JP6344421B2 - Bandpass type ΔΣ modulator, apparatus and method - Google Patents

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本発明は、送信機、受信機、通信システム、及び無線基地局装置に関するものである。   The present invention relates to a transmitter, a receiver, a communication system, and a radio base station apparatus.

本発明は、バンドパス型ΔΣ変調器、装置及び方法に関するものである。 The present invention relates to a bandpass ΔΣ modulator, an apparatus, and a method .

例えば、図20に示すように、光ファイバ通信システム100の光送信機101では、送信すべきデジタル電気信号を、電気−光変換器(E/O;光リンク)101aにて光信号に変換し、光伝送路(光ファイバ)102に送信する。光受信機103は、光伝送路102から送信されてきた光信号を、光−電気変換器(O/E;光リンク)103aにて電気信号に変換することで、デジタル電気信号を取得する。   For example, as shown in FIG. 20, in the optical transmitter 101 of the optical fiber communication system 100, a digital electric signal to be transmitted is converted into an optical signal by an electric-optical converter (E / O; optical link) 101a. , To the optical transmission line (optical fiber) 102. The optical receiver 103 obtains a digital electric signal by converting an optical signal transmitted from the optical transmission path 102 into an electric signal by an optical-electric converter (O / E; optical link) 103a.

一般に、電気−光変換器101aには、レーザダイオードが用いられ、光−電気変換器103aには、フォトダイオードが用いられる。これらの素子101a,103aは、いずれも入出力特性が十分に線形ではないことが多い。したがって、光ファイバ通信システムは、2値化された値のように段階的な値で量子化された値を伝送するのには使用できるが、アナログ信号のような連続値を伝送するのには、あまり適していない。   In general, a laser diode is used for the electrical-optical converter 101a, and a photodiode is used for the optical-electrical converter 103a. In many cases, the input / output characteristics of these elements 101a and 103a are not sufficiently linear. Therefore, an optical fiber communication system can be used to transmit a value quantized with a stepwise value such as a binarized value, but to transmit a continuous value such as an analog signal. Not very suitable.

光ファイバ通信システムにおいて、アナログ信号のような連続値を、直接、レーザダイオード101aで光強度変調して、光伝送しようとすると、線形性が良好である特殊な電気−光変換器101a及び光−電気変換器103aを用いたり、信号の補正をしたりすることが必要で、高価なシステムとなる。   In an optical fiber communication system, when a continuous value such as an analog signal is directly subjected to optical intensity modulation by a laser diode 101a and optical transmission is attempted, a special electro-optical converter 101a and optical- It is necessary to use the electrical converter 103a or correct the signal, resulting in an expensive system.

そのため、多くの場合、アナログ信号を光伝送路(光ファイバ)で伝送する場合であっても、図21に示すように、光伝送路(光ファイバ)102ではデジタル信号のパルス列を伝送する。このために、光送信機101では、送信したいアナログ信号を、まず、AD変換器(ADC)101bにてデジタル信号に変換する。
そして、AD変換器101bから出力されたパラレルのデジタル信号をシリアルなビット列に変換した上で、そのシリアルなビット列に対応する光信号のパルス列を、電気−光変換器101aにて生成し、光伝送路102に送出する。
光受信機103では、受信したパルス列が示すデジタル信号をDA変換器(DAC)103bにてアナログ信号に変換することで、アナログ信号を取得する。
Therefore, in many cases, even when an analog signal is transmitted through an optical transmission line (optical fiber), a digital signal pulse train is transmitted through the optical transmission line (optical fiber) 102 as shown in FIG. For this purpose, in the optical transmitter 101, an analog signal to be transmitted is first converted into a digital signal by an AD converter (ADC) 101b.
The parallel digital signal output from the AD converter 101b is converted into a serial bit string, and a pulse train of an optical signal corresponding to the serial bit string is generated by the electro-optical converter 101a for optical transmission. Send to path 102.
The optical receiver 103 acquires the analog signal by converting the digital signal indicated by the received pulse train into an analog signal by the DA converter (DAC) 103b.

一方、アナログ信号を光ファイバ通信システムにて伝送するための技術としては、前述のように、アナログ信号を光強度変調して伝送する方式のほか、アナログ信号をパルス幅変調して伝送するパルス幅変調方式(PWM;Pluse Width Modulation)がある。
パルス幅変調方式は、パルス幅によってアナログ信号の波形を表すものであり、光伝送路には、パルス列が伝送されるため、伝送系における非線形性の影響を受けにくくなる。
On the other hand, as a technique for transmitting an analog signal in an optical fiber communication system, as described above, in addition to the method of transmitting an analog signal by modulating the optical intensity, the pulse width of transmitting the analog signal by modulating the pulse width. There is a modulation method (PWM; Plus Width Modulation).
The pulse width modulation method represents the waveform of an analog signal by the pulse width. Since a pulse train is transmitted through the optical transmission path, the pulse width modulation method is less susceptible to non-linearity in the transmission system.

和保 孝雄、安田 明 監訳(原著者 Richard Schreier, Gabor C. Temes)ΔΣ型アナログ/デジタル変換器入門(Understanding Delta-Sigma Data Converters)、丸善株式会社、2007Takao Wabo and Akira Yasuda (original author Richard Schreier, Gabor C. Temes) Introduction to ΔΣ analog / digital converters (Understanding Delta-Sigma Data Converters), Maruzen Co., Ltd., 2007

アナログ信号をPWM変調する場合、パルス幅でアナログ信号の振幅を表現するため、適切な精度で変調しようとすると、アナログ信号の周波数よりも非常に高いサンプリング速度(例えば、アナログ信号の周波数の128倍)が必要となるという欠点を有している。   When an analog signal is PWM-modulated, the amplitude of the analog signal is expressed by the pulse width. Therefore, if an attempt is made to modulate with an appropriate accuracy, the sampling rate is much higher than the frequency of the analog signal (for example, 128 times the frequency of the analog signal). ) Is required.

この欠点は、アナログ信号が比較的周波数の低い信号(例えば、音声信号)である場合には、あまり問題とならない。
しかし、アナログ信号が、無線周波数(RF;Radio Frequency)信号などのように搬送波(無変調波)を送信信号で変調した変調波の場合、搬送波自体の周波数が非常に高いため、大きな問題となる。
This drawback is less of a problem when the analog signal is a signal with a relatively low frequency (for example, an audio signal).
However, when the analog signal is a modulated wave obtained by modulating a carrier wave (unmodulated wave) with a transmission signal such as a radio frequency (RF) signal, the frequency of the carrier wave itself is very high, which is a big problem. .

例えば、移動体通信の分野では、1GHz程度の無線周波数(搬送波周波数)が用いられることがある。1GHzの無線周波数信号(RF信号)に対してパルス幅変調を行おうとすると、無線周波数(1GHz)の128倍の128GS/sという、非常に高速なサンプリング速度が要求されることになる。これほどの高速な速度でサンプリングして伝送することは、実用化という観点からは、非現実的である。   For example, in the field of mobile communication, a radio frequency (carrier frequency) of about 1 GHz may be used. If pulse width modulation is performed on a 1 GHz radio frequency signal (RF signal), a very high sampling rate of 128 GS / s, which is 128 times the radio frequency (1 GHz), is required. Sampling and transmitting at such a high speed is unrealistic from the viewpoint of practical use.

そこで、本発明は、サンプリング速度を抑えることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention and Turkey suppressing sampling rate.

(1)本発明は、デジタル変調によって生成されたデジタル変調波に対してデジタル信号処理によってバンドパス型ΔΣ変調を行うバンドパス型ΔΣ変調器であって、前記バンドバス型ΔΣ変調器のサンプリング周波数は、前記デジタル変調波の帯域幅によって決定される周波数であるバンドパス型ΔΣ変調器である。他の観点からみた本発明はデジタル変調によって生成されたデジタル変調波に対してデジタル信号処理によってバンドパス型ΔΣ変調を行う方法であって、前記バンドバス型ΔΣ変調のサンプリング周波数は、前記デジタル変調波の帯域幅によって決定される周波数である方法である。他の観点からみた本発明は、無変調波に送信信号が付加された変調波を、信号伝送路に対して送信する送信機であって、前記変調波に対してバンドパス型ΔΣ変調を行うバンドパス型ΔΣ変調器と、前記バンドパス型ΔΣ変調器から出力された量子化信号を前記変調波として前記信号伝送路に出力する出力部と、を備えていることを特徴とする送信機である。変調波に対してバンドパス型ΔΣ変調を行う場合には、変調波の信号帯域に対して十分大きなサンプリング周波数であればよいため、変調波の周波数(無変調波の周波数)が大きくても、サンプリング速度をさほど大きくする必要がない。 (1) The present invention is a band-pass ΔΣ modulator that performs band-pass ΔΣ modulation by digital signal processing on a digital modulation wave generated by digital modulation, and the sampling frequency of the band-bus ΔΣ modulator Is a band-pass ΔΣ modulator having a frequency determined by the bandwidth of the digital modulation wave. Another aspect of the present invention is a method for performing bandpass ΔΣ modulation by digital signal processing on a digital modulation wave generated by digital modulation, wherein the sampling frequency of the bandbus ΔΣ modulation is the digital modulation It is a method that is a frequency determined by the bandwidth of the wave. From another point of view, the present invention is a transmitter that transmits a modulated wave, in which a transmission signal is added to an unmodulated wave, to a signal transmission path, and performs bandpass ΔΣ modulation on the modulated wave A transmitter comprising: a band-pass ΔΣ modulator; and an output unit that outputs a quantized signal output from the band-pass ΔΣ modulator to the signal transmission path as the modulated wave. is there. When performing bandpass ΔΣ modulation on a modulated wave, it is sufficient if the sampling frequency is sufficiently large with respect to the signal band of the modulated wave, so even if the frequency of the modulated wave (frequency of the unmodulated wave) is large, There is no need to increase the sampling rate.

(2)前記無変調波の周波数は、以下の式を満たすように設定されているのが好ましい。
’=f−n×fs
ただし、
:受信機側の受信周波数
fs :前記バンドパス型ΔΣ変調器のサンプリング周波数
’ :前記無変調波の周波数
n :整数
(2) The frequency of the unmodulated wave is preferably set to satisfy the following expression.
f 0 ′ = f 0 −n × fs
However,
f 0 : reception frequency on the receiver side fs: sampling frequency of the band-pass ΔΣ modulator f 0 ′: frequency of the unmodulated wave n: integer

(3)前記nが、絶対値が1以上の整数であるのが好ましい。この場合、受信機側の受信周波数fをサンプリング周波数fsよりも大きくすることができる。 (3) It is preferable that n is an integer having an absolute value of 1 or more. In this case, the reception frequency f 0 of the receiver can be larger than the sampling frequency fs.

(4)前記バンドパス型ΔΣ変調器に与えられる前記変調波の信号帯域を拡張する帯域拡張部を更に備えているのが好ましい。この場合、帯域を拡張することで、サンプリング周波数を高く設定することができる。 (4) It is preferable to further include a band extending unit that extends a signal band of the modulated wave given to the bandpass ΔΣ modulator. In this case, the sampling frequency can be set high by extending the band.

(5)前記帯域拡張部は、前記変調波の信号帯域外にゼロ信号を挿入することで、前記変調波の帯域を拡張するのが好ましい。この場合、容易に帯域を拡張できる。 (5) Preferably, the band extending unit extends the band of the modulated wave by inserting a zero signal outside the signal band of the modulated wave. In this case, the bandwidth can be easily expanded.

(6)前記変調波をデジタル信号処理によって生成するデジタル変調部を更に備え、前記バンドパス型ΔΣ変調器には、前記デジタル変調部によって生成されたデジタル変調波が与えられるのが好ましい。この場合、変調波の生成及び量子化信号の生成をともにデジタル信号処理によって行える。 (6) It is preferable that a digital modulation unit that generates the modulated wave by digital signal processing is further provided, and the digital modulated wave generated by the digital modulation unit is given to the bandpass ΔΣ modulator. In this case, both the generation of the modulated wave and the generation of the quantized signal can be performed by digital signal processing.

(7)前記デジタル変調部は、デジタル直交変調部であるのが好ましい。 (7) It is preferable that the digital modulation unit is a digital quadrature modulation unit.

(8)前記変調波は、無線周波数の変調波であるのが好ましい。 (8) The modulated wave is preferably a radio frequency modulated wave.

(9)他の観点からみた本発明は、信号伝送路から送信されてきた信号を受信する受信機であって、無変調波に送信信号が付加された変調波に対してバンドパス型ΔΣ変調を行うことで生成された量子化信号を、前記信号伝送路から受信する入力部と、前記入力部によって受信した量子化信号が、入力として与えられるアナログバンドパスフィルタと、を備えていることを特徴とする受信機である。変調波に対してバンドパス型ΔΣ変調を行うことで生成された量子化信号をアナログバンドパスフィルタを通過させることで、アナログの変調波を得ることができる。 (9) From another viewpoint, the present invention is a receiver for receiving a signal transmitted from a signal transmission path, and is a bandpass type ΔΣ modulation for a modulated wave in which a transmission signal is added to an unmodulated wave. An input unit that receives the quantized signal generated by performing from the signal transmission path, and an analog bandpass filter that receives the quantized signal received by the input unit as an input. It is a featured receiver. An analog modulated wave can be obtained by passing a quantized signal generated by performing bandpass ΔΣ modulation on the modulated wave through an analog bandpass filter.

(10)前記アナログバンドパスフィルタは、以下の式を満たすように設定されているのが好ましい。
=fc=f’+n×fs
ただし、
fc :アナログバンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数
fs :前記ΔΣ変調器のサンプリング周波数
’ :前記無変調波の周波数
n :整数
(10) The analog bandpass filter is preferably set so as to satisfy the following expression.
= Fc = f 0 '+ n × fs
However,
fc: center frequency of the passband of the analog bandpass filter fs: sampling frequency of the ΔΣ modulator f 0 ′: frequency of the unmodulated wave n: integer

(11)前記nは、絶対値が1以上の整数であるのが好ましい。 (11) The n is preferably an integer having an absolute value of 1 or more.

(12)前記変調波を処理するアナログ回路を更に備え、前記アナログバンドパスフィルタの出力は、前記アナログ回路に与えられるのが好ましい。 (12) It is preferable that an analog circuit for processing the modulated wave is further provided, and an output of the analog bandpass filter is given to the analog circuit.

(13)無線波を出力するアンテナを備え、前記アンテナは、前記アナログバンドパスフィルタの機能を兼ねているのが好ましい。この場合、アナログバンドパスフィルタを省略することが可能である。 (13) It is preferable that an antenna for outputting radio waves is provided, and the antenna also functions as the analog bandpass filter. In this case, the analog bandpass filter can be omitted.

(14)他の観点からみた本発明は、前記(1)〜(8)のいずれか1項に記載の送信機と、前記(9)〜(13)のいずれか1項に記載の受信機と、を備えた通信システムである。 (14) From another viewpoint, the present invention provides the transmitter according to any one of (1) to (8) and the receiver according to any one of (9) to (13). And a communication system.

(15)他の観点からみた本発明は、基地局本体と、基地局本体に信号伝送路を介して接続されたリモートレディオヘッドと、を備えた無線基地局装置であって、前記基地局本体は、前記(1)〜(8)のいずれか1項に記載の送信機を備え、前記リモートレディオヘッドは、前記(9)〜(13)のいずれか1項に記載の受信機を備えている無線基地局装置である。 (15) The present invention viewed from another viewpoint is a radio base station apparatus comprising a base station main body and a remote radio head connected to the base station main body via a signal transmission path, the base station main body Includes the transmitter according to any one of (1) to (8), and the remote radio head includes the receiver according to any one of (9) to (13). Wireless base station apparatus.

実施形態に係る通信システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a communication system according to an embodiment. ΔΣ変調器の構成図である。It is a block diagram of a ΔΣ modulator. 1次ローパス型ΔΣ変調器である。This is a primary low-pass type ΔΣ modulator. (a)はローパス型ΔΣ変調器の出力スペクトルであり、(b)はバンドパス型ΔΣ変調器の出力スペクトルである。(A) is an output spectrum of the low pass type ΔΣ modulator, and (b) is an output spectrum of the band pass type ΔΣ modulator. (a)はローパス型ΔΣ変調器の出力スペクトルであり、(b)はバンドパス型ΔΣ変調器の出力スペクトルである。(A) is an output spectrum of the low pass type ΔΣ modulator, and (b) is an output spectrum of the band pass type ΔΣ modulator. (a)はローパス型ΔΣ変調器の出力スペクトルであり、(b)はバンドパス型ΔΣ変調器の出力スペクトルである。(A) is an output spectrum of the low pass type ΔΣ modulator, and (b) is an output spectrum of the band pass type ΔΣ modulator. (a)はローパス型ΔΣ変調器の動作を示す極座標であり、(b)はバンドパス型ΔΣ変調器の動作を示す極座標である。(A) is a polar coordinate indicating the operation of the low-pass ΔΣ modulator, and (b) is a polar coordinate indicating the operation of the bandpass ΔΣ modulator. 1次ローパス型ΔΣ変調器から変換して得られた2次ローパス型ΔΣ変調器である。This is a secondary low-pass ΔΣ modulator obtained by conversion from a primary low-pass ΔΣ modulator. CRFB構造のローパス型ΔΣ変調器である。This is a low-pass ΔΣ modulator having a CRFB structure. CRFB構造のローパス型ΔΣ変調器から変換して得られたバンドパス型ΔΣ変調器である。This is a bandpass type ΔΣ modulator obtained by conversion from a low pass type ΔΣ modulator having a CRFB structure. θ=π/4用のバンドパス型ΔΣ変調器の出力スペクトラム波形図である。FIG. 6 is an output spectrum waveform diagram of a bandpass ΔΣ modulator for θ 0 = π / 4. θ=3π/4用のバンドパス型ΔΣ変調器の出力スペクトラム波形図である。It is an output spectrum waveform diagram of a band pass type ΔΣ modulator for θ 0 = 3π / 4. θ=5π/4用のバンドパス型ΔΣ変調器の出力スペクトラム波形図である。It is an output spectrum waveform diagram of a band pass type ΔΣ modulator for θ 0 = 5π / 4. θ=7π/4用のバンドパス型ΔΣ変調器の出力スペクトラム波形図である。It is an output spectrum waveform diagram of a band pass type ΔΣ modulator for θ 0 = 7π / 4. 送信機に帯域拡張部を有する通信システムの構成図である。It is a block diagram of the communication system which has a zone | band extension part in a transmitter. 拡張された信号帯域の説明図である。It is explanatory drawing of the extended signal band. 拡張された信号帯域とバンドパスフィルタの通過特性を示す図である。It is a figure which shows the pass characteristic of the extended signal band and a band pass filter. 主信号成分と高調波成分を示す図である。It is a figure which shows a main signal component and a harmonic component. 無線基地局装置を示す図である。It is a figure which shows a radio base station apparatus. 従来の光ファイバ通信システムの構成図である。It is a block diagram of the conventional optical fiber communication system. 従来の光ファイバ通信システムの構成図である。It is a block diagram of the conventional optical fiber communication system.

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
[1.通信システム]
図1は、実施形態に係る通信システム1を示している。通信システム1は、送信機2と、受信機3と、を有している。通信システム1は、伝送路4が光ファイバ(光伝送路)である光ファイバ通信システムとして構成されている。
送信機2は、例えば、PON(Passive Optical Network)におけるOLT(局側装置)として用いることができる。受信機3は、例えば、PONにおけるONU(宅側装置)として用いることができる。
なお、通信システムとしては、光ファイバ通信システムに限られるものではない。例えば、伝送路4は、光ファイバ(光伝送路)ではなく、電気ケーブル(電気伝送路)であってもよい。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[1. Communications system]
FIG. 1 shows a communication system 1 according to the embodiment. The communication system 1 includes a transmitter 2 and a receiver 3. The communication system 1 is configured as an optical fiber communication system in which the transmission line 4 is an optical fiber (optical transmission line).
The transmitter 2 can be used as, for example, an OLT (station side device) in a PON (Passive Optical Network). The receiver 3 can be used as, for example, an ONU (home-side device) in the PON.
Note that the communication system is not limited to the optical fiber communication system. For example, the transmission path 4 may be an electric cable (electric transmission path) instead of an optical fiber (optical transmission path).

送信機2は、デジタル信号処理部21を備えている。デジタル信号処理部21は、デジタル信号である量子化信号(ここでは、1ビット量子化信号;パルス信号)を出力する。デジタル信号処理部21は、量子化信号の出力部である電気−光変換器(光リンク)22によって、光伝送路4に出力される。なお、伝送路4が電気伝送路である場合には、出力部22は、量子化信号の電圧を変換する変換器であってもよい。また、電圧などの変換が必要ない場合には、伝送路4への接続端子が出力部であるとみなされる。   The transmitter 2 includes a digital signal processing unit 21. The digital signal processing unit 21 outputs a quantized signal (here, 1-bit quantized signal; pulse signal) that is a digital signal. The digital signal processing unit 21 is output to the optical transmission line 4 by an electro-optical converter (optical link) 22 that is an output unit of a quantized signal. When the transmission line 4 is an electric transmission line, the output unit 22 may be a converter that converts the voltage of the quantized signal. Further, when conversion of voltage or the like is not necessary, the connection terminal to the transmission line 4 is regarded as an output unit.

デジタル信号処理部21は、送信信号であるベースバンド信号(IQ信号)を出力するベースバンド部23と、ベースバンド信号を直交変調する直交変調器24と、バンドパス型ΔΣ変調器25と、を備えている。   The digital signal processing unit 21 includes a baseband unit 23 that outputs a baseband signal (IQ signal) that is a transmission signal, an orthogonal modulator 24 that performs orthogonal modulation on the baseband signal, and a bandpass ΔΣ modulator 25. I have.

ベースバンド部23は、IQベースバンド信号(I信号、Q信号それぞれ)をデジタルデータとして出力する。
直交変調器24では、搬送波(無変調波)をIQベースバンド信号の変化に応じて変調させて、搬送波にIQベースバンド信号が付加された変調波(直交変調波)を出力する。直交変調器24は、デジタル信号処理で直交変調を行うデジタル直交変調器として構成されている。したがって、直交変調器24からは、多ビットのデジタルデータ(離散値)によって表現されたデジタル信号形式の変調波(デジタル変調波)が出力される。出力された変調波は、バンドパス型ΔΣ変調器25に与えられる。
The baseband unit 23 outputs IQ baseband signals (I signal and Q signal) as digital data.
The quadrature modulator 24 modulates the carrier wave (non-modulated wave) according to the change of the IQ baseband signal, and outputs a modulated wave (orthogonal modulated wave) in which the IQ baseband signal is added to the carrier wave. The quadrature modulator 24 is configured as a digital quadrature modulator that performs quadrature modulation by digital signal processing. Accordingly, the quadrature modulator 24 outputs a modulated wave (digital modulated wave) in a digital signal format expressed by multi-bit digital data (discrete values). The output modulated wave is given to the bandpass type ΔΣ modulator 25.

前記搬送波の周波数は、通常の無線周波数を採用できる。無線周波数としては、好ましくは30MHz以上、より好ましくは300MHz以上、さらに好ましくは1GHz以上である。
変調波の信号帯域幅も、特に限定されないが、搬送波周波数に対して十分小さい狭帯域であるのが好ましい。信号帯域幅は、例えば、5MHz〜20MHzの範囲が好ましい。
A normal radio frequency can be adopted as the frequency of the carrier wave. The radio frequency is preferably 30 MHz or more, more preferably 300 MHz or more, and further preferably 1 GHz or more.
The signal bandwidth of the modulated wave is not particularly limited, but is preferably a narrow band sufficiently small with respect to the carrier frequency. The signal bandwidth is preferably in the range of 5 MHz to 20 MHz, for example.

なお、変調波を生成する変調器24としては、直交変調器に限らず、変調波を生成するための他の方式の変調器であってもよい。
また、実施形態に係る送信機2は、直交変調器24を有しているため、送信機2自体が、搬送波を生成する機能を有しているが、搬送波を生成する機能を有していなくてもよい。例えば、送信機2は、送信機2の外部装置にて生成された搬送波を入力として受け付け、その搬送波をバンドパス型ΔΣ変調器25に与えても良い。
The modulator 24 that generates the modulated wave is not limited to the quadrature modulator, and may be a modulator of another method for generating the modulated wave.
Further, since the transmitter 2 according to the embodiment includes the quadrature modulator 24, the transmitter 2 itself has a function of generating a carrier wave, but does not have a function of generating a carrier wave. May be. For example, the transmitter 2 may accept a carrier wave generated by an external device of the transmitter 2 as an input, and give the carrier wave to the bandpass ΔΣ modulator 25.

バンドパス型ΔΣ変調器25は、直交変調器24から出力された変調信号に対して、バンドパス型ΔΣ変調を行って1bitの量子化信号(パルス信号)を出力する。バンドパス型ΔΣ変調器25は、その中心周波数が、前記搬送波の周波数と一致するように設定されている。
なお、バンドパス型ΔΣ変調器25から出力される量子化信号は、1bitである必要はない。ΔΣ変調器25から出力される量子化信号は、ΔΣ変調器25に入力されたデジタルデータのビット数よりも少なければよい。
The bandpass type ΔΣ modulator 25 performs bandpass type ΔΣ modulation on the modulation signal output from the quadrature modulator 24 and outputs a 1-bit quantized signal (pulse signal). The bandpass type ΔΣ modulator 25 is set so that its center frequency matches the frequency of the carrier wave.
Note that the quantized signal output from the bandpass ΔΣ modulator 25 does not have to be 1 bit. The quantized signal output from the ΔΣ modulator 25 may be smaller than the number of bits of digital data input to the ΔΣ modulator 25.

バンドパス型ΔΣ変調器25(デジタル信号処理部21)から出力された量子化信号(ΔΣ変調信号)は、電気−光変換器22によって光パルス信号に変換される。当該量子化信号は、変調波として伝送路4に出力される。
受信機3側では、この量子化信号(パルス信号)からアナログ信号の変調波を取得することができる。なお、ΔΣ変調については、後述する。
The quantized signal (ΔΣ modulation signal) output from the bandpass type ΔΣ modulator 25 (digital signal processing unit 21) is converted into an optical pulse signal by the electro-optical converter 22. The quantized signal is output to the transmission line 4 as a modulated wave.
On the receiver 3 side, a modulated wave of an analog signal can be acquired from this quantized signal (pulse signal). The ΔΣ modulation will be described later.

本実施形態の送信機2では、直交変調器24及びバンドパス型ΔΣ変調器25はいずれもデジタル信号処理によって変調を行うデジタル回路として構成されている。したがって、高周波である変調波を扱いつつも、電気−光変換器22の手前においてアナログ回路を用いる必要がなく有利である。なお、バンドパス型ΔΣ変調器25には、デジタル信号に代えて、アナログ信号を入力しても、同様にパルス信号を出力できるため、直交変調器24をアナログ回路で構成することもできる。   In the transmitter 2 of the present embodiment, both the quadrature modulator 24 and the bandpass ΔΣ modulator 25 are configured as digital circuits that perform modulation by digital signal processing. Therefore, it is advantageous that an analog circuit need not be used before the electro-optical converter 22 while handling a modulated wave having a high frequency. Note that the band-pass ΔΣ modulator 25 can output a pulse signal in the same manner even when an analog signal is input instead of a digital signal, so that the quadrature modulator 24 can also be configured with an analog circuit.

受信機3は、光−電気変換器31と、アナログバンドバスフィルタ32と、アナログ回路33と、を備えている。
受信機3は、伝送路4から送信されてきた光パルス信号(量子化信号)を、入力部としての光−電気変換器31にて受信する。光−電気変換器31は、受信した光パルス信号を電気パルス信号に変換して出力する。
The receiver 3 includes an opto-electric converter 31, an analog bandpass filter 32, and an analog circuit 33.
The receiver 3 receives an optical pulse signal (quantized signal) transmitted from the transmission line 4 by an optical-electrical converter 31 as an input unit. The photoelectric converter 31 converts the received optical pulse signal into an electrical pulse signal and outputs it.

なお、伝送路4が電気伝送路である場合には、入力部31は、量子化信号の電圧を変換する変換器であってもよい。また、電圧などの変換が必要ない場合には、伝送路4への接続端子が入力部であるとみなされる。
また、入力部31では、伝送路4から受信した信号を、基準値と比較することで、伝送路4において信号を整形した信号を得ても良い。
When the transmission line 4 is an electric transmission line, the input unit 31 may be a converter that converts the voltage of the quantized signal. When no conversion of voltage or the like is necessary, the connection terminal to the transmission line 4 is regarded as an input unit.
Further, the input unit 31 may obtain a signal obtained by shaping the signal in the transmission path 4 by comparing the signal received from the transmission path 4 with a reference value.

アナログバンドパスフィルタ32は、前記搬送波の周波数を中心周波数とする通過帯域が設定されており、前記搬送波の周波数付近の帯域(送信信号の帯域よりやや広い帯域)を通過させる。
例えば、送信機2の直交変調器24に用いられた搬送波周波数が1GHzであれば、バンドパスフィルタ32は、1GHzが通過帯域の中心周波数として設定される。
なお、アナログバンドフィルタ32は、ΔΣ変調によってノイズシェイピング(後述)された量子化雑音を除去する。
The analog band pass filter 32 is set with a pass band centered on the frequency of the carrier wave, and passes a band near the frequency of the carrier wave (a band slightly wider than the band of the transmission signal).
For example, if the carrier frequency used for the quadrature modulator 24 of the transmitter 2 is 1 GHz, the bandpass filter 32 is set with 1 GHz as the center frequency of the passband.
The analog band filter 32 removes quantization noise that has been noise-shaped (described later) by ΔΣ modulation.

バンドパスフィルタ32の入力に、変調波に対してΔΣ変調を行って得られた量子化信号(ΔΣ変調信号)を与えると、バンドパスフィルタ32の出力からは、変調波がアナログ信号(連続波)として出力される。つまり、アナログバンドパスフィルタ32は、バンドパス型ΔΣ変調器25に入力されたデジタルRF信号に対応するアナログRF信号を生成して出力する。   When a quantized signal (ΔΣ modulation signal) obtained by performing ΔΣ modulation on the modulated wave is applied to the input of the bandpass filter 32, the modulated wave is converted into an analog signal (continuous wave) from the output of the bandpass filter 32. ) Is output. That is, the analog bandpass filter 32 generates and outputs an analog RF signal corresponding to the digital RF signal input to the bandpass ΔΣ modulator 25.

バンドパスフィルタ32の出力は、アナログ回路33に与えられる。アナログ回路33は、アナログ信号を処理する回路であれば特に限定されないが、例えば、無線受信機におけるRF部の回路とすることができる。   The output of the band pass filter 32 is given to the analog circuit 33. The analog circuit 33 is not particularly limited as long as it is a circuit that processes an analog signal. For example, the analog circuit 33 can be a circuit of an RF unit in a wireless receiver.

本実施形態の通信システムは、全体的にみると、送信機2から受信機3へ変調波を伝送するものであるが、送信機2と受信機3との間の伝送路4ではパルス信号が流れるため、伝送路4の影響による信号の劣化がほとんどない。したがって、変調波を高品質で伝送することができる。
しかも、伝送路4では、パルス信号(デジタル信号)が流れるため、伝送路4中で信号の劣化があっても、受信側においてデジタル信号処理技術を用いて、信号の訂正を行うことができる。したがって、この点からも、アナログ信号(変調波)を高品質で伝送することが可能となる。
The communication system of this embodiment generally transmits a modulated wave from the transmitter 2 to the receiver 3, but a pulse signal is transmitted in the transmission path 4 between the transmitter 2 and the receiver 3. Since it flows, there is almost no signal degradation due to the influence of the transmission path 4. Therefore, the modulated wave can be transmitted with high quality.
In addition, since a pulse signal (digital signal) flows in the transmission path 4, even if the signal is deteriorated in the transmission path 4, the signal can be corrected on the receiving side using a digital signal processing technique. Therefore, also from this point, an analog signal (modulated wave) can be transmitted with high quality.

[2.バンドパス型ΔΣ変調]
[2.1 ΔΣ変調器の基本構成]
図2に示すように、ΔΣ変調器25は、ループフィルタ27と、量子化器28と、を備えている(非特許文献1参照)。
図2に示すΔΣ変調器25は、入力(本実施形態では、変調波)Uが、ループフィルタ27に与えられる。ループフィルタ27の出力Yは、量子化器(例えば、1bit量子化器)28に与えられる。量子化器28の出力(量子化信号)Vは、ループフィルタ27への他の入力として与えられる。
[2. Bandpass ΔΣ modulation]
[2.1 Basic configuration of ΔΣ modulator]
As shown in FIG. 2, the ΔΣ modulator 25 includes a loop filter 27 and a quantizer 28 (see Non-Patent Document 1).
In the ΔΣ modulator 25 shown in FIG. 2, an input (modulated wave in this embodiment) U is given to the loop filter 27. The output Y of the loop filter 27 is supplied to a quantizer (for example, 1-bit quantizer) 28. The output (quantized signal) V of the quantizer 28 is given as another input to the loop filter 27.

ΔΣ変調器25の特性は、信号伝達関数(STF;Signal Transfer Function)及び雑音伝達関数(NTF;Noise Transfer Function)によって表すことができる。
つまり、ΔΣ変調器25の入力をUとし、ΔΣ変調器25の出力をVとし、量子化雑音をEとしたときに、ΔΣ変調器25の特性を、z領域において表すと、次のとおりである。
The characteristic of the delta-sigma modulator 25 can be represented by a signal transfer function (STF) and a noise transfer function (NTF; Noise Transfer Function).
That is, when the input of the ΔΣ modulator 25 is U, the output of the ΔΣ modulator 25 is V, and the quantization noise is E, the characteristics of the ΔΣ modulator 25 are expressed in the z region as follows. is there.

したがって、所望のNTFとSTFとが与えられると、ループフィルタ27の伝達関数を得ることができる。   Therefore, given the desired NTF and STF, the transfer function of the loop filter 27 can be obtained.

このようなΔΣ変調は、オーバサンプリング変調の一種であり、一般的には、AD変換又はDA変換に用いられている技術である。
ΔΣ変調では、信号帯域内の量子化雑音を、信号帯域外に移動させて、信号帯域内の量子化雑音を大きく低下させるノイズシェイピング(Noise Shaping)が行われる。
Such ΔΣ modulation is a kind of oversampling modulation, and is generally a technique used for AD conversion or DA conversion.
In ΔΣ modulation, noise shaping (Noise Shaping) is performed in which the quantization noise in the signal band is moved outside the signal band to greatly reduce the quantization noise in the signal band.

図3は、1次ローパス型ΔΣ変調器125の線形z領域モデルのブロック図を示している。符号127がループフィルタの部分を示し、符号128が量子化器を示している。このΔΣ変調器125への入力をU(z)とし、出力をV(z)とし、量子化雑音をE(z)としたときに、ΔΣ変調器125の特性を、z領域において表すと、次のとおりである。
V(z)=U(z)+(1−z−1)E(z)
FIG. 3 shows a block diagram of the linear z-domain model of the first-order low-pass ΔΣ modulator 125. Reference numeral 127 represents a loop filter portion, and reference numeral 128 represents a quantizer. When the input to the ΔΣ modulator 125 is U (z), the output is V (z), and the quantization noise is E (z), the characteristics of the ΔΣ modulator 125 are expressed in the z region. It is as follows.
V (z) = U (z) + (1-z −1 ) E (z)

つまり、図3に示す1次ローパス型ΔΣ変調器125において、信号伝達関数STF(z)=1であり、雑音伝達関数NTF(z)=1−z−1である。 That is, in the first-order low-pass ΔΣ modulator 125 shown in FIG. 3, the signal transfer function STF (z) = 1 and the noise transfer function NTF (z) = 1−z −1 .

[2.2 ローパス型ΔΣ変調とバンドパス型ΔΣ変調]
一般に、「ΔΣ変調」という用語は、ローパス型ΔΣ変調を指す。
ローパス型ΔΣ変調では、図4(a)に示すように、低い周波数の量子化雑音が、より高い周波数側に移動して、低い周波数の量子化雑音が減衰するようノイズシェイピングされている。つまり、ローパス型Δ変調では、雑音伝達関数(NTF)は、低周波数(0Hz付近)において、通過雑音を阻止する特性を有している。
[2.2 Low-pass ΔΣ modulation and bandpass ΔΣ modulation]
In general, the term “ΔΣ modulation” refers to low-pass ΔΣ modulation.
In the low-pass ΔΣ modulation, as shown in FIG. 4A, noise shaping is performed so that the low-frequency quantization noise moves to a higher frequency side and the low-frequency quantization noise is attenuated. That is, in the low-pass type Δ modulation, the noise transfer function (NTF) has a characteristic of blocking passing noise at a low frequency (near 0 Hz).

オーバサンプリングを行うため、ΔΣ変調が施される信号の周波数は、ローパス型ΔΣ変調器のサンプリング周波数fsよりも十分小さいことが必要である。換言すると、信号の周波数に対して、十分に大きなサンプリング周波数fsが要求される。例えば、信号の周波数に対して、128倍程度のサンプリング周波数fsが必要である。   In order to perform oversampling, the frequency of the signal subjected to ΔΣ modulation needs to be sufficiently smaller than the sampling frequency fs of the low-pass ΔΣ modulator. In other words, a sufficiently high sampling frequency fs is required for the signal frequency. For example, a sampling frequency fs of about 128 times the signal frequency is required.

一方、バンドパス型ΔΣ変調では、図4(b)に示すように、雑音伝達関数(NTF)は、0Hzよりも大きい周波数において、通過雑音を阻止する。   On the other hand, in the bandpass type ΔΣ modulation, as shown in FIG. 4B, the noise transfer function (NTF) blocks the passing noise at a frequency higher than 0 Hz.

バンドパス型ΔΣ変調では、信号の周波数fではなく、信号の帯域幅fが、サンプリング周波数fsよりも十分に小さければよい。
したがって、バンドパス型ΔΣ変調では、ΔΣ変調が施される信号の周波数(中心周波数)fは、サンプリング周波数fs以下であればよい。
換言すると、バンドパス型ΔΣ変調では、信号の帯域幅fに対して、十分に大きなサンプリング周波数fsであればよい。例えば、信号の帯域幅fに対して、64倍程度の十分に大きなサンプリング周波数fsがあればよい。
In the band-pass ΔΣ modulation, not the signal frequency f 0 but the signal bandwidth f B should be sufficiently smaller than the sampling frequency fs.
Therefore, in the bandpass type ΔΣ modulation, the frequency (center frequency) f 0 of the signal subjected to ΔΣ modulation may be equal to or lower than the sampling frequency fs.
In other words, in the band-pass ΔΣ modulation, the sampling frequency fs may be sufficiently larger than the signal bandwidth f B. For example, a sufficiently large sampling frequency fs of about 64 times the signal bandwidth f B is sufficient.

ここで、例えば、無線通信の搬送波周波数fが1GHz、信号帯域fが20MHzであるものとする。このような無線周波数の変調波(RF信号)に対して、ローパス型ΔΣ変調を行おうとすると、変調波の最大周波数は、約1GHzであるため、変調波の最大周波数である1GHzに対して、十分に大きな(128倍程度)のサンプリング周波数fs(=約128GHz)が必要となる。このように、ローパス型ΔΣ変調では、PWM変調と同様に、サンプリング周波数(サンプリング速度)が高くなりすぎて、現実的ではない。 Here, for example, it is assumed that the carrier frequency f 0 of radio communication is 1 GHz and the signal band f B is 20 MHz. When low-pass ΔΣ modulation is performed on a modulation wave (RF signal) of such a radio frequency, the maximum frequency of the modulation wave is about 1 GHz, so that the maximum frequency of the modulation wave is 1 GHz. A sufficiently large (about 128 times) sampling frequency fs (= about 128 GHz) is required. As described above, the low-pass ΔΣ modulation is not practical because the sampling frequency (sampling speed) becomes too high, as in the PWM modulation.

これに対し、バンドパス型ΔΣ変調では、信号の帯域幅fに対して、十分に大きなサンプリング周波数fsであればよいため、信号帯域が20MHzのRF信号であれば、20MHz×64=1.28GHz程度のサンプリング周波数fs(サンプリング速度=1.28GS/S)でよい。また、信号帯域が5MHzであれば、320MHzのサンプリング周波数(サンプリング速度=320MS/s)でよい。
このように、バンドパス型ΔΣ変調では、サンプリング周波数(サンプリング速度)を小さくできるため、有利である。
On the other hand, in the band-pass ΔΣ modulation, the sampling frequency fs may be sufficiently larger than the signal bandwidth f B , so that if the signal band is an RF signal of 20 MHz, 20 MHz × 64 = 1. A sampling frequency fs of about 28 GHz (sampling rate = 1.28 GS / S) may be used. If the signal band is 5 MHz, a sampling frequency of 320 MHz (sampling speed = 320 MS / s) may be used.
Thus, the band-pass type ΔΣ modulation is advantageous because the sampling frequency (sampling speed) can be reduced.

[2.3 ΔΣ変調を用いたDA変換との対比]
ΔΣ変調を用いたDA変換では、DA変換器への入力であるデジタル信号がΔΣ変調器に与えられ、オーバサンプリングとノイズシェイピングが行われる。ΔΣ変調器から出力された低ビットの量子化信号)は、信号帯域外の成分をカットするアナログフィルタを通過することで、アナログ信号となる。このアナログ信号が、DA変換器の出力となる。
[2.3 Contrast with DA conversion using ΔΣ modulation]
In DA conversion using ΔΣ modulation, a digital signal that is input to the DA converter is supplied to the ΔΣ modulator, and oversampling and noise shaping are performed. The low-bit quantized signal output from the ΔΣ modulator is converted into an analog signal by passing through an analog filter that cuts components outside the signal band. This analog signal becomes the output of the DA converter.

本実施形態の送信機2に設けられたΔΣ変調器25は、DA変換器に用いられる場合と同様に、入力されたデジタル信号(変調波)に対してオーバサンプリングとノイズシェイピングを行う。
ただし、本実施形態のΔΣ変調器25から出力された低ビットの量子化信号は、アナログフィルタを通過することなく、量子化信号のまま、出力部である電気−光変換器22に与えられて、光パルス信号となる。
The ΔΣ modulator 25 provided in the transmitter 2 of the present embodiment performs oversampling and noise shaping on the input digital signal (modulated wave), similarly to the case where it is used in the DA converter.
However, the low-bit quantized signal output from the delta-sigma modulator 25 of the present embodiment is supplied to the electro-optical converter 22 that is an output unit without passing through the analog filter as it is. It becomes an optical pulse signal.

光パルス信号は、受信機3の入力部である光−電気変換器31によって受信されて、電気パルス信号となり、アナログフィルタ(アナログバンドパスフィルタ)32に与えられる。受信機3のアナログバンドパスフィルタ32は、変調波の信号帯域外の成分をカットすることで、アナログ信号である変調波を出力する。   The optical pulse signal is received by an optical-electrical converter 31 that is an input unit of the receiver 3, becomes an electric pulse signal, and is given to an analog filter (analog bandpass filter) 32. The analog bandpass filter 32 of the receiver 3 outputs a modulated wave that is an analog signal by cutting a component outside the signal band of the modulated wave.

[2.4 バンドパス型のΔΣ変調器の設計]
[2.4.1 変換式]
非特許文献1によれば、ローパス型ΔΣ変調器に対して、以下の変換を行うことで、ローパス型ΔΣ変調器を、バンドパス型ΔΣ変調器に変換できる。
[2.4 Design of bandpass ΔΣ modulator]
[2.4.1 Conversion formula]
According to Non-Patent Document 1, a low pass type ΔΣ modulator can be converted into a band pass type ΔΣ modulator by performing the following conversion on the low pass type ΔΣ modulator.

上記変換式に従って、ローパス型ΔΣ変調器125のz領域モデルにおけるzを、z’=−zに置き換えることでバンドパス型ΔΣ変調器が得られる。 By replacing z in the z region model of the low-pass ΔΣ modulator 125 with z ′ = − z 2 in accordance with the above conversion formula, a band-pass ΔΣ modulator can be obtained.

上記変換式を用いると、n次のローパス型ΔΣ変調器(nは1以上の整数)を、2n次のバンドパス型Σ変調器に変換できる。
例えば、1次ローパス型ΔΣ変調器125の周波数特性は、図5(a)に示すとおりである。1次ローパス型ΔΣ変調器125を、上記変換式で変換して得られた2次バンドパス型ΔΣ変調器の周波数特性は、図5(b)に示すようになる。なお、図5において、横軸θは正規化周波数である。
Using the above conversion equation, an n-order low-pass ΔΣ modulator (n is an integer of 1 or more) can be converted to a 2n-order band-pass Σ modulator.
For example, the frequency characteristic of the first-order low-pass ΔΣ modulator 125 is as shown in FIG. The frequency characteristic of the secondary bandpass ΔΣ modulator obtained by converting the primary lowpass ΔΣ modulator 125 with the above conversion formula is as shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis θ is the normalized frequency.

上記変換式で得られたバンドパス型ΔΣ変調器の信号伝達関数及び雑音伝達関数は、変換前のローパス型ΔΣ変調器125と同じ利得を持つものの、図5(b)に示す周波数特性は、図5(a)に示す周波数特性が2分の1に圧縮され、折り返されている。   Although the signal transfer function and noise transfer function of the bandpass ΔΣ modulator obtained by the above conversion equation have the same gain as the low-pass ΔΣ modulator 125 before conversion, the frequency characteristics shown in FIG. The frequency characteristic shown in FIG. 5A is compressed by half and folded.

上記変換式で得られたバンドパス型ΔΣ変調器は、同じオーバサンプリング比で動作する変換前のローパス型ΔΣ変調器125と同じ安定性特性とSNR特性を持つ。   The bandpass ΔΣ modulator obtained by the above conversion formula has the same stability characteristics and SNR characteristics as the low-pass ΔΣ modulator 125 before conversion operating at the same oversampling ratio.

しかし、上記変換式では、図5(b)に示すように、サンプリング周波数fsの1/4の周波数(正規化周波数θ=±π/2)用のバンドパス型ΔΣ変調器しか得られない。つまり、上記変換式では、サンプリング周波数fsの1/4周波数(正規化周波数θ=±π/2)が量子化雑音阻止帯域の中心周波数fであるバンドパス型ΔΣ変調器しか得られない。 However, in the above conversion formula, as shown in FIG. 5B, only a band-pass type ΔΣ modulator for a frequency of 1/4 of the sampling frequency fs (normalized frequency θ = ± π / 2) can be obtained. That is, in the above conversion formula, only a bandpass ΔΣ modulator having a quarter frequency (normalized frequency θ = ± π / 2) of the sampling frequency fs and the center frequency f 0 of the quantization noise stop band can be obtained.

本発明者は、ローパス型ΔΣ変調器から、所望の周波数f(θ=θ)を、中心周波数fとして持つバンドパス型ΔΣ変調器を得るための変換式を見出した。当該変換式は、例えば、次の式(3)に示す通りである。
ここで、
θ=2π×(f/fs)
The inventor has found a conversion formula for obtaining a bandpass type ΔΣ modulator having a desired frequency f 0 (θ = θ 0 ) as a center frequency f 0 from a low pass type ΔΣ modulator. The conversion formula is as shown in the following formula (3), for example.
here,
θ 0 = 2π × (f 0 / fs)

式(2)の変換式では、特定の周波数θ=π/2に関するものであったが、式(3)の変換式では、任意の周波数(θ)に一般化されている。 The conversion formula of Formula (2) relates to a specific frequency θ 0 = π / 2, but the conversion formula of Formula (3) is generalized to an arbitrary frequency (θ 0 ).

[2.4.2 変換式の考え方]
ローパス型ΔΣ変調器において、z=ejωT=1という前提に立つと、ローパス型変調器の特性を維持しつつバンドパス型ΔΣ変調器に変換するためのz’の絶対値は1となるべきである。
|z’|=1でなければ、素子zを通過した信号の大きさ(振幅)が変化するため、変換前のローパス型ΔΣ変調器よりも特性が劣化するからである。
なお、z’の大きさは、1であっても、−1であってもよい。これは、z’=1とz’=−1とは、単に位相が反転した関係にすぎず、信号の大きさを変化させないからである。
[2.4.2 Concept of conversion formula]
In the low-pass type ΔΣ modulator, assuming that z = e jωT = 1, the absolute value of z ′ for conversion to the band-pass type ΔΣ modulator should be 1 while maintaining the characteristics of the low-pass type modulator. It is.
If | z ′ | = 1, the magnitude (amplitude) of the signal that has passed through the element z changes, and the characteristics are deteriorated compared to the low-pass ΔΣ modulator before conversion.
Note that z ′ may be 1 or −1. This is because z ′ = 1 and z ′ = − 1 are merely a relationship in which the phases are reversed, and the signal magnitude is not changed.

したがって、ローパス型ΔΣ変調器の特性を劣化させずに維持しつつ、バンドパス型ΔΣ変調器を得るためのz’は、z及びθを含む関数fcnv(z,θ)であって、任意のz,θについて、fcnv(z,θ)の絶対値が常に1となる関数fcnv(z,θ)であれば良い。 Therefore, z ′ for obtaining a bandpass ΔΣ modulator while maintaining the characteristics of the lowpass ΔΣ modulator without deterioration is a function f cnv (z, θ 0 ) including z and θ 0. For any z, θ 0 , a function f cnv (z, θ 0 ) in which the absolute value of f cnv (z, θ 0 ) is always 1 may be used.

そのような関数fcnv(z,θ)を見出せば、ローパス型ΔΣ変調器を、所望の周波数f(θ)用のバンドパス型ΔΣ変調器が得られる。 If such a function f cnv (z, θ 0 ) is found, a low-pass ΔΣ modulator and a band-pass ΔΣ modulator for a desired frequency f 00 ) can be obtained.

本発明者は、次のようにして、そのような関数z’=fcnv(z,θ)を見出し、式(2)を一般化した変換式z→z’(式(3))を得た。 The present inventor finds such a function z ′ = f cnv (z, θ 0 ) as follows and generalizes a conversion formula z → z ′ (formula (3)) obtained by generalizing formula (2). Obtained.

まず、ローパス型ΔΣ変調器から、所望の周波数f(θ=θ)を中心周波数fとして持つバンドパス型ΔΣ変調器への変換は、周波数特性で考えると、図6に示すようになる。図6は、図5を、任意の周波数f(θ=θ)で一般化したものである。
図6(b)に示すように、バンドパス型ΔΣ変調器の雑音阻止帯域の中心周波数はf(θ=2π×(f/fs))である。
First, conversion from a low pass type ΔΣ modulator to a band pass type ΔΣ modulator having a desired frequency f 0 (θ = θ 0 ) as a center frequency f 0 is considered as shown in FIG. Become. FIG. 6 is a generalization of FIG. 5 at an arbitrary frequency f 0 (θ = θ 0 ).
As shown in FIG. 6B, the center frequency of the noise stop band of the band-pass ΔΣ modulator is f 00 = 2π × (f 0 / fs)).

ここで、
とおくことで、周波数領域で考える。なお、Tはサンプリング周期である。
here,
Therefore, we consider in the frequency domain. T is a sampling period.

また、式(4)のωTは、
である。
In addition, ωT in Equation (4) is
It is.

そして、図6(a)に示すように、ローパス型ΔΣ変調器では、f=0(θ=0)で動作している。そこで、本発明者は、式(4)に関して、ローパス型ΔΣ変調器では、以下の式(6)が成り立つと考えた。
つまり、ローパス型ΔΣ変調器では、図6(a)に示すように、ej0で動作していると考えることができる。
As shown in FIG. 6A, the low-pass ΔΣ modulator operates at f 0 = 0 (θ = 0). Therefore, the present inventor considered that the following equation (6) holds in the low-pass type ΔΣ modulator with respect to the equation (4).
That is, it can be considered that the low-pass type ΔΣ modulator operates at e j0 as shown in FIG.

式(6)より、以下の式(7)が得られる。
From the equation (6), the following equation (7) is obtained.

一方、バンドパス型ΔΣ変調器では、図6(b)及び図7(b)に示すように、θ及び−θにおいて、複素共役の対で動作する。
したがって、ローパス型Δ変調器における式(7)に基づくとともに、バンドパス型ΔΣ変調器が複素共役の対を持つことを考慮すると、次の式(8)が得られる。
On the other hand, the bandpass ΔΣ modulator operates as a complex conjugate pair at θ 0 and −θ 0 as shown in FIGS. 6B and 7B.
Therefore, considering the fact that the bandpass type ΔΣ modulator has a complex conjugate pair based on the formula (7) in the low-pass type Δ modulator, the following formula (8) is obtained.

本発明者は、式(8)を利用して、z’=fcnv(z,θ)を得た。
すなわち、まず、上記式(8)を次のように変形して、右辺(一方の辺)の値が1である式(10)を得る。
The present inventor obtained z ′ = f cnv (z, θ 0 ) using the formula (8).
That is, first, the above equation (8) is modified as follows to obtain equation (10) in which the value of the right side (one side) is 1.

式(10)は、その左辺(他方の辺)の式の値が、任意のz,θについて、常に左辺の値=1となる恒等式であることが明らかである。
したがって、式(10)の左辺は、任意のz,θについて、値が常に1となる関数fcnv(z,θ)となっている。
Equation (10), the value of the expression of the left-hand (the other side) is, any z, the theta 0, it is clear that it is always identity as the left-hand side value = 1.
Therefore, the left side of the equation (10) is a function f cnv (z, θ 0 ) whose value is always 1 for any z and θ 0 .

式(10)より、ローパス型からバンドパス型へ変換するための変換式z→z’におけるz’は、次の通りである。
上記式(11)より、式(3)の変換式が得られる。
なお、上記式(3)において、θ=π/2(f=fs/4の場合)とおくと、式(2)の変換式と等価であることがわかる。
さらに、ローパス型ΔΣ変換器は、θ=0である。θ=0の場合、式(3)の変換式は、z→zとなり、式(3)は、ローパス型ΔΣ変換器を変形させないことがわかる。
From Expression (10), z ′ in the conversion expression z → z ′ for converting from the low pass type to the band pass type is as follows.
From the above equation (11), the conversion equation of equation (3) is obtained.
In the above equation (3), when θ 0 = π / 2 (when f 0 = fs / 4) is set, it can be seen that it is equivalent to the conversion equation of equation (2).
Further, the low-pass ΔΣ converter has θ 0 = 0. When θ 0 = 0, the conversion equation of Equation (3) becomes z → z, and it can be seen that Equation (3) does not deform the low-pass ΔΣ converter.

また、z’=fcnv(z,θ)の値は、−1でもよいため(絶対値が1であればよいため)、z’は、次の形式であってもよい。 Since z ′ = f cnv (z, θ 0 ) may be −1 (because the absolute value is 1), z ′ may be in the following format.

また、z’=fcnv(z,θ)の分母と分子とを入れ替えても、1又は−1となるため、z’は、次の形式であってもよい。
Moreover, even if the denominator and the numerator of z ′ = f cnv (z, θ 0 ) are replaced, it becomes 1 or −1, and therefore z ′ may be in the following format.

なお、任意のz,θについて、絶対値が常に1となる式z’=fcnv(z,θ)の表現形式は、当然ながら、例示したものに限定されない。fcnv(z,θ)について、多様な表現形式が存在することは、式(8)から一方の辺の値が1又は−1である恒等式を得るための式の変形の仕方が一通りではないことからも明らかである。 Of course, the expression format of the expression z ′ = f cnv (z, θ 0 ) whose absolute value is always 1 for any z, θ 0 is not limited to that illustrated. Regarding f cnv (z, θ 0 ), there are various expression formats. This means that the equation can be transformed from the equation (8) in order to obtain an identity with a value of one side of 1 or −1. It is clear that this is not the case.

[2.5バンドパスΔΣ変調器の例]
[2.5.1 第1例]
図8は、図3に示す1次ローパス型ΔΣ変調器125を、式(3)の変換式で変換して得られた2次バンドパス型ΔΣ変調器25を示している。
なお、図3から図8への変換では、表記の便宜上、式(3)において、a=cosθとおいた下記の変換式を用いた。
[Example of 2.5 bandpass ΔΣ modulator]
[2.5.1 First Example]
FIG. 8 shows a second-order bandpass ΔΣ modulator 25 obtained by converting the first-order lowpass ΔΣ modulator 125 shown in FIG. 3 using the conversion equation (3).
In the conversion from FIG. 3 to FIG. 8, for the convenience of notation, the following conversion equation with a = cos θ 0 in Equation (3) was used.

[2.5.2 第2例]
図9は、非特許文献1に記載されたCRFB構造のループフィルタ127を持つローパス型ΔΣ変調器125を示している。なお、図9において、符号128は、量子化器を示す。
[2.5.2 Second Example]
FIG. 9 shows a low-pass ΔΣ modulator 125 having a CRFB structure loop filter 127 described in Non-Patent Document 1. In FIG. 9, reference numeral 128 denotes a quantizer.

図9に示すローパス型ΔΣ変調器125を、式(3)の変換式で変換すると、図10に示すバンドパス型ΔΣ変調器25が得られる。なお、ここでも、表記の便宜上、式(3)において、a=cosθとおいた。 When the low-pass type ΔΣ modulator 125 shown in FIG. 9 is converted by the conversion formula (3), a bandpass type ΔΣ modulator 25 shown in FIG. 10 is obtained. Also here, for convenience of description, in equation (3), a = cos θ 0 is set.

図9の(1/(z−1))と(z/(z−1))におけるzが、変換式によって変換される。(1/(z−1))と(z/(z−1))の変換後の式は、それぞれ、次の通りである。
Z in (1 / (z-1)) and (z / (z-1)) in FIG. 9 is converted by a conversion formula. Expressions after conversion of (1 / (z-1)) and (z / (z-1)) are as follows, respectively.

[2.5.3 その他]
バンドパス型ΔΣ変調器への変換は、その他の高次ローパス型ΔΣ変調器(例えば、非特許文献1記載のCIFB構造、CRFF構造、CIFF構造など)に対しても適用できる。
[2.5.3 Others]
The conversion to the band-pass type ΔΣ modulator can be applied to other high-order low-pass type ΔΣ modulators (for example, the CIFB structure, the CRFF structure, the CIFF structure, etc. described in Non-Patent Document 1).

[2.6 出力結果]
図11〜図14は、第2例(図10)のバンドパス型ΔΣ変調器において、θ=π/4とした場合(図11)、θ=3π/4とした場合(図12)、θ=5π/4とした場合(図13)、θ=7π/4とした場合(図14)の出力スペクトラム波形を示している。
[2.6 Output results]
FIGS. 11 to 14 show a case where θ 0 = π / 4 (FIG. 11) and θ 0 = 3π / 4 in the bandpass ΔΣ modulator of the second example (FIG. 10) (FIG. 12). , Θ 0 = 5π / 4 (FIG. 13), and θ 0 = 7π / 4 (FIG. 14).

図11〜図14に示すように、θ=π/4,3π/4,5π/4,7π/4の各周波数において、信号が所望のθにおいて出現しており、θ=±π/2以外の他の周波数用のバンドパス型ΔΣ変調器が得られていることが分かる。 As shown in FIGS. 11 to 14, at each frequency of θ 0 = π / 4, 3π / 4, 5π / 4, and 7π / 4, a signal appears at a desired θ 0 , and θ 0 = ± π It can be seen that bandpass ΔΣ modulators for frequencies other than / 2 are obtained.

従来、任意の周波数fに対してバンドパス型ΔΣ変調を行うバンドパス型ΔΣ変調器の設計手法は確立していなかった。しかし、式(3)などの変換式を用いることで、所望の搬送周波数fを、雑音伝達関数(NTF)の雑音阻止帯域として設定でき、所望の搬送周波数fに対してバンドパス型ΔΣ変調を行うバンドパス型ΔΣ変調器を設計することができる。 Conventionally, a design method for a bandpass ΔΣ modulator that performs bandpass ΔΣ modulation on an arbitrary frequency f 0 has not been established. However, by using a conversion equation such as Equation (3), the desired carrier frequency f 0 can be set as the noise rejection band of the noise transfer function (NTF), and the bandpass ΔΣ with respect to the desired carrier frequency f 0 . A bandpass ΔΣ modulator that performs modulation can be designed.

[3.帯域拡張]
図15は、図1の通信システム1の受信機3に帯域拡張部29を追加したものを示している。図15の通信システム1において、説明を省略した点については、図1のものと同様である。
[3. Bandwidth expansion]
FIG. 15 shows a configuration in which a band extension unit 29 is added to the receiver 3 of the communication system 1 of FIG. In the communication system 1 of FIG. 15, the points that are not described are the same as those of FIG.

前述のように、バンドパス型ΔΣ変調では、信号帯域fがサンプリング周波数fsに対して十分に小さければよい。例えば、信号帯域が20MHzのRF信号であれば、20MHz×64=1.28GHzのサンプリング周波数fs(サンプリング速度=1.28GS/S)でよい。 As described above, in the band-pass ΔΣ modulation, the signal band f B only needs to be sufficiently small with respect to the sampling frequency fs. For example, if the signal band is an RF signal having a frequency of 20 MHz, the sampling frequency fs (sampling speed = 1.28 GS / S) may be 20 MHz × 64 = 1.28 GHz.

ここで、前述のサンプリング周波数fs(1.28GHz)を更に大きくできる場合、信号帯域fに余裕ができるため、図15に示すように、帯域拡張部29を設けておき、信号帯域fを拡張しておくのが好ましい。
帯域拡張部29では、アップサンプリングを行うことにより、図16に示すように、元々の信号帯域f(=20MHz)の両側にゼロ信号を挿入して、信号帯域を2倍(f’=40MHz)に拡張する。また、信号帯域f’の拡張に伴い、バンドパス型ΣΔ変調器25のサンプリング周波数fsも、2倍の2.56GHzとなる。
Here, when the above-described sampling frequency fs (1.28 GHz) can be further increased, the signal band f B can be afforded. Therefore, as shown in FIG. 15, a band extending unit 29 is provided to reduce the signal band f B. It is preferable to expand.
As shown in FIG. 16, the band extending unit 29 inserts zero signals on both sides of the original signal band f B (= 20 MHz) by upsampling, and doubles the signal band (f B ′ = 40 MHz). As the signal band f B ′ is expanded, the sampling frequency fs of the bandpass ΣΔ modulator 25 is also doubled to 2.56 GHz.

このように、帯域fを拡張するとサンプリング周波数fsが大きくなる。ここで、搬送波周波数fは、サンプリング周波数fs以下の値を選択できるため、サンプリング周波数fsが大きくなると、搬送周波数fの選択の幅も大きくなる。 Thus, when the band f B is expanded, the sampling frequency fs increases. Here, the carrier frequency f 0, it is possible to select the following values sampling frequency fs, the sampling frequency fs increases, also increases the range of selection of the carrier frequency f 0.

ここで、無線通信の規格であるLTE(Long Term Evolution)では、例えば、信号帯域f=20MHzで、搬送波周波数fが2GHzである。この場合、バンドパス型ΔΣ変調のために、信号帯域f=20MHzだけを基準にサンプリング周波数fsを決定すると、サンプリング周波数fs=1.28GHz=20MHz×64となる。しかし、サンプリング周波数fs=1.28GHzが、搬送波周波数f=2GHzよりも小さいため、不適切である。 Here, in LTE (Long Term Evolution), which is a wireless communication standard, for example, the signal band f B = 20 MHz and the carrier frequency f 0 is 2 GHz. In this case, if the sampling frequency fs is determined based on only the signal band f B = 20 MHz for the band-pass ΔΣ modulation, the sampling frequency fs = 1.28 GHz = 20 MHz × 64. However, the sampling frequency fs = 1.28 GHz is inappropriate because it is smaller than the carrier frequency f 0 = 2 GHz.

しかし、拡張された信号帯域f’=40MHzを基準にサンプリング周波数fsを決定すると、サンプリング周波数fs=2.56GHz=40MHz×64となる。この場合、サンプリング周波数fs=2.56MHzが、搬送波周波数f=2GHzよりも大きいため適切である。 However, when the sampling frequency fs is determined based on the expanded signal band f B ′ = 40 MHz, the sampling frequency fs = 2.56 GHz = 40 MHz × 64. In this case, the sampling frequency fs = 2.56 MHz is appropriate because it is larger than the carrier frequency f 0 = 2 GHz.

また、帯域拡張部29によって拡張された信号帯域部分fB1,fB2は、実質的には、信号が存在しない部分である。したがって、図17に示すように、受信機3のバンドパスフィルタ32では、拡張前の信号帯域fを通過帯域とするものでよく、拡張された信号帯域f’全体が通過帯域となっていなくてもよい。
しかも、拡張された信号帯域部分fB1,fB2を利用して、バンドパスフィルタ32のロールオフ(roll−off)を広くとることができるため、バンドパスフィルタ32の設計が容易となる。
Further, the signal band portions f B1 and f B2 expanded by the band extending unit 29 are substantially portions where no signal exists. Therefore, as shown in FIG. 17, the band pass filter 32 of the receiver 3 may use the signal band f B before expansion as the pass band, and the entire extended signal band f B ′ is the pass band. It does not have to be.
Moreover, since the roll-off of the bandpass filter 32 can be widened using the extended signal band portions f B1 and f B2 , the design of the bandpass filter 32 is facilitated.

[4.高調波の利用]
ΔΣ変調器25の出力は、量子化信号(パルス信号)であるため、主信号成分のほか、折り返しによる高調波成分が存在する。
この高調波成分を利用することで、送信機2側では、搬送波周波数f’及びサンプリング周波数fsを低く抑えつつ、受信機3側で受信される変調波の周波数を高くすることができる。
[4. Use of harmonics]
Since the output of the ΔΣ modulator 25 is a quantized signal (pulse signal), a harmonic component due to aliasing exists in addition to the main signal component.
By utilizing this harmonic component, the frequency of the modulated wave received on the receiver 3 side can be increased while the carrier frequency f 0 ′ and the sampling frequency fs are kept low on the transmitter 2 side.

例えば、受信機3にて受信したい周波数(受信周波数)fが、2GHzであったとする。これまでの説明した通信システム1のように高調波を利用しない場合には、送信機2側は、搬送波周波数(無変調波の周波数)fを2GHzとし、サンプリング周波数fsを2GHzよりも大きい値にする必要がある。 For example, it is assumed that the frequency (reception frequency) f 0 desired to be received by the receiver 3 is 2 GHz. When harmonics are not used as in the communication system 1 described so far, the transmitter 2 side sets the carrier frequency (frequency of unmodulated wave) f 0 to 2 GHz and the sampling frequency fs to a value larger than 2 GHz. It is necessary to.

しかし、図18に示すように、バンドパス型ΔΣ変調器25に対して、搬送波周波数f’の変調波を入力すると、バンドパス型ΔΣ変調器25の出力(量子化信号)は、搬送波周波数f’を中心とする主信号成分を有するだけでなく、折り返しによって、f=n×fs+f’(nは絶対値が1以上の整数)の高調波成分をも有している。
この高調波成分を、受信機3側で積極的に受信させることで、送信機2側では、比較的低い周波数f’を対象に処理を行いつつも、受信機3側では、搬送波周波数f=n×fs+f’の高い周波数の変調波を受信することが可能となる。
However, as shown in FIG. 18, when a modulated wave having a carrier frequency f 0 ′ is input to the bandpass ΔΣ modulator 25, the output (quantized signal) of the bandpass ΔΣ modulator 25 is the carrier frequency. In addition to having a main signal component centered on f 0 ′, it also has a harmonic component of f 0 = n × fs + f 0 ′ (n is an integer having an absolute value of 1 or more) by folding.
By actively receiving this harmonic component on the receiver 3 side, while processing is performed on the relatively low frequency f 0 ′ on the transmitter 2 side, the carrier frequency f is on the receiver 3 side. It becomes possible to receive a modulated wave having a high frequency of 0 = n × fs + f 0 ′.

具体的には、受信機3側の受信周波数fを2GHzとした場合、受信機3のアナログバンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数fcも2GHzに設定される。つまり、受信機3は、中心周波数fが2GHzの変調波を受信する。
この場合、送信機2のバンドパス型Δ変調器25のサンプリング速度fsを1.5GHz(<f)とすると、直交変調器24における搬送波(無変調波)の周波数f’は、
’=f−fs=2GHz−1.5GHz=500MHz
でよい。
Specifically, when the reception frequency f 0 of the receiver 3 side and 2 GHz, the center frequency fc of the passband of the analog bandpass filter in the receiver 3 is also set to 2 GHz. That is, the receiver 3 receives a modulated wave having a center frequency f 0 of 2 GHz.
In this case, assuming that the sampling rate fs of the bandpass type Δ modulator 25 of the transmitter 2 is 1.5 GHz (<f 0 ), the frequency f 0 ′ of the carrier wave (unmodulated wave) in the quadrature modulator 24 is
f 0 ′ = f 0 −fs = 2 GHz−1.5 GHz = 500 MHz
It's okay.

したがって、送信機2としては、実際には、中心周波数(搬送波周波数)f’が500MHzの変調波を扱いつつも、受信機3側からみると、送信機2は、あたかも、中心周波数(搬送波周波数)fが2GHzの変調波を送信しているものとみなすことができる。この結果、送信機2におけるサンプリング周波数よりも高い周波数の変調波を送信することが可能となる。 Therefore, the transmitter 2 actually handles a modulated wave having a center frequency (carrier frequency) f 0 ′ of 500 MHz, but when viewed from the receiver 3 side, the transmitter 2 is as if the center frequency (carrier wave) It can be considered that the frequency) f 0 is transmitting a modulated wave of 2 GHz. As a result, a modulated wave having a frequency higher than the sampling frequency in the transmitter 2 can be transmitted.

図18に示す主信号成分を受信機3が所望する周波数(受信周波数)の信号として送信する場合、及び図18に示す高調波成分を受信機3が所望する周波数(受信周波数)の信号として送信する場合の両者についてまとめると、送信機2の直交変調器24において用いられる搬送波(無変調波)の周波数f’は、以下の式を満たすものとなる。
’=f−n×fs
ただし、
:受信機3側の受信周波数
fs :バンドパス型ΔΣ変調器25のサンプリング周波数
’ :直交変調器24の搬送波(無変調波)の周波数
n :整数
When the main signal component shown in FIG. 18 is transmitted as a signal having a frequency (reception frequency) desired by the receiver 3, and the harmonic component shown in FIG. 18 is transmitted as a signal having a frequency (reception frequency) desired by the receiver 3. In summary, the frequency f 0 ′ of the carrier wave (unmodulated wave) used in the quadrature modulator 24 of the transmitter 2 satisfies the following expression.
f 0 ′ = f 0 −n × fs
However,
f 0 : reception frequency on the receiver 3 side fs: sampling frequency of the bandpass type ΔΣ modulator 25 f 0 ′: frequency of carrier wave (unmodulated wave) of the quadrature modulator 24 n: integer

上記式において、n=0の場合が、図18に示す主信号成分を受信機3が所望する周波数(受信周波数)の信号として送信する場合となり、それ以外の場合が、図18に示す高調波成分を受信機3が所望する周波数(受信周波数)の信号として送信する場合となる。
nが大きくなると、高調波成分は徐々に小さくなるため、n=±1(特にn=1)が好ましい。
In the above equation, when n = 0, the main signal component shown in FIG. 18 is transmitted as a signal of the frequency (reception frequency) desired by the receiver 3, and the other cases are the harmonics shown in FIG. This is a case where the component is transmitted as a signal of a frequency (reception frequency) desired by the receiver 3.
As n increases, the harmonic component gradually decreases, so n = ± 1 (particularly n = 1) is preferable.

また、受信機3のアナログバンドパスフィルタ32の通過帯域の中心周波数fcは、以下の式を満たすものとなる。
fc=f’+n×fs
ただし、
fc :アナログバンドパスフィルタ32の通過帯域の中心周波数
fs :バンドパス型ΔΣ変調器25のサンプリング周波数
’ :直交変調器24の搬送波(無変調波)の周波数
n :整数
Further, the center frequency fc of the pass band of the analog bandpass filter 32 of the receiver 3 satisfies the following expression.
fc = f 0 '+ n × fs
However,
fc: center frequency of pass band of analog bandpass filter 32 fs: sampling frequency of bandpass ΔΣ modulator 25 f 0 ′: frequency of carrier wave (unmodulated wave) of quadrature modulator 24 n: integer

上記式においても、n=0の場合が、図18に示す主信号成分を受信機3が所望する周波数(受信周波数)の信号として送信する場合となり、それ以外の場合が、図18に示す高調波成分を受信機3が所望する周波数(受信周波数)の信号として送信する場合となる。
nが大きくなると、高調波成分は徐々に小さくなるため、n=±1(特にn=1)が好ましい。
Also in the above formula, when n = 0, the main signal component shown in FIG. 18 is transmitted as a signal of the frequency (reception frequency) desired by the receiver 3, and the other cases are the harmonics shown in FIG. In this case, the wave component is transmitted as a signal having a frequency (reception frequency) desired by the receiver 3.
As n increases, the harmonic component gradually decreases, so n = ± 1 (particularly n = 1) is preferable.

[5.無線基地局装置への適用]
図19は、前述の通信システム1を利用した無線基地局装置41の実施形態のバリエーションを示している。
[5. Application to radio base station equipment]
FIG. 19 shows a variation of the embodiment of the radio base station apparatus 41 using the communication system 1 described above.

図19に示す無線基地局装置41は、基地局本体42と、基地局本体42に信号伝送路(光伝送路又は電気伝送路)44を介して接続されたリモートレディオヘッド(Remote Radio Head)43と、を備えている。
リモートレディオヘッドを有する無線基地局装置41では、基地局本体42を建物内部に設置しつつ、アンテナ35を有するリモートレディオヘッド43を建物屋上に設置することができ、設置の自由度が高い。
A radio base station apparatus 41 shown in FIG. 19 includes a base station main body 42 and a remote radio head 43 that is connected to the base station main body 42 via a signal transmission path (optical transmission path or electrical transmission path) 44. And.
In the radio base station apparatus 41 having a remote radio head, the remote radio head 43 having the antenna 35 can be installed on the building roof while the base station main body 42 is installed inside the building, and the degree of freedom of installation is high.

ここで、従来の無線基地局装置では、基地局装置本体は、デジタル領域のベースバンド信号処理や制御・管理などを行う無線装置制御部(REC;Radio Equipment Control)として構成され、リモートレディオヘッドは、アナログ領域の無線信号処理(変調及び増幅など)を行う無線装置(Radio Equipment)として構成されている。   Here, in the conventional radio base station apparatus, the base station apparatus main body is configured as a radio apparatus control unit (REC; Radio Equipment Control) that performs baseband signal processing, control and management in the digital domain, and the remote radio head is It is configured as a radio apparatus (Radio Equipment) that performs radio signal processing (modulation, amplification, etc.) in the analog domain.

また、従来の無線基地局装置では、基地局本体(REC)から、伝送路を介して、リモートレディオヘッド(RE)へ送信されるのは、デジタルベースバンド信号であった。したがって、リモートレディオヘッド(RE)は、基地局本体(REC)から送信されてきたデジタルベースバンド信号を変調(直交変調)する回路が必要とされる。しかも、無線基地局装置では、一台の基地局本体(REC)に、複数のリモートレディオヘッドが、並列又は直列に接続されることがあり、この場合、それぞれのリモートレディオヘッドに直交変調回路が必要となる。   In the conventional radio base station apparatus, the digital baseband signal is transmitted from the base station body (REC) to the remote radio head (RE) via the transmission path. Therefore, the remote radio head (RE) needs a circuit for modulating (orthogonal modulation) the digital baseband signal transmitted from the base station body (REC). Moreover, in the radio base station apparatus, a plurality of remote radio heads may be connected in parallel or in series to one base station body (REC). In this case, an orthogonal modulation circuit is provided in each remote radio head. Necessary.

これに対し、本実施形態の無線基地局装置41では、図19に示すように、基地局本体42に、本実施形態の通信システム1における送信機2を備え、リモートレディオヘッドに、本実施形態の通信システム1における受信機3を備えている。   On the other hand, in the radio base station apparatus 41 of the present embodiment, as shown in FIG. 19, the base station main body 42 includes the transmitter 2 in the communication system 1 of the present embodiment, and the remote radio head includes the present embodiment. The receiver 3 in the communication system 1 is provided.

従来の基地局本体では、本実施形態の送信機2におけるベースバンド部23から出力された信号を光パルス信号にして送信することになるが、本実施形態の基地局本体42では、デジタル信号処理部21として直交変調器24及びバンドパス型ΔΣ変調器25を備えていることで、直交変調された変調波(RF信号)が量子化信号(光パルス)信号によって送信される。   In the conventional base station body, the signal output from the baseband unit 23 in the transmitter 2 of the present embodiment is transmitted as an optical pulse signal. In the base station body 42 of the present embodiment, digital signal processing is performed. By including the quadrature modulator 24 and the band-pass ΔΣ modulator 25 as the unit 21, the quadrature-modulated modulated wave (RF signal) is transmitted as a quantized signal (optical pulse) signal.

したがって、受信機3を備えるリモートレディオヘッド43では、基地局本体42から受信した信号を変調(直交変調)する必要がなく、リモートレディオヘッドの回路規模を小さくできる。これは、一台の基地局本体42に、複数のリモートレディオヘッド43が(並列又は直列に)接続される場合に特に有利である。
なお、アンテナ35にて受信した変調波(RF信号)に対しては、リモートレディオヘッド43にて、ΔΣ変調(バンドパスΔΣ変調)を行い、基地局本体42に送信される。
Therefore, the remote radio head 43 including the receiver 3 does not need to modulate (orthogonal modulation) the signal received from the base station main body 42, and the circuit scale of the remote radio head can be reduced. This is particularly advantageous when a plurality of remote radio heads 43 are connected to one base station body 42 (in parallel or in series).
Note that the modulated wave (RF signal) received by the antenna 35 is subjected to ΔΣ modulation (bandpass ΔΣ modulation) by the remote radio head 43 and transmitted to the base station main body 42.

図19(a)〜(d)において、基地局本体42の構成は共通している。基地局本体42は、本実施形態の送信機2としての機能のほか、無線基地局装置41として必要なその他の機能を備える。   19A to 19D, the configuration of the base station main body 42 is common. The base station main body 42 has other functions necessary for the radio base station apparatus 41 in addition to the function as the transmitter 2 of the present embodiment.

図19(a)のリモートレディオヘッド43は、アナログバンドパスフィルタ32から出力されたアナログの変調波(RF信号)を、増幅器を介さずに、アンテナ35から出力するように構成されている。さほど高い無線出力が要求されない場合には、このような接続の仕方も可能である。   The remote radio head 43 in FIG. 19A is configured to output an analog modulated wave (RF signal) output from the analog bandpass filter 32 from the antenna 35 without passing through an amplifier. Such a connection method is also possible when a high wireless output is not required.

図19(b)のリモートレディオヘッド43は、アナログバンドパスフィルタ32から出力されたアナログの変調波(RF信号)を、増幅器(アナログ増幅器)36にて増幅して、アンテナ35から出力する。この場合、増幅器36にてアナログの変調波が増幅されるため、高い無線出力が得られる。   The remote radio head 43 in FIG. 19B amplifies the analog modulated wave (RF signal) output from the analog bandpass filter 32 by the amplifier (analog amplifier) 36 and outputs it from the antenna 35. In this case, since the analog modulated wave is amplified by the amplifier 36, a high wireless output can be obtained.

図19(c)のリモートレディオヘッド43は、アナログバンドパスフィルタ32を通過する前の量子化信号(1bitパルス信号)を、デジタル増幅器37(S級の増幅器)にて増幅してから、アナログバンドパスフィルタ32を通過させて増幅されたアナログの変調波(RF信号)を得る。デジタル増幅器37は、量子化信号(1bitパルス信号)を、そのまま増幅する。デジタル増幅器37は、飽和状態で動作するため高効率である。   The remote radio head 43 in FIG. 19C amplifies the quantized signal (1 bit pulse signal) before passing through the analog bandpass filter 32 with the digital amplifier 37 (class S amplifier), and then the analog band. An analog modulated wave (RF signal) amplified by passing through the pass filter 32 is obtained. The digital amplifier 37 amplifies the quantized signal (1-bit pulse signal) as it is. The digital amplifier 37 is highly efficient because it operates in a saturated state.

図19(d)のリモートレディオヘッド43は、図19(c)のリモートレディオヘッド43におけるアナログバンドパスフィルタ32を省略したものに相当する。図19(d)のリモートレディオヘッドのアンテナ35は、RF信号(変調波)の中心周波数(搬送波の周波数)付近以外の帯域の信号の通過を阻止する特性を有している。つまり、アンテナ35が、アナログバンドパスフィルタ32と同様の機能を有しており、アナログバンドパスフィルタ32を兼ねている。   The remote radio head 43 in FIG. 19D corresponds to the remote radio head 43 in FIG. 19C in which the analog bandpass filter 32 is omitted. The antenna 35 of the remote radio head shown in FIG. 19D has a characteristic of blocking the passage of signals in a band other than the vicinity of the center frequency (carrier frequency) of the RF signal (modulated wave). That is, the antenna 35 has the same function as the analog bandpass filter 32 and also serves as the analog bandpass filter 32.

図19(d)のリモートレディオヘッド43では、デジタル増幅器37にて増幅された量子化信号(1bitパルス信号)は、アンテナ35のバンドパスフィルタ機能によって、帯域制限されることでアナログ変調波となって、アンテナ35から無線波として放射される。
なお、高い出力が要求されない場合においては、図19(d)においても、図19(a)のように、増幅器37を省略してもよい。この場合、増幅器37及びバンドパスフィルタ32の双方を省略することになり、有利である。
In the remote radio head 43 of FIG. 19D, the quantized signal (1 bit pulse signal) amplified by the digital amplifier 37 is band-limited by the band-pass filter function of the antenna 35 to become an analog modulated wave. And radiated as a radio wave from the antenna 35.
When a high output is not required, the amplifier 37 may be omitted in FIG. 19D as in FIG. 19A. In this case, both the amplifier 37 and the bandpass filter 32 are omitted, which is advantageous.

ここで、本実施形態及び従来の無線基地局装置において、基地局本体からリモートレディオヘッドに送信される信号の伝送速度について考察する。
LTEの場合、例えば、IQベースバンド信号の信号帯域幅f=5MHzであり、IQベースバンド信号のサンプリング速度=7.68MS/sであり、I信号が20bit、Q信号が20bitである。したがって、デジタルIQベースバンド信号をシリアルで、基地局本体からリモートレディオヘッドに送信するためのサンプリング速度は、(20bit+20biti)×7.68MS/s=307.2MS/sとなり、このサンプリング速度が伝送速度となる。
Here, in this embodiment and the conventional radio base station apparatus, the transmission speed of the signal transmitted from the base station body to the remote radio head will be considered.
In the case of LTE, for example, the signal bandwidth f B of the IQ baseband signal is 5 MHz, the sampling rate of the IQ baseband signal is 7.68 MS / s, the I signal is 20 bits, and the Q signal is 20 bits. Therefore, the sampling rate for transmitting the digital IQ baseband signal serially from the base station body to the remote radio head is (20 bits + 20 bits) × 7.68 MS / s = 307.2 MS / s, and this sampling rate is the transmission rate. It becomes.

一方、本実施形態の無線基地局装置41では、サンプリング速度は、IQベースバンド信号の信号帯域幅f=5MHzの64倍程度で良いため、320MS/sとなり、このサンプリング速度が伝送速度となる。この場合、搬送波周波数は、320MHz以下であれば自由に選択でき、図18に示すように、高調波を利用する場合には、320MHz以上の搬送波周波数も選択できる。 On the other hand, in the radio base station apparatus 41 according to the present embodiment, the sampling rate may be about 64 times the signal bandwidth f B = 5 MHz of the IQ baseband signal, and is 320 MS / s, and this sampling rate becomes the transmission rate. . In this case, the carrier frequency can be freely selected as long as it is 320 MHz or less. As shown in FIG. 18, when using a harmonic, a carrier frequency of 320 MHz or more can be selected.

このように、従来の無線基地局装置では、307.2Mb/sの伝送速度でIQベースバンド信号を伝送することになるのに対し、本実施形態の無線基地局装置41では、従来とほぼ同程度の320Mb/sという伝送速度で、変調波伝送(RF信号伝送)が行えるため、有利である。   As described above, the conventional radio base station apparatus transmits an IQ baseband signal at a transmission rate of 307.2 Mb / s, whereas the radio base station apparatus 41 of the present embodiment is almost the same as the conventional one. Since modulation wave transmission (RF signal transmission) can be performed at a transmission speed of about 320 Mb / s, it is advantageous.

[6.付記]
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
[6. Addendum]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the meanings described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 通信システム
2 送信機
3 受信機
4 伝送路
21 デジタル信号処理部
22 出力部
23 ベースバンド部
24 直交変調器
25 バンドパスΔΣ変調器
27 ループフィルタ
28 量子化器
29 帯域拡張部
31 入力部
32 アナログバンドバスフィルタ
33 アナログ回路
35 アンテナ
36 アナログ増幅器
37 デジタル増幅器
41 無線基地局装置
42 基地局本体
43 リモートレディオヘッド
44 伝送路
125 ローパス型ΔΣ変調器
127 ループフィルタ
128 量子化器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Communication system 2 Transmitter 3 Receiver 4 Transmission path 21 Digital signal processing part 22 Output part 23 Baseband part 24 Orthogonal modulator 25 Band pass delta-sigma modulator 27 Loop filter 28 Quantizer 29 Band extension part 31 Input part 32 Analog Bandpass filter 33 Analog circuit 35 Antenna 36 Analog amplifier 37 Digital amplifier 41 Radio base station device 42 Base station body 43 Remote radio head 44 Transmission path 125 Low-pass type ΔΣ modulator 127 Loop filter 128 Quantizer

Claims (7)

ジタル変調されたデジタルのRF信号に対して、前記RF信号の帯域幅によって決定される周波数であって無線送信される搬送波の周波数よりも高いサンプリング周波数でのデジタル信号処理によってバンドパス型ΔΣ変調を行って、前記RF信号の成分を含む量子化信号を出力するバンドパス型ΔΣ変調器であって、前記RF信号の周波数は、前記搬送波の周波数である
バンドパス型ΔΣ変調器。
Against digital modulated digital RF signals, a band-pass by the digital signal processing in the sampling frequency higher than the frequency of the carrier wave transmitted by radio to a frequency determined by the bandwidth of the RF signal A bandpass ΔΣ modulator that performs ΔΣ modulation and outputs a quantized signal including the component of the RF signal, wherein the frequency of the RF signal is the frequency of the carrier wave. Modulator.
デジタル信号処理をする装置であって、
請求項1記載のバンドパス型ΔΣ変調器を備える装置。
A device for digital signal processing,
An apparatus comprising the bandpass ΔΣ modulator according to claim 1.
前記装置は、前記デジタル変調をするデジタル変調部を備える
請求項2記載の装置。
The apparatus according to claim 2, wherein the apparatus includes a digital modulation unit that performs the digital modulation.
デジタル変調によって生成されたデジタル変調波に対してデジタル信号処理によってバンドパス型ΔΣ変調を行うバンドパス型ΔΣ変調器であって、前記バンドパス型ΔΣ変調器のサンプリング周波数は、前記デジタル変調波の帯域幅によって決定される周波数であるバンドパス型ΔΣ変調器と、
前記バンドパス型ΔΣ変調器に与えられる前記デジタル変調波の信号帯域を拡張する帯域拡張部と、を備えている装置。
A bandpass ΔΣ modulator that performs bandpass ΔΣ modulation by digital signal processing on a digital modulated wave generated by digital modulation, wherein the sampling frequency of the bandpass ΔΣ modulator is the frequency of the digital modulated wave A bandpass ΔΣ modulator that is a frequency determined by the bandwidth;
A band extending unit that extends a signal band of the digital modulation wave supplied to the bandpass ΔΣ modulator.
前記帯域拡張部は、前記変調波の信号帯域外にゼロ信号を挿入することで、前記デジタル変調波の帯域を拡張する
請求項4記載の装置。
The apparatus according to claim 4, wherein the band extending unit extends the band of the digital modulated wave by inserting a zero signal outside the signal band of the modulated wave.
前記デジタル変調部は、デジタル直交変調部である
請求項に記載の装置。
The apparatus according to claim 3 , wherein the digital modulation unit is a digital quadrature modulation unit.
ジタル変調されたデジタルのRF信号に対して、前記RF信号の帯域幅によって決定される周波数であって無線送信される搬送波の周波数よりも高いサンプリング周波数でのデジタル信号処理によってバンドパス型ΔΣ変調を行って、前記RF信号の成分を含む量子化信号を出力する方法であって、前記RF信号の周波数は、前記搬送波の周波数である
方法。
Against digital modulated digital RF signals, a band-pass by the digital signal processing in the sampling frequency higher than the frequency of the carrier wave transmitted by radio to a frequency determined by the bandwidth of the RF signal A method of performing ΔΣ modulation and outputting a quantized signal including a component of the RF signal, wherein a frequency of the RF signal is a frequency of the carrier wave .
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