(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
FSK信号を入力し、該FSK信号の振幅を２値化する２値化手段と、
該２値化手段により２値化されたFSK信号を入力し、FSK変調により生成される２つの周波数成分うち一方の周波数にて相関値を得るための第１の相関信号列により、前記FSK信号の相関を求める第１の相関手段と、
前記２値化手段により２値化されたFSK信号を入力し、FSK変調により生成される２つの周波数成分うち他方の周波数にて相関値を得るための第２の相関信号列により、前記FSK信号の相関を求める第２の相関手段と、
前記第１および第２の相関手段の出力を演算してFSK信号を検出して出力する演算手段とを含み、
前記第１の相関手段は、
前記FSK信号を順次シフトする複数段の第１のシフトレジスタ手段と、
該第１のシフトレジスタ手段にそれぞれ接続され、前記第１の相関信号列との排他的論理和をそれぞれ演算する複数の第１の論理演算手段と、
該複数の第１の論理演算手段にて生成される前記排他論理和をそれぞれ加算する第１の論理和加算手段とを含み、
前記第２の相関手段は、
前記FSK信号を順次シフトする複数段の第２のシフトレジスタ手段と、
該第２のシフトレジスタ手段にそれぞれ接続され、前記第２の相関信号列との排他的論理和をそれぞれ演算する複数の第２の論理演算手段と、
該複数の第２の論理演算手段にて生成される前記排他論理和をそれぞれ加算する第２の論理和加算手段とを含み、
前記第１の論理演算手段は、
前記第１の相関手段の出力にそれぞれ−nを加算する第１の出力加算手段と、
該第１の出力加算手段の出力の絶対値を求める第１の絶対値変換手段と、
該第１の絶対値変換手段の出力を平均化する第１のローパスフィルタ手段とを含み、
前記第２の論理演算手段は、
前記第２の相関手段の出力にそれぞれ−nを加算する第２の出力加算手段と、
該第２の出力加算手段の出力の絶対値を求める第２の絶対値変換手段と、
該第２の絶対値変換手段の出力を平均化する第２のローパスフィルタ手段とを含み、
前記第１および第２のローパスフィルタ手段の出力の差を演算する差算手段とを含むことを特徴とするFSK信号検波器。
【請求項２】
請求項１に記載のFSK信号検波器において、前記差算手段の出力に、受信周波数のずれを補正する補正値加算手段を接続したことを特徴とするFSK信号検波器。
【請求項３】
請求項１に記載のFSK信号検波器において、該検波器は、前記２値化手段の前段に入力FSK信号の振幅変動成分を抑圧する振幅制限手段を設けたことを特徴とするFSK信号検波器。
【請求項４】
請求項１に記載のFSK信号検波器において、前記第１および第２のシフトレジスタ手段は、それぞれ供給されるクロックにしたがって変化することを特徴とするFSK信号検波器。
【請求項５】
請求項１に記載のFSK信号検波器において、前記第１および第２の相関信号列は、前記第１および第２のシフトレジスタ手段にそれぞれ供給されるクロックにしたがって変化する場合の変化幅に基づいて、FSK変調により生成される２つの周波数成分うちそれぞれの周波数の波長と同等の周期を有する相関信号列とすることを特徴とするFSK信号検波器。
【請求項６】
請求項１に記載のFSK信号検波器において、前記第１および第２の相関信号列は、前記第１および第２のシフトレジスタ手段にそれぞれ供給されるクロックにしたがって変化する場合の変化幅に基づいて、FSK変調により生成される２つの周波数成分うちそれぞれ、偶数の前記クロックにて得られる周波数の波長と同等の周期を有する相関信号列とすることを特徴とするFSK信号検波器。
【請求項７】
請求項１に記載のFSK信号検波器において、前記第１および第２の相関信号列は、前記第１および第２のシフトレジスタ手段のn段目のレジスタに該当する相関信号と、n+1段目のシフトレジスタに該当する相関信号の仮想的中間位置に想定される信号の位相が、前記第１および第２のシフトレジスタ手段に供給されるクロックにしたがって変化する場合の変化幅に基づいてFSK変調により生成される２つの周波数成分のうちそれぞれの周波数の位相と同位相関係もしくは180度反転した位相関係となる相関信号列とすることを特徴とするFSK信号検波器。
【請求項８】
請求項１に記載のFSK信号検波器において、前記第１および第２の相関信号列は、２値表現であり、１と０もしくは１と０に該当する値の数がそれぞれn個となる相関信号列とすることを特徴とするFSK信号検波器。
【請求項９】
請求項１に記載のFSK信号検波器において、前記第１の相関手段と前記第２の相関手段は、前記第１のシフトレジスタ手段と第２のシフトレジスタ手段とが一つの第３のシフトレジスタ手段として共有化され、
前記複数の第１および第２の論理演算手段は、それぞれ前記第３のシフトレジスタ手段にそれぞれ接続されていることを特徴とするFSK信号検波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、FSK（Frequency Shift Keying）信号を検波するFSK信号検波器に関し、特にデジタル処理によりFSK信号を検波するFSK信号検波器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、FSK信号をデジタル処理により検波するFSK信号検波器は、たとえば、発振器、2/π移相器および２つの乗算器で構成される直交検波回路を備えて、直交検波回路は、入力される受信IF信号を直交検波によりベースバンド信号であるＩ信号とＱ信号とに分解し、このＩ，Ｑ信号をそれぞれA/Dコンバータ（ADC）を用いて量子化することにより振幅情報を表わすデジタルデータを生成する。これらデータは、たとえばＩ，Ｑ信号の振幅とtan-1 θの関係を示すテーブルを備える位相検波器に入力されてＩ，Ｑ信号の振幅に対応する位相情報が生成される。そして、１シンボル遅延回路と位相推移判定回路とを用いて、Ｉ，Ｑ信号の振幅から得られる位相情報の１シンボル遅延差分を求めることにより、位相がどのように動いたかを検出し、検出信号を出力していた。
【０００３】
例えば、シンボルS1で位相θ1を検出し、その１シンボル後のシンボルS2で位相θ2を検出した場合に位相差分θ2−θ1が正であるとき、シンボルS1からS2へ移行する間に位相が進んだことになるので、シンボルS1に比べてシンボルS2での周波数が高くなったことになる。また、シンボルS1で位相θ1を検出し、その１シンボル後のシンボルS3で位相θ３を検出した場合に位相差分θ３−θ1が負であるとき、シンボルS1からS3へ移行する間に位相が遅れたことになるので、シンボルS1に比べてシンボルS3での周波数が低くなったことになる。このように、従来のFSK信号検波器では、シンボル間の位相偏移を周波数偏移に読み替えることによりFSK信号を周波数検波していた。
【０００４】
また、FSK信号を受信する受信回路構成を簡素化させるため、受信アナログ回路の出力を２値情報とし、デジタル信号処理により周波数成分を検出し、復調するものがあった。
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−３６９２４号公報
【特許文献２】特開２００５−１５１４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来のFSK信号検波器では、Ｉ，Ｑ信号の振幅情報を基礎として周波数を検波するため、雑音等によりＩ，Ｑ信号の振幅が変動する場合には、その振幅変動が周波数検波の特性に悪影響を及ぼすという問題があった。また、上記のFSK信号検波器では、A/Dコンバータ等の部品を必要とし、さらにはＩ，Ｑ信号の振幅情報を複数のビットを用いて表わすため回路構成が複雑化する等の問題があった。
【０００７】
また、特許文献２に記載のFSK信号検波器は、相関器にてあらかじめ有している周波数成分以外の信号を受けた場合、その信号に含まれる周波数成分だけでなく、入力信号の位相成分も同時に出力し、周波数成分の変動が無い場合であってもFSK信号検波器の出力が揺らいでしまうことが考えられる。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、FSK信号の振幅変動が周波数検波の特性に影響を与えず、揺らぎの影響を排除することのできるFSK信号検波器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】
【０００９】
本発明は上述の課題を解決するために、FSK信号を入力し、FSK信号の振幅を２値化する２値化手段と、２値化手段により２値化されたFSK信号を入力し、FSK変調により生成される２つの周波数成分うち一方の周波数にて相関値を得るための第１の相関信号列によりFSK信号の相関を求める第１の相関手段と、２値化手段により２値化されたFSK信号を入力し、FSK変調により生成される２つの周波数成分うち他方の周波数にて相関値を得るための第２の相関信号列によりFSK信号の相関を求める第２の相関手段と、第１および第２の相関手段の出力を演算してFSK信号を検出して出力する演算手段とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１および第２の相関手段の出力を演算してFSK信号を検出して出力する演算手段により、FSK変調による周波数成分が互いに逆位相になり、同位相の揺らぎ成分を打ち消して不要な揺らぎ成分を排除することができる。したがって、FSK変調による周波数成分のみを得て不要な揺らぎ成分による受信特性の劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に添付図面を参照して本発明によるFSK信号検波器の実施例を詳細に説明する。図１を参照すると、本実施例のFSK信号検出器10は、FSK信号12をデジタル処理により周波数検波して復調データ14を出力するものであり、FSK信号12を入力するリミッタアンプ20と、リミッタアンプ20の出力22と入力24とが接続されたコンパレータ26とを含む。なお、図１において、接続線に付した参照符号は同接続線に現れる信号を表わす。
【００１２】
コンパレータの出力28には、相関器30、加算器32、絶対値変換部34およびデジタルLPF（ローパスフィルタ） 36が順に直列接続されて、一系統の処理回路が形成されている。コンパレータの出力28にはさらに相関器40、加算器42、絶対値変換部44およびデジタルLPF 46が直列接続されて、他方の処理系統が形成されている。デジタルLPF 36,46の各出力78,80には差算器54が接続され、差算器54の出力56には復調データ14を出力する極性判定部58が接続される。
【００１３】
リミッタアンプ20には、高周波の受信信号から数MHzのIF受信信号にダウンコンバートされたFSK信号12が入力される。リミッタアンプ20は、FSK信号12の振幅を一定に制限してその振幅変動成分を抑圧する振幅制限回路である。これにより、振幅変動の影響を受けることなく周波数検波を行うことができる。リミッタアンプ20は、振幅変動成分を抑圧した信号をFSK信号22として出力する。
【００１４】
リミッタアンプ12に接続されているコンパレータ22は、リミッタアンプ20から出力されるFSK信号22の振幅を２値化する２値化回路である。具体的には、FSK信号12の中点レベルに略等しい中点電位が入力24に供給され、コンパレータ22は、この中点電位24とFSK信号12とを比較し、FSK信号12の振幅が中点電位24より大きい場合には”1”の値となり、小さい場合には”0”の値となるFSK信号28を生成して出力する。これにより、コンパレータ26以降の回路では、FSK信号を振幅が”1”,”0”の２値化信号として取り扱うことができる。
【００１５】
コンパレータ26の出力28に接続された相関器30,40は、所定の規則性を有する相関信号系列との相関を求める回路である。相関器30は図２にその内部構成例を示すように、2n段のシフトレジスタ200、排他的論理和(EXOR)を演算する複数の演算回路202および加算器204を含む。
【００１６】
コンパレータ26に接続されているシフトレジスタ200は、2n段のレジスタからなるシフトレジスタであり、外部から供給されるクロックCLK（図示せず）に従って、FSK信号28を順次入力し、入力したFSK信号を各レジスタ素子（1,...n,n+1,...,2n）に順次シフトするものである。ここで、FSK信号56の中心周波数をfIF、最大周波数偏移を±Δfd、プラス側に周波数偏移したときの周波数をfIF+（fIF+＝fIF＋Δfd）、マイナス側に周波数偏移したときの周波数をfIF-（fIF-＝fIF−Δfd）とすると、クロックCLKの周波数（動作クロック周波数）fCLKは、後述するように（fCLK／fIF-）−（fCLK／fIF+）≧８を満足する値に設定するとよい。
【００１７】
また、2n段シフトレジスタ200の段数2nは、本実施例では、2n≒fCLK／fIF-に設定される。ただし、この式は、商が偶数の場合にはその商を2nとし、それ以外の場合にはその商に最も近い偶数を2nとすることを示すものとする。この場合、2n段シフトレジスタ14は、FSK信号56が周波数fIF-に周波数偏移されているときは、FSK信号56の略１周期分を格納することができ、FSK信号56が周波数fIF+に周波数偏移されたときは、クロックCLKの周波数fCLKが（fCLK／fIF-）−（fCLK／fIF+）＝８を満足するように選定されている場合には、FSK信号の略（１＋8fIF+/fCLK）周期分を格納することができる。
【００１８】
2n段シフトレジスタ200を構成するレジスタのうち第１段目〜第2n段目のレジスタから出力されるFSK信号206-1〜206-2nは、複数の演算回路202を介して加算器204に接続されている。
【００１９】
複数の加算器204は、第１段目〜第2n段目の各レジスタ素子から出力されるFSK信号206-1〜206-2nと、それぞれ入力される相関信号列(Cn〜C2n)との排他的論理和を演算して、その演算結果をFSK信号208-1〜208-2nとして加算器204へ出力する。
【００２０】
また、相関器40の内部構成例を図３に示す。相関器40は図２に示した相関器30の各構成と同様に、2n段のシフトレジスタ300、排他的論理和(EXOR)を演算する複数の演算回路302および加算器304を含む。相関器40は、演算回路302に相関信号列(Dn〜D2n)が入力される点で図２に示した相関器30とは異なるが、その他の構成については同様の構成でよいのでその詳細説明を省略する。
【００２１】
ここで相関信号列(Cn〜C2n,Dn〜D2n)は次の規則性を有する信号列であるとする。以下では説明のため次の信号列を用いる。まず、変調信号“０”を有するFSK信号の周波数成分をfIF-[Hz]とし、変調信号“１”を有するFSK信号の周波数成分をfIF+[Hz]とし、変調速度をD_r[Hz]とする。FSK周波数検出器として、fIF-＝D_rの関係があり、2ｎ段のシフトレジスタ200の時間長をFSK信号の１シンボル長(Ts)と同じにする。
【００２２】
本実施例で用いる相関信号列は以下の条件を満たすものである。これら条件を満たす相関信号列を図４および図５に示す。図４には、相関信号列(C1〜Cn＋1）間の仮想的な位相と、相関信号列(D1〜Dn＋1）間の仮想的な位相を同位相としている場合の周波数成分fIF-,fIF+の波形と、シンボル長と、相関信号列(C1〜C2n）との関係を示している。また図５には、相関信号列(C1〜Cn＋1）間の仮想的な位相と、相関信号列(D1〜Dn＋1）間の仮想的な位相を逆位相としている場合の周波数成分fIF-,fIF+の波形と、シンボル長と、相関信号列(C1〜C2n）との関係を示している。
【００２３】
詳しくは、相関器30内にある相関信号列(C1〜C2n、以降C列と呼ぶ)は、2nを一波長とし、１もしくは０にて表現された周期波形となる。また相関器40内にある相関信号列(D1〜D2n、以降D列と呼ぶ)は、周波数成分fIF+と同様の波長に相当する周期となる必要があり、2n*fIF-/fIF+を一波長とし、１もしくは０にて表現される周期波形となる。ただし、2n*fIF-/fIF+が整数にならない場合は、2n*fIF-/fIF+に近い偶数とする。
【００２４】
これらを前提として、C列内の１の数及び０の数はそれぞれ同数のn個であり、D列内の１の数及び０の数はそれぞれ同数のn個の同数であることを第１の条件とする。これらは必然的に、１から０へ位相が変化するポイント（時間t1）、もしくは０から１へ位相が変化するポイント（時間t2）が図４および図５にそれぞれ示すようにDnとDn+1との間に存在することとなる。さらに第２の条件として、C列の中心であるCnとCn+1との間の位相と、D列の中心であるDnとDn+1との間の位相は、同一の関係、もしくは180度反転した関係とする。これは相関器30,40の後段に後述する絶対値変換部34,44をそれぞれ接続し、C列の中心とD列の中心の位相関係が180度反転している場合でも各絶対値変換部34,44から同一の値を出力するためである。
【００２５】
図２に戻って、加算器204は、複数の演算回路202から出力されるFSK信号208-1〜208-2nのうち値が”1”のFSK信号の数を算出し、算出した数を示す周波数検波出力210を出力する。この値が”1”のFSK信号の数は、シフトレジスタ200の１段目〜ｎ段目の各レジスタに格納されているFSK信号のうち値が”1”のFSK信号の数と、第n+1段目〜第2n段目の各レジスタに格納されているFSK信号のうち値が”0”のFSK信号の数との合計に等しい。図３に示す加算器304も同様に、相関信号列(Dn〜D2n)がそれぞれ与えられる複数の演算回路302から出力されるFSK信号308-1〜308-2nのうち、値が”1”のFSK信号の数を算出し、算出した数を示す周波数検波出力310を出力する。加算器204,304の出力210,310はそれぞれ相関器30,40の出力を形成し、それぞれ加算器32,42（図１）に接続されている。
【００２６】
図１に戻って、加算器32,42の出力70,72には、絶対値変換部34,44が接続され、絶対値変換部34,44の出力74,76にはそれぞれデジタルLPF 36,46がそれぞれ接続され、デジタルLPF 36,46の各出力78,80は差算器54に接続されている。
【００２７】
加算器32は、相関器30から出力される周波数検波出力210に−ｎを加算する加算回路であり、周波数検波出力210からｎを減算して、その演算結果を周波数検波出力70として出力する。これにより、周波数検波出力70は、変化幅の中点を０とする波形に変換される。
【００２８】
一方の加算器32の出力70に接続された絶対値変換部34は、加算器32から出力される周波数検波出力70の絶対値を算出し、これを周波数検波出力74として出力する。
【００２９】
絶対値変換部34の出力74に接続されたデジタルLPF 36は、絶対値変換部34から出力される周波数検波出力74をFSK信号の１シンボル時間Tsで１シンボル区間幅の移動平均をとるローパスフィルタである。デジタルLPF 36は、周波数検波出力74を振幅がFSK信号の周波数偏移に応じて変化する周波数検波信号に変換して出力78に出力する。デジタルLPF 36の出力78は差算器54のプラス（＋）側入力に接続されている。
【００３０】
他方の加算器32の出力72には同様に絶対値変換部44が接続され、絶対値変換部44は周波数検波出力72の絶対値を算出し、これを周波数検波出力76として出力する。絶対値変換部44の出力76にはデジタルLPF 46が接続され、デジタルLPF 46は、周波数検波出力76をFSK信号の周波数偏移に応じて振幅が変化する周波数検波信号に変換して出力80に出力する。デジタルLPF 46の出力80は差算器54のマイナス（−）側入力に接続されている。
【００３１】
差算器54は、デジタルLPF 36から出力される周波数検波信号をプラス（＋）側入力78に入力し、デジタルLPF 46から出力される周波数検波信号をマイナス（−）側入力80に入力し、これら２つの周波数検波信号78,80の差を求める演算回路である。差算器54は、求めた値を出力56に出力する。
【００３２】
差算器54の出力56は極性判定部58に接続され、極性判定部58は、差算器54の出力値の極性（＋または−）を判定し、判定に応じた復調データを生成する。極性判定部58は、判定により生成した復調データを出力14に出力する。
【００３３】
上記前提および各条件を満たすことにより、デジタルLPF 36およびデジタルLPF 46の出力波形の関係は、図６および図７に示す関係と同様に、FSK変調による周波数成分が互いに逆位相になりながら、デジタルLPF内部で保持する絶対値変換部34,44の出力の数が絶対値変換出力74,76の波形の周期の整数倍にならないことにより生じる揺らぎ成分は同位相になる。したがって、これらデジタルLPF 36,46の出力をそれぞれ差算器54に入力し、一方を極性反転し加算、つまり出力78から出力80を減算することにより、FSK変調による周波数成分は強調しあって２倍になり、不要な揺らぎ成分は逆極性となって打ち消しあうので揺らぎ成分が排除される。これらの結果としてFSK変調による周波数成分のみがたとえば図８に示す出力56として得られ、さらに極性判定部58の出力14がたとえば図９に示すように得られる。このように、受信特性を劣化させる揺らぎ成分を排除することが可能となる。
【００３４】
次にFSK信号検波器の他の実施例を図10を参照して説明すると、図示するように本実施例におけるFSK信号検出器82は、差算器54の出力56に加算器84を接続し、加算器84の出力88に極性反転部58を接続した構成である。その他の同一参照符号で示す各構成については図１に示した構成要素とそ同様の構成でよいのでその説明を省略する。
【００３５】
加算器84は、受信装置と送信装置の基準周波数が異なった場合に受信周波数のずれを補正するように、外部より与えられる補正値86を差算器54の出力56に加算する。この構成により図１に示した実施例における効果に加えて、受信特性の劣化をさらに防止することができる。
【００３６】
次に、図１および図10に示した各実施例における各相関器30,40を一体構成とした場合の構成例を図11を参照して説明する。図示するように本実施例における相関器90は、2n段のシフトレジスタ92を一つ備えて、この共有化したシフトレジスタ92に各演算回路202,302を介してそれぞれ加算器204,304を接続した構成である。本実施例においても、図２および図３に示す構成と同様の構成には同一の参照符号で示している。
【００３７】
相関器90をこのように構成することにより、相関器90の回路規模を小さくすることができる。この相関器90を図１および図10に示したFSK信号検出器に適用した構成例をそれぞれ図12および図13に示す。これら図12および図13に示す各FSK信号検出器1200,1300は、図１および図10に示したFSK信号検出器による効果に加えて、回路規模の小さなFSK信号検出器を実現している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明が適用されたFSK信号検出器の実施例を示すブロック図である。
【図２】相関器の構成例を示すブロック図である。
【図３】相関器の構成例を示すブロック図である。
【図４】相関信号列(C1〜Cn＋1）間および相関信号列(D1〜Dn＋1）間の仮想的な位相を同位相とする場合の周波数成分fIF-,fIF+の波形と、シンボル長と、相関信号列(C1〜C2n）との関係を示す図である。
【図５】相関信号列(C1〜Cn＋1）間および相関信号列(D1〜Dn＋1）間の仮想的な位相を逆位相とする場合の周波数成分fIF-,fIF+の波形と、シンボル長と、相関信号列(C1〜C2n）との関係を示す図である。
【図６】デジタルLPFの出力波形例を示す図である。
【図７】デジタルLPFの出力波形例を示す図である。
【図８】差算器の出力波形例を示す図である。
【図９】極性反転部の出力波形例を示す図である。
【図１０】FSK信号検出器の他の実施例を示すブロック図である。
【図１１】相関器の構成例を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示す相関器が適用されたFSK信号検出器の他の実施例を示すブロック図である。
【図１３】図１１に示す相関器が適用されたFSK信号検出器の他の実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３９】
10  FSK信号検出器
20  リミッタアンプ
26  コンパレータ
30,40  相関器
32,42  加算器
34,44  絶対値変換部
36,46  デジタルLPF
54  差算器
58  極性反転部
【図１】
0004705447.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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