JPWO2015008802A1 - 無線受信回路、無線受信方法および無線受信プログラム - Google Patents

無線受信回路、無線受信方法および無線受信プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】高出力な隣接チャンネル信号のスプリアスによるS/N比の低下を防ぐことを可能とする無線受信回路等を提供する。【解決手段】無線受信回路1は、受信信号から特定の周波数および帯域幅を通過させる可変バンドパスフィルタ2と、可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を復調して最終的な出力信号として出力する復調回路3とを備えると共に、周波数および帯域幅について複数通りのパラメータを予め記憶している周波数特性テーブル4と、複数通りのパラメータのうちの一つを可変バンドパスフィルタに適用した場合の出力信号のS/N比を算出するS/N比測定回路5と、複数通りのパラメータの中で最良のS/N比が得られるパラメータを可変バンドパスフィルタに対して設定させる制御部6とを備える。【選択図】図1

Description

本発明は無線受信回路、無線受信方法および無線受信プログラムに関し、特に隣接チャンネル信号の影響によるS/N比の低下を防ぐことを可能とする無線受信回路等に関する。
無線受信機、特にデジタル無線通信に使用される無線受信機では通常、アンテナが受信したRF(Radio Frequency)信号を、一度中間周波数信号もしくはベースバンド信号などのようなより周波数の低い信号に変換してから、復調などの処理を行う。その場合、RF信号をバンドパスフィルタ(BPF)に通して受信信号の帯域より広い帯域の信号を抽出して、抽出されたその信号を中間周波数信号もしくはベースバンド信号に変換し、そこからさらに必要な周波数成分を抽出するという手法が一般的である。
図9は、既存の無線受信機で使用されているスーパーヘテロダイン方式の無線受信回路910の構成について示す説明図である。受信回路910は、アンテナ910bから入力されるRF信号から特定の周波数および帯域幅を通過させる第1のバンドパスフィルタ911(BPF)と、第1のバンドパスフィルタ911からの出力信号を増幅するローノイズアンプ912と、増幅された出力信号を中間周波数信号に変換するミキサ回路913と、ミキサ回路913に局所発振信号を供給する局所発振器914とをまず備える。
受信回路910はさらに、ミキサ回路913から出力された中間周波数信号からさらに特定の周波数および帯域幅を通過させる第2のバンドパスフィルタ915(BPF)と、第2のバンドパスフィルタ915からの出力信号をA/D変換するA/D変換器916と、A/D変換された信号を直交復調する直交復調回路917と、直交復調回路917に動作用の発振信号を供給する数値制御発振器918とを備える。
そして受信回路910は、直交復調回路917からの出力の低周波側を通過させるローパスフィルタ919(LPF)と、ローパスフィルタ919からの出力信号を復調して最終的な出力信号とする復調回路920とを備える。
スーパーヘテロダイン方式である受信回路910は、以上で示したようにミキサ回路913によってRF信号から中間周波数信号を得るという構成である。そのため、局所発振器914の発振周波数を挟んで目的とする周波数と対称の位置にある周波数の信号(イメージ信号)がミキサ回路913の入力信号に混じっていると混信が発生し、これを後段で除去することは不可能である。
そのため、ミキサ回路913の前段である第1のバンドパスフィルタ911でイメージ信号を除去する必要があり、この第1のバンドパスフィルタ911に高い性能が要求される。
図10は、既存の無線受信機で使用されているダイレクトコンバージョン方式の受信回路930の構成について示す説明図である。受信回路930は、アンテナから入力されるRF信号から特定の周波数および帯域幅を通過させるバンドパスフィルタ931(BPF)と、バンドパスフィルタ931からの出力信号を増幅するローノイズアンプ932と、増幅された出力信号をベースバンド信号に変換する直交復調回路933と、直交復調回路933に局所発振信号を供給する局所発振器934とをまず備える。
受信回路930はさらに、直交復調回路933から出力されたベースバンド信号の低周波側を通過させる第1のローパスフィルタ935(LPF)と、第1のローパスフィルタ935からの出力信号をA/D変換するA/D変換器936と、A/D変換器936からの出力信号の低周波側を通過させる第2のローパスフィルタ937(LPF)と、第2のローパスフィルタ937からの出力信号を復調して最終的な出力信号とする復調回路938とを備える。
ダイレクトコンバージョン方式である受信回路930は、以上で示したように、スーパーヘテロダイン方式のミキサ回路ではなく、直交復調回路933によってベースバンド信号に変換する構成であるので、イメージ信号があってもこれを後段のフィルタ等で分離することができる。そのため、スーパーヘテロダイン方式の場合と比べて、前段のバンドパスフィルタ931にそれほど高い性能は要求されない。
しかしながら、このダイレクトコンバージョン方式である受信回路930では、RF信号を直交復調回路933によって直接ベースバンド信号に変換するので、DCオフセットが発生しやすい点や、1/fノイズの影響を受けやすい点などのような問題点が知られている。
図11は、図10に示した受信回路930の一部改良である受信回路940の構成について示す説明図である。受信回路940は、受信回路930のA/D変換器936と第2のローパスフィルタ937(LPF)との間に、A/D変換器936からの中間周波数の出力信号をベースバンド信号に変換する周波数変換回路941と、周波数変換回路941に動作用の発振信号を供給する数値制御発振器942とを追加した構成である。
この受信回路940は、周波数変換回路941を利用して中間周波数に変換しているので、DCオフセットや1/fノイズなどを取り除くことが容易になる。
ただし、ここまでで示したスーパーヘテロダイン方式やダイレクトコンバージョン方式による受信回路910、930、940のいずれも、目的とする周波数の近くに強力な信号があり、前段のバンドパスフィルタ911あるいは931で除去しきれなかった場合には、その信号成分(スプリアス)が原因となってS/N比が相対的に低下し、受信感度が低下するという問題点がある。
図12は、図9に示したスーパーヘテロダイン方式の受信回路910の信号変換の流れについて示す説明図である。図12(a)は第1のバンドパスフィルタ911からの出力段階、図12(b)はミキサ回路913からの出力段階、図12(c)はローパスフィルタ917からの出力段階の、各々の出力信号の周波数特性について示す。
通常、複数の無線チャンネルに対応可能なように、第1のバンドパスフィルタ911の通過帯域は実際の受信信号の帯域幅よりも広く設定されている。また、ミキサ回路913によるミキシング処理でイメージ信号が受信信号に混合してしまい、後処理で除去することは困難になるので、第1のバンドパスフィルタ911でイメージ信号を完全に除去できるよう、局所発振器914の発振周波数は受信信号の周波数よりも少し離れた値に設定される。
ここで、受信信号の周波数の近くに大電力の隣接チャンネル信号がある場合、これを第1のバンドパスフィルタ911で除去できないと、この隣接チャンネル信号のエネルギーも同時にミキサ回路913によってミキシング処理されることとなる。
ミキシング処理されて中間周波数信号に変換された信号は、A/D変換器916、直交復調回路916、ローパスフィルタ917を経て最終的に隣接チャンネル信号が除去され、復調回路920に送り込まれる。即ち、第1のバンドパスフィルタ911で隣接チャンネル信号を除去しきれていないと、この隣接チャンネル信号も受信信号と共に処理され、S/N比の低下を招くこととなる。
図13は、図10〜11に示したダイレクトコンバージョン方式の受信回路930または940の信号変換の流れについて示す説明図である。図13(a)は第1のバンドパスフィルタ931からの出力段階、図13(b)は直交復調回路933からの出力段階、図13(c)は第1のローパスフィルタ935からの出力段階の、各々の出力信号の周波数特性について示す。
この方式では、受信信号は直交復調回路933によって直接直交復調され、受信信号周波数帯域の中心を直流(DC)とするベースバンド信号に変換される。この場合も、スーパーヘテロダイン方式の受信機と同様に、複数の無線チャンネルに対応可能なように、第1のバンドパスフィルタ931の通過帯域は実際の受信信号の帯域幅より広く設定されている。
そのため、ダイレクトコンバージョン方式でも、スーパーヘテロダイン方式と同様に、受信信号の近くに大電力の隣接チャンネル信号があり、第1のバンドパスフィルタ931で隣接チャンネル信号を除去しきれていないと、この隣接チャンネル信号も受信信号と共に処理され、S/N比の低下を招くこととなる。
これに関連する技術文献として、次の各々がある。特許文献1には、受信信号を中間周波数に変換することによって複数種類の無線通信サービスを利用可能にするという技術が記載されている。特許文献2には、受信信号に対する干渉波の影響を低減するため、帯域阻止フィルタの特性を制御するという受信回路が記載されている。特許文献3には、直交復調器で直流オフセットを除去するという技術が記載されている。
特許文献4には、複数の受信帯域の信号を利用するという受信回路が記載されている。特許文献5には、データ伝送レートを認識して、これに応じた回路定数を選択するという受信回路が記載されている。特許文献6には、受信信号の品質に応じて周波数帯域と増幅率を制御するという受信回路が記載されている。
特許文献7には、不要なイメージ信号を除去するためミキサ回路の注入信号を制御するという技術が記載されている。特許文献8には、FM受信機で、隣接妨害信号の有無に応じて検波信号を制御するという技術が記載されている。
特許第4456635号公報(特表2008−511260号公報) 特開2011−193079号公報 特開2008−079242号公報 特開2006−319537号公報 特開2006−262088号公報 特開2006−109207号公報 アメリカ合衆国特許第7272374号 アメリカ合衆国特許第4907293号(実開平02−032248号公報)
背景技術の欄で前述したように、図9〜11に示した、スーパーヘテロダイン方式やダイレクトコンバージョン方式による受信回路910、930、940のいずれも、目的とする受信信号の周波数の近くの隣接チャンネルに強力な信号があり、前段のバンドパスフィルタ911あるいは931で除去しきれなかった場合には、その信号成分(スプリアス)が原因となってS/N比が相対的に低下し、受信感度が低下するという問題点がある。
これを防ぐためには、受信回路の前段のバンドパスフィルタ911あるいは931で、その隣接チャンネルの信号を可能な限り除去することが必要である。即ち、バンドパスフィルタ911あるいは931には、可能な限り高性能であることが要求される。
しかしながら、そのような高性能なバンドパスフィルタは通常、通過帯域は固定であり、しかも高価で実装面積が大きい。特に近年のデジタル通信においては、多数の周波数帯域(チャンネル)に対応可能であることや、小型・低価格・低消費電力であることが要求されるので、単純に「高性能なバンドパスフィルタ」を利用することで隣接チャンネルの影響を低減することは現実的とは言えない。
ここで、目的とする受信信号の周波数に応じて通過帯域を変更できる可変バンドパスフィルタを利用することによって、以上の問題を解決することも考えられる。しかしながら「隣接チャンネルの大電力信号」は常に同一の周波数で存在するとは限らない。この信号がたとえば違法無線などに起因する場合、時間帯によってその信号があったりなかったりする場合もあるし、別の周波数に移動する場合もある。
可変バンドパスフィルタをある一つの通過帯域に設定した後で隣接チャンネルの周波数が変更した場合や、その隣接チャンネルの大電力信号がなくなった場合に、既存の技術では対応できない。
さらに、可変バンドパスフィルタの通過帯域を狭めることは、必要な信号成分まで低下させることになるので、目的とする受信信号のS/N比をある程度以上犠牲にすることを避けられない。特に隣接チャンネルの大電力信号がなくなった場合には、可変バンドパスフィルタの通過帯域を広くして受信信号のS/N比を改善することが望ましいが、このことにも既存の技術では対応できない。
以上の問題を解決しうる技術は、特許文献1〜8のいずれにも記載されていない。特許文献1には、サービスの種類に応じてサンプリング周波数などを切り替えるという技術が記載されている。また特許文献5には、データ伝送レートに応じて回路定数を切り替えるという技術が記載されている。しかしながら、これらはいずれも、受信回路の前段のバンドパスフィルタの通過帯域に関するものではない。
本発明の目的は、高出力な隣接チャンネル信号のスプリアスによるS/N比の低下を防ぐことを可能とする無線受信回路、無線受信方法および無線受信プログラムを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る無線受信回路は、アンテナによって受信された受信信号を復調して出力する無線受信回路であって、受信信号から特定の周波数および帯域幅を通過させる可変バンドパスフィルタと、可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を復調して最終的な出力信号として出力する復調回路とを備えると共に、可変バンドパスフィルタが通過させる周波数および帯域幅について複数通りのパラメータを予め記憶している周波数特性テーブルと、複数通りのパラメータのうちの一つを可変バンドパスフィルタに適用した場合の出力信号のS/N比を算出するS/N比測定回路と、複数通りのパラメータの全てについてS/N比をS/N比測定回路に算出させ、その中で最良のS/N比が得られるパラメータを可変バンドパスフィルタに対して設定させる制御部とを備えること、を特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る無線受信方法は、アンテナによって受信された受信信号から特定の周波数および帯域幅を通過させる可変バンドパスフィルタと、可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を復調して最終的な出力信号として出力する復調回路とを備える無線受信回路にあって、可変バンドパスフィルタが通過させる周波数および帯域幅について周波数特性テーブルに予め複数通りのパラメータを記憶されている複数通りのパラメータのうちの一つを可変バンドパスフィルタに適用した場合の出力信号のS/N比をS/N比測定回路が算出し、複数通りのパラメータの全てについてS/N比を制御部がS/N比測定回路に算出させ、その中で最良のS/N比が得られるパラメータを制御部が可変バンドパスフィルタに対して設定させること、を特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る無線受信プログラムは、アンテナによって受信された受信信号から特定の周波数および帯域幅を通過させる可変バンドパスフィルタと、可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を復調して最終的な出力信号として出力する復調回路とを備える無線受信回路にあって、当該無線受信回路が備えるプロセッサに、可変バンドパスフィルタが通過させる周波数および帯域幅について周波数特性テーブルに予め複数通りのパラメータを記憶されている複数通りのパラメータのうちの一つを可変バンドパスフィルタに適用した場合の出力信号のS/N比を算出する手順、複数通りのパラメータの全てについてS/N比の算出を繰り返す手順、およびその中で最良のS/N比が得られるパラメータを可変バンドパスフィルタに対して設定させる手順を実行させること、を特徴とする。
本発明は、上記したように複数通りのパラメータの全てについてS/N比を算出し、その中で最良のS/N比が得られるパラメータを設定するように構成したので、隣接チャンネルの大電力信号があってもなくても、またその周波数が変化しても、その時々の状態に応じてS/N比が最良となる状態で通信を行うことができる。これによって、高出力な隣接チャンネル信号のスプリアスによるS/N比の低下を防ぐことが可能であるという、優れた特徴を持つ無線受信回路、無線受信方法および無線受信プログラムを提供することができる。
本発明の基本形態に係る無線受信回路の構成について示す説明図である。 本発明の実施形態に係る無線受信回路の構成について示す説明図である。 図2に示した電力スペクトル測定回路、S/N比測定回路、および制御部の動作について示すフローチャートである。 図2に示したS/N比測定回路が、正規化された電力スペクトルに対して周波数特性を掛け合わせて得る仮想的な電力スペクトルについて示す説明図である。図4(a)は正規化された電力スペクトル、図4(b)は狭帯域モードにおける周波数特性、図4(c)はこれらを掛け合わせて得られる仮想的な電力スペクトルを各々示す。 図2に示した無線受信回路の広帯域モードにおける信号変換の流れについて示す説明図である。図5(a)はバンドパスフィルタからの出力段階、図5(b)は直交復調回路からの出力段階、図5(c)はローパスフィルタからの出力段階の、各々の出力信号の周波数特性について示す。 図2に示した無線受信回路の狭帯域モードにおける信号変換の流れについて示す説明図である。図6(a)はバンドパスフィルタからの出力段階、図6(b)は直交復調回路からの出力段階、図6(c)はローパスフィルタからの出力段階の、各々の出力信号の周波数特性について示す。 図2に示した無線受信回路で、狭帯域モードと広帯域モードの動作の切り替えについて示す説明図である。 図2に示した電力スペクトル測定回路、S/N比測定回路、および制御部のより具体的な構成について示す説明図である。 既存の無線受信機で使用されているスーパーヘテロダイン方式の受信回路の構成について示す説明図である。 既存の無線受信機で使用されているダイレクトコンバージョン方式の受信回路の構成について示す説明図である。 図10に示した受信回路の一部改良である受信回路の構成について示す説明図である。 図9に示したスーパーヘテロダイン方式の受信回路の信号変換の流れについて示す説明図である。図12(a)は第1のバンドパスフィルタからの出力段階、図12(b)はミキサ回路からの出力段階、図12(c)はローパスフィルタからの出力段階の、各々の出力信号の周波数特性について示す。 図10〜11に示したダイレクトコンバージョン方式の受信回路の信号変換の流れについて示す説明図である。図13(a)は第1のバンドパスフィルタからの出力段階、図13(b)は直交復調回路からの出力段階、図13(c)は第1のローパスフィルタからの出力段階の、各々の出力信号の周波数特性について示す。
(基本形態)
以下、本発明の基本形態の構成について添付図1に基づいて説明する。
基本形態に係る無線受信回路1は、アンテナ1aによって受信された受信信号を復調して出力する無線受信回路である。受信信号から特定の周波数および帯域幅を通過させる可変バンドパスフィルタ2と、可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を復調して最終的な出力信号として出力する復調回路3とを備えると共に、可変バンドパスフィルタが通過させる周波数および帯域幅について複数通りのパラメータを予め記憶している周波数特性テーブル4と、複数通りのパラメータのうちの一つを可変バンドパスフィルタに適用した場合の出力信号のS/N比を算出するS/N比測定回路5と、複数通りのパラメータの全てについてS/N比をS/N比測定回路に算出させ、その中で最良のS/N比が得られるパラメータを可変バンドパスフィルタに対して設定させる制御部6とを備える。
これら各手段のより詳細な構成は、次の実施形態として説明する。
(実施形態)
続いて、本発明の実施形態の構成について添付図2に基づいて説明する。
本実施形態に係る無線受信回路10は、アンテナによって受信された受信信号を復調して出力する無線受信回路である。受信信号から特定の周波数および帯域幅を通過させる可変バンドパスフィルタ101と、可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を復調して最終的な出力信号として出力する復調回路110とを備えると共に、可変バンドパスフィルタが通過させる周波数および帯域幅について複数通りのパラメータを予め記憶している周波数特性テーブル114と、複数通りのパラメータのうちの一つを可変バンドパスフィルタに適用した場合の出力信号のS/N比を算出するS/N比測定回路112と、複数通りのパラメータの全てについてS/N比をS/N比測定回路に算出させ、その中で最良のS/N比が得られるパラメータを可変バンドパスフィルタに対して設定させる制御部113とを備える。
また、制御部113が、帯域幅の異なる複数の動作モードを備えると共に、帯域幅のより広い第1の動作モードを可変バンドパスフィルタに設定してからS/N比をS/N比測定回路に算出させ、その中で最良のS/N比が得られるパラメータで帯域幅のより狭い第2の動作モードを可変バンドパスフィルタに設定して動作させる機能を備える。そして、S/N比測定回路112の前段に、第1の動作モードにおける出力信号の周波数帯域を正規化してS/N比測定回路に出力する電力スペクトル測定回路111を備える。
そして無線受信回路10は、可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を直交復調する直交復調回路103と、直交復調された信号の低周波側を通過させるローパスフィルタ105と、ローパスフィルタからの出力をA/D変換するA/Dコンバータ106と、A/D変換された信号を中間周波数信号に変換して復調回路に出力する周波数変換回路107とを備える。さらに、制御部113は、可変バンドパスフィルタおよびローパスフィルタに対して最良のS/N比が得られるパラメータを設定させる。
以上の構成を備えることにより、この無線受信回路10は、高出力な隣接チャンネル信号のスプリアスによるS/N比の低下を防ぐことが可能なものとなる。
以下、これをより詳細に説明する。
図2は、本発明の実施形態に係る無線受信回路10の構成について示す説明図である。無線受信回路10は、アンテナ11から入力されるRF信号から特定の周波数および帯域幅を通過させる可変バンドパスフィルタ101(BPF)と、可変バンドパスフィルタ101からの出力信号を増幅するローノイズアンプ102と、増幅された出力信号を直交復調する直交復調回路103と、直交復調回路103に局所発振信号を供給する局所発振器104とをまず備える。
可変バンドパスフィルタ101の通過周波数と通過帯域幅、および局所発振器104の発振周波数は、後述の制御信号によって変更することが可能である。
無線受信回路10はさらに、直交復調回路103からの出力の低周波側を通過させる中間周波数用ローパスフィルタ105(LPF)と、中間周波数用ローパスフィルタ105からの出力をA/D変換するA/Dコンバータ106と、A/D変換された信号を中間周波数信号に変換する周波数変換回路107と、周波数変換回路107に動作周波数信号を供給する数値制御発振器108も備える。
中間周波数用ローパスフィルタ105の通過帯域幅、A/Dコンバータ106と周波数変換回路107のサンプリング周波数、および数値制御発振器108の発振周波数は、後述の制御信号によって変更することが可能である。
そして無線受信回路10は、周波数変換回路107からの出力の低周波側を通過させるベースバンド周波数用デジタルローパスフィルタ109(LPF)と、ベースバンド周波数用デジタルローパスフィルタ109からの出力信号を復調して最終的な出力信号とする復調回路110を備える。ベースバンド周波数用デジタルローパスフィルタ109の入力サンプリング周波数は、後述の制御信号によって変更することが可能である。
これらに加えて、無線受信回路10は、可変バンドパスフィルタ101(BPF)と中間周波数用ローパスフィルタ105(LPF)との間の複数通りの周波数特性パラメータを予め記憶している周波数特性テーブル114と、周波数変換回路107の出力信号から電力スペクトルの正規化値を求める電力スペクトル測定回路111と、電力スペクトル測定回路111の出力信号から信号電力成分と雑音成分とを求めるS/N比測定回路112と、求められた信号電力成分と雑音成分とに基づいて制御信号を出力して各部を制御する制御部113を備えている。
(広帯域モードの動作)
以上で示した無線受信回路10は、「広帯域モード」と「狭帯域モード」という2通りの動作モードがあり、これらの動作モードを切り替えながら動作する。まずは広帯域モードでの動作について説明する。
広帯域モードでは、バンドパスフィルタ101は、隣接チャンネルを含む周辺周波数帯域全体を含むような広い周波数帯域を通過させるように設定される。バンドパスフィルタ101を通過した受信信号は、ローノイズアンプ102によって増幅され、直交復調回路103で直交復調処理される。この直交復調処理に用いられる局所発振信号を発振する局所発振器104の周波数は、ローパスフィルタ105で、上記の周辺周波数帯域全体を通過できるような周波数に設定されている。
直交復調処理された受信信号は、ローパスフィルタ105で高域周波数がカットされる。ローパスフィルタ105も、周辺周波数帯域全体を通過できるように広い帯域幅に設定されている。
ローパスフィルタ105を通過した受信信号は、A/Dコンバータ106でデジタル信号に変換される。A/Dコンバータ106も、周辺周波数帯域全体を再生できるようなサンプリング周波数が設定されている。
A/Dコンバータ106で変換されたデジタル信号形式の受信信号は、周波数変換回路107で周波数変換され、ベースバンド信号となる。周波数変換回路107および数値制御発振器108は、A/Dコンバータ106のサンプリング周波数に対応し、かつ、目的の受信信号の周波数の中心が直流(DC)になるように設定される。
周波数変換回路107から出力されたベースバンド信号は、ローパスフィルタ109および復調回路110を経て隣接チャンネル成分が除去され、目的の受信信号だけが抽出される。これと同時に、周波数変換回路107から出力されたベースバンド信号は電力スペクトル測定回路111にも出力される。
図3は、図2に示した電力スペクトル測定回路111、S/N比測定回路112、および制御部113の動作について示すフローチャートである。
広帯域モードで動作開始した電力スペクトル測定回路111は(ステップS101)、周波数変換回路107から出力されたベースバンド信号に対して、フーリエ変換などのアルゴリズムによって帯域内の各周波数毎の受信電力を求め(ステップS102)、これに周波数特性テーブル114に格納された広帯域モード時のバンドパスフィルタ101およびローパスフィルタ105の通過特性値を掛け合わせて、正規化された電力スペクトルを求める(ステップS103)。
この正規化された電力スペクトルに対して、S/N比測定回路112は、バンドパスフィルタ101の通過帯域、局所発振器104の周波数、ローパスフィルタ105の通過帯域等の個々のパラメータの組み合わせ(これをパラメータセットという)に対する周波数特性を掛け合わせて(ステップS104)、当該パラメータセットを使用した場合の現在の電力スペクトルを仮想的に求め、その場合の信号電力および雑音電力からSN比を求める(ステップS105)。
図4は、図2に示したS/N比測定回路112が、正規化された電力スペクトルに対して周波数特性を掛け合わせて得る仮想的な電力スペクトルについて示す説明図である。図4(a)は正規化された電力スペクトル、図4(b)は狭帯域モードにおける周波数特性、図4(c)はこれらを掛け合わせて得られる仮想的な電力スペクトルを各々示す。
S/N比測定回路112は、この図4(c)に示される仮想的な電力スペクトルから、目的の受信信号に対応する帯域幅に入る周波数の電力値を積算することによって信号電力を求め、その他の周波数の電力値を積算することによって雑音電力を求める。その比がS/N比となる。
制御部113は、複数のパラメータセットに対してこのS/N比をS/N比測定回路112に算出させ、最もS/N比が大きくなるパラメータセットを求める(ステップS106〜108)。そして、このS/N比が最も大きくなるパラメータセットを、バンドパスフィルタ101、局所発振器104、ローパスフィルタ105に対してセットする。
これと同時に、制御部113は、受信帯域が狭くなるのに合わせてA/D変換器106のサンプリング周波数を落とし、そのサンプリング周波数に対応するように周波数変換回路107の変換速度を落とし、直交復調後の受信信号の中心周波数が直流になるように数値制御発振器108を調整し、さらにサンプリング周波数が落ちたのに合わせて、ローパスフィルタ109の入力周波数を落として、無線受信回路10の動作を狭帯域モードに切り替える(ステップS109)。
(狭帯域モードの動作)
制御部113は以上の設定を行い、無線受信回路10の動作を狭帯域モードに切り替える。即ち、狭帯域モードとは、広帯域モードで求めたS/N比が最も高くなるパラメータセットによる動作である。
狭帯域モードでは、受信信号はまず、RF信号用のバンドパスフィルタ101を通過して不要な帯域の信号が除去される。バンドパスフィルタ101を通過した受信信号は、ローノイズアンプ102によって増幅され、直交復調回路103で直交復調処理される。
直交復調処理された受信信号は、ローパスフィルタ105で高域周波数がカットされる。狭帯域モードでは、ローパスフィルタ105では、できるだけ目的の受信信号だけを通すような狭い帯域幅に設定されている。
ローパスフィルタ105を通過した受信信号はA/Dコンバータ106でデジタル信号に変換され、さらに周波数変換回路107によって、周波数変換され、ベースバンド信号となる。周波数変換回路107によって周波数を直流付近に変換された受信信号は、ローパスフィルタ109、復調回路110によって、隣接チャンネル成分が除去され、目的の受信信号だけが抽出される。狭帯域モードでは、電力スペクトル測定回路111、S/N比測定回路112および制御部113による処理は行われない。
図5は、図2に示した無線受信回路10の広帯域モードにおける信号変換の流れについて示す説明図である。図5(a)はバンドパスフィルタ101からの出力段階、図5(b)は直交復調回路103からの出力段階、図5(c)はローパスフィルタ105からの出力段階の、各々の出力信号の周波数特性について示す。
図5(a)〜(c)に示した通り、広帯域モードでは、隣接チャンネルの大電力信号を含んだ広い帯域で受信処理を行っているので、この大電力信号の影響を受けやすい。しかしながら、制御部113はこの状態で「S/N比が最も高くなるパラメータセット」を探索し、無線受信回路10の動作をこのパラメータセットを利用した狭帯域モードに切り替える。
図6は、図2に示した無線受信回路10の狭帯域モードにおける信号変換の流れについて示す説明図である。図6(a)〜(c)は各々、図5(a)〜(c)の各々に対応する。図6(a)〜(c)に示した通り、狭帯域モードでは、隣接チャンネルの大電力信号はバンドパスフィルタ101で既に除去される。従って、この大電力信号の影響によるS/N比の低下を抑制することができる。
図7は、図2に示した無線受信回路10で、狭帯域モードと広帯域モードの動作の切り替えについて示す説明図である。無線受信回路10が受信する電波状態はダイナミックに変化する。たとえば、隣接チャンネルの大電力信号がなくなる場合もあれば、他の周波数に移る場合もある。
図7に示す例では、時間t0で無線受信回路10は広帯域モードとなり、本来の受信信号周波数f0に隣接する周波数f1に隣接チャンネル信号があったので、時間t1でこの周波数f1を避ける周波数範囲fa〜fbの狭帯域モードに動作を移行させた。そして時間t1から、予め設定された周期Tが経過した時間t2(=t1+T)で再び広帯域モードに動作が移行した。今度は周波数f1とは別の周波数f2に隣接チャンネル信号があったので、時間t3でこの周波数f2を避ける周波数範囲fc〜fdの狭帯域モードに動作を移行させた。以後同様に動作が継続する。
このように、無線受信回路10は周期的に狭帯域モードから広帯域モードに動作を切り替え、電力スペクトル測定回路111、S/N比測定回路112および制御部113による処理を再び行って動作を狭帯域モードに移行する。あるいは、外部の測定手段により大電力信号の影響によるS/N比の低下が検出された場合や、ユーザから動作指令入力があった場合に、動作を狭帯域モードに移行させてもよい。広帯域モードでの動作は、動作時間全体に対してわずかな時間で済むので、動作時間全体でみれば受信性能への影響は小さい。
隣接チャンネルの大電力信号がなくなれば、狭帯域モードに移行すること自体が無いか、移行させたとしてもバンドパスフィルタ101の通過帯域をある程度広く設定することができる。通常はバンドパスフィルタ101の通過帯域を狭くすると必要な信号成分まで低下させてしまうのでS/N比を低下させてしまうことになるが、本実施形態ではそのようなことがなく、隣接チャンネルの大電力信号がない場合にもS/N比の低下を抑制することができる。
(より具体的な構成)
図8は、図2に示した電力スペクトル測定回路111、S/N比測定回路112、および制御部113のより具体的な構成について示す説明図である。
電力スペクトル測定回路111は、周波数変換回路107を通過したベースバンド信号を積算して周波数成分に変換するFFT演算回路201と、FFT演算回路201で変換された各周波数成分のI成分およびQ成分を積算する電力演算回路202と、積算された各周波数成分の電力値を周波数特性テーブル114に格納されている広帯域フィルタ逆特性データと掛け合わせて正規化された周波数スペクトラムを得る正規化回路203とを備える。
S/N比測定回路112は、電力スペクトル測定回路111から出力された正規化された周波数スペクトラムを一時的に記憶する一次データ格納用メモリ211と、この周波数スペクトラムに周波数特性テーブル114に格納されているある一つの狭帯域フィルタ特性データを乗算して仮想的な周波数スペクトラムを得る乗算器212とを備える。
そしてS/N比測定回路112は、その仮想的な周波数スペクトラムの目的とする周波数帯域内のデータを、加算器213によって積算してレジスタ214に格納し、これを信号電力値とする。同様に、他の周波数帯域内のデータを、加算器215によって積算してレジスタ216に格納し、これを雑音電力値とする。除算器217は信号電力値を雑音電力値で除算して、その狭帯域フィルタ特性におけるS/N比を求め、これを制御部113に出力する。
制御部113は、以上の各動作を制御し、周波数特性テーブル114に格納された複数の狭帯域フィルタ特性の各々に対して当該狭帯域フィルタ特性におけるS/N比を順次算出させるコントローラ224と、除算器217から出力されたS/N比の値を一つ前のS/N比の値と比較する比較器221と、比較されたS/N比のうち大きい方の値を出力するセレクタ222と、セレクタ222からの出力値を保存するレジスタ223とを備える。即ち、この処理を複数の狭帯域フィルタ特性の全てに対して繰り返せば、S/N比が最大となる狭帯域フィルタ特性を得ることとなる。
そしてコントローラ224は、求められた狭帯域フィルタ特性に対応して、無線受信回路10の各々の要素に対する制御信号を出力し、バンドパスフィルタ101、局所発振器104、ローパスフィルタ105などに対して、S/N比が最大となるパラメータを設定する。
(実施形態の全体的な動作と効果)
次に、上記の実施形態の全体的な動作について説明する。
本実施形態に係る無線受信方法は、アンテナによって受信された受信信号から特定の周波数および帯域幅を通過させる可変バンドパスフィルタ101と、可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を復調して最終的な出力信号として出力する復調回路110とを備える無線受信回路10にあって、可変バンドパスフィルタが通過させる周波数および帯域幅について周波数特性テーブルに予め複数通りのパラメータを記憶されている複数通りのパラメータのうちの一つを可変バンドパスフィルタに適用した場合の出力信号のS/N比をS/N比測定回路が算出し(図3・ステップS105)、複数通りのパラメータの全てについてS/N比を制御部がS/N比測定回路に算出させ(図3・ステップS106〜108)、その中で最良のS/N比が得られるパラメータを制御部が可変バンドパスフィルタに対して設定させる(図3・ステップS109)。
また、制御部が、帯域幅の異なる複数の動作モードを備えると共に、帯域幅のより広い第1の動作モードを可変バンドパスフィルタに設定してから(図3・ステップS101)S/N比をS/N比測定回路に算出させ(図3・ステップS105)、その中で最良のS/N比が得られるパラメータで帯域幅のより狭い第2の動作モードを可変バンドパスフィルタに設定して動作させる(図3・ステップS106〜109)。
さらに、出力信号のS/N比を算出する処理(図3・ステップS105)の前段に、第1の動作モードにおける出力信号の周波数帯域を電力スペクトル測定回路が正規化してS/N比測定回路に出力する(図3・ステップS102〜103)。
そして、無線受信回路が、可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を直交復調する直交復調回路と、直交復調された信号の低周波側を通過させるローパスフィルタと、ローパスフィルタからの出力をA/D変換するA/Dコンバータと、A/D変換された信号を中間周波数信号に変換して復調回路に出力する周波数変換回路とを備えると共に、最良のS/N比が得られるパラメータを制御部が可変バンドパスフィルタおよびローパスフィルタに対して設定させる(図3・ステップS106〜109)。
ここで、上記各動作ステップについては、これをコンピュータで実行可能にプログラム化し、これらを前記各ステップを直接実行する無線受信回路10が備えるプロセッサ(制御部113)に実行させるようにしてもよい。本プログラムは、非一時的な記録媒体、例えば、DVD、CD、フラッシュメモリ等に記録されてもよい。その場合、本プログラムは、記録媒体からコンピュータによって読み出され、実行される。
この動作により、本実施形態は以下のような効果を奏する。
本実施形態によれば、実際の通信で得られる特性に基づいて、複数通りのパラメータの全てについてS/N比を算出し、その中で最良のS/N比が得られるパラメータを設定することができる。従って、隣接チャンネルの大電力信号があってもなくても、またその周波数が変化しても、その時々の状態に応じてS/N比が最良となる状態で通信を行うことが可能となる。
本実施形態では、図11に示したダイレクトコンバージョン方式の一部改良型の無線受信回路を例として説明したが、この技術はダイレクトコンバージョン方式であってもスーパーヘテロダイン方式であっても適用可能である。また、電力スペクトル測定回路111、S/N比測定回路112、および制御部113は図8に示した電子回路によって実現されるものでなくても、コンピュータプログラムによるプロセッサ上での演算によって実現されるものであってもよい。
これまで本発明について図面に示した特定の実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができる。
上述した実施形態について、その新規な技術内容の要点をまとめると、以下のようになる。なお、上記実施形態の一部または全部は、新規な技術として以下のようにまとめられるが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。
(付記1) アンテナによって受信された受信信号を復調して出力する無線受信回路であって、
前記受信信号から特定の周波数および帯域幅を通過させる可変バンドパスフィルタと、前記可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を復調して最終的な出力信号として出力する復調回路とを備えると共に、
前記可変バンドパスフィルタが通過させる前記周波数および前記帯域幅について複数通りのパラメータを予め記憶している周波数特性テーブルと、
前記複数通りのパラメータのうちの一つを前記可変バンドパスフィルタに適用した場合の前記出力信号のS/N比を算出するS/N比測定回路と、
前記複数通りのパラメータの全てについて前記S/N比を前記S/N比測定回路に算出させ、その中で最良のS/N比が得られる前記パラメータを前記可変バンドパスフィルタに対して設定させる制御部と
を備えること、を特徴とする無線受信回路。
(付記2) 前記制御部が、前記帯域幅の異なる複数の動作モードを備えると共に、前記帯域幅のより広い第1の動作モードを前記可変バンドパスフィルタに設定してから前記S/N比を前記S/N比測定回路に算出させ、その中で最良のS/N比が得られる前記パラメータで前記帯域幅のより狭い第2の動作モードを前記可変バンドパスフィルタに設定して動作させる機能を備えること、を特徴とする付記1に記載の無線受信回路。
(付記3) 前記S/N比測定回路の前段に、
前記第1の動作モードにおける前記出力信号の周波数帯域を正規化して前記S/N比測定回路に出力する電力スペクトル測定回路を備えること、を特徴とする付記2に記載の無線受信回路。
(付記4) 前記可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を直交復調する直交復調回路と、
前記直交復調された信号の低周波側を通過させるローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタからの出力をA/D変換するA/Dコンバータと、
前記A/D変換された信号を中間周波数信号に変換して前記復調回路に出力する周波数変換回路とを備えること、を特徴とする付記1に記載の無線受信回路。
(付記5) 前記制御部が、前記可変バンドパスフィルタおよび前記ローパスフィルタに対して前記最良のS/N比が得られるパラメータを設定させること、を特徴とする付記4に記載の無線受信回路。
(付記6) アンテナによって受信された受信信号から特定の周波数および帯域幅を通過させる可変バンドパスフィルタと、前記可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を復調して最終的な出力信号として出力する復調回路とを備える無線受信回路にあって、
前記可変バンドパスフィルタが通過させる前記周波数および前記帯域幅について周波数特性テーブルに予め複数通りのパラメータを記憶されている複数通りのパラメータのうちの一つを前記可変バンドパスフィルタに適用した場合の前記出力信号のS/N比をS/N比測定回路が算出し、
前記複数通りのパラメータの全てについて前記S/N比を制御部が前記S/N比測定回路に算出させ、
その中で最良のS/N比が得られる前記パラメータを前記制御部が前記可変バンドパスフィルタに対して設定させる
こと、を特徴とする無線受信方法。
(付記7) 前記制御部が、前記帯域幅の異なる複数の動作モードを備えると共に、前記帯域幅のより広い第1の動作モードを前記可変バンドパスフィルタに設定してから前記S/N比を前記S/N比測定回路に算出させ、その中で最良のS/N比が得られる前記パラメータで前記帯域幅のより狭い第2の動作モードを前記可変バンドパスフィルタに設定して動作させること、を特徴とする付記6に記載の無線受信方法。
(付記8) 前記出力信号のS/N比を算出する処理の前段に、
前記第1の動作モードにおける前記出力信号の周波数帯域を電力スペクトル測定回路が正規化して前記S/N比測定回路に出力すること、を特徴とする付記7に記載の無線受信方法。
(付記9) 前記無線受信回路が、前記可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を直交復調する直交復調回路と、前記直交復調された信号の低周波側を通過させるローパスフィルタと、前記ローパスフィルタからの出力をA/D変換するA/Dコンバータと、前記A/D変換された信号を中間周波数信号に変換して前記復調回路に出力する周波数変換回路とを備えると共に、
前記最良のS/N比が得られるパラメータを前記制御部が前記可変バンドパスフィルタおよび前記ローパスフィルタに対して設定させること、を特徴とする付記6に記載の無線受信方法。
(付記10) アンテナによって受信された受信信号から特定の周波数および帯域幅を通過させる可変バンドパスフィルタと、前記可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を復調して最終的な出力信号として出力する復調回路とを備える無線受信回路にあって、
当該無線受信回路が備えるプロセッサに、
前記可変バンドパスフィルタが通過させる前記周波数および前記帯域幅について周波数特性テーブルに予め複数通りのパラメータを記憶されている複数通りのパラメータのうちの一つを前記可変バンドパスフィルタに適用した場合の前記出力信号のS/N比を算出する手順、
前記複数通りのパラメータの全てについて前記S/N比の算出を繰り返す手順、
およびその中で最良のS/N比が得られる前記パラメータを前記可変バンドパスフィルタに対して設定させる手順
を実行させること、を特徴とする無線受信プログラム。
(付記11) 前記無線受信回路が、前記帯域幅の異なる複数の動作モードを備えると共に、前記帯域幅のより広い第1の動作モードを前記可変バンドパスフィルタに設定してから前記S/N比を前記S/N比測定回路に算出させる手順、
およびその中で最良のS/N比が得られる前記パラメータで前記帯域幅のより狭い第2の動作モードを前記可変バンドパスフィルタに設定して動作させる手順とを実行させること、を特徴とする付記10に記載の無線受信プログラム。
(付記12) 前記出力信号のS/N比を算出する手順の前段に、
前記第1の動作モードにおける前記出力信号の周波数帯域を電力スペクトル測定回路が正規化して前記S/N比測定回路に出力する手順を実行させること、を特徴とする付記11に記載の無線受信プログラム。
(付記13) 前記無線受信回路が、前記可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を直交復調する直交復調回路と、前記直交復調された信号の低周波側を通過させるローパスフィルタと、前記ローパスフィルタからの出力をA/D変換するA/Dコンバータと、前記A/D変換された信号を中間周波数信号に変換して前記復調回路に出力する周波数変換回路とを備えると共に、
前記最良のS/N比が得られるパラメータを前記可変バンドパスフィルタおよび前記ローパスフィルタに対して設定させること、を特徴とする付記10に記載の無線受信プログラム。
この出願は2013年7月16日に出願された日本出願特願2013−147238を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
本発明は、無線装置に搭載される無線信号処理回路に対して適用可能である。特にマルチチャンネルのデジタル通信に適している。
1、10 無線受信回路
1a、11 アンテナ
2、101 可変バンドパスフィルタ
3、110 復調回路
4、114 周波数特性テーブル
5、112 S/N比測定回路
6、113 制御部
102 ローノイズアンプ
103 直交復調回路
104 局所発振器
105、109 ローパスフィルタ
106 A/Dコンバータ
107 周波数変換回路
108 数値制御発振器
111 電力スペクトル測定回路
201 FFT演算回路
202 電力演算回路
203 正規化回路
211 一次データ格納用メモリ
212 乗算器
213、215 加算器
214、216、223 レジスタ
217 除算器
221 比較器
222 セレクタ
224 コントローラ

Claims (10)

  1. アンテナによって受信された受信信号を復調して出力する無線受信回路であって、
    前記受信信号から特定の周波数および帯域幅を通過させる可変バンドパスフィルタと、前記可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を復調して最終的な出力信号として出力する復調回路とを備えると共に、
    前記可変バンドパスフィルタが通過させる前記周波数および前記帯域幅について複数通りのパラメータを予め記憶している周波数特性テーブルと、
    前記複数通りのパラメータのうちの一つを前記可変バンドパスフィルタに適用した場合の前記出力信号のS/N比を算出するS/N比測定回路と、
    前記複数通りのパラメータの全てについて前記S/N比を前記S/N比測定回路に算出させ、その中で最良のS/N比が得られる前記パラメータを前記可変バンドパスフィルタに対して設定させる制御部と
    を備えること、を特徴とする無線受信回路。
  2. 前記制御部が、前記帯域幅の異なる複数の動作モードを備えると共に、前記帯域幅のより広い第1の動作モードを前記可変バンドパスフィルタに設定してから前記S/N比を前記S/N比測定回路に算出させ、その中で最良のS/N比が得られる前記パラメータで前記帯域幅のより狭い第2の動作モードを前記可変バンドパスフィルタに設定して動作させる機能を備えること、を特徴とする請求項1に記載の無線受信回路。
  3. 前記S/N比測定回路の前段に、
    前記第1の動作モードにおける前記出力信号の周波数帯域を正規化して前記S/N比測定回路に出力する電力スペクトル測定回路を備えること、を特徴とする請求項2に記載の無線受信回路。
  4. 前記可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を直交復調する直交復調回路と、
    前記直交復調された信号の低周波側を通過させるローパスフィルタと、
    前記ローパスフィルタからの出力をA/D変換するA/Dコンバータと、
    前記A/D変換された信号を中間周波数信号に変換して前記復調回路に出力する周波数変換回路とを備えること、を特徴とする請求項1に記載の無線受信回路。
  5. 前記制御部が、前記可変バンドパスフィルタおよび前記ローパスフィルタに対して前記最良のS/N比が得られるパラメータを設定させること、を特徴とする請求項4に記載の無線受信回路。
  6. アンテナによって受信された受信信号から特定の周波数および帯域幅を通過させる可変バンドパスフィルタと、前記可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を復調して最終的な出力信号として出力する復調回路とを備える無線受信回路にあって、
    前記可変バンドパスフィルタが通過させる前記周波数および前記帯域幅について周波数特性テーブルに予め複数通りのパラメータを記憶されている複数通りのパラメータのうちの一つを前記可変バンドパスフィルタに適用した場合の前記出力信号のS/N比をS/N比測定回路が算出し、
    前記複数通りのパラメータの全てについて前記S/N比を制御部が前記S/N比測定回路に算出させ、
    その中で最良のS/N比が得られる前記パラメータを前記制御部が前記可変バンドパスフィルタに対して設定させる
    こと、を特徴とする無線受信方法。
  7. 前記制御部が、前記帯域幅の異なる複数の動作モードを備えると共に、前記帯域幅のより広い第1の動作モードを前記可変バンドパスフィルタに設定してから前記S/N比を前記S/N比測定回路に算出させ、その中で最良のS/N比が得られる前記パラメータで前記帯域幅のより狭い第2の動作モードを前記可変バンドパスフィルタに設定して動作させること、を特徴とする請求項6に記載の無線受信方法。
  8. 前記出力信号のS/N比を算出する処理の前段に、
    前記第1の動作モードにおける前記出力信号の周波数帯域を電力スペクトル測定回路が正規化して前記S/N比測定回路に出力すること、を特徴とする請求項7に記載の無線受信方法。
  9. 前記無線受信回路が、前記可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を直交復調する直交復調回路と、前記直交復調された信号の低周波側を通過させるローパスフィルタと、前記ローパスフィルタからの出力をA/D変換するA/Dコンバータと、前記A/D変換された信号を中間周波数信号に変換して前記復調回路に出力する周波数変換回路とを備えると共に、
    前記最良のS/N比が得られるパラメータを前記制御部が前記可変バンドパスフィルタおよび前記ローパスフィルタに対して設定させること、を特徴とする請求項6に記載の無線受信方法。
  10. アンテナによって受信された受信信号から特定の周波数および帯域幅を通過させる可変バンドパスフィルタと、前記可変バンドパスフィルタを通過した受信信号を復調して最終的な出力信号として出力する復調回路とを備える無線受信回路にあって、
    当該無線受信回路が備えるプロセッサに、
    前記可変バンドパスフィルタが通過させる前記周波数および前記帯域幅について周波数特性テーブルに予め複数通りのパラメータを記憶されている複数通りのパラメータのうちの一つを前記可変バンドパスフィルタに適用した場合の前記出力信号のS/N比を算出する手順、
    前記複数通りのパラメータの全てについて前記S/N比の算出を繰り返す手順、
    およびその中で最良のS/N比が得られる前記パラメータを前記可変バンドパスフィルタに対して設定させる手順
    を実行させること、を特徴とする無線受信プログラム。
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