(57)【要約】低中間周波数を有する無線受信機（受信機）は、変調された入力信号（ＲＦ）を入力でき、かつ、出力部から複素中間周波数信号（Ｉ・Ｑ）を導出するミクサ段階（ＡＭ）を備えている。第１ミクサ段階（ＡＭ）の下流には、出力部から値離散的で時間連続的な中間周波数信号を出力する制限増幅器（ＬＩＭ）が接続されている。このリミッタ（ＬＩＭ）の出力部には、中間周波数信号をサンプリングするためのサンプリングデバイス（ＡＥ）と、デジタル復調デバイス（ＤＥ）とが連結されている。このデジタル復調デバイス（ＤＥ）の出力部からは、復調された入力信号が導出される。本発明この無線受信機は、ほとんど電力消費をしないとともにチップ面を最小化できる一方、高感度および高精度のデジタル復調を行えるものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波数信号（ＲＦ）を復調するための、動式無線に適した受信機回路であって、
後に復調される高周波数信号（ＲＦ）が第１入力部に入力され、第２入力部に複素数搬送信号（Ｓ１）が入力され、出力部から複素数を有する中間周波数信号（Ｉ・Ｑ）が導出される第１ミクサ段階（ＡＭ）と、
第１ミクサ段階（ＡＭ）の出力部に接続されており、中間周波数（Ｉ・Ｑ）から導出された値離散的な信号が出力部から出力される制限増幅器（ＬＩＭ）と、
上記制限増幅器（ＬＩＭ）の出力部に連結されているサンプリングデバイス（ＡＥ）と、
第１ミクサ段階（ＡＭ）と制限増幅器（ＬＩＭ）との間に多相フィルタとして形成・配置されているチャネルフィルタ（ＫＦ）と、
上記サンプリングデバイス（ＡＥ）の下流に接続されており、出力部から復調信号が出力されるデジタル復調デバイス（ＤＥ）とを備えた受信機回路。
【請求項２】
上記中間周波数信号（Ｉ・Ｑ）の周波数が、２０ＭＨｚ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の受信機回路。
【請求項３】
上記デジタル復調デバイス（ＤＥ）が、帯域フィルタ（ＢＰ）と、その下流に接続されたデジタル復調器（ＤＤ１）とを備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の受信機回路。
【請求項４】
上記帯域フィルタ（ＢＰ）が多相フィルタであることを特徴とする、請求項３に記載の受信機回路。
【請求項５】
上記デジタル復調器（ＤＥ）が四相関器であることを特徴とする、請求項３または４に記載の受信機回路。
【請求項６】
上記デジタル復調デバイス（ＤＥ）は、デジタルミクサ段階（ＤＭ）と、その下流に接続された低域フィルタ（ＴＰ）と、デジタル復調器（ＤＤ２）とを備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の受信機回路。
【請求項７】
第１ミクサ段階（ＡＭ）の第１入力部は、雑音の少ないプリアンプ（ＬＮＡ）を介してアンテナ（ＡＮＴ）に連結されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の受信機回路。
【発明の詳細な説明】
本発明は、移動式無線に適した受信機回路に関するものである。
【０００１】
移動式無線装置やコードレス電話では、変調された高周波数信号を受信するために、通常、スーパーヘテロダイン受信構造が用いられる。このスーパーヘテロダイン受信構造は、比較的高域の中間周波数領域を使用する。しかし、スーパーヘテロダイン構造は、所要面積が大きく、集積力が比較的低いという欠点がある。
【０００２】
また、移動式無線受信機を一体式の構造（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｓｃｈｅｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）に改良するために、低域の中間周波数を用いる、あるいは中間周波数を用いない無線受信機を使用する傾向がある。
【０００３】
例えば、Ｂ．Ｊ． Ｍｉｎｎｉｓ他の論文「ＤＥＣＴに関する低中間周波数、多相受信機」（『回路およびシステムに関するＩＥＥＥ国際シンポジウム』２０００年５月２８日‐３１日、ジュネーブ、スイス）には、ＤＥＣＴ（デジタル拡張された（ｅｎｈａｎｃｅｄ）コードレス電気通信）標準用の無線受信機が開示されている。この無線受信機の中間周波数は、８６４ｋＨｚである。しかし、アナログに形成されたこのような受信機構造は、受信機回路を実施するために必要なアナログ素子が、温度の影響を受けるため、および、製造に起因する漏れ電流（Ｓｔｒｅｕｕｎｇｅｎ）のために、公差の限定を強く受けるという不都合が生じる。従って、移動式無線受信機の感度を好ましい高さにすることは、不可能であるか、あるいはコストをかけることによってのみ可能である。
【０００４】
また、他の既知の受信機構造としては、受信機フロントエンドの下流の中間周波数レベル（Ｚｗｉｓｃｈｅｎｆｒｅｑｕｅｎｚｅｂｅｎｅ）にアナログ／デジタル変換器を配置することで、受信信号をデジタルで処理できるものがある。ここで、このアナログ／デジタル変換器は、高分解能および高精度とする必要があり、従って、その所要面積が大きく、電気摂取量が高くなる。そして、このような欠点は、移動式無線機器を小型化・軽量化し、電池の寿命を長くするという、移動式無線器に対して一般的に言われている要求とは矛盾する。
【０００５】
米国特許明細書５，３７６，８９４には、ヘテロダイン構造を有するＰＳＫ受信機が開示されている。このＰＳＫ受信機は、リミッタ、サンプリングデバイスおよび変調器を下流に接続している多段のダウンミクサ（Ａｂｗａｅｒｔｓｍｉｓｃｈｅｒ）を備えている。
【０００６】
本発明の目的は、高感度・低雑音であり、さらに、チップ所要面積の小さな、移動式無線に適した受信機回路（受信機）を提供することにある。
【０００７】
本発明の目的は、高周波数信号（ＲＦ）を復調するための、移動式無線に適した、以下のものを備えた上述の受信機回路を用いることで、達成される。すなわち、本受信機回路は、第１ミクサ段階と、制限増幅器と、サンプリングデバイスと、チャネルフィルタと、デジタル復調デバイスを備えている。
第１ミクサ段階は、後に復調される高周波数信号がその第１入力部に入力され、第２入力部に複素数を有する搬送信号が入力され、出力部から複素数中間周波数信号が導出されるものである。また、制限増幅器は、第１ミクサ段階の出力部に接続されており、中間周波数から導出された値離散的な信号が出力部から出力されるものである。また、サンプリングデバイスは、制限増幅器の出力部に連結されている。また、チャネルフィルタは、第１ミクサ段階と制限増幅器との間に多相フィルタとして形成・配置されているものである。
また、デジタル復調デバイスは、サンプリングデバイスの下流に接続されており、出力部から復調信号が出力されるものである。
【０００８】
上記の制限増幅器（リミッタ）の出力側には、直交成分に分解されている入力信号が、値離散的だが時間連続的な信号として存在している。制限増幅器は、状態（例えば０または１）を信号に割り当てる。続くデジタル変調器では、値離散的で時間連続的な入力信号が復調される。この結果、デジタル復調器の出力部からは、時間離散的・値離散的な信号が出力される。信号を時間離散的にするために、サンプリング周波数を有する入力信号をサンプリングする、サンプリングデバイスが備えられている。
【０００９】
上記の入力信号は、ＦＳＫ（周波数シフトキーイング）変調信号またはＧＭＳＫ（ガウス最小シフトキーイング）変調信号であってもよい。
【００１０】
この受信機回路は、簡単な設計となっており、チップの所要面積を少なくでき、エネルギーを節約して駆動できるという利点を有している。さらに、この受信機回路は、デジタル復調するものであり、感度は高く、公差は少ない。
【００１１】
高周波数入力信号を中間周波数信号に低減する第１ミクサ段階の代わりに、リングミクサ（Ｒｉｎｇｍｉｓｃｈｅｒ）または重複して均衡を保つ（ｄｏｐｐｅｌｔ ｂａｌａｎｃｉｅｒｔｅ）活性化したミクサを備えることができる。第１ミクサ段階は、同相成分および直交成分用にそれぞれミクサを備えていてもよい。搬送信号は、同相ミクサにはそのまま入力される一方、直交成分用ミクサには位相を９０°変えて入力される。
【００１２】
上記の原則（Ｐｒｉｎｚｉｐ）に従って、第１ミクサ段階と制限増幅器との間には、多相フィルタとして形成されたチャネルフィルタが接続されている。
【００１３】
これによる利点として、第１ミクサの上流に、ダウンコンバータとして形成されている帯域フィルタを配置する必要をなくせる。さらに、複素数信号を処理するため、この構成の精度は高くなる。なぜなら、信号を補間するために、より多くの支柱部（Ｓｔｕｅｔｚｓｔｅｌｌｅｎ）を使用できるからである。
【００１４】
本発明の有効な実施形態では、中間周波数信号の搬送周波数は２０ＭＨｚ以下である。また、中間周波数信号の搬送周波数は、０ヘルツよりも大きい。
【００１５】
本発明の他の有効な実施形態では、デジタル復調ユニットは、帯域フィルタと、この下流に接続されたデジタル復調器とを備えている。この帯域フィルタによれば、有効信号のより高域の調波（ｈｏｅｈｅｒｅ Ｈａｒｍｏｎｉｓｃｈｅ）を抑制する、という目的を達成できる。
【００１６】
また、この帯域フィルタは、多相フィルタによって実現することが有効である。
【００１７】
また、本発明の有効な実施形態では、デジタル復調器は四相関器である。
【００１８】
本発明の他の好ましい実施形態では、デジタル復調ユニットは、デジタルミクサ段階と、この下流に接続された低域フィルタと、デジタル復調器とを備えている。このデジタルミクサは、入力信号をその搬送周波数の中心周波数と混合することによって、入力信号の搬送周波数を取り除く、という目的を達成できるものである。従って、デジタル復調ユニットの出力部から、同相成分および直交成分として出力される入力信号は、０Ｈｚの搬送周波数を有している。また、低域フィルタに、後に除去される信号のクロック率を低減するための手段を備えるようにしてもよい。
【００１９】
また、本発明の他の詳細については、従属請求項に提示する。
【００２０】
以下、本発明を、図面を参考に、複数の実施例に基づいて詳しく説明する。図１は、例証的な本発明の受信機回路構造を示すブロック図である。図２は、図１に示したデジタル復調器の第１実施例を示す図である。図３は、図１に示したデジタル復調器の第２実施例を示す図である。
【００２１】
図１は、後に復調される高周波数受信信号ＲＦが第１入力部に入力され、第２入力部には複素搬送信号Ｓ１が入力される第１ミクサ段階ＡＭを備えた無線受信機を示している。高周波数受信信号ＲＦは、アンテナＡＮＴに接続されており、第１ミクサ段階ＡＭに入力される前に、雑音の少ないプリアンプＬＮＡにおいて増幅される。複素搬送信号Ｓ１は、コサイン成分（Ｋｏｓｉｎｕｓｋｏｍｐｏｎｅｎｔｅ）および、９０°位相のずれたサイン成分（Ｓｉｎｕｓｋｏｍｐｏｎｅｎｔｅ）を有している。これらの成分は、第１ミクサ段階に入力され、その出力部において低中間周波数を有する中間周波数信号Ｉ・Ｑを生じさせる。アナログのミクサ段階として機能する第１ミクサ段階ＡＭの出力部には、望ましくないイメージ周波数の除去（Ｈｅｒａｕｓｆｉｌｔｅｒｎ）に用いられる、チャネルフィルタＫＦが連結されている。続く信号処理のために、制限増幅器ＬＩＭがリミッタ段階においてチャネルフィルタＫＦに連結される。この制限増幅器は、中間周波数信号Ｉ・Ｑを増幅・制限し、その出力部から、値離散的だが時間連続的な中間周波数信号Ｉ・Ｑ（Ｚｗｉｓｃｈｅｎｆｒｅｑｕｅｎｚｓｉｇｎａｌ Ｉ， Ｑ ｗｅｒｔｄｉｓｋｒｅｔ ａｂｅｒ ｎｏｃｈ ｚｅｉｔｋｏｎｔｉｎｕｉｅｒｌｉｃｈ）を出力する。そして、サンプリングユニットＡＥにおいて、複素数離散的な中間周波数信号が、サンプリング周波数ＳＦを用いて値離散的で時間離散的な信号（ｗｅｒｄｉｓｋｒｅｔｅｓ ｕｎｄ ｚｅｉｔｄｉｓｋｒｅｔｅｓ Ｓｉｇｎａｌ）に変換される。さらに、この信号は、サンプリングデバイスの下流に接続されたデジタル復調ユニットＤＥにおいて復調される。これによって、復調ユニットＤＥの出力部からは、復調された入力信号が出力される。
【００２２】
チャネルフィルタＫＦ，制限増幅器ＬＩＭ，サンプリングデバイスＡＥおよびデジタル復調ユニットＤＥは、複素中間周波数信号（ｋｏｍｐｌｅｘｅｎ Ｚｗｉｓｃｈｅｎｆｒｅｑｕｅｎｚｓｉｇｎａｌｓ）Ｉ・Ｑを処理するように設計されており、合わせて複素処理ユニットＫＢを構成している。
【００２３】
復調ユニットＤＥを実施するための他の実施例を、図２および３に提示する。
【００２４】
図２に示したデジタル復調ユニットＤＥにおいて、値離散的だが時間連続的な中間周波数信号をサンプリングするためのサンプリングユニットＡＥの下流に、帯域フィルタＢＰおよびデジタル復調器ＤＤ１が接続されている。帯域フィルタＢＰの入力部および出力部では、直交成分として存在する信号が適切に処理される。帯域フィルタＢＰは、特に、サンプリングデバイスＡＥにおいて信号をサンプリングすることによって発生するより高域の調波を除去することに用いられる。上記のサンプリングおよび除去を受けた中間周波数信号の直交成分を入力側で入力できるデジタル復調器ＤＤ１は、従って、２つの入力部を備えている。このデジタル復調器ＤＤ１は、四相関器（Ｑｕａｄｒｉｋｏｒｒｅｌａｔｏｒｓ）として用いられる。四相関器の出力部では、時間離散的・値離散的なデジタルの復調信号を導出できる。
【００２５】
図３は、デジタル復調ユニットＤＥを実現するための他の実施例を示している。この場合、サンプリング周波数ＳＦを用いて直交成分に分解された中間周波数信号をサンプリングするサンプリングデバイスＡＥの下流には、初めにデジタルミクサＤＭが接続される。このデジタルミクサＤＭの第２入力部には、第２搬送信号Ｓ２が入力される。この搬送信号Ｓ２の周波数は、中間周波数信号の搬送周波数の中心周波数と一致するように設定されている。これにより、デジタルミクサＤＭの出力部からは、０Ｈｚの搬送周波数を有するベースバンド信号が出力される。第２搬送信号Ｓ２とデジタルミクサの出力部に導出可能な信号とは、同相成分（Ｉｎｐｈａｓｅｋｏｍｐｏｎｅｎｔｅ）と直交成分（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｋｏｍｐｏｎｅｎｔｅ）とをそれぞれ１つ備えている。図２の帯域フィルタＢＰが複素フィルタ（例えば多相フィルタ）として用いられている一方、図３の低域フィルタは複素フィルタとしては用いられない。低域フィルタＴＰは、特に、サンプリングユニットＡＥおよびデジタルミクサＤＭに起因する望ましくない信号の抑制に用いられる。デジタルで用いられる低域フィルタＴＰは、低域を除去する目的に加えて、信号のクロック率を下げる（デシメーション）特性を有している。また、低域フィルタの下流には、複素信号を入力するための２つの入力部と、復調された時間離散的・値離散的な入力信号を出力する出力部とを備えたデジタル復調器ＤＤ２が接続されている。
【００２６】
図１〜３に示した上述の実施例によれば、所要チップ面積を簡単に縮小できるとともに、集積度を高められる。さらに、これらの実施例は、駆動時の電力消費を低減できるとともに、高精度および高感度なものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
例証的な本発明の受信機回路構造を示すブロック図である。
【図２】
図１に示したデジタル復調器の第１実施例を示す図である。
【図３】
図１に示したデジタル復調器の第２実施例を示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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