JPH114184A - 正弦波信号に重畳された波形信号の分離装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正弦波信号に任意の波形情報信号が重畳され
た合成信号から、重畳された波形情報信号を、時間軸上
に波形を歪ませることなく分離し得る装置及び方法を提
供する。 【解決手段】 波形信号の重畳された正弦波信号から低
域通過フィルタ１２により正弦波信号を取り出し、取り
出された正弦波信号に微分器１６で位相のずれを与え、
位相変換器２０にて、フィルタ１２により取り出された
正弦波信号と、位相のずれの与えられた正弦波信号とを
加算して、波形信号の重畳される前の正弦波信号を生成
する。そして、減算器３０で、生成した正弦波信号を、
波形信号の重畳された正弦波信号から減算することによ
り、該波形信号を取り出す。このように、もとの正弦波
信号と位相的にずれのない正弦波信号を生成して波形信
号を取り出すため、該波形信号を時間軸上で歪ますこと
なく抽出することができるので、スペクトラム拡散通信
において、送信された信号を再生する際に好適に用い得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、正弦波信号（搬
送波信号）に重畳された波形信号（情報信号）から波形
信号を分離する分離装置及び分離方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】電力線搬送等においては、正弦波の電力
信号を搬送波とし、情報信号を該電力信号に重畳して送
出している。そして、受信側では、該電力信号に重畳さ
れた情報信号フィルタ等を用いて分離している。ここ
で、電力信号から情報信号を分離する際に、フィルタの
特性により分離した情報信号の位相が変位するが、情報
信号がアナログの音声等の場合には、本質的に支障がな
かった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上記電力線搬
送にてデジタル信号を送った場合、受信側で該デジタル
信号の位相が変位し、時間軸上に波形が歪む。ＰＣＭ方
式でパルス信号を送る場合には、時間軸上に波形が歪で
も、受信側でパルス信号を新たに生成することで、係る
歪みに対応することができた。

【０００４】しかしながら、スペクトラム拡散方式で信
号を多重化した場合、ＰＣＭ方式のように、受信側でパ
ルス信号を新たに生成することができない。この受信時
における時間軸上の波形の歪が、スペクトラム拡散方式
の大きな課題となっている。

【０００５】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、正弦波
信号に任意の波形情報信号が重畳された合成信号から、
重畳された波形情報信号を、時間軸上に波形を歪ませる
ことなく分離し得る装置及び方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するため、波形信号の重畳された正弦波信号
から正弦波信号を取り出すフィルタと、前記フィルタに
より取り出された正弦波信号に位相のずれを与える位相
変位手段と、前記フィルタにより取り出された正弦波信
号と、前記位相変位手段により位相のずれの与えられた
正弦波信号とを加算して、波形信号の重畳される前の正
弦波信号を生成する位相変換手段と、前記位相変換手段
にて生成された正弦波信号を、波形信号の重畳された正
弦波信号から減算することにより、該波形信号を取り出
す減算手段とを備えることを技術的特徴とする。

【０００７】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、前記位相変位手段が、微分回路又は積分回路からな
る事を技術的特徴とする。

【０００８】また、請求項２の発明は、上記目的を達成
するため、波形信号の重畳された正弦波信号からフィル
タにより正弦波信号を取り出すステップと、前記フィル
タにより取り出された正弦波信号に位相のずれを与える
ステップと、 前記フィルタにより取り出された正弦波
信号と、前記ステップにより位相のずれの与えられた正
弦波信号とを加算して、波形信号の重畳される前の正弦
波信号を生成するステップと、前記ステップにて生成し
た正弦波信号を、波形信号の重畳された正弦波信号から
減算することにより、該波形信号を取り出すステップと
を備えることを技術的特徴とする。

【０００９】請求項１又は２の発明では、波形信号の重
畳された正弦波信号からフィルタにより正弦波信号を取
り出し、取り出された正弦波信号に位相のずれを与え、
フィルタにより取り出された正弦波信号と、位相のずれ
の与えられた正弦波信号とを加算して、波形信号の重畳
される前の正弦波信号を生成する。そして、生成した正
弦波信号を、波形信号の重畳された正弦波信号から減算
することにより、該波形信号を取り出す。このように、
もとの正弦波信号と位相的にずれのない正弦波信号を生
成して波形信号を取り出すため、該波形信号を時間軸上
で歪ますことなく抽出することができる。

【００１０】請求項２の発明では、位相変位手段が、微
分回路又は積分回路からなるため、簡易に構成すること
ができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の正弦波信号に重畳
された波形信号の分離装置の実施形態について図を参照
して説明する。図１は本発明の第１実施態様に係る波形
信号分離装置を用いる電力線通信方式の概要を示してい
る。

【００１２】スペクトラム拡散送信機６０からの波形情
報は、加算機７０にて電力線９０上の正弦波電力信号上
に重畳される。波形信号分離装置１０は、電力線９０上
の正弦波電力信号上に重畳された波形情報を分離し、ス
ペクトラム拡散受信機５０側へ送出する。

【００１３】この波形信号分離装置１０の構成につい
て、図２を参照して説明する。ここで、電力線９０の正
弦波電力信号をＡsin （２πｆｔ）、図１に示すスペク
トラム拡散送信機６０の情報信号をＨ(t) とすると、加
算機７０にて正弦波電力信号上に情報信号を重畳した信
号は、即ち、電力線９０上を搬送される信号は、Ａsin
（２πｆｔ）＋Ｈ(t) と表される。

【００１４】フィルタの作用素Ｆ(x) 、増幅率ｂの低域
通過フィルタ１２は、上記信号Ａsin （２πｆｔ）＋Ｈ
(t) を、ｂＡsin （２πｆｔ＋φ）とする。即ち、高周
波分である情報信号Ｈ(t) を除去する。この際、ｂ分増
幅すると共に、位相をφ分進ま（遅ら）せる。そして、
増幅率１／ｂの増幅器１４は、低域通過フィルタ１２に
て増幅されたｂ分をキャンセルして、Ａsin （２πｆｔ
＋φ）を出力する。

【００１５】作用素Ｄ(x) 、増幅率２πｆｃの微分器１
６は、入力されたＡsin （２πｆｔ＋φ）の信号の位相
を９０°ずらし、２πｆｃＡcos （２πｆｔ＋φ）とす
る。そして、増幅率１／２πｆｃの増幅器１８は、低域
通過フィルタ１２にて増幅された２πｆｃ分をキャンセ
ルして、Ａcos （２πｆｔ＋φ）を出力する。

【００１６】増幅器２２、加算器２４、増幅器２６から
成る位相変換器２０は、上記信号から電力線９０の正弦
波電力信号Ａsin （２πｆｔ）を生成する。即ち、上記
増幅器１４からの信号Ａsin （２πｆｔ＋φ）は、cos
−φの増幅率を有する増幅器２６にてＡsin （２πｆｔ
＋φ）（cos −φ）とされて加算器２４へ加えられる。
他方、上記増幅器１８からの信号Ａcos （２πｆｔ＋
φ）は、sin −φの増幅率を有する増幅器２２にてＡco
s （２πｆｔ＋φ）（sin −φ）とされて加算器２４に
加えられる。加算器２６は、上記信号Ａsin （２πｆｔ
＋φ）（cos −φ）と、信号Ａcos （２πｆｔ＋φ）
（sin −φ）とを加算することにより、正弦波信号Ａsi
n （２πｆｔ）を加法定理より出力する。

【００１７】減算器３０は、上記位相変換器２０からの
正弦波信号Ａsin （２πｆｔ）を、電力線９０上を搬送
される信号Ａsin （２πｆｔ）＋Ｈ(t) から減算するこ
とにより、スペクトラム拡散送信機６０の情報信号Ｈ
(t) を取り出す。ここで、位相変換器２０からの正弦波
信号Ａsin （２πｆｔ）は、電力線９０上を搬送される
信号Ａsin （２πｆｔ）＋Ｈ(t) 中の搬送波Ａsin （２
πｆｔ）と位相的にずれがないため、情報信号Ｈ(t) を
時間軸上で全く歪ませることなく取り出すことができ
る。なお、上記例では、低域通過フィルタ１２を通過し
た信号に、９０°のずれを微分器１６で与えたが、積分
器を用いて、９０°のずれを与えることも可能である。

【００１８】ここで、波形信号分離装置１０による信号
処理について実験を行った結果を、図７〜図１０の波形
図を参照して説明する。図７（Ａ）は、電力線９０の正
弦波電力信号を波形Ａとして、情報信号を波形Ｂとして
示している。この波形Ａは、図１に示す電力線９０上の
６０Hzの商用交流周波数であり、波形Ｂは、図１のスペ
クトラム拡散送信機６０からの情報信号に相当する。

【００１９】図７（Ｂ）に示す波形Ｃは、図７（Ａ）に
示す正弦波電力信号Ａに情報信号Ｂを重畳させた信号の
波形である。また、図７（Ｂ）中には比較のため情報信
号Ｂを併せて示している。図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）を
更に拡大して示している。即ち、波形Ｃは図１中の加算
機７０の出力側の波形である。

【００２０】図８（Ａ）に示す波形Ｄは、図２に示す低
域通過フィルタ１２を通過した信号波形である。図８
（Ａ）中には、低域通過フィルタ１２を通過前の波形Ｃ
を比較のために併せて示している。上述したように低域
通過フィルタ１２にて、情報信号Ｂが除去されるもの
の、位相的なずれが生じている。

【００２１】図８（Ｂ）に示す波形Ｅは、図２に示す微
分器１６を通過した信号波形である。図８（Ｂ）中に
は、微分器１６を通過前の波形Ｄを比較のために併せて
示している。上述したように微分器１６にて、９０°位
相がずらされている。

【００２２】図８（Ｃ）に示す波形Ｆは、図２に示す位
相変換器２０を通過した信号波形である。図８（Ｃ）中
には、位相変換器２０を通過前の波形Ｅを比較のために
併せて示している。上述したように位相変換器２０に
て、低域通過フィルタ１２を通過する時に与えられた位
相のずれが元に戻されている。

【００２３】図９（Ａ）には、図８（Ａ）に示した正弦
波電力信号Ａに情報信号Ｂを重畳させた信号波形Ｃと、
上記図８（Ｃ）に示した位相変換器２０にて位相が元に
戻さ正弦波電力信号Ｆとを示し、図９（Ｂ）には、図９
（Ａ）の信号を拡大して示している。図中からも判るよ
うに、信号波形Ｃと位相が元に戻された正弦波電力信号
Ｆとの間に、位相的なずれがない。

【００２４】図１０（Ａ）には、図８（Ａ）に示した正
弦波電力信号Ａに情報信号Ｂを重畳させた信号波形Ｃ
と、上記図２に示した減算器３０にて該信号波形Ｃから
分離された情報波形Ｅとを示し、図１０（Ｂ）には、図
１０（Ａ）の信号を拡大して示している。図中からも判
るように、情報波形Ｅは、図７（Ａ）に示した源情報信
号Ｂから、時間軸上で波形が歪でいない。即ち、搬送さ
れる信号Ａsin （２πｆｔ）＋Ｈ(t) 中の搬送波Ａsin
（２πｆｔ）と位相的にずれがない生成信号Ａsin （２
πｆｔ）を用いて分離しているため、情報信号Ｈ(t) を
時間軸上で全く歪ませることなく取り出している。

【００２５】図２を参照して上述した波形信号分離装置
１０は、低域通過フィルタ１２にて位相的にずれた正弦
波搬送信号と、該正弦波搬送信号に９０°の位相的なず
れを与えた信号とを加算することで、源正弦波搬送信号
を再生した。ここで、本発明の正弦波信号に重畳された
波形信号の分離装置では、９０°ではなく、任意の位相
的ずれを与えることで、源正弦波搬送信号を再生するこ
とができる。この構成について、図３に示す波形信号分
離装置のブロック図を参照して説明する。

【００２６】この改変例では、第１の線形フィルタ６２
にて、情報信号の重畳された正弦波電力信号Ａsin （２
πｆｔ）＋Ｈ(t) に対して情報信号Ｈ(t) を除く際に、
φの位相進みを与え、第２の線形フィルタ６６にてψの
位相進みを与え、位相変換器８０にて、正弦波電力信号
Ａsin （２πｆｔ）を生成する。

【００２７】この原理について、さらに詳細に述べる。 時間：ｔ 第１線形フィルタ作用素の位相進み：φ 第２線形フィルタ作用素の位相進み：ψ 第１、第２線形フィルタ作用素の増幅率：b １、b ２ 第１、第２線形フィルタ作用素：Ｆ１（x ）、Ｆ２（x
） Ｆl （x ），Ｆ２（x ）の（位相進み、増幅率）は、そ
れぞれ、（bl，φ），（b ２，ψ）と定義する。 不定積分作用素の増幅率：ｃ１ 不定積分作用素：（１／Ｄ）（x ） 微分作用素の増幅率：ｃ２ 微分作用素：Ｄ（x ） 増幅作用素：（１／b ）＝ｘ／b ，（１／２πｆｃ）
（ｘ）＝ｘ／２πｆｃ，d （x ）＝d ・ｘ，e （x ）＝
ｅ・ｘ 振幅Ａ、周波数f を持つ正簸波情報信号：Ａsin （２π
ｆｔ） 基本周波数ｆｈを持つ任意の波形信号：Ｈ（t ） 任意の波形情報信号を重畳した、合成波形情報信号：Ａ
sin （２πｆｔ）＋Ｈ（t ）と定義する。

【００２８】ｆｈ≠ｆが成立するとき、適当な線形フィ
ルタを用いると Ｆ１（Ａsin （２πｆｔ）＋Ｈ（t ））＝b １Ａsin
（２πｆｔ＋φ） Ｆ２（Ａsin （２πｆｔ）＋Ｈ（t ））＝b ２Ａsin
（２πｆｔ＋ψ） が成立する。なお、不定積分作用素により、 （１／Ｄ）（Ａsin （２πｆｔ＋φ）） ＝−（ｃ１／２πｆ）Ａcos （２πｆｔ＋φ） ＝（ｃ１／２πｆ）＋Ａsin （２πｆｔ＋φ−π／２） 微分作用素により、 Ｄ（Ａsin （２πｆｔ＋φ））＝２πｆｃ２Ａcos （２πｆｔ＋φ） ＝−２πｆｃ２Ａsin （２πｆｔ＋φ−π／２） がそれぞれ成立するので、正弦波情報信号に対しては、
不定積分作用素と微分作用素は、線形フィルタ作用素Ｆ
２（x ）と同じ作用を行うことになるので、これらも線
形フィルタ作用素Ｆ２（x ）に含める。

【００２９】正弦波の加法定理または、回転変換によ
り、

【数１】

【数２】 sin(２πｆｔ＋φ）＝sin(φ) ・cos(２πｆｔ）＋cos
(φ) ・sin(２πｆｔ） sin(２πｆｔ＋ψ）＝sin(ψ) ・cos(２πｆｔ）＋cos
(ψ) ・sin(２πｆｔ） が成立し、

【数３】 を満足するφとψが存在するので、 sin(２πｆｔ）＝d ・sin （２πｆｔ＋φ）＋ｅ・sin
(２πｆｔ＋ψ） ｄ＝−sin(ψ）／sin(φ−ψ） ｅ＝sin(φ）／sin(φ−ψ） のような増幅作用素を定義できる。

【００３０】したがって、上記の作用素から以下の情報
信号処理方式を構築すると下式が成立する。Ｈ（t ）＝
Ａsin （２πｆｔ）＋Ｈ（t ）−[ ｄ・Ｆ１（Ａsin
（２πｆｔ）＋Ｈ（t ））＋ｅ・Ｆ２（Ａsin （２πｆ
ｔ））＋Ｈ（t ））]

【００３１】図２を参照して述べた波形信号分離装置と
同様に、図３に示す増幅器８２、加算器８４、増幅器８
６から成る位相変換器８０は、上記信号から電力線９０
の正弦波電力信号Ａsin （２πｆｔ）を生成する。即
ち、上記増幅器６８からの信号Ａsin （２πｆｔ＋ψ）
は、上述した条件を満たす増幅率ｅを有する増幅器８６
を経て加算器８２に加えられる。他方、上記増幅器６４
からの信号Ａsin(２πｆｔ＋φ）は、上述した条件を満
たす増幅率ｄを有する増幅器８６を介して加算器８４に
加えられる。加算器８４は、２つの信号を加算すること
により、正弦波信号Ａsin （２πｆｔ）を上述した加法
定理・回転定理より出力する。

【００３２】減算器８８は、上記位相変換器２０からの
正弦波信号Ａsin （２πｆｔ）を、電力線９０上に搬送
される信号Ａsin （２πｆｔ）＋Ｈ(t) から減算するこ
とにより、スペクトラム拡散送信機６０の情報信号Ｈ
(t) を取り出す。ここで、位相変換器８０からの正弦波
信号Ａsin （２πｆｔ）は、電力線９０上を搬送される
信号Ａsin （２πｆｔ）＋Ｈ(t) 中の搬送波Ａsin （２
πｆｔ）と位相的にずれがないため、情報信号Ｈ(t) を
時間軸上で全く歪ませることなく取り出すことができ
る。

【００３３】引き続き、図４及び図５を参照して本発明
の第２実施態様について説明する。図４は本実施形態の
第２実施態様に係る波形信号分離装置を用いる無線通信
方式の概要を示している。

【００３４】スペクトラム拡散送信機６０にて多重化さ
れた波形情報は、送信機１７０にて高周波の正弦波搬送
信号上に重畳されて電波として送出される。受信機１７
２は、送信機から送られた電波を受信し、波形信号分離
装置１１０側へ出力する。波形信号分離装置１１０は、
正弦波搬送信号上に重畳された波形情報を分離し、スペ
クトラム拡散受信機５０Ａ、５０Ｂ側へ送出する。な
お、この第２実施態様では、スペクトラム拡散送信機６
０は、スペクトラム拡散受信機５０Ａ、５０Ｂへの情報
を多重化して送出し、それぞれのスペクトラム拡散受信
機５０Ａ、５０Ｂは、受信後、多重化された情報を分離
する。

【００３５】この波形信号分離装置１１０の構成につい
て、図５を参照して説明する。ここで、正弦波搬送信号
をＡsin(２πｆｔ）、図４に示すスペクトラム拡散送信
機６０の情報信号をＨ(t) とすると、無線搬送される信
号は、Ａsin(２πｆｔ）＋Ｈ(t) と表される。

【００３６】高域通過フィルタ１１２は、上記信号Ａsi
n(２πｆｔ）＋Ｈ(t) を、ｂＡsin(２πｆｔ＋φ）とす
る。即ち、低周波分である情報信号Ｈ(t) を除去する。
以後の動作は、図２を参照して述べた第１実施態様と同
様であるため説明を省略する。

【００３７】引き続き、図６を参照して本発明の第３実
施態様について説明する。図６は本実施形態の第３実施
態様に係る波形信号分離装置を用いる光通信方式の概要
を示している。

【００３８】スペクトラム拡散送信機６０にて多重化さ
れた波形情報は、送信機２７０にて高周波の正弦波搬送
信号上に重畳されて光信号として光ファイバ２８０へ送
出される。受信機２７２は、送信機から送られた光信号
を受信し、波形信号分離装置２１０側へ出力する。波形
信号分離装置２１０は、正弦波搬送信号上に重畳された
波形情報を分離し、スペクトラム拡散受信機５０側へ送
出する。なお、この第３実施態様の波形信号分離装置２
１０は、図５を参照して上述した第２実施態様と同様で
あるため説明を省略する。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、波形信
号の重畳された正弦波信号からフィルタにより正弦波信
号を取り出し、取り出された正弦波信号に位相のずれを
与え、フィルタにより取り出された正弦波信号と、位相
のずれの与えられた正弦波信号とを加算して、波形信号
の重畳される前の正弦波信号を生成する。そして、生成
した正弦波信号を、波形信号の重畳された正弦波信号か
ら減算することにより、該波形信号を取り出す。このよ
うに、もとの正弦波信号と位相的にずれのない正弦波信
号を生成して波形信号を取り出すため、該波形信号を時
間軸上で歪ますことなく抽出することができるので、ス
ペクトラム拡散通信において、送信された信号を再生す
る際に好適に用い得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る通信方式を示す説
明図である。

【図２】図１に示す波形信号分離装置のブロック図であ
る。

【図３】図１に示す波形信号分離装置の改変例に係るブ
ロック図である。

【図４】本発明の第２実施形態に係る通信方式を示す説
明図である。

【図５】図４に示す波形信号分離装置のブロック図であ
る。

【図６】本発明の第３実施形態に係る通信方式を示す説
明図である。

【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）は、本発
明の第１実施形態に係る通信方式の各部の波形図であ
る。

【図８】図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）は、本発
明の第１実施形態に係る通信方式の各部の波形図であ
る。

【図９】図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、本発明の第１実施
形態に係る通信方式の各部の波形図である。

【図１０】図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、本発明の第
１実施形態に係る通信方式の各部の波形図である。

【符号の説明】

１０ 波形信号分離装置 １２ 低域通過フィルタ １４ 増幅器 １６ 微分器 １８ 増幅器 ２０ 位相変換器 ３０ 減算器 ５０ スペクトラム拡散受信機 ６０ スペクトラム拡散送信機 ７０ 加算器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波形信号の重畳された正弦波信号から正
   弦波信号を取り出すフィルタと、 前記フィルタにより取り出された正弦波信号に位相のず
   れを与える位相変位手段と、 前記フィルタにより取り出された正弦波信号と、前記位
   相変位手段により位相のずれの与えられた正弦波信号と
   を加算して、波形信号の重畳される前の正弦波信号を生
   成する位相変換手段と、 前記位相変換手段にて生成された正弦波信号を、波形信
   号の重畳された正弦波信号から減算することにより、該
   波形信号を取り出す減算手段とを備えることを特徴とす
   る正弦波信号に重畳された波形信号の分離装置。
2. 【請求項２】 前記位相変位手段が、微分回路又は積分
   回路からなる事を特徴とする請求項１の正弦波信号に重
   畳された波形信号の分離装置。
3. 【請求項３】 波形信号の重畳された正弦波信号からフ
   ィルタにより正弦波信号を取り出すステップと、 前記フィルタにより取り出された正弦波信号に位相のず
   れを与えるステップと、 前記フィルタにより取り出さ
   れた正弦波信号と、前記ステップにより位相のずれの与
   えられた正弦波信号とを加算して、波形信号の重畳され
   る前の正弦波信号を生成するステップと、 前記ステップにて生成した正弦波信号を、波形信号の重
   畳された正弦波信号から減算することにより、該波形信
   号を取り出すステップとを備えることを特徴とする正弦
   波信号に重畳された波形信号の分離方法。