JP2000165146A - 送信機および移動局用変調器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好なＳＮ特性を有する変調器構造を提供す
ることにある。また、多くの周波数帯域で用いることの
できる小型の変調器構造を提供することにある。 【解決手段】 高ＳＮ比を有している変調器であって変
調器は、スイッチング装置および当該スイッチング装置
に結合されたドライバ装置を備えている。ドライバ装置
は、ドライバ構成部分および当該ドライバ構成部分の中
に低域フィルタ装置を備えていることを特徴とする。変
調器は、たとえば、各周波数バンドに対する個別のフィ
ルタなしでデュアル−バンド移動局の送信機に用いるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に変調器に関
する。とくに、本発明は、デュアル−バンドまたはトリ
プル−バンド移動局に最適な変調器構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】変調において搬送周波数は、無線信号を
用いて送信されるべきデータが、たとえば、搬送周波数
の位相または振幅の変化で搬送されるようにある一定の
方法で変調される。搬送波のどの特性が変調されかつど
のようにそれらが変調されるかという意味で異なる多く
の変調方法が存在する。搬送波の変調を実行する装置
は、変調器と呼ばれる。また、多くの型の変調器が存在
する。たとえば、直接変換変調器は、移動局で用いられ
うる。直接変換変調器では変調は、搬送周波数で直接的
に実行され、変調処理において中間周波数は存在しな
い。

【０００３】変調器の最も重要な特性は、線形性および
信号−雑音比（ＳＮ比）Ｓ／Ｎである。ＳＮ比は、送信
周波数領域（ＴＸ）におけるバックグラウンド雑音に対
する送信信号の比と、受信周波数領域（ＲＸ）において
発生する雑音に対する送信信号の比とを含む。適当なフ
ィルタを用いて変調された信号をフィルタすることによ
ってＲＸ周波数領域におけるＳＮ比を向上させることが
可能である。ＴＸ周波数領域におけるＳＮ比の向上は、
変調器の後では実行できない。

【０００４】通常、ＲＸ周波数領域でのフィルタリング
は、低域フィルタ、最も好ましくはパワー増幅の後の二
重フィルタを用いて行われる。表１は、ＧＳＭ（移動通
信用広域システム）、ＰＣＮ（個人通信ネットワーク）
およびＰＣＳ（個人通信システム）ネットワークについ
て規定された受信周波数バンドに対するＳＮ比リミット
を表わす。

【０００５】表においてＮ１００ｋＨｚは、１００ｋＨ
ｚの幅を有する周波数帯域での受信における送信機連鎖
によって発生される雑音レベルを規定する。雑音は、雑
音レベルが最大であるパワーレベルで測定される。この
パワーレベルは実際には最大送信パワーである。測定さ
れた雑音パワーレベルは、１００ｋＨｚ幅から１Ｈｚの
幅に正規化され、それによってレベルは、５０ｄＢだけ
減少しかつＮ１Ｈｚの列に示されている。そこで、測定
は、広帯域幅で実行されるが、それは、計算によってよ
り狭い帯域に正規化される。また、類似する送信機間の
個々の雑音レベル差が存在し、従って、上記レベルリミ
ットから減算される、３ｄＢｍのマージンが存在する。
Ｐ_outは、送信機の出力パワーである。Ｓ／Ｎは、最大
出力パワーと正規化された雑音との間の距離によって決
定される、搬送波周波数で発生されたＳＮ比（ｄＢｃ、
デシベルキャリヤ）であり、それにはマージンが加算さ
れる。

【０００６】

【表１】

【０００７】また、送信連鎖の変調器と受信機との間に
フィルタを配置することによって雑音をフィルタするこ
ともできる。

【０００８】図１は、無線信号における低域フィルタの
基本的な効果を示す。オリジナルの送信信号１は、変調
された中心周波数にわたる周波数ドメインに転写され
る。図１（ａ）は、変調されたがフィルタされていない
送信信号の最終結果２が、意図した送信領域ＴＸおよび
部分的に受信領域ＲＸの両方に拡張するということを示
す。図１（ｂ）は、フィルタ関数３でフィルタされる変
調された送信信号１の最終結果４が、意図した送信領域
ＴＸに主に拡張し、受信領域ＲＸ中の送信領域ＴＸの外
側にはほんの少しだけ拡張するということを示す。

【０００９】電気通信システムの統合マルチプリケータ
回路、特に、移動局で一般的に用いられる、ギルバート
セル（Gilbert cell）と呼ばれるものが以前から知られ
ている。マルチプリケータ回路は、たとえば、変調器、
ミキサおよび調整増幅器におけるような、統合されたＲ
Ｆ（無線周波数）および中間周波数区分に用いられる。

【００１０】二乗マルチプリケータのような、従来のマ
ルチプリケータは、二つの信号の和の二乗と差の二乗と
の差が信号の乗算を生成するような数式に基づく： （ｘ＋ｙ）²−（ｘ−ｙ）²＝４ｘｙ （１） ここで、ｘは第１の信号でありｙは第２の信号である。

【００１１】二乗は、たとえば、ドレイン電流がゲート
−ソース電圧の二乗に比例するようなＭＯＳ（金属酸化
膜半導体）トランジスタ（電界効果トランジスタ）によ
って実行される。また、マルチプリケータは、バイポー
ラトランジスタでも実現することができる。バイポーラ
トランジスタのコレクタ電流ｉｃは：

【００１２】

【数１】

【００１３】ここで、示されたパラメータは、バイポー
ラトランジスタの飽和電流Ｉｓ、ベース−エミッタ電圧
Ｖ_BE、および熱電圧Ｖ_Tである。指数関数は、ここでは
無限指数テーラー級数の最初の４項によって近似され
る：

【００１４】

【数２】

【００１５】ここで

【００１６】

【数３】

【００１７】であり、示されたパラメータはバイポーラ
トランジスタのベース−エミッタ電圧Ｖ_BEおよび熱電圧
Ｖ_Tである。

【００１８】ミキサは、４つの異なる位相のミキサの出
力が高調波妨害を均一にするために加算されるような二
重平衡構造を一般的に用いる。平衡化は、数学的に以下
のように表される： (ｘ＋ｙ)²＋(−ｘ−ｙ)²−(ｘ−ｙ)²−(−ｘ＋ｙ)²＝８ｘｙ （５） 指数テーラー級数の最初の４項が式に代入されると入力
信号の乗算が得られる：

【００１９】

【数４】

【００２０】出力信号を表している項に対して項ｘおよ
びｙを代入するときに最終的な数式は以下の形式で書く
ことができる：

【００２１】

【数５】

【００２２】図２は、たとえば、調整増幅器およびミキ
サのような、統合ＲＦおよび中間周波数セクションを実
現するために用いられるギルバートセルを示す。ギルバ
ートセルでは、二つの入力電圧が一つの出力電圧として
再帰する、換言すると出力における電圧差が入力におけ
る電圧差の乗算である。第１の電圧差は、端子Ｖｘ＋お
よびＶｘ−に接続され、それらから電圧がトランジスタ
Ｑ１およびＱ２のベースおよびトランジスタＱ４および
Ｑ５のベースにそれぞれ対応して供給される。他の電圧
差は、端子Ｖ_Y+およびＶ_Y-に接続され、それらから電圧
がトランジスタＱ３およびＱ６によって増幅される。ト
ランジスタＱ３およびＱ６は、抵抗ＲＥ１およびＲＥ２
を介して、バイアス電圧ＶＢＩＡＳによって制御されか
つ負動作電圧に接続される電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）Ｑ７に接続される。トランジスタＱ１およびＱ５
は、出力Ｖ_OUT+およびＶ_OUT-に接続されるＶ_x+およびＶ
_{x -}の正電圧差を増幅する。上記回路は、抵抗ＲＬ１およ
びＲＬ２を介して正動作電圧に接続される。トランジス
タＱ２およびＱ４は、出力Ｖ_OUT+およびＶ_OUT-に接続す
るＶ_{x -}およびＶ_{x +}の負電圧差を増幅する。

【００２３】図３は、直接変換変調器におけるスイッチ
トランジスタの回路装置を示す。スイッチトランジスタ
を備えている装置は、変調器のスイッチング装置または
スイッチングブロックとしばしば称される。局部発振器
による雑音は、大部分において平衡スイッチング装置、
たとえば、非常に類似する特性を有するトランジスタ対
を用いて除去することができる。

【００２４】図３は、直接変換変調器のスイッチトラン
ジスタＱ８、Ｑ９、Ｑ１０、Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ１３、
Ｑ１４およびＱ１５を示す。これらのトランジスタは、
４つの平衡トランジスタ対を形成する。局部発振器から
の４つの異なる位相信号ＬＯ ₀、ＬＯ₁₈₀、ＬＯ₉₀および
ＬＯ₂₇₀は、トランジスタに制御信号として供給され
る。逆位相を有する送信信号ＴＸＩ₀およびＴＸＩ₁₈₀並
びにそれらの補足信号（complement）ＴＸＱ₀およびＴ
ＸＱ₁₈₀はトランジスタのエミッタに供給される。出力
信号ＯＵＴ＋およびＯＵＴ−は、トランジスタコレクタ
で得られる。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】既知のデバイスにおけ
る問題は、二つまたは三つの周波数帯域で動作している
移動局、即ち、デュアル−バンドまたはトリプル−バン
ド移動局が、移動局においてあまりにも多くの空間を占
有する多くのフィルタを必要とするということである。
実際、このような方法において小型のＲＦセクションの
実現は、不可能であり、従ってフィルタリングを回避す
る傾向がある。しかしながら、フィルタリングを省略し
た場合、変調器は、特に高性能を有するものでなければ
ならない。

【００２６】既知のデバイスにおける更なる問題は、そ
れらが変調器と送信機との間に個別のフィルタを必要と
するということである。

【００２７】本発明の課題は、良好なＳＮ特性を有する
変調器構造を提供することにある。本発明の更なる課題
は、多くの周波数帯域で用いることだできる小型の変調
器構造を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、変
調信号に累積された雑音を変調器で最小化することによ
って達成される。

【００２９】本発明による変調器は、スイッチング装置
およびスイッチング装置に結合されたドライバ装置を備
えている変調器であり、該ドライバ装置は、ドライバ構
成部分およびドライバ構成部分の中で少なくとも一つの
低域フィルタ装置を備えている。

【００３０】本発明による移動局は、その変調器装置が
スイッチング装置およびスイッチング装置に結合された
ドライバ装置を備え、該ドライバ装置がドライバ装置部
分およびドライバ構成部分の中で少なくとも一つの低域
フィルタ装置を備えている、トランシーバを備えてい
る。

【００３１】変調器が受信機周波数領域にもたらす雑音
は、変調器のスイッチトランジスタの雑音、局所発振器
の雑音、および送信されるべき情報を搬送する信号の雑
音を含む。平衡変調器構造ではスイッチトランジスタに
よる雑音は、それが雑音における支配的構成部分ではな
いように減衰される。現今の最新のバイポーラトランジ
スタは、今日では通常充分に低い雑音レベルを有する。

【００３２】情報信号における雑音は、特に、直接変換
変調器において、支配的な要因でありうる。従って、可
能な雑音構成部分を、送信されるべき情報を搬送する信
号からフィルタすることは、有利である。本発明による
変調器では、このフィルタリングは、変調器で実行され
る。

【００３３】ここで、変調器は、情報信号、即ち、送信
されるべきデータを搬送する信号、および搬送波周波数
を有する信号が相互に作用する装置を表す。情報信号
は、変調器のドライバ装置に通常結合され、かつ局所発
振器からの信号はスイッチング装置に結合される。ドラ
イバおよびスイッチング装置は、情報信号が局部発振器
からの搬送波を変調するような方法で互いに結合され
る。本発明による変調器では、高周波数妨害を減少する
ための低域フィルタは、変調器のドライバ装置に組入れ
られる。

【００３４】一実施例では変調器は、直接変換型のもの
である。

【００３５】一実施例では低域フィルタは、変調器のマ
ルチプリケータ回路の電流ミラーに設けられている。

【００３６】一実施例では低域フィルタは、電流ミラー
における電流を転送（ミラー）するトランジスタ対のト
ランジスタ間に設けられ、それによって低域フィルタ
は、制御を提供するトランジスタと転送された電流を発
生するトランジスタとの間の信号経路をフィルタする。

【００３７】一実施例では低域フィルタは、抵抗が信号
経路と直列に接続されかつコンデンサが抵抗を超えた信
号の伝播方向に関して並列に、トランジスタ対の共通電
位に接続されるようなＲＣ低域濾波器によって形成され
る。

【００３８】一実施例ではトランジスタ対の共通電位
は、動作電圧の負電位に接続される。

【００３９】また、本発明は、高周波数妨害を減少する
ために送信機連鎖に低域フィルタを有する移動局に関す
る。本発明によれば低域フィルタは、送信機の直接変換
変調器に設けられている。

【００４０】

【発明の実施の形態】本発明は、添付した図面を参照し
て以下に詳細に説明する。なお、図１、図２および図３
は、従来の技術において説明した。

【００４１】

【実施例】図４は、本発明による変調器４００の概略図
である。変調器４００は、局部発振器が結合される（図
４の矢印４４１）スイッチング装置４１０を備えてい
る。それは、情報信号が結合される（図４の矢印４４
２）ドライバ装置４２０を更に備えている。変調信号、
即ち、情報信号により変調された搬送波は、変調器から
導かれる（矢印４４３）。

【００４２】図４では、局所発振器からの信号、情報信
号および変調信号は、一つの矢印でそれぞれ表されてい
る。実際の装置では、たとえば、局部発振器からの信号
は、通常異なる位相で変調器に結合される。同様に、情
報信号は、一つよりも多い入力点を用いて変調器に結合
されうるし、かつ変調信号は、多くの出力点を介して変
調器から取得されうる。また、ドライバおよびスイッチ
ング装置は、多くの点で互いに結合されうる。装置４１
０と４２０との間の図４の線は、ブロックが互いに結合
されることを概略的に示すだけである。それは、それら
が唯一の点で互いに結合しなければならないということ
を意味しない。

【００４３】ドライバ装置４２０は、ある一定のドライ
バ構成部分を備え、そして、これらの構成部分の他に、
本発明による変調器４００において、それは、フィルタ
装置４３０を備えている。この低域フィルタ装置は、情
報信号における雑音を大幅に除去するために用いられ
る。フィルタ装置は、集積回路の一部としてそれを構築
することが可能であることが好ましい。

【００４４】図５および図６は、本発明による直接変換
変調器の回路図における本発明に関する主要部分を示
す。図５では、逆位相を有する送信信号ＴＸＩ₀および
ＴＸＩ_{1 80}並びにそれらの補足信号（complement）ＴＸ
Ｑ₀およびＴＸＱ₁₈₀がバイアス電流Ｉ_BIASを介してどの
ように正動作電圧Ｖ＋と図６の電流ミラー７との間の接
続を制御するかを理解することができる。電流Ｉ
_BIASは、トランジスタＱ１６、Ｑ１７およびＱ１８の装
置を備えている電流ミラー５の支援で電流を制御する。
電流は、さらに抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４を介
し、かつ送信信号によって制御されるトランジスタＱ１
９、Ｑ２０、Ｑ２１およびＱ２２を備えている制御装置
６を介して電流ミラー７に供給される。そこで、送信信
号ＴＸＩ₀、ＴＸＩ₁₈₀、ＴＸＱ₀、およびＴＸＱ₁₈₀およ
びバイアス電流Ｉ_BIASは、電流ミラー７の支援で変調器
を制御する。図６の電流ミラー７におけるトランジスタ
は、図４のドライバ装置４２０におけるドライバ構成部
分の例を示す。

【００４５】低動作電圧および要求される高出力パワー
のために、変調器において出力ＯＵＴ＋、ＯＵＴ−と負
動作電位Ｖ−との間に直列のただ二つのトランジスタを
有している構成が理解できる。これら二つのトランジス
タは、スイッチトランジスタ８と電流ミラー７のトラン
ジスタである。

【００４６】送信信号ＴＸＩ₀、ＴＸＩ₁₈₀、ＴＸＱ₀、
ＴＸＱ₁₈₀およびバイアス電流Ｉ_BIASの高周波数雑音を
フィルタする本発明によるＲＣ低域フィルタ（ＲＣ、抵
抗−コンデンサ）は、トランジスタＱ２３、Ｑ２４、Ｑ
２５、Ｑ２６、Ｑ２７、Ｑ２８、Ｑ２９、Ｑ３０間の抵
抗Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８およびコンデンサＣ１、Ｃ
２、Ｃ３、Ｃ４によって形成された電流ミラー７に見ら
れる。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は、動作電圧
の負電位Ｖ−に接続されるか、または充分に低い雑音を
有する任意の電位に接続される。信号経路に関して、フ
ィルタは高いＳＮ比を得ることができるようにできるだ
け後方に設けられる。さもなければ、フィルタされてい
ない雑音が受信周波数範囲で混合されかつＳＮ比が減少
する。

【００４７】図７は、図６の電流ミラー７に設けられた
一つの電流ミラーの更に拘束されない装置を示す。電流
ミラーの制御トランジスタＱ２３とミラー電流発生トラ
ンジスタＱ２４の制御端子間に接続された直列抵抗Ｒ５
および、ミラー電流発生トランジスタＱ２４のゲートと
ドレインの間に接続された並列静電容量Ｃ１を備えてい
るＲＣフィルタ９が存在する。フィルタされた信号は、
ミラー電流を発生するトランジスタＱ２４に更に供給さ
れる。トランジスタＱ２３、Ｑ２４は電界効果トランジ
スタとして示されているがバイポーラトランジスタであ
ってもよい。図６では抵抗Ｒ５およびコンデンサＣ１
（およびそれらがどのように電流ミラーに接続される
か）は、図４のフィルタ装置４３０の例を示している。

【００４８】図８は、本発明を利用している移動局のあ
る部分を示す。移動局は、従来技術によるプロセッサ１
１、メモリ１２、ディスプレイ１３、キーボード１４、
およびマイクロホン１６Ａおよびスピーカ１６を有する
オーディオブロック１５を備えている。低域フィルタを
含む本発明による変調器は、トランシーバブロック１７
に設けられ、アンテナ１８に接続される。

【００４９】本発明は、示された実施例だけに限定され
るものではなく、多くの変更が特許請求の範囲によって
規定された発明中で可能である。本発明による移動局
は、あらゆるセルラシステムに関連する移動局でありう
る。

【００５０】

【発明の効果】本発明の効果は、要求される低域フィル
タを変調器に組み入れることができるということであ
る。低域フィルタは、情報信号が搬送波と混合される前
に情報信号による雑音を減衰する。従って、変調器に組
み入れられた低域フィルタは、従来用いられていたよう
な変調された信号のパワー増幅の後にかつ各周波数帯域
に対して個別に選択されるフィルタを置き換えることが
できる。

【００５１】本発明の更なる効果は、本発明による低域
フィルタで送信連鎖は、以前の解決策よりも良いＳＮ比
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】送信機および受信機の周波数領域における低域
フィルタの基本的効果を示す図である。

【図２】周知のギルバートセルを示す図である。

【図３】直接変換変調器のスイッチトランジスタの回路
構成を示す図である。

【図４】本発明による変調器の概略を示す図である。

【図５】本発明による直接変換変調器の回路図における
本発明に関する主要部分を示す図である。

【図６】本発明による直接変換変調器の回路図における
本発明に関する主要部分を示す図である。

【図７】本発明による直接変換変調器の電流ミラーを示
す図である。

【図８】本発明による移動局の重要な部分を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１１ プロセッサ １２ メモリ １３ ディスプレイ １４ キーボード １５ オーディオ １７ トランシーバ ４００ 変調器 ４１０ スイッチング装置 ４２０ ドライバ装置 ４３０ フィルタ装置 ４４２ 信号 ４４３ 出力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シモ ムルトヤルビ フィンランド共和国、フィン−24260 サ ロ、ハアパチエ ８ (72)発明者 マルクス ペッテルソン フィンランド共和国、フィン−20500 ツ ルク、ケロンソイッタヤンカツ 12 セー 58

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチング装置および当該スイッチン
   グ装置に結合されたドライバ装置を備え、前記ドライバ
   装置は、ドライバ構成部分および当該ドライバ構成部分
   の中に低域フィルタ装置を備えていることを特徴とする
   変調器。
2. 【請求項２】 前記ドライバ装置は、電流ミラーを備え
   かつ当該電流ミラーは、低域フィルタ装置を備えること
   を特徴とする請求項１記載の変調器。
3. 【請求項３】 前記低域フィルタ装置は、抵抗素子およ
   びコンデンサ素子を備えていることを特徴とする請求項
   ２記載の変調器。
4. 【請求項４】 前記抵抗素子は、電流ミラーの２つのト
   ランジスタ素子の制御端子間に結合し、前記コンデンサ
   素子は、一方の前記制御端子を前記トランジスタ素子の
   ある特定の他の端子に結合することを特徴とする請求項
   ３記載の変調器。
5. 【請求項５】 前記抵抗素子は、２つのトランジスタの
   ベース間に結合し、前記コンデンサ素子は、一方の前記
   ベースを前記トランジスタのエミッタに結合することを
   特徴とする請求項４記載の変調器。
6. 【請求項６】 前記抵抗素子は、２つの電界効果トラン
   ジスタのゲート間に結合し、前記コンデンサ素子は、一
   方の前記ゲートを前記電界効果トランジスタのドレイン
   に結合することを特徴とする請求項４記載の変調器。
7. 【請求項７】 送信されるべきデータを通信する入力を
   更に備え、前記電流ミラーの制御側は、トランジスタ素
   子を介して前記入力に結合されることを特徴とする請求
   項２記載の変調器。
8. 【請求項８】 前記変調器は、直接変換変調器であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の変調器。
9. 【請求項９】 その変調器装置がスイッチング装置およ
   び当該スイッチング装置に結合されたドライバ装置を備
   えているトランシーバを備え、前記ドライバ装置は、ド
   ライバ構成部分および当該ドライバ構成部分の中に少な
   くとも一つの低域フィルタ装置を備えていることを特徴
   とする移動局。