JP4561322B2

JP4561322B2 - 受信機

Info

Publication number: JP4561322B2
Application number: JP2004326203A
Authority: JP
Inventors: 晶子古井; 嘉茂吉川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2024-11-10
Also published as: JP2006140570A

Description

本発明は多値変調された信号をコンパレータによりデータ検出する復調回路を持った受信機に関するものである。

従来、この種の受信機では受信信号の検波出力の最大値と最小値を用いてしきい値を決定している（例えば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１に記載された従来の受信機を示すものである。図５に示すように、ＲＦアンプ５０１、ミキサー５１１、バンドパスフィルター（ＢＰＦ）５０２、リミッタ（ＬＩＭ）５０３、検波回路（ＤＥＴ）５０４、ローパスフィルター（ＬＰＦ）５０５、４値コンパレータ５０６、ＮＲＺコンパレータ５０７、ローカルオシレータ５０８、タイミング回路５０９、しきい値設定回路５１０からなり、しきい値設定回路５１０は図６に示すようにＭＡＸレベル検出回路６０１、ＭＩＮレベル検出回路６０２、と６０３ａから６０３ｄの抵抗から構成されている。

ＲＦアンプ５０１に入力された受信信号はミキサー５１１によりローカルオシレータ５０８の出力と混合され、ＢＰＦ５０２、ＬＩＭ５０３，ＤＥＴ５０４、ＬＰＦ５０５を通り４値コンパレータにおくられ、そこでしきい値設定回路５１０の出力であるしきい値と比較される。しきい値設定回路５１０はＬＰＦ５０５出力をＭＡＸレベル検出回路６０１にて最大値を検波し、ＭＩＮレベル検出回路６０２にて最小値を検波し、抵抗６０３ａから６０３ｄを適切な値にすることにより４値コンパレータ用の３つのしきい値の値を決定している。
特開平１０−１６３８７７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、常に信号の振幅レベルを測り最大値と最小値を検波しているが、コンパレータで比較するタイミングと最大値、最小値が検波されたタイミングが異なる場合があった。データサンプリングタイミングの振幅よりも振幅が大きくなる場合がある。例えば図７は検波出力のアイパターンの例を表している。図７に示すようにサンプリングタイミング７０１での”００”と”１１”の電圧レベルは受信信号の最大値７０２と最小値７０３とは異なる。例えば送信機のデータフィルタにナイキストフィルタを用いてロールオフ率αを小さく設定した時に顕著に差が生じる。またノイズなどにより復調波形のアイ開口特性が劣化して最大値や最小値が影響を受けるためしきい値レベルがずれてしまうという問題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、検波信号を基に生成されたサンプリングクロックのタイミングで受信信号の振幅を測り、それを基にしきい値を設定することにより正確にしきい値を設定でき、一時的に異常なデータが混じった場合でも適切なしきい値レベルを設定可能なしきい値設定手段を備えた受信機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の受信機およびプログラムは、受信信号を検波する検波手段と、前記検波手段の出力を基にサンプリングクロックを発生するサンプリングクロック発生手段と、前記検波手段の出力を前記サンプリングクロック発生手段の出力のタイミングでサンプリングする検波出力サンプリング手段と、前記検波出力サンプリング手段の出力を入力し設定されたしきい値によりデータの判定を行う判定手段と、前記検波出力サンプリング手段の出力を入力し演算またはデータテーブルからの選択により前記判定手段の前記しきい値を設定するための演算手段からから構成され、ｎ値ＦＳＫ変調（ｎは３以上）の受信データ特定に必要なしきい値を受信信号を基準に設定するとしたものである。

これによって、判定手段のしきい値を正確に設定することが可能となる。

また、本発明の受信機およびプログラムは、検波手段の出力で一定の範囲外の検波値はしきい値を設定する演算手段での演算から除外し、また前記演算手段では複数の検波手段の出力値を平均するとしたものである。

これによって、ノイズに影響され大幅に乱れた信号が検波された場合でもしきい値設定の演算から外すことができまた複数の信号の検波値を平均化することにより、適切なしきい値を設定することが可能となる。

本発明の受信機およびプログラムは、多値変調された信号を検出するコンパレータのしきい値をサンプリングクロックのタイミングで検波した受信信号を基に設定することにより精度の高いしきい値を設けることができ受信信号を判定する際のエラー率を最低限に抑えることができる。

第１の発明は多値変調された送信信号を受信する受信機であり受信信号を検波する検波手段と、前記検波手段の出力を基にサンプリングクロックを発生するサンプリングクロック発生手段と、前記検波手段の出力を前記サンプリングクロック発生手段の出力のタイミングでサンプリングする検波出力サンプリング手段と、前記検波出力サンプリング手段の出力を入力し設定されたしきい値によりデータの判定を行う判定手段と、前記検波出力サンプリング手段の出力を入力し演算または保存された電圧レベルからの選択により前記判定手段の前記しきい値を設定するための演算手段から成り、多値変調の受信データ特定に必要なしきい値を受信信号を基準に設定することにより、受信データ特定をするタイミングの信号を基にしきい値を設定することとなり受信信号に適切なしきい値を設定し前記判定手段によるエラーを最低限に抑えることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の受信機をビット同期信号受信時にサンプリングクロック発生手段の出力のタイミングで検波手段の出力をサンプリングし受信データ特定に必要なしきい値を設定することにより、変調の振幅が一定な変調波形を基にしきい値を求めるため、しきい値の精度を上がるとともに演算の処理量を低減することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の受信機を検波出力サンプリング手段の出力である複数のサンプリング値の平均値を求め前記平均値よりしきい値を算出することにより、受信信号の変調振幅のバラツキを平均化するので正確なしきい値を設定することができる。

第４の発明は、特に、第３の発明の受信機を検波出力サンプリング手段の出力のうち所定の範囲外の値のサンプリング値は平均値を求める演算から除外することにより、パルス的なノイズによりデータに異変がおきてしまった場合などの信号を除外することが出来正確なしきい値設定をすることができる。

第５の発明は、特に、第１の発明の受信機をビット同期信号を受信する毎にしきい値を求める演算を行い、現在の演算の結果と前回のしきい値とを比較して所定の割合よりも大きなずれがある場合はしきい値を設定し直すことにより、一度しきい値を設定した後に受信信号に変化が現れた場合にも対応して正確なしきい値を維持することができる。

第６の発明は、特に、第１または第３または第４いずれかの発明の受信機をあらかじめ決められた各データ値毎の検波出力範囲テーブルに基づいて検波出力サンプリング手段の出力を分類し、前記分類された各サンプリング値の平均値または所定の演算による値を用いて隣接するデータ値を判定するためのしきい値を決定することにより、ビット同期信号以外の復調動作時間にも継続してしきい値の最適化を行うことができる。

第７の発明はしきい値設定手段の機能の少なくとも一部をプログラム化することにより、コンピュータで実現することが可能である。プログラムであるので、電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させて本発明の受信機の少なくとも一部を容易に実現することができる。また記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における受信機の構成図を示すものであり、図２はビット同期信号を受信した際の検波信号の波形図であり、図３は特にしきい値を求める際の演算手段の構成図である。本実施例は４値ＦＳＫの受信機の場合を示している。

図１において、アンテナ１０１は高周波信号を受信し、ＲＦ回路１０２は受信した高周波信号の増幅、周波数変換および不要周波数成分の除去を行い、検波手段１０４はＲＦ回路１０２で中間周波数に変換された信号を入力し、検波すなわち周波数―振幅変換を行い、サンプリングクロック発生手段１０３は検波手段１０４の検波出力に基づいてサンプリングクロック信号を発生し、検波出力サンプリング手段１０５は検波手段１０４の出力をサンプリングクロック発生手段１０３により生成されたサンプリングクロック信号のタイミングでサンプリングし、演算手段１０６はサンプリングされた受信信号を用いて演算を行い、検波出力サンプリング手段１０５の出力を判定する判定手段１０７のしきい値を設定する。

図２は横軸は時間、縦軸は検波手段１０４から出力される検波信号の電圧振幅を表している。

図２において、２０１ａから２０１ｅはサンプリングクロック発生手段１０３の出力であるサンプリングクロック信号の遷移タイミングを表すサンプリングタイミングであり、２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃは４値ＦＳＫ変調の受信データ特定の際に用いられる最適な３つのしきい値を表している。

図３は演算手段１０６の構成を示している。図３においてデータ判別手段３０２は検波出力サンプリング手段１０５の出力を判別し許容範囲テーブル３０１により規定されている範囲内の場合は平均手段３０４に出力し、カウンター３０３に設定されている個数分のサンプリング値が集まった時点で平均値を求め計算手段３０５によりしきい値が求められる。

以上のように構成された受信機について、以下その動作、作用を説明する。

まず、図１に示すように受信信号は検波手段１０４により検波され、検波された受信信号の中に含まれるビット同期信号を基にサンプリングクロック発生手段１０３はサンプリングクロックを発生する。尚、ビット同期信号とは４値変調のデータ列（１１００１１００・・・・）が連続する信号であり周波数変調の周波数変位の最低値と最高値を交互に繰り返す信号である。またサンプリングクロック信号は例えばビット同期信号の検波波形のゼロクロス点（電圧０Ｖとなる点）の間隔を基に前記間隔の中央のタイミングを求めて発生させたものである。

このサンプリングクロック信号のタイミングで検波出力サンプリング手段１０５は検波手段１０４の出力をサンプリングする。つまり図２に示すようにサンプリングタイミング２０１ａから２０１ｅのタイミングの振幅値をサンプリングする。尚、サンプリング値はデジタル値あるいはアナログ値のいずれであってもよいが、本例ではデジタル値として求めている。

サンプリングされた受信信号は図３に示すように演算手段１０６の一部であるデータ判別手段３０２に入力される。データ判別手段３０２はサンプリングデータがビット同期信号の“１１”と“００”のどちらであるかを許容範囲テーブル３０１を参照することにより判別する。許容範囲テーブル３０１にはデータが“１１”の場合には電圧レベルは１±０．５Ｖであり、サンプリングデータが“００”の場合電圧レベルは−１±０．５Ｖのように予め設定されたデータの許容範囲が保存されており、サンプリングデータの電圧レベルを許容範囲テーブル３０１と比較することによってサンプリングデータが“１１”あるいは“００”であるかを判別できる。また許容範囲テーブル外の電圧レベルであった場合にはデータ判別手段３０２からは出力されない。

データ判別手段３０２により判別されたサンプリングデータは平均手段３０４に入力され、カウンター３０３に予め設定されている個数分の“１１”のデータと“００”のデータがデータ判別手段３０２から出力されるまで平均手段３０４にて保持しておく。例えばカウンター３０３が３に設定されている場合、サンプリングタイミング２０１ａ、２０１ｃ、２０１ｅのタイミングでサンプリングされた信号値をサンプリングタイミング２０１ｅで平均手段３０４により“１１”のデータの平均値が計算され出力される。

この平均値を用いて計算手段３０５は例えば４値ＦＳＫ変調の場合は“１１”の平均値と“００”の平均値の中間点を求めしきい値２０２ｂを設定する。次に“１１”の平均値と“００”の平均値の差を３等分し、しきい値２０２ｂにその値を加算することによりしきい値２０２ａを、減じることによりしきい値２０２ｃを求める。

ここでは４値ＦＳＫ変調の場合を説明したが、ｎ値ＦＳＫ変調の場合は次のような式を用いて計算することができる。平均値を「⁻」で表すとする。まずサンプリングタイミングでの最高周波数変位に対応するデータ時の電圧をＡ、最低周波数変位に対応するデータ時の電圧をＢとすると、ＡとＢの中間点Ｃを

より求め、しきい値は

から求めることができる。（数２）に現れるｘは０から（ｎ−３）/２までの整数であり、ｎにより複数のしきい値が存在する場合には複数のｘの値を用いて全てのしきい値を求めることができる。

また“１１”の平均値と“００”の平均値の差を

より求め、その値を

で活用することにより“００”の平均値を基にしきい値を求めることができる。ここで(数４)に現れるｘは０から（ｎ−２）までの整数であり、ｎにより複数のしきい値が存在する場合には複数のｘの値を用いて全てのしきい値を求めることができる。

また“１１”の平均値を基にしてしきい値を求めることも

を活用することにより可能である。(数５)に現れるｘは(数４)と同じく０からｎ−２までの整数である。

一般に、４値ＦＳＫの復調では固定のしきい値によりデータ判定を行った場合は送信側または受信側の特性ばらつきにより安定的な復調が難しい場合ある。これを解決するために検波出力をＡＤ変換器に入力ししきい値判定のための複雑な演算を継続して復調する方法をとることもできるが、演算器の規模が大きくなったり、消費電力が増大するというデメリットがある。

本実施の形態では、ビット同期信号受信時に検波手段１０４の検波出力を用いてしきい値判定のための値を求めており、その後に続くデータ受信時はサンプリングタイミングの検波出力振幅としきい値を比較するという簡単な処理だけで正確な復調ができるとともに、演算処理量が小さく消費電力を低減できるというメリットがある。

（実施の形態２）
本実施の形態は、ビット同期信号ではない受信信号を用いてしきい値を設定するものである。本実施例の構成は図１および図３と同様であるが、演算手段１０６の構成が異なっている。図４を用いて本実施例の構成要素である演算手段１０６について説明する。

図４は、本発明の第２の実施の形態の受信機の検波信号の波形図である。

図４において図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

まずビット同期信号を受信時と同様検波出力サンプリング手段１０５の出力はデータ判別手段３０２に入力される。ビット同期信号を受信の際はデータ判別手段３０２は“０”か“１”のどちらかに判別をすればよかったが、受信信号の場合ｎ値ＦＳＫ変調の場合はｎ個の値に判別する必要がある。

例えば図４に示されているように受信信号が４値ＦＳＫ変調の場合、受信データは“００”と“１１”の値のほかに“０１”や“１０”の場合もある。そのため許容範囲テーブルにはｎ個の電圧レベルとその許容範囲が保存されている。４値ＦＳＫ変調の場合は０±０．２Ｖであれば“００”、０．３３３±０．２Ｖであれば“０１”、０．６６７±０．２Ｖであれば“１０”、１±０．２Ｖであれば“１１”とし判別した結果を平均手段３０４へ出力する。

カウンター３０３で指定されている個数分の各データの電圧レベルが集まった際に平均手段３０４は４値ＦＳＫ変調であれば“００”、“０１”、“１０”、“１１”それぞれの電圧レベルの平均を求める。この平均値を利用して計算手段３０５は隣接しているデータの中間点を求め、それをしきい値と設定する。４値ＦＳＫ変調の場合では“００”と“０１”の平均値の中間点をしきい値２０２ｃ、“０１”と“１０”の平均値の中間点をしきい値２０２ｂ、“１０”と“１１”の平均値の中間点をしきい値２０２ａとする。

受信信号を用いてしきい値を設定する手段は、最初にビット同期信号を基に設定したしきい値を再度変更する必要があるかどうかをチェックするためにデータ受信中に適切なしきい値の値を計算し実際のしきい値の値と比較をすることもできる。ビット同期信号の間隔が広い場合にはこのように一定の間隔でしきい値の演算を行うことによりことができ常に受信信号に合ったしきい値を設定することが可能になる。

また受信データを基にしきい値を設定し、のちにビット同期信号が届いた際に再度しきい値の演算を行いしきい値を変更する必要があるかどうかを選ぶことも可能である。この際受信したビット同期信号を基に演算手段１０４により適切なしきい値の値を求め、前回ビット同期信号が届いた際に求めたしきい値と比較をし、一定の割合よりも前回のしきい値と今回のしきい値にずれが有る場合は今回のしきい値を採用する。

例えば前回のしきい値が０±０．２Ｖであれば“００”、０．３３３±０．２Ｖであれば“０１”、０．６６７±０．２Ｖであれば“１０”、１±０．２Ｖであれば“１１”であり今回のしきい値が０．２±０．２Ｖであれば“００”、０．５３３±０．２Ｖであれば“０１”、０．８６７±０．２Ｖであれば“１０”、１．２±０．２Ｖであれば“１１”の場合、一定の割合が１０パーセントだった場合、前回のしきい値と今回のしきい値には２０パーセントの差があるため、今回のしきい値が採用される。またビット同期信号をまったく利用せずに受信データのみでしきい値を設定することも可能である。

以上のように、本実施の形態においてはサンプリングクロックを受信信号を基に生成し、サンプリングクロックのタイミングで受信信号を検波し一定の範囲に入った信号レベルのみを平均化し受信データ判定に必要なしきい値を設定することにより、受信信号の電圧レベルにそったしきい値を設定することとなり受信データ判定の際のエラーを最低限に抑えることができる。

本実施の形態では、検波出力を連続的に読みとってしきい値設定および判定の演算処理を継続するのではなく、ビット同期信号受信時あるいはデータ受信時の限定した時間に断続的に演算処理を行うことで正確な復調が可能となるので、演算処理の消費電力を削減することができるというメリットがある。

以上のように、本発明にかかる受信機およびプログラムは、多値変調の場合に受信信号に多少の振幅乱れがあっても適切なしきい値を設定することが可能となるので、伝送速度の高速化等の用途に適用できる。

本発明の実施の形態１における受信機の構成図本発明の実施の形態１における受信機のビット同期信号の波形図本発明の実施の形態１における演算手段の構成図本発明の実施の形態２における受信機の受信信号の波形図従来の受信機の構成図従来の受信機の構成図検波出力のアイパターンの波形図

符号の説明

１０３サンプリングクロック発生手段
１０４検波手段
１０５検波出力サンプリング手段
１０６演算手段
１０７判定手段

Claims

多値変調された送信信号を受信する受信機であり、
受信信号を検波する検波手段と、
前記検波手段の出力を基にサンプリングクロックを発生するサンプリングクロック発生手段と、
前記検波手段の出力を前記サンプリングクロック発生手段の出力のタイミングでサンプリングする検波出力サンプリング手段と、
前記検波出力サンプリング手段の出力を入力し設定されたしきい値によりデータの判定を行う判定手段と、
前記検波出力サンプリング手段の出力を入力し演算または保存された電圧レベルからの選択により前記判定手段の前記しきい値を設定するための演算手段と、を備え、
前記演算手段は、あらかじめ決められた各データ値の検波出力範囲テーブルに基づいて前記検波出力サンプリング手段の出力を分類し、前記分類された各サンプリング値の平均値または所定の演算による値を用いて隣接するデータ値を判定するためのしきい値を決定する受信機。