JP2006352321A - Receiver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばミリ波帯の無線信号を受信する受信装置に関する。 The present invention relates to a receiving apparatus that receives, for example, a millimeter-wave band radio signal.
近年、例えばミリ波帯の高周波信号を光ファイバで伝送し、光ファイバの伝送路の中継点で光電変換を行って無線伝送する光・無線融合技術の研究開発が盛んに行われている。この手法は、例えば放送波の共同受信用光ファイバケーブルの引き込みが困難な既設の集合住宅や、光ファイバ敷設経路に河川が横切る場合に、光ファイバ伝送を補完する手段として大変有用である。 2. Description of the Related Art In recent years, research and development have been actively conducted on optical / wireless fusion technology in which, for example, millimeter-wave band high-frequency signals are transmitted through optical fibers, and photoelectric conversion is performed at a relay point of the optical fiber transmission path for wireless transmission. This technique is very useful as a means for supplementing optical fiber transmission when, for example, an existing apartment house where it is difficult to pull in an optical fiber cable for joint reception of broadcast waves or when a river crosses an optical fiber installation route.
光・無線融合技術を地上波デジタル放送の放送波信号の受信に適用したものとして、放送波信号とミリ波帯の無変調信号とによって同一の光源から得た搬送波光を変調した後、両者を波長多重して光伝送し、中継点の光電変換でミリ波帯に周波数変換して放送波信号を得る手法が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。 Assuming that optical and wireless fusion technology is applied to the reception of broadcast wave signals for terrestrial digital broadcasting, after modulating the carrier light obtained from the same light source with the broadcast wave signal and the unmodulated signal in the millimeter wave band, A method has been proposed in which wavelength-division multiplexing is used for optical transmission, and a broadcast wave signal is obtained by frequency conversion to a millimeter wave band by photoelectric conversion at a relay point (for example, see Non-Patent Document 1).
しかしながら、ミリ波帯信号は、一般の無線伝送、例えば無線LAN(Local Area Network)で用いられる無線信号よりも伝送損失が極めて大きいので、ミリ波帯信号の受信感度をさらに向上させた受信装置を構成する手法が求められている。受信装置の構成は、受信する無線信号の主搬送波信号の型式によって異なるものであり、以下、主搬送波信号について詳細に説明する。 However, since the millimeter wave band signal has an extremely large transmission loss as compared with a radio signal used in general wireless transmission, for example, a wireless LAN (Local Area Network), a receiving apparatus that further improves the reception sensitivity of the millimeter wave band signal is provided. There is a need for a method to configure. The configuration of the receiving device differs depending on the type of the main carrier signal of the received radio signal, and the main carrier signal will be described in detail below.
無線伝送における主搬送波信号の振幅変調方式としては、両側波帯変調方式、単側波帯変調方式、残留側波帯変調方式が一般的である。中でも単側波帯変調方式は、占有帯域幅が両側波帯変調方式の1/2以下であるため、特に広帯域信号の無線伝送において望ましい変調方式である。 As an amplitude modulation method of a main carrier signal in wireless transmission, a double sideband modulation method, a single sideband modulation method, and a residual sideband modulation method are generally used. Among them, the single sideband modulation method is a desirable modulation method particularly for wireless transmission of wideband signals because the occupied bandwidth is ½ or less of the double sideband modulation method.
単側波帯変調方式は、さらに、主搬送波信号の伝送方式により、次の3通りの変調方式に分類できる。すなわち、単側波帯変調方式は、主搬送波信号をそのまま伝送する全搬送波方式と、主搬送波信号を伝送しない抑圧搬送波方式と、主搬送波信号の電力を低減して伝送する低減搬送波方式とに分類でき、以下具体的に説明する。 The single sideband modulation method can be further classified into the following three modulation methods according to the transmission method of the main carrier signal. That is, the single sideband modulation method is classified into an all-carrier method that transmits the main carrier signal as it is, a suppressed carrier method that does not transmit the main carrier signal, and a reduced carrier method that transmits the main carrier signal with reduced power. This will be described in detail below.
まず、全搬送波方式は、受信側で局部発振信号が不要であり、例えば非線形素子の2乗検波によって、受信した高周波信号をベースバンド周波数の信号に周波数変換(以下「ダウンコンバージョン」という。)できるため、受信装置を簡素な構成にできるという優位性を持ち、一般に、自己ヘテロダイン方式といわれる。加えて、全搬送波方式では、主搬送波信号と側波帯の周波数変動及び位相雑音とがダウンコンバージョンの際に相殺されるため、安定な信号を得ることができる。 First, the local carrier signal does not require a local oscillation signal on the receiving side, and the received high-frequency signal can be converted to a baseband frequency signal (hereinafter referred to as “down-conversion”) by square detection of a non-linear element, for example. Therefore, it has an advantage that the receiving apparatus can be configured simply, and is generally called a self-heterodyne system. In addition, in the all-carrier system, a stable signal can be obtained because the main carrier signal and the frequency fluctuations and phase noise of the sidebands are canceled during the down-conversion.
しかしながら、全搬送波方式は、側波帯信号と比較して十分に大きな主搬送波信号を伝送する必要があるため、全送信電力に占める側波帯信号の電力の割合が制限される。側波帯信号電力の割合が小さいと、受信装置において発生する熱雑音により、受信感度が低下し、受信可能範囲が狭くなるという問題がある。この全搬送波方式を用いた受信装置としては、例えば特許文献1に示されたものが知られている。
However, since the full carrier scheme needs to transmit a sufficiently large main carrier signal as compared with the sideband signal, the ratio of the power of the sideband signal to the total transmission power is limited. If the ratio of the sideband signal power is small, there is a problem that the reception sensitivity is lowered due to thermal noise generated in the receiving apparatus, and the receivable range is narrowed. As a receiving apparatus using this all-carrier wave system, for example, the one disclosed in
次に、抑圧搬送波方式は、主搬送波信号を伝送しないため、全送信電力が一定の条件下では、全搬送波方式に比べ、受信可能範囲の点では有利である。しかしながら、送信側と受信側とで別々の局部発振信号を用いることになるため、周波数変動や位相雑音の影響が受信装置のダウンコンバージョン出力の信号に残留してしまう。この問題を解決するために、送信装置で送信側の局部発振信号のスペクトラムと同じスペクトラムのパイロット信号を、側波帯信号近傍の周波数に電力を下げて多重して伝送し、受信側でこの信号を基に受信側の局部発振信号を制御して周波数変動の影響を低減する手法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。しかしながら、ミリ波帯のように非常に周波数の高い領域において、周波数変動や位相雑音を完全に抑圧することは容易でなく、受信装置に複雑な処理回路が必要となり、製造コストが極めて増大するという問題がある。 Next, since the suppressed carrier scheme does not transmit the main carrier signal, it is advantageous in terms of the receivable range as compared with the all carrier scheme under the condition that the total transmission power is constant. However, since separate local oscillation signals are used on the transmission side and the reception side, the influence of frequency fluctuation and phase noise remains on the signal of the down-conversion output of the reception device. In order to solve this problem, the transmitter transmits a pilot signal having the same spectrum as that of the local oscillation signal on the transmission side to the frequency near the sideband signal and transmits the multiplexed signal. Based on the above, there has been proposed a technique for controlling the local oscillation signal on the receiving side to reduce the influence of frequency fluctuation (see, for example, Patent Document 2). However, in a very high frequency region such as the millimeter wave band, it is not easy to completely suppress frequency fluctuations and phase noise, and a complicated processing circuit is required for the receiving device, which greatly increases manufacturing costs. There's a problem.
また、予め送信側で側波帯信号と主搬送波信号とを分離し、両者を直交した二つの偏波で送信し、受信側で直交配置した直線偏波アンテナで受信する方式が提案されている(例えば、非特許文献2参照。)。この方式は、全搬送波方式と同様に周波数変動や位相雑音の点で有利であるが、受信アンテナの交差偏波識別特性の劣化がダウンコンバージョン出力の信号の品質低下につながるため、交差偏波識別特性に優れた受信アンテナが必要となり、製造コストが増大するという問題がある。 In addition, a method has been proposed in which a sideband signal and a main carrier signal are separated in advance on the transmitting side, both are transmitted with two orthogonal polarized waves, and received with a linearly polarized antenna arranged orthogonally on the receiving side. (For example, refer nonpatent literature 2.). This method is advantageous in terms of frequency fluctuations and phase noise, like the all-carrier method. However, since the deterioration of the cross-polarization identification characteristics of the receiving antenna leads to the deterioration of the signal quality of the down-conversion output, cross-polarization identification is possible. There is a problem that a receiving antenna having excellent characteristics is required and the manufacturing cost increases.
次に、低減搬送波方式は、全搬送波方式及び抑圧搬送波方式の欠点を補う手法である。主搬送波信号の電力を低減することで、全送信電力に占める側波帯信号の割合を全搬送波方式によるものよりも増加させて、受信感度を向上させることができる。また、低減搬送波方式は、伝送された主搬送波信号をダウンコンバージョンに用いることにより、周波数変動や位相雑音の影響を受けない安定した信号を得ることができる。 Next, the reduced carrier scheme is a method that compensates for the shortcomings of the all-carrier scheme and the suppressed carrier scheme. By reducing the power of the main carrier signal, the ratio of the sideband signal to the total transmission power can be increased as compared with the case of the full carrier system, and the reception sensitivity can be improved. In the reduced carrier scheme, a stable signal that is not affected by frequency fluctuations or phase noise can be obtained by using the transmitted main carrier signal for down conversion.
以上のように、無線伝送における主搬送波信号の振幅変調方式において、単側波帯変調方式には、全搬送波方式、抑圧搬送波方式及び低減搬送波方式の3通りの変調方式があり、その中でも低減搬送波方式を用いることは、伝送損失が極めて大きなミリ波帯信号を受信する受信装置にとって好ましいと言える。 As described above, in the amplitude modulation method of the main carrier signal in wireless transmission, the single sideband modulation method includes three types of modulation methods, an all-carrier method, a suppressed carrier method, and a reduced carrier method. It can be said that the use of the method is preferable for a receiving apparatus that receives a millimeter-wave band signal with extremely large transmission loss.
しかしながら、低減搬送波方式を用いた従来の受信装置では、受信感度を向上させるために主搬送波信号を側波帯信号に比べて十分低くしようとすると、一般的な自己ヘテロダイン方式のダウンコンバージョンでは雑音成分が発生し、信号品質が低下するという問題があった。 However, in the conventional receiver using the reduced carrier scheme, if the main carrier signal is made sufficiently lower than the sideband signal in order to improve the reception sensitivity, the noise component in the general self-heterodyne downconversion Occurs, and the signal quality is degraded.
本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであり、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる受信装置を提供するものである。 The present invention has been made to solve the conventional problems, and provides a receiving apparatus capable of reducing the noise component generated by down-conversion and improving the receiving sensitivity.
本発明の受信装置は、主搬送波信号成分及び側波帯信号成分を含む無線信号を受信する無線信号受信手段と、前記無線信号から前記主搬送波信号成分を抽出する主搬送波信号抽出手段と、前記無線信号から前記側波帯信号成分を抽出する側波帯信号抽出手段とを備えた構成を有している。 The receiving apparatus of the present invention includes a radio signal receiving unit that receives a radio signal including a main carrier signal component and a sideband signal component, a main carrier signal extraction unit that extracts the main carrier signal component from the radio signal, And a sideband signal extracting means for extracting the sideband signal component from the radio signal.
この構成により、本発明の受信装置は、主搬送波信号成分及び側波帯信号成分の電力をそれぞれ別個に調整することができるので、ダウンコンバージョンを行う前に、側波帯信号成分と主搬送波成分との電力比を十分大きくし、主搬送波成分に含まれる雑音成分を低減することができ、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる。 With this configuration, the receiving device of the present invention can separately adjust the powers of the main carrier signal component and the sideband signal component, so that the sideband signal component and the main carrier component are before the down conversion. And the noise component included in the main carrier component can be reduced, and the noise component generated by the down-conversion can be reduced to improve the reception sensitivity.
また、本発明の受信装置は、前記主搬送波信号抽出手段によって抽出された前記主搬送波信号成分に基づいて前記側波帯信号抽出手段によって抽出された前記側波帯信号成分の周波数をベースバンド周波数に変換する周波数変換手段を備えた構成を有している。 Further, the receiving device of the present invention uses the frequency of the sideband signal component extracted by the sideband signal extraction unit based on the main carrier signal component extracted by the main carrier signal extraction unit as a baseband frequency. It has the structure provided with the frequency conversion means to convert into.
この構成により、本発明の受信装置は、ダウンコンバージョンを行うための局部発振信号を生成する局部発振器を必要としないので、従来のものよりも製造コストを低減することができる。 With this configuration, the receiving apparatus of the present invention does not require a local oscillator that generates a local oscillation signal for performing down conversion, so that the manufacturing cost can be reduced as compared with the conventional one.
さらに、本発明の受信装置は、前記主搬送波信号抽出手段によって抽出された前記主搬送波信号成分は、雑音成分を含み、前記雑音成分を抑圧する雑音成分抑圧手段を備えた構成を有している。 Furthermore, the receiving apparatus of the present invention has a configuration including a noise component suppressing unit that suppresses the noise component, wherein the main carrier signal component extracted by the main carrier signal extracting unit includes a noise component. .
この構成により、本発明の受信装置は、雑音成分抑圧手段が、主搬送波信号成分に含まれる雑音成分を抑圧するので、雑音成分が抑圧された主搬送波信号成分を用いてダウンコンバージョンを行うことができ、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる。 With this configuration, since the noise component suppressing unit suppresses the noise component included in the main carrier signal component, the receiving apparatus of the present invention can perform down conversion using the main carrier signal component in which the noise component is suppressed. In addition, it is possible to improve the reception sensitivity by reducing the noise component generated by the down conversion.
さらに、本発明の受信装置は、前記無線信号の周波数と前記ベースバンド周波数との間の周波数に前記無線信号の周波数を変換する中間周波数変換手段を備えた構成を有している。 Furthermore, the receiving apparatus of the present invention has a configuration including intermediate frequency conversion means for converting the frequency of the radio signal to a frequency between the frequency of the radio signal and the baseband frequency.
この構成により、本発明の受信装置は、雑音成分抑圧手段が、無線周波数よりも小さい周波数帯域において主搬送波信号成分に含まれる雑音成分を抑圧することができるので、無線周波数帯域において雑音成分を抑圧するものよりも、雑音成分抑圧手段の構造を簡易化して製造コストの低減化を図ることができる。 With this configuration, in the receiving apparatus of the present invention, the noise component suppressing unit can suppress the noise component included in the main carrier signal component in the frequency band smaller than the radio frequency, and thus suppress the noise component in the radio frequency band. Therefore, the structure of the noise component suppressing means can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
さらに、本発明の受信装置は、前記主搬送波信号抽出手段によって抽出された前記主搬送波信号成分の電力を調整する主搬送波信号電力調整手段と、前記側波帯信号抽出手段によって抽出された前記側波帯信号成分の電力を調整する側波帯信号電力調整手段とを備えた構成を有している。 Furthermore, the receiving apparatus of the present invention includes a main carrier signal power adjusting unit that adjusts the power of the main carrier signal component extracted by the main carrier signal extracting unit, and the side extracted by the sideband signal extracting unit. And a sideband signal power adjusting means for adjusting the power of the waveband signal component.
この構成により、本発明の受信装置は、主搬送波信号電力調整手段及び側波帯信号電力調整手段が、それぞれ、主搬送波信号成分及び側波帯信号成分の電力を別個に調整するので、ダウンコンバージョンを行う前に、側波帯信号成分と主搬送波成分との電力比を十分大きくし、主搬送波成分に含まれる雑音成分を低減することができ、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる。 With this configuration, the main carrier signal power adjusting unit and the sideband signal power adjusting unit separately adjust the power of the main carrier signal component and the sideband signal component, respectively. Before performing the transmission, the power ratio between the sideband signal component and the main carrier component can be made sufficiently large to reduce the noise component contained in the main carrier component, and the noise component generated by downconversion can be reduced and received. The sensitivity can be improved.
また、この構成により、本発明の受信装置は、主搬送波信号成分及び側波帯信号成分の電力をそれぞれ別個に調整できるので、受信信号のダイナミックレンジの拡大化を図ることができる。 Also, with this configuration, the receiving apparatus of the present invention can separately adjust the power of the main carrier signal component and the sideband signal component, so that the dynamic range of the received signal can be expanded.
さらに、本発明の受信装置は、前記主搬送波信号電力調整手段から出力される信号の電力を所定の範囲内に設定する主搬送波信号電力設定手段を備えた構成を有している。 Furthermore, the receiving apparatus of the present invention has a configuration including main carrier signal power setting means for setting the power of the signal output from the main carrier signal power adjustment means within a predetermined range.
この構成により、本発明の受信装置は、電力の安定化が図り難いミリ波等の高周波信号を受信する場合でも、主搬送波信号電力調整手段から出力される信号の電力を安定化させることができ、電力が安定化された主搬送波信号成分を用いて側波帯信号成分のダウンコンバージョンを行うことができる。 With this configuration, the receiving device of the present invention can stabilize the power of the signal output from the main carrier signal power adjusting means even when receiving a high-frequency signal such as a millimeter wave whose power is difficult to stabilize. The sideband signal component can be down-converted using the main carrier signal component whose power is stabilized.
さらに、本発明の受信装置は、前記側波帯信号電力調整手段から出力される信号の電力を所定の範囲内に設定する側波帯信号電力設定手段を備えた構成を有している。 Furthermore, the receiving apparatus of the present invention has a configuration provided with sideband signal power setting means for setting the power of the signal output from the sideband signal power adjustment means within a predetermined range.
この構成により、本発明の受信装置は、側波帯信号電力調整手段から出力される信号の電力を安定化させることができるので、側波帯信号成分と主搬送波信号成分との電力比の変動を所定範囲内に収めることができ、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる。 With this configuration, the receiving apparatus of the present invention can stabilize the power of the signal output from the sideband signal power adjusting means, so that the fluctuation of the power ratio between the sideband signal component and the main carrier signal component Can be kept within a predetermined range, and noise components generated by down-conversion can be reduced to improve reception sensitivity.
本発明は、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができるという効果を有する受信装置を提供することができるものである。 The present invention can provide a receiving apparatus having an effect of reducing the noise component generated by down conversion and improving the receiving sensitivity.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の受信装置がミリ波帯の高周波信号を受信する例を挙げて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. An example in which the receiving apparatus of the present invention receives a millimeter-wave band high-frequency signal will be described.
(第1の実施の形態)
まず、本発明の第1の実施の形態の受信装置の構成について説明する。
(First embodiment)
First, the configuration of the receiving apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.
図1に示すように、本実施の形態の受信装置100は、主搬送波信号成分及び側波帯信号成分を含むミリ波帯の高周波信号を受信する受信アンテナ101と、受信アンテナ101が受信したミリ波受信信号Aを入力する信号入力部110と、入力信号の電力を調整する入力電力調整部120と、入力電力調整部120から出力される信号Cを2つの経路に分岐する2分岐器102と、主搬送波信号の電力を調整する主搬送波信号電力調整部130と、側波帯信号の電力を調整する側波帯信号電力調整部140とを備えている。なお、受信アンテナ101は、本発明の無線信号受信手段を構成している。
As shown in FIG. 1, a receiving
また、本実施の形態の受信装置100は、主搬送波信号電力調整部130から出力される信号Dを制御回路104と信号出力部150との2つに分岐する2分岐器103と、信号Cの電力を調整するための制御信号を入力電力調整部120に出力する制御回路104と、主搬送波信号電力調整部130及び側波帯信号電力調整部140からそれぞれ出力される信号D及びEを入力してベースバンド周波数の信号Fを出力する信号出力部150とを備えている。
The receiving
信号入力部110は、受信アンテナ101が受信したミリ波受信信号Aを増幅するミリ波増幅器111と、所定の周波数帯域の信号をろ波する帯域通過フィルタ112と、局部発振信号としてミリ波正弦波信号Bを生成するミリ波局部発振器113と、ミリ波正弦波信号Bを増幅するミリ波増幅器114と、帯域通過フィルタ112がろ波したミリ波受信信号Aとミリ波増幅器114が増幅したミリ波正弦波信号Bとを乗算し、異なる2つの周波数の信号を生成するミキサ115と、ミキサ115が生成する信号のうち低い周波数の信号をろ波する低域通過フィルタ116とを備えている。なお、ミリ波局部発振器113は、本発明の中間周波数変換手段を構成している。
The
入力電力調整部120は、低域通過フィルタ116の出力信号を増幅する増幅器121と、フィードバック制御機能を有する可変減衰器122とを備え、信号Cを2分岐器102に出力するようになっている。なお、可変減衰器122は、制御回路104からの制御信号に基づいて動作するようになっている。
The input power adjustment unit 120 includes an
主搬送波信号電力調整部130は、2分岐器102によって分岐された一方の信号を入力し、この信号をろ波して主搬送波信号である無変調正弦波信号を抽出する帯域通過フィルタ131と、帯域通過フィルタ131によって抽出された無変調正弦波信号を増幅する増幅器132と、帯域通過フィルタ131の帯域よりも狭い帯域で無変調正弦波信号に含まれる雑音成分をさらに抑圧する狭帯域通過フィルタ133と、狭帯域通過フィルタ133によって抽出された無変調正弦波信号を増幅する増幅器134とを備え、信号Dを2分岐器103に出力するようになっている。
The main carrier signal
なお、主搬送波信号電力調整部130は、本発明の主搬送波信号電力調整手段を構成している。また、帯域通過フィルタ131は、本発明の主搬送波信号抽出手段を構成している。また、狭帯域通過フィルタ133は、本発明の雑音成分抑圧手段を構成している。
The main carrier signal
制御回路104は、主搬送波信号電力調整部130から出力される信号Dの電力レベルを監視し、信号Dの電力レベルが予め設定された範囲内に収まるよう可変減衰器122の減衰量を制御するための制御信号を可変減衰器122に出力するようになっている。なお、制御回路104及び可変減衰器122は、本発明の主搬送波信号電力設定手段を構成している。
The
側波帯信号電力調整部140は、2分岐器102によって分岐された他方の信号を入力し、この信号をろ波して側波帯信号を抽出する帯域通過フィルタ141と、帯域通過フィルタ141によって抽出された側波帯信号を増幅する増幅器142とを備え、信号Eを信号出力部150に出力するようになっている。
The sideband signal
なお、側波帯信号電力調整部140は、本発明の側波帯信号電力調整手段を構成している。また、帯域通過フィルタ141は、本発明の側波帯信号抽出手段を構成している。
The sideband signal
信号出力部150は、信号Dと信号Eとを乗算し、異なる2つの周波数の信号を生成するミキサ151と、ミキサ151が生成する信号のうち低い周波数の信号をろ波する低域通過フィルタ152と、低域通過フィルタ152によってろ波された信号を増幅する増幅器153とを備え、信号Dを用いて信号Eのダウンコンバージョンを行ってベースバンド周波数帯の信号Fを出力するようになっている。なお、ミキサ151に入力される信号Dの電力レベルは、増幅器132及び増幅器134によって、ミキサ151が適切に動作する電力レベルまで増幅されるようになっている。なお、ミキサ151は、本発明の周波数変換手段を構成している。
The
次に、本実施の形態の受信装置100の動作について説明する。
Next, the operation of receiving
まず、受信アンテナ101によって、ミリ波帯の高周波信号が受信され、受信したミリ波受信信号Aが信号入力部110に出力される。ここで、ベースバンド周波数をfsigと表し、受信アンテナ101が受信したミリ波受信信号Aの主搬送波信号の周波数をfcarと表すと、ミリ波受信信号Aに含まれる側波帯信号の周波数はfcar+fsigと表される。
First, a high frequency signal in the millimeter wave band is received by the receiving
次いで、信号入力部110に入力されたミリ波受信信号Aは、ミリ波増幅器111によって増幅された後、帯域通過フィルタ112によって帯域外信号が抑圧される。一方、ミリ波局部発振器113からは、発振周波数flocである無変調のミリ波正弦波信号Bが出力され、ミリ波増幅器114によって増幅される。
Next, the millimeter wave reception signal A input to the
さらに、ミキサ115によって、ミリ波受信信号Aとミリ波正弦波信号Bとが、それぞれの和と差の周波数の信号に変換される。そして、低域通過フィルタ116によって、低域側の信号のみがろ波され、入力電力調整部120に出力される。
Further, the millimeter wave reception signal A and the millimeter wave sine wave signal B are converted by the
引き続き、入力電力調整部120に入力された信号は、増幅器121とフィードバック制御機能を有する可変減衰器122とにより、信号電力が所定値に調整されて2分岐器102に出力される。ここで、入力電力調整部120から出力される信号を信号Cとすると、信号Cは中間周波数fcar−flocの無変調信号と、同じく中間周波数fcar+fsig−flocの側波帯信号とで構成される。
Subsequently, the signal input to the input power adjustment unit 120 is adjusted to a predetermined value by the
次いで、2分岐器102によって、信号Cが2つの経路に分岐され、一方は主搬送波信号電力調整部130に、他方は側波帯信号電力調整部140にそれぞれ出力される。
Next, the signal C is branched into two paths by the two-
2分岐器102によって分岐された一方の信号Cは、主搬送波信号電力調整部130において以下のように処理される。
One signal C branched by the two-
まず、帯域通過フィルタ131によって、主搬送波信号である無変調正弦波信号のみが選択され、増幅器132によって増幅される。
First, only the unmodulated sine wave signal, which is the main carrier signal, is selected by the
次いで、狭帯域通過フィルタ133によって、無変調正弦波信号に含まれる帯域外熱雑音成分がさらに抑圧された後、増幅器134によって増幅される。増幅器132及び増幅器134は、ミキサ151が適切に動作する電力レベルまで無変調正弦波信号の電力レベルを増幅し、増幅器134から信号Dが2分岐器103に出力される。
Next, the out-of-band thermal noise component included in the unmodulated sine wave signal is further suppressed by the narrow
ここで、信号Dは周波数fcar−flocの無変調正弦波信号である。この無変調正弦波信号は、後述するように信号出力部150のミキサ151において周波数変換用信号に用いるが、狭帯域通過フィルタ133を用いることにより熱雑音成分を抑圧することができるので、本実施の形態に係る受信装置100は、熱雑音成分による信号品質の低下を防止することができる。
Here, the signal D is an unmodulated sine wave signal having a frequency f car -f loc . This unmodulated sine wave signal is used as a frequency conversion signal in the
続いて、2分岐器103によって、無変調正弦波信号を含む信号Dが2経路に分岐され、一方は制御回路104に、他方はミキサ151に出力される。
Subsequently, a signal D including an unmodulated sine wave signal is branched into two paths by the two-
次いで、制御回路104によって、信号Dの電力レベルが監視され、信号Dの電力レベルが予め設定された範囲内に収まるよう可変減衰器122の減衰量が制御される。
Next, the
2分岐器102によって分岐された他方の信号Cは、側波帯信号電力調整部140において、まず、帯域通過フィルタ141によってろ波され、信号Cから側波帯信号が抽出される。この側波帯信号の周波数はfcar+fsig−flocである。
The other signal C branched by the two-
次いで、増幅器142によって、側波帯信号が増幅された後、信号Eとしてミキサ151に出力される。
Next, after the sideband signal is amplified by the
引き続き、ミキサ151によって、信号Dと信号Eとが、それぞれの和と差の周波数の信号に変換される。そして、低域通過フィルタ152によって、低域側の信号のみがろ波された後、増幅器153によって増幅され、ベースバンド周波数の信号Fが出力される。
Subsequently, the
前述の説明において、ミリ波局部発振器113は理想的な発振をし、出力されるミリ波正弦波信号Bの周波数flocは安定しているものと仮定した。しかしながら、実際の発振器には周波数変動や位相雑音成分等の影響による変動周波数Δflを含む。このとき、ミリ波局部発振器113の発振周波数はfloc+Δflとなる。本実施の形態に係る受信装置100では、ミキサ151においてfloc+Δflが原理的に相殺されるため、変動周波数Δflの影響を受けず、安定したfsigの周波数を有する信号Fを得ることができる。また、送信側において主搬送波信号の周波数fcarが変動周波数Δfcを有する場合にも、前述と同様にミキサ151で相殺される。
In the above description, it is assumed that the millimeter wave
したがって、本実施の形態に係る受信装置100は、送信装置を含めたミリ波帯の周波数の信号を生成する発振器によって発生する周波数変動や位相雑音成分等を全て相殺することができるので、周波数変動や位相雑音成分等の影響を受けず、周波数が安定した高品質の信号を得ることができる。
Therefore, receiving
さらに、本実施の形態に係る受信装置100は、主搬送波信号電力調整部130と側波帯信号電力調整部140とが分離されており、それぞれ独立して電力を調整する構成としたので、ミリ波受信信号Aの周波数fcarである主搬送波信号が側波帯信号に対して小さい場合においても、ミキサ151で歪みを発生させることなくダウンコンバージョンを行うことができる。
Furthermore, in receiving
次に、側波帯信号と主搬送波信号との電力比と、狭帯域通過フィルタ133の通過帯域幅とが、搬送波対雑音電力比(Carrier to Noise ratio、以下「CNR」という。)に与える影響を示すことにより、本実施の形態に係る受信装置100における狭帯域通過フィルタ133の有効性を示す。
Next, the influence of the power ratio between the sideband signal and the main carrier signal and the passband width of the narrow
一般に、雑音指数Fiであるデバイスに対する入力信号のCNRをCNRINとし、出力信号のCNRをCNROUTとすると、CNROUTは式(1)で表される。
ここで、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、Biは信号帯域幅、PINは入力信号電力を示している。 Here, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, B i is the signal bandwidth, and PIN is the input signal power.
次に、狭帯域通過フィルタ133の通過帯域幅を2Bgとし、信号Dの主搬送波信号の電力をPL、CNRをCNRL、主搬送波信号近傍の1Hzあたりの雑音電力をnLとする。一方、信号Eの側波帯信号の電力をPS、CNRをCNRS、1Hzあたりの雑音電力をnSとする。ただし、CNRL及びCNRSの雑音帯域幅の定義を側波帯信号帯域幅B0とする。このとき、ミキサ151で周波数変換された出力信号のCNRをCNRIFとすると、CNRIFは式(2)で表される。
BgはB0に比べて小さいため、CNRIF −1は式(3)のように近似できる。
図1に示された主搬送波信号電力調整部130及び側波帯信号電力調整部140において、それぞれ、入力電力をPin,L及びPin,S、入力CNRをCNRin,L及びCNRin,S、雑音指数をFL及びFSとする。CNRL及びCNRSは、それぞれ、主搬送波信号電力調整部130及び側波帯信号電力調整部140の出力CNRであるため、式(1)を使って式(4)のように記述できる。
ここで、信号Cに含まれる側波帯信号成分と主搬送波信号成分との電力比Pin,S/Pin,Lをγとすると、側波帯信号成分及び主搬送波信号成分の雑音電力は同一であるため、次式が得られる。
FS=FL=Fとすると、式(6)を得る。
式(6)において、入力電力が十分大きく[ ]内の第2項を無視したときに、CNRin,Lが例えば30dBである主搬送波信号を受信装置に入力した場合のγ対CNRIFの計算値を2Bg/B0をパラメータとして図2に示す。 In Expression (6), when the input power is sufficiently large and the second term in [] is ignored, calculation of γ vs. CNR IF when a main carrier signal having a CNR in, L of, for example, 30 dB is input to the receiving apparatus. The values are shown in FIG. 2 with 2B g / B 0 as a parameter.
図2に示すように、側波帯信号の電力が主搬送波信号の電力よりも大きな領域、つまり低減搬送波方式の場合には、狭帯域通過フィルタ133のフィルタ幅Bgを狭くするほど、出力信号のCNRが改善できることがわかる。
As shown in FIG. 2, an area larger than the power of the power of the sideband signal is a main carrier signal, that is, if the reduction carrier scheme, the more narrow the filter width B g of the narrow
なお、ミリ波局部発振器113で周波数を変換するのは、受信アンテナ101が受信したミリ波受信信号Aの周波数を、ミリ波受信信号Aの周波数と信号Fのベースバンド周波数との間の周波数に下げることにより、通過帯域幅の狭い狭帯域通過フィルタ133のフィルタ製作を容易にするためである。
The frequency is converted by the millimeter wave
以上のように、本実施の形態の受信装置100によれば、主搬送波信号電力調整部130及び側波帯信号電力調整部140は、主搬送波信号及び側波帯信号の電力をそれぞれ別個に調整することができる構成としたので、ダウンコンバージョンを行う前に、側波帯信号と主搬送波信号との電力比を十分大きくし、主搬送波信号に含まれる雑音成分を低減することができ、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる。
As described above, according to receiving
また、本実施の形態の受信装置100によれば、ミキサ151は、主搬送波信号である無変調正弦波信号を用いて側波帯信号をダウンコンバージョンする構成としたので、ダウンコンバージョンを行うための局部発振信号を生成する局部発振器が不要となり、従来のものよりも製造コストを低減することができる。
Further, according to receiving
さらに、本実施の形態の受信装置100によれば、狭帯域通過フィルタ133は、主搬送波信号に含まれる雑音成分を抑圧する構成としたので、雑音成分が抑圧された主搬送波信号を用いてダウンコンバージョンを行うことができ、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる。
Furthermore, according to receiving
さらに、本実施の形態の受信装置100によれば、ミリ波局部発振器113は、無線信号の周波数とベースバンド周波数との間の周波数に無線信号の周波数を変換するための中間周波数の信号を生成する構成としたので、無線周波数帯域において雑音成分を抑圧するものよりも、狭帯域通過フィルタ133の構造を簡易化して製造コストの低減化を図ることができる。
Furthermore, according to receiving
さらに、本実施の形態の受信装置100によれば、ミリ波局部発振器113は、前述の中間周波数の信号を生成する構成としたので、無線周波数帯域において雑音成分を抑圧するものよりも、狭帯域通過フィルタ133の通過帯域幅を狭めて雑音成分を高精度で抑圧することができ、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる。
Furthermore, according to the receiving
さらに、本実施の形態の受信装置100によれば、主搬送波信号及び側波帯信号の電力をそれぞれ別個に調整できる構成としたので、受信信号のダイナミックレンジの拡大化を図ることができる。
Furthermore, according to receiving
さらに、本実施の形態の受信装置100によれば、制御回路104及び可変減衰器122は、主搬送波信号電力調整部130から出力される信号Dの電力をフィードバック制御により所定の範囲内に設定する構成としたので、電力の安定化が図り難いミリ波等の高周波信号を受信する場合でも、主搬送波信号電力調整部130から出力される信号Dの電力を安定化させることができ、電力が安定化された主搬送波信号を用いて側波帯信号のダウンコンバージョンを行うことができる。
Furthermore, according to receiving
なお、前述の実施の形態において、ミリ波帯の高周波信号を受信する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、周波数が変動しやすい高周波信号を受信するものであれば同様の効果が得られる。 In the above-described embodiment, the configuration for receiving a millimeter-wave band high-frequency signal has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a high-frequency signal whose frequency is likely to fluctuate is received. If it is a thing, the same effect is acquired.
また、前述の実施の形態において、主搬送波信号電力調整部130が、帯域通過フィルタ131及び狭帯域通過フィルタ133の2つのフィルタを有する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、所望の雑音レベルが得られるものであれば1つのフィルタで構成しても同様の効果が得られる。
In the above-described embodiment, the main carrier signal
(第2の実施の形態)
まず、本発明の第2の実施の形態の受信装置の構成について説明する。
(Second Embodiment)
First, the configuration of the receiving apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described.
図3に示すように、本実施の形態の受信装置200は、主搬送波信号成分及び側波帯信号成分を含むミリ波帯の高周波信号を受信する受信アンテナ201と、受信アンテナ201が受信したミリ波受信信号Aを入力する信号入力部210と、入力信号の電力を調整する入力電力調整部220と、入力電力調整部220から出力される信号Cを2つの経路に分岐する2分岐器202と、主搬送波信号の電力を調整する主搬送波信号電力調整部230と、側波帯信号の電力を調整する側波帯信号電力調整部240とを備えている。なお、受信アンテナ201は、本発明の無線信号受信手段を構成している。
As shown in FIG. 3, the receiving
また、本実施の形態の受信装置200は、主搬送波信号電力調整部230から出力される信号Dを制御回路204と信号出力部250との2つに分岐する2分岐器203と、信号Cの電力を調整するための制御信号を入力電力調整部220に出力する制御回路204と、主搬送波信号電力調整部230及び側波帯信号電力調整部240からそれぞれ出力される信号D及びEを入力してベースバンド周波数の信号Fを出力する信号出力部250と、信号Fの電力を監視して信号Eの電力レベルを調整するための制御信号を入力電力調整部240に出力する制御回路206とを備えている。
The receiving
なお、本実施の形態の受信装置200の構成は、本発明の第1の実施の形態に係る受信装置100の構成の一部を変更したものであるので、受信装置100の構成と異なる構成についてのみ説明し、受信装置100の構成と同様な構成の説明は省略する。
Note that the configuration of receiving
側波帯信号電力調整部240は、2分岐器202によって分岐された信号を入力し、この信号をろ波して側波帯信号を抽出する帯域通過フィルタ241と、帯域通過フィルタ241によってろ波された側波帯信号を増幅する増幅器242と、フィードバック制御機能を有する可変減衰器243と、可変減衰器243によって減衰された信号を増幅する増幅器244とを備え、信号Eを信号出力部250に出力するようになっている。
The sideband signal power adjustment unit 240 receives the signal branched by the
なお、側波帯信号電力調整部240は、本発明の側波帯信号電力調整手段を構成している。また、帯域通過フィルタ241は、本発明の側波帯信号抽出手段を構成している。
The sideband signal power adjustment unit 240 constitutes sideband signal power adjustment means of the present invention. Further, the
制御回路206は、2分岐器205を介し、信号出力部250から出力される信号Fの電力レベルを監視し、信号Fの電力レベルが予め設定された範囲内に収まるよう可変減衰器243の減衰量を制御するための制御信号を可変減衰器243に出力するようになっている。換言すれば、制御回路206は、信号Fの電力レベルに基づいて、信号Eの電力レベルが予め設定された範囲内に収まるよう可変減衰器243の減衰量を制御するようになっている。なお、制御回路206及び可変減衰器243は、本発明の側波帯信号電力設定手段を構成している。
The
したがって、何らかの原因により、例えば信号Fに含まれる側波帯信号成分と主搬送波信号成分との電力比γが増えた場合でも、制御回路206及び可変減衰器243によって、信号Fの増加分が可変減衰器243に負帰還されてミキサ251での歪み発生を抑えるように動作するようになっている。なお、制御回路206及び可変減衰器243は、本発明の側波帯信号電力設定手段を構成している。
Therefore, even if the power ratio γ between the sideband signal component and the main carrier signal component included in the signal F increases for some reason, for example, the increase amount of the signal F is variable by the
次に、本実施の形態の受信装置200の動作について説明する。なお、本発明の第1の実施の形態に係る受信装置100の動作と異なる動作についてのみ以下説明する。
Next, the operation of receiving
信号出力部250によって出力された信号Fは、2分岐器205によって2つの経路に分岐され、一方は制御回路206に、他方は受信装置200の出力信号としてそれぞれ出力される。
The signal F output by the
次いで、制御回路206によって、信号Fの電力レベルが監視され、信号Fの電力レベルが予め設定された範囲内に収まるよう可変減衰器243の減衰量が制御される。
Next, the
そして、増幅器244によって、側波帯信号が増幅された後、信号Eとしてミキサ251に出力される。
Then, after the sideband signal is amplified by the
なお、本発明の第1の実施の形態に係る受信装置100(図1参照)においては、ミリ波受信信号Aにおける側波帯信号成分と主搬送波信号成分との電力比γが常に一定であることを前提としているが、本実施の形態に係る受信装置200においては、前述のように、制御回路206が可変減衰器243の減衰量を制御する構成としたので、側波帯信号成分と主搬送波信号成分との電力比γが例えば増大した場合でも、信号Fの増加分が可変減衰器243に負帰還されてミキサ251での歪み発生を抑えることができる。
In the receiving apparatus 100 (see FIG. 1) according to the first embodiment of the present invention, the power ratio γ between the sideband signal component and the main carrier signal component in the millimeter wave received signal A is always constant. However, in the receiving
以上のように、本実施の形態の受信装置200によれば、制御回路206は、信号Fの電力レベルを監視し、信号Fの電力レベルが予め設定された範囲内に収まるよう可変減衰器243の減衰量を制御するための制御信号を可変減衰器243に出力し、可変減衰器243は、制御信号に応じて側波帯信号電力調整部240から出力される信号Eの電力をフィードバック制御により所定の範囲内に設定する構成としたので、電力の安定化が図り難いミリ波等の高周波信号を受信する場合でも、側波帯信号成分と主搬送波信号成分との電力比γの変動を所定範囲内に収めることができ、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる。
As described above, according to the receiving
100、200 受信装置
101、201 受信アンテナ(無線信号受信手段)
102、103、202、203、205 2分岐器
104、204 制御回路(主搬送波信号電力設定手段)
206 制御回路(側波帯信号電力設定手段)
110、210 信号入力部
111、114 ミリ波増幅器
112 帯域通過フィルタ
131 帯域通過フィルタ(主搬送波信号抽出手段)
141、241 帯域通過フィルタ(側波帯信号抽出手段)
113 ミリ波局部発振器(中間周波数変換手段)
115 ミキサ
116、152 低域通過フィルタ
120、220 入力電力調整部
121、132、134、142、153、242、244 増幅器
122 可変減衰器(主搬送波信号電力設定手段)
243 可変減衰器(側波帯信号電力設定手段)
130、230 主搬送波信号電力調整部(主搬送波信号電力調整手段)
133 狭帯域通過フィルタ(雑音成分抑圧手段)
140、240 側波帯信号電力調整部(側波帯信号電力調整手段)
150、250 信号出力部
151、251 ミキサ(周波数変換手段)
100, 200
102, 103, 202, 203, 205 Two-
206 Control circuit (sideband signal power setting means)
110, 210
141, 241 Band-pass filter (sideband signal extraction means)
113 millimeter wave local oscillator (intermediate frequency conversion means)
115
243 Variable attenuator (sideband signal power setting means)
130, 230 Main carrier signal power adjustment unit (main carrier signal power adjustment means)
133 Narrow band pass filter (noise component suppression means)
140, 240 Sideband signal power adjustment section (sideband signal power adjustment means)
150, 250
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