JPH01319343A

JPH01319343A - デジタル通信方式

Info

Publication number: JPH01319343A
Application number: JP15112988A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Sakanaka; 徹雄坂中; Haruo Konno; 晴夫今野; Yasusaburou Idekura; 靖三郎出藏
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1988-06-21
Publication date: 1989-12-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はデジタル通信方式、特にｒｌＪ、「０」の２値
のデジタル信号を所定の符号に変換して送受信するデジ
タル通信方式に関するものである。

［従来の技術１従来、デジタル信号を変調して伝送する方式として、Ｆ
ＳＫ　（周波数シフトキーイング）変調、ＰＳＫ　（位
相シフトキーイング）変調などが広く行われている。

ＦＳＫ変調はデジタル信号の１と０に対してそれぞれ搬
送波の周波数ｆｌとｆ２を割り当てる方式で、受信側で
は信号の周波数を検出することによって信号の１と０と
を判定する。また、ＰＳＫ変調ではデジタル信号の１と
０に対して搬送波の位相φ１とφ２を割り当て、受信側
では信号の位相を検出する。

［発明が解決しようとする課題］デジタル通信の品質は通常符号誤り率で評価されるが、
これらの変調方式では符号誤り率は信号の搬送波の電力
と雑音電力との比（Ｃ／Ｎ比）に依存し、信号が微弱に
なってＣ／Ｎ比が小さくなると符号誤り率が急速に劣化
する。従ってＦＳＫやＰＳＫなどの従来の変調方式では
、必要とされる符号誤り率を保証するためには一定値以
上のＣ／Ｎ比を確保する必要があり、それによって伝送
の適応範囲が制約されてしまう。

例えば、光信号の開放空間での伝送の場合などでは、大
気の散乱や外乱光などの影響により良好なＣ／Ｎ比を確
保するのが非常に困難であり、上記のような従来の変調
方式では通信の信頼性、到達距離などに限界があった。

本発明の課題は以上の問題を解決することである。

［課題を解決するための手段］以上の課題を解決するために、本発明においては、「１
」、「０」の２値のデジタル信号を所定の符号に変換し
て送受信するデジタル通信方式において、送信側におい
てはｒｌＪ、「０」の２値デジタル信号に対応したパル
スによりそれぞれ所定周波数の搬送波を変調し、これら
の変調信号の周波数成分をそれぞれ異なる伸長特性によ
り時間軸に伸長して得た異なるチャープ信号を形成して
出力し、一方、受信側では受信したチャープ信号の周波
数成分を前記の異なる伸長特性にそれぞれ対応する逆特
性の圧縮特性により圧縮し、その後検波を行なうことに
より元の２値デジタルデータを再生する構成を採用した
。

［作用］以上の構成によれば、「１」、「０」のデジタル値を異
なる周波数／時間特性を有するチャープ信号に変換して
送信し、一方受信側では受信したチャープ信号を逆変換
して原データを再生することができる。

［実施例］以下、図面に示す実施例に基づき、本発明の詳細な説明
する。

第１図に本発明による伝送方式の実施例を示す、第１図
（ａ）は送信部のブロック図であり、図において符号１
ａ、ｌｂはパルス発生器で例えば「１」、「０」の２値
にそれぞれ対応した図示のような矩形波のデジタルパル
スを入力し、後述のような単一波長のパルスを発生させ
る。このパルスは、それぞれ平衡変調器２ａ、２ｂに入
力され所定周波数ｆＯの搬送波を振幅変調し、変調出力
はそれぞれ特性が異なるチャープ変換素子３゜４に入力
される。

チャープ変換素子３，４は後述のように、入力信号の周
波数成分を時間軸方向に伸長するが、その際の特性は図
示のようにチャープ変換素子３と４で異なっており、例
えばチャープ変換素子３では高域側が遅延され、チャー
プ変換素子４では低域側が遅延される。

チャープ変換素子３．４の出力は加算器Ａで加算された
後、増幅器Ｖで増幅され、電波、光などの信号に変換さ
れ、伝送路に出力される。

一方、第１図（ｂ）は受信部のブロック図で。

受信信号は増幅器Ｖを介してチャープ変換素子５．６に
入力される。チャープ変換素子５．６はそれぞれチャー
プ変換素子３，４の逆特性の素子である。チャープ変換
素子５，６はそれぞれ周波数成分を時間軸方向に圧縮し
１図示のような振幅変調波形を再生し、その後、同期検
波方式などによる検波回路７ａ、７ｂにより元の「１」
、「０」の２値に対応した矩形波パルスが再生される。

次に、チャープ変換素子の構成および作用につき説明す
る。第２図および第３図に本実施例に使用するチャープ
変換素子の一例として、弾性表面波分散型遅延素子によ
るものの動作原理を示す。

第２図（ａ）は第１図（ａ）におけるチャープ変換素子
３を、また第３図（ａ）はチャープ変換素子８を示す。

チャープ変換素子３は第２図（ａ）に示すようにピエゾ
効果を有する圧電基板３ｃの上に櫛形電極（以下ＩＤＴ
という）３ａ、３ｂを配置した構造であり、信号入力部
のＩＤ７３ａに電気信号を印加すると圧電効果によって
機械的振動が発生し、振動の表面波が基板３ｃ上を伝播
する。

この表面波は出力部のＩＤＴ３ｂに達すると再び電気信
号に変換される。出力側ＩＤＴａｂは電極間隔で決まる
振動周波数に同調して電気信号を発生するが１図のよう
に出力部ＩＤＴの間隔は入力ＩＤＴより離れるに従って
密に変化しているため、周波数によって出力信号の遅延
時間が異なる。

すなわち、信号中の異なる周波数成分は時間的に分離さ
れる。この伸長用チャープ変換素子の入力周波数に対す
る出力の振幅と遅延の特性は第２図（ｂ）および（Ｃ）
のようになっている、すなわち、少なくとも周波数ｆｌ
からｆ＋までの領域において周波数特性はフラットで、
一方前記の電極配置により周波数ｆ１からｆ２に向かっ
て直線的に遅延時間が増大（ｔｌ〜ｔ２）する。

従って、伸長用チャープ変換素子３にｆｌからｆ２の間
に広がるスペクトル成分を持つ高周波成分を含むパルス
状の信号を入力すると、第２図（ｄ）のように時間間隔
ｔｉからｔ２の間に周波数がｆｌからｆ２に連続的に変
化する波形（チャープ信号）に伸長されて出力される。

これに対して、第３図は第１図（ａ）中のチャープ変換
素子４を示すものである。基板４ｃ上のＩＤＴ４ａ、４
ｂの電極構造は第３図（＆）に示すように第２図（＆）
と粗密が逆の構造となっているため、周波数に対する出
力振幅と遅延は第３図（ｂ）と（Ｃ）の特性を有してい
る。すなわち振幅特性は第２図（ｂ）と同じだが遅延特
性は周波数ｆｌ側が大きくなっている。従って、入力イ
ンパルス信号に対する出力波形は第３図（ｄ）のように
、周波数が前とは逆にｆ２からｆｌに変化するチャープ
信号となる。

第４図は第２図（ｄ）のパルス波形の詳細を示すもので
、第２図（ｂ）、第３図（ｂ）の帯域幅に相当する半値
幅がほぼｌ／Ｂの単一パルス波形に周波数ｆＯの信号を
乗算したような波形で近似的に第２図（ｂ）あるいは第
３図（ｂ）のようなスペクトルの条件を満足している。

第４図の伸長用チャープ変換素子３への入力波形は平衡
変調器２の振幅変調により形成される。

受信部でチャープ信号をパルス信号に戻すには、第２図
（ｄ）の信号に対しては第３図の特性を持つチャープ変
換素子５に入力すると、チャープ信号が逆変換によって
圧縮されて第４図のような元のパルス信号に戻る。また
、第３図（ｄ）の信号に対しては第２図の特性を持つチ
ャープ変換素子６に入力すれば、同様にチャープ信号が
逆変換によって圧縮されて元のパルス信号に戻る。

これらチャープ信号からパルス信号への変換利得はチャ
ープ信号の継続時間と帯域幅の積（ＢＴａ）で評価でき
る。チャープ変換を用いる場合、ＢＴ積は通常ｌよりも
はるかに大きく、例えばＢ＝ｌＯＭＨｚ、Ｔ＝２０ｎｓ
とするとＢＴ＝２００となり、チャープ信号はその電力
のＢＴ倍の尖頭電力を持つパルス信号に圧縮される。従
って、チャープ変換を用いることによって受信のＳ／Ｎ
比を大幅に改善することができ、雑音に埋もれた微弱な
チャープ信号でも再生することが可能となる。

このようにチャープ変換素子を用いて信号を変復調する
ことによって受信のＳ／Ｎを改善することができるが１
本発明ではさらに第１図に示すようにデジタル信号の符
号「１」と「０」とに対して互いに逆のパターンのチャ
ープ信号に変換することによって、符号「１」とｒＱＪ
の分離と識別をより確実なものとしている。

すなわち、第１図の例ではｒｌＪとｒＱＪとにチャンネ
ル分離されたデジタル信号を適当な幅のパルスに変換し
、さらに平衡変調器で第４図のような波形にした後、符
号「１」に対してはチャープ変換素子３によって第２図
（ｄ）のような周波数がｆｌからｆ２に時間的に変化す
るチャープ信号に変換し、また符号ｒＱＪに対してはチ
ャープ変換素子４によって第３図（ｄ）のような周波数
が逆にｆ２からｆｌに変化するチャープ信号に変換して
いる。

受信部においては符号「１」に対応する第２図（ｄ）の
チャープ信号を第３図（ｂ）、（ｃ）の特性を持つチャ
ープ変換素子５を通すことによって第４図のような圧縮
パルスに変換し、また符号「０」に対応する第３図（ｄ
）のチャープ信号は第２図（ｂ）、（ｃ）の特性を持つ
チャープ変換素子６によって圧縮パルスに変換して信号
を分離・検出している。それぞれの圧縮パルスは検波回
路７ａ、７ｂによって元のデジタル信号に戻る。検波は
包路線検波もしくは周波数ｆｃの搬送波を再生して同期
検波によって行う、第１図には各部の波形を同時に示し
である。

第１図（ｂ）のチャープ変換素子５．６は素子の特性と
同一のパターンを持つチャープ信号以外には応答しない
ので、例えばチャープ変換素子５は第２図（ｄ）のパタ
ーンのチャープ信号に一致したものにしか応答せず、「
０」のパターンのチャープ信号が入ってきてもｒｌＪの
信号と誤って検出されることはなく、従って符号識別能
力が高いため、符号誤りの発生率も低くできる。

同様にランダムな雑音やインパルス状の雑音が受信器に
入ってきても変換素子のパターンに一致しないので応答
せず、従って影響を受けないため、従来の方式では困難
であったような雑音に埋もれた微弱な信号の検出も可能
になる。

また、通常チャープ信号の継続時間よりもパルスの繰り
返ル周期の方が小さいためチャープ信号が互いに重なり
合うが、パターンの一致を検出するのであるからチャー
プ信号の重なりは何ら支障にはならない。

また、本発明の方式は従来のＦＳＸやＰＳＫ方式のよう
にＰＬＬ回路などの煩雑な調整を要する複雑な回路を必
要とせず、非常に簡単な回路構成で確実な動作が得られ
るという特徴を持つ、特にチャープ変換素子は弾性表面
波素子により簡単安価かつ、小型軽量に構成できる。

第１図の実施例においては送信部、受信部とも特性の異
なる２種のチャープ変換素子を使用したが、第５図に示
すようにこれらを同一の基板上にまとめて構成すること
も可能である。

例えば、送信部のチャープ変換素子２０は第５図（ａ）
のように基板２１の両端部に入力ＩＤＴ２２．２３を配
置し、中央部領域に出力ＩＤＴ２４を配置する。ＩＤＴ
２４は図示のようにｒｌＪの信号を入力する左側のほう
が電極間隔が広く、「０」の信号を入力する右側のほう
が電極間隔が狭くなっている。

このような構成により、左側のＩＤＴ２２より符号「１
」の信号パルスを入力し、右側の〜ＩＤＴ２３より「０
」の信号パルスを入力すれば、中央のＩＤＴ２４から符
号「１」に対しては周波数がｆｌからｆ２に変化するチ
ャープ信号が出力され、逆に「０」に対しては周波数が
ｆ２からｆｌに変化するチャープ信号が出力される。

一方、受信部の方は第５図（ｂ）のように中央に入力Ｉ
　ＤＴ３２を、両端部に中央のＩ　ＤＴ３２に向かう方
向に沿ってそれぞれ逆の電極粗密を有する出力用Ｉ　Ｄ
Ｔ３３．３４を配置した電極構造とし、中央のＩＤＴに
チャープ信号を入力すれば、符号「ｌ」およびｒＯＪに
対応するチャープ信号のパターンによって図の左または
右のＩＤＴが応答して信号が振り分けられる。

このような変換素子を使用すれば、第１図の方式と機能
的には全く同じであるが、装置の構成はかなり簡単にな
る。特に、送信部では加算器が省略されるため、コスト
ダウン、小型軽量化に役立つ。

第１図の実施例においては主として信号の変復調部だけ
を示しであるが、この方式は有線通信にも無線通信にも
適用が可能であるのはいうまでもない。

また、電気信号を光信号に変換（Ｅ１０変換）する装置
と光信号を電気信号に変換（０／Ｅ変換）する装置とを
併用することによって、本方式を光通信にも適用するこ
とができる。第６図は本方式の応用例で、光ファイバを
伝送路として用いた通信方式の実施例である０図中群号
Ｔ、Ｒは第１図（ａ）、（ｂ）の送信部および受信部、
符号８は半導体レーザ素子などを用いたＥ１０変換器、
符号９はＰＩＮフォトダイオードなどを用いたＯ／Ｅ変
換器、符号１０は光ファイバを示している。受信Ｓ／Ｎ
比の改善によって長距離の通信が可能である。

第７図は本方式を光ビーム通信に適用した例である０図
において符号Ｔ、Ｒは第１図（ａ）、（ｂ）の送信部お
よび受信部、符号８は半導体レーザ素子などからなるＥ
１０変換器、符号９はＰＩＮフォトダイオードなどから
なるＯ／Ｅ変換器、符号１１は光ビームを示す、特にｌ
ｋｍ以上の長距離の光ビーム通信の場合は降雨などの気
象条件や大気の揺らぎ、外乱光の変動などによる信号の
減衰や変動などの影響を強く受けるため、本方式の外乱
雑音の除去効果によって通信の信頼性を大きく改善でき
る。

［発明の効果］以上から明らかなように、本発明によれば、ｒｌＪ、ｒ
ＱＪの２値のデジタル信号を所定の符号に変換して送受
信するデジタル通信方式において、送信側においては「
１」、「０」の２値デジタル信号に対応したパルスによ
りそれぞれ所定周波数の搬送波を変調し、これらの変調
信号の周波数成分をそれぞれ異なる伸長特性により時間
軸に伸長して得た異なるチャープ信号を形成して出力し
、一方、受信側では受信したチャープ信号の周波数成分
を前記の異なる伸長特性にそれぞれ対応する逆特性の圧
縮特性により圧縮し、その後検波を行なうことにより元
の２値デジタルデータを再生する構成を採用しているの
で、ｒｌＪ、「０」のデジタル値を異なる周波数／時間
特性を有するチャープ信号に変換して送信し、一方受信
側では受信したチャープ信号を逆変換して原データを再
生することができる。その場合、ｒｌＪ、「０」のデー
タがそれぞれ異なる伸長特性でチャープ変換されるため
、「１」、「０」の成分を加算して伝送する場合でも、
ｒｌＪ、「０」の互いのチャンネルどうしの符号識別能
力が高く、また復調の際にチャープ信号圧縮によりみか
け上の信号電力増大が生じ、Ｓ／Ｎ比を向上させること
ができるため、通信の信頼性を高めることができる。特
に、伝送路での送信電力の制限や、外乱ノイズが多いな
どの制約があっても、通信の信頼性を確保できるという
優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明によるデジタル通信方式の送信部
を示すブロック図、第１図（ｂ）は同じく受信部を示す
ブロック図、第２図（ａ）〜ａ　　　　　　　　　　　
　ｄ（−＃）および第３図（ａ）〜（傘）はチャープ変換素
子の構造と特性を示す説明図、第４図はチャープ変換素
子への入力パルス波形を示す波形図、第５図（ａ）、（
ｂ）はチャープ変換素子の他の構造と使用例を示す説明
図、第６図および第７図は本発明の異なる実施例を示す
ブロック図である。ｌａ、１ｂ・・・パルス発生器２ａ、２ｂ・・・平衡変調器３〜６．２０．３０・・・チャープ変換素子７ａ、７ｂ
・・・検波器８・・・Ｅ１０変換器９・・・Ｏ／Ｅ変換器　　　　ｌＯ・・・光ファイバ１
１・・・光ビーム遂侶ｆｐ’？ｖ−ア【損ｌσ峡−ｎω 第５図（Ｑ）第５図（ｂ）３　　　　　　　　　　　℃　　察 ν　　　や囚９　く

Claims

【特許請求の範囲】

１）「１」、「０」の２値のデジタル信号を所定の符号
に変換して送受信するデジタル通信方式において、送信
側においては「１」、「０」の２値デジタル信号に対応
したパルスによりそれぞれ所定周波数の搬送波を変調し
、これらの変調信号の周波数成分をそれぞれ異なる伸長
特性により時間軸に伸長して得た異なるチャープ信号を
形成して出力し、一方、受信側では受信したチャープ信
号の周波数成分を前記の異なる伸長特性にそれぞれ対応
する逆特性の圧縮特性により圧縮し、その後検波を行な
うことにより元の２値デジタルデータを再生することを
特徴とするデジタル通信方式。