JP4986314B2 - 無線通信用トランシーバ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信に使用されるトランシーバに関する。特に、それに限定されるわけではないが本発明は、二つの作動モードを有するトランシーバに関し、第1の作動モードにおいてはトランシーバに受信される信号とそれから送信される信号は異なる周波数範囲にあり、第2の作動モードにおいては受信並びに送信信号は同じ周波数範囲にある。
【0002】
【従来の技術】
多くのセルラー方式電気通信ネットワーク(cellular telecommunication networks) においては、基地トランシーバ局と連携するセル内の移動局は第1周波数範囲を使用して基地トランシーバ局に信号を送信している。基地トランシーバ局は第2の異なる周波数範囲を使用してその基地トランシーバ局と連携するセル内の移動局に信号を送信している。これは、周波数分割二重化作動モード(FDD)として知られており、アナログセルラー方式電気通信システムに使用されていると共に、GSM等の最近のデジタルセルラー方式電気通信システムにも使用されている。
【0003】
図10(a)には、周波数分割多重アクセス方式におけるFDD作動の原理が示されている。第1周波数範囲F1は移動局から基地局への信号の送信に使用され、第2周波数範囲F2は基地局から移動局への信号の発信に使用されている。実際に、各周波数範囲F1とF2は、更に小さい周波数範囲f1とf2にそれぞれ分割されている。こうして、特定のセル内の一つの移動局は小さな周波数範囲f1の一つを割り当てられて、その移動局が位置しているセルと連携する基地局との交信を行う。同じように、基地局は小さい周数範囲f2の一つを割り当てられて、移動局との交信を行う。
【0004】
時分割多重アクセス(TDMA)を使用するGSMシステム等のシステムにおいては、各小さい周波数範囲は複数のフレーム100に分割され、その一つが図10(d)に示されている。各フレーム100は複数の時間スロット102を含んでいる。基地局は順次のフレーム中の特定の時間スロット102を割り当てられ、小さな周波数範囲f2の一つにおいて与えられた移動局と交信を行う。同じように、移動局は順次のフレームの特定の時間スロットを割り当てられ、小さな周波数範囲f1の一つにおいて基地局と交信を行う。
【0005】
或るシステムにおいては、移動局が基地局との交信に使用するのと同じ周波数範囲を使用して、基地トランシーバ局が移動局と交信を行ってもよいことが提案されている。これは、時分割二重伝送(TDD)モードとして知られ、例えばDECTシステム等で使用されている。図10(d)に示したフレームとスロット構造も使用される。こうして、TDDモードにおいては、各フレーム中の特定の時間スロットが移動局による使用のために割り当てられて基地局に信号を送信する。各フレーム中の残りのスロットは基地トランシーバ局によって使用され、移動局に信号を送信する。
【0006】
例えばGSM及びDECTの両方の作動モードを使用することができる、二重モードの移動局を持つことが提案されている。
前述した時分割多重アクセスを用いるシステムにおいては、移動局は信号を同時に受信し且つ送信することはない。したがって、移動局によって受信・送信される信号の隔離に留意しなくてもよい。
【0007】
もう一つの無線通信アクセス法は、符号分割多重アクセス(CDMA)方式であり、これも、移動局から基地トランシーバ局へ送信される信号のための第1周波数範囲F1と、基地トランシーバ局から移動へ送信される信号のための第2周波数範囲F2を使用している。上述のFDMA/TDMAシステムと同様に、このCDMAシステムは、図10(b)に示すように小さな周波数範囲に分割された第1及び第2周波数範囲を有している。しかし、同じフレーム及び時間スロット構造は使われていない。その代わりに、各信号は小さな周波数範囲の一つで送信され、同じ小さな周波数範囲の信号同士は、これらの信号に付与された広がり符号によって区別される。このCDMA方式においては、移動局は、信号の受信と送信を同時に行うことができる。したがって、CDMA方式を使用している移動局は、アンテナに接続されたデュプレックス・フィルタを具えている。このデュプレックス・フィルタは、受信信号と送信信号との間及びその逆において干渉が生じないようにするための充分な分離を有することが必要である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
FDDモードとTDDモードで作動し、FDD作動モードでは信号を同時に受信・送信可能な移動局を実現するために、本発明者等は三つの異なるトランシーバを考えた。両方の作動モードにおいて、CDMA、TDMA、又はその他の適宜な方法が使用される。図1〜3に示されたこれら三つのトランシーバは、従来技術の一部を構成していないことに留意すべきである。
【0009】
これらの三つのトランシーバの第1のものは図1に示され、以下に詳細に説明されている。信号を受信し且つ送信するためにアンテナ2が設けられている。このアンテナ2は周波数範囲F1の信号を送信し、周波数範囲F1とF2の信号を受信するように構成されている。このアンテナ2はスイッチ4に接続され、このスイッチはデュプレックス・フィルタ6と帯域フィルタ8のいずれか一方を選択的にアンテナ2に接続する。このスイッチ4の位置は作動モードに応じて決められ、後に詳述される。デュプレックス・フィルタ6は、周波数範囲F2に同調せしめられている受信フィルタ部分6aと周波数範囲F1に同調せしめられている送信フィルタ部分6bとを具えている。帯域フィルタ8は周波数F1に同調せしめられている。スイッチ10は、このフィルタ8又はデュプレックス・フィルタ6の受信フィルタ部分6aを選択的に低ノイズ増幅器12に接続する。低ノイズ増幅器12の出力はミクサ14に接続され、そこで受信信号は高周波シンセサイザ16からの信号と混合される。この高周波シンセサイザ16は局部発振器として作動する。ミクサ14の出力は、通常はアンテナ2が受信した信号の周波数より低い中間周波数にある。トランシーバの他の部分は当業者にとっては公知であるので、ここでの説明は省略する。
【0010】
同じように、送信されるべき信号は中間周波数で第2のミクサ18に入力される。この第2ミクサ18には、局部発振器として作動する第2の高周波シンセサイザ20からの入力もある。第2ミクサ18の出力は無線周波数で送信されるべき信号を表し、これは周波数範囲F1にある。この無線周波数は、信号がチャンネルを通って基地トランシーバ局に送信される周波数である。第2ミクサ18の出力は電力増幅器22に入力され、そこで信号が増幅される。この電力増幅器22の出力はデュプレックス・フィルタ6の送信部分6bで受信され、そこで信号は濾波されて周波数範囲F1以外の望ましくない信号成分とノイズが除去される。
【0011】
図1に示すトランシーバは二つの作動モードを有す。FDD作動モードの場合、スイッチ4がアンテナ2をデュプレックス・フィルタ6の受信フィルタ部分6aに接続する。アンテナ2はフィルタ8には接続されない。第2のスイッチ10はデュプレックス・フィルタ6の受信部分6aを低ノイズ増幅器12に接続する。こうして、アンテナ2が受信した信号はデュプレックス・フィルタ6の受信部分6aを経て低ノイズ増幅器12に伝達される。受信された信号は、低ノイズ増幅器12からミクサ14に伝達される。
【0012】
FDDモードの場合、送信されるべき信号は第2ミクサ18から電力増幅器22に渡る。送信されるべきこれらの信号は、次にデュプレックス・フィルタ6の送信部分6bによって濾波され、アンテナ2に出力される。この作動モードでは、アンテナ2は信号の受信と送信を同時に行うことができる。
TDD作動モードの場合には、スイッチ4と10は図1に示す位置にある。アンテナ2は帯域フィルタ8に接続され、この帯域フィルタは順にスイッチ10を介して低ノイズ増幅器12に接続されている。デュプレックス・フィルタ6はアンテナ2又は低ノイズ増幅器12には接続されていない。TDDモードの場合には、アンテナ2は信号の送信と受信を同時には行わない。信号が送信されるべき時にはスイッチ4の位置を切り換える必要がある。送信信号及び受信信号は両者とも周波数範囲F1である。
【0013】
このトランシーバは、二つのスイッチ4と10が、両方とも充分に分離しなければならないという欠点がある。典型的な例としては、これらのスイッチに必要な分離の全体の程度は、50〜60デシベルの範囲にある。この分離は、スイッチ4がアンテナ2をデュプレックス・フィルタ6に接続している場合であっても、FDD作動モードで送信された信号の一部が帯域フィルタ8を経て低ノイズ増幅器12に供給されるのを防止するのに必要である。第1、第2スイッチ4、10が充分に分離されていないために、送信されるべき信号が低ノイズ増幅器12に到達することが防げられない場合には、周波数範囲F1で送信されるべき信号と周波数範囲F2で受信されるべき信号との間で干渉が生じることがある。低ノイズ増幅器12に到達した送信されるべき信号の一部が、受信されるべき信号よりもはるかに高い電力レベルを有している場合には、受信されるべき信号はブロックされる。そのため、この受信されるべき信号によって搬送されている情報が失われたり、誤ったものとなる恐れがある。
【0014】
この問題は、送信される信号が受信される信号よりもはるかに大きい強度を有していると云う事実によって更に深刻なものとなる。この問題は、二つのスイッチ4と10が充分に分離して送信信号がフィードバックされることを防げれば回避することができる。この問題を処理するための所望の程度に分離された無線周波数スイッチは高価であると共に、実際に使用するのは難しい。
【0015】
図1に示すトランシーバに関連するもう一つの問題は、アンテナ2によって送信されるべき信号の歪みを防ぐために、第1スイッチ4が良好な線形性を持たなければならないことである。これによって、第1スイッチ関連のコストが更に高価になると共に、このスイッチの使用が一層困難になる。特に、良好な分離と良好な線形性とを有するスイッチの使用は難しい。
【0016】
図2は、FDD作動モードとTDD作動モードを有する第2の二重モード・トランシーバを示す。FDD作動モードはCDMAを使用し、一方、TDD作動モードはTDMA又はCDMA/TDMAの混合作動モードを使用している。図1の構成部品と同じ構成部品は同じ符号で示され、これらの説明は省略する。図2の構成と図1の構成との主たる差異は、デュプレックス・フィルタ6が送信フィルタ部分6bと共にチューナブル受信フィルタ部分6’aを具えていることである。この送信フィルタ部分6bは、図1のデュプレックス・フィルタ6の送信フィルタ部分と同じである。
【0017】
FDD作動モードの場合、受信フィルタ部分6’aは周波数範囲F2に同調せしめられている。したがって、このトランシーバはF2の範囲の周波数を有する信号を受信可能であり、且つF1の範囲の周波数を有する信号を送信可能である。TDD作動モードの場合、受信フィルタ部分6’aは周波数F1に同調せしめられている。したがって、TDD作動モードでは、信号は、同時にではないが、周波数F1で受信され且つ送信される。しかし、FDDモードで、送信されるべき信号の少なくとも一部が低ノイズ増幅器12に到達するのを防ぐのに充分な程度に分離されているチューナブル・デュプレックス・フィルタを使用することは難しく且つ高価である。例えば、50〜60デシベルの分離が必要である。分離は標準型のデュプレックス・フィルタに固有の問題であるが、この問題は、デュプレックス・フィルタがチューナブル・フィルタ部分を有している場合には更に深刻なものとなる。
【0018】
第3のトランシーバが図3に示されている。図1に示された構成部品と同じ構成部品は同じ符号で示され、これらの構成部品についての説明は省略する。アンテナ2はデュプレックス・フィルタ6に接続され、このデュプレックス・フィルタは周波数範囲F2に同調せしめられている受信フィルタ部分6aと周波数範囲F1に同調せしめられている送信フィルタ部分6bとを有する。一つのスイッチ23が設けられている。FDD作動モードでは、このスイッチ23は図3に示す位置にあり、受信フィルタ部分6aを低ノイズ増幅器12に接続している。受信された信号は受信フィルタ部分6aを通って、スイッチ23を経て低ノイズ増幅器12に達する。送信されるべき信号は電力増幅器22からデュプレックス・フィルタ6の送信フィルタ部分6bに達する。
【0019】
TDD作動モードでは、スイッチ23はデュプレックス・フィルタ6の送信フィルタ部分6bを低ノイズ増幅器12に接続し、受信信号を送信フィルタ部分6bを経て低ノイズ増幅器12に送る。この構成に伴う欠点は、スイッチ23が無線周波数信号を取り扱い且つ50〜60デシベルの良好な分離を提供しなければならない点にある。FDD作動モードの場合に、スイッチ23によって充分な分離が提供されないと、送信されるべき信号は受信信号との間で干渉が生じることがある。これは、図1に示す構成の場合に生じた問題と類似の問題である。更に、このスイッチ23は、図1に関して述べたのと同じ理由によって、良好な線形性も必要とする。これらの必要な線形性と分離機能の両者を兼ね備えたスイッチの使用は難しく且つ高価なものとなる。
【0020】
公知のCDMA及びTDMAシステムにおいては、性能を改善するために最大比合成空間ダイバーシティ技術(the maximum ratio combining space diversity technique)を使用することがある。この技術を使用したトランシーバを図4に示す。このトランシーバは単一モードのシステム(FDD又はTDD)に関してのみ使用され、このトランシーバを二重モードの移動局に関して使用することは企図されていなかった。図1〜3に示された構成部品と同じ部品には同じ符号が使用されている。図4に示された構成は、周波数範囲F2に同調せしめられている受信フィルタ部分6aと周波数範囲F1に同調せしめられている送信フィルタ部分6bとを有するデュプレックス・フィルタ6に接続されたアンテナ2を具えている。デュプレックス・フィルタ6の受信フィルタ部分6aの出力は低ノイズ増幅器12に入力され、この増幅器の出力は第1ミクサ14に接続されている。この第1ミクサ14は、その出力が中間周波数の受信信号を表すように高周波シンセサイザ16からの入力を受ける。
【0021】
送信される信号の経路は、第1高周波シンセサイザ16からの入力を受ける第2ミクサ18、電力増幅器22及びデュプレックス・フィルタ6の送信フィルタ部分6bで構成されている。
図4のトランシーバは、第1アンテナ2から物理的に距離を隔てた第2アンテナ30を具えている。この第2アンテナ30は信号を受けるためだけに使用され、周波数範囲F2に同調せしめられている受信フィルタ32に接続されている。このフィルタ32の出力は第2の低ノイズ増幅器34に接続され、この増幅器の出力は第3のミクサ36に接続されている。この第3ミクサ36は、その出力が中間周波数の受信信号を表すように、第2の高周波シンセサイザ38からの入力を受ける。
【0022】
第2アンテナ30はダイバーシティ受信機として使用されている。例えば、基地局からの信号がアンテナ2では強く受信されない場合でもアンテナ30では強く受信されることがあり、またはその逆の場合もある。これは、第1及び第2アンテナに受信される信号が基地局から移動局まで異なる経路を通ることに起因する。アンテナ2と30で受信される信号は、改善された性能を与える最大比合成技術を使用して同相的(coherently)に組み合わされ、又は最強の信号が選ばれる。この信号の組合せや最強信号の選択は、図4に示されていないトランシーバの部品によって行われる。
【0023】
【発明を解決するための手段】
本発明の実施例の目的は、二つの作動モードで作動可能で、これまで述べた構成の問題を少なくとも解消するトランシーバを提供するものである。好ましくは、この二つの作動モードは、TDD作動モードとFDD作動モードである。
本発明の一態様によれば、第1周波数範囲の信号を送信する第1アンテナ及びこれに接続された第1フィルタ手段と、トランシーバの作動モードに応じて前記第1周波数範囲又はこれと異なる第2周波数範囲の信号を受信する第2アンテナ及びこれに接続された第2フィルタ手段とを具え、これによって、トランシーバの第1作動モードの場合には、該トランシーバは前記第1アンテナを介して前記第1周波数範囲の信号を送信し、前記第2アンテナを介して前記第2周波数範囲の信号を受信するように構成され、第2作動モードの場合には、前記トランシーバは前記第2アンテナを介して前記第1周波数範囲の信号を受信するように構成されている無線通信用トランシーバが提供される。
【0024】
信号が別々のアンテナで受信されて送信されるので、分離の必要性が少なくなる。これは、これらのアンテナ間に結合損失(Coupling Loss)が存在し、分離を大きくする必要がないからである。第1アンテナと第2アンテナが互いに物理的に離れていることによって、この結合損失が増大する。
本発明の実施例は、アップリンク及びダウンリンク通信用の異なる周波数範囲を使用するすべてのシステムに使用可能である。
【0025】
第1作動モードはFDD作動モードであり、第2作動モードはTDD作動モードである。
すべての信号を第2アンテナだけで受信し、すべての信号を第1アンテナだけで送信してもよいが、第1作動モードにおいて第1アンテナと第1フィルタ手段が第2周波数範囲の信号を受信するように構成することが望ましい。この構成では、信号は第1アンテナによってだけ送信されることが望ましい。
【0026】
好ましくは処理手段は、第1作動モードの場合に第1及び第2アンテナで受信された信号を処理して空間ダイバーシティを提供し、性能を改善する。これらの信号は同相的に組合せられ、或いは第1及び第2アンテナで受信された信号の中で強い方が選択される。この組合せは最大比合成の同相的合成であってもよい。トランシーバで受信される信号は、異なった数の経路を経由して伝わる。これは多重経路効果として知られている。信号の通る経路に起因して信号が減衰することによって生じる、他方のアンテナに到達して別の経路を経由して伝わる信号が充分に強いと云う問題は少なくすることができる。こうして、本発明の実施例は、空間ダイバーシティを与えると共に、前述の構成の不利益をこうむることなくFDD及びTDD作動モードで作動可能なトランシーバを提供することができる。
【0027】
好ましくは第1フィルタ手段は、第1周波数範囲に同調せしめられた第1部分と第2周波数範囲に同調せしめられた第2部分とを有するデュプレックス・フィルタを具え、使用の際に、送信される信号は第1部分によって濾波され、受信信号は第2部分によって濾波される。
第2フィルタ手段は、第1周波数範囲に同調せしめられた第1フィルタ部分と第2周波数範囲に同調せしめられた第2フィルタとを具えている。第1作動モードにおいてスイッチ手段が第2アンテナを第2フィルタに接続し、第2作動モードにおいて第2アンテナを第1フィルタに接続するように構成されていることが好ましい。第1、第2アンテナの間の結合損失に起因して、このスイッチ手段は、前述の構成の場合に要したのと同じ程度の分離は必要としない。したがって、スイッチ手段は容易且つ安価に使用可能である。
【0028】
別の例では、第2フィルタ手段はチューナブル・フィルタを具え、これは第1作動モードにおいて第2周波数範囲に同調せしめられ、第1作動モードにおいて第1周波数範囲に同調せしめられている。この場合にも、アンテナ同士の間の結合損失が大きいため、チューナブル・フィルタによって提供される分離の程度は少なくてもよく、このチューナブル・フィルタは、図2に示された公知の構成の場合に比して容易に使用可能である。
【0029】
第1及び第2フィルタ手段の出力は、それぞれの増幅手段とミクサ手段に接続されていることが望ましい。第1作動モードにおいて、トランシーバは信号の受信と送信を同時に行うように構成されていることが望ましい。しかし、第2作動モードにおいては、トランシーバは信号の受信と送信を同時には行わないように構成されている。第2作動モードにおいては、トランシーバは第1アンテナを介して第1周波数範囲の信号を送信し、信号の受信と送信を同時には行わないように構成されることが望ましい。
【0030】
第1周波数範囲は第1部分と第2部分とを有し、第1作動モードにおいては第1アンテナは第1周波数範囲の第1部分で信号を送信し、第2アンテナは第1周波数範囲の第2部分で信号を受信するように構成されている。第1アンテナは第2作動モードにおいて第1周波数範囲の第2部分で信号を送信するように構成されることが望ましい。
【0031】
トランシーバは、符号分割多重アクセス・フォーマット、時分割多重アクセス・フォーマットその他の適宜なフォーマットで信号を受信し、送信することが望ましい。
このようにして、本発明の実施例は、その他の任意の広帯域または非広帯域伝送アクセス技術と共に使用可能である。移動局は前述のトランシーバを組み込んだものであることが望ましい。
【0032】
【発明の実施の形態】
本発明を更によく理解し、これを実施して効果を挙げるために、添付の図面を参照して実施例を説明する。
先ず、本発明の第1実施例を示す図5を参照する。前述の図に示されているのと同じ構成部品には同じ符号が付されていることに留意されたい。
【0033】
図5に示された構成は、二つの作動モードを有している。FDD作動モードはCDMAを使用し、一方、TDD作動モードはTDMA又はTDMA/CDMAのハイブリッド作動モードを使用することが望ましい。FDD作動モードでは、第1アンテナ2は信号を周波数範囲F1で送信するように構成されている。信号は第1周波数範囲の一つのチャンネルで送信されることに留意されたい。送信されるべき信号は、中間周波数で第2ミクサ18に入力される。第2ミクサ18は所与の周波数の信号を発生する第1高周波シンセサイザ16からの入力を受ける。第2ミクサ18からの出力は、無線周波数で送信されるべき信号を表す。この無線周波数信号は、次に電力増幅器22によって増幅される。この電力増幅器22の出力はデュプレックス・フィルタ6の送信フィルタ部分6bを通る。デュプレックス・フィルタ6の送信フィルタ部分6bは、受信周波数範囲F2中の好ましくない周波数を含む好ましくない周波数を濾波する。
【0034】
FDD作動モードにおいては、第1アンテナ2が望ましい部分が無線周波数F2内にある信号を受信する。同様に、この信号は第2周波数範囲内のチャンネルの一つに受信される。F1とF2は重なっていない異なる周波数範囲を規定する。これらの二つの周波数範囲は隔たっていてもよい。受信フィルタ部分6aは、アンテナによって周波数範囲F1で送信された信号を含む所望の周波数範囲F2から外れたすべての信号を濾波する。受信され且つ濾波された信号は低ノイズ増幅器12に入力され、そこで増幅される。増幅された信号は第1ミクサ14に入力される。この受信信号は第1ミクサ14によって第1シンセサイザ16からの信号と混合されて、中間周波数の受信信号を表す出力となる。
【0035】
更に、FDD作動モードの場合、第2アンテナ30は周波数F2の信号を受信するように構成されている。第1スイッチ40は、第2アンテナ30が第1受信フィルタ32に接続されるような位置を占めている。この第1スイッチ40は、一方の側では第2アンテナ30に接続され、他方の側では第1受信フィルタ32か第2受信フィルタ44のいずれかに接続されている。第2受信フィルタ44の目的については後述する。第1受信フィルタ32は、信号を受信して周波数範囲F2以外のすべての成分を除去する。第1及び第2受信フィルタ32と44は、両方とも帯域フィルタである。
【0036】
第2スイッチ42は第1受信フィルタ32の出力を第2の低ノイズ増幅器34に接続する。第2スイッチ42は一方の側では第1受信フィルタ32か第2受信フィルタ44のいずれかに接続され、他方の側では第2の低ノイズ増幅器34に接続されている。第2の低ノイズ増幅器34の出力は第3ミクサ36に入力され、該ミクサは第2高周波シンセサイザ38からの入力を受信する。こうして、第3ミクサ36は受信した信号を無線周波数から中間周波数にダウンコンバートして、第3ミクサ36の出力が中間周波数の受信信号を表すようにする。この中間周波数は第1ミクサ14から出力される信号又は第2ミクサ18に入力される信号の中間周波数と同じであっても異なっていてもよい。
【0037】
こうして、FDD作動モードの場合には、図5に示された回路は空間ダイバーシティ技術を使用する。典型的な例では、二つのアンテナ2と30は、端子のサイズに対応する距離だけ離れて設置されている。一般的に、両アンテナの間の間隔が大きい程、利益が大きい。この間隔は、例えば波長の1/2〜1に等しい。同じ信号が両方のアンテナ2と30に受信される。しかし、両アンテナで受信される信号は異なる経路を通り、したがって異なる強度と異なる多重経路効果を有する。両アンテナ2と30からの信号は、最大比合成を使用して単に同相的に組み合わされ、若しくはその代わりにこれら二つのアンテナ2と30で受信された二つの信号の中で強い方の信号が使用され、弱い方の信号は捨てられる。
【0038】
FDD作動モードでは、信号は周波数範囲F2で受信され、周波数範囲F1で送信される。これらの信号は同時に受信され且つ発信される。更に、受信されるべき信号は互いに離れた二つのアンテナに受信され、したがって受信された信号に空間ダイバーシティを与えることができる。
TDD作動モードでは、第1スイッチ40は図5に示された位置を占め、第2アンテナ30を第2受信フィルタ44に接続する。第2受信フィルタ44は、周数範囲F1即ちFDD作動モードで使用される周波数に同調せしめられている。第2アンテナ30で受信された信号は第2受信フィルタ44で濾波され、周波数範囲F1以外のすべての成分は除去される。第2スイッチ42は図5に示された位置を占め、第2受信フィルタ44の出力端を第2の低ノイズ増幅器34の入力端に接続する。こうして、受信された信号は増幅される。低ノイズ増幅器34の出力端は、FDD作動モードの場合のように第3ミクサ36に接続される。無線周波数の受信信号は中間周波数にダウンコンバートされる。
【0039】
第2シンセサイザ38がFDD作動モードにおけるのと同じ周波数だけを供給する場合、第3ミクサ38からの中間周波数出力は、FDD作動モードとTDD作動モードとでは異なる。しかし、第2シンセサイザ38から出力される周波数は、第3ミクサ36の出力がFDD作動モードとTDD作動モードの両方で同じになるように変更可能である。
【0040】
TDD作動モードにおいては、信号は周波数範囲F1で第2アンテナに受信される。第1アンテナに接続されたデュプレックス・フィルタ6の受信フィルタ部分6aは周波数範囲F2に同調せしめられているので、周波数F1を有する受信信号は濾波されて受信フィルタ部分6aによって除去される。TDD作動モードにおいては、第2受信フィルタ44が周波数F1に同調せしめられている第2アンテナ30を介してのみ、受信される信号はうまく受信される。TDD作動モードにおいては、第1作動モードの場合のように、送信されるすべての信号は、第2ミクサ18、低ノイズ増幅器22及びデュプレックス・フィルタ6の送信フィルタ部分6bで形成される経路を使用する。TDD作動モードにおいては、信号は同時には送信及び受信されないが、受信信号と送信信号は同じ周波数範囲F1にある。
TDD作動モードにおいては、信号は第2アンテナ30で受信され、第1アンテナ2で送信される。FDD作動モードにおいては、信号は第1アンテナ2のみで送信され、信号は第1及び第2アンテナ2と30の両方で受信される。これら二つのアンテナは互いに離れて設置されているので、両アンテナの間の結合損失が増大する。典型的な場合には、この損失は30デシベル以上に達する。したがって、FDD作動モードにおいては、送信される信号の少なくとも一部が第2受信フィルタ44を通る確率が減少する。FDD作動モードにおいては、第2受信フィルタ44はパイパスされる。したがって、FDD作動モードにおいて、送信される信号が受信される信号を阻止することを防ぐのに必要な第1及び第2スイッチ40と42の分離が、図1〜3に示された構成に比べて、大幅に低下する。更に、信号を受信するトランシーバの一部に第1及び第2スイッチ40と42が使用されているので、図1〜3に示された構成におけるように、送信信号がこれらのスイッチを通る際には必要となる高い線形性も不要となる。こうして、第1及び第2の無線周波数スイッチ40と42は、図1〜3の構成に必要なスイッチと比較して、分離及び線形性が低くてもよい。このため、スイッチ40と42は、図1〜3の構成に必要なスイッチよりも安価で且つ容易に使用できる。更に、FDD作動モードにおいては、この構成によって空間ダイバーシティも得られる。
【0041】
図5に示された実施例は、別の作動モード、即ち基地局から移動局に送信される必要のある情報量が移動局から基地局に送信される必要のある情報量を上回っている非対称作動モードとして使用できる。
この非対称モードにおいては、移動局と基地局との間の通信のために割り当てられた二つのチャンネルがあり、その一つは第2周波数範囲F2、他方は第1周波数範囲F1にある。アップリンクとダウンリンクの間の非対称モードであるから、基地局は第2周波数範囲F2の割り当てられたチャンネルで連続的に送信を行う。移動局は、第1アンテナ2を介して第2周波数範囲F2でこれらの信号を受信する。非対称モードにおいては、第1周波数範囲F1に割り当てられたチャンネルは、移動局がこのチャンネルで時間の一部例えば時間の1/8だけ第1アンテナ2を介してTDDモードで作動し、残りの時間例えば時間の7/8は、このチャンネルは基地局によって使用されて信号を移動局に送信するように構成されている。基地局からの第1周波数範囲F1の信号は、移動局の第2アンテナ30で受信される。こうして、非対称モードでは、移動局は基地局から同時に二つのチャンネルを時間の7/8にわたって受信する。即ち一つのチャンネルは第2周波数範囲F2であって第1アンテナで受信され、他方のチャンネルは第1周波数範囲F1であって第2アンテナで受信される。時間の1/8の間、移動局は第1アンテナを介して周波数範囲F2で信号を受信し、同時に第1アンテナを介して第1周波数範囲F1で信号を送信する。非対称モードは、基地局が第1周波数範囲F1の利用可能なチャンネルの幾つかと、第2周波数範囲F2のチャンネルとを効果的に使用することを可能にする。
【0042】
図5に記載された実施例を改変した一つの例においては、TDD作動モードで、第2アンテナ30は第1周波数範囲F1の信号を受信し、これと同時に、第1アンテナ2は第2周波数範囲F2の信号を受信する。図5に記載された実施例と同じ場合又は別の改変例においては、周波数範囲F1内の異なる周波数を用いた場合には、信号を周波数範囲F1で同時に送信と受信することが可能である。例えば、両方とも周波数範囲F1内にある図10(c)に示された周波数範囲FaとFbは、一方の範囲は受信用に他方の範囲は送信用に使用することができる。二つの異なるアンテナを使用しているので、これが可能となる。これらの改変例は、後述する他の実施例にも適用可能であることに留意されたい。
【0043】
次に、本発明の第2実施例を示す図6を参照する。図6に示された構成は、第1、第2スイッチ40と42及び第1、第2受信フィルタ32と34が、作動モードに応じて周波数範囲F1又はF2のいずれかに同調せしめられることができるチューナブル・受信フィルタ46に置き替えられている点を除いて、図5に示された例と同じである。FDD作動モードにおいて、このチューナブル受信フィルタ46は周波数範囲F2に同調せしめられる。こうして、空間ダイバーシティを与える第1、第2アンテナ2と30を介して周波数範囲F2の同じ信号が受信される。この信号は第1アンテナ2を介して周波数範囲F1で送信される。
【0044】
TDD作動モードでは、チューナブル・フィルタ46は周波数範囲F1、即ちFDD作動モードにおいて送信信号用に使用される周波数に同調せしめられている。チューナブル・フィルタ46には、作動モードに応じて、同調せしめられる周波数にフィルタ46を制御する制御入力が入って来る。周波数範囲F1の信号は、第2アンテナ30だけにうまく受信され、第1アンテナ2から同じ周波数範囲で送信されるが、同時にではない。
【0045】
図6に示されたチューナブル・フィルタ46は、図2に示されたチューナブル・デュプレックス・フィルタ6の場合にFDDモードにおいて生じる問題と同じ問題を避けることができる。これは、チューナブル受信フィルタ46が、送信される信号のための出力通路の関連部分から物理的に離れているからである。この出力通路の関連部分は、デュプレックス・フィルタの送信フィルタ部分6bと第1アンテナ2とで形成されている。これは、第1アンテナ2と第2アンテナ30とが離れている結果である。したがって、チューナブル・フィルタ46と送信される信号のための出力通路の関連部分との間は、本来的に分離されている。チューナブル・フィルタ46のための分離の程度を著しく増大させなくても、FDDモードにおいて送信される信号が受信信号によって妨害されることによって生じる問題を減少させ、又は回避することが可能である。これによって、チューナブル・フィルタ46に必要な分離は、図2のデュプレックス・フィルタに必要なそれよりも大幅に小さくてすむ。こうして、図6のチューナブル・フィルタは、図2のものに比してはるかに安価に使用することができる。
【0046】
この第2実施例は、前記第1実施例に関して述べたのと同じように改変することができる。
次に、本発明の第3実施例を示す図7について述べる。図5と6に示されたものと同じ構成部品には同じ符号が付され、ここでの説明は省略する。この実施例では、第1周波数範囲F1は、図10(c)から判るように二つの部分に分割されている。特に、周波数範囲の第1部分FaはFDDモードで移動局から基地局へ信号を送信するのに使用される。第1周波数範囲の第2部分FbはTDD作動モードで基地局から移動局へ信号を送信するのに使用される。更に、この同じ周波数範囲Fbが、TDD作動モードで移動局で使用されて、信号を基地局に送信する。基地局は第2周波数範囲F2を使用して、FDD作動モードで信号を移動局に送信する。
【0047】
この実施例において、第2アンテナ30に接続された構成部品は、第2受信フィルタ44’を除いて第1実施例で第2アンテナ30に接続された構成部品とほぼ同じである。図7に示された実施例では、第1受信フィルタ32’は周波数範囲F2に同調せしめられ、一方、第2受信フィルタ44’は周波数範囲Fbに同調せしめられている。図7に示された実施例の第2アンテナ30に接続された構成部品は、図5に示された実施例の第2アンテナ30に接続された構成部品と同じに作動する。
【0048】
第1アンテナ2に接続された構成部品は、補助フィルタ70が二つの補助スイッチ72と74を具えている点で第1実施例の構成部品とは異なっている。第1補助スイッチ72は、第1アンテナ2を補助フィルタ70又はデュプレックス・フィルタ6に接続している。第2補助スイッチ74は補助フィルタ70かデュプレックス・フィルタ6の送信部分6bのいずれかを電力増幅器22に接続している。補助フィルタ70は、周波数範囲Fbに同調せしめられた帯域フィルタである。デュプレックス・フィルタ6の送信部分6bは周波数範囲Faに同調せしめられている。
【0049】
FDD作動モードにおいて、第2アンテナ30は第1受信フィルタ32に接続されてF2の周波数範囲の信号を受信する。第1アンテナ2も、デュプレックス・フィルタ6の受信部分6aを通る周波数範囲F2の信号を受信する。送信される信号は周波数範囲Faであり、電力増幅器22の出力端から周波数範囲Faに同調せしめられているデュプレックス・フィルタ6の送信部分6bに入る。これらの信号は次に第2アンテナ2で送信される。
【0050】
TDD作動モードにおいては、第2アンテナ30は第2受信フィルタ44’に接続され、周波数範囲Fbの信号を受信する。第1アンテナ2は、送信される信号が電力送付茎22から補助フィルタ70に送信され、次いで第1アンテナ2で送信されるように配置されている。
図6に示された実施例の場合のように、第1、第2受信フィルタ32と44’はチューナブル・フィルタで代替可能である。
【0051】
図7に示された実施例の利点の一つは、FDDモードにおいて補助スイッチ72と74が図1〜3に示された構成のスイッチに比べて、分離の程度が小さくてすむことである。これは、TDDモードで使用される周波数範囲がFDDモードの場合と異なっていることに起因する。FDDモードにおいて、フィルタ70は、このバイパス通路を経てアンテナに漏れる周波数範囲F2の送信信号ノイズを減少させ、フィードバック干渉を許容限界内のものとする。補助スイッチ72と74は線形性を有することが必要であるが、これらのスイッチの間に要する分離の程度が図1〜3に示された構成のそれよりもはるかに小さいので、これらのスイッチの使用は難しくはない。
【0052】
本発明の第4実施例が図8に示されている。図8は図6に示された実施例と類似している。しかし、受信信号を中間周波数に変換する代わりに、受信信号は直接にベースバンド周波数に変換される。図6(及び図5と7)に示された構成の場合、受信信号を中間周波数にまでダウンコンバートし、再び中間周波数からベースバンド周波数にまでダウンコンバートする。図8に示された構成では、受信信号は一ステップで無線周波数からベースバンドIとQの周波数までダウンコンバートされ、送信信号は一ステップでベースバンドIとQの周波数から無線周波数までダウンコンバートされる。換言すれば、中間周波数は使用されない。
【0053】
無線通信では信号をI及びQのフォーマットで表すのが普通であり、即ち、データの流れの直角位相表現 (quadrature representation)(サイン及びコサイン)が作られる。この直角位相表現はサインとコサイン部分で構成された変調信号であり、アップコンバートされて中間周波数か無線周波数のいずれかを生じる。したがって、受信信号の場合、それがを無線周波数から直接にベースバンドIとQの周波数に変換される場合には、同時にサイン及びコサイン成分を再発生させる必要がある。これを達成するには、第1ミクサ14’と第3ミクサ36’は直角位相ミクサであり、それぞれは二つのミクサからなり、一つはI成分用であり、他方はQ成分用である。第1及び第3ミクサ14’と36’は、それぞれ第1及び第2シンセサイザ16’と38’からの二つの入力80、81、88及び89を有する。第1及び第2シンセサイザ16’と38’の一方の出力は、他方の出力に対して位相が90°ずれている。したがって、第1及び第3ミクサ14’と36’のそれぞれは、各シンセサイザ16’と38’から出力された同じ周波数ではあるが互いに位相が90°ずれた二つの信号を受信する。シンセサイザの入力88、89、80、81の一つを使用して各ミクサ14’と36’によって別々の出力84、85、51、53が発生する。各ミクサ14’と36’の二つの出力の一つ84と53はベースバンド周波数の受信信号のサイン成分を表し、各ミクサ14’と36’の第2の出力85と51はベースバンド周波数の受信信号のコサイン部分を表している。受信信号のこれらのサイン及びコサイン成分は、引き続いて復調器(図示しない)によって復調される。
【0054】
同様に、送信信号の場合には、ベースバンド周波数で送信される信号のサイン及びコサイン部分を組み合わせる必要がある。したがって、サイン及びコサイン(I及びQ)成分は、それぞれ別の入力86と87を介して、第1シンセサイザ16’からの二つの入力82と83と共に直角位相ミクサである第2ミクサに入力される。ここでも、シンセサイザ16’からの二つの入力82と83は相互に位相が90°ずれている。ミクサ18’の出力は、サイン及びコサイン成分が一つの信号に組み合わされて無線周波数で送信される信号信号を提供する。この信号は周波数範囲F1にある。
【0055】
図5、6及び7に示された実施例は、直接ダウンコンバージョンのために、即ち受信信号を直接にベースバンド周波数に変換し、送信される信号をベースバンド周波数から直接に無線周波数に変換するように、前述と同様に改変可能であることに留意されたい。
受信信号の一方だけ又は両方ともベースバンド周波数に直接変換し、送信信号を中間周波数に変換することも可能である。同様に、送信信号をベースバンド周波数から無線周波数に直接に変換し、受信信号の一方又は両方を中間周波数に変換することもできる。
【0056】
本発明の実施例の一つの改変例においては、移動局同士が基地局を介して互いに直接に通信し合う特別なネットワーク・モードにTDDモードが使用されている。この改変例は無線ローカル・ネットワーク(LAN)に使用可能である。別の例では、基地局を使用せずにターミナル同士の間の直接通信を行うためにFDDが使用されている。
【0057】
図5〜8に示された実施例の改変例の一つにおいては、第1アンテナが周波数範囲F1での信号の送信のためだけに配置されている。したがって、この第1アンテナは信号を受信するようには構成されていない。第2アンテナは、作動モードに応じて周波数範囲F1かF2のいずれかで信号を受信するためにだけ配置されている。この改変例によれば、図1〜3に示された構成の欠点を解消することができる。更に、デュプレックス・フィルタとこのデュプレックス・フィルタの受信部分に関連する構成部品を省略することが可能である。
【0058】
図5、6、8に示された構成は、図10(d)に示された原理によってFDDとTDDの二重モードのトランシーバで使用され且つ図7に示された実施例において使用されるように改変することができる。
図9には、本発明の実施例が使用可能な典型的なセルラー通信ネットワークの一部が示されている。移動局50又は52は、これらの二つの移動局50と52が配置されているセルに対してサービスを行う基地局54と交信を行う。一つの改変例においては、一つの移動局が一つ以上の基地局と交信可能である。移動局はFDDモードで一つの基地局と交信し、TDDモードで他の基地局と交信する。本発明の別の改変例においては、例えば二つの移動局同士の間で基地トランシーバ局を介さずに直接に交信が行われる。TDDモード及びFDDモードで作動するように構成された基地トランシーバ局は、FDDモードのみで作動するように構成された基地トランシーバ局とは異なることに留意されたい。
【0059】
FDDとTDDシステムとは異なり、そして、例えば異なる多重アクセス方式、異なる変調法、異なる変調帯域幅等を使用していることに留意されたい。
本発明の実施例をTDMA及びCDMAシステムを使用した通信に関して説明したが、本発明の実施例は、他のタイプの広帯域伝送や非広帯域伝送にも応用可能である。本発明の実施例は、特に、少なくとも一つの作動モードで信号を同時に受信し送信することが必要なFDDとTDDの二重モードの装置に適用可能である。異なる作動モードで同じ又は異なるアクセス方法を使用できる。本発明の実施例は、移動局以外の装置にも応用可能である。例えば、基地局や固定局に本発明を組み込んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】二重作動モードを支援する第1提案のトランシーバを示す図である。
【図2】二重作動モードを支援する第2提案のトランシーバを示す図である。
【図3】二重作動モードを支援する第3提案のトランシーバを示す図である。
【図4】単一作動モードのみを支援し、最大比組合せ空間ダイバーシティ技術を使用する第4提案のトランシーバを示す図である。
【図5】二重モードを支援する本発明の第1実施例の模式図を示す図である。
【図6】二重モードを支援する本発明の第2実施例の模式図を示す図である。
【図7】二重モードを支援する本発明の第3実施例の模式図を示す図である。
【図8】二重モードを支援し、直接変換を使用する本発明の第4実施例の模式図を示す図である。
【図9】本発明の実施例を使用することのできるセル式電気通信ネットワークの一部の模式図を示す図である。
【図10】(a)はF/TDMAシステムのためのFDD作動モードの原理を示し、(b)はCDMA作動モードのためのFDD作動モードを使用したシステムを示し、(c)はFDD作動モードとTDD作動モードを使用したシステムを示し、(d)は(a)のシステムで使用されるフレーム構造を示す図である。
【符号の説明】
2…第1のアンテナ
4…スイッチ
6…デュプレックス・フィルタ
6a…受信フィルタ
6a’…チューナブル受信フィルタ
6b…送信フィルタ
8…帯域フィルタ
10…スイッチ
12…低ノイズ増幅器
14、14’…第1ミクサ
16…高周波シンセサイザ
16’…第1シンセサイザ
18、18’…第2ミクサ
20…高周波シンセサイザ
22…電力増幅器
23…スイッチ
30…第2のアンテナ
32、32’…第1受信フィルタ
34…低ノイズ増幅器
36、36’…第3ミクサ
38…高周波シンセサイザ
38’…第2シンセサイザ
40…第1スイッチ
42…第2スイッチ
44、44’…第2受信フィルタ
46…チューナブル受信フィルタ
50、52…移動局
51、53…出力
54…基地局
70…補助フィルタ
72…第1補助スイッチ
74…第2補助スイッチ
80〜83、86〜89…入力
84、85…出力
100…フレーム
102…時間スロット
F1、F2…周波数範囲
f1、f2…小さい周波数範囲
Fa…周波数範囲の第1部分
Fb…周波数範囲の第2部分
Claims (17)
- 無線通信用のトランシーバであって、
第1アンテナと、第1周波数範囲の信号の送信と第2周波数範囲の信号の受信のためにこれに接続された第1フィルタ手段と、
第2アンテナと、トランシーバの作動モードに応じて異なる第2周波数範囲又は第3周波数範囲の信号を受信するようにこれに接続された第2フィルタ手段とを備え、
前記トランシーバが第1作動モードにある場合、
前記第1のフィルタ手段の送信フィルタと前記第1のアンテナを介して、前記第1周波数範囲で信号を送信するように、また、前記受信信号に空間ダイバーシティを与えるために前記第1アンテナと前記第1のフィルタ手段の受信フィルタ及び前記第2アンテナと前記第2のフィルタ手段を介して前記第2周波数範囲の信号を同時に受信するように構成されており、
第2作動モードにある場合、
前記第2アンテナと前記第2のフィルタ手段を介して前記第3周波数範囲の信号を受信するように、また、前記第1のフィルタ手段の送信フィルタと前記第1アンテナを介して信号を送信するように構成されているトランシーバ。 - 前記第1作動モードにおいて、空間ダイバーシティを提供するために、前記第1アンテナと前記第2アンテナで受信された信号を処理する請求項1に記載のトランシーバ。
- 前記第1フィルタ手段が前記第1周波数範囲に同調せしめられた前記送信フィルタと前記第2周波数範囲に同調せしめられた前記受信フィルタとを有するデュプレックス・フィルタを備え、使用の際に送信される信号が前記送信フィルタによって濾波され、受信信号が前記受信フィルタによって濾波される請求項1又は請求項2に記載のトランシーバ。
- 前記第2フィルタ手段が、前記第3周波数範囲に同調せしめられた第1フィルタと、前記第2周波数範囲に同調せしめられた第2フィルタとを備えている請求項1ないし3のいずれか1項に記載のトランシーバ。
- スイッチが設けられて、前記第1作動モードにおいて前記第2アンテナを前記第2フィルタに接続し、前記第2作動モードにおいて前記第2アンテナを前記第1フィルタに接続する請求項4に記載のトランシーバ。
- 前記第2フィルタ手段が、第1作動モードにおいて前記第2周波数範囲に同調せしめられ、第2作動モードにおいて前記第3周波数範囲に同調せしめられるチューナブル・フィルタを備えている請求項1ないし3のいずれか1項に記載のトランシーバ。
- 前記第1及び第2フィルタ手段の出力が、それぞれのミクサ手段に、それぞれの増幅器を介して接続されている、請求項1ないし6のいずれか1項に記載のトランシーバ。
- 前記第1作動モードにおいて、同時に信号を受信し且つ送信するように構成されている、請求項1ないし7のいずれか1項に記載のトランシーバ。
- 前記第2作動モードにおいて、前記トランシーバが前記第1周波数範囲で前記第1アンテナを介して信号を送信し、前記第2作動モードにおいては、前記トランシーバは信号の送信と受信を同時には行わない、請求項1ないし8のいずれか1項に記載のトランシーバ。
- 前記第1周波数範囲が、互いにオーバーラップしない第1部分と第2部分とを有し、該第2部分が前記第3周波数範囲に含まれ、
前記第1作動モードにおいて、前記第1アンテナは前記第1周波数範囲の第1部分で信号を送信し、
前記第2作動モードにおいて、前記第2アンテナは前記第1周波数範囲の第2部分で信号を受信するように構成されている、請求項1ないし9のいずれか1項に記載のトランシーバ。 - 前記第1アンテナが、前記第2作動モードにおいて前記第1周波数範囲の第2部分で信号を送信するように構成されている、請求項10に記載のトランシーバ。
- 符号分割多重アクセス・フォーマットで信号の送信と受信を行う請求項1ないし11のいずれか1項に記載のトランシーバ。
- 請求項1ないし12のいずれか1項に記載のトランシーバを具えた移動局。
- 前記第1アンテナを介して信号を送信するのみの構成である請求項1に記載のトランシーバ。
- 前記第3周波数範囲が前記第1周波数範囲と同じか又はこれに含まれている請求項1に記載のトランシーバ。
- 前記第3周波数範囲が前記第1及び第2周波数範囲と異なる請求項1に記載のトランシーバ。
- 前記第2作動モードにおいて、前記第1アンテナを介して前記第3周波数範囲で信号を送信するように構成されている請求項15又は16に記載のトランシーバ。
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