JP2021034932A - 無線装置、フィルタ切り替え制御プログラム、無線装置のフィルタ切り替え方法 - Google Patents

無線装置、フィルタ切り替え制御プログラム、無線装置のフィルタ切り替え方法 Download PDF

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Abstract

【課題】妨害波の検出のためのフィルタ等の部品を軽減でき、簡単な構成で、信号強度を維持しつつ、確実に希望波周波数以外の妨害波を除去する。【解決手段】アンテナ12で受信したRF信号に妨害波が含まれているか否かの判断を、DSP56において、ソフトウェアプログラムによって実行するようにした。言い換えれば、デジタルBPF60、第1強度検出部64、第2強度検出部66、比較部68、及び切り替え指示部70は、所謂ICチップにおけるプログラムによる処理で実行されるため、妨害波の有無を判定するために、新たに部品として複数のフィルタを追加する必要がない。このため、簡単な構成で、信号強度を維持しつつ、確実に妨害波を除去することができる。【選択図】図1

Description

本発明は、無線装置、フィルタ切り替え制御プログラム、無線装置のフィルタ切り替え方法に関する。
無線装置、例えば、スーパーヘテロダイン方式の受信機において、所望の周波数に隣接する周波数(隣接するチャンネル)の信号が、当該所望の周波数の妨害波として入力されると、所望の周波数の信号を正確に受信することができない場合がある。
このため、従来の受信機では、妨害波を抑制するために、所望の周波数の周囲(前後の周波数)を減衰させるバンドパスフィルタ(BPF「Band-Pass Filter」)を設け、妨害波を除去することがなされている。
特許文献1には、生成された中間周波数信号から所望帯域の中間周波数信号を取り出して所望のベースバンド信号を出力する受信装置が記載されている。
特許文献1では、生成された中間周波数信号から所望帯域に隣接する中間周波数信号を検出し、所望帯域の中間周波数信号の中心周波数を中心に、少なくとも所望帯域の一方側を狭帯域にカバーする狭帯域フィルタリングと所望帯域に隣接する両帯域の一部をもカバーする広帯域フィルタリングとを行って所望帯域の中間周波数信号を取り出し、所望帯域に隣接する中間周波数信号を検出した場合に狭帯域フィルタリングを行わせ、所望帯域に隣接する中間周波数信号を検出しない場合に広帯域フィルタリングを行わせるようになっている。
また、特許文献2には、所望信号とは異なる妨害波信号を除去する妨害波信号除去装置が記載されている。
特許文献2では、減衰周波数帯域を調整可能なノッチフィルタの出力信号を第1周波数帯域で周波数走査し、第1の信号強度の周波数スペクトルを検出し、ノッチフィルタの入力信号を第2周波数帯域で周波数走査し、第2の信号強度の周波数スペクトルを検出し、第1の信号強度の周波数スペクトルから前記妨害波信号の周波数を検出し、第1の信号強度の周波数スペクトルによる妨害波信号の周波数に基づいて第1周波数帯域よりも狭い周波数帯域からなる第2周波数帯域を設定し、第2の信号強度の周波数スペクトルを用いて妨害波信号の周波数を検出し、この検出した妨害波信号の周波数から前記減衰周波数帯域の設定をようになっている。
すなわち、特許文献1及び特許文献2は、共に、妨害波を除去するために、濾波器(フィルタ)でフィルタリングをする周波数領域を切り替え可能とし、出力の状態からフィルタを切り替える技術である。
特開2004−364049号公報 WO2012−157141号公報
しかしながら、例えば、特許文献1では、広帯域BPFと狭帯域BPFとを併設して、妨害波の状況によって切り替えるようにしているが、その切り替えの判断として、入力信号(ミキサーによる周波数変換後の信号)を、+側隣接BPF及び−側隣接BPFを介して検波信号を得て、この検波信号に妨害波が有るか否かを判断し、広帯域BPF又は狭帯域BPFの選択スイッチを制御しているため、検波信号を生成するための+側隣接BPF及び−側隣接BPFが必要となり、部品点数が多く、装置が煩雑となる。
また、特許文献2においても、複数のノッチフィルタを用いて周波数スペクトルを検出し、妨害波信号の周波数を推定する構成であり、部品点数が多く、装置が煩雑となる。
本発明は、妨害波の検出のためのフィルタ等の部品を軽減でき、簡単な構成で、信号強度を維持しつつ、確実に希望波周波数以外の妨害波を除去することができる無線装置、フィルタ切り替え制御プログラム、無線装置のフィルタ切り替え方法を得ることが目的である。
本発明に係る無線装置は、受信した所定周波数の変調信号の伝搬経路を、切り替え指示に応じて、広帯域通過フィルタで濾波する経路、又は狭帯域通過フィルタで濾波する経路の何れかに切り替える切り替え部と、前記広帯域通過フィルタ又は前記狭帯域通過フィルタで濾波された変調信号をデジタル変調信号に変換し、かつ、デジタル変調信号をデジタルフィルタで、所定の周波数帯域の信号に濾波する信号処理部と、前記デジタルフィルタへの入力信号と前記デジタルフィルタからの出力信号との信号強度に基づいて、前記切り替え部に対して切り替えを指示する切り替え指示部と、を有することを特徴としている。
本発明に係るフィルタ切り替え制御プログラムは、コンピュータを、無線装置の前記デジタル信号処理部、及び前記切り替え指示部として動作させることを特徴としている。
本発明に係る無線装置のフィルタ切り替え方法は、受信した所定周波数の変調信号の伝搬経路を、切り替え指示に応じて、広帯域通過フィルタで濾波する経路、又は狭帯域通過フィルタで濾波する経路の何れかに切り替える切り替え部を備えた無線装置のフィルタ切り替え方法であって、前記広帯域通過フィルタ又は前記狭帯域通過フィルタで濾波された変調信号をデジタル変調信号に変換し、デジタル変調信号をデジタルフィルタで、所定の周波数帯域の信号に濾波し、前記デジタルフィルタへの入力信号と前記デジタルフィルタからの出力信号との信号強度に基づいて、前記切り替え部に対して切り替えを指示する、ことを特徴としている。
以上説明した如く本発明では、妨害波の検出のためのフィルタ等の部品を軽減でき、簡単な構成で、信号強度を維持しつつ、確実に希望波周波数以外の妨害波を除去することができるという効果を奏する。
(A)は、本実施の形態に係るスーパーヘテロダイン方式の受信機の回路図、(B)はDSPの詳細構成を示す制御ブロック図である。 (A)は希望波周波数帯域の周囲に妨害波が存在しないとき、広帯域BPFが適用された場合の周波数特性図、(B)は希望波周波数帯域の周囲に妨害波が存在したとき、狭帯域BPFが適用された場合の周波数特性図である。 (A)はDSPの一般的な機能である、信号処理の流れを示す制御フローチャート、(B)は図3(A)に示したDSPの一般的機能の動作中において、信号強度を判定する時期がきたときに割り込まれる制御フローチャートである。 変形例1に係るDSPの詳細構成を示す制御ブロック図である。 変形例2に係るDSPの詳細構成を示す制御ブロック図である。
図1(A)は、本実施の形態に係るスーパーヘテロダイン方式の受信機10の回路図である。
アンテナ12から受信した変調信号(RF信号)は、バンドパスフィルタ(BPF)14によって、希望波周波数が含まれる、所定の周波数帯域のRF信号が抽出されて、低ノイズ増幅器16を介して第1混合器18に入力される。
第1混合器18には、第1局部発信器20から所定の周波数が入力されており、RF信号は第1局部発信器20から出力される周波数と合成され、第1中間周波数IF(1)が生成され、バンドパスフィルタ(BPF)22を介して、第2混合器24へ入力される。
第2混合器24には、第2局部発信器26から所定の周波数が入力されており、第1中間周波数IF(1)は第2局部発信器26から出力される周波数と合成され、第2中間周波数IF(2)が生成される。
本実施の形態におけるスーパーヘテロダイン方式の受信機10では、上記のように、2段階に分けて所望の中間周波数(第2中間周波数IF(2))を得るようにしたダブル・スーパーヘテロダイン方式を構成しているが、受信周波数によって、1段でもよく、ダブル・スーパーヘテロダイン方式は、本発明の無線装置として、限定されるものではない。
第2混合器24の下流には、一対のリレー回路28、30が設けられている。
一対のリレー回路28、30は、それぞれ、コモン端子32、34を第1接点36、38又は第2接点40、42の何れかに切り替え可能なスイッチ部44、46と、スイッチ部44、46の切り替えを行う切り替え用デバイス(ソレノイドやモータ等)48、50を備えている。
前記第2混合器24の信号出力端は、前段側リレー回路28のスイッチ部44のコモン端子32に接続されている。
一対のリレー回路28、30における、それぞれの第1接点36、38の間には、広帯域バンドパスフィルタ(waBPF)52が介在され、第2接点40、42の間には、狭帯域バンドパスフィルタ(naBPF)54が介在されている。
一対のリレー回路28、30は連動しており、後述するDSP56からの信号に応じて、それぞれのコモン端子32、34が、第1接点36、38側、又は第2接点40、42側に、ほぼ同時に切り替わるようになっている。
なお、本実施の形態に適用されるリレー回路28、30のスイッチ部44、46は、スイッチ部44、46の切り替え動作途中、第1接点36、38と第2接点40、42の両方に接続された状態が維持されるようなスイッチ構造であることが好ましい。これにより切り替え動作中に中間周波数IF(2)の信号が途切れない。
ここで、後段側リレー回路30のコモン端子34は、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)56の入力端56INに接続されている。
図1(B)に示される如く、DSP56は、フィルタ切り替え制御として機能を備えている(詳細後述)。
DSP56は、ADC(アナログ−デジタル変換部)58、デジタルバンドパスフィルタ(デジタルBPF)60で構成され、入力端56INから入力した第2中間周波数IF(2)の信号は、ADC58でデジタル信号に変換され、デジタルBPF60で希望波周波数に近似する周波数帯域をパスしたフィルタ処理が実行され、出力端56OUTから出力される。DSP56の出力端56OUTは、復調器62に接続されており、この復調器62によって、中間周波数IF(2)の信号は復調されて、搬送波と分離された信号波が取り出される。
ここで、本実施の形態のDSP56は、通常の機能に加え、アンテナ12から入力されるRF信号に妨害波が含まれているか否かによって、一対のリレー回路28、30の間に設けられた広帯域BPF52又は狭帯域BPF54の何れかを選択し、当該一対のリレー回路28、30へ切り替え指示を実行する機能(フィルタ切り替え制御機能)を有している。
すなわち、デジタルBPF60の上流側には、第1強度検出部64が接続されている。この第1強度検出部64では、ADC58でデジタル変換された信号であり、かつデジタルBPF60でのフィルタ処理前の中間周波数(2)の信号の強度を検出する。
一方、デジタルBPF60の下流側には、第2強度検出部66が接続されている。この第2強度検出部66では、ADC58でデジタル変換された信号であり、かつデジタルBPF60でのフィルタ処理後の中間周波数(2)の信号の強度を検出する。
第1強度検出部64と第2強度検出部66とは比較部68に接続されている。比較部68は、切り替え指示部70に接続され、比較結果を切り替え指示部70へ送出する。切り替え指示部70では、比較結果に基づいて、一対のリレー回路28、30の切り替え用デバイス48、50(図1(A)参照)に対して、接点を切り替えるように指示する。
ここで、中間周波数IF(2)に妨害波(ノイズ)が含まれていない場合は、デジタルBPF60の前後で強度差に大きな変化はない。一方、中間周波数IF(2)に妨害波(ノイズ)が含まれている場合は、デジタルBPF60の前後で強度差に大きな変化がある。
そこで、第1強度検出部64で検出した強度と、第2強度検出部66で検出した強度の差分(ΔdB)と、予め設定したしきい値(dB(s))とを、比較部68で比較することで、妨害波の有無を判定することができる。
切り替え指示部70では、妨害波無しの判定に対して、一対のリレー回路28、30の切り替え用デバイス48、50に対して、広帯域BPF52側を利用するように、接点を切り替える(第1接点)。これにより、図2(A)に示される如く、希望波周波数に対して、比較的幅広い周波数帯域を抽出することができるため、SN比を低下させることなく、信号強度を高く保つことができる。
一方、切り替え指示部70では、妨害波有りの判定に対して、一対のリレー回路28、30の切り替え用デバイス48、50に対して、狭帯域BPF54側を利用するように接点を切り替える(第2接点)。これにより、図2(B)に示される如く、希望波周波数に対して、比較的狭い周波数帯域を抽出するため、妨害波によるSN比の低下を抑制することができる。
なお、フィルタ切り替え制御(比較部68による比較処理、及び切り替え指示部70による切り替え指示処理)は、一定の時間(数秒又は数十秒)の間隔をもって実行することで、切り替え動作時のハンチング等の不具合を解消することができる。
以下に本実施の形態の作用を図3のフローチャートに従い説明する。
図3(A)は、DSP56の一般的な機能である、信号処理の流れを示すルーチンであり、ステップ100で信号の受信を開始したか否かを判断する。このステップ100で否定判定された場合は、このルーチンは終了する。
また、ステップ100で肯定判定されると、ステップ102へ移行して、入力端56INから入力される中間周波数IF(2)の信号のアナログ−デジタル変換が実行され、ステップ104へ移行する。
ステップ104では、希望波周波数範囲に近似する周波数帯域をパスするデジタルBPF処理を実行する。このデジタルBPF60では、妨害波の有無に関係なく、希望する周波数帯域に特化して抽出すればよい。
次のステップ106では、デジタルBPF60を通過した信号を、出力端56OUTを介して復調器62へ送出し、ステップ108へ移行する。ステップ108では、受信が終了したか否かを判断し、否定判定された場合はステップ102へ戻り、上記肯定を繰り返す。また、ステップ108で肯定判定された場合は、このルーチンは終了する。
次に、図3(B)は、図3(A)に示したDSP56の一般的機能の動作中において、信号強度を判定する時期がきたときに割り込まれるルーチンを示す制御フローチャートである。
信号強度を判定する時期は、例えば、所定時間毎(図3(A)の処理のN回に1回(Nは2以上の正の整数)、一定時間)、オペレータの手動操作による指示、復調後に検出されるSN比(dB値)が所定以下まで低下したとき等が挙げられる。この判定時期の設定は、リレー回路28、30のハンチングを防止するためのものである。従って、図3(A)の信号処理回数毎(N=1)を否定するものではなく、切り替え方向でしきい値を異ならせる(ヒステリスを持たせる)構成であってもよい。
図3(B)に示される如く、ステップ110では、第1強度検出部64により、第1強度dB(1)を検出し、次いで、ステップ112へ移行して、第2強度検出部66により、第2強度dB(2)を検出して、ステップ114へ移行する。
ステップ114では、第1強度dB(1)と第2強度dB(2)との差分ΔdBを演算し、次いで、ステップ116へ移行して、しきい値dB(s)を読み出して、ステップ118へ移行する。
ステップ118では、差分ΔdBとしきい値dB(s)とを比較する。
ステップ118において、差分ΔdB<しきい値dB(s)と判定された場合は、入力信号に妨害波は混入していない判断し、ステップ120へ移行して、一対のリレー回路28、30に対して、広帯域BPF52に切り替えるように指示し、このルーチンは終了する。
この指示により、一対のリレー回路28、30では、コモン端子32、34が第1接点36、38に切り替わり、第2混合器24から出力された中間周波数IF(2)の信号は、広帯域BPF52を通過して、DSP56の入力端56INへ至る。
一方、ステップ118において、差分ΔdB≧しきい値dB(s)と判定された場合は、入力信号に妨害波が混入されていると判断し、ステップ122へ移行して、一対のリレー回路28,30に対して、狭帯域BPF54に切り替えるように指示し、このルーチンは終了する。
この指示により、一対のリレー回路28、30では、コモン端子32、34が第2接点40、42に切り替わり、第2混合器24から出力された中間周波数IF(2)の信号は、狭帯域BPF54を通過して、DSP56の入力端56INへ至る。
以上説明したように本実施の形態では、アンテナ12で受信したRF信号に妨害波が含まれているか否かの判断を、DSP56において、ソフトウェアプログラムによって実行するようにした。言い換えれば、デジタルBPF60、第1強度検出部64、第2強度検出部66、比較部68、及び切り替え指示部70は、所謂ICチップにおけるプログラムによる処理で実行されるため、妨害波の有無を判定するために、新たに部品として複数のフィルタを追加する必要がない。このため、簡単な構成で、信号強度を維持しつつ、確実に妨害波を除去することができる。
(変形例1)
本実施の形態では、妨害波の有無を常に判定するようにしたが、例えば、本実施の形態のスーパーヘテロダイン方式の受信機が、移動体に搭載されている場合、固定配置された場合に比べ、妨害波の有無の判定結果が変化する確率が高まる。すなわち、一の地域によっては妨害波は存在し、他の地域では妨害波が存在しない場合がある。
そこで、図4に示される如く、DSP56に、オプションとして、地域別切り替え要否判定ユニット80を接続するようにしてもよい。
図4に示される如く、地域別切り替え要否判定ユニット80は、地域特定部82を備えており、外部からのGPS情報に基づいて、現在の地域を特定する。なお、GPS情報は、例えば、移動体が車両の場合は、ナビゲーションシステムから信号を受ける、或いは、携帯しているスマートフォンから信号を受けるようにすればよい。
地域特定部82は、切り替え制御要否判定部84に接続されている。切り替え制御要否判定部84は、地域−利用周波数帯域データベース86から、地域毎の利用周波数帯域情報を取得可能であり、地域特定部82で特定した地域で利用されている周波数帯域を認識して、切り替え制御の要否を判定する。すなわち、希望波周波数の近くに、当該地域で利用されている周波数が存在しない場合は、切り替え制御が不要と判定され、DSP56におけるフィルタ切り替え制御を中断する。この結果、リレー回路28、30での無駄な切り替え動作がなくなり、制御負担も軽減される。
また、希望波周波数の近くに、当該地域で利用されている周波数が存在する場合は、切り替え制御が必要と判定され、DSP56におけるフィルタ切り替え制御を実行する。
変形例1によれば、例えば、定常的な妨害波ではなく、瞬間的なノイズの発生で、リレー回路28、30が動作するようなことがなくなり、受信機10自体の受信性能を安定させることができる。
(変形例2)
本実施の形態では、妨害波の有無を常に判定するようにしたが、例えば、本実施の形態のスーパーヘテロダイン方式の受信機を使用する時間帯において、妨害波の有無の判定結果が変化する場合がある。
そこで、図5に示される如く、DSP56に、オプションとして、時間帯別切り替え要否判定ユニット90を接続するようにしてもよい。
図5に示される如く、時間帯別切り替え要否判定ユニット90は、クロック部92を備えており、時刻情報を切り替え制御要否判定部94に送出している。
切り替え制御要否判定部94は、時刻−利用周波数帯域データベース96から、時刻毎の利用周波数帯域情報を取得可能であり、クロック部92で特定した時刻情報で利用されている周波数帯域を認識して、切り替え制御の要否を判定する。すなわち、現在時刻において、希望波周波数の近くに、当該地域で利用されている周波数が存在しない場合は、切り替え制御が不要と判定され、DSP56におけるフィルタ切り替え制御を中断する。この結果、リレー回路28、30での無駄な切り替え動作がなくなり、制御負担も軽減される。
また、現在時刻において、希望波周波数の近くに、当該地域で利用されている周波数が存在する場合は、切り替え制御が必要と判定され、DSP56におけるフィルタ切り替え制御を実行する。
なお、時間帯は、時刻に限らず、季節、祝祭日、イベントの開催、天候等の様々の周囲時期的条件に基づいて、フィルタ切り替え制御の要否を判定するようにしてもよい。
変形例2によれば、例えば、定常的な妨害波ではなく、瞬間的なノイズの発生で、リレー回路28、30が動作するようなことがなくなり、受信機10自体の受信性能を安定させることができる。
なお、本実施の形態(変形例を含む)では、DSP(Digital Signal Processor)56を適用したが、フィルタ切り替え制御は、CPU(Central Processing Unit)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)、FPGA(field-programmable gate array)等、他ICチップで制御するようにしてもよい。
10 受信機
12 アンテナ
14 バンドパスフィルタ(BPF)
16 低ノイズ増幅器
18 第1混合器
20 第1局部発信器
22 バンドパスフィルタ(BPF)
24 第2混合器
26 第2局部発信器
28、30 リレー回路(切り替え部)
32、34 コモン端子
36、38 第1接点
40、42 第2接点
44、46 スイッチ部
48、50 切り替え用デバイス
52 広帯域バンドパスフィルタ(waBPF)
54 狭帯域バンドパスフィルタ(naBPF)
56 DSP
56IN 入力端
56OUT 出力端
58 ADC(信号処理部)
60 デジタルバンドパスフィルタ(信号処理部)
62 復調器
64 第1強度検出部
66 第2強度検出部
68 比較部
70 切り替え指示部

Claims (8)

  1. 受信した所定周波数の変調信号の伝搬経路を、切り替え指示に応じて、広帯域通過フィルタで濾波する経路、又は狭帯域通過フィルタで濾波する経路の何れかに切り替える切り替え部と、
    前記広帯域通過フィルタ又は前記狭帯域通過フィルタで濾波された変調信号をデジタル変調信号に変換し、かつ、デジタル変調信号をデジタルフィルタで、所定の周波数帯域の信号に濾波する信号処理部と、
    前記デジタルフィルタへの入力信号と前記デジタルフィルタからの出力信号との信号強度に基づいて、前記切り替え部に対して切り替えを指示する切り替え指示部と、
    を有することを特徴とする無線装置。
  2. 前記信号処理部が、
    前記入力信号の信号強度である第1信号強度を検出する第1強度検出部と、
    前記出力信号の信号強度である第2信号強度を検出する第2強度検出部と、
    前記第1信号強度に対する前記第2信号強度の差分を、予め定めたしきい値と比較して妨害波の有無を検出する比較部とを備え、
    前記切り替え指示部が、
    前記比較部の比較結果に基づいて、前記切り替え部の切り替えを指示する、
    ことを特徴とする請求項1記載の無線装置。
  3. 前記切り替え指示部は、
    前記差分がしきい値未満の場合に、前記切り替え部に対して、前記広帯域通過フィルタで濾波する経路に切り替えるように指示し、
    前記差分がしきい値以上の場合に、前記切り替え部に対して、前記狭帯域通過フィルタで濾波する通過する経路に切り替えるように指示する、
    ことを特徴とする請求項2記載の無線装置。
  4. 前記差分と前記しきい値との比較による前記切り替え指示部によるフィルタ切り替え制御が、所定時間毎、指示操作があった場合、又は、前記変調信号のSN比が所定以下まで低下した場合、の何れかの時期に実行される、ことを特徴とする請求項2又は請求項3記載の無線装置。
  5. 前記変調信号を受信する地域毎に予め分類された、前記所定周波数に対する妨害波の周波数帯域に基づいて、前記切り替え指示部によるフィルタ切り替え制御の実行の要否を判定する、第1要否判定部をさらに有することを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項記載の無線装置。
  6. 前記変調信号を受信する時間帯毎に予め分類された、前記所定周波数に対する妨害波の周波数帯域に基づいて、前記切り替え指示部によるフィルタ切り替え制御の実行の要否を判定する、第2要否判定部をさらに有することを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項記載の無線装置。
  7. コンピュータを、
    請求項1〜請求項6の何れか1項記載の無線装置の前記信号処理部、及び前記切り替え指示部として動作させる、
    ことを特徴とするフィルタ切り替え制御プログラム。
  8. 受信した所定周波数の変調信号の伝搬経路を、切り替え指示に応じて、広帯域通過フィルタで濾波する経路、又は狭帯域通過フィルタで濾波する経路の何れかに切り替える切り替え部を備えた無線装置のフィルタ切り替え方法であって、
    前記広帯域通過フィルタ又は前記狭帯域通過フィルタで濾波された変調信号をデジタル変調信号に変換し、
    デジタル変調信号をデジタルフィルタで、所定の周波数帯域の信号に濾波し、
    前記デジタルフィルタへの入力信号と前記デジタルフィルタからの出力信号との信号強度に基づいて、前記切り替え部に対して切り替えを指示する、
    ことを特徴とする無線装置のフィルタ切り替え方法。
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