JPWO2012002023A1 - 周波数変換器およびそれを用いた受信機 - Google Patents
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Abstract
Description
受信機に用いられる周波数変換器であって、
LO信号を生成して出力するLO信号生成器と、
前記受信機で使用される使用帯域内に帯域制限された受信信号を、LO信号との乗算により周波数変換して出力する混合器と、を有し、
前記LO信号生成器は、位相分解能が可変であることを特徴とする。
前記周波数変換器と、
前記周波数変換器の前段に設けられ、受信信号を前記使用帯域内に帯域制限する帯域選択フィルタと、を有することを特徴とする。
(1)第1の実施形態
図4に、本発明の第1の実施形態の周波数変換器の構成を示す。本実施形態の周波数変換器は、混合器10と、位相分解能可変LO信号生成器(以下、単に「LO信号生成器」と称す)11と、を有する。
(2)第2の実施形態
図10Aに、本発明の第2の実施形態の周波数変換器の構成を示す。本実施形態の周波数変換器は、第1の実施形態と比較して、位相計数器46において、計数器70を、可変周波数発振器40の出力信号の立ち上がりと立ち下がりの両方のタイミングに同期して計数動作をさせている点が異なる。これにより、計数器70は、可変周波数発振器40の2倍の周波数で動作することになるので、可変周波数発振器40の周波数範囲は、第1の実施形態と比較して半分となり、第1の実施形態の数値例では、640MHzから2000MHzの周波数範囲となる。その結果、可変周波数発振器40および計数器70の駆動回路の消費電流を抑えることができる。
(3)第3の実施形態
図11Aに、本発明の第3の実施形態の周波数変換器の構成を示す。本実施形態の周波数変換器は、第1および第2の実施形態と比較して、位相計数器46において、可変周波数発振器40の出力信号を、多相フィルタ(PPF:Poly−Phase Filter)80を用いて90度刻みの4相にし、その4相の信号で計数器81を駆動している点が異なる。これにより、計数器81は、可変周波数発振器40の周波数の4倍で動作するため、可変周波数発振器40の周波数範囲は、第2の実施形態のさらに半分となり、第1の実施形態の数値例では、320MHzから1000GHzの周波数範囲となる。その結果、可変周波数発振器40および計数器81の駆動回路の消費電流を抑えることができる。ただし、PPF80で、高精度に90度刻みの計4相のクロックを得るには、LO周波数に応じてPPF80の時定数を変える必要がある。
(4)第4の実施形態
図12に、本発明の第4の実施形態の周波数変換器の構成を示す。本実施形態の周波数変換器は、第1から第3の実施形態と比較して、位相計数器46として、計数器および乗算器を用いる代わりに、位相計数器46から出力された振幅値と制御ワードCWとを加算する加算器90と、加算器90から出力された加算結果を、可変周波数発振器40の出力信号の信号周期だけ遅延させた上で、位相値としてLUT43に出力する遅延器91と、を用いた点が異なる。本実施形態のLO信号生成器11は、一般的に用いられる直接デジタルシンセサイザ(DDS:Direct Digital Synthesizer)の構成である。加算器90および遅延器91のビット数Wは、第1から第3の実施形態の計数器のビット数と同じであり、5ビットか6ビットあれば十分である。この点が、消費電力の大きな28ビットや32ビットの位相計数器が必要となる、一般のDDSとは大きく異なる点である。なお、本実施形態のように、加算器および遅延器を用いた構成でも、第2または第3の実施形態と同様の方法で、遅延器91を差動で駆動したり、4相で駆動したりすることで、可変周波数発振器40の周波数を、第1の実施形態の半分または4分の1にすることも可能である。
(5)第5の実施形態
図13に、本発明の第5の実施形態の周波数変換器の構成を示す。本実施形態の周波数変換器は、第1から第4の実施形態と比較して、混合器10として、複数の個別混合器100〜107および加算器108を用いる点と、LO信号生成器11として、位相振幅値変換器47を用いる代わりに、一致検出器109を用いる点と、が異なる。ここで、一致検出器109は、それぞれが2値の矩形波である複数の個別LO信号を出力する論理回路である。LO信号の波形が十分な振幅を持った矩形であるため、個別混合器100〜107としては、線形性に優れ、かつ、利得が取りやすく小さな雑音指数が実現しやすいスイッチング混合器を使用することができる。また、DACを用いている第1から第4の実施形態と比較して、LO信号を2値の矩形波として伝送している経路がさらに増えるので、より省面積、より省電力である、という利点がある。
(6)第6の実施形態
図16に、本発明の第6の実施形態の受信機の構成を示す。本実施形態の受信機は、第1から第5の実施形態のいずれかで示した混合器10およびLO信号生成器11と、受信RF信号を受信機の使用帯域内に帯域制限する帯域選択フィルタ130と、LNA131と、混合器10の出力信号から所望信号周波数近傍の周波数に位置する妨害信号を除去するチャネル選択フィルタ132と、で構成される。
(7)第7の実施形態
図17に、本発明の第7の実施形態の受信機の構成を示す。本実施形態の受信機は、第6の実施形態と比較して、チャネル選択フィルタ132の出力信号の電力を検出する電力検出器140と、LO信号生成器11に入力する制御ワードCWを制御する制御器141と、を追加した点が異なる。制御器141は、通信開始前に、受信機の使用帯域(帯域選択フィルタ130の通過帯域)内でLO周波数を掃引することで、LO周波数ごとのチャネル選択フィルタ132の出力信号の電力を表す電波強度分布を検知し、検知した電波強度分布に応じて、LO信号生成器11の位相分解能を制御する。
(8)第8の実施形態
図18に、本発明の第8の実施形態の受信機の構成を示す。本実施形態の受信機は、第7の実施形態と比較して、新たに混合器150、LO信号生成器151、およびチャネル選択フィルタ152を追加した点が異なる。本実施形態の構成では、通信中、LO周波数が固定されたLO信号生成器151とは独立に、LO信号生成器11の周波数を掃引できるので、通信中にも使用帯域内の電波強度分布を検知することが可能である。制御器141から、LO信号生成器151に入力される信号(点線)は、使用帯域内の電波強度分布に応じて、適宜CWが更新されることを意味している(図18では、可変周波数発振器40を制御するための、周波数変換信号は図示していない)。これにより、通信中に時間変化する電波強度分布に応じて、最適な位相分解能を設定することができる。
(付記1)
受信機に用いられる周波数変換器であって、
LO信号を生成して出力するLO信号生成器と、
前記受信機で使用される使用帯域内に帯域制限された受信信号を、LO信号との乗算により周波数変換して出力する混合器と、を有し、
前記LO信号生成器は、位相分解能が可変であることを特徴とする周波数変換器。
(付記2)
前記LO信号生成器の位相分解能は、LO信号のLO周波数に応じて決定されることを特徴とする、付記1に記載の周波数変換器。
(付記3)
LO周波数の(2N0−3)次までが前記使用帯域内にある場合、N0以上の整数Nに対し、前記LO信号生成器の位相分解能を180/Nとすることを特徴とする、付記2に記載の周波数変換器。
(付記4)
前記Nは2のべき乗であることを特徴とする、付記3に記載の周波数変換器。
(付記5)
前記LO信号生成器は、
可変周波数発振器と、
前記可変周波数発振器の出力信号と、前記LO信号生成器の位相分解能を変えるための制御信号と、に応じた位相値を出力する位相計数器と、
前記位相計数器から出力された位相値を、該位相値に対応する振幅値に変換し、変換した振幅値をLO信号として前記混合器に出力する位相振幅値変換器と、を有することを特徴とする、付記1から4のいずれか1項に記載の周波数変換器。
(付記6)
前記位相計数器は、
前記可変周波数発振器の出力信号に同期して計数動作を行い、該計数結果を出力する計数器と、
前記計数器から出力された計数結果と前記制御信号とを乗算し、該乗算結果を前記位相値として前記位相振幅値変換器に出力する乗算器と、を有することを特徴とする、付記5に記載の周波数変換器。
(付記7)
前記乗算器は、
ビットシフト演算器であることを特徴とする、付記6に記載の周波数変換器。
(付記8)
前記位相計数器は、
前記制御信号に応じてビット数が変わる計数器を有し、
前記計数器は
前記可変周波数発振器の出力信号に同期して計数動作を行い、該計数結果を前記位相値として前記位相振幅値変換器に出力することを特徴とする、付記5に記載の周波数変換器。
(付記9)
前記位相計数器は、
前記位相計数器から出力される位相値と前記制御信号とを加算し、該加算結果を出力する加算器と、
前記加算器から出力された加算結果を、前記可変周波数発振器の出力信号に同期して遅延させた上で前記位相値として前記位相振幅値変換器に出力する遅延器と、を有することを特徴とする、付記5に記載の周波数変換器。
(付記10)
前記位相振幅値変換器は、
前記位相計数器から出力された位相値を、該位相値に対応するデジタルの振幅値に変換して出力するルックアップテーブルと、
前記ルックアップテーブルから出力された振幅値をデジタルからアナログに変換し、変換した振幅値をLO信号として前記混合器に出力するデジタルアナログ変換器と、を有することを特徴とする、付記5から9のいずれか1項に記載の周波数変換器。
(付記11)
前記位相振幅値変換器は、
前記デジタルアナログ変換器の後段に挿入されるフィルタをさらに有することを特徴とする、付記10に記載の周波数変換器。
(付記12)
前記振幅値は、正弦値または余弦値であることを特徴とする、付記5から11のいずれか1項に記載の周波数変換器。
(付記13)
前記LO信号生成器は、
可変周波数発振器と、
前記可変周波数発振器の出力信号と、前記LO信号生成器の位相分解能を変えるための制御信号と、に応じた位相値を出力する位相計数器と、
前記位相計数器から出力される位相値が予め指定された位相値と一致することを検出した場合、2値の個別LO信号を前記混合器に出力する複数の個別一致検出器と、を有し、
前記混合器は、
前記複数の個別一致検出器に対応して設けられ、対応する個別一致検出器からの個別LO信号と受信信号とを乗算し、該乗算結果を予め指定された利得で重み付けして出力する複数の個別混合器と、
前記複数の個別混合器から出力された、重み付けされた乗算結果を加算して出力する加算器と、を有することを特徴とする、付記1から4のいずれか1項に記載の周波数変換器。
(付記14)
前記個別混合器に予め指定された利得は、対応する個別一致検出器からの個別LO信号の位相に対応する余弦値または正弦値に比例した値であることを特徴とする、付記13に記載の周波数変換器。
(付記15)
付記1から14のいずれか1項に記載の周波数変換器と、
前記周波数変換器の前段に設けられ、受信信号を前記使用帯域内に帯域制限する帯域選択フィルタと、を有することを特徴とする受信機。
(付記16)
前記周波数変換器の出力信号から、所望信号周波数近傍の妨害信号を除去するチャネル選択フィルタと、
前記チャネル選択フィルタの出力信号の電力を検出する電力検出器と、
前記LO信号生成器のLO周波数を掃印することによって得られる、LO周波数ごとの前記チャネル選択フィルタの出力信号の電力に応じて、前記LO信号生成器の位相分解能を制御する制御器と、をさらに有することを特徴とする、付記15に記載の受信機。
(付記17)
前記周波数変換器および前記チャネル選択フィルタをそれぞれ2つ以上有することを特徴とする、付記16に記載の受信機。
Claims (10)
- 受信機に用いられる周波数変換器であって、
LO信号を生成して出力するLO信号生成器と、
前記受信機で使用される使用帯域内に帯域制限された受信信号を、LO信号との乗算により周波数変換して出力する混合器と、を有し、
前記LO信号生成器は、位相分解能が可変であることを特徴とする周波数変換器。 - LO信号のLO周波数の(2N0−3)次までが前記使用帯域内にある場合、N0以上の整数Nに対し、前記LO信号生成器の位相分解能を180/Nとすることを特徴とする、請求項1に記載の周波数変換器。
- 前記Nは2のべき乗であることを特徴とする、請求項2に記載の周波数変換器。
- 前記LO信号生成器は、
可変周波数発振器と、
前記可変周波数発振器の出力信号と、前記LO信号生成器の位相分解能を変えるための制御信号と、に応じた位相値を出力する位相計数器と、
前記位相計数器から出力された位相値を、該位相値に対応する振幅値に変換し、変換した振幅値をLO信号として前記混合器に出力する位相振幅値変換器と、を有することを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の周波数変換器。 - 前記位相計数器は、
前記可変周波数発振器の出力信号に同期して計数動作を行い、該計数結果を出力する計数器と、
前記計数器から出力された計数結果と前記制御信号とを乗算し、該乗算結果を前記位相値として前記位相振幅値変換器に出力する乗算器と、を有することを特徴とする、請求項4に記載の周波数変換器。 - 前記位相計数器は、
前記制御信号に応じてビット数が変わる計数器を有し、
前記計数器は
前記可変周波数発振器の出力信号に同期して計数動作を行い、該計数結果を前記位相値として前記位相振幅値変換器に出力することを特徴とする、請求項4に記載の周波数変換器。 - 前記位相計数器は、
前記位相計数器から出力される位相値と前記制御信号とを加算し、該加算結果を出力する加算器と、
前記加算器から出力された加算結果を、前記可変周波数発振器の出力信号に同期して遅延させた上で前記位相値として前記位相振幅値変換器に出力する遅延器と、を有することを特徴とする、請求項4に記載の周波数変換器。 - 前記位相振幅値変換器は、
前記位相計数器から出力された位相値を、該位相値に対応するデジタルの振幅値に変換して出力するルックアップテーブルと、
前記ルックアップテーブルから出力された振幅値をデジタルからアナログに変換し、変換した振幅値をLO信号として前記混合器に出力するデジタルアナログ変換器と、を有することを特徴とする、請求項4から7のいずれか1項に記載の周波数変換器。 - 前記LO信号生成器は、
可変周波数発振器と、
前記可変周波数発振器の出力信号と、前記LO信号生成器の位相分解能を変えるための制御信号と、に応じた位相値を出力する位相計数器と、
前記位相計数器から出力される位相値が予め指定された位相値と一致することを検出した場合、2値の個別LO信号を前記混合器に出力する複数の個別一致検出器と、を有し、
前記混合器は、
前記複数の個別一致検出器に対応して設けられ、対応する個別一致検出器からの個別LO信号と受信信号とを乗算し、該乗算結果を予め指定された利得で重み付けして出力する複数の個別混合器と、
前記複数の個別混合器から出力された、重み付けされた乗算結果を加算して出力する加算器と、を有することを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の周波数変換器。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載の周波数変換器と、
前記周波数変換器の前段に設けられ、受信信号を前記使用帯域内に帯域制限する帯域選択フィルタと、を有することを特徴とする受信機。
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