(57)【要約】【課題】高精度に局部発振信号レベルを調整することができる局部発振信号レベル調整回路を提供する。【解決手段】局部発振信号レベル調整回路２０は、局部発振信号を出力する局部発振回路１２と、局部発振信号のレベルを増幅する可変利得増幅器１３と、増幅された局部発振信号を用いて、無線信号をアナログベースバンド信号に変換する周波数変換回路１１と、アナログベースバンド信号をデジタルベースバンド信号に変換するＡ/Ｄ変換器１５と、デジタルベースバンド信号の出力コードに基づいて、可変利得増幅器１３の利得を制御する制御回路１４と、を備え、制御回路１４は、デジタルベースバンド信号の出力コードが飽和するまで、可変利得増幅器１３の利得を増加させる。【選択図】図１
2016225969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
局部発振信号を出力する局部発振回路と、
前記局部発振信号のレベルを増幅する可変利得増幅器と、
前記増幅された局部発振信号を用いて、無線信号をアナログベースバンド信号に変換する周波数変換回路と、
前記アナログベースバンド信号をデジタルベースバンド信号に変換するＡ/Ｄ変換器と、
前記デジタルベースバンド信号の出力コードに基づいて、前記可変利得増幅器の利得を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記デジタルベースバンド信号の前記出力コードが飽和するまで、前記可変利得増幅器の利得を増加させる、
局部発振信号レベル調整回路。
【請求項２】
前記制御回路は、前記デジタルベースバンド信号の前記出力コードを初期調整値に補償するためのデジタル制御信号を出力し、
前記デジタル制御信号をアナログ制御信号に変換し、前記アナログ制御信号を前記周波数変換回路に出力するＤ／Ａ変換器を更に備える、
請求項１記載の局部発振信号レベル調整回路。
【請求項３】
前記制御回路は、前記デジタルベースバンド信号の前記出力コードが前記初期調整値から変化した場合、再度、前記デジタルベースバンド信号の前記出力コードが飽和するまで前記可変利得増幅器の利得を増加させる、
請求項２記載の局部発振信号レベル調整回路。
【請求項４】
前記周波数変換回路と前記Ａ/Ｄ変換器との間に設けられ、前記アナログベースバンド信号を増幅するベースバンド増幅器を更に備えた、
請求項１〜３記載のうちいずれか１つに記載の局部発振信号レベル調整回路。
【請求項５】
無線信号を受信するアンテナと、
前記無線信号を増幅する低雑音増幅器と、
局部発振信号を出力する局部発振回路と、
前記局部発振信号の出力レベルを増幅する可変利得増幅器と、
前記増幅された局部発振信号を用いて、前記増幅された無線信号をアナログベースバンド信号に変換する周波数変換回路と、
前記アナログベースバンド信号をデジタルベースバンド信号に変換するＡ/Ｄ変換器と、
前記デジタルベースバンド信号の出力コードを復調処理した、復調信号を出力するベースバンド処理回路と、
前記デジタルベースバンド信号の出力コードに基づいて、前記可変利得増幅器の利得を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記デジタルベースバンド信号の前記出力コードが飽和するまで、前記可変利得増幅器の利得を増加させる、
無線通信装置。
【請求項６】
局部発振信号を局部発振回路から出力し、
前記局部発振信号の出力レベルを可変利得増幅器により増幅させ、
前記増幅された局部発振信号を用いて、周波数変換回路により、無線信号をアナログベースバンド信号に変換し、
前記アナログベースバンド信号をＡ/Ｄ変換器によりデジタルベースバンド信号に変換し、
前記デジタルベースバンド信号の出力コードに基づいて、前記可変利得増幅器の利得を制御し、
前記デジタルベースバンド信号の前記出力コードが飽和するまで、前記可変利得増幅器の利得を増加させる、
局部発振信号レベル調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無線通信装置で使用される局部発振信号レベル調整回路及び局部発振信号レベル調整方法、並びに無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在普及している無線通信装置は、受信した無線周波数信号を、周波数変換回路を用いて、ベースバンド帯域にダウンコンバートした後、復調信号処理を行う。従来の周波数変換では、局部発振回路の出力信号（局部発振信号）が周波数変換回路に注入されていた。しかし、局部発振信号レベルが、例えば、温度変化により低下した場合、周波数変換回路の変換利得が低下することがある。
【０００３】
変換利得の変動を抑える方法として様々な方法が提案されている。例えば、局部発振信号レベルを検出する回路は、温度変化した場合、局部発振信号レベルを一定に調整する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に開示の局部発振信号レベル調整回路は、周波数変換回路に注入される局部発振信号レベルを検出して参照直流信号と比較し、局部発振信号レベルを一定にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３２０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に開示の技術では、以下の対応が求められていた。局部発振信号レベルを検出する回路は、例えば、製造ばらつき又は温度変動に起因して、特性変動が発生しやすい。そのため、局部発振信号レベルを検出する回路は、検出精度を高くするために、外部の基準信号による校正を必要とする。ミリ波帯域の無線周波数信号は、校正を精度よく実施することが困難である。そのため、内蔵された局部発振信号レベル検出回路による局部発振信号レベルの調整が不正確となる。
【０００７】
本開示の非限定的な実施例は、高精度に局部発振信号レベルを調整することができる局部発振信号レベル調整回路及び局部発振信号レベル調整方法、並びに無線通信装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ダイレクトコンバージョンのような、受信信号と局部発振信号が同一周波数である従来の無線通信装置では、周波数変換回路に注入された局部発振信号が周波数変換回路の入力から前段の回路経由で戻ってくるセルフミキシングという動作が発生する。そのため、従来の無線通信装置では、周波数変換回路の出力にＤＣオフセット電圧が発生する。ＤＣオフセット電圧は、局部発振信号レベルに応じて変化する変換利得に連動する。ＤＣオフセット電圧は、変換利得と同様に、局部発振信号レベルの増加に応じて大きくなり、その後、飽和する。
【０００９】
本開示の一態様に係る局部発振信号レベル調整回路は、局部発振信号を出力する局部発振回路と、前記局部発振信号のレベルを増幅する可変利得増幅器と、前記増幅された局部発振信号を用いて、無線信号をアナログベースバンド信号に変換する周波数変換回路と、前記アナログベースバンド信号をデジタルベースバンド信号に変換するＡ/Ｄ変換器と、前記デジタルベースバンド信号の出力コードに基づいて、前記可変利得増幅器の利得を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記デジタルベースバンド信号の前記出力コードが飽和するまで、前記可変利得増幅器の利得を増加させることを特徴とする。
【００１０】
これらの概括的かつ特定の態様は、システム、方法、コンピュータプログラム並びにシステム、方法及びコンピュータプログラムの任意の組み合わせにより実現してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の一態様に係る局部発振信号レベル調整回路は、従来必要であった局部発振信号レベルを検出する回路を省略でき、しかも、高精度に局部発振信号レベルを調整することができる。
【００１２】
本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の実施の形態１に係る無線通信装置１の構成例を示すブロック図
【図２】図１の局部発振信号レベルを調整する手順を示す図
【図３】本開示の実施の形態２に係る無線通信装置１Ａの構成例を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、実施の形態において、同一機能を有する構成には、同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本開示の実施の形態１に係る無線通信装置１の構成例を示すブロック図である。以下、無線通信装置１の構成について図１を参照して説明する。図１の無線通信装置１は無線受信部の構成を図示しているが、本開示はこれに限らず、無線送信部の構成を備えてもよい。
【００１６】
図１において、無線通信装置１は、アンテナ２、低雑音増幅器（以下、ＬＮＡ：Low Noise Amplifierという。）１０、局部発振信号レベル調整回路２０、ベースバンド信号処理回路１７を備える。
【００１７】
局部発振信号レベル調整回路２０は、周波数変換回路１１、局部発振回路１２、可変利得増幅器１３、制御回路１４、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１５、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）１６、を備える。
【００１８】
ＬＮＡ１０はアンテナ２により受信した無線信号を増幅して、周波数変換回路１１に出力する。局部発振回路１２は安定した一定周波数の局部発振信号を発生させ、可変利得増幅器１３に出力する。可変利得増幅器１３は、制御回路１４によって利得を変化することができる。可変利得増幅器１３は、局部発振回路１２からの出力信号である局部発振信号を増幅して周波数変換回路１１に出力する。周波数変換回路１１は、例えば複数のＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを用いて構成された混合器（ミキサ）と、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）とを備える。周波数変換回路１１は、ＬＮＡ１０から出力された無線信号を、可変利得増幅器１３から出力された局部発振信号と混合することにより、例えば差動信号形式のアナログベースバンド信号（差動出力信号）にダウンコンバートする。周波数変換回路１１は、アナログベースバンド信号をＡ／Ｄ変換器１５に出力する。Ａ／Ｄ変換器１５は、アナログベースバンド信号をデジタルベースバンド信号に変換する。
【００１９】
周波数変換回路１１において、製造ばらつきに起因して周波数変換回路１１のアナログベースバンド信号にＤＣオフセット電圧が発生する。ここで、従来のミリ波帯の無線周波数信号を用いた無線通信装置は、容量結合を用いることが困難である。このため、無線通信装置１は、ＤＣ直結した状態で、ＤＣオフセット電圧の補償を行う。そのために、制御回路１４は、Ａ／Ｄ変換器１５に入力されるアナログベースバンド信号のＤＣオフセット電圧に応じて変化するＡ／Ｄ変換器１５のデジタルベースバンド信号の出力コード（複数ビットにより形成される信号）を検出して、Ｄ／Ａ変換器１６を用いて周波数変換回路１１のアナログベースバンド信号のＤＣオフセット電圧を補償する。具体的には、制御回路１４は周波数変換回路１１のアナログベースバンド信号のＤＣオフセット電圧を調整するためのデジタル制御信号（デジタル電圧）を発生する。Ｄ／Ａ変換器１６は、デジタル制御信号をアナログ制御信号（アナログ電圧）に変換し、アナログ制御信号を周波数変換回路１１の混合器に出力する。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換器１５は、デジタルベースバンド信号の出力コードをベースバンド信号処理回路１７に出力する。ベースバンド信号処理回路１７は、例えば、デジタルベースバンド信号の出力コード（受信した無線信号）の復調処理を行い、復調信号を出力する。
【００２１】
制御回路１４は、ハードウェアのコントローラであり、例えば、メモリを用いて無線通信装置１の動作を制御するコンピュータである。制御回路１４は、Ａ／Ｄ変換器１５に入力されるアナログベースバンド信号のＤＣオフセット電圧に応じて変化するＡ／Ｄ変換器１５のデジタルベースバンド信号の出力コードに基づいて可変利得増幅器１３の利得を制御する。
【００２２】
図２を用いて局部発振信号レベルを調整する手順を説明する。図２の（Ａ）、図２の（Ｂ）及び図２の（Ｃ）は、可変利得増幅器１３の局部発振信号レベル（以下、ＰＬＯ（Power of Local Output）という。）を変化させた場合における、周波数変換回路１１から出力されたアナログベースバンド信号のＤＣオフセット電圧と、Ａ／Ｄ変換器１５から出力されたデジタルベースバンド信号の出力コードと、周波数変換回路１１の変換利得を示す。
【００２３】
最初に、制御回路１４はＰＬＯを、ＰＬＯ＿０（初期値）に設定する（状態Ｓ１）。状態Ｓ１では、周波数変換回路１１の変換利得は、Ｇ＿０である（図２の（Ｃ））。制御回路１４は、周波数変換回路１１から出力されるアナログベースバンド信号のＤＣオフセット電圧をＡ／Ｄ変換器１５のデジタルベースバンド信号の出力コードを用いて推定する。ＤＣオフセット電圧がΔＶ＿０であるとき、Ａ／Ｄ変換器１５のデジタルベースバンド信号の出力コードはＣ＿０である（状態Ｓ１）。
【００２４】
次に、周波数変換回路１１が最適動作状態となるように、制御回路１４は、図２の（Ｃ）に示すように周波数変換回路１１の変換利得が飽和変換利得Ｇ＿ｓａｔになるまで、ＰＬＯを最適値ＰＬＯ＿ｓａｔ近傍まで増加させる調整を行う（状態Ｓ１から状態Ｓ２に変化）。ＰＬＯの増加により、アナログベースバンド信号のＤＣオフセット電圧は、周波数変換回路１１の変換利得と連動してΔＶ＿０よりも大きくなる。そして、図２の（Ｂ）に示すように、Ａ／Ｄ変換器１５のデジタルベースバンド信号の出力コードは、アナログベースバンド信号のＤＣオフセット電圧が０Ｖの場合に出力されるアナログベースバンド信号に対応する、出力フルスケール値の半分の値Ｃ＿ｃｅｎｔｅｒ（初期調整値）からのずれが大きくなる。つまり、状態Ｓ１から状態Ｓ２に変化する場合、Ａ／Ｄ変換器１５のデジタルベースバンド信号の出力コードは、ＤＣオフセット電圧の変化と同様に、大きくなる。このため、制御回路１４は、Ａ／Ｄ変換器１５のデジタルベースバンド信号の出力コードを用いて周波数変換回路１１から出力されたアナログベースバンド信号のＤＣオフセットを推定できる。
【００２５】
また、制御回路１４が、周波数変換回路１１の変換利得が飽和変換利得Ｇ＿ｓａｔになるまで、ＰＬＯを増加させた場合、アナログベースバンド信号のＤＣオフセット電圧はΔＶ＿ｓａｔになって飽和し、Ａ／Ｄ変換器１５のデジタルベースバンド信号の出力コードも、一定値のビット系列信号（Ｃ＿ｓａｔ）まで増加する。制御回路１４は、Ａ／Ｄ変換器１５のデジタルベースバンド信号の出力コードがＣ＿ｓａｔとなり飽和するまで（ビット系列信号が一定値（例えば、最大値）になるまで）、可変利得増幅器１３の利得を徐々に増加させることにより、ＰＬＯを最適値ＰＬＯ_ｓａｔに調整できる。
【００２６】
さらに、制御回路１４は、Ａ／Ｄ変換器１５のデジタルベースバンド信号の出力コードを初期調整値Ｃ＿ｃｅｎｔｅｒに補償するためのデジタル制御信号をＤ／Ａ変換器１６に出力し、Ｄ／Ａ変換器１６を用いて周波数変換回路１１のアナログベースバンド信号のＤＣオフセット電圧が０Ｖとなるように、ＤＣオフセット電圧を補償する（初期調整：状態Ｓ２から状態Ｓ３への調整）。これによって、無線通信装置１は正常動作する状態となる（状態Ｓ３）。以下、初期調整を行った後に、高温で特性変化した状態での調整動作を説明する。
【００２７】
初期状態（ＤＡＣ調整後）に比較して無線通信装置１が高温である場合、ＰＬＯは状態Ｓ３におけるＰＬＯ値よりも低下する（状態Ｓ４）。状態Ｓ４では、Ａ／Ｄ変換器１５のデジタルベースバンド信号の出力コードは、Ｃ＿Ｓ４である。また、状態Ｓ４では、周波数変換回路１１のアナログベースバンド信号のＤＣオフセット電圧は、ΔＶ＿Ｓ４である。
【００２８】
そこで、制御回路１４は、デジタルベースバンド信号の出力コードが初期調整値Ｃ＿ｃｅｎｔｅｒから変化した場合は、初期調整と同様に、Ａ／Ｄ変換器１５のデジタルベースバンド信号の出力コードがＣ＿ｓａｔ２となって飽和するまで、可変利得増幅器１３の利得を徐々に増加させる（状態Ｓ４から状態Ｓ５に変化）。また、状態Ｓ４から状態Ｓ５に変化する場合、アナログベースバンド信号のＤＣオフセット電圧も再度、ΔＶ＿ｓａｔ２になって飽和する。この調整により、制御回路１４は、周波数変換回路１１の変換利得が飽和変換利得Ｇ＿ｓａｔ２になって飽和するまで、ＰＬＯを最適値ＰＬＯ_sat近傍まで増加させ、周波数変換回路１１を最適動作状態にすることができる。
【００２９】
以上説明したように、実施の形態１の局部発振信号レベル調整回路２０は、局部発振信号を出力する局部発振回路１２と、局部発振信号のレベルを増幅する可変利得増幅器１３と、増幅された局部発振信号を用いて、無線信号をアナログベースバンド信号に変換する周波数変換回路１１と、アナログベースバンド信号をデジタルベースバンド信号に変換するＡ/Ｄ変換器１５と、デジタルベースバンド信号の出力コードに基づいて、可変利得増幅器１３の利得を制御する制御回路１４と、を備え、制御回路１４は、デジタルベースバンド信号の出力コードが飽和するまで、可変利得増幅器１３の利得を増加させる。そのため、局部発振信号レベル調整回路２０は、従来必要であった局部発振信号レベルを検出する回路を省略することができ、局部発振信号レベルを精度よく調整することができる。また、状態Ｓ５でのＤＣオフセット電圧（ΔＶ＿ｓａｔ２）も十分小さいことが期待できるため、Ｄ／Ａ変換器１６によるＤＣオフセット電圧の補償は、初期調整（状態Ｓ２から状態Ｓ３への調整）よりも簡略することができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図３は実施の形態２に係る無線通信装置１Ａの構成例を示すブロック図である。無線通信装置１Ａは、実施の形態１に係る無線通信装置１の受信感度を良くするために、受信回路の全体利得を高くすることを考慮した構成である。無線通信装置１Ａは、図１の実施の形態１に係る無線通信装置１に比較して、局部発振信号レベル調整回路２０Ａが、周波数変換回路１１とＡ/Ｄ変換器１５との間にベースバンド増幅器１８を備える。
【００３１】
ベースバンド増幅器１８は、アナログベースバンド信号を増幅し、増幅されたアナログベースバンド信号をＡ/Ｄ変換器１５に出力する。制御回路１４は、Ａ／Ｄ変換器１５のデジタルベースバンド信号の出力コードが飽和するまで（周波数変換回路１１からのアナログベースバンド信号のＤＣオフセット電圧が飽和するまで）可変利得増幅器１３の利得を増加させる。
【００３２】
以上説明したように、実施の形態２の局部発振信号レベル調整回路２０Ａは、局部発振信号を出力する局部発振回路１２と、局部発振信号のレベルを増幅する可変利得増幅器１３と、増幅された局部発振信号を用いて、無線信号をアナログベースバンド信号に変換する周波数変換回路１１と、アナログベースバンド信号をデジタルベースバンド信号に変換するＡ/Ｄ変換器１５と、デジタルベースバンド信号の出力コードに基づいて、可変利得増幅器１３の利得を制御する制御回路１４と、を備え、制御回路１４は、デジタルベースバンド信号の出力コードが飽和するまで、可変利得増幅器１３の利得を増加させる。そのため、局部発振信号レベル調整回路２０Ａは、従来使用されていた局部発振回路１２の出力レベルを検出する回路を省略することができ、局部発振回路１２の出力レベル（ＰＬＯ）を精度よく調整することができる。実施の形態２の局部発振信号レベル調整回路２０Ａは、周波数変換回路１１とＡ/Ｄ変換器１５との間に設けられ、ベースバンド信号を増幅するベースバンド増幅器１８を更に備える。そのため、受信感度を向上させることができる。
【００３３】
（実施の形態のまとめ）
本開示の第１の態様にかかる局部発振信号レベル調整回路は、局部発振信号を出力する局部発振回路と、前記局部発振信号のレベルを増幅する可変利得増幅器と、前記増幅された局部発振信号を用いて、無線信号をアナログベースバンド信号に変換する周波数変換回路と、前記アナログベースバンド信号をデジタルベースバンド信号に変換するＡ/Ｄ変換器と、前記デジタルベースバンド信号の出力コードに基づいて、前記可変利得増幅器の利得を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記デジタルベースバンド信号の前記出力コードが飽和するまで、前記可変利得増幅器の利得を増加させる。
【００３４】
本開示の第２の態様にかかる局部発振信号レベル調整回路は、第１の態様にかかる局部発振信号レベル調整回路において、前記制御回路は、前記デジタルベースバンド信号の前記出力コードを初期調整値に補償するためのデジタル制御信号を出力し、前記デジタル制御信号をアナログ制御信号に変換し、前記アナログ制御信号を前記周波数変換回路に出力するＤ／Ａ変換器を更に備える。
【００３５】
本開示の第３の態様にかかる局部発振信号レベル調整回路は、第２の態様にかかる局部発振信号レベル調整回路において、前記デジタルベースバンド信号の前記出力コードが前記初期調整値から変化した場合、再度、前記デジタルベースバンド信号の前記出力コードが飽和するまで前記可変利得増幅器の利得を増加させる。
【００３６】
本開示の第４の態様にかかる局部発振信号レベル調整回路は、第１〜第３の態様のうちいずれか１つに記載の態様にかかる局部発振信号レベル調整回路において、前記周波数変換回路と前記Ａ/Ｄ変換器との間に設けられ、前記アナログベースバンド信号を増幅するベースバンド増幅器を更に備える。
【００３７】
本開示の第５の態様にかかる無線通信装置は、無線信号を受信するアンテナと、前記無線信号を増幅する低雑音増幅器と、局部発振信号を出力する局部発振回路と、前記局部発振信号の出力レベルを増幅する可変利得増幅器と、前記増幅された局部発振信号を用いて、前記増幅された無線信号をアナログベースバンド信号に変換する周波数変換回路と、前記アナログベースバンド信号をデジタルベースバンド信号に変換するＡ/Ｄ変換器と、前記デジタルベースバンド信号の出力コードを復調処理した、復調信号を出力するベースバンド処理回路と、前記デジタルベースバンド信号の出力コードに基づいて、前記可変利得増幅器の利得を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記デジタルベースバンド信号の前記出力コードが飽和するまで、前記可変利得増幅器の利得を増加させる。
【００３８】
本開示の第６の態様にかかる局部発振信号レベル調整方法は、局部発振信号を出力し、前記局部発振信号の出力レベルを可変利得増幅器により増幅させ、前記増幅された局部発振信号を用いて、無線信号をアナログベースバンド信号に変換し、前記アナログベースバンド信号をデジタルベースバンド信号に変換し、前記デジタルベースバンド信号の出力コードに基づいて、前記可変利得増幅器の利得を制御し、前記デジタルベースバンド信号の前記出力コードが飽和するまで、前記可変利得増幅器の利得を増加させる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本開示は、例えば、ミリ波帯域の無線周波数信号を用いた無線通信装置において、プロセスばらつきや温度変化による特性変動を低減し、安定した受信動作を行う無線通信装置として有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１，１Ａ…無線通信装置、
２…アンテナ、
１０…低雑音増幅器（ＬＮＡ）、
１１…周波数変換回路、
１２…局部発振回路、
１３…可変利得増幅器、
１４…制御回路、
１５…Ａ／Ｄ変換器、
１６…Ｄ／Ａ変換器、
１７…ベースバンド信号処理回路、
１８…ベースバンド増幅器、
２０，２０Ａ…局部発振信号レベル調整回路。
【図１】
2016225969.tif 000003
【図２】
2016225969.tif 000004
【図３】
2016225969.tif 000005