特開 2025-16105 受信装置、および信号処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025016105

(43)【公開日】2025-01-31

(54)【発明の名称】受信装置、および信号処理方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 1/16 20060101AFI20250124BHJP

   H04B 17/23 20150101ALI20250124BHJP

   H04B 17/345 20150101ALI20250124BHJP

   G01R 23/165 20060101ALI20250124BHJP

【ＦＩ】

H04B1/16 C

H04B17/23

H04B17/345

G01R23/165 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023119160

(22)【出願日】2023-07-21

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】黒瀬 大介

【テーマコード（参考）】

5K061

【Ｆターム（参考）】

5K061AA14

5K061CC11

5K061DD04

5K061DD12

(57)【要約】

【課題】 受信信号の帯域の広さによらずスプリアスと所望波成分とを視覚的に区別できるようにした受信装置を提供すること。
【解決手段】 受信装置は、無線信号を受信する受信機と、信号処理部とを具備する。受信機は、プリセレクタと、周波数変換部と、Ａ／Ｄ変換器とを備える。プリセレクタは、受信した無線信号の帯域を制限する。周波数変換部は、プリセレクタの出力とローカル信号とを混合して中間周波数信号を得る。Ａ／Ｄ変換器は、中間周波数信号のデジタルデータを生成する。信号処理部は、画像生成部と、計算部と、スプリアス明示処理部とを備える。画像生成部は、デジタルデータから無線信号のスペクトラム画像を生成する。計算部は、無線信号の周波数とローカル信号の周波数とからスプリアスの発生帯域を計算する。スプリアス明示処理部は、スペクトラム画像においてスプリアスを明示する。
【選択図】 図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

無線信号を受信してデジタルデータに変換する受信機と、
前記デジタルデータを処理する信号処理部とを具備し、
前記受信機は、
前記受信した無線信号の帯域を制限するプリセレクタと、
前記プリセレクタの出力とローカル信号とを混合して中間周波数信号を得る周波数変換部と、
前記中間周波数信号をデジタル変換して前記デジタルデータを生成するアナログ／デジタル変換器とを備え、
前記信号処理部は、
前記デジタルデータから前記無線信号のスペクトラム画像を生成する画像生成部と、
前記無線信号の周波数と前記ローカル信号の周波数とからスプリアスの発生帯域を計算する計算部と、
前記スペクトラム画像において前記スプリアスを明示するスプリアス明示処理部とを備える、受信装置。

【請求項2】

無線信号を受信して第１デジタルデータに変換する第１受信機と、
前記無線信号を受信して第２デジタルデータに変換する第２受信機と、
前記第１デジタルデータおよび前記第２デジタルデータを処理する信号処理部とを具備し、
前記第１受信機は、
前記受信した無線信号の帯域を制限するプリセレクタと、
前記プリセレクタの出力とローカル信号とを混合して中間周波数信号を得る周波数変換部と、
前記中間周波数信号をデジタル変換して前記第１デジタルデータを生成するアナログ／デジタル変換器とを備え、
前記第２受信機は、
前記受信した無線信号を、設定可能な減衰量で減衰させる可変アッテネータと、
前記可変アッテネータの出力の帯域を制限するプリセレクタと、
前記プリセレクタの出力とローカル信号とを混合して中間周波数信号を得る周波数変換部と、
前記中間周波数信号をデジタル変換して前記第２デジタルデータを生成するアナログ／デジタル変換器とを備え、
前記信号処理部は、
前記第１デジタルデータおよび前記第２デジタルデータから前記無線信号のスペクトラム画像を生成する画像生成部と、
前記第１デジタルデータに基づくピークと前記第２デジタルデータに基づくピークとの差分と、設定された前記減衰量との比較からスプリアスを特定する特定部と、
前記スペクトラム画像において前記スプリアスを明示するスプリアス明示処理部とを備える、受信装置。

【請求項3】

前記スプリアス明示処理部は、前記スプリアスの発生帯域の色を他の帯域とは異ならせる、請求項１または２のいずれかに記載の受信装置。

【請求項4】

前記スプリアス明示処理部は、前記スプリアスにマーカを付して示す、請求項１または２のいずれかに記載の受信装置。

【請求項5】

無線信号をローカル信号と混合して生成された中間周波数信号をデジタル変換して得られたデジタルデータを処理するプロセッサによる信号処理方法であって、
前記プロセッサが、前記デジタルデータから前記無線信号のスペクトラム画像を生成する過程と、
前記プロセッサが、前記無線信号の周波数と前記ローカル信号の周波数とからスプリアスの発生帯域を計算する過程と、
前記プロセッサが、前記スペクトラム画像において前記スプリアスを明示する過程と、
前記プロセッサが、前記スプリアスを明示したスペクトラム画像を表示器に表示する過程とを具備する、信号処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、受信装置、および信号処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

スプリアスは、帯域の広い高周波信号を対象とする受信装置においては特に問題となる。多くの受信装置では、受信した信号を局発信号と混合して中間周波数帯域にダウンコンバートする。その際、受信信号の帯域が広すぎると、所望波成分とスプリアスとを分離することが難しくなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２３－４５２２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

既存の受信装置では、ミキサの前段にプリセレクタを設け、周波数変換前の信号の帯域を制限することでスプリアスを抑圧していた。この構成では受信信号の帯域が広すぎると、スプリアスを除去することが難しい。このためミキサのスプリアス除去の能力に頼らざるを得ないが、いずれにしても根本的な対策はとれていないのが現状である。

【0005】

そこで、目的は、受信信号の帯域の広さによらずスプリアスと所望波成分とを視覚的に区別できるようにした受信装置、および信号処理方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態によれば、受信装置は、無線信号を受信してデジタルデータに変換する受信機と、デジタルデータを処理する信号処理部とを具備する。受信機は、プリセレクタと、周波数変換部と、アナログ／デジタル変換器とを備える。プリセレクタは、受信した無線信号の帯域を制限する。周波数変換部は、プリセレクタの出力とローカル信号とを混合して中間周波数信号を得る。アナログ／デジタル変換器は、中間周波数信号をデジタル変換してデジタルデータを生成する。信号処理部は、画像生成部と、計算部と、スプリアス明示処理部とを備える。画像生成部は、デジタルデータから無線信号のスペクトラム画像を生成する。計算部は、無線信号の周波数とローカル信号の周波数とからスプリアスの発生帯域を計算する。スプリアス明示処理部は、スペクトラム画像においてスプリアスを明示する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、広帯域受信装置の一例を示す系統図である。

【図2】図２は、図１のミキサ１３から出力される周波数成分を示す表である。

【図3】図３は、プリセレクタにより倍波成分を除去できることを説明するための図である。

【図4】図４は、プリセレクタにより倍波成分を除去できないことを説明するための図である。

【図5】図５は、第１の実施形態に係わる受信装置の一例を示すブロック図である。

【図6】図６は、図５に示される信号処理部２１の一例を示す機能ブロック図である。

【図7】図７は、表示器２２に表示されるスペクトラム画像の一例を示す図である。

【図8】図８は、第２の実施形態に係わる受信装置の一例を示すブロック図である。

【図9】図９は、図８に示される信号処理部２１のプロセッサ２３の一例を示す機能ブロック図である。

【図10】図１０は、表示器２２に表示されるスペクトラム画像の他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、図面を参照して実施の形態を説明する。最初に、受信帯域とスプリアスとの関係について説明する。
図１は、広帯域受信装置の一例を示す系統図である。図１において、アンテナ１に到来した無線信号（周波数ｆ_ＲＦ）は、低雑音増幅器１１で増幅されたのちプリセレクタ１２で帯域を制限され、局部発振器１４からのローカル信号（周波数ｆ_ＬＯ）とミキサ１３で混合される。これにより生成された中間周波数信号（周波数ｆ_ＩＦ）は、アンチエイリアスフィルタ１５でエイリアスを除去されたのち、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１６に入力されて受信データ信号に変換される。

【0009】

ところで、スプリアスは、ミキサ１３等の非線形回路で起こる混変調により生じる。図１の系統において、入出力にミキサ１３と同様の非直線性があることを仮定し、入力をｘ（ｔ）、出力をｙ（ｔ）で表すと、系統の出力をｔの多項式として式（１）のように近似することができる。

【数1】

【0010】

図１の系統に、式（２）の信号を入力する。式（２）は、周波数の異なる（ｆ_１とｆ_２）二つの正弦波を表している。

【数2】

【0011】

式（１）のｘ（ｔ）を、式（２）のｘ_１（ｔ），ｘ_２（ｔ）の和であるとして、式（１）に式（２）を代入すると式（３）を得る。

【数3】

【0012】

式（３）を展開して式（４）を得る。

【数4】

【0013】

式（４）を図１のミキサ１３に当てはめると、ｆ_１は無線信号のｆ_ＲＦであり、ｆ_２はｆ_ＬＯである。ミキサ１３の周波数変換後の出力周波数（ｆ_ＲＦ－ｆ_ＬＯ）がｆ_ＩＦであり、図２の表に示されるように、これ以外の周波数が混変調によるスプリアス成分である。式（４）におけるＣ_ＸＸは係数として定義され、周波数ごとに異なる値を持つ。

【0014】

図３に示されるように、受信帯域ｆ_ＢＷがｆ_ＲＦの上下の狭帯域の範囲内であれば、プリセレクタ１２による混変調成分（倍波）の抑圧はたやすい。しかし図４に示されるように、受信帯域ｆ_ＢＷがｆ_ＲＦと同程度にまで広帯域である場合、２倍波（２×ｆ_ＲＦ）がプリセレクタ１２の通過帯域に含まれてしまうので、ミキサ１３の出力から混変調成分（倍波）を除去することができない。このように広帯域の受信装置にあってはプリセレクタで倍波成分を除去することができず、処理帯域内に混変調成分を生じてスプリアス要求を満たすことが難しい。
次に、第１の実施形態、および第２の実施形態について説明する。

【0015】

＜第１の実施形態＞
図５は、第１の実施形態に係わる受信装置の一例を示すブロック図である。図５において、受信装置は、アンテナ１を備える受信機１０と、表示装置２０とを備える。受信機１０は、広帯域受信装置（図１）と同様の機能ブロックにより、アンテナ１に到来した無線信号を受信してデジタルデータに変換する。表示装置２０は、デジタルデータを処理する信号処理部２１と、信号処理部２１に接続された表示器２２とを備える。

【0016】

図６は、図５に示される信号処理部２１の一例を示す機能ブロック図である。信号処理部２１は、プロセッサ２３と記憶部２４を備えるコンピュータである。記憶部２４は、コンピュータを信号処理部２１として機能させるためのプログラム２４ａと、受信機１０（図５）から送られた受信信号データ２４ｂ、および、スペクトラム画像データ２４ｃを記憶する。また、信号処理部２１は、ＲＯＭ２５、ＲＡＭ２６、および通信部２７を備える。

【0017】

プロセッサ２３は、実施形態に係わる処理機能として、画像生成部２３ａ、計算部２３ｂ、および、スプリアス明示処理部２３ｃを備える。

【0018】

画像生成部２３ａは、受信信号データ２４ｂ（デジタルデータ）に高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ）を施し、スペクトラムデータを生成する。そして画像生成部２３ａは、このスペクトラムデータから、アンテナ１で受信された無線信号のスペクトラム画像を生成する。

【0019】

計算部２３ｂは、信号成分の周波数を検知し、無線信号の周波数と、局部発振器１４からのローカル信号の周波数（ｆ_ＬＯ）とから、例えば式（４）を用いてスプリアスの発生帯域（周波数）を計算する。

【0020】

スプリアス明示処理部２３ｃは、画像生成部２３ａにより生成されたスペクトラム画像において、計算部２３ｂで計算されたスプリアスを明示する。

【0021】

図７は、表示器２２に表示されるスペクトラム画像の一例を示す図である。スペクトラム画像は、無線信号の周波数に対する振幅を、横軸が周波数（Frequency）、縦軸が振幅（Amplitude）のグラフに示すもので、通常、最も強いピークが所望波成分のピーク（ａ）を表す。加えて実施形態では、スペクトラム画像において、スプリアス成分の帯域（ｂ）が例えば他の帯域とは異なる色で表示される。つまりスプリアス明示処理部２３ｃは、スプリアスの発生帯域の色を他の帯域とは異ならせる。または、マーカ（ｃ）を表示することでスプリアス帯域を明示しても良い。

【0022】

以上説明したように第１の実施形態では、既知であるローカル信号の周波数ｆ_ＬＯと、受信対象である無線信号の周波数とからスプリアスの出現する周波数を計算し、スペクトラム画像においてスプリアスの帯域を明確に区別して表示するようにした。このようにすることで、ユーザは、スプリアス成分が発生していることを一目で認識することができ、観測結果を誤認するおそれがなくなる。

【0023】

つまり実施形態では、スプリアスを直接除去するのではなく、所望波成分とは明確に区別できるようにすることで、スプリアスと所望波とを混同するといった、ユーザの誤認識を防ぐことができる。これらのことから第１の実施形態によれば、受信信号の帯域の広さによらずスプリアスと所望波成分とを視覚的に区別できるようになり、ひいては、観測結果の誤認を防止することが可能になる。

【0024】

＜第２の実施形態＞
図８は、第２の実施形態に係わる受信装置の一例を示すブロック図である。図５において、受信装置は、それぞれアンテナ１を備える受信機１０および受信機３０を備える。このうち受信機１０は図１、および図５と同様の系統により無線信号の受信信号データ（第１デジタルデータ）を生成し、表示装置２０の信号処理部２１に送る。

【0025】

受信機３０も同様に、Ａ／Ｄ変換器１６により、無線信号の受信信号データ（第２デジタルデータ）を生成して、表示装置２０の信号処理部２１に送る。ただし受信機３０は、プリセレクタ１２の前段に可変アッテネータ３１を備える。可変アッテネータ３１は、アンテナ１で受信された無線信号を、設定可能な減衰量で減衰させる。後段のプリ背レクだ１２は、可変アッテネータ３１の出力の帯域を制限する。

【0026】

図９は、図８に示される信号処理部２１のプロセッサ２３の一例を示す機能ブロック図である。プロセッサ２３はその処理機能として、画像生成部２３ａ、スプリアス明示処理部２３ｃ、および、特定部２３ｄを備える。

【0027】

画像生成部２３ａは、可変アッテネータ３１を通過していない受信信号の受信信号データ（第１デジタルデータ）と、可変アッテネータ３１を通過した受信信号の受信信号データ（第２デジタルデータ）とにそれぞれＦＦＴ処理を施し、スペクトラムデータを生成する。そして画像生成部２３ａは、それぞれのスペクトラムデータから、受信機１０，３０で受信された無線信号のスペクトラム画像を生成する。

【0028】

特定部２３ｄは、スペクトラムデータにおける、第１デジタルデータに基づくピークと第２デジタルデータに基づくピークとの差分と、可変アッテネータ３１に設定された減衰量とを比較して、スペクトラムデータに生じたスプリアスを特定する。

【0029】

スプリアス明示処理部２３ｃは、画像生成部２３ａにより生成されたスペクトラム画像において、特定部２３ｄで特定されたスプリアスを明示する。

【0030】

図１０は、表示器２２に表示されるスペクトラム画像の他の例を示す図である。図１０において、実線は受信機１０からのスペクトラム波形を示し、点線が受信機３０からのスペクトラム波形を示す。受信機３０の可変アッテネータ３１に設定された減衰量により、二つの波形にはレベル差が生じる。図１０において、最大のピークにおけるレベル差をΔＡ１とし、その次のピークにおけるレベル差をΔＡ２とし、さらにその次のピークにおけるレベル差をΔＡ３とする。

【0031】

そして、特定部２３ｄは、ΔＡ１～ΔＡ３と、可変アッテネータ３１に設定された減衰量とを比較し、設定減衰量と同じ減衰を示すピークを本来の信号成分（所望波成分）として判定し、それ以外のピークをスプリアスとして特定する。

【0032】

式（４）を参照すると、混変調の係数は、ｆ_ＩＦの係数とは異なる値を持つ。従って、可変アッテネータ３１の設定減衰量と同じ減衰を示すピークは、本来の受信信号と見做すことができる。一方で、可変アッテネータ３１の設定減衰量とは異なる減衰を示すピークは、スプリアス成分であるとみなすことができる。

【0033】

特定部２３ｄによる特定の結果は、スプリアス明示処理部２３ｃに渡される。そして、スプリアス明示処理部２３ｃは、特定されたスプリアスを図１０のスペクトラム画像において明示する。図１０においてはマーカ（ｃ）により、スプリアスであることが明示されている。

【0034】

以上説明したようにこの実施形態では、複数系統の受信機を設け、少なくとも１つの系統の受信機に可変アッテネータを設けてその系統の受信信号を減衰させる。そして、減衰を受けた受信信号のスペクトラムと減衰を受けていない受信信号のスペクトラムとを比較し、設定減衰量に対応する減衰を示すピークを所望波成分として特定する。また、減衰量が設定減衰量に対応しないピークを、スプリアスとして特定するようにした。

【0035】

このようにしたので、スプリアス成分を確実に特定でき、スペクトラム画像において明示することができる。従って、第２の実施形態によっても、受信信号の帯域の広さによらずスプリアスと所望波成分とを視覚的に区別できるようになり、観測結果の誤認を防止することが可能になる。

【0036】

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0037】

１…アンテナ、１０…受信機、１１…低雑音増幅器、１２…プリセレクタ、１３…ミキサ、１４…局部発振器、１５…アンチエイリアスフィルタ、１６…アナログ／デジタル変換器、２０…表示装置、２１…信号処理部、２２…表示器、２３…プロセッサ、２３ａ…画像生成部、２３ｂ…計算部、２３ｃ…スプリアス明示処理部、２３ｄ…特定部、２４…記憶部、２４ａ…プログラム、２４ｂ…受信信号データ、２４ｃ…スペクトラム画像データ、２５…ＲＯＭ、２６…ＲＡＭ、２７…通信部、３０…受信機、３１…可変アッテネータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】