(57)【要約】【課題】入力信号に含まれる広帯域の妨害波および隣接する複数の妨害波を減衰するフィルタリング装置を得ること。【解決手段】本発明にかかるフィルタリング装置は、入力信号である電圧信号から得られた電流をキャパシタ（２２）に充電する前段積分手段（電圧電流変換部（２１）、キャパシタ（２２））と、前段積分手段の出力信号から得られた非反転電流または電流の符号を反転した電流（反転電流）をキャパシタ（２６）に充電する後段積分手段（スイッチ部（２４）、スイッチ部（２５）、キャパシタ（２６））と、後段積分手段がキャパシタ（２６）を充電することにより生じた電圧信号をフィルタリング後の離散信号として出力するためのスイッチ（２７）と、非反転電流による積分処理と反転電流による積分処理との間に、いずれの積分処理も実行しない一定の期間が存在するように、後段積分手段を制御する制御部（８）と、を備える。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチトキャパシタ技術を利用して、連続時間信号である入力信号に対してフィルタリングを行うフィルタリング装置であって、
前記入力信号である電圧信号から得られた電流を第１のキャパシタに充電する前段積分手段と、
前記前段積分手段の出力信号から得られた電流（非反転電流）または当該電流の符号を反転した電流（反転電流）を第２のキャパシタに充電する後段積分手段と、
前記後段積分手段と出力端子との間に位置し、当該後段積分手段が前記第２のキャパシタを充電することにより生じた電圧信号をフィルタリング後の離散信号として出力するためのスイッチ手段と、
前記後段積分手段が行う非反転電流による積分処理と反転電流による積分処理との間に、いずれの積分処理も実行しない一定の期間が存在するように、当該後段積分手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記後段積分手段は、前記制御手段の制御により非反転電流または反転電流を充電することを特徴とするフィルタリング装置。
【請求項２】
前記後段積分手段は、前記前段積分手段の出力信号から得られた電流信号に対して等価的にプラス側に重み付けを行い生成した非反転電流または当該入力信号に対して等価的にマイナス側に重み付けを行い生成した反転電流を、前記制御手段の指示に従って前記第２のキャパシタに対して充電し、
前記制御手段は、前記非反転電流を前記第２のキャパシタに規定時間充電後、当該第２のキャパシタの充電を一定時間停止させた後、前記反転電流を当該第２のキャパシタに規定時間充電するように、前記後段積分手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のフィルタリング装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のフィルタリング装置をアンチエリアシングフィルタとして備えることを特徴とする受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特性が可変なフィルタリング装置に関するものであり、特に、ソフトウェア無線技術を使用することにより複数の通信システムに対応するマルチモード通信端末が備える受信機を構成するフィルタリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信機器の大型化、コストの増大などを回避するために、ソフトウェア無線技術を使用して、互いに異なる周波数帯域を使用する複数の通信システムに接続可能なマルチモード通信機器の開発が行われている。
【０００３】
ソフトウェア無線技術とは、通信機器のソフトウェアの書き換えを行うことにより、ハードウエアを変更せずに、変調方式，送受信周波数，帯域幅，伝送速度などを、システム固有の無線仕様に対応させることが可能な通信機器を実現する技術をいう。
【０００４】
ここで、通信機器を構成する受信処理部の理想的な構成は、アンテナに直結するＡＤ変換器とディジタル信号処理部を組み合わせたものである。しかしながら、このような構成では高レベルの妨害波がアンテナ端より入力した場合、ＡＤ変換器入力信号が飽和し希望信号を正確に再生することができない。そのため、受信処理部は、ＡＤ変換器の前段に妨害波を減衰するためのアンチエリアシングフィルタを必要とする。また、ソフトウェア無線技術を使用した受信機（通信機器の受信処理部）では、システム毎に変化する希望信号の帯域に応じて、ＡＤ変換器およびディジタル処理の標本化周波数も変化する。また、システム毎に妨害波が位置する周波数帯域も異なる。そのため、アンチエリアシングフィルタの周波数特性を可変とし、折返し信号を効果的に抑制することによりＡＤ変換器の標本化周波数への要求を緩和する必要がある。
【０００５】
そして、周波数特性が可変なフィルタとして、キャパシタの容量またはスイッチングの時間の変更に伴い周波数特性が変化するスイッチトキャパシタフィルタが知られている（たとえば、下記非特許文献１）。下記非特許文献１によれば、スイッチトキャパシタフィルタは、図７に示したような構成をとり、各スイッチ（７２、７４、７５）を決められた順番で周期的にＯＮ／ＯＦＦすることによりキャパシタ７３の充電・放電を周期的に実行する。そして、この充電・放電の周期（スイッチング周波数）を変更することにより周波数特性を変更する。なお、７１は、連続時間信号である電圧信号を電流信号に変換する電圧電流変換部である。また、スイッチング周期が“１／Ｔｒ”である連続時間ＦＩＲフィルタの周波数特性は、図８に示したように、振幅が周波数“１／Ｔｒ”ごとに急峻な減衰のヌル点をもつsincの形状であることが知られている。そして、このような連続時間信号を入力し有限インパルスレスポンスフィルタのフィルタリングを行うフィルタは一般的に連続時間有限インパルスレスポンスフィルタ(連続時間ＦＩＲフィルタ)と呼ばれる。
【０００６】
一方、上記連続時間ＦＩＲフィルタは、「周波数特性のサイドローブのレベルが高い」という問題を有するため、この問題を改善した２次の連続時間ＦＩＲフィルタが存在する。この２次連続時間ＦＩＲフィルタは、入力信号に対して重み付けを行った信号（電流）を出力する機能を備えた２つのスイッチ部を並列に配している。そして、これらのスイッチ部が備えるスイッチを交互に切り替えながらキャパシタの充電・放電を周期的に実行することにより、上記連続時間ＦＩＲフィルタのインパルス応答を２つ畳み込んだ形状のインパルス応答が得られるようにしている。その結果、２次連続時間ＦＩＲフィルタの周波数特性は、上記連続時間ＦＩＲフィルタの振幅特性を２つかけあわせた特性の周波数特性となり、サイドローブのレベルを低く抑えている。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第０１８１６１４号明細書
【非特許文献１】Jiren  Yuan,“A  charge  sampling  mixer  with  embedded  filter  function  for  wireless  applications”，Microwave  and  Millimeter  Wave  Technology，2000，2nd  International  Conference  on.  ICMMT  2000  14-16  Sept.  2000  Page(s):315-318
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記連続時間ＦＩＲフィルタのヌル点における減衰特性は急峻である。そのため、受信機がこのフィルタをアンチエリアシングフィルタとして使用した場合、狭帯域の妨害波は十分に減衰することが可能であるが、広帯域の妨害波を十分に減衰することができない、という問題があった。
【０００９】
一例として、図９に示したように、連続時間ＦＩＲフィルタに対する入力信号に広帯域信号である妨害波が含まれる場合、妨害波を十分に減衰させることができず、出力信号には妨害波が残存する。
【００１０】
同様に、上記連続時間ＦＩＲフィルタでは、図１０に示したように、入力信号に一連の複数の妨害波が含まれる場合、それら妨害波を十分に減衰させることができない、という問題もあった。
【００１１】
一方、上記２次連続時間ＦＩＲフィルタは、上述したように、サイドローブのレベルを低く抑える、という点で連続時間ＦＩＲフィルタよりも優れているが、広帯域な妨害波の除去，一連の隣接する複数の妨害波の除去、について考慮されたものではない。そのため、連続時間ＦＩＲフィルタと同様に、それらの妨害波を十分に減衰させることができない、という問題があった。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヌル点での減衰を広帯域化し、入力信号に含まれる広帯域の妨害波および一連の隣接する複数の妨害波を減衰することが可能な、フィルタリング装置および受信機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、スイッチトキャパシタ技術を利用して、連続時間信号である入力信号に対してフィルタリングを行うフィルタリング装置であって、前記入力信号である電圧信号から得られた電流を第１のキャパシタに充電する前段積分手段と、前記前段積分手段の出力信号から得られた電流（非反転電流）または当該電流の符号を反転した電流（反転電流）を第２のキャパシタに充電する後段積分手段と、前記後段積分手段と出力端子との間に位置し、当該後段積分手段が前記第２のキャパシタを充電することにより生じた電圧信号をフィルタリング後の離散信号として出力するためのスイッチ手段と、前記後段積分手段が行う非反転電流による積分処理と反転電流による積分処理との間に、いずれの積分処理も実行しない一定の期間が存在するように、当該後段積分手段を制御する制御手段と、を備え、前記後段積分手段は、前記制御手段の制御により非反転電流または反転電流を充電することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、連続時間ＦＩＲフィルタにおいて、等価的にプラス側に重み付けを行った電流および等価的にマイナス側に重み付けを行った電流にてキャパシタの充放電を行うこととし、さらに、充電終了後キャパシタの状態が変化しない期間を経てから放電を行うこととしたので、フィルタ特性の阻止帯域幅を広帯域にすることができ、広帯域妨害波や一連の隣接した複数の妨害波を十分に減衰可能とすることができる。また、このフィルタをアンチエリアシングフィルタとして使用することにより、さまざまな妨害波を減衰可能な、良好な受信性能が得られるマルチバンド，マルチモード対応の受信機を実現できる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかるフィルタリング装置および受信機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１６】
実施の形態．
図１は、本発明にかかるフィルタリング装置を備えた受信機の構成例を示す図である。図１において受信機は、アンテナ部１と、ＲＦフィルタ部２と、電力増幅部３と、周波数変換部４と、ＦＩＲフィルタ部５と、ＡＤ変換部６と、復調部７と、制御部８と、を備える。
【００１７】
つづいて、上記構成の受信機が、通信中の送信機から送信された信号を受信した場合の動作について説明する。図１において、ＲＦフィルタ部２は、アンテナ部１が受信した信号をフィルタリングする。電力増幅部３は、ＲＦフィルタ部２によってフィルタリングされた信号を増幅し、周波数変換部４は、電力増幅部３からの入力信号をＩＦ信号またはベースバンド信号に変換する。ＦＩＲフィルタ部５は、連続時間ＦＩＲフィルタであり、入力信号に対してフィルタリング処理を実行し、その結果得られた信号を出力する。なお、ＦＩＲフィルタ部５が入力信号に対して行うフィルタリング動作については後述する。また、ＦＩＲフィルタ部５は、内部のスイッチのスイッチング時間を制御部８により制御されている。ＡＤ変換部６は、アナログ信号であるＦＩＲフィルタ部５からの入力信号をディジタル信号に変換する。復調部７は、ＡＤ変換部６からの入力信号に対して復調処理を実行する。制御部８は、ＦＩＲフィルタ部５を構成するスイッチのスイッチング時間を制御する。なお、制御部８は、所望の周波数特性が得られる条件を満足するようにスイッチング時間を調整（制御）する。
【００１８】
ＦＩＲフィルタ部５が入力信号に対して行うフィルタリング動作を図面に基づいて説明する。図２は、ＦＩＲフィルタ部５の構成例を示す図であり、ＦＩＲフィルタ部５は、入力された電圧信号を電圧電流変換するための電圧電流変換部２１，電圧電流変換部２１から出力された電流によって電荷を充電するためのキャパシタ２２，キャパシタ２２が充電されることによって生じる電位差（電圧信号）を再び電圧電流変換するための電圧電流変換部２３，電圧電流変換部２３からの出力電流が流れる二つの経路のうち一方の経路である経路＃１に位置し、電圧電流変化部２３からの出力電流に対して等価的にプラス側に重み付けを行って出力側への接続の切り替えを行うためのスイッチ部２４，経路＃２に位置し、電圧電流変換部２３からの出力電流に対して等価的にマイナス側に重み付けを行って出力側への接続の切り替えを行うためのスイッチ部２５，スイッチ部２４または２５からの出力電流によって電荷を充放電するためのキャパシタ２６，キャパシタ２６が充放電されることによって生じる電位差を離散信号として出力するためのスイッチ２７，次の入力に備えキャパシタ２２および２６をリセットするためのもので、キャパシタ２２に充電された電荷を放電するためのスイッチ２８およびキャパシタ２６に充電された電荷を放電するためのスイッチ２９，を備える。なお、電圧電流変換部２１およびキャパシタ２２が前段積分手段を構成し、電圧電流変換部２３、スイッチ部２４、スイッチ部２５およびキャパシタ２６が後段積分手段を構成する。
【００１９】
図３は、ＦＩＲフィルタ部５が備えるスイッチ部２４、スイッチ部２５、スイッチ２７、スイッチ２８およびスイッチ２９のＯＮ／ＯＦＦ状態遷移図であり、制御部６は、各スイッチの状態がこのような関係となるように、各スイッチの制御を行う。この状態遷移図３を参照しながらＦＩＲフィルタ部５の各部の動作を説明する。なお、図３の時刻ｔ１の状態から動作を開始するものと仮定する。
【００２０】
ＦＩＲフィルタ部５の電圧電流変換部２１は、周波数変換部４からの信号が入力されると、当該信号を電圧信号から電流信号に変換する。このときの時刻は、上記仮定よりｔ１であるから、制御部８の制御によりスイッチ２８はＯＦＦ状態であり、電圧電流変換部２１からの出力電流によって電荷がキャパシタ２２に充電される。その結果、電位差が生じ、電圧信号が電圧電流変換部２３に入力される。また、時刻ｔ１において、制御部８の制御によりスイッチ部２４がＯＮ状態、かつスイッチ部２５がＯＦＦ状態であるから、電圧電流変換部２３からの出力電流は経路＃１（スイッチ部２４）を通過し、キャパシタ２６に電荷が充電される。このとき、スイッチ部２４は、通過する電流に対して重み付け処理を行い、等価的にプラス側に重み付けされた電流を出力する。
【００２１】
その後、制御部８は、スイッチ部２４およびスイッチ部２５がともにＯＦＦの状態が“Ｔｂ−Ｔａ”時間継続するように制御した後、スイッチ部２５をＯＮ状態に切り替える。
【００２２】
スイッチ部２５がＯＮ状態に切り替わった直後から“Ｔａ”時間が経過するまでは、スイッチ部２４がＯＦＦ状態であるから、この期間において電圧電流変換部２３からの出力電流は経路＃２（スイッチ部２５）を通過する。このとき、スイッチ部２５は、通過する電流に対して重み付け処理を行い、等価的にマイナス側に重み付けされた電流を出力する。そのため、スイッチ部２５を通過する電流に応じてキャパシタ２６の電荷は移動する。
【００２３】
制御部８は、スイッチ部２５をＯＮ状態に切り替えてから“Ｔａ”時間経過後、スイッチ部２５がＯＦＦ状態，スイッチ２８がＯＮ状態、となるように各部を切り替える。同時に、制御部８は、スイッチ２７をＯＮ状態に切り替えることにより、キャパシタ２６に電荷が充電されたことによって生じた電位差による電圧信号を、フィルタリング処理を実行後の離散信号として出力する。そして、離散信号を出力後、制御部８は、スイッチ２７をＯＦＦ状態に切り替えた後、スイッチ２９をＯＮ状態に切り替えることにより、キャパシタ２６に充電された電荷を放電させ、次の入力に備える。なお、キャパシタ２２は、上記スイッチ２８がＯＮ状態となると充電された電荷を放電する。
【００２４】
つづいて、ＦＩＲフィルタ部５に対してインパルス信号の入力があった場合に、スイッチ部２４および２５に流れる電流によって生じるそれぞれの電圧信号について、図３および４に基づいて説明する。なお、図４において、横軸は、スイッチ部２４がＯＮ状態に変化した時刻を基準としている。
【００２５】
まず、経路＃１に位置するスイッチ部２４から出力された電流（等価的にプラス側に重み付けされた電流）により生じる電圧信号に関して説明する。スイッチ部２４がＯＮ状態に切り替わった際にインパルス信号が入力されると、この信号が電圧電流変換部２１において電流に変換され、さらに、この変換された電流がキャパシタ２２に充電され電位差が生じる（これは一定値の電圧信号である）。この電圧信号は、電圧電流変換部２３において電流に変換され、一定の電流信号がスイッチ部２４を経てキャパシタ２６に流れ電荷が充電される。キャパシタ２６が充電されることによって生じる電位差は、スイッチ部２４がＯＦＦ状態になるまで（図４に示した例においては、“Ｔａ”時間が経過するまで）線形的に増加する。スイッチ部２４がＯＦＦ状態になると電位差の増加がストップし、以後、各スイッチの状態が変化するまで電位は一定に保たれる。
【００２６】
次に、経路＃２に位置するスイッチ部２５から出力された電流（等価的にマイナス側に重み付けされた電流）により生じる電圧信号に関して説明する。スイッチ部２５は、基準時刻から“Ｔｂ−Ｔａ”時間が経過後ＯＮ状態となる。このときスイッチ部２４はＯＦＦ状態である（図３参照）。スイッチ部２５は、入力電流をマイナス側に重み付けするため、スイッチ部２５から出力された電流によりキャパシタ２６の電荷は移動する。その結果、電荷の移動によって生じる電圧信号は、基準時刻から“Ｔｂ−Ｔａ”時間が経過した時点から線形的に減衰する。
【００２７】
したがって、スイッチ部２４（経路＃１）および２５（経路＃２）におけるインパルス応答を足し合わせた特性は、下底が“Ｔａ＋Ｔｂ”、上底が“Ｔｂ−Ｔａ”の台形状のインパルス応答となる。
【００２８】
つづいて、上述したような台形状のインパルス応答とそのフィルタ特性について説明する。まず、フィルタのインパルス応答について図５を用いて説明する。図５に示したように、上述したＦＩＲフィルタ部５の台形状のインパルス応答は、時間“Ｔａ”の矩形波と時間“Ｔｂ”矩形波の畳み込んだ波形と等価である。すなわち、ＦＩＲフィルタ部５は、時間“Ｔａ”のスイッチング動作を行う１次連続時間ＦＩＲフィルタの特性と時間“Ｔｂ”のスイッチング動作を行う１次連続時間ＦＩＲフィルタ特性とを掛けあわせた特性をもつフィルタと同等である。
【００２９】
次に、フィルタ特性を図６に基づいて説明する。図６は、周波数“１／Ｔａ”のスイッチング動作を行う１次連続時間ＦＩＲフィルタの周波数特性，周波数“１／Ｔｂ”のスイッチング動作を行う１次連続時間ＦＩＲフィルタの周波数特性，本発明にかかるＦＩＲフィルタ部５の周波数特性，の関係を示す。図６に示したように、ＦＩＲフィルタ部５の周波数特性は、周波数“１／Ｔａ”毎にヌル点をもつ１次連続時間ＦＩＲフィルタの周波数特性と周波数“１／Ｔｂ”毎にヌル点をもつ１次連続時間ＦＩＲフィルタ特性とを掛けあわせた特性である。すなわち、ＦＩＲフィルタ部５は、周波数“１／Ｔａ”毎および周波数“１／Ｔｂ”毎にヌル点をもつ広帯域な減衰幅のフィルタである。なお、周波数特性を変更したい場合には、時間“Ｔａ”、“Ｔｂ”を調整すればよい。
【００３０】
また、上記ＦＩＲフィルタ部５は、スイッチ部２４および２５のそれぞれがスイッチを備える構成であるが、これに限らず、たとえば、スイッチ部２４および２５の入力側出力側にそれぞれスイッチを配置して経路を切り替える構成、などであってもよい。
【００３１】
このように、本実施の形態においては、連続時間ＦＩＲフィルタ（ＦＩＲフィルタ部１５）において、等価的にプラス側に重み付けを行った電流および等価的にマイナス側に重み付けを行った電流にてキャパシタの充放電を行うこととし、さらに、充電終了後キャパシタの状態が変化しない期間（充電された状態の期間）を経てから放電を行うこととした。これにより、フィルタ特性の阻止帯域幅を広帯域にすることができ、広帯域妨害波や一連の隣接した複数の妨害波を十分に減衰可能とすることができる。また、このようなフィルタをアンチエリアシングフィルタとして使用することにより、さまざまな妨害波を減衰可能な、良好な受信性能が得られるマルチバンド，マルチモード対応の受信機を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、本発明にかかるフィルタリング装置は、受信信号に含まれる妨害波を抑圧するために受信機が備えるフィルタリング装置として有用であり、特に、マルチバンド，マルチモード対応の受信機が備えるアンチエリアシングフィルタに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明にかかるフィルタリング装置を備えた受信機の構成例を示す図である。
【図２】ＦＩＲフィルタ部の構成例を示す図である。
【図３】ＦＩＲフィルタ部が備える各スイッチおよびスイッチ部のＯＮ／ＯＦＦ状態遷移図である。
【図４】ＦＩＲフィルタ部が備えるキャパシタが充電されることによって生じる電位差が変化する様子の一例を示す図である。
【図５】本発明にかかるフィルタリング装置のインパルス応答を説明するための図である。
【図６】本発明にかかるフィルタリング装置の周波数特性を説明するための図である。
【図７】従来のスイッチトキャパシタフィルタ（連続時間有限インパルスレスポンスフィルタ）の構成を示す図である。
【図８】従来のスイッチトキャパシタフィルタ（連続時間有限インパルスレスポンスフィルタ）の周波数特性を示す図である。
【図９】従来技術の問題点を説明するための図である。
【図１０】従来技術の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  アンテナ部
２  ＲＦフィルタ部
３  電力増幅部
４  周波数変換部
５  ＦＩＲフィルタ部
６  ＡＤ変換部
７  復調部
８  制御部
２１、２３、７１  電圧電流変換部
２２、２６、７３  キャパシタ
２４、２５  スイッチ部
２７、２８、２９、７２、７４、７５  スイッチ
【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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