JP2014072859A - 信号発生装置および無線機 - Google Patents

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Abstract

【課題】周波数変換を複数回行う場合にそれぞれ用のローカル信号を、低回路面積または低消費電力で生成する。
【解決手段】本発明の一態様としての信号発生装置は、信号発生器とローカル信号生成部を備える。前記信号発生器は、固定周波数の信号を生成する。前記ローカル信号生成部は、前記固定周波数の信号に基づき、第1信号を周波数変換するために用いる第1ローカル信号と、周波数変換された第1信号である第2信号を周波数変換するために用いる、前記第1ローカル信号と異なる周波数の第2ローカル信号とを生成する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、信号発生装置および無線機に関する。
送信あるいは受信において、周波数変換を二度行う送受信機がある。このような送受信機においては、高周波用発振器および低周波用発振器の2つの発振器を用いて、それぞれ周波数変換を行うヘテロダイン方式が広く用いられている。
R. A. Baki and M. N. El-Gamal,"RF CMOS Fully-Integrated Heterodyne Front-End Receivers Design Technique for 5GHz Application"Proceedings of the 2004 International Symposium on Circuits and Systems, 2004, pp.I-960−I-963
上述した送受信機においては、高周波数用発振器と低周波数用発振器の2つの発振器を用いる必要があったため、回路面積が増大する問題や、消費電力が増加する問題があった。
この発明の一側面は、周波数変換を複数回行う場合にそれぞれのローカル信号を、低回路面積または低消費電力で生成可能な信号発生装置および無線機を提供することを目的とする。
本発明の一態様としての信号発生装置は、信号発生器とローカル信号生成部を備える。
前記信号発生器は、固定周波数の信号を生成する。
前記ローカル信号生成部は、前記固定周波数の信号に基づき、第1信号を周波数変換するために用いる第1ローカル信号と、周波数変換された第1信号である第2信号を周波数変換するために用いる、前記第1ローカル信号と異なる周波数の第2ローカル信号とを生成する生成する。
第1の実施例に係る受信機のブロック図である。 第2の実施例にかかる受信機のブロック図である。 第3の実施例にかかる受信機のブロック図である。 第4の実施例にかかる乗算部およびその周辺部の構成例を示すブロック図である。 第5の実施例にかかる受信機のブロック図である。 第6の実施例にかかる受信機のブロック図である。 第7の実施例にかかる受信機のブロック図である。 第8の実施例にかかる受信機のブロック図である。 第9の実施例にかかる受信機のブロック図である。 第10の実施例にかかる受信機のブロック図である。 第11の実施例にかかる受信機のブロック図である。 第12の実施例にかかる乗算部およびその周辺部のブロック図である。 第13の実施例にかかる無線機のブロック図である。 各チャネルにおける分周数、分周後の周波数、片側波帯乗算後の周波数、第1のローカル信号の周波数、中間周波数、搬送波周波数の関係の一例を示す図である。
以下、図面を参照しながら、本実施の形態について詳細に説明する。
（第1の実施例）
図1は、本実施例に係る受信機（無線機）のブロック図である。
図1に示す受信機100は、アンテナ101、増幅器102、第1の周波数変換器103、第2の波数変換器104、ローカル信号発生装置105を備える。また、ローカル信号発生装置105は、信号発生器106と、ローカル信号生成部107を備える。
信号発生器106は、固定周波数の信号を生成する。信号発生器106として、発振器を含む位相同期ループ(PLL)や、水晶発振器などを用いることができる。ローカル信号生成部107は、信号発生器106により生成される固定周波数の信号を用いて、第1の周波数変換器103での周波数変換に用いる第1のローカル信号と、第2の周波数変換器104での周波数変換に用いる第2のローカル信号を生成する。
アンテナ101は、中空の無線信号（RF信号）を受信する。アンテナ101により受信したRF信号は、増幅器102で増幅される。第1の周波数変換器103は、増幅器102で増幅された信号を、ローカル信号発生装置105より生成される第1のローカル信号により周波数変換して、中間周波数信号(IF信号)を生成する。第2の周波数変換器104は、IF信号を、ローカル信号発生装置105より生成される第2のローカル信号により周波数変換して、ベースバンド信号(BB信号)を生成する。
ローカル信号生成部107は、信号発生器106により生成される固定周波数の信号を用いて、分周、逓倍、乗算等のうちの1つ以上を組み合わせた処理により、第1のローカル信号および第2のローカル信号を生成する。また、分周、逓倍、乗算等のパラメータを切り替えることにより、複数のチャネルの搬送波周波数にそれぞれ対応する第1のローカル信号および第2のローカル信号を生成する。具体的な処理は、後述する実施例で説明する。
以上のように、本実施例によれば、信号発生器106に含まれる発振器1つのみで、2つ以上のローカル信号を生成することが可能となる。よって、2回以上周波数変換する送受信機の面積を小さくすることが可能となる。
また、信号発生器106をPLLで実現する場合、出力周波数が固定であるため、発振器の動作周波数範囲を狭くすることが可能となる。動作周波数範囲が狭いため、LC型の発振器を用いた場合、L/C比を高めることができる。よって、低消費電力および低位相雑音の効果を得ることができる。
また、搬送波周波数の変更に応じて第1または第2のローカル信号の周波数を切り替える時も、ローカル信号生成部107の分周、逓倍、乗算等のパラメータを替えるだけであり、発振器の発振周波数は一定である。よって、周波数切り替えは不要であり、ロックアップ時間が短くて済む。
なお、増幅器102と第1の周波数変換器103の間には、イメージ除去フィルタが挿入されても良い。また、第1の周波数変換器103と第2の周波数変換器104との間には、バンドパスフィルタが挿入されても良い。また、第1の実施例では周波数変換が2回の例を示したが、3回以上でも同様にして構成可能である。
本実施例では、ローカル信号発生装置を受信機に適用する例を示したが、2回以上の周波数変換を行う無線機であれば、送信機または送受信機に対しても、同様に適用可能である（後述する図13参照）。
（第2の実施例）
図2は、本実施例にかかる受信機のブロック図である。
図2に示す受信機100は、アンテナ101、増幅器102、第1の周波数変換器103、第2の周波数変換器104、ローカル信号発生装置105を備える。
ローカル信号発生装置105以外の構成および動作は、第1の実施例と同様であるため、以下、ローカル信号発生装置105についてのみ説明する。
ローカル信号発生装置105は、出力周波数が固定である信号発生器106と、逓倍数hiの逓倍器201と、ミキサ202と、分周数miの分周器203と、分周数kiの分周器204を備える。
分周器203は、信号発生器106から出力された信号を、mi分の1に分周（mi分周）して、分周信号を生成する。乗算器202は、信号発生器106から出力された信号と、mi分周信号を乗算する。逓倍器201は、乗算器202で得られた信号を、hi逓倍して、第1のローカル信号を発生させる。
また、分周器204は、信号発生器106から出力された信号を、ki分の1に分周（ki分周）して、第2のローカル信号を発生させる。
ここで、i=1,2,…, nで表される、n種類のチャネルの搬送波周波数をfiと表す。
以下の式を満たすように、各搬送波周波数に応じて、逓倍数hi、分周数mi、分周数kiを設定する。信号発生器106の周波数f0を、搬送波周波数によらず、一定とする。

fi={hi(1±1/mi)±1/ki}f0 ・・・(1)
逓倍数hi、分周数mi、分周数kiのうちいくつかを、搬送波周波数によらず固定値とすることも可能である。例えば、逓倍数hiおよび分周数kiをそれぞれ固定値のh,kとしてもよい。このとき、以下の式を満たすように、各搬送波周波数に応じて分周数miを設定する。

fi={h(1±1/mi)±1/k}f0 ・・・(2)
なお、ミキサ202を用いずに、信号発生器106の出力信号あるいは分周器203の出力信号を、そのまま逓倍器201に入力して、搬送波周波数fiに対応するローカル信号を生成してもよい。

すなわち、fi={hi±1/ki}f0 ・・・(3)

あるいは

fi={hi/mi±1/ki}f0 ・・・(4)

を満たすようにする。
以上のように、第2の実施例では、逓倍数hi、分周数mi、分周数kiを切り替えることにより、１つの固定周波数信号から、複数の搬送波周波数のそれぞれに対応した、第1および第2のローカル信号を発生させることが可能となる。
ローカル信号発生装置の変形例として、分周器を逓倍器に、逓倍器を分周器に変更する構成も可能である。つまり、ki分周器204の代わりに、逓倍数kiの逓倍器、hi逓倍器201の代わりに、分周数hiの分周器を用いてもよい。この場合、上記式(1)-(4)に代えて、以下の式を用いれば良い。
fi={1/hi・(1±1/mi)±ki}f0 ・・・(1)’
fi={1/h・(1±1/mi)±k}f0 ・・・(2)’
fi={1/hi±ki}f0 ・・・(3)’
fi={1 / (hi・mi)±ki}f0 ・・・(4)’
別の変形例として、ki分周器204の代わりに、逓倍数kiの逓倍器を用いてもよい。この場合、上記式(1)-(4)に代えて、以下の式を用いれば良い。
fi={hi(1±1/mi)±ki}f0 ・・・(1)’’
fi={h(1±1/mi)±k}f0 ・・・(2)’’
fi={hi±ki}f0 ・・・(3)’’
fi={hi/mi±ki}f0 ・・・(4)’’
さらに別の変形例として、hi逓倍器201の代わりに、分周数hiの分周器を用いてもよい。この場合、上記式(1)-(4)に代えて、以下の式を用いれば良い。
fi={1/hi(1±1/mi)±1/ki}f0 ・・・(1)’’’
fi={1/h(1±1/mi)±1/k}f0 ・・・(2)’’’
fi={1/hi±1/ki}f0 ・・・(3)’’’
fi={1/hi/mi±1/ki}f0 ・・・(4)’’’
（第3の実施例）
図3は、本実施例にかかる受信機のブロック図である。
図3に示す受信機100は、アンテナ101、増幅器102、第1の周波数変換器103、第2の周波数変換器104、ローカル信号発生装置105を備える。
ローカル信号発生装置105以外の構成および動作は第1の実施例と同様であるため、以下、ローカル信号発生装置105についてのみ説明する。
ローカル信号発生装置105は、出力周波数が固定である信号発生器106と、逓倍器301と、ミキサ302と、分周数miの分周器303と、分周数hiの分周器304を備える。
逓倍器301は、信号発生器106から出力された信号をki逓倍することにより、第1のローカル信号を発生させる。分周器303は、信号発生器106から出力された信号をmi分周することで、mi分周信号を生成する。乗算器302は、信号発生器106から出力された信号と、mi分周信号を乗算する。分周器304は、乗算器302により得られた信号をhi分周することにより、第2のローカル信号を発生させる。
ここで、i=1,2,…, nで表される、n種類のチャネルの搬送波周波数をfiと表す。以下の式を満たすように、各搬送波周波数に応じて逓倍数ki、分周数mi、分周数hiを設定する。また搬送波周波数によらず、信号発生器106の出力周波数f0を固定値とする。

fi={ki±(1±1/mi)・1/hi}f0 ・・・(5)
また、逓倍数ki、分周数mi、分周数hiのうちいくつかを搬送波周波数によらず固定値とすることも可能である。例えば、逓倍数kiおよび分周数hiをそれぞれ固定値のh,kとするとしてもよい。このとき、以下の式を満たすように、各搬送波周波数に応じて分周数miを設定する。また搬送波周波数によらず、逓倍数h、分周数k、周波数f0を固定値とする。

fi={k±(1±1/mi)・1/h}f0 ・・・(6)
なお、図示しないが、ミキサ302を用いずに、信号発生器106の出力信号あるいは分周器303の出力信号を、そのまま分周器304に入力することで、搬送波周波数fiに対応するローカル信号を生成してもよい。
すなわち、
fi={ki±1/hi}f0 ・・・(7)
あるいは
fi={ki±1/mi・1/hi} f0 ・・・(8)
を満たすようにする。
以上のように、第3の実施例では、逓倍数ki、分周数mi、分周数hiを切り替えることにより、１つの固定周波数の信号から、複数の搬送波周波数に対応した第1および第2のローカル信号を発生させることが可能となる。
図3に示したローカル信号発生装置の変形例として、分周器を逓倍器に、逓倍器を分周器に変更した構成を用いることも可能である。つまりhi分周器304の代わりに逓倍数hiの逓倍器、ki逓倍器301の代わりに分周数kiの分周器を用いても良い。この場合、上記式(5)-(8)に代えて、以下の式を用いればよい。
fi={1/ki±(1±1/mi)・hi}f0 ・・・(5)’
fi={1/k±(1±1/mi)・h}f0 ・・・(6)’
fi={1/ki±hi}f0 ・・・(7)’
fi={1/ki±1/mi・hi} f0 ・・・(8)’
別の変形例として、hi分周器304の代わりに逓倍数hiの逓倍器を用いても良い。この場合、上記式(5)-(8)に代えて、以下の式を用いればよい。
fi={ki±(1±1/mi)・hi}f0 ・・・(5)’’
fi={k±(1±1/mi)・h}f0 ・・・(6)’’
fi={ki±hi}f0 ・・・(7)’’
fi={ki±1/mi・hi} f0 ・・・(8)’’
さらに別の変形例として、ki逓倍器301の代わりに分周数kiの分周器を用いても良い。この場合、上記式(5)-(8)に代えて、以下の式を用いればよい。
fi={1/ki±(1±1/mi)・1/hi}f0 ・・・(5)’’’
fi={1/k±(1±1/mi)・1/h}f0 ・・・(6)’’’
fi={1/ki±1/hi}f0 ・・・(7)’’’
fi={1/ki±1/mi・1/hi} f0 ・・・(8)’’’
第２の実施例で説明した式(1)-(4), (1)’-(4)’ , (1)’’-(4)’’ , (1)’’’-(4)’’’と、本実施例で説明した式(5)-(8), (5)’-(8)’ , (5)’’-(8)’’ , (5)’’’-(8)’’’を総括して、下記の式（A）、（B）、（C）で表現することができる。下記の（A）、（B）、（C）のいずれかの式を満たすようにhi,ki,mi,f0を決定する。
Figure 2014072859
（第4の実施例）
図4は、本実施例にかかる乗算部およびその周辺部の構成例を示すブロック図である。
図4に示す乗算部400は、第1の乗算器401と、第2の乗算器402とを備える片側波帯乗算器である。
信号発生器403は、第1の直交信号cosω1tおよびsinω1tを出力する。cosω1tは同相成分信号（I信号）、sinω1tは直交成分信号（Q信号）に対応し、これらの信号は互いに直交（位相が90度異なる）関係にある。cosω1t信号が第1の乗算器401に、sinω1t信号が第2の乗算器402にそれぞれ入力される。直交信号の生成方法は任意でよい。固定周波数信号を直交信号生成部に入力して直交信号を生成してもよい。また、後に説明するように、差動信号からポリフェーズフィルタのような直交信号生成部（図５の505参照）により生成する方法、所望の偶数次高調波周波数で発振する発振器と偶数分周器により生成する方法（図１０の１００５、１００７参照）、直交発振器(Quadrature Oscillator: QO)907により生成する方法（図９の９０７）が挙げられる。直交信号生成部として、たとえば移相器、分周器等を用いることができる。
分周器404は、第2の直交信号cosω2tおよびsinω2tを出力する。分周数が偶数である分周器は、Dフリップフロップ構成（複数のDフリップフロップを接続して構成した分周器）を用いることにより直交信号を直接得ることができる。このとき入力とする信号は、たとえば周波数ω1の固定周波数信号でもよいし、上記のcosω1tおよびsinω1tのうちの一方を入力としてもよい。なお、分周器404の後段に直交信号生成部を配置し、分周後の周波数ω2の信号から、直交信号生成部で第２の直交信号を生成してもよい。cosω2t信号は第1の乗算器401に、sinω2t信号は第2の乗算器402にそれぞれ入力される。
片側波帯乗算器400は、第1の直交信号cosω1tおよびsinω1tと、第2の直交信号cosω2tおよびsinω2tとを用い、以下に表される関係式により、片側波帯ω1-ω2またはω1+ω2の信号を生成し、出力する。
cosω1t・cosω2t+sinω1t・sinω2t=cos(ω1-ω2)t ・・・(9-1)
cosω1t・cosω2t-sinω1t・sinω2t=cos(ω1+ω2)t ・・・(9-2)
すなわち、第1の乗算器401でcosω1tとcosω2tを乗算し、第2の乗算器402でsinω1tとsinω2tを乗算し、これらの乗算結果信号を合成（加算または減算）する。これにより、式9-1または式9-2の片側波帯信号が得られる。
以上のように、第4の実施例では、片側波帯乗算器を用いることにより、乗算により発生する不要波を抑圧することが可能となる。
なお、さらに不要波を抑圧するため、片側波帯乗算器の後段にフィルタを用いても良い。
（第5の実施例）
図5は、本実施例にかかる受信機のブロック図である。
図5に示す受信機100は、アンテナ101、増幅器102、第1の周波数変換器103、第2の周波数変換器104、ローカル信号発生装置105を備える。
ローカル信号発生装置105以外の構成および動作は第1の実施例と同様であるため、以下、ローカル信号発生装置105についてのみ説明する。
ローカル信号発生装置105は、逓倍数hiの逓倍器501と、ミキサ502および503と、分周数miの分周器504と、直交信号を生成する第1の直交信号生成部（第1の移相器）505と、分周数kiの分周器506と、固定周波数の信号を発生させる信号発生器507と、直交信号を生成する第2の直交信号生成部（第2の移相器）508と、を備える。直交信号生成部505および508には、例えばポリフェーズフィルタを用いることができる。
第1の直交信号生成部505は、信号発生器507から出力された固定周波数の信号から、第1の直交信号を生成する。
分周器504は、信号発生器507から出力された固定周波数の信号を、mi分周して、mi分周信号を生成する。
第2の直交信号生成部508は、当該mi分周信号から、第2の直交信号を生成する。
ミキサ502および503を備える片側波帯乗算器は、第1の直交信号および前記第2の直交信号から、片側波帯信号を得る。この処理は、第4の実施例（図4）で説明した通りである。
逓倍器501は、片側波帯乗算器で得られた信号を、hi逓倍して、第1のローカル信号を発生させる。
分周器506は、信号発生器507から出力された固定周波数の信号をki分の1に分周して、第2のローカル信号を発生させる。
以上のように、第5の実施例では、片側波帯乗算器を用いることにより、乗算により発生させる不要波を抑圧することが可能となる。
また、移相器505に要求される動作周波数が1つの周波数のみに限定されるため、設計が容易となり、また高精度な移相器を実現可能となる。なお、miが1つの値に固定される場合は、移相器508についても同様の効果が得られる。
また、分周数miが全て偶数で実現できる場合、分周器504として例えばDフリップフロップ構成を用いることで、分周と直交信号生成を同時に実現できる。この場合、直交信号生成部508を不要にできる。
なお、さらに不要波を抑圧するため、片側波帯乗算器の後段にフィルタを用いても良い。
（第6の実施例）
図6は、本実施例にかかる受信機のブロック図である。
図6に示す受信機100は、アンテナ101、増幅器102、第1の周波数変換器103、第2の周波数変換器104、ローカル信号発生装置105を備える。
ローカル信号発生装置105以外の構成および動作は、第1の実施例と同様であるため、以下、ローカル信号発生装置105についてのみ説明する。
ローカル信号発生装置105は、逓倍器601と、ミキサ602および603と、分周器604と、移相器605と、分周器606と、信号発生器607と、帯域通過フィルタ608と、を備える。
本ローカル信号発生装置は、IEEE802.11adやWiGigといったミリ波帯で用いられる搬送波周波数58.32GHz（チャネル1）, 60.48GHz（チャネル2）, 62.64GHz（チャネル3）, 64.80GHz（チャネル4）のために構成される。具体的に、以下のようにパラメータが設定される。
逓倍器601の逓倍数は2である。
分周器604の分周数miは、8(=m1),12(=m2),24(=m3)であり、チャネルに応じて分周数を切り替える。
信号発生器607の出力周波数は、25.92GHzで固定である。
分周器606の分周数は2である。
帯域通過フィルタ608は、不要波抑圧のためにチャネルに応じて通過帯域が可変なフィルタである。
直交信号を生成する直交信号生成部605には、例えばポリフェーズフィルタを用いることができ、その動作周波数は、上記の通り、25.92GHzである。
直交信号生成部605は、信号発生器607から出力された固定周波数の信号から、第1の直交信号を生成する。
分周器604は、信号発生器607から出力された固定周波数の信号を、mi分周する回路である。分周数miが偶数であるため、分周器604は、たとえばDフリップフロップを用いて構成できる。これにより、分周と同時に、直交信号を得ることができる。つまり、分周器604は、固定周波数信号をmi分周した分周信号の生成と、当該分周信号と同じ周波数を有する第2の直交信号（I信号とQ信号）との生成を同時に行う。この構成では、分周器604の後段に、直交信号生成部は不要である。
分周器604の分周数miは、チャネル1、2、3に対してそれぞれ、8,12,24とする。したがって分周器604は、それぞれのチャネルに応じた周波数の第2の直交信号を生成する。miの各値のうちいずれの値に対応する第2の直交信号を分周器604から出力するかは、スイッチ切り替え等により行うことが可能である（後述する図7参照）。また、チャネル4の場合は、片側波帯乗算を行わず、25.92GHzの信号を、帯域通過フィルタ608に入力する。これは、たとえば分周器604からのI信号の代わりに1、Q信号の代わりに0をミキサ602、603に入力することで、これを実現できる（後述する図７の説明を参照）。
ミキサ602および603を含む片側波帯乗算器は、第1の直交信号および第2の直交信号から、片側波帯信号（前述の式12−1または式12−2の信号）を生成し、帯域通過フィルタ608に出力する。帯域通過フィルタ698は、片側波帯信号に含まれる不要波（高調波等）を除去する。
逓倍器601は、帯域通過フィルタ608で不要波が除去された片側波帯信号を2逓倍することで、第1のローカル信号を発生させる。
分周器606は、信号発生器607から出力された固定周波数の信号を、2分の1に分周することで、第2のローカル信号を発生させる。
図14に、各チャネルにおける分周数mi、分周後の周波数(f0/mi)、片側波帯(SSB：Single Side Band)乗算後の周波数、第1のローカル信号の周波数、IF周波数、搬送波周波数の関係の一例を、表1として示す。
以上のように、第6の実施例では、ミリ波帯通信に用いる4つの搬送波周波数に対する第1および第2のローカル信号を生成することが可能である。
なお、片側波帯乗算器が発生させる不要波が小さければ、帯域通過フィルタ608は無くても良い。
（第7の実施例）
図7は、本実施例にかかる受信機のブロック図である。
図7に示す受信機100は、アンテナ101、増幅器102、第1の周波数変換器103、第2の周波数変換器104、ローカル信号発生装置105を備える。
ローカル信号発生装置105は、2逓倍器701と、ミキサ702および703と、信号切替部704と、移相器705と、2分周器706と、信号発生器707と、通過帯域が可変な帯域通過フィルタ708と、を備える。本ローカル信号発生装置105は、第6の実施例と同様、ミリ波帯で用いられる搬送波周波数58.32GHz, 60.48GHz, 62.64GHz, 64.80GHzのための第1および第2のローカル信号を生成する。
ローカル信号発生装置105における信号切替部704および信号発生器707以外の構成および動作は、第6の実施例と同様であるため、以下、信号切替部704と信号発生器707についてのみ説明する。
信号発生器707は、Phase-Locked Loop(PLL)であり、第6の実施例に記載した分周数8,12,24の分周信号を生成する。
信号発生器707は、電圧制御発振器（VCO）709、2分周回路711、3分周回路712、2分周回路713、2分周回路714、任意の値の分周数を有する分周回路715、4分周回路716、位相周波数比較器（PFD）721、チャージポンプ（CP）722、およびループフィルタ（LF）723を含む。
電圧制御発振器（VCO）は、発振周波数25.92GHz近傍の信号を発生させる。
PFD721は、基準信号REFの周期毎に、分周回路715から出力される信号との位相差に応じたパルスを出力する。CP722はPFD721より出力されたパルスの間、電流信号を生成して、LF723に与える。LF723は、当該電流信号を平滑化して、VCO709に与える制御電圧を生成する。VCO709は、制御電圧に応じた周波数の信号を生成する。
VCO709により生成された信号は、移相器705へ直接入力されるとともに、2分周回路711に入力される。
2分周回路711は、VCO709から入力された信号を2分周する。
4分周回路716は、当該2分周後の信号を4分周することで、分周数8の分周信号の生成と同時に、この分周信号と同じ周波数を有する直交信号を、信号切替部704へ出力する。4分周回路716は、たとえばDフリップフロップ構成を有する。この直交信号は、チャネル1用の第2の直交信号に対応する。
3分周回路712は、上記2分周後の信号を3分周することで、分周数6の分周信号を生成する。
2分周回路713は、当該分周数6の分周信号を2分周することで、分周数12の分周信号の生成と同時に、この分周信号と同じ周波数を有する直交信号を、信号切替部704へ出力する。この直交信号は、チャネル2用の第2の直交信号に対応する。
2分周回路714は、分周数12の分周信号を2分周することで、分周数24の分周信号を生成すると同時に、この分周信号と同じ周波数を有する直交信号を、信号切替部704へ出力する。この直交信号は、チャネル3用の第2の直交信号に対応する。
分周回路715は、24分周信号を任意の値で分周して、PFD721に出力する。
以上の動作により、PLL707は周波数が25.92GHzで固定の信号を出力する。
信号切替部704は、チャネル1〜4のうち、使用チャネルに応じた第2の直交信号を選択する。チャネル1のときは、4分周回路716、チャネル2のときは2分周回路713、チャネル3のときは2分周器714に接続先を切り換える。チャネル4の場合は、外部から与えられる1および0の信号を選択する。1の信号はミキサ702に、0の信号はミキサ703に入力される。
以上のように、第7の実施例では、ミリ波帯通信に用いる4つの搬送波周波数を生成することが可能である。
また、第6の実施例に記載した分周数8,12,24をPLLで実現可能であり、分周数mi（mi=8,12,24）の分周器が不要となる。
なお、片側波帯乗算器が発生させる不要波が小さければ、帯域通過フィルタ708は無くても良い。
（第8の実施例）
図8は、本実施例にかかる受信機のブロック図である。
図8に示す受信機100は、アンテナ101、増幅器102、第1の周波数変換器103、第2の周波数変換器104、ローカル信号発生装置105を備える。
ローカル信号発生装置105以外の構成および動作は第1の実施例と同様であるため、以下、ローカル信号発生装置105についてのみ説明する。
ローカル信号発生装置105は、信号発生器807と、逓倍数hiの逓倍器801と、ミキサ802および803と、分周数miの分周器804と、分周数kiの分周器806と、直交信号生成部808と、を備える。
信号発生器807は、第1の直交信号を出力する。たとえば、1つの発振器でIQ直交信号を同時に出力するものでもよい。または、同一周波数で発振する2つの発振器があり、それらをある回路で結合させることにより90度の位相差を保ったまま発振する回路、たとえば直交発振器（QO：Quadrature Oscillator）でもよい。
分周器804は、第1の直交信号をなすI信号およびQ信号のうちの一方を分周数miで分周する。
直交信号生成部808は、mi分周信号に基づき、第2の直交信号を生成する。分周数miが偶数である場合、Dフリップフロップによる分周器を用いることで、直交信号生成部808は省略することが可能である。
ミキサ802および803を備える片側波帯乗算器は、前記第1の直交信号および前記第2の直交信号に基づき片側波帯乗算を行うことにより、片側波帯信号を得る。
逓倍器801は、片側波帯信号をhi逓倍することにより、第1のローカル信号を発生させる。
分周器806は、信号発生器807から出力された第1の直交信号のうちの一方を、ki分周することにより、第2のローカル信号を発生させる。
以上のように、第8の実施例では、信号発生器807により第1の直交信号が直接得られるため、第1の直交信号を生成するための直交信号生成部が不要となる。
また、片側波帯乗算器を用いることにより、乗算により発生させられる不要波を抑圧することが可能となる。
なお、さらに不要波を抑圧するため、片側波帯乗算器の後段にフィルタを設けても良い。
（第9の実施例）
図9は、本実施例にかかる受信機のブロック図である。
図9に示す受信機100は、アンテナ101、増幅器102、第1の周波数変換器103、第2の周波数変換器104、ローカル信号発生装置105を備える。
ローカル信号発生装置105以外の構成および動作は第1の実施例と同様であるため、以下、ローカル信号発生装置105についてのみ説明する。
ローカル信号発生装置105は、2逓倍器901と、ミキサ902および903と、分周器904と、2分周器906と、信号発生器907と、帯域通過フィルタ908と、を備える。帯域通過フィルタ908は、不要波抑圧のためにチャネルに応じて通過帯域が可変である。
本ローカル信号発生装置は、IEEE802.11adやWiGigといったミリ波帯で用いられる搬送波周波数58.32GHz, 60.48GHz, 62.64GHz, 64.80GHzのための第1および第2のローカル信号を生成する。
信号発生器907は、出力周波数が25.92GHzの第1の直交信号を出力する。
分周器904は、第1の直交信号をなすI信号およびQ信号のうちの1つを、分周数mi(m1;m2;m3=8,12,24)で分周してmi分周信号を生成し、第2の直交信号を出力する。分周器904の分周数miは、チャネル1、2、3に対応して、8,12,24に設定する。チャネル4は、片側波帯乗算を行わず、25.92GHzの信号を帯域通過フィルタ908に入力すればよい。
ミキサ902および903を備える片側波帯乗算器は、第1の直交信号および第2の直交信号に基づき片側波帯乗算を行って、片側波帯信号を得る。当該片側波帯信号を帯域通過フィルタ９０８に入力する。
帯域通過フィルタ９０８は、使用チャネルに応じて、通過帯域を変更する。
逓倍器901は、帯域通過フィルタ908を通過した片側波帯信号を2逓倍することで、第1のローカル信号を発生させる。
分周器906は、信号発生器907から出力された第1の直交信号をなすI信号およびQ信号のうちの1つを2分周することで、第2のローカル信号を発生させる。
各チャネルにおける分周数mi、分周後の周波数、片側波帯乗算後の周波数、第1のローカル信号の周波数、IF周波数、搬送波周波数の関係の一例を、図14の表1に示す。
以上のように、第9の実施例では、ミリ波帯通信に用いる4つの搬送波周波数を生成することが可能である。
また、分周数miが偶数であるため、分周器906として例えばDフリップフロップによる分周器を用いることにより、分周と直交信号生成を同時に実現できる。よって、分周器904の後段に、直交信号生成部は不要である。
なお、片側波帯乗算器が発生させる不要波が小さければ、帯域通過フィルタ908は無くても良い。
（第10の実施例）
図10は、本実施例にかかる受信機のブロック図である。
図10に示す受信機100は、アンテナ101、増幅器102、第1の周波数変換器103、第2の周波数変換器104、ローカル信号発生装置105を備える。
ローカル信号発生装置105以外の構成および動作は第1の実施例と同様であるため、以下、ローカル信号発生装置105についてのみ説明する。
ローカル信号発生装置105は、逓倍器1001と、ミキサ1002および1003と、分周器1004と、分周数が2g(gは1以上の整数)の分周器1005と、分周器1006と、信号発生器1007と、直交信号生成部1008と、を備える。
信号発生器1007は、固定の出力周波数fOSC（=2g・f0）を有する信号を生成する。
分周器1005は、信号発生器1007で生成された信号を、分周数2gで分周することで、周波数f0の第1の直交信号を出力する。2gは偶数であるため、Dフリップフロップ等による分周器を用いることで、分周器1005から直接、第1の直交信号を得ることができる。本実施例では前述した式(1)〜(8)、(1)’〜(8)’ 、(1)’’〜(8)’’ 、(1)’’’〜(8)’’’、(A)、(B)、(C)において、分周器1005の出力周波数がf0に対応すると考える。
分周器1004は、第1の直交信号をなすI信号およびQ信号の一方をmi分周し、分周信号を直交信号生成部1008に出力する。
直交信号生成部1008は、分周器1004からの分周信号に基づき、第2の直交信号を生成する。分周数miが偶数である場合は、Dフリップフロップ構成の分周器を用いることで、直交信号生成部1008は省略可能である。
ミキサ1002および1003を備える片側波帯乗算器は、第1の直交信号および前記第2の直交信号から、片側波帯信号を得る。
逓倍器1001は、当該片側波帯信号をhi逓倍することで、第1のローカル信号を発生させる。
分周器1006は、分周器1005から出力された第1の直交信号をなすI信号およびQ信号のうちの一方をki分周することで、第2のローカル信号を発生させる。
以上のように、第10の実施例では、片側波帯乗算器を用いることにより、乗算により発生させる不要波を抑圧することが可能となる。
また、分周器1005により第1の直交信号を得ることが可能であり、第1の直交信号を生成するための直交信号生成器（移相器）が不要となる。
また、分周数miが全て偶数で実現できる場合、分周器1004として例えばDフリップフロップによる分周器を用いることにより、分周と直交信号生成を同時に実現できる。この場合、直交信号生成部1008が不要となる。
なお、さらに不要波を抑圧するため、片側波帯乗算器の後段にフィルタを用いても良い。
（第11の実施例）
図11は、本実施例にかかる受信機のブロック図である。
図11に示す受信機100は、アンテナ101、増幅器102、第1の周波数変換器103、第2の周波数変換器104、ローカル信号発生装置105を備える。
ローカル信号発生装置105以外の動作は第1の実施例と同様であるため、以下、ローカル信号発生装置105についてのみ説明する。
ローカル信号発生装置105は、2逓倍器1101と、ミキサ1102および1103と、分周数miが8,12,24の分周器1104と、2分周器1105と、2分周器1106と、信号発生器1107と、帯域通過フィルタ1108と、を備える。
本ローカル信号発生装置は、IEEE802.11adやWiGigといったミリ波帯で用いられる搬送波周波数58.32GHz, 60.48GHz, 62.64GHz, 64.80GHzのための第1および第2ローカル信号を出力する。
信号発生器1107は、出力周波数が51.84GHzの信号を生成する。
2分周器1105は、信号発生器1107で生成された信号を2分周し、第1の直交信号を出力する。
mi分周器1104により、第1の直交信号をなすI信号およびQ信号のうちの一方を、mi分周し、第2の直交信号を生成する。分周器1104の分周数miは、チャネル1、2、3に応じて8,12,24と設定する。使用チャネルに応じたmiに対応する第2の直交信号を出力する。なお、チャネル4は、前述したように、片側波帯乗算を行わず、25.92GHzの信号を帯域通過フィルタ1108に入力する。
ミキサ1102および1103を備える片側波帯乗算器は、第1の直交信号および第2の直交信号に基づき片側波帯乗算を行って、片側波帯信号を得る。
帯域通過フィルタ1108は、使用チャネルに応じて、通過帯域を変更する。
2逓倍器1101は、帯域通過フィルタを通過した片側波帯信号を2逓倍して、第1のローカル信号を発生させる。
2分周器1106は、信号発生器1107から出力された信号を2分周して、第2のローカル信号を発生させる。
各チャネルにおける分周数mi、分周後の周波数、片側波帯乗算後の周波数、第1のローカル信号の周波数、IF周波数、搬送波周波数の関係の一例は、図14の表1のとおりである。
以上のように、第11の実施例では、ミリ波帯通信に用いる4つの搬送波周波数を生成することが可能である。
また、分周器1105および分周器1104の分周数が偶数であるため、例えばDフリップフロップによる分周器を用いることにより、分周と直交信号生成を同時に実現できる。分周器1105および分周器1104の後段で、直交信号生成部が不要となる。
なお、片側波帯乗算器が発生させる不要波が小さければ、帯域通過フィルタ1108は無くても良い。
（第12の実施例）
図12は、本実施例にかかる乗算部およびその周辺部のブロック図である。
図12に示す乗算部1200は、乗算器1201と、チャネルに応じて帯域が可変な帯域通過フィルタ1202を備える。
信号発生器1203は、第1の信号cosω1tを生成して、乗算器1201に入力する。信号発生器1203は、固定周波数の発振器でもよい。
分周器1204は、入力信号をmi分周して、第2の信号cosω2tを生成する。入力信号は、任意でよい。たとえば上記第1の信号cosω1tを入力としてもよい。分周器1204は、生成した第2の信号cosω2tを乗算器1201に入力する。
以下、乗算部1200の動作について説明する。
乗算器1200は、第1の信号cosω1tと、第2の信号cosω2tとを用い、以下に表される関係式により、両側波帯（上側波帯および下側波帯）の信号ω1+ω2およびω1-ω2を出力する。

cosω1t・cosω2t={cos(ω1+ω2)t+cos(ω1-ω2)t}/2 ・・・式（10）
また、上側波帯信号および下側波帯信号以外に、回路の非線形性等により、高調波成分が存在する場合もある。
上記のように様々な周波数成分を含む信号を、チャネルに応じて帯域が可変な帯域通過フィルタ1202を用いることで、所望の周波数の信号を通過し、他の周波数は抑圧する。所望の周波数の信号は、たとえば上側波帯信号（あるいは下側波帯信号）であり、このとき、抑圧する周波数の信号は、下側波帯信号（あるいは上側波帯信号）および高調波成分の信号である。
以上のように、第12の実施例では、チャネルに応じて帯域が可変な帯域通過フィルタ1202を用いることで、複数の搬送波周波数に対応したローカル信号を発生させることが可能となる。
また、実施例4（図4）の乗算部と異なり、本実施例では、片側波帯乗算器、および直交信号生成部が不要となる。
（第13の実施例）
図13は、本実施例にかかる送受信機（無線機）のブロック図である。
図13に示す送受信機1300は、受信用アンテナ1301、受信用増幅器1302、第1の受信用周波数変換器1303、第2の受信用周波数変換器1304、送信用アンテナ1305、送信用増幅器1306、第1の送信用周波数変換器1307、第2の送信用周波数変換器1308、ローカル信号発生装置1309を備える。ローカル信号発生装置1309は、固定周波数の信号を生成する信号発生器1310、およびローカル信号生成部1311を備える。
ローカル信号発生装置1309は、第1乃至第12の実施例にかかるローカル信号発生装置であり、複数のチャネルの搬送波周波数に応じたローカル信号を出力する。ローカル信号発生装置1309は、受信用の第1および第2のローカル信号と、送信用の第1および第2のローカル信号とを出力する。受信用第1のローカル信号と、送信用第1のローカル信号とは同じであり、また、受信用第2のローカル信号と、送信用第2のローカル信号とは同じである。
受信用アンテナ1301により受信された無線信号は、受信用増幅器1302にて増幅された後、第1の受信用周波数変換器1303に入力される。
第1の受信用周波数変換器1303は、ローカル信号発生装置1309により生成された受信用第1のローカル信号により、増幅器1302からの信号を周波数変換して、受信中間周波数信号とする。
第2の受信用周波数変換器1304は、受信中間周波数信号を、ローカル信号発生装置1309により生成された受信用第2のローカル信号により、周波数変換することで、受信ベースバンド信号を得る。
また、第2の送信用周波数変換器1308は、送信ベースバンド信号を、ローカル信号発生装置1309により生成された送信用第2のローカル信号により周波数変換して、送信中間周波数信号とする。
第1の送信用周波数変換器1307は、送信中間周波数信号を、ローカル信号発生装置1309から生成した送信用第1のローカル信号により、周波数変換することで、無線周波数信号とする。
送信用増幅器1306は、当該無線周波数バンド信号を増幅され、送信用アンテナ1305から無線信号として送信する。
以上のように、第13の実施例では、第1乃至第12の実施例にかかるローカル信号発生装置を用いて無線機を構成することで、複数のチャネルに対応した無線機を実現することが可能となる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Claims (15)

  1. 固定周波数の信号を生成する信号発生器と、
    前記固定周波数の信号に基づき、第1信号を周波数変換するために用いる第1ローカル信号と、周波数変換された第1信号である第2信号を周波数変換するために用いる、前記第1ローカル信号と異なる周波数の第2ローカル信号とを生成するローカル信号生成部と、
    を備えた信号発生装置。
  2. 前記ローカル信号生成部は、それぞれ異なる搬送波周波数を有するn個のチャネルのうち、使用するチャネルに応じて、前記第1ローカル信号および前記第2ローカル信号を生成する
    請求項1に記載の信号発生装置。
  3. 前記ローカル信号生成部が、
    分周数がhiまたはkiの第1の分周器と、
    逓倍数がkiまたはhiの第1の逓倍器と、
    分周数がmiの第2の分周器と、のうち、第1の分周器あるいは第1の逓倍器を少なくとも含み、
    Figure 2014072859
     のいずれかの式を満たすようにhi,ki,mi,f0が決定され、
    fiは、使用するチャネルiの搬送波周波数を表し、
    f0は、前記固定周波数を表す
    請求項1または2に記載の信号発生装置。
  4. 前記固定周波数の信号と、前記第2の分周器によるmi分周信号とを乗算することにより乗算信号を得る乗算部をさらに備え、
    前記逓倍数hiの第1の逓倍器が前記乗算信号をhi逓倍し、前記分周数kiの第１の分周器が前記固定周波数の信号をki分周することで、それぞれ前記第1および第２ローカル信号のうちの異なる一方を生成し、
    または、
    前記分周数hiの第１の分周器が前記乗算信号をhi分周し、前記逓倍数kiの第1の逓倍器が前記固定周波数の信号をki逓倍することで、それぞれ前記第1および第２ローカル信号のうちの異なる一方を生成し、
    または、
    前記逓倍数hiの第1の逓倍器が前記乗算信号をhi逓倍し、前記逓倍数kiの第1の逓倍器が前記固定周波数の信号をki逓倍することで、それぞれ前記第1および第２ローカル信号のうちの異なる一方を生成し、
    前記分周数hiの第1の分周器が前記乗算信号をhi分周し、前記分周数kiの第１の分周器が前記固定周波数の信号をki分周することで、それぞれ前記第1および第２ローカル信号のうちの異なる一方を生成し、
    または、
    前記逓倍数kiの第1の逓倍器が前記固定周波数の信号をki逓倍し、前記分周数hiの第１の分周器が前記乗算信号をhi分周することで、それぞれ前記第1および第２ローカル信号のうちの異なる一方を生成し、
    または、
    前記分周数kiの第1の分周器が前記固定周波数の信号をki分周し、前記逓倍数hiの第１の逓倍器が前記乗算信号をhi逓倍することで、それぞれ前記第1および第２ローカル信号のうちの異なる一方を生成し、
    または、
    前記逓倍数kiの第1の逓倍器が前記固定周波数の信号をki逓倍し、前記逓倍数hiの第1の逓倍器が前記乗算信号をhi逓倍することで、それぞれ前記第1および第２ローカル信号のうちの異なる一方を生成し、
    または、
    前記分周数kiの第1の分周器が前記固定周波数の信号をki分周し、前記分周数hiの第１の分周器が前記乗算信号をhi分周することで、それぞれ前記第1および第２ローカル信号のうちの異なる一方を生成する、
    請求項3に記載の信号発生装置。
  5. 前記固定周波数を有する第1直交信号を生成する第1手段と、
    前記第2の分周器によるmi分周後の周波数と同じ周波数を有する第2直交信号を生成する第2手段とを備え、
    前記乗算部は、前記第1直交信号と前記第2直交信号とに基づき片側波帯乗算を行うことで、片側波帯信号を前記乗算信号として生成する
    請求項4に記載の信号発生装置。
  6. 前記第1手段は、前記固定周波数の信号に基づき前記第1の直交信号を生成する第1直交信号生成部であり、
    前記第2手段は、前記mi分周信号に基づき前記第2直交信号を生成する第2直交信号生成部である
    請求項5に記載の信号発生装置。
  7. 前記固定周波数は25.92GHzであり、
    前記第1の分周器の分周数は2であり、
    前記第1の逓倍器の逓倍数は2であり、
    前記分周数miは、8、12、24である、
    請求項6に記載の信号発生装置。
  8. 前記信号発生器は、前記固定周波数の信号として、前記第1直交信号を生成し、
    前記第1の分周器は、前記第1直交信号の同相成分および直交成分のうちの一方をki分周することで、前記第1および第2ローカル信号のうちの一方を生成し、
    前記第2の分周器は、前記第1直交信号の同相成分および直交成分のうちの一方または他方を分周数miで分周することで、前記mi分周信号を生成し、
    前記第1の逓倍器は、前記片側波帯信号をhi逓倍することで、前記第１および第２ローカル信号のうちの他方を生成する
    請求項5に記載の信号発生装置。
  9. 前記第1直交信号の周波数は25.92GHzであり、
    前記逓倍数hiは2であり、
    前記分周数kiは2であり、
    前記分周数miは、8、12、24である
    請求項8に記載の信号発生装置。
  10. 前記第1手段は、分周数2g（gは1以上の整数）で分周を行う第3の分周器であり、
    前記第3の分周器は、前記固定周波数の信号を分周数2gで分周するとともに、分周後の周波数と同じ周波数を有する前記第1の直交信号を生成し、
    前記第2の分周器は、前記第1直交信号の同相成分および直交成分のうちの一方または他方を分周数miで分周することで、前記mi分周信号を生成し、
    前記第1の逓倍器は、前記片側波帯信号をhi逓倍することで、前記第1および第2ローカル信号のうちの一方を生成し、
    前記第1の分周器は、前記第1直交信号の同相成分および直交成分のうちの一方をki分周することで、前記第１および第２ローカル信号のうちの他方を生成する、
    請求項5に記載の信号発生装置。
  11. 前記固定周波数は、51.84GHzであり、
    前記gは1であり、
    前記逓倍数hiは2であり、
    前記分周数kiは2であり、
    前記分周数miは、8、12、24である
    請求項10記載の信号発生装置。
  12. 前記乗算部は、前記固定周波数の信号と前記mi分周信号とを乗算して乗算信号を得る乗算器と、前記乗算信号をフィルタリングする帯域通過フィルタを備え、
    前記乗算部は、前記帯域通過フィルタの通過帯域を、使用するチャネルに応じて変更する
    請求項4に記載の信号発生装置。
  13. 前記第1信号は、他の無線機からの受信信号、または前記他の無線機への送信信号である
    請求項1ないし12のいずれか一項に記載の信号発生装置。
  14. アンテナと、
    請求項1ないし13のいずれか一項に記載の信号発生装置と、
    前記アンテナによって受信された信号である前記第1信号を前記第1ローカル信号に基づき周波数変換して前記第2信号を得る第1受信周波数変換部と、
    前記第2信号を、前記第2ローカル信号に基づき周波数変換する第2受信周波数変換部と、
    を備えた無線機。
  15. 請求項1ないし13のいずれか一項に記載の信号発生装置と、
    前記第1信号である送信信号を、前記第1ローカル信号に基づき周波数変換して前記第2信号を得る第1送信周波数変換部と、
    前記第2信号を、前記第2ローカル信号に基づき周波数変換する第2送信周波数変換部と、
    前記第2周波数変換部により変換された信号を送信するアンテナと、
    を備えた無線機。
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