JPS62159932A - 水中音響バ−スト通信方式 - Google Patents

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、海洋中を伝搬路とし、音波を伝送媒体として
デジタル変調した情報を伝送する水中音響バースト通信
方式に関するものである。

（従来の技術） 海洋中を伝搬路とし、音波を伝送媒体として情報伝送を
行う通信方式において、海面・海底等の器に到達する直
接伝搬信号と反射波とは、伝搬経路長の差に相当する時
間差が生ずるので、直接伝搬信号と反射波とが時間軸上
で分離するように、信号の送出時間と休止時間を選択す
ることによシ、マルチ・ぐス干渉を受けない直接伝搬信
号の受信が可能となる。浅海域では、マルチパス干渉波
が長時間に渡り受信されるので、信号の送出期間を短′
＜、休止期間を長くとることでマルチパス干渉の１“ １軒響が除去できる。

デジタル情報をバースト通信する場合、受信器では、タ
イムスロットの周期と等しい時間間隔で、かつタイムス
ロットの中心で、受信信号をサンプリングするために、
タイムスロット同期信号が必要となる。一般に、デジタ
ル通信システムにおけるタイムスロット同期の方法は、 ■　送信側と受信側の双方で、高精度の時計をもつ。

■　情報とは別に、同期信号を同時に送信する。

■　受信信号から同期信号を作成する。

ことが条件で、水中のような伝搬媒質の変動が激しい場
合や、送信側と受信側の双方または一方が移動しながら
通信を行う場合には使えない。

■の方法は、同期信号用の伝送帯域が必要となり、使用
する周波数が制限されている場合、情報の伝送帯域が狭
くなり、情報の伝送速度が遅くなる。

■の方法として、自己同期コードの利用等の技術が、一
般に連続通信で用いられているが、同期がとれるまでに
相当な時間を必要とし、信号の送出期間を短くできない
。また雑音等の影響で自己同期コードに符号誤りが生ず
ると、正確な同期が得られない。

という問題がある。

本発明は、以上に述べた ｌ）伝搬媒質の状態の変動や送信器と受信器の相対位置
が変化すると同期がとれない。

２）使用する周波数が制限されている場合、情報の伝送
速度が遅くなる。

３）信号の送出期間が長くなる。

の問題点を除去し、伝搬媒質の状態や送信器と受信器の
相対位置の変化に影響されず、限られた時間と周波数帯
域内で効率よく情報の伝送が可能な優れた水中音響バー
スト通信方式を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） ｋｉ記憶したデータのアドレスを時刻の基準として、そ
の時点から１バーストに相当する時間単位で順次前記記
憶装置から読み出してタイムスロット毎にデータの絶対
値が最大となる時刻を検出し、検出した各時刻からアイ
の開口が最大となる確率の最も高い時刻を算出し、タイ
ムスロット毎に、前記算出した時刻における信号のレベ
ルを復調信号のサンプル値として復号器に出力すること
を特徴とする水中音響バースト通信方式である。

る。

（作用） 本発明は復調信号からタイムスロット同期信号を生成し
、該タイムスロット同期信号により前記復調信号のアイ
の開口の最大点における信号レベルを得るものである。

すなわち受信した１パースト波の復調信号をサンプリン
グして記憶装置に記憶し、該記憶装置にその時点から用
いてタイムスロット毎にデータの絶対値が最大となる時
刻ける信号レベルを前記記憶装置に記憶したデータか・
ら求め、復号器に送出するものである。

コ ・（実施例） 、４１以下では、位相変調信号をデジタル変調信号の一
例として、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の実施例を示す機能ブロック図であり、
１は受信信号の入力端子、２は直交復調器、３．４は低
域フィルタ、５，６．１０はサンシラー、？、８．１１
は記憶装置、９はエンペロ−プ算出器、１２はバースト
検出器、１３．１８はカウンタ、１４はザンゾリング時
刻推定器、１５．１６は補間器、１７は位相推定器、１
９は復号器、２０は出力端子である。

以下の説明で、■タイムスロットの時間長ｉＴ、■バー
スト中のタイムスロット総数をＫ、■バーストの時間長
をＴＢ（ＴＢ−ＴｘＫ）％サンシラー〇サンプリング時
間刻みをΔｔ、記憶装置７，８．１１の容量をＮ、とお
く。

まず、入力端子１に入力された位相変調信号は、直交復
調器２に入り、互いに直交関係にある２つのペース・バ
ンド信号８□（１）と５Ｑ（１）に変換され、＝“Ｔベ
クトルが、いわゆる余弦二乗特性となるような゛（ 伝達関数を有する低域フィルタである。低域フィ□ルタ
３，４で波形整形された２つのペース・バンド信号Ｘ□
（１）とＸ、（１）は、サンプラー５，６と、エンベロ
ープ算出器９に対して出力される。

サンプラーｓ、６は、ペース・バント信号ｘ、（ｔ）と
、、（１）とを時間間隔Δｔでサンプリングし、ペース
・バンド信号のサンプル値Ｘ、（ｎ）　、　ｘ、（ｔ）
＊記憶装置７．８に出力する。記憶装置７．８は、■、
バースト分の信号を十分に記憶できる容量Ｎを有、し、
古いデータを順次シフトして新しいデータを書′°き込
んでいくように動作し、書込み中止信号によって書込み
を中止する。

エンベロープ算出器９でハ、ペース・バンド信号の同相
成分Ｘ１（ｔ）　’！ｒ実数部、直交成分Ｘ、（ｔ）　
ｆｆｉ虚数成分とする複素信号の包絡線（エンベロープ
）ｚ（ｔ）が、 ｚ（ｔ）−１：ｘ、”（ｔ）＋ｘ、”（ｔ））””　　
　・（１）で与えられるので、（１）式を用いてエンベ
ロープ記の記憶装置７，８と同様に、容量Ｎを有し、古
いデータを順次シフトして新しいデータを書き込み、書
込み中止信号によって書込みを中止する。

一方、エンペローｆ　ｚ（ｔ）　ｔｆバースト検出器１
２にも出力され、バースト検出器１２では、ｚ（ｔ）の
ント・アップしていき、一定数ＮＤＬＹに達すると、゛
１己憶装置７，８．１１に対して、書込み中止信号’ｒ
Ｄ、、ｙｆ：出力する。すなわち、カウンタ１３はパー
１ス）１検出した時刻から時間ｔＤＬＹ−Δｔ×ＮＤＬ
Ｙ遅延した時刻に書込み中止信号ＴＤＬＹヲ出力する。

遅延時間ｔＤＬＹは、記憶装置７，８．１１の記憶時間
（ΔｔＸＮ）より短く、１バーストの時間長ＴＢより長
くなるように設定されている。

以上により、バーストが検出されると、受信したバース
ト信号の前後に余裕をもって、１パーストの時間長ＴＢ
より長い時間に渡り、ペース・バンド信号ｘ＋（ｔ）　
、ｘｑ（ｔ）およびエンベロープｚ（１）のサンプル値
が、記憶装置７，８．１１にそれぞれ記憶される。第２
図は以上の動作を説明する各部の波形で、ａ、ｂは、ペ
ース・／Ｊンド信号ｘ　ｒ　（ｔ　）、ｘｃｉ（ｔ）、
Ｃはエンベロープｚ（ｔ）、ｄはバースト検出器１２か
らの出力されるバースト検出信号Ｔ８、ｅはカウンター
３から出力されるバースト検出時刻からｔＤＬＹ遅延し
た記憶装置７，８，１１０書込み中止信号ＴＤＬＹであ
る。記憶装置７，８．１１は、それぞれ、第２図上部に
示した囚と囲の区間内の、・・・、Ｎｌ’ｅ記憶するこ
とになる。

次にタイムスロット毎に、アイの開口が最大となる確率
の最も高い時刻を検出するサンプリングＬ時刻推定器１
４について説明する。第３図はサンｆ　リング時刻推定
器１４の機能を説明するだめの機能ブロック図で、２ノ
は最大点検出器、２２はカウンタ、２３は最大点補間器
、２４は記憶装置、２５はサンプリング時刻算出器であ
る。

最大点検出器２１は、記憶装置ノーに記憶されているエ
ンベロープのサンプル値Ｚ（ｎ）　［ｎ　＝　１　。

２．・・・、Ｎ］を指定されたアドレスＪ８から１バー
スト長に相当するＭ［Ｍ＝Ｔ／Δｔ］個のデータを読み
、この区間内で、エンベロープのサンプル値が最大とな
るアドレスエを探す。カウンタ２２の値が初期値ＩＩ　
１″のとき、すなわち、第１番目のスロット内の最大点
のアドレスを検出するとき、データの読み込み開始のア
ドレスＪｓトシて、バースト検出信号Ｔ８の時刻に相当
するサンプル値のアドレスが指定される。いま、遅延時
間ｔＤＬＹは、Ｌ−ｔＤＬＹ／Δｔとおくと、Ｌ個のサ
ンプル長だけ遅延した点、すなわち、Ｊｓ、（ｋ）二Ｉ
（ｋ−１）十Ｍ／２が指定される。カウンタ２２の値が
”°ｋ”のときを例にすると、第に番目のフレーム内の
最大点のアドレスＩ　（ｋ）は次式で算出される。

Ｄｋ）　＝Ｍａｘ　（ｚ（ｎ）　）　Ｉ　ｎ−１（ｋ）
　　　　　　＋＋＋　（２Ｊただし、Ｊ８（ｋ）≦ｎ≦
Ｊ８（ｋ）　十Ｍ　。

で算出される。第４図は最大点検出器２ノの動作をさら
に詳細に説明するための図で、ｆはカウンタ２２（Ｄ値
が”　ｋ”のときのエンペロージノサンプル値Ｚ（ｎ）
を実線で描いたものである。ｇはデータの読み込み開始
のアドレスＪ８（ｋ）の位置を記号↑で示したも、ので
、ｈは最大点検出器２１で検出された各スロットの最大
値のアドレス、Ｉ　（ｋ）を記号↑で示したものである
。

Δｔ　Ｘ　ｎ’に対するｚ（ｔ’）の最小二乗曲線を求
め、その最小二乗曲線の最大点ｔＰ（ｋ）を算出する。

このを二次曲線に近似した例を示す。第５図において、
ｔ′に＝■（ｋ）×Δｔである。Ｚ（ｎ）に近似した二
次曲線１・）φ、最大点が補間値ｔＰ（ｋ）である。最
大点補間器２３は、最大点の補間値ｔｐ（ｋ）　＊記憶
装置２４のアドレスｋに書き込むとともに、カウンタ２
２の値を１加算する。以上の操作は、カウンタ２２の値
が１・ぐ−ストのスロット総数Ｋに等しくなるまで繰り
返される。以上の操作によって、記憶装置２４のアドレ
ス１からアドレスＫに、第１スロツトから第にスロット
の最大値の補間値ｔＰ（ｋ）　［ｋ＝１　、２　、・・
・、ＫｌＯ値が記憶される。

サン１９フフ時刻算出器２５は、全ての最大点の補間値
ｔＰ（ｋ）　［ｋ＝１　、２　、・・・、Ｋｌを記憶装
置２４から読み込み、第６図のように最小二乗法により
、次式で与えられる直線のｙ軸の切片の値△ ｔ、（０）を推定する。

ここで、ｋはスロットの番号、直線の勾配Ｔは既△ 知である１スロツトの時間長、ｙ軸の切片ｔ、（０）２
．５は、スロットの最大点の推定値、すなわちアイ・の
開口が最大となる確率の最も高いサンプリンする。

第１図の補間器１５．１６は、記憶装置７．８に記憶さ
れているペース・バンド信号のサンプル値を補間して、
サンプリング時刻推定器１４で推定したアイの開口が最
大となる確率の最も高いサンプリング時刻におけるペー
ス・バンド信号のレベルを、各スロットについて順次算
出する。説明を簡単にするために、第に′スロットでの
処理ヲ例にすると、サンプリング時刻推定器１４で推定
しく１４） たアイの開口が最大となる確率の最も高いリング△ リング時刻推定値ｔＰ（ｋ′）に最も近い時刻に相当す
るアドレスｎｋｌは、 △ ｎｋ／−ｔ、（ｋ′）／Δｔ　　　　　　　　　　　−
（４１ここで、 ｍ４　：　ｎｋ／−ｍ ｍ２−ｎｋｌ十ｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　
・・・（力補間器１５．１６は、（４）〜（方式を用い
て、アイの開口が最大となる確率の最も高いサンプリン
グ時△ 刻ｔＰ（ｋ）　（：　ｋ＝１　、２　、・・・、Ｋ〕に
おけるベース・バンド信号の同相成分の補間値仝、（ｋ
）と直交成分の補間値やＱ（ｋ）〔ｋ＝１，２．・・・
、Ｋ］を、順次位相推定器１７に出力する。位相推定器
１７では、Ｒ−ス・バンド信号の同相成分仝１（ｋ）と
直交成分仝、（ｋ）から、スロット毎に位相φ（ｋ）を
推定し、１スロツト推定する毎にカウンター８を１加算
していくとともに、復号器１９に位相φ（ｋ）　’ｅ出
カする。

復号器１９では１位相φ（ｋ）に対応した２准将号を出
力する。

カウンター８は、初期値が１＃であり、サン装置７，８
．１１は書込み開始信号ＴＲ８Ｔにより、−１込みを開
始し、再びバースト信号の検出に備え−７・。

弓（発明の効果） 以上に説明したように、本発明によれば、直交復調した
信号をサンプリングし、１バーストに相当する時間に渡
り記憶し、１ず、タイムスロット毎にデータの絶対値が
最大、すなわち、アイの開口が最大となる確率の最も高
い時刻を推定し、次に、その時刻における信号のレベル
を補間によって求めるようにしたので、 ■）タイムスロット同期のための同期コードを送信する
必要がなく、従って、同期コードを送信する通信方式に
比べて、時間効率がよくなる。

２）数タイムスロットからなる極短いバースト信号でも
、アイの開口が最大となる確率の最も高い時刻が検出で
き、最良の時刻におけるサンプリングが可能となる。

などの効果が期待できる。

また、本発明の方法は、 ３）ペース・バンド信号に対して、処理を行う第１図は
本発明の実施例のブロック図、第２図は第１図の各部波
形図、第３図はサンプリング時刻推定器のブロック図、
第４図は最大点検出器の動作説明図、第５図はサンプリ
ング時刻算出器の装ｆｌｔ、、９・・・エンペローノ算
出器、１２・・・バースト検出器、１４・・・サンプリ
ング時刻推定器、１５゜と　−− 刈 ウー １　ｘ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）デジタル情報が音波を伝送媒体としてバースト伝
   送された信号を復調し、デジタル情報を復元する水中音
   響通信受信器において、 （ａ）受信レベルが所定のレベル以上となったとき、そ
   の時点から１バーストに相当する時間にわたり、復調し
   た信号をサンプリングして記憶装置に記憶し、 （ｂ）最初に記憶したデータのアドレスを時刻の基準と
   して、記憶したデータを１タイムスロットに相当する時
   間単位で順次前記記憶装置から読みだしてタイムスロッ
   ト毎にデータの絶対値が最大となる時刻を検出し、 （ｃ）検出した各時刻からアイの開口が最大となる確率
   の最も高い時刻を算出し、 （ｄ）タイムスロット毎に前記算出した時刻における信
   号のレベルを復調信号のサンプル値として復号器に出力
   することを特徴とする水中音響バースト通信方式。