JP2012175632A - Wireless receiving device - Google Patents
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Abstract
Description
本説明は、ダイレクトコンバージョン受信方式を用いた無線受信装置に関するものである。 This description relates to a wireless reception apparatus using a direct conversion reception system.
従来、変調帯域が広い(数MHz程度)CDMA(Code Division Multiple Access)、W−CDMA(Wideband CDMA)方式を用いた携帯電話機等の移動体通信機器では、Q値の高いイメージ抑圧フィルタを必要としないダイレクトコンバージョン方式の受信技術が使用されている。ダイレクトコンバージョン受信方式は、高周波受信信号を直交復調器により被変調信号である直交したベースバンドのI/Q信号に直接周波数変換を行う受信方式であり、IC化しやすく、小型化・低価格のメリットがある。 Conventionally, mobile communication devices such as mobile phones using a CDMA (Code Division Multiple Access) or W-CDMA (Wideband CDMA) system with a wide modulation band (about several MHz) require an image suppression filter with a high Q value. No direct conversion reception technology is used. The direct conversion reception method is a reception method in which high-frequency received signals are directly converted into orthogonal baseband I / Q signals, which are modulated signals, by an orthogonal demodulator. There is.
特許文献1は、このようなCDMA方式を用いたダイレクトコンバージョン方式の受信装置として、変調された搬送波信号が一定周期でパワーコントロールされ、受信した搬送波信号からパワーコントロールの周期を検出し、パワーコントロールの切替えタイミングで受信AGCのステップ制御を行うことにより連続受信途中の不連続な制御が行われず安定に受信することができる技術を開示している。
In
しかしながら、ダイレクトコンバージョン方式の受信装置においては、後述するように、直交復調器、ベースバンド部で発生する振幅誤差、位相誤差により、アップコンバージョンミキサ出力にイメージ信号が発生してしまい、このため電力検出部であるIQ検波器出力において誤差が生じるため、適切なAGCの制御を行うことが難しいという問題がある。 However, in a direct conversion type receiver, as described later, an image signal is generated at the output of the upconversion mixer due to an amplitude error and a phase error generated in the quadrature demodulator and the baseband unit. There is a problem in that it is difficult to perform appropriate AGC control because an error occurs in the output of the IQ detector that is a part.
本発明は、イメージ信号を抑制することで、AGCを適切に動作させることができる無線受信装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the radio | wireless receiver which can operate AGC appropriately by suppressing an image signal.
課題を解決する一実施形態は、
高周波信号を直交復調し、I/Q成分のベースバンド信号に変換する直交復調器と、
前記直交復調器から出力されるI/Q成分のベースバンド信号をそれぞれ増幅するベースバンド信号増幅部と、
前記増幅されたI/Q成分のベースバンド信号から位相誤差を検出する位相誤差検出部と、
前記増幅されたI/Q成分のベースバンド信号から振幅誤差を検出する振幅誤差検出部と、
前記ベースバンド信号増幅部から出力されるI/Q成分のベースバンド信号を該ベースバンド信号の周波数成分よりも高い周波数に変換し、前記検出した位相誤差および振幅誤差に基づいてベクトル補正するアップコンバージョン乗算器と、
前記アップコンバージョン乗算器の出力信号レベルに基づいて前記ベースバンド信号増幅部の減衰量を制御する自動利得制御部と、
を具備することを特徴とする無線受信装置である。
One embodiment to solve the problem is:
A quadrature demodulator that quadrature-demodulates a high-frequency signal and converts it to a baseband signal of an I / Q component;
A baseband signal amplifying unit for amplifying a baseband signal of an I / Q component output from the quadrature demodulator;
A phase error detector for detecting a phase error from the baseband signal of the amplified I / Q component;
An amplitude error detector for detecting an amplitude error from the amplified baseband signal of the I / Q component;
Up-conversion in which the baseband signal of the I / Q component output from the baseband signal amplification unit is converted to a frequency higher than the frequency component of the baseband signal, and vector correction is performed based on the detected phase error and amplitude error A multiplier,
An automatic gain control unit for controlling an attenuation amount of the baseband signal amplification unit based on an output signal level of the up-conversion multiplier;
It is a radio | wireless receiver characterized by comprising.
直交変調器、ベースバンド部に直交誤差、振幅誤差があった場合でも、アップコンバージョンミキサ内において振幅補正、位相補正を施すことによって、アップコンバージョン出力においてイメージ信号を抑圧することができ、電力検出部にて誤差が生じないため、適切なAGCを行うことができる。 Even if there are quadrature errors and amplitude errors in the quadrature modulator and baseband part, the image signal can be suppressed in the upconversion output by performing amplitude correction and phase correction in the upconversion mixer. Since no error occurs in step A, appropriate AGC can be performed.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る無線受信装置の構成の一例を示すブロック図である。無線受信装置1は、アンテナ11と、この後段に設けられるBPF12と、この後段に設けられるRFアンプ13と、この後段に設けられる直交復調器2と、この後段に設けられるLPF18,19と、この後段に設けられる自動利得制御部3と、この後段に設けられるA/Dコンバータ30,31と、この後段に設けられるディジタル復調処理ベースバンド部32を有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a wireless reception device according to an embodiment of the present invention. The
また、直交復調器2は、局部発信器14から発信信号を与えられる0/90度位相器16と、0/90度位相器16から信号がそれぞれ供給され、RFアンプ13からI相が与えられるミキサ15と、Q相が与えられるミキサ17を有している。
また、自動利得制御部3は、I相が与えられる可変利得アンプ20と、Q相が与えられる可変利得アンプ21と、I相およびQ相が与えられるアップコンバージョンミキサ25と、この後段に設けられたIQ検波器22と、この後段に設けられた誤差増幅器23と、この後段に設けられたラグリードフィルタ24を有している。また、アップコンバージョンミキサ25は、局部発信器27に信号が供給される0/90度位相器28と、これに信号がそれぞれ供給されるミキサ26およびミキサ29を有している。
The
The automatic gain control unit 3 is provided at a subsequent stage, a
この無線受信装置1は、一例として、狭帯域無線ダイレクトコンバージョン方式(以下:DC方式と略す)の自動利得制御(以下:AGCと略す)機能高速応答性を向上させる目的で構成された無線受信装置である。この方式の場合、直交復調器2により発生した直交誤差(振幅誤差、位相誤差)、ベースバンド回路(LPF、可変利得アンプ)により発生した振幅誤差が、そのままアップコンバージョンミキサの各ミキサ26,29に入力されてしまうため、アップコンバージョンミキサ25の出力には希望波とそのイメージ信号が出力されてしまう。
As an example, the
すなわち、アップコンバージョンミキサの出力に、イメージ信号が含まれてしまうため、IQ検波器出力には希望波とイメージ信号の合成電力が現れ、電力検出に誤差が生じ、誤った電力値にてAGCが制御されることとなる。
例として、図2に示すように、アンテナ11に“RF周波数+fm”のトーン信号が入力され(ただしfmは、LPF通過帯域内の周波数とする)、アップコンバージョンミキサの周波数をfloとし、位相誤差、振幅誤差があり、イメージ信号が発生した場合のアップコンバージョンミキサの出力スペクトラムと、イメージ信号が発生しない場合の出力スペクトラムが現れる。また、図3は、イメージ信号が発生した場合のIQ検波器出力、イメージ信号が発生しない場合のIQ検波器出力の時間波形を示す。ただし、図2、図3において可変増幅器は変化していないものとする。図3に示すように、イメージ信号が含まれている場合には、含まれていない場合とは異なった電力値が検出される。
That is, since the image signal is included in the output of the up-conversion mixer, the combined power of the desired wave and the image signal appears in the IQ detector output, an error occurs in the power detection, and the AGC is detected with an incorrect power value. Will be controlled.
As an example, as shown in FIG. 2, a tone signal of “RF frequency + f m ” is input to the antenna 11 (where f m is a frequency within the LPF passband), and the frequency of the upconversion mixer is f lo. The output spectrum of the up-conversion mixer when there is a phase error and amplitude error and an image signal is generated, and the output spectrum when no image signal is generated appear. FIG. 3 shows time waveforms of the IQ detector output when the image signal is generated and the IQ detector output when the image signal is not generated. However, the variable amplifier is not changed in FIGS. As shown in FIG. 3, when the image signal is included, a power value different from that when the image signal is not included is detected.
このように、直交復調器、ベースバンド部で発生する振幅誤差、位相誤差により、アップコンバージョンミキサ出力にイメージ信号が発生してしまい、電力検出部であるIQ検波器22の出力において誤差が生じ、適切なAGCの制御を行うことが難しい。従って、適切にAGCを動作させるため、イメージ信号を抑圧して、正しい検波電力を得られるようにする必要がある。
As described above, an image signal is generated at the output of the up-conversion mixer due to the amplitude error and the phase error generated in the quadrature demodulator and the baseband unit, and an error occurs in the output of the
図4は、振幅誤差、位相誤差に応じてベクトル補正される無線受信装置1’の概念図である。この図4の直交復調器、LPF、可変利得アンプ、自動利得制御部が全て理想的な状態において、角周波数ωのキャリアを持ち、I相、Q相の変調信号を各々、I(t)、Q(t)とした変調波が直交復調器に入力され、可変利得アンプの利得をAtt(t)とした場合に、可変利得アンプの出力として、
I相:Att(t)・Amp{I(t)}
Q相:Att(t)・Amp{Q(t)}
が得られたとする。
FIG. 4 is a conceptual diagram of the
Phase I: Att (t) · Amp {I (t)}
Q phase: Att (t) · Amp {Q (t)}
Is obtained.
アップコンバージョン角周波数ωloとし、これらの信号がアップコンバージョンミキサ25’に入力された場合、アップコンバージョンミキサの出力として
Att(t)・Amp{I(t)cos(ωlot)−Q(t)sin(ωlot)}
を得ることができる。これは直交復調器に入力された信号の利得のみが変化した信号となる。
When the up-conversion angular frequency is ω lo and these signals are input to the up-
Can be obtained. This is a signal in which only the gain of the signal input to the quadrature demodulator is changed.
図5は、同じく無線受信装置の動作原理を示す説明図である。アップコンバージョンミキサ25”は、ミキサ33、35、36、38、加算器34、および、可変位相器39を有している。直交復調器において位相誤差θが現れ、理想的な利得Ampが振幅誤差としてI相、Q相各々、AmpI,AmpQへと変化した場合、可変利得アンプの出力として、
I相:Att(t)・AmpI{I(t)}
Q相:Att(t)・AmpQ{−I(t)sin(θ)+Q(t)cos(θ)}
の信号が出力される。このアップコンバージョンミキサ25”においては、以下に示すように、図中に示される<補正1>、<補正2>、<補正3>の処理が行われる。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the operating principle of the wireless receiver. The up-
Phase I: Att (t) · AmpI {I (t)}
Q phase: Att (t) · AmpQ {−I (t) sin (θ) + Q (t) cos (θ)}
Is output. In the up-
<補正1>
アップコンバージョンミキサ25”においては、イメージ信号を抑圧する目的として、Q相の信号に対して、AmpI/AmpQを乗算、I相とQ相の相対振幅偏差を取り除く。
その結果、
I相:Att(t)・AmpI{I(t)}
Q相:Att(t)・AmpI{−I(t)sin(θ)+Q(t)cos(θ)}
の信号が得られる。
<
In the up-
as a result,
Phase I: Att (t) · AmpI {I (t)}
Q phase: Att (t) · AmpI {−I (t) sin (θ) + Q (t) cos (θ)}
Is obtained.
<補正2>
アップコンバージョンミキサのイメージ信号を抑圧する目的として、アップコンバージョンミキサのローカル周波数信号cos(ωlot)、−sin(ωlot)の一方に対し可変移相器を用いて位相を変化させ、を作成し、ベースバンド信号とミキシング、加算を行うと
Att(t)・AmpI・cos(θ){I(t)cos(ωlot)−Q(t)sin(ωlot)}
の信号が得られる。
<
In order to suppress the image signal of the up-conversion mixer, the phase of the local frequency signal cos (ω lo t) or −sin (ω lo t) of the up-conversion mixer is changed using a variable phase shifter, and When it is created, mixed with the baseband signal, and added, Att (t) · AmpI · cos (θ) {I (t) cos (ω lo t) −Q (t) sin (ω lo t)}
Is obtained.
これは直交復調器に入力された信号の利得が変化しただけの信号となっているが、図4の理想的なアップコンバージョンミキサとは振幅が異なる。
<補正3>
理想的なアップコンバージョンと同一の振幅値とするために、Amp/AmpI・cos(θ)を乗算することで、理想的な場合と同一な
Att(t)・Amp{I(t)cos(ωlot)−Q(t)sin(ωlot)}
を得ることができる。
This is a signal in which the gain of the signal input to the quadrature demodulator is merely changed, but the amplitude is different from the ideal up-conversion mixer of FIG.
<Correction 3>
In order to obtain the same amplitude value as that of the ideal up-conversion, multiplication by Amp / AmpI · cos (θ) yields the same Att (t) · Amp {I (t) cos (ω lo t) −Q (t) sin (ω lo t)}
Can be obtained.
図6は、同じく無線受信装置の全体のブロックを示すブロック図である。また、図7は、補正機能付アップコンバージョンミキサの第1の構成図である。図6において、補正機能付アップコンバージョンミキサ25’が設けられている。
(第1実施形態)
図7は、同じく補正機能付アップコンバージョンミキサの第1の構成図である。補正機能付アップコンバージョンミキサ25’は、図7において、発振器51、可変位相器52、0/90度移相器53、可変利得アンプ54、ミキサ55、ミキサ56、加算器60、可変利得アンプ57を有している。この補正機能付アップコンバージョンミキサ25’は、図7において、I相、Q相の相対振幅偏差を取り除く<補正1>の機能は可変利得アンプ54により構成する。このアンプをAmpIQContにより制御を行い、I相、Q相の相対振幅偏差を取り除く。
FIG. 6 is a block diagram showing an overall block of the wireless reception apparatus. FIG. 7 is a first block diagram of the up-conversion mixer with correction function. In FIG. 6, an up-
(First embodiment)
FIG. 7 is a first configuration diagram of the up-conversion mixer with a correction function. In FIG. 7, the up-
位相偏差を取り除く<補正2>の機能は、0/90度移相器53の出力の片側に可変移相器52を用いて構成する。この可変移相器をPhsContにより位相Δθ変化させて乗算器に入力し、位相誤差を取り除く。
理想的なアップコンバージョンミキサ振幅値を得るための<補正3>の機能は、可変利得アンプ57により構成する。このアンプをAmpContにより制御を行い、
Att(t)・Amp{I(t)cos(ωlot)−Q(t)sin(ωlot)}
を得る。
The function of <
The function of <Correction 3> for obtaining an ideal up-conversion mixer amplitude value is configured by the
Att (t) · Amp {I (t) cos (ω lo t) −Q (t) sin (ω lo t)}
Get.
(第2実施形態)
図8は、同じく補正機能付アップコンバージョンミキサの第2の構成図である。補正機能付アップコンバージョンミキサ25”は、図8において、発振器51、0/90度移相器53、可変利得アンプ54、ミキサ55、ミキサ56、加算器60、可変利得アンプ57、可変遅延器58、可変遅延器59を有している。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a second configuration diagram of the up-conversion mixer with a correction function. In FIG. 8, the up-
補正機能付アップコンバージョンミキサ25”の位相補正部は、ローカル信号のcos、sinのトーン信号に対して位相回転をさせている。群遅延特性の影響を受けないため、図8のように可変遅延器59をローカル信号の各々に持たせ、相対的に位相差を作り出すことによりΔθを作成することができる。I側の可変遅延器59は、PhsContIによりΔθiを制御し、Q側の可変遅延器58は、PhsContQによりΔθqの制御を行う。
The phase correction unit of the up-
第1実施形態、第2実施形態において、AmpIQCont、AmpCont、PhsCont(PhsContI、PhsContQ)は、アナログ的に制御を行うことも可能であり、十分にイメージ信号が抑圧できる場合には離散的に制御を行うことも可能である。 In the first embodiment and the second embodiment, AmpIQCont, AmpCont, and PhsCont (PhsContI, PhsContQ) can be controlled in an analog manner, and discrete control is performed when the image signal can be sufficiently suppressed. It is also possible to do this.
(制御値の設定方法例)
図9は、同じく振幅誤差検出部・位相誤差検出部を示すブロック図である。無線受信装置1は、図9において、ディジタル処理部32’を有しており、ディジタル処理部32’は、FFT61、FFT62、ピーク電力検出部63、振幅誤差検出部64、位相誤差検出部65を有している。
(Control value setting method example)
FIG. 9 is a block diagram showing the amplitude error detector and the phase error detector. In FIG. 9, the
アンテナ11より“RF周波数+fm”のトーン信号を入力し(ただしfmはLPF通過帯域内の周波数とする)、自動利得制御部3−5の可変利得アンプの更新を停止させ固定利得とし、その利得値はディジタル処理部で既知であるものとする。アンテナ11より入力された信号は、LPF18,19、自動利得制御部3−5を経て、ADCディジタル値へと変換する。アンテナ11より、トーン信号が入力されているため、ADCには
I相:Att・AmpI{cos(2πfmt)}
Q相:Att・AmpQ{sin(2πfmt−θ)}
の信号が入力される。
A tone signal of “RF frequency + f m ” is input from the antenna 11 (where f m is a frequency within the LPF pass band), and updating of the variable gain amplifier of the automatic gain control unit 3-5 is stopped to obtain a fixed gain, The gain value is assumed to be known by the digital processing unit. A signal input from the
Q phase: Att · AmpQ {sin (2πf m t−θ)}
Signal is input.
そのディジタル値、I相、Q相に対して各々FFT演算を行い、ピーク電力値を検出し、ピーク電力が検出された周波数(fmが検出される)を振幅誤差検出部64、位相誤差検出部65に出力する。
位相誤差検出部65では、ピーク電力が検出された周波数のI相、Q相のFFT結果から位相誤差θを算出し、位相誤差θを元にPhsContの制御を行い、位相誤差θを振幅誤差検出部64へと渡す。一方、振幅誤差検出部64では、ピーク電力が検出された周波数のI相、Q相のFFT結果から振幅誤差AmpI、AmpQを求め、理想Amp値、位相誤差θを元に、AmpIQCont、AmpContの制御を行う。
The digital value, the I phase, and the Q phase are each subjected to an FFT operation, the peak power value is detected, and the frequency at which the peak power is detected (fm is detected) is detected by the amplitude
The
これらの制御値を使用して、アップコンバージョンミキサ25を制御することにより、アップコンバージョンミキサの出力からイメージ信号を抑圧することができる。
上記設定方法は、アンテナ11よりトーン信号が入力された場合を想定して設定値を検出しているが、振幅誤差、位相誤差が検出でき、PhsCont、AmpIQCont、AmpContが算出できる場合には、問題なくアップコンバージョンミキサ出力のイメージ信号を抑圧することができる。
By using these control values to control the up-
In the above setting method, the set value is detected on the assumption that a tone signal is input from the
例えば、TDMA(Time Division Multiple Access)ディジタル変調信号を受信中、フレーム内のユニークワード、同期制御信号等、既知のパターンより振幅誤差、位相誤差を検出し、PhsCont、AmpIQCont、AmpContを算出することが可能である。
以上記載した様々な実施形態は複数同時に実施することが可能であり、これらの記載により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者によって容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。
For example, while receiving a TDMA (Time Division Multiple Access) digital modulation signal, it is possible to detect an amplitude error and a phase error from a known pattern such as a unique word in a frame and a synchronization control signal, and calculate PhsCont, AmpIQCont, and AmpCont Is possible.
A plurality of the various embodiments described above can be implemented at the same time. With these descriptions, those skilled in the art can realize the present invention, but various modifications of these embodiments can be conceived. It is easy for a person skilled in the art and can be applied to various embodiments without inventive ability. Therefore, the present invention covers a wide range consistent with the disclosed principle and novel features, and is not limited to the above-described embodiments.
1…無線受信装置、2…直交復調器、3…自動利得制御部、11…アンテナ、12…BPF、13…RFアンプ、14…局部発振器、15…ミキサ、16…0/90度移相器、17…ミキサ。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記直交復調器から出力されるI/Q成分のベースバンド信号をそれぞれ増幅するベースバンド信号増幅部と、
前記増幅されたI/Q成分のベースバンド信号から位相誤差を検出する位相誤差検出部と、
前記増幅されたI/Q成分のベースバンド信号から振幅誤差を検出する振幅誤差検出部と、
前記ベースバンド信号増幅部から出力されるI/Q成分のベースバンド信号を該ベースバンド信号の周波数成分よりも高い周波数に変換し、前記検出した位相誤差および振幅誤差に基づいてベクトル補正するアップコンバージョン乗算器と、
前記アップコンバージョン乗算器の出力信号レベルに基づいて前記ベースバンド信号増幅部の減衰量を制御する自動利得制御部と、
を具備することを特徴とする無線受信装置。 A quadrature demodulator that performs quadrature demodulation of the high-frequency signal and converts it to a baseband signal of an I / Q component;
A baseband signal amplifying unit for amplifying a baseband signal of an I / Q component output from the quadrature demodulator;
A phase error detector for detecting a phase error from the baseband signal of the amplified I / Q component;
An amplitude error detector for detecting an amplitude error from the amplified baseband signal of the I / Q component;
Up-conversion in which the baseband signal of the I / Q component output from the baseband signal amplification unit is converted to a frequency higher than the frequency component of the baseband signal, and vector correction is performed based on the detected phase error and amplitude error A multiplier,
An automatic gain control unit for controlling an attenuation amount of the baseband signal amplification unit based on an output signal level of the up-conversion multiplier;
A wireless receiver characterized by comprising:
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