JP4164507B2 - ダイレクトコンバージョン受信機及びその受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムで使用可能な基地局，車載局，携帯局に組み込まれる、ダイレクトコンバージョン方式を用いた受信機において、ＤＣオフセット量を検出し補正するための機能を備えるダイレクトコンバージョン方式受信機に関するものである。

近年の無線通信システムの高度化と複雑化により１つの受信装置において複数の無線通信システムに対応可能なハードウエアが求められている。その中でダイレクトコンバージョン受信方式は、小型化，低価格化の効果もあり注目を浴びている。（例えば、特許文献１参照）
以下図２を用いて従来の構成と動作原理を説明する。図２は従来のダイレクトコンバージョン受信機のブロック構成図である。

アンテナ１から入力される受信信号はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２に入力され、所望の周波数帯域の信号を通過させる。妨害波を除去した信号はＲＦ増幅器３に入力され、直交復調器４で、同相（Ｉ），直交（Ｑ）成分に分離される。直交復調器４は分配器５，ミキサ６−１，６−２，９０度移相器８で構成される。直交復調器４に入力された信号は、分配器５により電力を２分配される。ＰＬＬ周波数シンセサイザ１３より入力された搬送波信号の一方がミキサ６−１へ、もう一方が９０度移相器８を経てミキサ６−２に入力される。９０度位相が異なる搬送波信号のミキシングにより、同相成分Ｉ／直交成分Ｑ信号が得られる。

Ｉ，Ｑ信号はそれぞれ、ローパスフィルタ９−１，９−２（ＬＰＦ）で不要成分が除去され、ＡＧＣアンプ１０−１，１０−２に入力される。ＡＧＣアンプ１０−１，１０−２は入力信号レベルが大きい場合ゲインを小さく、入力信号レベルが小さい場合はゲインを大きくするように働き、Ａ／Ｄコンバータ１１−１，１１−２に入力され、信号レベルが最適なレベルとなるように動作する。

Ａ／Ｄコンバータ１１−１，１１−２でデジタル信号に変換された信号は、デジタル処理部１４に入力され、ベースバンド処理部１５で符号再生等の処理がなされる。

ダイレクトコンバージョン方式では入力信号と搬送波周波数（ＬＯ）が一致しているため、ＬＯリーク信号はミキシングによりそのままＤＣ成分となり復調処理において性能劣化をもたらす。このためＤＣオフセット補正処理が必要となる。図２ではＩ／Ｑ信号からＤＣ検出補正部１６を用いてオフセットを検出し、このオフセット分をキャンセルするようなＤＣ電圧をＤ／Ａコンバータ１２−３，１２−４で発生させ、加算器７−１，７−２に加算することによりＤＣオフセットを補正する。

また、ＡＧＣ処理部１７は、入力信号のレベルによりＡＧＣアンプ１０−１，１０−２の制御を行う。受信レベルより所望のゲインが得られるよう、ベースバンド処理部１５からの信号で制御電圧を出力し、Ｄ／Ａコンバータ１８でアナログ信号に変換し、ＡＧＣアンプ１０−１，１０−２のゲインを調整して、入力レベル一定となるように制御を行う。

これにより受信性能の劣化を防ぐことが可能となる。

特開平１０−９３６４７号公報（第４頁、図５３）

上記、従来の技術で述べたように、ダイレクトコンバージョン方式では入力信号と搬送波周波数（ＬＯ）が一致しているため、ＬＯリーク信号はミキシングによりそのままＤＣ成分となり復調処理において性能劣化をもたらす。また、ベースバンド帯内部で発生したＤＣオフセットも、そのままゲイン倍されＡ／Ｄコンバータ１１−１，１１−２の入力に加算される。そのため、従来の技術で述べたような方法でオフセットを除去する必要があるが、アナログ部でオフセットを補償した場合、図３の様に過渡応答特性でオフセット値が収束するまで時間がかかり、また収束する間はオフセットを含んだ信号となるため受信特性の劣化となる。

他に、ベースバンド帯でのゲインが大きいため高精度のオフセット補償能力を必要とする。

本発明の目的は、ＤＣオフセット補償を行った場合の過渡応答特性による信号の不確定さを軽減するダイレクトコンバージョン受信機を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、受信した無線周波数信号を増幅し周波数変換するアナログ信号処理部と、このアナログ信号処理部の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、このデジタル信号を処理するデジタル信号処理部を有するダイレクトコンバージョン受信機において、受信動作の開始前には、前記デジタル信号の所定のフレーム分積分してＤＣオフセットを検出し、該検出したＤＣオフセットがあらかじめ設定した所定の範囲内の場合、そのまま受信動作に移行し、前記検出したＤＣオフセットが前記あらかじめ設定した所定の範囲内でない場合、ＤＣオフセット補正データを出力することで前記アナログ信号処理部の出力信号のＤＣオフセットが前記あらかじめ設定した所定の範囲内に入る補正を行い、受信動作時には、前記デジタル信号処理部で、前記デジタル信号のプリアンブル信号のピークレベルを検出してＤＣオフセット分を算出し、前記プリアンブル信号に続く前記デジタル信号に変換された前記無線周波数信号のDCオフセットを補正するように構成する。

本発明によれば、ＤＣオフセット補償を行った場合の過渡応答特性による信号の不確定さを軽減するダイレクトコンバージョン受信機を得ることができる。

図１を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明によるダイレクトコンバージョン受信機のブロック構成図である。

アンテナ１から入力される受信信号はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２に入力され、所望の周波数帯域の信号を通過させる。妨害波を除去した信号はＲＦ増幅器３に入力され、直交復調器５で同相（Ｉ），直交（Ｑ）成分に分離される。直交復調器４は分配器５，ミキサ６−１，６−２，９０度移相器８で構成される。直交復調器５に入力された信号は、分配器５により電力を２分配される。ＰＬＬ周波数シンセサイザ１８より入力された搬送波信号の一方はミキサ６−１へ、もう一方は９０度移相器８を経てミキサ６−２に入力される。９０度位相が異なる搬送波信号のミキシングにより、同相成分Ｉ／直交成分Ｑ信号が得られる。

Ｉ／Ｑ信号はそれぞれ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）９−１，９−２で不要成分が除去され、ＡＧＣアンプ１０−１，１０−２に入力される。ＡＧＣアンプ１０−１，１０−２は入力信号レベルが大きい場合ゲインを小さく、入力信号レベルが小さい場合はゲインを大きくするように働き、Ａ／Ｄコンバータ１１−１，１１−２に入力される信号レベルが最適なレベルとなるように動作することで、ダイナミックレンジが確保できる。

Ａ／Ｄコンバータ１１−１，１１−２でデジタル信号に変換された信号は、デジタル部１９に入力され、Ａ／Ｄコンバータ１１−１，１１−２の出力に接続されたベースバンド処理部２０で符号再生等の処理がなされる。

次に、ＤＣオフセット補償動作について説明する。

まず、電源投入直後やリセット時など受信動作を開始する前に、Ａ／Ｄコンバータ１１−１，１１−２の出力に接続されたＤＣ検出補正部２１で、入力電圧値を例えば、１フレーム分積分しＤＣオフセットを検出する。検出したＤＣオフセットがあらかじめ設定した規定レベル範囲内であれば、そのまま受信動作に移行する。ここでＤＣオフセットが規定範囲内を超えていたらＤＣ検出補正部２１から補正データを出力し、Ｄ／Ａコンバータ１２−１，１２−２より補正電圧を出力し、加算器７−１，７−２に加算することにより、ＤＣオフセットが規定範囲内に入るよう調整を行う。この時、ＤＣオフセット値は正確に検出し補正できなくてもよく、Ａ／Ｄコンバータ１１−１，１１−２の動作ダイナミックレンジの範囲内であればかまわない。

本実施の形態において、受信動作時は、図４（ａ）に示すように、先頭にプリアンブル信号を有する送信信号を受信する。この送信信号のプリアンブル信号は０を中心として正負対称（±ｖ）となる信号である。

図１において、Ａ／Ｄコンバータ１１−１，１１−２の出力に接続されたピークレベル検出器２２は、このプリアンブル信号のピーク値に相当する信号（ここではｘ１，ｘ２）を検出する。Ｉ，Ｑ信号にＤＣオフセットが含まれている場合、図４（ｂ）に示すようにＤＣオフセット分が加算された信号となる。そこで、ピークレベル検出器２２は、このプリアンブル信号のピーク値ｘ１，及びｘ２を検出し、ベースバンド処理部２０に送る。ベースバンド処理部２０は、補正値（ｘ１＋ｘ２）／２を算出すると共に、以降の復調処理において、受信して信号処理し変換したデジタル信号から補正値を減算し、演算処理に用いることでＤＣオフセット補正による過渡応答の影響を無くすことができる。

本実施の形態によれば、ダイレクトコンバージョン受信機において、プリアンブル信号にゼロクロスする正負対称の信号を用いた送信信号を受信し、デジタル信号処理部における信号の復調の前に、プリアンブル信号のピークレベルを検出し、ＤＣオフセット補正値を以降の信号処理部においてデジタル的に処理することで、アナログ信号でＤＣオフセット補償を行った場合の過渡応答特性による信号の不確定さを最小にすることができ、受信特性の安定化をより図ることができる。

本発明によるダイレクトコンバージョン受信機の実施の形態のブロック構成図である。 従来のダイレクトコンバージョン受信機のブロック構成図である。 従来の課題を説明する補助図である。 本発明の動作説明の補助図である。

符号の説明

１：アンテナ、２：バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、３：ＲＦ増幅器、４：直交復調器、５：分配器、６−１，６−２：ミキサ、７−１，７−２：加算器、８：９０度移相器、９−１，９−２：ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１０−１，１０−２：ＡＧＣアンプ、１１−１，１１−２：Ａ／Ｄコンバータ、１２−１，１２−２，１２−３，１２−４：Ｄ／Ａコンバータ、１３：ＰＬＬ周波数シンセサイザ、１４，１９：デジタル処理部、１５，２０：ベースバンド処理部、１６，２１：ＤＣ検出補正部、１７：ＡＧＣ処理部、１８：Ｄ／Ａコンバータ、２２：ピークレベル検出器。

Claims (2)

1. 受信した無線周波数信号を増幅し周波数変換するアナログ信号処理部と、前記アナログ信号処理部の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記デジタル信号を処理するデジタル信号処理部を有するダイレクトコンバージョン受信機において、前記デジタル信号処理部は、前記デジタル信号のDCオフセットを検出するDC検出補正部および前記デジタル信号のピークレベルを検出するピークレベル検出部を備え、
   前記DC検出補正部は、受信動作開始前には、前記デジタル信号を所定のフレーム分積分してDCオフセットを検出すると共に、該検出したDCオフセットが所定の範囲内であれば、受信動作に移行し、該検出したDCオフセットが所定の範囲を越えている場合には、前記アナログ信号処理部の出力信号が所定の範囲内になるような補正信号を前記アナログ信号処理部に出力する機能を有し、
   前記ピークレベル検出部は、受信動作時に前記デジタル信号のプリアンブル信号のピークレベルを検出する機能を有し、
   前記デジタル信号処理部は、検出された前記ピークレベルから前記デジタル信号のＤＣオフセット分を算出し、前記プリアンブル信号に続く前記デジタル信号に変換された前記無線周波数信号のDCオフセットを補正する機能を備えたことを特徴とするダイレクトコンバージョン受信機。
2. 受信した無線周波数信号を増幅し周波数変換するアナログ信号処理部と、上記アナログ信号処理部の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、上記デジタル信号を処理するデジタル信号処理部を有するダイレクトコンバージョン受信機の受信方法において、
   受信動作の開始前には、前記デジタル信号の所定のフレーム分積分してＤＣオフセットを検出し、該検出したＤＣオフセットがあらかじめ設定した所定の範囲内の場合、そのまま受信動作に移行し、前記検出したＤＣオフセットが前記あらかじめ設定した所定の範囲内でない場合、ＤＣオフセット補正データを出力することで前記アナログ信号処理部の出力信号のＤＣオフセットが前記あらかじめ設定した所定の範囲内に入る補正を行い、
   受信動作時には、前記デジタル信号処理部で、前記デジタル信号のプリアンブル信号のピークレベルを検出してＤＣオフセット分を算出し、前記プリアンブル信号に続く前記デジタル信号に変換された前記無線周波数信号のDCオフセットを補正することを特徴とするダイレクトコンバージョン受信機の受信方法。

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