JP4525675B2 - 双方向無線リンクのための端末機器 - Google Patents

Description

本発明は、双方向無線リンクのための端末機器に関する。

この無線リンクは、主として、２つの反対方向に、数ｋｂｉｔ／ｓ〜数百Ｍｂｉｔ／ｓのビットレートの２つのデジタルデータ信号を、数キロメートル〜約１００キロメートルの距離に伝送することを目的とする。これらの信号を伝送するための有用な周波数帯域は、約１ＧＨｚ〜約１００ＧＨｚである。データ信号は、例えば、多重デジタル電話チャネルまたはデジタルテレビ信号をサポートする。

従来の技術においては、各端末機器は、送信および受信のための単一のアンテナを備える。アンテナは、第１の通過帯域を備えるバンドパスフィルタおよびサーキュレータを介して送信機の出力に接続され、サーキュレータおよび第２の通過帯域を有する別のバンドパスフィルタを介して受信機の入力に接続される。送信機は、第１のデータ信号を、中間周波数から、第１の通過帯域に対応する所定の有用な周波数帯域内の、第１の送信搬送周波数に変換する。第２の搬送周波数および第２の通過帯域に対応する第２の有用な周波数帯域を備える第２のデータ信号は、アンテナによって捕捉され、受信機内で、中間周波数に変換される。

２つのデータ信号間の干渉を避けるために、搬送周波数は異なり、特に、それぞれ第１のデータ信号および第２のデータ信号のための第１の周波数帯域および第２の周波数帯域は、並置され、保護帯域によって分離される。

双方向無線リンクは、一般的に対称である。２つのデータ信号は、一般的に、同一のビットレートを有し、一方の端末機器の送信機は、他方の端末機器の受信機と対になっており、逆もまた同様である。

フランス国特許出願番号２ ７４４ ３０８で開示されている別の双方向無線リンクにおいては、各端末機器において、データ信号はそれぞれ、空の周波数帯域により分離される別々の周波数帯域において、２つのアンテナによる交差偏波で送信および受信される。パイロット周波数は、２つの伝送方向に従って、２つの機器における周波数変換のための共通のローカル周波数としての役割を果たす。パイロット周波数は、下り方向において純粋な周波数（ｐｕｒｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）として伝送され、上り方向において周波数帯域のための中心変調搬送周波数としての役割を果たす。

上記の全ての従来の技術において、双方向無線リンクにより占められる周波数スペクトルは、少なくとも、それぞれの伝送方向のための、２つの周波数帯域の合計に等しい。

双方向無線リンクの端末機器における、送信および受信のための、広域の有用な周波数帯域を減らすために、米国特許番号５，６９１，９７８は、同時に送信および受信を行う双方向無線リンクのための端末機器を提案しており、各機器は、第１の送信機および第１の受信機を有する。第１の送信機は、第１のデータ信号を第１の搬送周波数で送信し、それは、第１の受信機が第２のデータ信号を受信する周波数と同じである。端末機器は、単一の送信および受信アンテナを有するか、または送信アンテナおよび受信アンテナを有する。

本発明の目的は、先験的な４つの周波数帯域を使わずに４つのデータ信号を送信する双方向無線リンクのための端末機器を提供し、有用な帯域幅および端末機器のコストを削減することである。

従って、第１の有用な周波数帯域において第１のデータ信号を送信する第１の送信機を有し、その周波数帯域が、第１の受信機が第２のデータ信号を受信する周波数帯域と同じである、同時に送信および受信を行う双方向無線リンクのための端末機器は、
第１のアンテナと、第１のサーキュレータと、通過帯域として第２の有用な周波数帯域を備えるフィルタを介して、第２の有用な周波数帯域において第３のデータ信号を受信する第２の受信機を有し、第１の送信機は、通過帯域として第１の有用な周波数帯域を備えるフィルタと、第１のサーキュレータと、第１のアンテナを介して、第１の有用な周波数帯域において第１のデータ信号を送信し、
通過帯域として第２の有用な周波数帯域を備えるフィルタと、第２のサーキュレータと、第２のアンテナを介して、第２の有用な周波数帯域において第４のデータ信号を送信する第２の送信機とを有し、第１の受信機は、第２のアンテナと、第２のサーキュレータと、通過帯域として第１の有用な周波数帯域を備えるフィルタを介して、第１の有用な周波数帯域において第２のデータ信号を受信する。

第１の有用な周波数帯域が第１および第２のデータ信号に共通であり、第２の有用な周波数帯域が第３および第４のデータ信号に共通であるため、リンクのための広域の有用な周波数帯域が、従来の技術に比べ、半分になる。本発明により得られる、周波数帯域についてのこの節約により、所与の有用な周波数帯域において伝送される信号の数が、従来の技術に比べ、２倍になる。

本説明において後述されるように、第１の共通の周波数帯域において送信および受信される、第１および第２のデータ信号、ならびに第２の共通の周波数帯域において送信および受信される、第３および第４のデータ信号は、それぞれ別の送信および受信アンテナにより、および応用によっては、端末機器内の第１および第２の受信機の入力に供給される２つの信号キャンセラにより、分離される。

本発明の他の特徴および利点は、以下の、本発明の複数の好ましい実施形態の説明を読むことでより明らかになり、この説明は例示に過ぎず、対応する添付図面への言及を伴う。

図１は、米国特許番号５，６９１，９７８で説明されているタイプの、同時送信および受信のための双方向無線リンクを示しており、それぞれの端に端末機器ＴＡおよびＴＢを有する。

各端末機器ＴＡ、ＴＢは、主として、送信機ＥＡ１、ＥＢ１、受信機ＲＡ１、ＲＢ１、３ポートサーキュレータＣＡ１、ＣＢ１、送信−受信アンテナＡＡ１、ＡＢ１、および信号キャンセラＡＳＡ、ＡＳＢを有する。

送信機ＥＡ１、ＥＢ１は、例えば、図３に示されるように、送信されるべきデータ信号Ｓｅの変調を行う、４つの位相状態を備えた差分変調器ＭＤを有する。送信機ＥＡ１、ＥＡ２において、信号は中間周波数ＦＩｅの近傍で変調され、次に、増幅器ＡＭにおいて増幅され、ミキサＭＥにおいて、送信周波数ｆ１の近傍で変換され、ミキサには局部発振器回路ＯＳＥからの周波数ｆｌｅのローカル信号が送られる。応用によっては、搬送波ｆ１上のデータ信号は、出力増幅器ＡＳにおいて増幅され、サーキュレータＣＡ１、ＣＢ１の入力ポートに送られる前にバンドパスフィルタＦＥにおいてフィルタリングされ、アンテナＡＡ１、ＡＢ１によって送信される。

図２に示されるように、送信機ＥＡ１、ＥＢ１により送信される信号Ｓ１は、送信搬送周波数ｆ１を中心とする有用な周波数帯域ＢＦ１を占める。例えば、搬送周波数ｆ１は２３ＧＨｚに等しく、有用な周波数帯域ＢＦ１の幅は、２８ＭＨｚであり、すなわち、１２８状態のＱＡＭ変調に従い、振幅変調および位相変調された１５５Ｍｂｉｔ／ｓのデータ信号のための有用な周波数帯域は、２２．９８６ＧＨｚ〜２３．０１４ＧＨｚである。

図４について、受信機ＲＡ１、ＲＢ１は、例えばミキサＭＲを有し、これは、アンテナＡＡ１、ＡＢ１を介して受信され、信号キャンセラＡＳＡ、ＡＳＢを介して、応用によって、受信バンドパスフィルタＦＲを介して、および応用によって、ローノイズの増幅器を介して、サーキュレータＣＡ１、ＣＢ１の出力ポートから印加される搬送周波数ｆ１で、データ信号Ｓ２の周波数を変換する。ミキサＭＲは、受信周波数ｆ１を中間周波数ＦＩｒ＝ｆ１±ｆｌｒに変換し、ここでｆｌｒは局部発振器回路ＯＳＲにより生成されたローカル信号の周波数である。中間周波数信号ＦＩｒは、次に、自動利得制御増幅器ＡＣＧ、ローパスまたはバンドパスフィルタＦＰＢ、および４つの位相状態復調を提供する復調器ＤＥにおいて復調される前または後の誤り訂正子を有するイコライザにより処理され、例えば、ベースバンドデジタル信号Ｓｒを発生させる。

図２にも示されているように、送信された信号Ｓ１のように、アンテナＡＡ１、ＡＢ１を介して受信され、信号キャンセラＡＳＡ、ＡＳＢを介して受信機ＲＡ１に印加される信号Ｓ２は、搬送周波数ｆ１のまわりの周波数帯域ＢＦ１に含まれるスペクトルを有する。

端末機器ＴＡの中の信号キャンセラＡＳＡ等の信号キャンセラは、端末機器ＴＡの中の受信機ＲＡ１に再注入され、サーキュレータＣＡ１を介して受信された信号Ｓ２と混合される、送信された信号Ｓ１の一部Ｋ１Ｓ１を除去する。

図５に示されるように、そして従来の技術において知られているように、信号キャンセラＡＳＡは、適応デジタルトランスバーサルフィルタＦＴＡおよび減算器を有する。トランスバーサルフィルタＦＴＡは、送信機ＥＡ１の出力でサンプリングされる、送信されたデータ信号Ｓ１と、送信された信号の一部Ｋ１Ｓ１を再注入するサーキュレータＣＡ１を介した送信−受信結合路のインパルス応答を表すトランスバーサルフィルタＦＴＡの係数との合成積を発生させる。トランスバーサルフィルタＦＴＡは、サーキュレータＣＡ１の出力ポートと受信機ＲＡ１の入力の間に接続される減算器ＳＵＡに、注入され、送信される信号の一部Ｋ１Ｓ１と逆の位相で印加される、合成され、送信される信号の一部Ｋ２Ｓ１を評価する。

係数Ｋ１およびＫ２は、複素係数であり、すなわち、係数Ｋ２は、トランスバーサルフィルタＦＴＡの中で、振幅および位相を評価される。係数Ｋ２は、自己適応であり、すなわち時間で変化し得るものであり、Ｋ１Ｓ１−Ｋ２Ｓ１の合計が常にゼロに収束するようにされる。

信号キャンセラＡＳＡは、完全にアナログでも、完全にデジタルでもよく、または、信号Ｋ１Ｓ１を部分的にキャンセルするアナログの部分と、トランスバーサルフィルタＦＴＡの係数を大まかに評価するデジタルの部分、もしくは、受信された信号Ｓ２と組み合わされる、注入され、送信される信号の一部Ｋ１Ｓ１を除去するための補正を精密にするために、より正確に係数を評価するデジタルの部分とを組み合わせてもよい。従って、減算器ＳＵＡの出力は、送信された信号の一部Ｋ１Ｓ１から解放された受信信号Ｓ２を送る。トランスバーサルフィルタＦＴＡの出力における係数Ｋ２を評価するために、受信された信号Ｓ２の送信は、端末機器ＴＢの中で、少しの間、周期的に中断され、信号の一部Ｋ１Ｓ１が、減算器ＳＵＡのプラス入力にのみ印加され、減算器ＳＵＡによって生成され、トランスバーサルフィルタＦＴＡに印加される誤差信号を最小にし、ゼロに収束するようにする。

図６について説明すると、各端末機器ＴＡａ、ＴＢａは、第１の信号Ｓ１、Ｓ２を送信し、第２の信号Ｓ２、Ｓ１を受信するための第１の送信機ＥＡ１、ＥＢ１および第１の受信機ＲＡ１、ＲＢ１を有し、これら２つの信号は、図２に関連して図６で示される第２の実施形態のように、共通の周波数帯域ＢＦ１を備える。端末機器ＴＡａ、ＴＢａは更に、第２の送信機ＥＡ２、ＥＢ２および第２の受信機ＲＡ２、ＲＢ２を有し、端末機器ＴＡａと端末機器ＴＢａの間の双方向無線リンクが重複するようにする。従って、この重複する双方向無線リンクは、
同時送信および受信の第１の双方向無線リンクを有し、第１の双方向無線リンクにおいて、第１の周波数帯域ＢＦ１内にあり、搬送周波数ｆ１を有する第１の変調されたデータ信号Ｓ１が、送信機ＥＡ１から、方向性アンテナＡＡ１およびＡＢ２を介して、受信機ＲＢ１に送信され、第２の周波数帯域ＢＦ２内の第３の変調されたデータ信号Ｓ３が送信機ＥＢ２により送信され、アンテナＡＢ２およびＡＡ１を介して、受信機ＲＡ２により受信され、
同時送信および受信の第２の双方向無線リンクを有し、第２の双方向無線リンクにおいて、送信機ＥＡ２は、第２の周波数帯域ＢＦ２内にあり、搬送周波数ｆ２を有し、方向性アンテナＡＡ２を介して、受信機ＲＢ２により受信される、第４の変調されたデータ信号Ｓ４を送信し、第１の周波数帯域ＢＦ１内の第２の変調されたデータ信号Ｓ２が、アンテナＡＢ１を介して、送信機ＥＢ１により送信され、アンテナＡＡ２を介して、受信機ＲＡ１により受信される。

図８に示されるように、２つの有用な周波数帯域ＢＦ１およびＢＦ２は、間に約１０ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの保護帯域を挟んで並置され、それぞれ、２つの信号Ｓ１およびＳ２、Ｓ３およびＳ４を、２つの別のアンテナＡＡ１およびＡＡ２、ＡＢ１およびＡＢ２を介して、各端末機器ＴＡａ、ＴＢａに同時に送信および受信するために使用される。

図７に示されるように、各端末機器ＴＡａ、ＴＢａの中のアンテナＡＡ１およびＡＡ２は、２つの信号が送信され、２つの信号が受信される平行な伝搬方向に垂直な面に配置される。

アンテナＡＡ１およびＡＡ２、ＡＢ１およびＡＢ２は、通信マストＰＹの上部の、垂直な面に沿った平面に重ね合わされてもよい。代替的に、マストの上部のアンテナＡＡ１およびＡＡ２、ＡＢ１およびＡＢ２は、地面から同じ高さのところに、水平に並置される。

送信された信号Ｓ１、Ｓ４の一部Ｋ１Ｓ１等の一部が、端末機器ＴＡａ等の各端末機器の受信機において受信された信号Ｓ２、Ｓ３の処理を妨害しないように、そしてアンテナが比較的減結合されるように、アンテナＡＡ１とＡＡ２の間の距離ｄは、これらの信号のそれぞれの周波数ｆ１、ｆ２が高くなるにつれて、小さくなる。１ＧＨｚより大きい周波数ｆ１、ｆ２について、距離ｄは数十センチメートルである。一般には、直径が１５ｃｍのアンテナについて、距離ｄは約６０ｃｍであり、すなわち、数波長〜数十波長の範囲である。１ＧＨｚ未満の周波数について、距離ｄは、１メートルを超える。全ての場合において、第１のアンテナＡＡ１により横方向に放射され、第２のアンテナＡＡ２により捕捉される干渉信号は、必要な伝送変調および伝送品質に従って、干渉信号に対する有用な信号の割合が充分になるように取り計らわれる。

適切な場合には、アンテナＡＡ１およびＡＡ２、ＡＢ１およびＡＢ２が互いに近く、および／または高度の方向性があるわけではないとき、各端末機器ＴＡａ、ＴＢａは好ましくは、図６に破線で示されている信号キャンセラＡＳＡ１およびＡＳＡ２、ＡＳＢ１およびＡＳＢ２を有する。信号キャンセラＡＳＡ１、ＡＳＢ１は、図５に関して説明されたものと同様であり、アンテナＡＡ１、ＡＢ１により送信され、アンテナＡＡ２、ＡＢ２により捕捉される信号Ｓ１、Ｓ２の一部をキャンセルし、信号キャンセラＡＳＡ２、ＡＳＢ２は、図５に関して説明されたものと同様であり、アンテナＡＡ１、ＡＢ１により送信され、アンテナＡＡ２、ＡＢ２により捕捉される信号Ｓ４、Ｓ３の一部をキャンセルする。

各端末機器ＴＡａ、ＴＢａでは、従って、図１に示される端末機器の第１の実施形態における送信機−受信機−アンテナの配置と同様の、２つの送信機−受信機−アンテナの配置が見られるが、バンドパスフィルタを追加で備えている。例えば、２つの双方向無線リンクＳ１−Ｓ３およびＳ４−Ｓ２に関連する端末機器ＴＡａの各配置において、送信機ＥＡ１、ＥＡ２は、バンドパスフィルタＦＡ１、ＦＡ４と、３ポートサーキュレータＣＡ１、ＣＡ２と、双方向アンテナＡＡ１、ＡＡ２を介して、変調されたデータ信号Ｓ１、Ｓ４を送信し、受信機ＲＡ２、ＲＡ１は、サーキュレータＣＡ１、ＣＡ２、およびバンドパスフィルタＦＡ３、ＦＡ２を介して、方向性アンテナＡＡ１、ＡＡ２からデータ信号Ｓ３、Ｓ２を受信する。端末機器ＴＢａ内の受信機ＲＢ１の入力および送信機ＥＢ１の出力にあるバンドパスフィルタＦＡ１およびＦＡ２、ならびにバンドパスフィルタＦＢ１およびＦＢ２は、第１のデータ信号Ｓ１および第２のデータ信号Ｓ２の第１の周波数帯域ＢＦ１と同じ通過帯域を備える。端末機器ＴＢａ内の送信機ＥＢ２の出力および受信機ＲＢ４の入力にあるバンドパスフィルタＦＡ３およびＦＡ４、ならびにバンドパスフィルタＦＢ３およびＦＢ４は、第３のデータ信号Ｓ３および第４のデータ信号Ｓ４の第２の有用な周波数帯域ＢＦ２と同じ通過帯域を備える。端末機器ＴＡａ内の２つの送信機−受信機の配置のそれぞれにおいて、２つのバンドパスフィルタＦＡ１およびＦＡ３、ＦＡ４およびＦＡ２、ならびにサーキュレータＣＡ１、ＣＡ２は、デュプレクサを構成する。

従って、送信機ＥＡ１、ＥＡ２と、受信機ＲＡ２、ＲＡ１と、アンテナＡＡ１、ＡＡ２を備えるデュプレクサＦＡ１−ＣＡ１−ＦＡ３、ＦＡ４−ＣＡ２−ＦＡ２は、標準規格の端末機器を構成し、４つのデータ信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４を伝送するためのスペクトルが、従来の技術における４つの周波数帯域ではなく、２つの周波数帯域ＢＦ１およびＢＦ２に減っているにもかかわらず、図８の双方向無線リンクのコストを大幅に削減する。

信号キャンセラを含む端末機器を備える従来の双方向無線リンクの概略的なブロック図を示したものである。 図１に示される、端末機器で送信および受信されるデータ信号が同一の周波数帯域を有することを示す図である。 端末機器内の送信機の概略的なブロック図を示したものである。 端末機器内の受信機の概略的なブロック図を示したものである。 図１に示される、端末機器内の送信機と受信機の間に接続される信号キャンセラの概略的なブロック図を示したものである。 本発明の各端末機器が、異なる周波数帯域で２つの信号を送信し、同じ２つの周波数帯域で他の２つの信号を受信する、双方向無線リンクの概略的なブロック図を示したものである。 本発明の端末機器のための、垂直面において送信するアンテナと、垂直面において受信するアンテナをサポートする垂直なマストを概略的に示したものである。 本発明の各端末機器のための異なる２つの周波数帯域を概略的に示したものである。

符号の説明

ＡＡ１、ＡＡ２、ＡＢ１、ＡＢ２ アンテナ
ＡＣＧ 自動利得制御増幅器
ＡＭ 増幅器
ＡＳ 出力増幅器
ＡＳＡ、ＡＳＡ１、ＡＳＡ２、ＡＳＢ、ＡＳＢ１、ＡＳＢ２ 信号キャンセラ
ＢＦ１ 第１の有用な周波数帯域
ＢＦ２ 第２の有用な周波数帯域
ＣＡ１ 第１のサーキュレータ
ＣＡ２ 第２のサーキュレータ
ＣＢ１ サーキュレータ
ＤＥ 復調器
ｄ 距離
ＥＡ１、ＥＢ１ 第１の送信機
ＥＡ２、ＥＢ２ 第２の送信機
ＦＡ１、ＦＡ２、ＦＡ３、ＦＡ４、ＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、ＦＢ４、ＦＥ、ＦＰＢ、ＦＲ バンドパスフィルタ
ＦＴＡ トランスバーサルフィルタ
ｆ１、ｆ２ 搬送周波数
ｆｌｅ 局部発振器回路からの周波数
ｆｌｒ 局部発振器回路により生成されたローカル信号の周波数
Ｋ１Ｓ１、Ｋ２Ｓ１ 信号の一部
ＭＤ 差動変調器
ＭＥ、ＭＲ ミキサ
ＯＳＥ、ＯＳＲ 局部発振器回路
ＰＹ 通信マスト
ＲＡ１、ＲＢ１ 第１の受信機
ＲＡ２、ＲＢ２ 第２の受信機
Ｓ１ 第１のデータ信号
Ｓ２ 第２のデータ信号
Ｓ３ 第３のデータ信号
Ｓ４ 第４のデータ信号
ＳＵＡ 減算器
Ｓｅ 送信されるべきデータ信号
Ｓｒ ベースバンドデジタル信号
ＴＡ、ＴＡａ、ＴＢ、ＴＢａ 端末機器

Claims (1)

1. 第１の有用な周波数帯域（ＢＦ１）において第１のデータ信号（Ｓ１）を送信することに適応した第１の送信機（ＥＡ１）を有し、該周波数帯域が、第１の受信機（ＲＡ１）が第２のデータ信号（Ｓ２）を受信することに適応する周波数帯域と同じである、双方向無線リンクから同時に送信および受信することに適応した端末機器（ＴＡａ）において、
   第１のアンテナ（ＡＡ１）と、第１のサーキュレータ（ＣＡ１）と、通過帯域として第２の有用な周波数帯域（ＢＦ２）を備えるフィルタ（ＦＡ３）を介して、前記第２の有用な周波数帯域（ＢＦ２）において第３のデータ信号（Ｓ３）を受信することに適応した第２の受信機（ＲＡ２）を有し、前記第１の送信機（ＥＡ１）は、通過帯域として前記第１の有用な周波数帯域（ＢＦ１）を備えるフィルタ（ＦＡ１）と、前記第１のサーキュレータと、前記第１のアンテナを介して、前記第１の有用な周波数帯域（ＢＦ１）において前記第１のデータ信号（Ｓ１）を送信することに適応し、前記端末機器（ＴＡａ）の前記第１のアンテナ（ＡＡ１）は、関連した端末機器（ＴＢａ）に前記第１のデータ信号（Ｓ１）を送信すること、および前記関連した端末機器（ＴＢａ）から前記第３のデータ信号（Ｓ３）を受信することに適応し、
   通過帯域として前記第２の有用な周波数帯域（ＢＦ２）を備えるフィルタ（ＦＡ４）と、第２のサーキュレータ（ＣＡ２）と、第２のアンテナ（ＡＡ２）を介して、前記第２の有用な周波数帯域（ＢＦ２）において第４のデータ信号（Ｓ４）を送信することに適応した第２の送信機（ＥＡ２）とを有し、前記第１の受信機（ＲＡ１）は、前記第２のアンテナと、前記第２のサーキュレータと、通過帯域として前記第１の有用な周波数帯域（ＢＦ１）を備えるフィルタ（ＦＡ２）を介して、前記第１の有用な周波数帯域（ＢＦ１）において前記第２のデータ信号（Ｓ２）を受信することに適応し、前記端末機器（ＴＡａ）の前記第２のアンテナ（ＡＡ２）は、前記関連した端末機器（ＴＢａ）に前記第４のデータ信号（Ｓ４）を送信すること、および前記関連した端末機器（ＴＢａ）から前記第２のデータ信号（Ｓ２）を受信することに適応する
   ことを特徴とする端末機器（ＴＡａ）。

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