JP3729369B2

JP3729369B2 - 直接変換ｆｓｋ受信機

Info

Publication number: JP3729369B2
Application number: JP06199797A
Authority: JP
Inventors: 一夫川井
Original assignee: 株式会社ゼネラルリサーチオブエレクトロニックス
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: JPH10243034A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）信号を直接変換（Dirrect Conversion）法によって受信、復調する回路を構成するための回路構成技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＳＫ信号を受信、復調する方法の１つに直接変換法がある。ＦＳＫ信号はディジタル情報を周波数偏移（情報の“０”を周波数ｆ₀に、“１”を周波数ｆ₁に偏移）して伝送する信号であるが、この信号の受信復調方式としての直接変換法は、イメージ妨害がないこと、周波数選択度をベースバンドで決められて容易であることなどのメリットがあるため、近年とみに利用されている。この方法は、周波数ｆ₀とｆ₁の中心周波数の局部発振器を設けて、これより互いに９０°異なる２軸の搬送波を作成し、これらの搬送波と受信信号をそれぞれ乗算し、その出力をそれぞれローパスフィルタに加えると、その出力には局発搬送波に対する同相（Inphase）成分（略してＩｃｈ成分（ｃｈはチャンネルの意））と直交（Qudrature）成分（略してＱｃｈ成分）がベースバンド信号としてそれぞれ得られる。この２成分の位相関係は、入力信号周波数が局発周波数より高いか低いかによって＋９０°または−９０°になるから、この位相関係を検出することによって情報の“０”か“１”かを判定する、という方法である。
【０００３】
＋９０°であるか−９０°であるかの判定は、通常、論理回路を用いて行われ、例えばＩｃｈ成分が正電位の間にＱｃｈ成分が正方向にゼロクロスするか、または負方向にゼロクロスするかによって判定する。従って、変調指数が大きい場合には１シンボルの間に何回もゼロクロスが生じるから、判定は容易であるが、変調指数が１以下になると１シンボルの間にゼロクロスが生じない場合が発生し、符号誤りが生じる。
このため、変調指数が小さい場合、Ｉｃｈ、Ｑｃｈのベースバンド信号の両方、あるいは片方に移相器を挿入して、移相器の移相量の差が相対的に９０°になるようにすることによって、＋９０°または−９０°であった位相差を０°または１８０°の位相差に変換することが行われる。こうすると、前例の場合のようにゼロクロスが発生しなくとも同相か逆相かの判定を行えばよいので、変調指数が小さくなっても、一見、うまく判定動作を行えそうに見える。
【０００４】
しかし、この方法には次のような問題点がある。
ベースバンド信号に対する移相は、ベースバンド信号の帯域内のすべての周波数に対して等しい移相は与えるが、振幅周波数特性はフラットでなければならない。これを正確に行うには、きわめて多くの回路網を組み合わせるか、もしくはヒルベルト（Hilbert）変換を行う必要があるが、前者では回路網の回路規模が大きくなってしまうし、後者では直接その変換を行う代りに、通常、トランスバーサルフィルタ（Transversal Filter）を使用するか、またはＤＳＰ（Digital Signal Processer）を使用するが、そのいずれにしても回路規模が大きくなってしまう、ということからは免れ得ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
Ｉｃｈ、Ｑｃｈの両ベースバンド信号間で、すべての周波数成分に対して相対的に９０°移相するということは、例えばＩｃｈ信号については何も行わず、Ｑｃｈ信号についてのみ９０°移相を行うことである。この移相を正直に行うのは、前述のようにかなり困難であるが、取り扱う信号がデータ信号であり、その振幅成分については後段で波形整形されることを考慮すれば、位相成分のみを正しく移相（微分する）することにしても、大差ない復調出力が得られる。従って、このＱｃｈ信号のみについて正しい微分出力を得る回路の構成方法を見出すことを本発明の課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による直接変換ＦＳＫ受信機は、周波数変換によりＦＳＫ信号からベースバンド信号の同相成分及びベースバンド信号の直交成分を形成する第１の手段と、前記同相成分及び前記直交成分のそれぞれを交互に到来するタイミング時に個別にサンプリング−ホールドし、それぞれ第１階段波及び第２階段波を形成する第２の手段と、前記第１階段波及び前記第２階段波の中の一方の階段波をその一方の階段波に対して行った前のサンプリング−ホールドのタイミングと異なるタイミング時にサンプリング−ホールドして第３階段波を形成し、前記一方の階段波と前記第３階段波との差分を示す第４階段波を形成する第３の手段と、前記第２の手段で形成した他方の階段波と前記第４階段波とをそれぞれ前記第１階段波及び前記第２階段波に対して行った前のサンプリング−ホールドのタイミングと異なるタイミング時にサンプリング−ホールドして第５階段波及び第６階段波を形成する第４の手段と、前記第５階段波と前記第６階段波をそれぞれ基準値と比較して第１比較信号及び第２比較信号を形成する第５の手段と、前記第１比較信号と前記第２比較信号との排他的論理和によってＦＳＫ信号の復調出力である２値信号０、１を導出する第６の手段とを備えたことを要旨とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上記本発明の構成による実施の形態においては、両ベースバンド信号（Ｉ信号、Ｑ信号）のそれぞれを個々のサンプラに加え、ここで等時間間隔△ｔごとに交互にサンプルし、これらのサンプラ出力パルスに順次番号ｎをつけ、例えばＩｃｈは偶数番号、Ｑｃｈは奇数番号とする。ＩｃｈのＮ番目の特定パルスに着目し、これをＩ_Nとすると、Ｉ_Nが得られたときのＱｃｈの傾斜が得られればよい。そこでＩ_Nの前後のパルスＱ_N-1およびＱ_N+1を利用する。すなわち、前者のパルスをホールドしておいてその差分Ｑ_N+1−Ｑ_N-1を求める。真の傾斜はこの差分を２△ｔで割る必要があるが、これは利得係数であって、信号の極性のみを問題にする場合は考えなくともよいので、以下この差分を傾斜と表現する。
この操作はＩ_Nが得られたときのＱｃｈの傾斜をＩ_Nの前後のサンプル値から求めるから、Ｑｃｈの真の傾斜に極めて近い。従って、このような操作を次々のパルスに対して行えば、Ｑｃｈの位相成分をほぼ９０°位相シフトできる。あとはＩｃｈ、Ｑｃｈの両パルスが同極性か逆極性かを判定すればよい。この方法によって変調指数の小さいＦＳＫ信号でも、直接変換法によって復調できることになる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明による直接変換ＦＳＫ受信機の要部構成を示す回路系統図である。
図１において、１はＦＳＫ信号入力端子、２、４は乗算器（ＭＬＴＰＬ）、３はπ／２移相器（ＰＨＳＦＴ）、５は局部発振器（ＯＳＣ）、６、７はローパスフィルタ（ＬＦＴ）、８、９、１０、１２、１３はサンプルホールド回路（Ｓ＆Ｈ）、１１は減算器（ＳＵＢＴＲＣＴ）、１４、１５はコンパレータ（ＣＯＭＰ）、１６は排他的論理和回路（ＥＸＯＲ）、１７は復調出力端子、１８は制御パルス発生器（ＣＰＧ）である。この場合、乗算器２、４とπ／２移相器３と局部発振器５とローパスフィルタ６、７とからなる構成部分は、その構成部分で実行される機能を含めて請求項１の第１の手段に相当し、サンプルホールド回路８、９と制御パルス発生器１８とからなる構成部分は、その構成部分で実行される機能を含めて請求項１の第２の手段に相当し、サンプルホールド回路１０と減算器１１と制御パルス発生器１８とからなる構成部分は、その構成部分で実行される機能を含めて請求項１の第３の手段に相当する。また、サンプルホールド回路１２、１３と制御パルス発生器１８とからなる構成部分は、その構成部分で実行される機能を含めて請求項１の第４の手段に相当し、コンパレータ１４、１５からなる構成部分は、その構成部分で実行される機能を含めて請求項１の第５の手段に相当し、排他的論理和回路１６からなる構成部分は、その構成部分で実行される機能を含めて請求項１の第６の手段に相当する。
ＦＳＫ信号入力端子１より入力されたＦＳＫ信号は、乗算器２、４において、π／２の位相差をもち、情報”０”を表す周波数ｆ0 と情報”１”を表す周波数ｆ1 の中央周波数に等しい周波数の搬送波とそれぞれ乗算され、それらの乗算出力をそれぞれローパスフィルタ６、７を通過させることによって、ローパスフィルタ６の出力にベースバンド信号のＩ（同相）成分が得られ、ローパスフィルタ７の出力にベースバンド信号のＱ（直交）成分が得られる。これらの２つのベースバンド信号はそれぞれサンプルホールド回路８、９に加えられる。
【０００９】
ここで、図２（ａ）乃至（ｊ）は、図１に図示された直接変換ＦＳＫ受信機の各部に形成される各種信号の時間的変化経緯を示す信号波形図である。
図２において、横軸方向は時間、縦軸方向はレベルを現わしているもので、（ａ）は制御パルス発生器１８から出力される第１制御パルスＰ１、（ｂ）は制御パルス発生器１８から出力される第２制御パルスＰ２、（ｃ）制御パルス発生器１８から出力される第３制御パルスＰ３、（ｄ）はローパスフィルタ６の出力信号６’とサンプルホールド回路８の出力階段波８’とサンプルホールド回路１２の出力階段波１２’、（ｅ）はローパスフィルタ７の出力信号７’とサンプルホールド回路９の出力階段波９’とサンプルホールド回路１０の出力階段波１０’、（ｆ）は減算器１１の減算出力１１’、（ｇ）はサンプルホールド回路１３の出力階段波１３’、（ｈ）はコンパレータ１４の比較出力信号１４’、（ｉ）はコンパレータ１５の比較出力信号１５’、（ｊ）は排他的論理和回路１６の出力信号、すなわち復調信号１６’をそれぞれ示すものである。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるように、制御パルス発生器１８は、それぞれ異なるタイミング時点に同一周期で制御用パルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３を出力する。このとき、制御用パルスＰ１はサンプルホールド回路８、１０に供給され、制御用パルスＰ２はサンプルホールド回路９に供給され、制御用パルスＰ３はサンプルホールド回路１２、１３に供給される。
図２（ｄ）に示されるように、サンプルホールド回路８は、ローパスフィルタ６の出力信号６’と制御パルスＰ１とが供給されると、出力信号６’を制御パルスＰ１によってサンプルホールドし、点線で示すような階段波８’を形成し、この階段波８’をサンプルホールド回路１２に供給する。そして、サンプルホールド回路１２は、階段波８’と制御パルスＰ３とが供給されると、階段波８’を制御パルスＰ３によってサンプルホールドし、実線で示すような階段波１２’を出力する。なお、図２（ｄ）に示されるレベルＩ1 、Ｉ3 、Ｉ5 、Ｉ7 ・・・は、それぞれ時刻ｔ1 、ｔ3 、ｔ5 、ｔ7 ・・・にサンプルされたときのサンプル値であって、階段波１２’はこれらのサンプル値がホールドされた状態を示している。
【００１０】
また、図２（ｅ）に示されるように、サンプルホールド回路９は、ローパスフィルタ７の出力信号７’と制御パルスＰ２とが供給されると、出力信号７’を制御パルスＰ２によってサンプルホールドし（それらのホールド値はＱ2 、Ｑ4 、Ｑ8 ・・・）、点線で示すような階段波９’を形成する。この階段波９’はさらにサンプルホールド回路１０において、制御パルスＰ１によってサンプルホールドされ、その出力に実線で示すような階段波１０’が出力される。次に、階段波９’及び階段波１０’は減算器１１に加えられて、階段波９’から階段波１０’を減算する処理が行われ、その出力に図２（ｆ）に示すような減算信号１１’が出力される。この減算信号１１’の振幅値は、このとき、Ｑ 4 −Ｑ 2 、Ｑ 6 −Ｑ 4 ・・・になる。この減算信号１１’は、さらにサンプルホールド回路１３において、制御パルスＰ３によってサンプルホールドされ、その出力に図２（ｇ）の実線に示すよう階段波１３’が出力される。
階段波１２’、階段波１３’はそれぞれコンパレータ１４および１５に供給され、そこでゼロボルトの基準電圧（図１では図示が省略されている）と比較され、図２（ｈ）、（ｉ）に示すような論理レベルを持った比較信号１４’、１５’が形成される。これらの比較信号１４’、１５’は排他的論理和回路１６に供給されてそれらの排他的論理和が求められ、その出力から復調信号１６’が導出される。
【００１１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、ＦＳＫ信号の直接変換受信において、Ｉ，Ｑの２軸成分を交互に標本化し、その一方のみの差分を求めることにより、他方の標本化時点に対応した前者の傾斜成分が容易に得られるので、これと後者の極性を比較すれば復調出力となる。従って、ＦＳＫ信号の変調指数が小さくてそのシンボル内にゼロクロス点がない場合でも、片方の差分信号との極性比較は行えるから、これによって復調することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成および動作原理を説明するための回路系統図である。
【図２】図１の動作を説明するための各部の波形図である。
【符号の説明】
１ＦＳＫ信号入力端子
２乗算器（ＭＬＴＰＬ）
３ π／２移相器（ＰＨＳＦＴ）
４乗算器（ＭＬＴＰＬ）
５局部発振器（ＯＳＣ）
６ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
７ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
８サンプルホールド回路（Ｓ＆Ｈ）
９サンプルホールド回路（Ｓ＆Ｈ）
１０サンプルホールド回路（Ｓ＆Ｈ）
１１減算器（ＳＵＢＴＲＣＴ）
１２サンプルホールド回路（Ｓ＆Ｈ）
１３サンプルホールド回路（Ｓ＆Ｈ）
１４コンパレータ（ＣＯＭＰ）
１５コンパレータ（ＣＯＭＰ）
１６排他的論理和回路（ＥＸＯＲ）
１７復調出力端子
１８制御パルス発生器（ＣＰＧ）

Claims

周波数変換によりＦＳＫ信号からベースバンド信号の同相成分及びベースバンド信号の直交成分を形成する第１の手段と、前記同相成分及び前記直交成分のそれぞれを交互に到来するタイミング時に個別にサンプリング−ホールドし、それぞれ第１階段波及び第２階段波を形成する第２の手段と、前記第１階段波及び前記第２階段波の中の一方の階段波をその一方の階段波に対して行った前のサンプリング−ホールドのタイミングと異なるタイミング時にサンプリング−ホールドして第３階段波を形成し、前記一方の階段波と前記第３階段波との差分を示す第４階段波を形成する第３の手段と、前記第２の手段で形成した他方の階段波と前記第４階段波とをそれぞれ前記第１階段波及び前記第２階段波に対して行った前のサンプリング−ホールドのタイミングと異なるタイミング時にサンプリング−ホールドして第５階段波及び第６階段波を形成する第４の手段と、前記第５階段波と前記第６階段波をそれぞれ基準値と比較して第１比較信号及び第２比較信号を形成する第５の手段と、前記第１比較信号と前記第２比較信号との排他的論理和によってＦＳＫ信号の復調出力である２値信号０、１を導出する第６の手段とを備えていることを特徴とする直接変換ＦＳＫ受信機。