JP2013150239A - 無線回路及び照明制御システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】無線回路1は、送信すべきデータを示す信号から変調信号を生成するモジュレータ10と、前記変調信号の周波数を中間周波数に変換する周波数変換部11と、前記中間周波数に変換された前記変調信号をアナログ信号に変換するDAC12と、前記DAC12が前記変換を行う際に生じる互いに異なる周波数を有する複数のイメージ成分のうち、特定の高域周波数帯に属するイメージ成分を濾波するBPF13と、濾波された前記イメージ成分を増幅する信号増幅部14と、増幅された前記イメージ成分を送信するアンテナ16とを備える。
【選択図】図1
Description
直接直交変調方式では、モジュレータでI(In−phase)信号(同相信号)と、I信号と位相が90度異なるQ(Quadrature)信号(直交信号)とを生成し、これらの信号についてデジタル・アナログ変換回路(DAC:Digital to Anaglog Converter)によりデジタル信号をアナログ信号に変換するとともに不要な成分を除去して、直交変換を行うものである。直交変換を行う際に、PLL(Phase−locked loop)及びVCOを含むシンセサイザにより、各信号(I信号、Q信号)についての高周波の信号が生成される。
そこで、本発明は、シンセサイザを用いないで送信すべき信号を生成し、小型化を図ることのできる無線回路及び照明制御システムを提供することを目的とする。
ここで、前記特定の周波数帯域に属するイメージ成分は、前記中間周波数に変換された前記変調信号の位相と逆位相の関係にあり、前記無線回路は、さらに、前記信号変換部による前記変換に先立って、前記中間周波数に変換された前記変調信号の位相を反転する位相反転部を備えるとしてもよい。
ここで、前記無線回路は、無線通信を行う無線送受信機に備えられるとしてもよい。
また、本発明は、1以上の照明器具と、前記1以上の照明器具を無線により制御する制御装置とからなる照明制御システムであって、前記制御装置は、照明器具の制御に係る制御信号から変調信号を生成する信号生成部と、前記変調信号の周波数を、中間周波数に変換する周波数変換部と、前記中間周波数に変換された前記変調信号をアナログ信号に変換する信号変換部と、前記信号変換部による前記変換の際に前記信号変換部のサンプリング周波数の整数倍毎の周波数の上下に前記中間周波数だけ離間して現れるイメージ成分のうち、特定の高域周波数帯域に属するイメージ成分を濾波するフィルタと、前記フィルタにより濾波された前記イメージ成分を増幅する信号増幅部と、前記信号増幅部で増幅された前記イメージ成分を送信する送信部とを備え、前記1以上の照明器具のそれぞれは、前記イメージ成分を受信し、受信したイメージ成分を復調して前記制御信号を生成し、生成した前記制御信号に基づいて、照明の制御を行うことを特徴とする。
1.実施の形態
1.1 構成
本発明の一実施形態である無線回路1は、シンセサイザを用いることなく、無線通信で用いるべき周波数を有する信号を生成し、出力するものである。
モジュレータ10は、送信すべきデータの信号を変調して、デジタル信号である変調信号を生成するものである。
具体的には、モジュレータ10は、送信すべきデータの信号を変調して、I信号(同相信号)と、I信号と位相が90度異なるQ信号(直交信号)とを生成する。ここでは、I信号とQ信号との組を変調信号という。
周波数変換部11は、モジュレータ10で生成された変調信号の周波数を中間周波数へと変換するものであり、図1に示すように、直交変換部21とROMテーブル22とを有している。
ROMテーブル22は、I信号及びQ信号のそれぞれの周波数を中間周波数へと変換するための情報を格納している。
DAC12は、サンプリング周波数(fs:50MHz)に基づいて周波数変換部11で得られた中間周波数を有する変調信号であるデジタル信号を、アナログ信号へと変換する回路である。ここで、サンプリング周波数(fs)とは、外部にある水晶発振子の周波数であり、この周波数でDAC12は動作する。
イメージ成分は、DAC12で用いられるサンプリング周波数と、入力信号の乗算(ミキシング)によって生成される。例えば、入力信号を周波数変換部11で生成された信号、つまりはデジタル領域で直交変換されたIF信号とすると、そのイメージ成分は、サンプリング周波数のm倍(mは1以上の整数)の高調波との掛け算によって生成される。このとき、Sinc関数応答により、第2mイメージ成分と第2m−1イメージ成分とは互いに位相が逆の関係となっている。そして、mの値が奇数であるときは、第2m−1と入力信号(つまりは変換されたアナログ信号)とが同じ位相となる。また、mの値が偶数であるときは、第2mと入力信号(つまりは変換されたアナログ信号)とが同じ位相となる。つまり、図2に示すイメージ成分のうち破線で示されるイメージ成分それぞれと、IF信号とは互いに位相が逆の関係となっている。他のイメージ成分と、IF信号とは同じ位相の関係となっている。例えば、第17(=2×9−1)イメージ成分の位相は、mの値が奇数(9)であるので、入力信号と同じ位相となっている。
BPF13は、DAC12から出力されたアナログ信号における複数の周波数成分のうち必要とする周波数成分のみを濾波するものである。
以下、図2を用いて具体的に説明する。
特定省電力無線規格ARIB(Association of Radio Industries and Businesses)−T67では、429.8125MHzから429.9125MHzまでの高域周波数帯域が無線通信の利用可能な帯域として割り当てられている。
通常、中間周波数に応じて、各イメージ成分の周波数が異なってしまう。そのため、第17イメージ成分の周波数が無線通信として許可された周波数となるよう、中間周波数を決定する必要がある。例えば、429.8125MHzから429.9125MHzまでの高域周波数帯域のうち送信に用いたい周波数、つまり第17イメージ成分の周波数を429.8125MHzとすると、中間周波数は、9倍のサンプリング周波数(450MHz)と第17イメージ成分との差分となる。なぜなら、送信帯域の信号(ここでは、中間周波数の信号)と、複数のイメージ信号は、Sinc関数応答によりNULLとなる位置(ここでは、サンプル周波数の整数倍)を対称軸として、左右対称となる位置に存在するためである。
信号増幅部14は、図1に示すように、ドライバアンプ(DRV)23とパワーアンプ(PA)24と有しており、これらアンプを用いて、BPF13で得られたイメージ成分を有するアナログ信号の送信レベルを所定のレベルまで増幅する。
ここで、具体例を用いて説明する。
図3に示す例では、DAC12へ入力される信号レベルを4dBmとする。この信号が、DAC12によりアナログ信号へと変換され、出力時の第17イメージ成分のレベルは、Sinc関数応答により、入力信号のレベルよりも33dB低い、−29dBmとなる。また、アナログ信号へ変換する際に生じる雑音レベルの一種である量子化雑音レベルはDAC12のビット分解能を8ビットとすれば理論的にSN(signal−noise ratio)約50dBが実現できるため、入力される信号レベルよりも50dBm低い。入力信号レベルを4dBmとしているため、ここでは、−46dBmである。この量子化雑音レベルも、Sinc関数応答により、33dB低いものとなる。つまり、DAC12から出力される量子化雑音のレベルは、79dBmとなる。また、他の雑音レベルである熱雑音レベルは、−134dBmである。これは、第17イメージ成分のレベルよりも55dB低いものとなっており、信号のSNには関与しない、無視できるものである。
LPF15は、信号増幅部14から出力された信号に含まれる雑音を除去するものである。
雑音が除去された信号は、アンテナ16を介して外部へ送信されることとなる。
1.2 動作
ここでは、無線回路1の動作について図4に示す流れ図を用いて説明する。
無線回路1は、周波数変換部11により、モジュレータ10で生成された変調信号(I信号、Q信号)の周波数を、中間周波数へ変換する(ステップS10)。
無線回路1は、DAC12により、中間周波数の変調信号を、アナログ信号へと変換する(ステップS15)。
無線回路1は、信号増幅部14により、濾波されたイメージ成分の信号レベルを、許容された信号レベルとなるよう増幅する(ステップS25)。
2.変形例
上記実施の形態において、本発明の実施の手法について説明してきたが、本発明の実施形態がこれらに限られないことは勿論である。以下、上記実施の形態以外に本発明として含まれる各種の変形例について説明する。
DAC12でのSinc関数応答は、図5のように、位相が反転する領域(第2、第3、第6、第7イメージ成分、)が存在する。
例えば、第7イメージ成分を用いて信号を送信する場合、本来送信に利用すべき信号の位相と、第7イメージ成分の位相とは逆位相の関係となる。そのため、送信側で101010の信号を送信する場合、受信側では101010の順序で信号が受信されることを期待しているため、図6のように1シンボル分開始ポイントを誤って同期してしまう。
上記にて示す誤同期を防ぐために、図7に示すように、本変形例の無線回路1aでは、上記実施の形態の無線回路1の構成要素に加えて、位相反転部30を備えることで、上記の問題を解消する。
位相反転部30は、周波数変換部11とDAC12との間に設けられ、周波数変換部11で出力される信号の位相を反転するものである。
(2)動作
無線回路1aの動作は、図4にて示す流れ図において、ステップS10とステップS15との間に、以下に示すステップS11を追加することで、実現できる。
2.2 第2の変形例
通常、イメージ成分では、Sinc関数応答による振幅歪みが生じている。振幅歪みは、広帯域信号においては、エラー発生率が高くなるといった影響を与える。
(1)構成
上記の補正を行うために、図8に示すように、本変形例の無線回路1bでは、上記実施の形態で示す無線回路1の構成要素に加えて、周波数変換部11とDAC12との間に補正フィルタ40を設けている。
f/fsの値が1.19である場合、Sinc関数の値は、約−0.151であり、このときの補完係数は−6.65となっている。そこで、これら値を乗算すると、おおよそ1となっている。また、f/fsの値が1.2である場合、Sinc関数の値は、約−0.1558であり、このときの補完係数は−6.4となっている。この場合も乗算後の値は、おおよそ1となっている。
(2)動作
無線回路1bの動作は、図4にて示す流れ図において、ステップS10とステップS15との間に、以下に示すステップS12を追加することで、実現できる。
2.3その他の変形例
上記変形例の他、以下の変形例の本発明に含まれる。
(1)上記実施の形態、及び上記第1の変形例において、利用すべきイメージ成分は、中間周波数の信号と同相の成分又は逆相の成分の何れかと固定したが、これに限定されない。
この場合、図7で示す無線回路1aの構成要素に加えて、以下のようにスイッチングする切替部を設ける。切替部は、中間周波数の信号と同相のイメージ成分が選択された場合には周波数変換部11とDAC12とを接続し、逆相のイメージ成分が選択された場合には、周波数変換部11とDAC12とを接続するよう、切り替えを行う。
3.第2の実施の形態
上記第1の実施の形態、及び上記各変形例では、信号の送信を行う無線回路について説明したが、ここでは、送受信を行う送受信機について説明する。
本実施の形態の送受信機100は、図10に示すように、上記第1の実施の形態で示す無線回路1と、シンセサイザを用いることなく生成された信号を受信するサンプリング受信機2と、スイッチ3とを備える。
無線回路1については、第1の実施の形態において、既に説明しているので、個々での説明は省略する。
サンプリング受信機2は、復調部110、直交変換部111、BPF112、114、アナログ・デジタル変換回路(ADC:Anaglog to Digital Converter)113、可変利得増幅器(PGA:Programmable Gain Amplifier)115、低雑音増幅器(LNA:Low Noise Amplifier)116及びLPF117から構成される。この場合も、シンセサイザは不要となっている。
LNA116は、受信した信号を増幅するものであって、低雑音の発生が少ないものである。
PGA115は、後述するADC113に入力される信号の振幅レベルが一定となるように、自動利得制御(AGC:automatic gain control)アルゴリズムと連動して動作するものである。
ADC113は、受信したアナログ信号をデジタル信号へと変換する回路である。ADC113からデジタル信号が出力される際には、無線回路1のDAC12の出力時と同様に、複数の互いに異なる周波数のイメージ成分が出力される。
直交変換部111は、濾波されたイメージ成分の信号をI成分及びQ成分に分解する。そして、直交変換部111は、分解したI成分及びQ成分に対してROMテーブル22を用いて、波形整形されたI信号及びQ信号を生成する。
この構成により、送受信機100は、シンセサイザを用いることなく信号の送信及び受信を行うことができる。
なお、本実施の形態において、送受信機100には無線回路1が含まれるとしたが、これに限定されない。送受信機100は、上記第1の変形例で示す無線回路1b、第2の変形例で示す無線回路1b、及びその他の変形例(1)で示す無線回路の何れかを備えるものであってもよい。何れの無線回路を用いても、サンプリング受信機2の構成には変更はない。
ここでは、送受信機100の適用例について、図11を説明する。
図11は、送受信機100を用いた照明制御システム1000である。
照明制御システム1000は、照明制御スイッチ1001と蛍光灯器具1002、1003、1004、1005と電力線1006とから構成されている。
送受信機100aは、上述した送受信機100と同様の構成であり、蛍光灯器具1002から1005に対して、ユーザの指示に応じて、電源のON/OFF信号及び光の強弱を示す調光信号を送信する。また、送受信機100aは、蛍光灯器具1002から1005のそれぞれから送信された信号を受信する。蛍光灯器具から送信された信号とは、例えば、照明制御スイッチ1001が送信した信号を正常に受信した旨を示す信号である。
蛍光灯器具1002は、蛍光灯の他送受信機100bを有する。
送受信機100bは、上述した送受信機100と同様の構成であり、照明制御スイッチ1001から送信された信号を受信する。また、送受信機100bは、照明制御スイッチ1001から送信された信号を正常に受信した旨の信号を送信する。
以上、説明したように、照明制御システム1000では、ON/OFF信号や調光信号を無線通信により、照明制御スイッチ1001から蛍光灯器具1002から1005へ指示し、蛍光灯器具1002から1005を制御することができる。
そこで、照明制御システム1000のように、指示を無線通信で行うようにすることで、電力線1006からの電力の供給はそのままで、蛍光灯器具1002から1005は、信号を無線で受信した装置側で電力をチョークすることができ、蛍光灯器具1002から1005のそれぞれ毎に細やかな制御が可能となる。
また、従来の蛍光灯器具のような照明機器にはインバータ制御用のマイコンが搭載されている。そこで、送受信機の無線回路を小型化することで、当該マイコンに集積することが可能となり、無線通信による照明制御が可能となる。
以上、説明したように、各実施の形態及び各変形例で示す無線回路は、シンセサイザを用いないため図13で示すシンセサイザの配置面積が不要となり、小型化を実現することができる。
5.補足
(1)本発明の一態様である、無線回路は、送信すべきデータを示す信号から変調信号を生成する信号生成部と、前記変調信号の周波数を、中間周波数に変換する周波数変換部と、前記中間周波数に変換された前記変調信号をアナログ信号に変換する信号変換部と、前記信号変換部による前記変換の際に前記信号変換部のサンプリング周波数の整数倍毎の周波数の上下に前記中間周波数だけ離間して現れるイメージ成分のうち、特定の高域周波数帯域に属するイメージ成分を濾波するフィルタと、前記フィルタにより濾波された前記イメージ成分を増幅する信号増幅部と、前記信号増幅部で増幅された前記イメージ成分を送信する送信部とを備えることを特徴とする。
(2)ここで、前記特定の周波数帯域に属するイメージ成分の周波数を第1周波数とし、前記中間周波数は、前記第1周波数と、前記サンプリング周波数の整数倍であって前記第1周波数に最も近い第2周波数との差分値であるとしてもよい。
(3)ここで、前記特定の周波数帯域に属するイメージ成分は、前記中間周波数に変換された前記変調信号の位相と逆位相の関係にあり、前記無線回路は、さらに、前記信号変換部による前記変換に先立って、前記中間周波数に変換された前記変調信号の位相を反転する位相反転部を備えるとしてもよい。
(4)ここで、前記無線回路は、さらに、前記信号変換部による前記変換に先立って、前記一の周波数帯域に属するイメージ成分についての振幅歪みが平坦となるよう、前記イメージ成分に対して補完を施す補完部を備えるとしてもよい。
(5)ここで、前記無線回路は、無線通信を行う無線送受信機に備えられるとしてもよい。
この構成によると、無線回路を送受信機に用いることで、無線回路の小型化を図ることができる。
2 サンプリング受信機
3 スイッチ
10 モジュレータ
11 周波数変換部
12 デジタル・アナログ変換回路(DAC)
13、112、114 バンドパスフィルタ(BPF)
14 信号増幅部
15、117 ローパスフィルタ(LPF)
16 アンテナ
21 直交変換部
22 ROMテーブル
23 ドライバアンプ(DRV)
24 パワーアンプ(PA)
30 位相反転部
40 補正フィルタ
100、100a〜100e 送受信機
110 復調部
111 直交変換部
113 アナログ・デジタル変換回路(ADC)
115 可変利得増幅器(PGA)
116 低雑音増幅器(LNA)
1000 照明制御システム
1001 照明制御スイッチ
1002 蛍光灯器具
1006 電力線
1010〜1013 スイッチ
Claims (6)
- 送信すべきデータを示す信号から変調信号を生成する信号生成部と、
前記変調信号の周波数を、中間周波数に変換する周波数変換部と、
前記中間周波数に変換された前記変調信号をアナログ信号に変換する信号変換部と、
前記信号変換部による前記変換の際に前記信号変換部のサンプリング周波数の整数倍毎の周波数の上下に前記中間周波数だけ離間して現れるイメージ成分のうち、特定の高域周波数帯域に属するイメージ成分を濾波するフィルタと、
前記フィルタにより濾波された前記イメージ成分を増幅する信号増幅部と、
前記信号増幅部で増幅された前記イメージ成分を送信する送信部と
を備えることを特徴とする無線回路。 - 前記特定の周波数帯域に属するイメージ成分の周波数を第1周波数とし、
前記中間周波数は、
前記第1周波数と、前記サンプリング周波数の整数倍であって前記第1周波数に最も近い第2周波数との差分値である
ことを特徴とする請求項1に記載の無線回路。 - 前記特定の周波数帯域に属するイメージ成分は、前記中間周波数に変換された前記変調信号の位相と逆位相の関係にあり、
前記無線回路は、さらに、
前記信号変換部による前記変換に先立って、前記中間周波数に変換された前記変調信号の位相を反転する位相反転部を備える
ことを特徴とする請求項2に記載の無線回路。 - 前記無線回路は、さらに、
前記信号変換部による前記変換に先立って、前記一の周波数帯域に属するイメージ成分についての振幅歪みが平坦となるよう、前記イメージ成分に対して補完を施す補完部を備える
ことを特徴とする請求項2に記載の無線回路。 - 前記無線回路は、無線通信を行う無線送受信機に備えられる
ことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の無線回路。 - 1以上の照明器具と、前記1以上の照明器具を無線により制御する制御装置とからなる照明制御システムであって、
前記制御装置は、
照明器具の制御に係る制御信号から変調信号を生成する信号生成部と、
前記変調信号の周波数を、中間周波数に変換する周波数変換部と、
前記中間周波数に変換された前記変調信号をアナログ信号に変換する信号変換部と、
前記信号変換部による前記変換の際に前記信号変換部のサンプリング周波数の整数倍毎の周波数の上下に前記中間周波数だけ離間して現れるイメージ成分のうち、特定の高域周波数帯域に属するイメージ成分を濾波するフィルタと、
前記フィルタにより濾波された前記イメージ成分を増幅する信号増幅部と、
前記信号増幅部で増幅された前記イメージ成分を送信する送信部とを備え、
前記1以上の照明器具のそれぞれは、
前記イメージ成分を受信し、受信したイメージ成分を復調して前記制御信号を生成し、生成した前記制御信号に基づいて、照明の制御を行う
ことを特徴とする照明制御システム。
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