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無線通信方法及びシステム - 独立行政法人通信総合研究所
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発明の名称 無線通信方法及びシステム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−273763(P2003−273763A)
公開日 平成15年9月26日(2003.9.26)
出願番号 特願2002−71616(P2002−71616)
出願日 平成14年3月15日(2002.3.15)
代理人 【識別番号】100108660
【弁理士】
【氏名又は名称】大川 譲 (外1名)
【テーマコード(参考)】
5K004
【Fターム(参考)】
5K004 AA05 AA08 FB04 FD06 JD06 
発明者 荘司 洋三 / 浜口 清 / 小川 博世
要約 課題
ミリ波帯など、非常に高い周波数を用いて多値デジタル変調方式による無線伝送システムを構成する場合に、周波数利用効率を低下させることなく、位相雑音や周波数オフセットによる信号品質劣化の問題を解決する。

解決手段
送信機1においては、RF帯発振器2からの発振信号が二分岐されて一方がRF帯直交変調回路3を介して、変調された無線変調信号として、ある方向に偏波されてアンテナ6より送信される。一方、もう一方のRF帯発振信号は上記の無線変調信号とは直交する方向に偏波されて、アンテナ9より送信される。受信機10では、受信アンテナ11は無変調キャリア成分のみを受信する。無線変調信号はアンテナ12で受信されたのち、直交同期検波回路18に入力され、ここで、先の無変調キャリア成分に基づいて再生された90°ハイブリッド17の出力信号によって直交同期検波されて復調データが得られる。
特許請求の範囲
【請求項1】 多値デジタル変調方式を用いて変調されたデータを送信機から送信し、これを受信機で受信することによりデータ伝送を行う無線通信方法において、前記送信機は、伝送する無線変調信号に変調信号が重畳されなかった場合の信号と同等のRF帯無変調キャリアを別途生成し、無線変調信号とは直交する偏波で、無線変調信号と併せて送信し、前記受信機は、送信機から送信された信号を受信して、一方の偏波成分から無変調キャリア成分のみを取り出して再生し、この信号を用いて、他方の偏波成分から抽出した無線変調信号を同期検波する、ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項2】 多値デジタル変調方式を用いて変調されたデータを送信機から送信し、これを受信機で受信することによりデータ伝送を行う無線通信方法において、前記送信機は、RF帯より低い周波数のIF帯において伝送すべきIF帯変調信号と、これに変調信号が重畳されなかった場合の信号と同等のIF帯無変調キャリアをそれぞれ生成し、これらを共通のRF帯局部発振器の信号を用いてそれぞれRF帯へ周波数変換し、無線変調信号とRF帯無変調キャリアは互いに直交する偏波で送信し、前記受信機は前記送信機から受信された信号を受信して、一方の偏波成分から無変調キャリア成分のみを受信し、他方の偏波成分からは無線変調信号のみを受信して、これらを1つの共通なRF帯局部発振信号でそれぞれIF帯に周波数変換した後、得られたIF帯無変調キャリアを使用して、得られたIF帯変調信号を同期検波する、ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項3】 前記送信機においては、位相雑音の大きなRF帯発振器もしくはIF帯発振器を使用し、もしくはこれら出力信号に位相変調を施すことで、スペクトルの広がった発振信号を得ることを特徴とする請求項1又は2に記載の無線通信方法。
【請求項4】 多値デジタル変調方式を用いてデータ伝送を行う無線通信システムにおいて、伝送する無線変調信号に変調信号が重畳されなかった場合の信号と同等のRF帯無変調キャリアを別途生成し、無線変調信号とは直交する偏波で、無線変調信号と併せて送信する送信機と、送信機から送信された信号を受信して、一方の偏波成分から無変調キャリア成分のみを取り出して再生し、この信号を用いて、他方の偏波成分から抽出した無線変調信号を同期検波する受信機と、から構成されることを特徴とする無線通信システム。
【請求項5】 多値デジタル変調方式を用いてデータ伝送を行う無線通信システムにおいて、RF帯より低い周波数のIF帯において伝送すべきIF帯変調信号と、これに変調信号が重畳されなかった場合の信号と同等のIF帯無変調キャリアをそれぞれ生成し、これらを共通のRF帯局部発振器の信号を用いてそれぞれRF帯へ周波数変換し、無線変調信号とRF帯無変調キャリアは互いに直交する偏波で送信する送信機と、送信機から受信された信号を受信して、一方の偏波成分から無変調キャリア成分のみを受信し、他方の偏波成分からは無線変調信号のみを受信して、これらを1つの共通なRF帯局部発振信号でそれぞれIF帯に周波数変換した後、得られたIF帯無変調キャリアを使用して、得られたIF帯変調信号を同期検波する受信機と、から構成されることを特徴とする無線通信システム。
【請求項6】 前記送信機においては、位相雑音の大きなRF帯発振器もしくはIF帯発振器を使用し、もしくはこれら出力信号に位相変調を施すことで、スペクトルの広がった発振信号を得ることを特徴とする請求項4又は5に記載の無線通信システム。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多値デジタル変調方式を用いて変調されたデータを送信機から送信し、これを受信機で受信することによりデータ伝送を行う無線通信方法及びシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、少ない周波数帯域で出来るだけ多くの情報を送る(高い周波数利用効率を実現する)方法としては、多値直交変調方式もしくは多値位相変調方式などの多値デジタル変調方式を用い、さらにその多値数を増やすのが一般的な方法である。しかしながら、多値数を増やしすぎると、信号点間距離が極端に短くなり、たとえ十分な信号対雑音比で受信・復調できたとしても、無線キャリアそのものが持つ位相揺らぎ(位相雑音)や周波数オフセットによって誤りが発生してしまい正常な復調が困難となる。そこで、これを防ぐために非常に安定な発振器が求められるが、これは周波数が高くなるにつれて、非常に実現が難しく、または高価になってしまうという問題がある。
【0003】通常、高速なデジタル信号あるいは広帯域なアナログ信号等を伝送する無線装置においては、中間周波数帯変調信号(IF)と、局部発振信号(LO)を乗積し、アップコンバートすることにより無線変調信号(RF)を生成・送信する機能を有する送信機と、RFを受信し、LOを乗積し、ダウンコンバートすることによりIFを生成する機能を有する受信機からなる構成をとることが一般的である。この場合伝送された信号の品質を保持するためには、送信機に入力されるIFと、受信機で生成されるIFとが、既知の一定の周波数差の関係であり、位相差の時間変動が小さいことが要求される。このため、送受信機内でLOを発生させる局部発振器として、周波数安定性に優れ、位相雑音が低いものが必要とされる。特に周波数が高いマイクロ波・ミリ波の領域では、誘電体共振器またはPLL(Phase Lock Loop)回路により安定化、低雑音化される。
【0004】しかしながら使用周波数が高くなるにつれて(例えば30GHz以上のミリ波帯)、安定度の高い低雑音の発振器の実現が困難になるとともに製造コストが上昇する。例えば、誘電体共振器においてはQ値(Quality Factor)が低くなり性能が発揮できない、PLL回路では特に分周器の構成が困難になる、などの問題が生じる。低い周波数の発振器からの信号を周波数逓倍してLOを得る方法もあるが、一般に信号強度を上げるための増幅器が必要となり、高価になること、サイズが大きくなること、消費電力が大きくなることなどの問題が生じる。
【0005】これらの問題を解決するために、図3に示した特開2001-53640号公報記載の無線通信装置および無線通信方法が提案されている。この例によれば、送信機においては、入力された信号を変調した中間周波数帯変調信号IFが、ミキサ83で局部発信器85からの局部発信信号LOと乗積され、無線変調信号RFが生成される。このRFは、フィルタ86を通して不要成分を除去され、LOの一部が電力合成器87で加算されて、増幅器88で信号レベルを大きくした後、無線信号としてアンテナより送信される。一方受信機では、アンテナで受信された無線信号は、増幅器91で信号レベルを大きくした後、受信機内のフィルタ92で濾波され、二乗器93でIFへと復調される。この方法では、RF信号の生成に用いたと同じLOを、無線信号として伝送している。したがって、LO源となる局部発振器85の位相雑音の影響が復調時にはキャンセルされる、復調されたIFは送信機に入力された元のIFの周波数へ復調されるという利点がある。
【0006】上記した手法は一方向の無線通信装置および無線通信方法にすぎないが、実際に通信では双方向通信の必要性が生じる。このような場合の構成としては、特開2002-9655号公報記載の双方向無線通信システムおよび双方向無線通信方法で本出願者により既に提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、限られた周波数を可能な限り有効利用して無線通信を行う必要がある場合、上記した既提案の方式には問題がある。すなわち無線変調信号と異なる周波数帯に無変調キャリアを伝送するための周波数が必要となるため、全体として使用周波数帯域が大きくなるといった課題があった。
【0008】本発明は、無線キャリアに求められる安定性の問題を解決して、多値直交変調方式もしくは多値位相変調方式などの多値デジタル変調方式における正常な復調を可能にすることを目的としている。
【0009】本発明は、ミリ波帯など、非常に高い周波数を用いて、多値直交変調方式もしくは多値位相変調方式などによる無線伝送システムを構成する場合に、周波数利用効率を低下させることなく、ミリ波帯発振器によって生じる位相雑音や周波数オフセットによる信号品質劣化の問題を解決することができる。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の無線通信方法及びシステムは、多値直交変調方式もしくは多値位相変調方式などの多値デジタル変調方式を用いてデータ伝送を行うものであって、伝送する無線変調信号に変調信号が重畳されなかった場合の信号と同等の無変調キャリアを、伝送する無線変調信号とは直交する偏波で、無線変調信号と併せて送信する送信機と、この信号を受信して、一方の偏波成分から無変調キャリア成分のみを取り出して再生し、この信号を用いて、他方の偏波成分から抽出した無線変調信号を同期検波する受信機と、から構成されることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)図1は、本発明における第1の実施の形態を表した無線通信システム構成の一例を示したものであり、(A)に送信機構成を、(B)に受信機構成を、そして(C)に送信信号スペクトルを例示している。送信機1においては、RF帯発振器2からの発振信号が二分岐されて一方がRF帯直交変調回路3に入力される。ここで、多値直交変調方式もしくは多値位相変調方式などの多値デジタル変調方式を用いて、変調データにより変調された無線変調信号が得られ、アンプ4で増幅され、偏波変換器5によってある方向に偏波(例えば、図1(C)に示すようにV偏波)されて、アンテナ6より送信される。一方、分岐されたもう一方のRF帯発振信号はアンプ7で増幅され、偏波変換器8によって上記の無線変調信号とは直交する方向に偏波(例えば、図1(C)に示すようにH偏波)されて、アンテナ9より送信される。図1では無線変調信号と無変調キャリアを送信するアンテナをそれぞれ別のものにした場合を示したが、予めこれら二信号をカップラによって各々の偏波を維持したまま合成した後アンテナに入力することで1つのアンテナを共通送信アンテナとすることも出来る。
【0012】一方受信機10ではそれぞれの偏波方向を受信するアンテナ11およびアンテナ12で各偏波成分を受信した後、偏波変換器13および14によって後の処理を行いやすい偏波の信号に変換する。すなわち、受信機10は受信アンテナ11と偏波変換器13の組み合わせで無変調キャリア成分のみを受信し、これをアンプ141で増幅し、帯域濾波器15で不要波成分を除去し、注入同期発振器16によって十分な信号レベルの発振信号が再生されて90°ハイブリッド17に入力されて直交同期検波回路18に入力するための互いに90°位相がずれた二信号を得る。無線変調信号はアンテナ12と偏波変換器14の組み合わせで受信されたのちアンプ19で増幅され、直交同期検波回路18に入力される。直交同期検波回路18にはさらに先の再生された90°ハイブリッド17の出力信号が入力されて変調信号が直交同期検波されて復調データが得られる。
【0013】(第2の実施の形態)図2は、本発明における第2の実施の形態を表した無線通信システム構成の一例を示したものであり、(A)に送信機構成を、(B)に受信機構成を、そして(C)に送信信号スペクトルを例示している。
【0014】送信機20においては、RFより低い周波数帯すなわちIF帯発振器21からの発振信号が二分岐されて一方がIF帯直交変調回路22に入力される。ここで、多値直交変調方式もしくは多値位相変調方式などの多値デジタル変調方式を用いて、変調データにより変調されたIF帯変調信号が得られ、これがRF帯局部発振器23からの局部発振信号が入力されるミキサ24に入力されたのち、帯域濾波器25を通過することで無線変調信号に変換され、アンプ26で増幅され、さらに偏波変換器27によってある方向に偏波されてアンテナ28より送信される。一方、分岐されたもう一方のIF帯発振信号についても、同じくRF帯局部発振器23からの局部発振信号が入力されるミキサ29に入力されたのち、帯域濾波器30を通過することでRF帯無変調キャリアに変換され、アンプ31によって増幅された後、偏波変換器32によって無線変調信号とは直交する方向に偏波されてアンテナ33より送信される。
【0015】一方受信機34ではそれぞれの偏波方向のみを受信するアンテナ35およびアンテナ36で各偏波成分を受信する。すなわち、受信アンテナ35は無変調キャリア成分のみを受信し偏波変換器37で以降都合のよい偏波に変換した後、これをアンプ38で増幅したのち、RF帯局部発振器39からの信号が入力されるミキサ40と帯域濾波器41を通過させることでIF帯無変調キャリアに変換される。さらに同信号はIF帯注入同期発振器42に入力されることによって十分な信号レベルのIF帯発振信号が再生された後、90°ハイブリッド43に入力されてIF帯直交同期検波回路44に入力するための互いに90°位相がずれた二信号を得る。他方受信アンテナ36は無線変調信号を受信し偏波変換器45で都合のよい偏波に変換した後、アンプ46で増幅された後、RF帯局部発振器39からの信号が入力されるミキサ47と帯域濾波器48を通過させることでIF帯変調信号に変換される。これが、直交同期検波回路44に入力される。直交同期検波回路44にはさらに先の再生された90°ハイブリッド43の出力信号が入力されて変調信号が直交同期検波されており復調データが得られる。
【0016】図2では無線変調信号と無変調キャリアを送受信するアンテナをそれぞれ別のものにした場合を示しているが、これら二信号をカップラによって各々の偏波を維持したまま合成または分岐することで1つのアンテナを送信用または受信用として共通にすることも出来る。
【0017】なお、第2の実施の形態によると、第1の実施の形態においてRF帯で直接実現することが困難な部分がある場合(例えば送信機におけるRF帯直交変調回路や、受信機におけるRF帯注入同期発振器、RF帯直交同期検波回路など)、これをより低い周波数のIF帯で処理できるため、装置の実現が楽になるという利点があり、得られる効果も第1の実施の形態と変わらない。
【0018】また、第1及び第2の実施の形態における送信機において、位相雑音の大きなRF帯発振器もしくは、IF帯発振器を使用し、もしくはこれら出力信号に位相変調を施すことでスペクトルの広がった発振信号を得ることができる。これによって、変調信号帯域以上に自由にスペクトルを拡散することも可能となるため、干渉信号の抑圧効果、マルチパス信号の抑圧効果、通信の秘匿性の改善などが期待できる。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、限られた周波数を可能な限り有効利用して、多値直交変調方式もしくは多値位相変調方式などの多値デジタル変調方式を用いてデータ伝送を行うことができる。
【0020】無線変調信号を生成する上で使用するミリ波帯発振信号に位相雑音や周波数オフセットが生じていた結果これが伝送する無線変調信号に劣化を与えた場合でも、これと同特性の劣化が生じている無変調キャリアを無線変調信号と併せて送信し、受信側ではこの無変調キャリアを使用して受信無線変調信号を同期検波(ホモダイン検波)するため、復調と同時に位相雑音および周波数オフセットの影響がキャンセルされる。すなわち低コストなミリ波帯発振器を使用して高品質な信号伝送が可能となり、また無変調キャリアは無線変調信号と直交する偏波を用いて、これと同じ中心周波数を使用して送信されるため、本来占有される無線変調帯域以上に周波数を余分に必要としない。




 

 


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