JP2009523338A - マルチバンド無線モジュール - Google Patents

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Abstract

本発明は、通信端末で複数のバンドに適合するように構成されている無線モジュールに関するものである。この無線モジュールは、アンテナに接続可能なアンテナポート(2)とトランシーバ(11)の送信セクションに接続可能な入力ポートとを備える電力増幅モジュール(2)と、アンテナポートとトランシーバの受信セクションとに接続可能なフロントエンドモジュール(8)とを備え、電力増幅モジュールとフロントエンドモジュールは、アンテナポートを介して、複数の周波数バンド及び複数の変調バンドの少なくとも一方をカバーすることができる。
【選択図】 なし

Description

本発明の分野
本発明は、通信端末において、複数の帯域(バンド)に適合するように構成されている無線モジュールに関するものである。
従来技術
移動電話のような通信端末は、たいていは、1つの周波数帯域よりも多い帯域で通信することができ、かつWCDMA及びGSMのような異なる送信方法を使用することができる、無線インタフェースが搭載されている。EDGE(グローバル展開用拡張データレート(Enhanced Data rates for Global Evolution))は、GSMデジタルセルラー電話システムとTDMAデジタルセルラー電話システムの拡張版であり、これは、384kbpsまでのデータ送信を提供する。WCDMA及びEDGEによって高速データレートをサポートするWEDGEに対する既存のソリューションでは、異なる帯域、既存のPA−電力増幅器(power amplifier)ソリューション、空間及びコストとの間での切替の高い複雑性のために、2つの帯域しか使用することができない。
本発明の要約
本発明は、RFスイッチ、及び1つだけのアンテナポートを備える無線モジュールによって、4つのGSMバンドと8つのWCDMAバンドとのすべてをサポートするマルチバンド設計の実装を解決するものである。このソリューションは、最低限のものであり、そして、空間的な制約なしに、電話におけるRFスイッチと専用のPAソリューション(同一のPAモジュール内でのGSM、EDGE、WCDMAのマルチモード)によって、TDMAとCDMAモード(同時ではない)の両方において、受信RXと送信TXの可能性をもたらすものである。
第1の構成では、本発明は、マルチバンド無線モジュールを提供する。このマルチバンド無線モジュールは、
アンテナに接続可能なアンテナポートとトランシーバの送信セクションに接続可能な入力ポートとを備える電力増幅モジュールと、
前記アンテナポートとトランシーバの受信セクションとに接続可能なフロントエンドモジュールとを備え、
前記電力増幅モジュールと前記フロントエンドモジュールは、前記アンテナポートを介して、複数の周波数バンド及び複数の変調バンドの少なくとも一方をカバーすることができる。
一実施形態では、前記電力増幅モジュールは、フィルタ群と低周波数用の電力増幅器とを備える送信ブランチと、フィルタ群と高周波数用の電力増幅器とを備える送信ブランチとの少なくとも2つの送信ブランチを備える。
好ましくは、前記電力増幅モジュールの前記入力ポートは、複数のフィルタと、前記トランシーバから送信されるバンドを制御するためのスイッチ手段とを備える。
一実施形態では、前記フロントエンドモジュールは、低周波数用のフィルタを備えるブランチと、高周波数用のフィルタを備えるブランチとの少なくとも2つのブランチを備える。
好ましくは、前記フロントエンドモジュールは、複数のフィルタと、前記トランシーバから送信されるバンドを制御するためのスイッチ手段を備える。
第2の構成では、本発明は、通信デバイスを提供する。この通信デバイスは、
アンテナに接続可能なアンテナポートとトランシーバの送信セクションに接続可能な入力ポートとを備える電力増幅モジュールと
前記アンテナポートとトランシーバの受信セクションとに接続可能なフロントエンドモジュールと
を有する無線モジュールを備え、
前記電力増幅モジュールと前記フロントエンドモジュールは、前記アンテナポートを介して、複数の周波数バンド及び複数の変調バンドの少なくとも一方をカバーすることができる。
この通信デバイスは、携帯電話、ページャ、コミュニケータ、スマートフォン、電子オーガナイザあるいはPCカードであっても良い。
実施形態の詳細説明
本発明は、通信端末に適している無線モジュールに関して説明する。この通信端末には、例えば、携帯電話、ページャ、コミュニケータ、スマートフォン、あるいは電子オーガナイザがある。本発明は、また、「PCMCIAカード」、即ち、ポータブルコンピュータに無線トランシーバを接続するために使用されるPCカード(パーソナルコンピュータメモリカード国際協会による規格化されている、カリフォルニア州、サンノゼ)に組み込まれていても良い。本明細書は、本発明に関連する構成要素に着目するものとし、他の構成要素は標準的なものとすることができる。
一実施形態は、4つのGSM(GPRSとEDGEの両方)バンドと8つのWCDMAバンドを提供する最低限のソリューションを備える。
ここで、25.101UTRAN FDDにおけるWCDMAによって定義されているバンドは、以下の通りである。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
動作バンド | UL周波数 | DL周波数
| UE送信、ノードB受信 | UE受信、ノードB送信
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
I | 1920−1980MHz | 2110−2170MHz
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
II | 1850−1910MHz | 1930−1990MHz
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
III | 1710−1785MHz | 1805−1880MHz
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
IV | 1710−1755MHz | 2110−2180*MHz
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
V | 824− 849MHz | 869− 894MHz
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
VI | 830− 840MHz | 875− 885MHz
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
VII | 2500−2570MHz | 2620−2690MHz
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
VIII | 890− 915MHz | 935− 960MHz
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IX | 1750−1785MHz | 1845−1880MHz
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
UL=アップリンク
DL=ダウンリンク
UE=ユーザ機器
これらのバンドの内の8つのバンドに加えて、4つのGSMバンドを網羅(カバー)するためには、無線モジュールは、通常、ハイグレード設計、膨大なコスト、大きな面積が必要となる。今日使用されている多くの設計は、これらの12のバンドそれぞれにあるいは2つだけに対して、デュプレクサ群と電力増幅器であるPA群を使用している。従来のスイッチ群は、ますます複雑になっている。
提案するソリューションは、面積を最小化し、コストを削減し、同一の無線周波数RFモジュールで、あらゆるバンドの組み合わせのほとんどを使用する可能性をもたらすものである。
このソリューションは、GPRS(汎用パケット無線サービス)規格及びEDGE/WCDMA規格をカバーすることができる、電力増幅器(ローバンド(低帯域)及びハイバンド(広帯域)の両方)に基づいている。好ましくは、リニアモード(linear mode)と飽和モード(saturated mode)の両方において、同一のPAで、GMSK/8PSK/QPSK/16QAM変調を使用して、信号を増幅することができる、いわゆるマルチモードPAが使用される。
図を参照して以下で説明されるPAモジュールであるPAMにおいて、これらのPA群を搭載することができる。
マルチバンド無線モジュールの実施形態が図1に示される。
無線モジュールは、トランシーバ11と協働するように構成されていて、このトランシーバ11は、EDGE変調、WCDMA変調及びGMSK変調を用いて信号を送受信することができる。このトランシーバは、いくつかのLNA(低ノイズ増幅器)ポートのそれぞれで受信されるGMSK/8PSK/QPSK/16QAM変調を復調することができるべきである。
トランシーバ11は、電力増幅器モジュール1であるPAMに接続されていて、このPAMは、アンテナ接続用のアンテナポート2であるANTを有している。ダイプレクサ(diplexer)3は、ハイバンド(WCDMA1、2、3、4、7、9、DCS1800及びPCS1900、ブルートゥース、WLAN等)からローバンド(WCDMA5、6、8及びGSM900及び850)を分離して、2つのブランチ(branch)にするために使用される。
このようなダイプレクサは、約0.3dBの挿入損失(insertion loss)と、実際のハイアイソレーション(high isolation)を適切に有していて、このハイアイソレーションは、ハーモニックス放射(高調波放射)(harmonics emission)とスプリアス発射(spurious emission)を最小化する。
アンテナポート1の後段には、2つのブランチ(分岐)が受信部RXと送信部TXとに分割されていて、これらは、2つのデュプレクサ4aと4bによる、上述で定義されるようなローバンドとハイバンドの両方に対するものである。これらの2つのデュプレクサに対する要件は高くない。ローデュプレクサ4aは、低挿入損失(推定最大値0.5db)で、かつTXとRXとの間がそれほど高いアイソレーション(isolation)でない、TXローバンド(824−915MHz)とRXローバンド(869−960MHz)とについてカバーすべきである。同一の要件を、ハイバンドデュプレクサ4bに適用する。このハイバンドデュプレクサ4bは、TXハイバンド(1710−1980)MHzとRXバンド(1805−2180)MHzをカバーすべきである。
推定TX挿入損失は、すべてのTXモードにおけるGSM/EDGEとWCDMAに対して、最大約1dBとなる。
アンテナポート2からの受信ブランチ(branch)群は、フロントエンドモジュールであるFEM8に接続されていて、このFEM8は、各ブランチに対して、スイッチ9aと9b、フィルタ10を有している。これらは、WCDMA5&6/GSM850とWCDMA8/GSM9間のローRXバンドブランチと、WCDMA3&9/DCS1800、WCDMA2/PCS及びWCDMA4と1(上述のように定義されるWCDMAバンド)間のハイRXブランチについて、スイッチングの可能性を可能にする。つまり、図示の実施形態では、ブランチ群上の受信信号は、12の周波数/変調バンドに適合するように、スイッチ9a、9bによって、5つの周波数グループに分割される。
より低ノイズのローノイズ増幅器であるLNAの入力(例えば、周波数/変調バンドの組み合わせそれぞれに対するLNA入力)を有するトランシーバに対して、よりハイグレードのスイッチを使用することもできる。
RXスイッチ9a、9bは、好ましくは、ブロッキング(blocking:遮断)要件を満足するような、低挿入損失(典型的には、0.5dB)と100dBmを下回る低相互変調歪みであるIMDを有するべきである。
ローRXバンド用のスイッチ9a(スイッチ3)は単極(single pole)かつ2つのスループットを有するSP2Tであり、ハイRXバンド用のスイッチ9b(スイッチ4)は単極かつ3つのスループットを有するSP3Tである。このSP3Tは、3つの制御信号が、2つのスイッチ9a、9bに対して要求されることを意味する。
これらの制御信号は、ベースバンドプロセッサによってスイッチすることができる。例えば、GSM/EDGE(TDMA)あるいはWCDMA TDD、つまり、時分割デュプレックスが使用される場合、システムは、同時に送受信することはなく、スイッチ群は、制御信号による受信あるいは送信の前に開閉されることになる。一方、WCDMAモード(CDMA−FDD周波数分割デュプレックス)では、送受信は同時に実行され、スイッチは、指定のRXとTXパス(各WCDMAバンドについての)を開放させることになる。上述のシステムは、WCDMA圧縮モードと非圧縮モードの両方を取り扱うことができる。この圧縮モードは、移動電話を、GSMモードにして、他の基地局から情報を読み出す、あるいはローミング用の他のWCDMA周波数をサーチすることを可能にする。非圧縮モードでは、WCDMAの動作が継続する。
RXスイッチ9a、9bの後段には、バンド外で高減衰を獲得し、かつバンド内で低リップルを獲得するために、バンドパスフィルタ群10(例えば、弾性表面波であるSAW(surface acoustic wave)、バルク超音波であるBAW(bulk acousitc wave)あるいはフィルムバルク音響共振器であるFBAR(film bulk acoustic resonator))を使用する。このバンドパスフィルタ群10は、ライン13を介してトランシーバ11の入力、好ましくは、トランシーバ1の受信セクションのLNA入力に接続されている。
ローバンド及びハイバンド、及びLNA入力に対する推定挿入損失は、最大4dBとなる。
トランシーバ11の送信セクションからの送信TXブランチ群は、電力増幅モジュール1の入力ポートにおいて、ライン12上のバッファ(不図示)を介する2つのスイッチに対する出力であり、この2つのスイッチは、ローバンド用のスイッチ7a(スイッチ1)と、ハイバンド用のスイッチ7b(スイッチ2)である。
トランシーバは、ブローバンドTXバッファ群を使用することができる。このブロードバンドTXバッファ群は、上述のようなローバンドTX(WCDMA5、6&8)+GSM850/GSM900のすべてに対するバッファと、(WCDMA1、2、3、4、9)及びDCS1800及びPCS1900に対する他のTXバッファをカバーしている。
スイッチ7a、7bは、WCDMAを処理することができるようになる(これらのスイッチは、各バンドに対して閉じられるだけである)、あるいは、それらは、例えば、GMSK及び8PSKあるいはWCDMAのようなTDD(時分割デュプレックス)に対してスイッチすることができる。
スイッチ7a、7b(1、2)は、好ましくは、低挿入損失(推定最大0.6dB)のRFスイッチタイプ(CMOS、PINダイオード、GaAs等)である。
ローTXバンド用のスイッチ7a(スイッチ1)は単極(single pole)かつ2つのスループットを有するSP2Tであり、ハイTXバンド用のスイッチ7b(スイッチ2)は単極かつ3つのスループットを有するSP3Tである。このSP3Tは、3つの制御信号が、2つのスイッチ7a、7bに対して要求されることを意味する。図示の実施形態では、ライン12上の送信信号は、12の周波数/変調バンドに適合するように、スイッチ7a、7bによって、5つの周波数グループに分割される。
2つのスイッチ7a、7bの後段にはそれぞれ、2つのバンドパスフィルタを備えるフィルタバンク5aと、3つのバンドパスフィルタを備えるフィルタバンク5bの2つのフィルタバンク(1出力、複数入力)が存在する(例えば、SAW、BAWあるいはFBARフィルタ)。
スイッチ7aに後続するローバンドTX用のフィルタバンク5aは、一方のバンドパスフィルタでWCDMA5、6/GSM850をカバーし、もう一方のバンドパスフィルタでWCDMA8及びGSM900をカバーする。
スイッチ7bに後続するハイバンドTX用のフィルタバンク5bは、1つ目のバンドパスフィルタでDCS1800/WCDMA3、4をカバーし、2つ目のバンドパスフィルタでWCDMA2/PCS1900をカバーし、3つ目のバンドパスフィルタでWCDMA1をカバーする。
好ましくは、フィルタバンク5a、5bは、バンド外で高減衰、かつバンドに渡って低リップルを有している。挿入損失は、鍵となる要素ではなく、極めて高くても良い。
フィルタバンク5a、5bの後段には、それぞれについて電力増幅器PA1とPA2が存在する。ローTXバンド用の電力増幅器PA1は、上述の(WCDMA5、6&8)+GSM850/GSM900用であり、ハイTXバンド用の電力増幅器PA2は、(WCDMA1、2、3、4、9)及びDCS1800/1900用である。
市場における既存の電力増幅器は、EDGE/GMSK規格とWCDMA規格の両方に適合している場合もある。
スイッチ群と電力増幅器群を備えるフィルタバンク分は、電力制御を含み得るPAモジュールソリューションとすることができる。
コントロールユニット14(例えば、移動電話プロセッサ)は、制御信号を送信することによってスイッチ7a、7b、9a、9bを制御する。特定の周波数/変調バンドは、所望の通信オペレータを選択しながらユーザによって選択されても良く、あるいは接続が確立する場合、あるいはハンドオーバ処理中等に、ネットワークから受信される制御情報に基づいてコントロールユニット内のソフトウェアによって自動的に設定される。
このソリューションは、今日使用される方法と同一の方法のスイッチングを使用しないで、12のバンドの電話ソリューションの複雑性の度合を軽減する。従来技術のようなアンテナポートでのスイッチングに代えて、本願発明では、GSM TDDとWCDMAの両方での送受信を可能にするトランシーバに近いモードでスイッチされる。その結果、1つのアンテナポートだけが必要とされ、これは、アンテナスイッチの複雑性を軽減する。
図面及び明細書では、本発明の実施形態を開示している。また、特定の用語が採用されているが、これらは、汎用的かつ説明的な意味で使用されているだけであって、限定を目的するものではない。例えば、いくつかのバンド、特定の無線周波数、及び変調方法は、変更することができる。本発明は、ハードウェア及びソフトウェアの適切な組み合わせによって実現されても良い。本発明の範囲は、請求項で説明される。
本発明の実施形態に従うマルチバンド無線モジュールの図である。

Claims (7)

  1. マルチバンド無線モジュールであって、
    アンテナに接続可能なアンテナポートとトランシーバの送信セクションに接続可能な入力ポートとを備える電力増幅モジュールと、
    前記アンテナポートとトランシーバの受信セクションとに接続可能なフロントエンドモジュールとを備え、
    前記電力増幅モジュールと前記フロントエンドモジュールは、前記アンテナポートを介して、複数の周波数バンド及び複数の変調バンドの少なくとも一方をカバーすることができる
    ことを特徴とするマルチバンド無線モジュール。
  2. 前記電力増幅モジュールは、フィルタ群と低周波数用の電力増幅器とを備える送信ブランチと、フィルタ群と高周波数用の電力増幅器とを備える送信ブランチとの少なくとも2つの送信ブランチを備える
    ことを特徴とする請求項1に記載のマルチバンド無線モジュール。
  3. 前記電力増幅モジュールの前記入力ポートは、複数のフィルタと、前記トランシーバから送信されるバンドを制御するためのスイッチ手段とを備える
    ことを特徴とする請求項2に記載のマルチバンド無線モジュール。
  4. 前記フロントエンドモジュールは、低周波数用のフィルタを備えるブランチと、高周波数用のフィルタを備えるブランチとの少なくとも2つのブランチを備える
    ことを特徴とする請求項1に記載のマルチバンド無線モジュール。
  5. 前記フロントエンドモジュールは、複数のフィルタと、前記トランシーバから送信されるバンドを制御するためのスイッチ手段を備える
    ことを特徴とする請求項4に記載のマルチバンド無線モジュール。
  6. 通信デバイスであって、
    アンテナに接続可能なアンテナポートとトランシーバの送信セクションに接続可能な入力ポートとを備える電力増幅モジュールと、
    前記アンテナポートとトランシーバの受信セクションとに接続可能なフロントエンドモジュールと
    を有する無線モジュールを備え、
    前記電力増幅モジュールと前記フロントエンドモジュールは、前記アンテナポートを介して、複数の周波数バンド及び複数の変調バンドの少なくとも一方をカバーすることができる
    ことを特徴とする通信デバイス。
  7. 当該通信デバイスは、携帯電話、ページャ、コミュニケータ、スマートフォン、電子オーガナイザあるいはPCカードである
    ことを特徴とする請求項6に記載の通信デバイス。
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