JP3674090B2 - 受信装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、主として無線通信に用いられる受信装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に無線通信における受信方式としてシングルスーパヘテロダイン方式やダブルスーパヘテロダイン方式が用いられている。しかしながら上記従来のヘテロダイン方式ではイメージ周波数を除去するための帯域フィルタや隣接チャンネル信号を除去するための帯域フィルタが必要である。そして前記帯域フィルタとして水晶やセラミックの機械的振動特性を利用したメカニカルフィルタが用いられている。そのため形状が大きいことや高価であること等の諸問題がある。そのため近年、新たな受信方式としてダイレクトコンバージョン受信方式が検討されてきている。図5に従来のダイレクトコンバージョン受信方式のブロック図を示す。1はアンテナ、2は高周波増幅手段、3は第一のミキシング手段、4は隣接チャンネル信号を除去するための第一の低域通過フィルタ、5は第一の低周波増幅手段、6は信号発生手段、7は90゜位相シフター、8は第二のミキシング手段、9は隣接チャンネル信号を除去するための第二の低域通過フィルタ、10は第二の低周波増幅手段である。11は位相差検出手段であり、12の第一の波形整形手段と13の第二の波形整形手段と14のDーフリップフロップからなっている。端子aは第一の低周波増幅手段5の出力端子、端子bは第一の波形整形手段12の出力端子、端子cは第二の低周波増幅手段10の出力端子、端子dは第二の波形整形手段13の出力端子、端子eはD−フリップフロップ14の出力端子である。
【0003】
さてアンテナ1に
S=cos{ω+P(t)・Δω}・t P(t):1またはー1の符号列
ω:搬送波角周波数 Δω:角周波数偏移であり極性は正
で表わされるFSK信号Sが入力した場合について考える。FSK信号Sは高周波増幅手段2により増幅された後、第一及び第二のミキシング手段3、8に入力する。信号発生手段6では
Q=COS{ω+x}・t x:搬送波角周波数ωからの角周波数誤差
で表わされる信号Qを発生する。90゜位相シフターでは信号発生手段6からの信号Qが90゜位相シフトされQ’=SIN{ω+x}・tとなる。第一のミキシング手段3では信号発生手段6からの信号QとFSK信号Sのかけ算が行なわれる。第二のミキシング手段8では90゜位相シフター7からの信号Q’とFSK信号のかけ算が行なわれる。そして第一及び第二の低域通過フィルター4、9により希望信号以外の高周波成分が除去され、第一及び第二の低周波増幅手段5、10により希望信号が増幅される。従って端子a及び端子cには次の信号が出力する。
【0004】
端子a : S×Q =COS{P(t)・Δωーx}・t
端子c : S×Q’=SIN{P(t)・Δωーx}・t
信号発生手段6は発振周波数安定度の高い水晶が用いられており、Δω》xに選ばれている。説明を簡単にするためにx=0として以下説明する。符号列P(t)と各端子a、b、c、d、eの信号波形の関係を図6に示し、図6を参照しながら説明する。図6から明かなように符号列P(t)が−1の時には端子aの信号に比べ端子cの信号は位相が90゜進んでいる。一方符号列P(t)が1の時には端子aの信号に比べ端子cの信号は位相が90゜遅れている。従って位相差検出手段11において端子aの信号と端子cの信号の位相差を検出することによりもとの符号列P(t)を再生することができる。位相差検出手段11の位相の進み遅れ検出方法としてD−フリップフロップを用いて図6の端子b、端子cに示す波形より、端子eの出力波形を得ることができる。図6において端子bの立ち下がりエッジで端子dのレベル(丸印)をラッチして端子eに出力する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、信号発生手段6の発振周波数の搬送波周波数からの誤差xが角周波数偏移Δωより大きい場合や、符号列P(t)の伝送速度が角周波数偏移Δωに比べ無視できない大きさの場合には以下の問題を有していた。
【0006】
(1)誤差xが角周波数偏移Δωに比べ無視できない大きさの場合には、符号列P(t)が変化しても、端子aと端子cの信号間で位相の進み、遅れの変化が生じない。そのため符号列P(t)を再生できない。
【0007】
(2)伝送速度が角周波数偏移Δωに比べ無視できない大きさの場合には、1ビット伝送時間内に端子a及び端子cの信号が1周期に満たなくなってくる。そのため位相の進み、遅れの判定がむずかしくなってくるため符号列P(t)の正確な再生ができない。
【0008】
さらに従来の構成では、復調可能な変調信号はFSK信号だけである。すなわち音声信号のようなアナログ信号で変調されたFM信号は復調することができないという課題があった。
【0009】
本発明は上記課題を解決するもので、誤差xの影響をなくし、正確なデータの復調を可能とするだけでなく、音声信号のようなアナログ信号で変調されたFM信号も復調することのできる受信装置を実現することを目的としたものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の受信装置は、受信すべき搬送波信号周波数に近い周波数の信号を出力する信号発生手段と、前記信号発生手段からの信号と受信信号との差の周波数となる信号を取り出す第一のミキシング手段と、前記信号発生手段からの信号を位相シフトした信号と前記受信信号との差の周波数となる信号を取り出す第二のミキシング手段と、前記第一のミキシング手段の出力信号を微分する微分手段と、前記第二のミキシング手段の出力信号と前記微分手段の出力信号をかけ算するスイッチ手段と、前記スイッチ手段の出力信号から不要な周波数成分を除去するフィルタ手段とを備えている。
【0012】
また上記構成に加えて、第一のミキシング手段及び第二のミキシング手段の前段あるいは後段に設けられ受信信号のレベルを調整するレベル調整手段と、前記第一のミキシング手段あるいは前記第二のミキシング手段の後段に設けられ受信信号のレベルを検出する信号レベル検出手段と、前記信号レベル検出手段の入力信号が所定のレベル以上にならないよう前記レベル調整手段の利得を制御する制御手段とを有している。
【0013】
また、スイッチ手段の出力信号の直流オフセットを検出して前記直流オフセットを零にする方向に信号発生手段の発振周波数を制御する周波数補正手段とを有するものである。
【0014】
また、スイッチ手段の出力信号の直流オフセットを検出して前記直流オフセットを零にする方向に信号発生手段の発振周波数を制御する周波数補正手段を有し、第一の低域通過フィルター及び第二の低域通過フィルターは前記信号発生手段の発振周波数が制御された後に通過帯域幅を狭くする帯域可変型フィルターという構成である。
【0015】
また、スイッチ手段の出力に生じるパルス状の雑音を除去する雑音除去手段を有している。
【0016】
【作用】
本発明は上記構成によって、微分手段の出力信号は周波数偏移に応じて振幅変調された信号に変換されるため、受信すべき搬送波周波数と信号発生手段6の発振周波数との角周波数誤差xが周波数偏移Δωより大きい場合であっても、前記振幅変調成分を取り出すことにより、符号列P(t)を正確に再生することができる。
【0017】
さらにレベル調整手段により受信信号から歪なく復調信号を取り出すことができるよう受信信号のレベル調整を行なうことができる。
【0018】
また周波数補正手段により角周波数誤差xを零にする方向に信号発生手段の発振周波数を制御することができる。
【0019】
さらに、雑音除去手段によりパルス性雑音を除去できる。
【0020】
【実施例】
以下本発明の実施例を図1を参照して説明する。なお図5の従来例と同一の機能ブロックには同一の番号を付与している。図1において、1はアンテナ、2は高周波増幅手段、3は第一のミキシング手段、4は隣接チャンネル信号を除去するための第一の低域通過フィルタ、、6は信号発生手段、7は90゜位相シフター、8は第二のミキシング手段、9は隣接チャンネル信号を除去するための第二の低域通過フィルタ、15は第一のスイッチ手段、16は第二のスイッチ手段、17は加算あるいは減算を行う演算手段、20は雑音除去手段、21は第三の低域通過フィルタ、22は周波数補正手段、23はレベル検出手段、24は制御手段、25はレベル調整手段である。
【0021】
さてアンテナ1に入力する信号Sとして、
S=cos{ω+Δω}・t
ω:搬送波角周波数 Δω:角周波数偏移であり正負両方の極性を有するを考える。ここでデータあるいは音声により角周波数偏移Δωは時間的に変化する。すなわち信号Sは周波数変調を受けた信号である。信号発生手段6では、従来例と同様
Q=COS{ω+x}・t x:搬送波角周波数ωからの角周波数誤差
で表わされる信号Qを発生する。90゜位相シフター7では信号発生手段6からの信号Qが90゜位相シフトされQ’=SIN{ω+x}tとなる。従って従来例と同様、第一の低域通過フィルタ4および第二の低域通過フィルタ9の出力端子a及びcには
端子a : S×Q =COS{Δωーx}・t
端子c : S×Q’=SIN{Δωーx}・t
なる信号が生じる。上記信号はそれぞれ微分手段17及び微分手段18で微分され、微分手段17及び微分手段18の出力端子a’及びc’には
端子a’: d(S×Q)/dt =ー(Δωーx)・SIN{Δωーx}・t
端子c’: d(S×Q’)/dt=(Δωーx)・COS{Δωーx}・t
なる信号が生じる。第一のスイッチ手段15は、端子aの信号が正の時に端子c’の信号を正転出力し、端子aの信号が負の時に端子c’の信号を反転出力させるスイッチである。第二のスイッチ手段16は、端子cの信号が正の時に端子a’の信号を正転出力し、端子cの信号が負の時に端子a’の信号を反転出力させるスイッチである。従って第一一のスイッチ手段15の出力端子f及び第二のスイッチ手段16の出力端子gには
端子f : (Δωーx)・{COS{Δωーx}・t}2+{COS{Δωーx}・tの高調波成分}
端子g :ー(Δωーx)・{SIN{Δωーx}・t}2+{SIN{Δωーx}・tの高調波成分}
なる信号が出力する。そして演算手段19において端子fの信号と端子gの信号は減算され、端子hには
端子h : (Δωーx)+高調波成分
なる信号が出力する。ここでΔωはデータや音声により時間的に変化する信号である。すなわちΔωはデータや音声信号を表わしており、端子hには誤差信号xに相当する直流オフセットの重畳した復調信号が出力する。第三の低域通過フィルター21は不要な雑音成分を除去するためのものである。
【0022】
このように周波数誤差xは復調出力に直流オフセットを生じさせるだけであり、このような直流オフセットはコンデンサで容易に取り除くことができるため周波数誤差xにより復調性能が悪化するという現象は生じない。また端子fもしくは端子gの信号だけを取り出す構成であっても、第三の低域通過フィルターにより高調波成分を取り除くことにより(Δωーx)の成分を取り出すことができる。しかしながら演算手段19を用いることにより高調波成分の発生が少なくなり、より効果的に(Δωーx)の成分を取り出すことができる。
【0023】
さて、端子hに復調出力が歪なく生じるためには端子a’及び端子c’の信号がクリップすることなく生じる必要がある。そのため第三の低域通過フィルター20の出力のレベルをレベル検出手段23で検出し、第三の低域通過フィルター20の出力が所定レベルを超えないように制御手段24を介してレベル調整手段25の利得を制御する。
【0024】
また、パルス性の雑音を除去するために演算手段19と第三の低域通過フィルター21の間に雑音除去手段20を設けることもできる。雑音除去手段20は高域通過フィルターを有し高域成分を多く含むパルス性雑音を検出する。そしてパルス性雑音が検出されるとパルス性雑音が検出されている期間、検出直前の信号レベルを保持するように構成されている。
【0025】
また、周波数補正手段22で直流オフセットxを検出して、直流オフセットxが零になるように信号発生手段6の発振周波数を制御する。直流オフセットxの検出は復調信号Δωの変動周期より長い期間にわたって平均化する手段を用いてΔωを除去し、xのみを取り出すことにより行なわれる。周波数補正手段22を用いて信号発生手段6の発振周波数を制御することによりコンデンサを用いることなく直流オフセットを除去することができるためNRZのデータ伝送をアイパターンの劣化なく行なうことが出来る。さらに第一の低域通過フィルター4及び第二の低域通過フィルター9は帯域可変型フィルターであり、周波数誤差xが零になる方向に信号発生手段6の発振周波数を制御した後、第一の低域通過フィルター4及び第二の低域通過フィルター9の帯域幅を狭くすることによりS/N比を改善することができる。
【0026】
レベル調整手段25の制御及び信号発生手段6の発振周波数の制御は、通信の初めに伝送されるプリアンブル信号であるビット同期信号の受信時に行い、以後の制御は通信終了まで固定状態に保持するように構成することにより通信中の回路状態を安定に保つことができ信頼性のある通信を実現できる。
【0027】
図2に微分手段17及び18の構成の一例を示す。26はコンデンサ、27は抵抗である。コンデンサ26と抵抗27で決まる遮断周波数は第一の低域通過フィルター4及び第二の低域通過フィルター9の遮断周波数に比べ高く設定されている。
【0028】
図3に微分手段17及び18の他の構成を示す。図3において、28は遅延手段、29は減算手段である。遅延手段28での遅延時間は第一の低域通過フィルター4及び第二の低域通過フィルター9の遮断周波数の周期に比べ短い時間に設定されている。
【0029】
図4は図1における第一のスイッチ手段15及び第二のスイッチ手段16に適用できるスイッチ手段の構成を示す。図4において、30は端子a’の信号あるいは端子c’の信号が入力する入力端子、31は端子aの信号あるいは端子cの信号が入力する入力端子、32は出力端子、33は増幅度1の反転回路、34は電子スイッチである。電子スイッチ34は入力端子31に入力する信号の位相が正か負かで出力端子と入力端子との接続が切り替わる。このような電子スイッチ31はアナログスイッチとしてCMOSで簡単に実現できるし、バイポーラトランジスタを用いても簡単に構成できる。また第一のスイッチ手段15及び第二のスイッチ手段16は差動増幅器を組み合わせた構成のものであってもかまわない。
【0030】
なお、本実施例ではレベル調整手段25を高周波増幅手段3の前段に挿入したが後段に挿入しても良いし、高周波増幅手段3とレベル調整手段25を兼用し高周波増幅手段3の利得を可変させるようにしてもよい。
【0031】
また、レベル検出手段23の入力信号として第三の低域通過フィルター20の出力信号を用いたが、第一の低域通過フィルター4あるいは第二の低域通過フィルター9の出力信号を用いるようにしてもかまわない。
【0032】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように本発明の受信装置によれば次の効果を奏する。
【0033】
(1)受信すべき搬送波周波数と信号発生手段の発振周波数との角周波数誤差xが周波数偏移Δωより大きい場合であっても、振幅変調成分を取り出すことにより、変調信号を正確に再生することができる。
【0034】
(2)復調出力に不要な高調波成分が発生するのを防ぎ雑音の少ない復調出力を得ることができる。
【0035】
(3)歪の少ない復調信号を得ることができる。
(4)直流成分を有するNRZ信号によるデータ通信においてもアイパターンを劣化させることがない。
【0036】
(5)S/N比を改善できる。
(6)イグニッションノイズ等のパルス性雑音を除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における受信装置のブロック図
【図2】同装置の微分手段の構成図
【図3】同装置の微分手段の他の構成図
【図4】同装置のスイッチ手段の構成図
【図5】従来の受信装置のブロック図
【図6】同装置における各出力端子の出力図
【符号の説明】
1 アンテナ
2 高周波増幅手段
3 第一のミキシング手段
4 第一の低域通過フィルター
6 信号発生手段
7 90゜シフター
8 第二のミキシング手段
9 第二の低域通過フィルター
15 第一のスイッチ手段
16 第二のスイッチ手段
17 第一の微分手段
18 第二の微分手段
19 演算手段
20 第三の低域通過フィルター
21 雑音除去手段
22 周波数補正手段
23 レベル検出手段
24 制御手段
25 レベル調整手段
Claims (5)
- 受信すべき搬送波信号周波数に近い周波数の信号を出力する信号発生手段と、前記信号発生手段からの信号と受信信号との差の周波数となる信号を取り出す第一のミキシング手段と、前記信号発生手段からの信号を位相シフトした信号と前記受信信号との差の周波数となる信号を取り出す第二のミキシング手段と、前記第一のミキシング手段の出力信号を微分する微分手段と、前記第二のミキシング手段の出力信号により前記微分手段の出力信号を正転あるいは反転させるスイッチ手段と、前記スイッチ手段の出力信号から不要な周波数成分を除去するフィルタ手段とで構成された受信装置。
- 第一のミキシング手段及び第二のミキシング手段の前段あるいは後段に設けられ受信信号のレベルを調整するレベル調整手段と、前記第一のミキシング手段あるいは前記第二のミキシング手段の後段に設けられ受信信号のレベルを検出する信号レベル検出手段と、前記信号レベル検出手段の入力信号が所定のレベル以上にならないよう前記レベル調整手段の利得を制御する制御手段とを有する請求項1記載の受信装置。
- スイッチ手段の出力信号の直流オフセットを検出して前記直流オフセットを零にする方向に信号発生手段の発振周波数を制御する周波数補正手段を有する請求項1記載の受信装置。
- スイッチ手段の出力信号の直流オフセットを検出して前記直流オフセットを零にする方向に信号発生手段の発振周波数を制御する周波数補正手段を有し、第一の低域通過フィルター及び第二の低域通過フィルターは、前記信号発生手段の発振周波数が制御された後に通過帯域幅を狭くする帯域可変型フィルターである請求項1記載の受信装置。
- スイッチ手段の出力に生じるパルス状の雑音を除去する雑音除去手段を有する請求項1記載の受信装置。
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1995
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