JP2004007244A - Ｄｃオフセットキャンセラを有する無線機 - Google Patents
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Abstract
【課題】ステップ状に変動するＤＣオフセット成分による受信性能の劣化を極力抑えることのできるＤＣオフセットキャンセラを有する無線機を提供する。
【解決手段】低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１により増幅された無線受信信号を直交復調器１２によりベースバンド信号に変換してＶＧＡ（可変利得増幅器）１５により増幅した後、ハイパス特性を有するＤＣオフセットキャンセラ１６を通してＤＣオフセット成分を除去する無線機において、ＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性により生じる少なくとも一つの過渡応答成分に対応する一つの過渡応答成分除去用信号を発生する信号発生器１８を含み、この過渡応答成分除去用信号を用いて過渡応答成分を除去する過渡応答成分キャンセラ１７を有する。
【選択図】 図１
【解決手段】低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１により増幅された無線受信信号を直交復調器１２によりベースバンド信号に変換してＶＧＡ（可変利得増幅器）１５により増幅した後、ハイパス特性を有するＤＣオフセットキャンセラ１６を通してＤＣオフセット成分を除去する無線機において、ＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性により生じる少なくとも一つの過渡応答成分に対応する一つの過渡応答成分除去用信号を発生する信号発生器１８を含み、この過渡応答成分除去用信号を用いて過渡応答成分を除去する過渡応答成分キャンセラ１７を有する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【本発明の属する技術分野】
本発明は、ダイレクトコンバージョン（直接変換）方式の無線機に係り、特に直流（ＤＣ）オフセットキャンセラを有する無線機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機やＰＤＡ（携帯通信端末）といった無線機の普及に伴い、無線機の回路に対する低コスト化及び小型・低消費電力化が強く求められている。このような要求に対して、部品点数とコストの削減、モノリシックＩＣ化が可能な点から、無線機の受信回路方式としてダイレクトコンバージョン方式が注目され、実用化が進められている。
【０００３】
ダイレクトコンバージョン方式は、受信された高周波信号に直交復調器を用いて同じ周波数のローカル信号（局部発振信号）を乗算することで、直接ベースバンド信号を取り出す方式であるため、原理的にはスーパーへテロダイン方式で問題となっていたイメージ妨害が生じない。従って、高周波帯のイメージ抑圧フィルタや中間周波帯のチャンネル選択をするためのパッシブフィルタといった、サイズが大きく、集積回路化の難しいフィルタが不要となるため、無線機の部品点数とコストの削減、及びモノリシックＩＣ化を可能とする。
【０００４】
反面、ダイレクトコンバージョン方式では直流（ＤＣ）オフセット成分の発生が大きな問題となる。例えば、谷本洋「ダイレクトコンバージョン受信機用ミクサの研究開発動向」電子情報通信学会論文誌Ｃ Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｃ Ｎｏ．５ ｐｐ．３３７−３４８ ２００１年５月、に開示されているように、受信信号周波数と同じであるローカル信号周波数は初段のＬＮＡ（低雑音増幅器）やアンテナの通過帯域にあるため、ローカル信号がアンテナやＬＮＡの入力側に漏洩する。この漏洩成分は直交復調器に入力して周波数変換されることにより、ＤＣオフセット成分を生成する。これはローカル信号の自己混合によるＤＣオフセットと呼ばれる。このような自己混合によるＤＣオフセットだけでなく、例えば直交復調器、ローパスフィルタ及びＶＧＡ（可変利得増幅器）といった無線機構成回路の素子ばらつきや歪みによっても、ＤＣオフセット成分は発生する。
【０００５】
このようにしてＤＣオフセット成分が発生すると、受信信号が無線機のダイナミックレンジを超えて、受信信号の飽和により受信特性を劣化させてしまうことがある。このようなＤＣオフセット成分を除去するために、ＤＣオフセットキャンセラが用いられる。
【０００６】
ダイレクトコンバージョン方式無線機で発生するＤＣオフセット成分のうち、無線機構成回路の素子ばらつきによるＤＣオフセット成分はほぼ時間的に一定であり、予め定められた固定的なＤＣ成分を取り除く機能を持つＤＣオフセットキャンセラを用いて容易に除去することが可能である。しかし、ダイレクトコンバージョン方式に限らないが、無線機では時間的に変化するＤＣオフセットが発生する場合があり、そのようなＤＣオフセットに対しては、一般的なＤＣオフセットキャンセラは有効でない。
【０００７】
無線機は、一般的に１００ｄＢにも及ぶ受信ダイナミックレンジを備えなければならず、そのダイナミックレンジを確保するためにＬＮＡの利得を受信信号強度に応じて切替えることが行われる。ＬＮＡの利得切替え時には、直交復調器の入力側から見たＬＮＡのインピーダンスが変動するため、ローカル信号の漏洩成分は利得切替えによって変動し、ローカル信号の自己混合によるＤＣオフセット成分も変動する。ＬＮＡの利得切替え時だけではなく、ＶＧＡの利得切替え時、あるいは送信開始時にもＤＣオフセット成分は変動する。特に、上述のような利得切替えが生じた場合、ＤＣオフセットは瞬間的に変動し、利得切替え幅によってはＤＣオフセット成分の変動幅が受信信号強度と比較して無視できない程大きくなる。このような場合には、受信信号の変動を測定しながらフィードバック制御を行うＤＣオフセットキャンセラが有効とされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
フィードバック制御を行うＤＣオフセットキャンセラは本来、ＤＣオフセット成分が時間的に緩慢に変化するときに有効に機能する。例えば、ＬＮＡの利得がステップ状に増減することによって、ステップ状に変動するＤＣオフセット成分もステップ状に変動した場合には、フィードバック制御が定常状態に収束するまではＤＣオフセット成分を除去できずに残存してしまう。すなわち、ＬＮＡの利得切替えのような回路定数の切替えが頻繁に生じた場合、フィードバック制御を行うＤＣオフセットキャンセラでは、ステップ状に大きく変化するＤＣオフセット成分の頻繁な変化に追随できなくなり、ＤＣオフセット成分の残存が受信特性の劣化を引き起こす。
【０００９】
一方、ＡＣ結合器を用いてＤＣオフセット成分を除去する無線機においても、フィードバック制御を用いたＤＣオフセットキャンセルを用いた場合と同様に、ＤＣオフセット成分の頻繁な変化に追随できず、受信性能を劣化させる。
【００１０】
上述したように、ダイレクトコンバージョン方式の無線機では、ステップ状に変動するＤＣオフセット成分はＤＣオフセットキャンセラにより除去されずに残存して受信性能を劣化させ、場合によってはベースバンド信号のデジタル復調を不可能にしてしまうという問題点がある。
【００１１】
本発明は、このような問題点を解消し、ステップ状に変動するＤＣオフセット成分による受信性能の劣化を極力抑えることのできるＤＣオフセットキャンセラを有する無線機を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は第１の増幅器により増幅された無線受信信号を復調器によりベースバンド信号に変換し、ベースバンド信号を第２の増幅器により増幅した後、ハイパス特性を有するＤＣオフセットキャンセラに通すことによりＤＣオフセット成分を除去する無線機において、ＤＣオフセットキャンセラのハイパス特性により生じる少なくとも一つの過渡応答成分に対応する一つの過渡応答成分除去用信号を発生する信号発生器を含み、該過渡応答成分除去用信号を用いて過渡応答成分を除去する過渡応答成分キャンセラを備える。
【００１３】
また、無線機の複数の制御項目について制御を行い、該複数の制御項目の少なくとも一つについての制御はＤＣオフセット成分にステップ状の変化をもたらすコントローラを有する場合、過渡応答成分キャンセラ内の信号発生器においては、該コントローラによるＤＣオフセット成分にステップ状の変化をもたらす制御に同期して過渡応答成分除去用信号を発生する。
【００１４】
このようにＤＣオフセットキャンセラによるＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分が除去されることにより、渡応答成分による受信性能の劣化を避けることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の一実施形態に係るダイレクトコンバージョン無線機の構成を示す。
まず、受信側について説明すると、アンテナ１０によりＲＦ（無線周波数）信号を受信して得られるＲＦ受信信号は、ＬＮＡ（低雑音増幅器）１１によって増幅される。ＬＮＡ１１の利得は、適宜コントローラ２４からのＬＮＡ利得制御信号により複数段階に切替え制御される。ＬＮＡ１１によって増幅されたＲＦ受信信号は、直交復調器１２に入力される。
【００１６】
直交復調器１２においては、ＬＮＡ１１からのＲＦ受信信号が図示しない局部発振器から供給されるローカル信号ＬＯと乗算されることにより、直接、すなわちＩＦ（中間周波数）信号への変換過程を経ることなく、ベースバンド信号に変換される。ベースバンド信号はローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３によって波形整形された後、加算器１４を経てＶＧＡ（可変利得増幅器）１５に入力され、増幅される。ＶＧＡ１５の利得は、適宜コントローラ２２からのＶＧＡ利得制御信号によって連続的に制御される。
【００１７】
ＶＧＡ１５によって増幅されたベースバンド信号は、ＤＣオフセットキャンセラ１６に入力される。ＤＣオフセットキャンセラ１６は、例えば利得固定の増幅器とローパスフィルタ（または積分器）を縦続接続して構成される。ＤＣオフセットキャンセラ１６によってＤＣオフセット成分が抽出され、このＤＣオフセット成分が加算器１４の負入力にフィードバックされる。従って、ＤＣオフセットキャンセラ１６によって、ＶＧＡ１５の出力に含まれるＤＣオフセット成分の除去動作が行われる。ＤＣオフセットキャンセラ１６によるＤＣオフセット成分除去後のベースバンド信号は、過渡応答成分キャンセラ１７を経てベースバンド復調器２０に入力され、ここでディジタル復調されることにより、受信データ２１が生成される。
【００１８】
過渡応答成分キャンセラ１７は、過渡応答成分除去用信号発生器（以下、信号発生器という）１８と演算部１９を有する。信号発生器１８は、ＤＣオフセットキャンセラ１６によるＤＣオフセットキャンセル動作後に残存する過渡応答成分を除去するための除去用信号、例えば過渡応答成分とは逆特性である過渡応答逆成分の信号を生成する。演算部１９は、例えばアナログ加算器であり、入力される受信信号（この例ではベースバンド信号）と信号発生器１８により生成された過渡応答成分除去用信号を加算する。これにより、受信信号に含まれる過渡応答成分が除去される。
【００１９】
一方、送信側においては送信データ２３が送信部２４に入力され、ＲＦ送信信号とされた後、アンテナ１０に供給される。
コントローラ２２は、アンテナ１０の給電端からベースバンド復調器２０までの受信信号経路における受信信号を監視し、その監視結果に基づいて無線機構成回路の定数などの設定を切替える制御信号を無線機構成回路に送出することにより、複数の制御項目について制御を行う。具体的には、コントローラ２２は例えばＶＧＡ１５から出力される受信信号、あるいはベースバンド復調器２０からのＲＳＳＩ（受信電界強度情報）に基づきＬＮＡ１１の利得制御（利得切替え）、ＶＧＡ１５の利得制御、送信部２４の送信オン／オフ、送信電力変更等の制御、及びベースバンド復調器２０の制御等を行うための制御信号を出力する。さらに、コントローラ２２は本実施形態では過渡応答成分キャンセラ１７の動作制御をも行う。
【００２０】
なお、本実施形態では直交復調を行うため、直交復調器１２から同相成分（Ｉチャネル）及び直交成分（Ｑチャネル）のベースバンド信号が出力される。図１では、Ｑチャネルのベースバンド信号経路のみ具体的に示しているが、Ｉチャネルのベースバンド信号も、Ｑチャネルブロックに示したローパスフィルタ１３、加算器１４、ＶＧＡ１５、ＤＣオフセットキャンセラ１６及び過渡応答成分キャンセラ１７と同様の構成要素を含むＩチャネルブロック３０を経てベースバンド復調器２０に入力される。
【００２１】
次に、過渡応答成分キャンセラ１７について詳細に説明する。
ＤＣオフセットキャンセラ１６でのＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分は、ＤＣオフセットのステップ状の変動に起因して発生する。ＤＣオフセットのステップ状の変動は、上述のようにコントローラ２２からの制御信号により無線機構成回路の回路定数を切替えた場合に生じる。
【００２２】
そこで、コントローラ２２はＤＣオフセットにステップ状の変動をもたらす制御信号と同期をとり、該制御信号を出力した場合に過渡応答成分キャンセラ１７を動作させる。これにより、過渡応答成分キャンセラ１７によってＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分が除去される。ここでいうＤＣオフセットにステップ状の変動をもたらす制御信号とは、例えば上述したＬＮＡ１１の利得切替え、ＶＧＡ１５の利得制御、送信部２４の送信オン／オフ、送信電力変更等の制御を行うためにコントローラ２２から出力される信号である。
【００２３】
ここで、本実施形態において解決すべき問題点について、図を用いてさらに詳しく述べる。図２には、ＬＮＡ利得制御信号によりＬＮＡ１１の利得が高利得と低利得の２段階にステップ状に切り替えられた場合のＤＣオフセット成分の変化の様子を示す。図２（ａ）（ｂ）は、ＤＣオフセットキャンセラ１６がない場合とある場合のＶＧＡ１５の出力信号強度をそれぞれ示している。
【００２４】
図１に示したようなフィードバック制御を行うＤＣオフセットキャンセラ１６によると、ＤＣオフセット成分が定常的な状態のとき、すなわちＤＣオフセット成分が時間的にほとんど変化しないときには、ＤＣオフセット成分は良好にキャンセルされる。一方、ＬＮＡ１１の利得がステップ状に増減すると、図２（ａ）に示されるようにＤＣオフセット成分もステップ状に変動する。ＤＣオフセット成分のステップ状の変動が生じると、図２（ｂ）に示されるようにＤＣオフセットキャンセラ１６によるフィードバック制御が定常状態へ収束するまでの間に、ＤＣオフセットキャンセラ１６の回路構成に依存した過渡応答成分が発生し、ＤＣオフセット成分が除去されずに残存してしまう。
【００２５】
このようなＶＧＡ１５の出力に現れるＤＣオフセット過渡応答成分の時間変化は、ＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性（より正確には、ＶＧＡ１５とＤＣオフセットキャンセラ１６により形成されるフィードバックループ全体が持つハイパス特性）に依存し、通常、指数関数で収束する波形となる。また、図２（ｂ）に示す過渡応答成分の初期最大値は、ＬＮＡ利得制御信号によるＬＮＡ１１の高利得／低利得の利得切替え幅に依存して一意に決まる。ＬＮＡ１１の高利得／低利特切替え以外の制御項目においても、コントローラ２２からの制御信号による切替えによって、ＤＣオフセットキャンセル後に残存する過渡応答成分は発生し、その時間変化は上記と同様にＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性に依存する。過渡応答成分の初期最大値は、各制御項目の切替えに依存して一意に決まる。
【００２６】
上述のようなコントローラ２２による無線機構成回路の回路定数の切替えが頻繁に生じた場合、ＤＣオフセットキャンセラ１６はステップ状に大きく変化するＤＣオフセット成分の頻繁な変化に追随できなくなり、ＶＧＡ１５の出力におけるＤＣオフセット成分の残存が受信特性の劣化を引き起こす。一例として、受信信号電界強度がＬＮＡ１１の利得切替えレベル付近のときは、ＬＮＡ利得制御信号により頻繁にＬＮＡ１１の利得切替えが行われることにより、ＤＣオフセットキャンセラ１６によるＤＣオフセットキャンセル後に残存する過渡応答成分も頻繁に発生し、これが受信特性を劣化させてしまう。
【００２７】
ＤＣオフセット成分の残存は、ＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性に依存するので、ハイパス特性のカットオフ周波数を上げることにより、ＤＣオフセットの過渡応答成分の収束時間を短くすることができる。しかし、ハイパス特性のカットオフ周波数を高くすると、必要な信号成分も削られてしまうために受信特性が劣化し、場合によっては正しい受信、すなわちベースバンド信号の復調ができなくなってしまう。
【００２８】
本実施形態によると、過渡応答成分キャンセラ１７を設けたことによって、このような問題が解決される。上述したように、ＤＣオフセットキャンセラ１６によるＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分は、ＤＣオフセットのステップ状の変動に起因して発生する。ＤＣオフセットのステップ状の変動は、コントローラ２２からの制御信号によって無線機構成回路の回路定数を切替えた場合に生じる。そこで、コントローラ２２はＤＣオフセットにステップ状の変動をもたらす制御信号と同期をとり、該制御信号を出力した場合に過渡応答成分キャンセラ１７を動作させる。これにより、過渡応答成分キャンセラ１７によってＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分が除去される。
【００２９】
図３には、本実施形態におけるＬＮＡ１１の利得が変化した場合のＤＣオフセット成分の様子を示す。図３（ａ）は過渡応答成分キャンセラ１７に入力される前の受信信号波形、図３（ｂ）は信号発生器１８により生成される過渡応答成分除去用信号波形である。図３（ｃ）は図３（ａ）の受信信号から図３（ｂ）の過渡応答成分除去用信号を減算した後の受信信号波形、すなわち過渡応答成分キャンセラ１７の出力信号波形である。図３（ｃ）に示されるように、過渡応答成分キャンセラ１７によって図３（ａ）に示した受信信号に含まれているＤＣオフセット成分の過渡応答成分が除去されていることが分かる。
【００３０】
このように本実施形態によれば、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分を効果的に除去することが可能となる。従って、また過渡応答成分の収束時間を短くするために、ＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性のカットオフ周波数を下げる必要がなくなり、ＤＣオフセットキャンセラ１６によって必要な信号成分が削られるのを避けることが可能となる。
【００３１】
次に、過渡応答成分キャンセラ１７の種々の構成例について説明する。
図４に示す過渡応答成分キャンセラ１７は、複数（ｎ）個の過渡応答成分除去用信号を発生する信号発生器１８−１〜１８−ｎを有する。このように複数個の信号発生器１８−１〜１８−ｎを備えることにより、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の波形が変化した場合にも対応することが可能となる。
【００３２】
例えば、ＤＣオフセットのステップ状の変動幅は、一般にコントローラ２２の制御項目毎に異なる。ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分波形の初期最大値は、通常、ステップ状の変動幅によって決まる。従って、信号発生器１８−１〜１８−ｎが発生する過渡応答成分除去用信号は、図４中に示されるようにＤＣオフセットのステップ状に変動する制御項目毎の初期最大値と同じ初期最大値Ｖ１〜Ｖｎを有していればよい。
【００３３】
ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分波形は指数関数であり、その時定数はＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性に依存した一意に決まる値である。無線システムの変更等により、ＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性を変更する場合、この変更に伴い残存する過渡応答成分波形の時定数も異なった値となる。信号発生器１８−１〜１８−ｎが発生する過渡応答成分除去用信号に、ＤＣオフセットキャンセラ１６の種々のハイパス特性に対応した異なる時定数τ１〜τｎを持たせておけば、このような場合においてもＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分を除去することが可能となる。
【００３４】
図５に示す過渡応答成分キャンセラ１７においては、過渡応答成分除去用信号を発生する信号発生器１８はメモリ３１及び信号出力回路３２を有する。メモリ３１には、ＤＣオフセットキャンセラによるＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分波形に対応するデータ値、すなわち過渡応答成分波形またはその逆特性の波形を表すディジタルのデータ値が保持されている。信号出力回路３２は、メモリ３１に保持されているデータ値に基づいて過渡応答成分除去用信号を出力する。
【００３５】
具体的には、信号出力回路３２は例えばＤＣオフセットにステップ状の変動をもたらす制御信号がコントローラ２２から出力された場合に、この制御信号と同期して、メモリ部３１に保持されているＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分波形のデータ値を読み出して過渡応答成分除去用信号を生成し、これを演算部１９へ出力する。信号出力回路３２は、基本的にはメモリ３１からのデータ値の読み出しを行い、さらに演算部１９がアナログ加算器の場合にはメモリ３１から読み出したディジタルのデータ値をアナログ信号に変換して演算部１９に渡す機能を持つ。
【００３６】
図６に示す過渡応答成分キャンセラ１７では、図５に示したメモリ３２が複数（ｍ）個のサブメモリ３３−１〜３３−ｍを有する。サブメモリ３３−１〜３３−ｍには、ＤＣオフセットがステップ状に変動する制御項目毎の過渡応答成分波形に対応するデータ値が保持されている。ＤＣオフセットがステップ状に変動する制御項目に制御信号としては、例えばＬＮＡ１１とＶＧＡ１５の利得の同時切替制御信号ＳＬＮＡ／ＶＧＡ、ＶＧＡ１５単独の利得切替え幅が１０ｄＢ，２０ｄＢ，…のように異なるＶＧＡ利得制御信号ＳＶＧＡ１〜ＳＢＧＡ２、あるいは送信開始制御信号等が想定される。このようにすることにより、制御項目毎に異なるＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分を除去することが可能となる。
【００３７】
図７に示す過渡応答成分キャンセラ１７では、通常、指数関数のような特定の関数となる、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の波形を再現できる最低限のパラメータ値がメモリ３１に保持されている。このメモリ３１に保持されたパラメータ値に基づいてＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の波形に対応するデータ値が計算部３４により計算され、計算されたデータ値から信号出力回路３２により過渡応答除去用信号が生成される。
【００３８】
前述と同様に、例えばＤＣオフセットにステップ状の変動をもたらす無線機構成回路の制御信号がコントローラ２２から出力された場合に、この制御信号と同期して、メモリ３１に保持されているＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の波形を再現するためのパラメータ値を読み出す。このパラメータ値に基づいて、計算部３４によりＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の波形に対応するデータ値、例えば過渡応答成分の逆特性の波形のデータ値を生成し、このデータ値に基づき信号出力回路３２によって過渡応答除去用信号を生成して演算部１９へ出力する。
【００３９】
ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分波形は、前述のようにＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性に依存する。このハイパス特性は特定の関数、すなわち前述のように通常は指数関数で表すことができる。この指数関数の減衰曲線を決める時定数は、ＤＣオフセットキャンセラ１６の構成に応じて一意的に決まり、予め知ることができる値である。さらに、過渡応答成分波形の初期最大値は、無線機の構成回路の各種設定切替えに応じた値となる。
【００４０】
具体的に、ＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性は、ＤＣオフセットキャンセラ１６の出力信号波形ｖ（ｔ）として
ｖ（ｔ）＝Ｖ×ｅｘｐ（２πｔ／τ）ｎ（１
Ｖ：初期最大値
τ：時定数
ｎ：フィルタ次数
と表される。
【００４１】
従って、メモリ３１にＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分波形を再現できる最低限のパラメータ値として、過渡応答成分の初期最大値Ｖ及び時定数τの値を保持していれば、過渡応答成分波形を再現することが可能である。計算部３４は、これら初期最大値Ｖ及び時定数τの値に基づいて過渡応答成分波形の逆特性の波形のデータ値を生成する。
【００４２】
例えば、初期最大値ＶはＬＮＡ１１やＶＧＡ１５の利得切替えを行った場合には利得切替え幅に応じた値となり、無線機が待ち受け状態から送信を開始した場合には、初期最大値待ち受け状態と送信状態との間の送信電力差に応じた値となる。メモリ３１では、それぞれの制御項目に相当する初期最大値Ｖと時定数τを保持し、制御項目毎及び制御信号の各ビット毎に、読み出しアドレスが指定される。計算部３４では、メモリ３１から読み出されたパラメータ値（初期最大値Ｖ及び時定数τ）に基づいて所定の関数式で過渡応答成分波形を再現し、その逆特性波形のデータ値を生成するが、この関数式は計算部３４の内部に保持していてもよいし、メモリ３１に保持していてもよい。
【００４３】
図８には、本発明の他の実施形態に要部の構成を示す。本実施形態では、コントローラ２２に制御信号間隔測定部４１と制御信号間隔判定部４２が備えられている。制御信号間隔測定部４１は、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の発生要因となる少なくとも一つの制御信号の出力時間間隔を測定する。制御信号間隔判定部４２は、制御信号間隔測定部４１により測定された時間間隔を予め設定された時間間隔（しきい値）と比較して判定することにより、過渡応答成分キャンセラ１７を動作させるべきか否かを決定する。
【００４４】
ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分は、その発生が頻繁に生じた場合に受信特性に著しい影響を与えることは前述した通りである。そこで、制御信号間隔判定部４２では、例えば無線システムで定められた受信可能範囲内の受信特性の劣化を生じさせない、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の発生間隔の最短値（ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の発生要因となる制御信号の最短間隔）がしきい値として予め設定される。そして、制御信号間隔判定部４２は制御信号間隔測定部４１により測定された時間間隔が該しきい値に相当する時間間隔以下のとき、過渡応答成分キャンセラ１７を動作させる。
【００４５】
次に、図９に示すフローチャートを参照して、本実施形態におけるコントローラ２２による過渡応答成分キャンセラ１７の制御手順を説明する。
【００４６】
ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の発生要因となる制御信号が出力されたか否を判定し（ステップＳ１）、このような制御信号が出力された場合には、前回に出力された同様の制御信号の出力時点からの時間間隔を制御信号間隔測定部４１によって測定する（ステップＳ２）。この時間間隔の測定結果をΔｔとする。次に、Δｔと予め設定した制御信号最短間隔αを制御信号間隔判定部４２によって比較する（ステップＳ３）。
【００４７】
ステップＳ３の比較の結果、Δｔ≧αの場合は過渡応答成分キャンセラ１７を動作させず（ステップＳ５）、制御対象の無線機構成回路の設定を切替える。一方、Δｔ＜αの場合には制御信号と同期をとった動作指令信号を過渡応答成分キャンセラ１７に供給して、過渡応答成分キャンセラ１７を動作させる（ステップＳ４）。これにより制御対象の無線機構成回路の設定を切替えと同時に、切替え時に生じるＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分を過渡応答成分キャンセラ１７によって除去する。
【００４８】
なお、制御信号間隔測定部４１と制御信号間隔時間判定部４２は、過渡応答成分キャンセラ１７内に備えられていてもよい。さらに、制御信号間隔時間判定部４２に設定されるしきい値である制御信号最短時間間隔αは、メモリ３１内に保持されていてもよい。この場合、後述するようにメモリ３１が書換え可能なメモリであれば、制御信号最短時間間隔αの値も再構成可能である。
【００４９】
このように本実施形態によれば、制御信号間隔測定部４１によってＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の発生要因となる制御信号の出力時間間隔、言い換えればＤＣオフセット成分にステップ状の変化をもたらす制御を行う時間間隔を測定し、この時間間隔を制御信号間隔時間判定部４２により予め設定されたしきい値と比較し、しきい値以下のときに過渡応答成分キャンセラ１７を動作させることにより、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分を確実に除去することができる。
【００５０】
図１０には、本発明のさらに別の実施形態に係る無線機の構成を示す。これまでの実施形態では、能動回路により構成されるフィードバック制御を用いたＤＣオフセットキャンセラ１６を有する無線機について述べてきたが、図１０に示すようにフィードバック制御を用いるＤＣオフセットキャンセラを持たず、ＡＣ結合器２５を用いてＤＣオフセット成分を除去する機能を持つ無線機にも、本発明を適用することができる。ＡＣ結合器２５は、キャパシタのような受動素子を用いてＤＣオフセット成分を除去するものであり、構成上ハイパス特性を有するたため、フィードバック制御を用いるＤＣオフセットキャンセラ１６と同様、ＤＣオフセット成分の変動に伴う過渡応答成分の残存が受信特性を劣化させる場合が生じる。従って、ＡＣ結合器２５を用いた構成においても、過渡応答成分キャンセラ１７を設けてＤＣオフセット成分の変動に伴う過渡応答成分を除去することにより、これまでの実施形態と同様の効果が得られる。
【００５１】
本発明は、以上述べた各実施形態以外にも、以下に列挙するような種々の変形が可能である。
例えば、上記各実施形態では過渡応答成分キャンセラ１７あるいはＡＣ結合器２５をＶＧＡ１５の出力側に配置しているが、ＬＮＡ１１の入力側または出力側、直交復調器１２の出力側（ＬＰＦ１３の入力側）、ＬＰＦ１３の出力側（加算器１４の入力側）、加算器１４の出力側（ＶＧＡ１５の入力側）、ＤＣオフセットキャンセラ１６の入力側または出力側のうちの一箇所もしくは複数箇所に過渡応答成分キャンセラを配置してもよい。
【００５２】
特に、過渡応答成分キャンセラ１７の信号出力回路３２がＤ／Ａ変換器を有している場合は、演算部１９によりアナログ信号同士の加算が可能である位置であればよい。信号出力回路３２がＤ／Ａ変換器を有していない場合は、演算部１９はＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換された後の受信信号と過渡応答成分除去用信号との加算を行えばよい。
【００５３】
次に、メモリ３１についてはＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）であってもよいが、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）のような書き換え可能なメモリでもよい。メモリ３１の内容を書き換えることより、過渡応答成分キャンセラ１７を再構成することが可能となる。例えば、無線機がソフトウェア無線機のように無線機構成回路の機能変更が可能である場合、機能変更に伴いメモリ３１に保持されている値も変更することで、無線機構成回路の機能変更に対応することができる。ソフトウェア無線機では、その特質上、無線機構成後にソフトウェアによって構成回路の回路定数を再構築する。このためＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性、ＬＮＡ１１及びＶＧＡ１５の利得制御方法、及び送信電力の制御方法等が変更されることがあり得る。この場合、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の波形も変化する。このような無線機構成回路の機能変更に対応して、メモリ３１に保持される値も変更可能とすることで、ソフトウェア無線機のような無線機においてもＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分を常時除去することが可能となる。
【００５４】
以上説明したように、ダイレクトコンバージョン方式の無線機を実現するために必要なＤＣオフセットキャンセラにおいて、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分により受信性能が劣化し、場合によってはベースバンド信号のデジタル復調ができなくなるという従来技術の問題点を過渡応答成分キャンセラを用いることにより解消することができる。特に、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の発生間隔が短い場合においても、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分を全て除去することができるので、従来では連続可変的な制御が不可能であった無線機構成回路の連続可変制御を可能とする。
また、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分を全て除去することができるので、ＤＣオフセットキャンセラのハイパス特性のカットオフ周波数を必要な信号成分が削られない程度の値まで下げることができる。
これらのことから、ＤＣオフセット過渡応答成分による受信性能の劣化を無線通信システムの規格の許容範囲内に抑えることが可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればＤＣオフセットキャンセラを有するダイレクトコンバージョン方式の無線機におけるＤＣオフセットの過渡応答成分による受信性能の劣化を効果的に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＤＣオフセットキャンセラを有する無線機の構成を示すブロック図
【図２】ＤＣオフセット成分の残存現象について説明するための図
【図３】同実施形態における過渡応答成分キャンセラの効果を説明するための図
【図４】過渡応答成分キャンセラの他の構成例を示すブロック図
【図５】過渡応答成分キャンセラにおける過渡応答成分除去用信号発生器の一構成例を示すブロック図
【図６】過渡応答成分キャンセラにおける過渡応答成分除去用信号発生器の他の構成例を示すブロック図
【図７】過渡応答成分キャンセラにおける過渡応答成分除去用信号発生器の別の構成例を示すブロック図
【図８】本発明の他の実施形態に係るＤＣオフセットキャンセラを有する無線機の要部構成を示すブロック図
【図９】同実施形態における過渡応答成分キャンセラの制御手順を示すフローチャート
【図１０】本発明のさらに別の実施形態に係るＤＣオフセットキャンセラを有する無線機の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０…アンテナ
１１…低雑音増幅器（ＬＮＡ）
１２…直交復調器
１３…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１４…加算器
１５…可変利得増幅器（ＶＧＡ）
１６…ＤＣオフセットキャンセラ
１７…過渡応答成分キャンセラ
１８…過渡応答成分除去用信号発生器
１９…演算部
２０…ベースバンド復調器
２１…受信データ
２２…コントローラ
２３…送信データ
２４…送信部
２５…ＡＣ結合器
３１…メモリ
３２…信号出力回路
３３−１〜３３−ｎ…サブメモリ
３４…計算部
４１…制御信号間隔測定部
４２…制御信号間隔判定部
【本発明の属する技術分野】
本発明は、ダイレクトコンバージョン（直接変換）方式の無線機に係り、特に直流（ＤＣ）オフセットキャンセラを有する無線機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機やＰＤＡ（携帯通信端末）といった無線機の普及に伴い、無線機の回路に対する低コスト化及び小型・低消費電力化が強く求められている。このような要求に対して、部品点数とコストの削減、モノリシックＩＣ化が可能な点から、無線機の受信回路方式としてダイレクトコンバージョン方式が注目され、実用化が進められている。
【０００３】
ダイレクトコンバージョン方式は、受信された高周波信号に直交復調器を用いて同じ周波数のローカル信号（局部発振信号）を乗算することで、直接ベースバンド信号を取り出す方式であるため、原理的にはスーパーへテロダイン方式で問題となっていたイメージ妨害が生じない。従って、高周波帯のイメージ抑圧フィルタや中間周波帯のチャンネル選択をするためのパッシブフィルタといった、サイズが大きく、集積回路化の難しいフィルタが不要となるため、無線機の部品点数とコストの削減、及びモノリシックＩＣ化を可能とする。
【０００４】
反面、ダイレクトコンバージョン方式では直流（ＤＣ）オフセット成分の発生が大きな問題となる。例えば、谷本洋「ダイレクトコンバージョン受信機用ミクサの研究開発動向」電子情報通信学会論文誌Ｃ Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｃ Ｎｏ．５ ｐｐ．３３７−３４８ ２００１年５月、に開示されているように、受信信号周波数と同じであるローカル信号周波数は初段のＬＮＡ（低雑音増幅器）やアンテナの通過帯域にあるため、ローカル信号がアンテナやＬＮＡの入力側に漏洩する。この漏洩成分は直交復調器に入力して周波数変換されることにより、ＤＣオフセット成分を生成する。これはローカル信号の自己混合によるＤＣオフセットと呼ばれる。このような自己混合によるＤＣオフセットだけでなく、例えば直交復調器、ローパスフィルタ及びＶＧＡ（可変利得増幅器）といった無線機構成回路の素子ばらつきや歪みによっても、ＤＣオフセット成分は発生する。
【０００５】
このようにしてＤＣオフセット成分が発生すると、受信信号が無線機のダイナミックレンジを超えて、受信信号の飽和により受信特性を劣化させてしまうことがある。このようなＤＣオフセット成分を除去するために、ＤＣオフセットキャンセラが用いられる。
【０００６】
ダイレクトコンバージョン方式無線機で発生するＤＣオフセット成分のうち、無線機構成回路の素子ばらつきによるＤＣオフセット成分はほぼ時間的に一定であり、予め定められた固定的なＤＣ成分を取り除く機能を持つＤＣオフセットキャンセラを用いて容易に除去することが可能である。しかし、ダイレクトコンバージョン方式に限らないが、無線機では時間的に変化するＤＣオフセットが発生する場合があり、そのようなＤＣオフセットに対しては、一般的なＤＣオフセットキャンセラは有効でない。
【０００７】
無線機は、一般的に１００ｄＢにも及ぶ受信ダイナミックレンジを備えなければならず、そのダイナミックレンジを確保するためにＬＮＡの利得を受信信号強度に応じて切替えることが行われる。ＬＮＡの利得切替え時には、直交復調器の入力側から見たＬＮＡのインピーダンスが変動するため、ローカル信号の漏洩成分は利得切替えによって変動し、ローカル信号の自己混合によるＤＣオフセット成分も変動する。ＬＮＡの利得切替え時だけではなく、ＶＧＡの利得切替え時、あるいは送信開始時にもＤＣオフセット成分は変動する。特に、上述のような利得切替えが生じた場合、ＤＣオフセットは瞬間的に変動し、利得切替え幅によってはＤＣオフセット成分の変動幅が受信信号強度と比較して無視できない程大きくなる。このような場合には、受信信号の変動を測定しながらフィードバック制御を行うＤＣオフセットキャンセラが有効とされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
フィードバック制御を行うＤＣオフセットキャンセラは本来、ＤＣオフセット成分が時間的に緩慢に変化するときに有効に機能する。例えば、ＬＮＡの利得がステップ状に増減することによって、ステップ状に変動するＤＣオフセット成分もステップ状に変動した場合には、フィードバック制御が定常状態に収束するまではＤＣオフセット成分を除去できずに残存してしまう。すなわち、ＬＮＡの利得切替えのような回路定数の切替えが頻繁に生じた場合、フィードバック制御を行うＤＣオフセットキャンセラでは、ステップ状に大きく変化するＤＣオフセット成分の頻繁な変化に追随できなくなり、ＤＣオフセット成分の残存が受信特性の劣化を引き起こす。
【０００９】
一方、ＡＣ結合器を用いてＤＣオフセット成分を除去する無線機においても、フィードバック制御を用いたＤＣオフセットキャンセルを用いた場合と同様に、ＤＣオフセット成分の頻繁な変化に追随できず、受信性能を劣化させる。
【００１０】
上述したように、ダイレクトコンバージョン方式の無線機では、ステップ状に変動するＤＣオフセット成分はＤＣオフセットキャンセラにより除去されずに残存して受信性能を劣化させ、場合によってはベースバンド信号のデジタル復調を不可能にしてしまうという問題点がある。
【００１１】
本発明は、このような問題点を解消し、ステップ状に変動するＤＣオフセット成分による受信性能の劣化を極力抑えることのできるＤＣオフセットキャンセラを有する無線機を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は第１の増幅器により増幅された無線受信信号を復調器によりベースバンド信号に変換し、ベースバンド信号を第２の増幅器により増幅した後、ハイパス特性を有するＤＣオフセットキャンセラに通すことによりＤＣオフセット成分を除去する無線機において、ＤＣオフセットキャンセラのハイパス特性により生じる少なくとも一つの過渡応答成分に対応する一つの過渡応答成分除去用信号を発生する信号発生器を含み、該過渡応答成分除去用信号を用いて過渡応答成分を除去する過渡応答成分キャンセラを備える。
【００１３】
また、無線機の複数の制御項目について制御を行い、該複数の制御項目の少なくとも一つについての制御はＤＣオフセット成分にステップ状の変化をもたらすコントローラを有する場合、過渡応答成分キャンセラ内の信号発生器においては、該コントローラによるＤＣオフセット成分にステップ状の変化をもたらす制御に同期して過渡応答成分除去用信号を発生する。
【００１４】
このようにＤＣオフセットキャンセラによるＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分が除去されることにより、渡応答成分による受信性能の劣化を避けることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の一実施形態に係るダイレクトコンバージョン無線機の構成を示す。
まず、受信側について説明すると、アンテナ１０によりＲＦ（無線周波数）信号を受信して得られるＲＦ受信信号は、ＬＮＡ（低雑音増幅器）１１によって増幅される。ＬＮＡ１１の利得は、適宜コントローラ２４からのＬＮＡ利得制御信号により複数段階に切替え制御される。ＬＮＡ１１によって増幅されたＲＦ受信信号は、直交復調器１２に入力される。
【００１６】
直交復調器１２においては、ＬＮＡ１１からのＲＦ受信信号が図示しない局部発振器から供給されるローカル信号ＬＯと乗算されることにより、直接、すなわちＩＦ（中間周波数）信号への変換過程を経ることなく、ベースバンド信号に変換される。ベースバンド信号はローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３によって波形整形された後、加算器１４を経てＶＧＡ（可変利得増幅器）１５に入力され、増幅される。ＶＧＡ１５の利得は、適宜コントローラ２２からのＶＧＡ利得制御信号によって連続的に制御される。
【００１７】
ＶＧＡ１５によって増幅されたベースバンド信号は、ＤＣオフセットキャンセラ１６に入力される。ＤＣオフセットキャンセラ１６は、例えば利得固定の増幅器とローパスフィルタ（または積分器）を縦続接続して構成される。ＤＣオフセットキャンセラ１６によってＤＣオフセット成分が抽出され、このＤＣオフセット成分が加算器１４の負入力にフィードバックされる。従って、ＤＣオフセットキャンセラ１６によって、ＶＧＡ１５の出力に含まれるＤＣオフセット成分の除去動作が行われる。ＤＣオフセットキャンセラ１６によるＤＣオフセット成分除去後のベースバンド信号は、過渡応答成分キャンセラ１７を経てベースバンド復調器２０に入力され、ここでディジタル復調されることにより、受信データ２１が生成される。
【００１８】
過渡応答成分キャンセラ１７は、過渡応答成分除去用信号発生器（以下、信号発生器という）１８と演算部１９を有する。信号発生器１８は、ＤＣオフセットキャンセラ１６によるＤＣオフセットキャンセル動作後に残存する過渡応答成分を除去するための除去用信号、例えば過渡応答成分とは逆特性である過渡応答逆成分の信号を生成する。演算部１９は、例えばアナログ加算器であり、入力される受信信号（この例ではベースバンド信号）と信号発生器１８により生成された過渡応答成分除去用信号を加算する。これにより、受信信号に含まれる過渡応答成分が除去される。
【００１９】
一方、送信側においては送信データ２３が送信部２４に入力され、ＲＦ送信信号とされた後、アンテナ１０に供給される。
コントローラ２２は、アンテナ１０の給電端からベースバンド復調器２０までの受信信号経路における受信信号を監視し、その監視結果に基づいて無線機構成回路の定数などの設定を切替える制御信号を無線機構成回路に送出することにより、複数の制御項目について制御を行う。具体的には、コントローラ２２は例えばＶＧＡ１５から出力される受信信号、あるいはベースバンド復調器２０からのＲＳＳＩ（受信電界強度情報）に基づきＬＮＡ１１の利得制御（利得切替え）、ＶＧＡ１５の利得制御、送信部２４の送信オン／オフ、送信電力変更等の制御、及びベースバンド復調器２０の制御等を行うための制御信号を出力する。さらに、コントローラ２２は本実施形態では過渡応答成分キャンセラ１７の動作制御をも行う。
【００２０】
なお、本実施形態では直交復調を行うため、直交復調器１２から同相成分（Ｉチャネル）及び直交成分（Ｑチャネル）のベースバンド信号が出力される。図１では、Ｑチャネルのベースバンド信号経路のみ具体的に示しているが、Ｉチャネルのベースバンド信号も、Ｑチャネルブロックに示したローパスフィルタ１３、加算器１４、ＶＧＡ１５、ＤＣオフセットキャンセラ１６及び過渡応答成分キャンセラ１７と同様の構成要素を含むＩチャネルブロック３０を経てベースバンド復調器２０に入力される。
【００２１】
次に、過渡応答成分キャンセラ１７について詳細に説明する。
ＤＣオフセットキャンセラ１６でのＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分は、ＤＣオフセットのステップ状の変動に起因して発生する。ＤＣオフセットのステップ状の変動は、上述のようにコントローラ２２からの制御信号により無線機構成回路の回路定数を切替えた場合に生じる。
【００２２】
そこで、コントローラ２２はＤＣオフセットにステップ状の変動をもたらす制御信号と同期をとり、該制御信号を出力した場合に過渡応答成分キャンセラ１７を動作させる。これにより、過渡応答成分キャンセラ１７によってＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分が除去される。ここでいうＤＣオフセットにステップ状の変動をもたらす制御信号とは、例えば上述したＬＮＡ１１の利得切替え、ＶＧＡ１５の利得制御、送信部２４の送信オン／オフ、送信電力変更等の制御を行うためにコントローラ２２から出力される信号である。
【００２３】
ここで、本実施形態において解決すべき問題点について、図を用いてさらに詳しく述べる。図２には、ＬＮＡ利得制御信号によりＬＮＡ１１の利得が高利得と低利得の２段階にステップ状に切り替えられた場合のＤＣオフセット成分の変化の様子を示す。図２（ａ）（ｂ）は、ＤＣオフセットキャンセラ１６がない場合とある場合のＶＧＡ１５の出力信号強度をそれぞれ示している。
【００２４】
図１に示したようなフィードバック制御を行うＤＣオフセットキャンセラ１６によると、ＤＣオフセット成分が定常的な状態のとき、すなわちＤＣオフセット成分が時間的にほとんど変化しないときには、ＤＣオフセット成分は良好にキャンセルされる。一方、ＬＮＡ１１の利得がステップ状に増減すると、図２（ａ）に示されるようにＤＣオフセット成分もステップ状に変動する。ＤＣオフセット成分のステップ状の変動が生じると、図２（ｂ）に示されるようにＤＣオフセットキャンセラ１６によるフィードバック制御が定常状態へ収束するまでの間に、ＤＣオフセットキャンセラ１６の回路構成に依存した過渡応答成分が発生し、ＤＣオフセット成分が除去されずに残存してしまう。
【００２５】
このようなＶＧＡ１５の出力に現れるＤＣオフセット過渡応答成分の時間変化は、ＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性（より正確には、ＶＧＡ１５とＤＣオフセットキャンセラ１６により形成されるフィードバックループ全体が持つハイパス特性）に依存し、通常、指数関数で収束する波形となる。また、図２（ｂ）に示す過渡応答成分の初期最大値は、ＬＮＡ利得制御信号によるＬＮＡ１１の高利得／低利得の利得切替え幅に依存して一意に決まる。ＬＮＡ１１の高利得／低利特切替え以外の制御項目においても、コントローラ２２からの制御信号による切替えによって、ＤＣオフセットキャンセル後に残存する過渡応答成分は発生し、その時間変化は上記と同様にＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性に依存する。過渡応答成分の初期最大値は、各制御項目の切替えに依存して一意に決まる。
【００２６】
上述のようなコントローラ２２による無線機構成回路の回路定数の切替えが頻繁に生じた場合、ＤＣオフセットキャンセラ１６はステップ状に大きく変化するＤＣオフセット成分の頻繁な変化に追随できなくなり、ＶＧＡ１５の出力におけるＤＣオフセット成分の残存が受信特性の劣化を引き起こす。一例として、受信信号電界強度がＬＮＡ１１の利得切替えレベル付近のときは、ＬＮＡ利得制御信号により頻繁にＬＮＡ１１の利得切替えが行われることにより、ＤＣオフセットキャンセラ１６によるＤＣオフセットキャンセル後に残存する過渡応答成分も頻繁に発生し、これが受信特性を劣化させてしまう。
【００２７】
ＤＣオフセット成分の残存は、ＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性に依存するので、ハイパス特性のカットオフ周波数を上げることにより、ＤＣオフセットの過渡応答成分の収束時間を短くすることができる。しかし、ハイパス特性のカットオフ周波数を高くすると、必要な信号成分も削られてしまうために受信特性が劣化し、場合によっては正しい受信、すなわちベースバンド信号の復調ができなくなってしまう。
【００２８】
本実施形態によると、過渡応答成分キャンセラ１７を設けたことによって、このような問題が解決される。上述したように、ＤＣオフセットキャンセラ１６によるＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分は、ＤＣオフセットのステップ状の変動に起因して発生する。ＤＣオフセットのステップ状の変動は、コントローラ２２からの制御信号によって無線機構成回路の回路定数を切替えた場合に生じる。そこで、コントローラ２２はＤＣオフセットにステップ状の変動をもたらす制御信号と同期をとり、該制御信号を出力した場合に過渡応答成分キャンセラ１７を動作させる。これにより、過渡応答成分キャンセラ１７によってＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分が除去される。
【００２９】
図３には、本実施形態におけるＬＮＡ１１の利得が変化した場合のＤＣオフセット成分の様子を示す。図３（ａ）は過渡応答成分キャンセラ１７に入力される前の受信信号波形、図３（ｂ）は信号発生器１８により生成される過渡応答成分除去用信号波形である。図３（ｃ）は図３（ａ）の受信信号から図３（ｂ）の過渡応答成分除去用信号を減算した後の受信信号波形、すなわち過渡応答成分キャンセラ１７の出力信号波形である。図３（ｃ）に示されるように、過渡応答成分キャンセラ１７によって図３（ａ）に示した受信信号に含まれているＤＣオフセット成分の過渡応答成分が除去されていることが分かる。
【００３０】
このように本実施形態によれば、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分を効果的に除去することが可能となる。従って、また過渡応答成分の収束時間を短くするために、ＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性のカットオフ周波数を下げる必要がなくなり、ＤＣオフセットキャンセラ１６によって必要な信号成分が削られるのを避けることが可能となる。
【００３１】
次に、過渡応答成分キャンセラ１７の種々の構成例について説明する。
図４に示す過渡応答成分キャンセラ１７は、複数（ｎ）個の過渡応答成分除去用信号を発生する信号発生器１８−１〜１８−ｎを有する。このように複数個の信号発生器１８−１〜１８−ｎを備えることにより、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の波形が変化した場合にも対応することが可能となる。
【００３２】
例えば、ＤＣオフセットのステップ状の変動幅は、一般にコントローラ２２の制御項目毎に異なる。ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分波形の初期最大値は、通常、ステップ状の変動幅によって決まる。従って、信号発生器１８−１〜１８−ｎが発生する過渡応答成分除去用信号は、図４中に示されるようにＤＣオフセットのステップ状に変動する制御項目毎の初期最大値と同じ初期最大値Ｖ１〜Ｖｎを有していればよい。
【００３３】
ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分波形は指数関数であり、その時定数はＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性に依存した一意に決まる値である。無線システムの変更等により、ＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性を変更する場合、この変更に伴い残存する過渡応答成分波形の時定数も異なった値となる。信号発生器１８−１〜１８−ｎが発生する過渡応答成分除去用信号に、ＤＣオフセットキャンセラ１６の種々のハイパス特性に対応した異なる時定数τ１〜τｎを持たせておけば、このような場合においてもＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分を除去することが可能となる。
【００３４】
図５に示す過渡応答成分キャンセラ１７においては、過渡応答成分除去用信号を発生する信号発生器１８はメモリ３１及び信号出力回路３２を有する。メモリ３１には、ＤＣオフセットキャンセラによるＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分波形に対応するデータ値、すなわち過渡応答成分波形またはその逆特性の波形を表すディジタルのデータ値が保持されている。信号出力回路３２は、メモリ３１に保持されているデータ値に基づいて過渡応答成分除去用信号を出力する。
【００３５】
具体的には、信号出力回路３２は例えばＤＣオフセットにステップ状の変動をもたらす制御信号がコントローラ２２から出力された場合に、この制御信号と同期して、メモリ部３１に保持されているＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分波形のデータ値を読み出して過渡応答成分除去用信号を生成し、これを演算部１９へ出力する。信号出力回路３２は、基本的にはメモリ３１からのデータ値の読み出しを行い、さらに演算部１９がアナログ加算器の場合にはメモリ３１から読み出したディジタルのデータ値をアナログ信号に変換して演算部１９に渡す機能を持つ。
【００３６】
図６に示す過渡応答成分キャンセラ１７では、図５に示したメモリ３２が複数（ｍ）個のサブメモリ３３−１〜３３−ｍを有する。サブメモリ３３−１〜３３−ｍには、ＤＣオフセットがステップ状に変動する制御項目毎の過渡応答成分波形に対応するデータ値が保持されている。ＤＣオフセットがステップ状に変動する制御項目に制御信号としては、例えばＬＮＡ１１とＶＧＡ１５の利得の同時切替制御信号ＳＬＮＡ／ＶＧＡ、ＶＧＡ１５単独の利得切替え幅が１０ｄＢ，２０ｄＢ，…のように異なるＶＧＡ利得制御信号ＳＶＧＡ１〜ＳＢＧＡ２、あるいは送信開始制御信号等が想定される。このようにすることにより、制御項目毎に異なるＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分を除去することが可能となる。
【００３７】
図７に示す過渡応答成分キャンセラ１７では、通常、指数関数のような特定の関数となる、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の波形を再現できる最低限のパラメータ値がメモリ３１に保持されている。このメモリ３１に保持されたパラメータ値に基づいてＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の波形に対応するデータ値が計算部３４により計算され、計算されたデータ値から信号出力回路３２により過渡応答除去用信号が生成される。
【００３８】
前述と同様に、例えばＤＣオフセットにステップ状の変動をもたらす無線機構成回路の制御信号がコントローラ２２から出力された場合に、この制御信号と同期して、メモリ３１に保持されているＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の波形を再現するためのパラメータ値を読み出す。このパラメータ値に基づいて、計算部３４によりＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の波形に対応するデータ値、例えば過渡応答成分の逆特性の波形のデータ値を生成し、このデータ値に基づき信号出力回路３２によって過渡応答除去用信号を生成して演算部１９へ出力する。
【００３９】
ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分波形は、前述のようにＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性に依存する。このハイパス特性は特定の関数、すなわち前述のように通常は指数関数で表すことができる。この指数関数の減衰曲線を決める時定数は、ＤＣオフセットキャンセラ１６の構成に応じて一意的に決まり、予め知ることができる値である。さらに、過渡応答成分波形の初期最大値は、無線機の構成回路の各種設定切替えに応じた値となる。
【００４０】
具体的に、ＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性は、ＤＣオフセットキャンセラ１６の出力信号波形ｖ（ｔ）として
ｖ（ｔ）＝Ｖ×ｅｘｐ（２πｔ／τ）ｎ（１
Ｖ：初期最大値
τ：時定数
ｎ：フィルタ次数
と表される。
【００４１】
従って、メモリ３１にＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分波形を再現できる最低限のパラメータ値として、過渡応答成分の初期最大値Ｖ及び時定数τの値を保持していれば、過渡応答成分波形を再現することが可能である。計算部３４は、これら初期最大値Ｖ及び時定数τの値に基づいて過渡応答成分波形の逆特性の波形のデータ値を生成する。
【００４２】
例えば、初期最大値ＶはＬＮＡ１１やＶＧＡ１５の利得切替えを行った場合には利得切替え幅に応じた値となり、無線機が待ち受け状態から送信を開始した場合には、初期最大値待ち受け状態と送信状態との間の送信電力差に応じた値となる。メモリ３１では、それぞれの制御項目に相当する初期最大値Ｖと時定数τを保持し、制御項目毎及び制御信号の各ビット毎に、読み出しアドレスが指定される。計算部３４では、メモリ３１から読み出されたパラメータ値（初期最大値Ｖ及び時定数τ）に基づいて所定の関数式で過渡応答成分波形を再現し、その逆特性波形のデータ値を生成するが、この関数式は計算部３４の内部に保持していてもよいし、メモリ３１に保持していてもよい。
【００４３】
図８には、本発明の他の実施形態に要部の構成を示す。本実施形態では、コントローラ２２に制御信号間隔測定部４１と制御信号間隔判定部４２が備えられている。制御信号間隔測定部４１は、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の発生要因となる少なくとも一つの制御信号の出力時間間隔を測定する。制御信号間隔判定部４２は、制御信号間隔測定部４１により測定された時間間隔を予め設定された時間間隔（しきい値）と比較して判定することにより、過渡応答成分キャンセラ１７を動作させるべきか否かを決定する。
【００４４】
ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分は、その発生が頻繁に生じた場合に受信特性に著しい影響を与えることは前述した通りである。そこで、制御信号間隔判定部４２では、例えば無線システムで定められた受信可能範囲内の受信特性の劣化を生じさせない、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の発生間隔の最短値（ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の発生要因となる制御信号の最短間隔）がしきい値として予め設定される。そして、制御信号間隔判定部４２は制御信号間隔測定部４１により測定された時間間隔が該しきい値に相当する時間間隔以下のとき、過渡応答成分キャンセラ１７を動作させる。
【００４５】
次に、図９に示すフローチャートを参照して、本実施形態におけるコントローラ２２による過渡応答成分キャンセラ１７の制御手順を説明する。
【００４６】
ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の発生要因となる制御信号が出力されたか否を判定し（ステップＳ１）、このような制御信号が出力された場合には、前回に出力された同様の制御信号の出力時点からの時間間隔を制御信号間隔測定部４１によって測定する（ステップＳ２）。この時間間隔の測定結果をΔｔとする。次に、Δｔと予め設定した制御信号最短間隔αを制御信号間隔判定部４２によって比較する（ステップＳ３）。
【００４７】
ステップＳ３の比較の結果、Δｔ≧αの場合は過渡応答成分キャンセラ１７を動作させず（ステップＳ５）、制御対象の無線機構成回路の設定を切替える。一方、Δｔ＜αの場合には制御信号と同期をとった動作指令信号を過渡応答成分キャンセラ１７に供給して、過渡応答成分キャンセラ１７を動作させる（ステップＳ４）。これにより制御対象の無線機構成回路の設定を切替えと同時に、切替え時に生じるＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分を過渡応答成分キャンセラ１７によって除去する。
【００４８】
なお、制御信号間隔測定部４１と制御信号間隔時間判定部４２は、過渡応答成分キャンセラ１７内に備えられていてもよい。さらに、制御信号間隔時間判定部４２に設定されるしきい値である制御信号最短時間間隔αは、メモリ３１内に保持されていてもよい。この場合、後述するようにメモリ３１が書換え可能なメモリであれば、制御信号最短時間間隔αの値も再構成可能である。
【００４９】
このように本実施形態によれば、制御信号間隔測定部４１によってＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の発生要因となる制御信号の出力時間間隔、言い換えればＤＣオフセット成分にステップ状の変化をもたらす制御を行う時間間隔を測定し、この時間間隔を制御信号間隔時間判定部４２により予め設定されたしきい値と比較し、しきい値以下のときに過渡応答成分キャンセラ１７を動作させることにより、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分を確実に除去することができる。
【００５０】
図１０には、本発明のさらに別の実施形態に係る無線機の構成を示す。これまでの実施形態では、能動回路により構成されるフィードバック制御を用いたＤＣオフセットキャンセラ１６を有する無線機について述べてきたが、図１０に示すようにフィードバック制御を用いるＤＣオフセットキャンセラを持たず、ＡＣ結合器２５を用いてＤＣオフセット成分を除去する機能を持つ無線機にも、本発明を適用することができる。ＡＣ結合器２５は、キャパシタのような受動素子を用いてＤＣオフセット成分を除去するものであり、構成上ハイパス特性を有するたため、フィードバック制御を用いるＤＣオフセットキャンセラ１６と同様、ＤＣオフセット成分の変動に伴う過渡応答成分の残存が受信特性を劣化させる場合が生じる。従って、ＡＣ結合器２５を用いた構成においても、過渡応答成分キャンセラ１７を設けてＤＣオフセット成分の変動に伴う過渡応答成分を除去することにより、これまでの実施形態と同様の効果が得られる。
【００５１】
本発明は、以上述べた各実施形態以外にも、以下に列挙するような種々の変形が可能である。
例えば、上記各実施形態では過渡応答成分キャンセラ１７あるいはＡＣ結合器２５をＶＧＡ１５の出力側に配置しているが、ＬＮＡ１１の入力側または出力側、直交復調器１２の出力側（ＬＰＦ１３の入力側）、ＬＰＦ１３の出力側（加算器１４の入力側）、加算器１４の出力側（ＶＧＡ１５の入力側）、ＤＣオフセットキャンセラ１６の入力側または出力側のうちの一箇所もしくは複数箇所に過渡応答成分キャンセラを配置してもよい。
【００５２】
特に、過渡応答成分キャンセラ１７の信号出力回路３２がＤ／Ａ変換器を有している場合は、演算部１９によりアナログ信号同士の加算が可能である位置であればよい。信号出力回路３２がＤ／Ａ変換器を有していない場合は、演算部１９はＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換された後の受信信号と過渡応答成分除去用信号との加算を行えばよい。
【００５３】
次に、メモリ３１についてはＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）であってもよいが、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）のような書き換え可能なメモリでもよい。メモリ３１の内容を書き換えることより、過渡応答成分キャンセラ１７を再構成することが可能となる。例えば、無線機がソフトウェア無線機のように無線機構成回路の機能変更が可能である場合、機能変更に伴いメモリ３１に保持されている値も変更することで、無線機構成回路の機能変更に対応することができる。ソフトウェア無線機では、その特質上、無線機構成後にソフトウェアによって構成回路の回路定数を再構築する。このためＤＣオフセットキャンセラ１６のハイパス特性、ＬＮＡ１１及びＶＧＡ１５の利得制御方法、及び送信電力の制御方法等が変更されることがあり得る。この場合、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の波形も変化する。このような無線機構成回路の機能変更に対応して、メモリ３１に保持される値も変更可能とすることで、ソフトウェア無線機のような無線機においてもＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分を常時除去することが可能となる。
【００５４】
以上説明したように、ダイレクトコンバージョン方式の無線機を実現するために必要なＤＣオフセットキャンセラにおいて、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分により受信性能が劣化し、場合によってはベースバンド信号のデジタル復調ができなくなるという従来技術の問題点を過渡応答成分キャンセラを用いることにより解消することができる。特に、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分の発生間隔が短い場合においても、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分を全て除去することができるので、従来では連続可変的な制御が不可能であった無線機構成回路の連続可変制御を可能とする。
また、ＤＣオフセット除去後に残存する過渡応答成分を全て除去することができるので、ＤＣオフセットキャンセラのハイパス特性のカットオフ周波数を必要な信号成分が削られない程度の値まで下げることができる。
これらのことから、ＤＣオフセット過渡応答成分による受信性能の劣化を無線通信システムの規格の許容範囲内に抑えることが可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればＤＣオフセットキャンセラを有するダイレクトコンバージョン方式の無線機におけるＤＣオフセットの過渡応答成分による受信性能の劣化を効果的に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＤＣオフセットキャンセラを有する無線機の構成を示すブロック図
【図２】ＤＣオフセット成分の残存現象について説明するための図
【図３】同実施形態における過渡応答成分キャンセラの効果を説明するための図
【図４】過渡応答成分キャンセラの他の構成例を示すブロック図
【図５】過渡応答成分キャンセラにおける過渡応答成分除去用信号発生器の一構成例を示すブロック図
【図６】過渡応答成分キャンセラにおける過渡応答成分除去用信号発生器の他の構成例を示すブロック図
【図７】過渡応答成分キャンセラにおける過渡応答成分除去用信号発生器の別の構成例を示すブロック図
【図８】本発明の他の実施形態に係るＤＣオフセットキャンセラを有する無線機の要部構成を示すブロック図
【図９】同実施形態における過渡応答成分キャンセラの制御手順を示すフローチャート
【図１０】本発明のさらに別の実施形態に係るＤＣオフセットキャンセラを有する無線機の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０…アンテナ
１１…低雑音増幅器（ＬＮＡ）
１２…直交復調器
１３…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１４…加算器
１５…可変利得増幅器（ＶＧＡ）
１６…ＤＣオフセットキャンセラ
１７…過渡応答成分キャンセラ
１８…過渡応答成分除去用信号発生器
１９…演算部
２０…ベースバンド復調器
２１…受信データ
２２…コントローラ
２３…送信データ
２４…送信部
２５…ＡＣ結合器
３１…メモリ
３２…信号出力回路
３３−１〜３３−ｎ…サブメモリ
３４…計算部
４１…制御信号間隔測定部
４２…制御信号間隔判定部
Claims (8)
- 無線受信信号を増幅する第１の増幅器と、
前記第１の増幅器により増幅された無線受信信号をベースバンド信号に変換するように復調する復調器と、
前記ベースバンド信号を増幅する第２の増幅器と、
前記第２の増幅器により増幅されたベースバンド信号からＤＣオフセット成分を除去する、ハイパス特性を有するＤＣオフセットキャンセラと、
前記ＤＣオフセットキャンセラのハイパス特性により生じる少なくとも一つの過渡応答成分に対応する一つの過渡応答成分除去用信号を発生する信号発生器を含み、該過渡応答成分除去用信号を用いて前記過渡応答成分を除去する過渡応答成分キャンセラと
を具備するＤＣオフセットキャンセラを有する無線機。 - 無線受信信号を増幅する第１の増幅器と、
前記第１の増幅器により増幅された無線受信信号をベースバンド信号に変換するように復調する復調器と、
前記ベースバンド信号を増幅する第２の増幅器と、
前記第２の増幅器により増幅されたベースバンド信号からＤＣオフセット成分を除去する、ハイパス特性を有するＤＣオフセットキャンセラと、
前記無線機の複数の制御項目について制御を行うコントローラであって、該複数の制御項目の少なくとも一つについての制御は前記ＤＣオフセット成分にステップ状の変化をもたらすコントローラと、
前記ＤＣオフセットキャンセラのハイパス特性により生じる少なくとも一つの過渡応答成分に対応する一つの過渡応答成分除去用信号を前記コントローラによる前記ＤＣオフセット成分にステップ状の変化をもたらす制御に同期して発生する信号発生器を含み、該過渡応答成分除去用信号を用いて前記過渡応答成分を除去する過渡応答成分キャンセラと
を具備するＤＣオフセットキャンセラを有する無線機。 - 前記コントローラは、前記ＤＣオフセット成分にステップ状の変化をもたらす制御として、前記第１及び第２の増幅器の少なくとも一方の利得をステップ状に切替える制御を行う請求項２記載のＤＣオフセットキャンセラを有する無線機。
- 前記信号発生器は、過渡応答成分の逆応答特性を有する信号を前記過渡応答成分除去用信号として発生し、前記過渡応答成分キャンセラは、該過渡応答成分除去用信号を前記過渡応答成分が含まれる信号に加算して前記過渡応答成分を除去する請求項１または２記載のＤＣオフセットキャンセラを有する無線機。
- 前記信号発生器は、前記過渡応答成分の波形に対応するデータ値を記憶するメモリと、該メモリに保持されたデータ値に基づき前記過渡応答成分除去用信号を出力する信号出力回路とを有する請求項１〜４のいずれか１項記載のＤＣオフセットキャンセラを有する無線機。
- 前記信号発生器は、前記ＤＣオフセットキャンセラによる前記ＤＣオフセット成分のキャンセル後に残存する前記過渡応答成分の波形を再現するのに必要な少なくとも一つの最低限のパラメータ値を保持するメモリと、該メモリに保持されたパラメータ値に基づき前記過渡応答成分の波形に対応するデータ値を計算する計算部と、計算されたデータ値から前記過渡応答逆成分信号を出力する信号出力回路とを有する請求項１〜３のいずれか１項記載のＤＣオフセットキャンセラを有する無線機。
- 前記メモリは、保持している値の書き換えが可能であることを特徴とする請求項５または６記載のＤＣオフセットキャンセラを有する無線機。
- 前記コントローラは、前記ＤＣオフセット成分にステップ状の変化をもたらす制御を行う時間間隔を予め設定されたしきい値と比較し、該時間間隔が該しきい値以下のときに前記過渡応答成分キャンセラを動作させる請求項２記載のＤＣオフセットキャンセラを有する無線機。
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