JP2004500743A - 通信装置 - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の技術分野】
本発明は、送信器出力及び受信器入力を介してアンテナ手段につながれる送信器及び受信器を備え、受信器入力での送信リーク信号を減少させるための信号較正手段を備えた通信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
トランシーバとも称せされるタイプの通信装置は、例えば、米国特許第5,444,864号に開示されて既知である。特に、送信及び受信用の単一のアンテナ手段を備えたトランシーバは、送信中に受信器を保護するために、アンテナの送信器出力及び受信器入力との間に、特定のフィルタリングを必要としている。送信器出力及び受信器入力との間の分離は、送信器の出力電力がその最大レベルに設定され、アンテナの反射係数がボディ効果によりその最大値に到達する最悪の状況下でさえ、受信器入力でのブロッキング電圧が起こらないことが保証される程度に、十分に大きく設定されるべきである。既知の通信装置では、アンテナ手段によって受信された信号を受信器入力へ向けさせ、送信器出力から送信される信号をアンテナ手段へ向けさせるために、受信器入力及び送信器出力をアンテナ手段に相互結合させる、いわゆるダイプレクサが使用される。例えばダイプレクサあるいは電磁放射カップリングによる漏洩によって、受信器入力に到達する送信信号の部分、以下、送信リーク信号と称する、を無効にするために、信号較正手段として機能するいわゆる信号キャンセラが使用される。信号キャンセラは、キャンセル信号を生成するためのものであり、そのキャンセル信号は、実質上、受信器入力で測定される送信リーク信号の推定値に利得及び位相が一致するもので、加算器を通して受信器入力信号経路に供給され、該加算器により、リーク送信信号から減算される。
【0003】
しかしながら、既知の通信装置の中で適用される信号キャンセリングの内容は、必要とされる回路の精度及び性能に関連する極めて多くの事項を必要とする。例えば、一方のキャンセル信号と他方のリーク送信信号との間で、位相及び振幅が一致することが、適切なキャンセリングを行う上できわめて重要である。相互に小さな偏りがある場合でもキャンセル効果を大きく低下させ、送信リーク信号の増大になることさえある。それとは別に、この既知の技術内容では、加算器のような、好ましくない副作用を必然的に生じさせる回路を装備することが必要になり、それにより、通信装置の全体的な信号対雑音比を大きく減少させる。
【0004】
本発明の第1の目的は、従来の通信装置の上記の欠点を克服し、かつそれの性能を増大させることである。
本発明の第2の目的は、デュプレックス・モード全体において、受信器の感度を向上させることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る、送信器出力及び受信器入力を介してアンテナ手段に接続された送信器及び受信器を備え、かつ、受信器入力での送信リーク信号を減少させるための信号較正手段を備えた通信装置においては、信号較正手段が、送信リーク信号を選択的に増幅する送信リーク信号選択的増幅手段を備え、該手段は、送信器出力に結合されている送信信号基準入力と、受信器入力に結合されている送信リーク信号入力と、受信器入力で発生する送信リーク信号の負帰還のために送信リーク信号入力に結合されている送信リーク信号出力とを備えていることを特徴としている。
【0006】
本発明は、フィードバック・ループ内で送信リーク信号を効果的に低減するために必要な位相及び利得の要件が、フィード・フォワード内でのキャンセル信号によって送信リーク信号の削減を行うための要件よりも、はるかに簡単であるという認識に基づく。よく知られた通信装置内でのキャンセル信号は、利得及び位相に関して送信リーク信号と厳密に一致しなければならないが、本発明によれば、フィードバック・ループ内の送信リーク信号の利得は、単に十分に大きければよく、その位相も単に反転するだけであり、つまり、効果的にリーク低減するために、180#シフトさせればよいだけである。さらに、フィードバックのコンセプトにより、望ましくない副作用を招く加算器のような回路を省くことができる。
【0007】
上記の通信装置の好ましい実施例は、送信リーク信号選択的増幅手段を備え、該手段が、入力が送信器出力に結合されている位相スプリッタであって、送信器信号の同相成分と直交位相成分をそれぞれ、第1及び第2の復調器の基準信号入力、並びに、第1及び第2の変調器の搬送波信号入力に供給する位相スプリッタを含み、第1及び第2の復調器が、信号較正手段の送信リーク信号入力と共に送信リーク信号入力を有し、かつ、それぞれ第1及び第2の低域通過フィルタを通って第1及び第2の変調器の変調信号入力へ結合される出力を有し、変調器の出力が、受信器入力並びに第1及び第2の復調器の送信リーク信号入力に、共に結合され、位相反転手段が、送信リーク信号選択的増幅手段の信号経路に含まれていることを特徴とする。
【0008】
この手法を適用することによって、1組のI及びQ送信出力信号成分が、受信器入力で発生する送信リーク信号の同期直交復調のための復調信号として第1及び第2の復調器の中でそれぞれ用いられ、その結果、I及びQベースバンド送信リーク信号成分になる。第1及び第2の低域通過フィルタ内でベースバンド信号が抽出がされた後に、これらのI及びQベースバンド送信リーク信号成分が、変調搬送波信号としてI及びQ送信出力信号成分を用いて、再変調される。得られた再変調されたI及びQ送信リーク信号成分は、受信器入力に負帰還される。したがって、必要とされる位相反転は、位相反転手段によって提供され、ループ内のいかなる場所においても、つまり、ループ内のベースバンド又はRF部分においても、適応可能である。
【0009】
再変調されたI及びQ送信リーク信号成分を結合させ、信号歪み又はノイズを招くことなく、受信器入力での単一の送信リーク信号にするために、第1及び第2の変調器の各々が、それの出力が受信器入力及び第1及び第2の復調器の送信リーク信号入力に共に結合される相互コンダクタンス増幅手段を含むことが望ましい。
本発明による通信装置の別の望ましい実施例は、送信リーク信号選択的増幅手段を備え、該手段が、選択された送信リーク信号を、非線形で入力信号振幅に依存して増幅する。
この手法によれば、送信リーク信号の減少程度を、リーク信号が受信器入力に及ぼす影響を減少させることができる程度にすることができ、その結果、最適な性能を維持しながら、電力を節約できる。
【0010】
非線形アプリケーションは、所定の第1及び第2のスレショルド・レベルの間の範囲内の、第1及び第2の低域通過フィルタのそれぞれの出力信号の振幅変動に対して不感帯を持つベースバンド変調信号の同相成分及び直交位相成分を提供するデッドゾーン制御手段であって、第1及び第2の低域通過フィルタと、他方の第1及び第2の変調器との間に結合されるデッドゾーン制御手段によって提供されることが望ましく、ベースバンド変調信号の同相成分及び直交位相成分は、範囲を越える振幅変動に対して、第1及び第2の低域通過フィルタのそれぞれの出力信号に関して振幅が変化する。
【0011】
この手法は、実際に受信入力信号の質を下げる送信リーク信号に、事実上それの動作を制限することによって、較正手段の確実で効果的な制御を可能にする。
不感帯は、受信器の許容最大入力電圧によって決定されている。その結果、受信器入力での送信リーク信号を減少させるための較正手段の動作は、受入可能で性能の低下に結びつかないそれらの送信リーク信号に対して影響を与えず、以下、これを感度抑圧と称する。
【0012】
本発明による通信装置の別の好ましい実施例は、第1の段及び第2の段を有するデュプレックス・フィルタを備え、送信器出力が、第1の段を通してアンテナ手段に結合され、アンテナ手段が、第2の段を通して受信器入力及び信号較正手段の送信信号基準入力に結合されることを特徴とする。
この手法によれば、主として側波帯ノイズが減少することで、通信装置の性能がさらに向上する。
ノイズ性能における別の改善は、アンテナ手段と、信号較正手段の送信リーク信号入力との間に結合される減衰器によって達成される。
【0013】
本発明による通信装置のさらに別の好ましい実施例は、デッドゾーン制御手段は、ベースバンド変調信号の不感帯の同相成分及び直交位相成分を、正及び負の同相成分、並びに正及び負の直交位相成分に分割するための第1及び第2の同相信号スプリッタ、並びに第1及び第2の直交位相信号スプリッタを含み、これら正及び負の成分はそれぞれ、第1及び第2の変調器の第1の可変相互コンダクタ増幅器の入力を制御するために、第1及び第2の位相反転手段を通して、第1及び第2の変調器の第2の可変相互コンダクタ増幅器に供給され、第1の可変相互コンダクタ増幅器の出力、及び第2の可変相器コンダクタ増幅器の出力が、第3及び第4の位相反転手段を通して、信号較正手段の送信リーク出力に結合されていることを特徴としている。
【0014】
この手法によって、抵抗性の電圧加算回路を用いることなく、再変調された正及び負の同相、並びに正及び負の直交位相のRF送信リーク信号成分を、単一のフィードバック送信リーク信号に結合させることができ、その上、この結合により、受信器入力での信号対雑音比を低下させることを防ぐことができる。
可変相互コンダクタ増幅器は、不感帯ベースバンド変調信号の正及び負の同相成分、並びに正及び負の直交成分のうちの振幅変動分に対してのみ用いられる。これにより、通信装置を効果的に動作させるために必要とされる回路を減少させることができる。
【0015】
【発明の実施の態様】
図1は、本発明に係る通信装置を示しており、該通信装置は、入出力端子が2方向リンクを通してアンテナ手段ANTに結合されたデュプレックス・フィルタDFの入力及び出力に、それぞれ送信器出力To及び受信器入力Riを介して結合される送信器T及び受信器Rを含んでいる。また該通信装置は、受信器入力Riに至るまでの間で漏れて入力Riで発生する送信リーク信号Vlを減少させるための信号較正手段Cを含む。信号較正手段Cは、受信器入力Riに結合される送信リーク信号端子Tl、及び送信器出力Toに結合される送信信号基準入力Triを備えている。信号較正手段Cは、送信リーク信号選択的増幅手段Aを備え、該手段Aは、受信器入力Riで生じる送信リーク信号Vlを供給するための、送信リーク信号端子Tlに結合される送信リーク信号入力を有する。この選択的増幅手段Aの送信リーク信号出力は、送信リーク信号入力及び送信リーク信号端子Tlに共通に接続され、これにより、フィードバック・ループを形成する。選択的増幅手段Aは、送信リーク信号Vlの選択、増幅(例えば、ファクタα)、及び位相反転すなわち180#位相シフトを行い、例えば−αVlの出力信号を生じさせ、それを、ループ内の送信リーク信号、つまり受信器入力Riで生じる送信リーク信号をもたらすその送信リーク信号入力にフィードバックさせて、Vl/(1+α)に減少させる。
【0016】
送信リーク信号Vlの選択については、選択的増幅手段Aは、選択すべき送信リーク信号の搬送周波数にその共振周波数を固定するために、送信信号基準入力Triにおける送信出力信号を用いる任意タイプのアクティブ周波数制御型構造を備えている。あるいは、選択的増幅手段Aは、送信リーク信号Vlをその同相(I)及び直交(Q)信号成分に位相分けし、次いで、それらを別々に選択及び増幅し、その後、単一の送信リーク信号に再結合させる。図2及び図3を参照しながら、さらに明らかにする。
図2は、本発明による通信装置の望ましい実施例のブロック図を示し、図2中、図1に示された要素に対応する要素は同一の参照符号が付されている。
【0017】
送信リーク信号選択的増幅手段Aは、送信器信号基準入力Triに接続される位相スプリッタ10を備え、該スプリッタは、送信出力信号を1組の同相(I)及び直交位相(Q)信号成分に分け、そしてこれら信号をそれぞれ第1及び第2の復調器1及び2の基準信号入力に供給するとともに、第1及び第2の変調器7及び8の搬送波信号入力にも供給する。第1及び第2の復調器1及び2の両方が、送信リーク信号選択的増幅手段Aの送信リーク信号入力、及び信号較正手段Cの送信リーク信号端子T1と共通接続された入力を持ち、そして、送信リーク信号を1組のベースバンドI及びQ送信リーク信号成分へ同期直交復調させる。第1及び第2の復調器1及び2の出力はそれぞれ、ベースバンドI及びQ送信リーク信号成分の選択のための第1及び第2の低域通過フィルタ3及び4を通して、ベースバンドI及びQ送信リーク信号成分の非線形増幅を提供する第1及び第2のデッドゾーン制御手段(不感帯制御手段)5及び6に結合される。このようにして増幅されたベースバンドI及びQ送信リーク信号成分は、その後それぞれ第1及び第2の変調器7及び8に供給され、再変調された1組のI及びQ送信リーク信号成分が得られ、そして、これら信号成分は、選択的増幅手段Aの送信リーク信号出力で、単一の再変調された送信リーク信号に結合される。回路1、3、5、7及び回路2、4、6、8は、送信リーク信号選択的増幅手段AのI及びQの信号経路をそれぞれ形成し、これら回路により、I及びQ送信リーク信号成分が別々に処理される。再変調された送信リーク信号は、位相反転器9を通して反転されて、送信リーク信号選択的増幅手段Aの入力にフィードバックされる。
【0018】
デッドゾーン制御手段5及び6は、それらの入力に供給される所定のしきい値より小さな大きさを持つ任意の信号に対してゼロ出力を提供し、しきい値レベルより大きな大きさを持つ入力信号には、高い利得増幅(α)を提供する。このことは、しきい値レベルより振幅の小さい送信リーク信号に対しては、較正手段が作用しないことを意味し、この効果を、較正手段の感度抑圧と称することができる。受信器の最大入力電圧に対応するようにしきい値を選ぶことによって、些細な送信リーク信号の較正には感度抑圧がなされ、その結果、全体的な受信器性能を下げずに、著しい送信リーク信号に対して効果的な抑圧が維持される。さらに感度抑圧により、ノイズが受信入力信号に取り込まれるのを防止される。全デュプレックス・モードで作用する場合、受信器の感度だけでなく、電力効率を増大させる。
【0019】
デュプレックス・フィルタDFは、第1の段とも称せられる送信器関連部分DFTを有し、そして、第2の段とも称せられる受信器関連部分DFRに結合される、富士通D5CGタイプのデュプレックス・フィルタによって構成可能であり、これらの段の間の共通接続点は、アンテナ手段ANT及び減衰器ATTの入力に共に接続される。減衰器ATTの出力は、信号較正手段Cの送信信号基準入力Triに接続される。送信出力信号は、送信リーク信号選択的増幅手段Aにおいて復調信号及び変調信号として使用される前に、送信器関連部分DFTを通して供給される。これにより、受信器入力での側波帯ノイズを減少させる結果となる。減衰器ATTが、通信装置の全体的な性能をさらに向上させる。
【0020】
図3は、図1又は図2の通信装置内で使用するための代案となる較正手段のブロック図を示し、図3中、図1で示される要素に対応する要素には、同一の参照符号を付けている。第1及び第2の変調器7及び8はそれぞれ、1組の正及び負の制御可能な演算相互コンダクタ増幅器7’及び7”、並びに1組の正及び負の制御可能な演算相互コンダクタ増幅器8’及び8”によって形成され、信号入力はそれぞれ、位相スプリッタ10のI信号出力及びQ信号出力に結合され、該信号出力は共に、送信リーク信号の選択的増幅手段Aの入力、つまり復調器1及び2の共通の入力にフィードバックされる。低域通過フィルタ3及び4によって選択され、デッドゾーン制御手段5及び6によって増幅されるベースバンドI及びQ送信リーク信号成分が、ここでは、それぞれの演算相互コンダクタ増幅器7’、7”及び8’、8”の利得を変えるために使用されている。演算相互コンダクタ増幅器は、利得制御信号の信号極性の変化に対処するための、いかなる装備も持っていない。この制限を克服するために、デッドゾーン制御手段5及び6は、それらの極性に基づいて処理されるように信号の分離を行う。これは図4を参照することによって明確となる。デッドゾーン制御手段5及び6は、それぞれ正及び負の出力端子5+及び5−、並びに6+及び6−を備え、そして、それらの入力からそれぞれの正の出力端子5+及び6+に向かうデッドゾーン制御手段5及び6の伝達特性は、実線sで表され、また、それらの入力からそれぞれの負の出力端子5−及び6−に向かうデッドゾーン制御手段5及び6の伝達特性は、点線dで表される。所定のしきい値Vthより大きさの小さな入力信号に対して、出力端子5+、5−、6+及び6−での信号CPI、CPQはそれぞれ、ゼロ値となる。+Vthを越える振幅を有する、低域通過フィルタ3及び4によって選択された正のベースバンドI及びQ送信リーク信号成分は、それぞれのプラスの出力端子5+及び6+で、図4の実線カーブsのようになるデッドゾーン制御手段5及び6の出力信号CPI/CPQを生成する。−Vthより下の振幅を有する、低域通過フィルタ3及び4によって選択された負のベースバンドI及びQ送信リーク信号成分は、それぞれの負の出力端子5−及び6−で、図4の点線カーブdのようになるデッドゾーン制御手段5及び6の出力信号CPI/CPQを生成する。しきい値Vthは、受信器の最大入力レベルに対応させて選定されることが望ましい。演算相互コンダクタ増幅器の出力信号の大きさは、利得制御信号に応じて互いに同じように変化していくが、それらの位相は、それらの入力信号と位相が同じであるか、又は異なるかのどちらかである。送信リーク信号成分の入力Iと異なる位相に変化するように、演算相互コンダクタ増幅器7’及び8’を選ぶことによって、並びに、送信リーク信号成分の入力Qと同じ位相に変化するように、演算相互コンダクタ増幅器7”及び8”を選ぶことによって、図2の位相反転器9のような別の位相反転手段を要せずに、位相反転が実現される。
【0021】
図5は、図2及び図3に示されるような本発明による通信装置の送信リークの減少を図示するベクトル図を示し、図5中のVlは、信号較正手段Cが無い場合の受信器入力Riで発生する送信リーク信号を表す。この送信リーク信号VlのI及びQ成分、つまりVli及びVlqはそれぞれ、I及びQ信号経路の中で別々に抑えられ、大きくても実質上最大の受信器入力レベルに等しい大きさを持つ抑えられた送信リーク信号に帰着する。そのレベルは許容可能であり、性能を顕著に下げるものではない。
【0022】
デュプレックス・フィルタDFにおいて発生する送信リーク信号Vlの位相シフトは、実際には360#に渡って変化しない。このことは、正及び負のI及びQ出力端子5+、5−及び6+、6−での、デッドゾーン制御手段5及び6の4つの出力信号CPI/CPQの大きさがすべて、変化するわけではないことを意味する。I/Q位相クワデラント(4象限)から従属して、受信器入力で生じる送信リーク信号Vlを表すベクトルが入来することがないので、演算相互コンダクタ増幅器7’、7”、8’及び8”のうちの1又は2を省略することができる。例えば、ベクトルVlが、第1象限のI/Q位相クワデラント(I及びQ軸上へのVlの投射がプラスである)内で位相角を変化させるだけの場合、相互コンダクタ増幅器7’及び8’だけが必要とされ、演算相互コンダクタ増幅器7”及び8”は省くことができる。これは、信号較正手段の実装を単純化する。一般的に、デュプレックス・フィルタDFの位相シフトを一度測定すると、この位相シフトに従属して、相互コンダクタ増幅器7’、7”、8’及び8” のうちの1又は2を省略することができる。
【0023】
図6は、理想的ではない直交位相スプリッタを用いる場合の、本発明による通信装置の送信リークの減少を示すベクトル図である。直交しないI/Q位相スプリットであっても、本発明に従う信号較正手段は、送信リーク信号VlのI及びQ成分を受入可能な大きさにして、有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明による通信装置の概要図である。
【図2】
本発明による通信装置の望ましい実施例のブロック図である。
【図3】
図1又は図2の通信装置において使用可能な代案となる較正手段のブロック図である。
【図4】
図1、図2又は図3の通信装置において使用するためのデッドゾーン制御手段の出力制御信号の特性図である。
【図5】
本発明による通信装置の送信リークの減少を示すベクトル図である。
【図6】
理想的ではない直交位相スプリッタを用いた場合の、本発明による通信装置の送信リークの減少を示すベクトル図である。
Claims (10)
- 送信器出力及び受信器入力を介してアンテナ手段に接続された送信器及び受信器を備え、かつ、受信器入力での送信リーク信号を減少させるための信号較正手段を備えた通信装置において、信号較正手段は、送信リーク信号を選択的に増幅する送信リーク信号選択的増幅手段を備え、該手段は、送信器出力に結合されている送信信号基準入力と、受信器入力に結合されている送信リーク信号入力と、受信器入力で発生する送信リーク信号の負帰還のために送信リーク信号入力に結合されている送信リーク信号出力とを備えていることを特徴とする通信装置。
- 請求項1記載の通信装置において、送信リーク信号選択的増幅手段は、入力が送信出力に結合されている位相スプリッタであって、送信信号の同相成分及び直交位相成分をそれぞれ第1及び第2の復調器の基準信号入力と、第1及び第2の変調器の搬送波信号入力とに供給する位相スプリッタを含み、第1及び第2の復調器は、信号較正手段の送信リーク信号入力と共通の送信リーク信号入力を備え、かつ、第1及び第2の低域通過フィルタをそれぞれ介して第1及び第2の変調器の変調信号入力へ結合される出力を有し、これら変調器の出力は、受信器入力と第1及び第2の復調器の送信リーク信号入力に共に結合され、位相反転手段が、送信リーク信号選択的増幅手段の信号経路に備えられていることを特徴とする通信装置。
- 請求項2記載の通信装置において、第1及び第2の変調器はそれぞれ、出力が、受信器入力、並びに第1及び第2の復調器の送信リーク信号入力に共に結合されている相互コンダクタンス増幅手段を備えていることを特徴とする通信手段。
- 請求項1〜3いずれかに記載の通信装置において、送信リーク信号選択的増幅手段は、選択された送信リーク信号の振幅に依存する、非線形の入力信号増幅を提供することを特徴とする通信装置。
- 請求項4記載の通信装置において、第1及び第2の低域通過フィルタと第1及び第2の変調器との間に接続されたデッドゾーン制御手段であって、第1及び第2の低域通過フィルタからの所定の第1及び第2のスレショルドレベルの間の範囲内の出力信号の振幅変動に対して不感帯を持つベースバンド変調信号の同相成分及び直交位相成分を提供するデッドゾーン制御手段を備え、ベースバンド変調信号の同相成分及び直交位相成分は、第1及び第2の低域通過フィルタそれぞれの出力信号の第1及び第2のスレショルドレベル間の範囲を越える振幅変動に関して、振幅変動を生じることを特徴とする通信装置。
- 請求項5記載の通信装置において、不感帯が受信器入力の最大電圧によって決定されることを特徴とする通信装置。
- 請求項1〜6いずれかに記載の通信装置において、第1の段及び第2の段からなるデュプレックスフィルタを備え、送信器出力が、第1の段を通してアンテナ手段に接続され、アンテナ手段が、第2の段を通して受信器入力と、信号較正手段の送信器信号基準入力に結合されていることを特徴とする通信装置。
- 請求項1〜7いずれかに記載の通信装置において、アンテナ手段と、信号較正手段の送信リーク信号入力との間に結合された減衰器を備えていることを特徴とする通信装置。
- 請求項5〜8いずれかに記載の通信装置において、デッドゾーン制御手段は、ベースバンド変調信号の同相成分及び直交位相成分を、正及び負の同相成分、並びに正及び負の直交位相成分に分割するための手段を含み、振幅変動成分が、第1及び第2の変調器に含まれる可変相互コンダクタ増幅器の入力を制御するために供給され、その出力が、位相反転手段を通して信号較正手段の送信リーク出力に結合されていることを特徴とする通信装置。
- 請求項5〜8いずれかに記載の通信装置において、デッドゾーン制御手段は、ベースバンド変調信号の不感帯の同相成分及び直交位相成分を、正及び負の同相成分、並びに正及び負の直交位相成分に分割するための第1及び第2の同相信号スプリッタ、並びに第1及び第2の直交位相信号スプリッタを含み、これら正及び負の成分はそれぞれ、第1及び第2の変調器の第1の可変相互コンダクタ増幅器の入力を制御するために、第1及び第2の位相反転手段を通して、第1及び第2の変調器の第2の可変相互コンダクタ増幅器に供給され、第1の可変相互コンダクタ増幅器の出力、及び第2の可変相器コンダクタ増幅器の出力が、第3及び第4の位相反転手段を通して、信号較正手段の送信リーク出力に結合されていることを特徴とする通信装置。
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