JP5004897B2 - 漏洩信号相殺回路及び送受信機 - Google Patents

Description

この発明は、例えば無線識別システムの質問器に用いる漏洩信号相殺回路及びこれを用いた送受信機に関するものである。

例えば、無線識別システムの質問器等における従来の漏洩信号相殺回路では、カプラで送信信号の一部を取り出し、取り出した信号の振幅と位相を直交変調器で調整して送信部から受信部に漏れ込む漏洩信号と等振幅で逆相の相殺信号を生成し、漏洩信号を含む受信信号と合成して漏洩信号を相殺する（例えば、非特許文献１参照）。

この回路は、次のような動作を行うものである。送信中、受信部には、送信部から漏洩信号が漏れこむ。漏洩信号相殺回路では、送信信号の一部を取り出して、直交変調器又はベクトル変調器において、次のようにしてその振幅と位相を調整し相殺信号を生成する。

先ず、漏洩信号を含んだ受信信号と相殺信号との振幅及び位相の比較結果に基づいて、相殺信号が、受信信号と等振幅でかつ同位相になるように帰還制御を行う。そして、直交変調器又はベクトル変調器から出力された相殺信号と受信信号とを逆相で合成して受信部に漏れこむ漏洩信号を相殺する。

無線識別システムにおいて、質問器は無変調搬送波を送信して応答器に給電する一方、応答器は質問器が送信する無変調搬送波の反射をオンオフして応答信号を返信する。そのため、質問器は、無変調搬送波を送信しながら応答器からの応答信号を受信する。

実際の質問器では無変調搬送波を送信する場合でも、送信部の熱雑音や電力増幅器の電源雑音によって搬送波が多少の振幅変調を受ける。その結果、送信信号のスペクトルは、搬送波近傍の応答信号の帯域、すなわち受信信号帯域にも広がる。

そのため、送信信号が受信部に漏洩すると、受信信号に干渉を与えて受信感度が劣化する問題がある（例えば、非特許文献２参照）。このような場合、ベクトル変調器を用いた漏洩信号相殺回路を設けると、振幅変調を受けた漏洩信号を相殺することができるので、漏洩信号による受信信号への干渉を抑圧して受信感度の劣化を改善できる。

ところで、無線識別システムには、応答器が質問器の送信変調信号帯域と同じ帯域を使って応答するベースバンド変調の方式と、応答器の応答信号がサブキャリア変調され、質問器の送信変調信号帯域のすぐ外側の帯域を使って応答するサブキャリア変調の方式がある。後者の方式は、元々質問器が送信する質問信号と応答器の応答信号の帯域を分離し、通信に関与しない別の質問器による応答器への干渉を軽減するものである。

上述した無変調搬送波が送信部の雑音で変調を受けて送信信号のスペクトルが広がり、応答器の応答信号に干渉を与える問題は、特に前者のベースバンド変調の方式を採用するシステムで顕著である。一方、後者のサブキャリア変調の方式を採用するシステムでは、応答器の応答信号が、質問器が送信する搬送波から離れた外側の帯域を使うので、干渉を受けにくい（例えば、非特許文献２の図５参照）。

P.D.L.Beasley A.G.Stove B.J.Reits and B-O.As, "Solving the problems of a single antenna frequency modulated CW radar", Record of the IEEE 1990 International Radar Conference, 7-10 May 1990, P391〜395, Figure 1, Figure 2 林 亮司、森 一富、「ＵＨＦ帯ＲＦＩＤパッシブタグシステムの通信距離とその改善」電子情報通信学会２００８総合大会 ＢＳ−１２−４

上述したように、無線識別システムには、ベースバンド変調の方式とサブキャリア変調の方式があり、これらの方式を適用したシステムが混在している。従来の漏洩信号相殺回路を備えた質問器では、相殺信号を生成する回路の出力が受信信号と相殺信号を合成する合成器に常時接続されている。すなわち、いずれの変調方式の場合であっても、応答器の応答信号（受信信号）が漏洩信号相殺回路を経由して相殺信号と合成された後、受信部に入力され、受信される。

このような構成では、相殺信号を生成する回路中の直交変調器又はベクトル変調器やレベル調整用の増幅器等から発生する熱雑音が、合成器を介して受信信号に入り込むことになる。通常、漏洩信号相殺回路における直交変調器又はベクトル変調器が発生する熱雑音や合成器の損失が大きく、漏洩信号相殺回路を経由することにより受信信号のＳＮ比が劣化する。

応答信号がベースバンド変調の方式の場合、漏洩信号相殺回路を経由することによる受信ＳＮ比の劣化よりも、漏洩信号を相殺して応答信号に対する干渉を軽減する効果の方が大きい。一方、応答信号がサブキャリア変調方式の場合では、元々の送信漏洩信号が応答信号に与える干渉が小さいので、漏洩信号相殺回路を経由して受信ＳＮ比が劣化すると、漏洩信号相殺回路を経由しない場合より、却って受信感度が劣化する。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、応答信号の変調方式によらず、応答信号への漏洩信号干渉が少なく、かつ受信感度の劣化を低減できる漏洩信号相殺回路及びこれを用いた送受信機を得ることを目的とする。

この発明に係る漏洩信号相殺回路は、質問器と応答器を備えた送受信機に設けられ、送信信号の受信信号への漏洩信号を相殺する漏洩信号相殺回路において、相殺信号と受信信号を合成して前記漏洩信号を相殺する合成器と、前記応答器の応答信号の変調方式に応じて、前記合成器への相殺信号の入力をオンオフする相殺信号スイッチとを備えたことを特徴とするものである。

この発明によれば、合成器への相殺信号の入力をオンオフする相殺信号スイッチを設け、応答器の応答信号がサブキャリア変調信号であると、相殺信号スイッチをオフするので、サブキャリア変調方式以外の場合は、漏洩信号相殺回路を経由して漏洩信号の干渉を低減し、サブキャリア変調方式の場合は、漏洩信号相殺回路を経由せず、受信感度の保持することができ、応答信号の変調方式によらず、質問器側で信号を良好に復調することができるという効果がある。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による漏洩信号相殺回路を備えた送受信機の構成を示す図である。図１に示す送受信機は、送信部１０１、局部発振器１０２、ミキサ１０３，１０６、電力増幅器１０４、サーキュレータ１０５、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１０７、受信部１０８、カプラ２０１、直交変調器２０２、分配器２０３，２０４、合成器２０５、相殺信号スイッチ２１１、振幅比較器３０１、位相比較器３０２、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）３０３，３０４、積分器３０５，３０６、直交座標変換部３０７、及びＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）３０８，３０９を備える。

また、積分器３０５，３０６及び直交座標変換部３０７は、ディジタル信号を処理するディジタル部３１１である。ディジタル部３１１、振幅比較器３０１、位相比較器３０２、ＡＤＣ３０３，３０４及びＤＡＣ３０８，３０９から信号比較手段３００が構成されている。そして、カプラ２０１、直交変調器２０２、分配器２０３，２０４、合成器２０５、相殺信号スイッチ２１１及び信号比較手段３００から、漏洩信号を相殺する漏洩信号相殺回路が実現される。

送信部１０１は、ベースバンド又は中間周波数の送信信号を出力する。局部発振器１０２は、搬送波として局部発振信号を発振する。ミキサ１０３は、送信部１０１が出力するベースバンド又は中間周波数の送信信号を、局部発振器１０２が出力する局部発振信号と乗算して搬送波をオンオフ変調する。電力増幅器１０４は、送信信号を電力増幅する増幅器である。

サーキュレータ１０５は、不図示のアンテナに対して電力増幅器１０４が出力する送信信号を供給するとともに、当該アンテナから受信信号を取り出すためのサーキュレータである。ミキサ１０６は、受信信号を局部発振器１０２が出力する局部発振信号と乗算してベースバンド又は中間周波数の受信信号に変換する。

受信部１０８は、ミキサ１０６で周波数変換されたベースバンド又は中間周波数の受信信号を処理する。また、ＨＰＦ１０７は、ミキサ１０６から出力された信号のうち高周波数帯域の信号のみを通過させて直流成分を除去するためのフィルタである。

カプラ２０１は、電力増幅器１０４から出力される送信信号の一部を取り出すカプラである。直交変調器２０２は、カプラ２０１で取り出された送信信号の振幅と位相を調整して相殺信号を生成する。例えば、信号比較手段３００から出力されるＩ，Ｑ信号に基づいて相殺信号を生成する。

分配器２０３は、直交変調器２０２が出力する相殺信号を逆相分配する分配器であり、分配器２０４は、合成器２０５で相殺信号と合成する前の受信信号の一部を取り出す分配器である。合成器２０５は、分配器２０３の出力信号と受信信号を合成する。振幅比較器３０１は、分配器２０３が出力する相殺信号と分配器２０４が出力する受信信号との振幅を比較する比較器である。位相比較器３０２は、分配器２０３が出力する相殺信号と分配器２０５が出力する受信信号との位相を比較する比較器である。

ＡＤＣ３０３は、振幅比較器３０１が出力する振幅差信号をＡ／Ｄ変換する。ＡＤＣ３０４は、位相比較器３０２が出力する位相差信号をＡ／Ｄ変換する。積分器３０５は、ＡＤＣ３０３が出力する振幅差信号を積分する積分器である。積分器３０６は、ＡＤＣ３０４が出力する位相差信号を積分する積分器である。

直交座標変換部３０７は、積分器３０５が出力する振幅データ及び積分器３０６が出力する位相データを入力し、極座標から直交座標へ変換する信号処理回路である。ＤＡＣ３０８は、直交座標変換部３０７から出力された上記振幅データの変換データをＤ／Ａ変換する。ＤＡＣ３０９は、直交座標変換部３０７から出力された上記位相データの変換データをＤ／Ａ変換する。

また、上述したように、振幅比較器３０１からＤＡＣ３０９までによって、直交変調器２０２が生成した相殺信号と受信信号との振幅及び位相を比較し、この比較結果に対応した信号を出力する信号比較手段３００が構成されている。さらに、相殺信号スイッチ２１１は、分配器２０３と合成器２０５との間に設けられ、分配器２０３の出力と合成器２０５の入力を導通させたり、遮断したりするためのスイッチである。

次に動作について説明する。
先ず、カプラ２０１で取り出した送信信号（搬送波）の一部は直交変調器２０２のＬＯ（ローカル）端子に入力される。直交変調器２０２は、ＤＡＣ３０８，３０９が出力するＩ，Ｑ信号を用いて、カプラ２０１で取り出した信号の振幅と位相を調整して相殺信号を出力する。この相殺信号は分配器２０３で逆相分配され、逆相で出力された相殺信号が合成器２０５で受信信号と合成されて、受信信号に含まれる漏洩信号が相殺される。

一方、合成器２０５で相殺信号と合成される前の受信信号の一部は、分配器２０４で取り出される。分配器２０３が出力する相殺信号、及び、分配器２０４が出力する受信信号は、振幅比較器３０１と位相比較器３０２に入力される。振幅比較器３０１と位相比較器３０２では、分配器２０３が分配した相殺信号と分配器２０５が分配した受信信号との振幅及び位相を比較して、振幅差及び位相差に比例した信号を出力する。

ＡＤＣ３０３，３０４は、振幅比較器３０１及び位相比較器３０２がそれぞれ出力する振幅差信号と位相差信号をＡ／Ｄ変換する。さらに、積分器３０５，３０６によって、ＡＤＣ３０３，３０４がそれぞれ出力する振幅差信号と位相差信号とが積分され、振幅データ及び位相データとなる。

直交座標変換部３０７は、積分器３０５が出力する振幅データ及び積分器３０６が出力する位相データを入力し、極座標から直交座標への変換を行う。ＤＡＣ３０８，３０９は、直交座標変換部３０７からの各出力をＤ／Ａ変換する。この信号をＩ，Ｑ信号として直交変調器２０２に入力する。

例えば、分配器２０４で取り出した受信信号が、分配器２０３で分配した相殺信号に比べて振幅が大きい（小さい）場合、振幅比較器３０１は、振幅差に比例した正（負）の信号を出力するので、積分器３０５が出力する振幅データが増加（減少）する。すると、振幅データと位相データを直交座標変換部３０７で直交座標に変換した結果をＤ／Ａ変換したＩ，Ｑ信号の振幅（ＤＡＣ３０８，３０９の出力）が増加（減少）し、直交変調器２０２がＩ，Ｑ信号を直交変調して生成する相殺信号の振幅も増加（減少）する。このような制御は、受信信号と相殺信号の振幅が等しくなるように常に行われる。

一方、位相についても同様に、分配器２０４で取り出した受信信号が、分配器２０３で分配した相殺信号に比べて位相が進んでいる（遅れている）場合、位相比較器３０２は、位相差に比例した正（負）の信号を出力するので、積分器３０６が出力する位相データが増加（減少）する。すると、振幅データと位相データを直交座標変換部３０７で直交座標に変換した結果をＤ／Ａ変換したＩ，Ｑ信号の位相（ＤＡＣ３０８，３０９の出力）が進む（遅れる）ので、直交変調器２０２がＩ，Ｑ信号を直交変調して生成する相殺信号の位相が進む（遅れる）。このような制御は受信信号と相殺信号の位相が等しくなるように常に行われる。

このようにして、分配器２０３で分配した相殺信号が分配器２０４で取り出した受信信号と振幅、位相が等しくなるように制御される。この相殺信号は分配器２０３で逆相分配され、相殺信号スイッチ２１１を経由して合成器２０５で受信信号と合成されるので、受信信号に含まれる漏洩信号が相殺される。

質問器は応答器に対して、あらかじめ、応答信号をベースバンド変調信号とするか、サブキャリア信号とするかを指定する。相殺信号スイッチ２１１では、図示しない制御部によって、応答信号がサブキャリア変調信号の場合にオフとなるよう制御し、合成器２０５への相殺信号の入力を遮断する。これによって、漏洩信号を相殺しない代わりに、相殺信号を生成する回路中の直交変調器又はベクトル変調器やレベル調整用の増幅器等から発生する熱雑音が合成器２０５を介して受信部１０８に入り込むのを防ぐ。

なお、以上の説明では、相殺信号が漏洩信号と等振幅、同位相となるように帰還制御を行ったが、逆相相殺信号が漏洩信号と等振幅、逆位相になるように帰還制御を行い、逆相相殺信号を直交変調器で生成し、受信信号と逆相合成信号とを同相合成して、漏洩信号を相殺するようにしてもよい。

すなわち、この場合の構成としては、直交変調器２０２が逆相相殺信号を生成し、信号比較手段３００は、直交変調器２０２が生成した逆相相殺信号と受信信号との振幅及び位相を比較して、これら比較結果に対応した信号を出力する。そして、直交変調器２０２と信号比較手段３００は、逆相相殺信号が漏洩信号と等振幅、逆位相になるよう帰還制御を行う。なお、この場合、合成器２０５は、直交変調器２０２から出力された逆相相殺信号と受信信号とを同相合成するため、分配器２０３として逆相分配器の代わりに同相分配器を用いる。

なお、図１に示した例では、相殺信号及び受信信号の振幅を比較する振幅比較器３０１と、相殺信号及び受信信号の位相を比較する位相比較器３０２とを有する送受信機を示したが、本発明は、この構成に限定されるものではない。例えば、下記のような構成の送受信機に適用してもよい。

図２は、実施の形態１による漏洩信号相殺回路を備えた送受信機の他の構成例を示す図である。図２に示す送受信機は、送信部１０１、局部発振器１０２、ミキサ１０３、電力増幅器１０４、サーキュレータ１０５、直交復調器１１３、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１１４，１１５、受信部１１６、カプラ２０１、直交変調器２０２、合成器２０５、相殺信号スイッチ２１１、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）３０３，３０４、積分器３０５，３０６、及びＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）３０８，３０９を備える。

直交復調器１１３は、カプラ２０１で取り出した送信信号（搬送波）の一部及び合成器２０５からの出力信号を入力し、同相成分と直交成分の信号を復調する。ＨＰＦ１１４，１１５は、直交復調器１１３の出力信号から直流成分を除去するためのフィルタである。なお、図２において、図１と同一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

次に動作について説明する。
先ず、カプラ２０１で取り出した送信信号（搬送波）の一部は、直交復調器１１３及び直交変調器２０２の各ＬＯ（ローカル）端子に入力される。直交変調器２０２は、ＤＡＣ３０８，３０９が出力するＩ，Ｑ信号を用いて、カプラ２０１で取り出した信号の振幅と位相を調整して相殺信号を出力する。この相殺信号は、合成器２０５で受信信号と合成されて、当該受信信号に含まれる漏洩信号が相殺される。

一方、直交復調器１１３は、カプラ２０１で取り出した送信信号（搬送波）の一部及び合成器２０５からの出力信号を入力し、同相成分と直交成分の信号を復調する。直交復調器１１３から出力された同相成分と直交成分の信号は、ＡＤＣ３０３，３０４とＨＰＦ１１４，１１５へそれぞれ入力される。

ＡＤＣ３０３，３０４では、直交復調器１１３から入力した同相成分と直交成分の信号をそれぞれＡ／Ｄ変換する。さらに、積分器３０５，３０６により、ＡＤＣ３０３，３０４が出力する各信号が積分される。ＤＡＣ３０８，３０９は、積分器３０５，３０６からの各出力をＤ／Ａ変換する。この信号をＩ，Ｑ信号として直交変調器２０２に入力する。

例えば、受信信号の同相成分が、直交変調器２０２から出力された相殺信号の同相成分に比べて大きい（小さい）場合、直交復調器１１３が、振幅差に比例した正（負）の信号を出力するので、積分器３０５が出力する同相成分の振幅が増加（減少）する。すると、直交変調器２０２が、Ｉ，Ｑ信号を直交変調して生成する相殺信号の同相成分の振幅も増加（減少）する。同様の制御は、直交成分にも行われる。この結果、受信信号と相殺信号の同相成分と直交成分が等しくなるように常に制御される。つまり、受信信号と相殺信号の振幅と位相が等しくなるように常に制御される。

この構成においても、図１の場合と同様に、質問器は応答器に対して、あらかじめ、応答信号をベースバンド変調信号とするか、サブキャリア信号とするかを指定する。相殺信号スイッチ２１１では、図示しない制御部によって、応答信号がサブキャリア変調信号の場合にオフとなるよう制御し、合成器２０５への相殺信号の入力を遮断する。これによって、漏洩信号を相殺しない代わりに、相殺信号を生成する回路中の直交変調器又はベクトル変調器やレベル調整用の増幅器等から発生する熱雑音が合成器２０５を介して受信部１１６に入り込むのを防ぐ。

なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、上述した構成以外にも適用可能であり、同様の効果を得ることができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、合成器２０５への相殺信号の入力をオンオフする相殺信号スイッチ２１１を設け、応答信号がサブキャリア変調信号の場合は相殺信号スイッチ２１１をオフするようにしたので、無線識別システムにおいて、漏洩信号相殺回路で発生する雑音による感度劣化を防ぐことができる。これにより、応答器の応答信号がベースバンド変調の方式及びサブキャリア変調の方式のいずれであっても、応答信号への干渉が少ない質問器を実現することができる。

この発明の実施の形態１による漏洩信号相殺回路を備えた送受信機の構成を示す図である。 実施の形態１による漏洩信号相殺回路を備えた送受信機の他の構成例を示す図である。

符号の説明

１０１ 送信部、１０２ 局部発振器、１０３，１０６ ミキサ、１０４ 電力増幅器、１０５ サーキュレータ、１０７，１１４，１１５ 高域通過フィルタ（ＨＰＦ）、１０８，１１６ 受信部、１１３ 直交復調器、２０１ カプラ、２０２ 直交変調器、２０３，２０４ 分配器、２０５ 合成器、２１１ 相殺信号スイッチ、３０１ 振幅比較器、３０２ 位相比較器、３０３，３０４ Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）、３０５，３０６ 積分器、３０７ 直交座標変換部、３０８，３０９ Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）、３００ 信号比較手段、３１１，３１１ａ ディジタル部。

Claims (3)

1. 質問器と応答器を備えた送受信機に設けられ、送信信号の受信信号への漏洩信号を相殺する漏洩信号相殺回路において、
   相殺信号と受信信号を合成して前記漏洩信号を相殺する合成器と、
   前記応答器の応答信号の変調方式に応じて、前記合成器への相殺信号の入力をオンオフする相殺信号スイッチとを備えたことを特徴とする漏洩信号相殺回路。
2. 相殺信号スイッチは、質問器から応答器へ指定された応答信号の変調方式がサブキャリア変調方式のとき、合成器への相殺信号の入力をオフにすることを特徴とする請求項１記載の漏洩信号相殺回路。
3. 請求項１または請求項２記載の漏洩信号相殺回路を備えた送受信機。

Images