(57)【要約】【課題】従来技術の問題点である周波数検出までに要する時間が長いことを解決し、検出までに要する時間を短縮できるような周波数検出方法を提供することにある。【解決手段】入力信号をサンプリング周波数ｆでサンプリングして蓄積データとし、これから所定の読み出し時間Ｔ＝Ｎ×１／ｆに含まれる単位サンプリング数Ｎのサンプリングデータを得て、サンプリングデータを順次取り出して得られる複数のサンプリングデータの各々に対し高速フーリエ変換の処理を順次行い、各々の検出結果が予め定められたＭ回連続して所定の周波数成分が有りとする判定処理を行う周波数検出方法であって、所定の読み出し時間Ｔは、主読み出し時間（Ｔ−ｔ）とこれに続く付加読み出し時間ｔとにより形成され、所定の読み出し時間Ｔを順次ｔだけシフトしてサンプリングデータを順次Ｍ回取り出して得られる各回のサンプリングデータに対して、高速フーリエ変換の各回の処理を行う。【選択図】      図１
2005181177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムに適用され、ディジタル信号処理集積回路を用いて高速フーリエ変換による周波数解析を行う方法として、入力信号に含まれる所定の周波数成分の有無を検出するため、前記入力信号をサンプリング周波数ｆでサンプリングして蓄積データとし、該蓄積データから所定の読み出し時間Ｔ＝Ｎ×１／ｆに含まれる単位サンプリング数Ｎのサンプリングデータを得て、前記蓄積データから前記所定の読み出し時間Ｔのサンプリングデータを順次取り出して得られる該複数のサンプリングデータの各々に対し前記高速フーリエ変換の処理を順次行い、該順次複数回の処理で得られた各々の検出結果が予め定められたＭ回連続して前記所定の周波数成分が有りを示していたときに当該所定の周波数成分が存在しているとする判定処理を行う周波数検出方法であって、
前記所定の読み出し時間Ｔは、主読み出し時間（Ｔ−ｔ）と該主読み出し時間（Ｔ−ｔ）に続く付加読み出し時間ｔとにより形成され、該所定の読み出し時間Ｔを順次ｔだけシフトして前記サンプリングデータを順次Ｍ回取り出して得られる各回のサンプリングデータに対して、前記高速フーリエ変換の各回の処理を行うことを特徴とする周波数検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタル信号処理集積回路（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  ＰｒｏｃｅｓｓｏｒＬＳＩ；以下ＤＳＰ）を用いて高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；以下ＦＦＴ）による音声帯域信号の周波数解析の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術は、受信部と、Ａ／Ｄ（アナログ・ディジタル変換器）と、ＤＳＰとを備え、時系列的に受信する信号に対して、周波数系列のデータを得る周波数解析法として、ＦＦＴの処理を用いるものがある。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２４３８５６号公報（段落「０００３」）
【０００３】
図２に従来の周波数検出方法が行われる回路ブロック図を示す。
１０は入力されるアナログのトーン信号をサンプリングしてディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器、２０はＡ／Ｄ変換器に入力されるアナログ値をサンプリングしてディジタル値に変換するためのサンプリングタイミングを出力するサンプリングクロック発生器、３０はＦＦＴ処理のための関連動作を掌るＤＳＰ、４０は論理レベルの検出信号を出力する外部Ｉ／Ｏ部、５０はＤＳＰの処理プログラムを格納するＦＬＡＳＨ  ＲＯＭ部、ＤＳＰ３０にあって、３１はＡ／Ｄ変換器の時系列の出力データを一時蓄えて蓄積データとするデータバッファ部、３２はＦＦＴ演算処理を行うＦＦＴ処理部、３３はＦＦＴ処理部３２の処理結果が所定の連続回数を検出したかの判定する判定部、３４はＦＦＴ演算処理部３２の演算処理の処理間隔を規制するタイマ部である。
次に、図２の動作概要を説明する。入力されるトーン信号は、Ａ／Ｄ変換器１０で、サンプリングクロック発生器２０からのサンプリングタイミングによって、ディジタル値に変換される時系列のデータとなり、データバッファ部３１に蓄積データとして一旦蓄積される。ＦＦＴ処理部３２は、データバッファ部３１に蓄積される時系列の蓄積データから必要サンプル数を読み出して読出しデータとし、ＦＦＴ処理１回分の読出しデータのサンプリングデータとして入力され、このサンプリングデータに対し処理間隔タイマ部３４からの１回当りのサンプリングデータの読出し時間に等しいタイミングにＦＦＴ演算処理が行われる。
ＦＦＴ演算処理が行われた結果は周波数軸上でのレベルを表わすデータとして出力され、判定部３３に入力される。判定部３３では所定の周波数成分が所定のレベル以上であるかの有無、更に、所定のレベル以上の有りが所定の複数Ｍ回数連続して検出されるか判定を行って、外部Ｉ／Ｏ部を経由して２値の論理値の検出信号として出力される。
更に、図３はＦＦＴ処理の変換概念を示した図である。図３−（Ａ）の図はトーン信号の実時間波形、即ち時間の経過に従った振幅の変化を表わす入力波形である。図３−（Ｂ）の図は、（Ａ）図をＦＦＴ処理した結果としてトーン信号の周波数スペクトラムの振幅レベル、即ち各周波数の周波数成分の含まれ度合いを表わす周波数解析結果の波形図である。この処理結果から所定の周波数成分の有無及びレベルの各判定を行う。
【０００４】
図４に従来技術のＦＦＴ処理のタイムチャートの具体例を示し、説明は図２をも参照して行う。
Ａ／Ｄ変換１０では、サンプリングクロック発生器２０で発生する６．４ｋＨｚのサンプリングクロック周期でアナログのトーン信号がＡ／Ｄ変換され、その出力であるディジタル符号化されるデータは、データバッファ部３１に所定量の時系列データとして蓄積される蓄積データとなる。
先ず、データバッファ部３１からは、蓄積データ１０１の４０ｍＳ分のデータ１０１ａである２５６個の読出データ１０２が1回目分として読み出されてサンプリングデータ１０２ａとし、読み出される1回目サンプリングデータ１０２ａはＦＦＴ処理部３２へ入力され、１回目分のＦＦＴ演算処理が行われる。1回目の４０ｍＳの最後のタイミング時には第1回目の周波数解析の周波数スペクトラム成分結果が得られる。この時間４０ｍＳは、ＦＦＴ演算処理の処理間隔でもある。判定部３３では、所定周波数成分のレベルが所定レベル以上であるかの判定を行って、第１回目判定１０３ａの結果が得られる。
次に第２回目のＦＦＴ演算処理も同様にして、データバッファ部３１から次の４０ｍＳ分のデータ１０１ｂである２５６個の読出データ１０２が２回目分として読み出して２回目である新たなサンプリングデータ１０２ｂとし、２回目のサンプリングデータ１０２ｂはＦＦＴ処理部３２へ入力され、２回目分のＦＦＴ演算処理が行われる。２回目の４０ｍＳの最後のタイミング時には第２回目の周波数解析の周波数スペクトラム成分結果が得られる。判定部３３では、所定周波数成分のレベルが所定レベルであるかの判定を行って、第２回目判定１０３ｂの結果が得られる。
更に、第３回目のＦＦＴ演算処理も同様にして３回目分のＦＦＴ演算処理が逐次行われる。３回目の４０ｍＳの最後のタイミング時には第３回目の周波数解析の周波数スペクトラム成分結果が得られる。所定周波数成分のレベルが所定レベルであるかの判定を行って、第３回目判定１０３ｃの結果が得られる。
３回目の４０ｍＳの最後のタイミング時、即ち最初からは１２０ｍＳのタイミング時となり、ここでは３回分連続する周波数スペクトラム成分結果が得られるので、３回連続して所定の周波数成分「あり」と判定されるならば、真に所定の周波数成分「あり」と見做し、検出信号「あり（論理値；Ｈ）」を出力する。この１２０ｍＳでの検出タイミングが最短検出タイミング１０４となる。
このように、入力信号に含まれる所定の周波数成分の有無を検出するため、入力信号をサンプリング周波数ｆでサンプリングして蓄積データとし、蓄積データから所定の読み出し時間Ｔ＝Ｎ×１／ｆに含まれる単位サンプリング数Ｎのサンプリングデータを得て、蓄積データから所定の読み出し時間Ｔのサンプリングデータを順次取り出して得られる複数のサンプリングデータの各々に対し高速フーリエ変換の処理を順次行い、順次複数回の処理で得られた各々の検出結果が予め定められたＭ回連続して所定の周波数成分が有りを示していたときに所定の周波数成分が存在しているとする判定処理を行う周波数検出方法である。
以上のような場合は、トーン信号が無線回線などに載せられて伝送されるとき、その伝送品質が比較的よい場合として検出されるが、伝送品質が悪くなり、トーン信号に雑音が重畳されるようなときには、ディジタル符号には誤りビットが含まれ、このようなときには、４回目以降で３回連続して所定の周波数成分「あり」を判定さることがあり、そのようなときには１２０ｍＳ以上の時間を要してしまう。
ここでのＤＳＰによるＦＦＴを用いた周波数解析の処理は、サンプリング周波数（ｆ）と単位サンプリング数（Ｎ）とすれば、１回当たりのサンプリングデータの所定の読出し時間Ｔは、Ｔ＝Ｎ×１／ｆを要し、かつ、１回のＦＦＴ処理間隔も時間Ｔに等しく行われ、確実に所定の周波数であると判定するために予め定められたＭ回連続の判定処理を経て検出とする処理である。従って、検出タイミングは最短で［Ｍ×Ｔ］の処理時間を要す。
具体例での最短検出時間は、Ｔ＝Ｎ（２５６個）×１／ｆ（６．４ｋＨｚ）＝４０ｍＳであるので連続Ｍ＝３回の計算で１２０ｍＳとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上説明した、従来の周波数検出方法では、検出タイミングは最短で［Ｍ×Ｔ］の時間を要するので、Ｍ＝３と設定するときの最短検出時間例では１２０ｍＳとなり、プレストーク方式のような無線システムにおいて、音声に重畳して制御に用いるトーン信号が送信される場合、受信側ではトーン信号の検出が音声に比較して遅れると、音声の頭（話頭）切れが生じてしまう問題が起こり、この現象を避けるにはトーン信号の検出時間を短く（１００ｍＳ以下）する必要が生じた。
【０００６】
本発明の目的は、従来技術の問題点である周波数検出までに要する時間が長いことを解決し、検出までに要する時間を短縮し、多数の周波数を制御などに用いる無線通信システムに適用できるような周波数検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、周波数検出方法は、無線通信システムに適用され、ディジタル信号処理集積回路を用いて高速フーリエ変換による周波数解析を行う方法として、入力信号に含まれる所定の周波数成分の有無を検出するため、前記入力信号をサンプリング周波数ｆでサンプリングして蓄積データとし、該蓄積データから所定の読み出し時間Ｔ＝Ｎ×１／ｆに含まれる単位サンプリング数Ｎのサンプリングデータを得て、前記蓄積データから前記所定の読み出し時間Ｔのサンプリングデータを順次取り出して得られる該複数のサンプリングデータの各々に対し前記高速フーリエ変換の処理を順次行い、該順次複数回の処理で得られた各々の検出結果が予め定められたＭ回連続して前記所定の周波数成分が有りを示していたときに当該所定の周波数成分が存在しているとする判定処理を行う周波数検出方法であって、
前記所定の読み出し時間Ｔは、主読み出し時間（Ｔ−ｔ）と該主読み出し時間（Ｔ−ｔ）に続く付加読み出し時間ｔとにより形成され、該所定の読み出し時間Ｔを順次ｔだけシフトして前記サンプリングデータを順次Ｍ回取り出して得られる各回のサンプリングデータに対して、前記高速フーリエ変換の各回の処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明を実施すれば、従来の方法での検出時間が最短検出時間例では１２０ｍＳであるのに対し、本発明の方法での検出時間が最短検出時間例では３０ｍＳである。このように検出時間が最短で１／４のように短縮されて制御などが完了するので、音声の頭（話頭）切れが生じてしまうことはなくなった。
更に、同時に多数の周波数（例えば６４波）を用いて制御させ、データ確立後できるだけ速く制御が完了しなければならないような無線通信システムに適用される場合のように、システムへの適用範囲が格段に広がり、本発明は極めて有用であり、特殊効果を発揮するものであることは明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の周波数検出方法を実現する回路ブロック図は、図２に示した従来技術の回路ブロック図に同じであるので回路構成の説明は省略する。
本発明の動作例は図２において、入力されるトーン信号は、Ａ／Ｄ変換器１０で、サンプリングクロック発生器２０からのサンプリングタイミングによって、ディジタル値に変換される時系列のデータとなり、データバッファ部３１に蓄積データとして一旦蓄積される。ＦＦＴ処理部３２は、データバッファ部３１に蓄積される時系列の蓄積データから必要サンプル数を読み出して読出しデータとし、ＦＦＴ処理１回分の読出しデータのサンプリングデータとして入力され、このサンプリングデータに対し処理間隔タイマ部３４からの１回当りのサンプリングデータの読出し時間以下のタイミングでＦＦＴ演算処理が行われる。
ＦＦＴ演算処理が行われた結果は周波数軸上でのレベルを表わすデータとして出力され、判定部３３に入力される。判定部３３では所定の周波数成分が所定のレベル以上であるかの有無、更に、所定のレベル以上の有りが所定の複数Ｍ回数連続して検出されるか判定を行って、外部Ｉ／Ｏ部を経由して２値の論理値の検出信号として出力される。
【００１０】
図１に本発明の周波数検出方法の実施例としてのタイムチャートを示し、図２ブロック図と共に参照して説明する。
Ａ／Ｄ変換１０では、サンプリング周波数（ｆ）６．４ｋＨｚのサンプリングクロックでＡ／Ｄ変換され、その出力であるディジタル符号化されるデータ系列は、データバッファ部３１に時系列の蓄積データ１として予め適量のデータが蓄積される。
先ず、データバッファ部３１からは、蓄積データ１のうち取り出される読出し時間Ｔの１／４の新規データ１０ｍＳ分のデータ１ａに取り出される読出し時間Ｔの３／４の過去データ３０ｍＳ分のデータ１ｘを合わせた２５６個、４０ｍＳの読出データ２が1回目分として読み出されてサンプリングデータ２ａとし、読み出される1回目サンプリングデータ２ａはＦＦＴ処理部３２へ入力され、１回目分のＦＦＴ演算処理が行われる。1回目の１０ｍＳの最後のタイミング時には第1回目の周波数解析の周波数スペクトラム成分結果が得られる。この時間１０ｍＳは、ＦＦＴ演算処理の処理間隔でもある。判定部３３では、所定周波数成分のレベルが所定レベル以上であるかの判定を行って、第１回目判定３ａの結果が得られる。
次に第２回目のＦＦＴ演算処理も同様にして、データバッファ部３１から新たな新規データ１０ｍＳ分のデータ１ｂと新たな過去データ３０ｍＳ分を合わせた２５６個、４０ｍＳの読出データ２が２回目分として読み出して２回目である新たなサンプリングデータ２ｂとし、２回目のサンプリングデータ２ｂはＦＦＴ処理部３２へ入力され、２回目分のＦＦＴ演算処理が行われる。２回目の１０ｍＳの最後のタイミング時には第２回目の周波数解析の周波数スペクトラム成分結果が得られる。判定部３３では、所定周波数成分のレベルが所定レベルであるかの判定を行って、第２回目判定３ｂの結果が得られる。
更に、第３回目のＦＦＴ演算処理も同様にして、３回目分のＦＦＴ演算処理が新たな新規データ１０ｍＳ分のデータ１ｃと新たな過去データ３０ｍＳ分を合わせた２５６個、４０ｍＳの読出データ２が３回目分として読み出して３回目である新たなサンプリングデータ２ｃとし、このサンプリングデータ２ｃに対してＦＦＴ処理が行われる。３回目の１０ｍＳの最後のタイミング時には第３回目の周波数解析の周波数スペクトラム成分結果が得られる。所定周波数成分のレベルが所定レベルであるかの判定を行って、第３回目判定３ｃの結果が得られる。
３回目の１０ｍＳの最後のタイミング時、即ち処理開始である最初からは３０ｍＳのタイミング時となり、ここでは３回分連続する周波数スペクトラム成分結果の各回目判定３ａ、３ｂ、３ｃが得られるので、３回連続して所定の周波数成分「あり」と判定されるならば、真に所定の周波数成分「あり」と見做し、検出信号「あり（論理値；Ｈ）」を出力する。この３０ｍＳでの検出タイミングが最短検出タイミング４となる。
【００１１】
以上のように、無線通信システムに適用され、ディジタル信号処理集積回路を用いて高速フーリエ変換による周波数解析を行う方法として、入力信号に含まれる所定の周波数成分の有無を検出するため、入力信号をサンプリング周波数ｆでサンプリングして蓄積データとし、蓄積データから所定の読み出し時間Ｔ＝Ｎ×１／ｆに含まれる単位サンプリング数Ｎのサンプリングデータを得て、蓄積データから所定の読み出し時間Ｔのサンプリングデータを順次取り出して得られる複数のサンプリングデータの各々に対し高速フーリエ変換の処理を順次行い、順次複数回の処理で得られた各々の検出結果が予め定められたＭ回連続して所定の周波数成分が有りを示していたときに所定の周波数成分が存在しているとする判定処理を行う周波数検出方法であって、所定の読み出し時間（Ｔ＝４０ｍＳ）は、主読み出し時間〔Ｔ−ｔ（１０ｍＳ）＝３０ｍＳ〕と該主読み出し時間（３０ｍＳ）に続く付加読み出し時間（ｔ＝１０ｍＳ）とにより形成され、所定の読み出し時間（Ｔ＝４０ｍＳ）を順次（ｔ＝１０ｍＳ）だけシフトしてサンプリングデータを順次（Ｍ＝３）回取り出して得られる各回のサンプリングデータに対して高速フーリエ変換の各回の処理を行い、このＭ及びｔの値から計算されるＭ×ｔ＝３×１０ｍＳ＝３０ｍＳとなる検出タイミングが最短検出タイミングとなる周波数検出方法である。
なお前記実施例は、トーン信号が無線回線などに載せられて伝送されたとき、その伝送品質が比較的よい場合として検出される例であるが、伝送品質が悪くなり、トーン信号に雑音が重畳されるようなとき、あるいは電界強度が落ちてくるような場合には、ディジタル符号には誤りビットが含まれ、このようなときには、４回目以降の読出しデータ２ｄ、２ｅ・・・を用いた周波数解析の結果からの３回連続して所定の周波数成分「あり」を判定されることがあり、そのようなときには３０ｍＳ以上の時間を要することになるが、信号の性質が同一であれば、従来技術に比較して時間短縮された、速い検出であることには変わりがない。
入力されるトーン信号の中から、多数の異なる周波数を解析して検出するような多量の処理を行う場合は、さらに累積短縮時間が大きくなることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
本発明は、トーン信号から任意の周波数を検出して機器制御などを行うシステムに適用する場合として、移動通信又は固定通信に用いられる無線通信システムに適用されて通信事業等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の周波数検出方法の動作タイミングチャート図である。
【図２】従来技術及び本発明に用いる周波数検出の回路概念のブロック図である。
【図３】従来技術のＦＦＴによる周波数解析の概念図である。
【図４】従来技術の周波数検出方法の動作タイミングチャート図である。
【符号の説明】
【００１４】
１、１０１  蓄積データ
１ａ、１ｂ、１ｃ、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ  新規データ
２  読出しデータ
２ａ、２ｂ、２ｃ、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ  サンプリングデータ
３ａ、３ｂ、３ｃ、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ  第（１、２、３、・・・）回目判定
４、１０４  最短検出タイミング
１０  Ａ／Ｄ変換器
２０  サンプリングクロック発生器
３０  ＤＳＰ
３１  データバッファ部
３２  ＦＦＴ処理部
３３  判定部
３４  処理間隔タイマ部
４０  外部Ｉ／Ｏ部
５０  ＦＬＡＳＨ  ＲＯＭ部
【図１】
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【図２】
2005181177.tif 000004
【図３】
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【図４】
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