JP5148290B2 - 異なる規格を同時に受信するための受信機 - Google Patents

Description

本発明は、第１の規格に従う第１の無線周波数信号及び第１の規格と異なる第２の規格に従う第２の無線周波数信号を同時に受信する受信機に関し、周波数変換回路、方法及びプロセッサプログラムにも関する。

そのような受信機の例は、無線受信機、無線トランシーバ及び無線インターフェースである。

特許文献１は、第１のアップ/ダウンコンバージョン対及び第２のアップ/ダウンコンバージョン対を含むトランシーバを開示する。このトランシーバにおいて、アップ/ダウンコンバージョン対のダウンコンバージョン部分は受信機を構成し、アップ/ダウンコンバージョン対のアップコンバージョン部分は送信機を構成する。これらのアップ/ダウンコンバージョン対は、異なるプロトコルに従う信号を同時に受信するための並列の対である。
国際公開第01/035578号

この周知の受信機は、とりわけ、その消費電力が比較的大きいために不利である。

本発明の目的は、消費電力が比較的小さい、上で規定したような受信機を提供することである。

発明の更なる目的は、比較的低い消費電力を有する受信機において（と共に）使用するための、周波数変換回路、方法及びプロセッサプログラム製品を提供することである。

第１の情報を有し第１の規格に従う第１の無線周波数信号、及び第２の情報を有し第１の規格と異なる第２の規格に従う第２の無線周波数信号を同時に受信する本発明による受信機は、
- 第１の及び第２の無線周波数信号を第１の中間周波数信号に変換する第１の周波数変換ステージ、
- 第１の中間周波数信号を第２の中間周波数信号に変換する第２の周波数変換ステージ、及び、
- 第１の情報を第１の中間周波数信号から取り出し、第２の情報を第２の中間信号から取り出す処理ステージを有する。

第１の周波数変換ステージは両方の種類の無線周波数信号を第１の中間周波数信号に変換し、その第１の中間周波数信号から第１の情報が取り出される。第２の周波数変換ステージは第１の中間周波数信号を第２の中間周波数信号に変換し、その第２の中間周波数信号から第２の情報が取り出される。それで、第１の周波数変換ステージは両方の種類の無線周波数信号を同時に周波数変換するために用いられ、第１の情報はこれらの第１の中間周波数信号から取り出されることができる。第２の周波数変換ステージは第１の中間周波数信号を周波数変換するために用いられ、第２の情報はこれらの２の中間周波数信号から取り出されることができる。

従来技術の受信機は、無線周波数信号を分割し、２つの別々の高周波ユニットを介して分割された無線周波数信号をダウン変換する。本発明の受信機は、１つの高周波ユニットを介して両方の種類の無線周波数信号を一緒に周波数変換し（第１の周波数変換ステージ）、それから１つの中間周波数ユニットを介して第１の中間周波数信号を周波数変換する（第２の周波数変換ステージ）。消費電力が周波数に比例していることにより、従来技術による２つの別々の高周波ユニットは、本発明による１つの高周波ユニットよりも多くの電力を消費する。その結果、本発明の受信機は比較的低消費電力であり、比較的低コストである。

本発明の装置の実施の形態は、第１の発振器及び第１の発振器に結合する第１のミキサーを有する第１の周波数変換ステージによって規定される。そのような第１の発振器は、例えば第１の位相ロックループを有する。

本発明の装置の実施の形態は、第１の発振器に結合する更なる第１のミキサーをさらに有する第１の周波数変換ステージによって規定される。第１のミキサーは例えばいわゆる同相の第１の中間周波数信号を発生させ、更なる第１のミキサーは例えばいわゆる直角位相の第１の中間周波数信号を発生させる。

本発明の装置の実施の形態は、第２の発振器、及び第２の発振器に結合する第２のミキサーを有する第２の周波数変換ステージによって規定される。そのような第２の発振器は、例えば第２の位相ロックループを有する。コストを節約するために、第１の及び第２の位相ロックループは同じクリスタルを用いることができる。

本発明の装置の実施の形態は、第２の発振器に結合する更なる第２のミキサーをさらに有する第２の周波数変換ステージによって規定される。第２のミキサーは例えばいわゆる同相の第２の中間周波数信号を発生させ、更なる第２のミキサーは例えばいわゆる直角位相の第２の中間周波数信号を発生させる。

本発明の装置の実施の形態は、第２の発振器に結合する第３のミキサー及び更なる第３のミキサー並びに第１の加算器及び第２の加算器をさらに有する第２の周波数変換ステージによって規定され、第１の加算器の入力が第２の及び第３のミキサーの出力に結合し、第２の加算器の入力が更なる第２の及び更なる第３のミキサーの出力に結合する。第３の及び更なる第３のミキサーは、第２の及び更なる第２のミキサーによって実行される第１の中間周波数信号の周波数変換から生じる虚像をキャンセルするために用いられる。

本発明の装置の実施の形態は、第２の情報を除去するために第１の中間周波数信号をフィルタリングするフィルタを有する処理ステージによって規定される。フィルタは、例えばさらに自動利得制御機能及び制限機能を有することができる。

本発明の装置の実施の形態は、第１の情報を除去するために第２の中間周波数信号をフィルタリングする更なるフィルタをさらに有する処理ステージによって規定される。更なるフィルタは、例えばさらに自動利得制御機能及び制限機能を有することができる。

本発明の装置の実施の形態は、第３の加算器及び第４の加算器をさらに有する処理ステージによって規定され、第３の加算器の入力はフィルタ及び更なるフィルタの出力に結合し、第４の加算器の入力はフィルタ及び更なるフィルタの更なる出力に結合し、第３の加算器及び第４の加算器の出力はＡ／Ｄ変換器の入力に結合する。更なるフィルタ並びに第３の及び第４の加算器は、１つのＡ／Ｄ変換器がフィルタリングされた第１の及び第２の中間信号をデジタル化するために用いられることを可能にする。プロセッサは、デジタル化されフィルタリングされた第１の及び第２の中間周波数信号から、第１の及び第２の情報を実質的に同時に取り出すことができる。あるいは、更なるフィルタは第３の及び第４の加算器と同様に、第２の中間周波数信号をデジタル化するための更なるＡ／Ｄ変換器を導入することによって回避されることができる。

本発明による装置の実施の形態は、第１の規格が無線ローカルエリアネットワーク（Wireless Local Area Network）規格であること、及び第２の規格がBluetooth規格であることにより規定される。両方の規格又はプロトコルは2.4-2.5 GHz帯において例えば動作し、例えば実質的に同じ帯域内で動作する他の規格又はプロトコルは除外されない。

本発明による周波数変換回路、本発明による方法及び本発明によるプロセッサプログラム製品の実施の形態は、本発明の受信機の実施の形態に対応する。

本発明は、とりわけ、消費電力は周波数に比例し、２つの別々の高周波ユニットは１つの高周波ユニットよりも多くの電力を消費するという洞察に基づいており、とりわけ、第１の周波数変換ステージが、第１の情報を取り出すために第１の及び第２の無線周波数信号を第１の中間周波数信号に変換し、第２の周波数変換ステージが、第２の情報を取り出すために第１の中間周波数信号を第２の中間周波数信号に変換するという基本的なアイデアに基づいている。

本発明は、とりわけ、第１の規格に従う第１の無線周波数信号及び第１の規格と異なる第２の規格に従う第２の無線周波数信号を同時に受信し、比較的低い消費電力を有する受信機を提供するという課題を解決し、当該受信機が比較的低コストであるという点でさらに有利である。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に述べられる実施の形態から明らかであり、それらを参照して説明される。

図1に示される本発明の受信機5は、アンテナステージ4、第１の周波数変換ステージ1、第２の周波数変換ステージ2及び処理ステージ3を有する。アンテナステージ4は、アンテナフィルタ41を介して低雑音増幅器42に結合するアンテナを有する。第１の周波数変換ステージ1は、低雑音増幅器42の出力に結合する第１の入力を備える第１のミキサー11及び更なる第１のミキサー12を有する。第１の及び更なる第１のミキサー11及び12の第２の入力は、第１の発振器19の出力に結合する。同相の第１の発振信号が第１の発振器19から第１のミキサー11へ供給され、直角位相の第１の発振信号が第１の発振器19から更なる第１のミキサー12へ供給される。その結果、第１のミキサー11は同相の第１の中間信号を発生させ、更なる第１のミキサー12は直角位相の第１の中間信号を発生させる。

第２の周波数変換ステージ2は、第１のミキサー11の出力に結合する第１の入力を備える第２のミキサー21及び更なる第２のミキサー22、並びに更なる第１のミキサー12の出力に結合する第１の入力を備える第３のミキサー23及び更なる第３のミキサー24を有する。第２の及び更なる第３のミキサー21及び24の第２の入力は、第２の発振器29の第１の出力に結合する。更なる第２の及び第３のミキサー22及び23の第２の入力は、第２の発振器29の第２の出力に結合する。同相の第２の発振信号が第２の発振器29から更なる第２の及び第３のミキサー22及び23へ供給され、直角位相の第２の発振信号が第２の発振器29から第２の及び更なる第３のミキサー21及び24へ供給される。その結果、第２の及び第３のミキサー21及び23は同相の第２の中間信号を発生させ、更なる第２の及び更なる第３のミキサー22及び24は直角位相の第２の中間信号を発生させる。

第１の加算器25は第２の及び第３のミキサー21及び23の出力に結合し、虚像がキャンセルされた同相の第２の中間信号を発生させる。第２の加算器26は更なる第２の及び更なる第３のミキサー22及び24の出力に結合し、虚像がキャンセルされた直角位相の第２の中間信号を発生させる。これらの虚像は、ミキサー21-24の出力における第２の中間周波数信号中に存在し、第２の中間周波数信号が２度周波数変換された結果である。

処理ステージ3は、同相の及び直角位相の第１の中間信号をフィルタリングするための第１の及び更なる第１のミキサー11及び12の出力に結合するフィルタ31、並びに虚像がキャンセルされた同相の及び直角位相の第２の中間信号をフィルタリングするための第１の及び第２の加算器25及び26の出力に結合する更なるフィルタ32を有する。第３の加算器33はフィルタ31及び更なるフィルタ32の第１の出力に結合する2つの入力を有し、第４の加算器34はフィルタ31及び更なるフィルタ32の第２の出力に結合する2つの入力を有する。加算器33及び34の出力はＡ／Ｄ変換器35の入力に結合し、それはさらにデジタル信号処理のためのプロセッサ36に結合する。

その結果、受信機5は、例えば無線ローカルエリアネットワーク規格のような第１の規格又は第１のプロトコルに従う第１の無線周波数信号、及び第１の規格又は第１のプロトコルと異なる例えばブルートゥース規格のような第２の規格又は第２のプロトコルに従う第２の無線周波数信号を同時に受信することができる。第１の周波数信号は第１の情報を有し、第２の無線周波数信号は第２の情報を有する。第１の周波数変換ステージ1は、第１の及び第２の無線周波数信号を、例えば（ほとんど）ゼロ中間周波数信号（zero Intermediate Frequency signal）即ち（ほとんど）0-IF信号のような第１の中間周波数信号に変換し、第２の周波数変換ステージ2は、第１の中間周波数信号を第２の中間周波数信号に変換する。処理ステージ3は、第１の中間周波数信号から第１の情報を取り出し、第２の中間信号から第２の情報を取り出す。

フィルタ31は、第２の情報を（実質的に）除去するために第１の中間周波数信号をフィルタリングし、更なるフィルタ32は、第１の情報を（実質的に）除去するために第２の中間周波数信号をフィルタリングする。フィルタ31及び更なるフィルタ32は、さらに例えば自動利得制御機能及び制限機能を有することができる。更なるフィルタ32並びに第３の及び第４の加算器33及び34は、１つのＡ／Ｄ変換器35がフィルタリングされた第１の及び第２の中間信号をデジタル化するために用いられることを可能にする。もちろん、同相の及び直角位相の信号をデジタル化するために、例えば２つの（実数）Ａ／Ｄ変換器又は１つの複素数Ａ／Ｄ変換器が用いられることが必要である。プロセッサ36は、デジタル化されフィルタリングされた第１の及び第２の中間周波数信号から第１の及び第２の情報を実質的に同時に取り出すことができる。あるいは、第３の及び第４の加算器33及び34と同様に更なるフィルタ32は、第２の中間周波数信号をデジタル化するための示されていない（そのうえ２つの（実数）Ａ／Ｄ変換器又は１つの複素数Ａ／Ｄ変換器を例えば有する）更なるＡ／Ｄ変換器を導入することによって、回避されることができる。

第１の無線周波数信号が無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）規格に従い、第２の無線周波数信号がBluetooth（BT）規格に従う場合には、第１の周波数信号は第１の情報即ちWLAN情報を有し、第２の無線周波数信号は第２の情報即ちBT情報を有する。それから、以下の表は周波数のいくつかの例を示し、第１の発振信号はLO1により規定され、第２の発振信号はLO2により規定され、第１の中間周波数信号はIF1により規定され、第２の中間周波数信号はIF2により規定される。

これらの例によれば、フィルタ31は10MHzを超える周波数をフィルタリングしてBT情報を除去するローパスフィルタである。更なるフィルタ32は、10.5MHz未満及び11.5MHzを超える周波数をフィルタリングしてWLAN情報を除去するバンドパスフィルタである。第１の中間周波数信号IF1中においてBT情報は−70MHzから+70MHzの間のどこかに存在するので、第２の及び更なる第２のミキサー21及び22が無いと、更なるフィルタ32は比較的複雑かつ高価になる。これらの第２の及び更なる第２のミキサー21及び22がいわゆる虚像を導入するので、更なるフィルタ32の複雑さ及びコストをさらに低減するために、第３の及び更なる第３のミキサー23及び24が導入される。

最小限の状況において、第１の周波数変換ステージ1は１つのミキサーを有し、第２の周波数変換ステージ2は１つのミキサーを有する。同相の及び直角位相の状態のようなより高度な状況において、周波数変換ステージ1及び2は各々２つのミキサーを有する。さらにより高度な状況において、第２の周波数変換ステージ2は、虚像をキャンセルするための４つのミキサーを有する。

第２の周波数変換ステージ2のような周波数変換ステージに用いられる図2に概略的に示される位相ロックループ形式の発振器6は、ローパスフィルタ64の出力に結合する入力を有している電圧制御発振器65を有する。ローパスフィルタ64の入力はチャージポンプ63の出力に結合する。チャージポンプ63の入力は位相-周波数検出器62の出力に結合し、それの制御入力は分周器61bを介してクリスタル68に結合し、それの入力は分周器61aの出力に結合する。分周器61aの入力は電圧制御発振器65の出力67に結合し、分周器61aの制御入力69aは分周器61aの分割を調整するために用いられることができ、分周器61bの制御入力69bは分周器61bの分割を調整するために用いられることができる。これは、表中に示される（LO2についての）例により要求されているように、第２の発振信号に異なるいくつかの値を提供するために必要かもしれない。

電圧制御発振器65の出力67が発振器6の出力を形成する。この発振器6は例えば第２の発振器29の実施例を構成し、類似の実施例が第１の発振器19に用いられることができ、それにより、比較的高価なクリスタル68は、コストを節約するために、両方の実施例のために用いられる。従来技術において一般的に、電圧制御発振器65の出力67において同相及び直角位相の発振信号を得ることができる。同相の及び直角位相の信号を発生させるための可能性のうちの１つは、二分割回路を用いることである。

発振器6のような発振器に用いられる図3に概略的に示される電圧制御発振器7は、制御電極（ゲート）が互いに結合するトランジスタ71及び72を有する。トランジスタ71（PMOS）の第１の主電極（ソース）は電源81に結合し、トランジスタ72（NMOS）の第１の主電極（ソース）はグラウンドに結合する。トランジスタ71及び72の第２の主電極（ドレイン）は、互いに及びグラウンドにさらに結合するコンデンサ77に結合する。

電圧制御発振器7は、制御電極（ゲート）が互いに及びコンデンサ77に結合するトランジスタ73及び74をさらに備える。トランジスタ73（PMOS）の第１の主電極（ソース）は電源81に結合し、トランジスタ74（NMOS）の第１の主電極（ソース）はグラウンドに結合する。トランジスタ73及び74の第２の主電極（ドレイン）は、互いに及びグラウンドにさらに結合するコンデンサ78に結合する。

電圧制御発振器7は、制御電極（ゲート）が互いに及びコンデンサ78に結合するトランジスタ75及び76をさらに有する。トランジスタ75（PMOS）の第１の主電極（ソース）は電源81に結合し、トランジスタ76（NMOS）の第１の主電極（ソース）はグラウンドに結合する。トランジスタ75及び76の第２の主電極（ドレイン）は、互いに及びグラウンドにさらに結合するコンデンサ79に結合する。このコンデンサ79は、さらにトランジスタ71及び72の制御電極（ゲート）に結合する。電圧制御発振器7は、例えば図2に示される電圧制御発振器65の実施例を構成する。結合された第２の主電極の対の各々は出力として用いられることができる。電源81を調整することによって、及び／又は電圧に依存するコンデンサ77-79を用いてそのようなコンデンサの電圧を調整することによって、電圧制御発振器7の発振周波数を調整することができる。

図4は、図3に示される電圧制御発振器7のシミュレーション結果を示す。非常に低い消費電力で、Bluetoothに対する位相ノイズ要求を達成することができる。その結果、第２の周波数変換ステージの消費電力は、第１の周波数変換ステージの消費電力と比較して無視することができる。

ほとんどの場合WLAN信号は周波数を変えず、第１の発振信号LO1は固定された周波数とすることができる。Bluetooth信号は例えば1600 hop/sの割合で例えばいわゆるISMバンド内をホップするので、第２の発振信号LO2はその同じホッピングシーケンスに追従しなければならない。通常のBluetooth受信機は、このホッピングシーケンスを発生させるために2.5GHzの位相ロックループを有する。このアプリケーションのために100MHzの位相ロックループにおいてホッピングシーケンスを発生させることは問題ない。

上記の原理は、もちろん規格及びプロトコルの別の組み合わせにも用いられることができる。表中に例として行われたようにBluetooth信号のための中心周波数として11MHzを用いる代わりに、15又は20MHzのような他の中心周波数を選択することができる。

WLAN信号の周波数が固定されていない場合（802.11bに規定されるオプションの"channel agility"）、第１の発振信号LO1はWLANホッピングに追従しなければならず、第２の発振信号LO2はBluetoothホッピングに追従しなければならない（もちろん第１の発振信号LO1によって規定されるホッピングを含まなければならない）。それに対して、発振器19及び29は、図2中に示され例えばプロセッサ36によって制御される分周器61a及び61bとして、可変分周器を例えば有してもよい。パケットの損失を最小化するために、WLAN及びBluetoothのホッピングシーケンスは同期されるべきである。

実際には同相及び／又は直角位相は完全ではなく、したがって、同相信号は実質的に同相の信号であり、直角位相信号は実質的に直角位相の信号である。

上述の実施の形態は本発明を制限するのではなく説明するのであって、当業者が特許請求の範囲から逸脱することなく多くの他の実施の形態を設計することが可能であることを留意しなければならない。動詞の「有する」及びその活用形は、特許請求の範囲に述べられるもの以外の要素及びステップが存在することを排除しない。単数形の要素はそのような要素が複数存在することを排除しない。本発明は、別個のいくつかの素子を有するハードウェアによって、及び適切にプログラムされたコンピュータによって実施されることができる。いくつかの手段を列挙している装置の請求項において、これらの手段のいくつかは、ハードウェアの全く同一の部材によって実施されることができる。ある手段が相互に異なる従属請求項中に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを利用することができないことを示さない。

第１の周波数変換ステージ及び第２の周波数変換ステージを含む本発明の周波数変換回路を有する本発明の受信機を概略的に示す図。 周波数変換ステージに用いられる電圧制御発振器を有する発振器を概略的に示す図。 発振器に用いられる電圧制御発振器を概略的に示す図。 図3に示される電圧制御発振器のシミュレーション結果を示す図。

Claims (13)

1. 第１の情報を有し第１の規格に従う第１の無線周波数信号、及び第２の情報を有し第１の規格と異なる第２の規格に従う第２の無線周波数信号を同時に受信する受信機であって、
   第１の及び第２の無線周波数信号を第１の中間周波数信号に変換する第１の周波数変換ステージ、
   前記第１の中間周波数信号を第２の中間周波数信号に変換する第２の周波数変換ステージ、及び、
   第１の情報を前記第１の中間周波数信号から取り出し、第２の情報を前記第２の中間周波数信号から取り出す処理ステージを有する受信機。
2. 第１の周波数変換ステージが第１の発振器及び第１の発振器に結合する第１のミキサーを有する請求項１に記載の受信機。
3. 第１の周波数変換ステージが第１の発振器に結合する更なる第１のミキサーをさらに有する請求項２に記載の受信機。
4. 第２の周波数変換ステージが第２の発振器及び第２の発振器に結合する第２のミキサーを有する請求項１に記載の受信機。
5. 第２の周波数変換ステージが第２の発振器に結合した更なる第２のミキサーをさらに有する請求項４に記載の受信機。
6. 第２の周波数変換ステージが第２の発振器に結合する第３のミキサー及び更なる第３のミキサー、並びに第１の加算器及び第２の加算器をさらに有し、第１の加算器の入力が第２の及び第３のミキサーの出力に結合し、第２の加算器の入力が更なる第２の及び更なる第３のミキサーの出力に結合する請求項５に記載の受信機。
7. 処理ステージが第２の情報を除去するために前記第１の中間周波数信号をフィルタリングするフィルタを有する請求項１に記載の受信機。
8. 処理ステージが第１の情報を除去するために前記第２の中間周波数信号をフィルタリングする更なるフィルタをさらに有する請求項７に記載の受信機。
9. 処理ステージが第３の加算器及び第４の加算器をさらに有し、第３の加算器の入力が前記フィルタ及び前記更なるフィルタの出力に結合し、第４の加算器の入力が前記フィルタ及び前記更なるフィルタの更なる出力に結合し、第３の加算器及び第４の加算器の出力がＡ／Ｄ変換器の入力に結合する請求項８に記載の受信機。
10. 第１の規格が無線ローカルエリアネットワーク規格であり、第２の規格がBluetooth（登録商標）規格である請求項１に記載の受信機。
11. 請求項１に記載の受信機において使用される周波数変換回路であって、
    第１の及び第２の無線周波数信号を第１の中間周波数信号に変換する第１の周波数変換ステージ、及び
    前記第１の中間周波数信号を第２の中間周波数信号に変換する第２の周波数変換ステージを有する周波数変換回路。
12. 第１の情報を有し第１の規格に従う第１の無線周波数信号、及び第２の情報を有し第１の規格と異なる第２の規格に従う第２の無線周波数信号を同時に受信する方法であって、
    第１の及び第２の無線周波数信号を第１の中間周波数信号に変換するステップ、
    前記第１の中間周波数信号を第２の中間周波数信号に変換するステップ、及び
    第１の情報を前記第１の中間周波数信号から取り出し、第２の情報を前記第２の中間周波数信号から取り出すステップを有する方法。
13. 第１の情報を有し第１の規格に従う第１の無線周波数信号、及び第２の情報を有し第１の規格と異なる第２の規格に従う第２の無線周波数信号を同時に受信するためのプロセッサプログラムであって、
    第１の及び第２の無線周波数信号を第１の中間周波数信号に変換する機能、
    前記第１の中間周波数信号を第２の中間周波数信号に変換する機能、及び
    第１の情報を前記第１の中間周波数信号から取り出し、第２の情報を前記第２の中間周波数信号から取り出す機能を実行するためのプロセッサプログラム。