デジタル通信方式及び無線機
【課題】デジタル通信方式及び無線機において、周波数利用効率及び電力利用効率を大幅に改善させる。
【解決手段】変調方式に、基本的に単側帯波変調方式を使用して、伝送すべきデジタル情報データを多値データに変換し、所定の周期になるように形成された最大で一定振幅の基準信号と、その振幅を基準とした多値データを表現する複数のデータ信号とから構成されるデジタル信号に変換し、搬送波の振幅を、前記データ信号によって所定の量を減衰させ、ろ波回路により搬送波の信号波成分に高調波成分を含まない正弦波成分のみとして送信し、受信側では同期検波回路を使用し、その復調出力をエンベロープ検波して得られるエンベロープ波形において、ピーク値で振幅値の基準である基準信号の振幅値と、次の基準信号までの間にあるそれぞれのデータ信号の指定された個所の振幅値を比較してデータ信号の多値数を特定して、デジタル情報データに復号する。
【解決手段】変調方式に、基本的に単側帯波変調方式を使用して、伝送すべきデジタル情報データを多値データに変換し、所定の周期になるように形成された最大で一定振幅の基準信号と、その振幅を基準とした多値データを表現する複数のデータ信号とから構成されるデジタル信号に変換し、搬送波の振幅を、前記データ信号によって所定の量を減衰させ、ろ波回路により搬送波の信号波成分に高調波成分を含まない正弦波成分のみとして送信し、受信側では同期検波回路を使用し、その復調出力をエンベロープ検波して得られるエンベロープ波形において、ピーク値で振幅値の基準である基準信号の振幅値と、次の基準信号までの間にあるそれぞれのデータ信号の指定された個所の振幅値を比較してデータ信号の多値数を特定して、デジタル情報データに復号する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル情報データを送受信する通信方式及びそのための無線機に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、使用できる無線用周波数は空きが殆どないため、周波数利用効率の改善及び緩衝用無線周波数帯での使用が可能な無線機の開発の必要性が非常に大きくなっている。現行のデジタル通信方式において、周波数利用効率の高い方式は、一般に多値ＱＡＭ（直交振幅変調）等の多値デジタル変調方式が多いが、この方式の基本的な変調方式は周波数又は位相変調方式であるので、周波数利用効率及び電力利用効率は十分でない。そこで、周波数利用効率が高く、電力利用効率の良い単側帯波方式の使用が考えられるが、振幅変調方式であるため、雑音及びフェージングによる影響が大きいという問題点があった。そこで、本発明者等は、これらを改善して大幅に周波数利用効率及び電力利用効率を改善した無線通信方式及び無線機を既に提案しているが、雑音に対しての対策が十分でなかった。（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）
そこで、本発明者は、［特許文献５］を提案して上記の対策を行ったが、搬送波周波数の設定が困難であること、回路が大きくなるという欠点があった。
【特許文献１】 特開２００２−１４１９５９
【特許文献２】 特開２００３−１８８７４４
【特許文献３】 特開２００７−１１６６４４
【特許文献４】 特願２００８−１５４６２８
【特許文献５】 特願２００９−１５４３２８
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明者が既に提案している特願２００９−１５４３２８においては、同期している局部搬送波２波及び局部発信波によって構成されているので、それらの周波数設定に制約が生じ、周波数の設定が困難になるとともに、回路が大きくなるという問題点があった。
【０００４】
本考案においては、局部搬送波を一波にして、搬送波周波数の設定を容易にし、回路を小さくするとともに、雑音及びフェージングによる影響をさらに少なくした。
【課題を解決する為の手段】
【０００５】
請求項１のデジタル通信方式及び無線機においては、送信側で、伝送すべきデジタル情報データを多値のデジタルデータに変換し、所定の周期になるように形成された最大で一定振幅の基準信号と、前記多値のデジタルデータに基づいた前記基準信号の振幅を基準とした多値のデジタル値を表現する複数のデータ信号から構成されるデジタル信号を発生させる。
そして、搬送波の振幅を、前記デジタル信号の各データ信号において、基準信号を基準として所定の量を減衰させ、ろ波回路により前記搬送波の変調波成分に高調波成分を含まない正弦波成分のみとして送信する。
受信側において、中間周波増幅回路の出力信号に含まれる最大で振幅値の基準となる定周期の基準信号をピーク検波して、そのピーク値が所定値になるように、前記中間周波増幅回路の利得を調整し、その調整された出力を１個又は複数縦列接続した同期検波回路に入力する。
次に、前記同期検波回路の出力を帯域通過ろ波回路に入力し、その出力をエンベロープ検波回路に入力する。エンベロープ検波回路の出力のピーク値で振幅値の基準である基準信号の振幅値と、次の基準信号までの間にあるデータ信号の指定された個所の振幅値を比較して、前記データ信号の多値数を特定してデジタル情報データを出力することを特徴とする。
【０００６】
請求項２のデジタル通信方式及び無線機においては、前記デジタル信号で前記搬送波の振幅を減衰させる場合、帯域通過ろ波回路の通過帯域幅等の精度並びに可変減衰回路及び増幅回路の直線性が不十分の場合、出力の振幅値に差が生じるため、基準信号及びデータ信号のそれぞれの前のデータ信号又は基準信号によって前記搬送波の振幅を減衰させる量の補正を行うことを特徴とする。
【０００７】
請求項３のデジタル通信方式及び無線機においては、デジタル信号で搬送波の振幅を減衰させる場合、帯域通過ろ波回路の通過帯域幅等の精度並びに可変減衰回路及び増幅回路の直線性が不十分の場合、出力の振幅値に差が生じるため、これを確実に補正出来るように、デジタル信号による前記搬送波の振幅の減衰量を、一つの基準信号から次の基準信号までの間のデータ信号を一つのグループとして、各データ信号のデジタル値の組み合わせで表現し、その各データ信号のデジタル値の組み合わせによる送信側出力のエンベロープ波形の前記基準信号間の波形が、前もって定められた波形になるように設定し、
受信側では、エンベロープ検波回路の出力において、 ピーク値で振幅値の基準である基準信号の振幅値と、次の基準信号までの間にあるそれぞれのデータ信号の指定された個所の振幅値を比較して、前記基準信号間のエンベロープ波形を特定し、前記エンベロープ波形の信号を多値のデジタルデータ群に変換してデジタル情報データを出力することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されているような効果を奏する。
【０００９】
振幅値の測定にエンベロープ検波波形を使用するため、復調出力の周波数は、振幅値の測定に直接関係ない。従って、ＶＨＦ帯以下の低い周波数帯においては、局部発振周波数は、高度に安定である必要はないため、搬送波周波数と基準信号の周期との同期をとる必要はなく、前記搬送波の周波数の設定を非常に容易にする効果がある。
【００１０】
復調出力の周波数は、前記のように振幅値の測定に直接関係ないため、通常使用状態においてＳ／Ｎが悪い状態が多い場合は、同期検波回路を縦列接続することができ、これにより雑音等の不要波を大きく除去できるので、実質Ｓ／Ｎを大幅に高くすることができる。従って、受信入力が微弱でも、ビット誤り率を従来のデジタル無線機に比べて大きく改善できるともに、雑音等の不要波からの干渉に強くなるので、混信にも強くすることができる効果がある。
【００１１】
雑音、フェージング等により、信号の振幅は変化するが、同期検波回路によって雑音分を削除した後、中間周波増幅回路段、及び二つの増幅回路段のＡＧＣによって、基準信号の振幅を一定とすることができる。一定とならなくとも、振幅の測定は、直前の基準信号の振幅値を基準として測定でき、基準信号間の長さは、フェージング及び雑音の振幅の変化の周期の長さに比べて充分短く設定されているので、雑音及びフェージングの影響を大きく改善できる効果がある。さらに、フェージングの影響においては、ダイバーシチアンテナの使用等により深い落ち込みを除去すれば、ほとんど影響なくなるという効果がある。
【００１２】
なお、送信側の帯域通過ろ波回路の通過帯域幅の精度と増幅回路の直線性が不十分である場合、基準信号から次の基準信号までの間のデータ信号を、一つのグループとして送信側出力のエンベロープ波形が所定の波形になるように各データ信号の振幅値を設定すれば、前記帯域通過ろ波回路及び増幅回路によって生じる振幅値の誤差を、無視できる程度まで小さくできる効果がある。また、受信側の帯域通過ろ波回路は、隣接するチャネルの電力の周波数が一定しているので、それらの周波数を限定して減衰させることができる。これにより容易に振幅特性及び位相特性を無視できる程度まで平坦にすることが可能である。従って、デジタルデータの大きな多値化が出来る効果がある。
【００１３】
帯域外電力の周波数は一定であり、帯域内に近接していないので、帯域外周波数を大幅に減衰できる。従って、同一ゾーン内で隣接チャネルを使用できる効果がある。
また、混信にも強くなっているので、緩衝用周波数帯においても使用できるという効果がある。
【００１４】
前記の効果と、通過帯域幅を所定のデータを伝送するに要する幅として最小に設定しており、データ信号の多値数も最大に設定することが可能であるので、全ての周波数帯において、周波数利用効率及び電力利用効率は最大となる効果がある。また、単側帯波通信方式を使用している短波帯においては、音声のデジタル化が可能となるとともに、通信の質の向上及び高速データの伝送が可能となり、さらに、地球の裏側との通信も中継器無しで容易となる効果がある。
【発明を実施する為の最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の送信側無線機の全体構成を示す図であり、図４は送信側無線機各部の出力波形を示す図である。
【００１６】
図１において、シンセサイザ回路１１は、本発明のデジタル無線機の送信動作に必要なデータ信号の幅（１／ｆ１）、搬送波ｆ２、及び局部発振波ｆ３を共通の発信源から発生させる。
【００１７】
制御回路１２には、シンセサイザ回路１１からデータ信号の幅（１／ｆ１）を決定する周波数ｆ１が入力される。また、デジタル情報データが入力されて、前記データを多値（実施例では３２）のデジタルデータに変換する。実施例では図４（ａ）の左から５個毎に、多値のデータ「１」「３０」「２０」に変換する。そして、指定された基準信号間のデータ信号の数（ｋ−１）（実施例では３）から、各データ信号をグループ分けし、各グループのデータ信号の多値数から、送信出力のエンベロープ波形がそれぞれのグループに設定された波形になるように、各データ信号の減衰量を決定する。 その出力波形は図４（ｃ）となる。それら信号を周波数特性が平坦な可変減衰器１３に入力する。
【００１８】
可変減衰回路１３においては、制御回路１２からの信号により、搬送波ｆ２の振幅をデジタル信号の各データ信号において、基準信号を基準として所定の量を減衰させる。
【００１９】
ここで、搬送波をＶ０ＣＯＳ（２πｆｏｔ＋θ）、変調波をｋＡＣＯＳ（２πｆｐｔ＋ψ）とすると、単側帯波は、１／２・ｍＶ０ＣＯＳ｛２π（ｆｏ±ｆｐ）ｔ＋θ＋ψ｝となる。
ただし、ｍは変調度（＝ｋＡ／Ｖ０）であり，ｋは変調の係数である。
前記単側帯波の振幅値には、変調波の周波数に関係ないことが分かる。従って、振幅によってのみ信号を伝送する場合は、変調周波数は限定されない。ここで、本案の搬送波は、ＶｃＣＯＳ（２πｆｃ＋ρ）で表わされるから、ｆｏ±ｆｐをｆｃに置き換え、Ｖｃを信号によって変化させれば、単側帯波通信方式と同じになり、信号を伝送できることになる。
そして変調分は、周波数変換しても変化しないので、受信側にて周波数変換及び同期検波後エンベロープ検波してその振幅を測定することによって信号の復号が可能となる。
【００２０】
帯域通過ろ波回路１６は、前記可変減衰回路１３で、減衰量の変化時に発生する搬送波ｆ２の高調波成分及び信号波成分の高調波分を削除する。出力波形は、図４の（ｄ）となる。この出力波形は、単側帯波の場合と同等となっている。
【００２１】
前記出力は、送信混合回路１８で局部発振周波数ｆ３と混合されてシフトアップされ、周波数はｆ３＋ｆ２となる。前記送信混合回路１８の出力は、帯域通過ろ波回路１９でろ波されて高周波増幅回路１９に入力される。高周波増幅回路１９で増幅されて、帯域通過ろ波回路２０に入力される。帯域通過ろ波回路２０でろ波され、さらに送信電力増幅回２１で増幅され、空中線同調回路２２を経て、空中線２３から送信される。
【００２２】
図２は、本発明の実施の形態に係る受信側無線機の全体構成を示す図で、図３は縦列接続の同期検波回路の構成を示す図であり、図５は、前記受信側無線機各回路の出力波形を示す図である。
【００２３】
受信側においては、前記送信波［図４（ｅ）］を受信し、中間周波数ｆ３＋ｆ２−ｆ４に変換した後、自動利得制御回路４０にて中間周波数回路３８の出力のピーク値を一定とし、その出力を同期検波回路４１に入力する。前記同期検波回路の出力ｆ３＋ｆ２−ｆ４−ｆ５を検波回路５５に入力してエンベロープ検波し、その検波出力を増幅回路５６に入力する。更に自動利得制御回路５８にて増幅回路５６の出力のピーク値を所定の値に増幅して、前記ピーク値とデータ信号の所定の点との値を比較して、前記データ信号の多値数を特定するか、基準信号間のエンベロープ検波波形を特定し、その波形からデジタル情報データを特定して出力する。
通常の使用状態においてＳ／Ｎが悪い状態が多い場合は、帯域通過炉波回路を含めた同期検波回路４１，１０４を縦列に接続する。
【００２４】
ここで、図２、図３、図５を参照して、受信側の受信動作の詳細を説明する。
【００２５】
図２において、送信側の無線機から送信された送信波｛図４の（ｄ）｝がアンテナ３１に入力される。
【００２６】
前記アンテナ３１からの出力は、帯域通過ろ波回路３２、高周波増幅回路３３及び帯域通過ろ波回路３４を経て混合回路３５に入力される。混合回路３５ではこの入力された信号とシンセサイザ回路３７からの局部発振周波数ｆ４とがミキシングされ、帯域通過ろ波回路３６を介して中間周波数信号ｆ３＋ｆ２−ｆ４が得られる。
【００２７】
中間周波数信号は、中間周波増幅回路３８で増幅される。さらに、その出力は、ピーク検波回路３９に入力されてその出力が利得制御回路４０に入力される。
【００２９】
利得制御回路４０は、中間周波増幅回路３８の出力のピーク値が所定値となるように制御する。
この場合、雑音等の妨害波の振幅の変化は、基準信号の振幅の変化より十分遅いので、前記中間周波増幅回路３８の出力のピークは、基準信号時に生じる。従って、前記ピークは全て基準信号時となる。ここでは、信号入力と雑音等の妨害波入力との総和が一定となるため、変化分だけそれぞれが逆方向に変化する。例えば、Ｓ／Ｎが１の場合、それぞれが１／２になる。
【００３０】
中間周波増幅回路３８の出力は、同期検波回路４１を介して帯域通過ろ波回路５１に入力される。前記帯域通過ろ波回路５１よって信号分ｆ３＋ｆ２−ｆ４−ｆ５が抽出され、同期のとれない雑音等の妨害波は、除去される。
ここで、ｆ３＋ｆ２−ｆ４−ｆ５≫ｆ１となるようにシンセサイザ回路において設定されている。
【００３１】
雑音が多い場合｛図５（ｄ）に示す｝、前記帯域通過ろ波回路５１の出力は、図５（ｅ）に示すように雑音の多いところの信号分の振幅は減少する。これは、後段の増幅回路５２及び５６によって補償され、図５（ｃ）に示すようにピーク値が一定となる。これは、雑音成分が除去されたことを意味する。
【００３２】
中間周波増幅回路３８の出力は、エンベロープ検波回路４２を介して帯域通過ろ波回路４３に入力される。前記帯域通過ろ波回路４３よって基準信号の周期信号分ｆ１／２ｋが抽出される。ただし、ｋは基準信号間のデータ信号の数に基準信号の１を加えた数である。
【００３３】
雑音及びフェージングによって前記周期信号分の振幅は変化するので、同期信号発生回路４５によって一定にされ、シンセサイザ回路３７に入力される。
【００３４】
シンセサイザ回路では、局部搬送波発振回路の周波数が、前記同期信号発生回路４４の出力によって同期される。これにより受信入力と局部発振波は同期される。
【００３５】
帯域通過ろ波回路５１の出力は、増幅回路５２に入力される。その出力がエンベロープ検波回路５５及びピーク検波回路５３に入力される。ピーク検波回路５３の出力は、利得制御回路５４に入力される。その信号により、利得制御回路５４は、増幅回路５２の出力のピーク値を所定値になるように制御し、雑音及びフェージング等によって減少した振幅値を補償する。またエンベロープ検波回路５５の出力は、増幅回路５８に入力される。
【００３６】
増幅回路５８の出力は、振幅測定回路５９及びピーク検波回路５７に入力される。ピーク検波回路５７の出力が利得制御回路５８に入力される。前記利得制御回路５８の出力によって、利得制御回路５８は、増幅回路５６の出力のピーク値を所定値になるように制御する。
【００３７】
振幅測定回路５９においては、増幅回路５６から入力された基準信号の振幅値（ピーク値）を基準値として設定し、信号の切り替わる前後の指定された箇所（図５のｃの↓の点）で、その基準値との差を測定して、その基準信号とその次の基準信号間の波形を特定し、その波形を示す信号を復号回路６０に出力する。
【００３８】
復号回路６０においては、振幅測定回路５９からの波形を示す信号により、その信号に対応するデジタルデータ群を特定し、デジタル情報データを出力する。
【００３９】
図３において、帯域通過ろ波回路３６の出力（周波数はｆ３＋ｆ２−ｆ４）が中間周波増幅回路３８に入力され、その出力は同期検波回路４１に入力される。
【００４０】
同期検波回路４１には、もう一方の入力として、シンセサイザ回路１０１から中間周波増幅回路３８の出力に同期した出力（周波数はｆ６）が入力される。
【００４１】
同期検波回路４１の出力は、帯域通過ろ波回路１０２に入力され、同期がとれない雑音等の妨害波は大きく除去される。
【００４２】
帯域通過ろ波回路１０２の出力（周波数はｆ３＋ｆ２−ｆ４−ｆ６）は、増幅回路１０３に入力され、その出力は同期検波回路１０６及びピーク検波回路１０４に入力される。
【００４３】
ピーク検波回路１０４の出力は、利得制御回路１０５に入力される。その信号により、利得制御回路１０５は、増幅回路１０３の出力のピーク値を所定値になるように制御し、雑音及びフェージング等によって減少した振幅値を補償する。
【００４４】
同期検波回路１０６には、もう一方の入力として、シンセサイザ回路１０１から中間周波増幅回路３８の出力に同期した出力（周波数はｆ７）が入力される。
【００４５】
同期検波回路１０６の出力は、帯域通過ろ波回路１０７に入力され、同期がとれない雑音等の妨害波はさらに大きく除去され、無視できる程度まで小さくなる。
【００４５】
帯域通過ろ波回路１０７の出力（周波数はｆ３＋ｆ２−ｆ４−ｆ６−ｆ７）は、増幅回路１０８に入力され、その出力は検波回路５５及びピーク検波回路１０９に入力される。
【００４６】
ピーク検波回路１０９の出力は、利得制御回路１１０に入力される。その信号により、利得制御回路１１０は、増幅回路１０８の出力のピーク値を所定値になるように制御し、雑音及びフェージング等によって減少した振幅値をさらに補償する。
【実施例】
【００４７】
図１において、搬送波を４８０ｋＨｚ、通過帯域幅を５ｋＨｚ、基準信号とデータ信号の幅を１／４．８ｋ秒、基準信号間のデータ信号の数を３（ｋ＝４の場合）及び多値数を３２の場合は、伝送量は、伝送速度×Ｒ×（ｋ−１）／ｋ＝４．８×５×３÷４＝１８ｋｂｐｓとなる。
ただし、Ｒ＝ｌｏｇ２多値数＝ｌｏｇ２３２＝５とする。
【００４８】
前記は、実施例の場合で、説明用の設定であるが、本発明においての標準的な設定はｋ＝８、多値数＝６４の場合で、伝送量は４．８×６×７÷８＝２５．２ｋｂｐｓとなる。
現行の方式では、ＦＭまたはＰＭ方式の場合６ｋｂｐｓ程度であるので、本方式では周波数利用効率が約４倍改善されることになる。
伝送量、周波数利用効率は、多値数の極限及び他の周波数利用効率の改善案との併用等によってさらに大きくなるが、伝送量、周波数利用効率の最大値は、今後の課題である。
【００４９】
通過帯域幅３ｋＨｚの場合は、１２．６ｋｂｐｓとなる。
現行の方式では、ＳＳＢ方式の場合では３ｋｂｐｓ程度であるので、この場合においても本方式では周波数利用効率が約４倍改善されることになる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明のデジタル通信方式及び無線機は、基本的な変復調方式であるので、ラジコンから放送機器・通信機器までの短波帯以上の大部分の無線通信方式及び無線機に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 送信側無線機の全体構成を示す図である。
【図２】 受信側無線機の全体構成を示す図である。
【図３】 受信側無線機の縦列接続の同期検波回路の構成を示す図である。
【図４】 送信側各部の波形を示す図である。
【図５】 受信側各部の波形を示す図である。
【符号の説明】
１１，３７、１０１ シンセサイザ回路
１２ 制御回路
１３ 可変減衰回路
１６、２０、３２、３４、３６、４３、５１、１０２、１０５ 帯域通過ろ波回路
１７、１９、３３ 高周波増幅回路
１８、３５ 混合回路
２１ 送信電力増幅回路
２２ 空中線同調回路
２３、３１ 空中線
３８ 中間周波増幅回路
３９、５３、５７、１０７ ピーク検波回路
４０、５４、５８、１０８ 利得制御回路
４１，１０４ 同期検波回路
４５ 同期信号発生回路
５２、５６、１０３，１０６ 増幅回路
５５ エンベロープ検波回路
５９ 振幅測定回路
６０ 復号回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル情報データを送受信する通信方式及びそのための無線機に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、使用できる無線用周波数は空きが殆どないため、周波数利用効率の改善及び緩衝用無線周波数帯での使用が可能な無線機の開発の必要性が非常に大きくなっている。現行のデジタル通信方式において、周波数利用効率の高い方式は、一般に多値ＱＡＭ（直交振幅変調）等の多値デジタル変調方式が多いが、この方式の基本的な変調方式は周波数又は位相変調方式であるので、周波数利用効率及び電力利用効率は十分でない。そこで、周波数利用効率が高く、電力利用効率の良い単側帯波方式の使用が考えられるが、振幅変調方式であるため、雑音及びフェージングによる影響が大きいという問題点があった。そこで、本発明者等は、これらを改善して大幅に周波数利用効率及び電力利用効率を改善した無線通信方式及び無線機を既に提案しているが、雑音に対しての対策が十分でなかった。（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）
そこで、本発明者は、［特許文献５］を提案して上記の対策を行ったが、搬送波周波数の設定が困難であること、回路が大きくなるという欠点があった。
【特許文献１】 特開２００２−１４１９５９
【特許文献２】 特開２００３−１８８７４４
【特許文献３】 特開２００７−１１６６４４
【特許文献４】 特願２００８−１５４６２８
【特許文献５】 特願２００９−１５４３２８
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明者が既に提案している特願２００９−１５４３２８においては、同期している局部搬送波２波及び局部発信波によって構成されているので、それらの周波数設定に制約が生じ、周波数の設定が困難になるとともに、回路が大きくなるという問題点があった。
【０００４】
本考案においては、局部搬送波を一波にして、搬送波周波数の設定を容易にし、回路を小さくするとともに、雑音及びフェージングによる影響をさらに少なくした。
【課題を解決する為の手段】
【０００５】
請求項１のデジタル通信方式及び無線機においては、送信側で、伝送すべきデジタル情報データを多値のデジタルデータに変換し、所定の周期になるように形成された最大で一定振幅の基準信号と、前記多値のデジタルデータに基づいた前記基準信号の振幅を基準とした多値のデジタル値を表現する複数のデータ信号から構成されるデジタル信号を発生させる。
そして、搬送波の振幅を、前記デジタル信号の各データ信号において、基準信号を基準として所定の量を減衰させ、ろ波回路により前記搬送波の変調波成分に高調波成分を含まない正弦波成分のみとして送信する。
受信側において、中間周波増幅回路の出力信号に含まれる最大で振幅値の基準となる定周期の基準信号をピーク検波して、そのピーク値が所定値になるように、前記中間周波増幅回路の利得を調整し、その調整された出力を１個又は複数縦列接続した同期検波回路に入力する。
次に、前記同期検波回路の出力を帯域通過ろ波回路に入力し、その出力をエンベロープ検波回路に入力する。エンベロープ検波回路の出力のピーク値で振幅値の基準である基準信号の振幅値と、次の基準信号までの間にあるデータ信号の指定された個所の振幅値を比較して、前記データ信号の多値数を特定してデジタル情報データを出力することを特徴とする。
【０００６】
請求項２のデジタル通信方式及び無線機においては、前記デジタル信号で前記搬送波の振幅を減衰させる場合、帯域通過ろ波回路の通過帯域幅等の精度並びに可変減衰回路及び増幅回路の直線性が不十分の場合、出力の振幅値に差が生じるため、基準信号及びデータ信号のそれぞれの前のデータ信号又は基準信号によって前記搬送波の振幅を減衰させる量の補正を行うことを特徴とする。
【０００７】
請求項３のデジタル通信方式及び無線機においては、デジタル信号で搬送波の振幅を減衰させる場合、帯域通過ろ波回路の通過帯域幅等の精度並びに可変減衰回路及び増幅回路の直線性が不十分の場合、出力の振幅値に差が生じるため、これを確実に補正出来るように、デジタル信号による前記搬送波の振幅の減衰量を、一つの基準信号から次の基準信号までの間のデータ信号を一つのグループとして、各データ信号のデジタル値の組み合わせで表現し、その各データ信号のデジタル値の組み合わせによる送信側出力のエンベロープ波形の前記基準信号間の波形が、前もって定められた波形になるように設定し、
受信側では、エンベロープ検波回路の出力において、 ピーク値で振幅値の基準である基準信号の振幅値と、次の基準信号までの間にあるそれぞれのデータ信号の指定された個所の振幅値を比較して、前記基準信号間のエンベロープ波形を特定し、前記エンベロープ波形の信号を多値のデジタルデータ群に変換してデジタル情報データを出力することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されているような効果を奏する。
【０００９】
振幅値の測定にエンベロープ検波波形を使用するため、復調出力の周波数は、振幅値の測定に直接関係ない。従って、ＶＨＦ帯以下の低い周波数帯においては、局部発振周波数は、高度に安定である必要はないため、搬送波周波数と基準信号の周期との同期をとる必要はなく、前記搬送波の周波数の設定を非常に容易にする効果がある。
【００１０】
復調出力の周波数は、前記のように振幅値の測定に直接関係ないため、通常使用状態においてＳ／Ｎが悪い状態が多い場合は、同期検波回路を縦列接続することができ、これにより雑音等の不要波を大きく除去できるので、実質Ｓ／Ｎを大幅に高くすることができる。従って、受信入力が微弱でも、ビット誤り率を従来のデジタル無線機に比べて大きく改善できるともに、雑音等の不要波からの干渉に強くなるので、混信にも強くすることができる効果がある。
【００１１】
雑音、フェージング等により、信号の振幅は変化するが、同期検波回路によって雑音分を削除した後、中間周波増幅回路段、及び二つの増幅回路段のＡＧＣによって、基準信号の振幅を一定とすることができる。一定とならなくとも、振幅の測定は、直前の基準信号の振幅値を基準として測定でき、基準信号間の長さは、フェージング及び雑音の振幅の変化の周期の長さに比べて充分短く設定されているので、雑音及びフェージングの影響を大きく改善できる効果がある。さらに、フェージングの影響においては、ダイバーシチアンテナの使用等により深い落ち込みを除去すれば、ほとんど影響なくなるという効果がある。
【００１２】
なお、送信側の帯域通過ろ波回路の通過帯域幅の精度と増幅回路の直線性が不十分である場合、基準信号から次の基準信号までの間のデータ信号を、一つのグループとして送信側出力のエンベロープ波形が所定の波形になるように各データ信号の振幅値を設定すれば、前記帯域通過ろ波回路及び増幅回路によって生じる振幅値の誤差を、無視できる程度まで小さくできる効果がある。また、受信側の帯域通過ろ波回路は、隣接するチャネルの電力の周波数が一定しているので、それらの周波数を限定して減衰させることができる。これにより容易に振幅特性及び位相特性を無視できる程度まで平坦にすることが可能である。従って、デジタルデータの大きな多値化が出来る効果がある。
【００１３】
帯域外電力の周波数は一定であり、帯域内に近接していないので、帯域外周波数を大幅に減衰できる。従って、同一ゾーン内で隣接チャネルを使用できる効果がある。
また、混信にも強くなっているので、緩衝用周波数帯においても使用できるという効果がある。
【００１４】
前記の効果と、通過帯域幅を所定のデータを伝送するに要する幅として最小に設定しており、データ信号の多値数も最大に設定することが可能であるので、全ての周波数帯において、周波数利用効率及び電力利用効率は最大となる効果がある。また、単側帯波通信方式を使用している短波帯においては、音声のデジタル化が可能となるとともに、通信の質の向上及び高速データの伝送が可能となり、さらに、地球の裏側との通信も中継器無しで容易となる効果がある。
【発明を実施する為の最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の送信側無線機の全体構成を示す図であり、図４は送信側無線機各部の出力波形を示す図である。
【００１６】
図１において、シンセサイザ回路１１は、本発明のデジタル無線機の送信動作に必要なデータ信号の幅（１／ｆ１）、搬送波ｆ２、及び局部発振波ｆ３を共通の発信源から発生させる。
【００１７】
制御回路１２には、シンセサイザ回路１１からデータ信号の幅（１／ｆ１）を決定する周波数ｆ１が入力される。また、デジタル情報データが入力されて、前記データを多値（実施例では３２）のデジタルデータに変換する。実施例では図４（ａ）の左から５個毎に、多値のデータ「１」「３０」「２０」に変換する。そして、指定された基準信号間のデータ信号の数（ｋ−１）（実施例では３）から、各データ信号をグループ分けし、各グループのデータ信号の多値数から、送信出力のエンベロープ波形がそれぞれのグループに設定された波形になるように、各データ信号の減衰量を決定する。 その出力波形は図４（ｃ）となる。それら信号を周波数特性が平坦な可変減衰器１３に入力する。
【００１８】
可変減衰回路１３においては、制御回路１２からの信号により、搬送波ｆ２の振幅をデジタル信号の各データ信号において、基準信号を基準として所定の量を減衰させる。
【００１９】
ここで、搬送波をＶ０ＣＯＳ（２πｆｏｔ＋θ）、変調波をｋＡＣＯＳ（２πｆｐｔ＋ψ）とすると、単側帯波は、１／２・ｍＶ０ＣＯＳ｛２π（ｆｏ±ｆｐ）ｔ＋θ＋ψ｝となる。
ただし、ｍは変調度（＝ｋＡ／Ｖ０）であり，ｋは変調の係数である。
前記単側帯波の振幅値には、変調波の周波数に関係ないことが分かる。従って、振幅によってのみ信号を伝送する場合は、変調周波数は限定されない。ここで、本案の搬送波は、ＶｃＣＯＳ（２πｆｃ＋ρ）で表わされるから、ｆｏ±ｆｐをｆｃに置き換え、Ｖｃを信号によって変化させれば、単側帯波通信方式と同じになり、信号を伝送できることになる。
そして変調分は、周波数変換しても変化しないので、受信側にて周波数変換及び同期検波後エンベロープ検波してその振幅を測定することによって信号の復号が可能となる。
【００２０】
帯域通過ろ波回路１６は、前記可変減衰回路１３で、減衰量の変化時に発生する搬送波ｆ２の高調波成分及び信号波成分の高調波分を削除する。出力波形は、図４の（ｄ）となる。この出力波形は、単側帯波の場合と同等となっている。
【００２１】
前記出力は、送信混合回路１８で局部発振周波数ｆ３と混合されてシフトアップされ、周波数はｆ３＋ｆ２となる。前記送信混合回路１８の出力は、帯域通過ろ波回路１９でろ波されて高周波増幅回路１９に入力される。高周波増幅回路１９で増幅されて、帯域通過ろ波回路２０に入力される。帯域通過ろ波回路２０でろ波され、さらに送信電力増幅回２１で増幅され、空中線同調回路２２を経て、空中線２３から送信される。
【００２２】
図２は、本発明の実施の形態に係る受信側無線機の全体構成を示す図で、図３は縦列接続の同期検波回路の構成を示す図であり、図５は、前記受信側無線機各回路の出力波形を示す図である。
【００２３】
受信側においては、前記送信波［図４（ｅ）］を受信し、中間周波数ｆ３＋ｆ２−ｆ４に変換した後、自動利得制御回路４０にて中間周波数回路３８の出力のピーク値を一定とし、その出力を同期検波回路４１に入力する。前記同期検波回路の出力ｆ３＋ｆ２−ｆ４−ｆ５を検波回路５５に入力してエンベロープ検波し、その検波出力を増幅回路５６に入力する。更に自動利得制御回路５８にて増幅回路５６の出力のピーク値を所定の値に増幅して、前記ピーク値とデータ信号の所定の点との値を比較して、前記データ信号の多値数を特定するか、基準信号間のエンベロープ検波波形を特定し、その波形からデジタル情報データを特定して出力する。
通常の使用状態においてＳ／Ｎが悪い状態が多い場合は、帯域通過炉波回路を含めた同期検波回路４１，１０４を縦列に接続する。
【００２４】
ここで、図２、図３、図５を参照して、受信側の受信動作の詳細を説明する。
【００２５】
図２において、送信側の無線機から送信された送信波｛図４の（ｄ）｝がアンテナ３１に入力される。
【００２６】
前記アンテナ３１からの出力は、帯域通過ろ波回路３２、高周波増幅回路３３及び帯域通過ろ波回路３４を経て混合回路３５に入力される。混合回路３５ではこの入力された信号とシンセサイザ回路３７からの局部発振周波数ｆ４とがミキシングされ、帯域通過ろ波回路３６を介して中間周波数信号ｆ３＋ｆ２−ｆ４が得られる。
【００２７】
中間周波数信号は、中間周波増幅回路３８で増幅される。さらに、その出力は、ピーク検波回路３９に入力されてその出力が利得制御回路４０に入力される。
【００２９】
利得制御回路４０は、中間周波増幅回路３８の出力のピーク値が所定値となるように制御する。
この場合、雑音等の妨害波の振幅の変化は、基準信号の振幅の変化より十分遅いので、前記中間周波増幅回路３８の出力のピークは、基準信号時に生じる。従って、前記ピークは全て基準信号時となる。ここでは、信号入力と雑音等の妨害波入力との総和が一定となるため、変化分だけそれぞれが逆方向に変化する。例えば、Ｓ／Ｎが１の場合、それぞれが１／２になる。
【００３０】
中間周波増幅回路３８の出力は、同期検波回路４１を介して帯域通過ろ波回路５１に入力される。前記帯域通過ろ波回路５１よって信号分ｆ３＋ｆ２−ｆ４−ｆ５が抽出され、同期のとれない雑音等の妨害波は、除去される。
ここで、ｆ３＋ｆ２−ｆ４−ｆ５≫ｆ１となるようにシンセサイザ回路において設定されている。
【００３１】
雑音が多い場合｛図５（ｄ）に示す｝、前記帯域通過ろ波回路５１の出力は、図５（ｅ）に示すように雑音の多いところの信号分の振幅は減少する。これは、後段の増幅回路５２及び５６によって補償され、図５（ｃ）に示すようにピーク値が一定となる。これは、雑音成分が除去されたことを意味する。
【００３２】
中間周波増幅回路３８の出力は、エンベロープ検波回路４２を介して帯域通過ろ波回路４３に入力される。前記帯域通過ろ波回路４３よって基準信号の周期信号分ｆ１／２ｋが抽出される。ただし、ｋは基準信号間のデータ信号の数に基準信号の１を加えた数である。
【００３３】
雑音及びフェージングによって前記周期信号分の振幅は変化するので、同期信号発生回路４５によって一定にされ、シンセサイザ回路３７に入力される。
【００３４】
シンセサイザ回路では、局部搬送波発振回路の周波数が、前記同期信号発生回路４４の出力によって同期される。これにより受信入力と局部発振波は同期される。
【００３５】
帯域通過ろ波回路５１の出力は、増幅回路５２に入力される。その出力がエンベロープ検波回路５５及びピーク検波回路５３に入力される。ピーク検波回路５３の出力は、利得制御回路５４に入力される。その信号により、利得制御回路５４は、増幅回路５２の出力のピーク値を所定値になるように制御し、雑音及びフェージング等によって減少した振幅値を補償する。またエンベロープ検波回路５５の出力は、増幅回路５８に入力される。
【００３６】
増幅回路５８の出力は、振幅測定回路５９及びピーク検波回路５７に入力される。ピーク検波回路５７の出力が利得制御回路５８に入力される。前記利得制御回路５８の出力によって、利得制御回路５８は、増幅回路５６の出力のピーク値を所定値になるように制御する。
【００３７】
振幅測定回路５９においては、増幅回路５６から入力された基準信号の振幅値（ピーク値）を基準値として設定し、信号の切り替わる前後の指定された箇所（図５のｃの↓の点）で、その基準値との差を測定して、その基準信号とその次の基準信号間の波形を特定し、その波形を示す信号を復号回路６０に出力する。
【００３８】
復号回路６０においては、振幅測定回路５９からの波形を示す信号により、その信号に対応するデジタルデータ群を特定し、デジタル情報データを出力する。
【００３９】
図３において、帯域通過ろ波回路３６の出力（周波数はｆ３＋ｆ２−ｆ４）が中間周波増幅回路３８に入力され、その出力は同期検波回路４１に入力される。
【００４０】
同期検波回路４１には、もう一方の入力として、シンセサイザ回路１０１から中間周波増幅回路３８の出力に同期した出力（周波数はｆ６）が入力される。
【００４１】
同期検波回路４１の出力は、帯域通過ろ波回路１０２に入力され、同期がとれない雑音等の妨害波は大きく除去される。
【００４２】
帯域通過ろ波回路１０２の出力（周波数はｆ３＋ｆ２−ｆ４−ｆ６）は、増幅回路１０３に入力され、その出力は同期検波回路１０６及びピーク検波回路１０４に入力される。
【００４３】
ピーク検波回路１０４の出力は、利得制御回路１０５に入力される。その信号により、利得制御回路１０５は、増幅回路１０３の出力のピーク値を所定値になるように制御し、雑音及びフェージング等によって減少した振幅値を補償する。
【００４４】
同期検波回路１０６には、もう一方の入力として、シンセサイザ回路１０１から中間周波増幅回路３８の出力に同期した出力（周波数はｆ７）が入力される。
【００４５】
同期検波回路１０６の出力は、帯域通過ろ波回路１０７に入力され、同期がとれない雑音等の妨害波はさらに大きく除去され、無視できる程度まで小さくなる。
【００４５】
帯域通過ろ波回路１０７の出力（周波数はｆ３＋ｆ２−ｆ４−ｆ６−ｆ７）は、増幅回路１０８に入力され、その出力は検波回路５５及びピーク検波回路１０９に入力される。
【００４６】
ピーク検波回路１０９の出力は、利得制御回路１１０に入力される。その信号により、利得制御回路１１０は、増幅回路１０８の出力のピーク値を所定値になるように制御し、雑音及びフェージング等によって減少した振幅値をさらに補償する。
【実施例】
【００４７】
図１において、搬送波を４８０ｋＨｚ、通過帯域幅を５ｋＨｚ、基準信号とデータ信号の幅を１／４．８ｋ秒、基準信号間のデータ信号の数を３（ｋ＝４の場合）及び多値数を３２の場合は、伝送量は、伝送速度×Ｒ×（ｋ−１）／ｋ＝４．８×５×３÷４＝１８ｋｂｐｓとなる。
ただし、Ｒ＝ｌｏｇ２多値数＝ｌｏｇ２３２＝５とする。
【００４８】
前記は、実施例の場合で、説明用の設定であるが、本発明においての標準的な設定はｋ＝８、多値数＝６４の場合で、伝送量は４．８×６×７÷８＝２５．２ｋｂｐｓとなる。
現行の方式では、ＦＭまたはＰＭ方式の場合６ｋｂｐｓ程度であるので、本方式では周波数利用効率が約４倍改善されることになる。
伝送量、周波数利用効率は、多値数の極限及び他の周波数利用効率の改善案との併用等によってさらに大きくなるが、伝送量、周波数利用効率の最大値は、今後の課題である。
【００４９】
通過帯域幅３ｋＨｚの場合は、１２．６ｋｂｐｓとなる。
現行の方式では、ＳＳＢ方式の場合では３ｋｂｐｓ程度であるので、この場合においても本方式では周波数利用効率が約４倍改善されることになる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明のデジタル通信方式及び無線機は、基本的な変復調方式であるので、ラジコンから放送機器・通信機器までの短波帯以上の大部分の無線通信方式及び無線機に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 送信側無線機の全体構成を示す図である。
【図２】 受信側無線機の全体構成を示す図である。
【図３】 受信側無線機の縦列接続の同期検波回路の構成を示す図である。
【図４】 送信側各部の波形を示す図である。
【図５】 受信側各部の波形を示す図である。
【符号の説明】
１１，３７、１０１ シンセサイザ回路
１２ 制御回路
１３ 可変減衰回路
１６、２０、３２、３４、３６、４３、５１、１０２、１０５ 帯域通過ろ波回路
１７、１９、３３ 高周波増幅回路
１８、３５ 混合回路
２１ 送信電力増幅回路
２２ 空中線同調回路
２３、３１ 空中線
３８ 中間周波増幅回路
３９、５３、５７、１０７ ピーク検波回路
４０、５４、５８、１０８ 利得制御回路
４１，１０４ 同期検波回路
４５ 同期信号発生回路
５２、５６、１０３，１０６ 増幅回路
５５ エンベロープ検波回路
５９ 振幅測定回路
６０ 復号回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信側において、伝送すべきデジタル情報データを多値のデジタルデータに変換する手段と
所定の周期になるように形成された最大で一定振幅の基準信号と、前記多値のデジタルデータに基づいた前記基準信号の振幅を基準とした多値のデジタル値を表現する複数のデータ信号から構成されるデジタル信号を発生する手段を有し、
搬送波の振幅を、前記デジタル信号の各データ信号において、基準信号を基準として所定の量を減衰させ、ろ波回路により前記搬送波の信号波成分を高調波成分を含まない正弦波成分のみとして送信し、
受信側において、復調回路に１個又は複数個縦列接続した同期検波回路を使用し、前記同期検波回路の出力をエンベロープ検波回路に入力する手段を有し、
前記エンベロープ検波回路の出力において、 ピーク値で振幅値の基準である基準信号の振幅値と、次の基準信号までの間にあるそれぞれのデータ信号の指定された個所の振幅値を比較して、前記データ信号の多値数を特定してデジタル情報データを出力することを特徴とするデジタル通信方式及び無線機。
【請求項２】
請求項１のデジタル通信方式及び無線機において、前記デジタル信号で前記搬送波の振幅を変化させる場合において、基準信号及びデータ信号のそれぞれの前のデータ信号又は基準信号によって前記搬送波の振幅を変化させる量の補正を行うことを特徴とするデジタル通信方式及び無線機。
【請求項３】
請求項１のデジタル通信方式及び無線機において、基準信号間の信号を一つのグループとして、送信側出力のエンベロープ波形が、所定の波形になるように、各信号における搬送波の振幅値の減衰量を設定し、
受信側では、エンベロープ検波回路の出力において、ピーク値で振幅値の基準である基準信号の振幅値と、次の基準信号までの間にあるそれぞれのデータ信号の指定された個所の振幅値を比較して、前記基準信号間のエンベロープ波形を特定し、前記エンベロープ波形の信号を多値のデジタルデータ群に変換してデジタル情報データを出力することを特徴とするデジタル通信方式及び無線機。
【請求項１】
送信側において、伝送すべきデジタル情報データを多値のデジタルデータに変換する手段と
所定の周期になるように形成された最大で一定振幅の基準信号と、前記多値のデジタルデータに基づいた前記基準信号の振幅を基準とした多値のデジタル値を表現する複数のデータ信号から構成されるデジタル信号を発生する手段を有し、
搬送波の振幅を、前記デジタル信号の各データ信号において、基準信号を基準として所定の量を減衰させ、ろ波回路により前記搬送波の信号波成分を高調波成分を含まない正弦波成分のみとして送信し、
受信側において、復調回路に１個又は複数個縦列接続した同期検波回路を使用し、前記同期検波回路の出力をエンベロープ検波回路に入力する手段を有し、
前記エンベロープ検波回路の出力において、 ピーク値で振幅値の基準である基準信号の振幅値と、次の基準信号までの間にあるそれぞれのデータ信号の指定された個所の振幅値を比較して、前記データ信号の多値数を特定してデジタル情報データを出力することを特徴とするデジタル通信方式及び無線機。
【請求項２】
請求項１のデジタル通信方式及び無線機において、前記デジタル信号で前記搬送波の振幅を変化させる場合において、基準信号及びデータ信号のそれぞれの前のデータ信号又は基準信号によって前記搬送波の振幅を変化させる量の補正を行うことを特徴とするデジタル通信方式及び無線機。
【請求項３】
請求項１のデジタル通信方式及び無線機において、基準信号間の信号を一つのグループとして、送信側出力のエンベロープ波形が、所定の波形になるように、各信号における搬送波の振幅値の減衰量を設定し、
受信側では、エンベロープ検波回路の出力において、ピーク値で振幅値の基準である基準信号の振幅値と、次の基準信号までの間にあるそれぞれのデータ信号の指定された個所の振幅値を比較して、前記基準信号間のエンベロープ波形を特定し、前記エンベロープ波形の信号を多値のデジタルデータ群に変換してデジタル情報データを出力することを特徴とするデジタル通信方式及び無線機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２５０３８２（Ｐ２０１１−２５０３８２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３６５７７（Ｐ２０１０−１３６５７７）
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（５０１２５９１９０）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（５０１２５９１９０）
【Ｆターム（参考）】
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