JP3569892B2 - 微弱電波通信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の利用分野】
本発明は、微弱電波のデジタル無線通信に利用される。
【０００２】
【従来技術】
微弱電波の無線通信では、利用できる電波の電界強度が微弱であるため、所望の通信距離を得るためには希望電波以外の電波による干渉を可能な限り少なくしなければならない。一般的な生活空間では、大地や建造物などによる電波の反射があり、これによるマルチパスは避けられない。マルチパスはフェージングと呼ばれる電波の振幅変動を発生させる。
周波数ダイバシティーはフェージングの影響を軽減する手法の一つで、複数の周波数の搬送波を送信し、合成して受信することでフェージングを軽減するものである。
従来の装置では、複数の搬送波を合成する方法として各搬送波を複数の受信回路でベースバンド信号に復調してから合成する、または一つの受信機で受信状況に応じて受信する搬送波を切り替える等の方式がある。これらの装置は受信回路（復調回路）が複数必要であるか、または搬送波の切り替え手段や受信状況を検出して判断する手段が必要であり、装置が複雑になっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題】
本発明が解決しようとする問題は、受信機にこれらの判断手段や切り替え手段を必要とせずに一つの復調回路で複数の搬送波を合成できる周波数ダイバシティー通信機を提供することである。
【０００４】
【問題を解決するための手段】
本発明では複数の搬送波を同時に受信して、それぞれを周波数変換器で同じ中間周波数に変換してから合成し復調している。これにより搬送波を選択するフィルターを切り替え回路が不必要になるため切り替えの判断をすることもなく、復調する前に合成するので復調回路は一つでよい。しかし複数の搬送波を中間周波数で合成するとき、これを単純に合成しただけでは問題が発生する。
二つの搬送波周波数をｆ_１、ｆ_２、ローカル周波数をｆ_ＬＯ１、ｆ_ＬＯ２、中間周波数をｆ_ＩＦとすると、下側ヘテロダインの受信機であれば原理的にはｆ_１−ｆ_ＬＯ１＝ｆ_２−ｆ_ＬＯ２＝ｆ_ＩＦとなる一つの中間周波数ｆ_ＩＦに変換される。しかし現実には送信側の発振器と受信側のローカル発振器は異なるためｆ_１−ｆ_ＬＯ１とｆ_２−ｆ_ＬＯ２を正確に一致させることは不可能であり、中間周波数はｆ_１−ｆ_ＬＯ１＝ｆ_ＩＦ１とｆ_２−ｆ_ＬＯ２＝ｆ_ＩＦ２という二つの周波数が合成されｆ_ＩＦ１とｆ_ＩＦ２の周波数差のビート（振幅変動）を生じる。ｆ_ＩＦ１とｆ_ＩＦ２の振幅が等しい場合は合成された中間周波数の振幅がゼロになるときがあり受信に大きく影響する。
この様子を図示したのが第一図Ａである。ビートによって中間周波数の振幅の小さくなった部分が、正確に復調されず本来再生されるべきパルスが欠けていることを示している。
本発明ではこの中間周波数のビートの影響を無くすため、送信側で各搬送波の最大周波数偏移に差を付けている。搬送波ｆ_１が二値のＦＳＫである場合その周波数は、ＦＭ変調の最大周波数偏移をｆ_ＤＥＶとするとベースバンド信号のＨｉ、Ｌｏによってｆ_１±ｆ_ＤＥＶのどちらかになり、同様に中間周波数もｆ_ＩＦ±ｆ_ＤＥＶとなる。ここで第一の搬送波の最大周波数偏移をｆ_ＤＥＶ１、第二の搬送波のそれをｆ_ＤＥＶ２とし、｜ｆ_ＤＥＶ１−ｆ_ＤＥＶ２｜＞ｆｓとなるように差を付ける。ｆｓは検波後のローパスフィルターのカットオフ周波数である。
この結果第一図Ｂ、Ｃに示すように、送信ベースバンド信号がＨｉまたはＬｏのときの中間周波数ｆ_ＩＦ１とｆ_ＩＦ２にはｆｓ以上の周波数差があることになり、従ってビートの周波数もｆｓ以上であるから、このビートによって発生する復調信号のノイズはローパスフィルターで除去されて受信に影響を及ぼさなくできる。ただし送信ベースバンド信号がＨｉからＬｏ、またはＬｏからＨｉへと遷移する期間では、ｆ_ＩＦ１とｆ_ＩＦ２の周波数差は徐々に少なくなり、ＨｉとＬｏの中間レベルでは周波数差はなくなってしまうが、遷移期間はＨｉ、Ｌｏの期間に比べて非常に短いため影響はない。
一例を挙げると、ベースバンド信号を２５６Ｈｚ（５１２ｂｐｓ）、第一搬送波の最大周波数偏移を３２ｋＨｚ、第二搬送波のそれを３０ｋＨｚとすれば、中間周波数のビート周波数は２ｋＨｚとなり、検波出力には２ｋＨｚのノイズが重畳するが、カットオフ周波数２５６Ｈｚのローパスフィルターに通すことで除去することができる。
以上は本発明の原理を二値ＦＳＫの例で説明したが、これを多値ＦＳＫに応用すること、また合成する搬送波の数を二つ以上にすることは当業者には容易なことである。
【０００５】
【発明の実施例】
以下に本発明の一例を説明する。第二図は二つの搬送波を送信する送信機の構成を示している。同じベースバンド信号によって第一搬送波と第二搬送波を周波数変調変調（ＦＳＫ）し、合成した後アンテナから送信する。二つの周波数変調器（ＦＭ変調器）は、変調感度に差を付けるか、あるいは同じ変調感度でも入力するベースバンド信号の振幅に差を付けることで、搬送波の最大周波数偏移に差を付けるようにする。この図では構成がわかりやすいように第二周波数変調器の入力に減衰器を挿入している。
第三図は二つの搬送波に対応した受信機の構成を示している。各搬送波に対応した二組の周波数変換器とローカル発振器を備えている他は、一般的なヘテロダイン受信機と同じ構成である。高周波増幅器で増幅された二つの搬送波は、第一および第二の周波数変換器に入力され、それぞれ異なったローカル周波数で同じ中間周波数に変換され合成される。以降は一般的なＦＭ受信機と同様の過程を経て信号が再生される。
第四図Ａ、Ｂに示したのは、一組の周波数変換器とローカル発振器で二つの搬送波を受信できるようにした送信機と受信機である。第四図Ａの送信機は、第二周波数変調器の入力にベースバンド信号の極性を反転させる回路が追加されている。これは二つの搬送波の変調極性を互に逆にするためのもので、極性反転回路によらなくとも周波数変調器自体の変調極性を逆にしてもよい。
第四図Ｂは受信機を示したもので、構成は従来のスーパーヘテロダイン受信機そのものである。ここで二つの搬送波周波数をｆ_１、ｆ_２、受信機のローカル周波数をｆ_ＬＯ＝（ｆ_１＋ｆ_２）／２とすると、二つの搬送波は一つの中間周波数ｆ_ＩＦ＝（ｆ_１−ｆ_２）／２となって合成される。ｆ_１、ｆ_２は互にイメージ周波数の関係になるため、中間周波数に変換されたときに互いの変調極性が逆になるが、送信側であらかじめ一方の変調極性を逆にしているため同極性で合成されることになる。
第四図Ｂの受信機と第五図の送信機を組み合わせた通信装置では、ローカル発振器を送信回路と受信回路で共用できることが特徴である。以下に第五図の送信機の説明をする。中間周波数ｆ_ＩＦを第一、第二の周波数変調器で周波数変調する。二つの変調器は振幅の異なったベースバンド信号で周波数変調するので、それぞれの出力には最大周波数偏移の異なる中間周波数が得られる。それぞれを周波数変換器へ入力し搬送波周波数へ変換する。ここでローカル発振器の周波数を第四図Ｂに示した受信機のローカル周波数と同じｆ_ＬＯとすると各周波数変換器の出力にはｆ_ＬＯ±ｆ_ＩＦが出力されるので、一方はｆ_ＬＯ−ｆ_ＩＦ、他方はｆ_ＬＯ＋ｆ_ＩＦの周波数が通過するようなバンドパスフィルターを通して合成する。ｆ_ＬＯ−ｆ_ＩＦとｆ_ＬＯ＋ｆ_ＩＦでは変調極性が互に逆になるので、第四図Ａの送信機と同様に最大周波数偏移が異なり、変調極性が互に逆になった二つの搬送波ｆ_１＝ｆ_ＬＯ−ｆ_ＩＦ、ｆ_２＝ｆ_ＬＯ＋ｆ_ＩＦが得られることになる。この例では受信機のローカル周波数と送信機のローカル周波数が同じであるから、一つの発振回路で送信と受信のローカル発振器を兼用することができる。
以上の第四図、第五図の例を周波数スペクトラムで表したのが第六図である。中間周波数ｆ_ｉｆの両サイドにあるスペクトルは送信信号ｆ_ｓにより変調されてできたサイドバンド（変調によりスペクトラムが異なるため概念的に示した）である。各周波数の一例としてはｆ_ｓ＝２５６Ｈｚ（５１２ｂｐｓ）、ｆ_ｉｆ＝４５５ｋＨｚ、ｆ_ＬＯ＝３１０ＭＨｚで搬送波はｆ_２＝３０９．５４５ＭＨｚ、ｆ_１＝３１０．４５５ＭＨｚとなる。
微弱電波の電界強度測定方法（電波法施行規則第６条第２項および昭和６３年郵政省告示第１２７号、平成６年郵政省告示第２７８号）により、３０ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下の周波数での電界強度測定は、まず電界強度計により測定し、さらにスペクトラムアナライザの分解能帯域幅を１００ｋＨｚと１ＭＨｚに切り替えて測定した測定値の差が、３ｄＢ以下であれば電界強度計の測定値をもって電界強度とし、３ｄＢから７ｄＢのときはスペクトラムアナライザの分解能帯域幅１ＭＨｚの値を電界強度とし、７ｄＢ以上のときはスペクトラムアナライザの分解能帯域幅１ＭＨｚの値に５ｄＢを加えた値を電界強度とすると規定されている。
中間周波数を４５５ｋＨｚとすると二つの搬送波の周波数差が９１０ｋＨｚであり、上記測定方法によって測定した場合、スペクトラムアナライザの分解能帯域幅の切り替えによる測定値の差が３ｄＢ以下になるため電界強度計の測定値に補正値が加えられることがない。しかも４５５ｋＨｚは多くの通信機で中間周波数として使用されているため、部品の入手が容易である。
【０００６】
【発明の効果】
送信側で複数の搬送波間の最大周波数偏移の差を、受信機のローパスフィルターのカットオフ周波数以上にすることで、受信機で複数の搬送波を一つの中間周波数に変換して合成できるので、受信状況に応じて搬送波を切り替えたり、受信状況を判定する手段が必要なくなり、周波数ダイバシティー通信機を低コストで実現できる。
本発明の受信機は一般的なスーパーヘテロダイン受信機と同じ構成であり、送信機と受信機でローカル発振器を共用できるため、特殊な部品を使用することなく回路構成が簡単な周波数ダイバシティー通信機が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１ Ａ】ビートの影響
【図１ Ｂ】本発明による受信機の中間周波数の状態
【図１ Ｃ】本発明によるビートの影響の除去原理
【図２】本発明による送信機の基本的な構成
【図３】本発明による受信機の基本的な構成
【図４ Ａ】本発明を従来のスーパーヘテロダイン受信機で実現した送信機及び受信機の構成
【図４ Ｂ】本発明を従来のスーパーヘテロダイン受信機で実現した送信機及び受信機の構成
【図５】受信機と送信機でローカル発振器を共用にできる本発明の送信機の構成
【図６】本発明による送信機の周波数スペクトラムの概略

Claims (2)

1. 周波数の異なる複数の搬送波を送信する送信機と、各搬送波を同じ中間周波数に周波数変換したのち合成し復調する受信機で構成される周波数ダイバシティー通信装置に於いて、送信機は共通のデジタルベースバンド信号によって周波数変調（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）する複数の周波数変調器を具備し、各周波数変調器の最大周波数偏移には一定の差を設け、その差は受信機のベースバンドフィルターの帯域以上とすることを特徴とする微弱電波通信装置。
2. 搬送波の周波数間隔の最低限は、搬送波の電界強度をスペクトラムアナライザで分解能帯域幅を１００ｋＨｚと１ＭＨｚに切り替えて測定したとき、その差が３ｄＢ以内になるようにした請求項１の微弱電波通信装置。

Images