JP4809962B2 - 変調器および移動局 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に変調器に関する。とくに、本発明は、デュアル−バンドまたはトリプル−バンド移動局に最適な変調器構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変調において搬送周波数は、無線信号を用いて送信されるべきデータが、たとえば、搬送周波数の位相または振幅の変化で搬送されるようにある一定の方法で変調される。搬送波のどの特性が変調されかつどのようにそれらが変調されるかという意味で異なる多くの変調方法が存在する。搬送波の変調を実行する装置は、変調器と呼ばれる。また、多くの型の変調器が存在する。たとえば、直接変換変調器は、移動局で用いられうる。直接変換変調器では変調は、搬送周波数で直接的に実行され、変調処理において中間周波数は存在しない。
【０００３】
変調器の最も重要な特性は、線形性および信号−雑音比（ＳＮ比）Ｓ／Ｎである。ＳＮ比は、送信周波数領域（ＴＸ）におけるバックグラウンド雑音に対する送信信号の比と、受信周波数領域（ＲＸ）において発生する雑音に対する送信信号の比とを含む。適当なフィルタを用いて変調された信号をフィルタすることによってＲＸ周波数領域におけるＳＮ比を向上させることが可能である。ＴＸ周波数領域におけるＳＮ比の向上は、変調器の後では実行できない。
【０００４】
通常、ＲＸ周波数領域でのフィルタリングは、低域フィルタ、最も好ましくはパワー増幅の後の二重フィルタを用いて行われる。表１は、ＧＳＭ（移動通信用広域システム）、ＰＣＮ（個人通信ネットワーク）およびＰＣＳ（個人通信システム）ネットワークについて規定された受信周波数バンドに対するＳＮ比リミットを表わす。
【０００５】
表においてＮ１００ｋＨｚは、１００ｋＨｚの幅を有する周波数帯域での受信における送信機連鎖によって発生される雑音レベルを規定する。雑音は、雑音レベルが最大であるパワーレベルで測定される。このパワーレベルは実際には最大送信パワーである。測定された雑音パワーレベルは、１００ｋＨｚ幅から１Ｈｚの幅に正規化され、それによってレベルは、５０ｄＢだけ減少しかつＮ１Ｈｚの列に示されている。そこで、測定は、広帯域幅で実行されるが、それは、計算によってより狭い帯域に正規化される。また、類似する送信機間の個々の雑音レベル差が存在し、従って、上記レベルリミットから減算される、３ｄＢｍのマージンが存在する。Ｐ_outは、送信機の出力パワーである。Ｓ／Ｎは、最大出力パワーと正規化された雑音との間の距離によって決定される、搬送波周波数で発生されたＳＮ比（ｄＢｃ、デシベルキャリヤ）であり、それにはマージンが加算される。
【０００６】
【表１】

【０００７】
また、送信連鎖の変調器と受信機との間にフィルタを配置することによって雑音をフィルタすることもできる。
【０００８】
図１は、無線信号における低域フィルタの基本的な効果を示す。オリジナルの送信信号１は、変調された中心周波数にわたる周波数ドメインに転写される。図１（ａ）は、変調されたがフィルタされていない送信信号の最終結果２が、意図した送信領域ＴＸおよび部分的に受信領域ＲＸの両方に拡張するということを示す。図１（ｂ）は、フィルタ関数３でフィルタされる変調された送信信号１の最終結果４が、意図した送信領域ＴＸに主に拡張し、受信領域ＲＸ中の送信領域ＴＸの外側にはほんの少しだけ拡張するということを示す。
【０００９】
電気通信システムの統合マルチプリケータ回路、特に、移動局で一般的に用いられる、ギルバートセル（Gilbert cell）と呼ばれるものが以前から知られている。マルチプリケータ回路は、たとえば、変調器、ミキサおよび調整増幅器におけるような、統合されたＲＦ（無線周波数）および中間周波数区分に用いられる。
【００１０】
二乗マルチプリケータのような、従来のマルチプリケータは、二つの信号の和の二乗と差の二乗との差が信号の乗算を生成するような数式に基づく：
（ｘ＋ｙ）²−（ｘ−ｙ）²＝４ｘｙ （１）
ここで、ｘは第１の信号でありｙは第２の信号である。
【００１１】
二乗は、たとえば、ドレイン電流がゲート−ソース電圧の二乗に比例するようなＭＯＳ（金属酸化膜半導体）トランジスタ（電界効果トランジスタ）によって実行される。また、マルチプリケータは、バイポーラトランジスタでも実現することができる。バイポーラトランジスタのコレクタ電流ｉｃは：
【００１２】
【数１】

【００１３】
ここで、示されたパラメータは、バイポーラトランジスタの飽和電流Ｉｓ、ベース−エミッタ電圧Ｖ_BE、および熱電圧Ｖ_Tである。指数関数は、ここでは無限指数テーラー級数の最初の４項によって近似される：
【００１４】
【数２】

【００１５】
ここで
【００１６】
【数３】

【００１７】
であり、示されたパラメータはバイポーラトランジスタのベース−エミッタ電圧Ｖ_BEおよび熱電圧Ｖ_Tである。
【００１８】
ミキサは、４つの異なる位相のミキサの出力が高調波妨害を均一にするために加算されるような二重平衡構造を一般的に用いる。平衡化は、数学的に以下のように表される：
(ｘ＋ｙ)²＋(−ｘ−ｙ)²−(ｘ−ｙ)²−(−ｘ＋ｙ)²＝８ｘｙ （５）
指数テーラー級数の最初の４項が式に代入されると入力信号の乗算が得られる：
【００１９】
【数４】

【００２０】
出力信号を表している項に対して項ｘおよびｙを代入するときに最終的な数式は以下の形式で書くことができる：
【００２１】
【数５】

【００２２】
図２は、たとえば、調整増幅器およびミキサのような、統合ＲＦおよび中間周波数セクションを実現するために用いられるギルバートセルを示す。ギルバートセルでは、二つの入力電圧が一つの出力電圧として再帰する、換言すると出力における電圧差が入力における電圧差の乗算である。第１の電圧差は、端子Ｖｘ＋およびＶｘ−に接続され、それらから電圧がトランジスタＱ１およびＱ２のベースおよびトランジスタＱ４およびＱ５のベースにそれぞれ対応して供給される。他の電圧差は、端子Ｖ_Y+およびＶ_Y-に接続され、それらから電圧がトランジスタＱ３およびＱ６によって増幅される。トランジスタＱ３およびＱ６は、抵抗ＲＥ１およびＲＥ２を介して、バイアス電圧ＶＢＩＡＳによって制御されかつ負動作電圧に接続される電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ７に接続される。トランジスタＱ１およびＱ５は、出力Ｖ_OUT+およびＶ_OUT-に接続されるＶ_x+およびＶ_x-の正電圧差を増幅する。上記回路は、抵抗ＲＬ１およびＲＬ２を介して正動作電圧に接続される。トランジスタＱ２およびＱ４は、出力Ｖ_OUT+およびＶ_OUT-に接続するＶ_x-およびＶ_x+の負電圧差を増幅する。
【００２３】
図３は、直接変換変調器におけるスイッチトランジスタの回路装置を示す。スイッチトランジスタを備えている装置は、変調器のスイッチング装置またはスイッチングブロックとしばしば称される。局部発振器による雑音は、大部分において平衡スイッチング装置、たとえば、非常に類似する特性を有するトランジスタ対を用いて除去することができる。
【００２４】
図３は、直接変換変調器のスイッチトランジスタＱ８、Ｑ９、Ｑ１０、Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ１３、Ｑ１４およびＱ１５を示す。これらのトランジスタは、４つの平衡トランジスタ対を形成する。局部発振器からの４つの異なる位相信号ＬＯ₀、ＬＯ₁₈₀、ＬＯ₉₀およびＬＯ₂₇₀は、トランジスタに制御信号として供給される。逆位相を有する送信信号ＴＸＩ₀およびＴＸＩ₁₈₀並びにそれらの補足信号（complement）ＴＸＱ₀およびＴＸＱ₁₈₀はトランジスタのエミッタに供給される。出力信号ＯＵＴ＋およびＯＵＴ−は、トランジスタコレクタで得られる。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
既知のデバイスにおける問題は、二つまたは三つの周波数帯域で動作している移動局、即ち、デュアル−バンドまたはトリプル−バンド移動局が、移動局においてあまりにも多くの空間を占有する多くのフィルタを必要とするということである。実際、このような方法において小型のＲＦセクションの実現は、不可能であり、従ってフィルタリングを回避する傾向がある。しかしながら、フィルタリングを省略した場合、変調器は、特に高性能を有するものでなければならない。
【００２６】
既知のデバイスにおける更なる問題は、それらが変調器と送信機との間に個別のフィルタを必要とするということである。
【００２７】
本発明の課題は、良好なＳＮ特性を有する変調器構造を提供することにある。
本発明の更なる課題は、多くの周波数帯域で用いることだできる小型の変調器構造を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、変調信号に累積された雑音を変調器で最小化することによって達成される。
【００２９】
本発明による変調器は、スイッチング装置およびスイッチング装置に結合されたドライバ装置を備えている変調器であり、該ドライバ装置は、ドライバ構成部分およびドライバ構成部分の中で少なくとも一つの低域フィルタ装置を備えている。
【００３０】
本発明による移動局は、その変調器装置がスイッチング装置およびスイッチング装置に結合されたドライバ装置を備え、該ドライバ装置がドライバ装置部分およびドライバ構成部分の中で少なくとも一つの低域フィルタ装置を備えている、トランシーバを備えている。
【００３１】
変調器が受信機周波数領域にもたらす雑音は、変調器のスイッチトランジスタの雑音、局所発振器の雑音、および送信されるべき情報を搬送する信号の雑音を含む。平衡変調器構造ではスイッチトランジスタによる雑音は、それが雑音における支配的構成部分ではないように減衰される。現今の最新のバイポーラトランジスタは、今日では通常充分に低い雑音レベルを有する。
【００３２】
情報信号における雑音は、特に、直接変換変調器において、支配的な要因でありうる。従って、可能な雑音構成部分を、送信されるべき情報を搬送する信号からフィルタすることは、有利である。本発明による変調器では、このフィルタリングは、変調器で実行される。
【００３３】
ここで、変調器は、情報信号、即ち、送信されるべきデータを搬送する信号、および搬送波周波数を有する信号が相互に作用する装置を表す。情報信号は、変調器のドライバ装置に通常結合され、かつ局所発振器からの信号はスイッチング装置に結合される。ドライバおよびスイッチング装置は、情報信号が局部発振器からの搬送波を変調するような方法で互いに結合される。本発明による変調器では、高周波数妨害を減少するための低域フィルタは、変調器のドライバ装置に組入れられる。
【００３４】
一実施例では変調器は、直接変換型のものである。
【００３５】
一実施例では低域フィルタは、変調器のマルチプリケータ回路の電流ミラーに設けられている。
【００３６】
一実施例では低域フィルタは、電流ミラーにおける電流を転送（ミラー）するトランジスタ対のトランジスタ間に設けられ、それによって低域フィルタは、制御を提供するトランジスタと転送された電流を発生するトランジスタとの間の信号経路をフィルタする。
【００３７】
一実施例では低域フィルタは、抵抗が信号経路と直列に接続されかつコンデンサが抵抗を超えた信号の伝播方向に関して並列に、トランジスタ対の共通電位に接続されるようなＲＣ低域濾波器によって形成される。
【００３８】
一実施例ではトランジスタ対の共通電位は、動作電圧の負電位に接続される。
【００３９】
また、本発明は、高周波数妨害を減少するために送信機連鎖に低域フィルタを有する移動局に関する。本発明によれば低域フィルタは、送信機の直接変換変調器に設けられている。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明は、添付した図面を参照して以下に詳細に説明する。なお、図１、図２および図３は、従来の技術において説明した。
【００４１】
【実施例】
図４は、本発明による変調器４００の概略図である。変調器４００は、局部発振器が結合される（図４の矢印４４１）スイッチング装置４１０を備えている。それは、情報信号が結合される（図４の矢印４４２）ドライバ装置４２０を更に備えている。変調信号、即ち、情報信号により変調された搬送波は、変調器から導かれる（矢印４４３）。
【００４２】
図４では、局所発振器からの信号、情報信号および変調信号は、一つの矢印でそれぞれ表されている。実際の装置では、たとえば、局部発振器からの信号は、通常異なる位相で変調器に結合される。同様に、情報信号は、一つよりも多い入力点を用いて変調器に結合されうるし、かつ変調信号は、多くの出力点を介して変調器から取得されうる。また、ドライバおよびスイッチング装置は、多くの点で互いに結合されうる。装置４１０と４２０との間の図４の線は、ブロックが互いに結合されることを概略的に示すだけである。それは、それらが唯一の点で互いに結合しなければならないということを意味しない。
【００４３】
ドライバ装置４２０は、ある一定のドライバ構成部分を備え、そして、これらの構成部分の他に、本発明による変調器４００において、それは、フィルタ装置４３０を備えている。この低域フィルタ装置は、情報信号における雑音を大幅に除去するために用いられる。フィルタ装置は、集積回路の一部としてそれを構築することが可能であることが好ましい。
【００４４】
図５および図６は、本発明による直接変換変調器の回路図における本発明に関する主要部分を示す。図５では、逆位相を有する送信信号ＴＸＩ₀およびＴＸＩ₁₈₀並びにそれらの補足信号（complement）ＴＸＱ₀およびＴＸＱ₁₈₀がバイアス電流Ｉ_BIASを介してどのように正動作電圧Ｖ＋と図６の電流ミラー７との間の接続を制御するかを理解することができる。電流Ｉ_BIASは、トランジスタＱ１６、Ｑ１７およびＱ１８の装置を備えている電流ミラー５の支援で電流を制御する。電流は、さらに抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４を介し、かつ送信信号によって制御されるトランジスタＱ１９、Ｑ２０、Ｑ２１およびＱ２２を備えている制御装置６を介して電流ミラー７に供給される。そこで、送信信号ＴＸＩ₀、ＴＸＩ₁₈₀、ＴＸＱ₀、およびＴＸＱ₁₈₀およびバイアス電流Ｉ_BIASは、電流ミラー７の支援で変調器を制御する。図６の電流ミラー７におけるトランジスタは、図４のドライバ装置４２０におけるドライバ構成部分の例を示す。
【００４５】
低動作電圧および要求される高出力パワーのために、変調器において出力ＯＵＴ＋、ＯＵＴ−と負動作電位Ｖ−との間に直列のただ二つのトランジスタを有している構成が理解できる。これら二つのトランジスタは、スイッチトランジスタ８と電流ミラー７のトランジスタである。
【００４６】
送信信号ＴＸＩ₀、ＴＸＩ₁₈₀、ＴＸＱ₀、ＴＸＱ₁₈₀およびバイアス電流Ｉ_BIASの高周波数雑音をフィルタする本発明によるＲＣ低域フィルタ（ＲＣ、抵抗−コンデンサ）は、トランジスタＱ２３、Ｑ２４、Ｑ２５、Ｑ２６、Ｑ２７、Ｑ２８、Ｑ２９、Ｑ３０間の抵抗Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８およびコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４によって形成された電流ミラー７に見られる。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は、動作電圧の負電位Ｖ−に接続されるか、または充分に低い雑音を有する任意の電位に接続される。信号経路に関して、フィルタは高いＳＮ比を得ることができるようにできるだけ後方に設けられる。さもなければ、フィルタされていない雑音が受信周波数範囲で混合されかつＳＮ比が減少する。
【００４７】
図７は、図６の電流ミラー７に設けられた一つの電流ミラーの更に拘束されない装置を示す。電流ミラーの制御トランジスタＱ２３とミラー電流発生トランジスタＱ２４の制御端子間に接続された直列抵抗Ｒ５および、ミラー電流発生トランジスタＱ２４のゲートとドレインの間に接続された並列静電容量Ｃ１を備えているＲＣフィルタ９が存在する。フィルタされた信号は、ミラー電流を発生するトランジスタＱ２４に更に供給される。トランジスタＱ２３、Ｑ２４は電界効果トランジスタとして示されているがバイポーラトランジスタであってもよい。図６では抵抗Ｒ５およびコンデンサＣ１（およびそれらがどのように電流ミラーに接続されるか）は、図４のフィルタ装置４３０の例を示している。
【００４８】
図８は、本発明を利用している移動局のある部分を示す。移動局は、従来技術によるプロセッサ１１、メモリ１２、ディスプレイ１３、キーボード１４、およびマイクロホン１６Ａおよびスピーカ１６を有するオーディオブロック１５を備えている。低域フィルタを含む本発明による変調器は、トランシーバブロック１７に設けられ、アンテナ１８に接続される。
【００４９】
本発明は、示された実施例だけに限定されるものではなく、多くの変更が特許請求の範囲によって規定された発明中で可能である。本発明による移動局は、あらゆるセルラシステムに関連する移動局でありうる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の効果は、要求される低域フィルタを変調器に組み入れることができるということである。低域フィルタは、情報信号が搬送波と混合される前に情報信号による雑音を減衰する。従って、変調器に組み入れられた低域フィルタは、従来用いられていたような変調された信号のパワー増幅の後にかつ各周波数帯域に対して個別に選択されるフィルタを置き換えることができる。
【００５１】
本発明の更なる効果は、本発明による低域フィルタで送信連鎖は、以前の解決策よりも良いＳＮ比を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】送信機および受信機の周波数領域における低域フィルタの基本的効果を示す図である。
【図２】周知のギルバートセルを示す図である。
【図３】直接変換変調器のスイッチトランジスタの回路構成を示す図である。
【図４】本発明による変調器の概略を示す図である。
【図５】本発明による直接変換変調器の回路図における本発明に関する主要部分を示す図である。
【図６】本発明による直接変換変調器の回路図における本発明に関する主要部分を示す図である。
【図７】本発明による直接変換変調器の電流ミラーを示す図である。
【図８】本発明による移動局の重要な部分を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１ プロセッサ
１２ メモリ
１３ ディスプレイ
１４ キーボード
１５ オーディオ
１７ トランシーバ
４００ 変調器
４１０ スイッチング装置
４２０ ドライバ装置
４３０ フィルタ装置
４４２ 信号
４４３ 出力

Claims (13)

1. スイッチングトランジスタの平衡トランジスタ対を備えた局部発振器からの搬送波が入力されるスイッチング装置および電流ミラーを備えて情報信号を前記スイッチング装置に入力して前記搬送波を変調するようにされたドライバを備えた変調器であって、
   前記ドライバの電流ミラーは、電流ミラーの一対のトランジスタのあいだに情報信号が搬送波と混合される前に情報信号における雑音を除去する低域フィルタ装置を備えることを特徴とする高周波数妨害を減少するための変調器。
2. 前記低域フィルタ装置は、抵抗素子およびコンデンサ素子を備えていることを特徴とする請求項１記載の変調器。
3. 前記一対のトランジスタが制御端子および他の端子を備え、前記抵抗素子は、前記一対のトランジスタの制御端子間に接続され、前記コンデンサ素子は、前記一対のトランジスタの１つのトランジスタの制御端子と前記１つのトランジスタの動作電位が供給される他の端子とを結合することを特徴とする請求項２記載の変調器。
4. 前記一対のトランジスタは一対の電界効果トランジスタからなり、前記抵抗素子は、前記一対の電界効果トランジスタのゲート間に接続され、前記コンデンサ素子は、前記一対の電界効果トランジスタの１つの電界効果トランジスタの前記ゲートと前記１つの電界効果トランジスタのソースとを結合することを特徴とする請求項３記載の変調器。
5. 前記一対のトランジスタは一対のバイポーラトランジスタからなり、前記抵抗素子は、前記一対のバイポーラトランジスタのベース間に接続され、前記コンデンサ素子は、前記一対のバイポーラトランジスタの１つのバイポーラトランジスタの前記ベースと前記１つのバイポーラトランジスタのエミッタとを結合することを特徴とする請求項３記載の変調器。
6. 前記変調器が、送信されるべきデータを受信して前記情報信号を前記ドライバへ出力する制御装置をさらに備え、前記制御装置はさらにバイアス回路によって制御されることを特徴とする請求項１記載の変調器。
7. 前記変調器は、直接変換変調器であることを特徴とする請求項１記載の変調器。
8. 高周波数妨害を減少するための変調器装置がスイッチングトランジスタの平衡トランジスタ対を備えた局部発振器からの搬送波が入力されるスイッチング装置および電流ミラーを備えて情報信号を前記スイッチング装置に入力して前記搬送波を変調するようにされたドライバを備えた変調器装置を有しているトランシーバを備え、前記ドライバの電流ミラーは、電流ミラーの一対のトランジスタのあいだに情報信号が搬送波と混合される前に情報信号における雑音を除去する低域フィルタ装置を備えることを特徴とする移動局。
9. 前記低域フィルタ装置は、抵抗素子およびコンデンサ素子を備えていることを特徴とする請求項８記載の移動局。
10. 前記一対のトランジスタが制御端子および他の端子を備え、前記抵抗素子は、前記一対のトランジスタの制御端子間に接続され、前記コンデンサ素子は前記一対のトランジスタの１つのトランジスタの前記制御端子と前記１つのトランジスタの動作電位が供給される他の端子とを結合することを特徴とする請求項８記載の移動局。
11. 前記一対のトランジスタは一対の電界効果トランジスタからなり、前記抵抗素子は、前記一対の電界効果トランジスタのゲート間に接続され、前記コンデンサ素子は、前記一対の電界効果トランジスタの１つの電界効果トランジスタの前記ゲートと前記１つの電界効果トランジスタのソースとを結合することを特徴とする請求項１０記載の移動局。
12. 前記変調器装置は送信されるべきデータを受信して前記情報信号を前記ドライバへ出力する制御装置を備え、前記制御装置はさらにバイアス回路によって制御されることを特徴とする請求項８記載の移動局。
13. 前記変調器装置は、直接変換変調器であることを特徴とする請求項８記載の移動局。

Images