無線通信系統(tǒng)、接收機、升降機控制系統(tǒng)以及變電設(shè)備控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】在使線路雙重化的無線通信系統(tǒng)中，使單位頻帶的可無線傳輸?shù)男畔⒘看?。無線通信系統(tǒng)具備發(fā)送機(10)和接收機(30)。發(fā)送機(10)具備：輸出信息信號的基帶電路(12)；將該輸出信號變換成頻率(f1)的頻帶的頻率變換電路(20-1)；將該輸出信號變換成頻率(f2)的頻帶的頻率變換電路(20-2)；以及將頻率變換電路(20-1)、(20-2)的輸出信號作為電磁波而分別發(fā)送的發(fā)送天線(15-1)、(15-2)。接收機(30)具備：接收由發(fā)送機(10)發(fā)送的電磁波的接收天線(31)；以及將接收到的信號以采樣頻率(fs)進行采樣并解調(diào)為信息信號的變換電路(32)，該采樣頻率(fs)是將頻率(f1)與頻率(f2)相加后除以任一奇數(shù)而得到的。
【專利說明】無線通信系統(tǒng)、接收機、升降機控制系統(tǒng)以及變電設(shè)備控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高實現(xiàn)可靠性的無線通信的高壽命的無線機，尤其涉及對通過無線線路的雙重化來使通信的可靠性得以提高的無線系統(tǒng)以及構(gòu)成同系統(tǒng)的接收機予以實現(xiàn)的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年，無線通信技術(shù)在廣播領(lǐng)域以及通信領(lǐng)域中得到顯著發(fā)展，并逐步克服了無線特有的瞬斷等問題。由此，無線通信技術(shù)正朝著較之于廣播領(lǐng)域或通信領(lǐng)域可靠性要求更高的控制領(lǐng)域或計測領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
[0003]特別是控制領(lǐng)域或計測領(lǐng)域中的構(gòu)筑社會基礎(chǔ)設(shè)施的機器(以下稱為“社會基礎(chǔ)設(shè)施系機器”。)較之于廣播領(lǐng)域以及通信領(lǐng)域的一般民生機器，尤其要求通信質(zhì)量和通信機器的高可靠性，即高壽命化。社會基礎(chǔ)設(shè)施機器例如是指圖13所示的升降機系統(tǒng)、圖14所示的變電設(shè)備監(jiān)視系統(tǒng)等。
[0004]實現(xiàn)作為社會基礎(chǔ)設(shè)施系的無線機器所要求的可靠性高的通信的手法之一有線路的雙重化。通過使用彼此獨立的2個無線線路來傳輸同一信息，來提高通信的可靠性。在無線通信中作為實現(xiàn)彼此獨立的不同線路的方法之一，可列舉使用多個頻率的方法。不同頻率的電磁波在自由空間內(nèi)相互不干擾地進行傳播。故而，通過不同頻率的電磁波，能實現(xiàn)各自獨立的傳輸路徑。
[0005]作為現(xiàn)狀，社會基礎(chǔ)設(shè)施機器的控制/監(jiān)視所需的信息量為數(shù)IOOkbps上下。電磁波在空間中能遠(yuǎn)距離傳播的頻率為300MHz至3GHz的頻率，相對于此，用于使同信息疊加的頻率小2至3個數(shù)量級。因此，為了從在自由空間中傳遞而來的電磁波中取出該信息，需要降低頻率的技術(shù)，即下變頻技術(shù)。作為現(xiàn)狀，最常用的下變頻的手法是使用混頻器來對所獲得的電磁波乘以第2高頻信號，并獲取電磁波的頻率與該第2高頻信號的頻率之差的頻率的信號?；祛l器使用半導(dǎo)體等的非線性元件的非線性效應(yīng)來獲得上述差的頻率，因此不能忽視溫度變化以及經(jīng)年變化，難以滿足較之于民生機器壓倒性地要求壽命長的社會基礎(chǔ)設(shè)施機器所追求的無調(diào)整以及高壽命的要求。
[0006]近年的伴隨半導(dǎo)體元件的高速化的動作頻率的提高能通過數(shù)字信號處理來直接操作高頻信號。為了通過數(shù)字信號處理來直接操作高頻信號，理論上要求以高頻信號的2倍以上的頻率來進行采樣。為了確保信號處理的精度，現(xiàn)實中宜以高頻信號的4倍以上的頻率來進行采樣。盡管基于半導(dǎo)體元件的高速化，該半導(dǎo)體元件可采樣的頻率的上限逐日提高，但作為制品能入手的數(shù)字信號處理設(shè)備的采樣頻率的上限的現(xiàn)狀是數(shù)100MHz，相對于能在空間中跨遠(yuǎn)距離進行傳播的電磁波的頻率，不可謂充分高的頻率。
[0007]近年，利用了若將信號高速地采樣則與原信號不同的頻率的信號會周期性地產(chǎn)生這一性質(zhì)的新的下變頻單元被知曉。與周期性地產(chǎn)生的原信號不同的頻率的信號被稱為混疊信號(alias)，通過濾波器在頻率軸上從該混疊信號當(dāng)中選出適當(dāng)?shù)?，從而能實現(xiàn)下變頻。
[0008]從信號的采樣起到基于濾波器的鑒別為止的一系列的操作能通過通用品或定制的數(shù)字信號處理設(shè)備的制品來予以實現(xiàn)。通過以稱為采樣頻率的第2頻率來采樣第I頻率的信號，能產(chǎn)生第3頻率的信號。這些第I?第3頻率存在固定的關(guān)系。即，第3頻率成為第I頻率與第2頻率之差的整數(shù)倍。
[0009]在專利文獻I中，記載了第3頻率成為第I頻率與第2頻率之差的4分之I的奇數(shù)倍((n+l)/4倍)的下變頻的技術(shù)。
[0010]在專利文獻2中，記載了第3頻率成為第I頻率與第2頻率之差的正好1/4的下變頻的技術(shù)。
[0011]先行技術(shù)文獻
[0012]專利文獻
[0013]專利文獻I JP特表2001-526487號公報
[0014]專利文獻2 JP特愿2007-510370號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]發(fā)明要解決的課題
[0016]在專利文獻1、2記載的技術(shù)中，有如下優(yōu)點:由于社會基礎(chǔ)設(shè)施機器的控制或者監(jiān)視所需的信息傳輸相關(guān)的頻率較之于使該信息疊加而在空間中傳播的電磁波的頻率，存在達2個數(shù)量級的差異，因此相對于半導(dǎo)體設(shè)備的限制即采樣頻率的上限值，能下變頻至盡量低的頻率。但在第3頻率附近，存在呈現(xiàn)良好的S/N比(信噪比=Signal-NOise ratiO)的頻帶窄這樣的問題。
[0017]故而，以無線通信的可靠性提高為目的，若在通過使用2個不同頻率的電磁波傳遞同一信息信號使線路雙重化從而使該可靠性得以提高的手法中，應(yīng)用專利文獻1、2記載的下變頻的手法，則會產(chǎn)生使這2個不同頻率在頻率軸上極其接近地進行傳輸這樣的需要。在使同一信息信號疊加至2個不同頻率的電磁波的情況下，該不同頻率的電磁波的頻譜會擴展與該信號對應(yīng)的頻率那么多。故而，為了使該二個電磁波獨立地傳輸信息信號，需要該二個電磁波的頻率差較之于與該信息信號對應(yīng)的頻率取得充分大。
[0018]因此，若在使線路雙重化的無線通信系統(tǒng)中應(yīng)用專利文獻1、2的先行發(fā)明，則存在不能使可無線傳輸?shù)男畔⒘看筮@樣的問題。
[0019]為此，本發(fā)明的課題在于，在使線路雙重化的無線通信系統(tǒng)中，使單位頻帶的可無線傳輸?shù)男畔⒘看蟆?br> [0020]用于解決課題的手段
[0021 ] 為了解決所述課題，本發(fā)明的無線通信系統(tǒng)構(gòu)成如下。
[0022]S卩，本發(fā)明涉及一種無線通信系統(tǒng)，具備發(fā)送機和接收機，所述發(fā)送機具備:基帶電路，其輸出具有給定頻率的頻帶的信息信號；第I頻率變換單元，其將所述基帶電路的輸出信號變換成第I頻率的頻帶；第2頻率變換單元，其將所述基帶電路的輸出信號變換成第2頻率的頻帶；以及發(fā)送單元，其將所述第I頻率變換單元的輸出信號、所述第2頻率變換單元的輸出信號作為電磁波進行發(fā)送，所述接收機具備:接收單元，其接收由所述發(fā)送機發(fā)送的電磁波；以及變換單元，其將由所述接收單元接收到的信號以采樣頻率進行采樣并解調(diào)為所述信息信號，所述采樣頻率是將所述第I頻率與所述第2頻率相加后除以任一奇數(shù)而得到的。
[0023]針對其他的手段，在【具體實施方式】中加以說明。
[0024]發(fā)明效果
[0025]根據(jù)本發(fā)明，在使線路雙重化的無線通信系統(tǒng)中，能使單位頻帶的可無線傳輸?shù)?br> 信息量大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是表示第I實施方式中的無線通信系統(tǒng)的概略的構(gòu)成圖。
[0027]圖2是表示第I實施方式中的接收信號與噪聲的關(guān)系的圖。
[0028]圖3是表示第2實施方式中的無線通信系統(tǒng)的發(fā)送機的概略的構(gòu)成圖。
[0029]圖4是表示第3實施方式中的發(fā)送機的概略的構(gòu)成圖。
[0030]圖5是表示第4實施方式中的發(fā)送機的概略的構(gòu)成圖。
[0031]圖6是表示第5實施方式中的無線通信系統(tǒng)的概略的構(gòu)成圖。
[0032]圖7是表示第6實施方式中的無線通信系統(tǒng)的接收機的概略的構(gòu)成圖。
[0033]圖8是表示第7實施方式中的無線通信系統(tǒng)的接收機的概略的構(gòu)成圖。
[0034]圖9是表示第8實施方式中的無線通信系統(tǒng)的接收機的概略的構(gòu)成圖。
[0035]圖10是表示第9實施方式中的無線通信系統(tǒng)的接收機的概略的構(gòu)成圖。
[0036]圖11是表示第9實施方式中的接收機的安裝例的圖。
[0037]圖12是表示第9實施方式中的接收機的其他的安裝例的圖。
[0038]圖13是表示第10實施方式中的升降機系統(tǒng)的概略的構(gòu)成圖。
[0039]圖14是表示第11實施方式中的變電設(shè)備監(jiān)視系統(tǒng)的概略的構(gòu)成圖。
【具體實施方式】
[0040]以下，參照各圖來詳細(xì)說明用于實施本發(fā)明的方式。
[0041](第I實施方式的構(gòu)成)
[0042]圖1 (a)、(b)是表示第I實施方式中的無線通信系統(tǒng)的概略的構(gòu)成圖。
[0043]圖1(a)示出了第I實施方式中的無線通信系統(tǒng)的發(fā)送機10的構(gòu)成。
[0044]發(fā)送機10具備:信號發(fā)生電路11 ;基帶電路12 ;頻率變換電路20-1、20-2 ;以及發(fā)送天線15-1、15-2。以下不特別區(qū)分頻率變換電路20-1、20-2時，記載為頻率變換電路20。
[0045]信號發(fā)生電路11用于生成頻率fO的頻帶的信息信號。
[0046]基帶電路12將所輸入的信號變換成數(shù)字信號。
[0047]頻率變換電路20-1將所輸入的信號變換(上變頻)至頻率fl的頻帶。頻率變換電路20-2將所輸入的信號變換(上變頻)至頻率f2的頻帶。
[0048]頻率變換電路20-1具備:載波發(fā)生電路21-1以及調(diào)制器22_1。頻率變換電路
20-2具備:載波發(fā)生電路21-2以及調(diào)制器22-2。以下，在不特別區(qū)分載波發(fā)生電路21_1、
21-2時，記載為載波發(fā)生電路21。在不特別區(qū)分調(diào)制器22-1、22-2時，記載為調(diào)制器22。
[0049]載波發(fā)生電路21例如是振蕩器，輸出給定頻率的載波(振蕩信號)。頻率變換電路20-1的載波發(fā)生電路21輸出頻率fl的載波(振蕩信號)。頻率變換電路20-2的載波發(fā)生電路21輸出頻率f2的載波(振蕩信號)。
[0050]調(diào)制器22以所輸入的信息信號(數(shù)字信號)來調(diào)制所輸入的振蕩信號。
[0051]發(fā)送天線15-1、15_2將輸入信號作為電磁波進行發(fā)送。
[0052]信號發(fā)生電路11對基帶電路12輸出信號?；鶐щ娐?2對頻率變換電路20_1、20-2各自輸出同一信號。頻率變換電路20-1對發(fā)送天線15-1輸出信號。頻率變換電路20-2對發(fā)送天線15-2輸出信號。
[0053]載波發(fā)生電路21將給定的載波輸出至調(diào)制器22。調(diào)制器22的輸出信號是該頻率變換電路20的輸出信號。
[0054]圖1(b)示出了第1實施方式中的無線通信系統(tǒng)的接收機30的構(gòu)成。該接收機30與所述的發(fā)送機10進行組合來作為無線通信系統(tǒng)運用。
[0055]接收機30具備 :接收天線31、變換電路32以及基帶電路50。
[0056]接收天線31接收電磁波并變換成電信號。
[0057]變換電路32將輸入信號變換成數(shù)字信號，具備:采樣電路33、帶通濾波器34以及解調(diào)器35。
[0058]采樣電路33將輸入信號以采樣頻率fs進行采樣。
[0059]帶通濾波器34使輸入信號的給定的頻率分量選擇性地通過。
[0060]解調(diào)器35將輸入信號變換成數(shù)字信號。
[0061]基帶電路50從數(shù)字信號解調(diào)信息信號。
[0062](第I實施方式的動作)
[0063]基于圖1來說明第I實施方式的無線通信系統(tǒng)的動作。
[0064]《發(fā)送機10的動作》
[0065]信號發(fā)生電路11生成頻率fO的頻帶的信號。該頻率fO的信號是疊加信息后的信息信號。該頻率fo的信號由基帶電路12變換成數(shù)字信號。
[0066]頻率變換電路20-1生成以該數(shù)字信號進行了調(diào)制后的頻率fl的載波。頻率變換電路20-2生成以該數(shù)字信號進行了調(diào)制后的頻率f2的載波。
[0067]在頻率變換電路20-1中，通過調(diào)制器22對由載波發(fā)生電路21生成的頻率fl的載波實施調(diào)制。同樣地，在頻率變換電路20-2中，通過調(diào)制器22對由載波發(fā)生電路21生成的頻率f2的載波實施同一調(diào)制。調(diào)制后的信號各自通過第I發(fā)送天線15-1以及第2發(fā)送天線15-2而被輻射至空間。
[0068]《接收機30的動作》
[0069]接收天線31接收由發(fā)送機10發(fā)送的電磁波。變換電路32從接收到的電磁波解
調(diào)信號。
[0070]變換電路32的采樣電路33將由接收天線31接收到的電磁波以采樣頻率fs進行采樣。帶通濾波器34使作為該采樣的結(jié)果而發(fā)生的混疊信號當(dāng)中比接收信號的頻率低的適當(dāng)?shù)男盘栠x擇性地通過。解調(diào)器35從帶通濾波器34的輸出信號解調(diào)頻率f0的頻帶的信號，并輸出至基帶電路50。
[0071]本實施方式中的采樣電路33的采樣頻率fs與電磁波中所含的載波的頻率fl、f2的關(guān)系由式I給出。
[0072]【數(shù)式I】[0073]
【權(quán)利要求】
1.一種無線通信系統(tǒng)，其特征在于，具備發(fā)送機和接收機， 所述發(fā)送機具備: 基帶電路，其輸出具有給定頻率的頻帶的信息信號； 第I頻率變換單元，其將所述基帶電路的輸出信號變換到第I頻率的頻帶； 第2頻率變換單元，其將所述基帶電路的輸出信號變換到第2頻率的頻帶；以及發(fā)送單元，其將所述第I頻率變換單元的輸出信號、所述第2頻率變換單元的輸出信號作為電磁波進行發(fā)送， 所述接收機具備: 接收單元，其接收由所述發(fā)送機發(fā)送的電磁波；以及 變換單元，其將由所述接收單元接收到的信號以采樣頻率進行采樣并解調(diào)為所述信息信號，所述采樣頻率是將所述第I頻率與所述第2頻率相加后除以任一奇數(shù)而得到的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于， 所述第I頻率變換單元具備:第I振蕩單元，其輸出所述第I頻率；以及第I調(diào)制單元，其通過所述基帶電路的輸出信號來調(diào)制該第I振蕩單元的輸出信號， 所述第2頻率變換單元具備:第2振蕩單元，其輸出所述第2頻率；以及第2調(diào)制單元，其通過所述基帶電路的輸出信號來調(diào)制該第2振蕩單元的輸出信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于， 所述第I頻率與所述第2頻率之差為所述給定頻率的2倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于， 所述變換單元具備: 采樣單元，其以所述采樣頻率來對由所述接收單元接收到的信號進行采樣； 帶通濾波器，其使所述采樣單元的輸出信號當(dāng)中對所述第I頻率與所述第2頻率進行了加法平均后的頻率分量通過；以及 解調(diào)單元，其對所述帶通濾波器的輸出信號進行解調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于， 所述發(fā)送單元是將所述第I頻率變換單元的輸出信號作為電磁波進行輸出的第I天線、以及將所述第I頻率變換單元的輸出信號作為電磁波進行輸出的第2天線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于， 所述發(fā)送單元是將所述第I頻率變換單元的輸出信號與所述第2頻率變換單元的輸出信號進行合成的合成單元、以及將所述合成單元的輸出信號作為電磁波進行輸出的天線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于， 所述發(fā)送機的所述第I頻率變換單元是進行頻率變換且將輸出信號進行反饋的第I橫向電路， 所述第2頻率變換單元是進行頻率變換且將輸出信號進行反饋的第2橫向電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于， 所述發(fā)送機的所述第1頻率變換單元是對采樣出的接收波進行頻率變換、將輸出信號進行反饋、且將輸入信號進行前饋的第I橫向電路， 所述發(fā)送機的所述第2頻率變換單元是對采樣出的接收波進行頻率變換、將輸出信號進行反饋、且將輸入信號進行前饋的第2橫向電路。
9.一種升降機控制系統(tǒng)，其特征在于，具備權(quán)利要求1至7中任一項所述的無線通信系統(tǒng)。
10.一種變電設(shè)備控制系統(tǒng)，其特征在于，具備權(quán)利要求1至7中任一項所述的無線通信系統(tǒng)。
11.一種接收機，其特征在于，具備: 接收單元，其接收以第I頻率和第2頻率為載波的電磁波；以及Δ- Σ電路，其將由所述接收單元接收到的信號以采樣頻率進行模擬數(shù)字變換并解調(diào)為信息信號，所述采樣頻率是將所述第I頻率與所述第2頻率相加后除以任一奇數(shù)而得到的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接收機，其特征在于， 所述Λ-Σ電路具備: 差分合成單元，其對由所述接收單元接收到的信號與反饋信號之差進行合成； 帶通濾波器，其使該差分合成單元的輸出信號當(dāng)中對所述第I頻率與所述第2頻率進行了加法平均后的頻率分量通過； 模擬數(shù)字變換器，其將該 帶通濾波器的輸出信號以所述采樣頻率進行采樣并進行數(shù)字變換；以及 數(shù)字模擬變換器，其將該模擬數(shù)字變換器的輸出信號進行模擬變換并輸出所述反饋信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接收機，其特征在于， 所述Λ-Σ電路具有: 差分合成單元，其對由所述接收單元接收到的信號與反饋信號之差進行合成； 帶通濾波器，其使該差分合成單元的輸出信號當(dāng)中對所述第I頻率與所述第2頻率進行了加法平均后的頻率分量通過； 模擬數(shù)字變換器，其將該帶通濾波器的輸出信號以所述采樣頻率進行數(shù)字變換； 數(shù)字濾波器，其對該模擬數(shù)字變換器的輸出信號進行濾波處理并輸出；以及 數(shù)字模擬變換器，其將所述數(shù)字濾波器的輸出信號進行模擬變換并輸出所述反饋信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的接收機，其特征在于， 所述帶通濾波器是LC電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接收機，其特征在于， 所述Λ-Σ電路具備: 第I差分合成單元，其對由所述接收單元接收到的信號與第I反饋信號之差進行合成； 第I帶通濾波器，其使該第I差分合成單元的輸出信號當(dāng)中對所述第I頻率與所述第2頻率進行了加法平均后的頻率分量通過； 第2差分合成單元，其對該第I帶通濾波器與第2反饋信號之差進行合成； 第2帶通濾波器，其使該第2差分合成單元的輸出信號當(dāng)中對所述第I頻率與所述第2頻率進行了加法平均后的頻率分量通過； 模擬數(shù)字變換器，其將該第2帶通濾波器的輸出信號以所述采樣頻率進行數(shù)字變換；數(shù)字濾波器，其對該模擬數(shù)字變換器的輸出信號進行濾波處理并輸出； 數(shù)字模擬變換器，其將所述數(shù)字濾波器的輸出信號進行模擬變換并輸出反饋信號； 第I反饋乘法器，其乘以所述反饋信號來輸出所述第I反饋信號；以及 第2反饋乘法器，其乘以所述反饋信號來輸出所述第2反饋信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接收機，其特征在于， 所述Λ-Σ電路具備: 乘以輸入信號的第I前饋乘法器、第2前饋乘法器、第3前饋乘法器； 第I差分合成單元，其對所述第I前饋乘法器的輸出信號與第I反饋信號之差進行合成； 第I帶通濾波器，其使該第I差分合成單元的輸出信號當(dāng)中對所述第I頻率與所述第2頻率進行了加法平均后的頻率分量通過； 第2差分合成單元，其對該第I帶通濾波器的輸出信號以及所述第2前饋乘法器的輸出信號進行相加，進而合成相加后的結(jié)果與第2反饋信號之差； 第2帶通濾波器，其使該第2差分合成單元的輸出信號當(dāng)中對所述第I頻率與所述第2頻率進行了加法平均后的頻率分量通過； 合成單元，其對該第2帶通濾波器的輸出信號以及所述第3前饋乘法器的輸出信號進行相加； 模擬數(shù)字變換器，其將所述合成單元的輸出信號以所述采樣頻率進行數(shù)字變換； 數(shù)字濾波器，其對該模擬數(shù)字變換器的輸出信號進行濾波處理； 數(shù)字模擬變換器，其將所述數(shù)字濾波器的輸出信號模擬變換為反饋信號； 第I反饋乘法器，其乘以所述反饋信號并作為所述第I反饋信號；以及 第2反饋乘法器，其乘以所述反饋信號并作為所述第2反饋信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求12至16中任一項所述的接收機，其特征在于， 所述模擬數(shù)字變換器是比較器， 所述數(shù)字模擬變換器是采樣保持電路。
18.一種升降機控制 系統(tǒng)，其特征在于，具備權(quán)利要求11至16中任一項所述的接收機。
19.一種變電設(shè)備控制系統(tǒng)，其特征在于，具備權(quán)利要求11至16中任一項所述的接收機。
【文檔編號】H03M3/04GK103931114SQ201180074788
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月30日
【發(fā)明者】武井健 申請人:株式會社日立制作所