JP5129306B2 - 多数の送信信号経路を備えた無線デバイスのための送信電力低減 - Google Patents

Description

本発明は、一般に通信に関し、特に、無線デバイスによってデータを送信する技術に関する。

無線通信システムでは、無線デバイス（例えば、セルラ電話）によって送信されるラジオ周波数（ＲＦ）信号は、多数の信号経路を経由して基地局に到達しうる。これらの信号経路は、視線経路及び反射経路を含んでいる。これらは、環境内のラジオ波の反射によって生成される。従って、基地局は、このように送信されたＲＦ信号の多数のインスタンスを受信しうる。受信された各信号インスタンスはそれぞれ、異なる信号経路を経由して得られ、その信号経路によって決定される複合利得及び伝播遅延を有する。これら受信された信号インスタンスは、基地局において建設的に加わり、より大きな値を持つ受信信号を生成しうる。これら受信された信号インスタンスは、その反対に、破壊的に加わり、より小さな値を持つ受信信号を生成することもある。従って、これら受信された信号インスタンスの増強又はキャンセルに依存して、異なる受信信号レベルが得られる。増強は、通常、問題ではない。しかしながら、キャンセルは、受信信号レベルを、例えば４０デシベル（ｄＢ）までのように、大幅に低下させるかもしれない。キャンセルによって大幅に減衰された場合、受信信号は、「フェード」状態にあると言われる。

例えば、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）システムのような幾つかの無線通信システムは、フェージングによる有害な影響を緩和するために、電力制御を用いる。電力制御によって、無線デバイスの送信電力が、基地局における目標信号対全体雑音比（ＳＮＲ）を達成するために、必要に応じて増加されたり、あるいは低減される。例えば、無線環境の変化によって、無線デバイスの受信ＳＮＲが、目標ＳＮＲを下回ったことを基地局が検知すると、基地局は、無線デバイスに対して、その送信電力を増加するように指示する送信電力制御（ＴＰＣ）コマンドを送る。無線デバイスは、目標ＳＮＲ、あるいはそれに近い受信ＳＮＲを維持するために、広い範囲にわたってその送信電力を変えうる。例えば、フェードが、基地局における受信信号を２０ｄＢまで低下させる場合、無線デバイスは、基地局において、所望のＳＮＲを維持するために、その送信電力を約２０ｄＢまで（すなわち、１００倍高く）増加するように指示されるであろう。

多くの無線デバイスは、ポータブルであり、内蔵バッテリによって電源供給される。フェージングと格闘するために高い送信電力を使用することは、バッテリ電力を消耗し、通話時間を短くする。従って、例えば、ポータブル無線デバイスのために、送信電力を低減し通話時間を延ばすための技術が、当該技術において必要である。
米国特許６，２３９，７５５号 米国特許６，５５９，８０９号 米国特許６，７２０，９２９号

本明細書では、多数の（例えば２つの）アンテナを装備し、平均して送信電力を低減する方式で送信することが可能な無線デバイスが開示される。各アンテナはそれぞれ異なる方式で無線環境と相互作用し、ダイバーシティを備えるために使用される。多数のアンテナは、異なる設計／タイプ（例えば、ダイポールアンテナとパッチアンテナ）からなり、異なる散乱効果を得る。無線デバイスはまた、各アンテナにつき１つの送信信号経路を持っている。送信信号経路はそれぞれ、関連するアンテナから送信するためのＲＦ出力信号を生成する。多数のアンテナのためのＲＦ出力信号は、同じ信号レベル、又は異なる信号レベルを有する。

受信基地局において、大きな受信信号レベルを達成するために、無線デバイスは、１又は複数の指定された送信信号経路の動作を制御する。この指定された送信信号経路の制御は、通常は、電力制御のために基地局から受信されるＴＰＣコマンドに応答して無線デバイスによって実施される利得又は送信電力調節に加えて行われる。例えば、無線デバイスは、基地局からのフィードバックに何ら頼ることなく、指定された送信信号経路を自立的に制御する。無線デバイスはまた、受信したＴＰＣコマンドに基づいて、この指定された送信信号経路を制御しうる。自立的制御及びフィードバックベース制御との両方に基づいて、無線デバイスは、各送信信号経路を選択的にイネーブル及びディセーブルし、各送信信号経路の位相及び／又は利得等を変えること等を行う。何れの場合であれ、指定された送信信号経路の動作変化による基地局におけるより大きな受信信号レベルによって、無線デバイスは、平均して、低い送信電力レベルで送信できるようになる。これは、無線デバイスの消費電力を低減し、通話時間を長くする。

本発明の様々な局面及び実施形態が、以下に更に詳細に記述される。

図１は、信号の送信に対する散乱効果を示す。 図２は、無線デバイス及び基地局のブロック図を示す。 図３は、無線デバイスにおける送信機ユニットの実施形態を示す。 図４は、送信機ユニットの別の実施形態を示す。 図５は、送信機ユニットの更に別の実施形態を示す。 図６は、図５の送信機ユニット内の送信ＲＦ集積回路（ＴＸ ＲＦＩＣ）を示す。 図７は、多数の送信信号経路の動作を制御する処理を示す。

本発明の特徴及び性質は、全体を通じて、同一符号が同一部に対応している図面とともに考慮された場合、以下に示す詳細記述からより明らかになるであろう。

「典型的」（"exemplary"）という用語は、本明細書において、「例、インスタンス、又は例示となる」ことを意味するために使用される。本明細書で「典型的」と記載される何れの実施形態又は設計も、他の実施形態又は設計に対して好適であるとか有利であるとか必ずしも解釈される必要はない。

図１は、無線デバイス１１０における単一の送信アンテナ１１２から、基地局１５０における単一の受信アンテナ１５２への信号送信の散乱効果を示す。散乱は、送信アンテナと無線環境（又は、ラジオチャネル）との間の相互作用を称する。この散乱は、送信アンテナから送られ、恐らくは、視線（すなわち直接）経路のみならず、反射（又は散乱）経路を経由して受信されるＲＦ出力信号となる。異なる信号経路による多数の受信信号インスタンスは、受信アンテナにおいて建設的にあるいは破壊的に加わりうる。受信信号は、到着時における経路長さ及び信号位相に依存して、受信信号インスタンスが互いに増強する場合に高められ、受信信号インスタンスが互いにキャンセルする場合に減衰される。送信アンテナと無線環境との間の相互作用は、送信されるＲＦ信号の信号経路のセット、すなわち、受信アンテナにおける受信信号強度を決定する。

送信アンテナ１１２に、異なる送信アンテナが使用されてよい。そして、これら異なる送信アンテナは、一般に、同じ無線環境において、異なる散乱効果を経験するであろう。これら送信アンテナは、異なるアンテナ設計又はタイプからなっていたり、あるいは、異なるビームパターン、異なる場所、異なる極性、及び／又はその他の異なる特徴を持つ場合、「異なる」ものと考えられうる。一般に、互いに対してより異なる送信アンテナは、より異なる散乱効果を経験する傾向にある。送信アンテナは、著しく異なる方式で無線環境と相互作用するのであれば、デコリレート（de-correlated）（すなわち、相関性のない）された、すなわち、低い相関を持つと考えられる。

基地局における受信信号は、送信のために使用された送信アンテナと、無線環境とによって決定される信号レベルを持つ。基地局は、送信アンテナによる異なる散乱効果によって、同じ無線環境における送信のために使用された異なる各送信アンテナに対し、異なる受信信号レベルを持つかもしれない。これら送信アンテナがデコリレートされ、無線環境が、経路遅延による十分な散乱を生成すると、個々の異なる送信アンテナについて基地局によって得られる異なる受信電力レベルもデコリレートされる。

上記記載は、データ送信用に１つの送信アンテナ１１２を使用することを仮定する。パフォーマンス改善のために、異なる多数の、好適には、デコリレートされた受信信号インスタンスのセットが基地局において生成されるために、多数の送信アンテナが使用される。セットは、送信アンテナそれぞれに対応する。これら多数の送信アンテナは、選択的にイネーブル及びディセーブルされる。あるいは、又はそれに加えて、これら送信アンテナから送られた信号が、基地局において受信信号インスタンスの全てが結合され、より大きな受信信号を生成できるように、振幅及び／又は位相が調節される。受信信号レベルを改善することは、異なる送信アンテナと無線環境との間の異なる相互作用（すなわち、異なる散乱効果）に依存する。これは、アンテナビームを形成し、かつ受信アンテナに向かう信号送信の操作を試みる従来のビーム形成とは対照的である。

以下の記述において、「チャネルコンフィギュレーション」は、与えられた無線環境において動作する１又は複数の送信アンテナからなる与えられたセットを称する。異なるチャネルコンフィギュレーションは、個々の異なるアンテナ、異なるアンテナの組合せ、多数のアンテナから送られた信号の異なる調節等で得られうる。「送信信号経路」は、１つのアンテナのためのＲＦ出力信号（ＲＦｏｕｔ）を生成するために使用される回路ブロックの集合を称する。各アンテナについて、１つの送信信号経路が提供される。しかしながら、多数の送信信号経路が、幾つかの共通の回路ブロックを共有することもある。各送信信号経路は、一般に、アナログベースバンドからＲＦまでの信号処理／調整の全てをカバーする。

図２は、無線デバイス２１０及び基地局２５０の実施形態のブロック図を示す。この実施形態では、無線デバイス２１０は、２つのアンテナ２３０ａ，２３０ｂを装備している。また、基地局２５０は、単一のアンテナ２５２を装備している。一般に、無線デバイス２１０は、任意の数のアンテナを装備しうる。また、基地局２５０も、任意の数のアンテナを装備しうる。

逆方向リンク（又はアップリンク）においては、送信（ＴＸ）データプロセッサ２１２が、トラフィックデータを受信して処理し、１又は複数のデータチップのストリームを生成する。ＴＸデータプロセッサ２１２による処理は、システムに依存し、例えば、符合化、インタリーブ、シンボルマッピング等を含みうる。一般に、ＣＤＭＡシステムの場合、これら処理は更に、チャネル化（channelization）及びスペクトル拡散を含む。ＴＸデータプロセッサ２１２は更に、データチップのストリームの各々を、対応するアナログベースバンド信号に変換する。送信機ユニット２２０は、ＴＸデータプロセッサ２１２からベースバンド信号を受信して調整（例えば、増幅、フィルタ、及び周波数アップコンバート）し、データ送信のために使用される各アンテナ用のＲＦ出力信号を生成する。このＲＦ出力信号は、デュプレクサユニット２２２を介して送られ、アンテナ２３０ａ，２３０ｂを経由して送信される。

基地局２５０では、無線デバイス２１０によって送信されたＲＦ信号は、アンテナ２５２によって受信され、デュプレクサ２５４を介して送られ、受信機ユニット２５６に供給される。受信機ユニット２５６は、この受信信号を調整（例えば、フィルタ、増幅、及び周波数ダウンコンバート）し、デジタル化し、データサンプルのストリームを提供する。受信（ＲＸ）データプロセッサ２６０は、このデータサンプルを処理し、復号されたデータを提供する。ＲＸデータプロセッサ２６０による処理は、ＴＸデータプロセッサ２１２による処理と相補的であり、例えば、逆拡散、逆チャネル化（de-channelization）、シンボルデマッピング、逆インタリーブ、及び復号を含む。

無線デバイス２１０の電力制御のために、ＳＮＲ推定器２６２は、例えば、無線デバイスによって送信されたパイロットに基づいて、無線デバイス２１０のための受信ＳＮＲを推定する。コントローラ２７０は、この受信ＳＮＲを、無線デバイス２１０のための目標ＳＮＲと比較し、比較結果に基づいて、ＴＰＣコマンドを生成する。各ＴＰＣコマンドは、無線デバイス２１０に対して、送信電力を（例えば、予め定めた量）増やすように指示するアップコマンドか、送信電力を減らすように指示するダウンコマンドかの何れかである。コントローラ２７０は、一般に、無線デバイス２１０のための目標パケット／フレーム誤り率を達成するために、目標ＳＮＲを調節する。無線デバイス２１０のためのＴＰＣコマンドは、他のデータと同様に、ＴＸデータプロセッサ２８０によって処理され、送信機ユニット２８２によって調整され、デュプレクサ２５４を介して送られ、アンテナ２５２経由で送信される。

無線デバイス２１０では、基地局２５０によって送信されたＲＦ信号が、アンテナ２３０ａ，２３０ｂによって受信され、デュプレクサユニット２２２を介して送られ、受信機ユニット２３２によって調整及びデジタル化され、ＲＸデータプロセッサ２３４によって処理されて、無線デバイス２１０のために基地局２５０から送られたＴＰＣコマンドが復元される。コントローラ２４０は、このＴＰＣコマンドを受け取り、ＴＸデータプロセッサ２１２による処理と、送信機ユニット２２０の動作とを制御する。例えば、コントローラ２４０は、逆方向リンクでの送信のために、送信機ユニット２２０の動作を変える制御信号を生成しうる。この制御信号は、以下に述べるように、（１）受信したＴＰＣコマンド及び／又は基地局２５０からの他のフィードバックに基づいて、あるいは（２）何れのフィードバックもなく無線デバイス２１０によって自立的に生成されうる。

コントローラ２４０及びコントローラ２７０はそれぞれ、無線デバイス２１０及び基地局２５０内の様々な処理ユニットの動作をも指示する。メモリユニット２４２及びメモリユニット２７２はそれぞれ、コントローラ２４０及びコントローラ２７０のためのデータ及びプログラムコードを格納する。

ＴＰＣコマンドは、無線デバイス２１０において容易に利用可能なフィードバックの１つの形態を表す。それは、現在のチャネル状態を推定するために使用される。アップコマンドが基地局２５０から送られた確率が高い場合、無線デバイス２１０はフェードを検出しうる。しかしながら、基地局２５０からの他の形態のフィードバックもまた、現在のチャネル状態を推定するために使用される。

無線デバイス２１０では、アンテナ２３０ａが、メインアンテナと見なされ、アンテナ２３０ｂが、第２のアンテナ、又はダイバーシティアンテナと見なされうる。アンテナ２３０ａ及びアンテナ２３０ｂは、同じアンテナ設計、あるいは異なるアンテナ設計で実現されうる。アンテナ２３０ａとアンテナ２３０ｂとが同じ設計／タイプである場合、これらアンテナを、異なる場所及び／又は異なる方向に配置することによって、異なる散乱効果が達成されうる。しかしながら、アンテナ２３０ａ及びアンテナ２３０ｂが、異なる設計／タイプからなり、異なるアンテナパターン、異なる極性、及び／又はその他の異なる特性を持っているのであれば、改善されたパフォーマンスが達成されうる。

例えば、アンテナ２３０ａは、ダイポールアンテナとして実現され、アンテナ２３０ｂは、パッチアンテナとして実現されうる。ダイポールアンテナはホイップアンテナとも呼ばれ、一般的な例は、セルラ電話によく使用されるプールアウトアンテナである。ダイポールアンテナの典型的な設計は、２００１年５月２９日に発行され、"Balanced, Retractable Mobile Phone Antenna"と題された米国特許６，２３９，７５５号（特許文献１）に記載されている。パッチアンテナは平面アンテナとも呼ばれ、一般には、プリント回路基板上に製造される。パッチアンテナの典型的な設計は、２００３年５月６日に発行され、"Planar Antenna for Wireless Communications"と題された米国特許６，５５９，８０９号（特許文献２）に記載されている。２つの異なるタイプのアンテナ（スリーブダイポールアンテナとクワッドリファイラ・へリックス・アンテナ（quadrifilar helix antenna）を備えた典型的なアンテナアセンブリは、２００４年４月１３日に発行され、"Compact Dual Mode Integrated Antenna System for Terrestrial Cellular and Satellite Telecommunications"と題された米国特許６，７２０，９２９号（特許文献３）に記載されている。アンテナ２３０ａ及びアンテナ２３０ｂ用に、他のタイプのアンテナが使用されてもよい。例えば、アンテナ２３０ａ及びアンテナ２３０ｂは、フラットコイル、パッチ、マイクロストリップアンテナ、プリントダイポール、（パッチアンテナの特別なケースである）インバートＦアンテナ、平面インバートＦアンテナ（ＰＩＦＡ）、極性パッチ、プレートアンテナ（接地面を持たない不規則形状のフラットアンテナ）等によって実現される。

図３は、送信機ユニット２２０ａのブロック図を示す。これは、図２の送信機ユニット２２０の実施形態である。送信機ユニット２２０ａ内では、送信回路ブロック３１０が、ベースバンド信号を受信し、変調された信号を生成する。送信回路ブロック３１０は一般に、増幅器、ミキサ、フィルタ等を含み、ＲＦ集積回路（ＲＦＩＣ）内に実装されるか、あるいはディスクリートな回路素子とともに実装される。バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３１２は、変調された信号をフィルタし、フィルタされた変調信号を提供する。電力スプリッタ３１４は、このフィルタされた変調信号を分割し、第１のＲＦ変調信号を電力増幅器（ＰＡ）３１８ａに、第２のＲＦ変調信号を回路素子３１６に提供する。電力スプリッタ３１４は、カップラ、又は他のタイプの回路で実現されうる。第１のＲＦ変調信号及び第２のＲＦ変調信号は、同じ又は異なる信号レベルを有しうる。例えば、第２のＲＦ変調信号は、第１のＲＦ変調信号よりも、３ｄＢ、６ｄＢ、１０ｄＢ、あるいはその他の量小さいかもしれない。

回路素子３１６は、第２のＲＦ変調信号を、復号利得Ｇと掛け合わせ（multiply）、スケールされたＲＦ変調信号を、電力増幅器３１８ｂに提供する。回路素子３１６は、第２のＲＦ変調信号の振幅をスケールし、及び／又は、その位相を回転して、スケールされたＲＦ変調信号を生成する。電力増幅器３１８ａは、第１のＲＦ変調信号を増幅して、第１のＲＦ出力信号（ＲＦｏｕｔ１）を提供する。それは、デュプレクサ３２２ａを介して送られ、アンテナ２３０ａから送信される。同様に、電力増幅器３１８ｂは、スケールされたＲＦ変調信号を増幅して、第２のＲＦ出力信号（ＲＦｏｕｔ２）を提供する。それは、デュプレクサ３２２ｂを介して送られ、アンテナ２３０ｂから送信される。電力増幅器３１８ａ及び電力増幅器３１８ｂは、同じ利得あるいは異なる利得を有しうる。例えば、電力増幅器３１８ａは、電力増幅器３１８ｂよりもより高い利得、かつより高いＲＦ出力信号レベル（例えば、電力増幅器３１８ａの場合２５ｄＢに対して、電力増幅器３１８ｂの場合１５ｄＢ）を提供するように設計されうる。電力増幅器３１８ａからのＲＦ出力信号レベルはＰｏｕｔ１であり、電力増幅器３１８ｂからのＲＦ出力信号レベルはＰｏｕｔ２である。ここで、Ｐｏｕｔ１はＰｏｕｔ２と等しいかもしれないし、等しくないかもしれない。

メイン送信信号経路は、送信回路ブロック３１０からアンテナ２３０ａまでの全てを含み、電力増幅器３１８ａ及びデュプレクサ３２２ａを含んでいる。ダイバーシティ送信信号経路は、送信回路ブロック３１０からアンテナ２３０ｂまでの全てを含み、回路素子３１６、電力増幅器３１８ｂ、及びデュプレクサ３２２ｂを含んでいる。送信回路ブロック３１０、バンドパスフィルタ３１２、及び電力スプリッタ３１４は、共通であり、メイン送信信号経路とダイバーシティ送信信号経路との両方によって共有される。メイン送信信号経路は、ＣＤＭＡのためのＩＳ−９８規格によって課せされる電力要求及び線形性要求のような適用可能なシステム要求に準拠するように設計されうる。ダイバーシティ送信信号経路は、このようなシステム要求の全てに準拠しているか、あるいはしていないかもしれない。例えば、ダイバーシティ送信信号経路は、＋２３ｄＢｍの最大出力電力要求を除いて、ＩＳ−９８仕様の全てを満足するように設計されうる（例えば、ダイバーシティ送信信号経路は、＋１２ｄＢｍの最大出力電力しか提供しないかもしれない）。ダイバーシティ送信信号経路が、仕様に完全に準拠している訳ではないか、及び／又は、第２のＲＦ出力信号レベルが、第１のＲＦ出力信号レベルよりも小さいのであれば、電力増幅器３１８ｂは、電力増幅器３１８ａと同じ電力及び線形性パフォーマンスを持つ必要がないかもしれない。この場合、電力増幅器３１８ｂは、より少数の増幅ステージで設計され、かつ／又はより少ない電力を消費し、より低いコストとなるように設計することができる。ダイバーシティ送信信号経路から電力増幅器４１８ｂを省略することも可能かもしれない。また、デュプレクサ３２２ｂは、緩和された要求を有することもできる。

上述したように、アンテナ２３０ａは、第１のタイプ（例えば、ダイポールアンテナ）からなりえ、第２のアンテナ２３０ｂは、第２のタイプ（例えば、パッチアンテナ）からなりうる。アンテナ２３０ａ及びアンテナ２３０ｂがデコリレートされているのであれば、これらアンテナのうちの１つのチャネルがフェードしていても、他方のアンテナのチャネルはフェードしていないかもしれない。２つのＲＦ出力信号の相対的な位相及び／又は振幅を調節することによって、無線デバイス２１０から、同じ又は低い送信電力で、より高い受信信号が、基地局２５０によって得られうる。回路素子３１６は、ダイバーシティアンテナ２３０ｂから送信される第２のＲＦ出力信号の複合利得（つまり、位相及び／又は振幅）を調節するために使用され、乗算器、プログラム可能な遅延素子、又は他の幾つかのタイプの回路で実現されうる。ダイバーシティ送信信号経路のための複合利得の調節は、様々な方式で実行されうる。

１つの実施形態では、無線デバイス２１０は、基地局２５０からのあらゆるフィードバック無しに、第２の送信信号経路のための複合利得を自立的に調節する。第１の調節スキームでは、無線デバイス２１０は、系統的に、第２のＲＦ出力信号の位相をスイープする。これは、各時間インターバルｎについて、電力スプリッタ３１４からの第２のＲＦ変調信号を、複合利得ｅ^{ｊ２π・ｎ／Ｎ}と掛け合わせることによって達成されうる。フェードの間にわたって第２のＲＦ出力信号を調節できるように、各時間インターバルの持続時間は、高速フェードの予期される持続時間よりも短くなるように定められる。Ｎ個の時間インターバルによって３６０°全体がスイープされる。ここでＮは、１よりも大きい任意の値でありうる。第２の調節スキームでは、第２のＲＦ変調信号が、各時間インターバルｎについて、準ランダムな位相ｅ^{ｊ２π・ｐ（ｎ）／Ｎ}と掛け合わされる。ここで、ｐ（ｎ）は、０とＮとの間の準ランダムな値、すなわち、０≦ｐ（ｎ）≦Ｎである。第３の調節スキームでは、第２のＲＦ変調信号が、それぞれ利得Ｇ＝１及びＧ＝０と掛け合わされることによって、ダイバーシティ送信信号経路が、ＯＮ状態（イネーブル）とＯＦＦ状態（ディセーブル）との間を循環する。第２のＲＦ変調信号はまた、系統的に、あるいは準ランダムに選択されうる他の幾つかの複合値とも掛け合わされる。

別の実施形態では、無線デバイス２１０は、基地局２５０からのフィードバックに基づいて、ダイバーシティ送信信号経路のための複合利得を調節する。このフィードバックは、無線デバイス２１０の電力制御用に基地局２５０によって送られたＴＰＣコマンドの形態であるかもしれない。無線デバイス２１０は、受信したＴＰＣコマンドに基づいて、基地局２５０で受信される信号レベルの低下を検出しうる。例えば、予め定めた数の連続するＵＰコマンドが基地局２５０から送られる場合、ある時間ウィンドウ内で受信したＴＰＣコマンドのうち、予め定めた（あるいはそれよりも高い）パーセントがＵＰコマンドである場合等には、無線デバイス２１０は、現在のチャネルコンフィギュレーションがフェードにあると推定しうる。そして、無線デバイス２１０は、この受信したＴＰＣコマンドに基づいて、フェードが検出された場合にはいつでも、第２の送信信号経路のための複合利得を調節しうる。アンテナ２３０ａとアンテナ２３０ｂとがデコリレートされるのであれば、以前のチャネルコンフィギュレーションよりも、新たなチャネルコンフィギュレーションの方が良好である可能性が高い。無線デバイス２１０は、ＴＰＣコマンドの配信が、通常に戻ると考えられるまで、複合利得の調節を継続しうる。無線デバイス２１０は、効果を得るのに十分な時間を各複合利得設定に対して与えるために、ＴＰＣコマンドレートよりも低いレートで複合利得を調節しうる。

図４は、送信機ユニット２２０ｂのブロック図を示す。それは、図２の送信機ユニット２２０の別の実施形態である。送信機ユニット２２０ｂ内では、送信回路ブロック４１０、バンドバスフィルタ４１２、及び電力スプリッタ４１４が、ベースバンド信号を、図３について説明したようにして処理し、電力増幅器４１８ａ及び電力増幅器４１８ｂに、第１のＲＦ変調信号及び第２のＲＦ変調信号をそれぞれ供給する。電力増幅器４１８ａは、第１のＲＦ変調信号を増幅し、第１のＲＦ出力信号を供給する。それは、デュプレクサ４２２ａを介して送られ、アンテナ２３０ａから送信される。同様に、電力増幅器４１８ｂは、第２のＲＦ変調信号を増幅し、第２のＲＦ出力信号を供給する。それはデュプレクサ４２２ｂ及びダイプレクサ４２４を介して送られ、アンテナ２３０ｂから送信される。第１のＲＦ出力信号レベルはＰｏｕｔ１であり、第２のＲＦ出力信号レベルはＰｏｕｔ２である。第１のＲＦ出力信号及び第２のＲＦ出力信号は、同じかあるいは異なる信号レベルを持ちうる。例えば、第２のＲＦ出力信号は、第１のＲＦ出力信号よりも低い信号レベルを持つかもしれない。第２のＲＦ出力信号のための低いレベルは、（１）第２のＲＦ変調信号を、第１のＲＦ変調信号よりも小さくなるように生成することによって、及び／又は、（２）電力増幅器４１８ａよりも、電力増幅器４１８ｂに低い利得を使用することによって得られうる。

電力増幅器４１８ａ及びデュプレクサ４２２ａは、メイン送信信号経路の一部である。電力増幅器４１８ｂ、デュプレクサ４２２ｂ、及びダイプレクサ４２４は、ダイバーシティ送信信号経路の一部である。第１の制御信号（Ｃｔｒｌ１）は、電力増幅器４１８ａに供給され、電力増幅器４１８ａの動作を制御するために使用される。第２の制御信号（Ｃｔｒｌ２）は、電力増幅器４１８ｂに供給され、電力増幅器４１８ｂの動作を制御するために使用される。各制御信号は、関連する電力増幅器を選択的にイネーブル又はディセーブルし、関連する電力増幅器の位相及び／又は利得を調節し、及び／又は、その他の幾つかの方式で、関連する電力増幅器の動作を調節する。各制御信号は、基地局２５０から送られたＴＰＣコマンドに基づいて生成されうる。しかしながら、以下に述べるように、Ｃｔｒｌ１信号及びＣｔｒｌ２信号は、異なる方式で生成されうる。無線デバイス２１０は、メイン送信信号経路とダイバーシティ送信信号経路とを様々な方式で制御しうる。

実施形態では、無線デバイス２１０が送信している場合は常に、メイン送信信号経路はイネーブルされる。また、ダイバーシティ送信信号経路は、基地局２５０からのフィードバックに基づいて、選択的にイネーブル及びディセーブルされる。この実施形態の場合、Ｃｔｒｌ１信号は、電力増幅器４１８ａからの第１のＲＦ出力信号の送信電力レベルを調節するために使用される。Ｃｔｒｌ１信号は、基地局２５０から送られたＴＰＣコマンドに基づいて、通常の方式で生成されうる。そして（１）各ＵＰコマンドについて、予め定めた量まで電力増幅器４１８ａの利得を増加させ、（２）各ＤＯＷＮコマンドについて、予め定めた量まで電力増幅器４１８ａの利得を減少させうる。Ｃｔｒｌ２信号もまた、基地局２５０における良好なパフォーマンスを達成するために、受信したＴＰＣコマンドに基づいて生成されうる。第１の調節スキームでは、受信したＴＰＣコマンドに基づいて、フェードが検出された場合にはいつでも、Ｃｔｒｌ２信号は、オン状態（イネーブル）とオフ状態（ディセーブル）との間で電力増幅器４１８ｂをトグルする。フェードは、図３について上述したように検出されうる。イネーブル及びディセーブルされたダイバーシティ送信信号とともに、異なるチャネルコンフィギュレーション、すなわち、基地局における異なる受信信号レベルが得られる。第２の調節スキームでは、Ｃｔｒｌ２信号は、フェードが検出された場合、電力増幅器４１８ｂをイネーブルし、良好なチャネル状態が検出される場合、電力増幅器４１８ｂをディセーブルする。例えば、予め定めた数の連続するＤＯＷＮコマンドが基地局２５０から送られた場合、ある時間ウィンドウ内で受信したＴＰＣコマンドのうち、予め定めた（あるいはそれよりも高い）パーセントがＤＯＷＮコマンドである場合等には、良好なチャネル状態が検出されうる。

別の実施形態では、無線デバイス２１０は、基地局２５０からのフィードバックに基づいて、メイン送信信号経路と、ダイバーシティ送信信号経路との間を循環する。無線デバイス２１０は先ず、逆方向リンクでの送信のためにメイン送信信号経路をイネーブルしうる。無線デバイス２１０は次に、フェードが検出されると、メイン送信信号経路とダイバーシティ送信信号経路との両方をイネーブルし、別のフェードが検出されると、ダイバーシティ送信信号経路のみをイネーブルし、更に別のフェードが検出されると、メイン送信信号経路のみをイネーブルする等を行う。この実施形態の場合、検出された各フェードは、送信のために選択された異なるチャネルコンフィギュレーションとなる。メイン送信信号経路及びダイバーシティ送信信号経路は、（例えば、上述したような）予め定めた規則、あるいは準ランダムな方式でイネーブル及びディセーブルされうる。

上述したように、ダイバーシティ送信信号経路のための第２のＲＦ出力信号は、メイン送信信号経路のための第１のＲＦ出力信号よりも振幅が低い。フェードが、受信局における受信信号レベルを、２０ｄＢまで低下させる場合、第２のＲＦ出力信号が、第１のＲＦ出力信号よりも３ｄＢ、６ｄＢ、あるいは１０ｄＢ低い場合でさえも、パフォーマンスは改善されうる。更に、無線デバイスによって使用される実際の送信電力レベルは、多くの場合、システムによって指定された最大送信電力よりも低い。例えば、ＩＳ−９８は、アンテナにおいて、最大送信電力レベルとして２３ｄＢｍを規定しているが、無線デバイスによって使用される実際の送信電力レベルは、通常、ほとんどの動作シナリオについて、５ｄＢｍと１０ｄＢｍとの間のノミナル範囲内にある。実際の送信電力レベルは、システムによって規定された最大電力レベル又は最小電力レベルにあることは稀であり、代わりに、ほとんどの時間において、ノミナル範囲内にある。これらの動作特性は、無線デバイスにおける送信機ユニットの実装を単純化するために活用されうる。

図５は、送信機ユニット２２０ｃのブロック図を示す。これは、図２の送信機ユニット２２０の別の実施形態である。送信機ユニット２２０ｃ内では、送信ＲＦ集積回路（ＴＸ ＲＦＩＣ）５１０が、ベースバンド信号を受信して処理し、第１及び第２のＲＦ変調信号を供給する。バンドパスフィルタ５１２は、第１のＲＦ変調信号をフィルタし、フィルタされた変調信号を供給する。電力増幅器５１８は、このフィルタされた変調信号を増幅し、デュプレクサ４２２ａに第１のＲＦ出力信号を供給する。第２のＲＦ変調信号は、第２のＲＦ出力信号として使用され、デュプレクサ４２２ｂに直接供給される。第１のＲＦ出力信号レベルはＰｏｕｔ１であり、第２のＲＦ出力信号レベルはＰｏｕｔ２である。電力増幅器５１８によって、Ｐｏｕｔ１は一般にＰｏｕｔ２よりも高い。

Ｃｔｒｌ１信号は、電力増幅器５１８に供給され、メイン送信信号経路のため、電力増幅器５１８の動作を制御するために使用される。Ｃｔｒｌ２信号は、ＴＸ ＲＦＩＣ５１０に供給され、ダイバーシティ送信信号経路のため、ＴＸ ＲＦＩＣ５１０の動作を制御するために使用される。各制御信号は、関連する送信信号経路を選択的にイネーブル又はディセーブルし、関連する送信信号経路の位相及び／又は利得を調節し、及び／又は、関連する送信信号経路内の任意の回路素子の動作を変更しうる。各制御信号は、基地局２５０から受信したＴＰＣコマンドに基づいて生成されうる。そして、Ｃｔｒｌ１信号及びＣｔｒｌ２信号は、異なる方式で生成されうる。無線デバイス２１０は、図３及び図４に関して述べたように、メイン送信信号経路とダイバーシティ送信信号経路とを様々な方式で制御しうる。

図６は、送信機ユニット２２０ｃ内のＴＸ ＲＦＩＣ５１０の実施形態のブロック図を示す。多くの無線通信システムに一般に使用される直交位相変調の場合、ベースバンド信号は、同相（Ｉｂｂ）ベースバンド信号と、直交位相（Ｑｂｂ）ベースバンド信号とを含んでいる。ＴＸ ＲＦＩＣ５１０内では、増幅器（Ａｍｐ）６１０ａ及び増幅器（Ａｍｐ）６１０ｂが、それぞれ、Ｉｂｂベースバンド信号及びＱｂｂベースバンド信号を受け取って増幅し、増幅されたベースバンド信号を、直交位相変調器６２０に供給する。変調器６２０内では、ミキサ６２２ａが、増幅されたベースバンド信号を、ＬＯジェネレータ６２６からの同相局部発振器（ＩＬＯ）信号を用いて周波数アップコンバートし、同相変調成分を提供する。同様に、ミキサ６２２ｂは、増幅されたベースバンド信号を、ＬＯジェネレータ６２６からの直交変調局部発振器（ＱＬＯ）信号を用いて周波数アップコンバートし、直交位相変調成分を提供する。加算器６２４は、同相変調成分及び直交位相変調成分を加算し、変調信号を提供する。この変調信号は、増幅器６３０によって増幅され、増幅器／ドライバ６４０ａ及び増幅器／ドライバ６４０ｂの両方によって増幅されて、第１のＲＦ変調信号（ＲＦｍｏｄ１）と、第２のＲＦ変調信号（ＲＦｍｏｄ２）とがそれぞれ生成される。

図６は、具体的な送信機設計を示す。一般に、各送信信号経路内の信号の調整は、増幅器、フィルタ、ミキサ等の１又は複数のステージによって行なわれうる。これらの回路ブロックは、図６に示されるものとは異なる方式で構成されうる。更に、図６に示されない他の回路ブロックもまた、各送信信号経路内の信号を調整するために使用されうる。図６はまた、直接アップコンバートアーキテクチャを示している。それは、ＲＦに直接的に変調を行い、ＲＦ変調信号を生成する。（図６に示していない）スーパヘテロダインアーキテクチャの場合、変調は、ＲＦではなく中間周波数（ＩＦ）においてなされ、ＩＦ変調信号が生成される。それは、その後、ＲＦに周波数アップコンバートされる。

増幅器／ドライバ６４０ａは、メイン送信信号経路の一部であり、増幅器／ドライバ６４０ｂは、ダイバーシティ送信信号経路の一部である。Ｃｔｒｌ２信号は、増幅器／ドライバ６４０ｂに供給され、増幅器／ドライバ６４０ｂ、すなわち、ダイバーシティ送信信号経路の動作を制御するために使用される。メイン送信信号経路は、図５に示すように、メイン送信信号経路内の電力増幅器５１８に加えられるＣｔｒｌ１信号によって制御される。

図３乃至６内に示す実施形態の場合、第２のＲＦ出力信号レベルは、第１のＲＦ出力信号レベルよりも小さく（つまり、Ｐｏｕｔ２＜Ｐｏｕｔ１）設定されうる。これは、高ＲＦ出力信号レベルを取り扱う必要がなく、ダイバーシティ送信信号経路のためのより簡素な設計及び低い費用を可能にする。例えば、図３及び図４にそれぞれ示すダイバーシティ送信信号経路のために、より小型の電力増幅器３１８ｂ及び４１８ｂが使用され、図５におけるダイバーシティ送信信号経路の場合に、外部電力増幅器が省略され、図６において、両送信信号経路のためのＲＦ信号が、単一のＲＦＩＣによって生成されうる。

上述した実施形態のうちの幾つかの場合、ダイバーシティ送信信号経路をイネーブル及びディセーブルすることは、信号経路の利得及び／又は位相を調節することよりも、実現がはるかに簡単である。ダイバーシティ送信信号経路は、信号経路内の電力増幅器又はドライバへ、単にバイアス電流を移すことによりしばしばイネーブルされうる。

図７は、受信したＴＰＣコマンドに基づいて複数の送信信号経路の動作を制御する処理７００を示す。処理７００は、図３の送信機ユニット２２０ａ、図４の送信機ユニット２２０ｂ、及び図５の送信機ユニット２２０ｃとともに使用される。処理７００は、図２のコントローラ２４０によって実行されうる。

無線デバイスは、既に説明したように、基地局からのＴＰＣコマンドを受信し（ブロック７１２）、受信したＴＰＣコマンドに基づいてフェードを検出する（ブロック７１４）。ブロック７１６において、フェードが検出されたと判定された場合には、無線デバイスは、メイン送信信号経路、ダイバーシティ送信信号経路、又はメイン送信信号経路とダイバーシティ送信信号経路との両方の動作を調節して、基地局におけるより大きな受信信号レベルを達成する（ブロック７１８）。無線デバイスは、図３乃至５について上述した調節実施形態及びスキームのうちの何かを実施しうる。ブロック７１８の後、また、ブロック７１６においてフェードが検出されない場合、無線デバイスはブロック７１２に戻る。無線デバイスは、任意の持続時間からなる時間インターバルで、ブロック７１４からブロック７１８を実行しうる。

上述した方式によるメイン送信信号経路及びダイバーシティ送信信号経路の動作は、無線環境における散乱を利用することにより、基地局における受信信号レベルを改善することができる。より高い受信信号レベルによって、無線デバイスは、平均してより小さな送信電力で、目標ＳＮＲを達成することが可能となる。よって、これは、無線デバイスによる電力消費を実質的に低減し、通話時間を長くする。

明確化のために、ＴＰＣコマンドに基づく送信信号経路が、上述された。ＴＰＣコマンドは、幾つかの無線システムにおいて、比較的高いレート（例えば、毎秒４００、８００、又は１６００回）で送られ、速いフェードと格闘する送信信号経路のより速い調節が可能となる。送信信号経路はまた、無線デバイスにおいて利用可能な他のタイプのフィードバックに基づいても制御されうる。例えば、送信信号経路は、例えば、ＣＤＭＡで一般に用いられているハイブリッドアクノレッジメント／要求（Ｈ−ＡＲＱ）送信スキームのようなインクリメンタル冗長（ＩＲ）送信スキームで無線デバイスによって受信されるアクノレッジメント（ＡＣＫ）及び／又は否定的アクノレッジメント（ＮＡＫ）に基づいて制御されうる。送信信号経路はまた、基地局において測定され無線デバイスへ送り返される受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）に基づいても調節されうる。

更に、明確化のために、上述した記述の多くは、２つのアンテナと２つの送信信号経路とを有する無線デバイス用である。一般に、本明細書に記述された技術は、１より多い任意の数のアンテナを備える無線デバイス用にも使用されうる。２より多いアンテナを備えた無線デバイスは、送信時にはいつでもメイン送信信号経路をイネーブルし、残りの送信信号経路のうちの何れか１つ又は任意の組み合わせを自立的に調節しうる。無線デバイスはまた、受信したＴＰＣコマンド又は他の幾つかのフィードバックに基づいて、個々の異なる送信信号経路、あるいは送信信号経路の異なる組み合わせを選択的にイネーブル及びディセーブルしうる。

本明細書に記載の無線デバイスは、例えばＣＤＭＡシステム、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システム、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）システム、ＧＳＭシステム等のような様々な無線通信システム内で使用されうる。ＣＤＭＡシステムは、例えばｃｄｍａ２０００、広帯域ＣＤＭＡ（Ｗ−ＣＤＭＡ）等のような様々なラジオアクセス技術（ＲＡＴ）を実現しうる。無線デバイスは更に、多元システム（例えば、ＣＤＭＡシステム及びＧＳＭシステム）の動作もサポートしうる。

無線デバイス用の処理ユニット及び送信機ユニットは、様々な手段によって実現されうる。例えば、送信機ユニットは、１又は複数のＲＦＩＣ上で、及び／又は、ディスクリート回路コンポーネントとともに実現されうる。送信信号経路の動作を（自立的に、あるいはフィードバックに基づいて）制御するユニットは、１又は複数の特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理デバイス（ＤＳＰＤ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレー（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、本明細書に記載の機能を実行するために設計されたその他の電子ユニット、あるいはそれらの組み合せ内に実装されうる。制御機能もまた、本明細書に記載の機能を実行するソフトウェアモジュール（例えば、手順、関数等）を用いて実現されうる。ソフトウェアコードがメモリユニット（例えば、図２のメモリユニット２４２）内に格納され、プロセッサ（例えばコントローラ２４０）によって実行されうる。メモリユニットは、プロセッサ内か、あるいはプロセッサの外部に実装されうる。

開示した前記実施形態の記述は、当業者が、本発明を実施し、利用できるように提供される。これらの実施形態への様々な変更もまた、当業者には容易に明らかであろう。そして、本明細書で定義された一般原理は、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用可能であろう。従って、本発明は、本明細書に示された実施形態に限定されることは意図されず、本明細書で開示した原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。

Claims (5)

1. 第１のラジオ周波数（ＲＦ）出力信号を生成するように動作可能な第１の送信信号経路と、
   第２のラジオ周波数（ＲＦ）出力信号を生成するように動作可能な第２の送信信号経路と、
   前記第１のＲＦ出力信号を送信するための第１のアンテナと、
   前記第２のＲＦ出力信号を送信するための第２のアンテナとを備え、
   前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは異なるタイプであり、
   受信した送信電力制御（ＴＰＣ）コマンドに基づいて、チャネルコンフィギュレーションがフェードにあると推定した場合、ＴＰＣコマンドの配信が通常に戻るまで前記第２の送信信号経路のイネーブル及びディセーブルを継続し、前記チャネルコンフィグレーションがフェードにあると推定した場合とは、時間ウィンドウ内で受信されたＴＰＣコマンドのうち、予め定められたパーセントか、またはそれよりも高いパーセントがアップコマンドであればフェードを検出する場合であり、前記各アップコマンドは、送信電力を増加するＴＰＣコマンドである無線デバイス。
2. 前記第１のアンテナはダイポールアンテナである請求項１の無線デバイス。
3. 前記第２のアンテナはパッチアンテナである請求項１の無線デバイス。
4. 前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは異なる極性を有する請求項１の無線デバイス。
5. 前記第２の送信信号経路は、前記第２のＲＦ出力信号の位相、振幅、又は位相と振幅の両方を調節するように動作可能な少なくとも１つの回路素子を備える請求項１の無線デバイス。

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