JP3210219B2 - 櫛形フィルタとそれを用いた送受信装置 - Google Patents

櫛形フィルタとそれを用いた送受信装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、間引きフィルタや補間
フィルタと、それに用いる櫛形フィルタとそれを組込ん
だ移動通信などの送受信装置に関し、特に、櫛形フィル
タの小型化、低消費電力化を通じて、送受信装置の軽量
化や節電を可能にしたものである。
【0002】
【従来の技術】ディジタル移動通信の移動機では、受信
信号のA−D変換または送信信号のD−A変換に、1ビ
ットA−D(D−A)変換を行なう△ΣA/D(D/
A)変換器の使用が検討されている。この1ビットA−
D変換は、信号を1ビットデータの粗密波に変換し、ア
ナログ信号は、その平均値からアナログ波形を作る。こ
のA−D変換に当たっては、入力信号に対するサンプリ
ング周波数を十分に高くし、各サンプリングデータにつ
いて、その前のデータとの差に基づいて0か1かを判別
し、ディジタル信号の粗密波に変換する。この変換で
は、判定精度が1ビットの精度でよいため、正確な判定
が可能である。サンプリング周波数には、例えば14.
4MHz程度の高い周波数が用いられる。
【0003】受信装置では、このA−D変換した後の信
号を、通常のディジタル信号処理のサンプリング周波数
に戻す必要があり、そのために、間引きフィルタを用い
て、信号の間引きが行なわれる。
【0004】また、送信装置では、逆に、△ΣD/A変
換器に対して、高いサンプリング周波数の信号を与える
ために、補間フィルタを用いて信号の補間を行なう。△
ΣD/A変換器は、この補間された信号からアナログデ
ータを生成し、生成された信号が送信される。
【0005】図14には、△ΣA/D変換器を用いた受
信回路を示し、また、図15には、△ΣD/A変換器を
用いた送信回路を示している。受信回路では、A−D変
換された信号を直交検波した後、間引きフィルタを用い
て間引いており、また、送信回路では、補間フィルタを
用いてデータを補間した信号を直交変調した後、D−A
変換してアナログ信号を生成している。
【0006】この間引きフィルタや補間フィルタは、複
数の櫛形フィルタを縦続接続して構成されるが、間引き
フィルタでは、櫛形フィルタの組合せの仕方を工夫する
ことによって、受信回路のRFフィルタでは抑圧しきれ
ない隣接チャネル、次隣接チャネルなどの信号を抑圧す
ることができる。
【0007】これは原理的には、図16に示すように、
サンプリング間隔が異なる複数のFIRフィルタ、Hf
(z)及びHs(zN)(なお、このzNはN倍のサンプ
リング間隔を持つことを表している)を、周波数軸(f
軸)上で、一方のフィルタの周波数−利得特性における
極大位置に、他方のフィルタのノッチが重なるように縦
続接続し、合成したフィルタH(z)における不要部分
の周波数−利得特性を低下させることによって実現され
る。
【0008】ここでは、Hf(z)をサンプリング周波
数fsの4タップ櫛形フィルタ、また、Hs(zN)を
サンプリング周波数fs/4の5タップ三角波フィルタ
としている。時間軸(t軸)上の波形は、各フィルタに
1つのパルスが入力したときのインパルス応答波形を表
している。Hf(z)のインパルス応答長は4/fsで
あり、Hs(zN)のインパルス応答長は16/fsで
ある。Hf(z)では、インパルス応答長の逆数になる
fs/4の整数倍(但し、fsの整数倍は除く)がノッ
チ周波数となる。また、Hs(zN)でもインパルス応
答長の逆数のfs/16の整数倍(但し、fs/4の整
数倍は除く)がノッチ周波数となる。縦続接続したH
(z)の周波数−利得特性は、周波数軸上ではHf
(z)とHs(zN)と加算したものとなり、Hf
(z)のノッチが、Hs(zN)のサンプリング周波数
fs/4の整数倍に現れる繰り返しスペクトルを抑圧し
ている。
【0009】図12は、ディジタル間引きフィルタの基
本的な考え方を示している。図12(a)のH(z)
は、間引きによって折返し雑音が発生しないように挿入
されている通常の間引きフィルタである。このH(z)
が入力サンプリング周波数fsでフィルタリングを行な
い、fs0/2以下に帯域制限する。次いで、1/Nに
間引きが行なわれ、出力サンプリング周波数fs0(=
fs/N)の信号が出力される。
【0010】ところで、フィルタ仕様を満たし、且つ、
N=N12・・・NL のように因数分解できる正数Nを
選択すると、H(z)は図12(b)に示すように、係
数サンプリング周波数の異なるフィルタH0(z)、H1
(zN1)、H2(zN1*N2)、・・・、H
L(zN1*..*NL)の縦続接続とすることができる。これ
らのフィルタのインパルス応答長を全てfs-1=N・f
0 -1として最終段のfs0に最も深いノッチを与えるよ
うにする。さらに、これらがFIRフィルタであること
から、図12(c)のように、各段に間引き器を挿入し
ても等価であり、結果として各段のフィルタは各々の係
数のサンプリング周波数で動作すればよいことになる。
この各段のフィルタが櫛形フィルタで構成される。
【0011】各段の櫛形フィルタHK (z N1 * N2... * Nk
(但し、k=0,‥,L)は、信号入力サンプリング周
波数fsの1/N 1 2 ・・・N k 倍のサンプリング周波
数で動作する。なお、そのインパルス長は上述(フィル
タのインパルス応答長を全てfs -1 =N・fs 0 -1 )の
ように信号入力サンプリング周波数fsのNサンプル分
とするとタップ数はP=N/N 1 2 ・・・N k であり、
その出力は1/N k+1 に間引きされて後段に渡される。
従来、このような仕様の櫛形間引フィルタは、図1
(a)に示すように、{N/(N12・・Nk)}−1
個の遅延器Z-p(但し、p=N12・・Nk)と、入力
信号に各遅延器11の出力を加算する加算器12と、加算器
12から出力されるデータをNk+1:1の比率で間引く間
引き器13とから構成されている。なお、遅延器Z-pは、
1サンプルの遅延器Z-1を直列にp個接続したものであ
り、入力するデータをpサンプル遅延させる。また、こ
のフィルタのタップ数はN/(N12・・Nk)であ
る。
【0012】この櫛形フィルタHK(zN1...Nk)には、
間引きフィルタへの入力信号周波数fsが前段までの間
引き器によって間引かれて、fs/(N12・・Nk
のサンプリング周波数のデータが入力する。
【0013】入力データは、加算器12に入力するととも
に、第1の遅延器11に入力する。遅延器11に入力したデ
ータは、入力サンプリング周波数fs/(N12・・N
k)で1サンプル時間遅延して、次の遅延器11に入力
し、このとき同時に加算器12にも入力する。こうした動
作の繰り返しによって、加算器12は、タップ数N/(N
12・・Nk)に相当するデータ数をサンプリング周期
ごとに加算する。間引き器13は、加算器12からNk+1
のデータが出力されるごとに1つのデータを次段の櫛形
フィルタHK+1(zN1...Nk+1)に出力する。
【0014】一方、ディジタル補間フィルタは、図13
(a)に示すように、入力1サンプルに対してデータ’
0’を(N−1)サンプル挿入してサンプリング周波数
をN倍にする。次いで、補間フィルタH(z)がフィル
タリングを行ない、入力サンプリング周波数fsiの整
数倍の周波数に現れる不要スペクトルを抑圧して出力サ
ンプリング周波数fso(=N*fsi)の信号を得てい
る。
【0015】ここで、フィルタ仕様を満たし、且つ、
=N12・・・NLと因数分解できる正数Nを選択する
と、間引きフィルタの場合と同様に、H(z)は図13
(b)に示すように、係数サンプリング周波数の異なる
フィルタH0(z)、H1(zN1*N2)、・・・、HL(z
N1*..*NL)の縦続接続とすることができる。これらのフ
ィルタのインパルス応答長を全てfsi -1=N・fso -1
として、最終段のfsiに最も深いノッチを与えるよう
にする。
【0016】また、これらがFIRフィルタであること
から図13(c)のように各段に0挿入器を挿入しても
等価であり、結果として各段のフィルタは各々の係数の
サンプリング周波数で動作すればよいことになる。
【0017】各段を形成する櫛形フィルタHK(z
N1...Nk)(但し、k=0,‥,L)は、図9(a)に
示す構成を備えている。これは間引きフィルタの櫛形
ィルタ(図1(a))と比べると、間引き器に代わって
0挿入器が付加されている点で相違しているが、フィル
タの構成や各遅延器、加算器に入力するデータなどにつ
いては変わりがない。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の間引き
フィルタや補間フィルタに用いられる櫛形フィルタは、
多数の加算演算を高速処理することが必要であるため、
ハードウエアに対する要求が厳しくならざるを得ない。
また、その演算に多量の電力を消費するため、移動通信
の移動機などの電池寿命を縮めるという問題点がある。
【0019】また、部品点数が多く、移動機の軽量化や
小型化を妨げることにもなる。
【0020】本発明は、こうした従来の問題点を解決す
るものであり、演算数及び素子数の少ない櫛形フィル
タ、それを用いて構成した間引きフィルタや補間フィル
タ、また、それを用いて小型、軽量化を実現し、電力消
費を節約することができる送受信装置を提供することを
目的としている。
【0021】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、
/N間引フィルタの間引率NがN=N 1 ×N 2 ×・・・×
M と因数分解できるとき、入力信号をN k (但し、k=
1、2、・・・、M)サンプル期間加算してはクリアさ
れる放電機能付きの積分器と1/N k サンプリング周波
数で動作する櫛形フィルタとを縦続接続したM個の1/
k 間引櫛形フィルタを縦続接続して1/N間引フィル
タを構成している。
【0022】また、N倍補間フィルタの補間率NがN=
1 ×N 2 ×・・・×N M と因数分解できるとき、1/N k
(但し、k=1、2、・・・、M)サンプリング周波数
で動作する櫛形フィルタと前記櫛形フィルタの出力値を
k サンプル期間ホールドして出力し続けるホールド回
路とを縦続接続したM個のN k 倍補間櫛形フィルタを縦
続接続してN倍補間フィルタを構成している。
【0023】また、受信と送信とを交互に繰り返す送受
信装置において、1/Nサンプリング周波数で動作する
櫛形フィルタと、Nサンプル周期でクリアするディジタ
ル積分器と、受信と送信とに応じて回路を切替えるセレ
クタとを設け、1/Nサンプル周期で動作する櫛形フィ
ルタを受信と送信とで共用するとともに、積分器を、受
信時には受信データを一定回数加算してはクリアする積
分器として使用し、送信時には送信データをホールドす
る回路として用いている。
【0024】
【作用】1/N間引き櫛形フィルタを、Nサンプル周期
でクリアするディジタル積分器と1/Nサンプル周期で
動作し、タップ数1/N倍の櫛形フィルタとで構成する
ことにより、特にNが大きくディジタル積分器を無視で
きる時には、ハードウエア量、消費電力共に1/Nに削
減することができる。また、N倍補間フィルタを、1/
Nサンプル周期で動作し、タップ数1/N倍の櫛形フィ
ルタとNサンプル期間のホールド回路とで構成すること
により、特にNが大きくホールド回路を無視できる時に
は、ハードウエア量、消費電力共に1/Nに削減でき
る。従って、いずれにおいても、チップ化したときのチ
ップ面積を削減することができ、また、消費電力を減ら
すことができる。
【0025】また、この櫛形フィルタを間引きフィルタ
及び補間フィルタに共用する送受信装置は、共用化によ
りハード量を減らすことができ、小型化、軽量化を図る
ことができる。
【0026】
【実施例】(第1実施例) 第1実施例の櫛形フィルタは、間引きフィルタに用いて
いる。この櫛形フィルタは、次のような考え方に基づい
て作り出した。
【0027】図1において、図1(a)は従来の櫛形フ
ィルタであるが、このフィルタは、図1(b)に示すよ
うに、サンプリング周波数fs/(N1・・・Nk)、タ
ップ数Nk+1の櫛形フィルタと、サンプリング周波数f
s/(N1・・・Nk+1)、タップ数N/(N1・・・Nk
k+1)の櫛形フィルタとの縦続接続とすることができ
る。なぜなら、図17に示すように、図1(b)前段櫛
形フィルタ及び後段櫛形フィルタのインパルス応答を畳
込むと、前者は後者を0次補間する結果、図1(a)の
インパルス応答が得られるので、明らかに図1(a)と
図1(b)は等価なフィルタであることが言えるからで
ある。
【0028】例えば、図2に示すように、N=4、N1
=1、N2=2として第1(=k)段目のフィルタを設
計するときには、入力データa0、a1、a2‥に対し
て、出力は、(a)、(b)のいずれの型でも、a0
1+a2+a3、a1+a2+a3+a4、a2+a3+a4
5、‥となる。このN=4、N 1 =1、N 2 =2の場合
を図17に当てはめると、図18のように表現できる。
【0029】そして、図1(b)のフィルタは、サンプ
リング周波数fs/(N1・・・Nk+1)の櫛形フィルタ
と、間引き器(1/Nk+1)13との順序を入れ替えて、
図1(c)の形にすることができる。
【0030】この図1(c)のフィルタの前段の櫛形フ
ィルタは、タップ数Nk+1と間引きの母数Nk+1とが等し
い。このような場合、図に例示するように、間引き器
からの出力は、a0+a1+a2+a3、a4+a5+a6
7、a8+a9+a10+a11、‥となり、出力には入力
値の重なりが生じない。
【0031】このような動作は、図1(d)に示すよう
に、入力信号をNk+1回加算してはクリアされる放電機
能付きディジタル積分器14で実現することができる。
【0032】また、図1(c)の後段の櫛形フィルタ
は、図1(d)に示す、遅延器15、加算器16、17とから
成る転置型の構成に置き換えることができる。この転置
型の櫛形フィルタは、各段で演算しながら、順次、次の
段に演算結果を送るパイプライン動作を行なう。そのた
め、各加算器16、17において一時期に加算する加算数が
減り、演算の負担が軽減する。
【0033】このように、実施例では、櫛形フィルタ
を、図1(d)に示すように、放電機能付きディジタル
積分器14と、転置型のフィルタとで構成している。この
櫛形フィルタの遅延器の数は、遅延器15の数{N/(N
1・・・Nkk+1)}−1にディジタル積分器14の1を
加えた数となるが、これは従来の櫛形フィルタ(図1
(a))の遅延器11の数{N/(N1・・・Nk)}−1
に比べて、可成り少ない。そのため、櫛形フィルタをチ
ップに構成したときのチップ面積を減らすことができ
る。
【0034】また、回路の大半を占める転置型フィルタ
は1/Nk+1サンプリング周波数で動作するので、消費
電力を減らすことができる。
【0035】図4は、実施例の櫛形フィルタを間引きフ
ィルタに用いた例を示しており、間引きフィルタの第0
段から第L段までをこの櫛形フィルタにより構成してい
る。この間引きフィルタを構成するときは、櫛形フィル
タの縦続接続段数Lを決め、N(=fs/fs0)をL
個の因数N1、N2、‥、NLに因数分解し、各因数分解
の組合せの内、ハード量が最小の構成を選択する。ま
た、最も急峻な特性が要求される最終段には、サンプリ
ング周波数が最も低いので、乗算器を有するDSP(Di
gital Signal Processer)を用いることができる。
【0036】図5は、4段の櫛形フィルタによって1
4.4MHzの周波数を1/100の144KHzにま
で落とす間引きフィルタの具体例を示している。ここ
で、第1段から第3段までのフィルタは、実施例の櫛形
フィルタで構成し、第4段のH3にはDSPを使用して
いる。この各段の櫛形フィルタにおける周波数特性を図
6に示し、その一部を拡大して図7に示している。ま
た、第1段から第4段までを縦続接続した総合特性を図
8に示している。この図から、目的のチャネル(横軸の
0.0の点)の極く近くの周波数、特に出力サンプリン
グ周波数144KHzが減衰されていることが分かる。
なお、目的のチャネルから離れた位置の周波数は、AD
変換する前の緩やかな特性のアナログフィルタによって
除くことが可能である。
【0037】(第2実施例) 第2実施例は、補間フィルタに用いる櫛形フィルタの例
である。
【0038】この場合は、図9に示すように、従来の補
間フィルタの各段に用いる櫛形フィルタ(図9(a))
を、図9(b)に示すように、サンプリング周波数fs
/(N1・・・Nk+1)、タップ数N/(N1・・・Nk
k+1)の櫛形フィルタ(前段フィルタ)と、サンプリン
グ周波数fs/(N1・・・Nk)、タップ数Nk+1
フィルタ(後段フィルタ)との縦続接続とすることが
でき、また、この前段フィルタと0挿入器(Nk+1)と
の順序を入れ替えて、図9(c)のように構成すること
ができる。
【0039】そして、図9(c)の前段フィルタは、サ
ンプリング周波数fs/(N1・・・Nk+1)で動作する
が、1サンプル時間にタップ数N/(N1・・・Nk・N
k+1)回の加算を行なわなくてもよいように、転置型に
構成し、パイプライン動作を行なわせる。
【0040】また、図9(c)の後段フィルタは、サン
プリング周波数fs/(N1・・・Nk)、Nk+1タップ
の櫛形フィルタであるが、その入力は0挿入器によりN
k+1サンプルの内(Nk+1−1)サンプルが’0’である
ため、フィルタ出力は、Nk+1サンプル時間、同じ値に
なる。従って、後段の櫛形フィルタは、前段の櫛形フィ
ルタ出力の0次ホールド動作と等価であるから、フリッ
プフロップなどによりホールド回路により容易に実現で
きる。
【0041】図10には、実施例の櫛形フィルタを第0
段から第L段まで用いて構成した補間フィルタを示して
いる。
【0042】(第3実施例) 第3実施例は、第1実施例の1/N間引き櫛形フィルタ
と第2実施例のN倍補間フィルタのハードウエアを共用
化し、時分割で利用するようにした送受信装置である。
【0043】TDM伝送やTDD伝送を行なう場合、受
信と送信とは、異なる時間にバーストデータを転送して
いるので、受信時の間引きフィルタ動作と送信時の補間
フィルタ動作とを、同一のハードウェアを用いて切替え
て実行することができる。
【0044】この装置は、図11に示すように、受信信
号Rinが入力する加算器28と、0が入力すると間引き
受信動作を選択し、1が入力する補間送信動作を選択す
るセレクタ21及びセレクタ26と、放電機能付きディジタ
ル積分器27と、遅延器22及び加算器24、25より成る転置
型の櫛形フィルタとを備えている。
【0045】この装置は、受信時に、セレクタ21及び26
に0が入力し、セレクタ21及び26は間引き動作を選択す
る。このとき、受信入力Rinは、加算器28及びセレク
タ26を通って積分器27で加算され、Nk+1回に1回の割
りで加算値が出力され、この出力は、加算器28、セレク
タ21を通って、遅延器22及び加算器24、25より成る転置
型の櫛形フィルタを経て出力(Rout)される。
【0046】一方、送信時には、送信入力(Tin)が
セレクタ21を経て、転置型の櫛形フィルタを通り、セレ
クタ26から積分器27に入り、一定時間ホールドされて出
力(Tout)される。
【0047】このように、同一のハードウエアを用い
て、受信時のサンプリングデータの間引きと、送信時の
データの補間とを行なうことができる。
【0048】なお、実施例の櫛形フィルタは、移動通信
の送受信器だけでなく、AV製品や計測装置など、現在
櫛形フィルタが使用されている装置には同じように使用
することができる。
【0049】
【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなよう
に、本発明の櫛形フィルタは、消費電力が少なく、チッ
プ面積が要らないなどの利点を備えており、ハードウエ
アが極めて作り易い。
【0050】また、この櫛形フィルタを間引きフィルタ
と補間フィルタとに共用する送受信装置は、それらを個
別に設ける場合に比べてハードウエア量を削減すること
ができ、小型の装置化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の櫛形フィルタの構成図、
【図2】第1実施例の櫛形フィルタの動作を説明する説
明図、
【図3】第1実施例の櫛形フィルタの動作を説明する第
2の説明図、
【図4】第1実施例の櫛形フィルタを用いて構成した間
引きフィルタの構成図、
【図5】前記間引きフィルタの具体例、
【図6】前記間引きフィルタを構成する各櫛形フィルタ
の特性図、
【図7】前記特性図の拡大図、
【図8】前記間引きフィルタの総合特性図、
【図9】第2実施例の櫛形フィルタの構成図、
【図10】第2実施例の櫛形フィルタを用いて構成した
補間フィルタの構成図、
【図11】第3実施例の送受信装置の構成を示すブロッ
ク図、
【図12】間引きフィルタの基本原理を説明する説明
図、
【図13】補間フィルタの基本原理を説明する説明図、
【図14】受信回路の構成を示すブロック図、
【図15】送信回路の構成を示すブロック図、
【図16】複数の櫛形フィルタの総合特性を説明する説
明図
【図17】図1(a)の櫛形フィルタと図1(b)の櫛
形フィルタとが等価であることを示す説明図、
【図18】図2(a)の櫛形フィルタと図2(b)の櫛
形フィルタとが等価であることを示す説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H03M 3/02 H03M 3/02 H04B 7/005 H04B 7/005 (56)参考文献 特開 昭62−43205(JP,A) ICASSP−91.,1991 Inte rnational Conferen ce on Acoustics,Sp eech,and Signal Pr ocessing,1991.vol.3 (1991−4−14〜17)p.1613−1616 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 17/00 621 H03H 17/02 615 H03M 3/02 H04B 7/005 JICSTファイル(JOIS) 実用ファイル(PATOLIS) 特許ファイル(PATOLIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の櫛形フィルタを縦続接続して構成
    した1/N間引フィルタにおいて、 間引率NがN=N 1 ×N 2 ×・・・×N M と因数分解でき
    るとき、入力信号をN k (但し、k=1、2、・・・、
    M)サンプル期間加算してはクリアされる放電機能付き
    の積分器と1/N k サンプリング周波数で動作する櫛形
    フィルタとを縦続接続したM個の1/N k 間引櫛形フィ
    ルタを縦続接続したことを特徴とする1/N間引フィル
  2. 【請求項2】 複数の櫛形フィルタを縦続接続して構成
    したN倍補間フィルタにおいて、 補間率NがN=N 1 ×N 2 ×・・・×N M と因数分解でき
    るとき、1/N k (但し、k=1、2、・・・、M)サ
    ンプリング周波数で動作する櫛形フィルタと前記櫛形フ
    ィルタの出力値をN k サンプル期間ホールドして出力し
    続けるホールド回路とを縦続接続したM個のN k 倍補間
    櫛形フィルタを縦続接続したことを特徴とするN倍補間
    フィルタ。
  3. 【請求項3】 受信と送信とを交互に繰り返す送受信装
    置において、 1/Nサンプリング周波数で動作する櫛形フィルタと、
    Nサンプル周期でクリアされるディジタル積分器と、受
    信と送信とに応じて回路を切替えるセレクタとを備え、
    前記1/Nサンプリング周波数で動作する櫛形フィルタ
    を受信と送信とで共用するとともに、前記積分器を、受
    信時には受信データをNサンプル期間加算してはクリア
    する積分器として使用し、送信時には送信データをNサ
    ンプル期間ホールドする回路として用いることを特徴と
    する送受信装置。
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