JP4921567B2 - 複数無線機の通信装置及びその方法 - Google Patents

Description

無線通信ネットワークは、異なる媒体アクセス方式を利用することがある。例えば、セルラネットワークはセルラアクセス方式を利用し、無線ローカルエリアネットワークはIEEE802.11標準を利用し、メトロポリタンエリアネットワーク（MAN）はIEEE802.16標準を利用する。異なる無線装置がこれらのネットワーク毎に使用され、異なる周波数及び／又は異なる変調方式で動作することがある。

異なるネットワークで動作することができる無線通信装置は、無線ネットワーク毎に複数の別々の無線機を含み得る。この無線通信装置は、多数の内部接続と、送信／受信パスと、増幅器と、アンテナとを含み得る。更に、無線通信装置は、固定した数のアンテナと、無線通信装置の無線機毎にMIMO（multiple inputs multiple outputs）チャネルを含み得る。

本発明の例示的な実施例による無線通信ネットワークの図 本発明の例示的な実施例による無線通信装置の概略ブロック図 図２の例示的な無線通信装置で送信及び／又は受信される信号の組み合わせの異なる構成を示す例示的なテーブル 本発明の或る例示的な実施例による無線フロントエンドモジュール（FEM：front end module）の概略ブロック図

本発明として考えられる対象物は、明細書の最後の部分に特に示されており、特に請求されている。しかし、本発明は、その目的、特徴及び利点と共に、構成及び動作方法について、添付図面と共に読まれたときに以下の詳細な説明を参照することで最も理解できる。

説明を簡単且つ明瞭にするために、図面に示す要素は必ずしも縮尺通りに示されていないことがわかる。例えば、明瞭にするために、いくつかの要素の寸法は他の要素に比べて誇張されることがある。更に、適切であると考えられる場合には、参照符号が図面の中で繰り返され、対応する要素又は同様の要素を示すことがある。

以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するために複数の特定の詳細が示されている。しかし、本発明は、これらの特定の詳細なしに実行されてもよいことが当業者にわかる。他の場合にも、本発明をあいまいにしないように、周知の方法、手順、構成要素及び回路は詳細に記載されていない。

以下の詳細な説明のいくつかの部分は、無線トランシーバのアーキテクチャに関する用語で示されている。これらの用語は、研究の内容を他の当業者に伝えるために、データ処理、信号処理分野及び無線周波数システムの当業者により使用される技術であることがある。

特に言及しない限り、以下の説明から明らかになるように、明細書を通じて“複数”のような用語を利用した説明は、２つ以上の構成要素、装置、要素、パラメータ等を記載するために使用され得る。例えば、“複数の移動局”という用語は、２つ以上の移動局を示す。

本発明は様々な用途で使用され得ることがわかる。本発明はこの点に限定されないが、ここに開示される回路及び技術は、無線システムの送信機及び／又は受信機のような多数の装置で使用されてもよい。本発明の範囲内に含まれることが意図される送信機及び／又は受信機は、一例のみとして、WiFiとして知られる無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）、超広帯域無線（UWB）、WiMAXとして知られる無線メトロポリタンエリアネットワーク（WMAN）、双方向無線通信システム、デジタル通信システム、アナログ通信システムの送信機、セルラ無線電話通信システム、LTEセルラ通信システム等に含まれてもよい。

まず図１を参照すると、本発明の例示的な実施例による無線通信ネットワーク100が示されている。本発明の範囲はこの点に限定されないが、無線通信ネットワーク100は、WMAN110と、WLAN120と、UWBネットワーク130と、無線通信装置140とを含んでもよい。無線通信装置140は、必要に応じて、マルチ無線機、マルチ帯域及びMIMOフロントエンドモジュール（FEM：front end module）を含む。

この例示的な無線通信ネットワーク110によれば、必要に応じて、WMAN110は少なくとも１つの基地局115を含んでもよく、WLAN120は少なくとも１つのBS125を含んでもよく、UWBネットワーク130は少なくとも１つの移動局（MS）135を含んでもよい。

本発明の１つの例示的な実施例によれば、無線通信装置140は、複数のアンテナを通じてBS115、BS125及びMS135に／から異なる周波数帯域で信号を同時に送信及び／又は受信してもよい。例えば、必要に応じて、或るアンテナは、BS125及び115に信号を送信してもよく、他のアンテナはMS135及びBS115から信号を受信してもよい。

本発明の或る実施例によれば、必要に応じて、無線通信装置140は、高周波数帯域及び低周波数帯域で直交周波数分割多重（OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号をBS115に送信する第１の無線機（例えばWMAN無線機）と、高周波数帯域及び低周波数帯域でスペクトル拡散信号をBS125に送信する第２の無線機と、MS135に／からUWB信号を送信及び／又は受信する第３の無線機とを含んでもよい。

更に、無線通信装置140は、MIMO（multiple input multiple output）伝送方式を利用して２つ以上のアンテナを通じてWMAN及びWLAN無線機の高周波数帯域及び低周波数帯域を同時に送信する第１のFEMと、MIMO伝送方式を利用して２つ以上のアンテナを通じてWMAN及びWLAN無線機の他の高周波数帯域及び低周波数帯域を同時に送信する第２のFEMとを含んでもよい。無線通信装置140は、OFDM及び／又はスペクトル拡散信号の周波数帯域と、WMAN及びWLAN無線機の所望の伝送方式とに従って、WMAN及びWLAN無線機からのOFDM及び／又はスペクトル拡散信号を第１及び第２のFEMに切り替えるスイッチバンクを含んでもよい。

図２を参照すると、本発明の或る例示的な実施例による無線通信装置200の概略ブロック図が示されている。本発明の範囲はこの点に限定されないが、無線通信装置200は、マルチポート増幅器（MPA：multiple ports amplifier）を使用したマルチ無線機、マルチ帯域、MIMO FEMと呼ばれてもよく、UWBトランシーバ210と、WiMAXトランシーバ220と、WiFiトランシーバ230と、マルチプレクサ250と、ハイバンド（HB：high band）マルチ無線機260と、ローバンド（LB：low band）マルチ無線機270と、ミドルバンド（MB：middle band）マルチ無線機280と、アンテナ265、275及び285とを含む。

本発明のこの例示的な実施例によれば、UWBトランシーバ210は、UWB信号を処理及び／又は変調／復調してもよい。必要に応じて、UWB無線機は、UWBトランシーバ210により生成された変調UWB信号を送信してもよく、及び／又はUWBトランシーバ210により復調され得るUWB信号を受信してもよい。マルチプレクサ250は、UWB信号をUWBトランシーバ210からUWB無線機240にルーティングしてもよく、またその逆も同様である。

本発明の或る実施例によれば、WiMAXトランシーバ220は、“IEEE 802.16 LAN/MAN Broadband Wireless LANs”標準に従って、３つの異なる周波数帯域で信号を処理及び／又は変調／復調してもよい。例えば、WiMAXの高周波数帯域（HB WM）は5.2GHz及び5.8GHzの信号を含んでもよく、WiMAXの中周波数帯域（MB WM）は3.5GHzの信号を含んでもよく、WiMAXの低周波数帯域（LB WM）は2.3GHz及び2.5GHzの信号を含んでもよい。

本発明の或る実施例によれば、WiFiトランシーバ230は、“IEEE 802.11 LAN/MAN Broadband Wireless LANs, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications”標準に従って、２つの異なる周波数帯域で信号を処理及び／又は変調／復調してもよい。例えば、WiFiの高周波数帯域（HB WF）は5.2GHz及び5.8GHzの信号を含んでもよく、WiFiの低周波数帯域（LB WF）は2.4GHzの信号を含んでもよい。

マルチプレクサ250は、機械的及び／又は電気的及び／又は半導体及び／又はマイクロ電子機械システム（MEMS）スイッチを含んでもよく、これらに限定されない。マルチプレクサ250は、HB WM及びHB WF信号を、それぞれWiMAXトランシーバ220及びWiFiトランシーバ230から／にHBマルチ無線機260及びLBマルチ無線機270に／からルーティングしてもよい。更に、本発明の或る例示的な実施例によれば、マルチプレクサ250は、MB WM信号をWiMAXトランシーバ220からMBシングル無線機270にルーティングしてもよく、その逆も同様である。

本発明の実施例によれば、HBマルチ無線機260及び／又はLBマルチ無線機270は、送信増幅器としてマルチポート増幅器（MPA）を利用し得る複数の受信信号増幅器のマルチバンドMIMO及びフロントエンドモジュール（FEM）を含んでもよい。本発明のこの例示的な実施例によれば、必要に応じて、WiMAXトランシーバ220及びWiFiトランシーバ230は、HBマルチ無線機260及び／又はLBマルチ無線機270の複数のMIMOチャネルに柔軟な出力電力を提供するように構成された電力制御方式を含んでもよい。

本発明の図示の例では、WiMAX及びWiFi MIMO無線機は、柔軟な出力電力及び複数のMIMOチャネルに結合される。

HBマルチ無線機260、LBマルチ無線機270及びMBシングル無線機は、それぞれアンテナ265、275及び285に動作可能に結合される。例えば、アンテナ265、275、285は、内部アンテナ、ダイポールアンテナ、ヤギアンテナ、モノポールアンテナ、アンテナアレイ等を含んでもよい。

本発明の或る例示的な実施例によれば、HBマルチ無線機260及びLBマルチ無線機270は、アンテナ265及び275の各アンテナを通じてWiMAX信号及びWiFi信号を同時に送信及び受信してもよい。例えば、必要に応じて、HBマルチ無線機260は、２つのアンテナを通じたHB WF信号と、他の２つのアンテナを通じたHB WM信号とを同時に送信及び／又は受信してもよい。必要に応じて、LBマルチ無線機270は、２つのアンテナを通じたLB WF信号と、他の２つのアンテナを通じたLB WM信号とを同時に送信及び／又は受信してもよい。

図３を参照すると、例示的なテーブル300の図は、図２の例示的な無線通信装置200で送信及び／又は受信される信号の組み合わせの異なる構成を示している。テーブル300は一例に過ぎず、WiMAX信号及びWiFi信号の多数の他の組み合わせが可能であることがわかる。アンテナの数を低減するために、テーブル300に示す構成の一部が使用されてもよい。UWBトランシーバ210とWiMAXトランシーバ220とWiFiトランシーバ230との信号を更に結合して信号パス及びアンテナの数を低減するために、広帯域技術が使用されてもよい。

図４を参照すると、本発明の或る例示的な実施例による無線フロントエンドモジュール（FEM）400の概略ブロック図が示されている。本発明の範囲はこの点に限定されないが、必要に応じて、FEM400は、受信信号をマルチポート増幅器（MPA）420により送信される変調信号に切り替える送信／受信スイッチ410と、受信信号を増幅するマルチ増幅器（MA：multiple amplifier）430と、変調信号をアンテナ450により送信される変調信号に切り替える及び／又はアンテナ450をMA430に接続して受信信号を受信機に提供するスイッチバンク440とを含んでもよい。

本発明のこの例示的な実施例によれば、MPA420は、バトラー・マトリクス（Butler Matrix）式の４つの受動ハイブリッド・スプリッタ（passive hybrid splitter）と、４つの電力増幅器と、バトラー・マトリクス式の４つの受動ハイブリッド・コンバイナ（passive hybrid combiner）とを含んでもよいが、本発明の範囲はこの点に限定されないことがわかる。

MPA420は、ビームフォーミング方式に従って信号を送信することができる送信増幅器として利用してもよい。例えば、ビームフォーミング方式は、ビームフォーミングにNxlogNの素子のみを必要とするバトラー・ビームフォーミング・マトリクスを利用してもよい。バトラー・マトリクスは、45°の固定位相シフト器を備えた900の位相遅れハイブリッド結合を使用する。λ/2の基本間隔を有する４素子アレイのバトラー・ネットワークは、重複して相互に直交する４つのビームを生成する。

本発明の実施例によれば、MPA420の４つの入力ポートのそれぞれの信号は、異なる位相で等しく分割され、各電力増幅器（PA：power amplifier）に実質的に等しく分配される。信号は、出力バトラー・マトリクスで再結合し、４つの出力ポートで元の別々の信号として現れてもよい。この構成によれば、各PAの“複数の信号”は、各PAに均一に分配された各入力信号の1/4を含んでもよい。このことにより、MPA420は、FEM400のMIMOチャネル毎に“柔軟な電力（flexible power）”を有することができ、異なる無線機の信号を合成することができる。例えば、必要に応じて、WiMAX及び／又はWiFiのMIMO無線機の信号は、柔軟な出力電力及び複数のMIMOチャネルと結合されてもよい。

本発明の範囲はこの点に限定されないが、FEM400の送信及び受信機能を完了するために、入力切り替えマトリクス、出力切り替え及びフィルタマトリクスが使用されてもよい。本発明の他の実施例では、必要に応じて、入力切り替えマトリクス及び入力バトラー・マトリクスは、結合された無線機及び／又はソフトウェア定義無線機（SDR：software defined radio）で実装されてもよい。

この例によれば、FEM400は、複数のMIMO受信機が使用される周波数帯域で動作する。例えば、低帯域（2.2GHz〜2.7GHz）、U-NNI帯域（5.15GHz〜5.85GHz）及び／又は帯域周波数が近い又は重複する他の商用無線周波数帯域が使用されてもよい。

以下のテーブルは、異なる動作モードでの異なる無線機及び異なる周波数帯域の組み合わせの複数のシナリオによるFEM400の動作を示している。

本発明の特定の特徴についてここに図示及び説明したが、多数の変更、置換、変形及び均等物が当業者に思い付く。従って、特許請求の範囲は、本発明の真の要旨内に入る全てのこのような変更及び変形をカバーすることを意図する。

Claims (20)

1. 少なくとも第１及び第２の周波数帯域で第１の形式の変調信号を送信する第１の無線機と、
   少なくとも第３及び第４の周波数帯域で第２の形式の変調信号を送信する第２の無線機と、
   MIMO（multiple input multiple output）伝送方式を利用して２つ以上のアンテナを通じて前記第１及び第２の無線機の前記第１及び第３の周波数帯域を同時に送信する第１のフロントエンドモジュールと、
   MIMO伝送方式を利用して２つ以上のアンテナを通じて前記第１及び第２の無線機の前記第２及び第４の周波数帯域を同時に送信する第２のフロントエンドモジュールと、
   ２つ以上の信号の周波数帯域と、前記第１及び第２の無線機の所望の伝送方式とに従って、前記第１及び第２の無線機から前記第１及び第２のフロントエンドモジュールに２つ以上の信号を切り替えるスイッチバンクと
   を有する無線通信装置。
2. 前記第１及び第２のフロントエンドモジュールは、第１及び第２のマルチポート増幅器を有する、請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記第１又は第２のマルチポート増幅器は、MIMO伝送方式を利用して２つ以上のアンテナを通じて前記第１及び第２の無線機の異なる周波数帯域を同時に送信することができる、請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記第１又は第２のマルチポート増幅器は、
   バトラー・マトリクス式に構成された４つ以上の受動ハイブリッド・スプリッタと、
   ４つ以上の電力増幅器と、
   バトラー・マトリクス式に構成された４つ以上の受動ハイブリッド・コンバイナと
   を有する、請求項２に記載の無線通信装置。
5. 前記スイッチバンクは、２つ以上の信号の周波数帯域に従って、２つ以上の信号を前記第１及び第２の無線機から前記第１及び第２のフロントエンドモジュールにルーティングする、請求項１に記載の無線通信装置。
6. 前記第１のフロントエンドモジュールは、高周波数帯域で信号を送信し、
   前記第２のフロントエンドモジュールは、低周波数帯域で信号を送信する、請求項１に記載の無線通信装置。
7. 中間周波数帯域で信号を送信する第３のフロントエンドモジュールを有する、請求項１に記載の無線通信装置。
8. 前記第１の無線機は、メトロポリタン無線ネットワークで動作し、
   前記第２の無線機は、無線ローカルエリアネットワークで動作する、請求項１に記載の無線通信装置。
9. 超広帯域信号を送信する第３の無線機を有する、請求項１に記載の無線通信装置。
10. 複数の無線機から無線信号を送信する方法であって、
    第１の無線機からの少なくとも第１及び第２の周波数帯域での第１の形式の変調信号と、第２の無線機からの少なくとも第３及び第４の周波数帯域での第２の形式の変調信号とを同時に送信することを有し、
    MIMO（multiple input multiple output）伝送方式を利用した２つ以上のアンテナを通じた前記第１及び第２の無線機の前記第１及び第３の周波数帯域と、MIMO伝送方式を利用した２つ以上のアンテナを通じた前記第１及び第２の無線機の前記第２及び第４の周波数帯域とを同時に送信する方法。
11. メトロポリタン無線ネットワークで前記第１の無線機で送信し、無線ローカルエリアネットワークで前記第２の無線機で送信することを有する、請求項１０に記載の方法。
12. 超広帯域信号を送信する第３の無線機により送信することを有する、請求項１０に記載の方法。
13. 少なくとも第１及び第２の無線通信ネットワークと、
    前記第１及び第２の無線通信ネットワークから信号を同時に送信及び受信する少なくとも１つの無線通信装置と
    を有する無線通信ネットワークであって、
    前記無線通信装置は、
    少なくとも第１及び第２の周波数帯域で第１の形式の変調信号を送信する第１の無線機と、
    少なくとも第３及び第４の周波数帯域で第２の形式の変調信号を送信する第２の無線機と、
    MIMO（multiple input multiple output）伝送方式を利用して２つ以上のアンテナを通じて前記第１及び第２の無線機の前記第１及び第３の周波数帯域を同時に送信する第１のフロントエンドモジュールと、
    MIMO伝送方式を利用して２つ以上のアンテナを通じて前記第１及び第２の無線機の前記第２及び第４の周波数帯域を同時に送信する第２のフロントエンドモジュールと、
    ２つ以上の信号の周波数帯域と、前記第１及び第２の無線機の所望の伝送方式とに従って、前記第１及び第２の無線機から前記第１及び第２のフロントエンドモジュールに２つ以上の信号を切り替えるスイッチバンクと
    を有する無線通信ネットワーク。
14. 前記無線通信装置の前記第１及び第２のフロントエンドモジュールは、第１及び第２のマルチポート増幅器を有する、請求項１３に記載の無線通信ネットワーク。
15. 前記無線通信装置の前記第１又は第２のマルチポート増幅器は、MIMO伝送方式を利用して２つ以上のアンテナを通じて前記第１及び第２の無線機の異なる周波数帯域を同時に送信することができる、請求項１４に記載の無線通信ネットワーク。
16. 前記無線通信装置の前記第１又は第２のマルチポート増幅器は、
    バトラー・マトリクス式に構成された４つ以上の受動ハイブリッド・スプリッタと、
    ４つ以上の電力増幅器と、
    バトラー・マトリクス式に構成された４つ以上の受動ハイブリッド・コンバイナと
    を有する、請求項１４に記載の無線通信ネットワーク。
17. 前記無線通信装置の前記スイッチバンクは、２つ以上の信号の周波数帯域に従って、２つ以上の信号を前記第１及び第２の無線機から前記第１及び第２のフロントエンドモジュールにルーティングすることができる、請求項１３に記載の無線通信ネットワーク。
18. 前記無線通信装置の前記第１のフロントエンドモジュールは、高周波数帯域で信号を送信し、
    前記第２のフロントエンドモジュールは、低周波数帯域で信号を送信する、請求項１３に記載の無線通信ネットワーク。
19. 前記無線通信装置は、中間周波数帯域で信号を送信する第３のフロントエンドモジュールを有する、請求項１３に記載の無線通信ネットワーク。
20. 前記無線通信装置は、超広帯域信号を送信する第３の無線機を有する、請求項１３に記載の無線通信ネットワーク。

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