JP2007208372A

JP2007208372A - 送信装置及び制御方法

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Publication number: JP2007208372A
Application number: JP2006021914A
Authority: JP
Inventors: Masanori Yamazaki; 正則山崎
Original assignee: Kenwood KK
Current assignee: Kenwood KK
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】ＦＳＫ無線送信機１０において、電圧制御発振器１３６へのＦＳＫ変調データのＤＣオフセットにもかかわらず、各論理値に対応する送信波の周波数を適格化する。
【解決手段】Ａ／Ｄ変換器１５は、ＦＳＫ変調データの電圧をＡ／Ｄ変換して、ＣＰＵ１４へ送る。選択チャンネルの送信波の指示周波数をｆ_oとする。また、ＦＳＫ変調データの各論理値に対応して周波数軸方向上側及び下側に生じる送信波の周波数をそれぞれｆ_u，ｆ_lとし、ｆ_u，ｆ_lの中心点の周波数を中心点周波数ｆ_mと呼ぶことにする。ＣＰＵ１４は、検出したＤＣオフセット量に基づいて、ＤＤＳ１２の設定データを調整することにより、ＤＤＳ１２の出力周波数を制御する。ＤＤＳ１２の出力周波数は、中心点周波数ｆ_mがｆ_oとなるようなものに制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、変調態様としてＦＳＫ（Frequency Shift Keying）を採用する送信装置及び制御方法に関する。

一般的な無線送信機は、ＰＬＬ装置を装備し、ＰＬＬ装置を使用して、各チャンネルに対応する周波数の搬送波を生成するようになっている。該ＰＬＬ装置では、分周器が、ＰＬＬ装置の帰還信号を分周して、位相比較器の一方の入力端子へ戻しているが、分周比が大きくなると、ノイズが増大して、Ｃ／Ｎを劣化させる問題がある。

一方、ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer：ダイレクトデジタルシンセサイザ）は、その設定データを調整することにより、出力周波数を細かく変更自在になっている。そこで、ＰＬＬ装置における上述のノイズ問題の対策のために、ＤＤＳを、ＰＬＬ装置の帰還回路における分周器の代わりに設けたり（例：特許文献１）、ＰＬＬ装置の入力側に設けたりすることにより、ＰＬＬ装置の位相比較器における２個の対比信号の周波数がチャンネルステップ周波数より大きくなるようにしている。

図４はＤＤＳを装備するとともにＦＳＫを使用する従来のＦＳＫ無線送信機７０の構成図である。ＦＳＫ無線送信機７０の各素子に関して、本発明の具体例としての後述のＦＳＫ無線送信機１０（図１）の各素子と同一のものは、ＦＳＫ無線送信機１０の対応素子と同符号で指示するとともに、説明は省略し、ＦＳＫ無線送信機７０の主要点についてのみ説明する。

ＣＰＵ１４は、ＤＤＳ１２の設定データを調整することにより、ＤＤＳ１２の出力周波数を制御する。これにより、ＤＤＳ１２の出力周波数は、ＦＳＫ変調データの無し期間における電圧制御発振器１３６の出力信号としてのＦＳＫ無線送信機７０の送信波（＝送信信号）の周波数が現在選択されているチャンネルの周波数に調整される。また、ＰＬＬ装置１３の電圧制御発振器１３６は、ＦＳＫ変調データを供給され、ＦＳＫ変調信号を送信波として生成するようになっている。
特願平６−１６４３８８号公報

図５は２個の論理値を１個ずつ交互に繰り返すＦＳＫ変調データを示している。図６は図５のＦＳＫ変調データに対するＦＳＫ無線送信機７０の送信波のパワースペクトラムを示している。なお、ＦＳＫ無線送信機７０が採用するＦＳＫでは、論理値”０”，”１”に対して周波数軸方向へそれぞれ上側周波数及び下側周波数を割り当てているものとする。Ｗ_cはＦＳＫ変調データの無し期間の送信信号のものであり、Ｗ_cの周波数は、選択中のチャンネルの周波数ｆ_oとなっている。Ｗ_u．Ｗ_lは、それぞれＦＳＫ変調データの”０”，”１”に対応する送信波のものである。図５のＦＳＫ変調データはＤＣオフセットを含まないので、Ｗ_uの周波数ｆ_u及びＷ_lの周波数ｆ_lは、それぞれｆ_o＋Δｆ，ｆ_o−Δｆになっていて、ｆ_oに対して周波数軸方向へ正側及び負側へ等量Δｆだけ離れた周波数となっている。

図７は一方の論理値を他方の論理値に対して多く含むＦＳＫ変調データを示している。図８は図７のＦＳＫ変調データに対するＦＳＫ無線送信機７０の送信波のパワースペクトラムを示している。図７のＦＳＫ変調データでは、”０”と”１”が均等に出現せず、”０”の出現頻度が”１”のそれより大きくなっている。結果、電圧制御発振器１３６へのＦＳＫ変調データに係る供給電圧にはＤＣオフセットが含まれることになる。

図８において、破線で示すＷ_a，Ｗ_bは、図６のＷ_u，Ｗ_lと同一周波数位置で示したものであり、送信特性上、Ｗ_u，Ｗ_lの理想とする周波数位置を示している。しかしながら、現実では、Ｗ_uの周波数ｆ_uとＷ_lの周波数ｆ_lとの中心点の周波数は、ＦＳＫ変調データのＤＣオフセットのために、ｆ_oに対してＦＳＫ変調データのＤＣオフセット量分だけずれ、結果、現実のＷ_u，Ｗ_lは、実線で示すように、Ｗ_a，Ｗ_bに対して周波数軸方向へだいぶ偏倚してしまう。

図８のようなＷ_u，Ｗ_lの偏倚は、隣接チャンネルへの信号漏れ、電力浪費等、送信特性の悪化につながる。このことに関する公知の対策としては、例えば、ＦＳＫ変調データのデータパターンのフォーマットを工夫して、”０”又は”１”が極端に連続しないようなデータパターンを採用することがある。

しかしながら、例えば、送信機に外部機器を接続して、ユーザが該外部機器から送信機へＦＳＫ変調データを供給するような場合には、ユーザが、論理値の一方が長く連続するＦＳＫ変調データを設定する可能性がある。

本発明の目的は、論理値の一方が不適切に長く連続するＦＳＫ変調データに対しても、的確なＦＳＫ変調信号を生成することができる送信装置及び制御方法を提供することである。

ＦＳＫ変調データの無し期間に生成される送信信号の周波数を送信波基準周波数と呼ぶことにし、また、ＦＳＫ変調データの各論理値に対応して周波数軸方向上側及び下側に生じる送信信号の周波数をそれぞれ上側送信波周波数及び下側送信波周波数と呼ぶことにし、さらに、上側送信波周波数及び下側送信波周波数の中心点の周波数を中心点周波数と呼ぶことにする。

本発明の送信装置は次のものを有している。
電圧制御発振器を含み該電圧制御発振器へベースバンド信号としてのＦＳＫ変調データを供給されて送信信号としてのＦＳＫ変調信号を生成するＰＬＬ装置、及び
中心点周波数が送信波基準周波数となるように、ＰＬＬ装置への入力信号の周波数を制御する入力信号制御手段。

本発明が適用される送信装置は、ＰＬＬ装置を備え、ＰＬＬ装置が、その電圧制御発振器へベースバンド信号としてのＦＳＫ変調データを供給されて送信信号としてのＦＳＫ変調信号を生成する。本発明の制御方法によれば、中心点周波数が送信波基準周波数となるように、ＰＬＬ装置への入力信号の周波数を制御する。

本発明によれば、ＰＬＬ装置への入力信号の周波数が制御されることにより、ＦＳＫ変調データの各論理値に対応する上側及び下側送信信号の周波数が、ＦＳＫ変調データのＤＣオフセットにもかかわらず、ＦＳＫ変調データの無し期間に生成される送信信号の周波数に対して両側に等量だけ離れるものになるので、一方の論理値が不適格に連続するＦＳＫ変調データに対しても、ＦＳＫ変調信号に係る送信特性を良好に維持することができる。

図１はＦＳＫ無線送信機１０の構成図である。基準発振器１１は基準周波数の発振信号を出力する。ＤＤＳ１２は、ＣＰＵ１４により周波数設定データを調整され、周波数設定データに基づき出力信号の周波数を細かく変更自在となっている。ＤＤＳ１２は、周波数設定データに対応する周波数の出力信号を基準発振器１１の発振信号から生成して、ＰＬＬ装置１３へ送る。

ＦＳＫ変調データは、ＰＬＬ装置１３の電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）１３６へ送られるとともに、Ａ／Ｄ変換器１５によりＡ／Ｄ変換されてからＣＰＵ１４へ送られる。ＣＰＵ１４は、ＤＤＳ１２の周波数設定データをＡ／Ｄ変換器１５からの入力信号に基づき決める。

ＰＬＬ装置１３は、分周器１３１、位相比較器１３２、分周器１３３、チャージポンプ１３４、ループフィルタ１３５及び電圧制御発振器１３６を備えている。分周器１３１は、例えばカウンタから構成され、ＤＤＳ１２からの信号を分周して、位相比較器１３２へ送る。分周器１３３は、電圧制御発振器１３６の出力信号、すなわち送信波を位相比較器１３２へ帰還させる帰還回路に介在し、電圧制御発振器１３６の出力信号を分周して、位相比較器１３２へ送る。分周器１３３の分周比は、選択チャンネルの周波数に併せて制御可能になっている。

位相比較器１３２は、分周器１３１，１３３からの信号を受けて、それらの位相差を検出する。チャージポンプ１３４は、位相比較器１３２より、位相差に係る電圧を入力され、位相差に関係する電流をループフィルタ１３５へ供給、又はループフィルタ１３５から吸引する。ループフィルタ１３５は、高周波成分を除去した電圧を電圧制御発振器１３６へ送る。

電圧制御発振器１３６は、ループフィルタ１３５の出力電圧とＦＳＫ変調データとを供給され、ループフィルタ１３５の出力電圧に対応する周波数に、ＦＳＫ変調データの電圧に係る補正周波数を加算し、加算結果の周波数の送信波を出力する。該補正周波数は、正の値に限定されず、負の値もある。また、補正周波数には、ＦＳＫ変調データの交流分だけでなく、直流分としてのＤＣオフセット量も含まれている。電圧制御発振器１３６の出力は、ＦＳＫ無線送信機１０の出力としての送信波になるほか、帰還信号として分周器１３３を介して位相比較器１３２へ送られる。

図２はＤＣオフセット対策を採らないときと採ったときの送信波のパワースペクトラムを対比して示している。図２の左のパワースペクトラム図は従来のＦＳＫ無線送信機７０におけるもの、すなわちＤＣオフセット対策を採らないときのものであり、右のパワースペクトラム図はＦＳＫ無線送信機１０におけるもの、すなわちＤＣオフセット対策を採ったときのものである。

図２において、Ｗ_cは、ＦＳＫ変調データの無し期間の送信信号のものであり、周波数は、選択したチャンネルの周波数ｆ_oとなっている。なお、ＦＳＫ無線送信機１０が採用するＦＳＫでは、論理値”０”，”１”に対して周波数軸方向へそれぞれ上側周波数及び下側周波数を割り当てているものとする。Ｗ_u．Ｗ_lは、それぞれＦＳＫ変調データの”０”，”１”に対応する送信波のものである。また、図２の左側の図におけるＷ_a，Ｗ_bは、周波数軸の負方向へ偏倚したＷ_u，Ｗ_lに対して、それらの理想の周波数位置を示すもので、ｆ_oに対して正側及び負側に等量だけ離れた周波数となっている。

従来のＦＳＫ無線送信機７０（図２の左側の図）では、ＤＣオフセット対策を採らないために、Ｗ_uの周波数ｆ_uとＷ_lの周波数ｆ_lとの中心点の周波数（以下、適宜、「中心点周波数ｆ_m」という。）は、ＦＳＫ変調データ中のＤＣオフセット量に従い、ｆ_oに対して周波数軸方向へ正側又は負側へ偏倚してしまい、隣接チャンネルへの信号漏れ、電力浪費等の送信特性の悪化につながる。

これに対して、ＦＳＫ無線送信機１０（図２の右側の図）では、ＣＰＵ１４が、Ａ／Ｄ変換器１５を介してＦＳＫ変調データ中のＤＣオフセット量を検出し、検出したＤＣオフセット量に基づき、ＤＤＳ１２の設定データを調整し、送信波の中心点周波数ｆ_mがｆ_oとなるように、ＤＤＳ１２の出力周波数を調整するので、Ｗ_u，Ｗ_lは、図２の右側の図における周波数位置へ移動させることができる。すなわち、図２の右側の図におけるＷ_u，Ｗ_lの周波数ｆ_u，ｆ_l位置は、図２の左側の図においてＷ_u，Ｗ_lの理想位置として示したＷ_a．Ｗ_bの周波数位置になっている。結果、ＦＳＫ変調データのＤＣオフセットにもかかわらず、中心点周波数ｆ_mをｆ_oに合わせ、送信特性を良好に保持できる。

図２において、設定周波数とは、ＣＰＵ１４によるＤＤＳ１２の設定データの調整の結果として生じるＤＤＳ１２の出力周波数に対し、もしＦＳＫ変調データの無し期間になったならば、生じる送信波の周波数を意味する。従来のＦＳＫ無線送信機７０（図２の左側の図）では、ＤＣ従来のＤＣオフセット対策が採られない結果、設定周波数は、ＤＣオフセットの存在時にも、ｆ_oに固定されている。これに対して、ＦＳＫ無線送信機１０（図２の右側の図）では、ＣＰＵ１４が、ＤＤＳ１２の設定データをＤＣオフセット対策用にＤＣオフセット量に対応するものへ調整した結果、設定周波数は、ｆ_oに対して周波数ｆ_dだけ変位した周波数となる。

なお、ＦＳＫ無線送信機１０において、図５のような”０”及び”１”を１個ずつ交互に繰り返すＦＳＫ変調データが電圧制御発振器１３６へ供給されたならば、電圧制御発振器１３６の出力としての送信波は、ＦＳＫ無線送信機７０の場合と同様に、図６のＷ_u．Ｗ_lとなる。

図３は図１のＦＳＫ無線送信機１０の一部構成を変更したＦＳＫ無線送信機２５の構成図である。ＦＳＫ無線送信機２５の構成に関して、ＦＳＫ無線送信機１０と同一の部分は同符号で指示して、説明は省略し、ＦＳＫ無線送信機１０の構成との相違点について説明する。

ＦＳＫ無線送信機２５では、ＣＰＵ１４は、電圧制御発振器１３６へ供給されるＦＳＫ変調データではなく、Ａ／Ｄ変換器１５を介して入力された電圧制御発振器１３６の入力電圧からＦＳＫ変調データのＤＣオフセット量を間接的に測定するようにしている。ＣＰＵ１４は、ＦＳＫ変調データの無し期間、すなわち送信波の周波数がｆ_oとなる期間の電圧制御発振器１３６の平均入力電圧Ｖ_oを記憶しておき、現在の平均入力電圧Ｖ_nを測定し、Ｖ_nがＶ_oとなるように、ＤＤＳ１２の設定データ、すなわちＤＤＳ１２の出力周波数を調整する。こうして、送信波の中心点周波数ｆ_mをＦＳＫ変調データのＤＣオフセット量に関係なくｆ_oに合わせることができる。

また、ＦＳＫ無線送信機１０へ外部機器を接続し、ＦＳＫ変調データを該外部機器から供給する場合に、ＦＳＫ変調データがＤＣＳ（Digital Code Squelch）である等、ＦＳＫ変調データパターンが決まっていて、したがって、ＤＣオフセット量も決まっている状況がある。このような状況では、各ＦＳＫ変調データパターンに対応付けて、ＤＣオフセット量を所定のメモリに記憶しておく。そして、ＣＰＵ１４は、ＤＣオフセット量をＦＳＫ変調データから測定する代わりに、ＦＳＫ変調データパターンを検出して、それに対応するＤＣオフセット量をメモリから読み出して、ＤＤＳ１２の設定データを調整することもできる。

本発明の送信装置の要素とＦＳＫ無線送信機１０，２５の要素との関係を述べる。送信装置のＰＬＬ装置は、ＰＬＬ装置１３に対応する。ＣＰＵ１４は送信装置の入力信号制御手段の一例である。送信装置のＰＬＬ装置は、電圧制御発振器（例：電圧制御発振器１３６）を含み、該電圧制御発振器へベースバンド信号としてのＦＳＫ変調データを供給されて、送信信号としてのＦＳＫ変調信号を生成する。

ＦＳＫ変調データの無し期間に生成される送信信号の周波数を送信波基準周波数（例：ｆ_o）と呼ぶことにし、また、ＦＳＫ変調データの各論理値に対応して周波数軸方向上側及び下側に生じる送信信号の周波数をそれぞれ上側送信波周波数（例：Ｗ_uの周波数ｆ_u）及び下側送信波周波数（例：Ｗ_lの周波数ｆ_l）と呼ぶことにし、さらに、上側送信波周波数及び下側送信波周波数の中心点の周波数を中心点周波数（例：ｆ_m）と呼ぶことにする。入力信号制御手段は、中心点周波数が送信波基準周波数となるように、ＰＬＬ装置への入力信号の周波数を制御する。

入力信号制御手段は、好ましくは、ＤＣオフセット量検出手段及び周波数変更手段を備える。ＣＰＵ１４は、ＤＣオフセット量検出手段及び周波数変更手段の具体例である。ＤＣオフセット量検出手段は、ＦＳＫ変調データのＤＣオフセット量を検出する。

ＦＳＫ変調データの無し期間に送信波基準周波数（例：ｆ_o）の送信波を生成するためのＰＬＬ装置の入力信号の周波数を入力側基準周波数と呼ぶことにする。周波数変更手段は、ＰＬＬ装置の入力信号の周波数を、入力側基準周波数に対して検出ＤＣオフセット量の対応分だけ離れた周波数へ変更する（例：ＣＰＵ１４がＤＤＳ１２の設定データを調整すること）。

ＤＣオフセット量検出手段は、好ましくは、ＦＳＫ変調データに係る電圧（例：ＦＳＫ無線送信機１０におけるＡ／Ｄ変換器の入力側電圧としてのＦＳＫ変調データの電圧、又はＦＳＫ無線送信機２５におけるＡ／Ｄ変換器の入力側電圧としてのループフィルタ１３５の出力電圧）からＦＳＫ変調データのＤＣオフセット量を検出するもの、又はＦＳＫ変調データの繰返しパターンを検出し、各繰り返しパターンに対応付けて記憶してあるＤＣオフセット量情報の中から、検出繰返しパターンに対応するものを検索することによりＦＳＫ変調データのＤＣオフセット量を検出するものである。

ＤＣオフセット量検出手段における検出電圧は、ＰＬＬ装置の電圧制御発振器へのＦＳＫ変調データに係る供給電圧（例：ＦＳＫ無線送信機１０におけるＡ／Ｄ変換器の入力側電圧としてのＦＳＫ変調データの電圧）、又はＰＬＬ装置の電圧制御発振器の位相比較器側入力電圧（例：ＦＳＫ無線送信機２５におけるＡ／Ｄ変換器の入力側電圧としてのループフィルタ１３５の出力電圧）であってもよい。

本発明の送信装置の制御方法とＦＳＫ無線送信機１０，２５との対応関係について説明する。

本発明の制御方法が適用される送信装置（例：ＦＳＫ無線送信機１０，２５）は、ＰＬＬ装置（例：電圧制御発振器１３６）を備え、ＰＬＬ装置が、その電圧制御発振器へベースバンド信号としてのＦＳＫ変調データを供給されて送信信号としてのＦＳＫ変調信号を生成する。本発明の制御方法は、中心点周波数（例：ｆ_m）が送信波基準周波数となるように、ＰＬＬ装置への入力信号の周波数を制御する（例：ＣＰＵ１４による、ＤＤＳ１２の設定データの調整を介するＤＤＳ１２の出力周波数制御）。

本発明を最良の形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、最良の形態における各構成要素を変形して具体化できる。

ＦＳＫ無線送信機の構成図である。ＤＣオフセット対策を採らないときと採ったときの送信波のパワースペクトラムを対比して示す図である。図１のＦＳＫ無線送信機の一部構成を変更した別のＦＳＫ無線送信機の構成図である。ＤＤＳを装備するとともにＦＳＫを使用する従来のＦＳＫ無線送信機の構成図である。２個の論理値を１個ずつ交互に繰り返すＦＳＫ変調データを示す図である。図５のＦＳＫ変調データに対する図４のＦＳＫ無線送信機の送信波のパワースペクトラムを示す図である。一方の論理値を他方の論理値に対して多く含むＦＳＫ変調データを示す図である。図７のＦＳＫ変調データに対する図４のＦＳＫ無線送信機の送信波のパワースペクトラムを示す図である。

符号の説明

１０：ＦＳＫ無線送信機、１１：基準発振器、１２：ＤＤＳ、１３：ＰＬＬ装置、１４：ＣＰＵ、１５：Ａ／Ｄ変換器、２５：ＦＳＫ無線送信機、１３６：電圧制御発振器

Claims

電圧制御発振器を含み該電圧制御発振器へベースバンド信号としてのＦＳＫ変調データを供給されて送信信号としてのＦＳＫ変調信号を生成するＰＬＬ装置、及び
ＦＳＫ変調データの無し期間に生成される送信信号の周波数を送信波基準周波数と呼ぶことにし、また、ＦＳＫ変調データの各論理値に対応して周波数軸方向上側及び下側に生じる送信信号の周波数をそれぞれ上側送信波周波数及び下側送信波周波数と呼ぶことにし、さらに、上側送信波周波数及び下側送信波周波数の中心点の周波数を中心点周波数と呼ぶことにし、中心点周波数が送信波基準周波数となるように、前記ＰＬＬ装置への入力信号の周波数を制御する入力信号制御手段、
を備えることを特徴とする送信装置。
前記入力信号制御手段は、
前記ＦＳＫ変調データのＤＣオフセット量を検出するＤＣオフセット量検出手段、及び
ＦＳＫ変調データの無し期間に送信波基準周波数の送信波を生成するための前記ＰＬＬ装置の入力信号の周波数を入力側基準周波数と呼ぶことにし、前記ＰＬＬ装置の入力信号の周波数を、前記入力側基準周波数に対して検出ＤＣオフセット量の対応分だけ離れた周波数へ変更する周波数変更手段、
を備えていることを特徴とする請求項１記載の送信装置。
前記ＤＣオフセット量検出手段は、前記ＦＳＫ変調データに係る電圧からＦＳＫ変調データのＤＣオフセット量を検出するもの、又は前記ＦＳＫ変調データの繰返しパターンを検出し、各繰り返しパターンに対応付けて記憶してあるＤＣオフセット量情報の中から、検出繰返しパターンに対応するものを検索することによりＦＳＫ変調データのＤＣオフセット量を検出するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の送信装置。
前記ＤＣオフセット量検出手段における検出電圧は、前記ＰＬＬ装置の前記電圧制御発振器への前記ＦＳＫ変調データに係る供給電圧、又は前記ＰＬＬ装置の前記電圧制御発振器の位相比較器側入力電圧であることを特徴とする請求項３記載の送信装置。
ＰＬＬ装置を備え、ＰＬＬ装置が、その電圧制御発振器へベースバンド信号としてのＦＳＫ変調データを供給されて送信信号としてのＦＳＫ変調信号を生成する送信装置の制御方法において、
ＦＳＫ変調データの無し期間に生成される送信信号の周波数を送信波基準周波数と呼ぶことにし、また、ＦＳＫ変調データの各論理値に対応して周波数軸方向上側及び下側に生じる送信信号の周波数をそれぞれ上側送信波周波数及び下側送信波周波数と呼ぶことにし、さらに、上側送信波周波数及び下側送信波周波数の中心点の周波数を中心点周波数と呼ぶことにし、中心点周波数が送信波基準周波数となるように、前記ＰＬＬ装置への入力信号の周波数を制御することを特徴とする送信装置の制御方法。