JPS5841018B2 - ダイバ−シチ送信および受信装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフェージングを伴う伝搬路を含む広域移動無線
通信回線ｆこおいて、特に印刷電信やディジタルデータ
伝送を行う場合のダイバーシチ送信装置と受信装置に関
するものである。

従来のＨＦ無線通信回線では太陽活動指数、季節、時刻
および通信距離によって最適運用周波数を選定しても常
時レベル変動の激しいフェージングを伴うものであり、
またＶＨＦ、ＵＨＦ無線通信回線では多重路伝搬および
移動体の移動速塵【こまってフェージングを発生するこ
とはよく知られている。

これらのフェージング時の最低レベルは平均１／ベルよ
り遥か【こ低く所要のビット誤り率を悪化させるので、
この対策として従来はダイバーシチ通信方式が用いられ
２重伝搬路以上（普通は２重）の通路を構成させている
。

そしてアンテナの設置距離を使用電波の波長の数倍にと
るか、アンテナ偏波面の異るものべ組合わせとするか、
あるいは偏波面の相違するものと輻射または入射特性の
異る（一般に上・下）ものとの組合わせを用いるスペー
スダイバーシチ方式や周波数分割多重を含む異周波数の
２チャネル以上を用いる周波数〃゛イバーシチ方式どが
実用され、さらにこれらのダイバーシチ受信出力の合成
方法には検波後合成する等利得合成法、最適比合成法、
選択合成法等が用いられているが、いずれも受信装置は
複数の受信復調装置と１つの検波後の信号合成処理装置
とで構成され、複雑で高価となるばかりでなく大形とな
るため、移動体に塔載するには不便であるなどの欠点が
あった。

本発明は従来の欠点を除き簡単で低床なダイバーシチ方
式とするための送信または受信装置を提供するものであ
るが、特；こ移動体に設ける受信装置についての効果が
著しい。

また本発明は送信装置あるいは受信装置のいずれか一方
のアンテナを複数とし、印刷電信符号またはディジクル
データの伝送速度に同期させて送信機または受信機と複
数アンテナのそれぞれとの接続切替を行いかつ受信復調
後ビット単位の加算合成を行うことが特徴である。

以下本発明を実施例によってさらに具体的に説明する。

第１図は本発明を実施したダイバーシチ通信方式の構成
例図である。

図中のａ図は２重送信ダイバーシチを用いた場合、ｂ図
は２重受信ダイバーシチを用いた場合である。

まずａ図ではディジタル符号Ｄ・がデータ送出端末（Ｄ
ＴＴ）５ＧＣ入力すると送信機（ＴＸ）４に送り出され
るが、これと同時に（本例の２重ダイバーシチでは）ビ
ット中央をアンテナ切替時点とするアンテナ切替制御信
号がＤＴＴ５からアンテナ切替器（ＳＷ）３に送り込ま
れる。

送信機４では一般に周波数偏移変調（ト）ＳＫ）または
差動形位相偏移変調（Ｄ Ｐ Ｓ Ｋ）が用いられ希望
周波数への変換と所要電力増幅を行ってＳＷ３に出力す
る。

アンテナ切替器３では上記アンテナ切替制御信号【こま
って送信機よりの入力をアンテナ１（ＡＴＩ）とアンテ
ナ２（ＡＴ２） に交互に接続する切替を行う。

これら１および２から交互に放射された電波は受１言ア
ンテナ６（ＡＲ）にて受信され受信機（ＲＸ）７におい
て所要のレベルまで信号の増幅を行って次のデータ受信
端末（ＤＴＲ）８に送入する。

Ｉ）ＴＲ８ではＦＳＫまたはＤＰＳＫの復調を行い、そ
の詳細は後述するが、送信側のデータ送出速度に同期さ
れた夕・イミングによってアンテナ１とアンテナ２から
の信号（３）と雑音（Ｎ、Ｎは伝搬路からの雑音成分）
の合成したものをビット時間毎に加算合成してダイバー
シチ合成受信ディジタル出力り。

を出力する。なお上記のアンテナ切替制御信号は送信機
４の出力のビット中央時点で一接続切替が行われるよう
に送信機４へのデータ入力タイミングより送信機内の遅
延時間に見合うだけ遅延させたタイミングでＳＷ３に入
力させる。

次にｂ図ではディジタル符号ＤｉはＤＴＴ５に入力し、
さらに送信機ＴＸ４＋こ送られてこ＼でａ図と同様にＦ
ＳＫまたはＤＰＳＫ変調されかつ希望周波数で所要電力
として送信アンテナ（ＡＴ）９から放射される。

２つの受信アンテナ（ＡＲｌ）１０および（ＡＲ２）１
１はこの放射電波をそれぞれ受信しアンテナ切替器（Ｓ
Ｗ）３に送り込む。

ＳＷ３にはデータ受信端末（ＤＴＲ）８からのアンテナ
切替制御信号が入力してアンテナ１０および１１よりの
入力を交互に切替えて受信機７に送入する。

受信機ＲＸ７では所要の信号増幅を行ってデータ受信端
末８に出力を送るとここでＦＳＫまたはＤＰＳＫの復調
を行いまたビット同期が行われてアンテナ切替制御信号
を発生させる。

また復調した受信アンテナ１０と１１よりの信号はビッ
ト時間毎に加算合成してダイバーシチ合成受信ディジタ
ル出力り。

を出力する。以上はａ、ｂの動作の概要であるが次に動
作の詳細を補足する。

なお第２図は第１図の各部波形例図である。

まず第１図ａについて説明する。

データ符号人力Ｄｉは第２図ａ（ここでは印刷電信のよ
うに１ワードを構成するスタート、コード、ストップの
各ビット長が等長の符号構成とする。

不等長符号構成とした場合は後述する）とすればデータ
送信端末５では信号Ｄｉすなわちａ波形に同期しかつ等
速度のアンテナ制御信号すをアンテナ切替器ＳＷ３に送
出する。

この信号すは送信機４よりの無線周波信号の各ビット中
央を切替時点とするように送信機４内での信号遅延時間
だけａ波形より遅延させである。

第２図のｂ信号は等速度の例であるがこのほかに速度を
２倍としビット変換時点とビット中央時点を切替時点と
する信号を用いることもあるが２アンテナ切替の場合に
おける効果は同一である。

データ送信端末５は入力Ｄｉのａ波形に同期した上記の
切替信号すを出力すると同待にａ波形を送信機４へ整合
されたレベルで整形を行って出力する。

送信機４ではたとえばＦＳＫ変調方式を用いてａ波形の
変調が行わイ１さらに希望周波数への変換と所要送信電
力への増幅を行つ切替器ＳＷ３に出力する。

ＳＷ３では制御信号ｂによって送信出力のアンテナ１ま
たは２への接続切替が行われる。

いまｂ波形のＨレベルではアンテナ１に、Ｌレベルでは
アンテナ２に送信出力が出力されるものとする。

さて受信側では受信アンテナ６より受信機７に信号が入
力すると希望周波数の選択と信号増幅を行ってデータ受
信端末８に最適周波数に変換した信号を出力する。

なお受信機７は符号伝送速度より十分大きい放電時定数
のＡＧＣ動作によって信号出力の包絡線レベルを一定【
こしている。

かくしてデータ受信端末８への入力は第２図Ｃ波形のよ
うになりａ波形のデータ極性ＨとＬに対応したＦＳＫ変
調波であるからａ波形のＨレベルでは＋ｌｆ、Ｌレベル
では−Ｊｆ（±ＩｆはＦＳＫ波の中心周波数からの偏移
周波数）の偏移周波数を出力するが、Ｃ波形中のａは±
ｉｆの偏移変換点、ｂはアンテナの切替変換点を示すも
ので、いずれも伝搬路および装置内の信号過渡特性によ
る信号位相の合成を示すものである。

（信号位相の合成は２つの不規則な位相の合成になる） 次にデータ受信端末８の構成例を示すと第３図のようで
ある。

この図において受信機ＴからのＣ波形の入力は信号増幅
器１２において所要レベルに増幅された後周波数弁別器
（ＦＤ ） １３にて周波数弁別され、その出力は信号
用低域１波器（ＬＰＦ）１４において信号成分が抽出さ
れる。

第２図のｄ波形はこの抽出波形でｄ波形中の上記信号過
渡特性を示している。

ｄ波形は次段の方形波変換器１５で方形波に変換され位
相弁別および制御器１６に入力するが、こ＼では方形波
変換点を基準として分周器１９からの第２図Ｃ波形クロ
ックの進み、遅れを位相弁別し、進み、遅れの制御信号
を位相調整器ψ）１Ｂに出力する。

他方１７は高周波発生器（Ｏ８Ｃ）で、普通は水晶発振
器のように高精度で高安定度の発振器を用い方形波を位
相調整器Ｐ１８に出力するからＰｌＢでは０８Ｃ１７ま
りの高周波信号を上記の進み、遅れ制御信号で制御信号
毎に１パルス加算またはｌパルス減算（削除）を行って
分周器１９に送入する。

分周器１９では０８Ｃ１７の出力周波数を分周してＣ波
形を出力する。

従って位相弁別と制御器１６の進み、遅れの位相弁別に
よるＰｌＢの制御によって第２図Ｃ波形を方形波に変換
した時点とＣ波形の変換時点の一致が得られる。

この例ではＣ波形の上向き矢印↑で示したＬ−”Ｈ変換
点が到来信号に一致する制御が行われている。

次に２０はクロック発生器で、到来信号に同期された分
周期１９からの出力でＣ１〜Ｃ４の各種クロックを出力
する。

なおＣ１は放電用ダンプクロック、Ｃ２はサンプルホー
ルド制御クロック、Ｃ３は加算制御クロック、Ｃ４はデ
ータ書込みクロックである。

さて周波数弁別器１３の出力は積分−放電形Ｐ波器（Ｉ
ＮＴ）２１ にも入力し、クロックＣ１の制御によっ
て第２図ｆ波形の積分動作を行う、すなわちダンプクロ
ックＣ１によって到来信号の変調変換点およびアンテナ
切替時点ではゼロに放電され、その他の時間では積分動
作が行われてｆ波形に実線で示した積分波形が次段のサ
ンプルホールドおよび加算器（ＳＨＡ）２２に出力され
る。

５ＨＡ２２ では到来信号のビットの前半部分の積分
出力の後縁をサンプルホールド制御クロックＣ２で読み
込み、ビット後半部分の積分出力を加算制御クロックＣ
３で加算し次段の方形波変換および出力器（ＦＦ）２３
に送入する。

すなわち到来信号のビットＭ半の積分の後縁時点でクロ
ックＣ２によって積分値をサンプルホールドしてビット
後半の積分値をクロックＣ３で加算し出力する。

第２図ｆ波形に破線で表わしたｆ１波形はこの前半積分
の後縁値に後半の積分値を加算したものである。

ＦＦ２３ ではこのｆ１波形の後縁すなわちビット後
半積分の後縁時点でデータ書込みクロックＣ４により５
ＨＡ２２の出力値が正極性ならＨレベル、出力値がゼロ
または負極性ならＬレベルの各出力とする判別を行って
第２図ｇ波形のようにダイバーシチ動作の復調出力り。

を得る。以上のように第１図ａの構成ではデータ伝送速
度に同期したタイミングによって送出される信号の各ビ
ットの中央時点を切替時点とする２つのアンテナの送出
切替が行われて２重の伝搬路を用いたスペースダイバー
シチ通信方式が構成され、受信側では到来信号のビット
変換点に同期しかつ送信側のアンテナ切換にも同期した
各種クロックを発生して各ビットの前半と後半毎にすな
わち送信側アンテナの１または２からの送出時間毎に分
離積分したものをさらに加算しその結果によって復調出
力り。

を得ている。なお伝送速度より大きい放電時定数のＡＧ
Ｃ動作動作上って検波彼等利得合成方法を成立させてい
る。

さらに以上の説明はフェージングのない場合であるが、
次にアンテナ１からか２からのいずれかの伝搬路にフェ
ージングが発生した場合について説明する。

いまアンテナ２からの伝搬路に減衰が発生したとすると
、受信側の受信機７では減衰してない信号包絡線レベル
で上記通りのＡＧＣ動作が行われ第２図Ｃ′波形が受信
機７からデータ受信端末８に送出される。

すなわちこのＣ′波形のように送信アンテナ１による受
信レベルが送信アンテナ２（こよる受信レベルより大き
くこの大きい方のレベルでＡＧＣ動作が行われるから、
伝搬路による受信レベル差を維持したＣ′波形がデータ
受信端末８に入力するとＬＰＦ１４の出力は第２図ｄ′
波形のようりこなって上記のレベル差のアルものとなる
。

そして上記同様の同期動作が行われ０１〜Ｃ１の各種ク
ロックを発生する。

他方周波数弁別器１３の出力が積分−放電ｒ波器２１に
入力すると、上記の同期されたクロックによって制御さ
れ第２図に実線で示したｆ′波形を次段の５ＨＡ２２に
出力する。

サンプルホールドおよび加算器である５ＨＡ２２では上
記と同様番こｆ′１波を出力し、このｆ′１波の後縁時
点を次段の方形波変換および出力器２３で極性を判別し
第２図ｇ′波形の復調データ出力り。

を出力する。このように極端な一方の伝搬路のフェード
アウトがあった場合でも他の一方の伝送路の満足な信号
レベルによるＡＧＣ動作【こよって雑音は十分抑圧され
て満足な信号レベルを妨害することがなく等利得合成方
法の特徴が十分〔こ発揮されている。

次に第１図すについて第２図および第３図を用いて説明
する。

前記のようにこの場合（こは送信側ではたとえばＦＳｉ
（変調波を１つのアンテナから送出し、受信側では２つ
の受信アンテナ１０゜１１で受信した信号をアンテナ切
替器ＳＷ３で切替え受信機７に入力する受信ダイバーシ
チ方式を用いている。

受信機７では通常の周波数選択と信号増幅を行ってデー
タ受信端末８へ最適信号周波数として送入する。

データ受信端末８の回路構成は第３図の通りで、前記の
よう（こまず送信側とビット同期させてｃ１〜ｃ４の各
種クロックを発生すると共にアンテナ切替を各ビットの
中央時点にて行うためのアンテナ切替制御信号ｃ５−こ
れはｂ波形に等しい−を発生する。

たゾしｃ５５倍は受信機７とデータ受信端末８内部の遅
延時間を補償した時点とする。

さて上記のビット同期によって２つのアンテナ入力の切
替えもこれ）こ同期して行われるから受信機７の出力は
第２図のＣやＣ波形となる。

Ｃはフェージングのない場合、Ｃはアンテナの一方の受
信出力が減衰して両アンテナの受信レベルに差がある場
合である。

このＣ１Ｃ′波形が入力したデータ受信端末８のＬＰＦ
１４の出力にはｄまたはｄ′ 波形の出力を生じ以下同
期動作が前記同様に行われる。

また周波数弁、別器ＦＤ１３の出力ｌこよって積分−放
電Ｐ波器２１では各ビットの前半と後半の積分匝をｆま
たはｆ′波形のように出力すると、次のサンプル水７）
レドおよび加算器５ＨＡ２２では前半の積分の後縁値を
サンプルホールドして後半積分値と加算を行ってｆまた
はｆ′ 波形の出力をＦＦ２３）こ送入する。

方形波変換および出力器ＦＦ２３では各ビットの積分子
７１わちビットの後半積分の後縁でその極性を読み込
んでｇまたはｇ′ 波形を復調出力Ｄｏとして出力する
。

このようにこの場合ニもスペ・−スタ゛イバーシチと検
波後等利得合成が実現される。

なお−上記の例ではアンテナ切替制御信号をデータ速度
と等速としたがデータ速度の２倍としても同等の効果が
得られる。

またアンテナを３個以上用いる場合でも上記の説明から
明らかなようにデータビットに同期したアンテナ切替制
御信号とビット分割積分−加算器の数を増加すればよい
。

ただし伝送路の過渡特性からビット分割数は自ずから制
約されるものであ−っで、ダイバーシチ効果の大きいの
は２アンテナ方式ではデータ速度と等速または２倍速度
のアンテナ切替、えて２分割検波合成を用いるものであ
り、３アンテナ方式では３倍速嗟のアンテナ切替えで３
分割検波合或を用いるものである。

また分割検波（こは第３図の例では積分−族１−’波器
２１を用いているが遅延加算形の検波合成を用いても同
等の結果が得られる。

さらに以上の説明は等長符号の場合であったがｌワード
中のスタート、コードの各：どット時間を１としたとき
ストップ時間を１．５として構成するような不等長符号
を用いる場合には、ｌワード単位の同期と各ビットの同
期を併用して２アンテナ方式の場合釜ビット毎の中央時
点をアンテナ切替時点としアンテナ切替制御信号でアン
テナ接続切替えを行い、検波合成の制御も同様に各ビッ
トをｌ／２分割によって前半、後半の検波出力をビット
毎に加算する。

３アンテナ以上でも各ビット毎に３あるいはｎ（ｎは４
以上の整数）の等分割アンテナ切替制御信号で接続切替
えを行い、検波合成の制御も同様に各ビットをｌ／３．
１／ｎ分割によって各分割毎の検波出力を得てビット毎
に加算すればよい。

このようシこいずれも等長符号の場合よりやや複雑にな
るが同等の効果が得られる。

また本発明を実施したダイバーシチ方式ト従来の多重ス
ペースダイバーシチ方式との混合使用は次のように組合
わせて行うことが可能であり、またスペースダイバーシ
チ方式を構成しない単一アンテナ方式のものとの通信回
線設定も従来の場合と変らな５）。

まず第１図すの構成ではスペースダイバーシチとしての
構成はすべて受信側（こ実施されるから従来のスペース
ダイバーシチ受信方式および単一（アンテナ）受信方式
の受信側に置換使用することができる。

次に第１図ａの構成では２つまたは複数のアンテナから
時分割で符号が送出されるため、従来のスペースダイバ
ーシチ受信方式および単一受信方式の受信機では信号送
出切替時の受信側（こおける信号位相不連続による過渡
特性により信号成分の検出には従来の方式に較べてや〉
劣るが、フェージングのある実用回線においてダイバー
シチ方式でない通常の送信波を受信する場合と比べて実
用上の差異は認められない。

従って本発明方式の装置は従来のスペースダイバーシチ
方式の回線およびダイバーシチを行っていない回線のい
ずれにも組合わせ混合使用できるという特徴がある。

以上詳細に説明したように本発明の実施によって従来の
複雑で高価なダイバーシチ方式の装置と同時の効果を得
るのに、送受信装置として一多重ダイバーシチ用構成で
ない一簡単な通常の装置を用い、アンテナ切替器、テー
クＩこ同期したアンテナ切替えと検波合成の機能を付加
させただけで済むので、固定局と移動体間および移動体
と移動体相互間の各通信を行うのに移動体【こ設置すべ
き通信設備の小形軽量化と低価格化が容易に得られる。

特にＶＨＦ帯あるいはＵＨＦ帯の通信回線では狭小のア
ンテナ間隔でも十分なスペースタ゛イバーシチ効宋が得
られるもので、上記付加設備のみの増大によるダイバー
シチの効果は大きい。

またＨＦ帯の通信回線ではアンテナ指向特性すなわち入
射角が異なるアンテナの組合わせあるいは偏波面がたと
えば９００異るアンテナの組合わせを１波長以内の近距
離に展張設置しても従来のものとはマ同等のダイバーシ
チ効果が得られるので、特に船舶や大形航空機に用いた
場合（こはＨＦ回線であっても誤字率の低い通信品質良
好な通信回線が設定できるなど実用上の効果は著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図は不発°男によるダイバーシチ通信方式の構成側
図、第２図は第１図の各部波形例のタイムチャート、第
３図は第１図中のデータ受信端末の回路構成側図である
。 １．２，６，９，１０．１１・・・・・・アンテナ、３
・・・・・・アンテナ切替器、４・・・・・・送信機、
５・・−・・・データ送出端末（ＤＴＴ）、Ｉ・・・・
・・受信機、８・・・・・・データ受信端末（ＤＴＲ）
、１２・・・・・・信号増幅器、１３・・・・・・周波
数弁別器（ＦＤ）、１４・・・・・・ＬＰＦ。 １５・・・・・・方形波変換器、１６・・・・・位相弁
別および制御器、１１・・・・・・発振器（ＯＳＣ）、
１８・・・・・・位相調整器（Ｅ’）、１９・・・・・
・分周器（ＤＩＶ）、２０・・・・・・クロック発生器
（ＰＧ）、２１・・・・・・積分放電形ｒ波器（ＩＮＴ
）、２２・・・・・・サンプルホールドおよび加算器（
ＳＨＡ）、２３・・・・・・方形波変換および出力器（
Ｆ−Ｆ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ディジタル符号をフェージングを伴う無線伝送路を
   介して伝送する装置として、複数のダイバーシチ方式送
   信アンテナと、上記アンテナと送信機出力との接続を切
   替信号によって切替える切替器と、送信機とデータ送出
   端末器にて構成され、上記データ送出端末器は送信すべ
   きディジタル符号を送信機の変調囲路に送ると共にディ
   ジタル符号伝送速度に同期してディジタル符号の１ビツ
   ト時間を送信アンテナ数で等分した各時点で上記アンテ
   ナ切替を行うタイミングのアンテナ切替信号を上記切替
   器に送出して上記送信機出力を上記複数のアンテナに順
   【こ切替送出することを繰返す送・信装置と、１基の受
   信アンテナと、受信機とデータ受信端末器にて構成され
   、上記データ受信端末では上記受信機よりの入力変調波
   の復調を行いかつ到来符号の伝送速度と送信側アンテナ
   切替数による同期を行って送信アンテナ毎の信号検出を
   行ったものをビット毎に加算しか゛つ整形してディジタ
   ル符号を出力する受信装置を具備したことを特徴とする
   ダイバシチ送信および受信装置。 ２ ディジタル符号を無線伝送路を介して伝送する装置
   として、１基の送信アンテナと送信すべきディジタル符
   号にて変調された送出同波数波を出力する送信機よりな
   る送信装置と、複数の受信アンテナと、これらのアンテ
   ナと受信機入力との接続を切替信号によって切替える切
   替器と受信機とデータ受信端末器にて構成され、上記デ
   ータ受信端末では上記受信機よりの入力変調波の復調を
   行いまた到来ディジタル符号の伝送速度に同期しか一つ
   符号の１ビツトを受信アンテナ数で等分割した各時点で
   上記切替器のアンテナ切替を行わせるアンテナ切替信号
   を切替器に送出して受信アンテナ毎の信号を検出しこれ
   をさらにディジタル符号のビット毎に加算かつ整形して
   ディジタル符号を出力する受信装置を具備したことを特
   徴とするダイバーシチ送信および受信装置