JP2010166252A - 受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】妨害波の影響を最小にするように帯域制限を行なうことが可能な受信機を提供すること。
【解決手段】受信機１は、周波数通過帯域の中心周波数及び帯域幅が変更可能な可変フィルタ１２を備え、この可変フィルタ１２を通過した受信信号に基づいて算出される信号雑音比が増加する間は、可変フィルタ１２の通過帯域幅を拡大させる。そして、可変フィルタ１２の通過帯域の拡大を継続した結果、その通過帯域内に妨害波を含むことになって、算出される信号雑音比が低下すると、可変フィルタ１２の通過帯域を、信号雑音比が低下する直前の通過帯域に設定する。これにより、可変フィルタ１２の通過帯域を、妨害波が混入しない範囲で、最も広くなるように調整することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線周波数信号を受信する受信機に関するものである。

上述した受信機の一例として、測位のためにＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳ受信機がある。例えば、ＧＰＳ信号は、周波数１５７５．４２ＭＨｚの搬送波に重畳されて送信されるが、そのＧＰＳ信号の帯域は、２ＭＨｚ程度である。このため、ＧＰＳ受信機は、受信したＲＦ信号を固定の通過帯域を備えた狭帯域フィルタを用いてフィルタリングすることにより、ＧＰＳ信号の信号雑音比（ＳＮＲ）の向上を図っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２２２７５９号公報

ここで、近年では、ＧＰＳ以外の衛星システムによる位置測位の要望が高まり、種々のシステムが実用化されつつある（ＧＬＯＮＡＳＳ（ロシア）、ＧＡＬＩＬＥＯ（欧州連合）など）。従って、これらの種々のシステムにおける衛星からの信号を受信することができれば、同時に受信可能な信号の数が増加するなどの理由から、測位精度の向上が期待できる。

ただし、衛星システムが異なると、搬送波の周波数や、それに重畳される信号の帯域も異なることが多い。例えば、上述したように、ＧＰＳ信号の場合、搬送波周波数が１５７５．４２ＭＨｚであり、ＧＰＳ信号の帯域が２ＭＨｚ程度であるのに対し、ＧＬＯＮＡＳＳにおける衛星信号の場合、搬送波周波数が１６０２＋０．５６２５ｎ（ｎ＝１，２，…、２４）であり、衛星信号の帯域は１ＭＨｚ程度である。

このような理由から、種々のシステムの衛星からの信号を、共通のチャンネルで受信しようとした場合、全ての信号の帯域を網羅するように、帯域制限フィルタも広帯域化する必要が生じる。しかしながら、帯域制限フィルタを広帯域化すると、妨害波を拾う可能性も増えてしまう。

本願発明は、上述して点に鑑みてなされたものであり、妨害波の影響を最小にするように帯域制限を行なうことが可能な受信機を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、請求項１に記載の受信機は、
受信した周波数信号に対して、受信すべき信号が含まれる周波数帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタ処理を行なうものであって、当該バンドパスフィルタ処理における通過帯域を変更可能なフィルタ手段と、
フィルタ手段により通過帯域が制限されたフィルタ処理信号に基づいて、受信すべき信号の信号雑音比を算出する算出手段と、
算出手段によって算出される信号雑音比が最大となるように、フィルタ手段の通過帯域を調整する調整手段と、を備えることを特徴とする。

フィルタ手段が通過させる周波数帯域内に妨害波信号が存在する場合、その周波数帯域内に妨害波信号が存在しない場合に比較して、信号雑音比は低下する。従って、信号雑音比が最大となるようにフィルタ手段の通過帯域を調整することにより、妨害波の影響を抑制した最適な帯域制限を行なうことが可能になる。

請求項２に記載したように、調整手段は、フィルタ手段の通過帯域を広げるようにフィルタ手段の通過帯域を変更し、フィルタ手段の通過帯域を広げることによって算出手段が算出する信号雑音比が増加する間は、通過帯域の拡大を継続し、信号雑音比が低下を開始したとき、フィルタ手段の通過帯域を信号雑音比の低下開始前の状態に設定することにより、フィルタ手段の通過帯域を調整することが好ましい。

妨害波が存在しない場合には、フィルタ手段の通過帯域を広げるにつれて、信号雑音比は増加していく。そして、フィルタ手段の通過帯域を広げた結果、妨害波信号が混入することになると、その時点で、信号雑音比は、急激に低下する。従って、請求項２に記載したように、フィルタ手段の通過帯域を信号雑音比の低下開始前の状態に設定することにより、フィルタ手段の通過帯域を、妨害波が混入しない範囲で、最も広く調整することができる。

請求項３に記載したように、受信機は、周波数の異なる複数種類の無線周波数信号を受信するものであって、調整手段は、受信すべき無線周波数信号の種類に応じて、フィルタ手段の通過帯域の中心周波数を定め、その中心周波数を基準として、フィルタ手段の通過帯域を広げるようにフィルタ手段の通過帯域を変更することが好ましい。このように、調整手段が、フィルタ手段の通過帯域の幅だけでなく、中心周波数も調整できるように構成されていると、共通の受信チャンネルで異なる周波数の無線周波数信号を良好に受信することが可能になる。

請求項４に記載したように、無線周波数信号は、所定のコードを用いて変調されたものであって、算出手段は、変調に用いられたコードを用いて復調した信号値と、変調に用いられなかったコードを用いて復調した信号値とにより、信号雑音比を算出することができる。変調に用いられなかったコードを用いて復調した場合、その信号値は、熱雑音等の雑音の大きさを示すものとなるためである。

請求項５に記載したように、無線周波数信号は、衛星から送信される信号であることが好ましい。課題の欄に記載したように、種々の衛星システムが開発・実用化され、それらの衛星システムでは周波数の異なる複数の衛星信号が用いられるためである。

実施形態の受信機全体の概略構成を示すブロック図である。 ＧＰＳにおけるＬ１波の受信信号の分布を示す図である。 可変フィルタの通過帯域の調整手順を示したフローチャートである。 （ａ）は、可変フィルタの通過帯域を拡大する概略の様子を示す図であり、（ｂ）は、通過帯域の拡大に伴う信号雑音比の変化の様子を示す図である。

以下、本発明の実施形態による受信機に関して、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態の受信機は、種々の衛星システムの衛星信号を受信するための受信機として具現化されている。しかしながら、本発明による受信機は、衛星信号を受信するための受信機のみに制限されず。その他の通信（携帯電話、ＦＭ、ＥＴＣ，ＶＩＣＳなど）における受信機としても利用可能である。

図１は、本実施形態の受信機１全体の概略構成を示すブロック図である。ただし、受信機１には、複数の衛星信号を同時に受信するために複数の受信チャンネルが設けられているが、各々の受信チャンネルの構成は同様であるため、図１には、１つの受信チャンネルの構成のみが示されている。そして、受信機１は、受信チャンネルによって複数の衛星からの衛星信号を同時に受信し、これら複数の衛星との疑似距離を測定する。さらに、受信機１は、測定された擬似距離を基に測位演算を行い、測位解に対する誤差推定値を算出し、これらに基づいて、最終的な測位位置の算出を行なう。

図１において、アンテナ２は、異なる周波数からなる複数の衛星信号（ＲＦ信号）を受信し、受信したＲＦ信号を低雑音増幅器（ＬＮＡ）３に出力する。例えば、アンテナ２は、異なる周波数の衛星信号として、ＧＰＳにおけるＬ１波（１５７５．４２ＭＨｚ）や、ＧＬＯＮＡＳＳにおけるＬ１波（１６０２＋０．５６２５ｎ（ｎ＝１，２，…、２４））をともに受信可能に構成されている。ＬＮＡ３は、アンテナ２に受信されたＲＦ信号を増幅してバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４に出力する。ＢＰＦ４は、上述した複数の衛星信号の全ての搬送波周波数が通過帯域内に存在するように、周波数通過帯域が設定されている。

電圧制御発信器（ＶＣＯ）６は、所定の基準周波数に基づきフィルタ処理後のＲＦ信号の周波数に対して所定の周波数からなる変換用信号を生成して、ミキサ５に出力する。ミキサ５は、ＢＰＦ４を通過したＲＦ信号と、ＶＣＯ６で生成された所定周波数の変換用信号とをミキシングすることでダウンコンバートし、中間周波数（ＩＦ）信号を生成する。

ミキサ５によって生成されたＩＦ信号は、ＢＰＦ７に入力される。ＢＰＦ７も、ＩＦ信号において、上述した複数の衛星信号の全ての搬送波周波数を通過させるように、周波数通過帯域が設定されている。このように、ＢＰＦ４、ＢＰＦ７の２段で、受信すべき複数のＲＦ信号の搬送周波数が含まれる帯域の周波数信号を抽出している。なお、ミキサ５の後段のＢＰＦ７は省略しても良い。

ＢＰＦ７から出力されたＩＦ信号は、ＩＦ増幅器８に入力され、増幅される。ＩＦ増幅器８によって増幅されたＩＦ信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）９に入力される。ＬＰＦ９は、入力されたＩＦ信号において、所定のカットオフ周波数よりも低域の周波数成分の信号を通過させる。ＬＰＦ９を通過したＩＦ信号は、自動利得制御機能（ＡＧＣ）を備えた増幅器１０に入力される。増幅器１０は、入力されたＩＦ信号を所定振幅になるようにゲイン調整して、Ａ／Ｄコンバータ１１に出力する。Ａ／Ｄコンバータ１１は、入力されたＩＦ信号を、所定のサンプリング周波数でサンプリングしてＡ／Ｄ変換を行ない、デジタル信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータ１１でデジタル信号に変換されたＩＦ信号は、可変フィルタ１２に入力される。

可変フィルタ１２は、例えば、ＦＩＲ、ＩＩＲ、ＣＩＣフィルタなどのデジタルフィルタにより構成されるバンドパスフィルタである。この可変フィルタ１２は、後述する測位演算部２０からの制御信号に応じて、周波数通過帯域の中心周波数及び帯域幅が変更可能である。

なお、可変フィルタ１２として、上述したデジタルフィルタ以外に、例えば、フーリエ変換器及び逆フーリエ変換器を用いても良い。フーリエ変換器及び逆フーリエ変換器を可変フィルタ１２として用いる場合には、フーリエ変換器によって生成した各周波数のパワースペクトルの内、通過を阻止したい周波数のパワースペクトルをゼロに置換する。ゼロ置換により修正されたパワースペクトルを逆フーリエ変換器によって逆フーリエ変換すると、所望帯域の周波数成分のみからなるデジタルＩＦ信号が得られる。このように、フーリエ変換器及び逆フーリエ変換器を可変フィルタ１２として用いた場合、演算処理量は増加するが、可変フィルタ１２を遮断周波数で急峻に減衰させることが可能であるというメリットがある。

可変フィルタ１２によるフィルタ処理が行なわれたＩＦ信号は、測位演算部２０に入力される。測位演算部２０は、相間部２１及びＳＮＲ測定部２２を有している。

相間部２１は、図示しないが、キャリア相間部と、コード相間部とを有している。キャリア相間部は、生成するクロック信号の周波数及び位相を制御可能な数値制御発振器を備え、数値制御発振器で生成されたクロック信号を、入力されたデジタルＩＦ信号に乗算する。ここで、数値制御発振器が生成するクロック信号の周波数および位相が、入力されたデジタルＩＦ信号の搬送波周波数と等しくなるように、図示しない測位演算部２０のＣＰＵにより数値制御発振器が制御される。この結果、キャリア相関部からは、搬送波周波数成分が除去された信号が出力される。キャリア相間部からの出力信号は、コード相関部に与えられる。

コード相関部は、図示しないが、コード発生部と、数値制御発振器とを有している。コード発生部は、数値制御発振器で発生されるコードのクロック周波数をもとに、捕捉対象衛星の衛星信号の変調に利用されたコードと同等の擬似ランダムコードを発生する。コード発生部で発生された擬似ランダムコードは、コード相間部において、キャリア相間部から出力された信号と乗算される。コード相関部からの出力信号はＣＰＵに入力され、ＣＰＵは、キャリア相関部の出力信号に対して、コード発生部からの擬似ランダムコードの周波数及び位相が等しくなるように、数値制御発振器及びコード発生部を制御する。このような制御により、受信機１の受信チャンネルにおいて、航法データを含む信号を得ることができる。そして、ＣＰＵは、受信チャンネルの信号から、衛星時計の時刻情報、衛星位置情報（ephemeris）等を含む航法データを抽出する。また、ＣＰＵは、信号に含まれる航法データに基づいて擬似距離を算出し、さらに４つ以上の衛星からの擬似距離に基づいて測位演算を実行する。

なお、いずれの衛星を捕捉対象とするかは、例えば、複数の衛星固有のコードを順番に発生させ、相間が得られたことに基づいて、捕捉対象衛星を決定したり、予め受信した信号を周波数解析し、その結果に基づいて、捕捉対象衛星を絞り込んだり、或いは予め記憶されている衛星軌道、現在位置及び現在時刻に基づいて、受信可能な衛星信号を推定し、その推定結果に基づいて捕捉対象衛星を決定したりすることができる。

測位演算部２０は、さらにＳＮＲ測定部２２を備えている。このＳＮＲ測定部２２は、相間部２１からの信号を入力し、捕捉対象衛星固有のコードと擬似ランダムコードとの相間がとられた場合の出力信号値と、相間がとられなかった場合の出力信号値との比から、信号雑音比（ＳＮＲ）を算出する。そして、測位演算部２０は、上述した捕捉対象とする衛星からの衛星信号の搬送波周波数及びＳＮＲ測定部２２が算出した信号雑音比に基づいて、可変フィルタ１２の通過帯域を制御する。

ここで、妨害波がなく、熱雑音のみ存在する状態では、受信信号の搬送波周波数の中心から可変フィルタ１２の通過帯域を広げるに従って、信号雑音比の値が大きくなる。これは、図２に示すように、例えばＧＰＳにおけるＬ１波の受信信号は、搬送波周波数の中心にメインローブがあり、所定周波数おきにサブローブが分布しているためである。しかしながら、図２に示すように、可変フィルタ１２の通過帯域に妨害波が存在している場合には、その妨害波の影響によって信号雑音比が低下（劣化）する。

そこで、本実施形態では、信号雑音比が最大となるように可変フィルタ１２の通過帯域を調整することにより、妨害波の影響を抑制した最適な帯域制限を行なう。以下、このような、可変フィルタ１２の通過帯域の調整に関して、詳細に説明する。

図３は、可変フィルタ１２の通過帯域の調整手順を示したフローチャートである。まず、ステップＳ１００では、捕捉対象衛星を決定する。そして、ステップＳ１１０において、捕捉対象衛星からの衛星信号の搬送波周波数に対応するように、可変フィルタ１２の通過帯域の中心周波数を定め、かつ通過帯域の初期帯域を設定する。これにより、可変フィルタ１２は、定められた中心周波数を基準として、初期帯域に含まれる周波数成分の信号のみを通過させるようになる。

次に、ステップＳ１２０において、相間部２１からの出力信号に基づいて、信号雑音比を測定（算出）する。ステップＳ１３０では、ステップＳ１２０において今回算出した信号雑音比が、前回算出した信号雑音比に対して増加しているか、あるいは低下しているかが判定される。このステップＳ１３０において、今回算出の信号雑音比が前回算出の信号雑音比よりも増加していると判定された場合、ステップＳ１４０の処理に進む。なお、信号雑音比の最初の算出後にステップＳ１３０の処理が実行された場合も、ステップＳ１４０の処理に進む。

ステップＳ１４０では、可変フィルタ１２の通過帯域を所定の帯域だけ拡大する。その後、再びステップＳ１２０及びＳ１３０の処理を実行して、信号雑音比の変化を観測する。
このような処理により、可変フィルタ１２の通過帯域を拡大したことに応じて信号雑音比が増加する間は、可変フィルタ１２の通過帯域の拡大が継続される。そして、図４（ａ）に示すように、可変フィルタ１２の通過帯域の拡大を継続した結果、その帯域内に妨害波を含むことになると、図４（ｂ）に示すように、信号雑音比が急減に低下する。

このため、ステップＳ１３０において、今回算出された信号雑音比が、前回算出した信号雑音比に対して低下したと判定された場合には、ステップＳ１５０の処理に進み、可変フィルタ１２の通過帯域を、信号雑音比が低下する直前の通過帯域に設定する。これにより、可変フィルタ１２の通過帯域を、妨害波が混入しない範囲で、最も広くなるように調整することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。

例えば、上述した実施形態では、Ａ／Ｄコンバータ１１の後段にデジタルフィルタなどからなる可変フィルタ１２を設け、この可変フィルタ１２の中心周波数及び通過帯域幅を変更した。しかしながら、アナログフィルタであるＢＰＦ４，７に関して、中心周波数および通過帯域幅を変更可能に構成し、これらＢＰＦ４，７によって、妨害波が混入しない範囲で、捕捉対象衛星信号を周波数成分を通過させるようにしても良い。

また、上述した実施形態では、受信機１がＧＰＳやＧＬＯＮＡＳＳにおけるＬ１波を受信する例について説明したが、Ｌ１波とともに或いはＬ１波に代えて、Ｌ２波などの他の周波数帯域の信号を受信するように構成することも可能である。

１ 受信機
２ アンテナ
３ 低雑音増幅器
４、７ バンドパスフィルタ
５ ミキサ
６ 電圧制御発振器
９ ローパスフィルタ
１０ 増幅器
１１ Ａ／Ｄコンバータ
１２ 可変フィルタ
２０ 測位演算部
２１ 相間部
２２ ＳＮＲ測定部

Claims (5)

1. 無線周波数信号を受信する受信機において、
   受信した周波数信号に対して、受信すべき信号が含まれる周波数帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタ処理を行なうものであって、当該バンドパスフィルタ処理における通過帯域を変更可能なフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段により通過帯域が制限されたフィルタ処理信号に基づいて、受信すべき信号の信号雑音比を算出する算出手段と、
   前記算出手段によって算出される信号雑音比が最大となるように、前記フィルタ手段の通過帯域を調整する調整手段と、を備えることを特徴とする受信機。
2. 前記調整手段は、前記フィルタ手段の通過帯域を広げるように前記フィルタ手段の通過帯域を変更し、前記フィルタ手段の通過帯域を広げることによって前記算出手段が算出する信号雑音比が増加する間は、前記通過帯域の拡大を継続し、前記信号雑音比が低下を開始したとき、前記フィルタ手段の通過帯域を前記信号雑音比の低下開始前の状態に設定することにより、前記フィルタ手段の通過帯域を調整することを特徴とする請求項１に記載の受信機。
3. 前記受信機は、周波数の異なる複数種類の無線周波数信号を受信するものであって、
   前記調整手段は、受信すべき無線周波数信号の種類に応じて、前記フィルタ手段の通過帯域の中心周波数を定め、その中心周波数を基準として、前記フィルタ手段の通過帯域を広げるように前記フィルタ手段の通過帯域を変更することを特徴とする請求項２に記載の受信機。
4. 前記無線周波数信号は、所定のコードを用いて変調されたものであって、前記算出手段は、変調に用いられたコードを用いて復調した信号値と、変調に用いられなかったコードを用いて復調した信号値とにより、前記信号雑音比を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の受信機。
5. 前記無線周波数信号は、衛星から送信される信号であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の受信機。

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