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公開番号2022084498
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-06-07
出願番号2020207126
出願日2020-11-26
発明の名称デジタル通信方式
出願人個人
代理人
主分類H04B 1/713 20110101AFI20220531BHJP(電気通信技術)
要約【課題】信号送出の立ち上がり時間の短く、受信側の逆変換における同期の安定性の改善をしたドローン等を含めた無線機器及び通信方法を提供する。
【解決手段】受信入力をアンテナ201、バンドパスフィルタ202、増幅回路203及びバンドパスフィルタ204を介して混合回路205に入力する。混合回路205は、受信入力と第1局部発振波と混合し、バンドパスフィルタ211及びバンドパスフィルタ224に出力し、増幅回路212を介して、乗算回路213で乗算し、周波数の和と差の周波数から差の周波数を抽出して、ベースバンド回路215に入力する。非指定波の入力は、同期がとれず通過帯域外に広く拡散されて、その出力の大部分は減衰して、指定波に影響を及ぼす干渉を起こさない。指定波出力をベースバンド回路において復調及び復号して、直並列変換回路206において、出力の他、ベースバンド回路225の出力を入力し、直列信号に変換する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
周波数分割多元接続(FDMA)方式において、同じ占有帯域幅(ここではチャネル間隔と同一とする)の複数のチャネルを使用し、その送信側では、同一の発振源を持ち、前記占有帯域幅を1/τHzとしたとき、τ秒の整数倍ごとに同期する複数の発振回路及び前記同一の発振源を持つ複数の発振回路のうちの複数の発振回路の出力が前もって定められた時間毎に切替わり、前記出力の切換が前記τ秒の整数倍を周期として繰り返されるとともに前記周期が発振回路と定期的に同期している出力を一方の入力とする周波数変換回路を出力側に具備した送信側ベースバンド回路をデータの速度及び種類に応じた数具備し、前記複数の発振回路の発振源と定期的に同期する信号によって搬送波を変調し、直接又はさらに周波数変換して送信し、送信初期の前もって定められた時間内においては、前もって定められた同一の信号によって変調され、さらに前もって定められた周波数変換回路に入力される周波数変換用周波数を前もって定められた1周波数のみとする手段を有し、
受信側においては、送信側と同様に同一の発振源を持ち、前記τ秒の整数倍ごとに同期する複数の発振回路及び入力側に前記複数の発振回路の出力のうちの複数の発振回路の出力が前もって定められた時間毎に切替わり前記切換が前記τ秒の複数倍を周期として繰り返される入力を一方の入力とする乗算回路を具備した受信側ベースバンド回路を送信側のベースバンドの数に応じた数具備し、受信波を直接又は周波数変換して、その出力を乗算回路に入力し、前記個々の乗算回路において、前記複数の発振回路の出力であって送信側と同じ周波数間隔で同じ数の周波数で構成され、それらの周波数が切り替わる間隔が、送信側複数の発振回路の出力の切り替わる間隔と同期した受信側局部発振波によって前記乗算回路において周波数変換(逆変換)し、その出力をベースバンド回路に入力し、復調、複号し、受信入力直後の前もって定められた時間内においては、前もって定められた乗算回路に入力される周波数変換用周波数は送信側に対応した1周波数のみとし、前記乗算回路の出力側の受信側ベースバンド回路の出力によって前記複数の発振回路の発信源を制御して、送信側と同期させ、同期させることによって前もって定められた別のベースバンド回路に出力が得られ、その出力を前記乗算回路の出力側の受信側ベースバンド回路の出力に加えて、前記複数の発振回路の発信源を制御することを特徴とするデジタル通信方式

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に関する。
続きを表示(約 4,800 文字)【背景技術】
【0002】
現在、ドローン等を含めた無線機器において、電波の使用が非常に多くなってきている。
しかし、この分野においては、個別の通信及び種類の異なる信号を同時に伝送する場合が多く、そのため、携帯電話のような周波数利用効率の改善は難しいのが現状である。
今後、電波を使用する機器が多くなるにつれて、機器間の干渉が多くなっていくことが考えられる。従って、安価で小型でありながら、機器間の干渉が限りなく少なく、しかも周波数利用効率に優れている方式が望まれている。
そこで、発明者は、前記に関連する特許、特願2014-193053、特願2017-63853及び特願2018―208466を出願している。
しかし、前記出願においては、周波数利用効率は改善されたが、特願2014-193053においては、前記逆変換する場合の同期の安定性に問題があり、特願2017-63853においては、回路部品が多くなるという問題があり、さらに特願2018―208466においては、信号送出の立ち上がり時間が長いという問題があった。
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
干渉を少なくする方法として、送信側において、希望波の搬送波に雑音及び非希望波と異なる特殊な変化を加え、受信側においては、前記入力と前記特殊の変化と逆の変化をする入力を乗算回路に入力して逆変換することによって元に戻し、一方、特殊の変化のない雑音を含めた非希望波の電力は逆変換されず、その電力が広く拡散されるようにする方法が考えられる。前記非希望波の帯域内及び近接帯域内の電力が広く拡散されることにより、前記非希望波の帯域内及び近接帯域内の電力は大幅に減少する。これにより、雑音を含めた非希望波の電力による希望波の干渉を非常に小さくできる。この手法は、前記出願済みの特願2014-193053、特願2017-63853及び特願2018―208466によって達成されている。しかし、これらには前記の通り種々の欠点があった。
これらを解決するためには、前記特願2018―208466において、信号送出の立ち上がり時間を十分短くするとともに、前記受信側の逆変換における同期の安定性の改善を行う必要がある。
【課題を解決する為の手段】
【0004】
周波数分割多元接続(FDMA)方式において、使用する周波数帯域を占有帯域幅(ここではチャネル間隔と同一とする)が同一の複数のチャネルを使用する。
送信側では、同一の発振源を持ち、占有帯域幅を1/τHzとしたとき、τ秒の整数倍毎に同期する複数の発振回路(以降送信側ホッピング用局発と称する)及び前記ホッピング用局発のうちの複数の出力を一方の入力とする周波数変換回路を出力側に具備したベースバンド回路を、デジタル信号の種類及びデータ速度に対応じた数、複数具備する。この場合、ベースバンド回路の数が最小で2個となるので、機器の大型化及び高価格化が懸念されるが、当該ベースバンド回路はIC化が可能であるので、小型で安価にすることが可能であり、信号伝搬用にも使用するため問題ないと考える。
入力信号は、前記複数の発振回路の同一の発振源の分周された出力と同期し、そのデータ幅が前記τ秒の複数倍となるデジタル信号に変換される。前記変換されたデジタル信号によって変調された被変調波を、それぞれのベースバンド回路の出力側に具備された周波数変換回路において、複数の周波数から構成され、それらの周波数、周波数の切り替わる間隔、及び順番が前もって定められており、さらに前記変化がデジタルデータの幅より十分短い時間(1/10以下)でτ秒の整数倍を周期として繰り返される送信側ホッピング用局発の周波数により周波数変換し、直接又はさらに周波数変換して送信する。
受信側においては、送信側と同様に同一の発振源を持ち、τ秒の整数倍毎に同期する複数の発振回路(以降受信側ホッピング用局発と称する)及び入力側に前記複数の発振回路の出力を一方の入力とする乗算回路を具備した受信側ベースバンド回路を、前もって定められた数具備する。
受信波を直接又は周波数変換して、その出力を乗算回路に入力する。前記個々の乗算回路において、前記複数の受信側ホッピング用局発の出力であって送信側と同じ周波数間隔で同じ数の周波数で構成され、それらの周波数が切り替わる周期が、複数の送信側ホッピング用局発の出力の切り替わる周期と同期した受信側ホッピング用局発によって前記乗算回路において周波数変換(逆変換)する。
周波数変換された個々の出力を個々のベースバンド回路に入力し、復調し、復号して、前記複数の個々のベースバンド回路の出力を適応する信号に変換する。
【0005】
本考案においての大きな課題は、送信側ホッピング用局発の切り替わる周期と受信側ホッピング用局発の切り替わる周期との同期を早期に安定的に確立することである。
それには、送信側の周波数及び送信側ホッピング用局発の切り替わる間隔及びその周期を定期的に送信側周波数に同期させる情報を、受信側に常時伝送する方法がある。
しかし、送信初期においては、前記同期が成立していないため、前記同期の情報を伝送することは出来ない。そこで、本考案では、送信初期の前もって定められた時間内においては、前もって定められた送信側周波数と定期的に同期した同期用信号によって変調し、さらに、前もって定められた周波数変換回路においては、入力される周波数変換用周波数を前もって定められた1周波数のみとした。
また、受信側においては、受信入力直後の前もって定められた時間内において、乗算回路及び受信側ベースバンド回路の内、2個の乗算回路及び受信側ベースバンド回路において、前もって定められた一対の乗算回路及び受信側ベースバンド回路の乗算回路において、その乗算回路に入力される周波数変換用周波数を送信側に対応した1周波数のみとする。この状態では現行の方式と同じとなるので、送受間の同期は不要となり、前記受信側ベースバンド回路(以降回路Aと称する)から復調出力が得られるようになり、その出力から同期用信号(本実施例では1/4τHz)成分を抽出出来るようになる。この出力によって受信側発振回路の発信源の周波数を制御するようになる。これにより、前記発振回路の出力が送信側と同期する。同期することによって、他の乗算回路において逆変換が正常に行われるようになり、前もって定められたもう一つの受信側ベースバンド回路(以降回路Bと称する)から出力が得られる。これにより、回路Aの出力に回路Bの出力が加えられ、受信側発振回路の発信源の周波数を制御するようになる。前記出力がある一定以上になると、回路Aの乗算回路の周波数変換用周波数は、複数波の切換となり、回路Aの出力は一時断となる。その後すぐにAの出力が得られ、前記二つの信号は、同一の信号であり出力及び位相が一致しているため、これらの出力の合成がスムーズに行われ、前記同期が安定に継続される。この状態において、前記同期用信号が伝送用信号に切り替わった場合、伝送用信号の同期用信号(本実施例では1/4τHz)成分は少ないため、A及びBの回路の出力は一時減少するが、AGCによって保証される。従って、前記同期は途切れることなく安定的に継続される。また、この場合の信号送出の立ち上がり時間は、前記回路Aから出力が再度得られるまでの時間に相当するため、大幅に短くなる。
よって、送信側ホッピング用局発の切り替わる間隔周期と受信側ホッピング用局発の切り替わる周期との同期を早期に安定的に確立することが解決された。
【0006】
本考案においては、受信入力が複数の入力から構成され、それらはそれぞれ複数の同じ周波数で構成され、前記複数の周波数が前もって定められた間隔で切り替わっている。また、送信初期において、受信入力は、単一の周波数の入力と前記の複数の同じ周波数で構成され、前もって定められた間隔で切り替わっている入力から構成されている。
通常、同一の搬送波周波数を同時に入力した場合、干渉を起こし通信できない。干渉を起こすのは、希望波入力が、他の入力によって、受信側ベースバンド回路の復調回路までの間で、入出力特性が非直線に追い込まれるか、復調出力が変化して複号に際して、その許容誤差を超えるからである。言い換えれば、各ベースバンド回路に同一の周波数が入力されても、雑音を含めた希望波以外の電力が復調回路までの間に減衰して、複号において誤りを起こすまでの電力にならなければ、干渉が問題とならない。
そこで、本考案においては、雑音を含めた指定波以外の電力を、受信側乗算回路において逆変換出来ないようにして大きく拡散させ、バンドパスフィルタによって大きく減衰させている。これにより、通過帯域内に入る妨害波の電力は大幅に減少して、複号における誤りが起こらなくなる。受信側乗算回路に入力される受信入力と周波数変換用周波数のいずれかが急激に位相が変化した場合、受信側乗算回路出力側において、位相が大幅にずれて大きな拡散が起きる。これは同期がとれない場合である。また、前記のいずれか入力が急激に変化した場合、もう一方の入力も前記位相の変化を打ち消すように変化すれば、受信側乗算回路出力側においての大きな拡散は起きない。これは同期がとれた場合である。前記位相の変化をデータ幅より十分短い間隔で起こさせると、その出力が収束する前に、入力側が切り替わるため出力側位相がまた大幅にずれて拡散が起きる。この拡散が切れ目なく起こるため、妨害波の電力は大幅に減少する。これにより希望波は干渉されず出力されることになる。これは、携帯電話等に多く使用されている符号分割多元接続(CDMA)方式の場合と同様な原理である。
【0007】
CDMA方式においては、拡散符号の幾つかの符号が同じになっても、拡散符号の符号系列が同一でなければ、干渉は生じない。従って、同一搬送波で拡散符号(PN符号)の数のチャネルの運用が可能となっている。異なっているのは、CDMA方式の場合は、搬送波を拡散符号で変調し変化させているが、本考案の場合は、複数のホッピング用局発の切換によって搬送波周波数を変化させていることである。従って、前記乗算回路に入力されるホッピング用局発の周波数及びホッピング用局発の切り替わる間隔の違いにより分類されるチャネル(以降ホッピング用局発系列と称する)がCDMA方式の場合の拡散符号に相当するため、CDMA方式と同様に、同一搬送波でホッピング用局発系列の数のチャネルの運用が可能となっている。
【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がある。
【0009】
通過帯域幅がCDMA方式の場合より大幅に狭いので、混信に対して十分強くなっている。
【0010】
ベースバンド回路の数が送受各2個の場合、それぞれのホッピング用局発系列が異なれば、それぞれ同じホッピング用局発系列の機器同士は複数同時に使用でき、ホッピング用局発系列の種類及びベースバンド回路の数を多くすれば、狭帯域幅の周波数帯で超高速のデータ伝送が可能となるので、周波数利用効率が大幅に改善される。
(【0011】以降は省略されています)

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