JP2010147697A - 周波数変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型かつ低コストであり、受信された放送波信号を、その信号スペクトルを反転させた後に、ベースバンド複素信号に変換することが可能な周波数変換装置を提供する。
【解決手段】アナログ−デジタル変換部１１は、局部発振器１１１から出力されるｆｓ／２＜ｆ＜ｆｓの要件を満たす周波数ｆｓの局部発振信号を利用して、ＩＦ信号をデジタル信号へ変換する。直交復調部１２では、デジタル変換の際にｆｓ／２を基準に折り返されて生成されたイメージ信号をデジタルＩＦ信号とする。ＤＤＳ１２１からはこのデジタルＩＦ信号の周波数の正弦波及び余弦波が出力され、この正弦波及び余弦波をミキサ１２２，１２３でデジタルＩＦ信号に乗じる。正弦波及び余弦波が乗じられたデジタルＩＦ信号は、ＬＰＦ１２４，１２５を通過することで、不要信号成分が抑圧され、ベースバンドＩ／Ｑ信号となり、信号処理部２０へ供給される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば地上デジタル放送システムにおいて、受信した放送波を周波数変換した後、ベースバンド複素信号を生成する周波数変換装置に関する。

地上デジタル放送において、放送局は、スタジオからのＴＳ(Transport Stream)信号をＯＦＤＭ方式に基づいた変調を行った後、マイクロ波帯の放送波信号に周波数変換して送出する。このとき、放送局は、ＴＳ信号をマイクロ波帯の放送波信号へ周波数変換する際、効率的にフィルタリング処理を行うために信号スペクトルが反転した変調信号を利用する場合がある。このような場合、受信装置及び中継装置では、受信した放送波信号の信号スペクトルをＴＳ信号の信号スペクトルと同じにするため、信号スペクトルを反転させる処理を行う必要がある。

従来の受信装置及び中継装置では、アンテナで受信した放送波信号をダウンコンバータで一旦、中間周波数帯よりも高い周波数帯の第１のＩＦ（Intermediate Frequency）信号に変換し、その信号をダウンコンバータの後段に設置されたアナログ式の周波数変換器により中間周波数帯に変換すると共に信号スペクトルを反転させる。信号スペクトルが反転されたＩＦ信号は、アナログ−デジタル変換部でこの信号の周波数の２倍以上のサンプリング周波数を用いてデジタル信号に変換される。そして、受信装置及び中継装置は、このデジタル信号にＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）から出力された正弦波及び余弦波をミキサで乗算することで、ベースバンド複素信号に復調して信号処理を行う。

しかしながら、従来の受信装置及び中継装置では、放送波の信号スペクトルを反転させるためのアナログ式の周波数変換器を設置する必要があり、装置の大型化、高コスト化等の要因となっている。また、従来の装置におけるアナログ−デジタル変換部では、ＩＦ信号の周波数の２倍以上のサンプリング周波数を用いてアナログ−デジタル変換が行われるため、高い周波数の局部発振信号を発振可能な局部発振器が必要となり、装置の高コスト化の要因となっている。

なお、特許文献１では、アンダーサンプリングを用いて信号の周波数変換を行うことで、できる限り低いサンプリング周波数を決定する技術が提案されている。しかしながら、特許文献１では、上述のような放送波信号の信号スペクトルを反転させる問題を解決するものではない。
特開２００６−１８０３７３号公報

以上のように、従来、受信した放送波信号の信号スペクトルを反転させようとする場合、ダウンコンバータの他にアナログ式の周波数変換器が必要であり、装置の大型化及び高コスト化の要因となっていた。

この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、小型かつ低コストであり、受信された放送波信号を、その信号スペクトルを反転させた後に、ベースバンド複素信号に変換することが可能な周波数変換装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る周波数変換装置は、受信された放送波信号が中心周波数ｆの中間周波数帯に変換されたＩＦ（Intermediate Frequency）信号を受け取り、ｆｓ／２＜ｆ＜ｆｓの関係を満たすサンプリング周波数ｆｓで前記ＩＦ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換手段と、前記アナログ−デジタル変換手段から出力され、前記ＩＦ信号のスペクトルに対して反転したスペクトルを有する中心周波数ｆｓ−ｆのデジタル信号を、ベースバンド帯の複素信号へ直交復調する直交復調手段とを具備する。

上記構成による周波数変換装置では、ｆｓ／２＜ｆ＜ｆｓの関係を満たすサンプリング周波数ｆｓを利用することで、ｆｓ／２を基準に折り返されて生成されたイメージ信号をデジタルＩＦ信号として処理するようにしている。これにより、デジタルＩＦ信号の信号スペクトルは、入力されるＩＦ信号の信号スペクトルに対して反転したものとなる。また、サンプリング周波数ｆｓがｆｓ／２＜ｆ＜ｆｓであるため、従来のサンプリング周波数よりも低いサンプリング周波数を設定することが可能となる。

この発明によれば、小型かつ低コストであり、受信された放送波信号を、その信号スペクトルを反転させた後にベースバンド複素信号に変換することが可能な周波数変換装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明に係る周波数変換装置の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る周波数変換装置１０の機能構成を示すブロック図である。図１に示す周波数変換装置１０は、アナログ−デジタル変換部１１及び直交復調部１２を具備する。周波数変換装置１０には、ＩＦ信号が供給される。このＩＦ信号は、周波数変換装置１０の前段において、アンテナで受信されたＯＦＤＭ方式の放送波信号が、その周波数を中心周波数ｆ１の中間周波数帯域に周波数変換されたものである。

周波数変換装置１０は、このＩＦ信号を受け取り、アナログ−デジタル変換部１１でデジタル信号に変換し、直交復調部１２でベースバンド帯のＩ／Ｑ信号に復調した後、信号処理部２０へ出力する。信号処理部２０は、受け取ったベースバンド複素信号に対して復調処理及び歪補正等の信号補償処理を行う。

アナログ−デジタル変換部１１は、受け取ったＩＦ信号を、局部発振器１１１から出力される局部発振信号の周波数ｆｓをサンプリング周波数としてデジタル信号へ変換する。ここで、局部発信信号の周波数ｆｓは、ｆｓ／２＜ｆ＜ｆｓの関係を満たすものとする。

直交復調部１２は、ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）１２１、ミキサ１２２，１２３、ＬＰＦ（Low Pass Filter）１２４，１２５を備える。アナログ−デジタル変換部１１でデジタル変換されたＩＦ信号は、２系統に分配され、一方はミキサ１２２へ供給され、他方はミキサ１２３へ供給される。

ＤＤＳ１２１は、周波数ｆｓ−ｆ１の正弦波信号及び余弦波信号を生成し、正弦波信号をミキサ１２２へ供給し、余弦波信号をミキサ１２３へ供給する。

ミキサ１２３は、ＤＤＳ１２１からの周波数ｆｓ−ｆ１の余弦波信号をアナログ−デジタル変換部１１からのＩＦ信号に乗算させることで、ＩＦ信号の周波数変換を行う。余弦波信号が乗算された信号は、ＬＰＦ１２５へ出力される。

ＬＰＦ１２５は、周波数０Ｈｚ近傍のベースバンド信号のみを通過させるフィルタ特性を有している。余弦波信号が乗算された信号は、ＬＰＦ１２５を通過することで、ベースバンド帯以外の信号成分が抑圧されベースバンドＩ信号となる。

ミキサ１２２は、ＤＤＳ１２１からの周波数ｆｓ−ｆ１の正弦波信号をアナログ−デジタル変換部１１からのＩＦ信号に乗算させることで、ＩＦ信号の周波数変換を行う。正弦波信号が乗算された信号は、ＬＰＦ１２４へ出力される。

ＬＰＦ１２４は、周波数０Ｈｚ近傍のベースバンド信号のみを通過させるフィルタ特性を有している。正弦波信号が乗算された信号は、ＬＰＦ１２４を通過することで、ベースバンド帯以外の信号成分が抑圧されベースバンドＱ信号となる。

次に、上記構成における動作について、周波数変換装置１０の処理動作を説明する。図２は、アナログ−デジタル変換部１１から出力されるデジタルＩＦ信号を示す模式図である。また、図３は、ミキサ１２２，１２３により周波数変換されたデジタルＩＦ信号を示す模式図である。また、図４は、ＬＰＦ１２４，１２５から出力されるベースバンド信号を示す模式図である。

アナログ−デジタル変換部１１は、ｆｓ／２＜ｆ＜ｆｓの関係を満たすサンプリング周波数ｆｓを用いてＩＦ信号をデジタル変換する。このデジタルＩＦ信号には、図２に示すように、中心周波数ｆ１の信号成分と共に、ｆｓ／２を基準に折り返された中心周波数ｆｓ−ｆ１の信号成分が発生する。この信号成分は、中心周波数ｆ１の信号成分のイメージであるため、中心周波数ｆ１の信号成分の信号スペクトルが反転した信号スペクトルを有する。

ミキサ１２２，１２３は、ＤＤＳから出力される周波数ｆｓ−ｆ１の局部発振信号を図２に示されるデジタルＩＦ信号に乗算し、周波数変換を行う。この周波数変換により、図３に示すように、中心周波数０Ｈｚのベースバンド信号及び中心周波数２（ｆｓ−ｆ１），２ｆ１−ｆｓ，ｆｓのデジタルＩＦ信号が発生する。

ＬＰＦ１２４，１２５は、図４に示すように、ＬＰＦ１２４，１２５のフィルタ特性に基づいて中心周波数２（ｆｓ−ｆ１），２ｆ１−ｆｓのデジタルＩＦ信号を抑圧し、中心周波数０のベースバンド信号のみをベースバンドＩ／Ｑ信号として信号処理部２０へ出力する。

以上のように、上記一実施形態では、ｆｓ／２＜ｆ＜ｆｓの要件を満たすサンプリング周波数ｆｓを利用することで、ｆｓ／２を基準に折り返されて生成されたイメージ信号をデジタルＩＦ信号として処理するようにしている。これにより、デジタルＩＦ信号の信号スペクトルは、入力されるＩＦ信号の信号スペクトルに対して反転したものとなる。したがって、従来、信号スペクトルを反転させるために必要であったアナログ式の周波数変換器を設置する必要がなくなる。

また、上記一実施形態では、局部発振器１１１から出力される局部発振信号の周波数ｆｓはｆｓ／２＜ｆ＜ｆｓである。これに対し、従来のアナログ−デジタル変換部に接続される局部発振器から出力される局部発振信号の周波数ｆｓは、サンプリング定理に基づいてｆｓ≧２×ｆ１となっていた。つまり、局部発振器１１１から出力される局部発振信号の周波数は、従来の局部発振器からの局部発振信号の周波数よりも小さくなる。すなわち、局部発振器１１１は、従来の局部発振器ほどの高周波発生能が求められなくなるため、小型化及び低コスト化を実現することが可能となる。

また、上記一実施形態では、ＤＤＳ１２１から周波数ｆｓ−ｆ１の正弦波信号及び余弦波信号が出力される。従来の直交復調部では、周波数ｆ１のデジタルＩＦ信号をベースバンド複素信号へ変換するため、ＤＤＳは、周波数ｆ１の正弦波信号及び余弦波信号を生成しなければならなかった。つまり、ＤＤＳ１２１から出力される正弦波信号及び余弦波信号の周波数は、従来のＤＤＳからの正弦波信号及び余弦波信号の周波数よりも小さくなる。すなわち、ＤＤＳ１２１は、従来のＤＤＳほどの高周波発生能が求められなくなるため、小型化及び低コスト化を実現することが可能となる。

したがって、本発明に係る周波数変換装置は、小型かつ低コストであり、受信された放送波信号を、その信号スペクトルを反転させてベースバンド複素信号に変換することができる。

以下に、本発明の一実施形態に係る周波数変換装置１０の使用例を説明する。

図５は、本発明の一実施形態に係る周波数変換装置１０を用いた受信装置の機能構成の一例を示すブロック図である。図５に示す受信装置は、受信アンテナ３０、ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ）４０、周波数変換装置１０、復調回路５０及び受像機６０を具備する。

受信アンテナ３０で受信されたＯＦＤＭ方式の放送波信号は、ダウンコンバータ４０で中心周波数ｆ１の中間周波数帯のＩＦ信号にダウンコンバートされて周波数変換装置１０へ出力される。

周波数変換装置１０は、中間周波数帯の中心周波数ｆ１のＩＦ信号を、アナログ−デジタル変換部１１でデジタル信号に変換し、直交復調部１２でベースバンド帯のＩ／Ｑ信号に復調した後、復調回路５０へ出力する。

復調回路５０は、受け取ったベースバンドＩ／Ｑ信号を、例えばＴＳ信号等に復調する。復調回路５０は、受像機６０と接続されており、復調信号は、受像機６０により映像として出力される。

なお、図５では、受像機６０により復調信号を映像として外部へ出力する例について説明したが、復調信号を外部へ出力する機器は受像機６０に限定されるわけではなく、パーソナルコンピュータ及びインターネット端末等であっても同様に実施可能である。

図６は、本発明の一実施形態に係る周波数変換装置１０を用いた中継装置の機能構成の一例を示すブロック図である。図６に示す中継装置は、受信アンテナ３０、ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ）４０、周波数変換装置１０、補償回路７０、直交変調部８０、デジタル−アナログ変換部（Ｄ／Ａ）９０、アップコンバータ（Ｕ／Ｃ）１００及び送信アンテナ１１０を具備する。

受信アンテナ３０で受信されたマイクロ波帯のＯＦＤＭ方式の放送波信号は、ダウンコンバータ４０で中心周波数ｆ１の中間周波数帯のＩＦ信号にダウンコンバートされて周波数変換装置１０へ出力される。

周波数変換装置１０は、中間周波数帯の中心周波数ｆ１のＩＦ信号を、アナログ−デジタル変換部１１でデジタル信号に変換し、直交復調部１２でベースバンド帯のＩ／Ｑ信号に復調した後、補償回路７０へ出力する。

補償回路７０には、複数の遅延波が存在するマルチパス環境下においてマルチパス遅延波により歪んだ周波数成分を補償して等化するマルチパス等化回路や、中継装置自身の出す送信波が受信側に漏れこんでくるために受信信号品質の劣化を補償する回り込みキャンセル回路等が挙げられる。

図７は、補償回路７０に用いられるマルチパス等化回路の機能構成の一例を示すブロック図である。補償回路７０は、伝搬路推定部７１、逆特性生成部７２及び等化部７３を備える。

補償回路７０へ入力されたベースバンド複素信号は、２系統に分配され、一方は伝搬路推定部７１へ供給され、他方は等化部７３へ供給される。

伝搬路推定部７１は、既知のパイロット信号等に基づいて、周波数変換装置１０で生成されたベースバンド複素信号から伝搬路による歪を推定する。なお、地上デジタル放送における放送波信号には、周波数軸の一番高いサブキャリアに連続して存在するＣＰ（Continual Pilot）と、信号成分の中に散在して決まった時間とサブキャリアに存在するＳＰ（Scattered Pilot）が含まれている。この既知パイロット信号を取り出し、もともとの値との差異を求めることにより伝搬路の推定が可能となる。

逆特性生成部７２は、伝搬路推定部７１で推定された伝搬路歪を補正するため、推定された伝搬路の逆特性を生成する。等化部７３は、周波数変換装置１０で生成されたベースバンド複素信号に逆特性生成部７２で生成された逆特性を掛け合わせ、マルチパスの等化を行う。

直交変調部８０は、補償回路７０で補償されたベースバンド複素信号を受け取り、ミキサ８２でＤＤＳ８１から出力される中間周波数帯の正弦波信号をベースバンドＱ信号に乗算する。また、直交変調部８０は、ミキサ８３でＤＤＳ８１から出力される中間周波数帯の余弦波信号をベースバンドＩ信号に乗算する。ミキサ８２，８３で正弦波信号又は余弦波信号が乗算された信号は、合成部８４で合成されてデジタルＩＦ信号として出力される。

デジタル−アナログ変換部９０は、局部発振器９１から出力される局部発振信号をサンプリング周波数として、デジタルＩＦ信号をアナログのＩＦ信号へ変換する。アップコンバータ１００は、このアナログＩＦ信号をマイクロ周波数帯の放送波信号に周波数変換し、送信アンテナ１１０を介して外部へ出力する。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明の一実施形態に係る周波数変換装置の機能構成を示すブロック図である。 図１のアナログ−デジタル変換部から出力されるデジタルＩＦ信号を示す図である。 図１のミキサにより周波数変換されたデジタルＩＦ信号を示す図である。 図１のＬＰＦから出力されるベースバンド信号を示す図である。 図１の周波数変換装置を用いた受信装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 図１の周波数変換装置を用いた中継装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 図６の補償回路に用いられるマルチパス等化回路の機能構成の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１０…周波数変換装置
１１…Ａ／Ｄ
１１１…局部発振器
１２…直交復調部
１２１…ＤＤＳ
１２２，１２３…ミキサ
１２４，１２５…ＬＰＦ
２０…信号処理部
３０…受信アンテナ
４０…Ｄ／Ｃ
５０…復調回路
６０…受像機
７０…補償回路
７１…伝搬路推定部
７２…逆特性生成部
７３…等化部
８０…直交変調部
８１…ＤＤＳ
８２，８３…ミキサ
８４…合成部
９０…Ｄ／Ａ
９１…局部発振器
１００…Ｕ／Ｃ
１１０…送信アンテナ

Claims (3)

1. 放送波信号が中心周波数ｆの中間周波数帯に変換されたＩＦ（Intermediate Frequency）信号を受け取り、ｆｓ／２＜ｆ＜ｆｓの関係を満たすサンプリング周波数ｆｓで前記ＩＦ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換手段と、
   前記アナログ−デジタル変換手段から出力され、前記ＩＦ信号のスペクトルに対して反転したスペクトルを有する中心周波数ｆｓ−ｆのデジタル信号を、ベースバンド帯の複素信号へ直交復調する直交復調手段と
   を具備することを特徴とする周波数変換装置。
2. 前記アナログ−デジタル変換手段は、
   ｆｓ／２＜ｆ＜ｆｓの関係を満たす周波数ｆｓの局部発振信号を生成する局部発振器と、
   前記局部発振信号の周波数ｆｓをサンプリング周波数として前記ＩＦ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換を行うアナログ−デジタル変換器と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の周波数変換装置。
3. 前記直交復調手段は、
   周波数ｆｓ−ｆの正弦波信号及び余弦波信号を生成する信号生成部と、
   前記アナログ−デジタル変換手段から出力されたデジタル信号を２系統に分岐し、一方のデジタル信号に前記正弦波信号を乗算させ、他方のデジタル信号に前記余弦波信号を乗算させる乗算部と、
   前記乗算部から出力された２系統のデジタル信号からベースバンド帯の複素信号のみを抽出するフィルタ部と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の周波数変換装置。

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