JP4329975B2 - 復調器回路 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、周波数変調（ＦＭ）信号を復調する復調器回路に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
添付した図面の図１を参照すると、周波数変調無線周波数（ＲＦ）信号は、通常アンテナ２から受信器１によって受信され、そして受信器１によって処理されて、ＲＦ搬送周波数よりも低い中間周波数でＦＭ信号を生成する。続いて、ＩＦ変調信号は、ＩＦ帯域フィルター４によって濾波され、そしてハード制限器５によって一定の振幅に振幅制限される。続いて、その一定振幅信号は、検波器６に送出され、その信号をその時間微分係数と掛けることによって復調する。この演算によって、その積の振幅は、その信号の振幅および角周波数の双方（中間周波数ＩＦプラスＦＭ周波数偏移）に比例するものとなる。ＦＭ・ＩＦ信号は、ハード制限器５のために一定の振幅を有するので、積の信号は、周波数偏移に比例する振幅を有し、また変調信号は、ローパス・フィルターが、ＩＦ周波数の倍数で信号成分を取り除いた後、容易に回復できる。
【０００３】
検波に先立って、ＦＭ信号は、ＩＦフィルターなる手段によって、隣接するチャンネルおよびその他のチャンネル外の干渉が抑制されるように濾波されなければならない。
【０００４】
今日用いられているＩＦフィルターおよびＦＭ検波器は、製造時にかまたは信号特性を利用することによって削減されている受動共振器部品をしばしば使用する。共振器が前もって同調されるとき、それらは公称ＩＦ周波数に同調される。ＦＭ検波器は、しばしば信号特性（例えば、検波された信号のゼロ平均）を利用して自動的に離調を補償する。この離調は、公称値から離れた共振器または周波数においてオフセットしている受信ＩＦ信号によるものである。後者は、局地および遠隔の基準発振器における周波数オフセットの組合せによるものである。
【０００５】
ＩＦストリップ（ＩＦフィルターおよびＦＭ検波器）を公称ＩＦ周波数に調節することは、たとえベースバンド信号が公称的にはゼロ平均を有していても、ＤＣの無いベースバンド信号を保証するものではない。適切に同調されたＩＦストリップの検波器を、そのＤＣオフセットを最小にするように斜めに向ける（ｓｋｅｗｉｎｇ）ことで、局地のおよび遠隔の基準周波数差が補償される。これによって幾分感度が向上するが、しかし、検波器の線形領域があまり広くないならば、信号に依存するオフセットが発生して、検波器は、事実上減感される。検波器出力振幅は、デジタル無線における符合間干渉のために、交互に入れ替わる１および０について最も小さくかつ１または０の隣接しているブロックについてずっと大きい。検波器Ｑが高いとき、そのような１または０のブロックは、検波器に信号を圧縮させる。この圧縮は、検波器共振器または敷居値が離調され、他のブロックにおいてＤＣオフセットを補償して、結果として信号に依存するオフセットを生じるならば、非対称となる。同様に、アナログ無線信号においても、検波器が、周波数オフセットを補償するのに用いられると歪みが増大する。
１つの先行技術文献ＷＯ８７０５１０は、周波数変調入力信号を復調する復調器回路を開示しており、その回路は、
周波数変調入力信号を受信し、かつ濾波された出力信号を供給するフィルター手段と、
その濾波された出力信号を受信するよう接続され、復調された出力信号を供給する検波器手段と、
前記フィルター手段の周波数特性を同調する同調手段とを具備する。
【０００６】
非常に広い線形領域を備えるＦＭ検波器は、必然的に低い感度を有して、非常に小さくてノイズの大きな出力信号を生じる結果となる。このように、検波器の感度は、信号歪みとノイズとの間の妥協である。
【０００７】
（発明の概要）
本発明の１つの観点によると、周波数変調入力信号を復調する復調器回路が提供され、その回路は、
周波数変調入力信号を受信し、かつ濾波された出力信号を供給するフィルター手段と、
その濾波された出力信号を受信するよう接続され、復調された出力信号を供給する復調器手段と、
前記フィルター手段の周波数特性を同調する同調手段とを具備し、
その復調された出力信号のＤＣオフセットを評価し、その評価されたＤＣオフセットを表すオフセット信号を生成し、およびそのオフセット信号を前記同調手段に供給するよう操作可能であるＤＣオフセット評価器手段によって特徴付けられ、かつ、
前記同調手段が、前記フィルター手段および前記検波器手段の周波数特性を、前記オフセット信号に依存して同調するよう操作可能であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の観点によると、周波数変調入力信号を受信し、かつ濾波された出力信号を供給するフィルター手段と、その濾波された出力信号を受信するよう接続され、復調された出力信号を供給する検波器手段とを含む、復調器回路を同調する方法が提供され、
その方法は、周波数変調入力信号を復調することを具備していて、
前記検波器手段によって出力される復調信号のＤＣオフセット・レベルを評価すること、
その評価されたＤＣオフセット・レベルに基づいてオフセット信号を生成すること、
そのオフセット信号の値に依存して、前記フィルター手段および前記検波器手段の周波数特性を調整すること
を具備することを特徴とする。
【０００９】
（好ましい実施例の詳細な説明）
発明を実施する復調器回路が図２に示されており、入射するＦＭ中間周波数信号Ｖ＿ＩＦを、望ましくないノイズおよび高調波信号を取り除くために、受信して濾波する中間周波数バンドパス・フィルター１０（ＩＦ・ＢＰＦ）を具備する。中間フィルター１０の出力は、一定振幅出力信号を生成するハード制限器１２（ＨＬ）の入力に接続される。この一定振幅信号は、図１を参照して記述される検波器と調和して広く動作するＦＭ検波器１４に送出される。検波器１４の出力は、データ・スライサ１６（ＳＬ）およびＤＣオフセット評価器１８（ＤＣ）に供給される。
【００１０】
データ・スライサ１６は、検波器出力と、ＤＣオフセット評価器によって生成された評価ＤＣオフセット信号との間の差に基づいて、復調されたＦＭ信号を同期バイナリ信号に変換する。
【００１１】
ＤＣ評価器は、周知の回路であって、典型的には、サンプルを復調器のタイミングと調和させておくサンプルおよびホールド回路ならびに同期化回路と組み合わされてローパス・フィルターによって提供される。典型的には、通常、データへのプリアンブルとしてのＤＣの無いデータ・パケットが受信され、続いてローパス濾波されて、そのパケットのＤＣオフセットの評価を与える。
【００１２】
復調器回路の同調は、２段階で達成される。第１に、ＩＦストリップを所謂中間周波数へと粗く同調することにより、そして続いて無ＤＣオフセットが補償される。
【００１３】
ＩＦストリップ（ＩＦ・ＢＰＦおよび検波器）の公称の同調は、位相ロック・ループ（ＰＬＬ）回路１９を用いて達成され、それは電圧制御発振器２０（ＶＣＯ）、調整器２２および位相検波器２４を含む。ＰＬＬ回路１９は、従来技術どおりに動作し、ＶＣＯ２０の出力と基準周波数ｆ＿ｒｅｆとの間の位相関係に依存する出力信号Ｖ＿ｔｕｎｅを生成する。ＶＣＯ２０は、フィルターおよび検波器において用いられるものと同様の回路を用いて、それに続く様々な処理を可能とする。ＰＬＬ出力電圧Ｖ＿ｔｕｎｅは、続いて処理の広がり（例えば、速い、遅いまたは公称の）を反映する。
【００１４】
したがって、ＩＦストリップは、ＰＬＬ基準値ｆ＿ｒｅｆを、中間周波数に対して周知の関係を有するように設定することによって、公称中間周波数へと同調することができる。例えば、ｆ＿ｒｅｆは、中間周波数に等しいかまたはその周波数の倍数である。
【００１５】
受信器（図１）局地発振器および／または送信器発振器におけるオフセットによって、有効中間周波数が、公称値（Ｖ＿ｔｕｎｅによって制御される）からオフセットされるものとなるので、ＩＦ・ＢＰＦおよび検波器によって用いられる中間周波数へのＩＦストリップの再調整が、それ故に復調器回路の性能を向上する。
【００１６】
公称と有効の中央周波数の差は、ＤＣ評価器（ＤＣ）によって評価され、それはこの差を表す出力信号を生成する。この信号は、どのデータ・ビットが出力信号の実際のＤＣレベルより上かまたは下かを測定するための敷居値として、データ・スライサによって用いられる。
【００１７】
ＩＦ・ＢＰＦおよび検波器を有効中間周波数に同調するために、ＤＣ評価器出力信号Ｖ＿ｏｆｆｓｅｔが、加算器回路によってＰＬＬ出力Ｖ＿ｔｕｎｅに加えられる。Ｖ＿ｔｕｎｅとＶ＿ｏｆｆｓｅｔとの差は、Ｖ＿ｏｆｆｓｅｔ信号が、２つの信号の加算が望ましい結果を生成するように、中継されなければならないということを意味する。これは、フィードバックまたはＤＣ評価器の利得を前もって同調することによって達成することができる。
【００１８】
このように、復調器が動作する中間周波数は、周波数オフセットを補償するように精密に同調することができる。
【００１９】
チャンネル帯域幅わずかな部分のみが精密に同調され、それ以上のものは結晶発振器のオフセット（および結晶の広がりによって引き起こされるオフセットよりも小さないくらか付加的な回路オフセット）を補償するのに必要とされない。
【００２０】
ＩＦストリップが公称ＩＦ（例えば、前もって同調されるかまたは自動的に同調される）に同調され、かつ信号特性が少なくとも信号の一部（例えば、プリアンブル）について周知であるならば、ＩＦおよび検波器共振器は、検波される信号値の周知の結果からの偏移を最小限とするようにオフセットされる。例えば、プリアンブルがゼロ平均を有するならば、プリアンブルを用いる検波器出力は、ＩＦ共振器を、実際に受信されるＩＦ周波数（公称周波数プラスＴＸおよびＲＸ基準エラー）に精密に同調させるのに用いられる。
【００２１】
検波器出力のみをゼロとするよりもむしろ、ＩＦストリップ全体を実際のＩＦ周波数に移動させることによって、より良い検波器の対称性が保持され、感度が向上する。隣接するチャンネルの抑制もまた、ＩＦフィルターが、実際に受信されるチャンネル周波数の中央に合わせられるときに向上する。
【００２２】
検波器のオフセット補償（その共振器同調よりも低い）は、ＩＦ周波数における小さな変化に対して変わることなく、またこれは補償を必要としない。
【００２３】
可能な実施例は、ジャイレイターを基礎とするＩＦフィルターおよびＦＭ検波器共振器を有するものである。共振器は、それらの回転運動定数を変えることによって同調される。同様のジャイレイター共振器から構築されるマスター発振器は、ＰＬＬにおけるＶＣＯとして用いられる。マスター回転運動定数が変化するとき、ＶＣＯ周波数も変化し、ＰＬＬは基準周波数（ＩＦに等しいかまたは適当に拡大縮小される）にロックされる。マスター・ジャイレイター同調電圧が続いてＩＦ共振器にコピーされ、よりミスマッチが少なくて、それらはマスターと同じ同調を行うものとされる。これらのミスマッチは、絶対的な変化よりもずっと小さく、良好に設計された回路においては無視される。ＦＭ検波器出力は、公称の同調でゼロ・オフセットを提供するように調整される。
【００２４】
オフセットをマスター・ジャイレイターからの同調電圧のコピーに加えることによって、ＩＦストリップを、制御しつつ公称ＩＦ周波数から離調することが可能となる。このオフセットは、例えば、結果として生じるオフセットをゼロとするようなやり方で、データ・ストリームのプリアンブル・データの検波された平均値から得られる。
【００２５】
提案される構成によって、集積化および自動同調と共存できるＦＭ検波器オフセット補償方法が提唱される。ＩＦストリップ共振器およびＦＭ検波器の位相特性は、ビルディング・ブロックのオフセット補償から独立して調整され、受信されるＩＦ周波数の中心となるＩＦストリップを結果として生じる。
【００２６】
ＴＸおよびＲＸ基準周波数のオフセットが存在しているところで、ＩＦストリップが実際のＩＦ周波数に再度中心を合わされ、そして、検波器の対称性、隣接するチャンネルの抑制および受信器の感度を最大限のものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＦＭ信号受信および復調回路のブロック図を示す。
【図２】 本発明を実施する復調器回路のブロック図を示す。

Claims (8)

1. 周波数変調入力信号を復調する復調器回路であって、
   周波数変調入力信号を受信し、かつ濾波された出力信号を供給するフィルター手段（１０）と、 その濾波された出力信号を受信するよう接続され、復調された出力信号を供給する復調器手段（１４）と、 前記フィルター手段（１０）の周波数特性を同調する同調手段（１９）とを具備し、 その復調された出力信号のＤＣオフセットを評価し、その評価されたＤＣオフセットを表すオフセット信号を生成し、およびそのオフセット信号を前記同調手段（１９）に供給するよう操作可能であるＤＣオフセット評価器手段（１８）によって特徴付けられ、かつ、
   前記同調手段（１９）が、前記フィルター手段（１０）および前記復調器手段（１４）の周波数特性を、前記オフセット信号に依存して同調するよう操作可能であることを特徴とする前記回路。
2. 前記同調手段（１９）は、前記フィルター手段（１０）および前記復調器手段（１４）に同調信号を供給するよう操作可能で、その同調信号は、前記オフセット信号および基準信号に基づくものである、請求項１に記載の回路。
3. 前記基準信号は、位相ロック・ループ回路（２０，２２，２４）によって提供され、かつ、前記同調信号は、前記基準信号（Ｆ＿ＲＥＦ）と、前記オフセット信号との和に等しい、請求項２に記載の回路。
4. 前記位相ロック・ループは、前記周波数変調入力信号の公称周波数に比例する入力基準周波数を有する、請求項３に記載の回路。
5. 周波数変調入力信号を受信し、かつ濾波された出力信号を供給するフィルター手段（１０）と、その濾波された出力信号を受信するよう接続され、復調された出力信号を供給する検波器手段（１４）とを含む復調器回路を同調する方法であって、
   その方法は、周波数変調入力信号を復調することを具備していて、 前記検波器手段（１４）によって出力される復調信号のＤＣオフセット・レベルを評価すること、
   その評価されたＤＣオフセット・レベルに基づいてオフセット信号を生成すること、 そのオフセット信号の値に依存して、前記フィルター手段（１０）および前記検波器手段（１４）の周波数特性を同調することを具備することを特徴とする前記方法。
6. 前記オフセット信号は、基準信号と組み合わせられ、前記フィルター手段（１０）および前記検波器手段（１４）に供給される同調信号は、前記オフセット信号および基準信号が組み合わされた信号に基づくものである、請求項５に記載の方法。
7. 前記基準信号は、基準周波数（Ｆ＿ＲＥＦ）に同調される位相ロック・ループ回路（２０，２２，２４）によって生成される、請求項６に記載の方法。
8. 前記基準周波数（Ｆ＿ＲＥＦ）は、前記フィルター手段に入力される周波数変調入力信号の公称周波数に比例する、請求項７に記載の方法。

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