JP2007166091A - 受信装置及び受信周波数の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＦＣ（自動周波数制御）動作をより効果的又は効率的に行うことができるようにする技術を提供する。
【解決手段】受信周波数の基準となる周波数を出力する電圧制御型の発振手段３６と、受信した周波数に対する前記受信周波数のずれ量を検出する周波数ずれ検出手段２６と、周波数のずれ量を補償すべく、発振手段に印加する制御電圧を調整する制御電圧調整手段２６とを備えた受信装置において、周波数ずれ検出手段が検出する第１及び第２の周波数ずれ量並びにこれらの周波数ずれ量に係る前記制御電圧の差に基づき、発振手段の制御電圧に対する感度を算出する手段２６を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、受信した周波数に対する装置の受信周波数のずれ量を補償すべく、電圧制御発振器へ付与する制御電圧を調整するようにした受信装置及び受信周波数の制御方法に関する。

従来、デジタル無線機においては、周波数の利用効率や復調時の誤り特性の改善のために、受信周波数を、変動する相手側の送信周波数に追従させる自動周波数制御（以下、「ＡＦＣ」という。）が行われている。このＡＦＣにおいては、受信フレームに含まれるフレームシンクワード（以下、「ＦＳＷ」という。）に基づいて、相手側の送信周波数と自身の受信周波数とのずれ量を検出し、このずれ量を、受信周波数を決定する局部発振回路にフィードバックし、局部発振周波数を調整するようにしている。

局部発振回路における基準発振信号の生成には、電圧制御型の温度補償水晶発振器（以下、「ＶＣＴＣＸＯ」という。）が使用される場合が多い。この場合、ＶＣＴＣＸＯに対し、所定の制御用の端子（以下、「ＶＣ端子」という。）を介して付与する周波数制御電圧（以下、「ＶＣ電圧」という。）を変化させることにより、局部発振周波数を調整することができる。ただしその際、隣接チャンネルを受信することがないように、本来の受信周波数を中心とする、調整可能な周波数幅を制限する必要がある。

図２はこの調整可能周波数幅の制限の様子を例示する。この例では、チャンネルスペースが６．２５［ｋＨｚ］、受信周波数ｆ０が４８５［ＭＨｚ］、受信用バンドパスフィルタ（ＲＸ＿ＢＰＦ）の帯域幅が４［ｋＨｚ］、調整可能な周波数範囲がｆ０±１．９［ｋＨｚ］となっている。ここで、第１局部発振周波数が４２５．１５［ＭＨｚ］であるとすれば、１．９［ｋＨｚ］は第１局部発振周波数の４．４７［ｐｐｍ］となる。この場合、ＶＣＴＣＸＯにおけるＶＣ感度のスペックが図３のようであるとすれば、ＶＣ電圧における調整可能幅は±０．３［Ｖ］（≒４．４７／１５）となる。この算出に、ＶＣ感度の最大値である１５［ｐｐｍ／Ｖ］を使用したのは、実際のＶＣ感度の値が分からないからである。

なお、これに関連する技術として、特許文献１には、温度補償水晶発振器の温度補償を行うに際し、検出された温度が温度補償範囲内である場合には、その温度に対応する温度補償データにより温度補償を行い、温度補償範囲外である場合には、演算により近似的に取得した温度補償データにより温度補償を行うようにした技術が記載されている。

特開平４−２３６５０８号公報

しかしながら、上述の従来技術に係るＡＦＣ技術によれば、調整可能幅が実際のＶＣ感度に対応していないので、次のような不都合が生じる。ただし簡単のため、調整可能範囲は初期の第１局部発振周波数から±１５［ｐｐｍ］までの範囲に制限されるものとする。この場合、ＶＣ電圧における調整可能幅は、ＶＣ感度を１５［ｐｐｍ／Ｖ］としているので、±１［Ｖ］となる。この幅に調整可能幅を制限した場合、実際のＶＣ感度が図３のスペックにおける最小値の９［ｐｐｍ／Ｖ］であるとすれば、９［ｐｐｍ］しか変化させることができないので、相手側の送信周波数が実際の制限幅内のものであっても、それに追従できなくなるおそれがある。

図４（ｂ）は、このように、実際のＶＣ感度が図３のスペックにおける最小値である場合のＡＦＣ動作を示す。すなわち、まず、最初のＦＳＷ（フレームシンクワード）による周波数ずれ量の検出結果が−１０［ｐｐｍ］であるとすると、これを補正するために、図３のＶＣ感度スペックにおける最大値１５［ｐｐｍ／Ｖ］を用い、ＶＣ電圧を１０／１５［Ｖ］変化させる。しかしながら、実際のＶＣ感度は９［ｐｐｍ／Ｖ］であるので、次のＦＳＷによる周波数ずれ量の検出結果は−４［ｐｐｍ］（＝−１０＋９×（１０／１５））となる。そこで、これを補正するために、さらに、ＶＣ電圧を４／１５［Ｖ］変化させる。すると、次のＦＳＷによる周波数ずれの検出結果は−１．６［ｐｐｍ］（＝−４＋９×（４／１５））となる。

そこでこれを補正するために、さらにＶＣ電圧を１．６／１５［Ｖ］変化させたいが、この時点では１／１５［Ｖ］変化させるだけで、最初からの変化量が１［Ｖ］となってしまい、ＶＣ電圧における調整可能幅±１［Ｖ］に達するので、１／１５［Ｖ］だけを変化させることになる。すると、次のＦＳＷによる周波数ずれの検出結果は、−１．０［ｐｐｍ］となる。これ以上は調整可能幅の制限によりＶＣ電圧を変化させることはできないので、結局のところ、−１．０［ｐｐｍ］の誤差が残り、完全には周波数のずれを補正することはできない。つまり、デジタル無線機が補正に使用するＶＣ感度は１５［ｐｐｍ／Ｖ］であるのに対し、実際のＶＣ感度は９［ｐｐｍ／Ｖ］であり、かつＶＣ電圧における初期値を中心とする調整可能範囲の制限が±１［Ｖ］であるため、ずれ量が０［ｐｐｍ］となる目的の周波数から−１［ｐｐｍ］の点までしか調整することができない。

この問題を少しでも解決するために、従来、常温でのＶＣ感度を測定し、その結果を調整値としてメモリに記憶させたり、温度に応じたＶＣ感度の変化を記録した温度テーブルを設け、温度に応じてＶＣ感度の補正を行ったりしている。しかし、これによれば、工程の増加やコストの上昇を招くことになる。また、このような方策を実施しても、実際のＶＣ感度と装置が使用するＶＣ感度には多少のずれが生じるので、周波数ずれを完全に補償するには数フレームを要する。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、ＡＦＣ動作をより効果的又は効率的に行うことができるようにする技術を提供することにある。

上記目的を達成するための第１の発明は、受信周波数の基準となる周波数を出力する電圧制御型の発振手段と、受信した周波数に対する受信周波数のずれ量を検出する周波数ずれ検出手段と、周波数のずれ量を補償すべく、発振手段に印加する制御電圧を調整する制御電圧調整手段とを備えた受信装置に関する。この受信装置は、周波数ずれ検出手段が検出する第１及び第２の周波数ずれ量に並びにこれらの周波数ずれ量に係る前記制御電圧の差に基づき、発振手段の制御電圧に対する感度を算出する手段を具備することを特徴とする。ここで、発振手段としては、たとえば、電圧制御温度補償水晶発振器が該当する。受信装置としては、たとえば、デジタル無線機に使用されるものが該当する。

この構成において、周波数ずれ量の補償は、発振手段の制御電圧に対する感度を用い、周波数ずれ量に対応する分だけ、制御電圧を変化させることにより行うことができる。この感度の値としては、たとえば、発振手段のスペックとして与えられている値を用いることができる。しかしこの感度は、実際の感度とは異なる場合が多い。したがってこの感度を使用して補償を行うための制御電圧の変化量を見積る場合、精確な見積りを行うことができない。このため、検出された周波数ずれ量について１度補償を行った後、再度周波数ずれを検出し、これを補償するという動作を何回か繰り返す必要がある。

また、その場合、隣接チャンネルを受信しないように、制御電圧の調整は、初期の値から所定の調整可能範囲を超えない範囲において行う必要がある。したがって、感度としては、スペックとして与えられている感度のうち最大のものを使用することになる。しかしそうすると、完全な補償が完了する前に、実際には調整可能範囲を超えていないのに、超えたと判定される場合があり、その場合には精確な補償を行うことができない。

この点、本発明によれば、第１及び第２の周波数のずれ量が検出されると、それらの周波数ずれ量及びそれらの周波数ずれ量の検出時に印加していた制御電圧の差に基づき、発振手段の制御電圧に対する実際の感度が算出されるので、これを用いることにより、制御電圧の調整可能範囲を誤って見積ることなく、直ちに精確な補償を行うことができる。

第２の発明に係る受信装置は、第１発明において、第２周波数ずれ量は、第１周波数ずれ量を補償すべく、制御電圧の調整が行われた結果として検出されるものであることを特徴とする。

第３の発明に係る受信装置は、第１又は第２発明において、制御電圧調整手段は前記算出により得られる感度に基づき、制御電圧の調整を行うものであることを特徴とする。

第４の発明に係る受信装置は、第１〜第３のいずれかの発明において、周波数ずれ検出手段は受信したフレームの同期ワードに基づいて周波数ずれ量の検出を行うものであり、第２周波数ずれ量は、第１周波数ずれ量を補償すべく制御電圧を変更してから受信したフレームの同期ワードに基づくものであることを特徴とする。

第５の発明に係る受信装置は、第４発明において、第１周波数ずれ量を補償するための制御電圧の変更は、発振手段の感度スペックにおける感度の最大値を用いて行われることを特徴とする請求項４に記載の受信装置。

第６の発明に係る受信周波数の制御方法は、受信周波数の基準となる周波数を出力する電圧制御型の発振手段と、受信したフレームの同期ワードに基づいて、受信した周波数に対する前記受信周波数のずれ量を検出する周波数ずれ検出手段と、前記周波数のずれ量を補償すべく、発振手段に印加する制御電圧を調整する制御電圧調整手段とを備えた受信装置における受信周波数の制御方法に関する。この制御方法は、受信した第１のフレームの同期ワードに基づき第１の周波数ずれ量を検出する工程と、前記発振手段の感度スペックにおける感度の最大値を用いて、前記第１周波数ずれ量を補償すべく、前記制御電圧の調整を行う調整工程と、前記調整工程後に受信した第２のフレームの同期ワードに基づいて第２の周波数ずれ量を検出する工程と、前記第１及び第２周波数ずれ量並びにこれらの周波数ずれ量に係る前記制御電圧の差に基づき、前記発振手段の制御電圧に対する感度を算出する工程と、前記算出により得られた感度に基づき、前記第２周波数ずれ量を補償すべく、前記制御電圧の調整を行う工程とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、算出される発振手段の感度を用いることにより、制御電圧の調整可能範囲を少な目に見積ってしまうことにより調整不能な周波数ずれ部分を残してしまうことなく、直ちに周波数ずれ量を補償することができる。したがって、ＡＦＣ動作をより効果的又は効率的に行うことができる。

図１は本発明の一実施形態に係るデジタル無線機の構成を示すブロック図である。同図において、１１はアンテナに接続されたローパスフィルタ、１２はローパスフィルタ１１の出力側に接続されたバンドパスフィルタ、１３はバンドパスフィルタ１２に接続されたアンプ、１４はアンプ１３に接続されたバンドパスフィルタ、１５はバンドパスフィルタ１４に接続されたミクサ、１６はミクサ１５に第１局部発振信号を供給する電圧制御発振器、１７はミクサ１５に接続されたモノリシック・クリスタル・フィルタであるバンドパスフィルタ、１８はバンドパスフィルタ１７に接続されたアンプ、１９はバンドパスフィルタ１８に接続されたミクサ、２０は所定の発振信号を供給する水晶発振器、２１は水晶発振器２０の出力を３倍の周波数に変換してミクサ１９に供給する逓倍器、２２はミクサ１９に接続されたバンドパスフィルタ、２３はバンドパスフィルタ２２に接続されたアンプ、２４はアンプ２３に接続されたバンドパスフィルタ、２５はバンドパスフィルタ２４に接続されたアンプ、２６はアンプ２５に接続されたＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）、２７はＤＳＰ２６に接続されたアンプ、２８はアンプ２７に接続されたスピーカである。

２９は音波を音声信号に変換するマイク、３０はマイク２９からの音声信号を増幅してＤＳＰ２６に供給するアンプ、３１はＤＳＰ２６に所定の発振信号を供給する水晶発振器、３２はＤＳＰ２６に接続された電圧制御発振器、３３は電圧制御発振器３２に接続されたアンプ、３４はアンプ３３に接続されたアンプ、そして３５はバンドパスフィルタ１１への接続をバンドパスフィルタ１２又はアンプ３４間で切り替えるアンテナスイッチである。また、３６は所定の基準周波数を発生するＶＣＴＣＸＯ（電圧制御機能付き温度補償型水晶発振器）、３７はＶＣＴＣＸＯ３６からの基準周波数に同期した所定周波数の信号をＶＣＯ１６及び３２において出力させるＰＬＬ回路である。ＶＣＴＣＸＯ３６が発振する基準周波数は、ＤＳＰ２６からのＶＣ電圧により制御される。

この構成において、受信時にはアンテナスイッチ３５はバンドパスフィルタ１２側に切り替えられる。アンテナで受信した信号は、ローパスフィルタ１１及びバンドパスフィルタ１２により不要な信号が除去され、さらにアンプ１３及びバンドパスフィルタ１４を経て、ミクサ１５に供給される。ミクサ１５に供給される受信信号は、電圧制御発振器１６から供給される３９０．１５〜４６０．１５［ＭＨｚ］の第１局部発振信号と混合され、５９．８５［ＭＨｚ］の第１中間周波信号に変換される。

第１中間周波信号はバンドパスフィルタ１７及びアンプ１８を経てミクサ１９に供給され、逓倍器２１から供給される５９．３９４［ＭＨｚ］の第２局部発振信号と混合されて４５６［ｋＨｚ］の第２中間周波信号に変換される。第２中間周波信号は、バンドパスフィルタ２２、アンプ２３、バンドパスフィルタ２４、及びアンプ２５を経てＤＳＰ２６に供給され、処理される。処理された信号は、アンプ２７を経てスピーカ２８に供給され、音波に変換される。

一方、送信時には、アンテナスイッチ３５はアンプ３４側に切り替えられる。そして、ユーザの発話による音波はマイク２９により音声信号に変換され、アンプ３０を経てＤＳＰ２６に供給され、処理される。ＤＳＰ２６により処理された信号は電圧制御発振器３２において４５０〜５２０［ＭＨｚ］の局部発振信号と混合されて無線周波数に変換され、アンプ３３及び３４並びにローパスフィルタ１１を経てアンテナに供給される。

この間、受信に際しては、図２を用いて上述したように、相手側の送信周波数に対し、受信周波数が追従するように制御するＡＦＣ（自動周波数制御）動作が行われる。これを実現するために、ＤＳＰ２６は相手側の送信周波数に対する受信周波数のずれ量（以下、単に「周波数ずれ量」という。）を検出し、この周波数ずれ量を、これに対応するＶＣ電圧における変化量としてＶＣＴＣＸＯ３６にフィードバックすることにより、ＶＣＯ１６からの第１局部発振周波数を制御する。

図４（ａ）はこのＡＦＣ動作を示す。同図においては、受信電波を復調して順次得られるフレームが示されており、各フレームはＦＳＷ（フレームシンクワード）４１及びデータ（ＤＡＴＡ）４２により構成される。各フレームについて、ＦＳＷに基づいて検出される周波数ずれ量をＦＳＷの検出結果として示してある。また、各ＦＳＷの検出結果に基づいてフィードバックされるＶＣ電圧の変化量が示されている。なお、ＶＣＴＣＸＯ３６のＶＣ感度のスペックは図３のとおりであり、実際のＶＣ感度は９［ｐｐｍ／Ｖ］であるものとする。また、調整可能な周波数の範囲は初期の発振周波数から±１５［ｐｐｍ］であるものとする。

まず、ＤＳＰ１は図中の１フレーム目のＦＳＷに基づき、周波数ずれ量を検出する。検出結果が−１０［ｐｐｍ］であるとすると、これを補償するために、受信周波数を１０［ｐｐｍ］だけ変化させる必要がある。そこでまず、実際のＶＣ感度が未知であるため、ＶＣ感度のスペックにおける最大値１５［ｐｐｍ／Ｖ］を用い、ＶＣ電圧を１０／１５［Ｖ］変化させる。

次に、この変化後のＶＣ電圧の状態で受信される２フレーム目のＦＳＷに基づいて周波数ずれ量を検出する。実際のＶＣ感度は９［ｐｐｍ／Ｖ］であるので、検出結果は−４［ｐｐｍ］（＝−１０＋９×（１０／１５））となる。この時点で、実際のＶＣ感度を計算により求める。ＶＣ感度はこの場合、（１０−４）／（１０／１５）により求めることができ、９［ｐｐｍ／Ｖ］となる。

そこでこの時点では、このＶＣ感度を用い、ＶＣ電圧を４／９［Ｖ］だけ変化させる。これによりずれ量は完全に補償され、ゼロとなる。次に、３フレーム目のＦＳＷに基づいて周波数ずれ量を検出する。検出結果は、周波数ずれ量が既に補償されているので、ゼロとなる。４フレーム目以降の検出においても、周波数ずれ量はゼロとなる。すなわち、３フレーム目の検出時には、相手側の送信周波数に対して第１局部発振周波数を適合させることができていたことになる。

なお、ＶＣ電圧における調整可能な範囲は、調整可能な周波数範囲を初期値から±１５［ｐｐｍ］としたので、ＶＣ感度が１５［ｐｐｍ／Ｖ］であると想定した場合には初期値から±１［Ｖ］の範囲となるが、実際には、ＶＣ感度が９［ｐｐｍ／Ｖ］であるので、初期値から±（１５／９）［Ｖ］、すなわち約±１．６７［Ｖ］となる。したがって、図４（ａ）の例では、調整に要したＶＣ電圧の変化量は１０／９（＝１０／１５＋４／９）［Ｖ］であり、ＶＣ電圧の調整可能範囲に制限されることなく、調整を行うことができたことになる。

本実施形態によれば、ＦＳＷに基づく周波数ずれ量の検出を２回行うだけで、実際のＶＣ感度を求め、これに基づいて相手側の送信周波数に対し、受信周波数を完全に同調させることができる。

また、ＦＳＷに基づく周波数ずれ量の検出結果を用い、計算により使用時の周囲温度に応じた精確なＶＣ感度を求め、対応するＶＣ電圧の変化量を得ることができるので、温度テーブル等を使用することなく、精確なＡＦＣを行うことができる。

また、精確なＶＣ感度を求めることができるので、ＶＣ電圧の調整可能範囲を実際よりも小さな値に設定してしまい、周波数ずれ量を除去することができなくなるといった事態を回避することができる。

本発明の一実施形態に係るデジタル無線機の構成を示すブロック図である。 ＡＦＣ（自動周波数制御）において調整可能周波数幅が制限される様子を例示する図である。 ＶＣＴＣＸＯにおけるＶＣ感度のスペックを例示する図である。 図１の装置におけるＡＦＣ動作を従来の場合と比較して例示する図である。

符号の説明

１１：ローパスフィルタ、１２，１４，１７，２２，２４：バンドパスフィルタ、１３，１８，２３，２５，２７，３０，３３，３４：アンプ、１５，１９：ミクサ、１６：受信側電圧制御発振器（ＶＣＯ）、２０：水晶発振器、２１：逓倍器、２６：ＤＳＰ、２８：スピーカ、２９：マイク、３１：水晶発振器、３２：送信側電圧制御発振器（ＶＣＯ）、３５：アンテナスイッチ。

Claims (6)

1. 受信周波数の基準となる周波数を出力する電圧制御型の発振手段と、
   受信した周波数に対する前記受信周波数のずれ量を検出する周波数ずれ検出手段と、
   前記周波数のずれ量を補償すべく、前記発振手段に印加する制御電圧を調整する制御電圧調整手段とを備えた受信装置において、
   前記周波数ずれ検出手段が検出する第１及び第２の周波数ずれ量並びにこれらの周波数ずれ量に係る前記制御電圧の差に基づき、前記発振手段の制御電圧に対する感度を算出する手段を具備することを特徴とする受信装置。
2. 前記第２周波数ずれ量は、前記第１周波数ずれ量を補償すべく、前記制御電圧の調整が行われた結果として検出されるものであることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記制御電圧調整手段は前記算出により得られる感度に基づき、前記制御電圧の調整を行うものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の受信装置。
4. 前記周波数ずれ検出手段は、受信したフレームの同期ワードに基づいて前記周波数ずれ量の検出を行うものであり、
   前記第２周波数ずれ量は、前記第１周波数ずれ量を補償すべく前記制御電圧を変更してから受信したフレームの同期ワードに基づくものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の受信装置。
5. 前記第１周波数ずれ量を補償するための制御電圧の変更は、前記発振手段の感度スペックにおける感度の最大値を用いて行われることを特徴とする請求項４に記載の受信装置。
6. 受信周波数の基準となる周波数を出力する電圧制御型の発振手段と、
   受信したフレームの同期ワードに基づいて、受信した周波数に対する前記受信周波数のずれ量を検出する周波数ずれ検出手段と、
   前記周波数のずれ量を補償すべく、前記発振手段に印加する制御電圧を調整する制御電圧調整手段とを備えた受信装置における受信周波数の制御方法であって、
   受信した第１のフレームの同期ワードに基づき第１の周波数ずれ量を検出する工程と、
   前記発振手段の感度スペックにおける感度の最大値を用いて、前記第１周波数ずれ量を補償すべく、前記制御電圧の調整を行う調整工程と、
   前記調整工程後に受信した第２のフレームの同期ワードに基づいて第２の周波数ずれ量を検出する工程と、
   前記第１及び第２周波数ずれ量並びにこれらの周波数ずれ量に係る前記制御電圧の差に基づき、前記発振手段の制御電圧に対する感度を算出する工程と、
   前記算出により得られた感度に基づき、前記第２周波数ずれ量を補償すべく、前記制御電圧の調整を行う工程とを具備することを特徴とする受信周波数の制御方法。
   
   

Images