JP2015527844A - 同一開口任意周波数同時送受信通信システム - Google Patents

Abstract

同一開口任意周波数同時送受信（ＳＴＡＲ）システムは、アンテナに電気的に結合された第１のポートと、送信信号経路に電気的に結合された第２のポートと、受信信号経路に電気的に結合された第３のポートとを有する信号コネクタを含む。信号コネクタは、送信信号経路内の送信信号をアンテナにパスし、受信信号を受信信号経路にパスする。信号アイソレータは、送信信号経路内に配置され、受信信号の残留部分を送信信号経路から除去する。信号アイソレータの出力は、受信信号の残留部分が除去された送信信号の部分を提供する。信号アイソレータの出力に電気的に結合された第１の入力と、信号コネクタの第３のポートに電気的に結合された第２の入力とを有する信号弁別デバイスは、受信信号経路内の送信信号の部分を減算し、それによって、より正確な受信信号を提供する。

Description

本明細書に使用される見出しは、構成上の目的のためだけであり、本願に説明される主題をいかようにも限定するものと解釈されるべきではない。

（関連出願への相互参照セクション）
本願は、米国特許出願第１３／８４４，１８０号（２０１３年３月１５日出願、名称「Ｓａｍｅ−Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ａｎｙ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｔｒａｎｓｍｉｔ ａｎｄ Ｒｅｃｅｉｖｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」）、米国仮特許出願第６１／７５５，０４４号（２０１３年１月２２日出願、名称「Ｓｉｎｇｌｅ−Ａｐｅｒｔｕｒｅ， Ｆｕｌｌ Ｄｕｐｌｅｘ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」）、および米国仮特許出願第６１／６７７，３６６号（２０１２年７月３０日出願、名称「Ｓｉｇｎａｌ Ｃａｎｃｅｌｌｅｒ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ａｎｄ Ｒｅｃｅｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」に基づく優先権を主張する。米国特許出願第１３／８４４，１８０号、ならびに、米国仮特許出願第６１／７５５，０４４号および第６１／６７７，３６６号の内容全体は、参照によって本明細書に援用される。

（導入）
概して、通信分野では、同一の周波数帯域内で同時送受信（ＳＴＡＲ）することは不可能であるとされている。最近、本基本的協議に挑み始めたいくつかのグループが、プロトタイプＳＴＡＲシステムを報告した。Ｐｕｒｄｕｅの研究者（例えば、Ａ．ＷｅｇｅｎｅｒおよびＷ．Ｃｈａｐｐｅｌｌ，“Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｔｒａｎｓｍｉｔ ａｎｄ ｒｅｃｅｉｖｅ ｗｉｔｈ ａ ｓｍａｌｌ ｐｌａｎａｒ ａｒｒａｙ，”ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓ Ｉｎｔ． Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｙｍｐ． Ｄｉｇ．， Ｍｏｎｔｒｅａｌ， Ｊｕｎｅ ２０１２）、およびＳｔａｎｆｏｒｄの研究者（例えば、Ｊ．Ｃｈｏｉら，“Ａｃｈｉｅｖｉｎｇ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｈａｎｎｅｌ， Ｆｕｌｌ Ｄｕｐｌｅｘ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，”Ｐｒｏｃ． Ｉｎｔ． Ｃｏｎｆ． Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ２０１０）は、約４０ｄＢの送信／受信（Ｔ／Ｒ）アイソレーションを実現するために、受信アンテナが、送信アンテナパターンのヌルに位置する複数のアンテナ要素の配列を提案している。

信号処理が、次いで、Ｔ／Ｒアイソレーションを約６０〜７０ｄＢまで拡張するために使用された。単一の別個の送信アンテナおよび受信アンテナを使用するＲｉｃｅ大学のグループは、要求されるキャンセリング信号を算出し、送信信号がアナログ−デジタルコンバータに到達する前に、キャンセリング信号を使用して、送信信号をキャンセルした。Ａ．Ｓａｈａｉ， Ｂ．ＰａｔｅｌおよびＡ．Ｓａｂｈａｒｗａｌ，“Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｆｕｌｌ−ｄｕｐｌｅｘ ｗｉｒｅｌｅｓｓ，”Ｐｒｏｃ． Ｉｎｔ． Ｃｏｎｆ． ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ， ｐｐ． １−９， ２０１２を参照されたい。本グループは、最大７９ｄＢの抑制を報告した。これらのアプローチの重要な制限は、十分なＴ／Ｒアイソレーションが達成され得る制限された帯域幅である。

Ａ．ＷｅｇｅｎｅｒおよびＷ．Ｃｈａｐｐｅｌｌ，"Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｔｒａｎｓｍｉｔ ａｎｄ ｒｅｃｅｉｖｅ ｗｉｔｈ ａ ｓｍａｌｌ ｐｌａｎａｒ ａｒｒａｙ，"ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓ Ｉｎｔ． Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｙｍｐ． Ｄｉｇ．， Ｍｏｎｔｒｅａｌ， Ｊｕｎｅ ２０１２ Ｊ．Ｃｈｏｉら，"Ａｃｈｉｅｖｉｎｇ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｈａｎｎｅｌ， Ｆｕｌｌ Ｄｕｐｌｅｘ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，"Ｐｒｏｃ． Ｉｎｔ． Ｃｏｎｆ． Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ２０１０ Ａ．Ｓａｈａｉ， Ｂ．ＰａｔｅｌおよびＡ．Ｓａｂｈａｒｗａｌ，"Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｆｕｌｌ−ｄｕｐｌｅｘ ｗｉｒｅｌｅｓｓ，"Ｐｒｏｃ． Ｉｎｔ． Ｃｏｎｆ． ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ， ２０１２， ｐｐ． １−９

本教示は、好ましくかつ例示的な実施形態に従って、そのさらなる利点とともに、付随の図面と関連して検討される、以下の詳細な説明においてより具体的に説明される。当業者は、後述の図面が、例証目的のためだけのものであることを理解する。図面は、必ずしも、正確な縮尺で描かれているわけではなく、代わりに、本教示の原理を例証するために、強調されている。図面は、出願人の教示の範囲をいかようにも限定することを意図しない。

図１は、公知の技術を使用する、同一開口任意周波数同時送受信（ＳＴＡＲ）システムのブロック図を図示する。 図２は、本教示による、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムのブロック図を示す。 図３Ａは、ＲＦインピーダンスが３つのポートのそれぞれにおいて整合される信号コネクタを図示する。 図３Ｂは、弁別デバイスへの経路が、ポート３と標識されたポートにおいて高ＲＦインピーダンスを与え、ポート１とポート２との間のコネクタ内の信号損失を最小限にする、信号コネクタを図示する。 図３Ｃは、送信信号経路の出力が、ポート１と標識されたポートにおいて高ＲＦインピーダンスを与え、ポート２とポート３との間のコネクタ内の信号損失を最小限にする、信号コネクタを図示する。 図３Ｄは、高速スイッチを含む信号コネクタを図示する。 図４Ａおよび図４Ｂは、２つの電圧および２つの電流の差異をとる能動電子弁別デバイスを図示する。 図４Ａおよび図４Ｂは、２つの電圧および２つの電流の差異をとる能動電子弁別デバイスを図示する。 図４Ｃは、受動電子弁別デバイスを図示する。 図４Ｄは、電極に印加される信号の和またはその間の差異に比例する変調された出力を生成する平衡駆動光学変調器を含む光弁別デバイスの一実施形態を図示する。 図５Ａは、本教示の同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る電子電圧源ベースのアイソレータを図示する。 図５Ｂは、本教示の同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用される電流源ベースの信号アイソレータを図示する。 図５Ｃは、本教示の同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る非相互的ＲＦ２ポートデバイスを含む受動電子アイソレータを図示する。 図５Ｄは、本教示による、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る光アイソレータを図示する。 図５Ｅは、本教示による、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る指向性結合器アイソレータを図示する。 図５Ｆは、本教示による、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る能動電子アイソレータを図示する。 図６Ａ〜図６Ｄは、本教示による、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る信号プロセッサを図示する。 図６Ａ〜図６Ｄは、本教示による、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る信号プロセッサを図示する。 図６Ａ〜図６Ｄは、本教示による、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る信号プロセッサを図示する。 図６Ａ〜図６Ｄは、本教示による、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る信号プロセッサを図示する。 図７Ａは、本教示による、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る、送信信号の大きさおよび位相を調整する調整回路を示す。図７Ｂは、本教示による、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る、送信信号の同相成分および直交成分を調整する調整回路を示す。 図８は、本明細書に説明される、整合インピーダンス信号コネクタ、光弁別回路、および電子電圧源ベースのアイソレータを含むフロントエンドシステムの一例示的実施形態のブロック図を図示する。 図９は、本明細書に説明される、高インピーダンスが、送信信号経路の出力、受動電子弁別デバイス、および電流源ベースのアイソレータによって与えられる信号コネクタを含むフロントエンドシステムの一例示的実施形態のブロック図を図示する。 図１０は、本明細書に説明される、能動電子弁別デバイスの「＋」ポートおよび電圧源ベースのアイソレータによって、出力受信信号ポートに印加される高インピーダンスを伴うコネクタを含むフロントエンドシステムの一例示的実施形態のブロック図を図示する。 図１１は、高速スイッチを信号コネクタとして使用する同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムを示す。 図１２は、図１０に示される例示的フロントエンドシステムを増補するためにデジタル信号処理１２０２を使用する同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステム１２００のブロック図を示す。 図１３は、アナログ信号処理が図１０に示される例示的フロントエンドシステムを増補するためにどのように使用され得るかを図示する、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムのブロック図を示す。 図１４は、送信信号強度が受信信号と同程度またはそれよりも弱い強さにすぎないとき、いくつかの実施形態に有用である、図２に関連して説明される同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステム内のハードウェアのサブセットを図示する。 図１５は、高インピーダンスが、送信信号経路内の光アイソレータの出力によって与えられる信号コネクタを含み、全ての信号が周波数ダウンコンバートされ、次いで、アナログドメインからデジタルドメインにコンバートされた後に、従来のデジタル信号処理が、送信信号を受信経路から除去するために使用される、図１４に説明されるシステムの一例示的実施形態を図示する。 図１６は、本教示による、干渉信号の基準コピーを生成するシステムを図示する。 図１７は、図１６におけるアーキテクチャのシミュレーションの結果を図示し、１ビット量子化器の出力が、１００ＭＨｚの高電力干渉物のコピーを生成し、弁別デバイスにけるより低い電力１０７−ＭＨｚ ＳＯＩからのその減算を可能にする。 図１８は、アンテナにおける信号−干渉物比と、ＳＯＩを抑制することを心配する必要なく使用することができる量子化のビット数との関係を示すプロットである。 図１９は、本教示による、干渉キャンセラ内で自己生成基準を使用するシステムのブロック図を図示する。 図２０は、本教示による、破線ボックスの内側のハードウェアの集合によって示されるフロントエンドに取り付けられたアンテナ要素によってだけでなく、Ｎ個のそのような放射要素のアレイ内のＮ−１個の他の放射要素によっても送信される信号の影響を緩和させるためのシステムを図示する。 図２１は、本教示による、送信信号の複数の適切に遅延されたコピーを減算器に提供するためのシステムを図示する。

（種々の実施形態の説明）
明細書において、「一実施形態」または「ある実施形態」への参照は、実施形態と併せて説明される特定の特徴、構造、または特性が、本教示の少なくとも１つの実施形態内に含まれることを意味する。明細書中の種々の場所で使用される「一実施形態では」という語句は、必ずしも、すべて同一実施形態を指すわけではない。

本教示の方法の個々のステップは、本教示が実施可能のままである限り、任意の順番および／または同時に、行われてもよいことを理解されたい。さらに、本教示の装置および方法は、本教示が実施可能のままである限り、任意の数または全ての説明される実施形態を含むことが可能であることを理解されたい。

次に、付随の図面に示されるその例示的実施形態を参照して、本教示をより詳細に説明する。本教示は、種々の実施形態および例と併せて説明されるが、本教示がそのような実施形態に限定されることを意図するものではない。対照的に、本教示は、当業者によって理解されるように、種々の代替、修正、および均等物を包含する。本明細書の教示を利用可能な当業者は、本明細書に説明される本開示の範囲内である、付加的実装、修正、および実施形態、ならびに他の使用分野を認識する。

数十年間、送受信経路を共通アンテナに同時に接続するには、マイクロ波サーキュレータしか存在しなかった。マイクロ波サーキュレータは、フェライトディスクの周囲の導波路リング内に配列される３つのポートを有する受動構成要素であり、フェライトディスクは、方向依存位相シフトを誘発し、リングに沿った一円周方向には、次のポートにおいて建設的に足し合わせるが、他方向には、次のポートにおいて破壊的に足し合わせる２つの逆循環半波を生じさせる。フェライトサーキュレータは、２つの波のＲＦ位相の和および差に依存するため、本質的に、狭帯域デバイスである。設計者は、フェライトサーキュレータの中心設計周波数におけるその完璧な一方向性のある程度の損失と引き換えに、フェライトサーキュレータの帯域幅を拡大する方法を見出した。オクターブ幅の帯域にわたって、約２０ｄＢのポート１−３アイソレーションを伴うフェライトサーキュレータが、現在、複数の販売業者から市販されている。

単一開口ＳＴＡＲ用途を可能にするために、別個の研究者グループは、最近、２つの能動サーキュレータ設計を考案した。電子サーキュレータは、Ｘバンドにおけるわずか約１０％の帯域幅ではあるが、最大４０ｄＢ Ｔ／Ｒアイソレーションを達成した。電子サーキュレータの動作原理の説明は、Ｓ．Ｃｈｅｕｎｇら，“ＭＭＩＣ−ｂａｓｅｄ ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｈｙｂｒｉｄ ｑｕａｓｉ−ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒｓ ｆｏｒ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｔｒａｎｓｍｉｔ ａｎｄ ｒｅｃｅｉｖｅ，”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ Ｔｅｃｈ．， ｖｏｌ． ５８， ｐｐ． ４８９−４９７， Ｍａｒｃｈ ２０１０に説明されている。

第２の新しいタイプのデバイスは、光通信学に基づくものであり、故に、本明細書では、光サーキュレータと称される。本明細書に説明される場合、この新しい光構成要素は、従来のフェライトサーキュレータの機能に加え、２つの付加的機能を果たす。本理由から、新しい光構成要素をＴＩＰＲｘ（送信アイソレーション光受信機）と称する。

数年前、本願の譲受人であるＰｈｏｔｏｎｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ｉｎｃ．は、同一のアンテナ要素を介して、かつ同一の偏波において、同時送受信（ＳＴＡＲ）する、より難しいが、潜在的に、より広く適用可能であるＳＴＡＲ構成の調査を開始した。

同一の開口を介して同時送受信するために、時間多重化、周波数多重化、または符号多重化のいずれかを使用しなければならないことは、通信分野において周知である。時間多重化は、送信機または受信機のいずれかがアンテナに接続されるように、スイッチの挿入を伴う。周波数多重化は、送信信号および受信信号がＲＦスペクトルの離れた部分を占有するように、ダイプレクサおよび／またはフィルタを挿入することを伴う。符号多重化は、送信信号および受信信号のために直交符号を使用する。実現され得る直交性の程度が比較的に限定されるが、多くの場合、十分な送信／受信（Ｔ／Ｒ）アイソレーションを達成するために、符号多重化が周波数多重化で増補されることを要求する。したがって、当業者は、概して、同時にＲＦスペクトルの同一の部分を使用して、同一の開口を介して、同時送受信することは不可能であると認める。

図１は、公知の技術を使用する、同一開口任意周波数同時送受信（ＳＴＡＲ）システム１００のブロック図を図示する。アイソレーションは、フェライトサーキュレータ１０２によって提供される。インピーダンス整合ネットワーク１０４は、受信信号を受信するサーキュレータ１０２の１つのポートに接続される。送信信号は、サーキュレータ１０２の第２のポートに印加される。２方向ＲＦコンバイナ１０６は、送信信号の一部を含む受信信号と漏出抑制信号とを組み合わせるために使用される。

同一開口任意周波数ＳＴＡＲを達成するための重要なパラメータは、Ｔ／Ｒアイソレーションである。すなわち、システムは、典型的には、６０ｄＢよりも大きいＴ／Ｒアイソレーションを要求する。図１のシステム１００は、強い送信信号が受信経路に進入し得る、２つの主な経路を示す。一方の経路は、サーキュレータ１０２を通した漏出である。フェライトサーキュレータの典型的Ｔ／Ｒアイソレーションは、１５〜２０ｄＢの範囲内である。第２の経路を構築し、第２の経路内の送信信号がサーキュレータ漏出に破壊的に干渉するようにこの第２の経路を設計することによって、サーキュレータのアイソレーションを改善し得ることは、周知である。しかしながら、本アイソレーション改良が達成され得る帯域幅は、著しく限定される。送信信号が受信経路に進入し得る他の主要経路は、アンテナインピーダンスからの反射を通したものである。最新式アンテナの戻り損失もまた、−１５〜−２０ｄＢの範囲内である。アンテナ戻り損失を改善するアプローチの１つは、インピーダンス整合回路を使用することである。しかしながら、インピーダンス整合において要求される改善の程度は、Ｂｏｄｅ−Ｆａｎｏの限界によって設定される物理的に実現可能なものを超えることが示され得る。本教示の一局面は、実践的システムのために十分に広帯域幅にわたって、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステム内のＴ／Ｒアイソレーションを改善するための方法および装置に関する。

図２は、本教示による、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステム２００のブロック図を示す。システム２００は、送信信号および受信信号の両方をパスする３ポート信号コネクタ２０２を含む。信号コネクタ２０２は、アンテナ２０４への往復の経路、送信経路２０５の出力からの経路、および受信経路２０６の入力への経路の３つの信号経路を接続する。実践的システムでは、これらの経路内を伝搬する信号によって被られる相対的インピーダンスが、重要である。信号アイソレータ２０８は、送信信号経路２０５内に存在する。信号弁別デバイスまたは均等物である信号減算器２１０は、信号アイソレータ２０８および信号コネクタ２０２を接続する。システムはまた、Ｔ／Ｒアイソレーションを改善するための種々の随意のフィードバック構成要素を含む。

弁別デバイス２１０の入力の一方は、受信経路２０６に接続される。弁別デバイス２１０の別の入力は、理想的には残留受信信号を有さない送信信号経路２０５に接続される。送信信号経路２０５に接続されるアイソレータ２０８は、送信信号のクリーンなコピーが弁別デバイス２１０に印加されるように、いかなる残留受信信号もアイソレーションするように設計される。動作時、弁別デバイス２１０は、大送信信号を減算し、受信信号のみを残す。

送信信号環境が十分に安定している場合、固定複素数値の送信信号を弁別デバイス２１０の第２のポートに提供することが可能である。しかしながら、多くの実践的同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムでは、アンテナ２０４の周囲の送信環境は、時間の関数として変化し、ひいては、アンテナによって反射された送信信号の複素数値を変化させる。これらの状況では、受信経路内に存在する残留送信信号を最小限にするように、弁別デバイス２１０の第２の端子にフィードされるべき送信信号の精密な複素数値を決定するための信号プロセッサ２１２を含むことが望ましい。送信信号調整回路２１４は、送信信号の複素数値を設定するために使用される。

図３Ａ〜図３Ｄは、本教示による、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る４つの異なる信号コネクタを図示する。図２および図３Ａ〜図３Ｄを参照すると、信号コネクタの各ポートにおけるインピーダンスは、そのポートに接続される構成要素のインピーダンスに整合するように設計されることができる。各ポートにおけるインピーダンス整合は、当技術分野において公知の多数の方法で達成されることができる。例えば、抵抗器、キャパシタ、インダクタ、および変圧器を含む、多数のタイプの受動インピーダンス整合回路が、使用されることができる。また、トランジスタおよび増幅器を含む、多数のタイプの能動インピーダンス整合回路が、使用されることができる。図３Ａは、信号コネクタ３００の全３つのポートが、それらが接続される経路にインピーダンス整合される信号コネクタ３００を図示する。

図３Ｂは、弁別デバイス２１０の入力に高ＲＦインピーダンスが与えられ、したがって、Ｒ_ｄｉｆｆ＞Ｒ_{ａｎｔｅｎｎａ}かつＲ_ｄｉｆｆ＞Ｒ_{ｉｓｏｉａｔｏｒ}となる、信号コネクタ３２０を図示する。故に、アンテナ２０４インピーダンスは、送信信号経路２０５の出力に主要負荷を提供し、これは、送信電力の多くが、受信経路２０６に送達されるよりアンテナ２０４に送達されることを意味し、これは、多くの用途に非常に望ましい。

図３Ｃは、Ｒ_{ｉｓｏｉａｔｏｒ}＞Ｒ_ｄｉｆｆかつＲ_{ｉｓｏｉａｔｏｒ}＞Ｒ_{ａｎｔｅｎｎａ}となるように、送信信号経路２０５の出力に高ＲＦインピーダンスが与えられる、信号コネクタ３４０を図示する。本信号コネクタ３４０では、送信電力は、アンテナ２０４と弁別デバイス２１０の入力との間で、これらの２つのデバイスの相対的インピーダンス（それぞれ、Ｒ_{ａｎｔｅｎｎａ}およびＲ_ｄｉｆｆによって表される）に比例して、分割される。Ｒ_{ａｎｔｅｎｎａ}＝Ｒ_ｄｉｆｆである特殊な副次的場合、最大受信電力は、多くの場合、最大受信感度を達成することが望ましい、弁別デバイス２１０の入力に送達される。

図３Ｄは、高速スイッチを含む信号コネクタ３６０を図示する。高速スイッチの使用は、システム構成要素のいくつかを排除することができる。いくつかの実施形態では、高速スイッチ信号コネクタ３６０は、弁別デバイス２１０およびアイソレータ２０８の必要性を排除する。高速スイッチの使用はまた、信号プロセッサ２１２および送信信号調整回路２１４の必要性を排除することができる。

図４Ａ〜図４Ｄは、４つの異なる弁別デバイス２１０（図２）を図示する。図４Ａは、２つの電圧の差異をとる能動電子弁別デバイス４００を図示する。図４Ｂは、２つの電流の差異をとる能動電子弁別デバイス４２０を図示する。これらの能動弁別デバイス４００、４２０は、差動増幅器または平衡増幅器において具現化されることができる。能動弁別デバイス４００、４２０は、典型的には、受信信号に対して低雑音指数を達成することが所望される場合に有利であることが周知である利得を提供する。能動弁別デバイス４００、４２０は、広範囲の入力インピーダンスを用いて実現されることができる。例えば、電圧弁別デバイスは、典型的には、高インピーダンスを与える一方、電流弁別デバイスは、典型的には、低インピーダンスを与える。能動弁別デバイス４００、４２０に対する入力インピーダンスのこの範囲は、能動弁別デバイス４００、４２０が、図３Ａに関連して説明される整合インピーダンス接続３００、図３Ｂに関連して説明される高インピーダンス受信経路信号コネクタ３２０、または図３Ｃに関連して説明される高インピーダンス送信信号コネクタ３４０と併用されることを可能にする。

図４Ｃは、受動電子弁別デバイス４４０を図示する。受動デバイスは、１未満の利得を有するように制限され、したがって、全て、ある程度の損失を有する。その結果、受動弁別デバイス４４０は、図４Ａおよび図４Ｂに関連して説明される能動電子弁別デバイス４００、４２０より高い雑音指数を有する。受動電子弁別デバイスを実装するための多くの方法が存在する。例えば、集中素子抵抗分割器、進行波抵抗（Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ）分割器、および１８０度ハイブリッド結合器は全て、電子弁別デバイスを実装する際に有効である。

図４Ａおよび図４Ｂに関連して説明されるデバイス４００、４２０等の能動電子弁別デバイスは、２つの信号を総和するために使用されることができる。弁別は、クリーンな送信信号の位相を、アンテナ２０４に印加される送信信号の位相に対して１８０度オフセットすることによって実現されることができ、これは、実際には、送信信号の逆数を総和ポートに印加する。減算と逆数の加算との間の等価は、等式：Ｒｘ−Ｔｘ＝Ｒｘ＋（−Ｔｘ）によって容易に実証される。本教示のいくつかの実施形態では、同一の物理的ハードウェアは、図３Ａに関連して説明される整合信号コネクタ３００と、図４Ｃに関連して説明されるような、必要に応じて、クリーンな送信信号の１８０度位相反転を実施する受動弁別デバイス４４０の両方を実現することができる。

図４Ｄは、電極に印加される信号の和またはその間の差異に比例する変調された出力を生成する平衡駆動光学変調器を含む光弁別デバイス４６０の一実施形態を図示する。そのような電極は、光弁別デバイスが、図３Ａに関連して説明される整合インピーダンス信号コネクタ３００、図３Ｂに関連して説明される高インピーダンス受信経路信号コネクタ３２０、または図３Ｃに関連して説明される高インピーダンス送信信号コネクタ３４０と併用され得るように、高インピーダンスまたは整合インピーダンスのいずれかであることができる。

さらに、特定の光弁別デバイスの設計に応じて、光弁別デバイスは、１より大きいかまたは１より小さい利得を有することができる。したがって、光弁別デバイスは、利得または損失のいずれかを提供することができる。光弁別デバイスが利得を有するように設計されるとき、能動電子弁別デバイスのように、低雑音指数を達成可能である。光弁別デバイスが損失を有するように設計されるとき、受動電子弁別デバイスのように、より高い雑音指数を有する。いくつかのタイプの差動光学変調器は、２つの信号を総和することのみ可能である。そのような場合、これらの差動変調器は、図４Ｃに関連して説明されるように、クリーンな送信信号を１８０度オフセットすることによって、要求される弁別を実現することができる。

２つの基本タイプの信号源、すなわち、電圧源および電流源が存在する。理想的電圧源は、ゼロ内部インピーダンスを伴う信号源である。理想的電流源は、無限内部インピーダンスを伴う信号源である。そのような理想的信号源は、実現不可能である。実現可能な電圧源は、概して、回路内に外部インピーダンスをはるかに下回る内部インピーダンスを有する。実現可能な電流源は、概して、回路内に外部インピーダンスをはるかに上回る内部インピーダンスを有する。

図５は、本教示の同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る、種々の信号アイソレータを図示する。図５Ａは、電子電圧源ベースのアイソレータ５００を図示する。図５Ａにおけるアイソレータ５００は、アイソレーションが電圧源で達成され得る１つの単純な方法を示す。電圧源は、その出力端子間に電位差または電圧を確立する。電圧源を横切る電圧は、その出力に印加される外部信号から独立する。故に、電圧源と直列に接続される抵抗器を通して生じる電流は、電圧源の出力電圧を変化させない。同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムの場合、電圧源信号は、送信信号であり、外部から印加される信号は、受信信号となる。その結果、電圧源の出力は、送信信号のクリーンなコピーを含み、これは、望ましい。

図５Ｂは、本教示の同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る、電流源ベースの信号アイソレータ５２０を図示する。電流源は、その出力に印加される外部信号から独立する電流を確立する。故に、電流源を通る電流は、電流源信号のみを含み、外部から印加される信号に対応するいかなる信号も含まない。同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムの場合、電流源信号は、送信信号であり、外部から印加される信号は、受信信号である。その結果、電流源の出力は、送信信号のクリーンなコピーを含み、これは、望ましい。

図５Ｃは、本教示の装置と併用され得る、非相互的ＲＦアイソレータ５４０を図示する。非相互的ＲＦアイソレータの例は、フェライトアイソレータおよびジャイレータである。これらのデバイスは、一方向に低送信損失を有し、他の方向に高送信損失を有する。例えば、ポート１からポート２へは低送信損失が存在し得るが、ポート２からポート１への他の方向には、高送信損失が存在し得る。

図５Ｄは、本教示による、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る、光アイソレータ５６０を図示する。光アイソレータは、順結合方向に良好な結合を提供し、逆方向に高アイソレーションを提供する。順方向における良好な結合は、ダイオードレーザまたは光学変調器等の電気−光学コンバートデバイスによって達成され、その光学出力は、光検出器等の光学−電気コンバートデバイスに効率的に結合される。光アイソレータは、光検出器等のデバイスが、光を放出せず、電気−光学コンバートデバイスが、光を検出不可能であるため、逆方向に非常に弱い結合を提供する。

多数の他のタイプのアイソレータが、本教示の装置内で使用されることができる。例えば、一実施形態では、指向性結合器５８０は、図５Ｅに示されるように、アイソレーションを行うために使用される。指向性結合器の一般的実施形態の１つは、進行波特性を使用する。適切な長さＬの第２の電極を有し、それを第１の電極から適切な距離ｄに配置することによって、第１の電極内を進行する電力の一部は、第２の電極中に結合する。これは、相互的デバイスであるため、第１の電極内に反対方向に進行するＲＦ電力もまた、第２の電極中に結合され、本電力は、示されるように、負荷内へ消散させられる。

ＲＦアイソレーションはまた、逆アイソレーションが順方向利得を上回るＲＦ増幅器において達成されることができる。そのような増幅器５９０を利用するアイソレーション技法は、図５Ｆに示される。増幅器への入力では、ＲＦスプリッタまたは指向性結合器等のいくつか形態のＲＦピックオフデバイスが、必要とされる。

図６Ａ〜図６Ｄは、本教示による、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る、信号プロセッサ６００、６２０、６４０、および６６０を図示する。種々のタイプのデジタルおよび／またはアナログ信号プロセッサ６００、６２０、６４０、および６６０が、図６Ａ〜図６Ｄに示されるように、使用されることができる。図２および図６を参照すると、信号プロセッサ６００、６２０、６４０、および６６０は、最小二乗平均アルゴリズム等の広範囲のアルゴリズムを実行し、種々の機能を果たす。信号処理は、送信信号および受信信号の無線周波数（ＲＦ）、またはＲＦ信号をＩＦ信号にコンバートするための周知の技法を使用して、何らかのより低い中間周波数（ＩＦ）信号で行われることができる。そのような機能の１つは、送信信号のクリーンなコピーと、受信および送信信号の両方を含む、弁別デバイス２１０の出力とを相関させることである。本相関の結果は、弁別デバイス２１０の出力内に存在する残留送信信号となる。

信号プロセッサ２１２によって行われる別の機能は、弁別デバイス２１０の出力における残留送信信号の最小化をもたらすように、弁別デバイス２１０の入力に印加される必要がある送信信号の複素数値を推定することである。本推定の結果は、送信信号調整回路２１４に印加される信号である。

図７は、本教示による、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る、送信信号調整回路７００、７２０を図示する。送信信号調整回路７００、７２０は、信号プロセッサによって決定される調整を送信信号の複素数値に行う。信号調整器は、送信信号をＲＦ周波数またはそのダウンコンバートＩＦ周波数のいずれかに調整することができる。信号調整器がＩＦ周波数で動作する場合、調整器の後に、周波数アップコンバートのために多数の公知の技法のうちの１つを使用する周波数アップコンバータが続く必要がある。本教示による、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムと併用され得る、多数のタイプの信号調整回路が存在し、そのうちの２つが、図７Ａおよび図７Ｂに示される。図７Ａは、送信信号の大きさおよび位相を調整する調整回路７００の実施形態を図示する。図７Ｂは、送信信号の同相直交成分を調整する調整回路７２０の実施形態を図示する。

図８は、本明細書に説明されるように、整合インピーダンス信号コネクタ８０２、光弁別回路８０４、および電圧源アイソレータ８０６を含むフロントエンドシステム８００のブロック図を図示する。システム８００は、本明細書に説明される送信信号調整デバイスおよび信号プロセッサの必要性を受動的に低減させ、最終的には、排除さえする。本目標を達成するために、弁別デバイス８０４の両側の回路は、可能な限り同じように作製される。この目的を達成するために、アンテナ８１０のインピーダンス対周波数関数を可能な限り近似して複製する回路である疑似アンテナ８０８が、構築されることができる。

さらに、弁別デバイスへの２つの入力間に可能な限り良好な平衡を確立するために、同じコネクタが使用され、この場合、整合インピーダンスタイプが、使用されることができる。本例示的システムは、本明細書に説明される光弁別デバイスを使用する。本タイプの弁別デバイスまたは減算器の重要な利点は、非常に広帯域幅（４ディケードよりも大きい）であり、＋弁別ポートと−弁別ポートとの間に高アイソレーションが存在することである。電圧源アイソレーションは、２つの出力内に同じ出力インピーダンスを有し、平衡をさらに向上させる。本システムアーキテクチャの不利点の１つは、送信信号によって被られる比較的に高い損失である。同一の送信電力がアンテナおよび疑似アンテナの両方に供給されるため、理想的（すなわち、損失がない）コネクタに対して３ｄＢの損失が存在する。コネクタのそれぞれには、さらに３ｄＢ損失が存在する。したがって、電力増幅器の出力とアンテナとの間の総送信損失は、６ｄＢにコネクタの過剰損失を加えたものである。

図９は、信号コネクタ９０２を含むフロントエンドシステム９００の一例示的実施形態のブロック図を図示し、高インピーダンスが、本明細書に説明される、送信信号経路の出力、受動電子弁別デバイス９０４、および電流源ベースのアイソレータ９０６によって信号コネクタ９０２に与えられる。これは、送信経路出力に接続するポート上に高インピーダンスを有するコネクタのバージョンと互換性がある。本システム９００では、他の２つのコネクタポート上のインピーダンスは、整合される。すなわち、アンテナポートは、負荷をアンテナ９０８に提供し、弁別ポートは、本システム９００では、受動電子タイプである、弁別デバイス９０４への一方の入力によって負荷がかけられる。受動電子弁別デバイス９０４は、本明細書に説明される光弁別デバイスより狭い帯域幅を有する。しかしながら、理想的には、図８に示されるアーキテクチャの６ｄＢに対して、若干低い送信損失、すなわち、４．７７ｄＢを有する。

図１０は、本明細書に説明される、能動電子弁別デバイス１００４の「＋」ポートおよび電圧源ベースのアイソレータ１００６によって出力受信信号ポートに印加される高インピーダンスを伴う信号コネクタ１００２を含むフロントエンドシステム１０００の一例示的実施形態のブロック図を図示する。本タイプの弁別デバイス１００４の潜在的利点の１つは、入力インピーダンスが、システムインピーダンスより高くされ得ることである。例えば、共通システムインピーダンスは、５０Ωである。能動電子弁別デバイス１００４の入力インピーダンスは、いくつかの実装に対する５００Ωから他の実装に対する＞１ＭΩの範囲であり得る。これは、弁別デバイス入力によって引き出される信号電力が、無視可能であり得ることを意味する。したがって、弁別デバイスにフィードするポートにおいて、高インピーダンスで作用し、アイソレーションされた出力が高インピーダンスをフィードするように設計される電圧タイプのアイソレータを使用するように設計されているコネクタタイプを選択することが有利である。故に、図１０に示されるシステム構成は、電圧源アイソレータ１００６と弁別デバイスポートに高インピーダンスを伴う信号コネクタ１００２との両方を含む。本実装の重要な特徴の１つは、送信損失が、ここでは、少なくとも理想的な場合、０ｄＢであることである。

図１１は、信号コネクタ等の高速スイッチを使用する、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステム１１００を示す。本構成は、特に、本教示の単純実装につながる。本実装の動作の基本は、以下のように理解されることができる。連続信号は、その最大周波数成分の少なくとも２倍のレートでサンプリングすることによって、完全に特性評価されることができることは、当業者に周知である。これは、多くの場合、ナイキストサンプリング定理と称される。ナイキストサンプリングの重要性の１つは、連続信号を継続的に監視する必要がないことである。そのナイキストレートでの連続信号の観察（すなわち、サンプリング）で十分である。瞬時（すなわち、ゼロ時間）におけるサンプリングは、明らかに、理論的抽象化である。実践的な工学目的のために、サンプルは、サンプリング間隔の長さがサンプル間の間隔と比較して短い場合、瞬時と見なされる。例えば、サンプル間の時間間隔の１％の間持続するサンプリングパルスさえ、多くの場合、理論上の理想的サンプリングに近似するほど十分に短いと見なされる。

サンプリングを実装するために、サンプルの短い期間の間、入力（この場合、アンテナ１１０２からの信号）を受信機に接続し、次いで、受信機からの入力を開放、すなわち、接続解除することが可能な高速スイッチを使用することができる。これは、サンプル間の時間の残り９９％の間、サンプリングスイッチは、開放され、故に、受信機は、入力に接続されないことを意味する。高速スイッチコネクタ１１００は、サンプリング間間隔を利用し、送信機をアンテナ１１０２に接続する。時間のほぼ１００％の間、送信機がアンテナ１１０２に接続されるため、無視可能な送信機電力損失が存在する。高速スイッチ信号コネクタを用いることによって、送信機および受信機は、アンテナ１１０２に決して同時に接続されない。故に、送信信号は、受信経路に進入する機会を有していない。これは、いくつかの用途のために、本明細書に説明される、弁別デバイス、アイソレータ、信号プロセッサ、および送信信号調整器の必要性を排除することができる。

高速スイッチは、ＳＴＡＲのために設計されていないシステム内の従来の送信−受信（Ｔ／Ｒ）スイッチにトポロジー的に類似するが、図３Ｄに示される高速スイッチコネクタの機能は、異なることに留意することは重要である。従来のＴ／Ｒスイッチの場合、スイッチは、数十ミリ秒〜１秒のスピードで動作する必要があるのみである。故に、従来のＴ／Ｒスイッチは、本動作の中核を成すサンプリング機能を行うために十分に高速で動作しない。

いくつかのシステム用途では、十分な性能が、図２〜図１１に説明される同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステムを使用して達成可能であり得るが、他のシステム用途では、フロントエンド性能を信号処理技法で増補する必要がある。本教示の任意の実施形態では、信号処理は、フロントエンドと合体させられ、性能向上を達成することができる。当業者には明白となるように、信号処理を用いて、本明細書に説明されるフロントエンドシステムのいずれかを増補することが可能である。発明者らは、図１０に示される例示的フロントエンドシステムアーキテクチャを増補することを選択することによって、これを例証する。

図１２は、図１０に示される例示的フロントエンドシステムを増補するために、デジタル信号処理１２０２を使用する同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステム１２００のブロック図を示す。本例示的システムは、図６Ｂに関連して説明されるダウンコンバートを用いるデジタル信号プロセッサを使用する。また、本例示的システムは、図７Ｂに関連して説明されるベクトル変調器タイプの送信信号調整器を使用する。弁別デバイスの出力の一部は、信号の周波数スペクトルを、中間周波数（ＩＦ）であり得る、より低い周波数に下方変換するダウンコンバータ１２０６にフィードされる。代替として、より一般にはベースバンドと称されるゼロ周波数まで変換されることができる。送信信号の一部もまた、弁別デバイスの出力がコンバートされる同一の周波数に送信信号の一部がコンバートされるという制約を伴って、ダウンコンバートされる。これらの信号が両方ともダウンコンバートされると、それらは、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１２０４を介して、デジタル形態にコンバートされる。

デジタルドメインでは、デジタル信号プロセッサ１２０２は、送信信号と弁別デバイス１２０８出力を相関させ、弁別デバイス１２０８出力内の残留送信機成分をアイソレーションするために使用される。信号プロセッサ１２０２は、次いで、弁別デバイス１２０８出力に存在する残留送信機信号を最小限にするように、弁別デバイス１２０８に注入される必要がある送信機信号の最適複素数値の推定値を形成する。信号プロセッサ１２０２の出力は、ＩＱ送信信号調整器１２１２に関する所望の設定を含む２つの信号を含む。図１２に示される例では、発明者らはベクトル変調器をＩＱ送信信号調整器１２１２として使用しているため、複素設定値は、送信機信号の同相（Ｉ）部分および直交（Ｑ）部分のためのものである。多くのベクトル変調器は、アナログ入力を要求するため、図１２は、要求されるコンバートを実行するためのデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）１２１０を示す。

図１２は、適応信号プロセッサ１２０２およびＤＡＣ１２１０によって供給される複素設定値を使用して、ＲＦ周波数でＴｘ信号に作用するＩＱ送信信号調整器１２１２を示す。また、図２１に、そのアプローチの利点とともに示されるように、適応信号プロセッサおよびＤＡＣが、調整された送信信号自体をＩＦ周波数で生成し、それをＲＦ周波数にアップコンバートすることも可能である。しかしながら、図１２に示されるように、ＲＦ周波数でＴｘ信号に作用することは、周波数アップコンバートの必要性を回避するため、有意により単純となる。

図１３は、アナログ信号処理が図１０に示される例示的フロントエンドシステムを増補するためにどのように使用され得るかを図示する、同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステム１３００のブロック図を示す。本例示的システムの場合、発明者らは、図６Ｃに関連して説明されたような周波数コンバートを用いないアナログ信号プロセッサ１３０２を選択した。送信機出力および弁別デバイス出力は、アナログ信号であるため、アナログ信号プロセッサ１３０２は、アナログ−デジタルコンバータを要求しない。要求される処理が行われ得る方法の１つは、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓから市販されているデュアルＩ／Ｑ復調器である、ＡＤ８３３３等の、機能の多くを含む集積回路を用いたものである。要求されるアナログ乗算もまた、同様にＡｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓから市販されている電圧出力四象限乗算器である、ＡＤ８３５等の集積回路を用いて行われることができる。アナログ乗算器の出力は、適切な総和、スケーリング、および積分を伴って、デジタル−アナログコンバータの必要なく、ベクトル変調器入力を直接駆動させることができる。

図２に戻って参照すると、いくつかの動作方法では、減算器２１０入力に到達する送信信号の２つのバージョンが、同一の遅延を有するように処理される。これは、減算器＋信号プロセッサ＋Ｔｘ信号調整器２１４＋周波数コンバート（使用される場合）を通る遅延に整合する遅延を経路２０６に挿入することによって達成されることができる。しかしながら、これらの動作方法のいくつかでは、減算器２１０入力における送信信号の２つのバージョンに同一の遅延を正確に提供することは、比較的に困難である。例えば、動作条件が、アンテナ２０４の近傍に送信信号の大反射が存在するようなものであるとき、コネクタ２０２の出力には、キャンセルされる必要がある、Ｔｘ信号の２つのコピーが存在する。すなわち、一方は、アンテナの入力において反射されるコピーであり、他方は、アンテナ２０４近傍の物体から反射するコピーである。これらの動作条件下、Ｔｘ信号の第２の遅延されたコピーを有し、そのコピーを第２のＴｘ信号調整器にフィードすることが望ましい。一実施形態では、これは、Ｔｘ信号をデジタル形態で信号プロセッサ内に記憶する信号プロセッサ２１２を使用して達成される。

ここで、本教示による、送信信号の複数の適切に遅延されたコピーを減算器に提供するためのシステム２１００を図示する図２１を参照する。図２１に説明されるシステムは、図１２に関連して説明されたデジタル信号処理１２０２を使用する同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステム１２００に類似する。システム２１００は、システム１２００内の能動電子弁別デバイス１２０８、ダウンコンバータ１２０６、およびアナログ−デジタルコンバータ１２０４を含む。しかしながら、システム２１００では、適応信号プロセッサ１２０２は、Ｔｘ信号の複数の遅延されたコピーを生成するための手段も含む。適応信号プロセッサ１２０２は、アップコンバータ２１０２、次いで、能動電子弁別デバイス１２０８に電気的に接続されるデジタル−アナログコンバータ１２１０に電気的に接続される。

いくつかの動作モードでは、Ｔｘ信号は、ダウンコンバートされ、アナログ−デジタルコンバータ１２０４を通り抜け、次いで、信号プロセッサ１２０２内に記憶される。このように、Ｔｘ信号の複数の適切に遅延されたコピーが、デジタルドメイン内で生成されることができ、結果として生じる信号は、デジタル−アナログコンバータ１２１０によってアナログ信号に逆コンバートされることができ、これは、次いで、ミキサ等の周波数コンバータによってアップコンバートされる。代替として、アップコンバートは、デジタル的に行われ、次いで、デジタル−アナログコンバータにフィードされることができる。本アプローチの有力な局面の１つは、送信信号のコピー毎に適切な遅延が、周知の技法を使用して、信号処理によって決定されることができることである。遅延は、信号条件が変化するにつれて、更新されることができる。

図２〜図１３における本教示の実施形態は全て、高電力送信信号を受信経路から除去する際に有効となる。送信信号強度が、受信信号と同程度の大きさまたは受信信号よりも小さい大きさにすぎない場合、はるかに少ないハードウェアが、必要とされ得る。

図１４は、送信信号強度が、受信信号と同程度またはそれより弱い強さにすぎないとき、いくつかの実施形態に有用である、図２に関連して説明される同一開口任意周波数ＳＴＡＲシステム内のハードウェアのサブセットシステム１４００を図示する。３ポート信号コネクタ１４０２は、アンテナ１４０８に別個の送信経路１４０４および受信信号経路１４０６を接続することを可能にするために必要であり、アイソレータ１４１０は、送信経路１４０４をアンテナが動作する信号環境から遮蔽するために必要である。一実施形態では、３ポート信号コネクタ１４０２は、フェライトサーキュレータである。しかしながら、アナログ信号弁別デバイスは、要求されなくてもよく、したがって、送信信号調整器も要求されない。送信信号は、比較的に小さいため、受信信号経路内の成分のいずれも飽和させず、受信信号経路からの送信信号の除去は、必要と見なされる場合、周知のデジタル信号処理技法を使用して達成されることができる。

ここまでに、受信経路から除去（減算）される必要がある大信号は、受信されるべき信号を検出していた同一のアンテナを通して送信されるべき信号であった。送信信号は、２つの重要な局面、すなわち、（１）送信信号が受信信号よりはるかに強力である局面、および（２）送信信号が、該当する場合、送信信号によって伝達されている情報を復元するように復調される必要がない局面において、受信信号から弁別され得る。復調される必要がない大信号が受信経路に進入する、別の種類のシステム構成が存在する。そのような大信号が無害である場合、概して、同一サイト干渉と称される。大信号が性質上不適である場合、概して、ジャミングと称される。そのような場合、大信号は、受信機が、所望の受信信号（単数または複数）を処理、すなわち、復調することができるように、除去される必要がある。同一サイト信号およびジャミング信号を除去する種々の手段は、周知である。一般的アプローチの１つは、ＲＦフィルタを使用して、受信信号（単数または複数）をパスさせながら、大信号を抑制することである。そのような技法は、当然ながら、受信信号および同一サイト／ジャミング信号が離れた周波数帯域を占有するときのみ、有効である。本発明の教示は、ここでは、受信信号および同一サイト／ジャミング信号の周波数スペクトルが重複し得る場合に同一サイト信号およびジャミング信号を抑制するために適用される。

図１５は、信号コネクタ１５０２を含む、図１４におけるシステム１４００の実施形態で一例示的システム１５００を図示し、信号コネクタ１５０２に、高インピーダンスが送信信号経路１５０６内の光アイソレータ１５０４の出力によって与えられ、システム１５００において、全ての信号が周波数ダウンコンバートされ、次いで、アナログドメインからデジタルドメインにコンバートされた後、従来のデジタル信号プロセッサ１５０８が、送信信号を受信経路１５１０から除去するために使用される。非協働干渉源の場合、干渉キャンセラにフィードされる干渉物（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｒ）の基準コピーが、自己生成されなければならない。問題となる干渉物が着目信号（ＳＯＩ）に対して振幅が大きいという事実を除き、多くの場合、これらの干渉物に関して何らかを把握していると仮定することが全くできない。したがって、干渉物の基準コピーを生成することは、存在し得る大きな干渉物のみを感知し、ＳＯＩを無視する方法を要求する。干渉源を優先的に検出する公知の方法は、最大感度が干渉源の方向に向けられる指向性アンテナを使用することである。しかしながら、そのような技法の有効性は、アンテナビームの指向性および干渉源とＳＯＩとの間の分離角度に大きく依存する。したがって、本教示の特徴の１つは、複合ＳＯＩからの強干渉信号＋アンテナから生じる干渉信号ストリームの基準コピーを抽出するためのアプローチである。

図１６は、本教示による、干渉信号の基準コピーを生成するシステム１６００を図示する。アンテナ１６０２出力の一部は、抜き取られ、Ｎビット量子化器１６０４にフィードされ、ここで、Ｎは、強い干渉物を量子化するために十分であるが、干渉信号よりはるかに小さいＳＯＩも量子化するためには十分に大きくない。このように、Ｎビット量子化器は、逆リミッタのような役割を果たし、大信号のみ通過させ、より小さい信号を抑制する。干渉物の基準コピーをこのように生成し、それを干渉キャンセラ内で処理する際に伴う遅延は、図１６に示されるように、アンテナ１６０２から干渉キャンセラに通じる信号経路内で再現されることができる。自己生成基準の動作を実証するために、シミュレーションを行った。シミュレーションにおいて、「高電力」干渉物を、１００ＭＨｚの１−Ｖ正弦波とし、「低電力」ＳＯＩを、１０７ＭＨｚの０．１−Ｖ正弦波とした。

図１７は、図１６におけるアーキテクチャのシミュレーションの結果を図示し、ここで、１ビット量子化器の出力が１００ＭＨｚの高電力干渉物のコピーを生成し、弁別デバイスにおいてより低い電力１０７−ＭＨｚ ＳＯＩからのその減算を可能にする。図１７に図示されるプロットは、Ｎビット量子化器への入力を示す一方、主プロットは、パラメータとしてビット数を有する量子化器の出力を示す。ＳＯＩより１０倍だけ強力な干渉物では、１ビットの量子化は、大干渉物を「パス」し、より小さいＳＯＩを完全に感知せず、４ビットは、干渉物およびＳＯＩの両方を完全に感知するために十分である。２ビットでは、ＳＯＩは、高電力干渉物を約２０ｄＢ下回る。

単純正弦曲線より複雑なスペクトル成分を用いて大干渉物をキャンセルすることを所望することを前提として、本シミュレーションにおいて、本成分を保存するために、複数のビットの量子化を必要とすると仮定した。したがって、ＳＯＩよりはるかに強力な（わずか１０ｄＢではない）干渉物の影響のみ効果的にキャンセル可能である。

図１８は、アンテナにおける信号−干渉物比と、ＳＯＩを抑制することを心配する必要なく使用することができる量子化のビット数との間の関係を示すプロットであり、ＳＯＩを抑制することは、ＳＯＩという「赤ん坊」を干渉物（単数または複数）という「風呂の水」とともに捨てるようなものである。ビット数は、干渉信号スペクトルの複雑性の指標である。

図１９は、本教示による、干渉キャンセラ内で自己生成基準を使用するシステム１９００のブロック図を図示する。システム１９００は、図１６に関連して説明されるように、干渉物の基準コピーを生成するＮビット量子化器１９０２を含む。アナログプロセッサ１９０４およびデジタルプロセッサ１９０６は、干渉信号を除去する大信号弁別デバイス１９０８とともにフィードバックループ内で使用される。ＲＦ遅延１９１０は、弁別デバイス１９０８の＋ポートと−ポートとの間の遅延を整合させるために使用される。

図２〜図１９は、送信および受信アンテナが、１つのフロントエンドによって扱われる１つの放射要素から成るシステムに関する。代替として、図１、図２、図８〜図１６、および図１９におけるアンテナ記号は、全て、単一フロントエンドによって同一の送信信号がフィードされ、その受信された信号をその同一のフロントエンド内で処理のために組み合わせさせる放射要素のアレイを表すことができる。しかしながら、多くの実践的システムでは、各放射要素またはそのような要素の大アレイ内の放射要素の小さなグループが、その独自のフロントエンドによって扱われることがより有利である。この場合、各フロントエンドは、その放射要素または放射要素の小さなグループによって送信される送信信号だけではなく、アレイ内の他の要素の任意のものまたは全部によって送信される信号にもよる受信信号経路内の存在の影響を緩和するために必要とされ得、そのアレイの送信された信号が、アンテナ要素間の相互結合として当技術分野において公知の現象を通して、本フロントエンドのアンテナ要素によって部分的に受信される。

図２０は、本教示による、破線ボックス内のハードウェアの集合によって示されるフロントエンド２００４にアタッチされた取り付けられたアンテナ要素２００２によってだけではなく、Ｎ個のそのような放射要素のアレイ内のＮ−１個の他の放射要素によっても送信される信号の影響を緩和するためのシステム２０００を図示する。

システム２０００は、図２に関連して説明される単一要素フロントエンドの一般化形態である。２つの図間の差異は、ここでは、１つのみの送信信号調整器ではなく、Ｎ個の送信信号調整器が存在するという点で顕著である。これは、アンテナアレイ内のＮ個の要素の各々に対して１つである。図２の単一アンテナシステムフロントエンドにおいて、アイソレータ２００４が単一送信信号調整器２００６に提供する送信信号のコピーは、ここでは、信号のＮ方向分割をもたらすためにコーポレートツリー配列内で採用される、２方向進行波抵抗電力分割器（Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ分割器）等のＮ方向ＲＦ分割器２００８によって、Ｎ個の部分に分割される。

送信信号のＮ個の減衰（少なくとも、Ｎ倍）コピーのうちの１つは、まさに図２において行われたように、本フロントエンドの送信信号調整器２００６にフィードされる。本フロントエンドの送信信号の残りのＮ−１個の減衰コピーは、本フロントエンドの外に経路指定され、それぞれ、Ｎ−１個の他のアンテナ要素２００２フロントエンド２００４のそれぞれにおける送信信号調整器２００６のうちの１つに接続される。対応して、図２０に示される１つの要素のフロントエンド２００４内の他のＮ−１個の送信信号調整器２００６はそれぞれ、他のＮ−１個のアンテナ要素２００２によって送信される信号の減衰コピーを受信する。これらの信号調整器２００６の出力は、図２０に示されるように、Ｎ方向ＲＦコンバイナ２０１０において、本アンテナ要素の送信信号に作用する送信信号調整器２００６の出力とともに組み合わせられる。

Ｎ方向ＲＦ分割器２００８と同様に、本Ｎ方向ＲＦコンバイナ２０１０は、例えば、ＲＦ信号のＮ方向結合をもたらすためにコーポレートツリー配列内で採用される、２方向進行波抵抗電力コンバイナ（Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ電力コンバイナ）から成ってもよい。送信信号の組み合わせられたコピーは、弁別デバイス２０１２内の本フロントエンドのアンテナ要素２００２によって受信される信号から減算される。図２におけるように、弁別デバイスの出力２０１２は、信号プロセッサ２０１４にフィードされる。加えて、信号プロセッサ２０１４は、図２における信号プロセッサ同様に、各要素の送信信号のその独自の減衰コピーを受信する。しかしながら、明確にするために、本特徴は、図２０に示されないが、当業者によって理解される。

Claims (20)

1. 同一開口任意周波数同時送受信（ＳＴＡＲ）システムであって、前記システムは、
   ａ．アンテナに電気的に結合された第１のポートと、送信信号経路に電気的に結合された第２のポートと、受信信号経路に電気的に結合された第３のポートとを有する信号コネクタであって、前記信号コネクタは、前記送信信号経路内の送信信号を前記アンテナにパスし、受信信号を前記受信信号経路にパスする、信号コネクタと、
   ｂ．前記送信信号経路内に配置された信号アイソレータであって、前記信号アイソレータは、前記受信信号の残留部分を送信信号経路から除去し、前記信号アイソレータの出力は、前記受信信号の前記残留部分が除去された前記送信信号の部分を提供する、信号アイソレータと、
   ｃ．前記信号アイソレータの前記出力に電気的に結合された第１の入力と、前記信号コネクタの前記第３のポートに電気的に結合された第２の入力とを有する信号弁別デバイスであって、前記信号弁別デバイスは、前記受信信号経路内の前記送信信号の部分を減算し、それによって、前記受信信号のより正確なコピーを提供する、信号弁別デバイスと
   を備える、システム。
2. 前記信号コネクタは、前記第１のポート、第２のポート、および第３のポートのうちの少なくとも１つに整合インピーダンスを提供する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記信号コネクタは、前記第１のポートおよび第２のポートのいずれかにおけるものよりも高いインピーダンスを前記第２のポートに提供する、請求項１に記載のシステム。
4. 前記信号コネクタは、高速スイッチを備える、請求項１に記載のシステム。
5. 前記信号弁別デバイスは、能動弁別デバイス、受動弁別デバイス、および光弁別デバイスから成る群から選択される、請求項１に記載のシステム。
6. 前記アイソレータは、電子電圧源ベースのアイソレータ、電流源ベースの信号アイソレータ、非相互的ＲＦアイソレータ、および光アイソレータから成る群から選択される、請求項１に記載のシステム。
7. 前記信号弁別デバイスの前記出力に結合された入力を有する信号プロセッサをさらに備え、前記信号プロセッサは、前記送信信号のコピーと前記弁別デバイスの前記出力とを相関させ、前記受信信号のより正確な表現を生成する、請求項１に記載のシステム。
8. 前記信号プロセッサは、信号を生成し、前記信号は、前記アイソレータからの前記送信信号の部分に追加されると、前記送信信号の残留部分を、結果として生じる差異信号からより完全に減算する、請求項１に記載のシステム。
9. 前記信号プロセッサは、アナログ信号プロセッサおよびデジタル信号プロセッサから成る群から選択される、請求項１に記載のシステム。
10. 前記信号弁別デバイスの前記出力に結合された入力と、前記信号弁別デバイスの前記第１の入力に結合された出力とを有するフィードバックシステムをさらに備え、前記フィードバックシステムは、信号を生成し、前記信号は、前記アイソレータからの前記送信信号の部分に追加されると、前記送信信号を前記受信信号からより完全に減算する、請求項１に記載のシステム。
11. 前記フィードバックシステムは、信号プロセッサと、送信信号調整回路とを備える、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記フィードバックシステムは、前記送信信号の所望の複素数値を前記出力において生成し、前記複素数値は、前記アイソレータからの前記送信信号の部分に追加されると、前記送信信号を前記受信経路からより完全に減算する、請求項１０に記載のシステム。
13. 同一開口任意周波数同時送受信方法であって、前記方法は、
    ａ．アンテナからの受信信号と送信信号経路からの送信信号とを接続することであって、それによって、前記受信信号が受信信号経路にパスされ、前記送信信号が前記送信信号経路から前記アンテナにパスされる、ことと、
    ｂ．前記送信信号の部分を前記送信信号経路内の残留受信信号成分からアイソレーションすることと、
    ｃ．前記送信信号経路内の前記送信信号の前記アイソレーションされた部分を前記受信信号経路内の前記受信信号から減算し、それによって、前記送信された信号の残留部分を前記受信信号経路から除去し、前記受信信号のより正確な表現を作成することと
    を含む、方法。
14. 前記アンテナからの前記受信信号と前記送信信号経路からの前記送信信号とを接続することは、高速スイッチングを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記アイソレーションすることは、非相互的に行われる、請求項１３に記載の方法。
16. 前記アイソレーションすることは、光アイソレーションを使用して行われる、請求項１３に記載の方法。
17. 前記送信信号経路内の前記送信信号の前記アイソレーションされた部分を前記受信信号経路内の前記受信信号から減算することは、光減算を使用して行われる、請求項１３に記載の方法。
18. 前記送信信号経路内の前記送信信号の前記アイソレーションされた部分を前記受信信号経路内の前記受信信号から減算することは、電子減算を使用して行われる、請求項１３に記載の方法。
19. 前記送信信号内の前記送信信号のコピーと前記減算された信号とを相関させることにより、前記受信信号のより正確な表現を生成することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
20. 同一開口任意周波数同時送受信（ＳＴＡＲ）システムであって、前記システムは、
    ａ．受信信号と送信信号を接続するための手段であって、それによって、前記受信信号が受信信号経路にパスされ、前記送信信号が送信信号経路からアンテナにパスされる、手段と、
    ｂ．前記送信信号の部分を前記送信信号経路内の残留受信信号成分からアイソレーションするための手段と、
    ｃ．前記送信信号の前記アイソレーションされた部分を前記受信信号経路内の前記受信信号から減算し、それによって、前記送信信号の残留部分を前記受信信号経路から除去し、前記受信信号のより正確な表現を作成するための手段と
    を備える、システム。

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