(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調信号を受信する受信機に用いられ、サンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって前記変調信号の受信周波数を検出する受信周波数検出回路において、
前記受信機にて受信可能な最大ビットレート（BITRATEmax）を２＾ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）で除した値、ならびにこれらの値により定義される複数のビットバンド（BITBAND-n）を算出するBITBAND生成手段と、
前記複数のビットバンド（BITBAND-n）の各範囲をそれぞれ２分割する複数のビットレート中央値を算出する中央値算出手段と、
前記受信機にて受信する変調信号のビットレート（BITRATErx）が属するビットバンド（BITBAND-rx）を前記複数のビットバンド（BITBAND-n）の中から特定するBITBAND割当手段と、
前記BITBAND割当手段によって特定されたビットバンド（BITBAND-rx）の中央値を、前記中央値算出手段によって算出された前記複数のビットレート中央値の中から選択する中央値選択手段と、
前記中央値選択手段によって選択されたビットレート中央値と、前記受信機にて受信する変調信号のビットレート（BITRATErx）とを比較し、いずれか大きい方のビットレートを比較結果として出力する比較手段と、
大きさが互いに異なる第１及び第２のサンプリング周波数が入力され、前記比較手段が出力するビットレートの２の整数乗倍ではないサンプリング周波数を選択する周波数選択手段とを有し、
前記周波数選択手段にて選択されたサンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって前記変調信号の受信周波数を検出することを特徴とする受信周波数検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載の受信周波数検出回路において、
前記第１のサンプリング周波数よりも前記第２のサンプリング周波数の方が大きく、
前記周波数選択手段は、前記比較手段における比較結果が、前記受信機にて受信する変調信号のビットレートの方が大きなものである場合は、前記第１のサンプリング周波数を選択し、前記受信機にて受信する変調信号のビットレートの方が小さなものである場合は、前記第２のサンプリング周波数を選択する受信周波数検出回路。
【請求項３】
変調信号を受信する受信機においてサンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって前記変調信号の受信周波数を検出する受信周波数検出方法であって、
前記受信機にて受信可能な最大ビットレートを２＾ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）で除することによって生成される複数のビットバンド（BITBAND-n）のうち、前記受信機にて受信する変調信号のビットレート（BITRATErx）が属するビットバンド（BITBAND-rx）におけるビットレート中央値と、前記受信機にて受信する変調信号のビットレート（BITRATErx）とを比較し、いずれか大きい方のビットレートを比較結果として出力する比較処理と、
大きさが互いに異なる第１及び第２のサンプリング周波数のうち、前記比較処理による比較結果として出力されるビットレートの２の整数乗倍ではないサンプリング周波数を選択する周波数選択処理と、
前記周波数選択処理にて選択されたサンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって前記変調信号の受信周波数を検出する周波数検出処理とを有する受信周波数検出方法。
【請求項４】
請求項３に記載の受信周波数検出方法において、
前記第１のサンプリング周波数よりも前記第２のサンプリング周波数の方が大きく、
前記周波数選択処理は、前記比較処理における比較結果が、前記受信機にて受信する変調信号のビットレートの方が大きなものである場合は、前記第１のサンプリング周波数を選択し、前記受信機にて受信する変調信号のビットレートの方が小さなものである場合は、前記第２のサンプリング周波数を選択する受信周波数検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying：４値位相偏位変調）／ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Keying：４値位相偏位変調）変調波の受信周波数を検出する受信周波数検出回路及び受信周波数検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢＰＳＫ／ＱＰＳＫ変調波の受信機においては、初期捕捉に高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴと称する）を用いて搬送波捕捉を行って受信周波数を検出している（例えば、特許文献１参照）。受信機の性能の２つの指標として、搬送波捕捉範囲と搬送波捕捉スレッショルドがあるが、これらは、ＦＦＴサンプリング周波数（以下、Ｆｓと称する）を要因として決定される。Ｆｓの値を大きくすると、搬送波捕捉範囲は広帯域になり、搬送波捕捉スレッショルドは高く、すなわち信号レベルがノイズフロアーから遠くなる。一方、Ｆｓの値を小さくすると、搬送波捕捉範囲は狭帯域になり、搬送波捕捉スレッショルドは低くなる。つまり、搬送波捕捉範囲と搬送波捕捉スレッショルドの両方ともＦｓが決定要因となるため、両方を同時に改善することができない。
【０００３】
そこで、Ｆｓが小さなＦＦＴウインドウを用いてウインドウを周波数方向にシフトすることにより、搬送波捕捉スレッショルドを低く保った状態で所望の帯域を全てカバーし、搬送波捕捉スレッショルドと搬送波捕捉範囲とを同時に高性能化する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−７０５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ｆｓが受信信号のビットレートの２の整数乗倍の関係になると、フォールスロックが生じてしまうという問題点がある。
【０００６】
一般に、ＦＦＴ処理を実行した結果においては、横軸を周波数、縦軸を信号レベルとしたＦＦＴウインドウに複数のピークが観測される。変調信号の周波数は一定の帯域を持った変調信号の中で最大レベルを示すという特性を利用して、ＦＦＴウインドウ内の全てのピークレベルの大小を比較することで最大レベルをとるピーク位置を検出し、ピーク位置を周波数に変換することで、受信した変調信号の周波数を算出することが一般的である。
【０００７】
ところが、受信信号のビットレートの２の整数乗倍のＦｓにてＦＦＴ処理を実行すると、高い信号レベルを持ったピークが受信周波数のピーク位置とは異なる位置に出現し、さらにその異なる位置のピークのレベルが受信周波数のピークのレベルよりも高いレベルを示すことがある。その場合、受信機においては、誤ったピークのピーク位置が受信周波数のピーク位置と認識され、そのピーク位置に相当する周波数が換算されるため、実際に受信した変調信号の周波数とは異なる周波数が示され、フォールスロックが生じてしまう。さらに後段でのビット同期処理で、キャリア成分の除去ができていないことが原因で、ビット同期ができず、変調信号に乗ったデータを取り出すことができなくなってしまう。
【０００８】
１つの決まったビットレートの信号のみに対応した受信機であれば、ビットレートの２の整数乗倍とならないようなＦｓを選ぶことで上述したような問題は回避できるが、ビットレートが例えば数ｋｂｐｓ〜数Ｍｂｐｓのような範囲でチューナブルに受信可能な受信機を構成することができない。
【０００９】
本発明は、上述したような技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、フォールスロックを防止しながらチューナブルなビットレートに対応して受信周波数を検出することができる受信周波数検出回路及び受信周波数検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、
変調信号を受信する受信機に用いられ、サンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって前記変調信号の受信周波数を検出する受信周波数検出回路において、
前記受信機にて受信可能な最大ビットレート（BITRATEmax）を２＾ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）で除した値、ならびにこれらの値により定義される複数のビットバンド（BITBAND-n）を算出するBITBAND生成手段と、
前記複数のビットバンド（BITBAND-n）の各範囲をそれぞれ２分割する複数のビットレート中央値を算出する中央値算出手段と、
前記受信機にて受信する変調信号のビットレート（BITRATErx）が属するビットバンド（BITBAND-rx）を前記複数のビットバンド（BITBAND-n）の中から特定するBITBAND割当手段と、
前記BITBAND割当手段によって特定されたビットバンド（BITBAND-rx）の中央値を、前記中央値算出手段によって算出された前記複数のビットレート中央値の中から選択する中央値選択手段と、
前記中央値選択手段によって選択されたビットレート中央値と、前記受信機にて受信する変調信号のビットレート（BITRATErx）とを比較し、いずれか大きい方のビットレートを比較結果として出力する比較手段と、
大きさが互いに異なる第１及び第２のサンプリング周波数が入力され、前記比較手段が出力するビットレートの２の整数乗倍ではないサンプリング周波数を選択する周波数選択手段とを有し、
前記周波数選択手段にて選択されたサンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって前記変調信号の受信周波数を検出することを特徴とする。
【００１１】
また、  変調信号を受信する受信機においてサンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって前記変調信号の受信周波数を検出する受信周波数検出方法であって、
前記受信機にて受信可能な最大ビットレートを２＾ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）で除することによって生成される複数のビットバンド（BITBAND-n）のうち、前記受信機にて受信する変調信号のビットレート（BITRATErx）が属するビットバンド（BITBAND-rx）におけるビットレート中央値と、前記受信機にて受信する変調信号のビットレート（BITRATErx）とを比較し、いずれか大きい方のビットレートを比較結果として出力する比較処理と、
大きさが互いに異なる第１及び第２のサンプリング周波数のうち、前記比較処理による比較結果として出力されるビットレートの２の整数乗倍ではないサンプリング周波数を選択する周波数選択処理と、
前記周波数選択処理にて選択されたサンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって前記変調信号の受信周波数を検出する周波数検出処理とを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、受信機にて受信可能なビットレートのBITBANDの中央値と、受信機にて受信する変調信号のビットレートとを比較し、この比較結果に応じて、大きさが互いに異なり、一方が前記受信機にて受信する変調信号のビットレートの２の整数乗倍となり、もう一方がビットレートの２の整数乗倍とならない第１及び第２のサンプリング周波数とのいずれかを選択し、選択されたサンプリング周波数を用いた高速フーリエ変換処理によって変調信号の受信周波数を検出する構成としたため、広範囲なビットレートに対応しながらも、本来ピークが現れる受信周波数とは別の周波数にピークが現れることがなくなり、それにより、フォールスロックを防止しながらチューナブルなビットレートに対応して受信周波数を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の受信周波数検出回路の実施の一形態を示す図である。
【図２】BITBANDとそれに対応するBITRATE範囲の関係を示す図である。
【図３】BITBANDとそれに対応するBITRATE範囲の関係を示す具体的な数値の一例を記載した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の受信周波数検出回路の実施の一形態を示す図である。図２は、BITBANDとそれに対応するBITRATE範囲の関係を示す図である。図３は、BITBANDとそれに対応するBITRATE範囲の関係を示す具体的な数値の一例を記載した図である。
【００１６】
本形態は、変調信号を受信する受信機に用いられるものであって、図１に示すように、Ｆｓ切替部１０と、ＦＦＴ中心周波数切替部２０と、ＦＦＴ部３０と、ピーク保存メモリ４０と、最大値検出部５０と、周波数変換部６０とから構成されており、Ｆｓ切替部１０は、BITBAND生成器１１と、BITRATE中央値算出器１２と、BITBAND割当器１３と、BITRATE中央値選択器１４、比較手段となる大小比較器１５と、周波数選択器１６とから構成される。
【００１７】
BITBAND生成器１１は、受信機にて受信可能な最大ビットレートBITRATEmaxに１／２＾ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を乗算する（べき乗を＾の記号で表す）。乗算結果BITRATEmax/2^0以下かつ(BITRATEmax/2^1)+1以上の範囲をBITBAND-0、BITRATEmax/2^1以下かつ(BITRATEmax/2^2)+1以上の範囲をBITBAND-1、以下同様にBITBAND-2、BITBAND-3、…、BITBAND-NとすることでBITBAND-n（n=1,2,…,N）を生成する。BITBAND-nと各々のビットレート範囲（Ｓ２）はBITBAND割当器１３に出力する。また、乗算結果BITRATEmax/2^n（Ｓ３）をBITRATE中央値算出器１２に出力する。
【００１８】
BITRATE中央値算出器１２は、BITBAND生成器１１から入力されたBITRATEmax/2^nからBITRATE中央値を算出する。算出したＮ個のBITRATE中央値BITRATEmiddle-n（Ｓ４）をBITRATE中央値選択器１４に出力する。BITBAND-i(1≦i≦N)のBITRATE中央値BITRATEmiddle-iの算出式は、(BITRATEmax/2^i+BITRATEmax/2^(i+1))/2である。
【００１９】
BITBAND割当器１３は、BITBAND生成器１１から入力されたN個のBITBAND-nの中から、受信機にて受信する変調信号のビットレートBITRATErxに該当するBITBAND-rxを選択することで、BITRATErxにBITBAND-rxの割当を行う。BITBAND-rx（Ｓ７）をBITRATE中央値選択器１４に出力する。
【００２０】
BITRATE中央値選択器１４は、BITBAND割当器１３から入力されたBITBAND-rx（Ｓ７）をもとに、BITRATE中央値算出器１２から入力されたN個のBITRATE中央値BITRATEmiddle-nの中からBITBAND-rxに該当するBITRATE中央値BITRATEmiddle-rxを選択する。BITRATEmiddle-rx（Ｓ８）を大小比較器１５に出力する。
【００２１】
大小比較器１５は、受信機にて受信する変調信号のビットレートBITRATErx（Ｓ６）と、BITRATE中央値選択器１４から出力されたBITRATEmiddle-rx（Ｓ８）との大小を比較し、大きい方を比較結果として、比較結果（Ｓ９）を周波数選択器１６に出力する。
【００２２】
周波数選択器１６は、一方が前記受信機にて受信する変調信号のビットレートの２の整数乗倍となり、もう一方がビットレートの２の整数乗倍とならない第１のサンプリング周波数Ｆｓ１（Ｓ１０）及び第２のサンプリング周波数Ｆｓ２（Ｓ１１）が入力され、大小比較器１５から出力された比較結果（Ｓ９）に応じて、これらＦｓ１（Ｓ１０）とＦｓ２（Ｓ１１）とのうちいずれかを選択し、Ｆｓ（Ｓ１２）としてＦＦＴ中心周波数切替部２０に出力する。
【００２３】
ＦＦＴ中心周波数切替部２０は、周波数選択器１６から出力されたＦｓ（Ｓ１２）を用いて、ｎ番目（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）のＦＦＴウインドウのＦＦＴ中心周波数ｆｎ＝Ｆｓ／４×ｎ−Ｆｓ／８を算出し、算出したＦＦＴ中心周波数ｆ１，ｆ２，・・・，ｆＮ（Ｓ１３）をＦＦＴ部３０に出力する。ここで、本形態においては、ＦＦＴウインドウのシフト回数をＮ回（Ｎ：整数）とする。
【００２４】
ＦＦＴ部３０は、ＦＦＴ中心周波数切替部２０から出力されたＦＦＴ中心周波数ｆ１，ｆ２，・・・，ｆＮ（Ｓ１３）を、Ｎ個のＦＦＴウインドウそれぞれのＦＦＴ中心周波数としたＦＦＴウインドウのシフト処理と、ＦＦＴ処理を実行し、Ｎ個のピーク位置とＮ個のピーク値とＮ個のｆｎ（Ｓ１４）をピーク保存メモリ４０に出力する。なお、ＦＦＴ処理は、データ取得、窓関数処理、ＦＦＴ演算、電力換算及びキャリア抽出からなるが、これらの技術は信号処理分野では広く知られた技術であり、当業者には周知であるため、その詳細な動作説明は省略する。
【００２５】
ピーク保存メモリ４０は、ＦＦＴ部３０から出力されたＮ個のピーク位置とＮ個のピーク値とＮ個のＦＦＴ中心周波数ｆｎ（Ｓ１４）をメモリに保存する。
【００２６】
最大値検出部５０は、ピーク保存メモリ４０に保存されたＮ個のピーク値の中から、最大のピーク値（Ｓ１５）を抽出し、最大ピーク値をとるピーク位置とＦＦＴ中心周波数（Ｓ１６）を周波数変換部６０に出力する。
【００２７】
周波数変換部６０は、最大値検出部５０から出力された最大ピーク位置をとるピーク位置のＦＦＴ中心周波数（Ｓ１６）を用いて、変調信号の受信周波数を算出する。
【００２８】
以下に、上記のように構成された受信周波数検出回路における受信周波数検出方法について説明する。
【００２９】
まず、受信機にて受信可能な最大ビットレートBITRATEmaxがBITBAND生成器１１に入力されると、BITBAND生成器１１はBITRATEmaxに１／２＾ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を乗算し、それらをBITBAND-nの最大ビットレートとすることでBITBANDをＮ個算出しBITBAND割当器１３にBITBAND-nと各々のビットレート範囲（Ｓ２）を出力する。また、BITRATEmax/2^n（Ｓ３）をBITRATE中央値算出器１２に出力する。なお、最大ビットレートBITRATEmax（Ｓ１）は、受信機の性能として決められているものであるため、予め設定されており、任意のタイミングでBITBAND生成器１１に入力される。
【００３０】
BITRATE中央値算出器１２は、
BITRATEmiddle-i ＝ (BITRATEmax/2^i+BITRATEmax/2^(i+1))/2
の計算式にもとづいて各BITBANDの中間値にあたるBITRATEmiddle-n（Ｓ４）を算出しBITRATE中央値選択器１４に出力する。
【００３１】
BITBAND割当器１３はBITBAND生成器１１より入力されたBITBANDと各々のビットレート範囲（Ｓ２）にもとづいてBITRATE-rxの該当するBITBANDの割当を行なう。BITRATE-rxのBITBANDであるBITBAND-rx（Ｓ７）はBITRATE中央値選択器１４に出力する。
【００３２】
BITRATE中央値選択器１４はBITBAND割当器１３より入力されたBITBAND-rx（Ｓ７）をもとにBITBAND-rxの中間値BITRATEmiddle-rx（Ｓ８）をBITRATEmiddle-nの中から選択して１５に出力する。
【００３３】
そして、入力されたBITRATEmiddle-rx（Ｓ８）と、受信機にて受信する変調信号のビットレートBITRATErx（Ｓ５）とのうち大きな方を比較結果（Ｓ９）として周波数選択器１６に出力する。
【００３４】
周波数選択器１６においては、大きさが互いに異なるサンプリング周波数Ｆｓ１（Ｓ１０）及びサンプリング周波数Ｆｓ２（Ｓ１１）が入力されている。これらは、受信機にて受信する変調信号のビットレートBITRATErx（Ｓ６）に応じて予め設定されている。
【００３５】
そして、大小比較器１５から出力された比較結果（Ｓ９）がBITRATEmiddleである場合は、周波数選択器１６において、サンプリング周波数Ｆｓ２を選択してＦＦＴ中心周波数切替部２０にＦｓ＝Ｆｓ２として出力し、また、大小比較器１５から出力された比較結果（Ｓ９）がBITRATErxである場合は、サンプリング周波数Ｆｓ１を選択してＦＦＴ中心周波数切替部２０にＦｓ＝Ｆｓ１として出力する。
【００３６】
次に、ＦＦＴ中心周波数切替部２０において、周波数選択器１６から出力されたＦｓ（Ｓ１２）を用いて、ｎ番目（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）のＦＦＴウインドウのＦＦＴ中心周波数ｆｎ＝Ｆｓ／４×ｎ−Ｆｓ／８を算出し、算出したＦＦＴ中心周波数ｆ１，ｆ２，・・・，ｆＮ（Ｓ１３）をＦＦＴ部３０に出力する。
【００３７】
次に、ＦＦＴ部３０において、受信機が受信したＢＰＳＫ／ＱＰＳＫ変調波の変調信号について、ＦＦＴ中心周波数切替部２０から出力されたＦＦＴ中心周波数ｆ１，ｆ２，・・・，ｆＮ（Ｓ１３）を、Ｎ個のＦＦＴウインドウそれぞれのＦＦＴ中心周波数としたＦＦＴウインドウのシフト処理と、ＦＦＴ処理を実行し、Ｎ個のピーク位置とＮ個のピーク値とＮ個のｆｎ（Ｓ１４）をピーク保存メモリ４０に保存する。この際、ＦＦＴ中心周波数切替部２０にてＦＦＴウインドウのＦＦＴ中心周波数ｆｎを算出するために用いられたサンプリング周波数Ｆｓが上述したようにBITRATErxの２の整数乗倍ではないため、ＦＦＴ部３０でのＦＦＴ処理の結果は、受信した変調信号のピーク値が最大レベルとなる。
【００３８】
その後、最大値検出部５０において、ピーク保存メモリ４０に保存されたＮ個のピーク値の中から、最大のピーク値（Ｓ１５）を抽出し、最大ピーク値をとるピーク位置とＦＦＴ中心周波数（Ｓ１６）を周波数変換部６０に出力し、周波数変換部６０において、最大値検出部５０から出力された最大ピーク位置をとるピーク位置のＦＦＴ中心周波数（Ｓ１６）を用いて、変調信号の受信周波数を算出、検出する。この際、ＦＦＴ部３０でのＦＦＴ処理の結果が、受信した変調信号のピーク値が最大レベルとなっていることにより、受信した変調信号について、正常にキャリア抽出ができ、変調信号の受信周波数を検出して、搬送波を正常に捕捉することができる。
【００３９】
上述したように本形態においては、受信機にて受信する変調信号のビットレートの２の整数乗倍の関係にならないようなＦＦＴサンプリング周波数を選択してＦＦＴ処理を実行することにより、誤ったピーク位置の信号レベルを減衰させることができるので、ＦＦＴウインドウに観測される最大ピークは、受信する変調信号の受信周波数と常に一致し、フォールスロックを回避して搬送波を正常に捕捉することができ、また、広範囲なビットレートにも対応することができる。
【００４０】
以下に、具体例を挙げて説明する。
【００４１】
受信機にて受信可能な最大ビットレートがBITRATEmax＝２Mbpsであり、受信機にて受信する変調信号のビットレートがBITRATErx＝５０kbpsの場合は、BITBAND割当器から出力されるのはBITBAND-５、BITRATE中央値選択器から出力されるのは４６．８７５kbps、大小比較器１５からBITRATErxが出力されることにより、BITRATErx＝５０ｋの２の整数乗倍とならないＦｓ１＝２．４ＭＨｚが周波数選択器１６にて選択され、また、受信機にて受信する変調信号のビットレートがBITRATErx＝３００ｋの場合は、BITBAND割当器から出力されるのはBITBAND-２、BITRATE中央値選択器から出力されるのは３７５kbps、大小比較器１５からBITRATEmiddle-2が出力されることにより、BITRATErx＝３００kの２の整数乗倍とならないＦｓ２＝３．２ＭＨｚが周波数選択器１６にて選択される。このようにして、周波数選択器１６から出力されてＦＦＴ処理に用いられるサンプリング周波数がビットレートの２の整数乗倍になることなく、最大ビットレート２Ｍｂｐｓ以下のビットレート全てをカバーすることができるようになる。
【００４２】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。
【符号の説明】
【００４３】
１０    Ｆｓ切替部
１１    BITBAND生成器
１２    BITRATE中央値算出器
１３    BITBAND割当器
１４    BITRATE中央値選択器
１５    大小比較器
１６    周波数選択器
２０    ＦＦＴ中心周波数切替部
３０    ＦＦＴ部
４０    ピーク保存メモリ
５０    最大値検出部
６０    周波数変換部
【図１】
0005590623.tif 000002
【図２】
0005590623.tif 000003
【図３】
0005590623.tif 000004