JP4027565B2 - ディジタル受信機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル受信機に関し、特に広い周波数帯域に亘ってＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを広げることができるディジタル受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディジタル回路技術の発達により、アナログ回路で実現していた機能をディジタル回路で実現する例が増えている。ディジタル回路で機能を実現した場合、特性のバラツキがない、経年劣化がない、調整が不要というメリットが得られ、さらに、ディジタル回路としてＤＳＰ等のプログラマブルなデバイスを用いた場合、ソフトウェアによって機能が記述されるので、修正、変更が容易であるというメリットも得られる。
ディジタル携帯電話等の移動体通信の分野においてもディジタル回路への移行は進んでおり、ＤＳＰ等におけるソフトウェアで通信機能を実現することによって、変復調機能やフィルタ機能の修正・変更が容易な受信機が考案されており、究極の例として通信機能のほとんどをソフトウェアで実現するソフトウェア無線機が提案されている。
【０００３】
図４は、従来の受信信号を広帯域のままディジタル信号に変換して変復調等を行う広帯域ディジタル受信機の一例を示す構成概要図である。
なお、広帯域ディジタル受信機とは、受信した広帯域信号をそのままＲＦ帯あるいはＩＦ帯においてＡ／Ｄ変換し、チャネル分離以降の処理をディジタル回路で行う受信機をいう。
同図に示すように、この受信機は、無線電波を受信するアンテナ１００、受信信号を所定の中間周波信号に変換するＲＦ部１、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２、ＡＧＣ（Automatic Gain Control：自動利得制御）アンプ３、Ａ／Ｄ変換器４及びディジタル信号処理部９で構成される。
【０００４】
同図において、アンテナ１００で受信された受信信号は、ＲＦ部１において広帯域のまま所定の周波数の中間周波信号（ＩＦ信号）に変換されてバンドパスフィルタ２に入力する。
前記バンドパスフィルタ２においてＩＦ受信信号は、必要な帯域制限を受けてＡＧＣアンプ３に出力される。ここで言う必要な帯域とは、本広帯域ディジタル受信機が受信可能なバンド幅であり、通常使用されるシステムのサービスバンド帯域に一致するよう設定される。ここで前記バンドパスフィルタ２の通過帯域幅をＷｂとする。
前記ＡＧＣアンプ３では、次段のＡ／Ｄ変換器４に対して、該Ａ／Ｄ変換器４の最大入力レベルを越えない範囲で最大になるように入力のＩＦ信号を増幅して出力する。前記ＡＧＣアンプ３で増幅されたＩＦ信号は、Ａ／Ｄ変換器４で広帯域のままディジタル信号に変換されてディジタル信号処理部９に出力され、前記ディジタル信号処理部９においてチャネル分離、復調等の信号処理が行われてデータ出力信号となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のディジタル受信機においては受信した周波数帯域Ｗｂの信号をＡ／Ｄ変換器４でディジタル信号に変換するので、所望のチヤネルの外に複数の干渉波（他チャンネル、雑音など）が存在する場合、前記Ａ／Ｄ変換器４において所望のチャネルに対して必要なダイナミックレンジが取れなくなる場合がある。
即ち、所望のチヤネルのレベルをＶｘとし、ｍ個の干渉波のレベルをＸｉ（ｉ＝１からｍ）とすると、Ａ／Ｄ変換器５へ入力される信号の最高レベルＶｍａｘはＶｍａｘ＝Ｖｘ＋ΣＸｉとなり、このＶｍａｘの値がＡＧＣアンプによってＡ／Ｄ変換器４の最大入力レベル（以下、フルスケールレンジ：ＦＳＲという）になるように増幅されて入力することになる。
従って、このとき所望のチャネル信号に対してはＶｘ／（Ｖｘ＋ΣＸｉ）の割合のダイナミックレンジが振り当てられることになる。このとき、所望のチヤネルのレベルＶｘに対して、極端に高いレベルの干渉波Ｘｉが存在した場合は、 Ｖｘに振り当てられるダイナミックレンジが大きく減少することになる。
このことは、帯域を広く取ればとるほど、当然干渉波の数も増えるため、所望のチャネルに対するダイナミックレンジの割合が低くなる確率が高くなることを意味する。
そのため、上記のような広帯域ディジタル受信機のＡ／Ｄ変換器には、高速で広いダイナミックレンジを要求されるが、現状では極めて高価で大型になってしまうという問題があった。
本発明は、以上説明したような従来の広帯域ディジタル受信機の問題点を解決するためになされたものであって、性能を劣化させることなく広帯域の受信信号に対して広いダイナミックレンジを確保できるようにすることによって、安価で、小型のＡ／Ｄ変換器を使用できる広帯域ディジタル受信機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明においては、高周波受信部で中間周波に周波数変換された複数のチヤネルを含む広帯域の受信信号の周波数帯域制限を行うバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタ出力のレベル増幅を行うＡＧＣアンプと、前記ＡＧＣアンプ出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部出力の信号処理を行うディジタル信号処理部とを備えたディジタル受信機において、
前記Ａ／Ｄ変換部出力に前記ＡＧＣアンプのゲイン制御情報を得て前記Ａ／Ｄ変換部からの出力レベルを調整するレベル調整部が接続され、
前記バンドパスフィルタは、受信周波数帯域をＮ（Ｎは２以上の自然数）分割して割り当てられたそれぞれの周波数帯の中心周波数を通過帯域の中心とし、その中心周波数の上下に所定の通過帯域幅を有するＮ個のバンドパスフィルタで構成され、
前記ＡＧＣアンプは、前記Ｎ個のバンドパスフィルタの出力を該ＡＧＣアンプにそれぞれ接続された前記Ａ／Ｄ変換部の最大入力レベルに合致するように増幅するアンプであり、
前記Ａ／Ｄ変換部出力は後段に接続された前記レベル調整部で所定のレベルに調整された後加算部で加算され、前記ディジタル信号処理部に入力することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明においては、請求項１記載の受信機において、前記バンドパスフィルタの通過帯域は、受信周波数帯域をＮ分割して割り当てられたそれぞれの周波数帯域より上下に広い帯域を有するものであって、分割された隣接する帯域にまたがって所望の周波数帯域が有る場合は、前記ＡＧＣアンプの増幅率に対応して前記隣接した帯域のうちの一方を選択することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて説明する。図１は、参考例に係わる広帯域ディジタル受信機の実施の一形態例を示す構成概要図である。
同図に示すように、本受信機は、無線電波を受信するアンテナ１００と、受信信号を所定の中間周波信号に変換するＲＦ部１と、Ｎ個のバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦ）２１、２２、・・２Ｎと、前記Ｎ個のＢＰＦ２１〜２Ｎにそれぞれ接続されたＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎと、加算器６とＡ／Ｄ変換器７と、ディジタル信号処理部９とで構成される。
前記Ｎ個のＢＰＦ２１〜２Ｎは、全受信帯域幅ＷｂをＮ分割したそれぞれの帯域を通過帯域とするフィルタであり、また、前記ＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎは前記ＢＰＦ２１〜２Ｎの各出力の最大信号レベルがそれぞれ所定のレベルになるように増幅する増幅器である。
【０００９】
同図において、アンテナ１００で受信された受信信号は、ＲＦ部１において広帯域のまま所定の周波数の中間周波信号（ＩＦ信号）に変換されてＢＰＦ２１、２２、・・２Ｎに入力する。
前記ＢＰＦ２１、２２、・・２Ｎにおいて、ＩＦ受信信号はそれぞれ必要な帯域制限を受けてＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎに出力される。ここで言う必要な帯域は、前述のように、全受信帯域幅ＷｂをＮ分割したそれぞれの帯域を通過帯域として割り当てられた帯域に一致するよう設定される。
各ＢＰＦ２１、２２、・・２Ｎの出力は、それぞれのＢＰＦに接続されたＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎによって、それぞれ所定のレベル、例えばＡ／Ｄ変換器７のＦＳＲの１／Ｎの値になるように増幅される。
【００１０】
前記各ＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎの出力信号は、加算器６で加算されて、もとの受信周波数帯域に復元される。このときの演算精度は、各信号のダイナミックレンジが維持できるように、Ａ／Ｄ変換器７の量子化ビット数に比べて十分大きい値をとる。
加算器６で加算された信号はＡ／Ｄ変換器７でディジタル信号変換されてディジタル信号処理部９においてチャネル分離、復調等の信号処理がなされて受信機出力信号が取り出される。
上記の動作によって、前記加算器６出力の信号レベルは、ＲＦ部１出力信号の中の極端に大きいレベルの信号は抑圧され、また、極端に小さいレベルの信号は増幅されることになる。
従って、所望のチャネルの信号に対するダイナミックレンジの割合Ｖｘ／（Ｖｘ＋ΣＸｉ）は、大きい信号レベルの干渉波の影響が緩和されて、必要なダイナミックレンジを確保できるようになる。
【００１１】
図２は、請求項１記載の発明に係わる広帯域ディジタル受信機の実施の一形態例を示す構成概要図である。同図に示すように、本受信機は、無線電波を受信するアンテナ１００と、受信信号を所定の中間周波信号に変換するＲＦ部１と、Ｎ個のバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦ）２１、２２、・・２Ｎと、前記ＢＰＦ２１〜２Ｎにそれぞれ接続されたＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎと、前記ＡＧＣアンプ３１〜３Ｎにそれぞれ接続されたＡ／Ｄ変換器４１、４２、・・４Ｎと、レベル調整回路５１、５２、・・５Ｎと、加算器８と、前記ＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎのゲイン制御情報をＡ／Ｄ変換して前記レベル調整回路５１、５２、・・５Ｎに出力する第２のＡ／Ｄ変換器６１、６２、・・６Ｎと、加算器８と、ディジタル信号処理部９とで構成される。
前記ＢＰＦ２１〜２Ｎは、受信帯域幅ＷｂをＮ分割したそれぞれの帯域を通過帯域とするフィルタである。また、前記ＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎは前記ＢＰＦ２１〜２Ｎの出力の最大信号レベルがそれぞれ接続されたＡ／Ｄ変換器４１、４２、・・４ＮのＦＳＲのレベルになるように増幅する増幅器である。
また、上記アンテナ１００とＲＦ部１とＢＰＦ２１、２２、・・２Ｎとディジタル信号処理部９の機能動作は図１のアンテナ１００とＲＦ部１とＢＰＦ２１、２２、・・２Ｎとディジタル信号処理部９の機能動作と同一である。
【００１２】
同図において、アンテナ１００で受信された受信信号は、図１の受信機の場合と同様にして、ＩＦ信号に変換され、Ｎ分割されてＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎに入力する。それぞれの信号は、各ＡＧＣアンプ３１〜３Ｎにおいて、前記ＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎにそれぞれ接続されたＡ／Ｄ変換器４１、４２、・・４ＮのＦＳＲのレベルに増幅され、前記Ａ／Ｄ変換器４１、４２、・・４Ｎに出力される。
前記Ａ／Ｄ変換器４１、４２、・・４Ｎでディジタルに変換された信号は、それぞれレベル調整回路５１、５２、・・５Ｎで後述する信号レベルに調整されて、加算器８に入力する。前記加算器８では、入力した信号が加算されて受信信号と同じ周波数帯域の信号に復元される。そして、前記加算器８で加算されたディジタルの広帯域受信信号は、ディジタル信号処理部９に入力して信号処理が行われる。
【００１３】
前記Ａ／Ｄ変換器４１、４２、・・４Ｎの入力信号は、ＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎでそれぞれ異なった割合で増幅されているので、加算器８において加算されるとき帯域間のレベルが揃うように、例えば各ＢＰＦ２１〜２Ｎ出力レベルに戻るように、レベル調整回路５１、５２、・・５Ｎにおいて、前記ＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎから第２のＡ／Ｄ変換器６１、６２、・・６Ｎを介してそれぞれのゲイン制御情報を得て、レベル調整される。
そして、前記加算器８における加算処理は、各入力信号のダイナミックレンジが維持できるように、Ａ／Ｄ変換器４１、４２、・・４Ｎの量子化ビット数に比べて十分高い演算精度をもって処理される。
上記の動作によって、加算器８の出力信号は、広いダイナミックレンジをもつ広帯域なディジタル信号となり、ディジタル信号処理部９の信号処理に必要なダイナミックレンジを確保できるようになる。
【００１４】
図2の受信機において、受信周波数帯域ＷｂをＮ分割したときに、所望の周波数帯域（例えば受信チャネル）がＢＰＦ２１〜２Ｎのいずれかによって分割されてしまうことがある。この場合は、加算器８出力における所望の周波数帯域の信号には、理想の帯域制限特性を有しない前記ＢＰＦ２１〜２Ｎの出力を加算したことによる歪みが発生する。
図３は、上記問題に対応した広帯域ディジタル受信機の実施例を示す構成概要図である。同図に示すように、本受信機は、無線電波を受信するアンテナ１００と、受信信号を所定の中間周波信号に変換するＲＦ部１と、Ｎ個のバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦ）７１、７２、・・７Ｎと、前記ＢＰＦ７１〜７Ｎにそれぞれ接続されたＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎと、Ａ／Ｄ変換器４１、４２、・・４Ｎと、レベル調整回路５１、５２、・・５Ｎと、前記ＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎのゲイン制御情報をＡ／Ｄ変換して前記レベル調整回路５１、５２、・・５Ｎに出力する第２のＡ／Ｄ変換器６１、６２、・・６Ｎと、加算器８と、前記加算器８出力の全体の受信帯域の監視を行う信号処理部９１とチャネル分離や復調等の信号処理を行う第２の信号処理部９２とから成るディジタル信号処理部９０と、セレクタ１０とで構成される。
前記ＢＰＦ７１〜７Ｎは、それぞれが受信帯域幅ＷｂをＮ分割して割り当てられた各帯域以上の通過帯域をもつフィルタである。また、前記ＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎは前記ＢＰＦ７１〜７Ｎの出力の最大信号レベルが、それぞれ接続されたＡ／Ｄ変換器４１、４２、・・４ＮのＦＳＲのレベルになるように増幅する増幅器である。
また、上記アンテナ１００とＲＦ部１とＡＧＣアンプ３１〜３ＮとＡ／Ｄ変換器４１〜４Ｎとレベル調整回路５１〜５Ｎと第２のＡ／Ｄ変換器６１〜６Ｎと加算器８の機能動作は図２の同一符号の各部の機能動作と同一である。
【００１５】
同図において、アンテナ１００で受信された受信信号は、ＲＦ部１でＩＦ信号に変換されて、ＢＰＦ７１、７２、・・７Ｎに入力する。該ＢＰＦ７１、７２、・・７Ｎは、受信帯域幅ＷｂをＮ分割した帯域の中心周波数をそれぞれ通過帯域の中心とし、その中心周波数の上下にそれぞれ（Ｗｂ／２Ｎ）より広い通過帯域をもつフィルタである。前記ＢＰＦ７１、７２、・・７ＮでＮ分割された受信信号は帯域制限されてＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎに入力する。
前記ＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎにおいて、それぞれの信号は、図２の受信機の場合と同様にして、Ａ／Ｄ変換器４１、４２、・・４ＮのＦＳＲのレベルになるように増幅される。そして、Ａ／Ｄ変換器４１、４２、・・４Ｎでディジタル信号に変換された後、レベル調整回路５１、５２、・・５Ｎに出力される。
前記レベル調整回路５１、５２、・・５Ｎでは、前記ＡＧＣアンプ３１、３２、・・３Ｎから第２のＡ／Ｄ変換器６１、６２、・・６Ｎを介して送られてくる各ＡＧＣアンプ３１〜３Ｎのゲイン制御情報を得て、加算器８で前記レベル調整回路５１〜５Ｎ出力が加算されるとき帯域間のレベルが揃うように、例えば各ＢＰＦ７１〜７Ｎ出力レベルに戻るようにレベル調整される。同時に、前記第２のＡ／Ｄ変換器６１、６２、・・６Ｎからのゲイン制御情報はセレクタ１０にも送出される。
上記のようにレベルが調整された後、各レベル調整回路５１、５２、・・５Ｎ出力は加算器８において加算され、ディジタル信号処理部９０の信号処理部９１に出力される。同時に、前記レベル調整回路５１、５２、・・５Ｎ出力は、それぞれディジタル信号処理部９０の第２の信号処理部９２にも送出される。
【００１６】
前記信号処理部９１においては受信帯域全体の電波環境の監視、目的チヤネルの検索等が行われる。例えば、ここで帯域内のあるチャネル信号に着目して信号を解析する場合、この信号処理部９１により中心周波数の推定、変調方式の推定、変調パラメータの推定などを行い、その結果を第２の信号処理部９２に伝える。前記第２の信号処理部９２においては信号処理部９１で解析した結果の情報をもとにチャネル分離、復調等の信号処理を行う。
前記信号処理部９１で受信帯域を監視した結果、所望のチャネルあるいは帯域が受信帯域の分割によって、例えばＢＰＦ７１とＢＰＦ７２で分割されていることが判明した場合は、前記第２の信号処理部９２において、セレクタ１０に第２のＡ／Ｄ変換器６１、６２を介して伝送されたＡＧＣアンプ３１、３２のゲイン制御情報に基づき、ＡＧＣアンプの増幅率の高い方のＢＰＦ出力の帯域に含まれている所望のチャネルを選択する。
上記動作によって、分割した帯域の境界付近においても加算処理による歪みの発生を避け、かつ、よりダイナミックレンジのより広いディジタル信号を有するチャネルを選択することができる。
上記の例で隣接するＢＰＦの出力のいずれの帯域に含まれるチャネルを選択するかの選択基準は、ＢＰＦ出力のノイズフロアレベル（帯域内のノイズの平均レベル）でもよく、この場合は、ノイズフロアレベルの高い方のＢＰＦ出力の帯域に含まれている所望のチャネルを選択することによってよって、よりダイナミックレンジのより広いディジタル信号を有するチャネルを選択することができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のＡ／Ｄ変換器を使って、従来の受信機よりより広い周波数帯域にわたって、均等に広いダイナミックレンジを有するディジタル受信信号を得ることが可能になる。
これによって、例えば全サービス帯域のうち最も電波伝播状況が良好なチャネルを選択して、そのチャネルの通信方式で通信したいという場合に有効な、低価格で小型なディジタル無線機の提供に大いに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例に係るディジタル受信機の実施の一形態例を示す構成概要図。
【図２】 請求項１記載の発明に係るディジタル受信機の実施の一形態例の示す構成概要図。
【図３】 請求項１記載の発明に係るディジタル受信機の他の変形実施例を示す構成概要図。
【図４】 従来のディジタル受信機の実施例を示す構成概要図。
【符号の説明】
１・・ＲＦ部、 ２・・バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、
３・・ＡＧＣアンプ、 ４・・Ａ／Ｄ変換器、 ６・・加算器、
７・・Ａ／Ｄ変換器、 ８・・加算器、
９・・ディジタル信号処理部、 １０・・セレクタ、
２１、２２、・・２Ｎ・・バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、
３１、３２、・・３Ｎ・・ＡＧＣアンプ、
４１、４２、・・４Ｎ・・Ａ／Ｄ変換器、
５１、５２、・・５Ｎ・・レベル調整回路、
６１、６２、・・６Ｎ・・第２のＡ／Ｄ変換器、
７１、７２、・・７Ｎ・・バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、
９０・・ディジタル信号処理部、 ９１・・信号処理部、
９２・・第２の信号処理部、 １００・・アンテナ

Claims (2)

1. 高周波受信部で中間周波に周波数変換された複数のチヤネルを含む広帯域の受信信号の周波数帯域制限を行うバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタ出力のレベル増幅を行うＡＧＣアンプと、前記ＡＧＣアンプ出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部出力の信号処理を行うディジタル信号処理部とを備えたディジタル受信機において、
   前記Ａ／Ｄ変換部出力に前記ＡＧＣアンプのゲイン制御情報を得て前記Ａ／Ｄ変換部からの出力レベルを調整するレベル調整部が接続され、
   前記バンドパスフィルタは、受信周波数帯域をＮ（Ｎは２以上の自然数）分割して割り当てられたそれぞれの周波数帯の中心周波数を通過帯域の中心とし、その中心周波数の上下に所定の通過帯域幅を有するＮ個のバンドパスフィルタで構成され、
   前記ＡＧＣアンプは、前記Ｎ個のバンドパスフィルタの出力を該ＡＧＣアンプにそれぞれ接続された前記Ａ／Ｄ変換部の最大入力レベルに合致するように増幅するアンプであり、
   前記Ａ／Ｄ変換部出力は後段に接続された前記レベル調整部で所定のレベルに調整された後加算部で加算され、前記ディジタル信号処理部に入力することを特徴とするディジタル受信機。
2. 前記バンドパスフィルタの通過帯域は、受信周波数帯域をＮ分割して割り当てられたそれぞれの周波数帯域より上下に広い帯域を有するものであって、
   分割された隣接する帯域にまたがって所望の周波数帯域が有る場合は、前記ＡＧＣアンプの増幅率に対応して前記隣接した帯域のうちの一方を選択することを特徴とする請求項１記載のディジタル受信機。

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