JPH07231338A

JPH07231338A - 直接変換受信機

Info

Publication number: JPH07231338A
Application number: JP6022273A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Mimura; 政博三村; Takaaki Kishigami; 高明岸上; Makoto Hasegawa; 誠長谷川; Seiya Tanaka; 靖也田中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-02-21
Filing date: 1994-02-21
Publication date: 1995-08-29
Anticipated expiration: 2016-06-18
Also published as: JP3178217B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、無線通信の受信機に使用されるＦ
ＳＫ復調器に関し、集積回路での構成に適し、小型、低
消費電力で安価なＦＳＫ受信機の構成を可能とし、高速
なデータ伝送に対応した復調方式を得ることを目的とす
る。【構成】ＦＳＫ変調の直接変換受信により得られたＩ
Ｑ信号３８、３９を復調手段１と周波数検出手段４に供
給し、出力信号２は低域濾波器３により波形整形を行な
い、クロック同期手段６と符号判定手段８に供給する。
周波数検出手段４はＩＱ信号３８、３９における周波数
変化を検出することで、局部発振器３４の周波数オフセ
ット量を検出し、信号遅延手段８の遅延量を決定し、そ
の遅延されたクロック同期手段６のクロック信号７を用
い、符号判定手段８におけるシンボル後方における符号
判定点による符号の判定を行ない、復調結果を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主としてデジタル無線
通信の直接変換受信機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、無線周波搬送波上の周波数偏移変
調（ＦＳＫ：ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｈｉｆｔＫｅｙ
ｉｎｇ；フィリケンシイー・シフト・キーイング）等の
デジタル変調信号の受信機として、直接変換受信機が集
積回路化に適した構成として検討されている。

【０００３】例えば、特開昭５５−１４７０１号公報に
記載されている構成が知られている。以下、図６を参照
して従来のＦＳＫデータ復調器について簡単に説明す
る。

【０００４】図６において、アンテナ３０により受信さ
れたＦＳＫ受信信号は、信号増幅器３１により振幅を増
幅し、ミキサ３２に供給すると同時に、ミキサ３３に供
給する。局部発振器３４の信号はミキサ３２と、９０度
移相器３５を通してミキサ３３に供給され、それぞれ受
信機入力端３０の信号と混合することにより入力信号を
ダウンコンバートし、ベースバンド信号のみを通過する
低域通過濾波器３６、３７を通し、お互いに直交位相
で、かつＦＳＫ信号の周波数偏移の上下により互いの位
相遅延関係が反転する関係にあるＩ信号３８とＱ信号３
９を得る。Ｉ信号３８、Ｑ信号３９はそれぞれ、振幅制
限増幅器４０、４１を通し、デジタル信号４２、４３を
得る。そして、Ｄフリップフロップ４４のＤ入力端子と
クロック入力端子に、デジタル信号４２、４３を入力
し、Ｄフリップフロップ４４の出力信号４５を用いてデ
ータの復調を行なう。

【０００５】次に、出力信号４５は低域フィルタ４６に
より波形整形の後、クロック同期回路４７によりシンボ
ル周期を検出し、そのシンボル周期でシンボル判定回路
４８により、シンボル中央におけるサンプルによる符号
判定を行ない、最終的な復調結果４９を得る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】さて、局部発振器と送
信搬送波信号の間に周波数差が生じた場合、周波数差が
前記ＩＱベースバンド信号の周波数に直接影響して、受
信シンボルの符号変化に伴い、ベースバンド信号の周波
数が変化する。一般に、直接変換受信機は集積化が容易
である事から、従来の技術で述べたようなデジタル復調
方式を採ることが多いが、このようなデジタル復調方式
ではベースバンド信号を２値化して復調を行なう。この
とき、２値化により前記ＩＱベースバンド信号の伝達は
零クロス点のみで行われる事になり、前記ＩＱベースバ
ンド信号の位相情報が消失していることから、復調にお
ける送信シンボルの符号変化検出の遅延原因となる場合
が多い。さらに、高速での通信を行なう場合、変調指数
が低くなる傾向があるため、以上に述べた遅延による復
調結果への影響は増大し、特に受信機の局部発振器に対
する、許容周波数偏差量が少なくなるという課題を有し
ていた。

【０００７】また、ＣＰＵ等の動作時に雑音の発生しや
すい回路を、シンボル周期と同期させて間欠的に動作す
る場合、前記シンボル判定手段におけるシンボル判定時
に動作するようにＣＰＵが動作する事が多いが、動作雑
音の復調回路への漏洩により、受信感度が劣化するとい
う課題を有していた。

【０００８】本発明は上記課題を解決するもので、復調
器における符号判定手段におけるシンボル判定点と、Ｃ
ＰＵの動作タイミングを制御することにより、狭帯域、
高速デジタル変調に対応した高感度直接変換受信機を得
る事を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の技術的解決手段は、受信ＦＳＫ搬送
波と局部発振器間の周波数差により、前記ＩＱベースバ
ンド信号の周波数に変化が生じた場合、周波数変化によ
り検出した前記周波数ずれの程度に応じて、前記クロッ
ク同期回路の位相制御を行ない、前記符号判定手段にお
ける判定点のシンボル中の位置を変化させ、復調手段に
おける判定遅延量に応じたシンボル判定を行なうこと
で、受信感度の向上を図るものである。

【００１０】また、本発明の第２の技術的解決手段は、
ＣＰＵ等の、動作による雑音の発生が予想される回路が
データ判定に同期して動作する場合、動作タイミングを
シンボル判定に影響の少ない場合に動作するように制御
する構成を有するものである。

【００１１】

【作用】本発明は上記の構成により、復調器の符号（シ
ンボル）判定手段において、従来シンボル中央に設けて
いた符号判定点を中央よりも後方に設けることにより、
以上に説明した遅延の影響で復調結果における符号変化
点が、シンボル後方に移動した場合でも、正確な符号判
定が可能となり、送信搬送波と局所発振器の間に周波数
ずれがある場合における受信感度の向上を図る事ができ
る。

【００１２】また、ＣＰＵ等の動作タイミングをシンボ
ル判定点の後に設定する事により、動作雑音の影響が軽
減され、高感度な受信を可能とするものである。

【００１３】さらに、本発明は直接変換復調手段の構成
に付加することにより受信感度を改善するものであり、
復調手段、上記構成ともにデジタル信号処理により実現
できることから、復調器全体の集積回路化が容易であ
り、受信機の小型化と低消費電力化を同時に実現でき
る。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）以下、図１、図２、図３を参照しながら本
発明の第１の実施例について説明する。図１は本発明の
第１の実施例における直接変換受信機に適用した復調回
路の主要部の回路系統図である。なお、本実施例は、直
接変換受信機の構成であるため、従来の技術において説
明した直接変換により得られる前記Ｉ信号３８と前記Ｑ
信号３９を用いて復調を行なうものとする。

【００１５】なお、図１において、信号増幅器３１、ミ
キサ３２、ミキサ３３、局部発振器３４、９０度移相器
３５、低域通過濾波器３６、３７は図６の構成と同等の
ものである。

【００１６】図１において、１は前記Ｉ信号３８、Ｑ信
号３９を入力として、前記信号３８、３９は送信信号の
符号変化により位相関係が反転することから、お互いの
位相関係を検出して、位相関係の反転により送信データ
の変化を検出する復調手段である。当該復調手段１は、
より具体的には、図６に示した振幅制限増幅器４０、４
１、及びＤフリップフロップ４４により構成してもよ
い。あるいは前記Ｉ信号３８、Ｑ信号３９を９０度位相
器により９０度位相してＩ｀信号３８｀、Ｑ｀信号３９
｀とし、前記Ｉ信号３８とＱ｀信号３９｀を混合器によ
りミキシングするとともに、前記Ｑ信号３９とＩ｀信号
３８｀を混合器によりミキシングして、双方のミキシン
グ出力の和を演算器によりとるような構成でも実現でき
る。

【００１７】２は復調手段１の出力信号、３は復調手段
１の出力信号２を波形整形する低域通過濾波器、４は前
記Ｉ信号３８、Ｑ信号３９の周波数を検出する周波数検
出手段、５は周波数検出手段４の出力信号、６は低域通
過濾波器３の出力信号における符号変化からシンボル変
化点の検出により、シンボル中央のタイミングを推定し
たクロック信号７を出力するクロック同期手段、８は前
記信号５に応じた量の遅延を前記クロック信号７に加え
る信号遅延手段、９は低域通過濾波器３の出力信号から
信号遅延手段８の出力信号のタイミングを用いてシンボ
ル判定を行なうシンボル判定手段、１０はシンボル判定
手段９により得られる最終的な復調結果である。

【００１８】以上のような構成において、以下その動作
を説明する。まず、前記Ｉ信号３８、Ｑ信号３９は常に
９０度の位相差を保つが、送信信号の符号変化に伴な
い、お互いの位相関係は反転する。復調手段１は、前記
Ｉ信号３８、Ｑ信号３９相互の位相関係の検出により、
送信信号の符号を判定する。判定した復調結果２は低域
通過濾波器３に通すことにより波形整形を行ない、クロ
ック同期手段６とシンボル判定手段９に供給される。こ
こで、受信ＦＳＫ信号の搬送波と局部発振器３４間に周
波数差がある場合、送信シンボルの変化に伴い、前記Ｉ
信号３８、Ｑ信号３９としたベースバンド信号の周波数
が変化する。

【００１９】図２（ａ）は受信ＦＳＫ信号の搬送波と局
部発振器間に周波数差がない場合、図２（ｂ）は周波数
差がある場合で、それぞれ送信信号（イ）、ベースバン
ド信号（ロ）、復調結果（ハ）の関係を示したものであ
る。（ニ）は、受信ＦＳＫ信号と局部発振器３４の出力
信号間の周波数関係である。

【００２０】それぞれ受信ＦＳＫ信号の搬送波周波数は
ＦＲＦ、局部発振器の発振周波数はＦＬＯとし、ＦＳＫ
周波数偏移はＦＤとする。図２（ａ）の場合は、（イ）
に示した送信信号の符号変化に関係なく、（ロ）に示し
たベースバンド信号の周波数はＦＤとなる。ここで、一
般に復調手段１における符号検出の遅延量は、ＦＤに反
比例する。この場合、符号間におけるＩ信号の周波数が
同一なため、符号検出の遅延量が常にほぼ一定値となる
ので、復調結果（ハ）に示した復調結果におけるデュー
テイ比は1/2程度となる。

【００２１】また、図２（ｂ）は受信ＦＳＫ信号搬送波
と局部発振器間に周波数差がある場合における関係であ
るが、この場合、（ニ）に示すように、ＦＲＦとＦＬＯ
間に周波数差があるため、（イ）に示した送信信号の符
号変化に伴い、（ロ）に示したベースバンド信号の周波
数がＦＤ１とＦＤ２に変化する。

【００２２】前記復調手段１における符号判定の遅延量
は、ベースバンド信号の周波数にほぼ反比例するため、
ベースバンド信号の周波数が変化することにより、シン
ボル間での符号判定の遅延量も変化することになる。従
って、図２（ｂ）（ハ）に示したように、ベースバンド
信号の周波数がＦＤ１と低くなる場合の遅延が大きくな
り、極端な場合はシンボル中央付近にまで達することも
ある。このような場合、シンボル判定手段８において、
従来行われているようなシンボル中央における符号判定
を行うと、符号判定結果に誤差が多くなることが予想さ
れる。

【００２３】ここで、常にシンボル中央における符号判
定を行なうのではなく、前記遅延量に応じて符号判定点
をシンボル中央から後方へ移行させることにより、復調
誤差を少なくする事ができる。図１の構成では、クロッ
ク同期手段６は、低域通過濾波器３の出力信号における
符号変化からシンボル変化点の検出を行ない、シンボル
中央のタイミングを推定する。そして、前記ＩＱベース
バンド信号３８、３９の周波数変化を周波数検出手段４
により検出し、周波数検出手段４の出力信号５を信号遅
延手段８に供給する。そして、信号遅延手段８は、クロ
ック同期手段６により推定されたシンボル中央位置を示
すクロック信号７に対して、前記出力信号５に応じた遅
延をした信号をシンボル判定手段９に供給する事によ
り、前記ＩＱベースバンド信号の周波数の変化程度に応
じて符号判定手段９の符号判定点をシンボル後方へ移動
する。即ち、受信ＦＳＫ搬送波信号と局部発振器間の周
波数差に応じて、予想される前記ＩＱベースバンド信号
３８、３９の判定遅延量分だけ後方に移動したシンボル
判定点により、シンボルの符号判定を行ない、最終的な
復調結果１０を得る。

【００２４】以上に説明した構成では、周波数検出手段
４により受信ＦＳＫ搬送波信号と局部発振器間の周波数
差を検出し、シンボル判定手段８において前記周波数差
に応じたシンボル判定点の移行を行なうとしているが、
前記周波数差に関わらずシンボル判定点を単に一定量、
後方に移動させておくことによっても、前記周波数差が
生じた時の感度を向上させることが可能である。その場
合、周波数検出手段４と信号遅延手段８は省く事ができ
る。

【００２５】図３は、図１における周波数検出手段４と
信号遅延手段８を省いた構成の復調機を想定した、計算
機シミュレーションによる特性改善結果である。図３に
おいて、横軸はシンボル判定手段９におけるシンボル判
定の位置を１シンボルを１００％として示しており、縦
軸はその位置よるシンボル判定を行なった場合における
ＢＥＲ（ビットエラーレート）である。ＢＥＲは総送信
データ数に対する復調データにおける誤りデータのビッ
ト比率である。ここでは受信ＦＳＫ搬送波信号と局部発
振器間の周波数差を０から３ｋＨｚと変化させている
が、特に前記周波数差が３ｋＨｚの場合、シンボル判定
の位置をシンボル中央に設定したときにＢＥＲは約0.04
となるが、１シンボル長の3/4、７５％の位置に設定し
たときにはＢＥＲが約0.004となり、誤り率の低減が確
認された。誤り率の低減は、直接受信感度の向上につな
がるため、本発明の構成による、受信感度の改善効果が
確認されたことになる。

【００２６】（実施例２）以下、図４、図５を参照しな
がら本発明の第２の実施例について説明する。図４は本
発明の第２の実施例における直接変換受信機に適用した
復調回路の主要部の回路系統図である。本実施例も図１
と同様に、直接変換受信機の構成であるため、従来の技
術において説明した直接変換により得られる前記Ｉ信号
３８とＱ信号３９を用いて復調を行なうものとする。よ
って、図４において、信号増幅器３１、ミキサ３２、ミ
キサ３３、局部発振器３４、９０度移相器３５、低域通
過濾波器３６、３７は図６の構成と同等のものである。
また、図４において、１は復調手段であり、２は復調手
段１の出力信号、３は復調手段１の出力信号２を波形整
形する低域通過濾波器で、以上の構成は図１と同様であ
る。

【００２７】一方、６は低域通過濾波器３の出力信号に
おける符号変化からシンボル変化点の検出により、シン
ボル中央のタイミングを推定したクロック信号７を出力
するクロック同期手段、９は低域通過濾波器３の出力信
号から前記クロック信号７のタイミングを用いてシンボ
ル判定を行なうシンボル判定手段、１１はＣＰＵ等の演
算処理手段、１０はシンボル判定手段９により得られる
最終的な復調結果である。

【００２８】以上のような構成において、以下その動作
を説明する。この第２の実施例における低域通過濾波器
３の出力信号を得るまでの動作は、前記第１の実施例と
同様であるので、それ以降の動作についての説明を行な
う。

【００２９】クロック同期手段６は、低域通過濾波器３
の出力信号における符号変化からシンボル変化点の検出
を行ない、シンボル中央のタイミングを推定したクロッ
ク信号７をシンボル判定手段９に供給する。そして、低
域通過濾波器３の出力信号は、シンボル判定手段９にお
いて、クロック信号７のタイミングによりシンボル中央
でのシンボル判定を行ない、最終的な復調結果１０を得
る。

【００３０】ここで、復調動作に演算処理による操作を
加える構成を採る場合等に、演算処理手段１１をシンボ
ル周期に同期して間欠的に動作することがある。このと
き、演算処理手段１１がデジタル回路により構成されて
いる場合、動作による雑音の発生と、その復調部への漏
洩による受信感度の劣化が問題になる事が多い。

【００３１】本実施例は、演算処理手段１１を、クロッ
ク同期手段６から供給されるクロック信号７により同期
的に動作させ、さらに動作開始のタイミングをシンボル
判定手段９におけるシンボル判定点の後とするものであ
る。このことにより、演算処理手段１１の動作を、シン
ボル判定手段９におけるシンボル判定時に影響の少ない
タイミングで行なうことができ、演算処理手段１１の動
作雑音の漏洩による受信感度の劣化を最小限にとどめる
構成とするものである。

【００３２】図５は、図４に示した構成の復調機を想定
した、計算機シミュレーションによる特性改善結果であ
る。図５において、横軸は毎シンボルにおける演算処理
手段１１の動作開始位置を１シンボルを１００％として
示しており、縦軸はそのときのＢＥＲである。図５に示
した実施例ではシンボル判定をシンボル中央に設定して
いるため、シンボル判定点の以前に雑音の発生要因があ
ると、雑音の混入による影響が大きくなるため、感度が
劣化している事がわかる。また、演算処理手段１１の動
作開始点をシンボル判定点後に設定する事により、漏洩
した雑音による影響が少なくなっている。

【００３３】従って、雑音の発生が予想される演算処理
手段１１等の回路を、シンボル周期と同期して動作させ
る必要がある場合、演算処理手段１１等の動作を、前記
クロック信号７により動作の開始を行なう構成とする事
により、シンボル判定手段８のシンボル判定後に、演算
処理手段１１を動作させることが可能となり、以上図５
を用いて説明したように、受信感度の向上が、比較的簡
易な方法により可能となる。

【００３４】いずれの実施例でも、受信信号の変調形式
は、ＦＳＫである場合について説明したが、復調手段１
に他の変調変調方式に対応した復調器を用いる事によ
り、他の変調方式における受信機としても、本発明の復
調を適用できることは明らかである。

【００３５】ここでは、いずれの実施例でも、受信方式
を直接変換受信方式とした場合について説明したが、搬
送波信号を中間周波数信号とすれば、ヘテロダイン方式
の復調方式として本発明の復調を適用できることは明ら
かである。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ダイレク
トコンバージョン受信において、大きな問題である、受
信ＦＳＫ信号の搬送波と、受信機の局部発振器の間に周
波数差が生じた場合においても、より正確なシンボル判
定が可能であるため、より狭帯域、高速ＦＳＫに対応し
た復調器が実現できる。

【００３７】また本発明によれば、ＣＰＵ等の演算処理
手段を組み込んだ受信機の場合、演算処理手段により発
生する雑音の影響を軽減することが可能であるため、よ
り高感度な復調が可能となる。

【００３８】また、構成要素がデジタル回路素子でも実
現できるため、集積回路化が可能であり、小形化および
低価格化に対応でき、その工業的な効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における直接変換受信機
に適用した復調回路の主要部の回路系統図

【図２】同実施例における復調動作を示した波形図

【図３】同実施例による復調感度改善の効果を示した特
性図

【図４】本発明の第２の実施例における直接変換受信機
に適用した復調回路の主要部の回路系統図

【図５】同実施例による復調感度改善の効果を示した特
性図

【図６】従来の受信機の構成によるＦＳＫ復調方式を適
用した復調回路の主要部を示す回路系統図

【符号の説明】

１復調手段３低域通過濾波器４周波数検出手段６クロック同期手段８信号遅延手段９符号判定手段３２、３３ミキサ３４局部発振器３５９０度移相器３６、３７低域通過濾波器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中靖也神奈川県横浜市港北区綱島四丁目３番１号松下通信工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直接変換受信によるＩＱベースバンド信
号の符号変化により位相関係が反転することから、お互
いの位相関係を検出して、位相関係の反転により送信デ
ータの変化を検出する復調手段と、前記復調手段からの
復調検出信号の符号判定を行う符号判定手段と、前記復
調検出信号の符号変化からシンボル変化点を検出し、シ
ンボル中央のタイミングを推定したクロック信号を前記
符号判定手段に供給するクロック同期手段と、前記クロ
ック信号を入力とし、１／２シンボル長以下の一定時間
の信号遅延を行なう信号遅延手段とを具備し、前記符号
判定手段は、前記信号遅延手段からの出力信号のタイミ
ングで、前記復調検出信号の符号を判定し、復調符号判
定結果として出力し、当該復調符号判定結果を用いて復
調を行なう直接変換受信機。
【請求項２】直接変換受信によるＩＱベースバンド信
号の符号変化により位相関係が反転することから、お互
いの位相関係を検出して、位相関係の反転により送信デ
ータの変化を検出する復調手段と、その復調検出信号の
符号変化からシンボル変化点を検出し、シンボル中央の
タイミングを推定したクロック信号を出力するクロック
同期手段と、前記ＩＱベースバンド信号を入力とし、入
力信号の周波数変化を検出する周波数検出手段と、前記
周波数検出手段の出力信号を制御信号とし、前記クロッ
ク信号を前記制御信号に応じた時間遅延する信号遅延手
段と、前記信号遅延手段の出力信号のタイミングで、前
記復調検出信号の符号判定を行なう符号判定手段とを具
備し、前記周波数検出手段は、前記ＩＱベースバンド信
号の周波数変化により受信機局部発振器の受信ＦＳＫ搬
送波周波数に対する周波数ずれを検出して、前記制御信
号として前記信号遅延手段に供給し、前記信号遅延手段
は、前記クロック信号を、前記周波数ずれに応じて１／
２シンボル長以下の遅延を行ない前記符号判定手段に供
給し、前記符号判定手段は、前記信号遅延手段の出力信
号に同期して、前記復調検出信号の符号判定を行なうこ
とにより、前記周波数検出手段において検出された前記
局部発振器の周波数ずれに応じて、前記クロック信号に
よるシンボル中心推定点から、符号判定点の遅延量を変
化させる直接変換受信機。
【請求項３】直接変換受信によるＩＱベースバンド信
号の符号変化により位相関係が反転することから、お互
いの位相関係を検出して、位相関係の反転により送信デ
ータの変化を検出する復調手段と、前記復調手段からの
出力信号である復調検出信号の符号判定を行う符号判定
手段と、前記復調検出信号の符号変化からシンボル変化
点を検出し、シンボル中央のタイミングを推定したクロ
ック信号を前記符号判定手段に供給するクロック同期手
段と、前記復調検出信号と同期的に動作する演算処理手
段とを具備し、前記演算処理手段は、前記クロック信号
のタイミングを用い、前記符号判定手段における符号判
定点の後で間欠的に動作することにより、動作雑音が復
調部へ漏洩することによる復調結果への影響が少ないタ
イミングにおいて動作し、前記符号判定手段は、前記ク
ロック信号を用いたタイミングにおける前記復調検出信
号の符号を判定し、復調符号判定結果として出力し、当
該復調符号判定結果を用いて復調を行なう直接変換受信
機。