変調装置、復調装置、無線通信システム
【課題】無線通信路に起因する歪みを軽減する変調装置、復調装置、無線通信システムを提供する。
【解決手段】無線通信のための変調を行う変調装置であって、データを取得してシンボル値に変換する変換部と、変換部により変換されたシンボル値により搬送波を位相変調して第１信号を生成する第１信号生成部と、搬送波と異なる周波数を有する第２信号を生成する第２信号生成部と、変換部により変換されたシンボル値毎に、所定の時間長の第１期間と無線通信の系のインパルス応答の時間長に基づく第２期間とを設定し、第１期間中に第１信号生成部により生成された第１信号を出力し、第２期間中に第２信号生成部により生成された第２信号を出力する出力部とを有する。
【解決手段】無線通信のための変調を行う変調装置であって、データを取得してシンボル値に変換する変換部と、変換部により変換されたシンボル値により搬送波を位相変調して第１信号を生成する第１信号生成部と、搬送波と異なる周波数を有する第２信号を生成する第２信号生成部と、変換部により変換されたシンボル値毎に、所定の時間長の第１期間と無線通信の系のインパルス応答の時間長に基づく第２期間とを設定し、第１期間中に第１信号生成部により生成された第１信号を出力し、第２期間中に第２信号生成部により生成された第２信号を出力する出力部とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相変調を用いる無線通信のための変調装置、復調装置、無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディジタル変復調技術として、振幅偏移変調（ＡＳＫ；Amplitude Shift Keying）、周波数偏移変調（ＦＳＫ；Frequency Shift Keying）、位相偏移変調（ＰＳＫ；Phase Shift Keying）、直交振幅変調（ＱＡＭ；Quadrature Amplitude Modulation）等が知られている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。
【０００３】
上述したディジタル変復調技術は、「０」及び「１」からなるバイナリデータ系列を、基準信号（搬送波）における振幅、周波数、位相のいずれかを変化させることによって変調して変調信号とするものである。ＰＳＫは、ＡＳＫ、ＦＳＫと比較して優れた性能を有することが確かめられている。
【０００４】
一般的な無線通信において、受信装置により無線信号から変換された電気信号は、変調信号と無線通信路のインパルス応答との畳み込みの形で記述される。ここでの無線通信路は、送信装置において電気信号を無線信号へ変換する送信素子と、伝搬路と、受信装置において無線信号を電気信号へ変換する受信素子とを含む。
【０００５】
無線通信のうち、音響通信は、送信素子及び受信素子に質量を有する振動子（それぞれ電気−機械エネルギー変換素子、機械−電気エネルギー変換素子）を用いる。そのため、音響通信と電波通信において、無線通信路のインパルス応答の時間長を比較すると、音響通信の値は電波通信の値より大きい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】S. Haykin: Communication Systems (Wiley, New York, 2001) p. 417.
【非特許文献２】A. Burr: Modulation and Coding for Wireless Communications (Prentice-Hall, New York, 2001) p. 36.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
搬送波の位相を急激に変化させるＰＳＫ及びＱＡＭを用いる場合、インパルス応答の時間長が長い素子（例えばメカニカルＱ値が大きい圧電セラミック等の振動子、重量が無視できない振動子）を用いる無線通信路を通過した電気信号は、大きく歪むという問題がある。
【０００８】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、無線通信路に起因する歪みを軽減する変調装置、復調装置、無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明の一態様は、無線通信のための変調を行う変調装置であって、データを取得してシンボル値に変換する変換部と、変換部により変換されたシンボル値により搬送波を位相変調して第１信号を生成する第１信号生成部と、搬送波と異なる周波数を有する第２信号を生成する第２信号生成部と、変換部により変換されたシンボル値毎に、所定の時間長の第１期間と無線通信の系のインパルス応答の時間長に基づく第２期間とを設定し、第１期間中に第１信号生成部により生成された第１信号を出力し、第２期間中に第２信号生成部により生成された第２信号を出力する出力部とを有する。
【００１０】
また、本発明の一態様は、変調装置により変調されて無線通信を経て受信された信号の復調を行う復調装置であって、変調装置が、データを取得してシンボル値に変換し、シンボル値により搬送波を位相変調して第１信号を生成し、搬送波と異なる周波数を有する第２信号を生成し、シンボル値毎に、所定の時間長の第１期間と無線通信の系のインパルス応答の時間長に基づく時間長の第２期間とを設定し、第１期間中に第１信号を出力すると共に第２期間中に第２信号を出力し、シンボル周期毎に、第１期間に対応して搬送波を出力し、第２期間に対応して搬送波と異なる周波数を有する第３信号を出力する参照信号生成部と、変調装置の出力と参照信号生成部の出力とを乗算する乗算部とを有する。
【００１１】
また、本発明の一態様は、位相変調を用いてデータを伝送する無線通信システムであって、データを取得して所定のシンボル周期毎にシンボル値に変換する変換部と、変換部により変換されたシンボル値により搬送波を位相変調して第１信号を生成する第１信号生成部と、第１信号と異なる第２信号を生成する第２信号生成部と、シンボル周期毎に、シンボル周期より短い第１期間において第１信号生成部により生成された第１信号を出力し、シンボル周期から第１期間を除いた残りの期間である第２期間において第２信号生成部により生成された第２信号を出力する出力部と、出力部の出力を無線信号として送信する送信部と、送信部により送信された無線信号を受信する受信部と、シンボル周期毎に、第１期間において搬送波を出力し、第２期間において搬送波と異なる第３信号を出力する搬送波生成部と、変調装置の出力と搬送波生成部の出力とを乗算する乗算部とを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、無線通信路に起因する歪みを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１における音響通信システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における変調装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】復調装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】比較例における変調装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】比較例における復調装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】送信ベースバンド信号の波形を示す波形図である。
【図７】比較例における信号の波形を示す波形図である。
【図８】実施の形態１における信号の波形を示す波形図である。
【図９】実施の形態２における音響通信システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態２における変調装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態２における信号の波形を示す波形図である。
【図１２】実験システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】実験システムにおける無線通信路のインパルス応答の測定結果を示す波形図である。
【図１４】実験システムにおける変調信号波形を示す波形図である。
【図１５】実験システムによるＢＥＲ対ＳＮＲの測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
以下、本発明を適用した音響通信システムの例について説明する。ここでの音響通信システムは、ＢＰＳＫ（Bi-Phase Shift Keying）を用い、１シンボルで１ビットの情報を伝達する。
【００１６】
＜実施の形態１＞
実施の形態１における音響通信システムの構成について以下に説明する。
【００１７】
図１は、実施の形態１における音響通信システムの構成の一例を示すブロック図である。この音響通信システムは、変調装置１ａ、振動子２１、振動子４１、復調装置２ａ、情報処理装置４ａ，４ｂを有する。情報処理装置４ａから出力されたバイナリビット系列は、変調装置１ａにより変調され、振動子２１により音波信号に変換され、媒体中の伝搬路３へ出力される。次に、伝搬路３を介して振動子２１から振動子４１へ伝搬した音波信号は、振動子４１により電気信号に変換され、復調装置２ａにより復調されてバイナリビット系列として情報処理装置４ｂへ出力される。変調装置１ａ、振動子２１は、送信装置を構成する。振動子４１、復調装置２ａは、受信装置を構成する。
【００１８】
図２は、実施の形態１における変調装置１ａの構成の一例を示すブロック図である。変調装置１ａは、バイポーラコンパレータ１１（Bipolar Comparator）、搬送波周波数生成器１２（Carrier Frequency Oscillator）、ミキサ１３（Mixer）、バッファシグナル周波数生成器１４、マルチプレクサ１５（Multiplexer）を有する。
【００１９】
図３は、復調装置２ａの構成の一例を示すブロック図である。復調装置２ａは、搬送波周波数生成器４２（Carrier Frequency Oscillator）、ミキサ４３、参照電圧源４４（Reference Potential）、マルチプレクサ４５（Multiplexer）、ＬＰＦ４６（Low-Pass Filter）、データ判定部４８（Data Decision）を有する。
【００２０】
変調装置１ａの動作について以下に説明する。
【００２１】
バイポーラコンパレータ１１は、情報処理装置４ａから入力されたバイナリビット系列の「０」，「１」をそれぞれ「−１」，「１」に変換して送信ベースバンド信号とする。
【００２２】
ここで、変調装置１ａと復調装置２ａの間の同期のための信号を生成する同期信号生成部を設けても良い。例えば、同期信号生成部は、バイポーラコンパレータ１１出力のデータの間に同期のための基準信号を付加する処理を行う。あるいは、変調装置１ａは、同期信号生成部の代わりにＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying：差動位相偏移変調）変調を行う機能を有しても良い。
【００２３】
搬送波周波数生成器１２は、搬送波として、振幅Ａ、周波数ｆcの正弦波を生成する。ミキサ１３は、バイポーラコンパレータ１１出力と搬送波周波数生成器１２出力とを乗算することにより、ＢＰＳＫ信号を生成する。
【００２４】
バッファシグナル周波数生成器１４は、現在のシンボル値と直前のシンボル値との比較を行い、比較結果に基づいて周波数ｆbを決定する。例えば、バッファシグナル周波数生成器１４は、現在のシンボル値が直前のシンボル値と等しい場合、ｆbを１／ΔＴに設定し、現在のシンボル値が直前のシンボル値と異なる場合、ｆbを２／ΔＴに設定する。
【００２５】
バッファシグナル周波数生成器１４は、ＢＳ（Buffer Signal）として、振幅Ｂ、周波数ｆbの正弦波を生成する。ここで、シンボルタイムをＴ、ガードタイムをΔＴ、無線通信路のインパルス応答継続時間をＩとする。Ｉと所定の係数Ｋを用いて、ΔＴ＝Ｋ・Ｉとする。Ｋは１の近傍とする。即ち、ΔＴは、Ｉの近傍とする。インパルス応答継続時間Ｉは、インパルス応答のピークレベルから−６０ｄＢになるまでの時間である。
【００２６】
マルチプレクサ１５は、シンボルタイミングに従って、２つの入力の切り替えを行って変調信号を出力する。ここで、マルチプレクサ１５は、まず時間長Ｔの第１期間中に、ミキサ１３出力を選択して出力し、次に時間長ΔＴの第２期間中に、バッファシグナル周波数生成器１４出力を選択して出力し、更にこの動作を繰り返す。
【００２７】
振動子２１は、マルチプレクサ１５出力である変調信号を音波信号（無線信号）に変換して伝搬路３へ出力する。
【００２８】
ここで、時刻をｔ、シンボル値をｍ（ｔ）、信号振幅をＡ，Ｂ、ガードタイム長をΔＴ、変調信号をｓ（ｔ）とする。ここでの無線通信路は、振動子２１、伝搬路３、振動子４１を有する。実施の形態１における変調信号ｓ（ｔ）は、次式（１）で表される。
【００２９】
【数１】
【００３０】
復調装置２ａの動作について以下に説明する。
【００３１】
振動子４１は、振動子２１から送信され伝搬路３を伝搬した音波信号を受信して電気信号に変換する。
【００３２】
搬送波周波数生成器４２は、搬送波周波数生成器１２と同様、搬送波として、振幅Ａ、周波数ｆcの正弦波を生成する。参照電圧源４４は、搬送波周波数生成器４２出力のＤＣレベルと等しい電圧を出力する。
【００３３】
変調装置１ａと復調装置２ａの間の同期のために同期部を設けても良い。例えば、同期部は、振動子４１の出力から基準信号を検出してシンボルタイミングを生成する。或いは、変調装置１ｂが上述のＤＰＳＫ変調を用いる場合、同期部は、ＤＰＳＫ復調を行う。
【００３４】
マルチプレクサ４５は、シンボルタイミングに従って、２つの入力の切り替えを行う。ここで、マルチプレクサ４５は、まず第１期間に対応する時間長Ｔの期間中に、搬送波周波数生成器４２出力を選択して出力し、次に第２期間に対応する時間長ΔＴの期間中に、参照電圧源４４出力を選択して出力し、更にこの動作を繰り返す。
【００３５】
ミキサ４３は、振動子４１出力とマルチプレクサ４５出力とを乗算する。ＬＰＦ４６は、ミキサ４３出力の高周波成分を除去し、ミキサ４３出力のベースバンド成分を通過させて復調信号とする。データ判定部４８は、シンボルタイミングに従って復調信号からデータを判定して復調データとし、復調データを情報処理装置４ｂへ出力する。
【００３６】
ミキサ１３，４３は、二重平衡変調器（Double Balanced Mixer）により実現される。
【００３７】
上述した実施の形態１の変復調方式を以下ではＢＳ方式と呼ぶ。
【００３８】
実施の形態１の音響通信システム内の波形について、比較例の音響通信システムと比較しながら説明する。
【００３９】
比較例の音響通信システムは、変調装置１ｘと復調装置２ｘを有する。
【００４０】
図４は、比較例における変調装置１ｘの構成の一例を示すブロック図である。この図において、変調装置１ａの構成と同一符号は変調装置１ａの構成に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。変調装置１ａと比較すると、変調装置１ｘは、バッファシグナル周波数生成器１４、マルチプレクサ１５を持たない。
【００４１】
図５は、比較例における復調装置２ｘの構成の一例を示すブロック図である。この図において、復調装置２ｘの構成と同一符号は復調装置２ａの構成に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。復調装置２ａと比較すると、復調装置２ｘは、参照電圧源４４、マルチプレクサ４５を持たない。
【００４２】
以下の波形図において、横軸は、時間を示し、縦軸は、絶対値の最大値を１とする相対振幅を示す。図６は、送信ベースバンド信号の波形を示す波形図である。この送信ベースバンド信号ａ０は、バイポーラコンパレータ１１出力に対応する。バイポーラコンパレータ１１は、入力されたデータ値「０」及び「１」に対応してそれぞれシンボル値「１」及び「−１」を出力する。
【００４３】
図７は、比較例における信号の波形を示す波形図である。この図は、上から順に波形ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１を示す。波形ｂ１は、比較例のＢＰＳＫにおける変調信号を示す。波形ｂ１は、比較例のＢＰＳＫにおける理想的な受信信号（変調信号）を示す。波形ｃ１は、比較例のＢＰＳＫにおける実際の受信信号（変調信号に無線通信系のインパルス応答が重畳された信号）を示す。波形ｄ１は、比較例のＢＰＳＫにおける理想的な復調信号（理想的な受信信号が復調された信号）を示す。波形ｅ１は、比較例のＢＰＳＫにおける実際の復調信号（実際の受信信号が復調された信号）を示す。理想的な波形ｄ１と比較すると、実際の波形ｅ１は、振幅の変動が大きい。
【００４４】
図８は、実施の形態１における信号の波形を示す波形図である。この図は、上から順に波形ｂ２，ｃ２，ｄ２，ｅ２を示す。波形ｂ２は、実施の形態１のＢＳ方式における理想的な受信信号を示す。波形ｃ２は、実施の形態１のＢＳ方式における実際の受信信号を示す。波形ｄ２は、実施の形態１のＢＳ方式における理想的な復調信号を示す。波形ｅ２は、実施の形態１のＢＳ方式における受信信号が復調されたベースバンド信号を示す。比較例における実際の復調信号の波形ｅ１と比較すると、実施の形態１における実際の復調信号の波形ｅ２は、振幅の変動が小さい。
【００４５】
＜実施の形態２＞
実施の形態２における音響通信システムの構成について以下に説明する。
【００４６】
図９は、実施の形態２における音響通信システムの構成の一例を示すブロック図である。この図において、図１の構成と同一符号は図１の構成に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。実施の形態１における音響通信システムと比較すると、実施の形態２における音響通信システムは、変調装置１ａの代わりに変調装置１ｂを有する。
【００４７】
変調装置１ｂの構成について以下に説明する。
【００４８】
図１０は、実施の形態２における変調装置１ｂの構成の一例を示すブロック図である。この図において、変調装置１ａの構成と同一符号は変調装置１ａの構成に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。変調装置１ａと比較すると、変調装置１ｂは、バッファシグナル周波数生成器１４の代わりに参照電圧源１７を有する。バッファシグナル周波数生成器１４と比較すると、参照電圧源１７は、０レベルのＤＣ電圧を出力する。
【００４９】
マルチプレクサ１５は、シンボルタイミングに従って、２つの入力の切り替えを行って変調信号を出力する。ここで、マルチプレクサ１５は、まず時間長Ｔの第１期間中に、ミキサ１３出力を選択して出力し、次に時間長ΔＴの第２期間中に、参照電圧源１７出力を選択して出力し、更にこの動作を繰り返す。マルチプレクサ１５のうち、参照電圧源１７出力が選択されている期間の信号をＧＴ（Guard Time）とする。
【００５０】
実施の形態２における変調信号ｓ（ｔ）は、次式（２）で表される。
【００５１】
【数２】
【００５２】
この式は、式（１）において、Ｂ＝０としたものである。
【００５３】
復調装置２ａは、実施の形態１と同様にして、変調装置１ｂから受信した信号を復調する。
【００５４】
上述した実施の形態２の変復調方式を以下ではＧＴ方式と呼ぶ。
【００５５】
音響通信システム内の波形について、比較例と比較しながら説明する。
【００５６】
図１１は、実施の形態２における信号の波形を示す波形図である。この図は、上から順に波形ｂ３，ｃ３，ｄ３，ｅ３を示す。波形ｂ３は、実施の形態２のＧＴ方式における理想的な受信信号を示す。波形ｃ３は、実施の形態２のＧＴ方式における実際の受信信号を示す。波形ｄ３は、実施の形態２のＧＴ方式における理想的な復調信号を示す。波形ｅ３は、実施の形態２のＧＴ方式における実際の復調信号を示す。比較例における実際の復調信号の波形ｅ１と比較すると、実施の形態２における実際の復調信号の波形ｅ３は、振幅の変動が小さい。
【００５７】
ＢＳ方式及びＧＴ方式の実験例について説明する。
【００５８】
図１２は、実験システムの構成の一例を示すブロック図である。この評価システムは、ＰＣ６１、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）６２、増幅器６３、スピーカ６４（ＳＰ）、マイク６６（ＭＩＣ）、増幅器６７、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）６８を有する。
【００５９】
スピーカ６４は、振動子２１に対応する。マイク６６は、振動子４１に対応する。ＰＣ６１は、ＣＰＵ及び記憶装置を有し、記憶装置に格納された計測制御ソフトウェアを実行することにより、情報処理装置４ａ、変調装置１ａ，１ｂ，１ｘ、復調装置２ａ，２ｘ、情報処理装置４ｂの機能を実現する。
【００６０】
本発明を適用しないＢＰＳＫの評価において、ＰＣ６１は、変調装置１ｘ、復調装置２ｘの機能を実現する。ＢＳ方式を適用したＢＰＳＫの評価において、ＰＣ６１は、変調装置１ａ、復調装置２ａの機能を実現する。ＧＴ方式を適用したＢＰＳＫの評価において、ＰＣ６１は、変調装置１ｂ、復調装置２ａの機能を実現する。
【００６１】
更に、ＰＣ６１は、増幅器６７の出力にＷＧＮ（White Gaussian Noise）を加算してＡＷＧＮ（Additive White Gaussian Noise）通信路を実現し、ＢＥＲ（Bit Error Rate）対ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）の測定を行う。
【００６２】
ここで、搬送波周波数ｆc＝２００Ｈｚ、シンボルタイムＴ＝５ｍｓ、スピーカ６４とマイク６６の間の距離Ｌ＝１．８ｍとする。
【００６３】
この実験システムの無線通信路は、スピーカ６４、空間６５、マイク６６を有する。図１３は、実験システムにおける無線通信路のインパルス応答の測定結果を示す波形図である。この図において、横軸は時間を示し、縦軸はピークレベルを１とする相対振幅を示す。ここで、インパルス応答継続時間Ｉ＝１ｍｓである。インパルス応答による通信性能への影響を防ぐためにＫ＝１．２５とすると、ガードタイムΔＴ＝１．２５ｍｓである。
【００６４】
図１４は、実験システムにおける変調信号波形を示す波形図である。この図において、（ｇ１）は、本発明を適用しないＢＰＳＫの変調信号を示し、（ｇ２）は、ＧＴ方式を適用したＢＰＳＫの変調信号を示し、（ｇ３）は、ＢＳ方式を適用したＢＰＳＫの変調信号を示す。この図の（ｇ１）、（ｇ２）、（ｇ３）において、横軸は時間を示し、縦軸は絶対値の最大値を１とする相対振幅を示す。上述したように、シンボルタイムＴ＝５ｍｓ、ガードタイムΔＴ＝１．２５ｍｓである。（ｇ２）、（ｇ３）に示すように、ＧＴ方式及びＢＳ方式においては、各シンボルタイム間にガードタイムが挿入される。（ｇ２）に示すようにＧＴ方式のガードタイムにおける変調信号は、０レベルのＤＣ信号である。（ｇ３）に示すようにＢＳ方式のガードタイムにおける変調信号は、シンボルタイムにおける搬送波周波数と異なる周波数且つ直前と現在のシンボル値に基づく周波数を有する正弦波（バッファシグナル）である。
【００６５】
この実験システムは、ＰＣ６１内に変調装置と復調装置の機能を有するため、完全に同期を取ることができる。
【００６６】
図１５は、実験システムによるＢＥＲ対ＳＮＲの測定結果を示す図である。この図において、横軸はＳＮＲ［ｄＢ］を示し、縦軸はＢＥＲを示す。また、この図は、ＢＥＲ対ＳＮＲの計算値ｆ１、ＢＥＲ対ＳＮＲの測定値ｆ２，ｆ３，ｆ４を示す。ここで、ｆ１は、理想的なＢＰＳＫのＢＥＲ対ＳＮＲの計算値を示す。ｆ２は、本発明を適用しないＢＰＳＫを用いる実験システムのＢＥＲ対ＳＮＲの測定値を示す。ｆ３は、ＧＴ方式を適用したＢＰＳＫを用いる実験システムのＢＥＲ対ＳＮＲの測定値を示す。ｆ４は、ＢＳ方式を適用したＢＰＳＫを用いる実験システムのＢＥＲ対ＳＮＲの測定値を示す。本発明の変復調方式を適用しない測定値ｆ２と比較すると、本発明の変復調方式を適用した測定値ｆ３及びｆ４は、理想的な計算値ｆ１に近づく。
【００６７】
本発明を適用しない従来の無線通信システムにおいて、無線通信路のインパルス応答の影響を軽減するためにシンボルタイムを長くすると、通信速度は低下する。一方、本発明を適用した無線通信システムによれば、通信速度を著しく低下させることなく、インパルス応答の影響を軽減することができる。
【００６８】
上述した各実施の形態の無線通信システムによれば、無線通信路から出力される信号の歪みが小さくなることにより、外部雑音などの外乱に対する対雑音性能が向上する。
【００６９】
ＰＳＫを用いる従来の無線通信システムの性能は、理想的なＰＳＫの性能に比べて大きく劣る。性能とは、例えばＢＥＲ対ＳＮＲである。上述の実施の形態の変復調方式を無線通信システムに適用することにより、無線通信システムの性能を改善することができる。
【００７０】
上述の実施の形態における音響通信システムは、ＢＰＳＫの代わりに、ＰＳＫ、ＱＡＭを用いることができる。
【００７１】
上述の実施の形態において、搬送波周波数ｆcは、可聴周波数帯域に限らない。
【００７２】
本発明は、音波に限らず、電波、光等を用いる無線通信システムに適用することができる。
【００７３】
変換部は、実施の形態におけるバイポーラコンパレータ１１に対応する。第１信号生成部は、実施の形態における搬送波周波数生成器１２及びミキサ１３に対応する。第２信号生成部は、実施の形態におけるバッファシグナル周波数生成器１４又は参照電圧源１７に対応する。出力部は、実施の形態におけるマルチプレクサ１５に対応する。参照信号生成部は、実施の形態における参照電圧源４４に対応する。乗算部は、実施の形態におけるミキサ４３に対応する。
【００７４】
無線送信部は、実施の形態における振動子２１に対応する。無線受信部は、実施の形態における振動子４１に対応する。
【００７５】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００７６】
１ａ，１ｂ 変調装置
２ａ 復調装置
３ 伝搬路
４ａ，４ｂ 情報処理装置
１１ バイポーラコンパレータ
１２ 搬送波周波数生成器
１３ ミキサ
１４ バッファシグナル周波数生成器
１５ マルチプレクサ
１７ 参照電圧源
２１，４１ 振動子
４２ 搬送波周波数生成器
４３ ミキサ
４４ 参照電圧源
４５ マルチプレクサ
４６ ＬＰＦ
４８ データ判定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相変調を用いる無線通信のための変調装置、復調装置、無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディジタル変復調技術として、振幅偏移変調（ＡＳＫ；Amplitude Shift Keying）、周波数偏移変調（ＦＳＫ；Frequency Shift Keying）、位相偏移変調（ＰＳＫ；Phase Shift Keying）、直交振幅変調（ＱＡＭ；Quadrature Amplitude Modulation）等が知られている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。
【０００３】
上述したディジタル変復調技術は、「０」及び「１」からなるバイナリデータ系列を、基準信号（搬送波）における振幅、周波数、位相のいずれかを変化させることによって変調して変調信号とするものである。ＰＳＫは、ＡＳＫ、ＦＳＫと比較して優れた性能を有することが確かめられている。
【０００４】
一般的な無線通信において、受信装置により無線信号から変換された電気信号は、変調信号と無線通信路のインパルス応答との畳み込みの形で記述される。ここでの無線通信路は、送信装置において電気信号を無線信号へ変換する送信素子と、伝搬路と、受信装置において無線信号を電気信号へ変換する受信素子とを含む。
【０００５】
無線通信のうち、音響通信は、送信素子及び受信素子に質量を有する振動子（それぞれ電気−機械エネルギー変換素子、機械−電気エネルギー変換素子）を用いる。そのため、音響通信と電波通信において、無線通信路のインパルス応答の時間長を比較すると、音響通信の値は電波通信の値より大きい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】S. Haykin: Communication Systems (Wiley, New York, 2001) p. 417.
【非特許文献２】A. Burr: Modulation and Coding for Wireless Communications (Prentice-Hall, New York, 2001) p. 36.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
搬送波の位相を急激に変化させるＰＳＫ及びＱＡＭを用いる場合、インパルス応答の時間長が長い素子（例えばメカニカルＱ値が大きい圧電セラミック等の振動子、重量が無視できない振動子）を用いる無線通信路を通過した電気信号は、大きく歪むという問題がある。
【０００８】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、無線通信路に起因する歪みを軽減する変調装置、復調装置、無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明の一態様は、無線通信のための変調を行う変調装置であって、データを取得してシンボル値に変換する変換部と、変換部により変換されたシンボル値により搬送波を位相変調して第１信号を生成する第１信号生成部と、搬送波と異なる周波数を有する第２信号を生成する第２信号生成部と、変換部により変換されたシンボル値毎に、所定の時間長の第１期間と無線通信の系のインパルス応答の時間長に基づく第２期間とを設定し、第１期間中に第１信号生成部により生成された第１信号を出力し、第２期間中に第２信号生成部により生成された第２信号を出力する出力部とを有する。
【００１０】
また、本発明の一態様は、変調装置により変調されて無線通信を経て受信された信号の復調を行う復調装置であって、変調装置が、データを取得してシンボル値に変換し、シンボル値により搬送波を位相変調して第１信号を生成し、搬送波と異なる周波数を有する第２信号を生成し、シンボル値毎に、所定の時間長の第１期間と無線通信の系のインパルス応答の時間長に基づく時間長の第２期間とを設定し、第１期間中に第１信号を出力すると共に第２期間中に第２信号を出力し、シンボル周期毎に、第１期間に対応して搬送波を出力し、第２期間に対応して搬送波と異なる周波数を有する第３信号を出力する参照信号生成部と、変調装置の出力と参照信号生成部の出力とを乗算する乗算部とを有する。
【００１１】
また、本発明の一態様は、位相変調を用いてデータを伝送する無線通信システムであって、データを取得して所定のシンボル周期毎にシンボル値に変換する変換部と、変換部により変換されたシンボル値により搬送波を位相変調して第１信号を生成する第１信号生成部と、第１信号と異なる第２信号を生成する第２信号生成部と、シンボル周期毎に、シンボル周期より短い第１期間において第１信号生成部により生成された第１信号を出力し、シンボル周期から第１期間を除いた残りの期間である第２期間において第２信号生成部により生成された第２信号を出力する出力部と、出力部の出力を無線信号として送信する送信部と、送信部により送信された無線信号を受信する受信部と、シンボル周期毎に、第１期間において搬送波を出力し、第２期間において搬送波と異なる第３信号を出力する搬送波生成部と、変調装置の出力と搬送波生成部の出力とを乗算する乗算部とを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、無線通信路に起因する歪みを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１における音響通信システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における変調装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】復調装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】比較例における変調装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】比較例における復調装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】送信ベースバンド信号の波形を示す波形図である。
【図７】比較例における信号の波形を示す波形図である。
【図８】実施の形態１における信号の波形を示す波形図である。
【図９】実施の形態２における音響通信システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態２における変調装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態２における信号の波形を示す波形図である。
【図１２】実験システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】実験システムにおける無線通信路のインパルス応答の測定結果を示す波形図である。
【図１４】実験システムにおける変調信号波形を示す波形図である。
【図１５】実験システムによるＢＥＲ対ＳＮＲの測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
以下、本発明を適用した音響通信システムの例について説明する。ここでの音響通信システムは、ＢＰＳＫ（Bi-Phase Shift Keying）を用い、１シンボルで１ビットの情報を伝達する。
【００１６】
＜実施の形態１＞
実施の形態１における音響通信システムの構成について以下に説明する。
【００１７】
図１は、実施の形態１における音響通信システムの構成の一例を示すブロック図である。この音響通信システムは、変調装置１ａ、振動子２１、振動子４１、復調装置２ａ、情報処理装置４ａ，４ｂを有する。情報処理装置４ａから出力されたバイナリビット系列は、変調装置１ａにより変調され、振動子２１により音波信号に変換され、媒体中の伝搬路３へ出力される。次に、伝搬路３を介して振動子２１から振動子４１へ伝搬した音波信号は、振動子４１により電気信号に変換され、復調装置２ａにより復調されてバイナリビット系列として情報処理装置４ｂへ出力される。変調装置１ａ、振動子２１は、送信装置を構成する。振動子４１、復調装置２ａは、受信装置を構成する。
【００１８】
図２は、実施の形態１における変調装置１ａの構成の一例を示すブロック図である。変調装置１ａは、バイポーラコンパレータ１１（Bipolar Comparator）、搬送波周波数生成器１２（Carrier Frequency Oscillator）、ミキサ１３（Mixer）、バッファシグナル周波数生成器１４、マルチプレクサ１５（Multiplexer）を有する。
【００１９】
図３は、復調装置２ａの構成の一例を示すブロック図である。復調装置２ａは、搬送波周波数生成器４２（Carrier Frequency Oscillator）、ミキサ４３、参照電圧源４４（Reference Potential）、マルチプレクサ４５（Multiplexer）、ＬＰＦ４６（Low-Pass Filter）、データ判定部４８（Data Decision）を有する。
【００２０】
変調装置１ａの動作について以下に説明する。
【００２１】
バイポーラコンパレータ１１は、情報処理装置４ａから入力されたバイナリビット系列の「０」，「１」をそれぞれ「−１」，「１」に変換して送信ベースバンド信号とする。
【００２２】
ここで、変調装置１ａと復調装置２ａの間の同期のための信号を生成する同期信号生成部を設けても良い。例えば、同期信号生成部は、バイポーラコンパレータ１１出力のデータの間に同期のための基準信号を付加する処理を行う。あるいは、変調装置１ａは、同期信号生成部の代わりにＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying：差動位相偏移変調）変調を行う機能を有しても良い。
【００２３】
搬送波周波数生成器１２は、搬送波として、振幅Ａ、周波数ｆcの正弦波を生成する。ミキサ１３は、バイポーラコンパレータ１１出力と搬送波周波数生成器１２出力とを乗算することにより、ＢＰＳＫ信号を生成する。
【００２４】
バッファシグナル周波数生成器１４は、現在のシンボル値と直前のシンボル値との比較を行い、比較結果に基づいて周波数ｆbを決定する。例えば、バッファシグナル周波数生成器１４は、現在のシンボル値が直前のシンボル値と等しい場合、ｆbを１／ΔＴに設定し、現在のシンボル値が直前のシンボル値と異なる場合、ｆbを２／ΔＴに設定する。
【００２５】
バッファシグナル周波数生成器１４は、ＢＳ（Buffer Signal）として、振幅Ｂ、周波数ｆbの正弦波を生成する。ここで、シンボルタイムをＴ、ガードタイムをΔＴ、無線通信路のインパルス応答継続時間をＩとする。Ｉと所定の係数Ｋを用いて、ΔＴ＝Ｋ・Ｉとする。Ｋは１の近傍とする。即ち、ΔＴは、Ｉの近傍とする。インパルス応答継続時間Ｉは、インパルス応答のピークレベルから−６０ｄＢになるまでの時間である。
【００２６】
マルチプレクサ１５は、シンボルタイミングに従って、２つの入力の切り替えを行って変調信号を出力する。ここで、マルチプレクサ１５は、まず時間長Ｔの第１期間中に、ミキサ１３出力を選択して出力し、次に時間長ΔＴの第２期間中に、バッファシグナル周波数生成器１４出力を選択して出力し、更にこの動作を繰り返す。
【００２７】
振動子２１は、マルチプレクサ１５出力である変調信号を音波信号（無線信号）に変換して伝搬路３へ出力する。
【００２８】
ここで、時刻をｔ、シンボル値をｍ（ｔ）、信号振幅をＡ，Ｂ、ガードタイム長をΔＴ、変調信号をｓ（ｔ）とする。ここでの無線通信路は、振動子２１、伝搬路３、振動子４１を有する。実施の形態１における変調信号ｓ（ｔ）は、次式（１）で表される。
【００２９】
【数１】
【００３０】
復調装置２ａの動作について以下に説明する。
【００３１】
振動子４１は、振動子２１から送信され伝搬路３を伝搬した音波信号を受信して電気信号に変換する。
【００３２】
搬送波周波数生成器４２は、搬送波周波数生成器１２と同様、搬送波として、振幅Ａ、周波数ｆcの正弦波を生成する。参照電圧源４４は、搬送波周波数生成器４２出力のＤＣレベルと等しい電圧を出力する。
【００３３】
変調装置１ａと復調装置２ａの間の同期のために同期部を設けても良い。例えば、同期部は、振動子４１の出力から基準信号を検出してシンボルタイミングを生成する。或いは、変調装置１ｂが上述のＤＰＳＫ変調を用いる場合、同期部は、ＤＰＳＫ復調を行う。
【００３４】
マルチプレクサ４５は、シンボルタイミングに従って、２つの入力の切り替えを行う。ここで、マルチプレクサ４５は、まず第１期間に対応する時間長Ｔの期間中に、搬送波周波数生成器４２出力を選択して出力し、次に第２期間に対応する時間長ΔＴの期間中に、参照電圧源４４出力を選択して出力し、更にこの動作を繰り返す。
【００３５】
ミキサ４３は、振動子４１出力とマルチプレクサ４５出力とを乗算する。ＬＰＦ４６は、ミキサ４３出力の高周波成分を除去し、ミキサ４３出力のベースバンド成分を通過させて復調信号とする。データ判定部４８は、シンボルタイミングに従って復調信号からデータを判定して復調データとし、復調データを情報処理装置４ｂへ出力する。
【００３６】
ミキサ１３，４３は、二重平衡変調器（Double Balanced Mixer）により実現される。
【００３７】
上述した実施の形態１の変復調方式を以下ではＢＳ方式と呼ぶ。
【００３８】
実施の形態１の音響通信システム内の波形について、比較例の音響通信システムと比較しながら説明する。
【００３９】
比較例の音響通信システムは、変調装置１ｘと復調装置２ｘを有する。
【００４０】
図４は、比較例における変調装置１ｘの構成の一例を示すブロック図である。この図において、変調装置１ａの構成と同一符号は変調装置１ａの構成に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。変調装置１ａと比較すると、変調装置１ｘは、バッファシグナル周波数生成器１４、マルチプレクサ１５を持たない。
【００４１】
図５は、比較例における復調装置２ｘの構成の一例を示すブロック図である。この図において、復調装置２ｘの構成と同一符号は復調装置２ａの構成に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。復調装置２ａと比較すると、復調装置２ｘは、参照電圧源４４、マルチプレクサ４５を持たない。
【００４２】
以下の波形図において、横軸は、時間を示し、縦軸は、絶対値の最大値を１とする相対振幅を示す。図６は、送信ベースバンド信号の波形を示す波形図である。この送信ベースバンド信号ａ０は、バイポーラコンパレータ１１出力に対応する。バイポーラコンパレータ１１は、入力されたデータ値「０」及び「１」に対応してそれぞれシンボル値「１」及び「−１」を出力する。
【００４３】
図７は、比較例における信号の波形を示す波形図である。この図は、上から順に波形ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１を示す。波形ｂ１は、比較例のＢＰＳＫにおける変調信号を示す。波形ｂ１は、比較例のＢＰＳＫにおける理想的な受信信号（変調信号）を示す。波形ｃ１は、比較例のＢＰＳＫにおける実際の受信信号（変調信号に無線通信系のインパルス応答が重畳された信号）を示す。波形ｄ１は、比較例のＢＰＳＫにおける理想的な復調信号（理想的な受信信号が復調された信号）を示す。波形ｅ１は、比較例のＢＰＳＫにおける実際の復調信号（実際の受信信号が復調された信号）を示す。理想的な波形ｄ１と比較すると、実際の波形ｅ１は、振幅の変動が大きい。
【００４４】
図８は、実施の形態１における信号の波形を示す波形図である。この図は、上から順に波形ｂ２，ｃ２，ｄ２，ｅ２を示す。波形ｂ２は、実施の形態１のＢＳ方式における理想的な受信信号を示す。波形ｃ２は、実施の形態１のＢＳ方式における実際の受信信号を示す。波形ｄ２は、実施の形態１のＢＳ方式における理想的な復調信号を示す。波形ｅ２は、実施の形態１のＢＳ方式における受信信号が復調されたベースバンド信号を示す。比較例における実際の復調信号の波形ｅ１と比較すると、実施の形態１における実際の復調信号の波形ｅ２は、振幅の変動が小さい。
【００４５】
＜実施の形態２＞
実施の形態２における音響通信システムの構成について以下に説明する。
【００４６】
図９は、実施の形態２における音響通信システムの構成の一例を示すブロック図である。この図において、図１の構成と同一符号は図１の構成に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。実施の形態１における音響通信システムと比較すると、実施の形態２における音響通信システムは、変調装置１ａの代わりに変調装置１ｂを有する。
【００４７】
変調装置１ｂの構成について以下に説明する。
【００４８】
図１０は、実施の形態２における変調装置１ｂの構成の一例を示すブロック図である。この図において、変調装置１ａの構成と同一符号は変調装置１ａの構成に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。変調装置１ａと比較すると、変調装置１ｂは、バッファシグナル周波数生成器１４の代わりに参照電圧源１７を有する。バッファシグナル周波数生成器１４と比較すると、参照電圧源１７は、０レベルのＤＣ電圧を出力する。
【００４９】
マルチプレクサ１５は、シンボルタイミングに従って、２つの入力の切り替えを行って変調信号を出力する。ここで、マルチプレクサ１５は、まず時間長Ｔの第１期間中に、ミキサ１３出力を選択して出力し、次に時間長ΔＴの第２期間中に、参照電圧源１７出力を選択して出力し、更にこの動作を繰り返す。マルチプレクサ１５のうち、参照電圧源１７出力が選択されている期間の信号をＧＴ（Guard Time）とする。
【００５０】
実施の形態２における変調信号ｓ（ｔ）は、次式（２）で表される。
【００５１】
【数２】
【００５２】
この式は、式（１）において、Ｂ＝０としたものである。
【００５３】
復調装置２ａは、実施の形態１と同様にして、変調装置１ｂから受信した信号を復調する。
【００５４】
上述した実施の形態２の変復調方式を以下ではＧＴ方式と呼ぶ。
【００５５】
音響通信システム内の波形について、比較例と比較しながら説明する。
【００５６】
図１１は、実施の形態２における信号の波形を示す波形図である。この図は、上から順に波形ｂ３，ｃ３，ｄ３，ｅ３を示す。波形ｂ３は、実施の形態２のＧＴ方式における理想的な受信信号を示す。波形ｃ３は、実施の形態２のＧＴ方式における実際の受信信号を示す。波形ｄ３は、実施の形態２のＧＴ方式における理想的な復調信号を示す。波形ｅ３は、実施の形態２のＧＴ方式における実際の復調信号を示す。比較例における実際の復調信号の波形ｅ１と比較すると、実施の形態２における実際の復調信号の波形ｅ３は、振幅の変動が小さい。
【００５７】
ＢＳ方式及びＧＴ方式の実験例について説明する。
【００５８】
図１２は、実験システムの構成の一例を示すブロック図である。この評価システムは、ＰＣ６１、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）６２、増幅器６３、スピーカ６４（ＳＰ）、マイク６６（ＭＩＣ）、増幅器６７、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）６８を有する。
【００５９】
スピーカ６４は、振動子２１に対応する。マイク６６は、振動子４１に対応する。ＰＣ６１は、ＣＰＵ及び記憶装置を有し、記憶装置に格納された計測制御ソフトウェアを実行することにより、情報処理装置４ａ、変調装置１ａ，１ｂ，１ｘ、復調装置２ａ，２ｘ、情報処理装置４ｂの機能を実現する。
【００６０】
本発明を適用しないＢＰＳＫの評価において、ＰＣ６１は、変調装置１ｘ、復調装置２ｘの機能を実現する。ＢＳ方式を適用したＢＰＳＫの評価において、ＰＣ６１は、変調装置１ａ、復調装置２ａの機能を実現する。ＧＴ方式を適用したＢＰＳＫの評価において、ＰＣ６１は、変調装置１ｂ、復調装置２ａの機能を実現する。
【００６１】
更に、ＰＣ６１は、増幅器６７の出力にＷＧＮ（White Gaussian Noise）を加算してＡＷＧＮ（Additive White Gaussian Noise）通信路を実現し、ＢＥＲ（Bit Error Rate）対ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）の測定を行う。
【００６２】
ここで、搬送波周波数ｆc＝２００Ｈｚ、シンボルタイムＴ＝５ｍｓ、スピーカ６４とマイク６６の間の距離Ｌ＝１．８ｍとする。
【００６３】
この実験システムの無線通信路は、スピーカ６４、空間６５、マイク６６を有する。図１３は、実験システムにおける無線通信路のインパルス応答の測定結果を示す波形図である。この図において、横軸は時間を示し、縦軸はピークレベルを１とする相対振幅を示す。ここで、インパルス応答継続時間Ｉ＝１ｍｓである。インパルス応答による通信性能への影響を防ぐためにＫ＝１．２５とすると、ガードタイムΔＴ＝１．２５ｍｓである。
【００６４】
図１４は、実験システムにおける変調信号波形を示す波形図である。この図において、（ｇ１）は、本発明を適用しないＢＰＳＫの変調信号を示し、（ｇ２）は、ＧＴ方式を適用したＢＰＳＫの変調信号を示し、（ｇ３）は、ＢＳ方式を適用したＢＰＳＫの変調信号を示す。この図の（ｇ１）、（ｇ２）、（ｇ３）において、横軸は時間を示し、縦軸は絶対値の最大値を１とする相対振幅を示す。上述したように、シンボルタイムＴ＝５ｍｓ、ガードタイムΔＴ＝１．２５ｍｓである。（ｇ２）、（ｇ３）に示すように、ＧＴ方式及びＢＳ方式においては、各シンボルタイム間にガードタイムが挿入される。（ｇ２）に示すようにＧＴ方式のガードタイムにおける変調信号は、０レベルのＤＣ信号である。（ｇ３）に示すようにＢＳ方式のガードタイムにおける変調信号は、シンボルタイムにおける搬送波周波数と異なる周波数且つ直前と現在のシンボル値に基づく周波数を有する正弦波（バッファシグナル）である。
【００６５】
この実験システムは、ＰＣ６１内に変調装置と復調装置の機能を有するため、完全に同期を取ることができる。
【００６６】
図１５は、実験システムによるＢＥＲ対ＳＮＲの測定結果を示す図である。この図において、横軸はＳＮＲ［ｄＢ］を示し、縦軸はＢＥＲを示す。また、この図は、ＢＥＲ対ＳＮＲの計算値ｆ１、ＢＥＲ対ＳＮＲの測定値ｆ２，ｆ３，ｆ４を示す。ここで、ｆ１は、理想的なＢＰＳＫのＢＥＲ対ＳＮＲの計算値を示す。ｆ２は、本発明を適用しないＢＰＳＫを用いる実験システムのＢＥＲ対ＳＮＲの測定値を示す。ｆ３は、ＧＴ方式を適用したＢＰＳＫを用いる実験システムのＢＥＲ対ＳＮＲの測定値を示す。ｆ４は、ＢＳ方式を適用したＢＰＳＫを用いる実験システムのＢＥＲ対ＳＮＲの測定値を示す。本発明の変復調方式を適用しない測定値ｆ２と比較すると、本発明の変復調方式を適用した測定値ｆ３及びｆ４は、理想的な計算値ｆ１に近づく。
【００６７】
本発明を適用しない従来の無線通信システムにおいて、無線通信路のインパルス応答の影響を軽減するためにシンボルタイムを長くすると、通信速度は低下する。一方、本発明を適用した無線通信システムによれば、通信速度を著しく低下させることなく、インパルス応答の影響を軽減することができる。
【００６８】
上述した各実施の形態の無線通信システムによれば、無線通信路から出力される信号の歪みが小さくなることにより、外部雑音などの外乱に対する対雑音性能が向上する。
【００６９】
ＰＳＫを用いる従来の無線通信システムの性能は、理想的なＰＳＫの性能に比べて大きく劣る。性能とは、例えばＢＥＲ対ＳＮＲである。上述の実施の形態の変復調方式を無線通信システムに適用することにより、無線通信システムの性能を改善することができる。
【００７０】
上述の実施の形態における音響通信システムは、ＢＰＳＫの代わりに、ＰＳＫ、ＱＡＭを用いることができる。
【００７１】
上述の実施の形態において、搬送波周波数ｆcは、可聴周波数帯域に限らない。
【００７２】
本発明は、音波に限らず、電波、光等を用いる無線通信システムに適用することができる。
【００７３】
変換部は、実施の形態におけるバイポーラコンパレータ１１に対応する。第１信号生成部は、実施の形態における搬送波周波数生成器１２及びミキサ１３に対応する。第２信号生成部は、実施の形態におけるバッファシグナル周波数生成器１４又は参照電圧源１７に対応する。出力部は、実施の形態におけるマルチプレクサ１５に対応する。参照信号生成部は、実施の形態における参照電圧源４４に対応する。乗算部は、実施の形態におけるミキサ４３に対応する。
【００７４】
無線送信部は、実施の形態における振動子２１に対応する。無線受信部は、実施の形態における振動子４１に対応する。
【００７５】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００７６】
１ａ，１ｂ 変調装置
２ａ 復調装置
３ 伝搬路
４ａ，４ｂ 情報処理装置
１１ バイポーラコンパレータ
１２ 搬送波周波数生成器
１３ ミキサ
１４ バッファシグナル周波数生成器
１５ マルチプレクサ
１７ 参照電圧源
２１，４１ 振動子
４２ 搬送波周波数生成器
４３ ミキサ
４４ 参照電圧源
４５ マルチプレクサ
４６ ＬＰＦ
４８ データ判定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信のための変調を行う変調装置であって、
データを取得してシンボル値に変換する変換部と、
前記変換部により変換された前記シンボル値により搬送波を位相変調して第１信号を生成する第１信号生成部と、
前記搬送波と異なる周波数を有する第２信号を生成する第２信号生成部と、
前記変換部により変換された前記シンボル値毎に、所定の時間長の第１期間と前記無線通信の系のインパルス応答の時間長に基づく第２期間とを設定し、前記第１期間中に前記第１信号生成部により生成された前記第１信号を出力し、前記第２期間中に前記第２信号生成部により生成された前記第２信号を出力する出力部と
を備える変調装置。
【請求項２】
前記第２信号は、ＤＣ信号である、
請求項１に記載の変調装置。
【請求項３】
前記第２信号生成部は、前記シンボル値に基づいて第２信号の周波数を決定する、
請求項１に記載の変調装置。
【請求項４】
前記第２信号生成部は、現在のシンボル値が直前のシンボル値と等しい場合の前記第２信号の周波数が、現在のシンボル値が直前のシンボル値と異なる場合の前記第２信号の周波数より小さくなるように、前記第２信号の周波数を決定する、
請求項３に記載の変調装置。
【請求項５】
更に、
前記出力部の出力を無線送信する無線送信部を備え、
前記無線通信の系は、前記無線送信部を含む、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の変調装置。
【請求項６】
変調装置により変調されて無線通信を経て受信された信号の復調を行う復調装置であって、
前記変調装置が、データを取得してシンボル値に変換し、前記シンボル値により搬送波を位相変調して第１信号を生成し、前記搬送波と異なる周波数を有する第２信号を生成し、前記シンボル値毎に、所定の時間長の第１期間と前記無線通信の系のインパルス応答の時間長に基づく時間長の第２期間とを設定し、前記第１期間中に前記第１信号を出力すると共に前記第２期間中に前記第２信号を出力し、
前記シンボル周期毎に、前記第１期間に対応して前記搬送波を出力し、前記第２期間に対応して前記搬送波と異なる周波数を有する第３信号を出力する参照信号生成部と、
前記変調装置の出力と前記参照信号生成部の出力とを乗算する乗算部と
を備える復調装置。
【請求項７】
更に、
前記変調装置の出力を無線受信する無線受信部を備え、
前記無線通信の系は、前記無線受信部を含む、
請求項６に記載の復調装置。
【請求項８】
位相変調を用いてデータを伝送する無線通信システムであって、
データを取得して所定のシンボル周期毎にシンボル値に変換する変換部と、
前記変換部により変換された前記シンボル値により搬送波を位相変調して第１信号を生成する第１信号生成部と、
前記第１信号と異なる第２信号を生成する第２信号生成部と、
シンボル周期毎に、前記シンボル周期より短い第１期間において前記第１信号生成部により生成された前記第１信号を出力し、前記シンボル周期から前記第１期間を除いた残りの期間である第２期間において前記第２信号生成部により生成された前記第２信号を出力する出力部と、
前記出力部の出力を無線信号として送信する送信部と、
前記送信部により送信された無線信号を受信する受信部と、
前記シンボル周期毎に、前記第１期間において前記搬送波を出力し、前記第２期間において前記搬送波と異なる第３信号を出力する搬送波生成部と、
前記変調装置の出力と前記搬送波生成部の出力とを乗算する乗算部と
を備える無線通信システム。
【請求項１】
無線通信のための変調を行う変調装置であって、
データを取得してシンボル値に変換する変換部と、
前記変換部により変換された前記シンボル値により搬送波を位相変調して第１信号を生成する第１信号生成部と、
前記搬送波と異なる周波数を有する第２信号を生成する第２信号生成部と、
前記変換部により変換された前記シンボル値毎に、所定の時間長の第１期間と前記無線通信の系のインパルス応答の時間長に基づく第２期間とを設定し、前記第１期間中に前記第１信号生成部により生成された前記第１信号を出力し、前記第２期間中に前記第２信号生成部により生成された前記第２信号を出力する出力部と
を備える変調装置。
【請求項２】
前記第２信号は、ＤＣ信号である、
請求項１に記載の変調装置。
【請求項３】
前記第２信号生成部は、前記シンボル値に基づいて第２信号の周波数を決定する、
請求項１に記載の変調装置。
【請求項４】
前記第２信号生成部は、現在のシンボル値が直前のシンボル値と等しい場合の前記第２信号の周波数が、現在のシンボル値が直前のシンボル値と異なる場合の前記第２信号の周波数より小さくなるように、前記第２信号の周波数を決定する、
請求項３に記載の変調装置。
【請求項５】
更に、
前記出力部の出力を無線送信する無線送信部を備え、
前記無線通信の系は、前記無線送信部を含む、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の変調装置。
【請求項６】
変調装置により変調されて無線通信を経て受信された信号の復調を行う復調装置であって、
前記変調装置が、データを取得してシンボル値に変換し、前記シンボル値により搬送波を位相変調して第１信号を生成し、前記搬送波と異なる周波数を有する第２信号を生成し、前記シンボル値毎に、所定の時間長の第１期間と前記無線通信の系のインパルス応答の時間長に基づく時間長の第２期間とを設定し、前記第１期間中に前記第１信号を出力すると共に前記第２期間中に前記第２信号を出力し、
前記シンボル周期毎に、前記第１期間に対応して前記搬送波を出力し、前記第２期間に対応して前記搬送波と異なる周波数を有する第３信号を出力する参照信号生成部と、
前記変調装置の出力と前記参照信号生成部の出力とを乗算する乗算部と
を備える復調装置。
【請求項７】
更に、
前記変調装置の出力を無線受信する無線受信部を備え、
前記無線通信の系は、前記無線受信部を含む、
請求項６に記載の復調装置。
【請求項８】
位相変調を用いてデータを伝送する無線通信システムであって、
データを取得して所定のシンボル周期毎にシンボル値に変換する変換部と、
前記変換部により変換された前記シンボル値により搬送波を位相変調して第１信号を生成する第１信号生成部と、
前記第１信号と異なる第２信号を生成する第２信号生成部と、
シンボル周期毎に、前記シンボル周期より短い第１期間において前記第１信号生成部により生成された前記第１信号を出力し、前記シンボル周期から前記第１期間を除いた残りの期間である第２期間において前記第２信号生成部により生成された前記第２信号を出力する出力部と、
前記出力部の出力を無線信号として送信する送信部と、
前記送信部により送信された無線信号を受信する受信部と、
前記シンボル周期毎に、前記第１期間において前記搬送波を出力し、前記第２期間において前記搬送波と異なる第３信号を出力する搬送波生成部と、
前記変調装置の出力と前記搬送波生成部の出力とを乗算する乗算部と
を備える無線通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−２１２９２６（Ｐ２０１０−２１２９２６Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５５９６３（Ｐ２００９−５５９６３）
【出願日】平成２１年３月１０日（２００９．３．１０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年１１月１１日、超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム論文委員会発行の「第２９回 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム 講演論文集」に発表
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１０日（２００９．３．１０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年１１月１１日、超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム論文委員会発行の「第２９回 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム 講演論文集」に発表
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
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