JP3754709B2 - Uhf領域で動作する無線送受信機たとえばコードレステレフォンの周波数を処理する集積可能な回路 - Google Patents
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Description
まえもって精確に規定された所定の条件が遵守されるならば、定められたUHFの周波数範囲を多くの国々で自由な無線サービスのために利用することができる。たとえばアメリカ合衆国の場合、902MHz〜928MHzの周波数範囲をいわゆるISM(Industrial Scientific and Medical)帯域として使用できる。
このUHF周波数帯域であれば、無線サービスつまりたとえばコードレステレフォンを実施してもかまわない。しかしその場合、FCC(Federal Communication Commission,連邦通信委員会)によってまえもって定められたチャネル間隔、20dB帯域幅、出力などに関する境界条件を遵守しなければならない。
コードレステレフォンを実現するためには、基本的に3つのシステムアプローチがある。それらのアプローチのうち第1のものは、いわゆるDirect Sequence Spread Spectrum System(直接拡散スペクトラム方式)として実施される。この場合、無線信号は高ビットレートのディジタル信号系列いわゆるPN(Pseudonoise)コードにより、重畳の結果として広帯域の送信信号が生じるように変調される。つまり伝送すべきメッセージ信号の各ビットは送信機においてPNコードによりコーディングされ、これはPNコードを知っている受信機において再びデコーディングできる。
2番目のシステムアプローチは、いわゆるLow Power System(低電力方式)として実施される。この場合、約0dBmの送信出力よりも下では制約規定がない。
3番目のシステムアプローチは、いわゆる周波数ホッピング(Frequency Hopping)スペクトラム拡散方式である。このシステムはたとえばいわゆるISM帯域であれば、500kHzの最大チャネル間隔をもつことができ、この場合、出力の99%がこの帯域幅内で放射されなければならない。したがってここでは、疑似乱数列に基づき用いられる少なくとも50個のチャネルを使用できる。
さて、先に挙げた無線サービスたとえばコードレステレフォンなどのためにこれまで用いられてきたシステムについて、図1に基づき説明する。ここでは、低出力(0dBm)の周波数分割デュプレックス(FDD;Frequency Division Duplex)システムを対象とする。
図1に示されている送受信機の送信経路1は、UHF周波数合成装置2と、これに後置接続された送信バンドパスフィルタ7と、送信出力段8によって構成されており、その際、UHF周波数合成装置2には、電圧制御発振器(VCO;Voltage Controlled Oscilloator)3、増幅器4、位相制御ループ(PLL;Phase Locked Loop)5、ならびにローパスフィルタ6が含まれている。このような送信経路1は周波数デュプレクサの送信出力側に接続されており、これは周波数に関して厳密に分離されたフィルタである。
周波数デュプレクサ9にはアンテナ10が接続されており、これは送信にも受信にも用いられる。この送受信機の受信経路において周波数デュプレクサ9の受信機側端子に、低ノイズ増幅器13とナバンドパスフィルタ14を介してダウンワードミキサ12がつながっている。ダウンワードミキサ12の他方の入力側にはUHF周波数合成装置15の出力信号が供給され、これはそのコンポーネントの種類に関して送信経路1用のUHF周波数合成装置2と同じ形式で構成されている。
ダウンワードミキサ12の出力側は、第1の中間周波数フィルタ16、中間周波数増幅器17、第2の中間周波数フィルタ8ならびに第2の中間周波数増幅器19を介して、復調器20と接続されている。中間周波数レベルは、図1の実例では10.7MHz付近にある。送信経路1中の変調は、そこに設けられているUHF周波数合成装置2において直接行われる。
このようなアプローチの欠点は、周波数デュプレクサ9の選択性が高いこと、および出力が低いことから到達距離が制約されてしまうことである。また、周波数ホッピングシステムへの変更は、2つのUHF周波数合成装置2,15におけるPLL制御ループの帯域幅が狭いことから、技術的に多大な手間をかけずには不可能である。
図1に基づき説明したシステムアプローチを、周波数ホッピング方式を利用するために必要とされるような時分割デュプレックス(TDD;Time Division Duplex)システムへ転用した場合には、図2に示されているようなシステムとなり、次にこれについて説明する。
このようなシステムは、たとえばコードレステレフォンなど先に挙げた無線サービスのために利用できる。図2に示されている送受信機の送信経路21はその開始において10.7MHzで動作する周波数合成装置22を有しており、これには電圧制御発振器23,増幅器24,PLL位相制御ループ25およびローパスフィルタ26が含まれている。この周波数合成装置22において直接、変調が行われる。
さらに送信経路21においてアップワードミキサ27の一方の入力側がつながっており、このアップワードミキサ27の他方の入力側には重畳信号として、100MHzで動作する中間周波数用周波数合成装置28の出力信号が供給され、この周波数合成装置はそのコンポーネントの種類に関して周波数合成装置22と同じような形式で構成されている。
アップワードミキサ27の出力信号は110.7MHzという比較的高い中間周波数レベルで、中間周波数フィルタ29を介して別のアップワードミキサ30の第1の入力側へ供給される。このミキサの第2の入力側へ重畳信号として、UHF周波数合成装置31の出力信号が供給され、この信号は790MHz〜820MHzの周波数範囲で可変であり、その際、UHF周波数合成装置31はやはりそのコンポーネントの種類に関して周波数合成装置22と同じ形式で構成されている。
アップワードミキサ27の出力信号は、後置接続された送信バンドパスフィルタ32と送信終段33へ供給される。送信経路21はその後、時分割デュプレックススイッチ34の送信入力側につながっており、これはタイミング制御される切替スイッチであって、送信タイムスロットと受信タイムスロットを交互に有効にする。さらに902MHz〜928MHz用のバンドパスフィルタ35を介して、アンテナ36が時分割デュプレックススイッチ34のアンテナ出力側と接続されており、このアンテナは送信にも受信にも用いられる。
図示の送受信機の受信経路37において時分割デュプレックススイッチ34の受信機側端子に、低ノイズ増幅器39およびバンドパスフィルタ40を介してダウンワードミキサ38の入力側がつながっている。このダウンワードミキサ38の他方の入力側には,送信経路21のためにも設けられているUHF周波数合成装置31の出力信号が供給される。
ダウンワードミキサ38の出力側は、比較的高い中間周波数レベルで110.7MHz用の中間周波数フィルタ41を介してダウンワードミキサ42の一方の入力側と接続されている。このダウンワードミキサ42の他方の入力側へは中間周波数合成装置28から出力信号が供給され、この合成装置は100MHzの重畳中間周波数の発生器として、送信経路21においてアップワードミキサ27のためにも設けられているものである。
さらにダウンワードミキサ42は、比較的低い中間周波数レベルで10.7MHz用の中間周波数フィルタ43、10.7MHz用の別の中間周波数フィルタ45および増幅器46を介して、復調器47と接続されている。送信経路21中の変調は、第1の周波数合成装置22において直接的に行われる。
このようなアプローチ形態の欠点は、送信経路21中のフィルタコストが高いことである。さらに別の欠点は、3つの周波数合成装置が必要なことである。第1の送信中間周波数または受信中間周波数のフィルタにかかるコストが高いことに加えて付加的な端子により、達成可能な集積度が下がってしまう。
本発明の課題は、自由に利用可能なUHF無線帯域たとえば900MHz領域において、周波数ホッピング方式のためにできるかぎり高い集積度を実現させる周波数処理アーキテクチャを提供することにある。殊に、不所望な混合生成波を防ぎ、かつ最適な時分割多重(TDMA;Time Division Multiple Access)フレームフォーマットを可能にする効率的な周波数割り当てが得られるようにする。
さらに、強い障害を発生する動的なチャネルを除去できるようにする目的で、200kHz〜300kHzというできるかぎり僅かなチャネル間隔が実現されるようにする。これと同時に、エコーキャンセルを行わないでよいようにする目的で、4msのフレーム持続時間を超えないようにすべきである。
この課題は、冒頭で述べた形式の回路において請求項1の特徴部分に記載の構成により解決される。本発明による回路の場合には、単に2つの周波数合成装置しか必要ない。したがって第3の周波数合成装置は省略され、このことできわめて高い集積度が著しく促進される。しかも本発明による回路のコンセプトによれば、安価な外部のフィルタを使用できるようになる。
図2による回路の少なくとも2倍の周波数になるよう、必要とされるUHF発振器信号を合成することにより、位相検出器基準周波数が高められ、その結果、UHF周波数合成装置の定常化時間を半減させることができる。
したがって、同じフレーム期間内に2つの定常化過程を収めることができる。このことにより、送信スロットと受信スロットのためにそれぞれ異なる周波数でUHF周波数合成装置を利用できるようになり、つまり第2の中間周波数による周波数のずれがUHF周波数合成装置により補償される。
従属請求項には、好適な実施形態や周波数に関する情報が示されている。
好適には、送信経路中で行われるアップワード混合が影像周波数の抑えられたアップワードミキサにより行われ、その際、分周器によって各入力信号間で90°の位相差を生じさせることができる。
次に、本発明による回路の実施例について説明する。
図1は、不利であるとした低出力の周波数デュプレックス(FDD)システムによる説明済みの回路のブロック図である。
図2は、時分割デュプレックス(TDD)システムおよび周波数ホッピング技術を用いた、同様に説明済みの不利であると評価された回路のブロック図である。
図3は、時分割デュプレックス(TDD)システムを用い周波数ホッピング技術を実現できる本発明による回路のブロック図である。
図3には、本発明に従って構成された、周波数ホッピング方式の使用に必要とされるような時分割デュプレックス(TDD;Time Division Duplex)システムのための回路が描かれており、次にこれについて説明する。この種のシステムは、たとえばコードレステレフォンなど先に挙げた無線サービスのために使用できる。
図示の実施例の場合にはシステムは、約200kHzのチャネル間隔において902MHz〜928MHzの動作周波数範囲で動作する。図3に示されている送受信機の送信経路48はその始まりのところに、99.9MHzで動作する中間周波数装置49を有しており、これは電圧制御発振器50、増幅器51、PLL位相制御ループ52およびローパスフィルタ53を有している。
中間周波数合成装置49のところでベクトル変調器を用いて直接的に変調が行われ、この場合、用いられる変調はディジタル周波数変調有利にはGMSK(Gaussian Minimum Shift Keying)変調またはGFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)変調である。
送信経路48中にはただ1つのアップワードミキサ54しか設けられていない。このミキサへは、入力周波数として中間周波数合成装置49から到来する直接的に変調された99.9MHzの出力信号が供給され、UHF重畳周波数としてUHF周波数合成装置56から到来する1580MHz〜1660MHzの出力周波数が供給され、その際、この出力周波数は、分周前は重畳周波数の2倍であり1:2分周器55によって分周されて小さくされたものである。なお、UHF周波数合成装置56はそのコンポーネントの種類に関して、すでに説明した中間周波数合成装置49と同じように構成されている。
送信経路48中のアップワードミキサ54は、影像周波数を抑圧するための装置を有している。送信経路48中のアップワードミキサ54における2つの入力信号間の90°の位相差は、分周器により形成される。アップワードミキサ54の出力側は、バンドパスフィルタ57ならびに送信出力増幅器58を介して、時分割デュプレックススイッチ59の送信側端子と接続されている。なお、時分割デュプレックススイッチ59はタイミング制御され切替スイッチであって、これによって送受信タイムスロットが交互に有効にされる。
時分割デュプレックススイッチ59には、バンドパスフィルタ60を介してアンテナ61が接続されており、これは送信にも受信にも用いられる。
受信経路62において時分割デュプレックススイッチ59の受信側は、低ノイズ増幅器63およびUHF受信フィルタ64を介して第1のダウンワードミキサ65の第1の入力側と接続されており、さらにこのミキサの第2の入力側には、UHF周波数合成装置56から対応する1:2分周器66へ供給される1580MHz〜1660MHzの出力周波数が供給される。
ダウンワードミキサ65の出力側は、110.6MHzという上方の中間周波数レベルの中間周波数バンドパスフィルタ67を介して、第2のダウンワードミキサ68の一方の入力側と接続されており、このミキサの第2の入力側へは、中間周波数合成装置49により形成された99.9MHzの周波数が重畳周波数として供給される。受信経路62における第2のダウンワードミキサ68の出力側は、10.7MHzの下方の中間周波数レベルである第1の中間周波数バンドパスフィルタ69と第1の増幅器70および第2の中間周波数バンドパスフィルタ71と増幅器72を介して、復調器73と接続されている。受信経路62中に設けられた復調器73は、好適にはベクトル復調器または周波数復調器である。
以下の表には、これまで説明してきた実施例で挙げた周波数割り当てと、その他の有利な周波数割り当てが掲載されており、それらの本発明に従って構成された回路において好適に使用することができる。
Claims (9)
- 設定されたパターンに従って各タイムスロットに周波数を割り当てる周波数ホッピング技術(FH;Frequency Hopping)を用い、交互に送信タイムスロットと受信タイムスロットを成す時分割デュプレックス(TDD;Time Division Duplex)システムのために、UHF領域たとえば900MHzで動作する無線送受信機たとえばコードレステレフォンの周波数を処理するための集積可能な回路において、
送信経路と受信経路が設けられており、これらの経路は、切替制御可能な1つの時分割デュプレックススイッチを介して1つの共通のアンテナに双方が交互に接続され、これらの送信経路および受信経路中に増幅器とフィルタとミキサが設けられており、
中間周波数とUHF送信周波数を形成するため、前記ミキサに対し周波数合成装置から重畳周波数が供給され、各周波数合成装置はそれぞれ、位相制御ループ(PLL;Phase Locked Loop)と位相制御HF発振器(VCO;Voltage Controlled Oscillator)を有しており、
送信経路(48)中にただ1つのアップワードミキサ(54)だけが設けられており、該アップワードミキサへ、入力周波数として中間周波数合成装置(49)の直接的に変調された出力信号が供給され、UHF重畳周波数としてUHF周波数合成装置(56)の出力周波数が供給され、該出力周波数は、分周前は重畳周波数のn倍であり1:n分周器(55)によって分周されて下げられ、
前記ただ1つのアップワードミキサ(54)の出力側は、フィルタ(57)および送信出力増幅段(58)を介して、時分割デュプレックススイッチ(59)の送信側端子と接続されており、
受信経路(62)において時分割デュプレックススイッチの受信側端子は、低ノイズ増幅器(63)およびUHF受信フィルタ(64)を介して、第1のダウンワードミキサ(65)の第1の入力側と接続されており、
該第1のダウンワードミキサ(65)の第2の入力側は、対応する1:n分周器(66)を介して到来するUHF周波数合成装置(56)の出力周波数がUHF重畳周波数として供給され、
前記1:n分周器(55,56)における分周比の係数nはそれぞれ1とは異なり、
該第1のダウンワードミキサ(65)の出力側は、上方の中間周波数レベルの中間周波数バンドパスフィルタ(67)を介して、第2のダウンワードミキサ(68)の第1の入力側と接続されており、該第2のダウンワードミキサ(68)の第2の入力側へは、中間周波数合成装置(49)により形成された周波数が重畳周波数として供給され、
該第2のダウンワードミキサ(68)の出力側は、下方の中間周波数レベルの中間周波数バンドパスフィルタ(69,71)および増幅器(70,72)を介して、復調器(73)と接続されていることを特徴とする、
無線送受信機の周波数を処理するための集積可能な回路。 - 送信経路(48)中のアップワードミキサ(54)は、影像周波数を抑圧するための機構を有している、請求項1記載の回路。
- 送信経路(48)中のアップワードミキサ(54)の2つの入力信号間の90°の位相差は分周器により形成される、請求項1または2記載の回路。
- 送信経路(48)における直接的な変調のために設けられた変調器はベクトル変調器であり、受信経路(62)中に設けられた復調器(73)は、ベクトル変調器または周波数変調器であり、用いられる変調はディジタル周波数変調である、請求項1〜3のいずれか1項記載の回路。
- 用いられるディジタル周波数変調はGMSK(Gaussian Minimum Shift Keying)変調である、請求項4記載の回路。
- 用いられるディジタル周波数変調はGFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)変調である、請求項4記載の回路。
- 200kHzのチャネル間隔において902MHz〜928MHzの動作周波数範囲内で用いられる、請求項1〜6のいずれか1項記載の回路。
- 前記UHF周波数合成装置(56)は、1580MHzと1660MHzの間で可変の周波数を発生し、前記中間周波数合成装置(49)は99.9MHzにある周波数を発生し、前記下方の中間周波数レベルは10.7MHzの周波数のところにあり、前記上方の中間周波数レベルは110.6MHzの周波数のところにある、請求項7記載の回路。
- 前記UHF周波数合成装置(56)は、1495MHzと1575MHzの間で可変の周波数を発生し、前記中間周波数合成装置(49)は142.7MHzの周波数を発生し、前記下方の中間周波数レベルは10.7MHzの周波数のところにあり、前記上方の中間周波数レベルは153.4MHzの周波数のところにある、請求項7記載の回路。
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