JP4416660B2 - 信号の周波数を変換するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に信号処理システムに関し、より詳しくは、例えば、オフセットフェーズロックドループを使用した通信用送信機、通信システム内で処理する信号の周波数を変換するためのシステムおよび方法に関する。

通信システム内の音声、データおよび他の種類のベースバンド信号を送信するために、いくつかの機能を実行しなければならない。これらの機能には、システム仕様を満たすのに十分な搬送波周波数まで、信号のフィルタリング、増幅、次いで変調が含まれる。行う変調の種類は、通信機を分類するための基礎として働く。ベースバンド信号の変調（またはアップコンバージョン）が２段階で行われるとき、送信機は、二重変換アーキテクチャを有すると言われる。なお、変調が、一段階で行われるとき、送信機は、直接変換アーキテクチャを有すると言われる。

図１は、従来の二重変換アーキテクチャを有した送信機を示す。この送信機は、２段階でベースバンド信号のアップコンバージョンを行う変調器を含む。第１段階では、ベースバンド信号のＩ成分およびＱ成分が、混合器１および２中に入力された局部発振器信号ＬＯ１の位相シフト分に基づいて、中間周波数（ＩＦ；ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）に変換される。次に、ＩＦ信号は、混合されて、混合器３に入力された第２の局部発振器信号ＬＯ２に基づいて、搬送波周波数に変換される。最後に、その結果得られたＲＦ信号が、フィルタリングされ増幅されてアンテナから送信され、その後受信機で復調される。

図２は、従来の直接変換アーキテクチャを有した送信機を示す。二重変換送信機とは違い、直接変換送信機は、変調を１段階だけ使用してＲＦ送信信号を生成する。変調に先立ち、ＩチャネルおよびＱチャネルに沿って、ディジタル信号が、ＤＡＣ４によってアナログ信号に変換され、ＬＰＦ５でフィルタリングされ、ＶＧＡ６によって増幅される。次に、それらの信号は、それぞれ混合器８および９内でそれらの信号を局部発振器信号ＬＯの位相シフト分と混合することによって、変調される。局部発振信号は、搬送波周波数に設定されているので、変調は、１段階で行われる。プロセスを完成するために、変調された信号を混合し増幅しフィルタリングして、アンテナから受信機に送信する。この具体的な変調スキームは、直接直交変調として周知になっている。

図３は、変換ループアーキテクチャ、またはオフセットフェーズロックドループ（ＯＰＬＬ）アーキテクチャとして周知の第３の従来のアーキテクチャを有した送信機を示す。二重変換送信機と同様に、変換ループ送信機は、２つのＰＬＬ回路を使用してＲＦ信号を生成する。しかし、変換ループ送信機は、そのＰＬＬ回路を極めて異なる方法で使用する。

その変換ループ送信機は、周波数変換を行う方法が、二重変換送信機とは異なる。図１のアーキテクチャでは、ＩＦ信号と第２の局部発振信号を混合する混合器３によって、中間周波数（ＩＦ）信号を搬送波周波数へ変換する。変換ループ送信機では、この混合器は、搬送波周波数への変換を行う制御ユニット２０で置き換えられる。

その制御ユニットは、送信機の前向き信号経路に沿って位置する位相周波数検出器／クロック周波数（ＰＦＤ／ＣＦ）ユニット２２と、フィルタ２４と、電圧制御発振器２６とを含み、ならびに帰還経路に沿って位置する混合器２７と、フィルタ２８とを含む。制御回路が周波数変換を行う方法について、ここで説明する。まず、送信する情報を含んだベースバンド信号を第１の混合器１０に入力する。ベースバンド信号は、ガウス分布最小偏位変調（ＧＭＳＫ；Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）データでよく、その混合器は、従来の二重変換送信機の第１の混合器と同様のものでよい。この図に示すように、混合器１０は、フェーズロックドループ回路ＰＬＬ２によって生成された局部発振信号Ｆ_ＬＯ２を使用して、ＧＭＳＫデータをベースバンド周波数から中間周波数へ変換する。混合された後、ＩＦ信号は、帯域通過フィルタ１５によってフィルタリングされて、不要成分、またはいわゆるミラー周波数成分が、除去される。

制御ループは、以下に示す段階に従って中間周波数信号を搬送波周波数へ変換する。まず、電圧制御発振器（ＶＣＯ）は、予めセットされた周波数Ｆ_ＶＣＯによる信号を出力する。混合器２７は、この信号とフェーズロックドループＰＬＬ１によって生成された第２の局部発振信号Ｆ_ＬＯ１を混合する。この混合器の出力は、２つのミラー周波数、Ｆ_ＶＣＯ＋Ｆ_ＬＯ１およびＦ_ＶＣＯ−Ｆ_ＬＯ１を含む。帯域通過フィルタ２８は、より高い周波数の信号を除去し、ＰＦＤ／ＣＰユニット中により低い周波数の信号を入力する。

ＰＦＤ／ＣＰユニットは、フィルタ１５から出力されたＩＦ信号の周波数が、フィルタ２８から出力された信号の周波数と一致しているかどうかを判定する。これらの信号が一致していない場合、ＰＦＤ／ＣＰユニットは、その間に存在する周波数の不一致の程度を表す差信号を発生する。この差信号は、フィルタ２２によってフィルタリングされてＶＣＯ中に入力され、それによってフィルタ２８から出力される周波数が、ＩＦ信号周波数と一致するように、Ｆ_ＶＣＯの周波数を制御する。したがって、フィルタ２８の出力（Ｆ_ＶＣＯ−Ｆ_ＬＯ１）がＦ_ＬＯ２に一致するまで、ＶＣＯが調節されるので、ＩＦ信号は、基準信号といわれる。

これらの信号間で周波数が一致した後、ＰＦＤ／ＣＰユニットは、フィルタ２８から出力された信号の位相をＩＦ信号の位相と比較する。不一致がある場合、ＰＦＤ／ＣＰユニットは、フィルタ２８から出力された信号の位相が、ＩＦ信号の位相と一致するまで、ＶＣＯ出力を調整する差信号を出力する。フィルタ２８の出力の周波数および位相が一致したとき、ＶＣＯの周波数は、所望の搬送波周波数に設定されることになる。次に、ＶＣＯは、送信するために、搬送波周波数による変調ベースバンド信号をアンテナに出力する。

上記に述べた送信機は、それぞれ利点および欠点を有する。

二重変換送信機は、中間周波数（ＩＦ）ステージにおいて、狭帯域フィルタリングおよび利得制御を効率的に実現することができるので望ましい。２つの局部発振周波数を使用して送信信号を生成することによって、二重変換送信機は、インジェクションプリングとして知られた問題、すなわち直接変換送信機では通常起こる現象も回避する。二重変換送信機は、他の種類の送信機より比較的問題が少ないことも分かっている。

これらの利点にもかかわらず、二重変換送信機に、いくつかの事例では、好ましくないようにさせる欠点がある。おそらく最も重大なのは、二重変換送信機は、ハードウェアが、たとえば直接変換送信機より多く必要になることである。このハードウェアの大部分は、ベースバンド信号の第１（またはＩＦ）のアップコンバージョンを行うために使用されるフィルタ回路および発振回路の形を取る。二重変換送信機は、別々のフェーズロックドループ（ＰＬＬ）回路を使用して、アップコンバージョンに必要な発振信号も生成する。これらの欠点は、コストおよび複雑さの点から深刻なことになることが分かっているが、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）および時分割多重接続（ＴＤＭＡ）による今日使用されている多くの携帯電話システムでは、この種類の送信機が、使用されている。

直接変換送信機は、二重変換送信機および変換ループ送信機が実現できない利点を提供する。たとえば、上記で論議したように、直接変換送信機は、ハードウェアの使用が、二重変換送信機より少ない。というのは、局部発振周波数を１つだけ使用して送信信号を生成するからである。したがって、ＰＬＬは、１つだけが必要である。これと同じ利点は、信号を生成するためにやはり２つのＰＬＬ回路を使用する変換ループ送信機に対しても、存在する。直接変換送信機は、変換ループ送信機において見られる帰還ループも必要でない。したがって、直接変換送信機は、ハードウェアの使用がより少なく、そのため送受話器および高度に集積化された他の用途で使用するのにより適する。

これらの利点にかかわらず、直接変換送信機には、いくつかの重大な欠点がある。たとえば、直接変換送信機は、通信システムの受信バンド中のノイズ低減仕様を満たすために、複式フィルタを使用する。これらのフィルタは、送信機内で数ｄＢの損失を引き起こし、電力増幅器から電力を追加することによって、この損失を補償しなければならない。このいわゆる「バックオフ」電力が、連続通話時間を著しく減少させる。したがって、直接変換送信機は、多くの携帯電話用途には最適の選択ではない。たとえば、（複式フィルタを使用しない）変換ループフィルタが、ＴＤＭＡ用途（たとえばＧＳＭ）では、一般に直接変換アーキテクチャにまさって使用されてきた。

変換ループ送信機は、上記の２つの種類の送信機がいずれも達成することができない利点を提供する。帰還ループ中で使用されるＰＬＬが、たとえば、トラッキング狭帯域・帯域通過フィルタのように働くことによって、外部におけるフィルタリングを最小にする。これによって、変換ループ送信機は、コストおよび電力消費に対する要求を低減するため、ＧＳＭ送受話器中で使用するのに好ましいものになる。

変換ループ送信機は、低ノイズフロアも実現する。これによって、直接変換アーキテクチャ中で使用される複式フィルタを１つの簡単なスイッチに置き換えることが可能になる。その結果、複式フィルタに関与する挿入損失が、なくなり、それによって、送信機中の電力増幅器を低い出力電力で動作させることが可能になる。したがって、他の多くの送信機アーキテクチャにおけるのとは異なり、Ｃ級電力増幅器を使用することができ、それによって電力印加効率の向上がもたらされる。これは、変調が定エンベロープ信号であるＧＳＭでは、極めて重要である。

変換ループシステムの追加の利点は、ＶＣＯが、存在する恐れのあるどんな残留振幅変調（ＡＭ）成分も取り除くことである。そのため、Ｃ級増幅器をより厳しく駆動させることが可能になり、それによって電力印加効率向上の追加の手段がもたらされる。

これらのすべての利点にかかわらず、携帯電話通信システム中に応用されたとき、変換ループ送信機には、その効率を最適にさせないようにする、いくつかの欠点がある。おそらく最も重大なのは、これらの送信機が、複数のＰＬＬ回路を使用して、ベースバンド信号を搬送波周波数へ変換するために必要な発振信号を生成しなければならないことである。これらの追加の発振器は、送受話器の物理的寸法およびコスト、ならびにその電力要求を増加させる。その結果、従来の変換ループ送信機は、所望の速度より速い速度で、送受話器のバッテリ中に蓄えられた電荷を消耗する。

したがって、変換ループ送信機中で信号を変調するための改良されたシステムおよび方法が、必要である。より詳しくは、従来の変換ループ送信機と比較してより経済的な電力効率がより高い形で動作し、かつ、たとえば携帯電話の送受話器内に組み込まれたとき、よりスペースを取らないようにより高度に集積化されたアーキテクチャを有した、変調信号を生成するためのシステムおよび方法が、必要である。

本発明の一目的は、変換ループ送信機中で信号を変調するための改良されたシステムおよび方法を提供することである。

本発明の他の目的は、従来の変換ループ送信機と比較してより経済的な電力効率がより高い形で変調信号を生成することによって、上記に述べた目的を達成することである。

本発明の他の目的は、従来の変換ループ送信機中で使用されているものより、少ない発振器回路および／または簡単なハードウェアを使用することによって、上記に述べた目的を達成することである。

本発明の他の目的は、この種類の従来の送信機より高度に集積化され、したがって、たとえば携帯電話の送受話器内に組み込まれたとき、よりスペースを取らない変換ループ送信機を提供することである。

本発明の他の目的は、変換ループ変調器中で周波数を変換する目的を有した発振信号を生成するための改良された方法を提供することである。

本発明のこれらおよび他の目的、利点は、フェーズロックドループ回路を多くとも１つ使用して、送信機信号を生成するシステムおよび方法を提供することによって、達成される。本発明の一実施形態によれば、システムは、基準発振信号を生成するフェーズロックドループユニットと、基準信号から第１および第２の発振信号を生成する局部発振器信号発生器とを含む。第１および第２の発振信号は、所望の搬送波周波数に比例して調和的に互いに関連付けられ、それらの周波数は、それらの和が、搬送波周波数と等しくなることを保証するように選択される。送信機信号を生成するために、第１の発振信号は、ベースバンド信号と混合されて、中間周波数信号を形成し、第２の発振信号は、変換ループ中に入力されて、ＩＦ信号を搬送波周波数へ変換するための基礎として使用される。

本発明のシステムの第２の実施形態は、発振信号を生成する第１の発振器と、発振信号と入力信号を混合して中間周波数信号を生成する混合器と、第２の発振器の周波数を分割して帰還信号を生成するデバイダと、帰還信号を中間周波数信号と比較して差信号を生成し、その差信号に基づいて所望の搬送波周波数に第２の発振器を設定するための制御信号を出力するコンパレータとを含む。デバイダおよびコンパレータは、送信機の変換ループ中に含めることができる。これらの環境下で、第１の発振器の周波数が、

である場合、デバイダは、第２の発振器の周波数に、

を掛けるように設定される。ただし、ＮおよびＭは、整数である。第１の発振器は、フェーズロックドループユニットでよく、第２の発振器は、電圧制御発振器でよい。

本発明のシステムの第３の実施形態は、第２の実施形態と同様であるが、ただし、第１の発振器が、

の周波数に設定された場合、周波数デバイダが、第１の発振器の出力に１／Ｍを掛け、第２の発振器の周波数が１／Ｎを掛けられることを除く。これらのパラメータが与えられた場合、送信機の変換ループは、所望の搬送波周波数によって変調された信号を出力する。

本発明のシステムの第４の実施形態は、フェーズロックドループをまったく使用せずに、発振信号を生成する。このシステムは、水晶振動子発振信号を生成する第１の発振器と、入力信号と水晶振動子発振信号を混合して中間周波数信号を形成する混合器と、第２の発振器の周波数を分割して帰還信号を生成するデバイダと、帰還信号を中間周波数信号と比較して差信号を導出し、その差信号に基づいて所望の搬送波周波数に第２の発振器を設定するための制御信号を出力するコンパレータとを含む。このデバイダは、帰還信号の周波数を中間周波数信号の周波数に等しくさせる値によって、第２の発振器の周波数を分割する。なお、第２の発振器は、電圧制御発振器でよい。

本発明の方法の様々な実施形態によって、上記に述べたシステムの機能が果たされる。そのシステムおよび方法によって、従来の変換ループ送信機中に使用されるフェーズロックドループ回路の数を、著しく減らす、またはまったく無くすことができる。そのため、携帯電話の送受話器のサイズおよび電力要求の低減が可能になり、それによって小型化がさらに推し進められ、より長いバッテリ寿命がもたらされる。

本発明について、以下の図面を参照して詳細に説明する。図面では、同じ参照番号は、同じ要素を示す。

本発明は、通信システム中で信号を変調するためのシステムおよび方法に関するものである。本発明は、無線通信システムの変換ループ送信機（普通は、オフセットフェーズロックドループとして知られている）中で信号を変調するのに極めてよく適しているが、本発明は、この応用に限定されるものでないことを、当業者は理解することができるはずである。たとえば、本発明を使用して、定エンベロープ変調を使用する有線通信システム中で、または変調信号が使用される他のどんなシステム中でも信号を変調することができる。本発明は、やはり変調信号の生成に限定されず、むしろ周波数変換が必要などんなシステム中においても使用することができる。たとえば、所望の場合、本発明を使用して、通信用受信機中で信号を復調するための局部発振信号を生成することができる。説明するという目的だけで、本発明について変換ループ送信機内の応用に関し、これ以降に述べる。

図４を参照すると、本発明の第１の実施形態によって信号を変調するためのシステムは、発振ユニット４０を１つだけ使用して変換ループ送信機中で局部発振信号を生成する。この発振ユニットは、局部発振（ＬＯ）信号発生器４２に接続されたフェーズロックドループ（ＰＬＬ）ユニット４１を含む。（送信機の残りの部分は、図３の送信機と同様であり、したがって、同じ参照番号が、適用できる場合使用されている）。

動作時、このＰＬＬユニットは、ＬＯ信号発生器に基準発振信号を供給し、このＬＯ信号発生器は、その基準信号から２つの局部発振信号を生成する。図５は、このＬＯ信号発生器の例示的構成を示す。この図では、ＬＯ信号発生器は、第１のデバイダ５１および第２のデバイダ５２を含むものとして示されている。第１のデバイダは、信号ＧＭＳＫデータの周波数を、ベースバンド周波数から中間周波数まで変換することができるように、混合器１０中に入力される局部発振信号Ｆ_ＬＯ２を生成する。単側帯アップコンバージョンが、中間波周波数を得るために必要であるので、直交信号発生器が、好ましい。第２のデバイダは、変換ループ送信機の第２の変調区域の帰還ループ部分中の混合器２７中に入力される局部発振周波数Ｆ_ＬＯ１を生成する。この発振周波数Ｆ_ＬＯ１を使用して、フィルタ１５から出力された中間周波数信号を所望の搬送波周波数へ変換することになるＶＣＯ２６を調節するための、制御信号を生成する。

ＬＯ信号発生器は、比制御ユニット５３からの制御信号に従って局部発振信号Ｆ_ＬＯ１およびＦ_ＬＯ２を生成する。動作時、この比制御ユニットは、周波数Ｆ_ＬＯ１およびＦ_ＬＯ２が、搬送波周波数に比例して調和的に互いに関連付けられるように、デバイダユニットの値を設定する。具体的には、Ｆ_ＬＯ１は、

に等しくなるように生成され、Ｆ_ＬＯ２は、

に等しくなるように生成される。ただし、Ｆ_Ｃは、送信機の所望の搬送波周波数である。この種類の信号を生成するために、比制御ユニットは、ユニット５１および５２の分割ファクタが以下の式を満足するように、分割ファクタを制御する。

ただし、Ｍ_１およびＮ_１は、整数である。 （１）

ただし、Ｋは、整数である。 （２）

ただし、ＳおよびＲは、整数である。 （３）

式（１）および（４）は、局部発振信号Ｆ_ＬＯ１およびＦ_ＬＯ２が、搬送波周波数（ｆ_ｃ）の互いに異なる分数になり、これらの分数の合計が１にならなければならないことを、明示する。式（２）は、どちらの分数も１の整数の倍数になり得ないことを明示する。（たとえば、どちらの分数も１／２になり得ない。というのは、整数２を掛けたとき、結果が１になるからである）。これは、互いに非調和的に関連付けられた局部発振信号を使用して、調和的な混合およびスプリアスの漏れが低減されることを保証するため、好ましい。

式（３）は、発振信号間の関係をさらにより明らかにする。たとえば、Ｓ＜Ｒの場合、発振信号Ｆ_ＬＯ２は、Ｆ_ＬＯ１より大きい搬送波周波数の分数になる。Ｆ_ＬＯ１およびＦ_ＬＯ２が、送信機の搬送波周波数に比例して互いに非調和的に関連付けることができる、考えられるいくつかの表れ方を以下の表で示す。

上記の式が与えられた場合、例示的な状況、Ｆ_ＬＯ１＝３／５・ｆ_ｃ、およびＦ_ＬＯ２＝２／５・ｆ_ｃが、起こり得る。この一組の環境下では、本発明による発振信号を受け取るように構成された変換ループ送信機は、以下のように動作することができる。この説明は、本発明の方法の第１の実施形態に含まれるステップを示す図６を参照して行う。

最初のステップで、ＰＬＬ４１が、基準発振信号をＬＯ信号発生器４２に出力する。デバイダユニット５１および５２が、上記の式（１）から（４）までを満足させるように送信機の所望の搬送波周波数と非調和的に関連付けられた発振信号Ｆ_ＬＯ１およびＦ_ＬＯ２を出力するために、ＬＯ信号発生器中の比制御ユニット５３が、（基準信号の大きさに依存して）分割ファクタを入力する。（ブロック６０）。この例では、Ｆ_ＬＯ１＝３／５・ｆ_ｃ、およびＦ_ＬＯ２＝２／５・ｆ_ｃである。

変調段階で、混合器１０が、着信するベースバンド信号とＬＯ信号発生器から出力された発振信号Ｆ_ＬＯ２を混合し、２／５・ｆ_ｃによる中間周波数信号を生成する。（ブロック６１）。次に、この信号は、帯域通過フィルタ１５によってフィルタリングされ、不要な（たとえば、ミラー）周波数成分を除去される。

周波数変換段階で、発振信号Ｆ_ＬＯ１を使用して、中間周波数信号を搬送波周波数に変換する。この変換を行うとき、中間周波数信号は、電圧制御発振器２６の出力電圧を制御するための基準周波数として働く。これは、以下のステップに従って行われる。まず、電圧制御発振器（ＶＣＯ）は、予め設定された周波数Ｆ_ＶＣＯによる信号を出力し、混合器２７が、この信号とＬＯ信号発生器から出力された局部発振信号Ｆ_ＬＯ１＝３／５・ｆ_ｃを混合する。（ブロック６２）。この混合器の出力は、２つのミラー周波数、Ｆ_ＶＣＯ＋Ｆ_ＬＯ１およびＦ_ＶＣＯ−Ｆ_ＬＯ１を含む。帯域通過フィルタ２８が、より高い周波数の信号を除去し、より低い周波数の信号をＰＦＤ／ＣＰユニット２２中に入力する。（ブロック６３）。

ＰＦＤ／ＣＰユニットは、フィルタ１５から出力されたＩＦ信号の周波数が、フィルタ２８から出力された信号の周波数と一致するかどうかを判定する。（ブロック６４）。これらの信号が一致しない場合、ＰＦＤ／ＣＰユニットは、周波数が一致しない程度を表す差信号を生成する。この差信号は、フィルタ２２によってフィルタリングされてＶＣＯ中に入力され、フィルタ２８から出力された周波数がＩＦ信号周波数と一致するように、すなわちＦ_ＶＣＯ−Ｆ_ＬＯ１がＦ_ＬＯ２に等しくなるように、Ｆ_ＶＣＯの周波数が制御される。（ブロック６５）。

これら２つの信号間で周波数が一度一致した後、ＰＦＤ／ＣＰユニットは、フィルタ２８から出力された信号の位相をＩＦ信号の位相と比較する。（ブロック６６）。不一致がある場合、ＰＦＤ／ＣＰユニットは、フィルタ２８から出力された信号の位相が、ＩＦ信号の位相と一致するまでＶＣＯ出力を調整する、差信号を出力する。（ブロック６７）。フィルタ２８の出力の周波数および位相が、ＩＦ信号の同じパラメータと一致したとき、ＶＣＯの周波数は、所望の搬送波周波数ｆ_ｃに設定されることになる。これは、ＶＣＯが、Ｆ_ＬＯ１＋Ｆ _ＬＯ２ ＝（２／５＋３／５）ｆ_ｃ＝ｆ_ｃに等しい周波数を出力することを明らかに示す、式（４）から明らかである。その後、ＶＣＯは、送信するために、搬送波周波数による変調ベースバンド信号をアンテナに出力する。（ブロック６８）。

図７を参照すると、２つの点で第１の実施形態から異なる、本発明の第２の実施形態によって信号を変調するためのシステムが、示されている。第１の差異は、局部発振信号を生成する方法に関するものである。第１の実施形態とは異なり、第２の実施形態は、ベースバンド信号を所望の搬送波周波数まで変調するために、局部発振信号を１つだけ生成する。この発振信号は、フェーズロックドループ（ＰＬＬ）ユニット７５によって生成される。このユニット７５は、発振信号Ｆ_ＬＯを混合器１０に出力して中間周波数信号を発生し、中間周波数信号は、その後帯域通過フィルタ１５によってフィルタリングされる。

第２の差異は、搬送波周波数まで周波数変換を行う方法に関するものである。第１の実施形態とは異なり、この周波数変換は、局部発振信号に基づいては行われず、そのかわり図４の混合器２７が、周波数デバイダユニット７８に置き換えられる。この周波数デバイダは、フィルタ１５から出力されたＩＦ信号の周波数に等しい信号をフィルタ２８に出力させる量によってＶＣＯ周波数Ｆ_ＶＣＯの出力を分割するように、設定される。したがって、発振信号Ｆ_ＬＯが、搬送波周波数Ｆ_Ｃの分数Ｎ／Ｍである場合、デバイダ７８は、同じ量のＮ／Ｍによって電圧制御発振器の出力を分割するように、設定される。

図７の実施形態を使用して所望の搬送波周波数へ変調するために、以下の追加の式を満足させなければならない。

ただし、Ｋは、整数であり、ｆ_Ｂは、ベースバンドから生じたオリジナルの情報を含んだ信号を表し、ｆ_{ＩＦ，ＩＮ}は、オフセットＰＬＬ中の混合器の入力のうちの１つである中間信号を表す。

上記の条件を満足させなければならない。というのは、この図では圧縮ＧＭＳＫデータとして示された入力信号について、必然的な圧縮が行われるからである。帰還経路中の周波数デバイダ７８は、ＧＭＳＫ変調入力信号を圧縮するので、ベースバンドモデムに着信するデータは、式（５）に示されたファクタだけ、分解能がより細かいと期待することができる。帰還ファクタが、通常でないほど大きくない場合、周波数変換は、難なく行うことができる。以下の計算によって、所望の搬送波信号を発生させることができる。帯域通過フィルタ２８の出力周波数は、ＶＣＯの出力を

によって分割したものになり、帯域通過フィルタ１５の出力は、

になる。位相周波数検出器２２が、その２つの入力信号の位相および周波数を一致させようと試みるので、帯域通過フィルタ１５および帯域通過フィルタ２８の出力は、同じになるはずである。これは、

および、
ｆ_ＶＣＯ＝ｆ_Ｃ＋ｆ_Ｂ （８）を意味する。式（８）から、分割ファクタを適切に設計することによって、変調搬送波信号を得ることができるのは、明らかである。

式（６）の要求は、本発明の第１の実施形態用の式（２）の要求と同様である。この条件が破られないように、したがって起こり得る高調波の侵害を防止するために、周波数デバイダの分子Ｎは、１とは異なるべきである。さらに、式（６）を満足させるために、ＬＯ信号のどんな調和成分も所望の搬送波信号に入らないようにすべきである。そのようにして、周波数デバイダ７８は、周波数発生ならびに周波数分割のために使用することができる。

図８を参照すると、２つの例外があるが、第２の実施形態に類似の、本発明の第３の実施形態によって信号を変調するためのシステムが、示されている。第１は、動作周波数デバイダ８５を、フェーズロックドループ（ＰＬＬ）ユニット７５と混合器１０の間に含めることである。このデバイダは、ＰＬＬ７５から出力された周波数（Ｆ_ＬＯ＝Ｎ／Ｍ・Ｆ_Ｃ）を分数１／Ｎによって分割するように、設定される。したがって、周波数デバイダ８５から出力された発振信号は、Ｆ_ＬＯ＝１／Ｍ・Ｆ_Ｃに等しい。

第２は、ＰＦＤ／ＣＰユニット中に入力されたＩＦ信号に一致させるために、１／Ｍの分割ファクタを有した整数デバイダ８８を制御ユニット８０の帰還ループ中に含めることである。このデバイダの１つの利点は、簡単な整数Ｎデバイダとして、かなりより複雑な分数デバイダとしてではなく、このデバイダを設計することができることである。やはり、スペクトル漏れが大きいＶＣＯ周波数は、調和的に搬送波周波数と関連付けられず、したがって本発明のこの利点を維持することができる。

図９を参照すると、所望の搬送波周波数までベースバンド信号を変調するためのフェーズロックドループ回路を使用しない、本発明の第４の実施形態による信号を変調するためのシステムが示されている。信号変調を行うとき、ベースバンド信号を中間周波数信号に変換するために、発振器９１が、水晶振動子基準周波数Ｆ_ｒｅｆの形の局部発振信号を混合器１０中に入力する。この場合、有効圧縮比が増加し、それによって、要求される変調精度を満足させるために、ベースバンド信号は、より正確になることが必要になる。

より正確なベースバンド信号を提供するために、シグマデルタＤＡ変換器９２を使用して、ディジタル形式の信号（ＧＭＳＫデータ）をアナログ信号に変換することができる。この種類の変換器は、分解能が極めて高く、したがって水晶振動子基準周波数による適切な変調を実現するために必要な精度を有してベースバンド信号を出力することができるので、好ましい。このアナログ信号を混合器中に入力する前に、アナログ信号を能動型低域通過フィルタ９３によってフィルタリングされ、不要な量子化ノイズを除去する。

混合器１０は、水晶振動子発振器の基準周波数による中間周波数信号を出力する。この周波数を２６ＭＨｚとして表示しているが、他の水晶振動子発振器周波数をまさに容易に使用できることを、当業者は理解できるはずである。この発明では、局部信号発生用のＰＬＬをもう必要としないようにすることができる。これによって、システムを実装するために必要なハードウェア量、および関与する電流消費量が、著しく低減される。ＰＬＬのかわりに水晶振動子発振周波数を使用して局部発振信号を生成することは、安定性が高く、Ｑファクタが大きいので、有利である。

中間周波数信号を生成した後、帯域通過フィルタ１５によってフィルタリングし、次に、信号を搬送波周波数まで変換する制御ユニット９０中に入力する。この機能を行うために、電圧制御発振器の周波数を中間周波数信号の周波数と等しい値へ減少させるための周波数デバイダ９８を帰還ループ中で使用する。これは、Ｆ_ＶＣＯ／Ｎ＝水晶振動子発振器周波数、この場合は２６ＭＨｚ、になる値に周波数デバイダのファクタＮを設定することによって、達成される。

要約すると、本発明によって、従来の変換ループ送信機より著しい改良が提示される。というのは、本発明は、より少ないフェーズロックドループ回路を使用して、ベースバンド信号を搬送波周波数へ変調するために必要な局部発振信号を生成するからである。図３に示すように、この種類の従来の送信機は、ＰＬＬ回路を２つ使用して、ベースバンド信号を搬送波周波数へ変換するために必要な発振信号を生成する。本発明の第１から第３の実施形態は、ＰＬＬを１つだけ使用してこの機能を果たし、第４の実施形態は、ＰＬＬ回路を使用せず、ベースバンド信号を変調する。その結果、本発明は、携帯電話の送受話器の物理的寸法およびコスト、ならびにその電力要求を低減させる能力があり、それによって小型化がさらに進み、バッテリ寿命がより長くなる。

本発明への修正および変形が、前述の開示から当業者に明らかになるはずである。したがって、本発明は、本明細書で実施形態をいくつかだけ具体的に述べてきたが、本発明の精神および範囲を逸脱せずに、本発明に多数の修正を実施できることが明らかになるはずである。

本発明は、一般に信号処理システムに関し、より詳しくは、例えば、オフセットフェーズロックドループを使用した通信用送信機、通信システム内で処理する信号の周波数を変換するためのシステムおよび方法に関する。
送信機中のフェーズロックドループ回路の数を最小にすることによって、携帯電話の送受話器のサイズ、コストおよび電力要求を著しく低減することができる。

従来の二重変換送信機の概略図である。 従来の直接変換送信機の概略図である。 従来の変換ループ（またはオフセットフェーズロックドループ）送信機の概略図である。 変調部分が局部発振器を生成するためにＰＬＬを１つ使用する、本発明の第１の実施形態による変換ループ送信機の変調部分の概略図である。 図４に示すＬＯ信号発生器の例示的構成を表す概略図である。 本発明の方法の一実施形態に含まれるステップのフロー図である。 本発明の第２の実施形態による変換ループ送信機の変調部分の概略図である。 本発明の第３の実施形態による変換ループ送信機の変調部分の概略図である。 本発明の第４の実施形態による変換ループ送信機の変調部分の概略図である。

Claims (7)

1. 発振信号を生成する方法であって、
   基準発振信号から第１の発振信号を生成するステップと、
   前記基準発振信号から第２の発振信号を生成するステップと
   を具え、
   前記第１の発振信号および前記第２の発振信号は、所望の信号に比べて非調和的に関連付けられ、
   前記第１の発振信号は、
   

   

   と等しく、前記第２の発振信号は、
   

   

   と等しく、ただし、Ｆ_Ｃは、前記所望の搬送波信号であり、
   ここで、
   

   

   ただし、Ｍ_１およびＮ_１は、整数であり、
   

   

   ただし、Ｋは、整数であり、
   

   

   ただし、ＳおよびＲは、整数であることを特徴とする方法。
2. 前記第２の発振信号とベースバンド信号とを混合して、中間周波数信号を生成するステップと、
   前記第１の発振信号に基づいて、変換ループ中の電圧制御発振器の周波数を設定するステップと
   をさらに具え、
   前記電圧制御発振器の前記周波数は、前記所望の搬送波周波数に一致する
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記第１の発振信号および前記第２の発振信号は、単一のフェーズロックドループ装置から出力される前記基準発振信号に基づいて生成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 発振信号を生成するためのシステムであって、
   基準発振信号を生成するフェーズロックドループユニットと、
   前記基準発振信号から第１の発振信号および第２の発振信号を生成する局部発振信号発生器と
   を具え、
   前記第１の発振信号および前記第２の発振信号は、所望の搬送波周波数に比べて非調和的に関連付けられ、
   前記第１の発振信号は、
   

   

   と等しく、前記第２の発振信号は、
   

   

   と等しく、ただし、Ｆ_Ｃは、前記所望の搬送波信号であり、
   ここで、
   

   

   ただし、Ｍ_１およびＮ_１は、整数であり、
   

   

   ただし、Ｋは、整数であり、
   

   

   ただし、ＳおよびＲは、整数であることを特徴とするシステム。
5. 前記第２の発振信号とベースバンド信号を混合して、中間周波数信号を生成する第１の混合器と、
   前記第１の混合器の出力を受け取る変換ループと
   をさらに具え、
   該変換ループは、
   前記第１の発振信号に基づいて設定された周波数を有する電圧制御発振器を含み、該電圧制御発振器の前記周波数は、前記所望の搬送波周波数に一致することを特徴とする請求項４記載のシステム。
6. 前記変換ループは、
   前記電圧制御発振器の出力と前記第１の発振信号を混合して帰還信号を生成する第２の混合器と、
   前記帰還信号を前記中間周波数信号と比較して、前記電圧制御発振器を前記所望の搬送波周波数に設定するための制御信号を導出する位相／周波数検出器と
   を含むことを特徴とする請求項５記載のシステム。
7. 前記局部発振信号発生器は、単一のフェーズドロックループ装置から出力される前記基準発振信号から前記第１の発振信号および前記第２の発振信号を生成することを特徴とする請求項４記載のシステム。

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