JP2004241886A - 周波数制御回路、及びそれを用いた無線送受信装置とその周波数制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＡＦＣ回路をデジタル化し、高速引込み及びクロック速度を低下させると共に、受信周波数の誤差に応じて送信周波数の誤差の補正を可能とする。
【解決手段】直交復調器１５は、受信中間周信号を直交復調し、Ｉ／Ｑの複素符号を出力する。位相誤差検出部２１は、Ｉ／Ｑの実際の位相と基準位相との位相差を周波数ずれに対応した誤差データとして出力する。ＤＶＣＯ部２３は、誤差データに対応した周波数のｓｉｎ／ｃｏｓ波を出力する。複素乗算器１９は、直交復調器１５の出力Ｉ／Ｑをｓｉｎ／ｃｏｓ波で複素乗算し、周波数ずれを補正してシンボル判定部２０に入力する。直交変調器２６は、送受共通の発振器１４の基準周波信号に対しＤＶＣＯ部２３からのｓｉｎ／ｃｏｓ波により直交変調し、周波数ずれ分だけずれた周波数の送信用ローカル発振信号を生成する。
【選択図】 図１
【解決手段】直交復調器１５は、受信中間周信号を直交復調し、Ｉ／Ｑの複素符号を出力する。位相誤差検出部２１は、Ｉ／Ｑの実際の位相と基準位相との位相差を周波数ずれに対応した誤差データとして出力する。ＤＶＣＯ部２３は、誤差データに対応した周波数のｓｉｎ／ｃｏｓ波を出力する。複素乗算器１９は、直交復調器１５の出力Ｉ／Ｑをｓｉｎ／ｃｏｓ波で複素乗算し、周波数ずれを補正してシンボル判定部２０に入力する。直交変調器２６は、送受共通の発振器１４の基準周波信号に対しＤＶＣＯ部２３からのｓｉｎ／ｃｏｓ波により直交変調し、周波数ずれ分だけずれた周波数の送信用ローカル発振信号を生成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル変調方式の無線システムにおいて安定した周波数追従を行うために用いる周波数制御回路と、それを用いた無線送受信装置と、その周波数制御方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
双方向無線通信システムに用いられる送信部及び受信部を備えた無線送受信装置では、送信部用ローカル（局部）発振周波数及び受信部用ローカル発振周波数を同一発振源（発振器）からの発振周波数に基づいてそれぞれ生成しているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、４値ＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：位相偏移変調）や１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：直交振幅変調）等のデジタル変調方式の無線通信システムにおいては、送信側の周波数（送信元が送信した周波数）と受信側の周波数（受信先が受信しようとする周波数）とのずれはビットエラーを生む最大の要因となる。同期検波方式を行う上で、受信側はＡＦＣ（Ａｕｔｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｓｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ：自動周波数制御）を行い、送信側からの周波数をかなりの精度で再生（周波数追従）しなければならない。
【０００４】
周波数追従を行うために、通常、アナログにてＡＦＣ回路を実現させている。精度の高いＡＦＣを実現させるにはループ帯域を狭め応答を遅くするが、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：時分割多元接続）などの時間多重方式においては高速な引き込みが要求されている。このため、ＡＦＣ回路の部分のＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ：位相同期ループ）、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御発振器）をデジタル化した技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２８０９２４号公報（第２頁、図６）
【特許文献２】
特開２００２−１６４９４５号公報（第２頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の無線送受信装置では、受信部の受信周波数に対向装置からの送信周波数とのずれ（誤差）が生じるのは、受信部用ローカル（局部）発振周波数を生成するための発振源の発振周波数の変動の影響が一番大きい。ところで、送信部用ローカル発振周波数もこの発振源（共用発振源）の発振周波数から生成しているので、受信部の受信周波数にずれが生じるということは、送信部の送信周波数が変動することになり、対向装置側で受信周波数ずれを生じることになる。またこのことは、対向装置側の共用発振源における発振周波数の変動についても当てはまる。このため、無線送受信装置において、対向装置からの受信周波数の変動（受信部用ローカル発振周波数の変動）に応じて、対向装置向けの送信周波数を変動（送信部用ローカル発振周波数を変動）させ、システムとして周波数を安定させる仕組みが必要となる。
【０００７】
本発明の目的は、受信部の受信周波数の誤差を補正するＡＦＣ回路として、従来とは異なる構成のデジタルＡＦＣ回路を用いた周波数制御回路を提供するとともに、この周波数制御回路により検出された受信部の受信周波数の誤差に応じて送信部の送信周波数の誤差の補正を可能とした周波数制御回路、及びそれを用いた無線送受信装置と、その周波数制御方法とを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る周波数制御回路は、共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置に用いられ、前記受信用ローカル発振信号により周波数変換された受信信号の周波数を同期検波用の規定周波数に一致させる周波数制御回路において、前記周波数変換された受信信号から直交復調器により複素符号化された各シンボルのうち所定の基準位相に位置すべきシンボルの実際の位相と前記基準位相との位相差を前記規定周波数からの周波数ずれに対応した誤差データとして出力する位相誤差検出手段と、１周期分のサイン波の位相対応のアドレスに、該当位相に対応する振幅データを格納した周波数データ記憶手段と、前記誤差データに基づいて前記周波数データ記憶手段に対するアドレスを生成し、前記周波数ずれに相当する周波数の直交する２成分であるサイン波及びコサイン波の各データを出力させるアドレス変換手段と、前記直交復調器の出力複素符号に対し前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により複素乗算し、前記周波数ずれを補正する複素乗算手段と、前記共通の発振器の出力基準周波信号に対し前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により直交変調し、前記周波数ずれ分だけずれた周波数の送信用ローカル発振信号を生成する直交変調手段とを有する。
【０００９】
本発明の請求項２に係る周波数制御回路は、共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置に用いられ、前記受信用ローカル発振信号により周波数変換された受信信号の周波数を同期検波用の規定周波数に一致させる周波数制御回路において、前記周波数変換された受信信号から直交復調器により複素符号化された各シンボルのうち所定の基準位相に位置すべきシンボルの実際の位相と前記基準位相との位相差を前記規定周波数からの周波数ずれに対応した誤差データとして出力する位相誤差検出手段と、１周期分のサイン波の位相対応のアドレスに、該当位相に対応する振幅データを格納した周波数データ記憶手段と、前記誤差データに基づいて前記周波数データ記憶手段に対するアドレスを生成し、前記周波数ずれに相当する周波数の直交する２成分であるサイン波及びコサイン波の各データを出力させるアドレス変換手段と、前記共通の発振器の出力基準周波信号に対し前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により直交変調し、前記周波数ずれ分だけずれた周波数の受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成する直交変調手段とを有する。
【００１０】
本発明の請求項３に係る周波数制御回路は、請求項２または３に係る周波数制御回路において、前記無線搬送波周波信号における送受信対象の任意のチャネルと基準となる特定のチャネルとの差分周波数に相当するオフセットデータを前記位相誤差検出手段の出力誤差データに加算する手段を有する。
【００１１】
本発明の請求項４に係る無線送受信装置は、共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置において、請求項１に係る周波数制御回路と、前記共通の発振器からの基準周波信号を受信用ローカル発振信号として受信無線搬送波周波信号に混合し、受信中間周波信号に周波数変換する受信用混合手段と、前記受信中間周波信号を同期検波のための周波数で直交復調し、複素符号化されたＩ信号及びＱ信号として出力し、前記周波数制御回路の複素乗算手段に入力する直交復調手段と、前記複素乗算手段から出力される周波数ずれを補正されたＩ信号及びＱ信号から受信データを復調するシンボル判定手段と、送信データを送信中間周波信号に変調する変調手段と、前記周波数制御回路の直交変調手段からの出力信号を送信用ローカル発振信号として前記送信中間周波信号に混合し、送信無線搬送波周波信号に周波数変換する送信用混合手段とを有する。
【００１２】
本発明の請求項５に係る無線送受信装置は、共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置において、請求項２に係る周波数制御回路と、前記周波数制御回路の直交変調手段からの出力信号を受信用ローカル発振信号として受信無線搬送波周波信号に混合し、受信中間周波信号に周波数変換する受信用混合手段と、前記受信中間周波信号を同期検波のための周波数で直交復調し、複素符号化されたＩ信号及びＱ信号として出力する直交復調手段と、前記直交復調手段から出力されるＩ信号及びＱ信号から受信データを復調するシンボル判定手段と、送信データを送信中間周波信号に変調する変調手段と、前記周波数制御回路の直交変調手段からの出力信号を送信用ローカル発振信号として前記送信中間周波信号に混合し、送信無線搬送波周波信号に周波数変換する送信用混合手段とを有する。
【００１３】
本発明の請求項６に係る無線送受信装置は、本発明の請求項４または５に係る無線送受信装置において、前記無線搬送波周波信号における送受信対象の任意のチャネルと基準となる特定のチャネルとの差分周波数に相当するオフセットデータを前記周波数制御回路の位相誤差検出手段の出力誤差データに加算する手段を有する。
【００１４】
本発明の請求項７に係る周波数制御方法は、共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置における、前記受信用ローカル発振信号により周波数変換された受信信号の周波数を同期検波用の規定周波数に一致させる周波数制御方法において、前記周波数変換された受信信号から直交復調器により複素符号化された各シンボルのうち所定の基準位相に位置すべきシンボルの実際の位相と前記基準位相との位相差を前記規定周波数からの周波数ずれに対応した誤差データとして出力し、前記誤差データに基づいて、１周期分のサイン波の位相対応のアドレスに該当位相に対応する振幅データを格納した周波数データ記憶手段に対するアドレスを生成し、前記周波数ずれに相当する周波数の直交する２成分であるサイン波及びコサイン波の各データを生成し、前記直交復調器の出力複素符号に対し、前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により複素乗算して前記周波数ずれを補正し、前記共通の発振器の出力基準周波信号に対し前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により直交変調し、前記周波数ずれ分だけずれた周波数の送信用ローカル発振信号を生成する工程を有する。
【００１５】
本発明の請求項８に係る周波数制御方法は、共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置における、前記受信用ローカル発振信号により周波数変換された受信信号の周波数を同期検波用の規定周波数に一致させる周波数制御方法において、前記周波数変換された受信信号から直交復調器により複素符号化された各シンボルのうち所定の基準位相に位置すべきシンボルの実際の位相と前記基準位相との位相差を前記規定周波数からの周波数ずれに対応した誤差データとして出力し、前記誤差データに基づいて、１周期分のサイン波の位相対応のアドレスに、該当位相に対応する振幅データを格納した周波数データ記憶手段に対するアドレスを生成し、前記周波数ずれに相当する周波数の直交する２成分であるサイン波及びコサイン波の各データを生成し、前記共通の発振器の出力基準周波信号に対し前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により直交変調し、前記周波数ずれ分だけずれた周波数の受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成する工程を有する。
【００１６】
本発明の請求項９に係る周波数制御方法は、請求項７または８に係る周波数制御方法において、前記無線搬送波周波信号における送受信対象の任意のチャネルと基準となる特定のチャネルとの差分周波数に相当するオフセットデータを前記位相誤差検出手段の出力誤差データに加算する工程を有する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の概要を説明する。本発明は受信部のＡＦＣ回路の部分のＰＬＬ、ＶＣＯをデジタル化し、すなわち、受信した信号をデジタル的に解析し周波数偏差値をＤＶＣＯ（Ｄｉｇｉｔａｌ ＶＣＯ）に周波数制御情報として渡すことにより、ＤＶＣＯから直交した周波数成分を出力している。この直交周波数成分により送信部（及び受信部）のローカル発振信号の直交変調を行い周波数偏差を補正し、その補正出力で送信周波数をミキシングすることで送信周波数を制御している。
【００１８】
これにより、受信周波数より送信周波数を変動させ、システムとして周波数を安定させるということができる。また、ＡＦＣのループを極力デジタル化しているので、一度引き込んでしまえばデジタル値として制御データを保存しておけ、高速な引き込みに対応できる。さらに、直交変調器にて周波数操作を行うためデジタル部分の動作クロックを極力抑えることができる。このように、デジタル化による温度特性のよさと直交変調器による周波数変換のため、ＤＶＣＯの動作クロックを下げるという効果が得られる。
【００１９】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施の形態（第一の実施の形態）を示すブロック構成図である。図１において、本例の無線送受信装置は、周波数制御回路を含んだ受信部及び送信部のうち、本発明に関連する部分のみが示されている。
【００２１】
受信部は、受信用アンテナ１０と、縦列接続された受信用ミキサ１１，１２と、受信用シンセサイザ（ＲＸ ＳＹＮＴＨ）１３と、直交復調器１５と、直交復調器１５用の発振器１６と、Ｉ信号及びＱ信号用のアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄコンバータ）１７、１８と、シンボル判定部２０とを有している。
【００２２】
送信部は、変調器２７と、縦列接続された送信用ミキサ２８，２９と、送信用シンセサイザ（ＴＸ ＳＹＮＴＨ）３０と、送信用アンテナ３１とを有している。
【００２３】
受信部及び送信部に対する共用部として、複素乗算器１９，位相誤差検出部２１，ループフィルタ２２，ＤＶＣＯ部（デジタルＶＣＯ部）２３，ｓｉｎ波及びｃｏｓ波用のデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａコンバータ）２４及び２５，直交変調器２６を含む周波数制御回路（ＡＦＣ回路）と、受信部，送信部，及び周波数制御回路に固定周波数の基準発振信号を供給する発振器１４とを有している。
【００２４】
まず、受信部の動作を説明する。
【００２５】
受信用アンテナ１０で受信した無線搬送波周波数の電波信号（ＲＦ）は、第１の受信用ミキサ１１にて、共用の発振器１４の発振周波数（ｆ１とする：搬送波周波数に近い周波数）を基準として受信用シンセサイザ１３にて生成されるチャネルに見合った周波数信号（第１のローカル発振信号）と混合され、周波数変換（第１次周波数変換）される。第１の受信用ミキサ１１の出力信号は、さらに第２の受信用ミキサ１２にて、発振器１４の発振信号（第２のローカル発振信号：周波数ｆ１）と混合され、中間周波数（例えば、４５５ＫＨｚ）に周波数変換（第２次周波数変換）され、中間周波信号（ＩＦ）として直交復調器１５に入力される。
【００２６】
直交復調器１５にはさらに、発振器１６からの固定周波数（中間周波数とほぼ同じ）の発振信号が入力されている。直交復調器１５は、この発振信号により中間周波信号を直交検波し、ベースバンドの同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号と（複素符号）を生成する。ただし、この直交復調器１５の出力（Ｉ，Ｑ）は、送信側のベースバンド信号の周波数（規定周波数）とずれ（差分周波数Δｆ）を生じている。この周波数ずれが自装置に起因する場合は、２つの発振器１４，１６のうち、特に周波数の高い発振器１４の発振周波数の偏移による影響が大きい。
【００２７】
図３に直交復調器１５の構成例を示す。入力信号Ｓａ（ＩＦに相当）は２分され、２つの乗算器１５２，１５３にそれぞれ入力される。発振信号Ｓｆ（発振器１６の出力に相当）は、一方の乗算器１５２にはそのまま、他方の乗算器１５３にはπ／２移相器１５１を通して９０度位相を遅らせて入力される。一方の乗算器１５２からは同相成分信号Ｓｉ（Ｉ信号に相当）が、他方の乗算器１５３からは直交成分信号Ｓｑ（Ｑ信号に相当）が出力される。
【００２８】
直交復調器１５から出力されたＩ信号，Ｑ信号はそれぞれ、Ａ／Ｄコンバータ１７，１８にて、アナログ／デジタル変換される。
【００２９】
各Ａ／Ｄコンバータ１７，１８の出力（Ｉ／Ｑ信号）は、後に詳細を説明するが、複素乗算器１９にて、ＤＶＣＯ部２３からのｓｉｎ（サイン）／ｃｏｓ（コサイン）の値と複素乗算が行われる。ＤＶＣＯ部２３からは送信側の周波数と受信側の周波数の差分（Δｆ）の直交関係にあるｓｉｎ（２πΔｆｔ）とｃｏｓ（２πΔｆｔ）が出力されているため、この周波数をＩ／Ｑ信号に複素乗算することで周波数のずれがなくなる。
【００３０】
その周波数ずれのなくなったＩ／Ｑ信号をシンボル判定部２０にてシンボル判定を行い、データ復調を行う。
【００３１】
次に、周波数制御回路の動作を説明する。
【００３２】
位相誤差検出部２１は、各Ａ／Ｄコンバーター１７，１８からそれぞれ出力されるＩ／Ｑ信号を解析し、位相誤差を検出し誤差成分（Δｆに対応）をループフィルタ２２に出力する。
【００３３】
ループフィルタ２２にて帯域制限された誤差成分は、ＤＶＣＯ部２３に入力され、ＤＶＣＯ部２３は、入力された信号に見合った周波数（Δｆに相当）の直交した信号（ｓｉｎ／ｃｏｓ波）として出力する。
【００３４】
図５にＤＶＣＯ部２３の構成例を示す。加算器２３１は、入力してきた誤差データを、図示していないバッファに一時蓄積していた前回のデータと加算し、バッファに一時蓄積するとともに、アドレス変換部２３２に出力する。アドレス変換部２３２は、この加算器２３２の出力を周波数ＲＯＭテーブル２３３に見合ったアドレスに変換する。周波数ＲＯＭテーブル２３３の各アドレスには、データとして１周期分のサイン波（ｓｉｎ波：正弦波）の位相に見合った振幅値が格納されているため、アドレス変換部２３２にて出力されるアドレスの変化状態に見合った周波数のｓｉｎ波（デジタルデータ）を出力する。このとき、位相の９０度ずれに相当するアドレスも同時に指定することにより、ｓｉｎ波及びｃｏｓ波を同時に出力することができる。
【００３５】
ＤＶＣＯ部２３から出力されるｓｉｎ／ｃｏｓ波成分を、複素乗算器１９に入力するとともに、各Ｄ／Ａコンバータ２４，２５に入力し、デジタル／アナログ変換を行い、直交変調器２６に入力する。
【００３６】
図４に複素乗算器１９の構成例を示す。Ｉ信号は２分配され、２つの乗算器１９１及び１９２にそれぞれ入力される。Ｑ信号も同様に２分配され、他の２つの乗算器１９３及び１９４にそれぞれ入力される。ｓｉｎ波は乗算器１９２及び１９３に入力され、ｃｏｓ波は乗算器１９１及び１９４に入力される。一方（Ｉ系）の加算器（減算器）１９５は乗算器１９１の出力から乗算器１９３の出力の減算を行い、他方（Ｑ系）の加算器１９６は乗算器１９２の出力と乗算器１９４の出力との加算を行う。
【００３７】
複素乗算器１９は、（Ｉ＋ｊＱ）＊（ｃｏｓ＋ｊｓｉｎ）の複素乗算を行う。複素乗算の結果、Ｉ系の加算器１９５は、実数部の（Ｉ＊ｃｏｓ−Ｑ＊ｓｉｎ）を周波数補正後のＩ信号として出力し、Ｑ系の加算器１９６は、虚数部の（Ｉ＊ｓｉｎ＋Ｑ＊ｃｏｓ）を周波数補正後のＱ信号として出力する。
【００３８】
直交変調器２６には、ＤＶＣＯ部２３からのｓｉｎ／ｃｏｓ波成分の他に、共用の発振器１４からの基準発振信号（ｆ１）が入力されている。直交変調器２６は、発振器１４の発振信号と、Ｄ／Ａコンバータ２４，２５からのｓｉｎ／ｃｏｓ波成分とで直交変調し、元の基準周波数（ｆ１）から周波数ずれ分だけずらした周波数（ずれの方向により、ｆ１＋Δｆ、あるいはｆ１−Δｆ）の発振信号を生成し、送信部に対する第１のローカル発振信号として第１の送信用ミキサ２８へ出力する。
【００３９】
図２に直交変調器２６の構成例を示す。直交する２つの信号Ｓｉ，Ｓｑ（ｓｉｎ成分／ｃｏｓ成分に相当）が２つの乗算器２６２，２６３にそれぞれ入力される。発振信号Ｓｆ（発振器１４の出力に相当）は、一方の乗算器２６２にはそのまま、他方の乗算器２６３にはπ／２移相器２６１を通して９０度位相を遅らせて入力される。２つの乗算器２６２、２６３の出力を加算器２６４で加算することにより、発振信号Ｓｆの周波数から直交２信号Ｓｉ，Ｓｑの周波数分だけずれた周波数の信号を得ることができる。
【００４０】
ここで、周波数制御回路の動作をさらに詳細に説明する前に、送信部の動作を説明する。
【００４１】
変調器２７は、ベースバンドの送信データを信号Ｉ，Ｑにマッピングし、固定周波数（中間周波数）の発振信号で直交変調し中間周波信号とする。この中間周波数は任意の周波数とすることとができる。例えば、受信部の中間周波数（４５５ｋＨｚ）と同じにしてもよいし、受信用のチャネルと送信用のチャネルとが一定の周波数差であるとき、受信部の中間周波数にその周波数差を加算した周波数としてもよい。後者の周波数にした場合、後に説明するが、位相誤差検出部の出力誤差データにオフセットを持たせることにより、チャネル対応のローカル発振信号用の受信用シンセサイザ（ＲＸ ＳＹＮＴＨ）１３及び送信用シンセサイザ（ＴＸ ＳＹＮＴＨ）３０の役割も担うことができる。
【００４２】
この中間周波信号は、第１の送信用ミキサ２８にて、直交変調器２６からの送信部の第１のローカル発振信号と混合され、周波数変換（第１次周波数変換）される。
【００４３】
第１の送信用ミキサ２８の出力信号は、さらに第２の送信用ミキサ２９にて、発振器１４の発振周波数を基準として送信用シンセサイザ３０にて生成されるチャネルに見合った周波数信号（送信部の第２のローカル発振信号）と混合され、周波数変換（第２次周波数変換）され、無線搬送波周波数の電波信号（ＲＦ）として送信用アンテナ３１から送出される。
【００４４】
次に、周波数制御回路による自動周波数制御（ＡＦＣ）の動作を詳細に説明する。
【００４５】
位相誤差検出部２１は、Ａ／Ｄコンバータ１７，１８を通した直交復調器１５の出力Ｉ／Ｑ信号を解析し、位相誤差を検出し誤差成分をループフィルタ２２に出力する。
【００４６】
位相誤差検出部２１における位相誤差の検出方法を、図６を参照して説明する。Ｉ／Ｑ信号は直交関係にあるため、例えば４値ＰＳＫにおいて、Ｉ／Ｑ信号をＸＹ座標上で表わすと、信号点（シンボル）配置図は図６の分図（Ａ）に示すようになる。ここで受信周波数とのずれが生じると、分図（Ｂ）に示すように本来４５度上で停止しているべき信号がΔｆＨｚで回転してしまう。ここで第４象限まであるが、分図（Ｃ）の矢印のようにすべて第１象限（分図（Ｄ））に折り返して考える。分図（Ｄ）のように、周波数のずれが生じたため、信号点が４５度からθずつずれてしまうが、このθがΔｆの瞬時位相角となり、位相誤差のデータとなる。位相誤差検出部はこのデータを出力する。１６ＱＡＭにおいては分図（Ｅ）のように丸で囲んだシンボルのみを選択してθを計算すればよい。ＡＦＣはこの誤差を０とするように動作する。
【００４７】
ここで、位相誤差検出部２１の出力誤差データは、次のような値をとるものとする。周波数ずれ（Δｆ）として受信周波数が送信周波数より高い場合に、Δｆは正（＞０）とし、信号点（θ）は時計方向に回転するものとする。信号点が４５度のときθ＝０度、信号点が０度のときθ＝４５度、信号点が９０度のときθ＝−４５度となる（第１象限の範囲内で考えているため、信号点の０度と９０度とは連続している）。誤差データはθの値に線形に対応した正規化値であり、θ＝−４５度のとき“−１”、θ＝０度のとき“０”、θ＝４５度のとき“１”となる。
【００４８】
ループフィルタ２２にて帯域制限された誤差データはＤＶＣＯ部２３に入力される。誤差データは、Δｆの瞬時位相情報であるため、ＤＶＣＯ部２３の動作クロックで、加算器２３１で加算していけばΔｆの位相状態を生成することとなる。
【００４９】
周波数ＲＯＭテーブル２３３には各位相の振幅値が格納されているため（例えば、１度ごとに１アドレスが割当てられ、対応する振幅データが格納されている）、アドレス変換部２３２により算出された加算器２３１の位相に対応したアドレスの振幅値を出力すればΔｆを生成できる。また、このアドレスを９０°分ずらせることにより、直交関係にあるΔｆを生成できる。このようにして、ＤＶＣＯ部２３は入力された信号に見合った周波数を、直交した信号ｓｉｎ（２πΔｆｔ）、ｃｏｓ（２πΔｆｔ）として出力する。
【００５０】
なお、周波数ずれ（Δｆ）が正のときθが正になるように設定されている場合（上記に説明した場合）は、周波数ＲＯＭテーブル２３３の出力信号（ｓｉｎ／ｃｏｓ波成分）により周波数を減じる必要がある。この場合は、出力信号の符号を反転するか、周波数ＲＯＭテーブル２３３からの読み出しアドレスの進行方向を反転させればよい。
【００５１】
よって復調は、このｓｉｎ／ｃｏｓ波成分を複素乗算器１９にて信号Ｉ／Ｑに複素乗算することで、周波数ずれ（Δｆ）を解消し同期検波を行うことができる。
【００５２】
次に送信周波数を受信した周波数に追従させるため、ｓｉｎ／ｃｏｓ波成分をＤ／Ａコンバータ２４，２５に入力し、デジタル／アナログ変換を行い、直交変調器２６に入力する。
【００５３】
直交変調器２６は共用固定発振器１４の周波数ｆ１も入力されており、この周波数をデジタル／アナログ変換されたｓｉｎ／ｃｏｓ波信号で直交変調する。直交変調の式は、ｓｉｎ（２πｆ１）・ｃｏｓ（２πΔｆ）＋ｃｏｓ（２πｆ１）・ｓｉｎ（２πΔｆ）＝ｓｉｎ（２π（ｆ１＋Δｆ）ｔ）のため、ｆ１＋Δｆという周波数を生み出せる。よってこの周波数（送信用第１ローカル発振周波数）により、変調器２７から出力された信号（送信データ）と送信用ミキサ２８で周波数変換を行う。
【００５４】
このように本実施の形態によれば、自装置の発振器の周波数ずれ、あるいは対向装置の発振器の周波数ずれのいずれの場合でも、送信側の周波数と受信側の周波数とを合わせることができる。
【００５５】
次に、本発明の他の実施の形態（第２の実施の形態）について、図７を参照して詳細に説明する。
【００５６】
図７に示す第２の実施の形態においては、その基本的構成は図１に示す第１の実施の形態と同じであるが、相異点は、直交変調器２６の出力を受信用ミキサ１２に入力することで、直交復調器１５の出力Ｉ／Ｑにｓｉｎ／ｃｏｓを複素乗算することなく（複素乗算器１９の不使用）、ＡＦＣを実現している。
【００５７】
さらに、他の実施の形態として、無線搬送波信号が複数の受信用チャネルと送信用チャネルとを有し、送受信の対象として任意に選択された受信用チャネルと送信用チャネルとの周波数差が一定の場合、すなわち、選択された受信用チャネルと受信用の基準となる特定のチャネル（例えば、受信用第１チャネル）との周波数差と、選択された送信用チャネルと送信用の基準となる特定のチャネル（例えば、送信用第１チャネル）との周波数差とが常に同一の場合に、位相誤差検出部の出力誤差データにその周波数差に対応するオフセットを持たせることが考えられる。
【００５８】
ＤＶＣＯ部は、図示していない制御手段により誤差データにオフセットが与えられることで、出力周波数に対応するオフセット周波数を持たせられる。これにより、ＤＶＣＯ部の可変周波数範囲であれば、オフセット周波数をチャネル対応の周波数差分に相当する周波数に設定することができ、チャネル対応のローカル発振信号用の受信用シンセサイザ（ＲＸ ＳＹＮＴＨ）及び送信用シンセサイザ（ＴＸ ＳＹＮＴＨ）等がなくても受信周波数及び送信周波数を瞬時にして切り替えることができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、周波数制御回路（ＡＦＣ回路）の部分のアナログ回路で構成されたＰＬＬ、ＶＣＯをデジタル化（アドレス変換手段，周波数データ記憶手段（ＤＶＣＯ））し、送信機のローカルに直交変調器を使用することで温度変化や経年変化に依存することのないＡＦＣ回路が実現できる。また、直交変調器を使用することでＤＶＣＯは周波数ずれ分の周波数を出力するだけでよいため、低動作クロックで使用することが可能となる。また、ＤＶＣＯへの誤差データにオフセットを持たせることで、チャネル対応のシンセサイザー等がなくてもＤＶＣＯの可変周波数範囲であれば受信及び送信周波数を瞬時にして切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すブロック構成図である。
【図２】図１に示す直交変調器の構成例を示す図である。
【図３】図１に示す直交復調器の構成例を示す図である。
【図４】図１に示す複素乗算器の構成例を示す図である。
【図５】図１に示すＤＶＣＯ部の構成例を示す図である。
【図６】図１に示す位相誤差検出部における位相誤差の検出方法を説明するための図である。
【図７】本発明の他の実施の形態を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１１，１２ 受信用ミキサ
１３ 受信用シンセサイザ（ＲＸ ＳＹＮＴＨ）
１４，１６ 発振器
１５ 直交復調器
１７，１８ アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
１９ 複素乗算器
２０ シンボル判定部
２１ 位相誤差検出部
２２ ループフィルタ
２３ ＤＶＣＯ部
２４，２５ デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）
２６ 直交変調器
２７ 変調器
２８，２９ 送信用ミキサ
３０ 送信用シンセサイザ（ＴＸ ＳＹＮＴＨ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル変調方式の無線システムにおいて安定した周波数追従を行うために用いる周波数制御回路と、それを用いた無線送受信装置と、その周波数制御方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
双方向無線通信システムに用いられる送信部及び受信部を備えた無線送受信装置では、送信部用ローカル（局部）発振周波数及び受信部用ローカル発振周波数を同一発振源（発振器）からの発振周波数に基づいてそれぞれ生成しているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、４値ＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：位相偏移変調）や１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：直交振幅変調）等のデジタル変調方式の無線通信システムにおいては、送信側の周波数（送信元が送信した周波数）と受信側の周波数（受信先が受信しようとする周波数）とのずれはビットエラーを生む最大の要因となる。同期検波方式を行う上で、受信側はＡＦＣ（Ａｕｔｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｓｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ：自動周波数制御）を行い、送信側からの周波数をかなりの精度で再生（周波数追従）しなければならない。
【０００４】
周波数追従を行うために、通常、アナログにてＡＦＣ回路を実現させている。精度の高いＡＦＣを実現させるにはループ帯域を狭め応答を遅くするが、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：時分割多元接続）などの時間多重方式においては高速な引き込みが要求されている。このため、ＡＦＣ回路の部分のＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ：位相同期ループ）、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御発振器）をデジタル化した技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２８０９２４号公報（第２頁、図６）
【特許文献２】
特開２００２−１６４９４５号公報（第２頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の無線送受信装置では、受信部の受信周波数に対向装置からの送信周波数とのずれ（誤差）が生じるのは、受信部用ローカル（局部）発振周波数を生成するための発振源の発振周波数の変動の影響が一番大きい。ところで、送信部用ローカル発振周波数もこの発振源（共用発振源）の発振周波数から生成しているので、受信部の受信周波数にずれが生じるということは、送信部の送信周波数が変動することになり、対向装置側で受信周波数ずれを生じることになる。またこのことは、対向装置側の共用発振源における発振周波数の変動についても当てはまる。このため、無線送受信装置において、対向装置からの受信周波数の変動（受信部用ローカル発振周波数の変動）に応じて、対向装置向けの送信周波数を変動（送信部用ローカル発振周波数を変動）させ、システムとして周波数を安定させる仕組みが必要となる。
【０００７】
本発明の目的は、受信部の受信周波数の誤差を補正するＡＦＣ回路として、従来とは異なる構成のデジタルＡＦＣ回路を用いた周波数制御回路を提供するとともに、この周波数制御回路により検出された受信部の受信周波数の誤差に応じて送信部の送信周波数の誤差の補正を可能とした周波数制御回路、及びそれを用いた無線送受信装置と、その周波数制御方法とを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る周波数制御回路は、共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置に用いられ、前記受信用ローカル発振信号により周波数変換された受信信号の周波数を同期検波用の規定周波数に一致させる周波数制御回路において、前記周波数変換された受信信号から直交復調器により複素符号化された各シンボルのうち所定の基準位相に位置すべきシンボルの実際の位相と前記基準位相との位相差を前記規定周波数からの周波数ずれに対応した誤差データとして出力する位相誤差検出手段と、１周期分のサイン波の位相対応のアドレスに、該当位相に対応する振幅データを格納した周波数データ記憶手段と、前記誤差データに基づいて前記周波数データ記憶手段に対するアドレスを生成し、前記周波数ずれに相当する周波数の直交する２成分であるサイン波及びコサイン波の各データを出力させるアドレス変換手段と、前記直交復調器の出力複素符号に対し前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により複素乗算し、前記周波数ずれを補正する複素乗算手段と、前記共通の発振器の出力基準周波信号に対し前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により直交変調し、前記周波数ずれ分だけずれた周波数の送信用ローカル発振信号を生成する直交変調手段とを有する。
【０００９】
本発明の請求項２に係る周波数制御回路は、共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置に用いられ、前記受信用ローカル発振信号により周波数変換された受信信号の周波数を同期検波用の規定周波数に一致させる周波数制御回路において、前記周波数変換された受信信号から直交復調器により複素符号化された各シンボルのうち所定の基準位相に位置すべきシンボルの実際の位相と前記基準位相との位相差を前記規定周波数からの周波数ずれに対応した誤差データとして出力する位相誤差検出手段と、１周期分のサイン波の位相対応のアドレスに、該当位相に対応する振幅データを格納した周波数データ記憶手段と、前記誤差データに基づいて前記周波数データ記憶手段に対するアドレスを生成し、前記周波数ずれに相当する周波数の直交する２成分であるサイン波及びコサイン波の各データを出力させるアドレス変換手段と、前記共通の発振器の出力基準周波信号に対し前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により直交変調し、前記周波数ずれ分だけずれた周波数の受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成する直交変調手段とを有する。
【００１０】
本発明の請求項３に係る周波数制御回路は、請求項２または３に係る周波数制御回路において、前記無線搬送波周波信号における送受信対象の任意のチャネルと基準となる特定のチャネルとの差分周波数に相当するオフセットデータを前記位相誤差検出手段の出力誤差データに加算する手段を有する。
【００１１】
本発明の請求項４に係る無線送受信装置は、共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置において、請求項１に係る周波数制御回路と、前記共通の発振器からの基準周波信号を受信用ローカル発振信号として受信無線搬送波周波信号に混合し、受信中間周波信号に周波数変換する受信用混合手段と、前記受信中間周波信号を同期検波のための周波数で直交復調し、複素符号化されたＩ信号及びＱ信号として出力し、前記周波数制御回路の複素乗算手段に入力する直交復調手段と、前記複素乗算手段から出力される周波数ずれを補正されたＩ信号及びＱ信号から受信データを復調するシンボル判定手段と、送信データを送信中間周波信号に変調する変調手段と、前記周波数制御回路の直交変調手段からの出力信号を送信用ローカル発振信号として前記送信中間周波信号に混合し、送信無線搬送波周波信号に周波数変換する送信用混合手段とを有する。
【００１２】
本発明の請求項５に係る無線送受信装置は、共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置において、請求項２に係る周波数制御回路と、前記周波数制御回路の直交変調手段からの出力信号を受信用ローカル発振信号として受信無線搬送波周波信号に混合し、受信中間周波信号に周波数変換する受信用混合手段と、前記受信中間周波信号を同期検波のための周波数で直交復調し、複素符号化されたＩ信号及びＱ信号として出力する直交復調手段と、前記直交復調手段から出力されるＩ信号及びＱ信号から受信データを復調するシンボル判定手段と、送信データを送信中間周波信号に変調する変調手段と、前記周波数制御回路の直交変調手段からの出力信号を送信用ローカル発振信号として前記送信中間周波信号に混合し、送信無線搬送波周波信号に周波数変換する送信用混合手段とを有する。
【００１３】
本発明の請求項６に係る無線送受信装置は、本発明の請求項４または５に係る無線送受信装置において、前記無線搬送波周波信号における送受信対象の任意のチャネルと基準となる特定のチャネルとの差分周波数に相当するオフセットデータを前記周波数制御回路の位相誤差検出手段の出力誤差データに加算する手段を有する。
【００１４】
本発明の請求項７に係る周波数制御方法は、共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置における、前記受信用ローカル発振信号により周波数変換された受信信号の周波数を同期検波用の規定周波数に一致させる周波数制御方法において、前記周波数変換された受信信号から直交復調器により複素符号化された各シンボルのうち所定の基準位相に位置すべきシンボルの実際の位相と前記基準位相との位相差を前記規定周波数からの周波数ずれに対応した誤差データとして出力し、前記誤差データに基づいて、１周期分のサイン波の位相対応のアドレスに該当位相に対応する振幅データを格納した周波数データ記憶手段に対するアドレスを生成し、前記周波数ずれに相当する周波数の直交する２成分であるサイン波及びコサイン波の各データを生成し、前記直交復調器の出力複素符号に対し、前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により複素乗算して前記周波数ずれを補正し、前記共通の発振器の出力基準周波信号に対し前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により直交変調し、前記周波数ずれ分だけずれた周波数の送信用ローカル発振信号を生成する工程を有する。
【００１５】
本発明の請求項８に係る周波数制御方法は、共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置における、前記受信用ローカル発振信号により周波数変換された受信信号の周波数を同期検波用の規定周波数に一致させる周波数制御方法において、前記周波数変換された受信信号から直交復調器により複素符号化された各シンボルのうち所定の基準位相に位置すべきシンボルの実際の位相と前記基準位相との位相差を前記規定周波数からの周波数ずれに対応した誤差データとして出力し、前記誤差データに基づいて、１周期分のサイン波の位相対応のアドレスに、該当位相に対応する振幅データを格納した周波数データ記憶手段に対するアドレスを生成し、前記周波数ずれに相当する周波数の直交する２成分であるサイン波及びコサイン波の各データを生成し、前記共通の発振器の出力基準周波信号に対し前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により直交変調し、前記周波数ずれ分だけずれた周波数の受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成する工程を有する。
【００１６】
本発明の請求項９に係る周波数制御方法は、請求項７または８に係る周波数制御方法において、前記無線搬送波周波信号における送受信対象の任意のチャネルと基準となる特定のチャネルとの差分周波数に相当するオフセットデータを前記位相誤差検出手段の出力誤差データに加算する工程を有する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の概要を説明する。本発明は受信部のＡＦＣ回路の部分のＰＬＬ、ＶＣＯをデジタル化し、すなわち、受信した信号をデジタル的に解析し周波数偏差値をＤＶＣＯ（Ｄｉｇｉｔａｌ ＶＣＯ）に周波数制御情報として渡すことにより、ＤＶＣＯから直交した周波数成分を出力している。この直交周波数成分により送信部（及び受信部）のローカル発振信号の直交変調を行い周波数偏差を補正し、その補正出力で送信周波数をミキシングすることで送信周波数を制御している。
【００１８】
これにより、受信周波数より送信周波数を変動させ、システムとして周波数を安定させるということができる。また、ＡＦＣのループを極力デジタル化しているので、一度引き込んでしまえばデジタル値として制御データを保存しておけ、高速な引き込みに対応できる。さらに、直交変調器にて周波数操作を行うためデジタル部分の動作クロックを極力抑えることができる。このように、デジタル化による温度特性のよさと直交変調器による周波数変換のため、ＤＶＣＯの動作クロックを下げるという効果が得られる。
【００１９】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施の形態（第一の実施の形態）を示すブロック構成図である。図１において、本例の無線送受信装置は、周波数制御回路を含んだ受信部及び送信部のうち、本発明に関連する部分のみが示されている。
【００２１】
受信部は、受信用アンテナ１０と、縦列接続された受信用ミキサ１１，１２と、受信用シンセサイザ（ＲＸ ＳＹＮＴＨ）１３と、直交復調器１５と、直交復調器１５用の発振器１６と、Ｉ信号及びＱ信号用のアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄコンバータ）１７、１８と、シンボル判定部２０とを有している。
【００２２】
送信部は、変調器２７と、縦列接続された送信用ミキサ２８，２９と、送信用シンセサイザ（ＴＸ ＳＹＮＴＨ）３０と、送信用アンテナ３１とを有している。
【００２３】
受信部及び送信部に対する共用部として、複素乗算器１９，位相誤差検出部２１，ループフィルタ２２，ＤＶＣＯ部（デジタルＶＣＯ部）２３，ｓｉｎ波及びｃｏｓ波用のデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａコンバータ）２４及び２５，直交変調器２６を含む周波数制御回路（ＡＦＣ回路）と、受信部，送信部，及び周波数制御回路に固定周波数の基準発振信号を供給する発振器１４とを有している。
【００２４】
まず、受信部の動作を説明する。
【００２５】
受信用アンテナ１０で受信した無線搬送波周波数の電波信号（ＲＦ）は、第１の受信用ミキサ１１にて、共用の発振器１４の発振周波数（ｆ１とする：搬送波周波数に近い周波数）を基準として受信用シンセサイザ１３にて生成されるチャネルに見合った周波数信号（第１のローカル発振信号）と混合され、周波数変換（第１次周波数変換）される。第１の受信用ミキサ１１の出力信号は、さらに第２の受信用ミキサ１２にて、発振器１４の発振信号（第２のローカル発振信号：周波数ｆ１）と混合され、中間周波数（例えば、４５５ＫＨｚ）に周波数変換（第２次周波数変換）され、中間周波信号（ＩＦ）として直交復調器１５に入力される。
【００２６】
直交復調器１５にはさらに、発振器１６からの固定周波数（中間周波数とほぼ同じ）の発振信号が入力されている。直交復調器１５は、この発振信号により中間周波信号を直交検波し、ベースバンドの同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号と（複素符号）を生成する。ただし、この直交復調器１５の出力（Ｉ，Ｑ）は、送信側のベースバンド信号の周波数（規定周波数）とずれ（差分周波数Δｆ）を生じている。この周波数ずれが自装置に起因する場合は、２つの発振器１４，１６のうち、特に周波数の高い発振器１４の発振周波数の偏移による影響が大きい。
【００２７】
図３に直交復調器１５の構成例を示す。入力信号Ｓａ（ＩＦに相当）は２分され、２つの乗算器１５２，１５３にそれぞれ入力される。発振信号Ｓｆ（発振器１６の出力に相当）は、一方の乗算器１５２にはそのまま、他方の乗算器１５３にはπ／２移相器１５１を通して９０度位相を遅らせて入力される。一方の乗算器１５２からは同相成分信号Ｓｉ（Ｉ信号に相当）が、他方の乗算器１５３からは直交成分信号Ｓｑ（Ｑ信号に相当）が出力される。
【００２８】
直交復調器１５から出力されたＩ信号，Ｑ信号はそれぞれ、Ａ／Ｄコンバータ１７，１８にて、アナログ／デジタル変換される。
【００２９】
各Ａ／Ｄコンバータ１７，１８の出力（Ｉ／Ｑ信号）は、後に詳細を説明するが、複素乗算器１９にて、ＤＶＣＯ部２３からのｓｉｎ（サイン）／ｃｏｓ（コサイン）の値と複素乗算が行われる。ＤＶＣＯ部２３からは送信側の周波数と受信側の周波数の差分（Δｆ）の直交関係にあるｓｉｎ（２πΔｆｔ）とｃｏｓ（２πΔｆｔ）が出力されているため、この周波数をＩ／Ｑ信号に複素乗算することで周波数のずれがなくなる。
【００３０】
その周波数ずれのなくなったＩ／Ｑ信号をシンボル判定部２０にてシンボル判定を行い、データ復調を行う。
【００３１】
次に、周波数制御回路の動作を説明する。
【００３２】
位相誤差検出部２１は、各Ａ／Ｄコンバーター１７，１８からそれぞれ出力されるＩ／Ｑ信号を解析し、位相誤差を検出し誤差成分（Δｆに対応）をループフィルタ２２に出力する。
【００３３】
ループフィルタ２２にて帯域制限された誤差成分は、ＤＶＣＯ部２３に入力され、ＤＶＣＯ部２３は、入力された信号に見合った周波数（Δｆに相当）の直交した信号（ｓｉｎ／ｃｏｓ波）として出力する。
【００３４】
図５にＤＶＣＯ部２３の構成例を示す。加算器２３１は、入力してきた誤差データを、図示していないバッファに一時蓄積していた前回のデータと加算し、バッファに一時蓄積するとともに、アドレス変換部２３２に出力する。アドレス変換部２３２は、この加算器２３２の出力を周波数ＲＯＭテーブル２３３に見合ったアドレスに変換する。周波数ＲＯＭテーブル２３３の各アドレスには、データとして１周期分のサイン波（ｓｉｎ波：正弦波）の位相に見合った振幅値が格納されているため、アドレス変換部２３２にて出力されるアドレスの変化状態に見合った周波数のｓｉｎ波（デジタルデータ）を出力する。このとき、位相の９０度ずれに相当するアドレスも同時に指定することにより、ｓｉｎ波及びｃｏｓ波を同時に出力することができる。
【００３５】
ＤＶＣＯ部２３から出力されるｓｉｎ／ｃｏｓ波成分を、複素乗算器１９に入力するとともに、各Ｄ／Ａコンバータ２４，２５に入力し、デジタル／アナログ変換を行い、直交変調器２６に入力する。
【００３６】
図４に複素乗算器１９の構成例を示す。Ｉ信号は２分配され、２つの乗算器１９１及び１９２にそれぞれ入力される。Ｑ信号も同様に２分配され、他の２つの乗算器１９３及び１９４にそれぞれ入力される。ｓｉｎ波は乗算器１９２及び１９３に入力され、ｃｏｓ波は乗算器１９１及び１９４に入力される。一方（Ｉ系）の加算器（減算器）１９５は乗算器１９１の出力から乗算器１９３の出力の減算を行い、他方（Ｑ系）の加算器１９６は乗算器１９２の出力と乗算器１９４の出力との加算を行う。
【００３７】
複素乗算器１９は、（Ｉ＋ｊＱ）＊（ｃｏｓ＋ｊｓｉｎ）の複素乗算を行う。複素乗算の結果、Ｉ系の加算器１９５は、実数部の（Ｉ＊ｃｏｓ−Ｑ＊ｓｉｎ）を周波数補正後のＩ信号として出力し、Ｑ系の加算器１９６は、虚数部の（Ｉ＊ｓｉｎ＋Ｑ＊ｃｏｓ）を周波数補正後のＱ信号として出力する。
【００３８】
直交変調器２６には、ＤＶＣＯ部２３からのｓｉｎ／ｃｏｓ波成分の他に、共用の発振器１４からの基準発振信号（ｆ１）が入力されている。直交変調器２６は、発振器１４の発振信号と、Ｄ／Ａコンバータ２４，２５からのｓｉｎ／ｃｏｓ波成分とで直交変調し、元の基準周波数（ｆ１）から周波数ずれ分だけずらした周波数（ずれの方向により、ｆ１＋Δｆ、あるいはｆ１−Δｆ）の発振信号を生成し、送信部に対する第１のローカル発振信号として第１の送信用ミキサ２８へ出力する。
【００３９】
図２に直交変調器２６の構成例を示す。直交する２つの信号Ｓｉ，Ｓｑ（ｓｉｎ成分／ｃｏｓ成分に相当）が２つの乗算器２６２，２６３にそれぞれ入力される。発振信号Ｓｆ（発振器１４の出力に相当）は、一方の乗算器２６２にはそのまま、他方の乗算器２６３にはπ／２移相器２６１を通して９０度位相を遅らせて入力される。２つの乗算器２６２、２６３の出力を加算器２６４で加算することにより、発振信号Ｓｆの周波数から直交２信号Ｓｉ，Ｓｑの周波数分だけずれた周波数の信号を得ることができる。
【００４０】
ここで、周波数制御回路の動作をさらに詳細に説明する前に、送信部の動作を説明する。
【００４１】
変調器２７は、ベースバンドの送信データを信号Ｉ，Ｑにマッピングし、固定周波数（中間周波数）の発振信号で直交変調し中間周波信号とする。この中間周波数は任意の周波数とすることとができる。例えば、受信部の中間周波数（４５５ｋＨｚ）と同じにしてもよいし、受信用のチャネルと送信用のチャネルとが一定の周波数差であるとき、受信部の中間周波数にその周波数差を加算した周波数としてもよい。後者の周波数にした場合、後に説明するが、位相誤差検出部の出力誤差データにオフセットを持たせることにより、チャネル対応のローカル発振信号用の受信用シンセサイザ（ＲＸ ＳＹＮＴＨ）１３及び送信用シンセサイザ（ＴＸ ＳＹＮＴＨ）３０の役割も担うことができる。
【００４２】
この中間周波信号は、第１の送信用ミキサ２８にて、直交変調器２６からの送信部の第１のローカル発振信号と混合され、周波数変換（第１次周波数変換）される。
【００４３】
第１の送信用ミキサ２８の出力信号は、さらに第２の送信用ミキサ２９にて、発振器１４の発振周波数を基準として送信用シンセサイザ３０にて生成されるチャネルに見合った周波数信号（送信部の第２のローカル発振信号）と混合され、周波数変換（第２次周波数変換）され、無線搬送波周波数の電波信号（ＲＦ）として送信用アンテナ３１から送出される。
【００４４】
次に、周波数制御回路による自動周波数制御（ＡＦＣ）の動作を詳細に説明する。
【００４５】
位相誤差検出部２１は、Ａ／Ｄコンバータ１７，１８を通した直交復調器１５の出力Ｉ／Ｑ信号を解析し、位相誤差を検出し誤差成分をループフィルタ２２に出力する。
【００４６】
位相誤差検出部２１における位相誤差の検出方法を、図６を参照して説明する。Ｉ／Ｑ信号は直交関係にあるため、例えば４値ＰＳＫにおいて、Ｉ／Ｑ信号をＸＹ座標上で表わすと、信号点（シンボル）配置図は図６の分図（Ａ）に示すようになる。ここで受信周波数とのずれが生じると、分図（Ｂ）に示すように本来４５度上で停止しているべき信号がΔｆＨｚで回転してしまう。ここで第４象限まであるが、分図（Ｃ）の矢印のようにすべて第１象限（分図（Ｄ））に折り返して考える。分図（Ｄ）のように、周波数のずれが生じたため、信号点が４５度からθずつずれてしまうが、このθがΔｆの瞬時位相角となり、位相誤差のデータとなる。位相誤差検出部はこのデータを出力する。１６ＱＡＭにおいては分図（Ｅ）のように丸で囲んだシンボルのみを選択してθを計算すればよい。ＡＦＣはこの誤差を０とするように動作する。
【００４７】
ここで、位相誤差検出部２１の出力誤差データは、次のような値をとるものとする。周波数ずれ（Δｆ）として受信周波数が送信周波数より高い場合に、Δｆは正（＞０）とし、信号点（θ）は時計方向に回転するものとする。信号点が４５度のときθ＝０度、信号点が０度のときθ＝４５度、信号点が９０度のときθ＝−４５度となる（第１象限の範囲内で考えているため、信号点の０度と９０度とは連続している）。誤差データはθの値に線形に対応した正規化値であり、θ＝−４５度のとき“−１”、θ＝０度のとき“０”、θ＝４５度のとき“１”となる。
【００４８】
ループフィルタ２２にて帯域制限された誤差データはＤＶＣＯ部２３に入力される。誤差データは、Δｆの瞬時位相情報であるため、ＤＶＣＯ部２３の動作クロックで、加算器２３１で加算していけばΔｆの位相状態を生成することとなる。
【００４９】
周波数ＲＯＭテーブル２３３には各位相の振幅値が格納されているため（例えば、１度ごとに１アドレスが割当てられ、対応する振幅データが格納されている）、アドレス変換部２３２により算出された加算器２３１の位相に対応したアドレスの振幅値を出力すればΔｆを生成できる。また、このアドレスを９０°分ずらせることにより、直交関係にあるΔｆを生成できる。このようにして、ＤＶＣＯ部２３は入力された信号に見合った周波数を、直交した信号ｓｉｎ（２πΔｆｔ）、ｃｏｓ（２πΔｆｔ）として出力する。
【００５０】
なお、周波数ずれ（Δｆ）が正のときθが正になるように設定されている場合（上記に説明した場合）は、周波数ＲＯＭテーブル２３３の出力信号（ｓｉｎ／ｃｏｓ波成分）により周波数を減じる必要がある。この場合は、出力信号の符号を反転するか、周波数ＲＯＭテーブル２３３からの読み出しアドレスの進行方向を反転させればよい。
【００５１】
よって復調は、このｓｉｎ／ｃｏｓ波成分を複素乗算器１９にて信号Ｉ／Ｑに複素乗算することで、周波数ずれ（Δｆ）を解消し同期検波を行うことができる。
【００５２】
次に送信周波数を受信した周波数に追従させるため、ｓｉｎ／ｃｏｓ波成分をＤ／Ａコンバータ２４，２５に入力し、デジタル／アナログ変換を行い、直交変調器２６に入力する。
【００５３】
直交変調器２６は共用固定発振器１４の周波数ｆ１も入力されており、この周波数をデジタル／アナログ変換されたｓｉｎ／ｃｏｓ波信号で直交変調する。直交変調の式は、ｓｉｎ（２πｆ１）・ｃｏｓ（２πΔｆ）＋ｃｏｓ（２πｆ１）・ｓｉｎ（２πΔｆ）＝ｓｉｎ（２π（ｆ１＋Δｆ）ｔ）のため、ｆ１＋Δｆという周波数を生み出せる。よってこの周波数（送信用第１ローカル発振周波数）により、変調器２７から出力された信号（送信データ）と送信用ミキサ２８で周波数変換を行う。
【００５４】
このように本実施の形態によれば、自装置の発振器の周波数ずれ、あるいは対向装置の発振器の周波数ずれのいずれの場合でも、送信側の周波数と受信側の周波数とを合わせることができる。
【００５５】
次に、本発明の他の実施の形態（第２の実施の形態）について、図７を参照して詳細に説明する。
【００５６】
図７に示す第２の実施の形態においては、その基本的構成は図１に示す第１の実施の形態と同じであるが、相異点は、直交変調器２６の出力を受信用ミキサ１２に入力することで、直交復調器１５の出力Ｉ／Ｑにｓｉｎ／ｃｏｓを複素乗算することなく（複素乗算器１９の不使用）、ＡＦＣを実現している。
【００５７】
さらに、他の実施の形態として、無線搬送波信号が複数の受信用チャネルと送信用チャネルとを有し、送受信の対象として任意に選択された受信用チャネルと送信用チャネルとの周波数差が一定の場合、すなわち、選択された受信用チャネルと受信用の基準となる特定のチャネル（例えば、受信用第１チャネル）との周波数差と、選択された送信用チャネルと送信用の基準となる特定のチャネル（例えば、送信用第１チャネル）との周波数差とが常に同一の場合に、位相誤差検出部の出力誤差データにその周波数差に対応するオフセットを持たせることが考えられる。
【００５８】
ＤＶＣＯ部は、図示していない制御手段により誤差データにオフセットが与えられることで、出力周波数に対応するオフセット周波数を持たせられる。これにより、ＤＶＣＯ部の可変周波数範囲であれば、オフセット周波数をチャネル対応の周波数差分に相当する周波数に設定することができ、チャネル対応のローカル発振信号用の受信用シンセサイザ（ＲＸ ＳＹＮＴＨ）及び送信用シンセサイザ（ＴＸ ＳＹＮＴＨ）等がなくても受信周波数及び送信周波数を瞬時にして切り替えることができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、周波数制御回路（ＡＦＣ回路）の部分のアナログ回路で構成されたＰＬＬ、ＶＣＯをデジタル化（アドレス変換手段，周波数データ記憶手段（ＤＶＣＯ））し、送信機のローカルに直交変調器を使用することで温度変化や経年変化に依存することのないＡＦＣ回路が実現できる。また、直交変調器を使用することでＤＶＣＯは周波数ずれ分の周波数を出力するだけでよいため、低動作クロックで使用することが可能となる。また、ＤＶＣＯへの誤差データにオフセットを持たせることで、チャネル対応のシンセサイザー等がなくてもＤＶＣＯの可変周波数範囲であれば受信及び送信周波数を瞬時にして切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すブロック構成図である。
【図２】図１に示す直交変調器の構成例を示す図である。
【図３】図１に示す直交復調器の構成例を示す図である。
【図４】図１に示す複素乗算器の構成例を示す図である。
【図５】図１に示すＤＶＣＯ部の構成例を示す図である。
【図６】図１に示す位相誤差検出部における位相誤差の検出方法を説明するための図である。
【図７】本発明の他の実施の形態を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１１，１２ 受信用ミキサ
１３ 受信用シンセサイザ（ＲＸ ＳＹＮＴＨ）
１４，１６ 発振器
１５ 直交復調器
１７，１８ アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
１９ 複素乗算器
２０ シンボル判定部
２１ 位相誤差検出部
２２ ループフィルタ
２３ ＤＶＣＯ部
２４，２５ デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）
２６ 直交変調器
２７ 変調器
２８，２９ 送信用ミキサ
３０ 送信用シンセサイザ（ＴＸ ＳＹＮＴＨ）
Claims (9)
- 共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置に用いられ、前記受信用ローカル発振信号により周波数変換された受信信号の周波数を同期検波用の規定周波数に一致させる周波数制御回路において、
前記周波数変換された受信信号から直交復調器により複素符号化された各シンボルのうち所定の基準位相に位置すべきシンボルの実際の位相と前記基準位相との位相差を前記規定周波数からの周波数ずれに対応した誤差データとして出力する位相誤差検出手段と、
１周期分のサイン波の位相対応のアドレスに、該当位相に対応する振幅データを格納した周波数データ記憶手段と、
前記誤差データに基づいて前記周波数データ記憶手段に対するアドレスを生成し、前記周波数ずれに相当する周波数の直交する２成分であるサイン波及びコサイン波の各データを出力させるアドレス変換手段と、
前記直交復調器の出力複素符号に対し前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により複素乗算し、前記周波数ずれを補正する複素乗算手段と、
前記共通の発振器の出力基準周波信号に対し前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により直交変調し、前記周波数ずれ分だけずれた周波数の送信用ローカル発振信号を生成する直交変調手段とを有することを特徴とする周波数制御回路。 - 共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置に用いられ、前記受信用ローカル発振信号により周波数変換された受信信号の周波数を同期検波用の規定周波数に一致させる周波数制御回路において、
前記周波数変換された受信信号から直交復調器により複素符号化された各シンボルのうち所定の基準位相に位置すべきシンボルの実際の位相と前記基準位相との位相差を前記規定周波数からの周波数ずれに対応した誤差データとして出力する位相誤差検出手段と、
１周期分のサイン波の位相対応のアドレスに、該当位相に対応する振幅データを格納した周波数データ記憶手段と、
前記誤差データに基づいて前記周波数データ記憶手段に対するアドレスを生成し、前記周波数ずれに相当する周波数の直交する２成分であるサイン波及びコサイン波の各データを出力させるアドレス変換手段と、
前記共通の発振器の出力基準周波信号に対し前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により直交変調し、前記周波数ずれ分だけずれた周波数の受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成する直交変調手段とを有することを特徴とする周波数制御回路。 - 前記無線搬送波周波信号における送受信対象の任意のチャネルと基準となる特定のチャネルとの差分周波数に相当するオフセットデータを前記位相誤差検出手段の出力誤差データに加算する手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の周波数制御回路。
- 共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置において、
請求項１記載の周波数制御回路と、
前記共通の発振器からの基準周波信号を受信用ローカル発振信号として受信無線搬送波周波信号に混合し、受信中間周波信号に周波数変換する受信用混合手段と、
前記受信中間周波信号を同期検波のための周波数で直交復調し、複素符号化されたＩ信号及びＱ信号として出力し、前記周波数制御回路の複素乗算手段に入力する直交復調手段と、
前記複素乗算手段から出力される周波数ずれを補正されたＩ信号及びＱ信号から受信データを復調するシンボル判定手段と、
送信データを送信中間周波信号に変調する変調手段と、
前記周波数制御回路の直交変調手段からの出力信号を送信用ローカル発振信号として前記送信中間周波信号に混合し、送信無線搬送波周波信号に周波数変換する送信用混合手段とを有することを特徴とする無線送受信装置。 - 共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置において、
請求項２記載の周波数制御回路と、
前記周波数制御回路の直交変調手段からの出力信号を受信用ローカル発振信号として受信無線搬送波周波信号に混合し、受信中間周波信号に周波数変換する受信用混合手段と、
前記受信中間周波信号を同期検波のための周波数で直交復調し、複素符号化されたＩ信号及びＱ信号として出力する直交復調手段と、
前記直交復調手段から出力されるＩ信号及びＱ信号から受信データを復調するシンボル判定手段と、
送信データを送信中間周波信号に変調する変調手段と、
前記周波数制御回路の直交変調手段からの出力信号を送信用ローカル発振信号として前記送信中間周波信号に混合し、送信無線搬送波周波信号に周波数変換する送信用混合手段とを有することを特徴とする無線送受信装置。 - 前記無線搬送波周波信号における送受信対象の任意のチャネルと基準となる特定のチャネルとの差分周波数に相当するオフセットデータを前記周波数制御回路の位相誤差検出手段の出力誤差データに加算する手段を有することを特徴とする請求項４または５記載の無線送受信装置。
- 共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置における、前記受信用ローカル発振信号により周波数変換された受信信号の周波数を同期検波用の規定周波数に一致させる周波数制御方法において、
前記周波数変換された受信信号から直交復調器により複素符号化された各シンボルのうち所定の基準位相に位置すべきシンボルの実際の位相と前記基準位相との位相差を前記規定周波数からの周波数ずれに対応した誤差データとして出力し、
前記誤差データに基づいて、１周期分のサイン波の位相対応のアドレスに該当位相に対応する振幅データを格納した周波数データ記憶手段に対するアドレスを生成し、前記周波数ずれに相当する周波数の直交する２成分であるサイン波及びコサイン波の各データを生成し、
前記直交復調器の出力複素符号に対し、前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により複素乗算して前記周波数ずれを補正し、
前記共通の発振器の出力基準周波信号に対し前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により直交変調し、前記周波数ずれ分だけずれた周波数の送信用ローカル発振信号を生成することを特徴とする周波数制御方法。 - 共通の発振器からの基準周波数に基づいて受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成し、デジタル変調された無線搬送波周波信号の受信及び送信を行う無線送受信装置における、前記受信用ローカル発振信号により周波数変換された受信信号の周波数を同期検波用の規定周波数に一致させる周波数制御方法において、
前記周波数変換された受信信号から直交復調器により複素符号化された各シンボルのうち所定の基準位相に位置すべきシンボルの実際の位相と前記基準位相との位相差を前記規定周波数からの周波数ずれに対応した誤差データとして出力し、
前記誤差データに基づいて、１周期分のサイン波の位相対応のアドレスに、該当位相に対応する振幅データを格納した周波数データ記憶手段に対するアドレスを生成し、前記周波数ずれに相当する周波数の直交する２成分であるサイン波及びコサイン波の各データを生成し、
前記共通の発振器の出力基準周波信号に対し前記周波数データ記憶手段の出力サイン波及びコサイン波により直交変調し、前記周波数ずれ分だけずれた周波数の受信用ローカル発振信号及び送信用ローカル発振信号を生成することを特徴とする周波数制御方法。 - 前記無線搬送波周波信号における送受信対象の任意のチャネルと基準となる特定のチャネルとの差分周波数に相当するオフセットデータを前記位相誤差検出手段の出力誤差データに加算することを特徴とする請求項７または８記載の周波数制御方法。
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