JP2017199964A - Δς変調器、送信機、半導体集積回路、処理方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】周波数変換器の機能を組み込んだΔΣ変調器を得る。【解決手段】ΔΣ変調器６は、ベースバンド信号が与えられるループフィルタ１３，１４と、ループフィルタ１３，１４の出力に対して周波数変換を行う周波数混合器１５，１６と、周波数混合器１５，１６の出力を量子化する量子化器１８と、量子化器１８の出力に対して周波数変換を行う周波数混合器２５，２６と、を備え、ループフィルタ１３，１４は、ベースバンド信号の周波数近傍の雑音を阻止する特性を有し、周波数混合器２５，２６の出力がフィードバック信号として与えられ、周波数混合器２５，２６は、周波数混合器１５，１６が行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、ΔΣ変調器、送信機、半導体集積回路、処理方法、及びコンピュータプログラムに関するものである。

特許文献１には、ΔΣ変調を行った信号を無線送信する送信機が記載されている。
図３は、ΔΣ変調器を備えた送信機の一例を示す図である。図３に示すように、この送信機１００は、ベースバンド信号（Ｉ／Ｑ信号）を直交変調する直交変調部１０１と、直交変調部１０１の出力を無線周波数に周波数変換しＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を出力する周波数変換器１０２と、ＲＦ信号が与えられるΔΣ変調器（ＤＳＭ）１０３と、バンドパスフィルタ１０４とを備えている。

ΔΣ変調器１０３は、周波数変換器１０２の出力であるＲＦ信号にΔΣ変調を行い、ΔΣ変調信号を出力する。ΔΣ変調信号は、信号伝送路１０５を通じてバンドパスフィルタ１０４に与えられる。
バンドパスフィルタ１０４は、前記ＲＦ信号を通過させる通過帯域を有している。よって、バンドパスフィルタ１０４は、前記ＲＦ信号を通過させつつ当該ΔΣ変調信号に含まれている量子化雑音を除去する。これによって、バンドパスフィルタ１０４はＲＦ信号を出力する。
バンドパスフィルタ１０４から出力されたＲＦ信号は、後段のパワーアンプ１０６によって増幅され、アンテナ１０７から無線波として送信される。

特許第５５９８５６１号公報

上記送信機において、周波数変換器１０２は、ΔΣ変調器１０３と独立して設けられている。
しかし、周波数変換器１０２は、ΔΣ変調器１０３に組み込んで一体的に設けることで当該ΔΣ変調器１０３に物理的に近づけて設けた方が、ＦＰＧＡ等を用いて周波数変換器１０２及びΔΣ変調器１０３を設けるのに有利な場合がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、周波数変換器の機能を組み込んだΔΣ変調器の提供を目的とする。

一実施形態であるΔΣ変調器は、入力信号が与えられるループフィルタと、前記ループフィルタの出力に対して周波数変換を行う第１コンバータと、前記第１コンバータの出力を量子化する量子化器と、前記量子化器の出力に対して周波数変換を行う第２コンバータと、を備え、前記ループフィルタは、前記入力信号の周波数近傍の雑音を阻止する特性を有し、前記第２コンバータの出力がフィードバック信号として与えられ、前記第２コンバータは、前記第１コンバータが行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行う。

また、一実施形態である送信機は、上記ΔΣ変調器と、前記量子化器の出力が与えられる送信部と、を備え、前記第１コンバータは、前記入力信号を送信するための搬送波周波数に周波数変換し、前記送信部は、前記量子化器の出力に含まれる前記搬送波周波数に周波数変換された前記入力信号を送信する。

また、一実施形態である半導体集積回路は、入力信号に対してΔΣ変調を行うΔΣ変調器に用いられる半導体集積回路であって、前記入力信号が与えられるループフィルタと、前記ループフィルタの出力に対して周波数変換を行う第１コンバータと、前記第１コンバータの出力を量子化する量子化器と、前記量子化器の出力に対して周波数変換を行う第２コンバータと、を備え、前記ループフィルタは、前記入力信号の周波数近傍の雑音を阻止する特性を有し、前記第２コンバータの出力がフィードバック信号として与えられ、前記第２コンバータは、前記第１コンバータが行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行う。

また、一実施形態である処理方法は、入力信号に対してΔΣ変調を行うための処理方法であって、前記入力信号に対してループフィルタ処理を行うフィルタステップと、前記フィルタステップによって得られる出力に対して周波数変換を行う第１変換ステップと、前記第１変換ステップによって得られる出力を量子化する量子化ステップと、前記量子化ステップによって得られる出力に対して周波数変換を行う第２変換ステップと、を含み、前記フィルタステップは、前記入力信号の周波数近傍の雑音を阻止するフィルタ特性によって前記入力信号のループフィルタ処理が行われ、前記第２変換ステップによって得られる出力がフィードバック信号として与えられ、前記第２変換ステップは、前記第１変換ステップにて行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行う。

また、一実施形態であるコンピュータプログラムは、入力データに対してΔΣ変調を行うための処理をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータに前記入力データに対してループフィルタ処理を行うフィルタステップと、前記フィルタステップによって得られる出力に対して周波数変換を行う第１変換ステップと、前記第１変換ステップによって得られる出力を量子化する量子化ステップと、前記量子化ステップによって得られる出力に対して周波数変換を行う第２変換ステップと、を含む処理を実行させるコンピュータプログラムであり、前記フィルタステップは、前記入力データの周波数近傍の雑音を阻止するフィルタ特性によって前記入力データのループフィルタ処理が行われ、前記第２変換ステップによって得られる出力がフィードバックデータとして与えられ、前記第２変換ステップは、前記第１変換ステップにて行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行うコンピュータプログラムである。

本発明によれば、周波数変換器の機能を組み込んだΔΣ変調器を得ることができる。

送信機のブロック図である。 本実施形態のΔΣ変調器の一例を示すブロック図である。 ΔΣ変調器を備えた送信機の一例を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。

［実施形態の概要］
（１）一実施形態であるΔΣ変調器は、入力信号が与えられるループフィルタと、前記ループフィルタの出力に対して周波数変換を行う第１コンバータと、前記第１コンバータの出力を量子化する量子化器と、前記量子化器の出力に対して周波数変換を行う第２コンバータと、を備え、前記ループフィルタは、前記入力信号の周波数近傍の雑音を阻止する特性を有し、前記第２コンバータの出力がフィードバック信号として与えられ、前記第２コンバータは、前記第１コンバータが行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行う。

上記構成のΔΣ変調器によれば、第１コンバータによってループフィルタの出力に対して周波数変換を行うので、量子化器の出力に含まれる入力信号を周波数変換することができる。
また、第２コンバータは、第１コンバータが行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行うので、量子化器の出力に対して第１コンバータによって周波数変換される前の周波数に戻すように周波数変換する。これにより、第１コンバータによる周波数変換の影響がΔΣ変調に及ぶのを防止することができる。
この結果、入力信号に対して周波数変換を行う周波数変換器の機能をΔΣ変調器に組み込むことができる。

なお、第２コンバータによって行われる、第１コンバータが行う周波数変換の逆変換となるような周波数変換とは、以下のような変換をいう。すなわち、第１コンバータが行う周波数変換が、変換対象の出力に対して所定周波数アップコンバートするものである場合、第２コンバータが行う逆変換となる周波数変換は、変換対象の出力に対して所定周波数ダウンコンバートするものである。また、第１コンバータが行う周波数変換が、変換対象の出力に対して所定周波数ダウンコンバートするものである場合、第２コンバータが行う逆変換となる周波数変換は、変換対象の出力に対して前記所定周波数アップコンバートするものである。このように、第１コンバータが行う周波数変換の逆変換となるような周波数変換とは、第１コンバータによって周波数変換される前の周波数に戻すように周波数変換することをいう。

（２）上記ΔΣ変調器において、前記第１コンバータは、前記入力信号の周波数に前記所定周波数が加算されるように周波数変換することが好ましい。

（３）また、上記ΔΣ変調器において、前記第１コンバータは、前記入力信号の周波数を、当該入力信号を送信するための搬送波周波数に周波数変換することが好ましい。
この場合、量子化器の出力を変調信号として取り出し、量子化器の出力に含まれる雑音を除去すれば、搬送波周波数に周波数変換された入力信号を得ることができる。

（４）上記ΔΣ変調器において、前記入力信号は、ベースバンド信号におけるＩ信号又はＱ信号のいずれか一方であり、前記第１コンバータは、前記入力信号を直交変調するための第１信号に変換し、前記第１コンバータと、前記量子化器との間には、前記第１信号と、前記ベースバンド信号におけるＩ信号又はＱ信号のいずれか他方を変換して得た直交変調のための第２信号と、を加算して直交変調信号を出力する加算器をさらに備え、前記第２コンバータは、前記直交変調信号を復調して前記入力信号を得るための復調信号を乗算するものであってもよい。
この場合、ベースバンド信号に対して直交変調を行うことができる。

（５）また、一実施形態である送信機は、上記ΔΣ変調器と、前記量子化器の出力が与えられる送信部と、を備え、前記第１コンバータは、前記入力信号を送信するための搬送波周波数に周波数変換し、前記送信部は、前記量子化器の出力に含まれる前記搬送波周波数に周波数変換された前記入力信号を送信する。

上記構成によれば、ΔΣ変調器に入力される入力信号はΔΣ変調器によって搬送波周波数に周波数変換されるので、送信部は量子化器の出力から得られる入力信号をそのまま送信することができる。

（６）また、一実施形態である半導体集積回路は、入力信号に対してΔΣ変調を行うΔΣ変調器に用いられる半導体集積回路であって、
前記入力信号が与えられるループフィルタと、
前記ループフィルタの出力に対して周波数変換を行う第１コンバータと、
前記第１コンバータの出力を量子化する量子化器と、
前記量子化器の出力に対して周波数変換を行う第２コンバータと、を備え、
前記ループフィルタは、前記入力信号の周波数近傍の雑音を阻止する特性を有し、前記第２コンバータの出力がフィードバック信号として与えられ、
前記第２コンバータは、前記第１コンバータが行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行う。

（７）また、一実施形態である処理方法は、入力信号に対してΔΣ変調を行うための処理方法であって、
前記入力信号に対してループフィルタ処理を行うフィルタステップと、
前記フィルタステップによって得られる出力に対して周波数変換を行う第１変換ステップと、
前記第１変換ステップによって得られる出力を量子化する量子化ステップと、
前記量子化ステップによって得られる出力に対して周波数変換を行う第２変換ステップと、を含み、
前記フィルタステップは、前記入力信号の周波数近傍の雑音を阻止するフィルタ特性によって前記入力信号のループフィルタ処理が行われ、前記第２変換ステップによって得られる出力がフィードバック信号として与えられ、
前記第２変換ステップは、前記第１変換ステップにて行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行う。

（８）また、一実施形態であるコンピュータプログラムは、入力データに対してΔΣ変調を行うための処理をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
コンピュータに
前記入力データに対してループフィルタ処理を行うフィルタステップと、
前記フィルタステップによって得られる出力に対して周波数変換を行う第１変換ステップと、
前記第１変換ステップによって得られる出力を量子化する量子化ステップと、
前記量子化ステップによって得られる出力に対して周波数変換を行う第２変換ステップと、を含む処理を実行させるコンピュータプログラムであり、
前記フィルタステップは、前記入力データの周波数近傍の雑音を阻止するフィルタ特性によって前記入力データのループフィルタ処理が行われ、前記第２変換ステップによって得られる出力がフィードバックデータとして与えられ、
前記第２変換ステップは、前記第１変換ステップにて行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行う。

［実施形態の詳細］
以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、以下に記載する各実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
〔送信機の全体構成について〕
図１は、本実施形態に係る送信機を示している。この送信機１は、デジタル信号処理部２と、アナログフィルタ３と、を有している。デジタル信号処理部２は、アナログ信号であるＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を周波数成分として含んだデジタル信号（パルス信号）を出力する。このＲＦ信号は、無線波として空間に放射される信号であり、例えば、移動体通信や放送サービスのための送信信号である。

デジタル信号処理部２から出力されたパルス信号は、アナログフィルタ（バンドパスフィルタ又はローパスフィルタ）３に与えられる。デジタル信号処理部２から出力されたパルス信号は、ＲＦ信号の周波数以外の帯域に雑音成分を含んでいる。
アナログフィルタ３は、ＲＦ信号である送信信号を通過させる通過帯域を有している。これにより、アナログフィルタ３は、パルス信号におけるＲＦ信号の周波数以外の帯域に存在する雑音成分を除去しつつＲＦ信号を通過させることができる。
よって、パルス信号が与えられたアナログフィルタ３は、アナログ信号であるＲＦ信号を出力する。

なお、デジタル信号処理部２とアナログフィルタ３との間の信号伝送路４は、回路基板に形成された信号配線であってもよいし、光ファイバー又は電気ケーブルなどの通信ケーブルであってもよい。

アナログフィルタ３から出力されるＲＦ信号は、後段に接続されたパワーアンプ７によって増幅され、アンテナ８に与えられる。アンテナ８に与えられたＲＦ信号は、無線信号として空間に放射され送信される。

デジタル信号処理部２は、送信信号であるベースバンド信号（Ｉ信号及びＱ信号）を出力するベースバンド部５と、ΔΣ変調器（ＤＳＭ）６とを備えている。

デジタル信号処理部２は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の半導体集積回路によって構成することができる。
デジタル信号処理部２を半導体集積回路で構成した場合、デジタル信号処理部２が有するベースバンド部５、及びΔΣ変調器６といった各機能部は、半導体集積回路に含まれている各種半導体素子を用いて実現される。
また、ベースバンド部５、及びΔΣ変調器６は、一つの半導体集積回路にまとめて設けてもよいし、複数の半導体集積回路に分散して設けてもよい。

さらに、デジタル信号処理部２は、ＣＰＵや、記憶部等を含んだコンピュータによって構成することもできる。この場合、コンピュータは、前記記憶部に記憶されたプログラム等を読み出して実行することによってデジタル信号処理部２が有する各機能部を実現することができる。

ベースバンド部５は、ベースバンド信号（Ｉ（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ）信号及びＱ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ）信号）をデジタルデータとして出力する。

ベースバンド部５から出力されるベースバンド信号（Ｉ信号及びＱ信号）は、例えば、周波数がｆ_Ｉである。ベースバンド部５から出力されるベースバンド信号は、ΔΣ変調器６に与えられる。

本実施形態のΔΣ変調器６は、ベースバンド信号が与えられると、パルス信号（ΔΣ変調信号）を出力する。このΔΣ変調信号はベースバンド信号を直交変調した直交変調信号を周波数成分として含んでいる。
また、ΔΣ変調信号に成分として含まれる直交変調信号は、入力信号であるベースバンド信号に対して周波数変換が行われ、無線周波数（搬送波周波数）である周波数ｆ_Ｏとされている。

つまり、ΔΣ変調器６は、ベースバンド信号に対してΔΣ変調するとともにベースバンド信号を直交変調し、その直交変調信号をデジタル信号であるパルス信号（ΔΣ変調信号）に含まれる成分として出力する機能を有している。さらに、ΔΣ変調器６は、ΔΣ変調信号に成分として含まれる直交変調信号の周波数変換を行う機能も有している。

〔ΔΣ変調器６について〕
図２は、本実施形態のΔΣ変調器６の一例を示すブロック図である。
ΔΣ変調器６は、Ｉ信号が入力される第１入力ポート１０、Ｑ信号が入力される第２入力ポート１１、及びΔΣ変調信号を出力する出力ポート１２を備えている。ΔΣ変調器６は、両入力ポート１０，１１それぞれに対応するループフィルタ（第１ループフィルタ１３、第２ループフィルタ１４）と、両ループフィルタ１３，１４それぞれに対応する周波数混合（周波数変換）器（第１周波数混合器１５及び第２周波数混合器１６）と、加算器１７と、量子化器１８とを備えている。
両ループフィルタ１３，１４は、それぞれ、対応する入力ポート１０，１１に接続された第１入力部１３ａ，１４ａと、フィードバック経路２１，２２を介して量子化器１８の出力側に接続された第２入力部１３ｂ，１４ｂと、を備えている。

第１入力部１３ａには、第１入力ポート１０に入力されたＩ信号が与えられる。
第２入力部１３ｂには、量子化器１８の出力信号Ｗをダウンコンバートしたフィードバック信号Ｖ_１が与えられる。
第１入力部１４ａには、第２入力ポート１１に入力されたＱ信号が与えられる。
第２入力部１４ｂには、量子化器１８の出力信号Ｗをダウンコンバートしたフィードバック信号Ｖ_２が与えられる。

ループフィルタ１３，１４は、それぞれ、差分器１３ｃ，１４ｃを備えている。差分器１３ｃ，１４ｃには、それぞれ、第１入力部１３ａ，１４ａに接続された第１経路１３ｄ，１４ｄと、第２入力部１３ｂ，１４ｂに接続された第２経路１３ｅ，１４ｅと、が接続されている。
差分器１３ｃは、Ｉ信号と、フィードバック信号Ｖ_１との差分を求める。
差分器１４ｃは、Ｑ信号と、フィードバック信号Ｖ_２との差分を求める。

差分器１３ｃ，１４ｃによって求められた差分は、各ループフィルタ１３，１４に設けられた内部フィルタ１３ｆ，１４ｆに入力される。なお、第１ループフィルタ１３の内部フィルタ１３ｆと、第２ループフィルタ１４の内部フィルタ１４ｆとは、同じ伝達関数Ｌ（ｚ）とされている。

各内部フィルタ１３ｆ，１４ｆの出力は、各ループフィルタ１３，１４に設けられた加算器１３ｇ，１４ｇに与えられる。
加算器１３ｇには、第１入力部１３ａに入力されるＩ信号を加算器１３ｇに入力させるためのフィードフォワード経路１３ｈが接続されている。したがって、加算器１３ｇは、Ｉ信号と、内部フィルタ１３ｆの出力とを加算する。
また、加算器１４ｇには、第１入力部１４ａに入力されるＱ信号を加算器１４ｇに入力させるためのフィードフォワード経路１４ｈが接続されている。したがって、加算器１４ｇは、Ｑ信号と、内部フィルタ１４ｆの出力とを加算する。

加算器１３ｇの出力（第１ループフィルタ１３の出力）Ｙ_１は、第１周波数混合器１５に与えられる。加算器１４ｇの出力（第２ループフィルタ１４の出力）Ｙ_２は、第２周波数混合器１６に与えられる。
第１周波数混合器１５は、第１ループフィルタ１３の出力Ｙ_１に対して、第１発振器２３が生成する第１ローカル信号を乗算し、アップコンバートした出力Ｙ_１を出力する。
第２周波数混合器１６は、第２ループフィルタ１４の出力Ｙ_２に対して、第２発振器２４が生成する第２ローカル信号を乗算し、アップコンバートした出力Ｙ_２を出力する。

第１発振器２３が生成する第１ローカル信号は、周波数ｆ_ＩであるＩ信号に乗算されることで、Ｉ信号の周波数を周波数ｆ_Ｏにアップコンバートしうる周波数ｆ_ＬＯに設定されている。なお、周波数ｆ_Ｏは、送信機１がＲＦ信号の送信に用いる使用周波数（無線周波数）であり、周波数ｆ_Ｉよりも高い周波数である。
第１周波数混合器１５は、出力Ｙ_１の周波数に対して所定周波数としての周波数ｆ_ＬＯが加算されるように周波数変換する。

第２発振器２４が生成する第２ローカル信号も、第１ローカル信号と同様、周波数ｆ_ＩであるＱ信号に乗算されることで、Ｑ信号の周波数を周波数ｆ_Ｏにアップコンバートしうる周波数ｆ_ＬＯに設定されている。つまり、第１ローカル信号及び第２ローカル信号は、同じ周波数ｆ_ＬＯである。
第２周波数混合器１６は、出力Ｙ_２の周波数に対して所定周波数としての周波数ｆ_ＬＯが加算されるように周波数変換する。

また、第１発振器２３が生成する第１ローカル信号と、第２発振器２４が生成する第２ローカル信号とは、９０度の位相差を有するように生成される。よって、第１ローカル信号が図２に示すようにｃｏｓ波であるとすると、第２ローカル信号はｓｉｎ波である。

第１周波数混合器１５によりアップコンバートされた第１ループフィルタ１３の出力Ｙ_１は、第１周波数混合器１５から出力されて加算器１７に与えられる。
第２周波数混合器１６によりアップコンバートされた第２ループフィルタ１４の出力Ｙ_２も、第２周波数混合器１６から出力されて加算器１７に与えられる。
アップコンバートされた第１ループフィルタ１３の出力Ｙ_１と、アップコンバートされた第２ループフィルタ１４の出力Ｙ_２とは、加算器１７によって加算される。

ここで、第１発振器２３が生成する第１ローカル信号と、第２発振器２４が生成する第２ローカル信号とは、９０度の位相差を有しているので、第１ループフィルタ１３の出力Ｙ_１に含まれるＩ信号と、第２ループフィルタ１４の出力Ｙ_２に含まれるＱ信号との間にも９０度の位相差が与えられる。
よって、これらを加算した加算器１７の出力Ｙは、Ｉ信号とＱ信号とを直交変調した直交変調信号を含む。この直交変調信号については後に説明する。

加算器１７の出力Ｙは、量子化器１８に与えられる。量子化器１８は、加算器１７の出力Ｙを二値化する。量子化器１８は、出力Ｙを二値化することで得た１ｂｉｔのパルス列を量子化信号（ΔΣ変調信号）として出力する。この量子化信号がΔΣ変調器６の出力信号Ｗとなる。
なお、量子化器１８が行う二値化とは、多値で表された出力Ｙ（信号）としてのデジタルデータを二値で表したデジタルデータにすることをいう。

出力信号Ｗは、第３周波数混合器２５と、第４周波数混合器２６とに与えられる。
第３周波数混合器２５は、出力信号Ｗに対して、第１発振器２３が生成する第１ローカル信号を乗算し、出力信号Ｗをダウンコンバートする。
よって、第３周波数混合器２５は、出力信号Ｗの周波数に対して周波数ｆ_ＬＯが減算されるように周波数変換する。
第３周波数混合器２５は、出力信号Ｗをダウンコンバートした信号であるフィードバック信号Ｖ_１を出力する。

第４周波数混合器２６は、出力信号Ｗに対して、第２発振器２４が生成する第１ローカル信号を乗算し、出力信号Ｗをダウンコンバートする。
よって、第４周波数混合器２６は、出力信号Ｗの周波数に対して周波数ｆ_ＬＯが減算されるように周波数変換する。
第４周波数混合器２６は、出力信号Ｗをダウンコンバートした信号であるフィードバック信号Ｖ_２を出力する。

また、出力信号Ｗは、上述したように、Ｉ信号とＱ信号とを直交変調した直交変調信号を成分として含んでいる。よって、第３周波数混合器２５が出力信号Ｗに第１ローカル信号を乗算することで、出力信号Ｗに含まれる直交変調信号が復調される。よって、フィードバック信号Ｖ_１には、第１ループフィルタ１３の出力Ｙ_１に含まれていたＩ信号が含まれる。
また、同様に、第４周波数混合器２６が出力信号Ｗに第２ローカル信号を乗算することで、出力信号Ｗに含まれる直交変調信号が復調される。よって、フィードバック信号Ｖ_２には、第２ループフィルタ１４の出力Ｙ_２に含まれていたＱ信号が含まれる。
なお、第３周波数混合器２５及び第４周波数混合器２６が行う復調については後に説明する。

第３周波数混合器２５から出力されたフィードバック信号Ｖ_１は、フィードバック経路２１を介して第１ループフィルタ１３に与えられる。
第４周波数混合器２６から出力されたフィードバック信号Ｖ_２は、フィードバック経路２２を介して第２ループフィルタ１４に与えられる。

〔周波数変換について〕
ここで、ΔΣ変調器６について、第１ループフィルタ１３の出力Ｙ_１にのみ着目して考える。なお、この場合、フィードバック信号Ｖ_１をΔΣ変調器６の出力信号Ｖとして考える。

出力Ｙ_１にのみ着目した場合のΔΣ変調器６の出力Ｖは、下記の式（１）のように表される。式（１）において、ＳＴＦ（ｚ）は入力信号であるＩ信号（以下、入力信号Ｕ（ｚ）ともいう）についての信号伝達関数であり、ＮＴＦ（ｚ）は、ΔΣ変調器６の雑音伝達関数であり、Ｅ（ｚ）は雑音伝達関数である。
Ｖ（ｚ） ＝ ＳＴＦ（ｚ）Ｕ（ｚ） ＋ ＮＴＦ（ｚ）Ｅ（ｚ） ・・・（１）

ＮＴＦ（ｚ）は、下記の式（２）のように表される。よって、第１ループフィルタ１３の内部フィルタ１３ｆは、雑音伝達関数ＮＴＦ（ｚ）を用いて示される伝達関数Ｌ（ｚ）を持つ。
ＮＴＦ（ｚ） ＝ １ ／ （１ ＋ Ｌ（ｚ）） ・・・（２）

雑音伝達関数ＮＴＦ（ｚ）は、第１ループフィルタ１３に入力される入力信号Ｕ（Ｉ信号）の周波数近傍の帯域における量子化雑音を抑制する特性（バンドストップ特性）を有するように設定される。つまり、雑音伝達関数ＮＴＦ（ｚ）における量子化雑音を抑制しうる帯域（量子化雑音阻止帯域）の中心周波数は、入力信号Ｕ（Ｉ信号）の周波数ｆ_Ｉとなるように設定される。

なお、量子化雑音を抑制しうる帯域（量子化雑音阻止帯域）の中心周波数は、入力信号Ｕが量子化雑音を抑制しうる帯域に含まれていればよく、任意の周波数に設定することができる。

ΔΣ変調器６は、第１入力ポート１０に入力されたＩ信号を、出力信号Ｖ（ｚ）であるΔΣ変調信号に含めて出力することができる。

本実施形態において、第１ループフィルタ１３（の加算器１３ｇ）と量子化器１８との間には、第１ループフィルタ１３の出力Ｙ_１をアップコンバートする第１周波数混合器１５が設けられている。また、量子化器１８と第１ループフィルタ１３（の差分器１３ｃ）との間には、量子化器１８の出力である出力信号Ｗをダウンコンバートして出力Ｖ（ｚ）を出力する第３周波数混合器２５が設けられている。

第１周波数混合器１５は、上述のように、第１ループフィルタ１３の出力Ｙ_１の周波数に対して周波数ｆ_ＬＯが加算されるように周波数変換する。また、第３周波数混合器２５は、出力信号Ｗの周波数に対して周波数ｆ_ＬＯが減算されるように周波数変換する。
つまり、第３周波数混合器２５（第２コンバータ）は、第１周波数混合器１５（第１コンバータ）が行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行う。

なお、第３周波数混合器２５によって行われる、第１周波数混合器１５が行う周波数変換の逆変換となるような周波数変換とは、以下のような変換をいう。すなわち、第１周波数混合器１５が行う周波数変換が、変換対象である出力Ｙ_１に対して所定周波数アップコンバートするものである場合、第３周波数混合器２５が行う逆変換となる周波数変換は、変換対象である出力信号Ｗに対して所定周波数ダウンコンバートするものである。また、第１周波数混合器１５が行う周波数変換が、出力Ｙ_１に対して所定周波数ダウンコンバートするものである場合、第３周波数混合器２５が行う逆変換となる周波数変換は、出力信号Ｗに対して前記所定周波数アップコンバートするものである。このように、第１周波数混合器１５が行う周波数変換の逆変換となるような周波数変換とは、第１周波数混合器１５によって周波数変換される前の周波数に戻すように周波数変換することをいう。

第３周波数混合器２５は、上述のように、量子化器１８の出力信号Ｗに対して第１周波数混合器１５によって周波数変換される前の周波数に戻すように周波数変換を行う。
このように量子化器１８の前段及び後段において信号に対する周波数変換を行ったとしても、上記式（１）に影響が及ばないことは明らかである。
よって、第１周波数混合器１５及び第３周波数混合器２５による周波数変換は、ΔΣ変調器６によるΔΣ変調に影響を与えることはない。
出力信号Ｖ（ｚ）は、第１周波数混合器１５及び第３周波数混合器２５が接続されているとしても、上記式（１）で表すことができる。

本実施形態では、第３周波数混合器２５は、第１周波数混合器１５が行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行うので、量子化器１８の出力信号Ｗに対して第１周波数混合器１５によって周波数変換される前の周波数に戻すように周波数変換を行う。
これにより、第１周波数混合器１５により周波数変換された出力信号Ｗに含まれる入力信号Ｕの周波数（周波数ｆ_Ｏ）を、第３周波数混合器２５によって元の周波数（周波数ｆ_Ｉ）に戻した上で第１ループフィルタ１３にフィードバックすることができ、第１周波数混合器１５による周波数変換の影響がΔΣ変調に及ぶのを防止できる。

一方、出力ポート１２から出力される出力信号Ｗに含まれる入力信号Ｕ（ｚ）（Ｉ信号）は、周波数ｆ_Ｏにアップコンバートされている。後段の処理において出力信号Ｗからは、周波数ｆ_ＯにアップコンバートされたＩ信号を得ることができる。
つまり、ΔΣ変調器６は、ΔΣ変調信号である出力信号Ｗに成分として含まれるＩ信号の周波数変換を行うことができる。

以上のように本実施形態のΔΣ変調器６は、適切にΔΣ変調を行いつつ、入力信号であるＩ信号に対して周波数変換を行うことができる。すなわち、入力信号に対して周波数変換を行う周波数変換器の機能をΔΣ変調器６に組み込むことができる。

なお、上記説明は、第１ループフィルタ１３の出力Ｙ_１にのみ着目して考えた場合を示しているので、出力信号Ｗに含まれる信号としてＱ信号を考慮していない。よって、上記説明では、ΔΣ変調器６がΔΣ変調信号である出力信号Ｗに成分として含まれるＩ信号を周波数変換の対象としている。

また、上記説明は、第１ループフィルタ１３の出力Ｙ_１にのみ着目して考えた場合を示したが、第２ループフィルタ１４の出力Ｙ_２に着目して考えた場合も同様である。

〔直交変復調について〕
加算器１７は、アップコンバートされた第１ループフィルタ１３の出力Ｙ_１と、アップコンバートされた第２ループフィルタ１４の出力Ｙ_２とを加算することで出力Ｙを出力する。
ここで、出力Ｙを量子化した信号である出力信号Ｗは、下記の式（３）のように表すことができる。
Ｗ ＝ Ｉｃｏｓ（ωｔ） ＋ Ｑｓｉｎ（ωｔ） ＋ Ｅ／（１ ＋ Ｌ）
・・・（３）

上記式（３）中、Ｉは第１ループフィルタ１３に与えられるＩ信号、Ｑは第２ループフィルタ１４に与えられるＱ信号、ωは第１ローカル信号（第２ローカル信号）の角周波数、ｔは時間、Ｅは量子化雑音、Ｌは内部フィルタ１３ｆ，１４ｆの伝達関数である。

式（３）のように、出力信号Ｗは、量子化器１８の量子化による量子化雑音と、Ｉ信号とＱ信号とを直交変調した直交変調信号とを含んでいる。

量子化器１８の前段における出力Ｙと、量子化器１８の後段における出力信号Ｗとは、量子化器１８による量子化雑音が加算されたか否かの相違のみである。
よって、出力Ｙも、Ｉ信号とＱ信号とを直交変調した直交変調信号を含んでいる。このことから、第１ループフィルタ１３周波数混合器１５、第２周波数混合器１６、及び加算器１７は、Ｉ信号とＱ信号とを直交変調して直交変調信号を生成する直交変調部を構成している。

出力信号Ｗは、上記式（３）のように、Ｉ信号とＱ信号とを直交変調した直交変調信号を含んでいる。
よって、第３周波数混合器２５が出力信号Ｗに第１ローカル信号を乗算することで、出力信号Ｗに含まれる直交変調信号が復調される。第３周波数混合器２５が出力するフィードバック信号Ｖ_１には、第１ループフィルタ１３の出力Ｙ_１に含まれていたＩ信号が含まれる。
また、第４周波数混合器２６が出力信号Ｗに第２ローカル信号を乗算することで、出力信号Ｗに含まれる直交変調信号が復調される。第４周波数混合器２６が出力するフィードバック信号Ｖ_２には、第２ループフィルタ１４の出力Ｙ_２に含まれていたＱ信号が含まれる。

このように、第３周波数混合器２５及び第４周波数混合器２６は、対応するループフィルタ１３，１４の出力に含まれていた信号を復調するので、ループフィルタ１３，１４に対して適切なフィードバック信号Ｖ_１，Ｖ_２を与えることができる。

上記構成において、ループフィルタ１３，１４に与えられる入力信号は、ベースバンド信号におけるＩ信号又はＱ信号であり、周波数混合器１５，１６（第１コンバータ）は、ループフィルタ１３，１４の出力Ｙ_１，Ｙ_２に第１ローカル信号，第２ローカル信号を乗算することでＩ信号及びＱ信号を直交変調するための信号（第１信号及び第２信号）に変換し、周波数混合器１５，１６と、量子化器１８との間には、第１信号及び第２信号（ローカル信号が乗算された出力Ｙ_１，Ｙ_２）を加算して直交変調信号を出力する加算器１７を備え、周波数混合器２５，２６は、直交変調信号を復調して入力信号を得るための復調信号である第１ローカル信号及び第２ローカル信号を乗算する。
上記構成のΔΣ変調器６によれば、ベースバンド信号に対して直交変調を行うことができる。

〔ΔΣ変調器の出力信号Ｗについて〕
ΔΣ変調器６の出力信号Ｗは、周波数ｆ_Ｏの直交変調信号を成分として含んでいる。
このようにΔΣ変調器６は、送信信号であるベースバンド信号に対してΔΣ変調するとともにベースバンド信号を直交変調する。さらにΔΣ変調器６は、直交変調した直交変調信号をΔΣ変調信号に含まれる成分として出力する。さらに、ΔΣ変調器６は、周波数ｆ_Ｉのベースバンド信号に対して周波数変換を行い、ΔΣ変調信号に成分として含まれる直交変調信号を無線周波数（搬送波周波数）である周波数ｆ_Ｏにアップコンバートする。

ΔΣ変調器６は出力信号Ｗを出力ポート１２から出力する。ΔΣ変調器６は出力信号Ｗを後段のアナログフィルタ３（図１）に与える。アナログフィルタ３は、出力信号Ｗに含まれる、無線周波数である周波数ｆ_Ｏの直交変調信号（ＲＦ信号）を通過させる。よって、アナログフィルタ３は、周波数ｆ_Ｏの帯域外に存在する雑音成分を除去し、周波数ｆ_Ｏの直交変調信号を後段のパワーアンプ７（図１）に与える。
直交変調信号は、パワーアンプ７によって増幅され、アンテナ８から無線信号として空間に放射される。

このように、本実施形態のΔΣ変調器６において、周波数混合器１５，１６が、ベースバンド信号の周波数を、当該ベースバンド信号を送信信号として送信する際の無線周波数（搬送波周波数）に周波数変換するように構成したので、量子化器１８の出力をΔΣ変調信号として取り出し、量子化器１８の出力に含まれる雑音を除去すれば、無線周波数に周波数変換された信号を得ることができる。

なお、本実施形態では、ΔΣ変調器６がループフィルタを２つ備え、ベースバンド信号（Ｉ信号及びＱ信号）を送信する場合を例示したが、ΔΣ変調器６はループフィルタを１つ備えた構成とすることもできる。この場合、例えば、直交変調した後の直交変調信号をΔΣ変調器６に与え、直交変調信号に対してΔΣ変調するとともにこの直交変調信号の周波数変換を行うように構成することができる。この場合も、入力信号に対して周波数変換を行う周波数変換器の機能をΔΣ変調器６に組み込むことができる。

また、上記実施形態では、周波数混合器１５，１６がループフィルタ１３，１４の出力Ｙ_１，Ｙ_２に対してアップコンバートを行い、周波数混合器２５，２６が量子化器１８の出力である出力信号Ｗに対してダウンコンバートを行う場合を示したが、周波数混合器１５，１６がループフィルタ１３，１４の出力Ｙ_１，Ｙ_２に対してダウンコンバートを行い、周波数混合器２５，２６が量子化器１８の出力である出力信号Ｗに対してアップコンバートを行うように構成してもよい。なお、この場合においても、周波数混合器２５，２６は、周波数混合器１５，１６が行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行う。

［付記］
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 送信機
２ デジタル信号処理部
３ アナログフィルタ
４ 信号伝送路
５ ベースバンド部
６ ΔΣ変調器
７ パワーアンプ
８ アンテナ
１０ 第１入力ポート
１１ 第２入力ポート
１２ 出力ポート
１３ 第１ループフィルタ
１３ａ 第１入力部
１３ｂ 第２入力部
１３ｃ 差分器
１３ｄ 第１経路
１３ｅ 第２経路
１３ｆ 内部フィルタ
１３ｇ 加算器
１３ｈ フィードフォワード経路
１４ 第２ループフィルタ
１４ａ 第１入力部
１４ｂ 第２入力部
１４ｃ 差分器
１４ｄ 第１経路
１４ｅ 第２経路
１４ｆ 内部フィルタ
１４ｇ 加算器
１４ｈ フィードフォワード経路
１５ 第１周波数混合器
１６ 第２周波数混合器
１７ 加算器
１８ 量子化器
２１ フィードバック経路
２２ フィードバック経路
２３ 第１発振器
２４ 第２発振器
２５ 第３周波数混合器
２６ 第４周波数混合器

Claims (8)

1. 入力信号が与えられるループフィルタと、
   前記ループフィルタの出力に対して周波数変換を行う第１コンバータと、
   前記第１コンバータの出力を量子化する量子化器と、
   前記量子化器の出力に対して周波数変換を行う第２コンバータと、を備え、
   前記ループフィルタは、前記入力信号の周波数近傍の雑音を阻止する特性を有し、前記第２コンバータの出力がフィードバック信号として与えられ、
   前記第２コンバータは、前記第１コンバータが行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行う
   ΔΣ変調器。
2. 前記第１コンバータは、前記入力信号の周波数に前記所定周波数が加算されるように周波数変換する請求項１に記載のΔΣ変調器。
3. 前記第１コンバータは、前記入力信号の周波数を、当該入力信号を送信するための搬送波周波数に周波数変換する請求項１又は請求項２に記載のΔΣ変調器。
4. 前記入力信号は、ベースバンド信号におけるＩ信号又はＱ信号のいずれか一方であり、
   前記第１コンバータは、前記入力信号を直交変調するための第１信号に変換し、
   前記第１コンバータと、前記量子化器との間には、前記第１信号と、前記ベースバンド信号におけるＩ信号又はＱ信号のいずれか他方を変換して得た直交変調のための第２信号と、を加算して直交変調信号を出力する加算器をさらに備え、
   前記第２コンバータは、前記直交変調信号を復調して前記入力信号を得るための復調信号を乗算する
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のΔΣ変調器。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のΔΣ変調器と、
   前記量子化器の出力が与えられる送信部と、を備え、
   前記第１コンバータは、前記入力信号を送信するための搬送波周波数に周波数変換し、
   前記送信部は、前記量子化器の出力に含まれる前記搬送波周波数に周波数変換された前記入力信号を送信する
   送信機。
6. 入力信号に対してΔΣ変調を行うΔΣ変調器に用いられる半導体集積回路であって、
   前記入力信号が与えられるループフィルタと、
   前記ループフィルタの出力に対して周波数変換を行う第１コンバータと、
   前記第１コンバータの出力を量子化する量子化器と、
   前記量子化器の出力に対して周波数変換を行う第２コンバータと、を備え、
   前記ループフィルタは、前記入力信号の周波数近傍の雑音を阻止する特性を有し、前記第２コンバータの出力がフィードバック信号として与えられ、
   前記第２コンバータは、前記第１コンバータが行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行う
   半導体集積回路。
7. 入力信号に対してΔΣ変調を行うための処理方法であって、
   前記入力信号に対してループフィルタ処理を行うフィルタステップと、
   前記フィルタステップによって得られる出力に対して周波数変換を行う第１変換ステップと、
   前記第１変換ステップによって得られる出力を量子化する量子化ステップと、
   前記量子化ステップによって得られる出力に対して周波数変換を行う第２変換ステップと、を含み、
   前記フィルタステップは、前記入力信号の周波数近傍の雑音を阻止するフィルタ特性によって前記入力信号のループフィルタ処理が行われ、前記第２変換ステップによって得られる出力がフィードバック信号として与えられ、
   前記第２変換ステップは、前記第１変換ステップにて行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行う
   処理方法。
8. 入力データに対してΔΣ変調を行うための処理をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
   コンピュータに
   前記入力データに対してループフィルタ処理を行うフィルタステップと、
   前記フィルタステップによって得られる出力に対して周波数変換を行う第１変換ステップと、
   前記第１変換ステップによって得られる出力を量子化する量子化ステップと、
   前記量子化ステップによって得られる出力に対して周波数変換を行う第２変換ステップと、を含む処理を実行させるコンピュータプログラムであり、
   前記フィルタステップは、前記入力データの周波数近傍の雑音を阻止するフィルタ特性によって前記入力データのループフィルタ処理が行われ、前記第２変換ステップによって得られる出力がフィードバックデータとして与えられ、
   前記第２変換ステップは、前記第１変換ステップにて行う周波数変換の逆変換となるように周波数変換を行う
   コンピュータプログラム。

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