JP5043142B2 - 周波数変換装置及び周波数変換方法 - Google Patents

Description

本発明は、周波数変換装置及び周波数変換方法に関し、特にローカル信号に起因する雑音を低減する周波数変換装置及び周波数変換方法に関する。

周波数変換を行なうため、入力信号を複数に分配して周波数変換する周波数変換装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の周波数変換装置は、入力されたアナログ信号を複数に分配し、分配後の信号をそれぞれ異なるローカル信号で周波数変換する。そして、周波数変換後の信号を合成して入力されたアナログ信号のデータを再構築する。これにより、特許文献１の周波数変換装置は、高周波の広帯域の入力信号を実時間で低周波数に周波数変換する。

特開２００９−２４６９５６号公報

周波数変換の際には、ローカル信号に起因する雑音が生じることがある。しかし、特許文献１では、この雑音については考慮されていないため、再構築するデータにローカル信号に起因する雑音が混じることがあった。

そこで、本発明は、ローカル信号に起因する雑音を低減する周波数変換装置及び周波数変換方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明の周波数変換装置及び周波数変換方法は、複数に分配して各信号を独立に分周したローカル信号を用いることを特徴とする。

具体的には、本願発明の周波数変換装置は、入力信号をＮ（ただし、Ｎは正の整数。）分配する信号分配器（２１）と、周波数変換後の中間周波数と前記入力信号の略中心周波数の差のＭ倍（ただし、Ｍは正の整数。）の周波数を有するローカル信号を発生するローカル信号発生器（２２）と、前記ローカル信号発生器からのローカル信号をＮ分配するローカル信号分配器（１１）と、前記ローカル信号分配器からの各ローカル信号を独立にＭ分周することにより、互いに相関のない雑音をもつ同相のローカル信号を生成するＮ個の分周器（１２−１〜１２−Ｎ）と、前記信号分配器からの各入力信号を、それぞれ前記Ｎ個の分周器からの各ローカル信号と混合し、混合により得られた中間周波信号を出力するＮ個の周波数変換器（２３−１〜２３−Ｎ）と、前記Ｎ個の周波数変換器からの中間周波信号の位相を合わせて合成する信号合成器（２５）と、を備える。

ローカル信号発生器及び周波数変換器を備えるため、入力信号の周波数変換を行なうことができる。ローカル信号分配器からの各ローカル信号をＮ個の分周器でそれぞれ独立に分周するため、相関のないノイズをもつ複数の同相ローカル信号を生成することができる。また、分周の効果により、ローカル信号の位相雑音を１／Ｍに低減することができる。これにより、周波数変換器に入力される各ローカル信号の雑音は、相関性のない熱雑音と、１／Ｍに低減された位相雑音になる。したがって、本願発明の周波数変換装置は、信号合成器において合成した出力信号においてローカル信号に起因する雑音を低減することができる。

また、信号分配器、Ｎ個の周波数変換器及び信号合成器を備えるため、各周波数変換器に入力される信号レベルを低減することができ、各周波数変換器から出力される入力レベルに起因する歪み成分も低減させることが可能となる。したがって、本願発明の周波数変換装置は、信号合成器の合成時の信号のＳＮ比を改善することができる。

具体的には、本願発明の周波数変換方法は、入力信号をＮ（ただし、Ｎは正の整数。）分配するとともに、周波数変換後の中間周波数と前記入力信号の略中心周波数の差のＭ倍（ただし、Ｍは正の整数。）の周波数を有するローカル信号を発生してＮ分配した後に独立にＭ分周することにより、互いに相関のない雑音をもつ同相のローカル信号を生成し、前記Ｎ分配後の各入力信号と前記Ｍ分周後の各ローカル信号をそれぞれ混合してＮ個の中間周波信号を生成し、前記Ｎ個の中間周波信号の位相を合わせて合成する。

入力信号とＭ分周後の各ローカル信号をそれぞれ混合してＮ個の中間周波信号を生成し、Ｎ個の中間周波信号を合成するため、入力信号の周波数変換を行なうことができる。ローカル信号をＭ分周するため、ローカル信号の位相雑音を１／Ｍに低減することができる。また、ローカル信号をＮ分配した後に独立にＭ分周するため、相関のないノイズをもつ複数の同相ローカル信号を生成することができる。これにより、各ローカル信号の雑音は、相関性のない熱雑音と、１／Ｍに低減された位相雑音になる。したがって、本願発明の周波数変換方法は、信号合成器において合成した出力信号においてローカル信号に起因する雑音を低減することができる。

また、入力信号をＮ分配し、Ｎ個の中間周波信号を合成するため、各周波数変換器への入力レベルを低減することができ、各周波数変換器から出力される入力レベルに起因する歪み成分も低減させることが可能となる。したがって、本願発明の周波数変換方法は、信号合成器の合成時の信号のＳＮ比を改善することができる。

本発明によれば、ローカル信号に起因する雑音を低減する周波数変換装置及び周波数変換方法を提供することができる。

本実施形態に係る周波数変換装置の一例を示す。 入力信号ＲＦの一例を示す。 周波数変換器に発生する３次歪みの一例を示す。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

図１に、本実施形態に係る周波数変換装置の一例を示す。周波数変換装置１０１は、信号分配器２１と、Ｎ（ただし、Ｎは正の整数。）個の周波数変換器２３−１〜２３−Ｎと、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２４−１〜２４−Ｎと、信号合成器２５と、ローカル信号発生器２２と、ローカル信号分配器１１と、分周器１２−１〜１２−Ｎと、増幅器１３−１〜１３−Ｎと、を備える。

周波数変換装置１０１は、本実施形態に係る周波数変換方法を実行する。本実施形態に係る周波数変換方法は、信号分配器２１が入力信号ＲＦをＮ（ただし、Ｎは正の整数。）分配するとともに、ローカル信号発生器２２が周波数ｆ_ＬＯのＭ倍（ただし、Ｍは正の整数。）のローカル信号ＬＯを発生して、ローカル信号分配器１１がＮ分配した後に、分周器１２−１〜１２−Ｎが独立にＭ分周し、周波数変換器２３−１〜２３−ＮがＮ分配後の各入力信号Ｂ−１〜Ｂ−ＮとＭ分周後の各ローカル信号Ｌ−１〜Ｌ−Ｎをそれぞれ混合してＮ個の中間周波信号ＩＦ−１〜ＩＦ−Ｎを生成し、信号合成器２５がＮ個の中間周波信号ＩＦ−１〜ＩＦ−Ｎを合成する。以下、詳細について説明する。

図１に示す信号分配器２１は、入力信号ＲＦをＮ分配し、入力信号Ｂ−１〜Ｂ−Ｎを周波数変換器２３−１〜２３−Ｎに出力する。周波数変換器２３−１〜２３−Ｎは、信号分配器２１からの各入力信号Ｂ−１〜Ｂ−Ｎを、それぞれ周波数ｆ_ＬＯのローカル信号Ｌ−１〜Ｌ−Ｎと混合し、混合により得られた中間周波信号ＩＦ−１〜ＩＦ−Ｎを出力する。ＡＤＣ２４−１〜２４−Ｎは、周波数変換器２３−１〜２３−Ｎからの各中間周波信号ＩＦ−１〜ＩＦ−Ｎをデジタル信号Ｄ−１〜Ｄ−Ｎに変換する。これにより、入力信号Ｂ−１〜Ｂ−Ｎは、それぞれ、デジタル信号Ｄ−１〜Ｄ−Ｎに変換される。

例えば、周波数変換器２３−１は、入力信号Ｂ−１をローカル信号Ｌ−１と混合し、混合により得られた中間周波信号ＩＦ−１を出力する。ＡＤＣ２４−１は、周波数変換器２３−１からの各中間周波信号ＩＦ−１をデジタル信号Ｄ−１に変換する。これにより、入力信号Ｂ−１は、デジタル信号Ｄ−１に変換される。入力信号Ｂ−２〜Ｂ−Ｎについても同様である。

図２に、入力信号ＲＦの一例を示す。信号分配器２１が入力信号ＲＦをＮ分配するため、入力信号Ｂ−１〜Ｂ−Ｎの信号レベルは入力信号ＲＦの１／Ｎとなる。周波数ｆ_Ｌｏは、周波数変換後の中間周波数ｆ_ＩＦと入力信号ＲＦの略中心周波数ｆ_ＲＦの差（ｆ_ＩＦ−ｆ_ＲＦ）で定められる。周波数変換器２３−１〜２３−Ｎが周波数ｆ_ＬＯのローカル信号Ｌ−１〜Ｌ−Ｎと混合されるため、入力信号Ｂ−１〜Ｂ−Ｎの周波数帯域は周波数ｆ_ＬＯだけシフトした中間周波信号ＩＦ−１〜ＩＦ−Ｎに変換することができる。ＡＤＣ２４−１〜２４−Ｎが各中間周波信号ＩＦ−１〜ＩＦ−Ｎをデジタル信号Ｄ−１〜Ｄ−Ｎに変換するため、各中間周波信号ＩＦ−１〜ＩＦ−Ｎは、周波数ごとにサンプリングされたデジタル信号Ｄ−１〜Ｄ−Ｎに変換することができる。

ここで、入力信号ＲＦの信号レベルが低すぎると、入力信号ＲＦとノイズを分離できない。しかし、入力信号ＲＦの信号レベルを高くすると、周波数変換器２３−１〜２３−Ｎに発生する３次歪みが大きくなる。

図３に、周波数変換器に発生する３次歪みの一例を示す。周波数変換器に発生する３次歪みは、入力された信号レベルに応じて異なる。入力された信号レベルが高いほど、周波数変換器に発生する３次歪みが大きくなる。

そこで、周波数変換装置１０１は、信号分配器２１を用いて入力信号ＲＦをＮ分配して、入力信号Ｂ−１〜Ｂ−Ｎの各周波数における信号レベルを入力信号ＲＦの１／Ｎに低下させている。これにより、周波数変換装置１０１は、周波数変換器２３−１〜２３−Ｎに発生する３次歪みを低減することができる。Ｎの値は、例えば２又は４である。

図１に示す信号合成器２５は、ＡＤＣ２４−１〜２４−Ｎからのデジタル信号Ｄ−１〜Ｄ−Ｎを合成する。例えば、中間周波信号ＩＦ−１〜ＩＦ−Ｎの同一周波数同士が合成されるように、デジタル信号Ｄ−１からデジタル信号Ｄ−Ｎまでの全てを合成する。このとき、デジタル信号Ｄ−１〜Ｄ−Ｎの位相を合わせる。これにより、図２に示す入力信号ＲＦを中間周波数に変換した信号を構築することができる。

図１に示すローカル信号発生器２２は、周波数ｆ_ＬｏのＭ倍の周波数を有するローカル信号ＬＯを発生する。ローカル信号分配器１１は、ローカル信号発生器２２からのローカル信号ＬＯをＮ分配する。分周器１２−１〜１２−Ｎは、ローカル信号分配器１１からの各ローカル信号ＬＯを、独立にＭ分周する。増幅器１３−１〜１３−Ｎは、分周器１２−１〜１２−Ｎからの各ローカル信号を増幅する。これにより、増幅器１３−１〜１３−Ｎは、周波数ｆ_Ｌｏの周波数成分を有するローカル信号Ｌ−１〜Ｌ−Ｎを周波数変換器２３−１〜２３−Ｎに出力する。

例えば、ローカル信号発生器２２が、周波数ｆ_ＬｏのＭ倍の周波数を有するローカル信号ＬＯを発生する。分周器１２−１は、ローカル信号分配器１１からの各ローカル信号ＬＯのうちの１つをＭ分周する。増幅器１３−１は、分周器１２−１からのローカル信号Ｌ−１を増幅する。これにより、増幅器１３−１から周波数ｆ_ＬＯのローカル信号Ｌ−１が周波数変換器２３−１に出力される。ローカル信号Ｌ−２〜Ｌ−Ｎについても同様である。

ここで、入力信号ＲＦ側のノイズがゼロであり、ローカル信号ＬＯのノイズをＮ_Ｌとすると、周波数変換器２３−１〜２３−Ｎから出力されるノイズはＮ_Ｌ−ＩＬとなる。ここで、ＩＬは、ローカルＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）アイソレーションで通常２０ｄＢ〜３０ｄＢである。この場合、出力すなわちＩＦ側のノイズを低くするためには、ローカル信号ＬＯのノイズを低くおさえることが必要となるが、ローカル信号発生器２２の性能や仕様によって制限される。

本実施形態では、ローカル信号ＬＯが独立にＭ分周されているため、ローカル信号発生器２２の性能や仕様によって発生するノイズの影響を排除することができる。また、分周の効果により、ローカル信号ＬＯの位相雑音を１／Ｍに低減することができる。これにより、周波数変換器２３−１〜２３−Ｎに入力される各ローカル信号Ｌ−１〜Ｌ−Ｎの雑音は、相関性のない熱雑音と、１／Ｍに低減された位相雑音になる。したがって、信号合成器２５において合成した出力信号においてローカル信号ＬＯに起因する雑音を低減することができる。

Ｍの値は、例えば２又は４であり、分周する数によって定められる。Ｍの値は４以上であることが好ましい。また、分周器１２−１〜１２−Ｎは、ローカル信号ＬＯが分周できれば本発明の作用・効果を奏するため、アナログ又はデジタルのいずれであってもよい。デジタルであれば、カウンタを用いて分周器１２−１〜１２−Ｎを構成することができる。

本発明は周波数変換装置に適用できるため、情報通信産業に利用することができる。

１１：ローカル信号分配器
１２−１、１２−２、１２−Ｎ：分周器
１３−１、１３−２、１３−Ｎ：増幅器
２１：信号分配器
２２：ローカル信号発生器
２３−１、２３−２、２３−Ｎ：周波数変換器
２４−１、２４−２、２４−Ｎ：ＡＤＣ
２５：信号合成器
1０１：周波数変換装置

Claims (2)

1. 入力信号をＮ（ただし、Ｎは正の整数。）分配する信号分配器（２１）と、
   周波数変換後の中間周波数と前記入力信号の略中心周波数の差のＭ倍（ただし、Ｍは正の整数。）の周波数を有するローカル信号を発生するローカル信号発生器（２２）と、
   前記ローカル信号発生器からのローカル信号をＮ分配するローカル信号分配器（１１）と、
   前記ローカル信号分配器からの各ローカル信号を独立にＭ分周することにより、互いに相関のない雑音をもつ同相のローカル信号を生成するＮ個の分周器（１２−１〜１２−Ｎ）と、
   前記信号分配器からの各入力信号を、それぞれ前記Ｎ個の分周器からの各ローカル信号と混合し、混合により得られた中間周波信号を出力するＮ個の周波数変換器（２３−１〜２３−Ｎ）と、
   前記Ｎ個の周波数変換器からの中間周波信号の位相を合わせて合成する信号合成器（２５）と、
   を備える周波数変換装置。
2. 入力信号をＮ（ただし、Ｎは正の整数。）分配するとともに、周波数変換後の中間周波数と前記入力信号の略中心周波数の差のＭ倍（ただし、Ｍは正の整数。）の周波数を有するローカル信号を発生してＮ分配した後に独立にＭ分周することにより、互いに相関のない雑音をもつ同相のローカル信号を生成し、前記Ｎ分配後の各入力信号と前記Ｍ分周後の各ローカル信号をそれぞれ混合してＮ個の中間周波信号を生成し、前記Ｎ個の中間周波信号の位相を合わせて合成する周波数変換方法。

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