JP2001502496A - ディジタルまたはアナログ変調用2モード無線電話装置 - Google Patents

ディジタルまたはアナログ変調用2モード無線電話装置

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JP2001502496A JP10518380A JP51838098A JP2001502496A JP 2001502496 A JP2001502496 A JP 2001502496A JP 10518380 A JP10518380 A JP 10518380A JP 51838098 A JP51838098 A JP 51838098A JP 2001502496 A JP2001502496 A JP 2001502496A
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Abstract

(57)【要約】 アナログモードまたはディジタルモードで動作可能な2モード無線電話。代表的実施例によれば、ディジタルモードまたはアナログモードで送信される音声信号が入力され、同相(I)および直交(Q)変調信号がディジタル信号プロセッサによって生成される。IおよびQ信号はディジタル変調信号生成のため、直交変調器に供給され、またアナログ変調信号生成のため、アナログ変調器に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】 ディジタルまたはアナログ変調用2モード無線電話装置 発明の分野 本発明は一般に送信信号に情報を搬送させるため、ディジタルおよびアナログ 変調の双方が可能な無線送信機、特に周波数変調または直交変調を利用するセル ラー電話等のパーソナル携帯通信機に関するものである。 発明の背景 全体的に引用として本申請書に包含される1992年10月27日出願の米国 特許出願第07/967,027号において、ディジタル情報送信モードおよび アナログ送信モードを持つ2モード無線機が記載されている。ディジタルまたは アナログモードの変調は、まず所望の被変調信号ベクトルを表す同相(I)信号 および直交(Q)信号が計算され、そのIおよびQ信号がIおよびQ用のD/A コンバータを経て直交変調器に供給されることによって行なわれる。 ケーヒル(Cahill)に付与された米国特許第5,020,076号に開 示されたハイブリッド変調装置では、ディジタル変調モードの場合、直交変調器 にI、Q変調が適用され、アナログ変調モードの場合、フェーズロックループへ のアナログ変調波送出によって信号が生成され、その信号が一定のI、Q信号で バイアスされたI、Q変調器へ直接入力される。 ケーヒルの方法に必要なアナログ変調波を生成するためには、ディジタル変調 用のディジタル信号プロセッサを用いてアナログ変調波の標本化ディジタル表示 を求め、I用D/Aコンバータ、Q用コンバータの一方または双方を用いてその ディジタル表示を所望のアナログ変調波に変換することが望ましい。 また、ケーヒルの方法ではアナログ変調には好ましくないディジタル変調周波 数が生じることがあるため、アナログ変調時には、固定バイアスされたI、Q変 調器に被変調信号を通すケーヒルの方法を避けたほうがよい。 発明の概要 本発明は2モードで動作可能な無線電話等の送受信機に関するものである。第 1のモードにおいて、送信信号はディジタル情報で変調される。具体的には、実 部波形すなわち同相波(I)および虚部波形すなわち直交波形(Q)を持つ標本 化ディジタル表示がディジタル信号プロセッサによって算出される。 それぞれIおよびQ用のD/Aコンバータにおける変換処理の後、IおよびQ 信号は直交変調器によって中間無線信号に乗せられる。中間無線周波数はその後 、無線電話受信機からの局部発振信号によって所望の送信周波数にアップコンバ ートされる。 第2のモードでは、送信信号はアナログ信号で変調される。具体的には、ディ ジタル信号プロセッサがアナログ変調信号の標本化ディジタル表示を計算するこ とによってアナログ信号が形成される。標本化ディジタル表示は、I用D/Aコ ンバータ、Q用D/Aコンバータの一方または双方によってアナログ波形に変換 された後、アナログ変調器に入力され、そこで第2中間周波数のアナログ変調無 線信号が生成される。その後、この第2中間周波信号は無線電話受信機からの局 部発振信号にしたがって所望の送信周波数に変換される。 好ましい実施例において、ディジタル変調およびアナログ変調は、信号の位相 角のみを変化させる定包絡線変調を採用する。所望の角度変調を所望の送信周波 数に変換する場合、電圧制御発振器によって所望の送信周波数を生成し、その信 号と受信機からの局部発振信号を混合することによって中間周波数を生成するこ とが好ましい。この中間周波信号は変調された基準信号または変調されていない 基準信号と位相が比較され、その結果として生成されるフィードバック信号によ って発振器が所望角変調波に追従するように制御される。 フィードバックループの帯域幅は、基準信号のディジタル変調に従うか、又は 電圧制御発振器に適用されるアナログ変調に従わないかの何れか選択された変調 モードに従って調整される。 図面の簡単な説明 本発明の理解を深めるため、好ましい実施例の詳細説明において下記の付図を 参照する。ここで、同じ参照符号は同じ要素を示す。 図1は本発明による代表的2モード無線電話のブロック図。 図2は図1の無線電話用として適切な代表的直交変調器のブロック図。 図3は図1の無線電話の周波数割当表を示すブロック図。 図4は図1の無線電話用として適切な代表的アップコンバージョン回路のブロ ック図。 図5は図1の無線電話用として適切な代替直交変調器のブロック図。 好ましい実施例の詳細説明 図1は本発明の代表的実施例による2モード無線電話を示している。図1の2 モード電話機は、第1周波数バンド使用時にはアナログ変調、また第2周波数バ ンド使用時にはディジタル変調という選択的動作に適している。例えば、第1周 波数バンドはアナログ変調が米国ΛMPS規格に準拠する800MHzセルラー バンドとし、そして第2周波数バンドは最近FCCによって認可され、GSM規 格のディジタル変調を採用した1900MHzのPCSバンドとすることが可能 である。 2バンド800/1900MHzアンテナ10は両周波数バンドで動作する。 信号はバンド分離フィルタ11によって、800MHzのAMPSバンド用のダ イプレクサフィルタ12と、1900MHzバンド用の送受(T/R)切換スイ ッチ13との方向に分離される。この動作はタイムデュプレックス方式が好まし い。ダイプレサフィルタ12およびT/Rスイッチ13からの出力信号は受信機 前段14に入力され、そこで適切な中間周波数にダウンコンバートされる。中間 周波信号は中間周波プロセッサ16において濾波された後、増幅される。その後 、この信号はDSP17においてディジタル信号処理のためにディジタル化する ことが可能である。その場合、引用として本明細書に包含される米国特許第5, 048,059号記載のログポーラディジタル化法が適している。前段14は、 ダウンコンバージョン用に周波数混合を行なうための局部発振器を1つ以上含み 、送信器15で使用される1つ以上の局部発振信号を出力する。局部発振信号の 周波数は、選択されたチャンネル周波数にしたがってプログラム制御可能な周波 数シンセサイザ18によって制御される。このシンセサイザは、引用として本明 細書に包含される米国特許第5,095,288号および第5,180,993 号にしたがって動作することが好ましく、また、引用として本明細書に包含され る1996年10月22日付け米国特許第5,569,513号(Harte、 Dent、Croft、Solveに付与)記載のスタンバイ電力節減機能を実 施するために電源投入後またはチャンネル変更後の即時同期機能を持つことが好 ましい。シンセサイザ18には、送信器15に接続された送信中間周波制御回路 を設けることも可能である。 送信機15はアナログおよびディジタル周波数バンドの送信電力を出力する。 これら出力はダイプレクサフィルタ12またはT/Rスイッチ13を介してアン テナ10に供給される。タイムデュプレックスとして周知の交互手順でTDMA 信号バーストの送、受信いずれかを行なうため、T/Rスイッチ13はDPS/ 制御プロセッサ17によって制御される。送信機15はまた、DSP17からI 波接続部19aまたはQ波接続部19bを介して、それぞれアナログ変調波また はディジタル変調波を入力する。 平行I信号が送信機15に入力されるのが好ましい。同様に、Q波変調接続部1 に入力されるのが好ましい。これら信号は例えば、米国特許出願第07/967 ,027号の一部継続出願であり、また本明細書に引用として全体的に包含され る米国特許第5,530,722号(1994年9月14日出願、デント)に記 載されるI、Q変調器で生成されることが好ましい。米国特許第5,530,7 22号は、標本化I/Q波を数値表現するバイナリ語ストリームと、シングルビ ットサンプルおよびその補数の高ビットレートストリームとから平行I/Q信号 を生成するためにディジタルコンバータの使用法を開示しており、その方法にお いて、所望のIまたはQ値はストリーム内のバイナリ0に対するバイナリ1の個 数比で表される。この方法では、アナログ波形およびその反転は、D/A変換器 を追加することなく、低域フィルタによって簡単に復元することができる。 送信機15に入力された平衡アナログI、Q波はI変調器15aおよびQ変調 器15bを備えた直交変調器に供給され、それぞれの変調器によって中間送信周 波数TXIFのコサイン波およびサイン波が生成される。I、Q変調器は送信機 15内で動作することが好ましいが、コサイン/サインTXIF信号の生成は送 信機15または受信機16のいずれで行なわれても良い。これについては図3に したがって詳細に後述する。 出願番号第07/967,027号に記載されているように、平衡I、Q波は ディジタル送信モードではディジタル変調情報、アナログモードではアナログ周 波数変調情報を表している。なお、アナログモードは音声振幅変動のダイナミッ クレンジを圧縮によって狭くする米国AMPS規格あるいは、英国ETACSや 北欧NMTを含むあらゆるFMセルラー規格に適合する。 本発明によれば、DSP17からのI、Q変調線19a、19bを利用する代 替アナログモードが可能であって、この場合、アナログ変調はI、Q変調器では なく、別の変調器で行なわれる。図1に示す代表的実施例において、アナログ変 調器はシンセサイザ18からのフェーズロックフィードバック信号と、アナログ 変調入力線15cから供給されたI、Q信号の一方(ここではI信号とする)と をループフィルタ15d内で混合する。I信号の使用は任意であって、そのほか にI信号、Q信号の一方または双方、あるいは、これらすべてをフェーズロック フィードバック信号と混合しても、アナログ周波数変調を行なうことができる。 周波数変調の選択も任意であって、振幅変調にすることも可能である。本発明の 原理を一般化して図2に示す。 図2から分るように、ディジタル変調波の標本化I、Q数値表示またはアナロ グ変調波の数値表示を算出するためのディジタル信号プロセッサ論理回路20が DSP17に設けられている。算出結果はD/Aコンバータ21a、21bの少 なくとも一方に供給され、その入力は高ビットレートのデルタシグマ変調信号に 変換された後、上記引用出願記載の平衡ローパスフィルタ22a、22bの一方 で濾波される。D/A変換後の平衡信号波は、ディジタル変調モードに適する中 間周波数TXIF(D)または第1送信周波数のコサイン波およびサイン波をそ れぞれ変調する平衡変調器27a、27bに供給される。ディジタル変調モード は、GSMモードにすることが可能であって、その場合1900MHzのPSC バンドでタイムデュプレックスTDMAを使った送信時に、ディジタル音声のビ ットレートすなわち占有送信帯域幅がスピーチエンコーダーによって圧縮される 。なお、GSMモードでの変調は270〜833キロビット/秒で行なうことが できる。 最初に直交変調器25によってディジタル変調波が中間送信周波数で生成され る場合、その信号はアップコンバータによって最終的に希望する送信周波数に変 換される。GMSKのような定振幅変調形式では、信号位相のみが変調されて出 力周波数に変換されるが、この動作は図4に関して後述するフェーズロックルー プによって行なわれる。 図2に示されるように、アナログ変調用希望周波数TXIF(A)のアナログ 変調信号を生成するため、D/Aコンバータ21a、21bから出力されるI、 Q信号は選択/結合ユニット24を介してアナログ変調器26に供給することも できる。TXIF(A)は希望の送信周波数または送信中間周波数とすることが できるが、後者の場合は図4に関して後述する方法で希望送信周波数にアップコ 器26との問のハードワイヤー接続とすることが可能であるが、代替法として、 く、あるいは少し複雑になるがアナログ変調波の粗部を表すI信号と、理想波形 に対する粗表示の誤差を表すQ信号とを混合すれば量子化ノイズを減らすことが できる。また、希望の変調を行なうために個別のI、Q信号を混合する方法とし て、周波数シンセサイザの2点周波数変調を行なうことが可能であり、その場合 、I、Q信号の一方で電圧制御発振器(VCO)を変調するとともに、上記信号 によるVCOの変調をループが修正するのを妨げる方向にVCOを制御するため に他方の信号をシンセサイザループに供給する。また、アナログ変調信号生成の ためにI、Q信号を使用するもう一つの方法として、I、Q波の一方で信号の周 波数変調を行ない、他方の信号で送信振幅を決定することができる。 1つ以上のI、Q信号選択する方法、また直交変調器25をバイパスしてアナ ログ変調を行なうためにI、Q信号を組合せる方法、これらはすべて本発明にお いて実施可能である。 図3は本発明の実施例による2バンド2モード装置用の代表的周波数プランを 示している。本発明を更に拡張するため、なるべく多くの部品を両バンドおよび 両モードで併用することで経済的な設計になっている。特に、2周波数アンテナ (図1の10)、シンセサイザ18、IF増幅器16などは両モード共用とする ことが好ましい。 第1局部発振周波数の生成および送信周波数の生成に単一のシンセサイザ18 を共用する際に問題になるのは、ディジタル変調モードとアナログ変調モードと の間、あるいは800MHzセルラーバンドと1900MHzのPCSバンドと の間でデュプレックススペーシング(送受信周波数対間の周波数差)が必ずしも 等しくないことである。シンセサイザ18は受信チャンネル周波数Frxより所 望の第1中間周波数IF1だけ(例えば)高い局部発振周波数(L01)を生成 する。同一バンド(800MHzまたは1900MHz)での動作時に同一のL 01値を用いて送信周波数を生成しようとすれば、装置は希望の送信チャンネル 周波数Ftxを生成するためにL01をTXIF(AまたはD)だけオフセット する手段を備える必要がある。これは下記から明らかである。 Ftx=L01−TXIF Frx=L01−IF1 したがって、 デュプレックススペーシング=Frx−Ftx=TXIF−IFI または TXIF=IF1+デュプレックススペーシング となる。 両モードにおいて実質的に同一の周波数IF1を使用し、デュプレックススペ ーシングが異なるならば、一方のモードでのTXIF(A)は他方のモードでの TXIF(D)と同一にならない。これは両モードの変調に同一のI、Q変調器 を共用することの妨げになる。その理由は、TXIF(A)およびTXIF(D )の両周波数で良好に動作するI、Q変調器の製作が難しいためである。実際の デュプレックススペーシングは800MHzバンドで45MHz、1900MH zバンドで80MHzである。したがって、同一のIF1を使用すると、TXI F(A)とTXIF(D)の差は約80−45=35MHzになる。両バンド、 両モードにおいて異なるIF1を使用せずに同一のTXIFを使用するように設 計することも、もちろん可能である。しかし、その場合、受信経路に共通部品を 使用することの妨げになり、コスト増とともに構成が複雑になる。好ましい 構成として、両モードで同一またはそれに近いIF1値を使用すれば、TXIF (A)およびTXIF(D)を個別に適応させることにより、所望のデュプレッ クススペーシングが得られる。このような構成は、ディジタル変調用の直交変調 器で使用するTXIF(D)と異なるTXIF(A)を使用してアナログ変調を 行なう経済的な方法を提供する本発明によって容易に実現することができる。 図3は13MHz基準周波数に基づいた好ましい周波数プランを示している。 13MHzは1900MHzバンドにおいてGSMビットレート(13MHz/ 48)およびGSMチャンネルスペーシング(13MHz/65)を導くための 基本である。800MHzバンドにおいて30kHzチャンネルステップを得る ためには、シンセサイザ18の基準周波数は30kHzの整数倍にしなければな らず、さらに、前記包含米国特許5,180,993号によるフラクショナルN 法(fractional−N technique)を用いてチャンネル変更 時間短縮化および低位相ノイズ化を図るためには8×30kHzの整数倍にする 必要がある。13MHzは30kHz、240kHzのいずれの整数倍でもない が、この問題は周波数逓倍器31によって基準発振器30からの周波数を6倍し て、240kHzの325倍である78MHzを得ることで解決される。78M Hzは第2局部発振周波数であって、これは選択された第1IF周波数72MH zの信号を第2混合器33で混合して第2中間周波数6MHzにする際に便利で ある。この6MHz信号はIF34において増幅、濾波後、DSP17へ出力さ れ、ディジタル化などの処理が行なわれる。6MHz用第2中間周波フィルタを 選択すれば、その周波数の既製品フィルタが使用可能であるが、その他の適切な 周波数を使用することもできる。 タイムデュプレックスTDMAディジタルモード(1900MHzのGSM) では、デュプレックススペーシングが80MHzであって、IF1(=72MH z)+80MHz、すなわち152MHzに等しいTXIF(D)を必要とする 。第2局部発振信号L02を78MHzから156MHzへと2倍にすることに より、適切なTXIF(D)が得られる。送受信が同時に行なわれることはない ので、152MHzと156MHzの差4MHzは許容範囲である。したがって 、高速スイッチングシンセサイザ18を使用して、送信時と受信時のL01 値を4MHz分だけ変更してもよい。そのための便利な方法はディジタルモード でシンセサイザ18が使用する位相比較基準値を1MHzとすることであり、こ の値は基準分周器40が78MHz信号を78分周することによって得られる。 次に、フラクショナルNシンセサイザ回路41が5で補間を行なうことによって 希望通りGSMの200kHzステップが得られる。アナログモードでは、まず 基準分周器40が78kHzを325分周し、次にフラクショナルNシンセサイ ザ41が8で補間することによって30kHzステップが得られる。 78MHzおよび156MHzを生成するための周波数逓倍器には、所望周波 数で動作する発振器の周波数を6分周または12分周するフェーズロックループ を使用することが可能であり、そこで生成された13MHz信号と発振器30か らの13MHz信号を比較することにより、発振器周波数を所望の倍数に制御す るためのフィードバック制御信号が生成される。例えば、156MHz信号は上 記方法で生成され、78MHz信号は12分周回路の中間2分周出力から得られ る。 ディジタルモードでは、コサイン波およびサイン波を生成する直交ネットワー ク28を備えたIQ変調器25によって156MHz信号がディジタル情報で変 調される。その後、このTXIF(D)(=156MHz)の変調波は定包絡線 変調に適用可能な方法、すなわち所望の出力周波数で電圧制御発振器54を動作 させることによって送信電力増幅器55を駆動する方法で所望の1900MHz バンドにアップコンバートされる。電圧制御発振器54からの出力信号は、送信 バースト中に前記のように4MHzだけ偏移した受信局部発振信号L01と混合 される。この信号は低域フィルタ51を通過して、その周波数はTXIF(D) になり、その後、直交変調器25から出力される周波数TXIF(D)のI、Q 変調信号との位相比較が比較器25によって行なわれる。比較器25は位相エラ ー信号を生成し、その信号が積分回路を含むループフィルタ53にかけられ、制 御信号としてVCO54に供給され、変調器25によるTXIF(D)に対する 変調に追従する位相制御が行なわれる。このようにして、送信周波数の位相変調 が行なわれる。 しかしアナログモードでは、IF1として72.06MHzが選択される。こ のアナログモード用IF1の選択はディジタルモード用とほぼ同じであるが、I F1として72MHzあるいは71.94MHzを選択することも可能である。 フィルタ帯域幅が十分に広く、5.94MHzや6MHzまたは6.06MHz をも包含するから、アナログモードとディジタルモード間の僅か60kHzのI F1の差によって6MHzのIF増幅器34の使用を否定することはできない。 800MHzバンドでのデュプレックススペーシングは45MHzであるので 、TXIF(A)は72.06+45=117.06MHzとなる。これは60 kHzの整数倍(×1951)であって、基準分周器40を主シンセサイザ41 と共用する補助シンセサイザ43によって簡単に生成することができる。この補 助シンセサイザによって240kHzの基準信号を更に4分周して所望の60k Hz基準信号を生成し、その周波数でTXIF(A)の1951分周信号との位 相比較を行なうことができる。 800MHzセルラーバンドの希望送信周波数で動作する発振器64は電力増 幅器65を駆動するとともに、混合器62に接続され、その混合器において80 0MHzバンド受信用の適切な周波数で動作する受信局部発振周波数L01との 混合が行なわれる。117.06MHzのこの混合信号は低域フィルタ61を介 して補助シンセサイザ43に供給され、そこで60kHzへの1951分周およ び60kHz基準信号との位相比較が行なわれることによって位相エラー信号が 生成される。位相エラー信号はループフィルタ63による濾波、積分の後、選択 されたIまたはQ、あるいはそれらの合成信号および所望のアナログ周波数変調 波に加算され、発振器64用の制御信号が生成される。この制御信号は発振器6 4の周波数を所望送信チャンネル周波数に制限して発振器64を所望周波数変調 波で変調する。 図3には個別の混合器52および62、低域フィルタ51および61、電力増 幅器55および56が示されているが、単純化するため、これらすべての対また は一部の対を纏めることも可能である。例えば、混合器52および62は一つに 纏めることが可能であって、発振器54か発振器64のどちらで駆動されるかに よって、いずれかが選択される。次に、アナログモード用のIF1として前述の 値の代わりに72MHzが選択されたとすれば、TXIF(A)の値は117 MHzとなり、これは1950×60kHzまたは975×120kHzに等し い。したがって、補助シンセサイザでの位相比較周波数として120kHzを選 ぶことができる。また、117MHzは基準水晶発振周波数13MHzの9倍で あって、156MHzのTXIF(D)と同じ方法で生成することができる。し たがって、117MHzおよび156MHzの双方で動作する直交変調器とアナ ログモード用のI、Q変調器を併用することも適切な選択と言える。しかし、広 帯域I、Q変調器の製作は簡単ではなく、またコストもかかるので、本発明の代 表的実施例では補助シンセサイザループに供給する従来のアナログ変調信号とし て1つ以上のD/A変換I、Q信号を使用する。位相変調または周波数変調信号 を制御するためにシンセサイザループを使用する場合、60kHzまたは120 kHzで位相比較器に達する変調量を減らすために、ループ内で大きな除数(1 950)を設定することが好ましい。その理由は、変調に起因する大きい位相エ ラー信号が変調周波数応答の歪または送検出器の非線形性による非線形歪の原因 となるからである。 以上のように図3の代表的周波数プランはアナログ変調モード用のIF1およ びTXIF(A)の値について一定の選択範囲を持っている。アナログモードで IF1を72.06MHzまたは71.94MHzに選択すると、ディジタルモ ードでも有利な場合がある。ディジタルGSM規格によれば、セルラー網はブロ ードキャスト制御チャンネル(BCCH)の一部として周波数補正バーストまた は周波数補正チャンネル(FCH)と呼ばれる特殊信号を発信する。FHCは非 変調TDMAバーストである。更に詳しく云えば、このバーストは、ガウシアン ミニマムシフトキーイング変調(GSMK)に基づいてビットレート1/4でオ フセットされたCW搬送波を生成するすべて“1”または“0”のパターンで変 調されている。ビットレートが13MHz/48(270.833KB/s)で あるので、周波数は+67.708kHzでオフセットされる。この周波数は、 受信局部発振周波数L01が受信周波数Frxより高ければ、符号変更によって 第1中間周波数に変換される。FCHバーストはオフセット周波数を中心周波数 とする図3のフィルタ38のような狭帯域フィルタによって容易に検出される。 フィルタ38の帯域幅はアナログモードに適する±15kHzが選択されるので 、 ディジタルモードでのFCHバースト検出にも、ほぼ適切な帯域幅である。ただ し、フィルタ38の中心周波数として、FCH周波数72.067708MHz のとき72.06MHz、またFCH周波数71.932292MHzのとき7 1.94MHzがそれぞれ選択される。+7.708kHzの誤差はフィルタ帯 域±15kHzに収まり、DSP17で検出される。DSP17は7.708k Hzの誤差を補正して、検出前に更に帯域を縮小する。検出は狭帯域フィルタの 出力信号エネルギを監視しながら、その出力信号エネルギがFCHバースト周期 外のエネルギと比較して所定のFCHバースト繰り返しレートで増加するか否か を判定することによって行なうことができる。すべての可能な周期タイミングを 調べることが可能である。粗TDMA網を設定するため、狭帯域エネルギが著し く増加するタイミングが利用され、その他の信号およびメッセージ内容がBCC H信号から検索される。 図4は中間送信周波数TXIF(A)またはTXIF(D)から800MHz または1900MHzバンドの最終的な送信周波数へのアップコンバージョン手 順を示している。 平衡型のI変調器27aおよびQ変調器27bを含む直交変調器25はバッフ ァー86および87を介して供給される直交VCO84からのコサインおよびサ イン出力によって駆動される。バッファー85からの出力は12分周回路81、 83にも供給される。この分周回路は中間で2分周の78MHz出力をバッファ ー82経由でIF増幅器16に接続する。この78MHz出力はIF増幅器16 の第2ダウンコンバート混合器で使用される。なお、このIF増幅器はイメージ リジェクション型が好ましい。イメージリジェクション混合器は78MHzのコ サインおよびサイン入力波形を必要とするが、これは156MHz波形の半周期 だけ遅れた2分周出力78MHzを生成することによって156MHz信号から 容易に得られる。図4には本実施例に使用されるその他の部品は含まれていない が、適切な部品について当業者には明らかであろう。 78MHzは6分周回路81から13kHzとして出力され、これは基準水晶 発振周波数と同じ周波数であって、バイポーラー電流ミラー出力を持つ位相比較 器80によって比較される。比較器80から出力される位相エラー信号は位相エ ラーに比例する電流信号であって、純受動ループフィルタ部品88によって低域 濾波、積分される。上記処理後のエラー信号はQVCO84を所望の周波数15 6kHzに制御するためにフィードバックされる。そのループはディジタルTD MΛ受信タイムスロットおよびディジタル送信タイムスロット期間、あるいはア ナログ受信期間に限ってQVCO全体と制御ループが動作状態になるようにして バッテリー消費を減らすため、高速のパワーアップおよびパワーダウンが可能な 高速ロックタイムの2次サーボとすることが好ましい。アナログ制御チャンネル 受信時のデューティーファクター、すなわち装置の受信スタンバイ時間は周知の バッテリー電力節減法によって最小限にすることができる。 変調器27a、27bの出力は低域フィルタ51を介して加算され、位相検出 器50に供給され、混合器52、62における受信局部発振周波数のダウンコン バージョンによって送信電力増幅器55から得られた信号とGMSK変調信号が 比較される。図4は前述のように両周波数バンドに共通の一部部品を纏める本発 明の特徴を示している。混合器52、62は単一の混合器にまとめられ、入力バ ッファー521、621のイネーブル入力によって信号源が選択される。190 0MHzバンドで送信する場合、DSP17からの信号EN1900によってバ ッファー521が動作し、カプラ552が抽出した1900MHz送信信号のサ ンプルが混合器522へ送られる。あるいは、EN800が生成されたときは、 800MHz信号のサンプルが混合器522へ送られる。選択された送信信号周 波数を所望の送信周波数TXIF(A)〜TXIF(D)に変換するため、2バ ンド前段14からの局部発振信号はその生成源で選択され、選択されたバンドに 適する信号が送出される。変換された信号出力は複合型低域フィルタ51、61 を通過した後、2出力バッファー81を経て位相検出器50および補助シンセサ イザ回路43に供給される。なお、この補助シンセサイザは分周器90、基準分 周器91、位相検出器92で構成される。 1900MHz送信動作が選択された場合、直交変調器25および位相検出器 50が電源投入される。位相検出器50は156MHzの変調信号TXIF(D )の位相とバッファー89からの出力を比較し、位相エラーに比例する電流信号 を生成する。その電流は純受動フィルタ部品53によって濾波され、積分さ れる。電源投入時からのフェーズロック時間はTDMAバースト送信の最後に前 回のチャンネル周波数に対するフィルタキャパシタ電圧をDSP/制御プロセッ サ17内のルックアップテーブルに保存することによって短縮される。 先にディジタル化、記憶された電圧値が読み出され、D/A変換され、主積分 器キャパシタ531に供給され、キャパシタが前回と同じ周波数のTDMAバー ストの送信直前にほぼ正しい電圧にプレチャージされることにより、リロック時 間が短縮される。ループがロックされると、ループフィルタ53で形成される閉 ループ帯域幅は十分に広くなり、送信信号サンプルの位相は直交変調器25から のGMSK信号の位相に追従するように制御される。 800MHz送信が選択された場合、バッファー89からの出力はプログラム 式分周器90によって1951分周された後、分周器40の240kHz出力を 分周器91で4分周して得られる60kHzの基準信号と比較される。この60 kHzの2信号を位相検出器92で比較すると、平均値が位相エラーに比例する エラー電流信号が得られる。この信号を受動ループフィルタ63で低域濾波、積 分することにより、800MHzバンドの送信用VCO64の制御信号を生成す ることが可能である。受動ループフィルタ63はDSP17からの平衡I信号 ってアナログ変調を行なうための選択例を示している。この場合、DSP17か 調を表す和または平均値として選択される。フェーズロックループフィルタは変 調信号をVCO64へ通すことによって位相変調または周波数変調を行なう。こ の変調は位相検出器92からのフィードバック信号の影響を受けやすいが、その 傾向は分周器90によって減らすことができる。しかし、最も低い変調周波数で の変調の場合、部分的に影響を受けやすいので、DSP17でのD/A変換前に 低変調周波数を増幅する必要性が高くなる。DSP17のディジタル領域でフィ ルタ動作と増幅動作との組合せは、プリエンファシスを含めた、アナログ周波数 変調に望まれる総合変調周波数応答を実現するためのものである。 一つの構成例PA65において、発振器64および混合器62はガリウム砒素 (GaAs)集積回路を用いた単体ユニットとして構成され、55、54、52 は別のGaAs集積回路で形成される。これら2個のGaAs回路は単一の2バ ンド用GaAs集積回路として組み込むことも可能である。 ディジタルモードでは、ループフィルタ53はディジタル変調に追従し得るだ けの十分広い閉ループ伝達関数が得られるように設計することが好ましい。アナ ログモードでは、ループによるアナログ変調の補正を避けるためにループフィル タ63の帯域を狭くすることが好ましい。具体的には、ループ積分フィルタ53 、63で特性の修正を行なうことにより、所望の角度変調波が出力周波数の発振 器に送られる一方、他の周波数のノイズ、特に受信周波数バンドのノイズが抑制 される。約10kHz以下の所望変調成分のみを含むAMPS変調用として第1 のループフィルタ特性が採用され、150kHz以下の所望成分を含むGSM2 70.833KB/SのGMSK用として第2のループフィルタ特性が採用され る。GSMの場合の広帯域ループフィルタ特性は、回路の動作開始後、数十マイ クロ秒でVCOが所望の角度信号に正確に追従し得る程度に、TDMAバースト の初期フェーズロックが迅速に行なわれる。したがって、このフェーズロック回 路はTDMAフレームの受信部分では電力節減のため電源を切り、フレームの送 信部分の直前に電源を入れることができる。 本発明ではバーストの終わりにループフィルタ積分器の電圧を測定し、チャン ネル周波数に対応する電圧数値をマイクロプロセッサのメモリに記憶させるため にA/Dコンバータを使用する。後で同一チャンネル周波数を選択する場合、例 えばTDMAフレームの受信部分またはアイドル部分で、電圧値を読み出し、D /Aコンバータに供給することによってループ積分器のキャパシタのプリチャー ジが行なわれる。フレームの送信部分の直前にループ積分器キャパシタとのD/ A接続がオープン(トライステート)にされ、閉ループ制御による発振器制御電 圧の微調整を行なうために位相エラー信号が利用される。送信後、微調整済み電 圧を読み出し、メモリの値を書き換えることにより、連続的な校正が可能になる 。この特徴は位相同期の迅速化に利用可能であり、また、任意の周波数で送信が 行 なわれる度に周波数に対するループ圧値を記録することによってアナログFMモ ードでも使用可能である。 前記ケーヒルの開示に対する代替実施例を図5に示す。この場合の制御プロセ 信号を平衡63aで濾波することにより、変調器27aを駆動する第1平衡濾波 合せループ53、63へ入力されるコモンモード濾波信号I”とが得られる。デ ィ成することによって平衡モード信号が抑制される。その結果、変調器27aの公 ログモードの出力によって、117MHzのQVCO信号がQ変調器27bに入 る。また、モードの選択がディジタルかアナログかによって基準分周器40およ び補助分周器43は異なる値にプログラムされる。 アナログ変調とI、Q変調をほぼ同時に行なうようにDSP17をプログラム すればケーヒルの方法を改良することが可能になる。このモードでは、所望アナ ループにおいて周波数または位相角を変調する。所望の角変調の低周波成分は、 ループのフィードバック動作から影響を受け易いので、所望の低周波位相変調信 号の平衡部分を生成することにより、ループの外部で適用する。この方法ではゼ ンモード部分と併用することにより、周波数変調VCO84の精度を高めること ができる。一般に、I信号が所望の平衡(奇数モード)波と不平衡(偶数モー の和の1/2および差の1/2をそれぞれ表す。 以上、分周比の選択について述べた。ディジタルモードで6および12の低分 周比を選択すると、QVCO84の周波数を156MHzに制御するために高ル ープ帯域になる。アナログモードで1300および1951の高分周比を選択す ると、QVCO84の周波数を117.06MHzに制御するために低ループ帯 域になる。例えば出願番号第07/967,027号の2モード電話を実施する ために同一周波数バンドでのアナログおよびディジタル変調を希望する場合、適 切な分周比を選択し、ループフィルタ53、63を周知の方法で設計することに より、同一の中間送信周波数(例えば117MHz)でも異なるループ帯域が得 られる。この場合、ディジタルモードの変調は純粋な位相変調とはならず、振幅 変調が含まれるので、アップコンバータ100は最終送信周波数用の線形アップ コンバータとし、電力増幅器551は線形増幅器とする。 GSMおよびAMPSに使用される定振幅変調用電力増幅器はD−AMPSに 使用される可変振幅変調の場合に比べて条件が厳しくないので、送信器の観点か らはGSMおよびAMPS規格を組合せた2モード電話にすることが好ましい。 一方、AMPSおよびGSMは30kHz、200kHzのそれぞれ異なるチャ ンネル帯域およびスペーシングを使用する。従来技術によれば、受信機の観点か らは両モードで同一帯域を使用することが好ましい。本出願で開示される2モー ド電話の新規構成によれば、ディジタルおよびアナログ変調の2バンドまたは単 バンドの低コスト送信器が、GSM、AMPS、D−AMPS受信用の広帯域、 狭帯域両用フィルタとともに実現する。 本発明はまた、統合的関連を持たない帯域またはビットレートを使用する2つ の異なる規格で動作する無線送受信器、例えばディジタルセルラー電話やパーソ ナル無線通信機などの構成を容易にする。 代表的構成において、GSMおよびAMPS信号用無線受信機は周波数39M Hzの基準クロックを備えており、この周波数を144分周することによって2 70.833KS/Sの第1サンプリングレートを生成、あるいは150分周す ることによって260KS/Sの第2サンプリングレートを生成する。GSM( ディジタル)信号の受信時、受信信号は適切な手段(デカルト座標又は対数座標 Cartesian or Logpolar)によって第1サンプリング レートでディジタル化され、また、AMPS信号(アナログ)の受信時には、受 信信号は第2サンプリングレートでディジタル化される。第2レート(260K S/S)でサンプリングされたアナログ信号ストリームは、受信機の通過帯域を AMPSモードに適する値まで狭くするために、ディジタル的に濾波される。そ れと同時に、AMPS用の信号レート10KB/Sの倍数であり、標本化ディジ タル(PCM)音声の処理用基準音声レート8KB/Sの倍数でもあって都合の 良い80kHzへダウンサンプリングすることによって、サンプリングレートが 下げられる。 ディジタルフィルタにおけるダウンサンプリングとは、出力サンプリングレー トが入力サンプリングレートの約数である場合のこととして知られている。前述 の応用例では、入力サンプリングレートの約数ではない出力サンプリングレート 、例えば80:260や4:13が好ましい。本発明は一般的に、ディジタルダ ウンサンプリングフィルタにおいてM個の入力サンプル毎にN個の出力サンプル を計数する手段を提供する。 代表的実施例によれば、本発明の方法はM個の入力サンプル毎にN個の出力サ ンプルを計数するために適するフィルタ係数セットをそれぞれ備えたN個のディ ジタルフィルタ、例えばFIRフィルタを使用する。上記係数は、連続するフィ ルタで計数された出力サンプルによって、M個の入力サンプルの各周期に亘って 等間隔の連続するN個の時間間隔で濾波信号値が表されるように選択される。代 表例において、それぞれが20kHzレートで出力サンプルを生成する4個のフ ィルタに対して、260KS/Sの入力サンプリングレートが適用される。そし て、4つの20kHzストリームは多重化されて80kHzストリームとなり、 次の処理によって10KB/Sのマンチェスター(Manchester)符号 化周波数変調信号データまたは8KB/SのPCM音声が抽出され、それをPC MCODEC回路でD/A変換することによってアナログ音声波が生成され、受 話器に送られる。 当業者には明らかと思うが、添付「請求の範囲」に規定された発明の趣旨およ び範囲から逸脱することなく上記各実施例に変更を加えることが可能である。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成10年10月7日(1998.10.7) 【補正内容】 10.請求項9において、前記出力サンプリングレートが前記第2サンプリング レートの約数に等しくない前記無線送受信機。 11.請求項9において、M個の入力サンプルに対して1個の出力サンプルを算 出するために、それぞれ関連するフィルタ係数セットを持つN個のディジタルフ ィルタを設けた前記無線送受信機。 12.請求項11において、連続するフィルタで計数された出力サンプルによっ て、M個の入力サンプルの各周期に亘って等間隔の連続するN個の時間間隔で濾 波信号値が表されるように、前記フィルタ係数を選択した前記無線送受信機。 13.帯域圧縮ディジタル音声信号または振幅圧縮アナログ音声信号を選択的に 送信する無線送受信機であって、 アナログ音声信号を入力する入力端と、アナログ音声信号を表す数値サンプル のサンプルストリームを出力する出力端とを備えたアナログディジタル変換手段 と、 前記サンプルストリームを入力する入力端と、同相変調信号Iおよび直交変調 信号Qを出力する1つ以上の出力端とを備えたディジタル信号処理手段であって 、少なくとも1つの前記出力端でサンプルストリームを、帯域圧縮符号化ディジ タル音声信号と、帯域圧縮ディジタル音声信号のディジタルベクトル変調を表す IおよびQサンプルストリーム、またはアナログ音声信号の振幅圧縮形を表す数 値ストリームとに変換する前記ディジタル信号処理手段と、 前記IおよびQサンプルストリームを対応のIおよびQアナログ変調波に変換 するディジタルアナログ変換手段と、 帯域圧縮ディジタル音声信号を送信するため、前記ディジタルアナログ変換手 段に接続され、前記IおよびQアナログ変調波で搬送波周波数をベクトル変調す る直交変調手段と、 振幅圧縮アナログ音声信号を送信するため、前記ディジタルアナログ変換手段 に接続され、前記IおよびQアナログ変調波の少なくとも一方で搬送波周波数の アナログ変調を行なうアナログ変調手段とを有する前記無線送受信機。
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. ディジタルモードではディジタル変調信号、アナログモードではアナログ 変調信号を選択的に送信する無線送受信器であって、 情報信号を入力する入力端と、同相変調信号Iを出力する第1出力端と、直角 変調信号Qを出力する第2出力端とを備えたディジタル信号処理手段と、 ディジタル変調信号生成のため、第1および第2出力端に接続され、ディジタ ルモード時に搬送波周波数のディジタル変調を行なう直交変調手段と、 アナログ変調信号生成のため、第1および第2出力端に接続され、アナログモ ード時に搬送波周波数のアナログ変調を行なうアナログ変調手段とを有する前記 無線送受信器。 2. 請求項1において、情報信号の標本化数値表示を計算するための論理回路 と、標本化数値表示を同相変調信号Iおよび直交変調信号Qに変換するD/A変 換手段とを前記ディジタル信号処理手段に設けた前記無線送受信器。 3. 請求項1において、ディジタル変調信号を第1周波数、アナログ変調信号 を第2周波数とし、ディジタル変調信号を第3周波数に変換し、前記アナログ変 調信号を第4周波数に変換するアップコンバージョン手段を送信機に設けた前記 無線送受信機。 4. 請求項3において、前記ディジタル変調信号を前記第3周波数に、そして 前記アナログ変調信号を前記第4周波数にそれぞれ変換し、その他の周波数のノ イズを抑制するため、ディジタルおよびアナログ電圧制御発振器をそれぞれ制御 するディジタルおよびアナログループ積分フィルタを前記アップコンバージョン 手段に設けた前記無線送受信機。 5. 請求項4において、前記ディジタルループ積分フィルタが前記アナログル ープ積分フィルタより広い伝達関数を持つ前記無線送受信機。 6. 請求項1において、前記送信機の動作がディジタルモードでGSM規格に 準拠し、アナログモードでAMPS規格に準拠する前記無線送受信機。 7. 請求項1において、前記ディジタル信号処理手段から同相変調信号Iおよ び直角変調信号Qがほぼ同時に生成される前記無線送受信機。 8. 請求項4において、各送信バースト受信時にループフィルタ積分電圧と対 応周波数とを測定、記憶し、対応周波数での送信に先立って、前回記憶したルー プフィルタ積分電圧でループ積分フィルタの一つをプリチャージする手段をアッ プコンバージョン手段に追加した前記無線送受信機。 9. 請求項1において、ディジタル変調信号またはアナログ変調信号を受信す る受信部を追加した前記無線送受信機であって、第1サンプリングレートで標本 化した受信ディジタル変調信号をディジタル化し、第2サンプリングレートで標 本化した受信アナログ変調信号をディジタル化するディジタル化手段と、ディジ タル化アナログ信号の帯域幅を縮小し、前記第2サンプリングレートを出力サン プリングレートへ低下させる1個以上のディジタルフィルタとを前記受信部に設 けた前記無線送受信機。 10.請求項8において、前記出力サンプリングレートが前記第2サンプリング レートの約数に等しくない前記無線送受信機。 11.請求項9において、M個の入力サンプルに対して1個の出力サンプルを算 出するために、それぞれ関連するフィルタ係数セットを持つN個のディジタルフ ィルタを設けた前記無線送受信機。 12.請求項10において、連続するフィルタで計数された出力サンプルによっ て、M個の入力サンプルの各周期に亘って等間隔の連続するN個の時間間隔で濾 波信号値が表されるように、前記フィルタ係数を選択した前記無線送受信機。 13.帯域圧縮ディジタル音声信号または振幅圧縮アナログ音声信号を選択的に 送信する無線送受信機であって、 アナログ音声信号を入力する入力端と、アナログ音声信号を表す数値サンプル のサンプルストリームを出力する出力端とを備えたアナログディジタル変換手段 と、 前記サンプルストリームを入力する入力端と、同相変調信号Iおよび直交変調 信号Qを出力する1つ以上の出力端とを備えたディジタル信号処理手段であって 、少なくとも1つの前記出力端でサンプルストリームを、帯域圧縮符号化ディジ タル音声信号と、帯域圧縮ディジタル音声信号のディジタルベクトル変調を表す IおよびQサンプルストリーム、またはアナログ音声信号の振幅圧縮形を表す数 値 ストリームとに変換する前記ディジタル信号処理手段と、 前記IおよびQサンプルストリームを対応のIおよびQアナログ変調波に変換 するディジタルアナログ変換手段と、 帯域圧縮ディジタル音声信号を送信するため、前記ディジタルアナログ変換手 段に接続され、前記IおよびQアナログ変調波で搬送波周波数をベクトル変調す る直交変調手段と、 振幅圧縮アナログ音声信号を送信するため、前記ディジタルアナログ変換手段 に接続され、前記IおよびQアナログ変調波の少なくとも一方で搬送波周波数の アナログ変調を行なうアナログ変調手段とを有する前記無線送受信機。 14.請求項13において、前記帯域圧縮ディジタル音声信号を第1周波数、前 記振幅圧縮アナログ音声信号を第2周波数とし、前記ディジタル音声信号を第3 周波数に変換し、前記アナログ音声信号を第4周波数に変換するアップコンバー ジョン手段を送信機に設けた前記無線送受信機。 15.請求項14において、前記ディジタル音声信号を前記第3周波数に、そし て前記アナログ音声信号を前記第4周波数にそれぞれ変換し、その他の周波数の ノイズを抑制するため、ディジタルおよびアナログ電圧制御発振器をそれぞれ制 御するディジタルおよびアナログループ積分フィルタを前記アップコンバージョ ン手段に設けた前記無線送受信機。 16.請求項15において、前記ディジタルループ積分フィルタが前記アナログ ループ積分フィルタより広い伝達関数を持つ前記無線送受信機。 17.請求項15において、各送信バースト受信時にループフィルタ積分電圧と 対応周波数とを測定、記憶し、対応周波数での送信に先立って、前回記憶したル ープフィルタ積分電圧でループ積分フィルタの一つをプリチャージする手段をア ップコンバージョン手段に追加した前記無線送受信機。 18.請求項13において、前記送信機の動作がディジタル音声信号送信時には GSM規格に準拠し、アナログ音声信号送信時にはAMPS規格に準拠する前記 無線送受信機。 19.請求項13において、前記ディジタル信号処理手段から同相変調信号Iお よび直角変調信号Qがほぼ同時に生成される前記無線送受信機。 20.請求項13において、ディジタル変調信号またはアナログ変調信号を受信 する受信部を追加した前記無線送受信機であって、第1サンプリングレートで標 本化した受信ディジタル変調信号をディジタル化し、第2サンプリングレートで 標本化した受信アナログ変調信号をディジタル化するディジタル化手段と、ディ ジタル化アナログ信号の帯域幅を縮小し、前記第2サンプリングレートを出力サ ンプリングレートへ低下させる1個以上のディジタルフィルタとを前記受信部に 設けた前記無線送受信機。 21.請求項20において、前記出力サンプリングレートが前記第2サンプリン グレートの約数に等しくない前記無線送受信機。 22.請求項21において、M個の入力サンプルに対して1個の出力サンプルを 算出するために、それぞれ関連するフィルタ係数セットを持つN個のディジタル フィルタを設けた前記無線送受信機。 23.請求項22において、連続するフィルタで計数された出力サンプルによっ て、M個の入力サンプルの各周期に亘って等間隔の連続するN個の時間間隔で濾 波信号値が表されるように、前記フィルタ係数を選択した前記無線送受信機。 24.搬送波信号をアナログ信号またはディジタル信号で択一的に変調する装置 であって、 ディジタル変調信号の平衡同相成分か、アナログ周波数変調信号の高周波不平 衡成分および低周波平衡同相成分のいずれかを表す第1対のデルタ変調ビットス トリームと、ディジタル変調信号の平衡直交成分か、アナログ変調波の低周波平 衡直交成分のいずれかを表す第2対のデルタ変調ビットストリームとを生成する ディジタル信号処理手段と、 平衡同相および平衡直交信号の発生時に搬送波信号の直交変調を行なう直交変 調手段と、 不平衡高周波成分の発生時に搬送波信号の周波数変調を行なう周波数変調手段 とを有する前記装置において、 搬送波信号をディジタル変調信号で直交変調するか、あるいはアナログ変調信 号の低周波、高周波両成分で周波数変調または位相変調する前記装置。 25.請求項24において、前記ディジタル信号処理手段から同相変調信号およ び直角変調信号がほぼ同時に生成される前記装置。
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