JPH06505617A - 直接位相デジタル化装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 直接位相デジタル化装置およびその方法発明の分野 本発明は、一般に、無線受信機に関し、さらに詳しくは、制限された無線周波信 号の位相をデジタル化する装置に関する。

発明の背景 無線受信機内では、位相検波器は受信信号から位相情報を復元するために用いら れる。デジタル位相変調方式を利用するシステムでは、シンボル・スライサは復 元された位相情報によって表されるシンボルを判定する。受信信号の位相を検出 する２つの方法として、ベースバンドＩ／Ｑ処理方法と、制限された中間周波（ Ｉ　Ｆ）信号の直接位相量子化方法とがある。

位相検波器の一つの構成は、Ｉ／Ｑデジタル・システムで動作する。このシステ ムでは、無線受信機からのＩＦ傷信号Ｉ／Ｑ変換器に入力され、このＩ／Ｑ変換 器は信号の同相（Ｉ）成分および直交（Ｑ）成分を復元する。この工およびＱ信 号は、一対のアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）に入力される。ＡＤＣの出力 は、■に対してＱを正接反転（ｔａｎｇｅｎｔ　１ｎｖｅｒｓｅ）を行なうため に用いられ、デジタル化位相信号を生成する。このシステムはいくつかの個別の 素子を利用する。このシステムを構成するためには、２つの高電流ＡＤＣ，ＲＯ Ｍルックアップ・テーブルおよびデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）が必要であ る。

制限されたＩＦ波形の位相を直接量子化する第２の種類の位相検波器は、完全に デジタル構成である。ここで、変調ＩＦ入力信号は所定の電圧範囲に制限される 。この制限された入力信号は、中間周波数において２Ｎ−１位相シフトされた基 準信号と比較される。制限された入力信号に最も近似する位相を有する再現され た基準信号が選ばれる。この選択された基準信号は位相処理回路によって用いら れ、ＩＦ入力信号の位相を表すＮビット・デジタル・ワードとなる。この構成は ２Ｎ−１基準信号の生成を必要とするので、比較的複雑である。

無線受信機を携帯無線電話装置などの小型で簡単な装置で構成するためには、小 型で消費電力の小さい、低コストのデジタル位相検波器が必要とされる。

発明の概要 本発明は、無線受信機で用いられる直接位相デジタル化装置に関する。この直接 位相デジタル化装置は、位相と、電圧範囲と、第１周波数とを有する第１アナロ グ信号を受信する。まず、直接位相デジタイザは第２周波数とＮビットの分解能 とを有する推定位相マツプを発生する。第２に、直接位相デジタイザは、第１ア ナログ信号の所定の電圧交差を検出する。第３に、直接位相デジタイザはこの電 圧交差を利用して、推定位相マツプを標本化する。第４に、推定位相マツプの標 本を用いて、デジタル位相信号が発生される。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明を利用できる無線システムのブロック図である。

第２図は、本発明による位相復調器のブロック図である。

第３図は、本発明による直接位相デジタイザのブロック図である。

第４図は、本発明による４ビット位相セクタ・マツピングである。

第５図は、制限ＩＦ入力信号のグラフである。

第６図は、ゼロ交差マークを含む位相セクタ・カウント出力である。

第７図は、本発明による直接位相デジタル化の復元である。

好適な実施例の説明 好適な実施例は、無線電話受信機で用いられる直接位相デジタイザに関する。直 接位相デジタイザは、受信機がＡＤＣを用いずに受信信号の位相を表すワードを 抽出することを可能にする。直接位相デジタイザは、モジュロ２π位相ランプ発 生器（ｍｏｄｕｌｏ　２　ｙｒ　ｐｈａｓｅ　ｒａｍｐｇｅｎｅｒａｔｏｒ）　 、ゼロ電圧交差検出器および基準発振器を含む。

モジュロ２π位相ランプ関数は、基準発振器によって発生される所定の周波数に おいて受信信号の可能な位相を順次進む。位相ランプ関数は、入力信号において ゼロ電圧交差が検出される毎に標本化される。これらの標本はＤフリップフロッ プに保存され、これらのＤフリップフロップの出力は位相処理回路で用いられる デジタル位相ワードとなる。

第１図は、本発明を利用できる無線電話システムのブロック図である。この無線 電話システムでは、固定局トランシーバ１０３は、この固定局トランシーバ１０ ３によって担当される固定区域内の移動携帯無線電話に対して無線周波（ＲＦ） 信号の送受信を行なう。無線電話装置１０１は、固定局トランシーバ１０３によ って担当される無線電話装置の一つである。

固定局トランシーバ１０３から信号を受信する場合、無線電話装置１０１はアン テナ１０５を用いてＲＦ傷信号結合し、このＲＦ傷信号電気ＲＦ傷信号変換する 。電気ＲＦ信号は無線受信機１１１によって受信され、無線電話装置１０１内で 用いられる。受信機１１１は、中間周波（ＩＦ）信号１１５を発生する。この信 号は位相復調器１１９に入力される。位相復調器１１９は、プロセッサ１２１に よって用いられるシンボル信号１２３を出力する。プロセッサ１２１はこのシン ボル信号１２３をユーザ・インタフェース１２５で用いるために音声またはデー タにフォーマット化する。ユーザ・インタフェース１２５は、マイクロフォン、 スピーカおよびキーバッドを含む。

携帯無線電話装置１０１から固定局トランシーバ１０３にＲＦ傷信号送信する場 合、プロセッサ１２１はユーザ・インタフェースからの音声および／またはデー タ信号をフォーマット化する。このフォーマット化された信号は送信機１０９に 入力される。送信機１０９はデータを電気ＲＦ倍信号変換する。電気ＲＦ倍信号 ＲＦ傷信号変換され、アンテナ１０５によって出力される。ＲＦ傷信号固定局ト ランシーバ１０３によって受信される。

第２図は、第１図に示す位相復調器１１９のブロック図である。位相復調器１１ ９は、リミタ３０１．直接位相デジタイザ３０３２位相処理回路３０５およびシ ンボル・スライサ３１９を含む。リミタ３０１はＩＦ信号１１５を受信し、この ＩＦ信号１１５の電圧を論理レベル０および論理レベル１に相当する２つの電圧 レベルに制限する。リミタ３０１は、制限された受信信号３０９を出力する。直 接位相デジタイザ３０３は制限された受信信号３０９の負および正のゼロ交差を 用いて、モジュロ２π位相ランプ関数を標本化する。これらの標本は、デジタル 化位相信号３゜７（θ　（１）＋φ）を発生するために用いられる。θ　（１） は所望のデジタル化位相信号であり、−は定位相オフセットである。デジタル化 位相信号３０７は、位相処理装置３０５に入力される。位相処理装置３０５は、 定位相オフセット（φ）を除去する。位相処理装置３０５は、コヒーレント位相 プロセッサまたは差動コヒーレント位相プロセッサのいずれかを内蔵してもよい 。好適な実施例では、差動コヒーレント位相プロセッサを用いて、定位相オフセ ット（φ）を除去している。それによって得られるデジタル位相信号（θ’（ｔ ））３１３は、シンボル・スライサ３１９に入力される。シンボル・スライサ３ １９は、検出された位相信号３１３に相当するシンボル判定１２３を出力する。

第３図は、第２図に示す直接位相デジタイザ３０３の詳細なブロック図である。

好適な実施例では、受信された制限ＩＦ入力信号３０９は、４５６　ｋＨｚに等 しい周波数（ｆ　、）を有する。直接位相デジタイザは、５ビツト位相ワード３ ０７を生成する。基準発振器４０３は２Ｎｆ、に等しい周波数を発生する。ただ し、Ｎは位相ワードで望ましいビット数である。好適な実施例では、Ｎは５に等 しい。従って、基準発振器４０３は（４５６ｋＨｚ）２’＝１４．５９２ＭＨｚ に等しい周波数を有する。

基準発振器４０３は、Ｄフリップフロップ４０１，４０７のクロック入力を駆動 し、Ｎビット・ダウン・カウンタ４０５を減分する。Ｎビット・ダウン・カウン タ４０５の出力はＮビット・ワードであり、これは図４に示すようにモジュロ２ π位相を表す。カウンタ４０５は値Ｏから開始し、基準発振器４０３の各クロッ ク毎に、カウンタ４０５は１だけ減分される。同様に適切な実施例では、Ｎビッ ト・ダウン・カウンタ４０をアップ・カウンタ等と置き換えることができる。こ のように置き換える場合、後段の位相処理回路に対して多少修正する必要がある 。

第４図において、カウンタは０から開始して、位相セクタ・マツプを右回りに移 動する。好適な実施例では、５ビツトの位相セクタ・マツプが用いられ、これは ２倍の位相セクタを与える。ここではわかりやすいように、４ビ・ノドの位相セ クタ・マツプが一例として用いられてし）る。４ビツト位相マツプは、ｒＩ／８ 分解能５０３を与える。好適な実施例では、５ビツト位相マツプは■／１６分解 能を与える。従って、ダウン・カウンタ４０５においてビット数（Ｎ）を増加す ることにより、分解能が改善される。ビ・７ト数（Ｎ）は各用途の必要性に応じ て調整することができる。

２つのフリップフロップ４０１，４０７および排他的ＯＲゲート４０９は、制限 されたＩＦ入力信号の各ゼロ交差毎にパルス４１９を発生する。パルス４１９は 、制限ＩＦ入力信号３０９の各ゼロ交差において位相セクタ・カウンタ４０５の 出力をラッチするために用いられる。Ｄフリップフロップ４１３，４１５，４１ ７は、次のゼロ交差が検出されるまで、Ｎビット位相ワードを保存するために用 いられる。排他的ＯＲゲート４１１は、制限入力信号３０９上で正のゼロ交差が 検出される毎に、Ｎビット位相ワードの最上位ビットを反転するために用いられ る。この反転により、ダウン・カウンタから出力される位相ワードを１８０度だ け実質的にシフトする。

Ｄフリップフロップ４１３，４１５，４１７の出力により、Ｎビット位相信号３ ０７が得られる。Ｎビット位相信号３０７は、制限された受信入力信号３０９の 位相を正確に表す。このＮビット位相信号３０７は、ＩＦ入力信号１１５をデジ タル化せずに生成されている。これにより、発明の詳細な説明した従来例で必要 な比較的高価で電力を消費するＡＤＣを省くことができる。さらに、この構成は 演算的に単純で、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）として、あるいはデジタル 論理ハードウェアとして当業者によって構築することができる。

正確なデジタル位相を復元するため、正および負のゼロ交差の間方を検出する必 要はない。正のゼロ交差のみを追跡する場合、受信機の中間周波数と基準発振器 に４０３によって発生される周波数とを２倍にして、同等の性能を得ることがで きる。さらに、反転を行なう排他的○Ｒアゲート１１は省くことができる。

第５図、第６図および第７図は、直接位相デジタイザ３０３における信号を示す 。第５図は、一般的な制限ＩＦ入力信号３０９　（６０１）の図である。負のゼ ロ交差は丸印６０３として示されている。正のゼロ交差は四角部６０５として示 されている。第６図は、位相セクタ・カウンタ４０５の出力信号６１１を含む。

位相セクタ・カウンタ４０５の出力信号６１１は、制限ＩＦ入力信号３０９　（ ６０１）の各ゼロ交差において標本化される。正のゼロ交差は１８０度シフトさ れる。位相セクタ・カウンタ４０５の標本は、Ｎ個のＤフリップフロップ４１３ ，４１５，４１７において保持される。Ｎ個のＤフリップフロップの出力信号３ ０７（６２３）は第７図に示されている。比較のために、実際の位相信号６２１ は出力信号６２３と重ねて示されている。好適な実施例では、デジタル位相信号 ６２３はこの用途で十分正確である。より高いあるいは低い精度が望ましい場合 、位相ワードにおけるビット数（Ｎ）と、基準発振器の周波数とを調整すること ができる。

以上、無線電話システム用の低電力消費で、構成しやすい直接位相デジタイザに ついて説明してきた。本明細書で説明した簡単な論理を用いて位相をデジタル化 することにより、ＩＦ信号全体をデジタル化する必要がなくなる。従って、高価 で電力を消費するＡＤＣを回路から省くことができる。

第１図 第２図 第４図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．位相，電圧範囲および第１所定の周波数を有する第１アナログ信号を受信す る、無線受信機で用いるための直接位相デジタル化装置であって： 第２所定の周波数を有する信号を発生する手段；Ｎビット分解能を有し、かつ、 前記第２所定の周波数に依存する推定位相マップを発生する手段；前記第１アナ ログ信号の所定の電圧交差を検出する手段；前記検出する手段に応答して、前記 推定位相マップを標本化する手段；および 前記標本化された推定位相マップからデジタル位相信号を発生する手段； によって構成されることを特徴とする直接位相デジタル化装置。
2. ２．前記所定の電圧交差を検出する前記手段は、負の所定の電圧交差に制限され ることを特徴とする請求項１記載の直接位相デジタル化装置。
3. ３．前記所定の電圧交差を検出する前記手段は、正および負の所定の電圧交差を 含むことを特徴とする請求項２記載の直接位相デジタル化装置。
4. ４．前記デジタル位相信号を発生する前記手段は、前記負の所定の電圧交差を検 出することに応答して、前記標本化された推定位相マップを１８０度シフトする 手段をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項２記載の直接位相デジタ ル化装置。
5. ５．前記第２所定の周波数は、倍率２Ｎにより前記第１所定の周波数に関連し、 Ｎは前記直接位相デジタル化装置の分解能ビット数であることを特徴とする請求 項１記載の直接位相デジタル化装置。
6. ６．無線周波（ＲＦ）信号を受信し、このＲＦ信号を中間周波（ＩＦ）信号に変 換する無線受信機で用いられ、位相，電圧範囲および第１所定の周波数を有する 前記ＩＦ信号を受信する位相復調装置であって： 前記ＩＦ信号の電圧範囲を制限して、第１所定の電圧範囲を有する第２アナログ 信号を生成する手段；倍率２Ｎによって前記第１所定の周波数に関連する第２所 定の周波数を発生する手段であって、Ｎは前記位相復調装置の分解能ビット数で ある、ところの手段；Ｎビットの分解能を有し、かつ、前記第２所定の周波数に 依存する推定位相マップを発生する手段；前記第２アナログ信号の所定の電圧交 差を検出する手段；前記検出する手段に応答して、前記推定位相マップを標本化 する手段； 前記標本化された推定位相マップから第１デジタル位相信号を発生する手段；お よび 前記第１デジタル位相信号から不要な位相定数を低減して、第２デジタル位相信 号を生成する手段；によって構成されることを特徴とする位相復調装置。
7. ７．前記所定の電圧交差を検出する前記手段は、正および負の所定の電圧交差を 含むことを特徴とする請求項６記載の直接位相デジタル化装置。
8. ８．前記デジタル位相信号を発生する前記手段は、前記正の所定の電圧交差の検 出に応答して、前記標本化された推定位相マップを１８０度シフトする手段をさ らに含んで構成されることを特徴とする請求項７記載の直接位相デジタル化装置 。
9. ９．第１所定の周波数，所定の電圧範囲および位相を有するアナログ入力信号の 位相を直接デジタル化する方法であって； 第２所定の周波数を有する信号を発生する段階；Ｎビット分解能を有し、かつ、 前記第２所定の周波数に依存する推定位相マップを発生する段階；前記第１アナ ログ信号の所定の電圧交差を検出する段階；前記第１アナログ信号の所定の電圧 交差を検出する前記段階に応答して、前記推定位相マップを標本化する段階；お よび 前記第１アナログ信号の位相を表す前記標本化された推定位相マップからデジタ ル位相信号を発生する段階；によって構成されることを特徴とする方法。
10. １０．前記第２所定の周波数は、倍率２Ｎによって前記第１所定の周波数に関連 し、Ｎは直接位相アジタル化装置における分解能ビット数であることを特徴とす る方法。