JP2008535358A - 広帯域無線通信用の信号受信機 - Google Patents

Abstract

６０ＧＨｚの無線エリアネットワークに用いる信号受信機であって、受信したＲＦ信号帯域（１００）を複数の中間周波数（ＩＦ）のサブバンド（１０４）に変換し、次いで、サブバンド（１０４）の信号のアナログドメインの処理（ＬＰＦ、ＡＧＣ、ＡＤＣ）を並列に行う。その結果、アナログコンポーネントの設計要件が著しく緩和され、各サブバンド（１０４）について利得制御を行って、受信信号の品質を改善することができる。

Description

本発明は、広帯域無線通信用の信号受信機、特に、必ずしも限定はしないが、６０ＧＨｚのＩＳＭ帯域で動作する無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）に用いる信号受信機に関する。

超広帯域（ＵＢＷ）通信はＲＦ無線技法であり、ゼロから１ＧＨｚ以上までの周波数を占める超短波のパルスから成る信号を送信することにある、無線通信及び無線測位を行うための技術を提供する。これらのパルスは、ＲＦ搬送波の、１から僅か数サイクル分を表わす。

国際特許出願のＷＯ ２００４／００１９９８には、受信したＲＦ信号を、複数の周波数サブバンドに分割するためのフィルタバンクを有する、超広帯域（ＵＢＷ）の信号受信機が記載されている。サブバンドの信号はそれから、比較的低いサンプリングレートを用いてデジタル化される。デジタル化した各サブバンドの信号は周波数ドメインに変換され、受信信号のスペクトルが再構成される。

無線通信のアプリケーションにおいては、データレートをますます高くする必要がある。しかしながら、極めて高速なデータレートのポイントツーポイント及びポイントツーマルチポイントのアプリケーションにとって、ＵＷＢは、信号対雑音比と帯域幅との兼ね合いのために、不満足な結果をまねくことがよくある。従って、利用できる広帯域が４ＧＨｚまでであるために、無認可の周波数帯域である６０ＧＨｚ帯域（おおよそ５９〜６３ＧＨｚ）が、高データレートの無線伝送用の潜在帯域として研究されてきた。

一般的に、無線受信機の少なくともベースバンド処理を行うのにデジタル信号処理技法を用いると、デジタル化すべき信号の周波数があまり高くなければ、用途が多様化し、コストが減少するような便益を提供することが知られている。従って、ＷＯ ２００４／００１９９８の受信機は、比較的低速度のアナログ／デジタル変換機を用いることができる。他の方式では、受信したＲＦ信号は、デジタル化する前に、低いＩＦ（中間周波数）にミックスダウンする。その理由は、元の高周波数でのデジタル化は、容認し難いほど高速なアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を必要とするからである。ここで用いている「中間周波数（ＩＦ）」とは、信号の（送信又は）受信時における中間ステップとして、キャリア周波数をシフトさせる周波数のことであり、ヘテロダイン信号をダウンコンバートする場合に、中間周波数は以下のようになる。
ｆ_ＩＦ＝ｆ_ＲＦ−ｆ_ＬＯ
ここで、ｆ_ＩＦは中間周波数、ｆ_ＲＦは無線周波数、ｆ_ＬＯは局部発振周波数である。従って、帯域幅が４ＧＨｚであって、ゼロＩＦアーキテクチャを採用する場合、２ＧＨｚの帯域幅が正の周波数側に生成される。それはほぼＲＦ信号そのものであり、従って、シリコン上でＩＦフィルタリングすることは困難である。

従って、本発明の目的は、アナログドメインでの処理の複雑性を低減し、比較的高速なデータレートを達成するための、広帯域信号受信用の信号受信機を提供することにある。

本発明の第１態様によれば、第１のキャリア周波数を有する広帯域の無線周波信号を受信するための手段と、複数の中間周波サブバンドを生成するための手段とを備え、各サブバンドが、受信した無線周波信号帯域の一部を表わし、且つ前記複数のサブバンドが相俟って、前記第１のキャリア周波数よりも低い第２のキャリア周波数を有すると共に、前記受信した無線周波信号帯域を表わす中間周波信号帯域を規定し、さらに、アナログドメインにおける前記各サブバンドを並列処理してから、前記処理したサブバンドをアナログ／デジタル変換するための中間周波処理手段と、該中間周波処理手段にて得られたデジタル信号を、後のさらなる処理のために合成する手段とを備える、信号受信機が提供される。

本発明の第２態様によれば、キャリア周波数を有する広帯域の無線周波信号を受信するための手段と、前記受信した無線周波信号帯域を前記キャリア周波数より低い周波数でサブサンプリングして、複数の個別サブバンドを生成するようにするための手段とを備え、各サブバンドは、受信した無線周波信号帯域の一部を表わし、さらに、アナログドメインにおける前記各サブバンドを並列処理してから、前記処理したサブバンドをアナログ／デジタル変換するための、中間周波処理手段と、該中間周波処理手段にて得られたデジタル信号を後のさらなる処理のために合成するための手段とを備える、信号受信機が提供される。

本発明は、広帯域の無線周波信号を送信する少なくとも１つの送信機と、上述したような少なくとも１つの信号受信機とを有する、無線エリアネットワークにまで及ぶ。

本発明の信号受信機によれば、アナログドメインでの処理に対して、特に、例えばそれぞれの利得制御器、ＩＦフィルタ及びアナログ／デジタル変換器に対しての複雑度が低下する。さらに、本発明によれば、各サブバンドに対して自動利得制御を行うことにより、得られる信号の品質を改善することができる。

前記本発明の第１態様の好適例では、複数の中間周波サブバンドを発生するための手段は、受信した無線周波信号キャリア周波数を低い中間周波数にシフトしてから、これにて得られた信号帯域の信号を並列にフィルタリングして、前記信号帯域を複数の中間周波数のサブバンドに分けるように構成配置することができる。

この場合には、複数のデジタルフィルタリング手段を設け、各デジタルフィルタリング手段は、ほぼ同じ帯域通過特性を有し、それぞれ変化する中心周波数が、中間周波サブバンドのそれぞれのサブキャリア周波数に対応するようにすることができる。

前記本発明に係る第１態様の他の好適例では、複数の中間周波サブバンドを生成するための手段は、受信無線周波信号帯域を複数のサブバンドに公称的に分け、各サブバンドがサブキャリア周波数を有するようにしてから、各サブバンドのサブキャリア周波数を低い中間周波数にシフトするように構成配置することができる。

この場合には、それぞれのサブキャリア周波数の、複数の局部発信器信号を入力として有する無線周波数シンセサイザを設けて、前記複数の各中間周波サブバンドを生成するようにすることができる。

いずれにしても、中間周波信号帯域のパワースペクトル密度の中心は、ほぼ第２キャリア周波数、好ましくはほぼゼロとするのが好適である。受信される無線周波信号の帯域は６０ＧＨｚ（ほぼ５９〜６３ＧＨｚ）のスペクトル内とすることができる。

前記本発明に係る第２態様の好適例では、キャリア周波数に隣接するサブバンドに対する専用の帯域通過フィルタを設けることができる。

全ての場合において、アナログドメインにおけるサブバンドの並列処理が、該サブバンドの信号に対する少なくとも低域フィルタリング及び／又は自動利得制御を含むことができる。

本発明のこれら及び他の要点は、以下の実施例についての説明から明らかになるであろう。

本発明の実施例を例証として、図面を参照して説明する。

上述したように本発明は、広帯域の無線周波信号を受信し、その信号を並列処理する前にサブバンドに分割し、その後アナログドメインにおける各サブバンドに対してアナログ／デジタル変換を行う信号受信機を提供する。次に、かくして得られた信号を合成して、デジタルドメインにてさらに処理するための信号に再構成する。

第１の模範的な実施例を示す、図１を参照するに、６０ＧＨｚ帯域における無線周波信号１００は、アンテナ１０で受信されて、無線受信機１２へと伝送される。図示のように、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）は、６１ＧＨｚのキャリア周波数の周辺に集中する。帯域幅が４ＧＨｚの、完全に受信した無線周波数の信号帯域１００は、無線受信機１２における無線周波数（ＲＦ）のシンセサイザによって、中間周波数の信号帯域１０２にダウンコンバートされる。ＲＦシンセサイザは、このために局部発振信号を、６１ＧＨｚのＰＳＤ／キャリア周波数で局部発振信号を生成するように構成配置される電圧制御発振器１４から受信する。ゼロアーキテクチャを採用すると、ゼロのＰＳＤ／キャリア周波数を有する中間周波数の信号帯域１０２が得られ、これは元の信号帯域の正の周波数ドメインにおける２ＧＨｚと、負の周波数ドメインにおける２ＧＨｚとを有する。

かくして得られた中間周波信号帯域１０２の信号は、次に、ＩＦ処理モジュール１６の入力端１０３に伝送される。ＩＦ処理モジュール１６は、到来するＩＦ信号帯域の信号を並列にデジタルフィルタリングするためのデジタルフィルタのバンク１８を備えており、各デジタルフィルタは、ほぼ同じ帯域通過特性を有するが、それぞれの中心周波数が異なるため、ＩＦ信号帯域１０２は、複数の各ＩＦサブバンド１０４に有効に分割されるか、又は、‘チョップ’される。この‘チョッピング’は、例えば、任意の‘ビン（bins）’形式か、又は（デジタルフィルタの各中心周波数に対応する）ＯＦＤＭのサブキャリア周波数に基づいて行うことができる。複数のサブバンド１０４が相俟って、ゼロのＰＳＤ周波数が維持される、ＩＦ信号帯域１０２を表わす。

それから各サブバンド１０４は、これらのＩＦサブバンド１０４をアナログドメインにて並列に処理し得るようなそれぞれの処理モジュール２０に伝送される。各処理モジュール２０は、興味のあるチャネルを選択するためのアクティブアナログフィルタを備えている。アクティブフィルタは高い入力ノイズレベルに悩まされ、このようなノイズレベルは受信機の雑音指数を容易に決定付けることができる。従って、自動利得制御（ＡＧＣ）ループに組み込まれる可変利得増幅器（ＶＧＡ）も各処理モジュール２０に設けて、各サブバンド信号を十分に増幅して、フィルタノイズを克服するようにする。次いで、処理した信号を、同じく処理モジュール２０内に設けた各アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）に伝送する。デジタルドメインでは、各サブバンドからの情報（この情報は、元の信号帯域全体に広げられている）をモジュール２２でさらに処理するために‘アセンブル’するか、又は合成し、モジュール２２はその情報を全て収集し、それを処理して、ビットを抽出する。

このように、ＩＦサブバンドの各々はアナログドメインにて並列に処理されるため、ＡＧＣループ及びＡＤＣのようなコンポーネントに対する設計要件は、完全な信号帯域を単位的にとらえる状況に比べて、遥かに緩和される。ＩＦフィルタリングのコンポーネントが多少複雑になるのは勿論であり、これは、上述したように、そのコンポーネントが実際上、帯域通過特性は同じでも、中心周波数が異なるフィルタのバンクを伴うからである。

本発明の第１態様における別の模範的な実施例を概略的に示す図２を参照するに、図１のものと同様な要素を示すものには、同じような参照番号を用いている。図２の配置では、元の無線周波数の受信信号１００をＩＦサブバンド１０４、例えばビンか、又はそれらのＯＦＤＭのサブキャリアに基づくものにダウンコンバートし、各サブバンドをＩＦ処理モジュール１６に伝送する。この場合に、ＩＦ処理モジュール１６は、図１の装置におけるたった１つの入力端に比べ、Ｎ個の入力端１０３_１・・・１０３_Ｎを有することは勿論である。

前述したように、ＩＦ処理モジュール１６は、それぞれのサブバンド１０４を通過させ、これらのＩＦサブバンド１０４をアナログドメインにて並列に処理し得るようにする、それぞれの処理モジュール２０を備えている。各処理モジュール２０は、興味あるチャネルを選択するためのアクティブアナログフィルタを備えている。アクティブフィルタは、受信機の雑音指数を容易に決定付けることができる、高入力雑音レベルに悩まされる。従って、各処理モジュール２０には、自動利得制御（ＡＧＣ）ループに組み込まれる可変利得増幅器（ＶＧＡ）も設けて、各サブバンドの信号を十分に増幅して、フィルタ雑音を克服する。次いで、処理した信号は、同じく処理モジュール２０に設けたアナログ／デジタル変換器に伝送する。デジタルドメインでは、各サブバンドからの情報（この情報は、元の信号帯域全体に広げられている）をモジュール２２でさらに処理するために‘アセンブル’するか、又は合成し、モジュール２２はその情報を全て収集し、それを処理して、ビットを抽出する。

また、ＩＦサブバンドの各々は、アナログドメインにて並列に処理されるため、例えばＡＧＣループ及びＡＤＣなどのアナログ処理コンポーネントに対する設計要件は、フィルタリングのコンポーネントはそのままでも、固定の低域通過フィルタリングを用いるから、緩和される。しかしながら、無線受信機１２におけるＲＦシンセサイザは、図１の配置のそれよりも複雑になる。その理由は、ＵＷＢ方式のものに似ているマルチトーンコンセプトに従って一度に（即ち、生成すべき各ＩＦサブバンドに対して）多目の発振器信号を生成する必要があるからである。

サブサンプリングを用いる本発明の第２態様の模範的な例を示す図３を参照するに、受信ＲＦ信号１００は、帯域通過フィルタ３０を介してサンプラー３２に伝送され、サンプラー３２は、受信信号１００をＲＦキャリア周波数（この場合、６１ＧＨｚ）よりも低い周波数でサンプリングする。次いで、サンプリングした各信号はそれぞれの低雑音増幅器（ＬＮＡ）３４、帯域通過フィルタ３６及びＲＦ可変利得増幅器（ＶＧＡ）３８に伝送されてから、ＩＦ処理モジュール２６におけるそれぞれのアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）４０に伝送される。前述したように、デジタルドメインにおいて、各サブバンドからの情報（この情報は、元の信号帯域全体に広げられている）は、モジュール２２にてさらに処理するために‘アセンブル’されるか、又は合成され、モジュール２２は全ての情報を収集し、それを処理して、ビットを抽出する。

帯域通過フィルタ３６は、ＲＦキャリア周波数（６１ＧＨｚ）付近のビン専用の帯域通過フィルタであるが、ＡＧＣ３８及びＡＤＣ４０は低周波コンポーネントである。この場合にも、ＩＦ処理は並列に行われる。

このように、上述した本発明の全ての模範的な例では、アナログ（ＩＦ）ドメインにて受信される信号帯域のサブバンドを並列に処理する。このようにすることの主要な利点は、例えばアナログ／デジタル変換器、利得制御器及びＩＦフィルタなどのようなコンポーネントに対するアナログドメインにおける複雑性が低くなり、また、‘ビン’、又は‘サブバンド’毎に利得を調整でき、これにより受信信号の品質が改善されることにある。

なお、上述した実施例は本発明を限定するものではなく、当業者には、添付した特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲を逸脱することなく、幾多の変更を加え得ることは明らかである。本発明は、幾つかの個別の素子を備えるハードウェアによるか、又は適切にプログラムしたコンピュータによって実施することができる。装置の請求項に列挙した幾つかの手段において、これら手段の幾つかは全く同じアイテムのハードウェアによって具体化することができる。それぞれの従属請求項にて所定の手段を講じていることは、これらの手段の組み合わせを有利に用いることができない、と云うことを示すのではない。

本発明の第１態様の模範的な第１実施例による信号受信機の主要コンポーネントを示す概略図である。 本発明の第１態様の模範的な第２実施例による信号受信機の主要コンポーネントを示す概略図である。 本発明の第２態様の模範的な実施例による信号受信機の主要コンポーネントを示す概略図である。

Claims (11)

1. 第１のキャリア周波数を有する広帯域の無線周波信号を受信するための手段と、複数の中間周波サブバンドを生成するための手段とを備え、各サブバンドは、受信した無線周波信号帯域の一部を表わし、且つ前記複数のサブバンドが相俟って、前記第１のキャリア周波数よりも低い第２のキャリア周波数を有すると共に、前記受信した無線周波信号帯域を表わす中間周波信号帯域を規定し、さらに、アナログドメインにおける前記各サブバンドを並列処理してから、前記処理したサブバンドをアナログ／デジタル変換するための中間周波処理手段と、該中間周波処理手段にて得られたデジタル信号を、後のさらなる処理のために合成するための手段とを備える、信号受信機。
2. 前記複数の中間周波サブバンドを生成するための手段は、前記受信した無線周波信号のキャリア周波数を低い中間周波数にシフトしてから、これにて得られた信号帯域を並列にフィルタリングして、前記信号帯域を複数の中間周波数のサブバンドに分割するように構成配置する、請求項１に記載の信号受信機。
3. デジタルフィルタリング手段を設け、各デジタルフィルタリング手段は、ほぼ同じ帯域通過特性を有し、さまざまな中心周波数が、中間周波サブバンドのそれぞれのサブキャリア周波数に対応する、請求項２に記載の信号受信機。
4. 前記複数の中間周波サブバンドの信号を生成するための手段は、前記受信した無線周波信号帯域を複数のサブバンドに公称的に分割し、各サブバンドがサブキャリア周波数を有し、各サブバンドのサブキャリア周波数を低い中間周波数にシフトするように構成配置する、請求項１に記載の信号受信機。
5. 前記それぞれのサブキャリア周波数の、複数の局部発信器信号を、入力として有する無線周波数シンセサイザを設けて、前記複数の各中間周波サブバンドを生成するようにした、請求項４に記載の信号受信機。
6. 前記中間周波信号帯域に対する第２のキャリア周波数がほぼゼロである、請求項１に記載の信号受信機。
7. 前記受信される無線周波信号帯域は、６０ＧＨｚスペクトル内にある、請求項１に記載の信号受信機。
8. キャリア周波数を有する広帯域の無線周波信号を受信するための手段と、前記受信した無線周波信号帯域を前記キャリア周波数より低い周波数でサブサンプリングして、各サブバンドが前記受信した無線周波信号帯域の一部を表わす、複数の個別サブバンドを生成するようにする、サブサンプリング手段と、アナログドメインにおける前記各サブバンドを並列処理してから、前記処理したサブバンドをアナログ／デジタル変換するための中間周波処理手段と、該中間周波処理手段にて得られたデジタル信号を後のさらなる処理のために合成するための手段とを備える、信号受信機。
9. キャリア周波数に隣接するサブバンドに対する専用の帯域通過フィルタを設けた、請求項８に記載の信号受信機。
10. 前記アナログドメインにおけるサブバンドの並列処理が、該サブバンドに対する少なくとも低域通過フィルタリング及び／又は自動利得制御を含む、請求項１又は請求項８に記載の信号受信機。
11. 広帯域無線周波信号送信用の少なくとも１つの送信機と、請求項１又は８に記載の少なくとも１つの信号受信機とを有する、無線エリアネットワーク。

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