JP4258373B2 - 受信機 - Google Patents
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Description
日本の地上ディジタルテレビジョン放送においては、従来のアナログ放送に比べ、周波数使用効率が高く、移動時でも安定して受信できる、直交周波数分割多重(OFDM)方式で情報が送出される。このような地上ディジタルテレビジョン放送の受信には、従来のアナログ放送に比較して、ディジタル信号処理回路などを含む高度な受信機が必要となる。
そこで本発明は、上記従来例の未解決の問題に着目してなされたものであり、受信機の回路動作を最適化することで、所望の受信性能を犠牲にすることなく、消費電力を低減した受信機を実現することを目的としている。
この第2の発明では、特に強いイメージ信号妨害がある場合に、受信機の初段にイメージ信号を低減するために帯域阻止選択回路により帯域阻止フィルタを接続して、イメージ妨害信号を低減して良好な受信性能を得る操作ができる。また、妨害信号の存在しない場合は、帯域阻止選択回路により挿入損失のある帯域阻止フィルタを接続させないように切り替えて、消費電力を低減することができる。
この第3の発明では、特に強い隣接帯域信号妨害がある場合に、帯域通過選択回路によって帯域通過フィルタを接続し、中間周波数信号に対して、隣接帯域信号を低減するためのフィルタリングを複数回行い妨害信号を低減し、良好な受信性能を得る操作ができる。また、妨害信号の存在しない場合は帯域通過選択回路によって挿入損失の大きな帯域通過フィルタをバイパスし、消費電力を低減する操作ができる。
第6の発明に係るスーパーヘテロダイン受信機は、第3の発明のスーパーヘテロダイン受信機において、イメージ信号妨害、隣接帯域信号妨害などによる受信状態の変化を検出する、妨害信号検出手段と、該妨害信号検出手段で受信状態の変化を検出したときに、前記帯域通過選択回路を制御する切り替え制御手段と、を備えたことを特徴としている。
第8の発明に係るディジタル放送受信機は、第7の発明に記載したディジタル無線信号受信機を備え、ディジタル放送波を受信するように構成されたことを特徴としている。
第9の発明に係るディジタル放送受信機は、第8の発明に記載のディジタル放送受信機において、前記切り替え制御手段は、切り替え制御対象を受信信号の誤り率があらかじめ定められた数値範囲となるように切り替え制御することを特徴としている。
まず、第1の実施の形態を説明する。本実施の形態によるスーパーヘテロダイン受信機の構成を図1のブロック図を用いて示す。本実施の形態においては、周波数変換回路および中間周波回路は各々1段構成であるが、第2の実施の形態以降との関係を明確にするために第1周波数変換回路、第1中間周波数増幅回路のように記載する。
第1周波数変換回路3は、第1混合器31およびPLLを含む第1局部発振回路32を備えている。第1局部発振回路32では、PLL回路によって第1局部発振信号が形成され、これが第1混合器31へ供給される。第1混合器31では、受信信号を第1中間周波数信号に変換する。
そこで本発明の第1の実施の形態では、制御部5に接続された操作部51を操作することにより中間周波数を切り替えることのできる、中間周波数切り替え回路4を備えるようにした。前記第1混合器31より出力された第1中間周波数信号は、切り替えスイッチ101および102によって2つの経路を選択できるようになっている。この2つの切り替えスイッチによって構成される各々の経路には、中心周波数の異なる中間周波数帯域通過フィルタ33、35が接続されている。本実施の形態において説明の便宜上、第1の中間周波数帯域通過フィルタ33の中心周波数は、第2の中間周波数帯域通過フィルタ35の中心周波数より高いものとし、高いほうの中間周波数をIFH、低いほうの中間周波数をIFLと定義する。中間周波数帯域通過フィルタ33がIFHを中心周波数とする帯域通過フィルタ、中間周波数帯域通過フィルタ35がIFLを中心周波数とする帯域通過フィルタとなる。中間周波数選択回路4によって選択された、IFH,IFLいずれかの中間周波数信号は、IFHおよびIFLいずれの周波数においても増幅度を持つ、第1中間周波数信号増幅回路34で増幅された後に、受信復調回路7へ出力される。前述した第1局部発振回路32の周波数は、中間周波数切り替え回路4によって選択された中間周波数に応じて、受信信号周波数と中間周波数を足した周波数が設定される。
次に本発明の第2の実施の形態を図3について説明する。この第2の実施の形態は、シングルスーパーヘテロダイン(以下シングルスーパーという)受信機と、ダブルスーパーヘテロダイン(以下ダブルスーパーという)受信機とを切り替え可能としたものである。すなわち、第2の実施の形態では、上述した第1の実施の形態における図1の構成において中間周波数切り替え回路4が周波数変換選択回路11に置換されていることを除いては図1と同等の構成を有し、図1の対応部分には同一符号を付してその詳細説明はこれを省略する。
第1混合器31より出力された第1中間周波数信号は、周波数変換選択回路11に入力される。使用者により操作部51に対して、省電力重視操作が行われた場合、制御部5は周波数選択回路11の切り替えスイッチ111,112を常閉接点aに切り替え、第1の経路を選択し、後述する第2中間周波数変換回路9をバイパスして、シングルスーパーの回路構成とする。このとき制御回路5は、第1局部発振周波数fLOを、受信信号周波数f0と前述した中間周波数IFLとの和の周波数に設定する。これにより第1混合器31の出力からはIFLの中間周波数信号が得られる。また、電源スイッチ113をオフ状態に制御して、電源回路6から第1中間周波数増幅回路34、第2周波数変換回路9への電力供給を遮断し消費電力を抑制する。
切り替えスイッチ112を通過したIFL信号は、中心周波数IFLの第2中間周波数帯域通過フィルタ35と第2中間周波数信号増幅回路43を通り、受信復調回路7へ出力される。
次に、イメージ信号妨害と同様に、受信機の特性に影響を及ぼす、隣接チャンネル信号妨害について説明をする。
地上ディジタルテレビジョン放送の周波数配置の一例を図4に示す。地上ディジタルテレビジョン放送においては、送出される情報はセグメントという単位に分割される。1つのセグメントは432kHzの帯域を持っている。放送局では、13のセグメントをまとめて1つのチャンネルで伝送するため、1つのチャンネルあたりの占有周波数帯域幅は5.616MHzとなる。各チャンネルの中心周波数は6MHz間隔で配置され、隣接チャンネルの占有周波数帯域との間には384kHzの間隙が存在する。ここで目的の受信チャンネルの上側もしくは下側のチャンネル(隣接チャンネル)に別の放送があった場合、中間周波数において、この信号を除去する必要がある。前記のように隣接チャンネルとの間隙が非常に狭いため、図5の特性図に示す一般的なSAW共振子を用いた中間周波数帯域通過フィルタ1段では、十分な減衰量を期待できない。そのような場合には、本第2の実施の形態に示した周波数変換回路を制御し、周波数変換段を増やしたダブルスーパー方式に切り替えることで、第1中間周波数帯域通過フィルタと第2中間周波数帯域通過フィルタの、合わせて2つのフィルタを通過させることができる。2つの中間周波数帯域通過フィルタの合成通過特性を図6に示す。この特性図のように良好な帯域選択特性を得ることができ、隣接チャンネル信号妨害に対しても受信性能の劣化を低減できる。
次に本発明の第3の実施の形態を図7について説明する。第3の実施の形態においては、第1の実施の形態における中間周波数切り替え回路と、第2の実施の形態における周波数変換選択回路による効果を合わせて得られるよう、第1の実施の形態における中間周波数切り替え回路と、第2の実施の形態における周波数変換選択回路とを組み合わせた構成となっている。
これによって第3の実施の形態のスーパーヘテロダイン受信機は、使用者の好みによって、受信回路の構成を切り替え、受信性能を向上させたり、消費電力を低減させたりを選択できる。
上述した第3の実施の形態では、第1の実施の形態の回路と第2の実施の形態の回路を単純に合成した構成としたが、この構成では、第1および第2の中間周波数フィルタをそれぞれ重複して使用するため、回路が大きくなるという課題がある。
すなわち、第4の実施の形態では図8に示すように受信機の構成を選択するための切り替えスイッチ121,122,123と、受信機の構成により選択使用される構成素子の電源供給を切断するための電源スイッチ113,114,115が設けられている。
なお、第4の実施の形態のさらなる応用例を図9に示す。本発明で使用される第2混合器91は、能動素子を用いたアクティブミキサー回路を使うことが多い。この場合、局部発振信号を入力せずに使用すると、増幅器の作用をもたらす。そこで図9において、上記第4の実施の形態におけるスイッチ121および123を省略し、これらに代えてスイッチ131および133を設け、第1混合器31の出力が帯域通過フィルタ33、スイッチ122の常閉接点a、スイッチ131の常閉接点aに供給され、第1中間周波数信号増幅回路34の出力がスイッチ131の常開接点b、スイッチ133の常閉接点aに供給され、スイッチ133の常開接点bに、第2中間周波数信号増幅回路43の出力側が接続され、スイッチ133の可動接点cが受信復調回路7に、スイッチ131の可動接点cが第2混合器91に接続されている。スイッチ131をa、スイッチ122をb、スイッチ133をb、スイッチ114をオフ、スイッチ115をオン、スイッチ116をオフ、スイッチ117をオン、に切り替えることで、低中間周波数IFLを使用するシングルスーパー受信機での増幅利得を高めるよう操作できる。
帯域通過選択回路13は、切り替えスイッチ134および135、中間周波数帯域通過フィルタ44、中間周波数信号増幅回路45によって構成される。切り替えスイッチ134の可動接点cが第2中間周波数信号増幅回路43に、切り替えスイッチ134の常閉接点aが切り替えスイッチ135の常閉接点aに、切り替えスイッチ134の可動接点cが受信復調回路7に接続されている。また、切り替えスイッチ134の常開接点bが帯域通過フィルタ44、中間周波数増幅回路45を介して切り替えスイッチ135の常開接点bに接続されている。
次に本発明の第7の実施の形態を図13について説明する。第7の実施の形態の受信機は、第1の実施の形態において示された、スーパーヘテロダイン受信機と、受信復調部7、妨害信号検出部8により構成される。
なお、本発明第1乃至第12の実施の形態において、A/Dコンバータを用いディジタル処理を行うディジタル受信機の例示をしたが、アナログ復調回路を用いても同様の効果を得る受信機の実施は可能である。
ここで、本実施の形態における受信信号の品質は、復調データのビット誤り率(以下BERという)で判定する。地上ディジタルテレビジョン放送のようなディジタル通信方式においては、誤り訂正符号を利用して、受信信号の状態が劣化しても受信品質が劣化しないよう、システム設計がなされている。したがって、受信信号が良い状態では、BERが必要以上に良い状態となってしまう。そこで、本実施例においては、BERは受信品質を維持できる範囲内に収める制御を行っている。
本受信機の電源スイッチをオンにする、もしくは受信周波数を切り替えるなどの操作をすると、本受信機は放送局から送出された放送信号の受信を開始する。このステップ1では本受信機が、最も消費電力の少ない、中間周波数IFLのシングルスーパーとなるように、内部の各スイッチを切り替えておく。
受信信号のBERがBER閾値と比較して小さい場合は、受信状態が、放送の受信に適していると判断し、ステップ3へ移行し、この受信機の設定で受信を続行する。
ステップ6では、ステップ2と同様の手順で、BERにより受信状態の判定を行う。
受信信号のBERがBER閾値と比較して小さい場合は、受信状態が放送の受信に適していると判断し、ステップ7に移行し、この受信機の設定で受信を続行する。
ステップ4において受信信号が振幅閾値より大きいと判断された場合は、妨害信号の影響で目的のチャンネルにおける信号が受信できないと判断し、ステップ9に移行し、受信チャンネルを目的のチャンネルの上側および下側へ1チャンネルシフトさせ、ステップ10へ移行する。
ステップ10において受信信号が振幅閾値より小さいと判定された場合は、イメージ信号の影響で目的のチャンネルにおける信号が受信できないと判断し、ステップ11へ移行し、帯域阻止フィルタ12を接続して、イメージ信号を低減させステップ12に移行する。
受信信号のBERがBER閾値と比較して小さい場合は、受信状態が放送の受信に適していると判断し、ステップ13に移行し、この受信機の設定で受信を続行する。
ステップ12において受信信号のBERが、BER閾値より大きい場合、イメージ信号による妨害がさらに強力であると判断し、ステップ14へ移行し、中間周波数切り替え回路4を制御して、中間周波数をIFHに切り替えステップ15へ移行する。
受信信号のBERがBER閾値と比較して小さい場合は、受信状態が放送の受信に適していると判断し、ステップ16に移行し、この受信機の設定で受信を続行する。
ステップ15において受信信号のBERが、BER閾値より大きい場合、イメージ信号による妨害がさらに強力であると判断し、ステップ17へ移行し、周波数変換選択回路11を制御して、ダブルスーパーに切り替え、ステップ18へ移行する。
受信信号のBERがBER閾値と比較して小さい場合は、受信状態が放送の受信に適していると判断し、ステップ19に移行し、この受信機の設定で受信を続行する。
ステップ18において受信信号のBERが、BER閾値より大きい場合、設定したチャンネルに対する妨害信号が、放送の受信に適さない程に強いと判断される。ここで、ステップ20へ移行し、使用者に他のチャンネルへの変更を促す、あるいは自動的に受信可能なチャンネルを探索する、などの機能を付加することもできる。もしくは、周波数変換回路の段数などの妨害低減手段をさらに備える受信機であれば、これまでと同様のステップで、さらに妨害信号の低減を図ることもできる。
ステップ22では、ステップ2と同様の手順で、BERにより受信状態の判定を行う。
ステップ21において受信信号のBERが、BER閾値より大きい場合、隣接チャンネル信号による妨害がさらに強力であると判断し、ステップ24へ移行し、帯域通過選択回路13を制御して、中間周波数帯域通過フィルタ44を追加し、ステップ25へ移行する。
受信信号のBERがBER閾値と比較して小さい場合は、受信状態が放送の受信に適していると判断し、ステップ26に移行し、この受信機の設定で受信を続行する。
ステップ25において受信信号のBERが、BER閾値より大きい場合、隣接チャンネル信号による影響に加えて、イメージ信号の影響で目的のチャンネルにおける信号が受信できないと判断してステップ27へ移行し、帯域阻止フィルタ12を接続して、イメージ信号を低減させステップ28へ移行する。
BER閾値と比較して小さい場合は、受信状態が放送の受信に適していると判断し、ステップ29に移行し、この受信機の設定で受信を続行する。
ステップ27において受信信号のBERが、BER閾値より大きい場合、設定したチャンネルに対する妨害信号が、放送の受信に適さない程に強いと判断されステップ30へ移行する。ここで、使用者に他のチャンネルへの変更を促す、あるいは自動的に受信可能なチャンネルを探索する、などの機能を付加することもできる。もしくは、周波数変換回路の段数などの妨害低減手段をさらに備える受信機であれば、これまでと同様のステップで、さらに妨害信号の低減を図ることもできる。
上記に例示した手順で、受信機を制御することで、イメージ信号妨害や隣接帯域信号妨害などといった信号状態の悪い環境でも受信性能を確保できる。また、反対にイメージ信号妨害や隣接帯域信号妨害などのない信号状態の良好な環境では、受信性能を確保するために必要な最小限の回路のみを動作させ、アナログディジタル変換のサンプリング周波数を低くすることで消費電力の低減ができる。
さらに、受信環境の変化に応じて、消費電力の低減が図れるため、電池で駆動する携帯型のディジタル放送受信機に特に適している。
Claims (9)
- アンテナ端子より入力された受信信号を第1中間周波数信号に変換する第1周波数変換回路と、該第1周波数変換回路から出力された第1中間周波数信号を通過させる第1の中間周波回路と、前記第1中間周波数信号を第2中間周波数信号へ変換する第2周波数変換回路と、前記第2周波数変換回路から出力された第2中間周波数信号を通過させ出力する第2の中間周波回路と、前記第1周波数変換回路の出力信号を前記第1の中間周波回路と前記第2の中間周波回路に選択的に供給する第1の選択回路と、前記第1の選択回路より供給された第1中間周波数信号と前記第2周波数変換回路から出力された第2中間周波数信号との何れかを選択し前記第2の中間周波数回路に供給する第2の選択回路と、前記第1の中間周波回路の出力信号を前記第2周波数変換回路と出力とに選択的に供給する第3の選択回路とを備えたことを特徴とするスーパーヘテロダイン受信機。
- アンテナ端子と、最初に受信信号を中間周波数信号に変換する周波数変換回路の間に、特定の周波数帯域の信号を低減する帯域阻止フィルタ、および該帯域阻止フィルタを接続するか否かを選択する帯域阻止選択回路を備えた、請求項1に記載のスーパーヘテロダイン受信機。
- 1つ以上の周波数変換回路の後段に、該周波数変換回路より出力された中間周波数信号を通過させるための帯域通過フィルタを1つ以上備え、該帯域通過フィルタをバイパスするか否かを選択する帯域通過選択回路を1つ以上備えた、請求項1または請求項2に記載のスーパーヘテロダイン受信機。
- イメージ信号妨害、隣接帯域信号妨害などによる受信状態の変化を検出する、妨害信号検出手段と、該妨害信号検出手段で受信状態の変化を検出したときに、前記第1および第3の選択回路を制御する切り替え制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載のスーパーヘテロダイン受信機。
- イメージ信号妨害、隣接帯域信号妨害などによる受信状態の変化を検出する、妨害信号検出手段と、該妨害信号検出手段で受信状態の変化を検出したときに、前記帯域阻止選択回路を制御する切り替え制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項2に記載のスーパーヘテロダイン受信機。
- イメージ信号妨害、隣接帯域信号妨害などによる受信状態の変化を検出する、妨害信号検出手段と、該妨害信号検出手段で受信状態の変化を検出したときに、前記帯域通過選択回路を制御する切り替え制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項3に記載のスーパーヘテロダイン受信機。
- 請求項1乃至請求項6の何れか1つに記載したスーパーヘテロダイン受信機と、該スーパーヘテロダイン受信機の受信出力をディジタル値に変換するアナログディジタル変換器と、を備え、前記スーパーヘテロダイン受信機の中間周波数に応じて、前記アナログディジタル変換器のサンプリング周波数を切り替えることを特徴とする、ディジタル無線信号受信機。
- 請求項7に記載したディジタル無線信号受信機を備え、ディジタル放送波を受信するように構成されたことを特徴とするディジタル放送受信機。
- 前記切り替え制御手段は、切り替え制御対象を受信信号の誤り率があらかじめ定められた数値範囲となるように切り替え制御することを特徴とする、請求項8に記載のディジタル放送受信機。
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