JP4233082B2 - 周波数シンセサイザ及び移動端末装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数シンセサイザに関し、詳しくは、無線電気通信ネットワークにおける移動端末装置に使用されるマルチバンド周波数シンセサイザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
新世代の移動端末装置は、次世代移動通信システム（Universal Mobile Telephone System：以下、ＵＭＴＳという。）の周波数帯域と、移動通信用グローバルシステム／汎用パケット無線サービス（Global System for Mobile Communication/General Packet Radio Services：以下、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ）の周波数帯域とを用いたデータ伝送を単体でサポートしている。このため、周波数シンセサイザは、ＵＭＴＳ周波数分割双方向通信（UMTS-Frequency Division Duplex：以下、ＵＭＴＳ−ＦＤＤという。）及びＵＭＴＳ時分割双方向通信（UMTS-Time Division Duplex：以下、ＵＭＴＳ−ＴＤＤという。）の周波数帯域をサポートするとともに、ＧＳＭ／ＧＰＲＳにおけるアップリンク（Ｔｘ）及びダウンリンク（Ｒｘ）の両方に対応した３バンド機能（ＧＳＭ９００／ＤＣＳ１８００／ＰＣＳ１９００）を有している必要がある。なお、ＤＣＳとは、デジタルセルラシステム（Digital Cellular System）の略語であり、ＰＣＳとは、パーソナルコミュニケーションサービス（personal Communications Service）の略語である。
【０００３】
現在知られているマルチバンド周波数シンセサイザは、ＵＭＴＳアップリンク用の周波数シンセサイザ、ＵＭＴＳダウンリンク用の周波数シンセサイザ、３バンドＧＳＭ／ＧＰＲＳ用の周波数シンセサイザ等、個別の複数の周波数シンセサイザを備えている。ＧＰＲＳに必要とされるクラス１２整定時間（class 12 settling time）（１５０μｓ以下）を達成するために、通常、フラクショナルＮ（分数分周方式）シンセサイザ（Fractional-N synthesizer）が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
フラクショナルＮシンセサイザを使用する最大の利点は、アップリンクからダウンリンク周波数帯域への切換時、又は信頼性が高いＧＰＲＳデータ伝送の必須条件の１つであるシステム間ハンドオーバー（handover）時の整定時間を短くできることである。一方、全てのクラスのフラクショナルＮシンセサイザは、位相雑音が多く、スプリアススペクトルの量が多い等、出力スペクトル特性が悪いという致命的な欠点を有する。特に、受信信号のレベルが低い場合に、これらの問題が深刻となる。フラクショナルＮシンセサイザを使用する場合、高品質のフィルタを用いて出力スペクトルを後処理しなければ、ＧＳＭ標準規格０５０５（GSM standard 0505）の要求を満たすことができず、このような手法は、コストが高くなり、また部品実装面積も広くなる。移動端末装置の設計においては、低コスト化及び小型化の要求が高まっており、大きな部品を追加するスペースは残っていない。
【０００５】
そこで、本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、小型で低コストなマルチバンド周波数シンセサイザであって、整定時間が短く、位相雑音が少なく、スプリアススペクトルの量が少ない周波数シンセサイザ及びこの周波数シンセサイザを用いた移動端末装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係る周波数シンセサイザは、次世代移動通信システム（ＵＭＴＳ）及び移動通信用グローバルシステム／汎用パケット無線サービス（ＧＳＭ／ＧＰＲＳ）周波数帯域の周波数を有する信号を生成する周波数シンセサイザにおいて、一定の基準周波数信号を生成する基準周波数源と、基準周波数源からの基準周波数信号を第１の種類の周波数帯域の信号に変換する第１の周波数シンセサイザサブユニットと、基準周波数源からの基準周波数信号を第２の種類の周波数帯域の信号に変換するとともに、基準周波数信号を中間周波数信号に変換する第２の周波数シンセサイザサブユニットと、基準周波数源からの基準周波数信号を、周波数が固定された、すなわち狭い周波数範囲を有する補助的信号であって、中間周波数信号とともに用いられて第３及び第４の種類の周波数帯域の信号が生成される補助的信号に変換する第３の周波数シンセサイザサブユニットとを備える。
【０００７】
第１〜第４の種類の周波数帯域は、互いに異なる周波数帯域であり、それぞれが異なる無線通信規格に対応する周波数帯域である。例えば、第１の種類の周波数帯域は、ＵＭＴＳ ＴＤＤ１、ＦＤＤ−Ｔｘ及びＴＤＤ２規格をサポートし、第２の種類の周波数帯域は、ＵＭＴＳ ＦＤＤ−Ｒｘ規格をサポートし、第３の種類の周波数帯域は、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ １８００／１９００ＭＨｚ規格ＤＣＳ及びＰＣＳ規格をサポートし、第４の種類の周波数帯域は、ＧＳＭ ９００ＭＨｚ規格をサポートする。
【０００８】
また、上述の目的は、本発明に基づく上述の周波数シンセサイザを備えるＵＭＴＳ／ＧＳＭ／ＧＰＲＳ周波数帯域用の移動端末装置により達成される。
【０００９】
本発明によれば、小型に設計でき、高速の切換を行うことができ、且つ好ましくない周波数のスプリアススペクトルが発生せず、位相雑音が少ないＵＭＴＳ／ＧＳＭ／ＧＰＲＳ周波数帯域に対応するマルチバンド周波数シンセサイザを実現することができる。更に、本発明に係るマルチバンド周波数シンセサイザでは、設計において複雑な部品が必要ではないため、製造コストを低く抑えることができる。
【００１０】
第１乃至第３の周波数シンセサイザサブユニットは、それぞれ基準周波数信号の周波数値を整数によって除算することにより該基準周波数信号を分周信号（scaled down signal）に変換する第１乃至第３の分周器を備えていてもよい。更に、第１乃至第３の周波数シンセサイザサブユニットは、分周信号を整数倍することにより、整数倍された信号を生成する位相同期ループ周波数シンセサイザを備えていてもよい。
【００１１】
また、本発明に係る周波数シンセサイザは、第２のシンセサイザサブユニットからの信号と、補助的信号に基づく信号とを混合し、第３の種類の周波数帯域の信号、又は第４の種類の周波数帯域の信号を導き出すための前処理信号を生成する周波数ミキサを備えていてもよい。更に、周波数シンセサイザは、補助的信号が周波数ミキサに供給される前に、補助的信号を整数値により除算する第４の分周器を備えていてもよい。
【００１２】
また、本発明に係る周波数シンセサイザは、周波数ミキサから出力される信号を整数値により除算することにより、第３の種類の周波数帯域の信号を生成する第５の分周器を備えていてもよい。
【００１３】
更に、本発明に係る周波数シンセサイザは、第３又は第４の種類の周波数帯域の信号を生成するための回路において発生する高調波成分を除去するための第１の低域通過フィルタを備えていてもよい。更に、本発明に係る周波数シンセサイザは、第４の種類の周波数帯域の信号を生成する第５の分周器において発生する高調波成分を除去するための第２の低域通過フィルタを備えていてもよい。
【００１４】
本発明に係る周波数シンセサイザにおいて、第１の種類の周波数帯域は、例えば１９００ＭＨｚ乃至１９８０ＭＨｚ又は２０１０ＭＨｚ乃至２０２５ＭＨｚの範囲を有する帯域であり、第２の種類の周波数帯域は、例えば２１１０ＭＨｚ乃至２１７０ＭＨｚの範囲を有する帯域であり、第３の種類の周波数帯域は、例えば１７１０ＭＨｚ乃至１９９０ＭＨｚの範囲を有する帯域であり、第４の種類の周波数帯域は、例えば８８０ＭＨｚ乃至９６０ＭＨｚの範囲を有する帯域である。
【００１５】
本発明は、例えば、無線セルラ通信ネットワーク用の携帯電話に適用される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る周波数シンセサイザ及び移動端末装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に基づくマルチバンド周波数シンセサイザにおいて使用される周波数シンセサイザサブユニットの構成を示すブロック図である。この図１に示すように、シンセサイザサブユニット１０の出力端子１８から出力される信号は、各周波数帯域の周波数を直接有し、又は更なる処理のための代用的な周波数（auxiliary frequency）を有する。
【００１８】
全てのシンセサイザサブユニット１０の入力端子１７には、基準水晶発振器から基準周波数信号ｆｒが供給されている。第１の処理段においては、基準周波数信号ｆｒは、デジタル制御コードによってプログラマブル分周器（frequency divider）１２において、整数の分周係数（division coefficient）Ｒによって、ｆＤ＝ｆｒ／Ｒにスケールダウン（scale down）、すなわち分周される。位相同期ループ周波数シンセサイザ（phase locked loop frequency synthesizer：以下、ＰＬＬ周波数シンセサイザという。）１１は、電圧制御発振器（voltage controlled oscillator：以下、ＶＣＯという。）１５から出力される信号の周波数を所定の値の周波数に調整する。
【００１９】
ＰＬＬ周波数シンセサイザ１１は、原理的には、周波数ラスタ（frequency raster）、すなわち周波数ステップｆＤを有する周波数逓倍器として動作する。この動作は、ＰＬＬ周波数シンセサイザ１１のフィードバックループにプログラマブル整数分周器１６を設け、この整数分周器１６によってＶＣＯ１５の出力信号を分周係数Ｎによって除算して分周することにより実現される。
【００２０】
ＰＬＬ周波数シンセサイザ１１は、位相周波数検出器（phase frequency detector：ＰＦＤ）１３を備え、位相周波数検出器１３は、入力周波数ｆＤと、分周出力信号ｆｏ／Ｎとの間の位相角の差に比例する出力電圧ｕｏ（ｔ）を出力する。この出力電圧ｕｏ（ｔ）は、低域通過フィルタ１４によってフィルタリングされ、ＶＣＯ１５に供給される。低域通過フィルタ１４のフィルタ特性は、周波数帯域が変更されたときに出力周波数が高速に切り換えられ、すなわち高速なロック時間が実現されるよう十分広い通過帯域を有するとともに、ＶＣＯ１５の出力スペクトルに位相雑音を生じさせる虞がある高い周波数を除去するよう十分狭い通過帯域を有する。ＶＣＯ１５の出力周波数信号ｆｏは、ＶＣＯ１５に供給されるフィルタリングされた出力電圧Ｕｆ（ｔ）の関数である。ＰＬＬ周波数シンセサイザ１１においては、この出力周波数信号ｆｏは、分周器１６によって、適切な整数の分周係数Ｎにより周波数信号ｆＤと等しい周波数に分周されて位相周波数検出器１３に供給される。この信号は、位相周波数検出器１３において、元の周波数信号ｆＤと比較され、この比較に基づいてＶＣＯ１５を制御する制御電圧である出力電圧ｕｏ（ｔ）が生成される。遷移処理（transient process）が終了した後、出力周波数ｆｏは、上述したように、以下の式に基づいて、フィードバックループ内のプログラマブル分周器１６において設定された符号分割係数（code division coefficient）である分周係数Ｎによって制御される。
ｆｏ＝Ｎ×ｆＤ＝Ｎ／Ｒ×ｆｒ （式１）
ここで、Ｎ及びＲは整数である。
【００２１】
式１に示すように、出力周波数ｆｏは、入力周波数ｆＤの整数倍であり、換言すれば、ｆＤは、ｆｏの周波数ラスタ（frequency raster）を定義している。高速な周波数ホッピングを実現するのに十分な速さで分周係数Ｎを変更することにより、出力周波数を変更することができる。この処理により、フラクショナルＮ（分数分周方式）シンセサイザにおけるスプリアススペクトルや追加的な位相雑音は発生せず、したがって、ＰＬＬ周波数シンセサイザ１１の出力スペクトルを後処理するためのフィルタを設ける必要がない。
【００２２】
図２は、本発明を適用したマルチバンド周波数シンセサイザ２００の構成を示すブロック図である。マルチバンド周波数シンセサイザ２００は、図１を用いて説明したＰＬＬ周波数シンセサイザ１１と同様の第１のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１及び第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１を備える。これらのうちの２つ、すなわち第１のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１と第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１は、ＵＭＴＳアップリンクとＵＭＴＳダウンリンクに使用され、第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１は、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１及び後述する追加的なミキサ及び分周器と協働して、３バンドＧＳＭ／ＧＰＲＳ機能に必要な全ての周波数信号を生成する。各ＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１、２２１、２３１の前段には、それぞれプログラマブル分周器２１２、２２２、２３２が設けられており、これらのプログラマブル分周器２１２、２２２、２３２には、例えば１９．２ＭＨｚの安定した発振周波数を発生する水晶発振器である基準周波数ソース２０１からの入力信号が供給されている。
【００２３】
第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１は、第１のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１とは異なり、前段のプログラマブル分周器２２２から供給される異なる２つの入力周波数で交互に動作する。すなわち、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１には、第１の入力周波数として、ＵＭＴＳダウンリンク周波数が供給され、第２の入力周波数として、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ周波数帯域に基づく中間周波数が供給される。これにより、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ周波数帯域における整定時間が短くなり、及び位相雑音特性が向上する。
【００２４】
第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１は、帯域が狭められており（約２４ＭＨｚ）、位相周波数検出器２３３において、高い周波数の周波数信号を処理し、これにより整定時間が短くなり、位相雑音が低減される。第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１の出力側に設けられたデジタル分周器２３７は、第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１の出力信号を分周し、及び第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１の周波数ステップを係数Ｍによって分周する。これにより、位相雑音が更に低減される。図２に示すマルチバンド周波数シンセサイザ２００は、４つの出力端子２１９、２２９、２３９、２４９を備え、これらの出力端子２１９、２２９、２３９、２４９からは、それぞれの周波数帯域の信号が出力される。各出力端子２１９、２２９、２３９、２４９に対する周波数帯域の割当を表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
第１の出力端子２１９に出力信号を供給するマルチバンド周波数シンセサイザ２００のシンセサイザブランチ２０２は、ＵＭＴＳ周波数帯域のＦＤＤ送信機（ＦＤＤ−Ｔｘ）及びＴＤＤ１（１９００〜１９８０ＭＨｚ）、並びにＴＤＤ２（２０１０〜２０２５ＭＨｚ）の周波数帯域の信号を生成する。プログラマブル分周器２１２は、整数の分周係数Ｒ１によって基準周波数ｆｒを分周する。ここで、Ｒ１は、９６に設定され、これにより０．２ＭＨｚの周波数信号ｆＤが出力される。符号分割係数である分周係数Ｒ１は、図２に示す回路における他の全てのプログラマブル分周器と同様に、制御コード（control code）ＣＣによって設定される。
【００２７】
位相同期ループ周波数シンセサイザの動作については、図１を用いて既に説明している。プログラマブル分周器２１２の後段の第１のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１のフィードバックループにおいて適用されている整数の符号分割係数Ｎ１は、プログラミング可能に調整され、式１に基づいて、所定の周波数の出力信号ｆｏ１を生成する。ＴＤＤ１／ＦＤＤ−Ｔｘ周波数帯域に対しては、Ｎ１は、９５００〜９９００の範囲の値をとり、Ｎ１の値を１ずつインクリメントすることにより、ｆｏ１が０．２ＭＨｚずつインクリメントされる。ＴＤＤ２周波数帯域に対しては、Ｎ１の値は、１００５０から始まり１０１２５で終わる範囲に調整する必要がある。
【００２８】
２１１０〜２１７０ＭＨｚの範囲のＵＭＴＳ周波数帯域のＦＤＤ受信機（ＲＤＤ−Ｒｘ）として動作する場合、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１の出力信号ｆｏ２が第２の出力端子２２９に供給される。この場合、マルチバンド周波数シンセサイザ２００の第２のシンセサイザブランチ２０３内に設けられているプログラマブル分周器２２２は、基準周波数ｆｒを分周係数Ｒ２によって分周する。Ｒ２の値は、Ｒ１と同じ９６である。プログラマブル分周器２２２により分周された信号は、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１において、フィードバックループで適用されている符号分割係数Ｎ２によって制御される逓倍係数により逓倍される。ここで、Ｎ２の値は、１０５５０〜１０８５０の範囲をとる。ここでは、出力周波数ｆｏ２の周波数ラスタ、すなわち出力周波数ｆｏ２の可能なインクリメント値は、０．２ＭＨｚのステップに固定されている。
【００２９】
マルチバンド周波数シンセサイザ２００の第２のシンセサイザブランチ２０３は、第２のモードで動作し、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ周波数帯域を導き出すのに適切な周波数の信号を生成することができる。この第２のモードでは、プログラマブル分周器２２２は、基準周波数ｆｒを係数Ｒ２＝６により分周し、これにより、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１に３．２ＭＨｚの入力周波数信号ｆＤ２を供給する。この周波数は、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１において、３．２ＭＨｚの周波数ラスタを有する２１１０〜２３９０ＭＨｚの範囲の周波数に逓倍される。周波数ステップを大きくすることにより、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ周波数帯域信号についても、整定時間が短くなり、位相雑音が低減される。マルチバンド周波数シンセサイザ２００の第２のシンセサイザブランチ２０３は、図１を用いて説明した原理に基づき、２つのモードで動作する。
【００３０】
第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１から出力される信号からＧＰＲＳ周波数帯域の信号を生成するために、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１から出力される信号は、周波数ミキサ２２７において、マルチバンド周波数シンセサイザ２００の第３のシンセサイザブランチ２０４から供給される補助的周波数ｆｏ３／８に混合される。周波数ミキサ２２７は、低域通過フィルタ２３８と協働して、以下の式に基づく減算器として機能する。
ｆＧＰＲＳ＝ｆｏ２−ｆｏ３／８ （式２）
ここで、ｆｏ３は、第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１からの出力信号の周波数を表す。
【００３１】
マルチバンド周波数シンセサイザ２００の第３のシンセサイザブランチ２０４において、補助的周波数信号ｆｏ３を生成するために、基準周波数ｆｒは、プログラマブル分周器２３２において、値１２を有する分周係数Ｒ３によって分周される。これにより得られる１．６ＭＨｚの信号は、第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１に供給され、第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１は、プログラマブルデジタル分周器２３６の分周係数Ｎ３を定数である２０００に設定することにより、このプログラマブル分周器２３２からの１．６ＭＨｚの信号を３２００ＭＨｚ前後の周波数を有する信号ｆｏ３に変換する。信号ｆｏ３は、分周係数Ｍ１が８に固定されているデジタル分周器２３７において、４００ＭＨｚに分周された後、周波数ミキサ２２７に供給される。これにより、ＧＰＲＳ周波数帯域の信号は、出力信号ｆｏ２を適切な値に調整することにより生成される。分周係数Ｎ２と、出力信号ｆｏ２と、所望のＧＰＲＳ周波数帯域との関係の詳細を表２に示す。
【００３２】
【表２】
【００３３】
低域通過フィルタ２３８は、周波数ミキサ２２７における混合処理によって生じる高調波成分を除去し、及び第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１内の第２のＶＣＯ２２５又は第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１内のＶＣＯ２３５で発生する高調波成分を除去する。低域通過フィルタ２３８の出力信号は、上述の式２によって表される信号であり、マルチバンド周波数シンセサイザ２００の第３の出力端子２３９に供給される。
【００３４】
更に、低域通過フィルタ２３８を前処理器（precursor）として機能させ、前処理された周波数（precursor frequency）を分周係数Ｍ２が２に固定されているデジタル分周器２４１において分周し、このデジタル分周器２４１において発生する高調波成分を除去するためにデジタル分周器２４１からの信号を低域通過フィルタ２４２によってフィルタリングすることにより、ＧＳＭ帯域の周波数信号がマルチバンド周波数シンセサイザ２００の第４の出力端子２４９を介して出力される。デジタル分周器の構成を単純にするためには、低域通過フィルタ２３８からの出力信号は、２で除算できるものである必要がある。
【００３５】
分周係数Ｎ２と、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１の出力信号ｆｏ２と、所望のＧＳＭ周波数帯域との関係の詳細を表３に示す。
【００３６】
【表３】
【００３７】
ここで、例えば符号分割多元接続（Code Division Multiple Access：ＣＤＭＡ）等、ＵＭＴＳに採用されている符号化方式では、処理される特定の信号に含まれている情報は、元の信号よりかなり広い帯域に亘って拡散され、信号伝送における干渉の影響が小さくされるため、第１のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１及び第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１の出力信号ｆｏ１及びｆｏ２は、例えばＧＳＭ／ＧＰＲＳ周波数帯域用の低域通過フィルタ等による後処理を行う必要がない。したがって、第１のＶＣＯ２１５及び第２のＶＣＯ２２５から発生される高調波成分に由来するスプリアススペクトルによって信号伝送の品質が劣化することがない。
【００３８】
なお、ＵＭＴＳアップリンク周波数は、ＧＳＭ／ＧＰＲＳアップリンク及びダウンリンク周波数とは独立して生成されるため、ＵＭＴＳコール期間中に、非圧縮モードでＧＳＭモニタリングを確実に行うことができる。
【００３９】
好ましい具体例においては、ＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１、２２１、２３１として、例えばアナログデバイシズ社（Analog Devices：ＡＤ）又は他の製造業者から市販されているＡＤＦ４２１３整数−ＮデュアルＲＦ／ＩＦ ＰＬＬ周波数シンセサイザ １．０ＧＨｚ／３ＧＨｚ（ADF4213 Integer-N Dual RP/IP PLL Frequency Synthesizer 1.0 GHz/3 GHz）又はこれに互換性を有する他のＰＬＬ周波数シンセサイザを用いる。１〜４個のＰＬＬ周波数シンセサイザが１つのパッケージに集積されたデバイスを用いてもよい。アナログデバイス社からのＰＬＬ周波数シンセサイザは、ファーストロックモード（Fastlock Mode）と呼ばれるビルトインにより非常に短い整定時間が実現されているため、適しているが、他の製造業者からのデバイスを同様に用いてもよい。
【００４０】
更に、本発明の好ましい具体例においては、全てのデジタル回路は、１つの特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）により実現され、ＶＣＯ２１５、２２５、２３５、ミキサ２２７、低域通過フィルタ２３８、２４２及び基準周波数ソース２０１については、ディスクリート回路又は他の集積回路を用いて実現する。
【００４１】
図３は、本発明に基づくマルチバンド周波数シンセサイザの周波数プランを示す図である。高い干渉特性を示すＵＭＴＳ周波数帯域を除いて、高調波を含む第１及び第２のＶＣＯ２１５、２２５の１つから生成された周波数は、マルチバンド周波数シンセサイザ２００の受信帯域又は送信帯域に含まれず、このためＧＳＭ標準規格０５０５（GSM standard 0505）の要求が満たされている。このような効果は、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ周波数よりかなり高い周波数を生成するＶＣＯを使用することにより得られる。更に、第３のＶＣＯ２３５の高調波も、デジタル分周器２３７によって分周することにより、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ受信又は送信帯域に含まれなくなる。
【００４２】
更に、どのＶＣＯの周波数も、他のＶＣＯの周波数と異なっており、これにより、スペクトル特性を著しく劣化させる虞があるダイレクトロック（direct lock）が防止される。チューニング範囲が狭いＶＣＯは、チューニング範囲が広いＶＣＯよりも良好なスペクトル特性を示すため、本発明に基づくマルチバンド周波数シンセサイザでは、チューニング範囲が狭いＶＣＯを用いることが好ましい。また、ＶＣＯの消費電力は、仕様上の最大周波数に応じて大きくなるため、最大周波数が使用される最大周波数に等しい、又は使用される最大周波数に近いＶＣＯを用いることにより、移動端末装置の充電間隔を長くすることができる。
【００４３】
低域通過フィルタ２３８、２４２を小さくするためには、複雑なフィルタリングを必要とするイメージ周波数（image frequencies）を回避する必要がある。したがって、周波数ミキサ２２７の出力におけるスプリアス成分を効果的に飽和させるために、ｆ０３／Ｍ１の最大値を０．１ｆｏ２以下とする必要がある。
【００４４】
更に、図３には、第１のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１内の低域通過フィルタ２１４（ＬＰＦ１）のフィルタ特性も示されており、この低域通過フィルタ２１４の帯域幅は、ＶＣＯ２１５における周波数の切換が高速に行われるための十分な広さを有するとともに、第１のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１の出力スペクトルに位相雑音が発生するのを防止するための十分な狭さを有する。
【００４５】
ＶＣＯの周波数は、ＶＣＯ自体の周波数及び処理中に発生する高調波がスプリアス抑圧に要求される最大帯域幅内に含まれるように選択される。本発明に基づくマルチバンド周波数シンセサイザ２００の第３のシンセサイザブランチ２０４においては、この条件は、Ｍ１によって分周される第３のＶＣＯ２３５により生成される信号の周波数及び高調波成分に適用する必要がある。これにより、単純な回路構成を用いた設計によって、図４に示すような、ＧＳＭ標準規格０５０５に基づく帯域外放射（outband emissions）に関する要求を満たすことができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る周波数シンセサイザは、一定の基準周波数信号を生成する基準周波数源と、基準周波数源からの基準周波数信号を第１の種類の周波数帯域の信号に変換する第１の周波数シンセサイザサブユニットと、基準周波数源からの基準周波数信号を第２の種類の周波数帯域の信号に変換するとともに、基準周波数信号を中間周波数信号に変換する第２の周波数シンセサイザサブユニットと、基準周波数信号を、周波数が固定された補助的信号であって、中間周波数信号とともに用いられて第３及び第４の種類の周波数帯域の信号が生成される補助的信号に変換する第３の周波数シンセサイザサブユニットとを備える。これにより、小型で低コストなマルチバンド周波数シンセサイザであって、整定時間が短く、位相雑音が少なく、スプリアススペクトルの量が少ない周波数シンセサイザを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく周波数シンセサイザサブユニットの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に基づくマルチバンド周波数シンセサイザの構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示すマルチバンド周波数シンセサイザにおける周波数プランを示す図である。
【図４】検討すべき全ての周波数帯域に関して、基準感度レベルと帯域外放射の制限値を定義する周波数との関係を示す図である。
【符号の説明】
２００ マルチバンド周波数シンセサイザ、２１１ 第１のＰＬＬ周波数シンセサイザ、２１２ プログラマブル分周器、２２１ 第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ、２２２ プログラマブル分周器、２３１ 第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ、２３２ プログラマブル分周器、２２７ ミキサ、２３７ デジタル分周器、２３８ 低域通過フィルタ、２４１ デジタル分周器、２４２ 低域通過フィルタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数シンセサイザに関し、詳しくは、無線電気通信ネットワークにおける移動端末装置に使用されるマルチバンド周波数シンセサイザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
新世代の移動端末装置は、次世代移動通信システム（Universal Mobile Telephone System：以下、ＵＭＴＳという。）の周波数帯域と、移動通信用グローバルシステム／汎用パケット無線サービス（Global System for Mobile Communication/General Packet Radio Services：以下、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ）の周波数帯域とを用いたデータ伝送を単体でサポートしている。このため、周波数シンセサイザは、ＵＭＴＳ周波数分割双方向通信（UMTS-Frequency Division Duplex：以下、ＵＭＴＳ−ＦＤＤという。）及びＵＭＴＳ時分割双方向通信（UMTS-Time Division Duplex：以下、ＵＭＴＳ−ＴＤＤという。）の周波数帯域をサポートするとともに、ＧＳＭ／ＧＰＲＳにおけるアップリンク（Ｔｘ）及びダウンリンク（Ｒｘ）の両方に対応した３バンド機能（ＧＳＭ９００／ＤＣＳ１８００／ＰＣＳ１９００）を有している必要がある。なお、ＤＣＳとは、デジタルセルラシステム（Digital Cellular System）の略語であり、ＰＣＳとは、パーソナルコミュニケーションサービス（personal Communications Service）の略語である。
【０００３】
現在知られているマルチバンド周波数シンセサイザは、ＵＭＴＳアップリンク用の周波数シンセサイザ、ＵＭＴＳダウンリンク用の周波数シンセサイザ、３バンドＧＳＭ／ＧＰＲＳ用の周波数シンセサイザ等、個別の複数の周波数シンセサイザを備えている。ＧＰＲＳに必要とされるクラス１２整定時間（class 12 settling time）（１５０μｓ以下）を達成するために、通常、フラクショナルＮ（分数分周方式）シンセサイザ（Fractional-N synthesizer）が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
フラクショナルＮシンセサイザを使用する最大の利点は、アップリンクからダウンリンク周波数帯域への切換時、又は信頼性が高いＧＰＲＳデータ伝送の必須条件の１つであるシステム間ハンドオーバー（handover）時の整定時間を短くできることである。一方、全てのクラスのフラクショナルＮシンセサイザは、位相雑音が多く、スプリアススペクトルの量が多い等、出力スペクトル特性が悪いという致命的な欠点を有する。特に、受信信号のレベルが低い場合に、これらの問題が深刻となる。フラクショナルＮシンセサイザを使用する場合、高品質のフィルタを用いて出力スペクトルを後処理しなければ、ＧＳＭ標準規格０５０５（GSM standard 0505）の要求を満たすことができず、このような手法は、コストが高くなり、また部品実装面積も広くなる。移動端末装置の設計においては、低コスト化及び小型化の要求が高まっており、大きな部品を追加するスペースは残っていない。
【０００５】
そこで、本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、小型で低コストなマルチバンド周波数シンセサイザであって、整定時間が短く、位相雑音が少なく、スプリアススペクトルの量が少ない周波数シンセサイザ及びこの周波数シンセサイザを用いた移動端末装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係る周波数シンセサイザは、次世代移動通信システム（ＵＭＴＳ）及び移動通信用グローバルシステム／汎用パケット無線サービス（ＧＳＭ／ＧＰＲＳ）周波数帯域の周波数を有する信号を生成する周波数シンセサイザにおいて、一定の基準周波数信号を生成する基準周波数源と、基準周波数源からの基準周波数信号を第１の種類の周波数帯域の信号に変換する第１の周波数シンセサイザサブユニットと、基準周波数源からの基準周波数信号を第２の種類の周波数帯域の信号に変換するとともに、基準周波数信号を中間周波数信号に変換する第２の周波数シンセサイザサブユニットと、基準周波数源からの基準周波数信号を、周波数が固定された、すなわち狭い周波数範囲を有する補助的信号であって、中間周波数信号とともに用いられて第３及び第４の種類の周波数帯域の信号が生成される補助的信号に変換する第３の周波数シンセサイザサブユニットとを備える。
【０００７】
第１〜第４の種類の周波数帯域は、互いに異なる周波数帯域であり、それぞれが異なる無線通信規格に対応する周波数帯域である。例えば、第１の種類の周波数帯域は、ＵＭＴＳ ＴＤＤ１、ＦＤＤ−Ｔｘ及びＴＤＤ２規格をサポートし、第２の種類の周波数帯域は、ＵＭＴＳ ＦＤＤ−Ｒｘ規格をサポートし、第３の種類の周波数帯域は、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ １８００／１９００ＭＨｚ規格ＤＣＳ及びＰＣＳ規格をサポートし、第４の種類の周波数帯域は、ＧＳＭ ９００ＭＨｚ規格をサポートする。
【０００８】
また、上述の目的は、本発明に基づく上述の周波数シンセサイザを備えるＵＭＴＳ／ＧＳＭ／ＧＰＲＳ周波数帯域用の移動端末装置により達成される。
【０００９】
本発明によれば、小型に設計でき、高速の切換を行うことができ、且つ好ましくない周波数のスプリアススペクトルが発生せず、位相雑音が少ないＵＭＴＳ／ＧＳＭ／ＧＰＲＳ周波数帯域に対応するマルチバンド周波数シンセサイザを実現することができる。更に、本発明に係るマルチバンド周波数シンセサイザでは、設計において複雑な部品が必要ではないため、製造コストを低く抑えることができる。
【００１０】
第１乃至第３の周波数シンセサイザサブユニットは、それぞれ基準周波数信号の周波数値を整数によって除算することにより該基準周波数信号を分周信号（scaled down signal）に変換する第１乃至第３の分周器を備えていてもよい。更に、第１乃至第３の周波数シンセサイザサブユニットは、分周信号を整数倍することにより、整数倍された信号を生成する位相同期ループ周波数シンセサイザを備えていてもよい。
【００１１】
また、本発明に係る周波数シンセサイザは、第２のシンセサイザサブユニットからの信号と、補助的信号に基づく信号とを混合し、第３の種類の周波数帯域の信号、又は第４の種類の周波数帯域の信号を導き出すための前処理信号を生成する周波数ミキサを備えていてもよい。更に、周波数シンセサイザは、補助的信号が周波数ミキサに供給される前に、補助的信号を整数値により除算する第４の分周器を備えていてもよい。
【００１２】
また、本発明に係る周波数シンセサイザは、周波数ミキサから出力される信号を整数値により除算することにより、第３の種類の周波数帯域の信号を生成する第５の分周器を備えていてもよい。
【００１３】
更に、本発明に係る周波数シンセサイザは、第３又は第４の種類の周波数帯域の信号を生成するための回路において発生する高調波成分を除去するための第１の低域通過フィルタを備えていてもよい。更に、本発明に係る周波数シンセサイザは、第４の種類の周波数帯域の信号を生成する第５の分周器において発生する高調波成分を除去するための第２の低域通過フィルタを備えていてもよい。
【００１４】
本発明に係る周波数シンセサイザにおいて、第１の種類の周波数帯域は、例えば１９００ＭＨｚ乃至１９８０ＭＨｚ又は２０１０ＭＨｚ乃至２０２５ＭＨｚの範囲を有する帯域であり、第２の種類の周波数帯域は、例えば２１１０ＭＨｚ乃至２１７０ＭＨｚの範囲を有する帯域であり、第３の種類の周波数帯域は、例えば１７１０ＭＨｚ乃至１９９０ＭＨｚの範囲を有する帯域であり、第４の種類の周波数帯域は、例えば８８０ＭＨｚ乃至９６０ＭＨｚの範囲を有する帯域である。
【００１５】
本発明は、例えば、無線セルラ通信ネットワーク用の携帯電話に適用される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る周波数シンセサイザ及び移動端末装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に基づくマルチバンド周波数シンセサイザにおいて使用される周波数シンセサイザサブユニットの構成を示すブロック図である。この図１に示すように、シンセサイザサブユニット１０の出力端子１８から出力される信号は、各周波数帯域の周波数を直接有し、又は更なる処理のための代用的な周波数（auxiliary frequency）を有する。
【００１８】
全てのシンセサイザサブユニット１０の入力端子１７には、基準水晶発振器から基準周波数信号ｆｒが供給されている。第１の処理段においては、基準周波数信号ｆｒは、デジタル制御コードによってプログラマブル分周器（frequency divider）１２において、整数の分周係数（division coefficient）Ｒによって、ｆＤ＝ｆｒ／Ｒにスケールダウン（scale down）、すなわち分周される。位相同期ループ周波数シンセサイザ（phase locked loop frequency synthesizer：以下、ＰＬＬ周波数シンセサイザという。）１１は、電圧制御発振器（voltage controlled oscillator：以下、ＶＣＯという。）１５から出力される信号の周波数を所定の値の周波数に調整する。
【００１９】
ＰＬＬ周波数シンセサイザ１１は、原理的には、周波数ラスタ（frequency raster）、すなわち周波数ステップｆＤを有する周波数逓倍器として動作する。この動作は、ＰＬＬ周波数シンセサイザ１１のフィードバックループにプログラマブル整数分周器１６を設け、この整数分周器１６によってＶＣＯ１５の出力信号を分周係数Ｎによって除算して分周することにより実現される。
【００２０】
ＰＬＬ周波数シンセサイザ１１は、位相周波数検出器（phase frequency detector：ＰＦＤ）１３を備え、位相周波数検出器１３は、入力周波数ｆＤと、分周出力信号ｆｏ／Ｎとの間の位相角の差に比例する出力電圧ｕｏ（ｔ）を出力する。この出力電圧ｕｏ（ｔ）は、低域通過フィルタ１４によってフィルタリングされ、ＶＣＯ１５に供給される。低域通過フィルタ１４のフィルタ特性は、周波数帯域が変更されたときに出力周波数が高速に切り換えられ、すなわち高速なロック時間が実現されるよう十分広い通過帯域を有するとともに、ＶＣＯ１５の出力スペクトルに位相雑音を生じさせる虞がある高い周波数を除去するよう十分狭い通過帯域を有する。ＶＣＯ１５の出力周波数信号ｆｏは、ＶＣＯ１５に供給されるフィルタリングされた出力電圧Ｕｆ（ｔ）の関数である。ＰＬＬ周波数シンセサイザ１１においては、この出力周波数信号ｆｏは、分周器１６によって、適切な整数の分周係数Ｎにより周波数信号ｆＤと等しい周波数に分周されて位相周波数検出器１３に供給される。この信号は、位相周波数検出器１３において、元の周波数信号ｆＤと比較され、この比較に基づいてＶＣＯ１５を制御する制御電圧である出力電圧ｕｏ（ｔ）が生成される。遷移処理（transient process）が終了した後、出力周波数ｆｏは、上述したように、以下の式に基づいて、フィードバックループ内のプログラマブル分周器１６において設定された符号分割係数（code division coefficient）である分周係数Ｎによって制御される。
ｆｏ＝Ｎ×ｆＤ＝Ｎ／Ｒ×ｆｒ （式１）
ここで、Ｎ及びＲは整数である。
【００２１】
式１に示すように、出力周波数ｆｏは、入力周波数ｆＤの整数倍であり、換言すれば、ｆＤは、ｆｏの周波数ラスタ（frequency raster）を定義している。高速な周波数ホッピングを実現するのに十分な速さで分周係数Ｎを変更することにより、出力周波数を変更することができる。この処理により、フラクショナルＮ（分数分周方式）シンセサイザにおけるスプリアススペクトルや追加的な位相雑音は発生せず、したがって、ＰＬＬ周波数シンセサイザ１１の出力スペクトルを後処理するためのフィルタを設ける必要がない。
【００２２】
図２は、本発明を適用したマルチバンド周波数シンセサイザ２００の構成を示すブロック図である。マルチバンド周波数シンセサイザ２００は、図１を用いて説明したＰＬＬ周波数シンセサイザ１１と同様の第１のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１及び第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１を備える。これらのうちの２つ、すなわち第１のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１と第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１は、ＵＭＴＳアップリンクとＵＭＴＳダウンリンクに使用され、第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１は、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１及び後述する追加的なミキサ及び分周器と協働して、３バンドＧＳＭ／ＧＰＲＳ機能に必要な全ての周波数信号を生成する。各ＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１、２２１、２３１の前段には、それぞれプログラマブル分周器２１２、２２２、２３２が設けられており、これらのプログラマブル分周器２１２、２２２、２３２には、例えば１９．２ＭＨｚの安定した発振周波数を発生する水晶発振器である基準周波数ソース２０１からの入力信号が供給されている。
【００２３】
第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１は、第１のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１とは異なり、前段のプログラマブル分周器２２２から供給される異なる２つの入力周波数で交互に動作する。すなわち、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１には、第１の入力周波数として、ＵＭＴＳダウンリンク周波数が供給され、第２の入力周波数として、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ周波数帯域に基づく中間周波数が供給される。これにより、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ周波数帯域における整定時間が短くなり、及び位相雑音特性が向上する。
【００２４】
第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１は、帯域が狭められており（約２４ＭＨｚ）、位相周波数検出器２３３において、高い周波数の周波数信号を処理し、これにより整定時間が短くなり、位相雑音が低減される。第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１の出力側に設けられたデジタル分周器２３７は、第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１の出力信号を分周し、及び第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１の周波数ステップを係数Ｍによって分周する。これにより、位相雑音が更に低減される。図２に示すマルチバンド周波数シンセサイザ２００は、４つの出力端子２１９、２２９、２３９、２４９を備え、これらの出力端子２１９、２２９、２３９、２４９からは、それぞれの周波数帯域の信号が出力される。各出力端子２１９、２２９、２３９、２４９に対する周波数帯域の割当を表１に示す。
【００２５】
【表１】
第１の出力端子２１９に出力信号を供給するマルチバンド周波数シンセサイザ２００のシンセサイザブランチ２０２は、ＵＭＴＳ周波数帯域のＦＤＤ送信機（ＦＤＤ−Ｔｘ）及びＴＤＤ１（１９００〜１９８０ＭＨｚ）、並びにＴＤＤ２（２０１０〜２０２５ＭＨｚ）の周波数帯域の信号を生成する。プログラマブル分周器２１２は、整数の分周係数Ｒ１によって基準周波数ｆｒを分周する。ここで、Ｒ１は、９６に設定され、これにより０．２ＭＨｚの周波数信号ｆＤが出力される。符号分割係数である分周係数Ｒ１は、図２に示す回路における他の全てのプログラマブル分周器と同様に、制御コード（control code）ＣＣによって設定される。
【００２７】
位相同期ループ周波数シンセサイザの動作については、図１を用いて既に説明している。プログラマブル分周器２１２の後段の第１のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１のフィードバックループにおいて適用されている整数の符号分割係数Ｎ１は、プログラミング可能に調整され、式１に基づいて、所定の周波数の出力信号ｆｏ１を生成する。ＴＤＤ１／ＦＤＤ−Ｔｘ周波数帯域に対しては、Ｎ１は、９５００〜９９００の範囲の値をとり、Ｎ１の値を１ずつインクリメントすることにより、ｆｏ１が０．２ＭＨｚずつインクリメントされる。ＴＤＤ２周波数帯域に対しては、Ｎ１の値は、１００５０から始まり１０１２５で終わる範囲に調整する必要がある。
【００２８】
２１１０〜２１７０ＭＨｚの範囲のＵＭＴＳ周波数帯域のＦＤＤ受信機（ＲＤＤ−Ｒｘ）として動作する場合、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１の出力信号ｆｏ２が第２の出力端子２２９に供給される。この場合、マルチバンド周波数シンセサイザ２００の第２のシンセサイザブランチ２０３内に設けられているプログラマブル分周器２２２は、基準周波数ｆｒを分周係数Ｒ２によって分周する。Ｒ２の値は、Ｒ１と同じ９６である。プログラマブル分周器２２２により分周された信号は、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１において、フィードバックループで適用されている符号分割係数Ｎ２によって制御される逓倍係数により逓倍される。ここで、Ｎ２の値は、１０５５０〜１０８５０の範囲をとる。ここでは、出力周波数ｆｏ２の周波数ラスタ、すなわち出力周波数ｆｏ２の可能なインクリメント値は、０．２ＭＨｚのステップに固定されている。
【００２９】
マルチバンド周波数シンセサイザ２００の第２のシンセサイザブランチ２０３は、第２のモードで動作し、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ周波数帯域を導き出すのに適切な周波数の信号を生成することができる。この第２のモードでは、プログラマブル分周器２２２は、基準周波数ｆｒを係数Ｒ２＝６により分周し、これにより、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１に３．２ＭＨｚの入力周波数信号ｆＤ２を供給する。この周波数は、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１において、３．２ＭＨｚの周波数ラスタを有する２１１０〜２３９０ＭＨｚの範囲の周波数に逓倍される。周波数ステップを大きくすることにより、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ周波数帯域信号についても、整定時間が短くなり、位相雑音が低減される。マルチバンド周波数シンセサイザ２００の第２のシンセサイザブランチ２０３は、図１を用いて説明した原理に基づき、２つのモードで動作する。
【００３０】
第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１から出力される信号からＧＰＲＳ周波数帯域の信号を生成するために、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１から出力される信号は、周波数ミキサ２２７において、マルチバンド周波数シンセサイザ２００の第３のシンセサイザブランチ２０４から供給される補助的周波数ｆｏ３／８に混合される。周波数ミキサ２２７は、低域通過フィルタ２３８と協働して、以下の式に基づく減算器として機能する。
ｆＧＰＲＳ＝ｆｏ２−ｆｏ３／８ （式２）
ここで、ｆｏ３は、第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１からの出力信号の周波数を表す。
【００３１】
マルチバンド周波数シンセサイザ２００の第３のシンセサイザブランチ２０４において、補助的周波数信号ｆｏ３を生成するために、基準周波数ｆｒは、プログラマブル分周器２３２において、値１２を有する分周係数Ｒ３によって分周される。これにより得られる１．６ＭＨｚの信号は、第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１に供給され、第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１は、プログラマブルデジタル分周器２３６の分周係数Ｎ３を定数である２０００に設定することにより、このプログラマブル分周器２３２からの１．６ＭＨｚの信号を３２００ＭＨｚ前後の周波数を有する信号ｆｏ３に変換する。信号ｆｏ３は、分周係数Ｍ１が８に固定されているデジタル分周器２３７において、４００ＭＨｚに分周された後、周波数ミキサ２２７に供給される。これにより、ＧＰＲＳ周波数帯域の信号は、出力信号ｆｏ２を適切な値に調整することにより生成される。分周係数Ｎ２と、出力信号ｆｏ２と、所望のＧＰＲＳ周波数帯域との関係の詳細を表２に示す。
【００３２】
【表２】
低域通過フィルタ２３８は、周波数ミキサ２２７における混合処理によって生じる高調波成分を除去し、及び第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１内の第２のＶＣＯ２２５又は第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ２３１内のＶＣＯ２３５で発生する高調波成分を除去する。低域通過フィルタ２３８の出力信号は、上述の式２によって表される信号であり、マルチバンド周波数シンセサイザ２００の第３の出力端子２３９に供給される。
【００３４】
更に、低域通過フィルタ２３８を前処理器（precursor）として機能させ、前処理された周波数（precursor frequency）を分周係数Ｍ２が２に固定されているデジタル分周器２４１において分周し、このデジタル分周器２４１において発生する高調波成分を除去するためにデジタル分周器２４１からの信号を低域通過フィルタ２４２によってフィルタリングすることにより、ＧＳＭ帯域の周波数信号がマルチバンド周波数シンセサイザ２００の第４の出力端子２４９を介して出力される。デジタル分周器の構成を単純にするためには、低域通過フィルタ２３８からの出力信号は、２で除算できるものである必要がある。
【００３５】
分周係数Ｎ２と、第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１の出力信号ｆｏ２と、所望のＧＳＭ周波数帯域との関係の詳細を表３に示す。
【００３６】
【表３】
ここで、例えば符号分割多元接続（Code Division Multiple Access：ＣＤＭＡ）等、ＵＭＴＳに採用されている符号化方式では、処理される特定の信号に含まれている情報は、元の信号よりかなり広い帯域に亘って拡散され、信号伝送における干渉の影響が小さくされるため、第１のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１及び第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ２２１の出力信号ｆｏ１及びｆｏ２は、例えばＧＳＭ／ＧＰＲＳ周波数帯域用の低域通過フィルタ等による後処理を行う必要がない。したがって、第１のＶＣＯ２１５及び第２のＶＣＯ２２５から発生される高調波成分に由来するスプリアススペクトルによって信号伝送の品質が劣化することがない。
【００３８】
なお、ＵＭＴＳアップリンク周波数は、ＧＳＭ／ＧＰＲＳアップリンク及びダウンリンク周波数とは独立して生成されるため、ＵＭＴＳコール期間中に、非圧縮モードでＧＳＭモニタリングを確実に行うことができる。
【００３９】
好ましい具体例においては、ＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１、２２１、２３１として、例えばアナログデバイシズ社（Analog Devices：ＡＤ）又は他の製造業者から市販されているＡＤＦ４２１３整数−ＮデュアルＲＦ／ＩＦ ＰＬＬ周波数シンセサイザ １．０ＧＨｚ／３ＧＨｚ（ADF4213 Integer-N Dual RP/IP PLL Frequency Synthesizer 1.0 GHz/3 GHz）又はこれに互換性を有する他のＰＬＬ周波数シンセサイザを用いる。１〜４個のＰＬＬ周波数シンセサイザが１つのパッケージに集積されたデバイスを用いてもよい。アナログデバイス社からのＰＬＬ周波数シンセサイザは、ファーストロックモード（Fastlock Mode）と呼ばれるビルトインにより非常に短い整定時間が実現されているため、適しているが、他の製造業者からのデバイスを同様に用いてもよい。
【００４０】
更に、本発明の好ましい具体例においては、全てのデジタル回路は、１つの特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）により実現され、ＶＣＯ２１５、２２５、２３５、ミキサ２２７、低域通過フィルタ２３８、２４２及び基準周波数ソース２０１については、ディスクリート回路又は他の集積回路を用いて実現する。
【００４１】
図３は、本発明に基づくマルチバンド周波数シンセサイザの周波数プランを示す図である。高い干渉特性を示すＵＭＴＳ周波数帯域を除いて、高調波を含む第１及び第２のＶＣＯ２１５、２２５の１つから生成された周波数は、マルチバンド周波数シンセサイザ２００の受信帯域又は送信帯域に含まれず、このためＧＳＭ標準規格０５０５（GSM standard 0505）の要求が満たされている。このような効果は、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ周波数よりかなり高い周波数を生成するＶＣＯを使用することにより得られる。更に、第３のＶＣＯ２３５の高調波も、デジタル分周器２３７によって分周することにより、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ受信又は送信帯域に含まれなくなる。
【００４２】
更に、どのＶＣＯの周波数も、他のＶＣＯの周波数と異なっており、これにより、スペクトル特性を著しく劣化させる虞があるダイレクトロック（direct lock）が防止される。チューニング範囲が狭いＶＣＯは、チューニング範囲が広いＶＣＯよりも良好なスペクトル特性を示すため、本発明に基づくマルチバンド周波数シンセサイザでは、チューニング範囲が狭いＶＣＯを用いることが好ましい。また、ＶＣＯの消費電力は、仕様上の最大周波数に応じて大きくなるため、最大周波数が使用される最大周波数に等しい、又は使用される最大周波数に近いＶＣＯを用いることにより、移動端末装置の充電間隔を長くすることができる。
【００４３】
低域通過フィルタ２３８、２４２を小さくするためには、複雑なフィルタリングを必要とするイメージ周波数（image frequencies）を回避する必要がある。したがって、周波数ミキサ２２７の出力におけるスプリアス成分を効果的に飽和させるために、ｆ０３／Ｍ１の最大値を０．１ｆｏ２以下とする必要がある。
【００４４】
更に、図３には、第１のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１内の低域通過フィルタ２１４（ＬＰＦ１）のフィルタ特性も示されており、この低域通過フィルタ２１４の帯域幅は、ＶＣＯ２１５における周波数の切換が高速に行われるための十分な広さを有するとともに、第１のＰＬＬ周波数シンセサイザ２１１の出力スペクトルに位相雑音が発生するのを防止するための十分な狭さを有する。
【００４５】
ＶＣＯの周波数は、ＶＣＯ自体の周波数及び処理中に発生する高調波がスプリアス抑圧に要求される最大帯域幅内に含まれるように選択される。本発明に基づくマルチバンド周波数シンセサイザ２００の第３のシンセサイザブランチ２０４においては、この条件は、Ｍ１によって分周される第３のＶＣＯ２３５により生成される信号の周波数及び高調波成分に適用する必要がある。これにより、単純な回路構成を用いた設計によって、図４に示すような、ＧＳＭ標準規格０５０５に基づく帯域外放射（outband emissions）に関する要求を満たすことができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る周波数シンセサイザは、一定の基準周波数信号を生成する基準周波数源と、基準周波数源からの基準周波数信号を第１の種類の周波数帯域の信号に変換する第１の周波数シンセサイザサブユニットと、基準周波数源からの基準周波数信号を第２の種類の周波数帯域の信号に変換するとともに、基準周波数信号を中間周波数信号に変換する第２の周波数シンセサイザサブユニットと、基準周波数信号を、周波数が固定された補助的信号であって、中間周波数信号とともに用いられて第３及び第４の種類の周波数帯域の信号が生成される補助的信号に変換する第３の周波数シンセサイザサブユニットとを備える。これにより、小型で低コストなマルチバンド周波数シンセサイザであって、整定時間が短く、位相雑音が少なく、スプリアススペクトルの量が少ない周波数シンセサイザを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく周波数シンセサイザサブユニットの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に基づくマルチバンド周波数シンセサイザの構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示すマルチバンド周波数シンセサイザにおける周波数プランを示す図である。
【図４】検討すべき全ての周波数帯域に関して、基準感度レベルと帯域外放射の制限値を定義する周波数との関係を示す図である。
【符号の説明】
２００ マルチバンド周波数シンセサイザ、２１１ 第１のＰＬＬ周波数シンセサイザ、２１２ プログラマブル分周器、２２１ 第２のＰＬＬ周波数シンセサイザ、２２２ プログラマブル分周器、２３１ 第３のＰＬＬ周波数シンセサイザ、２３２ プログラマブル分周器、２２７ ミキサ、２３７ デジタル分周器、２３８ 低域通過フィルタ、２４１ デジタル分周器、２４２ 低域通過フィルタ
Claims (7)
- 次世代移動通信システム（ＵＭＴＳ）及び移動通信用グローバルシステム／汎用パケット無線サービス（ＧＳＭ／ＧＰＲＳ）周波数帯域の周波数を有する信号を生成する周波数シンセサイザにおいて、
一定の基準周波数信号を生成する基準周波数源と、
上記基準周波数源からの基準周波数信号を第１の種類の周波数帯域の信号に変換する第１の周波数シンセサイザサブユニットと、
上記基準周波数源からの基準周波数信号を第２の種類の周波数帯域の信号に変換するとともに、該基準周波数信号を中間周波数信号に変換する第２の周波数シンセサイザサブユニットと、
上記基準周波数源からの基準周波数信号を、周波数が固定された補助的信号であって、上記中間周波数信号とともに用いられて第３及び第４の種類の周波数帯域の信号が生成される補助的信号に変換する第３の周波数シンセサイザサブユニットと、
上記第２の周波数シンセサイザサブユニットからの信号と、上記補助的信号に基づく信号とを混合し、上記第３の種類の周波数帯域の信号、又は上記第４の種類の周波数帯域の信号を導き出すための前処理信号を生成する周波数ミキサと、
上記周波数ミキサから出力される前処理信号を整数値により除算することにより、上記第４の種類の周波数帯域の信号を生成する第５の分周器と、
を備え、
上記第１の種類の周波数帯域は、１９００ＭＨｚ乃至１９８０ＭＨｚ又は２０１０ＭＨｚ乃至２０２５ＭＨｚの範囲を有する帯域であり、
上記第２の種類の周波数帯域は、２１１０ＭＨｚ乃至２１７０ＭＨｚの範囲を有する帯域であり、
上記第３の種類の周波数帯域は、１７１０ＭＨｚ乃至１９９０ＭＨｚの範囲を有する帯域であり、
上記第４の種類の周波数帯域は、８８０ＭＨｚ乃至９６０ＭＨｚの範囲を有する帯域である、周波数シンセサイザ。 - 上記第１乃至第３の周波数シンセサイザサブユニットは、それぞれ上記基準周波数信号の周波数値を整数によって除算することにより該基準周波数信号を分周信号に変換する第１乃至第３の分周器を備えることを特徴とする請求項１記載の周波数シンセサイザ。
- 上記第１乃至第３の周波数シンセサイザサブユニットは、上記分周信号を整数倍することにより、整数倍された信号を生成する位相同期ループ周波数シンセサイザを備えることを特徴とする請求項２記載の周波数シンセサイザ。
- 上記補助的信号が上記周波数ミキサに供給される前に、該補助的信号を整数値により除算する第４の分周器を備える請求項１記載の周波数シンセサイザ。
- 上記第３又は第４の種類の周波数帯域の信号を生成するための回路において発生する高調波成分を除去するための第１の低域通過フィルタを備える請求項１記載の周波数シンセサイザ。
- 上記第４の種類の周波数帯域の信号を生成する第５の分周器において発生する高調波成分を除去するための第２の低域通過フィルタを備える請求項１記載の周波数シンセサイザ。
- 請求項１乃至６いずれか１項記載の周波数シンセサイザを備え、次世代移動通信システム（ＵＭＴＳ）及び移動通信用グローバルシステム／汎用パケット無線サービス（ＧＳＭ／ＧＰＲＳ）周波数帯域で使用される移動端末装置。
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