JP2013207516A - 受信周波数検出回路及び受信周波数検出方法 - Google Patents

受信周波数検出回路及び受信周波数検出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】フォールスロックを防止しながらチューナブルなビットレートに対応して受信周波数を検出する。
【解決手段】受信機にて受信可能なビットレートのBITBANDの中央値と、受信機にて受信する変調信号のビットレートとを比較し、この比較結果に応じて、大きさが互いに異なり、一方が受信機にて受信する変調信号のビットレートの2の整数乗倍となり、もう一方がビットレートの2の整数乗倍とならない第1及び第2のサンプリング周波数とのいずれかを選択し、選択されたサンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって変調信号の受信周波数を検出する。
【選択図】図1

Description

本発明は、BPSK(Binary Phase Shift Keying:4値位相偏位変調)/QPSK(Quadrature Phase Keying:4値位相偏位変調)変調波の受信周波数を検出する受信周波数検出回路及び受信周波数検出方法に関する。
BPSK/QPSK変調波の受信機においては、初期捕捉に高速フーリエ変換(以下、FFTと称する)を用いて搬送波捕捉を行って受信周波数を検出している(例えば、特許文献1参照)。受信機の性能の2つの指標として、搬送波捕捉範囲と搬送波捕捉スレッショルドがあるが、これらは、FFTサンプリング周波数(以下、Fsと称する)を要因として決定される。Fsの値を大きくすると、搬送波捕捉範囲は広帯域になり、搬送波捕捉スレッショルドは高く、すなわち信号レベルがノイズフロアーから遠くなる。一方、Fsの値を小さくすると、搬送波捕捉範囲は狭帯域になり、搬送波捕捉スレッショルドは低くなる。つまり、搬送波捕捉範囲と搬送波捕捉スレッショルドの両方ともFsが決定要因となるため、両方を同時に改善することができない。
そこで、Fsが小さなFFTウインドウを用いてウインドウを周波数方向にシフトすることにより、搬送波捕捉スレッショルドを低く保った状態で所望の帯域を全てカバーし、搬送波捕捉スレッショルドと搬送波捕捉範囲とを同時に高性能化する方法が知られている。
特開平10−70520号公報
しかしながら、Fsが受信信号のビットレートの2の整数乗倍の関係になると、フォールスロックが生じてしまうという問題点がある。
一般に、FFT処理を実行した結果においては、横軸を周波数、縦軸を信号レベルとしたFFTウインドウに複数のピークが観測される。変調信号の周波数は一定の帯域を持った変調信号の中で最大レベルを示すという特性を利用して、FFTウインドウ内の全てのピークレベルの大小を比較することで最大レベルをとるピーク位置を検出し、ピーク位置を周波数に変換することで、受信した変調信号の周波数を算出することが一般的である。
ところが、受信信号のビットレートの2の整数乗倍のFsにてFFT処理を実行すると、高い信号レベルを持ったピークが受信周波数のピーク位置とは異なる位置に出現し、さらにその異なる位置のピークのレベルが受信周波数のピークのレベルよりも高いレベルを示すことがある。その場合、受信機においては、誤ったピークのピーク位置が受信周波数のピーク位置と認識され、そのピーク位置に相当する周波数が換算されるため、実際に受信した変調信号の周波数とは異なる周波数が示され、フォールスロックが生じてしまう。さらに後段でのビット同期処理で、キャリア成分の除去ができていないことが原因で、ビット同期ができず、変調信号に乗ったデータを取り出すことができなくなってしまう。
1つの決まったビットレートの信号のみに対応した受信機であれば、ビットレートの2の整数乗倍とならないようなFsを選ぶことで上述したような問題は回避できるが、ビットレートが例えば数kbps〜数Mbpsのような範囲でチューナブルに受信可能な受信機を構成することができない。
本発明は、上述したような技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、フォールスロックを防止しながらチューナブルなビットレートに対応して受信周波数を検出することができる受信周波数検出回路及び受信周波数検出方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、
変調信号を受信する受信機に用いられ、サンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって前記変調信号の受信周波数を検出する受信周波数検出回路において、
前記受信機にて受信可能な最大BITRATEmaxの1/2^nを算出するBITBAND生成手段と、
各BITBANDの範囲を2分割するためのBITRATE中央値を算出する中央値算出手段と、
前記受信機にて受信する変調信号のビットレートにBITBANDの割当を行なうBITBAND割当手段と、
前記受信機にて受信する変調信号のビットレートのBITBANDに該当するBITRATE中央値を選択する中央値選択手段と、
前記受信機にて受信する変調信号のビットレートのBITBANDに該当するBITRATE中央値と、前記受信機にて受信する変調信号のビットレートとを比較する比較手段と、
大きさが互いに異なり、一方が前記受信機にて受信する変調信号のビットレートの2の整数乗倍となり、もう一方がビットレートの2の整数乗倍とならない第1及び第2のサンプリング周波数が入力され、前記比較手段における比較結果に応じて前記第1のサンプリング周波数と前記第2のサンプリング周波数とのいずれかを選択する周波数選択手段とを有し、
前記周波数選択手段にて選択されたサンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって前記変調信号の受信周波数を検出することを特徴とする。
また、変調信号を受信する受信機においてサンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって前記変調信号の受信周波数を検出する受信周波数検出方法であって、
前記受信機にて受信する変調信号のビットレートのBITBANDに該当するBITRATE中央値と、前記受信機にて受信する変調信号のビットレートとを比較する比較処理と、
前記比較処理における比較結果に応じて、大きさが互いに異なり、一方が前記受信機にて受信する変調信号のビットレートの2の整数乗倍となり、もう一方がビットレートの2の整数乗倍とならない第1のサンプリング周波数と第2のサンプリング周波数とのいずれかを選択する周波数選択処理と、
前記周波数選択処理にて選択されたサンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって前記変調信号の受信周波数を検出する周波数検出処理とを有する。
本発明によれば、受信機にて受信可能なビットレートのBITBANDの中央値と、受信機にて受信する変調信号のビットレートとを比較し、この比較結果に応じて、大きさが互いに異なり、一方が前記受信機にて受信する変調信号のビットレートの2の整数乗倍となり、もう一方がビットレートの2の整数乗倍とならない第1及び第2のサンプリング周波数とのいずれかを選択し、選択されたサンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって変調信号の受信周波数を検出する構成としたため、広範囲なビットレートに対応しながらも、本来ピークが現れる受信周波数とは別の周波数にピークが現れることがなくなり、それにより、フォールスロックを防止しながらチューナブルなビットレートに対応して受信周波数を検出することができる。
本発明の受信周波数検出回路の実施の一形態を示す図である。 BITBANDとそれに対応するBITRATE範囲の関係を示す図である。 BITBANDとそれに対応するBITRATE範囲の関係を示す具体的な数値の一例を記載した図である。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の受信周波数検出回路の実施の一形態を示す図である。図2は、BITBANDとそれに対応するBITRATE範囲の関係を示す図である。図3は、BITBANDとそれに対応するBITRATE範囲の関係を示す具体的な数値の一例を記載した図である。
本形態は、変調信号を受信する受信機に用いられるものであって、図1に示すように、Fs切替部10と、FFT中心周波数切替部20と、FFT部30と、ピーク保存メモリ40と、最大値検出部50と、周波数変換部60とから構成されており、Fs切替部10は、BITBAND生成器11と、BITRATE中央値算出器12と、BITBAND割当器13と、BITRATE中央値選択器14、比較手段となる大小比較器15と、周波数選択器16とから構成される。
BITBAND生成器11は、受信機にて受信可能な最大ビットレートBITRATEmaxに1/2^n(n=1,2,・・・,N)を乗算する(べき乗を^の記号で表す)。乗算結果BITRATEmax/2^0以下かつ(BITRATEmax/2^1)+1以上の範囲をBITBAND-0、BITRATEmax/2^1以下かつ(BITRATEmax/2^2)+1以上の範囲をBITBAND-1、以下同様にBITBAND-2、BITBAND-3、…、BITBAND-NとすることでBITBAND-n(n=1,2,…,N)を生成する。BITBAND-nと各々のビットレート範囲(S2)はBITBAND割当器13に出力する。また、乗算結果BITRATEmax/2^n(S3)をBITRATE中央値算出器12に出力する。
BITRATE中央値算出器12は、BITBAND生成器11から入力されたBITRATEmax/2^nからBITRATE中央値を算出する。算出したN個のBITRATE中央値BITRATEmiddle-n(S4)をBITRATE中央値選択器14に出力する。BITBAND-i(1≦i≦N)のBITRATE中央値BITRATEmiddle-iの算出式は、(BITRATEmax/2^i+BITRATEmax/2^(i+1))/2である。
BITBAND割当器13は、BITBAND生成器11から入力されたN個のBITBAND-nの中から、受信機にて受信する変調信号のビットレートBITRATErxに該当するBITBAND-rxを選択することで、BITRATErxにBITBAND-rxの割当を行う。BITBAND-rx(S7)をBITRATE中央値選択器14に出力する。
BITRATE中央値選択器14は、BITBAND割当器13から入力されたBITBAND-rx(S7)をもとに、BITRATE中央値算出器12から入力されたN個のBITRATE中央値BITRATEmiddle-nの中からBITBAND-rxに該当するBITRATE中央値BITRATEmiddle-rxを選択する。BITRATEmiddle-rx(S9)を大小比較器15に出力する。
大小比較器15は、受信機にて受信する変調信号のビットレートBITRATErx(S6)と、BITRATE中央値選択器14から出力されたBITRATEmiddle-rx(S9)との大小を比較し、大きい方を比較結果として、比較結果(S9)を周波数選択器16に出力する。
周波数選択器16は、一方が前記受信機にて受信する変調信号のビットレートの2の整数乗倍となり、もう一方がビットレートの2の整数乗倍とならない第1のサンプリング周波数Fs1(S10)及び第2のサンプリング周波数Fs2(S11)が入力され、大小比較器15から出力された比較結果(S9)に応じて、これらFs1(S10)とFs2(S11)とのうちいずれかを選択し、Fs(S12)としてFFT中心周波数切替部20に出力する。
FFT中心周波数切替部20は、周波数選択器16から出力されたFs(S12)を用いて、n番目(n=1,2,・・・,N)のFFTウインドウのFFT中心周波数fn=Fs/4×n−Fs/8を算出し、算出したFFT中心周波数f1,f2,・・・,fN(S13)をFFT部30に出力する。ここで、本形態においては、FFTウインドウのシフト回数をN回(N:整数)とする。
FFT部30は、FFT中心周波数切替部20から出力されたFFT中心周波数f1,f2,・・・,fN(S13)を、N個のFFTウインドウそれぞれのFFT中心周波数としたFFTウインドウのシフト処理と、FFT処理を実行し、N個のピーク位置とN個のピーク値とN個のfn(S14)をピーク保存メモリ40に出力する。なお、FFT処理は、データ取得、窓関数処理、FFT演算、電力換算及びキャリア抽出からなるが、これらの技術は信号処理分野では広く知られた技術であり、当業者には周知であるため、その詳細な動作説明は省略する。
ピーク保存メモリ40は、FFT部30から出力されたN個のピーク位置とN個のピーク値とN個のFFT中心周波数fn(S14)をメモリに保存する。
最大値検出部50は、ピーク保存メモリ40に保存されたN個のピーク値の中から、最大のピーク値(S15)を抽出し、最大ピーク値をとるピーク位置とFFT中心周波数(S16)を周波数変換部60に出力する。
周波数変換部60は、最大値検出部50から出力された最大ピーク位置をとるピーク位置のFFT中心周波数(S16)を用いて、変調信号の受信周波数を算出する。
以下に、上記のように構成された受信周波数検出回路における受信周波数検出方法について説明する。
まず、受信機にて受信可能な最大ビットレートBITRATEmaxがBITBAND生成器11に入力されると、BITBAND生成器11はBITRATEmaxに1/2^n(n=1,2,・・・,N)を乗算し、それらをBITBAND-nの最大ビットレートとすることでBITBANDをN個算出しBITBAND割当器13にBITBAND-nと各々のビットレート範囲(S2)を出力する。また、BITRATEmax/2^n(S3)をBITRATE中央値算出器12に出力する。なお、最大ビットレートBITRATEmax(S1)は、受信機の性能として決められているものであるため、予め設定されており、任意のタイミングでBITBAND生成器11に入力される。
BITRATE中央値算出器12は、
BITRATEmiddle-i = (BITRATEmax/2^i+BITRATEmax/2^(i+1))/2
の計算式にもとづいて各BITBANDの中間値にあたるBITRATEmiddle-n(S4)を算出しBITRATE中央値選択器14に出力する。
BITBAND割当器13はBITBAND生成器11より入力されたBITBANDと各々のビットレート範囲(S2)にもとづいてBITRATE-rxの該当するBITBANDの割当を行なう。BITRATE-rxのBITBANDであるBITBAND-rx(S7)はBITRATE中央値選択器14に出力する。
BITRATE中央値選択器14はBITBAND割当器13より入力されたBITBAND-rx(S7)をもとにBITBAND-rxの中間値BITRATEmiddle-rx(S8)をBITRATEmiddle-nの中から選択して15に出力する。
そして、入力されたBITRATEmiddle-rx(S8)と、受信機にて受信する変調信号のビットレートBITRATErx(S5)とのうち大きな方を比較結果(S9)として周波数選択器16に出力する。
周波数選択器16においては、大きさが互いに異なるサンプリング周波数Fs1(S10)及びサンプリング周波数Fs2(S11)が入力されている。これらは、一方が、受信機にて受信する変調信号のビットレートBITRATErx(S6)の2の整数乗倍となり、もう一方が、ビットレートの2の整数乗倍とはならないものであって、例えば、サンプリング周波数Fs1(S10)は、BITRATErx(S6)の48倍、サンプリング周波数Fs2(S11)は、BITRATErx(S6)の64倍となっており、受信機にて受信する変調信号のビットレートBITRATErx(S6)に応じて予め設定されている。
そして、大小比較器15から出力された比較結果(S9)がBITRATEmiddleである場合は、周波数選択器16において、サンプリング周波数Fs2を選択してFFT中心周波数切替部20にFs=Fs2として出力し、また、大小比較器15から出力された比較結果(S9)がBITRATErxである場合は、サンプリング周波数Fs1を選択してFFT中心周波数切替部20にFs=Fs1として出力する。
次に、FFT中心周波数切替部20において、周波数選択器16から出力されたFs(S12)を用いて、n番目(n=1,2,・・・,N)のFFTウインドウのFFT中心周波数fn=Fs/4×n−Fs/8を算出し、算出したFFT中心周波数f1,f2,・・・,fN(S13)をFFT部30に出力する。
次に、FFT部30において、受信機が受信したBPSK/QPSK変調波の変調信号について、FFT中心周波数切替部20から出力されたFFT中心周波数f1,f2,・・・,fN(S13)を、N個のFFTウインドウそれぞれのFFT中心周波数としたFFTウインドウのシフト処理と、FFT処理を実行し、N個のピーク位置とN個のピーク値とN個のfn(S14)をピーク保存メモリ40に保存する。この際、FFT中心周波数切替部20にてFFTウインドウのFFT中心周波数fnを算出するために用いられたサンプリング周波数Fsが上述したようにBITRATErxの2の整数乗倍ではないため、FFT部30でのFFT処理の結果は、受信した変調信号のピーク値が最大レベルとなる。
その後、最大値検出部50において、ピーク保存メモリ40に保存されたN個のピーク値の中から、最大のピーク値(S15)を抽出し、最大ピーク値をとるピーク位置とFFT中心周波数(S16)を周波数変換部60に出力し、周波数変換部60において、最大値検出部50から出力された最大ピーク位置をとるピーク位置のFFT中心周波数(S16)を用いて、変調信号の受信周波数を算出、検出する。この際、FFT部30でのFFT処理の結果が、受信した変調信号のピーク値が最大レベルとなっていることにより、受信した変調信号について、正常にキャリア抽出ができ、変調信号の受信周波数を検出して、搬送波を正常に捕捉することができる。
上述したように本形態においては、受信機にて受信する変調信号のビットレートの2の整数乗倍の関係にならないようなFFTサンプリング周波数を選択してFFT処理を実行することにより、誤ったピーク位置の信号レベルを減衰させることができるので、FFTウインドウに観測される最大ピークは、受信する変調信号の受信周波数と常に一致し、フォールスロックを回避して搬送波を正常に捕捉することができ、また、広範囲なビットレートにも対応することができる。
以下に、具体例を挙げて説明する。
受信機にて受信可能な最大ビットレートがBITRATEmax=2Mbpsであり、受信機にて受信する変調信号のビットレートがBITRATErx=50kbpsの場合は、BITBAND割当器から出力されるのはBITBAND-5、BITRATE中央値選択器から出力されるのは46.875kbps、大小比較器15からBITRATErxが出力されることにより、BITRATErx=50kの2の整数乗倍とならないFs1=2.4MHzが周波数選択器16にて選択され、また、受信機にて受信する変調信号のビットレートがBITRATErx=300kの場合は、BITBAND割当器から出力されるのはBITBAND-2、BITRATE中央値選択器から出力されるのは375kbps、大小比較器15からBITRATEmiddle-2が出力されることにより、BITRATErx=300kの2の整数乗倍とならないFs2=3.2MHzが周波数選択器16にて選択される。このようにして、周波数選択器16から出力されてFFT処理に用いられるサンプリング周波数がビットレートの2の整数乗倍になることなく、最大ビットレート2Mbps以下のビットレート全てをカバーすることができるようになる。
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。
10 Fs切替部
11 BITBAND生成器
12 BITRATE中央値算出器
13 BITBAND割当器
14 BITRATE中央値選択器
15 大小比較器
16 周波数選択器
20 FFT中心周波数切替部
30 FFT部
40 ピーク保存メモリ
50 最大値検出部
60 周波数変換部

Claims (6)

  1. 変調信号を受信する受信機に用いられ、サンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって前記変調信号の受信周波数を検出する受信周波数検出回路において、
    前記受信機にて受信可能な最大BITRATEmaxの1/2^nを算出するBITBAND生成手段と、
    各BITBANDの範囲を2分割するためのBITRATE中央値を算出する中央値算出手段と、
    前記受信機にて受信する変調信号のビットレートにBITBANDの割当を行なうBITBAND割当手段と、
    前記受信機にて受信する変調信号のビットレートのBITBANDに該当するBITRATE中央値を選択する中央値選択手段と、
    前記受信機にて受信する変調信号のビットレートのBITBANDに該当するBITRATE中央値と、前記受信機にて受信する変調信号のビットレートとを比較する比較手段と、
    大きさが互いに異なり、一方が前記受信機にて受信する変調信号のビットレートの2の整数乗倍となり、もう一方がビットレートの2の整数乗倍とならない第1及び第2のサンプリング周波数が入力され、前記比較手段における比較結果に応じて前記第1のサンプリング周波数と前記第2のサンプリング周波数とのいずれかを選択する周波数選択手段とを有し、
    前記周波数選択手段にて選択されたサンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって前記変調信号の受信周波数を検出することを特徴とする受信周波数検出回路。
  2. 請求項1に記載の受信周波数検出回路において、
    前記第1のサンプリング周波数よりも前記第2のサンプリング周波数の方が大きく、
    前記周波数選択手段は、前記比較手段における比較結果が、前記受信機にて受信する変調信号のビットレートの方が大きなものである場合は、前記第1のサンプリング周波数を選択し、前記受信機にて受信する変調信号のビットレートの方が小さなものである場合は、前記第2のサンプリング周波数を選択する受信周波数検出回路。
  3. 請求項1または請求項2に記載の受信周波数検出回路において、
    前記受信機にて受信可能な最大BITRATEmaxの1/2^nを算出するBITBAND生成手段と、
    各BITBANDの範囲を2分割するためのBITRATE中央値を算出する中央値算出手段と、
    前記受信機にて受信する変調信号のビットレートにBITBANDの割当を行なうBITBAND割当手段と、
    前記受信機にて受信する変調信号のビットレートのBITBANDに該当するBITRATE中央値を選択する中央値選択手段と、
    前記比較手段は、前記受信機にて受信する変調信号のビットレートのBITBANDに該当するBITRATE中央値と、前記受信機にて受信する変調信号のビットレートとを比較する受信周波数検出回路。
  4. 変調信号を受信する受信機においてサンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって前記変調信号の受信周波数を検出する受信周波数検出方法であって、
    前記受信機にて受信可能なビットレートのBITBANDの中央値と、前記受信機にて受信する変調信号のビットレートとを比較する比較処理と、
    前記比較処理における比較結果に応じて、大きさが互いに異なり、一方が前記受信機にて受信する変調信号のビットレートの2の整数乗倍となり、もう一方がビットレートの2の整数乗倍とならない第1及び第2のサンプリング周波数とのいずれかを選択する周波数選択処理と、
    前記周波数選択処理にて選択されたサンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって前記変調信号の受信周波数を検出する周波数検出処理とを有する受信周波数検出方法。
  5. 請求項4に記載の受信周波数検出方法において、
    前記第1のサンプリング周波数よりも前記第2のサンプリング周波数の方が大きく、
    前記周波数選択処理は、前記比較処理における比較結果が、前記受信機にて受信する変調信号のビットレートの方が大きなものである場合は、前記第1のサンプリング周波数を選択し、前記受信機にて受信する変調信号のビットレートの方が小さなものである場合は、前記第2のサンプリング周波数を選択する受信周波数検出方法。
  6. 請求項4または請求項5に記載の受信周波数検出方法において、
    前記受信機にて受信可能な最大BITRATEmaxの1/2^nを算出するBITBAND生成処理と、
    各BITBANDの範囲を2分割するためのBITRATE中央値を算出する中央値算出処理と、
    前記受信機にて受信する変調信号のビットレートにBITBANDの割当を行なうBITBAND割当処理と、
    前記受信機にて受信する変調信号のビットレートのBITBANDに該当するBITRATE中央値を選択する中央値選択処理と、
    前記比較処理は、前記受信機にて受信する変調信号のビットレートのBITBANDに該当するBITRATE中央値と、前記受信機にて受信する変調信号のビットレートとを比較する受信周波数検出方法。
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