JP3729369B2 - 直接変換fsk受信機 - Google Patents
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Description
【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INとすると、INが得られたときのQchの傾斜が得られればよい。そこでINの前後のパルスQN-1およびQN+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QN+1−QN-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INが得られたときのQchの傾斜をIN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】
1 FSK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 (1)
- 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。
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---|---|---|---|
JP06199797A JP3729369B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 直接変換fsk受信機 |
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JPH10243034A JPH10243034A (ja) | 1998-09-11 |
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