JPH06502976A - Ｄｃデータ変調機能を有する位相同期ループ合成器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ＤＣデータ変調機能を有する位相同期ループ合成器発明の背景 本発明は、位相同期ループを用いる周波数合成器に関し、さらに詳しくは、位相 同期ループを用いる周波数合成器の変調に関する。

非常に多くのユーザがほぼ一定量の無線スペクトルと共にあらゆる種類のワイヤ レス通信を利用しているので、今日の通信システムは、よりスペクトル効率的な フォーマットに進化する必要に迫られている。セルラ電話装置や他の中央管理シ ステムなどのトランクド・システムは、非常に多くの無線周波搬送波と共に常識 となっている。さらに、変調フォーマットの複雑化と共にデジタル・データの利 用化が進んでいる。従って、これらのシステムの通信機器は非常に多くの安定性 の高い無線周波搬送波を経済的に発生しなければならず、これらの搬送波は広範 で柔軟な変調機能を必要としている。

位相同期ループの技術は、今日の通信システムが必要とする非常に多くの無線周 波搬送波の任意の一つを発生するための周知の方法である。一般にこれらの技術 は制御理論を適用し、ある種の帰還構成を利用して電圧制御発振器の周波数を基 準発振器の周波数に同期させる。この電圧制御発振器の出力は、非常に多くの高 安定性発振器のコストのほんの一部で、基準発Ｓ器と同じ固有周波数安定性を有 する。

しかし、無線周波数搬送波を与えるだけでは十分ではない。この搬送波はある情 報を伝達しなければならない。このことは、情報または変調信号に基づいて搬送 波の周波数を変調することによって行なわれる。この点に、当業者が何らかの方 法で解決しなければならない問題がある。一般に、位相同期ループを用いる周波 数合成器は、変調などの外部要因に対する正規応答（ｎｏｒｍａｌ　ｒｅｓｐｏ ｎｓｅ）が出力搬送波周波数を固定することを試みるように設計される。しかし 、有用であるためには、搬送波周波数は変化するのみならず、変調信号に比例し て、あるいはほぼ比例して変化しなければならない。

変調問題に対するさまざまな解決方法が提唱されており、採用されてきた。しか しこのような方法はすべて、（周波数応答の点で）性能が制限されるか、あるい は高コスト化。

複雑化または電流損という欠点があった。一つの比較的成功した方法である、Ｈ ａｃｋによる米国特許第４，７７５，７７４号において開示される方法は、非ゼ ロ平均（ＤＣ）変調またはＮ　ＲＺ　（ｎｏｎ−ｒｅｉｕｒｎ　ｔｏ　ｚｅｒｏ ）周波数シフト・キード（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　５ｈｉｆｔ　ｋｅｙｅｄ：　Ｆ 　Ｓ　Ｘ）変調などＤＣ成分を含む変調フォーマットに対して忠実な変調機能を 提供できないという問題があった。そのため、開示された位相同期ループはＤＣ 成分を完全に再現できないので、平均値がＯの変調信号のみを効率的に利用でき るように、システム設計者に対して大きな負担が課せられていた。これは、デー タ・レートの低い信号や、信号レベルの数が２以上の場合に特に問題となった。

なぜならば、これらの信号のＤＣレベルは比較的大きいためである。

今日の通信機器で用いられる別の方法は、非ゼロ平均値の２レベルＮＲＺ　ＦＳ Ｋ変調信号に対して忠実な応答を行なうことができる。この方法は、２レベル・ データ変調を処理して、その平均値をめ、この平均値を利用して、位相同期ルー プ動作を制御するパルス列（ｐｕｌｓｅ　ｔｒａｉｎ）の周波数をｖ４整（すな わち、パルスを加減する）ことからなる。この方法は、極めて複雑高価であると 考えられ、この素子の一部の動作周波数から必然的に電流損も高くなる。

さらに、この方法を４レベル、８レベルまたはそれ以上のレベルの周波数シフト ・キーイングに拡大することの経済的な負担は、たとえそのように拡大できたと しても、その実用性を損なっている。

従って、２つまたはそれ以上のレベルのデータ信号によって変調可能で、データ の平均（ＤＣ）値が非ゼロである改善された位相同期ループ周波数合成器が必要 とされる。

図面の簡単な説明 新規と考えられる本発明の特徴は、請求の範囲に述べられている。本発明そのも のについては、さらなる利点と共に添付の図面を参照して以下の詳細な説明から 明らかになろう。

第１図は、本発明の一つの実施例によるＦＳＸ変調用に適用される位相同期ルー プ周波数合成器のブロック図である。

第２図は、４レベルＮＲＺ周波数シフト・キード（ＦＳＫ）信号の図である。

第３図は、第１図の位相同期ループ周波数合成器の一部の第２実施例のブロック 図である。

第４図は、第１図の位相同期ループ周波数合成器の一部のさらに別の実施例のブ ロック図である。

詳細な説明 第１図において、位相同期ループ（ＰＬＬ）周波数合成器は点線部９によって示 されている。このＰＬＬ周波数合成器は、Ｒ分周器（ｄｅｖｉｄｅｄ−ｂｙ−Ｒ ）　（２０）に結合され、基準信号（２１）を発生する基準発振器（１０）から なる基準信号部を含む。一般に、基準発振器は正確な周波数の水晶発振器であり 、Ｒ分周器は基準発振周波数を５ＫＨｚなどの所望の基準信号周波数に分周する 。点線部（９）内のブロック図の残りの部分は、基準信号（２１）を受信し、出 力発振信号（４１）を発生する位相同期ループ構成である。位相同期ループの機 能素子は、位相検波器（３２）。

ループ・フィルタ（３９）、電圧制御発振器（４ｏ）およびプログラマブル・ル ープ分周器（５０）を含み、これらはすべて図示のように位相同期ループ方法で 構成され、相互結合されており、第２図に示すような変調が無い場合に、基準発 振周波数のＮ／Ｒ倍の周波数を有する出力発振信号（４１）を発生する。

第１図の残りの部分は、変調源（４４）および補償機能（７３）を含む。低域通 過フィルタ（４２）を介して電圧制御発振器（４０）に結合されたＦＳＫデータ 信号（４３）からなる変調源（４４）は、第２図に示すようなマルチレベル（２ またはそれ以上）のＦＳＸ変調信号を与える。補償機能（７３）は、変調信号に 応答し、図示のように相互接続されたＡ／Ｄ変換器（６１）、プロセッサ（６ｏ ）およびランプ発生器／補償器（ｒａｍｐ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ／ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）　（７０）を含み、この補償機 能（７３）は、あらかじめ定められ、予測された補償信号（７２）を発生する。

この補償信号（７２）は、適切に利用されると、変調信号が電圧制御発振器（４ ０）に結合された場合に、位相同期ループの正規応答を補償（実質的にキャンセ ル）し、それにより任意の低いシンボル・レートまたは任意の大きい非ゼロ平均 データ信号値でＦＳＫ変調を可能にする。。

この補償機能（７３）は、複数のＦＳＸ変調レベルの一つに相当する検出された 変調レベルを与える検出部と、この検出された変調レベルに応答して、対応する 所定の補償信号（７２）を合成する信号合成回路とによって機能的に構成される 。第１図においてプロセッサ（６０）に相互結合されるＡ／Ｄ変換器（６１）か らなる検出部は、ＦＳＫ変調信号（４３）に対して働き、２ビツトの入力（６７ ）をプロセッサ（６０）に与える。プロセッサ（６０）は、「データ・イネーブ ルＪ　（６５）を探し、それに応答して、入力（６７）に相当する被検出変調レ ベルを与える。入力（６７）は、可能なＦＳＫレベルの数に応じて変化しなけれ ばならないことが当業者に理解される。例えば、２レベルＦＳＸではバイナリ（ ２人力状態）デジタル信号は十分であり、８レベルＦＳＸについては８人力状態 （例えば、３つの並列ライン）が必要になる。

信号合成回路は、被検出変調レベルに応答して、プログラマブル・ループ分周制 御信号（６２）と、対応する補償制御信号（６４）とを与える制御機能（すなわ ち、プロセッサ６０の一部）と、対応する補償制御信号（６４）に応答して、対 応する所定の補償信号（７２）を発生する発生回路（７０）とによって機能的に 構成される。プロセッサ（６０）内で具現される制御機能は、（６２）および（ ６３）においてプログラマブル・ループ分周器（５ｏ）に結合される。プログラ マブル・ループ分周器の除数Ｎを特定の値に設定することにより、プロセッサ（ ６ｏ）は出力発振信号（４１）の公称周波数をめる。発生回路であるランプ発生 器／補償器（７０）は、最も単純な実施例では、ランプ発生器である。このラン プ発生器は設定可能なスロープを有し、制御機能であるプロセッサに応答して＜ ｉｖ４＞を介して起動または停止することができる。

また、この制御機能（プロセッサ６０の一部）は、対応する所定の補償信号（７ ２）が閾値条件を満たすことに応答して、プログラマブル・ループ分周器（５０ ）の除数Ｎを変更する閾値部（これもプロセッサ６０の一部）をさらに含んで構 成されるとみなすことができる。第１図において、プロセッサ（６０）は、（６ ７）において対応する所定の補償信号（７２）を監視して、閾値条件が満たされ ると、以下で詳しく説明するように、現在の状態に応じて、例えば正の１または 負の１という整数でプログラマブル・ループ分周器（５０）の除数Ｎを変更する 。ここで、プロセッサ（６０）は（６３）においてプログラマブル・ループ分周 器（５０）の出力（分周されたループ信号）を監視して、例えば、スロープＸの 正方向のランプをスロープｙの負方向のランプに変更することにより、（６４） においてランプ発生器／補償器（７０）を同期的に制御する。

第１図の実施例の最後の素子は、対応する所定の補償信号（７２）が周波数合成 器の正規応答を被検出変調レベルに実質的に連続的に補償するように配置され、 構成された利用回路（ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ）　（３０、５ ０）である〇この利用回路は、プログラマブル・ループ分周器（５０）と、（３ ３）において正規ループ誤差信号をキャンセルする点線部（３０）のキャンセレ ーション回路とを含む。このキャンセレーション回路（３０）または第３図（３ ０°）または第４図（３０”）は、基準信号（２１）、補償機能（７３）、プロ グラマブル・ループ分周器（５０）およびループ・フィルタ（３９）に結合され る。

本発明の第１図の実施例の動作の例では、変調源（４４）によって電圧制御発振 器（４０）に＋１．０（例えば＋ＩＫＨｚに相当する）のＮＲＺ　ＦＳＫ変調信 号（第２図参照）を印加することについて検討している。この＋１．０レベル変 調器号により、電圧制御発振器はその出力発振信号周波数を例えば＋ＩＫＨｚ移 相させる。この周波数がプログラマブル・ループ分周器（５０）に印加されると 、分周ループ信号（５１）が発生し、出力パルスは変調しない場合より°も早＜ 　（６３）においてプロセッサ（６０）に与えられる。以下で説明するように補 償機能（７３）のオフセットの影響がない場合に、位相検波器（３２）に与えら れるより早い位相（位相進み（ｐｈａｓｅ　ａｄｖａｎｃｅｄ））により、ルー プ誤差信号（３３）は低下する。この低下により、電圧制御発振器（４０）をも との未変調周波数に戻すという望ましくない結果となる（ただし、タイミングは ループ・ダイナミックスに依存する）。

補償機能（７３）は、この影響を削除する。＋１．０レベルの変調信号は同時に アナログ／デジタル変換器（６１）に与えられ、正符号のビア）（１）と第ルベ ルのビット（０）に相当する１と０のパターンを（６７）において発生する。従 って、（６５）　におけるデータ・イネーブル信号と共に、プロセッサ（６０） への１と０の入力により、プロセッサ（６０）は＋１．０に相当する被検出変調 レベルを発生する。プロセッサ（６０）は制御機能として動作し、（６４）にお いて利得（スロープの大きさ）などの所定の制御パラメータをランプ発生器／補 償器（７０）に与え、そして分周ループ信号（６３）に同期したイネーブル信号 を与える。このイネーブル信号により、ランプ発生器／補償器（７０）は対応す る所定の補償信号（７２）を与え、例えば、（７１）において位相変調器（３１ ）に印加される正方向のランプ信号は、基準信号位相を進め、（５１）における 「位相前進」出力パルスの影響を補償（実質的にキャンセル）する。この補償（ キャンセレーシコン）効果により、位相検波器（３２）の出力、すなわちループ 誤差信号（３３）は実質的に一定に維持され、従って、電圧制御発振器（４〉は 所望の変調出力発振周波数に維持される。この補償（キャンセレーシコン）効果 は、ランプ発生器／補償器が最大出力値を越えるまで続く。

この最大出力値を越えないようにするため、プロセッサ（６０）は（６７）にお けるランプ発生器／補償器（７０）の出力状態を検出し、上限閾値が満たされる と、プログラマブル・ループ分周器（５０）の除数Ｎを例えば１だけ増加する。

このように除数Ｎを増加することにより、プログラマブル・ループ分周器（５０ ）の分周ループ信号（５１）の出力パルスが遅延される。プロセッサ（６０）が （６３）において出力パルスを検出すると、スロープなどの所定の特性を有する 負方向のランプにランプ発生器／補償器（７０）を変化させ、基準信号（２１） の位相を遅らせて、そのため位相検波器（３２）のループ誤差信号（３３）の出 力は実質的に一定に維持きれる。この状態は、ランプ発生器／補償器（７０）の 出力が下限閾値を満たすまで続き、この時点でプロセフす（６０）は除数Ｎを低 減し、ランプ発生器／補償器出力の方向を同期的に反転させて、それ以降のサイ クルは連続的に反復する。上記のプロセスの結果、周波数合成器の正規応答は被 検出変調レベルに実質的に連続的に補償される。

キャンセレーション回路の別の実施例を第３図、第４図に示す。概念的には、前 述の発明に変化はないが、特定の所定のパラメータ、極性、特定の閾値レベルお よび特定の波形は以下の実施例や他の実施例では変更してもよい。例えば、上記 の変調条件の下で第３図の実施例の動作について考えてみる。電圧制御発振器（ ４０）の周波数は増加して、プログラマブル・ループ分周器（５０）から位相前 進された分周ループ信号出力パルス（５１）が生じる。この位相前進された出力 パルス（５１）は、位相検波器（３２）によって基準信号（２１）と比較される と、低下する位相検波出力（３５）となる。前述のものと同様に動作する補償機 能（７３）は、（７１）において対応する所定の補償信号（７２）を発生する。

この低下する位相検波出力゛（３５）および対応する所定の゛補償信号（７１） は加算器（３４）によって加算され、実質的に一定のループ誤差信号出力（３３ ）となり、この出力により電圧制御発振器（４０）は所望の変調周波数で動作を 継続することができる。第３図の実施例において、プロセッサ（６０）によって ランプ発生器／補償器（７０）に与えられる所定のパラメータは、第１図の実施 例で検討した問題に加えて、位相検波器（３２）の利得の影響についても考慮し なければならなし１゜具体的な一例として、前述の変調条件におし１て第４図を 参照すると、電圧制御発振器（４０）の周波数は増加して、プログラマブル・ル ープ分周器（５０）から位相前進された分周ループ信号出力パルス（５１）が得 られる。この位相前進された出力パルス（５１）は位相変調器（３１）に結合さ れ、ここで出力パルス位相は、前述のものと同様に動作する補償機能（７３）に よって（７１）にお１１て与えられる対応する所定の補償信号（７２）に基づい て遅延される。その結果、位相検波器（３２）に実質的に一定のループ位相入力 （３６）が与えられ、従って、実質的に一定のループ誤差信号出力（３３）が与 えられ、この出力（３３）により電圧制御発振器（４０）は所望の変調周波数で 動作を続けることができる。第４図の実施例が必要とする補償信号のパラメータ のうち、特に極性は第１図の実施例と異なることがある。補償機能（７−３）の 他の動作機能は、第３図または第４図の実施例と共に利用する場合には、第１図 の実施例で説明したものと同じであるか、同様である。

第３図

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．連続的なマルチレベルＦＳＫ変調機能用の位相同期ループ周波数合成器であ って： 複数のＦＳＫ変調レベルの任意の一つを検出して、被検出変調レベルを与える検 出器手段； 前記被検出変調レベルに応答して、対応する所定の補償信号を合成する信号合成 手段；および 前記対応する所定の補償信号を利用する利用手段であって、前記対応する所定の 補償信号が前記周波数合成器の正規応答を前記被検出変調レベルに対して、完全 に予測される方法で、実質的に連続的に補償するように配置され構成される利用 手段； によって構成されることを特徴とする位相同期ループ周波数合成器。
2. ２．前記信号合成手段は、前記被検出変調レベルに応答して、対応する補償制御 信号を与える制御手段を含むことを特徴とする請求項１記載の位相同期ループ周 波数合成器。
3. ３．前記信号合成手段は、前記対応する補償制御信号に応答して、対応する所定 の補償信号を発生する発生手段をさらに含んで構成されることを特徴とする請求 項１記載の位相同期ループ周波数合成器。
4. ４．連続的なマルチレベルＦＳＫ変調機能用の位相同期ループ周波数合成器であ って： 基準信号を発生する基準手段； 位相検波器，ループ・フィルタ，電圧制御発振器およびプログラマブル・ループ 分周器を含み、これらがすべて位相同期ループ方式で構成され、相互結合されて いる位相同期ループ手段であって、前記基準信号を受信し、かつ、それに応答し て出力発振信号を発生する位相同期ループ手段；前記電圧制御発振器に結合され 、少なくとも２レベルのＦＳＫ変調信号を与える変調手段；および前記変調信号 に応答して、前記位相同期ループに結合される少なくとも一つの対応する所定の 補償信号を発生し、前記位相同期ループの正規応答を前記変調信号に実質的に連 続的に補償する補償手段であって、前記プログラマブル・ループ分周器に結合さ れ、前記対応する所定の補償信号が閾値条件を満たす場合に、前記プログラマブ ル・ループ分周器の除数を変更する閾値手段をさらに含む補償手段；によって構 成されることを特徴とする位相同期ループ周波数合成器。
5. ５．電圧制御発振器，低域通過フィルタ，プログラマブル・ループ分周器，位相 検波器および基準信号経路を有する、連続的なマルチレベルＦＳＫ変調用の位相 同期ループ周波数合成器であって： 複数のＦＳＫ変調レベルの任意の一つを検出して、被検出変調レベルを与える検 出器； 前記被検出変調レベルに応答して、前記プログラマブル・ループ分周器に結合さ れるプログラマブル・ループ分周器制御信号を与え、かつ、対応する補償制御信 号を与える制御手段； 前記対応する補償制御信号に応答して、少なくとも一つの対応する所定の補償信 号を発生する発生器手段；および前記発生器手段に結合され、かつ、前記位相同 期ループ周波数合成器に結合され、前記少なくとも一つの対応する所定の補償信 号を利用して、前記周波数合成器の正規応答を前記被検出変調レベルに実質的に 連続的に補償するキャンセレーション手段； によって構成されることを特徴とする位相同期ループ周波数合成器。
6. ６．位相同期ループ周波数合成器において、連続的なマルチレベルＦＳＫ変調機 能を提供する方法であって：複数のＦＳＫ変調レベルの任意の一つを検出し、被 検出変調レベルを与える段階； 前記被検出変調レベルに応答して、対応する所定の補償信号を合成する段階；お 上び 前記対応する所定の補償信号を利用して、前記周波数合成器の正規応答を前記被 検出変調レベルに実質的に連続的に補償する段階； によって構成されることを特徴とする方法。
7. ７．前記合成する段階は、対応する補償制御信号を与える段階を含むことを特徴 とする請求項６記載の方法。
8. ８．前記合成する段階は、前記対応する補償制御信号に応答して、前記対応する 所定の補償信号を発生する段階をさらに含むことを特徴とする請求項７記載の方 法。
9. ９．前記合成する段階は、前記対応する所定の補償信号が閾値条件を満たすこと を検出する段階をさらに含むことを特徴とする請求項７記載に方法。
10. １０．位相同期ループ周波数合成器において、連続的なマルチレベルＦＳＫ変調 機能を提供する方法であって：基準信号を発生する段階； すべてが位相同期ループ方式で配置され構成された位相検波器，ループ・フィル タ，電圧制御発振器およびプログラマブル・ループ分周器を利用して、発振信号 を発生する段階； 少なくとも２レベルのＦＳＫ変調信号を与える段階；前記少なくとも２レベルの ＦＳＫ変調信号に応答して、少なくとも一つの対応する所定の補償信号を発生し 、この信号を前記位相同期ループに結合して、前記位相同期ループの正規応答を 前記少なくとも２レベルのＦＳＫ変調信号に実質的に連続的に補償する段階；お よび前記対応する所定の補償信号が閾値条件を満たす場合に、前記プログラマブ ル・ループ分周器の除数を変更する段階；によって構成されることを特徴とする 方法。
11. １１．電圧制御発振器，ループ・フィルタ，プログラマブル・ループ分周器，位 相検波器および基準信号経路を有する位相同期ループ周波数合成器において、連 続マルチレベルＦＳＫ変調を行なう方法であって： 複数のＦＳＫ変調レベルの任意の一つを検出して、被検出変調レベルを与える段 階； 前記被検出変調レベルに応答して、対応する補償制御信号と、前記プログラマブ ル・ループ分周器に結合されるプログラマブル・ループ分周器制御信号とを与え る段階；前記対応する補償制御信号に応答して、少なくとも一つの対応する所定 の補償信号を発生する段階；前記対応する所定の補償信号を利用して、位相検波 器入力信号を移相して、前記周波数合成器の正規応答を前記被検出変調レベルに 実質的に連続的に補償する段階；前記対応する所定の補償信号が閾値条件を満た すときを判断する段階；および 前記判断する段階に応答して、前記プログラマブル・ループ分周器の除数を変更 する段階； によって構成されることを特徴とする方法。