JP2005535168A

JP2005535168A - 移動無線に適した受信機構造

Info

Publication number: JP2005535168A
Application number: JP2004516501A
Authority: JP
Inventors: ハメス，マルクス; ヴァッセン，シュテファンヴァン
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-11-17
Also published as: CN1666482A; WO2004004266A3; EP1516468B1; US20050170805A1; DE10228757A1; DE50312972D1; US7356324B2; WO2004004266A2; EP1516468A2

Abstract

本発明は、移動無線に適した受信機構造に関するものである。この構造により、さらにヘテロダイン受信機構造においても、２つの送受信機が二地点間接続を行う間にゆっくりと再起する位相同期ループを使用できる。送信スロットと受信スロットとの間のチャネル交換は、ダウン変換制御器１の入力側において同相成分（８）と直交成分（９）とを交換するためのスイッチング装置を提供することにより、必要ではなくなる。これにより、有効信号の上部側波帯または下部側波帯を、チャネルを交換することなく、ダウン変換できる。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、移動無線に適した受信機構造に関するものである。

近年のデジタル移動無線システムといえば、通常、全二重方式が挙げられる。全二重方式は、送受信を同時に行うことができるという点において、他のシステムと異なっている。ここでは、送受信を同時に行わず、伝送方向の切り替えを、加入者に通知せずに行う場合の全二重方式について述べる。

全二重方式では、基本的に異なる２つの二重電信方法が用いられる。いわゆる周波数分割送受信（FDD:Frequency Division Duplex）では、送受信が、異なる専用周波数帯域において行われる。これに対して、時分割送受信（TDD:Time Division Duplex）では、時間またはタイムスロットが、伝送方向に応じて異なるように分類されている。

また、移動無線規格ＧＳＭ（Global system for Mobile Communication）が広く普及しているが、この規格では、できる限りコストをかけずに製造でき、かつ、集積密度の高いトランシーバを提供できるように、ＴＤＤ方法およびＦＤＤ方法を組み合わせた方法が用いられる。

特に近年の移動無線システムの受信部分には、この受信部分で生じるオフセット問題のゆえに、ホモダイン受信機構造（直接変換（Direct Conversion）））の代わりに、いわゆる低ＩＦ受信機構造が用いられている。この低ＩＦ受信機構造では、受信された高周波数信号は、初めに、比較的低い中間周波数（IF:Intermediate Frequency）にダウン変換され、第２工程ではベースバンドに、ダウン変換（heruntergemischt）される。

このように構成された、二地点間接続がなされている送受信機では、たびたび問題が生じる。この問題とは、中間周波数が０ではない場合、送信タイムスロットと受信タイムスロットとの間で、常に、チャネル交換を行う必要があるという問題である。つまり、たとえ、名目チャネルを実際には交換する必要がない場合でも、送受信機の位相同期ループは、常に送信タイムスロットと受信タイムスロットとの間で、新しい周波数に固定する（einschwingen）必要がある。しかしながら、これにより、伝送チャネルを介して得られる実質データ伝送率が、全データ率よりも大幅に下がってしまうという、不都合が生じる。

文献ＤＥ１００４６５８６には、データ伝送用システムが開示されている。このシステムは、上記問題を、低ＩＦ受信機の受信側波帯（Empfangsseitenbandes）を調整することにより（いわゆる側波帯選択）、解決している。ここで、二地点間が接続されている場合、受信した高周波数信号は、２つの受信機のうちの１つによって、正の中間周波数を有する複素数値中間周波数信号にダウン変換され、もう一方の受信機によって、負の中間周波数を有するＩＱ信号にダウン変換される。この方法によって、位相同期ループは、全ての送信タイムスロットと受信タイムスロットとの間で、新しい搬送周波数に固定する必要がない。したがって、固定時間（Einschwingzeit）のよりも長い位相同期ループ（ＰＬＬ）を用いることができることが利点である。

また、正または負の中間周波数レベルを用いる代わりに、イメージ周波数を抑制する混合器を備えた受信機構造を、二地点間接続の２つの無線部（Funkteilen）両方において用いてもよい。

しかしながら、このような受信機構造の不都合な点として、中間周波数からベースバンドにダウン変換する第２のダウン変換段階に関して、チャネル周波数が第２混合段階の局部発振器周波数よりも低く、チャネル周波数が第２混合段階の局部発振器周波数よりも高くなるように、この受信機を設計する必要があるという点にある。

これらの問題を解決するために、たびたび生じる上記２つの問題に対し、適切なアナログ成分およびデジタル成分を２つずつ設計することが、少なくとも理論的には可能である。これには、つまり、当然ながらさらに複雑さが増す。

本発明の目的は、時分割送受信の成分（Komponente）を有する移動無線方法に適した、固定時間の長い位相同期ループを使用でき、かつ、製造するのにほとんど複雑さを要しない、移動無線に適した受信機構造を提供することにある。

本発明では、この目的を、ダウン変換周波数混合器（Abwaerts-Frequenzmischer）と、制御信号に応じて同相接続部と直交接続部（einen Inphase- und einen Quadraturanschluss）とを切り替えるための装置とを有する、移動無線に適した受信機構造により、解決している。ここで、ダウン変換周波数混合器は、複素数信号を増幅するように設計されており、同相接続部および直交接続部を有する第１入力部と、同相接続部および直交接続部を有する第２入力部と、同相接続部および直交接続部を有する出力部とを備えている。また、上記装置は、ダウン変換周波数混合器の第１または第２入力部に接続されているとともに、同相入力部および直交入力部、ならびに、同相出力部および直交出力部を有している。また、この装置は、第１スイッチング状態および第２スイッチング状態にある。第１スイッチング状態では、同相入力部が同相出力部に接続され、直交入力部が直交出力部に接続されている。また、第２スイッチング状態では、同相入力部が直交出力部に接続され、直交入力部が同相出力部に接続されている。

本発明の原理にしたがって、受信された有効信号の複素数信号を処理する。本発明の原理では、有効信号が上部または下部受信側波帯に存在するかどうかに応じて、複素数信号の同相成分および直交成分が交換されたりされなかったりする。ここでは、この交換を、複素数の有効信号自体に対して（bezueglich）、または、混合器に同様に供給される局部発振器信号に対して（bezueglich）、行うことができる。

複素数信号の同相成分および直交成分を混合器の入力部において交換することにより、上部側波帯または下部側波帯が変調されたかどうかに関わらず、信号をさらに処理できる。本発明の原理には、送受信間の局部発振器周波数が変わらないという利点がある。さらに、局部発振器周波数よりも高い、または、低いチャネルを、変調された側波帯に応じて、ダウン変換できる。

さらに、この原理は、ほとんど複雑さなしに実現できる。なぜなら、２つまたは４つのマルチプレクサを追加するだけでよいからである。本発明の原理では、その後の復調の反転または信号移相には、これ以上の成分を必要としない。さらに、ダウン変換周波数混合器は、その回転方向を変える必要がない。

局部発振器信号または有効信号自体を、Ｉ信号成分およびＱ信号成分に切り替えまたは交換するかに応じて、ダウン変換周波数混合器から生成された出力信号は、さらに、本来望ましい信号に対して９０°の位相のずれ、および／または、生成された信号とは逆の符号を有する場合がある。しかしながら、このことは、受信機においてさらに信号を処理する際に不都合な影響を及ぼさない。

本発明の好ましい一形態では、同相接続部と直交接続部とを交換する装置は、第１マルチプレクサおよび第２マルチプレクサを含んでいる。これら２つのマルチプレクサの出力部は、ダウン変換周波数混合器における第１入力部または第２入力部の同相接続部および直交接続部に接続されている。

したがって、同相接続部と直交接続部とを交換する装置は、２つのマルチプレクサを備えるので、有効信号の同相成分と直交成分との交換、または、ダウン変換周波数混合器の入力部に供給される局部発振器信号の同相成分と直交成分との交換を行う。

これら２つのマルチプレクサは、それぞれ、第１入力部および第２入力部を有しており、これらの入力部は互いに接続されていることが好ましい。これにより、上記２つのマルチプレクサの出力部では、制御信号に応じて、同相成分と直交成分とに分解された複素数信号が、変わらない状態で、あるいは、交換された成分を有する状態で、供給される。ここで、これらの制御入力部は、変換制御信号を供給するために、互いに接続されていることが好ましい。制御信号は、ダウン変換周波数混合器の有効信号が入力側で、有効信号の上部または下部の側波帯に関して変調されているかどうかに基づいて、供給される。

この受信機構造は、ヘテロダイン構造（例えば、低ＩＦ受信機構造）を有していることが好ましい。この構成では、上述のダウン変換周波数混合器と並んで、（この場合、このダウン変換周波数混合器は、中間周波数信号をベースバンドにダウン変換する）その入力側に更なるダウン変換周波数混合器が接続されている。この更なるダウン変換周波数混合器は、高周波数信号を複素数中間周波数信号に変換するものである。これら２つのダウン変換周波数混合器に、それぞれ、例えば各位相同期ループによって生成された適切な局部発振器信号を、供給することが好ましい。したがって、このようなヘテロダイン受信機構造では、同相接続部と直交接続部とを変換する装置は、２つのダウン変換周波数混合器間、または、局部発振器信号を生成する周波数発生器と中間周波数レベルからベースバンドに変換するこのダウン変換周波数混合器との間の複素数有効信号経路に接続されている。

同相接続部と直交接続部とを交換する装置が２つのダウン変換周波数混合器間に接続されている場合、更なる同相経路と直交経路とを交換する装置が、中間周波数からベースバンドに変換するダウン変換周波数混合器の出力部に、接続されていると有利である。これは、有効信号の成分の交換に起因した符合が再び補償されるという点で有利である。

本発明の一般的な形式として、ダウン変換周波数混合器の出力側では、中間周波数レベルからベースバンドにダウン変換された信号を復調する復調器が、接続されていることが好ましい。この復調器は、他の信号処理がアナログ方式またはデジタル方式で行われるかどうかに応じて、四相関器形式または遅延復調器形式（Verzoegerungs-Demodulator）であることが好ましい。

本発明のさらなる詳細および有効な形態については、従属請求項に示す。

次に、本発明を、複数の実施例に沿って図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明の原理の第１実施例の概略を示すブロック回路図である。
図２は、本発明の原理の他の実施例の概略を示すブロック回路図である。

図１は、ダウン変換周波数混合器１を備えた受信機構造を示している。このダウン変換周波数混合器は、複素数信号である有効信号を中間周波数レベルからベースバンドにダウン変換するように設計されている。ここで、複素数信号は、同相成分とそれに対して直交している直交成分とに分解された信号である。このような、複素数信号を処理するために設計された周波数混合器１は、ＩＱ混合器と呼ばれている。本発明のダウン変換周波数混合器１は、４つの混合器セル２〜５を含んでいる。これらの混合器セルは、それぞれ、２つの入力部と、１つの出力部とを有し、この出力部には増幅（multipliziertes）信号が供給される。第１混合器セル２の第１入力部は、周波数混合器１の同相入力部６と接続している。また、第２混合器セル３の第１入力部もまた同様である。第３および第４混合器セル４・５の第１入力部は、ダウン変換周波数混合器１の直交入力部７と接続している。混合器セル２〜５の第２入力部には、局部発振器信号が、入力部６・７に供給された有効信号Ｉ・Ｑの搬送周波数で供給される。しかしながら、ここでは、局部発振器信号の同相成分と直交成分とを交換する装置８・９が、備えられており、周波数発生器１７と、混合器１の第２入力部との間に接続されている。これらの装置８・９はそれぞれ、第１マルチプレクサ８および第２マルチプレクサ９を含んでいる。これらのマルチプレクサ８・９はそれぞれ、２つの入力部と１つの出力部、ならびに、切り替え命令を供給する制御入力部１０を有している。マルチプレクサ８の出力部は、混合器セル３・４の第２入力部に接続されている。第２マルチプレクサ９の出力部は、第１および第４混合器セル２・５の第２入力部に接続されている。２つのマルチプレクサ８・９の第１及び第２入力部は、それぞれ互いに接続されており、互いに約９０度の位置にある信号成分を含んだ局部発振器信号を供給するための局部発振器入力部が形成される。このようにして形成された０／９０局部発振器入力部には、周波数発生器１７が接続されており、この周波数発生器は、信号調整部を備えた位相同期ループとして設計されている。ダウン変換周波数混合器１は、混合器セル２〜５だけではなく、それぞれ２つの入力部と１つの出力部を有する２つの加算節点１１・１２を備えている。加算節点１１の入力部は、混合器セル２・４の出力部に接続されている。ここでは、混合器セル４の出力部は、加算節点１１の入力部と非反転で接続されている一方、混合器セル３の出力部は、加算節点１２の入力部と反転して接続されている。また、混合器セル３・５の出力部は、加算節点１２の入力部に接続されている。また、加算節点１１・１２の出力部は、ダウン変換周波数混合器１のＩＱ出力部であり、他の信号処理段階１３に接続されている。次に、他の信号処理段階１３の出力部には、復調器１４が接続されている。復調される信号は、復調器１４までは複素数信号として供給される。

ＩＱ入力部６・７には、ダウン変換周波数混合段階１８が接続されている。この段階は、アンテナによって受信された高周波数信号を中間周波数レベルに変換するものである。中間周波数レベルには、さらに他の信号調整手段（例えば、増幅器及びフィルター）が、混合段階１８と混合段階１との間に、備えられている。この手段については、本発明の原理を理解する上で必要ないので、ここでは記載しない。

有効信号のどの側波帯が変調されているのかに応じて、本発明の原理により、局部発振器信号の同相成分と直交成分とを交換することで、局部発振器周波数を変えないままにできる。さらに、局部発振器周波数よりも高いチャネルをダウン変換することができる一方、局部発振器周波数よりも低いチャネルをダウン変換することができる。このことを、以下に、数学的に説明する。なお、例として、複素数信号ｓ（ｔ）＝Ｉ（ｔ）＋ｊＱ（ｔ）を用いて、詳述する。
ｓ_ＬＯ＝ｅｘｐ（‐ｊω_ＩＦｔ）、
ｓ_＋ＩＦ＝ｅｘｐ（ｊ[ω_ＩＦｔ＋φ（ｔ）]）、
ｓ_‐ＩＦ＝ｅｘｐ（ｊ［‐ω_ＩＦｔ＋φ（ｔ）］）、

ｓ_＋ＩＦ＊ｓ_ＬＯ＝ｅｘｐ（ｊ[ω_ＩＦｔ＋φ（ｔ）‐ω_ＩＦｔ]）＝ｅｘｐ（ｊφ（ｔ））、
Ｓ_‐ＩＦ＊ｓ_{ＬＯ、Ｉ＜‐＞Ｑ}＝ｊ＊ｅｘｐ（ｊ［‐ω_ＩＦｔ＋φ（ｔ）］＋ｊω_ＩＦｔ））＝ｊ＊ｅｘｐ(ｊφ(ｔ))
ここで、ｓ_ＬＯは、局部発振器信号であり、ｓ_{ＬＯ，Ｉ＜‐＞Ｑ}は、交換された直交成分を有する局部発振器信号であり、ｓ_＋ＩＦ＋ｓ_−ＩＦ＝変調された上部および下部側波帯を有するＩＦ信号であり、ω_ＩＦは、中間周波数信号の角周波数である。

したがって、上部側波帯または下部側波帯が変調された場合に、アナログ成分およびデジタル成分を重複して設計する手間を省くという点で有利である。さらに、位相同期ループを周波数発生器１７として使用することができるという利点がある。この位相同期ループは、名目チャネルが同じである場合、送信タイムスリットと受信タイムスリットとの間で、位相同期ループの周波数を変更する必要がない。

さらに他のものとしては、上述したように、同相成分と直交成分との交換を引き起こす多重化は、ＬＯ信号の代わりに有効信号で（im）規定されていてもよい。このような実施例を、図２に示す。

図２は、本発明の他の実施形態を示すブロック回路図であり、この図に用いられる部品、好ましい接続方法、および、機能様式（manner of operation）は、図１とほぼ同じである。その限りでは、これらの箇所については、記載を省略する。
異なる点としては、マルチプレクサ８・９の構成が、図２では、局部発振器信号の供給部に備えられ、このために、混合器セル２〜５の第２入力部の上流に、備えられているのではなく、むしろ、混合器セル２〜５の第１入力部に備えられ、このために、有効信号経路に備えられている点のみである。さらに、有効信号に生じた負の符号を補償するために、同相接続部と直交接続部とを交換する更なる装置が備えられている。この装置は、参照符号１５・１６によって示されており、処理ユニット１６と復調器１４との間のＩ経路およびＱ経路に接続されている。

詳細には、ダウン変換段階の同相入力部６は、第１マルチプレクサ８の第１入力部と第２マルチプレクサ９の第２入力部とに接続されている。直交入力部７は、第１マルチプレクサ８の第２入力部と第２マルチプレクサ９の第１入力部とに接続されている。これら２つのマルチプレクサ８・９の制御入力部は、同様に、切り替え装置８・９の第１スイッチング状態と第２スイッチング状態とを切り替えるために、互いに、および、切り替え入力部１０に、接続されている。
マルチプレクサ８の出力部は、第１及び第２混合器セル２・３の第１入力部に接続されている一方、第２マルチプレクサ９の出力部は、第３および第４混合器セル４・５の第１入力部に接続されている。局部発振器信号の成分を、第１および第４混合器セル２・５の第２入力部に供給する一方、その成分に対して直交した、複素数局部発振器信号の他の成分を、第２および第３混合器セル３・４に供給する。このために、混合器セル２〜５の第２入力部が周波数発生器１７の０°／９０°の出力部に接続されている。ダウン変換周波数混合器１の構成は、図１の回路図のそれと比べて変わっていない。同相接続部と直交接続部とを交換する更なる装置は、２つのマルチプレクサ１５・１６を含んでいる。これらのマルチプレクサは、それぞれ、２つの入力部と１つの出力部を有している。また、これらのマルチプレクサは、図２のマルチプレクサ８・９と同様に、相互に接続されている。これにより、制御信号に応じて、中間処理段階１３の出力部に供給された同相成分および直交成分を、変えずに、または、交換された状態で、復調器１４に供給できる。

これにより、Ｉ経路とＱ経路とを再び交換することで、変調信号は正しい符号に処理されうる。

図２の回路機能を、同様に、図１の例から数学的記載に基づいて詳述する。
ｓ_{−ＩＦ，Ｉ＜−＞Ｑ}＊ｓ_ＬＯ＝ｊ＊ｅｘｐ（−ｊ［−ω_ＩＦｔ＋φ（ｔ）］−ｊω_ＩＦｔ）＝ｊ＊ｅｘｐ（−ｊφ（ｔ））、
ここで、ｓ_{−ＩＦ，Ｉ＜−＞Ｑ}は、交換された直交成分を有する有効信号である。

図１の場合に説明したように、回路の出力部から出力できる信号が、所望の信号に対して９０度の位相のずれを有しているということが、知られている。しかしながら、このことは、他の信号処理部に対して不都合な影響を与えない。

図２の回路の利点は、図１の実施例の利点と同じであるので、ここでは記載を省略する。

制御信号に応じて、本発明の原理に基づいた同相成分と直交成分との交換を達成するために、本発明の範囲内で、他の回路手段を用いることは自明である。

本発明の原理の第１実施例を示す簡単なブロック回路図である。本発明の原理の他の実施例を示す簡単なブロック回路図である。

符号の説明

１ダウン変換周波数混合器
２混合器セル
３混合器セル
４混合器セル
５混合器セル
６同相入力部
７直交入力部
８マルチプレクサ
９マルチプレクサ
１０制御入力部
１１加算節点
１２加算節点
１３中間処理部
１４復調器
１５マルチプレクサ
１６マルチプレクサ
１７ＬＯ周波数発生器
１８ダウン変換周波数混合器

Claims

ダウン変換周波数混合器（１）と、制御信号に応じて同相接続部と直交接続部とを切り替える装置（８・９）とを有する、移動無線に適した受信機構造であって、
上記ダウン変換周波数混合器（１）が、複素数信号を増幅するように設計されており、同相接続部および直交接続部を有する第１入力部と、同相接続部および直交接続部を有する第２入力部と、同相接続部および直交接続部を有する出力部とを備え、
上記装置（８・９）は、ダウン変換周波数混合器（１）の第１または第２入力部に接続されているとともに、同相入力部および直交入力部、ならびに、同相出力部および直交出力部を有しており、第１スイッチング状態および第２スイッチング状態にあり、
上記第１スイッチング状態では、同相入力部が同相出力部に接続され、直交入力部が直交出力部に接続されており、第２スイッチング状態では、同相入力部が直交出力部に接続され、直交入力部が同相出力部に接続されている、受信機構造。
上記の同相接続部と直交接続部とを切り替える装置は、第１マルチプレクサ（８）と第２マルチプレクサ（９）とを含んでおり、
第１マルチプレクサの出力部は同相接続部と接続しており、第２マルチプレクサの出力部は、ダウン変換周波数混合器の第１および第２入力部それぞれの直交接続部に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の受信機構造。
上記第１マルチプレクサ（８）と第２マルチプレクサ（９）とはそれぞれ、第１スイッチング状態と第２スイッチング状態とを切り替える制御入力部を有し、上記２つの制御入力部が、制御信号を供給するために互いに接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の受信機構造。
さらに、局部発振器信号を生成するように設計された周波数発生器（１７）を備え、
上記周波数発生器が、同相接続部および直交接続部を有する出力部を有し、上記出力部がダウン変換周波数混合器（１）の第２入力部と接続していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の受信機構造。
上記受信機は、ヘテロダイン型受信機であって、
更なるダウン変換周波数混合器（１８）を備え、上記ダウン変換周波数混合器の出力部が、ダウン変換周波数混合器（１）の第１入力部と接続していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の受信機構造。
上記の同相接続部と直交接続部とを切り替える装置（８・９）が、周波数発生器（１７）の出力部とダウン変換周波数混合器（１）の第２入力部との間に接続されていることを特徴とする、請求項４に記載の受信機構造。
上記の同相接続部と直交接続部とを切り替える装置（８・９）が、更なるダウン変換周波数混合器（１８）の出力部とダウン変換周波数混合器（１）の第１入力部との間に接続されていることを特徴とする、請求項５に記載の受信機構造。
更なる同相端子と直交端子とを切り替える装置（１５・１６）が、ダウン変換周波数混合器（１）の出力部と接続していることを特徴とする、請求項７に記載の受信機構造。
上記ダウン変換周波数混合器（１）には、四相関器としての復調器（１４）が形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の受信機構造。