JP6306375B2

JP6306375B2 - 無線通信装置および妨害波検出方法

Info

Publication number: JP6306375B2
Application number: JP2014042638A
Authority: JP
Inventors: 真大歯; 幸二高橋; 平井　義人; 義人平井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2034-03-05
Also published as: US20150256374A1; JP2015170889A; US9215122B2

Description

本発明は、無線通信装置および妨害波検出方法に関する。

近年、センサー無線通信が、スマートメータ、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）、医療、社会インフラ等に用途が拡大され、注目されている。例えば、日本国内において、ＩＳＭ（Industry-Science-Medical）バンドとして９２０ＭＨｚ帯が割り当てられ、ユーザは、免許不要でこの周波数帯域を利用してセンサー無線通信を行うことができる。

９２０ＭＨｚ帯は、携帯電話の電波として割り当てられている８００ＭＨｚ帯や９００ＭＨｚ帯の近傍に存在する。特に、９４５ＭＨｚから９６０ＭＨｚまでの周波数帯域は、ＬＴＥ方式の通信用に割り当てられ、ＯＦＤＭ変調された複数のサブキャリアからなる信号が送信される。このサブキャリアの周波数の組み合わせにより、３次相互変調歪み、５次相互変調歪みといった奇数次の相互変調歪みが、９２０ＭＨｚ帯近傍に現れ、妨害波となる可能性が高い。

このように、無線通信では、他の通信で用いられている電波の相互変調歪みが妨害波として作用し、受信性能が大幅に劣化するおそれがある。

特許文献１には、妨害波を検出して除去する方法として、希望波をノッチフィルタで除去してから妨害波を検出する方法が提案されている。また、特許文献２には、所定の信号強度以上の妨害波を検出する回路が提案されている。

特開２００９−１１１８４８号公報特開２０１３−２６９７０号公報

しかしながら、特許文献１ではノッチフィルタを追加する必要があり、特許文献２では妨害波検出用回路を追加する必要があるため、いずれも、回路規模が増大してしまう。

本発明の目的は、回路規模を増大させることなく妨害波を検出することができる無線通信装置および妨害波検出方法を提供することである。

本発明の一態様に係る無線通信装置は、受信された無線周波数のアナログ信号にローカル信号を混合して中間周波数のアナログ信号を生成し、前記アナログ信号をデジタル信号に変換してデータを取り出す無線通信装置であって、受信モードに入ってから希望波を受信するまでの間において、相互変調歪みが発生する妨害波の周波数が希望波の中間周波数となるように、前記ローカル信号の周波数を設定するＬＯ周波数制御部と、受信モードに入ってから希望波を受信するまでの間において、前記ＬＯ周波数制御部によって設定された周波数のローカル信号を発信させた状態で、受信する信号のうち希望波の周波数と一致する部分の受信レベルと、閾値と、を比較し、比較結果に基づいて妨害波の有無を検出するレベル比較部と、を具備する構成を採る。

本発明の一態様に係る妨害波検出方法は、受信された無線周波数のアナログ信号にローカル信号を混合して中間周波数のアナログ信号を生成し、前記アナログ信号をデジタル信号に変換してデータを取り出す無線通信装置の妨害波検出方法であって、受信モードに入ってから希望波を受信するまでの間において、相互変調歪みが発生する妨害波の周波数が希望波の中間周波数となるように、前記ローカル信号の周波数を設定するＬＯ周波数制御ステップと、受信モードに入ってから希望波を受信するまでの間において、前記ＬＯ周波数制御ステップによって設定された周波数のローカル信号を発信させた状態で、受信する信号のうち希望波の周波数と一致する部分の受信レベルと、閾値と、を比較し、比較結果に基づいて妨害波の有無を検出するレベル比較ステップと、を具備する構成を採る。

本発明によれば、回路規模を増大させることなく妨害波を検出することができる。

本発明の一実施の形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図相互変調歪みを説明する図３次相互変調歪みが発生する周波数の関係を示す図５次相互変調歪みが発生する周波数の関係を示す図７次相互変調歪みが発生する周波数の関係を示す図本発明の一実施の形態に係る無線通信装置の事前処理の流れを示すフロー図

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、無線通信装置（受信機）１００は、アンテナ１０１と、整合回路（Ｍ．Ｎ）１０２と、低雑音増幅回路（ＬＮＡ）１０３と、ミキサ回路（ＭＩＸ）１０４と、可変利得増幅回路（ＧＣＡ）１０５と、フィルタ回路１０６と、Ａ／Ｄ変換回路１０７と、高速フーリエ変換回路（ＦＦＴ）１０８と、復調器１０９と、電圧制御発信器（ＶＣＯ）１１０と、分周回路（ＤＩＶ）１１１と、ＲＸ制御部１１２と、レベル比較部１１３と、ＬＯ周波数制御部１１４と、から主に構成される。

整合回路１０２は、アンテナ１０１で受信された無線周波数のアナログ信号に対してインピーダンス整合を行うと共に高調波成分の除去を行う。低雑音増幅回路１０３は、整合回路１０２から出力された無線周波数のアナログ信号を、ＲＸ制御部１１２の制御に基づいて可変増幅する。

ミキサ回路１０４は、低雑音増幅回路１０３から出力された無線周波数のアナログ信号に、分周回路（ＤＩＶ）１１１で分周されたローカル信号を混合することによりダウンコンバート（周波数変換）を行い、中間周波数のアナログ信号を生成する。可変利得増幅回路１０５は、ミキサ回路１０４から出力されたアナログ信号を、ＲＸ制御部１１２の制御に基づいて可変増幅する。フィルタ回路１０６は、ＲＸ制御部１１２の制御に基づく通過帯域により、可変利得増幅回路１０５から出力されたアナログ信号の高周波成分を除去する。

Ａ／Ｄ変換回路１０７は、フィルタ回路１０６から出力されたアナログ信号をデジタル信号（ベースバンド信号）に変換する。高速フーリエ変換回路１０８は、Ａ／Ｄ変換回路１０７の出力信号を、時間領域から周波数領域の信号に変換する。復調器１０９は、高速フーリエ変換回路１０８から出力された信号からデータを取り出す。なお、受信信号がシングルキャリアの信号である場合、復調器１０９は、Ａ／Ｄ変換回路１０７の出力信号からデータを取り出す。

電圧制御発信器１１０は、ＬＯ周波数制御部１１４から指示された周波数のローカル信号を発信する。分周回路１１１は、電圧制御発信器１１０から発信されたローカル信号を分周し、ミキサ回路１０４に出力する。

ＲＸ制御部１１２は、受信品質を一定に保つために、Ａ／Ｄ変換回路１０７の出力信号の受信レベルが所定の閾値になるように、低雑音増幅回路１０３、可変利得増幅回路１０５、フィルタ回路１０６に対してフィードバック制御を行う。特に、ＲＸ制御部１１２は、レベル比較部１１３から妨害波が検出されたことを通知された場合、予め決められたＲＸ制御設定の変更、例えば、低雑音増幅回路１０３および可変利得増幅回路１０５のゲイン設定の変更やフィルタ回路１０６のカットオフ周波数の変更を行う。

レベル比較部１１３は、受信モードに入ってから希望波を受信するまでの間において、高速フーリエ変換回路１０８から出力された信号の中から、希望波の周波数と一致する部分を取り出し、その受信レベルを検出して所定の閾値と比較する。そして、レベル比較部１１３は、受信レベルが所定の閾値より大きい場合、妨害波が検出されたと判定し、その旨をＲＸ制御部１１２に通知する。また、レベル比較部１１３は、受信レベルが所定の閾値以下の場合、妨害波が検出されなかったと判定する。また、レベル比較部１１３は、ＬＯ周波数制御部１１４に対して、ローカル信号（ＬＯ）の周波数の切り替えタイミングを通知する。

ＬＯ周波数制御部１１４は、電圧制御発信器１１０が発信するローカル信号（ＬＯ）の周波数を設定する。特に、ＬＯ周波数制御部１１４は、受信モードに入ってから希望波を受信するまでの間において、レベル比較部１１３から通知されたタイミングで、相互変調歪みの周波数が希望波の中間周波数となるように、ローカル信号（ＬＯ）の周波数の設定を切り替える。

次に、妨害波となる相互変調歪みについて説明する。相互変調歪みは、２つの電波が、非線形回路を通過した際に発生するものである。この相互変調歪みは、図２に示すように、希望波あるいは希望波近傍の周波数帯域に発生した場合、希望波に対する妨害波となる。特に、希望波の近傍において、ＯＦＤＭ等のマルチキャリア通信が行われる場合、相互変調歪みが妨害波として作用するおそれが高くなる。

相互変調歪みは、３次相互変調歪み、５次相互変調歪み、７次相互変調歪みといった奇数次の歪みとして表れる。

図３は、３次相互変調歪みが発生する周波数の関係を示す図である。３次相互変調歪みの周波数IM3と、２つの電波の周波数fud1、fud2との関係は、以下の式（１）で表される。

また、２つの電波の周波数fud1、fud2の差をΔfudとすると、３次相互変調歪みの周波数IM3は、以下の式（２）で表される。

図４は、５次相互変調歪みが発生する周波数の関係を示す図である。５次相互変調歪みの周波数IM5と、２つの電波の周波数fud1、fud2との関係は、以下の式（３）で表される。

また、２つの電波の周波数fud1、fud2の差をΔfudとすると、５次相互変調歪みの周波数IM5は、以下の式（４）で表される。

図５は、７次相互変調歪みが発生する周波数の関係を示す図である。７次相互変調歪みの周波数IM7と、２つの電波の周波数fud1、fud2との関係は、以下の式（５）で表される。

また、２つの電波の周波数fud1、fud2の差をΔfudとすると、７次相互変調歪みの周波数IM7は、以下の式（６）で表される。

例えば、９２０ＭＨｚ帯を利用してセンサー無線通信を行う場合に、９４５ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚで送信されるＯＦＤＭ信号のサブキャリアの組みあわせによる相互変調歪みIM3、IM5、IM7が、上記式（２）、式（４）、式（６）より、９２０ＭＨｚ帯の近傍となると、希望波の受信性能に影響する。

そこで、本実施の形態では、希望波を受信する前に、妨害波の有無を判定し、妨害波が存在する場合には、予め決められたＲＸ制御設定の変更を行ってから、希望波の受信処理を行う。

図６は、本実施の形態に係る無線通信装置１００の、希望波を受信するまでの事前処理の流れを示すフロー図である。なお、無線通信装置には、予め、妨害波周波数の数Ｎが設定されている。例えば、Ｎ＝２の場合、妨害波用ローカル信号fudLOmは、２回変更される。

図６のフローにおいて、無線通信装置１００が受信モードに入ると、まず、ＳＴ６０１、ＳＴ６０２において、ＬＯ周波数制御部１１４が、電圧制御発信器１１０に対して、予め計算された最初（ｍ＝１）の妨害波用ローカル信号fudLOmの周波数を設定する。電圧制御発信器１１０は、設定された周波数のローカル信号を発信する。分周回路１１１は、電圧制御発信器１１０から発信されたローカル信号を分周する。そして、アンテナ１０１から高速フーリエ変換回路１０８までにおいて受信処理を行う。

次に、ＳＴ６０３、ＳＴ６０４において、レベル比較部１１３が、希望波の周波数部分の受信レベルを検出し、受信レベルと所定の閾値とを比較する。

受信レベルが閾値以下である場合（ＳＴ６０４：ＹＥＳ）には、レベル比較部１１３が、その周波数による相互変調歪み（妨害波）は存在しないと判定する。この場合、ＳＴ６０５、ＳＴ６０６：ＹＥＳ、ＳＴ６０２において、ＬＯ周波数制御部１１４が、電圧制御発信器１１０に対して、次の（ｍ＝ｍ＋１）の妨害波用ローカル信号fudLOmの周波数を設定する。そして、妨害波が検出されなければ、Ｎ＋１＝ｍとなるまで、ＳＴ６０２からＳＴ６０６までの処理が繰り返される。Ｎ＋１＝ｍとなった段階で、フローはＳＴ６０８に進む。

一方、受信レベルが閾値より大きい場合（ＳＴ６０４：ＮＯ）には、レベル比較部１１３が、その周波数による相互変調歪み（妨害波）が存在する、すなわち妨害波が検出されたと判定する。この場合、ＳＴ６０７において、ＲＸ制御部１１２が、予め決められたＲＸ制御設定の変更、例えば、低雑音増幅回路１０３、可変利得増幅回路１０５のゲイン設定変更やフィルタ回路１０６のカットオフ周波数変更を行う。ＳＴ６０７の後、フローは、ＳＴ６０８に進む。

ＳＴ６０８において、ＬＯ周波数制御部１１４が、電圧制御発信器１１０に対して、希望波用ローカル信号fdLOの周波数を設定し、事前処理を完了する。

その後、無線通信装置１００は、アンテナ１０１から復調器１０９までにおいて、希望波の受信処理を行う。その際、ＲＸ制御部１１２は、受信品質を一定に保つために、低雑音増幅回路１０３、可変利得増幅回路１０５、フィルタ回路１０６に対してフィードバック制御を行う。

以上のように、本実施の形態によれば、妨害波を検出するため、無線通信装置１００にレベル比較部１１３を追加する。レベル比較部１１３は、ノッチフィルタ等に比べて回路規模が小さい。したがって、本実施の形態によれば、回路規模を増大させることなく妨害波を検出することができる。

本発明は、回路規模を増大させることなく妨害波を検出することができるので、定包絡線変調方式の無線通信を行う無線通信装置等に用いるに好適である。

１００無線通信装置（受信機）
１０１アンテナ
１０２整合回路
１０３低雑音増幅回路
１０４ミキサ回路
１０５可変利得増幅回路
１０６フィルタ回路
１０７Ａ／Ｄ変換回路
１０８高速フーリエ変換回路
１０９復調器
１１０電圧制御発信器
１１１分周回路
１１２ＲＸ制御部
１１３レベル比較部
１１４ＬＯ周波数制御部

Claims

受信された無線周波数のアナログ信号にローカル信号を混合して中間周波数のアナログ信号を生成し、前記アナログ信号をデジタル信号に変換してデータを取り出す無線通信装置であって、
受信モードに入ってから希望波を受信するまでの間において、相互変調歪みが発生する妨害波の周波数が希望波の中間周波数となるように、前記ローカル信号の周波数を設定するＬＯ周波数制御部と、
受信モードに入ってから希望波を受信するまでの間において、前記ＬＯ周波数制御部によって設定された周波数のローカル信号を発信させた状態で、受信する信号のうち希望波の周波数と一致する部分の受信レベルと、閾値と、を比較し、比較結果に基づいて妨害波の有無を検出するレベル比較部と、
を具備する無線通信装置。
前記レベル比較部は、前記受信レベルが前記閾値より大きい場合に、妨害波を検出した
と判定する、
請求項１に記載の無線通信装置。
受信された無線周波数のアナログ信号にローカル信号を混合して中間周波数のアナログ信号を生成し、前記アナログ信号をデジタル信号に変換してデータを取り出す無線通信装置であって、
受信モードに入ってから希望波を受信するまでの間において、相互変調歪みが発生する妨害波の周波数が希望波の中間周波数となるように、前記ローカル信号の周波数を設定するＬＯ周波数制御部と、
前記ＬＯ周波数制御部によって設定された周波数のローカル信号を発信させた状態で、
希望波の周波数の受信レベルと閾値とを比較し、比較結果に基づいて妨害波の有無を検出するレベル比較部と、
前記無線周波数のアナログ信号を可変増幅する低雑音増幅回路と、
前記中間周波数のアナログ信号を可変増幅する可変利得増幅回路と、
前記可変利得増幅回路から出力されたアナログ信号の高周波成分を除去するフィルタ回路と、
前記低雑音増幅回路、前記可変利得増幅回路および前記フィルタ回路に対してフィードバック制御を行うＲＸ制御部と、
を具備し、
前記ＲＸ制御部は、前記レベル比較部が妨害波を検出した場合、前記低雑音増幅回路および前記可変利得増幅回路のゲイン設定の変更、および、前記フィルタ回路のカットオフ周波数の変更を行う、
無線通信装置。
受信された無線周波数のアナログ信号にローカル信号を混合して中間周波数のアナログ信号を生成し、前記アナログ信号をデジタル信号に変換してデータを取り出す無線通信装置の妨害波検出方法であって、
受信モードに入ってから希望波を受信するまでの間において、相互変調歪みが発生する妨害波の周波数が希望波の中間周波数となるように、前記ローカル信号の周波数を設定するＬＯ周波数制御ステップと、
受信モードに入ってから希望波を受信するまでの間において、前記ＬＯ周波数制御ステップによって設定された周波数のローカル信号を発信させた状態で、受信する信号のうち希望波の周波数と一致する部分の受信レベルと、閾値と、を比較し、比較結果に基づいて妨害波の有無を検出するレベル比較ステップと、
を具備する妨害波検出方法。