JP3569897B2 - 無線送受信装置 - Google Patents

Description

【発明の利用分野】
本発明は、無線通信装置に利用される。
【従来技術】
無線通信で所望の通信距離を得るためには、希望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、これら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。
このフェージングの影響を軽減する手法の一つが周波数ダイバシティであり、周波数の違いによりフェージングの発生状況が異なることを利用して、複数の周波数の搬送波を送信し、これを選択あるいは合成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用いられている。これらの装置は、周波数ごとに受信回路（復調回路）が必要であり、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るなど装置が複雑になっていた。
これを解決する手段として、二つの搬送波を使用する周波数ダイバシティ通信装置において、第一の搬送波を周波数変換した中間周波数と第二の搬送波を周波数変換した中間周波数の変調における中心周波数の差が受信機ベースバンドフィルタのカットオフ周波数の１／２あるいはそれ以上になるように、搬送波周波数もしくは受信機のローカル周波数を設定し、二つの搬送波を中間周波数で合成した事例がある。
この場合、搬送波の切り替えや受信状況の判断などは必要ないが、上記中間周波数の中心周波数の差を一定に保つために発振回路に高い安定性が要求され、回路が複雑で高精度の部品を使用する必要があった。
【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、受信機に受信状況の判断手段や搬送波の切り替え手段を必要とせずに一つの復調回路で二つの搬送波を合成できる周波数ダイバシティ通信機を高精度の部品を使用せず簡単な回路で提供することである。
【問題を解決するための手段】
本発明では二つの搬送波を同時に受信して、それぞれを変調の中心周波数が同じ中間周波数に周波数変換して合成し復調している。すなわち互に逆極性に周波数変調された二つの搬送波の一方を上側ヘテロダイン、他方を下側ヘテロダインで同じ中間周波数に周波数変換するとで、二つの搬送波は変調極性が同じ一つの中間周波数になる。これを復調すれば、搬送波を選択回路が不要になるため切り替えの判断をすることもなく、また復調する前に合成しているので復調回路は一つでよい。
しかし二つ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、受信機のローカル周波数をｆ_ＬＯ＝（ｆ_１＋ｆ_２）／２とすると、受信機の中間周波数は｜ｆ_１−ｆ_ＬＯ１｜＝｜ｆ_２−ｆ_ＬＯ２｜＝ｆ_ＩＦとなる一つの中間周波数ｆ_ＩＦに変換される合成される。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正確にｆ_ＬＯ＝（ｆ_１＋ｆ_２）／２とすることは不可能であり、中間周波数は｜ｆ_１−ｆ_ＬＯ｜＝ｆ_ＩＦ１と｜ｆ_２−ｆ_ＬＯ｜＝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１図である。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。
従来技術で紹介している、中間周波数の中心周波数の差が受信機ベースバンドフィルタのカットオフ周波数の１／２あるいはそれ以上になるように、搬送波周波数もしくは受信機のローカル周波数を設定する手法は、このビートの影響を除去しようとするものである。
本発明ではこの中間周波数のビートの影響をなくすため、送信側で送信ベースバンド信号以外の第二のベースバンド信号により二つの搬送波に同一極性の周波数変調を行っている。
第２図は、本発明の送信機から出力する搬送波の周波数スペクトラムを概略的に表現したものである。送信信号である第一のベースバンド信号ｆ_ｓ１により周波数変調して変調極性が互に異なる二つの搬送波ｆ_１、ｆ_２を得る。これを第二のベースバンド信号ｆ_ｓ２で二つの搬送波とも同じ変調極性の周波数変調を行う。
第３図で原理を詳しく説明する。ここでは説明をわかりやすくするために第一のベースバンド信号による変調はないものとする。前述のように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としたとき、受信機の中間周波数｜ｆ_１−ｆ_ＬＯ｜＝ｆ_ＩＦ１と｜ｆ_２−ｆ_ＬＯ｜＝ｆ_ＩＦ２は周波数が同じで変調極性が逆になる。これは第二のベースバンド信号で同極性に周波数偏移ｆ_Ｄで周波数変調されている搬送波周波数ｆ_１とｆ_２の、一方を上側ヘテロダインで他方を下側ヘテロダインで周波数変換するためである。
第二のベースバンド信号の波形を方形波とすると、ビート周波数は｜ｆ_ＩＦ１−ｆ_ＩＦ２｜の瞬時周波数となるから、ｆ_Ｄの設定によってビート周波数は多くの時間でベースバンドフィルタの帯域外となり、これを除去できる。方形波の遷移時間は第一のベースバンド信号の周期に比較して非常に短いので、その間に発生するビートもベースバンドフィルタにより除去される。
また第４図では第一のベースバンド信号による変調と第二のベースバンド信号による変調が混在した様子を示している。ｆ_ＩＦ１とｆ_ＩＦ２は、第二のベースバンド信号による変調極性が互に逆であるから、復調されても第二のバースバンド信号は相殺されて出力には現れない。
フェージングによりどちらか一方の搬送波が大きく減衰し、一方のみ受信した場合でも第二のベースバンド信号による周波数変調の周波数偏移を、送信信号である第一の周波数変調の周波数偏移より小さくしておけば、復調された第二のベースバンド信号の振幅も小さくなり、ＦＳＫであればベースバンド信号をレベルコンパレータでデジタル信号に変換するのでこの影響を少なくできる。
アナログ通信の場合や多値ＦＳＫなど単純なレベルコンパレータが使用できない場合は、第二のベースバンド信号の周波数を受信機のベースバンドフィルタのカットオフ周波数以上に設定することでその影響を除去できる。
本発明では、中間周波数の変調における中心周波数の差は第二の周波数変調によって常に変動しており、中間周波数の差がベースバンド帯域内になることはあっても、瞬時的なものでありビートの影響を受けない。従って中間周波数の変調の中心周波数を高安定に維持する必要はなく、高精度の部品を使用せず回路の簡素化もできる。
【発明の実施例】
以下に本発明の一例を説明する。第５図は送信機の構成を示している。送信ベースバンド信号で周波数変調された中間周波数ｆ_ＩＦ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ｆ_ＬＯとすると、周波数変換器の出力にはｆ_ＬＯ±ｆ_ＩＦという二つの周波数が出力される。周波数変換によりｆ_ＬＯ−ｆ_ＩＦとｆ_ＬＯ＋ｆ_ＩＦという変調極性が互に逆になった二つの搬送波が得られる。
これに加えて周波数変換器のローカル信号を第二のベースバンド信号で周波数変調することにより、上記二つの搬送波は、第二のベースバンド信号による同極性の周波数変調が加えられる。
第６図は受信機の構成を示している。この構成自体は一般的なシングルスーパーヘテロダイン受信機とまったく同じである。二つの搬送波周波数をｆ_１、ｆ_２とし、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、送信ベースバンド信号は、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。逆に第二のベースバンド信号は、相殺され復調されない。
この受信機のローカル周波数は、第５図に示した送信機のローカル発振器と同じであるから、送信機と受信機でローカル発振回路を共用することができる。
【発明の効果】
二つの搬送波を一つの中間周波数に変換して合成したときに発生するビートの影響を除去できるため、受信状況に応じて搬送波を切替えたり、受信状況を判定する手段が必要ない周波数ダイバシティ通信機が実現できる。
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通信機が実現できる。
以下に本出願人が実施した具体的事例を紹介する。
第５図および第６図に示した送受信機の構成で、第一ベースバンド信号ｆ_ｓ１＝２５６Ｈｚ （ＦＳＫ５１２ｂｐｓ）、第二ベースバンド信号ｆ_ｓ２＝４ｋＨｚ方形波、送受信回路中間周波数ｆ_ｉｆ＝４．５ＭＨｚ、ローカル周波数ｆ_ＬＯ＝３１２．２４ＭＨｚ、搬送波ｆ_２＝３１６．７４ＭＨｚ、ｆ_１＝３０７．７４ＭＨｚ、第一の周波数変調の周波数偏移ｆ_Ｄ１＝２５ｋＨｚ、第二の周波数変調の周波数偏移ｆ_Ｄ２＝５ｋＨｚ、ベースバンドフィルタのカットオフ周波数を３００Ｈｚとした。
以上の設定によるフィールド実験でビートによる感度低下は発生せず、周波数ダイバシティを用いないときに比較して明らかな受信確率の向上が見られ、本発明の有効性が確認されている。
【図面の簡単な説明】
【第１図】ビートによる受信への影響
【第２図】搬送波のスペクトラム
【第３図】ビート除去の原理
【第４図】周波数偏移と復調特性の関係
【第５図】本発明の送信機の構成
【第６図】本発明の受信機の構成

Claims (4)

1. 周波数の異なる二つの搬送波を使用した周波数ダイバシティ機能を有する無線送受信装置であり、送信機と受信機が下記の機能を有する。
   １ 送信機
   送信機は、周波数の異なる第一および第二の搬送波を出力し、これらの搬送波を送信ベースバンド信号により互に逆極性に周波数変調する第一の周波数変調機能を有する。
   送信機は、上記変調に加えて送信信号以外の第二のベースバンド信号により上記二つの搬送波を同一極性で周波数変調する第二の周波数変調機能を有する。
   ２ 受信機
   受信機は、上記第一および第二の搬送波を変調の中心周波数が同じである中間周波数に周波数変換する。この周波数変換は、上記第一の周波数変調による変調極性が中間周波数に於いて同一になるようなローカル周波数で行う。
2. 前記第二のベースバンド信号は方形波とし、前記受信機で第一の搬送波を周波数変換して得られる第一の中間周波数と、第二の搬送波を周波数変換して得られる第二の中間周波数との瞬時周波数の差が、方形波のレベル遷移時間中を除いて受信ベースバンドフィルタのカットオフ周波数より高くなるように、前記第二の周波数変調の周波数偏移および受信機のローカル周波数を設定した請求項１の無線送受信装置。
3. 前記第二のベースバンド信号の周波数を、受信機のベースバンドフィルタのカットオフ周波数より高く設定した請求項１の無線送受信装置。
4. 前記第二の周波数変調は、前記第一の周波数変調よりも周波数偏移を小さくした請求項１の無線送受信装置。

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