JP4458548B2 - Am受信装置及びam受信方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えばAMラジオ放送等を受信するAM受信装置及びAM受信方法に関する。
ラジオ放送等において、振幅変調(AM;Amplitude Modulation)方式による情報伝送が行われている。
図1は、従来の一般的なスーパーヘテロダイン方式のAM受信装置の構成を示したブロック図である。このAM受信装置は、アンテナからの高周波受信信号を増幅する高周波増幅器、不要な信号を抑制するフィルタ、中間周波(IF:Intermediate Frequency)に変換するためのミキサと局部発振器からなる周波数変換部、必要な中間周波成分を取り出す中間周波バンドパスフィルタ、中間周波増幅器、検波器、及び自動利得制御器を備えて構成され、検波器において包絡線(エンベロープ)検波した検波信号に対し自動利得制御を施すことで、伝送路での変動等に影響されない検波信号を生成することとしている(非特許文献1参照)。
また、包絡線検波に代わる検波方式として、同期検波方式も知られており、受信信号搬送波の周波数及び位相に同期した搬送波同期再生を行うために、一般に位相同期(PLL:Phase Locked Loop)回路が用いられている。
日本放送協会編「NHKラジオ技術教科書(AM/FM/PCM)」、日本放送出版協会、1993年、201頁〜220頁。
ところで、上記従来の同期検波によるAM受信装置では、一般にPLL回路を使用しているが、PLL回路は伝送路等で生じる位相変動に対する遅れを生じやすく、また、AMステレオ放送波のような振幅変調に位相変調も加わったような信号に対しては、同期をとることが困難となる場合がある。
また、従来の自動利得制御器で、検波信号に含まれる直流分を利得制御信号として中間周波増幅器にフィードバックすると、急激な信号強度の変動に対し十分な追従性が得られないという問題があった。
さらに、従来の包絡線(エンベロープ)検波によるAM受信装置では、搬送波の再生が不要であるという利点を有しているが、搬送波に起因する検波直流分が検波後の信号に重畳し、それを分離する際、検波信号にひずみを生じやすく、また、ディジタル信号処理による検波では、検波効率を上げるためサンプリング周波数を十分高くする必要があり、装置効率が落ちる等の問題点を有している。
本発明は、上記のような従来の問題点に鑑みなされたものであって、位相変動や信号強度変動に迅速に追従し、また、検波信号のひずみの低減が可能なAM受信装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、AM被変調信号から検波信号を再生するAM受信装置であって、前記AM被変調信号から同相成分及び直交成分を生成する直交信号生成手段と、前記同相成分から同相搬送波信号を再生する第1の搬送波再生手段と、前記直交成分から直交搬送波信号を再生する第2の搬送波再生手段と、前記同相成分と前記直交成分に対し、前記同相搬送波信号と前記直交搬送波信号とにより各々検波することで、前記同相成分と前記直交成分から検波信号を生成する検波演算手段とを備えることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、AM被変調信号から検波信号を検波する検波手段と、前記検波信号に対し利得制御を行う自動利得制御手段を有するAM受信装置であって、前記自動利得制御手段は、前記AM被変調信号から同相成分及び直交成分を生成する直交信号生成手段と、前記同相成分から同相搬送波信号を再生する第1の搬送波再生手段と、前記直交成分から直交搬送波信号を再生する第2の搬送波再生手段と、前記同相搬送波信号と前記直交搬送波信号との信号強度を検出し、検出した前記信号強度を示す強度信号を生成する強度信号生成手段とを備え、前記強度信号に従って前記検波信号に対する前記利得制御を行うことを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、AM被変調信号から検波信号を再生するAM受信方法であって、前記AM被変調信号から同相成分及び直交成分を生成する直交信号生成工程と、前記同相成分から同相搬送波信号を再生する第1の搬送波再生工程と、前記直交成分から直交搬送波信号を再生する第2の搬送波再生工程と、前記同相成分と前記直交成分に対し、前記同相搬送波信号と前記直交搬送波信号とにより各々検波することで、前記同相成分と前記直交成分から検波信号を生成する検波演算工程と、を備えることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、AM被変調信号から検波された検波信号に対し利得制御を行う、AM受信方法であって、前記AM被変調信号から同相成分及び直交成分を生成する直交信号生成工程と、前記同相成分から同相搬送波信号を再生する第1の搬送波再生工程と、前記直交成分から直交搬送波信号を再生する第2の搬送波再生工程と、前記同相搬送波信号と前記直交搬送波信号との信号強度を検出し、検出した前記信号強度を示す強度信号を生成する強度信号生成工程とを備え、前記強度信号に従って前記検波信号に対する前記利得制御を行うことを特徴とする。
従来のAM受信装置の構成を示すブロック図である。 第1の実施形態に係るAM受信装置の構成を示すブロック図である。 第2の実施形態に係るAM受信装置の構成を示すブロック図である。 実施例に係るAM受信装置の全体構成を示すブロック図である。 図4に示した検波部及び自動利得調整部の構成を示すブロック図である。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係るAM受信装置について図2を参照して説明する。
このAM受信装置は、図2のブロック図に示すように、検波装置100を構成している直交信号生成手段8、検波演算手段9及び搬送波再生手段11a,11bを備え、フロントエンド部(図示省略)からのAM被変調信号Sinから検波信号SDを生成して出力する。
ここで、直交信号生成手段8は、上述のフロントエンド部からのAM被変調信号Sinを入力して、所定の生成演算機能により、互いに直交した搬送波成分を有する同相成分Iと直交成分Qを生成する。
搬送波再生手段11a,11bは、同相成分I及び直交成分Qから、同相及び直交の各搬送波成分を抽出し、搬送波信号SCI,SCQを再生する。
検波演算手段9は、直交信号生成手段8からの同相成分Iと直交成分Q、及び 搬送波再生手段11a,11bからの同相及び直交の各搬送波信号SCI,SCQを入力し、同相成分Iと直交成分Qに対して、各々搬送波信号SCI,SCQを利用して検波演算を行い検波信号SDを生成する。
次に、この検波装置100の動作について説明する。
図示しないフロントエンド部からのAM被変調信号Sinが、直交信号生成手段8に入力されると、直交信号生成手段8では、AM被変調信号Sinから、互いに直交する搬送波成分を持つ2つのAM被変調信号である同相成分Iと直交成分Qが生成され、搬送波再生手段11a,11bと検波演算手段9側へ出力される。搬送波再生手段11a,11bでは、同相成分Iと直交成分Qから、搬送波信号SCI,SCQが生成され、検波演算手段9へ出力される。検波演算手段9では、直交信号生成手段8からの同相成分Iと直交成分Qに対して、搬送波再生手段11a,11bからの搬送波信号SCI,SCQを用いて検波演算が施され、検波信号SDが生成される。
以上に説明した検波装置100を備えた本実施形態のAM受信装置によれば、次のような効果が得られる。
本AM受信装置は、例えばPLL等の搬送波同期手段を用いることなく、搬送波再生手段によって、互いに直交した搬送波成分を有する同相成分Iと直交成分Qから、フィードフォワード処理によって直接的に搬送波信号を再生しているため、受信AM被変調信号の伝送路等での急激な位相変動にも迅速に追従することができ、即応性、追従性に優れた効果を発揮して、検波信号を生成することができる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係るAM受信装置を、図3を参照して説明する。図3は、本実施形態のAM受信装置のブロック図である。
図3において、AM受信装置200は、直交信号生成手段8、検波手段9、搬送波再生手段11a,11bと自動利得制御手段10を備えて構成されている。自動利得制御手段10は、強度信号生成手段10a、及び利得調整手段10bを備えて構成されている。
直交信号生成手段8は、第1の実施形態と同様に、図示しないフロントエンド部からのAM被変調信号Sinを入力して、所定の生成演算機能により、互いに直交した搬送波成分を有する同相成分Iと直交成分Qを生成する。
検波手段9は、入力信号Sinを検波することで、検波信号SDを生成する。なお、検波手段9は一般的な検波機能を有するものであればよく、包絡線検波又は同期検波方式の検波手段でよい。
搬送波再生手段11a,11bは、同相成分I及び直交成分Qから、同相及び直交の各搬送波成分を抽出し、搬送波信号SCI,SCQを再生する。
強度信号生成手段10aは、搬送波信号SCI,SCQから利得制御に必要な強度信号SAを生成し、利得調整手段10bへ供給する。
利得調整手段10bは、強度信号SAを用いて、検波信号SDに対する利得を制御し、AM被変調信号Sinの信号強度に依存しない利得制御が施された検波信号SNを生成する。
次に、このAM受信装置200の動作について説明する。
図示しないフロントエンド部からAM被変調信号Sinが、検波手段9と直交信号生成手段8に入力されると、検波手段9の検波機能により検波信号SDが生成される。
直交信号生成手段8では、第1の実施形態と同様に、AM被変調信号Sinから、互いに直交する搬送波成分を持つ2つのAM被変調信号である同相成分Iと直交成分Qが生成され、搬送波再生手段11a,11bへ出力される。搬送波再生手段11a,11bでは、同相成分Iと直交成分Qに含まれる各搬送波成分が抽出されることで、搬送波信号SCI,SCQが再生され、強度信号生成手段10aへ供給される。強度信号生成手段10aでは、各搬送波信号SCI,SCQを用いて利得調整をおこなうための強度信号SAが生成される。この強度信号SAを用いて、利得調整手段10bが、検波信号SD対し利得制御を行い、自動利得制御を施した検波信号SNを生成する。
以上に説明した第2の実施形態に係るAM受信装置200によれば、次のような効果が得られる。
本AM受信装置200は、PLL等のフィードバック回路を含む搬送波再生同期手段を用いておらず、搬送波再生手段で、同相成分Iと直交成分Qからフィードフォワード処理により直接的に搬送波信号を再生し、更に自動利得制御手段において、利得制御に必要な強度信号を搬送波信号からフィードフォワード処理で直接的に生成している。このようにフィードフォワード処理を行うことで、急速な受信被変調信号の強度変動にも迅速に追従して利得制御をおこない、検波信号を生成することが可能である。
より具体的な実施例について図4及び図5を参照して説明する。図4は、本実施例に係るAM受信装置の構成を示すブロック図であり、図5は検波部及び自動利得調整部の構成を示すブロック図である。なお、図4、図5において、図2又は図3と同一又は相当する部分を同一符号で示している。
図4において、このAM受信装置200は、受信アンテナ1、高周波増幅器2、フィルタ3、ミキサ4、局部発振器5、中間周波(IF)バンドパスフィルタ6と中間周波(IF)増幅器7を有するスーパーへテロダイン方式によるフロントエンド部の他、直交信号生成部8と検波部9及び自動利得制御部10を備えて構成されている。
直交信号生成部8は、2つの混合器81a,81bと発振器82と、90度移相器83、2つのローパスフィルタ84a,84bを備えて成り、中間周波信号Sinから同相成分Iと直交成分Qを生成する機能を有している。
中間周波信号Sinが直交信号生成部8に入力されると、この中間周波信号Sinが、発振器82からの発振角周波数ωoscに設定された発振信号Soscと、90度移相器83で90度移相シフトされた信号(この信号も発振角周波数ωoscである)とによって、混合器81a,81bにおいて直交検波されることで、同相成分I及び直交成分Qとなって生成される。更に、上述の検波の際に生じる高調波成分がローパスフィルタ84a,84bでカットされことで、不要な成分が除去された同相成分I及び直交成分Qが生成される。
なお、発振器82の上記発振信号Soscは、中間周波信号Sinの周波数及び位相に同期させる必要がないため、電圧制御発振器(VCO)を含むPLL回路等の同期のための回路は設けられていない。
次に、直交信号生成部8の動作を説明する。説明の便宜上、検波対象である中間周波信号Sinが、次式(1)のような一般的表現で表される振幅変調(AM変調)された信号であるとして説明することとする。
Figure 0004458548
つまり、係数Aは搬送波の振幅値、mは変調度、pは変調信号の角周波数、ωinは搬送波角周波数であり、次式(2)で一般的に表される変調信号SMに基づいてAM変調されているとする。
Figure 0004458548
この中間周波信号であるAM被変調信号Sinが直交信号生成手段8に入力されると、直交信号生成手段8では、AM被変調信号Sinから、互いに直交する搬送波成分を持つ2つのAM被変調信号である同相成分Iと直交成分Qとが生成され、搬送波再生手段11a,11bと搬送波除去手段12a,12b側へ出力される。すなわち、次式(3a),(3b)で表わされる同相成分Iと直交成分Qが生成され出力される。
Figure 0004458548
ここで、上式(3a),(3b)の搬送波角周波数ωcと、式(1)で表される被変調信号Sinの搬送角周波数ωinとの関係は、直交信号生成手段3の具体的構成に依存し、一般に、ωc≦ωinである。すなわち、直交信号生成手段3が、π/2移相器(90度移相器)で構成される場合には、ωcはωinと等しくなり、発振角周波数ωoscの発振信号Soscを発生する発振器82を備えるいわゆる直交同期検波に類似する構成の場合には、ωc=ωin−ωoscである。
次に、図5のブロック図を参照して、検波部9及び自動利得制御部10の構成及び動作を説明する。
検波部9は、バンドパスフィルタ11a,11b、減算器12a,12b、乗算器13a,13b、及び加算器14を備えて構成されている。
バンドパスフィルタ11a,11bは、中心角周波数ωcを基準とする所定通過帯域幅を有し、同相成分Iと直交成分Qのそれぞれの搬送波成分のみを通過させ側帯波成分を阻止することによって搬送波成分を抽出し、互いに直交する搬送波信号SCI,SCQを再生する。
減算器12a,12bは、同相成分Iと直交成分Qから、搬送波信号SCI,SCQを各々減算処理する。これによって、同相成分Iと直交成分Qに含まれている各搬送波成分を除去した搬送波除去信号SRI,SRQを生成し、各乗算器13a,13bに供給する。すなわち、減算器12a,12bは、搬送波除去手段の機能を果たしている。
乗算器13a,13bは、搬送波除去信号SRI,SRQと搬送波信号SCI,SCQとを乗算することで、乗算結果信号SMI,SMQを生成し、加算器14に供給する。
加算器14は、乗算結果信号SMI,SMQを加算演算し、検波信号SDを生成する。
次に、自動利得制御部10は、乗算器16a,16bと、加算器17と、除算器18を備える他、上述のバンドパスフィルタ11a,11bを共有した構成となっている。
乗算器16a,16bは、搬送波信号SCI,SCQを2乗演算し、演算結果信号SSI,SSQを生成する。
加算器17は、演算結果信号SSI,SSQを加算し、加算結果として強度信号SAを生成する。乗算器16a,16bと加算器17とによって、搬送波信号SCI,SCQの2乗和の演算を行い、強度信号SAを生成する機能を果たしている。
除算器18は、検波信号SDを強度信号SAで除算することで利得制御を行い、利得制御を施した検波信号SNを生成する。
次に、かかる構成を有する検波部9及び自動利得制御部10の動作を説明する。
直交信号生成部8からの同相成分Iと直交成分Qが、バンドパスフィルタ11a,11bと減算器12a,12bに入力されると、バンドパスフィルタ11a,11bから、次式(4a),(4b)で表される互いに直交する搬送波信号SCI,SCQが、各減算器12a,12bと各乗算器13a,13bに出力される。
Figure 0004458548
減算器12a,12bからは、同相成分Iと直交成分Qから搬送波信号SCI,SCQが減算された次式(5a),(5b)で表される搬送波除去信号SRI,SRQが出力されて、乗算器13a,13bへ供給される。
Figure 0004458548
そして、搬送波除去信号SRI,SRQと、搬送波信号SCI,SCQが乗算器13a,13bで乗算されることで、次式(6a),(6b)で表される乗算結果信号SMI,SMQが生成され、更に、この乗算結果信号SMI,SMQの各々が加算器14で加算されることで、次式(7)で表される検波信号SDが生成される。
Figure 0004458548
Figure 0004458548
このように、検波部9で生成される検波信号SDは、振幅がA2mとなるものの変調信号SMと同じで波形(式(2)参照)となる。このため、検波部9は検波機能を有していることになる。
更に、この検波信号SDには、式(7)からも分かるように、直流信号成分が含まれていない点に大きな特徴を有する。つまり、搬送波除去機能を有する減算器12a,12bを設けて、検波対象信号である同相成分Iと直交成分Qから搬送波成分を除去している点に大きな特徴を有する。なお、この検波信号SDに直流成分が含まれないことによる効果に関しては後述する。
また、検波機能を果たしている乗算器13a,13bで生成される乗算結果信号SMI,SMQには、検波目的であるベースバンド信号成分の他に高調波成分が含まれる(式(6a),(6b)参照)こととなるが、本実施例では、加算器14で加算処理されることで高調波成分が消去され、高調波成分を含まない検波信号SDが生成される点も大きな特徴である。
次に、自動利得制御部10の動作について説明する。
バンドパスフィルタ11a,11bから搬送波信号SCI,SCQが乗算器16a,16bに入力されると、上述の2乗演算によって乗算器16a,16bでは、信号SSI,SSQが生成され、次に、加算器17において信号SSI,SSQが加算されることで、強度信号SAが生成され、利得調整機能を担う除算器18に供給される。ここで、強度信号SAは、次式(8)で表され、強度A2 のみを示す信号となる。
Figure 0004458548
除算器18では、この強度信号SAによって、検波部9で生成された検波信号SDに対して除算演算が施され、次式(9)で表される利得制御が施された検波信号SNが生成される。
Figure 0004458548
この利得制御が施された検波信号SNは、被変調信号Sinの搬送波の振幅値Aを含んでおらず、被搬送波信号の強度に依存していないことが分かる。したがって、伝送路等での搬送波信号強度の変動が生じても、その変動に影響されない検波信号SNが生成されている。
以上に説明した本実施例のAM受信装置200によれば、次のような効果が得られる。
本AM受信装置200は、例えばPLL等の搬送波同期手段を用いることなく、バンドパスフィルタによるフィードフォワード処理によって、直接的に搬送波信号を再生しているため、受信AM被変調信号の伝送路等での急激な位相変動にも迅速に追従することができ、即応性、追従性に優れた効果を発揮して、検波信号を生成することができる。
また、本AM受信装置200は、不要な直流分が重畳しない検波信号SDを生成することができる、つまり、従来技術の検波では、検波信号から直流分を分離するフィルタが必要となっており、検波信号にひずみが生じてしまう原因になっていたが、本実施例ではこの分離用のフィルタが不要であるため、ひずみのない検波信号を生成することができるという効果を発揮する。
また、自動利得制御部10は、利得制御に必要な強度信号を搬送波信号からフィードフォワード処理で直接的に生成しているため、急速な受信被変調信号の強度変動にも迅速に追従して利得制御をおこない、検波信号を生成できるという効果を発揮する。
さらに、AM受信装置200は、アナログ方式でもディジタル方式でも実現できるが、ディジタル方式で実現する場合には、高周波又は中間周波帯でサンプリングを行う包絡線検波に比べて搬送波角周波数ωcを低くできることから、サンプリング周波数を低く抑えることができ、装置効率の向上を図ることができる。
なお、本実施例では、フロントエンド部をスーパーへテロダイン方式で構成するとしているが、スーパーへテロダイン方式以外の他の方式のフロントエンド部で構成してもよい。
また、以上に説明した実施形態と実施例におけるAM受信装置は、ハードウェア構成で実現することと説明したが、例えばフロントエンド部以降の構成を、ファームウェアで実現してもよい。つまり、フロントエンド部以降の回路構成と同じ機能を発揮するコンピュータプログラムを作成し、そのコンピュータプログラムをマイクロプロセッサ(MPU)やディジタルシグナルプロセッサ(DSP)に実行させることで、ファームウェア構成としてもよい。

Claims (7)

  1. AM被変調信号から検波信号を再生するAM受信装置であって、
    前記AM被変調信号から同相成分及び直交成分を生成する直交信号生成手段と、
    前記同相成分から同相搬送波信号を再生する第1の搬送波再生手段と、
    前記直交成分から直交搬送波信号を再生する第2の搬送波再生手段と、
    前記同相成分と前記直交成分に対し、前記同相搬送波信号と前記直交搬送波信号とにより各々検波することで、前記同相成分と前記直交成分から検波信号を生成する検波演算手段と、
    を備えることを特徴とするAM受信装置。
  2. 前記検波演算手段は、
    前記同相成分に含まれる同相搬送波成分を除去して、同相被検波信号として同相搬送波除去信号を生成する第1の搬送波除去手段と、
    前記直交成分に含まれる直交搬送波成分を除去して、直交被検波信号として直交搬送波除去信号を生成する第2の搬送波除去手段とを備え、
    前記同相被検波信号と前記直交被検波信号に対し、前記同相搬送波信号と前記直交搬送波信号とにより各々検波すること、
    を特徴とする請求項1に記載のAM受信装置。
  3. 前記検波演算手段は、
    前記同相被検波信号と前記同相搬送波を乗算する第1の乗算手段と、
    前記直交被検波信号と前記直交搬送波を乗算する第2の乗算手段と、
    前記第1、第2の乗算手段の出力を加算することで合成した検波信号を生成する加算手段と、
    を備えること、
    を特徴とする請求項1または2に記載のAM受信装置。
  4. AM被変調信号から検波信号を検波する検波手段と、前記検波信号に対し利得制御を行う自動利得制御手段を有するAM受信装置であって、
    前記自動利得制御手段は、
    前記AM被変調信号から同相成分及び直交成分を生成する直交信号生成手段と、
    前記同相成分から同相搬送波信号を再生する第1の搬送波再生手段と、
    前記直交成分から直交搬送波信号を再生する第2の搬送波再生手段と、
    前記同相搬送波信号と前記直交搬送波信号との信号強度を検出し、検出した前記信号強度を示す強度信号を生成する強度信号生成手段とを備え、
    前記強度信号に従って前記検波信号に対する前記利得制御を行うこと、
    を特徴とするAM受信装置。
  5. 前記強度信号生成手段は、前記同相搬送波信号と前記直交搬送波信号との2乗和演算することで、前記信号強度を示す強度信号を生成すること、
    を特徴とする請求項4に記載のAM受信装置。
  6. AM被変調信号から検波信号を再生するAM受信方法であって、
    前記AM被変調信号から同相成分及び直交成分を生成する直交信号生成工程と、
    前記同相成分から同相搬送波信号を再生する第1の搬送波再生工程と、
    前記直交成分から直交搬送波信号を再生する第2の搬送波再生工程と、
    前記同相成分と前記直交成分に対し、前記同相搬送波信号と前記直交搬送波信号とにより各々検波することで、前記同相成分と前記直交成分から検波信号を生成する検波演算工程と、
    を備えることを特徴とするAM受信方法。
  7. AM被変調信号から検波された検波信号に対し利得制御を行う、AM受信方法であって、
    前記AM被変調信号から同相成分及び直交成分を生成する直交信号生成工程と、
    前記同相成分から同相搬送波信号を再生する第1の搬送波再生工程と、
    前記直交成分から直交搬送波信号を再生する第2の搬送波再生工程と、
    前記同相搬送波信号と前記直交搬送波信号との信号強度を検出し、検出した前記信号強度を示す強度信号を生成する強度信号生成工程とを備え、
    前記強度信号に従って前記検波信号に対する前記利得制御を行うこと、
    を特徴とするAM受信方法。
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