JP2009021709A - 無線通信機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
帯域制限フィルタ(BPF)として、通過幅の異なる複数の通過帯域に切換える機能を備え、FSW未検出時には広帯域でFSW検出を行い、FSW検出後は通常帯域に切換える。
【選択図】図1
Description
このような周波数ずれ(または周波数誤差と表現する)が発生する原因としては、受信機側の局部発振回路素子の経年変化や、検波器(周波数変調における検波手段は周波数弁別器)の回路素子の経年変化、温度変化に伴う回路素子値の変動による、中心周波数のずれ等が主たるものと考えられる。
なお、フレーム同期ワード検出手段や同期タイミングの制御については、特許文献2乃至4に開示されているので参考にすることができる。
本発明は、従来の周波数補正機能を備えた無線通信機における諸事情に鑑みてなされたものであって、高速スキャニング受信にも適用できる周波数補正機能を備えた無線通信機を提供することを目的としている。
図1は、本発明に係る無線通信機の要部構成例を示すブロック図である。この例に示す無線通信機は、アンテナ1と、このアンテナ1によって受信した高周波信号を第一の局部発振器2の出力と混合して第一中間周波数を生成する第一混合器(MIX)3及び第一帯域フィルタ4と、更に、周波数変換のために第二局部発振器5の出力と混合して第二中間周波数信号を生成するための第二混合器(MIX)6及び第二帯域フィルタ7(以下、「帯域フィルタ」、「帯域制限フィルタ」と云うときはこれを指す)と、第二中間周波数信号を検波するFM検波器8と、このFM検波器の出力信号からフレーム同期ワードを検出して同期信号を生成するフレーム同期ワード検出器(FSW同期検出器)9と、上記FM検波器8の出力からDCオフセット成分を減算するDCオフセット調整器10と、DCオフセット成分が除去された信号から目的とするシンボルを検出するシンボル検出器11と、上記FM検波器8の信号からDCオフセット成分を含む直流成分を取り出すLPF12と、そのDCオフセット量を予め設定した閾値と比較するとともに、閾値を越えたとき、周波数シフト信号を出力する周波数ずれ検出回路13と、その周波数シフト信号に基づいて周波数調整データを生成するAFC制御回路14と、この周波数調整データによって周波数を補正する機能をもったTCXO制御回路15と、を備えたもので、TCXO制御回路15の信号によって、上記第一の局部発振器2の周波数を制御するように構成したものである。なお、無線通信機として送信部(TX)16を備える場合は、その送信周波数を制御する送信用発振器17の発振周波数を上記TCXO制御回路15の出力によって生成してもよい。
そこで本発明では、上記帯域フィルタ7を、第一通過帯域と、それより広い第二通過帯域とに切換え可能な機能を有したものとすることによって、周波数ずれ量が大きな場合には広い通過帯域のフィルタによって通常の通過帯域から外れる受信信号もFM検波器8に導き、FSW同期検波ができるようにするとともに、検出したFSWを用いて算出するFSW・DCオフセット成分によりAFCを行い、大きくずれた周波数を帯域フィルタ7の通常の狭い第一通過帯域に含まれるように周波数補正制御するものである。
更に、図1に示す構成では、同一出願人が既に出願済み(特願2006−019851:第2の先願発明)の発明に係る周波数補正タイミング制御手段を利用したBPF制御部19を付加している。このBPF制御部19は、シンボルカウンタ20と、その出力信号によって制御されるBPF切換制御部21とを含み、上記FSW同期検出器9の信号から後述する方法で、受信信号のデータ復調に影響を与えないタイミングにおいて帯域フィルタ(BPF)7の帯域切換えを行うように構成している。
従って、広い通過帯域によれば、ある程度周波数がずれた状態でもキャリア信号がFM検波器9に供給されるので、実質的な感度低下は伴うもののFSW検出が可能となる。そこで、このように通過帯域を広げた状態で検出したFSWのシンボル位置と夫々のシンボルの正規の位置とを比較することによって、周波数ずれに伴うDCオフセット成分を算出し、その量に基づいて周波数補正を行えば迅速な周波数補正処理が可能であり、周波数補正後には通常の通過帯域(第一通過帯域)に戻してデータ受信を行うことができる。
そこで、図3に示したように、帯域フィルタ(BPF)7の帯域を広い第二通過帯域に切換えることによってFSW検出を可能にし、T2においてFSW検出を行い、その検出に基づいて周波数ずれに対応するDCオフセット成分を算出する。この時点で周波数補正は可能となるので、直ちに周波数補正しても良いが、フレームのデータ受信中に周波数を変化させるとデータ誤りを発生する可能性があるので、次のフレーム先頭のFSW受信のタイミングT3に合わせて周波数補正処理を行うとともに、帯域フィルタを第一通過帯域である通常の通過帯域に切換える。なお、周波数補正処理と、そのタイミング制御については後述する。
以上の説明において、帯域を切換え可能なフィルタとしては、帯域が異なる二つのフィルタ、あるいは段階的に細かく帯域の異なるフィルタを複数並べて、順次切替える方法があるが、FIRフィルタをDSP、ASIC等により、ソフトウエア的な処理や手段によって制御するデジタルフィルタで実現することもできる。その場合は、フィルタの計数(タップ数共通)を切換えることによって帯域を変化させれば、処理速度も速くできる。
また、本発明における各ブロックの実現方法は既存の技術を使用すれば、十分に実施可能であるが、同一出願人は、受信周波数が大きくずれた場合のFSW検出方法や、その場合の周波数補正方法、更には、周波数の補正タイミング方法について種々有用な発明を出願済みである。それらを使用すれば本発明の機能は更に向上できるが、未公開状態であるので概要を順次説明する。
従来技術において示した図17は、同一出願人にかかる複数の先願発明を使用した無線通信機のブロック図であるので、この図を使用しながら説明する。
この先願発明は、本発明に必ずしも不可欠のものではないが、おおきな周波数ずれが発生し受信帯域の一部が帯域制限フィルタ(BPF7)の受信帯域外にはみ出すような状況であってもFSW検出を可能にしたものであるので、必要に応じて併用することができる。
即ち、この先願発明は、図1又は図17に示したように、FM検波器8(58)、LPF12(62)、周波数すれ検出回路13(63)、AFC制御回路14(64)により、検波器の出力に含まれるDC成分を監視するとともに、その量が一定値を越えたとき、それをキャンセルするように発振周波数を補正するものである。
そこでこの発明では、周波数ずれが予め設定した閾値を越えたことを検出したとき(時間t1)、その周波数ずれをキャンセルする方向に、局部発振周波数を補正する。この補正量をαとすると、周波数補正した時点で、BPFによるチャネル信号の部分的削除が無くなり、検波信号には受信チャネル信号の全ての帯域信号が含まれるので、検波信号の劣化は無くなる。
同一出願人は、特願2005−339435「同期ワード検出装置、同期ワード検出方法、プログラム及び記録媒体」として、迅速にFSW検出を行う手段を出願済みである。これは、S/Nが悪い状態や、少ないフレーム同期ワードであっても誤検出が少なく、また、受信信号に周波数ずれ等に起因する直流成分(DCオフセット成分)が含まれる場合であっても同期捕捉性能を保つことができるフレーム同期ワード検出装置及びフレーム同期ワード検出方法であり、本発明に併用すれば、更に迅速且つ正確にFSW同期検出処理が可能となるので、その概要について説明する。
なお、以下の説明においては、既出願明細書の記載内容に倣って、例えば「フレーム同期ワード」を単に「同期ワード」、「FSW」等と表記したように、上述した本発明の説明におけるテクニカルターム表記と必ずしも一致していない場合もあるが、異なる表記であっても技術的に同一の場合もある。
これらの同期ワード検出装置/方法によれば、周波数ずれに対応したDCオフセット量を検出すると共に、その影響を除去しつつ、真性のフレーム同期ワードと見なし得る範囲の誤差を許容して、フレーム同期ワード検出を行うので、実質的に正しいフレーム同期ワードを効率良く検出可能となる。従って、本発明に利用すれば、帯域フィルタにおいて広い通過帯域にした場合の帯域雑音が増大した状態においても、簡単な演算によって同期ワードを検出して同期するまでの時間も短縮することができ、またDCオフセット量検出手段の利用も可能である。
また、フレーム同期ワード検出装置/方法では、平均演算手段によって求めた同期ワード候補の全シンボルに対するシンボル誤差平均値を受信信号の周波数オフセット量とみなし、シンボル誤差平均値で前記周波数調整部を制御する手段を備えたので、受信信号の周波数がずれている場合においても、その周波数を自動的に補正することができ、より一層同期確率までの時間を短縮する効果が得られる。
この先願発明は、基本的には、受信検波して得た受信信号に重畳するDCオフセットの影響を除去するために、式(1)に示す演算に基づいて、同期ワード検出を行うものである。
D= Σ[(ai−Si)−{Σ(aj−Sj)/n}]2
但し、i、jは1からnの値をとる ・・・ 式(1)
この式の右辺の、Σ(ai−Si)は、同右辺の{Σ(aj−Sj)/n}は、フレーム同期ワード候補の全てのシンボル値と正規の同期ワードのシンボル対応値夫々の相違度(誤差)を全シンボル分について加算し、サンプル数nで除したもので、誤差の平均値を意味し、この値が同期ワード候補のシンボルに含まれるオフセット量になり、式(1)は、同期ワード候補と正規の同期ワードとの誤差からオフセット量を減じたものである。従って、この式(1)に基づいて同期ワード候補と既知の同期ワードと比較すれば、受信信号に周波数のずれ等による直流信号等のオフセットが含まれる場合においても、その影響を除去して同期ワード検出が可能となることを意味する。
この値は、周波数のずれ等によるオフセット量(DCオフセット)に該当するものであるので、このシンボル誤差平均値(オフセット量)Foffを、前記S43において計算したシンボル誤差から減算して、受信信号波形から同期ワードの候補として抽出した波形のオフセット補正値である(ai−Si)−{Σ(aj−Sj)/n}の値を求める(S45)。更に、この値の自乗値を求め(S46)、前記式(1)に示した、同期ワードシンボル誤差をシンボル数nについて全てを加算する(S47)。この式(1)値は、オフセットが排除された同期ワード候補のシンボル値と、既知の正規の同期ワードとの相違度を示す誤差であるから、これを予め設定した閾値と比較して(S49)、閾値より小さい場合は(S49 Yes)、当該同期ワード候補が正しい同期ワードであると判断して、次の処理に移行する(S50)。また、前記S49の判定において、閾値より大きい場合は、当該同期ワード候補が同期ワードではないと判断し(S49、No)、受信信号波形から1シンボル分シフトして新たな同期ワード候補を取り出し(S51)、前記S41に戻って、以下同様の処理を行う。
図10は、このためのフローチャートであり、処理がスタートすると、無線高周波ブロックから供給された受信信号が検波されて(S60)、この信号波形から同期ワード候補データが得られるので、これらの受信信号波形から同期ワード候補のシンボルデータ(ai)を取得する(S61)。同期ワード候補のシンボルデータが得られると、この(ai)から、予め記憶されている同期ワードの対応する値(Si)を減算してシンボル誤差(ai−Si)を演算する(S62)。次に、シンボル誤差平均値を計算するが、これは前記シンボル誤差の演算と同様の考え方に基づいて、n個のシンボル値について(aj−Sj)を計算し、jを1からnにつて全てを加算した上で、シンボル数nで割り算することによって式(1)に示すシンボル誤差平均値を求める(S63)。
更に、同一出願人は、特願2006−19851「無線通信機及びその周波数制御方法」として、データ検出に影響を与えないタイミングで周波数シフトする手段について出願済みであり、この手段も本発明に併用すれば、更に高い機能の無線通信機を構成することができるので、概要について説明する。
この先願発明は、受信信号に局部発振手段の出力信号を混合して所望の中間周波数信号を抽出する周波数変換手段と、中間周波数信号から既知のフレーム同期ワード信号を検出するフレーム同期ワード検出手段とを備えた無線通信機において、フレーム同期ワード信号から受信信号周波数と局部発振手段の発振周波数との周波数ずれに応じた信号を得る周波数ずれ検出手段と、この周波数ずれ検出手段により取得した周波数ずれ成分を受信信号又は検波後のフレーム同期ワード信号から減算してフレーム同期ワードを検出する周波数ずれ補正同期検出手段と、周波数ずれ検出手段出力に基づいて前記局部発振手段の周波数補正量を算出する周波数補正量設定手段と、受信検波したフレーム信号におけるデータ位置を判断するシンボルカウンタと、このシンボルカウンタと周波数補正量設定手段に基づいて局部発振手段の発振周波数補正タイミングと周波数補正量と、を制御する周波数補正手段とを備え、このシンボルカウンタと周波数補正量設定手段に基づいて局部発振手段の発振周波数補正タイミングと周波数補正量とを制御することを特徴としたものである。
フレーム同期ワード検出に際して、それに含まれるDCオフセット成分を検出する手段は、上述した先願発明を使用できる。
以上のようにこの先願発明を利用すれば、処理中のデータに影響を与えることなく、迅速に同期を確立してデータの検出を行うことができるので、本発明に併用することによって、より一層、的確な同期検出が可能となる。
即ち、本発明の特徴は、図1に示す構成のうち、通過帯域フィルタ7として、通常の通過帯域とそれより広い通過帯域をもったものとし、高速にFSW検出が必要なスキャニング受信や第一フレーム受信のようにFSW未検出状態においては広い通過帯域によって、ある程度周波数がずれていても受信信号を検波器8に導くことが出来るようにした点である。従って、本発明に併用する先願発明に係る手段においては、FSW検出に基づいて算出したDCオフセット成分が小さくなるように一挙に周波数補正するとともに、帯域制限フィルタを通常帯域に戻してデータシンボル検出に移行する等のように、先願発明の機能のうち不要なものを適宜除去し、必要な機能のみを残すように変形するのが好ましいであろう。
更に、上述した実施形態の無線通信機、その周波数制御方法を実現する各機能・方法を、それぞれプログラム化し、あらかじめCD−ROM等の記録媒体に書き込んでおき、コンピュータに搭載したCD−ROMドライブのような媒体駆動装置に、このCD−ROM等を装着して、これらのプログラムをコンピュータのメモリあるいは記憶装置に格納し実行することによって、本発明の目的が達成されることは言うまでもない。
Claims (5)
- 受信信号に局部発振信号を混合して中間周波数信号を生成する周波数変換手段と、中間周波数信号から隣接チャネル周波数信号を除去して自チャネル信号を取り出す帯域フィルタと、該帯域フィルタ出力信号を検波する検波手段と、検波信号から既知のフレーム同期ワード信号を検出する既知フレーム同期ワード検出手段と、周波数ずれを補正する周波数ずれ補正手段と、を備えた無線通信機において、
前記帯域フィルタが第一通過帯域と、それより広い第二通過帯域とに切換え可能な機能を有し、該帯域フィルタを第二通過帯域に切換えた状態でフレーム同期ワードを検出する切替後フレーム同期ワード検出手段と、検出したフレーム同期ワードに基づいて受信信号の周波数ずれを求める周波数ずれ検出手段と、周波数ずれが小さくなるように前記局部発振周波数を補正する周波数補正手段と、周波数補正後に前記可変帯域フィルタを第一通過帯域に切換えるフィルタ切替手段と、を備えたことを特徴とする無線通信機。 - 前記既知フレーム同期ワード検出手段が、受信信号波形から同期ワード候補シンボルデータを取得する同期ワード候補取得手段と、取得したフレーム同期ワード候補の各シンボル値と記憶したフレーム同期ワードの各シンボル対応値とのシンボル誤差を求めるシンボル誤差演算手段と、シンボル誤差演算手段によって求めた全シンボルに対するシンボル誤差平均値を求めるシンボル誤差平均演算手段と、前記シンボル誤差演算手段によって求めた、フレーム同期ワード候補の各シンボル誤差から上記シンボル誤差平均値を減算してオフセット補正値を求めるシンボル誤差平均減算手段と、フレーム同期ワード候補の各シンボルについて上記シンボル誤差平均減算手段によって求めたオフセット補正値を自乗する補正値自乗演算手段と、その補正値自乗演算手段によって求めた結果をフレーム同期ワード候補全シンボルについて加算して同期ワードシンボル誤差を求めるシンボル誤差合算手段と、シンボル誤差合算手段によって求めた同期ワードシンボル誤差と予め設定した閾値と比較し、当該フレーム同期ワード候補がフレーム同期ワードであるか否かを判断する同期ワード判断手段と、を備えたことを特徴とする請求項1記載の無線通信機。
- 請求項1又は2記載の無線通信機において、フレーム同期ワード信号から受信信号周波数と局部発振手段の発振周波数との周波数ずれに応じた信号を得る周波数ずれ信号取得手段と、該周波数ずれ信号取得手段により取得した周波数ずれ成分を受信信号又は検波後のフレーム同期ワード信号から減算してフレーム同期ワードを検出する周波数ずれ補正同期検出手段と、前記周波数ずれ検出手段出力に基づいて前記局部発振手段の周波数補正量を算出する周波数補正量設定手段と、受信検波したフレーム同期信号におけるデータ位置を判断するシンボルカウンタと、このシンボルカウンタと前記周波数補正量設定手段に基づいて局部発振手段の発振周波数補正タイミングと周波数補正量とを制御する周波数制御手段と、を備えたことを特徴とする無線通信機。
- 請求項3記載の無線通信機において、更に、前記シンボルカウンタの出力に基づいて、前記帯域フィルタを第一通過帯域に切換える手段を備えたことを特徴とする無線通信機。
- 前記帯域フィルタがFIRフィルタであり、DSP、ASIC等により、その演算係数を切換えることによって通過帯域を切換えるようにソフトウエア手段にて構成したことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の無線通信機。
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