JP2008219868A - ビデオ及び高速データの同時伝送用端末及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サイズ及びコストの問題点を解消した端末を提供する。
【解決手段】屋内環境下におけるビデオ信号及びデータの同時２周波数帯受信又は送信のために、通信システムにおける端末は、ＭＩＭＯ技術用に設計された回路を介してデジタル処理回路に接続されたフロントエンドモジュールから構成する。端末にリンクされた少なくとも２つのアンテナ７，８が広帯域及びデュアルアクセスであり、アクセスの各々が第１又は第２の周波数帯における信号を受信又は送信するためのパスに対応している。フロントエンドモジュール（ＦＥＭ）が、第１の周波数帯における信号を受信又は送信するためのパスＡ，Ｂ，Ｃに接続された第１のスイッチＳ１，Ｓ２と、第２の周波数帯における信号を受信又は送信するためのパスＤ，Ｅに接続された第２のスイッチＤ１とを備え、さらに、最も高い周波数帯で信号を受信又は送信するためのパス内の選択可能な高域通過フィルタを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、屋内環境におけるビデオストリーム（単数又は複数）及び高速データの同時無線伝送方法に関する。本発明は、さらに、ビデオストリーム（単数又は複数）及び高速データの同時無線伝送用端末に関する。より特定的には、本発明は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｂｇ（Ｗｉ−Ｆｉ）ＷＬＡＮ規格及び新たな８０２．１１ｎ規格でサポートされる装置に適用される。

ＩＥＥＥ８０２．１１ａｂｇに準拠しており２．４〜２．５ＧＨｚ及び４．９〜５．９ＧＨｚの帯域で動作するＷｉ−Ｆｉ技術は、今日、屋内環境における高速無線伝送のための最適な技術である。これらの規格から派生した新たな８０２．１１ｎ規格は、同一周波数帯の屋内環境における速度及び受信可能範囲を大幅に増大するであろう。特に、例えばセットトップボックス（ＳＴＢ）といくつかの端末（ＰＣ、ＴＶ等）との間のいくつかのビデオストリーム（ＨＤ及び／又はＳＤ）の伝送又は例えばインターネット接続用の高速データ伝送が可能となるであろう。そこで、ＭＩＭＯ（多入力多出力、Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）技術が、いくつかの同期した無線周波数（ＲＦ）送信及び受信チャネルによって実施される。コスト／パフォーマンスの点で良好な妥協であることから、アンテナにリンクしたフロントエンドモジュール（ＦＥＭ）回路とベースバンドデジタル回路とのインタフェースとして、「２Ｔ３Ｒ」（２送信パス及び３受信パス）回路と呼ばれる単一周波数帯ＭＩＭＯ伝送回路が、最近、ユーザ端末の提供者によりしばしば使用される。

良質のサービスを有する１つ又はそれ以上のビデオリンクと高速データリンクとを同時に提供するために、２．４ＧＨｚ帯及び５ＧＨｚ帯の同時使用が考えられる。最も論理的な使用方法は、２．４ＧＨｚ帯がより狭くかつ過密であるため、５ＧＨｚ帯におけるビデオ伝送及び２．４ＧＨｚ帯におけるデータ伝送である。これらの新たな要求を満足させるため、端末において従来より採用されていた解決法は、独立したアンテナにリンクしており、対応する周波数帯でそれぞれ動作するベースバンドデジタル回路に無線周波数（ＲＦ）回路、即ちＲＦＩＣｓ（複数の無線周波数集積回路）、を介してそれぞれ接続された複数のフロントエンドモジュール（ＦＥＭｓ）を用いることである。「２Ｔ３Ｒ」ＭＩＭＯ技術が、ビデオ伝送についてのアンテナダイバーシチ次数が３の受信にしばしば用いられる。２．４ＧＨｚ帯では、システムの性能を向上させるために、アンテナダイバーシチ次数２も好都合に用いられる。

図１は、屋内環境におけるビデオ及びデータの同時伝送に関するこのような従来システムを表している。５ＧＨｚ帯でアンテナ１〜３によって受信又は送信された、それぞれパスＡ、Ｂ及びＣ上の信号を変換するための端末５Ｇは、アンテナ４及び５によって受信又は送信された、それぞれパスＤ及びＥ上の信号を変換するための端末２．４Ｇの次に配置される。

５ＧＨｚ帯でデータを受信又は送信するために３つのアンテナ１、２及び３にリンクされた、図１における端末５Ｇは、回路ＲＦＩＣ ５Ｇ及びそれぞれのベースバンドデジタル処理回路ＢＢ
５ＧにリンクされたフロントエンドモジュールＦＥＭ ５Ｇを含んでいる。フロントエンドモジュールＦＥＭ ５Ｇは、それぞれのベースバンドデジタル処理回路（ＢＢ）とのインタフェースを構成する回路ＲＦＩＣ
５Ｇに接続されている。このフロントエンドモジュールＦＥＭ ５Ｇは、アンテナ１及び２からのパスＡ及びＢを、ＲＦＩＣインタフェースを形成するＭＩＭＯ回路Ｍ１の入力／出力点ＴＸ１、ＴＸ２、ＲＸ１及びＲＸ２への送信パスか又は受信パスかに切り替えるための２つのＳＰＤＴ（単極双投、Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｒｔ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ）スイッチＳ１及びＳ２で構成されている。受信パスにおいては、寄生効果を除去するために、バンドパスフィルタＦが挿入されている。アンテナ３からのパスＣは、ＭＩＭＯ回路Ｍ１の入力点ＲＸ３に接続された受信専用パスである。例えばＬＮＡｓ（複数の低ノイズ増幅器）である増幅器ａが、信号レベルを適応させるために、各パスに付加的に挿入されている。

単一周波数帯ＭＩＭＯ回路Ｍ１は、３つのアンテナによって同時に受信したＲＸ１、ＲＸ２及びＲＸ３信号を、ベースバンドデジタル処理回路ＢＢ ５Ｇに転送される信号に変換する。これによって、ダイバーシチ次数３の受信動作が行われる。このＭＩＭＯ回路Ｍ１は、また、ベースバンドデジタル処理回路ＢＢ
５Ｇから転送された信号を、アンテナ１及び２によって送信されるべき信号ＴＸ１、ＴＸ２に変換する。これによって、ダイバーシチ次数２の送信動作が行われる。

また、２．４ＧＨｚ帯でデータを受信又は送信するために２つのアンテナ４及び５にリンクされた端末２．４Ｇは、回路ＲＦＩＣ ２．４Ｇ及びそれぞれのベースバンドデジタル処理回路ＢＢ
２．４Ｇにリンクされた、ダイバーシチ次数２で信号を受信又は送信するためのフロントエンドモジュールＦＥＭ ２．４Ｇを含んでいる。フロントエンドモジュールＦＥＭ ２．４Ｇは、アンテナ４及び５によって送信又は受信された信号を、回路ＲＦＩＣ
２．４ＧのＭＩＭＯ伝送回路Ｍ２の出力点ＴＸ又は入力点ＲＸ上の送信又は受信信号に変換するＤＰＤＴ（双極双投、Ｄｏｕｂｌｅ Ｐｏｒｔ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ）スイッチＤ１を含んでいる。

このような従来技術によると、５つの独立したアンテナからなるアンテナ群が必要であり、これはサイズ及びコストの点で大きな問題となる。

従って本発明の目的は、これらの問題点を解消することにある。

本発明は、屋内環境下におけるビデオ信号及びデータの同時２周波数帯受信又は送信のために、ＭＩＭＯ技術用に設計された回路を介してデジタル処理回路に接続されたフロントエンドモジュールから構成されており、アンテナ群にリンクされた通信システムにおける端末からなる。

端末にリンクされた少なくとも２つのアンテナ（７，８）が広帯域及びデュアルアクセスであり、アクセスの各々が第１又は第２の周波数帯における信号を受信又は送信するためのパスに対応している。

フロントエンドモジュールＦＥＭが、第１の周波数帯における信号を受信又は送信するためのパス（Ａ，Ｂ）に接続された第１のスイッチ（Ｓ１，Ｓ２）と、第２の周波数帯における信号を受信又は送信するためのパス（Ｄ，Ｅ）に接続された第２のスイッチ（Ｄ１）とを備えている。

フロントエンドモジュールＦＥＭは、さらに、最も高い周波数帯で信号を受信又は送信するためのパス（Ｂ，Ｃ）内の選択可能な高域通過フィルタを備えている。

従って、この端末はより少ない数の要素を含むものであり、アンテナの数も少なくなる。

本発明の１つの態様においては、フロントエンドモジュールＦＥＭが、最も低い周波数帯の受信パス内の選択可能な低域通過フィルタを備えている。

好ましくは、８０２．１１ａｂｃ規格及び８０２．１１ｎ規格において、上側の周波数帯である第１の周波数帯及び下側の周波数帯である第２の周波数帯が、それぞれ、５ＧＨｚ及び２．４ＧＨｚ帯に対応している。

本発明は、また、ＦＥＭ端末及びＲＦＩＣ回路を介してそれぞれのベースバンドデジタル処理回路ＢＢにリンクされたアンテナ群を含んでおり、複数の同期した送信及び受信チャネルを備えた通信システムにおいてビデオ信号及び高速データを同時送信又は受信するために異なる周波数帯を選択する方法である。

ビデオ信号及び高速データは、上側の第１の周波数帯において送信又は受信される信号についてはこの第１の周波数帯のＲＦＩＣ回路のスイッチに転送される前に、上側の第１の周波数帯及び下側の第２の周波数帯である２つの異なる周波数帯において互いに分離されたデュアルアクセスの２周波数帯アンテナを介して同時に送信又は受信される。

２周波数帯アンテナのアクセスの一方で上側の第１の周波数帯において受信又は送信されるビデオ信号及び高速データは、上側の周波数帯の受信については第１のＭＩＭＯ無線周波数送信回路（Ｍ１）の種々の送信ポート（ＴＸ１，ＴＸ２）又は受信ポート（ＲＸ１，ＲＸ２，ＲＸ３）に切り替えられる前に高域通過フィルタ（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）によってフィルタされ、一方、２周波数帯アンテナのアクセスの他方で下側の第２の周波数帯において受信又は送信されるビデオ信号及び高速データは、第２のＭＩＭＯ無線周波数送信回路（Ｍ２）の種々の送信ポート（ＴＸ）又は受信ポート（ＲＸ）に切り替えられる。

好ましくは、２周波数帯アンテナのアクセスの他方で下側の第２の周波数帯において受信又は送信されるビデオ信号及び高速データは、この第２の周波数帯用の低域通過フィルタ（Ｆ４，Ｆ５）によってフィルタされる。

上述した本発明及び他の特徴及び効果は、添付図面を参照して説明される種々の実施態様に関する以下の記載から明らかとなるであろう。

従来技術による回路について既に簡単に説明しているため、ここでは繰り返して説明は行わない。また、従来技術の回路と同一の要素は、本発明の回路でも同一の参照番号を使用する。

図２に示す本発明の装置は、３つのアンテナを含んでいる。そのうちの２つであるアンテナ７及び８は、後に詳しく述べるＦＥＭに対して特別の接続がなされているデュアルアクセスの広帯域アンテナである。広帯域の２周波数帯（多周波数帯）アンテナは、２つの分離された無線周波数（ＲＦ）アクセス（手段）を含んでいる。この装置は、また、５ＧＨｚ帯でのみ用いられる第３のアンテナ６を含んでいる。このアンテナは、例えば、ただ１つのアクセス（手段）を有する従来の単一周波数アンテナであり得る。端末のサイズ及びコストが決定要素となる本発明においては、アンテナにプリント回路技術が用いられる（安価な製造コスト）。いくつかのアンテナの配置形態が文献に記載されている。

このような概念を実施するには、２．４ＧＨｚと５ＧＨｚの回路の同時動作のためにいくつかの予防処置をとることが要求される。これは、２．４ＧＨｚの信号で動作しているパスＤ及びＥが５ＧＨｚの信号によって汚染される危険又はその逆の危険が存在するためである。ユーザ端末の性能を大幅に向上させるために、以下のように、特別の無線周波数（ＲＦ）アーキテクチャが選択される。３つのアンテナは、パス間のアイソレーションが最大となるように配置される。これは、ＭＩＭＯモード（独立したアンテナ）で動作しているシステムの性能を向上のみさせることができる。これは、例えば、２周波数帯アンテナを両方の端部に配置し、単一周波数帯アンテナを中央に配置したアンテナ構造である。

５ＧＨｚ帯の信号を送信及び受信するための、アンテナ７及び８の５ＧＨｚアクセス（手段）は、パスＢ及びスイッチＳ２を介して、又はパスＣ、フィルタＦ及び増幅器ａを介して５ＧＨｚで動作しているＭＩＭＯ
Ｍ１に接続されている。一方、２．４ＧＨｚ帯の信号を送信及び受信するための、これらアンテナ７及び８の２．４ＧＨｚアクセス（手段）は、パスＤ及びＥ、スイッチＤ１、フィルタＦ並びに増幅器ａを介して２．４ＧＨｚで動作しているＭＩＭＯ
Ｍ２に接続されている。２つのＭＩＭＯ回路は、独立しておりかつ同時に（ｉｎ ｐａｒａｌｌｅｌ）動作する。

パス間の相互汚染を低減するため、２．４ＧＨｚの送信が５ＧＨｚの受信を妨害しないようにするための高域通過フィルタＦ１がパスＢに導入されている。また、パスＣには、２．４ＧＨｚの送信が５ＧＨｚの受信を劣化しないようにするための高域通過フィルタＦ２が導入されている。さらに、パスＡには、２．４ＧＨｚの送信によって５ＧＨｚの受信が劣化されないようにするための高域通過フィルタＦ３が導入されている。

パスＤ及びＥには、５ＧＨｚの送信によって２．４ＧＨｚの受信が劣化されないようにするための低域通過フィルタＦ４及びＦ５がそれぞれ導入されている。物理的に離れたアンテナ間のアイソレーションが充分である場合、パスＡ及びＥにおけるフィルタは不要である。アンテナ間のアイソレーション、即ちアンテナの配置、が重要であることは明らかである。ＦＥＭを簡単にするために、例えば異なる極性を用いても良い。

フィルタＦ１〜Ｆ５の実施及び寸法決めに関して、例えば以下の条件で観察された、
デュアルアクセスアンテナのアイソレーション：１８ｄＢ
アンテナ利得：０ｄＢｉ
２．４ＧＨｚアンテナに供給される電力Ｐｏｕｔ：１８ｄＢｍ
５ＧＨｚアンテナに供給される電力Ｐｏｕｔ：１６ｄＢｍ
２．４ＧＨｚＬＮＡの入力で低減されたノイズ係数：６ｄＢ
５ＧＨｚＬＮＡの入力で低減されたノイズ係数：６ｄＢ
ＬＮＡの入力におけるノイズレベル：−１６８ｄＢｍ／Ｈｚ
近いアンテナ間のアイソレーション：２０ｄＢ
最も遠く離れたアンテナ間のアイソレーション：３０ｄＢ
信号の帯域幅：２０ＭＨｚ
送信Ｃ／Ｎの信号ノイズ比：４０ｄＢ
受信Ｃ／Ｎの信号ノイズ比：２０ｄＢ
２．４ＧＨｚにおける低域通過フィルタの減衰：４０ｄＢ
５ＧＨｚにおける低域通過フィルタの減衰：４０ｄＢ。

パスＡの５ＧＨ受信信号が、−４２ｄＢｍ（Ｐｉｎ＝−４２ｄＢｍ）という妨害信号の電力レベルにおける２．４ＧＨｚ信号によって汚染される危険については、受信パスのフィルタＦによる帯域フィルタリング４０ｄＢと物理的に離れたアンテナ間のアイソレーション２０ｄＢを考慮に入れ、−８２ｄＢｍのＰｉｎノイズに対応するノイズレベルがあるとき、従来の３０ｄＢ高域通過フィルタＦ３を追加することにより、ノイズ密度が−１５５ｄＢｍ／Ｈｚから−１８５ｄＢｍ／Ｈｚに改善される。物理的に離れたアンテナ間のアイソレーションが充分である場合、このフィルタは任意となる。

パスＢの５ＧＨ受信信号が、−４０ｄＢｍ（Ｐｉｎ＝−４０ｄＢｍ）という妨害信号の電力レベルにおける２．４ＧＨｚ信号によって汚染される危険については、受信パスのフィルタＦによる帯域フィルタリングと物理的に離れたアンテナ間のアイソレーション３０ｄＢを考慮に入れ、−７０ｄＢｍのＰｉｎノイズに対応するノイズレベルがあるとき、４０ｄＢの高域通過フィルタＦ１を追加することが必要となる。これにより、Ｐｉｎ信号が−７０ｄＢｍ、Ｐｉｎノイズが−１１０ｄＢｍ、ノイズ密度が−１８３ｄＢｍ／Ｈｚとなる。

パスＣの５ＧＨ受信信号が、０ｄＢｍ（Ｐｉｎ＝０ｄＢｍ）という妨害信号の電力レベルにおける２．４ＧＨｚ信号によって汚染される危険については、受信パスのフィルタＦによる帯域フィルタリングと物理的に離れたアンテナ間のアイソレーション３０ｄＢを考慮に入れ、−４０ｄＢｍのＰｉｎノイズに対応するノイズレベルがあるとき、７０ｄＢの高域通過フィルタＦ２を追加することが必要となる。これにより、Ｐｉｎ信号が−７０ｄＢｍ、Ｐｉｎノイズが−１１０ｄＢｍ、ノイズ密度が−１８３ｄＢｍ／Ｈｚとなる。

パスＤ及びＥの２．４ＧＨ受信信号が、−４４ｄＢｍ（Ｐｉｎ＝−４４ｄＢｍ）という妨害信号の電力レベルにおける５ＧＨｚ信号によって汚染される危険については、受信パスのフィルタＦによる帯域フィルタリングと物理的に離れたアンテナ間のアイソレーション３０ｄＢを考慮に入れ、−４４ｄＢｍのＰｉｎノイズに対応するノイズレベルがあるとき、３０ｄＢの低域通過フィルタＦ４及びＦ５を追加することが必要となる。これにより、ノイズ密度が−１８７ｄＢｍ／Ｈｚとなる。

物理的に離れたアンテナ間のアイソレーションが充分である場合、これらのフィルタは任意となる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者は本発明における種々の変更態様の存在を認識するであろう。実際、アンテナが近接することに対する制約が異なっていれば、アンテナ間のアイソレーションが重要となり、高域通過フィルタ及び低域通過フィルタの数値はこれに従属するであろう。

受信及び送信ダイバーシチを備えた異なるＭＩＭＯ伝送回路を採用することができる。

従って、２．４ＧＨｚ周波数帯で受信するためのより高いダイバーシチ次数を予想できる。この場合、３つのアンテナは、デュアルアクセスの２周波数帯アンテナでなければならず、フロントエンドモジュールは異なるＭＩＭＯ伝送モジュールへの信号を切り替えるために適応される。

従来技術による端末を示す図である。 本発明による端末を示す図である。

符号の説明

１〜７ アンテナ
２．４Ｇ、５Ｇ 端末
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ パス
ａ 増幅器
ＢＢ、ＢＢ ２．４Ｇ、ＢＢ ５Ｇ ベースバンドデジタル処理回路
Ｄ１ ＤＰＤＴスイッチ
Ｆ フィルタ
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３ 高域通過フィルタ
Ｆ４、Ｆ５ 低域通過フィルタ
ＦＥＭ ２．４Ｇ、ＦＥＭ ５Ｇ フロントエンドモジュール
Ｍ１、Ｍ２ ＭＩＭＯ回路
ＲＦＩＣ ２．４Ｇ、ＲＦＩＣ ５Ｇ 回路
Ｓ１、Ｓ２ ＳＰＤＴスイッチ

Claims (5)

1. 屋内環境下におけるビデオ信号及びデータの同時２周波数帯受信又は送信のために、ＭＩＭＯ技術用に設計された回路（ＲＦＩＣ）を介してデジタル処理回路（ＢＢ）に接続されたフロントエンドモジュール（ＦＥＭ）から構成されており、アンテナ群にリンクされた通信システムにおける端末であって、
   少なくとも２つのアンテナ（７，８）が広帯域及びデュアルアクセスであり、該アクセスの各々が第１又は第２の周波数帯における信号を受信又は送信するためのパス（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）に対応しており、
   前記フロントエンドモジュール（ＦＥＭ）が、前記第１の周波数帯における信号を受信又は送信するための前記パス（Ａ，Ｂ）に接続された第１のスイッチ（Ｓ１，Ｓ２）と、前記第２の周波数帯における信号を受信又は送信するための前記パス（Ｄ，Ｅ）に接続された第２のスイッチ（Ｄ１）と、最も高い周波数帯で信号を受信又は送信するための前記パス（Ｂ，Ｃ）内の選択可能な高域通過フィルタとを備えていることを特徴とする端末。
2. 前記フロントエンドモジュール（ＦＥＭ）が、最も低い周波数帯の受信パス（Ａ，Ｄ，Ｅ）内の選択可能な低域通過フィルタ（Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の端末。
3. 上側の周波数帯である前記第１の周波数帯及び下側の周波数帯である前記第２の周波数帯が、それぞれ、５ＧＨｚ及び２．４ＧＨｚ帯に対応していることを特徴とする請求項２に記載の端末。
4. ＦＥＭ端末及びＲＦＩＣ回路を介してそれぞれのベースバンドデジタル処理回路（ＢＢ）にリンクされたアンテナ群を含んでおり、複数の同期した送信及び受信チャネルを備えた通信システムにおいてビデオ信号及び高速データを同時送信又は受信するために異なる周波数帯を選択する方法であって、
   前記ビデオ信号及び前記高速データは、上側の第１の周波数帯において送信又は受信される信号については該第１の周波数帯の前記ＲＦＩＣ回路のスイッチに転送される前に、該上側の第１の周波数帯及び下側の第２の周波数帯である２つの異なる周波数帯においてデュアルアクセスの２周波数帯アンテナを介して同時に送信又は受信され、
   前記２周波数帯アンテナのアクセスの一方で前記上側の第１の周波数帯において受信又は送信される前記ビデオ信号及び前記高速データは、上側の周波数帯の受信については第１のＭＩＭＯ無線周波数送信回路（Ｍ１）の種々の送信ポート（ＴＸ１，ＴＸ２）又は受信ポート（ＲＸ１，ＲＸ２，ＲＸ３）に切り替えられる前に高域通過フィルタ（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）によってフィルタされ、一方、前記２周波数帯アンテナのアクセスの他方で前記下側の第２の周波数帯において受信又は送信される前記ビデオ信号及び前記高速データは、第２のＭＩＭＯ無線周波数送信回路（Ｍ２）の種々の送信ポート（ＴＸ）又は受信ポート（ＲＸ）に切り替えられることを特徴とする方法。
5. 前記２周波数帯アンテナのアクセスの他方で前記下側の第２の周波数帯において受信又は送信される前記ビデオ信号及び前記高速データは、該第２の周波数帯用の低域通過フィルタ（Ｆ４，Ｆ５）によってフィルタされることを特徴とする請求項４に記載の、ビデオ信号及び高速データを同時送信又は受信するために異なる周波数帯を選択する方法。

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