(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムにおける無線移動体端局であって、
無線周波制御信号に応答する無線局部発振器を含む無線トランシーバであって、その入力端子において無線周波制御信号を受信する無線トランシーバと、
ＧＰＳ受信機とを備え、
該ＧＰＳ受信機は
前記無線局部発振器と分離され、前記無線周波制御信号の入力に対して応答するＧＰＳ局部発振器であって、その入力端子で前記無線周波制御信号を受信するＧＰＳ局部発振器と、
第２ＧＰＳ局部発振器信号を生成するため、前記ＧＰＳ局部発振器から出力される第１ＧＰＳ局部発振器信号を第１整数値により逓倍する逓倍器と、
前記第２ＧＰＳ局部発振器信号とＧＰＳ衛星信号とを入力し、中間周波数として第１出力信号を生成するミキサと
を含むことを特徴とする無線移動体端局。
【請求項２】
前記無線移動体端局は位相同期ループ回路を含み、該位相同期ループ回路が周波数合成器およびループフィルタを含む、請求項１に記載の無線移動体端局。
【請求項３】
前記ＧＰＳ受信機は、更に
第３ＧＰＳ局部発振器信号を生成するため、前記第１ＧＰＳ局部発振器信号を第２整数値により分割する分割器と、
前記第１出力信号と前記第３ＧＰＳ局部発信信号とを入力して前記ＧＰＳ受信機における信号処理に用いる第２出力信号を生成する第２ミキサと
を備える、請求項１に記載の無線移動体端局。
【請求項４】
前記ＧＰＳ受信機は、分割器をさらに含み、
前記第１ＧＰＳ局部発振器信号は、前記ＧＰＳ受信機による信号処理に用いる第３出力信号を生成するため、前記分割器において第２整数により分割されることを特徴とする請求項１に記載の無線移動体端局。
【請求項５】
前記第３ＧＰＳ局部発振器信号が前記ＧＰＳ受信機により用いられるアナログデジタルサンプル信号である、請求項４に記載の無線移動体端局。
【請求項６】
前記無線局部発振器が無線周波数信号を出力し、該無線周波数信号が前記無線トランシーバにより送信搬送波として用いられる、請求項１に記載の無線移動体端局。
【請求項７】
前記無線局部発振器は、無線モードおよびＧＰＳモードにおいて交互に動作する周波数合成器を含む、請求項１に記載の無線移動体端局。
【請求項８】
前記無線モードが第１分数カウントを有し、前記ＧＰＳモードが第２分数カウントを有する、請求項７に記載の無線移動体端局。
【請求項９】
前記第１分数カウントは約１／５であり、前記第２分数カウントは約１／８である、請求項８に記載の無線移動体端局。
【請求項１０】
無線移動体端局において無線トランシーバとＧＰＳ受信機との間で無線周波制御信号を共用する方法であって、
無線トランシーバと前記ＧＰＳ受信機とのどちらかにおいて前記無線周波制御信号を生成するステップであって、前記無線トランシーバが無線局部発振器を有し前記ＧＰＳ局部発振器が前記無線局部発振器から分離されたＧＰＳ局部発振器を有する、ステップと、
前記無線局部発振器の入力端子および前記ＧＰＳ局部発振器の入力端子において前記無線周波制御信号を受信するステップと、
前記無線周波制御信号を用いて前記無線トランシーバで前記無線局部発振器を制御するステップと、
前記無線周波制御信号を用いて前記ＧＰＳ受信機において前記ＧＰＳ局部発振器を制御するステップと、
前記ＧＰＳ局部発信器により第１局部発振器信号を生成するステップと、
信号処理に用いる第２ＧＰＳ局部発振器信号を生成するため所定の整数値に従い前記第１ＧＰＳ局部発振器信号を逓倍するステップとを備える方法。
【請求項１１】
周波数合成器を用い、前記無線トランシーバと前記ＧＰＳ受信機とのどちらかにおいて前記無線周波制御信号を生成するステップと、
無線トランシーバモードとＧＰＳモードとの間で交互に前記周波数合成器を動作させるステップとを更に備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記無線周波数制御において周波数エラーを除去するため基地局の搬送波に無線周波制御信号をロックさせるステップを更に備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
無線移動体端局において無線トランシーバとＧＰＳ受信機との間で無線周波制御信号を共用する方法であって、
無線トランシーバと前記ＧＰＳ受信機とのどちらかにおいて前記周波数制御信号を生成するステップであって、前記無線トランシーバが無線局部発振器を有し、前記ＧＰＳ局部発振器が前記無線局部発振器から分離されたＧＰＳ局部発振器を有する、ステップと、
前記無線局部発振器の入力端子および前記ＧＰＳ局部発振器の入力端において前記無線周波制御信号を受信するステップと、
前記無線周波制御信号を用いて前記無線トランシーバで前記無線局部発振器を制御するステップと、
前記無線周波制御信号を用いて前記ＧＰＳ受信機において前記ＧＰＳ局部発振器を制御するステップと、
前記ＧＰＳ局部発信器により第１局部発振器信号を生成するステップと、
信号処理に用いる第２ＧＰＳ局部発振器信号を生成するために所定の整数値により前記第１局部発振器信号を分割するステップとを備える方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、一般的には無線通信に関し、特に、無線通信システムの無線移動体端局における受信機に関する。
【０００２】
（発明の背景）
無線通信システムは、通常、定められた地域内の複数の加入者に対し、音声およびデータ通信を提供するために用いられる。例えば、ＡＭＰＳ、ＥＴＡＣＳ、ＮＭＴ−４５０、およびＮＭＴ−９００と称せられるような、アナログセルラ無線電話システムが、世界中に成功裏に展開されている。最近は、北米におけるＩＳ−５４Ｂ（およびその後継システムであるＩＳ−１３６）および欧州におけるＧＳＭと称せられるような、ディジタルセルラ無線電話システムが導入され、現在使用されている。これらのシステムおよびその他のシステムは、例えば、マサチュセッツ州ノーウッド（Ｎｏｒｗｏｏｄ）のアーテク・ハウス（Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ）発行（１，９９３年）、バルストン（Ｂａｌｓｔｏｎ）外著の「セルラ無線システム（Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｒａｄｉｏ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）」というタイトルの書籍に説明されている。上述のシステムの外に、個人用通信サービス（ＰＣＳ）と呼ばれる発展中のシステムも実施されつつある。現在のＰＣＳの例には、北米におけるＩＳ−９５、ＰＣＳ−１９００、およびＰＡＣＳ、欧州におけるＤＣＳ−１８００およびＤＥＣＴ、および日本におけるＰＨＳ、と称せられるものが含まれる。これらのＰＣＳシステムは、無線スペクトルのほぼ２ギガヘルツ（ＧＨｚ）帯域で動作し、代表的には音声および高ビットレートデータ通信に用いられている。
【０００３】
図１は、前述の無線通信規格の任意の１つを実現しうる、従来の地上無線通信システム２０を示す。この無線通信システムは、基地局２６および移動体電話交換局（ＭＴＳＯ）２８のサービスを受ける複数のセル２４と通信する、１つまたはそれ以上の無線移動体端局２２を含みうる。図１には３つのセル２４のみが示されているが、典型的なセルラ無線電話ネットワークは、数百のセルを含み得、かつ１つより多くのＭＴＳＯ２８を含みえて、数千の無線移動体端局２２にサービスしうる。
【０００４】
セル２４は、一般に通信システムにおけるノードとして役立ち、そこから、セル２４にサービスする基地局２６を経由して、無線移動体端局２２とＭＴＳＯ２８との間に、リンクが確立される。それぞれのセル２４は、１つまたはそれ以上の指令された制御チャネルと、１つまたはそれ以上のトラヒックチャネルとの割当てを受ける。制御チャネルは、セル識別およびページング情報を送信するための専用チャネルである。トラヒックチャネルは、音声およびデータ情報を搬送する。通信システム２０により、デュプレックス無線通信リンク３０が、２つの無線移動体端局２２の間、または無線移動体端局２２と、陸線電話ユーザ３２との間に、公衆加入電話網（ＰＳＴＮ）３４を経て実現される。基地局２６の機能は、一般に、セル２４と無線移動体端局２２との間の無線通信を処理することである。この能力において、基地局２６は、主としてデータおよび音声信号のためのリレー局として機能する。
【０００５】
図２は、従来の宇宙無線通信システム１２０を示す。宇宙無線通信システム１２０は、図１の従来の地上無線通信システム２０により行われる機能と同じ機能を行うように用いられうる。特に、宇宙無線通信システム１２０は、典型的に、１つまたはそれ以上の地球局１２７と、衛星無線移動体端局１２２と、の間のリレーまたはトランスポンダとして働く１つまたはそれ以上の衛星１２６を含む。衛星１２６は、衛星無線移動体端局１２２および地球局１２７と、デュプレックス通信リンク１３０を経て通信する。それぞれの地球局１２７は、さらにＰＳＴＮ１３２へ接続され、無線移動体端局１２２の間の通信、および、無線移動体端局１２２と、従来の地上無線移動体端局２２（図１）または陸線電話機３２（図１）と、の間の通信を可能ならしめうる。
【０００６】
宇宙無線通信システム１２０は、該システムによりサービスされる全地域をカバーする単一アンテナビームを用いることができ、あるいは図２に示されているように、宇宙無線通信システム１２０は、それが、複数の、それぞれがシステムのサービス領域内の別個の地理的カバレージエリア１３６にサービスする、最小オーバラップビーム１３４を発生するように設計されるうる。衛星１２６およびカバレージエリア１３６はそれぞれ、地上無線通信システム２０の基地局２６およびセル２４の機能と同様の機能を有する。
【０００７】
このようにして、宇宙無線通信システム１２０は、従来の地上無線通信システムにより行われる機能と同様の機能を行うように用いられうる。特に、宇宙無線電話通信システム１２０は、広い地域に人口が小さい密度で分布した地方において、または、起伏の多い地形が、従来の陸線電話または地上無線のインフラストラクチャを、技術的または経済的に非実用的なものとしがちな地域において、特別のアプリケーションを有する。
【０００８】
無線通信産業は進歩し続けているので、他の技術が、付加価値のあるサービスを提供するためにこれらの通信システム内に統合されるようになる可能性は極めて高い。考えられる１つのそのような技術は、全地球測位システム（ＧＰＳ）である。従って、無線移動体端局には、ＧＰＳ受信機を統合することが望ましい。
欧州特許出願０４６７６５１Ａ１は、衛星通信システムにより通信する加入者ユニットを説明している。この加入者ユニットは、衛星通信システムの衛星からのディジタルデータを受信し、また送信する。さらに、この加入者ユニットは、それ自身の位置を自己決定し、この位置を衛星通信システムの衛星へ送信する。このようにして、衛星通信システムはそれぞれの加入者ユニットの位置を知るので、通信は、より効率的に確立されうる。さらに、加入者ユニットの位置は、受信された全地球測位システムの信号から自動的に決定され、資産管理および探索および救助活動のような他の用途のためにも衛星通信システムへ報告される。
公開国際特許ＷＯ９６／０８８８３には、陸地を基礎とするセルラネットワークによる動作と、軌道衛星システムによる動作と、の間でスイッチしうる無線電話が開示されている。第１のアンテナおよび無線周波回路は、陸地を基礎とするネットワークからの送信信号を受信し、第１条件信号を形成した後に数値デコーディングを行う。第２のアンテナおよび無線周波回路は、軌道衛星システムからの送信信号を受信し、第２条件信号を形成した後に数値デコーディングを行う。数値デコーダは、第１条件信号または第２条件信号を処理し、自動周波数制御信号を供給する。この自動周波数制御信号により制御される基準周波発振器は、基準周波信号を供給する。この基準周波信号を用いる無線周波数合成器は、陸地を基礎とするネットワークのチャネル周波数の受信を決定する第１無線周波回路に接続した第１プログラム可能周波数の出力と、軌道衛星システムのチャネル周波数の受信を決定する第２無線周波回路に接続した第２プログラム可能周波数の出力と、を有する。
【０００９】
（発明の要約）
従って、本発明の目的は、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を統合した、経済的に製造でき、かつ効率的に動作しうる無線移動体端局を提供することである。
【００１０】
本発明のこの目的、およびその他の目的は、無線移動体端局により送信されうる位置データを発生する統合されたＧＰＳ受信機を含む、無線通信システムの無線移動体端局により達成される。「全地球測位システム」または「ＧＰＳ」という用語は、欧州におけるＧＬＯＮＡＳＳ衛星航法システムを含む、地球上の位置を測定する任意の宇宙を基礎とするシステムの呼称として用いられるものと理解すべきである。無線移動体端局においては、無線トランシーバとＧＰＳ受信機とは、周波数基準信号を共用する。この構成は、無線トランシーバおよびＧＰＳ受信機の重複する部品の削減と、用いられる部品が少ないことによる低電力消費と、周波数基準信号の精密さによるＧＰＳ受信機のパフォーマンスの向上と、を含むいくつかの利点を有する。
【００１１】
特に、本発明によれば、無線通信システムの無線移動体端局は、無線トランシーバおよびＧＰＳ受信機を含み、無線トランシーバおよびＧＰＳ受信機は、周波数基準信号を共用する。この周波数基準信号は、無線トランシーバにより信号の復調および処理において用いられる。同様にして、この周波数基準信号は、ＧＰＳ受信機により信号の復調および処理において用いられる。
【００１２】
本発明の特徴によれば、無線トランシーバおよびＧＰＳ受信機により共用される周波数基準信号は、例えば、温度補償された基準水晶発振器が発生する基準発振器信号である。この基準発振器信号は、第１整数により逓倍または分割され、ＧＰＳ受信機における第１中間周波数への信号変換において用いられる第１ＧＰＳ局部発振器を形成する。さらに、ＧＰＳ受信機に第２変換段を組込み、基準発振器信号を、（１を含みうる）第２整数により逓倍または分割し、ＧＰＳ受信機における第２中間周波数への信号変換において用いられる第２ＧＰＳ局部発振器を形成することができる。さらに、ＧＰＳ受信機において基準発振器信号を、（１を含みうる）第３整数により分割または逓倍し、例えば、アナログディジタルサンプリング信号として信号処理において用いられる周波数を発生させるために用いうる。一方、無線トランシーバは、基準発振器信号を周波数基準信号として用いる周波数合成器を含みうる。基準発振器信号の正確さは、基準発振器信号を、無線通信システムの基地局からの信号に同期させることにより増大せしめられ、それにより、ＧＰＳ受信機において必要とされる信号処理が削減されることに注意すべきである。
【００１３】
本発明のもう１つの特徴においては、無線トランシーバおよびＧＰＳ受信機により共用される周波数基準信号は、例えば、無線トランシーバの局部発振器が発生する無線周波信号である。この無線周波信号は、第１整数により逓倍または分割され、ＧＰＳ受信機における第１中間周波数への信号変換において用いられる第１ＧＰＳ局部発振器を形成しうる。さらに、この無線周波信号は、第２整数により逓倍または分割され、ＧＰＳ受信機における第２中間周波数への信号変換において用いられる第２ＧＰＳ局部発振器を形成しうる。さらに、ＧＰＳ受信機は、この無線周波信号を第３整数により分割または逓倍することにより、アナログディジタルサンプリング信号のような、信号処理において用いられる周波数を発生させるために用いうる。一方、無線トランシーバは、搬送信号の送信のような、しかしこれへ制限されるわけではない、無線トランシーバ内における別の信号処理機能のために、この無線周波信号を用いうる。この無線周波信号は、無線トランシーバの周波数合成器の出力からとることができる。従って、無線トランシーバの周波数合成器は、無線モードおよびＧＰＳモードにおいて、交互に動作しうる。
【００１４】
本発明のさらにもう１つの特徴においては、周波数基準信号は、例えば、無線トランシーバの位相同期ループ回路により発生せしめられる無線周波制御信号である。この無線周波制御信号は、ＧＰＳ受信機により、ＧＰＳ局部発振器の動作を制御するために用いられ、また、無線トランシーバにより、無線トランシーバの局部発振器を制御するために用いられる。ＧＰＳ受信機においては、ＧＰＳ局部発振器はＧＰＳ周波信号を出力し、このＧＰＳ周波信号は第１整数により逓倍または分割され、中間周波数への信号変換において用いられる。さらに、このＧＰＳ周波信号は第２整数により逓倍または分割され、第２中間周波数への信号変換において用いられる。さらに、このＧＰＳ周波信号は第３整数により分割または逓倍され、例えば、アナログディジタルサンプリング信号として信号処理において用いられる周波数を発生する。一方、セルラ局部発振器は、搬送信号の送信のような、しかしこれへ制限されるわけではない、無線トランシーバ内における別の信号処理機能のために、無線トランシーバにより用いられる無線周波信号を出力する。無線トランシーバの位相同期ループ回路は、セルラモードおよびＧＰＳモードにおいて交互に動作しうる周波数合成器を含みうる。
【００１５】
本発明のさらにもう１つの特徴において、無線移動体端局内の無線トランシーバとＧＰＳ受信機との間における周波数基準信号の共用の方法は、前記無線トランシーバにより周波数基準信号を発生するステップと、該周波数基準信号を前記ＧＰＳ受信機へ供給するステップと、を含む。
【００１６】
さらに、上述の方法は、第２サブシステムにおける信号処理において用いるために、周波数基準信号を整数値により逓倍するステップを含みうる。同様にして、上述の方法は、第２サブシステムにおける信号処理において用いるために、周波数基準信号を整数値により分割するステップを含みうる。さらに、上述の方法は、周波数合成機構の動作を、無線トランシーバモードとＧＰＳモードとの間で交互に行うステップを含みうる。
【００１７】
従って、本発明の無線移動体端局は多くの利点を有することが容易に認識できるが、そのいくつかを以下に説明する。
【００１８】
第１に、本発明による無線移動体端局は、かなり至る所にある無線通信システムを用いての対象物の追跡に特に有利である。そのようにして追跡されうる対象物の例には、物品の運搬に用いられる鉄道貨車、はしけ、またはトラック、盗難車、および人物が含まれる。所定のフォーマットにより記載された位置データを要求する呼を無線移動体端局へ送信することにより、その無線移動体端局は、そのような情報を関連するＧＰＳ受信機から収集し、その位置データを、要求したエンティティへ返送することができる。この特徴は、遠隔測定の多くのアプリケーションに知識を有する者の認識するように、遠隔測定システムとの関連において特に望ましいものである。
【００１９】
第２に、本無線移動体端局は、改善された９１１（Ｅ９１１）サービスの提供において特に有利である。ＧＰＳ受信機を含むＥ９１１システムは、自動車事故などの多くの状況において有利であり、その場合、その自動車に乗っている人が、その状態を通信し且つ適切な援助を求めうるように、９１１の呼は自動的に開始される。そのような状況においては、もし乗っている人が、意識が無いか、または彼らの位置を効果的に９１１のオペレータへ通信しえなくても、自動車の位置も自動的に９１１のオペレータへ送られて、応答時間が最小化され、事故現場位置が突き止められうる。
【００２０】
第３に、本発明による無線移動体端局は、ユーザの位置が既知であるので、無線通信ネットワークのリソースの割当てに特に有利である。例えば、宇宙無線通信システムにおいては、衛星は、比較的広い地域へ送信するのではなく、ペンシルビームを用いて信号を無線移動体端局へ送信しうる。この結果、衛星が消費するエネルギーは減少し、使用可能な周波数帯域のスペクトルの再利用は増大する。消費エネルギーの減少およびスペクトル再利用の増大の同じ結果は、セル内におけるユーザの位置が既知である地上無線通信システムにおいても実現されうる。
【００２１】
第４に、本発明による無線移動体端局は、２重化部品の数が削減されており、それにより、低コストであり、電力消費が小さく、小形である点で特に有利である。
【００２２】
本発明の他の特徴および利点は、当業者にとっては、以下の図面および詳細な説明の考察から明らかとなろう。全てのそのような他の特徴および利点は、添付の特許請求の範囲により定められる本発明の範囲内に含まれるように意図されている。
【００２３】
（実施例の詳細な説明）
ここで、本発明を、本発明の実施例を示した添付図面を参照しつつ、以下において十分に説明する。しかし、本発明は、異なる形式によっても実施することができ、ここに提示される実施例へ制限されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施例は、この開示が徹底的で完全なものであり、本発明の範囲を当業者へ十分に伝えるものであるように提供される。図面の諸要素は、必ずしも正確な縮尺で描かれたものではなく、本発明の原理をわかりやすく図示するための強調が行われている。さらに、同じ番号は、終始同じ要素を指示している。
【００２４】
Ｉ．システムアーキテクチャ
図３を参照すると、本発明による無線移動体端局１５０が示されている。端局１５０は、無線通信サブシステム１５２および全地球測位システム（ＧＰＳ）サブシステム１５４を含む。無線通信サブシステム１５２は、本質的にいかなるタイプの無線通信ネットワークにおいても無線トランシーバとして動作するように特に構成されうる。例えば、無線通信サブシステム１５２は、背景の項において論じ、図１および図２に示したような、セルラ（ディジタルまたはアナログ）通信システムまたは個人用通信システム（ＰＣＳ）を含む、地上または宇宙無線ネットワークにおいて動作するように構成されうる。これには、ローカルエリアネットワークまたはワイドエリアネットワークとして動作するように構成されたディジタルシステムが含まれる。従って、無線通信サブシステム１５２は、当業者が本開示を読む時明らかとなるように、本発明による動作に適するタイプを示しているにすぎない。
【００２５】
ＧＰＳサブシステム１５４は、当業者にとって公知のようにＧＰＳと呼ばれる全地球測位システムと共に動作するように構成されている。簡単にいうと、図１４に示されているように、ＧＰＳは、地球上のどこの位置でも測定するために、衛星３０２およびコンピュータ３０８を用いる、宇宙を基礎とする三角測量システムである。ＧＰＳは、最初に米国国防省により防衛システムとしての航法システムとして開発された。この航法システムの、他の陸地を基礎とするシステムよりも優れている利点は、それがカバレージにおいて制限されず、気象条件にかかわらず連続２４時間のカバレージを提供し、高度に正確であることである。軍事上の使用のために、政府により最高レベルの精度を有するＧＰＳ技術が保持されているが、民間の使用のために低精度のサービスが利用可能にされている。動作上、２４個の衛星３０２の集団が地球を回る軌道上において、ＧＰＳ無線信号３０４を発射している。ＧＰＳ受信機３０６、例えば、ＧＰＳプロセッサを有するハンドヘルド無線受信機は、最も近い諸衛星から無線信号を受信し、その無線信号が、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信機のアンテナまで伝搬するのに要する時間を測定する。その伝搬時間に光の速度を乗じることにより、ＧＰＳ受信機は、視界内のそれぞれの衛星までの距離を計算しうる。衛星の軌道および速度を含めての、衛星からの無線信号内に与えられている追加の情報から、ＧＰＳプロセッサは、三角測量のプロセスによりＧＰＳ受信機の位置を計算しうる。
【００２６】
無線通信サブシステム１５２は、チャネルコーディングおよびインタリービング、暗号化、変調／復調、およびディジタル／アナログ変換のような処理機能を行うプロセッサ１５６を含む。このプロセッサ１５６は、プロセッサ１５６の動作を含め無線通信サブシステム１５２の動作を制御するマイクロコントローラ１５８に接続されている。無線通信サブシステム１５２はさらに、送信搬送波の発生、受信機の局部発振器、および無線通信サブシステム１５２の動作のために必要な他の周波数のための、周波数合成機能を行う周波数合成機構１６０を含む。この周波数合成機構は、さまざまな実施例に関連して以下に詳述される、周波数基準発振器１６１および位相同期ループ回路１６２を含む。周波数合成機構１６０には、ベースバンド周波数から無線周波搬送波へ、また無線周波搬送波からベースバンド周波数への信号変換をそれぞれ行う、無線周波送信機１６３および無線周波受信機１６４が接続されている。デュプレクサ１６６は、無線アンテナ１６８上の送信信号と受信信号とを分離する。再び、ここで説明される無線通信システムの諸部品は、無線通信ネットワークにおける無線移動体端局内に見出される部品の単なる例であり、本発明の範囲を制限するものと考えるべきでないことに注意すべきである。
【００２７】
ＧＰＳサブシステム１５４は、ＧＰＳ受信機１７０およびＧＰＳアンテナ１７２を含む。ＧＰＳ受信機１７０は、マイクロコントローラ１５８に接続されたリンク１８２により、また、周波数合成機構１６０に接続されたリンク１８４により、無線通信サブシステム１５２に接続されている。簡単にする目的で、ＧＰＳ受信機の機能性を移動体無線端局と統合し、無線移動体端局１５０とＧＰＳ受信機１７０との間での、キーパッド（図示せず）、ディスプレイ（図示せず）、およびプロセッサ１５６のような部品の共用を可能にするために、ＧＰＳ受信機１７０をマイクロコントローラ１５８に接続するように一般に留意されている。
【００２８】
本発明に特に関連して、リンク１８４は周波数合成機構１６０とＧＰＳ受信機１７０とを相互接続し、それにより、ＧＰＳ受信機１７０および周波数合成機構１６０は、サブシステム１５２、１５４のいずれかによる信号の処理および変調において用いられる周波数基準信号を共用する。本質的に、本発明は、不必要な部品の重複を避けるために、２つのサブシステム１５２、１５４が単一の無線移動体端局１５０に統合される時、送信搬送波、受信局部発振器、およびその他の周波数の発生のような、周波数合成機能の共通化することを提供する。この結果、コストは削減され、回路ボードの面積は縮小され、回路部品は少なくなり、電力消費は低下する。後述の実施例のそれぞれにおいて、周波数基準信号は無線通信サブシステム１５２により発生せしめられるが、周波数基準信号は、ＧＰＳ受信機１７０の周波数合成回路により発生せしめて無線通信サブシステムへ供給することもできることに注意すべきである。
【００２９】
後述の諸実施例においては、周波数基準信号は、周波数合成機構１６０を含む回路内の様々な点からとられる。例えば、１つの実施例においては、周波数基準信号は、周波数基準発振器が発生する基準発振器信号である。もう１つの実施例においては、周波数基準信号は、周波数合成機構１６０の位相同期ループ回路１６２が発生する無線周波信号である。さらにもう１つの実施例においては、周波数基準信号は、ＧＰＳ受信機１７０内のＧＰＳ発振器へ供給される無線周波制御信号である。
【００３０】
Ａ．基準発振器信号の実施例
本発明のこの実施例においては、周波数基準信号は、図４に示されている周波数合成機構１６０の周波数基準発振器１９０が発生する基準発振器信号である。この基準発振器信号は、リンク１８４'を経てＧＰＳ受信機１７０へ供給される。周波数基準発振器１９０はまた、プロセッサ１５６およびマイクロコントローラ１５８をクロックするために、かつ１つまたはそれ以上の周波数合成器１９２、１９４へ安定した基準を供給するために用いられる。周波数合成器１９２、１９４は、次にこの安定した基準を用い、無線移動体端局１５０における信号処理のために用いられる他の周波数を合成する。好ましくは、周波数基準発振器１９０は、電圧制御形温度補償基準水晶発振器により実現される。この実施例および後述の他の実施例の特別の利点は、無線通信サブシステム１５２の周波数が無線通信システム２０、１２０の基地局からの潜在的に極めて正確な搬送信号３０、１３０にロックされる時、周波数基準発振器１９０における潜在的周波数エラーが顕著に減少せしめられうることである。利点は、無線通信サブシステム１５２が、基準周波数発振器における周波数エラーを減少させると、ひいてはＧＰＳサブシステムが、ＧＰＳ衛星集団からのＧＰＳ信号を復調するために必要な信号処理の量を減少させうることである。必要な信号処理の削減は、ひいては位置の解決を高速化し、電力消費を減少させる。
【００３１】
この実施例においては、周波数合成機構１６０はさらに、第１ループフィルタ１９６および第１電圧制御発振器（ＶＣＯ）１９８を含み、これらは主周波数合成器１９２と共に位相同期ループ回路を構成する。第２位相同期ループ回路は、補助周波数合成器１９４と、第２ループフィルタ２０２と、第２ＶＣＯ２０４と、により形成される。２つの位相同期ループの無線周波信号出力は、無線移動体端局１５０内の他の電気部品からの負荷引込みおよび高周波帰還を補正するために、ミクサ２０６により組合わされる。
【００３２】
ＧＰＳ受信機１７０は、信号処理のためにさまざまな方法で基準発振器信号を用いうる。例えば、基準発振器信号は、ＧＰＳ受信機１７０により、ＧＰＳ受信機１７０内の周波数合成回路が用いる基準信号を発生するための安定発振器として用いられうる。この文脈における「安定」とは、基準発振器信号が、電池電圧、温度、湿度などにより、顕著には変化しないことを意味する。従って、基準発振器信号は、ＧＰＳ受信機１７０専用の周波数基準発振器を不必要にする。もし必要ならば、周波数基準信号は、ＧＰＳ受信機１７０において所望される周波数を実現するために、整数により逓倍または分割されうる。
【００３３】
あるいは、図５に示されているように、基準発振器信号は、ブロック２１０において整数倍数により逓倍され、入来信号をミクサ２１２における中間周波数へ変換するための第１局部発振器を形成する。この中間周波信号は、次にＧＰＳプロセッサ２１４へ送られ、そこでその信号は、位置データを得るために処理される。この段階において、ＧＰＳプロセッサ２１４の動作を、無線通信サブシステム１５２のプロセッサ１５６内へ統合すれば、ＧＰＳプロセッサ２１４を不必要としうることに注意すべきである。さらに、リンク１８４'上の基準発振器信号は、アナログディジタル変換器のサンプリング信号のような、しかしこれへ制限されるわけではない、他の信号処理に必要な周波数を作るためにブロック２１６において分割されうる。
【００３４】
さらに、図６に示されているように、リンク１８４'上の基準発振器信号は、第２局部発振器周波数を作るためにブロック２２０において分割され、その周波数はミクサ２２２において第１中間周波数と混合されて、信号処理のための第２中間周波数を作りうる。ＧＰＳ受信機１７０のこの構成は、２重変換受信機と呼ばれる。この構成は、２重変換受信機において第１中間周波数がより高い周波数となり、（整数分割器２１０により作られる）第１局部発振器信号が所望のＲＦ信号の周波数からより遠く離れた周波数となることを可能にするという事実により、特に有利である。この結果、望ましくないＲＦ影像周波数（これもまた局部発振器と混合されて中間周波数まで低下する）は、所望のＲＦ信号からより遠く離れた周波数となる。従って、望ましくないＲＦ影像周波数は、安価で信頼性の高いフィルタによりフィルタされうる。
【００３５】
Ｂ．無線周波信号の実施例
本発明のこの実施例においては、図７に示されているように、周波数基準信号は、リンク１８４''を経てＧＰＳ受信機１７０へ供給される無線周波信号である。この構成は、周波数合成機構１６０が発生する無線周波信号が約８００ないし１００メガヘルツ（ＭＨＺ）であり、ＧＰＳ信号の搬送周波数が約１．５ないし２．０ギガヘルツ（ＧＨｚ）であるために、セルラ通信ネットワークにおいて特に有利である。従って、リンク１８４''上の無線周波信号は、ブロック２１０において整数２により逓倍されて第１局部発振器を作り、これがミクサ２１２において受信されたＧＰＳ信号と組合わされて中間周波数への信号変換が行われ、得られた信号がＧＰＳプロセッサ２１４において信号処理される。しかし、当業者にとって明らかなように、ＧＰＳ受信機１７０における変換の回数、ＧＰＳ信号の搬送周波数、およびリンク１８４''上の無線周波信号の周波数などの、多くの要因に依存して、２以外の整数値がブロック２３０において用いられうる。リンク１８４''上の無線周波信号はまた、アナログディジタル変換器のサンプリング信号のような、しかしこれへ制限されるわけではない、他の信号処理に必要な周波数を作るためにブロック２３６において分割されうる。リンク１８４''上の無線周波信号は、ミクサ２０６の出力からではなく、ＶＣＯ１９８またはＶＣＯ２０４の出力からとりうることにも注意すべきである。
【００３６】
この場合、周波数合成器１９２および１９４は、安定基準周波数１９０を用い、電圧制御形温度補償基準水晶発振器により周波数を正確に合成し、基準周波数発振器１９０における周波数エラーは、無線通信サブシステム１５２の周波数が無線通信システム２０、１２０の基地局からの潜在的に極めて正確な搬送信号３０、１３０にロックされる時、顕著に減少せしめられうる。利点は、無線通信サブシステム１５２が、基準周波数発振器における周波数エラーを減少させると、後にＶＣＯ１９８およびＶＣＯ２０４における周波数エラーが減少することである。もしＧＰＳサブシステムが、これらの補正周波信号を用いれば、ひいてはＧＰＳサブシステムは、ＧＰＳ衛星集団からのＧＰＳ信号を復調するために必要な信号処理の量を減少させうる。必要な信号処理の削減は、ひいては位置決めを高速化し、電力消費を減少させる。
【００３７】
前述の実施例におけるように、また図８に示されているように、ＧＰＳ受信機１７０は２重変換受信機として構成することができ、その場合、リンク１８４''上の無線周波信号は、ブロック２４０において低い周波数へ分割されて第２局部発振器を作り、その周波数はミクサ２４２において信号処理のための第２中間周波数へ変換される。第２ブロック２３６においては、リンク１８４''上の無線周波信号が分割されて、アナログディジタル変換器のサンプリング信号のような、しかしこれへ制限されるわけではない、他の信号処理に必要な周波数を作る。
【００３８】
この実施例においては、リンク１８４''を経てＧＰＳ受信機１７０へ供給される無線周波信号は、周波数合成機構１６０の位相同期ループ（ＰＬＬ）回路１６２により発生せしめられ、ＰＬＬ回路１６２は、図９に示されているように、例えば、主周波数合成器１９２と、ループフィルタ１９６と、ＶＣＯ１９８と、を含む。本発明の特徴によれば、ＰＬＬ回路１６２は、必要に応じてＧＰＳモードと無線トランシーバモードとの間で能動的に交替を行う、２重モード装置である。従って、ＰＬＬ回路１６２の主周波数合成器１９２は、無線トランシーバモードとＧＰＳモードとの間で能動的に再プログラムされ、これはＰＬＬ回路１６２のループ応答を変化させうる。主周波数合成器１９２を、無線トランシーバモードからＧＰＳモードへ再プログラムした時に起こる、これらの変化の例には、ディジタル位相検出器２４５において異なる比較周波数を発生させる、分割比ＮおよびＭの変化、および／または、分数Ｎ比Ｆおよび分数増分Ｋの変化が含まれる。ループ応答に生じる変化を補償するためには、位相検出器の利得（ＩPD）または（スイッチ２４６を経ての）ループフィルタの特性のようなＰＬＬ回路１６２のアスペクトが、所望のループ応答を実現するために変化せしめられうる。このようにして、所望の位相マージン（または減衰率）およびＰＬＬループの帯域幅は、実質的に維持されうる。
【００３９】
いま説明された実施例は、図１５および図１６に与えられている。図１５においては、無線周波信号は、主合成器ＶＣＯの出力（セルラモード：９７９．５６ＭＨｚ、ＧＰＳモード：９７８．０１２ＭＨＺ）を、補助合成器ＶＣＯの出力（１５５．５２ＭＨｚ）と混合することにより発生せしめられ、セルラモードのための送信搬送波（８２４．０４ＭＨｚ）、または１５７５．４２ＭＨｚのＧＰＳモードにおけるＧＰＳ受信機のための第１局部発振器信号（２×〔９７８．０１２−１５５．５２〕＝１６４４．９８４ＭＨｚ）を作り、生じる中間周波数は、１６４４．９８４−１５７５．４２＝６９．５６４ＭＨｚである。１．０２３ＭＨＺの第２中間周波数は、ＬＯ分割器１（１２の分割比）およびミクサにより作られる。４．９９２ＭＨｚのアナログディジタルサンプリング周波数は、ＬＯ分割器２（２０１の分割比）により作られる。
【００４０】
図１６は、セルラモードとＧＰＳモードとの間のスイッチング時における、所望の位相同期ループ動特性（ロック時間、オーバシュート、など）の維持の例を示す。この図を参照すると、２重モード周波数合成器は、セルラモードからＧＰＳモードへ、９７９．５６ＭＨｚのＶＣＯ周波数から９７８．０１２ＭＨｚへスイッチするために、帰還分割比（Ｎ）、分数Ｎ分割比（Ｆ）、および分数増分（Ｋ）を再プログラムすることによりスイッチされる。さらに、基準分割器比（Ｍ）が、位相検出器比較周波数を２４０ＫＨｚから６０ＫＨｚへスイッチするために再プログラムされ、位相検出器利得が、０．２２ｍＡ／２ｐから１．０ｍＡ／２ｐへ再プログラムされる。基準周波発振器およびＶＣＯの同調感度は一定となる。位相同期ループの動特性が維持されるためには、開ループの０ｄＢ交差点における位相マージンが維持されなければならず、また閉ループ帯域幅が維持されなければならない。図１６Ａおよび図１６Ｂには、セルラモードおよびＧＰＳモードの双方における、位相マージン、開ループ利得、および閉ループ応答がプロットされている。位相マージンおよび開ループ利得は両モードにおいて等しく、閉ループ帯域幅もまた同じであることに注意すべきである。このようにして、位相同期ループの動特性は、セルラモードからＧＰＳモードへ維持される。
【００４１】
上述のように、周波数合成機構１６０が分数Ｎディジタル周波数合成器を用いる場合には、ＰＬＬ回路１６２のアスペクトもまた、望ましいループパフォーマンスを維持するために、分数Ｎ周波数合成器装置の無線トランシーバモードからＧＰＳモードへの再プログラムを補償するように変化せしめられうる。しかし、ＰＬＬ変数の再プログラムにおけるそのような変化は、多くの分数Ｎ周波数合成器において劣った補償、従って、分数Ｎスプリアス信号の除去を必要とする結果を生じうる。従って、本発明は、分数Ｎスプリアス信号の抑制を維持するために、ＧＰＳモードから無線トランシーバモードへの分数Ｎ補償手段の変更を行う。例えば、補償電流基準抵抗は、無線トランシーバモードからＧＰＳモードへのスイッチングの時に、主周波数合成器１９２のスイッチ２４７（図９）により変化せしめられうる。
【００４２】
Ｃ．無線周波制御信号の実施例
本発明のこの実施例においては、図１０に一般的に示されているように、周波数基準信号は、主周波数合成器１９２および第１ループフィルタ１９６により発生せしめられる無線周波制御信号であり、リンク１８４'''によりＧＰＳ受信機１７０へ供給される。リンク１８４'''上の無線周波制御信号は、ＧＰＳ受信機１７０の無線周波発振器２５０の動作を制御するために用いられる。無線周波発振器２５０は、ＧＰＳ受信機１７０による信号処理に必要な局部発振器周波数および他の周波数を発生する。リンク１８４'''上の無線周波制御信号は、以下のようにしてＧＰＳ無線周波発振器２５０へ供給されうる。無線移動体端局がセルラモードにある間は、ＧＰＳ無線周波発振器２５０はターンオフされているか、または無線周波発振器２５０の出力周波数は使用されていない。さらに、無線移動体端局がＧＰＳモードにある間は、セルラ無線周波発振器１９８は使用されていない。この実施例においては、ループフィルタの出力は互いに接続され、周波数合成器およびループフィルタは、無線移動体端局がいずれのモードにあるかにより、いずれかのＶＣＯを制御しうる。
【００４３】
図１１および図１２を参照すると、本実施例の特定の具体化が示されている。図１１においては、無線周波発振器２５０の出力は、ブロック２５２において整数倍数により逓倍され、ミクサ２１２における第１中間周波数への変換のための第１局部発振器を作る。さらに、前の実施例におけると同様に、無線周波発振器２５０の出力は、ブロック２３６において分割され、ＧＰＳプロセッサ２１４における、アナログディジタル変換器のサンプリング信号のような、しかしこれへ制限されるわけではない、他の信号処理に必要な周波数を作りうる。
【００４４】
図１２においては、無線周波発振器２５０の出力はまた、ブロック２５８において低い周波数へ分割され、ＧＰＳプロセッサ２１４による信号処理のための、ミクサ２４２における第２中間周波数へ変換されて第２局部発振器を作りうる。第２ブロック２６２においては、無線周波発振器２５０の出力は分割されて、アナログディジタル変換器のサンプリング信号のような、しかしこれへ制限されるわけではない、他の信号処理に必要な周波数を作る。
【００４５】
本実施例においては、無線周波発振器２５０は、周波数合成機構１６０の主周波数合成器１９２および第１ループフィルタ１９６により発生せしめられる無線周波制御信号により、指定された周波数へ制御される。上述のように、ＰＬＬ回路１６２（図９）は、無線トランシーバモードとＧＰＳモードとで交互に動作する。従って、ＰＬＬ回路１６２の主周波数合成器１９２は、無線トランシーバモードとＧＰＳモードとの間で能動的に再プログラムされ、これはＰＬＬ回路１６２のループ応答を変化させうる。主周波数合成器１９２を、無線トランシーバモードからＧＰＳモードへ再プログラムした時に起こる、これらの変化の例には、ディジタル位相検出器２４５において異なる比較周波数を発生させる、分割比ＮおよびＭの変化、および／または、分数Ｎ比Ｆおよび分数増分Ｋの変化が含まれる。ループ応答に生じる変化を補償するためには、位相検出器の利得（ＩPD）または（スイッチ２４６を経ての）ループフィルタの特性のようなＰＬＬ回路１６２のアスペクトが、所望のループ応答を実現するために変化せしめられうる。このようにして、所望の位相マージン（または減衰率）およびＰＬＬループの帯域幅は、実質的に維持されうる。
【００４６】
周波数合成機構１６０が分数Ｎディジタル周波数合成器を用いる場合には、ＰＬＬ回路１６２のアスペクトは、望ましいループパフォーマンスを維持するために、主周波数合成器１９２の無線トランシーバモードからＧＰＳモードへの再プログラムを補償するように変化せしめられうる。しかし、ＰＬＬ変数の再プログラムにおけるそのような変化は、多くの分数Ｎ周波数合成器において不充分な補償結果を生じ、従って、分数Ｎスプリアス信号の除去を必要とする。従って、前の実施例に関連して上述したように、本発明は、分数Ｎスプリアス信号の抑制を維持するために、ＧＰＳモードからセルラトランシーバモードへの分数Ｎ補償手段の変更を行う。例えば、補償電流基準抵抗は、無線トランシーバモードからＧＰＳモードへのスイッチングの時に、スイッチ２４７（図９）により変化せしめられうる。
【００４７】
説明の目的上、以下には、図１２の無線移動体端局構成における無線トランシーバモードからＧＰＳモードへの変化の例を与える。無線トランシーバモードにおいては、周波数基準発振器１９０は１９．４４ＭＨＺで動作し、主周波数合成器１９２は２４０キロヘルツ（ＫＨｚ）で動作し、主周波数合成器１９２の分数カウントは１／８であり、補助周波数合成器１９４は２４０ＫＨｚで動作する。ＧＰＳモードへ変化した時は、周波数基準発振器１９０は１９．４４ＭＨＺで動作し、主周波数合成器１９２は１２０キロヘルツ（ＫＨｚ）で動作し、主周波数合成器１９２の分数カウントは１／５であり、補助周波数合成器１９４は２４０ＫＨｚで動作し、ＧＰＳ無線周波発振器２５０は５４８．３２８ＭＨＺで動作する。さらに、いずれのモードにおいても、ＧＰＳ無線周波入力周波数は１５７５．４２ＭＨＺであり、第１中間周波数は３×５４８．３２８ＭＨＺ−１５７５．４２ＭＨＺ＝６９．５６４ＭＨＺであり、ブロック２５８における分割比は８であり、ブロック２６２における分割比は１３４であり、第２中間周波数は（６９．５６４ＭＨＺ−５４８．３２８ＭＨＺ）／８＝１．０２３ＭＨＺであり、サンプリング周波数は５４８．３２８ＭＨＺ／１３４＝４．０９２ＭＨＺである。
【００４８】
いま説明した実施例は、図１７および図１８に示されている。図１７は、セルラモードとＧＰＳモードとの間のスイッチング時において、所望の位相同期ループ動特性（ロック時間、オーバシュート、など）を維持する手段の前のグラフにおいて説明された例を示す。図１８Ａおよび図１８Ｂには、セルラモードおよびＧＰＳモードの双方における、位相マージン、開ループ利得、および閉ループ応答がプロットされている。位相マージンおよび開ループ利得は両モードにおいて等しく、閉ループ帯域幅もまた同じであることに注意すべきである。このようにして、位相同期ループの動特性は、セルラモードからＧＰＳモードへ維持されうる。
【００４９】
II．動作
無線移動体端局１５０および関連する方法論に対応する、好ましい動作およびイベントのシ−ケンスを以下に説明する。
【００５０】
本発明の方法によれば、無線移動体端局１５０は、図１３のフローチャートに示されている以下のステップにより、無線通信トランシーバとＧＰＳ受信機との間で周波数基準信号の共用を行いうる。第１に、ブロック２７０において、無線移動体端局１５０の第１サブシステムにより周波数基準信号が発生せしめられる。開示した実施例において上述したように、周波数基準信号は、好ましくは無線通信サブシステム１５２、特に周波数合成機構１６０により発生せしめられる。第２に、ブロック２７２において、無線移動体端局の基準周波発振器の潜在的周波数エラーが、無線通信システムの基地局の極めて正確な搬送周波数にロックすることにより補正される。次に、周波数基準信号は、無線移動体端局１５０の第２サブシステムへ供給される。同様にして、開示した実施例において上述したように、周波数基準信号は、信号処理および復調のためにＧＰＳ受信機１７０へ供給される。しかし、周波数基準信号は、ＧＰＳ受信機１７０により発生せしめられ、無線通信サブシステム１５２と共用されうることに注意すべきである。ブロック２７０とブロック２７２との間に、無線通信システムの基地局の正確な搬送周波数にロックすることにより基準周波発振器における周波数エラーを除去する動作を挿入しうることもまた理解されよう。
【００５１】
さらに、上述の方法は、第２サブシステムにおける信号処理に用いるために、周波数基準信号を整数値により逓倍するステップを含みうる。同様にして、上述の方法は、第２サブシステムにおける信号処理に用いるために、周波数基準信号を整数値により分割するステップを含みうる。さらに、上述の方法は、周波数合成機構１６２の動作を、無線トランシーバモードとＧＰＳモードとの間で交替させるステップを含みうる。
【００５２】
図面および明細書には、本発明の代表的な実施例を開示し、また特定の用語を使用したが、それらは一般的かつ説明的な意味でのみ用いられたもので、制限を目的とするものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲に示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術による地上無線通信システムを示す。
【図２】  従来技術による宇宙無線通信システムを示す。
【図３】  本発明による無線移動体端局の機能部品を示す概略ブロック図である。
【図４】  本発明による無線移動体端局の第１実施例の機能部品を示す概略ブロック図である。
【図５】  図４の第１実施例による信号変換ＧＰＳ受信機を示す概略ブロック図である。
【図６】  図４の第１実施例によるＧＰＳ受信機を有する２重変換受信機を示す概略ブロック図である。
【図７】  本発明の第２実施例による無線移動体端局の機能部品を示す概略ブロック図であり、信号変換ＧＰＳ受信機を示している。
【図８】  本発明の第２実施例による２重変換ＧＰＳ受信機を含む無線移動体端局を示す概略ブロック図である。
【図９】  本発明による位相同期ループ回路を示す概略ブロック図である。
【図１０】  本発明の第３実施例による周波数合成器機構を示す概略ブロック図である。
【図１１】  本発明の第３実施例による無線移動体端局の機能部品の概略ブロック図であり、信号変換ＧＰＳ受信機を示している。
【図１２】  本発明の第３実施例による無線移動体端局の機能部品の概略ブロック図であり、２重変換ＧＰＳ受信機を示している。
【図１３】  本発明による無線移動体端局の動作のフローチャートである。
【図１４】  全地球測位システム（ＧＰＳ）を示す。
【図１５】  図８による無線移動体端局の例の概略ブロック図である。
【図１６Ａ】  図１５の実施例における開ループ応答および閉ループ応答のグラフ表示である。
【図１６Ｂ】  図１５の実施例における開ループ応答および閉ループ応答のグラフ表示である。
【図１７】  図９による無線移動体端局の例の概略ブロック図である。
【図１８Ａ】  図１７の実施例における開ループ応答および閉ループ応答のグラフ表示である。
【図１８Ｂ】  図１７の実施例における開ループ応答および閉ループ応答のグラフ表示である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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