JP2007522726A - マルチバンドｏｆｄｍベースの超広帯域無線の周波数発生 - Google Patents

Abstract

本発明は、一般的に言えば、１つまたは複数の周波数シンセサイザ（たとえばＰＬＬなど）および１つまたは複数の単一サブバンド・ミキサを使用して、周波数帯域の対応するサブバンドを占有する通信信号を受信するために少なくとも３つのローカル発振器信号の発生を提供する。ある実施形態によれば、所与のローカル発振器信号の出力パスには１つの単一サイドバンド・ミキサしかなく、それによってスパーを低減する。ある他の実施形態によれば、３つのローカル発振器信号が連続して発生される。

Description

本発明は、広帯域ＲＦ通信システムに関し、より詳細には超広帯域（ＵＷＢ）通信システムに関する。

超広帯域信号は、米国では２００２年２月以来ＦＣＣ報告および命令０２−４８によって規定されている条件下で合法とされている。簡単に述べると、ＵＷＢ信号は３．１ＧＨｚから１０．７ＧＨｚの帯域では−４１．２ｄＢｍ／ＭＨｚより大きい電力スペクトル密度で送信されてはならない。他の場合には、電力は、既存のサービスを保護するために、さらに低減されなければならない。電力制限は、電力スペクトル密度として規定されているので、送信電力は帯域幅に比例し、したがって、実用性と実現可能性の制約の中で、できるだけ多くの帯域幅を占有し、それによって、可能なリンク範囲を最大化することが望ましい。しかし、搬送波周波数のＲＦ経路損失が増大し、半導体デバイスの雑音指数も増大するので、最初の関心は３．１〜４．９ＧＨｚのスペクトラムを利用することに集中される。

ＵＷＢに関する２つの競合する標準提案が現れ、１つはモトローラ社で識別され、他方はマルチバンドＯＦＤＭ連合（Ｍｕｌｔｉｂａｎｄ ＯＦＤＭ Ａｌｌｉａｎｃｅ）（ＭＢＯＡ）と呼ばれる企業連合で識別されている。ＭＢＯＡ−ＯＦＤＭ（以後「ＭＢ−ＯＦＤＭ」と言う）システムには、８０２．１１ａおよび８０２．１１ｇに対応した既存の無線ＬＡＮの概念からの借用が非常に多い。ＯＦＤＭ信号は１２８の副搬送波から成っている。これらの搬送波は５２８ＭＨｚを占有し、したがって副搬送波間隔は４．１２５ＭＨｚである。搬送波間隔が４．１２５ＭＨｚなので、その結果ＯＦＤＭシンボル長は１／４．１２５ｅ６＝２４２．４２ｎｓでなければならない。シンボル間干渉に対応するために、シンボル長（６０．６ｎｓ）の１／４のゼロ・エネルギ・プレフィックスが従来のサイクリック・プレフィックスの代わりに使用される。最後に、５つのサンプルのガード期間（９．４７ｎｓ）が付加される。全ＯＦＤＭシンボル長は、３１２．５ｎｓである。

１２８の副搬送波のうち、５つが帯域幅の両端でヌルに設定され、その結果、実際に占有される帯域幅は、５０７．３７５ＭＨｚしかない（かろうじて、必須の５００ＭＨｚより広い）。さらに、１２８の副搬送波のうち情報を担持するのは１００だけであり、その他は、パイロットか、ユーザ定義されたものか、あるいはヌルのいずれかである。１００の情報担持トーンは、ＱＰＳＫ変調を実行し、したがって、それぞれに２ビット、またはＯＦＤＭシンボルごとに２００ビットを提供する。したがって、総情報転送速度は、（２００／３１２．５ｅ−９）または６４０Ｍｂｐｓである。チャネル・コーディング冗長が考慮に入れられた後で、最大保護データ転送速度は４８０Ｍｂｐｓ（３／４レート・コード）である。

上記で分かるように、ＯＦＤＭを単純に使用すると、５ＧＨｚより下で利用可能なＵＷＢスペクトラムの１／３より低い５００ＭＨｚをちょうど超えた占有スペクトラムになる。送信電力は占有帯域幅に比例するので、これに対処しないと、利用可能範囲に重大な影響があるであろう。ＭＢ−ＯＦＤＭ仕様では、３バンド・ホッピング方式を使用して、帯域幅の３倍増を実現する。採用された方法は、連続するＯＦＤＭシンボルが長さ６の所定のホッピング・シーケンスに応じて異なる帯域で送信されるものである。これらのホッピング・シーケンスは、調整されていないピコネット間の衝突を最少化するように設計され、時間周波数インターリービング（ＴＦＩ）コードと呼ばれる。シーケンスの例には、｛１、２、３、１、２、３｝、｛３、２、１、３、２、１｝、｛１、１、２、２、３、３｝などがあり、ここで各インデックスは特定の５２８ＭＨｚ周波数帯を表す。

以下の表は、５３．３から４８０ＭｂｐｓまでのＰＨＹ−ＳＡＰデータ転送速度が基本の６４０Ｍｂｐｓの符号化されていないビット・レートからどのようにして得られるかを示し、この場合、畳み込み符号化（レート１／３、１１／３２、１／２、５／８および３／４）、ＩＦＦＴへの共役対称入力（係数１／２を導入する）、および時間拡散を含む３つのメカニズムによって、冗長が導入され、また、完全なＯＦＤＭシンボルがそれぞれ異なる周波数で繰り返されてよい。

図１は、ＭＢ−ＯＦＤＭ ＵＷＢ提案のサブバンドの構成を示す。サブバンドはグループ（グループＡ、グループＢ、グループＣおよびグループＤ）に分割される。最初の実装は、グループＡの３つのサブバンドの使用を想定する。また、グループＡおよびＣのサブバンドを使用する７帯域オプションも提案されている。グループＢおよびＤのサブバンドは、現在、可能な将来の使用のために取っておかれている。

図２を参照すると、以下の（ＭＨｚ単位の）３つの周波数、すなわち３４３２、３９６０および４４８８を発生するための公知のＭＢ−ＯＦＤＭ ＵＷＢ受信器周波数発生器のブロック図が示されている。（別段の注意がない限り、本明細書中で説明される全ての周波数の値は、ＭＨｚ単位で与えられる。）ローカル発振器２０３に結合されたＰＬＬ２０１は、４２２４の周波数を発生する。この信号は、２つの異なるパス２１０および２２０に印加される。第１のパスは、４２２４信号をシングル・サイドバンド（ＳＳＢ）ミキサ２３１の１つのインプットに直接接続する。ＳＳＢミキサの出力信号は、所望の中心周波数、すなわち３４３２、３９６０、あるいは４４８８のどれかである。

第２のパスは、別のＳＳＢミキサ２２１、ディバイダ２２３および２２５、ならびにセレクタ２２７を含む。４２２４入力信号は、係数８によって、さらに２によって連続して分周されて、セレクタの１つの入力に印加される２６４信号を生成する。２６４信号もまた、ＳＳＢミキサの１つの入力に印加される。ＳＳＢミキサへのもう１つの入力は、第１のディバイダ２２３の後で得られた５２８信号である。ＳＳＢミキサは、セレクタのもう１つの入力に印加される７９２信号を出力する。

前述のやり方で、第２のパス２２０は、２６４および７９２の周波数を発生する。これらの周波数のうちの１つは、セレクタ２２７によって選ばれ、ＳＳＢミキサ２３１の第２の入力に印加されて所望の中心周波数を発生する。具体的には、第２のパスが２６４信号を発生する場合、ＳＳＢミキサは４２２４±２６４、すなわち、４４８８および３９６０の信号を出力する。この図には（後に続く図にも）示されていないが、ＳＳＢミキサ２３１は和および差（「＋および−１」）両方の信号を発生し、ゲート回路が所望の中心周波数を選ぶために使用される。第２のパスが７９２信号を発生する場合、ＳＳＢミキサは、４２２４±７９２、すなわち、５０１６（使用されない）および３４３２の信号を出力する。

ＳＳＢミキサは、かなり大きな面積および電力要件を有する上に、通常、かなり大きな「スパー」、すなわち望ましくない周波数構成要素を含む出力信号を生成する。マルチＳＳＢミキサが図２のようにカスケードに接続されている場合、望ましくないスパー発生の可能性は非常に大きくなる。さらに、一時に単一の所望の周波数しか発生されないので、システム設計要件は、正しい周波数が必要な時間に利用可能で安定していることを保証するために強いられる。したがって、前述の問題を克服する周波数ジェネレータの必要性が存在する。

本発明は、一般的に言えば、１つまたは複数の周波数シンセサイザ（たとえば、ＰＬＬなど）および１つまたは複数の単一サイドバンド・ミキサを使用して、周波数帯域の対応するサブバンドを占有した通信信号を受信する少なくとも３つのローカル発振器信号の発生を提供する。

ある実施形態によれば、所与のローカル発振器信号の出力パスには１つの単一サイドバンド・ミキサしかなく、それによってスパーを低減する。他のある実施形態によれば、３つのローカル発振器信号が連続して発生される。

本発明は、添付の図面に関連する以下の説明からより完全に理解され得る。

ここで図３を参照すると、本発明の一実施形態による周波数ジェネレータのブロック図が示されている。共通の水晶発振器ＸＯによって駆動される２つのＰＬＬ３１０および３２０が提供されている。第１のＰＬＬは、制御信号３１１を受信し同一の出力信号３１３および３１５を生成する第１のＶＣＯ、ＶＣＯ１を含む。リファレンス・ディバイダ３１７は、水晶発振器の出力信号を分周し、その結果の信号を周波数／位相コンパレータ３１９に印加する。同様に、出力ディバイダ３１８は、水晶発振器の出力信号を分周し、その結果の信号を周波数／位相コンパレータ３１９に印加する。周波数／位相コンパレータ３１９はエラー信号を生成し、このエラー信号はループ・フィルタ３１６でフィルタされて制御信号３１１を生成する。図示された実施形態では、第１のＰＬＬは、サブバンド間隔に等しい５２８の周波数を発生する。

第２のＰＬＬ３２０の構成も同様である。図示された実施形態では、第２のＰＬＬ３２０は、サブバンド＃２の中心周波数である３９６０の周波数を発生する。第１および第２のＰＬＬの出力信号は、ＳＳＢミキサ３３１で一緒に混合されて、それぞれサブバンド＃１および＃３に対応する３４３２および４４８８の周波数を発生する。

前述の実施形態および以下で説明される他の実施形態では、１つまたは複数のＶＣＯが、分周された関連する出力信号と共に示されたいくつかの複数の周波数で稼働されうることに留意されたい。そのような構成は、ＶＣＯの設計を簡単にする場合もある。さらに、直接デジタル合成（ＤＤＳ）または遅延ロック・ループ（ＤＬＬ）など、ＰＬＬ以外の周波数合成技法が使用されてもよい。

一代替実施形態が図４に示されている。この実施形態では、ＰＬＬ１は８９７６の周波数を発生し、ＰＬＬ２は６８６４の周波数を発生する。これらの周波数は、ディバイダ４０１および４０３を使用して二分周されて、それぞれサブバンド＃３およびサブバンド＃１に対応する４４８８および３４３２の周波数を得る。したがって、この実施形態では、３つのサブバンドのうちの２つの周波数は直接発生され、その結果、スパーが低減される。直接発生された２つの周波数の１つは、サブバンド＃３であり、これには、存在しているスペクトラムの使用により、最も強く要求するスパー・フィルタリング要件が必要となる可能性がある。直接サブバンド＃３の周波数を発生することによって、１つまたは複数のＳＳＢミキサを使用してサブバンド＃３を発生する（結果としてスパーを生じる）ことに比べて、フィルタリング要求は低減される。

サブバンド＃３およびサブバンド＃１の周波数は、再度二分周され（４０５、４０７）、その結果の周波数がＳＳＢミキサ４０９内で一緒に混合されて、サブバンド＃２の周波数を得る（４４８８／２＋３４３２／２＝７９２０／２＝３９６０）。

図４のクロック発生回路の変形例が、それぞれ図５および６に示されている。ＰＬＬによって発生された特定の周波数およびディバイダの特定の構成は、図５および６の例示的実施形態によって示されているように、多数の可能な構成の間で変化してよい。

最初のＭＢ−ＯＦＤＭ提案は、サブバンド＃１〜３を使用する３つのサブバンドシステムを想定するが、他のシステムは、拡張によって異なる組の３つのサブバンドを使用してよく、あるいは多数のサブバンドを使用してもよい。使用するために利用可能な４つの追加サブバンドは、たとえば、それぞれ６３３６、６８６４、７３９２、および７９２０の周波数に対応するサブバンド＃６、７、８、および９である。

図７を参照すると、前述の周波数を全て発生することが可能なクロック発生回路が示されている。図７のクロック発生回路では、ＰＬＬ１およびＰＬＬ２によって発生された周波数は、それぞれ７３９２および１２６７２である。７３９２信号は、サブバンド＃８に対応し、直接出力される。これはまた、サブバンド＃１、２、３、６、７および９を発生する際に使用されるＳＳＢミキサ７０１にも入力される。１２６７２信号は、プログラム可能な１／Ｋディバイダ７０３によって分周され、この場合、Ｋは２、３または６であってよく、その後に１／４ディバイダ７０５が続く。１／４ディバイダの出力信号はＳＳＢミキサに入力される。ＳＳＢミキサによって発生された出力信号は、サブバンド＃６、７および９の周波数を含む。これら後者の周波数は、サブバンド＃１、２および３のそれぞれの周波数の２倍である。したがって、サブバンド＃１、２および３の周波数は、ＳＳＢミキサの出力信号を２（７０７）で分周することによって得られる。

図８は、図７の回路が、直接発生されるサブバンド＃８を除いて、関係する周波数それぞれをどのように発生するかを概説している。

前述のクロック発生回路は、２つのＰＬＬおよび１つのＳＳＢミキサを使用する。本発明の他の実施形態による他のクロック発生回路は、より多数のあるいはより少数のＰＬＬおよび／またはＳＳＢミキサを使用してもよい。

図９を参照すると、２つのＰＬＬ９１０および９２０、ならびに２つのＳＳＢミキサ９３１および９３３を使用するクロック発生回路が示されている。第１のＰＬＬは、直接サブバンド＃３の周波数を発生する。第２のＰＬＬは、サブバンド間隔の２倍の周波数（１０５６）を発生する。この周波数は、二分周され（９３５）、サブバンド間隔に等しい周波数（５２８）を得る。

それぞれサブバンド＃１および２の周波数を発生するために、２つのＳＳＢミキサが使用される。サブバンド＃１の周波数を発生するために、４４８８信号が１０５６信号と混合される。サブバンド＃１の周波数を発生するために、４４８８信号が５２８信号と混合される。

図１０を参照すると、単一のＰＬＬ１０１０および３つのＳＳＢミキサ１０１１、１０１３および１０１５を使用するクロック発生回路が示されている。ＰＬＬは、直接サブバンド＃３の周波数を発生する。ミキサ１０１１および１０１３は、サブバンド＃３の周波数を１つの入力として使用して、それぞれサブバンド＃１および２の周波数を発生する。他の入力は、サブバンド間隔（ＳＳＢミキサ１０１３）に等しい５２８の周波数、またはサブバンド間隔（ＳＳＢミキサ１０１５）の２倍に等しい１０５６の周波数である。後者の周波数は、二分周されるディバイダ１０１７およびＳＳＢミキサ１０１５のストリングによって発生される。ＳＳＢミキサ１０１５は、サブバンド＃３（４４８８）の周波数と、２６４の周波数であるディバイダ・チェーンの最後の出力信号とを入力として受信し、４２２４の周波数を出力信号として発生する。ディバイダ・チェーンは、２１１２、１０５６および５２８の中間周波数を生成する。

図１０の実施形態では、３つのローカル発振器信号が連続して発生され、システム設計を簡単にする。

本発明は、その主旨および重要な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で実施されてよいことが当業者によって理解されるであろう。したがって本説明は全ての点で例示的であって制限的ではないと考えられる。本発明の範囲は、前述の説明によってではなく、添付の特許請求の範囲の請求項によって示され、その同等物の意味および範囲に含まれる全ての変更は、その中に包含されるものとする。

ＭＢ−ＯＦＤＭ ＵＷＢ提案のサブバンド構造を示す図である。 知られているＭＢ−ＯＦＤＭ ＵＷＢ受信器周波数ジェネレータのブロック図である。 本発明の一実施形態による周波数ジェネレータのブロック図である。 周波数ジェネレータの他の実施形態のブロック図である。 図４の周波数ジェネレータの一変形形態のブロック図である。 図４の周波数ジェネレータの他の変形形態のブロック図である。 周波数ジェネレータの他の実施形態のブロック図である。 図７の周波数ジェネレータの動作を要約した表である。

Claims (12)

1. 周波数帯域の対応するサブバンドを占有する通信信号を受信するために、少なくとも３つのローカル発振器信号を発生する方法であって、周波数合成を使用して、少なくとも第１のローカル発振器信号を直接発生すること、および、前記第１のローカル発振器信号と別の周波数信号を混合することによって少なくとも第２のローカル発振器信号を発生することを含む方法。
2. 前記別の周波数信号が、隣接するサブバンドを分離するオフセット周波数またはその整数倍を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記別の周波数信号が、隣接するサブバンドを分離するオフセット周波数を含み、前記第１のローカル発振器信号と、前記オフセット周波数の整数倍である別の周波数信号を混合することによって、少なくとも第３のローカル発振器信号を発生することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記別の周波数信号が、隣接するサブバンドを分離するオフセット周波数の選択可能な整数倍の周波数を含む、請求項２に記載の方法。
5. ３つの連続するサブバンドについて３つのローカル発振器信号を発生することを含み、前記第１のローカル発振器信号が前記３つのサブバンドの中心サブバンドに対応する、請求項２に記載の方法。
6. 周波数合成を使用して、直接第１および第３のローカル発振器信号を発生すること、および、前記第１および第３のローカル発振器信号から得た信号を混合することによって前記第２のローカル発振器信号を発生することとを含む、請求項１に記載の方法。
7. 周波数帯域の対応するサブバンドを占有する通信信号を受信するために少なくとも３つのローカル発振器信号を発生する回路であって、第１のローカル発振器周波数を合成する手段と、前記第１のローカル発振器周波数と少なくとも第２のローカル発振器信号を発生する別の周波数信号とに反応する単一のサイドバンド・ミキサとを含む、回路。
8. 前記別の周波数信号が、隣接するサブバンドを分離するオフセット周波数またはその整数倍を含む、請求項７に記載の回路。
9. 前記別の周波数信号が、隣接するサブバンドを分離するオフセット周波数を含み、前記第１のローカル発振器信号と前記オフセット周波数の整数倍である別の周波数信号を混合することによって、少なくとも第３のローカル発振器信号を発生する別の単一サイドバンド・ミキサを含む、請求項８に記載の回路。
10. 隣接するサブバンドを分離するオフセット周波数の選択可能な整数倍を前記別の周波数信号として発生するプログラム可能なディバイダを含む、請求項８に記載の回路。
11. 前記３つのローカル発振器信号が、３つの連続するサブバンドのためのものであり、前記第１のローカル発振器信号が前記３つのサブバンドの中心サブバンドに対応する、請求項８に記載の回路。
12. 第３のローカル発振器周波数を合成する手段を含み、前記単一サブバンド・ミキサが前記第１および第３のローカル発振器信号から得た信号を混合する、請求項７に記載の回路。

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