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

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の集積可能な回路に関する。
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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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