JP4625030B2 - Communications system - Google Patents
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Description
本発明は、移動通信システムに関する。特に、本発明は、移動通信システムにおいて、基準周波数信号を発生させるためのシステムに関する。 The present invention relates to a mobile communication system. In particular, the present invention relates to a system for generating a reference frequency signal in a mobile communication system.
GSMタイプの移動通信システムにおいては、850MHz、900MHz、1800MHz及び1900MHzといった4つの共通周波数帯域で送信及び受信できることが必要とされている。すなわち、900MHz帯域と1800MHz帯域における周波数発生源が必要となる。 In a GSM type mobile communication system, transmission and reception are required in four common frequency bands such as 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, and 1900 MHz. That is, frequency generation sources in the 900 MHz band and the 1800 MHz band are required.
通常、現行の周波数発生源は、それぞれ約1GHz、2GHz及び4GHzで動作する3つの異なる電圧制御発振器(VCO)を使用している。送信に使用される各VCOは、送信チャネルとして必要とされる同一周波数で動作する。また、受信に使用されるVCOは、受信周波数の2倍で動作するが、これは、同相及び直交位相の局部発振器(LO)の信号を提供するために、よく知られるデジタル分周器回路を使用できるようにするためである。 Typically, current frequency sources use three different voltage controlled oscillators (VCOs) that operate at approximately 1 GHz, 2 GHz, and 4 GHz, respectively. Each VCO used for transmission operates at the same frequency required as a transmission channel. Also, the VCO used for reception operates at twice the received frequency, which uses a well-known digital divider circuit to provide in-phase and quadrature local oscillator (LO) signals. This is so that it can be used.
しかしながら、特定用途向けの集積回路(ASIC)に実装される場合、1GHz及び2GHzのVCOによって使用されるICのシリコンエリアは、ASICのコストを大きく増加させる。また、これらのVCOへのフィードバックについても大きな問題となる。これは、VCOが送信機信号と同じ周波数で動作するためである。 However, when implemented on an application specific integrated circuit (ASIC), the silicon area of the IC used by the 1 GHz and 2 GHz VCOs greatly increases the cost of the ASIC. Further, the feedback to these VCOs is also a big problem. This is because the VCO operates at the same frequency as the transmitter signal.
よく知られている従来例の1つは、必要となる全ての周波数を、周波数分周器回路に結合された単体のVCOを使用することで発生している。例えば、VCOは、4GHz帯域で動作し、より低い周波数を提供するため、必要に応じて2分周又は4分周に周波数を分周する。しかしながら、これは、必要となるVCOの調整範囲を拡大するものにすぎず、ASIC内で使用できるようにするための直接的な技術ではない。 One well-known prior art generates all the required frequencies by using a single VCO coupled to a frequency divider circuit. For example, the VCO operates in the 4 GHz band and provides a lower frequency, so the frequency is divided by 2 or 4 as necessary. However, this is merely an extension of the required VCO adjustment range and is not a direct technique for enabling use within an ASIC.
本発明は、例えば、無線周波数送信機及び受信機における位相同期ループ回路として実現できる。位相同期ループ回路は、第1の基準周波数信号を出力するように動作する第1の電圧制御発振器と、第2の基準周波数信号を出力するように動作する第2の電圧制御発振器とを含む。また、位相同期ループ回路は、第1及び第2の基準周波数信号を受信するように接続され、第1の基準周波数信号から発生される一組の出力基準周波数信号の第1サブセット、及び第2の基準周波数信号から発生される出力基準周波数信号の第2サブセットとを有する一組の出力基準周波数信号を出力するように動作する一組の切替可能な分周器を含む。さらに、位相同期ループ回路は、外部の基準周波数信号及びフィードバック基準周波数信号を受信するようにに接続され、かつ、所望の第1及び第2の基準周波数信号を維持するために、受信した外部の基準周波数信号及びフィードバック基準周波数信号に従って第1及び第2の電圧制御発振器へ制御電圧を供給するように動作するVCO制御手段を含む。第1及び第2の基準周波数信号は、一組の出力基準周波数信号における出力基準周波数信号の周波数に等しくない。一組の分周器は、第1及び第2の基準周波数信号を選択的に受信し、かつ、送信機用にハイバンドの出力基準周波数信号を出力するための第1の分周器と、第2の基準周波数信号を受信し、かつ、送信機用にローバンドの出力基準周波数信号を出力するための第2の分周器とを含む。また、一組の分周器は、第1及び第2の基準周波数信号を選択的に受信し、かつ、受信機用に局部発振器の出力基準周波数信号の出力及び前記VCO制御手段に供給するためのフィードバック信号の出力を行うための第3の分周器を含む。 The present invention can be implemented, for example, as a phase locked loop circuit in a radio frequency transmitter and receiver. The phase-locked loop circuit includes a first voltage controlled oscillator that operates to output a first reference frequency signal and a second voltage controlled oscillator that operates to output a second reference frequency signal. The phase-locked loop circuit is connected to receive the first and second reference frequency signals, the first subset of the set of output reference frequency signals generated from the first reference frequency signal, and the second A set of switchable frequency dividers operable to output a set of output reference frequency signals having a second subset of output reference frequency signals generated from the reference frequency signals. In addition, the phase locked loop circuit is connected to receive the external reference frequency signal and the feedback reference frequency signal and receives the received external frequency signal to maintain the desired first and second reference frequency signals. VCO control means operative to provide a control voltage to the first and second voltage controlled oscillators in accordance with the reference frequency signal and the feedback reference frequency signal. The first and second reference frequency signals are not equal to the frequency of the output reference frequency signal in the set of output reference frequency signals. A set of dividers selectively receives the first and second reference frequency signals and outputs a high-band output reference frequency signal for the transmitter; And a second divider for receiving a second reference frequency signal and outputting a low-band output reference frequency signal for the transmitter. And a set of frequency dividers for selectively receiving the first and second reference frequency signals and supplying the output reference frequency signal of the local oscillator for the receiver and the VCO control means. A third frequency divider for outputting the feedback signal.
図1は、本発明の第1の実施形態を示す図である。ここでは、移動通信ネットワークで使用される移動局での使用に適した送信機及び受信機への信号の提供について説明する。図1に示す実施形態は、位相同期ループ(PLL)回路を含む。PLL回路は、第1の電圧制御発振器(VCO A)2及び第2の電圧制御発振器(VCO B)4を含む。VCO2、4は、加算器6に出力信号を出力する。加算器6は、切替可能な分周器8に信号を供給する。以下で詳細に説明されるように、VCO2及びVCO4は、独立して使用される。また、加算器6の出力は、選択された動作中のVCOによる出力と同等の出力である。切替可能な分周器8は、加算器6からの信号を1又は2で分周するように動作可能である。切替可能な分周器8の出力は、さらに分周器10に供給される。分周器10は、2で信号を分周するように動作可能である。分周器10の出力は、プログラマブル分周器12に供給される。プログラマブル分周器12は、基準周波数20と比較するため、位相検出器14に出力を供給する。位相検出器14の出力は、ループフィルタ16に供給される。ループフィルタ16は、順に、それぞれ第1及び第2のVCO2、4にフィルタ制御信号を供給する。PLLは、よく知られている方法で、VCO2、4の出力を安定させるように動作する。本発明の実施形態によれば、VCOは、所望の周波数の2倍又は4倍の周波数で作動される。また、これらの周波数は、常に、分周器10、8によって固定された2分周又は4分周に分周される。これは、プログラマブル分周器12の入力に提供される周波数がVCOに必要とされる周波数で作動され、かつ、分周器8、10が存在していない場合の周波数と同じであることを意味する。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. Here, provision of signals to a transmitter and a receiver suitable for use in a mobile station used in a mobile communication network will be described. The embodiment shown in FIG. 1 includes a phase locked loop (PLL) circuit. The PLL circuit includes a first voltage controlled oscillator (VCO A) 2 and a second voltage controlled oscillator (
プログラマル分周器12は、動作中のVCOを、Npd*Frefによる必要な出力周波数の2倍又は4倍に固定するように動作する。ここで、Npdはプログラマル分周器12の係数を示し、Frefは基準周波数を示す。
固定され、かつ、プログラム可能な分周器は、一組の分周器を提供する。これらの分周器は、VCOの出力を調整するために使用される。分周器の係数(サイズ)は、固定されるか、或いは可変にされうる(例えば、1/2又は1/4となる。)。適切に変更すると、VCOは、周波数変調される。可変の係数は、可変の信号、又は、可変及び固定された信号の適切な結合によって与えられる。例えば、係数は、固定の小数点0.1の周辺で変わるようにしてもよい。 A fixed and programmable divider provides a set of dividers. These dividers are used to adjust the output of the VCO. The coefficient (size) of the frequency divider can be fixed or variable (for example, 1/2 or 1/4). With appropriate changes, the VCO is frequency modulated. The variable coefficient is given by a variable signal or an appropriate combination of variable and fixed signals. For example, the coefficient may change around a fixed decimal point 0.1.
第2のVCO4の出力は、分周器26にも供給される。分周器26は、VCOの出力を4分周するように作動される。分周器の出力は、バッファ28を介して、移動局の電力増幅器(不図示)へ供給される。これにより、ローバンド送信機の信号周波数が提供される。同様に、加算器6の出力は、分周器22に供給される。分周器22は、加算された信号を2分周するように動作する。分周された信号は、バッファ24を介して、移動局の電力増幅器に供給される。これにより、ハイバンド送信機の信号周波数が提供される。
The output of the
図1に示す実施形態によれば、VCO2、4は、両方とも約4GHzの出力信号を出力するように調整される。これにより、ハイバンド送信機への信号周波数は2GHzとなり、ローバンド送信機への信号周波数は1GHzとなる。
According to the embodiment shown in FIG. 1, the
また、回路は、局部発振器(LO)からの信号を移動局の受信機(不図示)に提供するように動作する。これは、切替可能な分周器8の出力を直交位相のスプリッタ及び分周器30に供給することによって実現される。直交位相のスプリッタ及び分周器30は、入力信号の周波数の半分となる信号を発生するように作動される。また、この信号は、受信機へ供給するために同相及び直交位相の信号を含む。
The circuit also operates to provide a signal from a local oscillator (LO) to a mobile station receiver (not shown). This is achieved by supplying the output of the
例示すると、分周器30は、単方向への出力接続を含む。この出力接続は、約1GHzか約2GHzの何れか一方のLO信号を伝送する。これは、受信機の混合器がそれら両方の帯域を扱うのに十分な帯域幅を有するのであれば実現可能である。上述したような受信機でない場合、各帯域に対応するそれぞれの受信機が使用される。この場合、LO信号は、分割され、かつ、必要に応じて各受信機に送信される。
Illustratively,
プログラマブル分周器への入力及び回路24、28の出力で測定される周波数変調の特性がNpdによって決定されることが、本発明の特徴となる。これは、あたかも必要とされる最終的な周波数でVCOが作動し、かつ、固定の分周器10、8、22、26が省略されているときと、全く同様の方法で実行される。VCOの出力で測定された周波数変調は、正確でないことは明らかであろう。これは、FM変調のピーク偏差が必要な値の2倍又は4倍の値となるためである。本発明の実施形態による利益は、プログラマル分周器の入力での変調信号がNpdの様々な値によって定義されることである。Npdは、VCOの従来の技術における最終的な周波数に等しくなるように、同様の結果を正確に出力させる。
It is a feature of the present invention that the characteristics of the frequency modulation measured at the input to the programmable divider and at the outputs of the
VCO A及びVCO B間の動作帯域の割り当ては、各VCOで必要な範囲の調整を最小限に抑えるように手配されうる。図4は、3600Mhzから4000Mhzのシステムでの基準周波数に使用されるVCO A2と、3300Mhzから3650Mhzのシステムでの基準周波数に使用されるVCO Bとを示す図である。 The allocation of the operating band between VCO A and VCO B can be arranged to minimize the range adjustment required for each VCO. FIG. 4 is a diagram showing VCO A2 used for the reference frequency in a 3600 Mhz to 4000 Mhz system and VCO B used for a reference frequency in a 3300 Mhz to 3650 Mhz system.
PLLのループ動作は、2分周又は4分周によって開ループ利得を減少させるよう、固定の分周器から影響を受けるであろう。これは、通常、重要ではないが、4GHzのVCOの調整感度は、通常、それぞれ2GHzのVCOで約2倍又は1GHzのVCOで約4倍となる。したがって、本発明の実施形態による全ループ利得は、大きく変わるわけではない。 The loop operation of the PLL will be affected by a fixed divider to reduce the open loop gain by divide by 2 or divide by 4. This is usually not important, but the tuning sensitivity of a 4 GHz VCO is typically about twice for a 2 GHz VCO or about 4 times for a 1 GHz VCO, respectively. Thus, the total loop gain according to embodiments of the present invention does not vary significantly.
このように、本発明の実施形態は、必要とされる調整範囲の全体をカバーする2つのVCO 2、4を実現する。位相同期ループ回路のプログラマブル分周器には、必要な周波数と同じ周波数の信号が表れることになる(すなわち、この周波数は、名目上のGSMチャネルの中心周波数に関連するものである)。これにより、あたかもVCOが2倍又は4倍の周波数で動作する代わりに、必要な周波数で動作しているように回路が動作する。
Thus, embodiments of the present invention implement two
図2は、代替的な回路配置を示している。この回路配置では、2分周を行う分周器7及びゲート9、21によって切替可能な分周器8が実現されている。各ゲートは、他の回路に転送される入力信号を選択するように動作する。VCO 2、4からの信号伝達経路は、ゲート6、9、21を切り替えることによって決定される。これは、的確なVCOが使用時に送信周波数又は受信周波数に使用されるためである。
FIG. 2 shows an alternative circuit arrangement. In this circuit arrangement, a
図2に示す回路配置は、配置及びサイズに関して効果的である。 The circuit arrangement shown in FIG. 2 is effective with respect to arrangement and size.
図3は、第3の実施形態を示す図である。ここでは、PLLが実質的にVCOから出力される周波数、すなわち、4GHzで動作する。フラクショナルN方式のPLLの場合、これは、係数を2、4とすることで、分周後の信号の分解能をより高くできる。 FIG. 3 is a diagram illustrating a third embodiment. Here, the PLL operates at a frequency substantially output from the VCO, that is, 4 GHz. In the case of a fractional-N PLL, this can increase the resolution of the signal after frequency division by setting the coefficients to 2 and 4.
本発明を使用することで、VCOの調整範囲は、比較的小さくなり、容易に実装しうる。これにより、小さいサイズの4GHzの回路を用いることで、1GHzのVCOと比較して十分にコストを削減しうる。さらに、VCOの周波数は、最終的な出力される周波数とは異なる。これは、出力信号とVCOとの間で発生するカップリング効果を低減させるのに有効である。また、本発明は、異なる構成間で制御の互換性を維持するのに有効である。 By using the present invention, the adjustment range of the VCO becomes relatively small and can be easily implemented. Thereby, the cost can be sufficiently reduced by using a small-sized 4 GHz circuit as compared with a 1 GHz VCO. Furthermore, the frequency of the VCO is different from the final output frequency. This is effective in reducing the coupling effect that occurs between the output signal and the VCO. The present invention is also effective in maintaining control compatibility between different configurations.
Claims (7)
第1の基準周波数信号を出力するように動作する第1の電圧制御発振器と、
第2の基準周波数信号を出力するように動作する第2の電圧制御発振器と、
前記第1及び第2の基準周波数信号を受信するように接続され、前記第1の基準周波数信号から発生される出力基準周波数信号の第1サブセット、及び前記第2の基準周波数信号から発生される出力基準周波数信号の第2サブセットとを有する一組の出力基準周波数信号を出力するように動作する一組の分周器と、
外部の基準周波数信号及びフィードバック基準周波数信号を受信するように接続され、かつ、所望の第1及び第2の基準周波数信号を維持するために、受信した該外部の基準周波数信号及びフィードバック基準周波数信号に従って前記第1及び第2の電圧制御発振器へ制御電圧を供給するように動作するVCO制御手段と
を含み、
前記第1及び第2の基準周波数信号は、
前記一組の出力基準周波数信号における該出力基準周波数信号の周波数と異なり、
前記一組の分周器は、
基準周波数信号を受信し、かつ、送信機用にハイバンドの出力基準周波数信号を出力するための第1の分周器と、
前記第2の基準周波数信号を受信し、かつ、前記送信機用にローバンドの出力基準周波数信号を出力するための第2の分周器と、
前記第1及び第2の基準周波数信号を選択的に受信する切替可能な分周器を含み、かつ、受信機用に局部発振器における出力基準周波数信号を出力するための第3の分周器と、
前記切替可能な分周器を含み、かつ、前記VCO制御手段に供給するためのフィードバック信号の出力を行うための第4の分周器と
を含むことを特徴とする位相同期ループ回路。A phase locked loop circuit in a radio frequency transmitter and receiver comprising:
A first voltage controlled oscillator that operates to output a first reference frequency signal;
A second voltage controlled oscillator that operates to output a second reference frequency signal;
A first subset of output reference frequency signals connected to receive the first and second reference frequency signals and generated from the first reference frequency signals, and generated from the second reference frequency signals A set of dividers operable to output a set of output reference frequency signals having a second subset of output reference frequency signals;
The external reference frequency signal and the feedback reference frequency signal received and connected to receive the external reference frequency signal and the feedback reference frequency signal and to maintain the desired first and second reference frequency signals. VCO control means operative to supply a control voltage to the first and second voltage controlled oscillators according to
The first and second reference frequency signals are:
Unlike the frequency of the output reference frequency signal in the set of output reference frequency signals,
The set of dividers is:
Receiving the criteria frequency signal, and a first frequency divider for outputting the output reference frequency signal for high band transmitter,
A second divider for receiving the second reference frequency signal and outputting a low-band output reference frequency signal for the transmitter;
It includes a switchable divider for selectively receiving the first and second reference frequency signals, and a third frequency divider for outputting the output reference frequency signal at a local oscillator for receiver ,
A phase-locked loop including the switchable frequency divider and a fourth frequency divider for outputting a feedback signal to be supplied to the VCO control means circuit.
GSM850、GSM900、DCS1800及びPCS1900の移動通信における標準規格で必要とされる周波数に対応する周波数を
含むことを特徴とする請求項1に記載の位相同期ループ回路。The set of output reference frequency signals is:
The phase-locked loop circuit according to claim 1, comprising a frequency corresponding to a frequency required by a standard in mobile communication of GSM850, GSM900, DCS1800, and PCS1900.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の位相同期ループ回路。The phase-locked loop circuit according to claim 1 or 2, wherein the first and second voltage controlled oscillators are selectively controlled by a phase-locked loop.
該分周器の係数値を変更するように動作することで、前記第1及び第2の電圧制御発振器に周波数変調を引き起こす
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の位相同期ループ回路。The set of dividers is:
By operating to change the coefficient values of the frequency dividing circuit, a phase synchronization according to any one of claims 1 to 5, characterized in that causing frequency modulation to the first and second voltage controlled oscillator Loop circuit.
ことを特徴とする請求項6に記載の位相同期ループ回路。The phase locked loop circuit according to claim 6 , wherein the coefficient value includes a fixed portion and a portion that changes with time.
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