JP6675888B2 - デジタル無線送信装置 - Google Patents

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Description

本発明はデジタル無線通信分野の無線送信装置に関する。
パーソナルコンピュータやスマートホン等（以下ＰＣ等と略す）の個人用デジタル機器の普及にともないマウスやヘッドセット等の入出力デバイスをブルートゥースなどの無線規格を使ってＰＣ等と接続することが多くなってきている。この入出力デバイスは電池駆動のため、電源は電力効率に優れたスイッチング方式が好まれて採用されている。
図６は、従来の降圧型スイッチング電源を採用したデジタル無線送信装置の一例である。送信するデータをデータ読み出し／転送回路５で取込み、１次変調器６でＡＳＫやＦＳＫのようなデジタルベースバンド変調を行い、ＤＡＣ（ＤＡコンバータ）７、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）８を経て周波数変換器９へ入力する。周波数変換した信号を電力増幅器１０で所定の強度まで増幅し、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１１を経て送信波として出力する。
電力増幅器１０のＶＣＣ電源は、スイッチング電源１５からＬＰＦ４を通して供給する。一般に電力増幅器１０は電力消費量が大きいので、他の回路ブロックへの影響を避けるために、スイッチング電源１５と電力増幅器１０の間を単独配線で行うことが多い。ここでは図示しないが、電力増幅器１０以外への電源供給は、電力増幅器１０への電源配線１６と別配線で行う。
一般的な降圧型スイッチング電源１５を電力増幅器１０のＶＣＣ電源として用いると、スイッチング電源におけるスイッチング周波数の高調波の一部がデジタル無線送信装置の搬送波帯に周波数変換され、当該無線規格が定める漏洩電力を超える不要発射となる場合がある。
図７は、従来の送信波のスペクトラムの一例である。
周波数ホッピング方式を用いる特定小電力無線局の２．４ＧＨｚ帯移動体識別用無線設備において、最も高い周波数にホッピングした時の例を示す。中心に送信データによるメインスペクトラム２１があり、その両側にスイッチング周波数に由来するＶＣＣ電源の交流成分による不要発射２２がある。中心周波数は２４８０ＭＨｚであり、許容空中線電力２３は、図７に示すように２４８３．５ＭＨｚ以下の周波数において３ｍＷ、２４８３．５ＭＨｚ超える周波数において２５μＷである。図７の例では高い周波数側の不要発射が許容空中線電力２３を超えている。このような課題を解決し、スイッチングレギュレータを内蔵するデジタル無線送信装置の電源リップルノイズを除去するために、高価なリップルフィルタの電源ライン上への追加が必要な件が開示されている（たとえば特許文献１）。
特開２００３−１３３９７２号公報
従来のスイッチング電源を電力増幅器のＶＣＣ電源供給にそのまま用いると送信波のスペクトラムに大きな不要発射が出現し当該の無線規格を満足できないことがおこるという問題があった。その対策として高価なフィルタの電源ライン上への追加が必要であった。
従来の課題を解決するために、本発明のデジタル無線送信装置は以下のような構成とし
た。
発振器と、発振器の同期信号によりスイッチング周波数を決めるスイッチング電源と、発振器の同期信号を基にベースバンドデータの転送タイミング周波数を決定するデータ読み出し転送回路と、スイッチング電源の出力する電圧をＶＣＣ電源とする電力増幅器と、データ読み出し転送回路と電力増幅器との間に周波数変換加算器を備え、周波数変換加算器は、同期信号とベースバンドデータ信号に基づいて、不要発射と同じ周波数帯で位相が逆の信号をつくり加算するデジタル無線送信装置とした。
本発明のデジタル無線送信装置によれば、電源フィルタや送信フィルタを増強することなく、送信波の不要発射を低減することができる。また、設計変更をすることなく、分周比設定や位相シフト量の調整でデジタル無線装置を当該の法令規格に適合させることができるようになる。
本発明の第一の実施形態に係るデジタル無線送信装置の概略図の一例である。 本発明の第一の実施形態に係る送信波のスペクトラムの一例である。 本発明の第二の実施形態に係るデジタル無線送信装置の概略図の一例である。 本発明の第二の実施形態に係るデジタル無線送信装置の概略図の他の例である。 本発明の第二の実施形態に係る送信波のスペクトラムの別の一例である。 従来のデジタル無線送信装置の概略図の一例である。 従来の送信波のスペクトラムの一例である。
（第一の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第一の実施形態を説明する。
図１は、第一の実施形態に係るデジタル無線送信装置の概略図である。発振器１は、周波数基準クロックを分周器２とデータ読出し／転送回路５へ出力する。分周器２は、所定の分周比で周波数基準クロックを分周し、外部同期型スイッチング電源３への同期信号とする。外部同期型スイッチング電源３で生成した直流電源を、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）４を経て電力増幅器１０へＶＣＣ電源として供給する。ここで発振器１は具体的には水晶振動子等を用いた発振器やＴＣＸＯのような周波数安定度の高い発振器である。
データ読み出し／転送回路５は、発振器１出力の周波数基準クロックの立上りまたは立下りのタイミングでデータを読み出し、後段の１次変調器６に読み出したデータを転送する。１次変調器６はＡＳＫ、ＰＳＫ、ＦＳＫなどのデジタルベースバンド変調を想定している。データ読み出し／転送は発振器１出力の周波数基準クロックの周期だけでなく、周波数基準クロックを分周したクロックの立上りまたは立下りのタイミングでもよい。データが発振器１出力の周波数基準クロックと同期関係にある必要がないインターリーブや符号化などのデータ処理の説明は本質ではないので省略する。１次変調器６の出力をＤＡＣ（ＤＡコンバータ）７、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）８を経て周波数変換器９へ入力する。周波数変換器９において周波数拡散や周波数ホッピングなどの２次変調を行う。周波数変換器９は単純なアップコンバータでも、複数のＩＦ（中間周波数）変換処理を行うシステムでも本発明の本質は変わらない。
ところで、周波数変換にて必要なローカル信号は、必ずしも発振器１をクロック源としなくてもよい。即ち、送信波の搬送波はデータの位相と同期するとは限らない。あくまでベースバンドデータの信号の位相が発振器１の出力と揃っていればよい。周波数変換器９の出力を電力増幅器１０へ入力し、送信するために必要な電力の送信波まで増幅する。電力増幅器１０の出力をＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１１を経て送信波としてアンテナ素子等へ出力する。
以上により、データ読み出し／転送回路５から周波数変換器９までのデータ転送系と、発振器１からＬＰＦ４までの電源系は同期することになる。また、両者の周期は整数比になる。分周器２の分周数は予め決定しておいてもよいが、得られる送信波をモニターしながら調整できるように分周比可変である方が望ましい。
ここで、図１における分周器２の分周比を変更することで同期信号の周波数を変更することができる。たとえば、図７ではスイッチング周波数が３ＭＨｚであるところ、同様に図１の同期信号の周波数が３ＭＨｚであれば同じく図７の様な送信波になる。
図２は、第一の実施形態に係るデジタル無線送信装置の送信波のスペクトラムの一例である。
周波数ホッピング方式を用いる特定小電力無線局の２．４ＧＨｚ帯移動体識別用無線設備において、最も高い周波数にホッピングした時の例を示す。中心に送信データによるメインスペクトラム２１があり、その両側にスイッチング周波数に由来するＶＣＣ電源の交流成分による不要発射２２がある。中心周波数は２４８０ＭＨｚであり、許容空中線電力２３は、２４８３．５ＭＨｚ以下の周波数において３ｍＷ、２４８３．５ＭＨｚ超える周波数において２５μＷである。
分周器２の分周比を倍にして、同期信号の周波数を１．５ＭＨｚとすると、図２のように不要発射２２のうちで相対的に強度の大きな低次の不要発射が、比較的漏洩電力規格の緩い２４８０ＭＨｚと２４８３．５ＭＨｚ間に入るため当該規格を遵守した送信波とすることができる。
これは図７の送信波の状況において、図１に示すＬＰＦ４（電源フィルタ、リップルフィルタ）を変更せずに対策した結果であり、このことは分周器２の分周数を予め不要発射周波数帯を考慮して決定しておけば、ＬＰＦ４の仕様を緩和できることを意味する。隣接チャネル漏洩電力の規格遵守が困難な場合も同様である。もし、必要周波数帯域から見て外側に広がるにつれて規格が緩くなるような場合は不要発射のプロファイルを外側に設定してもよい。
また、本実施形態のデジタル無線送信装置の特徴として、データ読み出し／転送回路５の周波数基準クロックがスイッチング電源３のスイッチング周波数と同期していることがある。具体的には、ベースバンドデータ信号が変化するタイミングと、電力増幅器１０のＶＣＣ電源に含まれるスイッチング周波数由来の交流成分とが同期している。このため不要発射を含む送信波のスペクトラムの周期的な強度変化が抑えられ安定している。言い換えると、ＶＣＣ電源によるランダムノイズがＶＣＣ電源と同期したコヒーレントなノイズとなっている。このためノイズ対策と、その対策に対する効果確認が明確になる。
（第二の実施形態）
図３は、本発明の第二の実施形態にかかるデジタル無線送信装置の概略図である。本実施形態にかかるデジタル無線送信装置は、第一の実施形態に更に周波数変換／加算器１４を備えた。
周波数変換／加算器１４において、周波数変換器９に入力するベースバンドデータ信号を周波数変換器９の前段で調整する。具体的には、電力増幅器１０でＶＣＣ電源の交流成分によって生成する不要発射を打ち消せるように、位相シフト量と振幅を調整した同期信号をベースバンドデータ信号に加算する。
このような構成とすることで、図５に示すようにスイッチング電源３のスイッチング周波数（＝同期信号の周波数）に対応する高周波出力のスペクトラムを、最も影響の大きい低次の不要発射を抑圧することができる。
図４は、本発明の第二の実施形態に係るデジタル無線送信装置の概略図の他の例である。図４の回路構成は、図３と同様の信号処理を周波数変換器９の後段の高周波帯において行なったものである。
このような構成とすることで、最も影響の大きい低次の不要発射を抑圧することができる。即ち、ＬＰＦ４もしくはＢＰＦ１１を高価で高性能なフィルタに変更することなく、図７に示すような同期信号に由来する不要発射２２によって当該法令規格を遵守できない送信波を、図５に示すような当該法令規格に適合する送信波とすることができる。
１ 発振器
２ 分周器
３ 外部同期型スイッチング電源
４、８ ＬＰＦ
５ データ読み出し／転送回路
６ １次変調器
７ ＤＡＣ
９ 周波数変換器
１０ 電力増幅器
１１ ＢＰＦ
１４ 周波数変換／加算器

Claims (2)

  1. 発振器と、
    前記発振器の同期信号によりスイッチング周波数を決めるスイッチング電源と、
    前記発振器の同期信号を基にベースバンドデータの転送タイミング周波数を決定するデ
    ータ読み出し転送回路と、
    前記スイッチング電源の出力する電圧をＶＣＣ電源とする電力増幅器と、
    前記データ読み出し転送回路と前記電力増幅器との間に周波数変換加算器を備え、
    前記周波数変換加算器は、前記同期信号とベースバンドデータ信号に基づいて、不要発射と同じ周波数帯で位相が逆の信号をつくり加算する
    ことを特徴とするデジタル無線送信装置。
  2. 前記発振器と前記スイッチング電源の間に分周器を備え、
    前記ベースバンドデータの転送タイミング周波数と前記スイッチング周波数とが整数比
    の周波数である
    ことを特徴とする請求項１に記載のデジタル無線送信装置。
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