JP4382095B2 - 無線受信機およびディジタル復調方法 - Google Patents
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Description
そこで、AD変換器によりデータをサンプリングする際、変調信号のベースバンドレートよりは大きいが、RF周波数よりは小さい周波数のクロックによりアンダーサンプリングを行ってディジタル変換するアンダーサンプリング方式が考えられる。しかしながら、単純に低いクロック周波数によるアンダーサンプリングでは、サンプリングクロックのジッタの影響をRF周波数で受けるため、クロック純度が通常に比べ、(無線周波数/クロック周波数)倍の精度を必要とし、この方式も実現が困難である。
で順次発生し(k=0,1,2...)、これらをAD変換出力信号に乗算して同相成分(Ich信号)、直交成分(Qch信号)を出力する。Ich,Qchのルートロールオフフィルタ207a,208aはIch信号、Qch信号の帯域を制限すると共にそれぞれに所定の特性を付加してべースバンド処理部209aに入力する。べースバンド処理部209aは入力信号に復調、復号等の処理を施す。
受信回路205mにおいて、ディジタル復調部206mはsin搬送波(=sin2πfc×(k/fs))及びcos搬送波(=cos2πfc×(k/fs))の離散データを周期1/fsで順次発生してAD変換出力信号に乗算して同相成分(Ich信号)、直交成分(Qch信号)を出力する。Ich,Qchのルートロールオフフィルタ207m,208mはIch信号、Qch信号の帯域を制限すると共にそれぞれに所定の特性を付加してべースバンド処理部209mに入力する。べースバンド処理部209mは入力信号に復調、復号等の処理を施す。以上はマルチキャリアの場合であるが、1波についてアンテナ入力信号のRF周波数を中間周波数にダウンコンバートしてからAD変換し、AD変換出力に直交復調処理を施すディジタル受信機も提案されている(特許文献1参照)。
以上から本発明の目的は、アナログ部の削減、特にアナログダウンコンバータを使用しないようにでき、かつ、ソフトウェアの無線化を実現できるようにすることである。
本発明の別の目的は、従来のように高い精度のクロック純度を必要としなくても、精度の高い直交復調結果が得られるようにすることである。
する。
本発明の受信方法は、アンテナ入力信号を所定のサンプリングレートN・fsでサンプルしてAD変換するステップ、N個のAD変換器出力をサンプリングレートN・fsでシフトすると共にアンダーサンプリングレートfsで保存するステップ、搬送波の位相を1/N・fsづつずらし、各位相をずらした搬送波を用いて前記N個の各データに対してそれぞれディジタル直交復調を施すステップ、各ディジタル直交復調結果を平均してアンダーサンプリングレートfs毎の区間平均値を出力するステップ、区間平均部の出力信号の帯域を制限するステップ、該帯域制限された信号にべースバンド処理を施すステップを有している。
本発明によれば、アナログ部の削減、特にアナログダウンコンバータを使用しないようにでき、無線受信機の小型化が可能になった。また、アナログダウンコンバータを使用しないようにできるため、本発明によれば、無線処理部のソフト化が可能となった。
また、本発明によれば、従来のように高い精度のクロック純度を必要としなくても、精度の高い直交復調結果を得をことができる。
本発明の無線受信機において、AD変換器はアンテナ入力信号を所定のサンプリングレートN・fs(fsはべースバンドレートより大きなアンダーサンプリングレート)でサンプルしてAD変換し、デマックス部はN個のAD変換器出力をサンプリングレートN・fsでシフトすると共にアンダーサンプリングレートfsで保存する。ディジタル直交復調部は、搬送波の位相が1/N・fsづつずれたN個の直交復調器を備え、各直交復調器は該位相がずれた搬送波をそれぞれ用いて前記N個の各データに対してディジタル直交復調を施し、区間平均部は各ディジタル直交復調結果を平均してアンダーサンプリングレートfs毎の区間平均値を出力する。帯域制限用フィルタ(ロールオフフィルタ)は区間平均部の出力信号の帯域を制限してべースバンド処理部に入力し、べースバンド処理部は帯域制限された信号にべースバンド処理を施す。
本発明のディジタル復調器において、デマックス部は、RF周波数より低く所定のアン
ダーサンプリングレートfsより高いサンプリング周波数N・fs(Nは2以上の整数)でサンプリングされたN個のアンテナ入力信号を該アンダーサンプリングレートfsで保持して出力し、直交復調部は搬送波の位相を1/N・fsづつずらし、各位相をずらした搬送波を用いてN個の各データにディジタル直交復調処理を施し、区間平均部は各ディジタル直交復調結果を平均してアンダーサンプリングレートfs毎の区間平均値を出力する。
(A)無線受信機の構成
図1は第1実施例の無線受信機のブロック図である。AD変換器11はRF周波数foのアンテナ入力信号を所定のサンプリングレートN・fs(fsはべースバンドレートより大きなアンダーサンプリングレート、Nは2以上の整数)でアンダーサンプリングしてAD変換する。デマックス部12は、直列接続されたフリップフロップFF11〜FF1Nで構成されたシフト部12aと、フリップフロップFF21〜FF2Nで構成された保持部12bを備えている。シフト部12aはAD変換器11から出力するN個のデータをサンプリングレートN・fsでフリップフロップFF11〜FF1N内をシフトすると共に、保持部12bはアンダーサンプリングレートfsでフリップフロップFF11〜FF1Nの内容をフリップフロップFF21〜FF2Nに保存して出力する。
ディジタル直交復調部13は、搬送波の位相が1/N・fsづつずれたN個の直交復調器13a〜13Nを備え、各直交復調器は該位相がずれた搬送波をそれぞれ用いてデマックス部12から出力される前記N個の各データに対してディジタル直交復調を施して出力する。
直交復調器13bはk=1のアドレスから始めて、以後周期1/N・fs 毎にkをインクリメントして離散データcos(α・k), sin(α・k)をメモリ31,32から読み出して乗算器33,34に入力する。乗算器33,34は離散データcos(α・k),sin(α・k)をデマックス部12の第2番目の出力データに乗算して同相成分(Ich信号)、直交成分(Qch信号)を出力する。すなわち、直交復調器13bは直交復調器13aの搬送波から位相が1/N・fsずれた搬送波を用いてデマックス部12から出力される第2番目のデータに対してディジタル直交復調を施して出力する。
以下同様に、直交復調器13Nはk=N−1のアドレスから始めて、以後周期1/N・fs 毎にkをインクリメントして離散データcos(α・k), sin(α・k)をメモリ31,32から読み出して乗算器33,34に入力する。乗算器33,34は離散データcos(α・k),sin(α・k)をデマックス部12の第N番目の出力データに乗算して同相成分(Ich信号)、直交成分(Qch信号)を出力する。すなわち、直交復調器13Nは直交復調器13
aの搬送波から位相が(N−1)/N・fsずれた搬送波を用いてデマックス部12から出力される第N番目のデータに対してディジタル直交復調を施して出力する。
以下は、本発明の2GHz帯受信機における各周波数fo,fs及びNの数値例であり、
fo=1900[MHz]
fs=2×3.84[MHz]=7.68[MHz]
N=78
N・fs=599.04[MHz]
である。上式において、3.84[MHz]はべースバンド周波数(チップ周波数)である。
本発明の無線受信機において、RF周波数foの無線入力信号は、サンプリングレートN・fsによって単純にアンダーサンプルされる。このときのアンダーサンプル比は、1900/599.04≒3倍となり、既存の装置で充分実績が有り、クロック精度の要求は実現的な値である。
動作周波数に対する、デバイスの実現性に関しては、AD変換器は現状2GHz級のものがリリースされている。また、ディジタル処理部に関して、500MHz級の高速動作はフリップフロップのみであり、LVDSデバイス等にて600MHz以上で動作していることから実現が可能であり、FFの後段に関しては、現状100MHz程度であれば充分実績があり、問題無く実現できる。
以下に実施例1の動作原理を数式により説明する。
アンテナ入力の時間波形を
ディジタル復調器を、デマックス部12、ディジタル直交復調部13、区間平均部14a,14bで構成する。デマックス部12は、RF周波数より低くアンダーサンプリングレートfsより高いサンプリング周波数N・fs(Nは2以上の整数)でサンプリングされたN個のアンテナ入力信号を該アンダーサンプリングレートfsで保持して出力し、直交復調部13は搬送波の位相を1/N・fsづつずらし、各位相をずらした搬送波を用いてN個のデマックス部の出力データにディジタル直交復調処理を施し、区間平均部14a,14bは各ディジタル直交復調結果を平均してアンダーサンプリングレートfs毎の区間平均値を出力する。
以上から、図1の実施例によれば、アナログダウンコンバータを使用しないようにでき、無線受信機の小型化が可能になった。また、アナログダウンコンバータを使用しないようにできるため、本発明によれば、無線処理部のソフト化が実現できる。また、本発明によれば、従来のように高い精度のクロック純度を必要としなくても、精度の高い直交復調結果を得ることができる。
(3)第2実施例
アンテナ入力信号が周波数fo〜fcのマルチキャリア信号の場合、無線受信機はキャリア毎に、AD変換器11に接続されたディジタル処理部21-1〜21-Nを備えている。各ディジタル処理部21-1〜21-Nはほぼ同一の構成を備え、(1)デマックス部12-1〜12-N、(2)復調部13-1〜13-N、(3)区間平均部14a-1〜14a-N,14b-1〜14b-N、(4)帯域制限フィルタ部(ルートロールオフフィルタ)15a-1〜15a-N,15b-1〜15b-N、(5)べースバンド処理部16-1〜16-Nを備えている。ディジタル処理部21-1は、符号が異なるが図1の構成と全く同じである。
各ディジタル処理部21-1〜21-Nにおいて異なる点は、ディジタル直交復調部13-1〜13-Nがそれぞれ周波数fo〜fcの搬送波を発生して復調している点である。すなわち、ディジタル直交復調部13-1は、周波数foの搬送波の位相が1/N・fsづつずれたN個の直交復調器13-1a〜13-1Nを備え、各直交復調器は該位相がずれた搬送波をそれぞれ用いてデマックス部12-1から出力されるN個のデータに対してディジタル直交復調を施して出力する。また、ディジタル直交復調部13-Nは、周波数fcの搬送波の位相が1/N・fsづつずれたN個の直交復調器13-Na〜13-NNを備え、各直交復調器は該位相がずれた搬送波をそれぞれ用いてデマックス部12-Nから出力されるN個のデータに対してディジタル直交復調を施して出力する。
かかる第2実施例によれば、AD変換器11までのアナログ部は1つで、複数のキャリアが受信可能となる。また、一括してマルチキャリアの各キャリアで送られてくる信号を復調して処理することができる。なお、図3において、べースバンド処理部16−1〜16−Nは共用構成とすることができる。
Claims (9)
- 無線受信機のディジタル復調器において、
アンテナ入力信号周波数より低く所定のアンダーサンプリングレートfsより高いサンプリング周波数N・fs(Nは2以上の整数)でサンプリングされたN個のアンテナ入力信号を該アンダーサンプリングレートfsで保持して出力するデマックス部、
搬送波の位相を1/N・fsづつずらし、各位相をずらした搬送波を用いて前記N個の各データにディジタル直交復調処理を施すディジタル直交復調部、
N個のディジタル直交復調結果を平均してアンダーサンプリングレートfs毎の区間平均値を出力する区間平均部、
を備えたことを特徴とするディジタル復調器。 - 前記デマックス部は、前記N個のアンテナ入力信号をサンプリングレートN・fsでシフトするシフト部、
シフトされたN個のデータをアンダーサンプリングレートfsで保持して出力する保持部、
を備えたことを特徴とする請求項1記載のディジタル復調器。 - 前記ディジタル直交復調部は、
sin搬送波及びcos搬送波を周期1/N・fsでサンプルした時の値をそれぞれ保持するメモリ、
N個の各入力データ毎に、1/N・fsづつ読出し位相を順次ずらして前記メモリから各搬送波データを読み出し、該各搬送波データを入力データに乗算して直交復調信号を出力するN個の乗算部、
を備えたことを特徴とする請求項1記載のディジタル復調器。 - 無線受信機のディジタル復調方法において、
アンテナ入力信号周波数より低く所定のアンダーサンプリングレートfsより高いサンプリング周波数N・fs(Nは2以上の整数)でサンプリングされたN個のアンテナ入力信号を該アンダーサンプリングレートfsで保存し、
搬送波の位相を1/N・fsづつずらし、各位相をずらした搬送波を用いて前記N個の各データに対してそれぞれディジタル直交復調を施し、
各ディジタル直交復調結果を平均してアンダーサンプリングレートfs毎の区間平均値を出力する、
ことを特徴とするディジタル復調方法。 - アンテナ入力信号を直接AD変換し、変換結果を用いて直交復調及び帯域制限する無線受信機において、
アンテナ入力信号を所定のサンプリングレートN・fsでサンプリングしてAD変換するAD変換器、
N個のAD変換器出力をアンダーサンプリングレートfsで保持して出力するデマックス部、
搬送波の位相を1/N・fsづつずらし、各位相をずらした搬送波を用いて前記N個の各データにディジタル直交復調を施すディジタル直交復調部、
N個のディジタル直交復調結果を平均してアンダーサンプリングレートfs毎の区間平均値を出力する区間平均部、
区間平均部の出力信号の帯域を制限する帯域制限フィルタ部、
帯域制限フィルタ出力にべースバンド処理を施すべースバンド処理部、
を備えることを特徴とする無線受信機。 - 前記デマックス部は、サンプリングレートN・fsで前記AD変換器出力をシフトするシフト部、
シフトされたN個のデータをアンダーサンプリングレートfsで保持して出力する保持部、
を備えたことを特徴とする請求項5記載の無線受信機。 - 前記ディジタル直交復調部は、
sin搬送波及びcos搬送波を周期1/N・fsでサンプルした時の値をそれぞれ保持するメモリ、
N個の各入力データ毎に、1/N・fsづつ読出し位相を順次ずらして前記メモリから各搬送波データを読み出し、該各搬送波データを入力データに乗算して直交復調信号を出力するN個の乗算部、
を備えたことを特徴とする請求項5記載の無線受信機。 - 前記アンテナ入力信号がマルチキャリア信号の場合、マルチキャリアの各キャリア毎に、
ディジタル直交復調部、区間平均部、帯域制限フィルタ部を少なくともを設け、
一括してマルチキャリアの各キャリアで送られてくる信号を復調して処理することを特徴とする請求項5記載の無線受信機。 - 無線受信機の受信方法において、
アンテナ入力信号を所定のサンプリングレートN・fsでサンプルしてAD変換し、
N個のAD変換器出力をサンプリングレートN・fsでシフトすると共にアンダーサンプリングレートfsで保存し、
搬送波の位相を1/N・fsづつずらし、各位相をずらした搬送波を用いて前記N個の各データに対してそれぞれディジタル直交復調を施し、
各ディジタル直交復調結果を平均してアンダーサンプリングレートfs毎の区間平均値を出力し、
区間平均部の出力信号の帯域を制限し、
該帯域制限された信号にべースバンド処理を施すこと、
を特徴とする無線受信機の受信方法。
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