JPH08504307A - 高速周波数シフトキーイング複合器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＦＳＫ復調器において、受信された変調信号（Ａ）は２個の径路に分割される。一方の径路では、信号（Ａ）は非線型増幅器（１１、１５）を通って、振幅制限信号（Ｃ）を供給する。他方の径路では、信号（Ａ）は非線型増幅器（１０、１３）を通るが、更に位相シフト（１２）を受ける。位相シフトは２進信号１を表わす周波数のとき正であり、２進信号０を表わす周波数のとき負である（逆もまたしかり）。したがって、この第２の径路から得られた信号（Ｂ）は第１の径路から得られた信号（Ｃ）の位相を変えたものとなる。Ｄタイプフリップフロップを備える位相検出器（１４）が復調された出力を生ずる。

Description

【発明の詳細な説明】 高速ＦＳＫ復調器 本発明は一般に周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）信号の復号化に関すること であり、特に復号器における積分を防ぐことによって高速応答するＦＳＫ復号化 方式に関するものである。 周波数シフトキーイングは２進データを表わす方法として周知であり、２進数 ０を表わすに第１の周波数を用い、２進数１を表わすのに第２の周波数を用いる ものである。表わすべき２進数が変化するとき、ＦＳＫ信号の周波数を一方から 他方に切り替える。周波数シフトは突然起こるが、通常ＦＳＫシステムは連続位 相を採用している、すなわち周波数がシフトするとき位相は断続的にならない。 周波数シフトキーイングは一種の周波数変調であって、無線でディジタル情報 を伝送するのに用いることができる。またＦＳＫ変調はモデムを用いて電話線を 介して２進データを伝送するのにも使われる。 ＦＳＫ信号の復調には通常ＦＭ検波技術が採用され、長い時定数を有するフィ ルタを使ったり、ＦＳＫ信号を他の手段で積分するという方法がとられる。例え ば、復調すべきＦＳＫ信号を一対の帯域フィルタの入力に加える。各フィルタは ＦＳＫ信号の２種類の周波数に対応するそれぞれの中心周波数を有する。フィル タの出力は差動増幅器の入力に接続され、差動増幅器がディジタル信号を再現す る。しかしながら、フィルタの積分時定数のために時間遅れが生じるので、ＦＳ Ｋ復調器の応答が遅くなる。 他の復調技術では直角位相混合信号を用いて、検波用にＦＳＫ信号の直角成分 と同相成分とを発生させる。この結果構成要素が増えてコストが高くなる。 本発明は構成要素が少なくてコストが安く、高速でＦＳＫ信号を復調するとい う目的と利点とを有する。 具体的には、本発明は、ディジタル情報を符号化するのに第１の周波数ｆ₁と 第２の周波数ｆ₂とで変調されているＦＳＫ信号を復号化する。波形整形手段が ＦＳＫ信号を整形して、実質的に等しい第１と第２の波形整形信号を生ずる。位 相変更手段が第１の波形整形信号を受信して、位相変更信号を生ずる。位相変更 手段は周波数ｆ₁と周波数ｆ₂とで異なる周波数応答を示す。サンプリング手段が 位相変更信号または第２の波形整形信号のいずれか一方の遷移に応答して、他方 の信号をサンプリンク化、復号化信号を生ずる。好ましい実施例では、位相変更 手段は共振回路から成り、その共振周波数ｆ₀はｆ₁とｆ₂の実質上中間である。 サンプリング手段は好ましくはＤタイプフリップフロップから成る。 以下の添付図面を参照して本発明を例示的に詳細に説明する。 第１図は本発明による復号器を示す略図である。 第２図は第１図のタンク回路が示す周波数応答曲線である。 第３図〜第６図は第１図の回路が動作中にそれぞれの点に表われる波形を示す 。 第１図に示すように、アンテナ、電話線またはその他の信号源（図示せず）か ら得られた入力ＦＳＫ信号Ａが、増幅器１０と１１の入力に結合している。増幅 器１０の出力は共振回路１２の入力に接続されている。共振回路１２の出力は増 幅器１３の入力に接続されている。増幅器１３の出力信号ＢはＤタイプフリップ フロップ１４のＤ入力に接続されている。増幅器１１の出力は増幅器１５の入力 に接続されており、増幅器１５の出力信号ＣはＤタイプフリップフロップ１４の Ｃ入力に結合している。 共振回路１２に含まれるインダクタ１６と１７とは誘導結合している。コンデ ンサ１８がインダクタ１７に並列に接続されている。インダクタ１９がインダク タ１７に磁気的に結合していて、共振回路１２の出力を供給する。この好ましい 実施例では、共振回路１２はタンク回路の形をしている。この並列共振回路の共 振周波数ｆ₀は、ＦＳＫ信号が２進数を符号化するのに用いている周波数ｆ₁とｆ₂ の間の周波数である。ＦＳＫ信号の積分を確実に非常に低く迎えるために、共 振回路１２は高いＱを有する（実効直列抵抗が低いおかげである）。その結果、 共振回路１２はＦＳＫ信号の位相を変えるが、時間遅延はほとんど生じないので 、ＦＳＫ信号の高速復号化が可能になる。 第２図に示すように、共振回路１２は入力信号の周波数により相対的な位相変 化を呈する。周波数ｆ₁では共振回路１２は位相遅れを示す。周波数ｆ₂では位相 進みを示す。位相が約４５度のとき最も正確な検出ができるが、本発明の復号 器を用いれば、相対的移相がずっと少なくてもよい。 増幅器１０、１１、１３および１５は非常に利得の高い増幅器であり、非線型 増幅を行って方形波信号を生ずる。方形波信号はそれぞれの入力信号において遷 移を示す。あるいは、例えばゼロクロス検出器のような、他の形式の方形波発生 器を採用することもできる。 第３図に示す入力ＦＳＫ信号Ａは、時刻ｔ₁で周波数ｆ₁からｆ₂に変る。 ＦＳＫ信号Ａは増幅器１０と１１において増幅されて振幅制限され、ＦＳＫ信号 Ａのゼロクロスを示す波形整形された（すなわち方形波の）信号を生ずる。時刻 ｔ₁以前ではＦＳＫ信号Ａの周波数はｆ₁であるが、共振回路１２が位相遅れを起 こすので、ＦＳＫ信号Ａに関する出力信号Ｂの位置は第４図に示すようになる。 増幅器１１と１５の出力信号Ｃは第５図に示すように、出力信号Ｂと形は同じ であるが、共振回路１２の作用で位相が変わっている。 フリップフロップ１４はクロック入力Ｃで出力信号Ｃを受信するので、出力信 号Ｃが正方向に遷移する度に出力信号Ｂがサンプリングされる。フリップフロッ プ１４のＤ入力に加えられる出力信号Ｂと出力信号Ｃとの位相関係は、ＦＳＫ信 号が伝送されるのが周波数ｆ₁かｆ₂かで異なる。移相のせいで、フリップフロッ プ１４は位相差に従って出力信号Ｑを生ずる。第６図に示すように、時刻ｔ₁後 短時間遅れて、出力信号Ｑはハイ出力信号に切り替わる。この遅延はタンク回路 に蓄えられた残留エネルギーのせいである。 第１図の好ましい実施例では、増幅器１０、１１、１３、１５のスルーレート と帯域幅との積は少なくとも周波数ｆ₂の１０倍大きい。共振回路１２のＱを約 ３００としたとき、本発明によれば、ＦＳＫ周波数のシフトをＦＳＫ信号の３サ イクル以内で検出することができた。もっとＱの高い共振回路を使えば、もっと 速い検出が可能である。 タンク回路以外に例えばセラミックフィルタ、水晶フィルタ、ＳＡＷフィルタ のような他の形式の共振移相装置を採用することもできるということは、当業者 にとって明白であろう。また、高域または低域のＲＣフィルタのような非共振回 路を用いて、必要な位相差をつくることもできる。 フリップフロップ１４は他の既知のサンプルホールド装置と置き換えることが できよう。更に、フリップフロップ１４の入力を逆にしてもよく、その場合、復 号化された出力信号の極性が反転する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年１０月１１日 【補正内容】 明細書 高速周波数シフトキーイング復号器 本発明は一般に周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）信号の復号化に関すること であり、特に復号器における積分を防ぐことによって高速応答するＦＳＫ復号化 方式に関するものである。 周波数シフトキーイングは２進データを表わす方法として周知であり、２進数 ０を表わすに第１の周波数を用い、２進数１を表わすのに第２の周波数を用いる ものである。表わすべき２進数が変化するとき、ＦＳＫ信号の周波数を一方から 他方に切り替える。周波数シフトは突然起こるが、通常ＦＳＫシステムは連続位 相を採用している、すなわち周波数がシフトするとき位相は断続的にならない。 周波数シフトキーイングは一種の周波数変調であって、無線でディジタル情報 を伝送するのに用いることができる。またＦＳＫ変調はモデムを用いて電話線を 介して２進データを伝送するのにも使われる。 ＦＳＫ信号の復調には通常ＦＭ検波技術が採用され、長い時定数を有するフィ ルタを使ったり、ＦＳＫ信号を他の手段で積分するという方法がとられる。例え ば、復調すべきＦＳＫ信号を一対の帯域フィルタの入力に加える。各フィルタは ＦＳＫ信号の２種類の周波数に対応するそれぞれの中心周波数を有する。フィル タの出力は差動増幅器の入力に接続され、差動増幅器がディジタル信号を再現す る。しかしながら、フィルタの積分時定数のために時間遅れが生じるので、ＦＳ Ｋ復調器の応答が遅くなる。 他の復調技術では直角位相混合信号を用いて、検波用にＦＳＫ信号の直角成分 と同相成分とを発生させる。この結果構成要素が増えてコストが高くなる。 具体的には、本発明は、ディジタル情報を符号化するのに第１の周波数ｆ₁と 第２の周波数ｆ₂とで変調されているＦＳＫ信号を復号化する。波形整形手段が ＦＳＫ信号を整形して、実質的に等しい第１と第２の波形整形信号を生ずる。位 相変更手段が第１の波形整形信号を受信して、位相変更信号を生ずる。位相変更 手段は周波数ｆ₁と周波数ｆ₂とで異なる周波数応答を示す。サンプリング手段 が位相変更信号または第２の波形整形信号のいずれか一方の遷移に応答して、他 方の信号をサンプリングし、復号化信号を生ずる。位相変更手段は共振回路から 成り、その共振周波数ｆ₀はｆ₁とｆ₂の実質上中間である。サンプリング手段は 好ましくはＤタイプフリップフロップから成る。 以下の添付図面を参照して本発明を例示的に詳細に説明する。 第１図は本発明による復号器を示す略図である。 第２図は第１図のタンク回路が示す周波数応答曲線である。 第３図〜第６図は第１図の回路が動作中にそれぞれの点に表われる波形を示す 。 第１図に示すように、アンテナ、電話線またはその他の信号源（図示せず）か ら得られた入力ＦＳＫ信号Ａが、増幅器１０と１１の入力に結合している。増幅 器１０の出力は共振回路１２の入力に接続されている。共振回路１２の出力は増 幅器１３の人力に接続されている。増幅器１３の出力信号ＢはＤタイプフリップ フロップ１４のＤ入力に接続されている。増幅器１１の出力は増幅器１５の入力 に接続されており、増幅器１５の出力信号ＣはＤタイプフリップフロップ１４の Ｃ入力に結合している。 共振回路１２に含まれるインダクタ１６と１７とは誘導結合している。コンデ ンサ１８がインダクタ１７に並列に接続されている。 ＵＳ−Ａ−３ ７３９ ２８８は２種類の周波数により表されている入力信号 をディジタル表現に変換する回路と方法とが開示されている。入力信号は最初に 波形整形器に供給され、整形器から移相回路に送られる。移相回路はどちらの周 波数が生じたかにより入力信号を進ませたり遅らせたりする信号を発生する。整 形器から出力される信号と移相回路から出力される移相信号は共に位相検出回路 に供給される。位相検出回路は移相回路が入力信号を進ませたかそれとも遅らせ たかを示すディジタル出力信号を発生する。 移相回路は演算増幅器から成り、その非反転入力には関係する周波数範囲用の 第１の帯域フィルタが接続されている。関係する帯域内に中心周波数を有する第 ２の帯域消去フィルタが、増幅器の出力と増幅器の反転入力との間に接続されて いる。 ＤＥ−Ｂ−２５ １６ ６７９には２個のデータステーションが接続されたデ ータ伝送システムが開示されている。各ステーションにはデータ発生源、変調器 、ダブルスイッチ、フィルタ、増幅器および復調器が設けられている。スイッチ の設定に従って、各ステーションは周波数変調されたデータを他方のステーショ ンに送ることができる。復調器の入力端子は、入力信号を周波数依存性移相回路 と掛算器の第１の人力の両方に供給するように接続されている。移相回路の出力 はまた掛算器の第２の入力にも供給され、それによって、入力信号の周波数に依 存する復調出力を生ずる。 ＵＳ−Ａ−３ ５６９ ８４５には広帯域周波数弁別器についての開示がある 。そこでは検出すべき周波数がダイオードスイッチ回路のような広帯域位相検出 器の一方の入力に供給されると同時に、全通過等価器回路網を介して位相検出器 の他方の入力に加えられる。全通過等価器回路網の伝達関数の振幅特性は信号周 波数に無関係である。 本発明は構成要素が少なくてコストが安く、高速でＦＳＫ信号を復調するとい う目的と利点とを有する。 請求の範囲 １． ディジタル情報を符号化するのに第１の周波数ｆ₁と第２の周波数ｆ₂と の間をシフトする周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）信号を復調する装置であっ て、 前記ＦＳＫ信号を整形して実質的に等しい第１と第２の波形整形信号とを出力 する波形整形手段（１０、１７）と、 前記第１の波形整形信号を受信して移相信号を発生し、周波数ｆ₁と周波数ｆ₂ において異なる周波数応答を示す移相手段（１２）と、 前記移相信号または前記第２の波形整形信号のうちの一方の遷移に応答して、 他方の信号をサンプリングし、復号化信号を出力するサンプリング手段（１４） と、 を含み、移相手段（１２）は前記第１の周波数ｆ₁と前記第２の周波数ｆ₂との間 の共振周波数ｆ₀を有するＱの高いタンク回路から成ることを特徴とする、周波 数シフトキーイング信号の復調装置。 ２． 請求項１記載の装置において、前記波形整形手段は、前記ＦＳＫ信号の ゼロクロスに応答して、遷移を有する方形波を生ずる手段を含む、復調装置。 ３． 請求項１または２記載の装置において、前記波形整形手段は非線型増幅 器から成る、復調装置。 ４． 請求項１、２または３記載の装置において、前記共振周波数ｆ₀は前記 第１の周波数ｆ₁と前記第２の周波数ｆ₂の実質上中間である、復調装置。 ５． 先行する請求項のいずれか１つに記載の装置において、前記サンプリン グ手段Ｄタイプフリップフロップを備え、そのＤ入力には前記移相信号または前 記第２の波形整形信号のいずれか一方が接続され、そのクロック入力には他方の 信号が接続されている、復調装置。 ６． ディジタル情報を符号化するのに第１の周波数ｆ₁と第２の周波数ｆ₂ との間をシフトする周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）信号を復調する方法であ って、 前記ＦＳＫ信号に応答して実質的に等しい第１と第２の波形整形信号とを発生 するステップと、 前記第１の波形整形信号の位相をシフトさせて、前記第１の波形整形信号が前 記周波数ｆ₁と前記周波数ｆ₂のいずれであるかによって、前記第２の波形整形信 号より進むか遅れるかのいずれかになる移相信号を発生するステップと、 前記移相信号または前記第２の波形整形信号のうちの一方の遷移に応答して、 他方の信号をサンプリングし、復号化信号を発生するステップと、 を含み、前記第１の波形整形信号の位相をシフトさせるステップは、前記第１の 周波数ｆ₁と前記第２の周波数ｆ₂との間の共振周波数ｆ₀を有するＱの高いタン ク回路により実行されることを特徴とする、周波数シフトキーイング信号の復号 化方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ディジタル情報を符号化するのに第１の周波数ｆ₁と第２の周波数ｆ₂ とで変調された周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）信号を復号化する装置であっ て、 前記ＦＳＫ信号を整形して実質的に等しい第１と第２の波形整形信号とを出力 する波形整形手段（１０、１７）と、 前記第１の波形整形信号を受信して位相変更信号を発生し、周波数ｆ₁と周波 数ｆ₂において異なる周波数応答を示す位相変更手段（１２）と、 前記位相変更信号または前記第２の波形整形信号のうちの一方の遷移に応答し て、他方の信号をサンプリングし、復号化信号を出力するサンプリング手段（１ ４）と、 を含む、周波数シフトキーイング信号の復号化装置。 ２． 請求項１記載の装置において、前記波形整形手段は、前記ＦＳＫ信号の ゼロクロスに応答して、遷移を有する方形波を生ずる手段を含む、復号化装置。 ３． 請求項１記載の装置において、前記波形整形手段は非線型増幅器から成 る、復号化装置。 ４． 請求項１記載の装置において、前記位相変更手段は、前記第１の周波数 ｆ₁と前記第２の周波数ｆ₂の間の共振周波数ｆ₀を有する共振回路を備える、復 号化装置。 ５． 請求項４記載の装置において、前記共振周波数ｆ₀は前記第１の周波数 ｆ₁と前記第２の周波数ｆ₂の実質上中間である、復号化装置。 ６． 請求項４記載の装置において、前記共振回路は実質的に積分しないタン ク回路を備える、復号化装置。 ７． 先行する請求項のいずれか１つに記載の装置において、前記サンプリン グ手段はＤタイプフリップフロップを備え、そのＤ入力には前記位相変更信号ま たは前記第２の波形整形信号のいずれか一方が接続され、そのクロック入力には 他方の信号が接続されている、復号化装置。 ８． ディジタル情報を符号化するのに第１の周波数ｆ₁と第２の周波数ｆ₂ とで変調された周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）信号を復号化する方法であっ て、 前記ＦＳＫ信号に応答して実質的に等しい第１と第２の波形整形信号とを発生 するステップと、 前記第１の波形整形信号の位相を変えて、前記第１の波形整形信号が前記周波 数ｆ₁と前記周波数ｆ₂のいずれであるかによって、前記第２の波形整形信号より 進むか遅れるかのいずれかになる位相変更信号を発生するステップと、 前記位相変更信号または前記第２の波形整形信号のうちの一方の遷移に応答し て、他方の信号をサンプリング化、復号化信号を発生するステップと、 を含む、周波数シフトキーイング信号の復号化方法。