JP4209374B2

JP4209374B2 - モールス受信装置

Info

Publication number: JP4209374B2
Application number: JP2004286752A
Authority: JP
Inventors: 正晴西海; 千弘高橋
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: JP2006101335A

Description

本発明はモールス受信装置に係り、特に、受信状態が変化しても安定にモールス符号を受信することの可能なモールス受信装置に関する。

モールス符号による通信はマルコーニの時代から使用されている古い技術であるが、簡単なインフラストラクチャで通信が可能であることから、非常時の通信手段としての有用性は失われていない。

モールス通信は、短点（トン）と長点（ツー）とを組み合わせた符号を使用した通信であって、送信する文字に対応して短波帯域の搬送波をオン・オフする一種の振幅変調ということができる。

従って、モールス受信装置では、受信信号のレベルが所定の閾値より高であるか低であるかによりモールス符号を復調していた。

しかし、短波通信では地表に沿って伝播した波と電離層で反射された波との間の干渉に起因するフェージングが発生するので、受信信号レベルには変動が発生する。

従って、固定の閾値で復調すると、フェージングにより受信レベルが変動した場合に誤復調が発生するおそれがある。

そこで、受信レベルの変動に応じて閾値を変更する無線装置が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記提案に係る無線装置にあっては、搬送波がない状態の受信レベル、即ちノイズレベルに所定のノイズマージンを加算して閾値を変更することにより、受信レベルの変動に起因する誤復調を防止している。
特開平９−４６２４７号公報（［０００９］、図３）

しかしながら、搬送波が送信されているときのフェージングに起因する受信レベルの変動は１０デシベル程度にも達するので、上記提案に係る無線装置のように搬送波が送信されていないときのノイズレベルだけに基づいて閾値を決定した場合には、搬送波有りの状態を搬送波無しの状態と判定してしまうことを回避できないという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、受信状態が変化した場合にも安定な復調を継続することのできるモールス受信装置を提供することを目的とする。

本発明のモールス受信装置は、無線モールス信号を受信して検波出力を出力する受信検波手段と、前記検波出力を復調出力として復調する復調手段と、前記復調出力をモールス信号に復号する復号手段と、前記復号信号を出力する出力手段とを備えるモールス受信装置であって、前記復調手段が、前記検波出力と閾値との比較結果を前記復調出力として出力する比較手段と、前記閾値を｛傾き×（目標閾値−閾値）＋閾値｝に基づいて変更する閾値変更手段とを含む構成を有している。

この構成により、復調信号に応じて閾値が変更されることとなる。

本発明のモールス受信装置は、前記閾値変更手段が、前回処理における前記比較手段の比較結果に応じて、前記目標閾値の値を変更する第１の目標閾値変更手段を含む構成を有していてもよい。

本発明のモールス受信装置は、前記閾値変更手段が、前回処理における前記比較手段の比較結果に応じて、前記傾きを変更する第１の傾き変更手段を含む構成を有していてもよい。

本発明のモールス受信装置は、前記閾値変更手段が、前記検波出力をスペクトラム分析するスペクトラム分析手段と、前記スペクトラム分析結果に基づいて受信状態を判定する受信状態判定手段と、前記受信状態に応じて、前記目標閾値の値を変更する第２の目標閾値変更手段を含む構成を有している。

この構成により、受信状態に応じても閾値が変更されることとなる。

本発明のモールス受信装置は、前記閾値変更手段が、前回処理における前記比較手段の比較結果に応じて、前記傾きを変更する第２の傾き変更手段を含む構成を有していてもよい。

本発明のモールス受信装置は、前記受信検波手段が、前記検波出力の所定時間長の移動時間平均値を前記検波出力とする移動時間平均処理手段を含む構成を有している。

この構成により、より正確な復調出力を得ることが可能となる。

本発明に係るモールス受信装置は、検波出力および復調信号に基づいて閾値を変更することにより、受信状態が変化した場合にも安定な復調を継続することが可能となる。

以下に、図面を参照しつつ、本発明に係るモールス受信装置の実施形態の構成および動作を説明する。

本発明に係るモールス受信装置は、図１に示すように、無線信号を受信して検波出力を出力する受信検波手段１１と、検波出力を復調出力として復調する復調手段１２と、復調出力をモールス信号に復号する復号手段１３と、復号信号を出力する出力手段１４とを備える。

そして、受信検波手段１１は、短波を受信するアンテナ１１１と、受信すべき周波数の信号を選択する同調手段１１２と、短波を検波する検波手段１１３とを含む。

復調手段１２は、検波出力と閾値との比較結果を復調出力として出力する比較手段１２１と、検波出力および復調出力に基づいて閾値を変更する閾値変更手段１２２とを含む。

復号手段１３は復調出力に基づいてモールス信号を復元するように構成されており、出力手段１４はモールス信号を音、文字等として出力するように構成されている。

図２は、本発明に係るモールス受信装置１のハードウエア構成図であって、アンテナ１１１、同調手段１１２および出力手段１４以外の部分はマイクロコンピュータ２内にソフトウエア的に構成される。

マイクロコンピュータ２は、同調手段１１２の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２０１と、検波プログラム、復調プログラムおよび復号プログラムを実行するＣＰＵ２０２と、これらプログラムを記憶するメモリ２０３と、これらプログラムを保守する保守ツール（表示装置、キーボード、ポインティングデバイス等で構成される）２０４と、保守ツール２０４が接続される保守インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２０５と、出力手段１４が接続される出力インターフェイス２０６とを含む。

なお、短波受信機の出力の帯域幅は、３．２ｋＨｚであるため、Ａ／Ｄ変換器２０１のサンプリング周波数は、６．４ｋＨｚであればナイキストの定理を満足するが、実機のサンプリング周波数は実現の容易な１６ｋＨｚであり、十分にナイキストの定理を満足している。

なお、モールス信号の供給源は、受信検波手段１１に限らず、録音されたモールス信号を再生するアナログ録音装置、ディジタル録音装置であってもよい。

次に、図３の機能ブロック図を参照しつつ、本発明に係るモールス受信機の第１の実施形態の復調手段１２の構成を説明する。

即ち、第１の実施形態の復調手段１２は、検波出力Ｓと閾値Ｔとを比較して復調出力Ｌを出力する比較手段１２１と、前回処理における比較手段１２１の比較結果に応じて閾値を変更する閾値変更手段１２２とを含む。

そして、閾値変更手段１２２は、比較手段１２１から出力される復調出力Ｌに応じて目標閾値を変更する第１の目標閾値変更手段２１と、現在の閾値と目標閾値に応じて新たな閾値を算出する閾値算出手段２２とを含む。

さらに、第１の目標閾値変更手段２１は、検波出力Ｓにアタック時目標閾値を乗算するアタック時目標閾値係数器２１１と、検波出力Ｓにリリース時目標閾値を乗算するリリース時目標閾値係数器２１２と、比較手段１２１から出力される復調出力Ｌに応じてアタック時目標閾値係数器２１１の出力、またはリリース時目標閾値係数器２１２の出力の一方を閾値算出手段２２に選択的に出力する目標閾値選択器２１３とを含む。

第１の実施形態の復調手段１２は、マイクロコンピュータ２中にソフトウエア的に実現されるが、図４のフローチャートを参照して復調手段１２の動作を説明する。

ＣＰＵ２０２は、まず初期化処理として閾値Ｔ、目標閾値ＴＴの初期値等を設定（ステップＳ４１）し、次にＡ／Ｄ変換器２０１を介して検波手段１１３の検波出力Ｓを読み込む（ステップＳ４２）。

なお、検波手段１１３は、同調手段１１２の出力をＡ／Ｄ変換器２０１を介して読み込み、搬送波を除去した検波出力を出力する。

次に、ＣＰＵ２０２は、検波出力Ｓが閾値Ｔより大きいか否かを判定（ステップＳ４３）する。

ＣＰＵ２０２は、検波出力Ｓが閾値Ｔより大きいと判定したときは、復調出力Ｌを高レベル“１”（アタック状態）に設定（ステップＳ４４）し、検波出力Ｓが閾値Ｔ以下であると判定したときは、復調出力Ｌを低レベル“０”（リリース状態）に設定（ステップＳ４６）する。

なお、ステップＳ４３、ステップＳ４４およびステップＳ４６が、比較手段１２１の動作に相当する。

ＣＰＵ２０２は、検波出力Ｓが閾値Ｔより大きいと判定したときは、目標閾値ＴＴを検波出力Ｓとアタック時目標閾値係数ＫＡ（例えば０．６）の乗算値に設定（ステップＳ３５）する。なお、アタック時目標閾値係数ＫＡは“１”未満の値であり、閾値Ｔが搬送波有り時の受信レベルより大きくなることを防止している。

ＣＰＵ２０２は、検波出力Ｓが閾値Ｔ以下であると判定したときは、目標閾値ＴＴを検波出力Ｓとリリース時目標閾値係数ＫＲ（例えば３）の乗算値に設定（ステップＳ３７）する。なお、リリース時目標閾値係数ＫＲは“１”以上の値であり、閾値Ｔが搬送波無し時の受信レベルより小さくなることを防止している。

なお、ステップＳ４３、ステップＳ４５、およびステップＳ４７の処理が、第１の目標閾値変更手段２１の動作に相当する。

ＣＰＵ２０２は、復調出力Ｌを復号手段１３に出力（ステップＳ４８）した後に、次式に基づいて閾値Ｔを変更（ステップＳ４９）して、ステップＳ４２に戻る。

Ｔ ← Ｃ×（ＴＴ−Ｔ）＋Ｔ
ただし、Ｃは閾値Ｔを変更する際の傾きであり、予め設定された固定値である。

上式により閾値Ｔを変更することにより、閾値Ｔの連続性を維持することができることとなる。なお、ステップＳ４９の処理が、閾値算出手段２２の動作に相当する。

そして、復号手段１３は復調出力Ｌをモールス信号に復号して、モールス信号を出力Ｉ／Ｆ２０６を介して出力手段１４に出力する。

図５および図６は、第１の実施形態による復調結果を示すグラフであって、横軸は時間を、縦軸は上からモールス符号、搬送波のオンオフ、検波出力Ｓ、閾値が固定値であるときの復調出力、および、第１の実施形態により閾値を変更したときの復調出力である。

図５によれば、閾値が固定値であると、検波出力Ｓの出力レベルが低下した場合には復調出力に誤りが発生するが、第１の実施の形態に基づいて閾値を変更すれば、閾値は検波出力Ｓのレベル変動に応じて変更されるので、正確な復調が可能となることが判る。

図６は、語間あるいは文章間のように搬送波無しの状態が長時間継続した場合を示している。

即ち、通常の同調手段１１２にあっては、搬送波無しの状態が継続するとＡＧＣ（自動利得調整回路）が動作し、ノイズレベルが次第に上昇することとなる。従って、閾値が固定値であれば、ノイズレベルが固定値である閾値以上となって、復調出力Ｌが“１”に反転してしまうことは回避できない。

これに対し、第１の実施形態では、ＡＧＣが動作してノイズレベルが上昇しても、目標閾値がノイズレベルの所定倍（例えば３倍）に設定されるので閾値がノイズに埋もれてしまうことはなく、ノイズによる復調出力の反転は抑制される。

上記の第１の実施形態においては、閾値Ｔの変更時の傾きＣを固定値としているが、目標閾値ＴＴと同じく復調出力に応じて傾きを変更することとしてもよい。

図７に示すブロック図を参照して、本発明に係るモールス受信機の第２の実施形態における復調手段１２の構成を説明する。

即ち、第２の実施形態では、第１の実施形態に対して、比較手段１２１が出力する復調出力Ｌに応じて閾値Ｔの変更時の傾きＣを変更する第１の傾き変更手段２３が追加される。

第１の傾き変更手段２３は、アタック時傾きを設定するアタック時傾き設定器２３１と、リリース時傾きを設定するリリース時傾き設定器２３２と、比較手段１２１から出力される復調出力Ｌに応じてアタック時傾き設定器２３１の出力、またはリリース時傾き設定器２３２の出力の一方を閾値算出手段２２に選択的に出力する傾き選択器２３３とを含む。

第２の実施形態の復調手段１２はマイクロコンピュータ２中にソフトウエア的に実現されるが、図８のフローチャートを参照して復調手段１２の動作を説明する。

ＣＰＵ２０２は、検波出力Ｓが閾値Ｔより大きいと判定したときは、目標閾値ＴＴを検波出力Ｓとアタック時係数ＫＡの乗算値に設定（ステップＳ４５）した後に、傾きＣをアタック時傾きＣＡに設定（ステップＳ８１）する。なお、アタック時傾きＣＡは、検波出力Ｓのレベルの急激な変動に閾値Ｔを追従させるためにリリース時傾きよりも大きい値とする。

一方、ＣＰＵ２０２は、検波出力Ｓが閾値Ｔ以下であると判定したときは、目標閾値ＴＴを検波出力Ｓとリリース時係数ＫＲの乗算値に設定（ステップＳ４７）し、傾きＣをリリース時傾きＣＲに設定（ステップＳ８２）する。なお、リリース時傾きＣＲは、受信状態が変化しても検波出力であるノイズレベルはそれほど大きく変化せず、むしろ直前の閾値を維持することが好ましいので、アタック時傾きＣＡよりも小さい値とする。

なお、ステップＳ８１およびステップＳ８２の処理は、第１の傾き変更手段２３の動作に相当する。

上記以外の処理は、第１の実施形態と同一であるので、説明を省略する。

図９および図１０は、第２の実施形態による復調結果を示すグラフであって、横軸は時間を、縦軸は上からモールス符号、搬送波のオンオフ、検波出力Ｓ、第１の実施形態により閾値を変更したときの復調出力、および、第２の実施形態により閾値を変更したときの復調出力である。

図９に示すように、第１の実施形態においては、検波出力Ｓのレベルが急激に低下した場合には、閾値の変更が検波出力Ｓのレベルの変化に追従できず、誤復調が発生することを回避できない。

これに対し、第２の実施形態に基づいて、閾値変更時の傾きを復調出力が“１”であるか“０”であるかに応じて変更することにより、検波出力Ｓのレベルの急激な低下に閾値Ｔを追従させることができ、誤復調の発生を抑制できる。

ただし、図１０に示すようにアタック時傾きＣＡを大きくしすぎると、検波出力Ｓのレベルが急激に上昇した場合には搬送波がオンとなったときに閾値が大きくなりすぎ、その後の検波出力Ｓのレベルが元の状態に復帰したときに、搬送波オンの状態を検出できない場合が生じ得る。従って、アタック時傾きＣＡは種々の受信状態を想定して調整する必要がある。

第１および第２の実施形態においては、検波手段１１３が出力する検波出力Ｓを閾値Ｔと直接比較しているが、検波出力Ｓにはノイズが重畳している場合が多いので、検波手段１１３が出力する検波出力Ｓの移動平均値を閾値Ｔと比較することによりノイズの影響を除去することも可能である。

図１１に示すフローチャートを参照しつつ、本発明に係るモールス受信機の第３の実施形態の復調手段１２の動作を説明する。

ＣＰＵ２０２は、まず初期化処理として閾値Ｔの初期値等を設定（ステップＳ４１）し、次にＡ／Ｄ変換器２０１を介して検波手段１１３の検波出力Ｓを読み込む（ステップＳ４２）。

次に、ＣＰＵ２０２は、検波出力Ｓの移動時間平均値を算出（ステップＳ１１１）する。

ステップＳ４３以後の処理は、第２の実施形態と同じであるので説明を省略する。

図１２は、第３の実施形態による復調結果を示すグラフであって、検波出力レベルの変化に応じて閾値が追従していることが判る。

上記の第１の実施形態から第３の実施形態では、復調出力Ｌの値が“１”であるか、“０”であるか、即ち、“搬送波有り（アタック時）”と認識したか“搬送波無し（リリース時）”と認識したかに応じて、目標閾値（および傾き）を変更しているが、目標閾値（および傾き）は固定値である。

短波通信においては、受信環境等によって通信状態は変動する。そこで、受信状態に応じて目標閾値（および傾き）を変更することにより、モールス信号を一層確実に復調および復号できることとなる。

図１３は、本発明に係るモールス受信装置の第４の実施の形態のブロック線図であって、
閾値変更手段１２２は、検波手段１１３の検波出力Ｓをスペクトラム分析手段２４と、スペクトラム分析結果に基づいて受信状態を判定する受信状態判定手段２５と、受信状態および復調出力に応じて目標閾値を変更する第２の目標閾値変更手段２６と、受信状態および復調出力に応じて傾きを変更する第２の傾き変更手段２７と、目標閾値、傾き、および復調出力に基づいて閾値を算出する閾値算出手段２２とを含む。

図１４に示すフローチャートを参照して、第４の実施形態の復調手段１２の動作を説明する。

即ち、第４の実施形態においては、第３の実施形態のフローチャートのステップＳ１１1とステップＳ４３の間に目標閾値および傾き算出処理（ステップＳ１４０）が追加される。

図１５は、目標閾値および傾き算出処理の詳細フローチャートであって、ＣＰＵ２０２は、検波手段１１３が出力する検波出力Ｓを読み込む（ステップＳ１４１）。

次に、ＣＰＵ２０２は、所定時間経過したか否かを判定（ステップＳ１４２）し、所定時間の間検波出力Ｓの読み込みを続ける。

ＣＰＵ２０２は、所定時間経過したと判定したときには、検波出力Ｓをスペクトル分析する（ステップＳ１４３）。

図１６（ａ）は、スペクトル分析結果のグラフであって、搬送波周波数にピークが発生し、それ以外のノイズ域では略一定のレベルとなる。

なお、ステップＳ１４１からステップＳ１４３までの処理がスペクトラム分析手段２４の動作に相当する。

ＣＰＵ２０２は、搬送波ピークからノイズレベルを減算してレベル差Ｈを算出（ステップＳ１４４）し、レベル差Ｈがどの範囲にあるかを判定する（ステップＳ１４５）。

なお、ステップＳ１４４およびステップＳ１４５の処理が、受信状態判定手段２５の動作に相当する。

ＣＰＵ２０２は、レベル差Ｈが予め定められた高閾値Ｈ_Hより大きいときは、アタック時目標閾値ＫＡを良状態アタック時目標閾値ＫＡＧに、リリース時目標閾値ＫＲを良状態リリース時目標閾値ＫＲＧに、アタック時傾きＣＡを良状態アタック時傾きＣＡＧに、そして、リリース時傾きＣＲを良状態リリース時傾きＣＡＧに設定（ステップＳ１４６）する。

ＣＰＵ２０２は、レベル差Ｈが予め定められた高閾値Ｈ_H以下、かつ、低閾値Ｈ_L以上であるときは、アタック時目標閾値ＫＡを中状態アタック時目標閾値ＫＡＭに、リリース時目標閾値ＫＲを中状態リリース時目標閾値ＫＲＭに、アタック時傾きＣＡを中状態アタック時傾きＣＡＭに、そして、リリース時傾きＣＲを中状態リリース時傾きＣＡＭに設定（ステップＳ１４７）する。

そして、ＣＰＵ２０２は、レベル差Ｈが予め定められた低閾値Ｈ_L以下未満であるときは、アタック時目標閾値ＫＡを悪状態アタック時目標閾値ＫＡＢに、リリース時目標閾値ＫＲを悪状態リリース時目標閾値ＫＲＢに、アタック時傾きＣＡを悪状態アタック時傾きＣＡＢに、そして、リリース時傾きＣＲを悪状態リリース時傾きＣＡＢに設定（ステップＳ１４８）する。

なお、ステップＳ１４６からステップＳ１４８までの処理が、第２の目標閾値変更手段２６および第２の傾き変更手段２７の動作に相当する。

図１６（ｂ）に具体的な設定値の一例を示すが、アタック時目標閾値およびアタック時傾きは受信状態が良くなるほど大きい値として、雑音耐力を増すとともに閾値の追従速度を大きくしている。

一方、リリース時目標閾値は受信状態が良くなるほど小さい値とし、リリース時傾きは受信状態が良くなるほど大きい値として、雑音耐力を増すとともに閾値の追従速度を大きくしている。

以上のように、本発明に係るモールス受信装置は、受信状態が変化した場合にも安定な復調を継続できるという効果を有し、短波受信装置等として有効である。

本発明に係るモールス受信装置の機能ブロック図である。本発明に係るモールス受信装置のハードウエア構成図である。本発明に係るモールス受信装置の第１の実施形態の復調手段の機能ブロック図である。本発明に係るモールス受信装置の第１の実施形態の復調ルーチンのフローチャートである。第１の実施形態による復調結果を示す第１のグラフである。第１の実施形態による復調結果を示す第２のグラフである。本発明に係るモールス受信装置の第２の実施形態の復調手段の機能ブロック図である。本発明に係るモールス受信装置の第２の実施形態の復調ルーチンのフローチャートである。第２の実施形態による復調結果を示す第１のグラフである。第２の実施形態による復調結果を示す第２のグラフである。本発明に係るモールス受信装置の第３の実施形態の復調ルーチンのフローチャートである。第３の実施形態による復調結果を示すグラフである。本発明に係るモールス受信装置の第４の実施形態の復調手段の機能ブロック図である。本発明に係るモールス受信装置の第４の実施形態の復調ルーチンのフローチャートである。本発明に係るモールス受信装置の第４の実施形態の目標閾値および傾き算出ルーチンのフローチャートである。本発明に係るモールス受信装置の第４の実施形態のスペクトラム分析結果を示す図および目標閾値および傾きの設定値を示す表である。

符号の説明

１１受信検波手段
１２復調手段
１３復号手段
１４出力手段
１１１アンテナ
１１２同調手段
１１３検波手段
１２１比較手段
１２２閾値変更手段

Claims

無線モールス信号を受信して検波出力を出力する受信検波手段と、前記検波出力を復調出力として復調する復調手段と、前記復調出力をモールス信号に復号する復号手段と、前記復号信号を出力する出力手段とを備えるモールス受信装置であって、
前記復調手段が、前記検波出力と閾値との比較結果を前記復調出力として出力する比較手段と、前記閾値を｛傾き×（目標閾値−閾値）＋閾値｝に基づいて変更する閾値変更手段とを含むモールス受信装置。
前記閾値変更手段が、前回処理における前記比較手段の比較結果に応じて、前記目標閾値を変更する第１の目標閾値変更手段を含む請求項１に記載のモールス受信装置。
前記閾値変更手段が、前回処理における前記比較手段の比較結果に応じて、前記傾きを変更する第１の傾き変更手段を含む請求項２に記載のモールス受信装置。
前記閾値変更手段が、前記検波出力をスペクトラム分析するスペクトラム分析手段と、
前記スペクトラム分析結果に基づいて受信状態を判定する受信状態判定手段と、
前記受信状態に応じて、前記目標閾値の値を変更する第２の目標閾値変更手段を含む請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモールス受信装置。
前記閾値変更手段が、前回処理における前記比較手段の比較結果に応じて、前記傾きを変更する第２の傾き変更手段を含む請求項４に記載のモールス受信装置。
前記受信検波手段が、前記検波出力の所定時間長の移動時間平均値を前記検波出力とする移動時間平均処理手段を含む請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のモールス受信装置。