JP3887515B2 - 広帯域ディジタル受信機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技成分野】
本発明は、ディジタル移動体通信で使用される受信機において、受信信号を広帯域のままＡ／Ｄ変換する場合に、性能劣化なく小型で安値なＡ／Ｄ変換器を使用できる広帯域ディジタル受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディジタル回路技術の発達により、アナログ回路で実現していた機能をディジタル回路で実現する例が増えている。ディジタル回路で機能を実現した場合、特性のハラッキがない、経年劣化がない、調整が不要というメリットが得られる。さらに、ディジタル回路としてＤＳＰ等のプログラマブルなテバイスを用いた場合、ソフトウェアによって機能が記述されるので、修正、変更が容易であるというメリットも得られる。
ディジタル携帯電話等の移動体通信の分野においてもディジタル回路への移行は進んでおり、究極の例として通信機能のほとんとをソフトウェアで実現するソフトウェア無線機（Joe Mitola,"The Software Radio Architecture"，IEEE Communication Magazine May 1995 Vol.33 No.5）が提案されている。
【０００３】
図３は、一般にアナログ回路で行うチャネル分離を、ディジタル回路で行うようにした従来の広帯域ディジタル受信機の一例を示す構成概要である。ここで、広帯域ディジタル受信機とは、ＲＦ帯あるいはＩＦ帯において、広帯域信号をそのままＡ／Ｄ変換し、チャネル分離以降の処理をディジタル回路で行う受信機である。（関連特許出願：“ディジタル無線周波受信機”特願昭61-504791）
同図に示すように、この受信機は、無線電波を受信するアンテナ１と、帯域制限を行うＲＦバンドパスフィルタ２と、ＩＦ信号に周波数変換して帯域制限を施すためのミキサ３とローカル信号発振器４とＩＦバンドパスフィルタ５と、ＩＦ信号増幅用のＡＧＣアンプ６と、アナログのＩＦ受信信号をディジタルに変換するＡ／Ｄ変換器７と、所望のチャネル帯域を分離するチャネル分離器１６と、該チャネル分離器出力信号からデータ信号を復調する復調器１７とで構成される。
【０００４】
図３において、まず、アンテナ１で受信された受信信号は、ＲＦバンドパスフィルタ２に入力されて必要な帯域制限を受ける。ここで言う必要な帯域とは該広帯域ディジタル受信機が受信可能なバンド幅であり、通常使用されるシステムのサーヒスバンド帯域に一致する。ＲＦバンドパスフィルタ２の通過帯域幅をＷとする。
次に、ＲＦバンドパスフィルタ２で帯域制限を受けた受信信号（ＲＦ信号）は、ミキサ３とローカル発振器４とＩＦバンドパスフィルタ５により周波数変換及び帯域制限を施されてＩＦ信号となる。バンドパスフィルタ５の帯域幅すなわちＩＦ信号の帯域幅はＷである。
該ＩＦ信号はＡＧＣアンプ６で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器７で広帯域ディジタル信号に変換される。前記ＡＧＣアンプ６の増幅率は、Ａ／Ｄ変換器７への入力信号が該Ａ／Ｄ変換器７の最大入力レヘルを越えない範囲で最大になるようにフィードバック制御される。変換された広帯域ディジタル信号はチャネル分離器１６で所望の狭帯域（チャネル帯域）ディジタル信号に分離される。
ここでの狭帯域（チャネル帯域）は、例えばＰＤＣ800ＭＨｚ方式携帯電話では２５ｋＨｚの帯域幅である。
チャネル分離されたチャネル帯域ディジタル信号は、復調器１７においてシステムの変調方式（ＰＤＣ800ＭＨｚ方式携帯電話ではπ／４ＱＰＳＫ）に応じて復調され、テータ信号となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常、移動体通信の基地局に対するエリア内の複数の移動局の位置関係は時々刻々と変化しするので、希望局と干渉局からの電波信号を同時に受信した際の両者の入力信号のレベル比が非常に大きくなる場合がある。
そのため、受信機各部の回路は、十分なダイナミックレンジを持つ必要があり、
前記広帯域ディジタル受信機では、Ａ／Ｄ変換器７に要求される入力ダイナミックレンジは大きな値を要求されるため、変換ビット数を大きくしなければならい。
しかしながら、広帯域ディジタル受信機に必要なサンプリング速度で大きなダイナミックレンジのＡ／Ｄ変換器は、現状では非常に高価、大型で消費電流も多くなってしまうという問題があった。
本発明は、以上説明したような従来の広帯域ディジタル受信機の問題点を解決するためになされたものであって、性能劣化を起こすことなくＡ／Ｄ変換器に要求されるダイナミックレンジ（量子化ビット数）を低減して、安価で小型のＡ／Ｄ変換器を使用できる広帯域ディジタル受信機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明においては、広帯域の受信信号を増幅するＡＧＣ増幅手段と、前記ＡＧＣ増幅手段の出力信号をディジタル変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力から所望のチャネル帯域を分離するチャネル分離手段と、前記チャネル分離手段の出力信号を復調する復調手段で構成される広帯域ディジタル受信機において、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号の中から最大電力の信号を検出する検出手段と、前記検出手段の出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、前記ＡＧＣ増幅手段の出力と前記Ｄ／Ａ変換手段の出力信号との減算を行う減算手段と、前記減算手段の出力を増幅する第２のＡＧＣ増幅手段と、前記第２のＡＧＣ増幅手段の出力信号をディジタル変換する第２のＡ／Ｄ変換手段とを、前記チャネル分離手段の前段に接続したことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明に係わる広帯域ディジタル受信機の実施の一形態例を示す構成概要図である。同図に示すように、本受信機は、無線電波を受信するアンテナ１と、帯域制限を行うＲＦバンドパスフィルタ２と、受信信号をＩＦ信号に周波数変換し帯域制限を施すためのミキサ３とローカル信号発振器４とＩＦバンドパスフィルタ５と、増幅用のＡＧＣアンプ６と、アナログ受信信号をディジタルに変換するＡ／Ｄ変換器７と、信号電力が最大の受信信号を検出する最大信号検出器８と、不要波を除去するバンドパスフィルタ９と、ディジタル信号をアナログに変換するＤ／Ａ変換器１０と、イメージ信号を除去するローパスフィルタ１１と、切替器１２と、２信号の差を出力する減算器１３と、増幅用の第２のＡＧＣアンプ１４と、第２のＡ／Ｄ変換器１５と、所望のチャネル帯域を分離するチャネル分離器１６と、チャネル信号を復調する復調器１７とで構成される。
【０００８】
本発明に係わる上記構成の広帯域ディジタル受信機は、図３の従来の受信機におけるＡ／Ｄ変換器７とチャネル分離器１６との間に、本発明の特徴となる信号処理手段を挿入した構成となっているので、図３と共通する回路の説明は省略する。
図１において、Ａ／Ｄ変換器７でＡ／Ｄ変換された広帯域ディジタル信号は、最大信号検出回路８において信号電力が最大の信号の周波数と帯域幅とが特定される。前記最大信号検出回路８における最大信号の検出方法は、例えばＦＦＴ（高速フーリエ変換）なとが利用できる。
前記最大信号検出回路８の出力信号は、バンドパスフィルタ９において不要波が除去される。該バンドパスフィルタ９はＤＳＰ等の信号処理回路で定義されるディジタルフィルタであり、検出された最大信号の周波数成分のみを通過させるよう、ソフトウェアにより容易に適応的に制御される。
前記バンドパスフィルタ９の出力は、前記Ａ／Ｄ変換器７でＡ／Ｄ変換された広帯域ディジタル信号に含まれる信号のうち、最大レベルの信号のレプリカとなる。
【０００９】
前記バンドパスフィルタ９の出力信号は、Ｄ／Ａ変換器１０によりアナログ信号に変換され、ローパスフィルタ１１でイメージ信号が除去された後、切替器１２を介して減算器１３に入力する。前記減算器１３においては、前記Ａ／Ｄ変換器７の入力信号と前記ローパスフィルタ１１出力信号との減算処理が行われる。但し、最大信号検出回路８において検出した最大信号の周波数が希望局信号の周波数と一致する場合は、前記切替器１２におけるローパスフィルタ１１と減算器１３間の接続を断としてＡＧＣアンプ６の出力をそのまま第２のＡＧＣアンプ１４に供給することになる。
前記減算器１３の出力信号は、第２のＡＧＣアンプ１４で増幅された後、第２のＡ／Ｄ変換器１５で再ひ広帯域ディジタル信号に変換される。前記第２のＡＧＣアンプ１４の増幅率は、第２のＡ／Ｄ変換器１５への入力信号が該第２のＡ／Ｄ変換器１５の最大入力レヘルを越えない範囲で最大になるようにフィードバック制御される。
【００１０】
図２は、干渉局が近く、希望局が遠くにある場合の、本発明の広帯域ディジタル受信機各部の周波数スペクトルで、同図（ａ）はＡ／Ｄ変換器７の入力信号（受信信号）のスペクトル図であり、同図（ｂ）はローパスフィルタ１１の出力信号のスペクトル図であり、同図（ｃ）は第２のＡ／Ｄ変換器１５の入力信号のスペクトル図である。同図をもとに、本発明の詳細を説明する。
図２（ａ）に示すように、受信信号の干渉信号レベルは、希望信号レベルに比べて非常に大きい。そして、ＡＧＣアンプ６の増幅率は、Ａ／Ｄ変換器７への入力信号が、そのＡ／Ｄ変換器７の最大入力レヘルを越えない範囲で最大になるようにフィードバック制御されるので、前記Ａ／Ｄ変換器７のダイナミックレンジが小さい場合、希望信号は量子化ノイズに消されてしまう。
このため、Ａ／Ｄ変換器７から最大信号検出回路８に出力されるディジタル信号には、干渉信号と量子化雑音のみが含まれることになる。
ここでは、干渉信号が１波で、且つその信号電力が最大であると仮定する。
前記最大信号検出回路８では、この干渉信号の周波数を特定し、バンドパスフィルタ９に出力する。前記バンドパスフィルタ９においては、その特性を変化させて干渉信号の周波数成分を取り出すことにより、Ａ／Ｄ変換器７の量子化雑音を抑圧したダイナミックレンジの大きな干渉信号のレフリカを得ることができる。
従って、Ｄ／Ａ変換器１０の出力信号は、干渉信号と抑圧された量子化雑音信号である。ただし、前記Ｄ／Ａ変換器１０は、向上したダイナミックレンジに対応する分解能（量子化ビット数）に対応していなければならない。
【００１１】
図２（ｂ）に示すように、前記Ｄ／Ａ変換器１０の出力信号をローパスフィルタ１１に通した後のアナログ信号のスペクトルは、ダイナミックレンジの大きな干渉信号のレブリカが得られる。そして、減算器１３において、前記Ａ／Ｄ変換器７への入力信号から、前記干渉信号のレプリカ（ローパスフィルタ１１の出力信号）を減算することによって干渉信号を抑圧することができる。
第２のＡＧＣアンプ１４の出力信号（第２のＡ／Ｄ変換器１５入力信号）のスペクトルを図２（ｃ）に示す。干渉信号が抑圧されているので、希望信号は第２のＡＧＣアンプ１４で増幅された後、量子化雑音に消されることなく第２のＡ／Ｄ変換器１５で再度ディジタル信号に変換される。
【００１２】
上記の動作によって、ディジタル信号に変換された広帯域受信信号はチャネル分離器１６で所望のチャネルの信号のみが分離される。
チャネル分離された狭帯域（チャネル帯域）ディジタル信号は、復調器１７においてシステムの変調方式（例えばＰＤＣ800ＭＨｚ方式携帯電話ではπ／４ＱＰＳＫ）に応して復調され、データ信号となる。
【００１３】
なお、上記説明では、干渉信号が１波で、且つその電力が最大であると仮定したが、干渉波が複数存在する場合は、希望信号以外の電力の大きな複数の干渉信号をＦＦＴなどを用いた検出回路により特定し、それらを通過させる複数のバンドパスフィルタを用いて複数の干渉信号の合成信号のレプリカを作成することにより対処できる。
また、本発明では、従来方式に比べて量子化ビット数の少ないＡ／Ｄ変換器を用いて構成できるが、反面、量子化ビット数の大きなＤ／Ａ変換器が必要である。しかし、サンプリング速度が同じならば、Ａ／Ｄ変換器に比べて、Ｄ／Ａ変換器は量子化ビット数の向上が容易であることから、Ｄ／Ａ変換器を含む回路の増加を考慮しても装置の小型化・低コスト化において有利な方式であるといえる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成するので、従来方式に比べて干渉信号を減衰させることができ、Ａ／Ｄ変換器に要求されるダイナミックレンジを小さくすることが可能となり、広帯域ディジタル受信機のコスト・消費電流の低減及び小型化を実現する上で大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる広帯域ディジタル受信機の実施の一形態例を示す構成概要図。
【図２】図１の広帯域ディジタル受信機の各部の信号のスペクトル、（ａ）は、Ａ／Ｄ変換器７の入力信号のスペクトル、（ｂ）は、ローパスフィルタ１１の出力信号のスペクトル、（ｃ）は、第２のＡ／Ｄ変換器１５の入力信号のスペクトル。
【図３】従来の広帯域ディジタル受信機の一例を示す構成概要図。
【符号の説明】
１・・アンテナ、 ２・・ＲＦバンドパスフィルタ、 ３・・ミキサ、
４・・ローカル信号発振器、 ５・・ＩＦバンドパスフィルタ、
６・・ＡＧＣアンプ、 ７・・Ａ／Ｄ変換器、 ８・・最大信号検出器、
９・・バンドパスフィルタ、 １０・・Ｄ／Ａ変換器、
１１・・ローパスフィルタ、 １３・・減算器、
１４・・第２のＡＧＣアンプ、 １５・・第２のＡ／Ｄ変換器、
１６・・チャネル分離器、 １７・・復調器

Claims (1)

1. 広帯域の受信信号を増幅するＡＧＣ増幅手段と、前記ＡＧＣ増幅手段の出力信号をディジタル変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力から所望のチャネル帯域を分離するチャネル分離手段と、前記チャネル分離手段の出力信号を復調する復調手段で構成される広帯域ディジタル受信機において、
   前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号の中から最大電力の信号を検出する検出手段と、前記検出手段の出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、前記ＡＧＣ増幅手段の出力と前記Ｄ／Ａ変換手段の出力信号との減算を行う減算手段と、前記減算手段の出力を増幅する第２のＡＧＣ増幅手段と、前記第２のＡＧＣ増幅手段の出力信号をディジタル変換する第２のＡ／Ｄ変換手段とを、前記チャネル分離手段の前段に接続したことを特徴とする広帯域ディジタル受信機。

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