JP2019033366A - Radio transmitter, radio receiver and radio communication system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高周波電気信号を扱う無線通信システムに関する。 The present invention relates to a wireless communication system that handles high-frequency electrical signals.
無線通信においては、そのデータレートを向上するための技術が提案されている。データレートを向上するためには、(1)周波数利用効率を向上させて、同じ帯域幅で伝送可能なデータ量を増加させる、(2)データ伝送に用いる帯域そのものを広げる、という二つのアプローチが存在する。ここで、マイクロ波帯等の低周波帯では、様々なアプリケーションに帯域が割り当てられるため使用可能な周波数帯が限定されており、(1)のアプローチが選択されてきた。具体的には、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)や16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、64QAM等の多値変調技術を用いて周波数利用効率を向上させている。 In wireless communication, techniques for improving the data rate have been proposed. In order to improve the data rate, there are two approaches: (1) improving the frequency utilization efficiency and increasing the amount of data that can be transmitted in the same bandwidth, and (2) expanding the bandwidth itself used for data transmission. Exists. Here, in a low frequency band such as a microwave band, a usable frequency band is limited because bands are allocated to various applications, and the approach (1) has been selected. Specifically, frequency utilization efficiency is improved by using multilevel modulation techniques such as QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation), and 64QAM.
一方、ミリ波帯以上の高周波帯では、低周波帯と比較して自由に使用可能な帯域が多く残っているため、(2)のアプローチが選択されることが多い。また、ミリ波帯以上の周波数を用いることで、少ない比帯域で大きな帯域を使用可能であるという利点からも(2)のアプローチがとられる場合が多い。 On the other hand, in the high frequency band above the millimeter wave band, there are many bands that can be freely used as compared with the low frequency band, so the approach (2) is often selected. Further, the approach (2) is often taken from the advantage that a large band can be used with a small specific band by using a frequency equal to or higher than the millimeter wave band.
すなわち、無線通信用の送受信機を構成する電子回路に用いられる狭帯域のアナログ回路部品は、ある帯域内でしか動作させることが出来ないため、それが原因で無線機全体の帯域が制限されるが、これらのアナログ回路部品は、実際の帯域を中心周波数で規格化した値(比帯域)により動作範囲が決まる傾向があるため、中心周波数が高くなると、同じ比帯域でも動作可能な実際の帯域は広くなる。データレートは、無線機の実際の帯域が広いほど高くできるため、搬送波周波数を高くすることでデータレートの高い無線機を実現することができる。 In other words, narrowband analog circuit components used in electronic circuits constituting transceivers for wireless communication can be operated only within a certain band, which limits the entire band of the radio. However, these analog circuit components tend to have their operating range determined by the value (ratio band) obtained by standardizing the actual band with the center frequency, so when the center frequency increases, the actual band that can operate in the same ratio band. Becomes wider. Since the data rate can be increased as the actual bandwidth of the radio is wider, a radio with a higher data rate can be realized by increasing the carrier frequency.
例えば、非特許文献1では、120GHz帯においておよそ15GHzの帯域を使用してASK変調によって10Gbpsのデータ伝送を行っており、非特許文献2では、300GHz帯においておよそ30GHzの帯域を使用してASK変調によって20Gbpsのデータ伝送を行っている。
For example, in Non-Patent Document 1, data transmission of 10 Gbps is performed by ASK modulation using a band of approximately 15 GHz in the 120 GHz band. In Non-Patent
これらの無線機はどちらも高周波特性に優れたトランジスタであるInP−HEMTを用いた電子回路によって実現されている。一般に、100GHz帯以上の周波数帯を用いた無線機を実現するためには、高周波特性に優れた電子回路を用いる必要があるため、汎用の電子回路で多く用いられるSiCMOSトランジスタではなく、InP−HEMTやInP−HBTといったInP系の化合物半導体を用いたトランジスタが用いられる。CMOSトランジスタとInP系の化合物半導体トランジスタでは、トランジスタの最大発振周波数(fmax)が大きく異なるからである。 Both of these wireless devices are realized by an electronic circuit using InP-HEMT, which is a transistor having excellent high frequency characteristics. In general, in order to realize a radio device using a frequency band of 100 GHz or higher, it is necessary to use an electronic circuit having excellent high frequency characteristics. Therefore, not an SiCMOS transistor often used in general-purpose electronic circuits, but an InP-HEMT. A transistor using an InP-based compound semiconductor such as InP-HBT is used. This is because the maximum oscillation frequency (fmax) of the transistor is greatly different between the CMOS transistor and the InP compound semiconductor transistor.
fmaxは、トランジスタの電力利得が1となる周波数であるため、fmax以上の周波数では、無線通信に必須となる電力増幅作用を有するアンプ類、例えば、送信機用のパワーアンプ(PA)や受信機用の低雑音アンプ(LNA)、その他ゲインブロック用のバッファアンプ等を実現することが難しい。CMOSトランジスタでは最先端のプロセスを使用してもfmaxは300GHz程度なのに対し(例えば、「非特許文献3」参照。)、InP系の化合物半導体トランジスタではfmaxは1THzを超えており(例えば、「非特許文献4」参照。)、300GHz以上の周波数帯の回路設計にはInP系のトランジスタが有利となる。 Since fmax is a frequency at which the power gain of the transistor is 1, amplifiers having a power amplification function that is indispensable for wireless communication, such as a power amplifier (PA) for a transmitter or a receiver, at a frequency equal to or higher than fmax. It is difficult to realize a low-noise amplifier (LNA) for use, a buffer amplifier for a gain block, and the like. In CMOS transistors, fmax is about 300 GHz even when using a state-of-the-art process (see, for example, “Non-patent Document 3”), whereas in InP-based compound semiconductor transistors, fmax exceeds 1 THz (for example, “non- (See Patent Document 4).) InP-based transistors are advantageous for circuit design in a frequency band of 300 GHz or higher.
上述したように、無線通信のデータレートを伸ばすためには、低周波帯では、(1)周波数利用効率を高めるために多値変調技術を用いるアプローチが、高周波帯では、(2)データ伝送に用いる帯域を広くするアプローチがとられてきた。これらのアプローチの併用手法、すなわち、ミリ波帯以上の高周波数帯で多値変調を用いる手法により、原理的には非常に高いデータレートの無線通信が実現可能である。例えば、非特許文献5では、300GHz帯においてQPSK変調を行うことで、50Gbpsのデータレートを実現している。非特許文献5の無線機は、InP−HEMTと同様に高周波特性にすぐれたトランジスタであるInP−HBTを用いて設計されている。 As described above, in order to increase the data rate of wireless communication, in the low frequency band, (1) the approach using the multi-level modulation technique to increase the frequency utilization efficiency is used. Approaches have been taken to widen the bandwidth used. In principle, wireless communication at a very high data rate can be realized by a combined method of these approaches, that is, a method using multilevel modulation in a high frequency band of the millimeter wave band or higher. For example, in Non-Patent Document 5, a data rate of 50 Gbps is realized by performing QPSK modulation in the 300 GHz band. The wireless device of Non-Patent Document 5 is designed using InP-HBT, which is a transistor having excellent high-frequency characteristics, like InP-HEMT.
しかしながら、高周波帯において、低周波帯と同じように、より多値度の高い16QAMや64QAMを用いることにより周波数利用効率を高めるアプローチを行うことは難しい。多値度の向上に伴い、多値変調用の送信機および受信機の構成部品である直交変復調器に求められる特性が厳しくなるからである。 However, in the high frequency band, as in the low frequency band, it is difficult to perform an approach for increasing the frequency utilization efficiency by using 16QAM or 64QAM having a higher multilevel. This is because the characteristics required for the quadrature modulator / demodulator which is a component part of the transmitter and receiver for multi-level modulation become severe as the multi-level degree is improved.
直交変復調器では、I(In-phase)信号およびQ(Quadrature)信号が、等振幅、位相差90°となっていることが理想であるが、振幅及び位相が理想値からずれると、無線通信におけるビット誤り率(BER)が劣化する。多値度の向上に伴い、I信号およびQ信号に対して要求される振幅誤差、90°からの位相誤差に対する制限が厳しくなるため、IQミスマッチ補償回路のような補助回路を併用することで、直交変調器に求められる振幅誤差および90°からの位相誤差に対する条件の緩和を行っている(例えば、「非特許文献6」参照。)。 In an orthogonal modulator / demodulator, it is ideal that an I (In-phase) signal and a Q (Quadrature) signal have equal amplitude and a phase difference of 90 °. However, if the amplitude and phase deviate from ideal values, wireless communication The bit error rate (BER) in Along with the improvement of the multi-value degree, the restriction on the amplitude error required for the I signal and the Q signal, and the phase error from 90 ° becomes stricter, so by using an auxiliary circuit such as an IQ mismatch compensation circuit together, The conditions for the amplitude error required for the quadrature modulator and the phase error from 90 ° are relaxed (see, for example, “Non-Patent Document 6”).
IQミスマッチ補償回路は、非特許文献6のようにアナログ・ディジタル変換器等の複雑な回路ブロックを有するため、通常、高い回路集積度が実現可能なCMOSトランジスタを用いた電子回路により実現される。化合物半導体トランジスタは、個々のトランジスタの特性バラつきがCMOSトランジスタよりも大きいため、ロジックのような多数のトランジスタを使う電子回路に適用することが難しいからである。高周波数帯で用いられるInP系の化合物半導体トランジスタは、高周波性能ではCMOSトランジスタに勝るものの、集積度が求められる複雑な回路を実現することは難しい。 Since the IQ mismatch compensation circuit has a complicated circuit block such as an analog / digital converter as in Non-Patent Document 6, it is usually realized by an electronic circuit using a CMOS transistor capable of realizing a high degree of circuit integration. This is because a compound semiconductor transistor has a characteristic variation larger than that of a CMOS transistor, and is difficult to apply to an electronic circuit using a large number of transistors such as logic. An InP-based compound semiconductor transistor used in a high frequency band is superior to a CMOS transistor in terms of high-frequency performance, but it is difficult to realize a complicated circuit that requires a high degree of integration.
InP系の化合物半導体トランジスタでは電子回路の動作周波数を高く取れるため、高周波帯の送受信機用の電子回路に適用するのに好適ではあるが、多値度の高い変調方式に対応することが難しいという問題がある。一方、CMOSトランジスタを用いる場合には、集積度を高くできるため、IQミスマッチ補償回路のような複雑な回路を実現可能であり多値度の高い変調方式に対応できるものの、トランジスタのfmaxが低いため、300GHzを超えるような周波数帯で動作する電子回路、特に、PAやLNAを実現することが難しく、300GHzを超える搬送波を用いる無線通信用の送受信機を実現することが難しかった。 InP-based compound semiconductor transistors have a high operating frequency for electronic circuits, so they are suitable for application to electronic circuits for high-frequency transceivers, but it is difficult to support high-level modulation methods. There's a problem. On the other hand, in the case of using a CMOS transistor, since the degree of integration can be increased, a complicated circuit such as an IQ mismatch compensation circuit can be realized and a modulation method with a high multilevel can be supported, but the fmax of the transistor is low. It is difficult to realize an electronic circuit that operates in a frequency band exceeding 300 GHz, in particular, PA or LNA, and it is difficult to realize a transceiver for wireless communication using a carrier wave exceeding 300 GHz.
このように、高速の無線通信を実現するために、高周波数帯において多値変調を用いる方法があるが、搬送波として300GHz以上の周波数帯を用いる場合には、CMOSトランジスタではfmaxが不足するためにアンプ等の無線通信用の送受信機を構成する高周波アナログ回路が実現できず、一方、InP系の化合物半導体トランジスタでは、アンプ等の高周波アナログ回路は実現できても、IQミスマッチ補償回路等の複雑な回路の実現が難しいため、結果として多値度の高い変調方式に対応することが出来ないという問題があった。 As described above, in order to realize high-speed wireless communication, there is a method using multilevel modulation in a high frequency band. However, when a frequency band of 300 GHz or more is used as a carrier wave, a CMOS transistor lacks fmax. A high-frequency analog circuit that constitutes a transceiver for wireless communication such as an amplifier cannot be realized. On the other hand, with an InP-based compound semiconductor transistor, a high-frequency analog circuit such as an amplifier can be realized, but an IQ mismatch compensation circuit or the like is complicated. Since it is difficult to realize a circuit, there is a problem in that it is not possible to cope with a modulation system having a high multilevel value.
また、現実の回路素子には配線の高周波損失やインピーダンスミスマッチによる損失があるため、トランジスタの電力利得が1を少し超える程度しかないようなfmaxに近い周波数帯で増幅率を持つアンプを実現することは難しい。CMOSトランジスタのようなfmaxが最大でも300GHz程度のトランジスタでは、高性能なアンプが実現できる周波数帯は、現実的には100GHz付近の周波数帯である。 In addition, since an actual circuit element has a high-frequency loss of wiring and a loss due to impedance mismatch, an amplifier having an amplification factor in a frequency band close to fmax where the power gain of the transistor only slightly exceeds 1 is realized. Is difficult. In a transistor having a maximum fmax of about 300 GHz such as a CMOS transistor, the frequency band in which a high-performance amplifier can be realized is actually a frequency band near 100 GHz.
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであり、100GHzを超える周波数帯で多値度の高い変調が可能な無線送受信機を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a radio transceiver capable of high-level modulation in a frequency band exceeding 100 GHz.
上記の課題を解決するために、本発明の無線送信機は、100GHz以下の搬送波周波数を有する多値変調信号を出力する多値変調送信器と、前記多値変調信号を100GHzを超える周波数帯にアップコンバートする周波数アップコンバージョン用ミキサと、前記周波数アップコンバージョン用ミキサを駆動するミキサ駆動用信号源と、前記周波数アップコンバージョン用ミキサの出力信号を増幅するパワーアンプとを有し、前記多値変調送信器は、CMOSトランジスタを用いて構成され、前記周波数アップコンバージョン用ミキサおよび前記ミキサ駆動用信号源は、CMOSトランジスタもしくは化合物半導体トランジスタを用いて構成され、前記パワーアンプは、化合物半導体トランジスタを用いて構成される。 In order to solve the above problems, a wireless transmitter of the present invention includes a multilevel modulation transmitter that outputs a multilevel modulation signal having a carrier frequency of 100 GHz or less, and the multilevel modulation signal in a frequency band exceeding 100 GHz. A frequency up-conversion mixer for up-conversion, a mixer driving signal source for driving the frequency up-conversion mixer, and a power amplifier for amplifying an output signal of the frequency up-conversion mixer, the multi-level modulation transmission The device is configured using CMOS transistors, the frequency up-conversion mixer and the mixer driving signal source are configured using CMOS transistors or compound semiconductor transistors, and the power amplifier is configured using compound semiconductor transistors. Is done.
上記の課題を解決するために、本発明の無線受信機は、100GHzを超える搬送波周波数を有する多値変調信号を増幅する低雑音アンプと、前記低雑音アンプの出力信号を100GHz以下の周波数帯にダウンコンバートする周波数ダウンコンバージョン用ミキサと、前記周波数ダウンコンバージョン用ミキサを駆動するミキサ駆動用信号源と、前記周波数ダウンコンバージョン用ミキサが出力する100GHz以下の搬送波周波数を有する多値変調信号を復調する多値復調受信器とを有し、前記低雑音アンプは、化合物半導体トランジスタを用いて構成され、前記周波数ダウンコンバージョン用ミキサおよび前記ミキサ駆動用信号源は、CMOSトランジスタもしくは化合物半導体トランジスタを用いて構成され、前記多値復調受信器は、CMOSトランジスタを用いて構成される。 In order to solve the above problems, a wireless receiver of the present invention includes a low noise amplifier that amplifies a multilevel modulation signal having a carrier frequency exceeding 100 GHz, and an output signal of the low noise amplifier in a frequency band of 100 GHz or less. A frequency down-conversion mixer for down-conversion, a mixer driving signal source for driving the frequency down-conversion mixer, and a multi-level modulation signal having a carrier frequency of 100 GHz or less output from the frequency down-conversion mixer The low-noise amplifier is configured using a compound semiconductor transistor, and the frequency down-conversion mixer and the mixer driving signal source are configured using a CMOS transistor or a compound semiconductor transistor. The multi-level demodulation receiver is It constructed using CMOS transistor.
上記の課題を解決するために、本発明の通信システムは、上記無線送信機と無線受信機を備える。 In order to solve the above problems, a communication system of the present invention includes the above-described wireless transmitter and wireless receiver.
上記の課題を解決するために、本発明の無線送信機は、100GHz以下の搬送波周波数を有する多値変調信号を出力する複数の多値変調送信器と、複数の前記多値変調信号を100GHzを超える周波数帯にアップコンバートする複数の周波数アップコンバージョン用ミキサと、複数の前記周波数アップコンバージョン用ミキサを駆動する複数のミキサ駆動用信号源と、前記複数の周波数アップコンバージョン用ミキサの出力信号を周波数領域で多重する周波数多重回路と、前記周波数多重回路の出力信号を増幅するパワーアンプとを有し、前記多値変調送信器は、CMOSトランジスタを用いて構成され、前記周波数アップコンバージョン用ミキサおよび前記ミキサ駆動用信号源は、CMOSトランジスタもしくは化合物半導体トランジスタを用いて構成され、前記パワーアンプは、化合物半導体トランジスタを用いて構成される。 In order to solve the above problems, a wireless transmitter of the present invention includes a plurality of multi-level modulation transmitters that output a multi-level modulation signal having a carrier frequency of 100 GHz or less, and a plurality of the multi-level modulation signals at 100 GHz. A plurality of frequency up-conversion mixers for up-conversion to a frequency band exceeding, a plurality of mixer driving signal sources for driving the plurality of frequency up-conversion mixers, and an output signal of the plurality of frequency up-conversion mixers in a frequency domain A multi-level modulation transmitter and a power amplifier for amplifying an output signal of the frequency multiplexing circuit, wherein the multilevel modulation transmitter is configured using a CMOS transistor, and the frequency up-conversion mixer and the mixer The driving signal source can be a CMOS transistor or a compound semiconductor transistor. Is constructed using the data, the power amplifier is constructed of a compound semiconductor transistor.
上記の課題を解決するために、本発明の無線受信機は、100GHzを超える搬送波周波数を有する多値変調信号を増幅する低雑音アンプと、前記低雑音アンプの出力信号を周波数領域で分割する周波数分割回路と、前記周波数分割回路の出力信号を100GHz以下の周波数帯にダウンコンバートする複数の周波数ダウンコンバージョン用ミキサと、前記周波数ダウンコンバージョン用ミキサを駆動する複数のミキサ駆動用信号源と、前記周波数ダウンコンバージョン用ミキサが出力する100GHz以下の搬送波周波数を有する多値変調信号を復調する複数の多値復調受信器とを有し、前記低雑音アンプは、化合物半導体トランジスタを用いて構成され、前記周波数ダウンコンバージョン用ミキサおよび前記ミキサ駆動用信号源は、CMOSトランジスタもしくは化合物半導体トランジスタを用いて構成され、前記多値復調受信器は、CMOSトランジスタを用いて構成される。 In order to solve the above problems, a radio receiver according to the present invention includes a low noise amplifier that amplifies a multilevel modulation signal having a carrier frequency exceeding 100 GHz, and a frequency at which an output signal of the low noise amplifier is divided in a frequency domain. A division circuit, a plurality of frequency down-conversion mixers for down-converting an output signal of the frequency division circuit to a frequency band of 100 GHz or less, a plurality of mixer driving signal sources for driving the frequency down-conversion mixer, and the frequency A plurality of multi-level demodulation receivers for demodulating a multi-level modulation signal having a carrier frequency of 100 GHz or less output from the down-conversion mixer, wherein the low noise amplifier is configured using a compound semiconductor transistor, and the frequency The down conversion mixer and the mixer driving signal source are CM Is constructed using the S transistor or a compound semiconductor transistor, said multilevel demodulator receiver is constructed using CMOS transistors.
上記の課題を解決するために、本発明の通信システムは、上記無線送信機と無線受信機を備える。 In order to solve the above problems, a communication system of the present invention includes the above-described wireless transmitter and wireless receiver.
本願発明によれば、100GHzを超える周波数帯で多値度の高い変調が可能な無線送受信機を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a radio transceiver capable of high-level modulation in a frequency band exceeding 100 GHz.
本実施の形態では、無線通信用の無線送受信機において高速動作が求められる回路ブロックにはInP等の化合物半導体トランジスタを用い、集積度が求められる回路ブロックにはCMOSトランジスタを用いることで、100GHzを超える周波数帯で多値度の高い変復調が可能な無線送受信機を実現する。 In this embodiment, a compound semiconductor transistor such as InP is used for a circuit block that requires high-speed operation in a wireless transceiver for wireless communication, and a CMOS transistor is used for a circuit block that requires high integration, thereby reducing 100 GHz. A radio transceiver capable of high modulation / demodulation in a frequency band exceeding the above is realized.
具体的には、本実施形態の無線送信機では、CMOSトランジスタを用いて構成した100GHz程度以下までの搬送波周波数を使用する多値変調送信器と、CMOSトランジスタもしくは化合物半導体トランジスタを用いて構成した周波数アップコンバージョン用のミキサおよびミキサ駆動用の信号源と、化合物半導体を用いて構成した100GHzを超える周波数帯で動作可能なPAとを備える。 Specifically, in the wireless transmitter of the present embodiment, a multi-level modulation transmitter using a carrier frequency up to about 100 GHz or less configured using a CMOS transistor and a frequency configured using a CMOS transistor or a compound semiconductor transistor. A mixer for up-conversion and a signal source for driving the mixer, and a PA configured using a compound semiconductor and capable of operating in a frequency band exceeding 100 GHz.
同様に、本発明の無線受信機では、化合物半導体を用いて実現した100GHzを超える周波数帯で動作可能なLNAと、CMOSトランジスタもしくは化合物半導体を用いて実現した周波数ダウンコンバージョン用のミキサと、CMOSトランジスタもしくは化合物半導体を用いて構成したミキサ駆動用の信号源と、CMOSトランジスタを用いて構成した100GHz程度以下までの搬送波周波数を使用する多値変調無線用受信機とを備える。 Similarly, in the wireless receiver of the present invention, an LNA that can operate in a frequency band exceeding 100 GHz realized by using a compound semiconductor, a mixer for frequency down-conversion realized by using a CMOS transistor or a compound semiconductor, and a CMOS transistor Alternatively, a signal source for driving the mixer configured using a compound semiconductor and a receiver for multilevel modulation radio using a carrier frequency up to about 100 GHz or less configured using a CMOS transistor are provided.
図1および図2に、本発明の実施の形態における無線通信システムの構成例を示す。尚、図1では、CMOSトランジスタで構成した変調器、復調器で扱う100GHz以下の信号の周波数をf1、化合物半導体トランジスタで構成したPAやLNAで扱う100GHz以上の周波数をf2と記載している。 1 and 2 show a configuration example of a radio communication system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the frequency of a signal of 100 GHz or less handled by a modulator or demodulator configured with a CMOS transistor is indicated by f1, and the frequency of 100 GHz or more handled by a PA or LNA configured by a compound semiconductor transistor is indicated by f2.
図1の無線送信機1では、CMOS多値変調送信器10で生成された搬送波周波数f1の多値変調信号と、ミキサ駆動用の信号源12が出力するf2−f1の周波数のLO信号とを周波数アップコンバージョン用ミキサ11で掛け合わせ、搬送波周波数f2の多値変調信号を生成する。そして、この搬送波周波数f2の多値変調信号をInP系の化合物半導体トランジスタで構成したPA13で電力増幅し、アンテナ14により空間伝搬させて送信する。
In the wireless transmitter 1 of FIG. 1, the multilevel modulation signal having the carrier frequency f1 generated by the CMOS
図1の無線受信機2では、アンテナ24で受信した搬送波周波数f2の多値変調信号をInP系の化合物半導体トランジスタで構成したLNA23で増幅し、ミキサ駆動用の信号源22が出力するf2−f1の周波数のLO信号とを周波数ダウンコンバージョン用ミキサ21で掛け合わせ、搬送波周波数f1の多値変調信号を生成する。そして、この多値変調信号をCMOS多値復調受信器20に入力し、データを復調する。
In the
このように、高速動作が求められるPA、LNAはInP系の化合物半導体トランジスタを用いて構成し、集積度が求められる多値変復調器にはCMOSトランジスタを用いることで、100GHzを超える周波数帯で多値度の高い変復調が可能な無線送受信機を実現することができる。 As described above, PAs and LNAs that require high-speed operation are configured by using InP-based compound semiconductor transistors, and CMOS transistors are used in multi-level modulators and demodulators that require high integration. A radio transmitter / receiver capable of modulation / demodulation with high value can be realized.
図1の構成では、100GHzを超える周波数帯において多値度の高い変復調を実現できるものの、そのデータレートはCMOS多値変調送信器がサポートするデータレートと等しくなる。前述したように、搬送波周波数を高くすることにより、同じ比帯域でも実際に使用可能な帯域が増えるので、その利点を生かすことによりデータレートをさらに向上させることが可能である。 In the configuration of FIG. 1, modulation / demodulation with a high multilevel can be realized in a frequency band exceeding 100 GHz, but the data rate is equal to the data rate supported by the CMOS multilevel modulation transmitter. As described above, by increasing the carrier frequency, the band that can actually be used is increased even in the same ratio band. Therefore, the data rate can be further improved by taking advantage of this advantage.
図2は、図1の送受信機に周波数多重回路(MUX)および周波数分割経路(DEMUX)を追加した構成である。このような構成によって、100GHzを超える周波数帯の中に複数の多値変調信号を多重することができ、データレートを向上させることが可能となる。 FIG. 2 shows a configuration in which a frequency multiplexing circuit (MUX) and a frequency division path (DEMUX) are added to the transceiver shown in FIG. With such a configuration, a plurality of multilevel modulation signals can be multiplexed in a frequency band exceeding 100 GHz, and the data rate can be improved.
図2の無線送信機1では、N個のCMOS多値変調送信器(10−1〜10−4)で生成した多値変調信号を別々の周波数のLO信号(LO1−LO4)によりアップコンバートし、それらの信号をMUX30で周波数多重して送信する。一方、無線受信機2では、多重された多値変調信号をDEMUX31によって周波数ごとにN個の多値変調信号に分割し、それぞれの多値変調信号を送信側と等しい周波数のLO信号(LO1−LO4)を用いてダウンコンバートしてCMOS多値復調受信器(20−1〜20−4)に入力する。この構成によって、データレートを図1のデータレートのN倍にすることが出来る。尚、図2はN=4の場合を図示している。
In the wireless transmitter 1 of FIG. 2, the multi-level modulation signals generated by the N CMOS multi-level modulation transmitters (10-1 to 10-4) are up-converted by LO signals (LO1-LO4) having different frequencies. These signals are frequency-multiplexed by the
図3を用いて、無線通信システムの具体例を説明する。図3は、CMOS多値変調送信器として60GHz帯のものを用い、InP系の化合物半導体を用いた回路として300GHz帯のものを用いた無線通信システムである。 A specific example of the wireless communication system will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a wireless communication system using a 60-GHz band CMOS multilevel modulation transmitter and a 300-GHz band circuit using an InP-based compound semiconductor.
図3では、60GHz帯におけるCMOS多値変調送信器として、16QAMを用いた伝送レートが28Gbpsの多値変調送信器(10−1〜10−3)を用いる。例えば、そのようなCMOS多値変調送信器は、非特許文献7に記載されている。無線送信機1の300GHz帯のPA13としては、動作帯域が300GHz±14GHzで、飽和出力電力が10dBm程度のものを用いる。例えば、そのようなPAは、非特許文献2に記載されている。無線受信機2のLNA23についてもPA13と同程度の帯域を有し、NF10程度のものを用いる。アップコンバージョン用ミキサ(11−1〜11−3)、ダウンコンバージョン用ミキサ(21−1〜21−3)としては、例えば、非特許文献2に記載の分布変調器を用いれば、変換利得−15dB程度のアップコンバージョン、ダウンコンバージョンがともに実現可能である。
In FIG. 3, a multilevel modulation transmitter (10-1 to 10-3) having a transmission rate of 28 Gbps using 16QAM is used as a CMOS multilevel modulation transmitter in the 60 GHz band. For example, such a CMOS multilevel modulation transmitter is described in Non-Patent Document 7. As the 300
例えば、非特許文献7に記載の送受信機の帯域は8.64GHzであるから、図3のように動作帯域が300GHz±14GHzのPAを用いれば、PAの帯域内に3チャネル分の周波数多重を行うことが出来るので、CMOS多値変調送信器の伝送レートが28Gbpsの場合、28×3=84Gbpsの無線伝送が実現可能である。 For example, since the bandwidth of the transceiver described in Non-Patent Document 7 is 8.64 GHz, if a PA with an operating bandwidth of 300 GHz ± 14 GHz is used as shown in FIG. 3, frequency multiplexing for 3 channels is performed within the PA bandwidth. Therefore, when the transmission rate of the CMOS multilevel modulation transmitter is 28 Gbps, wireless transmission of 28 × 3 = 84 Gbps can be realized.
ここで、PA13、LNA23およびミキサの帯域を45GHz程度まで広げれば、5チャネル分の周波数多重が可能となり、28×5=140Gbpsの無線伝送も可能となる。中心周波数が300GHzであるから、帯域が45GHzの場合の比帯域は15%であり、PA等の高周波回路は十分実現可能である。
Here, if the bandwidth of the
このように、本発明の実施の形態によれば、高速動作が求められる回路ブロックをInP系の化合物半導体トランジスタで構成し、集積度が求められる回路ブロックをCMOSトランジスタで構成することで、CMOSトランジスタとInP系の化合物半導体トランジスタそれぞれの利点を組み合わせて、高データレートの無線送受信機を実現することが可能となる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, a circuit block that requires high-speed operation is configured with an InP-based compound semiconductor transistor, and a circuit block that requires high integration is configured with a CMOS transistor, thereby providing a CMOS transistor. It is possible to realize a high data rate wireless transceiver by combining the advantages of InP-based compound semiconductor transistors.
1…無線送信機、2…無線受信機、10…多値変調送信器、11…周波数アップコンバージョン用ミキサ、12…ミキサ駆動用の信号源、13…パワーアンプ(PA)、14…アンテナ(送信)、20…多値復調受信器、21…周波ダウンコンバージョン用ミキサ、22…ミキサ駆動用信号源、23…パワーアンプ(PA)、24…アンテナ(受信)、30…周波数多重回路、31…周波数分割回路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wireless transmitter, 2 ... Wireless receiver, 10 ... Multi-value modulation transmitter, 11 ... Frequency up-conversion mixer, 12 ... Signal source for driving mixer, 13 ... Power amplifier (PA), 14 ... Antenna (transmission) ), 20 ... Multi-level demodulation receiver, 21 ... Frequency down-conversion mixer, 22 ... Mixer drive signal source, 23 ... Power amplifier (PA), 24 ... Antenna (reception), 30 ... Frequency multiplexing circuit, 31 ... Frequency Split circuit.
Claims (6)
前記多値変調送信器は、CMOSトランジスタを用いて構成され、前記周波数アップコンバージョン用ミキサおよび前記ミキサ駆動用信号源は、CMOSトランジスタもしくは化合物半導体トランジスタを用いて構成され、前記パワーアンプは、化合物半導体トランジスタを用いて構成されること
を特徴とする無線送信機。 A multilevel modulation transmitter for outputting a multilevel modulation signal having a carrier frequency of 100 GHz or less, a frequency upconversion mixer for upconverting the multilevel modulation signal to a frequency band exceeding 100 GHz, and the frequency upconversion mixer. A mixer driving signal source for driving, and a power amplifier for amplifying an output signal of the frequency up-conversion mixer,
The multilevel modulation transmitter is configured using a CMOS transistor, the frequency up-conversion mixer and the mixer driving signal source are configured using a CMOS transistor or a compound semiconductor transistor, and the power amplifier is a compound semiconductor. A wireless transmitter comprising a transistor.
前記低雑音アンプは、化合物半導体トランジスタを用いて構成され、前記周波数ダウンコンバージョン用ミキサおよび前記ミキサ駆動用信号源は、CMOSトランジスタもしくは化合物半導体トランジスタを用いて構成され、前記多値復調受信器は、CMOSトランジスタを用いて構成されること
を特徴とする無線受信機。 A low-noise amplifier that amplifies a multi-level modulation signal having a carrier frequency exceeding 100 GHz, a frequency down-conversion mixer that down-converts an output signal of the low-noise amplifier to a frequency band of 100 GHz or less, and the frequency down-conversion mixer A mixer driving signal source for driving, and a multilevel demodulation receiver for demodulating a multilevel modulation signal having a carrier frequency of 100 GHz or less output from the frequency downconversion mixer,
The low-noise amplifier is configured using a compound semiconductor transistor, the frequency down-conversion mixer and the mixer driving signal source are configured using a CMOS transistor or a compound semiconductor transistor, and the multilevel demodulation receiver includes: A wireless receiver comprising a CMOS transistor.
前記多値変調送信器は、CMOSトランジスタを用いて構成され、前記周波数アップコンバージョン用ミキサおよび前記ミキサ駆動用信号源は、CMOSトランジスタもしくは化合物半導体トランジスタを用いて構成され、前記パワーアンプは、化合物半導体トランジスタを用いて構成されること
を特徴とする無線送信機。 A plurality of multi-level modulation transmitters for outputting a multi-level modulation signal having a carrier frequency of 100 GHz or less; a plurality of frequency up-conversion mixers for up-converting the plurality of multi-level modulation signals to a frequency band exceeding 100 GHz; A plurality of mixer driving signal sources for driving the frequency up-conversion mixer, a frequency multiplexing circuit for multiplexing the output signals of the plurality of frequency up-conversion mixers in a frequency domain, and amplifying the output signal of the frequency multiplexing circuit And a power amplifier that
The multilevel modulation transmitter is configured using a CMOS transistor, the frequency up-conversion mixer and the mixer driving signal source are configured using a CMOS transistor or a compound semiconductor transistor, and the power amplifier is a compound semiconductor. A wireless transmitter comprising a transistor.
前記低雑音アンプは、化合物半導体トランジスタを用いて構成され、前記周波数ダウンコンバージョン用ミキサおよび前記ミキサ駆動用信号源は、CMOSトランジスタもしくは化合物半導体トランジスタを用いて構成され、前記多値復調受信器は、CMOSトランジスタを用いて構成されること
を特徴とする無線受信機。 A low noise amplifier that amplifies a multi-level modulation signal having a carrier frequency exceeding 100 GHz, a frequency division circuit that divides the output signal of the low noise amplifier in a frequency domain, and a frequency band in which the output signal of the frequency division circuit is 100 GHz or less A plurality of frequency down-conversion mixers for down-conversion, a plurality of mixer driving signal sources for driving the frequency down-conversion mixer, and a multilevel modulation having a carrier frequency of 100 GHz or less output from the frequency down-conversion mixer A plurality of multi-level demodulation receivers for demodulating the signal,
The low-noise amplifier is configured using a compound semiconductor transistor, the frequency down-conversion mixer and the mixer driving signal source are configured using a CMOS transistor or a compound semiconductor transistor, and the multilevel demodulation receiver includes: A wireless receiver comprising a CMOS transistor.
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