JP2012165306A - 受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、時分割通信を行う無線通信システムの受信装置において、比較的簡素な構成によって、過大な電力振幅の信号によって受信回路が損傷を受けないように保護することを目的とする。
【解決手段】
受信装置において、アンテナから受信信号の入力を受けて第一信号と第二信号とに電力を２分配して出力する分配部と、前記無線通信システムが送信するか受信するかによって異なる共振周波数を呈する共振部と、入力を受けた２つの異なる信号を１つの信号に合成して出力する合成部と、を備えた上で、前記分配部が出力した前記第一信号と前記第二信号は別々に異なる２つの共振部を経て合成部にて合成されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、所定の時間間隔で送受信を切り替えて時分割通信を行う無線通信システムにおける受信装置に関する。

所定の時間間隔で無線通信システムの送受信を切り替えて時分割通信を行う無線通信の一方式として、時分割複信方式（以下、ＴＤＤ方式）がある。送受信ともに同じ周波数で通信するＴＤＤ方式は、送受信のアンテナを共用できることから装置の小型化が可能であるという利点がある。

一方、ＴＤＤ方式は、送受信ともに同じ周波数で通信するために、外部の影響によりアンテナの負荷インピーダンスが大きく変動する。これにより、送信電力が受信回路へ漏れるという欠点がある。

また、負荷インピーダンスが大きく変動することで、アンテナにてインピーダンスの整合がとれなくなり、放射されるべき送信信号が当該アンテナにて反射されて受信回路に帰還してしまうという欠点がある。

前記のようにアンテナが反射して受信回路に帰還する信号は、受信回路の許容入力電力よりも過大な電力振幅であることが多く、結果的に、受信回路が損傷を受けてしまう。従って、ＴＤＤ方式においては、受信回路が損傷を受けないための対策が必要である。

そこで、従来のＴＤＤ方式向けの無線通信システムにおいては、送信時にアンテナが反射した送信信号を受信回路に入力しないように、アイソレータやサーキュレータによって送信回路と受信回路との独立性を確保できるように設計されていた。たとえば特許文献１は、送信時はアンテナと送信回路が接続するように、また受信時はアンテナと受信回路が接続するように、スイッチングによって切り替わる構成が開示されている。

特開２００７−０１３９９３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、特に無線通信システムの信号出力が大電力となる場合、或いはＵＨＦやＶＨＦ帯のような低い周波数で使用する場合等にはアイソレータやサーキュレータが大型部品となるために、回路規模が大きくなるという欠点があった。

そこで、本発明は、所定の時間間隔で送受信を切り替えて時分割通信を行う無線通信システムの受信装置において、アイソレータやサーキュレータを使用せずとも、前記帰還信号によって受信回路が損傷を受けないように保護することを目的とする。

また、前記受信装置は、送信時に受信回路を保護し、受信時には入力信号に混在する不要波成分を除去することを目的とする。

そこで、本発明に係る受信装置は、所定の時間間隔で送受信を切り替えて時分割通信を行う無線通信システムの受信装置において、アンテナから受信信号の入力を受けて第一信号と第二信号とに電力を２分配して出力する分配部と、前記無線通信システムが送信するか受信するかによって異なる共振周波数を呈する共振部と、入力を受けた２つの異なる信号を１つの信号に合成して出力する合成部と、を備えた上で、前記分配部が出力した前記第一信号と前記第二信号は別々に異なる２つの共振部を経て合成部にて合成されることを特徴とする。

また、前記分配部は、入力側から見て５０Ωのインピーダンスを呈することを特徴とする。

また、前記分配部は、１つの入力端と２つの出力端と１つの接地端によるハイブリッド回路か、若しくは、ウィルキンソン電力分配回路によって構成されることを特徴とする。

また、前記無線通信システムが送受信する信号の中心周波数をｆとして、前記共振部は、共振周波数がｆである第一共振回路と、共振周波数がｆの３倍の周波数である第二共振回路と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、所定の時間間隔で送受信を切り替えて時分割通信を行う無線通信システムの受信装置において、アイソレータやサーキュレータを使用せずとも、前記帰還信号によって受信回路が損傷を受けないように保護することができる。これにより、受信装置の小型化が可能になる。

また、本発明によれば、送信時に受信回路を保護し、受信時には入力信号に混在する不要波成分を除去できる。これにより、無線通信システムの通信品質の向上に繋がる。

本実施形態に係る受信装置の適応例を示す構成図である。 本発明の一実施形態を示す図である。 本実施形態に係る受信装置の一部分を示す構成図である。 共振部が共振したときの信号の流れを示す図である。 本発明の一実施形態を示す図である。 電力調整部における可変減衰器の減衰量に関する特性図である。

本発明の好適な実施形態について、図を参照して説明する。まずは図１に本実施形態に係る受信装置１４を、送受信を切り替えて時分割通信を行うＴＤＤ方式の無線通信システムに適応した例を示す。

本実施形態に係る受信装置１４は、無線通信システム１０内に備えられている。アンテナ１１が送受信する送信信号及び受信信号の基本周波数は同じくｆ０であるとする。送信装置１３が出力した送信信号は、共用器１２を通過してアンテナ１１が無線通信システム１０の外部へと出力する。またアンテナ１１が受信した受信信号は、アンテナ１１が共用器１２を通して受信装置１４へと出力する。共用器１２には一般的にフィルタ等が備わっており、送信信号と受信信号が共に通過する。

受信装置１４内には受信回路１５が備わっている。該受信回路１５には信号電力を増幅するための増幅器、また受信信号を基に通信処理をするための信号処理器等、従来の受信装置と同様の構成要素が備わっている。

仮に、過大な信号が受信回路１５に入力した場合、最も損傷しやすいのは受信回路１５内の増幅器である。よって、受信回路１５への入力前に過大な入力信号を除去する必要がある。

また、無線通信システム１０の通信品質を良好に保つために、受信時に受信信号に含まれる所望の信号成分についてダイナミックレンジを確保した状態で信号処理器に入力することが理想的である。よって、受信信号について、受信回路１５への入力前に不要波成分を除去した上で、更には、電力振幅値を最適化することが望ましい。ここで最適化とは、受信信号を受信回路内の増幅器に入力する前に、ダイナミックレンジを確保した状態に調整することを意味する。

そこで、受信装置１４内の具体的な構成を図２に示し、図を参照して説明する。

受信装置１４内では、共用器１２から入力を受けた受信信号を、方向性結合器２２と、受信信号電力を２分配する分配部２４と、分配部２４が出力した信号に含まれる不要な信号成分を取り除く共振部２５及び２７と、共振部２５及び２７が出力した信号を同相合成する合成部２９と、受信信号の電力振幅について最適化する電力調整部２６と、を経て受信回路１５に入力する。共振部２５及び２７と、電力調整部２６の動作は制御部２３が制御する。

以下、図２における共用器１２と受信回路１５との間の構成を図３に示し、図を参照して説明する。まず、受信装置１４が入力を受けた信号を、方向性結合器２２が制御部２３と分配部２４とに向けて分岐して出力する。

制御部２３は、送信時と受信時とで共振部２５及び２７と電力調整部２６に対して異なる制御をする。制御部２３はＴＤＤ信号と受信信号の入力を受ける。ここでＴＤＤ信号は、送信時と受信時とに応じて、所定の時間間隔で切り替わる２値の信号である。制御部２３は、該ＴＤＤ信号に同期して共振部２５及び２７に、たとえば制御信号を送信するなどして送受信が切り替わったことを伝達する。

更に制御部２３は、受信信号の入力を受けて電力振幅値を検知する。受信信号の電力振幅値に応じて、受信回路１５に出力する受信信号のダイナミックレンジを確保するように電力調整部２６を制御する。制御部２３がどのように電力調整部２６を制御するかについては後段で、具体的な一例を挙げて説明する。

分配部２４は、たとえば３ｄＢハイブリッドなどで構成する。分配部２４は、受信信号の電力を２分配して２つの共振部２５及び２７に向かって出力する。３ｄＢハイブリッドの４端子のうち、方向結合器２２から受信信号の入力を受ける端子と、受信信号を２分配して出力する２つの出力端子以外の、もう１つの端子を５０Ω終端する。

共振部２５及び２７は、コイルとコンデンサによるＬＣ回路を有し、一定の共振周波数で共振する構成とする。たとえば、共振周波数と同じ周波数を呈する信号が共振部２５及び２７に入力した場合、共振部２５及び２７が共振して信号を反射して分配部２４へ出力する。そして図４に示すように、分配部２４の５０Ω終端した端子すなわちダミーロードへと流れて電力を消費することから、その他の回路へ影響を与えない。したがって、共振周波数には、共振部２５および２７に入力した信号から除去するべき信号の周波数を選択すればよい。

共振部２５及び２７の共振周波数は、ＬＣ回路のリアクタンスやコンダクタンスを変更することで自由に選択できる。ＴＤＤ方式の無線通信システム１０に適応した受信装置１４では、無線システム１０の送信時と受信時とで除去するべき信号の周波数成分が異なる。従って、図３に示すとおり、共振部２５及び２７のＳＷ１を、制御部２３が送信時にはＯＮ、そして受信時にはＯＦＦに切り替えて、共振周波数を切り替える。

送信時における共振部２５及び２７は、アンテナが反射して受信回路へと帰還する過大な電力振幅の信号を除去するために、共振周波数を送信信号の基本周波数ｆ０とする。制御部２３は、ＴＤＤ信号の入力により無線通信システムが送信時であると判断した場合に、ＳＷ１がＯＮになるよう制御信号を切り替える。送信時にアンテナが反射した過大な信号は、共振部２５及び２７のＬＣ１共振回路がｆ０で動作して反射することで、３ｄＢハイブリットのダミーロードへ流れる。つまり、共振部２５及び２７より後段には過大な電力振幅の信号を出力しないことから、受信回路１５を保護できる。

受信時における共振部２５及び２７の共振周波数は、受信信号が含む不要波成分の周波数とする。本実施形態における該不要波成分は、主に周波数３ｆ０の信号成分すなわち３倍波を想定している。制御部２３はＴＤＤ信号の入力により無線通信システムが受信時であると判断した場合に、ＳＷ１をＯＦＦにするよう制御信号を切り替える。受信信号に含まれる３ｆ０の信号成分は、共振部２５及び２７のＬＣ２共振回路が３ｆ０で動作して反射することで、３ｄＢハイブリットのダミーロードへ流れる。つまり、共振部２５及び２７は受信信号に含まれる３倍波を除去した上で後段に向けて出力する。

なお、受信時における共振部２５及び２７の共振周波数は、自由に選択できる。本実施形態において受信時における共振部２５及び２７の共振周波数を３ｆ０としたのは、一般的に、送受信信号の３倍波が他の不要波成分と比較して大きな電力振幅で受信信号に含まれることが理由である。これは、図１に示す共用器１２内に備えられたフィルタが一般的には誘電体やヘリカルコイルで構成されるため、受信信号が含む奇数次の周波数成分が残存することに起因する。たとえば、受信装置内にＢＰＦを配置して３倍波に対策を施そうとすると受信信号の減衰に繋がることから、共振部２５及び２７によって３倍波のみを効率的に除去できるようにした。

合成部２９は、共振部２５及び２７が各々出力した受信信号を同相合成する。分配部２４と同様に、たとえば３ｄＢハイブリッドなどで構成する。合成部２９が同相合成した受信信号を電力調整部２６へと出力する。

電力調整部２６は、可変減衰器を有する。制御部２３が電力調整部２６を制御することで、可変減衰器の減衰量の大小を調整する。制御部２３は、電力調整部２６が出力する信号について、受信信号のダイナミックレンジを確保するように電力調整部２６を制御する。

制御部２３による電力調整部２６に対する具体的な制御の一例を挙げる。たとえば、制御部２３は受信信号について所望の電力振幅値を予め記憶しておく。制御部２３は、受信信号の電力振幅値を検知して所望の電力振幅値との差分を求め、該差分がなくなるように電力調整部２６を制御する。該減衰量の特性図を図６に示す。横軸は受信信号の電力振幅値であり、縦軸は可変減衰器の減衰量である。図６に示すように、受信信号の電力振幅値が大きい値のときには可変減衰器の減衰量が大きくなるように、受信信号の電力振幅値が小さい値のときには可変減衰器の減衰量が小さくなるように、制御部２３が電力調整部２６を制御する。電力調整部２６は受信信号を所望の電力振幅値に調整して、受信回路１５へと出力する。

以上、本実施形態に係る受信装置１４の構成と動作を説明した。本実施形態に係る受信装置１４においては、上述のとおり、送信時に受信装置へと過大な電力振幅の信号が帰還してしまった場合でも、３ｄＢハイブリッド回路によって送受信の独立性を確保することで、受信回路の保護を可能にした。

従来、ＴＤＤ方式における基本周波数ｆ０がＶＨＦ帯のような低い周波数の場合にはアイソレータやサーキュレータの大きさが大きくなることが問題であったが、本実施形態に係る受信装置１４では、アイソレータやサーキュレータを使用しない回路構成によって受信回路の保護をすることで、装置の小型化を実現可能にした。結果的に、昨今需要が大きい、無線通信システムの更なる小型化に貢献するものである。

また、本実施形態に係る受信装置１４においては、受信信号を減衰させることなく３倍波を除去できる。しかも、上述の受信回路の保護を目的とした装置構成を有効活用することにより、回路規模を必要以上に大きくすることなく不要波成分を除去できる。これにより、受信装置を小型化できる上に、無線通信システムの通信品質の向上を可能にした。

さらに、本実施形態に係る受信装置１４においては、電力調整部２６によって、受信信号の電力振幅値を最適化できる。つまり、受信回路１５が、ダイナミックレンジを確保した状態で受信信号の入力を受けて信号処理をすることから、無線通信システムの通信品質がさらに向上する。

なお、本実施形態においては、共振部２５及び２７は、ＴＤＤ信号の入力を受けた制御部２３が制御する構成としたが、これに限定されない。たとえば、制御部２３を設けずに、ＴＤＤ信号を直接、共振部２５及び２７に入力して送信時と受信時とで共振周波数が切り替えられる構成としても良い。

また、電力調整部２６において受信信号の電力振幅を最適化するために、制御部２３が電力振幅値を検知して検知結果に基づいて電力調整部２６を制御するとしたが、電力振幅値を検知する方法並びに電力調整部２６の減衰量の調整方法はこれに限定されない。また、方向性結合器２２が受信信号を分岐した上で制御部２３に出力し、制御部２３が電力振幅値を検知することは必須ではない。たとえば、方向性結合器２２を使わない分岐も可能であり、更には、分岐せずに電力振幅値を検知する構成でもよい。

なお、本実施形態においては、電力調整部２６は可変減衰器による構成を一例として挙げたが、これに限定されず、自由に構成できる。

また、制御部２３による電力調整部２６に対する具体的な制御の一例を挙げて説明したが、これに限定されず、自由な制御方式が選択できる。たとえば、制御部２３は、受信信号の入力を受けて検知した上で、電力調整部２６を制御する例を述べたが、これに限定されない。

なお、本実施形態においては、合成部２９の後段に電力調整部２６が配置する構成としたが、これに限定されず自由に構成できる。たとえば、図５に示すように、合成部２９の前段に２つの電力調整部２６及び２８を配置しても良い。ここで、電力調整部２８の構成は上述の電力調整部２６の構成と同様であるとする。

なお、本実施形態においては、分配部２４を３ｄＢハイブリッドによって構成したが、これに限定されない。分配部２４は入力を受けた信号の信号電力を２分配して出力するために３端子以上の素子であり、且つ入力側から見て５０Ωのインピーダンスを呈する電力分配回路で、たとえば、ウィルキンソン分配器でも実現可能である。その他、アイソレーションされた電力分配回路であれば、たとえばトランスを使った構成でも実現可能である。

また、分配部２４と合成部２９とが同じ素子による構成でなくとも良い。つまり、合成部２９が信号を合成する際に同相合成する構成であれば、分配部２４と同じ素子でなくとも良い。

なお、本実施形態においては、共振部２５及び２７の共振回路が送信時と受信時とで２通りの共振周波数を選択可能である例を述べたが、これに限定されない。つまり、共振部２５及び２７の共振周波数は自由に選択可能であり、たとえば、不要波成分の周波数が幾通りかある場合には３つ以上の共振回路が供えられた構成や、スイッチ機能によって２つの共振回路の直並列の関係が選択可能な構成でもよい。

また、共振部２５及び２７の共振回路はＬＣ回路を一例として挙げたが、その他共振回路による構成でもよい。

また、本実施形態に係る受信装置を、ＴＤＤ方式の無線通信システムに適応することを前提として説明したが、これに限定されない。送受信を切り替えて時分割通信を行う無線通信システム全般に適応できるものとする。

以上、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲内において多用な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。

１０・・・無線通信システム
１１・・・アンテナ
１２・・・フィルタ
１３・・・送信装置
１４、２１・・・受信装置
１５・・・受信回路
２２・・・方向性結合器
２３・・・制御部
２４・・・分配部
２５、２７・・・共振部
２６、２８・・・電力調整部

Claims (4)

1. 所定の時間間隔で送受信を切り替えて時分割通信を行う無線通信システムの受信装置において、
   アンテナから受信信号の入力を受けて第一信号と第二信号とに電力を２分配して出力する分配部と、
   前記無線通信システムが送信するか受信するかによって異なる共振周波数を呈する共振部と、
   入力を受けた２つの異なる信号を１つの信号に合成して出力する合成部と、
   を備えた上で、前記分配部が出力した前記第一信号と前記第二信号は別々に異なる２つの共振部を経て合成部にて合成されることを特徴とする受信装置。
2. 前記分配部は、入力側から見て５０Ωのインピーダンスを呈することを特徴とする、請求項１に記載の受信装置。
3. 前記分配部は、１つの入力端と２つの出力端と１つの接地端によるハイブリッド回路か、若しくは、ウィルキンソン電力分配回路によって構成されることを特徴とする、請求項１乃至２のいずれか一項に記載の受信装置。
4. 前記無線通信システムが送受信する信号の中心周波数をｆとして、
   前記共振部は、共振周波数がｆである第一共振回路と、
   共振周波数がｆの３倍の周波数である第二共振回路と、
   を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の受信装置。