JPH11234220A - 高周波信号検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、変調方式や送信周波数等、通信
方式が未知の送信電波でも、的確かつ高感度で受信でき
る高周波信号検出装置を得ること。 【解決手段】 この発明は、Ａ／Ｄ変換器２で離散デジ
タル信号化された高周波（ＩＦ）信号を、高速フーリエ
変換器（ＦＦＴ回路）９に供給し、高周波領域を複数に
分割するよう構成した。従って、ＦＦＴ回路９により、
ＩＦ信号は多数の帯域に分割されることから、各分割領
域における雑音特性が改善され、未知の高周波信号を高
感度で検知することができる。また、ＦＦＴ回路９にお
ける周波数領域の分割機能により、受信周波数領域の広
域化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、不特定高周波信
号を検出するのに好適な高周波信号検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、相互間の無線通信では、当然な
がら使用周波数帯域や変調方式等のように、いわゆる通
信方式や通信時間が予め互いに知得している場合が多
い。従って、通常の無線通信では、互いに通信方式の一
致した送受信装置を備え、共通した時間帯において交信
等が行われる。

【０００３】しかしながら、例えば遭難時の緊急通信等
のように、相手が特定されずしかも相手の存在さえ不明
確な状態で、緊急通信電波をキャッチしたり、あるいは
その送信相手方と通信を交わしたい場合もある。このよ
うな場合、受信側にとって、相手方の通信方式はもとよ
り送信時間等は全く未知数である。しかもこのような場
合に限って、しばしば相手方の送信電波が微弱であり、
また雑音も多く、受信環境が必ずしも良くない場合が多
い。

【０００４】最近の無線通信機器は、携帯端末機器にも
見られるように、ハードウェア及びソフトウェアの両面
で著しい進展がなされている。また衛星通信のように、
通信領域も宇宙空間まで広がり、しかも多くの様々な通
信方式が錯綜するようになってきた。

【０００５】例えば、衛星通信方式においは、最近はデ
ジタル変調方式が主流とされ、また衛星搭載機器を効率
的に使用するために多元接続が採用されている。多元接
続は、多数の地球局や端末が空いている無線回線にアク
セスして通信を行うものであり、周波数分割多元接続
（ＦＤＭＡ）や、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、更には
符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）がある。

【０００６】ＴＤＭＡ方式では、同じ周波数帯域の信号
を時間軸上で分割して複数のチャネルを構成し、送信側
はバースト信号を空きチャネルの時間帯で伝送するもの
であるが、そのＴＤＭＡ方式の中には、スロット式アロ
ハ方式のように、信号の出現のタイミングが定められて
いない、いわゆる時間ランダム多元接続（ＴＲＭＡ）方
式もある。

【０００７】ＴＲＭＡ方式は、デジタル信号を短い時間
に圧縮したバースト信号を送信するものであるが、受信
側にとって送信タイミングそのものが未知であるから、
バースト信号を精度良く受信し検出するには、送信側に
おける送信搬送周波数の周波数安定度が良いこと等が条
件となる。

【０００８】図５は、受信機の一部に構成された従来の
高周波信号検出装置を示す構成図であり、例えば送信搬
送周波数が未知の振幅変調（ＡＭ）波を受信しようとし
た場合、アンテナ１で受信された送信電波すなわち高周
波信号は、高周波増幅器２で増幅された後、周波数変換
器（ＭＩＸ）３に供給され、ここで可変局部発振器（Ｌ
Ｏ）４からの局発信号と混合され、中間周波数（ＩＦ）
信号に変換される。ＩＦ信号は、帯域通過フィルタ（Ｂ
ＰＦ）５で雑音が抑制された後、復調回路６においてＡ
Ｍ検波され、音声信号がスピーカ７から出力される。こ
こで、もしも相手方の送信搬送周波数が未知である場合
は、可変局部発振器３における局発周波数を調節し、い
わゆるチャネル選択によって、特定の相手方からの送信
電波をキャッチすることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、仮に不
特定な送信相手方でも、予め相手側からの送信時間や送
信周波数及び変調方式等が受信側で分かっていることが
多く、受信環境が必ずしも良好でない環境下でも、比較
的容易に、相手方からの信号を選択受信することができ
る。しかしながら遭難時における緊急通信のように、送
信時間帯はもとより通信方式も不明とされる送信電波で
は、これを効率良く速やかにキャッチすることは容易で
なかった。

【００１０】また、送信相手側が不特定の場合は、その
通信方式等が未知であるばかりでなく、往々にして送信
電力が極めて微弱であるから、受信環境が必ずしも良く
なく多くの雑音にまぎれることがが多い。しかも送信周
波数も未知の状態では、広い周波数範囲をサーチして瞬
時に捕らえるのは容易ではなく、何らかの解決手段が要
望されていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、高周波信号
検出装置において、受信高周波領域を時間軸上でのサン
プリングによりＡ／Ｄ変換を行い、受信高周波信号の離
散デジタル信号を得るＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変
換手段による離散デジタル信号の周波数帯域幅を複数に
分割する高速フーリエ変換手段と、この高速フーリエ変
換手段により複数に分割された周波数帯域幅の各分割領
域内に出現する前記離散デジタル信号の相関関係を演算
処理する信号処理手段とを具備することを特徴とする。

【００１２】上記のようにこの発明は、時間軸上でのＡ
／Ｄ変換によって、受信高周波領域が離散デジタル信号
化され、その離散デジタル信号の高速フーリエ変換によ
り受信高周波領域での帯域幅の細分化が行われる。

【００１３】受信時の雑音電力は受信帯域幅に比例する
が、この発明では、高速フーリエ変換により受信高周波
領域の細分化を行ない、その細分化により、個々の分割
領域での低雑音化が実現する。しかも分割数の設定によ
っては受信領域のより広帯域化も同時に可能である。ま
たＡ／Ｄ変換による受信高周波信号のデジタル化は、信
号処理手段での高速演算化を可能とし、未知の送信電波
の出現の有無を瞬時に検知することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明による高周波信号
検出装置の一実施の形態を図１ないし図４を参照して詳
細に説明する。なお、図５に示した従来の構成と同一構
成には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。

【００１５】図１は、この発明による高周波信号検出装
置の第１の実施の形態を示す回路構成図で、第５図にお
けると同様に、高周波信号検出装置を受信機に適用した
ものとして説明する。

【００１６】すなわち、周波数や変調方式等が未知の送
信電波はアンテナ１で受信されるとし、その送信電波
（受信高周波信号）は、高周波増幅器２で増幅された
後、周波数変換器３に供給される。周波数変換器３に供
給された受信高周波信号は、可変局部発振器４からの局
発信号と混合され、この実施の形態では１０ＫＨｚの帯
域幅を有する中間周波数（ＩＦ）信号に変換される。

【００１７】帯域幅１０ＫＨｚのＩＦ信号に変換された
受信高周波信号は、帯域通過フィルタ５を介して雑音が
除去された後、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器８
に供給され、ここで１２．８ＫＨｚのサンプリング（標
本化）周波数ｆｓにより時間軸上でサンプリングされた
デジタル信号、すなわち離散（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｔｉ
ｍｅ）デジタル信号が生成される。

【００１８】つまり、帯域幅１０ＫＨｚのＩＦ信号は、
Ａ／Ｄ変換によって、離散デジタル信号からなるデジタ
ルデータ列に変換され、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回
路９に供給される。

【００１９】ＦＦＴ回路９は時間軸上で１２８ポイント
のＦＦＴ処理を行い、１０ＫＨｚのＩＦ帯域が、図２
（ａ）及び（ｂ）に示すように１００個の分割領域（ｂ
ｉｎ）に細分化されるように構成した。すなわち、高周
波であるＩＦ信号は、ＦＦＴ回路９における細分化によ
り、各帯域幅が１００Ｈｚである１００個の分割領域と
なり、分割領域における各デジタルデータ（９１，９
２，…９１００）出力は、次段の信号処理回路１０に並
列供給される。

【００２０】信号処理回路１０は、図３に示すように、
入力されるデジタルデータを時系列的に保存するメモリ
（１０ａ１，１０ａ２，…１０ａ１００）、その各メモ
リにおけるデータを時系列上で比較するために設けた各
第１及び第２の合成回路（１０ｂ１１，１０ｂ１２、１
０ｂ２１，１０ｂ２２、……１０ｂ１００１，１０ｂ１
００２）、及び各第１及び第２の合成回路（１０ｂ１
１，１０ｂ１２、１０ｂ２１，１０ｂ２２、……１０ｂ
１００１，１０ｂ１００２）の出力信号を処理演算する
中央処理装置（ＣＰＵ）１０ｃとにより構成される。

【００２１】そこで、ＦＦＴ回路９からのそれぞれ対応
するメモリ１０ａ１，１０ａ２，…１０ａ１００に供給
された各分割領域におけるデジタルデータは、それぞれ
第１及び第２の合成回路（１０ｂ１１，１０ｂ１２、１
０ｂ２１，１０ｂ２２、……１０ｂ１００１，１０ｂ１
００２）において、それぞれ時系列上つらなる２つのフ
レームにおける合成信号が生成される。なお、この実施
の形態におけるメモリ（１０ａ１，１０ａ２，…１０ａ
１００）は、図３に示すように、５桁で１フレームを形
成するように構成し、この２フレームの各合成出力が、
各対応する電力比較器１０ｃａ１，１０ｃａ２……１０
ｃａ１００に供給されるように構成した。

【００２２】そこで、これら各合成信号は、それぞれＣ
ＰＵ１０ｃの各対応する電力比較器１０ｃａ１，１０ｃ
ａ２……１０ｃａ１００に供給されるので、各電力比較
器１０ｃａ１，１０ｃａ２……１０ｃａ１００からは、
時間軸上での信号電力値の差すなわち変化分が出力され
る。

【００２３】すなわち、ＦＦＴ回路９による周波数分割
領域のうち、ある分割領域について、その対応する電力
比較器（１０ｃａ１，１０ｃａ２……１０ｃａ１００）
に変化分が出力された場合、その分割領域に対応する受
信周波数信号の存在を検知することができる。

【００２４】さらに、各電力比較器１０ｃａ１，１０ｃ
ａ２……１０ｃａ１００の出力は、演算回路１０ｃｂに
供給され、ここで各受信周波数帯域における周波数軸上
での相関関係の演算により、存在する受信信号の周波数
領域、すなわち周波数帯域上での連続性の有無や占有周
波数帯域幅、及び中心周波数等が検出され、その検出信
号１０１は、図１にも示したように、信号処理回路１０
からデジタルフィルタ１１及び復調回路６を経てスピー
カ７に供給出力される。

【００２５】このようにして、信号処理回路１０は、受
信高周波信号の帯域幅の中心位置等を算出するので、受
信ＩＦ信号の中心周波数、すなわち送信電波の送信搬送
周波数を推定することができる。

【００２６】もっとも、未知の受信電波にあっては、中
心周波数（送信搬送周波数）値や帯域幅の変動も予想さ
れるから、信号処理回路１０の演算回路１０ｃｂは、デ
ータの平均化処理あるいは閾値処理による雑音信号の除
去を行うことにより、送信電波の中心周波数及び占有周
波数帯域幅の推定確率を高め、高感度でしかも信頼性の
高い検出を行うことができる。なお、信号処理回路１０
ｃにおける上記のような処理演算は、ソフトウエアによ
るアルゴリズムによっても容易に実施することができ
る。

【００２７】また、この実施の形態によれば、受信時の
雑音電力（Ｎ）は受信帯域幅に比例するという性質か
ら、対雑音特性がより一層向上するものである。つま
り、上述のように、ＦＦＴ回路９により、受信高周波
（ＩＦ）領域が複数の帯域幅に細分化されるので、その
個々の分割領域での低雑音化が実現し、信号（Ｓ）対雑
音（Ｎ）比（Ｓ／Ｎ）の良好な高周波信号検出装置を得
ることができる。

【００２８】すなわち、一般に受信側において、信号電
力（Ｃ）対雑音電力（Ｎ）比、すなわちＣ／Ｎの値が小
さい場合には、送信高周波信号の検出確率が低下し、誤
検出確率が高くなるが、雑音電力（Ｎ）は受信帯域幅の
大きさに比例するから、この実施の形態のように、ＦＦ
Ｔ回路９による受信帯域幅の狭小化により、十分なＣ／
Ｎが確保され、送信電波を高い確率で正確に検出するこ
とができる。

【００２９】具体的数値を示して上記対雑音特性向上の
原理を説明すると、例えば、送信電波の占有周波数帯域
幅が１ＫＨｚであって、その送信搬送周波数が不安定で
あり変化するものと仮定する。そこで帯域幅１ＫＨｚの
送信搬送周波数（ＩＦ）が±５ＫＨｚまで変化するもの
とすれば、受信側では約１０ＫＨｚの受信帯域幅が要求
される。

【００３０】送信電波を正確に検出するために必要なＣ
／Ｎを、仮に１０ｄＢであるとし、帯域幅１０ＫＨｚに
おける信号電力（Ｃ）対１Ｈｚ当たりの雑音電力（雑音
電力密度Ｎ_O ）比を求める。

【００３１】上述のように雑音電力は受信帯域幅に比例
するから、図６に示した従来の構成における帯域幅１０
ＫＨｚのＩＦ信号を復調する場合は、１０ＫＨｚは４０
ｄＢＨｚであるから、１０ＫＨｚにおけるＣ／Ｎ_O は、
５０ｄＢＨｚ（＝４０ｄＢＨｚ＋１０ｄＢ）必要とな
る。

【００３２】それに対し、この実施の形態のように、Ｆ
ＦＴ回路９により受信帯域幅は細分化され、それぞれ各
出力帯域幅は上述のように１００Ｈｚである。従って、
この受信帯域幅において送信電波を正確に検出し復調す
るのに必要とするＣ／Ｎの条件を同じ１０ｄＢであると
すれば、ＦＦＴ回路９の各受信帯域幅（１００Ｈｚ）に
おけるＣ／Ｎ_O を求めると、図２（ｂ）及び（ｃ）に示
すように、１００Ｈｚは２０ｄＢＨｚであるから、Ｃ／
Ｎ_O は３０ｄＢＨｚ（＝２０ｄＢＨｚ＋１０ｄＢ）で良
いことになる。

【００３３】つまり、この実施の形態では、ＦＦＴ回路
９によるＩＦ信号の周波数分割により、Ｃ／Ｎが１０ｄ
Ｂという従来と同一条件で２０ｄＢ（＝５０ｄＢＨｚ−
３０ｄＢＨｚ）の改善が図られ、送信電波を高い確率で
より正確に検出できる。

【００３４】換言すれば、この実施の形態のように、Ｉ
Ｆ信号をＡ／Ｄ変換し、離散デジタル信号をＦＦＴ回路
９で帯域分割し、１０ＫＨｚを１００Ｈｚの分割領域か
らなる１００個の並列出力とした結果、従来のＩＦ信号
におけるＣ／Ｎ_O よりも２０ｄＢの改善によって、仮に
同一の検出確率のもとでは、従来と比較し受信電波の復
調に２０ｄＢも小さい受信電力で済むという効果が得ら
れる。

【００３５】以上のように、この実施の形態における高
周波信号検出装置は、受信電力が微弱な場合でも、送信
電波は高い確率で瞬時に正確に検出され、検出信号１０
１は図１に示したように信号処理回路１０からデジタル
フィルタ１１及び復調回路６を経てスピーカ７に供給出
力することができる。

【００３６】また、上記実施の形態では、受信電波の周
波数が全く未知であるものとして説明したが、送信電波
の周波数が既知であり、予めその変調方式や搬送周波数
（チャンネル）び占有周波数帯域幅等がこの受信側で予
め知られている場合は、上記構成において、可変局部発
振器４を制御調整し、所定のチャンネルで待ち受け、受
信周波数帯域幅の適正化により、良好な対雑音特性のも
とで、送信電波の有無を効率良く判定することができる
ことは言うまでもない。

【００３７】従ってまた、上述のように、信号処理回路
１０の演算回路１０ｃｂは各電力比較器１０ｃａ１，１
０ｃａ２……１０ｃａ１００の出力から、送信電波の送
信搬送周波数及び帯域幅を検出できるので、その検出に
よる受信帯域信号１０２を、次段のデジタルフィルタ１
１に供給し、そのフィルタ特性を受信ＩＦ帯域に整合す
るように調整制御することにより、対雑音特性をより改
善し、高感度で復調することができる。

【００３８】次に、上記第１の実施の形態では、周波数
混合器３においてＩＦ信号の帯域幅が１０ＫＨｚとなる
ように構成したが、高い確率で未知電波を検出するとい
う条件を確保しつつ、より広帯域で未知信号を受信する
ことができる。

【００３９】すなわち、図４はこの発明による高周波信
号検知装置の第２の実施の形態の要部のみを示した回
路、すなわち図１に示した装置との相違点であるＦＦＴ
回路９の構成を示したもので、ＦＦＴ回路９を第１及び
第２のＦＦＴ回路９１，９２からなる２段の縦続接続で
構成した。

【００４０】この図４に示した実施の形態では、ＩＦ信
号の帯域幅を１ＭＨｚの広帯域とし、第１のＦＦＴ回路
９１で１００分の１（＝１０ＫＨｚ）に分割のち、さら
に第２のＦＦＴ回路９２において、その各１０ＫＨｚ帯
域をさらに１００分の１（＝１００Ｈｚ）の帯域に分割
するよう構成した。この結果、ＦＦＴ回路９の分割出力
は結局は、第１の実施の形態と同様に、それぞれ１００
Ｈｚの帯域幅という条件で出力デジタル信号での信号処
理が信号処理回路１０で可能としたものであり、第１の
実施の形態との相違点は、信号処理回路１０での並列入
力デジタルデータが１００個から１００００個に増加し
たが、より高速な信号処理演算により、未知の高周波信
号をより高感度でより正確に検出することができる。

【００４１】このようにして、ＦＦＴ回路の縦続接続に
より、受信ＩＦ信号、すなわち受信高周波信号の周波数
領域を大幅に拡大した状態においても、ＦＦＴ回路９出
力において、帯域幅の十分狭い領域に細分化され、雑音
特性の改善された高周波信号検知装置を得ることができ
る。

【００４２】なお、図１ないし図４に示した上記各実施
の形態においては、いずれも信号処理回路１０の演算回
路１０ｃｂでは、演算により受信電波の中心搬送周波数
及びその占有周波数帯域幅を検出するように説明した
が、演算回路１０ｃｂにおいて、スライディングウィン
ドウを構成し、各電力比較器１０ｃａ１，１０ｃａ２，
……１０ｃａ１００の各出力信号に関し、時間軸上での
例えば周波数スペクトラムの連続性、あるいは対称性を
検出し、例えば信号検出が連続した場合には、周波数変
調（ＦＭ）波と推定でき、また信号検出レベルが時間軸
上で変化すれば、ＡＭ波である等と推定することができ
る。

【００４３】また、演算回路１０ｃｂにおいて、時間軸
上での周波数スペクトルの解析を行うことによって、単
一変調波に対し新たな変調波の混信の有無をも推定する
ことができる。

【００４４】以上説明のように、この発明による高周波
信号検出装置は、周波数帯域をＡ／Ｄ変換によりデジタ
ル信号化された受信ＩＦ信号の帯域をＦＦＴ回路により
分割することによりＣ／Ｎ_O は向上するので検出確率が
高められ、未知の高周波信号を高感度で検出することが
できる。

【００４５】

【発明の効果】この発明による高周波信号検出装置は、
Ａ／Ｄ変換手段と、１個あるいは複数段の高速フーリエ
変換回路からなる高速フーリエ変換手段との縦続接続と
いう簡単な構成により、通信方式等が未知の送信電波を
高感度で的確に検出し得るものであり、実用上の効果大
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による高周波信号検出装置の第１の実
施の形態を示す構成図である。

【図２】図２（ａ）は図１に示す装置におけるＩＦ信号
の帯域特性図、図２（ｂ）は図１に示す装置のＦＦＴ回
路出力の帯域特性図、図２（ｃ）は図２（ｂ）に示す帯
域における信号電力対１Ｈｚ当たりの雑音電力密度比
（Ｃ／Ｎ_O ）説明図である。

【図３】図１に示す装置の信号処理回路の詳細回路図で
ある。

【図４】この発明による高周波信号検出装置の第２の実
施の形態の要部（ＦＦＴ回路）を示す構成図である。

【図５】従来の高周波信号検出装置を示す構成図であ
る。

【図６】図５に示す装置のＩＦ信号の帯域特性図であ
る。

【符号の説明】

１ アンテナ ２ 高周波増幅回路 ３ 周波数変換器 ４ 可変局部発振器 ５ 帯域通過フィルタ（ＢＰＦ） ６ 復調回路 ７ スピーカ ８ Ａ／Ｄ変換器 ９ 高速フーリエ変換器（ＦＦＴ回路） １０ 信号処理回路 １０ａ メモリ １０ｂ 合成回路 １０ｃ ＣＰＵ １０ｃａ 電力比較器 １０ｃｂ 演算回路 １１ デジタルフィルタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受信高周波領域を時間軸上でのサンプリ
   ングによりＡ／Ｄ変換を行い、受信高周波信号の離散デ
   ジタル信号を得るＡ／Ｄ変換手段と、 このＡ／Ｄ変換手段による離散デジタル信号の周波数帯
   域幅を複数に分割する高速フーリエ変換手段と、 この高速フーリエ変換手段により複数に分割された周波
   数帯域幅の各分割領域内に出現する前記離散デジタル信
   号の相関関係を演算処理する信号処理手段とを具備する
   ことを特徴とする高周波信号検出装置。
2. 【請求項２】 前記高速フーリエ変換手段は、縦続接続
   された複数の高速フーリエ変換器で構成され、前記周波
   数帯域幅を段階的に細分化するよう構成されたことを特
   徴とする高周波信号検出装置。
3. 【請求項３】 前記信号処理手段は、前記各分割領域内
   に出現した前記離散デジタル信号の各分割領域の位置相
   関関係を演算処理することにより、前記受信高周波信号
   の帯域幅を推定することを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載の高周波信号検出装置。
4. 【請求項４】 前記信号処理手段は、前記各分割領域内
   に出現した前記離散デジタル信号の時間軸上での振幅レ
   ベルの相関関係を演算処理することにより前記受信高周
   波信号の変調方式を推定することを特徴とする請求項１
   または請求項２に記載の高周波信号検出装置。
5. 【請求項５】 前記信号処理手段は、前記各分割領域内
   に出現した前記離散デジタル信号の各分割領域における
   振幅レベルの推移を処理演算することにより複数の高周
   波信号の存在を推定することを特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載の高周波信号検出装置。