JPH02305237A - 信号多重化回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、一定の周波数間隔の搬送波周波数を有する複
数の送信信号を合成する信号多重化回路に関する。

［従来の技＃ｉ］ 第９図は、従来の信号多重化回路の基本構成を示すブロ
ック図である。

この従来回路は、複数（ｎ個）の周波数変換回路１０の
それぞれの出力を電力合成回路２ｏで線形合成するもの
であり、周波数変換回路１０は、入力ボート３から信号
を受むす、局部発振器２とミクサ７と帯域ろ波器８とを
有している。

局部発振器２は全て独立に動作するように示しであるが
、全ての局部発振器２の周波数精度を良好にするために
、周波数発振器を１つのみ設け、この出力を信号入力端
の数だけ分配し、これに基づいて各局部発振器が所望の
周波数の搬送波を出力するように構成する場合もある。

この場合、局部発振器２はシンセサイザで構成される。

なお、電力合成回路２０は、トランス回路やハイブリッ
ド回路等で構成された電力合成回路である。

次に、上記従来の信号多重化回路の動作について説明す
る。

各周波数変換回路１０は、それに接続されている局部発
振器２の搬送波周波数によって、入力ボート３の入力信
号を、希望する周波数帯のチャネル信号に周波数変換す
る。この変換された信号が電力合成回路２０に入力され
、各周波数変換回路１０から出力された角周波数ω１、
ω２、・・・・・・、ωｎのチャネル信号は電力合成回
路２０で線形合成される。

この場合、各局部発振器２の搬送波周波数を互いに異な
る値に設定すれば、第１１図に示すように、周波数空間
上で多重化された信号が、電力合成回路２０の出力ポー
ト２１から得られる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の信号多重化回路を実際の通信に利用する場合、出
力ポート２１から得られる多重化信号の包路線電力に着
目すると、各チャネル信号の瞬時位相が一致した瞬間に
、全てのチャネル信号の電圧が同相合成されるので、包
絡線電力は大幅に増大する。

さらに、等振幅で同一の周波数を有する信号（以下、こ
の信号を「無変調信号」という）が全ての入力ボート３
に印加され、局部発振器２の搬送波周波数の周波数間隔
Δωが一定であり、しかも初期位相が一致すると、周波
数変換回路１０の出力はΔωの周波数間隔を有する無変
調信号になる。したがって、この場合、全てのチャネル
信号が同相合成される状態が周期的に発生する。

第１０図は、上記条件のもとで、信号多重化回路に無変
調信号を１０波印加したときに、出力ポート２１から得
られる多重化信号の包路線電力の計算結果を示す図であ
る。

この図において、横軸は時間を示し、縦軸は、出力ポー
ト２１から得られる包路線電力を示している。ただし、
Ｔは、包絡線の周期を示し、Ｔ＝２π／△ωであり、ａ
Ｑは、周波数変換回路ｌＯの出力信号の振幅値であり、
Ｚｏは、周波数変換回路の出力の線路の特性インピーダ
ンスである。

なお、第１０図の縦軸は、ｌチャネル信号当りの電力ａ
２／Ｚｏで正規化して示しである。

第１０図から分かるように、上記条件のもとでは、出力
ポート２１から得られる多重化信号の包路線電力は、Ｔ
毎に周期的に大幅に増大し、その包絡線電力の最大値は
、１チャネル信号当りの電力（ａ２／Ｚｏ）のｉｏｏ倍
にも達する。

第１２図は、上記条件のもとで従来の信号多重化回路を
使用した場合、周波数変換回路１０が使用されている個
数ｎと、一定の周波数間隔の無変調信号を上記周波数変
換回路ｌＯに印加したときに、出力ポート２１から得ら
れる包絡線電力の最大値との関係を示すグラフである。

第１２図において、その横軸は、周波数変換回路１０の
設置数ｎを示し、その縦軸は、出力ポート２１で得られ
る包絡線電力の最大値を示している。ここで、Ｐｏ−ａ
２／Ｚｏであり、上記縦軸は、ｎＰ６で正規化して示し
である。

第１２図から分かるように、無変調信号数がｎであると
きに、包絡線電力の最大値もｎであり、この最大値がｎ
Ｐ３で正規化されているので、出カポ−）２１から得ら
れる多重化信号の包路線電力の最大値は、ｎ２Ｐｏにな
る。そして、この最大値ｎ２　ＰＧが、第１０図に示す
ように、必ず周期的に発生する。

したがって、従来の信号多重化回路の出力部に増幅器を
設け、上記多重化された信号をその増幅器によって低歪
で増幅しようとすると、その増幅器の所要飽和出力を、
多重化信号の包絡線電力の最大値ｎ２Ｐｏ以上に設定す
る必要がある。

つまり、上記従来の回路は、複数の周波数変換回路にそ
れぞれ備えた局部発振器が全て互いに同相で動作すると
、その変換出力が合成回路で同相合成されるので、その
出力が周期的に増大するという問題がある。また、局部
発振器を独立に動作させると、電源オンのタイミングに
よっては、出力が周期的に増大するという状態が確率的
に起こり得るという問題がある。

本発明は、一定の周波数間隔の搬送波周波数を有する複
数の送信信号を合成する場合であって、多重化する無変
調信号の数が増加した場合に、出力の包絡線電力が大幅
に増大することを防止する信号多重化回路を提供するこ
とを目的とするものである。

［課題を解決する手段］ 本発明の第１発明は、１つの発振器と、複数個の周波数
変換手段と、周波数変換された各信号を合成する電力合
成手段とを有する信号多重化回路において、各周波数変
換回路における局部発振器の位相を全て同一にし、周波
数変換回路毎に移相手段を設けたものである。

また、本発明の第２発明は、１つの発振器と、複数個の
周波数変調手段と、周波数変調された各信号の位相を互
いに異ならせる複数の移相手段と、これら移相手段の出
力信号を合成する電力合成手段とを有するものである。

［作用１ 本発明の第１発明は、各周波数変換回路における局部発
振器の位相が全て同一であり、各周波数変換回路の出力
信号の位相を互いに異なるように移相手段を調整すれば
、電力合成回路内で全ての信号が互いに同一位相になる
ことがなく、したがって、無変調時でも、合成出力が周
期的に増大することを防止できる。

また、本発明の第２発明において、周波数変調された各
信号の位相が互いに異なるように移相手段を調整すれば
、電力合成回路内で全ての信号が互いに同一位相になる
ことがなく、したがって、無変調時でも、合成出力が周
期的に増大することを防止できる。

［実施例］ 第１図は、第１発明の第１実施例である信号多重化回路
の構成を示すブロック図である。

なお、同一の部材には同一の符号を付しである。他の実
施例についても同様である。

この実施例は、１つの基準周波数発振器４と、複数の周
波数変換回路１０ａと、複数の周波数変換回路１０ａの
各出力信号を電力合成する電力合成回路２０とを有する
。

周波数変換回路１０゛ａは、入力ボート３からの入力信
号を受け、基準周波数発振器４に位相同期させるシンセ
サイザ５と、移相器６と、ミクサ７と、帯域ろ波器８と
を有する。

ここで、シンセサイザ５としてＰＬＬ形周波周波数シン
セサイザ用すれば、その出力信号の初期位相を基準周波
数発振器４の出力信号に同期させることができる。また
、シンセサイザ５は、発振器によって駆動される発振手
段の一例である。

移相器６は、サーキュレータ、可変遅延線路、またはバ
ラクタダイオード等で構成できる周知の部品である（窩
内、山木二　「通信用マイクロ波回路Ｊ、３１’４〜３
２１頁、電子通信学会、昭和５６年参照）。また、移相
器６は、周波数混合手段によって周波数変換された信号
の位相を変化させる移相手段の一例である。

ミクサ７は、発振手段の出力信号によって、入力信号の
周波数を変換する周波数混合手段の一例であり、帯域ろ
波器８は、周波数混合手段の出力から所定の周波数成分
を除去する帯域ろ波手段の一例である。

また、周波数変換手段は３つ以上設けられ、１つの周波
数変換手段に設けらた発振手段による位相と、他の上記
周波数変換手段に設けらた上記発振手段による位相とが
同一に設定され、さらに、移相手段によって、各周波数
変換回路の出力信号の位相を互いに異ならせである。

上記第１実施例は、周波数変換回路１０ａの中に、基準
信号発振器４に位相同期するシンセサイザ５と、移相器
６とを具備することが、従来例と異なる。

次に、上記実施例の動作について説明する。

まず、多重化される無変調信号の数をｎ（ｎ≧３）とし
、第２番目の周波数変換回路１０ａ内のシンセサイザ５
の出力信号電圧ｇｐを、ｇｐ　＝Ａｃ　ｃｏｓΩＰ　　
ｔ　　　　　−（１）とおく。ただし、ｐ＝１．２’、
・・・ｎであり、ＡＣは振幅を示し、Ωｐは角周波数を
示すものである。

このどきに、全てのシンセサイザ５の出力の初期位相が
互いに一致しているので、移相器６を介して、ミクサ７
で′無変調信号と周波数混合された後で、帯域ろ波器８
でろ波されたｉ番目の周波数変換回路１０ａの出力電圧
ｆ、は、 ｆｐ　＝Ａ＊　ｃ’ｏ　ｓ　（ωｐ　を十θｏ’＋Ｏｐ
’）・・・（２） とおくことができる。ただし、Ａ、は振幅であり、ωｐ
は角周波数であり、θ０はシンセサイザ５の出力の初期
位相であり、θ、は位相器６によ１よ る移相量を示すものである。

ここで、θ０＝０とおいても木質的な違いが生じないの
で、（２）式の位相項を改めて、ｆ　ｐ’＝’Ａｅ　ｃ
　ｏ　ｓ　（ω、　ｔ　十〇、　）・・・（３）とおく
。そして、入力ボート３に無変調信号が印加さたときに
、電力合成回路２０で電力合成されて出力ボート２１か
ら得られる多重化信号電圧ｆは、 ｆ＝Σ　Ａ、　ＣＯ５（（＋）１１　ｔ　＋０．　）ｐ
＝ｔ ・・・（４） である。

ここで、ベクトル表示を用いれば、（３）式％式％）） となり、同様にベクトル表示を用いれば（４）式は、 ・・・　（６） となる。

また、出力ボート２１から得られる多重化信号の包絡線
電力を求める。ために、（６）式を用いて電圧実効値の
２乗を計算すると、 である。ただし、演算子「・」はべ゛クトルの内積を表
す。シン省すイザ５による搬送波周波数の角周波数商隔
△ωが一定であると、各角周波数について、 。２４．−６．＝−６−’（８） とおくことができる。、ただし、ｐ’＝１．２．・・・
ｎである。したがって、（７）式は、 １　　Ｆ　　ｌ　２＝　ｎ　Ａｍ？ ＋　２　Ａｍ２ｃＯ５（（ｎ−１）△ωｔ＋Ｉ９ｎ　　
−０１）・、・　（９） となる。

このときに、右辺第２項の を消去するために、 θｐ−１−〇、＝２π／、（ｎ−，１，）になるように
、移相器６の移相量を制御する。

このように移相器６によって移相量を制御することが、
上記第１実施例の特徴であり、つまり、隣り合う周波数
の信号の位相差を上記の値に設定することが必要である
。この−例として、対称多相交流の場合と同様に００−
〇Ｉ＝０とすると、θｐ　−（（Ｐ−１）（Ｐ−２）／
（ｎ−１）ｈｒ　　　−＝　（１０）と設定すればよい
。ただし、ｐ＝１．２．・・・ｎである。

このように設定すれば、（９）式の右辺第２項の分だけ
、電圧実効値の２乗を小さくすることができる。

第２図は、上記第１実施例において、出力ポート２１か
ら得られる多重化信号の包絡＆ｌ電力の計算結果を示す
図である。

この第２図において、横軸、縦軸は、従来例を示す第１
０図のそれらと一致させである。

この第２図において、（９）式の右辺第２項を消去した
ので、出カポ−）２１から得られる多重化信号の包絡線
電力の最大値は、従来と比べると５約１．１５　（０，
１９）に減少している。ただし、（９）式の右辺第３項
以降が残っているので、若干の周期性が残っている。

第３図は、上記第１実施例において、移相器６の移相量
を上記のように設定した場合に、入カポ−ト３に印加さ
れる無変調信号の数ｎと、そのときの出力ポート２１か
ら得られる多重化信号の包絡線電力の最大値との関係を
示すグラフであり、（９）式を用いて計算した結果を示
す図である。

なお、第３図の横軸、縦軸は、従来例を示す第１２図の
それらと一致させである。

上記第１実施例において、第３図に示すように、■チャ
ネル信号あたりの電力なＰＧ　とすれば、多重化信号の
最大値は、はぼ１．．９ｎＰｏ　となる。

上記説明は、移相器６の移相量を（１０）式のように設
定した場合であるが、移相器６の移相量の設定を他の方
法で行なってもよい。たとえば、（９）式の右辺第３項
を消去するように、移相器６の移相量を設定するように
してもよい。

上記第１実施例によれば、シンセサイザ５による搬送波
周波数の周波数間隔が一定であっても、位相器６による
移相量を適切に設定することによって、多重化信号の包
絡線電力が大幅に増大することを防止できる。

第４図は、上記第１発明の第２実施例を示すブロック図
である。

この第２実施例は、周波数変換回路１０ａの代りに１周
波数変換回路１０ｂを設けたものであり、この周波数変
換回路１０ｂは、帯域ろ波器８の後に移相器６を設けた
ものである。

周波数変換回路１０ａの代りに周波数変換回路１０ｂを
設けても、入力が無変調信号であれば。

ミクサ７の出力が無変調信号になるので、電力合成回路
２０に入力される信号の位相を調節することができる。

したがって、多重化される無変調信号の数に応じて、移
相器６の移相量を（１０）式によって予め設定すれば、
第１図に示す信号多重化回路と同様に、多重化信号の包
絡線電力が大幅に増大することを防止できる。

第５図は、上記第１発明の第３実施例を示すブロック図
である。

この第３実施例は、周波数変換回路１０ａの代りに、周
波数変換回路１０ｃを設けたものであり、この周波数変
換回路１０ｃは、帯域ろ波器８の前に移相器６を設けた
ものである。このように帯域ろ波器８の前に移相器６を
設けた場合も、第４図に示す第２実施例と同様に説明で
きる。

第６図は、上記第１発明の第４実施例を示すブロック図
である。

この第４実施例は、周波数変換回路１０ａの代りに、周
波数変換回路１０ｄを設けたものであり、この周波数変
換回路１０ｄは、第２実施例の周波数変換回路１０ｂ内
に、減衰器Ｒ１、Ｒ２を設けたものである。

上記第１実施例において、周波数変換回路１０ａの入力
信号の振幅と、シンセサイザ５の出力信号の振幅とが等
しいときに、その効果が顕著であるが、上記両信号が等
振幅でない場合には、周波数変換回路１０ｄ内に設けた
減衰器Ｒ１、Ｒ２によって両信号を等振幅にすればよい
。また、減衰器Ｒ１，Ｒ２のいずれかを省略してもよく
、減衰器Ｒ１，Ｒ２の代りに増幅器を設けてもよい。

上記第１発明は、周波数変換回路に移相機能を具備させ
た点が特徴であり、移相器の設置位置には制限を受けな
い。したがって、上記移相器は、上記のように局部発振
器の直後に設けてもよく、ミクサの後部に設けてもよく
、また帯域ろ波器の後部に設けてもよい。これは、上記
いずれの場合も、無変調信号がその移相器を通るので、
その効果が同じであるためである。

第７図は、上記第１実施例の好ましい応用例を示す図で
ある。

この応用例は、特定周波数の出力信号の電力を検出する
狭帯域ろ波器３１と、包絡線検波器３２と、制御部３０
とを第１図に示す実施例に付加したものである。

この応用例において、特定周波数の信号のみが狭帯域ろ
波器３１を通過し、この通過した信号を検波器３２が検
波し、この検波した電圧を制御部３０が検出する。そし
て、この検出した電圧に基づいて、上記特定周波数の信
号の電圧が大きくならないように、周波数変換回路１０
ａの移相器６を制御部３０が制御する。なお、狭帯域ろ
波器３１の中心周波数を制御部３０が制御する。

第７図に示す応用例において、周波数変換回路１０ａの
代りに周波数変換回路ｉｏｂ、ｉｏｃ、１０ｄを設けて
もよい。

第８図は、第２発明の一実施例を示すブロック図である
。

この実施例の信号多重化回路は、１つの基準周波数発振
器４と、複数個ｎ（ｎ≧３）の周波数変調回路４０と、
周波数変調回路４０の出力信号を移相する移相器６と、
移相器６の出力信号を線形合成する電力合成回路２０と
を有する。

周波数変調回路４０は、入力ボート３からの信号を受け
、後述の電圧制御形発振器（Ｖ　Ｃ０）４６の出力信号
を分周する分周器４３と、基準周波数発振器４の出力の
位相と分周器４３の出力の位相とを比較する位相比較器
４４と、低域通過形ろ波器（ＬＰＦ）４５と、電圧制御
形発振器４６とを有する。

なお、各周波数変調回路４０における分周器４３の分周
比は、互いに異なる値に設定されている。また、各移相
器６の移相量は、多重化される無変調信号の数に応じて
、（１０）式によって設定しである。

次に、第８図に示す実施例の動作について説明する。

まず、基準周波数発振器４の信号に基づいて、分周器４
３の分周比で、希望する周波数帯のチャネル信号が発生
する。このチャネル信号と入力ボート３から入力された
信号とによって、電圧制御形発振器４６が変調信号を出
力する。

周波数変調回路４０の出力信号は、移相器６で移相され
た後、電力合成回路２０に入力され、線形合成される。

この場各、各分周器４３による分周比が互いに異なる値
に設定されているので、電力合成回路２０の出力ボート
２１には、周波数空間で多重化された出力信号が発生す
る。

入力ボート３に信号が入力されないとき（つまり、直流
電圧が印加されたとき）は、変調回路４０の出力が無変
調信号になり、第１図における説明と同様である。

したがって、多重化される無変調信号の数に応じて、各
移相器６の移相量を（１０）式によって設定すれば、第
１図に示す信号多重化回路と同一の効果を得ることがで
きる。

［発明の効果］ 本発明によれば、多重化信号の包絡線電力が大幅に増大
することを防止できるので、互いに異なる周波数のチャ
ネル信号を多数、一括して増幅する共通増幅器、衛星通
信等のマルチキャリア送信機に適用すれば、増幅器の所
要飽和出力を大幅に低減することができるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１発明の第１実施例を示すブロック図であ
る。 第２図は、上記実施例における信号多重化回路の出力特
性を示す図である。 第３図は、上記第１発明を用いた場合に印加される無変
調信号数と多重化信号の包絡線電力の最大値との関係を
示す図である。 第４図は、上記第１発明の第２実施例を示すブロック図
である。 第５図は、上記第１発明の第３実施例を示すブロック図
である。 第６図は、上記第１発明の第４実施例を示すブロック図
である。 第７図は、上記第１発明の第１実施例における応用例を
示すブロック図である。 第８図は、第２発明の一実施例を示すブロック図である
。 第９図は、従来の信号多重化回路を示すブロック図であ
る。 第１０図は、上記従来回路における出力特性を示す図で
ある。 第１１図は、周波数空間上で多重化された多重化信号の
説明図である。 第１２図は、上記従来例において印加される無変調信号
数と多重化信号の包絡線電力の最大値との関係を示す図
である。 ３・・・信号入力ポート、 ４・・・基準信号発振器、 ５・・・シンセサイザ、 ６・・・移相器、 ７・・・ミクサ、 ８・・・帯域ろ波器、 １０ａ、ｉｏｂ、１０　ｃ−周波数変換回路、２０・・
・電力合成回路、 ４３・・・分周器。 ４４・・・位相比較器、 ４５・・・低域ろ波器、 ４６・・・電圧制御形発振器、 ４０・・・周波数変換回路。 特許出願人　　　日木電信電話株式会社同代理人　　　
　用久保　　新　− （ＯｄｕＸ）　１と￥′２＠Ｑり［４！ｌ＆’ＪＪＷＱ
派 ■

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）１つの発振器と、複数の周波数変換手段と、周波
   数変換された信号を合成する電力合成手段とを有する信
   号多重化回路において、 上記発振器によって駆動される発振手段と；この発振手
   段の出力信号によって、入力信号の周波数を変換する周
   波数混合手段と； この周波数混合手段の出力から所定の周波数成分を除去
   する帯域ろ波手段と； 上記周波数混合手段によって周波数変換された信号の位
   相を変化させる移相手段と； を上記周波数変換手段が有し、上記周波数変換手段が３
   つ以上設けられ、１つの上記周波数変換手段に設けらた
   発振手段による位相と、他の上記周波数変換手段に設け
   らた上記発振手段による位相とが同一に設定されている
   ことを特徴とする信号多重化回路。
2. （２）１つの発振器と； この発振器によって駆動される３つ以上の周波数変調手
   段と； これら周波数変調手段によって周波数変調された各信号
   の位相をそれぞれ変化させる３つ以上の移相手段と； これら移相手段の出力信号を合成する電力合成手段と； を有することを特徴とする信号多重化回路。