JP2011049858A - 受信装置 - Google Patents
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Abstract
受信装置において、搬送波周波数帯の近傍周波数を持つ電磁波に影響されて受信信号を誤って復調してしまうことのないようにする能力(妨害波耐性能力)を向上させようとすると、受信する搬送波の電界強度が微弱な場合であっても受信信号を正しく復調することができる能力(弱電界受信能力)が犠牲になってしまう。
【解決手段】
受信信号の電界強度が第1の所定強度未満の場合には、整合回路の出力インピーダンスが弱電界受信能力の向上に適する値となり、受信信号の電界強度が第2の所定強度以上の場合には、整合回路の出力インピーダンスが妨害波耐性能力の向上に適する値となることで、妨害波耐性能力を向上させても、弱電界受信能力を犠牲にしない受信装置を提供することができる。
【選択図】図1
Description
この弱電界受信能力を向上させるための技術として、例えば、特許文献1に開示されている技術がある。
従って、受信装置には、妨害波が含まれていても受信する電磁波を正しく復調することができる能力(以下「妨害波耐性能力」という。)の向上も求められている。
そこで、本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、弱電界受信能力を犠牲にすることなく、妨害波耐性能力を向上させることができる受信装置を提供することを目的とする。
従って、受信装置が、電界強度が第1の電界強度と第2の電界強度の間の強度の領域において頻繁に変化するような状況で使用される場合であっても、整合回路の出力インピーダンスと増幅回路の入力インピーダンスとの関係を頻繁に変更することがなくなるため、安定した動作を実現することができるという効果を有する。
また、前記インピーダンス変更回路は、前記特定点とグラウンドとの間の接続経路上に直列に接続される可変容量キャパシタを備え、前記インピーダンス変更回路は、前記可変容量キャパシタの静電容量値を、前記電界強度が前記第1の所定強度以上の場合と、前記第2の所定強度未満の場合とで、互いに異なる静電容量値とすることを特徴とするとしてもよい。
以下、本発明に係る受信装置の一実施形態として、受信信号の電界強度に応じて、整合回路の出力インピーダンスと高周波増幅回路の入力インピーダンスとが整合する関係(以下「整合関係1」という。)と整合しない関係(以下「整合関係2」という。)とを切り替えて受信する携帯電話端末について説明する。
本実施の形態に係る携帯電話端末は、2GHz帯の搬送波を利用して通信し、受信している受信信号の電界強度として推定される電界強度(以下「受信している受信信号の電界強度」という。)が、弱電界受信能力の向上が必要となる電界強度(例えば、−104dBm以下)の場合には整合関係1で受信し、妨害波耐性能力の向上が必要となる電界強度(例えば、−95dBm以上)の場合には整合関係2で受信する。
上述の本実施の形態に係る携帯電話端末について、その構成と動作とを順に説明する。
本実施の形態に係る携帯電話端末の特徴は、受信信号の電界強度に応じて、整合関係1と整合関係2とのいずれか一方の整合関係を選択して受信するという点にある。
この特徴を実現するための構成上の特徴は、アンテナで受信信号を受信してからベースバンド帯域の復調波を示す信号(以下「ベースバンド信号」という。)を出力するまでの部分(以下「ベースバンド信号生成回路」という。)の構成にあるため、ここではベースバンド信号生成回路を中心に説明し、その他の部分(送信回路、受信回路のうちのベースバンド信号生成回路以降の回路、カメラ機能等の各種アプリケーション機能を実現するための回路等)に関しては、通常の携帯電話端末と同様の構成であるため説明を省略する。
図1は、ベースバンド信号生成回路1000の構成を示す構成図である。
ベースバンド信号生成回路1000は、基地局から送信される2GHz帯の搬送波を受信し、受信した受信信号をベースバンド信号に変換する回路であって、アンテナ103、デュプレクサ104、整合回路101、RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)102、インピーダンス変更回路105から構成される。
デュプレクサ104は、アンテナ103で受信する受信信号を整合回路101に伝送する機能と、図示していない送信回路から入力される送信信号をアンテナ103には伝送し、整合回路101には伝送しない機能とを有する回路であって、アンテナ103と整合回路101と図示していない送信回路とに接続する。
整合回路101は、第1のインダクタ111と第1のキャパシタ112と第2のインダクタ113と入力端子117と出力端子118とから構成され、各要素間の接続関係は、図1に示す通りである。
RFIC102は、整合回路101から入力される受信信号を、ベースバンド信号に変換する機能と、入力される受信信号に基づいて、アンテナ103で受信している受信信号の電界強度を推定する機能とを有する半導体集積回路であって、整合回路101とインピーダンス変更回路105と図示していないベースバンドICとに接続する。
低雑音増幅回路121は、2GHz帯の周波数領域における入力インピーダンスが29.024+j29.300Ωである雑音指数の小さい高周波増幅回路であって、入力される受信信号を増幅して、ベースバンド信号変換回路122とRSSI値測定回路123とに出力する。
RSSI値測定回路123は、内蔵するタイマで時刻を計測しながら、低雑音増幅回路121から入力される増幅信号の強度を、100ms毎に測定し、測定した増幅信号の強度からアンテナ103で受信している受信信号の電界強度を推定し、推定した電界強度を、dBmを単位としたデジタル値である電界強度信号としてインピーダンス変更回路105に出力する。
インピーダンス変更回路105は、RFIC102から入力される電界強度信号に応じて、整合回路101の出力端子118における出力インピーダンスを変更することで、整合関係を整合関係1と整合関係2とのいずれか一方に変更する回路であって、RFIC102と整合回路101とに接続する。
切替信号生成回路151は、図示していないマイクロプロセッサとメモリとから構成され、RFIC102から入力されるデジタル値である電界強度信号をラッチする機能と、ラッチしている電界強度信号に応じて以下のような切替信号を出力する機能と、出力する切替信号をラッチする機能とを有する回路である。
スイッチ154は、切替信号生成回路151から入力される切替信号が“High”である場合には導通状態となり、“Low”である場合には非導通状態となる、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタスイッチであって、第3のインダクタのインダクタンスは6.8nHであって、第2のキャパシタのキャパシタンスは100pFである。
図2は、2GHz帯の周波数領域における、整合回路101の出力インピーダンスと、低雑音増幅回路121の入力インピーダンスとの関係を示す図であって、切替信号が“High”の場合と“Low”の場合とのそれぞれについて、両者がインピーダンスマッチングしている関係にあるか否かを示している。
以下、その原理について説明する。
従って、本実施の形態に係る携帯電話端末は、切替信号生成回路151が出力する切替信号が“High”の場合には、搬送波の周波数帯である2GHz帯の周波数成分の受信信号を減衰させることなく低雑音増幅回路121に入力させることができるため、弱電界受信能力を向上させることができる。
妨害波耐性能力を向上させるためには、低雑音増幅回路121に入力される妨害波の電力強度の絶対値を小さくすることが有効であるため、妨害波耐性能力を向上させることができるが、同時に、搬送波も減衰させることになる。
つまり、妨害波の減衰量は、受信している受信信号の電界強度が−95dBm以上である場合においては、必要な妨害波耐性能力を満たして、かつ、必要な弱電界受信能力を満たしている減衰量になっていることが必要である。
従って、この場合には、必要妨害波耐性能力を満たしていれば、必然的に必要弱電界受信能力を満たしていることになる。
本実施の形態に係る携帯電話端末は、必要妨害波耐性能力を満たし、かつ、必要弱電界能力を満たす時の妨害波の減衰量の範囲中で、最も受信信号を誤って復調してしまうエラーレートが低くなる(最も妨害波耐性能力が高くなる)減衰量を選択することが望ましい。
そのため、本実施の形態に係る携帯電話端末は、妨害波の減衰量が3dBmになるように、インダクタ111、113、115のインダクタンスと、キャパシタ112、116のキャパシタンスとが決定される。
<動作>
上述の本実施の形態に係る携帯電話端末の特徴的な動作は、受信信号の電界強度に応じて、整合関係を整合関係1から整合関係2、もしくは、整合関係2から整合関係1に切り替えるといった、整合関係を切り替える動作(以下「整合関係切り替え動作」という。)であるため、以下、この整合関係切り替え動作について説明する。
図3は、整合関係切り替え動作のフローチャートである。
RSSI値測定回路123は、アンテナ103で受信している受信信号の電界強度を推定し(ステップS300)、dBmを単位としたデジタル値を電界強度信号として切替信号生成回路151に出力する。
切替信号生成回路151は、“Low”を出力中(ステップS310:Yes)に−97dBmを示す電界強度信号を受け取り、−95dBm以上ではない(ステップS320:No)ので、切替信号として“Low”を出力し続ける。
RSSI値測定回路123は、前回アンテナ103で受信している受信信号の電界強度を推定してから100ms経過する(ステップS340)と、再びアンテナ103で受信している受信信号の電界強度を推定し(ステップS300)、−93dBmに変化していることがわかるので、電界強度信号として−93dBmを示す信号を出力する。
従って、本実施の形態に係る携帯電話端末は、整合関係を、整合関係1から整合関係2に変更して受信する。
10分経過後、切替信号生成回路151は“High”信号を出力している、すなわち、本実施の形態に係る携帯電話端末が整合関係2で受信している状態で、RSSI値測定回路123はアンテナ103で受信している受信信号の電界強度を推定し(ステップS300)、−100dBm(アンテナ103で受信している受信信号は−97dBmであるが、整合関係が整合関係2であるので、整合関係1である場合に比べて、低雑音増幅回路121の出力する増幅信号の強度が3dB減衰しており、RSSI値測定回路123は、実際より3dB少ない−100dBmと推定するため)であるため、電界強度信号として−100dBmを示す信号を出力する。
従って、本実施の形態に係る携帯電話端末は整合関係を変更することはない。
RSSI値測定回路123は、前回アンテナ103で受信している受信信号の電界強度を推定してから100ms経過する(ステップS340)と、再びアンテナ103で受信している受信信号の電界強度を推定し(ステップS300)、−106dBm(アンテナ103で受信している受信信号は−103dBm)に変化していることがわかるので、電界強度信号として−106dBmを示す信号を出力する。
従って、本実施の形態に係る携帯電話端末は、整合関係を、整合関係2から整合関係1に変更して復調を行う。
<変形例>
上述した実施の形態では、受信している受信信号の電界強度に応じて、整合関係を、整合関係1と整合関係2とのいずれか一方を選択して受信する携帯電話端末の例について説明したが、変形例では、受信している受信信号の電界強度に応じて、整合関係を、整合関係1と、受信している受信信号の電界強度が、例えば−95dBm以上−85dBm未満の場合において、妨害波耐性能力向上に適する整合関係(以下「整合関係3」という。)と、受信信号の電界強度が、例えば−75dBm以上の場合において、妨害波耐性能力向上に適する整合関係(以下「整合関係4」という。)の3つの整合関係のうちの1つの整合関係を選択して受信する携帯電話端末の例について説明する。
本変形例に係る携帯電話端末は、2GHz帯の搬送波を利用して通信し、受信している受信信号の電界強度が、−104dBm以下の場合には整合関係1で受信し、−95dBm以上−85dBm未満の場合には整合関係3で受信し、−75dBm以上の場合には整合関係4で受信する。
<構成>
図4は、ベースバンド信号生成回路2000の構成を示す構成図である。
ベースバンド信号生成回路2000は、基地局から送信される2GHz帯の搬送波を受信し、受信した受信信号をベースバンド信号に変換する回路であって、アンテナ103、デュプレクサ104、整合回路101、RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)102、インピーダンス変更回路405から構成される。
インピーダンス変更回路405は、RFIC102から入力される電界強度信号に応じて、整合回路101の出力端子118における出力インピーダンスを変更することで、整合関係を整合関係1と整合関係2とのいずれか一方に変更する回路であって、RFIC102と整合回路101とに接続する。
制御電圧生成回路451は、図示していないマイクロプロセッサとメモリとDA(Digital Analog)変換器とから構成され、RFIC102から入力されるデジタル値である電界強度信号をラッチする機能と、ラッチしている電界強度信号に応じてプロセッサとメモリとで以下のような電圧となる制御信号を出力する機能と、出力する制御信号の電圧を保持する機能とを有する回路である。
可変容量キャパシタ454は、2つの端子(アノード、カソード)間の電圧に応じて、その容量値を変えるバリキャップダイオードであって、静電容量値は、制御電圧生成回路から入力される制御信号が“High”すなわち、3.3Vの場合には10pF、制御電圧生成回路から入力される制御信号が“Middle”すなわち、2.0Vの場合には5pF、制御電圧生成回路から入力される制御信号が“Low”すなわち、0Vの場合には0pFとなり、チョークコイル457とグラウンドとに接続する。
図5に示すとおり、制御信号が“Low”の場合には、2GHz帯の周波数領域において、整合回路101の出力インピーダンスと、低雑音増幅回路121の入力インピーダンスとの関係は、インピーダンスマッチングしている関係となり、制御信号が“Middle”と“High”の場合には、整合回路101の出力インピーダンスと、低雑音増幅回路121の入力インピーダンスとの関係は、インピーダンスマッチングしていない関係になる。
上述の本変形例に係る携帯電話端末の特徴的な動作は、実施の形態と同様に、整合関係の切り替えにあるため、以下、この整合関係切り替え動作について説明し、整合関係切り替え動作以外の動作については説明を省略する。
図6、図7は、整合関係切り替え動作のフローチャートである。
制御電圧生成回路451は、電界強度信号を受け取ると、制御信号として“Low”を出力している場合、すなわち、本変形例に係る携帯電話端末は、整合関係1で受信している場合(ステップS610:Yes)において、受け取った受信信号が−95dBm以上を示す信号であるとき(ステップS620:Yes)には、受け取った電界強度信号が−75dBm以上を示す信号であれば(ステップS630:Yes)、制御信号を“High”に変更、すなわち、本変形例に係る携帯電話端末は、整合関係を、整合関係1から整合関係4に変更し(ステップS640)、電界強度信号が−75dBm以上を示す信号でなければ(ステップS630:No)、制御信号を“Middle”に変更、すなわち、本変形例に係る携帯電話端末は、整合関係を、整合関係1から整合関係3に変更する(ステップS650)という動作を行う。
また、制御電圧生成回路451は、電界強度信号を受け取ると、制御信号として“Low”を出力せずに(ステップS610:No)、“Middle”を出力している場合(ステップS700:Yes)、すなわち、本変形例に係る携帯電話端末は、整合関係3で受信している場合において、受け取った受信信号が−104dBm以下を示す信号であるとき(ステップS710:Yes)には、制御信号を“Low”に変更(ステップS720)、すなわち、本変形例に係る携帯電話端末は、整合関係を整合関係3から整合関係1に変更するという動作を行う。
制御電圧生成回路451は、“Low”を出力中(ステップS610:Yes)に−97dBmを示す電界強度信号を受け取り、−95dBm以上ではない(ステップS620:No)ので、制御信号として“Low”を出力し続ける。
RSSI値測定回路123は、前回アンテナ103で受信している受信信号の電界強度を推定してから100ms経過する(ステップS660)と、再びアンテナ103で受信している受信信号の電界強度を推定し(ステップS600)、−93dBmに変化していることがわかるので、電界強度信号として−93dBmを示す信号を出力する。
従って、本実施の形態に係る携帯電話端末は、整合関係を、整合関係1から整合関係3に変更して受信する。
その後、制御電圧生成回路451は“Middle”信号を出力している、すなわち、本変形例に係る携帯電話端末は、整合関係3で受信している状態で、RSSI値測定回路123はアンテナ103で受信している受信信号の電界強度を推定し(ステップS600)、−73dBmであるため、電界強度信号として−73dBmを示す信号を出力する。
従って、本変形例に係る携帯電話端末は、整合関係を、整合関係3から整合関係4に変更して受信する。
その後、制御電圧生成回路451は“High”信号を出力している、すなわち、本変形例に係る携帯電話端末は整合関係4で受信している状態で、RSSI値測定回路123はアンテナ103で受信している受信信号の電界強度を推定し(ステップS600)、−107dBmであるため、電界強度信号として−107dBmを示す信号を出力する。
従って、本変形例に係る携帯電話端末は、整合関係を、整合関係4から整合関係1に変更して受信を行う。
<補足>
以上、本発明に係る受信装置の一実施形態として、受信信号の電界強度に応じて、整合関係を変更して受信する携帯電話端末について、実施の形態と変形例の例を挙げて説明したが、以下のように変形することも可能であり、本発明は上述した実施の形態で示した通りの受信装置に限られないことはもちろんである。
(1)実施の形態及び変形例において、受信装置として2GHz帯の搬送波を利用して通信する携帯電話端末を例として説明したが、整合回路101に相当する回路を搭載している受信器であれば、2GHz帯以外の周波数帯の搬送波を利用して通信する携帯電話端末であっても構わないし、携帯電話端末以外の受信器、例えば、トランシーバ、ラジオ、テレビ等であっても構わない。
(2)実施の形態及び変形例において、整合回路101の構成は、インダクタ111、113と、キャパシタ112が図1に示すように接続された例について説明したが、これ以外の構成であっても構わない。
(3)実施の形態において、インピーダンス変更回路105は、切替信号生成回路151、スイッチ154、インダクタ155、コンデンサ156が図1に示すように接続された例について説明したが、インピーダンス変更回路105の出力インピーダンスを適切に変更する機能があれば、これ以外の構成であっても構わない。
(4)変形例において、インピーダンス変更回路405は、可変容量キャパシタ454、チョークコイル457が図のように接続された例について説明したが、インピーダンス変更回路105の出力インピーダンスを適切に変更する機能があれば、これ以外の構成であっても構わない。
(5)実施の形態及び変形例において、低雑音増幅回路121、ベースバンド信号変換回路122、RSSI値測定回路123は、RFIC102という1つの半導体集積回路に含まれるとしたが、これ以外の構成、例えば、低雑音増幅回路121、ベースバンド信号変換回路122、RSSI値測定回路123は、それぞれ互いに別々の部品であっても構わないし、RFIC102が、低雑音増幅回路121、ベースバンド信号変換回路122、RSSI値測定回路123に加えて、さらに他の回路を含んでいる半導体集積回路であっても構わない。
(6)実施の形態及び変形例において、RSSI値測定回路123は、受信信号の電界強度を100ms毎に推定し、dBmを単位としたデジタル値を電界強度信号として出力するとしたが、受信信号の電界強度を測定する時間間隔がこれ以外の間隔であっても構わないし、dBmを単位としたデジタル値でない信号を電界強度信号として出力しても構わない。
(7)実施の形態及び変形例において、デュプレクサ104と整合回路101との間に回路が存在しない構成について説明したが、デュプレクサ104と整合回路101との間に、ダイプレクサや、トリプレクサを備えている構成の受信装置であっても構わないし、例えば送信回路がない構成であれば、デュプレクサ104がない構成の受信装置であっても構わない。
(8)実施の形態において、RSSI値測定回路123がアンテナ103で受信している受信信号の電界強度を正しく推定するための較正方法について一例を挙げて説明したが、アンテナ103で受信している受信信号の電界強度を正しく推定することができるように較正する方法であれば、実施の形態で説明した較正方法以外の較正方法で較正されるとしても構わない。
(9)実施の形態において、受信信号を誤って復調してしまうエラーレートが最も低くなる、妨害波の減衰量を決定するための実験について一例を挙げて説明したが、正しく、受信信号を誤って復調してしまうエラーレートが最も低くなる、妨害波の減衰量を決定することができる実験であれば、実施の形態で説明した実験以外の実験で決定されるとしても構わない。
102 RFIC
103 アンテナ
104 デュプレクサ
105 インピーダンス変更回路
121 低雑音増幅回路
122 ベースバンド信号変換回路
123 RSSI値測定回路
151 切替信号生成回路
454 可変容量キャパシタ
Claims (5)
- 所定の周波数帯の電磁波を受信する受信装置であって、
受信信号を伝送する整合回路と、
前記整合回路によって伝送される受信信号を増幅する増幅回路と、
受信信号に基づいて電界強度を測定する電界強度測定回路と、
前記電界強度測定回路の測定する電界強度に応じて、前記整合回路の出力インピーダンスを変更するインピーダンス変更回路とを備え、
前記インピーダンス変更回路は、前記所定の周波数帯における前記整合回路の出力インピーダンスを、前記電界強度測定回路の測定する電界強度が第1の所定強度以上の場合には、前記増幅回路の前記所定の周波数帯における入力インピーダンスと整合しない値とし、当該電界強度が前記第1の所定強度以下である第2の所定強度未満の場合には、前記増幅回路の前記所定の周波数帯における入力インピーダンスと整合する値とすることを特徴とする
受信装置。 - 前記インピーダンス変更回路は、前記電界強度が前記第2の所定強度未満から前記第2の所定強度以上に変化した場合において、前記電界強度が前記第1の所定強度未満のときには、前記整合回路の前記所定の周波数帯における出力インピーダンスを、前記増幅回路の前記所定の周波数帯における入力インピーダンスと整合する値とし、前記電界強度が前記第1の所定強度以上から前記第1の所定強度未満に変化した場合において、前記電界強度が前記第2の所定強度以上のときには、前記整合回路の前記所定の周波数帯における出力インピーダンスを、前記増幅回路の前記所定の周波数帯における入力インピーダンスと整合しない値とすることを特徴とする
請求項1記載の受信装置。 - 前記整合回路は、受信信号を入力される入力端子と、前記増幅回路に接続する出力端子とを備え、
前記インピーダンス変更回路は、前記入力端子と前記出力端子との間の接続経路上の特定点とグラウンドとの間の接続経路のインピーダンスを変更することで、前記所定の周波数帯における前記整合回路の出力インピーダンスを変更することを特徴とする
請求項1記載の受信装置。 - 前記インピーダンス変更回路は、
特定のインピーダンス値を有するインピーダンス素子と、
電気的に導通する状態と電気的に導通しない状態とのいずれか一方の状態となるスイッチとを備え、
前記インピーダンス素子と前記スイッチとは、前記特定点とグラウンドとの間の接続経路上に直列に接続され、
前記インピーダンス変更回路は、前記スイッチの状態を、前記電界強度が前記第1の所定強度以上の場合と、前記第2の所定強度未満の場合とで、互いに異なる状態とすることを特徴とする
請求項3記載の受信装置。 - 前記インピーダンス変更回路は、
前記特定点とグラウンドとの間の接続経路上に直列に接続される可変容量キャパシタを備え、
前記インピーダンス変更回路は、前記可変容量キャパシタの静電容量値を、前記電界強度が前記第1の所定強度以上の場合と、前記第2の所定強度未満の場合とで、互いに異なる静電容量値とすることを特徴とする
請求項3記載の受信装置。
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