<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態における通信装置1000について、図に基づいて説明する。
図1は、通信装置1000の構成を示す。この通信装置1000は、例えばプレストーク型通信機のように、断続した信号を送受信する装置であって、通信の相手側の通信装置から送信される信号の立ち上がりを検出することができるものである。
図1に示されるように、通信装置1000は、アンテナ部10と、受信部20と、A/D(Analog Digital:アナログ/デジタル)変換部30と、受信信号検出装置500とを含んで構成される。受信信号検出装置500は、FM検波処理部40と、ハイパスフィルタ(以下、HPFと称する。)部50と、高域周波数信号レベル算出部60と、信号レベル判定部70と、疑似信号加算部80と、スムージング部90と、受信信号検出処理部100とを含んで構成される。通信装置1000は、本発明の通信装置に対応する。受信信号検出装置500は、本発明の受信信号検出装置に対応する。
アンテナ部10は、受信部20に接続されており、所定の無線信号(例えば、周波数などで特定される。)に対応している。
受信部20は、アンテナ部10を介して無線信号を受信し、この無線信号に所定の受信処理(周波数変換等)をして、受信信号(中間周波数信号とも呼ばれる。)を生成する。そして、受信部20は、受信信号をA/D変換部30へ出力する。
A/D変換部30は、受信信号をアナログデジタル変換して、受信信号のデジタル複素包絡信号を生成して、これを受信信号検出装置500へ出力する。なお、デジタル複素包絡信号は、本発明の複素包絡信号に対応する。ここで、一般的なA/D変換部30は、当該A/D変換部30の最小入力レベル以下の受信信号に対して、A/D変換することができない。このA/D変換部30の最小入力レベルとは、A/D変換部30が受信信号(アナログ信号)をアナログデジタル変換することができる信号レベルの最小値をいう。このため、受信信号の大きさが当該A/D変換部30の最小入力レベルよりも小さい場合、A/D変換部30は、信号レベル0の受信信号のデジタル複素包絡信号を出力する。
FM検波処理部40は、A/D変換部30により入力される受信信号のデジタル複素包絡信号をFM信号に変換して出力する。
HPF部50は、FM検波処理部40により出力されるFM信号の高域周波数成分(例えば、30〜40kHz)を濾波して高域周波数信号を出力する。なお、30〜40kHzは、FM信号の高域周波数成分の一例であって、これに限定されない。このとき、無信号時と信号到来時で電力差が生じるように、高域周波数成分を選択する必要がある。
高域周波数信号レベル算出部60は、乗算器61を含んで構成されている。この高域周波数信号レベル算出部60は、HPF部50により出力される高域周波数信号の信号レベル(例えば電力信号のレベル)を高域周波数信号レベルとして算出し、この高域周波数信号レベルを疑似信号加算部80へ出力する。なお、高域周波数信号レベルは、高域周波数信号の大きさに関する値である。ここでは、高域周波数信号の電力の2乗した値を、高域周波数信号レベルとする。ただし、高域周波数信号レベルは、高域周波数信号の大きさに関する値であればよく、高域周波数信号の電力の2乗した値に限定されない。例えば、高域周波数信号の電力の2乗した後、当該2乗値に対して平方根処理を行った値を、高域周波数信号レベルとしてもよい。この場合、高域周波数信号レベル算出部60の出力は、電力信号のレベルではなく、包絡線信号のレベルとなる。
信号レベル判定部70は、A/D変換部30により出力される受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルに応じて、以下で説明する疑似信号を出力する。すなわち、疑似信号とは、HPF部50により出力される高域周波数信号に加算するために擬似的に生成される信号である。
この疑似信号を発生させる方法は、例えば、次の通りである。すなわち、コンピュータプログラムの乱数発生関数で一様に分布する乱数を発生させた後に、ボックスミューラー法を用いてガウス雑音を取得する。これにより、ガウス雑音を本発明の疑似信号として発生させることができる。また、予め一定の時間の疑似信号を生成して、これをメモリ(不図示)などに記憶しておき、メモリに記憶された疑似信号を繰り返し用いてもよい。この方法は、疑似信号を発生させる処理の際に生じる負荷を無くすことができるので、実用的である。
疑似信号加算部80は、信号レベル判定部70により出力された疑似信号と、高域周波数信号レベル算出部60により出力された高域周波数信号レベルとを加算して、加算高域周波数信号を生成する。そして、疑似信号加算部80は、加算高域周波数信号をスムージング部90へ出力する。
スムージング部90は、疑似信号加算部70により出力された加算高域周波数信号を平滑化して、平滑後の加算高域周波数信号を受信信号検出処理部100へ出力する。
受信信号検出処理部100は、スムージング部90により出力された加算高域周波数信号と、予め設定された所定の閾値とを比較する。また、受信信号検出処理部100は、この比較結果に基づいて、受信信号の立ち上がりを検出する。
また、ここで、前述の信号レベル判定部70は、より詳細には、A/D変換部30により出力された受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0の場合と、0以外の場合とで、異なる疑似信号を出力する。すなわち、A/D変換部30により出力された受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0の場合、信号レベル判定部70は、少なくとも受信信号検出処理部100で設定された所定の閾値以上の大きさの疑似信号を出力する。一方、受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0以外の場合、信号レベル判定部70は、大きさ0の疑似信号を出力する。
次に、FM検波処理部40でFM検波処理されるFM信号の無信号時および信号到来時の信号特性について、図に基づいて説明する。図2は、FM検波処理部40でFM検波処理されるFM信号の無信号時および信号到来時の信号特性を示す。
図2に示されるように、縦軸を高域周波数信号レベル(dB)、横軸を周波数(Hz)とする。図2では、サンプリング周波数80Hzのデジタル複素包絡信号に対して、FM検波処理部40によりFM検波処理を行い、FM信号の高域周波数領域(30〜40kHz)のパワースペクトラムを測定した結果を例示している。なお、図2では、高域周波数信号の電力の2乗した値を、高域周波数信号レベルとして示している。
図2を参照すると、高域周波数信号レベルは、無信号時では高く、信号到来時では低いことがわかる。したがって、このような信号特性を利用して、高域周波数信号レベルが所定の閾値以下になった瞬間を信号の立ち上がりとして検出することができる。なお、図2で示した例では、高域周波数領域(30〜40kHz)の測定結果を用いたが、これに限定されない。すなわち、無信号時と信号到来時で電力差が生じるように、高域周波数成分を選択すればよい。
次に、信号レベル判定部70および疑似信号加算部80による効果について、図を用いて説明する。図3〜図6は、信号レベル判定部70および疑似信号加算部80による効果を説明するための図である。図3および図4は、信号レベル判定部70および疑似信号加算部80を設けなかった場合を示す。図5および図6は、信号レベル判定部70および疑似信号加算部80を設けた場合を示す。
まず、図3および図4に基づいて、信号レベル判定部70および疑似信号加算部80を設けなかった場合について説明する。
図3(a)では、A/D変換部30に入力する雑音の信号レベルNが、A/D変換部30の最小入力レベルLよりも大きい状態を示す。図3(b)は、図3(a)に示された関係を条件とした場合に、FM検波処理部40およびHPF部50を経て高域周波数信号レベル算出部60から出力するFM信号の高域周波数信号レベルを示す。
図3(a)および図3(b)に示されるように、A/D変換部30に入力する雑音の信号レベルNが、A/D変換部30の最小入力レベルLよりも大きい場合、高域周波数信号レベルは、無信号時のレベルが信号到来時のレベルよりも高い。このため、無信号時と信号到来時の信号レベルの間に閾値を設定すれば、受信信号検出処理部100は受信信号の立ち上がりを検出することができる。
図4(a)では、A/D変換部30に入力する雑音の信号レベルNが、A/D変換部30の最小入力レベルLよりも小さい状態を示す。図4(b)は、図4(a)に示された関係を条件とした場合に、FM検波処理部40およびHPF部50を経て高域周波数信号レベル算出部60から出力するFM信号の高域周波数信号レベルを示す。
図4(a)および図4(b)に示されるように、A/D変換部30に入力する雑音のレベルNが、A/D変換部30の最小入力レベルLよりも小さい場合、A/D変換部30は雑音信号を抽出することができない。このため、A/D変換部30から出力されるデジタル複素包絡信号の信号レベルは0となり、無信号時におけるFM信号の高域周波数信号レベルは不安定となる。なお、この場合、後述するように、無信号時における高域周波数信号レベルは、一般的に0となるが、0をdBスケールに変換すると−∞(dB)であり、図中に表現できなくなるため、図4(b)では信号レベルを0(dB)として示した。
ここで、A/D変換部30により出力されるデジタル複素包絡信号の信号レベルが0になると、無信号時における高域周波数信号レベルが不定となることについて、式を用いて具体的に説明する。
デジタル複素包絡信号S(n)は、同相成分をI(n)、複素成分Q(n)とすると、(式1)のように表される。
また、S(n)の瞬時移相φ(n)は、Q(n)をI(n)で除算した値の逆正接であるので、(式2)のように表される。
また、瞬時移相φ(n)の変化量e
FM(n)は、φ(n)の一回微分値であり、(式3)のように表される。なお、e
FM(n)は、FM検波信号とも呼ばれる。
(式1)において、S(n)=0の場合、I(n)=Q(n)=0となる。したがって、S(n)=0ときの瞬時移相φ(n)は、0/0の逆正接となり、不定となる。この場合、e
FM(n)も不定となる。
このように、A/D変換部30により出力されるデジタル複素包絡信号の信号レベルがS(n)=0になると、無信号時における高域周波数信号レベルが不安定となる。なお、S(n)=0の場合、φ(n)=0となることが多く、eFM(n)=0となる。したがって、以降の記載では、S(n)=0の場合、eFM(n)=0を出力するものとして説明する。φ(n)が不定の場合については、詳しくは説明しないが、本発明の受信信号検出装置500が正常に動作しないことは明らかである。
以上のように、FM検波処理部40により出力されるFM信号が0となる場合、当該FM信号の高域周波数信号レベルも0であり、dBスケールに変換すると−∞(dB)であるが、ここでは、図4(b)に示されるように、高域周波数信号レベルが0(dB)となるものとして扱う。図4(b)では、高域周波数信号レベルは、図3(b)と異なり、無信号時の方が信号到来時よりも低くなる。
したがって、信号レベル判定部70および疑似信号加算部80を設けなかった場合に、FM検波処理部40により出力されるFM信号が0となった際には、前述の通り、当該FM信号の高域周波数信号レベルも0(dB)と扱うので、受信信号検出処理部100が無信号時を信号到来時と誤って認識してしまい、受信信号の立ち上がりの瞬時を正しく検出できない。
次に、図5および図6に基づいて、信号レベル判定部70および疑似雑音加算部40を設けた場合について説明する。
図5(a)では、A/D変換部30に入力する雑音のレベルNが、A/D変換部30の最小入力レベルLよりも大きい状態を示す。図5(b)は、図5(a)に示された関係を条件とした場合に、FM検波処理部40、HPF部50を経て、高域周波数信号レベル算出部60から出力されるFM信号の高域周波数信号レベルに、信号レベル判定部70により出力された疑似信号を加算して得られる加算高域周波数信号を示す。
図5(a)および図5(b)に示されるように、A/D変換部30に入力する雑音の信号レベルNが、A/D変換部30の最小入力レベルLよりも大きい場合、高域周波数信号レベルは、無信号時のレベルが信号到来時のレベルよりも高い。
ここで、A/D変換部30に入力する雑音のレベルNが、A/D変換部30の最小入力レベルLよりも大きい場合、前述の通り、A/D変換部30は、受信信号をアナログデジタル変換することができるので、A/D変換部30により出力される受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0以外となる。そして、FM検波処理部40は、信号レベル0以外の受信信号のデジタル複素包絡信号に対してFM検波処理を行うことになるため、FM検波処理部40の出力は0とならない。また、前述の通り、受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0以外の場合、信号レベル判定部70は、大きさ0の疑似信号を出力する。したがって、加算高域周波数信号は、高域周波数信号レベル算出部70から出力されるFM信号の高域周波数信号レベルと同一となる。このように、A/D変換部30に入力する雑音の信号レベルNが、A/D変換部30の最小入力レベルLよりも大きい場合は、信号レベル判定部70および疑似信号加算部80を設けなかった場合(図3(a)および図3(b)を参照。)と同様の特性を示す。このため、無信号時と信号到来時の信号レベルの間に閾値を設定すれば、受信信号の立ち上がりを正しく検出することができる。
図6(a)では、A/D変換部30に入力する雑音のレベルNが、A/D変換部30の最小入力レベルLよりも小さい状態を示す。図6(b)は、図6(a)に示された関係を条件とした場合に、FM検波処理部40、HPF部50を経て、高域周波数信号レベル算出部60から出力されるFM信号の高域周波数信号レベルに、信号レベル判定部70により出力された疑似信号を加算して得られる加算高域周波数信号を示す。
ここで、A/D変換部30に入力する雑音のレベルNが、A/D変換部30の最小入力レベルLよりも小さい場合、A/D変換部30は、受信信号をアナログデジタル変換することができないので、A/D変換部30により出力される受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0となる。そして、FM検波処理部40は、信号レベル0の受信信号のデジタル複素包絡信号に対してFM検波処理を行うことになるため、FM検波処理部40の出力は0となる。しかしながら、本発明では、前述の通り、受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0の場合、信号レベル判定部70は、少なくとも受信信号検出処理部100で設定された所定の閾値以上の大きさの疑似信号を出力する。したがって、加算高域周波数信号は、高域周波数信号レベル算出部60から出力されるFM信号の高域周波数信号レベルに、受信信号検出処理部100で設定された所定の閾値以上の疑似信号を加算した信号となる。このため、加算高域周波数信号は、少なくとも、受信信号検出処理部100で設定された所定の閾値以上の大きさとなる。これにより、図6(a)および図6(b)に示されるように、A/D変換部30に入力する雑音の信号レベルNが、A/D変換部30の最小入力レベルLよりも小さい場合でも、受信信号検出処理部100で設定された所定の閾値以上の疑似信号がFM信号の高域周波数信号レベルに加算されるので、図4(a)および図4(b)を用いて説明した場合と異なり、0(dB)とはならない。また、無信号時の加算高域周波数信号は、信号到来時の加算高域周波数信号よりも高くなる。これは、A/D変換部30に入力する雑音のレベルNが、A/D変換部30の最小入力レベルLよりも大きい状態(図5(b)を参照。)と同様の特性となる。
このように、A/D変換部30に入力する雑音のレベルNが、A/D変換部30の最小入力レベルLよりも小さい場合であっても、信号レベル判定部70および疑似信号加算部
80を設けて、高域周波数信号レベル算出部60から出力されるFM信号の高域周波数信号レベルに、所定の閾値以上の疑似信号を加算することにより、加算高域周波数信号は、無信号時のレベルが信号到来時のレベルよりも高くなる。したがって、無信号時と信号到来時の信号レベルの間に閾値を設定すれば、受信信号の立ち上がりを検出することができる。
なお、図4および図6の説明では、本発明の技術内容を理解しやすいように、受信部20の雑音の信号レベルが常にA/D変換部30の最小入力レベルよりも小さい場合を例示して、受信信号の立ち上がり検出処理を説明した。実際に、雑音の信号レベルが低下して、A/D変換部30の最小入力レベルに近づいていく程に、受信信号の立ち上がり検出処理に異常が発生しやすくなる。すなわち、雑音の信号レベルが低下する程、A/D変換部30の最小入力レベルを下回る時間の割合が増加する。そして、この増加に伴って、高域周波数信号算出部60からFM検波処理部40を介して出力されるFM信号の高域周波数信号レベルが0(dB)となる割合が増加することになる。このため、スムージング部90により平滑化された信号レベル(すなわち、受信信号検出処理部100の入力)は、小さい値となり、信号レベルが信号到来時に近づいてしまう。
次に、本発明の第1の実施の形態における通信装置1000の動作について、図に基づいて説明する。図7は、通信装置1000の動作フローを示す。
受信部20がアンテナ部10を介して受信する信号を、中間周波数信号に周波数変換する。そして、図7に示されるように、A/D変換部30は、受信部20により入力される中間周波数信号をA/D変換して、受信信号のデジタル複素包絡信号(受信信号の複素包絡信号)を生成する(S701)。そして、A/D変換部20は、受信信号のデジタル複素包絡信号をFM検波処理部40および信号レベル判定部70へ出力する。
FM検波処理部40は、デジタル複素包絡信号に対してFM検波処理を行い、FM信号を生成する(S702)。そして、FM検波処理部40は、FM信号をHPF部50へ出力する。
HPF部50は、FM検波処理部40により出力されるFM信号のうち、高域周波数成分のみを濾波(FM検波処理)して、これを高域周波数信号として、高域周波数信号レベル算出部60へ出力する(S703)。
高域周波数信号レベル算出部60では、乗算器61が高域周波数信号を2乗演算する(S704)。これにより、高域周波数信号レベル算出部60は、高域周波数信号の大きさを示す高域周波数信号レベルを算出する。そして、高域周波数信号レベル算出部60は、高域周波数信号レベルを疑似信号加算部80へ出力する。なお、高域周波数信号レベルは、高域周波数信号の大きさに関する値であればよく、高域周波数信号の2乗した値に限定されないことは、前述した通りである。
信号レベル判定部70は、A/D変換部30により出力されたデジタル複素包絡信号の信号レベルが0の場合と、0以外の場合とで、異なる疑似信号を出力する(S705)。A/D変換部30により出力された受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0の場合、信号レベル判定部70は、一定値(少なくとも受信信号検出処理部100で設定された所定の閾値以上の大きさ)の疑似信号を出力する(S705、Yes)。一方、デジタル複素包絡信号の信号レベルが0以外の場合、信号レベル判定部70は、大きさ0の疑似信号を出力する(S705、No)。
そして、疑似信号加算部80は、信号レベル判定部70により出力された疑似信号と、高域周波数信号レベル算出部60により出力された高域周波数信号レベルとを加算して、加算高域周波数信号を生成する(S706)。
すなわち、A/D変換部30により出力された受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0の場合には、疑似信号加算部80は、高域周波数信号レベルと、一定値(少なくとも受信信号検出処理部100で設定された所定の閾値以上の大きさ)の疑似信号とを加算して、加算高域周波数信号を生成する。受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0のとき、高域周波数信号レベルも0となるので、疑似信号加算部80は、結果的に、一定値の疑似信号と同一の信号を出力する。
一方、デジタル複素包絡信号の信号レベルが0以外の場合には、疑似信号加算部80は、高域周波数信号レベルと、大きさ0の疑似信号とを加算して、加算高域周波数信号を生成する。そして、疑似信号加算部80は、加算高域周波数信号をスムージング部90へ出力する。この結果、疑似信号加算部80は、高域周波数信号レベルと同一の信号を出力する。
スムージング部90は、疑似信号加算部80により出力された加算高域周波数信号を平滑化(スムージング処理)する(S707)。そして、スムージング部90は、平滑化後の加算高域周波数信号を受信信号検出処理部100へ出力する。
受信信号検出処理部100は、次に説明するように、S708およびS709にて、受信信号の立ち上がりの検出を行う。
まず、受信信号検出処理部100は、1つ前のサンプルについて、平滑化後の加算高域周波数信号と、予め設定された所定の閾値とを比較する(S708)。1つ前のサンプルについて、平滑化後の加算高域周波数信号が所定の閾値以上である場合(S708、Yes)、受信信号検出処理部100は、現時点で受け取ったサンプルについて、平滑化後の加算高域周波数信号と、所定の閾値とを比較する(S709)。一方、1つ前のサンプルについて、平滑化後の加算高域周波数信号が所定の閾値以上でない場合(S708、No)、S701以降の処理を再び行う。
現時点で受け取ったサンプルについて、平滑化後の高域周波数信号レベルが所定の閾値以下である場合(S709、Yes)、受信信号検出処理部100は、受信信号の立ち上がりの瞬時を検出したことを外部回路(不図示)に通知する(S710)。併せて、受信信号検出装置500は、現時点で受け取ったサンプルについて、平滑化後の加算高域周波数信号をメモリ(不図示)に記録する。なお、このときに使用するメモリは、受信信号検出装置500の外部回路であってもよい。一方、現時点で受け取ったサンプルについて、平滑化後の加算高域周波数信号が所定の閾値以下でない場合(S709、No)、S701以降の処理を再び行う。
このようにして、受信信号検出処理部100は、1つ前のサンプルについて、平滑化後の加算高域周波数信号が所定の閾値以上である場合(S708、Yes)とともに、現時点で受け取ったサンプルについて、平滑化後の加算高域周波数信号が所定の閾値以下である場合(S709、Yes)に、その瞬間を受信信号の立ち上がりであると検出する。
そして、通信装置1000は、以上のS701〜S710の処理を、デジタル複素包絡信号の1サンプルごとに繰り返し実行する。
以上の通り、本発明の第1の実施の形態における通信装置1000は、FM検波処理部40と、HPF部50と、信号レベル判定部70と、疑似信号加算部80と、受信信号検出処理部100とを含んで構成されている。FM検波処理部40は、受信信号の複素包絡信号をFM信号に変換して出力する。HPF部50は、FM検波処理部40により出力されるFM信号の高域周波数成分を濾波して高域周波数信号を出力する。信号レベル判定部70は、受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルに応じて、HPF部50により出力される高域周波数信号に加算するための疑似信号を出力する。疑似信号加算部80は、信号レベル判定部70により出力された疑似信号と、高域周波数信号の大きさに関する値とを加算して、加算高域周波数信号を生成する。受信信号検出処理部100は、疑似信号加算部80により生成された加算高域周波数信号の大きさと、予め設定された所定の閾値とを比較し、この比較結果に基づいて、受信信号の立ち上がりを検出する。そして、疑似信号の大きさは、少なくとも所定の閾値以上である。
このように、本発明の第1の実施の形態における通信装置1000では、FM検波処理部40が、受信信号のデジタル複素包絡信号に対してFM検波処理を行う。HPF部50は、FM検波処理部40により生成されるFM信号の高域周波数成分を濾波して、これを高域周波数信号として出力する。
ここで、FM検波処理部40では、例えばフェージングなどの影響により入力信号の信号レベルが小さくなると、当該入力信号を検出できず、場合によって出力信号であるFM信号の信号レベルが不定となったり、0となったりする。このような現象は、特に無信号時の時に顕著となる。すなわち、受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0の場合、FM検波処理部40は、信号レベル0の受信信号のデジタル複素包絡信号に対してFM検波処理を行うことになるため、FM検波処理部40の出力は0または不定となり、HPF部50により出力される高域周波数信号の出力も0または不定となる。
そこで、本発明では、信号レベル判定部70および疑似信号加算部80を設けることにより、受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0の場合に、受信信号検出処理部100に入力する信号が、当該受信信号検出処理部100が受信信号の立ち上がりを検出するために予め設定された所定の閾値よりも必ず大きくなるように構成した。すなわち、受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0の場合、信号レベル判定部70が、少なくとも受信信号検出処理部100で設定された所定の閾値以上の大きさの疑似信号を出力する。次に、疑似信号加算部80が、HPF部50から出力される高域周波数信号の大きさに関する値(高域周波数信号レベル)に、信号レベル判定部70により出力される疑似信号を加算して、加算高域周波数信号を生成する。この加算高域周波数信号は、高域周波数信号レベルに前記の疑似信号を加算した信号であるから、少なくとも、受信信号検出処理部100で設定された所定の閾値以上の大きさとなる。このため、受信信号検出処理部100に入力される加算高域周波数信号は、受信信号が無信号となった時でも、不定または0(dB)になることはない。したがって、受信信号検出処理部100は、一定の大きさ以上の加算高域周波数信号を用いて、これと所定の閾値とを比較して、受信信号の立ち上がりを検出することができる。
この結果、第1の効果として、本発明の第1の実施の形態における通信装置1000によれば、フェージングなど、環境の変化に依存することなく、受信信号の立ち上がりの瞬間を簡単な構成で安定して正確に検出することができる。本発明では、FM検波処理部40にて包絡線情報を使用しないでFM検波処理を行っているので、フェージングによる影響を受けにくい。また、FM検波処理による特徴的な性質として、SN(Signal Noise)比改善効果も作用する。
また、第2の効果として、本発明の第1の実施の形態における通信装置1000によれば、特許文献1に記載の技術のように、HPFおよびLPFの双方を設ける必要はなく、ハードウェア規模を簡単にすることができる。すなわち、特許文献1に記載の技術と比較して、より簡単な構成で、前記の第1の効果を得ることができる。特に、受信信号の低域周波数領域に対して濾波等の処理を行う部材を必要としないため、ハードウェア規模を低減することができる。また、例えば、濾波等の処理をコンピュータ上のソフトウェアにより行う場合であっても、受信信号の低域周波数領域に対して処理を行う必要はないので、演算量が低減する。これにより、特許文献1に記載の技術を利用した場合と比較して、より簡単な構成を有し安価なコンピュータを用いて、受信信号の立ち上がり検出処理を実現できる。なお、本発明では、特許文献1に記載の技術と比較して、信号レベル判定部70および疑似信号加算部80が追加されている。しかしながら、これら信号レベル判定部70および疑似信号加算部80の処理負荷は、特許文献1に記載のLPFの処理負荷と比較して、著しく低い。これは、信号レベル判定部70および疑似信号加算部80は、1サンプルの入力信号につき、1回の判定処理と1回の加算処理を行うだけであるのに対して、LPF等によるフィルタ処理は、1サンプルの入力信号につき、複数回の乗算および加算を行う必要があるためによる。
以上、第1の効果と第2の効果をまとめると、本発明の第1の実施の形態における通信装置1000によれば、例えば、フェージングなど、環境の変化に依存することなく、受信信号の立ち上がりの瞬間を簡単な構成で安定して正確に検出することができる。
また、本発明の第1の実施の形態における通信装置1000は、A/D変換部30をさらに備えてもよい。このA/D変換部30は、受信信号をアナログデジタル変換して、受信信号のデジタル複素包絡信号を出力する。とくに、受信信号の大きさがA/D変換部30の最小入力レベルよりも小さい場合、A/D変換部30は、信号レベル0の受信信号のデジタル複素包絡信号を出力する。また、信号レベル判定部70は、A/D変換部30により出力される受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0の場合、少なくとも、受信信号検出処理部100で予め設定された所定の閾値以上の大きさの疑似信号を出力する。一方、A/D変換部30により出力される受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0以外の場合、大きさ0の疑似信号を出力する。なお、このA/D変換部30の最小入力レベルは、前述の通り、A/D変換部30が受信信号(アナログ信号)をアナログデジタル変換することができる信号レベルの最小値をいう。また、A/D変換部30の最小入力レベルは、アナログデジタル変換を行う前のアナログ信号時における値である。
このように、受信信号の大きさがA/D変換部30の最小入力レベルLよりも小さい場合、A/D変換部30は、信号レベル0の受信信号のデジタル複素包絡信号を出力する。このとき、前述の通り、FM検波処理部40は、信号レベル0の受信信号のデジタル複素包絡信号に対してFM検波処理を行うことになるため、FM検波処理部40の出力は0または不定となり、HPF部50により出力される高域周波数信号の出力も0または不定となる。そこで、本発明では、A/D変換部30により出力される受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0の場合、信号レベル判定部70は、少なくとも、受信信号検出処理部100で予め設定された所定の閾値以上の大きさの疑似信号を出力するようにした。これにより、疑似信号加算部80から出力される加算高域周波数信号は、高域周波数信号レベルに前記の疑似信号を加算した信号となるから、少なくとも、受信信号検出処理部100で設定された所定の閾値以上の大きさとなる。このため、受信信号検出処理部100に入力される加算高域周波数信号は、受信信号が無信号となった時でも、不定または0になることはない。一方、A/D変換部30により出力される受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルが0以外の場合、信号レベル判定部70は、大きさ0の疑似信号を出力するようにした。これにより、疑似信号加算部80から出力される加算高域周波数信号は、高域周波数信号レベルと同一となる。このように、受信信号の大きさがA/D変換部30の最小入力レベルLよりも小さい場合であっても、受信信号検出処理部100で予め設定された所定の閾値以上の大きさの疑似信号を高域周波数信号レベルに加算することによって、加算高域周波数信号のレベルは、無信号時のレベルが信号到来時のレベルよりも高くなる。これにより、無信号時と信号到来時の信号レベルの間に閾値を設定すれば、受信信号の立ち上がりを検出することができる。この結果、環境の変化に依存することなく、受信信号の立ち上がりの瞬間を簡単な構成で、より安定してより正確に検出することができる。
また、さらなる効果として、本発明の第1の実施の形態における通信装置1000によれば、受信部20およびA/D変換部30の間の受信信号の信号レベルを調整するためのコストを削減できる。これは、本発明では、疑似信号加算部80が、FM検波処理部40により出力される信号に擬似信号を加算するので、A/D変換部30の最小入力レベルを、受信部20の受信信号中の雑音の信号レベルに合わせて調整する必要がなくなるためである。特に、受信部20により出力される雑音の信号レベルは、経年変化や温度変化などの影響を受け易いため、A/D変換部30の最小入力レベルを、受信部20の受信信号中の雑音の信号レベルに合わせて適切に調整することは、非常に難しい。本発明では、前述のように、擬似信号加算部80が、FM検波処理部40により出力される信号に、受信信号検出処理部100が受信信号の立ち上がりを検出できるように、所定の閾値以上の擬似信号を加算するので、このような問題も解決できる。
また、本発明の第1の実施の形態における通信装置1000によれば、有効なダイナミックレンジを拡大することができる。図8は、通信装置1000の効果を説明するための図である。図8(a)は、信号レベル判定部70および擬似信号加算部80を設けなかった場合のダイナミックレンジを示す図である。一方、図8(b)は、信号レベル判定部70および擬似信号加算部80を設けた場合のダイナミックレンジを示す図である。
図8(a)および図8(b)に示されるように、A/D変換部30には、最小入力レベルLと最大入力レベルHが設定されている。なお、A/D変換部30の最小入力レベルLは、前述の通り、A/D変換部30が受信信号(アナログ信号)をアナログデジタル変換することができる信号レベルの最小値をいう。また、A/D変換部30の最大入力レベルHは、A/D変換部30が受信信号(アナログ信号)をアナログデジタル変換することができる信号レベルの最大値をいう。また、Nは、前述の通り、A/D変換部30により生成されるデジタル複素包絡信号の雑音成分を表す。
図8(a)に示されるように、信号レベル判定部70および擬似信号加算部80を設けなかった場合、受信信号検出処理部100にレベル0の信号が入力されないようにするために、雑音Nの信号レベルの最小値に合わせて、A/D変換部30の最小入力レベルLを設定する必要がある。このため、図8(a)に示されるように、有効なダイナミックレンジDL1が制限され、狭くなる。
これに対して、信号レベル判定部70および擬似信号加算部80を設けた場合、仮にA/D変換部30からレベル0の信号が出力されたとしても、疑似信号加算部80がFM検波処理部40の出力に、受信信号検出処理部100で予め設定された所定の閾値以上の大きさの疑似信号を加算して、加算高域周波数信号を出力する。したがって、加算高域周波数信号は、高域周波数信号レベルに前記の疑似信号を加算した信号となるから、少なくとも、受信信号検出処理部100で設定された所定の閾値以上の大きさとなる。このため、図8(b)に示されるように、雑音Nの信号レベルの最小値によりも小さいレベルに、A/D変換部30の最小入力レベルLを設定することができる。これにより、図8(b)に示されるように、有効なダイナミックレンジDL2が広くすることができる(DL2>DL1)。
以上のように、本発明の第1の実施の形態における通信装置1000によれば、信号レベル判定部70および擬似信号加算部80を設けたことにより、有効なダイナミックレンジを拡大することができる。
本発明の第1の実施の形態における通信装置1000は、高域周波数信号レベル算出部60をさらに備える。この高域周波数信号レベル算出部60は、HPF部50により出力される高域周波数信号の大きさに関する値である高域周波数信号レベルを算出する。そして、疑似信号加算部80は、高域周波数信号レベル算出部60により算出された高域周波数信号レベルと、疑似信号と加算して、前記加算高域周波数信号を生成する。
これにより、高域周波数信号レベル算出部60は、高域周波数信号の大きさに関する値として、自然数である高域周波数信号レベルを出力する。したがって、受信信号検出処理部100は、自然数を用いて所定の閾値を簡単に設定することができる。また、予め設定する所定の閾値に合わせて、高域周波数信号レベル算出部60の構成を設定することができるので、設計の自由度を増すことができる。
本発明の第1の実施の形態における通信装置1000は、スムージング部90をさらに備える。このスムージング部90は、疑似信号加算部80により生成された加算高域周波数信号を平滑化する。そして、受信信号検出処理部100は、スムージング部90により平滑化された加算高域周波数信号と、所定の閾値とを比較し、この比較結果に基づいて、受信信号の立ち上がりを検出する。これにより、異質な信号レベルを無くした後に、受信信号検出処理部100を用いて、受信信号の立ち上がり検出を行うことができる。
<第2の実施の形態>
本発明の第2の実施の形態における通信装置1000Aについて、図に基づいて説明する。
図9は、通信装置1000Aの構成を示す。図9に示されるように、通信装置1000Aは、受信信号検出処理装置500Aを含んで構成されている。この受信信号検出処理装置500Aは、FM検波処理部40と、HPF部50と、信号レベル判定部70と、疑似信号加算部80と、受信信号検出処理部100とを含んで構成される。なお、図9では、図1で示した各構成要素と同等の構成要素には、図1に示した符号と同等の符号を付している。
ここで、図1と図9を対比する。図1では、通信装置1000は、アンテナ部10と、受信部20と、A/D変換部30と、高域周波数信号レベル算出部60と、スムージング部90とを有しているのに対して、図9では、通信装置1000Aは、これらの構成を有さない点で相違する。
FM検波処理部40は、受信信号検出装置500Aに入力される受信信号のデジタル複素包絡信号をFM信号に変換して出力する。なお、デジタル複素包絡信号は、本発明の複素包絡信号に相当する。
HPF部50は、FM検波処理部40により出力されるFM信号の高域周波数成分を濾波して高域周波数信号を出力する。
信号レベル判定部70は、受信信号検出装置500Aに入力される受信信号のデジタル複素包絡信号の信号レベルに応じて、疑似信号を出力する。この疑似信号とは、HPF部50により出力される高域周波数信号に加算するために擬似的に生成した信号である。
疑似信号加算部80は、信号レベル判定部70により出力された疑似信号と、HPF部50により出力された高域周波数信号の大きさに関する値とを加算して、加算高域周波数信号を生成する。
受信信号検出処理部100は、疑似信号加算部80により生成された加算高域周波数信号の大きさと、予め設定された所定の閾値とを比較する。また、受信信号検出処理部100は、この比較結果に基づいて、受信信号の立ち上がりを検出する。
そして、前述の疑似信号の大きさは、少なくとも、受信信号検出処理部100に予め設定された所定の閾値以上に設定されている。
次に、本発明の第2の実施の形態における通信装置1000Aの動作について、図に基づいて説明する。図10は、通信装置1000Aの動作フローを示す。なお、図10において、S902、S903、S905、S906、S908〜S910は、図7のS702、S703、S705、S706、S708〜S710に対応する。
まず、FM検波処理部40は、受信信号検出装置500Aに入力される受信信号のデジタル複素包絡信号に対してFM検波処理を行い、FM信号を生成する(S902)。そして、FM検波処理部40は、FM信号をHPF部50へ出力する。
HPF部50は、FM検波処理部40により出力されるFM信号のうち、高域周波数成分のみを濾波(FM検波処理)して、これを高域周波数信号として、疑似信号加算部80へ出力する(S903)。
信号レベル判定部70は、受信信号検出装置500Aに入力されるデジタル複素包絡信号の信号レベルが0の場合と、0以外の場合とで、異なる疑似信号を出力する(S905)。すなわち、受信信号検出装置500Aに入力されるデジタル複素包絡信号の信号レベルが0の場合、信号レベル判定部70は、一定値(少なくとも受信信号検出処理部100で設定された所定の閾値以上の大きさ)の疑似信号を出力する(S905、Yes)。一方、デジタル複素包絡信号の信号レベルが0以外の場合、信号レベル判定部70は、大きさ0の疑似信号を出力する(S905、No)。
次に、疑似信号加算部80は、信号レベル判定部70により出力された疑似信号と、HPF部50により出力された高域周波数信号の大きさに関する値とを加算して、加算高域周波数信号を生成する(S906)。すなわち、受信信号検出装置500Aに入力されるデジタル複素包絡信号の信号レベルが0の場合には、疑似信号加算部80は、高域周波数信号の大きさに関する値と、一定値(少なくとも受信信号検出処理部100で設定された所定の閾値以上の大きさ)の疑似信号とを加算して、加算高域周波数信号を生成する。一方、デジタル複素包絡信号の信号レベルが0以外の場合には、疑似信号加算部80は、高域周波数信号の大きさに関する値と、大きさ0の疑似信号とを加算して、加算高域周波数信号を生成する。そして、疑似信号加算部80は、加算高域周波数信号を受信信号検出処理部100へ出力する。
受信信号検出処理部100は、次に説明するように、S908およびS909にて、受信信号の立ち上がりの検出を行う。
まず、受信信号検出処理部100は、1つ前のサンプルについて、加算高域周波数信号と、予め設定された所定の閾値とを比較する(S908)。1つ前のサンプルについて、加算高域周波数信号が所定の閾値以上である場合(S908、Yes)、受信信号検出処理部100は、現時点で受け取ったサンプルについて、加算高域周波数信号と、所定の閾値とを比較する(S909)。一方、1つ前のサンプルについて、加算高域周波数信号が所定の閾値以上でない場合(S908、No)、S902以降の処理を再び行う。
現時点で受け取ったサンプルについて、高域周波数信号レベルが所定の閾値以下である場合(S909、Yes)、受信信号検出処理部100は、受信信号の立ち上がりの瞬時を検出したことを外部回路(不図示)に通知する(S910)。併せて、受信信号検出装置500は、現時点で受け取ったサンプルについて、加算高域周波数信号をメモリ(不図示)に記録する。なお、このときに使用するメモリは、受信信号検出装置500Aの外部回路であってもよい。一方、現時点で受け取ったサンプルについて、加算高域周波数信号が所定の閾値以下でない場合(S909、No)、S902以降の処理を再び行う。
このようにして、受信信号検出処理部100は、1つ前のサンプルについて、加算高域周波数信号が所定の閾値以上である場合(S908、Yes)とともに、現時点で受け取ったサンプルについて、加算高域周波数信号が所定の閾値以下である場合(S909、Yes)に、その瞬間を受信信号の立ち上がりであると検出する。
そして、通信装置1000は、以上のS902〜S910の処理を、デジタル複素包絡信号の1サンプルごとに繰り返し実行する。
以上の通り、本発明の第1の実施の形態における通信装置1000Aは、FM検波処理部40と、HPF部50と、信号レベル判定部70と、疑似信号加算部80と、受信信号検出処理部100とを含んで構成されている。FM検波処理部40は、受信信号の複素包絡信号をFM信号に変換して出力する。HPF部50は、FM検波処理部40により出力されるFM信号の高域周波数成分を濾波して高域周波数信号を出力する。信号レベル判定部70は、受信信号の複素包絡信号の信号レベルに応じて、HPF部50により出力される高域周波数信号に加算するための疑似信号を出力する。疑似信号加算部80は、信号レベル判定部70により出力された疑似信号と、高域周波数信号の大きさに関する値とを加算して、加算高域周波数信号を生成する。受信信号検出処理部100は、疑似信号加算部80により生成された加算高域周波数信号の大きさと、予め設定された所定の閾値とを比較し、この比較結果に基づいて、受信信号の立ち上がりを検出する。そして、疑似信号の大きさは、少なくとも所定の閾値以上である。
これにより、前述した本発明の第1の実施の形態における通信装置1000と同様の効果を奏する。
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。実施の形態は例示であり、本発明の主旨から逸脱しない限り、上述各実施の形態に対して、さまざまな変更、増減、組合せを加えてもよい。これらの変更、増減、組合せが加えられた変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
前述の実施の形態の説明(特に、図7および図10の説明)では、デジタル複素包絡信号の1サンプルごとに、各処理を繰り返し実行すると説明した。しかしながら、デジタル複素包絡信号の複数のサンプルごとに、各処理を繰り返し実行してもよい。
また、前述の実施の形態の説明(特に、図7および図10)では、受信信号検出処理部100は、1つ前のサンプルについて、高域周波数信号の大きさ(高域周波数信号レベル)が所定の閾値以上である場合とともに、現時点で受け取ったサンプルについて、高域周波数信号の大きさ(高域周波数信号レベル)が所定の閾値以下である場合に、受信信号の立ち上がりを検出していた。しかしながら、これとは逆に、1つ前のサンプルについて、高域周波数信号の大きさ(高域周波数信号レベル)が所定の閾値以下である場合とともに、現時点で受け取ったサンプルについて、高域周波数信号の大きさ(高域周波数信号レベル)が所定の閾値以上である場合に、受信信号が消滅した瞬時であると検出する検出機能を、受信信号検出処理部100に設けてもよい。