JPH10513616A

JPH10513616A - デジタル的に補償されたダイレクトコンバージョン受信機

Info

Publication number: JPH10513616A
Application number: JP8520403A
Authority: JP
Inventors: リンドクイスト，ブヨルン; イズベルグ，マルチン; ウェンデルルプ，ヘイノ; サレンハグ，マルチン; グスタフソン，クイエル
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲツトエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 1998-12-22
Also published as: NO972985L; CN1392672A; US5579347A; EP1391997A2; AU4359696A; MX9704753A; FI114670B; NO972985D0; FI972786A7; WO1996020539A1; KR100379723B1; RU2146416C1; EP0835557B1; DE69533175T2; CN1086066C; FI972786A0; DE69535256D1; AU698865B2; CN1175328A; BR9510108A

Abstract

(57)【要約】デジタル的に補償されるダイレクトコンバージョン受信機は、ベースバンドの合相信号およびベースバンドの直交信号のデジタルサンプルを発生し、振幅変調された干渉波信号によって生じた二次の積の信号の存在を検出するためのデバイスを含む。更にこの装置は、二次の積の信号を除去することによりデジタルサンプルをデジタル的に補償し、よって補償されたデジタルサンプルを発生するためのデバイスを含む。搬送波信号を直交変調する情報信号のサンプルをデジタル的に補償する方法では、２つの期間中にデジタルサンプルを平均化し、干渉波信号によって２つの期間中に生じる合相信号および直交信号内の傾斜部分の時問を決定することにより、スイッチングされた搬送波信号からの二次の積の予想サンプルを形成する。デジタルサンプルは微分でき、傾斜部分の時間を決定する際に微分の結果を平滑化する。別の装置では、合相信号と直交信号のそれぞれのデジタルサンプル間の差の平方を平均化し、よって振幅変調された搬送波信号の振幅を決定するためのデバイスおよび振幅とデジタルサンプルとを結合し、予想サンプルを発生するためのデバイスによって二次の積の信号の予想サンプルを発生する。

Description

【発明の詳細な説明】デジタル的に補償されたダイレクトコンバージョン受信機背景本発明は無線通信システム、例えば携帯セルラー電話、コードレスフォン、ページャー等のためのダイレクトコンバージョン受信機に関する。第１世代のセルラーシステムは音声通信用のアナログ周波数変調に基づくものであり、これまでに多数の規格、例えばＮＭＴ４５０、ＮＭＴ９００、ＡＭＰＳおよびＥＴＡＣＳが開発された。第２世代のセルラーシステム、例えばヨーロッパにおける移動通信のためのグローバルシステム（ＧＳＭ）および北米におけるアメリカデジタルセルラーシステム（ＡＤＣ）はデジタルの音声通信およびいくつかのデジタルサービス、例えばファクシミリおよびショートメッセージサービスを使用している。セルラーシステムおよび上記以外の他の分野における受信機は小型で、軽量で、安価なものであることが好ましい。ハンドヘルドの電話機のような携帯受信機をより小型にし、より安価にするために、これまでに電話の異なる部品の集積レベルを高めるために多大な研究がなされてきた。しかしながらこれまでの受信機は従来のヘテロダインタイプのものであった。小型で低コストの移動通信システムで利用するには、かかる受信機は高価で集積化できない部品、例えばバンドパスフィルタにより製造コストが高くなるという問題に悩んでいた。かかる欠点を克服するため、局部発振器の周波数と受信した無線搬送波の周波数とを同一にするというダイレクトコンバージョン方式に基づく別の受信機のアーキテクチャが開発されている。従って、受信された無線信号は１工程でベースバンドまで直接ダウンコンバートされる。ダイレクトコンバージョン受信機は中間周波数（ＩＦ）ステージを有していないので、多くのフィルタを省略または簡略化できる。ダイレクトコンバージョンは１９５０年代において側波帯（ＳＳＢ）受信機に導入されたものであるが、この技術はかかるシステムのみに限定されるものではない。ダイレクトコンバージョンは多数の異なる変調方式と共に使用でき、特に今日の直交変調方式、例えば最小シフトキーイング（ＭＳＫ）および直交振幅変調（ＱＡＭ）に対して良好である。本願出願人のうちの二人による「無線受信機」を発明の名称とする米国特許出願第０８／３０３，１８３号にはダイレクトコンバージョンすなわちホモダイン受信機の種々の特徴が記載されている。従来のダイレクトコンバージョン受信機の作動は第１ａ図を参照して次のように説明できる。アンテナ１０により中心周波数ｆ_cおよびバンド幅ＢＷ_rfを有する無線周波数（ＲＦ）信号が受信され、この信号は次にバンドパスフィルタ２０によって濾波される。バンドパスフィルタによって生じた濾波された信号は増幅器３０によって増幅される。この増幅器は受信機の総ノイズ指数を改善するように低ノイズであることが好ましい。増幅器３０によって発生された濾波され、増幅された信号は、次にバランスドミキサー４０、５０により合相（Ｉ）チャンネルおよび直交位相（Ｑ）チャンネル内でベースバンドにダウンコンバートされる。これらミキサーは局部発振器６０によって発生されたサイン信号から適当な分割器および位相シフタ７０によって発生されたサイン（Ｉ）およびコサイン（Ｑ）成分のそれぞれによってドライブされている。ダイレクトコンバージョン方式によれば、ＬＯ（局部発振）信号も周波数ｆ_cを有する。ミキサー４０、５０は増幅器３０からの信号と局部発振器からのＩおよびＱ成分とを効果的に乗算する。各ミキサーは濾波され、増幅された受信信号の周波数と局部発振器の信号との和および差となっている周波数を有する信号を発生する。差（ダウンコンバートされた）信号の各々はゼロ周波数（Ｄ．Ｃ．）を中心に折りたたまれ、Ｄ．Ｃ．から１／２ＢＷ_rfに広がるスペクトルを有する。ミキサーによって発生されるＩおよびＱ信号はローパスフィルタ８０、９０によって濾波され、これらフィルタは和（アップコンバートされた）信号だけでなく近接ＲＦ信号によって生じ得る成分も除去する。フィルタ８０、９０はノイズバンド幅すなわち受信機における総ノイズパワーを設定する。ＩおよびＱベースバンド信号は次に通常増幅器１００、１１０によって増幅され、復調された出力信号を発生する別の処理部品に与えられる。かかる別の処理としては位相復調、振幅復調、周波数復調またはハイブリッド復調方式がある。ダイレクトコンバージョン受信機の主な問題はミキサーによって干渉波（すなわち同一ＲＦ通信チャンネル上の信号と近接ＲＦ通信チャンネル上の信号）の二次の積が発生するということである。これら二次の積の１つの成分はベースバンドに位置するので、所望するベースバンド信号と干渉し、性能を劣化させる。ある状況下ではこの問題は今日の時間分割マルチアクセス（ＴＤＭＡ）デジタルセルラーシステムのための高性能ダイレクトコンバージョン受信機における通信を完全にブロックしてしまう。入力信号Ｖ_inに対し非線形デバイス、例えばミキサーは次の式によって理論的に示される出力信号Ｖ_outを発生する。入力信号Ｖ_inが次の式（ここでＶ_inは干渉波の最大振幅であり、ω_cは搬送波周波数ｆ_cに対応する）右辺の第１項はベースバンドの、すなわちミキサー４０、５０以降の所望する信号に対するひずみであることが式３から明らかである。右辺の第２項はフィルタ８０、９０によって除去される搬送波周波数の２倍の周波数を中心とするアップコンバートされた（和）信号を示すので、この第２項は無視できる。干渉波信号が単一の搬送波ｆ_cまたは一定のエンベロープの周波数変調または位相変調された信号に限られる場合、ひずみはｄ．ｃ．成分となる。このｄ．ｃ．オフセットは例えばデント氏に付与された米国特許第５，２４１，７０２号に記載のように除去できる。この米国特許は本願で参考例として引用する。干渉波が何らかの振幅変調された（ＡＭ）信号である場合、例えばＶ_inが定数でない場合、二次の積はｄ．ｃ．オフセットを生じさせなければ更に当該周波数バンド（ｄ．ｃ．から１／２ＢＷ_rf）におけるひずみも生じさせない。このことは真のＡＭ信号の使用および／または単一搬送または周波数もしくは位相変調された信号のオン／オフスイッチングを使用することにより、すべてのデジタル通信システムで起こる。ダイレクトコンバージョン受信機は公知のものであるが、そのいずれも上記干渉波の大きな二次の積をどのように処理するかを示していない。今日、ダイレクトコンバージョンは高性能のセルラー移動受信機には使用されていない。しかしながらこれを使用した場合、所望する信号と干渉波との比を大きくし、および／または二次の遮断点を高くする（＞６０ｄＢｍ）ことが必要となる。ダイレクトコンバージョシによる解決案はこれら厳しい条件が適用されるＡＤＣ、ＧＳＭおよびＤＳＣ１８００のようなシステムには実用的でないが、ダイレクトコンバージョンは二次の遮断点の条件がよりゆるくなっているページャーおよびＤＥＣＴのようなシステムで使用できる。概要本発明の目的は、ダイレクトコンバージョン受信機において所望する信号のスペクトルバンドで干渉を生じさせるＡＭ信号の二次の積の効果を低減することにある。本発明の別の目的は、強力なＡＭ干渉波による性能劣化を受けない最新のセルラー通信システムのためのダイレクトコンバージョン受信機を実現することにある。これら目的は所望バンド内のある二次の積をアナログ回路が通過できるようにすることによって達成される（二次の遮断点に対する実際的な限界により、この二次の積を完全に除去することはどうしてもできない）。従って、所望する信号と干渉する二次の積の双方を含む所望する周波数バンドをデジタル化し、デジタル信号プロセッサによりデジタル領域内で二次の積を予想し、これを除去する。本願出願人の発明の１つの特徴によれば、ダイレクトコンバージョン受信機において干渉波信号をデジタル的に補償するための装置が提供される。この装置はベースバンドの合相信号およびベースバンドの直交信号のデジタルサンプルを発生するためのデバイスと、干渉波信号によって生じた二次の積信号の存在を検出するためのデバイスを含む。この装置は更に二次の積信号を除き、よって補償されたデジタルサンプルを発生することによりデジタルサンプルをデジタル式に補償するためのデバイスを含む。本願出願人の発明の別の特徴によれば、変調された搬送波信号をベースバンドの合相信号とベースバンドの直交信号とに分離することにより情報信号を受信する方法において、干渉波信号をデジタル的に補償する方法が提供される。この方法は、ベースバンドの合相信号とベースバンドの直交信号のデジタルサンプルを発生する工程と、干渉波信号によって生じた二次の積の信号の存在を検出する工程とを備える。この方法では、二次の積信号を除き、補償されたデジタルサンプルを発生することによりデジタルサンプルをデジタル的に補償している。第１の期間および次の第２の間にデジタルサンプルを平均化し、これら第１の期間と第２の期間の間でベースバンドの合相信号およびベースバンドの直交信号における傾斜部分が生じることを判別することにより、スイッチングされた一定振幅の干渉波の二次の積の信号の予想サンプルを形成できる。更にデジタルサンプルを微分し、傾斜部分の時間を決定する際にこの微分結果を平均化する。本願出願人の発明の更に別の特徴によれば、振幅変調された干渉波信号をデジタル的に補償するための装置は、ベースバンドの合相信号およびベースバンドの直交信号のデジタルサンプルを発生するためのデバイスと、振幅変調された干渉波信号により発生された二次の積信号の予想サンプルを発生するためのデバイスと、デジタルサンプルから予想サンプルを除去し、よって補償されたデジタルサンプルを発生するためのデバイスを含む。この予想サンプル発生器は合相信号のそれぞれのデジタルサンプルと直交信号のそれぞれのデジタルサンプルとの差の二乗を平均化し、変調された搬送波信号の振幅を決定するためのデバイスと、振幅とデジタルサンプルとを組み合わせ、予想されたサンプルを発生するためのデバイスとを含む。本願出願人の発明の別の特徴によれば、振幅変調された干渉波信号をデジタル的に補償するための方法は、ベースバンドの合相信号とベースバンドの直交信号のデジタルサンプルを発生する工程と、振幅変調された干渉波信号によって発生された二次の積の信号の予想サンプルを発生する工程と、デジタルサンプルから予想されたサンプルを除去し、よって補償されたデジタルサンプルを発生するための工程とを備える。予想サンプルは合相信号のそれぞれのデジタルサンプルと直交信号のそれぞれのデジタルサンプルとの差の平方を平均化し、変調された搬送波信号の振幅を決定し、振幅とデジタルサンプルを組み合わせ、よって予想サンプルを発生することにより予想サンプルが発生される。図面の簡単な説明次の図面を参照してこの説明を読めば、本発明について理解できよう。第１ａ、１ｂ図は、ダイレクトコンバージョン受信機のブロツク図である。第２ａ、２ｂ図は、ダイレクトコンバージョン受信機のＩおよびＱチャンネルにおける信号の時間に対する図である。第３ａ〜３ｃ図は、微分された移動平均およびそれらの積を示す図である。第４図は、実際の二次の積および予想された二次の積を示す図である。第５ａ、５ｂ図は、本発明に係わる方法のフローチャートである。第６図は、本発明に係わる別の方法のフローチャートである。詳細な説明本願出願人の発明の１つの特徴によれば、ダイレクトコンバージョン受信機は図１ｂに示されるようにアナログ−デジタルコンバータ１２０、１２２とデジタル信号処理（ＤＳＰ）デバイス１３０を含む。同様な機能を有する第１ａおよび１ｂ図における部品は同様な参照番号で表示されている。図１ｂに示された構造では直交するＩおよびＱ信号のデジタルサンプルを適当に演算するよう、ＤＳＰデバイス１３０をプログラムすることにより、ほとんど任意のタイプの変調を検出できる。ＤＳＰデバイス１３０はハード配線された論理回路として、または好ましくは集積化されたデジタル信号プロセッサ、例えば用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）として実現できることが理解できよう。当然ながらＡＳＩＣは、プログラマブルデジタル信号プロセッサの汎用性よりも、速度または別の性能上のパラメータがより重要な場合に一般に選択される装置である、必要な機能を実行するのに最適なハード配線された論理回路を含むことができると理解されよう。二次の積の予想および除去はすべて本発明の要旨内にあるいくつかの方法によりデジタル領域内で有利に実行できる。以下、２つの例について詳細に説明する。第１の例は、特にＧＳＭダイレクトコンバージョン受信機に適用可能である。第２の例は、任意のＡＭ干渉波に対するより一般的なデジタル補償技術を示す。ＧＳＭにおける二次の積のデジタル補償ＧＳＭでは受信された信号はＧＳＭＫを使用して位相変調されており、理想的には９３５〜９６０ＭＨｚの受信バンド内にはＡＭは存在しない。それにも拘わらず強力な位相変調された干渉波（受信バンド内のブロッキング信号）が存在すると、所望する信号と干渉するベースバンドにおいてｄ．ｃ．オフセットが生じ得る。かかる強力な干渉波をオン／オフにスイッチングするとＡＭ（すなわち２つの異なるｄ．ｃ．オフセットのステッピング）が生じる。ＧＳＭではオン／オフのスイッチングのための時間は指定されているので、このＡＭのひずみは時間領域では既知である（約３ビットの期間が影響を受ける）。ＧＳＭ移動受信機では、かかる干渉波は受信バースト中に１回だけオン／オフにスイッチングできるにすぎず、よって受信バースト中はわずか１回のｄ．ｃ．オフセットステップしか生じないことも知られている。完全バースト中の二次の積を予想する際に、これらすべての知識を使用できる。第２ａおよび２ｂ図に示されるように、ベースバンドのＩおよびＱチャンネル信号内に二次の積を発生する干渉波信号が、公知の特性を有する（オン／オフのスイッチングに起因する）傾斜部分によって接続された２つの異なるｄ．ｃ．レベルとして時間領域内にあらわれる。これら図では、理想的な信号とは二次の積のない信号であり、受信される総信号は理想信号と二次の積との和である。横軸の時間縮尺および縦軸の振幅縮尺は任意である。二次の積を発生する干渉波信号は、ある意味では振幅変調されておらず、むしろＧＳＭによれば一定エンベロープの位相変調された信号である。それにもかかわらず、この干渉波信号は別の意味では２つの異なるｄ．ｃ．レベルの間の傾斜部分に限り振幅変調されているものと見なすことができる。従って、この干渉波信号によって生じた二次の積はこの傾斜部分の間に限り変化し、他の時間では一定である。二次の積を予想するにあたり、ＩおよびＱチャンネル信号のいずれかのできるだけ平滑にされた微分値を使用するだけで、傾斜部分の時間位置の十分に正確な予想値を決定できる。第３ａおよび３ｂ図は、第２ａおよび２ｂ図に示されたＩおよびＱチャンネル信号のかかる処理例によって生じた信号を示す。第３ａおよび３ｂ図では、これら曲線は約１６０のシンボル期間の完全ＧＳＭバーストにわたって４つのシンボル期間のスライド平均を微分した結果である。微分された平滑化信号の最大値の大きさを使用して傾斜部分の存在を示すことができ（最も一般的なケース）、最大値の時間位置は傾斜部分が生じた時間位置をラフに示している。第３ａおよび３ｂ図では、２５〜３０のシンボル期間の間の時間位置で微分された平滑化ベースバンド信号の最大値が生じることが理解できる。これが第２ａおよび２ｂ図に示されたステップの時間位置である。微分および平滑化（フィルタリング）は線形演算であるので、これら関数を実行する順序は結果に影響しないことが理解できよう。実際の実施の際には微分とフィルタリングを同時に行うフィルタを設計できる。更に、信号のスライド平均を行うことは平滑化の１つの方法にすぎず、スライド平均を行う代わりに信号を平滑化する他の方法を使用できる。一般に、所望する信号の未知の変調方式はチャンネルごとの傾斜部分の時間位置の予想精度を制限する。このことは、微分された平滑化信号の振幅のばらつきとして第３ａおよび３ｂ図に示されている。二次の積は局部発振器の位相（および周波数）とは無関係であるので、傾斜部分がＩチャンネルおよびＱチャンネルの双方と実質的に同一であるという事実を利用することにより、かかるエラーを大幅に低減できる。第３ｃ図に示されるように、微分された平滑化信号の積を示す信号は、振幅のばらつきがより少なく、より精度の高い傾斜部分の時間位置の予想値を決定できる。２つのｄ．ｃ．オフセットレベルおよびこれらの間の傾斜部分を予想することにより全バースト内の二次の積の全体を予想することが理解できよう。上記のように、傾斜部分の時間位置の予想値を決定した後に、ランプ部分前の所定時間のＩおよびＱチャンネル信号のサンプルのそれぞれの平均値と、傾斜部分の後の所定時間のそれぞれの平均値との差をとることにより、これら２つのｄ．ｃ．レベルを容易に予想できる。下記のように、予想される傾斜部分は線形となることが最も好ましいので、傾斜部分の（一時的範囲および振幅における）中間点の位置として予想された時間位置を使用し、ｄ．ｃ．レベルおよび公知の傾斜部分の特性から傾斜部分の傾きを決定する。ＤＳＰデバイス１３０はサンプルごとにＡ／Ｄコンバータ１２０、１２２によって発生されたサンプリングされたＩおよびＱチャンネル信号から二次の積の予想値を減算し、デジタル的に補償された正しいＩおよびＱチャンネル信号を発生する。これら信号は所望の情報信号を得るのにＤＳＰデバイス１３０で更に処理できる各シンボル期間の間（例えばサンプリングレート）にどれだけ多くのＩおよびＱチャンネル信号のサンプルが得られるか、更に平均値を形成するにあたり使用されるサンプルの総数は二次の積の予想値の精度に影響する。予想できるように、入手できるサンプル数が多くなればなるほど精度は良好となる。サンプルレートは他のシステム条件によって設定されることが多く、過度に少ないサンプルにより二次の積があまりよくない状態で補償される場合には、サンプリングレートを高めるよう妥協して、これら条件を変えなければならない。更に信号の一定部分の間に平均化するのに利用できるサンプル数は傾斜部分が生じる場所に応じて決まるが、どこで傾斜部分が発生するかについては受信機の制御の範囲外である。現在の所、かかる平均値を形成するには約１０個のサンプルだけで充分であると信じられているが、他のサンプル数でもよいと予想される。予想された傾斜した一定エンベロープ信号を減算すると、予想信号がどれだけ密に実際の干渉波信号に近似しているかに応じてＩおよびＱチャンネル信号におけるある種の二次の積のひずみが残ったり、このひずみが生じることもある。これについては線形傾斜部分を有する予想された信号および若干湾曲した傾斜部分を有する実際の信号を示す第４図に示されている。最悪のケースでは、予想された信号と実際の干渉波との差により、少数の情報シンボルが失われる。しっかりしたチャネルコーディングおよびインターリーブを有する通信システム、例えばＧＳＭおよびＤＳＣ１８００システムでは、これは無視できることが多い。傾斜部分の正確な曲率は干渉送信機がその出力パワーをどれだけ増減するかによって決まる。ＧＳＭのような通信システムでは、干渉波の出力パワーの変化の特性が指定されているので、従って傾斜部分の一般的特性、例えば一時的幅はあらかじめわかっているが、正確な曲率とはならない。このほかに、受信された信号は受信機のインパルス応答に従って「濾波」され、従って傾斜部分の曲率が更に変化する。これら現象の一方または双方の正確な知識を利用できれば、これを二次の積の予想に使用できる。しかしながら通常、干渉波の不正確な知識は受信機のインパルス応答の正確な知識の有効性さえも制限する。従って、二次の積の予想値を形成するのに線形傾斜部を使用することは一般に充分である。例えば通信システムの知識から傾斜部分の一時的な幅がまだわかっていない場合、傾斜部分の一時的幅で割った傾斜部分の前後のｄ．ｃ．オフセットレベルの間の差にすぎない傾斜部分の傾きを、ＤＳＰデバイス１３０により数種の方法で決定できる。例えばＤＳＰデバイス１３０は所定のスレッショルドを越える微分された平均値信号サンプル（第３ｃ図）または微分された平均値信号サンプル自体（第３ａまたは３ｂ図）の積のいずれかの絶対値の一部の一時的幅を決定することにより、傾斜部分の一時的幅を予想できる。上記のように、微分された平均化信号の最大絶対値の大きさを使って傾斜部分の存在を表示でき、これにより本願に記載した別の信号処理を開始できる。最大絶対値が別の所定のスレッショルドを越えたとＤＳＰデバイス１３０が決定すると、ＤＳＰデバイス１３０は干渉波信号すなわち二次の積の信号が存在することを検出したということができる。ＤＳＰデバイス１３０は他の方法、例えば次のうちの１つが所定のスレッショルドを越えた（またはこれより低下した）と判断するだけで、干渉波信号すなわち二次の積の信号が存在することを決定できる。すなわち微分された平均化信号の積（第３ｃ図）、微分された平均化信号の一方または双方（第３ａおよび３ｂ図）、およびベースバンド信号（第２ａおよび２ｂ図）の一方または双方のいずれかが基準となる。第５ａおよび５ｂ図のフローチャートにはこれら補償方法を実行する際にＤＳＰデバイス１３０によって実行される工程が示されている。この方法は、第５ａ図においてステップ５０２におけるＩチャンネル信号およびＱチャンネル信号のサンプリングおよびステップ５０４における上記干渉波の存在の検出で始まる。干渉波が検出されると干渉波信号の予想サンプルを形成できるよう（ステップ５１０）関連する信号の傾斜部分の発生時間および傾斜部分の前後のチャンネル信号のレベルが決定される（ステップ５０６、５０８）。チャンネル信号サンプルから予想サンプルが除かれ（ステップ５１２）、この結果生じる補償されたチャンネル信号サンプルを更に処理し、例えば送信された情報信号を検出すなわち回復する。第５ｂ図は干渉波に起因する信号傾斜部の発生時間を決定する（第５ａ図におけるステップ５０６）ための上記方法のうちの１つのフローチャートを示す。例えばステップ５０７におけるスライド平均値を形成することによりＩチャンネルおよびＱチャンネルの双方からの信号チャンネルを平滑化し、ステッブ５０９にて平滑化チャンネル信号を微分する。ステップ５１２にて上記のようにサンプルごとに微分された信号の積を形成し、これら積の最大値の時間位置からステップ５１３にて傾斜部分の発生時間を決定する（第３ｃ図参照）。任意のＡＭ干渉被のテジタル補償連続的な完全に振幅変調された干渉波信号に対してはこれまでＧＳＭに関してこれまで説明した干渉波信号（二次の積）を予想する簡単な方法は適当ではない。所望する信号に対してＡＭ信号が加算されると、１つのチャンネルを除くことが不可能となる。上記のように、ＧＳＭ（およびすべての直交変調方式）のためのダイレクトコンバージョン受信機は２つのベースバンドチャンネル、すなわちＩおよびＱチャンネルを有する。更にかかる受信機におけるＡＭ干渉波の二次の積は双方のチャンネルで全く同じでなければならない。その理由は、これら積は（マッチングされたミキサーに対して等しくなる）非線形デバイスの二次ひずみのみに関連し、局部発振器の位相（および周波数）とは無関係であるからである。このことは次のように示される。ここで、ｙ_I（ｔ）はＩチャンネルにおけるベースバンド信号のうちの時間ｔで取り出したサンプルの値であり、Ｉ（ｔ）はＩチャンネル信号サンプルの理想値であり、ｐ₂（ｔ）は二次干渉積の値である。Ｑチャンネルに対する式のパラメータも同様に定義される。ＩおよびＱチャンネルは直交変調された信号用受信機の場合のように、これらチャンネルは直交している必要はないことが理解できよう。本発明は２つのチャンネルを有する受信機で実施しなければならないが、これらチャンネルはＩ−Ｑ平面で広がっていれば充分である。従って、合相信号および直交信号なる用語はこれまでかかる関係を必要とするように理解されていた直交変調のような他の用語と組み合わせて使用される場合を除き、直交性を必要とするものと解釈すべきではない。本説明ではノイズは干渉しないと仮定している。ノイズは性能を劣化するが、通常所望する信号よりも更に小さいので、性能をあまり劣化することはない。例えばＧＳＭにおける入力信号対ノイズ比（ＳＮ比）は一般に少なくとも１０ｄＢである。二次の積は双方のチャンネルにおける共通モードのひずみと見なすことができる。式４は３つの未知数を有する２つの式の系であるので、この系を解くには更にもう１つの式が必要であることが理解できよう。干渉波の特性に関する知識があれば、かかる第３の式が得られるが、本例ではこれら特性は任意であると仮定している。それにも拘わらず次の周知の式によって表示できるもう１つの関係を得るのに、所望する信号の入力振幅を使用できる。ここでｒ（ｔ）は入力信号の振幅であり、Ｉ（ｔ）およびＱ（ｔ）は式４に定義されている。当業者であれば式５によって示される信号の軌跡は複素平面において半径ｒを有する円となることが理解できよう。Ｉチャンネルの入力信号とＱチャンネルの入力信号の差を二乗することにより、二乗された入力信号の振幅ｒ² （ｔ）を決定できる。これは次の式で示される。所望する信号が単に周波数または位相変調されている場合、すなわち信号の振幅ｒ（ｔ）がほぼ一定である場合、所定の時間中の二乗された差を平均化することにより信号振幅を決定できる。このことは次の式で示される。ここでｎは平均値を得るのに使用されたサンプリング時間Ｔ_Sで得られたサンプルの総数である。こうして式４の系を完全に解くことができる。次の式により二次式を利用すると、二次干渉波信号のサンプルを表現できる。ここでパラメータは先の式で定義されたものである。任意のＡＭ干渉波の二次の積は所望する信号の振幅がほぼ一定の場合、デジタル領域から除去することが式８から理解できる。ＩおよびＱチャンネルのベースバンド信号のサンプルｙ_I（ｔ）およびｙ_Q（ｔ）からサンプルｐ₂（ｔ）を決定し、次にサンプルごとにｙ_I（ｔ）およびｙ_Q（ｔ）サンプルからｐ₂（ｔ）サンプルを減算し、ＩおよびＱチャンネル信号の補償されたサンプルＩ（ｔ）およびＱ（ｔ）を発生するようにＤＳＰデバイス１３０をプログラムすることは簡単なことである。式８による補償はＧＳＭおよび同様な通信システムに対し特定されている補償と同じような干渉波の特性に基づいていないので、干渉波すなわち二次の積の信号が存在することを検出することは必要でない。従って、デジタル式に補償されたダイレクトコンバージョン受信機を従来のアナログ受信機よりもＡＭ干渉波に対しより強くすることができる。第６図には、このような補償方法を実行する際にＤＳＰデバイス１３０によって実行されるステップが示されている。この方法はステツブ６０２におけるＩチャンネルおよびＱチャンネル信号のサンプリングおよびステップ６０４におけるそれぞれのサンプル間の差を平均化することによる所望する信号の振幅の決定で始まる。次に、所望する信号の振幅およびチャンネル信号のサンプルからステップ６０６で二次の積信号の予想サンプルを発生する。ステップ６０８ではチャンネル信号サンプルからこれら予想されたサンプルを除去することにより、補償されたサンプルを発生する。フェージングおよび時間分散現象の双方はデジタル補償の精度に影響することが理解できよう。本発明により補償せんとする二次の積の信号変動分からかかる信号変動分を分離することは、全く不可能ではないが通常極めて困難である。そうであるとしても、フェージングおよび／または時間分散現象が大きな間題を引き起こさないような系は多数存在する。例えばデータバーストが充分短い（または受信機の速度が遅い）場合、フェージングは補償に大きく影響しないはずである。更に、受信機が送信機に接近している場合（これは通常二次の積が強力な時に限られる）、時間分散は少ない。本願出願人の発明の特定の実施例について説明し、図示したが、当業者であれば変更を行うことができると理解できよう。従って、本願出願人の発明の範囲は次の講求の範囲のみによって限定されるものであり、これら請求項の精神および範囲内のすべての変形例は本明細書に開示し、請求されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ウェンデルルプ，ヘイノスウェーデン国エス−214 34 マルモ, ロルフスガタン 12シー (72)発明者サレンハグ，マルチンスウェーデン国エス−224 72 ルンド, フリゲルベーゲン 107 (72)発明者グスタフソン，クイエルスウェーデン国エス−224 72 ルンド, ボルガススリンガン２【要約の続き】のデバイスによって二次の積の信号の予想サンプルを発生する。

Claims

【特許請求の範囲】１．変調された搬送波信号をベースバンドの合相信号とベースバンドの直交信号とに分離して、情報信号によって変調された搬送波信号から情報信号を回復するためのダイレクトコンバージョン受信機において、ベースバンドの合相信号およびベースバンドの直交信号のデジタルサンプルを発生するための第１手段と、干渉波信号によって発生された二次の積の信号の存在を検出するための手段と、第１手段および検出手段と通信し、二次の積の信号を除去することによりデジタルサンプルをデジタル的に補償し、よって補償されたデジタルサンプルを発生するための手段とを備えた、干渉波信号をデジタル的に補償するための装置。２．二次の積の信号が傾斜した一定エンベロープの干渉波信号によって発生され、補償手段が、ベースバンド合相信号およびベースバンド直交信号の少なくとも一方に基づき、二次の積の信号の時間位置を決定し得るための手段と、前記時間位置の前の第１の期間中にデジタルサンプルの第１平均値を形成し、前記時間位置の後の第２の期間中にデジタルサンプルの第２平均値を形成する、少なくとも１つの信号のデジタルサンプルを平均化するための手段と、時間位置並びに第１および第２平均値に基づき二次の積の信号の予想サンプルを発生するための第２手段と、デジタルサンプルから予想サンプルを減算するための手段とを含む、請求項１記載の装置。３．検出手段が、少なくとも１つの信号のデジタルサンプルを平滑化するための手段と、少なくとも１つの信号の平滑化されたデジタルサンプルを微分するための手段と、少なくとも１つの微分された平滑化されたデジタルサンプルの最大値の時間位置を決定するための手段とを含む、請求項２記載の装置。４．検出手段が、ベースバンドの合相信号およびベースバンドの直交信号のデジタルサンプルを平滑化するための手段と、合相信号および直交信号の平滑化されたデジタルサンプルを微分するための手段と、合相信号および直交信号の平滑化され微分されたサンプルの積を形成するための手段と、積の最大値の時間位置を決定するための手段とを備え、平均化手段が時間位置の前の第１期間中にベースバンドの合相億号のデジタルサンプルの第１平均値およびベースバンドの直交信号のデジタルサンプルの第１平均値を形成し、更に時間位置の後の第２期間中にベースバンド合相信号のデジタルサンプルの第２平均値およびベースバンド直交信号のデジタルサンプルの第２平均値を形成し、第２手段が時間位置、第１平均値および第２平均値に基づき、二次の積の信号の予想サンプルを発生し、補償手段がデジタルサンプルから予想サンプルを減算することにより二次の積の信号を除去するようになっている、請求項２記載の装置。５．変調された搬送波信号をベースバンドの合相信号およびベースバンドの直交信号に分離する手段を更に備え、ベースバンドの合相信号がベースバンドの直交信号とほぼ直交する、請求項１記載の装置。６．搬送波信号をベースバンドの合相信号およびベースバンドの直交信号に分離することを含む、情報信号によって変調された搬送波信号から情報信号を回復するための方法において、ベースバンドの合相信号およびベースバンドの直交信号のデジタルサンプルを発生する工程と、干渉波信号によって発生された二次の積の信号の存在を検出する工程と、二次の積の信号を除去することによりデジタルサンプルをデジタル的に補償し、補償されたデジタルを発生する工程とを備えた、干渉波信号をデジタル的に補償する方法。７．傾斜した一定エンベロープの干渉波信号により二次の積の信号が発生され、補償工程が、二次の積の信号の時間位置を検出する工程と、時間位置の前の第１期間中にベースバンドの合相信号およびベースバンドの直交信号のうちの少なくとも１つのデジタルサンプルの第１平均値を形成する工程と、時間位置の後の第２期間中に少なくとも一方の信号のデジタルサンプルの第２平均値を形成する工程と、時間位置、第１平均値および第２平均値に基づき、二次の積の信号の予想サンプルを発生する工程と、デジタルサンプルから予想サンプルを減算することにより二次の積の信号を除去する工程とを含む、請求項６記載の方法。８．時間位置を検出する工程が、少なくとも一方の信号のデジタルサンプルを平滑化する工程と、少なくとも一方の信号の平滑化されたデジタルサンプルを微分する工程と、少なくとも一方の信号の平滑化され微分されたデジタルサンプルの最大値の時間位置を決定する工程とを含む、請求項７記載の方法。９．時間位置を検出する工程が、ベースバンドの合相信号およびベースバンドの直交信号のデジタルサンプルを平滑化する工程と、合相信号および直交信号の平滑化されたデジタルサンプルを微分する工程と、合相信号および直交信号の平滑化され微分されたサンプルの積を形成する工程と、積の最大値の時間位置を決定する工程とを備え、時間位置の前の第１期間中のベースバンドの合相信号のデジタルサンプルの第１平均値およびベースバンドの直交信号のデジタルサンプルの第１平均値を形成し、時間位置の後の第２期間中のベースバンド合相信号のデジタルサンプルの第２平均値およびベースバンド直交信号のデジタルサンプルの第２平均値を形成し、時間位置、第１平均値および第２平均値に基づき、二次の積の信号の予想サンプルを発生し、デジタルサンプルから予想サンプルを減算することにより二次の積の信号を除去し、請求項７記載の方法。１０．変調された搬送波信号をベースバンドの合相信号およびベースバンドの直交信号に分離する工程を更に備え、ベースバンドの合相信号がベースバンドの直交信号とほぼ直交する、請求項６記載の方法。１１．変調された搬送波信号をベースバンドの合相信号とベースバンドの直交信号とに分離する、情報信号によって変調された搬送波信号から情報信号を回復するためのダイレクトコンバージョン受信機において、ベースバンドの合相信号およびベースバンドの直交信号のデジタルサンプルを発生するための第１手段と、振幅変調された干渉波信号によって発生された二次の積の信号の予想サンプルを発生するための第２手段とを備え、該第２手段が、合相信号と直交信号のそれぞれのデジタルサンプル間の差の平方を平均化し、よって変調された搬送波信号信号の振幅を決定するための第１手段および、振幅とデジタルサンプルとを組み合わせ、予想サンプルを発生するための手段を有し、更に、デジタルサンプルから予想サンプルを除き、よって補償されたデジタルサンプルを発生するための手段を含む、振幅変調された干渉波信号をデジタル的に補償するための装置。１２．結合手段が、合相信号および直交信号のそれぞれのデジタルサンプルを平均化するための第２手段と、合相信号と直交信号のそれぞれのデジタルサンプル間の差を発生するための手段とを含み、除去手段がデジタルサンプルから予想サンプルを減算する、請求項１１記載の装置。１３．変調された搬送波信号をベースバンドの合相信号およびベースバンドの直交信号に分離する手段を更に備え、ベースバンドの合相信号がベースバンドの直交信号とほぼ直交する、請求項１１記載の装置。１４．変調された搬送波信号をベースバンドの合相信号とベースバンドの直交信号とに分離する、情報信号によって変調された搬送波信号から情報信号を回復するためのダイレクトコンバージョン受信機において、ベースバンドの合相信号およびベースバンドの直交信号のデジタルサンプルを発生する工程と、合相信号と直交信号とのそれぞれのデジタルサンプル間の差の平方を平均化し、よって変調された搬送波信号の振幅を決定する工程および、振幅とデジタルサンプルとを結合し、予想サンプルを発生する工程により、振幅変調された干渉波信号によって生じた二次の積の信号の予想サンプルを発生する工程と、デジタルサンプルから予想サンプルを除去し、補償されたデジタルサンプルを発生する工程とを備えた、振幅変調された干渉波信号をデジタル的に補償するための方法。１５．結合工程が、合相信号および直交信号のそれぞれのデジタルサンプルを平均化する工程と、合相信号と直交信号のそれぞれのデジタルサンプル間の差を発生する工程とを含み、デジタルサンプルから予想サンプルを減算する、請求項１４記載の方法。１６．変調された搬送波信号をベースバンドの合相信号およびベースバンドの直交信号に分離する工程を更に備え、ベースバンドの合相信号がベースバンドの直交信号とほぼ直交する、請求項１４記載の装置。