JP2012080161A - 送信機およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＴＴスイッチをオフにした際に生じるスケルチトーンのノイズが、再生音声信号に重畳されるのを防止した送信機を提供する。
【解決手段】送信機１は、所定の周波数のトーン信号Ｓｔを発生するトーン信号発生部６と、トーン信号Ｓｔを音声信号Ｓａ１に重畳させる混合器５と、操作部３０からの入力に基づき、トーン信号Ｓｔの周波数に関するデータが格納されたメモリ２４から１つの周波数に関するデータＤｆを読み出してトーン信号発生部６に供給するコントローラ２０とを備えている。コントローラ２０は、ＰＴＴスイッチ３１がオフとなったときにトーン信号発生部６にトーン信号Ｓｔの出力を停止させる制御信号Ｓｍを送信する。トーン信号発生部６は、制御信号Ｓｍを受信した後、トーン信号Ｓｔの位相が０度または１８０度になったときにトーン信号Ｓｔの出力を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トーンスケルチ方式を採用した送信機、およびその送信機の機能を実現するコンピュータプログラムに関する。

アマチュア無線等に使われる無線機では、無信号時に発生する雑音のカット、および同一周波数を採用する無線機との混信を防止するために、トーンスケルチ方式〔ＣＴＣＳＳ（Continuous Tone Coded Squelch System）ともいう〕またはデジタルコードスケルチ方式を採用している（例えば特許文献１参照）。

一方、無線機には、送信機と受信機のそれぞれの機能を実現する回路が内蔵されている。トーンスケルチ方式を採用した場合、送信機側は、音声帯域である３００Ｈｚ〜３ｋＨｚより低い周波数帯域６７Ｈｚ〜２５０Ｈｚの周波数の単一トーン信号を、音声信号に重畳して伝送する。

そして受信機側は、復調した信号より上記トーン周波数を検出し、検出したトーン周波数が自局で設定したスケルチ周波数と一致した場合にのみスピーカを開けて音声を出力する。

特開２００３−２１８７３２号公報

従来の送信機では、ＰＴＴスイッチをオフにすると、音声信号へのトーン信号の重畳も停止される。すなわちＰＴＴスイッチをオフにした際、その時点でトーン信号の出力が停止されるが、その際に、高調波成分による歪信号が発生して音声信号に重畳されることがある。

このような信号を受信機側で受信し、音声信号を復調すると、歪信号が音声信号を歪めてノイズとなり、再生音声の品質を劣化させることになる。

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、ＰＴＴスイッチをオフにした際に生じるトーン信号のノイズが、再生音声信号に重畳されるのを防止した送信機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明にかかる送信機は、音声信号に、音声帯域より低い所定の周波数のトーン信号を重畳した後、その音声信号で搬送波を変調してアンテナから送信する送信機であって、
前記所定の周波数のトーン信号を発生するトーン信号発生部と、
前記トーン信号を前記音声信号に重畳させる混合器と、
オンのときに送信を行い、オフのときに送信を停止するＰＴＴスイッチと、
前記ＰＴＴスイッチがオフとなったときに前記トーン信号発生部に前記トーン信号の出力を停止させる制御信号を送信するコントローラと、を備え、
前記トーン信号発生部は、前記制御信号を受信した後、前記トーン信号の位相が０度または１８０度になったときに前記トーン信号の出力を停止することを特徴とする。

ここで、前記トーン信号発生部は、
前記周波数に関するデータに基づき、クロック信号が入力される毎に前記トーン信号の振幅値を生成するダイレクト・デジタル・シンセサイザと、
前記ダイレクト・デジタル・シンセサイザで生成された振幅値を一時的に記憶するバッファと、
前記バッファに記憶された振幅値と基準値とを比較し、これらの値が一致したときに前記ダイレクト・デジタル・シンセサイザの出力を停止させる信号を出力する比較器と、を備えることが好ましい。

なお、前記トーン信号発生部は、デジタル・シグナル・プロセッサで構成してもよい。

また本発明にかかるコンピュータプログラムは、コンピュータを、
所定の周波数のトーン信号を発生するトーン信号発生部と、
前記トーン信号を前記音声信号に重畳させる混合器と、
オンのときに送信を行い、オフのときに送信を停止するＰＴＴスイッチがオフとなったときに前記トーン信号発生部に前記トーン信号の出力を停止させる制御信号を送信するコントローラと、して機能させるコンピュータプログラムであって、
前記トーン信号発生部は、前記制御信号を受信した後、前記トーン信号の位相が０度または１８０度になったときに前記トーン信号の出力を停止することを特徴とする。

トーン信号の位相が０度または１８０度の状態で音声信号への重畳を解除した場合、高調波成分による歪信号の強度が最低となるため、音声信号中に生じるノイズ成分が無視できる値となる。結果として、受信機側ではノイズのない明瞭な音声を再生できる。

本発明の実施の形態にかかる送信機の構成を示すブロック図である。 トーン信号の生成と音声信号への重畳の様子を説明するタイミングチャートである。 本実施の形態のトーン信号発生部の構成を示すブロック図である。 トーン信号発生部における信号処理の様子を説明するタイミングチャートである。

本発明の送信機について説明する前に、本発明の主たる特徴点について説明する。発明者らは、トーンスケルチ方式を採用した送信機におけるノイズの発生原因について分析した結果、音声信号への重畳を停止する際のトーン信号の位相によっては、高調波成分によって生じる歪信号の出力が大きくなり、その信号が音声信号に重畳されてノイズとなることを見出した。

そこで本発明では、トーン信号の位相を監視し、位相が０度または１８０度になるまで音声信号へのトーン信号の重畳を継続し、その後、重畳を解除するようにしたものである。

具体的には、後述のＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）で作成されるトーン信号の振幅と波形の中点の電圧とを比較し、その値が略等しくなった時、トーン信号の位相が０度または１８０度になったと判断して、音声信号へのトーン信号の重畳を解除する。

＜送信機の構成＞
図１に、本発明の実施の形態にかかる送信機の構成を示す。前述したように、アマチュア無線等で用いられる無線機には、送信機と受信機のそれぞれの機能を実現する回路が内蔵されている。このうち受信機の機能を実現する回路については、本発明と直接関係しないため、図には送信機に関する回路ブロックのみを表示している。

送信機１は、マイク２、増幅部３、Ａ/Ｄ変換器４、混合器５、トーン信号発生部６、ＢＰＦ（Band Pass Filter）７、Ｄ/Ａ変換器８、変調部９、送信部１０、アンテナ１１、コントローラ２０、操作部３０および表示部４０を備えている。図中、太い矢印は音声信号およびトーン信号の流れを示し、細い矢印は制御系統の信号の流れを示している。

なお、本実施の形態では、これらの構成部品のうち混合器５、トーン信号発生部６およびＢＰＦ７をデジタル・シグナル・プロセッサ（Digital Signal Processor、以降、ＤＳＰと略記する）５０で構成している。ＤＳＰ５０の機能については、後述する。

マイク２は、音声をアナログの音声信号に変換すると共に、その音声信号を増幅器３に出力する。増幅器３は、マイク２から入力されたアナログ音声信号を増幅してＡ/Ｄ変換器４に出力する。Ａ/Ｄ変換器４は、ＤＳＰ５０での処理が可能となるように、アナログ音声信号をデジタル音声信号Ｓａ１に変換する。

トーン信号発生部６は、コントローラ２０のＥＥＰＲＯＭ２４に予め格納されたトーン周波数のデータに従ってトーン信号Ｓｔ１を生成する。ＥＥＰＲＯＭ２４は不揮発性メモリの一種である。

トーン信号発生部６から出力されたトーン信号Ｓｔ１は、ＢＰＦ７で直流成分が除去されてトーン信号Ｓｔ２となった後、混合器５に供給される。

混合器５は、Ａ/Ｄ変換器４から出力されたデジタル音声信号Ｓａ１にトーン信号Ｓｔ２を重畳して、Ｄ／Ａ変換器８に出力する。トーン信号が重畳されたデジタル音声信号Ｓａ２は、Ｄ／Ａ変換器８で再度アナログの音声信号に変換される。

変調部９は、Ｄ／Ａ変換器８から供給されたアナログ音声信号で搬送波を変調して高周波信号を生成する。送信部１０は、変調部９で生成された高周波信号を増幅した後、アンテナ１１より電波に変換して出力する。

コントローラ２０は送信機１の動作を制御する。コントローラ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、ＣＰＵ２１の動作を規定するプログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）２２、ＣＰＵ２１のワークメモリとして機能するＲＡＭ（Random Access Memory）２３、スケルチトーンの周波数データを予め格納したＥＥＰＲＯＭ２４、およびクロック源２５を備えている。

操作部３０は、種々の入力や指示をコントローラ２０に入力する。操作部３０にはＰＴＴ（Pres To Talk）スイッチ３１が含まれている。ＰＴＴスイッチ３１は、押す（オンにする）と図示しない送受切替部が送信側に切り替わってアンテナ１１から送信が行われ、放す（オフにする）と、図示しない送受切替部が受信側に切り替わって受信した音声信号の再生が行われる。

表示部４０は液晶ディスプレイ等で構成され、種々のデータを表示するのに用いられる。表示部４０には、トーンスケルチ機能が作動していることやトーン信号の周波数が表示される。
＜トーン信号の生成と音声信号への重畳＞

次に、図１のブロック図と図２のタイミングチャートを参照して、トーン信号の生成と音声信号への重畳について、従来の送信機と比較しながら説明する。図２（ａ）には、本実施の形態にかかる送信機１のタイミングチャートを示し、図２（ｂ）には、従来の送信機のタイミングチャートを示す。送信機の基本的な構成は、本実施の形態と従来の送信機で変わりはない。

最初に、図２（ｂ）を参照して、従来の送信機におけるトーン信号の生成と音声信号への重畳について説明する。トーンスケルチ機能を発揮したい場合、ユーザは、予め操作部３０を介して、ＥＥＰＲＯＭ２４に格納されたトーン周波数のデータのうち希望するトーン周波数をコントローラ２０に通知する。通知されたトーン周波数は表示部４０に表示されると共に、ＲＡＭ２３に格納される。

図２（ｂ）の時刻Ｔ１においてユーザがＰＴＴスイッチ３０を押すと、ＰＴＴスイッチ３０からＰＴＴ信号Ｓｐがコントローラ２０に出力される。コントローラ２０のＣＰＵ２１は、ＰＴＴ信号Ｓｐを受信すると、ＲＡＭ２３に格納されたトーン周波数のデータＤｆを読み出して、トーン信号発生部６に送信する。

トーン周波数のデータＤｆを受信したトーン信号発生部６は、指定された周波数のトーン信号Ｓｔ１を生成してＢＰＦ７に出力する。ＢＰＦ７を通過して直流成分が取り除かれたトーン信号Ｓｔ２は混合器５でデジタルの音声信号Ｓａ１に重畳されて音声信号Ｓａ２となった後、Ｄ/Ａ変換器８で再びアナログ信号に変換される。

なお、図示しないが、コントローラ２０はＰＴＴ信号Ｓｐを受信した時点（時刻Ｔ１）で送信部１０に制御信号を送信し、送信部１０の出力をオンにして送信を開始する。

時刻Ｔ２においてユーザがＰＴＴスイッチ３１を離すと、ＣＰＵ２１はＰＴＴ信号Ｓｐがオフとなったことを確認し、トーン信号発生部６に対してミュート制御信号Ｓｍを出力する。

トーン信号発生部６はミュート制御信号Ｓｍを受信した後、時刻Ｔ３においてミュートをオン、すなわち出力信号の値を０にする。図２（ｂ）において、ＰＴＴ信号Ｓｐがオフになる時刻Ｔ２とミュートがオンとなる時刻Ｔ３がずれているのは、トーン信号発生部６において、ミュート制御信号Ｓｍを受信した後、出力を０に設定する処理に若干時間がかかるためである。

図２（ｂ）に示すように、トーン信号発生部６がミュート制御信号Ｓｍを受けてトーン信号Ｓｔ１の生成を終了する際に、トーン信号の位相が０度または１８０度でないと、高調波成分によって歪信号が生成され、この歪信号が混合器５において音声信号Ｓａ１に重畳される。

図２（ｂ）に示すように、送信部１０の出力はＰＴＴスイッチ３１を離しても直ぐには停止せず、時刻Ｔ４でオフとなるため、それまでの期間、送信部１０からの送信が継続される。結果として、その信号を受信した受信機では、歪信号が重畳された音声信号が再生されることになり、再生音声の品質を劣化させる。

次に、図２（ａ）を参照して、本実施の形態にかかる送信機におけるトーン信号の生成と音声信号への重畳について説明する。時刻Ｔ１からＴ２までのコントローラ２０の動作は、図２（ｂ）に示す従来の送信機と変わりがない。

時刻Ｔ２において、トーン信号発生部６は、コントローラ２０からのミュート制御信号Ｓｍを受信した後、すぐにはミュートをオンにせず、トーン信号の電圧値が略０になる時点、すなわちトーン信号の位相が０度または１８０度になった時点でミュートをオンにする。このようにすれば、ミュートをオンにした時点でトーン信号の電圧値は略０であるため、高調波成分の値が極めて小さい。結果として、高調波成分によって生じる歪信号も極めて小さい値になるため、ノイズにより再生音声の品質が劣化することもない。

＜トーン信号発生部の構成と機能＞
次に、トーン信号発生部６の構成と機能について、図３および図４を参照して説明する。

前述したように本実施の形態では、混合器５、トーン信号発生部６およびＢＰＦ７の機能をＤＳＰ５０で実現している。これらの機能は、ＤＳＰ５０内蔵のメモリに格納されたプログラムに基づき、図示しない演算回路で演算が行われることにより実現される。Ａ／Ｄコンバータ４から供給されるデジタルの音声信号Ｓａ１は、図示しないＦＩＦＯ（First-in First-out）バッファに順次取り込まれる。そしてＤＳＰ５０は、取り込んだ音声信号Ｓａ１に対して図２の各ブロックで表示される処理を実行し、音声信号Ｓａ２を出力する。

なお、ＤＳＰ５０によって実現される機能のうち混合器５とＢＰＦ７の機能は、一般の混合器およびＢＰＦの機能と変わりがない。従って以下は、トーン信号発生部６の機能について説明する。

図３に、トーン信号発生部６の構成を示す。トーン信号発生部６は、ダイレクト・デジタル・シンセサンザ（Direct Digital Synthesizer、以降、ＤＤＳと略記する）６１、バッファ６２および比較器６３で構成されている。また図４のタイミングチャートに、トーン信号発生部６における信号処理の様子を示す。

ＤＤＳ６１は、単一で固定の発信源から、任意の波形や周波数の信号をデジタル的に生成するための回路である。本実施の形態では、ＤＤＳ６１は、コントローラ２０のクロック源２５から出力されるクロック信号Ｓｃと、コントローラ２０から供給されるトーン周波数のデータＤｆに基づいて、正弦波のトーン信号Ｓｔ１を生成する。

図示しないが、ＤＳＰ５０の内蔵メモリには、トーン信号の生成に必要なパラメータと振幅値（電圧値）が格納されている。ＤＤＳ６１は、トーン信号の周波数データＤｆおよび上述のパラメータに基づき、クロック信号Ｓｃが入力する毎に位相の値を算出する。ＤＤＳ６１は、更に、メモリのルックアップテーブルから、この位相の値に対応した振幅値を読み出す。このようにしてクロック信号が入力される毎にＤＤＳ６１から振幅値が出力され、正弦波のトーン信号が生成される。

図４に示すように、ＤＤＳ６１の出力であるトーン信号Ｓｔ１には直流成分が含まれている。これは、ＤＳＰ５０においては、プラスとマイナスの値が混在した振幅値を算出するのが難しいため、直流成分を重畳させることによって算出する電圧値を全てプラスとしたものである。

比較器６３は、ＰＴＴスイッチ３１がオフになり（時刻Ｔ６）、コントローラ２０からミュート制御信号Ｓｍが入力した時点で動作を開始する。ＤＤＳ６１から出力された振幅値は、クロック信号Ｓｃが入力される毎にバッファ６２に一次的に記憶され、比較器６３において基準値であるトーン信号の中点の電圧値と比較される。

図４に示すように、ＰＴＴスイッチ３１がオフになった時点（時刻Ｔ６）では、トーン信号Ｓｔ１の位相は９０度に近い。その後位相が１８０度になった時点（時刻Ｔ７）では、振幅値が中点の電圧と等しくなり、直流成分を取り除いたトーン信号Ｓｔ２の振幅値は略０となる。

比較器６３は、振幅値が中点電圧と等しくなったときに、ＤＤＳ６１にトリガー信号を出力してＤＤＳ６１の出力をミュート、すなわち振幅値を０に設定する。前述したように、この状態においては、トーン信号の高調波成分による歪信号の振幅値が最小となるため、音声信号Ｓａ２に含まれるノイズ成分は無視できる大きさとなる。

以上説明したように、本実施の形態にかかる送信機を用いれば、トーン信号をミュートする時点で、高調波成分によって生じる歪信号の強さが極めて小さい値となるため、受信機においてノイズの影響を無視でき、結果として、品質の優れた音声を再生できる。

なお、本実施の形態では、混合器５、トーン信号発生部６およびＢＰＦ７をＤＳＰ５０により実現している。しかし、必ずしもＤＳＰを用いる必要はなく、高速演算が可能であれば、マイクロコンピュータやマイクロプロセッサを用いて実現してもよい。

更に、トーン信号発生部６の機能をコンピュータに実行させるためのプログラムを、コントローラ２０の機能を実行させるプログラムと共に記録媒体（例えばＣＤ−ＲＯＭ）に記録して配布したり、ネットワークで配信したりしてもよい。このコンピュータプログラムは、コンピュータの記録媒体に記録されインストールされる。

１ 送信機
２ マイク
３ 増幅部
４ Ａ/Ｄ変換器
５ 混合器
６ トーン信号発生部
７ ＢＰＦ
８ Ｄ/Ａ変換器
９ 変調部
１０ 送信部
１１ アンテナ
２０ コントローラ
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２３ ＲＡＭ
２４ ＥＥＰＲＯＭ
２５ クロック源
３０ 操作部
３１ ＰＴＴスイッチ
４０ 表示部

Claims (4)

1. 音声信号に、音声帯域より低い所定の周波数のトーン信号を重畳した後、その音声信号で搬送波を変調してアンテナから送信する送信機であって、
   前記所定の周波数のトーン信号を発生するトーン信号発生部と、
   前記トーン信号を前記音声信号に重畳させる混合器と、
   オンのときに送信を行い、オフのときに送信を停止するＰＴＴスイッチと、
   前記ＰＴＴスイッチがオフとなったときに前記トーン信号発生部に前記トーン信号の出力を停止させる制御信号を送信するコントローラと、を備え、
   前記トーン信号発生部は、前記制御信号を受信した後、前記トーン信号の位相が０度または１８０度になったときに前記トーン信号の出力を停止することを特徴とする送信機。
2. 前記トーン信号発生部は、
   前記周波数に関するデータに基づき、クロック信号が入力される毎に前記トーン信号の振幅値を生成するダイレクト・デジタル・シンセサイザと、
   前記ダイレクト・デジタル・シンセサイザで生成された振幅値を一時的に記憶するバッファと、
   前記バッファに記憶された振幅値と基準値とを比較し、これらの値が一致したときに前記ダイレクト・デジタル・シンセサイザの出力を停止させる信号を出力する比較器と、を備えることを特徴とする、請求項１に記載の送信機。
3. 前記トーン信号発生部は、デジタル・シグナル・プロセッサで構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の送信機。
4. コンピュータを、
   所定の周波数のトーン信号を発生するトーン信号発生部と、
   前記トーン信号を前記音声信号に重畳させる混合器と、
   オンのときに送信を行い、オフのときに送信を停止するＰＴＴスイッチがオフとなったときに前記トーン信号発生部に前記トーン信号の出力を停止させる制御信号を送信するコントローラと、して機能させるコンピュータプログラムであって、
   前記トーン信号発生部は、前記制御信号を受信した後、前記トーン信号の位相が０度または１８０度になったときに前記トーン信号の出力を停止することを特徴とするコンピュータプログラム。

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