JP2015104053A

JP2015104053A - 無線機及び基地局

Info

Publication number: JP2015104053A
Application number: JP2013244934A
Authority: JP
Inventors: 成隆江幡; Shigetaka Ehata
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2015-06-04

Abstract

【課題】無線機においてコストアップや回路規模増大を抑止しつつ送信周波数の高安定化を実現する。【解決手段】無線機は、変調信号から２つの変調信号を生成する信号生成部と、一方の変調信号を基準信号を用いて変調する電圧制御発振器と、他方の変調信号に基づいて前記基準信号を生成する基準周波数生成ループとを備え、前記基準周波数生成ループは、基準クロックを生成する基準発振器と、前記他方の変調信号に基づいて前記基準クロックに追従した基準周波数信号を生成する補正用発振器と、前記補正用発振器からの前記基準周波数信号と、前記電圧制御発振器からのループバック信号との位相差信号に基づいて前記基準信号を生成する基準信号生成部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は無線機に関し、例えば基地局などの無線機における送信周波数の安定化に関する。

基地局追従システムにおいては、高安定な周波数を基準クロックとした基地局無線機からの送信信号に移動局が追従することにより、高安定な通信システムを構成している。その為、基地局無線機には、高安定な送信周波数が要求される。
図４は従来のVCO＆VC-TCXO直接変調方式の基地局無線機の構成を示すブロック図を示す。

アナログ変調（FM変調）等における一般的な変調周波数は67Hz〜3kHzであり、図４に示す従来の無線機は、DSP(Digital Signal Processor)１０１から出力され、D/A（Digital/Analog）１０２にて変換された信号（図中MOD(VCO)及びMOD(VC-TCXO)）にて、VCO(Voltage Controlled Oscillator)１０３及びVC-TCXO(Voltage Controlled− Temperature Compensated Crystal Oscillator)１０４に変調を掛ける。そしてPLL(Phase Locked Loop)１０５によってVCO１０３の周波数を制御している。

なお、図４における符号１０６はLPF(Low Pass Filter)であり、符号１０７はAGC(Auto Gain Control)回路であり、符号１０８はPA(Power Amplifier)である。
つまり、図５に示すように、低域変調用のVC-TCXO１０４での変調周波数特性と、高域変調用のVCO１０３での変調周波数特性を合成し、変調周波数67Hz〜3kHzにおいて、周波数特性をフラットにし、所要の変調性能を実現している。

なお、従来から送信信号の隣接チャネル漏洩電力特性の劣化が少なく良好な隣接チャネル漏洩電力特性をもった無線機を提供するために、受信モードにおけるAFC動作後の周波数信号を送信モードに利用する技術がある（特許文献１参照）。

特開２００６−０６０７３０

しかしながら、4値FSK変調方式などの周波数偏移変調を行うデジタル変調方式においては、DC〜約1.3kHz程度の変調信号を変調する必要があり、図４に示すようなVCO＆VC-TCXO直接変調方式では、周波数の高安定化の為、VC-TCXOの代わりにOCXO(Oven Controlled Xtal Oscillator)を用いることになるが、一般的にOCXOは、図６に示すように変調可能範囲がVC-TCXOと比べかなり狭く、DC〜数百Hzの変調を掛けることが非常に難しい。

従って、図７に示すようなIQ信号を用いた、直交変調方式を採用することが考えられる。図７は、従来技術によるIQ直交変調方式での送信周波数高安定化方式を示したものである。この方式においては、ローカル周波数を直接IQ信号で変調を掛ける為、CW波となるローカル周波数を高安定なOCXO１０９を基準クロックとした、PLLループにて安定化すれば良く、容易に周波数の高安定化が実現可能となる。なお、図７において符号１１０は直交変調器を示す。

しかしながら、図７に示す方式では、IQ信号を出力にするためのDSP１０１の制御や、直交変調器１１０を使用する事による、コストアップ、消費電流増大、そして、スプリアス対策等による回路規模の増大等の問題がある。

そこで本発明は、上記した課題に鑑み、無線機においてコストアップや回路規模増大を抑止しつつ送信周波数の高安定化を実現することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係る無線機は、変調信号から２つの変調信号を生成する信号生成部と、前記２つの変調信号の一方の変調信号を基準信号を用いて変調する電圧制御発振器と、前記２つの変調信号の他方の変調信号に基づいて前記基準信号を生成する基準周波数生成ループとを備え、前記基準周波数生成ループは、基準クロックを生成する基準発振器と、前記他方の変調信号に基づいて前記基準クロックに追従した基準周波数信号を生成する補正用発振器と、前記補正用発振器からの前記基準周波数信号と、前記電圧制御発振器からのループバック信号との位相差信号に基づいて前記基準信号を生成する基準信号生成部とを備えていることを特徴としている。

また、上述した課題を解決するために、本発明に係る基地局は、上述した無線機を備えていることを特徴としている。

本発明に係る無線機によれば、コストアップや回路規模を増大することなく、送信周波数を高安定化することができる。

本発明の一実施形態としての無線機の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態としての無線機の加算回路及び減算回路の回路構成の一例を示す図である。本発明の一実施形態としての無線機の性能を説明するための図であり、（ａ）は無線機の変調周波数特性を示す図であり、（ｂ）は本実施形態の無線機と非安定化無線機との無線性能比較データの一例を示す図である。従来のVCO＆VC-TCXO直接変調方式の基地局無線機の構成を示すブロック図である。従来のVCO＆VC-TCXO直接変調方式による変調周波数特性を説明するための図である。従来のOCXO＆VCO直接変調方式による変調周波数特性を説明するための図である。従来のIQ信号を用いた直交変調方式の基地局無線機の構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係る無線機及び基地局を実施するための形態について、図面を参照して説明する。

本発明の無線機は、変調信号から２つの変調信号を生成する信号生成部と、前記２つの変調信号の一方の変調信号を基準信号を用いて変調する電圧制御発振器と、前記２つの変調信号の他方の変調信号に基づいて前記基準信号を生成する基準周波数生成ループとを備え、前記基準周波数生成ループは、基準クロックを生成する基準発振器と、前記他方の変調信号に基づいて前記基準クロックに追従した基準周波数信号を生成する補正用発振器と、前記補正用発振器からの前記基準周波数信号と、前記電圧制御発振器からのループバック信号との位相差信号に基づいて前記基準信号を生成する基準信号生成部とを備えていることを特徴としている。

図１は本発明の実施形態としての無線機（以下、本無線機という）の回路構成を示すブロック図である。本無線機は例えば基地局追従システムとしての基地局で実装される無線機である。
図１に示すように、本無線機は、信号を生成するDSP１、D/Aコンバータ（図中D/A）２、電圧制御発信器であるVCO（図中VCO(Tx)と表記）３、位相同期回路であるPLL４、ループフィルタであるLPF５、自動利得制御を行うAGC６、送信信号の出力（電力）を増幅するPA７、及び、基準周波数補正回路部１０を備えている。

本無線機におけるVCO直接変調方式による周波数高安定化の制御動作について説明する。まず、DSP1は変調信号をVCO変調用（図中MOD(VCO)と表記）とVC-TCXO変調用（図中MOD(VC-TCXO)と表記）の2つのデジタル変調信号に分割する。つまり、変調対象である変調信号から２つのVCO変調用信号とVC-TCXO変調用信号を生成する。

次にD/Aコンバータ２は２つのデジタル変調信号をそれぞれアナログ変調信号に変換する。アナログ変換されたVCO変調信号はVCO３の変調端子に入力され、VCO３によって数百Hz〜3kHz程度の変調が掛けられる。なお、VCO３は後述するPLL４から出力されLPF５を介して入力される基準信号に基づいてVCO変調信号を変調する。
一方、VC-TCXO変調信号は、高安定周波数生成の構成ループである基準周波数補正回路部１０に入力される。

高安定周波数生成の構成ループ（基準周波数生成ループ）は、VC-TCXO変調信号に基づいて基準信号を生成するものであり、基準周波数補正回路部１０、PLL４、LPF５から構成されている。基準周波数補正回路部１０は、恒温槽付水晶発振器であるOCXO１１、位相同期回路であるPLL１２、LPF１３、加算器１４、減算器１５、オフセツト電圧１６、水晶発振器の一例として温度補償電圧制御型のVC-TCXO１７、逓倍器１８からなる。これにより、OCXO１１を基準クロックとしたPLL１２にて、VC-TCXO１７の周波数をOCXO１１の周波数に追従するように構成している。

OCXO１１は基準クロックを生成する基準発振器であり、OCXO１１はVC-TCXO１７よりも高安定に基準クロックを出力する。OCXO１１の基準クロックはPLL１２に入力される。そして、PLL１２のプリスケーラ入力へは、VC-TCXO１７の出力周波数が、プリスケーラの検出可能周波数まで上げる為、逓倍器１８を介して入力される。

ここで、PLL１２の位相比較器では、上記２信号の位相差分のDC成分がLPF１３を介して加算回路１４に入力され、上述したD/Aコンバータ２から出力されたVC-TCXO変調信号と加算される。つまり、加算回路１４はVC-TCXO変調信号と周波数補正電圧としてのLPF１３を介したPLL１２からの電圧を加算する。

そして、加算回路１４は、VC-TCXO変調信号に位相差分のDC成分を重畳した信号を出力するが、このままでは、位相差分のDC成分加算により、VC-TCXO１７の周波数制御範囲電圧を超えてしまう。そこで、VC-TCXO１７の周波数制御範囲電圧を超えないようにするために、オフセット電圧１６の電圧分を減電圧すべく、減算回路１５を介して、VC-TCXO１７に出力する。つまり、減算回路１５は加算回路１４の出力をVC-TCXO１７の制御電圧の適正範囲内にする。

加算回路１４の出力信号が減算回路１５を介してVC-TCXO１７の周波数制御電圧に印加される事により、OCXO１１の基準クロックに追従させた補正信号をPLL４に入力することができる。つまり、減算回路１５の出力の電圧に応じて周波数が変動するVC-TCXO１７によりPLLループを構成することで、OCXO１１の基準クロックに追従させることができ、VCO３による高安定な送信周波数の生成が可能になる。このように、VC-TCXO１７はVC-TCXO変調信号に基づいて基準クロックに追従した基準周波数信号を生成する補正用発振器として機能する。

なお、図２に非反転加算回路を用いた加算回路１４及び減算回路１５の一例を示す。
そして、PLL４は、基準周波数補正回路部１０から出力されたOCXO１１の基準クロックに追従させたVC-TCXO１７からの基準周波数信号と、VCO３からのフィードバック信号との位相差信号（電圧）を出力する。

PLL４からの出力はLPF５を介してVCO３に入力される。VCO３は、PLL4とLPF５と協働することでPLLループを構成するものであり、PLL４からの入力（基準信号）を用いて変調対象である変調信号（MOD(VCO)）に変調をかけてAGC６に出力する。そして、変調された信号はAGC６で利得が制御され、PA７で増幅されて無線送信される。

このように、PLL４及びLPF５はVC-TCXO１７からの基準周波数信号と、VCO3からのループバック信号との位相差信号に基づいて基準信号を生成する基準信号生成部として機能する。

ここで、図３に本無線機の変調周波数特性、及び、高安定化基地局無線機と非安定化無線機との無線性能比較データの一例を示す。図３に示すように、本無線機による4値FSKのVCO直接変調方式における高安定基地局無線機によれば、高安定な送信周波数により、性能仕様の一例である所要変調性能を満たし、その他無線性能への大きな影響は認められない。

このように、本無線機によれば、高精度なOCXO１１の基準クロックに追従させたPLLループを構成し、VCO直接変調方式による高安定周波数生成方式を提供することができ、回路規模が大きく高価で消費電流が増大してしまうIQ直交変調方式を使用せずに、アナログ信号処理においても高安定な送信周波数を生成することができる。
つまり、本無線機によれば、直交変調器を使用するIQ直交変調方式に対して、コストアップ、消費電流増大、そして、スプリアス対策等による回路規模の増大をすることなく、送信周波数を高安定化することができる。

また、本無線機によりVCO直接変調方式においても、高安定な送信周波数生成が可能となり、例えば基地局追従システムでの周波数基準となる基地局無線機を安価に提供することができる。

以上、本発明の実施形態としての無線機について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述した実施形態では、変調信号生成にDSP１を用いた構成としているが、従来同様、アナログ信号処理構成、周波数変調（ＦＭ変調）方式においてもOCXO基準クロック追従による高安定化が可能であり、この場合、従来技術からのコスト低減効果はさらに大きくなる。

また、上述した実施形態では、本無線機が基地局無線機である場合を例にあげて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、送信周波数の安定化が要求されるすべての無線機に適用可能であることはいうまでもない。
さらに、上述した実施形態では、本無線機の変調方式が４値FSK変調方式である場合を例にあげて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、変調方式が４値FSK変調方式以外であってもよいことはいうまでもない。

なお、上述した実施形態では、基準周波数補正回路部１０において基準クロックを生成する基準発振器をOCXOとし、変調信号に基づいて基準クロックに追従した基準周波数信号を生成する補正用発振器をTC-VCXOとしたが、本発明において基準発振器と補正用発振器はこれらに限定されるものではなく種々の発振器を適用することができる。少なくとも基準発振器は補正用発振器よりも高安定であることが望ましい。

１、１０１ DSP
２、１０２ D/Aコンバータ
３、１０３ VCO
４、１２、１０５ PLL
５、１３、１０６ LPF
６、１０７ AGC
７、１０８ PA
１０基準周波数補正回路部
１１，１０９ OCXO
１４加算回路
１５減算回路
１６オフセット電圧
１７、１０４ VC-TCXO
１８逓倍器
１１０直交変調器

Claims

変調信号から２つの変調信号を生成する信号生成部と、
前記２つの変調信号の一方の変調信号を基準信号を用いて変調する電圧制御発振器と、
前記２つの変調信号の他方の変調信号に基づいて前記基準信号を生成する基準周波数生成ループとを備え、
前記基準周波数生成ループは、
基準クロックを生成する基準発振器と、
前記他方の変調信号に基づいて前記基準クロックに追従した基準周波数信号を生成する補正用発振器と、
前記補正用発振器からの前記基準周波数信号と、前記電圧制御発振器からのループバック信号との位相差信号に基づいて前記基準信号を生成する基準信号生成部とを備えていることを特徴とする、無線機。
無線信号を送信する無線機を備えた基地局であって、
前記無線機は、
変調信号から２つの変調信号を生成する信号生成部と、
前記２つの変調信号の一方の変調信号を基準信号を用いて変調する電圧制御発振器と、
前記２つの変調信号の他方の変調信号に基づいて前記基準信号を生成する基準周波数生成ループとを備え、
前記基準周波数生成ループは、
基準クロックを生成する基準発振器と、
前記他方の変調信号に基づいて前記基準クロックに追従した基準周波数信号を生成する補正用発振器と、
前記補正用発振器からの前記基準周波数信号と、前記電圧制御発振器からのループバック信号との位相差信号に基づいて前記基準信号を生成する基準信号生成部とを備えていることを特徴とする、基地局。