(57)【要約】【課題】ベースバンド信号に含まれるシンボルクロック成分が小さい場合にも精度よく変調レートを検出する。【解決手段】無線信号を受信して得られるベースバンド信号の振幅の最大値を調整する振幅調整部と、振幅を調整されたベースバンド信号のロールオフ率を変更するフィルタと、ロールオフ率を変更されたベースバンド信号の電力を求めて電力信号として出力する電力計算部と、時間領域の信号である電力信号を周波数領域の信号に変換するフーリエ変換部と、周波数領域の信号から周波数軸上のピークを検出するピーク検出部と、を備える。【選択図】          図１
2017200096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を受信して得られるベースバンド信号の振幅の最大値を調整する振幅調整部と、
前記振幅を調整されたベースバンド信号のロールオフ率を高く変更するフィルタと、
前記ロールオフ率を変更されたベースバンド信号の電力を求めて電力信号として出力する電力計算部と、
時間領域の信号である前記電力信号を周波数領域の信号に変換するフーリエ変換部と、
前記周波数領域の信号から周波数軸上のピークを検出するピーク検出部と、
を備えることを特徴とする変調レート検出器。
【請求項２】
検出された前記ピークの周波数に基づいて、前記フィルタの通過帯域幅を制御するフィルタ制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の変調レート検出器。
【請求項３】
前記フィルタ制御部は、複数の前記ピークが検出された場合に、前記通過帯域幅を検出された最小の変調レートに応じた周波数帯域にする制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の変調レート検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はデジタル変調された無線信号を受信する受信器に適用される変調レート検出技術に関わる。
【背景技術】
【０００２】
デジタル変調された無線信号を受信する場合、変調レートに合わせて設計された受信フィルタ等を用いて受信する。しかし、変調レートが可変のシステムであるなど、変調レートが不明な信号を受信する場合、まず変調レートを検出する必要がある。無線信号からその信号の変調レートを検出する方法として、無線信号を受信した受信信号を直交検波して得られるベースバンド信号の同相成分と直交成分をそれぞれ２乗して加算し、ローパスフィルタで高域成分を除去した後にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理して、ＦＦＴ処理後の周波数領域の信号においてピークが検出される周波数を変調レートとする方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７３７６２０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
情報を基準信号の位相にマッピングするＰＳＫ（Phase Shift Keying）では、帯域外電力の抑圧、波形整形のためにナイキストフィルタが用いられる。さらに、送信信号の占有帯域幅を小さくして周波数利用効率を上げるために、ロールオフ率の小さいフィルタによって波形整形が行われる。上述の変調レート検出方法を適用した従来の変調レート検出器は、ベースバンド信号に含まれるシンボルクロックの成分を検出するものであるが、ＰＳＫでロールオフ率が小さい波形整形フィルタが用いられている場合（信号のロールオフ率が小さい場合）、ベースバンド信号に含まれるシンボルクロックの成分が小さくなり、このため、雑音やタイミングジッタの影響を受けやすく、変調レートの検出性能が低下する可能性がある。
【０００５】
また、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）などのような定包絡信号の場合には、ベースバンド信号にシンボルクロックの成分が含まれないため、従来の変調レート検出器では変調レートを検出することができない。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、ベースバンド信号に含まれるシンボルクロックの成分が小さい場合にも変調レートを検出することが可能な変調レート検出器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の変調レート検出器は、無線信号を受信して得られるベースバンド信号の振幅の最大値を調整する振幅調整部と、振幅を調整されたベースバンド信号のロールオフ率を高く変更するフィルタと、ロールオフ率を変更されたベースバンド信号の電力を求めて電力信号として出力する電力計算部と、時間領域の信号である前記電力信号を周波数領域の信号に変換するフーリエ変換部と、周波数領域の信号から周波数軸上のピークを検出するピーク検出部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の変調レート検出器によれば、上述のように構成したので、受信したベースバンド信号の振幅の最大値を調整してベースバンド信号に含まれる雑音成分を抑圧した後に、ロールオフ率を変更することでベースバンド信号に含まれるシンボルクロック成分を大きくできベースバンド信号に含まれるシンボルクロック成分が小さい場合にも、精度よく変調レートを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る変調レート検出器の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１の変調レート検出器のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１の変調レート検出器のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１の変調レート検出器のフーリエ変換部が出力する信号の一例を示すグラフである。
【図５】この発明の実施の形態２に係る変調レート検出器の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図６】実施の形態１の変調レート検出器のフーリエ変換部が出力する信号の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面においては相当する部分に同一の符号を付している。
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る変調レート検出器４の機能構成の一例を示すブロック図である。変調レート検出器は、無線信号を受信する受信装置で用いられるものであり、図１では、無線信号を受信するアンテナ１、アンテナ１の受信信号を中間周波数（ＩＦ）信号に変換する無線部２、ＩＦ信号に対して直交検波を行って同相成分と直交成分からなる複素ベースバンド信号に変換する直交検波部３を変調レート検出器４とともに示しており、変調レート検出器４には複素ベースバンド信号が直交検波部３から入力される。ここで、無線部２は増幅、フィルタリング、周波数のダウンコンバート等の処理を実施してアンテナ１が受信した信号をＩＦ信号に変換する。これらの処理は無線信号を受信した信号に対して行われる一般的な処理である。
【００１２】
図１において、変調レート検出器４は、第１のフィルタ４１、振幅調整部４２、第２のフィルタ４３、電力計算部４４、フーリエ変換部（ＦＦＴ部）４５、ピーク検出部４６を備えている。変調レート検出器４に入力された複素ベースバンド信号は第１のフィルタ４１に入力され、第１のフィルタ４１は入力された複素ベースバンド信号の同相成分、直交成分それぞれの帯域制限を行う。振幅調整部４２は帯域制限された複素ベースバンド信号の振幅を調整する。第２のフィルタ４３は振幅調整部４２で振幅を調整された信号の波形を整形し、電力計算部４４は第２のフィルタ４３で波形を整形された信号の電力を求める。ＦＦＴ部４５は電力計算部４４が求めた時間領域の電力の信号を、周波数領域の信号に変換し、ピーク検出部４６はＦＦＴ部４５が求めた周波数領域の信号について周波軸上でのピークを検出して、検出したピークの周波数を変調レートとして出力する。
【００１３】
変調レート検出器４は図２に示すように、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やあるいはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの専用回路１００で構成することが可能である。なお、直交検波部３などその他のブロックを専用回路１００は含んでもよい。また、図３に示すように変調レート検出器４はプロセッサ２１０とプロセッサ２００で実行されるプログラムを記憶するメモリ２１０で構成実現することも可能である。変調レート検出器４が備えるそれぞれの機能はソフトウェアとして実現される。
【００１４】
次に、変調レート検出器４の動作を説明する。第１のフィルタ４１は、複素ベースバンド信号が入力されると、入力された信号の同相成分、直交成分それぞれの帯域制限を行う。第１のフィルタ４１が行う処理は、例えばＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタによる一般的なローパスフィルタの処理でよい。第１のフィルタ４１は、入力された複素ベースバンド信号の定められた周波数以下の成分を通過させ、それ以上の周波数成分の通過を阻止することで、受信信号に含まれる雑音成分や干渉信号成分を低減する。
【００１５】
第１のフィルタ４１を通過する信号の周波数帯域幅（通過帯域幅）はあらかじめ定めておけばよい。例えば、無線信号の最大伝送レートが分かっている場合は、その伝送レートに必要な周波数帯域幅を通過帯域幅とすればよい。また、最大伝送レートが不明である場合は、第１のフィルタ４１に入力される信号のサンプリングレートで処理可能な帯域幅を通過帯域幅にしてよい。
【００１６】
次に、振幅調整部４２が第１のフィルタ４１で帯域制限された複素ベースバンド信号の振幅の最大値を調整する。ここでは、振幅調整部４２は式（１）、式（２）で表される処理を行って、複素ベースバンド信号の同相成分と直交成分で表されるベクトルの大きさが一定になるように調整するものとする。式（１）、式（２）において、Ｉｉｎ、Ｑｉｎはそれぞれ第１のフィルタ４１から入力された複素ベースバンド信号の同相成分、直交成分であり、Ｉｏｕｔ、Ｑｏｕｔはそれぞれ振幅調整部４２から出力される振幅調整後の同相成分、直交成分である。この処理により、複素ベースバンド信号に加算的に付加された雑音成分を抑圧することができる。なお、ここではベクトルの大きさが１になるように振幅調整をしているが、ベクトルの大きさは１以外の値であってもよい。
【００１７】
【数１】
2017200096.tif 000003
【００１８】
【数２】
2017200096.tif 000004
【００１９】
次に第２のフィルタ４３は、振幅調整部４２の処理で振幅が制限されて信号波形が矩形波になった振幅調整後の複素ベースバンド信号の同相成分、直交成分（すなわちＩｏｕｔとＱｏｕｔ）のそれぞれを、波形の形状がインパルス応答の波形である信号に変換するとともにロールオフ率が高い信号に整形する。矩形波は周波数特性がｓｉｎｃ関数で表される信号であり、周波数特性がｓｉｎｃ関数と逆特性（逆ｓｉｎｃ特性）であるフィルタを通すことにより、矩形波をインパルス応答の波形に整形することができる。逆ｓｉｎｃ特性は下記の式（３）で表される。ここでｆは周波数、Ｔは変調周期である。
【００２０】
【数３】
2017200096.tif 000005
【００２１】
また、ロールオフ率が高い（１または１に近い）信号への波形整形は、フルロールオフの周波数特性を有するフィルタを用いることで可能である。なお、逆ｓｉｎｃ特性を有するフィルタ、フルロールオフの周波数特性を有するフィルタはそれぞれを１つのフィルタで構成してもよいし、双方のインパルス応答を畳み込んだフィルタ係数を用いる１つのフィルタで構成してもよい。第２のフィルタ４３の処理は例えばＦＩＲフィルタで実現することが可能である。なお、第２のフィルタ４３の通過帯域幅は、第１のフィルタ４１と同様の考え方で決定すればよい。
【００２２】
電力計算部４４は、第２のフィルタ４３が出力する波形整形された複素ベースバンド信号の同相成分と直交成分のそれぞれの２剰値を加算して電力を計算し、求めた電力値を電力信号として出力する。そして、ＦＦＴ部４５が電力信号をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理によりフーリエ変換して、時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する。
【００２３】
図４にＦＦＴ部４５が出力する周波数領域の信号の一例を示す。図４は、変調レート１６ｋＨｚのＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）の受信信号から得られた複素ベースバンド信号が変調レート検出器４に入力された場合の例であり、ＦＦＴ部４５から出力される周波数領域の電力信号がグラフに表示されている。この例では、ピークが０ｋＨｚと、±１６ｋＨｚにあることが分かる。なお、第１のフィルタ４１と第２のフィルタ部４３の通過帯域幅はともに１６ｋＨｚにしている。
【００２４】
ピーク検出部４６は、ＦＦＴ部４５が出力する周波数領域の電力信号からピークを示す周波数を検出し、変調レートとして出力する。デジタル変調された信号を含む受信信号から得られる電力信号はシンボルクロック成分を含んでおり、周波数領域の電力信号では、シンボルクロックの周波数にピークが現れる。なお、電力信号の平均値は正の値となって周波数０Ｈｚの成分もピークとして現れるが、周波数０Ｈｚについては検出する周波数の対象から除外すればよい。また、負の周波数も除外する。
【００２５】
以上説明したように、実施の形態１の変調レート検出器によれば、振幅調整部４２で複素ベースバンド信号の振幅を調整することで雑音を抑圧し、振幅調整した複素ベースバンド信号を第２のフィルタ４３でロールオフ率の高い信号波形に波形整形することで、複素ベースバンド信号に含まれているシンボルクロックの成分を大きくし、周波数領域に変換後のピーク検出において検出精度を改善することができる。さらに、ＦＳＫのような定包絡の信号が受信信号である場合にも、第２のフィルタ４３で波形整形することでシンボルクロック成分を生じさせることができ、変調レートに相当する周波数を検出できるようになる。
【００２６】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に関わる変調レート検出器４ｂの機能構成の一例を示すブロック図である。図５に示す変調レート検出器４ｂの構成は、実施の形態１で説明した変調レート検出器４に対して、ピーク検出部４６が出力する変調レートに基づいて第１のフィルタ４１ｂ、第２のフィルタ４３ｂを制御するフィルタ制御部４７を備える点が異なる。なお、フィルタ制御部４７は変調レート検出器４ｂが備える他のブロックと同様に専用の回路で実現したり、ソフトウェアで実現したりすることが可能である。
【００２７】
実施形態１の変調レート検出器４のピーク検出部４６は、第１のフィルタ４１、第２のフィルタ４３の通過帯域幅が受信信号の変調レートよりも広い場合、変調レート間隔で複数のピークを検出する。変調レートをｒ［ｂａｕｄ］とすると、ｒ、２ｒ、３ｒ、…［Ｈｚ］などの周波数にピークが検出されることになる。この場合、変調レートを一意に定めることができない。
【００２８】
図６にＦＦＴ部４５が出力する周波数領域の電力信号の一例を示す。図６は、第１のフィルタ４１と第２のフィルタ４３の通過帯域幅がともに３２ｋＨｚである場合で、変調レート１６ｋＨｚのＢＰＳＫの受信信号から得られた複素ベースバンド信号が実施形態１の変調レート検出器４に入力された場合の、ＦＦＴ部４５の出力例を示している。ピークが０ｋＨｚと、±１６ｋＨｚ、±３２ｋＨｚ、±４８ｋＨｚに表れている。
【００２９】
この実施の形態の変調レート検出器４ｂでは、このような問題に対応するため、ピーク検出部４６が複数の変調レートを検出した場合、フィルタ制御部４７が検出された最も低い変調レートに相当する周波数帯域幅を、第１のフィルタ４１ｂと第２のフィルタ４３ｂに通過帯域幅として指定する。そして、第１のフィルタ４１ｂと第２のフィルタ４３ｂはフィルタ制御部４７から指定された周波数帯域幅を適応的に通過帯域幅としてフィルタ処理を実施する。
【００３０】
以上説明したように、実施の形態２の変調レート検出器によれば、ピーク検出４６部が複数の変調レートを検出した場合に、検出された変調レートに応じてフィルタ制御部４７が適応的に第１のフィルタ４１ｂと第２のフィルタ４３ｂの通過帯域幅を調整することができ、変調レートを一意に定めることができるようになる。
【符号の説明】
【００３１】
１  アンテナ、２  無線部、３  直交検波部、４  変調レート検出器、４１、４１ｂ  第１のフィルタ、４２  振幅調整部、４３、４３ｂ  第２のフィルタ、４４  電力計算部、４５  フーリエ変換部（ＦＦＴ部）、４６  ピーク検出部、４７  フィルタ制御部、１００  専用回路、２００  プロセッサ、２１０  メモリ。
【図１】
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【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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