JP2001358607A - 送受信ユニット - Google Patents
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Abstract
可変の周波数間隔をもつFDDに適しており、エネルギ
ー消費が少なくしかも高度に集積可能な送受信ユニット
を提供する。 【解決手段】 UMTSシステムで使用するための送受
信ユニットが設けられている。このユニットは、受信側
では0〜0.5MHzの範囲の中間周波数をもち、送信
側では190MHzの中間周波数をもつ。これによれば
FDD,TDDならびに可変のデュプレックス周波数を
もつFDDによる動作が可能となる。1つのネットワー
ク業者が僅かな帯域幅しか利用できないとき、第1の混
合器と第2の混合器M1,M2のためにただ1つの局部
発振器LO1しか必要としないよう、エネルギーを節約
したかたちで作動させることができる。この場合、送信
側の190MHzという中間周波数を+/−5または+
/−10MHzだけずらすことができる。
Description
(トランシーバ)に関する。
ムGSM Global System for MobileCommunication は
技術的および経済的理由から、第3世代の移動通信シス
テムに取って代わられる。そのシステムはヨーロッパで
はUMTS Universal MobileTelecomunications Syste
m という名前で知られており、国際的にはIMT−20
00 International Mobile Telecommunication System
2000 として知られている。UMTSもしくはIMT−
2000によって、GSMよりも格段に高いデータ伝送
容量が実現されることになるし、また、各国に広まる規
格になるはずである。
は全二重システムと呼ばれる。また、送信と受信を同時
に行えなくても、両方のフェーズ間の切り替えが加入者
に気づかれずに行われる場合にも、全二重の性能をもつ
システムという言葉が使われる。ここでは基礎を成す2
つのデュプレックス方式を区別する。すなわち、適切に
分離されたそれぞれ異なる周波数帯域で送信と受信が行
われる周波数分割デュプレックス(Frequency Division
Duplex, FDD)と、両方の伝送方向がそれぞれ異なる時
間位置において分離される時分割デュプレックス(Time
Division Duplex, TDD)である。
の送信をアップリンクと称し、基地局または固定局から
移動局への伝送をダウンリンクと称する。
等しい。一定のデュプレックス周波数をもつFDDのた
めに、UMTSでは190MHzのデュプレックス周波
数が設定されている。
TSではこれに加えて、可変のデュプレックス周波数を
もつFDDも計画されており、この周波数を134.8
と245.2MHzの間におくことができる。この場
合、デュプレックス周波数として、送信周波数と受信周
波数の周波数間隔が表される。
に2つの周波数帯域が設定されており、すなわち190
0から1920MHzまでの周波数帯域と2010から
2025MHzまでの周波数帯域が設定されている。
やFDDにおいて一般的である2つのチャネル相互間の
固定的な対応づけ、つまりそれぞれ1つのアップリンク
チャネルと1つのダウンリンクチャネル相互間の固定的
な対応づけに対し、可変の周波数によるFDDによれば
非対称のデータ伝送が可能であり、これによればたとえ
ば2つのダウンリンクチャネルを1つのアップリンクチ
ャネルと組み合わせることができる。
合、380Mzの送信中間周波数と190MHzの受信
中間周波数が一般的である。しかしながら380MHz
の中間周波数はUMTSの場合、約2GHzになるよう
混合により高めなければならず、これにより必要とされ
る局部発振器周波数が、約2.4GHz付近にある周知
のISM(Industrial Scientific and Medical)帯域
に入ることになる。とはいえこの帯域は、ワイヤレスの
周辺機器インタフェースを形成するためのいわゆる Blu
etooth 規格において利用される。送受信ユニットをも
つ移動電話に Bluetooth インタフェースを集積できる
ようにすべきであることから、380Mzの中間周波数
を利用すると妨害が予期されるであろう。
ロジェクト Gigahertz-Radio-Frontend-Projekt GIRAFE
によれば、UMTSシステムのために0MHzの中間
周波数をもつ受信機が提案されている。これについては
インターネットのサイト http://www.at.infowin.org/a
cts/analysys/concertation/mobility/girafe.htm を参
照されたい。
プレックス方式FDD,TDDならびに可変の周波数間
隔をもつFDDに適しており、エネルギー消費が少なく
しかも高度に集積可能な送受信ユニットを提供すること
にある。
は、デュプレックスユニットが設けられており、該デュ
プレックスユニットはアンテナに接続可能であって送信
分岐を受信分岐と分離し、第1の混合器が設けられてお
り、該第1の混合器は、入力側で受信分岐と接続され、
かつ第1の局部発振器と接続され、出力側で受信中間周
波経路と接続されており、第2の混合器が設けられてお
り、該第2の混合器は出力側で送信分岐と接続され、入
力側で送信中間周波経路と接続され、かつ局部発振器と
接続されており、前記受信中間周波経路の中間周波数は
0〜0.5MHzの範囲内にあり、前記送信中間周波経
路の中間周波数は180MHz〜200MHzの範囲内
にあることにより解決される。
ぐ近くにある190MHzの受信中間周波数を用いた既
存のIMT−2000トランシーバのコンセプトとは異
なり、0〜0.5MHzの範囲内の受信中間周波数を用
いた本発明による装置の利点は、テレビジョン伝送周波
数の入力結合の可能性が少なくされていることである。
非常に高い受信感度をもつUMTS受信機の場合、この
ことは格別に重要である。受信機において0〜0.5M
Hzの範囲の中間周波数が設定されているので、エネル
ギー消費が僅かである。0〜0.5MHzの範囲内の中
間周波数をもつ受信機であれば影像周波数フィルタは不
要である。これにより送受信ユニットの構造が簡単にな
る。また、0〜0.5MHzの範囲内の受信中間周波数
によって、他の移動無線システムの統合に関して最大限
のフレキシビリティが得られる。AC結合の許可されて
いるCDMA(Code Division Multiple Access)加入
者分離を使用すれば、一般に0MHz中間周波受信機に
付随するDCオフセットの問題が大幅に抑えられる。さ
らに、送受信ユニットに第1の局部発振器を統合するこ
とで、局部発振器における自己混合の問題が低減され
る。全般的にいえば本発明による装置により、統合に関
して最大限の性能が実現される。
10MHzの送信中間周波数により、IMT−2000
のために知られている380MHzとは異なりエネルギ
ー消費が著しく僅かになる。送受信ユニットは移動無線
の場合には通常、非常に小さく軽くなければならない移
動電話機に組み込まれるので、このような特徴は格別に
有利である。可変の周波数間隔をもつFDDにおいて、
190MHzからの周波数間隔の偏差が+/−10MH
zよりも小さいかまたはそれと等しいならば、1つの共
通の第1の局部発振器によって、受信機中間周波数への
受信周波数の変換も送信周波数への送信中間周波数の変
換も行うことができる。これにより、送受信ユニットの
エネルギー消費および所要スペースならびに妨害信号が
さらに抑圧される。
ーク業者が存在しており、それらのネットワーク業者の
もとでネットワークもしくは伝送チャネルの既存の帯域
幅を分割しなければならないため、UMTSシステムに
おいて個々のネットワーク業者に15MHzの帯域幅し
か与えられないことが想定できる。したがって可変のデ
ュプレックス間隔をもつFDDの場合、デュプレックス
周波数は190MHz+/−5MHzもしくは+/−1
0MHzに制限されている。それゆえ、送信中間周波数
を180または185または190または195または
200MHzとなるよう変化させるのが有利である。こ
の場合、第1の局部発振器もしくは電圧制御発振器だけ
が、制限された帯域幅しか利用できないネットワーク業
者に対し可変のデュプレックス周波数をもつ周波数デュ
プレックス方式の要求を与えることができる。これによ
り、僅かな電力消費および僅かな数の妨害信号で可変の
デュプレックス周波数をもつFDD動作が実現される。
替スイッチが設けられており、これによって第1の局部
発振器と別の局部発振器との間で切り替えを行うことが
できる。一定のデュプレックス周波数からごく僅かしか
隔たっていない可変のデュプレックス周波数によるFD
D動作のためには、第1の混合器および第2の混合器と
接続されているただ1つの第1の局部発振器によるエネ
ルギー節約モードで十分である。しかし134.8〜2
45.2MHzという可変の周波数間隔をもつFDDの
スペクトル全体を利用し尽くそうというのであるなら
ば、第2の混合器を別の局部発振器に切り替えることが
できる。ほぼすぐ近くに位置する発振器周波数をもつ2
つの局部発振器の動作や送受信ユニットの非線形性によ
り引き起こされる望ましくない信号を防ぐ目的で、別の
局部発振器は送受信ユニットの送信周波数よりも下に位
置する発振器周波数をもつようにすべきである。これに
より別の局部発振器が第1の局部発振器と干渉状態に陥
らず、それによって両方の局部発振器を1つの共通のI
C上に集積することができる。
信中間周波経路および受信中間周波経路に接続されてい
るベースバンドユニットがディジタル混合器を有してお
り、この混合器は200KHzのステップでずらすこと
ができる。このディジタル混合器は、190MHzとい
う一定のデュプレックス周波数からの偏差として+/−
200もしくは+/−400KHzの周波数補正を行
う。この2段階調整による解決手段の利点は、高周波位
相制御回路を1MHzのステップで第1の局部発振器お
よび別の局部発振器をはたらかせることができることで
ある。これにより位相制御回路における位相ジッタの増
倍が抑えられ、その結果、位相検出器もしくは電荷ポン
プに対する要求を緩和することができ、つまりはエネル
ギー消費を抑えることができる。たとえば1MHzのス
テップであれば、位相ジッタの増倍がファクタ20 *
log(5)だけ低減される。しかもこれにより位相制
御回路の切り替えをいっそう迅速に行うことができる。
また、ディジタル混合器におけるスイッチング時間は位
相制御回路と比べて格段に短いことから、UMTSシス
テムにおける周波数サーチにかかる時間が低減される。
さらに位相制御回路における容量を小さくすることがで
きるので、それにより集積にあたり付加的な利点が得ら
れる。UMTS仕様の変湖により100KHzの周波数
ステップが必要とされるべきである場合には、それをデ
ィジタル混合器において位相制御回路よりも容易に実装
することができる。
されている。次に、図面を参照しながら2つの実施例に
基づき本発明について詳しく説明する。
た送受信ユニットが示されており、これは送受信アンテ
ナAと接続されている。このような高周波レベルにおい
て、デュプレックスユニットは送信分岐Tと受信分岐R
を分離している。受信分岐RはローノイズプリアンプL
NAを有しており、これは調整可能に構成されている。
受信分岐Rは第1の混合器M1に接続されており、これ
は第3のスイッチSW3を介して第1の局部発振器LO
1と接続されている。
部発振器信号と混合されて中間周波数レベルに下げられ
る。第1の混合器M1には受信中間周波経路RIが接続
されており、この経路には調整可能に設計された増幅器
V3が設けられている。そしてこの受信中間周波経路に
は、アナログ/ディジタルコンバータADならびに第1
のディジタル混合器DM1がつながっている。これは、
200KHzのパターンで受信中間周波経路RIにおい
て周波数をずらすために用いられる。一般にトランシー
バ内に設けられているその他のコンポーネントたとえば
音声復号装置は、図1には示されていない。
有しており、これは第2の混合器M2に接続されてい
る。第2の混合器M2に接続されている送信中間周波経
路TIは中間周波信号を有することができ、これが局部
発振器信号と混合されて所望の送信周波数が形成され
る。送信中間周波経路TIはバンドパスフィルタBPを
有しており、これは190MHzの送信機における中間
周波数であれば190MHzの中心周波数を有する。こ
の場合、バンドパスフィルタBPの通過帯域は180M
Hzから200MHzとなる。第2の局部発振器LO2
は第3の混合器M3と接続されており、そこには中間周
波経路TIが接続されている。さらに第3の混合器M3
がディジタル/アナログコンバータDAと接続されてお
り、これには200KHzのステップで送信ベースバン
ド周波数をずらすための第2のディジタル混合器DM2
が接続されている。さらに第2の発振器周波数を用いて
ベースバンド信号を混合して中間周波数レベルに高める
ために、第3の混合器M3が使われる。
1,DM2は、ベースバンドにおいて自動周波数制御
(automatic frequency control, AFC)のためにも用い
られる。このためディジタル混合器によって、0.1H
zから混合器の半分のクロック周波数までのどのような
周波数でも調整することができる。UMTS仕様によれ
ば送信および受信のために、200KHzの周波数パタ
ーンが示されている。局部発振器LO1,LO1′,L
O2内に配置されている1MHzのステップ幅をもつシ
ンセサイザと共働して、+/−200KHzまたは+/
−400KHzだけディジタル混合器をずらすことによ
り、有利には各UMTS周波数を200KHzのパター
ンで調整することができる。
周波数から大きな偏差をもつ可変のデュプレックス周波
数を用いたFDD動作のために、第2の混合器M2と第
1の局部発振器との接続を別の局部発振器LO1′へ切
り替える目的で、第1の切替スイッチSW1が設けられ
ている。また、第3のスイッチSW3によって、第1の
混合器M1を第1の局部発振器LO1から第2の局部発
振器LO2へ切り替えることができる。これは殊にTD
D受信のために有利である。それというのもこの場合、
第1の局部発振器と別の局部発振器LO1,LO1′の
周波数は必要とされるTDD受信中間周波数と著しく異
なるからであり、他方、TDD受信周波数は第2の局部
発振器の周波数範囲と重なり合うからであり、これはそ
の周波数範囲が送信中間周波数の7倍に相応し、TDD
受信周波数の2倍の周波数を第2の局部発振器LO2の
周波数と係数3との乗算により生成可能なときである。
FDDもしくはTDDによる送信とTDDの受信は同時
には行われないので、第2の局部発振器は両方の動作方
式をサポートすることができる。第1の局部発振器LO
1,第2の局部発振器LO2および別の局部発振器LO
1′は、共通の基準発振器XOと接続されている。既述
の装置構成のもつ利点は、各局部発振器がただ1つの小
さい調整範囲をもっていればよいことである。これによ
り位相ジッタ、感度、基板ノイズならびに応答に関して
改善されるようになる。
域をカバーするネットワークが確保されず、また、それ
と同時に既存のGSMネットワークがほとんど全域にわ
たりサービスを提供しているので、UMTS受信が劣化
したときにUMTSトランシーバがGSMチャネルのア
ベイラビリティならびに品質を監視できるのが有利であ
る。この目的で特別な動作方式いわゆるスロットモード
slotted mode が設けられている。これは伝送時に時間
的な中断を有しており、その期間中にGSMチャネルを
監視することができる。伝送レートを一定に保持するた
めには中断前にデータを圧縮する必要がある。このため
いわゆる圧縮モード compressed modeが設けられてい
る。しかしこのモードによってネット容量が低減され
る。GSM−1800チャネルを監視するためにスロッ
トモードが設けられている一方、GSM−900チャネ
ルの監視つまりGSM受信をUMTS送信と同時に行う
ことができる。このようなUMTS送信のために第1の
局部発振器と第2の局部発振器LO1,LO2が用いら
れ、他方、同時に別の局部発振器LO1′がGSM受信
に使われる。この目的で第4のスイッチSW4が設けら
れており、これによって別の局部発振器LO1′をGS
Mトランシーバにつなげることができる。
波数範囲(MHz、第3〜4行目)ならびに個々の送信
動作モードおよび受信動作モード(第1列目)の記載さ
れた表を示す。ここでXはアクティブな局部発振器を意
味する。また、Txは送信(Transmit)を、Rxは受信
(Receive)を表す。
作モードにおける第2の局部発振器LO2の周波数範囲
は、180〜200MHzまでの範囲内にある送信中間
周波数の7倍に対応する。また、動作モードTDD受信
のための第2の局部発振器LO2の周波数範囲は、FD
D動作モードにおける第2の局部発振器LO2の周波数
範囲における第3高調波の領域に位置する。GSM−9
00のために、つまり900MHz帯域におけるGSM
システムのために、925〜960MHzならびに4倍
の周波数の受信帯域において3700〜3840MHz
の局部発振器周波数が必要とされる。また、GSM−1
800つまり1800MHz帯域におけるGSMシステ
ムのために、1805〜1880MHzおよび2倍の周
波数の受信帯域において、3610〜3760MHzの
局部発振器周波数が必要とされる。
ュプレックス、一定のデュプレックス周波数をもつ周波
数デュプレックスによる動作、さらに可変のデュプレッ
クス周波数をもつ周波数デュプレックスによる動作が可
能なことである。0〜0.5MHzの範囲内にある受信
中間周波数と190MHzの送信中間周波数によって、
簡単な構造ならびに高い集積度が得られる。周知のIM
T−2000トランシーバよりも低い送受信中間周波数
ならびにただ1つの局部発振器LO1だけによって可能
な動作により、僅かなエネルギー消費が確保される。
第2の実施例が示されており、これは周波数分波器DU
PとスイッチSW2を有している。送信フィルタと受信
フィルタの適切な選択により周波数分波器DUPは、第
1のローノイズプリアンプLNA1へ供給されるFDD
ダウンリンク帯域をFDDアップリンク帯域およびTD
D帯域から分離する。TDD動作における送信と受信の
分離は第2のスイッチSW2において行われる。第2の
ローノイズプリアンプは、TDD受信における増幅のた
めに用いられる。これらのローノイズプリアンプLNA
1,LNA2に後置接続されたバンドパスフィルタBP
1,BP2は、それらに後置接続された増幅器V1,V
2と同様、個々の受信周波数帯域に整合されている。受
信周波数を0MHzの中間周波数へ変換するために2つ
の第1の混合器M1,M1′が設けられており、それら
の混合器にはそれぞれ1つのローパスフィルタTP1,
TP1′が後置接続されている。第1の混合器M1,M
1′には半分にされた第1の局部発振器周波数LO1が
供給され、これは第1の局部発振器LO1において生成
され増幅器V6において増幅される。
2′の後置接続された付加的な増幅器V3,V3′が設
けられており、そこにおいて比較器DCによりDCオフ
セット補償が実行されるが、それらの付加的な増幅器V
3,V3′を介してアナログ/ディジタルコンバータA
D,AD′へ中間周波信号が供給される。このようなD
Cオフセット補償に対する代案としてAC結合も可能で
ある。送信側TにおいてデュプレックスユニットDEに
方向フィルタFIが接続されており、これには調整可能
な電力増幅器PAならびにバンドパスフィルタBP5が
前置接続されている。さらにそれらには制御増幅器AG
C2が前置接続されている。
2の混合器M2が接続されており、これは局部発振器周
波数を利用して送信中間周波数を混合し、そのつど望ま
れる送信周波数を形成する。第1のスイッチSW1は、
2で分周を行う分周器V5を介して第2の混合器M2へ
供給される発振器周波数を、第1の局部発振器LO1と
別の局部発振器LO1′との間で切り替えることができ
る。第2の混合器M2には第3の混合器M3,M3′が
前置接続されており、これらの混合器はディジタル/ア
ナログ変換器DA,DA′とローパスフィルタTP3,
TP3′において準備された信号を第2の局所発振器L
O2を用いて混合して高め、送信中間周波数を形成す
る。第2の混合器M2と第3の混合器M3との間の送信
中間周波経路TIには増幅器V4、バンドパスフィルタ
BP3、ならびに制御増幅器AGC1が設けられてい
る。局部発振器LO1,LO1′,LO2は、それぞれ
1つの位相制御回路PLL1,PLL1′,PLL2な
らびに電圧制御発振器VCO,VCO1′,VCO2を
有している。
って、一定のデュプレックス周波数による周波数デュプ
レックス、可変のデュプレックス周波数による周波数デ
ュプレックスならびに時分割デュプレックスが実現され
る。UMTSシステムにおいてたとえば15MHzとい
う僅かな帯域幅がネットワーク業者に与えられている場
合、本発明による送受信ユニットによればエネルギーを
節約するかたちで可変のデュプレックス周波数によるF
DD動作を、第1および第2の混合器M1,M2に接続
されているただ1つの第1の局部発振器LO1を用いる
だけで行うことができる。また、既述の回路構成によっ
て高い密度の集積が実現される。
ロック図である。
を示す図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 送受信ユニットにおいて、 デュプレックスユニット(DE)が設けられており、該
デュプレックスユニット(DE)はアンテナ(A)に接
続可能であって送信分岐(T)を受信分岐(R)と分離
し、 第1の混合器(M1)が設けられており、該第1の混合
器(M1)は、入力側で受信分岐(R)と接続され、か
つ第1の局部発振器(LO1)と接続され、出力側で受
信中間周波経路(RI)と接続されており、 第2の混合器(M2)が設けられており、該第2の混合
器は出力側で送信分岐(T)と接続され、入力側で送信
中間周波経路(TI)と接続され、かつ局部発振器(L
O1,LO1′)と接続されており、 前記受信中間周波経路(RI)の中間周波数は0〜0.
5MHzの範囲内にあり、 前記送信中間周波経路(TI)の中間周波数は180M
Hz〜200MHzの範囲内にあることを特徴とする、 送受信ユニット。 - 【請求項2】 送信中間周波数経路(TI)の中間周波
数は180MHzまたは185MHzまたは189.6
MHzまたは189.8MHzまたは190MHzまた
は190.2MHzまたは190.4MHzまたは19
5MHzまたは200MHzである、請求項1記載の送
受信ユニット。 - 【請求項3】 第2の混合器(M2)は第1の局部発振
器(LO1)と接続されている、請求項1または2記載
の送受信ユニット。 - 【請求項4】 第2の混合器(M2)に第1の切替スイ
ッチ(SW1)が接続されており、該切替スイッチ(S
W1)は第1の局部発振器(LO1)および別の局部発
振器(LO1′)と接続されている、請求項1または2
記載の送受信ユニット。 - 【請求項5】 第2の混合器(M2)に第3の混合器
(M3)が接続されており、該第3の混合器(M3)は
ディジタル/アナログコンバータ(DA)および第2の
局部発振器(LO2)と接続されている、請求項1から
4のいずれか1項記載の送受信ユニット。 - 【請求項6】 前記局部発振器(LO1,LO1′,L
O2)はそれぞれ1つの電圧制御発振器(VCO1,V
CO1′,VCO2)および位相制御回路(PLL1,
PLL1′,PLL2)を有している、請求項1から5
のいずれか1項記載の送受信ユニット。 - 【請求項7】 両方の中間周波経路(TI,RI)はベ
ースバンドユニットに接続されており、該ベースバンド
ユニットはディジタル混合器を有しており、該ディジタ
ル混合器は200KHzのステップでずらすことができ
る、請求項1から6のいずれか1項記載の送受信ユニッ
ト。 - 【請求項8】 送受信ユニットはUMTSトランシーバ
であり、該UMTSトランシーバのデュプレックスユニ
ット(DE)は周波数分波器(DUP)および第2のス
イッチ(SW2)を有している、請求項1から7のいず
れか1項記載の送受信ユニット。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP00108465.6 | 2000-04-18 | ||
EP00108465A EP1148654A1 (de) | 2000-04-18 | 2000-04-18 | Sende- und Empfangseinheit |
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