JP2016119644A

JP2016119644A - 無線受信装置、電子機器、及び無線受信方法

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Inventors: 幸二高橋; Koji Takahashi
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Abstract

【課題】良好な受信感度を維持しながら消費電力を削減する。【解決手段】無線受信装置１００は、受信した信号を中間周波信号に周波数変換する無線受信回路と、可変なオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓで中間周波信号をサンプリングして中間周波信号から複数の周波数成分を検出する周波数成分検出回路１０６と、周波数成分検出回路１０６のオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを設定する制御回路１０９とを備える。制御回路１０９は、中間周波信号に含まれるベースバンド信号のデータレートを検出し、中間周波信号の信号レベルを検出し、ベースバンド信号のデータレート及び中間周波信号の信号レベルに基づいて、周波数成分検出回路１０６のオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを決定して設定する。【選択図】図１

Description

本開示は、周波数変調された無線信号を受信し、受信した信号の複数の周波数成分を検出して復調する無線受信装置及び無線受信方法に関する。本開示は、そのような無線受信装置を備えた電子機器に関する。

周波数変調された無線信号を復調する無線受信装置は、ＦＦＴ回路又はＤＦＴ回路などの周波数成分検出回路を備え、これにより無線信号の複数の周波数成分を検出する。例えば特許文献１及び２は、このような無線受信装置を開示している。

特許文献１は、多値周波数シフトキーイング方式を用いた通信システムにおいて、変調信号からデータ信号を取出すための復調器であって、変調信号を入力して高速フーリエ変換を行う演算手段を備え、演算手段の演算結果に基づいて、データ信号を取出す多値周波数シフトキーイング復調器を開示している。特許文献１の発明は、復調を高速かつ正確に行うことができる多値周波数シフトキーイング復調器を提供する。

特許文献２は、周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）変調された信号を受信して復調する受信装置であって、ＦＳＫ変調されたディジタル信号の周波数成分を検出する周波数成分検出器と、Ｍａｒｋ周波数及びＳｐａｃｅ周波数に基づいて、周波数成分検出器の演算に用いる周波数の範囲を制御する演算範囲制御部と、を具備する受信装置を開示している。特許文献２の発明は、受信装置において、高速に処理することができるという利点を残したまま、回路規模の低減及び消費電力の低減を実現する。

特開平０９−１３０３００号公報特開２０１４−１２７９１０号公報特許第３８３７３９６号公報特開２００６−１４０８０９号公報特開２００７−２４３５０４号公報

本開示の一実施態様は、周波数変調された無線信号を受信し、受信した信号の複数の周波数成分を検出して復調する無線受信装置であって、良好な受信感度を維持しながら消費電力を削減することができる無線受信装置を提供する。

本開示の態様に係る無線受信装置は、ベースバンド信号に従って周波数変調された無線信号を受信し、受信した信号を復調する。前記無線受信装置は、前記受信した信号を中間周波信号に周波数変換する無線受信回路と、前記中間周波信号を可変なオーバーサンプリング周波数でサンプリングして前記中間周波信号から複数の周波数成分を検出する周波数成分検出回路と、前記周波数成分検出回路のオーバーサンプリング周波数を設定する制御回路とを備える。前記制御回路は、前記中間周波信号に含まれる前記ベースバンド信号のデータレートを検出し、前記中間周波信号の信号レベルを検出し、前記ベースバンド信号のデータレート及び前記中間周波信号の信号レベルに基づいて、前記周波数成分検出回路のオーバーサンプリング周波数を決定して前記周波数成分検出回路に設定する。

本開示の一実施態様の無線受信装置によれば、良好な受信感度を維持しながら消費電力を削減することができる。

実施形態に係る無線受信装置１００の構成を示すブロック図である。図１のＯＳＲテーブルメモリ１１４の内容を示す表である。図１の無線受信装置１００において、受信信号のＲＳＳＩが低いときの例示的な周波数スペクトルを示すグラフである。図１の無線受信装置１００において、受信信号のＲＳＳＩが高いときの例示的な周波数スペクトルを示すグラフである。図１のＯＳＲ決定回路１１３によって実行されるＯＳＲ決定処理を示すフローチャートである。図１のＯＳＲ決定回路１１３によって実行されるＯＳＲ決定処理の変形例を示すフローチャートである。図１の無線受信装置１００で受信される受信信号のフレームの例示的なフォーマットを示す図である。変形例に係る無線受信装置１００Ａの構成を示すブロック図である。

（本開示の基礎となった知見）
無線受信装置の消費電力は、さまざまなパラメータに依存する。例えば、無線受信装置内の何らか回路部分のサンプリング周波数に依存する。特許文献３〜５は、消費電力の削減のために、無線受信装置内のアナログ／ディジタル変換器及びディジタルフィルタのサンプリング周波数を変化させることを開示している。

無線受信装置の周波数成分検出回路は、受信信号を所定のオーバーサンプリング周波数でサンプリングする。このオーバーサンプリング周波数を低下させると無線受信装置の消費電力が低下するが、オーバーサンプリング周波数を有する信号が受信信号の変調帯域内で積分されることにより生じるフロアノイズが増加し、最低受信感度が悪化する。一方、オーバーサンプリング周波数を増大させると最低受信感度は向上するが、無線受信装置の消費電力が増大する。そこで、本発明者は、消費電力及び最低受信感度の間のトレードオフに適切に対処することができる無線受信装置を提供すべく鋭意研究し、本開示に至った。

以下、本開示の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。各図面にわたって、同一又は同様の構成要素には同じ符号を付与する。

図１は、実施形態に係る無線受信装置１００の構成を示すブロック図である。無線受信装置１００は、ベースバンド信号に従って周波数変調された無線信号を受信して復調する。無線受信装置１００は、アンテナＡＮＴ、低雑音増幅器１０１、ミキサ１０２、周波数シンセサイザ１０３、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１０４、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）１０５、周波数成分検出回路１０６、復調回路１０７、クロック発生器１０８、及び制御回路１０９を備える。

アンテナＡＮＴは、ベースバンド信号に従って周波数変調された無線信号を受信する。低雑音増幅器１０１、ミキサ１０２、周波数シンセサイザ１０３、帯域通過フィルタ１０４、及びアナログ／ディジタル変換器１０５は、アンテナＡＮＴで受信した信号を周波信号（すなわち、ベースバンド信号に従って周波数変調されている信号）に周波数変換する無線受信回路である。アンテナＡＮＴで受信されて低雑音増幅器１０１で増幅された信号は無線周波数Ｆｒｆを有する。周波数シンセサイザ１０３は局部発振周波数Ｆｌｏの局部発振信号を発生する。ミキサ１０２は、局部発振信号を無線周波数Ｆｒｆの無線信号に乗算して、中間周波数Ｆｉｆの中間周波信号を生成し、帯域通過フィルタ１０４を介してアナログ／ディジタル変換器１０５に送る。アナログ／ディジタル変換器１０５は、中間周波信号をサンプリング周波数ＦｓでＡ／Ｄ変換する。

周波数成分検出回路１０６は、Ａ／Ｄ変換後の中間周波信号を可変なオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓでサンプリングする。即ち、周波数成分検出回路１０６は、サンプリング周期がＦｓで、中間周波数Ｆｉｆを中心としてデータ帯域幅ＢＷを有するディジタル信号を、間引き等してサンプリング周波数がＦｏｓのディジタル信号に変換する。オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓは、ベースバンド信号のデータレートの少なくとも２倍を超える周波数である。周波数成分検出回路１０６は、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓでサンプリングした中間周波信号から複数の周波数成分を検出する。周波数成分検出回路１０６は、例えば、ＦＦＴ回路、ＤＦＴ回路、又はＳＴ−ＤＦＴ（瞬時ＤＦＴ）回路などである。即ち、周波数成分検出回路１０６は、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓでサンプリングした中間周波数信号に対してＦＦＴ、ＤＦＴ又はＳＴ−ＤＦＴなどを行い、周波数領域信号を生成することにより複数の周波数成分を検出する。周波数成分検出回路１０６は、検出された複数の周波数成分を示す周波数領域信号を、復調回路１０７及び制御回路１０９に出力する。周波数成分検出回路１０６は、さらに、例えば、中間周波数Ｆｉｆを含む所定帯域幅にわたる中間周波信号の周波数成分の強度を示す所望波強度信号を制御回路１０９に出力する。

復調回路１０７は、周波数成分検出回路１０６から出力された周波数領域信号に対してビット符号の判定などの処理を実行し、復調信号を出力する。復調回路１０７は、例えば、ピーク検出回路、自動周波数制御回路、及びビット判定回路を備える。ピーク検出回路は、周波数領域信号の信号レベルのピーク値を検出し、ピーク値に対応するピーク周波数を示す情報を自動周波数制御回路に出力する。自動周波数制御回路は、前回のピーク周波数と今回のピーク周波数との時間的変化からピーク周波数のずれ量を検出し、ずれ量に合わせて周波数データを調整する。ビット判定回路は、自動周波数制御回路から出力された周波数データに基づいてシンボル毎のビットを判定し、所定のビット数からなるディジタル信号に復号し、復調信号を出力する。

クロック発生器１０８は、無線受信装置１００のクロック信号ＣＬＫを発生する。

制御回路１０９は、周波数成分検出回路１０６のオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓ又はオーバーサンプリング比ＯＳＲを設定する。オーバーサンプリング比ＯＳＲは、ベースバンド信号のデータレートに対するオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓの比である。制御回路１０９は、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）検出回路１１１、データレート判定回路１１２、ＯＳＲ決定回路１１３、及びＯＳＲテーブルメモリ１１４を備える。

ＲＳＳＩ検出回路１１１は、周波数成分検出回路１０６から送られた所望波強度信号に基づいて、周波数成分検出回路１０６に入力された中間周波信号のＲＳＳＩ（信号レベル）を検出し、ＯＳＲ決定回路１１３に通知する。データレート判定回路１１２は、周波数成分検出回路１０６から送られた周波数領域信号に基づいて、周波数領域信号に含まれる（即ち、周波数成分検出回路１０６に入力された中間周波信号に含まれる）ベースバンド信号のデータレートを検出し、ＯＳＲ決定回路１１３に通知する。データレート判定回路１１２は、さらに、周波数領域信号に基づいて、周波数成分検出回路１０６に入力された中間周波信号のフレームを認識してＯＳＲ決定回路１１３に通知する。ＯＳＲテーブルメモリ１１４は、ベースバンド信号のデータレート及び中間周波信号の信号レベルと、周波数成分検出回路１０６のオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓとの関係を示すテーブルを格納する。

ＯＳＲ決定回路１１３は、ＯＳＲテーブルメモリ１１４に格納されたテーブルを参照し、ＲＳＳＩ検出回路１１１により検出された中間周波信号の信号レベルと、データレート判定回路１１２により検出されたベースバンド信号のデータレートと、クロック信号ＣＬＫとに基づいて、周波数成分検出回路１０６のオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを決定して設定する。

図２は、図１のＯＳＲテーブルメモリ１１４の内容を示す表である。ＯＳＲ決定回路１１３は、周波数成分検出回路１０６に入力された中間周波信号のＲＳＳＩと比較するための少なくとも１つのＲＳＳＩしきい値（信号レベルしきい値）を使用する。図２の例では、２つのＲＳＳＩしきい値Ｔ１，Ｔ２を使用している。ＯＳＲテーブルメモリ１１４に格納されたテーブルは、複数のデータレートのそれぞれについて、少なくとも１つのＲＳＳＩしきい値で区切られたＲＳＳＩの複数の区間にそれぞれ対応する複数のオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓ又は複数のオーバーサンプリング比ＯＳＲを含む。図２は、テーブルの各欄はオーバーサンプリング比ＯＳＲを含む場合を示す。図２において、ＯＳＲｍａｘは、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓの予め決められた最大値に対応するオーバーサンプリング比（即ち、オーバーサンプリング比の最大値）を示す。図２のテーブルの各欄は、２のべき乗の値で除算されたオーバーサンプリング比の最大値ＯＳＲｍａｘの値を含む。図２の例では、オーバーサンプリング比の最大値ＯＳＲｍａｘは、例えば６４、１２８、又は２５６など、２のべき乗で除算したときに最小のオーバーサンプリング比（ＯＳＲｍａｘ／１６）が４以上になる値に設定される。

ＯＳＲ決定回路１１３は、周波数成分検出回路１０６に入力された中間周波信号の信号レベルを少なくとも１つのＲＳＳＩしきい値のうちの所定のＲＳＳＩしきい値と比較する。ＯＳＲ決定回路１１３は、ＲＳＳＩがこのＲＳＳＩしきい値以上であるとき、このＲＳＳＩしきい値に対応する予め決められた周波数しきい値より低いオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを周波数成分検出回路１０６に設定する。ＯＳＲ決定回路１１３は、ＲＳＳＩがこのＲＳＳＩしきい値より低いとき、この周波数しきい値より高いオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを周波数成分検出回路１０６に設定する。

図３は、図１の無線受信装置１００において、受信信号のＲＳＳＩが低いときの例示的な周波数スペクトルを示すグラフである。無線周波数Ｆｒｆは局部発振周波数Ｆｌｏにほぼ等しく、例えば数ＧＨｚ帯の高周波である。無線周波数Ｆｒｆと局部発振周波数Ｆｌｏとの差が、数百ｋＨｚの中間周波数Ｆｉｆになる。アナログ／ディジタル変換器１０５のサンプリング周波数Ｆｓは、中間周波数Ｆｉｆに比べてずっと高く（例えば中間周波数Ｆｉｆの１０〜１００倍）、例えば数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ帯にある。中間周波信号のデータ帯域幅ＢＷ（以下、単に帯域幅ＢＷと呼ぶ）は、ベースバンド信号のデータレートの２倍に等しい。従って、例えば、ベースバンド信号のデータレートが１００ｋｂｐｓであるとき、中間周波信号の帯域幅ＢＷは、中間周波数Ｆｉｆの±１００ｋＨｚにわたり、２００ｋＨｚになる。オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓは、ベースバンド信号のデータレートの４倍以上に設定される。例えば、ベースバンド信号のデータレートが１００ｋｂｐｓであるとき、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓは、４００ｋＨｚ、８００ｋＨｚ、又は１．６ＭＨｚ、などに設定される。

無線周波数Ｆｒｆの無線周波数のＲＳＳＩが低く、従って中間周波数Ｆｉｆの中間周波信号のＲＳＳＩも低いとき、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓが中間周波数Ｆｉｆに接近すると、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを有する信号が中間周波信号の帯域幅ＢＷ内で積分されることにより生じるフロアノイズが増加し、最低受信感度が悪化する。このため、ＯＳＲ決定回路１１３は、図３に示すように、中間周波数Ｆｉｆの中間周波信号のＲＳＳＩが所定のＲＳＳＩしきい値（例えばＴ１）よりも低いとき、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを所定の周波数しきい値よりも高くなるように設定する。ここで、ＲＳＳＩしきい値Ｔ１に対応する周波数しきい値は、中間周波信号の中間周波数Ｆｉｆと、中間周波信号のデータ帯域幅の半分（即ちＢＷ／２）との和に等しい。

図４は、図１の無線受信装置１００において、受信信号のＲＳＳＩが高いときの例示的な周波数スペクトルを示すグラフである。無線周波数Ｆｒｆの無線周波数のＲＳＳＩが高く、従って中間周波数Ｆｉｆの中間周波信号のＲＳＳＩも高いとき、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓが中間周波数Ｆｉｆに接近することにより中間周波信号の帯域幅ＢＷ内でフロアノイズが生じても、周波数成分検出回路１０６は中間周波信号から複数の周波数成分を正しく検出することができる。このため、ＯＳＲ決定回路１１３は、図４に示すように、中間周波数Ｆｉｆの中間周波信号のＲＳＳＩが所定のＲＳＳＩしきい値（例えばＴ１）以上であるとき、消費電力の削減のために、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを上述の周波数しきい値Ｆｉｆ＋ＢＷ／２よりも低くなるように設定する。

このように、ＯＳＲ決定回路１１３は、ＲＳＳＩに応じて可変なオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを周波数成分検出回路１０６に設定することにより、以下の効果をもたらす。中間周波数Ｆｉｆの中間周波信号のＲＳＳＩが低いとき、ＯＳＲ決定回路１１３は、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを高くすることで、中間周波信号の帯域幅ＢＷ内で積分される他の信号に起因するフロアノイズの発生を防止し、良好な最低受信感度を維持する。中間周波数Ｆｉｆの中間周波信号のＲＳＳＩが高いとき、ＯＳＲ決定回路１１３は、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを低くすることで、周波数成分検出回路１０６の消費電力を削減する。ＲＳＳＩが高いので、この状態でも十分な信号対雑音比を確保できる。従って、ＲＳＳＩが高いとき、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを有する信号が中間周波信号の帯域幅ＢＷ内で積分されることにより生じるフロアノイズが増加しても、問題とはならない。

ＯＳＲ決定回路１１３が複数のＲＳＳＩしきい値を使用する場合、ＯＳＲ決定回路１１３は複数のＲＳＳＩしきい値にそれぞれ対応する複数の周波数しきい値を使用する。この場合、無線周波数Ｆｒｆの無線信号のＲＳＳＩが低いとき、複数のＲＳＳＩしきい値のうちの１つに対応する周波数しきい値が、上述の周波数しきい値Ｆｉｆ＋ＢＷ／２に等しい。

次に、図５〜図７を参照して、図１のＯＳＲ決定回路１１３によって実行されるＯＳＲ決定処理について説明する。

図７は、図１の無線受信装置１００で受信される受信信号のフレームの例示的なフォーマットを示す図である。図１の無線受信装置１００において、中間周波信号は、ヘッダ及びペイロードを含む予め決められたフォーマットのフレームを有する。図７のフォーマットは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｇのフレームのフォーマットであるが、図１の無線受信装置１００で受信される信号は他の規格のフレームを有してもよい。１つのフレームは、ＳＨＲ、ＰＨＲ、及びＰＨＹペイロードを含む。ＳＨＲは同期ヘッダ（Synchronization Header）であり、プリアンブル及びＳＦＤ（Start Frame Delimiter）を含む。ＰＨＲは
ＰＨＹのヘッダである。

図５は、図１のＯＳＲ決定回路１１３によって実行されるＯＳＲ決定処理を示すフローチャートである。図５のＯＳＲ決定処理において、ＯＳＲ決定回路１１３は、１つのフレームのヘッダの期間（例えば図７の期間Ａ）において、ベースバンド信号のデータレート及び中間周波信号の信号レベルを検出し、かつ、周波数成分検出回路１０６のオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを変更する。

ステップＳ１において、ＯＳＲ決定回路１１３は、オーバーサンプリング比の最大値ＯＳＲｍａｘに対応するオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを周波数成分検出回路１０６に設定する。ステップＳ２において、周波数成分検出回路１０６は、中間周波信号のフレームの受信を開始する。ステップＳ３において、ＯＳＲ決定回路１１３は、フレームは正しく受信されたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４に進み、ＮＯのときはステップＳ１に戻る。

ステップＳ４において、ＯＳＲ決定回路１１３は、データレート判定回路１１２からデータレートを取得する。データレート判定回路１１２は、フレーム内のプリアンブルビットに同期したときに、プリアンブルビットに基づいてデータレートを計算する。ステップＳ５において、ＯＳＲ決定回路１１３は、ＯＳＲテーブルメモリ１１４に格納されたテーブルを参照し、データレートに基づいてオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを周波数成分検出回路１０６に設定する。ここで、ＯＳＲ決定回路１１３は、ＯＳＲテーブルメモリ１１４に格納されたテーブルにおいて、データレート判定回路１１２からデータレートに関連付けられたオーバーサンプリング比のうち、最大のオーバーサンプリング比に対応するオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを周波数成分検出回路１０６に設定する。

ステップＳ６において、ＯＳＲ決定回路１１３は、ＲＳＳＩ検出回路１１１からＲＳＳＩを取得する。ＲＳＳＩ検出回路１１１は、フレーム内のプリアンブルビットに基づいてＲＳＳＩを検出する。ステップＳ７において、ＯＳＲ決定回路１１３は、現在のフレームのＳＦＤ期間において、ＲＳＳＩに基づいてオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを設定する。

ステップＳ８において、周波数成分検出回路１０６は、フレームの後続の部分を受信する。ステップＳ９において、周波数成分検出回路１０６は、次のフレームの受信を開始する。

図５のＯＳＲ決定処理は、例えばＯＳＲ決定回路１１３がクロック信号ＣＬＫを整数Ｎで分周してオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを生成している場合に適用可能である。ＯＳＲ決定回路１１３は、１つのフレーム内において、データレート及び信号レベルの検出と、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓの変更との両方を完了することができるので、無線環境の変化に素早く追随することができる。

図６は、図１のＯＳＲ決定回路１１３によって実行されるＯＳＲ決定処理の変形例を示すフローチャートである。図６のＯＳＲ決定処理において、ＯＳＲ決定回路１１３は、１つのフレームの期間において、ベースバンド信号のデータレート及び中間周波信号の信号レベルを検出し、このフレームと直後のフレームとの間の期間（例えば図７の期間Ｂ）において、周波数成分検出回路１０６のオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを変更する。図６のステップＳ１１〜Ｓ１６は、図５のステップＳ１〜Ｓ６と同様である。ステップＳ１７において、ＯＳＲ決定回路１１３は、現在のフレームの終了後、ＲＳＳＩに基づいてオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを設定する。ステップＳ１８において、周波数成分検出回路１０６は、次のフレームの受信を開始する。

図６のＯＳＲ決定処理は、例えばＯＳＲ決定回路１１３がクロック信号ＣＬＫを分数周期で分周してオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを生成している場合に適用可能である。オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓがクロック信号ＣＬＫに対して分数の分周比を有する場合には、１つのフレーム内でオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓの変更を完了することができない。図６のようにフレーム間の期間においてオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを変更することで、ＯＳＲ決定回路１１３は、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓの変更に起因してフレーム内のペイロードの復調に影響をあたえることを防止することができる。

図５及び図６のＯＳＲ決定処理では、図５のステップＳ９及び図６のステップＳ１８の後でデータレート及びＲＳＳＩを検出してオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを設定することを繰り返し、フレーム毎にオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを設定している。それに代わって、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓの設定を無線受信装置１００の動作開始時に１度だけ行ってもよく、数フレーム毎に間欠的に行ってもよい。

図５のステップＳ３及び図６のＳ１３を実行することは、無線受信装置１００が移動体装置である場合などに有利である。無線受信装置１００が固定され、無線環境が安定している場合には、図５のステップＳ３及び図６のＳ１３を省略してもよい。

図８は、変形例に係る無線受信装置１００Ａの構成を示すブロック図である。無線受信装置１００Ａは、アンテナＡＮＴ、低雑音増幅器１０１、ミキサ１０２、周波数シンセサイザ１０３、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１０４、可変利得増幅器２０１、自動利得制御回路（ＡＧＣ）２０２、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）１０５、デシメーションフィルタ（ＤＦ１）２０３、ダウンミキサ（Ｄ−ＭＩＸ）２０４、デシメーションフィルタ（ＤＦ２）２０５、周波数成分検出回路１０６Ａ、復調回路１０７、シンク回路（Ｓｙｎｃ）２０６、クロック発生器１０８、及び制御回路１０９Ａを備える。

可変利得増幅器２０１は、自動利得制御回路２０２からの利得制御信号の制御下で、入力された信号を可変な利得で増幅し、所望波を予め決められた一定振幅にする。自動利得制御回路２０２の利得制御信号は、例えば信号及び雑音のレベルの情報を含む。アナログ／ディジタル変換器１０５の出力信号は、デシメーションフィルタ２０３を介してダウンミキサ２０４に送られて低域周波数変換される。ダウンミキサ２０４の出力信号は、デシメーションフィルタ２０５を介して周波数成分検出回路１０６Ａに送られる。アナログ／ディジタル変換器１０５、デシメーションフィルタ２０３、ダウンミキサ２０４、及びデシメーションフィルタ２０５は、互いに異なるサンプリング周波数Ｆ１〜Ｆ４で、入力された信号をそれぞれ処理する。シンク回路２０６は、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを示す信号に基づいて同期信号を発生し、同期信号を周波数成分検出回路１０６Ａに送る。図８の無線受信装置１００Ａの他の構成要素は、図１の無線受信装置１００の対応する構成要素と同様である。

制御回路１０９Ａは、ＲＳＳＩ検出回路１１１Ａ、データレート判定回路１１２、ＯＳＲ決定回路１１３、及びＯＳＲテーブルメモリ１１４を備える。ＲＳＳＩ検出回路１１１Ａは、周波数成分検出回路１０６Ａから送られた所望波強度信号、又は自動利得制御回路２０２の利得制御信号に基づいて、中間周波信号のＲＳＳＩを検出する。図８の制御装置１０９Ａの他の構成要素は、図１の制御装置１０９の対応する構成要素と同様である。

図１及び図８のブロック図は例示であり、実施形態に係る無線受信装置は他の構成要素を備えてもよい。

実施形態の無線受信装置は、少なくとも１つの集積回路として構成されてもよい。

実施形態の無線受信装置は、良好な受信感度を維持しながら消費電力を削減することが必要なさまざまな電子機器に適用可能である。電子機器は、実施形態の無線受信装置は、と、当該無線受信装置によって受信された無線信号に基づいて動作する信号処理回路とを備える。電子機器は、例えば、スマートメータ、ＨＥＭＳ、医療用センサ、他のセンサなどとして動作する特定小電力無線局である。実施形態の無線受信装置を備えたセンサを用いて、例えばセンサ無線ネットワークを構成することができる。

図２のテーブルの各欄はオーバーサンプリング比ＯＳＲを含むが、対応するオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを含んでもよい。

以下、実施形態の無線受信装置の効果について説明する。

実施形態の無線受信装置によれば、周波数変調された無線信号の複数の周波数成分を検出して復調する無線受信装置であって、良好な受信感度を維持しながら消費電力を削減することができる。

受信信号のデータレート及び信号レベルに応じて適切なオーバーサンプリング周波数を周波数成分検出回路に設定することで、良好な受信感度を維持しながら消費電力をより低減することができる。このため、ベースバンド信号のデータレート及び中間周波信号の信号レベルと、周波数成分検出回路のオーバーサンプリング周波数との関係を示すテーブルを予め格納している。実施形態の無線受信装置によれば、特許文献１及び２の発明よりも、さらに消費電力を低減することができる。

ＲＳＳＩは、従来の無線受信装置（例えば特許文献２の発明）でもモニタリングしているので、実施形態の無線受信装置は、回路規模をあまり増加することなく実現可能である。

従来、周波数成分検出回路内のオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓの信号が、低雑音増幅器１０１、ミキサ１０２、及び周波数シンセサイザ１０３などの上段の回路に回り込むことがあった。オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓが中間周波数Ｆｉｆに近い場合、回り込んだオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓの信号はノイズになるが、この信号をフィルタを用いて除去することができなかった。一方、実施形態の無線受信装置によれば、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓの信号が低雑音増幅器１０１、ミキサ１０２、及び周波数シンセサイザ１０３などに回り込む場合であっても、オーバーサンプリング周波数Ｆｏｓを周波数しきい値Ｆｉｆ＋ＢＷ／２より高くなるように設定することにより、回り込んだオーバーサンプリング周波数Ｆｏｓの信号を帯域通過フィルタ１０４で除去することができる。

従来、無線受信装置のアナログ／ディジタル変換器及びフィルタのサンプリング周波数を変化させる発明が知られていた。一方、実施形態の無線受信装置によれば、周波数成分検出回路のサンプリング周波数を変化させることにより、良好な受信感度を維持しながら消費電力を削減することができる新規な無線受信装置を提供することができる。

本開示の態様によれば、以下の構成を備えた。

本開示の第１の態様に係る無線受信装置は、
ベースバンド信号に従って周波数変調された無線信号を受信し、受信した信号を復調する無線受信装置において、前記無線受信装置は、
前記受信した信号を中間周波信号に周波数変換する無線受信回路と、
前記中間周波信号を可変なオーバーサンプリング周波数でサンプリングして前記中間周波信号から複数の周波数成分を検出する周波数成分検出回路と、
前記周波数成分検出回路のオーバーサンプリング周波数を設定する制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記中間周波信号に含まれる前記ベースバンド信号のデータレートを検出し、
前記中間周波信号の信号レベルを検出し、
前記ベースバンド信号のデータレート及び前記中間周波信号の信号レベルに基づいて、前記周波数成分検出回路のオーバーサンプリング周波数を決定して前記周波数成分検出回路に設定する。

本開示の第２の態様に係る無線受信装置は、第１の態様に係る無線受信装置において、
前記制御回路は、
前記中間周波信号の信号レベルを少なくとも１つの信号レベルしきい値のうちの所定の信号レベルしきい値と比較し、
前記信号レベルが前記所定の信号レベルしきい値以上であるとき、前記所定の信号レベルしきい値に対応する予め決められた周波数しきい値より低いオーバーサンプリング周波数を前記周波数成分検出回路に設定し、
前記信号レベルが前記所定の信号レベルしきい値より低いとき、前記周波数しきい値より高いオーバーサンプリング周波数を前記周波数成分検出回路に設定する。

本開示の第３の態様に係る無線受信装置は、第２の態様に係る無線受信装置において、
前記所定の信号レベルしきい値に対応する周波数しきい値は、前記中間周波信号の中間周波数と、前記中間周波信号のデータ帯域幅の半分との和に等しい。

本開示の第４の態様に係る無線受信装置は、第２又は第３の態様に係る無線受信装置において、
前記制御回路は、前記ベースバンド信号のデータレート及び前記中間周波信号の信号レベルと、前記周波数成分検出回路のオーバーサンプリング周波数との関係を示すテーブルを格納したメモリを備え、
前記テーブルは、複数のデータレートのそれぞれについて、前記少なくとも１つの信号レベルしきい値で区切られた信号レベルの複数の区間にそれぞれ対応する複数のオーバーサンプリング周波数を含む。

本開示の第５の態様に係る無線受信装置は、第１〜第４のうちの１つの態様に係る無線受信装置において、
前記中間周波信号は、ヘッダ及びペイロードを含む予め決められたフォーマットのフレームを有し、
前記制御回路は、１つのフレームのヘッダの期間において、前記ベースバンド信号のデータレート及び前記中間周波信号の信号レベルを検出し、かつ、前記周波数成分検出回路のオーバーサンプリング周波数を変更する。

本開示の第６の態様に係る無線受信装置は、第１〜第４のうちの１つの態様に係る無線受信装置において、
前記中間周波信号は、ヘッダ及びペイロードを含む予め決められたフォーマットのフレームを有し、
前記制御回路は、１つのフレームの期間において、前記ベースバンド信号のデータレート及び前記中間周波信号の信号レベルを検出し、前記１つのフレームと直後のフレームとの間の期間において、前記周波数成分検出回路のオーバーサンプリング周波数を変更する。

本開示の第７の態様に係る無線受信装置は、第１〜第６のうちの１つの態様に係る無線受信装置が、少なくとも１つの集積回路として構成されている。

本開示の第８の態様に係る電子機器は、
第１〜第７のうちの１つの態様に係る無線受信装置と、
前記無線受信装置によって受信された信号に基づいて動作する信号処理回路とを備える。

本開示の第９の態様に係る無線受信装置は、第１の態様に係る無線受信装置において、
前記制御回路は、
前記中間周波信号の信号レベルを少なくとも１つの信号レベルしきい値と比較し、
前記比較結果に応じたオーバーサンプリング周波数を前記周波数成分検出回路に設定する。

本開示の第１０の態様に係る無線受信装置は、第１の態様に係る無線受信装置において、
前記制御回路は、
前記中間周波信号の信号レベルが複数の区間の何れに対応するかを判定し、当該判定結果に応じたオーバーサンプリング周波数を前記周波数成分検出回路に設定する。

本開示の第１１の態様に係る無線受信方法は、
ベースバンド信号に従って周波数変調された無線信号を受信し、受信した信号を復調する無線受信装置の無線受信方法において、前記無線受信装置は、
前記受信した信号を中間周波信号に周波数変換する無線受信回路と、
前記中間周波信号を可変なオーバーサンプリング周波数でサンプリングして前記中間周波信号から複数の周波数成分を検出する周波数成分検出回路とを備え、
前記無線受信方法は、
前記中間周波信号に含まれる前記ベースバンド信号のデータレートを検出するステップと、
前記中間周波信号の信号レベルを検出するステップと、
前記ベースバンド信号のデータレート及び前記中間周波信号の信号レベルに基づいて、前記周波数成分検出回路のオーバーサンプリング周波数を決定して前記周波数成分検出回路に設定するステップとを含む。

本開示の無線受信装置によれば、例えば、良好な受信感度を維持しながら消費電力を削減することができる多値の周波数シフトキーイング復調装置を提供することができる。

本開示の無線受信装置によれば、良好な受信感度を維持しながら消費電力を削減することができるので、センサ無線ネットワーク等の特定小電力無線局の分野などに用いる際に好適である。

１００，１００Ａ…無線受信装置、
１０１…低雑音増幅器、
１０２…ミキサ、
１０３…周波数シンセサイザ、
１０４…帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）、
１０５…アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）、
１０６…周波数成分検出回路、
１０７…復調回路、
１０８…クロック発生器、
１０９…制御回路、
１１１，１１１Ａ…ＲＳＳＩ検出回路、
１１２…データレート判定回路、
１１３…ＯＳＲ決定回路、
１１４…ＯＳＲテーブルメモリ、
２０１…可変利得増幅器、
２０２…自動利得制御回路（ＡＧＣ）、
２０３…デシメーションフィルタ（ＤＦ１）、
２０４…ダウンミキサ（Ｄ−ＭＩＸ）、
２０５…デシメーションフィルタ（ＤＦ２）、
２０６…シンク回路（Ｓｙｎｃ）、
ＡＮＴ…アンテナ、
Ｆｒｆ…無線周波数、
Ｆｌｏ…局部発振周波数、
Ｆｉｆ…中間周波数、
Ｆｏｓ…オーバーサンプリング周波数、
Ｆｓ，Ｆｓ１…アナログ／ディジタル変換器１０５のサンプリング周波数、
Ｆｓ２…デシメーションフィルタ２０３のサンプリング周波数、
Ｆｓ３…ダウンミキサ２０４のサンプリング周波数、
Ｆｓ４…デシメーションフィルタ２０５のサンプリング周波数。

Claims

ベースバンド信号に従って周波数変調された無線信号を受信し、受信した信号を復調する無線受信装置において、前記無線受信装置は、
前記受信した信号を中間周波信号に周波数変換する無線受信回路と、
前記中間周波信号を可変なオーバーサンプリング周波数でサンプリングして前記中間周波信号から複数の周波数成分を検出する周波数成分検出回路と、
前記周波数成分検出回路のオーバーサンプリング周波数を設定する制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記中間周波信号に含まれる前記ベースバンド信号のデータレートを検出し、
前記中間周波信号の信号レベルを検出し、
前記ベースバンド信号のデータレート及び前記中間周波信号の信号レベルに基づいて、前記周波数成分検出回路のオーバーサンプリング周波数を決定して前記周波数成分検出回路に設定する無線受信装置。
前記制御回路は、
前記中間周波信号の信号レベルを少なくとも１つの信号レベルしきい値のうちの所定の信号レベルしきい値と比較し、
前記信号レベルが前記所定の信号レベルしきい値以上であるとき、前記所定の信号レベルしきい値に対応する予め決められた周波数しきい値より低いオーバーサンプリング周波数を前記周波数成分検出回路に設定し、
前記信号レベルが前記所定の信号レベルしきい値より低いとき、前記周波数しきい値より高いオーバーサンプリング周波数を前記周波数成分検出回路に設定する請求項１記載の無線受信装置。
前記所定の信号レベルしきい値に対応する周波数しきい値は、前記中間周波信号の中間周波数と、前記中間周波信号のデータ帯域幅の半分との和に等しい請求項２記載の無線受信装置。
前記制御回路は、前記ベースバンド信号のデータレート及び前記中間周波信号の信号レベルと、前記周波数成分検出回路のオーバーサンプリング周波数との関係を示すテーブルを格納したメモリを備え、
前記テーブルは、複数のデータレートのそれぞれについて、前記少なくとも１つの信号レベルしきい値で区切られた信号レベルの複数の区間にそれぞれ対応する複数のオーバーサンプリング周波数を含む請求項２又は３記載の無線受信装置。
前記中間周波信号は、ヘッダ及びペイロードを含む予め決められたフォーマットのフレームを有し、
前記制御回路は、１つのフレームのヘッダの期間において、前記ベースバンド信号のデータレート及び前記中間周波信号の信号レベルを検出し、かつ、前記周波数成分検出回路のオーバーサンプリング周波数を変更する請求項１〜４のうちの１つに記載の無線受信装置。
前記中間周波信号は、ヘッダ及びペイロードを含む予め決められたフォーマットのフレームを有し、
前記制御回路は、１つのフレームの期間において、前記ベースバンド信号のデータレート及び前記中間周波信号の信号レベルを検出し、前記１つのフレームと直後のフレームとの間の期間において、前記周波数成分検出回路のオーバーサンプリング周波数を変更する請求項１〜４のうちの１つに記載の無線受信装置。
少なくとも１つの集積回路として構成されている請求項１〜６のうちの１つに記載の無線受信装置。
請求項１〜７のうちの１つに記載の無線受信装置と、
前記無線受信装置によって受信された信号に基づいて動作する信号処理回路とを備える電子機器。
前記制御回路は、
前記中間周波信号の信号レベルを少なくとも１つの信号レベルしきい値と比較し、
前記比較結果に応じたオーバーサンプリング周波数を前記周波数成分検出回路に設定する請求項１記載の無線受信装置。
前記制御回路は、
前記中間周波信号の信号レベルが複数の区間の何れに対応するかを判定し、当該判定結果に応じたオーバーサンプリング周波数を前記周波数成分検出回路に設定する請求項１記載の無線受信装置。
ベースバンド信号に従って周波数変調された無線信号を受信し、受信した信号を復調する無線受信装置の無線受信方法において、前記無線受信装置は、
前記受信した信号を中間周波信号に周波数変換する無線受信回路と、
前記中間周波信号を可変なオーバーサンプリング周波数でサンプリングして前記中間周波信号から複数の周波数成分を検出する周波数成分検出回路とを備え、
前記無線受信方法は、
前記中間周波信号に含まれる前記ベースバンド信号のデータレートを検出するステップと、
前記中間周波信号の信号レベルを検出するステップと、
前記ベースバンド信号のデータレート及び前記中間周波信号の信号レベルに基づいて、前記周波数成分検出回路のオーバーサンプリング周波数を決定して前記周波数成分検出回路に設定するステップとを含む無線受信方法。