JP2001517013A - 位相ロックループ変調器制御用のポストフィルタδς - Google Patents
位相ロックループ変調器制御用のポストフィルタδςInfo
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Abstract
Description
、及び/又は、位相変調信号を生成するために、用いられるすべての分野に関す
る。例えば、ΔΣ変調器によってPLLのディビジョン・ファクタを制御するこ
とで、連続的位相変調(CPM)、周波数偏位変調(FSK)或いは、直角振幅
変調(QAM)を生成するためにPLLを用いる際に本発明は適用される。この
技術は、例えば、セルラー、コードレス衛星ターミナル、及びベースステーショ
ンにおいて用いることができる。
を用いてきた。図1に示すように、デジタル信号処理部101は、シグナル10
0によって送信されるべき情報を受け取り、その信号の同相成分と直交成分を生
成する。これらの成分は、デジタル/アナログコンバータ102a、102b及
びローパスフィルタ103a、103bを用いてアナログ信号へ変換される。そ
れぞれのフィルタの出力は、乗算器104a,104b及び位相が90度異なる
2つの搬送は105a或いは105bの内の一つを用いて、変調される。それら
の乗算器の出力は、次に、加算器106において合計され、増幅され、送信され
るべき信号を形成する。
ΔΣ変調器を用いることに基づいた連続位相変調がRilevらによって、1994 年5月発行の回路とシステムについてのIEEE会報:アナログ・デジタル信号
処理、41号、321頁〜326頁、の「単純連続位相変調技術」において、提
案されている。位相ロックループ周波数シンセサイジングは、周波数を変更可能
な電圧制御発振器(VCO)から、多くの関連信号の中の一つを生成するための
、既知の技術である。位相ロックループ(PLL)においては、VCOからの出
力信号は、プログラム可能な分周器に入力されるが、この分周器は、位相検波器
の一つの入力に供給される分周信号を生成するために、選択された数値(「ディ
ビジョン・ファクタ」)によってPLL出力の周波数を分割するものである。位
相検波器は、他の固定周波数発振器によって供給される基準信号と、分周信号と
を比較する。この発振器は、しばしば、時間、及び環境の変化を通して周波数を
安定させるために選択されるものである。分周信号と基準信号との差異は、ルー
プフィルタに接続された位相検波器からの出力となり、分周信号と基準信号との
間の位相誤差が最小となるようにVCOからの出力信号の周波数が変化するよう
な方法で、VCOに入力される。一定のディビジョン・ファクタを用いて、出力
周波数ステップサイズが基準信号周波数と等しくなるように制御される。位相ロ
ックループに関しては、ループロック時間の競合要求、出力周波数ステップサイ
ズ、ノイズパフォーマンス、及び擬似信号生成の間で設計上の妥協を行わなけれ
ばならない。
マブル分周器が開発されている。基準信号周波数を割る値としての出力周波数ス
テップサイズは、高い基準周波数とワイドループバンド幅を維持する間に得られ
る。シンセサイザはN分数周波数シンセサイザとして知られる。更に、ΔΣ変調
器は位相ロックループの分周器を制御するために用いることができる。ΔΣ変調
器の特徴は、その出力の量子化ノイズが、スペクトルのハイエンドに向かって偏
ることにある。ΔΣ変調器は、制限された周波数帯域の量子化ノイズを減らすた
めにフィードバックを行う量子化器である。この適用のために、ΔΣ変調器は、
好適には変調のバンド幅内に低い量子化ノイズを有するべきである。
構成されると記述する事ができる。ΔΣ変調器201とPLL202である。Δ
Σ変調器201の出力は、PLL202における分周器のディビジョン・ファク
タを制御するために用いられる。従来のΔΣ制御位相ロックループの更に詳しい
ダイアグラムが図3に示されている。周波数frefの周期的基準信号301は、 分周器306の出力の位相と共に位相検波器302にフィードされる。位相検波
器302の出力は、基準信号と分周器306の出力との位相差に応じたパルスで
ある。位相検波器302の出力は、ループフィルタ303を通してフィルタリン
グされ、電圧制御発振器304に入力される。位相ロックループにおけるフィー
ドバックにより、VCO304の出力305の周波数は、分周器のディビジョン
・ファクタによって乗算された基準周波数と等しくなうように処理される。こう
して、VCO304の出力の周波数及び位相は、ディビジョン・ファクタを制御
することによって制御される。ΔΣ制御位相ロックループ変調器においてはディ
ビジョン・ファクタがΔΣ変調器310を用いることによって生成される。分周
器のディビジョン・ファクタは、基準周波数のすべての周期毎に変更されうる。
波生成器307は、情報信号300に基づいてΔΣ変調器310への入力を生成
する。チャネルセレクションは、加算器308においてオフセット309をΔΣ
変調器310の入力に加えることによって実行されうる。ΔΣ変調器310の出
力は、次に、分周器306におけるディビジョン・ファクタの制御のために用い
られる。
リングされた、所望の変調された信号の瞬間周波である。ΔΣ制御位相ロックル
ープ変調器のオーバーサンプリングファクタ、ηは、 η=fref/symbol rate. となる。ΔΣ変調器の入力は、frefと同レートでサンプリングされた所望の変 調信号の瞬間周波である。その変調方式が、その変調方式でのスペクトル及び/
又は位相ノイズ要求を満たすように、基準周波数frefは、十分に高いものが選 択され、PLLのバンド幅は、十分なワイドなものが選択される。
相ロックループは、所望の変調信号の再構築のための手段として認識されうる。
所望の変調方式が行われるように、位相ロックループのバンド幅を十分高くする
ことにより、VCOの出力は、所望の瞬間周波に対応する信号及び、ΔΣ変調器
の量子化ノイズに対応する位相ノイズからなる。
、位相ロックループによって実行されるフィルタリングの減衰を増加することに
よっても、減少させることができる。後者の場合には、位相ロックループの固定
のマージンがなくなる危険性なしには、困難である。結果として、従来のシステ
ムは、高いオーバーサンプリングファクタを用いることに依存しなければならな
かった。しかしながら、ΔΣ制御位相ロックループ変調器は、多くの利点を有し
ている。例えば、コストとスペースを効果的に利用することができるし、変調時
の連続位相は、チャネル選択と同様に、純粋で直接的かつデジタルな方法で制御
することができる。
おいて、或いは制限された電力供給についてのいかなる他の設備においても、P
LLのオーバーサンプリングファクタをできる限り低く保つことが望まれる。制
限されたオーバーサンプリングファクタについては、しかしながら、ΔΣ制御P
LL変調技術は、変調時のスペクトルノイズ及び/又は位相ノイズについての要
求を満たさないであろう。なぜなら、PLLによるフィルタリングは、変調をゆ
がませることなく、量子化ノイズを十分にフィルタリングすることができないと
思われるからである。このように、ΔΣ変調器から分周器に入力される信号の量
子化ノイズ量を減少するための方法及び装置が必要となっている。
プのディビジョン・ファクタを制御するためそのフィルタリング後の出力を利用
する技術を含む。ΔΣ変調器の出力をフィルタリングすることによって、分周器
を制御するために用いられる信号における量子化ノイズを減らすことができる。
本発明の1実施の形態においては、位相ロックループと、ΔΣ変調器と、フィル
タとを含む周波数シンセサイザが開示されている。ΔΣ変調器の出力は、フィル
タを通され、このフィルタの出力は、分周器のディビジョン・ファクタを制御す
るために用いられる。
グを補償するために、ΔΣ変調器への入力において、補償を行ってもよい。
連続位相変調器は、基準信号と位相制御信号との差異に応じて、変化する制御信
号を生成するために、基準信号と、位相制御信号に応答する検知手段を含む位相
ロックループを有する。制御信号に応答する手段は、出力信号を生成するが、こ
の信号の周波数は、制御信号に応じて変化する。分周手段は、その出力信号を分
周し、位相制御信号を供給する。この分周手段は、制御入力を有し、前記制御入
力に入力される分周比制御信号に応じて分周比を変化させることができる。ΔΣ
変調手段は、情報信号及びオフセット信号に応答し、分周比制御信号を供給する
。フィルタ手段は、ΔΣ変調手段からの分周比制御信号を、分周比制御信号内の
量子化ノイズを減らすために、フィルタリングする。ここで、フィルタリングさ
れた分周比制御信号は、分周器の分周比を調整する。調整手段は、ΔΣ変調手段
へ入力する前の情報信号を調整する。この調整により、フィルタ手段の動作が補
償される。
、及び/又は、位相変調信号を生成するために、用いられるすべての分野に関す
る。例えば、ΔΣ変調器によってPLLのディビジョン・ファクタを制御するこ
とで、連続的位相変調(CPM)、周波数偏位変調(FSK)或いは、直角振幅
変調(QAM)を生成するためにPLLを用いる際に本発明は適用される。この
技術は、例えば、セルラー、コードレス衛星ターミナル、及びベースステーショ
ンにおいて用いることができる。
る。デジタルフィルタ402は、ΔΣ変調器401と位相ロックループ203の
間に挿入される。ΔΣ変調器401の出力をフィルタリングすることによって、
ΔΣ変調器401によって生成された出力信号の量子化ノイズが、ある周波数域
で減少可能である。逆に、量子化ノイズの減少は、オーバーサンプリング比の低
下及び/又は位相ノイズの減少を犠牲にして、実現される。これにより、ΔΣ制
御位相ロックループ変調器を、制限されたオーバーサンプリングファクタについ
て用いることができる。
相ロックループ変調器を用いることによって、その品質を向上することができる
。位相ロックループは、位相検波器502、ループフィルタ503、電圧制御発
振器504、及び分周器506から、構成される。周波数frefの周期的基準信 号501は、分周器506の出力の位相と共に位相検波器502にフィードされ
る。位相検波器502の出力は、基準信号と分周器506の出力との位相差に応
じたパルスである。位相検波器502の出力は、ループフィルタ503を通して
フィルタリングされ、電圧制御発振器504に入力される。位相ロックループに
おけるフィードバックにより、VCO504の出力505の周波数は、分周器の
ディビジョン・ファクタによって乗算された基準周波数と等しくなうように処理
される。こうして、VCO504の出力の周波数及び位相は、ディビジョン・フ
ァクタを制御することによって制御される。
調器510を用いることによって生成される。ΔΣ変調器510の出力は、分周
器506に送られる前に、まず、デジタルフィルタ513によってフィルタリン
グされる。デジタルフィルタ513の目的は、ΔΣ変調器510によって生成さ
れた出力信号中の量子化ノイズを、ある周波数域内まで減らすことにある。ΔΣ
変調器510は、いかなるタイプのΔΣ変調器であってもよい。例えば、IEE
Eプレス1997において、Steven R. Northsworthy、Richard Schrier、及びG
abor Temesが書いた、「デルタ−シグマデータの変換器、理論、デザイン、及び
シミュレーション」に記載されたものであってもよい。本実施の形態によれば、
位相ロックループは、変調時のスペクトルノイズ及び位相ノイズの基準を満たす
ように、位相ノイズを十分フィルタリングするように設計されている。波形生成
器507は、情報信号500を受信し、ΔΣ変調器510への入力信号を生成す
る。しかし、ΔΣ変調器510への入力前に、生成された入力信号は、まず、プ
レフィルタ511に入力される。このプレフィルタは、デジタルフィルタ513
によるゆがみを補償するために、生成された入力信号をあらかじめゆがませる(
プレディストートする)。予わい(predistortion)は、ΔΣ変調器の入力、つ まり、所望の瞬間周波をゆがませることによって、或いは、波形生成器を用いる
ことによって実現できる。この波形生成器では、所望の予わいが、変調スキーム
により定義された形状のパルスに作用する。
示す。まず、ヨーロッパGSM標準に従う移動通信システム用に変調を行うため
に、ΔΣ制御PLLが用いられるような状況であるとする。この場合、波形生成
器507は、ガウスフィルタリングを実現すべきである。PLLの出力は、位相
ノイズの結果PLL中に生成された量子化ノイズによってゆがんだ、ガウス最小
偏位変調(GMSK)信号である。GSMの細目の中で、実行すべきもっとも重
要な部分は、位相ノイズを、±400kHzにおいて、−60dBc/Hz以下
にすべきであるということである。従って、400kHzでの量子化ノイズを減
らすことは重要である。本発明は、以下のように、この問題の、単純な解決策を
提供する。
kについて、δ(k)=0である。そして、デジタルフィルタ513は、13/
30MHzにおいてノッチを有する。このフィルタは、400kHzにおいて約
12dBの減衰を有し、6dBのDCゲインを有する。また、プレフィルタ51
1は、変調のバンド幅内においてh(k)の逆フィルタであるべきである。上記
のような場合、プレフィルタ511が、1/2に等しい一つのタップのみを含む
プレフィルタについてDCゲインを補償すれば十分である。プレフィルタ511
は、もちろん波形生成器507のフィルタリングに含められてもよい。
位相ノイズを減らすことが重要となるような状況を想定する。GSMとしては、
これは、例えば、±200kHz、±400kHz及び±800kHzにおいて
ノッチが存在するデジタルフィルタ513を有することに対応するであろう。基
準信号501のサンプリングレートは、13MHzである場合、これは、以下の
インパルス応答を有するデジタルフィルタ513によって、おおよそ達成するこ
とができる。すなわち、 h(k)=δ(k)+δ(k−31) である。この時、プレフィルタ511は、1/2のゲインを有する1タップフィ
ルタであってもよい。
る限り、その出力も整数である用に選択されることに注意されたい。これは、重
要な特徴である。なぜなら、分周器506が、整数のディビジョン・ファクタの
みを取り扱うことが可能だからである。その出力範囲は、入力範囲の倍である。
これは、分周器を設計する上で、考慮しなければならないことである。
、ある周波数領域内にPLLの位相ノイズを減らすことための、簡単な方法を提
供するものである。単純なデジタルフィルタ513は、実現が容易で、ΔΣ変調
器と比較して少ない電力消費ですむだろうし、これにより、PLLの位相ノイズ
をかなり減らすことができる。プレフィルタ511におけるデジタルフィルタリ
ングについては、以下の関係によって典型的に説明できる。すなわち、 N(n)=b1x(k)+b2x(k-1)+...+bk+1x(k-n) -a2N(k-1)-...-am+1N(k-m) となる。ここで、N(n)は位相ロックループにおいて分周器を制御するために用い
られるフィルタの出力であり、x(n)は、ΔΣ変調器の出力である。パラメータm,
n,a1,a2...am,am+1及びb1,b2...bm,bm+1は、量子化ノイズにある一定の属性を与
えるべく、或いは、量子化ノイズを減らすべく選択される。しかしながら、パラ
メータは、その出力が、位相ロックループの分周器における妥当なディビジョン
・ファクタに対応するように選択されなければならないことに注意されたい。
るために加算器508を用いることによって実行されうる。量子化ノイズの減少
は、オーバーサンプリング比の低下及び/又は位相ノイズの減少を犠牲にして、
実現される。これにより、ΔΣ制御位相ロックループ変調器を、制限されたオー
バーサンプリングファクタについて用いることができる。
ージ(カスケード)構造を用いて実現される、ハイオーダーΔΣ変調器を用いる
こともできる。ΔΣ変調器は好適には、マルチレベルΔΣ変調器として設計され
てもよく、広い範囲でチャネル選択が可能となる。基準信号501は、好適には
周期信号である。VCOの出力は、増幅され、トランシーバに送信される信号5
05を形成する。
は、基準信号frefを供給する。この基準信号は、時間経過に関わらず周波数が 比較的一定の信号であり、送信すべき情報と共にΔΣ制御位相ロックループ60
3に送られる。ΔΣ制御位相ロックループ603の出力は、局部発振信号及び変
調送信信号をそれぞれ生成するために、受信機605と送信機607の両方で用
いられる。特にΔΣ制御位相ロックループ603は、位相変調信号を送信機60
7に入力し、搬送信号を受信機605に入力する。また、別の実施の形態として
は、例えば、QAMが用いられる場合に、振幅変調を、追加的に送信器607で
行ってもよい。補の場合には、送信すべき情報も、送信器607に入力すべきで
ある。どんな場合にでも、作動周波数のチャンネルのような、送信機能の制御は
、論理制御部609で行われる。
形態をとりうることは、当業者には明らかであろう。したがって、ここで開示し
た実施の形態は、すべての点で、例示しようとするものであって、制限するもの
ではない。本発明の技術思想は、上記実施の形態よりもむしろ、添付されたクレ
ームによって特定されるものであり、クレームと同じ意味及び範囲内でのすべて
の変更が、その請求の範囲に含まれていることを意図するものとする。
のである。
ルタΔΣ変調器を示す図である。
ルタΔΣ変調器を示す図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 分周器を含む位相ロックループと、 入力信号を変調するΔΣ変調器と、 フィルタ手段と、 を有し、 前記ΔΣ変調器の出力は、前記フィルタ手段を通され、前記フィルタ手段の出
力は、前記分周器のディビジョン・ファクタを制御するために用いられることを
特徴とする周波数シンセサイザ。 - 【請求項2】 前記ΔΣ変調器と前記分周器の間で行われるフィルタリングを補償するために
、前記ΔΣ変調器への入力において、補償を行うことを特徴とする請求項1に記
載の周波数シンセサイザ。 - 【請求項3】 前記フィルタ手段は、分周器への入力における量子化ノイズを減らし、これに
より、位相ロックループの出力における位相ノイズを減らすことを特徴とする請
求項1に記載の周波数シンセサイザ。 - 【請求項4】 基準信号と位相制御信号との位相差に基づいて変化する制御信号を生成する
ため、基準信号と位相制御信号とに応答する検出手段と、 周波数が、前記制御信号に応じて変化する出力信号を生成するため、前記制
御信号に応答する手段と、 前記位相制御信号を供給するため、出力信号を分周する手段であって、制御
入力を有し、前記制御入力に適用される分周器制御信号に応じて分周比を変化さ
せることのできる分周手段と、 を有する位相ロックループと、 分周比制御信号を提供するために情報信号に応答するΔΣ変調手段と、 前記分周比制御信号における量子化ノイズを減らすために前記ΔΣ変調器から
の前記分周比制御信号をフィルタリングする手段と、 を有し、 前記フィルタリングされた分周比制御信号が、前記分周器の分周比を調整する
ことを特徴とする連続位相変調器。 - 【請求項5】 更に、ΔΣ変調手段に供給される前に情報信号を調整する手段を有し、 その調整は、前記フィルタ手段の動作を補償することを特徴とする請求項4に
記載の連続位相変調器。 - 【請求項6】 前記フィルタ手段は、前記分周手段への入力の量子化ノイズを減らし、それに
よって、前記位相ロックループの出力における位相ノイズを減らすことを特徴と
する請求項4に記載の連続位相変調器。 - 【請求項7】 チャネル選択が、オフセットをΔΣ変調器に加算することによって実行される
ことを特徴とする請求項4に記載の連続位相変調器。 - 【請求項8】 前記ΔΣ変調手段は、広い周波数帯域に渡ってチャネル選択が可能なマルチレ
ベルΔΣ変調器であることを特徴とする請求項4に記載の連続位相変調器。 - 【請求項9】 周波数を有する信号をシンセサイジングする方法であって、 信号生成のために位相ロックループを用い、信号の周波数を該位相ロックルー
プ内の分周器によって制御するステップと、 変調された信号を生成するためにΔΣ変調器を用いるステップと、 変調された信号をフィルタリングすることによって、フィルタリングされた信
号を生成するステップと、 前記分周器内のディビジョン・ファクタを制御するために前記フィルタリング
された信号を用いるステップと、 を有することを特徴とする方法。 - 【請求項10】 補償された入力信号をΔΣ変調器に供給するステップであって、該補償された
入力信号は、前記変調された信号のフィルタリングを補償するために生成される
ステップを、更に有することを特徴とする請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 フィルタリングされた信号を生成する前記ステップは、前記分周器への入力の
量子化ノイズを減らし、それにより、位相ロックループの出力の位相ノイズを減
らすことを特徴とする請求項9に記載の方法。
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