JP2000236276A - 広帯域ディジタル受信機 - Google Patents

広帯域ディジタル受信機

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JP2000236276A JP11035238A JP3523899A JP2000236276A JP 2000236276 A JP2000236276 A JP 2000236276A JP 11035238 A JP11035238 A JP 11035238A JP 3523899 A JP3523899 A JP 3523899A JP 2000236276 A JP2000236276 A JP 2000236276A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】広帯域受信機で性能劣化を起こすことなくA/
D変換器に要求されるダイナミックレンジを低減して、
安価で小型、消費電流の少ない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。 【解決手段】対数アンプ6をAGCアンプ7の前段に付
加し、その対数アンプ6で干渉局と希望局の信号レベル
差を圧縮してA/D変換器8に入力し、その後指数伸張
器10でもとの信号レベルに戻すように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル移動体
通信で使用される受信機において、受信信号を広帯域の
ままA/D変換する場合に、小型・低価格のA/D変換
器を使用することができる広帯域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る。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、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(Joe Mitola,"The Software Radio Archi
tecture",IEEE Communication Magazine May1995 Vol.3
3 No.5)が提案されている。
【0003】図5は、一般にアナログ回路で行うチャネ
ル分離をディジタル回路で行うようにした、従来の広帯
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
信機である。(関連特許:“ディジタル無線周波受信
機”特願昭61-504791号)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1と、帯域制限を行
うRFバンドパスフィルタ2と、IF信号に周波数変換
し帯域制限を施すためのローカル信号発振器4とミキサ
3とIFバンドパスフィルタ5と、IF信号増幅用のA
GCアンプ7と、アナログ受信信号をディジタルに変換
するA/D変換器8と、所望のチャネル帯域を分離する
チャネル分離器9と、該チャネル分離器出力信号からデ
ータ信号を復調する復調器11とで構成される。
【0004】図5において、アンテナ1で受信された受
信信号は、RFバンドパスフィルタ2に入力されて必要
な帯域制限を受ける。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。例えば、PDC800MHz方式携帯
電話システムでは16MHzの帯域幅となる。ここで前
記RFバンドパスフィルタ2の通過帯域幅をWとする。
次に、RFバンドパスフィルタ2で帯域制限を受けた受
信信号は、ミキサ3、ローカル発振器4及びIFバンド
パスフィルタ5により周波数変換及び帯域制限を施され
てIF信号となる。前記IFバンドパスフィルタ5の帯
域幅即ちIF信号の帯域幅は、RFバンドパスフィルタ
と同じWである。該IF信号は、AGCアンプ7で増幅
された後A/D変換器8で広帯域ディジタル信号に変換
される。前記AGCアンプ7の増幅率は、A/D変換器
8への入力信号が該A/D変換器8の最大入力レベルを
越えない範囲で最大になるようにフィードバック制御さ
れる。前記広帯域ディジタル信号は、チャネル分離器9
に入力され、所望の狭帯域(チャネル帯域)ディジタル
信号に分離される。ここでの狭帯域(チャネル帯域)
は、例えばPDC800MHz方式携帯電話システムで
は、帯域幅は25kHzである。チャネル分離された狭
帯域(チャネル帯域)ディジタル信号は、復調器11に
おいてシステムの変調方式(PDC800MHz方式携帯
電話ではπ/4QPSK)に応じて復調され、データ信
号となる。
【0005】ところで、移動体通信システムの基地局に
おいては、通常、複数の移動端末局の位置関係は時々刻
々と変化するので、希望局と干渉局からの電波信号を同
時に受信した際の両者の入力信号レベルの比は非常に大
きくなる場合がある。そのため、受信機各部の回路は十
分なダイナミックレンジを持つ必要がある。干渉局が受
信機に近く、希望局が遠くにある場合には、例えば図6
に示すように、前記A/D変換器8の入力信号における
スペクトルは、両局からの受信信号のレベル差が大き
く、この例では干渉局信号レベルは希望局信号レベルに
比べて70dB大きい。このレベル差の信号をA/D変
換して希望局信号を復調しようとすると、復調の為のマ
ージンも考慮して、A/D変換器8には少なくとも80
dBのダイナミックレンジが必要である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常、
前記の80dBのダイナミックレンジをA/D変換のた
めのビット数に換算すると14ビットとなる。広帯域デ
ィジタル受信機に必要なサンプリング速度(数MHz〜
数10MHz)で14ビットという大きなダイナミック
レンジのA/D変換器は現状では非常に高価、大型で消
費電流も多くなってしまうという欠点があった。本発明
は、上記課題を解決するためになされたものであって、
性能劣化を起こすことなくA/D変換器に要求されるダ
イナミックレンジ(ビット数)を低減し、安価で小型、
しかも消費電流の少ない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。
【0007】
【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、広帯域の受信信号を増
幅するAGC増幅手段と、前記AGC増幅手段の出力信
号をディジタル変換するアナログ/ディジタル変換手段
と、前記アナログ/ディジタル変換手段の出力から所望
のチャネル帯域を分離するチャネル分離手段と、前記チ
ャネル分離手段の出力信号を復調する復調手段で構成さ
れる広帯域ディジタル受信機において、前記AGC増幅
手段の前段に受信信号の振幅レベルを対数圧縮する対数
増幅手段を設け、前記復調手段の前段に前記チャネル分
離手段の出力の振幅レベルを指数伸張する指数伸張手段
を設けたことを特徴とする。また、請求項2の発明にお
いては、広帯域の受信信号を増幅するAGC増幅手段
と、前記AGC増幅手段の出力信号をディジタル変換す
るアナログ/ディジタル変換手段と、前記アナログ/デ
ィジタル変換手段の出力から所望のチャネル帯域を分離
するチャネル分離手段と、前記チャネル分離手段の出力
信号を復調する復調手段で構成される広帯域ディジタル
受信機において、前記アナログ/ディジタル変換手段の
出力信号にサンプル補間を施すサンプル補間手段と、該
サンプル補間手段の出力をアナログ信号に変換するディ
ジタル/アナログ変換手段と、前記AGC増幅手段の出
力と前記アナログ信号との減算を行う減算手段と、前記
減算手段の出力を増幅する第2のAGC増幅手段と、前
記第2のAGC増幅手段の出力信号をディジタル変換す
る第2のアナログ/ディジタル変換手段とを、前記チャ
ネル分離手段の前段に接続したことを特徴とする。
【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、請求項1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1と、帯域制限を行うRFバ
ンドパスフィルタ2と、IF信号に周波数変換し帯域制
限を施すためのローカル信号発振器4とミキサ3とIF
バンドパスフィルタ5と、入力信号の振幅レベルを対数
圧縮する対数アンプ6と、増幅用のAGCアンプ7と、
アナログ受信信号をディジタルに変換するA/D変換器
8と、所望のチャネル帯域を分離するチャネル分離器9
と、該チャネル分離器出力信号の振幅レベルを圧縮前の
レベルに伸張する指数伸張回路10と、該指数伸張回路
10の出力信号からデータ信号を復調する復調器11と
で構成される。
【0009】本発明に係わる上記構成の広帯域ディジタ
ル受信機は、図5の従来の受信機におけるIFバンドパ
スフィルタ5とAGCアンプ7との間に対数アンプ6
を、更にチャネル分離器9と復調器11との間に指数伸
張回路10とを、それぞれ追加挿入した構成となってお
り、その他の共通部分は図5と同一の機能で動作する。
そこで、以下本受信機の動作を、前記対数アンプ10と
指数伸張回路11の動作を中心に詳細に説明する。図1
において、アンテナ1で受信され、ミキサ3でIF信号
に変換された広帯域の受信信号は(PDC800MHz
方式携帯電話システムでは帯域幅16MHz)、通過帯
域幅WのRFバンドパスフィルタ5で帯域制限された
後、対数アンプ6に入力される。ここで図6に示すよう
なスペクトルを呈する、干渉局が受信機に近く、希望局
が遠くにある場合を考えると、この両信号のレベル比
は、対数アンプ6によって理想的には次式のように圧縮
される。 (圧縮後レベル比)= 10log (圧縮前のレベル比) 図2は対数アンプ6の出力信号のスペクトルを示す図で
あって、干渉信号と希望信号のレベル比は20dBに圧
縮されている。
【0010】上記のように対数圧縮された信号は、AG
Cアンプ7に出力される。該AGCアンプ7の増幅率
は、A/D変換器8への入力信号が該A/D変換器8の
最大入力レベルを越えない範囲で最大になるようにフィ
ードバック制御される。前記AGCアンプ7で増幅され
た信号は、A/D変換器8に入力されてディジタル信号
に変換され、更にチャネル分離機9で所望の狭帯域(チ
ャネル帯域)のディジタル信号(PDC800MHz方
式携帯電話では帯域幅25kHz)に分離される。前記
チャネル分離器9の出力信号は、前記対数アンプ6で対
数圧縮されているので、指数伸張回路10に入力され、
該指数伸張回路10よって振幅レベルの伸張を行っても
との振幅レベルのディジタル信号に戻される。その後、
復調器11において通信システムの変調方式(PDC80
0MHz方式携帯電話ではπ/4QPSK)に応じて復
調され、データ信号となる。
【0011】上記の動作において、A/D変換器8の入
力の干渉局信号と希望局信号のレベル比は20dBに圧
縮されており、指数伸張回路10や復調回路11におけ
るマージンを考慮して、該A/D変換器8は40dBの
ダイナミックレンジがあればよい。40dBのダイナミ
ックレンジをA/D変換におけるビット数に換算すると
7ビットとなる。広帯域ディジタル受信機に必要な数M
Hz〜数十MHzのサンプリング速度を有し、且つ上記
のダイナミックレンジを満たすA/D変換器には、例え
ば、安価、小型で消費電流の少ない汎用の8ビットA/
D変換器を使用することができる。尚、上記の実施例に
おいては、対数アンプ6をAGCアンプ7の直前に配置
しているが、AGCアンプの前段であればバンドパスフ
ィルタ2以降のいずれの位置に配置してもよく、指数伸
張回路10もチャネル分離器9の直前に配置することが
可能である。
【0012】図3は、請求項2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1と、帯域制限を行うRFバンドパスフィル
タ2と、IF信号に周波数変換し帯域制限を施すための
ローカル信号発振器4とミキサ3とIFバンドパスフィ
ルタ5と、増幅用のAGCアンプ7と、アナログ受信信
号をディジタルに変換するA/D変換器8と、前記A/
D変換器8の出力信号のサンプル補間を行うサンプル補
間回路12と、サンプル補間後のディジタル信号をアナ
ログ信号に変換するD/A変換器13と、イメージ信号
を除去するローパスフィルタ14と、 前記AGCアン
プ7の出力信号と前記ローパスフィルタ14の出力信号
とのレベル差を抽出する減算器15と、増幅用の第2の
AGCアンプ16と、アナログ受信信号をディジタルに
変換する第2のA/D変換器17と、所望のチャネル帯
域を分離するチャネル分離器9と、該チャネル分離器出
力信号からデータ信号を復調する復調器11とで構成さ
れる。
【0013】上記構成の広帯域ディジタル受信機におい
ては、広帯域受信信号はIF信号に変換され、AGCア
ンプ7で増幅されてA/D変換器8でディジタル信号に
変換される。ディジタル信号に変換された広帯域のIF
信号は、サンプル補間回路12に入力されてサンプル補
間を受ける。その結果、前記サンプル補間回路12の出
力信号は、サンプルレート及びディジタル信号データ分
解能が向上する。サンプル補間の方法としては、例えば
処理量の少ない線形補間などが利用できる。図4は、干
渉局が近く、希望局が遠くにある場合における、同図
(a)は前記A/D変換器8の入力信号のスペクトル図
であり、同図(b)は前記D/A変換器13の出力信号
のスペクトル図である。同図(a)に示されるように、
受信信号の干渉局信号レベルは希望局信号レベルに比べ
て非常に大きい。そして、前記AGCアンプ7の増幅率
はA/D変換器8の最大入力レベルを超えない範囲にな
るようフィードバック制御されるので、前記A/D変換
器8のダイナミックレンジが小さい場合は、希望局信号
は量子化雑音に消されてしまう。その結果、A/D変換
器8の出力には、干渉局信号と量子化雑音のみが含まれ
ていることになる。このA/D変換器8の出力信号は、
サンプル補間回路12に入力されてサンプル補間が行わ
れる。この信号は、サンプル補間によって量子化雑音信
号が抑圧されてD/A変換器13に出力される。従っ
て、D/A変換器13からのアナログ化された出力信号
は、干渉局信号と抑圧された量子化雑音信号である。但
し、該D/A変換器13は、サンプル補間後のサンプル
レートと分解能(量子化ビット数)に対応しているもの
でなければならない。前記D/A変換器13の出力信号
はローパスフィルタ14に入力されてイメージ信号が除
去された後、減算器15に出力される。
【0014】図4(b)は、前記ローパスフィルタ14
から出力されるアナログ信号のスペクトル図で、ダイナ
ミックレンジの大きな干渉局信号のレプリカが得えられ
る。前記減算器15には、前記ローパスフィルタ14の
出力信号と前記A/D変換器7の入力信号(AGCアン
プ7の出力信号)が入力されて両信号の差の信号、即
ち、図4(c)に示されるように、前記A/D変換器の
入力信号のうちの干渉局信号のみが抑圧された信号を得
ることができる。この減算器出力信号は、干渉局信号の
みが抑圧されているので、希望局信号は第2のAGCア
ンプ16で増幅された後、量子化雑音に消されることな
く第2のA/D変換器17で、再度ディジタル信号に変
換される。前記第2のAGCアンプ16の増幅率は、第
2のA/D変換器17への入力信号が該A/D変換器1
7の最大入力レベルを越えない範囲で最大になるように
フィードバック制御される。ディジタル信号に変換され
た広帯域ディジタル信号は、更にチャネル分離機8で所
望の狭帯域(チャネル帯域)のディジタル信号(PDC
800MHz方式携帯電話では帯域幅25kHz)に分
離され、前記チャネル分離機8の出力信号は、復調器9
において通信システムの変調方式(PDC800MHz方
式携帯電話ではπ/4QPSK)に応じて復調され、デ
ータ信号となる。
【0015】上述のように、本発明の受信機は、干渉局
信号を抑圧した後にA/D変換するので、A/D変換器
に要求されるダイナミックレンジは小さくて済み、従来
方式に比べて量子化ビット数の小さい、安価で小型のA
/D変換器を用いて構成することができる。反面、高速
で量子化ビット数の大きなD/A変換器を必要とする。
しかし、A/D変換器に比べ、 D/A変換器は高速
化、量子化ビット数の向上が容易であり、該 D/A変
換器を含む構成回路の増加を考慮しても、受信機の小型
化、低コスト化において有利である。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の広
帯域ディジタル受信機では、対数アンプで干渉局と希望
局の信号レベル差を圧縮してA/D変換器に入力するよ
うに構成したので、 該A/D変換器に要求されるダイ
ナミックレンジを小さくすることが可能となり安価で小
型の汎用のA/D変換器を使用することができる。ま
た、請求項2記載の広帯域ディジタル受信機では、干渉
局信号に対してサンプル補間することによって、干渉局
信号と抑圧された量子化雑音信号レベルを取り出し、サ
ンプル補間前の信号と補間後の信号との減算によって、
干渉局の信号のみを抑圧した広帯域信号をA/D変換器
に入力するように構成したので、該A/D変換器に要求
されるダイナミックレンジを小さくすることが可能とな
り安価で小型の汎用のA/D変換器を使用することがで
きる。従って、従来の広帯域ディジタル受信機に比べ、
コスト・消費電流の低減及び小型化を大きく推進できる
という著しい効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1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
【図2】図1の広帯域ディジタル受信機の対数アンプ6
の出力信号のスペクトル。
【図3】請求項2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
【図4】図3の発明の広帯域ディジタル受信機の各部の
信号のスペクトル、(a)は、A/D変換器8の入力信
号のスペクトル、(b)は、D/A変換器13の出力信
号のスペクトル、(c)は、A/D変換器17の入力信
号のスペクトル。
【図5】従来の広帯域ディジタル受信機の一例を示す構
成概要図
【図6】干渉局が近く、希望局が遠い場合のA/D変換
器8の入力信号スペクトル。
【符号の説明】
1・・アンテナ、 2・・RFバンドパスフィルタ、
3・・ミキサ、4・・ローカル信号発振器、
5・・ IFバンドパスフィルタ、6・・本発明に係わ
る対数アンプ、 7・・AGCアンプ、8・・A/D
変換器、 9・・チャネル分離器、10
・・本発明に係わる指数伸張回路、 11・・復調
器、(以下、本発明に係わる) 12・・サンプル補間回路、 13・・D/A変
換器、14・・ローパスフィルタ、 15・・減
算器、16・・第2のAGCアンプ、 17・・第
2のA/D変換器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 広帯域の受信信号を増幅するAGC増幅
    手段と、前記AGC増幅手段の出力信号をディジタル変
    換するアナログ/ディジタル変換手段と、前記アナログ
    /ディジタル変換手段の出力から所望のチャネル帯域を
    分離するチャネル分離手段と、前記チャネル分離手段の
    出力信号を復調する復調手段で構成される広帯域ディジ
    タル受信機において、前記AGC増幅手段の前段に受信
    信号の振幅レベルを対数圧縮する対数増幅手段を設け、
    前記復調手段の前段に前記チャネル分離手段の出力の振
    幅レベルを指数伸張する指数伸張手段を設けたことを特
    徴とする広帯域ディジタル受信機。
  2. 【請求項2】 広帯域の受信信号を増幅するAGC増幅
    手段と、前記AGC増幅手段の出力信号をディジタル変
    換するアナログ/ディジタル変換手段と、前記アナログ
    /ディジタル変換手段の出力から所望のチャネル帯域を
    分離するチャネル分離手段と、前記チャネル分離手段の
    出力信号を復調する復調手段で構成される広帯域ディジ
    タル受信機において、前記アナログ/ディジタル変換手
    段の出力信号にサンプル補間を施すサンプル補間手段
    と、該サンプル補間手段の出力をアナログ信号に変換す
    るディジタル/アナログ変換手段と、前記AGC増幅手
    段の出力と前記アナログ信号との減算を行う減算手段
    と、前記減算手段の出力を増幅する第2のAGC増幅手
    段と、前記第2のAGC増幅手段の出力信号をディジタ
    ル変換する第2のアナログ/ディジタル変換手段とを、
    前記チャネル分離手段の前段に接続したことを特徴とす
    る広帯域ディジタル受信機。
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