JP3860292B2 - Demodulation method of frequency shift keying signal - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は周波数シフトキーイング(FSK)信号の復調方法、特に多チャンネルFSK信号の復調に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、FSKを用いた変調方法が知られており、モデム等に適用されている。FSKでは、搬送波の周波数をデジタル情報で変化させ、たとえば二進のFSKでは1、0の信号に対してそれぞれfH、fLの2つの周波数を割り当てる。そして、復調時には、入力したFSK信号をfH用のBPF(バンドパスフィルタ)並びにfL用のBPFに通過させ、それぞれのレベルを比較してデジタル情報を復調する。
【0003】
図5には、一般的なFSK復調回路が示されている。入力したFSK信号はfH(搬送中心周波数をf0とすると例えばfH=f0+100Hz)用のBPF100に供給されるとともに、fL(=f0−100Hz)用のバンドパスフィルタ102に供給される。それぞれのBPFを通過した信号は、さらに比較器(COMP)104に供給され、それぞれのレベルが比較される。そして、fH用BPF100の出力Aの方がfL用BPF102の出力Bより大きければ(A>B)「1」を出力し、A<Bであれば「0」を出力する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば複数の搬送中心周波数f0の中から任意の周波数を選択して変調することにより多チャンネルでデータを送信する場合、復調側でもそれぞれの搬送中心周波数に対するfH用BPFとfL用BPFを用意しなければならず(20チャンネルの場合には20種類のBPF)、回路構成が複雑化する問題があった。
【0005】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、複数の搬送中心周波数を用いる多チャンネルFSK信号を復調する際にもチャンネル毎のフィルタを不要として簡易に復調することができる復調方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、第1のデジタル情報に対応した第1の周波数と第2のデジタル情報に対応した第2の周波数を用いて変調された周波数シフトキーイング信号の復調方法であって、 前記周波数シフトキーイング信号を前記第1の周波数及び前記第2の周波数を用いてそれぞれ直交変調することにより直流付近にシフトさせ、前記周波数シフトキーイング信号がキャリアダウンしたか否かを、前記第1の周波数に対応する直流成分と前記第2の周波数に対応する直流成分のパワーを第1しきい値及び第2しきい値と大小比較することで判定し、前記第1しきい値は前回の判定においてキャリアダウンと判定された場合のしきい値、前記第2しきい値は前回の判定においてキャリアダウンでないと判定された場合のしきい値であり、前記周波数シフトキーイング信号がキャリアダウンしていないと判定された場合において前記第1の周波数に対応する直流成分と前記第2の周波数に対応する直流成分の大小を比較し、前記周波数シフトキーイング信号がキャリアダウンしていると判定された場合において所定値にホールドすることにより前記デジタル情報を復調することを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態についてモデムを例にとり説明する。
【0008】
図1には、本実施形態の復調回路が示されている。なお、本実施形態では、搬送中心周波数f0として20種類のf0が設定され、その中から任意の搬送中心周波数が選択されてFSK変調された信号を復調する場合について説明する。
【0009】
図において、入力されたFSK信号はLPF10、A/D12を介してDSP(デジタルシグナルプロセッサ)14に供給される。DSP14には、sin波のテーブルを用いたシンセサイザが設けられており、fH発信器16及びfL発信器34として機能し、これらの周波数を用いて入力FSK信号を直交変調する。なお、fH=f0+100Hz、fL=f0−100Hzであり、送信時のsinテーブルを用いてこれらfH、fLを作成する。具体的には、sinテーブルを1周期1024個とすると、所定の周波数を作成するためのテーブルへのアクセス方法は以下の式で与えられる。
【0010】
【数1】
T:1024=Ts:dph(f) ・・・(1)
【数2】
1/f:1024=1/fs:dph(f) ・・・(2)
但し、dph(f)はsinテーブルのアドレスの変化量、Tは信号周期、fは信号周波数、Tsはサンプリング周期、fsはサンプリング周波数である。上式より、
【数3】
dph(f)=1024×f/fs ・・・(3)
である。
【0011】
fH発信器16からのfHはそのまま乗算器22で入力FSK信号に乗算するとともに、移相器18で90度位相のずれた信号を生成して乗算器20で入力FSK信号に乗算し、スペクトル帯域を直流付近にシフトさせる。そして、それぞれの信号は特性の共通なLPF(ローパスフィルタ)24、26を通過し、絶対値化(2乗化)回路28、30で2乗化した後、加算器31で加算されてfHのレベルとして出力される。
【0012】
一方、fL側も同様にfL発信器34からの信号を乗算器40でそのまま入力FSK信号に乗算するとともに、移相器36で90度位相をシフトさせた後に乗算器38で乗算する。そして、LPF24、26と特性を共通にするLPF42、44を通過し、絶対値化(2乗化)回路46、48で2乗化した後、加算器50で加算されてfLのレベルとして出力される。
【0013】
fHのレベル(A)及びfLのレベル(B)はともに比較器32に供給され、レベルの大小が比較される。そして、従来と同様にA≧Bであれば「1」(あるいはMark)、A<Bであれば「0」(あるいはSpace)が出力されて復調される。なお、本実施形態では、さらにキャリアダウン検出回路54やヒステリシス回路56、ORゲート58が設けられているが、これらの機能については後述する。
【0014】
以下、図2のフローチャートを用いて本実施形態のDSP14による復調方法を詳細に説明する。まず、A/D12でデジタル化されたFSK信号を入力すると(これをADCとする:S101)、sinテーブルを用いてfH(f0+100Hz)を生成するとともに(S102)、fL(f0−100Hz)を生成する(S105)。そして、fH(デジタル情報の「1」(Mark)に対応)に関しては、FSK信号(ADC)に対してcos(2πfHt)を乗じてLPF24を通過させ、90度位相のずれたsin(2πfHt)を乗じてLPF26を通過させる(S103)。この処理は、一般には複素変調として知られており、信号をcos(2πft)とすると、
【数4】
であり、これを複素変調すると、
【数5】
となり、右辺第1項が直流成分にシフトした信号である。LPF24、26は、それぞれ信号の直流成分を取り出す。そして、Mcosの2乗とMsinの2乗を加算してMarkのレベルを算出する(S104)。また、同様にfL(デジタル情報の「0」(Space)に対応)に関しても、FSK信号(ADC)に対してcos(2πfLt)を乗じてLPF42を通過させ、90度位相のずれたsin(2πfLt)を乗じてLPF44を通過させて直流成分を取り出し(S106)、それぞれの成分Scos、Ssinの2乗を加算することでSpaceのレベルを算出する(S107)。そして、キャリアダウンか否かを確認した後(S108)、キャリアダウンでなければMark、Space両者のレベル(A及びB)を大小比較し(S109)、MarK≧Spaceであれば復調データ(RD)はMarkとなり(S110)、Mark<Spaceであれば復調データ(RD)はSpaceとなる(S111)。なお、キャリアダウンの場合にはMarkをホールドするが、これについては後述する。
【0015】
図3には、LPF24、26(Mark用)及びLPF42、44(Space用)の特性が示されている。(a)はLPF24、26の特性であり、(b)はLPF42、44の特性である。これらのLPFの特性は共通で、
0Hz:0dB
100Hz:−3.53dB
200Hz:−16.03dB
である。LPF24、26では直流成分であるfH(=f0+100)の他、f0が通過し、LPF42、44でも直流成分であるfL(=f0−100)の他、f0が通過する。そこで、MarkとSpaceのレベルの大小比較を行うことで、fHまたはfLのいずれであるかを確実に識別することができる。
【0016】
図4には、キャリアダウン時の処理フローチャートが示されている。本実施形態におけるキャリアダウン検出回路54は、ヒステリシス特性に基づきキャリアダウンの有無を判定する。具体的には、パワー(Mark2+Space2)に対して、
キャリアダウン検出(Markホールド開始):−17dB
キャリア検出(Markホールド解除):−14dB
である。図において、まず加算器52でMark2とSpace2を加算してPowerを算出し(S201)、キャリアダウンしているか否かを判定する(S202)。なお、キャリアダウンの場合にはCD=1である。キャリアダウンの場合には、Powerが−14dB以上になったか否かを判定し(S203)、−14dB以上ある場合にはキャリア検出されたとしてCD=0とし(S205)、MarkとSpaceの大小比較を行う。また、前回がCD=1であり、今回のPowerが−14dBより小さい場合には、引き続きキャリアダウン状態と判定され、MarkとSpaceの大小比較は行わない。
【0017】
一方、前回CD=0、つまりキャリア状態の場合には、次に今回のPowerが−17dBを越えるか否かを判定する(S204)。Powerが−17dBを越えている場合には、依然としてキャリア検出状態が維持されていると判定してMarkとSpaceの大小比較により復調を行うが、Powerが−17dB以下に低下した場合には、キャリアダウンと判定してCD=1にするとともにMarkホールド(RD=1)する(S207)。このように、本実施形態では、キャリア検出時にはMarkとSpaceの大小比較の結果を出力し、キャリアダウン時にはMarkホールドする。図1におけるORゲート58はこのためのものである。なお、ヒステリシス回路56は、サンプリング毎のMarkとSpaceの大小比較の結果、同一結果が3回連続した場合にのみその結果を出力するもので、判定結果の信頼性を高めるためである。
【0018】
以上説明したように、本実施形態では、FSK信号をfH並びにfLを用いて直交変調し、スペクトル帯域を直流付近にシフトさせるため、従来のように搬送中心周波数毎(チャンネル毎)のBPFを予め用意する必要はなく、どのような搬送中心周波数が選択されても直流成分を抽出する1種類のLPFのみで対応することができる。
【0019】
【発明の効果】
本発明によれば、第1の周波数(fH)と第2の周波数(fL)を用いて直交変調することでFSK信号のスペクトル帯域を直流付近に推移させるので、複数の搬送中心周波数を用いる多チャンネルFSK信号を復調する際にも共通のフィルタで処理することが可能となり、チャンネル毎のフィルタを不要として簡易に復調することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態の回路構成図である。
【図2】 実施形態の処理フローチャートである。
【図3】 実施形態のLPFの特性説明図である。
【図4】 キャリアダウン時の処理フローチャートである。
【図5】 従来の復調回路の回路構成図である。
【符号の説明】
10 LPF、12 A/D、14 DSP復調部、100、102 BPF、104 比較器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a frequency shift keying (FSK) signal demodulation method, and more particularly to demodulation of a multi-channel FSK signal.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a modulation method using FSK is known and applied to a modem or the like. In FSK, the frequency of a carrier wave is changed by digital information. For example, in binary FSK, two frequencies fH and fL are assigned to
[0003]
FIG. 5 shows a general FSK demodulation circuit. The input FSK signal is supplied to the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, for example, when data is transmitted on multiple channels by selecting and modulating an arbitrary frequency from a plurality of carrier center frequencies f0, the demodulation side also prepares fH BPF and fL BPF for each carrier center frequency. (20 types of BPF in the case of 20 channels), and there is a problem that the circuit configuration becomes complicated.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to simply demodulate a multi-channel FSK signal using a plurality of carrier center frequencies without requiring a filter for each channel. An object of the present invention is to provide a demodulation method capable of performing
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention provides a method for demodulating a frequency shift keying signal modulated using a first frequency corresponding to first digital information and a second frequency corresponding to second digital information. Wherein the frequency shift keying signal is shifted to the vicinity of DC by performing quadrature modulation using the first frequency and the second frequency, respectively , and whether the frequency shift keying signal is carrier down or not. The power of the direct current component corresponding to the first frequency and the direct current component corresponding to the second frequency is determined by comparing with the first threshold value and the second threshold value, and the first threshold value is determined. Is a threshold value when it is determined that the carrier is down in the previous determination, and the second threshold value is a threshold value when it is determined that the carrier is not down in the previous determination. And comparing the DC component corresponding to the first frequency and the DC component corresponding to the second frequency when it is determined that the frequency shift keying signal is not carrier down, and the frequency shift When it is determined that the keying signal is carrier down, the digital information is demodulated by holding the keying signal at a predetermined value .
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a modem as an example.
[0008]
FIG. 1 shows a demodulation circuit of this embodiment. In the present embodiment, a case will be described in which 20 types of f0 are set as the carrier center frequency f0, an arbitrary carrier center frequency is selected from them, and an FSK modulated signal is demodulated.
[0009]
In the figure, an input FSK signal is supplied to a DSP (digital signal processor) 14 via an
[0010]
[Expression 1]
T: 1024 = Ts: dph (f) (1)
[Expression 2]
1 / f: 1024 = 1 / fs: dph (f) (2)
However, dph (f) is an address change amount of the sin table, T is a signal period, f is a signal frequency, Ts is a sampling period, and fs is a sampling frequency. From the above formula,
[Equation 3]
dph (f) = 1024 × f / fs (3)
It is.
[0011]
The fH from the
[0012]
On the other hand, on the fL side, the signal from the
[0013]
Both the level (A) of fH and the level (B) of fL are supplied to the
[0014]
Hereinafter, the demodulation method by the
[Expression 4]
And when this is complex-modulated,
[Equation 5]
Thus, the first term on the right side is a signal shifted to a DC component. The
[0015]
FIG. 3 shows the characteristics of LPFs 24 and 26 (for Mark) and LPFs 42 and 44 (for Space). (A) shows the characteristics of the
0Hz: 0dB
100 Hz: -3.53 dB
200 Hz: -16.03 dB
It is. The
[0016]
FIG. 4 shows a processing flowchart when the carrier is down. The carrier down
Carrier down detection (Mark hold start): -17 dB
Carrier detection (Mark hold release): -14 dB
It is. In the figure, first, Mark 2 and Space 2 are added by the adder 52 to calculate Power (S201), and it is determined whether the carrier is down (S202). In the case of carrier down, CD = 1. If the carrier is down, it is determined whether or not the power is -14 dB or more (S203). If it is -14dB or more, the carrier is detected and CD = 0 is set (S205), and Mark and Space are compared in size. I do. If the previous time is CD = 1 and the current power is less than −14 dB, it is determined that the carrier is in a down state, and Mark and Space are not compared in size.
[0017]
On the other hand, if the previous CD = 0, that is, the carrier state, it is next determined whether or not the current power exceeds -17 dB (S204). When the power exceeds -17 dB, it is determined that the carrier detection state is still maintained, and demodulation is performed by comparing the size of Mark and Space. It is determined that the value is down and CD = 1 and Mark hold (RD = 1) is performed (S207). As described above, in the present embodiment, the result of comparison between Mark and Space is output when a carrier is detected, and Mark is held when the carrier is down. The
[0018]
As described above, in the present embodiment, the FSK signal is orthogonally modulated using fH and fL, and the spectrum band is shifted to the vicinity of the direct current. It is not necessary to prepare, and it can be handled by only one type of LPF that extracts a DC component, regardless of what carrier center frequency is selected.
[0019]
【The invention's effect】
According to the present invention, the spectrum band of the FSK signal is shifted to the vicinity of the direct current by performing orthogonal modulation using the first frequency (fH) and the second frequency (fL), so that multiple carrier center frequencies are used. Even when the channel FSK signal is demodulated, it can be processed with a common filter, and the filter for each channel can be easily demodulated without being required.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a processing flowchart of the embodiment.
FIG. 3 is a characteristic explanatory diagram of an LPF according to an embodiment.
FIG. 4 is a processing flowchart when the carrier is down.
FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a conventional demodulation circuit.
[Explanation of symbols]
10 LPF, 12 A / D, 14 DSP demodulator, 100, 102 BPF, 104 comparator.
Claims (1)
前記周波数シフトキーイング信号がキャリアダウンしたか否かを、前記第1の周波数に対応する直流成分と前記第2の周波数に対応する直流成分のパワーを第1しきい値及び第2しきい値と大小比較することで判定し、前記第1しきい値は前回の判定においてキャリアダウンと判定された場合のしきい値、前記第2しきい値は前回の判定においてキャリアダウンでないと判定された場合のしきい値であり、
前記周波数シフトキーイング信号がキャリアダウンしていないと判定された場合において前記第1の周波数に対応する直流成分と前記第2の周波数に対応する直流成分の大小を比較し、前記周波数シフトキーイング信号がキャリアダウンしていると判定された場合において所定値にホールドすることにより前記デジタル情報を復調することを特徴とする周波数シフトキーイング信号の復調方法。A method for demodulating a frequency shift keying signal modulated using a first frequency corresponding to first digital information and a second frequency corresponding to second digital information, wherein the frequency shift keying signal is Shift to the vicinity of direct current by orthogonal modulation using the frequency of 1 and the second frequency,
Whether the frequency shift keying signal is carrier down or not, the direct current component corresponding to the first frequency and the direct current power corresponding to the second frequency are the first threshold value and the second threshold value. When the first threshold is determined to be a carrier down in the previous determination, and the second threshold is determined not to be a carrier down in the previous determination Threshold,
When it is determined that the frequency shift keying signal is not carrier down , the DC component corresponding to the first frequency is compared with the DC component corresponding to the second frequency, and the frequency shift keying signal is A method of demodulating a frequency shift keying signal, wherein the digital information is demodulated by holding at a predetermined value when it is determined that the carrier is down .
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JP16703297A Expired - Lifetime JP3860292B2 (en) | 1997-06-24 | 1997-06-24 | Demodulation method of frequency shift keying signal |
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