JP3850107B2 - 広帯域無線周波受信機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル携帯電話機等で使用される広帯域無線周波受信機に関し、詳細には、信号を広帯域のまま取り込んでチャネル分離や変復調処理をＤＳＰ等のディジタル回線で実現するような場合において、受信信号の性能劣化を起こすことなく受信機の広帯域化がはかれ、小型で低消費電力な広帯域無線周波受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチメディア化が種々の分野で進んでおり、移動体通信もマルチメディア時代における情報端末として、その高速化、大容量伝送への要求が高まっている。これにより無線機も広帯域化をはかる必要がある。また、最近では、ディジタル回路技術の発達により、アナログ回路で実現していた機能をディジタル回路で実現する例が増えてきており、ディジタル携帯電話等の通信機分野においても、ソフトウエア無線機と呼ばれる無線機能のほとんどをソフトウエアで実現する技術が提案されている。この技術の特徴は、従来アナログ的に行っていたチャネル分離や変復調といった信号処理機能を、すべてＡ／Ｄ変換後に、ソフトウエアで処理することによって無線機の機能に柔軟性を持たせたことにある。
このため、Ａ／Ｄ変換器、ＤＳＰ等には高周波、広帯域特性が要求され、同時に無線部の広帯域化をはかる必要がある。
【０００３】
図４は、広帯域無線周波受信機の構成の従来例を示す図である。この図４に示す広帯域受信機は、ディジタル携帯電話機において、無線機の機能の一部をＤＳＰで実現した例を示している。
図４において、広帯域無線周波受信機は、高周波信号を入力するアンテナ１と、高周波信号の帯域外不要波を除去するための高周波バンドパスフィルタ２と、高周波信号を低雑音で増幅する高周波低雑音増幅器３と、高周波信号を広帯域のまま周波数変換するための固定周波数信号を発信する局部発信器１２と、高周波低雑音増幅器３の出力を固定周波数信号と混合して中間周波信号に変換するミキサ４と、周波数変換後の中間周波信号の帯域外不要波を除去するための中間周波バンドパスフィルタ１３と、中間周波信号を増幅するＡＧＣ機能付き中間周波増幅器８と、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器９と、チャネル分離や変復調処理等の信号処理機能をディジタル的に行うＤＳＰ１０で構成される。
上記高周波バンドパスフィルタ２、高周波低雑音増幅器３、局部発信器１２、ミキサ４、中間周波バンドパスフィルタ１３、及び中間周波増幅器８は、周波数変換部１４を構成し、この周波数変換部１４は、アナログ回路で構成され、アナログ的に信号処理を行う。
【０００４】
次に、上記構成の広帯域無線周波受信機の動作を説明する。
図５は、図４の広帯域無線周波数受信機における入出力信号のスペクトルをモデル化した図である。
先ず、アンテナ１からは、中心周波数ｆRFで帯域幅Ｗｓの高周波信号が入力され、この高周波信号は、高周波バンドパスフィルタ２により、所要帯域（帯域幅ＷRF）外の不要波が除去される。ここで、高周波バンドパスフィルタ２において、無線性能を満足させるための要求されるダイナミックレンジであって、例えば、８０ｄＢ以上を得る帯域幅をＷRFとおく。
この高周波バンドパスフィルタ２を通過した高周波信号（中心周波数ｆRF、帯域幅ＷRF）は、高周波低域雑音増幅器３によって増幅される。次いで、ミキサ４により、この高周波低雑音増幅器３の出力は、局部発信器１２から発信される単一周波数の固定周波信号と混合されて周波数変換され、中間周波数信号が出力される。ここで、周波数変換後の中間周波信号の中心周波信号の中心周波数をｆIFおく。
次に、中間周波バンドフィルタ１３により、局部発信器１２の発信周波数を含む所用帯域外の不要波が除去される。ここで、中間周波バンドパスフィルタ１３において、無線性能を満足するために要求されるダイナミックレンジであって、例えば、８０ｄＢ以上を得る帯域幅をＷIF、このときの最大周波数をｆMAX とおく。
中心周波数ｆIF、帯域幅ＷIFの中間周波信号は、中間周波増幅器８によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器９によってディジタル変換される。この時、Ａ／Ｄ変換器９に要求されるサンプリング速度をｆS とすると、サンプリング速度ｆS は、下式（１）を満たす必要がある。
ｆS ＞２×ｆMAX −−−（１）
（Jeffery A.Wepman,"Analog-to-DigitalConverters and Their Applicati- ons in Radio Receivers",IEEE Communication Megazine,Vol.33,No.5,pp39-45, May 1955）
続いて、Ａ／Ｄ変換器９でディジタル変換された信号は、ＤＳＰ１０に入力され、チャネル分離や変復調処理等の信号処理がディジタル的に行われる。
【０００５】
図６は、図４の広帯域無線周波数受信機における入出力信号のスペクトルをモデル化した他の例を示す図である。
図６に示すように、ベースバンド付近より比較的高い周波数帯域でサンプリングを行っても良い。この場合、Ａ／Ｄ変換器９に要求されるサンプリング速度をｆS とすると、下式（２）を満たす必要がある。
ｆS ＞２×ＷIF−−−（２）
（Jeffery A.Wepman,"Analog-to-Digital Converters and Their Applicati-ons in Radio Receivers",IEEE Communication Megazine,Vol.33,No.5,pp39-45,May 1955 ）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、上記式（１）、（２）のいずれの場合においても、前記広帯域無線周波受信機の構成では、実際に、広帯域化をはかろうとすると、以下に詳述する理由で各種アナログデバイスやＡ／Ｄ変換器９、ＤＳＰ１０の高周波特性や広帯域特性等に対する要求が非常に大きくなるため、回路規模が大きくなり、消費電力が増大するという問題があった。
上記図５に示すように、前記広帯域無線周波数受信機では、高周波信号を直接ベースバンド付近に周波数変換するので負の折り返し信号が中間周波数帯域に入りこんでしまい、雑音となって無線性能に悪影響を及ぼし、性能劣化を引き起こす。このため、最大周波数ｆMAX は下式（３）の条件を満たす必要がある。
ｆMAX ＞ｆIF＋ＷIF／２−−−（３）
上記式（１）と上記式（３）からＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度ｆS とアナログ回路との関係は、下式（４）の如くなる。
ｆS ＞２ｆIF＋ＷIF−−−（４）
即ち、上記式（４）からわかるように、受信機の広帯域化をはかろうとすると、ｆIFが大きくなるため、Ａ／Ｄ変換器９のサンプリング速度ｆS を大としなけらばならない。その結果、高価なＡ／Ｄ変換器が必要となり装置のコストが大となる。また、中間周波数ＩIFをよりベースバンドに近づけると、中間周波バンドパスフィルタの実現が困難であり、実現できても広帯域特性を確保するためには、挿入損失、形状が大きくなる。さらに、帯域外の減衰特性が緩慢になり、前記と同様のダイナミックレンジを確保するにはＷIFが大きくなり、Ａ／Ｄ変換器への負荷を増大させるとともに帯域外の雑音に影響されやすくなる。
例えば、実際に減衰特性が良好なことで知られている表面弾性波フィルタで考えると、中心周波数が１００ＭＨＺで通過帯域幅ＷＳを２０ＭＨＺとした場合にはｆMAX は１２０ＭＨＺ程度となり、Ａ／Ｄ変換器に対して２４０Ｍｓｐｓ（M Samples/sec）以上のサンプリング速度でサンプリングしなければならない。
かかるＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度を速くしなければならないという問題は、広帯域無線周波受信機の構成を、例えば、ダブルコンバージョン方式で構成した場合や上記図６に示すサンプリング手法を用いたとしても、同様に発生する問題である。
本発明は、上記課題を鑑てなされたものであり、受信信号の特性を劣化させることなく、受信機の広帯域特性を保ちながらＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度を低くして、小型で、且つ低消費電力な広帯域無線周波受信機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る広帯域無線周波受信機は、入力する高周波信号を広帯域のまま周波数変換して中間周波信号を生成する周波数変換部と、各々異なる中心周波数を有し、各々の通過帯域が重なり合った状態で所定の通過帯域幅を形成する複数のバンドパスフィルタを備え、前記中間周波信号を前記複数のバンドパスフィルタ各々の通過帯域幅で濾過して出力するフィルタ部と、前記複数のバンドパスフィルタの出力レベルを各々検出して記憶すると共に、検出した出力レベルをＤＳＰに出力するレベル検出部と、前記ＤＳＰの制御により、前記レベル検出部の出力を選択して切り換える切替器と、前記切替器により選択されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、チャネル分離や変復調等の信号処理と前記切替器の切替を制御する前記ＤＳＰと、を備えた構成とした。
請求項１に係る広帯域無線受信機によれば、フィルタ部の複数のバンドパスフィルタが、中間周波信号を各々が異なる通過帯域幅で濾過して出力し、レベル検出部は、前記複数のバンドパスフィルタの出力レベルを各々検出して記憶すると共に、検出した出力レベルをＤＳＰに出力し、切替器がＤＳＰの制御により、レベル検出部の出力を選択して切り換え、Ａ／Ｄ変換器が切替器により選択されたアナログ信号をデジタル信号に変換する構成であるので、フィルタ部の複数のバンドパスフィルタの出力のレベルを検出して、目的とする通信帯域を検出し、レベル検出部からの出力をシステムの運用形態にあわせて選択して出力するができる。その結果、受信機の広帯域特性を保ちながらＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度を従来より低くすることができるため、小型でかつ低消費電力の広帯域無線受信器を提供することが可能となる。
【０００８】
請求項２に係る広帯域無線周波受信機は、請求項１に係る広帯域無線周波受信機において、前記複数のバンドパスフィルタは、各々が異なる共振点を有するＳＡＷフィルタからなり、多周波の信号を同時に扱うことが可能とした。
請求項２に係る広帯域無線周波受信機によれば、バンドパスフィルタにＳＡＷフィルタを使用した構成であるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、中間周波信号を異なる通過帯域幅で濾過して出力するフィルタを安価に構成することが可能となる。
請求項３に係る広帯域無線周波受信機は、請求項１又は２記載の広帯域無線周波受信機において、広帯域信号の周波数解析を行うためのＦＦＴ機能を備えたＦＦＴ処理部を前記ＤＳＰ内部、もしくは、外部に備えた構成とした。
請求項３に係る広帯域無線周波受信機によれば、広帯域信号の周波数解析を行うためのＦＦＴ機能を備えたＦＦＴ処理部を前記ＤＳＰ内部、もしくは、外部に備えた構成であるので、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、電波環境の監視等を行うことが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る広帯域無線周波受信機を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る広帯域無線周波受信機の構成を示すブロック図である。図１において、上記図４で示した広帯域無線周波受信機と同等機能を有する部分は同一符号を付してある。図１において、広帯域無線周波受信機は、高周波信号を入力するアンテナ１と、高周波信号の帯域外不要波を除去するための高周波バンドパスフィルタ２と、高周波信号を低雑音で増幅を行う高周波低雑音増幅部３と、高周波信号を広帯域のまま周波数変換するための固定周波数信号を発生する局部発信器１２と、高周波低雑音増幅器３の出力を固定周波数信号と混合して中間周波信号に変換するミキサ４と、複数の中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄを備え、各中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄにより周波数変換後の中間周波信号の帯域外不要波を除去するＩＷＦ（Integrated Wideband Filter）５と、ＩＷＦ５の各中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄの出力レベルを記憶するとともに、ＤＳＰ１０に対してこの出力レベルを出力するレベル検出部６と、レベル検出部６の出力をＤＳＰ１０からの制御に応じて切り替える切替器７と、切替器７からの中間周波信号を増幅するＡＧＣ機能付き中間周波増幅器８と、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器９と、チャネル分離や変復調処理等の信号処理機能をデジタル的に行うためのＤＳＰ１０と、及びＡ／Ｄ変換後のデジタル信号をＦＦＴ処理して処理データをＤＳＰ１０に出力し、無線環境等の環視を可能とさせるＦＦＴ処理部１１等により構成されている。上記中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄとしては、例えば、各々が異なる共振点を有するＳＡＷフィルタを用いることができる。図２は、ＩＷＦ５の各中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｂの周波数特性を示す図である。各中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｂは、図２に示す如く、中心周波数ｆ１で通過帯域幅Ｗ１、中心周波数ｆ２で通過帯域幅Ｗ２、中心周波数ｆ３で通過帯域幅Ｗ３、中心周波数ｆ４で通過帯域幅Ｗ４の周波数特性をそれぞれ有している。
【００１０】
次に、上記構成の広帯域無線周波受信機の動作を説明する。
図３はＩＷＦ５で広帯域信号を処理する場合の入出力信号をスペクトルで示した図である。
先ず、アンテナ１からは、中心周波数ｆRF、帯域幅Ｗｓの高周波信号が入力され、この高周波信号は、高周波バンドパスフィルタ２により、所要帯域（帯域幅ＷRF）外の不要波が除去される。ここで、高周波バンドパスフィルタ２において、無線性能を満足さえるための要求されるダイナミックレンジであって、例えば、８０ｄＢ以上を得る帯域幅をＷRFとおく。
この高周波バンドパスフィルタ２を通過した高周波信号（中心周波数ｆRF、帯域幅ＷRF）は、高周波低域雑音増幅器３によって増幅された後、単一周波数の固定周波数信号を出力する局部発信器１２からの信号とミキサ４によって広帯域のままベースバンド付近、又は、数１０ＭＨＺ帯まで周波数変換される。ここで、周波数変換後の中間周波信号の中心周波数をｆIFとおく。
【００１１】
次に、周波数変換された信号はＩＷＦ５の各中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄにそれぞれ入力される。
ここで、高周波信号の帯域幅Ｗｓと、各中間周波バンドパスフィルタ５a 〜５ｄの通過帯域幅Ｗ１〜Ｗ４は、下式（５）の関係となる。
Ｗｓ＝Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４−−−（５）
そして、中間周波信号は、各中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄにより局部発信器１２の発信周波数を含む所要帯域外の不要波が除去され、各帯域幅Ｗ１〜Ｗ４に帯域分割される。
ここで、ＩＷＦ５の各中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄにおいて、無線性能を満足するために要求されるダイナミックレンジであって、例えば、８０ｄＢ以上を得る帯域幅をＷIFとおく。
【００１２】
レベル検出部６は、ＩＷＦ５の各出力の出力レベルを測定し各中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄの出力レベルを記憶するとともに、測定した出力レベルをＤＳＰ１０に出力する。切替器７は、ＤＳＰ１０の制御により、レベル検出部６の出力を切り換えて、中間周波増幅器８に出力する。切替器７によって選択された中間周波信号は、中間周波増幅器により増幅された後、Ａ／Ｄ変換器９により、ディジタル変換される。
ここで、Ａ／Ｄ変換器９に要求されるサンプリング速度は、上記式（２）の条件が必要となる。
ディジタル変換された信号は、ＤＳＰ１０に入力され、チャネル分離や変調処理等の信号処理をディジタル的に行われる。また、ＤＳＰ１０は、切替器７を制御するにより、ＩＷＦ５から出力されるすべての中間周波信号をＤＳＰ１０に取り込むことが可能となる。
例えば、ＩＷＦ５に入力する信号の帯域幅Ｗｓを２０ＭＨＺ、各周波数バンドパスフィルタの通過帯域幅Ｗ１〜Ｗ４をそれぞれ５ＭＨＺとし、実際に減衰特性が良好なことで知られている表面弾性波フィルタで考えると、ＷIFは１５ＭＨＺ程度となる。
これにより、通過帯域外の雑音等を十分抑圧可能で広帯域受信時においても良好な受信性能を確保できることになる。また、１つの中間周波バンドパスフィルタの通過帯域幅は５ＭＨＺであるので、５〜６Ｍｂｐｓの転送が可能である。この場合、上記式（２）より、Ａ／Ｄ変換器９は、３０Ｍｓｐｓ程度のサンプリング速度で済むことになる。これは、従来技術の４分の１程度のサンプリング速度となる。
さらに、信号を広帯域のまま取り込むことが容易にできるため、本実施の形態で示したように、ＦＦＴ１１の如く、電波環境の環視等の機能を持たせることが可能になるなど新しいシステムの運用を行うことが可能となる。
【００１３】
以上説明したように、本実施の形態においては、ＩＷＦ５の複数の中間バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄが、中間周波信号を各々が異なる通過帯域で濾過して出力し、レベル検出部６は、各中間バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄの出力レベルを各々検出して記憶すると共に、検出した出力レベルをＤＳＰ１０に出力し、切替器７がＤＳＰ１０の制御により、レベル検出部６の出力を選択して切り換え、Ａ／Ｄ変換器９がレベル検出部６から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する構成であるので、レベル検出部６は、各中間バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄのフィルタの出力のレベルを検出して、目的とする通信帯域を検出し、切替器７は、レベル検出部６からの出力をシステムの運用形態にあわせて選択してＡ／Ｄ変換器９に出力するができる。その結果、受信機の広帯域特性を保ちながらＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度を従来より低くすることができるため、小型でかつ低消費電力の広帯域無線受信器を提供することが可能となる。
付言すると、従来方式に比べて、容易に受信機の広帯域化ができ、しかもＡ／Ｄ変換器やＤＳＰ等のディジタルデバイスへの負かを著しく削減することが可能で、性能劣化を起こすことなく広帯域無線周波受信機を構成することができる。
尚、本実施の形態では、ＤＳＰ１０の負荷を軽減するために別途ＦＦＴ処理部１１を設けたが、ＤＳＰ１０でその機能を持たせることも可能である。
また、本実施例では、ＩＷＦ５の中間周波バンドパスフィルタを、ＳＡＷフィルタで構成する例を示したが、本発明は、これに限定されるものではなく他のフィルタを使用しても良い。また、ＩＷＦ５で４つの帯域に分割する例を示したが、分割数はこれに限定されるものではない。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１に係る広帯域無線受信機によれば、フィルタ部の複数のバンドパスフィルタが、中間周波信号を各々が異なる通過帯域幅で濾過して出力し、レベル検出部は、前記複数のバンドパスフィルタの出力レベルを各々検出して記憶すると共に、検出した出力レベルをＤＳＰに出力し、切替器がＤＳＰの制御により、レベル検出部の出力を選択して切り換え、Ａ／Ｄ変換器が切替器により選択されたアナログ信号をデジタル信号に変換する構成であるので、フィルタ部の複数のバンドパスフィルタの出力のレベルを検出して、目的とする通信帯域を検出し、レベル検出部からの出力をシステムの運用形態にあわせて選択して出力するができる。その結果、受信機の広帯域特性を保ちながらＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度を従来より低くすることができるため、小型でかつ低消費電力の広帯域無線受信器を提供することが可能となる。
請求項２に係る広帯域無線周波受信機によれば、バンドパスフィルタにＳＡＷフィルタを使用した構成であるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、中間周波信号を異なる通過帯域幅で濾過して出力するフィルタを安価に構成することが可能となる。
請求項３に係る広帯域無線周波受信機によれば、広帯域信号の周波数解析を行うためのＦＦＴ機能を備えたＦＦＴ処理部を前記ＤＳＰ内部、もしくは、外部に備えた構成であるので、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、電波環境の監視等を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る広帯域無線周波受信機の構成を示すブロック図。
【図２】図１のＩＷＦの各中間周波バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図３】図１のＩＷＦで広帯域信号を処理する場合の入出力信号をスペクトルで示した図である
【図４】従来の広帯域無線周波受信機の構成を示す図。
【図５】図４の広帯域無線周波数受信機における入出力信号のスペクトルをモデル化した第１の例を示す図。
【図６】図４の広帯域無線周波数受信機における入出力信号のスペクトルをモデル化した第２の例を示す図。
【符号の説明】
１ アンテナ
２ 高周波バンドパスフィルタ
３ 高周波低雑音増幅部
４ ミキサ
５ ＩＷＦ
５ａ〜５ｂ 局部発信器
６ レベル検出部
７ 切替器
８ 中間周波増幅器
９ Ａ／Ｄ変換器
１０ ＤＳＰ
１１ ＦＦＴ処理部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル携帯電話機等で使用される広帯域無線周波受信機に関し、詳細には、信号を広帯域のまま取り込んでチャネル分離や変復調処理をＤＳＰ等のディジタル回線で実現するような場合において、受信信号の性能劣化を起こすことなく受信機の広帯域化がはかれ、小型で低消費電力な広帯域無線周波受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチメディア化が種々の分野で進んでおり、移動体通信もマルチメディア時代における情報端末として、その高速化、大容量伝送への要求が高まっている。これにより無線機も広帯域化をはかる必要がある。また、最近では、ディジタル回路技術の発達により、アナログ回路で実現していた機能をディジタル回路で実現する例が増えてきており、ディジタル携帯電話等の通信機分野においても、ソフトウエア無線機と呼ばれる無線機能のほとんどをソフトウエアで実現する技術が提案されている。この技術の特徴は、従来アナログ的に行っていたチャネル分離や変復調といった信号処理機能を、すべてＡ／Ｄ変換後に、ソフトウエアで処理することによって無線機の機能に柔軟性を持たせたことにある。
このため、Ａ／Ｄ変換器、ＤＳＰ等には高周波、広帯域特性が要求され、同時に無線部の広帯域化をはかる必要がある。
【０００３】
図４は、広帯域無線周波受信機の構成の従来例を示す図である。この図４に示す広帯域受信機は、ディジタル携帯電話機において、無線機の機能の一部をＤＳＰで実現した例を示している。
図４において、広帯域無線周波受信機は、高周波信号を入力するアンテナ１と、高周波信号の帯域外不要波を除去するための高周波バンドパスフィルタ２と、高周波信号を低雑音で増幅する高周波低雑音増幅器３と、高周波信号を広帯域のまま周波数変換するための固定周波数信号を発信する局部発信器１２と、高周波低雑音増幅器３の出力を固定周波数信号と混合して中間周波信号に変換するミキサ４と、周波数変換後の中間周波信号の帯域外不要波を除去するための中間周波バンドパスフィルタ１３と、中間周波信号を増幅するＡＧＣ機能付き中間周波増幅器８と、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器９と、チャネル分離や変復調処理等の信号処理機能をディジタル的に行うＤＳＰ１０で構成される。
上記高周波バンドパスフィルタ２、高周波低雑音増幅器３、局部発信器１２、ミキサ４、中間周波バンドパスフィルタ１３、及び中間周波増幅器８は、周波数変換部１４を構成し、この周波数変換部１４は、アナログ回路で構成され、アナログ的に信号処理を行う。
【０００４】
次に、上記構成の広帯域無線周波受信機の動作を説明する。
図５は、図４の広帯域無線周波数受信機における入出力信号のスペクトルをモデル化した図である。
先ず、アンテナ１からは、中心周波数ｆRFで帯域幅Ｗｓの高周波信号が入力され、この高周波信号は、高周波バンドパスフィルタ２により、所要帯域（帯域幅ＷRF）外の不要波が除去される。ここで、高周波バンドパスフィルタ２において、無線性能を満足させるための要求されるダイナミックレンジであって、例えば、８０ｄＢ以上を得る帯域幅をＷRFとおく。
この高周波バンドパスフィルタ２を通過した高周波信号（中心周波数ｆRF、帯域幅ＷRF）は、高周波低域雑音増幅器３によって増幅される。次いで、ミキサ４により、この高周波低雑音増幅器３の出力は、局部発信器１２から発信される単一周波数の固定周波信号と混合されて周波数変換され、中間周波数信号が出力される。ここで、周波数変換後の中間周波信号の中心周波信号の中心周波数をｆIFおく。
次に、中間周波バンドフィルタ１３により、局部発信器１２の発信周波数を含む所用帯域外の不要波が除去される。ここで、中間周波バンドパスフィルタ１３において、無線性能を満足するために要求されるダイナミックレンジであって、例えば、８０ｄＢ以上を得る帯域幅をＷIF、このときの最大周波数をｆMAX とおく。
中心周波数ｆIF、帯域幅ＷIFの中間周波信号は、中間周波増幅器８によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器９によってディジタル変換される。この時、Ａ／Ｄ変換器９に要求されるサンプリング速度をｆS とすると、サンプリング速度ｆS は、下式（１）を満たす必要がある。
ｆS ＞２×ｆMAX −−−（１）
（Jeffery A.Wepman,"Analog-to-DigitalConverters and Their Applicati- ons in Radio Receivers",IEEE Communication Megazine,Vol.33,No.5,pp39-45, May 1955）
続いて、Ａ／Ｄ変換器９でディジタル変換された信号は、ＤＳＰ１０に入力され、チャネル分離や変復調処理等の信号処理がディジタル的に行われる。
【０００５】
図６は、図４の広帯域無線周波数受信機における入出力信号のスペクトルをモデル化した他の例を示す図である。
図６に示すように、ベースバンド付近より比較的高い周波数帯域でサンプリングを行っても良い。この場合、Ａ／Ｄ変換器９に要求されるサンプリング速度をｆS とすると、下式（２）を満たす必要がある。
ｆS ＞２×ＷIF−−−（２）
（Jeffery A.Wepman,"Analog-to-Digital Converters and Their Applicati-ons in Radio Receivers",IEEE Communication Megazine,Vol.33,No.5,pp39-45,May 1955 ）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、上記式（１）、（２）のいずれの場合においても、前記広帯域無線周波受信機の構成では、実際に、広帯域化をはかろうとすると、以下に詳述する理由で各種アナログデバイスやＡ／Ｄ変換器９、ＤＳＰ１０の高周波特性や広帯域特性等に対する要求が非常に大きくなるため、回路規模が大きくなり、消費電力が増大するという問題があった。
上記図５に示すように、前記広帯域無線周波数受信機では、高周波信号を直接ベースバンド付近に周波数変換するので負の折り返し信号が中間周波数帯域に入りこんでしまい、雑音となって無線性能に悪影響を及ぼし、性能劣化を引き起こす。このため、最大周波数ｆMAX は下式（３）の条件を満たす必要がある。
ｆMAX ＞ｆIF＋ＷIF／２−−−（３）
上記式（１）と上記式（３）からＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度ｆS とアナログ回路との関係は、下式（４）の如くなる。
ｆS ＞２ｆIF＋ＷIF−−−（４）
即ち、上記式（４）からわかるように、受信機の広帯域化をはかろうとすると、ｆIFが大きくなるため、Ａ／Ｄ変換器９のサンプリング速度ｆS を大としなけらばならない。その結果、高価なＡ／Ｄ変換器が必要となり装置のコストが大となる。また、中間周波数ＩIFをよりベースバンドに近づけると、中間周波バンドパスフィルタの実現が困難であり、実現できても広帯域特性を確保するためには、挿入損失、形状が大きくなる。さらに、帯域外の減衰特性が緩慢になり、前記と同様のダイナミックレンジを確保するにはＷIFが大きくなり、Ａ／Ｄ変換器への負荷を増大させるとともに帯域外の雑音に影響されやすくなる。
例えば、実際に減衰特性が良好なことで知られている表面弾性波フィルタで考えると、中心周波数が１００ＭＨＺで通過帯域幅ＷＳを２０ＭＨＺとした場合にはｆMAX は１２０ＭＨＺ程度となり、Ａ／Ｄ変換器に対して２４０Ｍｓｐｓ（M Samples/sec）以上のサンプリング速度でサンプリングしなければならない。
かかるＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度を速くしなければならないという問題は、広帯域無線周波受信機の構成を、例えば、ダブルコンバージョン方式で構成した場合や上記図６に示すサンプリング手法を用いたとしても、同様に発生する問題である。
本発明は、上記課題を鑑てなされたものであり、受信信号の特性を劣化させることなく、受信機の広帯域特性を保ちながらＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度を低くして、小型で、且つ低消費電力な広帯域無線周波受信機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る広帯域無線周波受信機は、入力する高周波信号を広帯域のまま周波数変換して中間周波信号を生成する周波数変換部と、各々異なる中心周波数を有し、各々の通過帯域が重なり合った状態で所定の通過帯域幅を形成する複数のバンドパスフィルタを備え、前記中間周波信号を前記複数のバンドパスフィルタ各々の通過帯域幅で濾過して出力するフィルタ部と、前記複数のバンドパスフィルタの出力レベルを各々検出して記憶すると共に、検出した出力レベルをＤＳＰに出力するレベル検出部と、前記ＤＳＰの制御により、前記レベル検出部の出力を選択して切り換える切替器と、前記切替器により選択されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、チャネル分離や変復調等の信号処理と前記切替器の切替を制御する前記ＤＳＰと、を備えた構成とした。
請求項１に係る広帯域無線受信機によれば、フィルタ部の複数のバンドパスフィルタが、中間周波信号を各々が異なる通過帯域幅で濾過して出力し、レベル検出部は、前記複数のバンドパスフィルタの出力レベルを各々検出して記憶すると共に、検出した出力レベルをＤＳＰに出力し、切替器がＤＳＰの制御により、レベル検出部の出力を選択して切り換え、Ａ／Ｄ変換器が切替器により選択されたアナログ信号をデジタル信号に変換する構成であるので、フィルタ部の複数のバンドパスフィルタの出力のレベルを検出して、目的とする通信帯域を検出し、レベル検出部からの出力をシステムの運用形態にあわせて選択して出力するができる。その結果、受信機の広帯域特性を保ちながらＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度を従来より低くすることができるため、小型でかつ低消費電力の広帯域無線受信器を提供することが可能となる。
【０００８】
請求項２に係る広帯域無線周波受信機は、請求項１に係る広帯域無線周波受信機において、前記複数のバンドパスフィルタは、各々が異なる共振点を有するＳＡＷフィルタからなり、多周波の信号を同時に扱うことが可能とした。
請求項２に係る広帯域無線周波受信機によれば、バンドパスフィルタにＳＡＷフィルタを使用した構成であるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、中間周波信号を異なる通過帯域幅で濾過して出力するフィルタを安価に構成することが可能となる。
請求項３に係る広帯域無線周波受信機は、請求項１又は２記載の広帯域無線周波受信機において、広帯域信号の周波数解析を行うためのＦＦＴ機能を備えたＦＦＴ処理部を前記ＤＳＰ内部、もしくは、外部に備えた構成とした。
請求項３に係る広帯域無線周波受信機によれば、広帯域信号の周波数解析を行うためのＦＦＴ機能を備えたＦＦＴ処理部を前記ＤＳＰ内部、もしくは、外部に備えた構成であるので、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、電波環境の監視等を行うことが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る広帯域無線周波受信機を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る広帯域無線周波受信機の構成を示すブロック図である。図１において、上記図４で示した広帯域無線周波受信機と同等機能を有する部分は同一符号を付してある。図１において、広帯域無線周波受信機は、高周波信号を入力するアンテナ１と、高周波信号の帯域外不要波を除去するための高周波バンドパスフィルタ２と、高周波信号を低雑音で増幅を行う高周波低雑音増幅部３と、高周波信号を広帯域のまま周波数変換するための固定周波数信号を発生する局部発信器１２と、高周波低雑音増幅器３の出力を固定周波数信号と混合して中間周波信号に変換するミキサ４と、複数の中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄを備え、各中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄにより周波数変換後の中間周波信号の帯域外不要波を除去するＩＷＦ（Integrated Wideband Filter）５と、ＩＷＦ５の各中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄの出力レベルを記憶するとともに、ＤＳＰ１０に対してこの出力レベルを出力するレベル検出部６と、レベル検出部６の出力をＤＳＰ１０からの制御に応じて切り替える切替器７と、切替器７からの中間周波信号を増幅するＡＧＣ機能付き中間周波増幅器８と、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器９と、チャネル分離や変復調処理等の信号処理機能をデジタル的に行うためのＤＳＰ１０と、及びＡ／Ｄ変換後のデジタル信号をＦＦＴ処理して処理データをＤＳＰ１０に出力し、無線環境等の環視を可能とさせるＦＦＴ処理部１１等により構成されている。上記中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄとしては、例えば、各々が異なる共振点を有するＳＡＷフィルタを用いることができる。図２は、ＩＷＦ５の各中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｂの周波数特性を示す図である。各中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｂは、図２に示す如く、中心周波数ｆ１で通過帯域幅Ｗ１、中心周波数ｆ２で通過帯域幅Ｗ２、中心周波数ｆ３で通過帯域幅Ｗ３、中心周波数ｆ４で通過帯域幅Ｗ４の周波数特性をそれぞれ有している。
【００１０】
次に、上記構成の広帯域無線周波受信機の動作を説明する。
図３はＩＷＦ５で広帯域信号を処理する場合の入出力信号をスペクトルで示した図である。
先ず、アンテナ１からは、中心周波数ｆRF、帯域幅Ｗｓの高周波信号が入力され、この高周波信号は、高周波バンドパスフィルタ２により、所要帯域（帯域幅ＷRF）外の不要波が除去される。ここで、高周波バンドパスフィルタ２において、無線性能を満足さえるための要求されるダイナミックレンジであって、例えば、８０ｄＢ以上を得る帯域幅をＷRFとおく。
この高周波バンドパスフィルタ２を通過した高周波信号（中心周波数ｆRF、帯域幅ＷRF）は、高周波低域雑音増幅器３によって増幅された後、単一周波数の固定周波数信号を出力する局部発信器１２からの信号とミキサ４によって広帯域のままベースバンド付近、又は、数１０ＭＨＺ帯まで周波数変換される。ここで、周波数変換後の中間周波信号の中心周波数をｆIFとおく。
【００１１】
次に、周波数変換された信号はＩＷＦ５の各中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄにそれぞれ入力される。
ここで、高周波信号の帯域幅Ｗｓと、各中間周波バンドパスフィルタ５a 〜５ｄの通過帯域幅Ｗ１〜Ｗ４は、下式（５）の関係となる。
Ｗｓ＝Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４−−−（５）
そして、中間周波信号は、各中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄにより局部発信器１２の発信周波数を含む所要帯域外の不要波が除去され、各帯域幅Ｗ１〜Ｗ４に帯域分割される。
ここで、ＩＷＦ５の各中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄにおいて、無線性能を満足するために要求されるダイナミックレンジであって、例えば、８０ｄＢ以上を得る帯域幅をＷIFとおく。
【００１２】
レベル検出部６は、ＩＷＦ５の各出力の出力レベルを測定し各中間周波バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄの出力レベルを記憶するとともに、測定した出力レベルをＤＳＰ１０に出力する。切替器７は、ＤＳＰ１０の制御により、レベル検出部６の出力を切り換えて、中間周波増幅器８に出力する。切替器７によって選択された中間周波信号は、中間周波増幅器により増幅された後、Ａ／Ｄ変換器９により、ディジタル変換される。
ここで、Ａ／Ｄ変換器９に要求されるサンプリング速度は、上記式（２）の条件が必要となる。
ディジタル変換された信号は、ＤＳＰ１０に入力され、チャネル分離や変調処理等の信号処理をディジタル的に行われる。また、ＤＳＰ１０は、切替器７を制御するにより、ＩＷＦ５から出力されるすべての中間周波信号をＤＳＰ１０に取り込むことが可能となる。
例えば、ＩＷＦ５に入力する信号の帯域幅Ｗｓを２０ＭＨＺ、各周波数バンドパスフィルタの通過帯域幅Ｗ１〜Ｗ４をそれぞれ５ＭＨＺとし、実際に減衰特性が良好なことで知られている表面弾性波フィルタで考えると、ＷIFは１５ＭＨＺ程度となる。
これにより、通過帯域外の雑音等を十分抑圧可能で広帯域受信時においても良好な受信性能を確保できることになる。また、１つの中間周波バンドパスフィルタの通過帯域幅は５ＭＨＺであるので、５〜６Ｍｂｐｓの転送が可能である。この場合、上記式（２）より、Ａ／Ｄ変換器９は、３０Ｍｓｐｓ程度のサンプリング速度で済むことになる。これは、従来技術の４分の１程度のサンプリング速度となる。
さらに、信号を広帯域のまま取り込むことが容易にできるため、本実施の形態で示したように、ＦＦＴ１１の如く、電波環境の環視等の機能を持たせることが可能になるなど新しいシステムの運用を行うことが可能となる。
【００１３】
以上説明したように、本実施の形態においては、ＩＷＦ５の複数の中間バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄが、中間周波信号を各々が異なる通過帯域で濾過して出力し、レベル検出部６は、各中間バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄの出力レベルを各々検出して記憶すると共に、検出した出力レベルをＤＳＰ１０に出力し、切替器７がＤＳＰ１０の制御により、レベル検出部６の出力を選択して切り換え、Ａ／Ｄ変換器９がレベル検出部６から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する構成であるので、レベル検出部６は、各中間バンドパスフィルタ５ａ〜５ｄのフィルタの出力のレベルを検出して、目的とする通信帯域を検出し、切替器７は、レベル検出部６からの出力をシステムの運用形態にあわせて選択してＡ／Ｄ変換器９に出力するができる。その結果、受信機の広帯域特性を保ちながらＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度を従来より低くすることができるため、小型でかつ低消費電力の広帯域無線受信器を提供することが可能となる。
付言すると、従来方式に比べて、容易に受信機の広帯域化ができ、しかもＡ／Ｄ変換器やＤＳＰ等のディジタルデバイスへの負かを著しく削減することが可能で、性能劣化を起こすことなく広帯域無線周波受信機を構成することができる。
尚、本実施の形態では、ＤＳＰ１０の負荷を軽減するために別途ＦＦＴ処理部１１を設けたが、ＤＳＰ１０でその機能を持たせることも可能である。
また、本実施例では、ＩＷＦ５の中間周波バンドパスフィルタを、ＳＡＷフィルタで構成する例を示したが、本発明は、これに限定されるものではなく他のフィルタを使用しても良い。また、ＩＷＦ５で４つの帯域に分割する例を示したが、分割数はこれに限定されるものではない。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１に係る広帯域無線受信機によれば、フィルタ部の複数のバンドパスフィルタが、中間周波信号を各々が異なる通過帯域幅で濾過して出力し、レベル検出部は、前記複数のバンドパスフィルタの出力レベルを各々検出して記憶すると共に、検出した出力レベルをＤＳＰに出力し、切替器がＤＳＰの制御により、レベル検出部の出力を選択して切り換え、Ａ／Ｄ変換器が切替器により選択されたアナログ信号をデジタル信号に変換する構成であるので、フィルタ部の複数のバンドパスフィルタの出力のレベルを検出して、目的とする通信帯域を検出し、レベル検出部からの出力をシステムの運用形態にあわせて選択して出力するができる。その結果、受信機の広帯域特性を保ちながらＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度を従来より低くすることができるため、小型でかつ低消費電力の広帯域無線受信器を提供することが可能となる。
請求項２に係る広帯域無線周波受信機によれば、バンドパスフィルタにＳＡＷフィルタを使用した構成であるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、中間周波信号を異なる通過帯域幅で濾過して出力するフィルタを安価に構成することが可能となる。
請求項３に係る広帯域無線周波受信機によれば、広帯域信号の周波数解析を行うためのＦＦＴ機能を備えたＦＦＴ処理部を前記ＤＳＰ内部、もしくは、外部に備えた構成であるので、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、電波環境の監視等を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る広帯域無線周波受信機の構成を示すブロック図。
【図２】図１のＩＷＦの各中間周波バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図３】図１のＩＷＦで広帯域信号を処理する場合の入出力信号をスペクトルで示した図である
【図４】従来の広帯域無線周波受信機の構成を示す図。
【図５】図４の広帯域無線周波数受信機における入出力信号のスペクトルをモデル化した第１の例を示す図。
【図６】図４の広帯域無線周波数受信機における入出力信号のスペクトルをモデル化した第２の例を示す図。
【符号の説明】
１ アンテナ
２ 高周波バンドパスフィルタ
３ 高周波低雑音増幅部
４ ミキサ
５ ＩＷＦ
５ａ〜５ｂ 局部発信器
６ レベル検出部
７ 切替器
８ 中間周波増幅器
９ Ａ／Ｄ変換器
１０ ＤＳＰ
１１ ＦＦＴ処理部
Claims (3)
- 入力する高周波信号を広帯域のまま周波数変換して中間周波信号を生成する周波数変換部と、
各々異なる中心周波数を有し、各々の通過帯域が重なり合った状態で所定の通過帯域幅を形成する複数のバンドパスフィルタを備え、前記中間周波信号を前記複数のバンドパスフィルタ各々の通過帯域幅で濾過して出力するフィルタ部と、
前記複数のバンドパスフィルタの出力レベルを各々検出して記憶すると共に、検出した出力レベルをＤＳＰに出力するレベル検出部と、
前記ＤＳＰの制御により、前記レベル検出部の出力を選択して切り換える切替器と、
前記切替器により選択されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
チャネル分離や変復調等の信号処理と前記切替器の切替を制御する前記ＤＳＰと、を備えたことを特徴とする広帯域無線周波受信機。 - 前記複数のバンドパスフィルタは、各々が異なる共振点を有するＳＡＷフィルタからなり、多周波の信号を同時に扱うことが可能であることを特徴とする請求項１記載の広帯域無線周波数受信機。
- 広帯域信号の周波数解析を行うためのＦＦＴ機能を備えたＦＦＴ処理部を前記ＤＳＰ内部、もしくは、外部に備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の広帯域無線周波受信機。
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|---|---|---|---|
| JP18589897A JP3850107B2 (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 広帯域無線周波受信機 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP18589897A JP3850107B2 (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 広帯域無線周波受信機 |
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| JPH1117575A JPH1117575A (ja) | 1999-01-22 |
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Family Applications (1)
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| JP18589897A Expired - Lifetime JP3850107B2 (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 広帯域無線周波受信機 |
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| JP (1) | JP3850107B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AUPS118302A0 (en) * | 2002-03-18 | 2002-04-18 | Rectifier Technologies Pacific Pty Ltd | Wide bandwidth ac-dc converter |
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1997
- 1997-06-26 JP JP18589897A patent/JP3850107B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
| JPH1117575A (ja) | 1999-01-22 |
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