JP3920137B2 - デジタル無線受信機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル信号によって搬送波信号を変調した変調信号の受信機に関し、特に、受信状況を把握することができるデジタル無線受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アナログの可聴周波数信号や画像信号を伝送する場合、デジタル無線伝送が使用されることがある。デジタル無線伝送では、送信機において、可聴周波数信号や画像信号をデジタル化したデジタル信号列に、誤り訂正符号化を施して、デジタル符号化列を生成する。このデジタル符号化列によって、高周波信号である搬送波信号を変調して、変調信号を生成し、送信アンテナから送信する。受信機では、受信アンテナで受信した変調信号からデジタル符号化列を復調する。このデジタル符号化列からデジタル信号列を復号する。この復号されたデジタル信号列をデジタル・アナログ変換器によって、アナログの可聴周波数信号や画像信号に変換する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような送信機と受信機とを用いた無線伝送では、送信機から送信される変調信号の送信電力の限界や、受信機の感度の限界から、正常に無線伝送が行える通信エリアには限界がある。また、ワイヤレスマイクロホン等の送信機を使用した場合、限られた無線周波数の中から使用周波数を選択しなければならない。ワイヤレスマイクロホンの使用エリアの近傍に、同じ周波数或いは、上記使用周波数に妨害を与える周波数を使用している機器が存在することがある。
【０００４】
このような通信エリア外から送信された場合でも、他からの妨害を受けている場合でも、受信機での復号出力には、音や映像の途切れ或いは雑音が生じる。しかし、これら音や映像の途切れ、雑音が、通信エリア外からの送信に基づくものであるのか、他からの妨害によるものかは、即座には判断することができない。そのため、電界強度測定器のような測定器を使用して、受信電界を観測し、受信状況を知る必要がある。
【０００５】
例えば、携帯電話では、携帯電話機に通信エリア外である旨の圏外通知機能が設けられているので、例えば通信が不能な場合、携帯電話機の画面を見ることによって圏外（通信エリア外）に携帯電話機が存在することによる通信不能であることは直ちに判明する。また、携帯電話機では、多数の周波数のうちいずれかを使用するマルチチャンネルアクセス方式が採用されているので、使用周波数が自動的に変更され、他の機器からの妨害による通信不能に陥る確率は小さい。ところが、ワイヤレスマイクロホンシステムのような使用周波数が自動的に変更されず、また圏外通知機能を有していないシステムでは、通信状況の把握や自動的な改善が行えない。
【０００６】
本発明は、デジタル無線伝送の特性を利用して、通信状況を把握することを可能としたデジタル無線受信機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるデジタル無線受信機は、受信手段を有している。受信手段は、デジタル信号列に誤り訂正符号化を施したデジタル符号化列によって搬送波信号を変調した変調信号を受信する。デジタル信号列を構成している各デジタル信号は、複数のビットから構成されている。無論、デジタル符号化列を構成している各デジタル符号化信号も、複数ビットから構成されている。受信された変調信号からデジタル符号化列を復調手段が復調する。デジタル符号化列が誤り訂正符号化されていることを利用して、復調されたデジタル符号化列からデジタル信号列を復号手段が復号する。さらに、デジタル無線受信機には、変調信号の受信強度を表す受信強度信号を生成する受信強度検出手段が設けられている。復号手段による復号時にビットエラーレート算出手段が、ビットエラーレートを算出する。復号手段は、デジタル符号化列が誤り訂正符号化が施されていることを利用して、復号時に誤り訂正処理を行う。その際に見出されるビット誤りの数を計数し、所定時間内に読み込まれたデジタル符号化列のビット数に対するビット誤りの数の割合を算出して、ビットエラーレートが決定される。受信強度信号とビットエラーレートとが判定手段に入力される。これら入力に基づいて、判定手段は、受信強度信号とビットエラーレートとが規定する複数の受信範囲のいずれに、現在の受信状況が該当するかを判定する。複数の受信範囲としては、例えば、良好受信範囲、通信エリア外範囲、通信エリア限界付近範囲、妨害波受信範囲、故障範囲等がある。これら受信範囲は、横軸を受信強度信号とし、縦軸をビットエラーレートとした平面において、受信強度信号の増加に従ってビットエラーレートが曲線的に低下する標準受信強度−ビットエラー曲線を挟んで前記平面の左右方向に間隔をおいて配置された、前記標準受信強度−ビットエラー曲線と同じ形態の下側受信強度−ビットエラー曲線と上側受信強度−ビットエラー曲線とを前提としている。故障範囲は、前記下側受信強度−ビットエラー曲線よりも前記平面における左側の領域である。通信エリア外範囲は、予め定めた値の受信強度信号を通る前記縦軸に平行な第１の直線の前記下側受信強度−ビットエラー曲線との第１の交点よりも前記平面における上側の第１の直線の領域と、第１の交点よりも前記平面における左側の前記下側受信強度−ビットエラー曲線の領域とによって囲われた範囲である。妨害波範囲は、第１の直線と前記上側受信強度−ビットエラー曲線との第２の交点よりも前記平面における上側の第１の直線の領域と、予め定めたビットエラーレートを通る横軸に平行な第２の直線と前記上側受信強度−ビットエラー曲線との第３の交点よりも前記平面における右側の第２の直線の領域と、前記上側受信強度−ビットエラー曲線の第２及び第３の交点間の領域とによって囲われた範囲である。
【０００８】
例えば、受信強度のみによって受信機の受信状況を把握しようとした場合、妨害波を受信している状態でも、受信強度は大きくなるので、何故に良好に受信できないのか把握できない。デジタル無線受信機の場合、他の妨害波の音声信号等が、最終的な音声信号として聞こえずに、雑音として聞こえるので、特に把握が困難である。逆に、ビットエラーレートのみで受信状況を判断しようとした場合、ビットエラーレートが大きくなる理由としては、受信強度が小さい場合の他に、妨害波の影響を受けている場合等があり、ビットエラーレートのみでは、やはり何故に良好に受信できていないかを判断することは困難である。
【０００９】
本発明のデジタル無線受信機では、受信強度とビットエラーレートとを判断材料としているので、正確に受信状況を判断することができる。例えば受信強度が大きく、かつビットエラーレートが大きい場合には、妨害波の影響が大きい受信状況であると判断することができる。また、受信強度が低く、ビットエラーレートも大きい場合、通信エリア外に受信機が存在する受信状況であると判断することができる。また、これらの中間の状態に受信強度及びビットエラーレートがある場合には、通信エリア限界付近に受信機が存在する受信状況であると判断することができる。更に、受信強度が大きく、ビットエラーレートが小さい場合には、良好な受信状況であると判断することができる。また、受信強度が小さいにもかかわらず、ビットエラーレートが小さい場合、通常このような状況は生じ得ないので、受信機の故障であると判断することができる。このように、ビットエラーレートと受信強度との双方を使用することによって、どのような受信状況にあるかを正確に把握することができる。
【００１０】
判定手段は、様々な受信強度とビットエラーレートとをインデックスとして、様々な受信状況を記憶している参照テーブルを有するものとできる。算出されたビットエラーレートと受信強度信号とに該当する受信状況を、参照テーブルから決定手段が決定する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施形態のデジタル無線受信機は、例えばデジタルワイヤレスマイクロホン用の受信機である。この受信機は、受信用アンテナ２を有し、送信機、例えばワイヤレスマイクロホンからの変調信号、例えば送信信号を受信する。
【００１２】
ワイヤレスマイクロホンでは、集音手段、例えばマイクロホンによって集音した、可聴周波数信号、例えば音声信号をアナログ・デジタル変換器によって順次所定サンプリング周波数によってサンプリングし、それぞれ所定ビット数からなるデジタル信号に変換する。従って、アナログ・デジタル変換器からは、所定サンプリング周期ごとに、デジタル信号が出力される。これらデジタル信号によってデジタル信号列が構成されている。このデジタル信号列に対して、誤り訂正符号化が施され、デジタル符号化列が形成される。誤り訂正符号化には、公知の種々の技術のうち、所望のものが使用される。このデジタル符号化列によって、所定周波数の高周波信号である搬送波信号が変調され、変調信号が生成される。この変調信号が、ワイヤレスマイクロホンの送信アンテナから送信される。
【００１３】
デジタルワイヤレスマイクロホン用受信機の受信アンテナ２によって受信された変調信号は、受信手段、例えば受信部４に供給される。受信部４では、変調信号は、所定の中間周波信号に変換されて、出力される。
【００１４】
この中間周波信号は、復調手段、例えば復調部６に供給され、ここで復調され、デジタル符号化列と、これらデジタル符号化列から再生されたクロックとが生成される。これら生成されたデジタル符号化列と、クロックとは、復号手段、例えば復号部８に供給され、ここで、復号され、デジタル信号列に変換され、さらにデジタル・アナログ変換されて、スピーカ１０に供給される。
【００１５】
ところで、受信部４内には、受信強度検出手段、例えば受信信号強度指示（ＲＳＳＩ）信号生成部（図示せず）が設けられており、これから受信信号強度指示信号が生成されている。この受信信号強度指示信号は、図２に示すように、受信アンテナ２で受信された変調信号の受信レベルとほぼ比例関係にあり、例えば受信レベルが約１０ｄＢμＶから約６０ｄＢμＶまで、受信信号強度指示信号は、比例している。この受信信号強度指示信号は、Ａ／Ｄ変換器１２によってデジタル受信信号強度指示信号に変換され、判定手段、例えば制御部１４に供給される。
【００１６】
復号部８では、復号する際に、伝送される間に加わった誤りを訂正するための誤り訂正部１６を備えている。ここで、デジタル符号化列をデジタル信号列に複合する際に、誤りの訂正が行われている。この誤り訂正部１６では、この誤り訂正は、デジタルワイヤレスマイクロホン側で施された誤り訂正符号化に基づいて行われ、各デジタル信号列を構成する各デジタル信号に誤りがあるか否かを判定し、誤りがある場合に、訂正を行うものである。
【００１７】
この誤り訂正部１６には、ビットエラーレート算出手段、例えばビットエラーレート算出部１８も設けられている。このビットエラーレート算出部１８は、誤り訂正の処理が行われている最中に検出された誤り数を計数し、所定の単位時間中に読み込んだデジタル信号列の全ビット数に対する、このデジタル信号列に含まれていた誤りビット数を表したビットエラーレート（ＢＥＲ）を算出する。このビットエラーレートは、例えば図２に示すように、受信レベルが約１０ｄＢμＶと小さいときには、約１ｅ−１（１０ビットのうち１ビットが誤り）と誤りが多いが、受信レベルが約４０ｄＢμＶと大きくなると、約１ｅ−５（１０万ビットのうち１ビットが誤り）と誤りが少なくなる。このビットエラーレートも制御部１４に供給されている。
【００１８】
制御部１４は、参照テーブル２０を有している。この参照テーブル２０を用いて、例えば図３に示すようなデジタルワイヤレスマイクロホン用受信機の受信状況のいずれに該当するかを判定する。受信状況としては、例えば符号ａで示すような機器（受信機）の故障、符号ｂで示すような通信エリア外、符号ｃで示すような通信エリア限界付近、符号dで示すような妨害波の受信、符号ｅで示すような良好受信がある。
【００１９】
この受信状況は、例えば次のようにして決定される。図２において、受信信号強度指示信号は、受信レベルを基にしたものであるので、ほぼ一意に決まり、ばらつくことは無い。しかし、ビットエラーレートは、上述したように受信レベルと一定の相間はあるが、一意に決定するわけではなく、或る程度ばらついている。図２に示すビットエラーレートは、標準的な値である。即ち、ビットエラーは、ランダムに発生するので、ビットエラーレートの測定時間を或る程度の長さにとらないと、ビットエラーレートはばらつく。そして、測定時間を長く取ると、或る一定値に収束する。この収束値を標準的な値として、図２に示してある。
【００２０】
制御部１４が判定に用いるのは、受信信号強度指示信号とビットエラーレートであるので、図２から導き出した受信信号強度指示信号とビットエラーレートとの関係を図４のように示すことができる。ビットエラーレートは、上述したようにバラツキがあるので、その幅を考慮した範囲を図５に示すように決定する。この範囲が通常環境下における受信状態、即ち通常の受信状態である。送信レベルや送信機から受信機までの距離によって、この通常受信状態の範囲内で受信状態が変化し、ビットエラーレートも変化する。
【００２１】
この受信状態の範囲よりも、受信信号強度指示信号が小さい場合に、ビットエラーレートが受信状態の範囲よりも少ないことは、通常起こりえないので、通常受信状態の範囲よりも受信信号強度指示信号が小さく、かつビットエラーレートが小さい範囲は、受信機故障の状態と判断する。
【００２２】
通常受信状態の範囲よりも受信信号強度指示信号が大きく、ビットエラーレートが大きい範囲は、妨害波の影響を受けていると考えられるので、妨害波受信の状態と判断する。
【００２３】
通常受信状態の範囲では、受信機の故障も無く、妨害波の影響も受けずに受信ができる。ここで、ビットエラーレートが一定値、例えば１ｅ−５より小さい範囲を図６に符号ｅ１で示すように良好受信状態とする。また、妨害波受信の範囲内であっても、図６に符号ｅ２で示すように、ビットエラーレートが１ｅ−５よりも小さい範囲では、妨害波の影響を受けていても、ビットエラーが少ないので、実使用上問題がないので、これも良好受信状態とする。即ち、この符号ｅ１とｅ２とで示した領域を合わせたものが、図３に符号ｅで示す良好受信の状態である。
【００２４】
また、通常受信状態の範囲において、ビットエラーレートが１ｅ−５以上の範囲は、受信レベルが低く、ビットエラーレートが多いので、通信エリア限界付近であると判断する。この通信エリア限界付近では、ビットエラーが多い状態であるが、通信は可能で、エラー訂正が完全に行われれば、雑音も生じない。但し、わずかな環境の変化、例えば送信機と受信機との距離がごくわずか変化した等によって、雑音を発生したり、受信レベルが不足して、通信不能になる可能性がある。
【００２５】
ところで、受信機では、受信レベルが予め定めた設定値を下回ると、受信状態が悪いと判断して、受信回路や出力回路においてミュートをかけて、雑音等を防止することが行われている。そこで、通信エリア限界付近及び妨害波受信の領域において、ミュートがかかる受信レベルの設定値、例えば受信信号強度指示信号に換算して、０．８Ｖよりも低い受信信号強度指示信号の部分は、図３に示すように、通信エリア外と判定する。
【００２６】
このような判定を行うために参照テーブル２０が使用されている。参照テーブル２０は、各ビットエラーレートごとに設けられており、各ビットエラーレートごとに、どの値の受信信号強度指示信号が、いずれの受信状況に該当するかを記憶している。そして、ビットエラーレートを入力して、参照する参照テーブル２０を決定し、その参照テーブルに受信信号強度指示信号を入力し、この受信信号強度指示信号に対応する受信状況を読み出す。なお、計測されたビットエラーレートが１ｅ−６よりも小さい場合には、参照テーブルの１ｅ−６の値を参照する。
【００２７】
具体的には、ビットエラーレートを一度計測している間に、受信信号強度指示信号を複数回にわたって測定し、その平均値を求める。この平均受信信号強度指示信号とビットエラーレートとを参照テーブル２０に入力して、受信状況を決定する。測定精度を高めるために、受信状況の決定を複数回にわたって行い、その結果を受信状況の判定結果として、制御部１４に付属している表示部２２に表示する。なお、集計した結果、いずれの受信状況も同頻度で発生していると判定されたときには、受信不安定との判定結果を出力する。
【００２８】
図７は、制御部１４が実行する受信状況の判定処理をフローチャートで示したものである。この判定処理では、まず、受信状況の決定を何回行ったかをカウントするカウンタ数Ｒに所定の回数、例えばＸを設定する（ステップＳ２）。次に、１回の受信状況の決定に際して、受信信号強度指示信号を計測した回数をカウントするカウンタＮの値を０とする（ステップＳ４）。これによって、初期設定が終了する。
【００２９】
次に、ビットエラーレートの計測を開始する（ステップＳ６）。次に、ビットエラーレートの計測が継続しているか判断する（ステップＳ８）。計測が継続中であると、受信信号強度指示信号をＡ／Ｄ変換器１２によってデジタル受信信号強度指示信号に変換し（ステップＳ１０）、そのデータを、制御部１４が備えるバッファに記憶する（ステップＳ１２）。そして、カウンタＮの値を１つ進め（ステップＳ１４）、ステップＳ８に戻る。従って、ビットエラーレートの計測が行われている間に、受信強度の計測も行われている。
【００３０】
ビットエラーレートの計測が終了すると（ステップＳ８の判断の答えがイエス）、ビットエラーレートが一時記憶され（ステップＳ１６）、さらにバッファに記憶されているＮ個のデジタル受信信号強度指示信号が平均される（ステップＳ１８）。
【００３１】
次に、一時記憶されたビットエラーレートから、受信状況と受信信号強度指示信号との関係を定めた各参照テーブル２０のいずれを参照するかを決定する（ステップＳ２０）。この参照されたテーブル２０において、平均受信信号強度指示信号がいずれの受信信号強度指示信号に該当するかを決定し（ステップＳ２２）、受信状況を決定し、これを結果バッファに記憶させる（ステップＳ２４）。そして、カウンタＲの値を１つ減少させ（ステップＳ２６）、カウンタＲの値が０以下になったかを判定する（ステップＳ２８）。この判定結果がイエスになるまで、ステップＳ４からステップＳ２８を繰り返す。従って、ステップＳ２８の判定結果がイエスになったとき、Ｘ個の受信状況についての判定結果が結果バッファに集められる。
【００３２】
ステップＳ２８の判定結果がイエスになると、結果バッファの受信状況を集計する（ステップＳ３０）。そして、結果が出たか判定する（ステップＳ３２）。例えばＸが１０であって、良好受信の回数が７回、通信エリア限界付近の回数が１回、通信エリア外の回数が１回、妨害波受信の回数が１回、機器故障の回数が０回とすると、最も回数が多い良好受信を最終的な判定結果とする。もし、各受信状況の回数に殆ど差がないなら、受信不安定を最終的な判定結果とする（ステップＳ３４）。そして、このようにして決定された最終的な判定結果を表示部２２に表示する。
【００３３】
従って、もし受信劣化が生じているなら、使用者は表示部２２の表示を見ることによって、通信エリア外からの送信によるものか、通信エリア限界付近からの送信によるものか、受信機の故障によるものか、妨害波によるものかを、把握することができ、使用者は速やかに対策を採ることができる。
【００３４】
上記の実施の形態では、本発明をデジタルワイヤレスマイクロホン用の受信機に実施したが、これに限ったものではなく、デジタル変調信号を受信する受信機であれば、種々のものに使用することができる。上記の実施の形態では、ビットエラーレートによって参照テーブルを決定し、決定された参照テーブルにおいて受信強度指示信号に基づいて受信状況を決定したが、逆に受信信号強度指示信号に基づいて参照テーブル（これはビットエラーレートと受信状況との関係を記憶している）を決定し、決定された参照テーブルにおいてビットエラーレートに基づいて受信状況を決定してもよい。また、上記の実施の形態では、受信信号強度指示信号は、Ａ／Ｄ変換器１２によってデジタル受信信号強度指示信号に変換して、制御部１４に供給したが、Ａ／Ｄ変換器１２を使用せずに、アナログ信号である受信信号強度指示信号を、例えばビットエラーレートに基づいて定められた複数の閾値と判定手段によって比較して、受信状況を決定してもよい。この場合、回路構成を簡略化することができるし、動作速度を高速にできるし、省電力化を図ることもできる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、デジタル無線受信機において、どのような原因によって良好に受信できていないかを速やかに判定することができる。しかも、誤り訂正の作用等によって一見良好な受信ができていると思えるような状態であっても、受信について不安定要素を含んでいることがある。この場合、出力信号からでは受信状態の良し悪しが分からないが、本発明によれば、出力信号が実際に劣化する前に、予め不安定な状態であることを警告することができる。例えば、通信エリア限界付近と表示されている場合には、出力信号に劣化は生じていないが、通信エリア限界に近いので、ビットエラーは比較的多く、わずかな原因で出力信号が劣化したり、または受信機が送信機からごくわずかに離れると、通信エリア外になる可能性があることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態のデジタルワイヤレスマイクロホン用受信機のブロック図である。
【図２】図１の受信機における受信レベルに対するビットエラーレートおよび受信強度指示信号の関係を示す図である。
【図３】図１の受信機における受信強度指示信号とビットエラーレートとによって定まる受信状況を示した図である。
【図４】図１の受信機におけるビットエラーレートと受信強度指示信号との関係を示す図である。
【図５】図４において故障状態と妨害波受信状態とを割り当てた状態を示す図である。
【図６】図５において良好受信状態を割り当てた状態を示す図である。
【図７】図１の受信機の動作フローチャートである。
【符号の説明】
４ 受信部（受信手段）
６ 復調部（復調手段）
８ 復号部（復号手段）
１４ 制御部（判定手段）
１８ ビットエラーレート計測部（ビットエラーレート算出手段）

Claims (2)

1. デジタル信号列に誤り訂正符号化を施したデジタル符号化列によって搬送波信号を変調した変調信号を受信する受信手段と、
   この受信された変調信号から前記デジタル符号化列を復調する復調手段と、
   前記復調されたデジタル符号化列から前記デジタル信号列を復号する復号手段と、
   前記変調信号の受信強度を表す受信号を生成する受信強度検出手段と、
   前記復号時にビットエラーレートを算出するビットエラーレート算出手段と、
   前記復号手段からの受信強度信号と前記ビットエラーレート算出手段からのビットエラーレートとが入力され、これらに基づいて複数の受信範囲のいずれに現在の受信状態が該当するかを判定する判定手段とを、
   具備し、前記複数の受信範囲は、
   横軸を受信強度信号とし、縦軸をビットエラーレートとした平面において、受信強度信号の増加に従ってビットエラーレートが曲線的に低下する標準受信強度−ビットエラー曲線を挟んで前記平面の左右方向に間隔をおいて配置された、前記標準受信強度−ビットエラー曲線と同じ形態の下側受信強度−ビットエラー曲線と上側受信強度−ビットエラー曲線とにおいて、
   前記下側受信強度−ビットエラー曲線よりも前記平面における左側の領域である故障範囲と、
   予め定めた値の受信強度信号を通る前記縦軸に平行な第１の直線と前記下側受信強度−ビットエラー曲線との第１の交点よりも前記平面における上側の第１の直線の領域と、第１の交点よりも前記平面における左側の前記下側受信強度−ビットエラー曲線の領域とによって囲われた通信エリア外範囲と、
   第１の直線と前記上側受信強度−ビットエラー曲線との第２の交点よりも前記平面における上側の第１の直線の領域と、予め定めたビットエラーレートを通る前記横軸に平行な第２の直線と前記上側受信強度−ビットエラー曲線との第３の交点よりも前記平面における右側の第２の直線の領域と、前記上側受信強度−ビットエラー曲線の第２及び第３の交点間の領域とによって囲われた妨害波範囲とを、
   具備するデジタル無線受信機。
2. 請求項１記載のデジタル無線受信機において、前記判定手段は、
   様々な受信強度とビットエラーレートとをインデックスとして前記各受信範囲を記憶している参照テーブルと、
   前記算出されたビットエラーレートと前記受信強度とに該当する受信範囲を、前記参照テーブルから決定する決定手段とを、
   有するデジタル無線受信機。

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