JP2006311541A - 広帯域位相シフトデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】複数のアンテナを使った受信を改善する
【解決手段】本発明は広帯域位相シフトデバイスに関する。固定周波数局部発振器上で位相シフトφが導入される。本発明の原理は、入力信号の二重の変換を実現することである。局部発振器のレベルで導入された位相の変動は、変換された信号の一方では正の値をもち、他方では負の値をもつ。両信号は、位相差２φをもつ受信信号で再合成されて、加算器の出力における信号の振幅が最大になるようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、広帯域位相シフトデバイスに、より詳細にはORDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing［直交周波数分割多重］の略）受信器のようなデジタル地上波テレビの枠組みにおいて使用される受信器のための位相シフトデバイスに関するものである。

DVB-T（Digital Video Broadcasting-Terrestrial［デジタルビデオ放送・地上波］）デジタル地上波テレビのための標準的な信号受信システムにおいては、OFDM型の変調が最も頻繁に使用される。これはとりわけ堅牢な変調で、国内環境におけるDVB-Tチャンネルの同一周波数再送信を可能にする。DVB-T信号はこうして十分なレベルにある環境中の点でキャッチされ、それから増幅されてその環境中で再送信されることができ、その信号はデジタル地上波デコーダを具備するデジタルテレビまたはアナログテレビのような「ポータブル」デジタル受信機によってこの再送信機からと同一の形でキャッチされる。これがデジタル地上波テレビ（DTT: Digital Terrestrial Television）のために保持されている原理である。

しかしながら、変調の堅牢さにもかかわらず、ポータブル受信については顕著な受信問題が生じる。

現在のところ、より堅牢な受信を実現するために好まれる解決策は、二つ以上のアンテナ（典型的には二つ）を使うことからなる。

すなわち、二つのアンテナが、同じ送信信号に対応する二つの脱相関された受信信号を受信するよう物理的に位置される。二つのアンテナ受信における信号が脱相関できるようにするための距離が受信信号の波長の約0.7倍に等しいことから、UHF帯（470〜860MHz）については約45cmのオーダーのアンテナ間距離が得られる。よって、放射要素の大きさのため、この種類の比較的面倒な概念を考慮することは現実的ではないように思われる。

もう一つの技術は、チャネルの一つにおいて制御できる広帯域位相シフト器をもつ、少なくとも二つの別個のRF（Radio frequency［無線周波］）受信および受信信号の組み合わせによって構成されるスマートアンテナデバイスを実装することにある。その様子を図１ａに示してある。

しかし、これら二つの技術の実装は考えている周波数帯では、ここで考えている比較的低い周波数［470〜860MHz］における機能の輻輳のため簡単ではない。オクターブがカバーされるようにできないからである。さらに、単一のコンポーネントに統合することもできない。

別の統合可能なアプローチは、単一の信号から二つの直交信号（正弦と余弦）を生成することからなる。そのような統合可能な回路は図１ｂに示されている。ここでこれらの信号のおのおのは、バイアス回路CPによって電圧制御される可変利得増幅器LNA1およびLNA2を駆動する。このバイアス回路の特異性は、出力における合成信号は振幅一定で、出力において得られる信号の位相は制御電圧に従って変化するということである。しかし、一つのコンポーネント内に統合可能なこの技術も、オクターブをカバーできるようにはしてくれない。
WO97/08857A（BRITISH TELECOMMUNICATIONS LTD）1997年3月6日（第5頁第3行〜第30行、図３） EP0407263A（THOMSON LGT.）1991年1月9日（第5コラム第37行〜第7コラム第34行、図４） DE19731480A（HEWLETT PACKARD CO.）1998年5月20日（第4コラム第25行〜第7コラム第57行、図２〜４）

本発明は上記のような欠点を克服することをねらいとしている。

本発明の提案する新たなコンセプトは、二つの別個のアンテナの使用と、電気的制御によってチャネルのそれぞれにおいて制御される固定周波数の可変位相シフトの導入により合成前に諸信号内に徐々に位相シフトを導入することとに基づく。本発明はまた、受信信号の合成の減殺的効果を防止し、信号強度を最大にすることを可能にする。

本発明の目的は、広帯域位相シフトデバイス、より詳細にはデジタル信号受信機のためのものである。それは、二つのアンテナによって受信された第一の入力信号を二つの信号に変換するための複数の混合器によって形成される変換手段を有する。それはまた、前記混合器のそれぞれに局部発振信号を送るための発振手段をも有する。

前記発振手段は固定周波数局部発振器を有しており、該発振器は二重の周波数変換の間異なる入力信号の間の位相シフトを補償するよう、第一の系列の混合器に位相シフト器によって接続され、第二の系列の混合器に直接接続される。

本発明は、チャネルのそれぞれに位相シフトを導入するという利点がある。この位相シフトは、固定周波数局部発振器で導入される位相シフトからのものであるので非常に広い周波数帯にわたって良好に制御される。

本発明はまた、位相シフト器が簡単に実現できるという利点をも有する。これは第一に固定周波数で動作し、第二に必要とされる位相変化が少なくとも半分になるという事実による。

ある実施形態では、位相シフト器は入力信号の一方に正の位相シフトを導入し、もう一方の入力信号に負の位相シフトを導入し、それにより中間周波（intermediate frequency）信号どうしの間に位相シフト器によって導入される位相シフトを倍にするようになっている。

別の実施形態では、前記混合器は、中間周波信号どうしの間に位相シフト器によって導入される位相シフトを４倍にする低調波混合器である。

好ましくは、広帯域位相シフトデバイスは一つのコンポーネント内に統合できる。

付属の図面を参照しての以下の記述を読むことによって本発明がよりよく理解され、他の個別的な特徴および効果が明らかとなるであろう。

図２は、本発明に基づく広帯域位相シフトデバイスのある実施形態にあたる。

広帯域位相シフトデバイス１０は、アンテナＡ１およびＡ２によって受信される信号を受信するためのシステムの一部である。アンテナの数は２に等しいとして記述するが、アンテナの数がより大きいことも考えることができる。この受信システムは、アンテナＡ１およびＡ２にそれぞれ接続されたＬＮＡ（Low Noise Amplifier［低ノイズ増幅器］）増幅器１、２、帯域通過フィルタ３、４が接続された位相シフトデバイス１０、前記位相シフトデバイスの出力に接続された加算器５、受信チャネルの選択のためのチューナー６、選択されたチャネルの信号を復調するための復調器７を有している。この受信システムはまた、位相シフトデバイス１０の位相シフトを制御できるようにする位相シフト制御ブロック８をも有している。

位相シフトデバイス１０は基本的には、たとえば1.98GHzで信号を与える固定周波数局部発振器（local oscillator）OL１６と、位相シフト制御ブロック８からの信号によって電圧制御される位相シフト器１５とによって構成される発振手段を有する。当該デバイスはまた、二重の周波数変換を実現するために、第一の系列の混合器１１および１２と、フィルタを介して接続された第二の系列の混合器１３および１４とを有している。フィルタはデバイスの一部ではないことを注意しておく。当該デバイスはこれらのフィルタを接続するのを容易にするための接続を有している。

よって、第一のチャネルでは、アンテナＡ１によって受信され、増幅器１によって増幅された入力信号V_ant1が特許請求される広帯域位相シフトデバイス１０に印加される。この信号V_ant1は混合器１１の入力の一つに印加され、制御ブロック８からの信号によって電圧制御される位相シフト器１５によって位相シフトされた局部発振器１６からの固定周波数局部発振信号を乗じられ、そうして中間周波数に変換される。和周波と差周波がこうして生成される。フィルタ３によって実現されるフィルタ処理によって、ハイバンド2270〜2660MHzが選択され、それによりスープラダイン・モードの変換ができる。変換された信号IF1は入力信号に対して＋φ位相シフトされる。さらに、変換された信号に位相シフト器によって導入されるこの位相シフト＋φによって、入力信号の間で位相シフト２φの半分が補償されることができるようになることが示される。この位相シフトされた信号は、フィルタ３によってフィルタ処理されたのちに高周波に変換され、混合器１３の入力に印加される。該信号は局部発振器１６からの固定周波信号と混合され、この中間周波の位相シフト信号を最初の周波数帯の第二の信号V_out1に新たに周波数変換することを可能にする。

並行して、第二のチャネルでは、アンテナＡ２によって受信され、増幅器２によって増幅された入力信号V_ant2が特許請求される広帯域位相シフトデバイス１０に印加される。この信号V_ant2は混合器１２の入力の一つに印加され、制御ブロック８からの信号によって電圧制御される位相シフト器１５によって位相シフトされた局部発振器１６からの固定周波数局部発振信号を乗じられ、そうして中間周波数に変換される。和周波と差周波がこうして生成される。フィルタ４によって実現されるフィルタ処理によって、ローバンド、たとえば940〜1330MHzが選択され、それによりインフラダイン・モードの変換ができる。変換された信号IF2は入力信号に対して−φ位相シフトされる。さらに、変換された信号に位相シフト器によって導入されるこの位相シフト−φによって、入力信号の間で位相シフト２φの半分が補償されることができるようになることが示される。この位相シフトされた信号は、フィルタ４によってフィルタ処理されたのちに低周波に変換され、混合器１４の入力に印加される。該信号は局部発振器１６からの固定周波信号と混合され、この中間周波の位相シフト信号を最初の周波数帯の第二の信号に新たに周波数変換することを可能にする。

このデバイスは、該デバイスの２つのチャネル上で入力信号の位相を調整する。

これらの入力信号の位相シフトは２φで、制御回路は位相シフト器１５によって第一のチャネル上に＋φの位相シフトを、第二のチャネル上には−φの位相シフトを導入する。

入力信号の間の２φの位相シフトは、したがって補償され、当該位相シフトデバイスの２つのチャネルの出力信号はしたがって同相になる。各チャネル上に導入された位相シフトは、固定周波数局部発振器上で導入された位相シフトからのものなので、非常に広い周波数帯域にわたって良好に制御される。

二つの出力信号V_out1およびV_out2は次いで加算器５によって加算され、出力において信号V_out1およびV_out2の和である信号IF3を与える。V_out1およびV_out2は同相なので復元される信号IF3の振幅は最大化される。

位相シフト器の制御手段８は位相シフト器の制御信号を与える。この信号はたとえば、チューナー６の出口におけるチャネル内の信号強度の測定に由来する。該制御信号はまた、別の実施形態では、受信品質を最適化するための復調器７からの受信品質情報であることもできる。結果として、位相シフトは、常に受信信号に依存するため、少しずつ変化することになる。

このデバイスの理解をより明快にするため、二つのアンテナの出力における信号が逆相にあるという極端な場合を考えてみる。このとき入力信号の間の位相差２φはπである。当該位相シフトデバイスは両信号を、チャネルの一方では＋φ＝＋π／２、チャネルの他方では−φ＝−π／２位相シフトされるようにする。位相シフトは位相シフト器１５によって導入されるものである。二つの信号V_out1およびV_out2はしたがって同相である。加算器５からの信号はしたがって最大化されることになる。

提案されているような可変位相デバイスは、第一および第二の混合器のレベルで制御された位相シフトを導入し、それにより加算器の出力において回復される信号の振幅を最大化する。こうして受信品質が目立って改善されることを可能にするのである。

本概念は、上記した位相シフト器の実施例に基づいて一つのコンポーネントに完全に組み込むことができる（フィルタを除いて）。

図３は、実装されるべき異なる周波数およびフィルタ処理変換動作を図解している。

第一のアンテナＡ１の入力信号のRF1帯域は、局部発振器１６からの信号によってハイバンドに変換され、位相シフト（＋φ）され、位相シフト＋φをもつ中間周波帯域IF1が得られる。

第二のアンテナＡ２の入力信号のRF2帯域は、局部発振器１６からの信号によってローバンドに変換され、位相シフト（−φ）され、位相シフト−φをもつ中間周波帯域IF2が得られる。

中間周波帯域IF1およびIF2は局部発振器１６からの信号によって再び変換され、加算されて結果としての周波数IF3が得られる。

二つのチャネルの間で結果として得られる位相シフト２φはこうして、位相シフト器によって正または負の方向に導入される位相シフトφに比べて二倍になる。

混合器が低調波混合器であれば、二つのチャネルの間の位相シフトは４倍になる。実際、周波数２ｆにおける高調波は２φの位相シフトをもち、混合器１１および１２に対して一方のチャネルでは正の方向に、他方では負の方向に加えられ、そうして変換された信号IF1とIF2との間に４φの位相シフトを可能にするのである。

従来技術に基づく位相シフトブロックを示す図である。 従来技術に基づく位相シフトブロックを示す図である。 本発明に基づく広帯域位相シフトデバイスの概略図である。 実現される異なる周波数およびフィルタ処理変換動作を示す図である。

Claims (5)

1. 広帯域位相シフトデバイスであって：
   二つのアンテナによって受信された第一の入力信号を二つの信号に変換するための複数の混合器によって形成される変換手段と、
   前記混合器のそれぞれに局部発振信号を送るための発振手段とを有しており、
   前記発振手段が単一の固定周波数局部発振器を有しており、該発振器は二重の周波数変換の間異なる入力信号の間の位相シフトを補償するよう、第一の系列の混合器に位相シフト器によって接続され、第二の系列の混合器に直接接続されることを特徴とする広帯域位相シフトデバイス。
2. 前記位相シフト器が、制御手段からの信号によって電圧制御されており、前記局部発振器からの固定周波数信号が徐々に位相シフトされ、前記第一の系列の混合器に印加されることができるようにすることを特徴とする、請求項１記載の位相シフトデバイス。
3. 前記位相シフト器が前記信号の一方に正の位相シフトを、他方の入力信号に負の位相シフトを導入し、それにより当該位相シフト器によって中間周波信号の間に導入される位相シフトを二倍にすることを特徴とする、請求項２記載の位相シフトデバイス。
4. 前記混合器が低調波混合器であり、当該位相シフト器によって中間周波信号の間に導入される位相シフトを４倍にすることを特徴とする、請求項１または２記載の広帯域位相シフトデバイス。
5. 統合可能であることを特徴とする、請求項１ないし４のうちいずれか一項記載の広帯域位相シフトデバイス。

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