JP3700933B2 - 受信機および通信端末 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の通信方式に適宜対応するマルチモードの受信機および通信端末に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ゼロIF(Zero IF)受信機(以下、ZIF受信機という)や、スーパーヘテロダイン受信機の中間周波数を極低周波に設定したローIF(Low IF)受信機(以下、LIF受信機という)の開発が盛んに行われている。ZIF受信機やLIF受信機においては、SAWフィルタやセラミックフィルタ等のディスクリート素子で構成されていたチャネル選択フィルタをICチップ上に構成することによって、内蔵の容易さ、端末の小型化およびローコスト化を実現することができる。
【0003】
また、近年、PDCとPHS、IS95とAMPS等の異なる通信方式を同一の端末で送受信可能なマルチモード受信機が求められている。以下、従来のマルチモードタイプの受信機について説明する。一般に、GSMやPDC、PHS等のTDMA方式の無線システムにおいて、受信機は消費電流を低減するために間欠動作する。一方、W−CDMA、IS95等のCDMA方式やAMPS等のアナログ方式の無線システムでは、通信中は連続受信動作する。
【0004】
まず、従来のZIF受信機について、図23を参照して説明する。アンテナ101で受信した無線信号は、高周波フィルタ102で受信周波数帯域以外の信号を減衰させ、高周波アンプ103で増幅される。次に、直交ミキサ104で、受信周波数とほぼ同じ周波数の一対の直交した局部発振信号を出力する局部発振部105の出力信号と高周波アンプ103で増幅された信号とをミキシングすることにより、直交関係にあるベースバンドのI信号,Q信号が生成される。次に、I,Q信号のチャネル選択フィルタ107a,107bで帯域を制限することにより不要波を除去した後、可変利得アンプ108a、107bで所望のレベルにまで増幅し、復号化部110で復号する。
【0005】
このZIF受信機では、ベースバンドのオフセット電圧により受信感度が劣化する。オフセット電圧は、回路構成素子の不整合性や局部発振部105の出力と直交ミキサ104の高周波信号入力に漏洩した局部発振信号とが直交ミキサ104で自己混合した結果生じる。図23に示したZIF受信機では、各回路ブロック間に第1の容量結合106や第2の結合容量109等によるHPF(High Pass Filter)を設けることによって、ベースバンドに生じるオフセット電圧除去していた。
【0006】
TDMA方式では該当スロットのみを受信する間欠受信動作を行うため、受信機を高速に起動させて受信動作に移行しなければならないが、オフセット電圧の除去に容量結合を用いた場合、図24に示すように、HPFのカットオフ周波数は起動時に直流バイアス電圧変動121が生じるため、受信機安定までのバイアス電圧安定時間122の時定数が起動時間を著しく長してしまう。また、HPFによってI,Q信号の低域成分が減衰したり群遅延時間が変動することによって、受信特性が劣化する恐れがある。
【0007】
オフセット電圧を除去するための手段は、特開平7−111471号公報にも記載されている。当該公報に記載されているオフセット電圧除去回路の概略を図25に示す。なお、受信機の基本的な構成は図23と同様であるため説明を省略する。図25において、復号化部110に含まれているADC(ADコンバータ)110a,110bとオフセット電圧検出部110cとによりI,Q成分のオフセット電圧を検出し、加算器111a,111b,110d,110eに負帰還をかけることによってオフセット電圧を除去している。この構成では特別にオフセット電圧除去回路が必要であり、オフセット電圧を微弱な受信信号振幅に対して十分に小さい値に調整する必要があるため、容易に実現するのは極めて難しい。また、通常の受信動作以外にオフセット電圧の検出・補正を行う時間が必要であるため受信機の動作時間が長くなり、電池使用時間が短くなる。
【0008】
次に、従来のLIF受信機について、図26を参照して説明する。なお、同図において、図24(従来のZIF受信機)と重複する部分には同一の符号が付されている。アンテナ101で受信した無線信号は、高周波フィルタ102で受信周波数帯域以外の信号を減衰させ、高周波アンプ103で増幅される。次に、直交ミキサ104で、無線信号から周波数をオフセットした一対の直交した局部発振信号を出力する局部発振部105の出力信号と高周波アンプ103で増幅された信号とをミキシングすることにより、直交関係にあるI,Q成分の中間周波(IF)信号に変換する。I,Q信号のチャネル選択フィルタ107a,107bで帯域を制限することにより不要波を除去した後、可変利得アンプ108a、108bで所望のレベルにまで増幅する。
【0009】
このLIF受信機では、低いIF周波数に変換するため、チャネル選択フィルタ107a,107bや可変利得アンプ108a,108bで生じるオフセット電圧は容量結合によるHPFで除去できる。つまり、チャネル選択フィルタ107a,107bはBPF(Band Pass Filter)で良い。次に、第2の直交ミキサ112で、中間周波数とほぼ同じ周波数で一対の直交した局部発信信号を出力する第2の局部発振部113の出力信号とIF信号とをミキシングすることにより、直交関係にあるベースバンドのI信号,Q信号が生成される。次に、第2のチャネル選択フィルタ114a,114bで不要波を除去する。図26に示したLIF受信機はウエーバー型イメージ除去ミキサであり、第2のチャネル選択フィルタ114a,114bでイメージ信号が除去され、復号化部110で復号する。
【0010】
上記説明した従来のLIF受信機における中間周波数の設定例を図27に示す。符号131は高周波帯域における信号の配置であり、符号133は中間周波帯域における信号の配置である。受信希望波131aに対し妨害波となる近接信号波131b,c,d,e,fがある場合、図26に示した第1の局部発振部105の出力周波数が1/2チャネル間隔となるように第1の局部発振周波数132を設定すると、中間周波帯133には受信希望波133aおよび近接信号波133b,c,d,e,fが配置される。なお、近接信号波133cはイメージ信号となる。
【0011】
中間周波を用いた受信方式では、イメージ信号が必ず存在することは周知である。TDMA方式を用いたセルラー電話の場合、例えばPDC、PHSで使用される周波数は、妨害となる隣接信号波が次隣接チャネル周波数以上離れるようにプランニングされている。また、GSMでは、隣接チャネル周波数を使用するが妨害耐性である規格は緩和されていることから、図27に示すように、チャネル間隔の1/2となる周波数を中間周波数とすることが望ましい。具体的に、PDCではIF=12.5KHz、PHSではIF=150kHz、GSMではIF=100kHzとなる。
【0012】
したがって、イメージ除去ミキサを用いてイメージ周波数にあたる隣接チャネル帯域の信号を抑圧する。上述したように、TDMA方式を用いたセルラー電話では、隣接チャネル周波数を使用しないか若しくは妨害に対する規格が緩和されていることから、イメージ除去ミキサにおいては、イメージ信号を30dB程度であれば容易に除去できるため十分な隣接信号波耐妨害特性を確保することができる。一方、CDMA方式では隣接チャネル周波数を用いるため、イメージ除去ミキサだけで60dB以上の抑圧が必要となる。イメージ除去量はI,Q間の位相の直交性と振幅の一致性によって決定され、60dB以上のイメージ除去特性を得るためには、I,Q間の直交位相誤差は0.1度以下、I,Q間の振幅誤差は0.1dB以下に抑える必要があるため、実現するのは大変困難である。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、複数の通信方式に対応したマルチモードの受信機を構成する場合は、以下に示す問題点があった。まず、GSMやPDC、PHS等のTDMA方式にZIF受信機を用いると、当該受信機ではオフセット電圧の除去のためにブロック間を容量結合しているため、端末の高速な起動が困難であるという問題点があった。また、調整機能を簡単な回路構成で実現することが難しいという問題点もあった。一方、IS−95やW−CDMA等のCDMA方式にLIF受信機を用いると、隣接チャネル妨害特性を確保するためのイメージ除去ミキサを簡単に実現することが難しいという問題点があった。このように、TDMA方式およびCDMA方式の双方に対応する受信機をZIF受信機またはLIF受信機のいずれか一方とすると、所望の特性が得られないという問題点があった。
【0014】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、複数の通信方式に適宜対応可能な受信機および通信端末を提供することを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る受信機は、TDMA方式およびCDMA方式双方の通信方式に対応する受信機であって、所定周波数の信号によって受信信号を直交変換する第1の直交ミキサ部と、直交変換された信号を復号化する復号化部と、通信方式がTDMA方式のときとCDMA方式のときとで、前記第1の直交ミキサ部から前記復号化部までの信号経路を切り替える切替スイッチ部と、第1の直交ミキサ部で直交変換された信号を直交変換する第2の直交ミキサ部と、を備え、通信方式がTDMA方式のとき、前記第1の直交ミキサ部は、受信信号に対してオフセットされた周波数の信号で前記受信信号を直交変換し、前記切替スイッチ部は、前記第1の直交ミキサ部で直交変換された信号が前記第2の直交ミキサ部を介して前記復号化部に入力される信号経路を選択し、通信方式がCDMA方式のとき、前記第1の直交ミキサ部は、受信信号と同じ周波数の信号で前記受信信号を直交変換し、前記切替スイッチ部は、前記第1の直交ミキサ部で直交変換された信号が前記第2の直交ミキサ部を介さず前記復号化部に入力される信号経路を選択する。
【0016】
また、本発明に係る受信機は、前記復号化部は、TDMA方式の信号を復号化するTDMA復号部と、CDMA方式の信号を復号化するCDMA復号部と、を有し、通信方式がTDMA方式のときは前記TDMA復号部を用いて復号化し、CDMA方式のときは前記CDMA復号部を用いて復号化する。
【0017】
また、本発明に係る受信機は、前記第1の直交ミキサ部で直交変換された信号を帯域制限する第1のフィルタ部と、前記第1のフィルタ部で帯域制限された前記第1の直交ミキサ部または前記第2の直交ミキサ部で直交変換された信号を帯域制限する第2のフィルタ部と、通信方式に応じて、前記第1のフィルタ部および前記第2のフィルタ部の設定を変更するフィルタ設定変更部と、受信信号を増幅する高周波アンプ部と、前記第1のフィルタ部で帯域制限された信号を所定の振幅レベルに調整する可変利得アンプ部と、前記復号化部に入力された信号の振幅に応じて、前記可変利得アンプ部の利得または前記高周波アンプ部および前記可変利得アンプ部の利得を変更する利得変更部とを備えたものである。
【0018】
また、本発明に係る受信機は、前記第1のフィルタ部および前記第2のフィルタ部の設定は、各フィルタ部の周波数特性およびQ値である。
【0019】
さらに、本発明に係る通信端末は、請求項1、2、3または4記載の受信機を備えたものである。
【0020】
したがって、特別なオフセット電圧除去回路を備える必要なく、複数の通信方式(TDMA方式およびCDMA方式)に適宜対応可能なマルチモードの受信機および通信端末を提供することができる。また、同一の構成でいずれか一方の通信方式に対応した受信機および通信端末を提供することもできる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の受信機の実施形態について、〔第1の実施形態〕、〔第2の実施形態〕、〔第3の実施形態〕、〔第4の実施形態〕の順に図面を参照して詳細に説明する。
【0022】
〔第1の実施形態〕
図1は、本発明の第1の実施形態に係る受信機を示す構成図である。同図において、本実施形態の受信機は、アンテナ部1と、高周波フィルタ部2と、高周波アンプ部3と、第1の直交ミキサ部4と、第1の局部発振部5と、特許請求の範囲の第1のフィルタ部に該当する第1のチャネル選択フィルタ部6と、可変利得アンプ部7と、第2の直交ミキサ部8と、第2の局部発振部9と、切替スイッチ部10と、第2のフィルタ部に該当する第2のチャネル選択フィルタ部11と、復号化部12とを備えて構成されている。
【0023】
以下、本実施形態の受信機が有する各構成要素について説明する。なお、各構成要素は1つまたは複数の集積回路によって構成される。まず、アンテナ部1は、異なる周波数の無線信号をそれぞれ受信するものであり、アンテナ1a,1b,1cを備えて構成されている。また、高周波フィルタ部2は、アンテナ部1で受信した無線信号から必要帯域以外を減衰させるものであり、各アンテナ出力に接続された高周波フィルタ2a,2b,2cを備えて構成されている。また、高周波アンプ部3は、高周波フィルタ部2の出力を増幅するものであり、可変利得の機能を有する。
【0024】
また、第1の直交ミキサ部4は、高周波アンプ部3の出力を直交するI,Q信号に変換するものであり、第1のI信号ミキサ4aと第1のQ信号ミキサ4bとを備えて構成されている。また、第1の局部発振部5は、第1の直交ミキサ部4に必要な一対の直交したローカル信号を出力するものであり、第1の発振器5aと第1の90度移相器5bとを備えて構成されている。また、第1のチャネル選択フィルタ部6は、第1の直交ミキサ4の出力信号であるI,Q信号を帯域制限することにより自己チャネル信号を選択するものであり、第1のI信号チャネル選択フィルタ6aと第1のQ信号チャネル選択フィルタ6bとを備えて構成されている。なお、第1のチャネル選択フィルタ部6はLPF(Low Pass Filter)であり、信号処理の障害となるオフセット電圧が含まれているが、オフセット電圧はHPFにより除去されるため、第1のチャネル選択フィルタ部6は結果的にBPFとなる。なお、第1のチャネル選択フィルタ部6は帯域可変フィルタである。
【0025】
また、可変利得アンプ部7は、第1のチャネル選択フィルタ部6から出力される信号の振幅を予め設定された振幅に調整するものであり、I信号可変利得アンプ7aとQ信号可変利得アンプ7bとを備えて構成されている。また、第2の直交ミキサ部8は、LIF受信機モード時に可変利得アンプ部7から出力されたI,Qベースバンド信号を得るものであり、4つのミキサ8a〜8dと加算器8eと減算器8fとを備えて構成されている。また、第2の局部発振部9は、第2の直交ミキサ部8に必要な一対の直交したローカル信号を出力するものであり、第2の発振器9aと第2の90度移相器9bとを備えて構成されている。
【0026】
また、切替スイッチ部10は、可変利得アンプ部7からのI,Q信号または第2の直交ミキサ部8からのI,Q信号のいずれかを選択するものであり、I信号切替スイッチ10aとQ信号切替スイッチ10bとを備えて構成されている。また、第2のチャネル選択フィルタ部11は、切替スイッチ部10のI,Q信号それぞれを帯域制限するLPFであり、第2のI信号チャネル選択フィルタ11aと第2のQ信号チャネル選択フィルタ11bとを備えて構成されている。なお、第2のチャネル選択フィルタ11は帯域可変フィルタである。
【0027】
また、復号化部12は、第2のチャネル選択フィルタ部11に接続されており、I信号ADコンバータ12aと、Q信号ADコンバータ12bと、RSSI(Received Signal Strength Indicator)12cと、AGC(自動利得制御部)12dと、CDMA復号部12eと、TDMA復号部12fと、受信機モード設定部12gとを備えて構成されている。I信号ADコンバータ12aおよびQ信号ADコンバータ12bは、それぞれ第2のチャネル選択フィルタ部11から出力されたI信号およびQ信号をAD変換するものである。また、RSSI12cは、I信号ADコンバータ12aおよびQ信号ADコンバータ12bの出力から信号振幅を得るものである。また、AGC12dは、RSSI12cで得られた信号振幅に応じて、高周波アンプ部3および可変利得アンプ部7の利得を制御するものである。また、CDMA復号部12eは、W−CDMA等のCDMA方式の信号を復号化するものである。また、TDMA復号部12fは、GSM等のTDMA方式の信号を復号化するものである。また、受信機モード設定部12gは、通信方式(CDMA方式またはTDMA方式)に適応した設定を第1のチャネル選択フィルタ部6および第2のチャネル選択フィルタ部11に対して行い、高周波アンプ部3、切替スイッチ部10およびCDMA復号部12eとTDMA復号部12fとを切り替えるスイッチに対して制御を行うものである。
【0028】
次に、図1に示した受信機の信号の流れについて説明する。まず、アンテナ部1によって受信された無線信号を、高周波フィルタ部2において受信無線帯以外を減衰し、高周波アンプ部3で振幅を増幅し、第1の直交ミキサ部4においてI,Q信号に変換する。次に、第1のチャネル選択フィルタ部6においてI,Q信号に対して帯域を制限し、可変利得アンプ部7では予め設定された振幅に調整する。なお、可変利得アンプ部7でのオフセット電圧はHPFで除去される。
【0029】
次に、通信方式(CDMA方式またはTDMA方式)に応じて、切替スイッチ部10が切り替る。切替スイッチ部10は、CDMA信号受信時は可変利得アンプ部7の出力信号を選択し、TDMA信号受信時は第2の直交ミキサ部8の出力信号を選択する。すなわち、CDMA方式では本実施形態の受信機がZIF(Zero IF)受信機モードに設定されるため、可変利得アンプ部7から出力されたI,Q信号はベースバンド信号として第2のチャネル選択フィルタ部11を介して復号化部12に入力される。一方、TDMA方式では本実施形態の受信機がLIF(Low IF)受信機モードに設定されるため、IF(Interference Frequency)信号としての可変利得アンプ部7から出力されたI,Q信号はIF信号として第2の直交ミキサ部8に入力されてベースバンド信号に変換され、第2のチャネル選択フィルタ部11を介して復号化部12に入力される。なお、第2のチャネル選択フィルタ部11は、第1のチャネル選択フィルタ部6で不足している減衰量を補う。
【0030】
復号化部12は、ベースバンド信号のI成分をI信号ADコンバータ12aでデジタル変換し、Q成分をQ信号ADコンバータ12bでデジタル変換する。次に、RSSI12cにおいて各成分の振幅を算出し、AGC12dは、RSSI12cの出力が予め設定された値になるよう高周波アンプ部3および可変利得アンプ部7の利得を制御する。また、I信号ADコンバータ12aおよびQ信号ADコンバータ12bでデジタル変換された信号は、指定された通信方式に従ってCDMA復号部12eまたはTDMA復号部12fで復号化される。
【0031】
次に、LIF受信機とZIF受信機の基本的な動作について、図2および図3を参照して説明する。図2は本実施形態の受信機のLIF受信機モードにおける構成を示す構成図であり、図3は本実施形態の受信機のZIF受信機モードにおける構成を示す構成図である。但し、これらの図において図1と重複する部分には同一の符号が付されている。
【0032】
まず、図2を参照して、LIF受信機モードの受信機における信号の流れについて説明する。まず、アンテナ1で受信した高周波信号を高周波フィルタ部2で受信無線帯域以外を減衰させ、高周波アンプ部3で増幅し、第1の直交ミキサ部4で受信信号周波数からチャネル間隔の1/2に相当する周波数だけ離調した(オフセットした)一対の直交した第1の局部発振部5の出力信号によりミキシングすることにより、直交したI,Q成分のIF信号を出力する。次に、第1のチャネル選択フィルタ部6で帯域制限し、可変利得アンプ部7で信号を増幅または減衰し、予め設定された振幅に調整する。切替スイッチ部10は第2の直交ミキサ部8を選択しているため、可変利得アンプ部7の出力信号は第2の直交ミキサ部8に入力され、中間周波数とほぼ同じ周波数である一対の直交した第2の局部発振部9の出力とミキシングし、I,Q成分のIF信号をベースバンド信号に変換する。第2の直交ミキサ8から出力されたI,Q成分のベースバンド信号は、切替スイッチ部10を介して第2のチャネル選択フィルタ部11に入力され、ここで帯域制限された後、復号化部12に入力される。
【0033】
次に、図3を参照してZIF受信機モードの受信機における信号の流れについて説明する。まず、アンテナ部1で受信した高周波信号を高周波フィルタ部2で受信無線帯域以外を減衰させ、高周波アンプ部3で増幅し、第1の直交ミキサ4で受信周波数とほぼ同じ周波数の一対の直交した第1の局部発振部5の出力信号によりミキシングすることにより、直交したI,Q成分のベースバンド信号を出力する。次に、第1のチャネル選択フィルタ6で帯域制限し、可変利得アンプ部7で信号を増幅または減衰し、予め設定された振幅に調整する。切替スイッチ部10は可変利得アンプ部7を選択しており、可変利得アンプ7の出力信号は切替スイッチ部10を介してそのまま第2のチャネル選択フィルタ部11に入力されるため、ここで帯域制限された後、復号化部12に入力される。
【0034】
以上説明したLIF受信機モードとZIF受信機モードとでは信号の流れが異なるが、図1〜図3に示したように、受信機の構成としては、アンテナ部1、高周波フィルタ部2、高周波アンプ部3、第1の直交ミキサ部4および可変利得アンプ部7は同じ機能ブロックであり、第1の局部発振部5、第1のチャネル選択フィルタ部6および第2のチャネル選択フィルタ部11は周波数関係が異なるだけで同じ機能ブロックにより実現される。要するに、構成上はZIF受信機モードに対しLIF受信機モードの受信機は、第2の直交ミキサ部8と第2の局部発振部9とが加わっただけである。
【0035】
次に、ZIF受信機モードとLIF受信機モードの各受信機モードの使い分けについて、デジタル通信方式を例に具体的に説明する。現在使用されているデジタル通信方式はTDMA方式とCDMA方式とに大別される。従来技術でも説明したように、ZIF受信機はベースバンド部で生じるオフセット電圧を除去する必要がある。このオフセット電圧を除去する手段として最も容易な方法は、図23に示したように、回路ブロック間を容量結合することであるが、この場合、HPF特性を持つため受信感度特性に影響しないようカットオフ周波数を設定すると時定数が非常に長くなる。
【0036】
TDMA方式の例として、GSMのフレーム構成の概略を図4に示す。GSMはTDMA/FDD方式であるため、ここでは同図に示す受信スロット15aについて説明する。通常、モニタスロットを受信し、これが指定するスロットのみを受信する。GSMでは、1フレームが4.615m秒であり、1スロットが577μ秒であり、1フレームが8スロットで構成されるため、間欠受信動作15bのように自局に必要なスロットのみを間欠的に受信動作することになる。間欠受信動作は、消費電流を低減するために不可欠な方法である。しかしながら、図23に示した構成では、受信機を起動し受信可能となるバイアス電圧安定状態までに必要な時間は図24に示した関係となるため、間欠受信動作に支障が生じる。したがって、ZIF受信機モードはTDMA方式に適していない。
【0037】
しかしながら、LIF受信機モードにおいては、一旦1/2チャネル間隔に相当する中間周波数に変換されるため、オフセット電圧除去するHPFを配置してもZIF受信機モードの場合と比較してカットオフ周波数を高く設定でき、起動時間を高速化しやすい。したがって、LIF受信機モードはTDMA方式に適している。
【0038】
次に、CDMA方式の例として、W−CDMAのフレーム構成の概略を図5に示す。W−CDMAはCDMA/FDD方式であるため、ここでは同図に示す受信フレーム16aについて説明する。W−CDMAでは、1フレームが10m秒であり、通信中は基本的に基地局から指定された伝送スピードで連続受信するため、受信動作16bに示すように間欠受信は行わず、かつ、信号帯域が広い。したがって、回路ブロック間のオフセット除去に容量結合によるHPFを用いてもカットオフ周波数をある程度高く設定することができるため、図23に示すように、回路ブロック間を容量結合しても起動時間を短縮することができる。したがって、ZIF受信機モードはCDMA方式に適している。
【0039】
このように、CDMA方式ではZIF受信機モードに設定し、TDMA方式ではLIF受信機モードに設定することが適当である。
【0040】
次に、ZIF受信機モードとLIF受信機モードとを切り替える際に設定を変更する必要のある第1の局部発振部5、第1のチャネル選択フィルタ部6、第2の直交ミキサ部8、第2の局部発振部9および第2のチャネル選択フィルタ部11の各設定について説明する。LIF受信機モードはGSMを例に、ZIF受信機モードはW−CDMAを例に具体的に説明する。
【0041】
まず、LIF受信機モードに切り替えた場合、すなわちTDMA方式の受信について図2を参照して説明する。第1の局部発振部5の出力周波数は、受信周波数から1/2チャネル間隔離調した(オフセットした)周波数とする。第1のチャンネル選択フィルタ部6の具体的な例が「2000 IEEE Radio Frequency Integrated Circuit Symposium MOM3B-3 A LOW IF POLYPHASE Receiver for GSM using log domain signal processing」で発表されているように、隣接チャネル妨害信号を減衰させるため、第1のチャネル選択フィルタ部6の高域周波数のカットオフ周波数は180kHz程度であり、低域側周波数は10kHz程度である。
【0042】
また、第2の直交ミキサ部8は動作状態とし、切替スイッチ部10は第2の直交ミキサ部8側を通過させるように設定されている。このとき、第2の局部発振部9の出力周波数は、1/2チャネル間隔離調周波数とほぼ同一の周波数である100kHzとなり、GSMの基準信号として用いられる26MHzの場合、図6に示すように260分周で得ることができる。なお、第2のチャネル選択フィルタ部11は、第1のチャネル選択フィルタ部6で不足している減衰量を確保する。
【0043】
一方、ZIF受信機モードに切り替えた場合、すなわちCDMA方式の受信について図3を参照して説明する。第1の局部発振部5の出力周波数は受信周波数とほぼ同一に設定され、第2の直交ミキサ部8および第2の局部発振部9は動作を停止し、切替スイッチ部10は可変利得アンプ部7の出力信号を通過させるように設定する。第1のチャネル選択フィルタ部6および第2のチャネル選択フィルタ部11の総合特性は、W−CDMAの伝送スピードである3.84Mcpsのベースバンド信号を通過させ、かつ隣接チャネル信号帯域をろ波できる程度の広帯域LPFとなり、「2000 IEEE Radio Frequency Integrated Circuit Symposium MOM3B-2 Analog baseband IC for use in direct conversion WCDMA receiver.」に具体的な例が発表されており、そこでは約2MHz程度である。HPFは受信特性に影響を与えない程度のカットオフ周波数20KHz程度のHPFが適当とされている。
【0044】
次に、LIF受信機とZIF受信機を両立させるための各ブロックにおける特性切り替えについて具体的な例を示す。第1のチャネル選択フィルタ部6および第2のチャネル選択フィルタ部11をgm−Cフィルタで構成することにより、簡単に周波数を可変することができる。通常、チャネル選択フィルタn(1,2,3…)はLPFとHPFとを組み合わせて構成する。ここでは、2次LPFと1次HPFを例に説明する。
【0045】
まず、LPFの構成例として図7に2次バイカッドLPFを示し、その伝達関数H(s)と角周波数ωとQとを以下に示す。なお、同図に示す2次バイカッドLPF(gm−Cフィルタ)は、gm1,gm2、C1およびC2から構成される。
【0046】
【数1】
【0047】
次に、フィルタを構成するgmアンプを図8に示し、gm値を以下に示す。なお、gmアンプは電流源25,26と差動対27とから構成される。下記式において、Vtは熱電圧、Ioはgmアンプの動作電流である。
【0048】
【数2】
【0049】
上記式の関係から、LPFのカットオフ周波数とQ値は、図7に示したgmアンプ1のgm1とgmアンプ2のgm2とによって制御できることが判る。また、gmはgmアンプの動作電流Ioにより制御できることから、各gmアンプの動作電流を制御することによってフィルタのカットオフ周波数とQ値とを変えて、LIF受信機モードおよびZIF受信機モードの各受信機モードに対して設定可能である。
【0050】
また、周波数特性の設定は、gmアンプの動作電流値を図9に示すDAコンバータによって可変とすることにより実現できる。同図に示すDAコンバータは、差動対トランジスタ28と、可変電流電流源29,30,33と、電流制御スイッチ31と、制御信号のシリアル/パラレル変換部32とによって構成される。また、各無線システムおよび各受信機モードの設定を固有の標準値として設定情報をROMやRAM等の記憶回路に設定しておき、必要に応じて読み出し、DAコンバータを制御して設定を行う。このとき、可変電流電流源29,30,33がDAコンバータとして機能する。
【0051】
さらに、回路素子ばらつきによる周波数特性のばらつきが生じている場合は、図10のフローチャートに示すように、工場での調整時にGSM,W−CDMAそれぞれの受信状態でチャネル選択フィルタの周波数特性の予め設定された基準値から誤差を検出し、周波数特性を補正できるようにgmアンプの制御用の設定情報である各初期値を調整後の補正値を標準値に置き換えることによってフィルタの周波数ばらつきを吸収する。
【0052】
次に、HPFの構成例として図11に1次HPFを示し、その伝達関数H(s)と角周波数ωとを示す。なお、同図に示す1次HPFはgm3およびC3から構成される。
【0053】
【数3】
【0054】
上述した図7の2次バイカッドLPFと同様に、gmアンプを電流で制御することでカットオフ周波数を可変し、LIF受信機モードとZIF受信機モードの双方に設定可能である。また、HPFもLPF同様に、各無線システムおよび受信機モードの設定を固有の標準値として設定情報をROMやRAM等の記憶回路に設定しておき、必要に応じ読み出し、DAコンバータを制御して設定を行う。また、図10のフローチャートに示す方法と同様に、周波数特性を補正できるようにgmアンプの制御用の設定情報である各初期値を調整後の補正値を標準値に置き換えることによってフィルタの周波数ばらつきを吸収する。なお、上記説明ではgm−Cフィルタで説明したが、周波数特性を変更できれば如何なる構成であっても構わない。
【0055】
次に、高周波アンプ部3の構成例について、図12および図13を参照して説明する。GSM方式では現在900MHz帯および1.8GHz帯が主に使われている。また、W−CDMA方式では2GHz帯が主に用いられている。したがって、図12に示すように、各周波数帯の高周波アンプ3a,3b,3cを配置することによって対応できる。また、可変利得アンプとする場合は、900MHz帯の高周波アンプ3aを例とすると、図13に示すように、高周波アンプ3dおよび減衰器3eを付加して、高周波アンプ3fとバイアス制御スイッチ3gをバイアス制御3hで切り替えて使用することで実現できる。図13では可変利得はステップ式の2値で説明したが、多値および連続可変式であっても良い。また、各周波数帯も同様の構成で良い。
【0056】
次に、第1の局部発振部5について、図14を参照して説明する。第1の発振器5aは周波数シンセサイザであり、移相器5bは第1の2分周器5cと第2の2分周器5dとから構成される。なお、分周器はECL型のT−FFであり、2分周と同時に直交位相信号を出力する。
【0057】
第1の発振器5aは3.6GHzから4GHz程度を出力できる場合、900MHz帯に関しては第1の発振器5aの出力の3.6GHzを第1の分周器5cと第2の分周器5dで4分周すると共に直交位相出力5eを得る。1.8GHz帯は、第1の発振器5aの出力の3.6GHzを第1の分周器5cで2分周すると共に直交位相出力5fを得る。2GHz帯も同様に、第1の発振器5aの出力の4GHzを第1の分周器5cで2分周すると共に直交位相出力5fを得る。
【0058】
次に、第1の直交ミキサ部4の周波数帯選択方法について、図15および図16を参照して説明する。周波数帯の選択は図15で実現できる。高周波アンプ部3から入力される周波数は900MHz帯、1.8GHz帯、2GHz帯であり、第1の局部発振部5も各受信周波数帯に対応した900MHz帯、1.8GHz帯、2GHz帯である。高周波アンプ部3と第1の局部発振部5の出力を高周波スイッチ4c,4d,4eによって選択し、必要な周波数の設定を行う。
【0059】
高周波スイッチ4cについて、図16を参照して説明する。図16は高周波スイッチ4cの一例を示す回路構成図である。第1のエミッタフォロワ4f、第2のエミッタフォロワ4gおよび第3のエミッタフォロワ4hの各ベースバイアス電圧を選択スイッチ4iでオン/オフ制御することにより入力信号を切り替えることができる。入力信号の選択切り替えが可能であれば、差動アンプやダイオード等、どのような形式のスイッチであっても良い。なお、図16に示した高周波スイッチ4cを2組の2値スイッチとして切り替えることで、第1の局部発振部5の信号を選択することができる。
【0060】
次に、可変利得アンプ7について、図17および図18を参照して説明する。可変利得アンプ7は、電流源7c,7dと、差動対7eと、可変差動対エミッタ抵抗7fと、負荷抵抗7g,7hとから構成される。可変利得アンプ7の利得は、差動対トランジスタ7eと可変差動対エミッタ抵抗7fとによって決定される。また、差動対トランジスタ7eと可変差動対エミッタ抵抗7fで決まるgmと負荷抵抗との積で求められる。可変差動対エミッタ抵抗7fには複数のタップが設けられ、MOSFET等によるスイッチを用いて抵抗値を増減させ利得を可変する。
【0061】
図18に示した可変利得アンプ7i,7jのように複数段従属接続することで幅広い利得可変ができる。またシリアル−パラレル変換回路により利得可変アンプ利得を数ビットのシリアルデータ制御7k,7lすることも可能である。また、無線システムや受信機モード(LIF受信機モードまたはZIF受信機モード)により受信系に必要な利得が異なる場合は、可変利得アンプを用いて利得の標準値を設定する。各無線システムおよび受信機モードで固有の標準値となる設定情報をROMやRAM等の記憶回路に設定しておき、必要に応じ読み出し設定を行う。また、回路素子ばらつきによる利得ばらつきは、図19のフローチャートに示すように、工場での調整時に利得の基準値からの誤差を検出し、利得を補正できるように可変利得アンプ制御用の設定情報に対して調整後の設定情報を標準値と置き換えを行うことで利得ばらつきを吸収できる。
【0062】
以上説明したように、本実施形態の受信機によれば、特別なオフセット電圧除去回路を備える必要なく、複数の通信方式(TDMA方式およびCDMA方式)に適宜対応可能なマルチモードの受信機を提供することができる。
【0063】
〔第2の実施形態〕
本発明の第2の実施形態に係る受信機について、図20〜図22を参照して説明する。第1の実施形態では、ZIF受信機モードとLIF受信機モードとを併用することで第1の直交ミキサ部4、第1のチャネル選択フィルタ部6、可変利得アンプ部7等の信号系に生じるオフセット電圧をHPFにより除去できるため、特別なオフセット電圧除去回路が必要ないことを説明した。しかしながら、デジタルベースバンド部とのインターフェースとなるアナログI,Qのベースバンド出力においては、LIF受信機モードでは既に説明したように、オフセット電圧を除去するためのHPFを配置できない。したがって、復号化部12でオフセット電圧が許容できない場合はオフセット電圧除去回路を設けても良い。
【0064】
図20は、I,Qベースバンド信号の出力である第2のチャネル選択フィルタ部11と復号化部12のインターフェース部を表している。オフセット電圧除去回路の例を図21および図22のフローチャートを参照して説明する。I,Qのアナログベースバンド出力電位11c,11dと基準電位11eとを比較し、その差が最小となるようにADコンバータ(ADC)12a,12b、オフセット電圧調整部12h、DAコンバータ(DAC)12l,12mおよび加算器11h,11iを用いて調整を行う。通常、この調整は工場で行われ、そのDAC制御値を設定情報としてROMやRAM等の記憶回路12kに設定しておき、受信動作時に読み出して設定を行う。この結果、工場出荷時に調整するだけの簡易的なオフセット電圧除去だけで更に安定した受信特性が得られる。
【0065】
〔第3の実施形態〕
本発明の第3の実施形態に係る受信機について説明する。第1の実施形態で説明したように、第1のチャネル選択フィルタ部6および第2のチャネル選択フィルタ部11の各周波数特性およびQは可変することができる。したがって、任意の通信方式に対しても周波数特性とQ値の設定が可能である。このため、受信可能な周波数帯であれば任意の通信方式に対応した受信機を構成することができる。
【0066】
第1および第2の実施形態ではW−CDMAとGSMのマルチモード受信機について説明されているが、これら無線通信システムに限定するものではなく、アナログ通信方式のAMPS等にも適用可能である。また、TDMA方式であってもZIF受信機モードで無線規格が満足できる通信システムであれば、ZIF受信機モードで使用しても構わない。さらに、CDMA方式であってもLIF受信機モードで無線規格が満足できる通信システムであれば、LIF受信機モードで使用しても構わない。
【0067】
また、図1に示した復号化部12のCDMA復号部12eおよびTDMA復号部12fをモジュール化するか、ソフトウェアによって復号化可能な無線通信システムを変更可能とするか、または両者を併用した構成とすることにより、W−CDMAからIS95への変更やGSMからPHSへの変更が可能となるため、多数の通信方式に対応した受信機を実現することができる。さらに、例えばPDCとGSM等で国際ローミングに対応する場合、各無線通信システムの内、一方は不要となるため復号部のみを変更することで簡単に対応する通信方式を変更することができる。
【0068】
〔第4の実施形態〕
本発明の第4の実施形態に係る受信機ついて説明する。第1、第2および第3の実施形態では、マルチモード受信機について説明されているが、TDMA方式またはCDMA方式を用いたシングルモードの受信機においては、LIF受信機モードまたはZIF受信機モードに固定し使用することにより、これまで無線通信システム毎に専用の集積回路で受信機が構成されていたが、同一の集積回路で様々な無線通信システムの受信機を構成することができる。
【0069】
なお、第1〜第4の実施形態では受信機について説明したが、当該受信機と送信機とを組み合わせて通信端末としても良い。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の受信機および通信端末によれば、特別なオフセット電圧除去回路を備える必要なく、複数の通信方式(TDMA方式およびCDMA方式)に適宜対応可能なマルチモードの受信機および通信端末を提供することができる。また、同一の構成でいずれか一方の通信方式に対応した受信機および通信端末を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る受信機を示す構成図
【図2】第1の実施形態の受信機のLIF受信機モードにおける構成を示す構成図
【図3】第1の実施形態の受信機のZIF受信機モードにおける構成を示す構成図
【図4】GSM(TDMA方式)のフレーム構成の概略を説明する説明図
【図5】W−CDMA(CDMA方式)のフレーム構成の概略を説明する説明図
【図6】第2の局部発振部を示す構成図
【図7】2次バイカッドLPFの構成図
【図8】gmアンプの構成図
【図9】DAコンバータの構成図
【図10】周波数特性ばらつきの調整を説明するフローチャート
【図11】1次HPFの構成図
【図12】高周波アンプ部の構成図
【図13】可変利得可能な高周波アンプ部の構成図
【図14】第1の局部発信部の構成図
【図15】第1の直交ミキサ部の構成図
【図16】高周波スイッチの構成図
【図17】可変利得アンプ部の構成図
【図18】複数段従属接続した可変利得アンプ部の構成図
【図19】利得ばらつきの調整を説明するフローチャート
【図20】本発明の第2の実施形態に係る受信機の要部を示す構成図
【図21】オフセット電圧除去回路の構成図
【図22】オフセット電圧の調整を説明するフローチャート
【図23】従来のZIF受信機の構成図
【図24】従来のZIF受信機の起動におけるバイアス電圧の変動を示す説明図
【図25】オフセット電圧除去回路の一例を示す構成図
【図26】従来のLIF受信機の構成図
【図27】従来のLIF受信機における中間周波数の設定例を説明する説明図
【符号の説明】
1 アンテナ部
1a,1b,1c アンテナ
2 高周波フィルタ部
2a,2b,2c 高周波フィルタ
3 高周波アンプ部
4 第1の直交ミキサ部
4a 第1のI信号ミキサ
4b 第1のQ信号ミキサ
5 第1の局部発振部
5a 第1の発振器
5b 第1の90度移相器
6 第1のチャネル選択フィルタ部
6a 第1のI信号チャネル選択フィルタ
6b 第1のQ信号チャネル選択フィルタ
7 可変利得アンプ部
7a I信号可変利得アンプ
7b Q信号可変利得アンプ
8 第2の直交ミキサ部
8a〜8d ミキサ
8e 加算器
8f 減算器
9 第2の局部発振部
9a 第2の発振器
9b 第2の90度移相器
10 切替スイッチ部
10a I信号切替スイッチ
10b Q信号切替スイッチ
11 第2のチャネル選択フィルタ部
11a 第2のI信号チャネル選択フィルタ
11b 第2のQ信号チャネル選択フィルタ
11h,11i 加算器
12 復号部
12a I信号ADコンバータ
12b Q信号ADコンバータ
12c RSSI
12d AGC
12e CDMA復号部
12f TDMA復号部
12g 受信機モード設定部
12h オフセット電圧調整部
12k 記憶回路
12l,12m DAコンバータ
Claims (5)
- TDMA方式およびCDMA方式双方の通信方式に対応する受信機であって、
所定周波数の信号によって受信信号を直交変換する第1の直交ミキサ部と、
直交変換された信号を復号化する復号化部と、
通信方式がTDMA方式のときとCDMA方式のときとで、前記第1の直交ミキサ部から前記復号化部までの信号経路を切り替える切替スイッチ部と、
第1の直交ミキサ部で直交変換された信号を直交変換する第2の直交ミキサ部と、を備え、
通信方式がTDMA方式のとき、前記第1の直交ミキサ部は、受信信号に対してオフセットされた周波数の信号で前記受信信号を直交変換し、前記切替スイッチ部は、前記第1の直交ミキサ部で直交変換された信号が前記第2の直交ミキサ部を介して前記復号化部に入力される信号経路を選択し、
通信方式がCDMA方式のとき、前記第1の直交ミキサ部は、受信信号と同じ周波数の信号で前記受信信号を直交変換し、前記切替スイッチ部は、前記第1の直交ミキサ部で直交変換された信号が前記第2の直交ミキサ部を介さず前記復号化部に入力される信号経路を選択することを特徴とする受信機。 - 前記復号化部は、TDMA方式の信号を復号化するTDMA復号部と、CDMA方式の信号を復号化するCDMA復号部と、を有し、
通信方式がTDMA方式のときは前記TDMA復号部を用いて復号化し、CDMA方式のときは前記CDMA復号部を用いて復号化することを特徴とする請求項1記載の受信機。 - 前記第1の直交ミキサ部で直交変換された信号を帯域制限する第1のフィルタ部と、
前記第1のフィルタ部で帯域制限された前記第1の直交ミキサ部または前記第2の直交ミキサ部で直交変換された信号を帯域制限する第2のフィルタ部と、
通信方式に応じて、前記第1のフィルタ部および前記第2のフィルタ部の設定を変更するフィルタ設定変更部と、
受信信号を増幅する高周波アンプ部と、
前記第1のフィルタ部で帯域制限された信号を所定の振幅レベルに調整する可変利得アンプ部と、
前記復号化部に入力された信号の振幅に応じて、前記可変利得アンプ部の利得または前記高周波アンプ部および前記可変利得アンプ部の利得を変更する利得変更部と、
を備えたことを特徴とする請求項1または2記載の受信機。 - 前記第1のフィルタ部および前記第2のフィルタ部の設定は、各フィルタ部の周波数特性およびQ値であることを特徴とする請求項3記載の受信機。
- 請求項1、2、3または4記載の受信機を備えたことを特徴とする通信端末。
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