JP2001257731A

JP2001257731A - 無線受信機

Info

Publication number: JP2001257731A
Application number: JP2000064768A
Authority: JP
Inventors: Izumi Hayashibara; 泉林原
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】アプリケーション別に応じて要求される伝送品
質を、伝送路の状態によらず、適切な最低限の消費電力
で実現することができる無線受信機を提供する。【解決手段】変調後に無線送信されるアナログ信号を所
定周波数でサンプリングして、対応する所定ビット幅の
デジタル信号に変換し、ＡＤ変換後のデジタル信号を復
調して受信データを得、復調後の受信データのエラー率
を算出して、算出されたエラー率と受信データに対応す
るアプリケーションの目標エラー率との比較結果に応じ
て、ＡＤ変換器のサンプリング周波数もしくは復調器の
動作周波数とデジタル信号のビット幅との少なくとも一
方を変更することにより、上記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変調後に無線送信
されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換後の
デジタル信号を復調して受信データを得る無線受信機に
関するもので、さらに詳しくは、その通信品質を維持し
つつ消費電力を低減するための技術分野に属するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の無線受信機の一例のブロ
ック構成概念図である。同図に示す無線受信機４４は、
変調後に無線送信されるアナログ信号を固定周波数でサ
ンプリングし、これに対応する固定ビット幅のデジタル
信号に変換した後、変換後のデジタル信号を復調して受
信データを得るもので、ＡＤ（アナログ・デジタル）変
換器１２と、フィルタ１６と、復調器１８と、データバ
ッファ２０と、オーバーサンプリング率について固定さ
れている周波数発振器４６とを備えている。

【０００３】図示例の無線受信機４４においては、ま
ず、ＡＤ変換器１２によって、変調後に無線送信されて
くるアナログ信号Ｉ，Ｑが固定周波数のサンプリング信
号２６でサンプリングされ、これに対応する固定ビット
幅のデジタル信号に各々変換される。変換後のデジタル
信号は、フィルタ１６を通して高周波のノイズ成分が除
去された後、復調器１８により復調されて受信データと
され、データバッファ２０に一時的に格納される。

【０００４】従来の無線受信機４４では、周波数発振器
４６によって、ある周波数のサンプリング信号２６やク
ロック信号２８が発生され、それぞれＡＤ変換器１２や
フィルタ１６および復調器１８に供給される。その際、
オーバーサンプリング率は固定されており、デジタル信
号のビット幅も固定されている。しかも、ノイズ等の影
響を考慮して、ＡＤ変換器１２のサンプリング周波数や
フィルタ１６および復調器１８の動作周波数は比較的高
めに固定され、デジタル信号のビット幅も比較的多めに
設定されている。例えば、ＣＤＭＡ（Code Division Mu
ltiple Access）方式による復調器の場合は４から８倍
のオーバーサンプリング率、ビット幅も４〜８である。

【０００５】ところで、ＡＤ変換器１２のサンプリング
周波数は、アナログ信号の情報を復調するための下限周
波数以上の周波数とする必要がある。また、ＳＮＲ（Si
gnal-to-Noise Ratio ）を上げるために、下限周波数の
何倍もサンプリング周波数を上げることによってオーバ
ーサンプリングを行い、ＳＮＲを向上することができる
のは公知である。また、デジタル信号のビット幅を多く
するほど、デジタル信号のビット精度を向上させること
も同様に公知である。

【０００６】このため、例えばＣＤＭＡ方式の移動体通
信機では、基地局に同期して受信できている場合は、伝
送路の状態が良好であれば、サンプリング周波数をチッ
プレイトの１倍まで下げることができるのにも係わら
ず、伝送路の状態が悪く、ノイズが混入する場合を考慮
して、言い換えると、最悪の状態を考慮して、常に４〜
６倍以上の高いサンプリング周波数で動作させている。

【０００７】このように、従来の無線受信機４４では、
基地局からの見通しが良い場合等、たとえ伝送路の品質
が良い場合であっても、常に同一（固定）の高いサンプ
リング周波数、多いビット幅を用いている。しかし、サ
ンプリング周波数を上げることは、ＡＤ変換器１２の後
段のフィルタ１６、復調器１８等を含む全ての回路の動
作周波数を上げることになり、ビット幅を多くすること
は、同時動作する回路を増加させることになる。

【０００８】その結果、受信データのエラー率を必要以
上に抑えるために、該当する回路部分の消費電力が増大
するという問題点がある。逆に、伝送路の品質が悪い場
合、もしくは、パケットデータの転送等のように、伝送
に高品質が要求されるアプリケーションの場合は、固定
されたオーバーサンプリング率が低い場合、あるいは、
ビット幅が少ないと問題となり、必要とされるエラー率
を達成することができないという問題もある。

【０００９】これに対し、例えば特開平７−１５４４４
１号公報には、ディジタル復調データのエラー率を監視
し、このエラー率が所定の上限値より大きくなった場合
にはディジタル復調のためのサンプリングレートを高速
化し、エラー率が所定の下限値より小さくなった場合に
はサンプリングレートを低速化するように、ディジタル
復調のためのサンプリングレートを切り換えるディジタ
ル無線受信方法および装置が開示されている。

【００１０】同公報によれば、エラー率が所定の上限値
と下限値の間に確保されるので必要な音声品質を確保で
きるし、サンプリングレートが必要以上に高速化される
ことがないので消費電力を節約できるとしている。とこ
ろで、例えば音声データ等であればエラー率の上限値は
高いし、デジタル情報のパケットデータ等であればエラ
ー率の上限値は低いというように、無線通信を利用する
アプリケーションに応じてエラー率の上限値および下限
値は異なってくる。

【００１１】しかし、同公報に開示の手法では、エラー
率と固定の上限値および下限値とを比較してディジタル
復調のためのサンプリングレートを切り換えている。こ
のように、単にエラー率と上限値および下限値とを比較
してサンプリングレートを切り換えるだけでは、通信の
品質を維持しつつ、消費電力を削減することは、例えば
音声データの場合には可能であるかもしれないが、パケ
ットデータの場合には適用できないという問題があっ
た。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術に基づく問題点を解消し、アプリケーション別
に応じて要求される伝送品質を、伝送路の状態によら
ず、適切な最低限の消費電力で実現することができる無
線受信機を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、変調後に無線送信されるアナログ信号を
所定周波数でサンプリングし、前記アナログ信号に対応
する所定ビット幅のデジタル信号に変換するＡＤ変換器
と、変換後の前記デジタル信号を復調して受信データを
得る復調器と、復調後の受信データのエラー率を算出す
るエラー検出器と、算出された前記エラー率と前記受信
データに対応するアプリケーションの目標エラー率との
比較結果に応じて、前記ＡＤ変換器のサンプリング周波
数もしくは前記復調器の動作周波数と前記デジタル信号
のビット幅との少なくとも一方を変更する制御回路とを
備えることを特徴とする無線受信機を提供するものであ
る。

【００１４】ここで、当該無線受信機は移動体通信機で
あって、前記制御回路は、当該無線受信機を駆動する電
池の電圧レベルが所定の電圧レベルを検知して前記変更
を行うのが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、添付の図面に示す好適実
施例に基づいて、本発明の無線受信機を詳細に説明す
る。

【００１６】図１は、本発明の無線受信機の第１の実施
例のブロック構成概念図である。同図に示す無線受信機
１０は、本発明を適用して、エラー率に応じてオーバー
サンプリングレート（サンプリング周波数）を変更する
もので、ＡＤ変換器１２と、フィルタ１６と、復調器１
８と、データバッファ２０と、エラー検出器２２と、制
御回路２４ａとを備えている。なお、図５に示す従来の
無線受信機４４と同じ構成要件には同じ符号を付してあ
る。

【００１７】まず、ＡＤ（アナログ・デジタル）変換器
１２は、変調後に無線送信されるアナログ信号を、制御
回路２４ａから供給される所定のサンプリング周波数の
サンプリング信号２６によってサンプリングし、対応す
る所定ビット幅のデジタル信号に変換する。ＡＤ変換器
１２は、図示例では、無線送信されてくる２つの独立し
たアナログ信号Ｉ，Ｑをデジタル信号に変換する。ＡＤ
変換後のデジタル信号は次のフィルタ１６に入力され
る。

【００１８】続いて、フィルタ１６は、例えばローパス
フィルタ等であって、ＡＤ変換後のデジタル信号からノ
イズ等の高周波成分を取り除く。図示例は、デジタルフ
ィルタの場合であって、制御回路２４ａから供給される
所定の動作周波数のクロック信号２８に同期して動作す
る。フィルタ１６を通過したデジタル信号は次の復調器
１８に入力される。

【００１９】復調器１８は、変換後のデジタル信号を復
調して受信データを得る。例えば、ＣＤＭＡ方式の場合
であれば、復調器１８は、変換後のデジタル信号を逆拡
散した後に、これを復調して受信データを得る。復調後
の受信データは次のデータバッファ２０およびエラー検
出器２２に入力される。続いて、データバッファ２０
は、復調後の受信データを一時的に格納するためのバッ
ファである。

【００２０】エラー検出器２２は、復調後の受信データ
のエラー率を算出する。エラー率は後述するビットエラ
ー率でも、フレームエラー率でもよい。例えば、ビット
エラー率を算出するには、符号化されるデータの単位毎
にＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check ）符号列を付加し
て送信し、受信したＣＲＣ列と受信データから算出した
ＣＲＣ列とを比較することによって容易に行うことがで
きる。算出されたエラー率は次の制御回路２４ａに入力
される。

【００２１】最後に、制御回路２４ａは、本実施例の場
合、算出されたエラー率と受信データに対応するアプリ
ケーションの目標エラー率との比較結果に応じて、ＡＤ
変換器１２に供給するサンプリング信号２６のサンプリ
ング周波数、フィルタ１６および復調器１８に供給する
クロック信号２８の動作周波数を変更する。なお、本発
明における目標エラー率は、例えば１０^-3というような
ポイントデータであってもよいし、ある程度の幅を持っ
ていても良い。

【００２２】続いて、図２に、復調器の一実施例の構成
概念図を示す。同図に示す復調器１８は、積分回路３４
と、後段回路４０とを備えている。積分回路３４は、加
算器３６と、レジスタ３８とを備え、４倍のサンプリン
グレートのクロック信号ＣＬＫ＿ＳＭＰに同期して動作
する。一方、後段回路４０は、積分回路３４以降の復調
器１８内の回路を概念的に示したもので、１倍のサンプ
リングレートのクロック信号ＣＬＫに同期して動作す
る。

【００２３】加算器３６には、復調器１８への入力信号
ＩＮおよびレジスタ３８からの出力信号が入力されてい
る。加算器３６は、これらの入力信号ＩＮとレジスタ３
８の出力信号とを加算し、出力信号ＯＵＴとして出力す
る。加算器３６の出力信号ＯＵＴは、レジスタ３８およ
び後段回路４０に入力される。レジスタ３８は、クロッ
ク信号ＣＬＫ＿ＳＭＰに同期して加算器３６の出力信号
を保持する。その結果、積分回路３４は、入力信号ＩＮ
を累積加算する。

【００２４】図示例の復調器１８では、クロック信号Ｃ
ＬＫの１クロックに対して、サンプリング信号でサンプ
リングされた４回分の入力信号ＩＮがクロック信号ＣＬ
Ｋ＿ＳＭＰに同期して積分され、４回分の入力信号ＩＮ
を積分した結果が出力信号ＯＵＴとして出力され、後段
回路４０に入力される。信号成分は４回分の入力信号Ｉ
Ｎがそのまま累積加算されるが、ノイズ成分は４回毎に
異なるため、その結果、ＳＮＲは２倍改善されることに
なる。

【００２５】続いて、図３に、制御回路の一実施例の部
分構成概念図を示す。同図は、制御回路２４ａにおい
て、算出されたエラー率が受信データに対応するアプリ
ケーションの目標エラー率に等しくなるように、ＡＤ変
換器１２に供給するサンプリング信号２６のサンプリン
グ周波数、フィルタ１６および復調器１８に供給するク
ロック信号２８の動作周波数を変更する機能をテーブル
ルックアップＲＡＭ４２を用いて実現したものである。

【００２６】テーブルルックアップＲＡＭ４２はシステ
ムコントローラの制御によって動作し、図示例の場合、
その時点での複数フレームのエラー率の移動平均と、電
池レベルと、アプリケーションに依存した情報伝送速度
とを入力とし、これらの入力条件に対応して、目標のエ
ラー率となるように最適なビット幅制御信号と、オーバ
ーサンプリングレート信号とを出力する。なお、ビット
幅制御信号については後述する第２実施例において説明
する。

【００２７】ここで、電池レベル（ＶＣＥＬＬ）とは、
携帯電話等の移動体受信機の電池の電圧レベルであり、
情報伝送速度（ＵＰＳ）とは、各々のアプリケーション
に応じて設定されているものである。例えば、情報伝送
速度は、音声通話用１５Ｋｂｐｓ、パケット通信用３８
４Ｋｂｐｓなどがある。３８４Ｋｂｐｓの場合は、フレ
ーム（１０ｍｓ）当り３．８４Ｋビットのデータが通信
される。ビットエラー率（ＢＥＲ）は、何フレームに何
回エラーが含まれているのかを算出したものである。

【００２８】テーブルルックアップＲＡＭ４２には、ア
プリケーションの情報伝送速度に応じて目標エラー率が
ＢＥＲとして設定されている。例えば、情報伝送速度が
１５Ｋｂｐｓの場合は音声通信であり、目標エラー率
は、音声データで１０^-3程度、情報伝送速度が３８４Ｋ
ｂｐｓの場合はパケット通信であり、パケットデータで
１０^-6程度となる。電池レベルの基準値は例えば３．３
Ｖ程度である。電池レベルが基準値よりも小さい場合に
は、オーバーサンプリングレートを上げたり、ビット幅
を増やすような変更はしないのが好ましい。

【００２９】従って、本実施例の場合、オーバーサンプ
リングレートを上げる条件としては、ＢＥＲ＞１０^-3、
ＶＣＥＬＬ＞３．３Ｖ、ＵＰＳ＝１５Ｋｂｐｓであり、
オーバーサンプリングレートが上限以内の場合である。
逆に、オーバーサンプリングレートを下げる条件として
は、ＢＥＲ＜１０^-3であり、オーバーサンプリングレー
トが下限以内の場合である。なお、これ以外の場合は現
状のオーバーサンプリングレートを維持する。

【００３０】例えば、音声通信でビットエラー率が１０
^-3以下であれば、その目標エラー率である１０^-3程度ま
でエラー率を増大させても問題はないし、オーバーサン
プリングレートを４〜２倍程度まで下げることによって
消費電力を削減することができる。これとは逆に、目標
エラー率に対して、実際のエラー率が悪い場合、オーバ
ーサンプリングレートを８倍程度に上げることにより、
ノイズ成分を平均化することができ、ＳＮＲを向上させ
ることができる。

【００３１】図示例の無線受信機１０においては、ま
ず、ＡＤ変換器１２によって、変調後に無線送信されて
くるアナログ信号Ｉ，Ｑが所定周波数のサンプリング信
号２６でサンプリングされ、これに対応する固定ビット
幅のデジタル信号に各々変換される。変換後のデジタル
信号は、フィルタ１６を通して高周波のノイズ成分が除
去された後、復調器１８により復調されて受信データと
され、データバッファ２０に一時的に格納される。

【００３２】受信データはエラー検出器２２にも入力さ
れ、そのエラー率が検出される。検出されたエラー率は
制御回路２４ａに入力され、制御回路２４ａによって、
エラー率と目標エラー率との比較結果に応じて、サンプ
リング信号２６のサンプリング周波数や、クロック信号
２８の動作周波数が変更される。以上のようにして、ア
プリケーションに応じて要求される伝送品質を、伝送路
の状態によらず、適切な最低限の消費電力で実現するこ
とができる。

【００３３】本発明の第１実施例の無線受信機１０は以
上のようなものである。次に、本発明の第２実施例の無
線受信機について説明する。

【００３４】図４は、本発明の無線受信機の第２の実施
例のブロック構成概念図である。同図に示す無線受信機
３０は、本発明を適用して、エラー率に応じてＡＤ変換
後のデジタル信号のビット幅（ビット精度）を変更する
ものである。図４の無線受信機３０は、図１の無線受信
機１０と比較して、ビットリダクション回路１４を備え
ている点と、制御回路２４ａの代わりに制御回路２４ｂ
を備えている点が異なる。これ以外の同一の構成要件に
は同じ符号を付してある。

【００３５】まず、制御回路２４ｂは、本実施例の場
合、算出されたエラー率と受信データに対応するアプリ
ケーションの目標エラー率との比較結果に応じて、ＡＤ
変換後のデジタル信号のビット幅を変更するためのビッ
ト幅制御信号３２を出力する。なお、目標エラー率はポ
イントデータでもよいし、ある程度の幅を持っていても
良い。ビット幅制御信号３２は、ビットリダクション回
路１４、フィルタ１６および復調器１８に供給される。

【００３６】ビットリダクション回路１４は、図示例の
場合、ＡＤ変換器１２とフィルタ１６との間に配置され
ており、制御回路２４ｂからのビット幅制御信号３２の
制御により、ＡＤ変換後のデジタル信号の使用するビッ
ト幅を変更する。なお、このビットリダクション回路１
４によるデジタル信号の使用するビット幅の変更に応じ
て、これ以降のフィルタ１６、復調器１８等を含む回路
のビット幅も、制御回路２４ｂから供給されるビット幅
制御信号に応じて個々に変更される。使用されないビッ
トは例えば０レベルに固定される。

【００３７】図３の説明で既に述べたように、同じくア
プリケーションとして音声通信の場合であれば、デジタ
ル信号の使用ビット幅を１ビット増やす条件としては、
ＢＥＲ＞１０^-3、ＶＣＥＬＬ＞３．３Ｖ、ＵＰＳ＝１５
Ｋｂｐｓであり、ビット幅が上限以内の場合である。逆
に、ビット幅を１ビット減らす条件としては、ＢＥＲ＜
１０^-3であり、ビット幅が下限以内の場合である。な
お、これ以外の場合は現状のビット幅を維持する。

【００３８】図示例の無線受信機３０においては、ま
ず、ＡＤ変換器１２によって、変調後に無線送信されて
くるアナログ信号Ｉ，Ｑが固定周波数のサンプリング信
号２６でサンプリングされ、これに対応する所定ビット
幅のデジタル信号に各々変換される。変換後のデジタル
信号は、フィルタ１６を通して高周波のノイズ成分が除
去された後、復調器１８により復調されて受信データと
され、データバッファ２０に一時的に格納される。

【００３９】受信データはエラー検出器２２にも入力さ
れ、そのエラー率が検出される。検出されたエラー率は
制御回路２４ｂに入力され、制御回路２４ｂからのビッ
ト幅制御信号３２に従って、ビットリダクション回路１
４により、エラー率と目標エラー率との比較結果に応じ
て、ＡＤ変換後のデジタル信号のビット幅が変更され
る。以上のようにして、アプリケーションに応じて要求
される伝送品質を、伝送路の状態によらず、適切な最低
限の消費電力で実現することができる。

【００４０】なお、上記第１および第２実施例のよう
に、オーバーサンプリングレートおよびビット幅のいず
れか一方のみを変更するようにしてもよいし、あるい
は、両方を同時に変更するようにしてもよい。また、制
御回路としてテーブルルックアップＲＡＭを使用して実
現する場合の一例を挙げて説明したが、これに限定され
ず、例えばシステムコントローラをプログラムすること
によってオーバーサンプリングレートやビット幅を変更
するようにしてもよい。

【００４１】本発明の無線受信機は、基本的に以上のよ
うなものである。以上、本発明の無線受信機について詳
細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、本
発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変
更をしてもよいのはもちろんである。

【００４２】

【発明の効果】以上詳細に説明した様に、本発明の無線
受信機は、受信データのエラー率を算出し、エラー率と
受信データに対応するアプリケーションの目標エラー率
との比較結果に応じて、ＡＤ変換器のサンプリング周波
数もしくは復調器の動作周波数とＡＤ変換後のデジタル
信号の使用ビット幅との少なくとも一方を変更するよう
にしたものである。従って、本発明の無線受信機によれ
ば、エラー率が目標エラー率よりも低い場合には、ＡＤ
変換器のサンプリング周波数もしくは復調器の動作周波
数を下げたり、ＡＤ変換後のデジタル信号のビット幅を
減らしたりすることによって、通信品質を維持しながら
消費電力を削減することができる。また、本発明の無線
受信機によれば、エラー率が目標エラー率よりも高い場
合には、ＡＤ変換器のサンプリング周波数および復調器
の動作周波数を上げたり、ＡＤ変換後のデジタル信号の
ビット幅を増やしたりすることによって、通信品質を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の無線受信機の第１の実施例のブロッ
ク構成概念図である。

【図２】復調器の一実施例の構成概念図である。

【図３】制御回路の一実施例の部分構成概念図であ
る。

【図４】本発明の無線受信機の第２の実施例のブロッ
ク構成概念図である。

【図５】従来の無線受信機の一例のブロック構成概念
図である。

【符号の説明】

１０，３０，４４無線受信機１２ＡＤ変換器１４ビットリダクション回路１６フィルタ１８復調器２０データバッファ２２エラー検出器２４ａ，２４ｂ制御回路２６サンプリング信号２８クロック信号３２ビット幅制御信号３４積分回路３６加算器３８レジスタ４０後段回路４２テーブルルックアップＲＡＭ４６周波数発振器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アナログ信号を所定周波数でサンプリング
し、前記アナログ信号に対応する所定ビット幅のデジタ
ル信号に変換するＡＤ変換器と、変換後の前記デジタル
信号を復調して受信データを得る復調器と、復調後の受
信データのエラー率を算出するエラー検出器と、算出さ
れた前記エラー率と前記受信データに対応するアプリケ
ーションの目標エラー率との比較結果に応じて、前記Ａ
Ｄ変換器のサンプリング周波数もしくは前記復調器の動
作周波数と前記デジタル信号のビット幅との少なくとも
一方を変更する制御回路とを備えることを特徴とする無
線受信機。
【請求項２】当該無線受信機は移動体通信機であって、前記制御回路は、当該無線受信機を駆動する電池の電圧
レベルが所定の電圧レベルを検知して前記変更を行うこ
とを特徴とする請求項１に記載の無線受信機。