JP2005012664A - 受信回路および受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】許容周波数範囲が広く、バースト信号にも対応でき、回路規模も小さく低消費電力で、歪みの少ない復調出力が得られる受信回路および受信装置を提供する。
【解決手段】帯域通過フィルタ６を通過した希望信号をＬＯＧアンプ７を用いて増幅する。電流／電圧変換増幅器８は、ＬＯＧアンプ７の出力をディジタル変換器９の適正入力レベルに整合した電圧信号に変換する。ディジタル変換器９は、電流／電圧変換増幅器８から入力される電圧信号をディジタルデータに変換し、ＬＯＧデータとしてディジタル信号処理回路１０に出力する。ディジタル信号処理回路１０は、上記ＬＯＧデータをディジタル信号処理により、変調信号の平均レベルを一定レベルに保ち、ＬＯＧ特性の信号からリニア特性に変換するようにしたものである。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、振幅変調の無線信号を受信する受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、振幅変調方式の従来の受信装置では、線形特性を有する高周波増幅器や中間周波増幅器を使用し、波形歪みのない状態での検波（復調）を行う。したがって、復調される音声出力を一定に保つためには、検波前の受信信号に対して利得制御が不可欠である。
【０００３】
しかしながら、利得制御を負帰還で行った場合、復調周波数を低く設定すると応答速度が遅くなり、逆に応答速度を速くすると復調周波数を低くできず、許容周波数の下限が制限されるという問題がある。また、帰還回路の場合、バースト信号に対応できないという問題や、回路規模が大きいばかりか消費電力が大きいという問題がある。
【０００４】
また従来は、Ｌｏｇアンプを使用した復調装置（例えば、特許文献１参照）や、自動利得制御装置（例えば、特許文献２参照）などが発案されているが、自動利得制御機能を持たないため、歪みを持った復調出力となってしまうという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２４３０３３
【０００６】
【特許文献２】
特開平７−２１２１５３。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、帰還回路を用いた自動利得制御を行うため、復調信号の下限周波数が制限されたり、バースト信号に対応できないという問題や、回路規模が大きく消費電力も大きいという問題がある。またＬｏｇアンプを使用した場合、自動利得制御機能を持たないため、歪みを持った復調出力となってしまうという問題があった。
この発明は上記の問題を解決すべくなされたもので、復調信号の許容周波数範囲が広く、バースト信号にも対応でき、回路規模も小さく低消費電力で、歪みの少ない復調出力が得られる受信回路および受信装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、無線信号を受信する受信回路において、無線信号をダウンコンバートする周波数変換手段と、この周波数変換手段が変換した信号を対数特性に基づく利得で増幅する増幅手段と、この増幅手段が増幅した信号をディジタルデータに変換するディジタル変換手段と、このディジタル変換手段が変換したディジタルデータに、対数特性のデータから線形特性のデータに変換する処理を施すデータ処理手段と、このデータ処理手段が処理したデータをアナログ信号に変換するアナログ変換手段とを具備して構成するようにした。
【０００９】
また本発明は、無線信号を受信する受信装置において、無線信号をダウンコンバートする周波数変換手段と、この周波数変換手段が変換した信号を対数特性に基づく利得で増幅する増幅手段と、この増幅手段が増幅した信号をディジタルデータに変換するディジタル変換手段と、このディジタル変換手段が変換したディジタルデータに、対数特性のデータから線形特性のデータに変換する処理を施すデータ処理手段と、このデータ処理手段が処理したデータをアナログ信号に変換するアナログ変換手段とを具備して構成するようにした。
【００１０】
上記構成の受信回路および受信装置では、受信信号を対数特性に基づく利得で増幅し、この増幅結果をディジタル化したデータに、対数特性のデータから線形特性のデータに変換する処理を施すようにしている。
【００１１】
したがって、上記構成の受信回路および受信装置によれば、帰還回路を用いずに利得制御を行っているので、許容周波数範囲が広く、バースト信号にも対応でき、回路規模も小さいため低消費電力な回路を実現できる。
【００１２】
また本発明は、無線信号を受信する受信回路において、無線信号をダウンコンバートする周波数変換手段と、この周波数変換手段が変換した信号を対数特性に基づく利得で増幅する第１の増幅手段と、この第１の増幅手段が増幅した信号をディジタルデータに変換する第１のディジタル変換手段と、この第１のディジタル変換手段が変換したディジタルデータに、対数特性のデータから線形特性のデータに変換する処理を施すデータ処理手段と、周波数変換手段が変換した信号を所定の利得で増幅するものであって、この増幅された信号を所定のレベル以下に制限して出力する第２の増幅手段と、この第２の増幅手段が増幅したリミッタ出力信号をディジタルデータに変換する第２のディジタル変換手段と、データ処理手段が変換したディジタルデータと、リミッタ出力ディジタル変換手段が変換したディジタルデータとに基づいて、受信データを復調する復調手段とを具備して構成するようにした。
【００１３】
また本発明は、無線信号を受信する受信装置において、無線信号をダウンコンバートする周波数変換手段と、この周波数変換手段が変換した信号を対数特性に基づく利得で増幅する第１の増幅手段と、この第１の増幅手段が増幅した信号をディジタルデータに変換する第１のディジタル変換手段と、この第１のディジタル変換手段が変換したディジタルデータに、対数特性のデータから線形特性のデータに変換する処理を施すデータ処理手段と、周波数変換手段が変換した信号を所定の利得で増幅するものであって、この増幅された信号を所定のレベル以下に制限して出力する第２の増幅手段と、この第２の増幅手段が増幅したリミッタ出力信号をディジタルデータに変換する第２のディジタル変換手段と、データ処理手段が変換したディジタルデータと、リミッタ出力ディジタル変換手段が変換したディジタルデータとに基づいて、受信データを復調する復調手段とを具備して構成するようにした。
【００１４】
上記構成の受信回路および受信装置では、受信信号を対数特性に基づく利得で増幅し、この増幅結果をディジタル化したデータに、対数特性のデータから線形特性のデータに変換する処理を施す。またその一方で、受信信号を所定の利得で増幅し、所定のレベル以下に制限されたリミッタ出力をディジタル化し、このデータと上記処理によって得たデータとに基づいて、受信データを復調するようにしている。
【００１５】
したがって、上記構成の受信回路および受信装置によれば、帰還回路を用いずに利得制御を行っているので、復調信号の許容周波数範囲が広く、バースト信号にも対応でき、回路規模も小さいため低消費電力な回路を実現できるとともに、種々の変調方式にも適用できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の一実施形態について説明する。図１は、この発明の一実施形態に係わる受信装置の構成を示すものである。
振幅変調により通信相手から送信された無線信号は、アンテナ１にて空間より取り込まれ、帯域通過フィルタ２を介すことで不要信号が除去され、希望の信号が高周波増幅器３に入力される。
【００１７】
高周波増幅器３では、上記希望の信号を高周波増幅し、周波数変換器４に出力する。周波数変換器４は、局部発振器５にて生成されたローカル信号を用いて、高周波増幅器３にて高周波増幅された信号を中間周波数（ＩＦ）に周波数変換する。このようにして中間周波数に周波数変換された希望信号は、帯域通過フィルタ６で帯域制限され、所望の通信局以外からの信号や妨害信号が除去される。
【００１８】
帯域通過フィルタ６を通過した希望信号は、ＬＯＧアンプ（ＬＯＧ ＡＭＰ）７に入力される。ＬＯＧアンプ７は、希望信号のレベルと、希望信号の振幅変調のＬＯＧ演算値とに比例した電流を電流／電圧変換増幅器８に出力する。すなわち、この電流信号はＬＯＧ圧縮された信号である。
【００１９】
電流／電圧変換増幅器８は、上記ＬＯＧ出力を、ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）９の適正入力レベルに整合した電圧信号に変換し、ディジタル変換器９に出力する。ディジタル変換器９は、電流／電圧変換増幅器８から入力される電圧信号をディジタルデータに変換し、ＬＯＧデータとしてディジタル信号処理回路１０に出力する。
【００２０】
ディジタル信号処理回路１０は、上記ＬＯＧデータがＬＯＧ値に圧縮されたデータであるため、これをＬＯＧ／リニア変換して、線形の変調データに変換する。このディジタル信号処理回路１０で行われるＬＯＧ／リニア変換は、図２に示すように、後述するシフト量αを算出して加算するシフト処理１０１と、ＬＯＧデータをリニアデータに変換するためのアンチログ処理である伸張処理１０２とからなる。
【００２１】
まず、シフト処理１０１について説明する。シフト処理１０１は、図３に示すように、最大／最小検出処理１０１ａ、シフト量算出処理１０１ｂ、遅延処理１０１ｃおよびシフト演算処理１０１ｄとを備える。
【００２２】
最大／最小検出処理１０１ａは、ディジタル変換器９からのＬＯＧデータのＴ秒間のサンプル値をモニタし、その間の最大値と最小値をそれぞれ検出する。この最大値と最小値は、それぞれ変調波の最大ピーク値、最小ピーク値に相当する。
【００２３】
シフト量算出処理１０１ｂは、最大／最小検出処理１０１ａが検出した最大値と最小値の差から変調度を求め、この変調度におけるシフト量と、最大値からのシフト量で変調信号の平均値を一定レベルに保つシフト量αを算出する。
【００２４】
以下、シフト量αの算出方法について詳述する。
まず前提条件として、ここでは［ｄＢ］値で表すこととする（データ値ではない）。１［ｄＢ］当たりのデータ値は、ＤＡＴＡ＝２＾ｎ／Ｄで表される。なお、ｎはディジタル変換器９のビット数であり、Ｄはディジタル変換器９の入力ダイナミックレンジ［ｄＢ］である。
【００２５】
ここで、最大値／最小値＝１０＾（（最大値［ｄＢ］−最小値［ｄＢ］）／２０）をＡとすると、変調度＝（Ａ−１）／（Ａ＋１）である。図４に（最大値−最小値）に対する変調度を示す。
【００２６】
そして、平均値／最小値＝（Ａ−１）／２であり、２×平均値／最大値＝（１＋１／Ａ）＝２０×ｌｏｇ（１＋１／Ａ）［ｄＢ］である。図５に（最大値−最小値）に対するシフト量αを示す。
【００２７】
このシフト量αは、α＝演算の最大値［ｄＢ］−ＬＯＧデータの最大値［ｄＢ］−２×平均値／最大値［ｄＢ］である。図５で示す最大値に対する平均値のデータは、実用上ＲＯＭ等のメモリ上にテーブルとして入れておき、最大値［ｄＢ］−最小値［ｄＢ］をアドレスに対応させてメモリ上のデータを読む方法等で実現可能である。
【００２８】
一方、遅延処理１０１ｃは、最大／最小検出処理１０１ａおよびシフト量算出処理１０１ｂに要する時間に基づく時間だけ、ＬＯＧデータを遅延させてシフト演算処理１０１ｄに出力する。
【００２９】
シフト演算処理１０１ｄは、図６に示すように、遅延処理１０１ｃから入力されるＬＯＧデータに、シフト量算出処理１０１ｂで算出されたシフト量αをシフト加算し、これにより後段の伸張処理１０２の入力レベルの平均値を一定に保つ。これは、従来方法における自動利得制御に相当する機能である。
【００３０】
ここで、上記Ｔは、信号の最大周期をｔとした場合、Ｔ≧ｔの関係が必要である。したがって、Ｔを大きくとると低い周波数まで復調性能を広げることができ、逆にＴを小さくすると、遅延時間を小さくすることができる。
【００３１】
次に、伸張処理１０２は、シフト処理１０１にてシフトされたＬＯＧデータをリニアデータに変換するためにアンチログ処理を行う。この際に、演算の最大値を便宜上１になるように正規化して桁あふれを防止する。したがって、演算結果の最大値は、１０＾１＝１０となるため、４ビットの拡張演算となる。
【００３２】
ここで、１０＾（Ａ＋Ｂ）＝１０＾Ａ×１０＾Ｂであり、ＬＯＧデータは、２進数で扱われることから、２進の各桁の値を総乗する。

【００３３】
伸張処理１０２は、各ビットの乗数データを固定値とし、入力データのビット位置の乗数データを総乗することで求めることができる。
伸張処理１０２によって得られるリニアデータは、図６に示したＬＯＧデータが図７に示すようなデータに変換されたものであり、これがアナログ変換器（Ｄ／Ａ）１１によってアナログ変換され音声出力を得る。
【００３４】
以上のように、上記構成の受信装置では、受信信号をＬＯＧアンプ７を用いて増幅し、ディジタル変換器９にてディジタル信号に変換した後に、ディジタル信号処理回路１０のディジタル信号処理によりＬＯＧ特性の信号をリニア特性に変換するようにしている。
【００３５】
したがって、上記構成の受信装置によれば、帰還回路を用いずに利得制御を行っているので、復調信号の許容周波数範囲が広く、バースト信号にも対応でき、回路規模も小さいため低消費電力な装置を実現できる。またディジタル変換器９は、ＬＯＧ圧縮されたアナログ信号をディジタル変換するため、一般的に広く用いられている安価なものを利用することができる。
【００３６】
また、ディジタル信号処理回路１０のディジタル信号処理では、変調信号の平均レベルを一定レベルに保つようにしているので、ＬＯＧアンプ７を用いても復調出力の歪みを抑制することができる。
【００３７】
なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００３８】
上述の実施形態では、振幅変調の受信信号を取り扱う場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。
図８に示すように、ＬＯＧアンプ７が、希望信号のレベルと、希望信号の振幅変調のＬＯＧ演算値とに比例した電流をＬＯＧ出力として電流／電圧変換増幅器８に出力するとともに、所定の利得で希望信号を増幅してリミッタ出力としてディジタル変換器（Ａ／Ｄ）１２に出力する。ただし、リミッタ出力は、ある一定値以上の場合、クリッピングした出力とする。
【００３９】
そして、コンパレータ等により構成したディジタル変換器１２により、上記リミッタ出力をディジタル変換する。これによって得られるディジタル信号には、周波数や位相の情報が含まれる。このため、ディジタル信号処理回路１０では、ディジタル変換器９からのディジタル信号をＬＯＧ／リニア変換し、この変換結果と、ディジタル変換器１２からのディジタル信号とに基づいて復調処理を行うことで、振幅変調だけでなく、ＦＳＫ、ＰＳＫ、Ｎ値ＰＳＫ、Ｎ値ＡＰＳＫ等の種々の変調方式のデータ通信が可能となる。
【００４０】
また、ＬＯＧアンプ７のダイナミックレンジが、所望のダイナミックレンジに満たない場合は、図９に示すように、ＬＯＧアンプ（ＬＯＧ）７１とＬＯＧアンプ（ＬＯＧ）７２をカスケード接続することで、ダイナミックレンジの拡大が可能である。この場合、ＬＯＧ出力については、ＬＯＧアンプ７１とＬＯＧアンプ７２のＬＯＧ出力を電流加算器７３で加算して得る。
その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を施しても同様に実施可能であることはいうまでもない。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明では、受信信号を対数特性に基づく利得で増幅し、この増幅結果をディジタル化したデータに、対数特性のデータから線形特性のデータに変換する処理を施すようにしている。
【００４２】
したがって、この発明によれば、帰還回路を用いずに利得制御を行っているので、復調信号の許容周波数範囲が広く、バースト信号にも対応でき、回路規模も小さいため低消費電力な受信回路および受信装置を提供できる。
【００４３】
またこの発明では、受信信号を対数特性に基づく利得で増幅し、この増幅結果をディジタル化したデータに、対数特性のデータから線形特性のデータに変換する処理を施す。またその一方で、受信信号を所定の利得で増幅し、所定のレベル以下に制限されたリミッタ出力をディジタル化し、このデータと上記処理によって得たデータとに基づいて、受信データを復調するようにしている。
【００４４】
したがって、この発明によれば、帰還回路を用いずに利得制御を行っているので、復調信号の許容周波数範囲が広く、バースト信号にも対応でき、回路規模も小さいため低消費電力な回路を実現できるとともに、種々の変調方式にも適用可能な受信回路および受信装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係わる受信装置の一実施形態の構成を示す回路ブロック図。
【図２】図１に示した受信装置のディジタル信号処理回路の構成を示す図。
【図３】図２に示したディジタル信号処理回路のシフト処理の構成を示す図。
【図４】変調信号の振幅の（最大値−最小値）に対する変調度の特性を示す図。
【図５】変調信号の振幅の（最大値−最小値）に対するシフト量の特性を示す図。
【図６】図３に示したシフト演算処理によって、変調信号がシフトされる様子を示す図。
【図７】図６に示したＬＯＧデータをリニアデータに変換した波形を示す図。
【図８】この発明の別の構成を示す回路ブロック図。
【図９】ＬＯＧアンプの構成例を示す回路ブロック図。
【符号の説明】
１…アンテナ、２…帯域通過フィルタ、３…高周波増幅器、４…周波数変換器、５…局部発振器、６…帯域通過フィルタ、７…ＬＯＧアンプ、８…電流／電圧変換増幅器、９…ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）、１０…ディジタル信号処理回路、１１…アナログ変換器（Ｄ／Ａ）、１２…ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）、７１…ＬＯＧアンプ（ＬＯＧ）、７２…ＬＯＧアンプ（ＬＯＧ）、７３…電流加算器、１０１…シフト処理、１０１ａ…最大／最小検出処理、１０１ｂ…シフト量算出処理、１０１ｃ…遅延処理、１０１ｄ…シフト演算処理、１０２…伸張処理。

Claims (8)

1. 無線信号を受信する受信回路において、
   前記無線信号をダウンコンバートする周波数変換手段と、
   この周波数変換手段が変換した信号を対数特性に基づく利得で増幅する増幅手段と、
   この増幅手段が増幅した信号をディジタルデータに変換するディジタル変換手段と、
   このディジタル変換手段が変換したディジタルデータに、対数特性のデータから線形特性のデータに変換する処理を施すデータ処理手段と、
   このデータ処理手段が処理したデータをアナログ信号に変換するアナログ変換手段とを具備することを特徴とする受信回路。
2. 前記データ処理手段は、
   前記ディジタルデータが有する前記無線信号の振幅成分の平均レベルが所定のレベルとなるように、前記ディジタルデータを変換する第１の処理手段と、
   この第１の処理手段が変換したディジタルデータに、対数特性のデータから線形特性のデータに変換する処理を施す第２の処理手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の受信回路。
3. 前記第１の処理手段は、
   前記ディジタルデータに基づいて、所定期間内における前記無線信号の振幅成分の最大値と最小値を求める検出手段と、
   この検出手段が検出した最大値と最小値とに基づいて、前記無線信号の振幅成分の平均レベルが所定のレベルとなるシフト量を求める算出手段と、
   この算出手段が求めたシフト量を前記ディジタルデータに加算して、前記無線信号の振幅成分の平均レベルを所定のレベルにする演算手段とを備えることを特徴とする請求項２に記載の受信回路。
4. 無線信号を受信する受信回路において、
   前記無線信号をダウンコンバートする周波数変換手段と、
   この周波数変換手段が変換した信号を対数特性に基づく利得で増幅する第１の増幅手段と、
   この第１の増幅手段が増幅した信号をディジタルデータに変換する第１のディジタル変換手段と、
   この第１のディジタル変換手段が変換したディジタルデータに、対数特性のデータから線形特性のデータに変換する処理を施すデータ処理手段と、
   前記周波数変換手段が変換した信号を所定の利得で増幅するものであって、この増幅された信号を所定のレベル以下に制限して出力する第２の増幅手段と、
   この第２の増幅手段が増幅したリミッタ出力信号をディジタルデータに変換する第２のディジタル変換手段と、
   前記データ処理手段が変換したディジタルデータと、前記リミッタ出力ディジタル変換手段が変換したディジタルデータとに基づいて、受信データを復調する復調手段とを具備することを特徴とする受信回路。
5. 無線信号を受信する受信装置において、
   前記無線信号をダウンコンバートする周波数変換手段と、
   この周波数変換手段が変換した信号を対数特性に基づく利得で増幅する増幅手段と、
   この増幅手段が増幅した信号をディジタルデータに変換するディジタル変換手段と、
   このディジタル変換手段が変換したディジタルデータに、対数特性のデータから線形特性のデータに変換する処理を施すデータ処理手段と、
   このデータ処理手段が処理したデータをアナログ信号に変換するアナログ変換手段とを具備することを特徴とする受信装置。
6. 前記データ処理手段は、
   前記ディジタルデータが有する前記無線信号の振幅成分の平均レベルが所定のレベルとなるように、前記ディジタルデータを変換する第１の処理手段と、
   この第１の処理手段が変換したディジタルデータに、対数特性のデータから線形特性のデータに変換する処理を施す第２の処理手段とを備えることを特徴とする請求項５に記載の受信装置。
7. 前記第１の処理手段は、
   前記ディジタルデータに基づいて、所定期間内における前記無線信号の振幅成分の最大値と最小値を求める検出手段と、
   この検出手段が検出した最大値と最小値とに基づいて、前記無線信号の振幅成分の平均レベルが所定のレベルとなるシフト量を求める算出手段と、
   この算出手段が求めたシフト量を前記ディジタルデータに加算して、前記無線信号の振幅成分の平均レベルを所定のレベルにする演算手段とを備えることを特徴とする請求項６に記載の受信装置。
8. 無線信号を受信する受信装置において、
   前記無線信号をダウンコンバートする周波数変換手段と、
   この周波数変換手段が変換した信号を対数特性に基づく利得で増幅する第１の増幅手段と、
   この第１の増幅手段が増幅した信号をディジタルデータに変換する第１のディジタル変換手段と、
   この第１のディジタル変換手段が変換したディジタルデータに、対数特性のデータから線形特性のデータに変換する処理を施すデータ処理手段と、
   前記周波数変換手段が変換した信号を所定の利得で増幅するものであって、この増幅された信号を所定のレベル以下に制限して出力する第２の増幅手段と、
   この第２の増幅手段が増幅したリミッタ出力信号をディジタルデータに変換する第２のディジタル変換手段と、
   前記データ処理手段が変換したディジタルデータと、前記リミッタ出力ディジタル変換手段が変換したディジタルデータとに基づいて、受信データを復調する復調手段とを具備することを特徴とする受信装置。

Images