JP3920344B2 - 受信した信号を処理する方法及び回路装置 - Google Patents

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Description

本発明は、無線周波数信号を受信する方法及び回路装置に関する。本発明は、好適には移動局等においてディジタル時分割データ転送システムの受信器に使用され得るものである。
直接変換受信器では、即ちゼロ中間周波数受信器では、無線周波数信号は中間周波数無しでベースバンドに直接変換される。中間周波数段は不要なので、受信器に必要なコンポーネントはほんの数個であり、それ故に、これはいろいろなアプリケーションに用いるのに好適な解決策となる。しかし、直接変換受信器が移動局で使用されることは稀である。その理由は、従来公知の方法が実際には工業的製造において殆ど実行不可能であり、また与えられた解決策ではディジタル移動電話システムの独特の特徴が考慮されていないという事実にある。直接変換受信器を実現する際の最も重要な問題はオフセット電圧の制御である。オフセット電圧という用語は、信号において累積した電圧を意味し、本質的には、受信された有用な信号に含まれていない直流電圧を意味する。
図1は移動局の送受信器の従来公知のブロック図であり、このブロック図の受信器は直接変換受信器である。この受信器で、アンテナ138により受信されたRF信号は、双方向フィルタ(duplex filter)を介してプリアンプ104に導通される。双方向フィルタの目的は、同じアンテナを送信及び受信の両方に使えるようにすることである。双方向フィルタの代わりに、時分割システムでは同期アンテナ切り換えスイッチを使うこともできる。増幅器104から受信されたRF信号はローパスフィルタ106でフィルタされ、I/Q復調器108で同相信号108aおよび直角位相信号108bに復調される。復調に必要なローカル発振器信号114bは合成器114から得られる。ブロック110において、直流電圧の除去と自動利得制御(AGC)とが実行される。ブロック110は、例えばマイクロプロセッサを含む処理ブロック116により制御される。自動利得制御は信号110aによって調整され、オフセット電圧の1除去は信号110bによって調整される。ブロック110から得られた信号はブロック112でディジタル信号に変換され、このブロック112から信号はさらに処理ブロック116の中のディジタル信号処理回路に送られる。
送信器は、I/Q変調器128を有し、この変調器は、同相信号128aと直角位相信号128bとから搬送周波数信号を形成し、この信号はフィルタ130によってローパスフィルタおよび/またはハイパスフィルタされるようにフィルタされる。搬送周波数信号はRF増幅器132によって増幅され、その増幅された信号は双方向フィルタ102を介してアンテナ138に転送される。送信器の電力制御ユニット134は、測定された出力電力136と、プロセッサからの制御信号134aとに基づいてRF増幅器132の増幅を制御する。
図1は、処理ユニットに添付されたメモリ・ユニット126とユーザインターフェース手段も示しており、この手段はディスプレイ118と、キーボード120と、マイクロホン122と、受話口124とを備える。
直接変換受信器を実現するための解決策が、例えば下記の刊行物に詳しく記載されている。
[1]マイクロウェーブ・エンジニアリング・ヨーロッパ(Microwave Engineering Europe)、1993年1月、ページ59−63
[2]マイクロウェーブ・エンジニアリング・ヨーロッパ、1993年5月号、ページ53−59
[3]特許出願EP 0 594 894 AI
参考文献[1]に記載されている受信器の解決策は、直流電圧結合ベースバンド部に基づいており、それらの中でDCオフセット電圧補償は極めて複雑な制御システムを介して行われており、そのシステムはD/A変換器、A/D変換器、ディジタル・フィルタ及び予測制御アルゴリズムを含んでいる。例えばいろいろなチャネルやAGC調整のために種々の補正値がメモリに蓄積される。
DC結合ベースバンド部が使用されるときには、直流電圧の大きな変動が問題を生じさせる可能性がある。信号の直流電圧成分の変動は、温度変化に起因することがあり、その場合には変動は通常はゆっくりとしており、あるいは、例えば、ローカル発振器信号の周波数またはレベルの変化に起因して変動が生じることもあり、その場合には直流電圧の変動は速い。受信された信号は、変調に起因して、除去することのできない直流電圧成分を含んでいることもあり、それは実際のオフセット電圧の測定を極めて困難かつ複雑にする。オフセット電圧を制御するための上記の複雑な解決策が使用される場合、装置の製造コストが大きくなりすぎるので直接変換受信器の利点が失われる。
AC結合ベースバンド部の利点は、オフセット電圧のゆっくりとした変動を散逸させてオフセット電圧の総量を減少させることができる点である。しかし、直流電圧の分離コンデンサに残留しゆっくりと放電する電荷が存在するということが欠点である。
図2は、信号のオフセット電圧を小さくするための従来の公知の解決策を示している。図2の回路では、ベースバンド信号Vinは増幅器21に入力され、その出力P21はコンデンサC21を介して増幅器22の入力P22に送られる。増幅器22の代わりに例えばアナログ/ディジタル変換器を設けることも可能である。基準電圧が抵抗器R21を介して増幅器22の入力に伝えられている。受信開始前に、短い制御パルスDCNがスイッチ23をオン状態に接続し、そのときコンデンサC21の出力端子は基準電圧Vrefにセットされ、もしオフセット電圧があればポイントP22でそれは散逸される。オフセット電圧を除去した時点で、もし信号路にオフセット電圧の他に例えば有用な正のベースバンド信号があるならば、DCN制御パルスはポイントP22に生じるオフセット電圧を除去するが、DCN制御パルスが終わると負のオフセット電圧がポイントP22に生じる。したがってこの場合にはオフセット電圧は散逸せず、オフセット電圧除去回路の動作は新しいオフセット電圧を生じさせ、そのオフセット電圧は基準電圧Vrefに向かってゆっくりと低下する。オフセット電圧除去回路により作られるオフセット電圧は、DCN制御パルスが終わる時点でコンデンサC21に生じているベースバンド信号の瞬時値の大きさに依存する。
オフセット電圧除去回路から生じる新しいオフセット電圧を防ぐために、上記の解決策では、受信されている信号が本質的にノイズであるような時点でオフセット電圧の除去を行うべきであり、それは実際には信号受信開始前を意味する。例えばGSM(Global System for Mobile Communications:移動通信用広域システム)やPCN(Personal Communications Network:パーソナル通信ネットワーク)等の移動通信用の多くの時分割システムでは、基地局が送信する電力は、新しい期間が始まる前に切断されない。従って実際の受信動作開始時点以前にも、即ちオフセット電圧が除去されるべきときにも、受信器にベースバンド信号が存在する。これが、オフセット電圧を小さくするための前述の解決策を上記のシステムに使用できない理由である。
本発明の目的は、従来技術の解決策に結びついている上記の問題を防止できるように直接変換受信器を実現するための簡単な解決策を考案することである。
本発明の1つの思想は、受信されてベースバンドに変換された信号の直流電圧成分を信号ラインの第1の直流電圧の分離手段によって分離すると共に、その分離手段の前に存在する信号およびその分離手段の後に存在する信号の両方の直流電圧成分を制御信号で制御するということである。従って第1の分離手段の前に存在するベースバンド信号ラインを、本質的に直流電圧結合として実現することができる。上記の第1の分離手段の前に存在する信号強度の制御回路は、好適には、その制御回路で発生する直流電圧成分を、グランドレベルなどのような回路装置の定電位から分離するための第2分離手段を有する。上述の制御信号のうちの1つは、好適には、その第2の分離手段の充電状態を制御するように配置される。その分離手段の後に存在するベースバンド信号は、好適にはディジタル形式に変換されてさらに処理される。
本発明の方法は、上述の第1の直流電圧の分離手段の前に存在する第1の信号の直流電圧成分が第1の制御信号に基づいて制御され、上述の第1の直流電圧の分離手段の後に存在する第2の信号の直流電圧成分が第2の制御信号に基づいて制御され、その第2の制御信号が前述の第1の制御信号と同一であっても良いことを特徴とする。
本発明の回路装置は、第1の制御信号に基づいて上述の分離手段の前に存在する信号の直流電圧成分を制御するための手段と、第2の制御信号に基づいて上述の分離手段の後に存在する信号の直流電圧成分を制御するための手段とを有し、この第2制御信号が上述の第1の制御信号と同一であっても良いことを特徴とする。本発明の好適な実施例が従属請求項に記載されている。
次に、添付図面を用いて本発明をいっそう詳しく説明する。図面において、
図1は、直接変換受信器を使用している従来公知の移動局のブロック図を示す。
図2はオフセット電圧を除去するための従来技術の回路装置を示す。
図3は、本発明の方法の流れ図を示す。
図4は、直接変換受信器を実現するための本発明の回路装置を示す。
図5は、本発明の回路装置の実現を回路図として示す。
図6は、オフセット電圧を小さくするための本発明による解決策を示す。
図1および2については従来技術の説明という面において説明した。次に本発明の方法について図3を用いて手短に説明し、本発明の回路装置およびその動作について図4および5を用いていっそう詳しく説明する。最後に、オフセット電圧を小さくするための本発明の解決策について図6を参照して説明する。
図3は、本発明の方法300の流れ図を示す。この方法では、始めに、利得が実現可能な最小値となる状態に、全ての利得制御を設定する(ブロック301)。その後、周波数合成器のローカル発振器周波数をチャネル周波数に設定する(ブロック302)。周波数合成器が所望のチャネル周波数に落ち着き始めた後、RFの前段の利得制御は、受信期間中に使用されることになる状態に接続される(ブロック303)。その後、ベースバンド周波数部の利得制御部の第1の信号の直流電圧成分が、制御信号DCN1によって制御され(ブロック304)、直流電圧の分離部の後に存在する第2の信号の直流電圧成分が、制御信号DCN2によって制御される(ブロック305)。最後に、受信期間開始前に制御信号DCN1およびDCN2は除去され、受信開始時に所望の利得が、ベースバンド周波数部のAGC制御によってベースバンド周波数部に合わせて選択される(ブロック306)。
図4は、本発明の回路装置の原理を描いた図である。図4に示されている部分は、図1に示されている移動局の送受信部のブロック104から112に対応する。図4に示されている装置では、アンテナから受信された無線周波数信号RFinは、ブロック1でフィルタされて増幅され、I/Q復調器2でベースバンド信号に復調される。受信器のRF前段1は、RF増幅動作およびRFフィルタリング動作と、自動利得制御の動作AGC30とを有する。
無線周波数信号はI/Q復調器2で復調されるが、この復調器は、位相合わせ要素および電力分割要素、ミキサおよび基準電圧VIとの接続を有する。この基準電圧は、I/Q復調器およびベースバンド周波数部の実現の方法により、正、負またはゼロである。復調は、復調器に供給されるローカル発振器周波数信号LOを用いて実行される。復調器から得られる直角位相信号Vq1および同相信号Vi1は、ベースバンド周波数部3aおよび3bに伝えられる。ベースバンド周波数部3a、3bは、プリアンプおよびフィルタリング部(4)を含んでおり、これはさらに、I/Q復調器のミキサーの直後でかつ第1のアクティブ段の前の受動ローパスフィルタ部41と、プリアンプ部42と、その後に置かれた第2のローパスフィルタ43とを含んでいる。
プリアンプでの増幅およびフィルタリングの後、信号は利得制御部5に伝えられ、これは増幅部12と、フィードバック部8と、フィードバック部の第2の直流電圧の分離手段9とを含んでおり、この手段には好適には少なくとも1つのコンデンサがある。利得制御部5の直流電圧が落ち着く速さは、信号DCN1によって制御される選択スイッチ10によって制御される。
利得制御の出力に、第1の直流電圧の分離手段6が接続されており、それは好適には少なくとも1つのコンデンサを有する。直流電圧の分離部6の後に、オフセット電圧のための除去システム7が置かれており、これを実現するための解決策について後に説明する。第2の分離手段後の信号で行われるオフセット電圧の除去は、信号DCN2によって制御される。直流電圧の分離部に、A/D変換部の基準電圧V2が追加的に供給されるが、これは基準電圧V1と同一であっても良い。
本発明と、受信器のための従来公知の解決策との1つの相違点は、I/Q復調器の基準電圧V1からAGC増幅器5の出力までのベースバンド信号路全体が、直流電圧に結合されていて、その信号路ではAGC部分の後の各ブランチにDC分離手段6が1つだけあるということである。この配置を通して、例えば、他の方法と比べて下記のような利点が達成される。
種々の理由から、I/Q復調器の出力に存在するオフセット電圧を、I/Q復調器の出力やベースバンドプリアンプの出力やあるいはAGC増幅部の出力から除去する必要はないが、直流電圧は大幅に変動する可能性がある。加速スイッチ10により、直流電圧が落ち着きつつある間、フィードバック回路の時定数は迅速に保たれる。直流電圧分離部6の後で、AGC増幅部の直流電圧動作点が落ち着いた電圧値とは無関係に、基準電圧V2に等しくなるように直流電圧を調整することができる。このように、DC結合ベースバンド部およびAC結合ベースバンド部の利点が結合され、これらの欠点が解消されている。
図4の上述の回路装置においてディジタル制御信号が次のように使用される。
最初に、全てのAGC制御信号は、利得がなるべく小さくなるような状態にある。周波数合成器が所望のチャネル周波数に落ち着き始めた後に、前段の利得制御AGC30は、受信期間中に使用されるようになる状態に接続される。その後、ベースバンド部の利得制御部の時定数回路は高速状態に制御され、DCオフセットの電圧除言去回路11は制御DCN1およびDCN2によってアクティブ状態に制御される。受信期間開始前に、制御DCN1およびDCN2は除去される。受信開始時に、ベースバンド部のAGC制御AGC20、AGC40によって所望の利得がベースバンド部に合わせて選択される。強いアンテナ信号が受信されたときには、ベースバンド部の使用される利得は小さく、それに対応してオフセット電圧は低いので、制御信号DCN1は必ずしも必要ではない。
図4では、ベースバンド部の2つのAGC制御であるAGC20およびAGC40が示されているが、例えばA/D変換器のダイナミック・レンジやベースバンド部の実現手段などに応じてもっと多数の或いはもっと少数のAGC制御があっても良い。
図5は、図4のブロック5、10および6をどのように実現できるかの例を示している。この例では、増幅回路の利得は、コンデンサC1およびC2だけではなくフィードバック抵抗器R1、R3およびR7と、フィードバック回路からグランドに接続されている抵抗器R2、R4、R5およびR6とに基づいて決まる。コンデンサC1およびC2は直流電圧分離器として動作し、したがってフィードバック・ブランチには2つのDC分離部C1、R5とC2、R6とがある。2つの別々のDC分離部を用いることにより、使用されているコンデンサのキャパシタンス値を十分に小さくすると共に、直流電圧が落ち着く速さを大きくすることができる。抵抗器R5およびR6は、加速回路が使用されているときに増幅器の利得を小さくしておくことを目的とするものである。スイッチは、例えば、CMOSスイッチであって良い。
図6は、オフセット電圧の除去回路11を実現するための本発明の回路装置の原理を描いた図である。この回路装置を、例えば、図4に示されている受信器のブロック6および7に使用することができる。図6に示されている配置では、ベースバンド信号Vinは増幅器61の入力に伝えられ、増幅器61の出力P61に生じる第1の信号s61は2つのブランチに伝えられる、即ち、コンデンサC61を介して増幅器62に送られ、またハイパスフィルタ64を介して加算器65に送られる。加算器を使うことにより、ハイパスフィルタでフィルタされた信号s63が基準電圧Vrefに加算される。その加算の結果、即ち第2の信号s62、はスイッチ63に送られ、このスイッチは短い制御パルスDCNによってオン状態に制御される。コンデンサC61の端子には、DCN制御パルスの持続時間全体にわたって実際上同一のベースバンド信号が存在し、その場合このコンデンサにはベースバンド信号により生じる電荷はほとんど存在しない。このように、DCN制御パルスが終わってスイッチ63がオフに切り替わるときに出力には顕著なオフセット電圧は生じない。
本発明の解決策では、信号ラインを通るベースバンド信号は、DCN制御パルスの持続時間中は遮断されず、DCN制御パルスの持続時間中にはハイパスフィルタでフィルタされたベースバンド信号がコンデンサの出力に生じる。ハイパスフィルタ64の下側制限周波数は、好適には信号ラインの下側制限周波数より高い。このとき第2の信号内に生じるオフセット電圧は迅速に減衰し、また、第2の信号を分離手段の出力に接続することにより、それに生じるオフセット電圧も迅速に減少する。しかし、ハイパスフィルタの高い下側制限周波数は、DCN制御パルスの持続時間中を除いては、実際の信号ラインの帯域に全く影響を及ぼさない。
本発明を用いれば、移動局を構成するのに利用できる直接変換受信器を簡単に考案することが可能である。移動局では、直接変換受信器を実現すると、必要な周波数合成器は1つだけであり、中間周波数部や中間周波数フィルタは不要であるので、コストが相当節約される結果となる。またRFシールド要件が軽減し、双方向フィルタは不要である。したがって、サイズが小さくて軽量な移動局を低コストで構成することが可能である。更に、移動局の電流消費量を減らすことができる。
信号の直流電圧成分を制御するための本発明の解決策を用いれば、従来技術の解決策と比べて下記のさらなる利点を達成することができる。
オフセット電圧を補正するためのディジタル信号処理は不要である。
アナログ信号からオフセット電圧を確実に減少させることができるので、オフセット電圧のためにアナログ/ディジタル変換器のダイナミック・レンジを大きくする必要はない。
オフセット電圧を減少させるための動作は信号ラインにおけるベースバンド信号の瞬間的遮断さえ生じさせない。
本発明の解決策は少数のコンポーネントで実現し得るものであるので、スペースをほとんど必要とせず、またさらなる製造コストは非常に低い。
この回路解決策に必要なコンポーネントを、A/D変換器の結線に容易に統合することができる。
本発明の解決策を用いれば、受信器の電流消費を少なくすることができる。
この解決策を用いれば、受信したチャネルの周波数に影響を与えるクロック信号およびその他の安定した周波数を持った干渉信号により生じる問題を解消することができ、これにより、装置をシールドする必要が軽減する。
本発明の解決策は、好適には、GSMおよびPCNシステム等のディジタル時分割移動通信システムの受信器に適用されるけれども、例えば、受信された信号が信号処理のためにディジタル形式に変換されるのであれば、本発明をアナログ・システムの受信器にも適用することができる。
本発明の解決策の幾つかの実施例について上のように説明した。当然に、例えば実現の細部及び使用範囲を修正することにより、請求項の範囲の枠内で本発明の原理を修正することができる。呈示した回路結線及び部品の数値は実例として記載されたに過ぎないのであって、それらは一般的に知られている設計原理にしたがって修正され得るものであることに留意するべきである。

Claims (16)

  1. 受信した無線周波数信号がベースバンドに復調されるときに前記受信した信号を処理する方法であって、ベースバンド信号の強度は制御回路により制御され、前記ベースバンド信号中に生じる直流電圧は信号ライン中の第1の直流電圧の分離手段(6,C1,C61)によって分離され、その後、前記信号はA/D変換される方法において、前記第1の直流電圧の分離手段の前に存在する第1のベースバンド信号の直流電圧成分は第1の制御信号(DCN1)に基づいて制御され(304)、前記第1の直流電圧の分離手段の後に存在する第2のベースバンド信号の直流電圧成分は第2の制御信号(DCN2)に基づいて制御され(305)、前記の第1および第2の制御信号は、そのうちの少なくとも一部分は同時にアクティブ状態に切り換えられることを特徴とする方法。
  2. ベースバンドに復調される前記信号は、本質的に直流電圧結合として前記の第1の分離手段(6,C1,C61)に伝えられることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記強度制御回路に生じる前記直流電圧成分は、第2の直流電圧の分離手段(9,C2,C3)によって定電位から分離され、前記第2の直流電圧の分離手段の充電状態は、前記制御回路に生じる前記直流電圧成分を制御するための前記第1の制御信号(DCN1)によって制御されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記の第1および第2の制御信号は、前記受信した信号の情報を含んでいるタイムスロットの開始前にアクティブ状態に切り換えられることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. オフセット電圧を減少させるために、前記の第1の分離手段(6,C1,C61)の出力(P62)に第2の信号(s62)が接続され、該第2の信号は、前記の第1の分離手段の前に存在する第1の信号(s61)に基づいて形成されることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 受信した信号を処理するための回路装置であって、該回路装置は、受信した無線周波数信号をベースバンドに復調するための復調器(2)と、前記ベースバンド信号の強度を制御するための制御回路(5)と、前記ベースバンド信号中に生じた直流電圧を分離してA/D変換器信号をディジタル形式に変換するための信号ライン中の第1の分離手段(6,C1,C61)とを有する回路装置において、前記回路装置は、前記分離手段の前に存在する第1のベースバンド信号の直流電圧成分を第1の制御信号(DCN1)に基づいて制御するための手段(10)と、前記分離手段の後に存在する第2のベースバンド信号の直流電圧成分を第2の制御信号(DCN2)に基づいて制御するための手段(11)とを有し、前記の第1および第2の制御信号は、そのうちの少なくとも一部分は同時にアクティブ状態に切り換えられ、
    ここに第2の信号(s62)を前記の第1の分離手段(6,C1,C61)の出力(P62)に接続するための手段(63)と、前記の第1の分離手段(6,C1,C61)の前に存在する第1の信号(s61)に基づいて前記第2の信号(s62)を形成するための手段(64,65)とを有することを特徴とする回路装置。
  7. 前記制御回路中に生じる前記直流電圧成分を定電位から分離するための第2の分離手段(9,C2,C3)を有することを特徴とする請求項6に記載の回路装置。
  8. 前記の第2の分離手段(9,C2,C3)の充電状態を、前記制御回路中に生じた前記直流電圧成分を制御するための前記第1の制御信号によって制御するための手段を有することを特徴とする請求項6または7に記載の回路装置。
  9. 前記復調器(2)と前記の第1の分離手段(6,C1,C61)との間の信号ラインは直流電圧結合であることを特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載の回路装置。
  10. 前記復調器(2)はI/Q復調器であり、その直角位相信号の出力にはベースバンド直角位相信号を処理するための第1のブランチ(3a)が接続され、同相信号の出力には同相ベースバンド信号を処理するための第2のブランチ(3b)が接続されていることを特徴とする請求項6から9のいずれか一項に記載の回路装置。
  11. 前記回路装置は直接変換受信器の一部分であることを特徴とする請求項6から10のいずれか一項に記載の回路装置。
  12. 前記回路装置は移動局の受信器の一部分であることを特徴とする請求項6から11のいずれか一項に記載の回路装置。
  13. 前記回路装置はディジタル時分割移動通信システムの一部分であることを特徴とする請求項6から12のいずれか一項に記載の回路装置。
  14. 前記受信した信号を直接変換受信器において処理することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記受信した信号を移動局の受信器において処理することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記受信した信号をディジタル時分割移動通信システムにおいて処理することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
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