JP4955769B2 - 複数の通信システムのための基準信号生成 - Google Patents

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Description

本開示は、一般的に通信に係り、より具体的には複数の通信システムのための基準信号の生成技術に関する。
無線装置(例えば、携帯電話)は、複数の通信システムをサポートするように構成される。これらのシステムは異なる搬送周波数及びチップレートを持つ。各システムは、さらに周波数のダウンコンバージョン及び/又はアップコンバージョンに使用されるデジタル処理及び局部発振(LO)信号に使用されるクロック信号においてある必要条件を持つ。
個別のクロック及びLO生成回路は、無線装置によってサポートされた各システムに使用され、そのシステムの必要条件を全て満たすように構成される。各システムのためのクロック及びLO生成回路は、例えば電圧制御温度補償水晶発振器(VCTCXO)及び一つ以上の位相同期ループ(PLL)を含む。VCTCXOは、正確な周波数を持つ基準信号を生成し、キャリア周波数あるいはシステムのチップレートにロックされる。PLLは基準信号にロックされ、基準信号と同じ周波数精度を持つ所要のクロック及びLO信号を生成するために使用される。
もし無線装置が複数のシステムをサポートする場合、複数セットのクロック及びLO生成回路がこれらのシステムに使用される。これらのクロック及びLO生成回路は、効果的であるけれども、無線装置のコストのみならず構成の複雑さを増加させる。
従って、効果的かつ費用効率の高い手法で複数の通信システムをサポートする技術が必要である。
ここで、複数の通信システムのための基準信号生成技術について述べる。一実施形態では、装置は基準発振器、周波数制御部及び複数の周波数シンセサイザを含む。基準発振器は、水晶発振器または他のある形式の発振器であり、主基準信号を生成する。周波数制御部は、主基準信号の周波数誤差を推定し、周波数誤差推定値を提供する。複数の周波数シンセサイザは、主基準信号を受け、複数のシステムのための複数のシステム基準信号を生成する。少なくとも一つ(例えば各々)の周波数シンセサイザは、周波数制御部からの周波数誤差推定値に基づいて主基準信号の周波数誤差を補正する。
一実施形態では、各周波数シンセサイザは分周器制御部、シグマ・デルタ(ΣΔ)変調器及び位相同期ループ(PLL)を含む。分周器制御部は、周波数誤差推定値及び場合によってはシステムのためのスルー(slew)制御信号に基づいて、システムに関連する分周比を生成する。シグマ・デルタ変調器は、分周器制御部からの出力に基づいてPLLのための分周器制御信号を生成する。PLLは、分周器制御信号によって決定された異なる整数値で発振信号を分周する分周器を含む。
一実施形態では、周波数制御部はフィルタ、及び周波数誤差対温度データベースを含む。フィルタは、主基準信号の周波数誤差の初期推定値に基づいて、指定の(例えばCDMA)システムのパイロット信号から導出される周波数誤差推定値を得る。データベースは、周波数誤差対温度を格納しており、温度測定値を受けて、温度測定値に対応する周波数誤差を主基準信号の周波数誤差推定値として提供する。フィルタまたはデータベースのいずれかは、例えば指定のシステムが受信しているかどうかに応じて、周波数誤差推定値を提供するために与えられた任意の時期に使用される。
図1は、複数のシステムと通信する無線装置を示す。 図2は、無線装置のブロック図を示す。 図3は、基準発振器及びクロック発生器を示す。 図4は、シグマ・デルタ周波数シンセサイザを示す。 図5は、2次のシグマ・デルタ変調器を示す。 図6は、CDMAプロセッサ及び周波数制御部を示す。 図7は、複数のシステムのための基準信号の生成過程を示す。
以下、開示の種々の態様及び実施形態について詳細に説明する。
開示の態様及び実施形態は、全体を通して同じ参照符号を同じに扱って対応させている図面と関連させれば、下記に説明する詳細な記載からより明白になるだろう。
「典型的である」という単語は、ここでは「例(example)、事例(instance)あるいは実例(illustration)として役立つ」ことを意味するために使用される。ここで「典型的である」と記述されたどの実施形態あるいは構成は、必ずしも他の実施形態または構成を超えて好ましいかまたは有利であると解釈されるべきではない。
図1は、複数の通信システムと通信可能な無線装置110を示す。これらのシステムはセルラーシステム120、放送システム130、衛星測位システム140、無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)150、無線パーソナルネットワーク(WPAN)160、他のいくつかのシステムまたはネットワーク、あるいはそれらの任意の組み合わせを含む。「システム」及び「ネットワーク」という用語は、しばしば互いに置換可能に使用される。
セルラーシステム120は、符号分割多元接続(CDMA)システム、時分割多元接続(TDMA)システム、周波数分割多元接続(FDMA)システム、直交FDMA(OFDMA)システム、シングルキャリアFDMA(SC−FDMA)システム、または他のあるセルラーシステムである。CDMAシステムは、cdma2000、広帯域CDMA(W−CDMA)のような無線技術/エアーインタフェースを利用してもよい。cdma2000は、IS−95、IS−2000及びIS−856規格をカバーする。TDMAシステムは、Global System for Mobile Communications(GSM)、Digital Advanced Mobile Phone System(D−AMPS)などのような無線技術を利用してもよい。D−AMPSは、IS−136及びIS−54規格をカバーする。これらの様々なセルラーシステム、無線技術及び規格は、既知の技術である。セルラーシステム120は、W−CDMAを実装するUniversal Mobile Telecommunication System(UMTS)、IS-2000及び/又はIS-95を実装するCDMA2000 1xシステム、IS−856を実装するCDMA2000 1xEV−DOシステム、GSMシステムまたは他のあるシステムである。
放送システム130は、MediaFLOシステム、Digital Video Broadcasting for Handhelds (DVB−H)システム、Integrated Services Digital Broadcasting for Terrestrial Television Broadcasting (ISDB−T)システム、または他のある放送システムである。これらの様々な放送システムは、従来知られている。
衛星測位システム140は、合衆国全地球測位システム(GPS)、ロシアのグロナス・システム、ヨーロッパのガリレオ・システム、または他のある衛星測位システムである。以下の説明では、システム140がGPSであると仮定する。GPSは、地球の周囲を回る、十分に間隔を置かれた、24の衛星及びいくつかの予備の衛星の一群である。各GPS衛星は、受信機が十分な数(典型的には4)の衛星の測定値及びこれらの衛星の既知の配置に基づいて、それらの位置を地球上で正確に推定することを可能にする、符号化された信号を送信する。
WLAN150は、電気電子技術者協会(IEEE)からの規格のファミリであるIEEE802.11を実装してもよい。IEEE802.11規格は、アクセスポイントとステーションとの間の無線インタフェースを定める。現在、802.11a、802.11b及び802.11g規格は広く使用される。IEEE802.11規格は、それぞれ一つ以上の変調技術を使用して、特定の周波数帯(例えば2.4GHzあるいは5GHz)での動作を規定する。
WPAN160は、IEEE802.15規格に採用された短距離無線技術であるBluetooth(登録商標)を実装してもよい。Bluetoothは、無線装置110とBluetooth機器、例えばヘッドセット162、との間の通信をサポートする。
図1に示されるように、無線装置110は、セルラーシステム120中の1以上の基地局122、放送システム130中の1以上の放送局132、1以上のGPS衛星、WLAN150中の1以上のアクセスポイント152、及び/又はWPAN160中の1以上のBluetooth機器と通信する。各システムとの通信は双方向(送受信)、あるいは単方向(受信のみ)である。通常、無線装置110は所定の時期に一つのシステムまたは幾つかのシステムと通信する。
無線装置110は、固定されるかまたは可動であり、移動局、ユーザ装置、端末、局、加入者ユニットなどと呼ばれる。無線装置110は、携帯電話、personal digital assistant(PDA)、無線モデム、携帯端末などである。分かりやすくするため、以下の説明の多くは、無線装置110がCDMAシステム、GPS及びBluetoothと通信可能な実施形態についてである。CDMAシステムはUMTS、CDMA 1XあるいはCDMA 1xEV−DOシステムである。
図2は、無線装置110の一実施形態のブロック図を示す。この実施形態では、無線装置110はCDMAのためのアンテナ210aと受信機220a、Bluetoothのためのアンテナ210bと受信機220b、及びGPSのためのアンテナ210cと受信機220cを含む。一般に、無線装置110は任意の数のシステムのための任意の数のアンテナ及び任意の数の受信機を含む。一つのアンテナがこれらのシステムにとって満足な性能を提供できる場合、複数のシステムが一つのアンテナを共有してもよい。複数のシステムは、これらのシステムが同時に受信しない場合、さらに受信機を共有してもよい。例えば、受信ダイバーシティを達成する及び/又は異なる周波数帯(例えばセルラ及びPCS帯)の信号を受信するために、与えられたシステムにおいて複数のアンテナ及び/又は複数の受信機が使用されてもよい。
CDMAについては、アンテナ210aは基地局122によって送信された信号を受信し、受信機220aに受信無線周波数(RF)信号を供給する。受信機220a内において、低雑音増幅器(LNA)222aは受信RF信号を増幅し、増幅されたRF信号を出力する。フィルタ222aは、増幅された高周波信号を濾波し、関心帯域中の信号成分を通過させ、帯域外雑音及び不要信号を除去する。ミキサ224aは、LO発生器270からのLO信号CLOによって、濾波されたRF信号の周波数をダウンコンバートし、ダウンコンバート信号を出力する。CLO信号の周波数は、関心RFチャンネルの信号成分がベースバンドあるいは近接ベースバンドにダウンコンバートされるように選択される。ローパスフィルタ226aは、ダウンコンバート信号を濾波し、関心RFチャンネルの信号成分を通過させ、雑音及び不要信号を除去する。増幅器226aは、濾波されたベースバンド信号を増幅し、出力ベースバンド信号を出力する。アナログ−デジタル変換器(ADC)228aは、出力ベースバンド信号をデジタル化し、データプロセッサ230に入力サンプルCinを供給する。
アンテナ210b及び受信機220bは、同様にWPAN 160中のBluetooth機器からの信号を受信して処理し、データプロセッサ230に入力サンプルBinを供給する。アンテナ210c及び受信機220cは、GPS衛星からの信号を受信して処理し、データプロセッサ230に入力サンプルGinを供給する。単純化のため図2に示していないが、Cin、Bin及びGin入力サンプルは、同相(I)及び直交(Q)成分を持つ複素サンプルである。
図2は、受信機220a、220b及び220cの詳細な構成を示している。一般に、受信機は単一のステージ(図2に示されるように)において周波数ダウンコンバージョンを実行するdirect-to-basebandアーキテクチャ、または複数のステージにおいて周波数ダウンコンバージョンを実行するスーパヘテロダインアーキテクチャを実装する。受信機は、さらに増幅器、フィルタ、ミキサなどの一つ以上のステージを備えた信号処理を実行してもよい。
データプロセッサ230は、Cin、Bin及びGin入力サンプルを処理し、各システムに出力データを供給する。各システムのための処理は、そのシステムで使用される無線技術に依存しており、復号及び復調を含んでいてもよい。データプロセッサ230は、図2では単一のプロセッサとして示されているが、一つ以上の特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタル信号プロセサ(DSP)、プロセッサなどを含んでもよい。
一実施形態では、周波数制御部240は基準発振器250の周波数誤差を推定し、周波数誤差推定値を生成する。基準発振器250は、frefの周波数を持つ比較的正確な主基準信号を生成する。一般に、基準発振器250は水晶発振器(XO)、電圧制御水晶発振器(VCXO)、温度補償水晶発振器(TCXO)、VCTCXOまたは他のある形式の発振器である。以下に詳細に記載する一実施形態では、基準発振器250は水晶発振器である。クロック発生器260は、主基準信号及び周波数誤差推定値を受け、ADC228a、228b及び228cのためのサンプリングクロック、及びデータプロセッサ230内でのCDMA、Bluetooth及びGPSの処理のためのクロック信号を生成する。LO発生器270は、さらに主基準信号及び周波数誤差推定値を受け、受信機220a、220b及び220cのためのLO信号を生成する。クロック発生器260及びLO発生器270は、下記に述べるように実装されてもよい。
コントローラ/プロセッサ280は、無線装置110における種々のユニットの動作を管理する。コントローラ/プロセッサ280は、システム及び/又はRFチャンネルを決定して受信する。メモリ282は、無線装置110のためのプログラムコード及びデータを格納している。
単純化のため、CDMAとBluetoothのための送信機は図2に示されていない。各送信機は、増幅器、フィルタ、ミキサ、電力増幅器などの一つ以上のステージを含んでもよい。LO発生器270は、さらに基準発振器250からの主基準信号に基づいて、送信機のためのLO信号を生成する。
図2に示される実施形態では、単一の基準発振器250は無線装置110によってサポートされた全てのシステムにおいて基準周波数として使用される。基準発振器250に基づいて、全てのシステムのための十分な周波数精度を備えたクロックとLOの信号が生成されてもよい。この実施形態は、無線装置110のためのコスト及び複雑さを低減する。
図3は、図2の中の基準発振器250、クロック発生器260及びデータプロセッサ230の一実施形態のブロック図を示す。この実施形態では、基準発振器250は水晶発振器310及びサーミスタ312を含む。水晶発振器310は、良好な位相雑音特性のfrefの周波数を持つ主基準信号を生成する。具体例として、水晶発振器310は19.2MHzの主基準信号を生成する。一実施形態では、水晶発振器310はコストと複雑さを低減するために、電圧制御はなされず、また温度補償もなされない。水晶発振器310からの主基準信号は比較的正確であるが、温度、回路部品の変化、電源、エージングのような様々な原因により周波数誤差を持つ。基準周波数は温度でドリフトし、温度依存性の周波数誤差を持つ。この周波数誤差は、以下のように説明される。
サーミスタ312は、水晶発振器310の近傍の温度を検知し、検知した温度を示す温度測定値を出力する。以下に述べるように、温度測定値は温度により周波数誤差を補償するために使用されてもよい。サーミスタ312は、従来技術の手法で実装され、水晶発振器310によって観測された温度の正確な測定値を得るために水晶発振器310に接近して配置される。
図3に示される実施形態では、クロック発生器260は、CDMA、Bluetooth及びGPSのためのシグマ・デルタ(ΣΔ)周波数シンセサイザ320a、320b及び320cをそれぞれ含む。シンセサイザ320aは、水晶発振器310から主基準信号を受け取り、周波数制御部240から周波数誤差推定値を受け取り、またCDMAスルー制御信号を例えばデータプロセッサ230あるいはコントローラ280から受け取る。周波数シンセサイザ320aは、下記に述べるように、正確な周波数を持つCDMA基準信号を全ての入力に基づいて生成する。周波数シンセサイザ320bは、主基準信号、周波数誤差推定値及びBluetoothスルー制御信号を受け取り、Bluetooth基準信号を生成する。周波数シンセサイザ320cは、主基準信号、周波数誤差推定値及びGPSのスルー制御信号を受け取り、GPS基準信号を生成する。各システム基準信号は、クロック信号、クロック信号の生成に使用される信号、または他のある信号である。
図3に示される実施形態では、基準発振器250の周波数誤差は、CDMAシステムに基づいて推定され、全てのシステムの周波数シンセサイザに供給される。CDMAは、良好な周波数精度を持ち、CDMAに基づく周波数補正は、全てのシステムに十分である。
データプロセッサ230は、受信機220aからCin入力サンプルを受け取るCDMAプロセッサ330を含む。CDMAプロセッサ330は、Cin入力サンプルを処理し、水晶発振器310の周波数誤差の初期推定値を出力する。周波数制御部240は、CDMAプロセッサ330からの初期推定値に基づいて周波数誤差推定値を導出し、全ての周波数シンセサイザ320a、320b及び320cに周波数誤差推定値を供給する。これらの周波数シンセサイザは、周波数誤差推定値に基づいて主基準信号の周波数誤差を補正する。
図3に示される実施形態では、周波数シンセサイザ320a、320b及び320cは、CDMA、Bluetooth及びGPSのスルー制御信号をそれぞれ受け取る。各スルー制御信号は、関連する周波数シンセサイザの動作を制御するために使用されてもよい。スルー制御信号は、以下のように使用されてもよい。
・周波数シンセサイザが周波数誤差推定値に基づいてその周波数を更新するかあるいは周波数シンセサイザがフリーズすることを可能にする。
・周波数シンセサイザがその周波数をどれだけ急速に調節することができるかを制限する。
・周波数シンセサイザがその周波数をどれだけの大きさだけ調節することができるかを制限する。
スルー制御信号は、また関連するシステムのための要求性能が得られるように、周波数シンセサイザの他の動作を制御するために使用されてもよい。例えば、正確なGPS測定値を得るために長期間にわたって積算をする場合、GPSは非常に安定した周波数を要求する。GPSスルー制御信号は、GPS測定用の安定した周波数を達成するために積算期間中は周波数シンセサイザ320cをフリーズしてもよい。GPSスルー制御信号は、積算を完了した後に周波数シンセサイザ320cをイネーブルにし、周波数シンセサイザが更新されることを可能にしてもよい。
別の実施形態では、周波数補正は各システムにおいて当該システムのための受信信号に基づいて個別に行われる。各システムは、受信データプロセッサ及び周波数制御部を備えていてもよい。受信データプロセッサは、システムの入力サンプルを処理し、当該システムに周波数誤差の初期推定値を供給する。周波数制御部は初期推定値を受け、当該システムのための周波数シンセサイザの周波数誤差推定値を生成する。
図4は、図3中で各々の周波数シンセサイザ320a、320b及び320cとして使用されるシグマ・デルタ周波数シンセサイザ320xの一実施形態を示す。シグマ・デルタ周波数シンセサイザ320xは、PLL410、分周器制御部430及びシグマ・デルタ変調器440を含む。
PLL410において、位相−周波数検出器412は基準発振器250から主基準信号を受け取り、分周器420から分周された信号を受け取り、2つの信号の位相を比較し、2つの信号間の位相誤差を示す検出信号を出力する。チャージポンプ414は、検出された位相誤差に比例する誤差信号を生成する。ループフィルタ416は、誤差信号を濾波して電圧制御発振器(VCO)418に制御電圧を供給する。ループフィルタ416は、分周された信号の位相または周波数が主基準信号の位相または周波数にロックされるように制御電圧を調節する。VCO418は、制御電圧によって決定される周波数を持つ発振信号を生成する。分周器420は、NまたはN+1のファクタだけ発振信号を分周し、位相−周波数検出器412に分周された信号を供給する。一般に、Nは任意の整数値である。分周器422は、整数ファクタで発振信号を分周し、システム基準信号を出力する。あるいは、発振信号は一時記憶され、システム基準信号として出力されてもよい。
分周器制御部430は、周波数誤差推定値及びスルー制御信号を受け、分周比Rを生成する。VCO418は、システム基準信号の1または複数倍の所望周波数fvcoで動作するように構成される。分周器420の分周比は、次のように表現されてもよい。
Figure 0004955769
ここで、ftargetは基準発振器250の目標周波数、ferrは基準発振器250の実際の周波数frefと目標周波数との間の周波数誤差、すなわちferr=ftarget−frefである。目標周波数はまた名目上、基準周波数とも呼ばれる。
式(1)で示されるように、分周比Rは主基準信号における周波数誤差を説明する。上述のように、この周波数誤差は様々な原因から生じ、例えば、CDMAパイロット信号に基づいて推定される。周波数誤差がゼロであれば、分周比Rはfvco/ftargetに等しい。基準周波数が目標周波数より低い場合、より高い分周比は負の周波数誤差を説明するために使用される。逆に、基準周波数が目標周波数より高い場合、より低い分周比は正の周波数誤差を説明するために使用される。分周比は周波数誤差の補償のために、parts per million (ppm)の単位で調節される。周波数シンセサイザ320xは、所望の周波数を提供し、さらに主基準信号の周波数誤差を補償する。
分周器制御部430は、周波数誤差推定値及び既知のfvco及びftarget周波数に基づいて、例えば式(1)に示したように分周比Rを決定する。ftarget周波数は、全てのシステムについて同一である。fvco周波数は、異なるシステムについて異なってもよい。分周器制御部430は、さらに分周比を固定し、分周比の変更量を制限し、及び/又は分周比の変化率をスルー制御信号に基づいて制限する。
一実施形態では、分周器制御部430は分周比RのLビットの小数部分を決定し提供する。ここで、一般にLは任意の値である。分周比Rは、整数値NとN+1の間、すなわちN≦R≦N+1の範囲内で変動する。分周比は、R=N+Fracのような分数形で表現されてもよい。ここでNは整数部分、Fracは分周比の小数部分である。分周器制御部430は、小数部分をLビットに量子化してもよい。Lは所望の周波数分解能を達成するために選択され、10、16またはその他のビット数である。
シグマ・デルタ変調器440は、分周器制御部430からLビットの小数部分を受け取り、分周器420のための分周器制御信号を生成する。図4に示される実施形態では、分周器制御信号は分周器420に対してNまたはN+1によって分周するように指示をする1ビットの制御信号である。例えば、分周器制御信号の論理low(“0”)はNによる分周に対応し、また分周器制御信号の論理high(“1”)はN+1による分周に対応する。分周器制御信号のゼロの割合は、分周比の小数部分によって決定され、また分周比の小数部分に相当する。しかしながら、分周器制御信号上のゼロは、量子化雑音が高い周波数へシフトされ、またVCO418からの発振信号に関して良好な位相雑音特性が達成されるように分布される。
別の実施形態では、シグマ・デルタ変調器440は分周器制御部430からLビットの小数部分を受け取り、分周器420のためのMビット分周器制御信号を生成する。ここで、Mは1を越える任意の整数値である。さらに別の実施形態では、分周器制御部430はLビット分周比を提供し、またシグマ・デルタ変調器440は分周器420のためのMビット分周器制御信号を生成する。両方の実施形態において、分周器420はMビット分周器制御信号によって決定される、2Mの可能な整数分周比のうちの一つで発振信号を分周してもよい。分周器制御部430及びシグマ・デルタ変調器440も他の方法で実装されてもよい。
シグマ・デルタ変調器440は様々な構成で実装されてもよい。例えば、シグマ・デルタ変調器440は、カスケーデッ・ドトポロジ(cascaded topology)、カトラー・トポロジ(Cutler topology)、マッシュ・トポロジ(Mash topology)などで実装されてもよい。シグマ・デルタ変調器440は、さらにどのような次数、例えば1次、2次、3次、またはより高い次数であってもよい。より良好なノイズシェーピングは、より高い次数で達成される。
図5は、2次のシグマ・デルタ変調器であるシグマ・デルタ変調器440の一実施形態のブロック図を示す。この実施形態では、シグマ・デルタ変調器440は入力利得素子508、ノイズシェーピングの2つの段及び一つの量子化器530を含む。利得素子508は、分周器制御部430から入力値を受け取り、G1の利得で基準化する。
第1のノイズシェーピング段では、加算器510は利得素子508の出力から利得素子518の出力を差し引き、その差をフィルタ部512へ供給する。フィルタ部512は、加算器514及び遅延素子516を含む。加算器514は、加算器510の出力と遅延素子516の出力とを加算する。遅延素子516は、加算器514の出力を受け、1クロック期間の遅延を与える。第2のノイズシェーピング段では、加算器520が遅延素子516の出力から利得素子528の出力を差し引き、その差をフィルタ部522へ供給する。フィルタ部522においては、加算器524が加算器520の出力と遅延素子526の出力とを加算する。遅延素子526は、加算器524の出力を受け取り、1クロック期間の遅延を与える。遅延素子516及び526は、分周器420からの分周された信号によりトリガされるシフトレジスタによって実装されてもよい。
量子化器530は、遅延素子526の出力を量子化し、分周器制御のための出力値を出力する。利得素子518はG2の利得で出力値を基準化し、また利得素子528はG3の利得で出力値を基準化する。利得G1、G2及びG3が選択されることにより、シグマ・デルタ変調器440の所望の伝達関数が達成される。
図5は、シグマ・デルタ変調器440の典型的な構成を示す。他のトポロジ及び/又は他の次数のシグマ・デルタ変調器が使用されてもよい。
周波数シンセサイザにおけるシグマ・デルタ変調器の使用は、ある利点をもたらす。シグマ・デルタ変調器は、ディザリングをもたらすことにより発振信号中のスプリアストーンを回避させ、さらにノイズシェーピングを行って量子化雑音をより高い周波数へと追いやる。ディザリングとノイズシェーピングは発振信号、従ってシステム基準信号に良好な位相雑音特性をもたらす。システム基準信号の所望の周波数分解能を達成するために、シグマ・デルタ変調器はいくつかのビット数で構成される。
別の実施形態では、一般に小数Nと呼ばれる非整数値による分周を行うために、マルチモジュラス分周器(例えばMNカウンタ)が使用される。非整数分周比は、2つの整数値N及びMの比すなわちN/Mによって近似される。(MNカウンタにおけるNは、分周器420におけるNとは異なる)。より多くのビットをNとMに使用することにより、非整数分周比に関して高い精度が達成される。
さらに別の実施形態では、シグマ・デルタ変調器及びMNカウンタの組み合わせが使用される。MNカウンタは、シグマ・デルタ変調器のための回路網の一部として実装されてもよい。シグマ・デルタ変調器及びMNカウンタは、例えばサポートされているシステムまたはアプリケーションの要求に応じて、いずれかが選択されて使用される。例えば、良好な性能が要求される場合は、シグマ・デルタ変調器が使用される。MNカウンタの性能が許容される場合は、常にMNカウンタが使用される。MNカウンタは、低消費電力である。
小数N分周器についても、他の構成で実装されてもよい。全ての実施形態において、動作状態、例えば温度の変化が存在する下で、所望の周波数精度を維持するために、分周比をダイナミックに変化させてもよい。除数(例えば、有理数と同様に無理数も)の連続は、任意の所望の除数値の選択を許容し、またさらに出力周波数においてある除数からジャンプすることなく別の除数までの滑らかな推移を許容する。除数の連続は、十分なビット数で達成される高い精度のシグマ・デルタ変調器によって近似されてもよい。
無線装置110は、複数の信号経路、例えば見通し経路(line-of-sight path)及び/又は反射経路を介して基地局からのCDMA信号を受信してもよい。受信CDMA信号は、信号インスタンスが受信される信号経路によって決定される特定の複素利得及び特定の伝播遅延を持つ各信号インスタンスと共に、複数の信号インスタンスを含んでいてもよい。探索器(searcher)は、十分な強さの信号インスタンスを識別するためにCin入力サンプルを処理してもよい。その後、これらの信号インスタンスは処理のために割り当てられる。
図6は、図3の中のCDMAプロセッサ330及び周波数制御部240の一実施形態を示す。この実施形態では、CDMAプロセッサ330は複数(R)のフィンガープロセッサ610a〜610rを含む。各フィンガープロセッサ610は、関心のある異なる信号経路を処理するために割り当てられる。各フィンガープロセッサ610は、CDMA信号中で送られたパイロットシンボルを再生するためにCin入力サンプルを処理し、再生されたパイロットシンボルに基づいて周波数誤差をさらに推定する。割り当てられたフィンガープロセッサは、周波数誤差の初期推定値を周波数制御部240に供給する。
図6に示される実施形態では、周波数制御部240はフィルタ620、データベース630及びマルチプレクサ(Mux)640を含む。フィルタ620は、割り当てられたフィンガープロセッサから周波数誤差の初期推定値を受け取り、フィンガープロセッサを横切って及び/又は時間と共に初期推定値を平均化する。フィルタ620は、フィンガープロセッサを横切る非重み付け平均化を実行する。あるいは、フィルタ620はその受信信号の強度に基づいて各フィンガープロセッサからの初期推定値を基準化し、フィンガープロセッサを横切る重み付け平均化を実行してもよい。フィルタ620は、さらに時間経過と共に適切に選択されたフィルタによって初期推定値を平均化してもよい。フィルタ620は、各更新間隔の周波数誤差推定値を提供する。
データベース630は、基準発振器250のための周波数誤差対温度データベースを格納している。データベース630は、図3中のサーミスタ312から温度測定値を受け取る。無線装置110がCDMA信号を受信しているとき、フィルタ620は現在温度についての基準発振器250の周波数誤差推定値を供給する。データベース630は、周波数誤差推定値及び対応する温度を格納している。無線装置110がCDMA信号を受信していないとき、データベース630は現在温度についての格納している周波数誤差推定値を出力する。周波数誤差対温度データベースは、CDMA信号を受信する場合に上記のように構築される。このデータベースは、エージングを計算するために更新されてもよい。データベースは、CDMA信号を受信しないときに温度によって基準発振器250の周波数誤差を補正するために使用されてもよい。マルチプレクサ640は、フィルタ620から周波数誤差推定値を受け取り及び/又はデータベース630から周波数誤差推定値を受け取り、CDMA信号の受信時にはフィルタ620からの周波数誤差推定値を出力し、CDMA信号に非受信時にはデータベース630からの周波数誤差推定値を出力する。
上述の実施形態では、基準発振器250の周波数誤差は一つのシステム、例えばCDMAに基づいて推定される。別の実施形態では、周波数誤差は無線装置110によって受信される複数のシステムに基づいて推定される。例えば、周波数誤差はCDMAとGPSのための測定値に基づいて推定されてもよい。異なるシステムからの周波数誤差推定値を平均化して、フィルタ620に与えられる平均周波数誤差推定値を得てもよい。あるいは、無線装置110によって現在受信された最も正確なシステムからの周波数誤差推定値を選択してもよい。
閉ループ周波数トラッキングを要求する各システムに、個別の周波数制御部を使用してもよい。各システムの周波数制御部は、そのシステムのための周波数誤差を推定し、関連する周波数シンセサイザ320のための分周器制御部430に周波数誤差推定値を供給してもよい。その後、分周器制御部430は、周波数誤差を補正するために適切な分周比を生成してもよい。
図4は、あるシステムに使用されるシグマ・デルタ周波数シンセサイザを示す。複数のシステムのための複数のシグマ・デルタ周波数シンセサイザは、図3に示されるように同じ主基準信号に基づいて動作する。各シグマ・デルタ周波数シンセサイザは、関連するシステムにおいて必要とされる周波数に関して構成されるVCOを含んでいてもよい。各シグマ・デルタ周波数シンセサイザは、CDMA及び/又は他のあるシステムに基づいて推定される、主基準信号の周波数誤差を補正してもよい。各シグマ・デルタ周波数シンセサイザは、関連するシステムについて所望の周波数を得るために異なる分周比を使用してもよい。さらに、各シグマ・デルタ周波数シンセサイザは、例えば周波数シンセサイザをフリーズするかあるいは周波数シンセサイザによる変更の割合または大きさを制限するために、関連するスルー制御信号によって個別に制御されてもよい。各シグマ・デルタ周波数シンセサイザにおいて、VCOについても他のPLLコンポーネントと同様に、コスト、電力消費量及び回路面積を減少させるオンチップとして実装してもよい。
図2の中のLO発生器270においても、例えば図3の中のクロック発生器260と同様の手法で複数の周波数シンセサイザを実装してもよい。LO発生器270のための各周波数シンセサイザについて、図4に示されるように、または他のある構成で実装してもよい。LO発生器270内の周波数シンセサイザ用のVCOは、クロック発生器260中のVCOの周波数と異なる周波数で動作してもよい。
所望の周波数によっては、周波数シンセサイザにおいてVCOに代えて数値制御発振器(NCO)を使用してもよい。NCOは、入力クロック(例えば主基準信号)を受け取り、入力クロック周波数の小数の周波数を持つ出力クロックを生成する。NCOは、デジタル回路として実装されてもよい。
各システムの周波数シンセサイザは、関連するシステムの必要条件を満たすように構成される。例えば、十分な能力を備えたシグマ・デルタ周波数シンセサイザをCDMAとGPSに使用してもよい。また、PLLを持たず温度補償に対する周波数補正機能のない単純な小数分周器をWLANとBluetoothに使用してもよい。複数のシステムが同じようなまたは関連付けられた基準信号必要条件を持つ場合、これらのシステムが共通のシグマ・デルタ周波数シンセサイザを共有してもよい。例えば、一つの整数値で発振信号を分周することより、一つのシステムのための基準信号が得られ、また別の整数値で同じ発振信号を分周することにより、別のシステムのための基準信号が得られるように、VCO周波数を選択してもよい。
図2に示される実施形態では、全てのシステムのためのサンプリングクロック及びLO信号は、基準発振器250からの主基準信号に基づいて生成される。シグマ・デルタ周波数シンセサイザによる周波数補正なしで、与えられたシステムのための入力サンプルが、(1)周波数ダウンコンバージョンに使用されたLO信号の誤差に起因する周波数誤差(周波数ドップラとして時々参照される)及び(2)デジタル化に使用されるサンプリングクロックの誤差に起因するタイミング誤差(符号ドップラとして時々参照される)を持っていてもよい。図2の実施形態では、LO発生器及びクロック発生器の両方に補正を適用することにより、周波数及びタイミングの両方の誤差を同時に補正する。別の実施形態では、例えば信号がベースバンドにダウンコンバートされデジタル化された後、周波数及びタイミングの誤差が個別に補正される。入力サンプルにおける周波数誤差は、周波数誤差推定値によって決定された複素シヌソイド(complex sinusoid)を入力サンプルに乗じるデジタル・ローテータによって補正される。周波数制御ループは、例えばパイロット信号に基づいて周波数誤差推定値を導出してもよい。入力サンプル中のタイミング誤差は、正確なタイミングでサンプルを生成する、再計時(re-clocking)回路あるいは再サンプリング回路で補正されてもよい。時間トラッキングループはタイミング誤差を推定し、再計時または再サンプリング回路のためのタイミング制御信号を生成してもよい。図2に示される実施形態では、ダウンコンバージョンに先立って周波数誤差を補正する。これは、大きな周波数誤差が存在する場合、信号が受信経路中のフィルタ(例えば、フィルタ222aまたは226a)のうちのいずれかの帯域端に接近し過ぎることによって、損なわれることがないという利点を持つ。
分かりやすくするため、上記の記述の多くは無線装置110の受信部についてである。その技術をさらに無線装置110の送信部に使用してもよい。複数の周波数シンセサイザを備えたLO発生器を複数のシステム用の複数の送信機に使用してもよい。これらの各周波数シンセサイザは、例えば図4に示されるように実装されてもよい。ローテータ及び/又は再サンプリング回路も、適切であれば送信経路上で各システムに使用してもよい。
ここに記述された技術の一つを、必要とする各システムにおいて正確な基準信号を生成するために使用してもよい。各システムは、そのシステムの必要条件を満たすように個別にその周波数シンセサイザを制御してもよい。全ての周波数シンセサイザは、固定水晶発振器によって生成される共通の主基準信号に基づいて動作してもよい。この水晶発振器の周波数誤差を一つ以上のシステムによって推定し、全ての周波数シンセサイザによって除去してもよい。
図7は、複数のシステムのための基準信号生成過程700の一実施形態を示す。主基準信号は、例えば水晶発振器によって生成される(ブロック712)。主基準信号の周波数誤差推定値は、例えばシステムあるいは周波数誤差対温度データベースからのパイロット信号に基づいて導出される(ブロック714)。複数のシステムのための複数のシステム基準信号は、例えば複数のシグマ・デルタ周波数シンセサイザによって、主基準信号及び周波数誤差推定値に基づいて生成される(ブロック716)。
ブロック714の一実施形態では、システム(例えばCDMAシステム)のための入力サンプルは、主基準信号の周波数誤差の初期推定値を得るために処理される。その後、周波数誤差の初期推定値に基づいて周波数誤差推定値が導出される。ブロック714の別の実施形態では、周波数誤差対温度データベースから温度測定値に対応する周波数誤差が取り出され、主基準信号の周波数誤差推定値として出力される。
ブロック716の一実施形態では、システムのための周波数誤差推定値及びスルー制御信号に基づいて各システムのための分周比が導出される。スルー制御信号は、分周比をフリーズするか、あるいは分周比の変化率を制限するか、分周比の大きさを制限してもよい。各システムのための分周器制御信号は、システムのための分周比に基づきシグマ・デルタ変調器によって生成される。各システムのためのシステム基準信号は、システムのための分周器制御信号に基づいて生成される。システム基準信号は、クロック信号、LO信号または他のある信号である。
ここに記述された技術は、様々な手段によって、例えばハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアあるいはそれらの組み合わせで実装してもよい。ハードウェア実装に関しては、ここに記述されたユニットと回路が特定用途向けIC(ASIC)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、デジタル信号処理装置(DSPD)、プログラマブルロジックデバイス(PLD)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子装置、ここに記述した機能を実行するように構成された他の電子ユニットは、あるいはそれらの組み合わせ、の一つ以上の中に実装される。例えば、図3中のクロック発生器260は、ASIC、RF集積回路(RFIC)あるいは両方の組み合わせの中に実装される。
ある技術の態様は、ここに記述された機能を実行するソフトウェア及び/又はファームウェア(例えば、手順、機能などのようなモジュール)として実装されてもよい。ファームウェア及び/又はソフトウェアコードはメモリ(例えば図2の中のメモリ282)に格納され、プロセッサ(例えばプロセッサ280)によって実行されてもよい。メモリはプロセッサ内に実装されるか、あるいはプロセッサの外部にある。
開示された実施形態の前の記述はどんな当業者も開示を作るか使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態の様々な変形は当業者に容易に明白であり、また、ここに定義された一般原則を開示の精神や範囲から外れることなく他の実施形態に適用してもよい。従って、その開示はここに示された実施形態に限定されるようには意図されないが、ここに開示された原則と新規な特徴に一致する最も広い範囲が与えられる。

Claims (33)

  1. 主基準信号の周波数誤差を推定し、周波数誤差推定値を提供するように動作する第1の制御部と、ここにおいて、前記第1の制御部は、前記周波数誤差推定値を導出するために前記周波数誤差の複数の初期推定値を濾波するように動作するフィルタを備える、
    前記主基準信号を受け取り、複数のシステムのための複数のシステム基準信号を生成するように動作する複数の周波数シンセサイザと、を具備する装置であって、
    前記複数の周波数シンセサイザのうちの少なくとも一つの周波数シンセサイザは、前記第1の制御部からの前記周波数誤差推定値に基づいて生成された分周器制御信号と前記主基準信号とを位相同期ループに入力することによって前記主基準信号の前記周波数誤差を補正する。
  2. 前記主基準信号を生成するように動作する水晶発振器をさらに具備する請求項1の装置。
  3. 前記複数の周波数シンセサイザの各々は、分周器制御信号を生成するように動作するシグマ・デルタ変調器、及び
    前記主基準信号及び前記分周器制御信号を受け取り、システム基準信号を生成するように動作する位相同期ループ(PLL)を含む請求項1の装置。
  4. 前記PLLは、
    発振信号を生成するように動作する電圧制御発振器(VCO)、及び
    前記シグマ・デルタ変調器から前記分周器制御信号によって選択された複数の整数値で前記発振信号を分周するように動作する分周器を含む請求項3の装置。
  5. 前記複数の周波数シンセサイザの前記各々は、
    前記周波数誤差推定値に基づいて分周比を生成し、前記シグマ・デルタ変調器に出力を供給するように動作する第2の制御部をさらに含む請求項3の装置。
  6. 前記第2の制御部は、さらに、スルー制御信号を受け取り、前記周波数誤差推定値及び前記スルー制御信号に基づいて前記分周比を生成する請求項5の装置。
  7. 前記第2の制御部は、前記スルー制御信号に基づいて、前記分周比を固定するか、前記分周比の変化率を制限するか、あるいは前記分周比の大きさを制限するように動作する請求項6の装置。
  8. セルラーシステムのための入力サンプルを処理し、前記主基準信号の前記周波数誤差の前記初期推定値を提供するように動作するデータプロセッサをさらに具備する請求項1の装置。
  9. 符号分割多元接続(CDMA)システムのための入力サンプルを処理し、前記主基準信号の前記周波数誤差の前記初期推定値を提供するように動作するデータプロセッサをさらに具備する請求項1の装置。
  10. 前記第1の制御部は、
    周波数誤差対温度のデータベースを格納し、温度測定値を受け、前記少なくとも一つの周波数シンセサイザに関連した受信機からの入力信号が利用可能でないとき、前記温度測定値に対応する周波数誤差を前記主基準信号のための前記周波数誤差推定値として提供するように動作するメモリをさらに含む請求項1の装置。
  11. 前記複数のシステムは、セルラーシステム及び衛星測位システムを含む請求項1の装置。
  12. 前記複数のシステムは、符号分割多元接続(CDMA)システム及び全地球測位システム(GPS)を含む請求項1の装置。
  13. 前記複数のシステムは、Bluetooth、無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)あるいは両方を含む請求項1の装置。
  14. 前記複数のシステム基準信号は、クロック信号である請求項1の装置。
  15. 前記複数のシステム基準信号は、局部発振(LO)信号である請求項1の装置。
  16. 主基準信号の周波数誤差を推定し、周波数誤差推定値を提供するように動作する制御部と、ここにおいて、前記制御部は、前記周波数誤差推定値を導出するために前記周波数誤差の初期推定値を濾波するように動作するフィルタを備える、
    前記主基準信号を受け、複数のシステムのための複数のシステム基準信号を生成するように動作する複数の周波数シンセサイザと、
    を具備し、前記複数の周波数シンセサイザのうちの少なくとも一つの周波数シンセサイザは前記制御部からの前記周波数誤差推定値に基づいて生成された分周器制御信号と前記主基準信号とを位相同期ループに入力することによって前記主基準信号の前記周波数誤差を補正する、
    集積回路。
  17. 前記複数の周波数シンセサイザの各々は、
    位相同期ループ(PLL)のための分周器制御信号を生成するように動作するシグマ・デルタ変調器を含む請求項16の集積回路。
  18. 周波数誤差対温度のデータベースを格納し、温度測定値を受け、前記少なくとも一つの周波数シンセサイザに関連した受信機からの入力信号が利用可能でないとき、前記温度測定値に対応する周波数誤差を前記主基準信号のための前記周波数誤差推定値として提供するように動作するメモリをさらに具備する請求項16の集積回路。
  19. 主基準信号を生成するように動作する水晶発振器と、
    前記主基準信号の周波数誤差を推定し、周波数誤差推定値を提供するように動作する制御部と、ここにおいて、前記制御部は、前記周波数誤差推定値を導出するために前記周波数誤差の複数の初期推定値を濾波するように動作するフィルタを備える、
    前記主基準信号を受け、複数のシステムのための複数のシステム基準信号を生成するように動作する複数の周波数シンセサイザと、
    を具備し、前記複数の周波数シンセサイザのうちの少なくとも一つの周波数シンセサイザは前記制御部からの前記周波数誤差推定値に基づいて生成された分周器制御信号と前記主基準信号とを位相同期ループに入力することによって前記主基準信号の前記周波数誤差を補正する、
    を具備する無線装置。
  20. 前記複数の周波数シンセサイザの各々は、
    分周器制御信号を生成するように動作するシグマ・デルタ変調器と、
    前記主基準信号及び前記分周器制御信号を受け取り、システム基準信号を生成するように動作する位相同期ループ(PLL)と、を含む請求項19の無線装置。
  21. 符号分割多元接続(CDMA)システムのための入力サンプルを処理し、前記主基準信号の前記周波数誤差の前記初期推定値を提供するように動作するデータプロセッサをさらに具備する請求項19の無線装置。
  22. 前記制御部は、
    周波数誤差対温度のデータベースを格納し、温度測定値を受け取り、前記少なくとも一つの周波数シンセサイザに関連した受信機からの入力信号が利用可能でないとき、前記温度測定値に対応する前記周波数誤差を前記主基準信号のための前記周波数誤差推定値として提供するように動作するメモリを含む請求項19の無線装置。
  23. 主基準信号を生成することと、
    前記周波数誤差推定値を導出するために周波数誤差の複数の初期推定値を濾波することにより、前記主基準信号のための前記周波数誤差推定値を導出することと、
    前記主基準信号及び前記周波数誤差推定値に基づいて生成された分周器制御信号を位相同期ループに入力することによって複数のシステムのための複数のシステム基準信号を生成することと、
    を具備する方法。
  24. 前記複数のシステム基準信号を生成することは、
    前記周波数誤差推定値に基づいて及びシグマ・デルタ変調器により、前記複数のシステムの各システムのための分周器制御信号を生成することと、
    前記各システムのための前記分周器制御信号に基づいて前記複数のシステムの前記各システムのためのシステム基準信号を生成することと、を含む請求項23の方法。
  25. 前記複数のシステム基準信号を生成することは、
    前記複数のシステムの前記各システムのためのスルー制御信号を受信することと、ここにおいて、前記スルー制御信号は、分周比を固定するか、前記分周比の変化率を制限するか、あるいは前記分周比の大きさを制限するように構成可能である、
    前記システムのための前記分周比に基づいて前記複数のシステムの前記各システムのための前記分周器制御信号を生成すること、を含む請求項24の方法。
  26. 前記複数のシステム基準信号は前記複数の周波数シンセサイザによって生成される、ここにおいて前記周波数誤差推定値を導出することは、
    温度測定値を得ることと、
    前記温度測定値に対応する周波数誤差を周波数誤差対温度のデータベースから得ることと、
    前記複数の周波数シンセサイザのうちの一つに関連した受信機からの入力信号が利用可能でないとき、前記データベースから得られた前記周波数誤差を前記主基準信号のための前記周波数誤差推定値として提供することと、
    を含む請求項23の方法。
  27. 主基準信号を生成する手段と、
    前記主基準信号のための周波数誤差推定値を導出する手段と、ここにおいて、前記導出する手段は、前記周波数誤差推定値を導出するために前記周波数誤差の複数の初期推定値を濾波する手段を備える、
    前記主基準信号及び前記周波数誤差推定値に基づいて生成された分周器制御信号を位相同期ループに入力することによって複数のシステムのための複数のシステム基準信号を生成する手段と、を具備する装置。
  28. 前記複数のシステム基準信号を生成する手段は、
    前記周波数誤差推定値に基づいて及びシグマ・デルタ変調器により、前記複数のシステムの各システムのための分周器制御信号を生成する手段と、
    前記システムのための前記分周器制御信号に基づいて前記複数のシステムの前記各システムのためのシステム基準信号を生成する手段と、を含む請求項27の装置。
  29. 前記複数のシステム基準信号を生成する手段は、
    前記複数のシステムの前記各システムのためのスルー制御信号を受信する手段と、ここにおいて、前記スルー制御信号は、分周比を固定するか、前記分周比の変化率を制限するか、あるいは前記分周比の大きさを制限するように構成可能である、
    前記システムのための前記分周比に基づいて前記複数のシステムの前記各システムのための前記分周器制御信号を生成する手段と、を含む請求項28の装置。
  30. 前記複数のシステム基準信号は前記複数の周波数シンセサイザによって生成される、ここにおいて前記周波数誤差推定値を導出する手段は、
    温度測定値を得る手段と、
    前記温度測定値に対応する周波数誤差を周波数誤差対温度のデータベースから得る手段と、
    前記複数の周波数シンセサイザのうちの一つに関連した受信機からの入力信号が利用可能でないとき、前記データベースから得られた前記周波数誤差を前記主基準信号のための前記周波数誤差推定値として提供する手段と、をさらに含む請求項27の装置。
  31. 前記第1の制御部は、前記周波数誤差推定値とは異なる別の周波数誤差推定値を提供するようにさらに動作する、ここにおいて少なくとも別の周波数シンセサイザは前記第1の制御部からの前記別の周波数誤差推定値に基づいて前記主基準信号の前記周波数誤差を補正する、請求項1の装置。
  32. 前記制御部は、前記周波数誤差推定値とは異なる別の周波数誤差推定値を提供するようにさらに動作する、ここにおいて少なくとも別の周波数シンセサイザは前記制御部からの前記別の周波数誤差推定値に基づいて前記主基準信号の前記周波数誤差を補正する、請求項16の集積回路。
  33. 前記制御部は、前記周波数誤差推定値とは異なる別の周波数誤差推定値を提供するようにさらに動作する、ここにおいて少なくとも別の周波数シンセサイザは前記制御部からの前記別の周波数誤差推定値に基づいて前記主基準信号の前記周波数誤差を補正する、請求項19の無線装置。
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