアナログパルス変調信号を、映像、または映像および音声に逆変換する無線受信装置、および前記送信装置と前記受信装置とからなる無線送受信システムに関する。

映像、または映像および音声（以下、「映像等」とも言う）の無線通信方式には、送信装置側で前記映像等の信号をアナログ変調して送信し、受信装置側では受信したアナログ変調信号を復調するアナログ通信方式、送信装置側で前記映像等の信号を符号化（デジタル圧縮）しこれをデジタル変調して送信し、受信装置側では受信したデジタル変調信号を復調して復号化するデジタル通信方式が知られている（特許文献１参照）。

アナログ方式における変調は、典型的にはＡＭ（振幅変調），ＦＭ（周波数変調）であり、一般的に広くラジオ放送、テレビジョン放送、業務用無線等に用いられている。

デジタル通信方式における変調は、典型的にはＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、ＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、ＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）であり、わが国の電波法で言う特定小電力無線機（市民ラジオの無線局、コードレス電話の無線局、小電力データ通信システムの無線局、デジタルコードレス電話の無線局、ＰＨＳの陸上移動局、狭域通信システムの陸上移動局等）において広く利用されている。
特開２００３−１６３６４５号公報

ところで、わが国の電波法においては２．４ＧＨｚ帯における一通信路に対する占有周波数帯域幅は、標準規格（ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ６６）により２６ＭＨｚ以下であると定められている。

また、上記の電波法では、特定小電力無線機では、デジタル通信方式により送受信を行うことを規定しており、アナログ通信方式による通信を禁じている。

通常、デジタル通信方式により、送受信する映像が高画質であると、占有周波数帯域幅が広くなり、上述した電波法による占有周波数帯域幅の制限を受けてしまう。電波法に占有周波数帯域幅を準拠させる（広くならないようにする）ためには、送信側ではアナログ情報信号を一旦Ａ／Ｄ変換した後に圧縮し、受信側では受信したデジタル信号を伸張した後Ｄ／Ａ変換することで、占有周波数帯域幅が広がらないようにすることが不可欠となるが、変復調回路を含め、電子回路系が複雑となってしまう。また、デジタル通信方式による送受信では、送受信するデータの圧縮・伸長が行なわれるが、映像データを送受信する場合には、画質のブロック歪み・フレーム欠落および映像信号の遅延が発生し、かつ消費電力が大きくなりコストも高くなる。

ところで、アナログ通信方式、デジタル通信方式では、ともに多チャンネルの通信を行なう場合に、各チャンネルを複数の周波数帯域に割り当てることができる。たとえば、アナログ通信方式による多チャンネル通信は、地上波アナログテレビジョン放送に代表され、デジタル通信方式による多チャンネル通信は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交波周波数分割多重）通信やＳＳ（スペクトル拡散）通信として知られている。なお、次世代のデジタル地上波放送システムにおいても、映像信号、音声信号はともに、デジタル符号化され（すなわち、アナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）の後、圧縮され）、ＯＦＤＭによる通信方式で放送されることが決定されている。しかし、コンシューマ通信において映像信号や音声信号を多チャンネルで無線通信する場合は、通常、秘匿性が悪いし、単位周波数当たりの周波数利用効率が悪く、かつ電波法による占有周波数帯域幅の制限を受け易くなる。

本発明は、複雑で高度な圧縮・伸長技術を用いることなく、特定小電力で占有周波数帯域幅も電波法に準拠することができ、かつ電子回路系が簡素で高画質映像等のアナログ情報信号を忠実に歪み無く通信でき、さらに秘話秘匿性に優れた多チャンネル対応の無線送信装置、無線受信装置、および無線送受信システムを提供することを目的とする。

本発明の無線送信装置は、アナログ信号を入力し当該アナログ信号をアナログパルス信号に変換して出力するアナログ信号変換手段と、前記アナログパルス信号を無線送信用の高周波信号に変調するデジタル無線信号変調手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の無線送信装置では、前記アナログ信号は、典型的には映像信号、または映像および音声の多重化信号である。

本発明の無線送信装置では、前記デジタル無線信号変調手段は、前記アナログパルス信号と所定の拡散符号とを用いて変調を行なうことができる。

本発明の無線送信装置では、前記拡散符号は、直交系列による擬似雑音符号からなり、当該擬似雑音符号をチャンネル識別符号として入力することができる。

本発明の無線受信装置は、上記の無線送信装置が無線送信する信号を受信するものであって、受信した高周波信号をアナログパルス信号に復調するデジタル無線信号復調手段と、前記デジタル無線信号復調手段が復調したアナログパルス信号をアナログ信号に変換するアナログ信号逆変換手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の無線受信装置は、前記チャンネル識別符号の相関出力信号を、ビット同期回路またはフレーム同期回路の制御信号とすることができる。

本発明の無線受信装置は、ＳＡＷコンボルバ、ＳＡＷマッチドフィルタ、デジタルマッチドフィルタの何れかの相関器を備えることができる。

本発明の無線送受信システムは、上記の無線送信装置および上記の無線受信装置からなることを特徴とする。

（１）映像の圧縮・伸長技術を用いないため映像のブロック歪みおよびフレームの欠落が無くかつ、遅延の無いリニアな高画質映像が得られ占有周波数帯域幅も法規制に準拠しデジタル通信方式で実現できる。

（２）音声・映像等のアナログ情報信号をアナログパルス信号に変換することでＡ／Ｄ変換に伴う圧縮・伸長技術を用いる必要がなく、したがって簡素な電子回路の採用により装置の小型化・省電力化が可能となる。

（３）無線通信において、符号分割多重通信が可能となり、単位周波数当りの周波数利用効率が向上するし、秘話秘匿性にも優れる。たとえば、ＱＰＳＫ変調方式を採用した場合には、映像等の情報信号を共に法規制内の占有周波数帯域幅での通信かつ優れた秘話秘匿を保った通信が可能となる。

（４）直交系列による擬似雑音符号から構成したチャンネル識別符号の採用により、相互相関値が小さく自己相関特性の鋭い良好な通信路の多チャンネル化ができ、周波数利用効率が向上する。

（５）受信装置側では、送信装置側からの送信信号を復調した後、チャンネル識別符号反転回路で受信用チャンネル識別符号を発生させているので、送受信間におけるチャンネル識別符号の同期をとることが容易となる。また、ＳＡＷコンボルバを用いることで送受信間のチャンネル識別符号を高速で容易に識別でき、かつ、識別周辺回路を簡素化できる。

図１は本発明の無線送信装置および無線受信装置（無線送受信システム）の一基本構成を示すブロック図である。

送信装置１では、アナログ入力信号ＳＡは、アナログ信号変換手段１１によりアナログパルス信号に変換され、デジタル無線信号変調手段１２により無線送信用の高周波信号ＲＦに変調される。受信装置２では、この高周波信号ＲＦをデジタル無線信号復調手段２１により受信し、これをアナログパルス信号に変換し、アナログ信号逆変換手段２２はこのアナログパルス信号をアナログ信号ＳＡ′に復元して出力する。

図２は本発明の無線送信装置および無線受信装置（無線送受信システム）の他の基本構成を示すブロック図である。

図２では、無線送信装置１はアナログ信号変換手段１１の後段にデジタル無線信号変調手段１２を有している。無線送信装置１では、デジタル無線信号変調手段１２はアナログパルス信号およびチャンネル識別符号を付加して拡散変調を行い、これを無線送信用の高周波信号に変換して出力する。無線受信装置２では、受信信号をデジタル無線信号復調手段２１によりアナログパルス信号に復調する。デジタル無線信号復調手段２１は、受信側で所定のチャンネル識別符号による検波（復調）を行い、アナログ信号逆変換手段２２はこのアナログパルス信号をアナログ信号ＳＡ′に復元して出力する。

無線送信装置１、無線受信装置２では、複雑な圧縮・伸長技術を必要とせず、かつ特定小電力送受信機の場合であっても占有周波数帯域幅を電波法に準拠させることができる。さらに、無線送信装置１、無線受信装置２は、電子回路系が簡易であり、各装置では、高画質映像等を忠実に、かつフレーム欠落を発生させることなく、しかも秘話秘匿性に優れた制御信号であるチャンネル識別符号で保護して送受信できる。

また、図１および図２におけるアナログ信号は、映像と音声とを多重化したものであってもよいし、映像または音声単独のものであってもよい。また、チャンネル識別符号の復号信号、すなわち符号同期相関出力信号を、復調したアナログパルス信号のビット同期回路またはフレーム同期回路の制御信号として用いることもできる。

符号同期相関出力信号が無い場合は、映像信号の同期がとれず、ラスターのみの状態に陥る。本発明では符号分割多重通信が可能となり、単位周波数当りの周波数利用効率および秘話秘匿性が向上する。

図３は本発明の送信装置の一実施形態を示す回路ブロック図である。
低域フィルタ３０１は、ステレオの音声信号ＳＮＤ＿Ｒ，ＳＮＤ＿Ｌをそれぞれ入力し、これらから中・高域成分を除去して音声増幅器３０２に入力する。音声増幅器３０２は、入力した音声信号を所定の倍率で増幅し、これをステレオ変調器３０３に入力する。ステレオ変調器３０３は、２つの音声信号をステレオ変調（合成）して、これを音声パルス周波数変調器３０４に入力する。音声パルス周波数変調器３０４を用いないで、入力した音声信号を、たとえばＡＤＰＣＭ方式によりデジタル符号に変換し、これを周波数分割多重化回路３０８に入力することもできる。

低域フィルタ３０５は、映像信号ＶＩＤＯを入力し、これから中・高域成分を除去して映像増幅器３０６に入力する。映像増幅器３０６は、入力した映像信号を所定の倍率で増幅し、これを映像パルス周波数変調器３０７に入力する。

映像パルス周波数変調器３０７は、パルス周波数変調（ＰＦＭ）であるが、たとえば、音声パルス周波数変調器３０４と映像パルス周波数変調器３０７の代りに、たとえばパルス振幅変調（ＰＡＭ）、パルス幅変調（ＰＷＭ）、パルス位相変調（ＰＰＭ）、パルス対称位相変調（ＰＳＰＭ）、抑圧クロックパルス幅変調（ＳＣＰＤＭ）方式の変調器を、１つまたは２つ用いることもできる。

映像パルス周波数変調器３０７は、入力した映像信号を当該変調方式によりアナログパルス映像信号ＶＩＤＥＯ＿ＡＰＦＳに変調しこれを周波数分割多重化回路３０８に入力する。たとえば、パルス幅変調器は、入力した映像信号をパルス幅変調する場合、入力信号と三角波（または鋸波）の合成によりスライスすることによる簡易な回路でＰＷＭ波列を得ることができる。

周波数分割多重化回路３０８は、音声パルス周波数変調器３０４からのアナログパルス音声信号ＳＮＤ＿ＡＰＦＳと、映像パルス周波数変調器３０７からのアナログパルス映像信号ＶＩＤＥＯ＿ＡＰＦＳとを多重化し、この多重化信号ＩをＱＰＳＫ変調器３０９（本発明における「デジタル無線信号変調手段」）に入力する。

ＱＰＳＫ変調器３０９は、上述した多重化信号Ｉを４相位相変調のＩチャンネルに入力し、チャンネル識別符号発生器３１５から直交系列によるチャンネル識別符号ＱをＱチャンネルに入力して変調を行なう。

ＱＰＳＫ変調器３０９からの変調出力は、高周波周波数変換器３１０により準マイクロ波帯に周波数変換され、高周波電力増幅器３１１により所定の電力レベルまで増幅後、帯域フィルタ３１２により所定帯域内の信号に調整し、高周波変調信号ＲＦＭＳとして送信アンテナ３１３により自由空間に放射される。

図３の送信回路では、同期回路３１４が、クロック周波数発生器３１８が発生するクロック（水晶発振器３１９からの信号の分配信号）に基づき同期信号を生成する。

同期回路３１４からの同期信号により、音声パルス周波数変調器３０４からのアナログパルス音声信号ＳＮＤ＿ＡＰＦＳと、映像パルス周波数変調器３０７からのアナログパルス映像信号ＶＩＤＥＯ＿ＡＰＦＳとは同期がとられている。

また、チャンネル識別符号発生器３１５が発生するチャンネル識別符号Ｑのクロック周波数は、クロック周波数発生器３１８から分配されており、アナログパルス音声信号ＳＮＤ＿ＡＰＦＳと、アナログパルス映像信号ＶＩＤＥＯ＿ＡＰＦＳとは同期がとれている。すなわち、映像、または映像および音声を無線で送信する場合、チャンネル識別符号Ｑのクロック周波数を、アナログパルス音声信号ＳＮＤ＿ＡＰＦＳおよびアナログパルス映像信号ＶＩＤＥＯ＿ＡＰＦＳのサンプリング周波数と同一クロック周波数ｆとして同期をとっている。クロック周波数ｆは、電波法による制限から、伝送路の占有周波数帯域幅を制限するために所定周波数以下（具体的にはｆ≦１３．５ＭＨｚ）としている。

なお、チャンネル識別符号ＱはＣＰＵ３１６からの制御信号により、所定の前記した４相位相変調信号の何れかに対応付けられる。

ＱＰＳＫ変調器３０９は、ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、ＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、ＭＳＫ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、ＢＰＳＫ（Ｂｉ−Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）の各方式を用いた変調器で代替できる。

なお、ＢＰＳＫの変調方式を用いる場合は、映像信号、音声信号およびチャンネル識別符号の各信号に対する多重化信号処理が必要となる。また、チャンネル識別符号を用いない簡易型の場合も、映像信号および音声信号が多重化されたＰＦＭ信号でＢＰＳＫ変調することにより、回路構成を簡素化できる。なお、図３の無線送信装置２では、アナログパルス信号をデジタルデータとしてメモリ３１７に格納しておき、これらを送信することもできる。

図４は本発明の受信装置の一実施形態を示す回路ブロック図である。
高周波変調信号ＲＦＭＳは、空間ダイバーシチ用受信アンテナ４０１１，４０１２のどちらか一方のアンテナを介して交互にアンテナスイッチ４０２を介して、帯域フィルタ４０３に入力される。帯域フィルタ４０３に入力された高周波変調信号ＲＦＭＳは、高周波低雑音増幅器４０４により増幅され、周波数変換器４０５により２００ＭＨｚの中間周波数に変換され、さらに中間周波数増幅器４０６により増幅された後、２分配器４０７に入力される。２分配器４０７により分配された一方の信号はＱＰＳＫ復調器４１２に入力され、他方の信号はＳＡＷコンボルバ４０８に入力される。

ＱＰＳＫ復調器４１２は、入力した中間周波数信号を復調し、映像および音声の多重化信号Ｉを復調するとともに、チャンネル識別符号Ｑの復調も行なう。Ｉ信号は、多重化分離回路４１７に入力され、多重化分離回路４１７は、同期回路４１８からの同期信号に基づき、Ｉ信号を音声パルス周波数成分と映像パルス周波数成分とに分離し、音声パルス周波数成分を音声パルス周波数復調器４２１に入力し、映像パルス周波数成分を映像パルス周波数復調器４２５に入力する。

音声パルス周波数復調器４２１は、前記音声周波数成分を音声信号に復調する。復調された音声信号は、ステレオ復調器４２２により右成分および左成分に復調される。そして、音声信号の各成分は音声増幅器４２３により増幅され、低域フィルタ４２４を介して、音声信号ＳＮＤ＿Ｒ′，ＳＮＤ＿Ｌ′として出力される。

アナログパルス周波数復調器４２５は、前記映像周波数成分を映像信号に復調する。この映像信号は、映像増幅器４２６により増幅され、低域フィルタ４２７を介して、映像信号ＶＩＤＥＯ′として出力される。

図４の受信回路では、同期回路４１８が、クロック周波数発生器４１９が発生するクロック（水晶発振器４２０からの信号の分配信号）に基づき同期信号を生成する。だだし、ＱＰＳＫ復調器４１２に代えて、たとえばＡＳＫ、ＢＰＳＫ、ＦＳＫの方式による変復調器を選択した場合は、音声・映像・チャンネル識別符号等の多重信号を分離するフィルタもしくは分離器が必要となる。

一方、Ｑ信号は緩衝器４１３により所定の特性インピーダンス（通常、５０Ω）のデジタル信号に変換され、チャンネル識別符号反転回路４１４に入力される。チャンネル識別符号反転回路４１４では、復調されたチャンネル識別符号Ｑを符号反転してチャンネル識別符号Ｑ′に変換する。ＤＢＭ４１６（ダブルバランスドミキサ）のＬＯポートには、２００ＭＨｚ搬送波発生器４１５から搬送波が入力され、ＩＦポートにはチャンネル識別符号反転回路４１４からチャンネル識別符号Ｑ′が入力される。なお、チャンネル識別符号反転回路４１４によるチャンネル識別符号Ｑ′の出力はＣＰＵ４２９により制御されている。

ＳＡＷコンボルバ４０８の一方の入力端子には、ＤＢＭ４１６のＲＦポートから二相位相変調（ＢＰＳＫ）の信号が参照信号として入力され、ＳＡＷコンボルバ４０８の他方の入力端子にはすでに分配された２００ＭＨｚの中間周波数の信号が２分配器４０７から入力される。ＳＡＷコンボルバ４０８の出力は、チャンネル識別符号Ｑとチャンネル識別符号Ｑ′とが一致した時点で相関信号を出力し、この出力は高周波増幅器４０９で増幅され、さらにエンベロープ検波器４１０を介して検波される。検波信号はＡ／Ｄ変換器４１１を介してデジタル信号に変換され、同期回路４１８に入力され、同期回路４１８内部の、音声・映像信号のビット同期回路もしくはフレーム同期回路に入力される。上記相関出力信号は同期回路４１６の制御信号として活用されこの結果、ビット同期信号もしくはフレーム同期信号の欠落が発生した場合、ラスターのみとなり、音声・映像信号の再生が困難で秘話秘匿性が確保できる。

なお、図４では、送受信間におけるチャンネル識別符号の符号相関に対し、相関器としてＳＡＷコンボルバを用いているが、その他の相関器としてＳＡＷマッチドフィルタ・デジタルマッチドフィルタ等を用いてもよい。
また、音声・映像信号の制御が生じた場合は、メモリ４３０にアナログパルス信号をデータとして格納しておくことで、映像の再生等が可能となる。

図４の実施形態では、受信部においてマルチパスフェージングおよび干渉波対策として空間ダイバーシチ技術を採用している。すなわち、復調した音声・映像信号をダイバーシチ回路４２８で各信号のレベルを検知しながらＣＰＵ４２９でアンテナスイッチ４０２を制御し、アンテナ４０１１，４０１２を切り替えている。室内では送受信共にマイクロストリップアンテナを用い、室外では送信部にλ／２型スリーブアンテナ、受信部ではマイクロストリップアンテナまたは、八木アンテナを用いて切り替えることもできる。

なお、本実施形態では、２．４ＧＨｚ帯での標準規格（ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ６６）に基づいて説明したが、５．１ＧＨｚ〜５．２ＧＨｚ帯の高速無線ＬＡＮ（ＭＭＡＣ）及びミリ波帯の標準規格に合わせて使用することもできる。

本発明の無線送信装置、無線受信装置および無線送受信システムの一基本構成例を示すにブロック図である。 本発明の無線送信装置、無線受信装置および無線送受信システムの他の基本構成例を示すにブロック図である。 本発明の無線送信装置の具体的な構成例を示すにブロック図である。 本発明の無線受信装置の具体的な構成例を示すにブロック図である。

符号の説明

１ 無線送信装置
２ 無線受信装置
１１ アナログ信号変換手段
１２ デジタル無線信号変調手段
２１ デジタル無線信号復調手段
２２ アナログ信号逆変換手段

Claims (9)

1. アナログ信号を入力し当該アナログ信号をアナログパルス信号に変換して出力するアナログ信号変換手段と、
   前記アナログパルス信号を無線送信用の高周波信号に変調するデジタル無線信号変調手段と、
   を備えたことを特徴とする無線送信装置。
2. 前記アナログ信号が、映像信号、または映像および音声の多重化信号であることを特徴とする請求項１に記載の無線送信装置。
3. 前記デジタル無線信号変調手段は、前記アナログパルス信号と所定の拡散符号とを用いて変調を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の無線送信装置。
4. 前記拡散符号は、直交系列による擬似雑音符号であり、当該擬似雑音符号をチャンネル識別符号として入力することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の無線送信装置。
5. 請求項１から４の何れかに記載の無線送信装置が無線送信する信号を受信する無線受信装置であって、
   受信した高周波信号をアナログパルス信号に復調するデジタル無線信号復調手段と、
   前記デジタル無線信号復調手段が復調したアナログパルス信号をアナログ信号に変換するアナログ信号逆変換手段と、
   を備えたことを特徴とする無線受信装置。
6. 前記デジタル無線信号復調手段は、受信した高周波信号を前記アナログパルス信号に復調することを特徴とする請求項５に記載の無線受信装置。
7. 前記チャンネル識別符号の相関出力信号を、ビット同期回路またはフレーム同期回路の制御信号とすることを特徴とする請求項６に記載の無線受信装置。
8. ＳＡＷコンボルバ、ＳＡＷマッチドフィルタ、デジタルマッチドフィルタの何れかの相関器を備えたことを特徴とする請求項７に記載の無線受信装置。
9. 請求項１〜４に記載の無線送信装置および請求項５〜８に記載の無線受信装置からなることを特徴とするおよび無線送受信システム。

Images