JP4551281B2

JP4551281B2 - 受信装置

Info

Publication number: JP4551281B2
Application number: JP2005173632A
Authority: JP
Inventors: 剛中戸川; 幹夫前田
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2025-06-14
Also published as: JP2006352321A

Description

本発明は、例えばミリ波帯の無線信号を受信する受信装置に関する。

近年、例えばミリ波帯の高周波信号を光ファイバで伝送し、光ファイバの伝送路の中継点で光電変換を行って無線伝送する光・無線融合技術の研究開発が盛んに行われている。この手法は、例えば放送波の共同受信用光ファイバケーブルの引き込みが困難な既設の集合住宅や、光ファイバ敷設経路に河川が横切る場合に、光ファイバ伝送を補完する手段として大変有用である。

光・無線融合技術を地上波デジタル放送の放送波信号の受信に適用したものとして、放送波信号とミリ波帯の無変調信号とによって同一の光源から得た搬送波光を変調した後、両者を波長多重して光伝送し、中継点の光電変換でミリ波帯に周波数変換して放送波信号を得る手法が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。

しかしながら、ミリ波帯信号は、一般の無線伝送、例えば無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）で用いられる無線信号よりも伝送損失が極めて大きいので、ミリ波帯信号の受信感度をさらに向上させた受信装置を構成する手法が求められている。受信装置の構成は、受信する無線信号の主搬送波信号の型式によって異なるものであり、以下、主搬送波信号について詳細に説明する。

無線伝送における主搬送波信号の振幅変調方式としては、両側波帯変調方式、単側波帯変調方式、残留側波帯変調方式が一般的である。中でも単側波帯変調方式は、占有帯域幅が両側波帯変調方式の１／２以下であるため、特に広帯域信号の無線伝送において望ましい変調方式である。

単側波帯変調方式は、さらに、主搬送波信号の伝送方式により、次の３通りの変調方式に分類できる。すなわち、単側波帯変調方式は、主搬送波信号をそのまま伝送する全搬送波方式と、主搬送波信号を伝送しない抑圧搬送波方式と、主搬送波信号の電力を低減して伝送する低減搬送波方式とに分類でき、以下具体的に説明する。

まず、全搬送波方式は、受信側で局部発振信号が不要であり、例えば非線形素子の２乗検波によって、受信した高周波信号をベースバンド周波数の信号に周波数変換（以下「ダウンコンバージョン」という。）できるため、受信装置を簡素な構成にできるという優位性を持ち、一般に、自己ヘテロダイン方式といわれる。加えて、全搬送波方式では、主搬送波信号と側波帯の周波数変動及び位相雑音とがダウンコンバージョンの際に相殺されるため、安定な信号を得ることができる。

しかしながら、全搬送波方式は、側波帯信号と比較して十分に大きな主搬送波信号を伝送する必要があるため、全送信電力に占める側波帯信号の電力の割合が制限される。側波帯信号電力の割合が小さいと、受信装置において発生する熱雑音により、受信感度が低下し、受信可能範囲が狭くなるという問題がある。この全搬送波方式を用いた受信装置としては、例えば特許文献１に示されたものが知られている。

次に、抑圧搬送波方式は、主搬送波信号を伝送しないため、全送信電力が一定の条件下では、全搬送波方式に比べ、受信可能範囲の点では有利である。しかしながら、送信側と受信側とで別々の局部発振信号を用いることになるため、周波数変動や位相雑音の影響が受信装置のダウンコンバージョン出力の信号に残留してしまう。この問題を解決するために、送信装置で送信側の局部発振信号のスペクトラムと同じスペクトラムのパイロット信号を、側波帯信号近傍の周波数に電力を下げて多重して伝送し、受信側でこの信号を基に受信側の局部発振信号を制御して周波数変動の影響を低減する手法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、ミリ波帯のように非常に周波数の高い領域において、周波数変動や位相雑音を完全に抑圧することは容易でなく、受信装置に複雑な処理回路が必要となり、製造コストが極めて増大するという問題がある。

また、予め送信側で側波帯信号と主搬送波信号とを分離し、両者を直交した二つの偏波で送信し、受信側で直交配置した直線偏波アンテナで受信する方式が提案されている（例えば、非特許文献２参照。）。この方式は、全搬送波方式と同様に周波数変動や位相雑音の点で有利であるが、受信アンテナの交差偏波識別特性の劣化がダウンコンバージョン出力の信号の品質低下につながるため、交差偏波識別特性に優れた受信アンテナが必要となり、製造コストが増大するという問題がある。

次に、低減搬送波方式は、全搬送波方式及び抑圧搬送波方式の欠点を補う手法である。主搬送波信号の電力を低減することで、全送信電力に占める側波帯信号の割合を全搬送波方式によるものよりも増加させて、受信感度を向上させることができる。また、低減搬送波方式は、伝送された主搬送波信号をダウンコンバージョンに用いることにより、周波数変動や位相雑音の影響を受けない安定した信号を得ることができる。

以上のように、無線伝送における主搬送波信号の振幅変調方式において、単側波帯変調方式には、全搬送波方式、抑圧搬送波方式及び低減搬送波方式の３通りの変調方式があり、その中でも低減搬送波方式を用いることは、伝送損失が極めて大きなミリ波帯信号を受信する受信装置にとって好ましいと言える。

鈴木健児、他著「地上波デジタル放送のミリ波光ファイバ伝送実験」、社団法人映像情報メディア学会技術報告、Ｖｏｌ．２７、Ｎｏ．４５、ＰＰ．１〜６、ＢＣＴ２００３−１３（Ｊｕｌ．２００３）荘司洋三、他著「自己ヘテロダイン検波を用いたミリ波通信システムに関する一検討」、１９９９年電子情報通信学会ソサイエティ大会、ＰＰ．３７０、Ｂ−５−１３５（Ｓｅｐｔ．１９９９）特開２００３−１９８２５９号公報特開２００４−２３５７５８号公報

しかしながら、低減搬送波方式を用いた従来の受信装置では、受信感度を向上させるために主搬送波信号を側波帯信号に比べて十分低くしようとすると、一般的な自己ヘテロダイン方式のダウンコンバージョンでは雑音成分が発生し、信号品質が低下するという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであり、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる受信装置を提供するものである。

本発明の受信装置は、主搬送波信号成分及び側波帯信号成分を含む無線信号を受信する無線信号受信手段と、前記無線信号受信手段によって受信された前記無線信号を入力し２つに分岐して出力する分岐器と、前記分岐器の一方の出力信号から前記主搬送波信号成分を抽出し、抽出した前記主搬送波信号成分の電力を調整する主搬送波信号電力調整手段と、前記分岐器の他方の出力信号から前記側波帯信号成分を抽出し、抽出した前記側波帯信号成分の電力を調整する側波帯信号電力調整手段と、前記主搬送波信号電力調整手段が出力する主搬送波信号成分の電力レベルが予め設定された範囲内に収まるよう前記分岐器が入力する前記無線信号の電力を設定する主搬送波信号電力設定手段と、前記主搬送波信号電力調整手段及び前記側波帯信号電力調整手段の出力信号に基づいてベースバンド周波数の信号を生成する周波数変換手段とを備え、前記主搬送波信号電力調整手段は、前記主搬送波信号成分を抽出する主搬送波信号抽出手段と、前記主搬送波信号抽出手段によって抽出された主搬送波信号成分に含まれる雑音成分を抑圧する雑音成分抑圧手段とを備え、前記雑音成分抑圧手段は、前記周波数変換手段が出力する前記ベースバンド周波数の信号の搬送波対雑音電力比に基づいて定められた通過帯域幅を有するフィルタを備え、前記側波帯信号電力調整手段は、前記側波帯信号成分を抽出する側波帯信号抽出手段を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の受信装置は、主搬送波信号成分及び側波帯信号成分の電力をそれぞれ別個に調整することができるので、ダウンコンバージョンを行う前に、側波帯信号成分と主搬送波成分との電力比を十分大きくし、主搬送波成分に含まれる雑音成分を低減することができ、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる。

また、この構成により、本発明の受信装置は、ダウンコンバージョンを行うための局部発振信号を生成する局部発振器を必要としないので、従来のものよりも製造コストを低減することができる。

また、この構成により、本発明の受信装置は、雑音成分抑圧手段が、主搬送波信号成分に含まれる雑音成分を抑圧するので、雑音成分が抑圧された主搬送波信号成分を用いてダウンコンバージョンを行うことができ、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる。
また、この構成により、本発明の受信装置は、主搬送波信号電力調整手段及び側波帯信号電力調整手段が、それぞれ、主搬送波信号成分及び側波帯信号成分の電力を別個に調整するので、ダウンコンバージョンを行う前に、側波帯信号成分と主搬送波成分との電力比を十分大きくし、主搬送波成分に含まれる雑音成分を低減することができ、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる。
また、この構成により、本発明の受信装置は、主搬送波信号成分及び側波帯信号成分の電力をそれぞれ別個に調整できるので、受信信号のダイナミックレンジの拡大化を図ることができる。
また、この構成により、本発明の受信装置は、電力の安定化が図り難いミリ波等の高周波信号を受信する場合でも、主搬送波信号電力調整手段から出力される信号の電力を安定化させることができ、電力が安定化された主搬送波信号成分を用いて側波帯信号成分のダウンコンバージョンを行うことができる。

さらに、本発明の受信装置は、前記無線信号の周波数と前記ベースバンド周波数との間の周波数に前記無線信号の周波数を変換する中間周波数変換手段を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の受信装置は、雑音成分抑圧手段が、無線周波数よりも小さい周波数帯域において主搬送波信号成分に含まれる雑音成分を抑圧することができるので、無線周波数帯域において雑音成分を抑圧するものよりも、雑音成分抑圧手段の構造を簡易化して製造コストの低減化を図ることができる。

さらに、本発明の受信装置は、前記周波数変換手段が出力するベースバンド周波数の信号の電力レベルが予め設定された範囲内に収まるよう前記側波帯信号抽出手段によって抽出された前記側波帯信号成分の電力を設定する側波帯信号電力設定手段を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の受信装置は、側波帯信号電力調整手段から出力される信号の電力を安定化させることができるので、側波帯信号成分と主搬送波信号成分との電力比の変動を所定範囲内に収めることができ、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる。

本発明は、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができるという効果を有する受信装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の受信装置がミリ波帯の高周波信号を受信する例を挙げて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態の受信装置の構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態の受信装置１００は、主搬送波信号成分及び側波帯信号成分を含むミリ波帯の高周波信号を受信する受信アンテナ１０１と、受信アンテナ１０１が受信したミリ波受信信号Ａを入力する信号入力部１１０と、入力信号の電力を調整する入力電力調整部１２０と、入力電力調整部１２０から出力される信号Ｃを２つの経路に分岐する２分岐器１０２と、主搬送波信号の電力を調整する主搬送波信号電力調整部１３０と、側波帯信号の電力を調整する側波帯信号電力調整部１４０とを備えている。なお、受信アンテナ１０１は、本発明の無線信号受信手段を構成している。

また、本実施の形態の受信装置１００は、主搬送波信号電力調整部１３０から出力される信号Ｄを制御回路１０４と信号出力部１５０との２つに分岐する２分岐器１０３と、信号Ｃの電力を調整するための制御信号を入力電力調整部１２０に出力する制御回路１０４と、主搬送波信号電力調整部１３０及び側波帯信号電力調整部１４０からそれぞれ出力される信号Ｄ及びＥを入力してベースバンド周波数の信号Ｆを出力する信号出力部１５０とを備えている。

信号入力部１１０は、受信アンテナ１０１が受信したミリ波受信信号Ａを増幅するミリ波増幅器１１１と、所定の周波数帯域の信号をろ波する帯域通過フィルタ１１２と、局部発振信号としてミリ波正弦波信号Ｂを生成するミリ波局部発振器１１３と、ミリ波正弦波信号Ｂを増幅するミリ波増幅器１１４と、帯域通過フィルタ１１２がろ波したミリ波受信信号Ａとミリ波増幅器１１４が増幅したミリ波正弦波信号Ｂとを乗算し、異なる２つの周波数の信号を生成するミキサ１１５と、ミキサ１１５が生成する信号のうち低い周波数の信号をろ波する低域通過フィルタ１１６とを備えている。なお、ミリ波局部発振器１１３は、本発明の中間周波数変換手段を構成している。

入力電力調整部１２０は、低域通過フィルタ１１６の出力信号を増幅する増幅器１２１と、フィードバック制御機能を有する可変減衰器１２２とを備え、信号Ｃを２分岐器１０２に出力するようになっている。なお、可変減衰器１２２は、制御回路１０４からの制御信号に基づいて動作するようになっている。

主搬送波信号電力調整部１３０は、２分岐器１０２によって分岐された一方の信号を入力し、この信号をろ波して主搬送波信号である無変調正弦波信号を抽出する帯域通過フィルタ１３１と、帯域通過フィルタ１３１によって抽出された無変調正弦波信号を増幅する増幅器１３２と、帯域通過フィルタ１３１の帯域よりも狭い帯域で無変調正弦波信号に含まれる雑音成分をさらに抑圧する狭帯域通過フィルタ１３３と、狭帯域通過フィルタ１３３によって抽出された無変調正弦波信号を増幅する増幅器１３４とを備え、信号Ｄを２分岐器１０３に出力するようになっている。

なお、主搬送波信号電力調整部１３０は、本発明の主搬送波信号電力調整手段を構成している。また、帯域通過フィルタ１３１は、本発明の主搬送波信号抽出手段を構成している。また、狭帯域通過フィルタ１３３は、本発明の雑音成分抑圧手段を構成している。

制御回路１０４は、主搬送波信号電力調整部１３０から出力される信号Ｄの電力レベルを監視し、信号Ｄの電力レベルが予め設定された範囲内に収まるよう可変減衰器１２２の減衰量を制御するための制御信号を可変減衰器１２２に出力するようになっている。なお、制御回路１０４及び可変減衰器１２２は、本発明の主搬送波信号電力設定手段を構成している。

側波帯信号電力調整部１４０は、２分岐器１０２によって分岐された他方の信号を入力し、この信号をろ波して側波帯信号を抽出する帯域通過フィルタ１４１と、帯域通過フィルタ１４１によって抽出された側波帯信号を増幅する増幅器１４２とを備え、信号Ｅを信号出力部１５０に出力するようになっている。

なお、側波帯信号電力調整部１４０は、本発明の側波帯信号電力調整手段を構成している。また、帯域通過フィルタ１４１は、本発明の側波帯信号抽出手段を構成している。

信号出力部１５０は、信号Ｄと信号Ｅとを乗算し、異なる２つの周波数の信号を生成するミキサ１５１と、ミキサ１５１が生成する信号のうち低い周波数の信号をろ波する低域通過フィルタ１５２と、低域通過フィルタ１５２によってろ波された信号を増幅する増幅器１５３とを備え、信号Ｄを用いて信号Ｅのダウンコンバージョンを行ってベースバンド周波数帯の信号Ｆを出力するようになっている。なお、ミキサ１５１に入力される信号Ｄの電力レベルは、増幅器１３２及び増幅器１３４によって、ミキサ１５１が適切に動作する電力レベルまで増幅されるようになっている。なお、ミキサ１５１は、本発明の周波数変換手段を構成している。

次に、本実施の形態の受信装置１００の動作について説明する。

まず、受信アンテナ１０１によって、ミリ波帯の高周波信号が受信され、受信したミリ波受信信号Ａが信号入力部１１０に出力される。ここで、ベースバンド周波数をｆ_ｓｉｇと表し、受信アンテナ１０１が受信したミリ波受信信号Ａの主搬送波信号の周波数をｆ_ｃａｒと表すと、ミリ波受信信号Ａに含まれる側波帯信号の周波数はｆ_ｃａｒ＋ｆ_ｓｉｇと表される。

次いで、信号入力部１１０に入力されたミリ波受信信号Ａは、ミリ波増幅器１１１によって増幅された後、帯域通過フィルタ１１２によって帯域外信号が抑圧される。一方、ミリ波局部発振器１１３からは、発振周波数ｆ_ｌｏｃである無変調のミリ波正弦波信号Ｂが出力され、ミリ波増幅器１１４によって増幅される。

さらに、ミキサ１１５によって、ミリ波受信信号Ａとミリ波正弦波信号Ｂとが、それぞれの和と差の周波数の信号に変換される。そして、低域通過フィルタ１１６によって、低域側の信号のみがろ波され、入力電力調整部１２０に出力される。

引き続き、入力電力調整部１２０に入力された信号は、増幅器１２１とフィードバック制御機能を有する可変減衰器１２２とにより、信号電力が所定値に調整されて２分岐器１０２に出力される。ここで、入力電力調整部１２０から出力される信号を信号Ｃとすると、信号Ｃは中間周波数ｆ_ｃａｒ−ｆ_ｌｏｃの無変調信号と、同じく中間周波数ｆ_ｃａｒ＋ｆ_ｓｉｇ−ｆ_ｌｏｃの側波帯信号とで構成される。

次いで、２分岐器１０２によって、信号Ｃが２つの経路に分岐され、一方は主搬送波信号電力調整部１３０に、他方は側波帯信号電力調整部１４０にそれぞれ出力される。

２分岐器１０２によって分岐された一方の信号Ｃは、主搬送波信号電力調整部１３０において以下のように処理される。

まず、帯域通過フィルタ１３１によって、主搬送波信号である無変調正弦波信号のみが選択され、増幅器１３２によって増幅される。

次いで、狭帯域通過フィルタ１３３によって、無変調正弦波信号に含まれる帯域外熱雑音成分がさらに抑圧された後、増幅器１３４によって増幅される。増幅器１３２及び増幅器１３４は、ミキサ１５１が適切に動作する電力レベルまで無変調正弦波信号の電力レベルを増幅し、増幅器１３４から信号Ｄが２分岐器１０３に出力される。

ここで、信号Ｄは周波数ｆ_ｃａｒ−ｆ_ｌｏｃの無変調正弦波信号である。この無変調正弦波信号は、後述するように信号出力部１５０のミキサ１５１において周波数変換用信号に用いるが、狭帯域通過フィルタ１３３を用いることにより熱雑音成分を抑圧することができるので、本実施の形態に係る受信装置１００は、熱雑音成分による信号品質の低下を防止することができる。

続いて、２分岐器１０３によって、無変調正弦波信号を含む信号Ｄが２経路に分岐され、一方は制御回路１０４に、他方はミキサ１５１に出力される。

次いで、制御回路１０４によって、信号Ｄの電力レベルが監視され、信号Ｄの電力レベルが予め設定された範囲内に収まるよう可変減衰器１２２の減衰量が制御される。

２分岐器１０２によって分岐された他方の信号Ｃは、側波帯信号電力調整部１４０において、まず、帯域通過フィルタ１４１によってろ波され、信号Ｃから側波帯信号が抽出される。この側波帯信号の周波数はｆ_ｃａｒ＋ｆ_ｓｉｇ−ｆ_ｌｏｃである。

次いで、増幅器１４２によって、側波帯信号が増幅された後、信号Ｅとしてミキサ１５１に出力される。

引き続き、ミキサ１５１によって、信号Ｄと信号Ｅとが、それぞれの和と差の周波数の信号に変換される。そして、低域通過フィルタ１５２によって、低域側の信号のみがろ波された後、増幅器１５３によって増幅され、ベースバンド周波数の信号Ｆが出力される。

前述の説明において、ミリ波局部発振器１１３は理想的な発振をし、出力されるミリ波正弦波信号Ｂの周波数ｆ_ｌｏｃは安定しているものと仮定した。しかしながら、実際の発振器には周波数変動や位相雑音成分等の影響による変動周波数Δｆ_ｌを含む。このとき、ミリ波局部発振器１１３の発振周波数はｆ_ｌｏｃ＋Δｆ_ｌとなる。本実施の形態に係る受信装置１００では、ミキサ１５１においてｆ_ｌｏｃ＋Δｆ_ｌが原理的に相殺されるため、変動周波数Δｆ_ｌの影響を受けず、安定したｆ_ｓｉｇの周波数を有する信号Ｆを得ることができる。また、送信側において主搬送波信号の周波数ｆ_ｃａｒが変動周波数Δｆ_ｃを有する場合にも、前述と同様にミキサ１５１で相殺される。

したがって、本実施の形態に係る受信装置１００は、送信装置を含めたミリ波帯の周波数の信号を生成する発振器によって発生する周波数変動や位相雑音成分等を全て相殺することができるので、周波数変動や位相雑音成分等の影響を受けず、周波数が安定した高品質の信号を得ることができる。

さらに、本実施の形態に係る受信装置１００は、主搬送波信号電力調整部１３０と側波帯信号電力調整部１４０とが分離されており、それぞれ独立して電力を調整する構成としたので、ミリ波受信信号Ａの周波数ｆ_ｃａｒである主搬送波信号が側波帯信号に対して小さい場合においても、ミキサ１５１で歪みを発生させることなくダウンコンバージョンを行うことができる。

次に、側波帯信号と主搬送波信号との電力比と、狭帯域通過フィルタ１３３の通過帯域幅とが、搬送波対雑音電力比（ＣａｒｒｉｅｒｔｏＮｏｉｓｅｒａｔｉｏ、以下「ＣＮＲ」という。）に与える影響を示すことにより、本実施の形態に係る受信装置１００における狭帯域通過フィルタ１３３の有効性を示す。

一般に、雑音指数Ｆ_ｉであるデバイスに対する入力信号のＣＮＲをＣＮＲ_ＩＮとし、出力信号のＣＮＲをＣＮＲ_ＯＵＴとすると、ＣＮＲ_ＯＵＴは式（１）で表される。

ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、Ｂ_ｉは信号帯域幅、Ｐ_ＩＮは入力信号電力を示している。

次に、狭帯域通過フィルタ１３３の通過帯域幅を２Ｂ_ｇとし、信号Ｄの主搬送波信号の電力をＰ_Ｌ、ＣＮＲをＣＮＲ_Ｌ、主搬送波信号近傍の１Ｈｚあたりの雑音電力をｎ_Ｌとする。一方、信号Ｅの側波帯信号の電力をＰ_Ｓ、ＣＮＲをＣＮＲ_Ｓ、１Ｈｚあたりの雑音電力をｎ_Ｓとする。ただし、ＣＮＲ_Ｌ及びＣＮＲ_Ｓの雑音帯域幅の定義を側波帯信号帯域幅Ｂ_０とする。このとき、ミキサ１５１で周波数変換された出力信号のＣＮＲをＣＮＲ_ＩＦとすると、ＣＮＲ_ＩＦは式（２）で表される。

Ｂ_ｇはＢ_０に比べて小さいため、ＣＮＲ_ＩＦ ^−１は式（３）のように近似できる。

図１に示された主搬送波信号電力調整部１３０及び側波帯信号電力調整部１４０において、それぞれ、入力電力をＰ_ｉｎ，Ｌ及びＰ_ｉｎ，Ｓ、入力ＣＮＲをＣＮＲ_ｉｎ，Ｌ及びＣＮＲ_ｉｎ，Ｓ、雑音指数をＦ_Ｌ及びＦ_Ｓとする。ＣＮＲ_Ｌ及びＣＮＲ_Ｓは、それぞれ、主搬送波信号電力調整部１３０及び側波帯信号電力調整部１４０の出力ＣＮＲであるため、式（１）を使って式（４）のように記述できる。

ここで、信号Ｃに含まれる側波帯信号成分と主搬送波信号成分との電力比Ｐ_ｉｎ，Ｓ／Ｐ_ｉｎ，Ｌをγとすると、側波帯信号成分及び主搬送波信号成分の雑音電力は同一であるため、次式が得られる。

Ｆ_Ｓ＝Ｆ_Ｌ＝Ｆとすると、式（６）を得る。

式（６）において、入力電力が十分大きく［］内の第２項を無視したときに、ＣＮＲ_ｉｎ，Ｌが例えば３０ｄＢである主搬送波信号を受信装置に入力した場合のγ対ＣＮＲ_ＩＦの計算値を２Ｂ_ｇ／Ｂ_０をパラメータとして図２に示す。

図２に示すように、側波帯信号の電力が主搬送波信号の電力よりも大きな領域、つまり低減搬送波方式の場合には、狭帯域通過フィルタ１３３のフィルタ幅Ｂ_ｇを狭くするほど、出力信号のＣＮＲが改善できることがわかる。

なお、ミリ波局部発振器１１３で周波数を変換するのは、受信アンテナ１０１が受信したミリ波受信信号Ａの周波数を、ミリ波受信信号Ａの周波数と信号Ｆのベースバンド周波数との間の周波数に下げることにより、通過帯域幅の狭い狭帯域通過フィルタ１３３のフィルタ製作を容易にするためである。

以上のように、本実施の形態の受信装置１００によれば、主搬送波信号電力調整部１３０及び側波帯信号電力調整部１４０は、主搬送波信号及び側波帯信号の電力をそれぞれ別個に調整することができる構成としたので、ダウンコンバージョンを行う前に、側波帯信号と主搬送波信号との電力比を十分大きくし、主搬送波信号に含まれる雑音成分を低減することができ、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる。

また、本実施の形態の受信装置１００によれば、ミキサ１５１は、主搬送波信号である無変調正弦波信号を用いて側波帯信号をダウンコンバージョンする構成としたので、ダウンコンバージョンを行うための局部発振信号を生成する局部発振器が不要となり、従来のものよりも製造コストを低減することができる。

さらに、本実施の形態の受信装置１００によれば、狭帯域通過フィルタ１３３は、主搬送波信号に含まれる雑音成分を抑圧する構成としたので、雑音成分が抑圧された主搬送波信号を用いてダウンコンバージョンを行うことができ、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる。

さらに、本実施の形態の受信装置１００によれば、ミリ波局部発振器１１３は、無線信号の周波数とベースバンド周波数との間の周波数に無線信号の周波数を変換するための中間周波数の信号を生成する構成としたので、無線周波数帯域において雑音成分を抑圧するものよりも、狭帯域通過フィルタ１３３の構造を簡易化して製造コストの低減化を図ることができる。

さらに、本実施の形態の受信装置１００によれば、ミリ波局部発振器１１３は、前述の中間周波数の信号を生成する構成としたので、無線周波数帯域において雑音成分を抑圧するものよりも、狭帯域通過フィルタ１３３の通過帯域幅を狭めて雑音成分を高精度で抑圧することができ、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる。

さらに、本実施の形態の受信装置１００によれば、主搬送波信号及び側波帯信号の電力をそれぞれ別個に調整できる構成としたので、受信信号のダイナミックレンジの拡大化を図ることができる。

さらに、本実施の形態の受信装置１００によれば、制御回路１０４及び可変減衰器１２２は、主搬送波信号電力調整部１３０から出力される信号Ｄの電力をフィードバック制御により所定の範囲内に設定する構成としたので、電力の安定化が図り難いミリ波等の高周波信号を受信する場合でも、主搬送波信号電力調整部１３０から出力される信号Ｄの電力を安定化させることができ、電力が安定化された主搬送波信号を用いて側波帯信号のダウンコンバージョンを行うことができる。

なお、前述の実施の形態において、ミリ波帯の高周波信号を受信する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、周波数が変動しやすい高周波信号を受信するものであれば同様の効果が得られる。

また、前述の実施の形態において、主搬送波信号電力調整部１３０が、帯域通過フィルタ１３１及び狭帯域通過フィルタ１３３の２つのフィルタを有する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、所望の雑音レベルが得られるものであれば１つのフィルタで構成しても同様の効果が得られる。

（第２の実施の形態）
まず、本発明の第２の実施の形態の受信装置の構成について説明する。

図３に示すように、本実施の形態の受信装置２００は、主搬送波信号成分及び側波帯信号成分を含むミリ波帯の高周波信号を受信する受信アンテナ２０１と、受信アンテナ２０１が受信したミリ波受信信号Ａを入力する信号入力部２１０と、入力信号の電力を調整する入力電力調整部２２０と、入力電力調整部２２０から出力される信号Ｃを２つの経路に分岐する２分岐器２０２と、主搬送波信号の電力を調整する主搬送波信号電力調整部２３０と、側波帯信号の電力を調整する側波帯信号電力調整部２４０とを備えている。なお、受信アンテナ２０１は、本発明の無線信号受信手段を構成している。

また、本実施の形態の受信装置２００は、主搬送波信号電力調整部２３０から出力される信号Ｄを制御回路２０４と信号出力部２５０との２つに分岐する２分岐器２０３と、信号Ｃの電力を調整するための制御信号を入力電力調整部２２０に出力する制御回路２０４と、主搬送波信号電力調整部２３０及び側波帯信号電力調整部２４０からそれぞれ出力される信号Ｄ及びＥを入力してベースバンド周波数の信号Ｆを出力する信号出力部２５０と、信号Ｆの電力を監視して信号Ｅの電力レベルを調整するための制御信号を入力電力調整部２４０に出力する制御回路２０６とを備えている。

なお、本実施の形態の受信装置２００の構成は、本発明の第１の実施の形態に係る受信装置１００の構成の一部を変更したものであるので、受信装置１００の構成と異なる構成についてのみ説明し、受信装置１００の構成と同様な構成の説明は省略する。

側波帯信号電力調整部２４０は、２分岐器２０２によって分岐された信号を入力し、この信号をろ波して側波帯信号を抽出する帯域通過フィルタ２４１と、帯域通過フィルタ２４１によってろ波された側波帯信号を増幅する増幅器２４２と、フィードバック制御機能を有する可変減衰器２４３と、可変減衰器２４３によって減衰された信号を増幅する増幅器２４４とを備え、信号Ｅを信号出力部２５０に出力するようになっている。

なお、側波帯信号電力調整部２４０は、本発明の側波帯信号電力調整手段を構成している。また、帯域通過フィルタ２４１は、本発明の側波帯信号抽出手段を構成している。

制御回路２０６は、２分岐器２０５を介し、信号出力部２５０から出力される信号Ｆの電力レベルを監視し、信号Ｆの電力レベルが予め設定された範囲内に収まるよう可変減衰器２４３の減衰量を制御するための制御信号を可変減衰器２４３に出力するようになっている。換言すれば、制御回路２０６は、信号Ｆの電力レベルに基づいて、信号Ｅの電力レベルが予め設定された範囲内に収まるよう可変減衰器２４３の減衰量を制御するようになっている。なお、制御回路２０６及び可変減衰器２４３は、本発明の側波帯信号電力設定手段を構成している。

したがって、何らかの原因により、例えば信号Ｆに含まれる側波帯信号成分と主搬送波信号成分との電力比γが増えた場合でも、制御回路２０６及び可変減衰器２４３によって、信号Ｆの増加分が可変減衰器２４３に負帰還されてミキサ２５１での歪み発生を抑えるように動作するようになっている。なお、制御回路２０６及び可変減衰器２４３は、本発明の側波帯信号電力設定手段を構成している。

次に、本実施の形態の受信装置２００の動作について説明する。なお、本発明の第１の実施の形態に係る受信装置１００の動作と異なる動作についてのみ以下説明する。

信号出力部２５０によって出力された信号Ｆは、２分岐器２０５によって２つの経路に分岐され、一方は制御回路２０６に、他方は受信装置２００の出力信号としてそれぞれ出力される。

次いで、制御回路２０６によって、信号Ｆの電力レベルが監視され、信号Ｆの電力レベルが予め設定された範囲内に収まるよう可変減衰器２４３の減衰量が制御される。

そして、増幅器２４４によって、側波帯信号が増幅された後、信号Ｅとしてミキサ２５１に出力される。

なお、本発明の第１の実施の形態に係る受信装置１００（図１参照）においては、ミリ波受信信号Ａにおける側波帯信号成分と主搬送波信号成分との電力比γが常に一定であることを前提としているが、本実施の形態に係る受信装置２００においては、前述のように、制御回路２０６が可変減衰器２４３の減衰量を制御する構成としたので、側波帯信号成分と主搬送波信号成分との電力比γが例えば増大した場合でも、信号Ｆの増加分が可変減衰器２４３に負帰還されてミキサ２５１での歪み発生を抑えることができる。

以上のように、本実施の形態の受信装置２００によれば、制御回路２０６は、信号Ｆの電力レベルを監視し、信号Ｆの電力レベルが予め設定された範囲内に収まるよう可変減衰器２４３の減衰量を制御するための制御信号を可変減衰器２４３に出力し、可変減衰器２４３は、制御信号に応じて側波帯信号電力調整部２４０から出力される信号Ｅの電力をフィードバック制御により所定の範囲内に設定する構成としたので、電力の安定化が図り難いミリ波等の高周波信号を受信する場合でも、側波帯信号成分と主搬送波信号成分との電力比γの変動を所定範囲内に収めることができ、ダウンコンバージョンにより発生する雑音成分を低減して受信感度の向上を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る受信装置のブロック図本発明の第１の実施の形態に係る受信装置において、狭帯域通過フィルタの通過帯域幅を変化させた場合のγ対ＣＮＲ_ＩＦの特性を示す図本発明の第２の実施の形態に係る受信装置のブロック図

符号の説明

１００、２００受信装置
１０１、２０１受信アンテナ（無線信号受信手段）
１０２、１０３、２０２、２０３、２０５２分岐器
１０４、２０４制御回路（主搬送波信号電力設定手段）
２０６制御回路（側波帯信号電力設定手段）
１１０、２１０信号入力部
１１１、１１４ミリ波増幅器
１１２帯域通過フィルタ
１３１帯域通過フィルタ（主搬送波信号抽出手段）
１４１、２４１帯域通過フィルタ（側波帯信号抽出手段）
１１３ミリ波局部発振器（中間周波数変換手段）
１１５ミキサ
１１６、１５２低域通過フィルタ
１２０、２２０入力電力調整部
１２１、１３２、１３４、１４２、１５３、２４２、２４４増幅器
１２２可変減衰器（主搬送波信号電力設定手段）
２４３可変減衰器（側波帯信号電力設定手段）
１３０、２３０主搬送波信号電力調整部（主搬送波信号電力調整手段）
１３３狭帯域通過フィルタ（雑音成分抑圧手段）
１４０、２４０側波帯信号電力調整部（側波帯信号電力調整手段）
１５０、２５０信号出力部
１５１、２５１ミキサ（周波数変換手段）

Claims

主搬送波信号成分及び側波帯信号成分を含む無線信号を受信する無線信号受信手段と、
前記無線信号受信手段によって受信された前記無線信号を入力し２つに分岐して出力する分岐器と、
前記分岐器の一方の出力信号から前記主搬送波信号成分を抽出し、抽出した前記主搬送波信号成分の電力を調整する主搬送波信号電力調整手段と、
前記分岐器の他方の出力信号から前記側波帯信号成分を抽出し、抽出した前記側波帯信号成分の電力を調整する側波帯信号電力調整手段と、
前記主搬送波信号電力調整手段が出力する主搬送波信号成分の電力レベルが予め設定された範囲内に収まるよう前記分岐器が入力する前記無線信号の電力を設定する主搬送波信号電力設定手段と、
前記主搬送波信号電力調整手段及び前記側波帯信号電力調整手段の出力信号に基づいてベースバンド周波数の信号を生成する周波数変換手段とを備え、
前記主搬送波信号電力調整手段は、前記主搬送波信号成分を抽出する主搬送波信号抽出手段と、前記主搬送波信号抽出手段によって抽出された主搬送波信号成分に含まれる雑音成分を抑圧する雑音成分抑圧手段とを備え、
前記雑音成分抑圧手段は、前記周波数変換手段が出力する前記ベースバンド周波数の信号の搬送波対雑音電力比に基づいて定められた通過帯域幅を有するフィルタを備え、
前記側波帯信号電力調整手段は、前記側波帯信号成分を抽出する側波帯信号抽出手段を備えたことを特徴とする受信装置。
前記無線信号の周波数と前記ベースバンド周波数との間の周波数に前記無線信号の周波数を変換する中間周波数変換手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
前記周波数変換手段が出力するベースバンド周波数の信号の電力レベルが予め設定された範囲内に収まるよう前記側波帯信号抽出手段によって抽出された前記側波帯信号成分の電力を設定する側波帯信号電力設定手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の受信装置。