説明

離散時間受信機

【課題】本発明は離散時間受信機に関する。
【解決手段】本発明の離散時間受信機は、サンプリングクロックに応じて入力信号をサンプリングするサンプリングミキサと、制御信号を用いてデシメーション比を調節し、フィルタクロックを用いて上記サンプリングされた信号をフィルタリングする離散時間フィルタと、上記サンプリングミキサに供給されるサンプリングクロックを生成し、上記サンプリングクロックの周波数と予め設定された出力周波数とを比較して制御信号及びフィルタクロックを生成するクロック生成器と、を含み、広帯域の入力信号に対して出力信号のダイナミック範囲を向上させることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、広帯域をカバーできるRF用離散時間受信機に関する。
【背景技術】
【0002】
従来はアナログ型の連続時間受信機が広く適用されていたが、近年では離散時間受信機が開発され、様々な製品に適用されている傾向にある。しかし、近年の離散時間受信機は、動作帯域が狭帯域であり、その応用分野が限定されざるを得ないという問題がある。
【0003】
離散時間受信機の構造は、SDR(software defined radio)のような要素が広帯域動作を支援するため、広帯域の信号処理における問題はないが、核心的な構成要素であるADCの場合には動作速度及び変換性能などから広帯域を十分に支援できないという問題がある。
【0004】
離散時間受信機において使用されるフィルタは、RF領域フィルタと基底領域フィルタに分けられる。RF領域フィルタは、サンプリングミキサと直接連結されて高いサンプリング周波数で動作するフィルタであり、基底(BaseBand)領域フィルタは、アナログミキサと連結されて周波数を低くした信号をフィルタリングするフィルタである。基底領域フィルタの場合、低周波数で動作し、サンプリング周波数が固定されており、優れた性能を有する。これに対し、RF領域フィルタの場合は、高周波数で動作し、広帯域でも一定の性能を備えるために、特別な設計が必要である。
【0005】
図1は、従来の離散時間受信機の構成を示す構成図である。
【0006】
図1を参照すると、従来の離散時間受信機10は、LNTA16、サンプリングミキサ11、第1のIIRフィルタ12、FIRフィルタ13、第2のIIRフィルタ14及び可変増幅器15で構成される。
【0007】
LNTA16は、LNAとTA(Trans−conductance Amplifier)の機能を一つにまとめたもので、アンテナを介して受信された信号を増幅し、電圧信号を電流信号に変換させる役割をする。
【0008】
サンプリングミキサでは、受信された高周波数の信号をサンプリング周波数帯域の信号に変換しながらアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【0009】
第1のIIRフィルタ12、FIRフィルタ13及び第2のIIRフィルタ14は、サンプリングされた信号を受信してデシメーション(decimation)フィルタリングを行う。特に、FIRフィルタ13では、入力されるフィルタリング制御信号に応じて様々なデシメーション比を持ちながらフィルタリングし、かつエイリアシング(aliasing)も制御する。また、第1及び第2のIIRフィルタ12、14では、所望の信号帯域付近に存在する干渉信号などを除去する。さらに、第2のIIRフィルタ14は、カットオフ周波数(cutoff frequency)の調節のためにキャパシタバンクをスイッチに連結し、スイッチの動作に応じてキャパシタの容量を変えてカットオフ周波数を調節する。
【0010】
第2のIIRフィルタ14を通過した信号は、可変増幅器15により増幅されてADCに入力される。特に、第2のIIRフィルタ14を通過した信号のスイング幅が小さい場合、ADCが検出できる信号の範囲が狭くなり、受信機全体のSNR性能が劣化される虞があるため、可変増幅器を用いてスイング幅を確保する。
【0011】
図2は、従来のRF受信機の構成を示す構成図である。
【0012】
図2に示したRF受信機20は、図1の受信機20とは異なる動作特性を有する。
【0013】
図2に示したRF受信機20は、広帯域の入力信号を処理することができる。LNAにより入力信号を増幅させ、ミキサ21は、従来のアナログ受信機と類似しており、周波数合成器22から入力されるI/Qクロックを用いて入力信号の周波数を低くする。アナログフィルタ23、24、25は受信機の周波数マスクを作っている。
【0014】
サンプリングミキサ28はfsの固定されたサンプリング周波数で動作する。そのため、サンプリングミキサ28以後のブロックでは、サンプリング周波数fsの信号をADCの動作周波数を有する信号へと周波数を低くしなければならない。そこで、デシメーションフィルタ26、27は設定されたデシメーション比によって入力信号をフィルタリングする。図2に示した受信機20でのデシメーション比は、それぞれ1/4、1/3である。デシメーションフィルタ26、27の動作に使用されるクロックはクロック発生器29から提供される。
【0015】
図2に示したRF受信機20は、デシメーション用のFIRフィルタ以外の全体的な性能及び回路設計の側面において図1の離散時間受信機10に比べて優れた性能を有するが、従来のアナログ構造と多くの部分が類似しており、多くのブロックが使用されるという短所がある。
【0016】
即ち、離散時間受信機においては離散時間フィルタの段数を減らすことが性能の向上に効果的であるため、フィルタ数を減らし、ADCのサンプリング周波数を高めることが好ましい。
【0017】
使用されたフィルタの次数の場合は、図1に示した離散時間受信機10で1次のsincフィルタ13を使用したときに、図2に示したRF受信機20では2次のsincフィルタ26、27を使用してエイリアシングを除去するためのヌル(null)幅を広げ、深さを深くした。
【0018】
近年の離散時間受信機は、狭帯域でバンド幅の狭い応用分野に適用されている。しかし、最近、LTEやDVB−Hのような広帯域の広いバンド幅を有する応用分野の浮上に伴い、広帯域信号を処理できるような離散時間受信機の構造の設計が必要となった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0019】
【特許文献1】米国特許第7605757号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0020】
本発明の目的は、離散時間受信機はRF領域でサンプリングを行い、サンプリング周波数に応じてデシメーション比を調節して出力信号の周波数がADCのサンプリング周波数になるように低くし、ADCが高い解像度を有するようにする離散時間受信機を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【0021】
上記した課題を解決するための本発明の一実施例による離散時間受信機は、サンプリングクロックに応じて入力信号をサンプリングするサンプリングミキサと、制御信号を用いてデシメーション比を調節し、フィルタクロックを用いて上記サンプリングされた信号をフィルタリングする離散時間フィルタと、上記サンプリングミキサに供給されるサンプリングクロックを生成し、上記サンプリングクロックの周波数と予め設定された出力周波数とを比較して制御信号及びフィルタクロックを生成するクロック生成器と、を含む。
【0022】
上記した課題を解決するための本発明の他の実施例による離散時間受信機は、入力電圧信号を増幅するための低騒音増幅器及び上記低騒音増幅器の出力信号のダイナミック範囲を増加させる電圧増幅器を含む増幅部と、上記増幅部の出力信号を電流信号に変換する電圧電流変換部と、サンプリングクロックに応じて上記電流信号をサンプリングするサンプリングミキサと、制御信号を用いてデシメーション比を調節し、フィルタクロックを用いて上記サンプリングされた信号をフィルタリングする離散時間フィルタと、上記サンプリングミキサに供給されるサンプリングクロックを生成し、上記サンプリングクロックの周波数と予め設定された出力周波数とを比較して制御信号及びフィルタクロックを生成するクロック生成器と、を含む。
【0023】
上記した課題を解決するための本発明のさらに他の実施例による離散時間受信機は、入力電圧信号を電流信号に変換する電圧電流変換部と、サンプリングクロックに応じて上記電流信号をサンプリングするサンプリングミキサと、制御信号を用いてデシメーション比を調節し、フィルタクロックを用いて上記サンプリングされた信号をフィルタリングする離散時間フィルタと、上記サンプリングミキサに供給されるサンプリングクロックを生成し、上記サンプリングクロックの周波数と予め設定された出力周波数とを比較して制御信号及びフィルタクロックを生成するクロック生成器と、上記入力信号を増幅して上記電圧電流変換部に供給する低騒音増幅器、及び上記サンプリングミキサの出力信号のダイナミック範囲を増加させて離散時間フィルタに供給する電流増幅器を含む増幅部と、を含む。
【発明の効果】
【0024】
上記解決手段による本発明の離散時間受信機によれば、広帯域の周波数を有する入力信号に対応できる効率的で広いダイナミック範囲を有する。
【0025】
また、上記解決手段による本発明の離散時間受信機によれば、電流で動作し、消費電力が少なく、ハードウェア構成が簡単なうえ、スイッチによる調整が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】従来の離散時間受信機の構成を示す構成図である。
【図2】従来のRF受信機の構成を示す構成図である。
【図3】本発明の一実施例による離散時間受信機の機能ブロックを示す機能ブロック図である。
【図4】本発明の他の実施例による離散時間受信機の機能ブロックを示す機能ブロック図である。
【図5】本発明のさらに他の実施例による離散時間受信機の機能ブロックを示す機能ブロック図である。
【図6】本発明のさらに他の実施例による離散時間受信機の機能ブロックを示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、添付された図面を参照して本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができるように好ましい実施例を詳しく説明する。但し、本発明を説明するに当たって、関連する公知機能または構成についての具体的な説明が本発明の旨を不明確にする虞があると判断される場合はその詳細な説明を省略する。
【0028】
図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略した。明細書全体を通じて類似した部分については同一な図面符号で示すものとする。
【0029】
なお、ある構成要素を「含む」というのは、反対の意味を有する記載が特に無い限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。
【0030】
本発明の離散時間受信機は、離散時間フィルタを用いて様々な応用分野で使用できる受信機の構造を提案する。デシメーション比と使用されるフィルタのヌルの幅と深さによって様々な離散フィルタを並列に並べた後、応用分野のスペックに応じて選択できるようにした。また、本発明の離散時間受信機は、デシメーションフィルタ以後の信号の周波数がADCのサンプリング周波数と合致させるためにデシメーションフィルタのデシメーション比の調節が可能な構造である。そして、本発明の離散時間受信機は、広いダイナミック範囲を有するために、可変増幅器をミキサの前段または後段にそれぞれ設け、ADCで処理できる信号レベルを確保できるようにする。
【0031】
図3は、本発明の一実施例による離散時間受信機の機能ブロックを示す機能ブロック図である。図3に示した離散時間受信機100は、広帯域に適用できるサンプリングミキサ110及び離散時間フィルタ140の連係動作を説明するために簡略化したものである。図3を参照し、離散時間受信機の動作を説明する。
【0032】
離散時間受信機100に入力される電圧信号は、LNTA160で増幅され、電流信号に変換される。
【0033】
サンプリングミキサ110は、サンプリング周波数に応じて入力される電流信号をサンプリングすることで、入力信号の周波数を基底帯域へと低くし、離散信号に変換する。2つのサンプリングミキサ110は、同じ周波数を有すると共に、180度の位相差をサンプリングクロックに応じて動作する。
【0034】
離散時間フィルタ140は、並列に様々なデシメーション比(m、n、p、q)を有する1次及び2次デシメーションフィルタを連結した構造で具現される。離散時間フィルタ140の入出力に連結されているスイッチ(S1、S2、S3、S4、S5、S6)の開閉を制御することによって信号のフィルタリング及びデシメーション比を調節することができる。即ち、入力信号の周波数に応じてデシメーション比を決定し、スイッチの開閉を制御することで所望のデシメーション比が具現されるように上記1次及び2次デシメーションフィルタを組み合わせる。もし、S1のみが選択されると、1次フィルタのデシメーション比がnであるフィルタが選択され、S4、S5、S6が選択されると、1次フィルタと2次フィルタが直列に連結され、デシメーション比が(m×p)であるフィルタが作られる。
【0035】
サンプリングミキサ110に使用されるクロック及び離散時間フィルタ140で使用されるクロックは、周波数合成器120とクロック生成器130により作られる。クロック生成器130ではサンプリングクロックを生成し、これを分周して離散時間フィルタ140の1次及び2次デシメーションフィルタに供給されるクロックを生成する。周波数合成器120は、クロック生成器130で生成したクロックにおいて同じ周波数を有すると共に、180度の位相差を有する2つのクロックを作る。クロック発生器130は、デシメーションフィルタと連動して動作する。
【0036】
最終出力はADC150に供給されるので、ADCのサンプリング周波数とクロック生成器130で生成するクロックは同期が一致しなければならない。
【0037】
上述のように、本発明の離散時間受信機100は、広帯域の入力信号に対応すると共に、ADC150に入力される周波数の帯域が一定の範囲になるように設計され、実際の通信環境で動作されることができる。
【0038】
入力信号の強度が十分な場合は、図3に示した受信機の構成からもダイナミック範囲を十分に確保できる。しかし、無線通信チャンネルなどでは、入力される信号の強度が非常に低いことがあり、ADC150に入力される信号はダイナミック範囲を十分に確保できないことがある。したがって、離散時間受信機100にダイナミック範囲を確保できる構成を追加する必要がある。
【0039】
図4は、本発明の他の実施例による離散時間受信機の機能ブロックを示す機能ブロック図である。
【0040】
図4を参照すると、本発明の離散時間受信機200は、増幅器210、電圧電流変換器220、サンプリングミキサ230、及び離散時間フィルタ240を含んで構成されることができる。
【0041】
増幅器210は、ダイナミック範囲を向上させるために、図4に示したように、LNA211(Low Noise Amplifier)と電圧増幅器212を含んで構成されることができる。ところが、上記LNA211及び電圧増幅器212で構成された増幅器210の場合は、動作周波数が1GHz以下ではダイナミック範囲を満たして動作できるが、1GHz以上ではダイナミック範囲が狭くなる。
【0042】
電圧電流変換器220は、電圧信号を電流信号に変換することができ、入力される信号をサンプリングミキサ230及び離散時間フィルタ240で処理できる信号に変換する。
【0043】
サンプリングミキサ230及び離散時間フィルタ240の動作は、図3に示したサンプリングミキサ110及び離散時間フィルタ140の動作と同一であり、その説明は省略する。
【0044】
本発明の離散時間受信機200が広いダイナミック範囲を得るために増幅器210のLNA211と電圧増幅器212の利得可変範囲が広くなるように設計することが好ましい。即ち、増幅器210において十分な増幅を行うことで、電圧電流変換器220、サンプリングミキサ230及び離散時間フィルタ240で動作損失が発生しても、ADC250に入力されるときには十分なダイナミック範囲を有する信号になるようにする。
【0045】
但し、図4に示した離散時間受信機200は、入力信号の周波数が高くなると、LNA211またはVGA212の周波数特性により利得範囲が狭くなり電流消耗が増加してしまい、高周波数では所望のダイナミック範囲を得ることが困難である。
【0046】
図5は、本発明のさらに他の実施例による離散時間受信機の機能ブロックを示す機能ブロック図である。
【0047】
図5を参照すると、本発明の離散時間受信機300は、増幅器310、電圧電流変換器320、サンプリングミキサ330、及び離散時間フィルタ340を含んで構成されることができる。図5の離散時間受信機300は、高周波数においてダイナミック範囲が広くないという図4の離散時間受信機200の短所を解決することができる。
【0048】
電圧電流変換器320、サンプリングミキサ330及び離散時間フィルタ340に対する説明は、図2及び図3と同一であるため省略する。
【0049】
図4に示した増幅器210は、電圧電流変換器220の前段にのみ配置されて増幅を行うが、図5に示した増幅器310は、電圧電流変換器220の前段のみならず、サンプリングミキサによりサンプリングされた後にも増幅を行う。
【0050】
本発明の離散時間受信機300に適用される増幅器310は、LNA311及び電流増幅器312を含んで構成されることができる。高周波数帯域では、高周波特性の良いLNA311のみを用いて増幅を行い、サンプリングミキサ330により基底帯域へと周波数が低くなった電流信号に対し電流増幅器312を使用して増幅することができる。したがって、LNA311で増幅された電圧信号は、電流電圧変換器320で電流信号に変換され、サンプリングミキサ330で周波数変換及び離散信号に変換される。サンプリングミキサ330の電流出力が直接離散時間フィルタ340に移動する既存の構造とは異なり、電流を増幅できる電流増幅器312を用いて利得を可変することができる。
【0051】
即ち、高周波数において低周波数のような増幅特性を得るためには、より多くの電流を使用しなければならないため、このような増幅特性が悪くなる問題を、増幅過程を分離し、後次の増幅過程を基底帯域に移動させ周波数帯域を低くし、小さい電流で解決することができる。
【0052】
図4に示した増幅器210のように図5に示した増幅器310のダイナミック範囲は、LNA311と電流増幅器312で全てカバーできるように構成する。電流増幅器312は、低周波数で動作するため、少ない電流を使用しながら広い可変利得範囲を有するように設計されることができる。
【0053】
増幅された電流信号は、離散時間フィルタ330を経てADC350に伝達される。既存のアナログ方式の受信機である場合、中間周波数IF領域で電圧増幅器を用いてダイナミック範囲を向上させた。離散時間受信機においても、図1に示したように、離散時間フィルタ12、13、14以後の可変増幅器15を用いてダイナミック範囲を広げる。しかし、図5で提案した構造では、離散時間フィルタ330以前に電流増幅器312を用いてダイナミック範囲を向上させる。
【0054】
図6は、本発明のさらに他の実施例による離散時間受信機の機能ブロックを示す機能ブロック図である。
【0055】
図6を参照すると、図4に示した離散時間受信機200及び図5に示した離散時間受信機300を並列に連結した離散時間受信機である。このような並列連結構造を有する離散時間受信機400は、広範囲の多様な入力信号に対してダイナミック範囲を十分に有すると共に、全てのバンドに対して動作することができる。
【0056】
2つの信号パスにそれぞれ信号を供給するバンド1及びバンド2は、受信された信号を分配器などを用いて分配した信号のうち1つであることができる。
【0057】
受信された信号が1GHz以下である場合には、バンド1に受信された信号を入力する。入力信号は第1のLNA411と電圧増幅器412で構成された第1の増幅器410においてダイナミック範囲が向上される。その後、入力信号は第1の電圧電流変換器420と第1のサンプリングミキサ430を通過してサンプリングされた電流信号となり、バンド選択器440により離散時間フィルタ480に伝達される。
【0058】
受信された信号が1GHz以上である場合には、バンド2に受信された信号を入力する。入力信号は、第1のLNA451により増幅された後、第2の電圧電流変換器460と第2のサンプリングミキサ470を通過してサンプリングされた電流信号となる。電流信号は、電流増幅器452によりダイナミック範囲が向上された後、バンド選択器440により離散時間フィルタ480に伝達される。
【0059】
離散時間フィルタ440の場合、広帯域の信号を処理するために図3で提案した構造で離散時間フィルタ140に該当する部分を適用すると、後段のADC490にサンプリング周波数を一定の範囲内で動作するように調節できる。
【0060】
本発明は、上述の実施例及び添付された図面によって限定されるものではない。本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を外れない範囲内で本発明による構成要素を置換、変形及び変更が可能であるということが自明である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
サンプリングクロックに応じて入力信号をサンプリングするサンプリングミキサと、
制御信号を用いてデシメーション比を調節し、フィルタクロックを用いて前記サンプリングされた信号をフィルタリングする離散時間フィルタと、
前記サンプリングミキサに供給されるサンプリングクロックを生成し、前記サンプリングクロックの周波数と予め設定された出力周波数とを比較して制御信号及びフィルタクロックを生成するクロック生成器と、を含む離散時間受信機。
【請求項2】
前記離散時間フィルタは、
互いに異なるデシメーション比を有し、前記フィルタクロックを用いてフィルタリングを行う複数のデシメーションフィルタと、
前記制御信号に応じて前記複数のデシメーションフィルタのうち一部または全部を選択して信号伝達経路を形成する経路形成器と、を含む請求項1に記載の離散時間受信機。
【請求項3】
前記クロック生成器は、
前記サンプリングクロック及び前記フィルタクロックを同期化させて生成することを特徴とする請求項1に記載の離散時間受信機。
【請求項4】
前記離散時間受信機は、
前記入力信号を増幅して前記サンプリングミキサに供給する低騒音増幅器をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の離散時間受信機。
【請求項5】
入力電圧信号を増幅するための低騒音増幅器及び前記低騒音増幅器の出力信号のダイナミック範囲を増加させる電圧増幅器を含む増幅部と、
前記増幅部の出力信号を電流信号に変換する電圧電流変換部と、
サンプリングクロックに応じて前記電流信号をサンプリングするサンプリングミキサと、
制御信号を用いてデシメーション比を調節し、フィルタクロックを用いて前記サンプリングされた信号をフィルタリングする離散時間フィルタと、
前記サンプリングミキサに供給されるサンプリングクロックを生成し、前記サンプリングクロックの周波数と予め設定された出力周波数とを比較して制御信号及びフィルタクロックを生成するクロック生成器と、を含む離散時間受信機。
【請求項6】
前記増幅部は、
前記離散時間フィルタの出力信号のダイナミック範囲が予め設定された範囲内となるように増幅率を可変することができる請求項5に記載の離散時間受信機。
【請求項7】
前記離散時間フィルタは、
互いに異なるデシメーション比を有し、前記フィルタクロックを用いてフィルタリングを行う複数のデシメーションフィルタと、
前記制御信号に応じて前記複数のデシメーションフィルタのうち一部または全部を選択して信号伝達経路を形成する経路形成器と、を含む請求項5に記載の離散時間受信機。
【請求項8】
前記クロック生成器は、
前記サンプリングクロック及び前記フィルタクロックを同期化させて生成することを特徴とする請求項5に記載の離散時間受信機。
【請求項9】
入力電圧信号を電流信号に変換する電圧電流変換部と、
サンプリングクロックに応じて前記電流信号をサンプリングするサンプリングミキサと、
制御信号を用いてデシメーション比を調節し、フィルタクロックを用いて前記サンプリングされた信号をフィルタリングする離散時間フィルタと、
前記サンプリングミキサに供給されるサンプリングクロックを生成し、前記サンプリングクロックの周波数と予め設定された出力周波数とを比較して制御信号及びフィルタクロックを生成するクロック生成器と、
前記入力信号を増幅して前記電圧電流変換部に供給する低騒音増幅器、及び前記サンプリングミキサの出力信号のダイナミック範囲を増加させて離散時間フィルタに供給する電流増幅器を含む増幅部と、を含む離散時間受信機。
【請求項10】
前記増幅部は、
前記離散時間フィルタの出力信号のダイナミック範囲が予め設定された範囲内となるように増幅率を可変することができる請求項9に記載の離散時間受信機。
【請求項11】
前記離散時間フィルタは、
互いに異なるデシメーション比を有し、前記フィルタクロックを用いてフィルタリングを行う複数のデシメーションフィルタと、
前記制御信号に応じて前記複数のデシメーションフィルタのうち一部または全部を選択して信号伝達経路を形成する経路形成器と、を含む請求項9に記載の離散時間受信機。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate


【公開番号】特開2011−130445(P2011−130445A)
【公開日】平成23年6月30日(2011.6.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−281790(P2010−281790)
【出願日】平成22年12月17日(2010.12.17)
【出願人】(596180076)韓國電子通信研究院 (733)
【氏名又は名称原語表記】Electronics and Telecommunications Research Institute
【住所又は居所原語表記】161 Kajong−dong, Yusong−gu, Taejon korea
【Fターム(参考)】