JP2978484B2 - 無線受信機と無線受信機のための方法 - Google Patents

無線受信機と無線受信機のための方法

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JP2978484B2 JP10228894A JP22889498A JP2978484B2 JP 2978484 B2 JP2978484 B2 JP 2978484B2 JP 10228894 A JP10228894 A JP 10228894A JP 22889498 A JP22889498 A JP 22889498A JP 2978484 B2 JP2978484 B2 JP 2978484B2
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    • H04L27/18Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、無線受信機と、無
線受信機のための方法に関し、さらに特に、局部発振器
(LO)−RF(無線周波数信号処理部)間の漏洩と、
装置の不整合(ミスマッチング)とに応答しないゼロ−
IF変換器に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】無線受
信機の場合、セルラー通信のための無線受信機のよう
に、到来する信号の無線周波数は、局部発振器周波数と
混合することによって中間周波数にダウンコンバート
(ここで、より低い周波数への周波数変換をダウンコン
バートという。)する必要がある。
【0003】従来の直接ゼロ−IF変換器では、伝統的
に、RF−LO、LO−RF及びLO−アンテナ間の漏
洩、また、直接変換RFに使用される装置の不整合(ミ
スマッチング)によって発生するDCオフセット、さら
には、直接ダウンコンバートの処理自体によって発生す
る可変DCオフセットに起因して問題が発生する。
【0004】従来技術では、これらの問題点は、直接変
換受信機上に金属シールドを配置し、アンテナから隔離
することによって処理している。これにより、局部発振
器からアンテナへの漏洩量を減少させることができる。
【0005】RF−LO及びLO−RF間の漏洩は、R
F部分をLO部分から隔離する混合器回路を開発するこ
とによって解決することができている。
【0006】DCオフセットは、整合された2つの装置
を使用することにより減少させることができている。こ
のことは、装置同士をIC上に近接配置することにより
達成されている。
【0007】かなり複雑な適応DC除去技術もまた使用
され、真ゼロ−IFの代わりに低−IFが使用されてい
る。
【0008】本発明の目的は以上の問題点を解決し、局
部発振器(LO)−RF(無線周波数)間の漏洩と、装
置の不整合(ミスマッチング)とに応答しないゼロ−I
F直接ダウンコンバータを備えた無線受信機と、無線受
信機のための方法とを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の態様によ
れば、データ信号によって変調された搬送波を有する無
線周波信号を直接的に変換するための無線受信機である
システムが提供されている。本システムは、上記無線周
波信号を受信するための入力手段と、位相変調信号を供
給するための手段と、上記搬送波と同一の周波数を有す
る局部発振器信号と上記位相変調信号とを受信し、そこ
から90度の位相差を有する第1と第2のトグル信号を
発生するための位相変調器と、上記無線周波信号と上記
第1のトグル信号とを受信し、受信した無線周波信号と
第1のトグル信号とを混合することにより第1のベース
バンド信号を発生する第1の混合器と、上記無線周波信
号と上記第2のトグル信号とを受信し、受信した無線周
波信号と第2のトグル信号とを混合することにより第2
のベースバンド信号を発生する第2の混合器と、上記第
1と第2のベースバンド信号を受信しかつ減算して第3
の信号を発生する減算器と、上記第3の信号と上記位相
変調信号とを受信し、受信した第3の信号と位相変調信
号とを混合することにより上記データ信号を発生する第
3の混合器とを備えたことを特徴とする。
【0010】上記無線受信機において、好ましくは、上
記第3の混合器の後段に設けられ、不要な信号を除去す
るための低域フィルタをさらに備えたことを特徴とす
る。また、上記無線受信機において、好ましくは、上記
データ信号はデジタル情報又はアナログ情報を含むこと
を特徴とする。
【0011】また、上記無線受信機において、好ましく
は、上記位相変調信号は周期的又は非周期的であること
を特徴とする。さらに、上記無線受信機において、好ま
しくは、上記位相変調信号はランダム又は擬似ランダム
であることを特徴とする。またさらに、上記無線受信機
において、好ましくは、上記第1と第2の混合器のそれ
ぞれと、上記減算器との間に増幅器を備えたことを特徴
とする。
【0012】本発明の第2の態様によれば、データ信号
によって変調された搬送波を含む無線周波信号を直接的
に変換する方法が提供され、本方法は、 (a)上記無線周波信号を第1と第2の混合器へ供給す
ることと、 (b)上記搬送波と同一の周波数を有する局部発振器信
号を発生して位相変調器へ供給することと、 (c)位相変調信号を上記位相変調器へ供給すること
と、 (d)上記位相変調器において、互いの位相差が90度
である第1と第2のトグル信号を発生することと、 (e)上記第1のトグル信号を上記第1の混合器へ供給
し、上記無線周波信号と上記第1のトグル信号とを混合
することにより第1のベースバンド信号を発生すること
と、 (f)上記第2のトグル信号を上記第2の混合器へ供給
し、上記無線周波信号と上記第2のトグル信号とを混合
することにより第2のベースバンド信号を発生すること
と、 (g)上記第1と第2のベースバンド信号を減算して第
3の信号を発生することと、 (h)上記第3の信号と上記位相変調信号とを第3の混
合器へ供給することと、 (i)上記第3の混合器において上記第3の信号と上記
位相変調信号とを混合することにより上記データ信号を
発生することとを含むことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施形態について説明する。
【0014】本発明は、RF−LO間、LO−RF間及
びLO−アンテナ漏洩間の隔絶を効率的に増大する。こ
こで、RFは無線周波信号又はそれを処理する高周波処
理部を示し、LOは直接変換無線受信機内の局部発振信
号又は局部発振器を示している。
【0015】本発明に従って動作する無線受信機である
システムでは、無線周波信号が同相I(信号1)及び位
相外れQ(信号2)ベースバンド信号に変換される。I
(信号1)ベースバンド信号及びQ(信号2)ベースバ
ンド信号はそれぞれ、所定の時間の後にQ(信号1)及
びI(信号2)ベースバンド信号に変換される。I信号
からQ信号への関係、及びQ信号からI信号への関係の
間のトグリング(toggling)又は同期関係は、無線周波
信号が信号1及び2に変換されるまでの間継続する。I
信号からQ信号、次にQ信号からI信号等々、の間のト
グリングは、トグリング信号又はトグル信号として表示
される。次に、信号1及び信号2が減算され、その結果
としての信号が信号3として表示される。次に、信号3
はトグル信号によって乗算される。上記乗算によって発
生する出力信号は、次いでフィルタを通り、LO−RF
/RF−LO間の漏洩及び装置の不整合(ミスマッチン
グ)に起因する影響が除去される。
【0016】無線周波直接ダウンコンバートのトポロジ
ー(構成又は配置)は、LO−RF間、RF−LO間の
漏洩及び装置の不整合に応答しない。
【0017】図1が示すシステムでは、到来する無線周
波信号10が2つのアームに分割される。1つのアーム
は混合器M1を有し、2番目のアームは混合器M2を有
している。混合器M1及びM2は各々2つの入力を有
し、1つが位相変調された局部発振器信号13、14を
受信し、もう1つがRF情報信号11、12を受信す
る。上部アームにおける位相変調された局部発振器信号
13は、下部アームにおけるその信号と、90度の位相
シフトだけ異なる。局部発振器位相変調器ブロック15
は、各混合器M1,M2の局部発振器入力信号13、1
4を、(位相変調)信号16に従って、局部発振器信号
17の先行相又は遅相の間で交互に切換する。位相変調
信号16は理想的には+V又は−Vに等しく、ここで、
Vは任意の数字である。
【0018】混合器M1及びM2の出力における2つの
信号は、共に増幅器G1及びG2によって増幅される
(2つの増幅器は同じものである必要はない)。2アー
ムからの出力信号は、次に減算器A1を使用して減算さ
れる。減算器A1の出力は、次いで第3の混合器M3に
入力される。第3の混合器M3はまた、位相変調信号1
6を入力として有している。第3の混合器M3の出力
は、次に低域通過フィルタ(LPF)18を通過する。
【0019】図2は、パルス変調信号の一例を示したも
のである。パルス変調信号は、周期的、非周期的、ラン
ダム又は擬似ランダムの何れかであることが可能であ
る。局部発振器信号は周期的信号であり、例えば、方形
波又は正弦波である。無線周波信号は、デジタル及び/
又はアナログ情報、すなわち画像又は音声によって変調
された搬送波を含んでいる。
【0020】この構成の基本的動作は、図3乃至図6が
示す周波数領域図を使用して例示することができる。任
意の無線周波信号であるこの構成への「入力信号」は、
図3が示すような形式である。この例では、興味の対象
である信号は入力信号全体のほんの一部分であり、全信
号の中央に位置している。減算段階の後は、スペクトル
は図4が示すスペクトルのようになる。全体の信号は、
周波数スペクトルにわたって広がっている。本例の目的
のために、トグル信号はデューティー比50%の方形波
であるものとする。DC寄生漏洩項は、DC付近に位置
している。第3の混合器M3の後段では、図5が示すよ
うに、スペクトルが方形波と共に旋回し(convolve)、
全体のスペクトルは最終的に旋回せずに、ベースバンド
信号になる。次に、低域フィルタ18が不要な信号、す
なわちDC(直流)オフセット及び全体の信号のうちの
不要な部分を除去する。これを示しているのが、図6で
ある。
【0021】本発明は、従来の直接変換トポロジーと比
較して、以下のような特有の効果を有している。本発明
に係る構成は、RFからLOへの漏洩及びLOからRF
への漏洩に対して応答しない。高性能のフィルタが不要
である。IC上に完全に一体化構造とすることができ
る。DC項は、本構成の動作によって本質的に(先天的
に)消去することができる。
【0022】このアプリケーションに係る発明は、セル
ラーのアプリケーションのための高周波受信機として適
用可能であることが考えられる。またこれは、無線パー
ソナル通信システム及びグローバル・ポジション・シス
テム(GPS)のための高周波受信機として使用可能で
あることが考えられる。またこれは、当該受信機が地上
又は衛星本体上のいずれに設けられるにしても、任意の
周波数ホッピングのアプリケーション、及び任意の衛星
のアプリケーションのための高周波受信機として適用す
ることができる。また、本発明は、走査スペクトルアナ
ライザにおいて、並びに前述の複数のアプリケーション
の組合せ又は統合において使用可能であることも考えら
れる。要するに、本発明は、任意の無線周波信号をベー
スバンド信号にダウンコンバートする必要のあるあらゆ
る新しいアプリケーションに使用することができる。
【0023】以上説明したように、変調された局部発振
器信号は、変調されていない局部発振器信号を用いて、
いわゆるパルス変調信号に従ってその位相を90度から
0度にだけ切り換えることによって発生される。無線周
波信号はまず、変調局部発振器信号と混合され、次いで
位相変調信号とさらに混合されて不要なエイリアシング
項が除去される。これを実行中に、前述した漏洩効果が
除去される。混合は、必ずしもアナログ乗算を必要とし
ない。
【0024】第3の混合器M3は、一般に、減算信号を
位相変調信号に対して回旋する1つ又は複数の構成要素
によって代用することができる。例えば、この構成要素
は、デジタル素子に代えることができる。図1が示す回
路の上部ブランチ及び下部ブランチの混合器及び利得要
素(増幅器)の順番は任意とすることが可能である。す
なわち、利得段階を最初に、混合器段階を後段にするこ
ともできる。さらに、上部及び下部ブランチの利得要素
を、先行する各混合器に組み込むこともできる。
【0025】本発明の一実施例について記述し説明して
きたが、当業者には様々な変形例を導入することができ
ることが明らかであろう。こうした変形例は、添付の特
許請求の範囲が定義する通りの発明の範囲内にあるもの
として理解すべきである。
【0026】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る第1の
態様によれば、データ信号によって変調された搬送波を
有する無線周波信号を直接的に変換するための無線受信
機であるシステムが提供されている。本システムは、上
記無線周波信号を受信するための入力手段と、位相変調
信号を供給するための手段と、上記搬送波と同一の周波
数を有する局部発振器信号と上記位相変調信号とを受信
し、そこから90度の位相差を有する第1と第2のトグ
ル信号を発生するための位相変調器と、上記無線周波信
号と上記第1のトグル信号とを受信し、受信した無線周
波信号と第1のトグル信号とを混合することにより第1
のベースバンド信号を発生する第1の混合器と、上記無
線周波信号と上記第2のトグル信号とを受信し、受信し
た無線周波信号と第2のトグル信号とを混合することに
より第2のベースバンド信号を発生する第2の混合器
と、上記第1と第2のベースバンド信号を受信しかつ減
算して第3の信号を発生する減算器と、上記第3の信号
と上記位相変調信号とを受信し、受信した第3の信号と
位相変調信号とを混合することにより上記データ信号を
発生する第3の混合器とを備える。従って、局部発振器
と無線周波信号処理部との間の漏洩と、装置の不整合
(ミスマッチング)とに応答しないゼロ−IF直接ダウ
ンコンバータを備えた無線受信機を提供することができ
る。
【0027】また、本発明の第2の態様によれば、デー
タ信号によって変調された搬送波を含む無線周波信号を
直接的に変換する方法が提供され、本方法は、 (a)上記無線周波信号を第1と第2の混合器へ供給す
ることと、 (b)上記搬送波と同一の周波数を有する局部発振器信
号を発生して位相変調器へ供給することと、 (c)位相変調信号を上記位相変調器へ供給すること
と、 (d)上記位相変調器において、互いの位相差が90度
である第1と第2のトグル信号を発生することと、 (e)上記第1のトグル信号を上記第1の混合器へ供給
し、上記無線周波信号と上記第1のトグル信号とを混合
することにより第1のベースバンド信号を発生すること
と、 (f)上記第2のトグル信号を上記第2の混合器へ供給
し、上記無線周波信号と上記第2のトグル信号とを混合
することにより第2のベースバンド信号を発生すること
と、 (g)上記第1と第2のベースバンド信号を減算して第
3の信号を発生することと、 (h)上記第3の信号と上記位相変調信号とを第3の混
合器へ供給することと、 (i)上記第3の混合器において上記第3の信号と上記
位相変調信号とを混合することにより上記データ信号を
発生することとを含む。従って、局部発振器と無線周波
信号処理部との間の漏洩と、装置の不整合(ミスマッチ
ング)とに応答しないゼロ−IF直接ダウンコンバータ
を備えた無線受信機のための方法を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る一実施形態である無線受信機の
構成を示すブロック図である。
【図2】 本実施形態で用いる位相変調信号の一例を示
すタイミングチャートである。
【図3】 図1の無線受信機における入力信号のスペク
トラム図である。
【図4】 図1の無線受信機における減算器A1からの
出力信号のスペクトル図である。
【図5】 図1の無線受信機における第3の混合器M3
からの出力信号のスペクトル図である。
【図6】 図1の無線受信機における低域通過フィルタ
(LPF)18からの出力信号のスペクトル図である。
【符号の説明】
10…無線周波信号、 11,12…無線周波情報信号、 13,14…局部発振器入力信号、 15…局部位相変調器、 16…位相変調信号 17…局部発振器信号、 18…低域通過フィルタ(LPF)、 M1,M2,M3…混合器、 G1,G2…増幅器、 A1…減算器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−206735(JP,A) 特開 平10−242880(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03D 1/22 H03D 3/00 H03D 7/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 データ信号によって変調された搬送波を
    有する無線周波信号を直接的に変換するための無線受信
    機において、 上記無線周波信号を受信するための入力手段と、 位相変調信号を供給するための手段と、 上記搬送波と同一の周波数を有する局部発振器信号と上
    記位相変調信号とを受信し、そこから90度の位相差を
    有する第1と第2のトグル信号を発生するための位相変
    調器と、 上記無線周波信号と上記第1のトグル信号とを受信し、
    受信した無線周波信号と第1のトグル信号とを混合する
    ことにより第1のベースバンド信号を発生する第1の混
    合器と、 上記無線周波信号と上記第2のトグル信号とを受信し、
    受信した無線周波信号と第2のトグル信号とを混合する
    ことにより第2のベースバンド信号を発生する第2の混
    合器と、 上記第1と第2のベースバンド信号を受信しかつ減算し
    て第3の信号を発生する減算器と、 上記第3の信号と上記位相変調信号とを受信し、受信し
    た第3の信号と位相変調信号とを混合することにより上
    記データ信号を発生する第3の混合器とを備えたことを
    特徴とする無線受信機。
  2. 【請求項2】 上記第3の混合器の後段に設けられ、不
    要な信号を除去するための低域フィルタをさらに備えた
    ことを特徴とする請求項1記載の無線受信機。
  3. 【請求項3】 上記データ信号はデジタル情報を含むこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の無線受信機。
  4. 【請求項4】 上記データ信号はアナログ情報を含むこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の無線受信機。
  5. 【請求項5】 上記位相変調信号は周期的であることを
    特徴とする請求項1乃至4のうちの1つに記載の無線受
    信機。
  6. 【請求項6】 上記位相変調信号は非周期的であること
    を特徴とする請求項1乃至4のうちの1つに記載の無線
    受信機。
  7. 【請求項7】 上記位相変調信号はランダムであること
    を特徴とする請求項1乃至4のうちの1つに記載の無線
    受信機。
  8. 【請求項8】 上記位相変調信号は擬似ランダムである
    ことを特徴とする請求項1乃至4のうちの1つに記載の
    無線受信機。
  9. 【請求項9】 上記第1と第2の混合器のそれぞれと、
    上記減算器との間に増幅器を備えたことを特徴とする請
    求項1乃至8のうちの1つに記載の無線受信機。
  10. 【請求項10】 データ信号によって変調された搬送波
    を含む無線周波信号を直接的に変換する無線受信機のた
    めの方法において、 (a)上記無線周波信号を第1と第2の混合器へ供給す
    ることと、 (b)上記搬送波と同一の周波数を有する局部発振器信
    号を発生して位相変調器へ供給することと、 (c)位相変調信号を上記位相変調器へ供給すること
    と、 (d)上記位相変調器において、互いの位相差が90度
    である第1と第2のトグル信号を発生することと、 (e)上記第1のトグル信号を上記第1の混合器へ供給
    し、上記無線周波信号と上記第1のトグル信号とを混合
    することにより第1のベースバンド信号を発生すること
    と、 (f)上記第2のトグル信号を上記第2の混合器へ供給
    し、上記無線周波信号と上記第2のトグル信号とを混合
    することにより第2のベースバンド信号を発生すること
    と、 (g)上記第1と第2のベースバンド信号を減算して第
    3の信号を発生することと、 (h)上記第3の信号と上記位相変調信号とを第3の混
    合器へ供給することと、 (i)上記第3の混合器において上記第3の信号と上記
    位相変調信号とを混合することにより上記データ信号を
    発生することとを含むことを特徴とする無線受信機のた
    めの方法。
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