JP2010087604A - 受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 受信信号が弱電界状態である度合いを出力信号のレベルとして定量的に検出することができ、また、当該出力信号を用いて弱電界状態におけるノイズ出力を抑制する。
【解決手段】 搬送波の振幅を変化させずに変調された受信信号を中間周波信号に変換する周波数変換部と、前記中間周波信号の振幅レベルが所定の割合以上に変動した頻度を示す第１の信号を平滑化して、第２の信号として出力する変動頻度検出部と、前記第１の信号に含まれる所定の周波数以上の成分を平滑化して、第３の信号として出力する変動レベル検出部と、前記第２の信号から前記第３の信号を減算して、前記受信信号が弱電界状態である度合いをレベルによって示す弱電界検出信号として出力する弱電界検出部と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、受信装置に関する。

無線通信において、受信信号は、一般に、フィルタ処理、周波数変換処理、増幅処理などを経たうえで、ベースバンド信号に復調される。また、例えば特許文献１の図１に示されているように、復調回路への入力信号レベルに応じて高周波増幅回路および中間周波増幅回路の利得を制御するＡＧＣ（Automatic Gain Control：自動利得制御）回路を有する受信装置が一般に知られている。

このようにして、ＡＧＣ回路を用いて増幅回路の利得を制御することによって、復調回路への入力信号レベルを入力許容範囲内に収め、出力信号の歪みを抑制することができる。
特開２００５−２７０５６号公報

上記ＡＧＣ回路は、復調回路への入力信号レベルが高ければ増幅回路の利得が小さくなるように、入力信号レベルが低ければ利得が大きくなるように制御する。しかしながら、所望の周波数を有する搬送波が存在しない場合や、受信状態が良好でない場合など、受信信号が弱電界状態となっている場合には、復調回路への入力信号レベルが非常に小さくなり、増幅回路の利得が非常に大きくなってしまう。

そのため、弱電界状態においては、復調回路から大きなノイズが出力されることとなる。特に、ラジオやテレビの放送波などのように、ベースバンド信号が音声信号を含む場合には、当該ノイズは耳障りな音として出力されてしまう。

前述した課題を解決する主たる本発明は、搬送波の振幅を変化させずに変調された受信信号を中間周波信号に変換する周波数変換部と、前記中間周波信号の振幅レベルが所定の割合以上に変動した頻度を示す第１の信号を平滑化して、第２の信号として出力する変動頻度検出部と、前記第１の信号に含まれる所定の周波数以上の成分を平滑化して、第３の信号として出力する変動レベル検出部と、前記第２の信号から前記第３の信号を減算して、前記受信信号が弱電界状態である度合いをレベルによって示す弱電界検出信号として出力する弱電界検出部と、を有することを特徴とする受信装置である。

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

本発明によれば、受信信号が弱電界状態である度合いを出力信号のレベルとして定量的に検出することができ、また、当該出力信号を用いて弱電界状態におけるノイズ出力を抑制することができる。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＜第１実施形態＞
＝＝＝受信装置全体の構成および動作＝＝＝
以下、図２を参照して、本発明の第１の実施形態における受信装置全体の構成について説明する。

図２に示されている受信装置は、アンテナ１、高周波増幅部２、周波数変換部３、中間周波増幅部４、復調増幅部５、スピーカ６、および信号処理部７を含んで構成されており、例えばＦＭラジオ放送やアナログテレビジョン放送の音声信号のように、搬送波の振幅を変化させずに変調された信号の受信に用いられる。アンテナ１は高周波増幅部２に接続されており、高周波増幅部２の出力信号は、周波数変換部３に入力されている。また、周波数変換部３の出力信号は、中間周波増幅部４に入力されるとともに、信号処理部７にも入力されている。さらに、中間周波増幅部４および信号処理部７の出力信号は、ともに復調増幅部５に入力されている。そして、復調増幅部５の出力信号は、スピーカ６に入力されている。

次に、本実施形態における受信装置全体の動作について説明する。
アンテナ１および高周波増幅部２は、所望の搬送波が含まれる周波数帯域を選択的に受信および増幅し、ＲＦ（Radio Frequency：高周波）信号として出力する。また、周波数変換部３は、ＲＦ信号を周波数変換し、ＢＰＦ（Band-Pass Filter：帯域通過フィルタ）などを用いてイメージ信号などの妨害信号を適宜除去したうえで、ＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波）信号として出力する。なお、ＩＦ信号は、中間周波増幅部４および信号処理部７以降の構成に応じて、アナログ信号またはデジタル信号として出力される。さらに、復調増幅部５は、中間周波増幅部４によって適宜増幅されたＩＦ信号を復調および増幅し、ＡＦ（Audio Frequency：可聴周波数）信号として出力する。そして、スピーカ６は、ＡＦ信号を音声に変換して出力する。

一方、ＩＦ信号は信号処理部７にも入力され、信号処理部７は、後述する処理を行い、弱電界検出信号ＷＥを出力する。そして、復調増幅部５は、弱電界検出信号ＷＥのレベルに応じて、スピーカ６から出力されるノイズが耳障りでない程度まで利得を小さくし、または、ＡＦ信号を消音する。

このようにして、信号処理部７から出力される弱電界検出信号ＷＥのレベルに応じて復調増幅部５の利得を制御することによって、弱電界状態におけるノイズ出力を抑制することができる。

＝＝＝信号処理部の構成＝＝＝
以下、図１を参照して、信号処理部７の構成について説明する。
図１に示されている信号処理部７は、変動頻度検出部１０、変動レベル検出部２０、および弱電界検出部３０を含んで構成されており、受信信号が弱電界状態である度合いを弱電界検出信号ＷＥのレベルとして検出する。

変動頻度検出部１０は、例えば振幅レベル検出部１１、変動検出部１２、頻度計数部１３、および平滑化処理部１４で構成されている。周波数変換部３から出力されるＩＦ信号は、振幅レベル検出部１１に入力されている。また、振幅レベル検出部１１の出力信号は、変動検出部１２に入力され、変動検出部１２の出力信号は、頻度計数部１３に入力されている。そして、頻度計数部１３の出力信号は、変動レベル検出部２０に入力されるとともに、平滑化処理部１４を介して弱電界検出部３０に入力されている。

変動レベル検出部２０は、例えばＨＰＦ（High-Pass Filter：高域通過フィルタ）２１、絶対値演算部２２、および平滑化処理部２３で構成されている。変動頻度検出部１０の頻度計数部１３の出力信号は、ＨＰＦ２１に入力されている。また、ＨＰＦ２１の出力信号は、絶対値演算部２２に入力され、絶対値演算部２２の出力信号は、平滑化処理部２３を介して弱電界検出部３０に入力されている。

弱電界検出部３０は、例えば増幅部３１および減算部３２で構成されている。変動頻度検出部１０の平滑化処理部１４の出力信号は、減算部３２に入力されている。また、変動レベル検出部２０の平滑化処理部２３の出力信号は、増幅部３１を介して減算部３２に入力されている。そして、減算部３２の出力信号は、弱電界検出信号ＷＥとして信号処理部７から出力されている。

＝＝＝信号処理部の動作＝＝＝
以下、図４ないし図１０を参照して、信号処理部７の動作について説明する。
前述したように、本発明の受信装置は、搬送波の振幅を変化させずに変調された信号の受信に用いられる。そのため、受信状態が良好で、受信信号が強電界状態となっている場合には、周波数変換部３から出力されるＩＦ信号は、例えば図４（Ａ）に示すように、略定振幅となる。しかしながら、所望の周波数を有する搬送波が存在しない場合や、受信状態が良好でない場合など、受信信号が弱電界状態となっている場合には、ＩＦ信号は、例えば図４（Ｂ）に示すように、白色雑音（ホワイトノイズ）の影響によって不規則に変動する。

振幅レベル検出部１１は、例えば包絡線検波回路などを用いて、入力されるＩＦ信号の振幅レベルを示す振幅レベル信号Ｓ１１を出力する。また、変動検出部１２は、振幅レベル信号Ｓ１１の所定の割合以上の変動を示す変動検出信号Ｓ１２を出力する。例えば、振幅レベル信号Ｓ１１が所定の期間における平均値に対して６０％以下となった場合に、変動検出信号Ｓ１２を出力する。さらに、頻度計数部１３は、変動検出信号Ｓ１２を単位時間ごとに計数し、振幅レベル信号Ｓ１１の変動の頻度を示す変動頻度信号Ｓ１３を出力する。したがって、変動頻度信号Ｓ１３は、略定振幅のＩＦ信号が入力される強電界状態の場合には、例えば図５（Ａ）に示すように、低いレベルで小さく変動し、不規則に変動するＩＦ信号が入力される弱電界状態の場合には、例えば図５（Ｂ）に示すように、高いレベルで大きく変動する。そして、平滑化処理部１４は、例えばＬＰＦ（Low-Pass Filter：低域通過フィルタ）などを用いて、変動頻度信号Ｓ１３を平滑化して平滑化頻度信号Ｓ１４を出力し、当該平滑化頻度信号Ｓ１４は、強電界状態の場合には、例えば図６（Ａ）に示すように、低いレベルとなり、弱電界状態の場合には、例えば図６（Ｂ）に示すように、高いレベルとなる。なお、振幅レベル検出部１１の包絡線検波回路の時定数、変動検出部１２において振幅レベル信号Ｓ１１の平均値を求める所定の期間、頻度計数部１３において変動検出信号Ｓ１２を計数する単位時間、および平滑化処理部１４のＬＰＦの時定数などは、必要な弱電界状態の検出周期などに応じて適宜設定される。

このようにして、変動頻度信号Ｓ１３（第１の信号）および平滑化頻度信号Ｓ１４（第２の信号）は、強電界状態の場合と弱電界状態の場合とで異なる波形となり、弱電界状態の検出に用いることもある程度可能である。しかしながら、受信信号の電界強度が高い場合であっても、例えば、ＦＭラジオ放送において搬送波が規格以上の周波数帯域に変調され、過変調状態となっている場合には、ＩＦ信号は、例えば図４（Ｃ）に示すように、周波数変換部３で用いられているＢＰＦの周波数特性に応じて、周期的に変動する。同様に、隣接妨害およびマルチパス妨害などの妨害信号が存在する場合にも、ＩＦ信号は、周期的に変動する。そのため、このような過変調状態などの場合には、変動頻度信号Ｓ１３および平滑化頻度信号Ｓ１４は、それぞれ例えば図５（Ｃ）および図６（Ｃ）のようになり、弱電界状態との判別が困難である。本発明の受信装置では、変動レベル検出部２０および弱電界検出部３０を用いて、弱電界状態の場合と過変調状態などの場合とを判別可能な弱電界検出信号ＷＥを生成している。なお、前述したように、振幅レベル検出部１１の包絡線検波回路の時定数は適宜設定され得るが、本実施形態の受信装置では、変動検出部１２が過変調状態などの場合におけるＩＦ信号の周期的な変動を検出できる程度に、当該時定数を小さな値に設定する必要がある。

ＨＰＦ２１は、変動頻度信号Ｓ１３から直流に近い低周波成分を除去する。前述したように、過変調状態などの場合にはＩＦ信号が周期的に変動するため、ベースバンド信号が音声信号であれば、当該変動のパワースペクトルは、変動原因に応じて、可聴周波数以上のピークを持つこととなる。一方、弱電界状態の場合にはＩＦ信号が白色雑音の影響によって不規則に変動するため、当該変動のパワースペクトルは、周波数によらず略一定となる。したがって、ＨＰＦ２１が少なくとも可聴周波数域未満、より望ましくは、１００Ｈｚ程度未満の成分を除去することとすると、弱電界状態の場合および過変調状態などの場合のＨＰＦ２１の出力信号Ｓ２１は、それぞれ図７（Ｂ）および（Ｃ）のようになり、弱電界状態の場合に、より大きな割合の信号成分が除去される。なお、変動頻度信号Ｓ１３が低いレベルで小さく変動する強電界状態の場合には、ＨＰＦ２１の出力信号Ｓ２１は、図７（Ａ）に示すように、略０となる。また、絶対値演算部２２は、正および負の値を有するＨＰＦ２１の出力信号Ｓ２１を絶対値信号Ｓ２２に変換し、強電界状態の場合、弱電界状態の場合、および過変調状態などの場合の当該絶対値信号Ｓ２２は、それぞれの図８（Ａ）ないし（Ｃ）のようになる。そして、平滑化処理部２３は、絶対値信号Ｓ２２を平滑化して変動レベル信号Ｓ２３を出力し、当該変動レベル信号Ｓ２３は、それぞれの図９（Ａ）ないし（Ｃ）のようになり、過変調状態などの場合に、より高いレベルとなり、強電界状態の場合には、略０となる。

減算部３２は、平滑化頻度信号Ｓ１４から、増幅部３１において所定の補正利得で増幅された変動レベル信号Ｓ２３を減算し、弱電界検出信号ＷＥを出力する。前述したように、強電界状態の場合には、変動レベル信号Ｓ２３が略０となるため、弱電界検出信号ＷＥは、例えば図１０（Ａ）に示すように、平滑化頻度信号Ｓ１４と同様に低いレベルの信号となる。また、過変調状態などの場合には、変動レベル信号Ｓ２３が高いレベルの信号となるため、弱電界検出信号ＷＥは、例えば図１０（Ｂ）に示すように、平滑化頻度信号Ｓ１４に対して大きく減衰される。一方、弱電界状態の場合には、変動レベル信号Ｓ２３が過変調状態などの場合より低いレベルの信号となるため、弱電界検出信号ＷＥは、例えば図１０（Ｃ）に示すように、平滑化頻度信号Ｓ１４に対する減衰量は比較的小さくなる。なお、増幅部３１の補正利得は、変動レベル信号Ｓ２３のレベルが平滑化頻度信号Ｓ１４に対して大きくなり過ぎないよう、より望ましくは、過変調状態などの場合に弱電界検出信号ＷＥが０に近くなるよう設定される。

このようにして、平滑化頻度信号Ｓ１４（第２の信号）から変動レベル信号Ｓ２３（第３の信号）を減算することによって、信号処理部７は、弱電界状態の場合のみ高いレベルとなり、強電界状態の場合および過変調状態などの場合には低いレベルとなる、弱電界検出信号ＷＥを出力することができる。また、当該弱電界検出信号ＷＥのレベルによって、弱電界状態である度合いを定量的に検出することもできる。

＜第２実施形態＞
以下、図３を参照して、本発明の第２の実施形態における受信装置全体の構成について説明する。
図３に示されている受信装置は、特許文献１の図１受信装置と同様に、信号処理部７が利得制御信号ＧＣによって高周波増幅部２および中間周波増幅部４の利得を制御する場合の構成例であり、中間周波増幅部４によって増幅されたＩＦ信号が信号処理部７に入力されている。

第１実施形態の受信装置では、高周波増幅部２および中間周波増幅部４に対する自動利得制御は行われていないため、受信信号の電界強度は、振幅レベル検出部１１の時定数に応じて振幅レベル信号Ｓ１１に反映され、振幅レベル信号Ｓ１１によって弱電界状態を検出することもある程度可能である。そのため、第１実施形態においては、弱電界検出信号ＷＥによる弱電界状態の検出の効果は、定量的な検出精度の向上に留まっている。一方、本実施形態の受信装置では、ＩＦ信号のレベルに応じた自動利得制御が行われ、図４に示したＩＦ信号は、強電界状態の場合、弱電界状態の場合、および過変調状態などの場合で、同程度のレベルに制御され、信号処理部７に入力される。そのため、振幅レベル信号Ｓ１１によって弱電界状態を検出することは困難である。弱電界検出信号ＷＥは、振幅レベル信号Ｓ１１の変動の頻度を利用して生成されるため、ＩＦ信号のレベルによらず、弱電界状態である度合いを定量的に検出することができる。
このようにして、弱電界検出信号ＷＥによる弱電界状態の検出は、自動利得制御が行われる本実施形態の受信装置において、より高い効果を発揮する。

前述したように、図２および図３に示した受信装置において、信号処理部７は、ＩＦ信号の振幅レベルが所定の割合以上に変動した頻度を示す変動頻度信号Ｓ１３（第１の信号）、および、変動頻度信号Ｓ１３を平滑化した平滑化頻度信号Ｓ１４（第２の信号）を変動頻度検出部１０から出力し、変動頻度信号Ｓ１３に含まれる所定の周波数以上の成分を平滑化した変動レベル信号Ｓ２３（第３の信号）を変動レベル検出部２０から出力し、そして、平滑化頻度信号Ｓ１４から変動レベル信号Ｓ２３を減算した弱電界検出信号ＷＥを弱電界検出部３０から出力することによって、搬送波の振幅を変化させずに変調された受信信号が弱電界状態である度合いを弱電界検出信号ＷＥのレベルとして定量的に検出することができる。

また、周波数変調された音声信号を受信する受信装置とすることによって、ＦＭラジオ放送やアナログテレビジョン放送の音声信号に適用することができる。

また、ＩＦ信号から音声信号を復調して増幅する復調増幅部において、弱電界検出信号ＷＥが所定のレベル以上の場合に音声信号を消音することによって、弱電界状態におけるノイズ出力を抑制することができる。

また、ＩＦ信号をデジタル信号に変換することによって、信号処理部７においてデジタル信号処理をし、検出、計数、演算などを高精度に行い、弱電界検出信号ＷＥを生成することができる。

なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。

上記実施形態では、受信信号は、例えばＦＭラジオ放送やアナログテレビジョン放送の音声信号となっているが、これに限定されるものではない。本発明の受信装置は、搬送波の振幅を変化させずに変調された信号を受信すればよく、このような変調方式としては、当該音声信号に用いられているＦＭ（Frequency Modulation：周波数変調）方式以外に、ＰＭ（Phase Modulation：位相変調）方式やＦＳＫ（Frequency Shift Keying：周波数偏移変調）方式であってもよい。

上記実施形態では、信号処理部の構成例として、図１において、ＩＦ信号が入力されて弱電界検出信号ＷＥのみを出力する信号処理部７を示したが、これに限定されるものではない。信号処理部７には、図３に示したように、利得制御信号ＧＣを出力するためのＡＧＣ部が含まれ得る。また、信号処理部７は、弱電界状態以外に、過変調状態、隣接妨害、およびマルチパス妨害などの検出部を含んでいてもよい。

本発明の受信装置における信号処理部７の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における受信装置全体の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態における受信装置全体の構成を示すブロック図である。 本発明の受信装置における信号処理部７への入力信号例を示す図である。 頻度計数部１３の出力信号例を示す図である。 平滑化処理部１４の出力信号例を示す図である。 ＨＰＦ２１の出力信号例を示す図である。 絶対値演算部２２の出力信号例を示す図である。 平滑化処理部２３の出力信号例を示す図である。 本発明の受信装置における信号処理部７の出力信号例を示す図である。

符号の説明

１ アンテナ
２ 高周波増幅部
３ 周波数変換部
４ 中間周波増幅部
５ 復調増幅部
６ スピーカ
７ 信号処理部
１０ 変動頻度検出部
１１ 振幅レベル検出部
１２ 変動検出部
１３ 頻度計数部
１４ 平滑化処理部
２０ 変動レベル検出部
２１ ＨＰＦ（高域通過フィルタ）
２２ 絶対値演算部
２３ 平滑化処理部
３０ 弱電界検出部
３１ 増幅部
３２ 減算部

Claims (4)

1. 搬送波の振幅を変化させずに変調された受信信号を中間周波信号に変換する周波数変換部と、
   前記中間周波信号の振幅レベルが所定の割合以上に変動した頻度を示す第１の信号を平滑化して、第２の信号として出力する変動頻度検出部と、
   前記第１の信号に含まれる所定の周波数以上の成分を平滑化して、第３の信号として出力する変動レベル検出部と、
   前記第２の信号から前記第３の信号を減算して、前記受信信号が弱電界状態である度合いをレベルによって示す弱電界検出信号として出力する弱電界検出部と、
   を有することを特徴とする受信装置。
2. 前記受信信号は、周波数変調された音声信号を含むことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記中間周波信号から前記音声信号を復調して増幅する復調増幅部をさらに有し、
   前記復調増幅部は、前記弱電界検出信号が所定のレベル以上の場合に前記音声信号を消音することを特徴とする請求項２に記載の受信装置。
4. 前記中間周波信号は、デジタル信号であることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の受信装置。