(57)【要約】【課題】直交周波数分割多重信号を周波数変換する装置において、局部発振器の雑音のリファレンスリーク成分が周波数変換時のＣ／Ｎ劣化に与える影響を抑圧する。【解決手段】周波数変換する直交周波数分割多重信号のサブキャリア間隔の整数倍に、混合器に接続する局部発振器の比較周波数を合致させることで、局部発振器のリファレンスリークに起因するサブキャリア間干渉雑音電力を抑圧し、出力信号のＣ／Ｎ劣化量を低減する。【選択図】  図１
2004320118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準周波数と分周して作成された比較周波数を比較する位相比較手段と、前記位相比較手段から出力する制御電圧で動作する電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器の出力信号を分周して作成された比較周波数を周波数変換する周波数分割多重信号のサブキャリア間隔のＮ倍（Ｎは自然数）に合致させる発振部設定部とを設けたことを特徴とする局部発振器。
【請求項２】
基準周波数と分周して作成された比較周波数を比較する位相比較手段と、前記位相比較手段から出力する制御電圧で動作する電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器の出力側に接続され、その逓倍数をＭ（Ｍは２以上の自然数）とした逓倍器と、前記逓倍器の出力信号を分周して作成された比較周波数を周波数変換する周波数分割多重信号のサブキャリア間隔のＭ分のＮ倍（Ｎは自然数）に合致させる発振部設定部とを設けたことを特徴とする局部発振器。
【請求項３】
基準周波数と分周して作成された比較周波数を比較する位相比較手段と、前記位相比較手段から出力する制御電圧で動作する電圧制御発振器と、前記比較周波数と基準周波数が異なる場合は、前記基準周波数を周波数変換する周波数分割多重信号のサブキャリア間隔のＮ倍（Ｎは自然数）に合致させる発振部設定部とを設けたことを特徴とする局部発振器。
【請求項４】
基準周波数と分周して作成された比較周波数を比較する位相比較手段と、前記位相比較手段から出力する制御電圧で動作する電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器の出力側に接続され、その逓倍数をＭ（Ｍは２以上の自然数）とした逓倍器と、前記比較周波数と基準周波数が異なる場合は、前記基準周波数を周波数変換する周波数分割多重信号のサブキャリア間隔のＭ分のＮ倍（Ｎは自然数）に合致させる発振部設定部とを設けたことを特徴とする局部発振器。
【請求項５】
前記周波数分割多重信号が直交周波数分割多重信号を含む信号であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の局部発振器。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の局部発振器を用いて、変調波をダウンコンバートするダウンコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直交周波数分割多重信号を含む信号を伝送する装置に用いる局部発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信や放送等の分野で用いられる通信方式として周波数利用効率が高く、伝播環境にも耐性の強い直交周波数分割多重方式についての検討が盛んに行われてきている。また無線通信装置に搭載される周波数変換装置には局部発振器が一般的に用いられており、局部発振器について、これまで様々な検討が加えられてきた。
【０００３】
以下、従来の局部発振器の構成について図５を用いて説明する。信号伝送装置では一般的にＰＬＬを用いた周波数シンセサイザ回路で局部発振器を構成し、水晶発振器２１、位相検波器２２、低域通過フィルタ２３、電圧制御発振器２４、可変分周器２５、出力端子２６である。
【０００４】
以上のように構成された局部発振器について、以下その動作について説明する。位相検波器２２より与えられる制御電圧で動作する電圧制御発振器２４の出力信号を、可変分周器２５で分周して、比較周波数を作成する。そして位相検波器２２において水晶発振器２１で作成した基準周波数と、可変分周器２５より入力した比較周波数の位相を比較し、位相差を電圧に変換する。位相検波器２２の出力信号は低域通過フィルタ２３を通り、不要周波数が抑圧され、制御電圧として電圧制御発振器２４を動作させる。この一連の動作により電圧制御発振器２４の周波数が、一定値に安定し、出力端子２６に周波数が安定した所望周波数信号を得る。
【０００５】
続いて従来の局部発振器の装置構成と、従来の局部発振器の出力する局部発振周波数信号について、図５および図６を用いて説明する。
【０００６】
はじめに、局部発振器の出力する雑音成分のなかで、位相雑音成分によるサブキャリア間干渉について説明する。
【０００７】
図５に示す局部発振器において、ＰＬＬ制御をかけた局部発振器の出力信号の位相雑音がと表される場合、周波数変換後のｎ番目のサブキャリアによるｋ番目のサブキャリアへのサブキャリア間干渉雑音電力は、（数１）で示される。
【０００８】
【数１】
2004320118.tif 000003
【０００９】
は、ｎ，ｋ番目のサブキャリアの中心周波数、はサブキャリア間隔、関数ｓｉｎｃ（ｘ）はｓｉｎ（ｘ）／ｘで示される関数である。ここでｋ番目のサブキャリアが、自身を除く全てのサブキャリアから重畳されるサブキャリア間干渉雑音電力は（数２）となる。
【００１０】
【数２】
2004320118.tif 000004
【００１１】
ある１つのサブキャリアによる、他のサブキャリアへの干渉雑音電力が（数１）のようにＳＩＮＣ関数であらわされることからわかるように、位相雑音を持った局部発振器で周波数変換されたあるサブキャリアは、他のサブキャリアの中心周波数には雑音を発生させない。この現象は、サブキャリアが周波数的に直交関係にあることに起因している。
【００１２】
図６は、実際の局部発振器の出力信号スペクトラムを示し、図７は、その局部発振器の周波数信号で周波数変換されたＯＦＤＭ変調信号の一例を示す。
【００１３】
１１は局部発振器の雑音、１２は局部発振器の雑音１１に起因して発生する、サブキャリア間干渉雑音電力である。
【００１４】
（数１）で説明したことは図７に示した局部発振器の雑音によるサブキャリア間干渉雑音電力１２が、隣接するサブキャリアの中心周波数において、０になっていることから確認できる。
【００１５】
続いて、  局部発振器の出力する雑音成分のうち、ノイズピーク３３の成分に起因する周波数変換時のＣ／Ｎ劣化への影響について図６および図７を用いて説明する。
【００１６】
ノイズピークをもつ局部発振周波数信号周波数変換されたＯＦＤＭ変調信号の１つのサブキャリアは、図７に示すように、中心周波数からリファレンス周波数ごとに等間隔にピークノイズを生じる。
【００１７】
また、マルチキャリア信号に対応する無線機において、周波数変換装置を小型高性能化するために、局部発振器の出力端に高調波除去フィルタを用いる方法（例えば特許文献１参照）が知られていて、高調波を抑圧することができる。
【００１８】
【特許文献１】
特開平８−１２５５６２号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術で説明したとおり、位相検波器２２が出力する信号は、低域通過フィルタ２３を通ることで、不要周波数が抑圧され、制御電圧として電圧制御発振器２４に入力されている。
【００２０】
しかしながら、制御電圧から比較周波数を完全に除去することは困難であり、比較周波数が制御電圧に漏洩してしまう。その結果、比較周波数成分を含む制御電圧で電圧制御発振器が制御されるため、出力端子２６に所望周波数３１を中心に位相雑音成分３２のほかに比較周波数間隔でノイズピーク成分が現れる。ノイズピーク成分３３の抑圧には低域通過フィルタ２３の狭帯域化が有効であるが、周波数切り替えが低速になるといった問題があり、実用上問題がある。このような、雑音成分を持つ局部発振周波数信号で周波数変換すると、サブキャリア間干渉雑音が発生し、出力信号のＣ／Ｎが劣化するという課題がある。
【００２１】
また、直交周波数分割多重信号を伝送する装置では、局部発振器と接続した混合器をもちいて、周波数変換を行うが、信号の特性上、局部発振器の雑音への要求特性が厳しく、局部発振器の特性の改善が課題となっている。
【００２２】
さらに、マルチキャリア信号に対応する無線機において、周波数変換装置を小型高性能化するために、前記特許文献１に開示された高調波除去フィルタを用いる方法が知られているが、高調波を抑圧することができても、局部発振器の所望周波数近傍のリファレンスリークを抑圧することができないといった課題があった。
【００２３】
そこで本発明は、局部発振器のリファレンスリークがサブキャリア間干渉雑音電力に与える影響を小さくすることで、直交周波数分割多重信号を周波数変換する際の出力信号のＣ／Ｎ劣化量を抑圧することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
前記目的のために、本発明の局部発振器は、比較周波数をサブキャリアの周波数間隔の整数倍に合致するよう周波数を設定し、局部発振器のリファレンスリークによる、サブキャリア間干渉雑音電力を小さくすることを可能としている。
【００２５】
本発明請求項１に記載の発明は、基準周波数と分周して作成された比較周波数を比較する位相比較手段と、前記位相比較手段から出力する制御電圧で動作する電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器の出力信号を分周して作成された比較周波数を周波数変換する周波数分割多重信号のサブキャリア間隔のＮ倍（Ｎは自然数）に合致させる発振部設定部とを設けたことを特徴とする局部発振器であり、前記周波数構成にすることで、周波数変換時のサブキャリア間干渉雑音電力を小さくでき、周波数変換機のＣ／Ｎ劣化量を小さくするという作用を有する。
【００２６】
本発明請求項２に記載の発明は、基準周波数と分周して作成された比較周波数を比較する位相比較手段と、前記位相比較手段から出力する制御電圧で動作する電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器の出力側に接続され、その逓倍数をＭ（Ｍは２以上の自然数）とした逓倍器と、前記逓倍器の出力信号を分周して作成された比較周波数を周波数変換する周波数分割多重信号のサブキャリア間隔のＭ分のＮ倍（Ｎは自然数）に合致させる発振部設定部とを設けたことを特徴とする局部発振器であり、電圧制御発振器の出力を逓倍して所望周波数を得る構成の局部発振器において、周波数変換時の出力信号のＣ／Ｎ劣化量を抑圧させる効果があり、請求項１と同様の作用を有する。
【００２７】
本発明請求項３に記載の発明は、基準周波数と分周して作成された比較周波数を比較する位相比較手段と、前記位相比較手段から出力する制御電圧で動作する電圧制御発振器と、比較周波数と基準周波数が異なる場合は、前記位相比較手段の基準周波数を周波数変換する周波数分割多重信号のサブキャリア間隔のＮ倍（Ｎは自然数）に合致させる発振部設定部とを設けたことを特徴とする局部発振器であり、局部発振器から出力されるリファレンスリーク周波数がサブキャリア間隔と一致するため、請求項１乃至２と同様の作用を有する。
【００２８】
本発明請求項４に記載の発明は、基準周波数と分周して作成された比較周波数を比較する位相比較手段と、前記位相比較手段から出力する制御電圧で動作する電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器の出力側に接続され、その逓倍数をＭ（Ｍは２以上の自然数）とした逓倍器と、比較周波数と基準周波数が異なる場合は、位相比較手段の基準周波数を周波数変換する周波数分割多重信号のサブキャリア間隔のＭ分のＮ倍（Ｎは自然数）に合致させる発振部設定部とを設けたことを特徴とする局部発振器であり、請求項３と同様の作用を有する。
【００２９】
本発明請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の局部発振器において、周波数分割多重信号が直交周波数分割多重信号を含む信号であることを特徴とする局部発振器であり、サブキャリアの直交性から、請求項１乃至４と同様の作用を有する。
【００３０】
本発明請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の局部発振器を用い、変調波をダウンコンバートするダウンコンバータであり、出力信号のＣ／Ｎ劣化量の小さい、高性能なダウンコンバータが実現できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図１乃至図４を用いて説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
実施の形態１では無線通信装置の一部である局部発振器において、局部発振器の比較周波数を制御し、局部発振周波数を発振する局部発振器、および周波数変換機について説明する。
【００３３】
図１は、本実施の形態における、周波数変換機の装置構成の一例を示している。
【００３４】
局部発振器５３は、局部発振周波数信号を出力する。混合器５２は局部発振周波数信号と、入力端子５１より入力された信号を入力とし、周波数変換された信号を出力端子５４へ出力する。このような構成で、周波数変換機は構成され、例えば入力端子より入力される信号はＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）変調されたＲＦ信号であり、出力端子より出力される信号は、ＩＦ信号である。
【００３５】
続いて、ＯＦＤＭ変調された信号について、図２を用いて説明する。
【００３６】
ＯＦＤＭ変調信号では、複数のサブキャリアを周波数方向に多重する方法で信号が多重されており、理想的環境で生成された場合それぞれのサブキャリアは直交性を保っており、サブキャリア間の干渉が発生しない。
【００３７】
たとえば、注目サブキャリア６１に注目した際、隣接サブキャリア６２とは、周波数的に直交しているため、注目サブキャリア６１の信号の周波数成分は隣接サブキャリア６２の周波数成分が存在する周波数領域に存在しないため、キャリア間干渉による雑音成分を生じない。
【００３８】
また、図１に示す周波数変換機において、理想的な局部発振器を用いて図２に示したようなＯＦＤＭ変調信号を周波数変換した場合においても、その出力信号において、サブキャリア間のキャリア間干渉は発生しない。
【００３９】
次に、本発明における局部発振器の回路構成の一例を、図３に示す。
【００４０】
図２の従来の局部発振器と同様の作用をする部分には同じ符号を付した。
【００４１】
発振器４１は発振部設定部４２からの制御信号をもとに、発振周波数（基準周波数）が制御され、位相検波器（位相比較手段）２２に発振周波数信号を出力する。
【００４２】
発振部設定部４２は、発振部４１の発振周波数を制御するための制御信号を出力する。
【００４３】
ここで、発振部設定部４２により、発振部の出力する発振周波数をサブキャリアの周波数間隔に合致させるよう設定する。また、基準周波数は発振部４１から位相比較器２２に入力する周波数をいい、比較周波数は可変分周器２５から位相比較器２２に入力する周波数をいい、局部発振器５３の発振周波数は出力端子２６より出力する周波数をいう。
【００４４】
前述したように従来の発振器構成では、周波数変換後のＯＦＤＭ変調信号に図７に示すようなキャリア間干渉が発生するが、本発明の発振器では、発振部設定部４２の動作により、図４に示すように局部発振器の位相雑音によるサブキャリア間干渉雑音電力がサブキャリア間の直交性から局所的に０になる周波数と、局部発振器の比較周波数漏洩に起因するリファレンスリーク（従来技術ではノイズピーク）によるサブキャリア間干渉雑音が出現する周波数を一致させることができる。
【００４５】
その結果、図４に示すようにリファレンスリークによるノイズピークが、隣接するサブチャネルの中心周波数に存在し、サブキャリア間の直交性から、リファレンスリークの雑音を無視できることになる。
【００４６】
このことにより、リファレンスリークによる出力信号のサブキャリア間干渉雑音電力１２への影響を低減することが可能となり、出力信号のＣ／Ｎ劣化量を低減することが可能となる。
【００４７】
リファレンスリークの周波数間隔を制御する方法としては、様々な方法が考えられるが、たとえば、発振部４１に複数の水晶発振器を備え、それを切り替えて発振する方法や、発振部設定部４２により、発振部４１の持つ発振器に一定の制御信号を出力し、周波数変換するＯＦＤＭ変調信号のサブキャリア間隔に合致した発振周波数を出力させる方法などが考えられる。
【００４８】
また、周波数変換するＯＦＤＭ変調信号が複数あり、それを切り替えて受信もしくは送信を行う場合に、周波数変換するＯＦＤＭ変調信号のサブキャリア間隔に合わせて発振部設定部４２を制御し、リファレンスリーク周波数を制御することにより、複数の変調方法で通信する機器においても、Ｃ／Ｎ劣化を防ぐことができる。
【００４９】
なお、本実施の形態ではリファレンスリーク周波数を直交周波数分割多重信号のサブキャリアの間隔と一致させた場合について説明したが、サブキャリア間隔の整数倍とした場合にも、同様の効果がある。
【００５０】
なお、本実施の形態では、リファレンスリークが比較周波数と一致するような局部発振器の構成について説明したが、電圧制御発振器の出力を逓倍器、分周回路等で逓倍、分周するような構成（出力端子２６の直前に配置する構成）では、リファレンスリークの周波数は比較周波数の整数倍および整数分の一倍になる（すなわち逓倍数をＭ（Ｍは２以上の自然数）とし、かつ位相比較器の比較周波数を周波数変換する信号のサブキャリア間隔のＭ分のＮ倍（Ｎは自然数）に合致させる。）が、リファレンスリークの周波数をサブキャリア間隔の整数倍に合わせることで、同様の効果がある。なお、本実施の形態では、比較周波数をサブキャリア間隔の整数倍とした場合について説明したが、比較周波数と基準周波数が異なる場合は、基準周波数をサブキャリア間隔の、整数倍または整数分の１倍とした場合においても、同様の効果がある。
【００５１】
たとえば、発振部４１が１０ＭＨｚ、可変分周器２５の分周比が１／５０で、位相検波器２２の入力が等しくなったときに安定する系だとすると、位相検波器２２の上側の入力から入力される信号は１０ＭＨｚ、電圧制御発振器２４から出る周波数は５００ＭＨｚ、可変分周器２５に入る周波数は５００ＭＨｚ、可変分周器２５から出る周波数は１０ＭＨｚである。チャネルを変えようと、可変分周器の分周率を１／４９にかえると、出力端子の出力は４９０ＭＨｚとなる。しかし、この系を使って１０００ＭＨｚと、９８０ＭＨｚと切り替えたので良い場合には、出力端子２６の直前（Ｔ字型の分岐の後）に逓倍器を置くことで実現できる。５００ＭＨｚと４９０ＭＨｚを切り替える場合、サブチャネル間隔が１０ＭＨｚで比較周波数も１０ＭＨｚなので、請求項１に記載の構成で実現することができ、１０００ＭＨｚと９８０ＭＨｚで切り替える場合、サブチャンネル感覚は２０ＭＨｚですので、比較周波数１０ＭＨｚでも請求項１の構成に逓倍器を設けた請求項２に記載の構成で実現することができる。
【００５２】
なお、本実施の形態では、直交周波数分割多重信号を例に挙げたが、ＱＰＳＫや、ＱＡＭ、ＣＤＭＡに代表されるような変調信号を周波数分割多重した場合も、同様のことが言える。特に、ベースバンド部で周波数分割多重する場合には、直交周波数分割多重と同一の効果が得られる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、局部発振器を用いたが、変調波をダウンコンバートするダウンコンバータを用いてもよい。
【００５４】
また、本実施の形態では、局部発振器を用いて構成したがこれを含めた無線装置として実現でき、さらに同一の無線装置で複数種類のマルチキャリア信号を切り替えて通信することを特徴とする無線装置としてもよい。これにより変調方式を切り替えて通信を行う無線装置において、高性能な無線通信装置を実現できる。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、局部発振器の出力する雑音のうちリファレンスリーク成分の雑音を抑圧せずに周波数変換器の出力する直交周波数分割多重信号のＣ／Ｎ劣化量を低減することが可能となり、直交周波数分割多重信号に対し、より高品質な周波数変換を行うことができ、信号伝送装置の小型、高性能化に有効であるといった効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の周波数変換機の構成図
【図２】ＯＦＤＭ変調信号の波形図
【図３】本発明の局部発振器の構成ブロック図
【図４】本発明の実施の形態１における局部発振器の雑音に起因するサブキャリア間干渉雑音電力の波形図
【図５】従来の局部発振器の構成ブロック図
【図６】実際の局部発振器の出力信号スペクトラム図
【図７】従来の局部発振器の雑音に起因するサブキャリア間干渉雑音電力を示す波形図
【符号の説明】
１１  局部発振器の雑音
１２  局部発振器の雑音によるサブキャリア間干渉雑音電力
２１  入力端子
２２  位相検波器（位相比較手段）
２３  低域通過フィルタ
２４  電圧制御発振器
２５  可変分周器
２６  出力端子
３１  所望周波数成分
３２  位相雑音
３３  ノイズピーク（リファレンスリーク）
４１  発振部
４２  発振部設定部
５１  入力端子
５２  混合器
５３  局部発振器
５４  出力端子
６１  注目サブキャリア
６２  隣接サブキャリア
【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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