頻率變換裝置的制作方法

專利名稱：頻率變換裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種對在輸入信號中以給定頻率間隔配置的多個信號進行重新配置的頻率變換裝置。
此前，當在來自外部的輸入信號中包含具有不同頻率的多個信號時，一般只從輸入信號中選擇(抽出)所需要頻率的信號，將其進行頻率變換后進行后面的處理。
圖5表示當前廣泛使用的外差式頻率選擇裝置的構成圖。如圖5所示，上述外差式頻率選擇裝置，由以產生給定頻率信號的振蕩器52、混頻器51、以及濾波器53構成，可以從將具有給定頻率帶寬(并不限定于固定帶寬)的信號(以下簡稱要素信號)以給定頻率間隔(并不限定于固定間隔)多個配置的輸入信號中選擇(抽出)所需要的要素信號。即，在上述混頻器51中輸入外部輸入信號(頻率為fin)和上述振蕩器52的輸出信號(頻率為fL)的2個信號，將上述外部輸入信號變換成包含具有上述2個信號的頻率差(|fin-fL|)以及頻率和(fin+fL)的2個信號，利用只讓所需要的上述要素信號通過的上述濾波器13，從該變換后的信號中選擇(抽出)所需要的上述要素信號。這時，通過設定上述振蕩器52的振蕩頻率，可以讓所需要的上述要素信號處于上述濾波器13的通過頻帶范圍內。
在特開平9-93152號公報(公報2)中，示出了利用上述外差式頻率選擇裝置進行頻率變換的雙變換電視接收機。它是從包含多個頻道信號(相當于上述要素信號)的廣播信號中選出目標頻道信號進行頻率變換。通過設置多個(例如頻道的數量)該雙變換電視接收機，分別選擇不同頻道的信號，可以構成，先將高頻信號變換成有利于有線系統處理的低頻信號，然后再變換到原來的高頻或者另外的高頻信號進行傳輸的頻率變換裝置。
但是，由于受到通信用頻帶的限制，在頻率變換后的信號中，希望將上述要素信號盡可能密集配置(減小上述要素頻率之間的頻率間隔，甚至讓其相鄰接)，縮小所使用頻率帶寬整體的寬度，提高頻帶的利用效率，但對于解決這樣的課題的方式，在上述公報2中沒有任何說明。
為此，本發明正是針對上述問題的發明，其目的在于提供一種在輸入信號中按給定頻率間隔配置的多個要素信號、在所希望的頻帶中按所希望的頻率間隔重新配置的頻率變換裝置。
又，也可以包括上述第1以及第2振蕩器的輸出信號的頻率按照上述給定頻率設定規則進行設定的頻率控制部。
又，也可以讓上述頻率變換部的各個上述第1濾波器的中心頻率相同。這樣的構成在設計、制作和成本上有利。
又，假定各個上述頻率變換部的識別編號為i(0、1、2、…)，各個上述要素信號的識別編號為j(0、1、2、…)，在第i個上述頻率變換部中的上述第1以及第2振蕩器的輸出信號為fL1_i和fL2_i，在第i個上述頻率變換部中的上述第2濾波器的輸出信號的所希望的中心頻率為fy_i，在上述外部輸入信號中排列在第j個的上述要素信號的中心頻率為fx_j，上述給定的頻率設定規則也可以由下式表示，fL1_i＝a+fx_jfL2_i＝fy_i-a式中，a為給定常數。
這樣，由于第j個上述要素信號的中心頻率可以變換到所希望的頻率fy_i，包含在上述外部輸入信號中的上述要素信號可以在所希望的頻帶內按照所希望的順序以及頻率間隔重新配置。
又，當在上述外部輸入信號中的各個上述要素信號的中心頻率間隔Wx為一定時，假定各個上述第2濾波器的輸出信號的中心頻率的所希望的一定間隔為Wy、各個上述頻率變換部的識別編號為i(0、1、2、…)，在第i個上述頻率變換部中的上述第1以及第2振蕩器的輸出信號為fL1_i和fL2_i，上述給定的頻率設定規則也可以由下式表示，fL1_i＝a1+Wx×ifL2_i＝a2+Wy×i式中，a1、a2為給定常數。
這樣，可以將上述要素信號按照在上述外部輸入信號中排列的原來順序、在所希望的頻率區域按照所希望的頻率間隔重新配置。
進一步，如果各個上述要素信號的頻率帶寬為一定，各個上述第2濾波器的輸出信號的中心頻率的所希望的一定間隔Wy，與上述要素信號的頻率帶寬相等，可以將上述要素信號無間隙鄰接重新配置。
如上所述，依據本發明，可以將在輸入信號中按給定頻率間隔配置的多個要素信號在所希望的頻帶內按所希望的頻率間隔重新配置，通過縮小該頻率間隔，可以形成頻帶利用率高的通信。


圖1是有關本發明實施方式的頻率變換裝置Z的概略構成方框圖。
圖2是以有關本發明實施方式的頻率變換裝置Z作為構成要素的無線數據通信系統A的概念圖。
圖3是在有關本發明實施方式的頻率變換裝置Z的輸入信號和輸出信號中頻道信號的頻率配置的一例。
圖4是在有關本發明實施例的頻率變換裝置Z’的輸入信號和輸出信號中頻道信號的頻率配置的一例。
圖5是一般的外差式頻率選擇裝置的構成圖。
圖1是有關本發明實施方式的頻率變換裝置Z的概略構成方框圖，圖2是以有關本發明實施方式的頻率變換裝置Z作為構成要素的無線數據通信系統A的概念圖，圖3是在有關本發明實施方式的頻率變換裝置Z的輸入信號和輸出信號中頻道信號的頻率配置的一例，圖4是在有關本發明實施例的頻率變換裝置Z’的輸入信號和輸出信號中頻道信號的頻率配置的一例，圖5是一般的外差式頻率選擇裝置的構成圖。
有關本發明實施方式的頻率變換裝置Z，如圖2所示，是在從給定基站局34向終端局35發射無線頻率信號的無線數據發射系統A中，在基站局34中使用。
上述無線數據發射系統A包括，產生以給定頻率間隔(并不限定于固定間隔)配置多個作為一頻道發射數據的具有給定頻帶的頻道信號(相當于上述要素信號)的基帶信號x的基帶信號產生裝置31、將所產生的上述基帶信號x(相當于上述外部輸入信號)變換成無線發射用高頻輸出信號y的頻率變換裝置Z、將該頻率變換裝置Z的輸出信號y作為無線信號輸出的天線33。上述天線33，為了避開與接收側的上述終端局35之間的障礙物，而設置在高處，用于無線發射的高頻信號在有線系統中的傳輸損失大。為此，由上述基帶信號產生裝置31，先產生低頻信號x，然后通過信號電纜32傳送到上述天線33的位置，有時信號電纜傳輸距離達數百米，之后由上述頻率變換裝置Z變換成高頻信號y。如果針對每個頻道信號鋪設信號電纜，需要昂貴的價格和大的空間，為此，如圖3(a)所示，通過將多個上述頻道信號cs以給定頻率間隔配置，用1條上述信號電纜32可以傳送多頻道的信號，可節省資源(降低成本)和空間。上述基帶信號產生裝置31，以及天線33采用周知的裝置，在此省略其說明。
以下采用圖1說明上述頻率變換裝置Z的構成。
上述頻率變換裝置Z，如圖1(a)所示，輸入來自上述基帶產生裝置31的信號進行頻率變換的頻率變換部10、由圖中未畫出的CPU、以及ROM、RAM、硬盤等存儲部所構成的、按照給定程序向上述頻率變換部10輸出各定頻率設定信號的頻率控制部11、將頻率變換部10進行頻率變換后的信號放大的放大器12。進一步，上述頻率變換部10，如圖1(b)所示，由第1以及第2混頻器21、22，向每個混頻器21、22輸出頻率信號的第1以及第2振蕩器23、24、從上述第1以及第2混頻器21、22每一個的輸出信號中只讓給定的頻帶通過的抽出信號的第1以及第2濾波器25、26所構成。以下，給多個上述頻率變換部10的每一個都附加識別序號_i(0、1、2、…)，附加了識別記號[_i]的，表示第i個上述頻率變換部10。
以下簡略說明上述頻率變換部10的功能。
在上述第1混頻器21中，輸入來自上述基帶信號產生裝置31的基帶信號x和上述第1振蕩器23的輸出信號L1_i，將上述基帶信號x變換成所輸入的2個信號的頻率和以及頻率差的頻率，并輸出包含變換后的2個信號的信號M1_i。
進一步，由只讓給定頻帶通過的帶通濾波器的上述第1濾波器25，從上述第1混頻器21的輸出信號M1_i中，只抽出頻率變換后的1個上述頻道信號F1_i。
又，在上述第2混頻器22中，輸入由上述第1濾波器25抽出的上述頻道信號F1_i和上述第2振蕩器的輸出信號L2_i，和上述第1混頻器21相同，被變換成所輸入的2個信號的頻率和以及頻率差的頻率，并輸出包含變換后的2個上述頻道信號的信號M2_i。
進一步，由上述第2濾波器26，從上述第2混頻器22的輸出信號M2_i中，抽出頻率變換后的上述頻道信號的1個的輸出頻道信號y_i，將分別從上述各頻率變換部10輸出的上述輸出頻道信號y_i合成，然后經過上述放大器12放大后輸出給上述天線33。
上述頻率變換裝置Z的特征在于，根據所述頻率控制部11，通過按照所述頻率變換部10相互之間給定的規則分別設定上述第1和第2振蕩器23、24的各輸出信號L1_i、L2_i的頻率，可以輸出將在所述基帶信號x中配置的上述頻道信號cs變換成所希望的頻率、同時按照所希望的順序重新配置后的輸出信號y。
以下說明由上述頻率控制部11設定上述第1和第2振蕩器23、24的各頻率的規則的具體內容。
以下所采用的符號是，上述頻率變換部10的各識別編號為i(0、1、2、…)，上述頻道信號cs的各識別編號為j(0、1、2、…)，在第i個上述頻率變換部10中上述第2濾波器的輸出信號y_i的所希望的中心頻率為fy_i，在上述基帶信號x中配置的第j個上述要素信號的中心頻率為fx_j，通過上述第1濾波器25的頻帶的中心頻率為a。
在此，由所述頻率控制部11按照下式(1)設定在第i個上述頻率變換部10中上述第1和第2振蕩器的輸出信號的頻率fL1_i、fL2_i。
fL1_i＝a+fx_jfL2_i＝fy_i-a……(1)以下說明按照上述式(1)設定上述第1和第2振蕩器的輸出信號的頻率fL1_i、fL2_i時，上述基帶信號x的頻率變換過程。
在上述基帶信號x中，首先關注包含在其中的第j個上述頻道信號cs，其中心頻率fx_j，在上述第1混頻器21的輸出信號M1_i中，如上所述，被變換成與上述第1振蕩器的輸出信號L1_i之間的差的頻率fM1_i(1)以及和的頻率fM1_i(2)，這兩個頻率fM1_i(1)、fM1_i(2)，根據上述式(1)，可以用下式(2)表示。
fM1_i(1)＝afM1_i(2)＝a+2×fx_j……(2)在此，如果觀察上述差的頻率fM1_i(1)，發現第j個上述頻道信號cs的中心頻率被變換成了上述第1濾波器25的中心頻率。因此，在所有上述頻率變換部10中，如果將上述第1濾波器25，如圖3(b)所示，設置成只讓1個上述頻道信號cs通過(即不讓相鄰的上述通道信號cs通過)的帶通濾波器，上述第1濾波器25的輸出信號F1_i成為變換成中心頻率a的第j個上述頻道信號cs。進一步，該第j個上述頻道信號cs的中心頻率，在上述第2混頻器22的輸出信號M2_i中，變換成下式(3)所表示的上述差的頻率fM2_i(1)以及和的頻率fM2_i(2)。
fM2_i(1)＝|2×a-fy_i|fM2_i(2)＝fy_i ……(3)依據式(3)，如果讓上述第1濾波器25所通過的頻帶的中心頻率a比上述頻道信號cs的頻帶的一半大(a＞Ws_i/2)，包含在上述信號M2_i中的2個上述頻道信號不會重疊在相同頻帶中。在這樣構成的基礎上，如果將上述第2濾波器26設置成只讓中心頻率變換成上述和的頻率fM2_i(2)后的第j個上述頻道信號cs通過的濾波器(例如，只讓(fy_i-a)以上頻率通過的高通濾波器等)，上述第2濾波器26的輸出信號fy_i成為將中心頻率變換成所希望的頻率fy_i的第j個上述頻道信號。
如上所述，由于可以將所希望的頻道信號cs變換成所希望的頻率(fx_j→fy_i)，在每個上述頻率變換部10中，只要將上述頻道信號cs的編號j以及上述所希望的中心頻率fy_i設定成不同的值，就可以獲得將在上述基帶信號x中配置的上述頻道信號cs以所希望的頻率按照所希望的順序重新配置后的輸出信號y。圖3(c)表示將圖3(a)所示的基帶信號x的上述頻道信號cs按與原來相反順序重新配置時的例子。
以下所說明的頻率變換裝置Z’是，如圖4(a)所示，在上述基帶信號x中，以所有上述頻道信號cs的頻帶寬度Ws相等、其中心頻率的頻率間隔Wx(＞Ws)相等配置時的情況為例，由第i個上述頻率變換部10抽出包含在上述基帶信號x中的第i個頻道信號cs進行頻率變換，在上述輸出信號y中，上述頻道信號cs的順序仍然是上述基帶信號x中配置的順序，而按照所希望的給定頻率間隔Wy重新配置后的裝置。
在本頻率變換裝置Z’中，在第i個頻率變換部10中按照下式(4)設定上述第1和第2振蕩器的輸出信號的頻率fL1_i、fL2_i。
fL1_i＝a1+Wx×i
fL2_i＝a2+Wy×i……(4)式中，Wy是上述頻率變換部10所輸出的上述輸出頻道信號y_i的各個中心頻率的所希望的間隔，a1、a2是給定的常數。
以下說明按照上述式(4)設定上述第1和第2振蕩器的輸出信號的頻率fL1_i、fL2_i時的頻率變換過程。
上述基帶信號x，由于其中心頻率等間隔Wx配置，第i個上述頻道信號cs的中心頻率fx_i由下式(5)表示。
fx_i＝fx0+Wx×i……(5)式中fx0表示第0個上述頻道信號cs的中心頻率。
又，在第i個頻率變換部10中，上述第1混頻器21的輸出信號M1_i中，包含將上述基帶信號x的頻率變換成與上述第1振蕩器23的輸出信號頻率fL1_i的差的頻率fM1_i(1)以及和的頻率fM1_i(2)的信號。因此，在上述第1混頻器21的輸出側，第i個上述頻道信號cs的中心頻率被變換成由式(6)表示的2個頻率fM1_i(1)、fM1_i(2)。
fM1_i(1)＝|fx_i-fL1_i|fM1_i(2)＝fx_i+fL1_i……(6)在該式(6)中，代入上述式(4)以及式(5)，可以獲得由下式(7)表示的上述差的頻率fM1_i(1)fM1_i(1)＝fx0-a1……(7)這樣，如圖4(b)所示，如果讓(fx0-a1)成為上述第1濾波器25所通過頻帶的中心頻率來設定上述常數a1，則在第i個頻率變換部10中上述第1濾波器25的輸出信號F1_i，成為輸出其中心頻率被變換成(fx0-a1)的第i個上述頻道信號cs。
進一步，由上述第2混頻器22，將在上述第1濾波器25中抽出的第i個上述輸出信號F1_i變換成與上述第2振蕩器的輸出信號頻率fL2_i的差的頻率fM2_i(1)以及和的頻率fM2_i(2)。即，在上述第2混頻器22的輸出信號M2_i中，第i個上述輸出信號F1_i成為由下式(8)表示的包含變換成2個頻率fM2_i(1)、fM2_i(2)的2個信號的信號。
fM2_i(1)＝|fM1_i(1)-fL2_i|fM2_i(2)＝fM1_i(1)+fL2_i……(8)
在該式(8)中，代入上述式(4)以及式(7)，可以獲得由下式(9)表示的上述差的頻率fM2_i(1)以及和的頻率fM2_i(2)fM2_i(1)＝|-fx0+a1+a2+Wy×i|fM2_i(2)＝fx0-a1+a2+Wy×i ……(9)在此，如果讓上述第1濾波器25所通過的頻帶的中心頻率(fx0-a1)比上述頻道信號cs的頻帶Ws的一半大((fx0-a1)＞Ws/2)，包含在上述信號M2_i中的2個上述頻道信號不會重疊在相同頻帶中。
這樣，如果將上述第2濾波器26設置成只讓變換成上述和的頻率fM2_i(2)后的上述頻道信號cs通過的濾波器，依據上述式(9)，上述輸出頻道信號y_i的中心頻率fy_i由下式(9)表示。
fy_i＝fx0-a1+a2+Wy×i……(10)式(10)表示將上述頻率變換部10的各個上述輸出頻道信號y_i的中心頻率間隔從原來的頻率間隔Wx重新配置成上述所希望的頻率間隔Wy。又，如圖4(c)所示，如果讓(fx0-a1+a2)成為第0個上述頻率變換部10所輸出的輸出頻道信號y_0的中心頻率fy_0來設定上述常數a2，可以將以相等頻率間隔Wy重新配置的上述頻道信號cs變換成所希望的頻帶。
在此，例如，如果讓上述所希望的頻率間隔Wy與上述頻道信號cs的頻帶Ws相等(Wy＝Ws)，如圖4(c)所示，可以將上述頻帶信號分別以所希望的頻帶向鄰接配置，讓輸出信號所占有的頻帶寬度達到最小，成為頻帶利用率高的通信。
在此，說明本發明中由第1振蕩器、第1混頻器以及第1濾波器構成的第1段頻率變換、和由第2振蕩器、第2混頻器以及第2濾波器構成的第2段頻率變換的意義。
第1段擔負從多個頻道信號中切出1個頻道信號的作用。本發明的主要對象是多個頻道信號以比較小的頻率間隔配置的信號。為了從這樣的信號中切出1個頻道信號，需要陡峭特性的濾波器。這樣的濾波器在設計、制作上都很難，并且昂貴。因此，如果要準備在每個頻率變換部中具有不同特性(中心頻率)的濾波器，在設計、制作上很費事，而且費用增大。相反，如果在各頻率變換部的第1濾波器的特性(中心頻率)可以全部相同，就可以大幅度緩解這樣的問題。可以通過設定各頻率變換部的第1振蕩器的頻率，來讓各頻率變換部的第1濾波器的特性(中心頻率)相同。在上述2個實施方式中，第1濾波器在每個頻率變換部中都具有相同的中心頻率。
第2段擔負將各頻道信號變換成所希望的頻帶的作用。在此，第2濾波器只需具有從包含在第2混頻器中的2個信號中取出一個的功能，因而沒有必要象第1濾波器那樣陡峭的特性。第2濾波器的特性(中心頻率)需要針對每個頻率變換部改變。但是，由于所要求的特性比較緩，即使針對每個頻率變換部進行設計、制作也不會有多大困難。
通過1段頻率變換在理論上可以對多個頻道信號進行頻率變換后重新配置。但是，在這樣頻率變換中的濾波器要針對每個頻道信號設計、制作，在實際上是很困難的。
進一步，在本發明的構成中，可以構筑具有柔軟性的系統。在第1段的頻率變換中，將第1濾波器的輸出信號的中心頻率固定，要將輸入信號頻率變換成該固定頻率，只要調整第1振蕩器的頻率即可。即，即使改變了作為對象的輸入信號的頻率，通過相應改變第1振蕩器的頻率，就可以簡單對應。然后，在第2段頻率變換中將各頻道信號變換成所希望的頻率信號，由于是從固定頻率的信號的變換，通過將各第2振蕩器的頻率設定成所希望的頻率，就可以簡單實現。并且第2振蕩器的頻率設定原則也變得簡單。又，不僅可以按照最初輸入的信號中各頻道信號原來的排列順序(中心頻率從低到高)重新配置各頻道信號，而且可以完全該變其順序進行重新配置，這也可以通過設定各第2振蕩器的頻率簡單實現。這樣，在本發明的構成中，可以實現在輸入信號頻率的適應和輸出信號的排序上自由度都很高并且效率良好的設定。
這樣，依據本發明的構成，可以實現降低設計、制作上的難度和制造成本，并且柔軟性高的頻道信號配置的頻率變換以及重新配置。
權利要求
1.一種頻率變換裝置，是對具有給定頻帶寬度的多個要素信號按給定頻率間隔配置的外部輸入信號的頻率進行頻率變換的頻率變換裝置，其特征在于由與所述要素信號相同數量的頻率變換部和1個合成器構成，所述頻率變換部包括可以設定輸出信號頻率的第1以及第2振蕩器；通過將所述第1振蕩器的輸出信號和所述外部輸入信號混合輸出將所述外部輸入信號的頻率變換后的信號的第1混頻器；從所述第1混頻器的輸出信號中抽出給定頻帶信號的第1濾波器；通過將所述第2振蕩器的輸出信號和所述第1濾波器的輸出信號混合輸出將所述第1濾波器的輸出信號的頻率變換后的信號的第2混頻器；及從所述第2混頻器的輸出信號中抽出給定頻帶信號的第2濾波器，所述合成器將各個所述頻率變換部的第2濾波器的輸出信號合成后輸出，所述頻率變換部的各個所述第1以及第2振蕩器的輸出信號的頻率在所述頻率變換部相互之間按給定的頻率設定規則進行設定。
2.根據權利要求1所述的頻率變換裝置，其特征在于進一步包括頻率控制部，在所述頻率控制部中，所述頻率變換部的各個所述第1以及第2振蕩器的輸出信號的頻率按照上述給定頻率設定規則進行設定。
3.根據權利要求1所述的頻率變換裝置，其特征在于所述頻率變換部的各個所述第1濾波器的中心頻率相同。
4.根據權利要求3所述的頻率變換裝置，其特征在于假定各個所述頻率變換部的識別編號為i(0、1、2、…)，各個所述要素信號的識別編號為j(0、1、2、…)，在第i個所述頻率變換部中的所述第1以及第2振蕩器的輸出信號為fL1_i和fL2_i，在第i個所述頻率變換部中的所述第2濾波器的輸出信號的所希望的中心頻率為fy_i，在所述外部輸入信號中排列在第j個的所述要素信號的中心頻率為fx_j，所述給定的頻率設定規則由下式表示，fL1_i＝a+fx_jfL2_i＝fy_i-a式中，a為給定常數。
5.根據權利要求3所述的頻率變換裝置，其特征在于當在所述外部輸入信號中的各個所述要素信號的中心頻率間隔Wx為一定時，假定各個所述第2濾波器的輸出信號的中心頻率的所希望的一定間隔為Wy、各個所述頻率變換部的識別編號為i(0、1、2、…)，在第i個所述頻率變換部中的所述第1以及第2振蕩器的輸出信號為fL1_i和fL2_i，所述給定的頻率設定規則由下式表示，fL1_i＝a1+Wx×ifL2_i＝a2+Wy×i式中，a1、a2為給定常數。
6.根據權利要求5所述的頻率變換裝置，其特征在于各個所述要素信號的頻率帶寬為一定，各個所述第2濾波器的輸出信號的中心頻率的所希望的一定間隔Wy，與所述要素信號的頻率帶寬相等。
全文摘要
本發明公開了一種頻率變換裝置。它由多個包含通過第1振蕩器23的信號將輸入頻率信號x頻率變換的第1混頻器21、從該輸出信號中抽出1個要素信號的第1濾波器25、通過第2振蕩器24的信號將該輸出信號頻率變換的第2混頻器22、從該輸出信號中抽出1個要素信號的第2濾波器26的頻率變換部10所構成，第i個上述頻率變換部10中的上述第1以及第2振蕩器的頻率fL1_i、fL2_i設置成(fL1_i＝a+fx_j、fL2_i＝fy_i－a)。式中，fx_j表示包含在輸入頻率信號x中的第j個要素信號的中心頻率，fy_i表示要輸出的要素信號的所希望的中心頻率，a表示第1濾波器25的中心頻率。依據這樣的構成，可以將在輸入頻率信號中以給定的頻率間隔配置的多個要素信號在所希望的頻帶以所希望的頻率間隔重新配置。
文檔編號H03D7/00GK1419336SQ0215051
公開日2003年5月21日 申請日期2002年11月12日 優先權日2001年11月12日
發明者真鍋知多佳, 福本吉人 申請人:株式會社神戶制鋼所