直交ミキサの2方式 ゼロIFとLow IF

低エラー・レート広帯域SDR入門

直交ミキサにおける2つのIF変換方式

無線通信やSDR（Software Defined Radio）における直交ミキサには，大きく分けて2つのIF（中間周波数）変換方式があります． 従来から使われているのは「Low IF（ローIF）」と呼ばれる方式です． これは，受信したいRF信号に対して，離れた周波数のローカル信号を混合し，その差分をIF信号として取り出します． この際，実際には正と負の両方の周波数成分が発生しますが，アナログ段階では片側だけを扱います． A-D変換後に，ディジタル信号処理によってI/Q成分に変換する必要があります． 一方，「Zero IF（ゼロIF）」方式では，RF信号と同じ周波数のローカル信号を使用し，直接I/Q変調を行います． このとき，ローカル信号としては90°ずれた正弦波とコ正弦波の2種類を用意し，IチャネルとQチャネルに個別に掛け算することで，ベースバンドのI信号とQ信号を独立に抽出します．

Zero IF方式の利点

Zero IF方式は，Low IFに比べていくつかの技術的な利点があります． もっとも大きな点は，出力されるベースバンド信号の帯域が半分で済むことです． これは，I信号とQ信号がそれぞれ独立しているため，片側の帯域だけで情報を構成できるためです． この構成により，次のような利点があります．

1. A-Dコンバータの必要帯域が半分で済む
2. 高性能なADを使う場合でも，扱える帯域が広がる
3. 高シンボル・レートの復調に有利
4. 全体のシステム負荷を抑制できる

I/Q信号をアナログで処理するためには，直交成分の整合性や位相ずれといった固有の課題もあります． しかし，A-D変換後にディジタル信号処理を適用することで，これらの誤差を補償する設計も可能です．

〈著：ZEPマガジン〉

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著者紹介

• 1990年　無線通信機器メーカで設計開発．その後，計測器メーカでRF測定機器，半導体試験装置の設計開発
• 2017年　フリーランスエンジニアとして独立，無線通信機器やSDR機器の受託開発
• 2019年　株式会社ラジアンとして法人化，現在に至る

著書

1. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生［Vol.1　分散型マルチビーム無線機のハードウェア］，ZEPエンジニアリング．
2. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生［Vol.2　1エレメント1モジュール独立分散型の理由］，ZEPエンジニアリング．
3. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生［Vol.3　ソフトウェアによるマルチビーム制御の実験］，ZEPエンジニアリング．
4. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生［Vol.4　非接触共振カプラによるアレイ・チャネル拡張］，ZEPエンジニアリング．
5. ［Webinar/KIT/data］Arm M4/M7/DSP×500MHz！STM32H7ハイスペック計測通信Module開発，ZEPエンジニアリング．
6. 高感度受信！ソフトウェア無線機の心臓部“Root-Raised Cosine Filter”の設計，ZEPエンジニアリング．
7. 超長距離無線LoRaからローカル5Gまで！GNU Radio×USRPで作るソフトウェア無線機，ZEPエンジニアリング．
8. 自宅で設計・開発！USBミクスト・シグナル・アナライザ Analog Discovery Pro 3000 誕生，ZEPエンジニアリング．
9. 高精度基準搭載＆1GSPS広帯域！プロ用USBマルチ測定器 ADP5250誕生，ZEPエンジニアリング．
10. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.1]，ZEPエンジニアリング．
11. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.2]，ZEPエンジニアリング．
12. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.3]，ZEPエンジニアリング．
13. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.4]，ZEPエンジニアリング．
14. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.5]，ZEPエンジニアリング．
15. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.6]，ZEPエンジニアリング．
16. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.7]，ZEPエンジニアリング．
17. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.8]，ZEPエンジニアリング．
18. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.9]，ZEPエンジニアリング．
19. GNU Radio×USRPで作るソフトウェア無線機，ZEPエンジニアリング．
20. ［KIT］ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ MkⅡ【z-mmcon2】（mz-mmcon1後継機），ZEPエンジニアリング．
21. ［KIT］ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ【mz-mmcon1】（生産終了，後継機 z-mmcon2），ZEPエンジニアリング．
22. ［KIT］実験用28GHzミリ波パッチ・アンテナ【mz-mmant1】，ZEPエンジニアリング．
23. ［KIT］実験用800M～6GHz 広帯域90°ハイブリッド【mz-qhybrid】，ZEPエンジニアリング．
24. ［KIT］実験用27.5G-29.5GHzバンド・パス・フィルタ【mz-mmbpf1】，ZEPエンジニアリング．
25. ［VOD/KIT］GPSクロック・ジッタ・クリーナ【z-pptgen-on1】，ZEPエンジニアリング．

参考文献

1. ［VOD］MATLAB/Simulink×FPGAで作るUSBスペクトラム・アナライザ，ZEPエンジニアリング．
2. ［VOD/KIT］3GHzネットアナ付き！RF回路シミュレーション＆設計・測定入門，ZEPエンジニアリング．
3. ［VOD/KIT］3GHzネットアナ付き！初めてのIoT向け基板アンテナ設計，ZEPエンジニアリング．
4. ［VOD/KIT］初めてのソフトウェア無線＆信号処理プログラミング 基礎編/応用編，ZEPエンジニアリング．
5. ［VOD］Pythonで学ぶ マクスウェル方程式 【電場編】＋【磁場編】，ZEPエンジニアリング．