JP4754637B2 - 車載無線機 - Google Patents

Description

本発明は、フロントエンドとベースバンドが分離されて異なる位置に配置され、有線で結線されている無線機に関する。

車載の無線機においては、無線機（受信機）とアンテナが離れた場所に設置される。このため、信号のロスや雑音の混入を避けようとすると、太い同軸ケーブルを引き回すことになるため配線が容易ではない。また、ケーブルが太いため重量が増大し、コストも増すという問題がある。

この問題はフロントエンド部をアンテナ直下に設けることで軽減することができる。無線機のフロントエンド部をアンテナ直下とすると、信号ロスを小さくしたり雑音の影響を小さくしたりできる低い周波数（中間周波数やベースバンド周波数）にしてからベースバンド部に伝送できるためである。さらにフロントエンド部とベースバンド部間の通信をディジタル化すると、接続ロスや雑音の影響をより一層避けることができる。フロントエンド部とベースバンド部間の通信は、フロントエンド部で受信信号をＡＤ変換してディジタルデータをシリアル化してベースバンド部に送り、ベースバンド部からのシリアル化された送信ディジタル信号をパラレル化してＤＡ変換することで、制御信号を含めてディジタル化できる。

このようにフロントエンド部とベースバンド部を離して設置する場合は、フロントエンド部のＡＤ変換器とベースバンド処理とのクロックの同期のために、両者のクロック同期を取る手段が必要となる。そして、クロックの同期を取るために基準クロックを引き回すと、配線が増大する問題が生じる。

たとえば、複数のアンテナからの信号を複数のフロントエンドで受信し、複数の信号のダイバーシチ合成を行うためには、各フロントエンド間のローカル発振器やＡＤ変換器のクロックが同期している必要がある（特許文献１）。また、複数のフロントエンド部で異なる無線方式を受信し１つのベースバンド部で同時に処理する場合も、ベースバンド部と各フロントエンド部の間でクロックの同期が必要となる。この際に、フロントエンド部とベースバンド部間を同期するために基準となるクロックを引き回すと配線が増大してしまう。

また、データをシリアルで伝送するときには、データにクロックを重畳させてデータからクロックを再生することで配線の追加を避けることができるが、次のような問題がある。第一に、クロック再生における信号純度の問題のために、クロックの同期が適切に行えない問題がある。第二に、シンボルレートが異なる複数の無線方式を同時に通信させようとすると、データの同期伝送のためには複数の方式間で共通のクロック周波数を用いる必要があり、シンボルレートの組み合わせによっては共通となる最小のクロック周波数が非常に高くなってしまうという問題が生じる。なお、この第二の問題を避けるために所定の共通クロックに変換する任意周波数変換というサンプリング周波数変換方法もあるが、この変換によっても信号に歪が生じるという問題もある。

特開２００１−３４５７７８号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、フロントエンド部とベースバンド部間の配線を増大させずにクロック同期を実現可能な無線機を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明では、以下の手段または処理によってフロントエンド部とベースバンド部が分離された無線機において同期取りを行う。

本発明に係る無線機は、ベースバンド部と１つまたは複数のフロントエンド部がそれぞれ分離されて別の筐体となっており、ベースバンド部とフロントエンド部が有線で結線されている。そして、いずれかの筐体に、基準クロックに基づく信号を無線信号に変換してクロック同期用信号として送信する送信機が設けられ、その筐体以外の筐体に、前記クロック同期用信号を受信する受信機と、前記クロック同期用信号から得られる基準クロック信号に同期したクロックを生成するＰＬＬとが設けられる。

このような構成を採用することで、無線信号によってクロックの同期取りが可能となるためクロック同期のために配線を引き回す必要がなくなり、配線の増大の問題を解消することができる。また、これによりフロントエンド部とベースバンド部の通信を非同期に行うことができる。

また、本発明の無線機は、シンボルレートの異なる複数の無線方式で同時に通信し、複数の異なる基準クロックを利用し、それぞれの基準クロックごとに、上記の送信機、受信機、ＰＬＬが設けられても良い。

このような構成によれば、複数の異なるシンボルレートに対応する場合であっても、各基準クロックごとに無線信号を用いて同期取りを行える。フロントエンド部とベースバンド部間のシリアル通信にクロック信号を重畳して同期を取る手法では、共通となる最小のクロック周波数が高くなる場合に対応が困難であるが、本発明によればそのような問題は発生しない。また、基準クロックごとにクロック同期用の配線を引き回すと配線が増大してしまうが、無線を利用しているため配線が増大する問題を避けられる。

また、本発明における送信機は、クロック同期用信号をバースト状に送信することが好ましく、さらに、バースト送信を行う前にキャリアセンスをしてから送信することが好ましい。

バースト状に送信することで周囲の機器に対する悪影響を少なくすることができる。さらに、キャリアセンスをして他の無線信号が存在しない場合にバースト送信を行うことで、他の機器に対する悪影響をより少なくすることができる。

また、本発明における送信機は、クロック同期用信号に識別情報を含ませて送信することが好ましい。ここで、識別情報は、たとえば、無線機を識別するための情報、１つの無線機内で複数の基準クロックが利用される場合に基準クロックを識別するための情報、これら両方を識別するための情報などが該当する。この場合、受信機は、受信したクロック同期用信号が対応する送信機からの信号であるかを識別情報に基づいて判断し、受信したクロック同期用信号が対応する送信機から送信されたものである場合に、ＰＬＬの更新処理を行うことが好ましい。

なお、クロック同期用信号に識別情報を含ませる場合は、クロック同期用の無線信号に
識別情報を重畳させて送信しても良いし、クロック同期用の無線信号にＡＭ変調などの変調を掛けて識別情報を含ませても良い。

このように、クロック同期用信号に識別情報を含ませることで、受信機側でどのクロックのクロック同期用信号であるかを判別可能であるため、誤ったクロックに対する同期を防ぐことができる。

なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を有する無線機として捉えることができる。また、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含むクロック同期方法として捉えることもできる。上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

本発明によれば、フロントエンド部とベースバンド部間の配線を増大させずにクロック同期を実現できる。

図１は、本実施形態に係る無線機の構成を示す図である。 図２は、クロック同期用信号を送信する送信機の構成を示す図である。 図３は、クロック同期用信号を受信する受信機および同期用ＰＬＬの構成を示す図である。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。

＜全体構成＞
図１は実施形態に係る無線機の全体構成を示す図である。本実施形態に係る無線機は、大略、マルチバンドアンテナ１ａに接続されたフロントエンド部２ａと、マルチバンドアンテナ１ｂに接続されたフロントエンド部２ｂと、各フロントエンド部２ａ，２ｂと有線で接続されたベースバンド部３とから構成される。これらのフロントエンド部２ａ，２ｂおよびベースバンド部３はそれぞれ異なる筐体として実装される。

マルチバンドアンテナ１ａは放送Ａと通信Ａに対応する。フロントエンド部２ａは、アンテナ１ａと接続されるデュープレクサ２１ａ、放送Ａ用のフロントエンド２２ａ、通信Ａ用のフロントエンド２３ａ、シリアル／パラレル変換器２４ａを含む。フロントエンド２２ａ、２３ａではベースバンド周波数と無線周波数の間の周波数変換や、アナログ／デジタル変換を行う。受信信号はフロントエンド２２ａ，２３ａでディジタル化され、さらにシリアル／パラレル変換器２４ａでシリアル化されてベースバンド部３へ送信される。また、ベースバンド部３からのシリアル化された送信ディジタル信号はシリアル／パラレル変換器２４ａでパラレル化され、フロントエンド２３ａでアナログ変換されて無線送信される。ここで、フロントエンド部２ａとベースバンド部３の間の通信に用いる通信速度は、無線通信のシンボル速度とは無関係に設定してよい。また、無線のシンボルタイミングを生成するクロックとも無関係で構わない。

マルチバンドアンテナ１ｂは放送Ａと通信Ｂに対応し、フロントエンド部２ｂは放送Ａと通信Ｂに対応するフロントエンドを備える。フロントエンド部２ｂの構成はフロントエンド部２ａの構成と基本的に同一であるため、詳しい説明は省略する。

ベースバンド部３は、フロントエンド部２ａ，２ｂとの間の伝送信号をシリアル／パラレル変換するシリアルパラレル変換器３１，３２、放送Ａ用のベースバンド処理部３３、
通信Ａ用のベースバンド処理部３４、通信Ｂ用のベースバンド処理部３５を含む。通信Ａ用ベースバンド処理部３４は、シリアル／パラレル変換器３１を介してフロントエンド部２ａとの間でデータのやりとりを行う。通信Ｂ用ベースバンド処理部３５は、シリアル／パラレル変換器３２を介してフロントエンド２ｂとの間でデータのやりとりを行う。また、放送Ａ用ベースバンド処理部３３は、ダイバーシチ受信を行うため、シリアル／パラレル変換器３１，３２を介してフロントエンド部２ａ，２ｂからそれぞれデータを受け取る。

このように、本実施形態に係る無線機では、フロントエンド部２ａ、２ｂおよびベースバンド部３がそれぞれ別筐体となっており、フロントエンド部とベースバンド部の通信は中間周波数またはベースバンド周波数の低い周波数に変換されて、さらにディジタル化されて行われるため、両者間の接続に関する信号ロスや雑音などによる影響を避けることができる。

＜クロック同期のための構成＞
このようにフロントエンド部とベースバンド部を別筐体として有線で接続する場合、フロントエンド部のＡＤ変換処理とベースバンド処理のクロック同期が必要となる。また、ダイバーシチ合成を行う場合には各フロントエンド間のローカル発振器やＡＤ変換器のクロック同期が必要となる。

本実施形態に係る無線機では、クロック同期のために以下の構成を採用する。すなわち、フロントエンド部２ａに基準クロック信号生成部２５と同期用送信機２６を設け、フロントエンド部２ｂおよびベースバンド部３に同期用受信機２７，３６と同期用ＰＬＬ２８，３７を設ける。フロントエンド部２ａの基準クロック信号生成部２５で生成された基準クロック信号は、同期用送信機２６によって無線信号（クロック同期用信号）としてフロントエンド部２ｂおよびベースバンド部３に対して送信される。フロントエンド部２ｂおよびベースバンド部３では、同期用受信機２７，３６によってこのクロック同期用信号を受信し、同期用ＰＬＬ２８，３７を基準クロックに同期させる。フロントエンド部２ｂおよびベースバンド３では、同期用ＰＬＬ２８，３７から出力されるクロック信号に同期して処理を行うので、無線機内でのクロックの同期が取れる。

なお、上記の説明では基準クロック信号生成部２５および同期用送信機２６をフロントエンド部２ａに設ける構成を例に挙げているが、これら構成はどの筐体に設けられても構わず、フロントエンド部２ｂやベースバンド部３にこれらの構成が設けられていてもよい。

また、放送Ａ、通信Ａ、通信Ｂのシンボルレートが異なる場合、シンボルレートの組み合わせによっては１つの基準クロックをもとにクロック信号を生成困難な場合がある。その場合には、それぞれのシンボルレートに対応した複数の基準クロックを設け、それぞれについてクロック同期用信号の送信機および受信機・同期用ＰＬＬを設ければよい。このとき、どの筐体に同期用送信機を設けるかは、基準クロックごとに任意に定めてよい。

［クロック同期用信号送信側］
以下、クロックの同期取りのための構成についてより詳細に説明する。図２はクロック同期用信号を送信する側の構成を示す図である。基準クロック信号生成部２５によって生成されたクロック信号は、増幅器１０１によって増幅された後、フロントエンド１ａ内に基準クロック信号として供給されるとともに、同期用送信機２６に入力される。同期用送信機２６に入力された基準信号は、周波数変換回路１０３によって無線周波数に変換され、増幅器１０８によって送信電力が増幅されてアンテナ１０９から送信される。本実施形態では無線周波数に変換する周波数変換回路として、位相比較器１０４、ループフィルタ
１０５、ＶＣＯ（電圧制御発振器）１０６および分周器１０７から構成されるＰＬＬ（位相同期回路）を採用している。分周器１０７は入力信号の周波数を１／Ｎ（Ｎは整数）にする。したがって周波数変換回路１０３に入力された基準信号は、周波数がＮ倍された無線周波数の無線信号（クロック同期用信号）となる。また、増幅器１０８では基準クロックを識別可能とするために、基準クロックに応じたＡＭ変調を施している。

アンテナ１０９による送受信はスイッチ１１０によって切り替え可能となっており、受信信号は、ＬＮＡ１１１およびバンドパスフィルタ１１２を介してキャリアセンス部１１３へ入力される。キャリアセンス部１１３は、クロック同期用信号を送信する前にキャリアセンスを行い、他の信号が検出できない場合にクロック同期用信号をバースト送信する。バーストタイミング制御／ＩＤ変調部１１４は、増幅器１０８を制御してバースト送信と基準クロックに応じたＡＭ変調を行う。１つの無線機の中で複数の基準クロック信号が使用される場合には、それらを識別するために基準クロック信号ごとに異なるＡＭ変調を行う。また、同一の無線機が複数存在した場合に他の無線機からのクロック同期用信号に誤って同期しないように無線機に固有のＡＭ変調を行う。したがって、無線機ごとおよび基準クロックごとに異なるＡＭ変調を行う。

［クロック同期用信号受信側］
図３は、クロック同期用信号を受信する側の構成を示す図である。同期用受信機２７，３６は、アンテナ２０１、ＬＮＡ２０２、分周器２０３およびＩＤ検出部２０４を含む。アンテナ２０１によって受信されたクロック同期用信号はＬＮＡ２０２によって増幅された後、分周器２０３によって１／Ｎの周波数に分周され、同期用ＰＬＬ２８，３７にリファレンス信号として入力される。ＩＤ検出部２０４は、受信信号をＡＭ復調することで、受信した信号が自身宛の信号であるか否かを判別可能である。ＩＤ検出部２０４は、自身宛のクロック同期用信号を受信している場合は、同期用ＰＬＬ２８，３７がこれに追従するように制御し、自身宛のクロック同期用信号を受信していない場合には現状の出力を維持するように同期用ＰＬＬ２８，３７を制御する。この追従およびホールドの制御は、ＩＤ検出部２０４から位相比較器２０５に入力されるホールド／追従制御信号によって行われる。

同期用ＰＬＬ２８，３７は、位相比較器２０５、ループフィルタ２０６およびＶＣＸＯ（電圧制御水晶発振器）２０７から構成され、分周器２０３より入力されるリファレンス信号と同期した信号を出力する。なお、同期用受信機２７，３６が自身宛のクロック同期用信号を受信し、ＩＤ検出部２０４から追従制御信号が位相比較器２０５に入力されている場合は、位相比較器２０５は分周器２０３から入力されるリファレンス信号と同期用ＰＬＬ２８，３７の出力信号の位相差に応じた信号を出力する。一方、同期用受信機２７，３６が自身宛のクロック同期用信号を受信しておらず、ＩＤ検出部２０４からホールド制御信号が位相比較器２０５に入力されている場合は、位相比較器２０５は入力信号間の位相差にかかわらず出力をハイインピーダンスとすることで、ループフィルタに現状の電圧を保持させる。このように、受信側では、受信したクロック同期用信号を識別し、自身宛の信号である場合には同期処理を行い、自身宛の信号がない場合にはＰＬＬの制御を行わないホールド状態となる。

＜実施形態の作用／効果＞
本実施形態に係る無線機によれば、フロントエンド部とベースバンド部を分離する場合に、クロック同期用信号を無線により送受信するため、両者間に配線を追加することなくクロックの同期が実現できる。

また、無線機がシンボルレートの異なる複数の無線方式に対応するときに、共通の最小クロック周波数が非常に高くなってしまうようなシンボルレートの組み合わせであっても
、それぞれの基準クロックごとにクロック同期用信号の送信機および受信機を設ければそれぞれの基準クロックの同期が実現できる。どのようなシンボルレートの組み合わせであっても同期用クロック無線信号により同期取りができる。したがって、複数の無線方式を同時に処理するときに、シンボルレートの組み合わせに制約を受けることなく良好なクロック同期を実現できる。

また、クロック同期用信号を連続ではなくバースト化して送信し、バーストを送信する前にキャリアセンスを行っているので、他の無線機器への妨害を最小限とすることが可能となる。

また、クロック同期用信号に基準クロックに応じた変調を施しているため、各同期用無線機は自身宛のクロック同期用信号か否かを判別可能となり、誤った信号に対して同期してしまうことを避けることが可能である。

１ａ，１ｂ マルチバンドアンテナ
２ａ，２ｂ フロントエンド部
３ ベースバンド部
２５ 基準クロック信号生成部
２６ 同期用送信機
２７ 同期用受信機
２８ 同期用ＰＬＬ
３６ 同期用受信機
３７ 同期用ＰＬＬ

Claims (5)

1. ベースバンド部と１つまたは複数のフロントエンド部がそれぞれ分離されて別の筐体となっており、前記ベースバンド部と前記フロントエンド部が有線で結線されている車載無線機であって、
   いずれかの筐体に、前記ベースバンド部と前記フロントエンド部の間で有線により送信されるデータのシンボルレートに応じた基準クロックに基づく信号を無線信号に変換してクロック同期用信号として送信する送信機が設けられ、
   前記送信機が設けられる筐体以外の筐体に、前記クロック同期用信号を受信する受信機と、前記クロック同期用信号から得られる基準クロック信号に同期したクロックを生成するＰＬＬとが設けられる
   ことを特徴とする車載無線機。
2. 前記車載無線機は、シンボルレートの異なる複数の無線方式で同時に通信し、複数の異なる基準クロックを利用するものであり、
   それぞれの基準クロックごとに、前記送信機と前記受信機および前記ＰＬＬが設けられており、
   前記送信機は、前記クロック同期用信号に基準クロックを特定するための識別情報を含ませて送信し、
   前記受信機は、受信したクロック同期用信号が対応する送信機からの信号であるかを前記識別情報に基づいて判断し、受信したクロック同期用信号が対応する送信機から送信されたものである場合に、前記ＰＬＬの更新処理を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の車載無線機。
3. 前記送信機は、前記識別情報に応じて、前記クロック同期用信号にＡＭ変調をかけて送信する
   ことを特徴とする請求項２に記載の車載無線機。
4. 前記送信機は、前記クロック同期用信号をバースト状に送信する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車載無線機。
5. 前記送信機は、バースト送信する前にキャリアセンスを行う
   ことを特徴とする請求項４に記載の車載無線機。

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