JP2007097180A - 複素値バンドパス信号をディジタルベースバンド信号へ変換する装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】2つのアナログディジタル変換器および時間離散的算術演算を実行する算術ユニットのいずれも必要とすることなく、送受信装置を簡単かつ低コストに実現し、エネルギを節約しつつ駆動できるようにする。
【解決手段】複素値バンドパス信号をフィルタリングし、フィルタリング信号から実数部分のみを取り出して実数値バンドパス信号を形成し、実数値バンドパス信号を1bit幅のサンプリング値を有するディジタル信号へ変換し、ディジタル信号を複素値FIRフィルタリングすることにより複素値フィルタリング信号を形成し、複素値フィルタリング信号のサンプリングレートを低減してサンプリングレート低減信号を形成し、サンプリングレート低減信号をディジタルベースバンド信号へ変換する。
【選択図】図2
【解決手段】複素値バンドパス信号をフィルタリングし、フィルタリング信号から実数部分のみを取り出して実数値バンドパス信号を形成し、実数値バンドパス信号を1bit幅のサンプリング値を有するディジタル信号へ変換し、ディジタル信号を複素値FIRフィルタリングすることにより複素値フィルタリング信号を形成し、複素値フィルタリング信号のサンプリングレートを低減してサンプリングレート低減信号を形成し、サンプリングレート低減信号をディジタルベースバンド信号へ変換する。
【選択図】図2
Description
本発明は、複素値バンドパス信号をディジタルベースバンド信号へ変換する装置に関する。また本発明は、このような装置を備えた送受信装置および集積回路に関する。
本発明は通信分野に関する。本発明は特に、複数の送受信装置が多重アクセス法にしたがって所定の周波数帯域またはその一部にアクセスするディジタル通信システムの分野に関する。各送受信装置の受信ユニットは、バンドパス信号、例えばアンテナを介して受信した無線信号またはそこから導出された中間周波数信号をディジタルベースバンド信号へ変換し、その後、信号に含まれている他の送受信装置から到来したデータ値を検査する。
本発明は基本的には任意のディジタル無線通信システムまたは有線通信システムに適用可能であるが、以下では、本発明およびその基礎とする問題点をIEEE規格802.15.4準拠の"Zig-Bee"通信システムに則して説明する。
短い距離、例えば約10mを介した情報の無線伝送にはいわゆるワイヤレスパーソナルエリアネットワークWPANが用いられる。ワイヤレスローカルエリアネットワークWLANとは異なり、ワイヤレスローカルエリアネットワークWLANはデータ伝送にインフラストラクチャを僅かしか必要としないか、または全く必要としない。そのため、広汎な適用分野に対して、小さく簡単であり、エネルギ効率が良く低コストな機器を構成することができる。
規格IEEE規格802.15.4は低レートのワイヤレスパーソナルエリアネットワークを規定している。これは、ローデータレート250kbit/sまでで動作し、工業分野の監視および制御、センサネットワーク、オートメーション、コンピュータ周辺装置での適用、およびインタラクティブゲームなどに用いられる固定機または移動機に適している。これらの適用分野では、機器をきわめて簡単かつ低コストに構成できることのほか、エネルギ消費がきわめて小さくなることが重要である。したがって当該の規格では数ヶ月から数年のバッテリ耐用期間が目指されている。
物理層のレベルではIEEE規格802.15.4は、ほぼ世界中で通用する2.4GHz近傍のISM帯域(工業・科学・医療用帯域)においてチャネルパターン5MHzの16個の搬送波周波数チャネルを規定している。ローデータレート250kbit/sに対して、これらのチャネルではシンボルレート62.5ksymbol/s、帯域拡散のチップレートfC=2Mchip/sであり、オフセットQPSK変調(オフセット1/4位相シフトキーイング変調)が行われている。
ISM帯域で伝送されるバンドパス無線信号は受信機側でまずディジタルベースバンド信号へ変換される。受信ユニットの他の回路は同期が成功してからしか作動できないのに対して、バンドパス信号をベースバンド信号へ変換する装置はいわゆるRXリスニングモードにおいてもプリアンブルシーケンスに対して作動させることができる。このため、この装置のエネルギ消費は送受信装置全体のエネルギ消費にとってきわめて重要である。
公知のバンドパス信号をディジタルベースバンド信号へ変換する装置は、ベースバンドまたは中間周波数領域へオフセットされる複素値信号の実数部分および虚数部分をディジタル化するために、2つのアナログディジタル変換器を必要とする。このとき、高い構成コストと駆動時の高いエネルギ消費とが欠点となる。しばしばフィルタなどの算術ユニットが加算および/または乗算などの時間離散的算術演算を実行するために用いられるが、そのことも相応の送受信装置の実現コストおよび駆動時のエネルギ消費に関して欠点となる。
こうした背景から、本発明の基礎とする課題は、複素値バンドパス信号をディジタルベースバンド信号へ変換する装置を提供し、2つのアナログディジタル変換器および時間離散的算術演算を実行する算術ユニットのいずれも必要とすることなく、送受信装置を簡単かつ低コストに実現し、エネルギを節約しつつ駆動できるようにすることである。
この課題は、本発明の請求項1記載の特徴を有する装置、請求項11記載の特徴を有する送受信装置および請求項12記載の特徴を有する集積回路により解決される。
本発明の装置は、a)有効帯域外の信号成分が抑圧されるように複素値バンドパス信号をフィルタリングし、フィルタリング信号から実数部分のみを取り出して実数値バンドパス信号を形成するアナログフィルタユニット、b)アナログフィルタユニットに接続されており、実数値バンドパス信号を1bit幅のサンプリング値を有するディジタル信号へ変換するアナログディジタル変換器、c)アナログディジタル変換器に接続されており、複素値FIRフィルタリングによって有効帯域外の信号成分が抑圧されるようにディジタル信号をフィルタリングすることにより複素値フィルタリング信号を形成する、ルックアップテーブルとして構成されたディジタルフィルタユニット、d)ディジタルフィルタユニットに接続されており、複素値フィルタリング信号のサンプリングレートを低減してサンプリングレート低減信号を形成するサンプリングレート低減ユニット、および、e)サンプリングレート低減ユニットに接続されており、サンプリングレート低減信号をディジタルベースバンド信号へ変換する混合ユニットを有する。
本発明の送受信装置および集積回路はそれぞれこの種の装置を含む。
本発明において重要なのは、実数値バンドパス信号(中間周波数信号)が導出され、この信号がサンプリング値当たり1bitの分解能のみ有する唯一のアナログディジタル変換器によりディジタル化されるということである。得られたディジタル中間周波数信号をベースバンドへ変換する前に、複素値FIRフィルタリングがルックアップテーブルとして構成されたディジタルフィルタユニットにより行われる。さらに複素値フィルタリング信号のサンプリングレートが低減され、その後、混合ユニットによりディジタルベースバンド信号へ変換される。本発明の装置には2つのアナログディジタル変換器も時間離散的な乗算または加算を行う算術ユニットも必要なく、送受信装置を簡単かつ低コストに実現でき、また、エネルギを節約しつつ駆動することができる。本発明によれば主として入出力特性のみが構成されるので、"adder tree"などの算術ユニットに関連して生じる信号伝搬時間(レイテンシ)も省略され、特に高いデータレートが得られて有利である。
本発明の有利な実施形態は従属請求項ならびに図面を参照した以下の説明に示されている。
有利な実施形態では、アナログフィルタユニットは複素値バンドパス信号を3次のバタワースフィルタリングによりフィルタリングするように構成されている。この種のアナログフィルタユニットは、隣接チャネル信号または雑音信号を充分に良好に抑圧し、簡単に実現可能であってかつエネルギを節約して駆動可能である。したがって送受信装置を簡単かつ低コストに実現でき、エネルギを節約して駆動できる。
有利な別の実施形態では、アナログフィルタユニットはフィルタリング信号の実数部分の値を増幅して最大値へ制限することにより実数値バンドパス信号を形成するように構成されている。これによりアナログディジタル変換器の入力側で大きなダイナミクス領域をカバーすることができる。フィルタリング信号の実数部分の値のみ、すなわち唯一の実数値信号のみが増幅されるので、有利には、エネルギ消費量が小さく、実現コストを低減することができる。
有利には、アナログディジタル変換器は実数値バンドパス信号を16Mspsのサンプリングレートでサンプリングするように構成されている。チップクロックの8倍のサンプリングレートにより、一方では分解能1bitで受信機の感度を充分に高くし、他方では特にディジタルフィルタユニットを簡単に実現することができる。
有利な別の実施形態では、ディジタルフィルタユニットはアナログディジタル変換器に接続されたバイナリのシフトレジスタと、このバイナリのシフトレジスタおよびサンプリングレート低減ユニットに接続されたメモリとを有する。ここで有利には、バイナリのシフトレジスタは5個のディジタル信号の値を記憶し、メモリは64個の複素値を記憶するように構成されている。ディジタルフィルタユニットをこのように実現すると特に簡単であり、駆動時にエネルギを節約することができる。
有利な別の実施形態では、混合ユニットはサンプリングレート低減信号の値の実数部分および/または虚数部分の符号を交番するように構成されている。これにより、混合ユニットはきわめて簡単に実現され、駆動時にもエネルギが節約される。
有利な別の実施形態では、サンプリングレート低減ユニットは複素値フィルタリング信号のサンプリングレートを係数2だけ低減するように構成されている。このとき混合ユニットはサンプリングレート低減信号の値の実数部分と虚数部分とを交番するか、および/または実数部分および/または虚数部分の符号を交番するように構成されている。このようにすればフィルタリング信号は簡単にかつエネルギを節約した状態でベースバンドへ変換される。得られたディジタルベースバンド信号はチップクロックの4倍に相応するレートのサンプリング値を有する。このため、送信機発振器と受信機発振器とのあいだの周波数偏移による時間的ドリフトが良好に補償され、付加的な補間フィルタも必要ない。
有利な別の実施形態では、サンプリングレート低減ユニットは複素値フィルタリング信号のサンプリングレートを係数4だけ低減するように構成されている。この場合、混合ユニットはサンプリングレート低減信号の1つ置きの値の実数部分および虚数部分の符号を交番するように構成されている。このようにすればフィルタリング信号が簡単にかつエネルギを節約した状態でベースバンドへ変換される。
有利には、複素値バンドパス信号ひいては実数値バンドパス信号はほぼ2MHzの中心周波数を有する。中間周波数がこのように低い値であれば、送受信装置の実現コストおよびエネルギ消費にとって有利である。
以下に図示の実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
図中、特にことわりのないかぎり、同様の機能を有する素子または信号には相応する参照番号を付してある。
図1には、IEEE規格802.15.4準拠のワイヤレスパーソナルエリアネットワーク(WPAN)10の例が示されている。このワイヤレスパーソナルエリアネットワークは無線信号によってワイヤレスに情報を交換する固定機または移動機の形態の3つの送受信装置(トランシーバTRX)11〜13を有している。送受信装置11はWPANコーディネータの機能を担当するいわゆる全機能機である。これに対して、送受信装置12,13は全機能機11に従属し、全機能機とだけデータを交換するいわゆる部分機能機である。図1に示されている星形ネットワークトポロジ、すなわち双方向データ伝送が部分機能機12,13と全機能機11とのあいだでだけ行われ、部分機能機どうしのあいだでは行われないトポロジのほか、規格には、いわゆるピアツーピアトポロジ、すなわち1つの全機能機と他の全ての全機能機とが通信を行うことのできるトポロジも存在している。
送受信装置11〜13は、各1つのアンテナ14,アンテナに接続された送信ユニット(送信機TX)15,アンテナに接続された受信ユニット(受信機RX)16,送信ユニットおよび受信ユニットに接続され、これらのユニットの制御を行う制御ユニット(CTRL)17を有する。また送受信装置11〜13は、ユニット15〜17へエネルギを供給するための図示されていないバッテリなどの形態のエネルギ供給ユニットと、センサ、アクチュエータなどの他のコンポーネントを有している。
以下では、2.4GHzのISM帯域(工業・科学・医療用帯域)でのデータ伝送が行われるものとする。
各送受信装置の送信ユニット15はIEEE規格802.15.4準拠のデータ流をそのつどアンテナ14を介して送信される無線信号へ変換する。これは、まずローデータレート250kbit/sの送信すべきデータ流をまず4bit幅、シンボルレート62.5ksymbol/sのシンボルへ変換し、このシンボルをチップレートfC=2Mchip/sで連続シンボル値に特有の32ChipsのPNシーケンスへ変換することにより行われる。
拡散ゲインは8である。続いて、連続するPNシーケンスがハーフサインパルス形成によりオフセットQPSK変調(オフセット1/4位相シフトキーイング変調)され、ISM帯域の16個のチャネルの1つへスペクトル的にオフセットされる。さらにこれは伝送のために増幅される。
各送受信装置の受信ユニット16は、IEEE規格802.15.4準拠の他の送受信装置の送信ユニットが形成し、アンテナ14を介して受信した無線信号を、できるだけ誤りのないように送信データへ変換する。これは、受信された無線信号をフィルタリングし、ベースバンドへ変換して復調し、データを判別することにより行われる。受信信号は、有効チャネル成分すなわち第2の送受信装置から所望のチャネルで伝送された送信信号のほか、隣接チャネル成分すなわち第3の送受信装置からスペクトル的に隣接するチャネルで伝送された信号も有している。
送受信装置の送信ユニット15および受信ユニット16は、図1には示されていない集積回路、例えばASIC(アプリケーション専用IC)またはASSP(アプリケーション専用規格製品)を有しており、制御ユニット17は同様に図1には示されていないマイクロコントローラによって実現されている。有利には、送受信装置は、送信ユニット15,受信ユニット16および制御ユニット17の機能を担当する唯一の集積回路、例えばASICまたはASSPを有する。
図2には、本発明の複素値バンドパス信号をディジタルベースバンド信号へ変換する装置20を備えた受信ユニット(RX)16のブロック図が示されている。図3には、図2の種々の信号のスペクトル電力密度が概略的に示されている。
図2によれば、受信ユニット16は、アンテナ14に接続された増幅/混合ユニット21、この増幅/混合ユニットの後方に接続された本発明の装置20、および、この本発明の装置20の後方に接続されたデータ検出ユニット27を有している。増幅/混合ユニット21によって形成される複素値バンドパス信号xIFcに基づいて、装置20は、複素値ディジタルベースバンド信号xBBを形成する。この信号は続いて、データ検出ユニット27において、送信されたもとのデータ値を再形成するために復調および判別される。複素値信号およびこれを伝送する線路は、図では太い矢印によって示されている。
装置20は直列接続された機能ブロックとして、アナログフィルタユニット(CHSEL)22,アナログディジタル変換器(ADC)23,ディジタルフィルタユニット(FIR)24,サンプリングレート低減ユニット25および混合ユニット26を有する。ここで、アナログフィルタユニット22の入力側は増幅/混合ユニット21に接続されており、混合ユニット26の出力側はデータ検出ユニット27に接続されている。
送信データ値を検出するように構成されたデータ検出ユニット27は、入力側で装置20の混合ユニット26に接続された復調ユニット28と、この復調ユニットの後方に接続された相関ユニット29と、この相関ユニットの後方に接続された検出ユニット30とを有する。
アンテナ14で受信された実数値無線信号xRFは、図1に則して説明したように、スペクトル的に懸隔された1つまたは複数の隣接チャネル成分を有する。この無線信号は、増幅/混合ユニット21において、まず低雑音増幅器LNAによって増幅され、多相フィルタを介して同相成分Iと1/4位相成分Qとに分解される。このようにして形成された実数成分Iおよび虚数成分Qを有する複素値受信信号は、続いて、2つの混合器によって2MHz近傍の中間周波数領域へ変換され、中間周波数信号xIFcが形成される。ここでIFとは中間周波数を意味する。中間周波数信号xIFcは複素値バンドパス信号である。この中間周波数信号xIFcのスペクトル電力密度PSDが図3のaに概略的に示されている。図3のaからわかるように、中間周波数信号への変換により、ハッチングで示されている有効チャネル成分の中心周波数はfIF=2MHz、ハッチングされていない、スペクトル的に左隣の隣接チャネル成分の中心周波数は、5MHzのチャネルパターンのためにfIF−5MHz=−3MHzである。約2.4GHzの搬送波周波数に比べて中間周波数fIFが2MHzと低い値なので、図2に示されている受信ユニット16は低周波数受信ユニットと称される。
アナログフィルタユニット(CHSEL)22は実数値バンドパス信号XIFrを導出するように構成されている。これは、有効帯域外すなわち有効チャネル周波数帯域外の信号成分が抑圧されるように複素値バンドパス信号xIFcをフィルタリングし、フィルタリング信号から実数部分を形成することにより行われる。アナログフィルタユニット22は一方では所望のチャネルすなわち有効チャネルの選択および隣接チャネルの抑圧を行い、他方では雑音帯域の制限を行う。このために複素値バンドパス信号xIFcの帯域幅は3次の複素値バタワースフィルタリングにより約2MHzまで制限される。この種のアナログフィルタユニット22は簡単に実現でき、駆動時にエネルギを節約できる。有利には、フィルタリング信号の実数部分の値がアナログフィルタユニット22においていわゆるリミッタ増幅器を介して増幅され、実数部分の値が最大値を上回らないように制限される。
フィルタリング信号のうち実数部分xIFrのみが形成されてさらに処理されるので、図2に示されている受信ユニット16は実数値低周波数受信ユニットと称される。実数部分の形成により後続の機能ブロックひいては受信ユニット全体の構造が簡単化される。したがって有利には、後続の信号処理にはアナログディジタル変換器が必要なだけである。
図3のbには実数値バンドパス信号xIFrのスペクトル電力密度が概略的に示されている。実数成分の形成により、共役偶数スペクトル、ひいては周波数f=0に関して対称なスペクトル電力密度が得られる。
実数値バンドパス信号XIFrは、アナログディジタル変換器23を介して、有利には、サンプリングレート16Mspsまたはサンプリング周波数16MHzすなわち中間周波数fIFの整数倍でサンプリングされ、1bitのビット幅Nで量子化される。中間周波数領域でのディジタル化により、図2に示されている受信ユニット16はディジタル低周波数受信ユニットとも称される。本出願人の行ったシミュレーションによれば、受信機の感度は、N=1bitの量子化により、量子化の分解能が無限に正確である理論上のケースに比べてもさほど劣化しない。得られたディジタル中間周波数信号xDのスペクトル電力密度は、正規化円周波数Ω=2π*(f/fS)の関数として図3のcに概略的に示されている。ここで値Ω=πは非正規化周波数f=fs/2=8MHzに相応する。ディジタル信号xDも実数値であるため、この場合もΩ=0に関して対称な"偶数"のスペクトル電力密度が得られる。ハッチングで示されているΩ=±π/4またはf=±fS/8=±fIF=±2MHz近傍の有効帯域成分のほか、図3のcには、ハッチングされていない、1bit量子化による障害成分も見て取れる。
ディジタルフィルタユニット24は複素値FIRフィルタリングによりアナログディジタル変換の際の量子化によって生じた有効帯域外の信号成分が抑圧されるようにディジタル信号xDをフィルタリングし、複素値フィルタリング信号xFを形成する。ディジタルフィルタユニット24はルックアップテーブルとして実現されており、アナログディジタル変換器23に接続されたバイナリのシフトレジスタと、このシフトレジスタ、アナログディジタル変換器およびサンプリングレート低減ユニットに接続されたメモリとを有する。メモリにはフィルタリング信号xFの可能な全ての値が記憶される。本出願人の行ったシミュレーションによれば、FIRフィルタリングは有利には6個のフィルタ係数によって行うことができる。この場合、ディジタル信号xDの連続する6個ずつのビット値から1つのアドレスが形成され、このアドレスにより全部で26=64個の記憶された複素値のうち1個が正確にメモリから読み出され、フィルタリング信号xFの値として形成される。アドレスはここでは、信号xDのその時点のビット値と、長さ5のバイナリのシフトレジスタにバッファリングされている先行の5個のビット値とから成る。算術演算を必要としないこうしたフィルタリングにより、ディジタル信号xDの帯域幅は約2MHzへ制限され、約20dBの減衰量が達成される。フィルタリング信号xFのスペクトル電力密度は正規化円周波数Ωの関数として図3のdに示されている。フィルタリング信号xFは複素値であるので、Ω=0に関して非対称なスペクトル電力密度が得られる。ハッチングで示されているΩ=+π/4またはf=fS/8=fIF=2MHz近傍の有効帯域成分のほか、図3のdには、フィルタリングによって量子化障害成分が減衰されたことがハッチングされていない領域によって示されている。
サンプリングレート低減ユニット25は複素値フィルタリング信号xFのサンプリングレートを係数M≧2だけ低減し、サンプリングレート低減信号xRを形成するように構成されている。さらに、複素値サンプリングレート低減信号xRは混合ユニット26を介して2MHzだけ左方のベースバンドへスペクトル的にオフセットされ、複素値ディジタルベースバンド信号xBBが形成される。
第1の有利な実施例によれば、フィルタリング信号xFのサンプリングレートはサンプリングレート低減ユニット25において係数M=2だけ、すなわち16Msps/2=8Mspsへ低減される。これにより混合ユニット26をきわめて簡単に実現することができる。ベースバンド混合に必要な複素指数列との乗算が、第1の実施例のケースすなわちサンプリングレート4*fC=8Mspsのケースにおいて、時間変化係数
exp(−j*k*π/2)=(−j)k (1)
との乗算へ簡単化される。ここでexp(・)は複素指数関数であり、kはサンプリングレート低減信号xRの値の時間インデクスである。インデクスkの値に応じて対応する信号xRの複素値は値{±1,±j}と乗算され、混合ユニット26により、xRの値の実数部分および/または虚数部分の符号が交番されるか、および/または実数部分と虚数部分とが交番される。当該の演算は加算または乗算などの算術演算を必要としない。
exp(−j*k*π/2)=(−j)k (1)
との乗算へ簡単化される。ここでexp(・)は複素指数関数であり、kはサンプリングレート低減信号xRの値の時間インデクスである。インデクスkの値に応じて対応する信号xRの複素値は値{±1,±j}と乗算され、混合ユニット26により、xRの値の実数部分および/または虚数部分の符号が交番されるか、および/または実数部分と虚数部分とが交番される。当該の演算は加算または乗算などの算術演算を必要としない。
ディジタルベースバンド信号xBBのスペクトル電力密度が正規化円周波数Ω’=M*Ω=4π*(f/fS)の関数として図3のeに概略的に示されている。ここで値Ω’=πは非正規化周波数f=fS/M/2=fS/4=4MHzに相応する。ベースバンド信号xBBは複素値であるので、Ω’=0に関して非対称のスペクトル電力密度が得られる。ハッチングで示されているΩ’=0近傍の有効帯域成分は、係数M=2のサンプリングレート低減により、Ω’=−π/4からΩ’=+π/4まで延在している。これは周波数領域f=−fS/16=−1MHz〜+1MHzに相応する。
第2の実施例によれば、フィルタリング信号xFのサンプリングレートはサンプリングレート低減ユニット25において係数M=4だけ、つまり16Msps/4=4MspsすなわちチップレートfCの2倍まで低減される。この場合、複素乗算が
exp(−j*k*π)=(−1)k (2)
との乗算へ簡単化される。つまり非偶数のインデクスkを備えた信号xRの1つ置きの値の実数部分および虚数部分の符号が交番される。この場合にも算術演算は必要ない。
exp(−j*k*π)=(−1)k (2)
との乗算へ簡単化される。つまり非偶数のインデクスkを備えた信号xRの1つ置きの値の実数部分および虚数部分の符号が交番される。この場合にも算術演算は必要ない。
ディジタルベースバンド信号xBBは第1の実施例の8Mspsまたは第2の実施例の4Mspsのレートを有する。これらのレートはチップレートfC=2Mchip/sの4倍または2倍に相応する。当該の信号xBBは復調ユニット28および図2には示されていない同期ユニットへ供給される。同期ユニットは、信号xBBとデータフレームのいわゆるプリアンブルシーケンスとの相関により、最適な4個または2個のサンプリングフェーズを定める。これによりディジタルベースバンド信号xBBが復調ユニット28において最適なフェーズで係数4だけまたは係数2だけサブサンプリングされる。
得られたチップクロック信号は続いて復調ユニット28内のMSK復調器を介して復調され、相関ユニット29によりPNシーケンスにより相関されて拡散解除される。送信データはさらに検出ユニット30で判別される。これは、相関結果を評価し、相応のデータの最大相関結果に対して相応のデータシンボル値または相応のデータビットを対応させることにより行われる。
これまで本発明を有利な実施例に基づき説明してきたが、本発明はそれらに限定されるものではなく、多種多様に変更することができる。本発明は例えばWPANそのもの、IEEE規格802.15.4準拠のWPAN、またはそこに規定されている帯域拡散法、変調法、多重アクセス法、また周波数帯域、ビットレート、シンボルレート、チップレート、チップレート段数、中間周波数、サンプリング周波数、フィルタ帯域幅、フィルタタイプ、フィルタ次数などの値に限定されない。本発明は種々の無線または有線のディジタル通信システムにおいて有利に使用可能である。
10 データ伝送システムすなわちIEEE規格802.15.4準拠の"ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク"(WPAN)、 11〜13 送受信装置(トランシーバTRX)、 14 アンテナ、 15 送信ユニット(送信機TX)、 16 受信ユニット(受信機RX)、 17 制御ユニット(CTRL)、 20 本発明の装置、 21 増幅/混合ユニット、 22 アナログフィルタユニット(CHSEL)、 23 アナログディジタル変換器、 24 ディジタルフィルタユニット(FIR)、 25 サンプリングレート低減ユニット、 26 混合ユニット、 27 データ検出ユニット、 28 復調ユニット、 29 相関ユニット(COR)、 30 検出ユニット(DET)、 ADC アナログディジタル変換器、 BB ベースバンド、 BP バンドパス、 CHSEL チャネル選択、 FIR 有限インパルス応答、 IF 中間周波数、 ISM 工業,科学,医療用周波数帯域(2.4GHz)、 LNA 低雑音増幅器、 Mchip/s メガチップ毎秒、 MSK 最小シフトキーイング、 Msps メガサンプル毎秒、 PN 擬雑音、 PSD スペクトル電力密度、 QPSK 1/4位相シフトキーイング、 RF 無線周波数、 RX 受信ユニット、 TP ローパス、 Ω 正規化円周波数Ω=2π*(f/fS)、 Ω' 正規化円周波数Ω'= M*Ω=4π*(f/fS)、 d データシンボルまたはデータビット、 exp(・) 複素指数関数、 f 周波数、 fC チップクロック、 fIF 中間周波数、 fRF 無線周波数、 fS サンプリング周波数、 k 時間インデクス、 M サンプリングレート低減の係数またはサブサンプリングの係数、 xBB 複素値ディジタルベースバンド信号、 xD 実数値ディジタル信号、 xF 複素値フィルタリング信号、 xIFc 複素値バンドパス信号、 xIFr 実数値バンドパス信号、 xR 複素値サンプリングレート低減信号、 xRF 無線信号
Claims (12)
- a)有効帯域外の信号成分が抑圧されるように複素値バンドパス信号(xIFc)をフィルタリングし、フィルタリング信号から実数部分のみを取り出して実数値バンドパス信号(xIFr)を形成するアナログフィルタユニット(22)、
b)該アナログフィルタユニットに接続されており、実数値バンドパス信号(xIFr)を1bit幅のサンプリング値を有するディジタル信号(xD)へ変換するアナログディジタル変換器(23)、
c)該アナログディジタル変換器に接続されており、複素値FIRフィルタリングによって有効帯域外の信号成分が抑圧されるようにディジタル信号(xD)をフィルタリングすることにより複素値フィルタリング信号(xF)を形成する、ルックアップテーブルとして構成されたディジタルフィルタユニット(24)、
d)該ディジタルフィルタユニットに接続されており、複素値フィルタリング信号(xF)のサンプリングレートを低減してサンプリングレート低減信号(xR)を形成するサンプリングレート低減ユニット(25)、および、e)該サンプリングレート低減ユニットに接続されており、サンプリングレート低減信号(xR)をディジタルベースバンド信号(xBB)へ変換する混合ユニット(26)を有する
ことを特徴とする複素値バンドパス信号をディジタルベースバンド信号へ変換する装置。 - アナログフィルタユニット(22)は複素値バンドパス信号(xIFc)を3次のバタワースフィルタリングによりフィルタリングする、請求項1記載の装置。
- アナログフィルタユニット(22)はフィルタリング信号の実数部分の値を最大値へ制限することにより実数値バンドパス信号(xIFr)を形成する、請求項1または2記載の装置。
- アナログディジタル変換器(23)は実数値バンドパス信号(xIFr)を16Mspsのサンプリングレートでサンプリングする、請求項1から3までのいずれか1項記載の装置。
- ディジタルフィルタユニット(24)はアナログディジタル変換器に接続されたバイナリのシフトレジスタと該バイナリのシフトレジスタおよびサンプリング低減ユニットに接続されたメモリとを有する、請求項1から4までのいずれか1項記載の装置。
- バイナリのシフトレジスタは5個のディジタル信号(xD)の値を記憶し、メモリは64個の複素値を記憶する、請求項5記載の装置。
- 混合ユニット(26)はサンプリングレート低減信号(xR)の値の実数部分および/または虚数部分の符号を交番する、請求項1から6までのいずれか1項記載の装置。
- a)サンプリングレート低減ユニット(25)は複素値フィルタリング信号(xF)のサンプリングレートを係数2だけ低減し、b)混合ユニット(26)はサンプリングレート低減信号(xR)の値の実数部分と虚数部分とを交番するかおよび/または実数部分および/または虚数部分の符号を交番する、請求項1から7までのいずれか1項記載の装置。
- a)サンプリングレート低減ユニット(25)は複素値フィルタリング信号(xF)のサンプリングレートを係数4だけ低減し、b)混合ユニット(26)はサンプリングレート低減信号(xR)の1つ置きの値の実数部分と虚数部分とを交番するかおよび/または実数部分および/または虚数部分の符号を交番する、請求項1から7までのいずれか1項記載の装置。
- 複素値バンドパス信号(xIFc)はほぼ2MHzの中心周波数を有する、請求項1から9までのいずれか1項記載の装置。
- 送受信装置(11〜13)、例えばIEEE規格802.15.4準拠のデータ伝送システム(10)用の送受信装置において、
a)アンテナ(14)、
b)アンテナに接続されており、例えばIEEE規格802.15.4準拠のデータを送信する送信ユニット(15)、
c)アンテナに接続されており、請求項1から10までのいずれか1項記載の複素値バンドパス信号をディジタルベースバンド信号へ変換する装置を備えた受信ユニット(16)、および、
d)送信ユニットおよび受信ユニットに接続されており、該送信ユニットおよび該受信ユニットを制御する制御ユニット(17)を有する
ことを特徴とする送受信装置。 - 集積回路、例えば請求項11記載の送受信装置用の集積回路において、請求項1から10までのいずれか1項記載の複素値バンドパス信号をディジタルベースバンド信号へ変換する装置を有することを特徴とする集積回路。
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