JP4893394B2 - 通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディジタル変調方式の通信装置に関するものである。

従来、ディジタル変調方式の通信装置が種々提供されている（例えば、特許文献１参照）。図７はディジタル変調方式の通信装置の従来構成を示している。信号処理部３０でディジタル変調された伝送信号がＤ／Ａ変換部３１でディジタル−アナログ変換され、フィルタ回路３２を介して送信側増幅器３３で所望の信号レベルまで増幅された後に伝送路Ｌｓに送信される。また、伝送路Ｌｓから受信した伝送信号は、フィルタ回路３４を介して受信側増幅器３５で増幅された後にＡ／Ｄ変換部３６でアナログ−ディジタル変換され、信号処理部３０でディジタル復調される。

一般にディジタル−アナログ変換された信号は高帯域側に折り返し雑音（エイリアス）を含んでいるため、Ｄ／Ａ変換部３１の後段に低域通過特性を有するフィルタ回路３２を設けることで不要な高周波数成分を除去している。同様に、受信系のアナログ−ディジタル変換においても折り返し雑音による影響を抑制するため、Ａ／Ｄ変換部３６の前段に低域通過特性を有するフィルタ回路３４を設けることで不要な高周波数成分を除去している。なお、かかるフィルタ回路３２，３４においては、不要な高周波数成分との干渉を避けるために急峻なフィルタ特性が必要となる。
特開２００４−５６２７５号公報

しかしながら、急峻なフィルタ特性を実現するためには高次のフィルタが必要となり、かかる高次のフィルタをパッシブ型のフィルタ構成で実現しようとすると回路素子（抵抗、インダクタ、コンデンサなど）の個数が多くなり、特にインダクタの影響で実装面積も増大してしまう。一方、アクティブ型のフィルタ構成で実現する場合、パッシブ型に比べて回路規模が増大するとともに消費電力も増大することになる。従って、ディジタル変調方式の通信装置においては、フィルタ回路の小型化が重要な課題となっている。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、回路規模の減少による小型化並びに低消費電力化が図れる通信装置を提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、送信データをディジタル変調する変調部と、変調部で変調されたディジタルの送信信号をアナログの送信信号に変換するＤ／Ａ変換部と、アナログ信号に含まれる高周波数成分を除去するフィルタ回路と、伝送路を介して受信するアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変換部で変換されたディジタルの受信信号から受信データを復調する復調部と、Ｄ／Ａ変換部からフィルタ回路を介してアナログの送信信号を伝送路に送信する送信経路と伝送路から受信するアナログの受信信号をフィルタ回路を介してＡ／Ｄ変換部に入力する受信経路とを択一的に切り換える送受信経路切換手段とを備え、送受信経路切換手段は、送信経路又は受信経路の経路に応じた利得でフィルタ回路から出力されるアナログ信号を増幅する可変利得型の増幅器を有することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、送受信経路切換手段は、送信経路におけるフィルタ回路の入力側並びに出力側に設けられた一対のアンプと、受信経路におけるフィルタ回路の入力側並びに出力側に設けられた一対のアンプとを有し、これら各一対のアンプの動作をオン・オフ制御することで送信経路と受信経路を択一的に切り換えることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、送受信経路切換手段は、受信経路に切り換えているときは受信信号の信号レベルに応じた利得を前記増幅器に設定し、送信経路に切り換えているときは所定の利得を前記増幅器に設定することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、送受信経路切換手段は、フィルタ回路の出力端からＡ／Ｄ変換部に至る経路を常時形成することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか１項の発明において、送受信経路切換手段は、送信経路と受信経路を切り換える際に何れの経路も形成されない状態を経由して送信経路又は受信経路に切り換えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、一つのフィルタ回路を送信経路と受信経路で共用しているので、従来例のように送信経路と受信経路に各々専用のフィルタ回路を設ける場合と比較して、回路規模の減少による小型化並びに低消費電力化が図れる。しかも、送信信号を増幅する増幅器と受信信号を増幅する増幅器を一つの増幅器で兼用することができて回路規模がさらに減少できる。

請求項２の発明によれば、送信経路と受信経路をスイッチで切り換える場合に比較して切換に伴う信号の減衰を減少させることができる。

請求項３の発明によれば、受信感度の向上が図れる。

請求項４の発明によれば、経路の切換に伴って復調部に入力するノイズを低減することができる。

請求項５の発明によれば、送信経路と受信経路が短絡して閉ループが形成されるのを防ぎ、安定した通信が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に説明する各実施形態では、ＴＤＭＡ（時分割多重接続）方式を採用した通信システムに用いられる通信装置について例示するが、例えば、ＣＳＭＡ（キャリア検知接続）方式を採用した通信システムに用いられる通信装置にも本発明の技術思想を適用することは可能である。

（実施形態１）
本実施形態の通信装置は、図１（ａ）に示すように送信データをディジタル変調する変調部１と、変調部１で変調されたディジタルの送信信号をアナログの送信信号に変換するＤ／Ａ変換部２と、アナログ信号に含まれる高周波数成分を除去するフィルタ回路３と、伝送路Ｌｓを介して受信するアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換するＡ／Ｄ変換部４と、Ａ／Ｄ変換部４で変換されたディジタルの受信信号から受信データを復調する復調部５と、フィルタ回路３から出力されるアナログ信号を増幅する増幅器６と、Ｄ／Ａ変換部２からフィルタ回路３を介してアナログの送信信号を伝送路Ｌｓに送信する送信経路と伝送路Ｌｓから受信するアナログの受信信号をフィルタ回路３を介してＡ／Ｄ変換部４に入力する受信経路とを択一的に切り換える送受信経路切換手段とを備えている。

送信時においては、変調部１でディジタル変調された送信信号がＤ／Ａ変換部２でディジタル−アナログ変換され、フィルタ回路３を介して増幅器６で所望の信号レベルまで増幅された後に伝送路Ｌｓに送信される。また、受信時においては、伝送路Ｌｓから受信した受信信号がフィルタ回路３を介して増幅器６で所望の信号レベルまで増幅された後にＡ／Ｄ変換部４でアナログ−ディジタル変換されて復調部５にてディジタル復調される。従来例で説明したように、ディジタル−アナログ変換された送信信号に含まれる高周波数の折り返し雑音が低域通過特性を有するフィルタ回路３で除去され、同様に、受信信号における折り返し雑音の影響を抑制するため、Ａ／Ｄ変換部４の前段でフィルタ回路３によって不要な高周波数成分を除去している。

送受信経路切換手段は、伝送路Ｌｓに接続された常閉接点７ａ、Ｄ／Ａ変換部２の出力端に接続された常開接点７ｂ、フィルタ回路３の入力端に接続された共通接点７ｃを有したアナログスイッチからなる第１切換部７と、伝送路Ｌｓに接続された常開接点８ｂ、Ａ／Ｄ変換部４の入力端に接続された常閉接点８ａ、増幅器６の出力端に接続された共通接点８ｃを有したアナログスイッチからなる第２切換部８と、第１切換部７並びに第２切換部８を切換制御するための切換信号を出力する制御部９とで構成される。但し、本実施形態においては変調部１、復調部５、制御部９が一つの集積回路ＩＣとして構成されている。

ここで、制御部９が切換信号を出力していないときは第１切換部７並びに第２切換部８の各共通接点７ｃ，８ｃが何れも常閉接点７ａ，８ａに切換接続されているため、伝送路Ｌｓ→第１切換部７→フィルタ回路３→増幅器６→第２切換部８→Ａ／Ｄ変換部４→復調部５の経路（受信経路）が形成される。一方、制御部９が切換信号を出力しているときは第１切換部７並びに第２切換部８の各共通接点７ｃ，８ｃが何れも常開接点７ｂ，８ｂに切換接続されるため、変調部１→Ｄ／Ａ変換部２→第１切換部７→フィルタ回路３→増幅器６→第２切換部８→伝送路Ｌｓの経路（送信経路）が形成される。すなわち、本実施形態では送信と受信とで同一の伝送路Ｌｓを使用していることから送信動作と受信動作が択一的にしか行われず、しかも、Ｄ／Ａ変換部２とＡ／Ｄ変換部４とでサンプリング周波数も共通であるから、アナログ信号（アナログの送信信号並びにアナログの受信信号）から不要な高周波成分を除去するためのフィルタ特性も同一でよく、そのために送信系と受信系とでフィルタ回路３を共用することができる。

本実施形態の通信装置が用いられる通信システムではＴＤＭＡ方式の通信を行っているから、図１（ｂ）に示すように図示しない同期信号で規定される複数のタイムスロットＴＭ１，ＴＭ２，…で信号が伝送される。そして、受信用のタイムスロットＴＭ１が終了して送信用のタイムスロットＴＭ２が開始する前に制御部９が切換信号を出力して受信経路から送信経路に切り換えるとともに、送信用のタイムスロットＴＭ２が終了して受信用のタイムスロットＴＭ３が開始する前に制御部９は切換信号の出力を停止して送信経路から受信経路に切り換えるのである。

上述のように本実施形態では一つのフィルタ回路３を送信経路と受信経路で共用しているので、従来例のように送信経路と受信経路に各々専用のフィルタ回路を設ける場合と比較して回路規模が減少して通信装置の小型化が図れるとともに、フィルタ回路３が一つで済むことから従来例に比べて低消費電力化が図れる。なお、本実施形態ではフィルタ回路３だけでなく増幅器６も共用しているが、必要に応じて送信経路と受信経路に各々別個に増幅器を設けて送信信号と受信信号を個別に増幅しても構わない。

（実施形態２）
本実施形態は、制御部９とともに送受信経路切換手段を構成する第１切換部１０並びに第２切換部１１の構成に特徴があり、他の構成については実施形態１と共通である。従って、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

第１切換部１０は、伝送路Ｌｓに入力端が接続されるとともに出力端がフィルタ回路３の入力端に接続されたバッファアンプ１０ａと、Ｄ／Ａ変換部２の出力端に入力端が接続されるとともに出力端がフィルタ回路３の入力端に接続されたバッファアンプ１０ｂとで構成される。２つのバッファアンプ１０ａ，１０ｂは制御部９から出力される切換信号によって動作状態がオン・オフ（オフの時に出力インピーダンスが相対的に高くなり、オンの時に出力インピーダンスが相対的に低くなる）するものであって、制御部９から切換信号が出力されないときはバッファアンプ１０ａがオン、バッファアンプ１０ｂがオフになり、制御部９から切換信号が出力されているとバッファアンプ１０ａがオフ、バッファアンプ１０ｂがオンになる。

第２切換部１１は、伝送路Ｌｓに出力端が接続されるとともに入力端が増幅器６の出力端に接続されたバッファアンプ１１ａと、Ａ／Ｄ変換部４の入力端に出力端が接続されるとともに入力端が増幅器６の出力端に接続されたバッファアンプ１１ｂとで構成される。２つのバッファアンプ１１ａ，１１ｂは制御部９から出力される切換信号によって動作状態がオン・オフされるものであって、制御部９から切換信号が出力されないときはバッファアンプ１１ａがオフ、バッファアンプ１１ｂがオンになり、制御部９から切換信号が出力されているとバッファアンプ１１ａがオン、バッファアンプ１１ｂがオフになる。

而して、図２（ｂ）に示すように受信用のタイムスロットＴＭ１が終了して送信用のタイムスロットＴＭ２が開始する前に制御部９が切換信号を出力すると、第１切換部１０ではバッファアンプ１０ａがオフ、バッファアンプ１０ｂがオンになるとともに第２切換部１１ではバッファアンプ１１ａがオン、バッファアンプ１１ｂがオフとなることで変調部１→Ｄ／Ａ変換部２→第１切換部１０（バッファアンプ１０ｂ）→フィルタ回路３→増幅器６→第２切換部１１（バッファアンプ１１ａ）→伝送路Ｌｓの経路（送信経路）が形成されて受信経路から送信経路に切り換えることができる。一方、送信用のタイムスロットＴＭ２が終了して受信用のタイムスロットＴＭ３が開始する前に制御部９が切換信号の出力を停止すると、第１切換部１０ではバッファアンプ１０ａがオン、バッファアンプ１０ｂがオフになるとともに第２切換部１１ではバッファアンプ１１ａがオフ、バッファアンプ１１ｂがオンとなることで伝送路Ｌｓ→第１切換部１０（バッファアンプ１０ａ）→フィルタ回路３→増幅器６→第２切換部１１（バッファアンプ１１ｂ）→Ａ／Ｄ変換部４→復調部５の経路（受信経路）が形成されて送信経路から受信経路に切り換えることができる。

上述のように本実施形態によれば、バッファアンプ１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂのオン・オフで送信経路と受信経路を択一的に切り換えているので、実施形態１のようにアナログスイッチを用いる場合と比較して切換に伴う信号の減衰を減少させることができる。なお、実際にはオフ時においても完全に信号が遮断されるわけではなく、僅かに通過してしまう信号が存在する。故に、送信時おいて第１切換部１０のバッファアンプ１０ａを介して送信経路に戻ってくる信号成分が存在するが、かかる信号成分は第１切換部１０のバッファアンプ１０ｂの出力インピーダンスが低いために減衰されて送信信号に影響は及ばない。

ここで、フィルタ回路３の出力端に接続される増幅器６を利得調整可能な増幅回路で構成し、制御部９から出力される切換信号によって利得を調整するようにしてもよい（図３参照）。例えば、切換信号が出力されていないとき（受信経路に切り換えられているとき）は増幅器６の利得を相対的に高い値に設定し、切換信号が出力されているとき（送信経路に切り換えられているとき）は増幅器６の利得を相対的に低い値に設定すればよい。このような構成を採用すれば、送信経路並びに受信経路にそれぞれ個別に増幅器を設ける必要がないから回路規模をさらに減少させることができる
（実施形態３）
本実施形態は、図４に示すようにフィルタ回路３の出力端に接続される増幅器６を利得調整可能な増幅回路で構成するとともに制御部９の制御下で増幅器６の利得を調整する点に特徴があり、他の構成については実施形態２と共通である。従って、実施形態２と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

制御部９ではＡ／Ｄ変換部４から復調部５に入力するディジタルの受信信号の信号パワーを演算し、その演算結果に応じて、受信信号の信号レベルが所望の値となるように利得制御信号を増幅器６に出力して増幅器６の利得を調整している。例えば、利得制御信号として２ビットのデータを送信する場合、増幅器６の利得を最も小さい値Ｇ１から最も大きい値Ｇ４まで４段階（Ｇ１＜Ｇ２＜Ｇ３＜Ｇ４）に調整することができる。ここで、増幅器６では利得制御信号が入力されていないときは利得を初期値（最小値Ｇ１）に設定している。制御部９は、受信経路に切り換えた当初に受信信号の信号パワーを演算し、当該演算値を所定の基準値と比較して両者の差を減少できる利得（Ｇ１又はＧ２又はＧ３又はＧ４）に設定するための利得制御信号を増幅器６に出力する。その結果、復調部５に入力する受信信号の信号パワーを常に略一定レベルに調整することができて受信感度の向上が図れる。なお、利得の最小値Ｇ１を送信信号の信号レベルを所望の値とするのに充分な値としておけば、送信経路に切り換えているときに制御部９から利得制御信号を出力しないことで送信信号の利得調整が可能である。

（実施形態４）
本実施形態は、図５に示すように入力端が増幅器６の出力端に接続されるとともに出力端が伝送路Ｌｓに接続されたバッファアンプ１１ａのみで第２切換部１１を構成している点に特徴があり、他の構成については実施形態２と共通である。従って、実施形態２と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図５に示すように増幅器６の出力端が直接Ａ／Ｄ変換部４の入力端に接続されることでフィルタ回路３の出力端からＡ／Ｄ変換部４に至る経路が常時形成されている。なお、集積回路ＩＣ内では復調部５から変調部１へ信号がフィードバックされないため、このようにフィルタ回路３の出力端からＡ／Ｄ変換部４に至る経路が常時形成されていても不都合は生じない。但し、増幅器６の出力端を直接Ａ／Ｄ変換部４の入力端に接続する代わりに、増幅器６の出力端に入力端が接続されるとともにＡ／Ｄ変換部４の入力端に出力端が接続されたバッファアンプ（実施形態２におけるバッファアンプ１１ｂに相当）を常時動作状態とするようにしても構わない。

而して、実施形態２の構成では第２切換部１１を構成しているバッファアンプ１１ｂの動作状態が切り換えられるときにノイズが発生し、当該ノイズがＡ／Ｄ変換部４を介して復調部５に入力された場合に誤動作（例えば、受信信号の信号パワー演算における誤動作など）が生じる虞があるが、本実施形態ではフィルタ回路３の出力端からＡ／Ｄ変換部４に至る経路が常時形成されているので、経路の切換に伴って復調部５に入力するノイズを低減することができる。なお、経路の切換に伴って生じるノイズを除去可能なフィルタ特性をフィルタ回路３に持たせれば、復調部５に入力するノイズをさらに低減することができる。

（実施形態５）
本実施形態は、制御部９が第１切換部１０並びに第２切換部１１を制御する方法に特徴があり、他の構成については実施形態２と共通である。従って、実施形態２と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

制御部９は、図６（ａ）に示すように第１切換部１０を切換制御するための第１切換信号と、第２切換部１１を切換制御するための第２切換信号とを個別に出力するように構成されている。第１切換部１０では、制御部９から第１切換信号が出力されていないときにバッファアンプ１０ａがオン、バッファアンプ１０ｂがオフになり、制御部９から第１切換信号が出力されているとバッファアンプ１０ａがオフ、バッファアンプ１０ｂがオンになる。また第２切換部１１では、制御部９から第１切換信号が出力されないときにバッファアンプ１１ａがオフ、バッファアンプ１１ｂがオンになり、制御部９から第２切換信号が出力されているとバッファアンプ１１ａがオン、バッファアンプ１１ｂがオフになる。従って、図６（ｂ）に示すように制御部９から第１切換信号が出力されるとともに第２切換信号が出力されなければ送信経路に切り換えられ、制御部９から第２切換信号が出力されるとともに第１切換信号が出力されなければ受信経路に切り換えられることになる。

ここで、実施形態２では送信経路と受信経路の切換時にフィルタ回路３並びに増幅器６を介して閉ループが形成されてしまう虞がある。そこで本実施形態では、図６（ｂ）に示すように送信経路と受信経路を切り換える際、制御部９が第１切換信号及び第２切換信号を何れも出力しない期間（デッドタイム）ＤＴを設けるようにしている。かかるデッドタイムＤＴにおいては、第１切換部１０のバッファアンプ１０ｂと第２切換部１１のバッファアンプ１１ａが何れもオフしているため、上述のようにフィルタ回路３並びに増幅器６を介して閉ループが形成されるのを防ぐことができて安定した通信が可能となる。

（ａ）は本発明の実施形態１を示す回路ブロック図、（ｂ）は動作説明用のタイムチャートである。 （ａ）は本発明の実施形態２を示す回路ブロック図、（ｂ）は動作説明用のタイムチャートである。 同上の他の回路ブロック図である。 本発明の実施形態３を示す回路ブロック図である。 本発明の実施形態４を示す回路ブロック図である。 （ａ）は本発明の実施形態５を示す回路ブロック図、（ｂ）は動作説明用のタイムチャートである。 従来例を示す回路ブロック図である。

符号の説明

１ 変調部
２ Ｄ／Ａ変換部
３ フィルタ回路
４ Ａ／Ｄ変換部
５ 復調部
７ 第１切換部
８ 第２切換部
９ 制御部

Claims (5)

1. 送信データをディジタル変調する変調部と、変調部で変調されたディジタルの送信信号をアナログの送信信号に変換するＤ／Ａ変換部と、アナログ信号に含まれる高周波数成分を除去するフィルタ回路と、伝送路を介して受信するアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変換部で変換されたディジタルの受信信号から受信データを復調する復調部と、Ｄ／Ａ変換部からフィルタ回路を介してアナログの送信信号を伝送路に送信する送信経路と伝送路から受信するアナログの受信信号をフィルタ回路を介してＡ／Ｄ変換部に入力する受信経路とを択一的に切り換える送受信経路切換手段とを備え、送受信経路切換手段は、送信経路又は受信経路の経路に応じた利得でフィルタ回路から出力されるアナログ信号を増幅する可変利得型の増幅器を有することを特徴とする通信装置。
2. 送受信経路切換手段は、送信経路におけるフィルタ回路の入力側並びに出力側に設けられた一対のアンプと、受信経路におけるフィルタ回路の入力側並びに出力側に設けられた一対のアンプとを有し、これら各一対のアンプの動作をオン・オフ制御することで送信経路と受信経路を択一的に切り換えることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 送受信経路切換手段は、受信経路に切り換えているときは受信信号の信号レベルに応じた利得を前記増幅器に設定し、送信経路に切り換えているときは所定の利得を前記増幅器に設定することを特徴とする請求項１又は２記載の通信装置。
4. 送受信経路切換手段は、フィルタ回路の出力端からＡ／Ｄ変換部に至る経路を常時形成することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の通信装置。
5. 送受信経路切換手段は、送信経路と受信経路を切り換える際に何れの経路も形成されない状態を経由して送信経路又は受信経路に切り換えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の通信装置。

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