JP2000278184A

JP2000278184A - 周波数ホッピング受信装置

Info

Publication number: JP2000278184A
Application number: JP8693299A
Authority: JP
Inventors: Norio Hama; 範夫浜
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】微弱電波を使用した通信システムの通信品質の
向上と、低コスト、小型化を両立する受信装置を提供す
る。【解決手段】周波数ホッピング信号を、超再生検波回
路、および、ホッピング周波数の変化に一致して動作す
る周波数可変フィルタにより受信する。また、周波数ホ
ッピング信号ごとに同一のデータを変調し送信された信
号を復調することにより、受信データの信頼性を高め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線データ通信装
置に関し、特にスペクトラム拡散通信の周波数ホッピン
グ方式に用いられる受信回路方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】周波数ホッピング方式を受信する回路方
式としては、従来からは、周波数ヘテロダイン方式が用
いられている。これは、図２にあるように、ＲＦキャリ
ア信号をアンテナ２０で受信し、バンドパスフィルタ２
１で不要な信号を除去したのち、高周波増幅回路（ＬＮ
Ａ）２４で高周波増幅し、周波数変換をする時には、ミ
キサ２７において、周波数ホッピングパターンを記憶し
たコントローラ３０により制御された電圧制御発振器
（ＶＣＯ）の出力発振信号を用いて一定の中間周波数信
号（ＩＦ）に変換される。ＲＦキャリア信号は、決めら
れたホッピングパターンで送信されるので、ＶＣＯ発振
出力もこれと同一のパターンでホッピングすることによ
り、常に一定のＩＦ信号が得られる。ＩＦ信号が得られ
れば、あとは通常の無線受信機と同様に、フィルタ２８
を通り、データ復調回路２９によって、受信データが再
現される。

【０００３】また、超再生検波方式は図３にあるよう
に、従来では、トランジスタ１石で高周波増幅、復調を
行う回路として知られ、アンテナ３１で受信したＲＦキ
ャリア信号は、超再生検波回路３２で、アナログ信号を
検出し、波形整形回路３３をとおり、データ処理回路３
４で、受信データが復元されるという簡単なもので、特
に簡便な微弱通信システムに用いられている。微弱電波
を利用した通信システムには、キーレスエントリーや、
ドアオープナー、携帯電話着信機などがある。これら
は、３００MHz帯の周波数を用い、ＡＳＫやＦＳＫでキ
ャリア変調され、占有帯域は狭く、伝送レートも大きく
て数Kbps程度のものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の微弱通信システ
ムでは、電波法によりその出力が決められているが、概
して通信がしにくい環境において使われる。それは、免
許不要として使用できるシステムとしては到達距離とし
てせいぜい１０ｍ程度で、しかもはるかに強い免許必要
システムが近傍に存在することが多いからである。ま
た、微弱システムの増加で混信が増加していることがあ
る。

【０００５】このような環境では、一定の固定されたＲ
Ｆキャリアで送信受信をするよりも、スペクトラム拡散
通信を行う方が有利であるが、ダイレクトシーケンス
（ＤＳ）方式は、ＤＳＰの消費電力が大きいことや、回
路規模が大きいなどで、微弱システムには適用しにく
い。さらに、周波数ホッピング方式においても、ＶＣＯ
を受信キャリアに合わせてスイッチングさせる技術や、
ヘテロダイン方式を用いたことによる一定の大きさのフ
ィルタが必要なことがあり、小型化や低コスト化には難
しいのが現状である。

【０００６】そこで、超再生検波回路方式をここに適用
するわけだが、従来の回路においては、回路の特性上Ｒ
Ｆキャリアを広帯域に受信できるため、希望するＲＦキ
ャリア信号のほかに、不要なキャリアまで受信してしま
う。またそのキャリアの電界強度が強い場合には、ＰＬ
Ｌのごとく、不要の強いキャリアの方に同調して復調し
てしまうため、本来受信すべきＲＦキャリアが受信でき
なくなってしまうという問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の周波数ホッピング受信装置は、受信回路に
超再生検波回路方式を用いる受信機において、周波数ホ
ッピング方式の変調キャリアを受信することを特徴とす
る。

【０００８】また、前記受信機のRFキャリア入力部にキ
ャリア選択フィルタを有し、前記フィルタは、任意の周
波数に同調可能であることを特徴とする。

【０００９】また、前記キャリア選択フィルタの同調周
波数は、周波数ホッピングパターンに対応した電圧によ
り制御されることを特徴とする。

【００１０】さらに、前記受信機は、複数キャリアを用
いて同一のデータを受け取り、受信確率を向上させるこ
とを特徴とする周波数ホッピング受信装置が構成され
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の受信装置の回路
図を示すものである。大きく分けると、アンテナ１、Ｒ
Ｆバッファアンプ２、超再生復調回路８（超再生検波回
路５とクエンチング発振回路７で構成される）、ローパ
スフィルタ６、超再生復調回路８からのクエンチング発
振出力（ローパスフィルタ出力）を受信データとして出
力するデータ処理回路３、そして、本発明の特徴であ
る、周波数可変フィルタ部９、電圧発生回路４などから
構成されている。

【００１２】また、データ処理回路３はローパスフィル
タ６を通過したクエンチング発振出力を波形整形して２
値の受信データとして出力するとともに、送信されてく
るＲＦホッピング信号に同期して周波数を変化させる変
化パターンを記録するメモリも含まれる。

【００１３】超再生検波回路５は、ｎｐｎ型のトランジ
スタＴＲ１、このトランジスタＴＲ１のコレクタと前述
の周波数可変フィルタ部９の間に接続されたコンデンサ
Ｃ１３、トランジスタＴＲ１のコレクタ・エミッタ間に
接続されたコンデンサＣ２、トランジスタＴＲ１のコレ
クタと電源電圧供給端子Vccに接続された抵抗Ｒ１とコ
ンデンサＣ３、このコンデンサＣ３に並列接続された可
変コンデンサＶＣとコイルＬ１、抵抗Ｒ１とコンデンサ
Ｃ３の接続点ｐ１と接地間に接続されたコンデンサＣ
４、トランジスタＴＲ１のベースと接地間に接続された
コンデンサＣ５、このコンデンサＣ５に並列接続された
抵抗Ｒ２、トランジスタＴＲ１のベースと電源電圧供給
端子Vcc間に接続された抵抗Ｒ３で構成されている。

【００１４】クエンチング発振制御回路７は、トランジ
スタＴＲ１のエミッタと接地間に直列接続されたコイル
Ｌ２と抵抗Ｒ４、この抵抗Ｒ４に並列接続されたコイル
Ｃ６で構成されている。

【００１５】また、ローパスフィルタ６はコイルＬ３、
抵抗Ｒ５、コンデンサＣ７，Ｃ８から構成されている。

【００１６】ＲＦバッファアンプ２と周波数可変フィル
タ部９の間にはコンデンサＣ１、そして、アンテナ１
は、ＲＦバッファアンプ２に接続され、ＲＦ信号を受信
する。

【００１７】本発明の特徴である、周波数可変フィルタ
部９は、２個の単同調共振回路からなり第１の共振回路
は、コンデンサＣ１０、インダクタＬ１０、可変容量ダ
イオードＤ１０が特定の周波数に共振するようになって
いる。抵抗Ｒ１０は、可変容量ダイオードＤ１０に電圧
を印加するためのものである。第１と第２の共振回路は
コンデンサＣ１１で接続される。

【００１８】第２の共振回路は、コンデンサＣ１２、イ
ンダクタＬ１１、可変容量ダイオードＤ１１が特定の周
波数に共振するようになっている。抵抗Ｒ１１は、可変
容量ダイオードＤ１０に電圧を印加するためのものであ
る。

【００１９】両者の共振回路の共振周波数は、わずかに
ずらせてあり、これにより複同調共振回路が構成でき、
共振回路の非通過域では急峻な減衰特性が得られる。

【００２０】可変容量ダイオードＤ１０、Ｄ１１に印加
する電圧は、電圧発生回路４から発生する。電圧は、受
信するＲＦホッピング信号の周波数に同期して可変し、
その結果、受信すべきホッピング信号のみがフィルタ部
９で選択されて、超再生検波回路５に送られる。

【００２１】図１では、まず超再生復調回路の回路基本
動作について説明する。

【００２２】トランジスタＴＲ１のコレクタ・エミッタ
間はコンデンサＣ２によって結合されていて、正帰還発
振回路の発振ループを形成している。今、トランジスタ
ＴＲ１がオン状態からオフ状態への過度状態にあるもの
とする。このとき、トランジスタＴＲ１のコレクタ電位
はコンデンサＣ４と抵抗Ｒ１でなる積分回路により、一
定の時定数で徐々に上昇して行く。このコレクタ電位の
変化は、コンデンサＣ２により、トランジスタＴＲ１の
エミッタに伝達される。

【００２３】そして、コレクタ電位がピークに達すると
（すなわち、発振用のコイルＬ２に流れる電流が最小に
なると）、コイルＬ２の逆起電力によって、トランジス
タＴＲ１のベースにはトランジスタＴＲ１をオンさせる
方向にバイアス電圧を生じるので、トランジスタＴＲ１
は急速にオンとなる。トランジスタＴＲ１がオンとなる
と、今度は、コイルＬ２にてトランジスタＴＲ１をオフ
させる方向に逆起電力を生じて、トランジスタＴＲ１は
オフ（完全にオフではない）になり、トランジスタＴＲ
１のコレクタ電位はコンデンサＣ４と抵抗Ｒ１でなる積
分回路により、一定の時定数で徐々に上昇して行く。こ
のようにして、トランジスタＴＲ１はオンとオフの発振
動作を繰り返すことになる。

【００２４】このトランジスタＴＲ１のオン・オフ動作
に対応してコンデンサＣ３とコイルＬ１よりなる同調回
路に出力が入力されて、ここに一種の混合が行われるも
のと考えられる。この混合の結果生じた変調信号はロー
パスフィルタ６によって検出されることになる。

【００２５】超再生検波回路では、一般に、前述の正帰
還発振回路の発振周波数は、受信ＲＦ信号に同調するの
で、ＲＦ入力が強いほど、安定した発振が得られる。

【００２６】図４（ａ）に、本発明の受信装置の受信Ｒ
Ｆホッピング信号と、フィルタ部９とが同調して動作す
る様子を示す。

【００２７】周波数（横軸）でみて、ある時刻にはホッ
ピング信号４０が、また別の時刻には、４１、４２とい
うように変化するのが周波数ホッピング方式の特徴であ
る。この周波数の展開の仕方は、ペアになる送信機と受
信機で決めてあり、もし別の受信機が近づいたとして
も、ホッピングのパターンが異なるので受信はできな
い。このことは、ホッピングパターンによって、通信の
相手を特定するＩＤの役目も果たす。

【００２８】フィルタ部９は、ホッピング信号４０，４
１，４２に応じてフィルタ部９の共振周波数が４３，４
４，４５というように変化する。よって、ＲＦホッピン
グ信号を受信できる。

【００２９】図４（ｂ）は、本発明を使用しない場合
で、周波数ホッピング信号を受信し、さらに、近傍に強
力な干渉電波が入った場合の例である。

【００３０】前に、強いＲＦ信号が入力されるほど、発
振が安定すると述べたが、干渉電波５５が入った場合
に、この周波数に同調してしまう。図中の特性５３、５
４は、それぞれ超再生検波回路５のＲＦ信号が入力され
ない場合と、強いＲＦ信号が入力された場合の選択特性
を示したもので、本発明のフィルタ部９の特性ではな
く、図１でのコンデンサＣ３と可変コンデンサＶＣとコ
イルＬ１とからなる共振回路からなる特性と考えられ
る。

【００３１】干渉電波５５があると、ホッピング信号５
０，５１，５２にはまったく同調できなくなり、受信が
できない。

【００３２】本発明では、このような超再生復調特性を
考慮して、あらかじめ、強力な干渉電波を排除し、超再
生検波回路５に入力できるようにしている。

【００３３】図５は、本発明の受信装置が受信するデー
タフォーマットである。

【００３４】送信側機器から送られてくる送信データ
は、図５に示すように、プリアンブル６０、フレーム同
期信号６１、実際のデータ６２というデータ系列となっ
ている。これを１単位として、単一の周波数に滞留する
期間に送信している。図４（ａ）で言えば、ホッピング
信号４０，４１，４２ごとに、同一のデータフォーマッ
トを送信する。

【００３５】このようにすることで、データ復調後のデ
ータの誤りを少なくすることができる。

【００３６】図７に本発明の受信装置を用いてデータを
受信したときのホッピング周波数ごとのデータの復調の
様子を示す。送信データ７０は、図５で示した図中では
実際のデータ６２に相当する。網かけ部分は、データに
誤りが生じた部分で、受信装置では、これが誤ったデー
タかどうかはわからない。ここで、受信データ１（７
１）から受信データ１０（８０）までを、多数決回路で
各ビットずつ符号を判定し、得られた結果が、復元デー
タ８１である。復元データ８１には誤りが無いことがわ
かる。微弱電波による通信では、単一の周波数のみを使
っていると、例えば、受信データ７に適用した周波数の
みを固定して使用するとまったくデータを受信できない
ことになる。またこれは、常に干渉があるわけでなく、
突発的に現れ、別の周波数に移動する場合もある。

【００３７】本発明によれば、このような環境において
も、安定したデータ受信を行うことができる。

【００３８】図６は、本発明の受信装置における、ホッ
ピング周波数とフィルタ部９への印加電圧の変化を示し
たものである。

【００３９】ホッピングＮｏは、時間軸でみて、この順
番に周波数が移動することを表す。データ処理回路にお
いて記憶されていた、ホッピングパターンは、送信され
てくるＲＦキャリアのホッピングと同じであり、そのコ
ードが順にＡ，Ｆ，Ｉ，…と並ぶ。Ｈまで送信が終了さ
れるが、複数回を繰り返してもよい。このコードが、電
圧発生回路４で実際の電圧に変換される。これは、ホッ
ピングパターンにあわせて、０．３、１．３，１．９…
（Ｖ）などと変化し、これによりフィルタ部９の共振周
波数が変化するわけである。

【００４０】このパターンは、送信機と受信機に対にな
って決められており、その他の端末は、別のパターンに
なっているので、誤って受信することはない。

【００４１】本発明によれば、周波数ホッピング信号を
超再生検波回路で受信させることにより、微弱無線シス
テムにおける、通信の信頼性を向上させ、かつ、簡便な
回路で実現できるので、小型化、省電力化に優れるとい
う特徴を有する。また、ホッピングパターンを、ＩＤの
代わりにみなすことができ、送信データそのものも少な
くすることができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、超再生受信回路を使用
して、周波数ホッピング信号を受信できるので、従来
の、固定ＲＦキャリアによる通信に比較して、妨害キャ
リアの影響を受けることが少なく、また、あるホッピン
グ信号で妨害を受けても、別のホッピング信号で受信で
きるのでデータの受信確率が向上し、通信の信頼性が増
すという効果を有する。また、超再生回路を用いるの
で、低コストで、小型の受信機を構成することが可能で
あるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の受信装置の回路図を示す図である。

【図２】従来の受信装置のうち、ヘテロダイン方式受信
機の概略回路ブロックを示す図である。

【図３】従来の超再生検波方式をブロックで表した図で
ある。

【図４】（ａ）は、本発明の受信装置で受信した周波数
ホッピング信号と、フィルタ部９とが同調して動作する
様子、および、（ｂ）は本発明を使用しない場合に、周
波数ホッピング信号を受信し、さらに、近傍に強力な干
渉電波が入った場合の例を示す図である。

【図５】本発明の受信装置が受信するデータフォーマッ
トを示した図である。

【図６】本発明の受信装置における、ホッピング周波数
とフィルタ部９への印加電圧の変化を示した図である。

【図７】本発明の受信装置を用いてデータを受信したと
きのホッピング周波数ごとのデータの復調の様子を示し
た図である。

【符号の説明】

１アンテナ２ＲＦバッファアンプ３データ処理回路４電圧発生回路５超再生検波回路６ローパスフィルタ７クエンチング発振回路８超再生復調回路９周波数可変フィルタ部２０アンテナ２１バンドパスフィルタ２４高周波増幅回路２７ミキサ２８フィルタ２９データ復調回路３０コントローラ３１アンテナ３２超再生検波回路３３波形整形回路３４データ処理回路４０，４１，４２ホッピング信号４３，４４，４５フィルタ部９の共振周波数５０，５１，５２ホッピング信号５３，５４特性５５干渉電波６０プリアンブル６１フレーム同期信号６２実際のデータ７０送信データ７１受信データ１７２受信データ２７３受信データ３７４受信データ４７５受信データ５７６受信データ６７７受信データ７７８受信データ８７９受信データ９８０受信データ１０８１復元データ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受信回路に超再生検波回路方式を用いる受
信機において、周波数ホッピング方式の変調キャリアを
受信することを特徴とする、周波数ホッピング受信装
置。
【請求項２】前記受信機のRFキャリア入力部にキャリア
選択フィルタを有し、前記フィルタは、任意の周波数に
同調可能であることを特徴とする、請求項１記載の周波
数ホッピング受信装置。
【請求項３】前記キャリア選択フィルタの同調周波数
は、周波数ホッピングパターンに対応した電圧により制
御されることを特徴とする、請求項２記載の周波数ホッ
ピング受信装置。
【請求項４】前記受信機は、複数キャリアを用いて同一
のデータを受け取り、受信確率を向上させることを特徴
とする、請求項３記載の周波数ホッピング受信装置。