WO2020178954A1

WO2020178954A1 - 受信装置および受信方法

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Publication number: WO2020178954A1
Application number: PCT/JP2019/008422
Authority: WO
Inventors: 聖史斧原
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2020-09-10
Also published as: CA3129027C; US11641211B2; US20210359697A1; CA3129027A1; EP3923481A1; EP3923481A4; JPWO2020178954A1; JP6921356B2

Abstract

受信装置は、第１のＡ／Ｄ変換器２０３と第２のＡ／Ｄ変換器２０４と、第２のＡ／Ｄ変換器２０４の前段に設けられた増幅器２０５と、ディジタル信号処理部２０７とを備え、ディジタル信号処理部２０７は、第１のＡ／Ｄ変換器２０３からのディジタル信号の振幅および第２のＡ／Ｄ変換器２０４からのディジタル信号の振幅の比較判定を行って判定結果を出力する振幅比較部２１１と、当該判定結果に基づいて、第１のＡ／Ｄ変換器２０３または第２のＡ／Ｄ変換器２０４から出力されるディジタル信号のいずれか一方を選択するセレクタ２１２とを有している。

Description

受信装置および受信方法

　この発明は、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換処理を伴う受信装置および受信方法に関する。

　無線通信、光ファイバ通信等の通信において、近年、１０ＧＨｚ以上の高周波信号が扱われることが増えてきている。さらなる広帯域の通信、および、さらなる高精度の通信が求められている一方で、半導体製造プロセスの技術進歩とともに、半導体集積回路の低電源電圧化が進んでいる。そのため、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器の低電圧動作の実現が急務となっている。

　無線通信、光ファイバ通信等の通信では、ディジタル化が進んでいることもあり、Ａ／Ｄ変換器は通信システムでのキーデバイスとなる。しかしながら、信号の広帯域化に伴い、要求されるサンプリングレートも増加する。例えば、１０ＧＨｚの信号を扱う場合には、サンプル毎秒２０ＧＳ／ｓ以上の性能が要求される。一般に、サンプリングレートが増加すると、ビット分解能は反対に小さくなる傾向がある。例えば、１００ＭＳ／ｓのサンプリングレートを持つＡ／Ｄ変換器のビット分解能は１６ビット程度が実現できるが、２０ＧＳ／ｓのサンプリングレートを持つＡ／Ｄ変換器の場合は、ビット分解能は数ビット程度に下がってしまう。なお、ここで、Ｓ／ｓとは、サンプルレートの単位であり、Sample per secondの意味である。

　Ａ／Ｄ変換器のビット分解能を改善する従来手法として、非特許文献１または非特許文献２に記載の入力電圧分担方式と、特許文献１に記載のサブレンジング方式とがある。入力電圧分担方式では、量子化ビット数がＮビットのＡ／Ｄ変換器をＭ個用いて、アナログ入力電圧範囲を分けあう形で用いることにより、Ｎ＋ｌｏｇ２(Ｍ)ビットの量子化ビットを得ることができる。一方、サブレンジング方式は、２つのＡ／Ｄ変換器に加えて、Ｄ／Ａ変換器、減算回路、および、増幅器といった追加の機器を用いることで、最大２Ｎビットの量子化ビットを得ることが可能となる。

特許第４６８１６２２号公報特開２０１３－９３６９４号公報

「高速Ａ－Ｄ変換のしくみとＩＣ活用術（後篇）」、横川計測、［２０１８年１２月２７日検索］、インターネット（URL: https://www.yokogawa.com/jp-ymi/tm/TI/keimame/ad1/ad1_6.htm）杉本俊貴、外２名、「並列構造を用いたＡ／Ｄ変換器の高精度化に関する基礎検討」、平成２５年電気学会、電子・情報・システム部門大会、ｐｐ．１７６１－１７６２

　非特許文献１または非特許文献２に記載の入力電圧分担方式は、ＮビットのＡ／Ｄ変換器を複数個用いてビット分解能を改善する手法である。しかしながら、ビット分解能を１ビット上げる毎に、２倍の個数のＡ／Ｄ変換器が必要となる。例えば、ビット分解能を４ビット改善するためには、２⁴＝１６個のＡ／Ｄ変換器が必要となり、回路実装の観点から現実的ではない。

　一方、特許文献１に記載のサブレンジング方式の場合、２つのＡ／Ｄ変換器を用いてビット分解能を２倍にすることが可能である。しかしながら、この場合、高い変換精度を持つＤ／Ａ変換器が必要である。さらに、信号の広帯域化に伴い、減算回路および増幅器のアナログ特性の高性能化が必要となる。特に、２０ＧＳ／ｓレベルの広帯域信号を扱う場合には、そのような高い変換精度を持つＤ／Ａ変換器は存在しない。

　さらに、減算回路および増幅器で生じるノイズまたは高周波信号特性が影響することもあり、ビット分解能を改善する効果が得られない。このように、Ｄ／Ａ変換器、減算回路、および、増幅器などの追加の機器が必要な上に、追加の機器のノイズまたは高周波信号特性の影響でビット分解能を改善する効果が得られない場合があった。

　この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、Ａ／Ｄ変換器の個数の増加を抑えながら、ビット分解能の改善を図ることが可能な、受信装置および受信方法を得ることを目的とする。

　この発明は、第１のＡ／Ｄ変換器と第２のＡ／Ｄ変換器とを含み、アナログ信号から構成された受信信号をディジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器と、前記第２のＡ／Ｄ変換器の前段に設けられた増幅器と、前記第１のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号と前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号とを処理するディジタル信号処理部とを備え、前記第１のＡ／Ｄ変換器には前記受信信号がそのまま入力され、前記第２のＡ／Ｄ変換器には、前記受信信号が前記増幅器で増幅された後に入力され、前記ディジタル信号処理部は、前記第１のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号の振幅および前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号の振幅の比較判定を行い、判定結果を出力する振幅比較部と、前記判定結果に基づいて、前記第１のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号と前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号とからいずれか一方を選択して出力するセレクタとを有する、受信装置である。

　この発明に係る受信装置によれば、Ａ／Ｄ変換器の個数の増加を抑えながら、ビット分解能の改善を図ることが可能である。

この発明の実施の形態１に係る受信装置が設けられた無線通信システムの構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る受信装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る受信装置に設けられた２つの４ビットＡ／Ｄ変換器と増幅器との動作を説明する図である。この発明の実施の形態１に係る受信装置に設けられた振幅比較部の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る受信装置に設けられた振幅増幅部とビット拡張部との動作を説明する図である。この発明の実施の形態２に係る受信装置が設けられた光通信システムの構成を示す図である。この発明の実施の形態２に係る受信装置の構成を示す図である。

　以下、図面を用いて、この発明に係る受信装置および受信方法の実施の形態につき、説明する。

　実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係る受信装置を備えた無線通信システムの構成を示す構成図である。図１においては、受信装置として、無線受信装置を例に挙げて示している。図１に示すように、無線通信システムは、無線送信信号の送信を行う無線送信装置１と、無線送信信号を受信する無線受信装置２とを備えている。無線送信装置１は、クライアント送信信号から無線送信信号を生成する無線送信部１０と、無線送信信号を送信する送信アンテナ１１とを有している。無線受信装置２は、無線送信信号を受信する受信アンテナ２１と、受信アンテナが受信した無線受信信号からクライアント受信信号を生成する無線受信部２０とを有している。

　図２は、図１に示した無線受信装置２の構成を示す構成図である。図２では、Ａ／Ｄ変換器が２つ設けられている場合を例に取って説明する。

　上述したように、無線受信装置２は、信号を受信する受信アンテナ２１と、無線受信部２０とから構成されている。無線受信部２０は、図２に示すように、テスト信号発生器２０１と、セレクタ２０２と、第１のＡ／Ｄ変換器２０３と、第２のＡ／Ｄ変換器２０４と、増幅器２０５と、利得調整部２０６と、ディジタル信号処理部２０７とを有している。

　テスト信号発生器２０１は、テスト信号を発生する。テスト信号は、第１のＡ／Ｄ変換器２０３および第２のＡ／Ｄ変換器２０４のリファレンス電圧調整、および、２つの信号線路長差から生じる時間スキューを調整するために用いられる信号である。テスト信号は、通常、受信信号の受信開始に先立って、テスト信号発生器２０１から出力される。また、受信開始後の運用中にも、テスト信号を用いた補正を行うことも可能であり、例えば特許文献２等にもその手法が提案されているが、既知の振幅及びパルス幅を持った信号を生成し、ディジタル信号処理部２０７から出力されるＭビットの信号が、規定どおり出力されるかどうかを判定し、利得調整部２０６と後述する振幅増幅部２０８の調整を行う。

　セレクタ２０２は、受信アンテナ２１で受信した受信信号と、テスト信号発生器２０１によって発生されたテスト信号とのいずれか一方を選択して出力する。セレクタ２０２は、受信アンテナ２１の受信信号の受信開始に先立って、テスト信号発生器２０１がテスト信号を出力した場合には、当該テスト信号を選択して出力する。一方、受信アンテナ２１が受信を開始した後の運用中には、受信アンテナで受信された受信信号を選択して出力する。但し、テスト信号を用いた補正を行うことを指示する信号が外部から入力された場合には、当該信号に応じて、テスト信号を選択して出力する。

　第１のＡ／Ｄ変換器２０３は、セレクタ２０２から出力されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。

　増幅器２０５は、セレクタ２０２から出力されたアナログ信号を増幅する。

　利得調整部２０６は、増幅器２０５の利得Ｇを調整する。利得調整部２０６には、ディジタル信号処理部２０７から利得調整信号が入力される。利得調整部２０６は、利得調整信号に基づいて、利得Ｇの値を調整して、増幅器２０５に出力する。

　第２のＡ／Ｄ変換器２０４は、増幅器２０５で増幅されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。

　ディジタル信号処理部２０７は、第１のＡ／Ｄ変換器２０３および第２のＡ／Ｄ変換器２０４から出力された各ディジタル信号を処理する。ディジタル信号処理部２０７は、振幅増幅部２０８と、非線形補正部２０９と、ビット拡張部２１０と、振幅比較部２１１と、セレクタ２１２とを有している。

　振幅増幅部２０８は、第１のＡ／Ｄ変換器２０３から出力されるディジタル信号の振幅を逓倍する。振幅増幅部２０８は、振幅比較部２１１による振幅比較結果から出力される制御信号２５０により、増幅器２０５による増幅と同等の利得が与えられるように、第１のＡ／Ｄ変換器２０３から出力されるディジタル信号の振幅を増幅させる。

　非線形補正部２０９には、第２のＡ／Ｄ変換器２０４から出力されるディジタル信号が入力される。非線形補正部２０９は、増幅器２０５の入出力振幅特性が非線形性を有する場合に、その特性を線形に変換する処理を、第２のＡ／Ｄ変換器２０４から出力されるディジタル信号に対して行う。非線形補正部２０９は、非線形補正テーブルを予めメモリに格納しておき、当該非線形補正テーブルを用いて補正を行う。非線形補正テーブルには、予め計測された増幅器２０５の振幅特性のデータと、当該振幅特性のデータを線形に変換した補正後のデータとが対応付けて格納されている。非線形補正部２０９は、メモリに格納された非線形補正テーブルのデータを用いて、第２のＡ／Ｄ変換器２０４から出力されたディジタル信号を補正する。

　ビット拡張部２１０は、非線形補正部２０９とセレクタ２１２との間に設けられている。ビット拡張部２１０は、非線形補正部２０９から出力されたディジタル信号の上位ビットに対して「０」を埋め込むビット拡張処理を行う。具体的には、非線形補正部２０９から出力されたディジタル信号が例えば（ｂ’₅ｂ’₆ｂ’₇ｂ’₈）だった場合に、上位４ビットを「０」埋めする処理を行ったとすると、ビット拡張部２１０からの出力信号は、ディジタル信号（００００ｂ’₅ｂ’₆ｂ’₇ｂ’₈）となる。

　振幅比較部２１１は、第１のＡ／Ｄ変換器２０３から出力されるディジタル信号の振幅と第２のＡ／Ｄ変換器２０４から出力されるディジタル信号の振幅の比較判定を行って判定結果を出力する。本実施の形態１では、振幅比較部２１１は、例えば以下のような処理を行う。振幅比較部２１１は、第１のＡ／Ｄ変換器２０３から出力されるディジタル信号と予め設定された第１の振幅閾値とを比較する。振幅比較部２１１は、当該ディジタル信号が第１の振幅閾値未満の場合は判定結果として「１」を出力し、当該ディジタル信号が第１の振幅閾値以上の場合は判定結果として「０」を出力する。なお、以下では、第１の振幅閾値との比較による当該判定結果を、第１の判定結果と呼ぶこととする。また、振幅比較部２１１は、第２のＡ／Ｄ変換器２０４から出力されるディジタル信号の振幅と予め設定された第２の振幅閾値とを比較する。振幅比較部２１１は、振幅比較部２１１は、当該ディジタル信号が第２の振幅閾値未満の場合は判定結果として「１」を出力し、当該ディジタル信号が第２の振幅閾値以上の場合は判定結果として「０」を出力する。なお、以下では、第２の振幅閾値との比較による当該判定結果を、第２の判定結果と呼ぶこととする。これにより、Ａ／Ｄ変換器に入力される信号の振幅が、第１の振幅閾値および第２の振幅閾値で設定される範囲内にあるときに限り、該当するＡ／Ｄ変換器の出力信号を有効とすることができる。

　セレクタ２１２は、振幅比較部２１１の第１の判定結果および第２の判定結果をもとに、第１のＡ／Ｄ変換器２０３から出力されたディジタル信号または第２のＡ／Ｄ変換器２０４から出力されたディジタル信号のいずれか一方を選択する。具体的には、セレクタ２１２は、第１の判定結果が「１」の場合は第１のＡ／Ｄ変換器２０３から出力されたディジタル信号を選択し、第２の判定結果が「１」の場合は第２のＡ／Ｄ変換器２０４から出力されたディジタル信号を選択する。このように、セレクタ２１２は、振幅比較部２１１で有効であると判定されたディジタル信号を選択して出力する。

　以下、本実施の形態１に係る無線受信装置２の動作について説明する。

　受信アンテナ２１で受信された無線受信信号は、セレクタ２０２に入力される。セレクタ２０２は、受信信号あるいはテスト信号のいずれか一方を選択して出力する。セレクタ２０２にて選択された信号は分岐され、一方は第１のＡ／Ｄ変換器２０３に入力され、他方は、増幅器２０５を経て、第２のＡ／Ｄ変換器２０４に入力される。

　図３は、第１のＡ／Ｄ変換器２０３および第２のＡ／Ｄ変換器２０４から出力されるディジタル信号について説明した図である。図３では、第１のＡ／Ｄ変換器２０３および第２のＡ／Ｄ変換器２０４の例として、量子化ビットが４ビットのＡ／Ｄ変換器を示している。第１のＡ／Ｄ変換器２０３は、セレクタ２０２からの信号がそのまま入力され、当該信号の振幅に応じた１６階調、すなわち４ビットのディジタル信号（ｂ₁ｂ₂ｂ₃ｂ₄）を出力する。一方、第２のＡ／Ｄ変換器２０４は、その前段に増幅器２０５がある。そのため、第２のＡ／Ｄ変換器２０４の場合は、まず、セレクタ２０２からの信号が増幅器２０５で増幅され、増幅された信号が第２のＡ／Ｄ変換器２０４に入力される。図３に示すように、本実施の形態１では、入力信号を２分岐して、一方が第１のＡ／Ｄ変換器２０３に入力され、他方が増幅器２０５に入力される。この時、増幅器２０５は、増幅後の信号の振幅が、第１のＡ／Ｄ変換器２０３を通ってディジタル信号処理部の振幅増幅部２０８から出力される信号の振幅と同等となるように調整する。即ち、第２のＡ／Ｄ変換器２０４は、増幅器２０５の前段の信号で見た場合に最大振幅が小さい１６階調の信号を識別することになる。第２のＡ／Ｄ変換器２０４からは、１６階調、すなわち４ビットのディジタル信号（ｂ₅ｂ₆ｂ₇ｂ₈）が出力される。

　第１のＡ／Ｄ変換器２０３および第２のＡ／Ｄ変換器２０４から出力されたディジタル信号は、それぞれ、ディジタル信号処理部２０７に入力される。

　非線形補正部２０９には、第２のＡ／Ｄ変換器２０４から出力されたディジタル信号（ｂ₅ｂ₆ｂ₇ｂ₈）が入力される。非線形補正部２０９は、非線形補正テーブルを用いて、ディジタル信号（ｂ₅ｂ₆ｂ₇ｂ₈）に対して、増幅器２０５の入出力振幅特性の非線形性を線形に変換する処理を行う。非線形補正部２０９からは、ディジタル信号（ｂ’₅ｂ’₆ｂ’₇ｂ’₈）が出力される。

　図４は、振幅比較部２１１の詳細を示す構成図である。振幅比較部２１１には、第１のＡ／Ｄ変換器２０３からのディジタル信号（ｂ₁ｂ₂ｂ₃ｂ₄）と非線形補正部２０９からのディジタル信号（ｂ’₅ｂ’₆ｂ’₇ｂ’₈）とが入力される。振幅比較部２１１は、第１の振幅比較部２１１ａと第２の振幅比較部２１１ｂとを有している。また、振幅比較部２１１では、第１のＡ／Ｄ変換器２０３用に設けられた第１の振幅閾値と第２のＡ／Ｄ変換器２０４用に設けられた第２の振幅閾値とが予め設定されている。第１の振幅比較部２１１ａは、第１のＡ／Ｄ変換器２０３からのディジタル信号（ｂ₁ｂ₂ｂ₃ｂ₄）と第１の振幅閾値とを比較して判定結果を出力する。第２の振幅比較部２１１ｂは、非線形補正部２０９からのディジタル信号（ｂ’₅ｂ’₆ｂ’₇ｂ’₈）と第２の振幅閾値とを比較して判定結果を出力する。

　なお、比較の結果、ディジタル信号（ｂ₁ｂ₂ｂ₃ｂ₄）が第１の振幅閾値未満の場合は、ディジタル信号（ｂ₁ｂ₂ｂ₃ｂ₄）が後段のセレクタ２１２で選択され、ディジタル信号（ｂ’₅ｂ’₆ｂ’₇ｂ’₈）が第２の振幅閾値未満の場合は、ディジタル信号（ｂ’₅ｂ’₆ｂ’₇ｂ’₈）が後段のセレクタ２１２で選択されることになる。したがって、ここでは、第１の振幅閾値および第２の振幅閾値は、ディジタル信号（ｂ₁ｂ₂ｂ₃ｂ₄）とディジタル信号（ｂ’₅ｂ’₆ｂ’₇ｂ’₈）との両方が同時に選択されるような閾値にはならないようにそれぞれ適宜設定されている。すなわち、第１のＡ／Ｄ変換器２０３は、受信アンテナ２１に大きな振幅信号が入ったときに識別できれば良く、Ａ／Ｄ変換器の有効ビット数以上の振幅となるように第１の振幅閾値を設定すれば良い。また、第２のＡ／Ｄ変換器２０４については、振幅の小さな信号を識別することができれば良く、増幅器２０５からの信号が第２のＡ／Ｄ変換器２０４のＨｉｇｈ側に張り付かないように第２の振幅閾値を設定すれば良い。

　振幅比較部２１１では、第１の振幅比較部２１１ａおよび第２の振幅比較部２１１ｂによる２つの判定結果を、第１の判定結果および第２の判定結果としてそれぞれ出力する。また、第２の振幅比較部２１１ｂにおいては、その入力信号であるディジタル信号（ｂ’₅ｂ’₆ｂ’₇ｂ’₈）が適正でなく、第１の振幅閾値と第２の振幅閾値を如何なる値に設定した場合においても、第１の振幅比較部２１１ａの判定結果と第２の振幅比較部２１１ｂの判定結果において、どちらか一方が「０」で、他方が「１」とならない場合に、利得調整信号を利得調整部２０６に対して出力する。利得調整部２０６は、利得調整信号に基づいて、増幅器２０５の利得Ｇの調整を行う。

　図５は、ディジタル信号処理部２０７の振幅増幅部２０８とビット拡張部２１０の構成を示した図である。第２のＡ／Ｄ変換器２０４からのディジタル信号（ｂ₅ｂ₆ｂ₇ｂ₈）は、増幅器２０５にてＧ[ｄＢ]の電力利得が与えられているため、第１のＡ／Ｄ変換器２０３からのディジタル信号（ｂ₁ｂ₂ｂ₃ｂ₄）についても同等の利得を与える必要がある。したがって、振幅増幅部２０８では、第１のＡ／Ｄ変換器２０３からのディジタル信号（ｂ₁ｂ₂ｂ₃ｂ₄）の振幅を逓倍する。こうすることで、第１のＡ／Ｄ変換器２０３からのディジタル信号の振幅と第２のＡ／Ｄ変換器２０４からのディジタル信号の振幅とを同等に扱うことが可能となる。例えば、増幅器２０５の利得Ｇが２４[ｄＢ]の場合、電圧振幅を１６倍にする、すなわち、４ビットシフトすれば、等価の処理となる。従って、振幅増幅部２０８では、第１のＡ／Ｄ変換器２０３からのディジタル信号（ｂ₁ｂ₂ｂ₃ｂ₄）に対して振幅を１６倍にする処理として、下位４ビットに０を入れる処理を行う。したがって、振幅増幅部２０８からの出力信号は、ディジタル信号（ｂ₁ｂ₂ｂ₃ｂ₄００００）となる。

　また、ビット拡張部２１０は、非線形補正部２０９からのディジタル信号（ｂ’₅ｂ’₆ｂ’₇ｂ’₈）に対して、上位４ビットを「０」埋めする処理を行う。したがって、ビット拡張部２１０からの出力信号は、ディジタル信号（００００ｂ’₅ｂ’₆ｂ’₇ｂ’₈）となる。

　これにより、振幅増幅部２０８から出力されるディジタル信号（ｂ₁ｂ₂ｂ₃ｂ₄００００）およびビット拡張部２１０から出力されるディジタル信号（００００ｂ’₅ｂ’₆ｂ’₇ｂ’₈）は共に８ビットのディジタル信号となる。

　なお、本実施の形態１においては、Ａ／Ｄ変換器が２つの場合を示したが、Ａ／Ｄ変換器が３つ以上あってもよい。その場合、各Ａ／Ｄ変換器に入力する増幅器の利得Ｇはそれぞれに応じた値に設定される。

　以上のように、本実施の形態１に係る受信装置は、複数のＡ／Ｄ変換器を用いている。また、複数のＡ／Ｄ変換器のうちの１つのＡ／Ｄ変換器である第１のＡ／Ｄ変換器２０３には、受信信号をそのまま入力してアナログ信号をディジタル信号に変換した後に、ディジタル信号処理部２０７で振幅を増幅する。また、他の１つのＡ／Ｄ変換器である第２のＡ／Ｄ変換器２０４には、増幅器２０５によってアナログ的に増幅された信号を入力してディジタル信号に変換した後に、ディジタル信号処理部２０７でビット拡張を行う。こうして得られた２つ以上の受信信号をディジタル信号処理部２０７で振幅比較することによって、複数のＡ／Ｄ変換器の出力信号の中から、１つの出力を選択する。

　本実施の形態１に係る受信装置によれば、Ｎビットの分解能を持つＡ／Ｄ変換器をＭ個使用した時に、最大Ｎ×Ｍビットのディジタル信号出力を持つＡ／Ｄ変換器を、簡素な構成で実現できる。本実施の形態１は、サブレンジング方式で必要であった高精度なビット分解能を持つＤ／Ａ変換器が不要であり、また、高帯域信号で動作するアナログ減算回路が不要となることが特長である。

　また、本実施の形態１においては、１つのＡ／Ｄ変換器が処理する入力信号の振幅範囲が決められているため、Ｎ×Ｍビットのビット分解能は得られないが、Ｎ×Ｍビットのビット分解能を持つＡ／Ｄ変換器と同等のダイナミックレンジを得ることが可能となる。例えば、入力信号振幅が一定とならず、大きな振幅や小さな振幅を持つ信号が入力されるような無線通信システム等において特に有効である。

　以上のように、本実施の形態１に係る受信装置においては、Ａ／Ｄ変換器の個数の増加を抑えながら、ビット分解能の改善を図ることができる。

　実施の形態２．
　図６は、この発明の実施の形態２に係る受信装置を備えたディジタル光通信システムを示す構成図である。以下では、ディジタル光通信システムを、単に、光通信システムと呼ぶこことする。図６においては、受信装置として、光伝送装置を例に挙げて示している。光伝送装置は、受信装置として機能する受信部と、送信装置として機能する送信部とを有している。図６に示すように、ディジタル光通信システムは、光信号の送受信を行う光伝送装置３０，３１と、光伝送装置３０と光伝送装置３１とを接続する通信路３２とを備えている。通信路３２は、光ファイバから構成されている。光伝送装置３０，３１の送信部は、クライアント送信信号から光送信信号を生成して通信路３２を介して他の光伝送装置に向かって送信する。また、光伝送装置３０，３１の受信部は、他の光伝送装置から通信路３２を介して光受信信号を受信してクライアント受信信号に変換する。

　図７は、図６に示した光伝送装置の受信部２０Ａの詳細を示す構成図である。図７では、Ａ／Ｄ変換器が２つ設けられている場合を例に取って説明する。光伝送装置の受信部２０Ａは、図７に示すように、受信した光信号を電気信号に変換するフォトディテクタ２１３と、テスト信号を発生するテスト信号発生器２０１と、受信信号とテスト信号とを切り替えるためのセレクタ２０２と、第１のＡ／Ｄ変換器２０３と、第２のＡ／Ｄ変換器２０４と、第２のＡ／Ｄ変換器２０４へ入力する信号を増幅する増幅器２０５と、増幅器２０５の利得を調整する利得調整部２０６と、第１のＡ／Ｄ変換器２０３および第２のＡ／Ｄ変換器２０４から出力されたディジタル信号を処理するディジタル信号処理部２０７とを有している。

　ディジタル信号処理部２０７は、第１のＡ／Ｄ変換器２０３から出力されるディジタル信号の振幅と第２のＡ／Ｄ変換器２０４から出力されるディジタル信号の振幅を振幅閾値と比較する振幅比較部２１１と、第１のＡ／Ｄ変換器２０３から出力されるディジタル信号の振幅を逓倍する振幅増幅部２０８と、増幅器２０５の利得特性が非線形性を有する場合に、その特性を線形に変換するための非線形補正部２０９と、非線形補正部２０９から出力されたディジタル信号の上位ビットに「０」埋めするビット拡張部２１０と、振幅比較部２１１の判定結果をもとに、第１のＡ／Ｄ変換器２０３あるいは第２のＡ／Ｄ変換器２０４の一方のディジタル信号出力を選択するセレクタ２１２とから構成される。

　本実施の形態２においては、このように、実施の形態１で示した図２の構成における受信アンテナ２１の代わりに、フォトディテクタ２１３が設けられている点だけが実施の形態１と異なる。他の構成については、実施の形態１と同じであるため、同一符号を付して示す。

　本実施の形態２の受信部２０Ａにおいては、まず、通信路３２を介して受信した光受信信号をフォトディテクタ２１３で電気信号に変換する。フォトディテクタ２１３から出力される電気信号は、セレクタ２０２に入力される。その他の動作は、すべて、実施の形態１と同様であるため、ここでは、その説明を省略する。

　なお、本実施の形態２においては、Ａ／Ｄ変換器が２つの場合を示したが、Ａ／Ｄ変換器が３つ以上あってもよい。その場合、各Ａ／Ｄ変換器に入力する増幅器の利得Ｇはそれぞれに応じた値に設定される。

　以上のように、本実施の形態２に係る受信装置は、実施の形態１と同様に、複数のＡ／Ｄ変換器を用いている。また、複数のＡ／Ｄ変換器のうちの１つのＡ／Ｄ変換器である第１のＡ／Ｄ変換器２０３には、受信信号をそのまま入力してアナログ信号をディジタル信号に変換した後に、ディジタル信号処理部２０７の振幅増幅部２０８で振幅を増幅する。また、他の１つのＡ／Ｄ変換器である第２のＡ／Ｄ変換器２０４には、増幅器２０５によってアナログ的に増幅された信号を入力してディジタル信号に変換した後に、ディジタル信号処理部２０７のビット拡張部２１０でビット拡張を行う。こうして得られた２つ以上の受信信号をディジタル信号処理部２０７の振幅比較部２１１で振幅比較することによって、複数のＡ／Ｄ変換器の出力信号の中から、１つの出力を選択する。

　従って、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、Ａ／Ｄ変換器の個数の増加を抑えながら、ビット分解能の改善を図ることができる。

　なお、上記の実施の形態１および実施の形態２で説明したディジタル信号処理部２０７および利得調整部２０６のハードウェア構成について簡単に説明する。

　なお、上述した実施の形態１，２に係る受信装置におけるディジタル信号処理部２０７および利得調整部２０６の各機能は、処理回路によって実現される。各機能を実現する処理回路は、専用のハードウェアであってもよく、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。

　処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。ディジタル信号処理部２０７の各部および利得調整部２０６の各機能それぞれを個別の処理回路で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路で実現してもよい。

　一方、処理回路がプロセッサの場合、ディジタル信号処理部２０７の各部および利得調整部２０６の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリに格納される。プロセッサは、メモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、受信装置は、処理回路により実行されるときに、ディジタル信号処理部２０７の各部および利得調整部２０６が実行する各ステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを備える。

　これらのプログラムは、上述した各部の手順あるいは方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリとは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリが該当する。また、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等も、メモリに該当する。

　なお、上述した各部の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。

　このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述した各部の機能を実現することができる。

　１　無線送信装置、２　無線受信装置、１０　無線送信部、１１　送信アンテナ、２０　無線受信部、２０Ａ　受信部、２１　受信アンテナ、３０，３１　光伝送装置、３２　通信路、２０１　テスト信号発生器、２０２　セレクタ、２０３　第１のＡ／Ｄ変換器、２０４　第２のＡ／Ｄ変換器、２０５　増幅器、２０６　利得調整部、２０７　ディジタル信号処理部、２０８　振幅増幅部、２０９　非線形補正部、２１０　ビット拡張部、２１１　振幅比較部、２１１ａ　第１の振幅比較部、２１１ｂ　第２の振幅比較部、２１２　セレクタ、２１３　フォトディテクタ。

Claims

　第１のＡ／Ｄ変換器と第２のＡ／Ｄ変換器とを含み、アナログ信号から構成された受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
　前記第２のＡ／Ｄ変換器の前段に設けられた増幅器と、
　前記第１のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号と前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号とを処理するディジタル信号処理部と
　を備え、
　前記第１のＡ／Ｄ変換器には前記受信信号がそのまま入力され、
　前記第２のＡ／Ｄ変換器には、前記受信信号が前記増幅器で増幅された後に入力され、
　前記ディジタル信号処理部は、
　　前記第１のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号の振幅および前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号の振幅の比較判定を行い、判定結果を出力する振幅比較部と、
　前記判定結果に基づいて、前記第１のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号と前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号とからいずれか一方を選択して出力するセレクタと
　を有する、
　受信装置。
　前記振幅比較部は、
　　前記第１のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号の振幅と予め設定された第１の振幅閾値とを比較して、前記第１のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号の振幅が前記第１の振幅閾値未満の場合に、前記第１のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号を有効とする第１の判定結果を出力し、
　　前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号の振幅と予め設定された第２の振幅閾値とを比較して、前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号の振幅が前記第２の振幅閾値未満の場合に、前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号を有効とする第２の判定結果を出力し、
　前記セレクタは、前記第１の判定結果および前記第２の判定結果を前記判定結果として用いて、前記判定結果に基づいて、前記第１のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号と前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号とのうち有効と判定されたディジタル信号を選択して出力する、
　請求項１に記載の受信装置。
　前記ディジタル信号処理部は、
　　前記増幅器の振幅特性が非線形である場合に、非線形補正テーブルを用いて、前記振幅特性を線形に変換する非線形補正部
　をさらに有し、
　　前記非線形補正テーブルは、予め計測された前記増幅器の前記振幅特性のデータと、当該振幅特性のデータを線形に変換した補正後のデータとが対応付けて格納されている、
　請求項１または２に記載の受信装置。
　前記ディジタル信号処理部は、
　　前記非線形補正部と前記セレクタとの間に設けられ、前記非線形補正部で補正された前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号の上位ビットに対して０埋めするビット拡張処理を行うビット拡張部
　をさらに有する、
　請求項３に記載の受信装置。
　前記ディジタル信号処理部は、
　　前記振幅比較部による前記判定結果に基づいて、前記増幅器による増幅と同等の利得を与えるために前記第１のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号の振幅を増幅させる振幅増幅部
　をさらに有する、
　請求項１から４までのいずれか１項に記載の受信装置。
　複数のＡ／Ｄ変換器のうち、第１のＡ／Ｄ変換器に、アナログ信号から構成された受信信号をそのまま入力して、ディジタル信号に変換するステップと、
　前記受信信号を増幅するステップと、
　増幅された前記受信信号を、前記複数のＡ／Ｄ変換器のうち、第２のＡ／Ｄ変換器に入力して、ディジタル信号に変換するステップと、
　前記第１のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号の振幅および前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号の振幅の比較判定を行い、判定結果を出力するステップと、
　前記判定結果に基づいて、前記第１のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号と前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号とからいずれか一方を選択して出力するステップと
　を備えた受信方法。