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技術 無線周波数でアナログ・デジタル変換を用いる受信機システムおよび方法

出願人 アルカテル-ルーセントユーエスエーインコーポレーテッド
発明者 ウォルタージョセフカミンスキアリルドコルスラド
出願日 2001年4月13日 (20年1ヶ月経過) 出願番号 2001-114703
公開日 2002年1月25日 (19年4ヶ月経過) 公開番号 2002-026758
状態 特許登録済
技術分野 交流方式デジタル伝送 受信機の回路一般 スーパーヘテロダイン受信機 無線伝送方式一般(ダイバーシチ方式等) 移動無線通信システム 無線伝送方式一般(ダイバーシチ方式等) アナログ←→デジタル変換
主要キーワード 組合せ配置 複合アナログ 周波数ギャップ アレンジャ 位相コヒーレント 連続帯域 駆動処理回路 フロントエンドフィルタ
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図面 (7)

課題

ナイキスト帯域幅の非重畳部中でアナログ信号の異なる周波数帯域の複製を生成可能なA/D変換器を提供する。

解決手段

受信機無線周波数(RF)でアナログ信号を受信し、RFアナログ信号デジタルドメインに変換される。このため、受信機は、アナログデジタル変換の前に周波数コンバージョンステージを必要としない。例えば、受信機は、異なる周波数帯域で無線周波数(RF)アナログ信号を受信する少なくとも1つのアンテナを備え得る。アナログRF信号は単一のアナログ・デジタル(A/D)変換器に与えられ、A/D変換器は、異なる周波数帯域のアナログRF信号をナイキスト帯域幅内のデジタル信号に変換する。RFアナログ信号についてA/D変換器のサンプリング速度を適切に選択することによって、A/D変換器は、ナイキスト帯域幅の非重畳部中でアナログ信号の異なる周波数帯域の複製を生成し得る。

概要

背景

無線通信システムサービスエリアは、セルとして公知である接続されたサービスドメインに分割され、このセルにおいて、無線ユニットはセルにサービスを行う基地局(BS)と無線リンクを介して通信を行う。基地局は、例えば、サービスエリアを通じて分散されている複数の基地局に接続されている移動交換センタMSC)を介して、陸上ネットワークに結合される。無線通信業界において、サービスプロバイダには、RF通信チャネル無線送信および受信のために2つまたはそれ以上の非連続的なまたは分離された周波数帯域を認可されていることが多い。例えば、米国では、セルラー通信のための「A」帯域プロバイダの基地局は、A(825−835MHz)、A’(845−846.5MHz)およびA”(824−825MHz)帯域内の周波数チャネルを受信し、無線ユニットは、A(870−880MHz)、A’(890−891.5MHz)およびA”(869−870MHz)帯域内の周波数チャネルを受信する。B帯域プロバイダのための基地局は、B(835−845MHz)およびB’(846.5−849MHz)周波数帯域内の周波数チャネルを受信し、無線ユニットは、B(880−890MHz)およびB’(891.5−894MHz)周波数帯域内の周波数チャネルを受信する。さらに、パーソナル通信システムPCS)プロバイダのための基地局は、無線ユニットから一つまたはそれ以上のPCS帯域(1850MHz−1910MHz)上の周波数チャネルを受信し、無線ユニットは、1つまたはそれ以上のPCS帯域(1930MHz−1990MHz)上の周波数チャネルを受信する。

ステムハードウェア費用を低減させるために、サービスプロバイダは、非連続的な周波数帯域内の信号の受信および処理を同時に行うために共通の受信機を用いることを望んでいる。代表的な受信機アーキテクチャにおいて、各周波数帯域についてのダウンコンバージョンステージは、代表的には、変調されたアナログ信号の周波数帯域が対応するIF周波数スペクトルに変換され、低下したサンプリング速度で別々のアナログデジタル(A/D)変換器によってサンプリングされ得るように、中間周波数(IF)での各周波数帯域の配置をダウン変換および操作するために用いられる。単一のA/D変換器を用いて非連続帯域内の変調されたアナログ信号をデジタル化するためには、単一のアナログ・デジタルは、両周波数帯域を含むために十分に高い速度でサンプリングを行わなければならない。A/D変換器は、周波数帯域間のギャップ中の望ましくない周波数のサンプリングにおける帯域幅を用いるので、これは効率の悪いアプローチである。非連続的な周波数帯域間の周波数ギャップを低減させるために、各周波数帯域についてのダウンコンバージョンステージが、帯域が互いに近づき、より小さいナイキスト帯域幅の中に入るように、IFでの各周波数帯域の配置をダウン変換および操作するために用いられる。A/D変換器帯域幅の有効な使用を改善するための別のアプローチは、周波数帯域の1つの複製が周波数帯域間の周波数ギャップ中に位置付けられるように、両方の周波数帯域をダウン変換することを伴う。

IFスペクトルがA/D変換器によって、ナイキストサンプリング速度と称され得る組み合わされた信号帯域幅二倍またはそれ以上のサンプリング速度でサンプリングされると、A/D入力信号帯域幅はサンプリング周波数の2分の1の倍数でそれ自体の周り周期的に回転または折り返す。このため、信号帯域幅および信号帯域幅の鏡像は、A/D変換器のサンプリング速度に対応する周波数間隔で周期的に繰り返される。信号帯域幅の各複製はナイキストゾーンと称され得、IF信号帯域幅は、約0Hzとサンプリング周波数の2分の1との間の第1のナイキストゾーンに向って折り返す。ナイキストゾーンの帯域幅は、ナイキスト帯域幅に対応する。

デジタルドメイン中のスペクトル密度周期性は、時間サンプリングされた波形フーリエ変換を決定することによって予測され得るサンプリングされた波形の基本的特性である。概して、A/D変換器は複合周波数帯域の帯域幅の少なくとも二倍(すなわち、ナイキストサンプリング速度)でサンプリングを行い、変換されたアナログIF信号デジタル表現を得る。従って、A/D変換器についてのサンプリング速度は、ナイキスト帯域幅が所望のIF帯域幅を含むように選択される。サンプリング速度が高くなると、ナイキスト帯域幅は広くなる。波形がその信号帯域幅の2倍(ナイキスト帯域幅)未満の速度でサンプリングされる場合、隣接する周期的スペクトル間の望ましくない重畳、すなわち、エイリアシングとして公知の現象が生じ得る。従って、A/D変換器のサンプリング速度を低下させながらナイキスト帯域幅が変換される周波数帯域を含むように、サンプリング速度およびIF速度が選択され、低減されたコストでより低いサンプリング速度のA/D変換器を用いることが可能になる。従って、周波数帯域間の分離または周波数ギャップが広くなると、現在の受信機アーキテクチャは、単一のA/Dの使用が実用的または有効ではないと見られる点に達する。

周波数帯域が十分に離れている場合、または所望の場合、各分離された周波数帯域について別々のアンテナが用いられる。アンテナが異なる周波数帯域に専用のものである複数アンテナアーキテクチャにおいて、別々のブランチが用いられ、このブランチではミキサおよび局部発振器(LO)を含む周波数コンバージョンステージが無線周波数(RF)アナログ信号を中間周波数にダウン変換するために用いられ、A/Dは代表的には各アンテナ経路について用いられる。上述の受信機アーキテクチャは、アナログ信号のデジタルドメインへの変換において、A/D変換器によって提供される潜在的な帯域幅およびフレキシビリティを利用しない。

概要

ナイキスト帯域幅の非重畳部中でアナログ信号の異なる周波数帯域の複製を生成可能なA/D変換器を提供する。

受信機は無線周波数(RF)でアナログ信号を受信し、RFアナログ信号はデジタルドメインに変換される。このため、受信機は、アナログ・デジタル変換の前に周波数コンバージョンステージを必要としない。例えば、受信機は、異なる周波数帯域で無線周波数(RF)アナログ信号を受信する少なくとも1つのアンテナを備え得る。アナログRF信号は単一のアナログ・デジタル(A/D)変換器に与えられ、A/D変換器は、異なる周波数帯域のアナログRF信号をナイキスト帯域幅内のデジタル信号に変換する。RFアナログ信号についてA/D変換器のサンプリング速度を適切に選択することによって、A/D変換器は、ナイキスト帯域幅の非重畳部中でアナログ信号の異なる周波数帯域の複製を生成し得る。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
4件

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請求項1

無線周波数(RF)でアナログ信号を供給すること、および該アナログ信号をRFでデジタル変換することを特徴とする、受信信号を処理する方法。

請求項2

異なるRF周波数帯域でアナログ信号を供給すること、および、該異なるRF周波数帯域で該アナログ信号をデジタル変換することを特徴とする、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記無線周波数(RF)で複数のチャネルブランチ(16a〜b)上にアナログ信号を供給すること、前記RFで前記複数のチャネルブランチ(16a〜b)上の該RFアナログ信号を組み合わせること、および前記RFで前記組み合わされたアナログ信号をデジタル変換することを特徴とする、請求項1に記載の方法。

請求項4

少なくとも2つのアンテナ(12a〜b)上で前記アナログ信号を受信することを特徴とする、請求項1に記載の方法。

請求項5

前記供給は、第1のアンテナ(12a)を用いて、第1のチャネルブランチ(16a)上に周波数帯域のアナログ信号を供給すること、および第2のアンテナ(12b)を用いて、第2のチャネルブランチ(16b)上に第2の周波数帯域のアナログ信号を供給することを含むことを特徴とする、請求項4に記載の方法。

請求項6

前記供給は、前記各チャネルブランチ(16a〜b)上で前記アナログ信号をフィルタリングし、前記チャネルブランチに対応する周波数帯域を有するアナログ信号を供給することをさらに含むことを特徴とする、請求項3に記載の方法。

請求項7

前記供給は、少なくとも前記1つのアンテナ(12a)から前記アナログ信号を受信すること、および前記チャネルブランチ(16a〜b)に対応する周波数帯域を有するアナログ信号を各該チャネルブランチ(16a〜b)上で選択的に生成させることをさらに含むことを特徴とする、請求項3に記載の方法。

請求項8

無線周波数(RF)でアナログ信号を受信および供給するための少なくとも1つのアンテナ(12a)、およびRFで前記受信されたアナログ信号を受信およびデジタル変換するように構成されたアナログデジタル変換器(24)を特徴とする、受信機(10)。

請求項9

異なる無線周波数(RF)帯域内のアナログ信号を受信するための少なくとも1つのアンテナ(12a)、および異なるRF帯域で前記アナログ信号を受信およびデジタル変換するように構成されたアナログ・デジタル変換器(24)を特徴とする、請求項8に記載の受信機。

請求項10

アナログ信号を受信し、無線周波数(RF)で複数のチャネルブランチ(16a〜b)上にアナログ信号を供給するための、前記少なくとも前記1つのアンテナ(12a)に接続されたチャネルブランチアレンジャ(14)、前記複数のチャネルブランチ(16a〜b)上の該アナログ信号を組み合わせるために、前記複数のチャネルブランチ(16a〜b)に接続される組合せ構成(22)、およびRFで前記組み合わされたアナログ信号を受信およびデジタル変換するように構成されたアナログ・デジタル変換器を特徴とする、請求項8に記載の受信機。

請求項11

前記チャネルブランチアレンジャ(14)に前記アナログ信号を供給するための少なくとも2つのアンテナ(12a〜b)を特徴とする、請求項10に記載の受信機。

請求項12

前記チャネルブランチアレンジャ(14)は、周波数帯域の第1の前記アンテナからのアナログ信号を第1の前記チャネルブランチ(16a)上に供給し、第2の周波数帯域の第2の前記アンテナ(12b)からの前記アナログ信号を第2の前記チャネルブランチ(16b)上に供給するように構成されていることを特徴とする、請求項11に記載の受信機。

技術分野

0001

本発明は、無線通信に関し、より詳細には、無線周波数(RF)でアナログデジタル変換を用いる無線通信システムにおける受信機アーキテクチャに関する。

背景技術

0002

無線通信システムのサービスエリアは、セルとして公知である接続されたサービスドメインに分割され、このセルにおいて、無線ユニットはセルにサービスを行う基地局(BS)と無線リンクを介して通信を行う。基地局は、例えば、サービスエリアを通じて分散されている複数の基地局に接続されている移動交換センタMSC)を介して、陸上ネットワークに結合される。無線通信業界において、サービスプロバイダには、RF通信チャネル無線送信および受信のために2つまたはそれ以上の非連続的なまたは分離された周波数帯域を認可されていることが多い。例えば、米国では、セルラー通信のための「A」帯域プロバイダの基地局は、A(825−835MHz)、A’(845−846.5MHz)およびA”(824−825MHz)帯域内の周波数チャネルを受信し、無線ユニットは、A(870−880MHz)、A’(890−891.5MHz)およびA”(869−870MHz)帯域内の周波数チャネルを受信する。B帯域プロバイダのための基地局は、B(835−845MHz)およびB’(846.5−849MHz)周波数帯域内の周波数チャネルを受信し、無線ユニットは、B(880−890MHz)およびB’(891.5−894MHz)周波数帯域内の周波数チャネルを受信する。さらに、パーソナル通信システムPCS)プロバイダのための基地局は、無線ユニットから一つまたはそれ以上のPCS帯域(1850MHz−1910MHz)上の周波数チャネルを受信し、無線ユニットは、1つまたはそれ以上のPCS帯域(1930MHz−1990MHz)上の周波数チャネルを受信する。

0003

ステムハードウェア費用を低減させるために、サービスプロバイダは、非連続的な周波数帯域内の信号の受信および処理を同時に行うために共通の受信機を用いることを望んでいる。代表的な受信機アーキテクチャにおいて、各周波数帯域についてのダウンコンバージョンステージは、代表的には、変調されたアナログ信号の周波数帯域が対応するIF周波数スペクトルに変換され、低下したサンプリング速度で別々のアナログ・デジタル(A/D)変換器によってサンプリングされ得るように、中間周波数(IF)での各周波数帯域の配置をダウン変換および操作するために用いられる。単一のA/D変換器を用いて非連続帯域内の変調されたアナログ信号をデジタル化するためには、単一のアナログ・デジタルは、両周波数帯域を含むために十分に高い速度でサンプリングを行わなければならない。A/D変換器は、周波数帯域間のギャップ中の望ましくない周波数のサンプリングにおける帯域幅を用いるので、これは効率の悪いアプローチである。非連続的な周波数帯域間の周波数ギャップを低減させるために、各周波数帯域についてのダウンコンバージョンステージが、帯域が互いに近づき、より小さいナイキスト帯域幅の中に入るように、IFでの各周波数帯域の配置をダウン変換および操作するために用いられる。A/D変換器帯域幅の有効な使用を改善するための別のアプローチは、周波数帯域の1つの複製が周波数帯域間の周波数ギャップ中に位置付けられるように、両方の周波数帯域をダウン変換することを伴う。

0004

IFスペクトルがA/D変換器によって、ナイキストサンプリング速度と称され得る組み合わされた信号帯域幅二倍またはそれ以上のサンプリング速度でサンプリングされると、A/D入力信号帯域幅はサンプリング周波数の2分の1の倍数でそれ自体の周り周期的に回転または折り返す。このため、信号帯域幅および信号帯域幅の鏡像は、A/D変換器のサンプリング速度に対応する周波数間隔で周期的に繰り返される。信号帯域幅の各複製はナイキストゾーンと称され得、IF信号帯域幅は、約0Hzとサンプリング周波数の2分の1との間の第1のナイキストゾーンに向って折り返す。ナイキストゾーンの帯域幅は、ナイキスト帯域幅に対応する。

0005

デジタルドメイン中のスペクトル密度周期性は、時間サンプリングされた波形フーリエ変換を決定することによって予測され得るサンプリングされた波形の基本的特性である。概して、A/D変換器は複合周波数帯域の帯域幅の少なくとも二倍(すなわち、ナイキストサンプリング速度)でサンプリングを行い、変換されたアナログIF信号デジタル表現を得る。従って、A/D変換器についてのサンプリング速度は、ナイキスト帯域幅が所望のIF帯域幅を含むように選択される。サンプリング速度が高くなると、ナイキスト帯域幅は広くなる。波形がその信号帯域幅の2倍(ナイキスト帯域幅)未満の速度でサンプリングされる場合、隣接する周期的スペクトル間の望ましくない重畳、すなわち、エイリアシングとして公知の現象が生じ得る。従って、A/D変換器のサンプリング速度を低下させながらナイキスト帯域幅が変換される周波数帯域を含むように、サンプリング速度およびIF速度が選択され、低減されたコストでより低いサンプリング速度のA/D変換器を用いることが可能になる。従って、周波数帯域間の分離または周波数ギャップが広くなると、現在の受信機アーキテクチャは、単一のA/Dの使用が実用的または有効ではないと見られる点に達する。

0006

周波数帯域が十分に離れている場合、または所望の場合、各分離された周波数帯域について別々のアンテナが用いられる。アンテナが異なる周波数帯域に専用のものである複数アンテナアーキテクチャにおいて、別々のブランチが用いられ、このブランチではミキサおよび局部発振器(LO)を含む周波数コンバージョンステージが無線周波数(RF)アナログ信号を中間周波数にダウン変換するために用いられ、A/Dは代表的には各アンテナ経路について用いられる。上述の受信機アーキテクチャは、アナログ信号のデジタルドメインへの変換において、A/D変換器によって提供される潜在的な帯域幅およびフレキシビリティを利用しない。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、無線周波数(RF)でアナログ信号を受信する受信機に関し、RFアナログ信号はデジタルドメインに変換される。このため、受信機は、アナログ・デジタル変換の前に周波数コンバージョンステージを必要としない。例えば、受信機は、異なる周波数帯域で無線周波数(RF)アナログ信号を受信する少なくとも1つのアンテナを備え得る。アナログRF信号は、単一のアナログ・デジタル(A/D)変換器に与えられ、A/D変換器は、異なる周波数帯域のアナログRF信号をナイキスト帯域幅内のデジタル信号に変換する。RFアナログ信号についてA/D変換器のサンプリング速度を適切に選択することによって、A/D変換器は、ナイキスト帯域幅の非重畳部内のアナログ信号の異なる周波数帯域の複製を生成し得る。

0008

本発明の他の局面および利点は、以下の詳細な記載を読み、図面を参照すると明らかになり得る。

発明を実施するための最良の形態

0009

RFアナログ信号をデジタルドメインに変換するために単一のアナログ・デジタル(A/D)変換器を用いる受信機システムの例示的な実施の形態を以下に記載する。RFアナログ信号は、ナイキスト帯域幅内にRFで信号帯域幅(単数または複数)の複製を生成させるA/D変換器のためのサンプリング速度を用いて、デジタル変換される。そのため、本発明の原理による受信機アーキテクチャは、RFアナログ信号をダウン変換するために、ミキサ(単数または複数)および局所発振器(単数または複数)を含む周波数コンバージョンステージ(単数または複数)を必要としない。さらに、1つのA/D変換器を用いることによって、受信機は、ある実施の形態において、異なる周波数帯域(単数または複数)内のアナログ信号の時間および/または位相コヒーレントサンプリングを提供する。

0010

図1を特に参照すると、受信機10は、N>1であるRF通信チャネルに渡ってアナログ信号を受信するN個のアンテナ12a〜nを含む。アンテナ12aは複数周波数帯域アンテナであり得る。Nプレクサフィルタまたはコンバイナアレイなどのチャネルブランチ分配装置14は、受信したRFアナログ信号またはその一部を組み合わせおよび/または分離し、受信したアナログ信号を所望の方法でX個のチャネルブランチ16a〜xに与え、ここでX>=1であり、Nに等しくあり得るが、Nに等しい必要はない。例えば、異なるチャネルブランチ16a〜xは、対応するRF周波数帯域についてアナログ信号を搬送することができ、チャネルブランチ16a〜xは、異なるアンテナ(単数または複数)またはアンテナの組によって、および/または異なるまたは連続する周波数帯域のRFアナログ信号の複写を有する複数のチャネルブランチによって、受信されたRFアナログ信号を搬送し得る。この実施の形態において、フィルタ配置18は、少なくとも1つのチャネルブランチ16a〜x上に少なくとも二つの異なるRF周波数帯域を提供する。例えば、フィルタ配置18は、他の周波数を減衰しながら、各々のチャネルブランチ16a〜x上の周波数帯域を通過する各チャネルブランチ16a〜x上のフィルタ20a〜xを含み得る。または、実施の形態に依存して、チャネルブランチ分配装置14は、アンテナ(単数または複数)12a〜nからフィルタ配置18への直接連結(単数または複数)をただ単に含むのみであり得、フィルタ配置18は、各チャネルブランチ16a〜xについてフィルタ20a〜xを含み得る。

0011

組合せ配置22は、所望の方法でチャネルブランチ16a〜x上のRFアナログ信号を組み合わせる。結果として得られる複合アナログ信号は、異なる周波数帯域内のアナログ信号を有する状態で、RFアナログ信号をデジタル化し、デジタル化された信号をデジタル処理回路26に与えるアナログ・デジタル変換器24へ与えられる。あるいは、実施の形態に依存して、受信機10が単一のブランチ16を有する場合、組合せ配置22は、ただ単に、アンテナ12からフィルタ20(必要な場合)を介してA/D変換器24への接続である。

0012

チャネルブランチ16a〜x上のRFアナログ信号の周波数帯域が、アナログ・デジタル(A/D)変換器24によって与えられるナイキスト帯域幅を反映する第1のナイキストゾーンの非重畳部に向って折り返すように、A/D変換器24についてのサンプリング速度が選択される。変調されたアナログ信号についてのナイキストサンプリング速度は、例えば、情報信号搬送信号上で変調される場合には、情報信号が変調される搬送周波数とは無関係に、情報信号の最高周波数成分の少なくとも二倍として規定され得る。音声、データ、映像テキストおよび/または他の情報であり得る情報は、信号帯域幅内で搬送される。情報信号の最高周波数成分は、信号帯域幅に直接関連付けられる。信号帯域幅は情報信号の最高周波数成分の少なくとも二倍でサンプリングされるので、情報信号はデジタルドメイン内で再生され得る。

0013

周波数スペクトルが、ナイキストサンプリング速度と称され得る、組み合わせられた信号帯域幅の少なくとも二倍のサンプリング速度でA/D変換器24によってサンプリングされると、信号帯域幅は、0Hzからサンプリング速度の2分の1のまでのデジタルドメイン中の第1のナイキストゾーンに向って、サンプリング速度の2分の1の周波数倍数または間隔(「ナイキストゾーン」)でそれ自体の周りを周期的に回転または折り返す。そのため、信号帯域幅および信号帯域幅の鏡像は、A/D変換器のサンプリング速度に対応する周波数間隔で周期的に繰り返す。例えば、奇数ナイキストゾーン内の信号帯域幅は、第1のナイキストゾーンに向って折り返した奇数ナイキストゾーン中では同じ相対位置に現れるが、偶数ナイキストゾーン中では鏡像として現れる。さらに、偶数ナイキストゾーン中の信号帯域幅は、偶数ナイキストゾーン中では同じ相対位置に現れるが、第1のナイキストゾーンに向って折り返した奇数ナイキストゾーン中では鏡像として現れる。従って、信号帯域幅(単数または複数)の複製は、サンプリング速度の2分の1の間隔で繰り返される。A/D変換器についてのサンプリング速度は、アナログ信号がデジタル化された後、所望の複製周波数帯域幅が第1のナイキストゾーンの非重畳部またはチャネルを占めるように選択される。デジタル変換は、第1のナイキストゾーンの帯域幅中のサンプリング速度の2分の1未満またはそれに等しい速度で生成される情報を有効に保存する。サンプリング速度を上昇させると、第1のナイキストゾーンまたはナイキスト帯域幅が広くなる。

0014

この実施の形態において、デジタル信号値高速フーリエ変換FFT)によって、変換されたアナログ信号を表すサンプリング速度の2分の1(「第1のナイキストゾーン」)内の周波数帯域(「ナイキストゾーンチャネル」)における信号が与えられる。波形がその信号帯域幅(ナイキスト帯域幅)の2倍未満の速度でサンプリングされると、隣接する周期的スペクトル間の望ましくない重畳、すなわち、エイリアシングとして知られている公知の現象が生じ得る。従って、サンプリング速度は、エイリアシングによる情報の損失を回避するように選択される。

0015

例えば、図2に示されるように、異なるRF帯域のアナログ信号のデジタルドメインへの変換において、A/D変換器24は複合アナログ信号を処理し、第1のナイキストゾーン中のナイキストゾーンチャネル30a〜xまたは帯域に変換する。デジタルドメイン中のナイキストゾーンチャネル30a〜xは、RFアナログ信号の異なる周波数帯域28a〜xに対応する。例えば、デジタルフィルタ、デジタルコンバイナ、デジタル検出器デジタル復調器、データ速度をデジタルにダウン変換する(間引きと称される)ための数値制御発振器NCO)を有するデジタルダウン変換器DDC)などのデジタルダウン変換器、および/または他のデジタル処理を用いて行うアナログ入力信号のデジタル化後、異なるチャネルが結局は第1のナイキストゾーン内にあるので、デジタル信号処理回路26は、第1のナイキストゾーンのナイキストゾーンチャネルからデジタル信号を検索し得る。DDCは、さらなる信号処理について各々の周波数に同調し得る。従って、受信機10は、1つのA/D中で利用可能な帯域幅を用いて、異なるRF周波数帯域からのRFアナログ信号を処理し得る。

0016

そのため、本発明の原理による受信機10によって、いずれものチャネルブランチ16a〜x上でミキサ/LO組合せが必要なくなる。ミキサ/LO組合せを有さない受信機10は多くの利点を有する。例えば、周波数コンバージョンステージにおいて固定局発振器(LO)がないと、DC電力消費が低減し、アンテナからのLOの再放射が無くなることにより余分なフロントエンドフィルタリングの必要性が低くなり、IFでのフィルタ要件が無くなり、画像帯域フィルタが必要無くなる。ミキサが必要とされないので、スプリアスミキサ生成物およびミキサによって生成される相互変調歪みが除去され、それによってスプリアスの無いダイナミックレンジが改善される。さらに、ミキサによって導入された損失が除去され、それによって必要とされるチャネル利得が低減され、雑音指数および利得線形性が改善される。さらに、単一のA/D変換器を用いることによって、受信機は、異なる周波数帯域(単数または複数)内のアナログ信号の時間および/または位相コヒーレントサンプリングを提供する。異なるアプリケーションまたは信号処理方式は、そのような改善された時間および/または位相コヒーレント測定から利益を受け得る。

0017

実施の形態に依存し、および本発明の原理による受信機のフレキシビリティによって、受信機は、A/D変換器24の潜在的な帯域幅を用いるために異なる方法で実施され得る。図3は、セルラーおよびパーソナル通信システム(PCS)周波数帯域中通信信号を受信するために用いられる本発明のいくつかの原理による、複数帯域受信機50の実施の形態を図示する。米国では、「A」帯域セルラーサービスプロバイダのための基地局は、A(825−835MHz)、A”(824−825MHz)およびA’(845−846.5MHz)帯域内の周波数チャネルを受信する。B帯域セルラーサービスプロバイダのための基地局は、B(835−845MHz)およびB’(846.5−849MHz)周波数帯域を用いる。本例において、第1のアンテナ12aは、セルラー基地局受信帯域(824−849MHz)内の変調されたアナログ信号を受信し、第2のアンテナ12bは、PCS基地局全受信帯域(1850−1910MHz)内の変調されたアナログ信号を受信する。

0018

この実施の形態において、アンテナ12aからのRFアナログ信号は第1のチャネルブランチ16aに与えられ、アンテナ12bからのRFアナログ信号は第2のチャネルブランチ16bに与えられる。第1のチャネルブランチ16a上の帯域フィルタ20aは、セルラー帯域(824−849MHz)中の周波数を通過させ、他の全ての周波数を減衰させる。第2のチャネルブランチ16b上の帯域フィルタ20bは、PCS帯域(1850−1910MHz)中の周波数を通過させ、他の全ての周波数を減衰させる。この実施の形態において、低雑音増幅器(LNA)52aおよびbは、各々チャネルブランチ16aおよびb上のアナログ信号を増幅させる。組合せ配置56は、第1および第2のチャネルブランチ16aおよびb上のアナログ信号を受信し、二つの異なる周波数帯域の組み合わせられたアナログ信号をA/D変換器24に与える。上述の組合せ配置56は、電力コンバイナまたはマルチプレクサフィルタであり得る。

0019

本例において、異なるブランチ16aおよびb上のRFアナログ信号の全帯域幅は、セルラー(25MHz)およびPCS(60MHz)帯域を加算すると、85MHzである。このため、A/D変換器24についてのサンプリング速度は、ナイキスト帯域幅がRFアナログ信号の85MHz帯域幅を扱うために十分であるように用いられる。さらに、A/D変換器24についてのサンプリング速度は、異なる周波数帯域はナイキスト帯域幅の非重畳部内で複製されるように選択される。このため、各々のナイキストゾーン内の異なる周波数帯域の相対的な位置付けは、サンプリング速度の選択に影響を与える。例示のために、400MHzサンプリング速度(400メガサンプル毎秒)がA/D変換器24のために用いられ、200MHzのナイキスト帯域幅(サンプリング速度の2分の1)が与えられる。実際には、異なる周波数帯域またはブランチの信号間に異なる帯域幅またはガード帯域を提供するように、異なるサンプリング速度が選択され得る。A/D変換器24は、セルラー帯域(824−849MHz)内およびPCS帯域(1850−1910MHz)内の組合わせまたは複合アナログ信号をサンプリングする。このようにすることで、A/D変換器24は、セルラー帯域内の信号帯域幅に対応する24〜49MHzでのナイキストゾーンチャネル中の変換信号およびPCS帯域内の信号帯域幅に対応する90〜150MHzでのナイキストゾーンチャネル内の変換信号をデジタル処理回路26のために生成する。

0020

図4は、A/D変換器24によって生成される周波数スペクトルを図示し、ここでナイキストゾーン60a〜jは、ナイキスト帯域幅の間隔、すなわち200MHzで周波数スペクトルに渡って繰り返される。セルラー帯域は、RF周波数である824〜849MHzのA/D入力周波数での第5のナイキストゾーン60e中に現れる。セルラー帯域の複製は、24と49MHz間のナイキストゾーンチャネルでセルラー帯域の情報信号の回復を提供する第1のナイキストゾーン60aに向って折り返す各ナイキストゾーン中に現れる。PCS帯域は、RF周波数である1850〜1910MHzのA/D入力周波数での第10のナイキストゾーン60j中に現れる。PCS帯域の複製は、1850〜1910MHzA/D入力周波数の鏡像に対応する90と150MHzとの間のナイキストゾーンチャネルでPCS帯域の情報信号の回復を与える第1のナイキストゾーン60aに向って折り返す各ナイキストゾーン中に現れる。

0021

A/D変換器24についてサンプリング速度を適切に選択することによって、本発明の原理による受信機は、A/D変換器24によって提供される潜在的なナイキスト帯域幅の使用を増加させて、大きい周波数差によって分離される異なる周波数帯域内のRFアナログ信号を受信し得る。上述の例において、全セルラーおよびPCS帯域が受信され、400MHzのサンプリング速度を用いる単一のA/D変換器を用いてデジタル変換された。RF周波数でのアナログ信号のサンプリングにおいて、A/D変換器は、デジタル信号処理に利用可能な第1のナイキストゾーン中のRF周波数帯域の複製または像を与える。他の実施の形態において、ナイキスト帯域幅を増大または減少さるために異なるサンプリング速度が用いられ得、例えば、異なる周波数帯域の信号間にさらなる帯域幅またはガード帯域が提供される。

0022

例えば、図5は、30.72HMz幅であるナイキストゾーンを提供する61.44MHzのサンプリング速度を用いるA/D変換器のためのナイキストゾーン周波数プランを図示する。ナイキストゾーンは、各ナイキストゾーン内の15MHz帯域幅が帯域内として図示されている。図6は30.72MHz幅である第1のナイキストゾーンを示し、より高いナイキストゾーンでの異なる周波数帯域中の信号の複製が第1のナイキストゾーンの非重畳部またはチャネル内に示されている。第1のナイキストゾーンチャネル80は、400kHz帯域幅を有する361MHzでのナイキストゾーン12から折り返された振幅変調(AM)アナログ信号の複製と共に約7.5MHzで示されている。第2のナイキストゾーンチャネル82は、2MHz帯域幅を有する1853MHzでのナイキストゾーン61から折り返された符号分割複数アクセス(CDMA)信号の複製と共に約10MHzで示されている。第3のナイキストゾーンチャネル84は、141.7MHzでのナイキストゾーン5から折り返された連続波(CW)単一トーン信号の複製と共に約18.75MHzで示されている。最後に、第4のナイキストゾーンチャネル86は、4MHz帯域幅を有する513.5MHzでのナイキストゾーン17から折り返された周波数変調FM)信号の複製と共に約22MHzで示されている。従って、本発明の原理による受信機は、RF周波数帯域の周波数変換を行わない単一のA/D変換器において、異なるまたは同じ複数アクセス技術を用い、あるいは用いず、同じおよび/または異なる変調技術を用い、および/または異なるおよび/または連続する周波数帯域または方式を用いて、システムからアナログ信号を受信し、デジタル変換し得る。アナログ信号は、広帯域広周波数帯域および/または狭帯域として特徴付けられ得る。

0023

上述の実施の形態の他に、構成要素を省くおよび/または付加する、および/または記載した受信機アーキテクチャの変形または部分を用いる、本発明の原理による受信機アーキテクチャの代替的な構成が可能である。例えば、図3を特に参照すると、AM放送無線帯域(550〜1600kHz)はアンテナ76によって受信され、組合わせまたは複合アナログ信号に付加され得、A/D変換器24はAM無線周波数帯域中のアナログ信号をデジタル化し得る。AM無線周波数帯域は、第1のナイキストゾーンのキロヘルツ範囲中に配置されるであろう。このため、本発明の原理による受信機は、セルラーまたはPCSシステムのための基地局、AMまたはFM放送無線局および/またはGPS衛星などの異なる発信源からの信号を受信し得る。当業者が理解するように、受信機アーキテクチャを構成する様々な構成要素ならびにそれらの各々の動作パラメータおよび特性は適切に調和されて、適切な動作が提供されるべきである。例えば、受信機システムの実施の形態は、アメリカTDMAシステム、汎欧州デジタル移動電話方式(GSM)システム、符号分割多元接続(CDMA)システム、周波数分割多元接続FDMA)システム、全宇宙測位システム(GPS)、FMラジオおよび/またはAMラジオからの信号を受信するために用いられ得る。さらに、本発明の原理による受信機の実施の形態は、基地局受信周波数と関連付けられた周波数帯域(単数または複数)を用いて記載されたが、本発明の原理による受信機アーキテクチャは、移動ユニット受信帯域である基地局送信帯域などの他の周波数帯域(単数または複数)から情報を受信する、移動ユニットなどの無線ユニット中で用いられ得る。

0024

さらに、個々の構成要素の特定の構成を用いて受信機システムを記載したが、本開示の利益を受ける当業者によって理解されるように、受信機システムおよびその一部は、特定用途向け集積回路ソフトウェア駆動処理回路ファームウェアプログラム可能論理装置、ハードウェア、または別個の構成要素の他の配置において実施され得ることが理解されるべきである。例示的な実施の形態において、測定無線アーキテクチャは特定の回路を有しているものが示されているが、測定無線アーキテクチャは、示されている回路と比較すると同様の機能を共に行う異なる構成要素を用い得る。記載されているものは、本発明の原理の用途の例示にすぎない。本明細書に図示され記載された例示的な用途に厳密に従うことなく、かつ本発明の精神および範囲から逸脱せずに、これらおよび他の様々な改変、配置および方法が行われ得ることを、当業者は容易に理解する。

図面の簡単な説明

0025

図1本発明の原理による受信機の概略的なブロック図である。
図2A/D入力周波数での異なる周波数帯域、およびデジタルドメイン内の第1のナイキストゾーンに向って折り返す異なるナイキストゾーン中のアナログ信号の複製を示す図である。
図3本発明の原理による複数帯域受信機の実施の形態の一例の概略的なブロック図である。
図4A/D入力周波数での周波数帯域、および図3の複数帯域受信機の第1のナイキストゾーンのデジタルドメイン周波数での周波数帯域の複製を示す図である。
図561.44MHzのサンプリング速度を用いるA/D変換器についてのナイキストゾーン周波数プランを示す図である。
図6RFでの周波数帯域の複製と共にナイキストゾーンチャネルを示す図である。

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