JPH03139942A - 周波数変調波受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、直交検波受信装置に用いられるＡＦＣ回路に
関する。

〔概要〕

本発明は、直交検波復調を行う周波数変調波受信装置に
用いられる自動周波数制御回路において、ベースバンド
周波数を利用して生成した停止信号で発振回路の出力電
圧を保持することにより、受信装置の感度帯域特性の改
善を実現することができるようにしたものである。

〔従来の技術〕

近年、集積回路技術の進歩によって受信機の小型化が進
んできた。しかし、無線部を例にとると集積化が不可能
かまたは困難な素子の存在により小型化の限界に近づい
ているのが現状である。たとえば、スーパーへテロダイ
ン受信機では高周波および中間周波フィルタなどが大き
な面積を必要としている。そこで、小型、軽量化のため
に第１６図に示す直交検波受信装置が提案されている。

直交検波受信装置は回線周波数と局部発振周波数とを等
しくし、ミキサ回路で受信周波数と局部発振周波数との
ビートを取り出し、低域通過フィルタを経由してベース
バンド信号のみとし、このビートをリミッタ回路で振幅
制限をしたあと復調処理をして復調信号を得る。このよ
うな直交検波受信装置では局部発振周波数と回線周波数
とが一致しているために中間周波数がゼロになるので、
イメージ周波数が存在しないことを特徴とする。このこ
とは高周波増幅器および中間周波増幅器でイメージ周波
数を減衰するための選択性の高いフィルタを必要としな
いことを意味する。また、隣接チャンネル妨害波を減衰
させるためのチャンネル・フィルタは中間周波数がゼロ
であることから低周波のアクティブフィルタで構成が可
能になり、集積回路上に実現可能になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように直交検波受信装置を用いることにより高周波
数フィルタおよび中間周波数フィルタなどを削除するこ
とが可能になり、受信機の小型化および軽量化の実現が
可能になる。ところが、第１６図に示す直交検波受信装
置は受信感度帯域幅が狭い欠点があった。このことはデ
ータの１ビツト当りに含まれる情報量から定性的に説明
できる。

マークまたはスペースの２値デジタル信号で周波数変調
されたＦ　Ｓ　Ｋ　（ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ　５ＨＪＦＴ
　ＫＩｌｉＹＩＮＧン受信機で最大周波数偏移をＦ。、
データ伝送速度をＢ、とし、また、データの１ビツト当
りに含まれる情報量をＥＢ　とすると、 ＥＢ　＝　２　＊　Ｆｏ　／　ＢＲ になる。ここで、ミキサ回路の出力に現れるビート周波
数Ｆｍ　は回線周波数をＦＣ１局部発振周波数をＦＬ　
とすると、 ＦＢ＝（ＦＣ±ＦＤ）　　　ＦＬ になる。回線周波数ＦＣと局部発振周波数ＦＬとの間に
誤差がないとすると、ビート周波数Ｆ、と最大周波数偏
移Ｆｏは等しくなり、データの１ビツト当りに含まれる
情報１ｋＥｓはマークとスペースとで等しくなる。とこ
ろが、局部発振回路の発振周波数誤差および温度変動特
性により回線周波数と局部発振周波数との間に偏差ΔＦ
が生じると、ビート周波数Ｆ、は、 Ｆｎ　＝±Ｆｏ−ΔＦ になる。また、送信基地局側でオフセットをかけて送信
する場合もあり、この場合も回線周波数と局部発振周波
数との間に偏差ΔＦが生じる。このように、ビート周波
数Ｆ、はマークとスペースとの間で違いを生じてＦｏ−
△ＦＳＦｎ＋ΔＦになり、Ｆ、−八ＦのときにＥＩｌが
減少してＳＮの悪化を招き、受信感度が悪化する。

従来のスーパーへゾロダイン受信機の受信帯域特性（図
のＨの曲線）と直交検波受信装置の受信帯域特性（図の
■の曲線）との比較を第４図に示す。グラフが示すよう
に、スーパーヘテロゲイン受信機の１ｄＢ受信帯域が６
　ｋＨｚあるのに対して直交検波受信方式の１ｄＢ受信
帯域は２ｋ）１２　Ｌかなく明かに劣っている。このよ
うな特性は、局部発振周波数が正確に調整され、温度変
動がなくかつ送信基地局側でオフセットをかけないで運
用する場合にのみ問題がないが、はとんどの場合は受信
感度劣化が起きる欠点がある。

本発明は、このような欠点を除去するもので、受信感度
劣化が生じにくい周波数変調波受信装置を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、自回路で生成する局部周波数信号の周波数を
与えられた制御電圧に応じて可変設定できる発振回路と
、受信する二値デジタル信号で周波数変調された変調波
信号をこの局部周波数信号を用いてベースバンド信号に
変換するミキサ回路と、上記発振回路に制御電圧を与え
る自動周波数制御回路と、このベースバンド信号を直交
検波処理して復調信号を生成する復調回路とを備えた周
波数変調波受信装置において、上記自動周波数制御回路
は、上記ベースバンド信号を周波数検波して第一信号を
生成する第一手段と、この第一信号の平均値電圧を示す
第二信号を生成する第二手段と、この第二信号の示す電
圧にオフセット電圧を与えた電圧を示す第三信号を生成
する第三手段と、上記第一信号と上記第三信号とを比較
して第四信号を生成する第四半没と、この第四信号に応
じて自手段が生成する第五信号が呈する電圧を保持し、
この電圧を上記発振回路の制御電圧とする第五手段とを
備えたことを特徴とする。

ここで、上記第１手段が上記ベースバンド信号に一定時
間の遅延をかける遅延回路と、上記遅延回路の出力を第
１の人力、上記ベースバンド信号を第２の入力とする排
他的論理和回路と、上記排他的論理和回路の出力に接続
される低域通過フィルタにより構成されてもよい。

また、上記第２手段が１次の積分回路で構成されてもよ
い。

また、上記第３手段が、正負のオフセット電圧△Ｖを重
畳し電圧■え＋△Ｖ、ＶＡ−△Ｖを発生する手段であっ
てもよい。

また、上記第３の手段が、上記平均値電圧Ｖ＾を人力と
するボルテージホロワと、吐き出し電流を発生する第１
の定電流回路と、上記第１の定電流回路に一方を上記ボ
ルテージホロワに他方を接続される第１の抵抗と、吸い
込み電流を発生する第２の定電流回路と、上記第２の定
電流回路に一方を上記ボルテージホロワに他方を接続さ
れる第２の抵抗とで構成されてもよい。

また、上記第４手段は上記第１手段により出力される信
号の電圧がＶＡ±八Ｖへ内である場合に上記停止信号を
出力する手段であってもよい。

また、上記第４手段は、上記周波数検波信号を負人力と
し、上記電圧ＶＡ＋△Ｖを正入力とする第１のコンパレ
ータと、上記周波数検波信号を正入力とし、上記電圧Ｖ
Ａ−△Ｖを正入力とする第２のコンパレータと、第１の
コンパレータの出力と第２のコンパレータの出力とが接
続される論理積回路で構成され、論理積回路の出力を上
記停止信号とする手段であってもよい。

また、上記発振回路がのこぎり波発生回路であってもよ
い。

上記発振回路が第１および第２の定電圧回路を有し、上
記第１の定電圧回路を負入力とし、上記出力電圧を正入
力とする第３のコンパレータと上記第２の定電圧回路を
正入力とし上記出力電圧を負人力とする第４のコンパレ
ータとを有し、上記第３のコンパレータの出力と上記第
４のコンパ１ノー夕の出力を各々リセット・セット人力
とするＲＳフリップ・フロップを有し、上記ＲＳフリッ
プ・フロップの正相出力により吐き出し電流をゼロにす
る第３の定電流回路と、上記ＲＳフリップ・フロップの
逆相出力により引き込み電流をゼロにする第４の定電流
回路を有し、を記第３の定電流回路の出力と上記第４の
定電流回路の出力とコンデンサとの接続点を上記出力電
圧とし、上記停止信号により上記ＲＳフリップ・フロッ
プの正相出力および逆相出力を停止するスイッチ回路を
有してもよい。

〔作用〕

ベースバンド信号を生成するミキサ回路に与えられる局
部発振周波数を生成する電圧発振回路に与える正電圧と
して、ベースバンド信号の周波数検波信号の平均値電圧
にオフセット電圧を重畳し、この電圧と周波数検波信号
とを比較して停止信号を出力し、この停止信号で保持さ
れた発振回路の出力電圧を用いる。

これにより、直交検波方式の感度帯域特性をスーパ・＼
テロダイン方式と同等に改善することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。第１図はこの実施例の構成図である。

第２図は第１６図で示した直交検波受信装置の無線部に
ＡＦＣ回路１１０を付加した構成図である。

この実施例は、第１図に示すように、自回路で生成する
局部周波数信号の周波数を与えられた制御電圧に応じて
可変設定できる発振回路である電圧制御発振回路１０９
と、受信する二値デジタル信号で周波数変調された変調
波信号をこの局部周波数信号を用いてベースバンド信号
に変換するミキサ回路１０２と、上記発振回路に制御電
圧を与える自動周波数制御回路であるＡＦＣ回路１１０
　と、このベースバンド信号を直交検波処理して復調信
号を生成する復調回路１０５とを備え、さらに、本発明
の特徴とする手段として、上記自動周波数制御回路は、
上記べ−・スパント信号を周波数検波して第一信号を生
成する第一手段である復調Ｂ１０および低域通過フィル
タ１１と、この第一信号の平均値電圧を示す第二信号を
生成する第二手段である平均値回路１２と、この第二信
号の示す電圧にオフセット電圧を与えた電圧を示す第三
信号を生成する第三手段であるオフセット回路１３と、
上記第一信号と上記第三信号とを比較して第四信号を生
成する第四手段であるコンパレータ回路１．４．１５お
よびアンド回路１７またはコンパレータ回路１４および
排他的論理和回路１８と、この第四信号に応じて自手段
が生成する第五信号が呈する電圧を保持し、この電圧を
上記発振回路の制御電圧とする第五手段であるのこぎり
波発生回路１７とを備える。

次に、この実施例の動作を説明する。

まず、ＡＦＣ回路１１０を動作させない場合の検波動作
を説明する。

マークまたはスペースの２値デジタル信号で周波数変調
された受信波は高周波増幅器１０１で増幅され、さらに
２分割されてそれぞれミキサ回路１０２に人力される。

また、局部発振周波数は電圧制御発振回路１０９から９
０度移相器１０８に人力され、位相が＋４５度、−４５
度づつまわされてミキサ回路１０２に入力される。この
ような回路構成をとることにより、９０度位相のずれた
信号がミキサ回路１０２からベースバンドへ周波数変換
されて出力される。

回線周波数と局部発振周波数とは一致しているのでベー
スバンド信号はビート周波数になる。低域通過フィルタ
１０３はベースバンドの信号のみを取り出して雑音の帯
域制限を行う。ベースバンド信号は各々リミッタ回路１
０４に人力され、２値化された信号ＴおよびＱが得られ
る。この信号波形を第６図に示す。ここで、データは変
調信号を示す。

信号工およびＱを復調回路１０５に入力することにより
第６図に示すような周波数検波が行われる。

ここで、復調回路１０５は、第５図に示すように、Ｄフ
リップ・クロックで構成されるものとすると、Ｄ７リツ
プ・７０ツブのクロック人力ＣＬを信号Ｉ、データ人力
りを信号Ｑとすると、クロックの立ち上がりでデータを
カウントする場合に出力はＬのようになり、信号Ｉおよ
びＱの位を目が９０度変化することにより出力しも同様
に変化してデータが復調される。このようにして復調さ
れた復調信号は雑音を取り除くための低域通過フィルタ
１０６を通り−コンパレータ回路１０′ｒにより２値化
され、２値デジタル信号として出力される。

次に、Ａ　Ｆ　Ｃ回路１１０の動作を説明する。

この回路はリミッタ回路１０４の出力信号Ｉまたは信号
Ｑを周波数検波することにより回線周波数に対するオフ
セット周波数を検出し、オフセット周波数が一定値以内
になったときに自走している電圧制御発振回路１０９を
一定周波数に停止させ、局部発振周波数を回線周波数に
追従させる。第３図に各部の波形を示す。信号ＱはＩＪ
　ミッタ回路１０４の出力でありオフセット周波数ΔＦ
がかかっているものとする。すなわち、マークまたはス
ペースで信号Ｑの周波数は±Ｆｎ−ΔＦである。ここで
、復調１１０は、第７図に示すように、遅延時間Ｔの遅
延回路６１と排他的論理和回路６２とから構成される遅
延検波回路である。復調部１０の出力はパルス幅Ｔのパ
ルス波りになる。パルス波りを低域通過フィルタ１１で
積分することにより信号Ｑの周波数に比例した電圧出力
○が得られる。電圧出力Ｏの平均値はΔＦと無関係であ
るＦ、の電圧出力になる。すなわち、信号Ｑの周波数は
Ｆ、−△Ｆと’−−ＦＩｌｌ−ΔＦ１であるので、周波
数平均値はＦ。

になる。信号０の平均値Ａは平均値回路１２で求められ
る。時定数は１／ＢＲより充分長く設定しである。平均
値回路１２の構成は第９図に示すように１次ＲＣ積分回
路である。次に、平均値Ａはオフセット回路１３に入力
され士△Ｖの電圧が加えられる。

ＶＨ””Ａ七△＼？、ＶＬ　　＝Ａ−△Ｖコンパレータ
回路１４および１５には各ノｒＶｏ、Ｖｔが人力され、
ＶｏＩｌはＯ＜Ｖ、のときハイ状態に、Ｖ　ＯＬは０＜
Ｖｔのときにハイ状態になるように設定しである。Ｖｏ
ｌ、およびＶ。Ｈはアンド回路１６に人力され、ＶｏＬ
およびＶｏｌ、が共にハイ状態のときだけアンド回路１
６の出力Ｃはハイ状態になる。このことは信号○が平均
値Ａから△Ｖ以内であるとき信号Ｃはハイ状態になるこ
とを示す。以上のことを具体的な数値を上げて示すと、
復調回路１０に於ける復調感度をＫｎ　　（Ｖ／ｋ）（
ｚ　）とすると、信号○は ０−に、　・ΔＦ になり、 △Ｖ＞Ｋｎ　　・ΔＦ のときに信号Ｃがハイになる。Ｋｏ＝１０ｍＶ／ｌ＜ｔ
ｌｚ。

△Ｖ＝１０ｍＶとすれば、ΔＦ　＜　１　ｋＨｚである
とき信号Ｃがハイ状態になる。ここで、オフセット回路
１３の構成を第１０図に示す。平均値Ａはボルテージホ
ロワ６５を通して抵抗６８および６９と定電流回路６６
および６７によってオフセット電圧上△Ｖを発生してい
る。また、コンパレータ回路１４および１５は第１１図
に示すようにトランジスタ７７．７８、抵抗７５．７６
、定電流回路７９からなる差動増幅器とトランジスタ８
０、抵抗８１から成るレベルシフトとで構成される。

第１２図にのこぎり波発生回路１７の構成を示ず。

ＲＳラッチ９１とコンパレータ８９および９０とを用い
定電流回路８３によりコンデンサ８２を充電し、高電圧
側設定電圧Ｖ　ｃ　８以上になるとＲＳラッチ９１が反
転し、定電流回路８４により急速にコンデンサ８２を放
電する。次に低電圧側設定電圧ＶｃＬ以下になると、Ｒ
Ｓラッチ９１が反転してまた定電流回路８３により充電
を開始することを繰り返し、のこぎり波を発生する。の
こぎり波発生回路１７は信号Ｃがハイ状態のとき自走を
停止してそのときの電圧Ｖ。

を維持する。信号Ｃがハイ状態になると、定電流回路８
３および８４がオフしてハイインピーダンスの状態にな
る。のこぎり波発生回路１７の出力Ｖ、は電圧制御発振
回路１０９に入力される。このために電圧制御発振回路
１０９はのこぎり波発生回路１７によって第１３図に示
すような周期で自走する。ここで、１周期が１ビツト内
にはいるためにのこぎり波の周期はデータ伝送速度より
短い。また、第１３図に示すように局部発振周波数は回
線周波数の上下で変化する。これはＡＦＣ回路に入力さ
れたビート周波数がプラス側に周波数オフセットがかか
っているのかまたはマイナス側にかかっているのかを判
断することが不可能であり、回線周波数の上下で局部発
振周波数を変化させオフセットが小さくなる点を検出す
る必要があるためである。局部発信周波数が周期的に変
化することによりベースバンド信号１およびＱも同様に
変化する。このために１ビツト中に必ず１回は回線周波
数と局部発振周波数との誤差があらかじめ定められた周
波数以内になるときがあるので、信号Ｃも１ビツト中に
少なくとも１回はハイ状態になる。この時点でのこぎり
波発生回路１７の出力Ｖ、は一定値になり、局部発振周
波数は回線周波数とあらかじめ定められた周波数以内に
なって自動周波数制御がかかる。

次に、本発明の第２の実施例を第１４図に示す。

第１図のアンド回路１６を排他的論理和回路１８に置き
換えたものであり第１の実施例と同様に動作する。

最後に、本実施例のＡＦＣ回路を用いた場合の受信感度
帯域特性を第１５図に示す。ＡＦＣ回路を用いない場合
の直交検波方式と比較して１ｄＢ帯域が２　ｋＨｚから
６ｋＨｚとなり明かに改善されている。また、第４図に
示すように、従来のスーパヘテロゲイン方式と比較して
も遜色がない。ここで、第４図の曲線■は直交検波受信
方式の特性を示し、曲線■はスーパヘテロゲイン方式の
特性を示す。

また、第１５図の曲線■はＡＦＣ回路無しの場合の特性
を示し、曲線■はＡＦＣ回路を有する場合の特性を示す
。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように、局部発振周波数は回線
周波数とあらかじめ定められた周波数以内になり回線周
波数に追従させることが可能になり、従来例のように感
度帯域特性が狭い欠点を除去してスーパヘテロゲイン方
式と同等な感度帯域特性を実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例構成を示すブロック構成図。 第２図は本発明に用いた受信機の構成を示すブロック図
。 第３図は第１の実施例の各部の波形を示す図。 第４図は受信帯域特性を示すグラフ。 第５図は第２図の復調回路の構成を示す構成図。 第６図は第５図の復調回路の動作を示す波形図。 第７図は第１図の復調部の構成図。 第８図は第１図の低域通過フィルタの構成図。 第９図は第１図の平均値回路の構成図。 第１０図は第１図のオフセット回路の構成図。 第１１図は第１図のコンパレータ回路の構成図。 第１２図は第１図ののこぎり波発生回路の構成図。 第１３図はのこぎり波の波形図。 第１４図は本発明の第２の実施例の構成を示すブロック
図。 第１５図は本発明を用いた場合の受信帯域特性のグラフ
。 第１６図は従来例の構成を示すブロック構成図。 １０・・・復調部、１１．１０３．１０６・・・低域通
過フィルタ、１２・・・平均値回路、１３・・・オフセ
ット回路、１４．１５．１０７・・・コンパレータ回路
、１６・・・アンド回路、１７・・・のこぎり波発生回
路、１８・・・排他的論理和回路、１０１・・・高周波
増幅器、１０２・・ペキサ回路、１０４・・・リミッタ
回路、１０５・・・復調回路、１０８・・・９０度移相
器、１０９・・・電圧制御発振回路、１１０・・・ＡＦ
Ｃ回路、２０１・・・局部発振回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、自回路で生成する局部周波数信号の周波数を与えら
   れた制御電圧に応じて可変設定できる発振回路と、受信
   する二値デジタル信号で周波数変調された変調波信号を
   この局部周波数信号を用いてベースバンド信号に変換す
   るミキサ回路と、上記発振回路に制御電圧を与える自動
   周波数制御回路と、このベースバンド信号を直交検波処
   理して復調信号を生成する復調回路とを備えた周波数変
   調波受信装置において、 上記自動周波数制御回路は、上記ベースバンド信号を周
   波数検波して第一信号を生成する第一手段と、この第一
   信号の平均値電圧を示す第二信号を生成する第二手段と
   、この第二信号の示す電圧にオフセット電圧を与えた電
   圧を示す第三信号を生成する第三手段と、上記第一信号
   と上記第三信号とを比較して第四信号を生成する第四手
   段と、この第四信号に応じて自手段が生成する第五信号
   が呈する電圧を保持し、この電圧を上記発振回路の制御
   電圧とする第五手段とを備えた ことを特徴とする周波数変調波受信装置。