JP4336687B2 - 偏光デュプレクサを利用した時分割デュプレクシング方式の送受信装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、時分割デュプレクシング（ＴＤＤ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘｉｎｇ）方式の送受信装置及び方法に係り、特に傾斜面を持つ偏光デュプレクサを利用して送信信号と受信信号とを偏光させ、互いに直交する方向性を持つようにして信号の送受信経路間分離度を高めるＴＤＤ方式の送受信装置及び方法に関する。

ＴＤＤ方式の送受信装置は、同じ周波数帯域を使用して信号を送受信する方式であって、信号の送受信を時間で分割して一定時間、ＡＰ（Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ：ＴＤＤ基地局）から信号を送信（Ｄｏｗｎ Ｌｉｎｋ）し、次の一定時間の間に信号を受信（Ｕｐ Ｌｉｎｋ）する方式である。

前記のように同じ周波数帯域を使用して信号を送受信する場合、アンテナと送受信装置とのインピダンスがよく整合されているとしても、送信電力のうち一部分の電力がアンテナポートから反射されてシステムの受信経路に引き込まれる現象が発生する。このように逆流された反射信号は、受信経路に引き込まれて高い受信経路の利得を発生させて受信システムに大きい損失を与えるだけでなく、受信感度に影響を与えて受信性能を低下させる問題を発生させる。また、受信時間の間に送信装置で発生するノイズレベルの信号が受信信号と干渉を起こして受信性能を低下させる問題もある。

したがって、ＴＤＤ方式の送受信装置は、信号が受信される経路と信号を送信する経路とを分離させて、送受信信号間の干渉を最小化させる装置及び方法が要求される。

図１は、従来の送受信経路の分離のためのＲｆスイッチを備えるＴＤＤ方式の送受信装置の構成を示すブロック図である。図１に図示された従来のＴＤＤ方式の送受信装置は、送信部１００、受信部１０５、大電力増幅器（ＨＰＡ：Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１１０、サーキュレータ１１５、帯域フィルタ（ＢＰＦ：Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）１２０、アンテナ１２５及び同期信号発生部１８５を備えてなる。前記送信部１００は、変調部１３０、アップコンバータ１３５、ＲＦ増幅器１４０、ステップ減衰器１４５及びＲＦスイッチ１５０を備えてなり、前記受信部１０５は、復調部１８０、ダウンコンバータ１７０、ステップ減衰器１６５、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ：Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１６０及びＲＦスイッチ１５０を備えてなる。

図２Ａ及び図２Ｂは、ＴＤＤ方式の送受信装置のフレームの構造についての実施形態を示すものであって、図示されたように、信号の送信（Ｕｐ ｌｉｎｋ）と受信（Ｄｏｗｎ ｌｉｎｋ）とはそれぞれ時間を異ならせて行われる。図２Ａは、受信と送信とを１６：６の割合で時間を異ならせて行うものであり、図２Ｂは、受信と送信とを１３：９の割合で時間を異ならせて行うものである。前記同期信号生成部１８５は、前記のように一定の間隔ＴＴＧをおいて行われる送受信同期に合せて前記ＲＦスイッチ１５０、１５５をオン／オフさせる同期信号を生成する。前記送信部１００に備えられたＲＦスイッチ１５０は、前記同期信号生成部１８５で生成された同期信号によって送信時間の間にオンになって受信時間の間にはオフになり、前記受信部１０５に備えられたＲＦスイッチ１６０は、送信時間の間にオフになって送信時間の間にはオンになる。前記のようなＲＦスイッチ１５０、１５５のオン／オフ制御により送受信経路が分離される。

以下では、前記のように動作するＲＦスイッチ１５０、１５５を利用した時分割方式の送受信装置の動作について説明する。前記変調部１３０は、送信しようとする信号を生成し、前記アップコンバータ１３５は、信号伝送のために前記生成された送信信号の周波数を高める。前記ＲＦ増幅器１４０は前記送信信号を増幅させ、前記ステップ減衰器１４５は前記送信信号の電力を段階別に減衰させる。前記ステップ減衰器１４５から出力された送信信号は、前記ＲＦスイッチ１５０を通じて送信時間の間のみに前記ＨＰＡ １１０に入力され、前記ＨＰＡ １１０は、前記送信信号を非常に高い電力を持つように増幅して出力する。

前記受信部１０５のＲＦスイッチ１５５は、受信時間の間のみに前記アンテナ１２５で受信した受信信号を前記サーキュレータ１１５から入力されてＬＮＡ １６０に出力し、前記ＬＮＡ １６０は、前記受信信号をノイズを最小化させつつ増幅する。前記ステップ減衰器１６５は前記受信信号の電力を段階別に減衰させ、前記ダウンコンバータ１７０は前記受信信号の周波数を下げる。前記復調部１８０は前記ダウンコンバータ１７０から出力される受信信号を復調して所望のソースデータを再生する。

前記アンテナ１２０は、前記送信信号を増幅して大気中に放射し、大気中から信号を受信する。前記ＢＰＦ １２０は、前記送信信号及び受信信号を使用周波数帯域にフィルタリングし、前記サーキュレータ１１５は、前記ＨＰＡ １１０から出力される送信信号を前記ＢＰＦ １２０に出力し、前記アンテナ１２０から入力される受信信号を前記受信部１０５に出力する。

前述したような従来のＲＦスイッチを利用してＴＤＤ方式の送受信装置の送受信経路を分離する場合には、送受信信号のフレーム同期を抽出して初めてＲＦスイッチを制御でき、この同期信号を監視し続けて抽出された同期信号でＲＦスイッチをオン／オフさせねばならないので、システムが複雑になるだけでなく同期信号抽出アルゴリズムを具現せねばならないので、コストアップになる問題点も発生する。

また、次の表１に示すように、ＲＦスイッチ時間が数十ｕｓｅｃ内で制御されねばならないので、高い精密度を要求しており、５ｍｓｅｃごとに前記ＲＦスイッチ制御を反復せねばならないので、非常に多い回数の精密なスイッチ制御機術を具現せねばならない。このような反復されたＲＦスイッチ制御はスイッチの性能を老化させ、結局送受信装置の寿命を短縮させるという問題があった。

本発明が解決しようとする技術的課題は、ＴＤＤ方式の送受信装置において前記のような問題点を解決するために、傾斜面を持つ偏光デュプレクサを利用して送信信号と受信信号とを偏光させて互いに直交する方向性を持つようにし、ＲＦスイッチを使用しなくても信号の送受信経路間分離度を高めることができる偏光デュプレクサを利用したＴＤＤ方式の送受信装置及び方法を提供することである。

前述した技術的課題を解決するための本発明によるＴＤＤ方式の送受信装置は、送信信号を生成する送信部と、前記生成された送信信号を外部装置に送信し、外部装置から受信信号を受信するアンテナと、前記受信された受信信号を復調してソースデータを再生する受信部と、一側が前記送信部及び受信部に連結され、他側は前記アンテナに連結され、前記送信部が生成した送信信号と、前記アンテナから受信されて前記受信部に入力される受信信号とが互いに直交する方向性を持つように前記送信信号と受信信号とを偏光させる傾斜面を持つ偏光デュプレクサと、を備えることを特徴とする。

望ましくは、前記送信部と受信部とは、前記偏光デュプレクサの一側に互いに垂直方向に連結される。

前記偏光デュプレクサは、前記送信信号と受信信号とを互いに直交する方向性を持つように偏光させる２個の傾斜面を備え、前記２個の傾斜面は互いに対称をなすことが望ましい。

望ましくは、前記送信部と受信部とは、それぞれ前記送信信号と受信信号とをフィルタリングするための偏光フィルタを備える。

望ましくは、前記偏光デュプレクサは偏光性導波管であり、前記送信部と連結される第１偏光性の矩形導波管と、前記受信部と連結される第２偏光性の矩形導波管と、前記アンテナと連結される円形導波路と、を備えることが望ましい。前記傾斜面の傾斜角は、前記送受信装置の使用周波数によって決定されることが望ましい。

前述した技術的課題を解決するための本発明によるＴＤＤ方式の送受信方法は、送信信号を生成するステップと、アンテナを利用して外部装置から受信信号を受信するステップと、前記生成された送信信号と前記受信された受信信号とが互いに直交する方向性を持つように前記送信信号と受信信号とを偏光させるステップと、前記偏光された受信信号を復調してソースデータを再生するステップと、前記偏光された送信信号をアンテナを通じて外部装置に送信するステップと、を含むことを特徴とする。

望ましくは、前記送信信号と受信信号とを偏光させるステップは、前記送信信号と受信信号とを互いに垂直な方向に傾斜面に入射させて、前記送信信号と受信信号とを互いに直交する方向性を持つように偏光させる。

前記送信信号と受信信号とを偏光させるステップは、互いに対称をなす２個の傾斜面に前記送信信号と受信信号とを互いに垂直な方向に入射させて、前記送信信号と受信信号とを互いに直交する方向性を持つように偏光させることが望ましい。

望ましくは、前記傾斜面の傾斜角は、信号の送受信時に使用する周波数によって決定される。

本発明による偏光デュプレクサを利用したＴＤＤ方式の送受信装置及び方法によれば、傾斜面を持つ偏光デュプレクサを利用して送信信号と受信信号とを偏光させて互いに直交する方向性を持つようにして、ＴＤＤ方式の送受信装置の具現時に、複雑度及び生産コストを高めるＲＦスイッチを使用しなくても信号の送受信経路間の分離度を高めて受信装置を送信信号から保護し、受信装置に引き込まれる送信信号のノイズレベルを最小化させることができる。

以下、添付された図面を参照して本発明による偏光デュプレクサを利用したＴＤＤ方式の送受信装置及び方法について詳細に説明する。

図３は、本発明による偏光デュプレクサを利用したＴＤＤ方式の送受信装置の全体的な構成を示すブロック図である。図３に図示された本発明によるＴＤＤ方式の送受信装置は、送信部３００、受信部３０５、ＨＰＡ ３１０、偏光デュプレクサ３１５、ＢＰＦ ３２０、アンテナ３２５を備えてなる。前記送信部３００は、変調部３３０、アップコンバータ３３５、ＲＦ増幅器３４０、ステップ減衰器３４５を備えてなり、前記受信部３０５は、復調部３６５、ダウンコンバータ３６０、ステップ減衰器３５５、ＬＮＡ ３５０を備えてなる。

前記変調部３３０は、送信しようとする信号を生成し、前記アップコンバータ３３５は、信号伝送のために前記生成された送信信号の周波数を高める。前記ＲＦ増幅器３４０は前記送信信号を増幅させ、前記ステップ減衰器３４５は前記送信信号の電力を段階別に減衰させる。前記ＨＰＡ １１０は前記送信信号を非常に高い電力を持つように増幅して出力する。

前記アンテナ３２５は、外部装置（図示せず）が送信した信号を大気中から受信する。前記ＢＰＦ ３２０は、前記受信された信号のうち使用周波数帯域に該当する信号をフィルタリングする。

前記偏光デュプレクサ３１５は、前記ＨＰＡ ３１０から入力される送信信号と前記ＢＰＦ ３２０から入力される受信信号とを傾斜面を利用して偏光させて、前記送信信号と受信信号とが互いに直交する方向性を持つようにする。前記偏光デュプレクサ３１５の傾斜面により前記受信信号と直交するように偏光された高い電力を持つ送信信号は、自身の方向性と直交する方向性を持つ受信信号と干渉を起こさないので、前記偏光デュプレクサ３１５を通過し、前記受信部３０５に入力される受信信号は、前記送信信号またはノイズ信号などにより情報が損失するか混ざることのない信号となる。

前記受信部３０５のＬＮＡ ３５０は、前記受信信号をノイズを最小化させつつ増幅する。前記ステップ減衰器３５５は、前記受信信号の電力を段階別に減衰させ、前記ダウンコンバータ３６０は、前記受信信号の周波数を低める。前記復調部３６５は、前記ダウンコンバータ３６０から出力される受信信号を復調して所望のソースデータを再生する。

図４は、偏光デュプレクサの構造についての第１実施形態を示す斜視図であって、図示された偏光デュプレクサは、第１導波管４００、第２導波管４１０及び導波路４２０を備えてなる。前記導波路４２０は、円筒形であって一側がアンテナ（図示せず）と連結されており、他側が前記長方形の第１、２導波管４００、４１０と連結されている。図示されたように前記導波路４２０には傾斜面４３０が形成されており、前記第１導波管４００と第２導波管４１０とは、入出力される送受信信号の方向が互いに垂直になるように位置することが望ましい。

前記第１導波管４００は、前記送信部３００と連結されて、生成された送信信号が前記第１導波管４００を通じて前記導波路４２０の傾斜面４３０に入射される。前記入射された送信信号は、前記傾斜面４３０の傾斜角と前記傾斜面４３０に入射される方向とにより既定の第１方向に偏光される。前記偏光された送信信号は、前記導波路４２０を通過して前記導波路４２０に連結されたアンテナ側に出力される。

任意の方向性を持つ信号がアンテナを通じて受信されて前記偏光デュプレクサ３１５を通過して前記受信部３０５に伝えられ、前記任意の方向性を持つ受信信号は、前記導波路４２０で非常に高い電力を持つ送信信号と混合される。しかし、前記受信信号のうち前記偏光された送信信号の第１方向と直交する第２方向の方向性を持つ受信信号は、前記送信信号により干渉されずに前記導波路４２０を通過する。

前記導波路４２０を通過した受信信号は前記傾斜面４３０に入射され、前記傾斜面４３０により前記受信信号のうち送信信号と干渉を起こさない第２方向の方向性を持つ受信信号だけ前記第２導波管４１０を通じて受信部３０５に出力される。前記第２方向の方向性を持つ受信信号を前記受信部３０５でソースデータに復調すれば、前記送信信号に影響されないソースデータを再生できる。

図５は、前記偏光デュプレクサの構造についての第２実施形態を示す断面図であって、図示されたように、偏光デュプレクサの導波路５００に２個の傾斜面５１０、５２０が互いに対称するように形成されることが望ましい。図示されたように、前記傾斜面５１０、５２０は、第２導波管４１０が連結される部分で第１導波管４００が連結される部分を連結するように形成されることが望ましい。前記第１、２導波管４００、４１０の大きさ及び前記導波路５００の大きさが、信号送受信のために使われる周波数及び送受信装置の仕様によって変わるので、前記使用周波数及び仕様などによって前記傾斜面５１０、５２０の傾斜角及び傾斜長さが異なって設定される。

図６は、前記図５に図示された２個の傾斜面を持つ偏光デュプレクサにアンテナ６００が連結された構造についての実施形態を示す斜視図である。

図７は、偏光デュプレクサを利用したＴＤＤ方式の送受信装置のＳパラメータを測定した実験結果を示すグラフであって、前記アンテナ３２５端をポート１、前記送信部３００端をポート２、前記受信部３０５端をポート３としてＳパラメータを測定した実験結果を示す図面である。

図７に図示された７００曲線は、Ｓ_１３パラメータを図示したものであり、７１０曲線はＳ_３３パラメータを図示したものであり、７２０曲線はＳ_１２パラメータを図示したものであり、７３０曲線はＳ_２２パラメータを示す図面である。前記図７に図示された７００ないし７３０曲線によれば、偏光デュプレクサを利用したＴＤＤ方式の送受信装置により、同じ共振周波数で所望の帯域幅を持つ送受信信号が通過することが分かる。

図７に図示された７４０曲線は、受信部３０５側を基準に測定したＳ_２３パラメータを図示したものであり、７５０曲線は送信部３００側を基準に測定したＳ_２３パラメータを示す図面である。前記７４０、７５０曲線に図示されたＳ_２３パラメータ値は、前記送信部３００と受信部３０５との送受信経路間の分離度を表すので、偏光デュプレクサを利用したＴＤＤ方式の送受信装置により送受信経路間に−６０ｄＢ以上の非常に高い分離度を持つということが分かる。

以上、本発明の望ましい実施形態について詳細に記述したが、当業者ならば、特許請求の範囲に定義された本発明の精神及び範囲を逸脱せずに本発明を多様に変形または変更して実施できるということが理解できるであろう。したがって、本発明の今後の実施形態の変更は本発明の技術を逸脱できない。

本発明は、信号送受信関連の技術分野に好適に用いられる。

従来のＲＦスイッチを利用したＴＤＤ方式の送受信装置の構成を示すブロック図である。 ＴＤＤ方式の送受信装置のフレームの構造についての実施形態を示す図面である。 ＴＤＤ方式の送受信装置のフレームの構造についての実施形態を示す図面である。 本発明による偏光デュプレクサを利用したＴＤＤ方式の送受信装置の全体的な構成を示すブロック図である。 偏光デュプレクサの構造についての第１実施形態を示す斜視図である。 偏光デュプレクサの構造についての第２実施形態を示す断面図である。 アンテナが連結された偏光デュプレクサの構造についての実施形態を示す斜視図である。 偏光デュプレクサを利用したＴＤＤ方式の送受信装置のＳパラメータを測定した実験結果を示すグラフである。

符号の説明

３００ 送信部
３０５ 受信部
３１０ ＨＰＡ
３１５ 偏光デュプレクサ
３２０ ＢＰＦ
３２５ アンテナ
３３０ 変調部
３３５ アップコンバータ
３４０ ＲＦ増幅器
３４５ ステップ減衰器
３５０ ＬＮＡ
３５５ ステップ減衰器
３６０ ダウンコンバータ
３６５ 復調部

Claims (5)

1. 時分割デュプレクシング方式の送受信装置において、
   送信信号を生成する送信部と、
   前記生成された送信信号を外部装置に送信し、外部装置から受信信号を受信するアンテナと、
   前記受信された受信信号を復調してソースデータを再生する受信部と、
   一側では前記アンテナに連結されている一方、他側では送信部及び受信部に連結されており、送信部で生成されてアンテナから送信される送信信号とアンテナから受信されて受信部に入力される受信信号とを互いに直交する方向性を持つように送信信号と受信信号とを偏光させる傾斜面を持つ偏光デュプレクサとを備えており、
   偏光デュプレクサは、一端がアンテナに接続された円形導波管と、この円形導波管の他端に接続されていると共に送信部に連結された送信用導波管と、円形導波管の他端に接続されていると共に受信部に連結された受信用導波管と、円形導波管の他端内に形成された傾斜面とを具備しており、
   傾斜面は、送信用導波管内から円形導波管内に入力される送信信号を円形導波管の一端に向かうと共に第一の方向に偏光させる一方、円形導波管の一端から当該円形導波管内に入力される受信信号を受信用導波管内に向かうと共に第一の方向に対して直交する方向に偏光させるように、受信用導波管の軸方向に対して傾斜している、
   ことを特徴とする時分割デュプレクシング方式の送受信装置。
2. 送信用導波管と受信用導波管とは、
   円形導波管の他端に夫々の軸方向において互いに直交して連結されることを特徴とする請求項１に記載の時分割デュプレクシング方式の送受信装置。
3. 前記偏光デュプレクサは、
   前記送信信号と受信信号とを互いに直交する方向性を持つように偏光させる２個の傾斜面を備え、前記２個の傾斜面は円形導波管の軸に関して対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の時分割デュプレクシング方式の送受信装置。
4. 前記送信部と受信部とは、
   それぞれ前記送信信号と受信信号とをフィルタリングするための偏光フィルタを備えることを特徴とする請求項１に記載の時分割デュプレクシング方式の送受信装置。
5. 受信用導波管の導波方向に対する前記傾斜面の傾斜角は、
   前記送受信装置の使用周波数によって決定されることを特徴とする請求項１に記載の時分割デュプレクシング方式の送受信装置。

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