JP2007504717A - 送受信機において信号をフィルタリングするためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

通信システムにおいて信号をフィルタリングするためのシステムおよび方法を用いると、フィルタを送受信機の送信経路および受信経路に沿って選択的に接続することにより、ハードウェア要件およびチップ・サイズ要件が軽減される。動作中、コントローラは、送受信機が送信モードのときはフィルタを送信経路に沿って接続し、送信機が受信モードのときはフィルタを前記受信経路に沿って接続するための信号を生成する。次にコントローラは、接続された経路に基づいて、あるいは言い換えると送受信機の動作モードに基づいて、フィルタの１つまたは複数のパラメータを設定するための追加の信号を生成する。一変形形態においては、コントローラは、送信信号および受信信号の処理をさらに制御する方法として、フィルタに結合された追加の要素のパラメータを設定する。

Description

本発明は一般に、信号の処理に関し、より詳細には、通信システムの送受信機（transceiver）において信号をフィルタリングするためのシステムおよび方法に関する。

送受信機（transceiver）は、通信システムにおいて信号を送信および受信する、統合化された装置である。送受信機は一般に、２つのモードのうちの一方で動作する。送受信機が送信しながら信号を受信することができない場合、送受信機は、半二重モードで動作すると言われる。送受信機が送信しながら信号を受信することができる場合、送受信機は全二重モードで動作すると言われる。全二重モードの送受信機が、現在使用されているすべてのＲＦ送受信機の主流を占めているが、半二重モードの送受信機も、多くの重要なアプリケーションを実施している。

送受信機の受信部は、フロント・エンド部と信号処理部を含む。フロント・エンド部は、ベースバンド信号復元の機能を実行し、その雑音指数および直線性は、送受信機の全体的性能を決めるので、設計者の見地から重要である。信号処理部は、様々な無線規格のうちの１つに従ってベースバンド信号を処理する。

ベースバンド信号復元が実施される方法は、受信機を分類するための基準として用いることができる。ベースバンド復元が（２つの局部発振器信号を用いて）２段階で実施される場合、その受信機をスーパ・ヘテロダイン受信機と分類することができる。ベースバンド復元が（１つの局部発振器信号を用いて）１段階で実施される場合、その受信機をホモダイン受信機と分類することができる。

図１は、２つのダウン・コンバージョン・ステージでベースバンド信号を復元する、スーパ・ヘテロダイン送受信機の受信部を示す。第１のダウン・コンバージョン・ステージでは、受信した信号が、ミキサ１で第１の発振器信号（局部発振器ＬＯ１）と混合されて、中間周波数信号が生成される。第２のダウン・コンバージョン・ステージでは、中間周波数信号は、ミキサ２で第２の発振器信号（ＬＯ２）と混合されて、ベースバンド信号が生成され、この信号は、その後フィルタリングされ、受信機の信号処理部に入力される。これらの発振器信号は、それぞれフェーズ・ロック・ループ回路３、４によって生成され、この信号をベースバンド信号復元経路に沿って様々なステージで処理するために、いくつかのフィルタ５〜８およびアンプ９、１０を含めることができる。送受信機の送信部（図示せず）は、２つのアップ・コンバージョン・ステージを使用して、ベースバンド信号を所定の搬送周波数に変換する。

図２は、ベースバンド信号を１つのダウン・コンバージョン・ステージで復元するホモダイン（ダイレクト・コンバージョン）送受信機の受信部を示す。この受信部は、低ノイズ・アンプ１１、ダウン・コンバータ・ユニット１２、およびＩおよびＱ信号をそれぞれ処理するための２つのベースバンド回路１３、１４を含む。ダウン・コンバータ・ユニットは、低ノイズ・アンプからのＩおよびＱ信号を、局部発振器（ＬＯ）信号の位相シフトしたバージョンと混合し、ベースバンド信号を復元するためのミキサ１５、１６を含む。スーパ・ヘテロダイン受信機とは異なり、局部発振器信号は、受信信号の周波数（つまり、搬送周波数）に設定される。このことは、ベースバンド信号が、中間周波数を使用せずに復元されことを意味し、これにより、「ダイレクト・コンバージョン」受信機の名前がついている。このベースバンド回路は、いくつかのローパス・フィルタ１７、１８および可変利得アンプ１９、２０を用いて、フィルタリングされたＩおよびＱ信号を処理する。ベースバンド回路から出力される信号は、次にＡ／Ｄコンバータ２１、２２によってデジタル信号に変換され、受信機の信号処理部に入力される。送受信機の送信部は、単一のアップ・コンバージョン・ステージを使用して、ベースバンド信号を所定の搬送周波数に変換する。

スーパ・ヘテロダイン送受信機は、マルチモードおよびその他のアプリケーション例で使用するときに欠点がある。たとえば、ＩＦミキサの前に位置するフィルタは一般に、大きいＱ値をもつバンドパス・フィルタである。このタイプのフィルタを集積化された形で使用して高精度かつ低損失を実現するのは、非常に困難であることが示されている。したがって、スーパ・ヘテロダイン送受信機はしばしば、そのベースバンド信号復元経路に沿って、受動フィルタを使用する。残念ながら、こうした受動フィルタは、多くの無線規格をサポートするには柔軟性が制限されている。

ホモダイン（ダイレクト・コンバージョン）受信機は、マルチモード／マルチバンドのアプリケーションを実施することができるので、モバイル・システム設計者の間で選ばれる受信機として台頭してきている。また、このタイプの受信機は、ヘテロダイン受信機よりも少ないハードウェアを用いて様々な無線規格（たとえば、８０２．１１ｂ、ＧＳＭ、およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ）をサポートできるので好ましい。さらに、ダイレクト・コンバージョン受信機は、ヘテロダイン・アーキテクチャにおける受動フィルタの多くを、たとえばいくつかの高性能アナログ・フィルタのうちの任意の１つのフィルタに相当し得る、集積化ローパス・フィルタで置き換えることが可能である。

受動フィルタの代わりに集積化ローパス・フィルタを使用すると、いくつかの理由で好ましい可能性がある。たとえば、ＳＡＷおよびその他のタイプの受動フィルタは、集積化フィルタと比べてより優れた性能を示すが、受動フィルタは固定の特性をもっており、したがって、通過帯域幅や中央周波数などのクリティカルなパラメータを変更することができない。この欠点を克服するために、複数の受動フィルタを使用して、それと同じ数の動作帯域および通信規格をサポートする必要がある。

一方、集積化フィルタのすべての電気的特性は制御することができ、したがって多機能を提供することができる。したがって、マルチ・モード・システムで使用したとき、入力信号に基づいてフィルタの特性を変えることにより、単一の集積化フィルタが、容易に複数の標準をサポートすることができる。集積化フィルタの性能は、直線性および感度の点で受動フィルタよりも低い傾向があるが、こうした性能上の欠点は、集積化フィルタを利得制御アンプなど他の回路のビルディングブロックと組み合わせることによって克服することができる。

図３は、一般にダイレクト・コンバージョン受信機のベースバンド信号復元部におけるチャネル選択目的に使用される集積化アナログ・ローパス・フィルタの能動ＲＣの一実装形態を示す。この特定の実装形態は、３つの異なる差動アンプ２５〜２７を直列に接続した３次楕円フィルタである。このフィルタの特性（たとえば、カットオフ周波数）は、可変コンデンサＣ１〜Ｃ５および抵抗器Ｒ１〜Ｒ５に選択された値に基づいて決まる。この実装形態においては、このコンデンサは、フィルタの特性を変更するように変化させることができる容量を有する。

ベースバンド信号復元を実施するのに受動フィルタと比べて集積化アナログ・ローパス・フィルタを使用する利点はあるが、後者のタイプのフィルタには、従来の送受信機で使用するときに少なくとも２つの欠点がある。第１に、このタイプのフィルタは、コンデンサおよび抵抗器のサイズおよびスペースの要件にその多くが起因することになる過剰な量のチップ面積を消費する。このことは、回路の受信部の小型化、したがって一般に送受信機チップの小型化を台無しにする。

第２に、従来の送受信機は、送信経路および受信経路に沿って、別々のベースバンド・フィルタを使用する。受信フィルタは、チャネルを選択するのに使用され、送信フィルタは、デジタル−アナログ変換器などのデジタル処理ブロックからのスプリアス信号を抑制するのに使用される。これらのフィルタは、非常に異なる機能を実行するので、したがって、しばしば非常に異なる特性をもつ。これらの特性の多くは、フィルタを適応的に同調させることによって制御することができる。しかし、適応的同調方式を使用したときでさえも、送受信機のダイレクト・コンバージョンおよびその他のタイプのフィルタリング構成は、受信フィルタおよび送信フィルタが別々のコンポーネントとして実装されるという理由で、最適ではない。別々のフィルタの使用は、実質的に送受信機のサイズを増大させ、この結果小型化を妨げる。

以上の問題に鑑みて、通信用送受信機の送信部および受信部において信号をより効果的にフィルタリングするように実装でき、かつこの改善された性能をこのタイプの従来の回路と比べて高い集積度で実現する、システムおよび方法が必要とされている。

本発明の一目的は、送受信機の送信部および受信部において、従来のフィルタ設計よりも効率的に信号をフィルタリングするシステムおよび方法を提供することである。

本発明の他の目的は、従来の通信用送受信機で使用されるフィルタリング構成よりも、より高度に集積化され、したがって消費するチップのスペースが少ない、通信用送受信機におけるフィルタリング構成を提供することである。

本発明の他の目的は、通信用送受信機において信号をフィルタするのに必要とされるハードウェアの量を低減し、それにより送受信機およびそれに関連するホスト・システムの製造コストにおいてそれに応じた削減を実現することである。

本発明の以上の目的およびその他の目的および利点は、フィルタと、このフィルタを送信経路および受信経路に選択的に接続するコネクタと、フィルタが送信経路に接続されているかそれとも受信経路に接続されているかに基づいて、フィルタの少なくとも１つのパラメータを設定するコントローラとを含む送受信機を提供することによって実現される。コネクタは、好ましくは、フィルタを送信経路または受信経路に接続するための、コントローラの出力に応答する切り換え回路を含む。あるいは、コネクタの切り換えを制御するために、別個のコントローラを設けることもできる。コントローラによって調整されるパラメータは、カットオフ周波数、利得、群遅延、および阻止帯域減衰量のうちの１つまたは複数とすることができる。コントローラ、コネクタ、およびフィルタは、好ましくは、ダウン・コンバージョンまたは複数コンバージョン・アーキテクチャを有することのできる、送受信機のベースバンド信号復元部に含まれる。一変形形態によれば、この
フィルタに追加の回路要素を結合し、接続経路に基づいてコントローラによって調整することができる。これらの要素には、アンプおよび別のフィルタが含まれる。

他の実施形態によれば、本発明は、フィルタと、このフィルタの少なくとも１つのパラメータを送受信機の動作モードに基づいて設定するコントローラとを含む送受信機を提供する。このコントローラは、フィルタを、送受信機が送信モードで動作しているときは少なくとも第１のパラメータに設定し、送受信機が受信モードで動作しているときは少なくとも第２のパラメータに設定する。第１および第２のパラメータは、異なるカットオフ周波数とすることができる。あるいは、調整されるパラメータは、利得、群遅延、または阻止帯域減衰量とすることができる。また送受信機は、このフィルタを、コントローラから出力される選択信号に基づいて送信経路および受信経路に選択的に接続するコネクタも含む。

他の実施形態によれば、本発明は、コントローラと、フィルタに結合されたコネクタとを含む送受信機制御システムを提供する。コネクタは、コントローラからの選択信号に基づいてフィルタを送信経路および受信経路のうちの１つに接続し、同じまたは異なるコントローラが、送受信機の動作モードに基づいて選択信号を生成する。またコントローラは、コネクタがフィルタを送信経路に接続するかそれとも受信経路に接続するかに基づいて、フィルタの少なくとも１つのパラメータも設定する。

他の実施形態によれば、本発明は、送受信機の動作モードを決定し、動作モードに基づいてフィルタの少なくとも１つのパラメータを設定することを含む、送受信機において信号をフィルタリングする方法を提供する。設定するステップで、フィルタは、送受信機が送信モードで動作すると決定されたときは少なくとも第１のパラメータに設定され、送受信機が受信モードで動作すると決定されたときは少なくとも第２のパラメータに設定される。第１および第２のパラメータは、異なるカットオフ周波数もしくは異なる利得、群遅延、または阻止帯域減衰量とすることができる。この方法はさらに、動作モードに基づいてフィルタを送信経路および受信経路のうちの一方に接続することも含む。一変形形態においては、アンプおよび／または別のフィルタが上記のフィルタに接続され、こうした追加の要素の１つまたは複数のパラメータが送受信機の接続状態または動作モードに基づいて設定される。

他の実施形態によれば、本発明は、送受信機における信号フィルタリングを制御する方法を提供する。この方法は、フィルタを送信経路および受信経路に選択的に接続するための第１の信号を生成すること、およびフィルタが送信経路に接続されているかそれとも受信経路に接続されているかに基づいて、フィルタの少なくとも１つのパラメータを設定するための第２の信号を生成することを含む。第１の信号を生成するステップは、送受信機の動作モードを決定すること、およびこの動作モードに基づいて第１の信号を生成することを含む。追加の信号を生成して、アンプおよび／または第１のフィルタに接続された別のフィルタのパラメータを、そのフィルタが送信経路に接続されているかそれとも受信経路に接続されているかに基づいて、調整することもできる。本明細書に記載される本発明の諸実施形態は、それだけには限らないが、信号の時分割多重を実施する送受信機を含めた様々な送受信機で適している。

以下で論じる上記その他の実施形態を通して、本発明は有利には、たとえば時分割多重を実施する通信用送受信機において信号をフィルタリングするために、機能ビルディングブロックを再使用する。このことは、ハードウェア要件を軽減し、信号処理をより高速でより効率的にする。

本発明は、通信用送受信機において信号をフィルタリングするためのシステムおよび方法である。他の手法とは異なり、このシステムおよび方法では、１つのフィルタまたは少なくともその一部を使用して、送受信機の送信経路および受信経路に沿って信号を処理する。これにより、実質的に処理の速度および効率が増し、それと同時に、使用されるハードウェアが少なくなるので、送受信機を組み込むチップのサイズおよびコストが低減される。また、性能を最適化するために、送信信号が処理されるかそれとも受信信号が処理されるかに基づいてフィルタ特性を変えることができるが、望むなら両方のタイプの信号に同じフィルタ特性を使用することもできる。また、フィルタは理想的には、フロント・エンド、より具体的には送受信機のベースバンド信号復元部での使用に適しているが、送信信号および受信信号のフィルタリングが必要とされる信号処理部または送受信機中の他の任意の場所を含めた、その他の場所も可能であることが、当業者には理解できよう。

本明細書に記載のすべての実施形態において、この送受信機には、好ましくは、携帯電話、ＰＤＡ（personal digital assistant）、コンピュータなどの無線端末が含まれる。しかし、本発明は、それだけには限らないが、有線または光のタイプを含めた、他の任意のタイプの通信システムでの使用に適合させることもできることが、当業者には理解できよう。この点に関しては、本発明の制御回路は実質的に同じでよく、システムの接続部およびフィルタ部だけを、使用される伝送媒体（空中、線、光など）のタイプと適合するように変えることができるが、これは必ずしもその必要はないことに留意されたい。また、フィルタは、それだけには限らないが、アナログ・フィルタまたはデジタル・フィルタ、ローパス・フィルタ、バンドパス・フィルタ、またはハイパス・フィルタ、１次フィルタまたはｎ次フィルタなどを含めた、知られる任意のタイプでよい。

図４は、本発明の第１の実施形態による、送受信機において信号をフィルタリングするためのシステムを示す。このシステムは、フィルタ１０１、第１のコネクタ１０２、第２のコネクタ１０３、およびコントローラ１０４を含む。第１のコネクタは、フィルタの入力側を、アンテナ（図示せず）から入力される受信信号を搬送する信号ライン「入力（Ｒｘ）」と、送受信機の信号処理部からの信号を搬送する信号ライン「入力（Ｔｘ）」とに選択的に接続する。第２コネクタは、フィルタの出力側を、たとえば最終的にフィルタリングされた受信信号を送受信機の信号処理部に搬送し得る信号ライン「出力（Ｒｘ）」と、最終的にフィルタリングされた送信信号を上記または別のアンテナに搬送し得る「出力（Ｔｘ）」とに選択的に接続する。送受信機は、ダイレクト・コンバージョン・アーキテクチャまたはスーパヘテロダイン・アーキテクチャを有することができ、あるいは望むなら別のタイプのアーキテクチャを有することもできる。

第１コネクタおよび第２コネクタは、それぞれ１つまたは複数のスイッチを含むように形成することができる。図４では、各コネクタは、フィルタへの／からの受信信号および送信信号をそれぞれ切り換えるための、２つのスイッチＳＷ１およびＳＷ２を含むように示されている。あるいは、１つまたは両方のコネクタを、図５に図示するように、１スイッチ構成として実装することもできる。この実装形態では、各コネクタ中のスイッチＳＷは、フィルタが、第１の位置で受信ラインに接続され、第２の位置で送信ラインに接続されるように、制御される。非直線性をもたらさないのでアナログスイッチが好ましいが、本発明の第１コネクタおよび第２コネクタを、他の任意の選択的接続によって実装できることが、当業者には理解できよう。

コントローラは好ましくは、統合される態様で、コネクタと、フィルタの１つまたは複数のパラメータとを制御するための信号を生成する。これらの信号は、送受信機の動作モードに基づいて生成することができる。たとえば、半二重送受信機では、送信モードおよび受信モードが択一的に実行され、つまり、送受信機は信号の送信と受信を同時に行わない。その結果、受信フィルタが非アクティブであるとき送信フィルタがアクティブであり、逆も同様である。こうした動作モードの切り換えは、当技術分野で周知の制御方式に基づいている。時分割多重化通信（たとえば、８０２．１１ｂ、ＧＳＭ、およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ）を行う送受信機は、同様の方法で動作する、つまり送信部および受信部は、同時に働くのではなく、別々のタイミングで動作する。

本発明のコントローラは、所与の任意のタイミングでどの動作モードが実行されるかについて、検出し、あるいは送受信機の他の制御部から信号を受信し、次いで、コネクタおよびフィルタを制御するための、それに応じた信号を生成する。検出機能は、事前にプログラムされた機能（features）に従って実施することができる。たとえば、ベースバンド・モデムまたはホスト・コントローラは、動作モードを選択し、次いでコネクタおよびフィルタを動作させるためのコントローラに対するコマンドを生成するように、プログラムすることができる。こうした例示的な一実装形態では、コントローラ１０４は、受動的に動作し、ＲＦシステムの外部のメイン・ホスト・コントローラによって動作命令を与えることができる。あるいは、コントローラ１０４は、入力制御情報を復号化して、フィルタの１つまたは複数のパラメータを調整することができる。

コントローラは好ましくは、２つのタイプの信号を生成する。第１のタイプは、送受信機の動作モードに基づいて、コネクタの状態を設定するための選択信号に相当する。送受信機が受信モードで動作している場合、コントローラによって生成された選択信号により、入力（Ｒｘ）ラインおよび出力（Ｒｘ）ラインがフィルタに接続されるように、コネクタが設定される。逆に、送受信機が送信モードで動作している場合、コントローラによって生成された選択信号により、入力（Ｔｘ）ラインおよび出力（Ｔｘ）ラインがフィルタに接続されるように、コネクタが設定される。選択信号は、好ましくは、フィルタリングされた信号を適切なラインに沿って時間調整された形でその宛先に到達させるために、同時に、または最初に出力線が設定されるように、出力される。

信号の第２のタイプは、フィルタの特性を処理される信号のタイプに整合させるように、フィルタの１つまたは複数のパラメータを設定する。先に述べたように、送信信号用に実行されるフィルタリングのタイプは、受信信号用に必要とされるフィルタリングのタイプと非常に異なることがある。たとえば、受信信号は、チャネル選択の目的でフィルタリングされ、一方、送信信号は、送受信機のデジタル信号処理ブロック（たとえば、Ｄ／Ａ変換器）から出力されるスプリアス信号を抑制するためにフィルタリングされることがある。こうした異なるフィルタリング目標は、異なるフィルタリング特性を必要とすることがある。したがって、本発明のコントローラは、必要とされるフィルタリングのタイプを実現するために、次のフィルタ・パラメータ、すなわちカットオフ周波数、利得、群遅延、および阻止帯域減衰量のうちの１つまたは複数を設定するための信号を生成することができる。実行されるフィルタリングのタイプに応じて、フィルタは、１つの動作モードではたとえばローパス・フィルタに、また別の動作モードではバンドパスまたはハイパス・フィルタに設定することができる。フィルタ値を設定することにより、事実上、任意の特性を生成することができる。

図６は、本発明のフィルタの例示的な一実装形態を示す。このフィルタは、たとえば図４に示すコネクタ１０２および１０３にそれぞれ接続された入力端子Ｖ_ｉｎおよび出力端子Ｖ_ｏｕｔを有する、３次ローパス・チェビシェフ・フィルタの形式である。フィルタは、直列に接続されたオペ・アンプ１１０、１１１、および１１２を含み、たとえば、アンプ１１０の出力はアンプ１１１の反転端子に入力され、アンプ１１の出力はアンプ１１２の反転端子に入力される。アンプ１１２の出力は、アンプ１１０の反転端子に戻され、抵抗１１５が帰還に沿って配置されている。各アンプの非反転端子は、接地または別の値でよい基準電位に接続されている。

抵抗器１１５は、アンプ１１０の出力と反転端子の間に並行に接続された抵抗器１１６およびコンデンサ１１７によって形成される構成に接続されている。またフィルタは、アンプ１１１の反転端子に接続された抵抗器１２０、１２１、およびコンデンサ１２２、ならびにアンプ１１２の反転端子に接続された抵抗器１２３、１２４も含んでいる。さらに、フィルタは、入力端子に接続されたコンデンサ１１８および抵抗器１１９も含む。この回路中の抵抗器およびコンデンサは、好ましくは、フィルタの所望の周波数応答を実現するために、コントローラ１０４から供給される信号に基づいて値を変化させることのできる、可変抵抗器および可変コンデンサである。

図７は、チェビシェフ・フィルタをＢｌｕｅｔｏｏｔｈアプリケーション用にどのように構成することができるかを示す。この場合、コントローラ１０４は、フィルタが通過帯域周波数５００ＫＨｚ、通過帯域リップル１００ｍｄＢ、出力周波数Ｆ_Ｏ６５０ＫＨｚ、およびＱ値１．３４１をもつように、抵抗器およびコンデンサの例示的な値を設定する。図８では、フィルタの周波数特性（たとえば、カットオフ周波数５００ＫＨｚ）を示すグラフが提供されている。このグラフで、利得曲線２００は、帯域外の干渉信号が減衰する様子を示す。フィルタの次数およびタイプは、この減衰量を実現するように選択することができる。曲線２１０は、帯域内利得リップルおよび群遅延特性を示す。これらは、所望の信号の減損（impairment）を最小限に抑えるために重要である。

図９は、チェビシェフ・フィルタを８０２．１１ｂのアプリケーション用にどのように構成することができるかを示す。この場合、コントローラ１０４は、フィルタが通過帯域周波数６ＭＨｚ、通過帯域リップル１００ｍｄＢ、出力周波数Ｆ_Ｏ７．７９９ＭＨｚ、およびＱ値１．３４１をもつように、抵抗器およびコンデンサの例示的な値を設定する。図１０では、フィルタの周波数特性（たとえば、カットオフ周波数６ＭＨｚ）を示すグラフが提供されている。このグラフで、利得曲線２２は、帯域外の干渉信号が減衰する様子を示す。フィルタの次数およびタイプは、この減衰量を実現するように選択することができる。曲線２３は、帯域内利得リップルおよび群遅延特性を示す。これらは、所望の信号の減損を最小限に抑えるために重要である。

したがって、上記の例では、コントローラ１０４は、フィルタを適用すべきアプリケーション例に基づいて、フィルタの値を図７および図９のうちの一方の値に設定する。これには、アンプの非反転端子への基準電位だけでなく、抵抗器１１９およびコンデンサ１１７、１１８、１２２の値を変化させることが含まれる。

上記のフィルタは本発明の有利な適用例を表しているが、単に例としてのみ示されている。異なる通信プロトコル間を切り換えるようにフィルタを再構成することに加えて、本発明のシステムおよび方法は、これを使用して、事実上、必要とされる任意の特性または任意の信号のアプリケーション例に整合させるように、フィルタを再構成することができる。

別の例として、本発明のコントローラは、送受信機において、送信信号がフィルタリングされるかそれとも受信信号がフィルタリングされるかに応じてフィルタ特性を異なるように設定させるように実装することができる。この場合、送信フィルタ特性は、受信フィルタ特性と比較して、より広いカットオフ周波数をもつことができる。これは、送信フィルタによって抑制すべきスプリアス信号が、所望の信号よりもかなり離れて位置しているからである。それとは対照的に、受信フィルタ特性は、隣接チャネルの干渉を抑制するために、狭いカットオフ周波数をもつ。

送受信機の動作モードを送信モードから受信モードに変更する必要があるとき、コントローラ１０４は、それに応じてフィルタ特性を変換するための信号を生成する。図７および図９においては、変換では、複数の回路値を変更した。ただし、アプリケーション用例の複雑度に応じて、異なる数および／またはタイプの回路要素を調整することができる。たとえば、調整は簡単であってよく、カットオフ周波数を所望の周波数に再位置決めするために、１つまたは２つの要素を新しい値に設定するだけでよい。より複雑な方式においては、調整では、複数のパラメータを設定することができる。前に示したように、フィルタ・パラメータの調整は、好ましくは、コネクタの調整と同期して実施される。

図１１は、本発明の第１の実施形態による、送受信機において信号をフィルタリングする方法に含まれるステップを示す流れ図である。例として、これらのステップを、図４のシステムを参照して説明する。

この方法の最初のステップは、送受信機の動作モード、たとえば、送受信機が受信モードで動作しているかそれとも送信モードで動作しているかを決定することを含む（ブロック２００）。先に触れたように、これは検出回路によって、あるいはたとえば半二重送受信機で使用される様々な制御動作方式の任意の１つに従って実施することができる。

第２のステップは、最初のステップで決定された動作モードに従って、フィルタを送信経路および受信経路のうちの一方に沿って接続するための選択信号を生成することを含む（ブロック２１０）。したがって、たとえば、送受信機が送信モードで動作していて、信号が受信された場合、コントローラは、フィルタを送受信機の受信経路に沿って接続するための選択信号を生成することができる。

この方法の第３のステップは、最初のステップで決定された動作モードに基づいて、あるいはコネクタの接続状態に基づいて、フィルタ特性を設定するための信号を生成することを含む（ブロック２２０）。このステップは、上述した方法で１つまたは複数のパラメータを変更することによって実施することができる。また、望むなら第２および第３のステップを逆の順序で、あるいは望むなら同時に実行することができることにも留意されたい。

図９は、本発明の第２の実施形態による、信号をフィルタリングするためのシステムを示す。このシステムは、送信経路および受信経路に沿って配置された第１コネクタ３０１、処理ブロック３０２、および第２コネクタ３０３を含む。第１コネクタおよび第２コネクタは、第１の実施形態のコネクタと同じまたは類似してよく、送信経路および受信経路は、同じラベルを用いて識別される。第２の実施形態は、処理ブロックの構成、および同じものを制御するために生成される信号に関して、第１の実施形態と異なる。

第１の実施形態とは異なり、この処理ブロックは、アンプ回路３０５をその間に有する２つのフィルタ３０４、３０６を含んでおり、このアンプ回路３０５は、たとえば可変利得アンプでよい。これらの要素の１つまたは複数の値は、同調／制御回路３０７によって制御され、この同調／制御回路３０７は、第１コネクタおよび第２コネクタ中のスイッチを制御するための信号の生成も行う。これらの値は、受信機の動作モードに基づいて制御され、たとえば、送受信機が送信モードであるかそれとも受信モードであるかに応じて、かつそうしたモードのそれぞれで実現すべき特定の処理目標に応じて、フィルタおよび／またはアンプの１つまたは複数のパラメータを異なる値に設定することができる。

２つのフィルタおよび１つのアンプだけが示されているが、本発明によれば、異なる数のこうした要素を、処理ブロックに含め、制御できることが、当業者には理解できよう。

図１２（ａ）および１２（ｂ）は、本発明の他の実施形態による送受信機サブシステムに含まれるフィルタの等価回路図を示す。この等価回路図では、受信経路２５０および送信経路２６０が、概念を示すために互いに分かれて示されている。図１２（ａ）に示す受信モード（Ｒｘ）フィルタ構成では、フィルタは、２つの３次バターワース・フィルタ２５１、２５３、および３つの可変利得アンプ２５２、２５４、２５５を含んでおり、これらの可変利得アンプはそれぞれ、例示的な利得制御範囲が０〜２０ｄＢでよい。図１２（ｂ）に示す送信モード（Ｔｘ）フィルタ構成では、フィルタは、３次バターワース・フィルタ２５１および可変利得アンプ２５２を含んでおり、送信モード中、上記の他のフィルタおよびアンプは、非アクティブにされる、またはバイパスされる。こうした要素のバイパスは、たとえば、本発明に従って、機能を切り換えることによって実現することができる。

図１３は、フィルタについて、スイッチ２８０、２８１、２９０、１９１と同期して、その受信モード構成と送信モード構成を切り換えるコントローラ２７０を示しており、これらのスイッチは、それぞれ入力端子および出力端子である入力（Ｒｘ）、入力（Ｔｘ）、出力（Ｒｘ）、出力（Ｔｘ）に接続されている。受信モードでは、スイッチ２８０、２９０が閉じて、図１２（ａ）に示すフィルタを構成する。次にコントローラは、受信機動作に望ましい周波数特性が得られるように、バターワース・フィルタ２５１の１つまたは複数のパラメータを設定するための、制御信号を生成する。送信モードでは、スイッチ２８１、２９１が閉じて、図１２（ｂ）に示すフィルタを構成する。次にコントローラは、送信機動作に望ましい周波数特性が得られるように、バターワース・フィルタ２５１の１つまたは複数のパラメータを設定するための、制御信号を生成する。バターワース・フィルタ２５３およびアンプ２５４、２５５のパラメータは固定値に設定することができ、あるいはコントローラ２７０が、所望の特性を得られるようにこうしたパラメータを設定するための制御信号を生成することもできる。また、望むなら、このコントローラが、入力端子および出力端子のスイッチを動作させることもできる。

送受信機の複数の動作モードを扱う単一のフィルタを再構成することにより、他のフィルタ設計と比べて、大幅に高速で効率的な回路が実現される。送信モードでは、受信モードに関係するハードウェアの多くはオフにされ、使用されない。ただし、第１のフィルタおよびアンプは維持される。受信モードでは、こうした同じ要素が再使用され、追加のハードウェアに接続される。したがって、本発明では、フィルタの機能ビルディングブロックの多くを、異なる動作モードに再使用し、それによってハードウェア要件を軽減し、信号処理速度を増大させる。

本発明の上記の実施形態は、様々な方法のうちの任意の方法で変えることができる。たとえば、本発明のフィルタの位置は、送受信機の送信経路および受信経路に沿って変えることができる。たとえば、受信経路に沿って、フィルタの入力を、可変利得アンプまたはダウン・コンバージョン・ミキサの出力に接続することができ、フィルタの出力を、別の可変利得アンプの入力または別のフィルタの入力に接続することができる。送信経路に沿って、フィルタの入力を、デジタル−アナログ変換器の出力または可変利得アンプの出力に接続することができ、フィルタの出力を、別のフィルタの入力、アップ・コンバージョン・ミキサの入力、または可変利得アンプの入力に接続することができる。先に触れたように、好ましい適用例では、上記要素のすべてが、送受信機のフロント・エンド部に位置する。

また、上記の実施形態では、本発明のコネクタおよび処理ブロック（単一フィルタ設計またはフィルタ・アンプ設計）を制御するための信号を生成するための、単一のコントローラが示されている。望むなら、別々のコントローラまたは処理要素を使用して、処理ブロック用信号およびコネクタ用信号を生成することもできる。

また、本発明は特に、時分割多重システムにおいて信号をフィルタリングするのによく適しているが、本発明は、他の通信技法に従って動作する送受信機において信号をフィルタリングするために適用することもできることが、当業者には理解できよう。

また、単に２つの動作モードの切り換えについて上記で論じられているが、本発明は、そのコントローラおよび適切なスイッチによって、３つ以上の動作モードを扱えるように単一のフィルタを再構成するよう、適合させることもできる。

また、本発明のフィルタは、送受信機で実装されるように記載されているが、本発明はこの特定の適用例に限定されるべきではないことが、当業者には理解できよう。そうではなく、本発明の実施形態は、信号フィルタリングが必要とされる任意のマルチ・モード・システムに適用することができる。

要約すると、時分割多重の適用や半二重の適用を実施する送受信機など従来の送受信機は、送信信号および受信信号を処理するために別々のベースバンド・フィルタを使用する。これにより、コスト、ならびに回路を実装するのに必要なチップ面積が増大するという望ましくない結果が生じる。送信経路と受信経路でフィルタを共用することにより、本発明では有利には、その送受信機を実装するのに必要とされるハードウェアの量が低減される。コネクタのコストは事実上無視でき、コネクタの導入によって信号処理時間に実質的な遅延が加わることはないので、これによって事実上オーバヘッドは生じない。また、本発明により、従来の受信機の信号経路に沿ってベースバンド・フィルタを構築するのに使用される大きな能動デバイスおよび受動コンポーネント（たとえば、コンデンサおよび抵抗器）が、削減され、またはなくなる。その結果、送受信機を実装するのに必要なチップ面積が、大幅に、たとえば従来の送受信機トポロジと比べて約５０％削減することができる。

本発明の他の変更形態および変形形態は、上記開示から当業者には明らかであろう。したがって、本発明のある特定の実施形態を本明細書で具体的に記載したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、それに対して数多くの変更を行うことができることが明らかであろう。

スーパ・ヘテロダイン受信機の受信部を示す図である。 ダイレクト・コンバージョン受信機の受信部を示す図である。 ダイレクト・コンバージョン送受信機のベースバンド復元部におけるチャネル選択に使用することのできる集積化アナログ・ローパス・フィルタの能動ＲＣの一実装形態を示す図である。 本発明の第１の実施形態による、送受信機において信号をフィルタリングするためのシステムを示す図である。 図４に示す本発明の第１の実施形態のシステムに含まれるコネクタの代替実装形態を示す図である。 ２つの動作モードを切り換えるように再構成することのできる、本発明のフィルタの一例を示す図である。 図６のフィルタをＢｌｕｅｔｏｏｔｈアプリケーション例用に構成することのできる一方法を示す図である。 図７のフィルタの周波数特性を示すグラフである。 図６のフィルタを８０２．１１ｂアプリケーション例用に構成することのできる一方法を示す図である。 図９のフィルタの周波数特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態による、送受信機において信号をフィルタリングする方法に含まれるステップを示す流れ図である。 本発明の第２の実施形態によるフィルタの受信経路を示す等価回路の図である。 本発明の第２の実施形態によるフィルタの送信経路を示す等価回路の図である。 図１２（ａ）および１２（ｂ）に示すフィルタを再構成するための制御システムを示す図である。

Claims (65)

1. フィルタと、
   前記フィルタを送信経路および受信経路に選択的に接続するコネクタと
   を備えることを特徴とする送受信機。
2. 前記フィルタが前記送信経路に接続されているかそれとも前記受信経路に接続されているかに基づいて、前記フィルタの少なくとも１つのパラメータを設定するコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の送受信機。
3. 前記パラメータは、カットオフ周波数、利得、群遅延、および阻止帯域減衰量のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項２に記載の送受信機。
4. 前記送受信機の動作モードを示す信号を生成する第１のコントローラをさらに備え、前記コネクタは、前記信号に基づいて、前記フィルタを前記送信経路および前記受信経路のうちの１つに接続することを特徴とする請求項１に記載の送受信機。
5. 前記コントローラは、前記信号が送信動作モードを示すときは前記フィルタを前記送信経路に接続し、前記信号が受信動作モードを示すときは前記フィルタを前記受信経路に接続することを特徴とする請求項４に記載の送受信機。
6. 前記送受信機の前記動作モードに基づいて前記フィルタの少なくとも１つのパラメータを設定する第２のコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の送受信機。
7. 前記第２のコントローラは、前記送受信機が送信モードで動作しているかそれとも受信モードで動作しているかに基づいて、前記フィルタの前記少なくとも１つのパラメータを設定することを特徴とする請求項６に記載の送受信機。
8. 前記パラメータは、カットオフ周波数、利得、群遅延、および阻止帯域減衰量のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項６に記載の送受信機。
9. 前記第１のコントローラおよび前記第２のコントローラは、同じコントローラであることを特徴とする請求項６に記載の送受信機。
10. 前記コネクタは、前記フィルタを前記送信経路および受信経路に接続するための切り換え回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の送受信機。
11. 前記フィルタに結合されたアンプと、
    前記フィルタが前記送信経路に接続されているかそれとも前記受信経路に接続されているかに基づいて、前記フィルタおよび前記アンプのうちの少なくとも１つでパラメータを設定するコントローラと
    をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の送受信機。
12. 前記アンプに結合された別のフィルタをさらに備え、
    前記は、前記フィルタが前記送信経路に接続されているかそれとも前記受信経路に接続されているかに基づいて、前記フィルタ、前記別のフィルタ、および前記アンプのうちの少なくとも１つでパラメータを設定することを特徴とする請求項１１に記載の送受信機。
13. 前記コネクタは、前記フィルタを前記受信経路のベースバンド信号復元部に沿って接続することを特徴とする請求項１に記載の送受信機。
14. 前記ベースバンド信号復元部は、単に１つのダウン・コンバージョンに基づいて、受信信号からベースバンド信号を復元することを特徴とする請求項１３に記載の送受信機。
15. 前記ベースバンド信号復元部は、単に１つのミキサを使用して、受信信号からベースバンド信号を復元することを特徴とする請求項１３に記載の送受信機。
16. 前記送信経路および受信経路は、ダイレクト・コンバージョン・アーキテクチャを有することを特徴とする請求項１に記載の送受信機。
17. フィルタと、
    前記送受信機の動作モードに基づいて、前記フィルタの少なくとも１つのパラメータを設定するコントローラと
    を備えることを特徴とする送受信機。
18. 前記フィルタを送信経路および受信経路に選択的に接続するコネクタをさらに備え、
    前記コントローラは、前記フィルタを、前記送受信機が送信モードで動作しているときは少なくとも第１のパラメータに設定し、前記送受信機が受信モードで動作しているときは少なくとも第２のパラメータに設定することを特徴とする請求項１７に記載の送受信機。
19. 前記第１のパラメータおよび第２のパラメータは、異なるカットオフ周波数であることを特徴とする請求項１８に記載の送受信機。
20. 前記パラメータは、カットオフ周波数、利得、群遅延、および阻止帯域減衰量のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１７に記載の送受信機。
21. 前記コントローラは、前記動作モードに基づいて選択信号を生成し、前記コネクタは、前記選択信号に基づいて前記フィルタを前記送信経路および受信経路のうちの１つに接続することを特徴とする請求項１８に記載の送受信機。
22. 前記コネクタは、前記送信経路および受信経路に前記フィルタを接続するための少なくとも１つのスイッチを含むことを特徴とする請求項１８に記載の送受信機。
23. 前記フィルタに結合されたアンプをさらに備え、
    前記コントローラは、前記フィルタが前記送信経路に接続されているかそれとも前記受信経路に接続されているかに基づいて、前記フィルタおよび前記アンプのうちの少なくとも１つでパラメータを設定することを特徴とする請求項１７に記載の送受信機。
24. 前記アンプに結合された別のフィルタをさらに備え、
    前記は、前記フィルタが前記送信経路に接続されているかそれとも前記受信経路に接続されているかに基づいて、前記フィルタ、前記別のフィルタ、および前記アンプのうちの少なくとも１つでパラメータを設定することを特徴とする請求項２３に記載の送受信機。
25. コントローラと、
    フィルタに結合されたコネクタとを備え、
    前記コネクタは、前記コントローラからの選択信号に基づいて、前記フィルタを送信経路および受信経路のうちの１つに接続することを特徴とする送受信機制御システム。
26. 前記コントローラは、前記送受信機の動作モードに基づいて、前記選択信号を生成することを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
27. 前記選択信号は、前記送受信機が送信モードで動作しているときは前記フィルタを前記送信経路に接続するように前記コネクタを制御し、前記選択信号は、前記送受信機が受信モードで動作しているときは前記フィルタを前記受信経路に接続するように前記コネクタを制御することを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
28. 前記コントローラは、前記コネクタが前記フィルタを前記送信経路に接続するかそれとも前記受信経路に接続するかに基づいて、前記フィルタの少なくとも１つのパラメータを設定することを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
29. 前記パラメータは、カットオフ周波数、利得、群遅延、および阻止帯域減衰量のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
30. 前記コネクタは、前記フィルタを前記送信経路および受信経路に接続するための少なくとも１つのスイッチを含むことを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
31. 送受信機において信号をフィルタリングする方法であって、
    前記送受信機の動作モードを決定すること、および
    前記動作モードに基づいて、フィルタの少なくとも１つのパラメータを設定すること
    を備えることを特徴とする方法。
32. 前記設定するステップは、
    前記送受信機が送信モードで動作すると決定されたときは前記フィルタを少なくとも第１のパラメータに設定すること、および
    前記送受信機が受信モードで動作すると決定されたときは前記フィルタを少なくとも第２のパラメータに設定すること
    を含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
33. 前記第１のパラメータおよび第２のパラメータは、異なるカットオフ周波数であることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
34. 前記パラメータは、カットオフ周波数、利得、群遅延、および阻止帯域減衰量のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
35. 前記動作モードに基づいて、前記フィルタを送信経路および受信経路のうちの１つに接続することをさらに備えることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
36. 前記接続するステップは、
    送信モードでは前記フィルタを前記送信経路に接続すること、および
    受信モードでは前記フィルタを前記受信経路に接続すること
    を特徴とする請求項３５に記載の方法。
37. 前記設定するステップは、
    前記動作モードに基づいて、前記フィルタおよびアンプの少なくとも１つのパラメータを設定すること
    を含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
38. 前記設定するステップは、
    前記動作モードに基づいて、前記フィルタ、別のフィルタ、および前記アンプのうちの少なくとも１つのパラメータを設定すること
    を含むことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
39. 前記フィルタは、前記送受信機のベースバンド信号復元部に位置することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
40. 前記送受信機は、ダイレクト・コンバージョン・アーキテクチャを有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
41. 送受信機における信号フィルタリングを制御する方法であって、
    フィルタを送信経路および受信経路に選択的に接続するための第１の信号を生成すること、および
    前記フィルタが前記送信経路に接続されているかそれとも前記受信経路に接続されているかに基づいて、前記フィルタの少なくとも１つのパラメータを設定するための第２の信号を生成すること
    を備えることを特徴とする方法。
42. 前記第１の信号を生成することは、
    前記送受信機の動作モードを決定すること、および
    前記動作モードに基づいて、前記第１の信号を生成すること
    を含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
43. 前記第１の信号は、前記送受信機が送信モードで動作すると決定されたときは前記フィルタを前記送信経路に接続するように生成され、
    前記第１の信号は、前記送受信機が受信モードで動作すると決定されたときは前記フィルタを前記受信経路に接続するように生成されることを特徴とする請求項４２に記載の方法。
44. 前記パラメータは、カットオフ周波数、利得、群遅延、および阻止帯域減衰量のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
45. 前記フィルタが前記送信経路に接続されているかそれとも前記受信経路に接続されているかに基づいて、前記フィルタに結合されたアンプの利得を設定するための第３の信号を生成することをさらに備えることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
46. 前記フィルタが前記送信経路に接続されているかそれとも前記受信経路に接続されているかに基づいて、前記アンプおよびフィルタに結合された別のフィルタの少なくとも１つのパラメータを設定するための第４の信号を生成することをさらに備えることを特徴とする請求項４５に記載の方法。
47. 前記フィルタは、前記受信経路のベースバンド信号復元経路に沿って位置することを特徴とする請求項４１に記載の方法。
48. 前記送受信機は、ダイレクト・コンバージョン送受信機であることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
49. 送受信機において信号をフィルタリングする方法であって、
    前記送受信機の動作モードを決定すること、および
    前記動作モードに基づいて、フィルタを送信経路および受信経路のうちの１つに接続すること
    を備えることを特徴とする方法。
50. 前記接続するステップは、
    送信モードでは前記フィルタを前記送信経路に接続すること、および
    受信モードでは前記フィルタを前記受信経路に接続すること
    を含むことを特徴とする請求項４９に記載の方法。
51. 前記フィルタを、前記送受信機が送信モードで動作すると決定されたときは少なくとも第１のパラメータに設定し、前記送受信機が受信モードで動作すると決定されたときは少なくとも第２のパラメータに設定することをさらに備えることを特徴とする請求項４９に記載の方法。
52. 前記第１のパラメータおよび第２のパラメータは、異なるカットオフ周波数であることを特徴とする請求項５１に記載の方法。
53. 前記第１および第２のパラメータは、カットオフ周波数、利得、群遅延、および阻止帯域減衰量からなる群から選択されることを特徴とする請求項４９に記載の方法。
54. アンプは、前記フィルタに結合され、前記方法は、前記動作モードに基づいて、前記アンプの利得を設定することをさらに含むことを特徴とする請求項４９に記載の方法。
55. 別のフィルタは、前記アンプおよび前記フィルタに結合され、前記方法は、前記動作モードに基づいて、前記別のフィルタの利得を設定することをさらに含むことを特徴とする請求項５４に記載の方法。
56. 前記フィルタは、前記送受信機のベースバンド信号復元部に位置することを特徴とする請求項４９に記載の方法。
57. 前記送受信機は、ダイレクト・コンバージョン・アーキテクチャを有することを特徴とする請求項４９に記載の方法。
58. 送受信機において信号をフィルタリングする方法であって、
    フィルタを送信経路および受信経路に選択的に接続すること、および
    前記フィルタが前記送信経路に接続されているかそれとも前記受信経路に接続されているかに基づいて、前記フィルタの少なくとも１つのパラメータを設定すること
    を備えることを特徴とする方法。
59. 前記送受信機の動作モードを決定することをさらに備え、
    前記接続するステップおよび設定するステップは、前記動作モードに基づいて実行されることを特徴とする請求項５８に記載の方法。
60. 前記接続するステップは、
    前記送受信機が送信モードのときは前記フィルタを前記送信経路に接続すること、および
    前記送受信機が受信モードのときは前記フィルタを前記受信経路に接続すること
    を含むことを特徴とする請求項５９に記載の方法。
61. 前記パラメータは、カットオフ周波数、利得、群遅延、および阻止帯域減衰量のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項５８に記載の方法。
62. 前記フィルタが前記送信経路に接続されているかそれとも前記受信経路に接続されているかに基づいて、前記フィルタに結合されたアンプの利得を設定することをさらに備えることを特徴とする請求項５８に記載の方法。
63. 前記フィルタが前記送信経路に接続されているかそれとも前記受信経路に接続されているかに基づいて、前記アンプおよび前記フィルタに結合された別のフィルタのうちの少なくとも１つのパラメータを設定することをさらに備えることを特徴とする請求項６２に記載の方法。
64. 前記フィルタは、前記送受信機のベースバンド信号復元部に位置することを特徴とする請求項５８に記載の方法。
65. 前記送受信機は、ダイレクト。コンバージョン。アーキテクチャを有することを特徴とする請求項５８に記載の方法。
    

Images