JP2010166358A - 受信回路及び受信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】受動型の混合器の高い線形を利用して、振幅の平均値と最大値との比が大きい信号に対する線形性の維持と消費電力の低減とを図り得る、受信回路、及びそれを用いた受信装置を提供する。
【解決手段】受信信号S1に対して周波数変換を行う受信回路2を有する受信装置1を用いる。受信回路2は、受信信号S1の周波数を変換するための受動型の混合器13と、局部発振信号S2を生成し、局部発振信号S2を混合器13に入力する局部発振器14と、混合器13に入力される前の受信信号S1のレベルを検出し、検出したレベルに応じて、局部発振信号S2のレベルを調整するレベル調整部20とを備えている。
【選択図】図2

Description

本発明は、受信回路、特には、受信信号の振幅の平均値と最大値との比が高い変調方式に対応可能な受信回路、及びそれを備えた受信装置に関する。
一般に、受信装置が受信する受信信号の振幅は、一定ではなく、変動する。このため、受信装置には、受信信号の振幅が一定でなくても、広いダイナミックレンジにおいて高い線形性を維持することが求められる。加えて、近年、多くの分野で採用されているOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)では、受信信号の振幅の平均値と最大値との比(PAPR: Peak to Average Power Ratio)が他の変調方式に比べて大きいことから、受信装置には、以前にも増して、広いダイナミックレンジで高い線形性を維持することが求められている。
但し、受信信号の振幅が大きい場合において、高い線形性の維持を図るためには、ミキサ(混合器)における演算の処理を行う動作点を通常よりも高いところに設定する必要がある。そのため、ミキサに十分な電流を流す必要があり、受信回路の消費電力が大きくなってしまう。つまり、従来からの受信装置においては、高い線形性を維持しようとすると、消費電力が大きくなるという問題が発生してしまう。
このため、互いに相反する、高い線形性の維持と消費電力の増大抑制とを同時に達成するべく、能動型のミキサを備え、ミキシング後の信号を用いてフィードバック制御を行う、受信装置が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
具体的には、特許文献1及び特許文献2に開示されている受信装置は、受信信号をベースバンド信号まで復調した後で、ベースバンド信号の強さと閾値とを比較し、比較結果に応じて、高周波増幅器、ミキサ、ベースバンド回路において利得を変化させている。このため、受信信号の振幅に応じて、ダイナミックレンジの拡大及び縮小が行われるので、上記の相反した目的が達成できると考えられる。
また、特許文献3に開示されている受信装置は、受信信号の強さに応じて、ミキサの動作点をシフトさせている。特許文献3に開示されている受信装置においても、特許文献1及び2の場合と同様に、受信信号の振幅に応じて、ダイナミックレンジの拡大及び縮小が行われ、上記の相反した目的が達成できると考えられる。
特開平6−244754号公報 特開平11−69451号公報 特開平10−79682号公報
ところで、特許文献1〜3に開示された受信装置においては、能動型のミキサが利用されているが、他の受信装置においては、受動型のミキサが利用される場合もある。電源電圧等の仕様条件が同じであれば、受動型のミキサは、能動型のミキサに比べて高い線形性特性を有している。よって、受動型のミキサを利用する場合は、ローカル信号(LO信号)のレベルの設定のみで、広いダイナミックレンジで高い線形性を維持することができる
しかしながら、受動型のミキサを利用した受信装置において、PAPR値の大きい信号を受信する場合は、受信信号の振幅の最大値に合わせて、LO信号の注入レベルも高く設定する必要がある。そして、LO信号の注入レベルを大きくするために出力レベルの高い局部発振器を用意する必要があり、このため、受信機全体での消費電力は高くなってしまう。
また、受信信号の振幅が最大値となる時間は非常に短く、LO信号の注入レベルを高くする必要がある時間も短いと考えられるが、最大振幅の信号の受信に備えて、LO信号の注入レベルは常に高くする必要がある。この結果、ごく僅かな時間の高い線形性を保つために、LO信号の出力レベルを大きなものに設定することとなり、非常に効率の悪い電力消費が行われている。
更に、特許文献1〜3に開示された技術では、ミキサから出力された後の信号を用いてフィードバック制御が行われている。よって、これらの技術を、受動型のミキサを利用した受信装置に適用しても、LO信号の注入レベルが受信信号の振幅に追随できないため、高い線形性の維持は困難である。
本発明の目的は、上記問題を解消し、受動型の混合器の高い線形性を利用して、振幅の平均値と最大値との比が大きい信号に対する線形性の維持と消費電力の低減とを図り得る、受信回路、及びそれを用いた受信装置を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明における受信回路は、受信信号に対して周波数変換を行う受信回路であって、
前記受信信号の周波数を変換するための受動型の混合器と、
局部発振信号を生成し、前記局部発振信号を前記混合器に入力する局部発振器と、
前記混合器に入力される前の前記受信信号のレベルを検出し、検出したレベルに応じて、前記局部発振信号のレベルを調整するレベル調整部とを備える、
ことを特徴とする。
また、上記目的を達成するため本発明における受信装置は、受信信号に対して周波数変換を行う受信回路を有する受信装置であって、
前記受信回路は、
前記受信信号の周波数を変換するための受動型の混合器と、
局部発振信号を生成し、前記局部発振信号を前記混合器に入力する局部発振器と、
前記混合器に入力される前の前記受信信号のレベルを検出し、検出したレベルに応じて、前記局部発振信号のレベルを調整するレベル調整部とを備える、
ことを特徴とする。
上記本発明における受信回路及び受信装置では、従来の受信装置と異なり、局部発振信号のレベルは、混合器に入力される前の受信信号のレベルによって決定されるので、受信信号の振幅が急激に高くなっても、それに追随できる。また、受信信号のレベルが低いときは、局部発振信号のレベルも低くなるので、無駄な電力消費が削減される。このため、本発明における受信回路及び受信装置では、混合器として受動型が用いられているにも拘わらず、振幅の平均値と最大値との比が大きい信号に対する線形性の維持と、消費電力の低減とが達成される。
また、上記本発明における受信回路及び受信装置では、前記レベル調整部は、前記局部
発振器が前記混合器に入力する前記局部発振信号のレベルを調整する増幅器を備え、且つ、前記受信信号のレベルが、設定された閾値以下、又は設定された閾値より低い場合に、前記増幅器の動作を停止させる、態様とするのが好ましい。上記態様によれば、例えば、本発明における受信回路及び受信新装置を時分割多重(TDD)システムに適用した場合において、送信状態のときに外来妨害雑音等を受信した際に、局部発振器を停止できるので、よりいっそう、消費電力の低減が図られる。
また、上記本発明における受信回路及び受信装置では、前記受信信号のRF入力レベルが最小受信感度レベルから過大入力レベルまで変化する場合に、前記局部発振信号のレベルが、−40dBm〜+10dBmに設定されているのが好ましい。この場合は、線形性の維持がより確実なものとなる。
以上のように本発明における受信回路及び受信装置によれば、受動型の混合器の高い線形性を利用して、振幅の平均値と最大値との比が大きい信号に対する線形性の維持と消費電力の低減とを図ることができる。
図1は、本発明の実施の形態1における受信回路及び受信装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図2は、図1に示す受信回路及び受信装置の構成をより具体的に示すブロック図である。 図3(a)は、受信信号の波形の一例を示す図であり、図3(b)は、図1に示したレベル調整部が検出したレベル検出信号の波形の一例を示す図である。 図4は、本発明の実施の形態2における受信回路及び受信装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図5は、図4に示す受信回路及び受信装置の構成をより具体的に示すブロック図である。
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における受信回路及び受信装置について、図1〜図3を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態1における受信回路及び受信装置の概略構成について説明する。図1は、本発明の実施の形態1における受信回路及び受信装置の構成を概略的に示すブロック図である。
図1に示す本実施の形態における受信装置1は、スーパーヘテロダイン受信装置であり、本実施の形態1における受信回路2を有している。図1に示すように、受信装置1は、アンテナ3と、RF(Radio Frequency)処理部10と、レベル調整部20と、IF(Intermediate Frequency)処理部30と、ベースバンド処理部40とを備えている。このうち、アンテナ3と、RF処理部10と、レベル調整部20とによって受信回路2が構成されている。
RF処理部10は、アンテナ3で受信した受信信号に対して増幅を行った後、周波数変換を行い、中間周波の信号を生成する。生成された中間周波の信号は、IF処理部30に入力される。また、RF処理部10は、中間周波の信号を生成するため、図2を用いて後述するように、混合器13と、局部発振器14とを備えている。レベル調整部20は、混合器13に入力される前の受信信号のレベルを検出し、検出したレベルに応じて、局部発振信号のレベルを調整する。
IF処理部30は、中間周波の信号に対して、フィルタリングや増幅を行い、処理が行われた中間周波の信号をベースバンド処理部40に入力する。ベースバンド処理部40は、中間周波の信号からベースバンド信号を抽出し、外部に出力する。また、本実施の形態1では、ベースバンド処理部40は、生成されたベースバンド信号を増幅した後、これに対してアナログ−デジタル変換(A/D変換)を行ない、デジタル信号を出力する。
ここで、図2及び図3を用いて、受信装置1の構成及び機能について更に具体的に説明する。図2は、図1に示す受信回路及び受信装置の構成をより具体的に示すブロック図である。図3(a)は、受信信号の波形の一例を示す図であり、図3(b)は、図1に示したレベル調整部が検出したレベル検出信号の波形の一例を示す図である。
図2に示すように、RF処理部10は、低雑音増幅を行う増幅器(アンプ)11と、バンドパスフィルタ(BPF)12と、混合器(ミキサ)13と、局部発振器14とを備えている。アンテナ3によって受信された受信信号S1は微弱であるため、先ず、増幅器11によって増幅され、その後、バンドパスフィルタ12に入力される。バンドパスフィルタ12は、受信装置1の用途に合わせて、受信装置1が受信を目的とする帯域の信号のみを通過させる。
バンドパスフィルタ12を通過した受信信号S1は、混合器13に入力される。混合器13は、受動型の混合器であり、背景技術の欄で説明した特許文献1〜3に示された混合器と異なっている。具体的には、混合器13は、ダイオードやトランス等(図示せず)を備えている。また、混合器13には、局部発振器14が生成した局部発振信号S2も入力されている。そして、混合器13によって受信信号S1と局部発振信号S2とが混合され、中間周波の信号S3が生成される。
このように、RF処理部10は、従来からのスーパーヘテロダイン受信装置のRF処理部と同様に構成されているが、本実施の形態1では、RF処理部10は、レベル調整部20と接続されている。レベル調整部20は、カプラー21と、検波器(DET)22と、制御電圧調整器(Vctrl)23と、可変ゲインアンプ24とを備えている。
カプラー21は、受信信号S1から混合器13までの経路に分岐を形成し、RF処理部10に入力される前の受信信号S1を取り出している。カプラー11によって取り出された受信信号S1は、検波器22に入力される。検波器22は、取り出された受信信号S1に応じた検波電圧を出力する。
具体的には、図3(a)に示す受信信号S1が検波器22に入力されると、検波器22は、受信信号S1の片側のピーク値に沿った波形を描く信号(検出信号S8)を生成する。生成された検出信号S8は、制御電圧調整器23に入力される。制御電圧調整器23は、入力された検出信号S6に基づいて、可変ゲインアンプ24のゲインを制御するための制御信号S9を生成し、これを可変ゲインアンプ24に入力する。
可変ゲインアンプ24は、混合器13と局部発振器14との間に配置され、制御信号S9に基づいて、局部発振信号S2のレベル(注入レベル)を調整する。このような構成により、可変ゲインアンプ24は、受信信号S1の振幅が大きくなると、局部発振信号S2のレベルを大きくする。また、可変ゲインアンプ24は、受信信号S1の振幅が小さくなると、局部発振信号S2のレベルも小さくする。この結果、無駄な電力消費が抑えられる。
また、本実施の形態1では、消費電力の低減をいっそう図るため、レベル調整部20は、受信信号S1のレベルが、設定された閾値以下、又は設定された閾値より低い場合に、
可変ゲインアンプ24の動作を停止させることができる。
具体的には、図3(a)に示すように、検波器22には、閾値Tが設定されている。受信信号S1のレベルが閾値Tより低い場合は、検波器22は、検出信号S8の出力を停止する。この結果、可変ゲインアンプ24が停止される。図3(a)に示すように、プリアンブルを伴った受信信号S1が入力されると、受信信号S1のプリアンブルにおけるレベルは閾値Tより高いため、検波器22は、検出信号S8を生成し、これを出力する。
また、IF処理部30は、中間周波の信号S3に対してフィルタリングを行うバンドパスフィルタ(BPF)31と、増幅器(アンプ)32と、広帯域無段階減衰器(バリアブルアッテネータ)33とを備えている。バンドパスフィルタ31は、中間周波の信号S3の中から、設定されたチャンネルの信号を取り出している。取り出された信号S4は、増幅器32によって増幅され、そして、必要に応じて広帯域無段階減衰器33によって減衰された後、得られた信号S5はベースバンド処理部40に入力される。
ベースバンド処理部40は、復調器41と、局部発振器42と、ドライバ43と、ローパスフィルタ44と、A/D変換器45とを備えている。復調器41は、局部発振器42から出力された局部発振信号S6と、中間周波の信号S5とを混合し、信号S5によって搬送されているベースバンド信号(IQ信号)を抽出する。抽出されたベースバンド信号は、ドライバ43によってレベル調整される。そして、ローパスフィルタ44が、ベースバンド信号に対して、不要な信号の除去を行う。その後、ベースバンド信号は、A/D変換器45によってデジタル信号S7に変換される。本実施の形態1では、ベースバンド処理部40からは最終的にデジタル信号S7が出力される。
このように、本実施の形態1における受信装置1及び受信回路2では、従来の受信装置と異なり、局部発振信号S2のレベルは、混合器13に入力される前の受信信号S1のレベルによって決定される。よって、受信信号S1の振幅が急激に高くなっても、それに追随して、局部発振信号S2のレベルを引き上げることもできる。また、上述したように、受信信号S1のレベルが低いときは、局部発振信号S2のレベルも低くなるので、無駄な電力消費が削減される。このため、受信装置1及び受信回路2では、混合器13として受動型が用いられているにも拘わらず、振幅の平均値と最大値との比が大きい信号に対する線形性の維持と、消費電力の低減とが達成される。
また、本実施の形態1において、レベル調整が行われる局部発振信号S2のレベルは、RF入力レベルが最小受信感度レベル(例えば−90dBm)から過大入力レベル(例えば−10dBm)までの信号を受信するために必要なレベル(例えば、−40dBm〜+10dBmの範囲)に設定されているのが好ましい。これは、過大入力レベル以上を受信するケースは稀であり、通常期待できる受信信号レベルに合わせておくことで、局部発振信号のレベルを頻繁に変化させることなく、動作処理の負担を軽減するためである。
具体的には、受信信号のRF入力レベルが最小受信強度以下の場合は、局部発振信号S2のレベルは、−40dBm(レベル調整用増幅器(可変ゲインアンプ24)OFF)程度に設定される。また、RF入力レベルが通常状態の場合は、局部発振信号S2のレベルは、0dBm(レベル調整用増幅器(可変ゲインアンプ24)の利得0dB)程度に設定される。更に、受信信号のRF入力レベルが+10dBm以上の過大入力の状態の場合は、局部発振信号S2のレベルは、+10dBm(レベル調整用増幅器(可変ゲインアンプ24)の利得10dB)程度に設定される。
(実施の形態2)
次に本発明の実施の形態2における受信回路及び受信装置について、図4及び図5を参
照しながら説明する。図4は、本発明の実施の形態2における受信回路及び受信装置の構成を概略的に示すブロック図である。図5は、図4に示す受信回路及び受信装置の構成をより具体的に示すブロック図である。
図4に示す本実施の形態2における受信装置51は、ダイレクトコンバージョン受信装置であり、この点で、実施の形態1における受信装置1(図1参照)と異なっている。本実施の形態2における受信装置51は、実施の形態1における受信装置1と異なり、アンテナ3、RF処理部60、レベル調整部70、及びベースバンド処理部80のみを備えている。また、受信方式の違いにより、各部の機能は一部の点で実施の形態1と異なっている。本実施の形態2における受信回路52は、アンテナ3、RF処理部60、及びレベル調整部70によって構成されている。以下、具体的に説明する。
図5に示すように、本実施の形態2においては、RF処理部60は、低雑音増幅を行う増幅器(アンプ)61と、受動型の混合器(ミキサ)62と、局部発振器63とを備えている。RF処理部60は、混合器62の入力側にバンドパスフィルタが備えられていない以外は、図1に示したRF処理部10と同様の構成を有している。
但し、本実施の形態1では、RF処理部60は、受信信号S11をベースバンド信号S13に変換する。このため、局部発振器63が出力する局部発振信号S12の周波数は、実施の形態1における局部発振信号S2の周波数とは異なっている。
レベル調整部70は、実施の形態1において図1に示したレベル調整部20と同様に構成されている。レベル調整部70は、カプラー71と、検波器(DET)72と、制御電圧調整器(Vctrl)73と、可変ゲインアンプ74とを備えている。
レベル調整部70においても、実施の形態1の場合と同様に、カプラー71によって取り出された受信信号S11が、検波器72に入力されると、検波器72は、検出信号S15を生成し、これを制御電圧調整器73に入力する。制御電圧調整器73は、検出信号S15に基づいて、可変ゲインアンプ74のゲインを制御するための制御信号S16を生成し、これを可変ゲインアンプ74に入力する。
また、可変ゲインアンプ74は、混合器63と局部発振器64との間に配置され、制御信号S16に基づいて、局部発振信号S12のレベルを調整する。このため、本実施の形態2においても、可変ゲインアンプ24は、受信信号S11の振幅が大きくなると、局部発振信号S2のレベルを大きくし、受信信号S11の振幅が小さくなると、局部発振信号S2のレベルも小さくする。この結果、本実施の形態2でも、無駄な電力消費が抑えられる。
また、本実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、消費電力の低減をいっそう図るため、レベル調整部70は、受信信号S11のレベルが、設定された閾値以下、又は設定された閾値より低い場合に、局部発振器63に対して、局部発振信号S12の生成を停止させることができる。
また、本実施の形態2では、ダイレクトコンバージョン方式が採用されているため、実施の形態1において図1及び図2に示されたIF処理部は、設けられておらず、RF処理部60は、ベースバンド部80に接続されている。混合器63から出力された信号S13は、ベースバンド部80に入力される。
ベースバンド部80は、実施の形態1において図2に示したベースバンド部40と異なり、ローパスフィルタ81と、アンプ82と、A/D変換器83とを備えている。混合器
63から出力された信号S13は、ローパスフィルタ81によってフィルタリングされた後、アンプ82によって増幅され、更に、A/D変換器45によってデジタル信号S14に変換される。本実施の形態2においても、ベースバンド処理部80からは最終的にデジタル信号S14が出力される。
このように、本実施の形態2においても、受信信号S11のレベルが低いときは、局部発振信号S12のレベルも低くなるので、無駄な電力消費が削減される。このため、受信装置51及び受信回路52では、混合器63として受動型が用いられているにも拘わらず、振幅の平均値と最大値との比が大きい信号に対する線形性の維持と、消費電力の低減とが達成される。
また、本実施の形態2において、レベル調整が行われる局部発振信号S12のレベルは、実施の形態1における局部発振信号S2と同様に設定すれば良い。つまり、局部発振信号S12のレベルは、RF入力レベルが最小受信感度レベル(例えば−90dBm)から過大入力レベル(例えば−10dBm)までの信号を受信するために必要なレベル(例えば、−40dBm〜+10dBmの範囲)に設定されているのが好ましい。これは、本実施の形態2でも、過大入力レベル以上を受信するケースは稀であり、通常期待できる受信信号レベルに合わせておくことで、局部発振信号のレベルを頻繁に変化させることなく、動作処理の負担を軽減するためである。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
以上のように、本発明における受信回路及び受信装置によれば、振幅の平均値と最大値との比が大きい信号に対する線形性の維持と消費電力の低減とを図ることができる。本発明における受信回路及び受信装置は、産業上の利用可能性を有するものである。
1 受信装置(実施の形態1)
2 受信回路(実施の形態1)
3 アンテナ
10 RF処理部
11 増幅器(アンプ)
12 バンドパスフィルタ(BPF)
13 混合器(ミキサ)
14 局部発振器
20 レベル調整部
21 カプラー
22 検波器(DET)
23 制御電圧調整器(Vctrl)
24 可変ゲインアンプ24
30 IF処理部
31 バンドパスフィルタ(BPF)
32 増幅器(アンプ)
33 広帯域無段階減衰器(バリアブルアッテネータ)
40 ベースバンド処理部
41 復調器
42 局部発振器
43 ドライバ
44 ローパスフィルタ
45 A/D変換器
51 受信装置(実施の形態2)
52 受信回路(実施の形態2)
60 RF処理部
61 増幅器(アンプ)
62 受動型の混合器(ミキサ)
63 局部発振器
70 レベル調整部
71 カプラー
72 検波器(DET)
73 電圧調整器(Vctrl)
74 可変ゲインアンプ
80 ベースバンド処理部
81 ローパスフィルタ
82 アンプ
83 A/D変換器

Claims (6)

  1. 受信信号に対して周波数変換を行う受信回路であって、
    前記受信信号の周波数を変換するための受動型の混合器と、
    局部発振信号を生成し、前記局部発振信号を前記混合器に入力する局部発振器と、
    前記混合器に入力される前の前記受信信号のレベルを検出し、検出したレベルに応じて、前記局部発振信号のレベルを調整するレベル調整部とを備える、
    ことを特徴とする受信回路。
  2. 前記レベル調整部は、前記局部発振器が前記混合器に入力する前記局部発振信号のレベルを調整する増幅器を備え、且つ、前記受信信号のレベルが、設定された閾値以下、又は設定された閾値より低い場合に、前記増幅器の動作を停止させる、請求項1に記載の受信回路。
  3. 前記受信信号のRF入力レベルが最小受信感度レベルから過大入力レベルまで変化する場合に、前記局部発振信号のレベルが、−40dBm〜+10dBmに設定されている、請求項1又は2に記載の受信回路。
  4. 受信信号に対して周波数変換を行う受信回路を有する受信装置であって、
    前記受信回路は、
    前記受信信号の周波数を変換するための受動型の混合器と、
    局部発振信号を生成し、前記局部発振信号を前記混合器に入力する局部発振器と、
    前記混合器に入力される前の前記受信信号のレベルを検出し、検出したレベルに応じて、前記局部発振信号のレベルを調整するレベル調整部とを備える、
    ことを特徴とする受信装置。
  5. 前記レベル調整部は、前記局部発振器が前記混合器に入力する前記局部発振信号のレベルを調整する増幅器を備え、且つ、前記受信信号のレベルが、設定された閾値以下、又は設定された閾値より低い場合に、前記増幅器の動作を停止させる、請求項4に記載の受信装置。
  6. 前記受信信号のRF入力レベルが最小受信感度レベルから過大入力レベルまで変化する場合に、前記局部発振信号のレベルが、−40dBm〜+10dBmに設定されている、請求項4又は5に記載の受信装置。
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