JP2007500984A

JP2007500984A - 制限されたダイナミックレンジを有するａｄｃを有する無線通信受信機

Info

Publication number: JP2007500984A
Application number: JP2006530772A
Authority: JP
Inventors: キアン、ジェチェン
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2007-01-18
Also published as: CN1792039A; CN1549454A; WO2004102819A1; TW200537816A; EP1627471A1; US20060251186A1

Abstract

本発明は、無線通信受信機内のＡＤＣの必要なダイナミックレンジを低減することにより、低コストの受信機を、当該受信機のパフォーマンスを悪化させることなく提供する。本発明の無線通信受信機内では、前記ＡＤＣからのデジタル信号をフィルタリングして、デジタル信号中の残留干渉を所定量だけ（例えば、技術仕様で規定された量よりも多く）減衰させるために、デジタルフィルタが使用される。これは、前記ＡＤＣにより生成された許容量子化ノイズを事前に定義されたレベルに緩和し、それによって前記ＡＤＣのダイナミックレンジを大幅に低減することを可能とする。この事前に定義された量子化ノイズのレベルは、前記受信機の感度により規定されるレベルよりも高く、前記受信機の総干渉は、許容レベルより大きくはないレベルに保持される。従って、前記ＡＤＣは、低減された前記ダイナミックレンジに対応するワード長を有する。それ故、前記ＡＤＣのコストが減少するだけでなく、前記ＡＤＣの後に続く全ての信号処理モジュールのコストも減少し、結果として前記受信機の総コストの実質的な低減がもたらされる。

Description

本発明は、一般に無線通信装置（ｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｓ）に関し、特に無線周波数（ＲＦ）受信機（ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｃｅｉｖｅｒｓ）のような無線通信受信機（ｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｒｅｃｅｉｖｅｒｓ）に関する。

無線通信技術は、人々の生活に多くの利便性をもたらしてきた。例えば携帯電話機は、たいへん普及しており、多くの人々により広く使用されている。無線機器の数が増加するにつれて、異なる機器間の相互干渉（ｍｕｔｕａｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓ）が、無線機器のシステム構成と設計の両方に関して、ますます高まる懸念事項となっている。無線機器を設計する際には、良質な通信に必要な信号対干渉比（ＳＩＲ：ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｒａｔｉｏ）を達成するために、受信機に、すべての起こり得る干渉（ａｌｌｐｏｓｓｉｂｌｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｒｓ）を、十分に低いレベルに減衰させる必要がある。

図１は、従来のＲＦ受信機１０を示し、当該ＲＦ受信機１０は、処理ユニット１５と、ｎビットアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）５２と、復調器６２とを含む。処理ユニット１５内では、アンテナ１１によって受信された信号は、所望の信号（ｗａｎｔｅｄｓｉｇｎａｌ）から遠く離れた周波数帯域上の強い干渉が減衰される間に所望の信号だけが通過する事を確実にするように、ＲＦバンドパスフィルタ１２によってフィルタリングされる。低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）１６は、受信された弱い信号を増幅する。次にミキサ２２および３６は、ＲＦからの所望の信号をそれぞれ周波数信号ｆ_１およびｆ_２とミキシング（ｍｉｘ）することによって、ＲＦからの所望の信号をベースバンドに変換する。中間周波数（ＩＦ）フィルタ３２もまた、帯域外干渉をある程度減衰する。ベースバンドにて、アナログローパスフィルタ４２は、ＳＩＲを増加させるように、帯域外干渉およびノイズパワーの大部分を取り除く。自動利得制御（ＡＧＣ）ユニット４６は、その入力信号を、制限されたダイナミックレンジ（ＤＲ）内に調整し、その結果、制限されたワード長を有するＡＤＣ５２が、アナログ信号をデジタル信号に変換するために使用され得るようになる。その後、復調器６２は、転送されたユーザデータを回復するように、デジタル信号を逆拡散（ｄｅ−ｓｐｒｅａｄ）および復号する。

必要なＳＩＲを達成するために、干渉（Ｉ）成分は、許容範囲内で維持されるべきである。復調器６２の入力での干渉は主に、残留外部干渉と、受信機ノイズとを含み、当該受信機ノイズは、当該受信機内の全ての構成要素からの回路ノイズと、サンプリング動作中に生成されたＡＤＣ量子化ノイズとを含む。当該回路ノイズは実質的に一定にとどまり、一方で当該ＡＤＣ量子化ノイズは、当該受信機の感度によって規定（ｓｐｅｃｉｆｙ）され、総受信機ノイズ（ｏｖｅｒａｌｌｒｅｃｅｉｖｅｒｎｏｉｓｅ）には通常ほとんど寄与しない。

上記ＡＤＣの１つの重要な特徴は、上記入力信号の各サンプリングについてビット数を規定するそのワード長である。当該ワード長は、当該ＡＤＣのダイナミックレンジ要件に依存する。当該ダイナミックレンジの下限は、上記受信機感度および上記の必要なＳＩＲにより規定される等価量子化ノイズレベルによって規定され、一方で上限は、ＡＤＣ入力の等価ピークパワーによって規定される。帯域外干渉がアナログフィルタによって十分には減衰されない受信機内では、残留干渉もまた、ＡＤＣ入力のピークパワーに影響を及ぼす。場合によっては、当該残留干渉が、所望信号および受信機ノイズよりも遥かに大きいことがあり、従ってそのパワーレベルが、上記ＡＤＣ入力の上記等価ピークパワーを規定する。このような場合には、規定される等価量子化ノイズが非常に低いレベルでとどまるので、ＡＤＣに必要なダイナミックレンジは大いに増加する。これは、当該受信機の総コストの実質的な増加を引き起こす、なぜならば、当該ＡＤＣのコストが、そのワード長の増加の結果として増加されるだけでなく、当該ＡＤＣの後に続く全ての信号処理モジュール（例えば、上記復調器）のコストが、結果として生じる当該ＡＤＣからのより大きなデジタルデータ出力、のハンドリングにおける複雑性に適応するために、増加されなければならないからである。

図２は、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ仕様に関して、従来の受信機に関連する一例を示す。この例では、等価受信機ノイズは−１０４．１５ｄＢｍであり、規定された等価量子化ノイズは−１１９．１５ｄＢｍであり、−１１９．１５ｄＢｍという数値は総受信機ノイズよりも遥かに低い。近接チャネル干渉（ａｄｊａｃｅｎｔｃｈａｎｎｅｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｒ）の規定された最大パワーレベルは−５４ｄＢｍであり、アナログフィルタによって−７６ｄＢｍに抑制される。この残留干渉はさらに、デジタルフィルタによって−８７．２４ｄＢｍに抑制され得る。既知のピーク対平均比の１２ｄＢを考慮すると、ＡＤＣ入力の等価ピークパワーは−６４ｄＢｍである。従って、ＡＤＣの必要なダイナミックレンジは−６４ｄＢｍと−１１９．１５ｄＢｍとの差、すなわち５５．１５ｄＢである。これは通常、８から１０ビット長の間の等価ワード長ということになる。上述のように、ＡＤＣのワード長が長くなるにつれて、受信機の総コストは増加する。

したがって、低コストの受信機を、パフォーマンスを悪化させることなく提供する必要がある。

本発明は、無線通信受信機内のＡＤＣの必要なダイナミックレンジを低減することにより、低コストの受信機を、当該受信機のパフォーマンスを悪化させる（ｄｅｇｒａｄｅ）ことなく提供する。

本発明の一実施形態によれば、無線通信受信機が提供される。前記受信機は、処理ユニットと、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）と、デジタルフィルタとを備える。前記処理ユニットは、受信された信号を処理し、処理された前記信号を、フィルタリングされたアナログ信号を出力するように、アナログ領域（ｄｏｍａｉｎ）でフィルタリングする。前記ＡＤＣは、フィルタリングされた前記アナログ信号をデジタル信号に変換する。次に前記デジタルフィルタは、前記ＡＤＣからの前記デジタル信号をフィルタリングし、前記デジタル信号中の残留干渉を所定量だけ（例えば、技術仕様で規定された量よりも多く）減衰させる。これは、前記ＡＤＣにより生成された許容量子化ノイズを事前に定義されたレベルに緩和し、それによって前記ＡＤＣのダイナミックレンジを大幅に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）低減することを可能とする。この事前に定義された量子化ノイズのレベルは、前記受信機の感度により規定（ｐｒｅｓｃｒｉｂｅ）されるレベルよりも高く、一方で前記受信機の総干渉は、許容レベルより大きくはない（ｎｏｔｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ）レベルに保持される。従って、前記ＡＤＣは、低減された前記ダイナミックレンジに対応するワード長を有する。

それ故、ＡＤＣのコストが減少するだけでなく、ＡＤＣの後に続く全ての信号処理モジュールのコストも減少し、結果として受信機の総コストの実質的な低減がもたらされる。

本発明のより完全な理解と共にその他の目的および達成物が、添付の図面と関連付けて考慮される以下の説明および特許請求の範囲を参照することによって、明らかになり且つ理解されることになる。

本発明は、添付の図面を参照して、更に詳細に且つ例示の方法により説明される。
当該図面を通じて、同一の参照番号は、類似の又は対応する特徴又は機能を指し示す。

図３は、本発明の一実施形態による無線通信受信機８０を示す。受信機８０は、処理ユニット１５と、ｍビットＡＤＣ８４と、デジタルローパスフィルタ８６と、復調器６２とを含む。処理ユニット１５は、図１に関連して上述した方法と同じ方法で、信号のミキシングおよびフィルタリングを含む多数の機能を実施する。デジタルローパスフィルタ８６はさらに、帯域外干渉を、技術仕様で規定されたレベルよりも低いレベルに減衰させる。これは、当該受信機のＳＩＲを変更することなく、上記ＡＤＣの等価量子化ノイズレベルを、受信機感度により規定されるレベルよりも高いレベルに緩和することを可能とする。従って、ＡＤＣ８４の遥かに小さなダイナミックレンジが達成され、結果として、ＡＤＣ８４のワード長の実質的な減少、従って、当該受信機の総コストの実質的な減少がもたらされる。

図４は、本発明の一実施形態による、受信機８０のようなハンドセット受信機用のＡＤＣのダイナミックレンジ低減の一例を示す。図２の例と比較するに、この例は、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ仕様において規定されたものと類似のデータを使用している。この例では、残留近接干渉がデジタル領域（ｄｏｍａｉｎ）において１４．２４ｄＢだけ抑制されるが、１４．２４ｄＢという数値は図２のそれよりも３ｄＢ大きい。総許容干渉（Ｉ）（残留干渉と受信機ノイズの両方を含む）は一定にとどまることになり、残留干渉はさらに減少しているので、総受信機ノイズはより高いレベルに緩和され得る。総受信機ノイズ中のフロントエンドノイズとＡＤＣ回路ノイズは通常の状況下ではほぼ一定なので、通常は非常に低いレベルにあるＡＤＣ量子化ノイズが、従って、より高いレベルに著しく緩和され得る。従って、ＡＤＣの許容可能な量子化ノイズは−９０．２４ｄＢｍに大きく緩和され、総ＳＩＲが一定のレベルに維持される。もちろん実際の実装では、等価量子化ノイズレベルは、許容レベルの−９０．２４ｄＢｍよりも低くなり得る。結果として、ＡＤＣに必要なダイナミックレンジは２６．２４ｄＢ、すなわち−６４ｄＢｍと−９０．２４ｄＢｍとの差に低減されるが、２６．２４ｄＢという数値は図２の例の５５．１５ｄＢより著しく低い。従って、ＡＤＣの対応するワード長は、図２に示されるワード長に比べて５量子化ビットだけ低減され得ることになり、結果として、ＡＤＣの後に続く全ての信号処理モジュールのコストの実質的な減少、従って、受信機の総コストの実質的な減少がもたらされ得る。

図５は、本発明の一実施形態によるデジタルフィルタ８６の転送機能を示す。

上で、本発明は、携帯端末内のＲＦ受信機に関連して説明されている。本発明は、その他の無線通信システムの受信機（例えば基地局、デジタルＴＶ受信機等）の受信機内でも使用され得る。

本発明は特定の実施形態に関連して説明されたが、上記説明に鑑みれば当業者には多くの代替物、修正物および変形物が明らかであろう。従ってそれは、添付の特許請求の範囲の精神および領域内に属する全てのそのような代替物、修正物および変形物を包含する事が意図されている。

従来のＲＦ受信機を示す。従来の受信機に関連する一例を示す。本発明の一実施形態による無線通信受信機を示す。本発明の一実施形態によるハンドセット受信機用のＡＤＣのダイナミックレンジ低減の一例を示す。本発明の一実施形態によるデジタルフィルタの転送機能を示す。

Claims

無線通信受信機であって、
（ａ）受信された信号を処理し、処理された前記信号を、フィルタリングされたアナログ信号を出力するように、アナログ領域でフィルタリングする処理ユニットと、
（ｂ）フィルタリングされた前記アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）と、
（ｃ）前記ＡＤＣにより生成された許容量子化ノイズを事前に定義されたレベルに緩和し、それによって前記ＡＤＣのダイナミックレンジを大幅に低減することを可能とするために、前記ＡＤＣからの前記デジタル信号をフィルタリングし、前記デジタル信号中の残留干渉を所定量だけ減衰させるデジタルフィルタとを備え、
前記ＡＤＣが、低減された前記ダイナミックレンジに対応するワード長を有する無線通信受信機。
事前に定義された前記レベルが、前記受信機の感度により規定されるレベルよりも高い請求項１に記載の受信機。
前記量子化ノイズの事前に定義された前記レベルがある範囲内に維持されることで、前記受信機の総干渉が許容レベルより大きくはないレベルに保持される請求項１または２に記載の受信機。
ユーザデータを回復するように、前記ＡＤＣからのフィルタリングされた前記デジタル信号を復調する復調器をさらに備える請求項１、２または３に記載の受信機。
無線通信受信機内で使用するための方法であって、
受信された信号を処理し、
処理された前記信号を、フィルタリングされたアナログ信号を出力するように、アナログ領域でフィルタリングし、
フィルタリングされた前記アナログ信号をデジタル信号に変換し、
前記変換ステップで生成された許容量子化ノイズを事前に定義されたレベルに緩和し、それによって前記変換ステップで必要とされる量子化ビット数を大幅に低減することを可能とするために、前記デジタル信号をデジタル領域でフィルタリングし、前記デジタル信号中の残留干渉を所定量だけ減衰させるステップ群を備え、
前記変換ステップが、フィルタリングされた前記アナログ信号を、対応する低減された量子化ビット数を有する前記デジタル信号に変換する方法。
事前に定義された前記レベルが、前記受信機の感度により規定されるレベルよりも高い請求項５に記載の方法。
事前に定義された前記レベルがある範囲内に維持されることで、前記受信機の総干渉が許容レベルより大きくはないレベルに保持される請求項５または６に記載の方法。
ユーザデータを回復するように、フィルタリングされた前記デジタル信号を復調するステップをさらに備える請求項５、６または７に記載の方法。