JPH07235954A - Fsk受信機用復調補正回路 - Google Patents

Fsk受信機用復調補正回路

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JPH07235954A
JPH07235954A JP5478294A JP5478294A JPH07235954A JP H07235954 A JPH07235954 A JP H07235954A JP 5478294 A JP5478294 A JP 5478294A JP 5478294 A JP5478294 A JP 5478294A JP H07235954 A JPH07235954 A JP H07235954A
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JP
Japan
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signal
frequency
circuit
output
demodulation
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Application number
JP5478294A
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English (en)
Inventor
Kazuo Kawai
一夫 川井
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GEN RES ELECTRONICS Inc
General Research of Electronics Inc
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GEN RES ELECTRONICS Inc
General Research of Electronics Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 FSK信号の受信機には受信周波数誤差を補
正して安定した復調を行わせるためAFCが設けられて
いるが、FSKの変調信号の直流および低周波成分にも
応動するため、これによって中心周波数の変動を惹起
し、ノイズマージンの低下を招いているので、この変動
を除去あるいは補正して安定した復調が行える手段を提
供する。 【構成】 復調出力信号から整形出力信号を減算し、こ
の信号をループフィルタに加えることによって、変調符
号の影響を受けない周波数誤差検出回路を構成するか、
または制御系のループフィルタと等価な伝達関数をもつ
フィルタに復調整形出力を加えることによって変動成分
を作成し、この成分で制御系の変動を相殺させるか、ま
たは、変動が含まれている検波出力信号を補正するよう
に構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、周波数偏移キーイング
(以下FSKと略記)信号受信機の復調動作を安定化さ
せる技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】FSK受信機には、通常、受信周波数誤
差を補正するため、自動周波数制御(以下AFCと略
記)が用いられるが、これには次のような欠点がある。
すなわち、FSK信号の変調符号が、マンチェスタ符号
のように直流成分に関して平衡した符号であるか、又は
変調信号がスクランブルされている場合には、直流成分
は零であり、低域成分も零に近いから、AFCは変調符
号の影響を受けない。しかし変調符号が上記以外の一般
的な場合には、符号の内容によって、その移動平均値が
変化するから、AFCはそれに応じて変動し、その結果
ノイズマージンが低下してビット誤り率が悪化する。従
って、できるだけ、変調符号として前記のような零平衡
符号を用いるが、それが不可能な場合には、符号構成を
パケット形式にしてヘッダ部のキャリア同期信号(中心
周波数)や、それが無い場合にはビット同期信号
(“1”と“0”の交互の繰返し)を利用してAFCを
動作させ、そのパケット終了までAFC動作をそのまま
ホールドさせる、等の手段を講じる。しかし、この方法
では、信号がパケット形式である必要があり、そのパケ
ット長に対して充分満足できるホールド特性が得られる
よう構成する必要がある上、キャリア同期信号やビット
同期信号を認識し、検出する回路が必要となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、極め
て簡単な手段によって、上記の従来技術による種々の制
約が一切無い、すなわち、直流成分が時々刻々変化する
一般的にNRZ(ノンリターンツーゼロ)符号がそのま
ま利用でき、符号構成がパケット形式である必要も無
く、キャリア同期信号やビット同期信号の認識・検出回
路やホールド回路も必要としないFSK信号の復調補正
回路技術を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、FSK受信機の復調入力における周波数誤差
を補正するために設けられている自動周波数制御(AF
C)において、周波数弁別器と電圧制御発振器の間に設
けられているループフィルタ(通常、ローパスフィル
タ)の後に減算回路を設け、別にループフィルタと同一
の回路網またはこのループフィルタの伝達関数と等しい
伝達関数をもつよう構成した等価回路網を設け、この回
路網を復調信号の整形出力端子に接続することによっ
て、変調符号内容によって変動する直流を含む低域成分
を検出し、この検出された変動成分を前記減算回路に加
えることによって、制御系が変調符号の内容によって変
動することを除去するよう構成するか、または周波数弁
別器出力信号より整形出力信号を減算した後、ループフ
ィルタに加えることによって、一挙に変調符号の内容に
よる影響のない制御電圧が得られるよう構成されたこと
を特徴とする。
【0005】
【作用】変調符号の直流を含む低域成分の変動によって
AFCが変動しても、“1”,“0”の判定回路出力に
は、AFCの変動による符号歪が含まれてはいるが、変
調符号はほぼ再生されている。従ってループフィルタ特
性と等価なローパスフィルタを、“1”,“0”判定回
路出力に接続すれば、符号による直流成分を検出できる
から、この検出成分を用いればAFCの変動を除去する
ことができるし、またこの方法をさらに発展させて、周
波数弁別器出力信号より整形回路出力信号を減算した
後、ループフィルタによって平滑すれば、変調符号内容
に無関係な周波数制御用の制御電圧が一挙に得られる。
【0006】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の原理および実施
例を詳細に説明する。図1は本発明の一実施例を示す回
路構成図であるが、図1の説明よりも図1と等価な図2
の説明を先にした方が、本発明の主旨がより明確になる
ので図2の説明を先に行う。図2において、1はFSK
信号の入力端子、2は周波数変換器、3は中間周波増幅
器、4は周波数弁別器、5はローパスフィルタ、6はコ
ンパレータ、7は復調信号出力端子、8はローパスフィ
ルタ、9は減算器、10は電圧制御発振器である。周波
数制御系は、周波数変換器2、中間周波増幅器3、周波
数弁別器4、ローパスフィルタ8、減算器9、電圧制御
発振器10から成るループで構成されており、減算回路
9が変動直流成分を除去するための減算回路である。以
下、図3の波形図を用いて各部の動作を説明する。図3
は図2の同一番号の回路の出力波形例であって、電圧制
御発振器10が直流成分の影響を受けないで正しい周波
数を出力している場合を示している。周波数弁別器出力
振幅は正負に平衡して出力していても、この場合、点線
8のような移動平均値に相当する直流成分がローパスフ
ィルタ8の出力に発生するから、何も手段を講じなけれ
ば、通常は、この直流成分がほぼ零になるように自動制
御系は動作してしまう。従って符号内容によってこの直
流成分は複雑に変動するが、それに追随して自動制御系
が変動することになる。この自動制御系の変動を除去す
るには、符号内容によって変動する直流成分をループか
ら除去すれば可能であって、これは図2に示すようにコ
ンパレータ出力(図3の6A)をローパスフィルタ8と
同一特性を有するローパスフィルタ11によってローパ
スすれば容易に直流成分(図3の11A)を検出できる
から、この検出直流成分を用いて、減算器9においてロ
ーパスフィルタ8の出力に発生する直流成分を打ち消せ
ば、電圧制御発振器は正しい周波数で安定することにな
る。
【0007】いま、符号による直流成分が減算器9にお
いて打ち消され、電圧制御発振器が正しい周波数で安定
しているとすれば、周波数弁別器出力には正負の電圧が
平衡した正しいベースバンド信号が生じているから、ロ
ーパスフィルタ8の出力には符号内容に応じた移動平均
値に相当する直流電圧(図3の8A)が発生する。この
電圧は符号内容とローパスフィルタ8の伝達関数によっ
て決まる。また、ベースバンド信号の整形出力(図3の
6A)信号は、周波数弁別器出力(図3の4A)信号に
比べて可成り高周波成分を含んでいるが、これはローパ
スフィルタ11で充分抑圧されるから、ローパスフィル
タ11をローパスフィルタ8と同一のもの、または同じ
伝達関数を持つフィルタとすれば、如何なる種類の符号
系列の時でも、両フィルタ出力は等しい。従って、減算
器9において、ローパスフィルタ8の出力電圧よりロー
パスフィルタ11の出力電圧を減算すれば、符号内容に
よって変動する直流成分は打ち消される。
【0008】符号の“1”または“0”が長く続く場合
は、この方法によって変調成分は打ち消されるが、周波
数誤差分は打ち消されないから、電圧制御発振器はこの
誤差に応じて制御されることは図2から容易に推察でき
る。したがってこの場合については、これ以上の説明は
省略する。つぎに、ビット同期信号等によく使用される
“101010…”のような直流成分を含まない符号系
列の場合で、周波数誤差がある信号が受信された場合に
ついて説明する。この場合、繰返し信号であるから、そ
の1/2周期だけを考えればよく、その波形は、充分に
帯域制限されてきれいな余弦波となっているとし、図4
に示すように信号振幅を1、周波数誤差相当分をαとす
ると、余弦波の零交叉点はπ/2+sin-1αとなる。
ローパスフィルタ8の出力は面積Aと面積Bの差に比例
し、ローパスフィルタ11の出力は面Cと面積Dの差に
比例する。計算過程の詳細説明は省略するが、面積A,
B,C,Dおよび面積A−面積B、面積C−面積Dは夫
【0009】
【数1】
【0010】で表わされる。従って減算器9の出力は
(面積A−面積B)−(面積C−面積D)であるαπ−
2sin-1αに比例した電圧となる。このままでは何れ
が大か判然としないのでsin-1αのベキ級数表現を用
いると、2sin-1αは
【0011】
【数2】
【0012】と表わせるが、この式の右辺は第1項に較
べ、第2項以下は充分に小さく、第1項のみでも概略値
として充分使用可能であることを考えると、明らかにα
π>2αであるから、周波数制御は正しく行われている
ことが分かる。
【0013】図1の回路は図2の方法をさらに発展させ
て回路的にも簡易化を図ったものである。すなわち、図
2において、ローパスフィルタ8の入力信号波形のラプ
ラス変換をH1(ρ)、ローパスフィルタ11の入力信号
のラプラス変換をH2(ρ)とし、ローパスフィルタ8と
ローパスフィルタ11の伝達関数は等しくG0(ρ)(ρ
はラプラス変換子)とすれば、ローパスフィルタも減算
器9も線形系であるから、減算器9の出力信号は
【0014】
【数3】
【0015】で表わされ、ローパスフィルタ8とローパ
スフィルタ11の伝達関数が同じ場合には、ローパスフ
ィルタと減算の順序を逆にしても、動作は全く同一であ
るから、ローパスフィルタを一つ省略することができ
る。図4中に示す一点鎖線は減算器9の出力波形である
が、この波形からも、この場合の平均値は正であること
が推察できるから、周波数誤差が正しく検出されている
ことが分かる。
【0016】以上の説明で明らかなように、定常状態で
の自動周波数制御は安定に行われる。しかし、図1の構
成のままでは、信号が受信される以前の状態として、コ
ンパレータ6の出力は“1”または“0”に固定してい
る可能性があるから、それに伴って電圧制御発振器10
は高または低方向に制御されている恐れがある。従って
実際に本発明を応用する場合には、図5の構成とするこ
とが望ましい。すなわち、図5では図1の回路要素の外
に、アナログスイッチ12、基準電圧発生器13、信号
検出器14を設け、信号が受信されるまではアナログス
イッチ12を基準電圧(コンパレータ出力の“1”と
“0”の中央電圧)発生器13側に接続しておき、信号
が受信されるとアナログスイッチ12をコンパレータ6
側に切り換えて図1の回路を構成しようというものであ
る。したがってコンパレータ6の入力やコンパレータ6
内部にオフセットが無ければ、この付加回路は不要であ
る。
【0017】受信信号のS/Nが良好な場合には、中間
周波増幅器や周波数弁別器の通過帯域幅を、必要帯域幅
よりも若干広く設定できるから、この場合には制御系は
そのままにしておいて、復調出力のみで補正操作が行え
る。この方法を適用した場合の例を図6に示す。図6に
おいては、図1と同一番号のものは同一回路要素であ
り、15は加算器、16はローパスフィルタである。入
力端子1より周波数弁別器4出力までの伝達関数G
1(ρ)は数4で表わせる。
【0018】
【数4】
【0019】ここにK1は周波数弁別器4の検波感度
(V/Hz)、K2は電圧制御発振器10の制御感度(Hz
/V)、ローパスフィルタ8の伝達関数はω1/(ρ+
ω1)である。ローパスフィルタ5は、通常、制御系の
応答周波数領域より充分に高い所にカットオフがあるの
で、このフィルタの影響は無視できるものとすれば、入
力端子1より加算器15出力までの伝達関数をK1、す
なわち検波感度K1を有するのみで、変調信号の伝送に
対する振幅−周波数特性をフラットにするためには、ロ
ーパスフィルタ16の伝達関数をK1−G1(ρ)とすれば
よい。すなわち
【0020】
【数5】
【0021】とすれば、自動制御系自体は変調符号の直
流成分の変動に応じて上下に動かされていても、加算器
15の出力では、この変動は打ち消されることになる。
コンパレータ6は図面では省略したが、入力信号を基準
電圧と比較し、大小の結果を出すスライサであるから、
その入力部には、通常、減算器が組込まれている。従っ
てこの減算機能を利用すれば加算器15は省くことがで
きる。ただしこの場合にはコンパレータ出力は入力信号
に対して反転出力となるようにしておく必要がある。ま
た、この場合にもコンパレータ出力に対しては、図5に
示す保護対策を施した方が安全であることは勿論であ
る。
【0022】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、従来のF
SK受信機のAFCは、安定化しようとしている中心周
波数と情報を含んでいるFSK信号が何れも周波数領域
であるため、符号の内容(移動平均値の変動)に応じて
制御系が変動するが、本発明では変調符号の影響を受け
ないで周波数誤差の検出が可能な回路構成とすることに
よって、AFCの変動を防止するか、または移動平均値
を出力信号から作成し、変動を防止するか変動によって
生じた結果信号(検波出力信号)を補正するかにより作
成移動平均値信号を減算または加算することによって、
符号によるAFCの変動の影響を除去することができる
から、ノイズマージンの低下を招くことは無く、高品質
の復調を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路系統図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す回路系統図である。
【図3】図2の動作を説明するための波形図である。
【図4】図1および図2の動作を説明するための波形図
である。
【図5】本発明の他の実施例を示す回路系統図である。
【図6】本発明の他の実施例を示す回路系統図である。
【符号の説明】
1 FSK信号入力端子 2 周波数変換器 3 中間周波増幅器 4 周波数弁別器 5 ローパスフィルタ 6 コンパレータ 7 復調信号出力端子 8 ローパスフィルタ 9 減算器 10 電圧制御発振器 11 ローパスフィルタ 12 アナログスイッチ 13 基準電圧発生器 14 信号検出器 15 加算器 16 ローパスフィルタ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 FSK受信機の復調入力における周波数
    誤差を補正するために設けられている自動周波数制御
    (AFC)回路において、周波数弁別器出力信号から復
    調信号の整形出力信号を減算し、この減算された信号を
    ループフィルタに加えることによって、変調符号の内容
    には無関係な周波数誤差検出器を構成し、このループフ
    ィルタ出力によって電圧制御発振器を制御するよう構成
    されたことを特徴とするFSK受信機用復調補正回路。
  2. 【請求項2】 FSK受信機の復調入力における周波数
    誤差を補正するために設けられている自動周波数制御
    (AFC)位相において、周波数弁別器と電圧制御発振
    器の間に設けられているループフィルタの出力側に減算
    回路を設け、別にループフィルタと同一の回路網または
    ループフィルタの伝達関数と等しい伝達関数をもつよう
    構成した等価回路網を設け、この回路網を復調信号の整
    形出力端子に接続することによって、変調符号内容によ
    って変動する直流を含む低域成分を検出し、この検出さ
    れた変動成分を前記減算回路に加えることによって、A
    FCが変調符号の内容によって変動することを除去する
    ように構成されたことを特徴とするFSK受信機用復調
    補正回路。
  3. 【請求項3】 復調入力における周波数誤差を補正する
    ためにAFCが設けられているFSK受信機において、
    周波数弁別器の後段で復調信号の整形出力回路の前段に
    個別的にあるいは前記整形出力回路と一体に加算手段を
    設け、別に信号入力端子より周波数弁別器出力までの制
    御系としての伝達関数を1より差し引いた値に等しい伝
    達関数をもつように構成した回路網を設け、この回路網
    を復調信号の整形出力側に接続することによって、AF
    Cが変調符号内容によって変動する原因である直流を含
    む低域成分を検出し、前記加算手段においてこの変動成
    分を加算することによって、AFCによる変動を除去し
    たベースバンド信号を再生するよう構成されたことを特
    徴とするFSK受信機用復調補正回路。
JP5478294A 1993-12-27 1994-03-02 Fsk受信機用復調補正回路 Pending JPH07235954A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006325127A (ja) * 2005-05-20 2006-11-30 Oki Electric Ind Co Ltd Fsk復調器
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