JP7133300B2 - ダイバーシティ型マイクロフォンの受信システム - Google Patents

Description

本発明は、ダイバーシティ方式を用いるワイヤレスマイクロフォン（以下、ＷＬマイクと呼ぶ）の受信システムに関する。

ダイバーシティ方式を使用する無線通信では、１つの送信機から送信される電波を２本以上のアンテナで受信を行い、受信品質（例えば受信電界強度）の良いアンテナを選択する。このようなダイバーシティ方式は、例えば、特許文献１または特許文献２に記載の通り、ＷＬマイクの受信システムとしても使用されている。

従来のシステムでは、ＷＬマイクの受信アンテナから各々の信号をケーブルで受信機に接続する必要があった。２本以上のアンテナからの入力信号を受信機に供給する場合、通常入力信号はアンテナ入力と同数のケーブルを使用して受信機に供給される。しかしながら、ダイバーシティを形成するアンテナ（例えば、２本のアンテナＡ，Ｂ）は、１波長から３波長程度離して設置されるのが通常である。そのためほぼ同じ場所に複数のケーブルを布線することになる。

また、地上デジタル放送などの受信システムとして、複数のアンテナ入力を１本のケーブルを使用して多重送信する技術も、例えば特許文献３に記載されている。しかし、この先行技術は、周波数逆変換を行う際に異なるローカル信号を使用しているため、ＷＬマイクのようにアナログ方式で且つリアルタイムで音声信号を切換える場合には、異なる周波数成分が含まれることになり、ノイズが発生してしまう。

特開２００６－３１９６２４号公報 特開２００６－２８７７０９号公報 特許第４７１９２２９号公報

上記のように従来技術においては、アンテナの本数分だけケーブルの布設が必要であり、システムの構築作業が煩雑になるという問題があった。また、地上デジタル放送に採用されている多重送信の技術は、ノイズなどの不都合があり、アナログ方式のＷＬマイクのアンテナケーブルの削減に採用することはできなかった。

ＦＭ変調信号の場合、直接伝送された信号と、周波数変換された信号を復調後切換えて使用するが、周波数変換された信号と直接信号とでは、周波数にずれが生じるため、復調後の信号にずれが発生してノイズとなって現れる。周波数変換にはチャンネル毎にその変換量を示すローカル信号が必要となるが、他の信号との干渉を避けるため、このローカル信号の周波数についても未使用周波数帯域内に収まるように工夫することが望まれる。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解消するために提案されたものである。本発明の目的は、アンテナケーブルの削減が可能で、ノイズや干渉のないダイバーシティ型マイクロフォンの受信システムを提供することにある。

本発明のダイバーシティ型マイクロフォンの受信システムは、次のような構成を有することを特徴とする。
（１）送信機からの電波をそれぞれ受信する複数のアンテナ。
（２）前記複数のアンテナで受信した電波の周波数を、他のアンテナで受信した電波の周波数とは異なった値の周波数に変換する周波数変換器。
（３）前記複数のアンテナの中で周波数変換を行わなかったアンテナからの電波と、前記周波数変換器によって周波数変換を行った他のアンテナからの電波を多重化する回路。
（４）前記複数のアンテナの電波を多重化する回路から出力された多重化信号を受信機側に送信する１本のケーブル。
（５）前記１本のケーブルの受信機側端部に接続され、多重化信号中から各アンテナからの電波を分離する分波器。
（６）前記分波器によって多重化された信号中から分離された電波の中で、前記周波数変換器によって周波数変換された電波の周波数を、変換前の周波数に戻す周波数逆変換器と、
前記周波数変換器および周波数逆変換器に対して、同一のローカル信号を出力する局部発振器。

本発明は、次のような態様も包含する。
（７）前記局部発振器が、前記ケーブルの受信機側に設けられ、前記局部発振器から出力されたローカル信号が、前記周波数逆変換器に入力されると共に、前記ケーブルを経由して、前記周波数変換器に入力されている。

（８）前記ケーブルの受信機側に直流電源が設けられ、前記直流電源から出力された直流電流が、前記ケーブルを経由して、前記周波数変換器、前記周波数逆変換器及び前記アンテナからの電波を多重化する回路に供給されている。

本発明によれば、２本のアンテナ入力の片方の信号の周波数変換を行い、１本のケーブルで多重送信することにより布線するケーブルを１本に削減することが可能となる。また、同一のローカル信号を使用することで、ノイズの発生や他の信号との干渉を防止できる。

本発明の受信システムの実施形態を示す系統図である。 本発明の実施形態における周波数変換器の一例を示す系統図である。 本発明の実施形態において、アンテナデバイダ内に設けられた周波数分配器および周波数逆変換器の一例を示す系統図である。 本発明を駅のホームで使用されるＷＬマイクの受信システムに適用した場合の系統図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って具体的に説明する。本実施形態におけるＷＬマイク及びアンテナの台数は単なる例示であり、限定されるものではない。

［１．第１実施形態］
（１）構成
図１に示すように、本実施形態の受信システムは、送信機１からの電波を受信する１組のダイバーシティアンテナ（以下、アンテナという）Ａ，Ｂを備えている。アンテナＡには高周波増幅器２が接続され、アンテナＢには周波数変換器３が接続されている。高周波増幅器２と周波数変換器３の出力側は分波器４を介して１本のケーブル５の入力端に接続されている。ケーブル５の出力端にはアンテナデバイダ６が接続されている。このアンテナデバイダ６は周波数分配器及び周波数逆変換器を内蔵するものであり、その出力側には複数のダイバーシティ受信機７が接続されている。

アンテナデバイダ６には、前記アンテナＡ，Ｂと同様な構成を有する２組のアンテナＡ´，Ｂ´がそれぞれ１本のケーブル５を経由して接続されている。これら複数組のアンテナＡ，Ｂ及びＡ´，Ｂ´は、送信機１の移動範囲に沿って適当な間隔で配置されているものであり、それぞれ同様に高周波増幅器２、周波数変換器３及び分波器４を備える。

図２は、周波数変換器３の一例を示す系統図である。周波数変換器３は、アンテナＢが受信した電波の中から、必要な周波数帯（ｆｔ）を分離するバンドパスフィルタ３１、分離されたｆｔの信号の増幅器３２及び周波数変換用のミキサ回路３３を備える。ミキサ回路３３は、アンテナからの信号ｆｔと、アンテナデバイダ６からのローカル信号ｆｌと乗算することにより、アンテナＢからの信号ｆｔと周波数の異なる重畳信号ｆｉ（ｆｉ＝ｆｔ±ｆｌ）に変換する。

ミキサ回路３３の出力側には、重畳信号のバンドパスフィルタ３４、増幅器３５及びバンドパスフィルタ３６を介して分波器３７及び直流分離器３８が接続されている。分波器３７は、アンテナデバイダ６からケーブル５を経由して送信されたローカル信号ｆｌを分離するものであり、分離されたローカル信号ｆｌはバンドパスフィルタ３９、増幅器４０及びバンドパスフィルタ４１を経由して、ミキサ回路３３に供給される。直流分離器３８は、アンテナデバイダ６からケーブル５を経由して供給された直流成分を分離して、アンテナとケーブル５との間に設けられた各回路に電源を供給する。

図３は、アンテナデバイダ６内に設けられた周波数分配器および周波数逆変換器の一例を示す系統図である。ケーブル５の出力端には、直流混合器６１を介してアンテナＡ側の分波器６２が接続されている。直流混合器６１は、アンテナデバイダ６が有する直流電源の出力を、ケーブル５をアンテナ側に向かって流れるローカル信号ｆｌに重畳させて分波器４に送出する。分波器６２は、ケーブル５を経由して送信された重畳信号ｆｉの中から周波数変換されてないアンテナＡ側の信号ｆｔを分離する。

アンテナＡ側の分波器６２の第１の出力側にはバンドパスフィルタ６３及び増幅器６４を介して分配器６５が接続され、この分配器６５の出力端子がダイバーシティ受信機７に接続されている。

アンテナＡ側の分波器６２の第２の出力側には、アンテナＢ側の分波器６６、バンドパスフィルタ６７及びミキサ回路６８が順次接続されている。分波器６６及びミキサ回路６８には、ローカル信号ｆｌが供給されている。すなわち、アンテナデバイダ６には局部発振器７０が設けられ、この局部発振器７０で生成されたローカル信号ｆｌが増幅器７１によって増幅された後、分配器７２及びバンドパスフィルタ７３または７４を介して分波器６６及びミキサ回路６８に供給される。分波器６６に供給されたローカル信号ｆｌは、直流混合器６１において直流電源と重畳され、ケーブル５を経由して周波数変換器３に送出される。

分波器６６は、そこに入力されたローカル信号ｆｌと重畳信号ｆｉの中から重畳信号ｆｉのみを抽出し、バンドパスフィルタ６７を介してミキサ回路６８に出力する。ミキサ回路６８においては、局部発振器７０からのローカル信号ｆｌに基づいて、分波器６６から送られた重畳信号ｆｉの周波数逆変換処理がなされる。ミキサ回路６８の出力側には、バンドパスフィルタ７５及び増幅器７６を介して分配器７７が接続され、この分配器７７の出力端子がダイバーシティ受信機７に接続されている。

（２）作用
本実施形態の作用は、以下のとおりである。
本実施形態においては、送信機１より発射された電波ｆｔは、アンテナＡ、アンテナＢによって受信される。アンテナＡによって受信された電波ｆｔは、高周波増幅器２で増幅されて分波器４に入力される。

アンテナＢによって受信された電波ｆｔは、周波数変換器３において高周波増幅及び周波数変換を行い、重畳信号ｆｉ（ｆｉ＝ｆｔ±ｆｌ）に変換された後、分波器４に入力される。すなわち、図２に示すように、周波数変換器３にはアンテナデバイダ６からのローカル信号ｆｌが入力されているので、周波数変換器３のミキサ回路３３において、アンテナＢによって受信された電波ｆｔとローカル信号ｆｌに基づいて、受信電波ｆｔとは異なる周波数の重畳信号ｆｉが作成される。

アンテナＡからの信号ｆｔ（図１の(1)の経路）と、アンテナＢからの信号ｆｔに基づいて周波数変換された重畳信号ｆｉ（図１の(2)の経路）は、分波器４において多重化された後、多重化信号として１本のケーブル５に送出され（図１の(3)の経路）、ケーブル５を経由してアンテナデバイダ６に送信される。

アンテナデバイダ６においては、多重化信号中のアンテナＡからの信号ｆｔは、アンテナＡ側の分波器６２によって多重化信号から分離され、バンドパスフィルタ６３、増幅器６４及び分配器６５を経由してダイバーシティ受信機７に出力される（図１の(4)の経路）。

多重化信号中の重畳信号ｆｉは、アンテナＢ側の分波器６６によって多重化信号から分離され、バンドパスフィルタ６７を経由してミキサ回路６８に出力される。ミキサ回路６８においては、局部発振器７０から供給されたローカル信号ｆｌと重畳信号ｆｉとの演算処理により、重畳信号ｆｉの周波数逆変換処理が行われ、アンテナＢが受信したものと同一の信号ｆｔが生成される。

ミキサ回路６８によって生成されたアンテナＢからの信号ｆｉは、バンドパスフィルタ７５、増幅器７６及び分配器７７を経由してダイバーシティ受信機７に出力される（図１の(5)の経路）。

（３）周波数変換及び周波数逆変換について
本実施形態においては、同一のローカル信号ｆｌを使用して、アンテナＢの受信信号ｆｔの周波数変換及び周波数逆変換を行うことにより、重畳信号ｆｉから受信信号ｆｔを再現することができる。

本実施形態において、受信信号をＡｓｉｎα、ローカル信号をＢｓｉｎβとすると、周波数変換では、

となり、バンドパスフィルタで（１）式の１項のみ取り出して、（ＡＢ／２）ｃｏｓ（α－β）を重畳信号ｆｉとして伝送する。

再周波数変換では、伝送信号を（ＡＢ／２）ｃｏｓ（α－β）、ローカル信号をＣｓｉｎβとすると、ミキサ回路６８による演算処理は、

となり、この演算結果からバンドパスフィルタ７５で（２）式の１項のみ取り出すと、再周波数変換後の信号ｆｔは（ＡＢＣ／４）・ｓｉｎαとなる。ＦＭ変調波の場合、振幅に情報を持たないため、周波数逆変換器によって受信信号ｆｔと同一の周波数情報を持った信号を取り出すことができる。

例えば、駅構内でよく使われているＷＬマイクの周波数は、特定小電力無線局ラジオマイク用無線設備Ｃ型（３００ＭＨｚ帯）である。この型のワイヤレスマイクにおいては、次のように設定する。
(1) Ａｓｉｎα：３２２．０２５ＭＨｚ～３２２．４００ＭＨｚ
(2) Ｂｓｉｎβ：１０９．５００ＭＨｚ
(3) （ＡＢ／２）ｃｏｓ（α－β）：２１２．５２５ＭＨｚ～２１２．９００ＭＨｚ

このようにすると、図１の分波器４は、３００ＭＨｚ以上（図中(1) の経路を通るｆｔ）、２５０ＭＨｚ未満（図中(2) の経路を通るｆｉとｆｌ）、図２の分波器３７は、２００ＭＨｚ以上（ｆｉ）、１５０ＭＨｚ未満（ｆｌ）の簡易なローパスフィルタおよびハイパスフィルタで構成することができる。また、Ｂｓｉｎβを約７０ＭＨｚ～１２０ＭＨｚの範囲で変更することができるため、近接の無線システムからの干渉回避が容易に実現できる。

（３）効果
本実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
（１）ケーブル1本で複数のダイバーシティ信号を伝送することができ、同一ローカル周波数で、周波数変換、周波数逆変換を行うことにより、受信機端で受信信号を再生でき、複数のケーブルで伝送した場合と同等のダイバーシティ効果を得ることができる。

（２）ローカル周波数を同一とすることで、容易に周波数の変更ができ、近接システムからの干渉を回避することができる。特に、同じローカル周波数を使用しているため、各機器の通過周波数範囲内であれば、ローカル周波数を変更することにより容易に変換周波数・ローカル周波数・変換後の周波数を変更することができ、干渉を回避できる。

［２．他の実施形態］
本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、例えば、次のような他の実施形態も包含する。

（１）図４に示すように、駅の構内の上りホームと下りホームに、異なるチャンネルの送信周波数を有する送信機１－１から１－４と、それに対応する複数組のダイバーシティアンテナＡ，Ｂを設ける。このような構成においては、各組のアンテナＡ，Ｂで受信した信号ｆｔ１からｆｔ４を、それぞれ高周波増幅器２及び周波数変換器３において増幅または周波数変換した後、分波器４において多重化し、１本のケーブル５を経由してアンテナデバイダ６に送信する。

アンテナデバイダ６においては、各ケーブル５から入力された多重化信号からアンテナＡの信号とアンテナＢの信号を分離した後、アンテナＢの信号については周波数逆変換を行った後、各チャンネルのダイバーシティ受信機に出力する。このようにすることで、チャンネルの異なる複数の送信機からの受信信号を、それぞれ専用のケーブル５を経由して受信機側に送信することができる。

（２）アンテナＡ，Ｂに接続された高周波増幅器２や周波数変換器３などの電源としては、アンテナデバイダ６からケーブル５を経由して直流電源を供給する代わりに、アンテナ側に独立の電源を設けることもできる。

（３）ローカル信号を出力する局部発振器７０は、周波数変換器３と周波数逆変換器に同一のローカル信号を供給することができるものであれば、アンテナデバイダ６の内部に設ける必要はない。ケーブル５のアンテナ側に設けても良いし、受信機側に設けても良い。

（４）前記の実施形態は、複数のアンテナからの電波を多重化する回路として分波器４を使用したが、それは分波器４においてケーブル５を経由して供給された直流電流を分離するためであり、直流電流の分離を他の回路で行う場合や、ケーブル５のアンテナ側に独立の電源を有する場合には、分波器４に代えて他の多重化回路を使用しても良い。このことは、他の分波器や直流分離器においても同様であり、ローカル信号や直流電源をアンテナからの電波と重畳して伝送しない場合には、それぞれ専用の回路を使用することができる。

１…送信機
２…高周波増幅器
３…周波数変換器
４…分波器
５…ケーブル
６…アンテナデバイダ
７…ダイバーシティ受信機
３１，３４，３６，３９，４１，６３，６７，７３，７４，７５…バンドパスフィルタ
３２，３５，４０，６４，７１，７６…増幅器
３３，６８…ミキサ回路
３７，６２，６６…分波器
３８…直流分離器
６１…直流混合器
６５，７２，７７…分配器
７０…局部発振器

Claims (3)

1. 送信機からの電波をそれぞれ受信する複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナで受信した電波の周波数を、他のアンテナで受信した電波の周波数とは異なった値の周波数に変換する周波数変換器と、
   前記複数のアンテナの中で周波数変換を行わなかったアンテナからの電波と、前記周波数変換器によって周波数変換を行った他のアンテナからの電波を多重化する回路と、
   前記複数のアンテナの電波を多重化する回路から出力された多重化信号を受信機側に送信する１本のケーブルと、
   前記１本のケーブルの受信機側端部に接続され、多重化信号中から各アンテナからの電波を分離する分波器と、
   前記分波器によって多重化された信号中から分離された電波の中で、前記周波数変換器によって周波数変換された電波の周波数を、変換前の周波数に戻す周波数逆変換器と、
   前記周波数変換器および周波数逆変換器に対して、同一のローカル信号を出力する局部発振器を備えているダイバーシティ型マイクロフォンの受信システム。
2. 前記局部発振器が、前記ケーブルの受信機側に設けられ、
   前記局部発振器から出力されたローカル信号が、前記周波数逆変換器に入力されると共に、前記ケーブルを経由して、前記周波数変換器に入力されている請求項１に記載のダイバーシティ型マイクロフォンの受信システム。
3. 前記ケーブルの受信機側に直流電源が設けられ、
   前記直流電源から出力された直流電流が、前記ケーブルを経由して、前記周波数変換器、前記周波数逆変換器及び前記アンテナからの電波を多重化する回路に供給されている請求項１又は２に記載のダイバーシティ型マイクロフォンの受信システム。
   
   

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