JP4350860B2 - ディジタル通信システムにおける切り換え制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロホンから入力された音声信号等のアナログ信号をディジタル形式へ変換して送信するディジタル通信システムに使用する切り換え制御方法に関する。特に、この発明は、コントロール・ビットを用いて送信機と受信機との切り換えの同期を取るようにした切り換え制御方法に関するものであって、ビットレートを小さくして使用周波数帯域幅を小さくしたディジタル通信システムに適用して有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、ディジタル無線通信システムの一つであるワイヤレスマイクロホン・システムの構成の概要を示しており、必要なダイナミックレンジを確保するため、それに応じた精度のＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータを使用している。図１０において、送信側では、マイクロホン１から入力された音声信号を低周波増幅器２によってＡ／Ｄ変換に必要なだけ増幅し、分解能が例えば２０ビットのＡ／Ｄコンバータ３によってディジタル信号に変換した後、ディジタル信号処理部４によって所要の信号処理を行い、信号処理されたディジタル信号を変調器５によって変調して２０ビットのディジタル信号として受信側へ送信する。受信側では、受信したディジタル信号を増幅器６によって増幅してから復調器７によって元のディジタル信号へ復調し、これを信号処理部８によって処理した後、Ａ／Ｄコンバータ３と同じ分解能を持つＤ／Ａコンバータ９によってアナログ信号へ変換し、更に低周波増幅器１０によって増幅してからスピーカ１１から出力させる。
【０００３】
理論的には、Ａ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータに分解能が１６ビットのものを使用すると、ダイナミックレンジは９６ｄＢ程度となり、同様に、１８ビットで１０８ｄＢ、２０ビットで１２０ｄＢ、２４ビットで１４４ｄＢのダイナミックレンジを確保することができる。
【０００４】
しかし、実際には、ノイズ等の影響で、理論どおりのダイナミックレンジを確保することができず、分解能が１６ビットのＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータでは９０ｄＢ程度のダイナミックレンジしか得られないため、充分なダイナミックレンジを確保するためには、一層高精度のＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータを使用する必要があった。一方、Ａ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータのビット数を上げると精度は向上するものの、同時に、そのコストも上昇してしまう。そこで、特に量産向けのＣＤプレーヤ等に用いられるＤ／Ａコンバータを使用できれば、コストの低減に極めて有利である。
【０００５】
さらに、こうした無線通信システムにおいては、ビット数の増加はビットレートの増加に直結し、広い帯域幅を占有することになるので、充分なチャンネル数を確保することができないという重大な欠点を生じてしまう。したがって、限られた資源である周波数帯域を有効に利用するため、通信に使用し得るビットレートを可能な限り小さくし、使用周波数帯域幅を狭くすることが重要になる。
【０００６】
高精度のＡ／Ｄコンバータの使用によるコストの上昇を回避する対策として、この出願の出願人は平成１０年５月２９日に「高精度Ａ／Ｄ変換器」という名称の発明について特許出願を行い、精度の低い従って安価なＡ／Ｄコンバータを使用してもダイナミックレンジを拡張することができる手法を提案した（特開平１１−３４０８３１号公報参照）。
【０００７】
図１１は、上記「高精度Ａ／Ｄ変換器」の構成の一例を示しており、マイクロホンからのアナログ入力信号を２系統に分け、その一方の信号はＡ／Ｄコンバータ１２でディジタル信号に変換してから切り換え器１３に加えられ、他方の信号は増幅率が２mの増幅器１４で増幅された後、Ａ／Ｄコンバータ１５でディジタル信号へ変換され、更に、増幅率が２-mの増幅器１６で増幅されて切り換え器１３に加えられる。Ａ／Ｄコンバータ１２の出力レベルはレベル検出器１７にも印加されてＡ／Ｄコンバータ１２からの出力電力を検出する。これにより、予め決められたレベルを境として、切り換え器１３により、アナログ入力信号が大きいときにはＡ／Ｄコンバータ１２の出力を、アナログ入力信号が小さいときにはアナログ増幅器１６の出力をディジタル信号として取り出すようにする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、従来の通信システムの持つ上記の課題に鑑みて提案されたものであり、この発明の目的は、送信機でのアナログ入力信号のレベルに応じた切り換えに同期して受信機での切り換えを行わせる切り換え制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、
マイクロホンに入力される原アナログ信号をディジタル変換して送信ディジタル信号を生成する送信機と、前記送信ディジタル信号を受信して生成される受信ディジタル信号から原アナログ信号を再生する受信機とを含むディジタル通信システムにおける切り換え制御方法であって、
前記送信機から、前記送信ディジタル信号のレベルと所定のレベルとの比較結果に対応した情報を示す制御信号を含む前記送信ディジタル信号を送出するステップであって、前記原アナログ信号を二分し、二分された前記原アナログ信号の一方をディジタル変換して第一のディジタル信号を得る第一のディジタル化ステップと、二分された前記原アナログ信号の他方をアナログ増幅した後にディジタル変換して第二のディジタル信号を得る第二のディジタル化ステップとを含み、前記制御信号が、前記比較結果に基づいて前記第一のディジタル信号又は前記第二のディジタル信号を選択したことを示す信号であるステップと、
前記受信機において、前記送信ディジタル信号信号を受信して前記制御信号を抽出すると共に、前記受信ディジタル信号から原アナログ信号を再生するステップと、
を備え、
前記受信機が、抽出された前記制御信号に基づいて、前記受信ディジタル信号から再生された前記アナログ信号をアナログ増幅する径路とアナログ増幅しない径路とを選択的に切り換えるよう動作することを特徴とする切り換え制御方法、
を提供する。
【００１０】
請求項２の発明は、選択する前記ステップが、前記制御信号に応じて、前記受信ディジタル信号をアナログ信号へ変換する径路と、前記受信ディジタル信号をアナログ信号へ変換した後にアナログ増幅する径路とのいずれかに前記受信ディジタル信号を選択的に供給するステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、選択する前記ステップが、前記制御信号に応じて、前記受信ディジタル信号をディジタル増幅する径路とディジタル増幅しない径路とのいずれかを選択するステップを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４の発明は、
マイクロホンに入力される原アナログ信号をディジタル変換して送信ディジタル信号を生成する送信機と、前記送信ディジタル信号を受信して生成される受信ディジタル信号から原アナログ信号を再生する受信機とからなるディジタル通信システムにおける切り換え制御方法であって、
前記送信機から、前記送信ディジタル信号のレベルと所定のレベルとの比較結果に対応した情報を示す制御信号を含む前記送信ディジタル信号を送出するステップであって、前記制御信号が、前記送信ディジタル信号と、前記送信ディジタル信号をディジタル増幅した後のディジタル信号とのいずれが選択されたかを示すステップと、
前記受信機において、前記受信ディジタル信号を受信して前記制御信号を抽出し、抽出された前記制御信号に基づいて、前記受信ディジタル信号をディジタル増幅する径路とディジタル増幅しない径路とのいずれかを選択するステップと、
を備える
ことを特徴とする切り換え制御方法、
を提供する。
【００１３】
請求項５の発明は、前記ディジタル通信システムがディジタル無線通信システムであることを特徴とする。
請求項６の発明は、前記制御信号が誤り検出ビットを含み、前記受信機において誤りを検出した際に、誤った前記制御信号を含む前記受信ディジタル信号を使用せず、直近の前記受信ディジタル信号を再度使用することを特徴とする。
【００１４】
この発明に係る切り換え制御方法はワイヤレスマイクロホン等のディジタル無線通信システムに適用して有効である。また、前記制御信号に誤り検出ビットを含ませることにより、受信機において誤りを検出した際には、誤った制御信号を含む受信ディジタル信号を使用せず、直近の受信ディジタル信号を再度使用するようにして、大きなノイズの発生を防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図９を参照しながら、この発明に係る切り換え制御方法の若干の実施の形態を説明する。まず、図１〜図３を用いて、この発明に係る切り換え制御方法の第一の実施の形態を説明する。この第一の実施の形態は、図１に示す送信機と図２又は図３に示す受信機とからなるディジタル通信システムにおいて使用される。図１において、アナログ入力信号が加えられるマイクロホン２１の出力はアナログ増幅器２２によって増幅された後に二分され、その一方は第一のＡ／Ｄコンバータ２３へ、他方はアナログ増幅器２４を介して第二のＡ／Ｄコンバータ２５へそれぞれ印加される。アナログ増幅器２４の増幅率はｉデシベル（例えば２４ｄＢ）であり、第一のＡ／Ｄコンバータ２３及び第二のＡ／Ｄコンバータ２５の分解能はｊビット（例えば１６ビット）である。
【００１６】
なお、Ａ／Ｄコンバータとしてステレオ信号処理のために製造されたものが入手可能なので、ステレオ用のＡ／Ｄコンバータの左チャンネルを第一のＡ／Ｄコンバータ２３に、右チャンネルを第二のＡ／Ｄコンバータ２５に使用すると、効率的に部品を使用することが可能になる。
【００１７】
第一のＡ／Ｄコンバータ２３及び第二のＡ／Ｄコンバータ２５の出力は電力レベル検出器２６にそれぞれ加えられると共に、第一のＡ／Ｄコンバータ２３の出力は切り換え器２７の第一の固定接点２７１に接続され、第２のＡ／Ｄコンバータ２５の出力は切り換え器２７の第二の固定接点２７２に接続される。切り換え器２７の可動接点２７３は送信信号処理部２８に接続され、送信信号処理部２８の出力はディジタル変調器２９により変調された後、アンテナから送信される。第一のＡ／Ｄコンバータ２３及び第二のＡ／Ｄコンバータ２５はそれぞれｊビット（例えば１６ビット）の分解能を有する。
【００１８】
電力レベル検出器２６は第一のＡ／Ｄコンバータ２３の出力電力レベルを検出して切り換え器２７の動作を制御する制御データを出力する。即ち、電力レベル検出器２６は、第一のＡ／Ｄコンバータ２３の出力電力が所定の電力レベルよりも高いときには切り換え器２７の第一の固定接点２７１を可動接点２７３に接続させ、第一のＡ／Ｄコンバータ２３の出力電力が所定の電力レベルよりも低くなったときには切り換え器２７の第二の固定接点２７２を可動接点２７３に接続させるように、制御データによって切り換え器２７の動作を制御する。こうして、アナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも小さいときには、アナログ増幅器２４で増幅してレベルアップされた信号をＡ／Ｄ変換する。
【００１９】
電力レベル検出器２６は、上記のように切り換え器２７の切り換え動作を制御すると共に、送信信号処理部２８に対して、マイクロホン２１に加えられたアナログ入力信号が所定のレベルよりも大きいか小さいかを示す信号、換言すれば、第一のＡ／Ｄコンバータ２３と第二のＡ／Ｄコンバータ２５のいずれが選択されたかを示す選択信号を送る。この選択信号に応答して、送信信号処理部２８は第一のＡ／Ｄコンバータ２３の出力又は第二のＡ／Ｄコンバータ２５の出力であるディジタル信号に、上記選択信号に対応したコントロール・ビットを付加するように動作する。
【００２０】
図２は、送信信号処理部２８から出力される送信ディジタル信号の構成の一例を示している。送信ディジタル信号は、データの同期を取るために付加されていてデータの先頭とみなされる部分であるフレーム部ＵＷと、コントロール・ビットＣと、少なくとも一つのデータＤ１、Ｄ２、・・・・と、データ部間に配置されたパリティ・ビットＰとからなる。
【００２１】
フレーム部ＵＷと先頭のデータＤ１との間に挿入されるコントロール・ビットＣは、実際に通信径路上で発生するビット誤りを考慮して信頼性を向上させるために、２ビットとすることが望ましい。したがって、例えば、コントロール・ビットＣは、電力レベル検出器２６が第一のＡ／Ｄコンバータ２３の出力を選択するため可動接点２７３を第一の固定接点２７１と接続させるよう切り換え器２７を動作させたときには論理「１１」であり、逆に、電力レベル検出器２６が第二のＡ／Ｄコンバータ２５の出力を選択するため可動接点２７３を第二の固定接点２７２と接続させるよう切り換え器２７を動作させたときには論理「００」である。
【００２２】
送信信号受信部２８においてコントロール・ビットＣが付加されて図２の信号フォーマットを持つように処理された送信ディジタル信号は、ディジタル変調器２９によって所定のディジタル変調方式にしたがって変調されて送信アンテナから送信される。
【００２３】
、図３は、この発明に係る切り換え制御方法の第一の実施の形態が使用される受信機の構成を概略的に示している。図１の送信機から送信された信号は受信アンテナで受信されてディジタル復調器３１に入力され、送信ディジタル信号に対応する受信ディジタル信号に復調されて受信信号処理部３２に加えられる。受信信号処理部３２は受信ディジタル信号の中のコントロール・ビットＣを検出して切り換え器３４（後述する）の動作を制御すると共に、フレーム部ＵＷ，コントロール・ビットＣ及びパリティ・ビットＰが除去された受信ディジタル信号をＤ／Ａコンバータ３３に加える。これによりＤ／Ａコンバータ３３は図１の送信機のマイクロホン２１に加えられたアナログ入力信号に対応するアナログ信号を出力して切り換え器３４に加える。Ｄ／Ａコンバータ３３の分解能は、送信側のＡ／Ｄコンバータ２３、２５と同じｊビット（例えば１６ビット）である。
【００２４】
切り換え器３４はＤ／Ａコンバータ３３の出力に接続された可動接点３４１と、第一の固定接点３４２と、−ｉデシベル（例えば−２４ｄＢ）の増幅率を有するアナログ増幅器３５の入力に接続された第二の固定接点３４３とを有する。そこで、受信信号処理部３２は、受信ディジタル信号の中のコントロール・ビットＣが論理「１１」であることを検出したときには、可動接点３４１を第一の固定接点３４２と接続させ、受信ディジタル信号中のコントロール・ビットＣが論理「００」であることを検出したときには、可動接点３４１を第二の固定接点３４３と接続させるように切り換え器３４を制御する制御データを切り換え器３４に対して送る。
【００２５】
こうして、送信機から送られたコントロール・ビットＣに応じて、Ｄ／Ａコンバータ３３から出力されたアナログ信号は直接に又はアナログ増幅器３５を介してアナログ増幅器３６に供給され、そこで更に増幅されてスピーカ３７から出力される。
【００２６】
以上のように、マイクロホン２１に加えられるアナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも大きいか小さいかを電力レベル検出器２６で検出する。アナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも大きいときには、第一のＡ／Ｄコンバータ２３から出力されるディジタル信号と論理「１１」のコントロール・ビットＣとを含むディジタル信号が受信側へ送信され、受信側では、受信信号処理部３２がコントロール・ビットＣが論理「１１」であることを検出して切り換え器３４の可動接点３４１を第一の固定接点３４２と接続させる。
【００２７】
一方、送信側の電力レベル検出器２６がアナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも小さいことを検出したときには、増幅率がｉデシベルのアナログ増幅器２４によってアナログ入力信号を増幅してレベルを上げた後で第二のＡ／Ｄコンバータ２５によってＡ／Ｄ変換してから送信する。同時に、レベルを上げたアナログ信号をディジタル化して送信したことを示す論理「００」のコントロール・ビットＣを受信側へ送信する。受信側では、受信ディジタル信号に含まれるコントロール・ビットＣが論理「００」であることを受信信号処理部３２で検出し、切り換え器３４の可動接点３４１を第二の固定接点３４３と接続させる。これにより、Ｄ／Ａコンバータ３３から出力されたアナログ信号を増幅率−ｉデシベルのアナログ増幅器３５で増幅して元のアナログ入力信号のレベルに対応するレベルに戻す。
【００２８】
こうして、例えば、分解能が１６ビットのＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータを使用したときには、分解能が２０ビットのＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータを使用したときと同じ効果を得ることができる。したがって、通常の２０ビットのコンバータを使用するときに占有する広い帯域に比較して、１６ビット分の帯域＋コントロール・ビット分の帯域を占有するだけで済むので、この発明は周波数帯域の効率的利用に極めて有効である。
【００２９】
以上、説明したように、この発明に係る切り換え制御方法の第一の実施の形態においては、送信機から、マイクロホン２１に入力されるアナログ信号のレベルが所定のレベルよりも大きいか小さいかに応じて、二つのＡ／Ｄコンバータのうちのどちらが選択されたかを示すコントロール・ビットＣ、換言すると、マイクロホンに入力されたアナログ信号を増幅した信号であるか否かを示すコントロール・ビットＣを、アナログ信号をディジタル信号へ変換した信号と共に送出する。受信機においては、復調されたディジタル信号からコントロール・ビットを抽出し、このコントロール・ビットを用いて、再生されたアナログ信号を増幅する径路と増幅しない回路のいずれかを選択するよう切り換え器を制御する。
【００３０】
図３に示す受信機においては、送信機の切り換え器２７の切り換え動作に連動して受信機の切り換え器３４を切り替えるタイミングが重要である。送信側ではアナログ入力信号をディジタル変換したディジタル信号とコントロール・ビットとが同じタイミングで出力されるが、受信機においては、Ｄ／Ａコンバータ３３で発生する遅延のために、Ｄ／Ａコンバータ３３からアナログ信号が出力されるタイミングと受信信号処理部３２から制御データが出力されるタイミングとがずれることがある。こうしたタイミングのずれが生じると、タイミングのずれに起因する大きなノイズがＤ／Ａコンバータ３３の出力アナログ信号に発生することになる。また、図３の受信機においてはアナログ信号の領域で切り換えを行っているので、スイッチング・ノイズの発生は避けられない。
【００３１】
図４の（ａ）は、切り換え器３４の可動接点３４１が第二の固定接点３４３から第一の固定接点３４２へ切り換わる場合の、（ｂ）は、切り換え器３４の可動接点３４１が第一の固定接点３４２から第二の固定接点３４３へ切り換わる場合の、上記のタイミングのずれに起因するノイズの発生を示す図である。同図の（ａ）及び（ｂ）において、ｔ１は受信信号処理部３２から制御データが出力されるタイミング、ｔ２はＤ／Ａコンバータ３３からアナログ信号が出力されるタイミング、ｔはこうしたタイミングのずれを生じるＤ／Ａコンバータ３３における遅延時間を示している。これは、切り換え器３４が受信信号処理部３２からの制御データに応じて切り換え動作を行うとき、Ｄ／Ａコンバータ３３において遅延時間ｔだけの遅延が生じると、制御データによって切り換え器３４が行う切り換え動作の方が、Ｄ／Ａコンバータ３３の出力アナログ信号が切り換え器３４に到着する時点よりの遅延時間ｔだけ早く生じることを意味する。したがって、図４の（ａ）の場合には、タイミングｔ１とタイミングｔ２との間の遅延時間ｔの期間には、アナログ増幅器３５によって増幅されるべきアナログ信号が存在したにも拘わらず、そうした信号は増幅されないままに出力されてしまうことになる。そのため、図４の（ａ）に示すように、適正レベルよりも小さな出力が瞬間的に発生してしまい、ノイズを生じる結果となる。
【００３２】
図４の（ｂ）の場合の同様であって、遅延時間ｔの期間には、アナログ増幅器３５によって増幅されてはならない信号がＤ／Ａコンバータ３３から出力されるが、切り換え器３４がそれよりも遅延時間ｔだけ早く動作してしまうので、実際にはアナログ増幅器３５によって増幅され、適正なレベルよりも大きな出力が瞬間的に生じてしまい、ノイズを生じる。
【００３３】
こうした切り換えノイズの発生は、受信機での切り換えをディジタル信号の領域で行うようにした、この発明に係る切り換え制御方法の第二の実施の形態によって解消される。この第二の実施の形態は、図１に示す送信機と図５に示す受信機とからなるディジタル通信システムにおいて使用される。なお、図１の送信機の構成及び動作については既に説明したので、重ねて説明しないこととし、以下、図５の受信機の構成と動作について詳述する。
図５に示す受信機において、送信機から送出されたディジタル信号は受信アンテナで受信されてディジタル復調器４１に入力され、送信ディジタル信号に対応する受信ディジタル信号に復調されて受信信号処理部４２に加えられる。受信信号処理部４２は受信ディジタル信号の中のフレーム部ＵＷ、コントロール・ビットＣ及びパリティ・ビットＰを除去して受信ディジタル信号を切り換え器４３の可動接点４３１に供給される。切り換え器４３の第一の固定接点４３２は第一のＤ／Ａコンバータ４４の入力と接続され、第二の固定接点４３３は第二のＤ／Ａコンバータ４５の入力と接続される。こうして、切り換えをディジタル信号の領域で行う構成とする。第一のＤ／Ａコンバータ４４の出力は結合器４６を介して、また、第二のＤ／Ａコンバータ４５の出力はアナログ増幅器４７によって増幅された後に結合器４６を経て、それぞれアナログ増幅器４８の入力に印加され、そこで増幅されてからスピーカ４９から出力される。
【００３４】
図５の受信機の受信信号処理部４２は、図１の送信機から送られたコントロール・ビットＣがアナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも大きくて第一のＡ／Ｄコンバータ２３の出力を選択したことを示すとき、可動接点４３１を第一の固定接点４３２と接続するよう切り換え器４３の動作を制御する。そこで、第一のＤ／Ａコンバータ４４の出力が結合器４６を介してアナログ増幅器４８に印加される。一方、図１の送信機から送られたコントロール・ビットＣがアナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも小さくて第二のＡ／Ｄコンバータ２５の出力を選択したことを示すとき、受信信号処理部４２は可動接点４３１を第二の固定接点４３３と接続するよう切り換え器４３の動作を制御する。そこで、第二のＤ／Ａコンバータ４５の出力がアナログ増幅器４５及び結合器４６を介してアナログ増幅器４８に印加される。
【００３５】
図５の受信機はこのように構成されているため、図３の受信機におけるＤ／Ａコンバータ３３による遅延に起因するタイミングのずれの問題は解消されるので、タイミングのずれが原因となってノイズが発生することはなくなる。その代り、受信機に二つのＤ／Ａコンバータを使用することが必要になるが、ステレオ方式用のＤ／Ａコンバータを採用してそのＬチャンネルとＲチャンネルとを利用することにより、コスト的に不利になることは実際にはない。
【００３６】
以上説明したように、この発明に係る切り換え制御方法の第二の実施の形態においては、送信機から、マイクロホン２１に入力されるアナログ信号のレベルが所定のレベルよりも大きいか小さいかに応じて、二つのＡ／Ｄコンバータのうちのどちらが選択されたかを示すコントロール・ビットＣ、換言すると、マイクロホンに入力されたアナログ信号を増幅した信号であるか否かを示すコントロール・ビットＣを、アナログ信号をディジタル信号へ変換した信号と共に送出する。受信機においては、コントロール・ビットを抽出し、このコントロール・ビットを用いて、復調されたディジタル信号をアナログ信号に変換した後に増幅して出力する径路とアナログ信号へ変換した後にそのまま出力する径路のいずれかを選択するよう切り換え器を制御する。
【００３７】
上で説明した第二の実施の形態においては、図１に示す送信機におけるアナログ増幅器２４の増幅率（ｉデシベル）と図３及び図５に示す受信機におけるアナログ増幅器３５、４７の減衰率（ｉデシベル）とが一致すること、換言すると、送信機のアナログ増幅器２４で増幅した分だけ受信機のアナログ増幅器３５、４７で減衰させすることを前提としている。しかし、実際には、こうした送信機及び受信機のアナログ増幅器の精度にはばらつきがあり、送信機のアナログ増幅器の増幅率と受信機のアナログ増幅器の減衰率とが正確に対応していない。このため、受信機で切り換えノイズが発生することは回避できない。
【００３８】
例えば、図１の送信機と図３の受信機とを考察すると、送信機のアナログ増幅器２４の増幅率の方が受信機のアナログ増幅器３５の減衰率よりも大きい場合には、アナログ増幅器３５の出力側即ち図３の径路ｘにおけるアナログ信号の振幅は正規の値よりも小さくなる。一方、切り換え器３４の第一の固定接点３４２からアナログ増幅器３６へ到る径路ｙではこうした問題は生じないため、径路ｙでの正規の値が出力される。従って、こうした場合には、径路ｘと径路ｙとのアナログ信号の振幅に差が生じることになる。しかも、こうした振幅の差は切り換え時に瞬時に発生するため、出力レベルの急激な変化を生じさせる。図６の（ａ）はこうした場合に生じるレベル変化を概略的に示しており、時点ｔに受信機の切り換え器３４の可動接点３４１が第二の固定接点３４３から第一の固定接点３４２へ切り換わったとして、時点ｔまでは径路ｘにおけるアナログ信号を、時点ｔ以後は径路ｙにおけるアナログ信号を示しており、時点ｔにアナログ信号の振幅がｍボルトだけ上昇したことを示している。同様に、図６の（ｂ）は、送信機のアナログ増幅器２４の増幅率の方が受信機のアナログ増幅器３５の減衰率よりも小さい場合にも、切り換え器３４の動作時点ｔにアナログ信号の振幅にｎボルトの変化が生じて切り換えノイズが発生することを示している。
【００３９】
こうした切り換えノイズの発生という問題は、送信機のアナログ増幅器２４と受信機のアナログ増幅器３５、４７として、増幅率と減衰率が正確に対応したものを使用することにより解消されるが、これは現実には不可能であり、増幅率の減衰率とをできるだけ正確に対応させようとすると、精度の高いアナログ増幅器を設計する必要があるため、実現が困難だったり、高価な部品を採用せざるを得なかったりする。
【００４０】
上記の切り換えノイズの発生は、切り換えにクロスフェード特性を持たせることによって或る程度は解決される。これは受信信号処理部３２、４２でのディジタル信号処理によってソフトウェア的に実現することができる。しかし、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）等のハードウェアを用いてクロスフェード特性を実現する場合には、多くの論理演算（積和演算）が含まれるため、回路規模が極めて大きくなってしまう。
【００４１】
こうした問題は、この発明に係る切り換え制御方法の第三の実施の形態によって解決される。この第三の実施の形態は、図１に示す送信機と図７に示す受信機とディジタル通信システムにおいて使用される。なお、図１に示す送信機の構成と動作については既に説明したので、ここで重複して説明しないこととし、以下、図７の受信機の構成と図１の送信機からの信号を受信したときの動作について詳細に説明する。
【００４２】
図１の送信機から送信された信号は受信アンテナで受信されてディジタル復調器５１に入力され、送信ディジタル信号に対応する受信ディジタル信号に復調されて受信信号処理部５２に加えられる。受信信号処理部５２は、切り換え器５３の動作を制御するため受信ディジタル信号の中のコントロール・ビットＣを取り出すと共に、受信ディジタル信号に含まれるフレーム部ＵＷ、コントロール・ビットＣ及びパリティ・ビットＰを除去したディジタル信号を出力する。
【００４３】
受信信号処理部５２の出力は切り換え器５３の可動接点５３１に接続される。切り換え器５３の第一の固定接点５３２はＤ／Ａコンバータ５４の入力に接続され、切り換え器５３の第二の固定接点５３３はディジタル増幅器５５の入力に接続される。Ｄ／Ａコンバータ５４は印加されたディジタル信号を送信機のマイクロホン２１に加えられたアナログ入力信号に対応するアナログ信号へ変換し、これをアナログ増幅器５６に加える。アナログ増幅器５６によって増幅されたアナログ信号はスピーカ５７から出力される。
【００４４】
図７の受信機におけるディジタル増幅器５５の増幅率は−ｉデシベル、即ち減衰率はｉデシベルであり、したがって、送信機のアナログ増幅器２４の増幅率の受信機のディジタル増幅器１４の減衰率とは同じ値である。Ｄ／Ａコンバータ５４の分解能は、送信側のＡ／Ｄコンバータ２３、２５よりも精度の高いｋビット（例えば２０ビット）である。
【００４５】
受信信号処理部５２は、受信ディジタル信号の中のコントロール・ビットＣが論理「１１」であることを検出したときには、可動接点５３１を第一の固定接点５３２と接続させ、受信ディジタル信号中のコントロール・ビットＣが論理「００」であることを検出したときには、可動接点５３１を第二の固定接点５３３と接続させるように切り換え器５３を制御する制御データを切り換え器５３に対して送る。
【００４６】
こうして、送信機から送られたコントロール・ビットＣに応じて、受信信号処理部５２から出力されたディジタル信号は直接に又はディジタル増幅器５５を介してＤ／Ａコンバータ５４に供給され、そこでアナログ信号へ変換される。
【００４７】
以上のように、マイクロホン２１に加えられるアナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも大きいか小さいかを電力レベル検出器２６で検出する。アナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも大きいときには、第一のＡ／Ｄコンバータ２３から出力されるディジタル信号と論理「１１」のコントロール・ビットＣとを含むディジタル信号が受信側へ送信され、受信側では、受信信号処理部５２がコントロール・ビットＣが論理「１１」であることを検出して切り換え器５３の可動接点５３１を第一の固定接点５３２と接続させる。
【００４８】
一方、送信側の電力レベル検出器２６がアナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも小さいことを検出したときには、増幅率がｉデシベルのアナログ増幅器２４によってアナログ入力信号を増幅してレベルを上げた後で第二のＡ／Ｄコンバータ２５によってＡ／Ｄ変換してから送信する。同時に、レベルを上げたアナログ信号をディジタル化して送信したことを示す論理「００」のコントロール・ビットＣを受信側へ送信する。受信側では、受信ディジタル信号に含まれるコントロール・ビットＣが論理「００」であることを受信信号処理部５２で検出し、切り換え器５３の可動接点５３１を第二の固定接点５３３と接続させる。これにより、受信信号処理部５２から出力されたディジタル信号を減衰率ｉデシベルのディジタル増幅器５５で減衰させてからＤ／Ａコンバータ５４によって元のアナログ信号へ変換する。
【００４９】
以上説明したように、この発明に係る切り換え制御方法の第三の実施の形態においては、送信機から、マイクロホン２１に入力されるアナログ信号のレベルが所定のレベルよりも大きいか小さいかに応じて、二つのＡ／Ｄコンバータのうちのどちらが選択されたかを示すコントロール・ビットＣ、換言すると、マイクロホンに入力されたアナログ信号を増幅した信号であるか否かを示すコントロール・ビットＣを、アナログ信号をディジタル信号へ変換した信号と共に送出する。受信機においては、コントロール・ビットを抽出し、このコントロール・ビットを用いて、復調されたディジタル信号を増幅してからアナログ信号へ変換する径路と復調されたディジタル信号をそのままアナログ信号へ変換する径路のいずれかを選択するよう切り換え器を制御する。
【００５０】
このように、この第三の実施の形態においては、受信機での切り換えをディジタル領域で行うようにしたので、受信機のディジタル増幅器５５の減衰率にばらつきが生じることがない。しかも、例えば、送信機におけるＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータは受信機のＤ／Ａコンバータよりも精度の低いものを使用するので、システム全体としてはコストが低減される。しかも、無線通信径路においては、ｊビット分の帯域＋コントロール・ビット分の帯域を占有するだけで済むので、ｊビットのＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータを使用したときに近いビットレートで通信を行うことができ、占有する周波数帯域を狭くすることができる。
【００５１】
しかしながら、送信機においてはアナログ増幅器２４を使用する以上、規定どおりの増幅率を有するアナログ増幅器を採用することは困難である。したがって、線路損失を無視することができるとしても、送信機において、アナログ増幅器２４に例えば２４ｄＢの増幅器を使用した場合、Ａ／Ｄコンバータ２３の入力とＡ／Ｄコンバータ２５の入力との信号レベルの差は、厳密には２４ｄＢにならず、これらＡ／Ｄコンバータからの出力間にアンバランスが生じる。
【００５２】
したがって、受信機の側で単に２４ｄＢの減衰を行うだけでは、こうした送信機側で生じたアンバランスがそのまま受信機側に反映され、切り換え器５３の動作時に信号レベルが大きく変動する。例えば、送信機のアナログ増幅器の増幅率が規定の２４ｄＢよりも大きい場合、受信機の切り換え器５３の可動接点５３１が第一の固定接点５３２から第二の固定接点５３３へ切り換わった時点ｔには、図８の（ａ）に示すような信号レベルの上昇が現れ、逆に、送信機のアナログ増幅器の増幅率が規定の２４ｄＢよりも小さい場合には、受信機の切り換え器５３の可動接点５３１が第一の固定接点５３２から第二の固定接点５３３へ切り換わった時点ｔには、図８の（ｂ）に示すような信号レベルの下降が現れる。いずれにしても、こうした信号レベルの急変は、受信機にノイズを発生させる。
【００５３】
更に、送信機のマイクロホン２１からＡ／Ｄコンバータ２３に到る径路とマイクロホン２１からＡ／Ｄコンバータ２５に到る径路との間に位相差が生じるので、この位相差に起因して受信機にノイズが発生するという問題もある。
【００５４】
この問題は、この発明に係る切り換え制御方法の第四の実施の形態によって解決される。この第四の実施の形態は、図９に示す送信機と図７に示す受信機とからなるディジタル通信システムにおいて使用される。図７に示した受信機の構成と動作については既に説明したので、ここで重複して説明しないこととし、以下、図９の送信機の構成と動作について詳細に説明する。
【００５５】
図９の送信機において、マイクロホン６１はアナログ増幅器６２に接続され、アナログ増幅器６２の出力はＡ／Ｄコンバータ６３に与えられる。Ａ／Ｄコンバータ６３の分解能は図７の受信機で使用されるＤ／Ａコンバータ５４と同じであって、例えば２０ビットである。Ａ／Ｄコンバータ６３の出力は切り換え器６４の固定接点６４１及び電力レベル検出器６５に与えられる。切り換え器６４の第一の固定接点６４２は送信信号処理部６６に接続され、切り換え器６４の第二の固定接点６４３はディジタル増幅器６７を介して送信信号処理部６６接続される。ディジタル増幅器６７の増幅率は受信機のディジタル増幅器５５の減衰率と同じ値である。送信信号処理部６６の出力は変調器６８によってディジタル変調され、アンテナから送信される。こうして送信されたディジタル信号を図７の受信機で受信する。
【００５６】
電力レベル検出器６５はＡ／Ｄコンバータ６３の出力電力レベルを検出して切り換え器６４の動作を制御する制御データを出力する。即ち、電力レベル検出器６５は、Ａ／Ｄコンバータ６３の出力電力が所定の電力レベルよりも高いときには切り換え器６４の可動接点６４１を第一の固定接点６４２に接続させ、Ａ／Ｄコンバータ６３の出力電力が所定の電力レベルよりも低くなったときには切り換え器６４の可動接点６４１を第二の固定接点６４３に接続させるように、制御データによって切り換え器６４の動作を制御する。こうして、アナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも小さいときには、ディジタル増幅器６７で増幅してレベルアップされた信号を送信信号処理部６６に供給する。
【００５７】
電力レベル検出器６５は、上記のように切り換え器６４の切り換え動作を制御すると共に、送信信号処理部７に対して、マイクロホン１に加えられたアナログ入力信号が所定のレベルよりも大きいか小さいかを示す信号、換言すれば、第一の固定接点６４２と第二の固定接点６４３のいずれが選択されたかを示す選択信号を送る。この選択信号に応答して、送信信号処理部６６はＡ／Ｄコンバータ６３からの直接の出力又はＡ／Ｄコンバータ６３の出力をディジタル増幅した信号に、上記選択信号に対応したコントロール・ビットＣを付加して送信ディジタル信号を作成するように動作する。
【００５８】
このように、図９の送信機と図７の受信機とからなる通信システムは、アナログ入力信号のレベルに応じた切り換えや信号増幅をディジタル信号の領域で行うので、送信機と受信機とで増幅器の増幅率のずれや、増幅器における位相ずれに起因するノイズが発生することがなくなる。
【００５９】
以上説明したように、この発明に係る切り換え制御方法の第四の実施の形態においては、送信機から、マイクロホンに入力されたアナログ信号をディジタル変換して得たディジタル信号のレベルが所定のレベルよりも大きいか小さいかを示すコントロール・ビットを、このディジタル信号と共に送出する。受信機においては、コントロール・ビットを抽出し、このコントロール・ビットを用いて、復調されたディジタル信号を増幅してからアナログ信号へ変換する径路と復調されたディジタル信号をそのままアナログ信号へ変換する径路のいずれかを選択するよう切り換え器を制御する。
【００６０】
上で説明した第四の実施の形態においては、送信機のＡ／Ｄコンバータ６３に内部ノイズが発生するため、実際に確保することができるダイナミックレンジが理論上実現可能なダイナミックレンジよりも狭くなってしまうことが考えられる。例えば、１６ビットの分解能のコンバータを使うと、理論上は９６ｄＢのダイナミックレンジを確保できるが、実際には９０ｄＢ程度である。同様に、分解能が２０ビットのコンバータで、理論上のダイナミックレンジは１２０ｄＢであるが、実際のダイナミックレンジは１０８ｄＢ程度であり、２４ビットのもので理論上は１４４ｄＢであるが実際のダイナミックレンジは１２０ｄＢ程度になってしまう。一方、受信機のＤ／Ａコンバータ５４によるダイナミックレンジに対する影響は少ない。
【００６１】
そこで、送信機のＡ／Ｄコンバータ６３の方が受信機のＤ／Ａコンバータ５４よりも精度を高くすることにより、所望のダイナミックレンジを確保することができる。例えば、受信機のＤ／Ａコンバータ５４の分解能を２０ビットとしたとき、送信機のＡ／Ｄコンバータ６３に２４ビットの分解能を持つものを使用することによって１２０ｄＢのダイナミックレンジを実現することが可能になる。
【００６２】
以上、この発明に係る切り換え制御方法の若干の実施の形態を無線通信システムにおいて実現する場合について説明してきたが、無線に限られる訳ではなく、この発明は有線通信システムにおいても実現可能である。
【００６３】
また、この発明に係る切り換え制御方法において、送信機において送信ディジタル信号のレベルが比較される所定のレベルは一つの値である必要はない。例えば、送信ディジタル信号が或るレベルの付近を上下するような場合には、頻繁に切り換えが行われる。これを防止するために、切り換えレベルにヒステリスを持たせることができる。例えば、図１において、切り換え器２７の可動接点２７３が第一の固定接点２７１から第二の固定接点２７２へ切り換わる際の第一のレベルと、可動接点２７３が第二の固定接点２７３から第一の固定接点２７２へ切り換わる際の第二のレベルとを別個の値に設定することにより、送信ディジタル信号の変動による頻繁な切り換えを防止することができる。
【００６４】
更に、コントロール・ビットＣが「１０」又は「０１」のように誤りを含む場合には、受信機において、増幅してはならないのに増幅したり、逆に、増幅すべきである信号を増幅しなかったりする不都合が発生する。その結果、急激なレベル変化が生じ、大きなノイズが発生することになりかねない。これを防止するため、この発明に係る切り換え制御方法においては、受信機においてコントロール・ビットに誤りがあることを検出した際には、その直近の受信ディジタル信号を使用するようにすることが望ましい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したところから明らかなとおり、この発明は、送信機でのアナログ入力信号に応じた切り換えに同期して受信機での切り換えを正確に制御し、且つ、切り換えの際にノイズが発生することがないという格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る切り換え制御方法の第一の実施の形態に使用される送信機の構成を概略的に示す図である。
【図２】 図１に示す送信機から送出されるディジタル信号のフォーマットを示す図である。
【図３】 この発明に係る切り換え制御方法の第一の実施の形態に使用される受信機の構成を概略的に示す図である。
【図４】 （ａ）及び（ｂ）は、図３に示す受信機における切り換えノイズの発生を説明するための図である。
【図５】 この発明に係る切り換え制御方法の第二の実施の形態に使用される受信機の構成を概略的に示す図である。
【図６】 （ａ）及び（ｂ）は、図５に示す受信機における切り換えノイズの発生を説明するための図である。
【図７】 この発明に係る切り換え制御方法の第三の実施の形態に使用される受信機の構成を概略的に示す図である。
【図８】 （ａ）及び（ｂ）は、図７に示す受信機における切り換えノイズの発生を説明するための図である。
【図９】 この発明に係る切り換え制御方法の第四の実施の形態に使用される送信機の構成を概略的に示す図である。
【図１０】 従来の無線通信システムの構成を概略的に示す図である。
【図１１】 この出願の出願人が既に提案したＡ／Ｄコンバータの構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
２１：マイクロホン、 ２４：アナログ増幅器、 ２３、２５：Ａ／Ｄコンバータ、 ２６：電力レベル検出器、 ２７：切り換え器、 ２８：送信信号処理部、 ３２：受信信号処理部、 ３３：切り換え器、 ３４：切り換え器、 ３５：アナログ増幅器、 ４２：受信信号処理部、 ４３：切り換え器、 ４４、４５Ｄ／Ａコンバータ、 ４６：結合器、 ４７：アナログ増幅器、 ５２：受信信号処理部、 ５３：切り換え器、 ５４：Ｄ／Ａコンバータ、 ５５：ディジタル増幅器、 ６３：Ａ／Ｄコンバータ、 ６４：切り換え器、 ６５：電力レベル検出器、 ６：送信信号処理部
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロホンから入力された音声信号等のアナログ信号をディジタル形式へ変換して送信するディジタル通信システムに使用する切り換え制御方法に関する。特に、この発明は、コントロール・ビットを用いて送信機と受信機との切り換えの同期を取るようにした切り換え制御方法に関するものであって、ビットレートを小さくして使用周波数帯域幅を小さくしたディジタル通信システムに適用して有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、ディジタル無線通信システムの一つであるワイヤレスマイクロホン・システムの構成の概要を示しており、必要なダイナミックレンジを確保するため、それに応じた精度のＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータを使用している。図１０において、送信側では、マイクロホン１から入力された音声信号を低周波増幅器２によってＡ／Ｄ変換に必要なだけ増幅し、分解能が例えば２０ビットのＡ／Ｄコンバータ３によってディジタル信号に変換した後、ディジタル信号処理部４によって所要の信号処理を行い、信号処理されたディジタル信号を変調器５によって変調して２０ビットのディジタル信号として受信側へ送信する。受信側では、受信したディジタル信号を増幅器６によって増幅してから復調器７によって元のディジタル信号へ復調し、これを信号処理部８によって処理した後、Ａ／Ｄコンバータ３と同じ分解能を持つＤ／Ａコンバータ９によってアナログ信号へ変換し、更に低周波増幅器１０によって増幅してからスピーカ１１から出力させる。
【０００３】
理論的には、Ａ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータに分解能が１６ビットのものを使用すると、ダイナミックレンジは９６ｄＢ程度となり、同様に、１８ビットで１０８ｄＢ、２０ビットで１２０ｄＢ、２４ビットで１４４ｄＢのダイナミックレンジを確保することができる。
【０００４】
しかし、実際には、ノイズ等の影響で、理論どおりのダイナミックレンジを確保することができず、分解能が１６ビットのＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータでは９０ｄＢ程度のダイナミックレンジしか得られないため、充分なダイナミックレンジを確保するためには、一層高精度のＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータを使用する必要があった。一方、Ａ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータのビット数を上げると精度は向上するものの、同時に、そのコストも上昇してしまう。そこで、特に量産向けのＣＤプレーヤ等に用いられるＤ／Ａコンバータを使用できれば、コストの低減に極めて有利である。
【０００５】
さらに、こうした無線通信システムにおいては、ビット数の増加はビットレートの増加に直結し、広い帯域幅を占有することになるので、充分なチャンネル数を確保することができないという重大な欠点を生じてしまう。したがって、限られた資源である周波数帯域を有効に利用するため、通信に使用し得るビットレートを可能な限り小さくし、使用周波数帯域幅を狭くすることが重要になる。
【０００６】
高精度のＡ／Ｄコンバータの使用によるコストの上昇を回避する対策として、この出願の出願人は平成１０年５月２９日に「高精度Ａ／Ｄ変換器」という名称の発明について特許出願を行い、精度の低い従って安価なＡ／Ｄコンバータを使用してもダイナミックレンジを拡張することができる手法を提案した（特開平１１−３４０８３１号公報参照）。
【０００７】
図１１は、上記「高精度Ａ／Ｄ変換器」の構成の一例を示しており、マイクロホンからのアナログ入力信号を２系統に分け、その一方の信号はＡ／Ｄコンバータ１２でディジタル信号に変換してから切り換え器１３に加えられ、他方の信号は増幅率が２mの増幅器１４で増幅された後、Ａ／Ｄコンバータ１５でディジタル信号へ変換され、更に、増幅率が２-mの増幅器１６で増幅されて切り換え器１３に加えられる。Ａ／Ｄコンバータ１２の出力レベルはレベル検出器１７にも印加されてＡ／Ｄコンバータ１２からの出力電力を検出する。これにより、予め決められたレベルを境として、切り換え器１３により、アナログ入力信号が大きいときにはＡ／Ｄコンバータ１２の出力を、アナログ入力信号が小さいときにはアナログ増幅器１６の出力をディジタル信号として取り出すようにする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、従来の通信システムの持つ上記の課題に鑑みて提案されたものであり、この発明の目的は、送信機でのアナログ入力信号のレベルに応じた切り換えに同期して受信機での切り換えを行わせる切り換え制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、
マイクロホンに入力される原アナログ信号をディジタル変換して送信ディジタル信号を生成する送信機と、前記送信ディジタル信号を受信して生成される受信ディジタル信号から原アナログ信号を再生する受信機とを含むディジタル通信システムにおける切り換え制御方法であって、
前記送信機から、前記送信ディジタル信号のレベルと所定のレベルとの比較結果に対応した情報を示す制御信号を含む前記送信ディジタル信号を送出するステップであって、前記原アナログ信号を二分し、二分された前記原アナログ信号の一方をディジタル変換して第一のディジタル信号を得る第一のディジタル化ステップと、二分された前記原アナログ信号の他方をアナログ増幅した後にディジタル変換して第二のディジタル信号を得る第二のディジタル化ステップとを含み、前記制御信号が、前記比較結果に基づいて前記第一のディジタル信号又は前記第二のディジタル信号を選択したことを示す信号であるステップと、
前記受信機において、前記送信ディジタル信号信号を受信して前記制御信号を抽出すると共に、前記受信ディジタル信号から原アナログ信号を再生するステップと、
を備え、
前記受信機が、抽出された前記制御信号に基づいて、前記受信ディジタル信号から再生された前記アナログ信号をアナログ増幅する径路とアナログ増幅しない径路とを選択的に切り換えるよう動作することを特徴とする切り換え制御方法、
を提供する。
【００１０】
請求項２の発明は、選択する前記ステップが、前記制御信号に応じて、前記受信ディジタル信号をアナログ信号へ変換する径路と、前記受信ディジタル信号をアナログ信号へ変換した後にアナログ増幅する径路とのいずれかに前記受信ディジタル信号を選択的に供給するステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、選択する前記ステップが、前記制御信号に応じて、前記受信ディジタル信号をディジタル増幅する径路とディジタル増幅しない径路とのいずれかを選択するステップを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４の発明は、
マイクロホンに入力される原アナログ信号をディジタル変換して送信ディジタル信号を生成する送信機と、前記送信ディジタル信号を受信して生成される受信ディジタル信号から原アナログ信号を再生する受信機とからなるディジタル通信システムにおける切り換え制御方法であって、
前記送信機から、前記送信ディジタル信号のレベルと所定のレベルとの比較結果に対応した情報を示す制御信号を含む前記送信ディジタル信号を送出するステップであって、前記制御信号が、前記送信ディジタル信号と、前記送信ディジタル信号をディジタル増幅した後のディジタル信号とのいずれが選択されたかを示すステップと、
前記受信機において、前記受信ディジタル信号を受信して前記制御信号を抽出し、抽出された前記制御信号に基づいて、前記受信ディジタル信号をディジタル増幅する径路とディジタル増幅しない径路とのいずれかを選択するステップと、
を備える
ことを特徴とする切り換え制御方法、
を提供する。
【００１３】
請求項５の発明は、前記ディジタル通信システムがディジタル無線通信システムであることを特徴とする。
請求項６の発明は、前記制御信号が誤り検出ビットを含み、前記受信機において誤りを検出した際に、誤った前記制御信号を含む前記受信ディジタル信号を使用せず、直近の前記受信ディジタル信号を再度使用することを特徴とする。
【００１４】
この発明に係る切り換え制御方法はワイヤレスマイクロホン等のディジタル無線通信システムに適用して有効である。また、前記制御信号に誤り検出ビットを含ませることにより、受信機において誤りを検出した際には、誤った制御信号を含む受信ディジタル信号を使用せず、直近の受信ディジタル信号を再度使用するようにして、大きなノイズの発生を防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図９を参照しながら、この発明に係る切り換え制御方法の若干の実施の形態を説明する。まず、図１〜図３を用いて、この発明に係る切り換え制御方法の第一の実施の形態を説明する。この第一の実施の形態は、図１に示す送信機と図２又は図３に示す受信機とからなるディジタル通信システムにおいて使用される。図１において、アナログ入力信号が加えられるマイクロホン２１の出力はアナログ増幅器２２によって増幅された後に二分され、その一方は第一のＡ／Ｄコンバータ２３へ、他方はアナログ増幅器２４を介して第二のＡ／Ｄコンバータ２５へそれぞれ印加される。アナログ増幅器２４の増幅率はｉデシベル（例えば２４ｄＢ）であり、第一のＡ／Ｄコンバータ２３及び第二のＡ／Ｄコンバータ２５の分解能はｊビット（例えば１６ビット）である。
【００１６】
なお、Ａ／Ｄコンバータとしてステレオ信号処理のために製造されたものが入手可能なので、ステレオ用のＡ／Ｄコンバータの左チャンネルを第一のＡ／Ｄコンバータ２３に、右チャンネルを第二のＡ／Ｄコンバータ２５に使用すると、効率的に部品を使用することが可能になる。
【００１７】
第一のＡ／Ｄコンバータ２３及び第二のＡ／Ｄコンバータ２５の出力は電力レベル検出器２６にそれぞれ加えられると共に、第一のＡ／Ｄコンバータ２３の出力は切り換え器２７の第一の固定接点２７１に接続され、第２のＡ／Ｄコンバータ２５の出力は切り換え器２７の第二の固定接点２７２に接続される。切り換え器２７の可動接点２７３は送信信号処理部２８に接続され、送信信号処理部２８の出力はディジタル変調器２９により変調された後、アンテナから送信される。第一のＡ／Ｄコンバータ２３及び第二のＡ／Ｄコンバータ２５はそれぞれｊビット（例えば１６ビット）の分解能を有する。
【００１８】
電力レベル検出器２６は第一のＡ／Ｄコンバータ２３の出力電力レベルを検出して切り換え器２７の動作を制御する制御データを出力する。即ち、電力レベル検出器２６は、第一のＡ／Ｄコンバータ２３の出力電力が所定の電力レベルよりも高いときには切り換え器２７の第一の固定接点２７１を可動接点２７３に接続させ、第一のＡ／Ｄコンバータ２３の出力電力が所定の電力レベルよりも低くなったときには切り換え器２７の第二の固定接点２７２を可動接点２７３に接続させるように、制御データによって切り換え器２７の動作を制御する。こうして、アナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも小さいときには、アナログ増幅器２４で増幅してレベルアップされた信号をＡ／Ｄ変換する。
【００１９】
電力レベル検出器２６は、上記のように切り換え器２７の切り換え動作を制御すると共に、送信信号処理部２８に対して、マイクロホン２１に加えられたアナログ入力信号が所定のレベルよりも大きいか小さいかを示す信号、換言すれば、第一のＡ／Ｄコンバータ２３と第二のＡ／Ｄコンバータ２５のいずれが選択されたかを示す選択信号を送る。この選択信号に応答して、送信信号処理部２８は第一のＡ／Ｄコンバータ２３の出力又は第二のＡ／Ｄコンバータ２５の出力であるディジタル信号に、上記選択信号に対応したコントロール・ビットを付加するように動作する。
【００２０】
図２は、送信信号処理部２８から出力される送信ディジタル信号の構成の一例を示している。送信ディジタル信号は、データの同期を取るために付加されていてデータの先頭とみなされる部分であるフレーム部ＵＷと、コントロール・ビットＣと、少なくとも一つのデータＤ１、Ｄ２、・・・・と、データ部間に配置されたパリティ・ビットＰとからなる。
【００２１】
フレーム部ＵＷと先頭のデータＤ１との間に挿入されるコントロール・ビットＣは、実際に通信径路上で発生するビット誤りを考慮して信頼性を向上させるために、２ビットとすることが望ましい。したがって、例えば、コントロール・ビットＣは、電力レベル検出器２６が第一のＡ／Ｄコンバータ２３の出力を選択するため可動接点２７３を第一の固定接点２７１と接続させるよう切り換え器２７を動作させたときには論理「１１」であり、逆に、電力レベル検出器２６が第二のＡ／Ｄコンバータ２５の出力を選択するため可動接点２７３を第二の固定接点２７２と接続させるよう切り換え器２７を動作させたときには論理「００」である。
【００２２】
送信信号受信部２８においてコントロール・ビットＣが付加されて図２の信号フォーマットを持つように処理された送信ディジタル信号は、ディジタル変調器２９によって所定のディジタル変調方式にしたがって変調されて送信アンテナから送信される。
【００２３】
、図３は、この発明に係る切り換え制御方法の第一の実施の形態が使用される受信機の構成を概略的に示している。図１の送信機から送信された信号は受信アンテナで受信されてディジタル復調器３１に入力され、送信ディジタル信号に対応する受信ディジタル信号に復調されて受信信号処理部３２に加えられる。受信信号処理部３２は受信ディジタル信号の中のコントロール・ビットＣを検出して切り換え器３４（後述する）の動作を制御すると共に、フレーム部ＵＷ，コントロール・ビットＣ及びパリティ・ビットＰが除去された受信ディジタル信号をＤ／Ａコンバータ３３に加える。これによりＤ／Ａコンバータ３３は図１の送信機のマイクロホン２１に加えられたアナログ入力信号に対応するアナログ信号を出力して切り換え器３４に加える。Ｄ／Ａコンバータ３３の分解能は、送信側のＡ／Ｄコンバータ２３、２５と同じｊビット（例えば１６ビット）である。
【００２４】
切り換え器３４はＤ／Ａコンバータ３３の出力に接続された可動接点３４１と、第一の固定接点３４２と、−ｉデシベル（例えば−２４ｄＢ）の増幅率を有するアナログ増幅器３５の入力に接続された第二の固定接点３４３とを有する。そこで、受信信号処理部３２は、受信ディジタル信号の中のコントロール・ビットＣが論理「１１」であることを検出したときには、可動接点３４１を第一の固定接点３４２と接続させ、受信ディジタル信号中のコントロール・ビットＣが論理「００」であることを検出したときには、可動接点３４１を第二の固定接点３４３と接続させるように切り換え器３４を制御する制御データを切り換え器３４に対して送る。
【００２５】
こうして、送信機から送られたコントロール・ビットＣに応じて、Ｄ／Ａコンバータ３３から出力されたアナログ信号は直接に又はアナログ増幅器３５を介してアナログ増幅器３６に供給され、そこで更に増幅されてスピーカ３７から出力される。
【００２６】
以上のように、マイクロホン２１に加えられるアナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも大きいか小さいかを電力レベル検出器２６で検出する。アナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも大きいときには、第一のＡ／Ｄコンバータ２３から出力されるディジタル信号と論理「１１」のコントロール・ビットＣとを含むディジタル信号が受信側へ送信され、受信側では、受信信号処理部３２がコントロール・ビットＣが論理「１１」であることを検出して切り換え器３４の可動接点３４１を第一の固定接点３４２と接続させる。
【００２７】
一方、送信側の電力レベル検出器２６がアナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも小さいことを検出したときには、増幅率がｉデシベルのアナログ増幅器２４によってアナログ入力信号を増幅してレベルを上げた後で第二のＡ／Ｄコンバータ２５によってＡ／Ｄ変換してから送信する。同時に、レベルを上げたアナログ信号をディジタル化して送信したことを示す論理「００」のコントロール・ビットＣを受信側へ送信する。受信側では、受信ディジタル信号に含まれるコントロール・ビットＣが論理「００」であることを受信信号処理部３２で検出し、切り換え器３４の可動接点３４１を第二の固定接点３４３と接続させる。これにより、Ｄ／Ａコンバータ３３から出力されたアナログ信号を増幅率−ｉデシベルのアナログ増幅器３５で増幅して元のアナログ入力信号のレベルに対応するレベルに戻す。
【００２８】
こうして、例えば、分解能が１６ビットのＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータを使用したときには、分解能が２０ビットのＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータを使用したときと同じ効果を得ることができる。したがって、通常の２０ビットのコンバータを使用するときに占有する広い帯域に比較して、１６ビット分の帯域＋コントロール・ビット分の帯域を占有するだけで済むので、この発明は周波数帯域の効率的利用に極めて有効である。
【００２９】
以上、説明したように、この発明に係る切り換え制御方法の第一の実施の形態においては、送信機から、マイクロホン２１に入力されるアナログ信号のレベルが所定のレベルよりも大きいか小さいかに応じて、二つのＡ／Ｄコンバータのうちのどちらが選択されたかを示すコントロール・ビットＣ、換言すると、マイクロホンに入力されたアナログ信号を増幅した信号であるか否かを示すコントロール・ビットＣを、アナログ信号をディジタル信号へ変換した信号と共に送出する。受信機においては、復調されたディジタル信号からコントロール・ビットを抽出し、このコントロール・ビットを用いて、再生されたアナログ信号を増幅する径路と増幅しない回路のいずれかを選択するよう切り換え器を制御する。
【００３０】
図３に示す受信機においては、送信機の切り換え器２７の切り換え動作に連動して受信機の切り換え器３４を切り替えるタイミングが重要である。送信側ではアナログ入力信号をディジタル変換したディジタル信号とコントロール・ビットとが同じタイミングで出力されるが、受信機においては、Ｄ／Ａコンバータ３３で発生する遅延のために、Ｄ／Ａコンバータ３３からアナログ信号が出力されるタイミングと受信信号処理部３２から制御データが出力されるタイミングとがずれることがある。こうしたタイミングのずれが生じると、タイミングのずれに起因する大きなノイズがＤ／Ａコンバータ３３の出力アナログ信号に発生することになる。また、図３の受信機においてはアナログ信号の領域で切り換えを行っているので、スイッチング・ノイズの発生は避けられない。
【００３１】
図４の（ａ）は、切り換え器３４の可動接点３４１が第二の固定接点３４３から第一の固定接点３４２へ切り換わる場合の、（ｂ）は、切り換え器３４の可動接点３４１が第一の固定接点３４２から第二の固定接点３４３へ切り換わる場合の、上記のタイミングのずれに起因するノイズの発生を示す図である。同図の（ａ）及び（ｂ）において、ｔ１は受信信号処理部３２から制御データが出力されるタイミング、ｔ２はＤ／Ａコンバータ３３からアナログ信号が出力されるタイミング、ｔはこうしたタイミングのずれを生じるＤ／Ａコンバータ３３における遅延時間を示している。これは、切り換え器３４が受信信号処理部３２からの制御データに応じて切り換え動作を行うとき、Ｄ／Ａコンバータ３３において遅延時間ｔだけの遅延が生じると、制御データによって切り換え器３４が行う切り換え動作の方が、Ｄ／Ａコンバータ３３の出力アナログ信号が切り換え器３４に到着する時点よりの遅延時間ｔだけ早く生じることを意味する。したがって、図４の（ａ）の場合には、タイミングｔ１とタイミングｔ２との間の遅延時間ｔの期間には、アナログ増幅器３５によって増幅されるべきアナログ信号が存在したにも拘わらず、そうした信号は増幅されないままに出力されてしまうことになる。そのため、図４の（ａ）に示すように、適正レベルよりも小さな出力が瞬間的に発生してしまい、ノイズを生じる結果となる。
【００３２】
図４の（ｂ）の場合の同様であって、遅延時間ｔの期間には、アナログ増幅器３５によって増幅されてはならない信号がＤ／Ａコンバータ３３から出力されるが、切り換え器３４がそれよりも遅延時間ｔだけ早く動作してしまうので、実際にはアナログ増幅器３５によって増幅され、適正なレベルよりも大きな出力が瞬間的に生じてしまい、ノイズを生じる。
【００３３】
こうした切り換えノイズの発生は、受信機での切り換えをディジタル信号の領域で行うようにした、この発明に係る切り換え制御方法の第二の実施の形態によって解消される。この第二の実施の形態は、図１に示す送信機と図５に示す受信機とからなるディジタル通信システムにおいて使用される。なお、図１の送信機の構成及び動作については既に説明したので、重ねて説明しないこととし、以下、図５の受信機の構成と動作について詳述する。
図５に示す受信機において、送信機から送出されたディジタル信号は受信アンテナで受信されてディジタル復調器４１に入力され、送信ディジタル信号に対応する受信ディジタル信号に復調されて受信信号処理部４２に加えられる。受信信号処理部４２は受信ディジタル信号の中のフレーム部ＵＷ、コントロール・ビットＣ及びパリティ・ビットＰを除去して受信ディジタル信号を切り換え器４３の可動接点４３１に供給される。切り換え器４３の第一の固定接点４３２は第一のＤ／Ａコンバータ４４の入力と接続され、第二の固定接点４３３は第二のＤ／Ａコンバータ４５の入力と接続される。こうして、切り換えをディジタル信号の領域で行う構成とする。第一のＤ／Ａコンバータ４４の出力は結合器４６を介して、また、第二のＤ／Ａコンバータ４５の出力はアナログ増幅器４７によって増幅された後に結合器４６を経て、それぞれアナログ増幅器４８の入力に印加され、そこで増幅されてからスピーカ４９から出力される。
【００３４】
図５の受信機の受信信号処理部４２は、図１の送信機から送られたコントロール・ビットＣがアナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも大きくて第一のＡ／Ｄコンバータ２３の出力を選択したことを示すとき、可動接点４３１を第一の固定接点４３２と接続するよう切り換え器４３の動作を制御する。そこで、第一のＤ／Ａコンバータ４４の出力が結合器４６を介してアナログ増幅器４８に印加される。一方、図１の送信機から送られたコントロール・ビットＣがアナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも小さくて第二のＡ／Ｄコンバータ２５の出力を選択したことを示すとき、受信信号処理部４２は可動接点４３１を第二の固定接点４３３と接続するよう切り換え器４３の動作を制御する。そこで、第二のＤ／Ａコンバータ４５の出力がアナログ増幅器４５及び結合器４６を介してアナログ増幅器４８に印加される。
【００３５】
図５の受信機はこのように構成されているため、図３の受信機におけるＤ／Ａコンバータ３３による遅延に起因するタイミングのずれの問題は解消されるので、タイミングのずれが原因となってノイズが発生することはなくなる。その代り、受信機に二つのＤ／Ａコンバータを使用することが必要になるが、ステレオ方式用のＤ／Ａコンバータを採用してそのＬチャンネルとＲチャンネルとを利用することにより、コスト的に不利になることは実際にはない。
【００３６】
以上説明したように、この発明に係る切り換え制御方法の第二の実施の形態においては、送信機から、マイクロホン２１に入力されるアナログ信号のレベルが所定のレベルよりも大きいか小さいかに応じて、二つのＡ／Ｄコンバータのうちのどちらが選択されたかを示すコントロール・ビットＣ、換言すると、マイクロホンに入力されたアナログ信号を増幅した信号であるか否かを示すコントロール・ビットＣを、アナログ信号をディジタル信号へ変換した信号と共に送出する。受信機においては、コントロール・ビットを抽出し、このコントロール・ビットを用いて、復調されたディジタル信号をアナログ信号に変換した後に増幅して出力する径路とアナログ信号へ変換した後にそのまま出力する径路のいずれかを選択するよう切り換え器を制御する。
【００３７】
上で説明した第二の実施の形態においては、図１に示す送信機におけるアナログ増幅器２４の増幅率（ｉデシベル）と図３及び図５に示す受信機におけるアナログ増幅器３５、４７の減衰率（ｉデシベル）とが一致すること、換言すると、送信機のアナログ増幅器２４で増幅した分だけ受信機のアナログ増幅器３５、４７で減衰させすることを前提としている。しかし、実際には、こうした送信機及び受信機のアナログ増幅器の精度にはばらつきがあり、送信機のアナログ増幅器の増幅率と受信機のアナログ増幅器の減衰率とが正確に対応していない。このため、受信機で切り換えノイズが発生することは回避できない。
【００３８】
例えば、図１の送信機と図３の受信機とを考察すると、送信機のアナログ増幅器２４の増幅率の方が受信機のアナログ増幅器３５の減衰率よりも大きい場合には、アナログ増幅器３５の出力側即ち図３の径路ｘにおけるアナログ信号の振幅は正規の値よりも小さくなる。一方、切り換え器３４の第一の固定接点３４２からアナログ増幅器３６へ到る径路ｙではこうした問題は生じないため、径路ｙでの正規の値が出力される。従って、こうした場合には、径路ｘと径路ｙとのアナログ信号の振幅に差が生じることになる。しかも、こうした振幅の差は切り換え時に瞬時に発生するため、出力レベルの急激な変化を生じさせる。図６の（ａ）はこうした場合に生じるレベル変化を概略的に示しており、時点ｔに受信機の切り換え器３４の可動接点３４１が第二の固定接点３４３から第一の固定接点３４２へ切り換わったとして、時点ｔまでは径路ｘにおけるアナログ信号を、時点ｔ以後は径路ｙにおけるアナログ信号を示しており、時点ｔにアナログ信号の振幅がｍボルトだけ上昇したことを示している。同様に、図６の（ｂ）は、送信機のアナログ増幅器２４の増幅率の方が受信機のアナログ増幅器３５の減衰率よりも小さい場合にも、切り換え器３４の動作時点ｔにアナログ信号の振幅にｎボルトの変化が生じて切り換えノイズが発生することを示している。
【００３９】
こうした切り換えノイズの発生という問題は、送信機のアナログ増幅器２４と受信機のアナログ増幅器３５、４７として、増幅率と減衰率が正確に対応したものを使用することにより解消されるが、これは現実には不可能であり、増幅率の減衰率とをできるだけ正確に対応させようとすると、精度の高いアナログ増幅器を設計する必要があるため、実現が困難だったり、高価な部品を採用せざるを得なかったりする。
【００４０】
上記の切り換えノイズの発生は、切り換えにクロスフェード特性を持たせることによって或る程度は解決される。これは受信信号処理部３２、４２でのディジタル信号処理によってソフトウェア的に実現することができる。しかし、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）等のハードウェアを用いてクロスフェード特性を実現する場合には、多くの論理演算（積和演算）が含まれるため、回路規模が極めて大きくなってしまう。
【００４１】
こうした問題は、この発明に係る切り換え制御方法の第三の実施の形態によって解決される。この第三の実施の形態は、図１に示す送信機と図７に示す受信機とディジタル通信システムにおいて使用される。なお、図１に示す送信機の構成と動作については既に説明したので、ここで重複して説明しないこととし、以下、図７の受信機の構成と図１の送信機からの信号を受信したときの動作について詳細に説明する。
【００４２】
図１の送信機から送信された信号は受信アンテナで受信されてディジタル復調器５１に入力され、送信ディジタル信号に対応する受信ディジタル信号に復調されて受信信号処理部５２に加えられる。受信信号処理部５２は、切り換え器５３の動作を制御するため受信ディジタル信号の中のコントロール・ビットＣを取り出すと共に、受信ディジタル信号に含まれるフレーム部ＵＷ、コントロール・ビットＣ及びパリティ・ビットＰを除去したディジタル信号を出力する。
【００４３】
受信信号処理部５２の出力は切り換え器５３の可動接点５３１に接続される。切り換え器５３の第一の固定接点５３２はＤ／Ａコンバータ５４の入力に接続され、切り換え器５３の第二の固定接点５３３はディジタル増幅器５５の入力に接続される。Ｄ／Ａコンバータ５４は印加されたディジタル信号を送信機のマイクロホン２１に加えられたアナログ入力信号に対応するアナログ信号へ変換し、これをアナログ増幅器５６に加える。アナログ増幅器５６によって増幅されたアナログ信号はスピーカ５７から出力される。
【００４４】
図７の受信機におけるディジタル増幅器５５の増幅率は−ｉデシベル、即ち減衰率はｉデシベルであり、したがって、送信機のアナログ増幅器２４の増幅率の受信機のディジタル増幅器１４の減衰率とは同じ値である。Ｄ／Ａコンバータ５４の分解能は、送信側のＡ／Ｄコンバータ２３、２５よりも精度の高いｋビット（例えば２０ビット）である。
【００４５】
受信信号処理部５２は、受信ディジタル信号の中のコントロール・ビットＣが論理「１１」であることを検出したときには、可動接点５３１を第一の固定接点５３２と接続させ、受信ディジタル信号中のコントロール・ビットＣが論理「００」であることを検出したときには、可動接点５３１を第二の固定接点５３３と接続させるように切り換え器５３を制御する制御データを切り換え器５３に対して送る。
【００４６】
こうして、送信機から送られたコントロール・ビットＣに応じて、受信信号処理部５２から出力されたディジタル信号は直接に又はディジタル増幅器５５を介してＤ／Ａコンバータ５４に供給され、そこでアナログ信号へ変換される。
【００４７】
以上のように、マイクロホン２１に加えられるアナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも大きいか小さいかを電力レベル検出器２６で検出する。アナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも大きいときには、第一のＡ／Ｄコンバータ２３から出力されるディジタル信号と論理「１１」のコントロール・ビットＣとを含むディジタル信号が受信側へ送信され、受信側では、受信信号処理部５２がコントロール・ビットＣが論理「１１」であることを検出して切り換え器５３の可動接点５３１を第一の固定接点５３２と接続させる。
【００４８】
一方、送信側の電力レベル検出器２６がアナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも小さいことを検出したときには、増幅率がｉデシベルのアナログ増幅器２４によってアナログ入力信号を増幅してレベルを上げた後で第二のＡ／Ｄコンバータ２５によってＡ／Ｄ変換してから送信する。同時に、レベルを上げたアナログ信号をディジタル化して送信したことを示す論理「００」のコントロール・ビットＣを受信側へ送信する。受信側では、受信ディジタル信号に含まれるコントロール・ビットＣが論理「００」であることを受信信号処理部５２で検出し、切り換え器５３の可動接点５３１を第二の固定接点５３３と接続させる。これにより、受信信号処理部５２から出力されたディジタル信号を減衰率ｉデシベルのディジタル増幅器５５で減衰させてからＤ／Ａコンバータ５４によって元のアナログ信号へ変換する。
【００４９】
以上説明したように、この発明に係る切り換え制御方法の第三の実施の形態においては、送信機から、マイクロホン２１に入力されるアナログ信号のレベルが所定のレベルよりも大きいか小さいかに応じて、二つのＡ／Ｄコンバータのうちのどちらが選択されたかを示すコントロール・ビットＣ、換言すると、マイクロホンに入力されたアナログ信号を増幅した信号であるか否かを示すコントロール・ビットＣを、アナログ信号をディジタル信号へ変換した信号と共に送出する。受信機においては、コントロール・ビットを抽出し、このコントロール・ビットを用いて、復調されたディジタル信号を増幅してからアナログ信号へ変換する径路と復調されたディジタル信号をそのままアナログ信号へ変換する径路のいずれかを選択するよう切り換え器を制御する。
【００５０】
このように、この第三の実施の形態においては、受信機での切り換えをディジタル領域で行うようにしたので、受信機のディジタル増幅器５５の減衰率にばらつきが生じることがない。しかも、例えば、送信機におけるＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータは受信機のＤ／Ａコンバータよりも精度の低いものを使用するので、システム全体としてはコストが低減される。しかも、無線通信径路においては、ｊビット分の帯域＋コントロール・ビット分の帯域を占有するだけで済むので、ｊビットのＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータを使用したときに近いビットレートで通信を行うことができ、占有する周波数帯域を狭くすることができる。
【００５１】
しかしながら、送信機においてはアナログ増幅器２４を使用する以上、規定どおりの増幅率を有するアナログ増幅器を採用することは困難である。したがって、線路損失を無視することができるとしても、送信機において、アナログ増幅器２４に例えば２４ｄＢの増幅器を使用した場合、Ａ／Ｄコンバータ２３の入力とＡ／Ｄコンバータ２５の入力との信号レベルの差は、厳密には２４ｄＢにならず、これらＡ／Ｄコンバータからの出力間にアンバランスが生じる。
【００５２】
したがって、受信機の側で単に２４ｄＢの減衰を行うだけでは、こうした送信機側で生じたアンバランスがそのまま受信機側に反映され、切り換え器５３の動作時に信号レベルが大きく変動する。例えば、送信機のアナログ増幅器の増幅率が規定の２４ｄＢよりも大きい場合、受信機の切り換え器５３の可動接点５３１が第一の固定接点５３２から第二の固定接点５３３へ切り換わった時点ｔには、図８の（ａ）に示すような信号レベルの上昇が現れ、逆に、送信機のアナログ増幅器の増幅率が規定の２４ｄＢよりも小さい場合には、受信機の切り換え器５３の可動接点５３１が第一の固定接点５３２から第二の固定接点５３３へ切り換わった時点ｔには、図８の（ｂ）に示すような信号レベルの下降が現れる。いずれにしても、こうした信号レベルの急変は、受信機にノイズを発生させる。
【００５３】
更に、送信機のマイクロホン２１からＡ／Ｄコンバータ２３に到る径路とマイクロホン２１からＡ／Ｄコンバータ２５に到る径路との間に位相差が生じるので、この位相差に起因して受信機にノイズが発生するという問題もある。
【００５４】
この問題は、この発明に係る切り換え制御方法の第四の実施の形態によって解決される。この第四の実施の形態は、図９に示す送信機と図７に示す受信機とからなるディジタル通信システムにおいて使用される。図７に示した受信機の構成と動作については既に説明したので、ここで重複して説明しないこととし、以下、図９の送信機の構成と動作について詳細に説明する。
【００５５】
図９の送信機において、マイクロホン６１はアナログ増幅器６２に接続され、アナログ増幅器６２の出力はＡ／Ｄコンバータ６３に与えられる。Ａ／Ｄコンバータ６３の分解能は図７の受信機で使用されるＤ／Ａコンバータ５４と同じであって、例えば２０ビットである。Ａ／Ｄコンバータ６３の出力は切り換え器６４の固定接点６４１及び電力レベル検出器６５に与えられる。切り換え器６４の第一の固定接点６４２は送信信号処理部６６に接続され、切り換え器６４の第二の固定接点６４３はディジタル増幅器６７を介して送信信号処理部６６接続される。ディジタル増幅器６７の増幅率は受信機のディジタル増幅器５５の減衰率と同じ値である。送信信号処理部６６の出力は変調器６８によってディジタル変調され、アンテナから送信される。こうして送信されたディジタル信号を図７の受信機で受信する。
【００５６】
電力レベル検出器６５はＡ／Ｄコンバータ６３の出力電力レベルを検出して切り換え器６４の動作を制御する制御データを出力する。即ち、電力レベル検出器６５は、Ａ／Ｄコンバータ６３の出力電力が所定の電力レベルよりも高いときには切り換え器６４の可動接点６４１を第一の固定接点６４２に接続させ、Ａ／Ｄコンバータ６３の出力電力が所定の電力レベルよりも低くなったときには切り換え器６４の可動接点６４１を第二の固定接点６４３に接続させるように、制御データによって切り換え器６４の動作を制御する。こうして、アナログ入力信号のレベルが所定のレベルよりも小さいときには、ディジタル増幅器６７で増幅してレベルアップされた信号を送信信号処理部６６に供給する。
【００５７】
電力レベル検出器６５は、上記のように切り換え器６４の切り換え動作を制御すると共に、送信信号処理部７に対して、マイクロホン１に加えられたアナログ入力信号が所定のレベルよりも大きいか小さいかを示す信号、換言すれば、第一の固定接点６４２と第二の固定接点６４３のいずれが選択されたかを示す選択信号を送る。この選択信号に応答して、送信信号処理部６６はＡ／Ｄコンバータ６３からの直接の出力又はＡ／Ｄコンバータ６３の出力をディジタル増幅した信号に、上記選択信号に対応したコントロール・ビットＣを付加して送信ディジタル信号を作成するように動作する。
【００５８】
このように、図９の送信機と図７の受信機とからなる通信システムは、アナログ入力信号のレベルに応じた切り換えや信号増幅をディジタル信号の領域で行うので、送信機と受信機とで増幅器の増幅率のずれや、増幅器における位相ずれに起因するノイズが発生することがなくなる。
【００５９】
以上説明したように、この発明に係る切り換え制御方法の第四の実施の形態においては、送信機から、マイクロホンに入力されたアナログ信号をディジタル変換して得たディジタル信号のレベルが所定のレベルよりも大きいか小さいかを示すコントロール・ビットを、このディジタル信号と共に送出する。受信機においては、コントロール・ビットを抽出し、このコントロール・ビットを用いて、復調されたディジタル信号を増幅してからアナログ信号へ変換する径路と復調されたディジタル信号をそのままアナログ信号へ変換する径路のいずれかを選択するよう切り換え器を制御する。
【００６０】
上で説明した第四の実施の形態においては、送信機のＡ／Ｄコンバータ６３に内部ノイズが発生するため、実際に確保することができるダイナミックレンジが理論上実現可能なダイナミックレンジよりも狭くなってしまうことが考えられる。例えば、１６ビットの分解能のコンバータを使うと、理論上は９６ｄＢのダイナミックレンジを確保できるが、実際には９０ｄＢ程度である。同様に、分解能が２０ビットのコンバータで、理論上のダイナミックレンジは１２０ｄＢであるが、実際のダイナミックレンジは１０８ｄＢ程度であり、２４ビットのもので理論上は１４４ｄＢであるが実際のダイナミックレンジは１２０ｄＢ程度になってしまう。一方、受信機のＤ／Ａコンバータ５４によるダイナミックレンジに対する影響は少ない。
【００６１】
そこで、送信機のＡ／Ｄコンバータ６３の方が受信機のＤ／Ａコンバータ５４よりも精度を高くすることにより、所望のダイナミックレンジを確保することができる。例えば、受信機のＤ／Ａコンバータ５４の分解能を２０ビットとしたとき、送信機のＡ／Ｄコンバータ６３に２４ビットの分解能を持つものを使用することによって１２０ｄＢのダイナミックレンジを実現することが可能になる。
【００６２】
以上、この発明に係る切り換え制御方法の若干の実施の形態を無線通信システムにおいて実現する場合について説明してきたが、無線に限られる訳ではなく、この発明は有線通信システムにおいても実現可能である。
【００６３】
また、この発明に係る切り換え制御方法において、送信機において送信ディジタル信号のレベルが比較される所定のレベルは一つの値である必要はない。例えば、送信ディジタル信号が或るレベルの付近を上下するような場合には、頻繁に切り換えが行われる。これを防止するために、切り換えレベルにヒステリスを持たせることができる。例えば、図１において、切り換え器２７の可動接点２７３が第一の固定接点２７１から第二の固定接点２７２へ切り換わる際の第一のレベルと、可動接点２７３が第二の固定接点２７３から第一の固定接点２７２へ切り換わる際の第二のレベルとを別個の値に設定することにより、送信ディジタル信号の変動による頻繁な切り換えを防止することができる。
【００６４】
更に、コントロール・ビットＣが「１０」又は「０１」のように誤りを含む場合には、受信機において、増幅してはならないのに増幅したり、逆に、増幅すべきである信号を増幅しなかったりする不都合が発生する。その結果、急激なレベル変化が生じ、大きなノイズが発生することになりかねない。これを防止するため、この発明に係る切り換え制御方法においては、受信機においてコントロール・ビットに誤りがあることを検出した際には、その直近の受信ディジタル信号を使用するようにすることが望ましい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したところから明らかなとおり、この発明は、送信機でのアナログ入力信号に応じた切り換えに同期して受信機での切り換えを正確に制御し、且つ、切り換えの際にノイズが発生することがないという格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る切り換え制御方法の第一の実施の形態に使用される送信機の構成を概略的に示す図である。
【図２】 図１に示す送信機から送出されるディジタル信号のフォーマットを示す図である。
【図３】 この発明に係る切り換え制御方法の第一の実施の形態に使用される受信機の構成を概略的に示す図である。
【図４】 （ａ）及び（ｂ）は、図３に示す受信機における切り換えノイズの発生を説明するための図である。
【図５】 この発明に係る切り換え制御方法の第二の実施の形態に使用される受信機の構成を概略的に示す図である。
【図６】 （ａ）及び（ｂ）は、図５に示す受信機における切り換えノイズの発生を説明するための図である。
【図７】 この発明に係る切り換え制御方法の第三の実施の形態に使用される受信機の構成を概略的に示す図である。
【図８】 （ａ）及び（ｂ）は、図７に示す受信機における切り換えノイズの発生を説明するための図である。
【図９】 この発明に係る切り換え制御方法の第四の実施の形態に使用される送信機の構成を概略的に示す図である。
【図１０】 従来の無線通信システムの構成を概略的に示す図である。
【図１１】 この出願の出願人が既に提案したＡ／Ｄコンバータの構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
２１：マイクロホン、 ２４：アナログ増幅器、 ２３、２５：Ａ／Ｄコンバータ、 ２６：電力レベル検出器、 ２７：切り換え器、 ２８：送信信号処理部、 ３２：受信信号処理部、 ３３：切り換え器、 ３４：切り換え器、 ３５：アナログ増幅器、 ４２：受信信号処理部、 ４３：切り換え器、 ４４、４５Ｄ／Ａコンバータ、 ４６：結合器、 ４７：アナログ増幅器、 ５２：受信信号処理部、 ５３：切り換え器、 ５４：Ｄ／Ａコンバータ、 ５５：ディジタル増幅器、 ６３：Ａ／Ｄコンバータ、 ６４：切り換え器、 ６５：電力レベル検出器、 ６：送信信号処理部
Claims (4)
- マイクロホンに入力される原アナログ信号をＡ／Ｄコンバータによりディジタル変換して送信ディジタル信号を生成する送信機と、前記送信ディジタル信号を受信して生成される受信ディジタル信号をＤ／Ａコンバータによりアナログ変換して原アナログ信号を再生する受信機とを含むディジタル通信システムにおける切り換え制御方法であって、
前記送信機のレベル検出器が、前記送信ディジタル信号のレベルと所定のレベルとの比較結果に対応した情報を示す制御信号を生成するステップと、
前記送信機の切り換え部が、前記制御信号に基づいて、前記原アナログ信号をディジタル変換して得た第一のディジタル信号と、前記原アナログ信号をアナログ増幅した後にディジタル変換して得た第二のディジタル信号とのうちのいずれか一方を選択するステップと、
前記送信機の信号処理部が、前記第一のディジタル信号と前記第二のディジタル信号とのうちの選択された方のディジタル信号に前記制御信号を付加して前記送信ディジタル信号を生成して送出するステップと、
前記受信機の信号処理部が、前記送信ディジタル信号を受信して前記制御信号を抽出するステップと、
前記受信機の切り換え器が、抽出された前記制御信号に基づいて、前記受信ディジタル信号を前記原アナログ信号へ変換する径路と、前記受信ディジタル信号を前記原アナログ信号へ変換した後にアナログ増幅する径路とのうちのいずれか一方を選択するステップと、
を備えることを特徴とする切り換え制御方法。 - マイクロホンに入力される原アナログ信号をＡ／Ｄコンバータによりディジタル変換して送信ディジタル信号を生成する送信機と、前記送信ディジタル信号を受信して生成される受信ディジタル信号をＤ／Ａコンバータによりアナログ変換して原アナログ信号を再生する受信機とを含むディジタル通信システムにおける切り換え制御方法であって、
前記送信機のレベル検出器が、前記第一のディジタル信号のレベルと所定のレベルとの比較結果に対応した情報を示す制御信号を生成するステップと、
前記送信機の切り換え部が、前記制御信号に基づいて、前記原アナログ信号をディジタル変換して得た第一のディジタル信号と、前記原アナログ信号をアナログ増幅した後にディジタル変換して得た第二のディジタル信号とのうちのいずれか一方を選択するステップと、
前記送信機の信号処理部が、前記第一のディジタル信号と前記第二のディジタル信号とのうちの選択された方のディジタル信号に前記制御信号を付加して前記送信ディジタル信号を生成して送出するステップと、
前記受信機の信号処理部が、前記送信ディジタル信号信号を受信して前記制御信号を抽出するステップと、
前記受信機の切り換え器が、抽出された前記制御信号に基づいて、前記受信ディジタル信号をディジタル増幅する径路とディジタル増幅しない径路とのうちのいずれか一方を選択するステップと、
ディジタル増幅する前記径路とディジタル増幅しない前記径路とのうちの選択された方の経路からの前記受信ディジタル信号をアナログ変換して前記原アナログ信号を生成するステップと、
を備えることを特徴とする切り換え制御方法。 - 前記ディジタル通信システムがディジタル無線通信システムであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の切り換え制御方法。
- 前記制御信号が誤り検出ビットを含み、前記受信機において誤りを検出した際に、誤った前記制御信号を含む前記受信ディジタル信号を使用せず、直近の前記受信ディジタル信号を再度使用することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の切り換え制御方法。
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