CN1315082A - 宽频带接收机及频道扫描方法 - Google Patents

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Abstract

宽频带接收机10包括:通过从本机振荡器18输出的本振信号对经天线输入的信号进行频率变换的变频器16;接收变频器的输出16,使对应于至少包含许多频道频带宽度的扫描频带的信号成分通过的宽频带滤波器20;将宽频带滤波器20的输出变换成数字信号的A/D变换器22;接收数字信号,对其进行高速傅里叶变换的FFT运算电路24;根据FFT运算电路24的运算结果,在预定的扫描频带检测通信中的频道的控制电路26。控制电路26通过重复进行变更本振信号的频率,变更上述扫描频带,在所分配的频率范围即搜索频率范围检测出通信中的频道。

Description

宽频带接收机及频道扫描方法
本发明涉及一种称为扫描器的宽频带接收机，更详细地说是涉及一种可以以更高速检测频道的宽频带接收机及频道扫描方法。
现有所熟知的宽频带接收机是对宽频带进行扫描，对在该频带中所出现的频道进行检测，有时对检测的频道信号进行解调，将其作为音响信号进行输出。如第1图所示，这种宽频带接收机一般包括：天线12、RF放大电路14、变频器16、PLL(Phase Locked Loop)电路及电压控制振荡器(VCO)构成的频率合成器18、窄带滤波器102、检测器104、控制电路106及解调电路108。
天线12接收的电波通过RF放大电路14由变频器16变换成中频信号。该中频信号经过略有频带宽度即一步幅宽度的窄带滤波器102，输出给检测器104。检测器104检测在经过窄带滤波器102的信号中是否包含通信信号，并将表示通信信号检测的检测信号输出给控制电路106。控制电路106控制各电路，例如根据检测信号，固定从频率合成器18输出的本振信号的频率，并将所检测的通信信号输出给解调电路108，或者控制各电路变更本振信号的频率，从变频器16输出具有其他频率的中间频率信号。
这样，变更中频信号的频率，具有预定频带宽度(频道宽度)的窄带滤波器，通过反复进行对该信号滤波，检测在滤波的信号中是否包含通信信号的处理，检测在应搜索的对象的搜索频率范围中所包含的通信中的信号，可以将该信号中的一个以声音等输出。
但是，在上述现有的宽频带接收机中，需要对本振信号的频率变更，只执行搜索频率范围中所包含的频道数、即(搜索频率范围/频道宽度)次数。例如，当检测搜索频率范围为108Mhz～136MHz、频带宽度即频道宽度为25kHz的航空无线时，需要变更(24M/25K)=960次本振信号的频率。一般来说，频率合成器的频率控制时间、即从变更频率到检测出有无预定信号的时间大多需要数十msec。从而，频率变更及频道搜索多次的重复将妨碍接收机搜索速度的提高。
另外，在现有的宽频带接收机中检测了某一频道时，当然，只是可以检测在该频道中有无通信中的信号，并且只不过可以对该通道中的信号进行解调、输出，却不能同时对多个频道进行检测和解调并输出解调信号。
本发明的目的在于提供一种宽频带接收机，可以高速对搜索频率范围的频道进行检测并可对该信号进行再生。
本发明的另一目的在于提供一种宽频带接收机，可以同时进行频道的检测、及该频道或其他频道的信号的解调输出，这样可以更容易使用、并实现更高速的搜索。
本发明的目的在于提供一种宽频带接收机，接收电波，将分配给某一广播的频率范围作为搜索频率范围，在该搜索频率范围检测通信中的频道，其特征在于包括：变频器，通过本机振荡器输出的本振信号，对经天线输入的信号进行频率变换；宽频带滤波器，与变频器相连接，接收上述变频器的输出，使至少对应于包括多个频道带宽的扫描带宽的信号成分通过；A/D变换器，与宽频带滤波器相连接，接收上述信号成分，变换成数字信号；FFT运算电路，与上述A/D变换器相连接，接收上述数字信号，对其进行高速傅里叶变换；及检测电路，根据上述FFT运算电路的运算结果，在预定的扫描频带检测通信中的频道；通过变更上述本振信号的频率，变更上述扫描频率，实现在所分配的频率范围内检测出通信中的频道。
根据本发明，可以通过宽频带滤波器，取出对于应包含多个频道带宽的扫描频带的信号。该信号再进行FFT运算，依次算出对频率的功率，通过参照该功率就可以检测出在扫描频带上通信中的频道。另外，根据本发明，通过扫描频带的扫描，可以进行多个频道的检测，其结果可以减少本振信号频率的变更次数及频率变换的次数，因此可以减少频道扫描所需要的处理时间。
在本发明的最佳实施例中，宽频带滤波器的扫描频带宽度设定为：
Ibw/Cbw＞Tfft/Tch+1
(其中Ibw：扫描频带宽度，Cbw：搜索频率范围)，Tfft:FFT运算电路的运算时间，Tch：本机振荡器的频率控制时间)。
在上述实施例中，上式的左边最好足够大。
在本发明的另一最佳实施例中，还具有解调电路，与A/D变换器相连接，接收数字信号，对所检测的频道的信号进行解调，其构成与FFT运算电路的运算相并行，实现预定频道信号的解调。
或者也可以具有解调电路与宽频带滤波器连接，接收从该宽频带滤波器的输出，对预定频道的信号进行解调，其构成与FFT运算电路的运算相并行，实现预定频道信号的解调。根据这些实施例，在某扫描频带可以并行地实现频道的检测、及所检测的频道的解调。
根据本发明的另一实施例，上述宽频带接收机，接收电波，将分配给某一广播的频率范围作为搜索频率范围，在该搜索频道范围内检测通信中的频道，其特征在于包括：信号提取装置，将对应于相当于搜索频率范围的扫描频带、或使搜索频率范围至少分割为两个以上的扫描频带的信号取出；功率计算装置，接收由信号提取装置提取的信号，计算出对应频率的功率；及频道检测装置，根据从功率计算装置输出的运算结果，检测出在扫描频带中通信中的频道；根据需要，通过变更扫描频带，在搜索频率范围内检测出通信中的频道。
在该实施例中，在扫描频带上可以进行多个频道的检测，这样，可以减少扫描频带的变更次数，借此可以减少频带扫描的处理时间。
另外，本发明的目的也可以通过为实现上述构成的步骤形成的方法来完成。
附图的简单说明
图1是表示现有宽频带接收机概要的方框图。
图2是表示本发明的实施例所涉及的宽频带接收机概要的方框图。
图3是表示在本实施例所涉及的宽频带接收机上所执行的处理概要的流程图。
图4是为说明由本发明所涉及的宽频带接收机的BPF进行滤波的信号频带的图。
图5是在本实施例中为说明扫描过程中的频道和解调过程中的频道间关系的图。
图6是表示本发明的另一实施例所涉及的宽频带接收机概要的方框图。
图7是表示在本发明的又一实施例所涉及的宽频带接收机上所执行的处理的流程图。
发明的最佳实施例
下面参照附图，对本发明的实施例加以详细说明。图2是表示本发明的第1实施例所涉及的宽频带接收机硬件的方框图。与第1所示的现有宽频带接收机相同的构成部分，加有同一标号。如图2所示，本实施例所涉及的宽频带接收机10包括：天线12、RF放大电路14、变频器16、由PLL电路及VCO组成的频率合成器18、具有预定IF频带的宽频带滤波器20、A/D变换器22、FFT运算电路24、对这些构成部分进行控制的控制电路26、及解调电路28。
在本实施例中，宽频带接收机10可以进行窄带FM、商业FM广播、TV广播等的检测，但是在本说明书中，将以具有25kHz频带宽度(频道宽度)的航空无线的检测为例进行说明。
本实施例所涉及的宽频带滤波器20具有300kHz的通过频带。即，宽频带滤波器20的构成具有300kHz的IF频带。
另外，A/D变换器，以预定的取样频率(例如10MHz)将输入的中频信号变换成数字数据。FFT运算电路24对输入的数字数据进行高速傅里叶(FFT)运算，计算出与输入数据相关的IF带宽中频率成分的功率电平。控制电路26除了对上述RF放大电路14至解调电路28的动作进行控制之外，还根据FFT运算电路24的运算结果，检测出通信中的信号频率。
关于由这样构成的接收机10所执行的处理参照图3的流程图进行说明。例如，当接收机10的电源接通时，A/D变换器22及FFT运算电路24等进行初始化，同时频率合成器18的VCO的振荡频率也被初始化(步301)。然后当由用户发出应搜索的指示时，执行步302以后的处理。
在该接收机10上通过天线12接收的电波，由RF放大电路14放大到预定电平，加到变频器16。在变频器16上加从频率合成器18的VCO输出的本振信号。在本实施例中，通过变更本振信号的频率(参照下述的步309)，由具有300kHz的较宽频带的BPF20对从频率变换器16输出的IF信号进行滤波，如图4所示，对每个约300kHz频带(例如，标号401、402)进行FFT运算，检测出该频带所包含的频道。
在步302上，变频器16根据从频率合成器18输出的本振信号，将所接收的电波变换成中频信号(步302)。然后，中频信号由BPF20进行滤波，通过A/D变换器22变换成数字信号。FFT运算电路24对从A/D变换器22输出的数字信号进行FFT运算(步303)。在最初执行的步303上对于图4的频带401所对应的数字信号进行FFT运算。
当FFT运算结束时，控制电路26对FFT运算的结果进行扫描，判断是否存在通信中的频道(步304)。例如，当检测出了某一频带(通道)上的通信时(步304上为YES)，控制电路26将该频率所需的信息记录在存储器(图中未画出)中，同时在液晶显示器等显示装置(图中未画出)上输出该信息(步305)。当用户想了解在步304上所检测出的频带上的通信内容时，则操作接收机10的预定开关(步306上为YES)。这样，解调电路28动作，该频带的信号被解调，加给声音输出电路。这样所检测的频带的通信内容以声音输出(步307)。
另一方面，当用户未操作预定开关时(步306上为NO)或者在通信内容的输出过程中，控制电路26再次操作FFT运算的结果，判断是否存在通信中的其他频道(步304)。以下当检测出频道时，重复步305至步307的处理。
在本实施例中，在控制电路26扫描FFT运算的结果，确认通信中的频带存在(步304～步305)期间，通过声音输出，同时可以对预定频道的通信内容进行解调、输出。这是由于通过FFT运算电路24，可以得到存在于预定的频带(在本实施例中为300kHz)中的通信中的频道的相关信息(频率及电平)，所以控制电路26可以取得与某频道相关的信息，并且解调电路28可以对其他频道的信号进行解调，并把解调信号输出到声音输出电路。
例如，如图5(a)所示，在对频道501再生过程中，控制电路26可以使频道502相关的信息存储在存储器中或显示在显示装置上。另外，只要用户不指示频道502的通信内容的再生，就进行扫描，并如图5(b)所示，控制电路26的动作使频道503相关的信息，存储在存储器中或者显示在显示装置上。另一方面，当指示频道503的通信内容输出时，如图5(c)所示，频道503的信号通过解调电路28，加到声音输出电路，该频道503的通信内容以声音输出。另外，虽然在解调的频道中，但仍依次进行扫描(例如频道504)。
当预定的扫描频带(在本实施例为300kHz)的扫描结束时(在步S308上为YES)，控制电路26对频率合成器18指示变更VCO的振荡频率，频率合成器18对其应答，变更VCO的振荡频率，输出新的频率的本振信号(步309)。例如，变频器16为了输出滤波成图4的频带401那样的中频信号，频率合成器18输出了本振信号时，在步309上，变频器16为输出滤波成频带402那样的中频信号，频率合成器18将新的频率本振信号加到变频器16。这样，经过步309，变更本振信号的频率，并通过再次重复步302至步308，对于频带401至40n的每一个进行FFT运算，可以检测出各频带中所包含的频道。
下面说明本发明所涉及的接收机10与现有接收机间的处理时间的比较情况。在此，假设搜索频率范围为Sbw[Hz]、非搜索信号的操作频率范围的带宽、即频道的带宽为Cbw[Hz]、本机振荡器的频率控制时间为Tch[sec]、FFT运算电路24的运算时间为Tfft[sec]，则
在现有接收机中，对搜索频率范围进行搜索的时间Tsold，大体可以按以下的式(1)表示。
Tsold=(Sbw/Cbw)×Tch    ……(1)
与此相比，在本实施例所涉及的接收机中，为搜索频率范围的时间Tsfft大体可以按以下的式(2)表示。
Tsfft=(Sbw/Ibw)×(Tch+Tfft)    ……(2)
从而，为了使本发明所涉及的接收机的搜索时间＜现有的接收机的搜索时间，只要
Tsold＞Tsfft即
Ibw/Cbw＞Tfft/Tch+1    ……(3)成立即可。特别是在式(3)中最好左边比右边足够大
下面对更具体的比较例进行说明。例如在日本，对航空无线、无绳电话的母机及数字汽车电话，分配以下表1所示的频率。
表1
    频段     频率     频带     步
航空无线 108～132MHz  24MHz     25kHz
无绳电话母机 380.2125～381.3125MHz  1.1MHz     12.5kHz
数字汽车电话 810.0125～825.9875MHz  15.975MHz     12.5kHz
从表1可以看出，航空无线在108～132MHz的24MHz的频带上，以25kHz间隔分配频道。从而，该频道数为25MHz/25kHz=960。考虑利用现有的接收机扫描所有的频道的情况。当是现有的宽频带接收机(例如，如图1所示，对PLL的频率进行切换的形式)时，为变更频率检测频道通信有无的时间为约20msec，即由于具有约为20msec/频道的速度，所以为了对所有的频道进行扫描，需要20msec×960=19.6sec。
与此相比，在本实施例的接收机中，当使进行FFT运算的频带(扫描频带)为300kHz时，只有24MHz/300kHz=80次取入信号，对取入的信号进行FFT运算。例如，在比现在(1998年)所利用的前一代的DSP中，在执行具有频道的间隔(步)的25kHz分辨率的FFT运算时，只要有160μsec左右就够了。从而，在扫描所有的频道时，如果有(20msec+160μsec)×80=1.6秒就够了。上式中的20msec是为了对应于现有的宽频带接收机变更频率所需的时间。
这样，根据本实施例，为了与利用现有接收机的情况相比较，扫描所有的频道，如果有1/12的时间就够了。
同样，对无绳电话机及数字汽车电话的频带中所包含的所有频道进行扫描时相关的比较分别表示如下。
1．无绳电话
现有的接收机：(1.1MHz/12.5kHz)×20msec=1.76sec
本实施例：(1.1MHz/300kHz)×(500μsec+20msec)75msec
此处500μsec是在DSP进行12.5kHz分辨率的FFT运算所需要的时间，下式的20msec是为变更本振信号频率所需要的时间。
2．数字汽车电话
现有的接收机：(15.975MHz/12.5kHz)×20msec=25.56sec
本实施例：(15.97MHz/300kHz)×(500μsec+20msec)1.091msec
这样可以看出，在双方的例子中本实施例所涉及的接收机为扫描所需时间都是现有接收机的约1/23.5。
如以上详细说明，根据本实施例，对于中频信号至少取出包含多个频道的频带，对该频带的信号进行FFT运算，检测出频率区域所包含的频道。另外，通过变更应取出的频带，可以检测出所需搜索频率范围中的任意频道。从而，通过调整频带的宽度，减少变更需要时间的频带的次数，可以缩短为了检测的处理时间。另外，如果是同一频带，则可以进行频道的检测，并可以再生其他频道的通信内容。
本发明不仅限定以上的实施例，在专利请求范围所记载的发明范围内，可以进行种种变更，这些当然也包括在本发明的范围内。
例如，在上述实施例中，解调电路28的构成，可以接收从A/D变换器22输出的数字信号，对预定的频道信号进行解调，将解调的信号加到声音输出电路。这时，可以通过单一的DSP(Digital SignalProcessor)实现FFT运算电路24及解调电路28。但是，本发明不仅限于此，如图5所示，也可以设置模拟解调电路32代替解调电路28，接收宽频带滤波器20的模拟输出，对所选择的预定频道进行解调。
另外，在上述实施例中，宽频带滤波器20具有300kHz的频带宽度，但是并不仅限于此，也可以考虑奈奎斯特间隔及在FFT运算电路24上应运算的取样次数等，进行适当设定。或者如果可能也可以配置使搜索频率范围通过的宽频带滤波器。这时，可以将搜索频率范围本身作为扫描频带，在图3中，频率合成器不变更本振信号，可以在搜索频率范围中进行频道检测。
另外，在A/D变换器22上的取样频率，当然也不仅限定于上述实施例所述的情况，至少有非取样信号的频带宽度的2倍以上就够了。例如输入到A/D变换器的信号如果是10.7MHz±150kHz，则只要以频带宽度的2倍以上，即600kHz以上的取样频率，并且确保10.7kHz以上的频率特性良好即可。
另外，在上述实施例中，如第3图所示，当检测出频道时，便指示解调这个信道(步306)，对所指定的频道的信号进行解调(步307)，同时还对其他频道进行扫描(步304)，由此进行解调及输出，并且可以进行其他频道的检测，所以可以缩短处理时间。但是，本发明并不限定于上述处理。第7图是表示处理的其他例子的图。在第7图中，与第3图的处理步相同的加有相同标号。如第7图所示，在扫描频带中可检测通信中的全部频道(步704)，频道相关的信息显示在显示装置的画面上，同时信息存储在存储器中(步705)。当用户选择了某频道时，解调电路28对该频道进行解调，加给声音输出电路。当然采用其他处理形式也可以。
另外，在本实施例中，由解调电路解调的信号加给声音输出电路，以声音输出通信内容，但是并不仅限于此，其构成也可以在显示装置上输出通信内容。
在本说明书中，所谓装置不一定意味是物理装置，各装置的功能也包括由软件实现的情况。一个装置的功能也可以由两个以上的物理装置实现，或者两个以上装置的功能也可以由一个物理装置实现。
本发明除了窄带FM、商业FM广播、TV广播外还分配航空无线、汽车电话等预定的频率范围，在所分配的频率范围即频带上，可以以某步骤对分配多个频道的广播进行扫描，检测出通信中的频道，并输出其内容。从而，在接收机和收发送机中可以应用本发明。

Claims (8)

1．一种宽频带接收机，接收电波，将分配给某广播的频率范围作为搜索频率范围，在该搜索频率范围检测通信中的频道，其特征在于包括：
变频器，通过从本机振荡器输出的本振信号，对经过天线输入的信号进行频率变换；
宽频带滤波器，与变频器相连接，接收上述变频器的输出，使至少对应于包含许多频道带宽的扫描频带的信号成分通过；
A/D变换器，与宽频带滤波器相连接，接收上述信号成分，变换成数字信号；
FFT运算电路，与上述A/D变换器相连接，接收上述数字信号，对其进行高速傅里叶变换；及
检测电路，根据上述FFT运算电路的运算结果，在预定的扫描频带中检测通信中的频道；
通过变更上述本振信号的频率，变更上述扫描频带，在所分配的频率范围检测出通信中的频道。
2．如权利要求1记载的宽频带接收机，其特征在于：
设定上述宽频带滤波器的扫描频带宽度为
Ibw/Cbw＞Tfft/Tch+1
(其中，Ibw：扫描频带的宽度、Cbw：搜索频率范围、Tfft:FFT运算电路的运算时间、Tch：本机振荡器的频率控制时间)。
3．如权利要求1或2记载的宽频带接收机，其特征在于：
还包括解调电路，与上述A/D变换器相连接，接收上述数字信号，对所检测的频道信号进行解调；
与上述FFT运算电路的运算相并行，实现预定频道信号的解调。
4．如权利要求1或2记载的宽频带接收机，其特征在于：
还包括解调电路，与上述宽频带滤波器相连接，接收从该宽频带滤波器的输出，对预定频道的信号进行解调；
与上述FFT运算电路的运算并行，实现预定频道信号的解调。
5．一种宽频带接收机，接收电波，将分配给某广播的频率范围作为搜索频率范围，在该搜索频率范围检测出通信中的频道，其特征在于包括：
信号提取装置，将对应于搜索频率范围的扫描频带、或将搜索频率范围至少分割成二个以上的扫描频带对应的信号进行提取；
功率计算装置，接收由上述信号提取装置提取的信号，计算出对频率的功率；及
频道检测装置，根据从上述功率计算装置输出的运算结果，在扫描频带中检测出通信中的频道；
根据需要，通过变更上述扫描频带，在搜索频率范围检测出通信中的频道。
6．一种频道扫描方法，接收电波，将分配给某广播的频率范围作为搜索频率范围，在该搜索频率范围检测出通信中的频道，其特征在于：通过从本机振荡器输出的本振信号，对经天线输入的信号进行频率变换；
在通过频率变换所得到的中频信号中，使至少对应于包含多个频道带宽的扫描频带的信号成分通过；
对上述信号成分的频率计算功率；
根据上述计算所得到的功率，在该扫描频带检测出通信中的频道；
重复进行变换上述本振信号的频率，变更扫描频带，在该频率范围检测出通信中的频道。
7．如权利要求6记载的方法，其特征在于：
设定上述宽频带滤波器的扫描频带宽度为
Ibw/Cbw＞Tfft/Tch+1
(其中，Ibw：扫描频带的宽度、Cbw：搜索频率范围、Tfft:FFT运算电路的运算时间、Tch：本机振荡器的频率控制时间)。
8．一种频道扫描方法，接收电波，将分配给某广播的频率范围作为搜索频率范围，在该搜索频率范围检测出通信中的频道，其特征在于：
必要时将搜索频率范围至少分割成两个以上，得到扫描频带；
提取对应于扫描频带的信号；
对所提取的信号频率计算功率；
根据计算出的功率，检测出在扫描频带内通信中的频道；
根据需要通过变更扫描频带，在搜索频率范围检测出通信中的频道。
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