JP3413815B2 - 無線装置 - Google Patents
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Description
って信号処理を行う無線装置に関する。
ソフトウェアによって行うものがある。図9に、従来の
この種の無線機の構成を示す。図9において、101は
A/D,D/A変換器、102は専用IC、103はD
SP(Digital Signal Process
or;デジタル信号処理装置)、104はメモリ、10
5は制御用IC、106はCPU、107はROM、1
08はI/Oインターフェイス、109はRAM、11
0はA/D,D/A変換器、111はアナログI/Oで
ある。
の動作について説明する。
合は、図示しない無線部によって受信されたアナログ信
号を受け取り、その信号をデジタル信号へ変換し専用I
C102へ受け渡す動作を行う。一方、送信の場合は、
専用IC102から入力されたデジタル信号を受け取
り、その信号をアナログ信号へ変換し、図示しない無線
部へその信号を引き渡して送信する。
信の場合は、A/D,D/A変換器101から入力され
た信号に対して、復調、ルートロールオフフィルタ等に
よる波形整形、チャネルコーデック、音声コーデック等
の復号化を施す。一方、送信の場合は、デジタル信号処
理によって、元の信号のエンコード(マッピング)・ル
ートロールオフフィルタ等による波形整形、変調等の操
作を行い、その信号をA/D,D/A変換器101へ受
け渡す動作を行う。これらの処理の中で専用IC102
は比較的高速な処理を行い、DSP103はメモリ10
4に記録されたプログラムに従って比較的低速な信号処
理等を行う。これらの処理は、利用する無線通信システ
ム、使用する専用ICおよびDSPの性能によって異な
る場合がある。
器101、専用IC102、DSP103の間における
信号の入力・出力のタイミング制御、チャネル制御、変
復調の切り換え等の制御を行う。また、図示しない無線
部の制御も行う。
ているプログラムをRAM109にロードし、このRA
M109にロードされたプログラムに従って制御IC1
05の制御や、I/O108を介してキーボードやディ
スプレイとのデータの入出力の制御を行う。
グI/O111については、受信の場合には、A/D,
D/A変換器110がDSP103からデコードされた
デジタル信号をアナログの音声信号に変換して、アナロ
グI/O111に受け渡す。アナログI/O111は受
け取ったアナログ信号をスピーカで音声に再生する。一
方、送信の場合には、アナログI/O111がマイクか
ら入力されたアナログの音声信号をA/D,D/A変換
器110に受け渡す。A/D,D/A変換器110は受
け取ったアナログ信号をデジタル信号に変換し、DSP
103に受け渡す。
ASICやゲートアレイ等の専用ハードウェアで作られ
ており、無線機能の幾つかをソフトウェアによって実現
している。これにより、設計試作後の仕様変更への対応
やバグ等に対して、DSPで行っている一部の機能に関
しては対策をとることが可能になった。
な問題点がある。すなわち、このような無線機のアーキ
テクチャでは、例えばアナログ方式携帯電話とデジタル
方式携帯電話などの複数の無線通信システムに単一の無
線機で対応するためには、ソフトウェアで構成される部
分がわずかなため、ハードウェアの部分を物理的に複数
つ装備し、それらを必要に応じて切り換える等の対策を
取らねばならず、ハードウェア規模が大きくなるという
問題があった。また、1つの無線機をPDCやPHS等
の複数の無線通信システムの両方で利用することができ
なかった。さらに、無線機にバグが発生した場合、その
多くはハードウェア上のバグであるため、小さなもので
あってもバグの種類によってはすべての製品を回収し、
部品の交換を行う等の必要が生じ、コストの大幅な損失
が生じていた。
複数の無線通信システムに対応するために、ハードウェ
アを複数装備してそれらを必要に応じて切り替える等の
対策を取らねばならず、ハードウェア規模が大きくなる
という問題があった。また、ある無線通信システムに対
応するように製造された無線装置を他の無線通信システ
ムに対応させるように変更することはできなかった。
ので、複数の無線通信システムに容易に対応させること
が可能な無線装置を提供することを目的とする。
D/A変換器、該A/DおよびD/A変換器のデータを
一時的に蓄積する第1のメモリ、無線機の所定の動作を
ソフトウェアによって記述されたプログラムに基づいて
処理するDSP、無線機の所定の動作をハードウェア記
述言語で記述されたプログラムに基づいてハードウェア
的に処理するFPGA、該DSPおよびFPGAのソフ
トウェアを保持する書換可能な第1の記憶装置、入出力
制御装置、I/Oインターフェイス、自装置全体を制御
するソフトウェアを実行するCPU、該CPUのソフト
ウェアを記憶する第2の記憶装置、該CPUによって処
理されるデータを一時的に蓄積する第2のメモリを含む
無線装置であって、前記A/DおよびD/A変換器、前
記第1のメモリ、前記DSP、前記FPGA、前記第1
の記憶装置、前記入出力制御装置、前記I/Oインター
フェイス、前記CPU、前記第2の記憶装置、および前
記第2のメモリのうちの少なくとも一部の素子間の接続
をFPGAによって行うことを特徴とする無線装置。
続(配線)を行うFPGAの配線を書き換えることによ
って、複数の無線通信システムに対応可能となる。
的に処理する専用ICをさらに備え、前記専用ICと他
の素子との間の接続も、前記FPGAによって行うよう
にしてもよい。
ログ回路からなる無線手段を制御するようにしてもよ
い。
の出力にスピーカが接続されたD/A変換器を接続し、
前記I/Oインターフェイスの入力にマイクが接続され
たA/D変換器を接続し、音声通話を可能とするように
してもよい。
にネットワークI/O装置を接続し、データ通信を可能
とするようにしてもよい。
としても成立し、方法に係る本発明は装置に係る発明と
しても成立する。
線信号処理を行う無線装置において、最小限のハードウ
ェアのみ備え、適応的に配線を変更する手段を設けたこ
とによって、1つの無線装置をさまざまな無線通信シス
テムに対応させるようにすることが可能となり、また各
無線通信システムで使用される処理のためのシステム変
更を容易かつ迅速に実現することができる。また、さま
ざまな無線通信システムに対応するためのハードウェア
的な変更を行う際に、変更可能な配線のプログラムを書
き換えることによって、デバイス間の配線を容易に変更
させることができる。
実施の形態を説明する。
ソフトウェアで実現する機能を有する無線機を「ソフト
ウェア無線機」と呼ぶ。
線機に適用される無線信号処理装置の構成例を示す。
置は、A/D変換およびD/A変換を行うA/D,D/
A変換器1、A/D,D/A変換器1からもしくはA/
D,D/A変換器1へのデータを一時的に格納するため
のメモリ2、DSPやFPGAのソフトウェアなどを保
持する書換可能な記憶装置3、無線機の動作をソフトウ
ェアによって記述されたプログラムに基づいて処理する
DSP(Digital Signal Proces
sor;デジタル信号処理装置)4、無線機の動作をハ
ードウェア記述言語で記述されたプログラムに基づいて
ハードウェア的に処理するFPGA(Field Pr
ogrammable Gate Array)5、メ
モリ6、CPU7、ROM8、I/Oインターフェイス
9、入出力制御部10、変更可能な配線11を備えてい
る。
作させるソフトウェアが記録される。DSP4は、書換
可能な記憶装置3から必要なプログラムをロードして実
行することにより所望の動作を行う。この書換可能な記
憶装置3は、EEPROM(Electrically
Erasable and Programmabl
e Read Only Memory)、RAM(R
andom Access Memory)等の読み書
き可能なメモリであればよい。また、書換可能な記憶装
置3は、メモリ2を包含する場合もある。
線通信システム(例えば、PDCあるいはPHS等)を
用いる場合に、データのバスや制御線等を各無線通信シ
ステムに最適な配線にするものである。また、今利用し
ている無線通信システムで使用されない部分がある場合
には、接続を行わず不要な電流を流さないようにするこ
とにより、装置全体の消費電力を抑える効果もある。こ
の変更可能な配線11は例えばFPGAで構成される。
フトウェア無線機の構成例を示す。
線機は、無線部12と無線信号処理装置20とを用いて
構成される。無線部12は、アナログ信号のフィルタ処
理、電力増幅処理等といったRF処理や、帯域制限、局
部発振信号とのミキシング、変復調等といったIF処理
を行う。また、無線部12には、無線信号処理装置20
の入出力制御部10からの制御線が接続されており、例
えば共用器の切り換え制御、シンセサイザの発振周波数
の制御等が行われる。
て説明する。
8に記録されているプログラムで動作し、現在動作可能
な無線通信システムのチェック等の初期動作を行い、無
線機能の動作中には、DSP4、FPGA5およびI/
Oインターフェイス9の制御を行う。また、メモリ6
は、CPU7が動作する上でのプログラムおよび一時的
なデータの記憶を行う。本ソフトウェア無線機におい
て、無線機能を実現するためのソフトウェアは、書換可
能な記憶装置3に記録されている。
制御信号にしたがって、書換可能な記憶装置3に記録さ
れている動作に必要なプログラムをロードし、実行す
る。DSP4で実行される応用プログラムは、デジタル
処理の一部または全部であり、例として変調機能、復調
機能、フィルタリング機能、周波数変換機能、信号発生
(シンセサイザ)機能、チャネルコーデック(TDMA
制御)機能、音声コーデック機能、CDMA等の拡散/
逆拡散機能等が挙げられる。また、この中にはA/D,
D/A変換器1を制御する機能、例えばA/D,D/A
変換器のクロック周波数の制御、さらに入出力制御部1
0を介して無線部12を制御する機能、例えば利得の切
り替え等が含まれていてもよい。DSP4で処理速度が
間に合わない機能やFPGA5で実行する方が効率的な
機能が含まれている場合には、FPGA5がこれを実行
する。もちろん、CPU7がこれらの制御を行ってもよ
い。
能によって送受信されるデータの外部装置との通信を行
うためのもので、例えばデータが音声信号であったり、
データ通信用の信号である場合にそれに応じた外部装置
とのインターフェイスを提供する。
P4やFPGA5などのデバイスを接続する「変更可能
な配線」(11)の配線情報が含まれており、DSP4
やFPGA5、CPU7等の接続を書き替え可能な記憶
装置3のプログラムに従って行う。さらに、CPU7、
ROM8の接続については変更する必要がないため固定
的に配線を行ってもよい。
まず受信時には、A/D,D/A変換器1がRF信号、
IF信号、ベースバンド信号等のアナログ信号を無線部
から受け取り、DSP4やCPU7などの制御に従って
A/D変換処理を行う。A/D変換されたデジタル信号
は、DSP4またはFPGA5に送信される。もし、こ
こで送信される信号がDSP4またはFPGA5の処理
速度を越える場合には、メモリ2に一時的に格納する手
法が考えられる。変換されたデジタル信号に対しては、
DSP4またはFPGA5で、復調処理、フィルタリン
グ処理、チャネルコーデック処理、音声コーデック処
理、CDMAの場合であれば逆拡散処理等を行い、I/
Oインターフェイス9に直接、または例えばデータ通信
の場合にCPU7で送信するプロトコルへのパケット化
等の処理を施してから、送信される。
ら音声信号、パケットデータ等のデータが直接、または
CPU7でパケットデータの処理を施した後に、DSP
4またはFPGA5に送信される。DSP4またはFP
GA5では、受信した信号に対して、音声コーデック処
理、チャネルコーデック処理、フィルタリング処理、変
調処理、CDMAの場合であれば拡散処理を行う。処理
が終了したら、データをA/D,D/A変換器1に送信
する。また、DSP4とFPGA5との間でデータを通
信するような処理が含まれている場合には、メモリ2上
にデータを格納しておき、これをDSP4とFPGA5
からアクセスし処理を行い、処理の終了したデータをメ
モリ2からA/D,D/A変換器1へ送信する。
な無線通信システムに対応する場合に、変復調機能は無
線通信システムによって異なるために、変復調機能のプ
ログラムを書換可能な記憶装置3、例えばEEPRO
M、に記憶させておき、必要に応じてこのプログラムを
切り換え、DSP4またはFPGA5で実行することに
よって、様々な変調方式に適応的に対応することが可能
になる。
信システムにおいては、書換可能な記憶装置3を書き換
えるとともに、FPGA5にこの高速な信号処理に必要
なプログラムを追加して処理を行う。このとき、必要な
部分だけを接続するように、変更可能な配線11を書き
換える。
システムのためのプログラムや、既存の無線通信システ
ムに新しい機能を追加するために更新されたプログラム
の規模が拡大し、より大きなメモリが必要になる場合
に、メモリ機能を書き加えることによって、メモリとし
て動作させるというような使い方も考えられる。このよ
うな場合、従来の無線機であれば接続配線が固定である
ため、メモリのI/Oポートと接続ができずにこのよう
な方法を採ることは不可能である。これに対して、本実
施形態のソフトウェア無線機であれば、変更可能な配線
11が、例えばFPGAのような書換可能なデバイスで
構成されるため、このような場合でも新しく配線を追加
しFPGA5に書き加えたメモリのI/Oと接続するこ
とが可能である。
ェア無線機に適用される無線信号処理装置20の他の構
成例を示す。
専用IC14を付加したものであり、それ以外は図1の
無線信号処理装置と同様である。
DSP4およびFPGA5と並列に、変更可能な配線1
1によって接続されている。専用IC14は、例えばF
FT(Fast Fourier Transform
ation;高速フーリエ変換)等といったDSP4お
よびFPGA5では処理速度が不足するような高速な処
理、もしくは複数の無線通信システムで共通に使用され
る処理、例えばフィルタ機能、周波数変換機能、直交変
復調機能等を行うためのものである。専用IC14は、
実行する処理に対して最適な設計がされているため、処
理の高速化が見込める。また、直交変復調機能等の高速
ではないが複数の無線通信システムで共通にすることが
できる処理であれば、専用IC14で実行することによ
り低消費電力化を図ることができる。
置3に記録されている動作に必要なプログラムをロード
し実行する点はDSP4と同様である。
線信号処理装置を適用したソフトウェア無線機)におけ
るデータ入出力形態について説明する。
ーフェイス9にA/D,D/A変換器15を接続し、こ
れにマイク16およびスピーカ17を接続したものであ
る。ここで、A/D,D/A変換器15とI/Oインタ
ーフェイス9との間にコーデック機能を入れることでデ
ジタル変調に対応でき、音声通話が可能になる。
ーフェイス9にネットワークI/O18を接続したもの
である。このネットワークI/O18は、例えばシリア
ル接続用I/O(RS−232C、USB、IEEE1
394等)、PCカードI/O、イーサネットI/Oや
赤外線通信、電話回線に接続可能なモデム等である。こ
れにより、パソコン、PDA等の情報処理端末、他の無
線機、公衆回線網等とのデータ通信が可能となる。
ソフトウェア無線機についてより詳細な具体例を用いて
説明する。
変復調器を形成し、FPGA5でフィルタ部を形成する
場合を例にとって説明する。
示す。
よび周波変換処理等を行うことによって、アンテナから
RF波を受信してA/D,D/A変換部1に信号を供給
し、またA/D,D/A変換部1からの信号をRF波と
してアンテナより送信する。
らの信号をアナログ−ディジタル変換処理を施して、デ
ィジタル直交変復調器(31,32)に供給し、このデ
ィジタル直交変復調器からの信号をディジタル−アナロ
グ変換処理を施して無線部12へと供給する。ディジタ
ル直交変復調器は、乗算器32と発振器31を備え、フ
ィルタ部(33)を通して、復調部22および変調部2
3へと接続される。ディジタル直交変復調器、フィルタ
部、復調部22、変調部23によって、変復調処理が行
われる。TDMA制御部24は、ディジタル信号処理を
行い、コーデック部25へと接続する。
復号化を行い、A/D,D/A変換器15を通してスピ
ーカ17へと音声信号を供給し、マイク16からA/
D,D/A変換器15を通して音声信号を受け取る。
形態の無線信号処理装置を用いて実現する場合、例え
ば、ディジタル直交変復調器を専用IC14で形成し、
フィルタ部をFPGA5で形成し、復調部22と変調部
23とTDMA制御部24とコーデック部25をDSP
4で実現し、また、必要に応じて変更可能な配線11を
適宜設定する。なお、例えばTDMA制御部24はCP
U7で実現してもよく、他の機能ブロックに関しても上
記の割り当て方式に限定されるものではない。
無線信号処理装置において実現する場合について、その
「変更可能な配線」(11)を中心に説明する。
の無線信号処理装置において実現する場合の配線例を示
す。
は、ビット幅固定のバス26に接続されるが、バス26
を持たず、変更可能な配線11に接続する形態も考えら
れる。バス26にはPCIバス、ISAバスなどの汎用
のバスを用いてもよい。バス26から無線部12および
A/D,D/A変換部1には制御配線が接続され、A/
D,D/A変換器15と専用IC14、専用IC14と
FPGA5、FPGA5とDSP4にはそれぞれ信号の
入出力配線が接続される。DSP4はさらにバス26と
の入出力および音声用のA/D,D/A変換器15との
入出力制御を行うI/Oインターフェイス9との接続の
ための配線が行われる。これらの配線の全部または一部
を変更可能な配線11によって行う。
施形態のソフトウェア無線機における配線図である。
(11)は、A/D,D/A変換部1、専用IC14、
FPGA5、DSP4、バス26、A/D,D/A変換
器15と複数の配線によって接続されている。変更可能
な配線11の内部の配線を例えばFPGA等のプログラ
ムによって図8に示すように書き換えることによって、
図7の斜線にて示されるような接続がおこなわれる。す
なわち、この場合は、変更可能な配線11の内部配線
は、A/D,D/A変換部1との固定配線と専用IC1
4との固定配線、専用IC14との固定配線とFPGA
5との固定配線、FPGA5との固定配線とDSP4と
の固定配線が相互に接続するように書き込まれている。
の部分については、DSP、FPGA、専用ICを備え
た例を挙げたが、それらの素子は全てが必須というわけ
ではなく、適宜備えればよいものである。もちろん、D
SP、FPGA、専用IC以外の素子を備えても構わな
い。
るものではなく、その技術的範囲において種々変形して
実施することができる。
の無線通信システムに容易に対応させることができる。
また、さまざまな無線通信システムに対応するためのハ
ードウェア的な変更を行う際に、変更可能な配線のプロ
グラムを書き換えることによって、デバイス間の配線を
容易に変更させることができる。
の無線信号処理装置の構成例を示す図
を示す図
号処理装置の他の構成例を示す図
入出力形態の一例を示す図
入出力形態の他の例を示す図
細な内部構成例を示す図
Claims (5)
- 【請求項1】A/DおよびD/A変換器、該A/Dおよ
びD/A変換器のデータを一時的に蓄積する第1のメモ
リ、無線機の所定の動作をソフトウェアによって記述さ
れたプログラムに基づいて処理するDSP、無線機の所
定の動作をハードウェア記述言語で記述されたプログラ
ムに基づいてハードウェア的に処理するFPGA、該D
SPおよびFPGAのソフトウェアを保持する書換可能
な第1の記憶装置、入出力制御装置、I/Oインターフ
ェイス、自装置全体を制御するソフトウェアを実行する
CPU、該CPUのソフトウェアを記憶する第2の記憶
装置、該CPUによって処理されるデータを一時的に蓄
積する第2のメモリを含む無線装置であって、 前記A/DおよびD/A変換器、前記第1のメモリ、前
記DSP、前記FPGA、前記第1の記憶装置、前記入
出力制御装置、前記I/Oインターフェイス、前記CP
U、前記第2の記憶装置、および前記第2のメモリのう
ちの少なくとも一部の素子間の接続をFPGAによって
行うことを特徴とする無線装置。 - 【請求項2】無線機の動作をハードウェア的に処理する
専用ICをさらに備え、 前記専用ICと他の素子との間の接続も、前記FPGA
によって行うことを特徴とする請求項1に記載の無線装
置。 - 【請求項3】前記入出力制御装置は、アナログ回路から
なる無線手段を制御することを特徴とする請求項1に記
載の無線装置。 - 【請求項4】前記I/Oインターフェイスの出力にスピ
ーカが接続されたD/A変換器を接続し、前記I/Oイ
ンターフェイスの入力にマイクが接続されたA/D変換
器を接続し、音声通話を可能とすることを特徴とする請
求項1に記載の無線装置。 - 【請求項5】前記I/Oインターフェイスにネットワー
クI/O装置を接続し、データ通信を可能とすることを
特徴とする請求項1に記載の無線装置。
Priority Applications (1)
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