JP2010068319A - 群遅延特性補償装置及び群遅延特性補償方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】デジタル/アナログ変換器又はアナログ/デジタル変換器のエイリアシングを除去するアナログローパスフィルタの群遅延特性を補償する群遅延特性補償装置であって、前記デジタル/アナログ変換器の前段又は前記アナログ/デジタル変換器の後段に、全域通過位相回路を構成し前記アナログローパスフィルタの群遅延特性を補償するデジタル信号処理手段を有する。
【選択図】図3
Description
前記デジタル/アナログ変換器の前段又は前記アナログ/デジタル変換器の後段に、全域通過位相回路を構成し前記アナログローパスフィルタの群遅延特性を補償するデジタル信号処理手段を有する。
前記デジタル/アナログ変換器の前段又は前記アナログ/デジタル変換器の後段に、全域通過位相回路を構成し前記アナログローパスフィルタの群遅延特性を補償するデジタル信号処理を行う。
図1は、ダイレクトコンバージョン型の送信機の一実施形態のブロック図を示す。この送信機はOFDM方式を想定した構成である。同図中、データ生成部11は送信するためのI,Qデータを生成する。このI,QデータはIFFT(Inverse Fast Fourier Transform)部12にて周波数領域の信号から時間領域の信号に変換されてデジタル信号処理部13に供給される。
図2は、ダイレクトコンバージョン型の受信機の一実施形態のブロック図を示す。この受信機はOFDM方式を想定した構成である。同図中、アンテナ21で受信した信号は前置増幅器(LNA)22で増幅され後、直交復調器(IQDEMOD)23に供給され、I,Q信号に復調される。
図3は、デジタル信号処理部13,26を設計する処理の一実施形態のフローチャートを示す。同図中、始めにステップS1で所望の特性を持つアナログのローパスフィルタ15A,15B(又は24A,24B)を設計する。ここでは、ローパスフィルタ15A,15B(又は24A,24B)を2次のバタワース型のアナログローパスフィルタとし、遮断周波数は10kHzとする。
=10kHz/(1/2π)
=6.28×104
K=目的のインピーダンス/基準になるもとのインピーダンス
=50Ω/1Ω
=50
これらより、ステップS3でLとCの定数を以下の計算で求める。
L=1.42[H]×K/M
=1.42[H]×50/6.28×104
≒1.13kH
C=1.42[F]/(M×K)
=1.42[F]/(6.28×104×50)
≒452.23nF
ただし、ε=(10AC−1)1/2
で表される。ACは遮断周波数における減衰量であり、通常は3dBである。このとき、ε=1となる。
=1/[1+(−js)2N]=1/[1+(−s2)N]
この分母が0になるときのs、すなわち極を求める。
=cos(kπ/N)+jsin(kπ/N) (k=0,1,2,…2N−1)
Nが偶数の時は、s2N=−1を解くと、以下のようになる。
sk=ej(2k+1)π/2N
=cos[(2k+1)π/2N]+jsin[(2k+1)π/2N] (k=0,1,2,…2N−1)
G(s)=1/(s+1)
N=2のとき、安定な極はs1=e3π/4、s2=e5π/4であるので、
G(s)=1/[(s−s1)(s−s2)]
=1/[s2+√2s+1]
N=3のとき、安定な極はs2=e2π/3、s3=−1、s4=e4π/3であるので、
G(s)=1/[(s−s3)(s−s1)(s−s2)]
=1/[(s+1)(s2+s+1)]
となり、以降、次数を高くしてもアナログ正規化ローパスフィルタの伝達関数を求めることができる。また、このアナログローパスフィルタの周波数特性を求めるためには、s=jωと置けばよい。
アナログ正規化ローパスフィルタをIIR(Infinite Impulse Response)デジタルローパスフィルタで近似するために、周波数変換、双一次s−z変換を行うが、その前にステップS12で、周波数プリワープを行う必要がある。
jωA=(2/Ts)[1−(exp(jωDTs))−1/1+(exp(jωDTs))−1]
より、
ωA=(2/Ts)tan[(ωDTs)/2]
の関係がある。
以下では、アナログ正規化ローパスフィルタを用いた設計を行うため、カットオフ周波数をωC,Analogとする。
アナログ正規化ローパスフィルタを用いた周波数変換は、s=s/ωCが変換式となり、ステップS13で、これを正規化ローパスフィルタの式に代入して周波数変換を行う。(N=2の場合)以下のようになる。
G(s)=1/[s2+√2s+1]
=1/[(s/ωC)2+√2(s/ωC)+1]
次に、ステップS14で双一次s−z変換を行い、アナログローパスフィルタをデジタルローパスフィルタに変換する(ステップS15)。先に述べたように、双一次s−z変換の式は、s=(2/Ts)[1−Z−1/1+Z−1]である。これを代入すると、以下のようになる。
+√2{(2/Ts)[(1−Z−1)/(1+Z−1)]}+1]
H(z)の周波数特性H(ω)を求めるには、z=exp(jωTs)を代入する。
アナログローパスフィルタの位相特性を補償するために、全域通過位相回路(全域通過フィルタ、もしくはオールパスフィルタとも呼ばれる)を設ける。全域通過位相回路は、以下の数式で表現される回路である(ステップS21)。
(1次)X(z)=(z−1+a1)/(1+a1z−1)
(2次)X(z)=(z−2+a1z−1+a2)/(1+a1z−1+a2z−2)
(3次)X(z)=(z−3+a1z−2+a2z−1+a3)
/(1+a1z−1+a2z−2+a2z−2)
zの次数が高くなるにつれて細かい位相調整が可能になるが、デジタル回路の規模は大きくなり、またの次数が高いため信号全体の遅延時間が大きくなるため、適切な次数で実現する必要がある。
ステップS22で前述の全域通過位相回路とデジタルローパスフィルタを縦続接続した縦続接続フィルタの伝達関数F(z)を求める。
F(z)は以下のように計算される。
群遅延量u(ω)は、位相角の増分d∠F(ω)と角周波数の増分dωから以下の式で求めることができる(ステップS24)。
u(ω)=−d∠F(ω)/dω
ν=u(ω)max−u(ω)min (ただし、ωは信号通過域)
ステップS25では、評価関数νを最小化する全域通過位相回路の係数anを求める。アナログローパスフィルタと全域通過位相回路を設計する段階でのみ設定するのであれば、anの全ての組み合わせについて評価関数νを計算し、最小値を算出する方法で良い。例えば、2次の場合には、−1≦a1≦1、−1≦a2≦1として全ての組について調査を行う。
図13及び図14に上記実施形態で設計した場合の全域通過位相回路をデジタルローパスフィルタに縦続接続したフィルタ(縦続接続フィルタ)とアナログローパスフィルタのシミュレーションによる特性図を示す。図13(A)に実線で示す縦続接続フィルタの振幅・周波数特性は、信号通過域において一点鎖線で示すアナログローパスフィルタの特性に一致する。また、図13(B)に実線で示す縦続接続フィルタの位相・周波数特性は直線性を示している。
(付記1)
デジタル/アナログ変換器又はアナログ/デジタル変換器のエイリアシングを除去するアナログローパスフィルタの群遅延特性を補償する群遅延特性補償装置であって、
前記デジタル/アナログ変換器の前段又は前記アナログ/デジタル変換器の後段に、全域通過位相回路を構成し前記アナログローパスフィルタの群遅延特性を補償するデジタル信号処理手段を
有することを特徴とする群遅延特性補償装置。
(付記2)
付記1記載の群遅延特性補償装置において、
前記全域通過位相回路は、前記アナログローパスフィルタをデジタルローパスフィルタにて近似し、前記全域通過位相回路を前記デジタルローパスフィルタに縦続接続したとき信号通過域の群遅延特性が平坦になるよう前記全域通過位相回路の係数を設定した
ことを特徴とする群遅延特性補償装置。
(付記3)
付記2記載の群遅延特性補償装置において、
前記全域通過位相回路の係数は、前記信号通過域における群遅延特性の最大値と最小値の差分が最小となる値を設定した
ことを特徴とする群遅延特性補償装置。
(付記4)
デジタル/アナログ変換器又はアナログ/デジタル変換器のエイリアシングを除去するアナログローパスフィルタの群遅延特性を補償する群遅延特性補償方法であって、
前記デジタル/アナログ変換器の前段又は前記アナログ/デジタル変換器の後段に、全域通過位相回路を構成し前記アナログローパスフィルタの群遅延特性を補償するデジタル信号処理を行う
ことを特徴とする群遅延特性補償方法。
(付記5)
付記4記載の群遅延特性補償方法において、
前記アナログローパスフィルタをデジタルローパスフィルタにて近似し、
前記全域通過位相回路を前記デジタルローパスフィルタに縦続接続したとき信号通過域の群遅延特性が平坦になるよう前記全域通過位相回路の係数を設定する
ことを特徴とする群遅延特性補償方法。
(付記6)
付記2記載の群遅延特性補償方法において、
前記全域通過位相回路の係数は、前記信号通過域における群遅延特性の最大値と最小値の差分が最小となる値を設定する
ことを特徴とする群遅延特性補償方法。
(付記7)
付記3記載の群遅延特性補償装置は、ダイレクトコンバージョン型の送信機に適用されることを特徴とする群遅延特性補償装置。
(付記8)
付記3記載の群遅延特性補償装置は、ダイレクトコンバージョン型の受信機に適用されることを特徴とする群遅延特性補償装置。
12 IFFT部
13 デジタル信号処理部
15A,15B ローパスフィルタ
16 直交変調器
17 電力増幅器
18,21 アンテナ
22 前置増幅器
23 直交復調器
24A,24B ローパスフィルタ
25A,25B アナログ/デジタル変換器
26 デジタル信号処理部
27 FFT部
28 データ復元部
Claims (6)
- デジタル/アナログ変換器又はアナログ/デジタル変換器のエイリアシングを除去するアナログローパスフィルタの群遅延特性を補償する群遅延特性補償装置であって、
前記デジタル/アナログ変換器の前段又は前記アナログ/デジタル変換器の後段に、全域通過位相回路を構成し前記アナログローパスフィルタの群遅延特性を補償するデジタル信号処理手段を
有することを特徴とする群遅延特性補償装置。 - 請求項1記載の群遅延特性補償装置において、
前記全域通過位相回路は、前記アナログローパスフィルタをデジタルローパスフィルタにて近似し、前記全域通過位相回路を前記デジタルローパスフィルタに縦続接続したとき信号通過域の群遅延特性が平坦になるよう前記全域通過位相回路の係数を設定した
ことを特徴とする群遅延特性補償装置。 - 請求項2記載の群遅延特性補償装置において、
前記全域通過位相回路の係数は、前記信号通過域における群遅延特性の最大値と最小値の差分が最小となる値を設定した
ことを特徴とする群遅延特性補償装置。 - デジタル/アナログ変換器又はアナログ/デジタル変換器のエイリアシングを除去するアナログローパスフィルタの群遅延特性を補償する群遅延特性補償方法であって、
前記デジタル/アナログ変換器の前段又は前記アナログ/デジタル変換器の後段に、全域通過位相回路を構成し前記アナログローパスフィルタの群遅延特性を補償するデジタル信号処理を行う
ことを特徴とする群遅延特性補償方法。 - 請求項4記載の群遅延特性補償方法において、
前記アナログローパスフィルタをデジタルローパスフィルタにて近似し、
前記全域通過位相回路を前記デジタルローパスフィルタに縦続接続したとき信号通過域の群遅延特性が平坦になるよう前記全域通過位相回路の係数を設定する
ことを特徴とする群遅延特性補償方法。 - 請求項2記載の群遅延特性補償方法において、
前記全域通過位相回路の係数は、前記信号通過域における群遅延特性の最大値と最小値の差分が最小となる値を設定する
ことを特徴とする群遅延特性補償方法。
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