JP2009529281A

JP2009529281A - 無線受信機

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Publication number: JP2009529281A
Application number: JP2008557883A
Authority: JP
Inventors: シージェイエゲルミアズエンゲルベルタス; エイチエーエフデグラーフラルフ; エヌファンカルスビークディルク
Original assignee: NXP BV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2009-08-13
Also published as: US20090093227A1; WO2007102133A1; EP1997224A1; CN101401302A; US8238859B2

Abstract

信号受信手段と、この信号受信手段に結合された少なくとも１つの可調整素子とを有する無線受信機を構成する方法であって、前記少なくとも１つの可調整素子を、複数の値から選択した第１の値に設定する設定工程と、前記信号受信手段及び前記少なくとも１つの可調整素子を介して受信した信号の品質を測定する測定工程と、前記複数の値から選択した少なくとも第２の値に対し前記設定工程及び測定工程を繰り返す工程と、最高の測定信号品質を提供する前記少なくとも１つの可調整素子の値を決定する工程とを具える方法を提供する。

Description

本発明は、無線受信機に関するものであり、特に、無線受信機における素子を特定の周波数の信号に同調させる方法及び装置に関するものである。

理想的な無線受信機では、アンテナは、受信すべきあらゆる独自の周波数に対し最適な特定の長さ又は特定のパラメータを有している。アンテナの長さは、同調すべき周波数に依存する。無線フロントエンドは共振回路としても知られており、整合がとれている必要がある。アンテナ共振回路における素子の値を変えることなく周波数が変化すると、狭い帯域（例えば、周波数変調帯域：８７．５〜１０８ＭHz）内では、わずかな不整合を生ぜしめるおそれがある。

波形の長さは、光の速度を周波数で割ることにより計算される（以下の例では、光の速度を３０００００Km／ｓとした）。代表的には、特定の周波数に対するアンテナの長さは波形の長さの４分の１である。従って、狭いＦＭ帯域を考慮すると、１００ＭHzに対する理想的なアンテナの長さは７５cmであり、８７．５ＭHzに対する理想的なアンテナの長さは８６cmであり、１０８ＭHzに対する理想的なアンテナの長さは６９cmである。しかし、アンテナの長さをこの範囲の真ん中に選択することにより、ＦＭ帯域における信号の受信をそれほど複雑にしない。その理由は、所望のアンテナの長さのずれが帯域全体に亘りほぼ２５％である為である。

しかし、広帯域分野で用いるアンテナ共振回路における素子の値を変えることなく周波数が変化すると、以下の例が示すように大きな不整合を生ぜしめるおそれがある。

中波（ＭＷ）帯では、１０００ｋHzに対する理想的なアンテナの長さは７５ｍであり、５２０ｋHzに対する理想的なアンテナの長さは１４４ｍであり、１６２０ｋHzに対する理想的なアンテナの長さは４６ｍである。従って、全ＭＷ帯に亘る約３００％のずれはＭＷ帯の場合極めて厳しいものとなる。この例から得られる同調性の悪いアンテナは信号の受信を悪くする。

多くの中波又は長波（ＬＷ）分野では、“フェロセプタ（ferroceptor）”が用いられている。フェロセプタはフェライトコアを有するコイル状の磁気アンテナである。このアンテナには、小型であるとともに妨害に感応しにくいという利点がある。しかし、既に概説したように、広帯域分野では同調性が悪いという問題がある。

アンテナを同調させるには種々の異なる方法があることは知られている。アンテナは、コイルと１つ以上のキャパシタとの組み合わせである為、コイルのインダクタンス又は１つ以上のキャパシタの値を変えることができる。

ＭＷ分野やＬＷ分野のような広帯域分野では、キャパシタのバンクを設けることができる。フェロセプタのインダクタンスに関しては、必要に応じ、キャパシタの値がＭＷ及びＬＷ帯域を覆うように選択される。使用に際しては、無線受信機を同調する周波数にアンテナを同調させる必要がある。すなわち、７００ｋHzの信号を受信したい場合には、適切なキャパシタをキャパシタのバンクから選択する必要がある。同調の計算はフェロセプタ値に基づいて行われる。新たな周波数を選択する度に、新たなキャパシタンスを計算する必要がある。

フェロセプタコイルのインダクタンスは、ある広がりを有する。従って、キャパシタンスの計算結果は理想値からずれる。それ故、無線の使用者はこのずれを不良受信状態として経験する。従って、アンテナを製造する際に、フェロセプタの実際のインダクタンス値を導出し、これに応じインダクタンス又はキャパシタンスを変化させる必要がある。しかし、この同調は複雑であり、製造時間を費やす。

従って、本発明の目的は、集積化したキャパシタバンクを、無線受信機に用いられている広帯域の周波数範囲に整列させ、ＩＣの外部の素子を調整する必要性を無くすようにすることにある。

本発明の第１の態様によれば、信号受信手段と、この信号受信手段に結合された少なくとも１つの可調整素子とを有する無線受信機を構成する無線受信機構成方法であって、前記少なくとも１つの可調整素子を、複数の値から選択した第１の値に設定する設定工程と、前記信号受信手段及び前記少なくとも１つの可調整素子を介して受信した信号の品質を測定する測定工程と、前記複数の値から選択した少なくとも第２の値に対し前記設定工程及び測定工程を繰り返す繰り返し工程と、最高の測定信号品質を提供する前記少なくとも１つの可調整素子の値を決定する決定工程とを具える無線受信機構成方法を提供する。

本発明の第２の態様によれば、
信号受信手段と、
この信号受信手段に結合された少なくとも１つの可調整素子と、
前記少なくとも１つの可調整素子を、複数の値から選択した第１の値に設定する設定工程と、前記信号受信手段及び前記少なくとも１つの可調整素子を介して受信した信号の品質を測定する測定工程と、前記複数の値から選択した少なくとも第２の値に対し前記設定及び測定を繰り返す繰り返し工程と、最高の測定信号品質を提供する前記少なくとも１つの可調整素子の値を決定する決定工程とを行うようにした処理手段と
を具える無線受信機を提供する。

本発明の上述した及びその他の態様は、以下の図面に関する実施例の説明から明らかとなるであろう。

図１は、本発明による無線受信機２を示すブロック線図である。この無線受信機２は、無線信号を受信する、コイルのようなアンテナ素子４を有し、このアンテナ素子は受信機回路８の入力端６に接続されている。受信機回路８は、キャパシタ１１の切り換え式バンクを有する集積化ＲＦ段１０と、この集積化ＲＦ段１０におけるキャパシタ１１のバンクの切り換えを制御するスイッチ制御回路１２と、この集積化ＲＦ段１０の出力端に結合された処理回路１４とを具えている。処理回路１４は、受信機回路８の出力端１６に音声出力信号を生じ、この信号が拡声器１８に供給される。

上述したように、受信すべき信号の周波数が変化すると（すなわち、無線受信機２が他の無線局に同調されると）、大きな不整合を回避するために、受信機回路８のキャパシタンスを変化させる必要がある。すなわち、この周波数でＲＦ信号を受信するには、（最大のＲＦ信号レベルのような）最大の受信信号品質を生じるキャパシタ１１のバンクにおける１つのキャパシタ又はキャパシタの組み合わせを選択する必要がある。

このことを図２に示す。この図２は、特定の周波数にあるＲＦ信号に対する集積化ＲＦ段１０に用いられるキャパシタンスに対し、受信機回路８におけるＲＦ信号レベルがいかに変化するかを示している。可能な最大の受信信号レベルＲＦ_maxは、集積化ＲＦ段１０のキャパシタンスが最適値Ｃ_oにある際に生じる。キャパシタンスが最適値Ｃ_oから変化するにつれ、受信ＲＦ信号レベルは最大の受信信号レベルＲＦ_maxから減少する。

図３は、特定の周波数の無線信号を受信するのに用いる適切なキャパシタンスをキャパシタンスのバンクから選択する本発明による方法の流れ図を示す。この方法によれば、無線受信機２の製造に際してアンテナのオフセットを導出させる必要性を回避する。

本発明の方法は、ステップ１０１で開始する。このステップ１０１では、既知とするのが好ましい周波数及び電力レベルを有するＲＦ信号が送信される。ステップ１０３では、既知のＲＦ信号により用いられる周波数に対し、当該技術分野で既知の式を用いて初期設定キャパシタンスを計算する。初期設定キャパシタンスは、例えば、以下の式から計算しうる。
キャパシタンスの選択値＝［（帯域中の最大周波数）−（選択周波数）］／（チャネル間隔）
従って、最大周波数が１７００ｋHzで、選択周波数が６００ｋHzで、チャネル間隔が１０ｋHzであると、初期設定キャパシタンスの選択値は１１０となる。このキャパシタンスの選択値は、実際には、１つよりも多いキャパシタを有しうる特定のキャパシタンスの選択値に対する指針となるものである。

ステップ１０５では、無線受信機２が、ＲＦ信号を検出する初期設定キャパシタンスを用いる探索アルゴリズムを開始する。初期設定キャパシタンスは、キャパシタ１１の切り換え式バンクにおける特定のキャパシタの値に相当しうる。この場合、スイッチ制御回路１２により、集積化ＲＦ段１０がＲＦ信号を受信する回路中のキャパシタを用いるようにする。或いは、キャパシタ１１の切り換え式バンクにおける２つ以上のキャパシタの直列又は並列に接続した際の値に相当しうる。この場合、スイッチ制御回路１２により、集積化ＲＦ段１０がキャパシタ１１のバンクにおけるキャパシタの適切な組み合わせを用いるように制御する。

ステップ１０７では、無線受信機２が初期設定キャパシタンスを用いて得られた受信ＲＦ信号の信号品質を測定する。本例では、受信ＲＦ信号のＲＦ信号レベルを測定することにより信号品質を測定する。ＲＦ信号レベルを測定するのに、受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）を用いる。しかし、当業者にとって明らかなように、ＲＦ信号品質、例えば、信号対雑音比や調波歪みを測定する（しかし、実験室条件下でのみ）他の方法をも用いることができる。

ステップ１０９では、キャパシタンス値を変更するとともに（この変更にはキャパシタ１１のバンクにおいて他のキャパシタへの又はキャパシタの他の組み合わせへの切り換えを含みうる）、ＲＦ信号レベルを測定する（この場合も、ＲＳＳＩを用いるのが好ましい）。

ステップ１１１では、最大受信ＲＦ信号又は最高の信号品質が受信されたことを表すキャパシタンス値が確認されたかどうかを決定する。最大のＲＦレベルが得られなかった場合には、処理がステップ１０９に戻り、再びキャパシタンス値を変更し、ＲＦ信号レベルを測定する。

最大ＲＦレベルが受信されたことを表すキャパシタンス値が確認された（すなわち、この確認された値の周囲のキャパシタンス値を検査し、その結果、この確認された値の場合よりも低いＲＦ信号レベルが受信されたことを表す）場合には、処理がステップ１１３に進み、このステップ１１３でこの確認された値のキャパシタンスをＲＦ信号の関連周波数と一緒にメモリ（図１に図示せず）に記憶させる。このキャパシタンスは値として、又は集積化ＲＦ段１０におけるスイッチの形態として記憶させることができる。

次に、所望に応じ、処理をステップ１０１に戻し、帯域中の他の周波数に対し処理を繰り返すことができる。

キャパシタンス値を変更するステップ１０９の更なる繰り返しは、キャパシタンス値に対する以前の変更と、ＲＦ信号レベルに関するその測定効果とを考慮するのが好ましい。

例えば、第１のキャパシタンス値への変更により、測定されたＲＦ信号レベルが減少する場合には、第３のキャパシタンス値を選択する。この第３のキャパシタンス値は、最適なキャパシタンス値Ｃ_Oが第１のキャパシタンス値と第２のキャパシタンス値との間にあるかどうかを決定する第１のキャパシタンス値及び第２のキャパシタンス値に対する中間値であり、又は第２のキャパシタンス値が第１のキャパシタンス値よりも低い場合には、第１のキャパシタンス値よりも高い値であり、又は第２のキャパシタンス値が第１のキャパシタンス値よりも高い場合には、第１のキャパシタンス値よりも低い値である。第１のキャパシタンス値への変更により、測定されたＲＦ信号レベルが増大する場合には、以下の第３のキャパシタンス値を選択する。この第３のキャパシタンス値は、最適なキャパシタンス値Ｃ_Oが第１のキャパシタンス値と第２のキャパシタンス値との間にあるかどうかを決定する第１のキャパシタンス値及び第２のキャパシタンス値に対する中間値であり、又は第１のキャパシタンス値が第２のキャパシタンス値よりも低い場合には、第２のキャパシタンス値よりも高い値であり、又は第１のキャパシタンス値が第２のキャパシタンス値よりも高い場合には、第２のキャパシタンス値よりも低い値である。

本発明の一実施例では、キャパシタンスの値を、キャパシタ１１のバンクにより表しうる隣のキャパシタンス値に調整する。従って、上述した例では、次のキャパシタンス値を、第１及び第２のキャパシタンス値間の中間値として選択することができず、従って、その代わりに、第１及び第２のキャパシタンス値に対して測定したＲＦ信号レベルに応じて、第１又は第２のキャパシタンス値よりも高い又は低い値を選択する。

本発明の他の実施例では、キャパシタンスの値を、ステップ１０９の各繰り返しにおいて百分率で調整する。好ましくは、特定の百分率による第１の調整後、キャパシタンス値に対する更なる調整を、最大の測定ＲＦ信号レベルが確認されるようになるキャパシタンス値までこの特定の百分率の割合として行う。

図３の処理は製造処理中に（すなわち、無線受信機を消費者に渡す前に）実施するのが好ましいので、本発明による方法は、少なくとも部分的に、無線受信機２とは別のマイクロコントローラ又はその他の診断及び検査装置において実行することができ、又は無線受信機自体において実行することができる。

図４は、無線受信機２をユーザが使用する際に、特定の周波数の無線信号を受信するのに用いる適切なキャパシタンスをキャパシタンスのバンクから選択する本発明による他の方法の流れ図を示す。この方法によれば、無線受信機２の製造に際してアンテナのオフセットを導出させる必要性を回避するとともに、無線受信機２の素子の老化及び温度による変化を補償しうる。

この方法はステップ２０１で開始し、エンドユーザが無線受信機２を所望の無線局の周波数に同調させる。ステップ２０３では、当該技術分野で既知の式を用いて無線局の周波数に対する初期設定キャパシタンスを計算する。或いはまた、製造中に図３につき上述した方法を用いて所望の又は隣接の周波数に対するキャパシタンス値が決定された場合には、このキャパシタンス値に初期設定キャパシタンスを設定しうる。

ステップ２０５では、無線受信機２がキャパシタンスを初期設定値に設定し（この設定が既に行われていない場合）、信号品質を測定する。本例でも、ＲＦ信号レベルを測定することにより、信号品質を測定する。図３に示す場合と同様に、初期設定キャパシタンスを、キャパシタ１１の切り換え式バンクにおける特定のキャパシタの値に一致させることができ、この場合、スイッチ制御回路１２により、集積化ＲＦ段１０がＲＦ信号を受信する回路にこのキャパシタを用いるようにする。又は、初期設定キャパシタンスを、キャパシタ１１の切り換え式バンクにおけるキャパシタの２つ以上のキャパシタの直列又は並列に接続した際の値に一致させることができ、この場合、スイッチ制御回路１２により、集積化ＲＦ段１０がキャパシタ１１のバンクにおけるキャパシタの適切な組み合わせを用いるようにする。本例の場合も、図３の方法と同様に、ＲＦ信号レベルを測定するのに、受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）を用いるのが好ましい。しかし、当業者にとって明らかなように、信号品質及びＲＦ信号レベルを測定する他の方法をも用いることができる。

ステップ２０７では、キャパシタンス値を変更するとともに（この変更には、キャパシタ１１のバンクにおける異なるキャパシタへの又はキャパシタの異なる組み合わせへの切り換えを含みうる）、好ましくはこの場合もＲＳＳＩを用いて、ＲＦ信号レベルを測定する。

前述した図３における処理と同様に、キャパシタンス値を変更するステップ２０７の更なる繰り返しに、キャパシタンス値に対する前の変更及びそのＲＦ信号レベルに対する測定効果を考慮するのが好ましい。

ステップ２０９では、無線局に対する最大の受信ＲＦ信号が受信されたことを表すキャパシタンスが確認されたかどうかを決定する。最大のＲＦレベルが得られなかった場合には、処理がステップ２０７に戻り、キャパシタンス値を変更し、無線局のＲＦ信号レベルを測定する。

無線局に対する最大ＲＦレベルが受信されたことを表すキャパシタンス値が確認された（すなわち、この確認された値の周囲のキャパシタンス値を検査し、その結果、この確認された値の場合よりも低いＲＦ信号レベルが受信されたことを表す）場合には、処理がステップ２１１に進み、このステップ２１１でこの確認された値のキャパシタンスを所望の無線局に対する信号の更なる受信に用いる。

キャパシタンス値は、必要に応じ、無線受信機２により後に用いるために、無線局の識別性と一緒にメモリ（図１に図示せず）に記憶することができる。しかし、この場合、無線受信機２の素子の劣化及び温度を補償するために、図４における方法を、（好ましくは、記憶したキャパシタンスを初期設定キャパシタンスとして用いることにより）繰り返す必要がある。

いかなる場合にも、振幅変調を使用することにより生じ、ＲＦレベルに影響を及ぼすおそれのあるＲＦ信号レベル測定誤差を補償するには、好ましくは、特定の周波数に対する最終のキャパシタンス値を選択する前に図３及び４に示す処理を繰り返す必要がある。好適実施例では、処理を少なくとも３回繰り返す。

処理の繰り返しには、ステップ１０３〜１１１又はステップ２０３〜２０９の繰り返しを含めるのが好ましい。

上述したところでは、無線受信機がキャパシタのバンクを含むものとして説明したが、無線受信機２は、同様な機能を実行する素子、例えば、キャパシタとして用いるダイオードであり、このダイオードに印加する逆電圧によりキャパシタンスが変化するバラクタの切り換え式バンクを有するようにしうるものである。又、ＤＡＣとバラクタとの組み合わせを用いることもできる。

本発明を図面に関して詳細に上述したが、かかる説明は例示的なものであり、本発明は上述した実施例に限定されるものではない。

上述した実施例に対する変形例は、特許請求の範囲に記載した本発明を実施するに当たり、図面に関する説明及び特許請求の範囲から当業者が理解し、実施しうるものである。ある手段を互いに異なる従属請求項で述べているという単なる事実は、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いうことを意味するものではない。コンピュータプログラムを、他のハードウェアと一緒に又はその一部として提供される光記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体に記憶／配信することができるが、インターネット或いはその他の有線又は無線通信システムを介するような他の形態で配信することもできる。

図１は、本発明による無線受信機を示すブロック線図である。図２は、アンテナのキャパシタンスが変化した際に受信ＲＦ信号レベルの変化を示すグラフである。図３は、本発明の第１の態様による方法を示す流れ図である。図４は、本発明の第２の態様による方法を示す流れ図である。

Claims

信号受信手段と、この信号受信手段に結合された少なくとも１つの可調整素子とを有する無線受信機を構成する無線受信機構成方法であって、
前記少なくとも１つの可調整素子を、複数の値から選択した第１の値に設定する設定工程と、
前記信号受信手段及び前記少なくとも１つの可調整素子を介して受信した信号の品質を測定する測定工程と、
前記複数の値から選択した少なくとも第２の値に対し前記設定工程及び測定工程を繰り返す繰り返し工程と、
最高の測定信号品質を提供する前記少なくとも１つの可調整素子の値を決定する決定工程と
を具える無線受信機構成方法。
請求項１に記載の無線受信機構成方法において、前記第２の値に続く値を前の少なくとも２つの値に対し測定した信号品質に基づいて前記複数の値から選択する無線受信機構成方法。
請求項１又は２に記載の無線受信機構成方法において、品質を測定する前記測定工程が、信号強度を測定する工程を有する無線受信機構成方法。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の無線受信機構成方法において、前記信号受信手段及び前記少なくとも１つの可調整素子を介して受信した前記信号が既知の周波数を有するようにする無線受信機構成方法。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の無線受信機構成方法において、前記信号受信手段及び前記少なくとも１つの可調整素子を介して受信した前記信号が既知の電力レベルを有するようにする無線受信機構成方法。
請求項４に記載の無線受信機構成方法において、複数の値から選択した前記第１の値を既知の周波数から決定する無線受信機構成方法。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の無線受信機構成方法において、前記少なくとも１つの可調整素子が、キャパシタの切り換え可能なバンクを有するようにする無線受信機構成方法。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の無線受信機構成方法において、前記少なくとも１つの可調整素子が、バラクタの切り換え可能なバンクを有するようにする無線受信機構成方法。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の無線受信機構成方法において、前記少なくとも１つの可調整素子が、ＤＡＣとバラクタとの制御可能な組み合わせを有するようにする無線受信機構成方法。
請求項１〜９のいずれか一項に記載の無線受信機構成方法において、前記決定工程の結果を確認するために、前記設定工程と、前記測定工程と、前記繰り返し工程と、前記決定工程とを繰り返す無線受信機構成方法。
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の無線受信機構成方法において、１つの信号又は互いに異なる周波数を有する複数の信号に対し、前記設定工程と、前記測定工程と、前記繰り返し工程と、前記決定工程とを繰り返す無線受信機構成方法。
信号受信手段と、
この信号受信手段に結合された少なくとも１つの可調整素子と、
前記少なくとも１つの可調整素子を、複数の値から選択した第１の値に設定する設定工程と、前記信号受信手段及び前記少なくとも１つの可調整素子を介して受信した信号の品質を測定する測定工程と、前記複数の値から選択した少なくとも第２の値に対し前記設定及び測定を繰り返す繰り返し工程と、最高の測定信号品質を提供する前記少なくとも１つの可調整素子の値を決定する決定工程とを行うようにした処理手段と
を具える無線受信機。
請求項１２に記載の無線受信機において、前記処理手段は更に、先行する少なくとも２つの値に対し測定した信号品質に基づいて前記第２の値に続く値を前記複数の値から選択するようになっている無線受信機。
請求項１２又は１３に記載の無線受信機において、前記処理手段は、信号の強度を測定することにより信号の品質を測定するようになっている無線受信機。
請求項１２又は１３に記載の無線受信機において、前記信号受信手段を介して受信した信号が既知の周波数を有するようにした無線受信機。
請求項１５に記載の無線受信機において、前記信号受信手段及び前記少なくとも１つの可調整素子を介して受信した信号が既知の電力レベルを有するようにした無線受信機。
請求項１５又は１６に記載の無線受信機において、前記処理手段は、既知の周波数を用いて前記複数の値から選択した前記第１の値を決定するようになっている無線受信機。
請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の無線受信機において、前記少なくとも１つの可調整素子がキャパシタの切り換え可能なバンクを有する無線受信機。
請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の無線受信機において、前記少なくとも１つの可調整素子がバラクタの切り換え可能なバンクを有する無線受信機。
請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の無線受信機において、前記少なくとも１つの可調整素子がＤＡＣとバラクタとの制御可能な組み合わせを有する無線受信機。
請求項１２〜２０のいずれか一項に記載の無線受信機において、前記処理手段は、前記設定工程と、前記測定工程と、前記繰り返し工程と、前記決定工程とを繰り返して、前記決定工程の結果を確認するようになっている無線受信機。
請求項１２〜１９のいずれか一項に記載の無線受信機において、前記処理手段は、１つの信号又は互いに異なる周波数を有する信号に対し、前記設定工程と、前記測定工程と、前記繰り返し工程と、前記決定工程とを繰り返すようになっている受信機。