JP3606522B2 - 周波数変換装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、周波数変換装置に関し、特に、ヘテロダイン方式により高周波信号を周波数変換する周波数変換装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル信号を伝送するシステムでは、高周波信号の位相を変化させることにより、情報を伝達する方式が広く用いられている。たとえば、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）信号を用いる地上デジタル放送では、６４ＱＡＭや１６ＱＡＭ、ＱＰＳＫなど位相の変化を利用して、各キャリアの信号を伝送する方式が使用される。
【０００３】
位相の変化で情報を伝達する方式は、いわゆる位相雑音の影響を受けやすい。ＯＦＤＭ信号などを共同受信設備で受信する場合、ＯＦＤＭ信号を周波数変換して受信することが想定される。この場合、周波数変換後の信号に含まれる位相雑音量がどの程度まで許容されるかを把握しておくと、受信設備全体の回線設計に反映することができる。
【０００４】
一方、高周波信号の周波数を変換する方式として、ヘテロダイン方式が広く用いられている。このヘテロダイン方式には、正弦波の局部発振信号が必要である。この局部発振信号にも位相雑音が含まれているため、共同受信設備で受信する場合、周波数変換後の信号にその位相雑音が付加される。
【０００５】
そこで、位相雑音の影響を把握するために、位相雑音が付加された信号を発生させる必要がある。目的の信号を発生させるために、周波数変換装置が用いられる。この周波数変換装置は、高周波信号発生器、バンドパスフィルタ、ミキサー、雑音発生器、外部からの信号により周波数変調ができる高周波信号発生器などの組み合わせで構成されている。従来の周波数変換装置では、位相雑音の周波数スペクトルを変更するには、前記の雑音発生器そのものを交換するか、この雑音発生器の出力信号に、目的とする信号が得られるようなフィルタを挿入する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、先に述べた従来の周波数変換装置には、高周波信号発生器、バンドパスフィルタ、ミキサー、雑音発生器、外部からの信号により周波数変調ができる高周波信号発生器などが必要であり、装置が非常に大がかりなものになってしまうという課題がある。
【０００７】
また、位相雑音の周波数スペクトルを変更するには、雑音発生器そのものを交換するか、この雑音発生器の出力側に、目的とする信号が得られるようなフィルタを挿入する必要があるので、許容される位相雑音量を容易に把握することができないという課題がある。
【０００８】
この発明は、前記の課題を解決し、簡易な構成の周波数変換装置および方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１の発明は、周波数スペクトルを任意に可変できる雑音発生部と、前記雑音発生部から発生する雑音により、局部発振信号を周波数変調する変調部とを備え、前記雑音が付加された前記変調部からの局部発振信号によって、中間周波信号に位相雑音を付加すると共に、この中間周波信号の周波数を変換することを特徴とする周波数変換装置である。また、請求項３の発明は、周波数スペクトルを任意に可変して雑音を発生し、前記雑音により、局部発振信号を周波数変調し、前記雑音が付加された局部発振信号によって、中間周波信号に位相雑音を付加すると共に、この中間周波信号の周波数を変換することを特徴とする周波数変換方法である。
【００１０】
この発明では、周波数スペクトルを任意に可変できる雑音発生部を内部に備え、その雑音発生部から発生する雑音により、当該装置内部で使用する局部発振信号を周波数変調することにより、目的とする出力信号に位相雑音を付加する機能を備えている。
【００１１】
ＯＦＤＭ信号などを共同受信設備で周波数変換して伝送する場合において、位相雑音のスペクトルやレベルを任意に変化させることによって、その設備で許容される位相雑音を容易に把握することができる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の周波数変換装置において、前記雑音発生部は、白色雑音のスペクトルを成形して、雑音を発生することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳しく説明する。図１は、この実施の形態による周波数変換装置を示すブロック図である。この周波数変換装置は、この装置に入力されたＵＨＦ帯の放送波信号を、周波数１０８〜１７０ＭＨｚの、いわゆるＭＩＤバンドの信号に周波数変換して出力する。
【００１４】
図１の周波数変換装置は、端子１、１５、１６、１７、増幅器２、４、減衰器３、１１、ミキサー５、８、局部発振信号発生器６、１２、バンドパスフィルタ７、１４、白色雑音発生器９、スペクトル成形フィルタ１０、および、変調部として周波数変調器１３を備えている。
【００１５】
端子１には、たとえば、周波数４７０〜７７０ＭＨｚの、任意の６ＭＨｚ帯域幅の変調信号Ｓ１が入力される。入力される変調信号Ｓ１は、ＯＦＤＭ信号や従来のアナログテレビ信号の変調波である。変調信号Ｓ１は、たとえば、図２に示すように、所定周波数間隔の搬送波周波数の信号Ｓ１１、Ｓ１２、…、Ｓ１ｎによって形成される。
【００１６】
増幅器２、減衰器３、および増幅器４は調整回路を形成する。この調整回路は変調信号Ｓ１のレベルを調整する。
【００１７】
局部発振信号発生器６は、周波数が８７０〜１１７０ＭＨｚの局部発振信号を発生して、ミキサー５に加える。ミキサー５は、局部発振信号発生器６からの局部発振信号によって、変調信号Ｓ１を周波数変換する。これによって、ミキサー５は、変調信号Ｓ１を４００〜４０６ＭＨｚの中間周波信号に変換する。つまり、局部発振信号発生器６は、変調信号Ｓ１を４００〜４０６ＭＨｚの中間周波信号にするように、局部発振信号を発生する。
【００１８】
バンドパスフィルタ７は、４００〜４０６ＭＨｚの通過域を持つ。ミキサー５からバンドパスフィルタ７に加えられる信号には、４００〜４０６ＭＨｚの中間周波信号以外に、局部発振信号発生器６が発生した局部発振信号、およびイメージ周波数となる信号が出力される。バンドパスフィルタ７は、これらの信号の中から４００〜４０６ＭＨｚの中間周波信号を通過させる。
【００１９】
白色雑音発生器９、スペクトル成形フィルタ１０、および減衰器１１は、雑音発生部を形成する。この雑音発生部は任意の周波数スペクトルを持つ雑音を発生する。雑音発生部の白色雑音発生器９は、広帯域の周波数分布を持つ白色雑音を発生する。スペクトル成形フィルタ１０は、白色雑音発生器９から白色雑音を受け取ると、あらかじめ設定された、任意の周波数スペクトルを持つ雑音を形成する。
【００２０】
スペクトル成形フィルタ１０の一例を図３に示す。図３のスペクトル成形フィルタは、スイッチ１０Ａ〜１０Ｄと低域フィルタ（ＬＰＦ）１０Ｅ〜１０Ｉとを備えている。スイッチ１０Ａとスイッチ１０Ｂとの間に、低域フィルタ１０Ｅ〜１０Ｇが並列に接続されている。スイッチ１０Ｂはスイッチ１０Ｃに接続され、スイッチ１０Ｃとスイッチ１０Ｄとの間に、低域フィルタ１０Ｈ、１０Ｉが並列に接続されている。
【００２１】
低域フィルタ１０Ｅ〜１０Ｉはそれぞれ異なる特性をもつ。図３のスペクトル成形フィルタでは、スイッチ１０Ａ〜１０Ｄの切り換えによって、低域フィルタ１０Ｅ〜１０Ｇの中の１つのフィルタと、低域フィルタ１０Ｈ、１０Ｉの中の１つのフィルタとが組み合わされる。これによって、たとえば図４に示すように、通過域が異なる特性Ａ１〜Ａ４を得ることができる。
【００２２】
スペクトル成形フィルタ１０は、白色雑音発生器９から雑音を受け取ると、あらかじめ設定された特性に基づいて、この雑音のスペクトルを成形する。つまり、スペクトル成形フィルタ１０は、任意の周波数スペクトルを持つ雑音を形成する。
【００２３】
減衰器１１は、スペクトル成形フィルタ１０からスペクトル成形をされた雑音を受け取ると、この雑音のレベルを調整して周波数変調器１３に送る。つまり、減衰器１１は付加される位相雑音の量を調整する。
【００２４】
局部発振信号発生器１２は、周波数純度の高い、５０８〜５７０ＭＨｚの正弦波信号を発生し、局部発振信号として周波数変調器１３に加える。
【００２５】
周波数変調器１３は、減衰器１１からの雑音により、局部発振信号発生器１２からの局部発振信号を周波数変調する。これによって、周波数変調器１３は、局部発振信号発生器１２からの局部発振信号に対して、スペクトル成形フィルタ１０と減衰器１１とで成形された位相雑音を付加する。この結果、周波数変調器１３から出力される信号は、たとえば、図５（ａ）に示すように、位相雑音の無い局部発振信号Ｓ１０に対して、図５（ｂ）に示すように、位相雑音Ｓ１１が付加されたものとなる。
【００２６】
また、周波数変調器１３による周波数変調をするかどうかを、切り換えることができる。この切り換えは、手動または自動で行われる。さらに、減衰器１１と周波数変調器１３との間に端子１６が設けられ、周波数変調器１３とミキサー８との間に端子１７が設けられている。端子１６、１７は、位相雑音の定量的なレベルをモニタするためのものである。つまり、端子１６は、周波数スペクトルと雑音量とを任意に可変できる白色雑音発生器９から発生する雑音を定量的に測定するモニタ端子である。また、端子１７は、周波数スペクトルと雑音量とを任意に可変できる白色雑音発生器９から発生する雑音により、局部発振信号を周波数変調する周波数変調器１３により付加された位相雑音を定量的に測定するためのものである。
【００２７】
ミキサー８は、周波数変調器１３からの、位相雑音が付加された局部発振信号によって、バンドパスフィルタ７からの中間周波信号を周波数変換する。つまり、ミキサー８は、周波数変換によって中間周波信号を、１０８〜１７０ＭＨｚのＭＩＤバンドの任意チャンネルの信号に変換する。
【００２８】
バンドパスフィルタ１４は、１０８〜１７０ＭＨｚの通過域を持つ。ミキサー８からバンドパスフィルタ１４に加えられる信号には、１０８〜１７０ＭＨｚの信号に加えて、局部発振信号発生器１２が発生した局部発振信号、およびイメージ周波数となる信号が出力される。バンドパスフィルタ７は、これらの信号の中から１０８〜１７０ＭＨｚの信号を通過させる。これによって、たとえば、図６に示すように、位相雑音が付加された所定周波数間隔の搬送波周波数の信号Ｓ２１、Ｓ２２、…、Ｓ２ｎで形成される変調信号Ｓ２０が端子１５に送られる。
【００２９】
つぎに、この実施の形態の動作について述べる。端子１には、周波数４７０〜７７０ＭＨｚの、任意の６ＭＨｚ帯域幅の変調信号Ｓ１が入力される。入力される変調信号Ｓ１は、ＯＦＤＭ信号や従来のアナログテレビ信号の変調波である。
【００３０】
端子１に入力された変調信号Ｓ１は、増幅器２、減衰器３、増幅器４により、レベル調整され、ミキサー５に供給される。ミキサー５には、局部発振信号発生器６で発生させた正弦波信号である局部発振信号も加えられている。変調信号Ｓ１は、ヘテロダイン方式により周波数４００〜４０６ＭＨｚの中間周波信号に周波数変換されて、ミキサー５から出力される。ミキサー５から出力される局部発振信号の周波数が４００〜４０６ＭＨｚとなるように、局部発振信号発生器６で発生する信号の周波数が制御される。
【００３１】
ミキサー５からは、４００〜４０６ＭＨｚの信号の他に、局部発振信号発生器６で発生した信号、および、いわゆるイメージ周波数となる信号が出力されるため、バンドパスフィルタ７により、４００〜４０６ＭＨｚの信号のみを取り出している。バンドパスフィルタ７から出力された中間周波信号はミキサー８に送られる。
【００３２】
この実施の形態では、ミキサー８で周波数変換する際の局部発振信号に位相雑音を付加する機能を有している。つまり、ミキサー８には、周波数変調器１３を介して局部発振信号発生器１２から供給される正弦波信号である局部発振信号と、減衰器１１からの雑音とが供給されている。
【００３３】
局部発振信号発生器１２で発生する信号は、周波数純度の高い正弦波である。端子１５から出力する信号に位相雑音を付加しない場合は、周波数変調器１３で周波数変調をオフにして、そのままミキサー８に供給する。また、端子１５から出力する信号に位相雑音を付加する場合は、減衰器１１、波形成形フィルタであるスペクトル成形フィルタ１０を介して、白色雑音発生器９から供給される白色雑音により、局部発振信号発生器１２から供給される正弦波が周波数変調器１３で周波数変調される。
【００３４】
先に述べたように、バンドパスフィルタ７から出力された中間周波信号と、周波数変調器１３を介して局部発振信号発生器１２から供給される正弦波信号とが、ミキサー８に供給されている。ミキサー８ではヘテロダイン方式により、バンドパスフィルタ７からの中間周波信号が、目的とする周波数１０８〜１７０ＭＨｚのＭＩＤバンドの、任意チャンネルの信号に変換される。そして、変換された信号はバンドパスフィルタ１４に供給される。
【００３５】
ミキサー８からは、目的の信号以外に局部発振信号発生器１２で発生させた正弦波である局部発振信号と、イメージ周波数の信号とが出力されているため、バンドパスフィルタ１４により、目的とする信号のみを取り出して、端子１５に出力している。
【００３６】
前記の処理により、局部発振信号発生器１２から供給される正弦波に位相雑音が付加され、その結果、端子１５から出力される目的の変調波信号にも位相雑音が付加される。付加する位相雑音の量は、減衰器１１により、周波数変調器１３に入力する雑音レベルを調整して制御する。
【００３７】
また、位相雑音のスペクトルは、波形成形フィルタであるスペクトル成形フィルタ１０により、周波数変調器１３に入力する雑音のスペクトルを変えることにより制御する。一般に、位相雑音はデバイスがもつ１／ｆ（ｆは周波数）の揺らぎのノイズがひとつの原因とされる。これと等価の位相雑音を付加するためには、スペクトル成形フィルタ１０に、いわゆる１／ｆの特性を持たせ、周波数変調器１３に入力する。実際の伝送システムでは、デバイスが持つ１／ｆの揺らぎのノイズ以外に、構造的な原因で発生するさまざまなノイズや、振動で発生するノイズなどが、局部発振信号を周波数変調することにより、目的信号に位相雑音となって現れる。この実施の形態では、スペクトル成形フィルタ１０の振幅周波数特性が任意に可変できるため、さまざまな原因を想定した位相雑音の付加が可能である。
【００３８】
こうして、この実施の形態によれば、高周波信号の周波数変換装置において、周波数変換に必要な局部発振信号を、当該装置内部で発生させた雑音信号により周波数変調することにより、目的とする周波数の信号に任意量の位相雑音を付加して出力することができる。
【００３９】
また、この実施の形態によれば、ＵＨＦ帯の放送波信号を周波数１０８〜１７０ＭＨｚのいわゆるＭＩＤバンドの信号に周波数変換して出力し、任意に位相雑音を付加することができる。
【００４０】
さらに、この実施の形態によれば、雑音発生部に白色雑音発生器９を用い、それに縦続接続されるスペクトル成形フィルタ１０で雑音のスペクトルを任意に変え、局部発振信号を周波数変調する。つまり、周波数変換を伴う高周波信号伝送システムにおいて、白色雑音発生器９、スペクトル成形フィルタ１０、減衰器１１、周波数変調器１３、およびミキサー８による簡易な装置構成で、任意の位相雑音を付加して伝送することができる。このために、当該システムでの位相雑音の許容量を容易に把握することができる。
【００４１】
以上、この発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。たとえば、スペクトル成形フィルタ１０では、スイッチ１０Ａとスイッチ１０Ｂとの間に、３つの低域フィルタ１０Ｅ〜１０Ｇを並列に接続し、スイッチ１０Ｃとスイッチ１０Ｄとの間に、２つの低域フィルタ１０Ｈ、１０Ｉを並列に接続した。しかし、並列に接続する低域フィルタの数は、これらに限定されない。
【００４２】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明によれば、周波数変換を伴う高周波信号伝送システムにおいて、簡易な装置構成で任意の位相雑音を付加して伝送することができる。
【００４３】
ＯＦＤＭ信号の伝送特性は、受信したＯＦＤＭ信号のキャリア変調方式が６４ＱＡＭ、内符号の符号化率７／８畳み込み符号のビタビ復号後のビット誤り率が２×１０Ｅ−４以下であれば、リードソロモン符号復号後のビット誤り率が１×１０Ｅ−１１以下となり、ほぼエラーフリーとなる。このことから、ビタビ復号後のビット誤り率が２×１０Ｅ−４以下となる条件が基準となる。
【００４４】
さらに、この発明によれば、周波数変換を伴う高周波信号伝送システムにおいて、ヘテロダイン方式により単純に周波数変換する、任意量の位相雑音を付加する機能の無い従来の高周波信号の周波数変換装置に比べて、前記、基準値であるビタビ復号後のビット誤り率が２×１０Ｅ−４以下となる条件の任意量の位相雑音を付加することができる。すなわち、当該装置において周波数変換に必要な局部発振信号を、当該装置内部で発生させた雑音信号により周波数変調し、目的とする任意量の位相雑音を高周波信号に付加することにより、この高周波信号を伝送したシステムの伝送特性の位相雑音による許容量を定量的に把握することを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態による周波数変換装置を示すブロック図である。
【図２】位相雑音のないＯＦＤＭ変調波の信号の一例を示す概念図である。
【図３】スペクトル成形フィルタの一例を示すブロック図である。
【図４】スペクトル成形フィルタの特性を示す特性図である。
【図５】位相雑音の付加について説明するための説明図である。
【図６】位相雑音が付加されたＯＦＤＭ変調波の信号例を示す概念図である。
【符号の説明】
１、１５、１６、１７ 端子
２、４ 増幅器
３ 減衰器
５、８ ミキサー
６、１２ 局部発振信号発生器
１３ 周波数変調器
７、１４ バンドパスフィルタ
９ 白色雑音発生器
１０ スペクトル成形フィルタ
１０Ａ〜１０Ｄ スイッチ
１０Ｅ〜１０Ｉ 低域フィルタ
１１ 減衰器

Claims (3)

1. 周波数スペクトルを任意に可変できる雑音発生部と、
   前記雑音発生部から発生する雑音により、局部発振信号を周波数変調する変調部とを備え、
   前記雑音が付加された前記変調部からの局部発振信号によって、中間周波信号に位相雑音を付加すると共に、この中間周波信号の周波数を変換することを特徴とする周波数変換装置。
2. 前記雑音発生部は、白色雑音のスペクトルを成形して、雑音を発生することを特徴とする請求項１に記載の周波数変換装置。
3. 周波数スペクトルを任意に可変して雑音を発生し、
   前記雑音により、局部発振信号を周波数変調し、
   前記雑音が付加された局部発振信号によって、中間周波信号に位相雑音を付加すると共に、この中間周波信号の周波数を変換することを特徴とする周波数変換方法。

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