(57)【要約】【課題】  マルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ信号をダイレクト・コンバージョン方式で周波数変換する際の自己ミキシングによるＤＣオフセットを除去する。【解決手段】  ホッピングする周波数帯＃１、＃２、＃３毎にキャパシタ＃１、＃２、＃３が用意される。周波数ホッピングに同期してキャパシタを切り換え、例えば周波数帯＃１から他の周波数帯＃２に周波数ホッピングする直前でキャパシタ＃１が電荷を保持しておき、再び周波数帯＃１にホッピングしたときに、キャパシタ＃１でステップ応答を継続させる。キャパシタ＃１の充放電はなくなり、やがて定常状態に落ち着く。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数帯を周波数ホッピングする通信信号を受信する無線通信装置であって、
受信した通信信号にホッピング周波数からなるローカル信号を乗算して周波数変換する周波数変換部と、
周波数ホッピングする各周波数帯に対応したキャパシタを並列的に配置し、周波数ホッピングに同期しながらキャパシタの接続切り替えを行なうハイパス・フィルタ部と、
前記ハイパス・フィルタ部を透過した後の受信信号を受信処理する受信処理部と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記通信信号は、広い周波数帯域に送信情報を載せたウルトラワイドバンド信号である、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記通信信号は、複数のデータを各キャリアに割り当ててキャリア毎に振幅及び位相の変調を行ない、周波数軸での各キャリアの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換したＯＦＤＭ信号であり、
前記受信処理部ではＯＦＤＭ復調を行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記ハイパス・フィルタ部は、周波数ホッピングに同期しながら、同時に２以上のキャパシタが並列接続されることのないように、キャパシタの接続を切り替える際に時間差を設ける、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記ハイパス・フィルタ部は、前記の各キャパシタが切り離されたときの寄生容量を除去する寄生容量除去部を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数ホッピングする無線信号を周波数変換して受信処理する無線通信装置に係り、特に、所定のバンド間隔で中心周波数をホッピングするマルチバンドＯＦＤＭ信号を周波数変換して受信処理する無線通信装置に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、広帯域での周波数切り替えを行なうマルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ信号を周波数変換して受信処理する無線通信装置に係り、特に、マルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ通信方式において、受信信号をダイレクト・コンバージョンにより周波数変換する際における自己ミキシングの問題を解消する無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
無線ネットワークに関する標準的な規格として、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１や、ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２、ＩＥＥＥ８０２．１５．３などを挙げることができる。
【０００４】
また、近年では、「ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）通信」と呼ばれる、非常に広い周波数帯域でキャリアを使用せず１ナノ秒以下の超短パルス波に情報を載せて無線通信を行なう方式が、近距離超高速伝送を実現する無線通信システムとして注目され、その実用化が期待されている（例えば、非特許文献１を参照のこと）。現在、ＩＥＥＥ８０２．１５．３などにおいて、ウルトラワイドバンド通信のアクセス制御方式として、プリアンブルを含んだパケット構造のデータ伝送方式が考案されている。
【０００５】
将来、ＵＷＢに代表される近距離通信のＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）はあらゆる家電品やＣＥ（Ｃｏｎｓｕｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）機器に搭載されることが予想され、１００Ｍｂｐｓ超のＣＥ機器間のＰ−ｔｏ−Ｐ伝送や家庭内ネットワークの実現が期待されている。ミリ波帯の利用が普及した場合には１Ｇｂｐｓ超の短距離無線も可能となり、ストレージ・デバイスなどを含む超高速な近距離用のＤＡＮ（Ｄｅｖｉｃｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）も実現可能となる。
【０００６】
また、室内で無線ネットワークを構築した場合、受信装置では直接波と複数の反射波・遅延波の重ね合わせを受信するというマルチパス環境が形成される。マルチパスにより遅延ひずみ（又は、周波数選択性フェージング）が生じ、通信に誤りが引き起こされる。そして、遅延ひずみに起因するシンボル間干渉が生じる。
【０００７】
主な遅延ひずみ対策として、マルチキャリア（多重搬送波）伝送方式を挙げることができる。マルチキャリア伝送方式では、送信データを周波数の異なる複数のキャリアに分配して伝送するので、各キャリアの帯域が狭帯域となり、周波数選択性フェージングの影響を受け難くなる。
【０００８】
例えば、マルチキャリア伝送方式の１つであるＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）方式では、各キャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各キャリアの周波数が設定されている。情報伝送時には、シリアルで送られてきた情報を情報伝送レートより遅いシンボル周期毎にシリアル／パラレル変換して出力される複数のデータを各キャリアに割り当ててキャリア毎に振幅及び位相の変調を行ない、その複数キャリアについて逆ＦＦＴを行なうことで周波数軸での各キャリアの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して送信する。また、受信時はこの逆の操作、すなわちＦＦＴを行なって時間軸の信号を周波数軸の信号に変換して各キャリアについてそれぞれの変調方式に対応した復調を行ない、パラレル／シリアル変換して元のシリアル信号で送られた情報を再生する。
【０００９】
ＯＦＤＭ変調方式は、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇにおいて無線ＬＡＮの標準規格として採用されている。また、ＩＥＥＥ８０２．１５．３においても、ＤＳの情報信号の拡散速度を極限まで高くしたＤＳ−ＵＷＢ方式や、数１００ピコ秒程度の非常に短い周期のインパルス信号列を用いて情報信号を構成して送受信を行なうインパルス−ＵＷＢ方式以外に、ＯＦＤＭ変調方式を採用したＵＷＢ通信方式についての標準化が進められている。例えば、３．１〜４．８ＧＨｚの周波数帯をそれぞれ５２８ＭＨｚ幅からなる複数のサブバンドを周波数ホッピング（ＦＨ）し、各周波数帯が１２８ポイントからなるＩＦＦＴ／ＦＦＴを用いたマルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ変調が検討されている（例えば、非特許文献２を参照のこと）。
【００１０】
ここで、直接拡散（ＤＳ）や周波数ホッピング（ＦＨ）は、通信チャネル毎に異なる拡散符号を割当てて多元接続を行なうスペクトラム拡散方式であり，情報信号に比べて非常に広い周波数帯域幅を通信に用いる。この方法では、ＯＦＤＭなどの１次変調と、拡散による２次変調を行なう。
【００１１】
図７には、マルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ通信方式において規定されている周波数割り当てを示している。同図に示すように、中心周波数をそれぞれ３４３２ＭＨｚ、３９６０ＭＨｚ、４４８８ＭＨｚとするバンド＃１〜＃３からなるグループ１と、中心周波数をそれぞれ５０１６ＭＨｚ、５５４８ＭＨｚ、６０７２ＭＨｚとするバンド＃４〜バンド＃６からなるグループ２と、中心周波数をそれぞれ６６００ＭＨｚ、７１２８ＭＨｚ、７６５６ＭＨｚとするバンド＃７〜＃９からなるグループ３と、中心周波数をそれぞれ８１８４ＭＨｚ、８７１２ＭＨｚ、９２４０ＭＨｚとするバンド＃１０〜＃１２からなるグループ４と、中心周波数をそれぞれ９７６８ＭＨｚ並びに１０２９６ＭＨｚとするバンド＃１３〜＃１４からなるグループ５とで構成される。このうち、グループ１の３バンドを用いることが義務化（ｍａｎｄａｔｏｒｙ）されているとともに、それ以外のグループや帯域は将来の拡張のために用意されている。
【００１２】
図８には、マルチバンドＯＦＤＭシステムに用いられる受信機の構成例を示している（例えば、非特許文献６を参照のこと）。図示の受信機は、受信信号の周波数変換にダイレクト・コンバージョン（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）構成が採られている。ダイレクト・コンバージョン方式では、中間周波数（ＩＦ）段を削除し、アンテナで受信した信号を増幅し、ローカル周波数と乗算することによりベースバンド信号に直接周波数変換を行なう。ダイレクト・コンバージョン方式によれば、受信機の広帯域化が容易となり、受信機の構成の柔軟性が増す。
【００１３】
図８に示す例では、ＲＦ信号の中心周波数と同一周波数のローカル（ＬＯ）信号ｃｏｓ（２πｆc）及びｓｉｎ（２πｆc）がＩ軸及びＱ軸の各受信信号の周波数変換に用いられている。周波数変換した後は、ローパス・フィルタ（ＬＰＦ）により低域を取り出し、ＶＧＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｇａｉｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）により増幅し、ＡＤ変換してさらにＦＦＴにより時間軸の信号を周波数軸の信号に変換し各キャリアについて復調を行ない、元のシリアル信号で送られた情報を再生する。
【００１４】
図８に示すようなダイレクト・コンバージョン受信機では、例えば図７に示すグループ１の帯域を使用する場合には、ＲＦ信号の中心周波数と同一周波数である３４３２ＭＨｚ、３９６０ＭＨｚ、４４８８ＭＨｚの３つの周波数がローカル信号として必要になる。
【００１５】
ダイレクト・コンバージョン方式を採用することにより、ＩＦフィルタを用いないため受信機の広帯域化が容易となり、受信機の構成の柔軟性が増す。しかしながら、ダイレクト・コンバージョン方式においては、受信周波数とローカル周波数が等しくなるため、ローカル信号の自己ミキシング（ＬＯ ｓｅｌｆ ｍｉｘｉｎｇ）により直流成分すなわちＤＣオフセット（ＤＣ ｏｆｆｓｅｔ）が発生するという問題が指摘されている（例えば、非特許文献３を参照のこと）。
【００１６】
ローカル信号の自己ミキシングは、図９に示すように、受信機本体からアンテナに向かって漏れ出したローカル信号の一部がアンテナで反射して再び受信機に戻り、ミキサにおいてローカル信号自身と乗算されることによって生じる。あるいは、ローカル信号の一部がアンテナを通じて外部に放出された後、その反射波がアンテナで受信されてローカル信号とミキシングされることもある。
【００１７】
例えば、図９のローカル信号の振幅が０．５Ｖ、低雑音アンプ（ＬＮＡ）とミキサの合計利得が３０ｄＢ、ローカル信号の漏れがアンテナで反射して図中のＡ点に戻るまでに−７０ｄＢ減衰していると仮定して、ミキサの出力のＤＣオフセットを求めると、２．５ｍＶになる。一方、希望波の信号レベルは最小で−７４ｄＢｍ程度であるから、ミキサの出力では−４４ｄＢｍ＝１．４ｍＶｒｍｓである。このようにＤＣオフセットは希望波の信号レベルよりも大きくなることが判る。
【００１８】
下式には、ＤＣオフセットが生じる過程を記述している。ｃｏｓ（ωｔ）はローカル信号、αとφはミキサに戻った反射波の振幅と位相を表している。同式の右辺の第１項がＤＣオフセットであり、第２項及び第３項は２倍の周波数成分である。ＤＣオフセットは反射波の振幅と位相によって変化することが理解できよう。
【００１９】
【数１】
2006203686.tif 000003
【００２０】
マルチバンドＯＦＤＭ通信システムでは周波数ホッピング（ＦＨ）を行なうので（前述）、ローカル信号の周波数は周波数ホッピングの度に変化している。アンテナの反射係数も周波数によって異なるので、自己ミキシングによって生じるＤＣオフセットも周波数ホッピングに伴って変化してしまう。周波数ホッピングの頻度はＯＦＤＭシンボルレートと同じ３．２ＭＨｚなので、ＤＣオフセットは図１０に示すように１／３．２ＭＨｚ＝３１２．５ナノ秒の周期でステップ状に変化することになる。
【００２１】
ＤＣオフセットを除去するには、一般に、受信信号にローカル周波数を乗算するミキサの出力にキャパシタを直列に挿入する方法が行なわれる。この場合、図１１に示すように、キャパシタＣと回路インピーダンスＲによって１次のハイパス・フィルタ（ＨＰＦ）を構成し、周波数応答の遮断周波数は１／（２πＣＲ）、ステップ応答の収束時間は２πＣＲになる。
【００２２】
マルチバンドＯＦＤＭシステムのサブキャリア周波数は４．１２５ＭＨｚであるので、ダイレクト・コンバージョン受信機では４．１２５ＭＨｚまでは通過させたいが、ＤＣオフセットのステップ応答の収束時間はＯＦＤＭシンボルレートの１／１０程度（およそ３０ナノ秒）に抑えたい。しかし、遮断周波数を４．１２５ＭＨｚにすると、ステップ応答が収束する時間は図１２に示すように２４２ナノ秒（＝１／４．１２５ＭＨｚ）と大きくなり、ＯＦＤＭシンボル内の大部分の時間がステップ応答を伴ってしまうという厄介な問題がある。遮断周波数を小さくすると、応答収束時間が長くなり、１シンボル内でＤＣオフセットがゼロに収まらず、次のシンボルに影響してしまう。
【００２３】
ここで、時分割多重方式の無線システムの場合、自受信機に割り当てられたタイムスロット以外の時間にＤＣオフセットを検出して保持し、自受信機に割り当てられたタイムスロットでは、保持していたＤＣオフセットを差し引いて除去することが可能である。
【００２４】
また、周波数分割多重方式の無線システムの場合、受信フレームのプリアンブルの期間にＤＣオフセットを検出して保持し、その他の期間に、保持していたＤＣオフセットを差し引いて除去することが可能である。
【００２５】
従来、周波数ホッピングをする無線システムとしてＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信が知られている。この場合、ペイロードの前に７２ビットのアクセス・コードがあり、この先頭部分にＤＣオフセット検出用の４ビットのプリアンブルを有しているので（図１３を参照のこと）、キャパシタの充放電時間を短縮するなどの付加回路によって時定数の切り替えを行なうことで、この比較的短いプリアンブル時間を利用してＤＣオフセットを除去することが可能である。
【００２６】
これに対し、マルチバンドＯＦＤＭ通信システムでは１シンボル毎に周波数ホッピングが行なわれ、周波数切り替え時間はわずかに１０ナノ秒未満であることから、この非常に短い切り替え時間内にＤＣオフセットを検出して除去しなければならないが、これは極めて困難である。すなわち、受信信号をダイレクト・コンバージョンにより周波数変換を行なう際のＤＣオフセットの問題は、マルチバンドＯＦＤＭシステムにおいて周波数ホッピングを行なう際に特に顕著であると言える。
【００２７】
【非特許文献１】日経エレクトロニクス２００２年３月１１日号「産声を上げる無線の革命児Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅｂａｎｄ」  Ｐ．５５−６６
【非特許文献２】ＩＥＥＥ８０２．１５．３ａ  ＴＩ  Ｄｏｃｕｍｅｎｔ＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｇｒｏｕｐｅｒ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇ／ｇｒｏｕｐｓ／８０２／１５／ｐｕｂ／２００３／Ｍａｙ０３  ファイル名：０３１４２ｒ２Ｐ８０２−１５＿ＴＩ−ＣＦＰ−Ｄｏｃｕｍｅｎｔ．ｄｏｃ＞
【非特許文献３】Ａｎｕｊ Ｂａｔｒａ，“０３２６７ｒ１Ｐ８０２−１５＿ＴＧ３ａ−Ｍｕｌｔｉ−ｂａｎｄ−ＯＦＤＭ−ＣＦＰ−Ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ．ｐｐｔ”，ｐｐ．１７，Ｊｕｌｙ ２００３．
【非特許文献４】Ａｓａｄ Ａ．Ａｂｉｄｉ著“Ｄｉｒｅｃｔ−Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｒａｄｉｏ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｓ ｆｏｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”（ＩＥＥＥ Ｊ．Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，ｖｏｌ．３０，ｎｏ．１２，ｐｐ．１３９９−１４１０，１９９５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明の目的は、所定のバンド間隔で中心周波数をホッピングさせるマルチバンドＯＦＤＭ信号を周波数変換して好適に受信処理することができる、優れた無線通信装置を提供することにある。
【００２９】
本発明のさらなる目的は、広帯域での周波数切り替えを行なうマルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ信号を周波数変換して好適に受信処理することができる、優れた無線通信装置を提供することにある。
【００３０】
本発明のさらなる目的は、マルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ通信方式において、受信信号をダイレクト・コンバージョン方式で周波数変換する際における自己ミキシングによるＤＣオフセットの問題を解消することができる、優れた無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、複数の周波数帯を周波数ホッピングする通信信号を受信する無線通信装置であって、
受信した通信信号にホッピング周波数からなるローカル信号を乗算して周波数変換する周波数変換部と、
周波数ホッピングする各周波数帯に対応したキャパシタを並列的に配置し、周波数ホッピングに同期しながらキャパシタの接続切り替えを行ない、周波数変換後の受信信号に含まれるＤＣオフセットを除去するハイパス・フィルタ部と、
ＤＣオフセット除去後の受信信号に対し、低域透過、増幅、デジタル変換、復調などの信号処理を行なう受信処理部と、
を具備することを特徴とする無線通信装置である。
【００３２】
本発明は、広帯域での周波数切り替えを行なうマルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ通信システムにおいて、受信信号を周波数変換して受信処理する無線通信装置に関するものであり、特に、ダイレクト・コンバージョン方式により受信信号の周波数変換を行なうものである。
【００３３】
ダイレクト・コンバージョン方式によれば、ＩＦフィルタを用いないため受信機の広帯域化が容易となる。ところが、受信機の構成の柔軟性が増す一方、受信周波数とローカル周波数が等しくなるため、ローカル信号の自己ミキシングにより直流成分すなわちＤＣオフセットが発生するという問題がある。とりわけ、マルチバンドＯＦＤＭ通信システムでは、１シンボル毎に周波数ホッピングが行なわれるため、極めて短い周波数切り替え時間の間にＤＣオフセットを検出して除去することは困難である。
【００３４】
ＤＣオフセットを除去するには、一般に、受信信号にローカル周波数を乗算するミキサの出力に１次のハイパス・フィルタを挿入する方法が行なわれる。しかし、ステップ電圧が印加されるとキャパシタは周波数ホッピングの度に充放電を繰り返すことから、ステップ応答を伴い厄介である。
【００３５】
そこで、本発明に係る無線通信装置では、周波数ホッピングする各周波数帯に対応したキャパシタを並列的に配置して１次のハイパス・フィルタを構成することにした。そして、周波数ホッピングに同期しながらキャパシタの切り換えを行ないながら、周波数変換後の受信信号に含まれるＤＣオフセットを除去するようにした。
【００３６】
例えば、ホッピングするバンド＃１、＃２、…毎にキャパシタ＃１、＃２、…が用意されている。そして、バンド＃１から他のバンド＃２に周波数ホッピングする直前でキャパシタ＃１が電荷を保持しておいて、再びバンド＃１にホッピングしたときに、キャパシタ＃１でステップ応答を継続させることができる。このように周波数ホッピングに対応したキャパシタの切り換え動作を繰り返すうちに、キャパシタ＃１の充放電はなくなって定常状態に落ち着く。すなわち、ホッピングする周波数帯毎にＤＣオフセットの除去処理が独立して行なわれるので、ある周波数帯で生じるステップ応答の過渡現象が、周波数ホッピングした次の周波数帯に影響を及ぼすことがなくなる。
【００３７】
従来は、遮断周波数を小さくすると、応答収束時間が長くなり、１シンボル内でＤＣオフセットがゼロに収まらず、次のシンボルに影響してしまう。これに対し、本発明によれば、ハイパス・フィルタの遮断周波数をサブキャリア周波数以下に設定することができる。
【００３８】
なお、キャパシタの接続切り替えを行なう際に、同時に２以上のキャパシタが並列接続されると、容量に応じて各キャパシタに電荷が配分されてしまう。このような場合、ＤＣオフセットの影響が他の周波数帯に現れてしまい、ステップ応答時間を短くするという効果を十分に得られなくなる可能性がある。そこで、前記ハイパス・フィルタ部は、周波数ホッピングに同期しながら、同時に２以上のキャパシタが並列接続されることのないように、キャパシタの接続を切り替える際に時間差を設けることが、より好ましい。
【００３９】
また、並列に配置したキャパシタの択一的な接続切り替えを行なう場合、各キャパシタの一端に接続切り換え用のスイッチを設け、もう片端を常に共通接続するという構成が考えられる。この場合、共通接続された片端において回路の寄生容量が多く付くことが懸念される。そこで、前記の各キャパシタが切り離されたときの寄生容量を除去する寄生容量除去部を備えるようにすることが、より好ましい。
【００４０】
例えば、選択されていないときにキャパシタの両端を切り離すスイッチと、切り離されたキャパシタの片端を接地するスイッチにより、寄生容量除去部を構成することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、広帯域での周波数切り替えを行なうマルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ信号を周波数変換して好適に受信処理することができる、優れた無線通信装置を提供することができる。
【００４２】
また、本発明によれば、マルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ通信方式において、受信信号をダイレクト・コンバージョン方式で周波数変換する際における自己ミキシングによるＤＣオフセットの問題を解消することができる、優れた無線通信装置を提供することができる。
【００４３】
本発明に係る無線通信装置では、周波数ホッピングする各周波数帯に対応したキャパシタを並列的に配置して１次のハイパス・フィルタを構成し、周波数ホッピングに同期しながらキャパシタの接続切り替えを行なうことで、周波数変換後の受信信号に含まれるＤＣオフセットを除去するようにした。ホッピングする周波数帯毎にＤＣオフセットの除去処理が独立して行なわれるので、ハイパス・フィルタの遮断周波数をサブキャリア周波数以下に設定することができる。
【００４４】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００４６】
本発明は、広帯域での周波数切り替えを行なうマルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ通信システムにおいて、受信信号を周波数変換して受信処理する無線通信装置に関するものであり、特に、ダイレクト・コンバージョン方式により受信信号の周波数変換を行なうものである。
【００４７】
ダイレクト・コンバージョン方式を採用することにより、ＩＦフィルタを用いないため受信機の広帯域化が容易となり、受信機の構成の柔軟性が増す。しかしながら、受信周波数とローカル周波数が等しくなるため、ローカル信号の自己ミキシングにより直流成分すなわちＤＣオフセットが発生するという問題がある。とりわけ、マルチバンドＯＦＤＭ通信システムでは、１シンボル毎に周波数ホッピングが行なわれ、極めて短い周波数切り替え時間の間にＤＣオフセットを検出して除去することは困難である。
【００４８】
ＤＣオフセットを除去するには、一般に、受信信号にローカル周波数を乗算するミキサの出力に、図１１に示したような１次のハイパス・フィルタ（ＨＰＦ）を挿入する方法が行なわれる。しかしながら、図１０に示したようなステップ電圧が印加されるとき、キャパシタは周波数ホッピングの度に充放電を繰り返すことから、図１２に示したようなステップ応答になる。
【００４９】
ここで、本発明者らは、あるバンド＃１から他のバンド＃２に周波数ホッピングする直前でキャパシタが電荷を保持しておいて、再びバンド＃１にホッピングしたときに、キャパシタでステップ応答を継続させることが可能であれば、キャパシタの充放電はなくなって定常状態に落ち着くはずであると思料する。すなわち、ホッピングする周波数帯毎にＤＣオフセットの除去処理が独立して行なうようにする。
【００５０】
このような処理を実現するために、受信信号をローカル信号と乗算する周波数変換部の後に挿入する１次のハイパス・フィルタを、図１に示すように、周波数ホッピングする各周波数帯に対応したキャパシタを並列的に配置することで構成し、周波数ホッピングに同期しながらキャパシタの切り替えを行なうようにする。図示の例では、ホッピングするバンド＃１、＃２、＃３毎にキャパシタ＃１、＃２、＃３が用意されている。
【００５１】
個々のキャパシタは、周波数ホッピングの度に充放電を繰り返して、それぞれステップ応答を生じる。周波数ホッピングに同期したキャパシタの切り換え動作を行なうと、バンド＃１から他のバンド＃２に周波数ホッピングする直前でキャパシタ＃１が電荷を保持しておき、再びバンド＃１にホッピングしたときに、キャパシタ＃１でステップ応答を継続させることができる。そして、周波数ホッピングに対応したキャパシタの切り換え動作を繰り返すうちに、キャパシタ＃１の充放電はなくなり、やがて定常状態に落ち着く。すなわち、ホッピングする周波数帯毎にＤＣオフセットの除去処理が独立して行なわれるので、ある周波数帯で生じるステップ応答の過渡現象が、周波数ホッピングした次の周波数帯に影響を及ぼすことがなくなる。
【００５２】
図７では、マルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ通信方式において、ｍａｍｄａｔｏｒｙとされているグループ１がバンド＃１〜＃３からなることを示した。すなわち、バンド＃１と、バンド＃２、バンド＃３の間で周波数ホッピングを行なうので、図１に示したハイパス・フィルタは以下のような３状態の切り換えとなる。
【００５３】
（１）バンド＃１のときはＳＷ＃１をオン、ＳＷ＃２とＳＷ＃３はオフにしてキャパシタ＃１だけを接続する。
（２）バンド＃２のときはＳＷ＃２をオン、ＳＷ＃１とＳＷ＃３はオフにしてキャパシタ＃２だけを接続する。
（３）バンド＃３のときはＳＷ＃３をオン、ＳＷ＃１とＳＷ＃２はオフにしてキャパシタ＃３だけを接続する。
【００５４】
図２には、バンド＃１の入力電圧と出力電圧の関係を示している。但し、横軸を周波数ホッピングの周期を基準として時間を表している。キャパシタ＃１はあらかじめ放電してあり、周波数ホッピング周期ｔ０で初めてＳＷ＃１がオンになるものとする。
【００５５】
ＳＷ＃１をオンした瞬間、キャパシタＣ＃１は、あたかもショートされているように入力電圧がそのまま回路インピーダンスＲに加わるが、すぐにＲを通じてキャパシタＣ＃１の右側電極にマイナス電荷が流入する。この結果、入力電圧と釣り合うだけのプラス電荷がキャパシタＣ＃１の図中左側の電極に蓄積し、キャパシタＣ＃１は充電されて出力電圧は低下する。
【００５６】
次の周波数ホッピングの周期ｔ１になると、ＳＷ＃１はオフになる。このため、充電は中断されて、キャパシタＣ＃１の電荷は移動することが出来ずに保持される。
【００５７】
ホッピング周期ｔ３でバンド＃１にホッピングすることに対応して、再びＳＷ＃１がオンする。これに応じて、キャパシタＣ＃１に充電された電位だけ低い出力電圧から充電が再開し、さらに出力電圧は低下する。
【００５８】
この充電動作は次のホッピング周期ｔ４で中断される。続いて、バンド＃１にホッピングするｔ６で再開し、その次のホッピング周期ｔ７ではキャパシタＣ＃１の充電が完了して出力電圧はゼロの定常状態になり、それ以降は変化しなくなる。
【００５９】
このように中断を繰り返しながら過渡現象が継続するので、ハイパス・フィルタの遮断周波数をサブキャリア周波数よりも低く設定した場合であっても、ステップ応答は周波数ホッピングの何周期か後には収束して定常状態になる。したがって、周波数ホッピング毎のステップ応答の問題（前述）は生じなくなる。
【００６０】
なお、図１に示したハイパス・フィルタ構成において、並列に配置さたれ各キャパシタと、それぞれの接続切り替えを行なうスイッチとの前後関係を逆にすることも可能である。図３にはこの場合の回路構成例を示している。
【００６１】
ここで、図１及び図３に示したいずれの回路構成の場合も、並列に配置された各キャパシタの一端に接続切り換え用のスイッチを設け、もう片端が常に共通接続されている。このような場合、共通接続された片端において回路の寄生容量が多く付くことが懸念される。そこで、各キャパシタが切り離されたときの寄生容量を除去する寄生容量除去部を備えるようにすることが、より好ましい。
【００６２】
例えば、選択されていないときにキャパシタの両端を切り離すスイッチと、切り離されたキャパシタの片端を接地するスイッチにより、寄生容量除去部を構成することができる。
【００６３】
図４には、寄生容量除去部を追加した場合のハイパス・フィルタの回路構成例を示している。同図に示す例では、キャパシタＣ＃１が接続されている状態を表していて、ＳＷ＃１ａとＳＷ＃１ｃが同時にオンで、ＳＷ＃１ｂはオフしている。また、キャパシタＣ＃１を切り離すときは、ＳＷ＃１ａとＳＷ＃１ｃを同時にオフにして、ＳＷ＃１ｂをオンにする。このように、いずれのキャパシタＣ＃１〜Ｃ＃３の場合も、ａ及びｃのスイッチとｂのスイッチは排他的に動作する。
【００６４】
図５には、本発明の一実施形態に係るマルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ受信機の構成を示している。図示の受信機は、周波数をダウンコンバートした後のハイパス・フィルタとして、図１に示したキャパシタ切り換え機構付きの回路が採用されている。図示の受信機は、受信信号の周波数変換にダイレクト・コンバージョン構成が採られている。
【００６５】
ＲＦ信号の中心周波数と同一周波数のローカル（ＬＯ）信号ｃｏｓ（２πｆc）及びｓｉｎ（２πｆc）がＩ軸及びＱ軸の各受信信号の周波数変換に用いられている。例えば図７に示すグループ１の帯域を使用する場合、マルチバンド受信機としては、ＲＦ信号の中心周波数と同一周波数である３４３２ＭＨｚ、３９６０ＭＨｚ、４４８８ＭＨｚの３つの周波数がローカル信号として必要になる。
【００６６】
マルチバンド・ローカル発振器は、これら複数の周波数信号を生成する。マルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢシステムではチャネルの切り替え幅が大きいことから、単一のＰＬＬでは広帯域での周波数切り替えを行なうことができない。このことから、マルチバンド・ローカル発振器は、基準となる単一の周波数から分周と周波数演算を利用して、マルチバンド・システムにおける各バンドの中心周波数を正確に得る構成が好ましいと思料される。このような周波数合成装置については、例えば本出願人に既に譲渡されている特願２００４−２５１００６号の明細書に開示されている。
【００６７】
周波数ホッピング・コントローラは、マルチバンド・ローカル発振器における周波数ホッピング動作を制御する。そして、ダウンコンバージョン・ミキサは、マルチバンド・ローカル発振器から出力されるローカル信号とＩ軸及びＱ軸の各受信信号とをそれぞれ乗算し、周波数変換を行なう。
【００６８】
このようなダイレクト・コンバージョン方式によるダウンコンバージョンでは、ローカル信号の自己ミキシングによりＤＣオフセットが発生する。本実施形態では、ダウンコンバージョン・ミキサの後段には、Ｉ軸及びＱ軸のそれぞれに、周波数ホッピングする各バンド＃１〜＃３に対応したキャパシタＣ＃１〜Ｃ＃３及びこれらキャパシタの接続切り換えを行なうスイッチＳＷ＃１〜ＳＷ＃３を並列的に配置して構成される１次のハイパス・フィルタが設けられている。
【００６９】
周波数ホッピング・コントローラは、周波数ホッピング、すなわちマルチバンド・ローカル発振器におけるローカル周波数の切り換え動作と同期しながら、スイッチＳＷ＃１〜ＳＷ＃３の切り換え動作を行ない、周波数ホッピングに同期してキャパシタＣ＃１〜Ｃ＃３を交互に接続するようにする。
【００７０】
バンド＃１から他のバンド＃２に周波数ホッピングする直前でキャパシタ＃１が電荷を保持しておいて、再びバンド＃１にホッピングしたときに、キャパシタ＃１でステップ応答を継続させることができる。このように周波数ホッピングに対応したキャパシタの切り換え動作を繰り返すうちに、キャパシタ＃１の充放電はなくなって定常状態に落ち着く。他のキャパシタＣ＃２及びＣ＃３においても同様である。すなわち、ホッピングする周波数帯毎にＤＣオフセットの除去処理が独立して行なわれるので、ある周波数帯で生じるステップ応答の過渡現象が、周波数ホッピングした次の周波数帯に影響を及ぼすことがなくなる。
【００７１】
なお、図５では省略しているが、各キャパシタＣ＃１〜Ｃ＃３に図４で示したような寄生容量除去部を配設してもよい。
【００７２】
このように、周波数変換しさらにＤＣオフセットを除去した後の受信信号は、ローパス・フィルタにより低域を取り出し、ＶＧＡにより増幅し、ＡＤ変換してさらにＦＦＴにより時間軸の信号を周波数軸の信号に変換し各キャリアについて復調を行ない、元のシリアル信号で送られた情報を再生する。
【００７３】
なお、キャパシタ＃Ｃ１〜Ｃ＃３の接続切り替えを行なう際に、同時に２以上のキャパシタが並列接続されると、容量に応じて各キャパシタに電荷が配分されてしまう。このような場合、ＤＣオフセットの影響が他の周波数帯に現れてしまい、ステップ応答時間を短くするという効果を十分に得られなくなる可能性がある。そこで、周波数ホッピング・コントローラは、マルチバンド・ローカル発振器の周波数ホッピングに同期しながら、同時に２以上のキャパシタが並列接続されることのないように、キャパシタの接続を切り替える際に時間差Δｔを設けるようにする。図６には、周波数ホッピング・コントローラによるマルチバンド・ローカル発振器の周波数ホッピング及びキャパシタ＃Ｃ１〜Ｃ＃３の切り換え動作例を示している。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲の記載を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図１は、周波数ホッピングする各周波数帯に対応したキャパシタを並列的に配置することで構成されたハイパス・フィルタを示した図である。
【図２】図２は、バンド＃１の入力電圧と出力電圧の関係を示した図である。
【図３】図３は、図１に示した回路構成の変形例を示した図である。
【図４】図４は、図１に示した回路に寄生容量除去部を追加した回路構成例を示した図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係るマルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ受信機の構成を示している。
【図６】図６は、周波数ホッピング・コントローラによるマルチバンド・ローカル発振器の周波数ホッピング及びキャパシタ＃Ｃ１〜Ｃ＃３の切り換え動作例を示したタイミングチャートである。
【図７】図７は、マルチバンドＯＦＤＭ＿ＵＷＢ通信方式において規定されている周波数割り当て例を示した図である。
【図８】図８は、マルチバンドＯＦＤＭシステムに用いられるダイレクト・コンバージョン方式受信機の構成例を示した図である。
【図９】図９は、ローカル信号の自己ミキシングを説明するための図である。
【図１０】図１０は、自己ミキシングによって生じるＤＣオフセットを説明するための図である。
【図１１】図１１は、１次の杯パス・フィルタの構成例を示した図である。
【図１２】図１２は、ダイレクト・コンバージョン受信機において遮断周波数を４．１２５ＭＨｚとしたときの、ＤＣオフセットのステップ応答の収束時間を説明するための図である。
【図１３】図１３は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信におけるアクセス・コードの構成を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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