JP2005295536A - Frequency modulation apparatus, polar modulation transmission apparatus, radio transmission device, and radio communication device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特にPLL(Phase Locked Loop :位相同期ループ)を用いて周波数変調を行う周波数変調装置、ポーラ変調送信装置、無線送信装置及び無線通信装置に関する。 The present invention particularly relates to a frequency modulation device, a polar modulation transmission device, a wireless transmission device, and a wireless communication device that perform frequency modulation using a PLL (Phase Locked Loop).
従来、ベースバンドの変調信号によりキャリア信号を変調して送信信号を形成する(すなわち、ベースバンド変調信号を無線周波数にアップコンバートする)にあたって、PLLを用いた周波数変調装置が広く用いられている。この種の周波数変調装置においては、一般に、低コスト、低消費電力、良好なノイズ特性と変調精度が求められる。PLLを用いて変調を行う場合、変調精度を良くするためには変調信号の周波数帯域(変調帯域)幅よりもPLLの周波数帯域(PLL帯域)幅を広くすることが望ましい。 Conventionally, a frequency modulation device using a PLL is widely used to form a transmission signal by modulating a carrier signal with a baseband modulation signal (that is, upconverting a baseband modulation signal to a radio frequency). In this type of frequency modulation device, generally, low cost, low power consumption, good noise characteristics and modulation accuracy are required. When modulation is performed using a PLL, it is desirable to make the frequency band (PLL band) of the PLL wider than the frequency band (modulation band) of the modulation signal in order to improve the modulation accuracy.
しかしながら、PLL帯域幅を広くすると、ノイズ特性の劣化を招く。そこで、PLL帯域幅を変調帯域幅よりも狭く設定し、PLL帯域内の変調とPLL帯域外の変調を異なる2箇所でかける2点変調という技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 However, widening the PLL bandwidth leads to degradation of noise characteristics. Therefore, a technique called two-point modulation is proposed in which the PLL bandwidth is set narrower than the modulation bandwidth and the modulation within the PLL band and the modulation outside the PLL band are applied at two different locations (see, for example, Patent Document 1).
図15に、従来の2点変調PLLを用いた周波数変調装置の構成を示す。周波数変調装置10は、制御電圧端子の電圧に応じて発振周波数が変化する電圧制御発振器(VCO)1と、VCO1から出力されるRF変調信号の周波数を分周する分周器2と、分周器2の出力信号と基準信号の位相を比較し位相差に応じた信号を出力する位相比較器3と、位相比較器3の出力信号を平均化して出力するループフィルタ4とを有する。そしてキャリア周波数データに、変調信号生成部5によって生成された変調データを加算したものを分周器の分周比として与えることで1点目の変調を行う。
FIG. 15 shows a configuration of a frequency modulation apparatus using a conventional two-point modulation PLL. The frequency modulation device 10 includes a voltage controlled oscillator (VCO) 1 whose oscillation frequency changes according to the voltage at the control voltage terminal, a
加えて、周波数変調装置10は、変調データをディジタルアナログ変換器(D/A変換器)6でアナログ電圧に変換し、D/A変換器6の出力に現れる折り返しノイズをポストフィルタ7によって抑圧した後に、これをループフィルタ4の出力に加算してVCO1の制御電圧端子に供給することで2点目の変調を行うようになっている。
上述したような2点変調技術を用いると、PLL帯域幅を変調帯域幅よりも狭く設定しても、PLL帯域外まで及ぶ広帯域なRF変調信号を出力することが可能となる。この結果、PLLによるノイズ特性の劣化を抑制できるようになる。 When the two-point modulation technique as described above is used, even if the PLL bandwidth is set narrower than the modulation bandwidth, it is possible to output a wideband RF modulation signal extending beyond the PLL band. As a result, it is possible to suppress the deterioration of noise characteristics due to the PLL.
先ず、2点変調を用いた場合の周波数特性について考察する。図16は、2点変調PLLの動作を説明するためのベースバンド領域の周波数特性を示す図である。ここで、PLLの周波数特性を表す伝達関数をH(s)(但し、s=jω)とする。H(s)は図16に示すような低域通過特性をもつ。分周器2に設定する分周比に加えられた変調信号には、PLLによって伝達関数H(s)の低域通過フィルタがかけられる。一方、ポストフィルタ7から出力される変調信号はVCO1の制御電圧端子に加えられることで、図16に示すような伝達関数1−H(s)の高域通過フィルタがかけられる。すなわち、変調データをΦ(s)とおくと、VCO1出力のRF変調信号に含まれるベースバンド成分は、次式に表されるようにPLLの周波数特性とは無関係になる。
H(s)Φ(s)+{1−H(s)}Φ(s)=Φ(s) ……… (1)
First, the frequency characteristics when two-point modulation is used will be considered. FIG. 16 is a diagram showing the frequency characteristics of the baseband region for explaining the operation of the two-point modulation PLL. Here, a transfer function representing the frequency characteristic of the PLL is H (s) (where s = jω). H (s) has a low-pass characteristic as shown in FIG. The modulation signal added to the frequency division ratio set in the
H (s) Φ (s) + {1−H (s)} Φ (s) = Φ (s) (1)
このように、PLLに2点変調を適用すると、VCO1から、PLL帯域外まで及ぶ、広帯域なRF変調信号を出力することが可能となる。なお、fsはサンプリング周波数(D/A変換器6の動作周波数)である。
Thus, when two-point modulation is applied to the PLL, it is possible to output a wideband RF modulation signal extending from the
ところで、D/A変換器6の出力には図16に示すような量子化ノイズが発生する。ポストフィルタ7で、この量子化ノイズを抑圧することが求められる。ポストフィルタ7は、図16に示すように低域通過特性をもつ。帯域幅が狭すぎると図16に示した変調信号を抑圧してしまう。逆に、帯域幅を広げすぎると変調信号への影響は回避できるが、量子化ノイズなどのノイズを十分に抑圧できなくなる。
Incidentally, quantization noise as shown in FIG. 16 is generated at the output of the D /
図17は、VCO1の出力に現れるRF変調信号のスペクトルを図示したものである。変調信号に量子化ノイズが重畳された波形がVCO1から出力される。中心周波数(fvco)近傍の量子化ノイズが抑圧されているのは、図16の1−H(s)の特性によるものである。また、fvcoから離れたところで量子化ノイズが抑圧されているのは、ポストフィルタ7の周波数特性によるものである。
FIG. 17 illustrates the spectrum of the RF modulation signal that appears at the output of the
ところで、GSM(Global System for Mobile Communications)規格等では、送信波のスペクトルが図中点線で示すようなスペクトルマスクからはみ出してはいけないことが定められている。 By the way, the GSM (Global System for Mobile Communications) standard and the like stipulate that the spectrum of a transmission wave should not protrude from a spectrum mask as indicated by a dotted line in the figure.
しかしながら、従来の2点変調型の周波数変調装置においては、図17に示すように、量子化ノイズの影響により、送信波のスペクトルがスペクトルマスクからはみ出すおそれがある。 However, in the conventional two-point modulation type frequency modulation device, as shown in FIG. 17, the spectrum of the transmission wave may protrude from the spectrum mask due to the influence of quantization noise.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、送信波のスペクトルをスペクトルマスク内に収めることができる2点変調型の周波数変調装置、ポーラ変調送信装置、無線送信装置及び無線通信装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this point, and provides a two-point modulation type frequency modulation device, a polar modulation transmission device, a wireless transmission device, and a wireless communication device that can store the spectrum of a transmission wave within a spectrum mask. The purpose is to do.
かかる課題を解決するため本発明の周波数変調装置の一つの態様は、PLL回路と、PLL回路に設けられ、ベースバンド変調信号及びキャリア周波数信号に基づいて、PLL回路の分周比を設定する分周器と、PLL回路のループフィルタとPLL回路の電圧制御発振器との間に設けられ、ループフィルタの出力電圧にベースバンド変調信号に応じた電圧を加えて電圧制御発振器の制御電圧端子に供給する加算器と、ベースバンド信号をアナログ変換して加算器に供給するにあたって発生する量子化ノイズの周波数特性を変化させるノイズシェーパとを具備する構成を採る。 In order to solve such a problem, one aspect of the frequency modulation device of the present invention includes a PLL circuit and a PLL circuit that is provided in the PLL circuit and sets a frequency division ratio of the PLL circuit based on a baseband modulation signal and a carrier frequency signal. Provided between the frequency divider, the loop filter of the PLL circuit, and the voltage controlled oscillator of the PLL circuit, and adds a voltage corresponding to the baseband modulation signal to the output voltage of the loop filter and supplies it to the control voltage terminal of the voltage controlled oscillator A configuration is adopted that includes an adder and a noise shaper that changes the frequency characteristics of quantization noise that is generated when the baseband signal is converted to analog and supplied to the adder.
この構成によれば、2点変調型の周波数変調装置において、電圧制御発振器の制御電圧端子に供給する電圧を形成する際に発生する量子化ノイズの周波数特性を、ノイズシェーパにより変化させることができるので、量子化ノイズを含めた送信波をスペクトルマスク内に収め易くなる。 According to this configuration, in the two-point modulation type frequency modulation device, the frequency characteristic of the quantization noise generated when the voltage supplied to the control voltage terminal of the voltage controlled oscillator can be changed by the noise shaper. Therefore, it becomes easy to fit the transmission wave including the quantization noise in the spectrum mask.
本発明の周波数変調装置の一つの態様は、ノイズシェーパが、量子化ノイズを高周波数域ほど減衰させる構成を採る。 One aspect of the frequency modulation device of the present invention employs a configuration in which a noise shaper attenuates quantization noise in a higher frequency range.
この構成によれば、PLL回路から出力される、変調信号と量子化ノイズとを加算した信号レベルが中心周波数から離れるに従って小さくなるので、送信波をスペクトルマスク内に収め易くなる。なお量子化ノイズの低周波成分は、PLL回路の特性によって抑圧できるので問題にならない。 According to this configuration, the signal level output from the PLL circuit, which is the sum of the modulation signal and the quantization noise, decreases as the distance from the center frequency increases, so that the transmission wave can be easily contained in the spectrum mask. Note that the low frequency component of the quantization noise is not a problem because it can be suppressed by the characteristics of the PLL circuit.
本発明の周波数変調装置の一つの態様は、ノイズシェーパが、ベースバンド変調信号に、積分した量子化ノイズを加えた伝達関数をもつ構成を採る。 One aspect of the frequency modulation apparatus of the present invention employs a configuration in which the noise shaper has a transfer function obtained by adding integrated quantization noise to a baseband modulation signal.
この構成によれば、積分された量子化ノイズは低域通過特性をもつようになるので、量子化ノイズを高周波数にいくに従って減衰させることができ、量子化ノイズを含めた送信波をスペクトルマスク内に収め易くなる。 According to this configuration, since the integrated quantization noise has a low-pass characteristic, the quantization noise can be attenuated as the frequency is increased, and the transmission wave including the quantization noise is spectrum masked. It becomes easier to fit inside.
本発明の周波数変調装置の一つの態様は、ノイズシェーパが、ベースバンド変調信号を微分する微分器と、量子化器と、微分器の出力信号と量子化器の出力信号とをタイミングを合わせて加算して量子化器に入力させるフィードバック回路とを具備する構成を採る。 According to one aspect of the frequency modulation device of the present invention, the noise shaper has a differentiator for differentiating the baseband modulation signal, a quantizer, and the output signal of the differentiator and the output signal of the quantizer in time. A configuration including a feedback circuit for adding and inputting to the quantizer is adopted.
この構成によれば、ノイズシェーパの伝達関数を、ベースバンド変調信号に、積分した量子化ノイズを加えたものとすることができるようになる。 According to this configuration, the transfer function of the noise shaper can be obtained by adding the integrated quantization noise to the baseband modulation signal.
本発明の周波数変調装置の一つの態様は、ノイズシェーパが、帯域通過型のデルタシグマ変調器である構成を採る。 One aspect of the frequency modulation device of the present invention employs a configuration in which the noise shaper is a band-pass delta sigma modulator.
この構成によれば、特定周波数の量子化ノイズを抑制することができるので、他のフィルタ(例えばポストフィルタ)の特性との組み合わせで、送信波のスペクトルマスク外への漏洩を良好に回避することができるようになる。 According to this configuration, quantization noise at a specific frequency can be suppressed, so that leakage of the transmitted wave outside the spectrum mask can be favorably avoided in combination with the characteristics of other filters (for example, a post filter). Will be able to.
本発明の周波数変調装置の一つの態様は、ノイズシェーパが、デルタ変調器である構成を採る。 One aspect of the frequency modulation device of the present invention employs a configuration in which the noise shaper is a delta modulator.
この構成によれば、デルタ変調器は、動作周波数を高くすることで、出力に現れる量子化ノイズの絶対レベルを低くすることができるので、量子化ノイズを含めた送信波をスペクトルマスク内に収め易くなる。 According to this configuration, the delta modulator can lower the absolute level of the quantization noise appearing in the output by increasing the operating frequency, so that the transmission wave including the quantization noise is contained in the spectrum mask. It becomes easy.
本発明の周波数変調装置の一つの態様は、さらに、ノイズシェーパと加算器との間に低域通過型フィルタを設けた構成を採る。 One aspect of the frequency modulation device of the present invention further employs a configuration in which a low-pass filter is provided between the noise shaper and the adder.
この構成によれば、ノイズシェーパによって量子化ノイズの周波数特性を変化させつつ低域通過型フィルタ(例えばポストフィルタ)によって高周波帯域の信号を抑制することができるので、量子化ノイズを含めた送信波をスペクトルマスク内に収め易くなる。例えばノイズシェーパによって量子化ノイズの高周波成分を抑圧するようにすれば、低域通過型フィルタの低域通過特性を、ベースバンド変調信号についての変調信号波形を抑圧するほど狭くしなくてもよくなる。この結果、変調信号波形を維持しつつ、量子化ノイズを含めた送信波をスペクトルマスク内に収めることができるようになる。 According to this configuration, it is possible to suppress the signal in the high frequency band by the low-pass filter (for example, the post filter) while changing the frequency characteristic of the quantization noise by the noise shaper. Is easily stored in the spectrum mask. For example, if the high frequency component of the quantization noise is suppressed by a noise shaper, the low pass characteristic of the low pass filter need not be so narrow that the modulation signal waveform for the baseband modulation signal is suppressed. As a result, the transmission wave including the quantization noise can be accommodated in the spectrum mask while maintaining the modulation signal waveform.
本発明のポーラ変調送信装置の一つの態様は、ベースバンド変調信号に基づいて、ベースバンドの位相変調信号と振幅変調信号とを形成する振幅位相分離部と、ベースバンドの位相変調信号を入力し、RF位相変調信号を出力するPLL回路と、PLL回路の電圧制御発振器から出力されるRF位相変調信号の振幅を、振幅変調信号に応じて変動させる高周波電力増幅器と、PLL回路に設けられ、ベースバンドの位相変調信号及びキャリア周波数信号に基づいて、PLL回路の分周比を設定する分周器と、PLL回路のループフィルタとPLL回路の電圧制御発振器との間に設けられ、ループフィルタの出力電圧にベースバンドの位相変調信号に応じた電圧を加えて電圧制御発振器の制御電圧端子に供給する加算器と、ベースバンドの位相変調信号をアナログ変換して加算器に供給するにあたって発生する量子化ノイズの周波数特性を変化させるノイズシェーパとを具備する構成を採る。 One aspect of the polar modulation transmission apparatus of the present invention inputs an amplitude phase separation unit that forms a baseband phase modulation signal and an amplitude modulation signal based on the baseband modulation signal, and a baseband phase modulation signal. A PLL circuit that outputs an RF phase modulation signal, a high frequency power amplifier that varies the amplitude of the RF phase modulation signal output from the voltage controlled oscillator of the PLL circuit according to the amplitude modulation signal, and a PLL circuit, Based on the phase modulation signal of the band and the carrier frequency signal, provided between the frequency divider for setting the frequency division ratio of the PLL circuit, the loop filter of the PLL circuit, and the voltage controlled oscillator of the PLL circuit, and the output of the loop filter An adder that adds a voltage corresponding to the baseband phase modulation signal to the voltage and supplies it to the control voltage terminal of the voltage controlled oscillator, and a baseband phase The tone signal employs a configuration comprising a noise shaper to change the frequency characteristic of the quantization noise generated when supplied to the adder into analog.
この構成によれば、量子化ノイズの影響で送信波がスペクトルマスクをはみ出すことのない、2点変調型のポーラ変調送信装置を実現できる。この結果、ポーラ変調方式による電力効率の向上効果、及び2点変調による変調精度の向上効果に加えて、送信波を確実にスペクトルマスク内に収めることができるポーラ変調送信装置を実現できる。 According to this configuration, it is possible to realize a two-point modulation type polar modulation transmission apparatus in which the transmission wave does not protrude from the spectrum mask due to the influence of quantization noise. As a result, in addition to the effect of improving the power efficiency by the polar modulation method and the effect of improving the modulation accuracy by the two-point modulation, it is possible to realize a polar modulation transmission apparatus that can securely fit the transmission wave in the spectrum mask.
本発明の無線送信装置は、上記いずれかの周波数変調装置と、その周波数変調装置から出力されるRF変調信号を増幅する増幅器とを具備する構成を採る。 A radio transmission apparatus according to the present invention employs a configuration including any of the above-described frequency modulation apparatuses and an amplifier that amplifies an RF modulation signal output from the frequency modulation apparatus.
本発明の無線通信装置は、上記いずれかの周波数変調装置を有する送信部と、受信信号を復調する受信部と、アンテナと、送信部からアンテナへの送信信号の供給とアンテナから受信部への受信信号の供給とを切り替える送受切替部とを具備する構成を採る。 A wireless communication apparatus according to the present invention includes a transmission unit having any one of the above frequency modulation devices, a reception unit that demodulates a reception signal, an antenna, supply of a transmission signal from the transmission unit to the antenna, and transmission from the antenna to the reception unit. A configuration including a transmission / reception switching unit that switches between supply of reception signals is adopted.
これらの構成によれば、2点変調による高精度の周波数変調を行うことができるので高品質の送信信号を得ることができるのに加えて、送信波を確実にスペクトルマスク内に収めることができるので他の無線機器への干渉を抑制できる無線送信装置及び無線通信装置を実現できる。 According to these configurations, high-accuracy frequency modulation by two-point modulation can be performed, so that a high-quality transmission signal can be obtained, and in addition, a transmission wave can be reliably contained in a spectrum mask. Therefore, it is possible to realize a wireless transmission device and a wireless communication device that can suppress interference with other wireless devices.
本発明によれば、送信波のスペクトルをスペクトルマスク内に収めることができる2点変調型の周波数変調装置、ポーラ変調送信装置、無線送信装置及び無線通信装置を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a two-point modulation type frequency modulation device, polar modulation transmission device, wireless transmission device, and wireless communication device that can fit the spectrum of a transmission wave within a spectrum mask.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図15との対応部分に同一符号を付して示す図1に、本発明の実施の形態1に係る2点変調型の周波数変調装置の構成を示す。図1の周波数変調装置100は、図15の周波数変調装置10と比較して、D/A変換器6に代えてノイズシェーパ101が設けられている。
(Embodiment 1)
FIG. 1, in which parts corresponding to those in FIG. 15 are assigned the same reference numerals, shows the configuration of a two-point modulation type frequency modulation apparatus according to
ノイズシェーパ101は、変調データ(ディジタルのベースバンド変調信号)に応じたアナログ電圧値を形成する機能と、その際に発生する量子化ノイズの周波数特性を変化させる機能とを有する。 The noise shaper 101 has a function of forming an analog voltage value corresponding to modulation data (digital baseband modulation signal) and a function of changing the frequency characteristic of quantization noise generated at that time.
この実施の形態のノイズシェーパ101は、図2に示すように構成されている。なお図2では、変調データをX、出力アナログ電圧をYと示す。ノイズシェーパ101は、大きく分けて、変調データを微分する微分器102と、量子化器103と、微分器102の出力信号と量子化器103の出力信号(すなわち出力アナログ電圧Y)とをタイミングを合わせて加算して量子化器103に入力させるフィードバック回路104とを有する。
The noise shaper 101 of this embodiment is configured as shown in FIG. In FIG. 2, the modulation data is indicated as X and the output analog voltage is indicated as Y. The noise shaper 101 is roughly divided into a differentiator 102 for differentiating modulated data, a
微分器102は、遅延素子105によってZ−1分(すなわち、ノイズシェーパ101の動作クロックの1クロック分)だけ遅延された入力信号Xと、現入力信号Xとを、減算器106で減算することにより、微分出力を得る。因みに、ZはZ変換を表す。この微分出力は加算器107を介して量子化器103に入力される。
The differentiator 102 subtracts the input signal X delayed by the
量子化器103は、入力信号を、少なくとも変調データXのサンプリング周波数の2倍以上のサンプリング周波数で量子化することにより、出力アナログ電圧Yを得る。実際上、量子化器103は、変調データXのサンプリング周波数の数十倍のサンプリング周波数で量子化を行うことで、出力アナログ電圧Yを得るようになっている。また量子化器103の出力は、Z−1分の遅延時間を与える遅延素子108を介して加算器107に送出される。
The
次に、本実施の形態のノイズシェーパ101、周波数変調装置100の動作及び特性について説明する。
Next, operations and characteristics of the noise shaper 101 and the
微分器102の伝達関数は、(1−z−1)で表すことができる。ここで量子化器103で発生する量子化ノイズをQとすると、変調データXと出力アナログ電圧Yとの関係は、次式で表すことができる。
Y=(1−z−1)X+z−1Y+Q ……… (2)
The transfer function of the differentiator 102 can be expressed by (1-z −1 ). Here, when the quantization noise generated in the
Y = (1−z −1 ) X + z −1 Y + Q (2)
(2)式を展開すると、次式となる。
Y=X+Q/(1−z−1) ……… (3)
When formula (2) is expanded, the following formula is obtained.
Y = X + Q / (1-z −1 ) (3)
(3)式において量子化ノイズQに乗算されている1/(1−z−1)は、積分の伝達関数である。つまり、入力信号Xに積分された量子化ノイズが加えられたものが出力に現れることになる。積分の周波数特性は低域通過特性をもつ。 1 / (1-z −1 ) multiplied by the quantization noise Q in the equation (3) is an integral transfer function. That is, the input signal X added with the integrated quantization noise appears at the output. The frequency characteristic of integration has a low-pass characteristic.
図3に、周波数変調装置100のベースバンド領域の周波数特性を示す。図16と比較して、量子化ノイズQの分布が異なる。これは、(3)式で示した積分1/(1−z−1)の周波数特性によるものである。これにより量子化ノイズQはDC(0Hz)で無限大になるが、この後{1−H(s)}の高域通過特性がかけられることになるので、結果としてDC近傍のノイズは抑圧される。
FIG. 3 shows the frequency characteristics of the baseband region of the
具体的には、PLLの次数を高くすれば{1−H(s)}の減衰の傾斜を急にできるので、図3のDC近傍の量子化ノイズの盛り上がりを打ち消すようにPLLの次数を設定すればよい。また、PLLのカットオフ周波数を高くして{1−H(s)}のDC近傍の減衰量を大きくし、これを利用してDC近傍のノイズを抑圧してもよい。 Specifically, if the PLL order is increased, the slope of attenuation of {1-H (s)} can be made steep, so the PLL order is set so as to cancel the rise of quantization noise in the vicinity of DC in FIG. do it. Alternatively, the cutoff frequency of the PLL may be increased to increase the attenuation near the DC of {1-H (s)}, and this may be used to suppress noise near the DC.
図4に、VCO1から出力されるRF変調信号のスペクトルを示す。変調信号に、量子化ノイズQが重畳された波形がVCO1から出力される。図4からも分かるように、変調信号に重畳される量子化ノイズQは、ノイズシェーパ101の作用により、図17と比べて、中心周波数から離れたところのノイズレベルが小さくなる。これによりスペクトルマスクの規格を満足できる。
FIG. 4 shows the spectrum of the RF modulation signal output from the
かくして本実施の形態によれば、周波数が高くなるに従って量子化ノイズが減衰する特性を有するノイズシェーパ101を介して、VCO1の前段に設けられた加算器に、変調データをアナログ変換する際に発生する量子化ノイズの周波数特性を変化させて供給するようにしたことにより、送信波(RF変調信号)のスペクトルをスペクトルマスク内に収めることができる2点変調型の周波数変調装置100を実現できる。
Thus, according to the present embodiment, the noise is generated when the modulation data is converted to analog by the adder provided in the preceding stage of the
なおこの実施の形態では、ノイズシェーパ101の次数を1次で説明したが、2次以上の構成としてもよい。またノイズシェーパ101は、図2に示す構成のものに限らず、要は量子化ノイズを高周波数にいくに従って減衰させる特性を有するものであればよい。 In this embodiment, the order of the noise shaper 101 has been described as a first order. However, a second or higher order configuration may be used. The noise shaper 101 is not limited to that having the configuration shown in FIG. 2, but may be anything as long as the noise shaper 101 has a characteristic of attenuating the quantization noise as the frequency increases.
また上述した実施の形態では、分周器2の詳細構成については言及しなかったが、例えば一般に知られているフラクショナル方式のものが好ましい。これは、以下に説明する実施の形態でも同様である。
In the above-described embodiment, the detailed configuration of the
(実施の形態2)
本実施の形態では、ノイズシェーパとして、図5に示すような構成のバンドパスデルタシグマ変調器を用いることを提案する。ノイズシェーパ110は、図1のノイズシェーパ101に代えて周波数変調装置100に用いられる。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, it is proposed to use a bandpass delta sigma modulator having a configuration as shown in FIG. 5 as a noise shaper. The noise shaper 110 is used in the
ノイズシェーパ110は、実施の形態1のノイズシェーパ101と同様に、変調データに応じたアナログ電圧値を形成する機能と、その際に発生する量子化ノイズの周波数特性を変化させる機能とを有する。但し、量子化ノイズの周波数特性の変化のさせ方が実施の形態1と異なる。 Similar to the noise shaper 101 of the first embodiment, the noise shaper 110 has a function of forming an analog voltage value corresponding to modulation data and a function of changing the frequency characteristics of quantization noise generated at that time. However, the method of changing the frequency characteristics of the quantization noise is different from that of the first embodiment.
ノイズシェーパ110は、変調データを減算器111に入力し、減算結果を図6に示すような共振特性を有するフィルタ(F(z))112に入力する。フィルタ出力は量子化器113によって量子化されることで、出力アナログ電圧Yとされる。また出力アナログ電圧Yは、遅延素子114によりz−1分だけ遅延された後、減算器111の減算入力としてフィードバックされる。
The noise shaper 110 inputs the modulation data to the
次に、本実施の形態のノイズシェーパ110及びそれを用いた周波数変調装置100の動作及び特性について説明する。
Next, the operation and characteristics of the noise shaper 110 of this embodiment and the
量子化器113で発生する量子化ノイズをQとすると、変調データXと出力アナログ電圧Yとの関係は、次式で表すことができる。
Y=X+Q/F(z) ……… (4)
When the quantization noise generated in the
Y = X + Q / F (z) (4)
量子化ノイズQに乗算されている1/F(z)は、ノッチの伝達関数である。つまり、入力信号Xにノッチを含んだ量子化ノイズQが加えられたものが出力に現れることになる。 1 / F (z) multiplied by the quantization noise Q is a notch transfer function. That is, the input signal X to which the quantization noise Q including a notch is added appears at the output.
図7に、本実施の形態のノイズシェーパ110を用いた場合の周波数変調装置100のベースバンド領域の周波数特性を示す。図16と比較して、量子化ノイズQの分布が異なる。これは、(4)式で示したノッチ1/F(z)の周波数特性によるものである。ノッチは、帯域通過型(ローパス)フィルタ特性を有するポストフィルタ7の帯域内で、かつ、変調帯域の外側のノイズを抑圧できるような周波数に設定するのが好ましい。
FIG. 7 shows the frequency characteristics of the baseband region of the
図8に、VCO1から出力されるRF変調信号のスペクトルを示す。変調信号に量子化ノイズQが重畳された波形がVCO1から出力される。図8からも分かるように、変調信号に重畳される量子化ノイズQは、ノイズシェーパ110のノッチの効果により、図17と比べて、中心周波数fVCOから離れたところのノイズレベルが小さくなる。これによりスペクトルマスクの規格を満足できる。
FIG. 8 shows the spectrum of the RF modulation signal output from the
かくして本実施の形態によれば、バンドパスデルタシグマ変調器構成であるノイズシェーパ110を介して、VCO1の制御電圧端子に変調データに応じた電圧を供給するようにしたことにより、送信波のスペクトルをスペクトルマスク内に収めることができる2点変調型の周波数変調装置100を実現できる。
Thus, according to the present embodiment, the voltage corresponding to the modulation data is supplied to the control voltage terminal of the
(実施の形態3)
本実施の形態では、ノイズシェーパとして、図9に示すような構成のデルタ変調器を用いることを提案する。ノイズシェーパ120は、図1のノイズシェーパ101に代えて周波数変調装置100に用いられる。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, it is proposed to use a delta modulator configured as shown in FIG. 9 as a noise shaper. The noise shaper 120 is used in the
ノイズシェーパ120は、実施の形態1や実施の形態2のノイズシェーパ101、110と同様に、変調データに応じたアナログ電圧値を形成する機能と、その際に発生する量子化ノイズの周波数特性を変化させる機能とを有する。但し、量子化ノイズの周波数特性の変化のさせ方が実施の形態1や実施の形態2と異なる。 Similar to the noise shapers 101 and 110 of the first and second embodiments, the noise shaper 120 has a function of forming an analog voltage value according to modulation data and the frequency characteristics of quantization noise generated at that time. It has a function to change. However, the method of changing the frequency characteristics of the quantization noise is different from the first and second embodiments.
ノイズシェーパ120は、変調データを減算器121を介して量子化器122に入力する。量子化器122は、入力信号を、少なくとも変調データのサンプリング周波数の2倍以上のサンプリング周波数で量子化することにより、アナログ電圧を得る。実際上、量子化器122は、変調データのサンプリング周波数の数十倍のサンプリング周波数で量子化を行うことで、アナログ電圧を得るようになっている。量子化器122により得られたアナログ電圧は、積分器123によって積分されることにより、出力アナログ電圧Yとされる。また量子化器122の出力は、z−1分の遅延時間を与える遅延素子124及び積分器125を順次介して減算器121の減算入力としてフィードバックされる。
The noise shaper 120 inputs the modulation data to the
次に、本実施の形態のノイズシェーパ120及びこれを用いた周波数変調装置の動作及び特性について説明する。 Next, the operation and characteristics of the noise shaper 120 of this embodiment and the frequency modulation apparatus using the same will be described.
積分器123、125の伝達関数は、1/(1−z−1)で表すことができる。したがって、図9のA点での信号レベルをA、量子化器122で発生する量子化ノイズをQとすると、次式が成り立つ。
A=X−z−1A/(1−z−1)+Q
A=(1−z−1)(X+Q) ……… (5)
The transfer functions of the integrators 123 and 125 can be expressed by 1 / (1-z −1 ). Therefore, when the signal level at point A in FIG. 9 is A and the quantization noise generated by the
A = X−z −1 A / (1-z −1 ) + Q
A = (1-z −1 ) (X + Q) (5)
これより、ノイズシェーパ120の出力アナログ電圧Yは、次式で表すことができる。
Y=A/(1−z−1)
Y=X+Q ……… (6)
Thus, the output analog voltage Y of the noise shaper 120 can be expressed by the following equation.
Y = A / (1-z −1 )
Y = X + Q (6)
ここで(6)式からも分かるように、入力信号Xに量子化ノイズQが加えられたものが出力に現れることになる。しかし、(5)式に示されているようにA点では入力信号Xと量子化ノイズQが微分された信号が現れる。これは、入力信号XのDC成分が出力に伝わらないことを意味する。 Here, as can be seen from the equation (6), the input signal X added with the quantization noise Q appears in the output. However, as shown in the equation (5), a signal obtained by differentiating the input signal X and the quantization noise Q appears at point A. This means that the DC component of the input signal X is not transmitted to the output.
図10に、本実施の形態のノイズシェーパ120を用いた場合の周波数変調装置100のベースバンド領域の周波数特性を示す。量子化ノイズQが一様に分布する点は図16と同じであるが、ノイズシェーパ120の動作周波数を高くすることにより、図10に示すように量子化ノイズの絶対レベルを低くすることができる。
FIG. 10 shows the frequency characteristics of the baseband region of the
図11に、VCO1から出力されるRF変調信号のスペクトルを示す。変調信号に量子化ノイズQが重畳された波形がVCO1から出力される。図11からも分かるように、変調信号に重畳された量子化ノイズQは、ノイズシェーパ120の作用により、図17と比べて、中心周波数fVCOから離れたところのノイズレベルが小さくなる。これによりスペクトルマスクの規格を満足できる。
FIG. 11 shows the spectrum of the RF modulation signal output from the
また本実施の形態のノイズシェーパ120として用いたデルタ変調器は、1ビットの量子化器を用いて実現できるため、従来の技術におけるD/A変換器6(図15)のように多ビットの量子化器を使用しなくてよい。因みに、実施の形態1、2の量子化器103、113においても1ビット量子化器を適用できる。これにより、精度の高い信号処理ができる。このようなデルタ変調器を2点変調PLLに適用すると、RF変調信号の変調精度特性が向上するというメリットがある。但し、デルタ変調器はDC成分を通さないというデメリットがあるが、2点変調型のPLLの{1−H(s)}の高域通過特性をもつパスは本質的にDC成分を通さないため、2点変調PLLのシステム全体で見た場合はデメリットとならない。
Further, since the delta modulator used as the noise shaper 120 of the present embodiment can be realized using a 1-bit quantizer, a multi-bit like the D / A converter 6 (FIG. 15) in the prior art. It is not necessary to use a quantizer. Incidentally, the 1-bit quantizer can also be applied to the
かくして本実施の形態によれば、デルタ変調器構成であるノイズシェーパ120を介して、VCO1の制御電圧端子に変調データに応じた電圧を供給するようにしたことにより、送信波のスペクトルをスペクトルマスク内に収めることができる2点変調型の周波数変調装置100を実現できる。
Thus, according to the present embodiment, the voltage corresponding to the modulation data is supplied to the control voltage terminal of the
なおこの実施の形態では、ノイズシェーパ120として1次のデルタ変調器を用いた場合について説明したが、デルタ変調器を2次以上としてもよい。 In this embodiment, the case where a primary delta modulator is used as the noise shaper 120 has been described. However, the delta modulator may be a secondary or higher order.
(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態1から実施の形態3で説明した周波数変調装置100をポーラ変調送信装置への適用することを提示する。
(Embodiment 4)
In the present embodiment, it is presented that the
図12に、本実施の形態のポーラ変調送信装置200の構成を示す。周波数変調装置100は、図中の周波数シンセサイザ206として用いられる。なお図12では、周波数変調装置100が用いられる周波数シンセサイザ206の周辺部分のみを示す。
FIG. 12 shows the configuration of polar modulation transmission apparatus 200 of the present embodiment. The
ポーラ変調送信装置200は、振幅位相分離部202にI(同相)成分及びQ(直交)成分からなるベースバンド変調信号201を入力する。振幅位相分離部202は、ベースバンド変調信号201の振幅成分(すなわち、√(I2+Q2))を振幅変調信号203として振幅変調信号増幅器205に送出すると共に、ベースバンド変調信号201の位相成分(例えば、変調シンボルとI軸のなす角度)をベースバンド位相変調信号204として周波数シンセサイザ206に送出する。
Polar modulation transmission apparatus 200 inputs
ポーラ変調送信装置200は、周波数シンセサイザ206として、上述した実施の形態1、実施の形態2又は実施の形態3の周波数変調装置100が用いられている。またベースバンド位相変調信号204が実施の形態1から実施の形態3で説明した変調データに相当する。
The polar modulation transmission apparatus 200 uses the
周波数シンセサイザ206は、キャリア周波数をベースバンド位相変調信号(位相データ)204で変調することにより高周波位相変調信号(RF変調信号)207を生成し、これを高周波電力増幅器208に送出する。
The
高周波電力増幅器208は非線形増幅器でなり、電源電圧値が振幅変調信号増幅器205により増幅された振幅変調信号203に応じて設定されるようになされている。これにより、高周波電力増幅器208からは、電源電圧値と周波数シンセサイザ206から出力された高周波位相変調信号207を掛け合わされた信号が高周波電力増幅器208の利得分だけ増幅された送信信号209が出力される。送信信号209はアンテナ210から送信される。
The high-
このようにポーラ変調送信装置200においては、高周波電力増幅器208に入力される高周波位相変調信号207を、振幅方向の変動成分をもたない定包絡線信号とすることができるため、高周波電力増幅器208として高効率の非線形増幅器を用いることができるようになる。
As described above, in the polar modulation transmission apparatus 200, the high-frequency
加えて、ポーラ変調送信装置200の周波数シンセサイザ206に実施の形態1、実施の形態2又は実施の形態3の周波数変調装置100を用いることにより、スペクトルマスク内に量子化ノイズが収まった送信信号209を得ることができる。この結果、ポーラ変調方式による電力効率の向上効果、及び2点変調による変調精度の向上効果に加えて、送信波を確実にスペクトルマスク内に収めることができるポーラ変調送信装置200を実現できる。
In addition, by using the
(他の実施の形態)
なお上述した実施の形態4では、実施の形態1、実施の形態2又は実施の形態3の周波数変調装置100をポーラ変調送信装置200に設けられる周波数シンセサイザ206に適用した場合について述べたが、本発明の周波数変調装置はこれに限らず、定められた周波数帯域内に送信信号の帯域を収めることが求められる無線通送信装置及び無線通信装置に広く適用できる。
(Other embodiments)
In the above-described fourth embodiment, the case where the
図13に、実施の形態1〜3の周波数変調装置を搭載した無線送信装置の構成を示す。無線送信装置300は、実施の形態1〜3のいずれかの周波数変調装置100と、周波数変調装置100により得られたRF変調信号を増幅する増幅器301と、増幅された信号を送信するアンテナ302とを有する。
FIG. 13 shows a configuration of a wireless transmission device equipped with the frequency modulation device according to the first to third embodiments. Radio transmitting apparatus 300 includes
図14に、実施の形態1〜3の周波数変調装置を搭載した無線通信装置の構成を示す。無線通信装置400は、実施の形態1〜3いずれかの周波数変調装置100及び増幅器301を有する送信部401と、受信信号に対して復調処理を含む所定の受信処理を施す受信部402と、送信信号と受信信号との切替えを行う共用器403と、アンテナ302とを備えている。
FIG. 14 shows a configuration of a wireless communication device equipped with the frequency modulation device according to the first to third embodiments. Radio communication apparatus 400 includes transmission section 401 including
これにより、無線送信装置300及び無線通信装置400においては、2点変調による高精度の周波数変調を行うことができるので高品質の送信信号を得ることができるのに加えて、送信波を確実にスペクトルマスク内に収めることができるので他の無線機器への干渉を抑制できるようになる。 As a result, the wireless transmission device 300 and the wireless communication device 400 can perform high-accuracy frequency modulation by two-point modulation, so that a high-quality transmission signal can be obtained, and a transmission wave can be reliably transmitted. Since it can be accommodated in the spectrum mask, interference with other wireless devices can be suppressed.
本発明は、例えば携帯電話機等の携帯端末やその基地局等の無線通信装置に適用して好適なものである。 The present invention is preferably applied to a mobile terminal such as a mobile phone and a wireless communication apparatus such as a base station thereof.
1 電圧制御発振器(VCO)
2 分周器
3 位相比較器
4 ループフィルタ
7 ポストフィルタ
100 周波数変調装置
101、110、120 ノイズシェーパ
102 微分器
103 量子化器
104 フィードバック回路
200 ポーラ変調送信装置
300 無線送信装置
400 無線通信装置
1 Voltage controlled oscillator (VCO)
2 frequency divider 3 phase comparator 4
Claims (10)
前記PLL回路に設けられ、ベースバンド変調信号及びキャリア周波数信号に基づいて、前記PLL回路の分周比を設定する分周器と、
前記PLL回路のループフィルタと前記PLL回路の電圧制御発振器との間に設けられ、前記ループフィルタの出力電圧に前記ベースバンド変調信号に応じた電圧を加えて前記電圧制御発振器の制御電圧端子に供給する加算器と、
前記ベースバンド変調信号をアナログ変換して前記加算器に供給するにあたって発生する量子化ノイズの周波数特性を変化させるノイズシェーパと
を具備することを特徴とする周波数変調装置。 A PLL circuit;
A frequency divider provided in the PLL circuit for setting a frequency division ratio of the PLL circuit based on a baseband modulation signal and a carrier frequency signal;
Provided between the loop filter of the PLL circuit and the voltage controlled oscillator of the PLL circuit, and adds a voltage corresponding to the baseband modulation signal to the output voltage of the loop filter and supplies it to the control voltage terminal of the voltage controlled oscillator An adder to
A frequency modulation device comprising: a noise shaper that changes a frequency characteristic of quantization noise generated when the baseband modulation signal is converted into an analog signal and supplied to the adder.
ことを特徴とする請求項1に記載の周波数変調装置。 The frequency modulation device according to claim 1, wherein the noise shaper attenuates the quantization noise in a higher frequency range.
ことを特徴とする請求項2に記載の周波数変調装置。 The frequency modulation device according to claim 2, wherein the noise shaper has a transfer function obtained by adding integrated quantization noise to the baseband modulation signal.
前記ベースバンド変調信号を微分する微分器と、
量子化器と、
前記微分器の出力信号と前記量子化器の出力信号とをタイミングを合わせて加算して前記量子化器に入力させるフィードバック回路と
を具備することを特徴とする請求項3に記載の周波数変調装置。 The noise shaper is
A differentiator for differentiating the baseband modulation signal;
A quantizer,
The frequency modulation device according to claim 3, further comprising: a feedback circuit that adds the output signal of the differentiator and the output signal of the quantizer at the same timing and inputs the added signal to the quantizer. .
ことを特徴とする請求項1に記載の周波数変調装置。 The frequency modulator according to claim 1, wherein the noise shaper is a band-pass delta sigma modulator.
ことを特徴とする請求項1に記載の周波数変調装置。 The frequency modulation device according to claim 1, wherein the noise shaper is a delta modulator.
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の周波数変調装置。 The frequency modulation device according to claim 1, further comprising a low-pass filter provided between the noise shaper and the adder.
前記ベースバンドの位相変調信号を入力し、RF位相変調信号を出力するPLL回路と、
前記PLL回路の電圧制御発振器から出力されるRF位相変調信号の振幅を、前記振幅変調信号に応じて変動させる高周波電力増幅器と、
前記PLL回路に設けられ、前記ベースバンドの位相変調信号及びキャリア周波数信号に基づいて、前記PLL回路の分周比を設定する分周器と、
前記PLL回路のループフィルタと前記PLL回路の電圧制御発振器との間に設けられ、前記ループフィルタの出力電圧に前記ベースバンドの位相変調信号に応じた電圧を加えて前記電圧制御発振器の制御電圧端子に供給する加算器と、
前記ベースバンドの位相変調信号をアナログ変換して前記加算器に供給するにあたって発生する量子化ノイズの周波数特性を変化させるノイズシェーパと
を具備することを特徴とするポーラ変調送信装置。 An amplitude phase separation unit that forms a baseband phase modulation signal and an amplitude modulation signal based on the baseband modulation signal;
A PLL circuit for inputting the baseband phase modulation signal and outputting an RF phase modulation signal;
A high-frequency power amplifier that varies the amplitude of the RF phase modulation signal output from the voltage controlled oscillator of the PLL circuit according to the amplitude modulation signal;
A frequency divider provided in the PLL circuit for setting a frequency division ratio of the PLL circuit based on the baseband phase modulation signal and the carrier frequency signal;
A control voltage terminal provided between the loop filter of the PLL circuit and the voltage controlled oscillator of the PLL circuit, and adding a voltage corresponding to the baseband phase modulation signal to the output voltage of the loop filter. An adder for supplying to
A polar modulation transmission apparatus comprising: a noise shaper that changes a frequency characteristic of quantization noise generated when the baseband phase modulation signal is converted into an analog signal and supplied to the adder.
前記周波数変調装置から出力されるRF変調信号を増幅する増幅器と
を具備することを特徴とする無線送信装置。 A frequency modulation device according to any one of claims 1 to 7,
An amplifier for amplifying an RF modulation signal output from the frequency modulation device.
受信信号を復調する受信部と、
アンテナと、
前記送信部から前記アンテナへの送信信号の供給と、前記アンテナから前記受信部への 受信信号の供給とを切り替える送受切替部と
を具備することを特徴とする無線通信装置。 A transmitter having the frequency modulation device according to any one of claims 1 to 7,
A receiver for demodulating the received signal;
An antenna,
A wireless communication apparatus comprising: a transmission / reception switching unit that switches between supply of a transmission signal from the transmission unit to the antenna and supply of a reception signal from the antenna to the reception unit.
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