JP2013506350A

JP2013506350A - 無線周波数フロントエンドおよびスペクトルセンサー

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Publication number: JP2013506350A
Application number: JP2012531190A
Authority: JP
Inventors: バーケット，ニール; ウー，シクァン
Original assignee: ウィ−ランインコーポレイテッド
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: EP2484108A1; CN102577357B; JP5770735B2; US20110075048A1; EP2484108A4; TW201136303A; HK1170615A1; KR20120090946A; WO2011038484A1; CN102577357A; US8350970B2

Abstract

テレビ帯域受信器およびスペクトルセンサー用の無線周波数フロントエンドであり、信号加算器に接続された第一の複数の適応型マッチングネットワークを備える。この信号加算器は、前記第一の複数の適応型マッチングネットワークに各々が接続されている第一の複数のアンテナによって受信された信号を結合し、結合された信号を第二の複数のダウンコンバータ／チューナの各々に出力する。これらのダウンコンバータ／チューナは、個別にまたは集合的にアナログ−デジタル変換器に接続されており、前記第二の複数のダウンコンバータ／チューナの出力がこのアナログ−デジタル変換器によって少なくとも１つのデジタル信号に変換され、そのデジタル信号がテレビ帯域受信器およびスペクトルセンサーに出力される。
【選択図】図１ａ

Description

本発明は、概括的には、コグニティブ無線に関し、具体的には、ＶＨＦ／ＵＨＦＴＶ帯域スペクトル内の空き帯域（ホワイトスペース）を決定するテレビ帯域受信器およびスペクトルセンサー用の無線周波数フロントエンドに関する。

無認可のＴＶ帯域装置による利用を可能にする未使用ＴＶ帯域スペクトルの開放によって、ＶＨＦ／ＵＨＦＴＶ帯域スペクトル内のホワイトスペースを動的に特定することができるテレビ帯域スペクトルの必要性が生じている。

ＶＨＦ／ＵＨＦＴＶ帯域スペクトル内のホワイトスペースを検知することは、無認可のＴＶ帯域装置の動作にとって不可欠の問題である。ＤＴＶ放送事業者や無線マイクロフォン事業者などの認可された既存事業者の保護が連邦通信委員会（ＦＣＣ）によって義務づけられている。ＦＣＣによって義務づけられた検知の要求事項は非常に厳しく、ＴＶ帯域装置がホワイトスペースを効率的に利用できるようにするため、利用可能なホワイトスペースの品質に関する情報をＴＶ帯域装置に与えることが規定されている。ＦＣＣの厳しい検知閾値（−１１４ｄＢ）ゆえに、テレビ帯域スペクトルの利用可能なホワイトスペースを検知することは、それを合理的なコストで実施しようとするとき、非常に困難な課題となる。標準テレビチューナなどの既存の低コスト技術では、このＦＣＣの検知閾値を充足することができない。

したがって、ＶＨＦ／ＵＨＦＴＶ帯域スペクトル内のホワイトスペースを特定するためのテレビ帯域受信器およびスペクトルセンサー用の無線周波数フロントエンドに対するニーズが存在する。

したがって、本発明の目的は、ＶＨＦ／ＵＨＦＴＶ帯域スペクトル内のホワイトスペースを特定するためのテレビ帯域受信器およびスペクトルセンサー用の無線周波数フロントエンドを提供することである。

したがって、本発明は、テレビ帯域受信器およびスペクトルセンサー用の無線周波数フロントエンドとして、第一の複数のアンテナの各１つにそれぞれ接続されるように適合された第一の複数の適応型マッチングネットワーク、その第一の複数の適応型マッチングネットワークに接続された第二の複数のダウンコンバータ／チューナ、およびその第二の複数のダウンコンバータ／チューナの出力をデジタル信号に変換する少なくとも１つのアナログ−デジタル変換器を備える、無線周波数フロントエンドを提供する。

本発明は、さらに、無線周波数フロントエンドのための適応型マッチングネットワークとして、第一の複数のアンテナにおける各アンテナのインピーダンスをそれぞれ異なるインピーダンスに変換するように適合されたインピーダンス変換回路、複数のアンテナの中の１つによって受信された強い信号を減衰させるように制御されるピンダイオード減衰器、注目対象の受信信号帯域がグラウンドに分流するのを阻止するための分流共振回路、および注目対象の受信信号帯域をブーストするための直列共振回路を備える、適応型マッチングネットワークを提供する。

本発明は、またさらに、テレビ帯域受信器およびスペクトルセンサー用の無線周波数フロントエンドとして、各アンテナにそれぞれ接続されるように適合された少なくとも２つの適応型マッチングネットワーク、その少なくとも２つの適応型マッチングネットワークによって出力された受信信号を結合して、結合信号を出力する信号加算器、結合信号をそれぞれが受信する少なくとも２つのダウンコンバータ／チューナ、ならびにその少なくとも２つの各ダウンコンバータ／チューナの中の１つの出力をそれぞれが変換して、テレビ帯域受信器およびスペクトルセンサーに渡されるデジタル信号とする、少なくとも２つのアナログ−デジタル変換器を備える、無線周波数フロントエンドを提供する。

本発明は、さらにまた、テレビ帯域受信器およびスペクトルセンサー用の無線周波数フロントエンドとして、少なくとも２つのアンテナ、その少なくとも２つのアンテナによって受信された信号を結合して、結合信号を出力する第一の信号加算器、その結合信号をそれぞれが受信する少なくとも２つのダウンコンバータ／チューナ、その少なくとも２つのダウンコンバータ／チューナの各々の出力を結合して結合チューナ信号とする第二の信号加算器、ならびにその結合チューナ信号を変換してテレビ帯域受信器およびスペクトルセンサーに渡されるデジタル信号とするアナログ−デジタル変換器を備える、無線周波数フロントエンドを提供する。

本発明は、さらに、テレビ帯域のホワイトスペースを検知する方法として、テレビ帯域スペクトルの所定の部分を選択的に受信するために第一の複数のアンテナの各々を動的に同調させ、テレビ帯域スペクトルの当該部分を受信する第二の複数のダウンコンバータ／チューナにテレビ帯域スペクトルの当該部分を渡し、その第二の複数のダウンコンバータ／チューナの各々の出力をデジタル信号に変換し、さらにホワイトスペースを見出すためにデジタル信号を探索するスペクトルセンサーにそのデジタル信号を渡すことを含む検知方法を提供する。
以上、本発明の特質について概説したが、次に添付の図面を参照する。

テレビ帯域ホワイトスペースを特定するためのセンサーが組み込まれたテレビ帯域受信器用の、本発明に基づく無線周波数フロントエンドの一実施形態の概略図である。テレビ帯域ホワイトスペースを特定するためのセンサーが組み込まれたテレビ帯域受信器用の、本発明に基づく無線周波数フロントエンドの別の実施形態の概略図である。テレビ帯域ホワイトスペースを特定するためのセンサーが組み込まれたテレビ帯域受信器用の、本発明に基づく無線周波数フロントエンドのさらに別の実施形態の概略図である。テレビ帯域ホワイトスペースを特定するためのセンサーが組み込まれたテレビ帯域受信器用の、本発明に基づく無線周波数フロントエンドのさらに別の実施形態の概略図である。テレビ帯域ホワイトスペースを特定するためのセンサーが組み込まれたテレビ帯域受信器用の、本発明に基づく無線周波数フロントエンドのさらなる実施形態の概略図である。テレビ帯域ホワイトスペースを特定するためのセンサーが組み込まれたテレビ帯域受信器用の、本発明に基づく無線周波数フロントエンドのさらに別の実施形態の概略図である。テレビ帯域ホワイトスペースを特定するためのセンサーが組み込まれたテレビ帯域受信器用の、本発明に基づく無線周波数フロントエンドのもう１つの実施形態の概略図である。図５に示す無線周波数フロントエンドの一実装例の概略図である。図７に示す無線周波数フロントエンドの適応型マッチングネットワークの一実装例の概略図である。

本発明は、テレビ帯域ホワイトスペースを特定するためのテレビ帯域受信器およびスペクトルセンサーが組み込まれたテレビ帯域受信器用の無線周波数フロントエンドを提供する。この無線周波数フロントエンドは、それぞれが各アンテナに接続された少なくとも２つのアンテナ適応型マッチングネットワークを有する。これらの適応型マッチングネットワークは、各適応型マッチングネットワークの出力を結合して結合信号とする信号加算器に集合的に接続されており、その結合信号が２つ以上の並列ダウンコンバータ／チューナ（ＤＣ／チューナ）に分配される。各ＤＣ／チューナは、結合信号の異なる部分を選択するように制御される。各ＤＣ／チューナによって出力される中間周波数を各アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器に供給するか、または結合して１個のＡ／Ｄ変換器に供給することができる。Ａ／Ｄ変換器によって出力されるデジタル信号は、選択されたスペクトル部分の中のテレビ帯域ホワイトスペースを特定するテレビ帯域受信器およびスペクトルセンサーに渡される。

図１ａは、テレビ帯域ホワイトスペースを特定するためのテレビ帯域受信器およびスペクトルセンサー５６が組み込まれたテレビ帯域受信器用の、本発明に基づく無線周波数フロントエンド２０ａの一実施形態の概略図である。本発明に基づき、無線周波数（ＲＦ）フロントエンド２０ａは、複数のアンテナ３０ａ〜３０ｎに接続される。当業者によって理解されるように、アンテナ３０ａ〜３０ｎの数は、ホワイトスペースを見出すために探索されるスペクトルの範囲に依存し、そのスペクトル範囲は５０〜７００ＭＨｚの範囲の全部または任意の一部でありえる。同じく当業者によって理解されるように、各アンテナ３０ａ〜３０ｎの種類および構成は、注目対象のスペクトルと設計上の選択の両方に基づいて決定される。より詳しくは図７を参照して後述する。

各アンテナ３０ａ〜３０ｎは、ＲＦフロントエンド２０の各適応型マッチングネットワーク４０ａ〜４０ｎに接続されている。各適応型マッチングネットワーク４０ａ〜４０ｎは、図８を参照してより詳しく後述するように、ＲＦフロントエンド制御部５８により、信号線６０ａ〜６０ｎを使用して、対応するアンテナ３０ａ〜３０ｎの受信器範囲内の所望の周波数に選択的かつ動的に同調させることができる。ＲＦフロントエンド制御部５８は、テレビ帯域スペクトルセンサー５６から受信した命令に応答する。このテレビ帯域スペクトルセンサー５６は、当技術分野で知られている多くの方法のいずれか１つを用いて実装可能であるが、本発明の範囲内には含まれない。

各適応型マッチングネットワーク４０ａ〜４０ｎからの出力は、それぞれの接続４１ａ〜４１ｎを介して自動利得制御器（ＡＧＣ）および低雑音増幅器（ＬＮＡ）回路４２ａ〜４２ｎに渡される。図７を参照してより詳しく後述するように、ＡＧＣ／ＬＮＡ回路４２ａ〜４２ｎの目的は、各アンテナ３０ａ〜３０ｎによって受信された信号を平衡させ、弱い信号（例：無線マイクロフォン信号およびその他の狭帯域信号）が強い信号（例：ＲＦフロントエンド２０に近接して発信されるＤＴＶ放送）によってかき消されないようにすることである。自動利得制御器は、図７を参照してより詳しく後述するように、各制御回路６２ａ〜６２ｎを介してＲＦフロントエンド制御部５８がＡＧＣ／ＬＮＡ回路４２ａ〜４２ｎに供給する自動利得制御閾値電圧によって調整される。各ＡＧＣ／ＬＮＡ回路４２ａ〜４２ｎの出力は、各接続４３ａ〜４３ｎを介して信号加算器（結合器）４４に渡される。この信号加算器は、たとえば、当技術分野で知られている抵抗ネットワークとして実装することができる。結合された信号は、各接続４６ａ〜４６ｍを介して複数のダウンコンバータ／チューナ（ＤＣ／チューナ）４８ａ〜４８ｍに出力される。ＤＣ／チューナ４８ａ〜４８ｍの数は適応型マッチングネットワーク４０ａ〜４０ｎの数に依存せず、また、その２つが１対１の対応関係にある必要はない。本発明の一実施形態において、ＤＣ／チューナ４８ａ〜４８ｍは、ＩｎｆｉｎｅｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＡＧ社から入手可能な品番ＴＵＡ−８０４５のＤＴＶチューナ集積回路（ＩＣ）である。

各ＤＣ／チューナ４８ａ〜４８ｍは、一般的に約６〜８ＭＨｚの帯域幅を有する特定のＲＦ周波数を選択する（同調させる）ために、ＲＦフロントエンド制御部５８により、接続６４ａ〜６４ｍを介して制御される。各ＤＣ／チューナ４８ａ〜４８ｍによって選択されるべきＲＦ周波数は、テレビ帯域スペクトルセンサー５６によって指示され、ＲＦフロントエンド制御部５８により、信号接続６２ａ〜６２ｎを介してＤＣ／チューナ４８ａ〜４８ｍに伝達される。ＤＣ／チューナ４８ａ〜４８ｍは、当技術分野で周知の方法により、ＲＦ周波数をデジタル化に適した中間周波数（ＩＦ）にダウンコンバートする。ＤＣ／チューナ４６ａ〜４６ｍのＩＦ出力は、各接続５０ａ〜５０ｍを介してアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器５２ａ〜５２ｍに導かれる。このＩＦは、各Ａ／Ｄ変換器５２ａ〜５２ｍにより、所定のサンプリングレート（一般的にはＡＴＳＣシンボルレートの２４倍）でサンプリングされる。これによって得られたＩＦ信号のデジタル表現が各接続５４ａ〜５４ｍを介してテレビ帯域スペクトルセンサー５６に出力される。

図１ｂは、本発明に基づく無線周波数フロントエンド２０ｂの別の実施形態の概略図である。この実施形態において、ダウンコンバータ／チューナ４８ａ〜４８ｎの数は、適応型マッチングネットワーク４０ａ〜４０ｎの数に等しい。その結果、図１ａを参照した上述の信号加算器４４は不要となり、各ＡＧＣ／ＬＮＡ回路４２ａ〜４２ｎとそれに対応するダウンコンバータ／チューナ４８ａ〜４８ｎが直接接続されている。その他の点では、無線周波数フロントエンド２０ｂは、図１ａを参照した上述のものと同一である。図２〜図６を参照して後述する各実施形態について、この構成の反復は省略するが、当然ながら、ダウンコンバータ／チューナの数が適応型マッチングネットワークの数と等しく、したがってＲＦフロントエンドに接続されたアンテナの数に等しい場合には、いずれの実施形態も図１ｂに示したように構成することが可能である。

図２は、本発明に基づく無線周波数フロントエンド２２のもう１つの実施形態の概略図である。ＲＦフロントエンド２２は、ＤＣ／チューナ４８ａ〜４８ｍの出力が各接続４９ａ〜４９ｍを介してＩＦ加算器（ＩＦ結合器）５１に送られることを除き、図１ａを参照した上述の実施形態と同一であり、そのＩＦ加算器５１は、図１ａを参照した上述の信号加算器４４と同じ方法で実装することができる。結合されたＩＦ信号は、接続５３を介してＡ／Ｄ変換器５２に渡される。Ａ／Ｄ変換器５２は、その結合ＩＦ信号を所定のサンプリングレートでサンプリングし、接続５４を介して結合ＩＦ信号のデジタル表現をテレビ帯域スペクトルセンサー５６に出力する。

図３は、本発明に基づく無線周波数フロントエンド２４のさらに別の実施形態の概略図である。ＲＦフロントエンド２４は、テレビ帯域スペクトルセンサー５６によって判断されるさまざまな理由の中のいずれか１つ以上の理由により、各スイッチ７０ａ〜７０ｎによって各アンテナ３０ａ〜３０ｎからの出力がグラウンドに分流される（無効化される）場合があることを除き、図１ａを参照した上述の実施形態と同一である。スイッチ７０ａ〜７０ｎは、テレビ帯域スペクトルセンサー５６の指示に基づき、ＲＦフロントエンド制御部５８により、各接続７２ａ〜７２ｎを使用して制御電圧を印加するように制御される。その方法は当技術分野で知られたものである。

図４は、本発明に基づく無線周波数フロントエンド２６のさらなる実施形態の概略図である。ＲＦフロントエンド２６は、図２を参照した上述のＤＣ／チューナ４８ａ〜４８ｍの出力がＩＦ信号加算器５１に送られ、Ａ／Ｄ変換器５２によってデジタル化されることを除き、図３を参照した上述の実施形態と同一である。

図５は、本発明に基づく無線周波数フロントエンド２８のさらに別の実施形態の概略図である。ＲＦフロントエンド２８は、ＩＦフィルタおよびＩＦフィルタ選択器７８ａ〜７８ｍの追加によって各ＤＣ／チューナ４８ａ〜４８ｍの動作がさらに強化されていることを除き、図４を参照した上述の実施形態と同一である。ＩＦフィルタおよび関連のＩＦフィルタ選択器７８ａ〜７８ｍからなる各グループは、図７を参照してより詳しく後述するように、関連のＤＣ／チューナ４８ａ〜４８ｍによって出力されたＩＦ信号を受け取り、選択されたＩＦフィルタでそのＩＦ信号を通過させる。フィルタリングされたＩＦ信号は、再びＤＣ／チューナ４８ａ〜４８ｍに送られ、さらにダウンコンバートされる。その後、ＩＦ信号は、先に図１ａを参照して説明したように、関連のＡ／Ｄ変換器５２ａ〜５２ｍに渡される。ＩＦフィルタ選択器による適切なＩＦフィルタの選択は、テレビ帯域スペクトルセンサー５６の指示に基づき、ＲＦフロントエンド制御部５８により、信号接続８０ａ〜８０ｍを使用して制御される。

図６は、本発明に基づく無線周波数フロントエンド３２のもう１つの実施形態の概略図である。ＲＦフロントエンド３２は、先に図２を参照して説明したように、ＤＣ／チューナ４８ａ〜４８ｍの出力がＩＦ信号加算器５１に送られ、Ａ／Ｄ変換器５２によってデジタル化されることを除き、図５を参照した上述の実施形態と同一である。

図７は、図５に示した無線周波数フロントエンド２８の一実装例の概略図である。この実装例において、ＲＦフロントエンド２８は、３つのアンテナ１００ａ、１００ｂ、および１００ｃに接続されている。アンテナ１００ａおよび１００ｂは、当技術分野で周知のディスクコーンアンテナである。アンテナ１００ａは、たとえば５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚ範囲の信号を受信するために動的に同調させることができ、アンテナ１００ｂは、たとえば１５０ＭＨｚ〜３５０ＭＨｚ範囲の信号を受信するために動的に同調させることができる。アンテナ１００ｃは、たとえば、３５０ＭＨｚ〜７００ＭＨｚ範囲の信号受信のために動的に同調させることができる単純なループアンテナである。各アンテナ１００ａ〜１００ｃは各バラン１０２ａ〜１０２ｃに接続されており、当技術分野で周知の方法により、平衡アンテナ出力が各バランによって不平衡信号に変換される。各バラン１０２ａ〜１０２ｃは、コネクタ１０４ａ〜１０４ｃを介して、ＲＦフロントエンド２８の各適応型マッチングネットワーク４０ａ〜４０ｃに結合されている。適応型マッチングネットワーク４０ａ〜４０ｃのそれぞれに同調マッチングネットワーク１０６ａ〜１０６ｃおよびピンダイオード減衰器１１４ａ〜１１４ｃが含まれる。適応型マッチングネットワーク４０ａ〜４０ｃの例示的な構造および機能については、図８を参照して後述する。

各同調マッチングネットワーク１０６ａ〜１０６ｃは、図８を参照して後述するように、デジタルポテンショメータ１１０により、制御線１１２ａ〜１１２ｃを介して印加される制御電圧によって動的に同調される。このデジタルポテンショメータ１１０の構造および機能は、当技術分野で知られているものである。デジタルポテンショメータ１１０は、電荷アイソレータ１０８を介して、ＲＦフロントエンド制御部５８に結合されたデータ線（ＳＤＡ）およびデータクロック線（ＳＣＬ）に結合されている。ＲＦフロントエンド制御部５８は、同調マッチングネットワーク１０６ａ〜１０６ｂに供給される各制御電圧を調整するために、デジタルポテンショメータ１１０にデータを与える。適応型マッチングネットワーク４０ａ〜４０ｃからの出力は、各低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１６ａ〜１１６ｃに流入し、各ＬＮＡによって２０〜３０ｄＢの利得が出力信号に与えられる。各ＬＮＡ１１６ａ〜１１６ｃの出力は、各ダイオード１１８ａ〜１１８ｃを通じて自動利得制御器（ＡＧＣ）１２０ａ〜１２０ｃにフィードバックされ、各ＡＧＣは、デジタルポテンショメータ１２４により制御線１２６ａ〜１２６ｃを介して印加されるＡＧＣ閾値電圧とそのフィードバックを比較する。デジタルポテンショメータ１２４は、データ線（ＳＤＡ）およびデータクロック線（ＳＣＬ）につながる電荷アイソレータ１２２を通じてＲＦフロントエンド制御部５８に結合されている。ＲＦフロントエンド制御部５８は、ＡＧＣ閾値電圧１２６ａ〜１２６ｃの各々を制御するために、デジタルポテンショメータ１２４にデータを与える。電荷アイソレータ１０８、１２２は、電子雑音伝達を最小化するために、制御回路を受信器回路から絶縁する。この電荷アイソレータ１０８、１２２は、たとえば当技術分野で知られている光アイソレータであってよい。ＡＧＣ１２０ａ〜１２０ｃは、ダイオード１１８ａ〜１１８ｃを通じてフィードバックされた信号と制御線１２６ａ〜１２６ｃを介して印加された各ＡＧＣ閾値電圧の電力差に応じて、ピンダイオード減衰器１１４ａに制御電圧を印加する。その結果、強い信号がピンダイオード減衰器１１４ａ〜１１４ｃによって減衰される。

ＬＮＡ１１６ａ〜１１６ｂからの出力は、信号加算器回路４４によって結合される。この信号加算器回路の例は、当技術分野で周知のものである。結合された信号は、接続１２８ａおよび１２８ｂを介して、各ＤＣ／チューナ（たとえばＤＴＶチューナＩＣ）１３０ａ〜１３０ｂに並列に入力される。上述のように、ＤＣ／チューナ１３０ａおよび１３０ｂは、たとえば、ＩｎｆｉｎｅｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製ＴＵＡ−６０４５ＤＴＶチューナＩＣである。その結合信号は、当技術分野で知られている方法により、各ＤＣ／チューナ１３０ａ、１３０ｂによってダウンサンプリングされ、これによって得られた中間周波数（ＩＦ）信号が各接続１３１ａおよび１３１ｂを介して各スイッチペア１３２ａ〜１３４ａおよび１３２ｂ〜１３４ｂに出力される。各スイッチペア１３２ａ〜１３４ａおよび１３２ｂ〜１３４ｂは、ＲＦフロントエンド制御部５８により、信号線１３６ａ（チューナフィルタ１）および１３６ｂ（チューナフィルタ２）を介して、ＩＦフィルタを選択またはバイパスするように一斉に制御される。この例において、スイッチペア１３２ａ〜１３４ａおよび１３２ｂ〜１３４ｂは三極スイッチであり、それぞれ２つのＩＦフィルタ１３８または１４０と１４２または１４４の一方を選択するために使用される。ＩＦフィルタは、スイッチペア１３２ａおよび１３４ａまたは１３２ｂおよび１３４ｂを中央位置に移動させて各フィルタバイパス線１３５ａおよび１３５ｂを選択することによってバイパスされる。各ＤＣ／チューナ１３０ａおよび１３０ｂ内の雑音を低減するために結合信号の選択された部分以外をすべて除去することを目的として、ＩＦフィルタ１３８〜１４４が静的に実装される。各フィルタは、注目対象のスペクトル部分に基づき、ＲＦフロントエンド制御部５８によって選択される。この例示的な実施形態では、２個のＩＦフィルタがＤＣ／チューナ１３０ａおよび１３０ｂのそれぞれと関連づけられているが、当然ながら、本発明はこの実装例に限定されない。各スイッチ１３４ａおよび１３４ｂからの出力は、接続１３７ａおよび１３７ｂを介して、各ＤＣ／チューナ１３０ａおよび１３０ｂにフィードバックされる。

ＤＣ／チューナ１３０ａおよび１３０ｂそれぞれの同調機能は、接続１３７ａおよび１３７ｂを介して戻されるＩＦ信号の特定部分に各ＤＣ／チューナを同調させるように、ＲＦフロントエンド制御部５８により、各データ線（ＳＤＡ）およびデータクロック線（ＳＣＬ）を介して制御される。当技術分野で周知の方法により、水晶発振器（ＸＴＡＬ）１５２によって出力されるタイミング信号が同調機能のために各ＤＣ／チューナ１３０ａ、１３０ｂによって使用される。各ＤＣ／チューナ１３０ａおよび１３０ｂからの出力は、各バラン１５４ａおよび１５４ｂを通過して各アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１５６ａおよび１５６ｂに送られる。当技術分野で周知の方法により、ＤＣ／チューナ１３０ａおよび１３０ｂの各アナログ信号出力がＡ／Ｄ変換器によってその出力のデジタル表現に変換される。このデジタル信号がテレビ帯域スペクトルセンサー５６に出力され、テレビ帯域ホワイトスペースを検出するために、既知のホワイトスペースセンサーアルゴリズムに従って処理される。

図８は、図７に示した無線周波数フロントエンドの適応型マッチングネットワーク４０ａの一実装例を示す概略図である。アンテナ１００ａは、３００の位置で適応型マッチングネットワーク４０ａに接続されている。バイパスコネクタ３０２は、適応型マッチングネットワーク４０ａをバイパスすることを可能にするものである。一極双投スイッチ（ＳＰＤＴＳ）３０４は、ＲＦフロントエンド制御部５８により、チューナバイパス３５０を介して制御され、あとでより詳しく説明するように、適応型マッチングネットワーク４０ａまたはバイパスコネクタ３０２からの出力を選択するために使用される。

この実施形態において、適応型マッチングネットワーク４０ａには、インピーダンス変成器およびローパスフィルタ３０４、ピンダイオード減衰器１１４ａ、分流共振ブロック３２６および直列共振ブロック３３８が含まれる。分流共振ブロック３２６および直列共振ブロック３３８は、図５に示した同調マッチングネットワーク１０６ａを集合的に形成する。インピーダンス変成器およびローパスフィルタ３０４は、信号電力伝達が最大となるように、アンテナ１００ａのインピーダンスを異なるインピーダンスに変換する。インピーダンス変成器およびローパスフィルタ３０４は、直列接続されたコンデンサ３０６およびインダクタ３０８とともに、グラウンドに接続された分岐コンデンサ３１０を備える。各々の値は、当技術分野で知られている方法により、所望のインピーダンス変換を実行するように選択される。ピンダイオード減衰器１１４ａは、ＡＧＣ１２０ａによって制御線１２１ａに出力される制御電圧によって制御される。この制御電圧は、相互接続された抵抗３１４ａ、３１４ｂおよびコンデンサ／グラウンド３１６ａ、３１６ｂの回路に印加される。これらの回路は、それぞれＡＧＣ１２０ａへの電流の流れを防止するダイオード３１８ａおよび３１８ｂに接続されている。所望に応じ、受信信号を減衰または増幅するために、制御電圧がコンデンサ３２０、抵抗３２２、およびインダクタ３２４の対向端子に印加される。ピンダイオード減衰器１１４ａの出力は、受信信号がグラウンドに分流するのを防止する分流共振ブロック３２６に流れる。

分流共振ブロック３２６にはコンデンサ３２８が含まれ、その出力端子が並列接続のインダクタ３３０およびバラクタ３３２に接続されている。抵抗３３４に接続されたチューナ帯域導線３３６にＲＦフロントエンド制御部５８が印加する制御電圧によって、バラクタ３３２の静電容量が制御される。直列共振ブロック３３８は受信信号をブーストする。この直列共振ブロック３３８には、インダクタ３４４と直列に接続されたバラクタ３４０が含まれる。バラクタ３４０の静電容量を制御するために、抵抗３４２を通じてチューナ帯域３３６制御電圧が印加される。このチューナ帯域３３６制御電圧は、ＲＦフロントエンド制御部５８により、たとえばルックアップテーブル（図示せず）を使用して選択され、これによりアンテナ１００ａがテレビ帯域スペクトルの所望の部分に動的に同調される。分流共振ブロック３２６および直列共振ブロック３３８のコンポーネントのためのコンポーネント値は、当技術分野で知られている方法により、たとえばスミスチャートを使用して選択される。

前述のとおり、適応型マッチングネットワーク４０ａまたはバイパス３０２の選択は、ＲＦフロントエンド制御部５８によって制御され、そのＲＦフロントエンド制御部５８は、直列接続のインバータ３５２ａおよび３５２ｂに接続されたチューナバイパス３５０に制御電圧を印加する。インバータ３５２ａは、コンデンサ３５４に結合されている。チューナバイパス３５０がＬｏｗ駆動されると、インバータ３５２ａが配線３５６および３５８をＨｉｇｈ駆動し、インバータ３５２ｂが配線３６０をＬｏｗ駆動する。これにより、ＳＰＤＴＳ３０４は、適応型マッチングネットワーク４０ａの出力をＲＦ＿Ｏｕｔ３６２に切り替える。チューナバイパス３５０がＨｉｇｈ駆動されると、インバータ３５２ａが配線３５６および３５８をＬｏｗ駆動し、インバータ３５２ｂが配線３６０をＨｉｇｈ駆動する。これにより、ＳＰＤＴＳ３０４は、バイパス３０２の出力をＲＦ＿Ｏｕｔ３６２に切り替える。このようにして、ＲＦフロントエンド制御部５８に適応型マッチングネットワーク４０ａの完全な制御が与えられる。

本発明に関する上述の実施形態は、本発明に基づくテレビ帯域受信器およびスペクトルセンサー用の無線周波数フロントエンドの例示のみを目的とする。したがって、その意図するところにより、本発明の範囲は添付の請求項の範囲によってのみ限定される。

Claims

テレビ帯域受信器およびスペクトルセンサー用の無線周波数フロントエンドであって、
第一の複数のアンテナの各１つにそれぞれ接続するように適合された第一の複数の適応型マッチングネットワークと、
前記第一の複数の適応型マッチングネットワークに接続された第二の複数のダウンコンバータ／チューナと、
前記第二の複数のダウンコンバータ／チューナの出力をデジタル信号に変換する少なくとも１つのアナログ−デジタル変換器とを備える、無線周波数フロントエンド。
前記第一の複数の適応型マッチングネットワークと前記第二の複数のダウンコンバータ／チューナの間に接続された信号加算器をさらに備え、前記適応型マッチングネットワークの数は前記ダウンコンバータ／チューナの数とは異なる、請求項１に記載の無線周波数フロントエンド。
前記第二の複数のダウンコンバータ／チューナの前記出力を結合し、該結合された出力を１つのアナログ−デジタル変換器に供給する信号加算器をさらに備える、請求項１に記載の無線周波数フロントエンド。
前記第一の複数の適応型マッチングネットワークの各々に接続されたアンテナをさらに備える、請求項１に記載の無線周波数フロントエンド。
前記第一の複数の適応型マッチングネットワークの各々は、直列接続されたピンダイオード減衰器および同調マッチングネットワークを備える、請求項１に記載の無線周波数フロントエンド。
前記適応型マッチングネットワークの各々と前記ダウンコンバータ／チューナの間に直列に接続された低雑音増幅器をさらに備える、請求項１に記載の無線周波数フロントエンド。
前記低雑音増幅器と並列に接続された自動利得制御器をさらに備え、該自動利得制御器は前記低雑音増幅器の出力からフィードバックを受け取る、請求項６に記載の無線周波数フロントエンド。
前記自動利得制御器は、前記低雑音増幅器からの前記フィードバックを自動利得制御閾値電圧と比較して、自動利得制御電圧を生成する、請求項７に記載の無線周波数フロントエンド。
前記自動利得制御電圧は、前記ピンダイオード減衰器に印加される、請求項８に記載の無線周波数ネットワーク。
前記ダウンコンバータ／チューナの各々の中間周波数出力に接続された中間周波数フィルタ選択器をさらに備える、請求項１に記載の無線周波数フロントエンド。
前記中間周波数フィルタ選択器は、少なくとも２つの中間周波数フィルタの中の１つを選択するための対スイッチを備える、請求項１０に記載の無線周波数フロントエンド。
前記少なくとも２つの中間周波数フィルタをバイパスするために前記対スイッチによって選択されうる中間周波数バイパスをさらに備える、請求項１１に記載の無線周波数フロントエンド。
前記中間周波数選択器の出力は、前記中間周波数選択器が接続された前記第二の複数のダウンコンバータ／チューナの前記１つにフィードバックされる、請求項１１に記載の無線周波数フロントエンド。
前記各適応型マッチングネットワークのいずれか１つの出力をそれぞれがグラウンドに分流する第一の複数のスイッチをさらに備える、請求項１に記載の無線周波数フロントエンド。
前記ダウンコンバータ／チューナの各々の同調機能を制御する無線周波数フロントエンド制御部をさらに備える、請求項１に記載の無線周波数フロントエンド。
無線周波数フロントエンド制御部に指示を与えるテレビスペクトルセンサーをさらに備える、請求項１５に記載の無線周波数フロントエンド。
前記各ダウンコンバータ／チューナは、それぞれＤＴＶチューナ集積回路を備える、請求項１に記載の無線周波数フロントエンド。
無線周波数フロントエンド用の適応型マッチングネットワークであって、
第一の複数のアンテナの中の１つのインピーダンスをそれぞれ異なるインピーダンスに変換するように適合されたインピーダンス変換回路と、
複数のアンテナの中の前記１つによって受信された強い信号を減衰させるように制御されるピンダイオード減衰器と、
注目対象の受信信号帯域がグラウンドに分流するのを阻止するための分流共振回路と、
注目対象の前記受信信号帯域をブーストするための直列共振回路とを備える、適応型マッチングネットワーク。
前記インピーダンス変換回路、前記ピンダイオード減衰器、前記分流共振回路および前記直列共振回路をバイパスするためのバイパス回路をさらに備える、請求項１７に記載の前記適応型マッチングネットワーク。
前記バイパス回路に選択的に切り替えるために無線周波数フロントエンド制御部によって制御されるスイッチをさらに備える、請求項１８に記載の前記適応型マッチングネットワーク。
テレビ帯域受信器およびスペクトルセンサー用の無線周波数フロントエンドであって、
各アンテナに接続されるようにそれぞれ適合された少なくとも２つの適応型マッチングネットワークと、
前記少なくとも２つの適応型マッチングネットワークによって出力された受信信号を結合して、結合信号を出力する信号加算器と、
それぞれが前記結合信号を受け取る少なくとも２つのダウンコンバータ／チューナと、
それぞれが前記少なくとも２つの各ダウンコンバータ／チューナの中の１つの出力を前記テレビ帯域受信器およびスペクトルセンサーに渡されるデジタル信号に変換する、少なくとも２つのアナログ−デジタル変換器とを備える、無線周波数フロントエンド。
前記少なくとも２つの適応型マッチングネットワークの各々に接続されたアンテナをさらに備える、請求項２１に記載の無線周波数フロントエンド。
請求項２１に記載の無線周波数フロントエンドであって、各適応型マッチングネットワークは、
アンテナのインピーダンスを異なるインピーダンスに変換するインピーダンス変換回路と、
前記アンテナによって受信された強い信号を減衰させるピンダイオード減衰器と、
注目対象の受信信号帯域がグラウンドに分流するのを阻止する分流共振回路と、
注目対象の受信信号帯域を増幅する直列共振回路とを備える、前記無線周波数フロントエンド。
注目対象の前記信号帯域に前記アンテナを同調させるために前記分流共振回路および前記直列共振回路に制御電圧を印加する無線周波数フロントエンド制御部をさらに備える、請求項２３に記載の無線周波数フロントエンド。
前記適応型マッチングネットワークと前記信号加算器の間に直列に接続された低雑音増幅器をさらに備える、請求項２１に記載の無線周波数フロントエンド。
前記低雑音増幅器と並列に接続された自動利得制御器をさらに備える、請求項２５に記載の無線周波数フロントエンド。
前記ピンダイオード減衰器に接続された制御線をさらに備え、該制御線に前記自動利得制御器が制御電圧を印加する、請求項２６に記載の無線周波数フロントエンド。
制御線をさらに備え、前記ピンダイオード減衰器に供給される前記制御電圧を生成するために前記自動利得制御器によって使用される自動利得制御閾値電圧を前記無線周波数フロントエンドが該制御線に印加する、請求項２７に記載の無線周波数フロントエンド。
前記少なくとも２つのダウンコンバータ／チューナの各々の中間周波数出力に接続された中間周波数フィルタ選択器をさらに備える、請求項２１に記載の無線周波数フロントエンド。
前記中間周波数フィルタ選択器に接続された少なくとも２つの中間周波数フィルタをさらに備える、請求項２９に記載の無線周波数フロントエンド。
請求項３０に記載の無線周波数フロントエンドであって、前記中間周波数選択器は対スイッチを備え、該対スイッチの第一のスイッチは前記ダウンコンバータ／チューナの前記中間周波数出力と前記少なくとも２つの中間周波数フィルタの各々の入力の間に接続されており、該対スイッチの第二のスイッチは前記少なくとも２つの中間周波数フィルタの出力と前記ダウンコンバータ／チューナの中間周波数入力の間に接続されている、前記無線周波数フロントエンド。
テレビ帯域受信器およびスペクトルセンサー用の無線周波数フロントエンドであって、
少なくとも２つのアンテナと、
前記少なくとも２つのアンテナによって受信された信号を結合して、結合信号を出力する第一の信号加算器と、
それぞれが前記結合信号を受信する少なくとも２つのダウンコンバータ／チューナと、
前記少なくとも２つのダウンコンバータ／チューナの各々の出力を結合して結合チューナ信号とする第二の信号加算器と、
前記結合チューナ信号を前記テレビ帯域受信器およびスペクトルセンサーに渡されるデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器とを備える、無線周波数フロントエンド。
前記少なくとも２つのアンテナの各々と前記第一の信号加算器の間に直列に接続された適応型マッチングネットワークをさらに備える、請求項３２に記載の無線周波数フロントエンド。
請求項３３に記載の無線周波数フロントエンドであって、前記適応型マッチングネットワークは、
前記少なくとも２つのアンテナの中の１つのインピーダンスを異なるインピーダンスに変換するインピーダンス変換回路と、
前記少なくとも２つのアンテナの中の前記１つによって受信された強い信号を減衰させるピンダイオード減衰器と、
注目対象の受信信号帯域がグラウンドに分流するのを阻止する分流共振回路と、
前記注目対象の受信信号帯域を増幅する直列共振回路とを備える、前記無線周波数フロントエンド。
前記少なくとも２つのアンテナの中の前記１つを前記注目対象の信号帯域に同調させるために前記分流共振回路および前記直列共振回路に制御電圧を印加する無線周波数フロントエンド制御部をさらに備える、請求項３４に記載の無線周波数フロントエンド。
前記適応型マッチングネットワークと前記第一の信号加算器の間に直列に接続された低雑音増幅器をさらに備える、請求項３３に記載の無線周波数フロントエンド。
前記低雑音増幅器と並列に接続された自動利得制御器をさらに備える、請求項３６に記載の無線周波数フロントエンド。
前記ピンダイオード減衰器に接続された制御線をさらに備え、該制御線に前記自動利得制御器が制御電圧を印加する、請求項３７に記載の無線周波数フロントエンド。
制御線をさらに備え、前記ピンダイオード減衰器に供給される前記制御電圧を生成するために前記自動利得制御器によって使用される自動利得制御閾値電圧を前記無線周波数フロントエンドが該制御線に印加する、請求項３８に記載の無線周波数フロントエンド。
前記少なくとも２つのダウンコンバータ／チューナの各々の中間周波数出力に接続された中間周波数フィルタ選択器をさらに備える、請求項３９に記載の前記無線周波数フロントエンド。
前記中間周波数フィルタ選択器に接続された少なくとも２つの中間周波数フィルタをさらに備える、請求項４０に記載の前記無線周波数フロントエンド。
請求項４１に記載の無線周波数フロントエンドであって、前記中間周波数フィルタ選択器は対スイッチを備え、該対スイッチの第一のスイッチは前記ダウンコンバータ／チューナの中の１つの前記中間周波数出力と前記少なくとも２つの中間周波数フィルタの各々の入力の間に接続されており、該対スイッチの第二のスイッチは前記少なくとも２つの中間周波数フィルタの出力と前記ダウンコンバータ／チューナの中の１つの中間周波数入力の間に接続されている、前記無線周波数フロントエンド。
テレビ帯域のホワイトスペースを検知する方法であって、
テレビ帯域スペクトルの所定の部分を選択的に受信するために第一の複数のアンテナの各々を動的に同調させることと、
前記テレビ帯域スペクトルの部分を受信する第二の複数のダウンコンバータ／チューナに前記テレビ帯域スペクトルの部分を渡すことと、
前記第二の複数のダウンコンバータ／チューナの各々の出力をデジタル信号に変換することと、
前記ホワイトスペースを見出すために前記デジタル信号を探索するスペクトルセンサーに前記デジタル信号を渡すこととを含む、検知方法。
前記少なくとも２つのテレビ帯域スペクトルの部分を結合して結合信号とし、該結合信号を前記第二の複数のダウンコンバータ／チューナの各々に渡すことをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
前記第二の複数のダウンコンバータ／チューナの各々の前記出力を変換することは、前記第二の複数のダウンコンバータ／チューナの各々のそれぞれ１つに直接接続されたアナログ−デジタル変換器を使用して前記第二の複数のダウンコンバータ／チューナの各々の前記出力を変換することを含む、請求項４３に記載の方法。
前記第二の複数のダウンコンバータ／チューナの各々の前記出力を変換することは、前記第二の複数のダウンコンバータ／チューナの各々の前記出力を結合すること、および単一のアナログ−デジタル変換器を使用して前記第二の複数のダウンコンバータ／チューナの前記結合された出力を変換することを含む、請求項４３に記載の方法。
請求項４３に記載の方法であって、
前記第二の複数のダウンコンバータ／チューナの各々の中間周波数出力をそれぞれ対応する複数の中間周波数フィルタ選択器に渡すことと、
前記出力をフィルタリングするための中間周波数フィルタを選択するように前記対応する複数の中間フィルタ選択器の各々を制御することと、
前記出力を前記選択された中間周波数フィルタで通過させることと、
前記第二の複数のダウンコンバータ／チューナの前記それぞれ１つの各々に前記フィルタリングされた出力を戻すこととをさらに含む、前記方法。
請求項４３に記載の方法であって、
前記テレビ帯域スペクトルの部分の各々の利得を自動的に制御することと、
前記テレビ帯域スペクトルの部分を前記第二の複数のダウンコンバータ／チューナに戻す前に、前記利得制御されたテレビ帯域スペクトルの部分を増幅することとをさらに含む、前記方法。