(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたＦＳＫ変調信号のマーク信号成分とスペース信号成分とを抽出し、前記抽出されたマーク信号とスペース信号とを検波し、前記検波されたマーク信号とスペース信号とを逆極性で合成し、前記合成された信号を所定のしきい値と比較して２値のデジタル情報として復調して出力するＦＳＫ復調方法において、入力されたＦＳＫ変調信号のマーク信号成分とスペース信号成分とを抽出する前に、入力されたＦＳＫ変調信号のマーク信号成分の信号レベルとスペース信号成分の信号レベルとを同一レベルに調整するコンプレッション処理を行い、
前記コンプレッション処理は、入力された最新のデジタル入力データを含むそれ以前のデジタル入力データの絶対値を、予め設定されたサンプル数分だけ常時更新しつつ蓄積しておき、最新のデジタル入力データが入力される毎に、前記蓄積されている所定サンプル数のデジタル入力データの内の最大値を検出し、その最大値で前記最新のデジタル入力データあるいは所定サンプル数だけ以前のデジタル入力データを除算して出力するコンプレッション処理方法としたことを特徴とするＦＳＫ復調方法。
【請求項２】
入力されたＦＳＫ変調信号のマーク信号成分を抽出するマーク信号用帯域通過フィルタと、前記ＦＳＫ変調信号のスペース信号成分を抽出するスペース信号用帯域通過フィルタと、前記抽出されたマーク信号を検波するマーク信号用検波器と、前記抽出されたスペース信号を検波するスペース信号用検波器と、前記検波されたマーク信号とスペース信号とを逆極性で合成する合成器と、前記合成された信号を所定のしきい値と比較して２値のデジタル情報として復調して出力するコンパレータと、を備えたＦＳＫ復調装置において、前記マーク信号用帯域通過フィルタとスペース信号用帯域通過フィルタの前段に、入力されたＦＳＫ変調信号のマーク信号成分の信号レベルとスペース信号成分の信号レベルとを同一レベルに調整するコンプレッション処理装置を備え、
前記コンプレッション処理装置は、入力された最新のデジタル入力データを含むそれ以前のデジタル入力データの絶対値を、予め設定されたサンプル数分だけ常時更新しつつ蓄積する蓄積手段と、蓄積されているデジタル入力データの絶対値の内の最大値を検出する検出手段と、入力された最新のデジタル入力データあるいは所定サンプル数だけ以前のデジタル入力データを前記最大値で除算して出力する演算手段と、を備えたコンプレッション処理装置としたことを特徴とするＦＳＫ復調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＳＫ変調信号をデジタル処理により復調する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＳＫ変調方式は、無線通信に例をとると、デジタル情報により無線搬送波を周波数変調する方式であり、送信機からは周波数Ｆ０−ｆｐのマーク信号成分と、周波数Ｆ０＋ｆｐのスペース信号成分とを含む変調信号が送信され、受信機では、帯域通過フィルタを用いてマーク信号とスペース信号とに分離して、２値のデジタル情報を復調している。
以下に、受信機に用いられる従来のＦＳＫ復調装置の一例を図６に基づいて説明する。
【０００３】
図６において、
１０２は受信されたＦＳＫ変調信号からマーク信号を抽出するマーク信号用帯域通過フィルタ、１０３は抽出されたマーク信号を検波するマーク信号用検波器、１０４は受信されたＦＳＫ変調信号からスペース信号を抽出するスペース信号用帯域通過フィルタ、１０５は抽出されたスペース信号を検波するスペース信号用検波器、１０６は検波されたマーク信号に、検波されたスペース信号の符号を反転させて合成する逆極性合成器、１０７はマーク信号とスペース信号とが合成された信号を所定のしきい値と比較して、マーク信号とスペース信号との遷移に応じた２値のデジタル信号を出力するコンパレータである。
このようにして、ＦＳＫ変調信号に含まれるマーク信号成分とスペース信号成分に応じた２値のデジタル信号が復調されるのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したような従来のＦＳＫ復調装置では、受信したＦＳＫ変調信号のマーク信号成分とスペース信号成分との間に、大きな信号レベルの差がある場合、コンパレータのしきい値の設定が困難となり、復調されたデジタル情報に誤りを起こしやすいという問題があった。
つまり、信号レベルの低い方に合わせてしきい値を設定するとノイズ成分の影響によってデジタル情報の復調の安定性が悪くなり、しきい値を少し上げると信号レベルの低い方への状態遷移が正しく行われない不具合が発生するのである。
【０００５】
そこで、本発明は、ＦＳＫ復調処理において、ＦＳＫ変調信号に含まれるマーク信号成分とスペース信号成分との間に信号レベル差がある場合に生じる不具合を解消できるＦＳＫ復調処理技術を提供することを目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１のＦＳＫ復調方法では、入力されたＦＳＫ変調信号のマーク信号成分とスペース信号成分とを抽出し、前記抽出されたマーク信号とスペース信号とを検波し、前記検波されたマーク信号とスペース信号とを逆極性で合成し、前記合成された信号を所定のしきい値と比較して２値のデジタル情報として復調して出力するＦＳＫ復調方法において、入力されたＦＳＫ変調信号のマーク信号成分とスペース信号成分とを抽出する前に、入力されたＦＳＫ変調信号のマーク信号成分の信号レベルとスペース信号成分の信号レベルとを同一レベルに調整するコンプレッション処理を行い、
前記コンプレッション処理は、入力された最新のデジタル入力データを含むそれ以前のデジタル入力データの絶対値を、予め設定されたサンプル数分だけ常時更新しつつ蓄積しておき、最新のデジタル入力データが入力される毎に、前記蓄積されている所定サンプル数のデジタル入力データの内の最大値を検出し、その最大値で前記最新のデジタル入力データあるいは所定サンプル数だけ以前のデジタル入力データを除算して出力するコンプレッション処理方法とした。
【０００８】
請求項２のＦＳＫ復調装置では、入力されたＦＳＫ変調信号のマーク信号成分を抽出するマーク信号用帯域通過フィルタと、前記ＦＳＫ変調信号のスペース信号成分を抽出するスペース信号用帯域通過フィルタと、前記抽出されたマーク信号を検波するマーク信号用検波器と、前記抽出されたスペース信号を検波するスペース信号用検波器と、前記検波されたマーク信号とスペース信号とを逆極性で合成する合成器と、前記合成された信号を所定のしきい値と比較して２値のデジタル情報として復調して出力するコンパレータと、を備えたＦＳＫ復調装置において、前記マーク信号用帯域通過フィルタとスペース信号用帯域通過フィルタの前段に、入力されたＦＳＫ変調信号のマーク信号成分の信号レベルとスペース信号成分の信号レベルとを同一レベルに調整するコンプレッション処理装置を備え、
前記コンプレッション処理装置は、入力された最新のデジタル入力データを含むそれ以前のデジタル入力データの絶対値を、予め設定されたサンプル数分だけ常時更新しつつ蓄積する蓄積手段と、蓄積されているデジタル入力データの絶対値の内の最大値を検出する検出手段と、入力された最新のデジタル入力データあるいは所定サンプル数だけ以前のデジタル入力データを前記最大値で除算して出力する演算手段と、を備えたコンプレッション処理装置とした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかるＦＳＫ復調方法及び装置を、その実施の形態を示した図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のＦＳＫ復調方法に用いるＦＳＫ復調装置の一実施形態を示すブロック図である。
【００１１】
図１において、
１は入力されたＦＳＫ変調信号の振幅を後述するコンプレッション処理方法によって処理するコンプレッション処理装置、２はコンプレッション処理された信号からマーク信号を抽出するマーク信号用帯域通過フィルタ、３は抽出されたマーク信号を検波するマーク信号用検波器、４はコンプレッション処理された信号からスペース信号を抽出するスペース信号用帯域通過フィルタ、５は抽出されたスペース信号を検波するスペース信号用検波器、６は検波されたマーク信号に、検波されたスペース信号の符号を反転させて合成する逆極性合成器、７はマーク信号とスペース信号とが合成された信号を所定のしきい値と比較して、マーク信号とスペース信号との遷移に応じてデジタル値が遷移するデジタル信号を出力するコンパレータである。
【００１２】
図２は、前記コンプレッション処理装置１の一実施形態を示すブロック図である。図２において、１１は入力端より入力されるデジタル入力データの各サンプルの絶対値を得る絶対値出力手段であり、１２は前記絶対値出力手段１１より出力されるデジタル入力データの絶対値を、サイズ設定手段１４によって予め設定されたサンプル数分だけ蓄積するシフトバッファ手段である。このシフトバッファ手段１２では、図３に示したように最新のデータが入力されると、それまで蓄積されていた内の最古のデータが消去されるため、新しいデータから順に予め設定されたサンプル数分だけ常時更新されて蓄積される。なお、絶対値出力手段１１およびシフトバッファ手段１２により請求項２における蓄積手段が構成される。
【００１３】
１３は最新のデータがシフトバッファ手段１２に入力される毎に、図３に示したようにシフトバッファ手段１２内に蓄積されているデータの最大値を検出する検出手段である。
１５は検出手段において検出された最大値と基準値設定手段１６において予め設定される基準値とを比較し、大きい方を出力する比較手段である。
１７は入力端より入力されている最新のデジタル入力データを、前記比較手段１５から出力される値で除算（逆数の乗算でもよい。）して出力する演算手段である。
以上の構成例により、入力端より最新のデジタル入力データが入力されると、絶対値出力手段１１からはその絶対値データが出力され、シフトバッファ手段１２に入力される。ここで、入力端より入力されるデジタル入力データは、−１〜＋１の範囲に正規化されたデジタルデータであり、シフトバッファ手段１２にはその絶対値である０〜＋１の範囲のデジタルデータが蓄積される。
【００１４】
シフトバッファ手段１２においては、蓄積データの更新がなされ、最新のデータを含むそれ以前のデータが、新しい順に予め設定されたサンプル数分だけ蓄積されることになる。検出手段１３は、更新されたシフトバッファ手段１２に蓄積されているデータの最大値を検出することにより、入力信号における所定区間のピークを検出する。検出された最大値は、比較手段１５によって基準値と比較され、大きい方の値が演算手段１７における除数として出力される。演算手段１７は、入力端より入力されている最新のデジタル入力データを、比較手段１５より出力された値で除算することにより、入力信号における所定区間のピークが飽和しない最大レベルである１となるような増幅率で、最新のデジタル入力データを増幅して出力することになる。
【００１５】
さらに入力端より次のデジタル入力データが入力されると、上述と同様の処理が繰り返されることになる。すなわち、個々のデジタル入力データが入力される毎に、データ１個分づつシフトされた入力信号の区間のピークが検出され、それに基づいて当該入力データの増幅率を決定し、それぞれを順次増幅して出力していくことによって入力信号にコンプレッション処理が施されるのである。
ここで、前述の比較手段１５における基準値との比較は、無信号時等において演算手段１７における増幅率が大きくなりすぎるのを防止するために行われるものであり、基準値設定手段１６による基準値の設定によって最大増幅率を規定することができる。
また、サイズ設定手段１４によりシフトバッファ手段１２の蓄積サンプル数を変更することにより、好みのコンプレッション特性を設定することができる。すなわち、平均電力をより上げるためには、蓄積サンプル数を少なくすればよく、信号波形の変形を極力少なくするためには、蓄積サンプル数を多くすればよい。ただし、これらはトレードオフの関係となるため、それぞれを考慮した設定が必要になる。
【００１６】
なお、上記構成にあっては、演算手段１７は、入力端より入力されたばかりの最新のデジタル入力データを比較手段１５より出力される除数で除算して出力するように構成されているが、入力端と演算手段１７との間に遅延手段を設け、最新のデジタル入力データより所定サンプル数だけ以前のデジタル入力データを当該除数で除算して出力することもできる。それにより、最大値を検出する区間内の何れかの位置に対応するデジタル入力データを、その時の演算対象とすることもできる。
以上より、個々のデジタル入力データ毎に、データ１個分づつシフトさせたそれぞれ異なる区間のピークを検出し、そのピークが飽和しない最大レベルとなるように除数が決定されるため、除数は概ね段階的に変化し、区間の境目において大きく変化することはない。
【００１７】
以上の構成によれば、入力されるＦＳＫ変調信号は、マーク信号とスペース信号とに分離される前に、コンプレッション処理装置１によって、マーク信号成分の振幅とスペース信号成分の振幅とが最大振幅レベルまで増幅されるので、前記コンパレータ７におけるしきい値の設定が容易になる。従って、入力されるＦＳＫ変調信号のマーク信号成分とスペース信号成分とに大きな振幅の差があっても、安定したＦＳＫ復調が可能となるのである。
【００１８】
なお、前記ＦＳＫ復調処理を、ソフトウェアにより実現する場合の具体例を、図４、図５のフローチャートに基づいて説明する。
図４において、
ステップＳ１において、入力されたＦＳＫ変調信号のマーク信号成分の信号レベルとスペース信号成分の信号レベルとを同一レベルに調整するコンプレッション処理を行う。
ステップＳ２において、入力されたＦＳＫ変調信号のマーク信号成分とスペース信号成分とを抽出する。
ステップＳ３おいて、前記抽出されたマーク信号とスペース信号とを検波する。
ステップＳ４おいて、前記検波されたマーク信号とスペース信号とを逆極性で合成する。
ステップＳ５おいて、前記合成された信号を所定のしきい値と比較して２値のデジタル情報として復調して出力する。
【００１９】
図５において、ステップＳ１におけるコンプレッション処理の具体例を説明する。
図５のフローチャートにおいて、
ＮＥＷ  ＿ＤＡＴＡは入力されたＦＳＫ変調信号の最新のデジタル入力データを表す変数を示し、Ｎ  は予め設定されたシフトバッファのバッファサイズを示し、ＰＥＡＫ＿ＢＵＦＦ［Ｊ］  はシフトバッファのＪ番目に蓄積されたデータを表す変数を示し、このシフトバッファのサイズはＮであり、Ｊの変域は０〜Ｎ−１である。
ＡＢＳ  ＿ＩＮはＮＥＷ  ＿ＤＡＴＡの絶対値を表す変数を示し、ＰＥＡＫは最大値を求めるための変数を示し、ＳＥＴ  ＿ＶＡＬＵＥ  は予め設定された最大増幅率を規定するための基準値（  ＞０）を示し、ＭＡＸ（Ｘ，Ｙ）は変数Ｘ，Ｙの大きい方を求める演算処理を表す関数を示している。
ＣＯＭＰ＿ＯＵＴ  はコンプレッション処理の出力値を表す変数を示している。
【００２０】
そして、ステップＳ１１では、入力された最新のデジタル入力データ（ＮＥＷ  ＿ＤＡＴＡ）の絶対値をＡＢＳ  ＿ＩＮに代入し、シフトバッファの０番目のデータ（ＰＥＡＫ＿ＢＵＦＦ［０］  ）を、ＰＥＡＫに代入して、最新のデジタル入力データの絶対値をＡＢＳ  ＿ＩＮに得るとともにＰＥＡＫの初期値を設定する。
ステップＳ１２では、シフトバッファの（Ｊ＋１）  番目のデータ（ＰＥＡＫ＿ＢＵＦＦ［Ｊ＋１］  ）とＰＥＡＫとを比較して大きい方の値をＰＥＡＫに代入し、さらにシフトバッファの（Ｊ＋１）  番目のデータ（ＰＥＡＫ＿ＢＵＦＦ［Ｊ＋１］  ）をＪ番目（ＰＥＡＫ  ＿ＢＵＦＦ［Ｊ］）に代入する操作を、Ｊ＝０  からＪ＝（Ｎ−２）  まで繰り返し行う。これによって、最新のデジタル入力データを除いて、シフトバッファに蓄積されていたデータの最大値がＰＥＡＫに得られるとともに、シフトバッファに蓄積されていたデータがそれぞれシフトされ、０  番目に蓄積されていた最古のデータ（ＰＥＡＫ  ＿ＢＵＦＦ［０］）は図３に示したように破棄される。
【００２１】
ステップＳ１３では、最新のデジタル入力データの絶対値（ＡＢＳ  ＿ＩＮ）をシフトバッファの（Ｎ−１  ）  番目（ＰＥＡＫ  ＿ＢＵＦＦ［Ｎ−１］  ）に代入することにより、シフトバッファのシフトを完了させ、当該ＡＢＳ  ＿ＩＮとＰＥＡＫとを比較して大きい方の値をＰＥＡＫに代入することにより、シフトが完了したシフトバッファに蓄積されているデータの最大値をＰＥＡＫに得る。そして、ＰＥＡＫと基準値（ＳＥＴ＿ＶＡＬＵＥ）とを比較して大きい方の値をさらにＰＥＡＫに代入することにより、信号増幅のための除数をＰＥＡＫに得る。
ステップＳ１４では、最新のデジタル入力データ（ＮＥＷ  ＿ＤＡＴＡ）をＰＥＡＫで除算した結果をコンプレッション処理の出力値を表すＣＯＭＰ＿ＯＵＴ  に代入し、当該データが次段の処理（図４におけるステップＳ２）に使用される。
以降、最新のデジタル入力データが入力される毎に以上の処理が繰り返されることにより、入力信号にコンプレッション処理が施される。
【００２２】
なお、この場合においても、ステップＳ１４では、最新のデジタル入力データ（ＮＥＷ  ＿ＤＡＴＡ）を、最終的に得られた除数で除算して出力する構成としているが、上記シフトバッファを表す変数（ＰＥＡＫ＿ＢＵＦＦ［Ｊ］  ）とは別に、ＮＥＷ  ＿ＤＡＴＡをそのまま蓄積しておく同様の変数を追加し、ステップＳ１４において除算される対象を追加された変数の所定番目の位置のデータとすることもできる。それにより、最大値を検出する区間内の何れかの位置に対応するデジタル入力データを、その時の演算対象とすることもできる。
また、設定定数であるＮ  およびＳＥＴ  ＿ＶＡＬＵＥ  は、好みに応じて予め設定しておくことができる。
【００２３】
本発明に用いる前記コンプレッション処理には以下の特徴がある。
（１）ディスクリート部品を用いたハードウエアによる処理だけではなく、図５に示したように、ＤＳＰ等のソフトウェアによっても実現することができる。
（２）最大値検出処理は最新のデジタル入力データが入力される毎にリアルタイム処理されるので、デジタル入力データを遅延させることなくリアルタイムでコンプレッション処理して出力することができる。
（３）構造がシンプルになる。
入力信号の振幅（  絶対値）  と基準値（＞０）によって、除数を管理するブロックと、その除数で入力信号の瞬時値を除算するブロックとで要部が構成されているのでシンプルな構成となる。
また、最大値を検出するためのシフトバッファのバッファサイズＮを調節することにより、所望のコンプレッション特性を容易に得ることができる。
また、上述した最大値で入力信号の瞬時値を除算するので、信号の増幅と振幅の抑制とが同時にできる。
以上のＦＳＫ復調処理において、その一部又は全ての処理を、ソフトエアによる処理と、ディスクリート部品を用いたハードウエアによる処理とを組みあわせて実現してもよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の請求項１のＦＳＫ復調方法によれば、入力されたＦＳＫ変調信号のマーク信号成分とスペース信号成分とを抽出する前に、入力されたＦＳＫ変調信号のマーク信号成分の信号レベルとスペース信号成分の信号レベルとを同一レベルに調整するコンプレッション処理を行うので、マーク信号成分とスペース信号成分との信号レベル差があっても、安定した復調処理が可能となった。
【００２５】
さらに、前記コンプレッション処理は、入力された最新のデジタル入力データを含むそれ以前のデジタル入力データの絶対値を、予め設定されたサンプル数分だけ常時更新しつつ蓄積しておき、最新のデジタル入力データが入力される毎に、前記蓄積されている所定サンプル数のデジタル入力データの内の最大値を検出し、その最大値で前記最新のデジタル入力データあるいは所定サンプル数だけ以前のデジタル入力データを除算して出力するコンプレッション処理方法としたので、上記効果の得られるＦＳＫ復調方法をＤＳＰを用いてソフトウエアで実現できるのでフレキシブルなシステムを実現することが容易になった。
【００２６】
請求項２のＦＳＫ復調装置によれば、マーク信号用帯域通過フィルタとスペース信号用帯域通過フィルタの前段に、入力されたＦＳＫ変調信号のマーク信号成分の信号レベルとスペース信号成分の信号レベルとを同一レベルに調整するコンプレッション処理装置を備えたので、マーク信号成分とスペース信号成分との信号レベル差があっても、安定した復調処理が可能となった。
【００２７】
さらに、前記コンプレッション処理装置は、入力された最新のデジタル入力データを含むそれ以前のデジタル入力データの絶対値を、予め設定されたサンプル数分だけ常時更新しつつ蓄積する蓄積手段と、蓄積されているデジタル入力データの絶対値の内の最大値を検出する検出手段と、入力された最新のデジタル入力データあるいは所定サンプル数だけ以前のデジタル入力データを前記最大値で除算して出力する演算手段と、を備えたコンプレッション処理装置としたので、上記構成の得られるＦＳＫ復調装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＦＳＫ復調装置の実施例のブロック図である。
【図２】前記ＦＳＫ復調装置に用いるコンプレッション処理装置のブロック図である。
【図３】シフトバッファの説明図である。
【図４】本発明にかかるＦＳＫ復調方法の全体フローチャートである。
【図５】コンプレッション処理方法の詳細フローチャートである。
【図６】従来のＦＳＫ復調装置の一例のブロック図である。
【符号の説明】
１    コンプレッション処理装置
２    マーク信号用帯域通過フィルタ
３    マーク信号用検波器
４    スペース信号用帯域通過フィルタ
５    スペース信号用検波器
６    逆極性合成器（  合成器）
７    コンパレータ
１１  絶対値出力手段（蓄積手段）
１２  シフトバッファ手段（蓄積手段）
１３  検出手段
１４  サイズ設定手段
１５  比較手段
１６  基準値設定手段
１７  演算手段
【図１】
0003605530.tif 000002
【図２】
0003605530.tif 000003
【図３】
0003605530.tif 000004
【図４】
0003605530.tif 000005
【図５】
0003605530.tif 000006
【図６】
0003605530.tif 000007