JP4707556B2 - Ｆｓｋ信号発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、FSK（Frequency Shift Keying）信号を発生するFSK信号発生装置に係り、量子化１ビットのFSK信号を発生し、このFSK信号を受信してデジタル信号処理するFSK復調装置に接続可能なFSK信号発生装置に関するものである。

量子化１ビットのデジタル信号であるFSK信号をFSK復調装置にて受信する場合、FSK復調装置に接続可能なFSK信号を生成するFSK信号発生装置側にて量子化１ビットの信号を生成する必要がある。
特開平７−２３１３３７号公報

しかしながら、２値情報化された受信アナログ回路出力を入力信号とするデジタル信号処理を用いたFSK復調装置は、多値情報（量子化複数ビット）となるデジタル信号処理を用いたFSK変調装置の出力信号を入力信号とすることができない。

このため、FSK復調装置の入力と通信可能なFSK信号発生装置は、多値情報化されたベースバンド変調信号を出力とするFSKベースバンド変調装置に加えて、この変調器の出力信号の周波数成分を変換する周波数変換回路と、周波数変換された信号を１ビット量子化する１ビット変換回路とを備える必要がある。

周波数変換回路は、さらに、変換に必要な周波数となる多値化された周波数信号を生成する生成器と、多値化されているFSKベースバンド変調装置の出力信号に多値化された周波数信号を掛算する掛算回路を備える必要がある。この掛算回路は、実数軸および虚数軸に相当する２つの掛算を行わなければならない。

したがって従来FSK信号発生装置は、回路規模が大きくなり、回路構成を簡素化することが困難であった。

本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、回路構成を簡素化することのできるFSK信号発生装置を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するために、伝送情報を入力し、FSK信号を発生するFSK信号発生装置において、この装置は、伝送情報の値に応じて、加算する値を所定の規則性により変化させて計数し、計数値を保持するカウンタ手段と、計数値と閾値とを比較判定し、判定の結果に応じた２値FSK信号を発生する判定手段とを含むことを特徴とする。

この場合、カウンタ手段は、計数値が所定の値を超えた場合には、所定の値で計数値を減算するとよい。

また、判定手段は、カウンタ手段のとり得る計数値は３以上の正の整数であり、計数値のうち、所定の連続する一方の１／２個分の値であったときに１ビット情報の“１”または“０”の一方の値とし、計数値のうち他方の１／２個分の値であったときに１ビット情報の“１”または“０”の他方の値とするとよい。

また、カウンタ手段は、変調周波数成分の中心周波数と、伝送情報“０”に相当するFSK信号の周波数と、伝送情報“１”に相当するFSK信号の周波数との関係を比例する最小の整数である第１の数、第２の数および第３の数とし、第２の数を情報信号“０”に相当するFSK信号の周波数として計数値に加算し、第３の数を情報信号“１”に相当するFSK信号の周波数として計数値に加算することにより、カウンタ手段の計数値を増加させるとよい。

さらに、FSK信号に対するサンプリング周波数を変調信号のシンボル速度で除算した値と、第１の数とを乗算して求めた第４の数を、カウンタ手段のとりうる値の数としてカウンタ手段を形成するとよい。

また、本発明は上述の課題を解決するために、伝送情報を入力し、FSK信号を発生するFSK信号発生方法において、この方法は、伝送情報の値に応じて、加算する値を所定の規則性により変化させて計数し、計数値を保持するカウンタ工程と、計数値と閾値とを比較判定し、判定の結果に応じた２値FSK信号を発生する判定工程とを含むことを特徴とする。

この場合、カウンタ工程は、計数値が所定の値を超えた場合には、所定の値で計数値を減算するとよい。

また、判定工程は、カウンタ工程にて得る計数値が３以上の正の整数であり、計数値のうち、所定の連続する一方の１／２個分の値であったときに１ビット情報の“１”または“０”の一方の値とし、計数値のうち他方の１／２個分の値であったときに１ビット情報の“１”または“０”の他方の値とするとよい。

また、カウンタ工程は、変調周波数成分の中心周波数と、伝送情報“０”に相当するFSK信号の周波数と、伝送情報“１”に相当するFSK信号の周波数との関係を比例する最小の整数である第１の数、第２の数および第３の数とし、第２の数を情報信号“０”に相当するFSK信号の周波数として計数値に加算し、第３の数を情報信号“１”に相当するFSK信号の周波数として計数値に加算することにより、カウンタ工程にて計数値を増加させるとよい。

さらにFSK信号に対するサンプリング周波数を変調信号のシンボル速度で除算した値と、第１の数とを乗算して求めた第４の数を、カウンタ工程にてとりうる値の数とするとよい。

本発明によれば、FSK信号発生装置に、カウンタ手段と閾値判定手段とを備える簡便な構成で２値化FSK信号を生成することができる。

次に添付図面を参照して本発明によるFSK信号発生装置の実施例を詳細に説明する。図１を参照すると、本発明によるFSK信号発生装置10は、所望の伝送情報を入力12に入力し、その伝送情報を変調して２値化FSK（Frequency Shift Keying）信号を送信する送信機14に備えられ、その出力20は、伝送路20を介して受信機22に直接接続されている。受信機22には２値化FSK信号を復調するFSK復調器24が備えられて、復調した伝送情報を出力26に出力する。なお、以下の説明において本発明に直接関係のない部分は、図示およびその説明を省略し、また、信号の参照符号はその現われる接続線の参照番号で表わす。

送信機14に備えられた２値FSK信号発生装置10は、伝送情報12を入力して計数するカウンタ部30とカウンタ部30の出力32に接続され、カウンタ部30の出力値について閾値判定を行って、その判定の結果に応じた出力を２値FSK信号として出力20に出力する閾値判定部34とを備えている。

カウンタ部30は、０からｄ−１までのｄ個の整数値とるカウンタであり、入力される情報信号”0”および情報信号”1”にそれぞれ対応する値ｂおよび値ｃを１サンプル前のカウンタ内の値に加算し、加算結果を現在の値とする加算および保持回路である。カウンタ部30は、加算の結果、値ｄ以上になる場合には、その加算結果から値ｄを減算してその減算結果を現在の値とする。

詳しくは、カウンタ部30は、次に示す規則性を有するカウンタ回路である。ここで、Fq_if [Hz]は、FSK信号復調器24の入力変調周波数成分の中心周波数であり、Fq_m [Hz]は、情報信号”０”に相当するFSK信号の周波数であり、Fq_s [Hz]は、情報信号”１”に相当するFSK信号の周波数であるものとする。また、Sb [sps]は、変調信号のシンボル速度であり、Spf [Hz]は、FSK信号復調器24の入力サンプリング周波数であり、Dataは、“１”もしくは“０”の伝送情報であり、Tは、カウンタ部30のサンプル時間、さらにCnt(T)は、カウンタ部30のカウンタ値である。

カウンタ部30の構成は、まず以下の条件を満たして整数となる値a,b,cをそれぞれ求める。

a：b：c＝ Fq_if：Fq_m：Fq_s ・・・(1)
次に以下の条件となる整数値dを求める。

d＝a×(Spf/Sb) ・・・(2)
これらの値a,b,c,dを用いて、次式の条件を満たすカウンタ部30を形成する。

Cnt(T)＝Cnt(T-1)＋b ・・・(3)
（ただし、入力データ＝0およびCnt(T−1)＞d−bの場合）
Cnt(T)＝Cnt(T-1)＋b−d ・・・(4)
（ただし、入力データ＝0およびCnt(T−1)≦d−bの場合）
Cnt(T)＝Cnt(T-1)＋c ・・・(5)
（ただし、入力データ＝1およびCnt(T−1)＞d−cの場合）
Cnt(T)＝Cnt(T-1)＋c−d ・・・(6)
（ただし、入力データ＝1およびCnt(T−1)≦d−cの場合）
カウンタ部30は、値b,cをそれぞれ加算する加算カウンタを形成し、d個の値を持つ。なお、値dは、値２を超える値３以上の自然数であり、より有利には値４以上の自然数である。カウンタ部30は、上式(3)〜(6)に示すように、値０から値d−1までの整数値を計数および保持する。カウンタ部30は、サンプリング時間毎にカウンタ部30の入力となる情報信号、つまり入力Data“０”もしくは”１”に対応する値“b”もしくは“c”を、１サンプル前のカウンタ部30内の値と加算し、その加算結果を現在の計数値とする。その際に、加算結果が”d”以上の値になる場合はさらに”d”で引いた値を現在の計数値として保持する。

閾値判定部34は、カウンタ部30の出力32と閾値とに基づいてその大小を判定し、その判定の結果に応じた出力“０”または“１”を発生し、２値化FSK信号として出力20に出力する。閾値判定の処理は、閾値をd/2とし、カウンタ部30の取り得るd個の値のうち、連続するd/2個の値を、FSK信号復調器24の入力となる一方の１ビット情報の“１”または”０”に割り当て、、残りのd/2個の値を、１ビット情報の他方の値となる“０”または“１”に割り当てる。これにより、FSK復調器24への１ビット量子化された入力信号を生成することができる。

具体的には閾値判定部34は、たとえばCnt(T)が閾値d/2よりも小さいかまたは等しいと判定した場合に１ビット情報の“０”に割り当てて、Cnt(T)が閾値d/2を超えていると判定した場合に１ビット情報の“１”に割り当てる。閾値判定部34は、割り当てた“０”または“１”を２値FSK信号の発生として出力する。なお、値ｄが奇数の場合には、値dを数２にて除算した際の余りを切り捨てまたは切り上げしてその演算結果としてよい。

次に、本実施例における２値FSK信号発生装置10の動作を図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、カウンタ部30は、上式(1)および(2)によって値a,b,c,dが決定されて、これら値a,b,c,dを使用した規則上式(3)〜(6)に従うカウンタ値Cnt(T)を保持する。

まずステップ200において入力データが値０であるか否かが判定され、値０である場合にはステップ202に進み、値０ではない場合にはステップ204に進む。ステップ202では、１サンプリング前のCnt(T-1)に値bを加算し、その加算結果を現在のカウンタ値Cnt(T)とする。他方のステップ204では、１サンプリング前のCnt(T-1)に値cを加算し、その加算結果を現在のカウンタ値Cnt(T)とする。

ステップ202,204に続くステップ206では、現在のカウンタ値Cnt(T)が値dを超えたか否かが判定される。ここで現在のカウンタ値Cnt(T)が値dを超えている場合、つまりCnt(T)≦dが不成立である場合にはステップ208に進み、現在のカウンタ値Cnt(T)が値dを超えていない場合、つまりCnt(T)≦dが成立する場合にはステップ210に進む。Cnt(T)≦dが不成立である場合のステップ208では、現在のカウンタ値Cnt(T)から値dを減算し、その演算結果が新たに現在のカウンタ値Cnt(T)とされ、その後ステップ210に進む。

ステップ210では、カウンタ部30にて保持された現在のカウンタ値Cnt(T)に対する閾値判定処理が閾値判定部34にて行われる。具体的には、現在のカウンタ値Cnt(T)と値d/2との比較判定が行われ、カウンタ値Cnt(T)が値d/2に等しいかまたは小さい場合にはステップ212に進み、カウンタ値Cnt(T)が値d/2を超えている場合にはステップ214に進む。ステップ212に進むと閾値判定部34は、２値FSK信号として値０を出力し、ステップ214に進んだ場合には２値FSK信号として値１を出力する。なお、ステップ212,214における出力０と出力１とは逆の場合になっていてもよい。こうして２値FSK信号を出力すると、ステップ200に戻って次のサンプルタイミングにおける入力処理が開始される。このようにして１ビット量子化された２値FSK信号は、受信機22側のFSK信号復調器24に入力される。

ここで従来のFSK変調器を図３に示すと、FSK復調器の入力に直接接続可能なFSK信号発生器は、多値情報化されたベースバンド変調信号を出力とするFSKベースバンド変調器300に加えて、この変調器300の出力信号の周波数成分を変換する周波数変換器302と、周波数変換された信号を１ビット量子化する１ビット変換器304とを備える必要がある。

周波数変換器302は、さらに、変換に必要な周波数となる多値化された周波数信号を生成する周波数信号生成器306と、FSKベースバンド変調器300の出力信号に多値化された周波数信号を掛算する掛算器308とを備える。この掛算器308は、実数軸および虚数軸に相当する２つの掛算を行う。したがって従来FSK信号発生器は、回路規模が大きくなり、回路構成を簡素化することが困難であった。

これに対し本実施例では、２値化FSK信号発生装置10には、カウンタ部30と閾値判定部34とを備える簡便な構成で２値化FSK信号を生成することができる。

本発明が適用された２値FSK信号発生装置を備える送信機と受信機とを示すブロック図である。 FSK信号発生装置の動作を示すフローチャートである。 FSK変調器の従来例を示すブロック図である。

符号の説明

10 ２値FSK信号発生装置
14 送信機
22 受信機
24 FSK信号復調器
30 カウンタ部
34 閾値判定部

Claims (2)

1. 伝送情報を入力して計数するカウンタ手段と、該カウンタ手段の出力に接続され、該カウンタ手段の出力値について閾値を判定し、判定結果に応じた出力を２値FSK（Frequency
   Shift Keying）信号として出力する閾値判定手段とを含むFSK信号発生装置において、該装置は、
   該装置が接続されるFSK信号復調器の入力変調周波数成分の中心周波数、情報信号“0”に相当するFSK信号の周波数、および情報信号“1”に相当するFSK信号の周波数を設定し、また、変調信号のシンボル測度、FSK信号復調器の入力サンプリング周波数を設定し、
   前記カウンタ手段は、前記中心周波数、前記情報信号“0”に相当するFSK信号の周波数および前記情報信号“1”に相当するFSK信号の周波数の比が、それぞれ、第１の整数値、第２の整数値および第３の整数値の関係を満足する値を求め、
   次に、前記シンボル測度で前記入力サンプリング周波数を割った値に第１の整数値を掛けた第４の整数値を求め、
   前記伝送情報である入力データが“0”であるか否かを判定し、該入力データが“0”と判定した場合、１サンプリング前のカウンタ値に第２の整数値を加え、該入力データが“1”と判定した場合、前記１サンプリング前のカウンタ値に第３の整数値を加えて、現在のサンプリングにおける前記カウンタ手段のカウンタ値に設定し、
   設定したカウンタ値と第４の整数値とを比較し、前記設定したカウンタ値が第４の整数値より大きい場合、前記設定したカウンタ値から第４の整数値を減算した値を新たな現在のカウンタ値に設定し、前記設定したカウンタ値が第４の整数値以下の場合、前記設定したカウンタ値を新たな現在のカウンタ値として用い、
   前記閾値判定手段は、設定した新たな現在のカウンタ値と第４の整数値の1/2の値とを比較して、前記設定した新たな現在のカウンタ値が第４の整数値dの1/2の値より大きい場合、前記２値FSK信号として値“0”を出力し、前記設定した新たな現在のカウンタ値が第４の整数値の1/2の値以下の場合、前記２値FSK信号として値“1”を出力することを特徴とするFSK信号発生装置。
2. 伝送情報を入力して計数するカウンタ手段と、該カウンタ手段の出力に接続され、該カウンタ手段の出力値について閾値を判定し、判定結果に応じた出力を２値FSK（Frequency
   Shift Keying）信号として出力する閾値判定手段とを含むFSK信号発生装置におけるFSK信号発生方法において、該方法は、
   該装置が接続されるFSK信号復調器の入力変調周波数成分の中心周波数、情報信号“0”に相当するFSK信号の周波数、および情報信号“1”に相当するFSK信号の周波数を設定し、また、変調信号のシンボル測度、FSK信号復調器の入力サンプリング周波数を設定し、
   前記中心周波数、前記情報信号“0”に相当するFSK信号の周波数および前記情報信号“1”に相当するFSK信号の周波数の比が、それぞれ、第１の整数値、第２の整数値および第３の整数値の関係を満足する値を求め、
   次に、前記シンボル測度で前記入力サンプリング周波数を割った値に第１の整数値を掛けた第４の整数値を求め、
   前記伝送情報である入力データが“0”であるか否かを判定し、該入力データが“0”と判定した場合、１サンプリング前のカウンタ値に第２の整数値を加え、該入力データが“1”と判定した場合、前記１サンプリング前のカウンタ値に第３の整数値を加えて、現在のサンプリングにおける前記カウンタ手段のカウンタ値に設定し、
   設定したカウンタ値と第４の整数値とを比較し、前記設定したカウンタ値が第４の整数値より大きい場合、前記設定したカウンタ値から第４の整数値を減算した値を新たな現在のカウンタ値に設定し、前記設定したカウンタ値が第４の整数値以下の場合、前記設定したカウンタ値を新たな現在のカウンタ値として用い、
   設定した新たな現在のカウンタ値と第４の整数値の1/2の値とを比較して、前記設定した新たな現在のカウンタ値が第４の整数値dの1/2の値より大きい場合、前記２値FSK信号として値“0”を出力し、前記設定した新たな現在のカウンタ値が第４の整数値の1/2の値以下の場合、前記２値FSK信号として値“1”を出力することを特徴とするFSK信号発生方法。

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