JP2006100975A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 無線通信装置において、信号歪みの発生を抑制し、誤り無く正確に情報伝達できるような温度補償を実現する。
【解決手段】 ベースバンド信号処理部１１にてベースバンドの送信信号を生成し、周波数変換部３２にて無線周波数信号に変換し、周波数変換部３２を含め周波数変換部３２よりも上流側における信号利得の温度特性を温度補償部２０にて補償し、送信アンテナ１７から無線送信する。こうした構成により、信号歪みの発生を抑制でき、誤り無く正確な情報伝達を実現することができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、無線性能を確保するために温度補償を行う無線通信装置に関するものである。

近年、IT(Information Technology)化の発展と共にインターネットが急速に普及している。インターネット利用形態としては、FTTH(Fiber To The Home)やADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)が多くの割合を占めているが、立地条件によりFTTHやADSLを利用できないユーザが存在する。そのようなユーザに対し、安定した通信回線を供給するために無線アクセスシステムが必要とされている。無線アクセスシステムには、26GHz、5GHz、2.4GHz等の各周波数帯域を用いるものがあり、このうち安価に製品を供給できる5GHz、2.4GHzの各周波数帯域を用いた屋外設置用の無線LAN(Local Area Network)通信装置が普及しつつある。屋外設置用の無線LAN装置の多くは、屋内での使用を目的とした無線IC(Integrated Circuit)により構成されている。無線ICは、個体ばらつきがあり、温度による影響に弱く、安価に無線性能を確保することが比較的困難である。

従来の無線通信装置としては、周囲温度の変化による増幅器の増幅度増減をベースバンド信号のレベルを増減することで補償（いわゆる温度補償）する無線送信機がある（たとえば特許文献１参照）。

この他、中間周波数信号の区間で温度補償を行う無線受信機がある（たとえば特許文献２参照）。

特開平１０−１９０７５７（段落００１０〜００１２、図１） 特開平１０−２５６９３１（段落００１７〜００１８、図２）

しかしながら、従来の無線通信装置では、ベースバンド信号の区間または中間周波数信号の区間において温度補償を行うため、ベースバンド信号の区間または中間周波数信号の区間に設けられた増幅器に対し、ダイナミックレンジ外の信号が入力されてしまう場合がある。この場合、増幅器により信号に歪みが発生し、歪み成分を含む無線周波数信号が無線送信されてしまい、対向する受信機では、送信前の情報を正確に復元することができなくなるという問題がある。

この発明の目的は、無線通信装置において、信号歪みの発生を抑制し、誤り無く正確に情報伝達できるような温度補償を実現することである。

この発明は、ベースバンドの送信信号を生成するベースバンド信号処理部と、
ベースバンド信号処理部から出力されたベースバンド信号を無線周波数信号に変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部から出力された信号に対し、周波数変換部を含め周波数変換部よりも上流側における信号利得の温度特性を補償する温度補償部と、
前記温度補償部から出力された信号を無線送信する送信アンテナとを備えたことを特徴とする無線通信装置である。

この発明によれば、無線周波数信号への周波数変換の後に温度補償を行うため、ベースバンド信号の区間または中間周波数信号の区間に設けられた増幅器に対し、入力される信号が変化してダイナミックレンジから外れるような事態を回避することができる。したがって、信号歪みの発生も抑制でき、誤り無く正確な情報伝達を実現することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線LAN通信装置の構成を示す図である。無線LAN通信装置は、無線LAN方式で通信する屋外設置用の通信装置であり、ベースバンド信号処理部１０、無線周波数信号処理部１１、帯域通過フィルタ(BPF)１２、第１増幅器１３、第２増幅器１４、高出力増幅器１５、低域通過フィルタ(LPF)１６、送信アンテナ１７、および温度補償部２０を備えている。

ベースバンド信号処理部１０は、ベースバンド(BB)の送信信号を生成する集積回路(IC)、いわゆるBBICと称されるものである。無線周波数信号処理部１１は、ベースバンド信号処理部１０から出力されたベースバンドの信号を無線周波数(RF)の信号に変換するIC、すなわちRFICと称されるものであり、増幅器３１および周波数変換部３２を備えている。増幅器３１は、所定のダイナミックレンジを有しており、レンジ内の信号ならば歪みなく増幅できる。周波数変換部３２は、段階的な周波数変換を行う、すなわち、ベースバンドの信号を中間周波数(IF)の信号に変換した後、さらに中間周波数の信号を無線周波数の信号に変換する。帯域通過フィルタ(BPF)１２は、無線周波数信号処理１１の後段に配置され、所定の２閾値に挟まれた帯域を通過させ、それ以外を遮断するフィルタである。第１増幅器１３は、帯域通過フィルタ１２を通過した信号を増幅する増幅器(AMP)であり、第２増幅器１４は、第１増幅器１３から出力された信号をさらに増幅する増幅器(AMP)である。高出力増幅器１５は、第２増幅器１４から出力された信号をさらに増幅し、利得が大きく高レベルの信号を出力できる増幅器、いわゆるHPA(High Power Amplifier)と称されるものである。低域通過フィルタ１６は、高出力増幅器１５の後段に配置され、所定の閾値よりも低い周波数の信号を通過させ、その閾値よりも高い周波数の信号を遮断するフィルタである。送信アンテナ１７は、低域通過フィルタ１６を通過した信号を無線送信するアンテナである。

温度補償部２０は、複数段の減衰器２１，２２で構成される。減衰器２１は、帯域通過フィルタ１２と第１増幅器１３との間に介在するように配置され、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２およびサーミスタ（感温抵抗素子）ＴＨ１をπ型に接続した、いわゆる能動素子を含まないパッシブ型のπ型減衰器(ATT)である。抵抗素子Ｒ１，Ｒ２は、信号線上の２点で分岐した２本のグランド線上にそれぞれ配置される。サーミスタＴＨ１は、グランド線上の２つの分岐点の間に配置される。減衰器２２も、第１増幅器１３と第２増幅器１４との間に介在するように配置され、抵抗素子Ｒ３，Ｒ４およびサーミスタ（感温抵抗素子）ＴＨ２をπ型に接続したパッシブ型のπ型減衰器(ATT)である。抵抗素子Ｒ３，Ｒ４は、信号線上の２点で分岐した２本グランド線上にそれぞれ配置される。サーミスタＴＨ２は、グランド線上の２つの分岐点の間に配置される。

次に無線LAN通信装置の動作を説明する。

まず、ベースバンド信号処理部１０において、ベースバンドの送信信号が生成され、無線周波数信号処理部１１に出力される。ベースバンドの信号は、無線周波数信号処理部１１の増幅器３１によって所定利得で増幅され、無線周波数の信号に周波数変換される。ここまでのところ、つまり周波数変換部３２を含む、周波数変換部３２よりも上流側の区間における信号利得は所定の温度特性を有している。特に、増幅器３１の利得による温度特性の影響が大きく、大部分を占める。次に、無線周波数信号処理部１１から出力された無線周波数の信号のうち、所定帯域の信号だけが帯域通過フィルタ１２を通過する。帯域通過フィルタ１２を通過した信号は、減衰器２１によって、その時の周囲温度に応じた利得で減衰される。減衰器２１で減衰された信号は、第１増幅器１３により所定の利得で増幅される。第１増幅器１３で増幅された信号は、減衰器２１と同様に減衰器２２によって、その時の周囲温度に応じた利得で減衰される。減衰器２２で減衰された信号は、第２増幅器１４により所定の利得で増幅される。第２増幅器１４で増幅された信号は、さらに高出力増幅器１５により、所定の利得で高出力レベルにまで増幅される。高出力増幅器１５で増幅された信号のうち、高周波成分が低域通過フィルタ１６によって遮断される。低域通過フィルタ１６を通過した高出力の信号が、送信アンテナ１７から無線送信される。

図２は、温度に対する利得の特性を示すグラフである。図２（ａ）は、RFIC１１内の増幅器に関する特性を示し、図２（ｂ）は、温度補償部に関する特性を示す。周波数変換部３２よりも上流側の利得のうち、温度による影響を最も受け易いのが、RFIC１１内の増幅器３１による利得である。周囲の温度が上昇した場合、図２（ａ）に示すように、RFIC１１内の増幅器３１による利得が低下する。一方、温度上昇によりサーミスタＴＨ１〜ＴＨ４の抵抗値が低くなることで、温度補償部２０による利得が上昇し、図２（ａ）の利得低下が補償される。これにより、無線LAN通信装置の全体としては、温度変化に伴う利得変化が解消される。

このように本実施の形態では、無線周波数への周波数変換を行うRFIC１１の後段に温度補償部２０を配置したので、ベースバンド信号の区間または中間周波数信号の区間に設けられたRFIC１１の増幅器に対し、入力される信号が変化してダイナミックレンジから外れるようなことが無くなる。このため、無線LAN通信装置において、信号歪みの発生を抑制でき、誤り無く正確な情報伝達を実現することができる。

また、温度補償部２０をパッシブ型の減衰器２１，２２で構成したため、簡易な構成で温度補償を実現することができる。

また、温度補償部２０を複数の減衰器２１，２２で構成したため、大きな温度差であっても補償することが可能である。

特に、無線LAN通信装置は、屋内での使用を前提として製造されるが、これを屋外設置用として転用した場合は、大きな温度差を補償することが求められるため、本発明のような温度補償が有効である。あるいは、温度特性の個体ばらつきが大きなRFICに対しても、個々のRFICの温度特性に対応した温度補償を行うことで、無線性能を充分に満足する無線LAN通信装置を提供可能である。このため、無線性能が不十分との理由でRFICを選別する必要もなくなる。

なお、図１では、減衰器２１，２２の構成を、サーミスタＴＨ１、ＴＨ２を各１個ずつ備えたπ型減衰器としたが、次の図３に説明するタイプの減衰器でも代用可能である。

図３（ａ）〜図３（ｃ）は、減衰器の構成を例示する図である。図３（ａ）の例は、図１の減衰器２２において、サーミスタＴＨ２を並列接続したサーミスタＴＨ３，ＴＨ４に置き換えたものであり、図１と同じくπ型減衰器である。図３（ｂ）の例は、Ｔ型減衰器の１種であり、グランド線に抵抗素子Ｒ５を配置し、グランド線が分岐する信号線上の分岐点の上流側にサーミスタＴＨ５を、下流側にサーミスタＴＨ６をそれぞれ配置したものである。図３（ｃ）の例は、図３（ｂ）の減衰器において、サーミスタＴＨ５を並列接続したサーミスタＴＨ７，ＴＨ８に置き換え、サーミスタＴＨ６を並列接続したサーミスタＴＨ９，ＴＨ１０に置き換えたものである。

このように、減衰器を複数のサーミスタで構成することによって、大きな温度差であっても補償することが可能である。

また、補償可能な温度幅を大きくするためには、Ｂ定数の大きなサーミスタを使用する必要がある。Ｂ定数とは、温度により抵抗値がどのぐらい変わるかを示す指標であり、Ｂ定数が大きい方が抵抗値の温度変化が大きい。抵抗値の小さなサーミスタは一般的には、Ｂ定数が小さいため、補償可能な温度差を大きくするのが困難な場合がある。そこで、図３（ａ）、図３（ｃ）のように、複数のサーミスタを互いに並列に接続することによって、減衰器の抵抗値を低く抑えつつ、大きな温度差を補償することが可能となる。

さらに、標準抵抗値のサーミスタを並列に接続することで、標準抵抗値以外の抵抗値を複数のサーミスタによる合成抵抗値として実現できるので、減衰器の減衰量を細かく設定可能となる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る無線LAN通信装置の減衰器を示す図である。本実施の形態２に係る無線LAN通信装置は、実施の形態１に係る無線LAN通信装置（図１参照）のパッシブ型減衰器２１，２２を、図４に示すアクティブ型減衰器に置き換えたものである。以下、アクティブ型の減衰器の構成を説明し、その他の構成については実施の形態１と同一であるため説明を省略する。

減衰器は、能動素子を含む、いわゆるアクティブ型の減衰器である。この減衰器は、能動素子としてダイオードＤ１を備えている他、受動素子として抵抗素子Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８、容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４、誘導素子Ｌ１を備えている。ダイオードＤ１は、ＰＩＮダイオードである。信号線上には、上流側から順に容量素子Ｃ１、ダイオードＤ１、容量素子Ｃ４が配置される。信号線上の２つの分岐点から、それぞれグランド線が延びている。容量素子Ｃ１とダイオードＤ１との間に位置する分岐点から延びる一方のグランド線上には、抵抗素子Ｒ７と容量素子Ｃ２とが配置されている。他方、ダイオードＤ１と容量素子Ｃ４との間に位置する分岐点から延びるグランド線上には、抵抗素子Ｒ８が配置されている。また、信号線上の容量素子Ｃ１とダイオードＤ１との間で、下流側寄りの位置から、電圧印加線が設けられている。電圧印加線には、誘導素子Ｌ１と抵抗素子Ｒ６とが配置され、抵抗素子Ｒ６の信号線に対向する端部に電圧Ｖが印加される。電圧印加線上には、誘導素子Ｌ１と抵抗素子Ｒ６との間に位置する分岐点から２本のグランド線が延びている。一方のグランド線上には、容量素子Ｃ３が配置され、他方のグランド線上には、サーミスタＴＨ１１が配置されている。

減衰器に印加された電圧Ｖは、抵抗素子Ｒ６とサーミスタＴＨ１１とで分圧される。温度変化によりサーミスタＴＨ１１の抵抗値が変化するため、抵抗素子Ｒ６とサーミスタＴＨ１１との間の電圧Ｖ_０も温度変化により変化する。したがって、減衰器全体の減衰量も温度変化に伴って変化する。この減衰器は、利得の温度特性が図２（ｂ）と同じ特性になるように調整される。

したがって、アクティブ型の減衰器を用いた本実施の形態２でも、パッシブ型の減衰器を用いた実施の形態１と同様に、信号歪みの発生を抑制でき、誤り無く正確な情報伝達を実現することができる。

また、本実施の形態２では、アクティブ型の減衰器を用いることによって、温度変化に伴うサーミスタの利得変化を能動素子で拡大するため、より大きな温度差を補償することが可能である。

本発明の実施の形態１に係る無線LAN通信装置の構成を示す図である。 図２（ａ）は、RFIC内の増幅器の温度特性を示し、図２（ｂ）は、温度補償部の温度特性を示す図である。 図３（ａ）〜図３（ｃ）は、減衰器の構成を例示する図である。 本発明の実施の形態２に係る無線LAN通信装置の減衰器を示す図である。

符号の説明

１０ ベースバンド信号処理部
１１ 無線周波数信号処理部
１２ 帯域通過フィルタ
１３ 第１増幅器
１４ 第２増幅器
１５ 高出力増幅器
１６ 低域通過フィルタ
１７ 送信アンテナ
２０ 温度補償部
２１，２２ 減衰器
Ｒ１〜Ｒ８ 抵抗素子
ＴＨ１〜ＴＨ１１ 感温抵抗素子
Ｃ１〜Ｃ４ 容量素子
Ｌ１ 誘導素子
Ｄ１ ダイオード
Ｖ，Ｖ_０ 電圧

Claims (5)

1. ベースバンドの送信信号を生成するベースバンド信号処理部と、
   ベースバンド信号処理部から出力されたベースバンド信号を無線周波数信号に変換する周波数変換部と、
   前記周波数変換部から出力された信号に対し、周波数変換部を含め周波数変換部よりも上流側における信号利得の温度特性を補償する温度補償部と、
   前記温度補償部から出力された信号を無線送信する送信アンテナとを備えたことを特徴とする無線通信装置。
2. 前記温度補償部は、パッシブ型減衰器から成ることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記パッシブ型減衰器は、複数の感温抵抗素子から成ることを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
4. 前記複数の感温抵抗素子は、互いに並列に接続されていることを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
5. 前記温度補償部は、アクティブ型減衰器から成ることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
   
   

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