JP5997803B2 - 無線送信機、無線受信機、無線通信システム、昇降機制御システムおよび変電設備制御システム - Google Patents
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Description
すなわち、本発明の無線送信機は、相互に直交した直線偏波の第1,第2の送信アンテナを含む一体型アンテナを備える。前記第1の送信アンテナは、所定周波数の帯域を有する情報信号によって変調が施された第1の搬送周波数を有する第1の送信波、および前記情報信号によって変調が施された第2の搬送周波数を有する第2の送信波を合成して送信し、前記第2の送信アンテナは、前記第1の送信波と前記第2の送信波とを合成し、90度位相変調して送信する無線送信機であって、前記第1の搬送周波数と前記第2の搬送周波数の平均である平均周波数を一定とし、前記第1の搬送周波数と前記第2の搬送周波数との差分である差分周波数を可変とし、複数のチャネルに分割された周波数帯域から前記第1の搬送周波数と前記第2の搬送周波数を選択することによって、前記第1の搬送周波数と前記第2の搬送周波数を可変とすること特徴とする。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
図1(a)〜(d)は、第1の実施形態に於ける無線通信システムの構成を示す図である。図1(a)は、本実施形態の無線送信機10を示している。図1(b)は、本実施形態の無線受信機30を示している。図1(c)は、本実施形態の無線送信機10の送信信号のパワースペクトラムを示している。図1(d)は、ローパスフィルタ35の出力信号のパワースペクトラムを示している。
本実施形態の無線通信システムは、無線送信機10と無線受信機30とを有している。
情報生成回路11は、情報信号を生成する。ベースバンド回路17は、入力された情報信号を、所定周波数である周波数帯域f1を有する情報信号に変換する。
可変発振器12−2は、周波数f0から、送信側制御部14の出力信号に応じた周波数差Δfを減算した周波数(f0−Δf)である第2の搬送波を出力する。
図1(b)に示す無線受信機30は、受信アンテナ31と、ミキサ32と、発振器33と、ローパスフィルタ35と、アナログ・デジタル変換器36と、ベースバンド回路51とを有している。
周波数差Δbは、周波数Δfが最も大きい場合に於ける、送信アンテナ20−1,20−2から放射される電磁波のパワースペクトラムのピークの差である。
周波数差Δaは、周波数Δfが最も小さい場合に於ける、送信アンテナ20−1,20−2から放射される電磁波のパワースペクトラムのピークの差である。
本実施形態では、受信アンテナ31からミキサ32に出力された信号のパワースペクトラムは、ミキサ32によって、ピークの周波数差に相当する周波数にプロダクト検波される。よって、ローパスフィルタ35の出力信号のパワースペクトラムは、周波数Δb/2〜周波数Δa/2にピークを有している。
図1(a)を元に、本実施形態の無線送信機10の動作を説明する。
情報生成回路11は、情報信号を生成してベースバンド回路17に出力する。ベースバンド回路17は、入力された情報信号を、所定周波数である周波数帯域f1を有する情報信号に変換し、変調器13−1,13−2に出力する。変調器13−1は、可変発振器12−1が出力する発振信号によって、周波数帯域f1を有する情報信号を変調し、送信アンテナ20−1から送信する。変調器13−2は、可変発振器12−2が出力する発振信号によって、周波数帯域f1を有する情報信号を変調し、送信アンテナ20−2から送信する。
送信アンテナ20−1,20−2が送信する直線偏波は、受信アンテナ31によって受信される。受信信号には、周波数(f0±Δf)の周波数の信号が含まれている。この受信信号と、発振器33が出力する周波数f0の発振信号は、ミキサ32で混合される。これにより、プロダクト検波が行われ、両者の周波数差に相当する周波数Δfの信号が取り出される。ミキサ32の出力信号は、ローパスフィルタ35によって、所定周波数以上の信号(ノイズ)が抑圧され、周波数Δfの信号スペクトルが取り出される。ローパスフィルタ35の出力信号は、アナログ・デジタル変換器36を介して、デジタル信号に変換される。このデジタル信号は、ベースバンド回路51によって元の情報信号に変換される。
以上説明した第1の実施形態では、次の(A),(B)のような効果がある。
(A) 本実施形態の無線送信機10は、送信アンテナ20−1,20−2から異なる周波数を有する2つの電磁波を送信している。これにより、回転周期を時間軸上で分割し、分割後の各点での受信波の電力を観測すると、分割後の各点の集合は、受信点で反射波が逆相で合成され受信電力が相殺される時間点と、受信点で反射波が同相で合成され受信電力が強めあう時間点とを含んでいる。デジタル信号処理技術などによって、この受信点で反射波が同相で合成されて、受信電力が強めあう時間点を抽出することによって、反射物が多数存在する電波環境下においても、無線通信路の確保が容易となる。
図2(a)〜(d)は、第2の実施形態に於ける無線通信システムの構成を示す図である。図1(a)〜(d)に示す第1の実施形態の無線通信システムと同一の要素には同一の符号を付与している。
図2(a)に示す無線送信機10は、図1(a)に示す第1の実施形態の無線送信機10と同様の構成を有している。
図3(a)〜(h)は、第2の実施形態に於ける無線通信システムの動作を示す図である。
図3(a)は、無線送信機10がトレーニングモードと通信モードを繰り返す所定シーケンスを示している。図3(b)は、無線受信機30Aがトレーニングモードと通信モードを繰り返す所定シーケンスを示している。図3(a),(b)の横軸は、共通する時間tを示している。
通信モードに於いて、無線送信機10と無線受信機30Aとは、最適な発振周波数Δfiと、最適な受信周波数Δfiによって、情報を送受信する。
図4と異なる点は、異なる中心周波数f0aと、中心周波数f0bとが、周波数帯域の内部に設定されていることである。本実施形態に於ける無線通信システムは更に、中心周波数f0aから周波数軸上に等間隔に位置している周波数(f0a+Δf1)の通信チャネルと、周波数(f0a−Δf1)の通信チャネルを使用する。同時に、中心周波数f0bから周波数軸上に等間隔に位置している周波数(f0b+Δf1)の通信チャネルと、周波数(f0b−Δf1)の通信チャネルを使用する。このように、同時に同一のチャネルを使用せず、かつ、複数の中心周波数f0a,f0bから周波数軸上に等間隔に位置する2つの通信チャネルをそれぞれ選択することにより、複数の無線回線を同時に実現可能となり、情報通信容量増大および無線通信回線の信頼性向上に効果がある。
以上説明した第2の実施形態では、次の(C),(D)のような効果がある。
(C) 本実施形態の無線通信システムは、周波数分割多重を行う既存の無線通信システムに対し、電波法に則った上で、本実施形態を適用可能である。
(D) 同時に同一のチャネルを使用せず、かつ、複数の中心周波数f0a,f0bから周波数軸上に等間隔に位置する2つの通信チャネルをそれぞれ選択することにより、複数の無線回線を同時に実現可能となり、情報通信容量増大および無線通信回線の信頼性向上に効果がある。
図6(a),(b)は、第3の実施形態に於ける無線受信機の構成を示す図である。図1(b)に示す第1の実施形態の無線受信機30と同一の構成には同一の符号を付与している。
アナログ・デジタル変換器43は、例えば、所定の閾値と入力信号とを比較して、1ビットのデジタルに変換する。発振器44は、周波数fsの発振信号を出力する。デジタル・アナログ変換器45は、例えば、1ビットのデジタル信号に応じて所定のアナログ値に変換する。
図6(a)を元に無線受信機30Bの動作を説明する。
デジタル・アナログ変換器45は、フィードバック信号を逆相合成器41−1に出力する。逆相合成器41−1によって、受信アンテナ31が出力する受信信号から、フィードバック信号が減算される。逆相合成器41−1の出力信号は、並列に接続された共振器42−1,42−2を介して、それぞれの共振周波数で共振する。これにより、周波数f0よりも高い周波数によるノイズを除去可能である。
f0=M×fs ・・・(式1)。
このデルタ・シグマ変調器40は、入力信号の微分値(変化量)に応じて、ビット「1」の時間密度が濃くなるようなデジタル信号を出力する。
以上説明した第3の実施形態では、次の(E)のような効果がある。
(E) 本実施形態のデルタ・シグマ変調器40によれば、アナログ非線形回路であるミキサ32および発振器33を用いることなく、送信波よりも充分に低い周波数を中心周波数とする変調信号波をデジタル信号として取り出すことができる。これにより、後段のベースバンド回路51が行うデジタル信号処理により、容易に受信点で反射波が同相に合成される時間点を抽出することが可能であり、無線受信機30Bの簡略化および高信頼化が実現可能である。
図7(a),(b)は、第4の実施形態に於ける無線受信機の構成を示す図である。図6に示す第3の実施形態の無線受信機と同一の要素には同一の符号を付与している。
図7に示す第4の実施形態の無線受信機30Cが、図6に示す第3の実施形態の無線受信機30Bと異なる点は、デルタ・シグマ変調器40Cが用いるデジタル・アナログ変換器45のサンプリング周波数fsをアナログ・デジタル変換器43のサンプリング周波数(M×fs)の整数倍にしており、アナログ・デジタル変換器43のデジタル出力をフィードバックループに戻す際に、デジタル信号補間器46により、デジタル信号の周波数を整数倍にすることである。
以上説明した第4の実施形態では、次の(F)のような効果がある。
(F) 本実施形態によれば、フードバックループのデジタル・アナログ変換器45に入力するデジタル信号の周波数を、低域周波数に於いてあらかじめ持ち上げることができるので、ゼロ次ホールド効果による送信波に対するフードバックのゲインの低下を抑制できる。これにより、図6に示す第3の実施形態のデルタ・シグマ変調器40と比べ、サンプリング周波数fsを低くすることができ、ハードウェアの低価格化および低消費電力化が可能となる。
図8は、第5の実施形態に於ける無線受信機の構成を示す図である。図7に示す第4の実施形態の無線受信機と同一の構成には同一の符号が付与されている。
順方向増幅器48−1,48−2,48−3には、受信アンテナ31の出力側が接続されている。
逆方向増幅器47−1,47−2,47−3には、デジタル・アナログ変換器45の出力側が接続されている。
多層プリント基板63の上に、電源回路64と高周波コネクタ61とデジタル信号コネクタ62が実装され、図9と同一の記号が付与された機能素子ブロックが、アナログ信号線65およびデジタル信号線66によって電気的に接続されている。電源回路64で発生した直流電流は、多層プリント基板63の内層に設けられた図示しない電源線によって、スルーホール等を用いて機能素子ブロックの能動素子に供給される。多層プリント基板63の内層には、アナログ信号線65およびデジタル信号線66に対する図示しないグランド面が形成され、このグランド面とこれらの信号線によりストリップ線路が形成され、信号の伝達路が形成される。
(第5の実施形態の動作)
以上説明した第5の実施形態では、次の(G)のような効果がある。
(G) 本実施形態のデルタ・シグマ変調器40Dによれば、2つの送信波のそれぞれの搬送周波数(f0+Δf),(f0−Δf)で位相歪みが小さく抑制されるので、無線受信機30Dの位相変調感度を向上させることが可能である。
図10(a),(b)は、第6の実施形態に於ける無線通信システムの構成を示す図である。図2(a),(b)に示す第2の実施形態の無線通信システムと同様な要素には同一の符号を付与している。
図10(a)は、第6の実施形態に於ける無線送信機の構成を示す図である。
本実施形態の無線受信機30Eは、相互に直交する直線偏波の受信アンテナ31b−1,31b−2と、移相器37と、復調器40E−1,40E−2と、受信側制御部34Aと、ベースバンド回路51Aとを有している。
図10(a),(b)の第6の実施形態の無線通信システムの動作のうち、図2に示す第2の実施形態の無線通信システムの動作と同一の部分については、説明を省略する。
以上説明した第6の実施形態では、次の(H)のような効果がある。
(H) 第2の実施形態の無線通信システムと比べて、送信アンテナ20b−1,20b−2、および、受信アンテナ31b−1,31b−2を其々一体化することにより、小型化が可能である。
図11(a),(b)は、第7の実施形態に於ける無線通信システムの構成を示す図である。図10に示す第6の実施形態の無線通信システムと同一の要素には同一の符号を付与している。
第6の実施形態の送信アンテナ20b−1,20b−2,受信アンテナ31b−1,31b−2のように、二つの直交する直線偏波のアンテナを制作する際には、厳密に直交する直線状の導体を物理的に実現する必要がある。この直線偏波のアンテナを製造する上で、厳密に直交するように精度を維持することは事実上困難である。
本実施形態では、送信アンテナ20b−1,20b−2,受信アンテナ31b−1,31b−2は、回転方向の異なる円偏波のアンテナである。これを製造するには、右旋円編波アンテナと左旋円偏波アンテナを単に貼り合せれば良く、2つのアンテナの相対位置の精度は考慮しなくとも良い。したがって、量産プロセスに於いて、貼付精度は考慮しなくとも良いため、アンテナの低コスト化が可能である。
以上説明した第7の実施形態では、次の(I)のような効果がある。
(I) 送信アンテナと受信アンテナの量産プロセスに於いて、2つのアンテナの貼付精度は考慮しなくとも良いため、アンテナの低コスト化が可能である。
図12は、第8の実施形態に於ける昇降機システムの構成を示す図である。
この昇降機システム100は、縦長の直方体である建物101と、昇降カゴ111とを有している。建物101の内部には、昇降カゴ111が昇降する空間が設けられている。昇降カゴ111は、図示しないロープと駆動機構によって、建物101の内部空間を昇降する。
端末局無線機112から送信された電波は、アンテナ113−1とアンテナ113−2を介して送信される。送信された電波は、建物101の内部空間を無線伝送媒体とするので、建物101の内壁および昇降カゴ111の外壁によって多重反射を受ける。すなわち、建物101の内部空間は、多重波干渉環境を形成する。多重反射を受けた電波は、それぞれアンテナ103−1,103−2に到達する。
以上説明した第8の実施形態では、次の(J)のような効果がある。
(J) 建物101から無線接続手段によって昇降カゴ111の制御/監視が可能となるので、ケーブル等の有線接続手段によって昇降カゴ111が昇降する空間を無駄にすることがなくなる。よって、小さい建物101の体積とするか、または、同一の建物101の体積で昇降カゴ111の寸法を増大させて輸送能力を向上させることが可能である。
図13は、第9の実施形態に於ける変電設備監視システムの構成を示す図である。
本実施形態の変電設備監視システム200は、複数の変電機201−1〜201−12と、これらの近傍に設定されている複数の無線基地局211−1〜211−4とを備えている。本実施形態では、変電機201−1〜201−12の数は無線基地局211−1〜211−4の数よりも多い。
(第9の実施形態の動作)
以上説明した第9の実施形態では、次の(K)のような効果がある。
(K) 本実施形態の無線機によれば、多重波干渉環境下でも高品質の無線伝送が実現可能となる。変電機201−1〜201−12の制御・監視を複数の無線基地局211−1〜211−4によって遠隔で実施可能である。よって、ケーブルなどの該有線接続手段を用いる場合に問題となる高圧誘導電力の問題を解決できると共に、ケーブルの敷設コストを削除でき、変電機201−1〜201−12の制御/監視システムの安全性向上、および、コスト削減が可能となる。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の(a)のようなものがある。
11 情報生成回路
12−1,12−2 可変発振器
13−1,13−2 変調器
17 ベースバンド回路
20−1,20−2 送信アンテナ
30,30A,30B,30C,30D,30E,30F 無線受信機
31 受信アンテナ
32 ミキサ
33 発振器
34 受信側制御部
35 ローパスフィルタ
35A 可変バンドパスフィルタ
36 アナログ・デジタル変換器
40,40C,40D デルタ・シグマ変調器
41−1,41−2,41−3 逆相合成器
42−1,42−2 共振器
43 アナログ・デジタル変換器
44 発振器
45 デジタル・アナログ変換器
46 デジタル信号補間器
47−1〜47−3 逆方向増幅器
48−1〜48−3 順方向増幅器
51 ベースバンド回路
100 昇降機システム
200 変電設備監視システム
Claims (8)
- 相互に直交した直線偏波の第1,第2の送信アンテナを含む一体型アンテナを備え、
前記第1の送信アンテナは、
所定周波数の帯域を有する情報信号によって変調が施された第1の搬送周波数を有する第1の送信波、および前記情報信号によって変調が施された第2の搬送周波数を有する第2の送信波を合成して送信し、
前記第2の送信アンテナは、
前記第1の送信波と前記第2の送信波とを合成し、90度位相変調して送信する無線送信機であって、
前記第1の搬送周波数と前記第2の搬送周波数の平均である平均周波数を一定とし、前記第1の搬送周波数と前記第2の搬送周波数との差分である差分周波数を可変とし、
複数のチャネルに分割された周波数帯域から前記第1の搬送周波数と前記第2の搬送周波数を選択することによって、前記第1の搬送周波数と前記第2の搬送周波数を可変とする、
こと特徴とする無線送信機。 - 相互に回転方向の異なる円偏波の第1,第2の送信アンテナを含む一体型アンテナを備え、
前記第1の送信アンテナは、
所定周波数の帯域を有する情報信号によって変調が施された第1の搬送周波数を有する第1の送信波、および前記情報信号によって変調が施された第2の搬送周波数を有する第2の送信波を合成して送信し、
前記第2の送信アンテナは、
前記第1の送信波と前記第2の送信波とを合成し、90度位相変調して送信する無線送信機であって、
複数のチャネルに分割された周波数帯域から前記第1の搬送周波数と前記第2の搬送周波数を選択することによって、前記第1の搬送周波数と前記第2の搬送周波数を可変とする、
こと特徴とする無線送信機。 - 前記第1の送信波と前記第2の送信波の複数の組合せによって、それぞれ異なる前記情報信号を伝送することを特徴とする請求項1または2に記載の無線送信機。
- 請求項1ないし3のうちいずれか1項に記載の無線送信機が送信する前記第1の送信波を受信して前記情報信号を復調し、前記第2の送信波を受信して当該第2の送信波の位相を90度変調して前記情報信号を復調する、
ことを特徴とする無線受信機。 - 請求項1ないし3のうちいずれか1項に記載の無線送信機、および、請求項4に記載の無線受信機を有する無線通信システムであって、
前記無線送信機は、所定シーケンスに従って、第1の搬送周波数と第2の搬送周波数との差分である差分周波数を可変し、
前記無線受信機は、所定シーケンスに従って検波する検波周波数を可変して最も変換出力が高い前記差分周波数と前記検波周波数との組合せを検出し、
前記所定周波数の帯域を有する前記情報信号を復調する
ことを特徴とする無線通信システム。 - 前記所定シーケンスは、トレーニングモードと通信モードを含み、
前記トレーニングモードに於いては、前記無線送信機は前記差分周波数を可変させながら、前記無線受信機に於いて最も受信感度が高い前記差分周波数を選別し、
前記通信モードに於いて、前記無線送信機と前記無線受信機は、前記差分周波数に対応する前記第1の搬送周波数と前記第2の搬送周波数とを用いて通信を行う
ことを特徴とする請求項5に記載の無線通信システム。 - 請求項5または請求項6に記載の無線通信システムを備えることを特徴とする昇降機制御システム。
- 請求項5または請求項6に記載の無線通信システムを備えることを特徴とする変電設備制御システム。
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