JP2008148212A - Communication apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、マルチキャリア方式の通信を行う通信装置に関するものであり、特に省電力化を実現したマルチキャリア方式の通信を行う通信装置に関するものである。 The present invention relates to a communication apparatus that performs multicarrier communication, and more particularly, to a communication apparatus that performs multicarrier communication that achieves power saving.
従来の複数の互いに直交するキャリアを使うマルチキャリア方式の通信機器では、デジタル回路処理により変調後の波形を生成し、DA(デジタル−アナログ)変換器によりアナログ信号に変換して伝送路への送信を行う構成をとるのが一般的である。このような通信機器の例として、たとえば、下記特許文献1に記載されているマルチキャリア方式の電力線搬送通信装置がある。この電力線搬送通信機器では、デジタル送信波形を生成した後、例えば8ビットのDA変換器を用いてDA変換を行い、アナログ送信波形を増幅した後、ローパスフィルタで折り返し雑音を除去し、結合回路を介して伝送路に出力する。また、この電力線搬送通信機器では、アナログ送信波形の増幅にアナログアンプを使用している。この例のように、マルチキャリア方式の通信機器ではアナログアンプを用いる場合が多いが、一般的にアナログアンプは常にバイアス電圧をかける必要があるため、消費電力が高くなる傾向がある。
In conventional multi-carrier communication equipment using a plurality of orthogonal carriers, a modulated waveform is generated by digital circuit processing, converted to an analog signal by a DA (digital-analog) converter, and transmitted to a transmission line. It is general to take a configuration to perform the above. As an example of such a communication device, for example, there is a multicarrier power line carrier communication device described in
送信アンプの省電力化の1つの方法として、デルタシグマ変調(以下、ΔΣ変調)を用いてバイアス電圧を必要としないデジタルアンプにより送信波形の増幅を行う方法がある。ΔΣ変調は、アナログ、または、多ビットの信号を、1ビットなどの少数ビットのデジタルデータに変換する技術である。また、ΔΣ変調は、オーバサンプリングにより量子化雑音と低減させるとともに、ノイズシェーピング特性により量子化雑音を高域側に偏らせることにより使用帯域において高いSN比を得ることができるため、特にオーディオ分野などで利用されている。ΔΣ変調を用いることにより、アナログアンプのかわりにデジタルアンプを用いることができる。デジタルアンプは、トランジスタのスイッチング動作により信号増幅を行うため、バイアス電圧を必要とせず省電力化を図ることができる。 As one method for reducing the power consumption of the transmission amplifier, there is a method of amplifying the transmission waveform using a digital amplifier that does not require a bias voltage by using delta-sigma modulation (hereinafter referred to as ΔΣ modulation). ΔΣ modulation is a technique for converting an analog or multi-bit signal into digital data of a small number of bits such as 1 bit. In addition, ΔΣ modulation can reduce the quantization noise by oversampling, and can obtain a high S / N ratio in the use band by biasing the quantization noise to the high frequency side by noise shaping characteristics. It is used in. By using ΔΣ modulation, a digital amplifier can be used instead of an analog amplifier. Since the digital amplifier performs signal amplification by switching operation of the transistor, it can save power without requiring a bias voltage.
AD(アナログ−デジタル)変換にΔΣ変調を用いてデジタルアンプを使用する例としては、下記特許文献2に記載の技術がある。この例では、マイクなどの音声入力信号に対してΔΣ変調を行い1ビットのデジタルデータとし、そのデジタルデータを増幅した後、骨伝導スピーカに入力する。ΔΣ変調により発生する量子化雑音成分は超音波成分を多く含んでおり、この超音波成分が骨伝導スピーカを駆動するエネルギーとして効果的に働く。
As an example of using a digital amplifier by using ΔΣ modulation for AD (analog-digital) conversion, there is a technique described in
また、下記特許文献3に記載の技術では、キータッチ時などに発するトーン信号を発生する音声機器において、発生させたトーン信号を可聴周波数帯域よりも高いサンプリング周波数でサンプリングしたデータを生成、そのデータに対してΔΣ変調を用いてDA変換を行った後スピーカアンプに出力する。このような構成をとることにより、可聴周波数帯域において折り返し雑音の影響がなく、聴覚的に違和感のないトーン信号音を生成する音声機器を実現することができる。
Further, in the technology described in
しかしながら、上記従来の通信機器の技術によれば、送信信号の増幅にアナログアンプを使用しているため常にバイアス電圧をかける必要があり、消費電力が高くなるという問題があった。 However, according to the technology of the conventional communication device, since an analog amplifier is used for amplification of a transmission signal, it is necessary to always apply a bias voltage, and there is a problem that power consumption increases.
また、ΔΣ変調を用いてデジタルアンプを適用する場合には、送信アンプの省電力化を図ることができるが、従来のΔΣ変調を使ったAD変換は、音声信号を伝達するのに使用されるのが中心であり、高いSN比を得るために入力する信号のサンプリング周波数を高くしている(たとえば最大使用周波数の128倍など)。しかし、音声信号に比べ周波数が高く、たとえば、最大使用周波数が数MHzとなるような通信機器では、同様のオーバサンプリング比でΔΣ変調処理に入力する信号をサンプリングすると、サンプリング周波数が数GHzとなり実現が困難である。 In addition, when a digital amplifier is applied using ΔΣ modulation, power saving of the transmission amplifier can be achieved. However, conventional AD conversion using ΔΣ modulation is used to transmit an audio signal. In order to obtain a high S / N ratio, the sampling frequency of the input signal is increased (for example, 128 times the maximum use frequency). However, in communication equipment where the frequency is higher than the audio signal, for example, the maximum usable frequency is several MHz, sampling the signal input to the ΔΣ modulation process with the same oversampling ratio achieves a sampling frequency of several GHz. Is difficult.
さらに、音声信号に対してΔΣ変調を行う場合には、ΔΣ変調時に生じる高域側の量子化雑音や折り返し雑音については可聴周波数帯域外であれば特に抑制する必要がない。例えば、上記特許文献2では、高域側の量子化雑音を骨伝導で伝達するエネルギーとして積極的に利用している。しかしながら、通信機器では使用周波数帯域外の量子化雑音や折り返し雑音を伝送路に出力しないようにそれらを除去する必要があり、上記特許文献2などに記載の音声信号に関するΔΣ変調の技術を、そのまま適用することはできない。
Furthermore, when ΔΣ modulation is performed on an audio signal, it is not necessary to suppress especially high-frequency quantization noise and aliasing noise that occur during ΔΣ modulation if they are outside the audible frequency band. For example, in
また、上記特許文献3では、高いサンプリング周波数でサンプリングしたデータをトーン信号音の生成に使用することにより、折り返し雑音によって生じる聴覚上の問題を解決しているが、可聴周波数範囲外の雑音に関しては特に言及しておらず、ΔΣ変調時に生じる量子化雑音や折り返し雑音についても特に言及していない。
Moreover, in the said
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、マルチキャリア方式の通信機器にデジタルアンプを適用し、低雑音を実現しつつ消費電力の低い通信機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a communication device with low power consumption while realizing low noise by applying a digital amplifier to a multi-carrier communication device.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、マルチキャリア方式を採用する送信側の通信装置であって、変調信号を所定の周波数でサンプリングしてサンプリングデータを生成するサンプリングデータ生成手段と、前記サンプリングデータを1ビットのデジタルデータに変換するデルタシグマ変調手段と、前記デジタルデータをトランジスタのスイッチング動作により増幅する増幅手段と、増幅されたデータから必要周波数領域以外の周波数成分を除去するローパスフィルタと、を備え、前記デルタシグマ変調手段の動作周波数を送信データに要求される信号対雑音比に基づいて算出し、前記所定の周波数を前記動作周波数とすることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is a communication apparatus on the transmission side that employs a multi-carrier scheme, in which sampling data is generated by sampling a modulation signal at a predetermined frequency. Generating means; delta-sigma modulation means for converting the sampling data into 1-bit digital data; amplification means for amplifying the digital data by switching operation of a transistor; and frequency components other than the necessary frequency region from the amplified data. A low-pass filter for removing the delta-sigma modulation means, calculating an operating frequency of the delta-sigma modulation means based on a signal-to-noise ratio required for transmission data, and setting the predetermined frequency as the operating frequency.
この発明によれば、システムに要求されるSN比を満たすようにΔΣ変調器の動作周波数を決定して、ΔΣ変調器の動作周波数と同じ周波数でサンプリングされた波形データを生成してΔΣ変調器による1ビットデータへの変換後にデジタル増幅器により増幅することにしたので、必要なSN比を満たしつつ、従来の通信装置に比べ消費電力を低下させるという効果を奏する。 According to the present invention, the operating frequency of the ΔΣ modulator is determined so as to satisfy the SN ratio required for the system, and waveform data sampled at the same frequency as the operating frequency of the ΔΣ modulator is generated to generate the ΔΣ modulator. Since the digital amplifier amplifies the signal after conversion into 1-bit data, the effect of lowering the power consumption as compared with the conventional communication device is achieved while satisfying the required SN ratio.
以下に、本発明にかかる通信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a communication apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明にかかる通信装置の実施の形態1の機能構成例を示す図である。本実施の形態の通信装置は、伝送すべきデータに対してヘッダ情報などを付加し、伝送路に出力するフレームに成形するフレーム成形部1と、フレーム成形されたデータに対して各キャリアに伝送すべきデータを割り当てるためのマッパ2と、各キャリアに割り当てられたデータを、波形の位相を示すインデックスデータに変換する位相変換器3と、インデックスデータに従って各キャリアの波形を生成し、所定のサンプリングレートでサンプリングをしたサンプリングデータを生成するキャリア波形生成部4と、キャリア波形生成部4が出力する各キャリア波形のサンプリングデータに対してサンプルごとに各キャリアの波形を加算して出力するキャリア合成部5と、多ビットのデジタルデータから1ビットのデジタルデータに変換を行うΔΣ変調器6と、1ビットのデジタルデータをトランジスタのスイッチング動作で増幅する増幅器7と、増幅されたデータに対してΔΣ変調器6で発生する量子化雑音などの余分な周波数成分の伝送路への出力を抑制するためのローパスフィルタ8と、を備えている。また、出力データ14,15,16,18は、それぞれ、キャリア波形生成部4,キャリア合成部5,ΔΣ変調器6,ローパスフィルタ8の出力データである。
FIG. 1 is a diagram illustrating a functional configuration example of a communication device according to a first embodiment of the present invention. The communication apparatus according to the present embodiment adds header information and the like to data to be transmitted, and forms the
本実施の形態の通信装置は、基本周波数fCを1.28MHzとし、最大キャリア数を7としたマルチキャリア方式で伝送を行うこととする。また、N番目のキャリアであるキャリア#Nのキャリア周波数をN×fC(N=1〜7)とし、変復調の単位であるシンボル周波数fMODは40kHzとする。変調方式はDQPSK(Differential Quadrature Phase-Shift Keying)とする。 The communication apparatus according to the present embodiment performs transmission by a multi-carrier scheme in which the basic frequency f C is 1.28 MHz and the maximum number of carriers is 7. Further, the carrier frequency of the carrier #N which is the Nth carrier is N × f C (N = 1 to 7), and the symbol frequency f MOD which is a unit of modulation / demodulation is 40 kHz. The modulation method is DQPSK (Differential Quadrature Phase-Shift Keying).
例えば、サンプリング周波数fSが20.48MHzのときには、fSはfCの16倍であり、各キャリアは16サンプルでN周期分の正弦波を構成する。そして、1シンボルは、N周期分の正弦波のさらに32倍(fC/fMOD)で構成されることになる。なお、fC,N,fMODは、これに限る必要はなく、通信システムに応じた任意の数値に設定可能である。 For example, when the sampling frequency f S is 20.48 MHz, f S is 16 times f C , and each carrier constitutes a sine wave for N cycles with 16 samples. One symbol is composed of 32 times (f C / f MOD ) of a sine wave for N periods. Note that f C , N, and f MOD need not be limited to this, and can be set to arbitrary numerical values according to the communication system.
つづいて、本実施の形態の動作について説明する。まず、フレーム成形部1は、入力された送信データに対して、フレーム長やアドレス情報やその他復調に必要な情報が納められたヘッダ情報を付加し、伝送路に出力されるフレームに成形する。
Next, the operation of the present embodiment will be described. First, the
つぎに、マッパ2は、フレーム成形された送信データを各キャリアに分配する。図2に各キャリアへの分配例を示す。図2は、送信データを“123456h”(16進数)とするとき、3つのキャリア、それぞれキャリア#1,#2,#3に分配する例を示している。DQPSK変調では、各キャリアはシンボルあたり2ビットの情報を伝送できるため、前から順に2ビットずつ送信データを各キャリアに分配する。たとえば、最初のシンボル(図2のシンボルS0)では、送信データの最初の4ビット“0001”(2進)のうち、前2ビットの“00”がキャリア#1に、後ろ2ビットの“01”がキャリア#2に分配される。そして、次の4ビット“0010”(2進)のうち前2ビットの“00”がキャリア#3に、後ろ2ビットの“10”が次のシンボル(シンボルS1)のキャリア#1に分配される。同様に、送信データは、2ビットずつ順番に各キャリアに分配される。
Next, the
つぎに、位相変換器3は、各キャリアに分配されたデータを、DQPSK変調に基づいた位相情報であるインデックスデータに変換する。DQPSK変調では、2ビットのデータの値を前シンボルと現シンボルの位相差に対応付け、前シンボルの位相を基準に対応づけた位相差に基づき現シンボルに対応する位相を算出する。例えば、送信データが“00”の場合には、前シンボルと同じ位相を、“01”の場合には前シンボルからπ/2ラジアン進んだ位相を、“10”の場合には前シンボルよりπ/2ラジアン遅れた位相を、“11”の場合にはπラジアン異なる位相を、現シンボルに対応付ける。そして、受信側では、受信したフレームの現シンボルと前シンボルとの位相差が−π/4〜π/4の範囲であれば“00”に、π/4〜3π/4の範囲であれば“01”に、−π/4〜−3π/4の範囲であれば“10”に、3π/4〜πあるいは−3π/4〜−πの範囲であれば、“11”に、それぞれ復調する。
Next, the
位相変換器3は、キャリアごとに分配されたデータを、上述のDQPSK変調に基づいた位相に対応付け、その位相を2ビットの数値に対応させて示したインデックスデータに変換する。図3にインデックスデータと位相の対応の例を示す。図4は、図2に示した送信データに対してDQPSK変調方式に基づき対応する位相を算出し、その算出した位相を図3に示した対応によりインデックスデータに変換した例を示す。なお、現シンボルの位相を求めインデックスデータに変換するには、前シンボルの位相が必要であるが、図2において、シンボルS0については前シンボルが存在しない。ここでは、図4のシンボルS0の前のシンボルは、すべてのキャリアで位相が0(インデックスデータが0)であったとしてインデックスデータに変換している。
The
たとえば、図2のキャリア#1におけるシンボルS0のデータは“00”であり前シンボル(位相は0)と同じ位相とするため、図4のキャリア#1におけるシンボルS0インデックスデータは“00”とする。つぎのシンボルS1では、図2のキャリア#1におけるシンボルS1のデータは“10”であるため前シンボル(キャリア#1におけるシンボルS0)との位相差は−π/2とする。前シンボルキャリア#1におけるシンボルS0の位相は0であることから、シンボルS1の位相は−π/2となり、図3の対応により、インデックスデータは、“11”とする。
For example, since the data of symbol S0 in
つぎに、キャリア波形生成部4は、キャリアごとに変換されたインデックスデータを用いて、所定のサンプリング周波数でサンプリングし、デジタル波形を生成する。具体的には、キャリア波形生成部4は、キャリアごと、位相ごと(インデックスの値ごと)の波形データを波形テーブルとして内部に保持し、キャリアごとにインデックスデータに対応する波形データを順次出力する。波形データは、所定のサンプリング周波数でサンプリングされたデータ列(以下、サンプリングデータという)である。
Next, the carrier
波形データのサンプリング周波数fSは、サンプリング定理により、再現すべき最大周波数(以下、最大使用帯域という)fmaxの2倍以上とする必要がある。ここでは、装置構成の簡略化のために、fSおよびfmaxをfCの整数倍とすることを前提にする。このため、fmaxを、キャリアの最高周波数N×1.28=8.96MHz(N=7)を超え、fCの整数倍となる最小の値とし、1.28×8=10.24MHzとする。したがって、fmaxを再現するには、サンプリング定理により、fSは、2×fmax=20.48MHz以上とする必要がある。なお、fmaxは、キャリアの最高周波数(この場合は、8.96MHz)以上であればよく、この数値に限る必要はない。 The sampling frequency f S of the waveform data needs to be at least twice the maximum frequency (hereinafter referred to as the maximum use band) f max to be reproduced by the sampling theorem. Here, in order to simplify the device configuration, it is assumed that f S and f max are integer multiples of f C. For this reason, f max is the minimum value that exceeds the maximum frequency N × 1.28 = 8.96 MHz (N = 7) of the carrier and is an integral multiple of f C , and is 1.28 × 8 = 10.24 MHz. To do. Therefore, in order to reproduce f max , f S needs to be 2 × f max = 20.48 MHz or more according to the sampling theorem. Note that f max need only be equal to or higher than the maximum frequency of the carrier (in this case, 8.96 MHz), and need not be limited to this value.
本実施の形態では、キャリア波形生成部4で生成された波形データのサンプリング周波数をΔΣ変調器6の動作周波数fSDとするため、ΔΣ変調器6の入力に必要な周波数とするためオーバサンプリングを行う。なお、本実施の形態では、オーバサンプリングとは、fmaxの再現に必要なサンプリング周波数(2×fmax)を超えて波形データのサンプリングを行うことを意味することとする。後述のΔΣ変調器6に対するサーバーサンプリング比の算出方法に基づき、本実施の形態では、fSは、20.48MHz(2×fmax)のさらに16倍の327.68MHzとする。
In the present embodiment, since the sampling frequency of the waveform data generated by the carrier
図5は、キャリア波形生成部4で生成され、サンプリングされたサンプリングデータの例を示したものである。図5では、実線がサンプリング前の波形データに相当し、fCの1周期分に相当する256サンプル分のデータを示している。図5では、簡略化のためサンプリング点を1/16に間引いた点を、間引きサンプリング点D1,D2,・・・,D16として黒丸点で示しているが、実際のサンプリング点は、このD1,D2,・・・の16倍の密度である。サンプリング周波数は、327.68MHzであるから、D1,D2・・・,D16のそれぞれの間隔は、1/(327.68/16)=1/20.48[μs]である。キャリア#Nのキャリア周波数は、(1.28×N)MHzであるから、256サンプルでは、N(=256×(327.68/1.28×N))周期分のデータとなる(キャリア#1では1周期分、キャリア#2では2周期分、キャリア#3では3周期分のデータとなる)。
FIG. 5 shows an example of sampled data generated and sampled by the carrier
図5は、位相が0の場合についてのサンプリングデータの例を示しているが、位相がπ/2、−π/2、πの場合に関しても同様なサンプリングデータが生成される。キャリア波形生成部4は、キャリアごとに、インデックスデータに従い対応する位相の256サンプル分のサンプリングデータを、1/fS(本実施の形態では、1/327.68[μs])の間隔で順次出力する。そして、この256サンプル分のサンプリングデータの(fC/fMOD)回(本実施の形態では、32回)分を1シンボル分のサンプリングデータとして出力する。
FIG. 5 shows an example of sampling data when the phase is 0, but similar sampling data is also generated when the phase is π / 2, −π / 2, and π. The carrier
なお、図5では、たとえばキャリア#2のサンプリングデータは、8点の間引きサンプリング点ごとの繰り返しとなり、また、4点の間引きサンプリング点ごとに符号が反転したデータとなっている。このため、サンプリングデータの出力順番の制御,正負の反転回路を設けた制御を行うことにより、波形テーブルとして保持するデータ数を削減してもよい。また、たとえば、キャリア#2のサンプルデータはキャリア#1サンプルデータを、1つずつ間引いたデータ列となっており、同様に出力順番を制御することによりデータ数を削減してもよい。
In FIG. 5, for example, the sampling data of
つぎに、キャリア合成部5は、キャリア波形生成部4から出力されるキャリアごと、位相ごとのサンプリングデータを、サンプル点ごとに加算することによりキャリアの合成を行う。図6は、キャリア波形生成部4の出力データ14の各キャリアの2N周期分の波形のサンプリングデータ(2×256=512サンプル)と、それらをキャリア合成部5で合成した出力データ15の波形の概念を示した図である。
Next, the
図7は、キャリア合成部5の出力データ15のスペクトルの概念図を示したものである。図7に示すように、このスペクトルは、fS/2まで、キャリア周波数成分以外の余分な周波数成分を含まない。前述のとおり、本実施の形態では、キャリア波形生成部4およびキャリア合成部5のサンプリング周波数fSはΔΣ変調器6の動作周波数fSDと同じである。仮に、サンプリング定理により、fmax(本実施の形態では10.24MHz)の2倍のサンプリングレートで波形を生成した場合にも、波形は復元ができる。その場合、fSDにあわせるために、ΔΣ変調器6の入力前にアップサンプリングを行う必要がある。なお、アップサンプリングとは、サンプリングされたデータ間に“0”を挿入することにより出力するサンプリングレートを上げることを意味することとする。
FIG. 7 shows a conceptual diagram of the spectrum of the
しかし、アップサンプリングを行うと折り返し雑音が発生し、それを除去する必要性も生じる。図8−1は、使用帯域がF1〜F2であり、F2の2倍より高いサンプリング周波数FSPでサンプリングされたデータのスペクトルを表す概念図である。図8−2は、図8−1で示したサンプリングされたデータに対して、アップサンプリングを行い倍の周波数2FSPのデータを生成し、そのアップサンプリング後のデータのスペクトルを表した概念図である。図8−2に示すように、FSP/2が折り返しの中心となり、(FSP−F2)〜(FSP−F1)の範囲に折り返し雑音が生じる。このため、帯域外の雑音を除去するために、アップサンプリングによりΔΣ変調器6への入力周波数にあわせる場合には、折り返し雑音を除去する必要が生じる。これに対して、本実施の形態では、前述のとおり、キャリア波形生成部4でオーバサンプリングを行いサンプリング周波数をfSDと同じにしているために、アップサンプリングを行う必要はなく、また、折り返し雑音を除去する必要もない。
However, when upsampling is performed, aliasing noise is generated, and it is necessary to remove it. Figure 8-1 use band is F 1 to F 2, a conceptual diagram showing the spectrum of data sampled at a higher sampling frequency than twice the F 2 F SP. FIG. 8-2 is a conceptual diagram showing the spectrum of the data after up-sampling by generating up-sampling data 2F SP by up-sampling the sampled data shown in FIG. is there. As shown in FIG. 8-2, F SP / 2 is the center of the folding, and folding noise is generated in the range of (F SP -F 2 ) to (F SP -F 1 ). Therefore, in order to remove out-of-band noise, it is necessary to remove aliasing noise when the frequency is adjusted to the input frequency to the
つぎに、ΔΣ変調器6は、キャリア合成部5から出力される合成済みサンプリングデータを1ビットデータに変換する。ΔΣ変調は、高いオーバサンプリング比により量子化雑音低減し、ノイズシェーピング特性により量子化雑音を高域側に偏らせて使用帯域における量子化雑音を低減することにより、高いSN比を得ることができるため、オーディオ分野を中心に利用されている技術である。
Next, the
図9は、ΔΣ変調器6の一構成例として2次のΔΣ変調器の構成例を示した図である。図9に示すように、ΔΣ変調器6は、入力データと遅延器65との差分をとる差分器60,62と、前サンプル出力値との加算を行う積分器61、63と、入力に応じて“0”または“1”の1ビットデータの出力を行う量子化器64と、量子化器64の出力に基づき、出力が“0”の場合には入力振幅値の負の最大値を、出力が“1”の場合には正の最大値を1サイクル分保持して出力する遅延器65と、で構成される。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a secondary ΔΣ modulator as a configuration example of the
図9を用いてΔΣ変調器6の動作を説明する。差分器60は、キャリア合成部5から出力される合成済みサンプリングデータ(多ビット)に対して、遅延器65の出力(後述の前サイクルの量子化器64の出力に対応した正または負の入力の最大振幅値)との差分をとり、積分器61に出力する。積分器61は、入力されたデータを順次加算し、差分器62に出力する。差分器62は、積分器61から出力されたデータに対して再び遅延器65の出力との差分をとり、積分器63に出力する。積分器63は、差分器62の出力を加算し、量子化器64に出力する。量子化器64は、積分器63から出力されたデータを1ビットのデータに変換する。量子化器64では、積分器63の出力が正または“0”の場合には“1”を、負の場合には“0”を出力する。そして、遅延器65は、量子化器64の出力に基づき、出力が“0”の場合には入力振幅値の負の最大値を、出力が“1”の場合には正の最大値を保持し、前サイクルの値として差分器60,62に出力する。なお、ΔΣ変調器6は、この構成に限らず、入力データを1ビットデータに変換するΔΣ変調器であればどのようなものも適用可能である。
The operation of the
ΔΣ変調によって生じる量子化雑音は、低域側で低く、動作周波数fSDの半分fSD/2に近くなるほど高くなる特性を持っている。従って、fmaxに対するfSDの比(fSD/fmax)、すなわちオーバサンプリング比を大きくすることにより、使用帯域におけるSN比をあげることができる。しかし、オーバサンプリング比を上げることは動作周波数が高くなることを意味し、高い周波数である場合には、回路実現が困難となるとともに、消費電力の増加につながる。したがって、動作周波数は、SN比の要求を満たす範囲で、なるべく低い周波数とすることが望ましい。 The quantization noise generated by ΔΣ modulation has a characteristic that it is low on the low frequency side and becomes higher as it approaches half f SD / 2 of the operating frequency f SD . Thus, the ratio of f SD for f max (f SD / f max ), that is, by increasing the oversampling ratio, can be mentioned SN ratio in the use band. However, increasing the oversampling ratio means that the operating frequency becomes high. If the frequency is high, circuit implementation becomes difficult and power consumption increases. Therefore, it is desirable that the operating frequency be as low as possible within a range that satisfies the S / N ratio requirement.
ここで、本実施の形態におけるオーバサンプリング比の算出方法について説明する。ある変調方式におけるビット誤り率はSN比によって決まる。従って、システムに要求されるビット誤り率が決まれば、それを満たすために必要なSN比が決まる。たとえば、変調方式がDQPSKの場合、ビット誤り率10-5以下を満たすためには、SN比は約15dB以上である必要がある。一方、ΔΣ変調において発生する量子化雑音の量や特性は、ΔΣ変調器の次数や構成に依存する。たとえば、2次のΔΣ変調器では、オーバサンプリング比が16以上、すなわち使用帯域fmaxの32倍以上の周波数を動作周波数とすれば、SN比は15dBを上回る。 Here, a method of calculating the oversampling ratio in the present embodiment will be described. The bit error rate in a certain modulation system is determined by the SN ratio. Therefore, if the bit error rate required for the system is determined, the S / N ratio necessary to satisfy the bit error rate is determined. For example, when the modulation method is DQPSK, the SN ratio needs to be about 15 dB or more in order to satisfy the bit error rate of 10 −5 or less. On the other hand, the amount and characteristics of quantization noise generated in ΔΣ modulation depend on the order and configuration of the ΔΣ modulator. For example, in the second-order ΔΣ modulator, if the oversampling ratio is 16 or more, that is, if the operating frequency is 32 times or more of the use band f max , the S / N ratio exceeds 15 dB.
このため、本実施の形態では、オーバサンプリング比を16とし、ΔΣ変調器の動作周波数をfmaxの32倍の327.68MHzとしている。そして、前述のとおり、本実施の形態では、アップサンプリングは行わないため、キャリア波形生成部4におけるサンプリング周波数fSを、ΔΣ変調器の動作周波数fSDと同じ(327.68MHz)としている。この32倍という数値は、従来の音声で用いられているΔΣ変調のオーバサンプリング比(たとえば、128倍)よりも低い数値となっている。このように、上述のオーバサンプリング比の算出方法を採用することにより、従来の音声で用いられているΔΣ変調のオーバサンプリング比より小さい値に設定することができる。なお、ここで述べたビット誤り率,SN比,オーバサンプリング比は例であり、適用する通信装置、通信システムに応じて同様の計算方法により、要求されるビット誤り率からオーバサンプリング比を求めればよい。
For this reason, in this embodiment, the oversampling ratio is set to 16, and the operating frequency of the ΔΣ modulator is set to 327.68 MHz, which is 32 times f max . As described above, in this embodiment, since upsampling is not performed, the sampling frequency f S in the carrier
つぎに、増幅器7は、ΔΣ変調器6の出力を、トランジスタのスイッチング動作により増幅する。アナログアンプでのリニア増幅動作と異なりバイアス電圧を必要としないため消費電力を抑制することができる。そして、ローパスフィルタ8は、増幅器7の出力に対して量子化雑音や折り返し雑音を除去する。
Next, the
図10−1はキャリア合成部の出力データ15を、図10−2はΔΣ変調器の出力データ16を、図10−3はローパスフィルタの出力データ18を、それぞれ概念的に示した図である。図10−1に示したキャリア合成部5の出力15は、ΔΣ変調器によって図10−2に示すような1ビットの信号に変換される。図11は、図10−2に示した1ビットの信号をアナログ信号と考えた場合のスペクトルである。図11に示すように、このスペクトルは、fS/2に近づくほど量子化雑音が増えるものであり、fS/2を軸とした折り返しにより生じる折り返し雑音を含んでいる。増幅器7からの出力も、この量子化雑音と折り返し雑音を含んでいるため、本実施の形態では、上述のとおり、ローパスフィルタ8でこれらを除去している。図12は、ローパスフィルタ8の出力データ18のスペクトルを示した図である。図12に示すようにローパスフィルタにより、量子化雑音や折り返しを除去することができる。また、図10−3に示すように、ローパスフィルタ8の出力データ18は、量子化雑音や折り返しが除去され、図10−1に近い波形となっている。
10-1 is a diagram conceptually showing the
以上のように、本実施の形態では、システムに要求されるビット誤り率を満たすために必要なSN比を満たすようにΔΣ変調器6の動作周波数を決定して、ΔΣ変調器6の動作周波数と同じ周波数でサンプリングされた波形データを生成し、ΔΣ変調器6による1ビットデータへの変換後に、増幅器7においてトランジスタのスイッチング動作により増幅した後に、ローパスフィルタにおいて量子化誤差と折り返し雑音を除去するようにした。このため、必要なSN比を満たしつつ、従来の通信装置に比べ消費電力を低下させることができる。
As described above, in the present embodiment, the operating frequency of the
実施の形態2.
図13は、本発明にかかる実施の形態2の通信装置の機能構成例を示す図である。図13に示すように、本実施の形態の通信装置は、実施の形態1の機能構成例に、入力データ間に“0”を挿入するアップサンプラ9,アップサンプリングによって生じる折り返し成分を除去するためのデジタルフィルタであるインターポレーションフィルタ10を追加し、実施の形態1のキャリア波形生成部4,キャリア合成部5を、それぞれキャリア波形生成部4a,キャリア合成部5aに替えたものである。また、出力データ14a,15a,19は、それぞれ、キャリア波形生成部4a,キャリア合成部5a,アップサンプラ9の出力データである。実施の形態1と同様の機能のものは、同一の符号を付して説明を省略する。また、キャリア周波数、シンボル周波数についても実施の形態1と同様とする。
FIG. 13 is a diagram illustrating a functional configuration example of the communication apparatus according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13, the communication apparatus of the present embodiment removes the aliasing component generated by upsampling 9 and upsampling that inserts “0” between input data in the functional configuration example of the first embodiment. The
本実施の形態では、キャリア波形生成部4aは、使用帯域の2倍よりも高いサンプリング周波数でサンプリングデータの生成を行い、アップサンプラ9によってアップサンプリングを行った後、デジタルフィルタを用いてアップサンプリングによって生じる折り返しを除去してΔΣ変調器6に入力する。
In the present embodiment, the carrier
つづいて、本実施の形態の動作について説明する。送信データから位相変換器3により位相を示すインデックスデータに変換するところまでは実施形態1と同様であるため、説明を省略する。
Next, the operation of the present embodiment will be described. Since the process from the transmission data to the index data indicating the phase by the
キャリア波形生成部4aは、キャリアごとに変換されたインデックスデータを用いてデジタル波形を生成する。具体的には、キャリア波形生成部4aは、キャリアごと、位相ごとの波形データから成る波形テーブルを内部に保持し、キャリアごとにインデックスに対応する波形データを順次出力する。波形データは、所定のサンプリング周波数fSでサンプリングされたサンプリングデータである。
The carrier
本実施の形態では、実施の形態1と異なり、fSを、最大使用帯域10.24MHzの2倍となる20.48MHzとする。したがって、本実施の形態では、サンプリングデータのN周期分の波形は、1/20.48[μs]ごとの16点のサンプル点から成る。このため、実施の形態1の16倍の周期でサンプリングすることになり、図5で示した波形データのD1,D2,・・・,D16で示した点が本実施の形態のサンプリング点に相当する。そして、この16サンプル分のサンプリングデータの(fC/fMOD)回(本実施の形態では、32回)分を1シンボル分のサンプリングデータとして出力する。
In the present embodiment, unlike
つぎに、キャリア合成部5aは、キャリア波形生成部4aから出力されるキャリアごとのサンプリングデータを、サンプル点ごとに加算することによりキャリアの合成を行う。実施の形態1のキャリア合成部5の動作と、サンプリング周期が異なる点以外は同様である。図14は、キャリア合成部5aの出力データ15aのスペクトルの概念図を示したものである。
Next, the
つぎに、アップサンプラ9では、キャリア合成部5aの出力の合成後のサンプリングデータに対して、所定のアップサンプリング比となるよう、データ間に“0”を挿入することによりアップサンプリング処理を行う。本実施の形態においても、実施形態1の場合と同様に、ΔΣ変調器6の動作周波数fSDは、システムに必要なビット誤り率を満たすためにfmaxの32倍以上とする。そのため、実施の形態1と同じくΔΣ変調器6の動作周波数fSDはfmaxの32倍の327.68MHzとする。したがって、アップサンプリング比fSD/fSは、16となり、アップサンプリング処理では、合成後のサンプリングデータの各データ間に15個の“0”を挿入することになる。
Next, the
図15は、アップサンプラ9の出力データ19のスペクトルの概念図を示したものである。なお、図15では、折り返しの様子をわかりやすくするため、キャリア#1からキャリア#7までの図14に示した各々の帯域のかわりに、使用スペクトル領域を三角形で表記している。実線で示した三角形が、本来の使用スペクトル領域である。図15に示すように、fmax(=fS/2)からfSD/2(=fmax×16)の範囲に、点線で示した折り返し雑音が生じる。
FIG. 15 shows a conceptual diagram of the spectrum of the
つぎに、インターポレーションフィルタ10は、アップサンプラ9のアップサンプリング処理によって生じた折り返し雑音を除去する。
Next, the
つぎに、ΔΣ変調器6は、インターポレーションフィルタ10の出力を1ビットの信号に変換する。ΔΣ変調器6の処理およびそれ以降の処理は、実施の形態1と同様である。
Next, the
以上のように、本実施の形態では、システムに要求されるビット誤り率を満たすために必要なSN比を満たすようにΔΣ変調器6の動作周波数fSDを決定し、最大使用周波数の2倍以上の周波数fSで送信波形の波形生成を行い、アップサンプラ9がfSD/fSのアップサンプリング比でアップサンプリング処理を行い、インターポレーションフィルタ10により折り返し雑音を除去してΔΣ変調器6に入力するようにした。このため、fSを最低限の周波数にすることができ、実施の形態1にくらべ、サンプリングの回路規模と消費電力を低減させることができる。
As described above, in the present embodiment, the operating frequency f SD of the
実施の形態3.
図16は、本発明にかかる実施の形態3の通信装置の機能構成例を示す図である。図16に示すように、本実施の形態の通信装置は、実施の形態1の機能構成例に、入力データ間に“0”を挿入するアップサンプラ9aを追加し、実施の形態1のキャリア波形生成部4,キャリア合成部5を、それぞれキャリア波形生成部4b,キャリア合成部5bに替えたものである。また、出力データ14b,15b,19aは、それぞれ、キャリア波形生成部4b,キャリア合成部5b,アップサンプラ9aの出力データである。実施の形態1または実施の形態2と同様の機能のものは、同一の符号を付して説明を省略する。また、キャリア周波数、シンボル周波数についても実施の形態1と同様とする。
FIG. 16 is a diagram illustrating a functional configuration example of the communication apparatus according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 16, the communication apparatus according to the present embodiment adds an upsampler 9a that inserts “0” between input data to the functional configuration example of the first embodiment. The
本実施の形態では、アップサンプリング処理によって生じる折り返し雑音が、ローパスフィルタ8で除去できる範囲になるようにアップサンプリング比を決め、アップサンプリング比とオーバサンプリング比に基づき、キャリア波形生成部4bのサンプリング周波数を決定する。
In the present embodiment, the upsampling ratio is determined so that the aliasing noise generated by the upsampling process is within a range that can be removed by the low-
つづいて、本実施の形態の動作について説明する。送信データから位相変換器3により位相を示すインデックスデータに変換するところまでは実施形態1と同様であるため、説明を省略する。
Next, the operation of the present embodiment will be described. Since the process from the transmission data to the index data indicating the phase by the
キャリア波形生成部4bは、キャリアごとに変換されたインデックスデータを用いてデジタル波形を生成する。具体的には、キャリア波形生成部4bは、キャリアごと、位相ごとの波形データから成る波形テーブルを内部に保持し、キャリアごとにインデックスに対応する波形データを順次出力する。波形データは、所定のサンプリング周波数でサンプリングされたサンプリングデータである。
The carrier
本実施の形態では、実施の形態1と異なり、サンプリング周波数fSを、後述のアップサンプリング比の要求に基づき、最大使用帯域10.24MHzの2倍のさらに4倍となる81.96MHzとする。したがって、本実施の形態では、サンプリングデータのN周期分の波形は、1/81.96[μs]ごとの64点のサンプル点から成る。そして、この64サンプル分のサンプリングデータの(fC/fMOD)回(本実施の形態では、32回)分を1シンボル分のサンプリングデータとして出力する。 In the present embodiment, unlike the first embodiment, the sampling frequency f S is set to 81.96 MHz, which is four times the double of the maximum usable band of 10.24 MHz, based on a request for an upsampling ratio described later. Therefore, in the present embodiment, the waveform of N cycles of the sampling data is composed of 64 sample points every 1 / 81.96 [μs]. Then, (f C / f MOD ) times of sampling data for 64 samples (in this embodiment, 32 times) is output as sampling data for one symbol.
つぎに、キャリア合成部5bは、キャリア波形生成部4bから出力されるキャリアごとのサンプリングデータを、サンプル点ごとに加算することによりキャリアの合成を行う。図17は、キャリア合成部5bの出力データ15bのスペクトルの概念図を示したものである。図17に示すように、キャリア合成部5bの出力データ15bは、fS/2までの周波数領域において、キャリア周波数以外の余分な周波数成分を含まないスペクトルとなっている。
Next, the
つぎに、アップサンプラ9aでは、キャリア合成部5bの出力の合成後のサンプリングデータに対して、所定のアップサンプリング比となるよう、データ間に“0”を挿入することによりアップサンプリング処理を行う。本実施の形態においても、ΔΣ変調器6の動作周波数fSDは、実施形態1の場合と同様に、システムに必要なビット誤り率を満たすために、fmaxの32倍以上とする。そのため、実施の形態1と同じくΔΣ変調器6の動作周波数fSDはfmaxの32倍の327.68MHzとし、アップサンプラ9aからの出力データの周波数もfSDとする。また、アップサンプリング比については、後述のアップサンプリング比の要求に基づき決定する。本実施の形態では4としているため、アップサンプリング処理では、合成後のサンプリングデータの各データ間に3個の“0”を挿入することになる。
Next, the upsampler 9a performs an upsampling process by inserting “0” between the data so as to obtain a predetermined upsampling ratio with respect to the sampling data after the synthesis of the output of the
図18はアップサンプラ9aの出力データ19aのスペクトルの概念図を示したものである。なお、図18では、折り返しの様子をわかりやすくするため、キャリア#1からキャリア#7までの図17に示した各々の帯域のかわりに、使用スペクトル領域を三角形で表記している。実線で示した三角形が、本来の使用スペクトル領域である。図18に示すように、fmax(=fS/8)からfSD/2(=fmax×16)の範囲に、点線で示した折り返し雑音が生じる。
FIG. 18 shows a conceptual diagram of the spectrum of the
つぎに、ΔΣ変調器6は、アップサンプラ9aの出力を1ビットの信号に変換する。ΔΣ変調器6の処理およびそれ以降の処理は、実施の形態1と同様である。
Next, the
図19は、ΔΣ変調器6の出力データ16のスペクトルの概念図である。本実施の形態では、実施の形態2と異なり、アップサンプリングによって生じる折り返し成分の除去を行わないため、図のような折り返し雑音が生じる。しかし、この折り返し雑音は、実施の形態2と異なり本来の使用スペクトル領域と離れた周波数位置に生じているため、ローパスフィルタ8によって、量子化雑音と一緒に除去することができる。すなわち、ローパスフィルタ8の特性を考慮して、ローパスフィルタ8によって除去可能な範囲に折り返し雑音が生じるようにアップサンプラ9aにおけるサンプリング比を決めておくことにより、実施の形態2で必要であったインターポレーションフィルタ10が不要となる。
FIG. 19 is a conceptual diagram of the spectrum of the
したがって、本実施の形態のアップサンプリング比に対する要求は、ローパスフィルタ8の特性を考慮し、ローパスフィルタ8で除去できる範囲に折り返し雑音が生じるような数値とすることである。本実施の形態では、図19に示す特性から、アップサンプリング比を4としているが、たとえば、フィルタ特性がより急峻な場合にはより大きい数値にすることができる。
Therefore, the requirement for the upsampling ratio of the present embodiment is to consider the characteristics of the low-
以上のように、本実施の形態では、システムに要求されるビット誤り率を満たすために必要なSN比を満たすようにΔΣ変調器6の動作周波数fSDを決定し、さらに、アップサンプリングによって生じる折り返し雑音がローパスフィルタ8により除去される範囲となるようアップサンプリング比を決め、アップサンリング比を満たすように周波数fSを決めてサンプリングを行うようにした。このため、fSを実施の形態1に比べ低くすることができるとともに、インターポレーションフィルタを備える必要がないため実施の形態2に比べ構成の簡略化と消費電力の低減を実現できる。
As described above, in the present embodiment, the operating frequency f SD of the
以上のように、本発明にかかる通信装置は、マルチキャリア方式の通信に有用であり、特に低雑音を実現しつつ消費電力を低下した通信に適している。 As described above, the communication apparatus according to the present invention is useful for multicarrier communication, and is particularly suitable for communication with low power consumption while realizing low noise.
1 フレーム成形部
2 マッパ
3 位相変換器
4,4a,4b キャリア波形生成部
5,5a,5b キャリア合成部
6 ΔΣ変調器
7 増幅器
8 ローパスフィルタ
9,9a アップサンプラ
10 インターポレーションフィルタ
14,14a,14b,15,15a,15b,16,18,19,19a 出力データ
60,62 差分器
61,63 積分器
64 量子化器
65 遅延器
DESCRIPTION OF
Claims (7)
変調信号を所定の周波数でサンプリングしたサンプリングデータを生成するサンプリングデータ生成手段と、
前記サンプリングデータを1ビットのデジタルデータに変換するデルタシグマ変調手段と、
前記デジタルデータをトランジスタのスイッチング動作により増幅する増幅手段と、
増幅されたデータから必要周波数領域以外の周波数成分を除去するローパスフィルタと、
を備え、
前記デルタシグマ変調手段の動作周波数を送信データに要求される信号対雑音比に基づいて算出し、前記所定の周波数を前記動作周波数とすることを特徴とする通信装置。 A communication device on the transmission side adopting a multi-carrier method,
Sampling data generating means for generating sampling data obtained by sampling the modulation signal at a predetermined frequency;
Delta-sigma modulation means for converting the sampling data into 1-bit digital data;
Amplifying means for amplifying the digital data by a switching operation of a transistor;
A low-pass filter for removing frequency components other than the necessary frequency region from the amplified data;
With
A communication apparatus characterized in that an operating frequency of the delta-sigma modulation means is calculated based on a signal-to-noise ratio required for transmission data, and the predetermined frequency is set as the operating frequency.
変調信号を所定の周波数でサンプリングしたサンプリングデータを生成するサンプリングデータ生成手段と、
前記サンプリングデータの各データ間に0を挿入することにより、所定のアップサンプリング比でアップサンプリング処理されたアップサンプリングデータを生成するアップサンプラと、
前記アップサンプリングデータから折り返しノイズを除去したフィルタリングデータを生成するインターポレーションフィルタと、
前記フィルタリングデータを1ビットのデジタルデータに変換するデルタシグマ変調手段と、
前記デジタルデータをトランジスタのスイッチング動作により増幅する増幅手段と、
増幅されたデータから必要周波数領域以外の周波数成分を除去するローパスフィルタと、
を備え、
前記デルタシグマ変調手段の動作周波数を送信データに要求される信号対雑音比に基づいて算出し、前記所定の周波数を最大使用帯域の2倍以上とし、前記アップサンプリング比を前記動作周波数と前記所定の周波数との比とすることを特徴とする通信装置。 A communication device on the transmission side adopting a multi-carrier method,
Sampling data generating means for generating sampling data obtained by sampling the modulation signal at a predetermined frequency;
An upsampler that generates upsampling data upsampled at a predetermined upsampling ratio by inserting 0 between each piece of the sampling data;
An interpolation filter that generates filtering data obtained by removing aliasing noise from the upsampling data;
Delta-sigma modulation means for converting the filtering data into 1-bit digital data;
Amplifying means for amplifying the digital data by a switching operation of a transistor;
A low-pass filter for removing frequency components other than the necessary frequency region from the amplified data;
With
An operating frequency of the delta-sigma modulation means is calculated based on a signal-to-noise ratio required for transmission data, the predetermined frequency is set to be twice or more of a maximum use band, and the upsampling ratio is set to the operating frequency and the predetermined frequency A communication device characterized by having a ratio to the frequency of
変調信号を所定の周波数でサンプリングしたサンプリングデータを生成するサンプリングデータ生成手段と、
前記サンプリングデータの各データ間に0を挿入することにより、所定のアップサンプリング比でアップサンプリング処理されたアップサンプリングデータを生成するアップサンプラと、
前記アップサンプリングデータを1ビットのデジタルデータに変換するデルタシグマ変調手段と、
前記デジタルデータをトランジスタのスイッチング動作により増幅する増幅手段と、
増幅されたデータから必要周波数領域以外の周波数成分を除去するローパスフィルタと、
を備え、
前記デルタシグマ変調手段の動作周波数を送信データに要求される信号対雑音比に基づいて算出し、前記アップサンプリング比を、前記アップサンプリング処理により生じる折り返し雑音が前記ローパスフィルタで除去可能となる数値とし、前記動作周波数と前記アップサンプリング比に基づき前記所定の周波数を求めることを特徴とする通信装置。 A communication device on the transmission side adopting a multi-carrier method,
Sampling data generating means for generating sampling data obtained by sampling the modulation signal at a predetermined frequency;
An upsampler that generates upsampling data upsampled at a predetermined upsampling ratio by inserting 0 between each piece of the sampling data;
Delta-sigma modulation means for converting the up-sampling data into 1-bit digital data;
Amplifying means for amplifying the digital data by a switching operation of a transistor;
A low-pass filter for removing frequency components other than the necessary frequency region from the amplified data;
With
The operating frequency of the delta-sigma modulation means is calculated based on a signal-to-noise ratio required for transmission data, and the up-sampling ratio is a numerical value at which aliasing noise generated by the up-sampling process can be removed by the low-pass filter. The communication apparatus is characterized in that the predetermined frequency is obtained based on the operating frequency and the upsampling ratio.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107070464A (en) * | 2017-06-13 | 2017-08-18 | 吉林大学 | A kind of Multi-path synchronous frequency division multiplexing millimeter wave swept-frequency signal generation device and method |
-
2006
- 2006-12-13 JP JP2006335822A patent/JP2008148212A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN107070464A (en) * | 2017-06-13 | 2017-08-18 | 吉林大学 | A kind of Multi-path synchronous frequency division multiplexing millimeter wave swept-frequency signal generation device and method |
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