JP2016519472A - Transposed modulation system, method and apparatus - Google Patents

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Abstract

本発明は、規定された通信チャネルの情報帯域幅を増やすために、転置変調信号を伝送、受信、及び復調するための、そして入力制御信号に応じて入力信号を時間遅延シフトするためのシステム、方法、及び装置に関する。規定された通信チャネルの情報帯域幅を増やすための方法は、第1の搬送波信号周波数を有する第1の変調された信号を受信するステップと、第2の搬送波信号周波数を有する第2の変調された信号を受信するステップであって、前記第2の変調された信号は、前記第1の搬送波信号を変調する情報とは無関係の情報で変調され、前記第2の搬送波信号周波数は、前記第1の搬送波信号周波数と高調波的又は副高調波的に関連する、前記第2の変調された信号を受信する前記ステップと、前記第1の信号と前記第2の信号とを組み合わせるステップと、を含む。【選択図】図13The present invention relates to a system for transmitting, receiving and demodulating a transposed modulated signal and for time delay shifting an input signal in response to an input control signal in order to increase the information bandwidth of a defined communication channel. The present invention relates to a method and an apparatus. A method for increasing the information bandwidth of a defined communication channel includes receiving a first modulated signal having a first carrier signal frequency and a second modulated signal having a second carrier signal frequency. Receiving the signal, wherein the second modulated signal is modulated with information unrelated to information modulating the first carrier signal, and the second carrier signal frequency is Receiving the second modulated signal that is harmonically or sub-harmonically related to a carrier signal frequency of one, combining the first signal and the second signal; including. [Selection] Figure 13

Description

本出願は、係属中の、2013年3月15日に出願された特許文献1の一部継続出願である。本出願は又、米国特許仮出願の2013年3月15日に出願された特許文献2、2013年3月15日に出願された特許文献3、2013年3月15日に出願された特許文献4、2013年3月15日に出願された特許文献5、及び2013年3月15日に出願された特許文献6の優先権を主張するものでもあり、これらの内容は参照によって本明細書に組み込まれている。   This application is a continuation-in-part of Patent Document 1 filed on March 15, 2013, pending. This application is also a US Patent Provisional Application filed on March 15, 2013, Patent Document 2 filed on March 15, 2013, Patent Document filed on March 15, 2013, and Patent Document filed on March 15, 2013. 4, and claims the priority of Patent Document 5 filed on March 15, 2013 and Patent Document 6 filed on March 15, 2013, the contents of which are hereby incorporated by reference. It has been incorporated.

本開示は主に信号処理に関し、より具体的には、規定された通信チャネルの情報帯域幅を増やすこと、並びに入力制御信号に従って入力信号の時間遅延シフトを行うことのために、転置変調された信号の送信及び受信及び復調を行うためのシステム、方法、及び装置に関する。   The present disclosure mainly relates to signal processing, and more specifically, transposed and modulated to increase the information bandwidth of a defined communication channel and to perform time delay shifting of the input signal according to the input control signal. The present invention relates to a system, method and apparatus for transmitting, receiving and demodulating signals.

既存の伝送方式は、搬送対象が音声であれ映像であれデータであれ、周波数スペクトルの利用を管理する国内及び世界規模の規制機関によって課せられた帯域制限を有する。搬送波変調方式は、最初の振幅変調から、振幅変調、周波数変調、又は位相変調の様々な組み合わせに2つ以上の搬送波を組み合わせる現行方式まで発展してきた。割り当てられたチャネルの帯域幅全体でのエネルギを最大化して、割り当てられた通信チャネルの利用可能な情報帯域幅を最大化するために、数々の高度な搬送波変調方式が開発された。   Existing transmission schemes have bandwidth limitations imposed by national and global regulatory agencies that manage the use of frequency spectrum, whether the carrier is voice, video or data. Carrier modulation schemes have evolved from initial amplitude modulation to current schemes that combine two or more carriers in various combinations of amplitude modulation, frequency modulation, or phase modulation. A number of advanced carrier modulation schemes have been developed to maximize energy across the allocated channel bandwidth and maximize the available information bandwidth of the allocated communication channel.

ある新しい基本搬送波変調が開発され、最初に特許取得されており(たとえば、全内容が本明細書に組み込まれているVokacらの特許文献7を参照)、これは、同じ搬送波信号に同時に存在する振幅変調、周波数変調、及び/又は位相変調と干渉しない新しいタイプの搬送波変調を適用するものである。   A new basic carrier modulation has been developed and is initially patented (see, for example, Vokac et al., US Pat. No. 6,057,086, the entire contents of which are incorporated herein), which are simultaneously present on the same carrier signal. It applies a new type of carrier modulation that does not interfere with amplitude modulation, frequency modulation, and / or phase modulation.

転置(TM)変調の概念は、搬送波信号の振幅、周波数、又は位相に影響を及ぼさずに搬送波信号に情報を追加する方法という初期の概念に基づいている(たとえば、全内容が本明細書に組み込まれているVokacらの特許文献7を参照)。後で示されるように変曲を生成することにより、搬送波信号で情報を搬送することが可能である。この方式は、振幅変調、周波数変調、又は位相変調の既存の復調器では検出されない。   The concept of transpose (TM) modulation is based on the initial concept of how to add information to a carrier signal without affecting the amplitude, frequency, or phase of the carrier signal (for example, the entire contents are described herein). See incorporated Vokac et al., US Pat. By generating inflections as will be shown later, it is possible to carry information on the carrier signal. This scheme is not detected by existing demodulators with amplitude, frequency, or phase modulation.

以前に特許取得された生成方式を用いると、以下の時間領域波形が生成される(わかりやすいように変曲が誇張されている)。実際に適用される際には、変曲は目に見えない。   Using the previously patented generation method, the following time domain waveforms are generated (inflections are exaggerated for clarity): When actually applied, the inflection is invisible.

このタイプの波形を生成する初期の方式では、調節回路によって除去されるべき小さな振幅変化が存在するという点が不完全であった。例えば、図1は、特許文献7で教示される先行技術に従って生成されるTM変調された信号100を示す。図に見られるように、負ピーク101と負ピーク102との間に振幅変化誤差が存在する。   Early schemes for generating this type of waveform were incomplete in that there was a small amplitude change to be removed by the adjustment circuit. For example, FIG. 1 shows a TM modulated signal 100 generated according to the prior art taught in US Pat. As can be seen in the figure, there is an amplitude change error between the negative peak 101 and the negative peak 102.

このように、業界には、前述の不完全さや不十分さに対処することの必要性が、未だ対処されぬまま存在する。   Thus, there remains an unmet need in the industry to address the aforementioned imperfections and deficiencies.

米国特許出願公開第2014/0269969号明細書(米国特許出願第13/841,889号明細書)US Patent Application Publication No. 2014/0269969 (US Patent Application No. 13 / 841,889) 米国仮特許出願第61/798,437号明細書US Provisional Patent Application No. 61 / 798,437 米国仮特許出願第61/794,786号明細書US Provisional Patent Application No. 61 / 794,786 米国仮特許出願第61/798,120号明細書US Provisional Patent Application No. 61 / 798,120 米国仮特許出願第61/794,942号明細書US Provisional Patent Application No. 61 / 794,942 米国仮特許出願第61/794,642号明細書US Provisional Patent Application No. 61 / 794,642 米国特許第4,613,974号明細書U.S. Pat. No. 4,613,974

本開示の実施形態は、規定された通信チャネルの情報帯域幅を増やすこと、並びに入力制御信号に従って入力信号の時間遅延シフトを行うことのために、転置変調された信号の送信及び受信及び復調を行うためのシステム、方法、及び装置を提供する。一実施形態では、規定された通信チャネルの情報帯域幅を増やす方法が提供され、この方法は、第1の搬送波信号周波数を有する第1の変調された信号を受信するステップと、第2の搬送波信号周波数を有する第2の変調された信号を受信するステップであって、第2の変調された信号は、第1の搬送波信号を変調する情報とは無関係の情報で変調され、第2の搬送波信号周波数は、第1の搬送波信号周波数と高調波的又は副高調波的に関連する、第2の変調された信号を受信するステップと、第1の信号と第2の信号とを組み合わせるステップと、を含む。   Embodiments of the present disclosure provide for transmission, reception and demodulation of transposed modulated signals in order to increase the information bandwidth of a defined communication channel and to perform a time delay shift of the input signal according to the input control signal. Systems, methods, and apparatus for performing are provided. In one embodiment, a method is provided for increasing the information bandwidth of a defined communication channel, the method comprising: receiving a first modulated signal having a first carrier signal frequency; and a second carrier Receiving a second modulated signal having a signal frequency, wherein the second modulated signal is modulated with information independent of the information modulating the first carrier signal; Receiving a second modulated signal, the signal frequency being harmonically or sub-harmonically related to the first carrier signal frequency, and combining the first signal and the second signal; ,including.

別の実施形態では、入力制御信号に従って入力信号を時間遅延シフトする時間シフト変調器が提供される。時間シフト変調器は、電圧制御時間遅延によって修正されるオールパスフィルタを含む。   In another embodiment, a time shift modulator is provided that time delay shifts an input signal in accordance with an input control signal. The time shift modulator includes an all-pass filter that is modified by a voltage controlled time delay.

別の実施形態では、固定通信チャネル内の通信帯域幅を増やす方法が提供され、この方法は、第2の転置変調された信号を組み合わせ信号に加算するステップであって、組み合わせ信号は第1の転置変調された信号と第1の基本搬送波信号とを含み、第2の転置変調された信号は、周波数が第1の基本搬送波信号と同じであって位相角が第1の基本搬送波信号に対して90度である第2の基本搬送波信号を使用して、組み合わせ信号に加算される、加算するステップを含む。   In another embodiment, a method for increasing communication bandwidth in a fixed communication channel is provided, the method comprising adding a second transposed modulated signal to a combination signal, wherein the combination signal is a first signal. The transposed and modulated signal and the first basic carrier signal, and the second transposed and modulated signal has the same frequency as the first basic carrier signal and a phase angle with respect to the first basic carrier signal. Adding to the combined signal using a second basic carrier signal that is 90 degrees.

別の実施形態では、超音波通信の情報帯域幅を増やす方法が提供され、この方法は、単一超音波トランスデューサの直接振幅変調により、超音波通信信号に転置変調を加えるステップを含む。   In another embodiment, a method is provided for increasing the information bandwidth of ultrasound communication, the method comprising applying transposition modulation to the ultrasound communication signal by direct amplitude modulation of a single ultrasound transducer.

別の実施形態では、超音波通信の情報帯域幅を増やす方法が提供され、この方法は、第1の超音波トランスデューサを、転置変調の基本搬送波信号成分で直接振幅変調することにより、超音波通信信号に転置変調を加えるステップと、第2の超音波トランスデューサを、転置変調の第3高調波搬送波信号成分で直接振幅変調するステップと、を含む。   In another embodiment, a method for increasing the information bandwidth of ultrasonic communication is provided, the method comprising directly ultrasonically modulating a first ultrasonic transducer with a fundamental carrier signal component of transposition modulation. Applying transposition modulation to the signal and directly amplitude modulating the second ultrasonic transducer with a third harmonic carrier signal component of the transposition modulation.

別の実施形態では、超音波通信の情報帯域幅を増やす方法が提供され、この方法は、広帯域変調技術を用いて単一超音波トランスデューサを直接振幅変調することにより、転置変調基本搬送波信号及び第3高調波搬送波信号成分を超音波通信信号に加算するステップを含む。   In another embodiment, a method is provided for increasing the information bandwidth of ultrasonic communications, which directly amplitude modulates a single ultrasonic transducer using a broadband modulation technique, thereby providing a transposed modulated fundamental carrier signal and a second carrier signal. Adding a third harmonic carrier signal component to the ultrasonic communication signal.

別の実施形態では、超音波通信の情報帯域幅を増やす方法が提供され、この方法は、第1の超音波トランスデューサを、転置変調の基本搬送波信号成分で直接角度変調し、第2の超音波トランスデューサを、転置変調の第3高調波搬送波信号成分で直接角度変調することにより、超音波通信信号に転置変調を加えるステップを含む。   In another embodiment, a method is provided for increasing the information bandwidth of ultrasonic communication, wherein the first ultrasonic transducer is directly angularly modulated with a fundamental carrier signal component of transposition modulation to provide a second ultrasonic wave. Applying transposition modulation to the ultrasonic communication signal by directly angularly modulating the transducer with a third harmonic carrier signal component of transposition modulation.

別の実施形態では、超音波通信の情報帯域幅を増やす方法が提供され、この方法は、広帯域変調技術を用いて単一超音波トランスデューサを直接角度変調することにより、転置変調基本搬送波信号及び第3高調波搬送波信号成分を超音波通信信号に加算するステップを含む。   In another embodiment, a method is provided for increasing the information bandwidth of ultrasonic communications, which method directly angularly modulates a single ultrasonic transducer using a wideband modulation technique, thereby providing a transposed modulated fundamental carrier signal and a second carrier signal. Adding a third harmonic carrier signal component to the ultrasonic communication signal.

更に別の実施形態では、光情報通信帯域幅を増やすシステムが提供される。このシステムは、光ビーム及び光変調器を含む。このシステムは、光ビームを転置変調信号で直接変調するように構成される。   In yet another embodiment, a system for increasing optical information communication bandwidth is provided. The system includes a light beam and a light modulator. The system is configured to directly modulate the light beam with a transposed modulation signal.

別の実施形態では、光情報通信帯域幅を増やす方法が提供され、この方法は、第1の周波数の光ビームを転置変調基本搬送波周波数成分で直接変調するステップを含む。   In another embodiment, a method for increasing optical information communication bandwidth is provided, the method comprising directly modulating a light beam of a first frequency with a transposed modulated fundamental carrier frequency component.

更に別の実施形態では、光情報通信帯域幅を増やす方法が提供され、この方法は、第2の周波数の光ビームを転置変調第3高調波成分信号で直接変調するステップを含む。   In yet another embodiment, a method for increasing optical information communication bandwidth is provided, the method comprising directly modulating a light beam of a second frequency with a transposed modulated third harmonic component signal.

当業者であれば、以下の図面及び詳細説明を精査することにより、本開示の他のシステム、方法、特徴、及び利点が明らかになるであろう。そのような更なるシステム、方法、特徴、及び利点は全て、本明細書に包含され、本開示の範囲内であり、添付の特許請求の範囲によって保護されるものとする。   Other systems, methods, features, and advantages of the present disclosure will become apparent to those skilled in the art upon review of the following drawings and detailed description. All such additional systems, methods, features, and advantages are intended to be included herein, within the scope of this disclosure, and protected by the accompanying claims.

以下の図面を参照することにより、本開示の多くの態様がよりよく理解されるであろう。図面内の各要素は、縮尺が必ずしも正確ではなく、むしろ、本開示の原理を明確に図示することに重点が置かれている。更に、図面では、類似の参照符号は、複数の図面を通して対応する要素を指している。   Many aspects of the disclosure will be better understood with reference to the following drawings. The elements in the drawings are not necessarily to scale, but rather focus on clearly illustrating the principles of the present disclosure. Moreover, in the drawings, like reference numerals designate corresponding elements throughout the several views.

先行技術に従って生成されるTM変調信号を示す図である。It is a figure which shows TM modulation signal produced | generated according to a prior art. 本開示の第1の例示的実施形態による、搬送波信号を変調する方法を示すフローチャートである。2 is a flowchart illustrating a method for modulating a carrier signal according to a first exemplary embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による、四半周期として生成された信号を示す図である。FIG. 4 illustrates a signal generated as a quarter period, according to one embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による、図3に示された信号の、四半周期を合算した後を示す図である。FIG. 4 illustrates a sum of quarter periods of the signal shown in FIG. 3 according to one embodiment of the present disclosure. 図4に示された信号を生成するための、本開示によって提供される実施形態において使用可能な入力変調信号を示す図である。FIG. 5 illustrates an input modulation signal that can be used in an embodiment provided by the present disclosure to generate the signal shown in FIG. 4. 図4に示された信号の周波数スペクトルを示すプロットである。5 is a plot showing the frequency spectrum of the signal shown in FIG. 本開示によって提供される一実施形態による、図6に示された信号の第3高調波成分を第2の高調波に対してヘテロダイン処理した結果として得られる周波数スペクトルを示すプロットである。7 is a plot illustrating a frequency spectrum obtained as a result of heterodyning the third harmonic component of the signal shown in FIG. 6 with respect to the second harmonic, according to one embodiment provided by the present disclosure. 本開示によって提供される一実施形態に適用可能なフィルタを示す図である。FIG. 6 illustrates a filter applicable to one embodiment provided by the present disclosure. 本開示によって提供される一実施形態による、信号を生成する、ソフトウェアベースの直接スペクトルシステムを示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a software-based direct spectrum system that generates signals according to one embodiment provided by the present disclosure. 本開示によって提供される一実施形態による、信号を復調する副周期較正システムを示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a sub-period calibration system that demodulates a signal, according to one embodiment provided by the present disclosure. FIG. 本開示によって提供される一実施形態による、信号を復調する第3高調波位相検出システムを示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a third harmonic phase detection system that demodulates a signal according to one embodiment provided by the present disclosure. 本開示によって提供される一実施形態による、信号を復調する高速フーリエ変換ベースのシステムを示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a Fast Fourier Transform based system for demodulating a signal according to one embodiment provided by the present disclosure. 本開示によって提供される一実施形態による、既存信号に加算されたTM信号からなる信号を生成及び送信するTM送信機を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a TM transmitter that generates and transmits a signal consisting of a TM signal added to an existing signal, according to one embodiment provided by the present disclosure. 本開示によって提供される一実施形態による、TM送信機の搬送波信号生成部分の例示的実装を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating an example implementation of a carrier signal generation portion of a TM transmitter, according to one embodiment provided by the present disclosure. 本開示によって提供される一実施形態による、TM送信機のTM変調信号処理部分の一例示的実装を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating an example implementation of a TM modulated signal processing portion of a TM transmitter, according to one embodiment provided by the present disclosure. 本開示によって提供される一実施形態による、既存信号に加算されたTM信号を有する信号を受信し、TM信号を抽出及び復調するTM受信機を示すブロック図である。2 is a block diagram illustrating a TM receiver that receives a signal having a TM signal added to an existing signal, extracts and demodulates the TM signal, according to one embodiment provided by the present disclosure. FIG. 本開示によって提供される一実施形態による、TM受信機の搬送波信号及び高調波の復元部分の一例示的実装を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating an example implementation of a carrier signal and harmonic recovery portion of a TM receiver, according to one embodiment provided by the present disclosure. 本開示によって提供される一実施形態による、TM受信機のTMの分離及び復調部分の一例示的実装を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating an example implementation of a TM separation and demodulation portion of a TM receiver, according to one embodiment provided by the present disclosure. 本開示によって提供される一実施形態による、分離機能の時間遅延ベースのフィルタ回路の周波数応答挙動を示すグラフである。7 is a graph illustrating the frequency response behavior of a time delay based filter circuit of a separation function, according to one embodiment provided by the present disclosure.

本開示の多くの実施形態が、プログラマブルなコンピュータ又はマイクロプロセッサで実行されるアルゴリズムを含む、コンピュータで実行可能な命令の形態をとってよい。しかしながら、本開示は、他のコンピュータシステム構成によって同様に実施されてもよい。本開示の幾つかの態様は、後述の方法又はアルゴリズムのうちの1つ以上を実施することに限定してプログラム、構成、又は構築がなされた専用のコンピュータ又はデータプロセッサにおいて実施されてよい。   Many embodiments of the present disclosure may take the form of computer-executable instructions, including algorithms executed by programmable computers or microprocessors. However, the present disclosure may be similarly implemented by other computer system configurations. Certain aspects of the present disclosure may be implemented in a dedicated computer or data processor that is programmed, configured, or constructed solely to implement one or more of the methods or algorithms described below.

本開示の後述の諸態様は、磁気式又は光学式の読み取りが可能なリムーバブルコンピュータディスク、固定磁気ディスク、フロッピー(登録商標)ディスクドライブ、光ディスクドライブ、光磁気ディスクドライブ、磁気テープ、ハードディスクドライブ(HDD)、ソリッドステートドライブ(SSD)、コンパクトフラッシュ(登録商標)又は不揮発性メモリを含むコンピュータ可読媒体上で記憶されたり配布されたりしてよく、並びに、クラウドを含むネットワークを介して電子的に配布されてよい。本開示の諸態様に固有のデータ構造及びデータ伝送も、本開示の範囲に包含される。   The following aspects of the present disclosure include a removable computer disk capable of magnetic or optical reading, a fixed magnetic disk, a floppy (registered trademark) disk drive, an optical disk drive, a magneto-optical disk drive, a magnetic tape, and a hard disk drive (HDD). ), A solid state drive (SSD), a compact flash or non-volatile memory, and may be stored and distributed on a computer readable medium, as well as electronically distributed over a network including the cloud. It's okay. Data structures and data transmissions specific to aspects of the present disclosure are also encompassed within the scope of the present disclosure.

図2は、本開示の第1の例示的実施形態による、搬送波信号を変調する方法を示すフローチャート200である。注意すべきこととして、フローチャート内のどのプロセス説明やブロックも、プロセスの特定の論理機能を実施するための1つ以上の命令を含むモジュール、セグメント、コード部分、又はステップを表すものとして理解されるべきであり、諸機能が、必要とされる機能性に応じて、逆の順序でほぼ同時に実施されることも含めて、図示又は説明された順序とは異なる順序で実施されてよい代替の実施態様も本発明の範囲に包含され、これらは本発明の当業者であれば理解されるであろう。本方法は、(例えば、上述の図1に示されたような)先行技術における振幅変化の問題を解決するものであり、ハードウェア又はソフトウェア、或いは、これらの任意の組み合わせで実施されてよい。図2に示された方法は、「四半周期集め」(QC)方式と呼ばれることがあり、演算の連続的実施を必要とせずに結果を取得する手早い方法としてルックアップテーブル(LUT)210を含んでよい(LUT210によらない場合、結果は演算機能を利用して生成されることが可能である)。QC方式は時間領域に基づく。   FIG. 2 is a flowchart 200 illustrating a method for modulating a carrier signal, according to a first exemplary embodiment of the present disclosure. It should be noted that any process description or block in the flowchart is understood to represent a module, segment, code portion, or step that includes one or more instructions for performing a particular logic function of the process. Alternative implementations that may be performed in an order different from that shown or described, including the functions being performed substantially simultaneously in the reverse order, depending on the functionality required. Embodiments are also encompassed within the scope of the present invention and will be understood by those skilled in the art. The method solves the problem of amplitude variation in the prior art (eg, as shown in FIG. 1 above) and may be implemented in hardware or software, or any combination thereof. The method shown in FIG. 2 is sometimes referred to as a “quarter cycle collection” (QC) scheme, and a look-up table (LUT) 210 is a quick way to obtain results without the need for continuous execution of operations. (If not relying on LUT 210, the result can be generated using an arithmetic function). The QC scheme is based on the time domain.

図3を参照すると、図2に示された方法からの変調された出力信号300は、各全信号周期において4つの別々の四半周期セグメントを含む。図3は、3つの全周期(例えば、周期a、b、及びc)を示しており、これらは図2に示された四半周期方式によって出力されてよい。各周期は4つの四半周期セグメント(例えば、301、302、303、及び304)からなる。四半周期セグメント間にはギャップが示されているが、これは例示を目的としたものに過ぎない。更に、変曲の振幅位置(a1、a2、b1、b2、c1、c2)は、例示を目的として誇張されている。これらの変曲は、図示されているように、隣接する四半周期セグメント同士の間に形成される。   Referring to FIG. 3, the modulated output signal 300 from the method shown in FIG. 2 includes four separate quarter-period segments in each full signal period. FIG. 3 shows three full periods (eg, periods a, b, and c), which may be output by the quarter period scheme shown in FIG. Each period consists of four quarter-period segments (eg, 301, 302, 303, and 304). Gaps are shown between the quarter-period segments, but this is for illustration purposes only. Further, the amplitude positions (a1, a2, b1, b2, c1, c2) of the inflection are exaggerated for the purpose of illustration. These inflections are formed between adjacent quarter-period segments as shown.

図3に示されるように、各周期の「第1」の四半周期(301a、301b、及び301c)は、印加される変調値に応じて振幅が異なってよい。同じことが、図示されている各周期における他の各四半周期にも当てはまる。即ち、各周期の第2の四半周期(302a、302b、302c)、第3の四半周期(303a、303b、303c)、及び第4の四半周期(304a、304b、304c)は、印加される変調値に応じて振幅が異なってよい。ある周期における「第1」の四半周期(例えば、301a、301b、301c)の振幅が低い場合、その同じ周期における「第2」の四半周期(例えば、302a、302b、302c)は振幅が相補的に高くなっており、これは、全周期における負ピーク値(Pk)とその周期における正ピーク値(Pk)との間に一定振幅が常に存在するようにするためである。同じことが、各周期における「第3」及び「第4」の四半周期にも当てはまる。これにより、各周期における正ピーク値(Pk)は常に同じになる。負ピーク値(Pk)も同じになることで、印加される変調値に起因する振幅変化が排除される。 As shown in FIG. 3, the amplitude of the “first” quarter period (301a, 301b, and 301c) of each period may be different depending on the applied modulation value. The same is true for each other quarter period in each period shown. That is, the second quarter period (302a, 302b, 302c), the third quarter period (303a, 303b, 303c), and the fourth quarter period (304a, 304b, 304c) of each period are applied modulation. The amplitude may be different depending on the value. If the amplitude of the “first” quarter period (eg, 301a, 301b, 301c) in a period is low, the amplitude of the “second” quarter period (eg, 302a, 302b, 302c) in that same period is complementary This is because a constant amplitude always exists between the negative peak value (Pk ) in the entire period and the positive peak value (Pk + ) in the period. The same applies to the “third” and “fourth” quarter periods in each period. Thereby, the positive peak value (Pk + ) in each cycle is always the same. Since the negative peak value (Pk ) is also the same, the amplitude change due to the applied modulation value is eliminated.

図3に更に示されるように、それぞれの周期における「第1」の四半周期(301a、301b、301c)と「第3」の四半周期(303a、303b、303c)は、振幅が同じである。同様に、それぞれの周期における「第2」の四半周期(302a、302b、302c)と「第4」の四半周期(304a、304b、304c)も、振幅が同じである。このようにするのは、印加される変調値にかかわらず、各周期の曲線の下の面積を同じにするためである。これにより、各周期の平均値がゼロになって、搬送波信号において、印加された変調値に起因する「DC」値シフトが全く発生しなくなることが確実になる。   As further shown in FIG. 3, the “first” quarter period (301a, 301b, 301c) and the “third” quarter period (303a, 303b, 303c) in each period have the same amplitude. Similarly, the “second” quarter period (302a, 302b, 302c) and the “fourth” quarter period (304a, 304b, 304c) in each period have the same amplitude. This is to make the area under the curve of each period the same regardless of the applied modulation value. This ensures that the average value of each period is zero and that no “DC” value shift due to the applied modulation value occurs in the carrier signal.

しかしながら、用途によっては、DCシフトが許容される場合があり、従って、曲線の下の面積が同じでなくてよい場合、即ち、周期間での対称性がなくてよい場合があることに注意されたい。そのような場合は、情報又は「シンボル」が周期当たり2シンボルのレートで搬送されてよい。即ち、周期ごとに、異なる2つの変曲点が存在してよい(例えば、一方が負ピークと正ピークとの間の立ち上がりの半周期の途中に位置し、他方が正ピークと負ピークとの間の立ち下がりの半周期の途中に位置する)。   However, it is noted that depending on the application, a DC shift may be tolerated and thus the area under the curve may not be the same, i.e., there may be no symmetry between periods. I want. In such cases, information or “symbols” may be conveyed at a rate of 2 symbols per period. That is, there may be two different inflection points for each period (for example, one is located in the middle of the rising half period between the negative peak and the positive peak, and the other is between the positive peak and the negative peak. In the middle of the half cycle of falling between).

各四半周期は一定のクロック又は時間ステップによって生成されてよく、従って、印加された変調値の結果として1つの周期から次の周期にかけて周波数が変化することはない。各変曲(a1、a2、b1、b2、c1、c2)は、ちょうど1つの半周期から次の半周期にかけての180度分離に相当する角度で発生する。これにより、印加された変調値に起因する位相変化がないことが確実になる。   Each quarter period may be generated by a constant clock or time step, so that the frequency does not change from one period to the next as a result of the applied modulation value. Each inflection (a1, a2, b1, b2, c1, c2) occurs at an angle corresponding to a 180 degree separation from exactly one half cycle to the next half cycle. This ensures that there is no phase change due to the applied modulation value.

これらの四半周期(例えば、図3に示されたもの)を合算すると、図4に示されるように、平滑で連続的な波形300が得られる。   When these quarter periods (for example, those shown in FIG. 3) are added together, a smooth and continuous waveform 300 is obtained as shown in FIG.

図5は、TM変調信号500を示しており、これは、図4に示された変調された信号300の生成に使用される。図4及び図5に示されたように、1搬送波周期につき1つのTM変調値500が存在する。しかしながら、上述のように、曲線の下の面積が周期ごとに異なってよい場合、即ち、各周期において2つのシンボルを搬送できるように、周期間での対称性がなくてよい場合には、1搬送波周期につき2つのTM変調値が存在してよい。そのような場合には、1搬送波周期につき2つのTM変調値が存在することによって、1搬送波周期において異なる2つのシンボル(即ち情報)を表現することが可能である。この手法は光ファイバでの伝送に好適となる可能性があり、これは、例えば、伝送帯域幅を占有する他の信号は存在しないものの、DCシフトは典型的には他の媒体での伝送に不適であるためである。   FIG. 5 shows a TM modulated signal 500, which is used to generate the modulated signal 300 shown in FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, there is one TM modulation value 500 per carrier period. However, as described above, if the area under the curve may be different for each period, i.e., if there is no symmetry between the periods so that two symbols can be carried in each period, 1 There may be two TM modulation values per carrier period. In such a case, two different symbols (that is, information) can be expressed in one carrier cycle by having two TM modulation values per carrier cycle. This approach may be suitable for transmission over optical fiber, for example, while there is no other signal that occupies the transmission bandwidth, but DC shifts are typically limited to transmission over other media. This is because it is inappropriate.

TM変調期間tTMMと呼ばれている変数が、TM変調値が保持される時間であり、これは搬送波周期の整数倍である。これは、そのような場合には、最大TM変調周波数fTMMが搬送波周波数fの半分であることを意味することになる。即ち、変調帯域幅はfの1/2に制限されており、これは、ナイキストレート、即ち、エイリアスが発生しない信号サンプリングのサンプリングレートの下限が、帯域制限された信号の帯域幅の2倍であることで知られているとおりである。しかしながら、1搬送波周期につき2つのTM変調値が存在する場合には、最大TM変調周波数fTMMは搬送波周波数fに等しい。DC応答を含む、fTMMの最小値は存在しない。 A variable called TM modulation period t TMM is the time during which the TM modulation value is held, which is an integer multiple of the carrier period. This means that in such a case, the maximum TM modulation frequency f TMM is half of the carrier frequency f C. That is, the modulation bandwidth is limited to ½ of f C , which means that the lower limit of the sampling rate of Nyquist rate, ie, signal sampling without aliasing, is twice the bandwidth of the band-limited signal. As it is known. However, if there are two TM modulation values per carrier period, the maximum TM modulation frequency f TMM is equal to the carrier frequency f C. There is no minimum value of f TMM that includes a DC response.

図2を再度参照すると、LUT210は、TM変調の各値に固有の四半周期を記憶する。各搬送波周期には4つの四半周期がある(例えば、図3に示されたとおりである)。各TM変調期間に対して1デジタルビット(N=1)が割り当てられる場合、2つの固有なTM変調レベル、即ち、1セットが2つの四半周期からなる2つの固有なセットだけがLUT210に記憶されることが必要となり、第1のレベルが論理「0」を表し、第2のレベルが論理「1」を表す。各tTMMに対して2デジタルビット(N=2)が割り当てられる場合は、4つのポテンシャルTM変調レベルが存在することになる。同様に、各tTMMに対して3ビット(N=3)が割り当てられる場合は、8つのTM変調レベルが存在することになる(以降も同様)。 Referring back to FIG. 2, LUT 210 stores a quarter period that is unique to each value of TM modulation. There are four quarter periods in each carrier period (eg, as shown in FIG. 3). If one digital bit (N = 1) is allocated for each TM modulation period, only two unique TM modulation levels are stored in the LUT 210, ie two unique sets, one set consisting of two quarter periods. The first level represents a logic “0” and the second level represents a logic “1”. If 2 digital bits (N = 2) are assigned to each tTMM , there will be 4 potential TM modulation levels. Similarly, when 3 bits (N = 3) are assigned to each t TMM , there are 8 TM modulation levels (the same applies hereinafter).

LUT210は、2個の異なる四半周期波形を収容し、各全波形が4つの四半周期波形で構成されることから、合計では4×2個の波形を収容する。1四半周期当たりの時間ステップ又はクロック期間(例えば、LUT210の読み取りを行うためのプロセッサクロック又はCPUクロック)の数は、本方法を実施する電子装置が許容しうる許容波形ゆらぎに依存することになる。これは、搬送波周波数が300MHz域にある場合には、ナノ秒以下の時間ステップを必要とする可能性がある。より低い搬送波周波数は、両TM方式(例えば、本明細書に記載のLUTブランチ及び「演算ブランチ」)により好適となる可能性があり、搬送波周波数までヘテロダインされることが可能である。 The LUT 210 accommodates 2 N different quarter-period waveforms, and each total waveform is composed of four quarter-period waveforms, so a total of 4 × 2 N waveforms are accommodated. The number of time steps or clock periods per quarter cycle (eg, processor clock or CPU clock for reading the LUT 210) will depend on the allowable waveform fluctuations that the electronic device implementing the method can tolerate. . This may require nanosecond time steps if the carrier frequency is in the 300 MHz range. Lower carrier frequencies may be preferred by both TM schemes (eg, the LUT branch and “computation branch” described herein) and can be heterodyned to the carrier frequency.

ブロック202では、TM変調信号がLUT210に入力される。TM変調信号は、任意の数のデジタルビットを含む信号か、或いはこれによって表現される信号(例えば、Nビット幅の信号)であってよい。LUT210は、各四半周期に対応する値又は表現を収容する。これは、LUT210に収容されない場合には演算ブランチ220によって生成されてよい。例えば、行210a(例えば、1から2)で表現されうる各TM変調値に対して、四半周期が、TM変調値と関連付けられ、列210bにおいて(例えば、初期時刻から1/4周期まで)時間が経過する期間にわたる座標データ(例えば、x,y)として表現されて格納されてよい。ブロック204では、搬送波周波数fを有する搬送波信号が入力される。搬送波信号は、RF信号であってよく、クロック信号として動作してよい。ブロック206では、変調の実施にLUT210を使用するか演算ブランチ220を使用するかを決定する。変調出力信号を生成するためには、LUT210又は演算ブランチ220のいずれかが利用されてよい。LUT210が利用される場合は、受信されたTM変調値に関連付けられた四半周期が、LUT210からアナログゲート208に出力される。 In block 202, the TM modulated signal is input to the LUT 210. The TM modulation signal may be a signal including an arbitrary number of digital bits or a signal expressed thereby (for example, a signal having an N bit width). The LUT 210 contains a value or representation corresponding to each quarter period. This may be generated by the arithmetic branch 220 if it is not accommodated in the LUT 210. For example, for each TM modulation value that can be represented in row 210a (eg, 1 to 2 N ), a quarter period is associated with the TM modulation value and in column 210b (eg, from the initial time to a quarter period). It may be expressed and stored as coordinate data (eg, x, y) over a period of time. At block 204, a carrier signal having a carrier frequency f C is input. The carrier signal may be an RF signal and may operate as a clock signal. At block 206, it is determined whether to use the LUT 210 or the arithmetic branch 220 to perform the modulation. Either the LUT 210 or the arithmetic branch 220 may be used to generate the modulated output signal. When the LUT 210 is used, the quarter period associated with the received TM modulation value is output from the LUT 210 to the analog gate 208.

演算ブランチ220が利用される場合、例えば、ブロック206において演算ブランチ210が選択された場合には、TM変調信号は演算ブロック220に入力される。演算ブロック220は、同じTM変調値が受信された場合にLUTブロック210によって出力されるであろう波形とほぼ同じ四半周期波形を出力する。ただし、演算ブロック220は、各TM変調値に関連付けられた四半周期値を格納しているのではなく、受信された各TM変調値に対応する四半周期を生成する。演算ブロック220は、変調された四半周期を生成する。これは、最初に180°の長さのコサインセグメントを、搬送波周波数の2倍の周波数(2f)で、0°〜90°、90°〜180°、180°〜270°、及び270°〜360°の各等価搬送波周波数四半分において生成することにより行われる。従って、これらの生成されたコサインセグメントが、搬送波周波数での四半周期セグメントを構成する。振幅の設定は、0°〜90°四半分及び180°〜270°四半分(即ち、「第1」及び「第3」の四半周期)に対応する受信されたTM変調値、並びに90°〜180°四半分及び270°〜360°四半分に対応する相補変調値によって行われる。当業者であれば容易に理解されるように、既知の数学的関係を用いて任意の正弦波信号が生成されてよく、この生成は回路及び/又はソフトウェアにおいて実施されてよい。従って、受信されたTM変調値によって設定された振幅を有する、演算ブランチ220のコサインセグメントは、そのように生成されてよい。 When the arithmetic branch 220 is used, for example, when the arithmetic branch 210 is selected in the block 206, the TM modulation signal is input to the arithmetic block 220. The arithmetic block 220 outputs a quarter-cycle waveform that is substantially the same as the waveform that would be output by the LUT block 210 when the same TM modulation value was received. However, the calculation block 220 does not store the quarter period value associated with each TM modulation value, but generates a quarter period corresponding to each received TM modulation value. The arithmetic block 220 generates a modulated quarter period. This involves first cosine segments of 180 ° length at 0 ° to 90 °, 90 ° to 180 °, 180 ° to 270 °, and 270 ° to 2 times the carrier frequency (2f C ). This is done by generating at each equivalent carrier frequency quadrant of 360 °. Therefore, these generated cosine segments constitute a quarter-period segment at the carrier frequency. Amplitude settings are received TM modulation values corresponding to 0 ° -90 ° quarter and 180 ° -270 ° quarter (ie, “first” and “third” quarter periods), and 90 °- This is done with complementary modulation values corresponding to 180 ° quadrants and 270 ° to 360 ° quadrants. As will be readily appreciated by those skilled in the art, any sinusoidal signal may be generated using known mathematical relationships, and this generation may be implemented in circuitry and / or software. Accordingly, a cosine segment of the operational branch 220 having an amplitude set by the received TM modulation value may be generated as such.

演算ブランチ220は、搬送波周波数のより多倍のクロックを有するプロセッサを使用して四半周期セグメントを生成する数値演算を実施する。これは、ソフトウェアコードを実行するため、又はハードウェアベースの波形生成器を駆動するためであり、波形生成器は任意の既知の波形生成器であってよい。演算ブランチ220は、LUTブランチ210より高いクロック周波数が必要になる可能性が高い。LUT210又は演算ブランチ220からの出力は、アナログゲート208に向けられており、アナログゲート208は、四半周期を集めて1つの連続信号にし、これを次のヘテロダインブロック212に渡す。   Arithmetic branch 220 performs numerical operations to generate quarter-period segments using a processor having a clock multiple of the carrier frequency. This is to execute software code or to drive a hardware-based waveform generator, which may be any known waveform generator. The arithmetic branch 220 is likely to require a higher clock frequency than the LUT branch 210. The output from LUT 210 or compute branch 220 is directed to analog gate 208, which collects quarter periods into one continuous signal and passes it to the next heterodyne block 212.

伝送及びヘテロダインの目的に関し、本開示の諸態様を周波数領域から考察する。図6は、図4に示されたTM変調信号300の周波数スペクトルのプロットであり、ここでは、fが搬送波信号周波数であり、2f、3fなどは搬送波周波数の第2高調波、第3高調波などである。信号300は、原点において図6に示されたスペクトルを有し、場合によっては可視の変曲がある。 For purposes of transmission and heterodyne, aspects of the present disclosure are considered from the frequency domain. 6 is a plot of the frequency spectrum of the TM modulation signal 300 shown in FIG. 4, where f C is the carrier signal frequency, 2f C , 3f C, etc. are the second harmonic of the carrier frequency, the second 3 harmonics. The signal 300 has the spectrum shown in FIG. 6 at the origin, possibly with visible inflections.

基本搬送波周波数成分610に加えて、信号300の第3高調波成分620が存在し、これは位相変調を含む。TM変調成分は第3高調波にのみ存在する。即ち、TM変調成分は第3高調波成分620である。第2高調波信号は存在しない。ブロック214において第2高調波信号を局部発振器として生成し、ミキサ回路を使用して第3高調波成分をヘテロダインすることにより、2つの出力周波数(3f−2f)及び(3f+2f)が生成される。これを図7に示す。TM変調成分、即ち、第3高調波成分620は、基本搬送波周波数(信号710)までシフトダウンされる。ヘテロダイン処理の加算成分、即ち、第5高調波成分730は、ブロック214において(例えば、図8に示されるフィルタ810により)除去されることが可能であり、指定された通信チャネルの送信用出力に合致するようにフィルタリングされることが可能である。 In addition to the fundamental carrier frequency component 610, there is a third harmonic component 620 of the signal 300, which includes phase modulation. The TM modulation component exists only in the third harmonic. That is, the TM modulation component is the third harmonic component 620. There is no second harmonic signal. At block 214, the second harmonic signal is generated as a local oscillator, and the third harmonic component is heterodyned using a mixer circuit to produce two output frequencies (3f C -2f C ) and (3f C + 2f C ). Is generated. This is shown in FIG. The TM modulation component, ie the third harmonic component 620, is shifted down to the fundamental carrier frequency (signal 710). The summed component of the heterodyne processing, ie, the fifth harmonic component 730, can be removed at block 214 (eg, by the filter 810 shown in FIG. 8) and is transmitted to the output for transmission of the specified communication channel. It can be filtered to match.

既知の変調技術と異なり、本開示によって与えられるように、第3高調波は位相シフトされるが、この位相シフトは、第3高調波ではなく基本搬送波に対する位相シフトである。通常のFMやPMの伝送の場合、位相シフトされるのは搬送波自体である。TMでは、基本波は変化せず、第3高調波の位相は基本波にのみ関連付けられる。   Unlike known modulation techniques, as provided by the present disclosure, the third harmonic is phase shifted, but this phase shift is a phase shift relative to the base carrier rather than the third harmonic. In the case of normal FM or PM transmission, it is the carrier wave itself that is phase-shifted. In TM, the fundamental does not change and the phase of the third harmonic is associated only with the fundamental.

この違いは、幾つかの理由で重要である。基本搬送波の各半周期(即ち、各TM変調シンボル)に対して、変調されない第3高調波の1.5周期分が存在する。第3高調波が変化するのは、データが変化するとき(即ち、TM変調信号500が変化するとき)だけである。従って、電力及びスペクトルに対する影響はほとんどなく、本願発明が従来の変調との間に透明性を有する別の理由は、ほとんどの実際の用途において、ラジオのAM放送及びFM放送と同様に、通信チャネルだけでも、TMシンボル1個につき100以上の搬送波周期が存在する可能性があり、その間において第3高調波が変化しない(即ち、変調の変化がない)ことである。第3高調波は、基本波に対して位相(時間)がシフトされるだけである。   This difference is important for several reasons. For each half period of the basic carrier (ie, each TM modulation symbol), there are 1.5 periods of the third harmonic that is not modulated. The third harmonic changes only when the data changes (ie, when the TM modulation signal 500 changes). Thus, there is little impact on power and spectrum, and another reason why the present invention is transparent with conventional modulation is that in most practical applications, as with radio AM and FM broadcasts, the communication channel Alone, there may be more than 100 carrier periods per TM symbol, during which the third harmonic does not change (ie, there is no modulation change). The third harmonic is only shifted in phase (time) with respect to the fundamental wave.

QC方式を実装するには、アナログ帯域幅を搬送波周波数の3倍以上広くする必要があり、これは、第3高調波(例えば、3f)が利用されるためである。更にQC方式は、クロック周波数が搬送波信号周波数の16倍であることが必要であり、これは単に、四半周期あたり4つの時間ステップがあるためである。QCは、より低い搬送波信号において生成されてから所望の搬送波周波数まで上方にヘテロダインされてよい。この、より低い搬送波周波数は、TM変調値の上限周波数を規定するものである。 In order to implement the QC method, it is necessary to widen the analog bandwidth at least three times the carrier frequency because the third harmonic (for example, 3f C ) is used. Furthermore, the QC scheme requires the clock frequency to be 16 times the carrier signal frequency, simply because there are four time steps per quarter period. The QC may be heterodyne up to the desired carrier frequency after being generated in the lower carrier signal. This lower carrier frequency defines the upper limit frequency of the TM modulation value.

図9a及び図9bは、本開示の更なる実施形態における、直接スペクトル(DS)の生成システム及び方式を示すブロック図である。DS生成方式は、TM変調の実装をより単純化したものと言える。DS方式では、側波帯スペクトルを直接生成し、そのエネルギを通信チャネルの帯域幅内に存在する他の全てのものに加える。DS方式は周波数領域に基づく。   9a and 9b are block diagrams illustrating a direct spectrum (DS) generation system and scheme in a further embodiment of the present disclosure. The DS generation method can be said to be a simpler implementation of TM modulation. In the DS system, the sideband spectrum is generated directly and its energy is added to everything else that exists within the bandwidth of the communication channel. The DS method is based on the frequency domain.

図6を参照すると、既存の送信機は何らかの複雑な変調形式を有する。利用されている複雑な変調の代表的なタイプとして、QAM、QPSK、OFDM等がある。既存の変調における側波帯エネルギは、図6の成分610で表される。TM変調を加えると第3高調波が生成され、TM側波帯エネルギは成分620で表される。なお、第2高調波成分も存在しうるが、これは変調を含まない。   Referring to FIG. 6, the existing transmitter has some complex modulation format. Typical types of complex modulation used include QAM, QPSK, OFDM and the like. The sideband energy in the existing modulation is represented by component 610 in FIG. When TM modulation is applied, a third harmonic is generated, and TM sideband energy is represented by component 620. Note that a second harmonic component may also be present, but this does not include modulation.

第2高調波信号は、TM側波帯エネルギ620を基本搬送波周波数610へ下方シフトするために使用できる点で有用である。これは、2つの正弦波入力信号を掛け合わせて減算周波数出力及び加算周波数出力を生成するミキサ機能を使用するヘテロダイン処理によって行われる。図7を参照すると、ハッチングは、第3高調波720から基本波710及び第5高調波730に変換されたエネルギを表す。   The second harmonic signal is useful in that it can be used to shift the TM sideband energy 620 down to the fundamental carrier frequency 610. This is done by heterodyne processing using a mixer function that multiplies two sine wave input signals to produce a subtracted frequency output and an added frequency output. Referring to FIG. 7, hatching represents energy converted from the third harmonic 720 to the fundamental 710 and the fifth harmonic 730.

第2高調波の使用は任意選択である。当該技術分野では知られているフェーズロックループによって、安定した第2高調波を得ることができる。又、非線形性が存在する可能性があり、存在する場合は、側波帯エネルギのうちのいくらかが実際にダウンコンバートされる可能性があるが、これは、ダウンコンバージョンの方式としては安定性も信頼性もない可能性がある。   The use of the second harmonic is optional. A stable second harmonic can be obtained by a phase-locked loop known in the art. Also, there may be non-linearity, and if so, some of the sideband energy may actually be down-converted, but this is also a stability as a down-conversion scheme. It may not be reliable.

通信規制が求めるところによれば、あらゆる送信機が、指定された通信チャネルの外に放射されるエネルギがないことを保証するために出力フィルタを使用しなければならない。図8に示されるように、指定された通信チャネルでの送信のために、高調波を排除する出力フィルタ810が利用されてよい。このフィルタは、通過帯域812を含んでよい。   As required by communications regulations, every transmitter must use an output filter to ensure that no energy is radiated outside the designated communications channel. As shown in FIG. 8, an output filter 810 that eliminates harmonics may be utilized for transmission on a designated communication channel. This filter may include a passband 812.

図9a及び図9bは、上述の概念を利用した、直接スペクトル生成のための2つのシステム及び方式を示す。図9aは、直接スペクトル生成のための、ソフトウェアベースのシステム及び方式を示しており、図9bは、直接スペクトル生成のための、ハードウェアベースのシステム及び方式を示している。図9aでは、クロック信号910及びデジタル変調信号920がマイクロプロセッサ901に入力される。図9bでは、搬送波信号915及びアナログ変調信号925が非線形アナログ回路902に入力される。第3高調波側波帯(例えば、TM変調成分620)は、入力信号に基づいて、マイクロプロセッサ901及び/又は回路902によって直接生成される。マイクロプロセッサ901及び/又は回路902は更に、第3高調波側波帯620を入力クロック910(図9a)又は搬送波915(図9b)で直接ヘテロダインして、側波帯エネルギ(例えば、710)を基本周波数において直接生成することが可能である。DS方式は、演算式全体のソフトウェア生成、又は演算式を実行する非線形アナログ回路を頼りにする。即ち、マイクロプロセッサ901(図9a)及び/又は回路902(図9b)は、入力信号に基づき、既知の数学的関係を利用して、第3高調波側波帯620を直接計算して生成する。そして、第3高調波側波帯620は、マイクロプロセッサ901及び/又は非線形アナログ回路902によってヘテロダインされて、第3高調波側波帯620を基本周波数へシフトする。   Figures 9a and 9b show two systems and schemes for direct spectrum generation utilizing the concepts described above. FIG. 9a shows a software-based system and scheme for direct spectrum generation, and FIG. 9b shows a hardware-based system and scheme for direct spectrum generation. In FIG. 9 a, a clock signal 910 and a digital modulation signal 920 are input to the microprocessor 901. In FIG. 9 b, the carrier signal 915 and the analog modulation signal 925 are input to the nonlinear analog circuit 902. A third harmonic sideband (eg, TM modulation component 620) is generated directly by microprocessor 901 and / or circuit 902 based on the input signal. Microprocessor 901 and / or circuit 902 further heterodynes third harmonic sideband 620 directly with input clock 910 (FIG. 9a) or carrier 915 (FIG. 9b) to produce sideband energy (eg, 710). It can be generated directly at the fundamental frequency. The DS method relies on software generation of the entire arithmetic expression or a non-linear analog circuit that executes the arithmetic expression. That is, the microprocessor 901 (FIG. 9a) and / or the circuit 902 (FIG. 9b) directly calculates and generates the third harmonic sideband 620 using known mathematical relationships based on the input signal. . The third harmonic sideband 620 is then heterodyned by the microprocessor 901 and / or the non-linear analog circuit 902 to shift the third harmonic sideband 620 to the fundamental frequency.

以下では、転置変調の受信及び復調を行うシステム及び方法を開示する。図10は、TM変調信号を復調するシステム及び方法を示すブロック図であり、この方法は「副周期較正」(SCC)と呼ばれることがある。TM変調のSCC復調方式は、例えば、QC方式のセクションで示されたような波形(例えば、図4の信号300)の再構築により、時間領域で動作する。   In the following, systems and methods for receiving and demodulating transposed modulation are disclosed. FIG. 10 is a block diagram illustrating a system and method for demodulating a TM modulated signal, which may be referred to as “sub-cycle calibration” (SCC). The TM-modulated SCC demodulation scheme operates in the time domain, for example, by reconstructing a waveform (eg, signal 300 in FIG. 4) as shown in the QC scheme section.

SCC方式では、広帯域環境において受信信号1001に第3高調波を加算する。フェーズロックループ1010が、厳密な、未変調の第3高調波信号を生成し、この信号が、要素1020において受信信号1001に加算されるか乗算される。その後、各正ピーク及び負ピークの電圧レベルは、正ピーク検出器1030及び/又は負ピーク検出器1040によって検出され、(基準ランプ生成器1050による)一致する負ピーク値及び正ピーク値を有する基準ランプの生成に使用される。従って、受信信号1001の1/2周期ごとに、新しい基準ランプが生成されると、システム(即ち、各ピークの発生)が較正される。ランプは、搬送波信号1001の半周期ごとに再生成される。ピークのタイミングは、基準ランプのタイミングを設定するためにピークタイミング要素1060によって使用される。検出器1030及び1040によって変曲が検出され、変曲のタイミングは、基準ランプ生成器1050から出力される基準ランプのサンプリング、及びサンプリングされたランプ値のホールドに使用される。その電圧は、TM変調のアナログ値であり、サンプルホールド要素1070から出力され、直接使用されてよく、デジタルに変換されてもよい。基準ランプは、搬送波の負の半周期から正の半周期にかけての正の勾配を有する。搬送波の次の半周期では(即ち、正の半周期から負の半周期にかけては)、基準ランプは負の勾配を有する。   In the SCC method, the third harmonic is added to the received signal 1001 in a broadband environment. A phase-locked loop 1010 generates a strict, unmodulated third harmonic signal that is added or multiplied to the received signal 1001 at element 1020. Thereafter, each positive peak and negative peak voltage level is detected by a positive peak detector 1030 and / or a negative peak detector 1040, and a reference having a matching negative peak value and positive peak value (by a reference ramp generator 1050). Used for ramp generation. Thus, once every half cycle of the received signal 1001, a new reference ramp is generated, the system (ie, the occurrence of each peak) is calibrated. The ramp is regenerated every half cycle of the carrier signal 1001. The peak timing is used by the peak timing element 1060 to set the timing of the reference ramp. Inflection is detected by detectors 1030 and 1040, and the timing of the inflection is used for sampling the reference ramp output from reference ramp generator 1050 and holding the sampled ramp value. The voltage is an analog value of TM modulation and is output from the sample and hold element 1070 and may be used directly or converted to digital. The reference ramp has a positive slope from the negative half cycle of the carrier to the positive half cycle. In the next half cycle of the carrier (ie, from the positive half cycle to the negative half cycle), the reference ramp has a negative slope.

SCC復調システム及び方式の一利点は、ロバストな復調手法を提供することである。これは、SCC復調が、負ピーク及び正ピークの発生、並びに、これらのピークの間の変曲の存在だけに関係するためである。従って、SCC復調は、他の復調技術よりも、ノイズによって引き起こされる誤差の影響を格段に受けにくい。   One advantage of the SCC demodulation system and scheme is that it provides a robust demodulation technique. This is because SCC demodulation is only concerned with the occurrence of negative and positive peaks and the presence of inflections between these peaks. Therefore, SCC demodulation is much less susceptible to errors caused by noise than other demodulation techniques.

図11は、本開示の更なる実施形態による復調システム及び方法を示すブロック図であり、この方法は「第3高調波位相検出」(3PD)と呼ばれることがある。TM変調の第3高調波位相検出(3PD)復調方式は、第3高調波成分を再生成し、その成分に存在する位相変調を復調することにより動作する。   FIG. 11 is a block diagram illustrating a demodulation system and method according to further embodiments of the present disclosure, which may be referred to as “third harmonic phase detection” (3PD). The TM modulation third harmonic phase detection (3PD) demodulation scheme operates by regenerating the third harmonic component and demodulating the phase modulation present in that component.

図11に示されるように、受信されたTM変調信号1101は、フェーズロックループ1110によって使用されて、安定した、未変調の基本搬送波信号が生成され、この信号は、減算要素1120によって受信信号1101から減算される。減算要素1120からの出力は、基本波ノッチフィルタ1130によってフィルタリングされて、基本搬送波周波数におけるあらゆるスプリアス放射が除去されることが可能である。従って、残りの信号は、第3高調波位相検出器1140を駆動する側波帯エネルギ(例えば、TM変調成分)である。第3高調波位相検出器1140は、任意の既知又は従来型の位相検出器であってよい。結果の出力1150は、TM変調アナログ値である。   As shown in FIG. 11, the received TM modulated signal 1101 is used by a phase-locked loop 1110 to generate a stable, unmodulated fundamental carrier signal, which is received by a subtracting element 1120 and received signal 1101. Is subtracted from. The output from the subtraction element 1120 can be filtered by a fundamental notch filter 1130 to remove any spurious emissions at the fundamental carrier frequency. Therefore, the remaining signal is sideband energy (eg, TM modulation component) that drives the third harmonic phase detector 1140. Third harmonic phase detector 1140 may be any known or conventional phase detector. The resulting output 1150 is a TM modulated analog value.

図12は、本開示の別の実施形態による、更なる復調システム及び方法を示すブロック図である。図12に示された復調システム及び方法は、TM変調の高速フーリエ変換(TMFFT)復調方式であり、側波帯スペクトルの分析により動作する。   FIG. 12 is a block diagram illustrating additional demodulation systems and methods according to another embodiment of the present disclosure. The demodulation system and method shown in FIG. 12 is a TM-modulated Fast Fourier Transform (TMFFT) demodulation scheme that operates by sideband spectrum analysis.

TMFFT方式は、最もシンプルなハードウェア実装を提供すると言えるが、信号処理に関しては最も複雑であるとも言える。TM変調された受信信号1201は、アナログデジタル変換器によって量子化されてから、FFT関数1210によって分析される。受信機が信号を、デジタルビットへの変換に適するレベルまで増幅した後、この信号は要素1210に出力される。要素1210は、コンピュータCPUのようなプロセッサ、或いは、フーリエ変換の計算に特化して設計されたフィールドプログラマブルゲートアレイ又は何らかのカスタム集積回路のような、より専用化されたプロセッサであってよい。FFT要素1210の出力は、複数の離散周波数における受信TM信号1201の信号強度を表す幾つかのデータ値である。TMスペクトルは、TM動作モード、即ち、シンボル当たりのビット数(即ち、TM変調周期当たりの割り当てられたビットの数)及びシンボルレートに関連するため、TMスペクトルは既知である。   Although it can be said that the TMFFT scheme provides the simplest hardware implementation, it can also be said to be the most complex in terms of signal processing. The TM-modulated received signal 1201 is quantized by an analog-digital converter and then analyzed by an FFT function 1210. After the receiver amplifies the signal to a level suitable for conversion to digital bits, the signal is output to element 1210. Element 1210 may be a processor such as a computer CPU or a more specialized processor such as a field programmable gate array or some custom integrated circuit designed specifically for the computation of Fourier transforms. The output of the FFT element 1210 is a number of data values representing the signal strength of the received TM signal 1201 at a plurality of discrete frequencies. The TM spectrum is known because it is related to the TM operating mode, i.e. the number of bits per symbol (i.e. the number of bits allocated per TM modulation period) and the symbol rate.

シンボルレートは、搬送波周波数をシンボル当たりの搬送波周期の数で割ったものに等しい。数学的に述べると、わかりやすい一例では、搬送波周波数の1MHzをシンボル当たりの搬送波周期数の10で割ると、毎秒100,000シンボルとなる。   The symbol rate is equal to the carrier frequency divided by the number of carrier periods per symbol. Mathematically speaking, in an easy-to-understand example, dividing the carrier frequency of 1 MHz by the number of carrier periods per symbol of 10 gives 100,000 symbols per second.

シンボルの周波数は、毎秒100,000シンボルを2で割って毎秒50,000シンボル周期である。   The symbol frequency is 50,000 symbol periods per second, dividing 100,000 symbols per second by two.

従って、この例での注目周波数は50kHzであり、即ち、シンボル周期周波数は搬送波周波数の50kHz上方及び50kHz下方である。シンボル当たり6ビットや64変調レベルなど、変調レベルが多数存在する場合は、FFT復調処理をより正確なものにするために、ベッセル関連の側波帯を追加で含めるべく、100kHzや150kHzも視野に入ってくるであろう。又、シンボル当たりの搬送波周期の数がわずかである場合は、側波帯周波数の数を増やすと復調エラーレートが低減される。受信機によっては、搬送波周波数は、増幅のために中間周波数(IF)までヘテロダインされたり、ベースバンドにヘテロダインされてゼロになったりする。   Therefore, the frequency of interest in this example is 50 kHz, that is, the symbol period frequency is 50 kHz above and 50 kHz below the carrier frequency. If there are many modulation levels, such as 6 bits per symbol or 64 modulation levels, 100 kHz and 150 kHz are also considered to include additional Bessel related sidebands to make the FFT demodulation process more accurate. Will come in. If the number of carrier periods per symbol is small, the demodulation error rate is reduced by increasing the number of sideband frequencies. Depending on the receiver, the carrier frequency may be heterodyned to an intermediate frequency (IF) for amplification, or it may be zeroed by being heterodyned to baseband.

50kHzのFFT出力値は、TM変調に追従する値を有することになる。TM変調がシンボル当たり4ビットを有する場合は、FFT出力の数値が一括りにされて16レベルにされ、4バイナリビットに変換されて、TM変調値が生成される。   The 50 kHz FFT output value has a value that follows TM modulation. When TM modulation has 4 bits per symbol, the numerical values of the FFT output are batched to 16 levels and converted to 4 binary bits to generate a TM modulation value.

図13は、既存の信号(例えば、変調されたRF信号)に加算されたTM信号からなる信号を生成及び送信するTM送信機1300を示すブロック図である。TM送信機1300は、搬送波信号生成部分1310及びTM変調信号処理部分1320を含む。搬送波信号生成部分1310の一例示的実装を、図14のブロック図に示し、TM変調信号処理部分1320の一例示的実装を、図15のブロック図に示す。   FIG. 13 is a block diagram illustrating a TM transmitter 1300 that generates and transmits a signal consisting of a TM signal added to an existing signal (eg, a modulated RF signal). TM transmitter 1300 includes a carrier signal generation portion 1310 and a TM modulated signal processing portion 1320. An example implementation of the carrier signal generation portion 1310 is shown in the block diagram of FIG. 14, and an example implementation of the TM modulation signal processing portion 1320 is shown in the block diagram of FIG.

搬送波信号生成部分1310は、(変調されていてもされていなくてもよい)既存の信号1301の低レベルサンプルを(例えば、方向性結合器1312により)取得し、既存の従来型変調(例えば、AM、FM、又は他の任意の従来型変調形式)があればこれを除去して、単一基本周波数搬送波信号(FC、即ち基本搬送波)を取得するように動作する。既存の従来型変調は、バンドパスフィルタ段1314によって既存の信号1301のサンプルから除去されてよく、バンドパスフィルタ段1314は、周波数搬送波信号から従来型変調を除去するために選択された狭いバンドパス領域を有してよい。第2高調波生成器1316が第2高調波信号(H2、即ち第2高調波)を、例えば、FC信号に自身を乗ずることにより、生成する。同様に、第3高調波生成器1318が第3高調波信号(H3)を、例えば、FC信号にH2を乗ずることにより、生成する。当然のことながら、第1及び第2高調波生成器1316、1318は、高調波を生成する(例えば、フェーズロックループを含む)任意の既知の方式又は回路であってよく、或いは、その方式又は回路を含んでよい。   The carrier signal generation portion 1310 obtains a low level sample of the existing signal 1301 (which may or may not be modulated) (eg, by a directional coupler 1312) and provides an existing conventional modulation (eg, It operates to remove any AM, FM, or any other conventional modulation format) to obtain a single fundamental frequency carrier signal (FC, or fundamental carrier). The existing conventional modulation may be removed from the sample of the existing signal 1301 by the bandpass filter stage 1314, which is selected to remove the conventional modulation from the frequency carrier signal. It may have a region. The second harmonic generator 1316 generates the second harmonic signal (H2, that is, the second harmonic) by, for example, multiplying the FC signal by itself. Similarly, the third harmonic generator 1318 generates the third harmonic signal (H3) by, for example, multiplying the FC signal by H2. Of course, the first and second harmonic generators 1316, 1318 may be any known scheme or circuit that generates harmonics (eg, including a phase-locked loop), or the scheme or A circuit may be included.

図14に示されるように、バンドパスフィルタ段1314は、帯域幅が非常に狭い第1のSAWフィルタ1313と、利得段1315と、増幅を安定化させる比較器1317と、帯域幅が狭い第2のSAWフィルタ1310と、を含んでよい。TM出力基本搬送波を既存の基本波信号(即ち、FT)と位相マッチングさせてロックするために、位相調節段1311が搬送波信号生成部分1310に含まれてよい。第2及び第3高調波生成器は、信号乗算器1316、1318として実装されてよい。   As shown in FIG. 14, the bandpass filter stage 1314 includes a first SAW filter 1313 having a very narrow bandwidth, a gain stage 1315, a comparator 1317 for stabilizing the amplification, and a second narrow bandwidth. And a SAW filter 1310. A phase adjustment stage 1311 may be included in the carrier signal generation portion 1310 to lock the TM output fundamental carrier in phase matching with the existing fundamental signal (ie, FT). The second and third harmonic generators may be implemented as signal multipliers 1316, 1318.

図14及び図15に示されるように、TM基本搬送波及び既存信号基本搬送波は、(例えば、位相調節段1311によって)位相ロックされるように記されている。これは、コンバイナ1338においてTM出力の基本搬送波信号と既存信号の基本搬送波との位相マッチングを行うために、大きなフェーズロックループの内側にTM変調回路を配置するフィードバックループによって達成されてよい。   As shown in FIGS. 14 and 15, the TM base carrier and the existing signal base carrier are noted to be phase locked (eg, by the phase adjustment stage 1311). This may be accomplished by a feedback loop that places a TM modulation circuit inside a large phase-locked loop to perform phase matching between the TM output fundamental carrier signal and the existing signal fundamental carrier at the combiner 1338.

図14に示された回路は、厳密な既存信号周波数に全面的に依存する周波数で信号を生成する点で重要である。オフ周波数信号はTMに操作上、影響しない。   The circuit shown in FIG. 14 is important in that it generates a signal at a frequency that depends entirely on the exact existing signal frequency. The off-frequency signal does not affect the operation of TM.

TM変調信号は、TM変調信号処理部分1320を通って処理される。TM変調は、第3高調波に対して行われ、周波数が基本波(FC)に変換されて、既存信号1301と組み合わされる。   The TM modulated signal is processed through a TM modulated signal processing portion 1320. TM modulation is performed on the third harmonic, and the frequency is converted to a fundamental wave (FC) and combined with the existing signal 1301.

TM送信機1300のTM変調信号処理部分1320に対するTM変調信号入力1302は、性質はアナログであり、(例えば、ローパス変調ナイキスト制限フィルタ1322によって)帯域制限されており、これによって、通信チャネル帯域幅と整合性のある側波帯エネルギが生成される。その後、TM変調信号は、反転最適化器1324及びTM変調器(又は時間シフト変調器)1326によって処理される。図15に示されるように、利得段1321が含まれてよく、反転最適化器1324は最適化機能に加えてサンプルホールド機能を含んでよい。ローパスフィルタ1322、利得段1321、及び反転最適化器1324は、TM変調の帯域幅を通信チャネルの帯域幅に制限するように動作する。最適化は、反転最適化器1324への入力信号の有無に応じてオンオフされてよい。   The TM modulated signal input 1302 to the TM modulated signal processing portion 1320 of the TM transmitter 1300 is analog in nature and band limited (eg, by a low pass modulation Nyquist limiting filter 1322), thereby reducing the communication channel bandwidth and Consistent sideband energy is generated. The TM modulated signal is then processed by an inverse optimizer 1324 and a TM modulator (or time shift modulator) 1326. As shown in FIG. 15, a gain stage 1321 may be included and the inverting optimizer 1324 may include a sample and hold function in addition to the optimization function. The low pass filter 1322, the gain stage 1321, and the inverting optimizer 1324 operate to limit the TM modulation bandwidth to the communication channel bandwidth. Optimization may be turned on or off depending on the presence or absence of an input signal to the inverting optimizer 1324.

第3高調波信号(H3)は、第3高調波を時間シフトすることにより、TM変調器(又は時間シフト変調器)1326を駆動する。これにより、ベッセル関数側波帯のセットが生成される。上側波帯及び下側波帯のうちの一方のセットだけがTM復調に必要である。これらの側波帯は、第3高調波に対して帯域幅が制限されており、この制限は、TM変調処理の前にTM変調信号をフィルタリングして通信チャネルの帯域幅と一致させることにより行われる。   The third harmonic signal (H3) drives the TM modulator (or time shift modulator) 1326 by time shifting the third harmonic. This generates a set of Bessel function sidebands. Only one set of upper and lower sidebands is required for TM demodulation. These sidebands are limited in bandwidth relative to the third harmonic, and this limitation is achieved by filtering the TM modulated signal to match the bandwidth of the communication channel prior to TM modulation processing. Is called.

本願発明者は、位相シフト変調と異なり、本明細書に開示の時間シフト変調では側波帯のペアが1組だけ生成されることをシミュレーションにおいて確認している。このことは、実験室においてオシロスコープやスペクトラムアナライザなどの計測器で確認される。位相変調では、予想されるとおりにベッセル級数の側波帯が生成される。一方、時間シフト変調では、上側波帯及び下側波帯が1組だけ生成される。   The present inventor has confirmed in simulation that only one pair of sidebands is generated in the time shift modulation disclosed in the present specification, unlike the phase shift modulation. This is confirmed in the laboratory with an instrument such as an oscilloscope or spectrum analyzer. Phase modulation produces Bessel series sidebands as expected. On the other hand, in time shift modulation, only one set of upper sideband and lower sideband is generated.

TM変調器(又は時間シフト変調器)1326は、電圧制御時間遅延によって修正されるオールパスフィルタにより時間シフト変調を実施することが可能である。制御電圧は、(最適化の有無にかかわらず)条件付きTM変調信号によって与えられる。時間シフトは、第3高調波(H3)信号に対して行われる。TM変調器1326は、本明細書では主に時間シフト変調に関して記載されているが、当業者であれば理解されるように、TM変調器1326は位相シフト変調器であっても同様によい。   The TM modulator (or time shift modulator) 1326 can perform time shift modulation with an all-pass filter that is modified by a voltage controlled time delay. The control voltage is given by a conditional TM modulation signal (with or without optimization). A time shift is performed on the third harmonic (H3) signal. Although the TM modulator 1326 is primarily described herein with respect to time shift modulation, as will be appreciated by those skilled in the art, the TM modulator 1326 may be a phase shift modulator as well.

以下では、TM変調器(又は時間シフト変調器)1326において利用可能な時間遅延シフトの回路、原理、及び機能性について更に詳細に説明する。正弦波などの単一周波数の入力信号の場合、時間遅延は位相シフトと類似している。   In the following, the circuit, principle and functionality of the time delay shift available in the TM modulator (or time shift modulator) 1326 will be described in more detail. For a single frequency input signal such as a sine wave, the time delay is similar to a phase shift.

オールパスフィルタは演算増幅器を含んでよく、演算増幅器は、帰還抵抗器が演算増幅器の出力と演算増幅器の負(反転)入力との間に接続されており、同じ値の第2の抵抗器が演算増幅器の負(反転)入力と信号入力との間に接続されており、正(非反転)入力は、コンデンサと抵抗器の直列ネットワークの中間接続点に接続されており、このネットワークは一端が信号入力に接続され、他端が接地されている。   The all-pass filter may include an operational amplifier, where the feedback resistor is connected between the output of the operational amplifier and the negative (inverting) input of the operational amplifier, and a second resistor of the same value is operated on. The amplifier is connected between the negative (inverting) input and the signal input, and the positive (non-inverting) input is connected to the middle connection point of the series network of capacitors and resistors. Connected to the input and grounded at the other end.

直列のコンデンサ又は抵抗器の値は、4象限乗算器を使用することにより、制御信号によって修正可能であり、4象限乗算器の出力は直列R−Cネットワークの接地接続を置き換え、4象限乗算器の1つの入力が、直列ネットワークの中間接続点と、制御信号入力としての第2の入力(即ち、TM変調信号)と、に接続される。   The value of the series capacitor or resistor can be modified by the control signal by using a 4-quadrant multiplier, and the output of the 4-quadrant multiplier replaces the ground connection of the series RC network, and the 4-quadrant multiplier. Is connected to an intermediate connection point of the series network and a second input (ie, a TM modulated signal) as a control signal input.

入力制御信号に従う、入力信号の時間遅延シフトにより、位相のシフトが時間のシフトとして生成されてよい。   A phase shift may be generated as a time shift by a time delay shift of the input signal according to the input control signal.

TMオン/オフセレクタ1328が含まれてよく、これは、未変調の第3高調波(H3)信号(例えば、第3高調波生成器1318の出力)又はTM変調された第3高調波信号(例えば、時間シフト変調器1326の出力)のいずれかを選択する。この機能は、TMが使用されているかどうかにかかわらず、送信アンテナ1340に供給される全電力を保持する。   A TM on / off selector 1328 may be included, which may be an unmodulated third harmonic (H3) signal (eg, the output of the third harmonic generator 1318) or a TM modulated third harmonic signal ( For example, one of the outputs of the time shift modulator 1326 is selected. This function preserves the total power supplied to the transmit antenna 1340 regardless of whether TM is used.

TM変調されたH3信号は、ダウンコンバータ1330(又は図15に示される「ヘテロダイン周波数変換」ブロック1330)において、TM変調されたH3信号と第2高調波(H2)信号とを掛け合わせることによりダウンコンバートされる。これにより、TM変調されたH3信号の側波帯エネルギがFC周波数にシフトされ、その後、FCにおいて、バンドパスフィルタ1332によって変調バンドパスフィルタリングされる。   The TM-modulated H3 signal is reduced by multiplying the TM-modulated H3 signal and the second harmonic (H2) signal in a down-converter 1330 (or “heterodyne frequency conversion” block 1330 shown in FIG. 15). Converted. As a result, the sideband energy of the TM-modulated H3 signal is shifted to the FC frequency, and then modulated and bandpass filtered by the bandpass filter 1332 in the FC.

結果としてのFCベースのTM信号は、その後、従来型の増幅を実施して使用可能な電力レベルを確立する増幅器1334を通り抜ける。増幅器1334は、例えば、RF電力増幅器であってよい。FCベースのTM信号は、最終帯域制限バンドパスフィルタ1338及びコンバイナ1338を通って進み、TM出力信号は既存信号1301に加算される。結果としての組み合わせ信号は、送信のために送信アンテナ1340に接続される。位相は、TM出力信号と既存信号1301との間でロックされている。   The resulting FC-based TM signal then passes through an amplifier 1334 that performs conventional amplification to establish a usable power level. The amplifier 1334 may be an RF power amplifier, for example. The FC-based TM signal travels through the final band-limited bandpass filter 1338 and combiner 1338, and the TM output signal is added to the existing signal 1301. The resulting combined signal is connected to transmit antenna 1340 for transmission. The phase is locked between the TM output signal and the existing signal 1301.

図16は、(例えば、TM信号が既存信号に加算された)組み合わせ信号1641を受信し、TM信号を抽出して復調するTM受信機1600を示すブロック図である。   FIG. 16 is a block diagram illustrating a TM receiver 1600 that receives a combination signal 1641 (eg, a TM signal added to an existing signal), extracts the TM signal, and demodulates it.

TM受信機1600は、可能な限りアンテナ1640の近くで、又は、第1の生成されたIF(中間周波数)(例えば、既存の受信機の出力であり、中間周波数出力は通信設備によっては一般的である)の可能な限り近くで、受信された組み合わせ信号を取得する。   The TM receiver 1600 is as close as possible to the antenna 1640 or the first generated IF (intermediate frequency) (eg, the output of an existing receiver, where the intermediate frequency output is common for some communication equipment Obtain the received combined signal as close as possible.

TM受信機1600は、搬送波信号及び高調波の復元部分1610と、TMの分離及び復調部分1620と、を含む。搬送波信号及び高調波の復元部分1610の一例示的実装を図17のブロック図に示し、TMの分離及び復調部分1620の一例示的実装を図18のブロック図に示す。   TM receiver 1600 includes a carrier signal and harmonic recovery portion 1610 and a TM separation and demodulation portion 1620. An example implementation of the carrier signal and harmonic reconstruction portion 1610 is shown in the block diagram of FIG. 17, and an example implementation of the TM separation and demodulation portion 1620 is shown in the block diagram of FIG.

TM受信機1600の搬送波信号及び高調波の復元部分1610は、(a)既存の基本搬送波信号(FC)を未変調信号として復元すること、(b)復元された基本波信号の第2高調波信号を生成すること、並びに(c)復元された基本波信号の第3高調波信号を生成することを実施する回路を含む。これらは全て、受信信号から正確に導出されていることを除き、局部発振器信号として動作する。これを行う回路は、送信機1300で使用されているものと類似している。   The carrier signal and harmonic restoration portion 1610 of the TM receiver 1600 includes (a) restoring an existing fundamental carrier signal (FC) as an unmodulated signal, and (b) a second harmonic of the restored fundamental wave signal. Circuitry for generating a signal and (c) generating a third harmonic signal of the recovered fundamental signal. All of these operate as local oscillator signals except that they are accurately derived from the received signal. The circuitry to do this is similar to that used in transmitter 1300.

搬送波信号及び高調波の復元部分1610では、受信アンテナ1640からの、又は、(通信設備によっては一般的である)既存の受信機のIF(中間周波数)出力からの受信信号1641(例えば、既存信号にTM信号が加算された組み合わせRF信号)が、非常に狭いバンドパスフィルタ段1614によってフィルタリングされて、既存の変調が全て除去されて、純粋な基本搬送波信号(FC、即ち基本搬送波)が得られる。FCが第2高調波生成器1616において自乗されて、第2高調波信号(H2)が生成される。FC及び第2高調波信号(H2)が第3高調波生成器1618において掛け合わされて、第3高調波信号(H3)が生成される。   In the carrier signal and harmonic recovery portion 1610, a received signal 1641 (eg, an existing signal) from the receive antenna 1640 or from the IF (intermediate frequency) output of an existing receiver (which is common for some communication equipment). The combined RF signal) is filtered by a very narrow bandpass filter stage 1614 to remove any existing modulation, resulting in a pure fundamental carrier signal (FC or fundamental carrier). . FC is squared by second harmonic generator 1616 to generate second harmonic signal (H2). The FC and the second harmonic signal (H2) are multiplied by a third harmonic generator 1618 to generate a third harmonic signal (H3).

図17に示されるように、受信機1600のフロントエンドは、AGC(自動利得制御)制御された利得を有してよく、SAWフィルタ1613及び利得段1615を含んでよい。送信機1300の搬送波信号生成部分1310と同様に、受信機1600の搬送波信号及び高調波の復元部分1610は、比較器1617及び第2のSAWフィルタ1619を含んでよい。搬送波信号及び高調波の復元部分1610には、SAWフィルタの位相シフトに対する補償を行う位相調節段1611が含まれてよい。第2及び第3高調波発生器は、信号乗算器1616、1618として実装されてよい。   As shown in FIG. 17, the front end of the receiver 1600 may have AGC (automatic gain control) controlled gain and may include a SAW filter 1613 and a gain stage 1615. Similar to the carrier signal generation portion 1310 of the transmitter 1300, the carrier signal and harmonic recovery portion 1610 of the receiver 1600 may include a comparator 1617 and a second SAW filter 1619. The carrier signal and harmonic restoration portion 1610 may include a phase adjustment stage 1611 that compensates for the phase shift of the SAW filter. The second and third harmonic generators may be implemented as signal multipliers 1616, 1618.

TMの分離及び復調部分1620では、(受信機フロントエンドによってAGC制御利得で処理された後の)受信信号1641は、バンドパスフィルタ1636によって、通信チャネルの帯域幅に等しい帯域幅でバンドパスフィルタリングされる。   In the TM separation and demodulation portion 1620, the received signal 1641 (after being processed with AGC control gain by the receiver front end) is bandpass filtered by a bandpass filter 1636 with a bandwidth equal to the bandwidth of the communication channel. The

その後、広帯域の受信信号に対して、分離及び抽出の処理が行われる。第1の機能は、(時間遅延増幅器1634によって実施される)受信信号とその信号を遅延させたものとの間の差分処理である。遅延は、第3高調波の周期の1/4に等しい。時間遅延増幅器1634は、受信TMエネルギを分離する時間遅延ベースのフィルタ回路(例えば、遅延段1633及び差分増幅段1635)を使用する。   Thereafter, separation and extraction processing is performed on the wideband received signal. The first function is the difference processing between the received signal (implemented by time delay amplifier 1634) and the delayed version of that signal. The delay is equal to 1/4 of the period of the third harmonic. Time delay amplifier 1634 uses a time delay based filter circuit (eg, delay stage 1633 and differential amplification stage 1635) that separates the received TM energy.

分離された信号(例えば、基本周波数の差分信号)は、アップコンバータ1630において、(H2)信号を乗せられることによりアップコンバートされる。即ち、分離された信号は、受信された基本波信号(FC)の第3高調波の周波数までヘテロダインされる。この結果は、(バンドパスフィルタ1632によりフィルタリングされて基本波の積項が除去された後の)第3高調波周波数の信号にTM変調が施されたものである。この時点では、既存の搬送波変調及び伝送媒体の影響に起因する振幅の変動が起こる可能性がある。従って、この信号は、信号共通基準とともにアナログ比較器1650に与えられ、比較器1650は、振幅変動がない信号を生成する。バンドパスフィルタ1631でフィルタリングすることにより、TM変調が施された第3高調波搬送波周波数が選択され、他の高調波が除去される。   The separated signal (for example, a fundamental frequency difference signal) is up-converted in the up-converter 1630 by applying the (H2) signal. That is, the separated signal is heterodyned to the third harmonic frequency of the received fundamental wave signal (FC). This result is obtained by performing TM modulation on the signal of the third harmonic frequency (after being filtered by the bandpass filter 1632 and removing the product term of the fundamental wave). At this point, amplitude variations can occur due to the effects of existing carrier modulation and transmission media. Therefore, this signal is provided to the analog comparator 1650 along with the signal common reference, and the comparator 1650 generates a signal with no amplitude variation. By filtering with the bandpass filter 1631, the third harmonic carrier frequency subjected to TM modulation is selected, and other harmonics are removed.

バンドパスフィルタ1632からの出力信号は、上述のようにアナログ比較器1650に向けられるだけでなく、TM信号検出器1628への入力としても使用され、TM信号検出器1628は、相関関数(即ち、バンドパスフィルタ1632からの出力として受信された信号と、第3高調波生成器1618からの出力として受信された第3高調波信号(H3)との間の比較又は相間)に基づいてTMの存在を検知する。TM信号検出器1628は、TMが使用されているかどうか、即ち、受信信号1641内にTM信号が存在するかどうかを示す信号を出力する。   The output signal from the bandpass filter 1632 is not only directed to the analog comparator 1650 as described above, but is also used as an input to the TM signal detector 1628, where the TM signal detector 1628 is a correlation function (ie, TM present based on comparison or phase between signal received as output from bandpass filter 1632 and third harmonic signal (H3) received as output from third harmonic generator 1618 Is detected. The TM signal detector 1628 outputs a signal indicating whether TM is used, that is, whether a TM signal is present in the received signal 1641.

抽出処理では、受信信号1641からのTM信号の分離及び抽出が完了する。抽出された信号(例えば、バンドパスフィルタ1631からの出力)は、TM情報の復調に必要な、復元された基準第3高調波信号(例えば、基準として使用される、受信された既存の搬送波信号から導出された(H3))との比較で時間シフトされたTM変調を含む。   In the extraction process, separation and extraction of the TM signal from the received signal 1641 is completed. The extracted signal (eg, the output from bandpass filter 1631) is the recovered reference third harmonic signal (eg, the received existing carrier signal used as a reference) that is required for TM information demodulation. (TM) derived from (H3)) and time-shifted TM modulation.

TM復調器1626は、(第3高調波生成器1618からの基準入力として受信された)第3高調波信号(H3)と、(バンドパスフィルタ1631からの入力として受信され)TM変調が施された第3高調波信号との間の時間シフトを検知することにより、TM信号を復調する。TM復調器1626は、2つの信号を掛け合わせて相関関数とすることにより、入力信号間の時間シフトを検知することが可能である。或いは、TM復調器1626は、排他的論理和機能を使用して、(H3)基準と、分離及び抽出処理からのTM変調信号との間のタイミング差を検出する。   The TM demodulator 1626 is subjected to TM modulation (received as input from the bandpass filter 1631) and the third harmonic signal (received as reference input from the third harmonic generator 1618). The TM signal is demodulated by detecting a time shift with respect to the third harmonic signal. The TM demodulator 1626 can detect a time shift between input signals by multiplying two signals to obtain a correlation function. Alternatively, the TM demodulator 1626 uses an exclusive OR function to detect the timing difference between the (H3) reference and the TM modulated signal from the separation and extraction process.

TMの分離及び復調部分1620は、任意選択で、上述の反転最適化器1324を有する送信機から送信された信号を復元する反転最適化器1624を含んでよい。   The TM separation and demodulation portion 1620 may optionally include an inverse optimizer 1624 that recovers the signal transmitted from the transmitter having the inverse optimizer 1324 described above.

復調された信号は変調ローパスフィルタ1622を通り抜けて、搬送波及び他のノイズ源が全て除去されて、TM変調出力信号1602が得られる。   The demodulated signal passes through the modulation low pass filter 1622 and all of the carrier and other noise sources are removed to obtain a TM modulated output signal 1602.

図18は、組み合わせ信号から受信TM信号を取り出すための基本的な機能セットを示す。時間遅延微分器又はフィルタ(即ち、遅延段1633)は、最適設定された遅延時間(.25)/(3×ffC)を有してよい。この値からずれると、分離されたTM信号のレベルが減少するだけであるが、実際には、特定の値によって、分離されたTM信号のレベルが打ち消される。抽出機能は、分離された信号の振幅変動を除去するだけである。 FIG. 18 shows a basic function set for extracting the received TM signal from the combination signal. The time delay differentiator or filter (ie, delay stage 1633) may have an optimally set delay time (.25) / (3 × f fC ). Deviation from this value only reduces the level of the separated TM signal, but in practice, the level of the separated TM signal is canceled by a specific value. The extraction function only removes the amplitude variation of the separated signal.

図18の、分離機能の時間遅延ベースのフィルタ回路は、図19に示される固有周波数応答挙動を有する。DC、第6高調波などの周波数において打ち消される周期信号が存在する。   The time delay based filter circuit of the separation function of FIG. 18 has the natural frequency response behavior shown in FIG. There are periodic signals that cancel at frequencies such as DC and sixth harmonics.

既存の信号受信機は、TM信号の側波帯エネルギに対しては応答しない。既存の信号にTMを加算することは、受信される既存信号の信号対ノイズ比(SNR)を低減する効果がある。同様に、既存信号から受信TM信号へのノイズの寄与もある。   Existing signal receivers do not respond to the sideband energy of the TM signal. Adding TM to an existing signal has the effect of reducing the signal-to-noise ratio (SNR) of the received existing signal. Similarly, there is also noise contribution from the existing signal to the received TM signal.

TM受信機1600は、受信される基本波信号に関連する第2及び第3高調波信号を頼りにする。ドップラー効果又は信号経路長の変動(動いている受信機又は送信機)に起因する周波数シフトは、TM信号の復調には影響しない。これは、プロセス全体が既存信号の周波数を基準にしているためである。   The TM receiver 1600 relies on the second and third harmonic signals associated with the received fundamental signal. Frequency shifts due to Doppler effects or signal path length variations (moving receiver or transmitter) do not affect the demodulation of the TM signal. This is because the entire process is based on the frequency of the existing signal.

図13〜図19に関して上述されたように、TM変調は搬送波信号に対して与えられてよく、任意の既存の送信機信号から導出可能である。そして、変調されたTM信号は(変調されているかどうかにかかわらず)既存の送信機信号と組み合わされてよく、これによって、あらかじめ規定されている通信チャネルの情報帯域幅が増える。図13〜図19は特にTM信号に関して説明されてきたが、これは限定を意図されたものではなく、同じ機能や原理がいかなる変調信号にも適用可能である。情報は、周波数が異なる2つの信号の間の時間差又は位相角度差として搬送されてよい。   As described above with respect to FIGS. 13-19, TM modulation may be applied to a carrier signal and can be derived from any existing transmitter signal. The modulated TM signal may then be combined with an existing transmitter signal (whether modulated or not), thereby increasing the information bandwidth of the predefined communication channel. Although FIGS. 13-19 have been described with particular reference to TM signals, this is not intended to be limiting, and the same functions and principles can be applied to any modulated signal. Information may be conveyed as a time difference or phase angle difference between two signals of different frequencies.

そこで、第1の搬送波信号周波数と高調波的に関連する周波数であって、第1の搬送波信号を変調する情報と無関係な情報で変調される周波数を有する第2の搬送波信号を加算することによって、任意の規定された通信チャネルの情報帯域幅を増やす方法が提供される。この第2の信号及び変調側波帯は、第1の搬送波信号の周波数までヘテロダインされてよく、変調側波帯は、通信チャネルの帯域幅以下であってよい。   Thus, by adding a second carrier signal having a frequency that is harmonically related to the first carrier signal frequency and that is modulated with information that is unrelated to the information that modulates the first carrier signal. A method is provided for increasing the information bandwidth of any defined communication channel. This second signal and modulation sideband may be heterodyned to the frequency of the first carrier signal, and the modulation sideband may be less than or equal to the bandwidth of the communication channel.

第1の搬送波信号及び第2の変調された搬送波信号は、なんら変調されずに送信されてよい。   The first carrier signal and the second modulated carrier signal may be transmitted without any modulation.

第1の搬送波信号は(任意の変調方式で)変調されてもされなくてもよく、第2の搬送波信号は時間シフト変調又は角度変調されてよい。第2の搬送波信号は、第1の搬送波信号の周波数と既知の関係にある周波数を有してよい。同様に、第2の搬送波信号は、第1の搬送波信号との間に位相角関係又はタイミング関係があってよい。搬送される情報は、第2の搬送波信号の時間シフト又は角度変調を引き起こしてよく、第2の搬送波信号の変調の手段は、第1の搬送波信号との時間関係又は位相角関係を変動させてよい。   The first carrier signal may or may not be modulated (in any modulation scheme) and the second carrier signal may be time shift modulated or angle modulated. The second carrier signal may have a frequency that is in a known relationship with the frequency of the first carrier signal. Similarly, the second carrier signal may have a phase angle relationship or a timing relationship with the first carrier signal. The information carried may cause a time shift or angle modulation of the second carrier signal, and the means for modulating the second carrier signal may vary the time relationship or phase angle relationship with the first carrier signal. Good.

第2の搬送波信号の時間シフト変調又は角度変調により、第1の搬送波信号が変調されているとすればその変調と同じ周波数範囲を占有するように周波数シフトされた側波帯エネルギ、或いは、通信に使用されるであろう通信チャネル帯域幅内に配置された側波帯エネルギが生成される。第1の搬送波信号に第2の搬送波信号の側波帯を組み合わせたものは、通信チャネルの周波数限界内でまとめて送信されてよく、受信装置によって受信されてよい。更に、これら2つの搬送波信号の組み合わせは、帯域制限せずに送信され、受信装置によって受信されてよい。   If the first carrier signal is modulated by time-shift modulation or angle modulation of the second carrier signal, the sideband energy frequency-shifted so as to occupy the same frequency range as that modulation, or communication Sideband energy disposed within the communication channel bandwidth that would be used for The combination of the first carrier signal and the sideband of the second carrier signal may be transmitted together within the frequency limit of the communication channel and may be received by a receiver. Furthermore, the combination of these two carrier signals may be transmitted without band limitation and received by the receiving device.

受信装置は、第1の搬送波信号を復調用基準信号として使用して、第2の搬送波信号の変調情報を復調してよい。   The receiving apparatus may demodulate the modulation information of the second carrier signal using the first carrier signal as a demodulation reference signal.

本明細書では又、直角位相転置変調方法、即ち、第2の転置変調された(TM)信号を既存の転置変調された信号に加算することにより、固定された通信チャネル内の情報帯域幅を、以前に説明された転置変調によって与えられる情報帯域幅より増やす方法を提供する。   The present specification also describes a quadrature transposition modulation method, i.e., adding a second transposition modulated (TM) signal to an existing transposition modulated signal to reduce the information bandwidth in a fixed communication channel. Provides a way to increase the information bandwidth given by the transposition modulation described previously.

一実施形態では、既存の転置変調信号と周波数が同じであって位相が90度又は直角位相だけ異なる基本搬送波信号周波数を使用することにより、第2の転置変調信号が既存の転置変調信号に加算されてよい。これにより、転置変調と従来の振幅変調、周波数変調、及び位相変調との相互の無影響性が維持される。直角位相転置変調信号を加算することは又、2つの転置変調された搬送波の間での相互の無影響性を有し、これらの搬送波は両方とも、既存の従来型変調信号との無影響性を有する。   In one embodiment, the second transposed modulation signal is added to the existing transposed modulation signal by using a fundamental carrier signal frequency that is the same frequency as the existing transposed modulation signal and that is 90 degrees out of phase or quadrature in phase. May be. Thereby, the mutual inefficiency of transposition modulation and conventional amplitude modulation, frequency modulation, and phase modulation is maintained. Adding a quadrature transposed modulation signal also has a mutual inefficiency between the two transposed modulated carriers, both of which have no effect on the existing conventional modulated signal. Have

転置変調は、例えば光通信用を始めとする様々な様式で利用されてよい。本明細書では、通信のデータ帯域幅を増やすために広帯域転置変調信号を光周波数ビーム上に直接配置する方法を提供する。   Transpose modulation may be used in various ways, including for optical communications, for example. The present specification provides a method for placing a wideband transposed modulation signal directly on an optical frequency beam to increase the data bandwidth of the communication.

光ビームは、その広帯域特性ゆえに使用される。それらは様々な手段により変調される。転置変調は、様々な様式の情報伝達のために光ビーム上に配置されてよく、そのような様式はすべて本開示によって考慮されており、本開示の範囲内にある。   The light beam is used because of its broadband characteristics. They are modulated by various means. Transpose modulation may be placed on the light beam for various modes of information transmission, all of which are contemplated by the present disclosure and are within the scope of the present disclosure.

1つのそのような例は、以下のように説明できる。情報を搬送するいかなる変調方式にも搬送波信号が必要である。転置変調では、既存の変調された搬送波信号を転置変調搬送波として使用してよい。転置変調は又、搬送波信号が存在しない場合には搬送波信号を供給してもよい。転置変調された搬送波信号は、既存の信号が使用されるかどうかにかかわらず、光変調器の駆動に使用される。   One such example can be described as follows. Any modulation scheme that carries information requires a carrier signal. In transposed modulation, an existing modulated carrier signal may be used as a transposed modulated carrier. Transposed modulation may also provide a carrier signal when no carrier signal is present. The transposed modulated carrier signal is used to drive the optical modulator regardless of whether an existing signal is used.

光変調器は、発光ダイオードドライバ、レーザダイオードドライバから、光ビームの不透明度や位相を変化させる光ビーム変調器まで、様々である。本開示が提供するところによれば、転置変調された搬送波信号を単一の変調装置に印加することが可能になる。これにより、従来の振幅変調、周波数変調、又は位相変調を用いる既存の情報帯域幅を増やすことが可能になる。   Optical modulators vary from light emitting diode drivers and laser diode drivers to light beam modulators that change the opacity and phase of a light beam. The present disclosure provides that a transposed modulated carrier signal can be applied to a single modulator. This makes it possible to increase the existing information bandwidth using conventional amplitude modulation, frequency modulation, or phase modulation.

他の変調が全く存在しない場合、転置変調の第3高調波成分を含むことになる、帯域制限のない転置変調信号が送信される。これにより、基本周波数成分は、典型的には減衰が少ない、より低い周波数に配置される。転置復調は、この成分を基準として頼りにする。第3高調波成分の周波数が高いほど、最大限の情報変調帯域幅を可能にする帯域幅が広くなる。   If no other modulation is present, a transposed modulated signal with no band limitation is transmitted that will contain the third harmonic component of the transposed modulation. This places the fundamental frequency component at a lower frequency, which typically has less attenuation. Transposition demodulation relies on this component as a reference. The higher the frequency of the third harmonic component, the wider the bandwidth that allows the maximum information modulation bandwidth.

別の実施形態では、2つの別々の光ビームが利用されてよく、その場合、周波数が低いほうのビームが、従来方式(例えば、振幅変調や位相変調)で変調され、且つ、転置変調のための基準搬送波として使用される。周波数が高いほうの光ビームが、転置変調の第3高調波成分に使用される。   In another embodiment, two separate light beams may be utilized, in which case the lower frequency beam is modulated in a conventional manner (eg, amplitude modulation or phase modulation) and for transposition modulation. Used as a reference carrier. The higher frequency light beam is used for the third harmonic component of the transposition modulation.

転置変調が使用できる別の様式として超音波通信があり、例えば、水中無線通信に使用できる。例えば、一実施形態では、超音波トランスデューサに転置変調信号を印加して音響信号を発生させることが可能であり、この音響信号を受信及び復調して元の変調情報を復元することが行われてよい。この変調処理は、近ゼロインピーダンス駆動をトランスデューサに課して、トランスデューサの自然共振周波数より高いところでの動作を強制する。   Another mode in which transposition modulation can be used is ultrasonic communication, which can be used for underwater wireless communication, for example. For example, in one embodiment, a transposed modulation signal can be applied to an ultrasonic transducer to generate an acoustic signal, and the acoustic signal is received and demodulated to restore the original modulation information. Good. This modulation process imposes a near zero impedance drive on the transducer to force operation above the natural resonant frequency of the transducer.

受信機は、変調の広帯域に加えて、音響エネルギを共振ピーク応答なしで電気エネルギに変換する技術に基づく自然広帯域トランスデューサを使用してよい。そのような受信トランスデューサは、広帯域応答を高感度で提供するMEMS(微小電子機械システム)技術を使用して製造される。   The receiver may use a natural broadband transducer based on a technique that converts acoustic energy into electrical energy without a resonant peak response in addition to the modulation broadband. Such receiving transducers are manufactured using MEMS (microelectromechanical system) technology that provides a broadband response with high sensitivity.

1つの転置変調搬送波周波数が使用されてよい。基本搬送波信号成分及び第3高調波成分信号を別々に搬送するために、2つの別々の超音波周波数が使用されてよい。   One transposed modulated carrier frequency may be used. Two separate ultrasonic frequencies may be used to carry the fundamental carrier signal component and the third harmonic component signal separately.

本開示の上述の実施形態、特に、どの「好ましい」実施形態も、可能性のある実施例に過ぎず、本開示の原理が明確に理解されるように説明されたものに過ぎないことを強調しておきたい。本開示の趣旨及び原理から実質的に逸脱しない限り、本開示の上述の実施形態に対して様々な変形や修正が行われてよい。全てのそのような修正及び変形は、本明細書において本開示の範囲に含まれ、以下の特許請求の範囲によって保護されるものとする。   It is emphasized that the above-described embodiments of the present disclosure, and in particular, any “preferred” embodiments, are only possible examples and are described so that the principles of the present disclosure are clearly understood. I want to do it. Various changes and modifications may be made to the above-described embodiments of the present disclosure without departing substantially from the spirit and principle of the present disclosure. All such modifications and variations are intended to be included herein within the scope of this disclosure and protected by the following claims.

Claims (17)

規定された通信チャネルの情報帯域幅を増やす方法であって、
第1の搬送波信号周波数を有する第1の変調された信号を受信するステップと、
第2の搬送波信号周波数を有する第2の変調された信号を受信するステップであって、前記第2の変調された信号は、前記第1の搬送波信号を変調する情報とは無関係の情報で変調され、前記第2の搬送波信号周波数は、前記第1の搬送波信号周波数と高調波的又は副高調波的に関連する、前記第2の変調された信号を受信する前記ステップと、
前記第1の信号と前記第2の信号とを組み合わせるステップと、
を含む方法。
A method for increasing the information bandwidth of a specified communication channel,
Receiving a first modulated signal having a first carrier signal frequency;
Receiving a second modulated signal having a second carrier signal frequency, wherein the second modulated signal is modulated with information independent of the information modulating the first carrier signal; Receiving the second modulated signal, wherein the second carrier signal frequency is harmonically or sub-harmonically related to the first carrier signal frequency;
Combining the first signal and the second signal;
Including methods.
前記第2の信号は前記第1の搬送波信号の周波数までヘテロダインされる、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the second signal is heterodyned to a frequency of the first carrier signal. 前記組み合わせ信号を送信装置により送信するステップと、
前記組み合わせ信号を受信装置により受信するステップと、
前記第1の搬送波信号を基準として使用して前記組み合わせ信号から前記第2の変調された信号を復調するステップと、
を更に含む、請求項1又は2に記載の方法。
Transmitting the combined signal by a transmitting device;
Receiving the combined signal by a receiving device;
Demodulating the second modulated signal from the combined signal using the first carrier signal as a reference;
The method according to claim 1, further comprising:
入力制御信号に従って入力信号を時間遅延シフトする時間シフト変調器であって、電圧制御時間遅延によって修正されるオールパスフィルタを備える時間シフト変調器。   A time shift modulator for time delay shifting an input signal in accordance with an input control signal, comprising an all pass filter modified by a voltage control time delay. 前記オールパスフィルタは、
演算増幅器であって、前記演算増幅器の出力と前記演算増幅器の反転入力との間に帰還抵抗器が接続されている前記演算増幅器と、
前記帰還抵抗器の抵抗値とほぼ等しい抵抗値を有する第2の抵抗器であって、前記演算増幅器の前記反転入力と信号入力との間に接続されている前記第2の抵抗器と、
コンデンサと抵抗器の直列ネットワークであって、第1の端部が前記信号入力に接続されており、第2の端部が接地されており、中間接続点が前記演算増幅器の非反転入力に接続されている前記コンデンサと抵抗器の直列ネットワークと、を備える、
請求項4に記載の時間シフト変調器。
The all-pass filter is
An operational amplifier comprising a feedback resistor connected between an output of the operational amplifier and an inverting input of the operational amplifier;
A second resistor having a resistance value substantially equal to a resistance value of the feedback resistor, the second resistor connected between the inverting input and the signal input of the operational amplifier;
A series network of capacitors and resistors, with a first end connected to the signal input, a second end connected to ground, and an intermediate connection point connected to the non-inverting input of the operational amplifier A series network of said capacitors and resistors,
The time shift modulator according to claim 4.
前記直列コンデンサ又は前記直列抵抗器の値は、4象限乗算器を使用することにより、制御信号によって修正され、前記乗算器の出力は前記コンデンサと抵抗器の直列ネットワークの接地接続を置き換え、前記4象限乗算器の1つの入力が、前記コンデンサと抵抗器の直列ネットワークの前記中間接続点に接続され、前記4象限乗算器の第2の入力が前記制御信号入力に接続される、請求項5に記載の時間シフト変調器。   The value of the series capacitor or the series resistor is modified by a control signal by using a 4-quadrant multiplier, the output of the multiplier replaces the ground connection of the series network of the capacitor and resistor, and the 4 6. An input of a quadrant multiplier is connected to the intermediate connection point of the series network of capacitors and resistors, and a second input of the 4-quadrant multiplier is connected to the control signal input. The described time shift modulator. 固定通信チャネル内の通信帯域幅を増やす方法であって、
第2の転置変調された信号を組み合わせ信号に加算するステップであって、前記組み合わせ信号は第1の転置変調された信号と第1の基本搬送波信号とを含み、前記第2の転置変調された信号は、周波数が前記第1の基本搬送波信号と同じであって位相角が前記第1の基本搬送波信号に対して90度である第2の基本搬送波信号を使用して、前記組み合わせ信号に加算される、前記加算するステップ、
を含む方法。
A method for increasing the communication bandwidth in a fixed communication channel,
Adding a second transposed modulated signal to a combined signal, the combined signal including a first transposed modulated signal and a first fundamental carrier signal, wherein the second transposed modulated signal The signal is added to the combined signal using a second basic carrier signal having the same frequency as the first basic carrier signal and a phase angle of 90 degrees with respect to the first basic carrier signal. Said adding step,
Including methods.
(a)前記通信チャネル帯域幅を増やすことなく前記情報帯域幅を2倍にする機能、及び
(b)前記転置変調のスペクトル効率を向上させる機能
のうちの一方又は両方によって特徴づけられる、請求項7に記載の通信帯域幅を増やす方法。
A feature characterized by one or both of: (a) a function of doubling the information bandwidth without increasing the communication channel bandwidth; and (b) a function of improving the spectral efficiency of the transposition modulation. A method for increasing the communication bandwidth according to claim 7.
超音波通信の情報帯域幅を増やす方法であって、
単一超音波トランスデューサの直接振幅変調により、超音波通信信号に転置変調を加えるステップ、
を含む方法。
A method for increasing the information bandwidth of ultrasonic communication,
Applying transposition modulation to the ultrasonic communication signal by direct amplitude modulation of a single ultrasonic transducer;
Including methods.
超音波通信の情報帯域幅を増やす方法であって、
第1の超音波トランスデューサを、転置変調の基本搬送波信号成分で直接振幅変調することにより、超音波通信信号に転置変調を加えるステップと、
第2の超音波トランスデューサを、転置変調の第3高調波搬送波信号成分で直接振幅変調するステップと、
を含む方法。
A method for increasing the information bandwidth of ultrasonic communication,
Applying transposition modulation to the ultrasonic communication signal by directly amplitude modulating the first ultrasonic transducer with a fundamental carrier signal component of transposition modulation;
Direct amplitude modulating a second ultrasonic transducer with a third harmonic carrier signal component of transposition modulation;
Including methods.
超音波通信の情報帯域幅を増やす方法であって、
広帯域変調技術を用いて単一超音波トランスデューサを直接振幅変調することにより、転置変調基本搬送波信号及び第3高調波搬送波信号成分を超音波通信信号に加算するステップ、
を含む方法。
A method for increasing the information bandwidth of ultrasonic communication,
Adding a transposition modulated fundamental carrier signal and a third harmonic carrier signal component to the ultrasound communication signal by directly amplitude modulating a single ultrasound transducer using a broadband modulation technique;
Including methods.
超音波通信の情報帯域幅を増やす方法であって、
第1の超音波トランスデューサを、転置変調の基本搬送波信号成分で直接角度変調し、第2の超音波トランスデューサを、転置変調の第3高調波搬送波信号成分で直接角度変調することにより、超音波通信信号に転置変調を加えるステップ、
を含む方法。
A method for increasing the information bandwidth of ultrasonic communication,
By directly angle-modulating the first ultrasonic transducer with the fundamental carrier signal component of transposition modulation and directly angle-modulating the second ultrasonic transducer with the third harmonic carrier signal component of transposition modulation, ultrasonic communication Applying transposition modulation to the signal;
Including methods.
超音波通信の情報帯域幅を増やす方法であって、
広帯域変調技術を用いて単一超音波トランスデューサを直接角度変調することにより、転置変調基本搬送波信号及び第3高調波搬送波信号成分を超音波通信信号に加算するステップ、
を含む方法。
A method for increasing the information bandwidth of ultrasonic communication,
Adding a transposition modulated fundamental carrier signal and a third harmonic carrier signal component to the ultrasound communication signal by directly angularly modulating a single ultrasound transducer using a broadband modulation technique;
Including methods.
光情報通信帯域幅を増やすシステムであって、
光ビームと、
光変調器と、を備え、
前記光ビームを転置変調信号で直接変調するように構成されたシステム。
A system for increasing optical information communication bandwidth,
A light beam,
An optical modulator,
A system configured to directly modulate the light beam with a transposed modulation signal.
前記光ビームを転置変調信号で振幅変調するように構成されているか、前記光ビームを前記転置変調信号で位相変調するように構成されている、請求項14に記載のシステム。   The system of claim 14, wherein the system is configured to amplitude modulate the light beam with a transposed modulation signal, or to phase modulate the light beam with the transposed modulation signal. 光情報通信帯域幅を増やす方法であって、
第1の周波数の光ビームを転置変調基本搬送波周波数成分で直接変調するステップ、
を含む方法。
A method of increasing optical information communication bandwidth,
Directly modulating a light beam of a first frequency with a transposed modulated fundamental carrier frequency component;
Including methods.
光情報通信帯域幅を増やす方法であって、
第2の周波数の光ビームを転置変調第3高調波成分信号で直接変調するステップ、
を含む方法。
A method of increasing optical information communication bandwidth,
Directly modulating a light beam of a second frequency with a transposed modulated third harmonic component signal;
Including methods.
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