JP5668657B2

JP5668657B2 - デジタル無線受信機

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Publication number: JP5668657B2
Application number: JP2011208457A
Authority: JP
Inventors: 真島　太一; 太一真島
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2031-09-26
Also published as: JP2013070299A

Description

本発明は、デジタル無線受信機に関し、特にデジタル通信によって音声を無線受信する装置に関する。

アナログ通信によって音声を無線受信する環境下、特にＦＭ(ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ)放送を受信する環境下では、音声にノイズが重畳される。ノイズは、電界強度が弱い程により顕著に現れる。これは、アナログ通信の弱点であり、無線伝送範囲が狭くなる要因でもあった。

一方、デジタル通信では、音声がボコーダ等でのデータ圧縮処理により符号化されたデジタルデータとして扱われ、更にデジタルデータに対しては誤り訂正が施される。このため、デジタル通信では、アナログ通信でノイズが重畳されるエリアであっても、音声品質が劣化せずに良好な無線通信を行うことができる。

但し、一般的なデジタル無線受信機では、誤り訂正が不可能な程に電界強度が弱くなると、誤り検出機能に因り音声が遮断されて無音となるか、或いは誤りの在るデータがそのまま復号されて耳障りなノイズとして出力されてしまうことがある。

この現象は、通信エリアの境界にて突発する。このため、ユーザは、デジタル無線受信機の無線伝送範囲がアナログ通信用のものよりも広いにも関わらず、急激に音声品質が劣化したという不満を抱えてしまう。これに対し、アナログ通信では、ノイズが電界強度に応じて次第に大きくなる。このため、ユーザは、自身が電界強度の弱いエリアに位置することを認識でき、このような不満を感じないことが多い。

この問題に対処する技術が、例えば特許文献１及び２に記載されている。特許文献１に記載されるデジタル無線電話機は、電界強度が低下すると、アラーム音を鳴動させる。特許文献２に記載される携帯電話機は、電界強度に応じたアラーム音を鳴動させる。

しかしながら、特許文献１及び２には、アラーム音がユーザにとっては通話の妨げになるという問題があった。これは、アラーム音が本来の受信音声とは全く関係の無い音であるためである。

この問題に対処する技術が、特許文献３及び４に記載されている。特許文献３及び４に記載されるデジタル無線受信機の各々は、疑似ノイズ信号を予め記憶しておくと共に、電界強度に応じて疑似ノイズ信号及び音声信号の出力レベルを調整する。

特開平７−２７４２４８号公報特開平９−２３８１０２号公報特開平９−１４８９５０号公報特開２００９−１０８５７号公報

しかしながら、本願発明者は、上記の特許文献３及び４には、アナログ通信と比して音質が不自然であるという課題があることを発見した。これは、電界強度に応じた疑似ノイズ信号のレベル調整では、フェージング等に因る実環境下での早い電界強度の変動やシャドウイングのような瞬間的な電波断等に追従できず、この結果、不自然なノイズが出力されてしまうためである。

従って、本発明は、デジタル通信による音声の無線受信に際して、より自然な音質を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係るデジタル無線受信機は、高周波信号を受信すると共に、前記高周波信号を復調してデジタル信号に変換する復調処理回路と、前記デジタル信号をデコードして符号化データを取得し、前記符号化データをデコードして音声信号に変換するデコード処理回路と、前記デジタル信号から、ノイズ信号を得るノイズ抽出回路と、前記ノイズ信号と、前記音声信号とを合成する加算器とを備える。
好ましくは、前記ノイズ抽出回路は、前記デジタル信号から、所定帯域のノイズ信号成分を抽出するバンドパスフィルタと、前記ノイズ信号成分の周波数を可聴周波数帯域に変換して、前記ノイズ信号を得る周波数変換器とを含むと良い。
或いは、前記ノイズ抽出回路は、前記符号化データをエンコードして、前記高周波信号の送信元における変調波形を再生するエンコーダと、前記デジタル信号が呈する波形から前記変調波形を減算して、前記ノイズ信号を得る減算器とを含んでも良い。
好ましくは、前記ノイズ抽出回路は、前記ノイズ信号を増幅して、前記加算器へ出力する増幅器をさらに含むと良い。
好ましくは、前記デジタル無線受信機は、前記加算器からの出力信号を一定とするように利得を制御する制御器をさらに備えると良い。

本発明によれば、デジタル通信による音声の無線受信に際して、より自然な音質を得ることが可能である。

本発明の実施の形態１に係るデジタル無線受信機の構成例を示したブロック図である。本発明の実施の形態１に係るデジタル無線受信機に用いる、復調処理回路の構成例を示したブロック図である。本発明の実施の形態１に係るデジタル無線受信機に用いる、デコード処理回路の構成例を示したブロック図である。本発明の実施の形態１に係るデジタル無線受信機に用いる、ノイズ抽出回路の構成例を示したブロック図である。本発明の実施の形態１に係るデジタル無線受信機における、検波波形の周波数特性例を示したグラフ図である。本発明の実施の形態１に係るデジタル無線受信機の動作例を示したグラフ図である。本発明の実施の形態２に係るデジタル無線受信機の構成例を示したブロック図である。本発明の実施の形態２に係るデジタル無線受信機に用いる、デジタルエンコード部の構成例を示したブロック図である。本発明の実施の形態２に係るデジタル無線受信機における検波波形の一例を示したタイムチャート図である。本発明の実施の形態２に係るデジタル無線受信機における検波波形の他の例を示したタイムチャート図である。本発明の実施の形態３に係るデジタル無線受信機の構成例を示したブロック図である。

以下、本発明に係るデジタル無線受信機の実施の形態１〜３を、図１〜図１１を参照して説明する。なお、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。

[実施の形態１]
図１に示すように、本実施の形態に係るデジタル無線受信機１は、一般的なデジタル無線受信機と同様、復調処理回路１０と、デコード処理回路２０とを含む。加えて、デジタル無線受信機１は、一般的なデジタル無線受信機と異なり、ノイズ抽出回路３０と、加算器４０とを含む。

この内、復調処理回路１０は、アンテナを介して高周波信号１０１を受信すると共に、高周波信号１０１を復調してデジタル信号１０２に変換する。具体的には、図２に示すように、復調処理回路１０は、ＲＦ(ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ)部１１と、検波部１２とを含む。ＲＦ部１１は、ＲＦ増幅器１３と、局部発振器１４と、ミキサ１５と、ＩＦ(ＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ)増幅器１６とを含む。ＲＦ増幅器１３は、アンテナを介して受信した高周波信号１０１を増幅する。ミキサ１５は、ＲＦ増幅器１３で増幅された高周波信号と、局部発振器１４から出力されるローカル信号とをミキシングし、以てＩＦ信号を得る。ＩＦ増幅器１６は、ミキサ１５から出力されるＩＦ信号を増幅して、検波部１２へ出力する。一方、検波部１２は、Ａ／Ｄ(ＡｎａｌｏｇｔｏＤｉｇｉｔａｌ)変換器１７と、検波器(復調器)１８とを含む。ＲＦ部１１から入力されたＩＦ信号は、Ａ／Ｄ変換器１７及び検波器１８を経由して復調され、デジタル信号１０２となる。ここで、ＩＦ信号は、検波器１８での検波の後に、Ａ／Ｄ変換器１７によってデジタル変換されても良い。デジタル信号１０２は、デコード処理回路２０及びノイズ抽出回路３０の両者へ出力される。

また、デコード処理回路２０は、デジタル信号１０２をデコードして符号化データを取得すると共に、当該符号化データをデコードして音声信号１０３に変換する。具体的には、図３に示すように、デコード処理回路２０は、受信ベースバンドフィルタ２１と、デジタルデコード部２２と、データデコード部２３とを含む。この内、受信ベースバンドフィルタ２１は、デジタル信号１０２に対して、所望の受信帯域幅となるよう帯域制限を施す。また、デジタルデコード部２２は、クロック再生部２４と、同期検出部２５と、データ取得部２６と、誤り訂正復号化部２７とを含む。データ取得部２６は、受信ベースバンドフィルタ２１からの出力信号を、クロック再生部２４で得られるシンボルクロックタイミング、及び同期検出部２５で得られるフレーム同期タイミングに従ってデコードし、デジタルデータ１０６を取得する。誤り訂正復号化部２７は、誤り訂正用のデータを用いて誤り訂正を施し、符号化データ１０７を取得する。ここで、符号化データ１０７には、所定のデータ圧縮処理により符号化された音声データと、上位レイヤのデータとが含まれる。さらに、データデコード部２３は、音声デコーダ２８と、データ解析部２９とを含む。音声デコーダ２８は、音声データをデコードして音声信号１０３を得る。音声信号１０３は、加算器４０の一方の端子へ入力される。データ解析部２９は、上位レイヤでの処理等のために上位レイヤのデータを解析する。

一方、図４に示すように、ノイズ抽出回路３０は、ＢＰＦ(ＢａｎｄＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ) ３１と、増幅器３２と、周波数変換器３３とを含む。デジタル信号１０２から、デジタル信号１０２に含まれるノイズ信号成分を抽出する。具体的には、ＢＰＦ３１によって、デジタル信号１０２から、復調に必要な帯域(図６に示す受信ベースバンドフィルタ２１の帯域)より高域側の所定帯域の信号を抽出する。抽出されたノイズ信号成分は、増幅器３２で増幅された後、周波数変換器３３へ入力される。周波数変換器３３は、入力されたノイズ信号成分の周波数を可聴周波数帯域に変換し、以てノイズ信号１０４を得る。ノイズ信号１０４は、加算器４０の他方の端子へ入力される。

また、加算器４０は、デコード処理回路２０から出力された音声信号１０３と、ノイズ抽出回路３０から出力されたノイズ信号１０４とを合成する。これにより得られた合成信号１０５は、後段のスピーカ(図示せず)等によって鳴動されることとなる。

次に、本実施の形態の動作例を、図５及び図６を参照して説明する。

図５に、検波部１２から出力されるデジタル信号１０２の周波数特性を示す。通常、高周波信号１０１の送信側における変調波は、ナイキストの定理によりシンボルレートの半分の帯域を有する。従って、強電界では、受信側の検波波形(デジタル信号１０２の波形)が変調波そのものの帯域に現れる。電界強度が弱くなるにつれて、ノイズが検波波形に重畳される。このノイズは、アナログ通信の場合に弱電界で発生するノイズそのものである。

そこで、本実施の形態においては、デコード処理回路２０内の受信ベースバンドフィルタ２１が、図６に一点鎖線で示す如く変調波の帯域を抽出し、以てＳ／Ｎ比(ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅｒａｔｉｏ)を改善させる。

一方、ノイズ抽出回路３０では、デジタル信号１０２を受信ベースバンドフィルタ２１へ入力される手前でＢＰＦ３１での帯域抽出に供し、以て図６に点線で示す如く、変調波の帯域より高い周波数帯域の信号成分を抽出する。ＢＰＦ３１によって抽出された信号成分は、電界強度が弱くなる程に大きくなるノイズである。このノイズを、増幅器３２でユーザが聴きやすいレベルに調整した上で、周波数変換器３３で可聴周波数帯域のノイズ信号１０４へ変換する。

そして、加算器４０が、ノイズ信号１０４を音声信号１０３に加算し、以てアナログ通信の場合と同様のノイズを発生させる。

このように、本実施の形態では、検波波形をノイズ信号のソースとして使用する。このため、ノイズ信号は、そのレベルが実際の電界強度に応じて変動する。また、ノイズ信号は、疑似的なものでは無く、実際の受信信号から得たものである。従って、本実施の形態によれば、デジタル通信による音声の無線受信に際し、上記の特許文献３及び４と比して遥かに自然な音質を得ることができる。

[実施の形態２]
図７に示すように、本実施の形態に係るデジタル無線受信機１ａは、図４に示したノイズ抽出回路３０に代えて、ノイズ抽出回路３０ａを設けた点で上記の実施の形態１と異なる。

具体的には、ノイズ抽出回路３０ａは、デジタルエンコード部３４と、減算器３５と、増幅器３６とを含む。デジタルエンコード部３４は、デコード処理回路２０から出力される符号化データ１０７に対して、本実施の形態に係るデジタル無線受信機１が受信する信号を送信する送信側と同一の手順でエンコードを施し、以て送信側における変調波形１０８を再生(再現)する。具体的には、デジタルエンコード部３４は、図８に示す如く、誤り訂正符号化部３７と、送信ベースバンド処理部３８とを含む。誤り訂正符号化部３７は、送信側で施される誤り訂正の符号化と同じ動作を行うものである。送信ベースバンド処理部３８は、送信側で施されるフィルタ処理と同等の特性を持つフィルタ、デジタルデータから変調波形への変換のためのサンプルレート変換、アパーチャ補正等といった送信ベースバンド処理を施す。このように、デジタルエンコード部３４は、誤り訂正符号化部３７を経由して、送信ベースバンド処理部３８で送信ベースバンド処理を実行することにより、変調波形１０８を再現する。一方、減算器３５は、デジタル信号１０２が呈する波形(検波波形)から変調波形１０８を減算する。増幅器３６は、減算器３５からの出力信号を増幅し、ノイズ信号１０４として加算器４０へ出力する。

次に、本実施の形態の動作例を、図９及び図１０を参照して説明する。

図９に、強電界での検波波形の例を示す。前提として、送信側における変調波形は、シンボルクロックタイミングでシンボルデータ値を呈する滑らかな波形である。強電界ではノイズが無い(或いは、極めて小さい)ため、受信側における検波波形は、変調波形と略同一となる。

このため、デジタルエンコード部３４で再現される変調波形１０８は、検波波形と略同一となる。従って、減算器３５からの出力信号(すなわち、ノイズ信号１０４)のレベルは略ゼロとなり、加算器４０から出力される合成信号１０５は、音声信号１０３と等価である。

一方、図１０に示すように、弱電界での検波波形は、変調波にノイズが重畳された波形となる。但し、デジタルエンコード部３４で再現される変調波形１０８は、ノイズの無い図９と同様の波形となる。このため、減算器３５からの出力信号は、ノイズのみによって表現される信号である。従って、加算器４０でノイズ信号１０４と音声信号１０３とを加算することにより、アナログ通信の場合と同様のノイズを発生させることができる。

このように、本実施の形態によれば、上記の実施の形態１と同様、デジタル通信による音声の無線受信に際し、上記の特許文献３及び４と比して遥かに自然な音質を得ることができる。また、上記の実施の形態１と同様に、ノイズをユーザが聴きやすいレベルに調整することもできる。

また、誤り訂正の復号化及び符号化といった処理を行わず、データ取得部２６(図３参照)の出力に対して送信ベースバンド処理を施すことにより、変調波形１０８を再現しても良い。

[実施の形態３]
図１１に示すように、本実施の形態に係るデジタル無線受信機１ｂは、図１に示したデジタル無線受信機１の構成に加えて、ＡＧＣ(ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ)を行う制御器５０を設けた点で上記の実施の形態１と異なる。なお、このデジタル無線受信機１ｂにおいては、ノイズ抽出回路３０に代えて、図７に示したノイズ抽出回路３０ａを設けても良い。この場合も、以降の説明は同様に適用される。

動作において、制御器５０は、加算器４０から出力される合成信号１０５の振幅の平均値又は振幅のピーク値を一定とするようにＡＧＣを行い、以て音声信号及びノイズ信号の両レベルをユーザにとって快適なレベルに調整する。

ここで、アナログ通信においても、受信帯域は制限されており、ノイズと音声の合成信号の最大レベルは制限されている。従って、本実施の形態によれば、ＡＧＣによって合成信号の最大レベルに制限を課し、以て音質をアナログ通信に更に近づけることができる。

なお、上記の実施の形態によって本発明は限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づき、当業者によって種々の変更が可能なことは明らかである。

１, １ａ, １ｂデジタル無線受信機
１０復調処理回路
１１ＲＦ部
１２検波部
１３ＲＦ増幅器
１４局部発振器
１５ミキサ
１６ＩＦ増幅器
１７Ａ／Ｄ変換器
１８検波器(復調器)
２０デコード処理回路
２１受信ベースバンドフィルタ
２２デジタルデコード部
２３データデコード部
２４クロック再生部
２５同期検出部
２６データ取得部
２７誤り訂正復号化部
２８音声デコーダ
２９データ解析部
３０, ３０ａノイズ抽出回路
３１ＢＰＦ
３２, ３６増幅器
３３周波数変換器
３４デジタルエンコード部
３５減算器
３７誤り訂正符号化部
３８送信ベースバンド処理部
４０加算器
５０制御器
１０１高周波信号
１０２デジタル信号
１０３音声信号
１０４ノイズ信号
１０５合成信号
１０６デジタルデータ
１０７符号化データ
１０８変調波形

Claims

高周波信号を受信すると共に、前記高周波信号を復調してデジタル信号に変換する復調処理回路と、
前記デジタル信号をデコードして符号化データを取得し、前記符号化データをデコードして音声信号に変換するデコード処理回路と、
前記デジタル信号から、ノイズ信号を得るノイズ抽出回路と、
前記ノイズ信号と、前記音声信号とを合成する加算器と、
を備えたデジタル無線受信機。
請求項１において、
前記ノイズ抽出回路は、
前記デジタル信号から、所定帯域のノイズ信号成分を抽出するバンドパスフィルタと、
前記ノイズ信号成分の周波数を可聴周波数帯域に変換して、前記ノイズ信号を得る周波数変換器と、
を含むことを特徴としたデジタル無線受信機。
請求項１において、
前記ノイズ抽出回路は、
前記符号化データをエンコードして、前記高周波信号の送信元における変調波形を再生するエンコーダと、
前記デジタル信号が呈する波形から前記変調波形を減算して、前記ノイズ信号を得る減算器と、
を含むことを特徴としたデジタル無線受信機。
請求項２又は３において、
前記ノイズ抽出回路は、
前記ノイズ信号を増幅して、前記加算器へ出力する増幅器を、
さらに含むことを特徴としたデジタル無線受信機。
請求項１〜４のいずれか一項において、
前記加算器からの出力信号を一定とするように利得を制御する制御器を、
さらに備えたことを特徴とするデジタル無線受信機。