KR20010074917A

KR20010074917A - 주파수 변조신호 수신방법 및 장치

Info

Publication number: KR20010074917A
Application number: KR1020017002724A
Authority: KR
Inventors: 오구마켄지; 카와바타아쓰시; 와타나베다이; 사토히로시; 타시로코레후미
Original assignee: 가나이 쓰토무; 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 1998-09-03
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2001-08-09
Also published as: KR100402089B1; CN1317170A; WO2000014888A1; JP3867412B2; JP2000078040A; EP1115213A1; EP1115213A4

Abstract

주파수 변조 열차 검지신호를 사용하여 열차를 검지하도록 차축 단락회로로 인해 수신된 신호의 레벨이 저하하기 때문에 복조의 유무에 따라 열차를 검출하기 위해 잡음에 대해 높은 내성을 갖는 열차 검지방법으로, 주파수 의존 복조전에, 신호의 진폭을 증폭하는 이득처리, 특정 레벨에 대해 이득 처리의 출력신호의 진폭을 제한하는 리미터 처리, 및 리미터 처리를 조합하여 수행하여 이득에 의해 복조 신호의 레벨의 하한을 임의로 설정하여서 임의로 열차 검출의 한계값을 설정하기 때문에 발생된 고조파를 제거하는 필터 처리를 하는 방법이다.

Description

주파수 변조신호 수신방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR RECEIVING FREQUENCY-MODULATED SIGNAL}

철도의 신호제어에서는, 열차를 검출하는 방법으로서, 선로의 궤도를 궤도회로라 불리는 구간에 전기적으로 분할하여, 각 궤도회로마다 열차의 유무를 검출하는 방법이 있다. 이러한 궤도회로에서는, 일단으로부터 신호를 송신하여 타단에서 상기 신호를 수신하여 열차가 대상 궤도회로 내에 존재할 때에는 열차의 차륜이 좌우의 궤도를 단락하여서 수신신호가 저하하는 것을 이용하여, 수신신호의 레벨 변화를 관측하고, 수신 레벨과 열차가 존재한다고 판정하는 임의의 한계값을 비교함으로써 열차의 유무를 판정한다는 것이다.

수신 레벨은, 궤도회로마다의 길이가 틀리고 주위의 환경에 의해 영향을 받고, 열차가 존재하지 않는 상태의 레벨도 다르며, 열차의 차륜에 의한 단락의 영향이 상기 수신 레벨에 주어지는 영향의 상태도 다르기 때문에, 임의의 한계값은 각궤도회로 개별로 설정 가능하게 할 필요가 있다.

수신 레벨 값은, 필터 특성으로 정해지는 주파수 대역의 신호성분 전체의 영향을 받기 때문에, 근방의 주파수 대역을 사용하는 타 기기 등이 존재할 경우, 이들의 장치가 이용하는 신호 잡음으로서의 영향을 배제하는 것이 곤란하다. 이러한 잡음의 영향이 큰 경우, 예를 들면, 열차가 대상 궤도회로 내의 범위에 존재하는 것에 상관없이, 수신신호 레벨이 잡음의 영향에 따라서 열차 검지 레벨보다 큰 값이 된 경우에는, 열차의 유무를 잘못 판단해버릴 가능성이 있다.

이와 같은 열차를 검지하기 위한 신호로서 주파수 변조 신호를 이용하는 방법으로서, 일본국 특개평 9-125261 호의 발명이 있고, 이 출원에 의하면 주파수 변조신호를 이용하면, 수신된 신호레벨 외에도 수신신호에 포함되는 정보의 정부를 이용하여 열차 유무를 판단할 수 있으므로, 잡음인가 어떤가의 판단을 정확히 할 수 있다.

그러나, 수신신호에 관하여, 열차의 유무로 변화하는 조건은, 수신신호의 레벨 변화만 있기 때문에, 주파수 변조 신호를 이용할 경우, 수신부가 복조처리를 하기 위해서는, 진폭의 변화에 의해 복조의 가부를 결정하는 것과 같은 진폭 의존성을 가지는 복조방법을 사용할 필요가 있다. 이와 같은 조건을 만족하는 복조처리방법으로서, 예를 들면 PLL 처리를 이용하는 방법을 생각할 수 있다. PLL 처리는 설계시에 입력신호의 진폭을 미리 설정하여, 입력진폭이 작게 되면 동기 가능한 주파수 범위가 작아지고, 이 주파수 범위가 주파수 변조신호의 변조범위를 만족할 수 없게 되면 동기조건을 만족할 수 없다는 것이 정성적으로 나타내어 진다. 이것으로부터 동기조건을 만족하지 않고 복조할 수 없게 될 때의 수신신호 레벨인 복조 하한 레벨을 계산으로 구할 수 있고, 열차 검지 레벨과 복조 하한 레벨을 일치하도록 PLL 처리를 계산한다는 것이다.

그러나, 열차 검지 레벨은, 궤도회로마다 다르기 때문에, 복조 하한 레벨도 궤도회로 개별로 설정할 필요가 있다. 그러나, 모든 궤도회로 개별로 복조 한계 레벨을 설정한 PLL 처리를 작성하는 것은 생산성의 면에서 현실적으로는 곤란하다.

(발명의 개시)

본 발명의 목적은, 잡음에 대해서, 보다 내성이 높은 열차검출장치의 생산성을 향상하는데 있다.

상기 목적은, 복조처리에 진폭 의존성이 있는 복조처리를 하고, 열차 판정의 신호레벨의 한계값인 열차 검지 레벨을 임의로 설정하는 방법으로서, 복조처리를 적용할 때에, 복조처리의 전단에, 신호의 진폭을 증폭하는 이득처리와, 이득처리의 출력신호의 진폭을 복조처리의 설계 입력 진폭과 동등한 일정값으로 제한하는 리미터와, 리미터 처리에 의해 발생하는 고조파를 제거하는 필터 처리를 하는 것에 의해, 복조 가능한 신호 레벨의 하한값을 이득값을 변화시켜서 열차 검지 레벨과 동일값으로 설정함으로써 달성된다.

또한, 필터처리는, 필터처리의 샘플링 주파수가 처리 대상의 주파수에 대해서, 샘플링 주파수의 기수분의 하나의 배수가 되도록 설정하고, 또한 필터의 통과대역을 복조에 필요한 신호대역보다 넓은 값으로 설정하며, 통과대역을 상기 샘플링 주파수의 기수분의 하나로 함으로써, 리미터 처리로 생기는 고조파 중, 기수차의 고조파 영향을 가장 효율적으로 제거할 수 있다.

이에 따라, 필터처리의 증가에 의한 수신처리 전체 처리량의 증가를 저감할 수 있다.

또한, 잡음에 대해서 내성이 높은 열차 검지장치의 생산성을 높일 수 있다.

본 발명은, 진폭 의존성이 있는 주파수 변조신호의 복조처리를 이용한 신호수신장치, 특히 철도에서 궤도회로를 이용한 열차검지장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에서, 열차 검지장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에서, 수신장치의 처리 구성과 수신신호 레벨의 관계를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에서, 리미터 처리의 입력레벨과 출력레벨의 PLL처리의 입력진폭의 설계값에 대한 관계를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에서, 열차 검지레벨과 복조가부의 관계를 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에서, 필터 처리의 주파수 특성을 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에서, 필터 처리의 주파수 특성과 기수차 고조파의 관계를 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명을 복수의 궤도회로에 적용할 경우의 일 실시예이다.

도 8은 수조 내의 수질 검지장치에 적용할 경우의 장치 구성이다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 설명한다. 여기서는, 본 발명을 적용한 장치로서, 철도에 있어서 궤도회로를 이용한 열차 검지장치의 수신장치를 생각하고, 또한 진폭 의존성이 있는 주파수 변조신호 복조처리로서 PLL처리를 이용하는 경우를 예로 설명한다.

도 1은 본 방식에 의한 시스템 구성을 나타낸다. 열차가 주행하는 궤도는 하나 이상의 궤도회로로 구성된다. 각 궤도회로는, 일단에 주파수 변조신호인 열차 검지신호를 송신하는 송신장치(2)와, 타단에 열차 검지신호를 수신하는 수신장치(3)가 접속되어 있다. 그래서, 열차 검지장치(1)는 이 송신장치와 수신장치에 네트워크 등의 전송로를 통해서 접속되어 있다.

이 시스템의 각 장치간 처리 개요를 설명하기에 앞서 본 시스템이 행하는 처리 원리에 관하여 설명한다.

열차가 궤도회로의 범위 내에 존재할 경우, 열차의 차축에 의해 궤도가 단락되기 때문에, 수신장치가 수신하는 열차 검지신호의 수신신호 레벨은, 열차가 궤도회로의 범위 내에 존재하지 않는 상태로 비교되어 낮은 레벨이 된다. 이때, 수신신호 레벨이 저하되어 열차가 존재한다고 판단하는 경우의 한계값이 되는 수신신호 레벨을 열차 검지레벨이라 부른다.

열차 검지레벨은, 각 궤도회로마다 임의값을 설정하는 것이 필요하므로, 열차 검지 레벨에 일치시켜서 복조할 수 있는 하한값인 복조 하한 레벨을 각 궤도회로 개별로 임의로 설정하는 방법으로서, PLL 처리부의 전단에서 이득 처리부, 리미터 처리부, 고조파 제거 필터 처리부의 순으로 처리를 한다.

먼저, 이득 처리부에서는, 열차 검지 레벨을 복조 하한 레벨에 일치시키는 신호 증폭을 하고, 신호 증폭에 필요한 증폭율을 이득정보로서 이득 정보 저장부로부터 수신한다.

그리고, 리미터 처리부에서는, 증폭율에 의해 PLL 처리부가 과대한 입력을 수신하지 않도록 진폭을 제한한다.

그리고, 고조파 제거 필터 처리부에서는, 리미터 처리로 발생하는 고조파 성분을 제거한다.

열차의 검지는, 이하의 수순으로 한다. 먼저, 열차 검지장치의 송신정보 작성부가 송신정보를 작성하여, 송신장치에 네트워크를 통해서 송신한다. 이 송신정보는 열차 검지장치 내의 수신정보 조합부에도 송신된다.

다음으로, 송신장치는 네트워크를 통해서 수신된 송신정보를, 주파수 변조처리부에서 열차 검지신호로 변환하여 궤도회로에 송신한다.

수신장치(3)는, 궤도회로를 통해서 수신된 열차 검지신호에 대해서, 먼저 잡음 제거 필터 처리부(31)에서 수신신호에 포함되는 잡음을 제거한다. 다음으로, 이득 정보 저장부(33)로부터 이득 정보를 이용하여 이득 처리부(32)에서 수신신호를 증폭한다. 다음으로, 리미터 처리부(34)에서 수신신호의 진폭을 제한한다. 다음으로, 고조파 성분 제거 필터 처리부(35)에서 열차 검지 신호에 포함되는 고조파 성분을 제거한다. 다음으로, PLL 처리부(36)에서 수신된 열차 검지신호의 변조성분을 검출한다. 그리고, 최후로 수신 정보 작성부(37)에서 변조 성분으로부터 수신정보를 작성하여 열차 검지장치에 네트워크 등의 전송로를 통해서 송신한다.

마지막으로, 열차 검지장치는, 수신정보 조합부에서 송신정보와 수신정보를 조합하여 궤도회로 범위 내의 열차의 유무를 검출하여 검출 결과를 표시부에 제공하여 표시하고, 또한 신호 제어부에 송신하여 신호를 제어한다.

도 2는 수신 신호 레벨과 복조 하한 레벨의 관계에 관하여 레벨 다이어그램을 나타낸 것이다.

먼저, 열차 검지 레벨과 복조 하한 레벨을 일치시키는 수순을 나타낸다. 이것은 도 2의 (1)의 특성에 해당한다. PLL 처리부의 특성은, PLL 처리에 대한 입력신호인 수신신호의 진폭에 의존하므로, 초기에 입력신호의 진폭을 정하여 PLL처리부를 설계하고, 복조 하한 레벨을 유도한다. 예를 들면, 입력신호의 진폭을 1.0으로서 설계한 경우에, 복조 하한 레벨이 0.316인 것으로 한다. 여기서, 입력신호의 진폭의 설계값 1.0을 0[dB]로 하면, PLL 처리는 -10[dB] 이상의 신호 레벨에서는 복조가 가능하게 된다.

그리고, 수신신호에 대하여, 먼저 이득 처리부에서는, PLL 처리의 복조 하한 레벨과 열차 검지 레벨을 일치시키기 위한 증폭율을 각 궤도회로마다 설정하여, 이득 정보로서 이득정보 저장부에서 저장한다. 예를 들면, 궤도회로의 범위 내에 열차가 존재하지 않을 때의 수신 레벨이 3.16(+10[dB]에 상당)이고, 열차 검지 레벨에서의 진폭이 0.0316(-30[dB]에 상당)인 것으로 하면, 복조 하한 레벨이 0.316(-10[dB])인 것에 의해, 이득정보로서 10.0(+20[dB]에 상당)을 설정하면 좋아지게 된다.

그리고, 리미터 처리부에서는, 이득 처리부에서 증폭율을 부가된 수신신호에 관해서 진폭을 제한하여, PLL 처리부의 입력신호의 최대 진폭이 PLL 처리부의 설계시의 진폭에 일치하는 값으로 한다. 예를 들면, 열차 검지 레벨의 진폭이 0.0316(-30[dB]), 복조 하한 레벨이 0.316(-10[dB]), 증폭율이 10.0(+20[dB])인 경우, 궤도회로의 범위 내에 열차가 존재하지 않을 때의 수신 레벨이 3.16(+10[dB])의 상태에서는, 이득 처리부의 출력신호의 진폭은 3.16(+30[dB])이 된다. 이에 대해서 PLL 처리부는, 입력진폭의 설정값은 1.0(0[dB])이기 때문에, 과대 레벨 입력이 되어, PLL 처리가 설계값에 따라서 동작하는 것이 곤란해진다. 이에 대해서 리미터 처리부에서는, PLL 처리의 입력진폭의 설정값인 1.0(0[dB])을 초과하는 값을 1.0(0[dB])으로 억제하여 PLL처리부에 대한 과대 레벨 입력을 회피한다. 이 때문에 리미터 처리부의 입력진폭과 출력진폭의 관계는, PLL 처리부 설계시의 진폭 이하의 범위에서는 입력진폭과 출력진폭의 값은 같고, PLL 처리부 설계시의 진폭을 상회하는 경우에서는 출력진폭을 PLL처리부 설계시의 진폭과 같은 값이 된다. 이 관계를 도 3에 나타낸다.

그리고, 고조파 제거 필터 처리부에서는, 리미터 처리부에서 발생된 고조파를 제거한다. 리미터 처리부의 출력신호는, 수신 레벨이 PLL 처리부 설계시의 진폭을 상회하는 경우에는 구형파에 가까운 상태가 되기 때문에, 고조파 성분이 포함되어 있다.

리미터 처리부의 출력신호를 고조파를 포함한 상태대로 PLL 처리부에 입력하면, 고조파 성분은 PLL 처리부에 대하여 잡음 성분이 되어서 영향을 미치고, PLL처리부가 설계한 특성을 만족할 수 없게 된다. 그 때문에, 고조파 제거 필터 처리부에서 고조파 성분을 제거함으로써, PLL 처리부가 설계에 따라 처리를 하도록 한다.

이 결과, PLL 처리부는 복조 하한 레벨과 열차 검지 레벨이 일치한 입력신호를 수신할 수 있다.

다음으로, 궤도회로의 범위 내에 열차가 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우에 관해서 생각해본다. 예를 들면, 열차 검지 레벨에서의 진폭이 0.0316(-30[dB]), 증폭율이 10.0(+20[dB]), PLL 처리부 설계시의 입력진폭의 설정값이 1.0(0[dB]), 복조 하한 레벨이 0.316(-10[dB])의 경우에 관하여 아래에 각각 기재한다.

먼저, 열차가 궤도회로에 존재하는 경우에 관하여 생각해본다. 예를 들면, 수신 레벨이 0.0177(-35[dB])인 것으로 한다. 이 때의 특성은, 도 2의 (2)에 해당한다. 수신 레벨은 열차 검지 레벨의 0.0316보다 작은 값이 된다. 이때, 이득 처리부의 출력은, 0.177(-15[dB])이 되고, 0.316(-10[dB]) 보다 작은 값이 된다.

한편, 리미터 처리부의 출력 진폭의 최대값은, PLL처리부의 입력진폭의 설정값과 같은 값으로 1.0(0[dB])이기 때문에, 이득 처리부의 출력은 영향을 받지 않는다. 이 때문에, 리미터 처리부의 출력은 고조파 성분이 생기지 않기 때문에, 고조파 제거 필터 처리부도 영향을 받지 않는다. 이 결과, PLL 처리부에는 진폭 0.316(-10[dB])보다 작은 레벨의 신호인 0.177(-15[dB])의 신호가 입력된다. 이에 대하여 PLL 처리부의 복조 하한 레벨은, 0.316(-10[dB])이기 때문에, 복조할 수는 없다. 요컨대, 열차 검지 레벨 보다 작은 진폭의 신호에 관해서는 복조하게 된다.이 때문에, 수신 정보 작성부는 수신 정보를 작성하지 않기 때문에, 열차 검지장치의 수신 정보 조합부에서 송신정보와 수신정보가 일치하지 않아, 궤도회로에 열차가 존재하는 것이 검출된다.

다음으로, 존재하지 않은 경우에 관해서 생각해본다. 예를 들면, 수신 레벨이 3.16(+10[dB])인 것으로 한다. 이때의 특성은 도 2의 (3)에 해당한다. 수신 레벨은 열차 검지 레벨의 0.0316(-30[dB])보다 큰 값이 된다. 이때, 이득 처리부의 출력은, 0.316(-10[dB])보다 큰 값인 3.16(+30[dB])이 된다. 이에 대해서 리미터 처리의 출력 진폭의 최대값은 PLL 처리부의 입력진폭의 설정값과 같은 값인 1.0(0[dB])이기 때문에, 이득 처리부의 출력 중, 1.0(0[dB])을 초과하는 레벨은 영향을 받아서 진폭이 제한되고, 리미터 처리부의 출력신호는 구형파와 유사한 신호가 되어, 그 진폭은 1.0(0[dB])이 된다. 이 때문에, 리미터 처리부의 출력에는 고조파 성분이 포함된다. 그러나, 고조파 성분은, 고조파 제거 필터 처리부에서 제거되므로, 고조파 제거 필터 처리부의 출력신호는 고조파가 제거된 신호가 되고, 진폭은 리미터 처리부의 출력신호와 동일한 값이 되어, 최대 1.0(0[dB])이다. 이 결과, PLL 처리부에는 진폭 0.316(-10[dB])보다 크고 1.0(0[dB])보다 작은 값의 신호가 입력된다. 이에 대해서 PLL 처리부의 복조 하한 레벨은, 0.316(-10[dB])이고, 또 PLL 처리부는 입력진폭의 설정값은 1.0(0[dB])이기 때문에, 복조할 수 있다. 요컨대, 열차 검지 레벨보다 큰 진폭의 신호에 관해서는 복조하게 된다. 이 때문에, 수신정보 작성부는 수신정보를 작성하기 때문에, 열차 검지장치의 수신정보 조합부에서 송신정보와 수신정보가 일치한다. 이에 따라, 궤도회로에 열차가 존재하지 않는 경우가 검출된다.

요컨대, 열차 검지 레벨 이하의 신호 레벨에서는 복조하지 않고, 열차 검지레벨 이상의 신호 레벨에서는 복조하는 것을 정성적으로 나타낼 수 있다. 이상 기술한 것과 같이 PLL 처리부의 전단에 이득 처리부와 리미터 처리부와 고조파 제거 필터 처리부를 일치시킨 방법을 이용하는 것에 의해서, 열차 검지 레벨에 합쳐서 복조의 가부를 설정하는 것이 가능해진다. 수신레벨과 복조의 가부 관계를 도 4에 나타낸다.

그리고, 이 구성으로는, 궤도회로마다 설정할 값은 이득 처리의 증폭율만큼이기 때문에, PLL 처리부는 설계를 공통으로 할 수 있으므로, 생산성을 높이는 것이 실현된다. 복수의 궤도회로에 적용할 경우의 예를, 도 7에 나타낸다.

고조파 필터 처리부는, 리미터 처리부에서 생기는 입력신호의 고조파 성분을 제거하기 때문에, 주로 구형파 성분인 기수차 고조파의 영향을 저감하는 것이 요구된다.

일반적으로, 디지털 처리로 필터 처리를 하는 경우에서는, 샘플링 주파수의 4분의 1의 주파수를 통과대역의 중심 주파수로 설정하면, 가장 낮은 처리량으로 필요한 특성을 얻을 수 있다는 것이 알려져 있다.

그러나, 샘플링 주파수의 반에서 에일리어스(alias) 현상이 생기므로, 샘플링 주파수의 4분의 1의 주파수를 입력 주파수로서 통과대역을 설정하면, 샘플링 주파수의 4분의 1의 주파수에 있는 통과대역과 동일 특성이 샘플링 주파수의 4분의 3의 주파수를 중심으로 한 대역에도 존재한다. 이 필터 특성에 대해서 구형파를 입력하면, 기수차 고조파의 주파수가 샘플링 주파수의 4분의 1의 주파수에 있는 통과대역과 샘플링 주파수의 4분의 3에 생기는 통과대역에서 중복되기 때문에, 필요한 감쇄를 얻을 수 없다.

이 때문에, 입력 주파수를 샘플링 주파수의 4분의 1에는 일치하지 않는 대역으로 설정할 필요가 있다. 그러나, 샘플링 주파수의 4분의 1에서의 차이가 큰 대역을 통과대역으로 하는 필터는, 일반적으로 보다 많은 처리량이 필요해진다. 이것은, 디지털 회로의 처리량을 증대시켜서 비용의 증가에 연관되기 때문에, 차이는 가능한 한 적은 값으로 하는 것이 구해진다.

그리고, 리미터 처리로 생기는 구형파 성분은 주로 기수차 고조파인 것을 이용하여, 입력 주파수의 값을, 샘플링 주파수의 기수차분의 1 배수로 설정하는 것으로 하고, 또 통과대역을 입력주파수를 중심으로 한 샘플링 주파수의 기수차분의 1보다 작은 대역으로 설정하고, 저지대역을 입력 주파수를 중심으로 한 샘플링 주파수의 기수차분의 1 이외의 모든 대역으로 함으로써, 고조파를 효율적으로 제거하는 필터 처리를 실현한다.

예를 들면, 입력 주파수를 2[kHz], 복조에 필요한 대역을 입력 주파수를 중심으로 ±300[Hz], 필터의 통과대역을 샘플링 주파수의 7분의 2의 대역으로 설정하는 경우에 관하여 생각해본다. 도 5에 필터 특성을 나타낸다. 이 예에서는, 샘플링 주파수는 7[kHz]가 되고, 통과대역의 중심 주파수는 2[kHz]가 된다.

이 경우, 통과대역의 폭은 샘플링 주파수의 7분의 1보다 작은 대역으로 할 필요가 있지만, 복조에 필요한 대역은 입력 주파수 2[kHz]를 중심으로 한±300[Hz]의 대역폭인 것에 의해, 복조에 필요한 대역을 손상하는 경우는 없다. 여기서는, 통과대역을 2[kHz]를 중심으로 한 ±300[Hz]의 대역으로 한다. 한편, 저지대역은 입력 주파수 2[kHz]를 중심으로 한 샘플링 주파수의 7분의 1 이외의 모든 대역이기 때문에, 2[kHz]를 중심으로 한 1[kHz]의 대역폭 이외의 모든 대역으로 할 필요가 있다. 여기서는, 1.5[kHz] 이하의 주파수 대역과, 2.5[kHz] 이상의 주파수 대역을 저지대역으로 한다.

이에 대해서, 에일리어스에 의한 통과대역이 존재하므로, 샘플링 주파수의 반인 3.5[kHz]를 초과하는 주파수에서는, 3.5[kHz] 이하의 주파수 특성이 반복 상태로 재현된다. 이 때문에, 통과대역과 동일한 특성이 3.5[kHz] 이상의 대역에도 존재한다. 그 통과대역 특성은, 통과대역인 2.0[kHz]을 중심으로 한 ±300[Hz] 이하의 대역을, 샘플링 주파수의 반인 3.5[kHz]로 반복한 5.0[kHz]을 중심으로 한 ±300[Hz] 이하의 대역이 된다. 한편, 저지대역 특성도 마찬가지로 반복되므로, 샘플링 주파수의 2분의 1에 해당하는 3.5[kHz]에서 4.5[kHz]까지의 범위와, 5.5[kHz]에서 샘플링 주파수인 7[kHz]까지의 범위가 해당된다.

한편, 고조파 성분은 주로 입력 주파수의 기수배의 값으로 존재한다. 여기서는, 입력 주파수가 샘플링 주파수의 7분의 2이므로, 고조파는 샘플링 주파수의 7분의 2의 대역의 기수배의 대역에 존재하게 된다. 이하에 제 15차 고조파까지의 존재하는 대역을 기술한다.

제 1 차 고조파는, 입력 주파수와 동일 주파수로, PLL 처리로 처리대상이 되는 주파수 성분이다. 이 때문에, 본 필터 처리에서의 통과대역에 해당한다. 이 주파수 성분은 입력주파수와 동일 2[kHz]를 중심으로 한 ±300[Hz]의 범위에 존재하고, 샘플링 주파수의 7분의 2의 대역에 해당한다.

제 3 차 고조파는, 입력 주파수 2[kHz]의 3배에 해당하는 6[kHz]를 중심으로 한 ±300[Hz]의 범위에 존재하고, 이것은 샘플링 주파수 7[kHz]의 경우에서는 1[kHz]를 중심으로 한 ±300[Hz]의 범위에 존재하는 것과 등가이다. 이 때문에, 샘플링 주파수의 7분의 1의 대역에 해당한다.

제 5 차 고조파는, 입력 주파수 2[kHz]의 5배에 해당하는 10[kHz]를 중심으로 한 ±300[Hz]의 범위에 존재하고, 이것은 샘플링 주파수 7[kHz]의 경우에서는 3[kHz]를 중심으로 한 ±300[Hz]의 범위에 존재하는 것과 등가이다. 이 때문에, 샘플링 주파수의 7분의 3의 대역에 해당한다.

제 7 차 고조파는, 입력 주파수 2[kHz]의 7배에 해당하는 14[kHz]를 중심으로 한 ±300[Hz]의 범위에 존재하고, 이것은 샘플링 주파수 7[kHz]의 경우에서는 0[kHz]를 중심으로 한 ±300[Hz]의 범위에 존재하는 것과 등가이다. 이 때문에, 샘플링 주파수의 7분의 0의 대역에 해당한다.

제 9 차 고조파는, 입력 주파수 2[kHz]의 9배에 해당하는 18[kHz]를 중심으로 한 ±300[Hz]의 범위에 존재하고, 이것은 샘플링 주파수 7[kHz]의 경우에서는 3[kHz]를 중심으로 한 ±300[Hz]의 범위에 존재하는 것과 등가이다. 이 때문에, 샘플링 주파수의 7분의 3의 대역에 해당한다.

제 11 차 고조파는, 입력 주파수 2[kHz]의 11배에 해당하는 22[kHz]를 중심으로 한 ±300[Hz]의 범위에 존재하고, 이것은 샘플링 주파수 7[kHz]의 경우에서는1[kHz]를 중심으로 한 ±300[Hz]의 범위에 존재하는 것과 등가이다. 이 때문에, 샘플링 주파수의 7분의 1의 대역에 해당한다.

제 13 차 고조파는, 입력 주파수 2[kHz]의 13배에 해당하는 26[kHz]를 중심으로 한 ±300[Hz]의 범위에 존재하고, 이것은 샘플링 주파수 7[kHz]의 경우에서는 2[kHz]를 중심으로 한 ±300[Hz]의 범위에 존재하는 것과 등가이다. 이 때문에, 샘플링 주파수의 7분의 2의 대역에 해당한다.

제 15 차 고조파는, 입력 주파수 2[kHz]의 15배에 해당하는 30[kHz]를 중심으로 한 ±300[Hz]의 범위에 존재하고, 이것은 샘플링 주파수 7[kHz]의 경우에서는 2[kHz]를 중심으로 한 ±300[Hz]의 범위에 존재하는 것과 등가이다. 이 때문에, 샘플링 주파수의 7분의 2의 대역에 해당한다.

도 6은 고조파와 필터특성의 관계를 나타낸다. 통과대역과 일치하는 기수차 고조파는, 제 13 차 고조파 이후의 고조파가 된다.

이 영향에 관해서, 입력신호를 완전한 구형파로 하여서 퓨리에 변환으로부터 구한다.

퓨리에 변환으로부터, 제 1 차 고조파에 대한 제 13 차 고조파의 레벨은, 제 1 차 고조파를 0[dB]으로 하면, 제 13 차 고조파는 약 24[dB]로 구할 수 있다. 이것은, 예를 들면, 필터 처리의 통과대역의 감쇄가 0[dB]로, 리미터의 출력진폭을 최대 1.0으로 하면, 제 1 차 고조파 성분의 진폭이 1.0인 것에 대해, 제 13 차 고조파의 성분은 진폭으로 변환하여 0.07 이하가 된다. 이에 따라, 제 13 차 고조파의 영향에 의해서 필터 처리의 출력 진폭은 최대로 약 1.07이 되어, 효과적으로 고조파를 제거할 수 있다.

한편, 통과대역이 샘플링 주파수의 7분의 2에 존재하기 때문에, 통과대역이 샘플링 주파수의 4분의 1의 차는 작고, 필터 처리량의 증가를 낮게 억제할 수 있다. 이에 따라, 효과적으로 고조파를 제거할 수 있는 것이 나타내어진다.

이상 기술한 구성을 이용하는 것에 의해, 잡음에 대해서 내성이 높은 열차 검출장치의 생산성을 향상할 수 있었다.

본 방식의 별도의 적용예로서, 수조내의 수질 검지장치에 적용하는 경우의 장치 구성을 도 8에 나타낸다. 수조에 발광장치와 수광장치를 쌍으로 설치하고, 발광장치는 송신장치에 접속하고, 수광장치는 수신장치에 접속한다. 송신장치와 수신장치는 네트워크를 통해서 수질 검지장치에 접속한다.

수질 검지장치는, 수조 내의 수질에 관해서, 발광장치가 발생하는 광 세기가 수질의 투과율에 의해 감쇄되어, 수광장치가 수신하는 광 세기가 일정값 이하로 된 경우에 표시부에 경고를 표시하고, 또한 수질 제어부에 수질 개선을 지령한다.

수질 검지의 한계값은, 발광장치와 수광장치의 설치 거리 등에 따라서 변화하기 때문에, 각 발광장치와 수광장치의 조마다 개별로 정할 필요가 있다.

여기서, 본 방식을 수신장치에 적용하므로써, 수질 검지의 한계값을 각 수신장치의 이득 정보로서 설정하는 것에 의해, 수질 검지의 한계값을 임의 값으로 설정가능한 것은 명백하다.

이상과 같이, 본 발명에 의한 장치는, 잡음에 대해서 내성이 높고 생산성도 좋게 열차 검지장치로서, 철도의 신호 제어에 적용 가능하다.

Claims

입력된 진폭 의존성이 있는 주파수 변조 신호의 복조처리를 하는 주파수 변조신호 수신방법에 있어서,

상기 입력된 입력신호의 증폭율을, 그 입력신호의 복조할 하한 레벨이 상기 복조처리의 복조 하한 레벨에 일치하도록 설정하는 이득 처리를 하고,

상기 복조처리의 입력신호의 기준값 이상의 레벨을 기준값 이내로 억제하는 리미터 처리를 하고,

그 리미터 처리로 생기는 고조파를 제거하는 필터 처리를 하고,

그 필터 처리 후에 복조처리를 하는 주파수 변조 신호 수신방법.
제 1 항에 있어서,

상기 필터처리를 디지털 처리로 하는 경우의 샘플링 주파수를 처리대상의 주파수에 대해서, 샘플링 주파수의 기수분의 하나의 배수가 되도록 설정하고,

복조에 필요한 대역폭을 포함하는 상기 필터의 통과대역폭을, 상기 샘플링 주파수의 기수분의 하나의 배수를 중심으로 한 상기 샘플링 주파수의 기수분의 하나보다 작은 대역이 되도록 설정하고,

저지대역을 상기 샘플링 주파수의 기수분의 하나의 배수를 중심으로 한 상기 샘플링 주파수의 기수분의 하나의 대역 이외의 모든 대역으로 하는 주파수 변조 신호 수신방법.
입력된 진폭 의존성이 있는 주파수 변조신호의 복조처리를 하는 주파수 변조 수신장치에 있어서,

입력된 입력신호의 증폭율을 그 입력신호의 복조할 하한 레벨이 상기 복조처리의 복조 하한 레벨에 일치하도록 설정하는 이득 처리부와,

상기 복조 처리의 입력신호의 기준값 이상의 레벨을 기준값 이내로 억제하는 리미터 처리부와,

그 리미터 처리부에 의해 처리된 결과로 생기는 고조파를 제거하는 필터 처리부와,

그 필터 처리부에서 처리된 신호를 복조하는 복조 처리부를 구비한 주파수 변조신호 수신장치.