JP6952536B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の回転偏波を用いて情報を伝送する無線通信システムに関する。

無線通信においては、伝送路が開放空間であり伝送媒体が電磁波である為に、開放空間では異なる周波数の分だけ独立した無線通信システムが稼働可能となる。

従って、有限の周波数資源を有効活用することが重要である。

ここで、無線通信システムにおいては、情報の高信頼性及び高セキュアが要求される。

近年、偏波が伝搬周波数より遅い周波数で回転する回転偏波といわれる新しい電磁波を用いて、偏波を制御することにより情報を高信頼・高セキュアに伝送するシステムが、特許文献１、特許文献２、特許文献３にて提案されている。

ＷＯ２０１２／１２０６５７号公報 ＷＯ２０１５／０５６３５３号公報 ＷＯ２０１４／１５５４７０号公報

ところで、無線通信システムの社会への浸透が深まるにつれ、無線通信システムの使用者が増加し、無線通信システムが伝送すべき情報量は増加の一途をたどっている。

係る状況において、無線通信システムの情報伝送量を増大させる技術が必要となる。

しかしながら、上記特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載の技術は、回転偏波を用いて、情報を高信頼・高セキュアに無線伝送する手段を提案するものであり、回転偏波を用いた通信システムにおいて、情報伝送量を増大させる技術については、開示されていない。

このため、回転偏波を用いた通信において、情報伝送量を増加させて通信を行うことができる技術が要求される。

本発明の目的は、回転偏波を用いた通信において、情報伝送量を増加させて通信を行うことが可能な無線通信システムを実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。

無線通信システムにおいて、複数の回転偏波を発生する回転偏波発生部と、複数の情報信号を発生する情報信号発生部と、上記回転偏波と上記情報信号とを乗算し、発信信号として発信する発信部と、上記複数の情報信号の一つを上記複数の回転偏波のうちの一つの回転偏波に乗算して発信する無線チャンネル取得状態か、上記複数の情報信号を上記複数の回転偏波に乗算して発信する通常送信状態かを切り替える状態切替えスイッチと、を有する送信機と、上記送信機からの上記発信信号を受信する受信部と、この受信部に受信された信号を重み付する重み付け回路部と、この重み付け回路部により重み付けされた信号を上記送信機から送信された上記情報信号に再生する受信ベースバンド部と、を有する受信機と、を備える。

回転偏波を用いた通信において、情報伝送量を増加させて通信を行うことが可能な無線通信システムを実現するこができる。

本発明の実施例１における複数の回転偏波を用い伝送容量を増加させる無線通信システムの構成図である。 本発明の実施例２による無線通信システムにおける送信機の構成図である。 本発明の実施例３による無線通信システムにおける送信機の構成図である。 偏波角度識別符号を説明する図である。 本発明の実施例４による無線通信システムにおける送信機の構成図である。 偏波回転周期巡回符号の説明図である。 本発明の実施例５による無線通信システムにおける送信機の構成図である。 本発明の実施例６による無線通信システムにおける送信機の構成図である。 本発明の実施例７による無線通信システムにおける送信機の構成図である。 本発明の実施例８による無線通信システムにおける送信機の構成図である。 本発明の実施例９による無線通信システムにおける送信機の構成図である。 本発明の実施例９における動作を説明する図である。 本発明の実施例１０による無線通信システムにおける送信機の構成図である。 本発明の実施例１０における動作を説明する図である。 本発明の実施例１１による回転偏波を用いて送受信機間に形成される伝搬路を選択して情報を伝送する無線通信システムを適用した昇降機システムの概略構成図である。 本発明の実施例１２による回転偏波を用いて送受信機間に形成される伝搬路を選択して情報を伝送する無線通信システムを適用した変電設備監視システムの概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

（実施例１）
本実施例１では、本発明の複数の回転偏波を用い伝送容量を増加させる無線通信システムの構成の例について図１を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例１における複数の回転偏波を用い伝送容量を増加させる無線通信システムの構成の例を示す図である。

図１において、無線通信システム１００は、送信機１０１と受信機２０１とを備える。送信機１０１は空間的に直交する第一の送信アンテナ３１と、この第一の送信アンテナ３１と空間的に直交する第二の送信アンテナ３２とを備え、回転偏波周波数余弦波発生器２の出力が分岐され、分岐された一方の出力は複数の余弦系乗算器８の第一の余弦系乗算器８_１に入力される。

また、回転偏波周波数余弦波発生器２の出力から分岐された他の一方は、余弦系スイッチ４を介して複数の余弦系遅延回路６の従属接続（複数の余弦系遅延回路６の直列接続６_１〜６_ｍ）に入力される。

回転偏波周波数正弦波発生器３の出力が分岐され、分岐された一方の出力は、複数の正弦系乗算器９の第一の正弦系乗算器９_１に入力される。

また、回転偏波周波数正弦波発生器３の出力から分岐された他方の出力は、正弦系スイッチ５を介し正弦系遅延回路７の従属接続（複数の正弦系遅延回路７の直列接続７_１〜７_ｍ）に入力される。

上記遅延回路６_１〜６_ｎ、及び７_１〜７_ｎにより、互いに初期位相が異なり、周波数及び回転方向が同一の複数の回転偏波が形成される。

送信ベースバンド回路１０の中に構成される複数の情報信号発生器１のうち第一の発生機器１_１の出力が二分岐され、第一の分岐が第一の余弦系乗算器８_１に入力され、第一の発生機器１_１の出力の第二の分岐は第一の正弦系乗算器９_１に入力される。

余弦系スイッチ４の出力は余弦系遅延回路６_１、６_２・・・を経過するたびに分岐され、分岐された一方は、次の余弦系遅延回路の入力となり他方は複数の余弦系乗算器８_２、・・・、８_ｍの一方の入力となる。余弦系遅延回路６_ｍの出力は分岐されず、余弦系乗算器８_ｎの一方の入力となる。

余弦系乗算器８_２、・・・、８_ｍの他方の入力は、複数の情報信号発生器１_２〜１_ｎのうちの一つの出力を分岐した第一の分岐出力である。情報信号発生器１_１〜１_ｎから発生される複数の情報信号は、互いに異なる遅延が施されている。

正弦系スイッチ５の出力は正弦系遅延回路７_１、７_２・・・を経過するたびに分岐され、分岐された一方は、次の正弦系遅延回路の入力となり他方は複数の正弦系乗算器９_２、・・・、９_ｍの一方の入力となる。正弦系遅延回路７_ｍの出力は分岐されず、正弦系乗算器９_ｎの一方の入力となる。

正弦系乗算器９_２、・・・、９_ｍの他方の入力は、複数の情報信号発生器１_２〜１_ｎのうちの一つの出力を分岐した第二の分岐出力である。

複数の余弦系乗算器８_１、・・・、８_ｎの乗算出力は余弦系合成回路１２で全て合成され、余弦系搬送波乗算器１４により搬送波発生器１１の出力が重畳されて第一の送信アンテナ３１から空間に放射される。

複数の正弦系乗算器９_１、・・・、９_ｎの乗算出力は正弦系合成回路１３で全て合成され、余弦系搬送波乗算器１５により搬送波発生器１１の出力が重畳されて第二の送信アンテナ３２から空間に放射される。

受信機２０１は、第一の受信アンテナ４１と、この第一の受信アンテナ４１と空間的に直交する第二の受信アンテナ４２とを備え、第一の受信アンテナ４１の出力は、余弦系局発乗算器２４により局部発振器２６の出力と掛け合わされて回転偏波の偏波回転周波数帯にダウンコンバートされる。このダウンコンバートされた出力は、複数に分岐され、複数の余弦重み回路２２_１〜２２_ｎのそれぞれに供給され、互いに異なる位相角の余弦値で各々重みづけされる。

第二の受信アンテナ４２の出力は、正弦系局発乗算器２５により局部発振器２６の出力と掛け合わされて回転偏波の偏波回転周波数帯にダウンコンバートされる。このダウンコンバートされた出力は、複数に分岐され、複数の正弦重み回路２３_１〜２３_ｎのそれぞれに供給され、互いに異なる位相角の正弦値で各々重みづけされる。

余弦重み回路２２_１〜２２_ｎの出力と正弦重み回路２３_１〜２３_ｎの出力のうち、同一の位相角を有する出力は、受信合成回路２１_１〜２１_ｎにより合成され受信ベースバンド回路（受信ベースバンド回路部）２０へ各々入力される。

本発明の実施例１による無線通信システムでは、先ず送信機１０１は、送信ベースバンド回路１０の制御により、余弦系スイッチ４と正弦系スイッチ５とがオフにされ、複数の情報信号発生器１のうち第一の情報信号発生器１_１の出力のみが第一の余弦系乗算器８_１、第一の正弦系乗算器９_１、余弦系合成回路１２、正弦系合成回路１３、余弦系搬送波乗算器１４、正弦系乗算器１５、第一の送信アンテナ３１、及び第二の送信アンテナ３２を介して回転偏波で送信する。

受信機２０１は、空間的に直交する二つのアンテナ４１、４２の受信出力を分岐して、余弦系局発乗算器２４、正弦系局発乗算器２５、余弦重み回路２２_１〜２２_ｎ、正弦重み回路２３_１〜２３_ｎ、および受信合成回路２１_１〜２１_ｎで直交する二つのアンテナ４１、４２の出力を重み付け合成する。そして、受信機２０１が複数の偏波で到来信号を受信した場合の出力を生成して受信ベースバンド回路２０に入力する。

送信機１０１は、回転偏波を用いて信号を送信するので、異なる時刻で異なる偏波を用いて信号を送信する。受信ベースバンド回路２０は、受信機２０１が異なる偏波で受信した信号に等価な複数の信号を用いて、それらを時間軸上で送信機１０１が用いる偏波に相当する時刻で検出することにより、送信機１０１と受信機２０１が異なる偏波で通信を行った場合の送信機１０１と受信機２０１との間における無線伝送品質（無線伝搬特性）を知ることが出来る。

即ち、送信機１０１と受信機２０１とが異なる偏波で無線通信を行う場合の無線チャネルを得ることが出来る。この無線チャネルを用いることにより、送信機１０１が、スイッチ４及びスイッチ５をオンとして、異なる偏波で同時刻に異なる信号を送信した場合に、受信機２０１は送信された異なる信号を分離して、受信ベースバンド回路２０により、送信機１０１から送信された情報信号を再生することができる。送信機１０１が異なる偏波で同時刻に異なる信号を送信する操作は、異なる偏波回転の初期位相が異なる複数の回転偏波を用いて、複数の回転偏波の夫々に異なる信号を重畳させて、これら複数の異なる回転偏波を同時に送信アンテナ３１、３２から放射することで実現可能である。

このように、受信機２０１が電気的に実現した複数の偏波による受信信号の偏波回転の一周期内の異なる時刻の各受信信号により、送信機１０１と受信機２０１が用いた偏波の全ての組合せに対する無線伝搬特性を得ることが出来る。

無線伝搬特性が得られたら、送信機１０１は異なる信号を初期偏波回転位相が異なる複数の回転偏波を用いて同時に複数の偏波で異なる信号を伝搬することができ、受信機２０１が異なる偏波で得られた信号と既に得られている送受信機１０１、２０１の用いる各偏波に対する無線伝搬特性を用いて送信機１０１が同時に送信した異なる信号を分離・再生することが可能となり、異なる信号の数だけ伝送容量を拡大することが出来る。

送受信機１０１、２０１以外の外部機器に対しては送信機１０１が送信する複数の信号が混合された状態で到来し、送受信機１０１、２０１が得る無線伝搬特性は、送受信機１０１、２０１の絶対位置に依存するために外部機器はこの無線特性を得ることは不可能であり、混合された信号を分離することはできず、結果として外部者に対する情報の秘匿伝送の効果が得られる。

以上のように、本発明の実施例１によれば、複数の互いに異なる信号を、異なる回転偏波を用いて同時に伝送可能であるので、回転偏波を用いる無線通信の情報伝送量を増大させることができ、回転偏波を用いた通信において、情報伝送量を増加させて通信を行うことが可能であり、かつ、伝送する情報の秘匿性を向上可能な無線通信システムを実現することができる。

ここで、回転偏波周波数余弦波発生器２、回転偏波周波数正弦波発生器３、余弦系スイッチ４、正弦系スイッチ５、余弦系遅延回路６_１〜６_ｎ、及び正弦系遅延回路７の直列接続７_１〜７_ｎにより、回転偏波発生部が構成される。

また、余弦系スイッチ４及び正弦系スイッチ５は、複数の情報信号の一つを複数の回転偏波のうちの一つの回転偏波に乗算して発信する無線チャンネル取得状態か、上記複数の情報信号を上記複数の回転偏波に乗算して発信する通常送信状態かを切り替える状態切替えスイッチとして構成されている。

また、送信ベースバンド回路１０は、情報信号発生部（実施例１の場合は、情報信号発生器１_１〜１_ｎ）を備えている。

また、余弦系乗算器８_１〜８_ｎ、複数の正弦系乗算器９_１〜９_ｎ、搬送波発生器１１、余弦系合成回路１２、正弦系合成回路１３、余弦系搬送波乗算器１４、正弦系乗算器１５、第一の送信アンテナ３１、及び第二の送信アンテナ３２により発信部が構成される。

また、余弦系局発乗算器２４、正弦系局発乗算器２５、局部発振器２６、第一の受信アンテナ４１、及び第二の受信アンテナ４２により受信部が構成され、余弦重み回路２２_１〜２２_ｎ、正弦重み回路２３_１〜２３_ｎ、及び受信合成回路２１_１〜２１_ｎにより重み付回路部が構成される。

（実施例２）
次に、本発明の実施例２による無線通信システムについて説明する。

図２は、本発明の実施例２による無線通信システムにおける送信機１０２の構成図である。本発明の実施例２も、実施例１と同様に、複数の回転偏波を用い伝送容量を増加させる無線通信システムの送信機の例である。

図１に示した送信機１０１と図２に示した送信機１０２との相違点は、図２の例においては、図１の例における複数の余弦系遅延回路６の直列接続６_１〜６_ｍに代えて、並列に接続された複数の送信余弦重み回路５８_１〜５８_Ｎが配置され、図１の例における複数の正弦系遅延回路７の直列接続７_１〜７_ｍに代えて、並列に接続された複数の送信正弦重み回路５９_１〜５９_Ｎが配置されている点である。実施例２においては、受信機は、図１に示した受信機２０１と同等の構成となるので、図示及び詳細な説明は省略する。

図２において、送信機１０２は、空間的に直交する第一の送信アンテナ３１とこの第一の送信アンテナ３１と空間的に直交する第二の送信アンテナ３２と備える。回転偏波周波数余弦波発生器２の出力は分岐され、一方の出力は、複数の余弦系乗算器８の第一の余弦系乗算器８_１に一つの入力として入力され、回転偏波周波数余弦波発生器２の他方の出力は余弦系スイッチ４を介し、複数の送信余弦重み回路５８_１〜５８_Ｎに並列に入力される。

複数の送信余弦重み回路５８_１〜５８_Ｎの夫々の出力は、複数の余弦乗算器８_２〜８_ｎの一つの入力となり、余弦系乗算器８_１〜８_ｎの他の入力は複数の情報信号発生器１_１〜１_ｎのうちの一つの出力を分岐した第一の分岐である。

回転偏波周波数正弦波発生器３の出力は分岐され、一方の出力は、複数の正弦系乗算器９の第一の正弦系乗算器９_１に一つの入力として入力され、回転偏波周波数正弦波発生器３の他方の出力は正弦系スイッチ５を介し、複数の送信正弦重み回路５９_１〜５９_Ｎに並列に入力される。

複数の正信余弦重み回路５９_１〜５９_Ｎの夫々の出力は、複数の正弦乗算器９_２〜９_ｎの一つの入力となり、正弦系乗算器９_１〜９_ｎの他の入力は複数の情報信号発生器１_１〜１_ｎのうちの一つの出力を分岐した第二の分岐である。

送信余弦重み回路５８_１〜５８_Ｎと送信正弦重み回路５９_１〜５９_Ｎは同一の位相角を持つペアが過不足なく存在し、複数の余弦系乗算器８_１〜８_ｎの乗算出力は余弦系合成回路１２で全て合成され、余弦系搬送波乗算器１４により搬送波発生器１１の出力が重畳されて第一の送信アンテナ３１から空間に放射される。

複数の正弦系乗算器９_１〜９_ｎの乗算出力は正弦系合成回路１３で全て合成され、余弦系搬送波乗算器１５により搬送波発生器１１の出力が重畳されて第二の送信アンテナ３２から空間に放射される。

本実施例２においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

実施例２においては、図１の実施例の回転偏波送信機１０１と同様の動作を、遅延回路を用いることなく実行している。遅延回路は、送信正弦重み回路や送信正弦重み回路と比較して高価であり、大型であるので、実施例２は実施例１と比較して、安価で小型化することができる。ただし、送信正弦重み回路や送信正弦重み回路は、遅延回路と比較して制御が複雑となる。

（実施例３）
次に、本発明の実施例３による無線通信システムについて説明する。

図３は、本発明の実施例３による無線通信システムにおける送信機１０３の構成図であり、図４は、偏波角度識別符号を説明する図である。本発明の実施例３も、実施例１と同様に、複数の回転偏波を用い伝送容量を増加させる無線通信システムの送信機の例である。

図１に示した送信機１０１と図３に示した送信機１０３との相違点は、図３の例においては、図１の例に、第二の送信余弦乗算器１６、偏波角度識別符号発生器１８、第二の送信正弦乗算器１７、及び偏波角度識別符号発生器１９が追加されている点である。他の構成は、図１の例と同等となっている。

実施例３においては、受信機は、図１に示した受信機２０１と同等の構成となるので、図示及び詳細な説明は省略する。

図３において、回転偏波周波数余弦波発生器２および回転偏波周波数正弦波発生器３の出力に、夫々第二の送信余弦系乗算器１６および第二の送信正弦系乗算器１７を介し、同一の偏波角度識別符号発生器１８および１９の出力を重畳させている。偏波角度識別符号発生器１８および１９が生成する符号は、図４に示すように、偏波回転の一周期を等分割し、分割後の各領域に互いに弱い相互相関特性を持つ強い自己相関特性を持つ偏波角度識別符号ＣＰを当てはめた構成をしている。

本実施例３によれば、送信機１０３は偏波回転の初期位相が異なる複数の回転偏波を用いて異なる情報信号を伝送するために、同一の時刻に複数の偏波で送信された異なる信号は偏波角度識別信号の異なる部分符号により拡散されるので、受信機は同部分符号を用いて異なる信号を分離可能となる。

よって、本実施例３によれば、実施例１と同様な効果が得られる他、送信機１０３が同時に異なる偏波用いて送信した異なる信号を分離する精度が向上するので、異なる信号の受信機における干渉が低減できるので、無線通信の伝送容量を増加させた際の通信品質を向上させる効果がある。

（実施例４）
次に、本発明の実施例４による無線通信システムについて説明する。

図５は、本発明の実施例４による無線通信システムにおける送信機１０４の構成図であり、図６は、偏波回転周期巡回符号の説明図である。本発明の実施例４も、実施例１と同様に、複数の回転偏波を用い伝送容量を増加させる無線通信システムの送信機の例である。

図１に示した送信機１０１と図５に示した送信機１０４との相違点は、図５の例においては、図１の例に、第二の送信余弦乗算器１６、偏波回転周期巡回符号発生器３８、第二の送信正弦乗算器１７、及び偏波回転周期巡回符号発生器３９が追加されている点である。他の構成は、図１の例と同等となっている。

実施例４においては、受信機は、図１に示した受信機２０１と同等の構成となるので、図示及び詳細な説明は省略する。

図５において、回転偏波周波数余弦波発生器２および回転偏波周波数正弦波発生器３の出力に、夫々第二の送信余弦系乗算器１６および第二の送信正弦系乗算器１７を介し、同一の偏波回転周期巡回符号発生器３８および３９の出力を重畳させている。図６に示すように、偏波回転周期巡回符号発生器３８、３９が生成する符号ＣＣは、偏波回転の周期と同一の符号周期を有し自己相関特性が強いものを使用する。

本実施例４によれば、送信機１０４は偏波回転の初期位相が異なる複数の回転偏波を用いて異なる情報信号を伝送するために、同一の時刻に複数の偏波で送信された異なる信号は偏波角度識別信号の初期位相が異なる巡回符号により拡散されるので、受信機は同巡回符号を用いて異なる信号を分離可能となる。

よって、本実施例４によれば、実施例１と同様な効果が得られる他、送信機１０４が同時に異なる偏波を用いて送信した異なる信号を分離する精度が向上するので、異なる信号の受信機における干渉が低減できる、無線通信の伝送容量を増加させた際の通信品質を向上させる効果がある。

（実施例５）
次に、本発明の実施例５による無線通信システムについて説明する。

図７は、本発明の実施例５による無線通信システムにおける送信機１０５の構成図である。本発明の実施例５も、実施例１と同様に、複数の回転偏波を用い伝送容量を増加させる無線通信システムの送信機の例である。

図１に示した送信機１０１と図７に示した送信機１０５との相違点は、図７の例においては、図１の例に、同期符号発生回路５１_１〜５１_ｎ、切り替え回路５２_１〜５２_ｎが追加されている点である。他の構成は、図１の例と同等となっている。

実施例５において、受信機は、図１に示した受信機２０１と同等の構成となるので、図示及び詳細な説明は省略する。

図７において、送信ベースバンド回路１０は、複数の切替え回路５２_１〜５２_ｎを用いて、送信する信号を情報信号発生器１_１〜１_ｎからの情報信号と同期符号発生回路５１_１〜５１_ｎからの同期符号とを切替える。同期部号は自己相関特性の極めて強いものを使用する。

本実施例５によれば、実施例１と同等な効果が得られる他、受信機は同期符号を用いて送信機１０５の送信タイミングとの同期を取ることが可能となるので、無線通信における通信品質向上に効果があるのみならず送信機１０５が送信した互いに異なる信号の分離精度を向上させることができという効果が得られる。
（実施例６）
次に、本発明の実施例６による無線通信システムについて説明する。

図８は、本発明の実施例６による無線通信システムにおける送信機１０６の構成図である。本発明の実施例６も、実施例１と同様に、複数の回転偏波を用い伝送容量を増加させる無線通信システムの送信機の例である。

図１に示した送信機１０１と図８に示した送信機１０５との相違点は、図８の例においては、図１の例に、第二の送信余弦系乗算器３６、第二の送信正弦系乗算器３７、偏波回転周期巡回符号発生器３８、３９、同期符号発生回路５０、５１、第二の余弦系スイッチ５６、及び第二の正弦系スイッチ５７が追加されている点である。他の構成は、図１の例と同等となっている。

実施例６において、受信機は、図１に示した受信機２０１と同等の構成となるので、図示及び詳細な説明は省略する。

図８において、偏波回転周期巡回符号発生器３８および３９に同一の同期符号発生回路５０および５１が第二の余弦系スイッチ５６と第二の正弦系スイッチ５７を介し結合し、送信ベースバンド回路１０によって偏波回転周期巡回符号発生器３８、３９と同期符号発生回路５０、５１の出力が切り替わることである。

本実施例６によれば、実施例１と同等の効果が得られる他、送信機１０６は巡回符号を用いて異なる信号を同時に送信した際の受信機の信号の識別精度を向上でき、同期符号を用いて受信機との同期精度を向上させることにより、更なる、信号の識別精度を向上することができるという効果がある。
（実施例７）
次に、本発明の実施例７による無線通信システムについて説明する。

図９は、本発明の実施例７による無線通信システムにおける送信機１０７の構成図である。本発明の実施例７も、実施例１と同様に、複数の回転偏波を用い伝送容量を増加させる無線通信システムの送信機の例である。

図１に示した送信機１０１と図９に示した送信機１０７の相違点は、図９の例においては、図１の例における送信ベースバンド回路１０の複数の情報信号発生器１_１〜１_ｎに代えて、情報遅延回路５４_１〜５４_ｎ、及び情報信号分割生成器５３が配置されている点である。実施例７においては、受信機は、図１に示した受信機２０１と同等の構成となるので、図示及び詳細な説明は省略する。

図９において、情報信号分割生成器５３は送信すべき情報信号を同一の送信時間毎に分割して出力し、従属接続された情報遅延回路５４_１〜５４_ｎに入力する。情報遅延回路５４_１〜５４_ｎは情報信号分割生成器５３が情報分割の際に用いる同じ時間の遅延を発生させる。

複数の情報遅延回路５４_１〜５４_ｎの出力は、情報信号分割生成器５３により一定時間ごとに分割された情報の順次出力となり、図１の送信機１０１の複数の情報信号発生器１_１〜１_ｎの各々の出力と同様に送信される。

本発明の実施例７によれば、同一の情報が複数の信号として送信され受信機で情報が再生されるので、無線通信の信頼性向上に効果があり、同一の時刻では同一情報の分割された部分が混合されて外部空間に放射されるので、外部者に対して伝送すべき情報の内容を秘匿することができるという効果がある。

（実施例８）
次に、本発明の実施例８による無線通信システムについて説明する。

図１０は、本発明の実施例８による無線通信システムにおける送信機１０８の構成図である。本発明の実施例８も、実施例１と同様に、複数の回転偏波を用い伝送容量を増加させる無線通信システムの送信機の例である。

図１に示した送信機１０１と図１０示した送信機１０８との相違点は、図１０の例においては、図１の例に、第二の送信余弦乗算器３６、偏波回転周期巡回符号発生器３８、第二の送信正弦乗算器３７、偏波回転周期巡回符号発生器３９が追加され、図１の送信ベースバンド回路１０の情報信号発生器１_１〜１_ｎを、情報信号分割生成器５３およびデジタルパラレルシリアル変換回路５５に代えている点である。他の構成は、図１の例と同等となっている。

実施例８においては、受信機は、図１に示した受信機２０１と同等の構成となるので、図示及び詳細な説明は省略する。

図１０において、回転偏波周波数余弦波発生器２および回転偏波周波数正弦波発生器３の出力に、夫々第二の送信余弦系乗算器３６および第二の送信正弦系乗算器３７を介し、同一の偏波回転周期巡回符号発生器３８および３９の出力を重畳させている。偏波回転周期巡回符号発生器３８、３９が生成する符号ＣＣは、偏波回転の周期と同一の符号周期を有し自己相関特性が強いものを使用する。

送信ベースバンド回路１０の情報信号分割生成器５３により一定の時間毎に分割された情報信号の各部分は、デジタルパラレルシリアル変換回路５５によりパラレルデータに変換され、同時に、図１の送信機１０１の複数の情報信号発生器１_１〜１_ｎの各々の出力と同様に送信される。

実施例８においては、実施例４と同様に、偏波回転周期巡回符号発生器３８、３９を用いているので、異なる信号の受信機における干渉が低減できる、無線通信の伝送容量を増加させた際の通信品質を向上させる効果がある。

さらに、実施例８においては、同一の情報が複数の信号として、並列して伝送することができ、実施例７に比べて同時に使用する回転偏波の数だけ伝送容量を増加することができ、かつ、同一の時刻では同一情報の分割された部分が混合されて外部空間に放射されるので、外部者に対して伝送すべき情報の内容を秘匿する効果がある。

（実施例９）
次に、本発明の実施例９による無線通信システムについて説明する。

図１１は、本発明の実施例９による無線通信システムにおける送信機１０１の構成図であり、図１２は、実施例９の動作を説明する図である。本発明の実施例９も、実施例１と同様に、複数の回転偏波を用い伝送容量を増加させる無線通信システムの送信機の例である。

図１に示した送信機１０１と図１１に示した送信機１０１とは、基本的構成は同一であるが、実施例９におけるスイッチ４及び５のオンオフ動作が実施例１とは異なっている。実施例９においては、受信機は、図１に示した受信機２０１と同等の構成となるので、図示及び詳細な説明は省略する。

実施例９における送信機１０１は、無線チャネルを受信機が得るための手順と、異なる信号を異なる回転偏波を用いて同時に送信する手順とを有する。前者は送信ベースバンド回路１０が余弦系スイッチ４および正弦系スイッチ５をオフにすることで第一の情報信号発生器１_１の出力のみを、第一の送信アンテナ３１、及び第二の送信アンテナ３２を介して一つの回転偏波で送信する（モード１（スイッチオフ））。そして、後者は両スイッチ４及び５をオンにし、複数の異なる回転偏波で同時刻に、複数の異なる信号を送信することができる（モード２（スイッチオン））。

本実施例９では、図１２に示すように、偏波回転の一周期に前者の手順を行い引き続きの同一周期に後者の手順を行い、偏波回転の２周期を単位としてこれらの手順を繰り返す。つまり、情報信号発生部である送信ベースバンド回路１０が発生する情報信号は、一つの情報信号を一つの回転偏波で送信するモード１と、複数の情報信号を複数の回転偏波で送信するモード２との両モードとが、偏波回転の周期の整数倍の時間で交互に実行され、送信される。

状態切替えスイッチは、上記無線チャンネル取得状態と、上記通常送信状態とを、上記偏波回転周期の整数倍の時間で交互に切り替える。

本実施例９によれば、実施例１と同様な効果を得ることができる他、異なる回転偏波で送信された異なる信号を分離・再生するために必要な無線チャネルを偏波回転の周期で、そのつど更新できるので、送受信機を取り囲む電波環境の変化に対する分離・再生動作の耐性を向上することができるという効果がある。

（実施例１０）
次に、本発明の実施例１０による無線通信システムについて説明する。

図１３は、本発明の実施例１０による無線通信システムにおける送信機１０１の構成図であり、図１４は、本発明の実施例１０の動作を説明する図である。本発明の実施例１０も、実施例１、９と同様に、複数の回転偏波を用い伝送容量を増加させる無線通信システムの送信機の例である。

図１１に示した実施例９における送信機１０１と、図１３に示した実施例１０における送信機１０１とは、基本的な構成は同一であるが、実施例１０におけるスイッチ４及び５のオンオフ動作が実施例９とは異なっている。実施例１０においても、受信機は、図１に示した受信機２０１と同等の構成となるので、図示及び詳細な説明は省略する。

実施例９と実施例１０との異なる点は、実施例１０では、図１４に示すように、送信機１０１が無線チャネルを受信機が得るための手順（スイッチ４、５のオフ）を行った後、スイッチ４、５をオンとして、しばらく連続して異なる信号を異なる回転偏波を用いて同時に送信する手順を繰り返すことである。

つまり、状態切替えスイッチである切り替えスイッチ４、５は、無線チャンネル取得状態を偏波回転周期の整数倍の時間で実行し、通常送信状態を、無線チャンネル取得状態の実行時間より長い、偏波回転周期の整数倍の時間で実行するように、無線チャンネル取得状態と通常送信状態とを切り替える。

送受信機を取り囲む無線環境が大幅に変動しない場合には、受信機が異なる回転偏波で送信された異なる信号を分離・再生するために必要な無線チャネルの時間変化は小さいと考えられる。

特に、ＩｏＴを適用するシステムがインフラシステムであり、外部者の侵入を厳しく制限している場合はそのような状況が発生していると考えられる。本実施例１０では、送信機１０１は無線チャネルを受信機が得るための手順（モード１）の後、異なる信号を異なる回転偏波を用いて同時に送信する手順（モード２）を二回繰り返している。後者の手順は送受信機を取り囲む電波環境の変化が小さいほど多く繰り返しても問題ない。

本実施例１０によれば、実施例１と同様な効果が得られる他、異なる信号を異なる回転偏波を用いて同時に送信する時間を増大できるので、回転偏波を用いた無線通信システムの伝送容量を増加させることができるという効果がある。

（実施例１１）
次に、本発明の実施例１１による無線通信システムについて説明する。

図１５は、本発明の実施例１１による回転偏波を用いて送受信機間に形成される伝搬路を選択して情報を伝送する無線通信システムを適用した昇降機システムの概略構成図である。

図１５において、本実施例１１の昇降機システム１１００は、昇降機１１１５が設置される建物１１０１の内部を昇降カゴ１１１１が昇降する。建物１１０１の内部の床部には本発明の回転偏波を用いて送受信機間に形成される伝搬路を選択して情報を伝送する無線通信システムの送信機および受信機を具備する基地局無線機１１０３ａが配置され、建物１１０１の内部の天井部には、本発明による無線通信システムの送信機および受信機を具備する基地局無線機１１０３ｂが配置される。

また、建物１１０１の床部には、基地局２直交偏波一体アンテナ１１０２ａが基地局無線機１１０３ａと結合し設置され、建物１１０１の天井部には、基地局２直交偏波一体アンテナ１１０２ｂが基地局無線機１１０３ｂと結合し設置される。

また、昇降機１１１１の外部天井には本発明の回転偏波を用いて送受信機間に形成される伝搬路を選択して情報を伝送する無線通信システムの送信機および受信機を具備する端末無線機１１１３と結合される端末局２直交偏波一体アンテナ１１１２ｂが設置される。端末局２直交偏波一体アンテナ１１１２ｂは、高周波ケーブル１１１４を用いて、端末無線機１１１３に結合している。

また、昇降機１１１１の外部床部には端末無線機１１１３と結合される端末局２直交偏波一体アンテナ１１１２ａが設置される。端末局２直交偏波一体アンテナ１１１２ａは、高周波ケーブル１１１４を用いて端末無線機１１１３に結合している。

基地局無線機１１０３ａ及び１１０３ｂと端末局無線機１１１３とは、建物１１０１の内部を無線伝送媒体とするので、建物１１０１の内壁および昇降機１１１５の外壁により電磁波は多重反射を受け、多重波干渉環境が形成される。

本実施例１１では、多重波干渉環境下で外部者からの伝搬路改変行為を検出し、同改変に対して送受信間の通信品質の低下を補償する高品質の無線伝送が実現可能となるので、同無線機を用いた無線接続手段を用いて、昇降機１１１１の制御・監視を建物１１０１より有線接続手段を用いずに遠隔で実施できる。これにより、ケーブル等の有線接続手段を削除可能で、同一の輸送能力をより小さい建物体積で実現でき、あるいは同一の建物体積で昇降機寸法を増大させることによる輸送能力向上を実現できる。

なお、基地局無線機１１０３ａ、１１１０３ｂ、端末無線機１１１３は、上述した実施例１〜１０における送信機、受信機のいずれも適用可能である。

（実施例１２）
次に、本発明の実施例１２による無線通信システムについて説明する。

図１６は、本発明の実施例１２による回転偏波を用いて送受信機間に形成される伝搬路を選択して情報を伝送する無線通信システムを適用した変電設備監視システムの概略構成図である。

図１６において、本実施例１２の変電設備監視システム１２００は、複数の変電機１２０１−１〜１２０１−１２を備える。複数の変電機１２０１−１〜１２０１−１２のそれぞれには、本発明による回転偏波を用いて送受信機間に形成される伝搬路を選択して情報を伝送する無線通信システムの送信機および受信機を具備する端末局無線機１２０３と、この端末局無線機１２０３と結合する端末局回転偏波アンテナ１２０２とが設置される。

そして、複数の変電機１２０１−１〜１２０１−１２の近傍に、これら変電機１２０１−１〜１２０１−１２の数よりも少ない数の複数の回転偏波を用いて送受信機間に形成される伝搬路を選択して情報を伝送する本発明による伊無線通信システムの送信機および受信機を具備する基地局装置１２１１ａ〜１２１１ｄが設置される。

基地局装置１２１１ａ〜１２１１ｄのそれぞれには、回転偏波を送受信可能なアンテナ１２１２と、回転偏波の電磁波を用いる基地局無線機１２１３とが互いに結合して設置される。

変電機１２０１−１〜１２０１−１２のそれぞれの寸法は数ｍのオーダーであり無線機が使用する電磁波の周波数である数百ＭＨｚから数ＧＨｚに対応する波長に比べ圧倒的に大きいため、複数の変電機１２０１−１〜１２０１−１２により電磁波は多重反射を受け、多重波干渉環境が形成される。

本実施例１２では多重波干渉環境下で複数の反射波を用いて送受信間の通信品質の低下を補償する高品質の無線伝送が実現可能となるので、本発明による無線機を用いた無線接続手段を用いて、変電機１２０１−１〜１２０１−１２の制御・監視を複数の無線基地局１２１１ａ〜１２１１ｄにより有線接続手段を用いずに遠隔で実施できるので、ケーブル等の有線接続手段を用いる場合に問題となる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ので、変電機１２０１−１〜１２０１−１２の制御・監視システムの安全性向上およびコスト削減に効果がある。

なお、基地局無線機１２０３、１２１３は、上述した実施例１〜１０における送信機、受信機のいずれも適用可能である。

また、上述した例では、遅延回路６_１〜６_ｎ、７_１〜７_ｎにより、複数の回転偏波が互いに初期位相が異なり、周波数及び回転方向が同一である構成としたが、複数の回転偏波が互いに初期偏波が異なり、周波数及び回転方向が同一である構成とすることも可能である。

１・・・情報信号発生器、２・・・回転偏波周波数余弦波発生器、３・・・回転偏波周波数正弦波発生器、４・・・余弦系スイッチ、５・・・正弦系スイッチ、６_１〜６_ｍ・・・余弦系遅延回路、７_１〜７_ｍ・・・正弦系遅延回路、８_１〜８_ｎ・・・余弦系乗算器、９_１〜９_ｎ・・・正弦系乗算器、１０・・・送信ベースバンド回路、１１・・・搬送波発生器、１２・・・余弦系合成回路、１３・・・正弦系合成回路、１４・・・余弦系搬送波乗算器、１５・・・正弦系搬送波乗算器、１６・・・第二の送信余弦系乗算器、１７・・・第二の送信正弦系乗算器、１８、１９・・・偏波角度識別符号発生器、２０・・・受信ベースバンド回路、２１_１〜２１_ｎ・・・受信合成回路、２２_１〜２２_ｎ・・・余弦重み回路、２３_１〜２３_ｎ正弦重み回路、２４・・・余弦系局発乗算器、２５・・・正弦系局発乗算器、２６・・・局部発振器、３１・・・第一の送信アンテナ、３２・・・第二の送信アンテナ、３６・・・第二の送信余弦系乗算器、３７・・・第二の送信正弦系乗算器、３８、３９・・・偏波回転周期巡回符号発生器、４１・・・第一の受信アンテナ、４２・・・第二の受信アンテナ、５１_１〜５１_ｎ・・・同期符号発生回路、５２_１〜５２_ｎ・・・切替え回路、５３・・・情報信号分割生成器、５４_１〜５４_ｎ・・・情報遅延回路、５５・・・デジタルパラレルシリアル変換回路、５６・・・第二の余弦系スイッチ、５７・・・第二の正弦系スイッチ、５８_１〜５８_Ｎ・・・送信余弦重み回路、５９_１〜５９_Ｎ・・・送信正弦重み回路、１００・・無線通信システム、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８・・・送信機、２０１・・・受信機、１１００・・・昇降機システム、１１０１・・・建物、１１１１・・・昇降カゴ、１１０２ａ、１１０２ｂ・・・基地局２直交偏波一体アンテナ、１１０３ａ、１１０３ｂ・・・基地局無線機、１１１２ａ、１１１２ｂ・・・端末局２直交偏波一体アンテナ、１１１３・・・端末無線機、１１１４・・・高周波ケーブル、１１１５・・・昇降機、１２００・・・変電設備監視システム、１２０１−１〜１２０１−１２・・・変電機、１２０２・・・端末局回転偏波アンテナ、１２０３・・・端末局無線機、１２１１ａ〜１２１１ｄ・・・基地局装置、１２１２・・・基地局回転偏波アンテナ、１２１３・・・基地局無線機

Claims (14)

1. 複数の回転偏波を発生する回転偏波発生部と、複数の情報信号を発生する情報信号発生部と、上記回転偏波と上記情報信号とを乗算し、発信信号として発信する発信部と、上記複数の情報信号の一つを上記複数の回転偏波のうちの一つの回転偏波に乗算して発信する無線チャンネル取得状態か、上記複数の情報信号を上記複数の回転偏波に乗算して発信する通常送信状態かを切り替える状態切替えスイッチと、を有する送信機と、
   上記送信機からの上記発信信号を受信する受信部と、この受信部に受信された信号を重み付する重み付け回路部と、この重み付け回路部により重み付けされた信号を上記送信機から送信された上記情報信号に再生する受信ベースバンド部と、を有する受信機と、
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   上記送信機は、上記状態切り替えスイッチにより、上記無線チャンネル取得状態とし、上記複数の情報信号の一つを上記複数の回転偏波のうちの一つの回転偏波に乗算して発信し、上記受信機は受信した信号を上記重み付け回路部により重み付けし、上記送信機から送信された上記情報信号に再生し、
   上記送信機は、上記状態切り替えスイッチにより、上記通常送信状態とし、上記複数の情報信号を上記複数の回転偏波に乗算して複数の情報信号を発信し、上記受信機は受信した複数の信号を上記重み付け回路部により重み付し、重み付けした信号を、上記無線チャンネル取得状態のときに再生した上記情報信号を用いて再生することを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１記載の無線通信システムにおいて、
   上記受信部の重み付け回路部は、受信された信号を複数の互いに異なる位相角で重み付する複数の重み付け回路を有し、
   上記送信機は、上記状態切り替えスイッチにより、上記無線チャンネル取得状態とし、上記複数の情報信号の一つを上記複数の回転偏波のうちの一つの回転偏波に乗算して発信し、上記受信機は受信した信号を複数の互いに異なる位相角で重み付けし、上記送信機から送信された上記複数の情報信号に再生し、
   上記送信機は、上記状態切り替えスイッチにより、上記通常送信状態とし、上記複数の情報信号を上記複数の回転偏波に乗算して複数の信号を発信し、上記受信機は受信した複数の信号を上記複数の重み付け回路により重み付けされた信号を、上記無線チャンネル取得状態のときに再生した上記複数の情報信号を用いて再生する無線通信システム。
4. 請求項２又は３に記載の無線通信システムにおいて、
   上記送信機は、偏波回転周期を分割する符号を発生する偏波角度識別符号発生器を有し、上記偏波角度識別符号発生器が発生した偏波角度識別符号を上記複数の情報信号に重畳し、上記受信機は、上記偏波角度識別符号を用いて上記送信機が用いた回転偏波毎に受信信号を分離することを特徴とする無線通信システム。
5. 請求項２又は３に記載の無線通信システムにおいて、
   上記送信機は、偏波回転周期と同一周期の巡回符号を発生する偏波回転周期巡回符号発生器を有し、上記偏波回転周期巡回符号発生器が発生した偏波回転周期巡回符号を上記複数の情報信号に重畳し、上記受信機は、上記偏波回転周期巡回符号を用いて上記送信機が用いた回転偏波毎に受信信号を分離することを特徴とする無線通信システム。
6. 請求項２又は３に記載の無線通信システムにおいて、
   上記送信機は、同期符号発生回路と、偏波回転周期と同一周期の巡回符号を発生する偏波回転周期巡回符号発生器と、上記同期符号発生回路と上記偏波回転周期巡回符号発生器とを切り替える符号切り替えスイッチとを有し、上記同期符号発生回路が発生した同期符号と上記巡回符号とを上記符号切り替えスイッチにより切り替えて、上記複数の情報信号に重畳し、上記受信機は、上記同期符号又は上記偏波回転周期巡回符号を用いて上記送信機が用いた回転偏波毎に受信信号を分離することを特徴とする無線通信システム。
7. 請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の無線通信システムにおいて、
   上記回転偏波発生部が発生する複数の回転偏波は、互いに初期位相が異なり、周波数及び回転方向が同一であることを特徴とする無線通信システム。
8. 請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の無線通信システムにおいて、
   上記回転偏波発生部が発生する複数の回転偏波は、互いに初期偏波が異なり、周波数及び回転方向が同一であることを特徴とする無線通信システム。
9. 請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の無線通信システムにおいて、
   上記情報信号発生部が発生する上記複数の情報信号は、互いに異なる遅延が施されていることを特徴とする無線通信システム。
10. 請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の無線通信システムにおいて、
    上記情報信号発生部が発生する上記複数の情報信号は、情報信号が時分割されて複数の情報信号とされていることを特徴とする無線通信システム。
11. 請求項４乃至６のうちのいずれか一項記載の無線通信システムにおいて、
    上記状態切替えスイッチは、上記無線チャンネル取得状態と、上記通常送信状態とを、上記偏波回転周期の整数倍の時間で交互に切り替えることを特徴とする無線通信システム。
12. 請求項４乃至６のうちのいずれか一項記載の無線通信システムにおいて、
    上記状態切替えスイッチは、上記無線チャンネル取得状態を上記偏波回転周期の整数倍の時間で実行し、上記通常送信状態を、上記無線チャンネル取得状態の実行時間より長い、上記偏波回転周期の整数倍の時間で実行するように、上記無線チャンネル取得状態と上記通常送信状態とを切り替えることを特徴とする無線通信システム。
13. 請求項１乃至１２のうちのいずれか一項記載の無線通信システムを備えることを特徴とする昇降機制御システム。
14. 請求項１乃至１２のうちのいずれか一項記載の無線通信システムを備えることを特徴とする変電所制御システム。

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