(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心周波数が第１の周波数であるＲＦ搬送波変調済み信号を変調する変調ステップであって、第２の周波数のサンプル・レートの｛１、−１、１、−１、．．．｝の反復サンプル・シーケンスを使用して、第２の周波数で前記ＲＦ搬送波変調済み信号をタイム・サンプルし、中心周波数が第３の周波数である再変調されたＲＦ搬送波変調済み信号を生成する変調ステップを備えることを特徴とする信号を再変調する方法。
【請求項２】
前記第２の周波数は前記第１の周波数の４倍の周波数であり、それにより前記第３の周波数は前記第１の周波数に等しくなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ディジタル化されたＲＦ搬送波変調済み信号を、前記変調ステップに先立って再サンプルする再サンプル・ステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記再変調されたＲＦ搬送波変調済み信号のスペクトルを反転させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
アナログＲＦ搬送波変調済み信号をサンプリングして、搬送周波数が第１の周波数であるディジタル化されたＲＦ搬送波変調済み信号を形成するサンプリング・ステップと、
前記ディジタル化されたＲＦ搬送波変調済み信号を、第２の周波数のサンプル・レートを有する１、−１、１、−１、．．．の反復するシーケンスを使用して変調するステップであって、再変調されたＲＦ搬送波変調済み信号を生成する変調ステップと、
前記再変調されたＲＦ搬送波変調済み信号のスペクトルを反転させるステップと
を備えることを特徴とするＲＦ搬送波変調済み信号を再変調する方法。
【請求項６】
前記再変調されたＲＦ搬送波変調済み信号は、前記第１の周波数から前記第２の周波数の半分を減じた周波数に等しい搬送周波数を有することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記アナログＲＦ搬送波変調済み信号をサンプリングするサンプリング・ステップは、アナログ／ディジタル変換器によって実行されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
ディジタルＲＦ搬送波変調済み信号を再サンプリングして、搬送周波数が第１の周波数であるディジタル化されたＲＦ搬送波変調済み信号を形成するステップと、
、前記ディジタル化されたＲＦ搬送波変調済み信号を、第２の周波数のサンプル・レートを有する１、−１、１、−１、．．．の反復するサンプル・シーケンスを使用して変調するステップであって、再変調されたＲＦ搬送波変調済み信号を生成するステップと、
前記再変調されたＲＦ搬送波変調済み信号のスペクトルを反転させるステップと
を備えることを特徴とするＲＦ搬送波変調済み信号を再変調する方法。
【請求項９】
前記再変調されたＲＦ搬送波変調済み信号は、前記第１の周波数から前記第２の周波数の半分を減じた周波数に等しい搬送周波数を有することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
第２の周波数のサンプル・レートを有する１、−１、１、−１、．．．の反復するディジタル・シーケンスを提供する変調信号ソース（１１２）と、
中心周波数が第１の周波数であるディジタル化されたＲＦ搬送波変調済み信号を、前記ディジタル・シーケンスを使用してサンプリングし、搬送波の周波数が第３の周波数である再変調されたＲＦ搬送波変調済み信号を生成するディジタル変調器（１０８）と
を備えることを特徴とする信号を再変調する装置。
【請求項１１】
前記第２の周波数は前記第１の周波数の４倍の周波数であり、それにより前記第３の周波数は前記第１の周波数に等しくなることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ディジタル変調器の前段で、前記ディジタル化されたＲＦ搬送波変調済み信号を再サンプルする再サンプル器（１０６）をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記再変調されたＲＦ搬送波変調済み信号のスペクトルを反転させるスペクトル反転器（１１０）をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線周波数（ＲＦ）搬送波信号のための変調装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線周波数（ＲＦ）搬送波変調済み信号(radio frequency carrier modulated signal：変調されたＲＦ搬送波信号）のアップ変換およびダウン変換は、ＲＦ受信機および送信機に使用されている共通の操作（common practice）である。このようなアップ変換およびダウン変換は、ＲＦ搬送波変調済み信号が異なるＲＦ搬送周波数に再変調されることを必要とする。このプロセスは、以下に列記するいくつかの技法のうちのいずれか１つを用いて実行されている。
【０００３】
（１）ＲＦ変調信号を単純にベースバンドに復調し、異なるＲＦ搬送周波数を使用して再変調する。
（２）ヒルベルト変換プロセスを使用して実変調済み信号を複素変調済み信号に変換し、次に複素搬送波を使用してその信号を所望の搬送周波数に変調する。
（３）複素乗算器を使用して初回の変調を実行し、かつ、信号を複素形態に維持し、逐次変調によって搬送周波数を修正し、最終の変調の実数部によって所望の再変調された信号を発生させる。
（４）アナログ・プロセスを使用して、例えば搬送波ｆ０の実変調済み信号を、例えばｆ１±ｆ０の実搬送波を使用して再変調、つぎにフィルタリング・プロセスを使用して、不要なｆ１±（−ｆ０）のイメージを除去する。
（５）ディジタルＲＦ搬送波変調済み信号を再変調する２つの技法が、同一出願人による１９９９年８月２４日の出願（特許文献１および２参照）、および１９９９年８月２４日の出願（特許文献３および４参照）に開示されている。どちらも参照により本明細書に組み込む。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許出願第０９／３８２，２３２号
【０００５】
【特許文献２】
特開２００１−１１１６３７号公報
【０００６】
【特許文献３】
米国特許出願第０９／３８２，２３４号
【０００７】
【特許文献４】
特開２００１−９４６１５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＲＦ搬送波変調済み信号を再変調する上述した技法の各々は、アナログ・ドメインで動作させるか、あるいはディジタル・ドメインで再変調プロセスを実施する複雑な回路を必要とする。それゆえ、当技術分野において、ＲＦ搬送波変調済み信号を再変調する簡単なデジタル・プロセスの必要性が存在する。
【０００９】
したがって本発明の目的は、ＲＦ搬送波変調済み信号を再変調する単純なディジタル・プロセスを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ナイキストを保持する周波数変調技法（Nyquist holding frequency modulation technique）を使用した、ＲＦ搬送波変調済み信号を再変調する方法および装置を対象としたものである。本発明による方法により、ディジタル化されたＲＦ搬送波変調済み信号が、｛１、−１、１、−１、．．．｝のディジタル・シーケンスを使用して変調される。ＲＦ搬送波変調済み信号の中心周波数は第１の周波数であり、ディジタル列のサンプル・レートは第２の周波数である。第２の周波数が第１の周波数の４倍の場合、ディジタル変調プロセスの出力は、ソースＲＦ搬送波変調済み信号のスペクトル反転コピーである（搬送周波数は変化しない）。その他の周波数を第２の周波数（すなわちサンプル・レート）として選択すると、搬送周波数が第１の周波数から、第１の周波数（元の搬送波）と第２の周波数（サンプル・レート）の半分との差に等しい第３の周波数にシフトする。スペクトルの反転が望ましくない場合、変調プロセスの前後のいずれかで第２のスペクトル反転が実行される。ＲＦ搬送波変調済み信号の中心周波数を変更するナイキストを保持する周波数変調器（Nyquist holding frequency modulator）は、リサンプラ（resampler：再サンプル器）、ディジタル変調器、およびスペクトル反転器を使用して形成される。
【００１１】
本発明の前述の特徴を明確にし、また、より深く理解するために、上で簡単に要約した本発明について、添付の図面に示す本発明の実施形態に照らしてさらに詳細に説明する。
【００１２】
添付の図面は本発明の典型的な実施形態を示したものであるが、本発明は他の同じく有効な実施形態を包含するものであり、したがって添付の図面が本発明の典型的な実施形態を示したものに過ぎず、本発明の範囲を制限するものとして捕らえてはならないことに留意されたい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、ＲＦ搬送波変調済み（変調されたＲＦ搬送波）信号ソース１０４に結合された、ナイキストを保持する周波数変調器（Nyquist holding frequency modulator）１０２の機能ブロック図を示したものである。ソース１０４は、定義済み帯域幅を有し、中心周波数が搬送周波数ｆ０であるディジタル化されたＲＦ搬送波変調済み信号を提供している。ＲＦ搬送波変調済み信号は、ナイキストを保持する周波数変調器１０２のポート１１８に結合されている。ナイキストを保持する周波数変調器１０２は、リサンプラ（resampler：再サンプル器）１０６、ディジタル変調器１０８、スペクトル・インバータ（反転器）１１０、および変調する信号ソース１１２を備えている。リサンプラ１０６は、ＲＦ搬送波変調済み信号のサンプル・レートを変更する。リサンプラ１０６の出力部のサンプル・レートは、所望するＲＦ中心周波数（周波数３）と現在のＲＦ中心周波数（周波数１）の合計の２倍である。リサンプルするプロセスは、ＲＦ搬送波変調済み信号の中心周波数を変更しないが、ＲＦ信号を表すサンプルの密度を変更する。リサンプラ１０６の入力部のサンプル・レートが、リサンプラ１０６の出力部で必要とするサンプル・レートに等しいならば、リサンプラは不要であり、パス（経路）１１４で示すようにバイパスされる。また、ＲＦ搬送波変調済み信号がアナログ信号の場合は、リサンプラは、必要なサンプリング・レートでＲＦ搬送波変調済み信号をサンプルするアナログ／ディジタル変換器とすることができる。
【００１４】
サンプルされたＲＦ搬送波変調済み信号（リサンプルされた、あるいはされないにかかわらず）は、ディジタル変調器１０８に結合される。変調する信号ソース１１２は、リサンプラの出力サンプル・レートに等しいサンプル・レート（ｆＳ）で提供される反復する｛１、−１、１、−１、．．．｝のディジタル・シーケンスを提供している。ディジタル変調器１０８の出力信号の中心周波数は、サンプル・レート（ｆＳ）とＲＦ搬送波変調済み信号の搬送周波数（ｆ０）の関係によって決定される。サンプル・レート（ｆＳ）が正確に搬送周波数（ｆ０）の４倍であれば、出力信号の中心周波数は、搬送周波数（ｆ０）と同じである。この場合、ディジタル変調器１０８の出力は、搬送周波数ｆ０におけるＲＦ搬送波変調済み信号のスペクトルである。しかしながら、この独特の変調する信号を使用したディジタル変調器１０８は、ＲＦ搬送波変調済み信号のスペクトルがインバート（反転）されることを引き起こす。
【００１５】
サンプル・レート（ｆＳ）が搬送周波数（ｆ０）の４倍ではない場合は、出力信号の中心周波数は、サンプル・レートの１／２から元のＲＦ搬送周波数を減じた周波数、すなわち（ｆＳ／２−ｆ０）に等しい搬送周波数（ｆ１）にシフトされる。この場合、ディジタル変調器１０８の出力は、搬送周波数ｆ１におけるＲＦ搬送波変調済み信号のスペクトルであり、ＲＦ搬送波変調済み信号に対して反転したスペクトルを備えている。
【００１６】
スペクトル・インバータ（反転器）１１０は、ＲＦ信号スペクトルを反転させるのに使用され、ｆ０またはｆ１の搬送波をそのまま出力している。ポート１２０の出力は、搬送周波数ｆ０またはｆ１のソースＲＦ搬送波変調済み信号である。
【００１７】
スペクトルのインバート（反転）は、アップ変調チェーン（up-modulation chain）におけるナイキストを保持する周波数変調を偶数回実行することによっても実現される。その場合、インバートされない（非反転）ＲＦ搬送波変調済み信号出力を得るために、スペクトル・インバータ１１０以内でリサンプリングおよびディジタル変調が繰り返される。再変調の前段（たとえば、ベースバンド信号が最初に搬送波上に変調された場合）で、スペクトルを反転させる他の技法を適用することができる。このような技法には、複素ベースバンド信号の「虚数（imaginary）」成分の符号（sign）をインバートすること、あるいは最初の変調複素搬送波の周波数の符号（sign）を変更（正弦成分のインバート）すること、が含まれている。付加的なスペクトルのインバートは、また、ナイキストを保持する周波数変調器１０２の前段あるいは後段に設けられることが多いアナログＲＦ処理の中に適用することができる。
【００１８】
ＲＦ搬送波変調済み信号のタイプによっては、不適切としてスペクトルの反転が無視されるものもある。例えば、振幅変調（ＡＭ）の場合、スペクトル反転は効果がない。
【００１９】
本発明は信号を反転させることが望ましいが、他の代替実施形態では、スペクトル・インバータ１１０は、ダッシュ線１１６で示すように、ナイキストを保持する周波数変調器１０２から取り除くことができる。
【００２０】
図２は、本発明によるナイキストを保持する変調を実行する方法を、ｚ平面表現２００で示したものである。ＲＦ搬送波変調済み信号は、複素搬送波２０８で畳み込まれた（コンボリューションされた；convolved）ベースバンド信号２０６の実数部で表されている。このプロセスは、参照番号２０２で示されている。ナイキストを保持する周波数変調技法は、周波数ドメイン（領域）におけるサンプル・データは直線的に循環する（linearly cyclic）、という利点を利用している。循環周波数の最高周波数は、ナイキストを保持する周波数（サンプル・レート（ｆＳ）の半分）と呼ばれている。ｚ平面表現では、単位円の円周に沿った各ポイントは、異なる複素搬送波ｅ（ｊωＯｎ）、ω∈［−π，π］、ここでπはナイキストを保持する周波数に対応する正規化角周波数、に対応している。
【００２１】
これらの搬送波のうちの１つは、それが実部εｊ・ω・ｎ＝Ｃｏｓ（π・ｎ）であるという点において固有である。連続時間無限周波数ドメイン（continuous time unbounded frequency domain）には、複素搬送波に相当するものは存在しない。この特定の搬送波をサンプル・レート変換（時間スケール変更）と組み合わせることにより、従来技術による様々な方法に付随して発生する余計な処理を伴うことなく、再変調を実行することができる。三次元グラフの各々は、信号のｚ平面周波数ドメインを線図にしたものである。複数の反復は、いくつかのアプリケーションにおいて都合良く使用することが使用することができるが、図２には再変調ステージが１つしか線図化されていないことに留意されたい。図２で識別することができる３つの平面（分かり易くするために、平面にはベースバンド信号２０６の表現に関してのみラベルが振られている）２１４、２１８および２２０は、それぞれ次の通りである。
【００２２】
１）底部平面２１４は単位円２１６を示しており、その円周上の各ポイントは、異なる複素周波数を表している。
２）右側平面２１８は、底部平面２１４と交差し、底部平面２１４に対して直角であると同時に、単位円２１６上の周波数＝０に相当するポイントに接している。
３）左側平面２２０は、底部平面２１４と交差し、周波数ｆｓ／４、ここでｆｓは変調する信号のサンプル・レートである、に相当する単位円２１６、π／２上のポイントに接している。
【００２３】
所与の周波数における周波数応答の大きさは、各三次元グラフの単位円からの高さによって与えられる。周期的な周波数ドメイン内へのコンボリューション（convolution）は、以下に説明する図２の方法のような線形無限サンプル・タイム・ドメイン（linear unbounded sampled time domain）内における乗算に相当する。
【００２４】
変調済み信号は、通常、ゼロ周波数を有する複素ベースバンド信号２０６と複素搬送周波数ｆ０を有する搬送波２０８のタイム・ドメイン（時間領域）積の実数部として生成される。この信号の実数部は、グラフ２０４で表されている。ステップ２１０で、サンプル・レート（ｆＳ）でシーケンス｛１、−１、１、−１、．．．｝を反復することにより、信号２０４が定義済みサンプル・レートにリサンプルおよび変調され、それにより周波数ｆ１の搬送波を有するＲＦ搬送波変調信号が生成される。第２の変調による二次的効果は、この操作によって正弦成分が反転されることである。この反転は、既に説明したようにリバースさせることができる。ディジタルＲＦの出力周波数は、グラフ２１２に示すように、搬送波（ｆ０）とサンプリング・レート（ｆＳ）の半分との差周波数（ｆ１）である。
【００２５】
以上の説明は、本発明の好ましい実施形態を対象にしたものであるが、特許請求の範囲の各請求項によって決定される本発明の基本範囲を逸脱することなく、本発明のさらに他の実施形態を創出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理による、デジタル化されたＲＦ信号ソースが結合された、ナイキストを保持する周波数変調器についての機能上のブロックを示す図である。
【図２】本発明の原理によるナイキストを保持する周波数変調を実行する方法をｚ平面表現で示した図である。
【符号の説明】
１０２    ナイキストを保持する周波数変調器
１０４    ＲＦ搬送波変調済み信号ソース
１０６    リサンプラ（再サンプル器）
１０８    ディジタル変調器
１１０    スペクトル反転器
１１２    変調する信号ソース
１１８、１２０    ポート
２０６    ベースバンド信号
２０８    複素搬送波
２１４    底部平面
２１６    単位円
２１８    右側平面
２２０    左側平面
【図１】
0004099021.tif 000002
【図２】
0004099021.tif 000003