JP4843104B2 - カップリングを低下させた多重伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、実質的に同じ周波数でそれぞれの伝送信号を送信する少なくとも２つの送信ブランチを有する伝送装置、例えば多入力多出力（MIMO）送信機、受信機、又はトランシーバに関する。

多重送信（Tx）及び多重受信（Rx）システムは、従来の１入力１出力（SISO）システムよりもかなりの性能の改善を提供するとして、近年非常に注目されている。これらは、例えばワイヤレス通信システムにおいて、電力及び帯域幅のどちらの不利益もなく、より高いデータレートを達成することを提案する。多重送信（Tx）及び多重受信（Rx）アンテナシステムは、多入力多出力（MIMO）システムと称される。

図１は、従来の直交（Cartesian）伝送装置の概略的なブロック図を示し、デジタル処理ユニット等によって出力されるデジタルのI及びQデータは、それぞれのデジタルアナログ変換器（DAC）１２，１４においてデジタルアナログ（DA）変換され、それぞれの（調整信号によって調整可能であり得る）ローパスフィルタ（LPF）２２，２４においてローパスフィルタリングされ、それぞれのI及びQミキサ３２，３４によってアップコンバートされる。無線周波数（RF）レベルにおいて、アップコンバートされたI及びQストリームは、結合素子３８（例えば加算回路等）によって結合され、増幅器（PA）４０によって増幅され、アンテナ５０において放射される。

したがって、図１の構造において、I及びQ信号は、デジタルからアナログに変換され、エイリアス成分を除去するためにローパスフィルタリングされ、単一伝送経路、ブランチ、又はチェーンにおいてI及びQ-LO（局部発振）信号とミックスされる。加算及び増幅された後、信号は、アンテナ５０において放射される。

このような直交送信機に基づく二重送信構造（例えば2*TX MIMO）は、２より多くのDAC、LPF、ミキサ、及び他のPAからなる他の伝送経路、ブランチ又はチェーンを加えることによって実現され得る。I及びQ-LO信号を生成するために設けられる電圧制御発振器（VCO）及び／又はフェーズロックループ（PLL）回路（図１に図示されていない）は、両方の送信機のチェーンのTx周波数が同じであるので、再利用され得る。

しかしながら、直交送信機は、最も電力効率のよい構造ではないという欠点を有する。それゆえ送信機構造は、より効率のよい送信機を実現するように研究されている。

図２は、上記の直交送信機構造よりも高効率であるポーラ（polar）送信機構造を示す。搬送波情報は、ポーラ信号の形態、すなわち（瞬間的な）振幅信号r(t)及び（瞬間的な）位相信号phi(t)で提供される。発振器回路６０（例えばPLL/VCO回路）を位相成分で調整し、RF伝送経路、ブランチ又はチェーンのどこか別の位置の振幅成分を加える、例えばPA４２を制御することによって、（データ）変調された信号が、アンテナ５０において放射され得る。包絡線及び位相情報は、I及びQ信号から以下の式によって導出され得る。

したがって、二重送信ポーラ送信機（例えば2*TX MIMO）は、２つの発振器（例えばVCO/PLL）及び２つの振幅変調部を備える２つの伝送経路、ブランチ、又はチェーンを有する。第１発振器における変調が第２発振器における変調とは完全に異なるように成り得る一方で、２つの伝送周波数は同じであるので、発振器の瞬間的な周波数は、非常に近い値になり得る。これらの２つの発振器が同じシリコンダイの上に集積化される場合、２つの発振器の間にカップリングが存在し、大きな問題を起こし得る。第１発振器からの信号が、第２発振器にカップリングされ得、逆もまた同様である。結果として、エラーベクトル振幅（EVM）及び隣接カップリング電力レート（ACPR）に関する要件は、到達され得ない。

それゆえ、本発明の目的は、発振器カップリングを低下させた、改善された多重Tx/Rxシステムを提供することである。

この目的は、請求項１に記載される伝送装置及び請求項１０に記載される方法によって達成される。

したがって、多重Tx伝送システムの発振器回路は、異なる周波数で動作され得、その結果、これらの相互カップリングは低減され得る。より詳細には、異なる周波数が、各送信機（例えばポーラ送信機）のVCO/PLLに使用され得、したがって多重VCO/PLLの間のカップリングの確率又は量を最小化させる。これは、例えば多入力多出力（MIMO）送信機又は非線形成分を用いた線形増幅（LINC）送信機のような双極送信機又は他の多重Tx送信機が、単一のシリコンダイ上で実施される場合に生じるクロストークの問題に対して有利な解決策を提供する。

特定の非制限的な実施例によると、少なくとも１つの周波数分割器又は周波数逓倍器が、第１送信ブランチに配置される第１分割器と、第２送信ブランチに配置される第２分割器とを有し得、第１周波数と第２周波数との間のレートは、第１分割器の所定の係数と第２分割器の所定の係数との間のレートに対応する。これによって、送信ブランチの発振器回路は、個々の所望の周波数に設定され得る。例として、第１分割器のそれぞれの所定の係数は２であり得、第２分割器のそれぞれの所定の係数は１.５であり得る。もちろん様々な他の分割又は逓倍係数が、所望の発振器周波数に基づいて使用され得る。全ての送信ブランチが周波数分割器又は周波数逓倍器を必要とするわけではなく、周波数逓倍器も周波数逓倍器もない状態は、係数１に対応する。

装置の送信部において、伝送信号のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの分割器又は逓倍器の出力信号から生成され得る。ここで、それぞれの発振回路は、伝送信号を生成するための変調器として直接的に使用され得る。これは、わずかな回路変更での実施を可能にする。

付加的なオプションとして、生成された信号は、装置の受信部で使用され得る。それから少なくとも１つの分割器又は逓倍器の出力信号は、受信ブランチの局部発振信号として使用される。したがって、MIMOに必要とされる二重受信器に対する解決策も、有利に提供される。この場合において、データが受信されるとき、前記出力信号に関連していない第１及び第２送信ブランチの一方がスイッチオフされ得る。

更に、少なくとも１つの補正ユニットは、それぞれの所定の係数に従って、伝送信号の変調データを補正するために設けられ得る。したがって、変調指数に対する分割又は逓倍のインパクトは、低下され得る。

実施例の更なる変更は、従属請求項から得られ得る。

本発明は、添付の図面を参照して、実施例に基づいて記載されるであろう。

図１は、従来の直交送信機構造の概略的なブロック図を示す。 図２は、従来のポーラ送信機構造の概略的なブロック図を示す。 図３は、好ましい実施例による二重Txポーラ送信機構造の概略的なブロック図を示す。

以下において、好ましい実施例が、二重Txポーラ送信機構造に基づいて記載され、この実施例は、MIMOシステム又はLINC（非線形成分を用いた線形増幅）システムで実施され得る。

図３は、好ましい実施例によるポーラ送信機構造の概略的なブロック図を示す。

各ポーラ送信機経路、ブランチ、又はチェーンにおけるVCO/PLL６２，６４に対して異なる周波数が使用され、したがって、複数のVCO/PLLの間のカップリングの可能性を最小化する。同時に、送信部及び受信部の両方を有するトランシーバシステム（例えばMIMO）においても必要とされ得る二重受信機に対する最も良い解決策を使用する解決策が提示される。

図３の上側の経路、ブランチ、又はチェーンにおいて、PH1データは、第１ポーラ送信機の位相情報を示す。これは、第１補正段階９２を通過し、位相変調器として動作される第１制御可能発振回路（例えばVCO1/PLL1）に対する変調入力として使用される。n分割回路７２の後、第１伝送チェーンを実現するため、第１PA８２が位相変調された信号で駆動される。第１PA８２自体は、ポーラ位相データPH1と関連付けられるポーラ包絡線データを示すENV1データが供給される、第２制御入力部を有する。第１PA８２の第２制御入力部は、第１PA８２の増幅を制御して付加的な増幅変調を生成するように適合され得る。第１PA８２の出力は、第１アンテナ５２に供給される。

第２経路、ブランチ、又はチェーンにおいて、（第２補正段階９４を介して補正される）PH2データ及びENV2データは、それぞれ位相変調器及び第２PA８４として動作される第２制御可能発振回路（例えばVCO2/PLL2）６４が第２伝送チェーンを実現するように変調する。ここで、第２発振回路６４の出力信号の周波数は、m分割回路７４において補正又は変化され、第２PA８４に供給される。第２PA８４の出力信号は、第２アンテナ５４に供給される。

n＝２且つm＝１.５の場合の非制限的な例によると、送信アンテナ信号は、周波数fa＝５GHzを有すると仮定される。これは、n分割回路７２においてn＝２で分割されるので、第１発振回路（VCO1/PLL1）が周波数f1＝１０GHzで動作することを必要とする。それから第２発振回路（VCO2/PLL2）６４は、m分割回路７４においてm＝１.５で分割されるので、周波数f2＝７.５GHzで動作しなければならないだろう。これらの２つの周波数が大きく離れているので、第１発振回路及び第２発振回路６２，６４の間の信号注入及び信号カップリング（例えば一方のVCO/PLL結合を他方へ、及びこの逆）のリスクがかなり低下されるであろう。

通常、周波数及び分割係数の間の関係は、以下の式で表現され得る。

その上、アンテナ５２，５４における周波数が、発振器周波数よりも大きくなり得ることに留意されたい。この場合において、係数n及びmは、１より小さくなり、周波数分割回路７２，７４は、周波数逓倍回路によって置き換えられなければならないであろう。通常、回路７２，７４は、従来技術で知られる何れかのタイプの従来の分割又は逓倍回路に基づいて実施され得る。

しかしながら、分割又は逓倍の振る舞い（例えば第１チェーンにおけるn分割及び第２チェーンにおけるm分割）により、位相変調が低下される。それゆえPH1データ及びPH2データは、分割器７２，７４が後に低下させる量と同じだけ、補正段階９２，９４において補正される必要がある。第１伝送チェーンに対して、補正は、以下のように表され得る。

同様の式がPH2データに対しても適用される。

式２及び３において、s_q1(t)/s_q2(t)は、それぞれの発振信号の直交成分を示し、s_i1(t)/s_i2(t)は、それぞれの発振信号の同相成分を示す。

１.５分割の実施に関する更なる詳細は、例えば米国特許ＵＳ５５５２７３２から集められ得る。

もちろん様々な他の周波数の組み合わせも可能である。例えば第２発振回路（VCO2/PLL2）６４は、周波数f2＝１５GHzでm＝３のm分割回路７４を使用して実行され得、結果としてfa＝５GHzの送信信号となる。代替として、第２発振回路（VCO2/PLL2）は、１２.５GHzで動作し得、したがって、m＝２.５のm分割回路を必要とする。

付加的な受信部が設けられる場合、オプションの（MIMO）受信機は、２つの受信機チェーン１１２，１１４を有し得、受信機モードにおいて受信機チェーン１１２，１１４にアンテナ５２及び５４を選択的に切り替え、送信機モードにおいて送信機チェーンにアンテナ５２及び５４を選択的に切り替えるため、それぞれRx/Txスイッチ１０２，１０４を介して分岐される。受信機チェーン１１２，１１４の各々は、自身のフロントエンド、ダウンコンバートミキサ、及びIF部、復調部等（図示略）を有する。図３のn分割回路７２のI及びQ出力信号は、図３の点線部分によって示されるように、２つの受信機チェーン１１２，１１４に対するLO信号として使用され得る。（第２発振器６４（例えばVCO2/PLL2）、m分割回路７４等を有する）第２伝送チェーンは、データが受信されるときにスイッチオフされ得る。

上記のような好ましい実施例は、３つの伝送チェーンを有する３*３MIMO、又はn個の伝送チェーンを有するn*nMIMOにも拡張され得る。３つの伝送チェーンの例に対して、周波数計画は、図３の第１発振回路６２の後に２分割回路７２を使用し、第２発振回路６４の後に１.５分割回路７４を使用し、第３発振回路（図示略）を有する第３伝送チェーンに対して分割しないことであり得る。

本発明は、上記の特定の例に制限されず、多重Txシステム（例えばMIMO）と組み合わせて信号の効率的な伝送を必要とし、複数のオンチップ発振器及びPLLのあり得るカップリングリスクを低下させる、全てのあり得る無線及び有線標準規格（CDMA、EDGE、WLAN802.11a/b/g、802.16、BT-EDR等）に使用され得ることに留意されたい。更に、本発明は、元の信号が２つの定振幅包絡線、位相変化信号に分解されるLINC送信機で実施され得、これは、結合されるとき、元の信号を再形成するように、建設的干渉及び相殺的干渉をする。

要約すると、実質的に同じ周波数でそれぞれの伝送信号を送信する少なくとも２つの送信ブランチを有する伝送装置と、このような伝送装置を制御する方法とが記載されている。第１発振回路６２は、第１送信ブランチに使用される第１周波数の第１信号を生成するために設けられる。更に、第２発振回路６４は、第２送信ブランチに使用される第２周波数の第２信号を生成するために設けられ、第２周波数は第１周波数と異なる。前記実質的に同じ周波数で伝送信号の送信を可能にするため、少なくとも１つの分割器又は逓倍器７２，７４が、前記第１及び第２周波数の少なくとも一方をそれぞれの所定の係数倍するために設けられる。これによって、第１及び第２発信回路は、異なる周波数で動作され得、その結果、相互カップリングは、低下され得る。

最後であるが重要なこととして、「有する」という用語は、本願において使用されるとき、述べられた特徴、手段、ステップ又はコンポーネントの存在を特定することを意図されるが、１又はそれより多くの他の特徴、手段、ステップ、コンポーネント又はこれらのグループの存在又は付加を排除しない。更に、請求項における要素に対する単数形の表記は、このような要素の複数の存在を排除しない。更に、いかなる参照符号も、請求項の範囲を制限しない。

Claims (10)

1. 実質的に同じ周波数でそれぞれの伝送信号を送信する少なくとも２つの送信ブランチを有する伝送装置であって、
   第１送信ブランチに使用される第１周波数で第１信号を生成する第１発振回路と、
   第２送信ブランチに使用される、前記第１周波数とは異なる第２周波数で第２信号を生成する第２発振回路と、
   前記実質的に同じ周波数で前記伝送信号を送信することができるように、それぞれの所定の係数で前記第１周波数及び第２周波数のうちの少なくとも一方を分割又は逓倍する少なくとも１つの周波数分割器又は逓倍器と
   を有する伝送装置。
2. 前記少なくとも１つの周波数分割器又は逓倍器が、前記第１送信ブランチに配置される第１分割器と、前記第２送信ブランチに配置される第２分割器とを有し、前記第１周波数と前記第２周波数との間の比率が、前記第１分割器のそれぞれの所定の係数と、前記第２分割器のそれぞれの所定の係数との間の比率に対応する、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１分割器の前記それぞれの所定の係数が２であり、前記第２分割器の前記それぞれの所定の係数が１.５である、請求項２に記載の装置。
4. 前記伝送信号のうちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つの分割器又は逓倍器の出力信号から生成される、請求項１乃至３の何れか一項に記載の装置。
5. 前記少なくとも１つの分割器又は逓倍器の出力信号が、受信ブランチの局部発振信号として使用される、請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置。
6. 前記装置は、データが受信されるとき、前記出力信号に関連しない前記第１送信ブランチ及び前記第２送信ブランチのうちの一方をスイッチオフする、請求項５に記載の装置。
7. 前記それぞれの所定の係数にしたがって、前記伝送信号の変調データを補正する少なくとも１つの補正ユニットを更に有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の装置。
8. 多入力多出力送信機を含む、請求項７に記載の装置。
9. 非線形成分で線形増幅をする送信機を有する、請求項７に記載の装置。
10. 実質的に同じ周波数でそれぞれの伝送信号を送信する、少なくとも２つの送信ブランチを有する伝送装置を動作する方法であって、
    第１送信ブランチにおいて使用される第１周波数の第１信号を生成するステップと、
    第２送信ブランチにおいて使用される、前記第１周波数とは異なる第２周波数で第２信号を生成するステップと、
    前記実質的に同じ周波数で前記伝送信号を送信することができるように、それぞれの所定の係数によって、前記第１周波数及び前記第２周波数のうちの少なくとも一方を分割又は逓倍するステップと
    を有する方法。

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