JP7186062B2 - 無線システム及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線システムに関する。

複数の機器をインターネットに結合し、該機器の状態を示す情報を収集し、収集した情報に基づいて該機器を制御する信号をインターネットを用いて送信し、該機器の稼動効率を向上するInternet of Things（ＩｏＴ）と称するコンセプトが注目されている。ＩｏＴを実現するためには、機器の状態に関する情報を監視するセンサ及び機器の動作を制御するアクチュエータをネットワークに結合する必要があり、機器に設置された複数のセンサ及びアクチュエータとネットワークとの結合が必要となる。システムを構成する複数の機器に数十から数千のセンサ及びアクチュエータを設置する必要があり、物理的な結合手段であるケーブルを必要としない無線通信による結合が望ましい。無線通信による結合をすれば、機器の稼動状態に対する制約を解消し、該結合に関するハードウェアの設置コストを低減できる。

無線通信においては、送信機及び受信機の少なくとも一つを有する無線機を機器の表面及び近傍に設置するために、無線機が送受信する電磁波が該機器で散乱される。一般に、送信機と受信機との間に電磁波に対する障害物があれば、見通し通信ができず、主に反射波を用いる通信が行われる。そのような無線環境では、通信を行う送信機及び受信機を多くの機器が取り囲んでいるので、一回及び複数の反射によって形成される無線伝播路が複数形成される。複数の伝播路は異なる機器による電磁波の反射により形成されるので、見通し通信の場合とは異なり、性質の異なる複数の伝播路を用いることとなる。従って、送信機と受信機との間に機器の反射によって形成される複数の伝播路の数だけ、同時に送信される情報が異なる可能性がある。

電磁波は横波であり進行方向に対して直角の電界ベクトル及び磁界ベクトルを有する。一つの送信点から放射された電磁波は、円筒状に広がりながら空間を伝送するので、原理的には距離の二乗で強度が減衰し、周波数の二乗で強度が減衰する。ＩｏＴを適用するシステムにおいて必要とされる通信距離は、民生システムで数十メートルから数百メートル程度、社会インフラシステムで数百メートルから数キロメートル程度である。そのような通信距離で十分な信号強度を得るためには、無線通信で用いる電磁波の周波数は強度減衰の観点から高くすることができず、実際、民生システムでは２ＧＨＺ帯以下、社会インフラシステムでは９００ＭＨｚ帯以下が使用されている。電磁波を送受する無線機は機器の表面又は近傍に設置されるので、複数のアンテナを独立して動作させるために、使用波長の半分程度離して配置することは、無線機が設置される機器や無線機の大きさの制限から困難である。

本技術分野の背景技術として、以下の先行技術がある。特許文献１（特開平５－４８５１１号公報）には、誤り訂正符号器とアンテナ切り替え器を制御することにより送信器入力信号の任意の単一ビットの情報を複数の異なるアンテナから送信することにより、伝搬路によって発生する誤りをランダム化し、当該信号の受信器が行う誤り訂正復号の能力を向上させ、伝送信号の誤り率の低減を実現する技術が開示されている。

特開平５－４８５１１号公報

前述した先行技術では、空間的に直交する二つの近接したアンテナを有する送信機を用いて直交する偏波の電磁波を用いて、異なる符合による拡散で生成される二つの異なる信号を送信し、空間的に直交する二つの近接したアンテナを有する受信機で該二つの異なる信号を再現する。これによって、送信機と受信機との間に形成される二つの伝播路を用いて同時に情報を伝送して、通信容量の倍増を実現している。該先行技術では、送信機及び受信機が多数の機器に囲まれており、多数の機器の反射によって送信機と受信機との間に形成される性質が異なる複数の伝播路の二つを用いることになり、更に多数の伝播路を用いて通信容量の更なる増大を実現できない問題がある。

かかる状況において、送信機及び受信機が偏波を制御して送信機と受信機との間に形成される複数の反射伝播路を用いて、電磁波を散乱する多数の機器に囲まれた送信機と受信機との間の無線伝送容量を増大させる手段の提供が課題となっている。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、無線システムであって、情報データを送信する送信機と、前記送信機から送信された情報データを受信する受信機とを備え、前記送信機及び前記受信機の各々は、互いに偏波面が平行関係にない複数のアンテナを有し、前記送信機は、１系列のシリアル情報データを２系列のパラレルデータに変換し、前記変換されたパラレルデータを直交変調し、互いに回転方向が異なる回転偏波を用いて、前記直交変調された２系列のパラレルデータを前記複数のアンテナから同時に送信することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、無線伝送容量を増大できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。

実施例１の無線システムの構成例を示す図である。 実施例２の無線システムの構成例を示す図である。 実施例３の無線システムの送信機の構成例を示す図である。 実施例３の無線システムの受信機の構成例を示す図である。 実施例４の無線システムの送信機の構成例を示す図である。 実施例５の無線システムの送信機の構成例を示す図である。 実施例６の無線システムの送信機の構成例を示す図である。 実施例７の無線システムの送信機の構成例を示す図である。 実施例８の無線システムの無線機の構成例を示す図である。 実施例９の無線システムの無線機の構成例を示す図である。 実施例１０の無線システムの無線機の構成例を示す図である。 実施例１１の無線システムの無線機の構成例を示す図である。 実施例１２の昇降機監視・制御システムの構成例を示す図である。 実施例１３の昇降機監視・制御システムの構成例を示す図である。 本発明の実施例の無線システムの動作原理を示す図である。

以下、図面を参照して実施例を説明する。

［実施例１］
本実施例では、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムの動作を図１及び図１５を用いて説明する。

図１は、本実施例の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムの構成例を示す図である。

本実施例の無線システムは、送信機１０１及び受信機２０１を有する。

送信機１０１は、情報デジタル信号生成回路１及びパイロットデジタル信号生成回路２を有する。情報デジタル信号生成回路１の出力は、第一のシリアル・パラレル２系統変換器３によりシリアル２ビットが２系統の出力に変換される。パイロットデジタル信号生成回路２の出力は、第二のシリアル・パラレル２系統変換器４によりシリアル２ビットが２系統の出力に変換される。

第一のシリアル・パラレル２系統変換器３の第一系統の出力は２分岐され、一方は、第一の回転偏波周波数９０度移相器１３を介した回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第一の乗算器１１で乗じられて、第二の合成器２８に入力される。他方は、回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第三の乗算器１６で直接乗じられて、第一の合成器１８に入力される。

第一のシリアル・パラレル２系統変換器３の第二系統の出力は２分岐され、一方は、第一の回転偏波周波数２７０度移相器１４を介した回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第二の乗算器１２で乗じられて、第二の合成器２８に入力される。他方は、回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第四の乗算器１７で直接乗じられて、第一の合成器１８に入力される。

第二のシリアル・パラレル２系統変換器４の第一系統の出力は２分岐され、一方は、第二の回転偏波周波数９０度移相器２３を介した回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第五の乗算器２１で乗じられて、第二の合成器２８に入力される。他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第七の乗算器２６で乗じられて、第一の合成器１８に入力される。

第二のシリアル・パラレル２系統変換器４の第二系統の出力は２分岐され、一方は、第二の回転偏波周波数２７０度移相器２４を介した回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第六の乗算器２２で乗じられて、第二の合成器２８に入力される。他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第八の乗算器２７で乗じられて、第一の合成器１８に入力される。

第一の合成器１８の出力は、送信搬送波周波数発生回路３５の出力信号を用いて第一の送信ミキサ３４でアップコンバートされ、第一の送信アンテナ３１より空間に放射される。第二の合成器２８の出力は、送信搬送波周波数発生回路３５の出力信号を用いて第二の送信ミキサ３６でアップコンバートされ、第二の送信アンテナ３２より空間に放射される。第一の送信アンテナ３１と第二の送信アンテナ３２とは、空間的に互いに直交するように配置されている。

受信機２０１は、空間的に互いに直交する第一の受信アンテナ４１及び第二の受信アンテナ４２を有する。

第一の受信アンテナ４１の出力は、受信搬送波周波数発生回路４５の出力信号を用いて第一の受信ミキサ４４でダウンコンバートされる。第一の受信ミキサ４４の出力は二分岐され、一方は、回転偏波周波数余弦波発生回路５１の出力信号が第一の乗算回路５２で乗じられ、他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路５５の出力信号が第三の乗算回路５６で乗じられる。第一の乗算回路５２の出力と第三の乗算回路５６の出力とは第一の加算回路６１で加算され、受信信号処理回路４９に入力される。また、第一の減算回路６３で、第三の乗算回路５６の出力から第一の乗算回路５２の出力信号が減算され、受信信号処理回路４９に入力される。

第二の受信アンテナ４２の出力は、受信搬送波周波数発生回路４５の出力信号を用いて第二の受信ミキサ４６でダウンコンバートされる。第二の受信ミキサ４６の出力は二分岐され、一方は、回転偏波周波数余弦波発生回路５１の出力信号が第二の乗算回路５３で乗じられ、他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路５５の出力信号が第四の乗算回路５７で乗じられる。第二の乗算回路５３の出力と第四の乗算回路５７の出力とは第二の加算回路６２で加算され、受信信号処理回路４９に入力される。また、第二の減算回路６４で、第四の乗算回路５７の出力から第二の乗算回路５３の出力信号が減算され、受信信号処理回路４９に入力される。

情報デジタル信号生成回路１から出力される０又は１のデジタルシリアルデータは第一のシリアル・パラレル２系統変換器３により奇数ビットと偶数ビットとに分離され、両ビットの信号は同時にアンテナから送信される。すなわち、両ビットの一方は、回転偏波周波数の正符号の正弦波と正符号の余弦波により変調されて搬送波周波数でアップコンバートされた後、空間的に直交する二つのアンテナより左回転の回転偏波として空間に放射される。両ビットの信号の他方は、回転偏波周波数の負符号の正弦波と正符号の余弦波により変調されて搬送波周波数でアップコンバートされた後、空間的に互いに直交する二つのアンテナより右回転の回転偏波として空間に放射される。偏波回転の周波数と同一周波数の正弦波と余弦波を用いて直交変調することによって、安定的に動作できる。

また、パイロットデジタル信号生成回路２から出力される０又は１のデジタルシリアルデータは、第二のシリアル・パラレル２系統変換器４により奇数ビットと偶数ビットとに分離され、両ビットの信号は同時にアンテナから送信される。すなわち、両ビットの一方は、回転偏波周波数の正符号の余弦波と正符号の正弦波により変調されて搬送波周波数でアップコンバートされた後、空間的に互いに直交する二つのアンテナより左回転の回転偏波として空間に放射される。両ビットの信号の他方は、回転偏波周波数の負符号の余弦波と正符号の正弦波により変調されて搬送波周波数でアップコンバートされた後、空間的に直交する二つのアンテナより右回転の回転偏波として空間に放射される。パイロットデジタル信号生成回路２の出力の内容は、送信機と受信機とで予め共有している。

回転偏波の電磁波は、搬送波周波数帯と偏波回転周波数帯と情報の周波数帯という異なる三つの周波数帯を有するが、偏波回転周波数帯では情報デジタル信号生成回路１の出力とパイロットデジタル信号生成回路２の出力は互いに９０度の位相差を有する三角関数波（正弦波と余弦波）で変調されているので、受信機は空間的に互いに直交する二つのアンテナからの受信信号を、受信搬送波周波数発生回路４５の出力（ローカル信号）を用いて受信ミキサ４４、４６で偏波回転周波数帯の信号に変換する。その後、回転偏波周波数余弦波発生回路５１の出力と回転偏波周波数正弦波発生回路５５の出力とを用いて加算回路６１、６２及び減算回路６３、６４で偏波回転周波数帯の正弦波と余弦波の和と差に関する四つの信号の組合せを得る。そして、四つの信号の組合せから情報デジタル信号生成回路１の出力とパイロットデジタル信号生成回路２の出力を受信信号処理回路４９で分離できる。

回転偏波の電磁波は一回の反射につき偏波の回転方向が反転するので、図１５に示すように、送受信機が電磁波の多数の散乱体に囲まれており、送信機と受信機との間で直接波による見通し通信ができず、該散乱体による反射波を用いて通信する環境では、奇数回の反射によって偏波回転の方向が異なる伝播路群と偶数回の反射によって偏波回転の方向が維持される伝播路群とを、偏波の回転方向によって分離できる。

情報デジタル信号生成回路１から出力されるシリアルデジタルデータとパイロットデジタル信号生成回路２から出力されるシリアルデジタルデータとは２ビットずつ、すなわち、奇数ビットと偶数ビットとが左回転の回転偏波と右回転の回転偏波とで、同時に送信されるので、図１５に示すように、左回転の回転偏波で送信されるデータが奇数回反射の伝播路を経由し、右回転の回転偏波で送信されるデータが偶数回反射の伝播路を経由して受信機に到達して受信されることがある。受信機２０１は、送信された情報デジタル信号の内容と伝播路の性質（反射回数）を知ることができないので、受信信号から情報デジタル信号を再現できない。一方、受信機２０１は、パイロット信号の内容を予め知っているので、パイロット信号の内容を用いて受信信号から伝播路の性質（反射回数）を知ることができる。伝播路の性質、すなわち、奇数回反射か遇数回反射かが分かれば、受信信号から情報デジタル信号を再現できる。ここで、前述したように、情報デジタル信号生成回路１から出力されるシリアルデジタルデータとパイロットデジタル信号生成回路２から出力されるシリアルデジタルデータとは偏波回転周波数帯で互いに直交しているので、これらが同時に送信機から送信された場合、受信機２０１はこれらを偏波回転周波数帯で分離できる。

このため、本実施例では、回転偏波では伝播周波数と偏波の回転周波数とが異なるため、回転偏波の周波数領域において、互いに直交する正弦波と余弦波を信号中に実現できる。このため、送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いることによって、情報デジタル信号を２ビットずつ同時に伝送できる、無線通信の伝送容量を増大できる。また、環境変動に強く、ロバストな無線システムを構築できる。

［実施例２］
本実施例では、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる他の無線システムの動作を図２を用いて説明する。

図２は、本実施例の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムの構成の他の例を示す図である。

本実施例の無線システムは、送信機１０２及び受信機２０２を有する。

送信機１０２は、情報デジタル信号生成回路１及びパイロットデジタル信号生成回路２を有する。情報デジタル信号生成回路１の出力は、第一のシリアル・パラレル３系統変換器２８３によりシリアル３ビットが３系統の出力に変換される。パイロットデジタル信号生成回路２の出力は、第二のシリアル・パラレル３系統変換器２８４によりシリアル３ビットが３系統の出力に変換される。

第一のシリアル・パラレル３系統変換器２８３の第一系統の出力は２分岐され、一方は、第一の回転偏波周波数９０度移相器１３を介した回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第一の乗算器１１で乗じられて、第二の加算器７２に入力される。他方は、回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第三の乗算器１６で乗じられ、第一の加算器７１に入力される。

第一のシリアル・パラレル３系統変換器２８３の第二系統の出力は２分岐され、一方は、第一の回転偏波周波数９０度移相器１３を介した回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第十三の乗算器１１１で乗じられて、第三の加算器７３に入力される。他方は、回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第十四の乗算器１１６で乗じられて、第二の加算器７２に入力される。

第一のシリアル・パラレル３系統変換器２８３の第三系統の出力は２分岐され、一方は、第一の回転偏波周波数９０度移相器１３を介した回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第十五の乗算器２１１で乗じられて、第一の加算器７１に入力される。他方は、回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第十六の乗算器２１６で乗じられて、第三の加算器７３に入力される。

第二のシリアル・パラレル３系統変換器２８４の第一系統の出力は２分岐され、一方は、第二の回転偏波周波数９０度移相器２３を介した回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第五の乗算器２１で乗じられて、第五の加算器８２に入力される。他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第七の乗算器２６で乗じられて、第四の加算器８１に入力される。

第二のシリアル・パラレル３系統変換器２８４の第二系統の出力は２分岐され、一方は、第二の回転偏波周波数９０度移相器２３を介した回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第十七の乗算器１２１で乗じられて、第六の加算器８３に入力される。他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第十八の乗算器１２６で乗じられて、第五の加算器８２に入力される。

第二のシリアル・パラレル３系統変換器２８４の第三系統の出力は２分岐され、一方は、第二の回転偏波周波数９０度移相器２３を介した回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第十九の乗算器２２１で乗じられて、第四の加算器８１に入力される。他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第二十の乗算器２２６で乗じられて、第六の加算器８３に入力される。

第一の加算器７１の出力と第四の加算器８１の出力とは第七の加算器９１に入力され、第二の加算器７２の出力と第五の加算器８２の出力とは第八の加算器９２に入力され、第三の加算器７３の出力と第六の加算器８３の出力とは第九の加算器９３に入力される。

第七の加算器９１の出力は、送信搬送波周波数発生回路３５の出力信号を用いて第一の送信ミキサ３４でアップコンバートされ、第一の送信アンテナ３１より空間に放射される。第八の加算器９２の出力は、送信搬送波周波数発生回路３５の出力信号を用いて第二の送信ミキサ３６でアップコンバートされ、第二の送信アンテナ３２より空間に放射される。第九の加算器９３の出力は、送信搬送波周波数発生回路３５の出力信号を用いて第三の送信ミキサ３７でアップコンバートされ、第三の送信アンテナ３３より空間に放射される。第一の送信アンテナ３１と第二の送信アンテナ３２と第三の送信アンテナ３３とは、空間的に互いに直交するように配置されている。

受信機２０２は、空間的に互いに直交する第一の受信アンテナ４１、第二の受信アンテナ４２及び第三の受信アンテナ４３を有する。

第一の受信アンテナ４１の出力は、受信搬送波周波数発生回路４５の出力信号を用いて第一の受信ミキサ４４でダウンコンバートされる。第一の受信ミキサ４４の出力は二分岐され、一方は、回転偏波周波数余弦波発生回路５１の出力信号が第一の乗算回路５２で乗じられ、他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路５５の出力信号が第三の乗算回路５６で乗じられる。

第二の受信アンテナ４２の出力は、受信搬送波周波数発生回路４５の出力信号を用いて第二の受信ミキサ４６でダウンコンバートされる。第二の受信ミキサ４６の出力は二分岐され、一方は、回転偏波周波数余弦波発生回路５１の出力信号が第二の乗算回路５３で乗じられ、他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路５５の出力信号が第四の乗算回路５７で乗じられる。

第三の受信アンテナ４３の出力は、受信搬送波周波数発生回路４５の出力信号を用いて第三の受信ミキサ４７でダウンコンバートされる。第三の受信ミキサ４７の出力は二分岐され、一方は、回転偏波周波数余弦波発生回路５１の出力信号が第五の乗算回路５４で乗じられ、他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路５５の出力信号が第六の乗算回路５８で乗じられる。

第一の乗算回路５２の出力と第四の乗算回路５７の出力とは、第一の加算器１６１で合成され、受信信号処理回路４９に入力される。第二の乗算回路５３の出力と第六の乗算回路５８の出力とは、第二の加算器１６２で合成され、受信信号処理回路４９に入力される。第五の乗算回路５４の出力と第三の乗算回路５６の出力とは、第三の加算器１６３で合成され、受信信号処理回路４９に入力される。

送信機１０２は、情報デジタル信号生成回路１の出力である０又は１のデジタルシリアルデータを、第一のシリアル・パラレル３系統変換器２８３で、３を法とする０－ビットと１－ビットと２－ビットとに分離し、三つのビットの信号の夫々を、互いに空間的に直交する三方向に伝播する同一回転方向の回転偏波として同時に空間に放射する。また、送信機１０２は、予め送信機１０２と受信機２０２とでその内容を共有しているパイロットデジタル信号生成回路２の出力である０又は１のデジタルシリアルデータを、第二のシリアル・パラレル３系統変換器２８４で、３を法とする０－ビットと１－ビットと２－ビットとに分離し、三つのビットの信号の夫々を、互いに空間的に直交する三方向に伝播する同一回転方向の回転偏波として同時に空間に放射する。

回転偏波の電磁波は、搬送波周波数帯と偏波回転周波数帯と情報の周波数帯という異なる三つの周波数帯を有するが、偏波回転周波数帯では情報デジタル信号生成回路１の出力とパイロットデジタル信号生成回路２の出力は互いに９０度の位相差を有する三角関数波（正弦波と余弦波）で変調されているので、受信機は空間的に互いに直交する三つのアンテナからの受信信号を、受信搬送波周波数発生回路４５の出力（ローカル信号）を用いて受信ミキサ４４、４６、４７で偏波回転周波数帯の信号に変換する。その後、回転偏波周波数余弦波発生回路５１の出力と回転偏波周波数正弦波発生回路５５の出力とを用いて加算器１６１、１６２及び１６３を用いて得られる直交する３方向から到来する独立な信号を搬送波周波数でダウンコンバートして得られる三つの独立した偏波回転周波数帯の信号の組合せを得る。そして、三つの信号の組合せから情報デジタル信号生成回路１の出力とパイロットデジタル信号生成回路２の出力を受信信号処理回路４９で分離できる。

送信機１０２が送信した伝播方向が直交する独立な三つの回転偏波の信号は、送信機と受信機との間に存在する電磁波散乱体によって反射され三つの信号の一次結合で表される合成信号として、受信機２０２で受信される。受信機２０２は、送信された情報デジタル信号の内容と、三つの送信信号の伝播路の情報を知ることができないので、受信信号から情報デジタル信号を再現できない。一方、受信機２０２は、パイロット信号の内容を予め知っているので、パイロット信号の内容を用いて受信信号から三つの送信信号の伝播路の情報を知ることができる。三つの送信信号の伝播路の情報、すなわち、どのような伝播路を伝搬した三つの送信信号が一次結合したかが分かれば、受信信号から情報デジタル信号を再現できる。ここで、前述したように、情報デジタル信号生成回路１から出力されるシリアルデジタルデータとパイロットデジタル信号生成回路２から出力されるシリアルデジタルデータとは偏波回転周波数帯で互いに直交しているので、これらが同時に送信機１０２から送信された場合、受信機はこれらを偏波回転周波数帯で分離できる。

本実施例では、情報デジタル信号を３ビットずつ同時に伝送できるので、無線通信の伝送容量を増大できる。通信の途絶が減少し、また、本実施例では、三つの伝搬路で通信品質が異なるので、３系列に動的に重み付けをすることによって、通信品質を向上できる。

［実施例３］
本実施例では、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる他の無線システムの動作を図３及び図４を用いて説明する。

図３及び図４は、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムの構成の他の例を示す図である。

本実施例の無線システムは、図３に示す送信機１０２及び図４に示す受信機２０２を有する。

送信機１０３は、情報デジタル信号生成回路１及びパイロットデジタル信号生成回路２を有する。情報デジタル信号生成回路１の出力は、第一のシリアル・パラレル６系統変換器２９３によりシリアル６ビットが６系統の出力に変換される。パイロットデジタル信号生成回路２の出力は、第二のシリアル・パラレル６系統変換器２９４によりシリアル６ビットを６系統の出力に変換される。

第一のシリアル・パラレル６系統変換器２９３の第一系統の出力は２分岐され、一方は、第一の回転偏波周波数９０度移相器１３を介した回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第一の乗算器１１で乗じられて、第二の加算器７２に入力される。他方は、回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第三の乗算器１６で乗じられて、第一の加算器７１に入力される。

第一のシリアル・パラレル６系統変換器２９３の第二系統の出力は２分岐され、一方は、第一の回転偏波周波数９０度移相器１３を介した回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第十三の乗算器１１１で乗じられて、第三の加算器７３に入力される。他方は、回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第十四の乗算器１１６で乗じられて、第二の加算器７２に入力される。

第一のシリアル・パラレル６系統変換器２９３の第三系統の出力は２分岐され、一方は、第一の回転偏波周波数９０度移相器１３を介した回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第十五の乗算器２１１で乗じられて、第一の加算器７１に入力される。他方は、回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第十六の乗算器２１６で乗じられて、第三の加算器７３に入力される。

第一のシリアル・パラレル６系統変換器２９３の第四系統の出力は２分岐され、一方は、第一の回転偏波周波数２７０度移相器３１８を介した回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第二十一の乗算器３１１で乗じられて、第八の加算器１７２に入力される。他方は、回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第二十二の乗算器３１６で乗じられて、第七の加算器１７１に入力される。

第一のシリアル・パラレル６系統変換器２９３の第五系統の出力は２分岐され、一方は、第一の回転偏波周波数２７０度移相器３１８を介した回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第二十三の乗算器４１１で乗じられて、第九の加算器１７３に入力される。他方は、回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第二十四の乗算器４１６で乗じられて、第八の加算器１７２に入力される。

第一のシリアル・パラレル６系統変換器２９３の第六系統の出力は２分岐され、一方は、第一の回転偏波周波数２７０度移相器３１８を介した回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第二十五の乗算器５１１で乗じられて、第七の加算器１７１に入力される。一方は、回転偏波周波数余弦波発生回路１５の出力信号が第二十六の乗算器５１６で乗じられて、第九の加算器１７３に入力される。

第二のシリアル・パラレル６系統変換器２９４の第一系統の出力は２分岐され、一方は、第二の回転偏波周波数９０度移相器２３を介した回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第五の乗算器２１で乗じられて、第五の加算器８２に入力される。他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第七の乗算器２６で乗じられて、第四の加算器８１に入力される。

第二のシリアル・パラレル６系統変換器２９４の第二系統の出力は２分岐され、一方は、第二の回転偏波周波数９０度移相器２３を介した回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第十七の乗算器１２１で乗じられて、第六の加算器８３に入力される。他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第十八の乗算器１２６で乗じられて、第五の加算器８２に入力される。

第二のシリアル・パラレル６系統変換器２９４の第三系統の出力は２分岐され、一方は、第二の回転偏波周波数９０度移相器２３を介した回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第十九の乗算器２２１で乗じられて、第四の加算器８１に入力される。他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第二十の乗算器２２６で乗じられて、第六の加算器８３に入力される。

第二のシリアル・パラレル６系統変換器２９４の第四系統の出力は２分岐され、一方は、第二の回転偏波周波数２７０度移相器３２８を介した回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第二十七の乗算器３２１で乗じられて、第十一の加算器１８２に入力される。他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第二十八の乗算器３２６で乗じられて、第十の加算器１８１に入力される。

第二のシリアル・パラレル６系統変換器２９４の第五系統の出力は２分岐され、一方は、第二の回転偏波周波数２７０度移相器３２８を介した回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第二十九の乗算器４２１で乗じられて、各々第十二の加算器１８３に入力される。他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第三十の乗算器４２６で乗じられて、第十一の加算器１８２に入力される。

第二のシリアル・パラレル６系統変換器２９４の第六系統の出力は２分岐され、一方は、第二の回転偏波周波数２７０度移相器３２８を介した回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第三十一の乗算器５２１で乗じられて、第十の加算器１８１に入力される。他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路２５の出力信号が第三十二の乗算器５２６で乗じられて、第十二の加算器１８３に入力される。

第一の加算器７１の出力と第四の加算器８１の出力と第七の加算器１７１の出力と第十の加算器１８１の出力とは、第一の合成器１９１に入力される。第二の加算器７２及び第五の加算器８２の出力と第八の加算器１７２の出力と第十一の加算器１８２の出力とは、第二の合成器１９２に入力される。第三の加算器７３の出力と第六の加算器８３の出力と第九の加算器１７３の出力と第十二の加算器１８３の出力とは、第三の合成器１９３に入力される。

第一の合成器１９１の出力は、送信搬送波周波数発生回路３５の出力信号を用いて第一の送信ミキサ３４でアップコンバートされ、第一の送信アンテナ３１より空間に放射される。第二の合成器１９２の出力は、送信搬送波周波数発生回路３５の出力信号を用いて第二の送信ミキサ３６でアップコンバートされ、第二の送信アンテナ３２より空間に放射される。第三の合成器１９３の出力は、送信搬送波周波数発生回路３５の出力信号を用いて第三の送信ミキサ３７でアップコンバートされ、第三の送信アンテナ３３より空間に放射される。第一の送信アンテナ３１と第二の送信アンテナ３２と第三の送信アンテナ３３とは、空間的に互いに直交するように配置されている。

図４に示す受信機２０３は、空間的に互いに直交する第一の受信アンテナ４１、第二の受信アンテナ４２及び第三の受信アンテナ４３を有する。

第一の受信アンテナ４１の出力は、受信搬送波周波数発生回路４５の出力信号を用いて第一の受信ミキサ４４でダウンコンバートされる。第一の受信ミキサ４４の出力は二分岐され、一方は、回転偏波周波数余弦波発生回路５１の出力信号が第一の乗算回路５２で乗じられ、他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路５５の出力信号が第三の乗算回路５６で乗じられる。第一の乗算回路５２の出力は二分岐され、一方は、第一の加算器２６１に入力され、他方は、第六の加算器２６６に入力される。第三の乗算回路５６の出力は二分岐され、一方は、第三の加算器２６３に入力され、他方は、第四の加算器２６４に入力される。

第二の受信アンテナ４２の出力は、受信搬送波周波数発生回路４５の出力信号を用いて第二の受信ミキサ４６でダウンコンバートされる。第二の受信ミキサ４６の出力は二分岐され、一方は、回転偏波周波数余弦波発生回路５１の出力信号が第二の乗算回路５３で乗じられ、他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路５５の出力信号が第四の乗算回路５７で乗じられる。第二の乗算回路５３の出力は二分岐され、一方は、第二の加算器２６２に入力され、他方は、第四の加算器２６４に入力される。第四の乗算回路５７の出力は二分岐され、一方は、第一の加算器２６１に入力され、他方は、第五の加算器２６５に入力される。

第三の受信アンテナ４３の出力は、受信搬送波周波数発生回路４５の出力信号を用いて第三の受信ミキサ４７でダウンコンバートされる。第三の受信ミキサ４７の出力は二分岐され、一方は、回転偏波周波数余弦波発生回路５１の出力信号が第五の乗算回路５４で乗じられ、他方は、回転偏波周波数正弦波発生回路５５の出力信号が第六の乗算回路５８で乗じられる。第五の乗算回路５４の出力は二分岐され、一方は、第三の加算器２６３に入力され、他方は、第五の加算器２６５に入力される。第六の乗算回路５８の出力は二分岐され、一方は、第二の加算器２６２に入力され、他方は、第六の加算器２６６に入力される。

第一の加算器２６１の出力と第二の加算器２６２の出力と第三の加算器２６３の出力と第四の加算器２６４の出力と第五の加算器２６５の出力と第六の加算器２６６の出力とは、受信信号処理回路４９に入力される。

送信機１０３は、情報デジタル信号生成回路１の出力である０又は１のデジタルシリアルデータを、第一のシリアル・パラレル６系統変換器２９３で、６を法とする０－ビットと１－ビットと２－ビットと３－ビットと４－ビットと５－ビットとに分離し、六つのビットの信号の夫々を、互いに空間的に直交する三方向に伝播する左回転の回転偏波及び右回転の回転偏波として同時に空間に放射する。また、送信機１０３は、予め送信機１０３と受信機２０３とでその内容を共有しているパイロットデジタル信号生成回路２の出力である０又は１のデジタルシリアルデータを、第二のシリアル・パラレル６系統変換器２９４で、６を法とする０－ビットと１－ビットと２－ビットと３－ビットと４－ビットと５－ビットとに分離し、六つのビットの信号の夫々を、互いに空間的に直交する三方向に伝播する左回転の回転偏波及び右回転の回転偏波として同時に空間に放射する。

回転偏波は、伝播方向に対して直交して伝播周波数とは異なる周波数で偏波が回転する電磁波である。一般に三次元空間では電波の進行方向は直交する３成分を持つために、３つの直交する同一回転方向の回転偏波が空間中に存在できる。また、異なる回転方向の回転偏波は互いに独立であるから、合計６つの独立な回転偏波が空間中に存在できる。回転偏波は一回の反射で回転方向が反転するから、送信機と受信機との間の複数の機器での反射によって生成される伝播路を奇数回反射の伝播路群と偶数回反射の伝播路群に分離し、識別できる。従って、送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を奇数回反射の伝播路群と偶数回反射の伝播路群に対して、各々最大三つの独立する伝播路の合成として表現できるので、送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を計６つの互いに独立な伝播路の集合体して用いることができる。

更に、回転偏波では伝播周波数と偏波の回転周波数が異なるため、信号に回転偏波の周波数領域において互いに直交する正弦波と余弦波を実現することかできる。結果として、送信機と受信機との間に形成される多数の伝播路のうち六つの伝播路を用いることによって、無線伝送容量を増大できる。さらに、周波数領域で通信容量を最大二倍に増加できるので、見通し通信が期待できない機器の反射により形成される伝播路を用いる無線通信容量の最大一桁以上増大できる。

回転偏波の電磁波は、搬送波周波数帯と偏波回転周波数帯と情報の周波数帯という異なる三つの周波数帯を有するが、偏波回転周波数帯では情報デジタル信号生成回路１の出力とパイロットデジタル信号生成回路２の出力は互いに９０度の位相差を有する三角関数波（正弦波と余弦波）で変調されているので、受信機は空間的に互いに直交する三つのアンテナからの受信信号を、受信搬送波周波数発生回路４５の出力（ローカル信号）を用いて受信ミキサ４４、４６、４７で偏波回転周波数帯の信号に変換する。その後、回転偏波周波数余弦波発生回路５１の出力と回転偏波周波数正弦波発生回路５５の出力とを用いて、加算器２６１、２６２、２６３、２６４、２６５及び２６６を用いて得られる直交する３方向から到来する独立な左回転の回転偏波と右回転の回転偏波の信号を搬送波周波数でダウンコンバートして得られる六つの独立した偏波回転周波数帯の信号の組合せを得る。そして、六つの信号の組合せから情報デジタル信号生成回路１の出力とパイロットデジタル信号生成回路２の出力を受信信号処理回路４９で分離できる。

送信機１０３が送信した伝播方向が直交する独立な三つの回転偏波の信号は、送信機と受信機との間に存在する電磁波散乱体によって反射され三つの信号の一次結合で表される合成信号として、受信機２０３で受信される。受信機２０３は、送信された情報デジタル信号の内容と、三つの送信信号の伝播路の情報を知ることができないので、受信信号から情報デジタル信号を再現できない。一方、受信機２０３は、パイロット信号の内容を予め知っているので、パイロット信号の内容を用いて受信信号から三つの送信信号の伝搬路の情報を知ることができる。三つの送信信号の伝播路の情報、すなわち、どのような伝播路を伝搬した三つの送信信号が一次結合したかが分かれば、受信信号から情報デジタル信号を再現できる。ここで、前述したように、情報デジタル信号生成回路１から出力されるシリアルデジタルデータとパイロットデジタル信号生成回路２から出力されるシリアルデジタルデータとは偏波回転周波数帯で互いに直交しているので、これらが同時に送信機１０３から送信された場合、受信機２０３はこれらを偏波回転周波数帯で分離できる。

また、左回転の回転偏波で送信されるデータが奇数回反射の伝播路を経由し、右回転の回転偏波で送信されるデータが偶数回反射の伝播路を経由して受信機に到達して受信されることがある。受信機２０３は、送信された情報デジタル信号の内容と伝搬路の性質（反射回数）を知ることができないので、受信信号から情報デジタル信号を再現できない。一方、受信機２０３は、パイロット信号の内容を予め知っているので、パイロット信号の内容を用いて受信信号から伝搬路の性質（反射回数）を知ることができる。伝播路の性質、すなわち、奇数回反射か遇数回反射かが分かれば、受信信号から情報デジタル信号を再現できる。

本実施例では、情報デジタル信号を６ビットずつ同時に伝送できるので、無線通信の伝送容量を増大できる。

［実施例４］
本実施例では、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる他の送信機の動作を図５を用いて説明する。

図５は、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる他の無線システムに用いられる送信機の他の構成例を示す図である。

本実施例の送信機１０４は、図１に示す送信機１０１と異なり、パイロットデジタル信号生成回路２及び第二のシリアル・パラレル２系統変換器４に代えて、第一の固定パイロット信号発生器５及び第二の固定パイロット信号発生器６を有する。第一の固定パイロット信号発生器５の出力は、第五の乗算器２１及び第七の乗算器２６に入力される。第二の固定パイロット信号発生器６の出力は、第六の乗算器２２及び第八の乗算器２７に入力される。

本実施例では、図１の実施例と比べて、送信機と受信機との間で共有するパイロット信号に関するデータを削減でき、無線機を小型化でき、消費電力を低減できる。

［実施例５］
本実施例では、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる他の送信機の動作を図６を用いて説明する。

図６は、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる送信機の他の構成例を示す図である。

本実施例の送信機１０５は、図１に示す送信機１０１と異なり、パイロットデジタル信号生成回路２と第二のシリアル・パラレル２系統変換器４に代えて、第一の固定パイロット信号発生器アレイ６０５及び第二の固定パイロット信号発生器アレイ６０６を有する。各信号発生器アレイ６０５、６０６には複数の固定パイロット信号データが格納され、第一のパイロット信号データ切替器６０１及び第二のパイロット信号データ切替器６０２でパイロット信号データを切り替える。送信ベースバンド回路９は、各パイロット信号データの切り替えを制御する。

本実施例では、複数のパイロット信号を用いるので、複数の通信先無線機を選択できる。例えば、親の無線機が通信先候補とする子の無線機と特定のパイロット信号データを共有する。子の無線機は該特定のパイロット信号データのみを知っている。この場合、親の無線機は、特定のパイロット信号データを用いてデータを送信することによって、該パイロット信号データを共有していない他の無線機では送信データを再現できない状態となり、特定の無線機と通信できる。その結果、複数の無線機に対して通信を行う無線システムにおける通信セキュリティを向上できる。

［実施例６］
本実施例では、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる他の送信機の動作を図７を用いて説明する。

図７は、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる他の送信機の構成例を示す図である。

本実施例の送信機１０６は、図１に示す送信機１０１と異なり、データシーケンス切替器６０３を有する。データシーケンス切替器６０３は、送信ベースバンド回路９に制御されて、情報デジタル信号生成回路１が発生する一連のデータ列及びパイロットデジタル信号生成回路２が発生するデータ列を、第一のシリアル・パラレル２系統変換器３及び第二のシリアル・パラレル２系統変換器４へと切り替えて供給する。

回転偏波を生成するために、情報デジタル信号生成回路１が発生するデータ列及びパイロットデジタル信号生成回路２が発生するデータ列には、偏波回転の周波数の正弦波又は余弦波が一定のシーケンスに従って重畳される。このため、該データ列に性質によっては電磁波を用いて伝送すべき信号が直流成分を有する可能性がある。該電磁波を受信する受信機の高周波回路（アンプ及びミキサ）が有限のダイナミックレンジを有するために、もし信号を重畳して伝送する電磁波が直流成分を有すると、受信信号が歪む可能性あり、通信品質低下の原因となる。

本本実施例では、適当なシーケンス（例えば、ランダムなタイミング）で、情報デジタル信号生成回路１が発生するデータ列及びパイロットデジタル信号生成回路２が発生するデータ列に回転偏波を形成するための偏波回転周波数の正弦波及び余弦波を切り替えるので、該データ列の特性によらず、電磁波を用いて伝送すべき信号の直流成分を除去でき、高周波受信回路による受信信号歪みを抑制でき、通信品質向上を向上できる。

［実施例７］
本実施例では、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる他の送信機の動作を図８を用いて説明する。

図８は、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる送信機の他の構成例を示す図である。

本実施例の送信機１０７は、図１に示す送信機１０１と異なり、同期信号発生回路８及び送信ベースバンド回路９が制御する第一の切替スイッチ６０７及び第二の切替スイッチ６０８を有する。第一の切替スイッチ６０７は、情報デジタル信号生成回路１と同期信号発生回路８とを切り替える、第二の切替スイッチ６０８は、パイロットデジタル信号生成回路２と同期信号発生回路８とを切り替える。同期信号発生回路８が生成するデジタル信号のデータ列は一般に自己相関性が高いデータ列を使用する。

なお、同期信号発生回路８が発生する同期信号は、情報デジタル信号とパイロット信号の二つのデータ列の同じ場所にあればよいので、同期信号とデータ列を切り替えなくても、予め情報デジタル信号生成回路１が発生するデータ列及びパイロットデジタル信号生成回路２が発生するデータ列の同じ場所に挿入してもよい。

これにより、送信機と受信機とは、共有する自己相関性の強いデータ列を用いて、お互いの同期を容易に取ることができる。回転偏波を用いる通信においては、回転偏波の位相を精密に制御することで、左回転の回転偏波と右回転の回転偏波の直交性の精度を高めることかでき、左回転の回転偏波と右回転の回転偏波とで独立性を向上できる。これによって、同時に多重送信する情報デジタル信号生成回路１が発生するデータの受信信号からの分離精度を向上でき、無線システムの通信品質向上を向上できる。

［実施例８］
本実施例では、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる他の無線機の動作を図９を用いて説明する。

図９は、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる無線機の構成例を示す図である。

本実施例の無線機３０１は、図１に示す送信機１０１及び受信機２０１における第一の送信アンテナ３１と第二の送信アンテナ３２と第一の受信アンテナ４１と第二の受信アンテナ４２とを、第一のサーキュレータ７０１及び第二のサーキュレータ７０２を用いて、第一の送受共用アンテナ１３１と第二の送受共用アンテナ１３２とに統合した。また、第一の送信ミキサ３４と第二の送信ミキサ３６と第一の受信ミキサ４４と第二の受信ミキサ４６とを、第一の高周波ミキサ１３４と第二の高周波ミキサ１３６とに統合した。さらに、送信搬送波周波数発生回路３５と受信搬送波周波数発生回路４５とを、搬送波周波数発生回路１３５に統合した。

第一のサーキュレータ７０１の第一端子には第一の高周波ミキサ１３４が結合され、第二のサーキュレータ７０２の第一端子には第二の高周波ミキサ１３６が結合される。第一の高周波ミキサ１３４及び第二の高周波ミキサ１３６には搬送波周波数発生回路１３５によって搬送波周波数のローカル信号が供給される。第一のサーキュレータ７０１の第二端子には第一の合成器１８の出力が結合され、第二のサーキュレータ７０２の第二端子には第二の合成器２８の出力が結合される。第一のサーキュレータ７０１の第三端子には第一の乗算回路５２及び第三の乗算回路５６が並列に接続され、第二のサーキュレータ７０２の第三端子には第二の乗算回路５３と第四の乗算回路５７が並列に接続される。サーキュレータは、端子１→端子２→端子３の順に信号を伝送する。

本実施例では、アンテナとアナログフロントエンド部（ミキサ、搬送波発生回路）とを送信機と受信機とで共有して、図１に示す送信機１０１及び受信機２０１の機能を実現できるので、無線機を小型化でき、消費電力を低減できる。

［実施例９］
本実施例では、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる他の無線機の動作を図１０を用いて説明する。

図１０は、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる無線機の他の構成例を示す図である。

本実施例の無線機３０２は、図８に示す無線機３０１と異なり、第一のサーキュレータ７０１及び第二のサーキュレータ７０２に代えて、ベースバンド回路７９によって制御される第一の高周波スイッチ７０３及び第二の高周波スイッチ７０４を有する。

本実施例では、図８の実施例とは異なり、無線機は送信と受信とを同時に行うことはできないが、磁気回路を構成要素とする大型で重くかつ高価なサーキュレータを用いることなく、小型で軽量でかつ安価な半導体デバイスによる高周波スイッチで送受信の時分割動作が可能となる。よって、無線機を小型化かつ軽量化でき、コストを低減できる。

［実施例１０］
本実施例では、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる他の無線機の動作を図１１を用いて説明する。

図１１は、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる無線機の他の構成例を示す図である。

本実施例の無線機３０３は、図１０に示す無線機３０２と異なり、受信信号処理回路４９が受信信号から得られるデータ列を、データバス７６を介して受信特性デジタル信号出力回路７８に供給し、デジタル信号切替スイッチ７７でパイロットデジタル信号生成回路２の出力と受信特性デジタル信号出力回路７８の出力とを切り替える。

本実施例において、送信側の無線機３０３は、まずデジタル信号切替スイッチ７７をパイロットデジタル信号生成回路２側に切り替えて、パイロットデジタル信号生成回路２から出力されるパイロット信号を回転偏波を用いて送信する。受信側の無線機３０３も同様な動作を行う。

送信側及び受信側の無線機３０３は、受信信号からパイロットデジタル信号を復元する際に、両無線機３０３間に形成されている伝播路の情報を得ることができる。この伝搬路の情報は、両無線機３０３で共通しており、異なる位置関係の他の無線機３０３には未知である。

続いて、送信側及び受信側の無線機３０３では、受信信号処理回路４９が、得られた伝播路に関する情報から無線機間で共有している予め定められた手順に従って、新たなデジタル信号を生成する。生成されたデジタル信号は、データバス７６を介して受信特性デジタル信号出力回路７８に蓄積される。

続いて、デジタル信号切替スイッチ７７を受信特性デジタル信号出力回路７８側に切り替えて、パイロットデジタル信号生成回路２から出力されるパイロット信号の代わりに、受信特性デジタル信号出力回路７８の出力を回転偏波を用いて送信する。このデジタル信号は、通信中の両無線機３０３のみが知ることができ、両無線機３０３は高い通信セキュリティで情報デジタル信号生成回路１の情報を相手方に伝送できる。

本実施例では、情報信号伝送時のセキュリティを向上でき、無線システムの無線情報伝送の解析を困難にできる。

［実施例１１］
本実施例では、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる他の無線機の動作を図１２を用いて説明する。

図１２は、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる無線機の他の構成例を示す図である。

本実施例の無線機３０４は、図１１に示す無線機３０３と異なり、デジタル信号切替スイッチ７５が、情報デジタル信号生成回路１の出力とパイロットデジタル信号生成回路２の出力とを切り替えて、第一のシリアル・パラレル２系統変換器３に供給し、受信特性デジタル信号出力回路７８の出力が常に第二のシリアル・パラレル２系統変換器４に供給されている。

本実施例では、通信中の両無線機３０４でパイロットデジタル信号生成回路２の出力信号と受信特性デジタル信号出力回路７８の出力信号とを同時に送信できるので、この二つの受信結果を比較することによって、両無線機３０４を取り囲む無線環境の変動を計測できる。すなわち、パイロットデジタル信号生成回路２の出力と受信特性デジタル信号出力回路７８の出力を同時に受信して、パイロットデジタル信号生成回路２の出力と受信特性デジタル信号出力回路７８の出力の受信信号からの復元結果が異なる場合は、両無線機３０４を取り囲む無線環境の変動が生じていることを示し、この変動が大きい場合は、受信特性デジタル信号出力回路７８の出力を用いた情報デジタル信号生成回路１の出力の復元精度が低下する可能性がある。このような場合に、情報信号の無線伝送を一時的に中止し、無線通信の復元性を維持できる。一般に、無線機を取り囲む無線環境が大きく変動する場合は、自然的又は人為的な非定常的現象の発生が想定され、このような非定常現象の発生中の重要なデータの伝送は潜在的にリスクが大きいと考えられる。

本実施例では、データ伝送時の周囲環境を確認しながら無線通信を行うことが可能となり、情報信号伝送時のセキュリティを向上できる。

［実施例１２］
本実施例では、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる無線機の適用例を図１３を用いて説明する。

図１３は、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムを適用した昇降機監視・制御システムの構成例を示す図である。

本実施例の昇降機監視・制御システム１１００では、昇降機が設置される建物１１０１の内部を複数の昇降カゴ１１１１が昇降する。建物１１０１の内部の床部及び天井部には回転偏波による送信機能を有する２直交偏波一体アンテナ１１０２が設置され、該アンテナ１１０２は基地局回転偏波無線機１１０３と結合している。昇降カゴ１１１１の外部上面及び外部下面には２直交偏波一体アンテナ１１１２が設置され、高周波ケーブル１１１４を用いて無線端末機１１１３と結合している。基地局回転偏波無線機１１０３と無線端末機１１１３との通信は建物１１０１の内部を伝搬するので、電磁波は建物１１０１の内壁及び昇降カゴ１１１１の外壁で多重的に反射され、複数の無線端末機１１１３が送信する電磁波が基地局回転偏波無線機１１０３に到達する際の偏波は異なる。また、昇降カゴ１１１１は位置が変わるので、エレベータが停止する都度、無線端末機１１１３から基地局回転偏波無線機１１０３に到達する電磁波の偏波は変化する。

本実施例では、基地局回転偏波無線機１１０３と無線端末機１１１３との相対的位置が固定される時間内に、無線チャネル測定モードの処理及びデータ伝送モードの処理を実行することで、位置の予測が困難である昇降機システムにおいて、基地局回転偏波無線機１１０３と無線端末機１１１３との間で高い信頼性で無線通信を行うことができる。よって、有線接続手段を用いなくても、建物１１０１より遠隔で昇降カゴ１１１１の制御及び監視を行える。このため、ケーブル等の有線接続手段を必要とせず、より小さい建物体積で同一の輸送能力を実現でき、又は同一の建物体積で昇降機寸法を増大でき、輸送能力を向上できる。

［実施例１３］
本実施例では、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムに用いられる無線機の適用例を図１４を用いて説明する。

図１４は、本発明の回転偏波で送信機と受信機との間に形成される複数の伝播路を用いて通信容量を増大させる無線システムを適用した変電設備監視・制御システムの構成例を示す図である。

本実施例の変電設備監視・制御システム１２００は、複数の変電機１２０１を有し、各変電機１２０１には、無線端末機１２０３及び２直交偏波一体アンテナ１２０２が結合して設置されている。複数の変電機１２０１の近傍には、無線基地局１２１１が設置され、無線基地局１２１１には、本発明の回転偏波送受信を行う回転偏波無線機１２１３及び２直交偏波一体アンテナ１２１２が結合して設置されている。

変電機１２０１は数ｍの大きさであり、無線機が使用する数百ＭＨｚから数ＧＨｚの周波数の電磁波の波長に比べて大きいため、電磁波は複数の変電機１２０１により多重的に反射され、多重波干渉環境が形成されている。各変電機１２０１に設置される無線端末機１２０３からの送信波は、異なる偏波で無線基地局１２１１の回転偏波無線機１２１３に到達する。

本実施例では、回転偏波無線機１２１３と複数の無線端末機１２０３との間で高い信頼性で無線通信を行うことができ、有線接続手段を用いなくても、本発明の無線機による無線接続手段を用いて、遠隔で変電機１２０１の制御及び監視を行える。よって、ケーブル等の有線接続手段を用いる場合の高圧誘導電力の問題を解決でき、ケーブルの敷設コストを削除できる。このため、変電機１２０１の制御・監視システムの安全性を向上でき、コストを低減できる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。

また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に結合されていると考えてよい。

１…情報デジタル信号生成回路
２…パイロットデジタル信号生成回路
３…第一のシリアル・パラレル２系統変換器
４…第二のシリアル・パラレル２系統変換器
５…第一の固定パイロット信号発生器
６…第二の固定パイロット信号発生器
８…同期信号発生回路
９…送信ベースバンド回路
１１…第一の乗算器
１２…第二の乗算器
１３…第一の回転偏波周波数９０度移相器
１４…第一の回転偏波周波数２７０度移相器
１５…回転偏波周波数余弦波発生回路
１６…第三の乗算器
１７…第四の乗算器
１８…第一の合成器
２１…第五の乗算器
２２…第六の乗算器
２３…第二の回転偏波周波数９０度移相器
２４…第二の回転偏波周波数２７０度移相器
２５…回転偏波周波数正弦波発生回路
２６…第七の乗算器
２７…第八の乗算器
２８…第二の合成器
３１…第一の送信アンテナ
３２…第二の送信アンテナ
３３…第三の送信アンテナ
３４…第一の送信ミキサ
３５…送信搬送波周波数発生回路
３６…第二の送信ミキサ
３７…第三の送信ミキサ
４１…第一の受信アンテナ
４２…第二の受信アンテナ
４３…第三の受信アンテナ
４４…第一の受信ミキサ
４５…受信搬送波周波数発生回路
４６…第二の受信ミキサ
４７…第三の受信ミキサ
４９…受信信号処理回路
５１…回転偏波周波数余弦波発生回路
５２…第一の乗算回路
５３…第二の乗算回路
５４…第五の乗算回路
５５…回転偏波周波数正弦波発生回路
５６…第三の乗算回路
５７…第四の乗算回路
５８…第六の乗算回路
６１…第一の加算回路
６２…第二の加算回路
６３…第一の減算回路
６４…第二の減算回路
７１…第一の加算器
７２…第二の加算器
７３…第三の加算器
７５…デジタル信号切替スイッチ
７６…データバス
７７…デジタル信号切替スイッチ
７８…受信特性デジタル信号出力回路
７９…ベースバンド回路
８１…第四の加算器
８２…第五の加算器
８３…第六の加算器
９１…第七の加算器
９２…第八の加算器
９３…第九の加算器
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７…送信機
１１１…第十三の乗算器
１１６…第十四の乗算器
１２１…第十七の乗算器
１２６…第十八の乗算器
１３１…第一の送受共用アンテナ
１３２…第二の送受共用アンテナ
１３４…第一の高周波ミキサ
１３５…搬送波周波数発生回路
１３６…第二の高周波ミキサ
１６１…第一の加算器
１６２…第二の加算器
１６３…第三の加算器
１７１…第七の加算器
１７２…第八の加算器
１７３…第九の加算器
１８１…第十の加算器
１８２…第十一の加算器
１８３…第十二の加算器
１９１…第一の合成器
１９２…第二の合成器
１９３…第三の合成器
２０１、２０２、２０３…受信機
２１１…第十五の乗算器
２１６…第十六の乗算器
２２１…第十九の乗算器
２２６…第二十の乗算器
２６１…第一の加算器
２６２…第二の加算器
２６３…第三の加算器
２６４…第四の加算器
２６５…第五の加算器
２６６…第六の加算器
２８３…第一のシリアル・パラレル３系統変換器
２８４…第二のシリアル・パラレル３系統変換器
２９３…第一のシリアル・パラレル６系統変換器
２９４…第二のシリアル・パラレル６系統変換器
３０１、３０２、３０３、３０４…無線機
３１１…第二十一の乗算器
３１６…第二十二の乗算器
３１８…第一の回転偏波周波数２７０度移相器
３２１…第二十七の乗算器
３２６…第二十八の乗算器
４１１…第二十三の乗算器
４１６…第二十四の乗算器
４２１…第二十九の乗算器
４２６…第三十の乗算器
５１１…第二十五の乗算器
５１６…第二十六の乗算器
５２１…第三十一の乗算器
５２６…第三十二の乗算器
６０１…第一のパイロット信号データ切替器
６０２…第二のパイロット信号データ切替器
６０３…データシーケンス切替器
６０５…第一の固定パイロット信号発生器アレイ
６０６…第二の固定パイロット信号発生器アレイ
６０７…第一の切替スイッチ
６０８…第二の切替スイッチ
７０１…第一のサーキュレータ
７０２…第二のサーキュレータ
７０３…第一の高周波スイッチ
７０４…第二の高周波スイッチ
１１００…昇降機監視・制御システム
１１０１…建物
１１０２…２直交偏波一体アンテナ
１１０３…基地局回転偏波無線機
１１１１…昇降カゴ
１１１２…２直交偏波一体アンテナ
１１１３…無線端末機
１１１４…高周波ケーブル
１２００…変電設備監視・制御システム
１２０１…変電機
１２０２…２直交偏波一体アンテナ
１２０３…無線端末機
１２１１…無線基地局
１２１２…２直交偏波一体アンテナ
１２１３…回転偏波無線機

Claims (13)

1. 無線システムであって、
   情報データを送信する送信機と、前記送信機から送信された情報データを受信する受信機とを備え、
   前記送信機及び前記受信機の各々は、互いに偏波面が平行関係にない複数のアンテナを有し、
   前記送信機は、
   １系列のシリアル情報データを２系列のパラレルデータに変換し、
   前記変換されたパラレルデータを直交変調し、
   互いに回転方向が異なる回転偏波を用いて、前記直交変調された２系列のパラレルデータを前記複数のアンテナから同時に送信することを特徴とする無線システム。
2. 無線システムであって、
   情報データを送信する送信機と、前記送信機から送信された情報データを受信する受信機とを備え、
   前記送信機及び前記受信機の各々は、互いに偏波面が平行関係にない複数のアンテナを有し、
   前記送信機は、
   １系列のシリアル情報データを３系列のパラレルデータに変換し、
   前記変換されたパラレルデータを直交変調し、
   互いに伝播方向が平行の関係にない三つの回転偏波を用いて、前記直交変調された３系列のパラレルデータを前記複数のアンテナから同時に送信することを特徴とする無線システム。
3. 無線システムであって、
   情報データを送信する送信機と、前記送信機から送信された情報データを受信する受信機とを備え、
   前記送信機及び前記受信機の各々は、互いに偏波面が平行関係にない複数のアンテナを有し、
   前記送信機は、
   １系列のシリアル情報データを６系列のパラレルデータに変換し、
   前記変換されたパラレルデータを直交変調し、
   互いに伝播方向が平行の関係にない三つの左回転の回転偏波と互いに伝播方向が平行の関係にない三つの右回転の回転偏波とを用いて、前記直交変調された６系列のパラレルデータを前記複数のアンテナから同時に送信することを特徴とする無線システム。
4. 無線システムであって、
   情報データを送信する送信機と、前記送信機から送信された情報データを受信する受信機とを備え、
   前記送信機及び前記受信機の各々は、互いに偏波面が平行関係にない複数のアンテナを有し、
   前記送信機は、
   １系列のシリアル情報データを複数系列のパラレルデータに変換し、
   偏波回転の周波数と同一の周波数の余弦波及び正弦波を用いて、前記変換されたパラレルデータを直交変調し、
   伝播方向が平行の関係にない又は回転方向が異なる２以上の回転偏波を用いて、前記直交変調された複数系列のパラレルデータを前記複数のアンテナから同時に送信することを特徴とする無線システム。
5. 無線システムであって、
   情報データを送信する送信機と、前記送信機から送信された情報データを受信する受信機とを備え、
   前記送信機及び前記受信機の各々は、互いに偏波面が平行関係にない複数のアンテナを有し、
   前記送信機及び前記受信機は、パイロットデータの内容を予め共有しており、
   前記送信機は、
   １系列のシリアル情報データを複数系列のパラレルデータに変換し、
   前記変換されたパラレルデータと前記パイロットデータを直交変調し、
   伝播方向が平行の関係にない又は回転方向が異なる２以上の回転偏波を用いて、前記直交変調された複数系列のパラレルデータと前記パイロットデータとを前記複数のアンテナから同時に送信し、
   前記受信機は、
   受信した信号を直交復調して、パラレルデータとパイロットデータを分離及び復元し、
   前記復元されたパイロットデータの情報を用いて、前記複数系列のパラレルデータを各系列のデータに分離し、
   前記１系列のシリアル情報データを復元することを特徴とする無線システム。
6. 無線システムであって、
   情報データを送信する送信機と、前記送信機から送信された情報データを受信する受信機とを備え、
   前記送信機及び前記受信機の各々は、互いに偏波面が平行関係にない複数のアンテナを有し、
   前記送信機及び前記受信機は、パイロットデータの内容を予め共有しており、
   前記送信機は、
   １系列のシリアル情報データを複数系列のパラレルデータに変換し、
   前記変換されたパラレルデータと前記パイロットデータを直交変調し、
   互いに伝播方向が平行の関係にない三つの左回転の回転偏波と互いに伝播方向が平行の関係にない三つの右回転の回転偏波とを用いて、前記直交変調された６系列のパラレルデータと前記パイロットデータとを前記複数のアンテナから同時に送信し、
   前記受信機は、
   受信した直交する三つの伝播方向の左回転の回転偏波及び三つの伝播方向の右回転の回転偏波の信号を直交復調して、パラレルデータとパイロットデータを分離及び復元し、
   前記復元されたパイロットデータの情報を用いて、前記複数系列のパラレルデータを各系列のデータに分離し、
   前記１系列のシリアル情報データを復元することを特徴とする無線システム。
7. 請求項５に記載の無線システムであって、
   前記送信機は、前記受信機の機能を有する送受信機であることを特徴とする無線システム。
8. 無線システムであって、
   情報データを送信する送信機と、前記送信機から送信された情報データを受信する受信機とを備え、
   前記送信機及び前記受信機の各々は、互いに偏波面が平行関係にない複数のアンテナを有し、
   前記送信機は、前記受信機の機能を有する送受信機であり、
   前記送信機及び前記受信機がパイロットデータの内容を予め共有しており、
   前記送信機は、
   １系列のシリアル情報データを複数系列のパラレルデータに変換し、
   前記変換されたパラレルデータと前記パイロットデータを直交変調し、
   伝播方向が平行の関係にない又は回転方向が異なる２以上の回転偏波を用いて、前記直交変調された複数系列のパラレルデータを前記複数のアンテナから同時に送信し、
   対向する送信機から受信した信号を用いて前記パイロットデータを作成することを特徴とする無線システム。
9. 無線システムであって、
   情報データを送信する送信機と、前記送信機から送信された情報データを受信する受信機とを備え、
   前記送信機及び前記受信機の各々は、互いに偏波面が平行関係にない複数のアンテナを有し、
   前記送信機は、
   １系列のシリアル情報データを複数系列のパラレルデータに変換し、
   前記変換されたパラレルデータとパイロットデータを直交変調し、
   伝播方向が平行の関係にない又は回転方向が異なる２以上の回転偏波を用いて、前記直交変調された複数系列のパラレルデータを前記複数のアンテナから同時に送信し、
   自己相関性が強いシリアル情報データを含む同期信号データを、前記パラレルデータ及びパイロットデータと切り替えて送信する機能を有することを特徴とする無線システム。
10. 請求項１から９のいずれか一つに記載の無線システムを用いる昇降機監視・制御システム。
11. 請求項１から９のいずれか一つに記載の無線システムを用いる変電設備監視・制御システム。
12. 送信機と受信機との間で情報データ伝送する無線通信方法であって、
    前記送信機及び前記受信機の各々は、互いに偏波面が平行関係にない複数のアンテナを有し、
    前記送信機及び前記受信機は、パイロットデータの内容を予め共有しており、
    前記無線通信方法は、
    前記送信機が、１系列のシリアル情報データを複数系列のパラレルデータに変換し、
    前記送信機が、前記変換されたパラレルデータと前記パイロットデータを直交変調し、
    前記送信機が、伝播方向が平行の関係にない又は回転方向が異なる２以上の回転偏波を用いて、前記直交変調された複数系列のパラレルデータと前記パイロットデータとを前記複数のアンテナから同時に送信し、
    前記受信機が、受信した信号を直交復調して、パラレルデータとパイロットデータを分離及び復元し、前記復元されたパイロットデータの情報を用いて、前記複数系列のパラレルデータを各系列のデータに分離し、前記１系列のシリアル情報データを復元することを特徴とする無線通信方法。
13. 送信機と受信機との間で情報データ伝送する無線通信方法であって、
    前記送信機及び前記受信機の各々は、互いに偏波面が平行関係にない複数のアンテナを有し、
    前記無線通信方法は、
    前記送信機が、１系列のシリアル情報データを複数系列のパラレルデータに変換し、
    前記送信機が、前記変換されたパラレルデータとパイロットデータを直交変調し、
    前記送信機が、伝播方向が平行の関係にない又は回転方向が異なる２以上の回転偏波を用いて、前記直交変調された複数系列のパラレルデータと前記パイロットデータとを前記複数のアンテナから同時に送信し、
    前記送信機が、自己相関性が強いシリアル情報データからなる同期信号データを、前記パラレルデータ及びパイロットデータと切り替えて送信することを特徴とする無線通信方法。

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