JP7139188B2

JP7139188B2 - 送信機

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Publication number: JP7139188B2
Application number: JP2018154458A
Authority: JP
Inventors: 健武井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2022-09-20
Anticipated expiration: 2038-08-21
Also published as: EP3614574A1; US11081811B2; US20200067204A1; EP3614574B1; JP2020031295A

Description

本発明は、送信機に関する。

近年、ＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆＴｈｉｎｇｓ（ＩｏＴ）というコンセプトが注目を浴びており、ＩｏＴの実現に向け各種技術開発が鋭意進められている。

ＩｏＴにおいては、多数の機器をインターネットに結合し、機器の状態に関する信号を収集して信号の内容に基づき機器を制御する信号をインターネットで配信し、機器を構成要素とする各種システムの高効率稼動を実現する。

ＩｏＴ実現のためには、機器の情報を監視する多数のセンサ及び機器の動作を制御するアクチュエータを制御ネットワークに結合する必要がある。このため、ケーブルが不要な無線通信による制御ネットワークを構築することがハードウェアの設置コストの低減の観点から望ましい。

センサ及びアクチュエータと制御ネットワークを無線で結ぶためには、送信機と受信機を具備する無線機を用いる必要がある。この際、受信機のアンテナと到来波の偏波の不一致により受信信号の品質が劣化してしまう。また、送受信機を取り囲む環境に変動があると、到来波の偏波も動的に変化するので受信機が良好な通信品質を維持することは難しい。

特許文献１には、偏波の不一致による受信信号の品質劣化を、送受信機が最適な偏波を選択的に用いることで解決する技術が記載されている。

具体的には、特許文献１では、送信機が偏波を伝播周波数とは異なる低い周波数で回転させて信号を重畳して送信し、受信機が時間ごとに偏波が回転する回転偏波の到来波の異なる偏波を異なる時刻で受信し信号品質が良い偏波を選択する。

国際公開ＷＯ２０１２／１２０６５７号公報（特願２０１３－５０３２８８号）

特許文献１に記載されている回転偏波の生成手法は、従来の無線技術にない独特なもので、搬送波周波数を生成する発信機と偏波回転を実現する直交する２つの搬送波周波数とは異なる周波数の発信機を用いる回路構成を使用する。

しかし、その商用化には新たな半導体チップの開発あるいはディスクリート部品の集積からなる新たなモジュールの設計及び製造が必要となる。このため、回転偏波の送信機を低コストで実現することは困難である。

特に、無線通信システムが多くの回転偏波の送信機を必要とする場合、例えば、多数のセンサのデータを無線で収集する用途においては、回転偏波の送信機の数はセンサの数と同一オーダーとなる。よって、回転偏波の送信機を低コストで実現することが求められている。
本発明の目的は、回転偏波の送信機を低コストで実現することにある。

本発明の一態様の送信機は、少なくとも一つの共通する回路を有する第１の送信回路及び第２の送信回路と、第１のデジタルデータを生成して前記第１の送信回路に出力し、前記第１のデジタルデータとは異なる第２のデジタルデータを生成して前記第２の送信回路に出力するコントローラとを有し、前記第１の送信回路の出力と前記第２の送信回路の出力を空間的に直交する一対のアンテナの各々から送信し伝播方向に対して偏波が直角に回転する電波を形成することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、回転偏波の送信機を低コストで実現できる。

実施例１の送信機の構成図である。実施例２の送信機の構成図である。実施例３の送信機の構成図である。実施例４の送信機の構成図である。実施例５の送信機の構成図である。（ａ）は実施例６の送信機の構成図であり、（ｂ）はｂ_ａビットｂ_ｂビットがインターポレーションにより四つずつ複製されビット列の長さが四倍に拡大する動作を示す図である。実施例７の送信機の構成図である。実施例８の送信機の構成図である。実施例９の送信機の構成図である。実施例１０の無線機を構成する受信機の構成図である。実施例１～９の送信機を適用した昇降機システムの例である。実施例１～９の送信機を適用した変電所監視制御システムを示す図である。ＱＰＳＫ変調を用いて回転偏波を生成する原理を説明する図である。オフセットＱＰＳＫ変調を用いて回転偏波を生成する原理を説明する図である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

図１を参照して、実施例１の送信機の構成について説明する。
図１に示すように、送信機１０１は、ＲＦ回路２０、ＲＦ回路３０及びコントローラ１１を有する。コントローラ１１は、第一のビット列を生成する第一のビット列生成器７１と第二のビット列を生成する第二のビット列生成器７２を有し、夫々のデジタル出力をＲＦ回路２０とＲＦ回路３０に入力する。

ＲＦ回路２０に入力されたデジタル信号は２ビットの第一のシリアルパラレル変換器２１により奇数ビットは第一の乗算器２２の入力となる。第一の変調周波数発生器２４の出力が乗算され第一の減算器２６の入力となる。偶数ビットは第二の乗算器２３の入力となり変調周波数発生器２４の出力が９０度移相器２５を介し乗算され第一の減算器２６のもう一つの入力となる。減算器２６の出力は第一のミキサ２７によって第一の搬送波周波数発生回路２８の出力によってアップコンバートされ第一のアンテナ４１より空間に放射される。

ＲＦ回路３０に入力されたデジタル信号は２ビットの第二のシリアルパラレル変換器３１により奇数ビットは第三の乗算器３２の入力となり第二の変調周波数発生器３４の出力が乗算され第二の減算器３６の入力となる。偶数ビットは第四の乗算器３３の入力となり変調周波数発生器３４の出力が第二の９０度移相器３５を介し乗算され第二の減算器３６のもう一つの入力となる。

減算器３６の出力は第二のミキサ３７によって第二の搬送波周波数発生回路３８の出力によってアップコンバートされ第一のアンテナ４１と空間的に直交する第二のアンテナ４２より空間に放射される。第一の搬送波周波数発生回路２８と第二の搬送波周波数発生回路３８および第一の変調周波数発生回路２４と第二の変調周波数発生回路３４は夫々等しい。

回転偏波の生成は、第一のビット列生成器７１と等価なビット列生成器の出力を二分岐する。夫々の分岐に偏波回転周波数の一方は余弦波で他方は正弦波を用いて変調し、夫々の変調後の出力を搬送波周波数でアップコンバートして空間的に直交する異なる２つのアンテナから空間に放射することで実現する。

ビットスリームの奇数ビットは等しく偶数ビットは異なる（反転している）第一のビット列生成器１と第二のビット列生成器２の出力は同時に（同期して）ＲＦ回路２０とＲＦ回路３０に入力する。

第一のシリアルパラレル変換器２１および第二のシリアルパラレル変換器３１によって、第一のビット列生成器７１および第二のビット列生成器７２の出力は奇数ビットは第一の乗算器２２および第三の乗算器３２によって偏波回転周波数の一周期分の余弦波が重畳される。偶数ビットは第二の乗算器２３および第四の乗算器３３によって偏波回転周波数の一周期分の正弦波が重畳される。第一の乗算器２２および第二の乗算器２３の出力は合成され第一のミキサ２７によって搬送波周波数にアップコンバートされ第一のアンテナ４１より空間に放射され第三の乗算器３２および第四の乗算器３３の出力は合成され第二のミキサ３７によって搬送波周波数にアップコンバートされ第二のアンテナ４２より空間に放射される。

両ＲＦ回路では、アップコンバート前の信号は偏波回転周波数の正弦波と余弦波の合成であり常に正弦波（ｓｉｎω_ｐ）の符号が異なっており他は全て等しいので、第一の減算器２６と第二の減算器３６の出力は図１３Ａで示される可能な全ての２ビットの組合せにおいて直交する。

図１３Ａは、奇数ビットに重畳される余弦波の波形で下部は偶数ビットに重畳される正弦波の波形である。この関係は、下記数１、数２で表される。

ｃｏｓω_ｐｔ＋ｓｉｎω_ｐｔ／ｃｏｓω_ｐｔ－ｓｉｎω_ｐｔ，－ｃｏｓω_ｐｔ＋ｓｉｎω_ｐｔ／－ｃｏｓω_ｐｔ－ｓｉｎω_ｐｔ，ｃｏｓω_ｐｔ－ｓｉｎω_ｐｔ／ｃｏｓω_ｐｔ＋ｓｉｎω_ｐｔ，－ｃｏｓω_ｐｔ－ｓｉｎω_ｐｔ／－ｃｏｓω_ｐｔ＋ｓｉｎω_ｐｔ…（数１）

√２ｃｏｓ［ω_ｐｔ－０．２５π］／√２ｓｉｎ［ω_ｐｔ－０．２５π］），
－√２ｓｉｎ［ω_ｐｔ－０．２５π］）／－√２ｓｉｎ［ω_ｐｔ－０．２５π］），√２ｓｉｎ［ω_ｐｔ－０．２５π］）／√２ｃｏｓ［ω_ｐｔ－０．２５π］，－√２ｃｏｓ［ω_ｐｔ－０．２５π］／－√２ｓｉｎ［ω_ｐｔ－０．２５π］）…（数２）

但し、式中の「／」の前後は、夫々第一の減算器２６と第二の減算器３６の出力を示す。

数１あるいは数２から解るように、空間的に直交する２つのアンテナから空間に放射される信号は、第一のビット列生成器７１と等価なビット列生成器の出力を二分岐する。夫々の分岐に、偏波回転周波数の一方は余弦波で他方は正弦波を用いて変調し、夫々の変調後の出力を搬送波周波数でアップコンバートしたものになるから回転偏波を形成する。

実施例１の送信機１０１は、少なくとも一つの共通する回路を有する第１の送信回路（ＲＦ回路２０）及び第２の送信回路（ＲＦ回路３０）と、第１のデジタルデータ（第一のビット列生成器７１で生成された第一のビット列）を生成して第１の送信回路（ＲＦ回路２０）に出力し、第１のデジタルデータとは異なる第２のデジタルデータ（第二のビット列生成器７２で生成された第二のビット列）を生成して第２の送信回路（ＲＦ回路３０）に出力するコントローラ１１を有する。

そして、第１の送信回路（ＲＦ回路２０）の出力と第２の送信回路（ＲＦ回路３０）の出力を空間的に直交する一対のアンテナ（４１、４２）の各々から送信し伝播方向に対して偏波が直角に回転する電波を形成する。

ここで、第１の送信回路（ＲＦ回路２０）及び第２の送信回路（ＲＦ回路３０）は、前記共通する回路として、例えば、同一の変調器（図１の２１～２６）及び同一の周波数アップコンバータ（図１の２７～２８）を有する。

また、コントローラ１１は、第２のデジタルデータとして、第１のデジタルデータと周期的に一部分が異なるデジタルデータ（図１の７１、７２）を生成する。例えば、コントローラ１１は、第２のデジタルデータとして、第１のデジタルデータと異なる部分と同一の部分が周期の中で時間的に等しいデジタルデータ（図１７１、７２）を生成する。具体的には、コントローラ１１は、デジタルデータが連続するビット列で１ビットおきに互いのビットが一致と反転を繰り返す第１のデジタルデータ及び第２のデジタルデータ（図１の７１、７２）を生成する。

なお、コントローラ１１は、第１のデジタルデータと第２のデジタルデータを、第１の送信回路（ＲＦ回路２０）と第２の送信回路（ＲＦ回路３０）にそれぞれ同時に出力する。

このように、実施例１の送信機１０１は、変調器（図１の２１～２６）と周波数アップコンバータ（図１の２７～２８）を有する一対の同一の送信回路（図１の２０、３０）に、異なるデジタルデータ（図１の７１、７２）を入力し、各々の送信回路の出力を空間的に直交する一対のアンテナ（図１の４１、４２）の各々から送信し伝播方向に対して偏波が直角に回転する電波を形成する。この際、変調器（図１の２１～２６）は、ＱＰＳＫ変調（図１３Ａ参照）又はオフセットＱＰＳＫ変調（図１３Ｂ参照）を行う。

実施例１によれば、ＱＰＳＫ変調を用いる従来無線システムに用いられる商用汎用ＲＦチップあるいは無線モジュールを一対用いて、各モジュールに汎用コントローラから異なるビット列を同時に入力することで回転偏波を放射することかできる。この結果、回転偏波の送信機を安価に実現することができる。

図２を参照して、実施例２の送信機の構成について説明する。
図２に示すように、送信機１０２はＲＦ回路４０および５０とコントローラ１１を有する。図１の実施例１のＲＦ回路２０および３０に対して、図２の実施例のＲＦ回路４０および５０は第一のシリアルパラレル変換器２１および第二のシリアルパラレル変換器３１と第二の乗算器２３および第四の乗算器３３の間に、新たに第一の半ビット位相遅延器２９および第二の半ビット位相遅延器３９が挿入される。これら半ビット位相遅延器によりＲＦ回路４０および５０はオフセットＱＰＳＫの変調を行う。

図２の実施例の動作は図１３Ｂで示されるように、図１３Ａとは異なり、奇数ビットに重畳される余弦波と偶数ビットに重畳される正弦波は半周期ずれている。しかしながら、偏波回転の各半周期で画該余弦波と正弦波は直行していることが解る。従って、数１あるいは数２と同様の関係でＲＦ回路４０とＲＦ回路５０の減算器２６および３６の出力は全ての時間軸上で直交する。

実施例２によれば、オフセットＱＰＳＫ変調を用いる従来無線システムに用いられる商用汎用ＲＦチップあるいは無線モジュールを一対用いて、各モジュールに汎用コントローラから異なるビット列を同時に入力することで回転偏波を放射することかできるので、回転偏波送信機を安価に実現することができる。

図３を参照して、実施例３の送信機の構成について説明する。
実施例３の送信機が図１の実施例１の無線機と異なる点は、コントローラ１１に代えてコントローラ１３がＣＰＵ３とデータバス４を具備することである。その他の構成は図１の実施例１の送信機とほぼ同様なのでその説明は省略する。

ＣＰＵ３は図１の第一のビット列生成器７１および第二のビット列生成器７２の生成ビット列と同様のビット列をシーケンシャルに生成しデータバス４を通じて第一のビット列バッファ１および第二のビット列バッファ２に蓄積する。

両ビット列バッファにデータが完全に蓄積されたのち、ＣＰＵ３は命令を出して、第一のビット列バッファ１および第二のビット列バッファ２の内容を同時に、ＲＦ回路２０およびＲＦ回路４０に入力する。

実施例３によれば、ＣＰＵによって回転偏波を生成する為の一対のデジタルデータを作成でき、且つ両デジタルデータを両ＲＦ回路に送信するタイミングを制御できる。子の結果、一対のＲＦ回路に入力されるビット列の送信タイミングの調整が可能となる。

図４を参照して、実施例４の送信機の構成について説明する。
実施例４の送信機が図３の実施例３の送信機と異なる点は、コントローラ１３に代えてコントローラ１４が新たに第三のビット列バッファ５および第四のビット列バッファ６と第一の切替器７および第二の切替器８を具備することである。その他の構成は図３の実施例３の送信機とほぼ同様なのでその説明は省略する。

ＣＰＵ３は第一のビット列バッファ１に蓄積すべき次のビット列を第三のビット列バッファ５にデータバス４を用いて蓄積し、第二のビット列バッファ２に蓄積すべき次のビット列を第四のビット列バッファ６にデータバス４を用いて蓄積し、第一のビット列バッファ１および第三のビット列バッファ３の切替を第一の切替器７で行い、第二のビット列バッファ２および第四のビット列バッファ４の切替を第二の切替器８で行う。切替器７および切替器８の制御はＣＰＵ３が行う。

実施例４によれば、ＲＦ回路２０およびＲＦ回路３０に入力すべきデジタルデータのビット列バッファへの蓄積とビット列バッファからの出力を同時にできる。この結果、送信機が送信する情報の伝送レート向上に効果がある。

図５を参照して、実施例５の送信機の構成について説明する。
実施例５の送信機が図１の実施例１の送信機と異なる点は、コントローラ１１に代えてコントローラ１５がクロック発生回路７５、１／２デシメータ７６、第一の遅延回路７７、第二の遅延回路７８、切替スイッチ７４、インバータ７３を具備することである。その他の構成は図１の実施例１の送信機とほぼ同様なのでその説明は省略する。

第一のビット列生成器７１の出力は三分岐され第一の分岐は第一の遅延回路７７を介してＲＦ回路２０へと出力され、第二の分岐は第二の遅延回路７８を介して切替スイッチ７４の入力となり、第三の分岐はインバータ７３を介して切替スイッチ７４の他の入力となり、クロック発生回路７５の出力を２クロック分にデシメーションし切替スイッチ７４の出力を第一のビット列生成器７１の直接出力と反転出力とを一ビットずつ切り替える。

遅延回路７７の遅延量はＲＦ回路２０および３０に入力されるデジタルデータが同時となるように予め決められ、遅延回路７８の遅延量は、切替スイッチ７４に入力する直接入力と反転入力が連続して交互に出力されるよう予め調整される。

実施例５によれば、ビット列生成器の数を削減できるので回転偏波を生成する送信機のメモリサイズ低減に効果があり、送信機の小型化と低コスト化が可能となる。

図６を参照して、実施例６の送信機の構成について説明する。
実施例６の送信機が図３の実施例３の送信機と異なる点は、コントローラ１１に代えてコントローラ１６が新たに、カウンター５１、単位ビット列バッファ５２、インターポレーター５３、第一の符号乗算器５４、第二の符号乗算器５５、符号切替スイッチ５６、符号テーブル５７、第一の拡散ビット列バッファ５８、第二の拡散ビット列バッファ５９を具備することである。その他の構成は図３の実施例３の送信機とほぼ同様なのでその説明は省略する。

ＣＰＵ３は情報ビット列を生成し第一のビット列バッファ１に順次蓄積する。蓄積されたビット列はカウンター５１を介し予め定められた単位個数分を該カウンター５１の値を用いてＣＰＵ３の制御により単位ビット列バッファ５２に蓄積される。単位ビット列バッファ５２に蓄積されたビット列はインターポレーター５３により各１ビットが複製される。

図６（ｂ）にｂ_ａビットｂ_ｂビットがインターポレーションにより四つずつ複製されビット列の長さが四倍に拡大する動作を示す。予め符号テーブル５７に格納された単位ビット列よりも長い一対のビット列で第一の符号乗算器５４および第二の符号乗算器５５を用いて乗算され、第一の拡散ビット列バッファ５８および第二の拡散ビット列バッファ５９に蓄積される。

図６（ｂ）に示すように、拡大後のビット列の一ビットに符号テーブル５７から取り出す２ビットの符号が割りあてられる。符号テーブル５７には奇数ビットは偶数ビットが反転する一対の符号列が格納してある。第一の拡散ビット列バッファ５８および第二の拡散ビット列バッファ５９に該一対の符号列で拡散した信号が蓄積されるように、拡大さ情報を持つビット列１に符号テーブル５７に格納されたビット列を重畳することによって該情報を拡散する。

第一の拡散ビット列バッファ５８および第二の拡散ビット列バッファ５９に蓄積されるビット列は互いに奇数ビットは同じで偶数ビットは反転するように選ばれて符号テーブル５７に予め格納される。ＣＰＵ３が単位ビット列バッファ５２に蓄積された単位ビット列を参照して符号切替スイッチ５６を制御して符号テーブル５７より選択する。第一の拡散ビット列バッファ５８および第二の拡散ビット列バッファ５９に蓄積されたビット列は同時にＲＦ回路２０およびＲＦ回路３０に入力される。これにより、図３の実施例と同様の動作で回転偏波が放射される。

実施例６によれば、情報信号が元来持つビット長よりも長いビット長を持つ符号で拡散されるので、該情報信号の秘匿が行われ情報伝送のセキュア化に効果がある。

図７を参照して、実施例７の送信機の構成について説明する。
実施例７の送信機が図６の実施例の送信機と異なる点は、コントローラ１６に代えてコントローラ１７が新たに、第二のビット列バッファ６０、第二のカウンター６１、第二の単位ビット列バッファ６２、第二のインターポレーター６３、遅延回路６４、第二の符号切替スイッチ６６を具備し、第一の符号切替スイッチが１５６に変更されることである。その他の構成は実施例６の送信機とほぼ同様なのでその説明は省略する。

ＣＰＵ３は異なる二種類の情報ビット列を生成し第一のビット列バッファ１および第二のビット列バッファ６０に順次蓄積する。第一のビット列バッファ１に蓄積されたビット列に関する動作は、第一の符号切替スイッチ１５６の出力が一つであることをのぞき、図６の実施例と同様である。第二のビット列バッファ６０に蓄積されたビット列は第二のカウンター６１を介し予め定められた単位個数分を該カウンター６１の値を用いてＣＰＵ３の制御により第二の単位ビット列バッファ６２に蓄積される。

第二の単位ビット列バッファ６２に蓄積されたビット列は第二のインターポレーター６３により各１ビットが複製され、予め符号テーブル５７に格納された単位ビット列よりも長い一対のビット列で第二の符号乗算器５５を用いて乗算され、第二の拡散ビット列バッファ５９に蓄積される。

第一の拡散ビット列バッファ５８および第二の拡散ビット列バッファ５９に蓄積されるビット列は互いに奇数ビットは同じで偶数ビットは反転するように選ばれ、符号テーブル５７に予め格納される。ＣＰＵ３が単位ビット列バッファ５２に蓄積された単位ビット列を参照して符号切替スイッチ５６および第二の符号切替スイッチ６６を制御して該符号テーブル５７より選択する。

第一の拡散ビット列バッファ５８および第二の拡散ビット列バッファ５９に蓄積されたビット列が同時にＲＦ回路２０およびＲＦ回路３０に入力されるように遅延回路６４の遅延量は予め調整され、図３の実施例と同様の動作で回転偏波が放射される。

実施例７では、ＲＦ回路２０およびＲＦ回路３０に入力される情報ビットを符号で拡散して得る。奇数ビットが同一で同数ビットが反転するビット列の生成を同一のシーケンスで独立の２系統で実行する。そして、最終的に２つのＲＦ回路に入力する２つの信号線の一方にデジタル制御可能な遅延回路を挿入している。この結果、２つのＲＦ回路に入力する信号の同期を取ることができる。

実施例７によれば、回転偏波の生成精度が向上するのみならず、図６の実施例と比べて符号切替スイッチの動作を簡略化することができる。この結果、ＣＰＵの制御が簡素化され、送信機の消費電力削減に効果がある。

図８を参照して、実施例８の送信機の構成について説明する。
実施例８の送信機が図７の実施例７の送信機と異なる点は、コントローラ１７に代えてコントローラ１８が新たに、第一のレジスター６５、第二のレジスター６７、データバス４を具備することである。その他の構成は実施例７の送信機とほぼ同様なのでその説明は省略する。

図６の実施例とは異なり、一の符号乗算器５４および第二の符号乗算器５５の出力は第一のレジスター６５および第二のレジスター６７に蓄積される。第一のレジスター６５および第二のレジスター６７に蓄積されたデータはデータバス４を通じて、第一の拡散ビット列バッファ５８および第二の拡散ビット列バッファ５９に蓄積され、ＣＰＵ３の制御により、ＲＦ回路２０およびＲＦ回路３０に向けて出力される。

実施例８によれば、第一の拡散ビット列バッファ５８および第二の拡散ビット列バッファ５９に蓄積されたデジタルデータを両ＲＦ回路に送信するタイミングを制御できる。この結果、一対のＲＦ回路に入力されるビット列の送信タイミングの調整が可能となる。

図９を参照して、実施例９の送信機の構成について説明する。
実施例９の送信機が図８の実施例８の送信機と異なる点は、コントローラ１８に代えてコントローラ１９が新たに、第三の拡散ビット列バッファ６８、第四の拡散ビット列バッファ６９、第一の切替器８８、第二の切替器８９を具備することである。その他の構成は実施例８の送信機とほぼ同様なのでその説明は省略する。

ＣＰＵ３は、第一の拡散ビット列バッファ５８に蓄積すべき次のビット列を第三の拡散ビット列バッファ６８にデータバス４を用いて蓄積する。第二の拡散ビット列バッファ５９に蓄積すべき次のビット列を第四の拡散ビット列バッファ６９にデータバス４を用いて蓄積する。第一の拡散ビット列バッファ５８および第三の拡散ビット列バッファ６８の切替を第一の切替器８８で行い、第二の拡散ビット列バッファ５９および第四の拡散ビット列バッファ６９の切替を第二の切替器８９で行う。切替器８８および切替器８９の制御はＣＰＵ３が行う。

実施例９によれば、ＲＦ回路２０およびＲＦ回路３０に入力すべきデジタルデータのビット列バッファへの蓄積とビット列バッファからの出力を同時にできる。この結果、送信機が送信する情報の伝送レート向上に効果がある。

図１０を参照して、実施例１０の無線機を構成する受信機について説明する。
図１０に示すように、回転偏波を生成する送信機からの回転偏波を受信する受信機２００は、空間的に直交する受信アンテナ４３および４４とＲＦ回路要素とベースバンド回路９０からなる。第一の受信アンテナ４３および第二の受信アンテナ４４から入力した信号の各々は送信機が用いる搬送波周波数と同一の周波数の搬送波ローカル発生回路８１の出力と第一の受信ミキサ８２および第二の受信ミキサ８３によりダウンコンバートされ回転偏波の信号となる。

第一の受信乗算回路８６および第二の受信乗算回路８７を用いて、回転偏波周波数余弦波発生回路８４および回転偏波周波数正弦波発生回路８５の出力が掛け合わされ、ベースバンド信号帯に変換された後、夫々複数の遅延器からなる第一の遅延器群９１および第二の遅延器群９２の遅延器により順次遅延されて、ベースバンド信号処理回路９９の複数入力となる。

実施例１０の受信機は回転偏波の一周期を分割した各タイミングにおける回転偏波の余弦波成分と正弦波成分の値をベースバンド信号処理回路の入力とすることができる。この結果、空間的に直交する２アンテナ４３および４４を用いて到来波の進行方向に対して直角な全ての偏波の角度成分に対して受信信号を復調できる。

図１１を参照して、回転偏波を生成する送信機からの回転偏波を用いる無線システム無線システムを適用した昇降機監視制御システムについて説明する。
実施例１１の昇降機監視制御システム１１００は、昇降機が設置される建物１１０１の内部を複数の昇降カゴ１１１１が昇降する。建物１１０１の内部の床部および天井部には回転偏波機能を有する基地局回転偏波無線機１１０３と基地局２直交偏波一体アンテナ１１０２が結合し設置される。昇降機１１１１の外部天井と外部床面には其々端末局２直交偏波一体アンテナ１１１２が設置され、高周波ケーブル１１１４を用いて無線端末機１１１３に結合している。

基地局回転偏波無線機１１０３と無線端末機１１１３は、建物１１０１の内部を無線伝送媒体とするので、該建物１１０１の内壁および該昇降機の外壁により電磁波は多重反射を受け、複数の無線端末機１１１３が送信する電磁波が基地局回転偏波無線機１１０３に到達する際の偏波は同一ではない。

また、昇降カゴはその相対位置を変えるので、エレベータが停止する際に基地局回転偏波無線機１１０３と無線端末機１１１３が無線通信を行う場合に、そのつど複数の無線端末機１１１３から基地局回転偏波無線機１１０３に到達する電磁波の偏波は一般に変化する。

実施例１１によれば、基地局回転偏波無線機１１０３と無線端末機１１１３が相対的位置を固定する時間内に、無線チャネル測定モードとデータ伝送モードの処理を行う。これにより、相対固定位置の予測が困難である昇降機システムにおいて、昇降機と固定設置の回転偏波無線機との間で信頼性高い無線通信を行うことができる。

昇降機１１１１の制御及び監視を建物１１０１より有線接続手段を用いずに遠隔で実施できるので、ケーブル等の該有線接続手段を削除可能で、同一の輸送能力をより小さい建物体積で実現できる。

あるいは、同一の建物体積で昇降機寸法を増大させることによる輸送能力向上を実現できる。また、小型・軽量且つ低消費電力の送信機を用いて昇降カゴ１１１１内の情報を外部に発信できるので、昇降カゴ内の情報伝送を実現する通信装置の重量を削減できる。この結果、昇降機システムの低消費電力化に効果があるのみならず、通信装置の保守コストを低減する効果がある。

図１２を参照して、回転偏波を生成する送信機からの回転偏波を用いる無線システムを適用した変電設備監視制御システムについて説明する。
実施例１２の変電設備監視制御システム１２００は、複数の変電機１２０１を具備し同変電機１２０１には無線端末機１２０３と無線端末機２直交偏波一体アンテナ１２０２が結合し設置される。複数の変電機１２０１の近傍に、無線基地局１２１１が設営され該無線基地局１２１１は本発明の回転偏波送受信を行う回転偏波無線機１２１３と回転偏波無線機２直交偏波一体アンテナ１２１２が結合し設置される。

変電機の寸法は数ｍのオーダーであり無線機が使用する電磁波の周波数である数百ＭＨｚから数ＧＨｚに対応する波長に比べ圧倒的に大きい。このため、複数の変電機１２０１により電磁波は多重反射を受け、多重波干渉環境が形成され、各変電機１２０１に固定設置される無線端末機１２０３からの送信波は異なる偏波で無線基地局１２１１に設置される回転偏波無線機１２１３に到達する。

実施例１２によれば、回転偏波無線機１２１３と複数の無線端末機１２０３との間で信頼性高い無線通信を行うことができる。これにより、無線機を用いた無線接続手段を用いて、変電機１２０１の制御及び監視を複数の無線基地局１２１１により有線接続手段を用いずに遠隔で実施可能となる。

ケーブル等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、ケーブルの敷設コストを削除できる。よって、変電機１２０１の制御及び監視システムの安全性向上およびコスト削減に効果がある。また、多数の変電気１２０１に搭載する無線機のコストを低減できる。この結果、無線を用いて変電設備監視制御システム１２００を制御するシステムの導入コストを低減することができる。

１１…コントローラ
２０…ＲＦ回路
２１…第一のシリアルパラレル変換器
２２…第一の乗算器
２３…第二の乗算器
２４…第一の変調周波数発生器
２５…９０度移相器
２６…第一の減算器
２７…第一のミキサ
２８…第一の搬送波周波数発生回路
３０…ＲＦ回路
３１…第二のシリアルパラレル変換器
３２…第三の乗算器
３３…第四の乗算器
３４…第二の変調周波数発生器
３５…第二の９０度移相器
３６…第二の減算器
３７…第二のミキサ
３８…第二の搬送波周波数発生回路
４１…第一のアンテナ
４２…第二のアンテナ
１０１…送信機

Claims

少なくとも一つの共通する回路を有する第１の送信回路及び第２の送信回路と、
第１のデジタルデータを生成して前記第１の送信回路に出力し、前記第１のデジタルデータとは異なる第２のデジタルデータを生成して前記第２の送信回路に出力するコントローラと、を有し、
前記第１の送信回路の出力と前記第２の送信回路の出力を空間的に直交する一対のアンテナの各々から送信し伝播方向に対して偏波が直角に回転する電波を形成し、
前記第１の送信回路及び前記第２の送信回路は、
前記共通する回路として、同一の変調器及び同一の周波数アップコンバータを有し、
前記コントローラは、
前記第２のデジタルデータとして、前記第１のデジタルデータと周期的に一部分が異なるデジタルデータを生成し、
前記コントローラは、
前記第１のデジタルデータと前記第２のデジタルデータを、前記第１の送信回路と前記第２の送信回路にそれぞれ同時に出力し、
前記変調器は、
ＱＰＳＫ変調又はオフセットＱＰＳＫ変調を行うことを特徴とする送信機。
前記コントローラは、
前記第２のデジタルデータとして、前記第１のデジタルデータと異なる部分と同一の部分が周期の中で時間的に等しい前記デジタルデータを生成することを特徴とする請求項１に記載の送信機。
前記コントローラは、
前記デジタルデータが連続するビット列で１ビットおきに互いのビットが一致と反転を繰り返す前記第１のデジタルデータ及び前記第２のデジタルデータを生成することを特徴とする請求項１に記載の送信機。
前記コントローラは、
前記第１のデジタルデータと前記第２のデジタルデータを、信号処理回路を含むデジタル回路に形成される一対の信号バッファに格納し、
前記信号処理回路の制御により前記第１の送信回路と前記第２の送信回路にそれぞれ同時に出力することを特徴とする請求項１に記載の送信機。
前記信号処理回路を含む前記デジタル回路は、
複数の信号バッファからなる一対の信号バッファ群を形成し、
前記信号処理回路の制御により前記信号バッファ群の内の一つのバッファからデジタルデータを出力する動作と他のバッファにデジタルデータを蓄積させる動作を同時に行うことを特徴とする請求項４に記載の送信機。