JP2008187314A

JP2008187314A - イメージ除去型受信装置

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Publication number: JP2008187314A
Application number: JP2007017381A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yamashita; 幸一山下; Tetsuo Goto; 哲雄後藤; Seiya Inoue; 誠也井上; Tetsuya Kurato; 哲也蔵人
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-01-29
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2027-01-29
Also published as: JP4835447B2

Abstract

【課題】無線通信波を受信復調する際に、回路において生じる位相偏差や利得偏差によるイメージ除去効果の劣化を抑制することができ、また、回路規模の増大を抑制することができるイメージ除去型受信装置を得ることを目的とする。
【解決手段】周波数変換部１は、受信信号を周波数変換して直交する中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部２によりＡ／Ｄした変換後、補正回路部３により、中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号をこれらの信号の利得偏差と位相偏差に基づく補正係数により補正する。補正後のＩチャネル信号及び補正Ｑチャネル信号をイメージ除去回路部４に入力し、イメージ除去して出力する。補正回路部３により補正したことで、Ｉチャネル及びＱチャネル間の利得偏差と位相偏差によるイメージ除去効果の劣化を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、無線通信波を受信復調する際に、直交検波されたベースバンド信号に重畳するイメージ成分を除去するイメージ除去受信装置に関するものである。

無線通信波を受信する受信装置には、従来、周波数選択度の高いスーパーへテロダイン方式が採用されていたが、装置の小型化に伴って、ミキサを用いたイメージ除去方式の受信装置が多く開発されるに至っている。例えば、特許文献１には、イメージ除去方式を採用した従来の受信装置が記載されている。この特許文献１によれば、従来の受信装置は、受信信号を周波数変換して直交するＩチャネル信号及びＱチャネル信号を生成し、これらの信号を更に周波数変換し、直交成分をＩチャネル信号及びＱチャネル信号から除去することによってイメージ成分が除去される。また、従来の受信装置は、受信信号を周波数変換して直交成分を得るために局発信号を９０°移相する移相器を設けるが、この移相器で生じる位相偏差を補正するために、制御回路を設けて移相器の設定移相量を調整するものである。

特開２０００−１１５２６５

従来のイメージ除去型受信装置は、上記のように移相器で生じる位相偏差を補正することができるが、このために受信装置内の各移相器の設定位相を可変化し、設定量を変更するための回路を必要とするため、回路規模が増加するという問題点があった。この問題点は、特に、受信信号から中間周波数帯へ周波数変換する第１段目の周波数変換部分における移相器がアナログ回路系であり、この移相量を可変し、設定移相量調整のためのアナログ制御回路を要するところに、顕著になる。また、従来のイメージ除去型受信装置は、利得偏差に対する調整を可能としているが、Ｉチャネル信号、Ｑチャネル信号及びこれらの直交成分に対してそれぞれゲイン調整するための回路を設けているため、回路規模が増大するという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、回路において生じる位相偏差や利得偏差によるイメージ除去効果の劣化を抑制することができ、また、回路規模の増大を抑制することができるイメージ除去型受信装置を得ることを目的とする。

請求項１の発明に係るイメージ除去型受信装置は、受信信号を周波数変換して直交する中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号を出力する周波数変換部と、上記中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号をこれらの信号の利得偏差と位相偏差に基づく補正係数により補正し、補正Ｉチャネル信号及び補正Ｑチャネル信号を生成する補正回路部と、上記補正Ｉチャネル信号及び上記補正Ｑチャネル信号を局発信号により周波数変換して、ベースバンドのＩチャネル信号及びＱチャネル信号と、ベースバンドのＩチャネル直交成分及びＱチャネル直交成分とを生成し、上記ベースバンドのＩチャネル信号を上記Ｑチャネル直交成分によりイメージ除去し、上記ベースバンドのＱチャネル信号を上記Ｉチャネル直交成分によりイメージ除去して出力するイメージ除去回路部とを備えたものである。

請求項２の発明に係るイメージ除去型受信装置は、請求項１の発明に係るイメージ除去型受信装置において、上記周波数変換部は、上記中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号の高周波成分を取り除く低域通過フィルタを介して出力するものである。

請求項３の発明に係るイメージ除去型受信装置は、請求項１又は請求項２の発明に係るイメージ除去型受信装置において、さらに、上記周波数変換部が出力する上記中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号をＡ／Ｄ変換して出力するＡ／Ｄ変換部を備えたものである。

請求項４の発明に係るイメージ除去型受信装置は、受信信号を周波数変換して直交する中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号を生成し、これらの信号を利得制御して出力する周波数変換部と、上記中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号をこれらの信号の位相偏差に基づく補正係数により補正し、補正Ｉチャネル信号及び補正Ｑチャネル信号を生成する補正回路部と、上記補正Ｉチャネル信号及び上記補正Ｑチャネル信号を局発信号により周波数変換して、ベースバンドのＩチャネル信号及びＱチャネル信号と、ベースバンドのＩチャネル直交成分及びＱチャネル直交成分とを生成し、上記ベースバンドのＩチャネル信号を上記Ｑチャネル直交成分によりイメージ除去し、上記ベースバンドのＱチャネル信号を上記Ｉチャネル直交成分によりイメージ除去して出力するイメージ除去回路部とを備えたものである。

請求項５の発明に係るイメージ除去型受信装置は、請求項４の発明に係るイメージ除去型受信装置において、上記周波数変換部は、上記中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号の高周波成分を取り除く低域通過フィルタを介して出力するものである。

請求項６の発明に係るイメージ除去型受信装置は、請求項４又は請求項５に記載のイメージ除去型受信装置において、さらに、上記周波数変換部が出力する上記中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号をＡ／Ｄ変換して出力するＡ／Ｄ変換部を備えたものである。

請求項１乃至請求項３に記載の発明によれば、中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号をこれらの信号の利得偏差と位相偏差に基づく補正係数により補正してイメージ除去するので、回路において生じる位相偏差や利得偏差をイメージ除去効果の劣化を抑制することができる。

請求項４乃至請求項６に記載の発明によれば、中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号を利得制御して出力し、これらの信号の位相偏差に基づく補正係数により補正してイメージ除去するので、回路において生じる位相偏差や利得偏差をイメージ除去効果の劣化を抑制するとともに、補正係数を演算する演算回路を簡易化することができる。

実施の形態１

この発明の実施の形態１に係るイメージ除去型受信装置を図１乃至図３を用いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係るイメージ除去型受信装置の構成を表す構成図である。図１において、１はＲＦ帯の受信信号を周波数変換して直交する中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号を生成する周波数変換部、２は中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部、３はＩチャネル信号及びＱチャネル信号から位相偏差及び利得偏差に基づく補正係数を演算し、得られた補正係数に基づきＩチャネル信号及びＱチャネル信号を補正する補正回路部、４は中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号を周波数変換し、イメージ成分を除去してベースバンドのＩチャネル信号及びＱチャネル信号を出力するイメージ除去回路部である。周波数変換部１において、５は局発信号を発振し出力する発振器、６はπ／２移相器、７は受信信号と発振器５からの局発信号とをミキシングするミキサ、８はミキサ７の出力から高周波成分を取り除く低域通過フィルタ、９は受信信号とπ／２移相された発振器５からの局発信号とをミキシングするミキサ、１０はミキサ９の出力から高周波成分を取り除く低域通過フィルタである。Ａ／Ｄ変換部２において、１１はＩチャネル信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器、１２はＱチャネル信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器である。このＡ／Ｄ変換部２によりデジタル化された中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号をＩ’（ｔ）及びＱ’（ｔ）と表記する。

補正回路部３において、１３はＩ’（ｔ）とＱ’（ｔ）との利得偏差及び位相偏差に基づく補正係数を演算する補正係数演算回路であり、１４はＩ’（ｔ）に補正係数演算回路１３により演算した第１の補正係数を乗算する乗算器、１５はＩ’（ｔ）に補正係数演算回路１３により演算した第２の補正係数を乗算する乗算器、１６はＱ’（ｔ）と乗算器１５の出力を加算する加算器である。乗算器１４によりＩ’（ｔ）は第１の補正係数により補正されており、乗算器１４の出力を補正Ｉチャネル信号と呼び、Ｉ”（ｔ）と表記する。また、加算器１６によりＱ’（ｔ）は第２の補正係数に基づいて補正されており、加算器１６の出力を補正Ｑチャネル信号と呼び、Ｑ”（ｔ）と表記する。

イメージ除去回路部４において、１７は局発信号を発振し出力する発振器、１８は補正Ｉチャネル信号と発振器１７からの局発信号とをミキシングしてベースバンドへ低周波変換するミキサ、１９は補正Ｑチャネル信号と発振器１７からの局発信号とをミキシングしてベースバンドへ低周波変換するミキサである。また、２０はπ／２移相器、２１は補正Ｉチャネル信号とπ／２移相された発振器１７からの局発信号とをミキシングし、ベースバンドのＩチャネル直交成分を出力するミキサ、２２は補正Ｑチャネル信号とπ／２移相された発振器１７からの局発信号とをミキシングし、ベースバンドのＱチャネル直交成分を出力するミキサである。２３はミキサ１８が出力するベースバンドのＩチャネル信号にミキサ２２が出力するＱチャネル直交成分を加算（マイナス加算）する加算器であり、２４は加算器２３出力から高周波成分を除去する低域通過フィルタである。２５はミキサ１９が出力するベースバンドのＱチャネル信号にミキサ２１が出力するＩチャネル直交成分を加算する加算器であり、２６は加算器２５出力から高周波成分を除去する低域通過フィルタである。低域通過フィルタ２４の出力はイメージ成分が除去されたベースバンドのＩチャネル信号であり、これをＩ（ｔ）と表記する。また、低域通過フィルタ２６の出力はイメージ成分が除去されたベースバンドのＱチャネル信号であり、これをＱ（ｔ）と表記する。

次に、実施の形態１に係るイメージ除去型受信装置の動作について説明する。通常、無線通信波は極めて高い周波数であるため、受信したＲＦ帯の受信信号を直接デジタル化して信号処理することはできず、アナログ回路により低周波変換した後にデジタル信号処理を行う。低周波変換部１内の発振器５、π／２移相器６、ミキサ７、ミキサ９、低域通過フィルタ８、及び低域通過フィルタ１０はアナログ部品で構成されるため、部品の性能ばらつき、温度偏差等があり、理論値通りには動作しないものである。特に、イメージ除去型受信装置では、π／２移相器６の位相偏差や、ミキサ７、ミキサ９、低域通過フィルタ８及び低域通過フィルタ１０の利得ばらつきによって、イメージ成分の除去機能が低下してしまう。Ａ／Ｄ変換部２内のＡ／Ｄ変換器１１及びＡ／Ｄ変換器１２の以降は、デジタルでの信号処理を行うことができるので、部品による性能ばらつき、温度偏差は発生しにくい。したがって、アナログ回路部分である周波数変換部１で発生する位相偏差及び利得偏差を補正回路部３で補正するようにする。補正回路部３では、位相偏差θ、利得偏差Ｇに基づく補正係数を演算し、Ｉ’（ｔ）に第１の補正係数Ｇｃｏｓθを乗じ、Ｑ’（ｔ）には、Ｉ’（ｔ）に第２の補正係数Ｇｓｉｎθを乗じたものを加算する。

次に、補正回路部３の処理により位相偏差および利得偏差を補正する原理を説明する。発振器５、発振器１７の発振角周波数をそれぞれω_０、ω_１とすると、各発振器の出力はそれぞれｃｏｓ（ω_０ｔ）、ｃｏｓ（ω_１ｔ）と表すことができる。また、π／２移相器６の移相量をπ／２＋θとして位相偏差θが生じているものとし、Ｉ’（ｔ）の処理経路とＱ’（ｔ）の処理経路に利得偏差が存在し、Ｉ’（ｔ）の処理経路における利得に対するＱ’（ｔ）の処理経路における利得の偏差をＧとする。

まず、受信信号の成分のうち所望波をｃｏｓ（ω_０ｔ＋ω_１ｔ＋ωｔ）とすると、所望波はミキサ７、ミキサ９の出力において、それぞれ、次式により表すことができる。

この信号の角周波数ω_０より高い成分を低域通過フィルタ８及び低域通過フィルタ１０によって阻止し、利得偏差Ｇを乗じて、Ａ／Ｄ変換器１１及びＡ／Ｄ変換器１２の出力Ｉ’（ｔ）、Ｑ’（ｔ）を求めると次式のように表すことができる。

補正回路部３による利得偏差及び位相偏差の補正を行わずに、Ａ／Ｄ変換部２からイメージ除去回路部４へ各チャネル信号が入力される場合には、さらに後段のミキサ、加算器、低域通過フィルタを通過した後、本装置の出力Ｉ（ｔ），Ｑ（ｔ）は、以下の通りとなる。

次に、受信信号の成分のうち、抑圧すべきイメージ成分をｃｏｓ（ω_０ｔ―ω_１ｔ―ωｔ）と表した場合、この成分はＡ／Ｄ変換器１１及びＡ／Ｄ変換器１２の出力に次式による信号として現れる。

このイメージ成分は、補正回路部３による利得偏差及び位相偏差の補正を行わない場合には、本装置での出力Ｉ（ｔ），Ｑ（ｔ）において、次式の通りとなる。

所望波成分とイメージ成分の電力比ＩＲＲ（ＩｍａｇｅＲｅｊｅｃｔｉｏｎＲａｔｅ）は、以下の式で表すことができる。

図２は、式（１１）による所望波成分とイメージ成分の電力比ＩＲＲを表すグラフである。図２のように、電力比ＩＲＲは、利得偏差Ｇが大きく、位相偏差が大きくなると低下することがわかる。

そこで、ＩＲＲを向上させるため、Ｉ’（ｔ）、Ｑ’（ｔ）に次式で表す一次変換を行い、位相偏差θおよび利得偏差Ｇを補正する。ここで、Ｇｃｏｓθは第１の補正係数であり、Ｇｓｉｎθは第２の補正係数である。

上記の式（３）及び（４）によって表される所望波成分Ｉ’（ｔ）、Ｑ’（ｔ）に対して、上記の式（１２）による演算を行うと、所望波成分のＩ”（ｔ）、Ｑ”（ｔ）は、次式のとおりとなる。

この所望波成分について補正されたＩ”（ｔ）及びＱ”（ｔ）を用いれば、所望波成分の本装置での出力Ｉ（ｔ）及びＱ（ｔ）は、以下の通りとなる。

次に、上記の式（７）及び（８）で表されるイメージ成分Ｉ’（ｔ）、Ｑ’（ｔ）に対して、上記の式（１２）による演算を行うと、イメージ成分のＩ”（ｔ）、Ｑ”（ｔ）は、次式のとおりとなる。

このイメージ成分について補正されたＩ”（ｔ）及びＱ”（ｔ）を用いれば、イメージ成分の本装置での出力Ｉ（ｔ）及びＱ（ｔ）は、以下の通りとなる。

式（１９）及び式（２０）に示すように、上記の式（１２）による変換を施すことによって本装置の出力Ｉ（ｔ）及びＱ（ｔ）においてイメージ成分が除去されるので、位相偏差および利得偏差により劣化するイメージ抑圧量を改善することができる。

次に、上記の式（１２）による変換に用いる第１の補正係数と第２の補正係数の演算について説明する。図３は、補正係数演算回路１３の構成の一例を示す構成図である。振幅演算装置２７，２８でそれぞれＩ’（ｔ）、Ｑ’（ｔ）の振幅値を演算する。演算方法としては、（最大値―最小値）を求める方法や、自乗平均と単純平均から計算できる分散から振幅値を求める方法がある。利得偏差Ｇは、Ｑ’（ｔ）の振幅値から、Ｉ’（ｔ）の振幅値を除することで求める。即ち、逆数演算器２９によりＩ’（ｔ）の逆数を求め、Ｑ’（ｔ）との積を乗算器３０により演算する。位相偏差θに対するｓｉｎθは、乗算器３１で利得補正したＩ’（ｔ）信号とＱ’（ｔ）信号を乗算器３２で乗算し、得られた積の直流成分を平均化装置３３で取り出すことにより得られる。また、変換器３４により、ｃｏｓθは、ｓｉｎθから計算できる。ここで、θが−π／２〜π／２の範囲にある場合はｓｉｎθから一意にｃｏｓθを求めることが可能である。乗算器３５により第１の補正係数であるＧｃｏｓθを、乗算器３６により第２の補正係数であるＧｓｉｎθが演算される。この補正回路部３における第１及び第２の補正係数の演算や、Ｉ’（ｔ）及びＱ’（ｔ）を補正するための乗算器１４、乗算器１５及び加算器１６での演算は、Ａ／Ｄ変換部２の後の演算となるので、デジタル処理が可能である。

実施の形態２

実施の形態２においては、利得偏差分の補正をアナログ回路系に実装されるるＡＧＣ（ＡｕｔｏＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）回路で行い、位相偏差分の補正を補正回路部で行う。図４はこの発明の実施の形態２に係るイメージ除去型受信装置の構成を表す構成図である。図４において、３７及び３８はＡＧＣ回路であり、Ｉ’（ｔ）およびＱ’（ｔ）の各信号ラインのレベルを一定に保つことで利得偏差を吸収する。図４において図１と同一の符号を付した回路は、図１におけるそれらの回路と同一又は相当する回路を表す。補正係数演算回路１３は、位相偏差θに対する補正係数を演算すればよい。図５は実施の形態２における補正係数演算回路１３の構成の一例を示す構成図である。図５において図３と同一の符号を付した回路は、図３におけるそれらの回路と同一又は相当する回路を表しており、利得偏差を演算する必要がないため、構成を簡易化することができる。即ち、位相偏差θに対するｓｉｎθは、Ｉ’（ｔ）信号とＱ’（ｔ）信号を乗算器３２で乗算し、得られた積の直流成分を平均化装置３３で取り出すことにより得られる。また、変換器３４により、ｃｏｓθはｓｉｎθから計算できる。利得偏差分を加味しないので、第１の補正係数であるｃｏｓθと、第２の補正係数であるｓｉｎθを補正係数演算回路１３から出力し、補正回路部３においてＩ’（ｔ）信号とＱ’（ｔ）信号を補正する。

この発明の実施の形態１に係るイメージ除去型受信装置の構成を表す構成図である。所望波成分とイメージ成分の電力比ＩＲＲを表すグラフである。補正係数演算回路の構成の一例を示す構成図である。この発明の実施の形態２に係るイメージ除去型受信装置の構成を表す構成図である。補正係数演算回路の構成の一例を示す構成図である。

符号の説明

１周波数変換部
２Ａ／Ｄ変換部
３補正回路部
４イメージ除去回路部
８、１０低域通過フィルタ

Claims

受信信号を周波数変換して直交する中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号を出力する周波数変換部と、上記中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号をこれらの信号の利得偏差と位相偏差に基づく補正係数により補正し、補正Ｉチャネル信号及び補正Ｑチャネル信号を生成する補正回路部と、上記補正Ｉチャネル信号及び上記補正Ｑチャネル信号を局発信号により周波数変換して、ベースバンドのＩチャネル信号及びＱチャネル信号と、ベースバンドのＩチャネル直交成分及びＱチャネル直交成分とを生成し、上記ベースバンドのＩチャネル信号を上記Ｑチャネル直交成分によりイメージ除去し、上記ベースバンドのＱチャネル信号を上記Ｉチャネル直交成分によりイメージ除去して出力するイメージ除去回路部とを備えたことを特徴とするイメージ除去型受信装置。
上記周波数変換部は、上記中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号の高周波成分を取り除く低域通過フィルタを介して出力することを特徴とする請求項１に記載のイメージ除去型受信装置。
請求項１又は請求項２に記載のイメージ除去型受信装置において、さらに、上記周波数変換部が出力する上記中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号をＡ／Ｄ変換して出力するＡ／Ｄ変換部を備えたことを特徴とするイメージ除去型受信装置。
受信信号を周波数変換して直交する中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号を生成し、これらの信号を利得制御して出力する周波数変換部と、上記中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号をこれらの信号の位相偏差に基づく補正係数により補正し、補正Ｉチャネル信号及び補正Ｑチャネル信号を生成する補正回路部と、上記補正Ｉチャネル信号及び上記補正Ｑチャネル信号を局発信号により周波数変換して、ベースバンドのＩチャネル信号及びＱチャネル信号と、ベースバンドのＩチャネル直交成分及びＱチャネル直交成分とを生成し、上記ベースバンドのＩチャネル信号を上記Ｑチャネル直交成分によりイメージ除去し、上記ベースバンドのＱチャネル信号を上記Ｉチャネル直交成分によりイメージ除去して出力するイメージ除去回路部とを備えたことを特徴とするイメージ除去型受信装置。
上記周波数変換部は、上記中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号の高周波成分を取り除く低域通過フィルタを介して出力することを特徴とする請求項３に記載のイメージ除去型受信装置。
請求項４又は請求項５に記載のイメージ除去型受信装置において、さらに、上記周波数変換部が出力する上記中間周波数のＩチャネル信号及びＱチャネル信号をＡ／Ｄ変換して出力するＡ／Ｄ変換部を備えたことを特徴とするイメージ除去型受信装置。