WO2016121232A1 - Fm受信装置、fm受信方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to receiving technology, and more particularly to an FM receiving apparatus for receiving an FM signal, and an FM receiving method.
- a direct conversion type FM (Frequency Modulation) receiver converts an RF signal into a baseband signal by quadrature detection, and then amplifies the baseband signal by an amplifier.
- an unnecessary DC component is output by the amplifier, it becomes a DC (Direct Current) offset, and the reception characteristic of the receiver is deteriorated.
- the phase signal is classified into four phase regions, and the amplitudes are separately classified into phase regions.
- the mean value of the signal By deriving the mean value of the signal, the deviation of the baseband signal from the origin is derived. This deviation is a correction value of the DC offset, and the I-phase baseband signal and the Q-phase baseband signal are corrected (for example, see Patent Document 1).
- the I phase The baseband signal and the Q-phase baseband signal have constant values.
- the phase signal obtained by polar coordinate transformation of them also has a constant value, and is always classified into one phase region, so that the received signal and the DC offset can not be distinguished.
- correction is performed so that the value obtained by combining the received signal and the DC offset becomes "0", so that the corrected I-phase baseband signal and Q-phase baseband signal also become "0", A normal detection signal can not be obtained.
- the modulation index of the received signal is small, the phase change of the I-phase baseband signal and the Q-phase baseband signal is small, and the same phenomenon occurs.
- the present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to provide a technique for suppressing occurrence of a malfunction when correcting an unnecessary DC offset component superimposed on a baseband signal. .
- an FM receiver quadrature-detects an FM signal with a local oscillator that outputs a local oscillation signal, and a local oscillation signal output from the local oscillator, Quadrature detector that outputs the baseband signal of Q phase and the baseband signal of Q phase, and the DC offset correction value with respect to the baseband signal of I phase and the baseband signal of Q phase output from the quadrature detector
- a DC offset detection unit for deriving a DC offset correction value, and an I-phase baseband signal and a Q-phase baseband signal corrected by the correction unit
- the frequency of the local oscillation signal based on an FM detection unit that performs FM detection and generates a detection signal, an addition unit that adds an offset to the detection signal generated by the FM detection
- Another aspect of the present invention is an FM reception method.
- This method orthogonally detects an FM signal according to a local oscillation signal output from a local oscillator and outputs an I-phase baseband signal and a Q-phase baseband signal, and an I-phase baseband signal Performing correction with a DC offset correction value on the Q-phase baseband signal; converting the corrected I-phase baseband signal and the Q-phase baseband signal into polar coordinates; Deriving a DC offset correction value so that the amplitudes in each of the phase regions are close to each other; FM detecting the corrected I-phase baseband signal and Q-phase baseband signal to generate a detection signal; Controlling the frequency of the local oscillation signal based on the step of adding an offset to the generated detection signal and the detection signal to which the offset is added. It generates a control signal for, and a step of feeding back a control signal to the local oscillator.
- the first embodiment of the present invention relates to a direct conversion type FM receiver.
- the FM receiver in order to suppress deterioration of the reception characteristic due to the DC offset component, the DC offset is detected using the characteristic of the baseband resurge waveform of the constant envelope modulation scheme.
- the received signal is not modulated and the frequency of the received signal and the frequency of the local oscillation signal become the same, the received signal and the DC offset can not be distinguished, and the corrected I-phase baseband signal and Q The baseband signal of the phase becomes "0".
- the FM receiver according to the present embodiment executes the following processing.
- the FM receiver FM-detects the corrected I-phase baseband signal and Q-phase baseband signal and outputs a detection signal.
- the frequency of the local oscillation signal is controlled. . Therefore, since the frequency error corresponding to the offset remains in the frequency of the reception signal and the frequency of the local oscillation signal, the occurrence of the situation where the phase signal is stopped at a constant value is suppressed.
- FIG. 1 shows the configuration of a receiving apparatus 100 according to a first embodiment of the present invention.
- the receiving apparatus 100 includes an antenna 10, a quadrature detection unit 12, a first ADC unit 14, a second ADC unit 16, a first correction unit 18, a second correction unit 20, a DC offset detection unit 22, an FM detection unit 24, a control unit 26, and A local oscillator 28 is included.
- the quadrature detection unit 12 includes a first amplification unit 40, a distribution unit 42, a phase shift unit 44, a first mixer 46, a first LPF unit 48, a second amplification unit 50, a second mixer 52, a second LPF unit 54, and a third amplification. Part 56 is included.
- the control unit 26 includes an averaging unit 60, an addition unit 62, an offset storage unit 64, an AFC unit 66, and a DAC unit 68.
- the AFC unit 66 includes a third LPF unit 70 and a fourth amplification unit 72.
- the antenna 10 receives an RF (Radio Frequency) signal from a transmitter (not shown).
- the RF signal is FM modulated.
- the antenna 10 outputs the received RF signal (hereinafter also referred to as “received signal”) to the first amplification unit 40.
- the first amplification unit 40 is an LNA (Low Noise Amplifier), and amplifies an RF signal from the antenna 10.
- the first amplification unit 40 outputs the amplified RF signal to the distribution unit 42.
- the distribution unit 42 divides the RF signal from the first amplification unit 40 into two systems.
- the distribution unit 42 outputs the separated RF signal to the first mixer 46 and the second mixer 52.
- the local oscillator 28 adjusts the frequency of the local oscillation signal according to the control signal from the DAC unit 68, and outputs the local oscillation signal whose frequency is adjusted to the phase shift unit 44 and the first mixer 46.
- the local oscillator 28 raises the frequency of the local oscillation signal as the voltage of the control signal increases.
- the phase shift unit 44 phase shifts the local oscillation signal from the local oscillator 28 by 90 degrees.
- the phase shift unit 44 outputs the phase-shifted local oscillation signal to the second mixer 52.
- the first mixer 46 multiplies the RF signal from the distribution unit 42 and the local oscillation signal from the local oscillator 28 to generate an I-phase baseband signal (hereinafter referred to as “I signal”).
- the first mixer 46 outputs the I signal to the first LPF unit 48.
- the second mixer 52 multiplies the RF signal from the distribution unit 42 and the local oscillation signal from the phase shift unit 44 to generate a Q-phase baseband signal (hereinafter referred to as “Q signal”).
- Q signal Q-phase baseband signal
- the first LPF unit 48 performs band limitation by removing a signal having a frequency higher than the cutoff frequency among the I signals from the first mixer 46.
- the first LPF unit 48 outputs the low frequency component I signal (hereinafter also referred to as “I signal”) to the second amplification unit 50.
- the second LPF unit 54 performs band limitation by removing a signal having a frequency higher than the cutoff frequency among the Q signals from the second mixer 52.
- the second LPF unit 54 outputs a low frequency component Q signal (hereinafter also referred to as “Q signal”) to the third amplification unit 56.
- the second amplification unit 50 amplifies the I signal from the first LPF unit 48
- the third amplification unit 56 amplifies the Q signal from the second LPF unit 54.
- the I signal output from the second amplification unit 50 contains an unnecessary DC component
- the Q signal output from the third amplification unit 56 also contains an unnecessary DC component.
- DC offset voltage is added to these signals.
- the quadrature detection unit 12 performs quadrature detection on the RF signal. Further, the quadrature detection unit 12 is configured by an analog device, and is configured by, for example, one chip.
- the first ADC unit 14 performs analog / digital conversion on the I signal from the second amplification unit 50.
- the first ADC unit 14 outputs the I signal (hereinafter also referred to as “I signal”) converted into the digital signal to the first correction unit 18.
- the second ADC unit 16 performs analog / digital conversion on the Q signal from the third amplification unit 56.
- the second ADC unit 16 outputs the Q signal converted to a digital signal (hereinafter also referred to as “Q signal”) to the second correction unit 20.
- the first correction unit 18 receives the I signal output from the first ADC unit 14 and also receives the I-phase offset correction value 200 from the DC offset detection unit 22.
- the first correction unit 18 performs the correction with the I-phase offset correction value 200 on the I signal by adding the I signal and the I-phase offset correction value 200.
- the first correction unit 18 outputs the corrected I signal as a corrected I signal 204 to the DC offset detection unit 22 and the FM detection unit 24.
- the second correction unit 20 receives the Q signal output from the second ADC unit 16 and also receives the Q phase offset correction value 202 from the DC offset detection unit 22.
- the second correction unit 20 performs correction on the Q signal with the Q phase offset correction value 202 by adding the Q signal and the Q phase offset correction value 202.
- the second correction unit 20 outputs the corrected Q signal as a corrected Q signal 206 to the DC offset detection unit 22 and the FM detection unit 24.
- the DC offset detection unit 22 receives the corrected I signal 204 from the first correction unit 18 and the corrected Q signal 206 from the second correction unit 20, and estimates a DC offset voltage added to these. , I phase offset correction value 200 for reducing the DC offset voltage, Q phase offset correction value 202 is generated. The DC offset detection unit 22 outputs the I-phase offset correction value 200 to the first correction unit 18, and outputs the Q-phase offset correction value 202 to the second correction unit 20.
- the configuration of the DC offset detection unit 22 will be described using FIG. 2.
- FIG. 2 shows the configuration of the DC offset detection unit 22.
- the DC offset detection unit 22 includes a first squaring unit 110, a second squaring unit 112, a phase determination unit 114, a first addition unit 116, a DEMUX 118, a first averaging unit 120, a second averaging unit 122, a third The averaging unit 124, the fourth averaging unit 126, the second adding unit 128, and the third adding unit 130 are included.
- First squaring unit 110 receives corrected I signal 204 and derives a square value of this.
- the first squaring unit 110 outputs the square value of the corrected I signal 204 to the phase determination unit 114 and the first addition unit 116.
- Second squaring unit 112 receives corrected Q signal 206 and derives a square value of this.
- Second squaring unit 112 outputs the square value of corrected Q signal 206 to phase determination unit 114 and first addition unit 116.
- the first adder 116 inputs the square value of the corrected I signal 204 from the first squaring unit 110, and inputs the square value of the corrected Q signal 206 from the second squarer 112.
- the first addition unit 116 adds the square value of the corrected I signal 204 and the square value of the corrected Q signal 206.
- the result of the addition is the power value P of the corrected I signal 204 and the corrected Q signal 206.
- the power value P is a square value of the amplitude signal when the corrected I signal 204 and the corrected Q signal 206 are subjected to polar coordinate conversion. Therefore, the processing by the first squaring unit 110, the second squaring unit 112, and the first addition unit 116 corresponds to the process of deriving an amplitude signal.
- the first adder 116 outputs the power value P to the DEMUX 118.
- the phase determination unit 114 receives the post-correction I signal 204 and the post-correction Q signal 206, and receives the square value of the post-correction I signal 204 from the first squaring unit 110. The square value of the corrected Q signal 206 is input.
- the phase determination unit 114 identifies a phase region based on these values. To illustrate this, use FIG. FIG. 3 shows a plurality of areas defined by the phase determination unit 114. This is an IQ plane, the horizontal axis corresponds to the I axis, and the vertical axis corresponds to the Q axis. As shown, the four phase regions A1 to A4 are defined so as not to overlap each other.
- phase region A1 is a range of ⁇ / 2 from 7 ⁇ / 4 to ⁇ / 4
- the phase region A2 is a range of ⁇ / 2 from ⁇ / 4 to 3 ⁇ / 4
- the phase region A3 Is the range of ⁇ / 2 from 3 ⁇ / 4 to 5 ⁇ / 4
- the phase region A4 is the range of ⁇ / 2 from 5 ⁇ / 4 to 7 ⁇ / 4.
- the corrected I signal 204 is indicated as “I”
- the corrected Q signal 206 is indicated as “Q”
- the square value of the corrected I signal 204 is indicated as “I 2 ”.
- the square value of the corrected Q signal 206 is denoted as “Q 2 ”.
- the phase determination unit 114 performs classification into four phase regions A1, A2, A3, and A4 based on the following determination conditions.
- the phase determination unit 114 outputs the identified phase area as the phase area signal 208.
- phase region signal 208 is also A1, A2, A3, A4, A1,. A2, ... change sequentially.
- processing by the phase determination unit 114 corresponds to processing for deriving a phase signal when the corrected I signal 204 and the corrected Q signal 206 are subjected to polar coordinate conversion.
- the DEMUX 118 sequentially receives the power value P from the first adder 116 and the phase domain signal 208 of the phase determiner 114.
- the power value P and the phase domain signal 208 are synchronized.
- the DEMUX 118 outputs the power value P as one of the power values P1 to P4 in accordance with the phase region indicated by the phase region signal 208. Specifically, the DEMUX 118 outputs the power value P1 in the phase region A1, the power value P2 in the phase region A2, and the power value P3 in the phase region A3. If it is A4, the power value P3 is output.
- the first averaging unit 120 calculates the average power P1 of the input power value P1 in a predetermined period, and outputs the average power P1 to the second adding unit 128. For example, a moving average is used for the averaging.
- the second averaging unit 122 calculates an average power P2 of the input power value P2 in a predetermined period, and outputs the average power P2 to the third adding unit 130.
- the third averaging unit 124 calculates the average power P3 of the input power value P3 in a predetermined period, and outputs the average power P3 to the second adding unit 128.
- the fourth averaging unit 126 calculates the average power P4 of the input power value P4 in a predetermined period, and outputs the average power P4 to the third adding unit 130.
- the processes of the first averaging unit 120 to the fourth averaging unit 126 correspond to deriving the average value of the amplitude signal for each phase region.
- the second adding unit 128 receives the average power P1 from the first averaging unit 120 and receives the average power P3 from the third averaging unit 124. The second adder 128 subtracts the average power P1 from the average power P3. The second addition unit 128 outputs the subtraction result as an I-phase offset correction value 200.
- the third adding unit 130 receives the average power P2 from the second averaging unit 122 and receives the average power P4 from the fourth averaging unit 126. The third adder 130 subtracts the average power P2 from the average power P4.
- the second addition unit 128 outputs the subtraction result as the Q phase offset correction value 202.
- the DC offset detection unit 22 obtains the deviation from the origin of the corrected I signal 204 and the corrected Q signal 206 from the power value for each phase region, that is, the average value of the values corresponding to the amplitude signal.
- the FM detection unit 24 performs FM detection on the post-correction I signal 204 and the post-correction Q signal 206, that is, the baseband signal whose DC offset has been corrected. For example, Arctan detection is performed as the FM detection. In Arctan detection, the angles are derived with the corrected I signal 204 and the corrected Q signal 206 as two sides of a triangle. As the change in angle per unit time becomes the angular velocity, that is, the frequency, it is possible to demodulate the FM modulation. The FM detection unit 24 outputs a detection signal that is the result of the FM detection. The detected signal to be output corresponds to an audio signal.
- the averaging unit 60 receives the detection signal from the FM detection unit 24.
- the averaging unit 60 outputs the average voltage to the adding unit 62 by averaging the detection signal over a predetermined period.
- a moving average is used for the average, for example.
- the average voltage is proportional to the frequency of the difference between the center frequency of the received signal and the output frequency of the local oscillation signal. Therefore, for example, when the average voltage is “0”, these frequencies match.
- the DC offset detection unit 22 outputs the I-phase offset correction value 200 and the Q-phase offset correction value 202 such that the corrected I signal 204 and the corrected Q signal 206 become “0”. In order to cope with this, the following processing is performed.
- the offset storage unit 64 stores a predetermined offset value.
- the addition unit 62 inputs the offset value from the offset storage unit 64 and also inputs the average voltage from the averaging unit 60.
- the addition unit 62 adds an offset value to the average voltage, and outputs the result to the third LPF unit 70. If there is no addition of the offset value in the adding unit 62, the AFC unit 66 controls the center frequency of the received signal to be the same as the frequency of the local oscillation signal, but the adding unit 62 adds a constant offset value.
- the local oscillation signal has a frequency offset according to the offset value. This frequency offset causes the post-correction I signal 204 and the post-correction Q signal 206 to rotate, thereby suppressing the occurrence of a situation in which they continue to have a constant value.
- the third LPF unit 70 receives, from the adding unit 62, an average voltage (hereinafter also referred to as an “average voltage”) to which the offset value is added.
- the third LPF unit 70 performs low-pass processing on the average voltage.
- the third LPF unit 70 outputs, to the fourth amplification unit 72, an average voltage (hereinafter also referred to as “average voltage”) on which the low-pass processing has been performed.
- the fourth amplification unit 72 amplifies the average voltage from the third LPF unit 70 to generate a control signal.
- the amplification in the fourth amplification unit 72 determines the gain of the AFC loop.
- the DAC unit 68 performs digital / analog conversion on the control signal from the fourth amplification unit 72, and outputs a control signal of an analog signal (hereinafter also referred to as "control signal") to the local oscillator 28.
- control signal an analog signal
- the AFC unit 66 generates a control signal for controlling the frequency of the local oscillation signal based on the average voltage to which the adding unit 62 adds the offset, and feeds back the control signal to the local oscillator 28.
- the addition of the offset corresponds to controlling the frequency of the local oscillation signal output from the local oscillator 28 so that the phase component subjected to polar coordinate conversion in the DC offset detection unit 22 rotates.
- this configuration can be realized with the CPU, memory, or other LSI of any computer, and with software, it can be realized by a program loaded into the memory, etc.
- These functional blocks can be realized in various forms by hardware only, software only, or a combination thereof.
- the local oscillation signal is rotated so that the phase component of the signal input to the DC offset detection unit is rotated. Therefore, the phase component of the signal input to the DC offset detection unit can be varied. Further, since the phase component of the signal input to the DC offset detection unit is varied, the DC offset detection unit can correct only the DC offset voltage.
- the DC offset detection unit corrects only the DC offset voltage, so unnecessary DC offset component superimposed on the baseband signal It is possible to suppress the occurrence of a malfunction when correcting the Also, even if the received signal is not modulated and its frequency matches the frequency of the local oscillation signal, the AFC is controlled so that those frequencies do not match, so the DC offset detection unit corrects only the DC offset voltage it can. In addition, the processing can be simplified because only the offset value is added to the detection signal. Further, since the DC offset voltage is corrected, it is possible to suppress the deterioration of the reception characteristic.
- Example 2 relates to a direct conversion type FM receiver as in the first embodiment.
- the frequency of the local oscillation signal is controlled after the offset is added to the detection signal.
- the distribution in which the corrected I-phase baseband signal and Q-phase baseband signal appear in each phase region is monitored. . If the distribution is nonuniform, the frequency of the local oscillation signal is changed. As a result, the occurrence of a situation in which the phase signal is stopped at a constant value is suppressed.
- FIG. 4 shows the configuration of a receiving apparatus 100 according to a second embodiment of the present invention.
- the receiving apparatus 100 includes an antenna 10, a quadrature detection unit 12, a first ADC unit 14, a second ADC unit 16, a first correction unit 18, a second correction unit 20, a DC offset detection unit 22, an FM detection unit 24, a control unit 26, and A local oscillator 28 is included.
- the quadrature detection unit 12 is the same as that shown in FIG.
- the control unit 26 includes a phase distribution detection unit 80, a first power supply unit 82, a second power supply unit 84, an output unit 86, and a fourth LPF unit 88.
- the difference from FIG. 1, in particular, the control unit 26 will be mainly described.
- the phase distribution detection unit 80 receives the phase domain signal 208 from the DC offset detection unit 22.
- the phase area signal 208 indicates the phase area specified by the phase determination unit 114 as described above.
- the post-correction I signal 204 and the post-correction Q signal 206 are not fixed at a constant value, their phase components also change, so that in the phase region signal 208, each phase region appears uniformly during a predetermined period.
- the corrected I signal 204 and the corrected Q signal 206 have fixed values, so the phase domain signal At 208, the same phase region continues. That is, in the phase domain signal 208, the phase domain appears unevenly in a fixed period.
- the phase distribution detection unit 80 counts the number of appearances of each phase area indicated by the phase area signal 208 over a fixed period.
- the phase distribution detection unit 80 compares the count value of each phase region after a predetermined period of time, and derives the uniformity when the polar coordinate transformed phase component appears in each of the plurality of phase regions. For example, the phase distribution detection unit 80 determines that the difference between the maximum count value and the minimum count value is uniform if the difference is smaller than the threshold, and is uneven if the difference is equal to or greater than the threshold. It is determined that The specification may then be made by dividing the difference by the sum of all the count values.
- the phase distribution detection unit 80 derives a statistical value showing dispersion such as dispersion and standard deviation based on each count value, and determines that the statistical value is uniform if the statistical value is smaller than the threshold value. If the statistical value is greater than or equal to the threshold value, it may be determined that the statistical value is uneven.
- the phase distribution detection unit 80 outputs the maintenance signal to the output unit 86 if it is determined to be uniform, and outputs the switching signal to the output unit 86 if it is determined to be uneven.
- the first power supply unit 82 supplies a predetermined first voltage to the output unit 86.
- the second power supply unit 84 supplies a second voltage having a value different from the value of the first voltage supplied from the first power supply unit.
- the second voltage may be higher or lower than the first voltage.
- the output unit 86 receives the first voltage from the first power supply unit 82 and also receives the second voltage from the second power supply unit 84.
- the output unit 86 also receives the maintenance signal or the switching signal from the phase distribution detection unit 80.
- the output unit 86 has a switch configuration, and selects and outputs one of the first voltage and the second voltage in the sustain signal or the switch signal. First, the output unit 86 selects any one of the first voltage and the second voltage, for example, the first voltage. In this state, if the sustain signal is received, the output unit 86 continues to select the first voltage, so the first voltage is continuously output to the fourth LPF unit 88. That is, the maintenance signal is a signal for maintaining the selection at the output unit 86.
- the output unit 86 switches the selection of the first voltage to the selection of the second voltage, so that the second voltage is output to the fourth LPF unit 88. That is, the switching signal is a signal for switching the selection in the output unit 86. Therefore, when the switching signal is received when the second voltage is selected, the output unit 86 switches the selection of the second voltage to the selection of the first voltage. As a result, the output unit 86 generates the first voltage supplied from the first power supply unit 82 and the second power supply when the uniformity derived in the phase distribution detection unit 80 is lower than the threshold and uneven. The selection of either one of the second voltage value supplied from the unit 84 is switched. The output unit 86 outputs the first voltage or the second voltage to the fourth LPF unit 88.
- the fourth LPF unit 88 receives the first voltage or the second voltage from the output unit 86.
- the fourth LPF unit 88 performs low-pass processing on the first voltage or the second voltage.
- the fourth LPF unit 88 outputs a control signal, which is the result of low-pass processing, to the local oscillator 28.
- the control signal controls the frequency of the local oscillation signal output from the local oscillator 28.
- the voltage of the control signal changes, so the oscillation frequency of the local oscillation signal changes.
- the corrected I signal 204 and the corrected Q signal 206 input to the DC offset detection unit 22 do not become fixed at fixed values, and the DC offset detection unit 22 can correct only the DC offset voltage. Become.
- the output unit 86 and the fourth LPF unit 88 change the value of the control signal for controlling the frequency of the local oscillation signal when the uniformity derived in the phase distribution detection unit 80 is lower than the threshold. And feed back the control signal to the local oscillator 28. Therefore, also in the control unit 26 according to the second embodiment, the frequency of the local oscillation signal output from the local oscillator 28 is controlled such that the phase component subjected to polar coordinate conversion in the DC offset detection unit 22 rotates.
- the I signal output from the first ADC unit 14 and the Q signal output from the second ADC unit 16 have only a DC offset voltage. Therefore, the same value continues in the phase component which carried out polar coordinate conversion in the DC offset detection part 22. FIG. Even in this case, although the oscillation frequency of the local oscillation signal output from the local oscillator 28 periodically changes, the DC offset voltage does not change, so that the DC offset detection unit 22 cancels the DC offset voltage. Is operable.
- the DC offset detection unit can correct only the DC offset voltage.
- the DC offset detection unit corrects only the DC offset voltage, so unnecessary DC offset component superimposed on the baseband signal It is possible to suppress the occurrence of a malfunction when correcting the
- the uniformity of the phase component is lower than the threshold value, only one of the first voltage and the second voltage is selected, so that the process can be simplified.
- Example 3 relates to a direct conversion type FM receiver as in the first embodiment.
- the frequency of the local oscillation signal is controlled after the offset is added to the detection signal.
- AFC control can only operate after FM detection of the received signal.
- the C / N of the local oscillation signal is deteriorated. Mixing and S / N tend to deteriorate.
- these are combined, and the processing can be switched after the signal detection stage. Before detection of the signal, the local oscillation signal is subjected to FM modulation, and after detection of the signal, AFC control is performed.
- FIG. 5 shows the configuration of a receiving apparatus 100 according to a third embodiment of the present invention.
- a first local oscillator 90 a second local oscillator 92
- a control unit 94 a control unit 94
- a selection unit 96 a selection unit 96
- the first local oscillator 90 is a modulation frequency generation unit that generates a modulation signal of a predetermined frequency.
- the modulation signal of the predetermined frequency is referred to as a first local signal.
- the selection unit 96 receives the first control signal from the DAC unit 68 and the first local oscillation signal from the first local oscillator 90.
- the first control signal corresponds to the control signal in the first embodiment.
- the selection unit 96 also receives a selection signal from the control unit 94.
- Selection unit 96 selects one of the first control signal and the first local oscillation signal as a second control signal in accordance with the selection signal.
- the selection unit 96 outputs the selected second control signal to the second local oscillator 92.
- the second local oscillator 92 corresponds to the local oscillator 28 of the first embodiment.
- the second local oscillator 92 adjusts the frequency of the second local oscillation signal in accordance with the second control signal from the selection unit 96, and the second local oscillation signal whose frequency is adjusted is converted to the first mixer 46, the phase shift unit 44. Output to
- the control unit 94 receives the detection signal from the FM detection unit 24.
- the control unit 94 generates a selection signal based on the detection signal.
- the selection signal indicates a signal to be selected by the control unit 94, that is, the first control signal or the first local oscillation signal.
- the control unit 94 corresponds to monitoring whether an RF signal is received at the antenna 10, that is, monitoring whether a carrier is detected.
- a noise squelch circuit detects noise components in a partial band above the demodulation band of the detection signal output from the FM detection unit 24.
- the noise is less than a predetermined level, the noise is suppressed by the carrier and the RF signal is It is determined that the signal is received, and if the noise is higher than a predetermined level, it is determined that the RF signal is not received because the noise is not suppressed.
- control unit 94 When the RF signal is not received, control unit 94 generates a selection signal for selecting the first local oscillation signal, and outputs the selection signal to selection unit 96.
- the selection unit 96 selects the first local oscillation signal based on the selection signal, and inputs a second control signal corresponding thereto to the second local oscillator 92.
- the second local oscillator 92 outputs the FM-modulated second local oscillation signal. In this state, even if a non-modulated signal having the same frequency as the frequency of the second local oscillation signal is received, it can be suppressed that the I signal and the Q signal have constant values.
- the control unit 94 detects this.
- the oscillation frequency of the first local oscillation signal is multiplexed to the detection signal output from the FM detection unit 24.
- the oscillation frequency of the first local oscillation signal is set within the demodulation band, the first local oscillation signal is output as a detection signal and is demodulated.
- the control unit 94 when detecting that the RF signal is received, the control unit 94 generates a selection signal for selecting the first control signal, and outputs the selection signal to the selection unit 96.
- the selection unit 96 selects the first control signal based on the selection signal, and inputs a second control signal corresponding thereto to the second local oscillator 92.
- the second local oscillator 92 outputs an AFC-controlled second local oscillation signal.
- unnecessary signals are not included in the detected signal.
- the control unit 94 when the carrier is not detected, the control unit 94 generates the selection signal for selecting the first local oscillation signal, thereby changing the frequency of the second local oscillation signal. On the other hand, when detecting the carrier, the control unit 94 stops modulation of the frequency of the second local oscillation signal by switching to the selection signal for selecting the first control signal.
- FIG. 6 is a flowchart showing a control procedure by the receiving device 100.
- the selection unit 96 selects the first local oscillation signal (S10). If the control part 94 does not detect a carrier (N of S12), it will stand by. When the control unit 94 detects a carrier (Y in S12), the selection unit 96 selects the first control signal, and the DC offset detection unit 22 is turned on (S14). If the center frequency of the received signal is positive (Y in S16), the AFC unit 66 performs AFC control to + ⁇ f (S18). On the other hand, if the center frequency of the received signal is not positive (N in S16), the AFC unit 66 performs AFC control to - ⁇ f (S20).
- the FM-modulated second local oscillation signal is output, so even if the non-modulated signal having the same frequency as the frequency of the second local oscillation signal is received.
- I signal and Q signal can be suppressed to be constant values. Further, since the I signal and the Q signal do not have constant values, complete suppression can be suppressed.
- the first control signal is output when the RF signal is received, even if the oscillation frequency of the second local oscillation signal is within the demodulation band, the demodulation signal can be prevented from including unnecessary signals. .
- Reference Signs List 10 antenna 12 quadrature detection unit 14 first ADC unit 16 second ADC unit 18 first correction unit 20 second correction unit 22 DC offset detection unit 24 FM detection unit 26 control unit 28 local oscillator 40 First amplification unit 42 Distribution unit 44 Phase shift unit 46 First mixer 48 First LPF unit 50 Second amplification unit 52 Second mixer 54 Second LPF unit 56 Third amplification unit 60 Averaging unit , 62 adders, 64 offset memories, 66 AFCs, 68 DACs, 70 third LPF, 72 fourth amplifier, 100 receiver.
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Abstract
直交検波部12は、ローカル発振信号によって、FM信号を直交検波して、ベースバンド信号を出力する。第1補正部18、第2補正部20は、ベースバンド信号に対して、DCオフセット補正値による補正を実行する。DCオフセット検出部22は、補正したベースバンド信号を極座標変換し、IQ平面に規定された複数の位相領域のそれぞれにおける振幅が近くなるようにDCオフセット補正値を導出する。FM検波部24は、補正したベースバンド信号をFM検波して、検波信号を生成する。加算部62は、検波信号にオフセットを加える。AFC部66は、オフセットを加えた検波信号をもとに、ローカル発振信号の周波数を制御するための制御信号を生成する。
Description
本発明は、受信技術に関し、特にFM信号を受信するFM受信装置、FM受信方法に関する。
ダイレクト・コンバージョン方式のFM(Frequency Modulation)受信機は、直交検波によってRF信号をベースバンド信号に変換してから、ベースバンド信号をアンプにて増幅する。アンプによって不要な直流成分が出力されると、DC(Direct Current)オフセットとなって、受信機の受信特性が悪化する。これを改善するために、I相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号とを振幅信号と位相信号とに極座標変換してから、位相信号を4つの位相領域に分類し、位相領域別に振幅信号の平均値を導出することによって、ベースバンド信号の原点からのずれが導出される。このずれがDCオフセットの補正値となり、I相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号とが補正される(例えば、特許文献1参照)。
定包絡な変調方式のベースバンドリサージュ波形の特徴を利用してDCオフセットを検出する場合に、受信信号が無変調の状態で、かつその周波数とローカル発振信号の周波数が同一になると、I相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号とが一定の値になる。また、それらを極座標変換した位相信号も一定の値になり、1つの位相領域に常に分類されるので、受信信号とDCオフセットとの区別ができない状態になる。これによって、受信信号とDCオフセットが合成された値が「0」になるような補正がなされるので、補正後のI相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号も「0」になり、正常な検波信号が得られなくなる。また、受信信号の変調指数が小さい場合も、I相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号の位相変化が少なくなり、同様の現象が発生する。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ベースバンド信号に重畳される不要なDCオフセット成分を補正する際に誤動作が発生することを抑制する技術を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明のある態様のFM受信装置は、ローカル発振信号を出力するローカル発振器と、ローカル発振器から出力されたローカル発振信号によって、FM信号を直交検波して、I相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号とを出力する直交検波器と、直交検波器から出力されたI相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号とに対して、DCオフセット補正値による補正を実行する補正部と、補正部において補正したI相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号を極座標変換し、IQ平面に規定された複数の位相領域のそれぞれにおける振幅が近くなるようにDCオフセット補正値を導出するDCオフセット検出部と、補正部において補正したI相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号をFM検波して、検波信号を生成するFM検波部と、FM検波部において生成した検波信号にオフセットを加える加算部と、加算部においてオフセットを加えた検波信号をもとに、ローカル発振信号の周波数を制御するための制御信号を生成し、ローカル発振器へ制御信号をフィードバックするAFC部と、を備える。
本発明の別の態様は、FM受信方法である。この方法は、ローカル発振器から出力されたローカル発振信号によって、FM信号を直交検波して、I相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号とを出力するステップと、I相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号とに対して、DCオフセット補正値による補正を実行するステップと、補正したI相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号を極座標変換し、IQ平面に規定された複数の位相領域のそれぞれにおける振幅が近くなるようにDCオフセット補正値を導出するステップと、補正したI相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号をFM検波して、検波信号を生成するステップと、生成した検波信号にオフセットを加えるステップと、オフセットを加えた検波信号をもとに、ローカル発振信号の周波数を制御するための制御信号を生成し、ローカル発振器へ制御信号をフィードバックするステップと、を備える。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、ベースバンド信号に重畳される不要なDCオフセット成分を補正する際に誤動作が発生することを抑制できる。
(実施例1)
本発明を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本発明の実施例1は、ダイレクト・コンバージョン型のFM受信装置に関する。FM受信装置では、DCオフセット成分による受信特性の悪化を抑制するために、定包絡な変調方式のベースバンドリサージュ波形の特徴を利用してDCオフセットを検出する。前述のごとく、受信信号が無変調の状態で、かつその周波数とローカル発振信号の周波数が同一になると、受信信号とDCオフセットとの区別ができなくなり、補正後のI相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号が「0」になる。このような誤動作の発生を抑制するために、本実施例に係るFM受信装置は、次の処理を実行する。
本発明を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本発明の実施例1は、ダイレクト・コンバージョン型のFM受信装置に関する。FM受信装置では、DCオフセット成分による受信特性の悪化を抑制するために、定包絡な変調方式のベースバンドリサージュ波形の特徴を利用してDCオフセットを検出する。前述のごとく、受信信号が無変調の状態で、かつその周波数とローカル発振信号の周波数が同一になると、受信信号とDCオフセットとの区別ができなくなり、補正後のI相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号が「0」になる。このような誤動作の発生を抑制するために、本実施例に係るFM受信装置は、次の処理を実行する。
FM受信装置は、補正後のI相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号をFM検波して検波信号を出力するが、検波信号にオフセットを加えてから、ローカル発振信号の周波数を制御する。そのため、受信信号の周波数とローカル発振信号の周波数とには、オフセットに相当する周波数誤差が残留するので、位相信号が一定の値に停止される状況の発生が抑制される。
図1は、本発明の実施例1に係る受信装置100の構成を示す。受信装置100は、アンテナ10、直交検波部12、第1ADC部14、第2ADC部16、第1補正部18、第2補正部20、DCオフセット検出部22、FM検波部24、制御部26、ローカル発振器28を含む。直交検波部12は、第1増幅部40、分配部42、移相部44、第1ミキサ46、第1LPF部48、第2増幅部50、第2ミキサ52、第2LPF部54、第3増幅部56を含む。制御部26は、平均化部60、加算部62、オフセット記憶部64、AFC部66、DAC部68を含み、AFC部66は、第3LPF部70、第4増幅部72を含む。
アンテナ10は、図示しない送信装置からのRF(Radio Frequency)信号を受信する。RF信号には、FM変調がなされている。アンテナ10は、受信したRF信号(以下、「受信信号」ということもある)を第1増幅部40へ出力する。第1増幅部40は、LNA(Low Noise Amplifier)であり、アンテナ10からのRF信号を増幅する。第1増幅部40は、増幅したRF信号を分配部42へ出力する。分配部42は、第1増幅部40からのRF信号を2系統に分離する。分配部42は、分離したRF信号を第1ミキサ46、第2ミキサ52へ出力する。
ローカル発振器28は、DAC部68からの制御信号に応じてローカル発振信号の周波数を調節し、周波数が調節されたローカル発振信号を移相部44、第1ミキサ46へ出力する。ここで、ローカル発振器28は、制御信号の電圧が高くなるほど、ローカル発振信号の周波数を高くする。移相部44は、ローカル発振器28からのローカル発振信号を90度位相シフトする。移相部44は、位相シフトしたローカル発振信号を第2ミキサ52へ出力する。
第1ミキサ46は、分配部42からのRF信号とローカル発振器28からのローカル発振信号とを乗算することによって、I相のベースバンド信号(以下、「I信号」という)を生成する。第1ミキサ46は、I信号を第1LPF部48へ出力する。第2ミキサ52は、分配部42からのRF信号と移相部44からのローカル発振信号とを乗算することによって、Q相のベースバンド信号(以下、「Q信号」という)を生成する。第2ミキサ52は、Q信号を第2LPF部54へ出力する。
第1LPF部48は、第1ミキサ46からのI信号のうち遮断周波数以上の周波数の信号を除去することによって帯域制限を実行する。第1LPF部48は、低域成分のI信号(以下、これもまた「I信号」という)を第2増幅部50へ出力する。第2LPF部54は、第2ミキサ52からのQ信号のうち遮断周波数以上の周波数の信号を除去することによって帯域制限を実行する。第2LPF部54は、低域成分のQ信号(以下、これもまた「Q信号」という)を第3増幅部56へ出力する。
第2増幅部50は、第1LPF部48からのI信号を増幅し、第3増幅部56は、第2LPF部54からのQ信号を増幅する。第2増幅部50から出力されるI信号には、不要な直流成分が含まれ、第3増幅部56から出力されるQ信号にも、不要な直流成分が含まれる。その結果、これらの信号には、DCオフセット電圧が加算される。以上のように、直交検波部12は、RF信号を直交検波している。また、直交検波部12は、アナログのデバイスで構成され、例えば1チップで構成される。
第1ADC部14は、第2増幅部50からのI信号に対してアナログ/デジタル変換を実行する。第1ADC部14は、デジタル信号に変換したI信号(以下、これもまた「I信号」という)を第1補正部18へ出力する。第2ADC部16は、第3増幅部56からのQ信号に対してアナログ/デジタル変換を実行する。第2ADC部16は、デジタル信号に変換したQ信号(以下、これもまた「Q信号」という)を第2補正部20へ出力する。
第1補正部18は、第1ADC部14から出力されたI信号を入力するとともに、DCオフセット検出部22からのI相オフセット補正値200も入力する。第1補正部18は、I信号とI相オフセット補正値200とを加算することによって、I信号に対してI相オフセット補正値200による補正を実行する。第1補正部18は、補正したI信号を補正後I信号204としてDCオフセット検出部22、FM検波部24に出力する。
第2補正部20は、第2ADC部16から出力されたQ信号を入力するとともに、DCオフセット検出部22からのQ相オフセット補正値202も入力する。第2補正部20は、Q信号とQ相オフセット補正値202とを加算することによって、Q信号に対してQ相オフセット補正値202による補正を実行する。第2補正部20は、補正したQ信号を補正後Q信号206としてDCオフセット検出部22、FM検波部24に出力する。
DCオフセット検出部22は、第1補正部18からの補正後I信号204と、第2補正部20からの補正後Q信号206とを入力し、これらに加算されているDCオフセット電圧を推定し、DCオフセット電圧を低減するためのI相オフセット補正値200、Q相オフセット補正値202を生成する。DCオフセット検出部22は、I相オフセット補正値200を第1補正部18に出力し、Q相オフセット補正値202を第2補正部20に出力する。ここでは、図2を使用しながら、DCオフセット検出部22の構成を説明する。
図2は、DCオフセット検出部22の構成を示す。DCオフセット検出部22は、第1二乗化部110、第2二乗化部112、位相判定部114、第1加算部116、DEMUX118、第1平均化部120、第2平均化部122、第3平均化部124、第4平均化部126、第2加算部128、第3加算部130を含む。
第1二乗化部110は、補正後I信号204を入力し、これの二乗値を導出する。第1二乗化部110は、補正後I信号204の二乗値を位相判定部114、第1加算部116に出力する。第2二乗化部112は、補正後Q信号206を入力し、これの二乗値を導出する。第2二乗化部112は、補正後Q信号206の二乗値を位相判定部114、第1加算部116に出力する。
第1加算部116は、第1二乗化部110から、補正後I信号204の二乗値を入力するとともに、第2二乗化部112から、補正後Q信号206の二乗値を入力する。第1加算部116は、補正後I信号204の二乗値と補正後Q信号206の二乗値を加算する。加算した結果が、補正後I信号204と補正後Q信号206との電力値Pである。電力値Pは、補正後I信号204、補正後Q信号206を極座標変換したときの振幅信号の二乗値である。そのため、第1二乗化部110、第2二乗化部112、第1加算部116による処理は、振幅信号を導出する処理に相当する。第1加算部116は、電力値PをDEMUX118に出力する。
位相判定部114は、補正後I信号204、補正後Q信号206を入力するとともに、第1二乗化部110から、補正後I信号204の二乗値を入力し、第2二乗化部112から、補正後Q信号206の二乗値を入力する。位相判定部114は、これらの値をもとに、位相領域の特定を実行する。これを説明するために、図3を使用する。図3は、位相判定部114において規定される複数の領域を示す。これは、IQ平面であり、横軸がI軸に相当し、縦軸がQ軸に相当する。図示のごとく、A1からA4の4つの位相領域が、互いに重ならないように規定される。ここで、位相領域A1は、7π/4からπ/4までのπ/2の範囲であり、位相領域A2は、π/4から3π/4までのπ/2の範囲であり、位相領域A3は、3π/4から5π/4までのπ/2の範囲であり、位相領域A4は、5π/4から7π/4までのπ/2の範囲である。
以下では、表記を明確にするために、補正後I信号204を「I」と示し、補正後Q信号206を「Q」と示し、補正後I信号204の二乗値を「I2」と示し、補正後Q信号206の二乗値を「Q2」と示す。位相判定部114は、以下の判定条件をもとに、4つの位相領域A1、A2、A3、A4への分類を実行する。
A1 : I2≧Q2、I≧0
A2 : I2<Q2、Q≧0
A3 : I2≧Q2、I<0
A4 : I2<Q2、Q<0
位相判定部114は、特定した位相領域を位相領域信号208として出力する。特定された位相領域が、時間の経過とともに、例えば、A1、A2、A3、A4、A1、A2、・・と順次変化する場合、位相領域信号208も、A1、A2、A3、A4、A1、A2、・・と順次変化する。このような位相判定部114による処理は、補正後I信号204、補正後Q信号206を極座標変換したときの位相信号を導出する処理に相当する。図2に戻る。
A1 : I2≧Q2、I≧0
A2 : I2<Q2、Q≧0
A3 : I2≧Q2、I<0
A4 : I2<Q2、Q<0
位相判定部114は、特定した位相領域を位相領域信号208として出力する。特定された位相領域が、時間の経過とともに、例えば、A1、A2、A3、A4、A1、A2、・・と順次変化する場合、位相領域信号208も、A1、A2、A3、A4、A1、A2、・・と順次変化する。このような位相判定部114による処理は、補正後I信号204、補正後Q信号206を極座標変換したときの位相信号を導出する処理に相当する。図2に戻る。
DEMUX118は、第1加算部116からの電力値Pと、位相判定部114の位相領域信号208とを順次入力する。なお、電力値Pと位相領域信号208は同期されている。DEMUX118は、位相領域信号208に示された位相領域に応じて、電力値Pを電力値P1からP4のいずれかとして出力する。具体的に説明すると、DEMUX118は、位相領域A1であれば電力値P1を出力し、位相領域A2であれば電力値P2を出力し、位相領域A3であれば電力値P3を出力し、位相領域A4であれば電力値P3を出力する。
第1平均化部120は、入力される電力値P1の一定期間における平均電力P1を計算し、平均電力P1を第2加算部128に出力する。平均には、例えば、移動平均が使用される。第2平均化部122は、入力される電力値P2の一定期間における平均電力P2を計算し、平均電力P2を第3加算部130に出力する。第3平均化部124は、入力される電力値P3の一定期間における平均電力P3を計算し、平均電力P3を第2加算部128に出力する。第4平均化部126は、入力される電力値P4の一定期間における平均電力P4を計算し、平均電力P4を第3加算部130に出力する。第1平均化部120から第4平均化部126の処理は、位相領域別に振幅信号の平均値を導出することに相当する。
第2加算部128は、第1平均化部120からの平均電力P1を入力するとともに、第3平均化部124からの平均電力P3を入力する。第2加算部128は、平均電力P3から平均電力P1を減算する。第2加算部128は、減算結果をI相オフセット補正値200として出力する。第3加算部130は、第2平均化部122からの平均電力P2を入力するとともに、第4平均化部126からの平均電力P4を入力する。第3加算部130は、平均電力P4から平均電力P2を減算する。第2加算部128は、減算結果をQ相オフセット補正値202として出力する。このように、DCオフセット検出部22は、位相領域毎の電力値、つまり振幅信号に相当した値の平均値から、補正後I信号204、補正後Q信号206の原点からのずれを求め、これをI相オフセット補正値200、Q相オフセット補正値202として出力する。これは、IQ平面に規定された複数の位相領域のそれぞれにおける振幅が近くなるようにI相オフセット補正値200、Q相オフセット補正値202を導出することに相当する。図1に戻る。
FM検波部24は、補正後I信号204と補正後Q信号206、つまりDCオフセットが補正されたベースバンド信号をFM検波する。FM検波として、例えば、Arctan検波が実行される。Arctan検波では、補正後I信号204および補正後Q信号206のそれぞれを三角形の2辺として、その角度が導出される。単位時間あたりの角度の変化が角速度、つまり周波数になるので、FM変調の復調が可能になる。FM検波部24は、FM検波の結果である検波信号を出力する。出力される検波信号は、音声信号に相当する。
平均化部60は、FM検波部24からの検波信号を入力する。平均化部60は、検波信号を一定期間にわたって平均化することによって、平均電圧を加算部62に出力する。なお、平均には、例えば、移動平均が使用される。平均電圧は、受信信号の中心周波数とローカル発振信号の出力周波数との差の周波数に比例する。そのため、例えば、平均電圧が「0」であれば、これらの周波数が一致している。前述のごとく、受信信号が無変調で、かつこれらの周波数が一致している場合、補正後I信号204、補正後Q信号206が一定の値になり続けるので、信号成分とDCオフセット電圧との区別ができなくなってしまう。その結果、DCオフセット検出部22では、補正後I信号204、補正後Q信号206が「0」になるようなI相オフセット補正値200、Q相オフセット補正値202を出力してしまう。これに対応するために、下記の処理が実行される。
オフセット記憶部64は、予め定められたオフセット値を記憶する。加算部62は、オフセット記憶部64からのオフセット値を入力するとともに、平均化部60からの平均電圧を入力する。加算部62は、平均電圧にオフセット値を加え、その結果を第3LPF部70に出力する。加算部62におけるオフセット値の加算がない場合、AFC部66によって、受信信号の中心周波数とローカル発振信号の周波数が同じになるように制御されるが、加算部62が一定のオフセット値を加えるので、ローカル発振信号は、オフセット値に応じた周波数オフセットを有する。この周波数オフセットによって、補正後I信号204、補正後Q信号206が回転するので、これらが一定の値になり続ける状況の発生が抑制される。
第3LPF部70は、加算部62から、オフセット値が加えられた平均電圧(以下、これも「平均電圧」という)を入力する。第3LPF部70は、平均電圧に対して、低域通過処理を実行する。第3LPF部70は、低域通過処理を実行した平均電圧(以下、これもまた「平均電圧」という)を第4増幅部72に出力する。第4増幅部72は、第3LPF部70からの平均電圧を増幅することによって、制御信号を生成する。第4増幅部72における増幅によって、AFCループのゲインが決められる。
DAC部68は、第4増幅部72からの制御信号をデジタル/アナログ変換して、アナログ信号の制御信号(以下、これもまた「制御信号」という)をローカル発振器28へ出力する。このように、AFC部66は、加算部62においてオフセットを加えた平均電圧をもとに、ローカル発振信号の周波数を制御するための制御信号を生成し、ローカル発振器28へ制御信号をフィードバックする。オフセットが加えられていることは、DCオフセット検出部22において極座標変換した位相成分が回転するように、ローカル発振器28から出力されるローカル発振信号の周波数を制御することに相当する。
この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのCPU、メモリ、その他のLSIで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
本実施例によれば、受信信号が無変調で、かつその周波数がローカル発振信号の周波数と一致した場合でも、DCオフセット検出部に入力される信号の位相成分が回転するように、ローカル発振信号の周波数を制御するので、DCオフセット検出部に入力される信号の位相成分を変動させることができる。また、DCオフセット検出部に入力される信号の位相成分を変動させるので、DCオフセット検出部がDCオフセット電圧のみを補正できる。また、受信信号が無変調で、かつその周波数がローカル発振信号の周波数と一致した場合でも、DCオフセット検出部がDCオフセット電圧のみを補正するので、ベースバンド信号に重畳される不要なDCオフセット成分を補正する際に誤動作が発生することを抑制できる。また、受信信号が無変調で、かつその周波数がローカル発振信号の周波数と一致した場合でも、それらの周波数が一致しないようにAFCを制御されるので、DCオフセット検出部がDCオフセット電圧のみを補正できる。また、オフセット値を検出信号に加えるだけなので、処理を簡易にできる。また、DCオフセット電圧が補正されるので、受信特性の悪化を抑制できる。
(実施例2)
次に、実施例2を説明する。本発明の実施例2は、実施例1と同様に、ダイレクト・コンバージョン型のFM受信装置に関する。実施例1では、DCオフセットを検出する際の誤動作の発生を抑制するために、検波信号にオフセットを加えてから、ローカル発振信号の周波数を制御している。一方、実施例2では、DCオフセットを検出する際の誤動作の発生を抑制するために、補正後のI相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号が各位相領域に出現する分布を監視する。分布が不均一な場合、ローカル発振信号の周波数を変化させる。その結果、位相信号が一定の値に停止される状況の発生が抑制される。
次に、実施例2を説明する。本発明の実施例2は、実施例1と同様に、ダイレクト・コンバージョン型のFM受信装置に関する。実施例1では、DCオフセットを検出する際の誤動作の発生を抑制するために、検波信号にオフセットを加えてから、ローカル発振信号の周波数を制御している。一方、実施例2では、DCオフセットを検出する際の誤動作の発生を抑制するために、補正後のI相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号が各位相領域に出現する分布を監視する。分布が不均一な場合、ローカル発振信号の周波数を変化させる。その結果、位相信号が一定の値に停止される状況の発生が抑制される。
図4は、本発明の実施例2に係る受信装置100の構成を示す。受信装置100は、アンテナ10、直交検波部12、第1ADC部14、第2ADC部16、第1補正部18、第2補正部20、DCオフセット検出部22、FM検波部24、制御部26、ローカル発振器28を含む。直交検波部12は、図1と同様である。制御部26は、位相分布検出部80、第1電源部82、第2電源部84、出力部86、第4LPF部88を含む。ここでは、図1との差異、特に制御部26を中心に説明する。
位相分布検出部80は、DCオフセット検出部22からの位相領域信号208を入力する。位相領域信号208は、前述のごとく、位相判定部114において特定された位相領域を示す。補正後I信号204、補正後Q信号206が、一定の値で固定されない場合、それらの位相成分も変化するので、位相領域信号208において、一定期間中に各位相領域が均一的に出現する。一方、受信信号が無変調であり、受信信号の周波数とローカル発振信号の周波数とが一致している場合、補正後I信号204、補正後Q信号206が一定の値になるので、位相領域信号208において、同じ位相領域が連続する。つまり、位相領域信号208において、一定期間中に位相領域が不均一的に出現する。
そのため、位相分布検出部80は、一定期間にわたって、位相領域信号208によって示される各位相領域の出現回数をカウントする。位相分布検出部80は、一定期間経過後、各位相領域のカウント値を比較し、複数の位相領域のそれぞれに、極座標変換した位相成分が出現するときの均一性を導出する。例えば、位相分布検出部80は、最大のカウント値と最小のカウント値との差がしきい値より小さければ、均一であると判定し、差がしきい値以上であれば、不均一であると判定する。その際、すべてのカウント値の総和で差を除算することによって、規格がなされてもよい。また、位相分布検出部80は、各カウント値をもとに、分散、標準偏差などのばらつきが示された統計値を導出し、統計値がしきい値より小さければ、均一であると判定し、統計値がしきい値以上であれば、不均一であると判定してもよい。位相分布検出部80は、均一であると判定すれば、維持信号を出力部86に出力し、不均一であると判定すれば、切替信号を出力部86に出力する。
第1電源部82は、所定の第1電圧を出力部86に供給する。第2電源部84は、第1電源部から供給される第1電圧の値とは異なった値の第2電圧を供給する。第2電圧は、第1電圧よりも高くてもよく、低くてもよい。
出力部86は、第1電源部82からの第1電圧を入力するとともに、第2電源部84からの第2電圧を入力する。また、出力部86は、位相分布検出部80からの維持信号あるいは切替信号も入力する。出力部86は、スイッチの構成を有しており、維持信号あるいは切替信号において、第1電圧と第2電圧のうちの一方を選択して出力する。まず、出力部86は、第1電圧と第2電圧のうちの任意の一方、例えば、第1電圧を選択する。この状態において、維持信号を受けつければ、出力部86は、第1電圧を選択し続けるので、第1電圧が継続して第4LPF部88に出力される。つまり、維持信号は、出力部86での選択を維持させるための信号である。
一方、切替信号を受けつければ、出力部86は、第1電圧の選択を第2電圧の選択に切りかえるので、第2電圧が第4LPF部88に出力される。つまり、切替信号は、出力部86での選択を切りかえさせるための信号である。そのため、第2電圧を選択している場合に切替信号を受けつけると、出力部86は、第2電圧の選択を第1電圧の選択に切りかえる。これらによって、出力部86は、位相分布検出部80において導出した均一性がしきい値よりも低く、不均一である場合に、第1電源部82から供給される第1電圧と、第2電源部84から供給される第2電圧値とのいずれか一方の選択を切りかえる。出力部86は、第1電圧あるいは第2電圧を第4LPF部88に出力する。
第4LPF部88は、出力部86から、第1電圧あるいは第2電圧を入力する。第4LPF部88は、第1電圧あるいは第2電圧に対して、低域通過処理を実行する。第4LPF部88は、低域通過処理の結果である制御信号をローカル発振器28に出力する。前述のごとく、制御信号によって、ローカル発振器28から出力されるローカル発振信号の周波数が制御される。その結果、第1電圧と第2電圧とが切りかわることによって、制御信号の電圧が変化するので、ローカル発振信号の発振周波数が変化する。これによって、DCオフセット検出部22に入力される補正後I信号204と補正後Q信号206が一定の値に固定しなくなり、DCオフセット検出部22において、DCオフセット電圧のみを補正することが可能になる。
このように、出力部86、第4LPF部88は、位相分布検出部80において導出した均一性がしきい値よりも低い場合に、ローカル発振信号の周波数を制御するための制御信号の値を変更し、ローカル発振器28へ制御信号をフィードバックする。そのため、実施例2に係る制御部26においても、DCオフセット検出部22において極座標変換した位相成分が回転するように、ローカル発振器28から出力されるローカル発振信号の周波数が制御される。
なお、アンテナ10がRF信号を受信していない状態では、第1ADC部14から出力されるI信号と第2ADC部16から出力されるQ信号は、DCオフセット電圧のみになる。そのため、DCオフセット検出部22において極座標変換した位相成分では、同じ値が連続する。この場合であっても、ローカル発振器28から出力されるローカル発振信号の発振周波数が定期的に変化するが、DCオフセット電圧は変化しないので、DCオフセット検出部22は、DCオフセット電圧をキャンセルするように動作可能である。
本実施例によれば、位相の分布が不均一になると、制御信号の値を変更するので、ローカル発振信号の周波数を変化させることができる。また、ローカル発振信号の周波数が変化するので、それまでその周波数が受信信号の周波数と一致していた場合であっても、両者を異ならせることができる。また、ローカル発振信号の周波数と受信信号の周波数とが異なるので、DCオフセット検出部がDCオフセット電圧のみを補正できる。また、受信信号が無変調で、かつその周波数がローカル発振信号の周波数と一致した場合でも、DCオフセット検出部がDCオフセット電圧のみを補正するので、ベースバンド信号に重畳される不要なDCオフセット成分を補正する際に誤動作が発生することを抑制できる。また、位相成分の均一性がしきい値よりも低い場合に、第1電圧と第2電圧とのいずれか一方の選択を切りかえるだけなので、処理を簡易にできる。
(実施例3)
次に、実施例3を説明する。本発明の実施例3は、実施例1と同様に、ダイレクト・コンバージョン型のFM受信装置に関する。実施例1では、DCオフセットを検出する際の誤動作の発生を抑制するために、検波信号にオフセットを加えてから、ローカル発振信号の周波数を制御している。AFC制御は、受信信号をFM検波してからでないと動作できない。一方、ローカル発振信号をFM変調させる場合、AFC制御と異なって、受信信号をFM検波するまでも動作可能であるが、ローカル発振信号のC/Nを悪化させているので、受信特性としてのレシプロカルミキシングやS/Nが悪化する傾向にある。実施例3では、これらを組み合わせ、信号検出段階とその後で処理が切りかえられる。信号を検出する前は、ローカル発振信号をFM変調し、信号を検出した後は、AFC制御を実行する。
次に、実施例3を説明する。本発明の実施例3は、実施例1と同様に、ダイレクト・コンバージョン型のFM受信装置に関する。実施例1では、DCオフセットを検出する際の誤動作の発生を抑制するために、検波信号にオフセットを加えてから、ローカル発振信号の周波数を制御している。AFC制御は、受信信号をFM検波してからでないと動作できない。一方、ローカル発振信号をFM変調させる場合、AFC制御と異なって、受信信号をFM検波するまでも動作可能であるが、ローカル発振信号のC/Nを悪化させているので、受信特性としてのレシプロカルミキシングやS/Nが悪化する傾向にある。実施例3では、これらを組み合わせ、信号検出段階とその後で処理が切りかえられる。信号を検出する前は、ローカル発振信号をFM変調し、信号を検出した後は、AFC制御を実行する。
図5は、本発明の実施例3に係る受信装置100の構成を示す。受信装置100は、図1に、第1ローカル発振器90、第2ローカル発振器92、制御部94、選択部96が追加されている。ここでは、これまでとの差異を中心に説明する。
第1ローカル発振器90は、所定の周波数の変調信号を生成する変調周波数生成部であり、ここでは、所定の周波数の変調信号を第1ローカル信号という。選択部96は、DAC部68からの第1制御信号と、第1ローカル発振器90からの第1ローカル発振信号とを入力する。ここで、第1制御信号は、実施例1における制御信号に相当する。また、選択部96は、制御部94からの選択信号も入力する。選択部96は、選択信号にしたがって、第1制御信号と第1ローカル発振信号とのうちの1つを第2制御信号として選択する。選択部96は、選択した第2制御信号を第2ローカル発振器92に出力する。第2ローカル発振器92は、実施例1のローカル発振器28に相当する。第2ローカル発振器92は、選択部96からの第2制御信号に応じて第2ローカル発振信号の周波数を調節し、周波数が調節された第2ローカル発振信号を第1ミキサ46、移相部44へ出力する。
制御部94は、FM検波部24からの検波信号を入力する。制御部94は、検波信号をもとに、選択信号を生成する。選択信号には、制御部94において選択すべき信号、つまり第1制御信号あるいは第1ローカル発振信号が示されている。ここで、制御部94は、アンテナ10においてRF信号が受信されているか否かを監視していること、つまりキャリアを検出しているか否かを監視していることに相当する。例えば、ノイズスケルチ回路である。ノイズスケルチ回路は、FM検波部24からの出力である検波信号の復調帯域以上の一部の帯域のノイズ成分の検出し、ノイズが所定のレベル未満であればキャリアによりノイズが抑圧されRF信号が受信されていると判定し、ノイズが所定のレベル以上であればノイズが抑圧されていないためRF信号が受信されていないと判定する。
制御部94は、RF信号が受信されていない場合に、第1ローカル発振信号を選択させるための選択信号を生成し、その選択信号を選択部96に出力する。選択部96は、この選択信号をもとに第1ローカル発振信号を選択して、それに応じた第2制御信号を第2ローカル発振器92に入力する。その結果、第2ローカル発振器92は、FM変調された第2ローカル発振信号を出力する。この状態では、第2ローカル発振信号の周波数と同じ周波数の無変調信号が受信されても、I信号およびQ信号が一定の値になることを抑制できる。
このような状況下において、RF信号が受信されると、制御部94はこれを検出する。ここで、FM検波部24から出力される検波信号には、第1ローカル発振信号の発振周波数が多重される。第1ローカル発振信号の発振周波数を復調帯域内に設定した場合、第1ローカル発振信号が検波信号として出力され復調されてしまう。
そのため、制御部94は、RF信号が受信されたことを検出した場合に、第1制御信号を選択させるための選択信号を生成し、その選択信号を選択部96に出力する。選択部96は、この選択信号をもとに第1制御信号を選択して、それに応じた第2制御信号を第2ローカル発振器92に入力する。その結果、第2ローカル発振器92は、AFC制御された第2ローカル発振信号を出力する。これにより、第2ローカル発振信号の発振周波数が復調帯域内の場合でも、検波信号に不要な信号が含まれなくなる。
つまり、制御部94は、キャリアを検出していない場合に、第1ローカル発振信号を選択させるための選択信号を生成することによって、第2ローカル発振信号の周波数を変動させる。一方、制御部94は、キャリアを検出すると、第1制御信号を選択させるための選択信号に切りかえることによって、第2ローカル発振信号の周波数の変調を停止する。
以上の構成による受信装置100の動作を説明する。図6は、受信装置100による制御手順を示すフローチャートである。選択部96は、第1ローカル発振信号を選択する(S10)。制御部94がキャリアを検出しなければ(S12のN)、待機する。制御部94がキャリアを検出すれば(S12のY)、選択部96は、第1制御信号を選択するとともに、DCオフセット検出部22がオンされる(S14)。受信信号の中心周波数がプラスであれば(S16のY)、AFC部66は、+ΔfにAFC制御する(S18)。一方、受信信号の中心周波数がプラスでなければ(S16のN)、AFC部66は、-ΔfにAFC制御する(S20)。
本実施例によれば、RF信号が受信されていない場合に、FM変調された第2ローカル発振信号を出力するので、第2ローカル発振信号の周波数と同じ周波数の無変調信号が受信されても、I信号およびQ信号が一定の値になることを抑制できる。また、I信号およびQ信号が一定の値にならないので、完全に抑圧されることを抑制できる。また、RF信号が受信された場合に、第1制御信号を出力するので、第2ローカル発振信号の発振周波数が復調帯域内の場合でも、復調信号に不要な信号が含まれなくすることができる。
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
10 アンテナ、 12 直交検波部、 14 第1ADC部、 16 第2ADC部、 18 第1補正部、 20 第2補正部、 22 DCオフセット検出部、 24 FM検波部、 26 制御部、 28 ローカル発振器、 40 第1増幅部、 42 分配部、 44 移相部、 46 第1ミキサ、 48 第1LPF部、 50 第2増幅部、 52 第2ミキサ、 54 第2LPF部、 56 第3増幅部、 60 平均化部、 62 加算部、 64 オフセット記憶部、 66 AFC部、 68 DAC部、 70 第3LPF部、 72 第4増幅部、 100 受信装置。
本発明によれば、ベースバンド信号に重畳される不要なDCオフセット成分を補正する際に誤動作が発生することを抑制できる。
Claims (4)
- ローカル発振信号を出力するローカル発振器と、
前記ローカル発振器から出力されたローカル発振信号によって、FM信号を直交検波して、I相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号とを出力する直交検波器と、
前記直交検波器から出力されたI相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号とに対して、DCオフセット補正値による補正を実行する補正部と、
前記補正部において補正したI相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号を極座標変換し、IQ平面に規定された複数の位相領域のそれぞれにおける振幅が近くなるようにDCオフセット補正値を導出するDCオフセット検出部と、
前記補正部において補正したI相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号をFM検波して、検波信号を生成するFM検波部と、
前記FM検波部において生成した検波信号にオフセットを加える加算部と、
前記加算部においてオフセットを加えた検波信号をもとに、ローカル発振信号の周波数を制御するための制御信号を生成し、前記ローカル発振器へ制御信号をフィードバックするAFC部と、
を備えることを特徴とするFM受信装置。 - 所定の周波数の変調信号を生成する変調周波数生成部と、
(1)前記AFC部と前記ローカル発振器との間に配置されており、(2)前記AFC部からの制御信号を第1制御信号として入力するとともに、前記変調周波数生成部からの変調信号を入力し、(3)前記第1制御信号と前記変調信号のうちの1つを第2制御信号として選択し、(4)選択した第2制御信号を前記ローカル発振器に出力する選択部と、
前記選択部において選択すべき信号が示された選択信号を、前記FM検波部において生成した検波信号をもとに生成する制御部とをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のFM受信装置。 - 前記制御部は、前記FM検波部において生成した検波信号からキャリアを検出する手段を備え、キャリアを検出している場合に、前記第1制御信号を選択させ、キャリアを検出していない場合に、前記変調信号を選択させるための選択信号を生成することを特徴とする請求項2に記載のFM受信装置。
- ローカル発振器から出力されたローカル発振信号によって、FM信号を直交検波して、I相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号とを出力するステップと、
I相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号とに対して、DCオフセット補正値による補正を実行するステップと、
補正したI相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号を極座標変換し、IQ平面に規定された複数の位相領域のそれぞれにおける振幅が近くなるようにDCオフセット補正値を導出するステップと、
補正したI相のベースバンド信号とQ相のベースバンド信号をFM検波して、検波信号を生成するステップと、
生成した検波信号にオフセットを加えるステップと、
オフセットを加えた検波信号をもとに、ローカル発振信号の周波数を制御するための制御信号を生成し、前記ローカル発振器へ制御信号をフィードバックするステップと、
を備えることを特徴とするFM受信方法。
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