JP5198851B2 - マルチアンテナトランシーバシステム - Google Patents

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Description

本発明は、概ね、電子機器、より具体的には、無線デバイスに適した送信機／受信機（トランシーバ）システムに関する。
無線通信システムは、音声、データ、等のような種々の通信サービスを与えるために広く展開されている。これらの無線システムは、符号分割多元接続（Code Division Multiple Access, CDMA）、時分割多元接続（Time Division Multiple Access, TDMA）、周波数分割多元接続（Frequency Division Multiple Access, FDMA）、または何か他の多元接続技術であり得る。無線システムは、３ＧＰＰ２として知られているコンソーシアムによって採用された１つ以上の標準、例えば、ＩＳ−２０００、ＩＳ−８５６、ＩＳ−９５、等を実施し得る。無線システムは、３ＧＰＰとして知られているコンソーシアムによって採用された１つ以上の標準、例えば、グローバル システム フォー モバイル コミュニケーションズ(Global System for Mobile Communications, GSM)、広帯域ＣＤＭＡ（Wideband-CDMA, W-CDMA）、等も実施し得る。ＩＳ−２０００およびＷ−ＣＤＭＡは、ＣＤＭＡのための第三世代の標準である。ＩＳ−９５およびＧＳＭは、それぞれ、ＣＤＭＡおよびＴＤＭＡのための第二世代の標準である。これらの標準は、当技術において周知である。
無線通信デバイス（例えば、セルラ電話）は、トランシーバシステムを使用して、無線システムと双方向の通信を得る。トランシーバシステムは、データ送信のための送信機と、データ受信のための受信機とを含む。送信経路上では、送信機は、無線周波数（radio frequency, RF）の搬送波信号を、送られるデータで変調し、送信により適したＲＦ被変調信号を生成する。送信機は、さらに加えて、ＲＦ被変調信号を調整して、ＲＦアップリンク信号を生成し、次に、ＲＦアップリンク信号を、無線チャネルを介して、無線システム内の１つ以上の基地局へ送信する。受信経路上では、受信機は、１つ以上のＲＦダウンリンク信号を、１つ以上の基地局から受信し、受信信号を調整し、処理し、基地局によって送られたデータを得る。
無線システムは、１つ以上の周波数帯域において動作し、トランシーバは、無線システムによって使用される各周波数帯域のための送信信号経路および受信信号経路をもち得る。したがって、多数の周波数帯域が無線システムによって使用されるとき、トランシーバは多数の信号経路をもち得る。無線システムは、異なる時間間隔において送信し、受信する、ＧＳＭシステムのような、時分割デュプレックス（time division duplex, TDD）システムであってもよい。この場合に、送信／受信（transmit/receive, T/R）スイッチが、信号経路の１つ以上を、任意の所与の瞬間において、無線デバイスのアンテナに結合するのに使用され得る。Ｔ／Ｒスイッチは、（スイッチ上の１つのポール（pole）に対応する）アンテナへの１つの共通のＲＦポートと、（スイッチ上のスロー（throw）に対応する）各信号経路への１つの入力／出力（input/output, I/O）ＲＦポートとをもつ。例えば、単極４投接点（single-pole four-throw, SP4T）のＴ／Ｒスイッチは、２本の送信経路と２本の受信経路とをもつ２帯域のＧＳＭトランシーバにおいて使用され得る。信号経路の数が増加して、より多くの周波数帯域を支援するのにしたがって、より多くのＩ／Ｏ ＲＦポートが、Ｔ／Ｒスイッチに必要とされる。Ｉ／Ｏ ＲＦポートの数が増加するのにしたがって、Ｔ／Ｒスイッチの設計は、より複雑になり、性能は劣化する。
マルチモードの無線デバイス（例えば、デュアルモードのセルラ電話）は、多数の無線システム（例えば、ＧＳＭシステムおよびＣＤＭＡシステム）と通信することができ得る。この能力は、マルチモードのデバイスが、より多くのシステムから通信サービスを受け、これらのシステムによって与えられるより大きい受信可能領域の恩恵を受けることを可能にする。マルチモードのトランシーバは、多くの信号経路をもち、無線システムの全てによって使用される周波数帯域の全てを支援し得る。これらの信号経路の全てをアンテナに相互接続することは、多くのＩ／Ｏ ＲＦポートをもつ複雑なＴ／Ｒスイッチを要求し得る。
したがって、多数の無線システムのための多数の周波数帯域を支援し、複雑さを緩和することができるトランシーバシステムが、当技術において必要とされている。
多数の無線システムのための多数の周波数帯域を効率的に支援するマルチアンテナ トランシーバシステムが、本明細書に記載されている。トランシーバシステムは、多数の信号経路を含み、各信号経路は、送信経路または受信経路である。信号経路の具体的な数は、例えば、トランシーバシステムによって支援される無線システム数、各無線システムのための周波数帯域数、受信（ＲＸ）ダイバーシティが各無線システムに適用可能であるかどうか、多数の周波数帯域のための信号経路が組合わされ得るかどうか、多数の無線システムのための信号経路が組合わされ得るかどうか、等のような種々の要因に依存する。
トランシーバシステムは、少なくとも２本のアンテナを採用し、（１）各“非ダイバーシティ”無線システムのための受信経路をアンテナ間で分割して、複雑さを緩和し、（２）２本のアンテナにおいて各“ダイバーシティ”無線システムのための主受信経路およびダイバーシティ受信経路を実施して、性能を向上するトランシーバアーキテクチャを使用する。非ダイバーシティ無線システムは、ＲＸダイバーシティが適用可能でない無線システム、例えば、ＧＳＭシステムのような、ＴＤＭＡシステムである。ダイバーシティ無線システムは、ＣＤＭＡシステムのような、ＲＸダイバーシティが適用可能である無線システムである。全無線システムのための送信経路は、１本のアンテナに結合され得る。全無線システムのための受信経路は、多数のアンテナ間で分配され得る。多数のアンテナは、一方のアンテナにおける受信機回路を、他方のアンテナにおける送信経路からの高出力電力によって損傷するのを避けるために、十分な切り離しをもって設計される。受信経路を多数のアンテナ間で適宜分配することによって、複雑さは緩和され、より単純なＴ／Ｒスイッチが、トランシーバシステムに使用され得る。
実施形態では、トランシーバシステムは、第１および第２の部分と、無線周波数（ＲＦ）ユニットとを含む。この実施形態では、トランシーバシステムは、第１（例えば、ＧＳＭ）の無線システムのための２つの周波数帯域と、ＲＸダイバーシティを備えた第２（例えば、ＣＤＭＡ）の無線システムのための１つの周波数帯域とを支援する。第１の部分は、第１（主）のアンテナに結合し、（１）第１の無線システムのための送信経路および第１の受信経路と、（２）第２の無線システムのための送信経路および第１の受信経路とを含む。第２の部分は、第２（ダイバーシティ）のアンテナに結合し、（１）第１の無線システムのための第２の受信経路と、（２）第２の無線システムのための第２の受信経路とを含む。第１の無線システムのための第１および第２の受信経路は、２つの周波数帯域のためのものである。第２の無線システムのための第１および第２の受信経路は、１つの周波数帯域のためのものであり、ＲＸダイバーシティを与える。この実施形態では、第１の部分は、デュプレクサおよび単極３投接点（single-pole three-throw, SP3T）のＴ／Ｒスイッチも含む。デュプレクサは、第２の無線システムのための送信経路と第１の受信経路とに結合する。Ｔ／Ｒスイッチは、任意の所与の瞬間において、第１の無線システムのための送信経路、第１の無線システムのための第１の受信経路、またはデュプレクサを、第１のアンテナに結合する。ＲＦユニットは、送信経路のための変調および周波数アップコンバージョンと、受信経路のための復調および周波数ダウンコンバージョンとを行う。トランシーバシステムは、第３のアンテナに結合され、全地球測位システム（Global Positioning System, GPS）のための受信経路を含む第３の部分を含み得る。
本発明の種々の態様および実施形態が、さらに詳しく別途記載される。
本発明の特徴および性質は、別途記載される詳細な記述から、同じ参照符号が全体的に対応して同定している図面と共に採用されるとき、より明らかになるであろう。
“例示的”という用語は、本明細書において“例、事例、または実例としての役割を果たす”ことを意味するために使用されている。本明細書に記載されている何れの実施形態または設計も、他の実施形態または設計よりも好ましいまたは好都合であると、必ずしも、解釈されると限らない。
図１は、多数の無線通信システム120および122と通信することができるマルチアンテナ無線デバイス110を示している。無線システム120は、例えば、（一般に、ＣＤＭＡ １ｘと呼ばれている）ＩＳ−２０００、（一般に、ＣＤＭＡ １ｘ ＥＶ−ＤＯと呼ばれている）ＩＳ−８５６、ＩＳ−９５、Ｗ−ＣＤＭＡ、等のような１つ以上のＣＤＭＡ標準を実施し得るＣＤＭＡシステムであり得る。無線システム120は、ベーストランシーバシステム（base transceiver system, BTS）130、および移動交換局（mobile switching center, MSC）140を含む。ＢＴＳ130は、その受信可能領域のもとで、無線デバイスへ空中による通信を与える。ＭＳＣ140は、無線システム120内のＢＴＳに結合し、これらのＢＴＳのための調整および制御を与える。無線システム122は、ＧＳＭのような、１つ以上のＴＤＭＡ標準を実施し得るＴＤＭＡシステムであり得る。無線システム122は、ノードＢおよび無線ネットワーク制御装置（radio network controller, RNC）142を含む。ノードＢ132は、その受信可能領域のもとで、無線デバイスへ空中による通信を与える。ＲＮＣ142は、無線システム122内のノードＢに結合し、これらのノードＢのための調整および制御を与える。通常、ＢＴＳ130およびノードＢ132は、無線デバイスのための通信の受信可能領域を与える固定局であり、基地局または何か他の用語でも呼ばれ得る。ＭＳＣ140およびＲＮＣ142は、基地局のための調整および制御を与えるネットワークエンティティであり、何か他の用語でも呼ばれ得る。
無線デバイス110は、セルラ電話、パーソナルディジタルアシスタント（personal digital assistant, PDA）、無線イネーブルドコンピュータ、あるいは何か他の無線通信ユニットまたはデバイスであり得る。無線デバイス110は、（３ＧＰＰ２の用語では）移動局、（３ＧＰＰの用語では）ユーザ装置（user equipment, UE）、アクセス端末、または何か他の用語でも呼ばれ得る。無線デバイス110は、多数のアンテナ、例えば、１本の外部アンテナと１本以上の内部アンテナとを備えている。多数のアンテナは、フェージング、マルチパス、干渉、等のような、悪い経路の影響に対して、ダイバーシティを与えるのに使用され得る。送信エンティティのアンテナから送信されたＲＦ被変調信号は、見通し経路または反射経路、あるいはこの両者を介して、無線デバイス110の多数のアンテナに達し得る。少なくとも1本の伝搬経路は、通常、無線デバイス110における送信アンテナと各受信アンテナとの間に存在する。概ね、ある特定の範囲において当てはまることであるが、異なる受信アンテナへの伝搬経路が独立している場合は、多数のアンテナがＲＦ被変調信号を受信するのに使用されるとき、ダイバーシティは強まり、受信信号の品質が向上する。
無線デバイス110は、衛星150から信号を受信できるときと、できないときとがある。衛星150は、周知の全地球測位システム（ＧＰＳ）、ヨーロッパのガリレオシステム(Galileo system)、または何かのシステムのような、衛星測位システムに属し得る。各ＧＰＳ衛星は、地球上のＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号の到着時間（time of arrival, TOA）を測定することを可能にする情報をもつ符号化されたＧＰＳ信号を送信する。十分な数のＧＰＳ衛星の測定値が、ＧＰＳ受信機の正確な三次元の位置推定値を得るのに使用され得る。
通常、マルチアンテナ無線デバイス110は、異なる無線技術（例えば、ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＧＰＳ、等）の任意の数の無線システムと通信することができ得る。理解し易くするために、ＣＤＭＡシステムおよびＧＰＳシステムと通信することができるマルチモードの無線デバイスについて次に記載する。無線デバイス110は、所与の瞬間において、０個、１個、または多数の送信エンティティから信号を受信し得る。ここで、送信エンティティは、基地局または衛星であり得る。マルチアンテナ無線デバイス110では、各送信エンティからの信号は、異なる振幅または位相、あるいはこの両者においてではあるが、無線デバイスの多数のアンテナの各々によって受信される。
無線システム120および122は、種々の周波数帯域において動作し得る。テーブル１は、一般に使用されている周波数帯域と、ＧＰＳの周波数帯域とを載せている。ＧＰＳの周波数帯域を除いて、テーブル１に示されている各周波数帯域では、１つの周波数範囲は、基地局から無線デバイスへのダウンリンク(すなわち、順方向リンク)に使用され、別の周波数範囲は、無線デバイスから基地局へのアップリンク(すなわち、逆方向リンク)に使用される。例として、ＧＳＭ８５０／セルラ帯域では、８２４ないし８４９ＭＨｚの範囲は、アップリンクに使用され、８６９ないし８９４ＭＨｚの範囲は、ダウンリンクに使用される。
Figure 0005198851
無線システム120および122は、テーブル１に載せられていない他の周波数帯域上でも動作し得る。
無線デバイス110は、無線システム120および122の各々のための１つまたは多数の周波数帯域を支援するように設計され得る。無線デバイス110は、通常、１つの無線システムと、一度に、その無線システムのための支援されている周波数帯域の１つにおいて通信する。無線デバイス110の種々の実施形態が、次に記載される。
図２は、２本のアンテナの無線デバイス110aのブロック図を示しており、これは、無線デバイス110の１つの実施形態である。無線デバイス110aは、ＲＸダイバーシティを備えたＣＤＭＡのための１つの周波数帯域と、ＧＳＭのための２つの周波数帯域とを支援するトランシーバシステム210aを含んでいる。１つのＣＤＭＡ帯域は、例えば、ＰＣＳまたはセルラであり得る。２つのＧＳＭ帯域は、例えば、(ヨーロッパにおいて、一般に使用されている)ＧＳＭ１８００およびＧＳＭ９００、または(アメリカ合衆国において、一般に使用されている)ＧＳＭ１９００およびＧＳＭ８５０であり得る。１つのＣＤＭＡ帯域は、ＣＤＭＡ送信帯域(ＣＤＭＡ ＴＸ)とＣＤＭＡ受信帯域(ＣＤＭＡ ＲＸ)とを含む。２つのＧＳＭ帯域は、第１および第２のＧＳＭ送信帯域(ＧＳＭ ＴＸ１およびＴＸ２)と、第１および第２のＧＳＭ受信帯域(ＧＳＭ ＲＸ１およびＲＸ２)とを含む。２つのＧＳＭ帯域の設計は、無線デバイス110aが、より多くのＧＳＭシステムと通信し、ローミング能力を向上することを可能にする。
トランシーバシステム210aは、(外部アンテナであり得る)主アンテナ202に結合する第１の部分212a、(内部アンテナであり得る)ダイバーシティアンテナ204に結合する第２の部分214a、並びに第１および第２の部分に結合するＲＦユニット250aを含んでいる。第１の部分212aは、両者のＧＳＭ帯域のための１本のＧＳＭ送信経路、第１のＧＳＭ帯域のための第１のＧＳＭ受信経路、並びにＣＤＭＡのための送信経路および主受信経路を含んでいる。第２の部分214aは、第２のＧＳＭ帯域のための第２のＧＳＭ受信経路と、ＣＤＭＡのためのダイバーシティ受信経路とを含んでいる。ＲＦユニット250aは、部分212aおよび214aのために信号を調整する。
第１の部分212a内では、単極３投接点(ＳＰ３Ｔ)のＴ／Ｒスイッチ(T/R switch, T/R SW)220aは、主アンテナ202に結合された（１つのポールのための）１つの共通のＲＦポートと、ＧＳＭ送信経路、第１のＧＳＭ受信経路、およびＣＤＭＡ送信／主受信経路のためのデュプレクサ232aとに結合された（３つのスローのための）３つのＩ／Ｏ ＲＦポートとをもつ。ＧＳＭ送信経路のためのＲＦポートは、入力ＲＦポートであり、ＣＤＭＡ送信／受信経路のためのＲＦポートは、双方向のＲＦポートである。Ｔ／Ｒスイッチ220aは、共通のＲＦポートを、１ビットまたはマルチビットの信号であり得る制御信号(control signal, Ctrl)に基づいて、任意の所与の瞬間において、３つのＩ／Ｏ ＲＦポートの１つに結合する。ＴＤＤシステムであるＧＳＭでは、アップリンクおよびダウンリンクの送信は、異なるオーバーラップしていない時間間隔(または、タイムスロット)において行われ、送信経路または受信経路のみが、任意の所与の瞬間においてアクティブである。ＣＤＭＡでは、アップリンクおよびダウンリンクの送信は同時に行われ、送信および受信経路の両者は、同時にアクティブであり得る。Ｔ／Ｒスイッチ220aは、第１の部分212aが、ＧＳＭまたはＣＤＭＡの何れかを処理することを可能にするようにスイッチングを行う。第１の部分212aがＧＳＭを処理しているときは、Ｔ／Ｒスイッチ220aは、ＧＳＭの送信経路と受信経路との間でさらにスイッチングを行う。さらに加えて、Ｔ／Ｒスイッチ220aは、ＧＳＭ送信回路によって生成された高電力の送信バーストから、ＧＳＭ受信機回路を保護する。
ＧＳＭ送信経路は、電力増幅器(power amplifier, PA)モジュール224aを含み、これは、ＲＦユニット250aからＧＳＭ送信信号（GSM transmission signal, GTX）を受信し、増幅し、主アンテナ202を介して送信するためのＧＳＭアップリンク信号を与える。ＧＳＭ送信信号は、無線デバイス110aによって支援されている２つのＧＳＭ帯域の１つのためのものである。ＰＡモジュール224aは、通常、(ＲＦ出力レベル検出およびフィードバック回路をもつ)組み込まれた、または外部の出力電力制御ループをもち、これは、ＧＳＭ送信バースト中の周波数および温度の出力電力レベルを調節する。(各ＧＳＭ送信バーストは、５７７μｓｅｃの継続期間をもつ)。さらに加えて、ＰＡモジュール224aは、利得制御信号(Ｇ１)に基づいて調節され得る可変利得をもち得る。Ｇ１は、モデムプロセッサ260aから来ることができる。Ｇ１利得制御信号は、ＰＡモジュール224aの利得を、一定の割合で増加する（ramp up）か、または一定の割合で低減（ramp down）し得る。ＧＳＭアップリンク信号の振幅も、Ｇ１利得制御信号によって制御され、ＧＳＭアップリンク信号の位相は、あらゆる変調(例えば、ＧＭＳＫ、Ｍ−ＰＳＫ、ＯＱＰＳＫ、Ｍ−ＱＡＭ、等)を達成するように、モデムプロセッサ260aによって制御され得る。Ｔ／Ｒスイッチ220aは、通常、組み込まれたフィルタ(例えば、ローパスフィルタ)をもち、フィルタで取り除き、ＰＡモジュール224aによって生成されたＧＳＭアップリンク信号内の高調波の送信を防ぐ。ＧＳＭの送信および受信経路は、公に入手可能である３ＧＰＰ ＴＳ ５１.０１０に記載されているＧＳＭシステムの要件にしたがうように設計され得る。
第１のＧＳＭ受信経路は、（１）主アンテナ202からの受信信号をフィルタにかけるフィルタ226aと、（２）フィルタ226aからのフィルタにかけられた信号を増幅し、第１のＧＳＭ受信信号(ＧＲＸ１)をＲＦユニット250aに与える低雑音増幅器(low noise amplifier, LNA)228aとを含む。フィルタ226aは、第１のＧＳＭ受信帯域(ＧＳＭ ＲＸ１)に等しい帯域幅をもつ表面弾性波(surface acoustic wave, SAW)フィルタで実施される帯域通過フィルタであり得る。フィルタ226aは、大きい振幅の望ましくない信号（または“ジャマー”）と、他の無線システムによって送信された他の帯域外信号とをフィルタで取り除く。
ＣＤＭＡ送信経路は、フィルタ242a、電力増幅器244a、およびアイソレータ246aを含む。フィルタ242aは、ＲＦユニット250aからのＣＤＭＡ送信信号(ＣＴＸ)をフィルタにかけ、フィルタにかけられたＣＤＭＡ信号を与える。フィルタ242aは、ＣＤＭＡ送信帯域(ＣＤＭＡ ＴＸ)に等しい帯域幅をもつＳＡＷフィルタで実施され得る。ＣＤＭＡ送信帯域は、ＣＤＭＡ受信帯域よりも低いので、フィルタ242aは、帯域通過フィルタの代わりに、ローパスフィルタでも実施され得る。電力増幅器244aは、フィルタにかけられたＣＤＭＡ信号を増幅し、ＣＤＭＡアップリンク信号を与える。アイソレータ246aは、ＣＤＭＡアップリンク信号をデュプレクサ232aに結合し、デュプレクサからの信号が電力増幅器244aに戻るのを防ぎ、電力増幅器のためのインピーダンスの負荷を与える。デュプレクサ232aは、アイソレータ246aからのＣＤＭＡアップリンク信号を、主アンテナ202を介して送信するために、Ｔ／Ｒスイッチ220aへルート設定する。
さらに加えて、デュプレクサ232aは、主アンテナ202からの受信信号を、Ｔ／Ｒスイッチ220aを介して受信し、受信信号を、主ＣＤＭＡ受信経路へルート設定する。デュプレクサ232aは、ＣＤＭＡのための送信経路と主受信経路との間に切り離しを与え、これらの２本の経路の各々にとって望ましくない信号成分をフィルタで取り除き、全二重通信のために、これらの２本の信号経路の同時の動作を支援する。(ＧＳＭでは、送信および受信経路は、同時にアクティブでないので、デュプレクサは不要である)。主ＣＤＭＡ受信経路は、低雑音増幅器(ＬＮＡ)234aおよびフィルタ236aを含んでいる。ＬＮＡ234aは、主アンテナ202からの受信信号を増幅し、増幅された受信信号を与える。フィルタ236aは、増幅された受信信号をフィルタにかけ、主ＣＤＭＡ受信信号（ＣＲＭＸ）をＲＦユニット250aに与える。フィルタ236aは、ＣＤＭＡ受信帯域(ＣＤＭＡ ＲＸ)に等しい帯域幅をもつＳＡＷフィルタで実施され得る。デュプレクサ232aは、ＣＤＭＡ受信帯域を予め選択するためのフィルタリングを行い、フィルタ236aは、ＣＤＭＡ送信経路から来たＣＤＭＡアップリンク信号の漏れを取り去る追加のフィルタリングを行う。
第２の部分214a内では、ダイプレクサ（dipexer）230aは、ダイバーシティアンテナ204、第２のＧＳＭ受信経路、およびダイバーシティＣＤＭＡ受信経路に結合する。ダイプレクサ230aは、ダイバーシティアンテナ204からの受信信号を、２つの周波数帯域内に信号成分を含む２つの出力信号へ分割する周波数選択ユニットである。ダイプレクサ230aは、（１）ＧＳＭの信号成分を含んでいる第１のダイプレクサ出力信号を、第２のＧＳＭ受信経路へ、（２）ＣＤＭＡの信号成分を含んでいる第２のダイプレクサ出力信号を、ダイバーシティＣＤＭＡ受信経路へ与える。ダイプレクサ230aの代わりに、他の周波数選択ユニットも使用され得る。ダイプレクサ230aは、単極双投接点(single-pole two-throw, SP2T)スイッチ、フィルタリングを行わない信号スプリッタ、または何か他のユニットでも実施され得る。第２のＧＳＭ受信経路は、（１）第１のダイプレクサ出力信号を第２のＧＳＭ受信帯域(ＧＳＭ ＲＸ２)に対してフィルタにかけるフィルタ226bと、（２）フィルタ226bからのフィルタにかけられた信号を増幅し、第２のＧＳＭ受信信号（ＧＲＸ２）をＲＦユニット250aに与えるＬＮＡ228bとを含む。ダイバーシティＣＤＭＡ受信経路は、（１）ＣＤＭＡ受信帯域(ＣＤＭＡ ＲＸ)のための第２のダイプレクサ出力信号をフィルタにかけるフィルタ236bと、（２）フィルタ236bからのフィルタにかけられた信号を増幅し、ダイバーシティＣＤＭＡ受信信号(ＣＲＸＤ)をＲＦユニット250aに与えるＬＮＡ234bとを含む。フィルタ226bおよび236bは、それぞれ、第２のＧＳＭ受信帯域およびＣＤＭＡ受信帯域とを予め選択するためのフィルタリングを行う。
ＲＦユニット250aは、送信および受信経路の全てのための、ＧＳＭおよびＣＤＭＡの信号に対して信号調整を行う。各ＧＳＭ受信信号および各ＣＤＭＡ受信信号のために、ＲＦユニット250aは、周波数ダウンコンバージョン、復調、フィルタリング、増幅および利得制御、等を行い得る。各ＧＳＭ送信信号および各ＣＤＭＡ送信信号では、ＲＦユニット250aは、フィルタリング、増幅および利得制御、変調、周波数アップコンバージョン、等を行い得る。ＲＦユニット250aは、スーパーヘテロダイン アーキテクチャまたは直接変換アーキテクチャを使用し得る。スーパーヘテロダイン アーキテクチャは、多数の段を使用し、例えば、１つの段においてＲＦから中間周波数（intermediate frequency, IF）への周波数ダウンコンバージョンをし、別の段においてＩＦからベースバンドへの(例えば、直角位相の)復調をする。直接変換アーキテクチャは、１つの段を使用して、復調し、ＲＦから直接にベースバンドへ周波数ダウンコンバージョンする。同様に、変調および周波数アップコンバージョンは、スーパーヘテロダイン アーキテクチャでは多数の段で、直接変換アーキテクチャでは１つの段で行われる。さらに加えて、ＲＦユニット250aは、そのシステムによって採用されている変調方式に基づいて、当技術において知られている技法を使用して、各無線システムのための変調および復調を行う。例えば、ＧＳＭのための変調は、オフセット位相ロックループ(offset phase locked loop, OPLL)または極性変調方式で行われ得る。
ＲＦユニット250a内の受信経路および送信経路の例示的な設計は、それぞれ、図７Ａおよび７Ｂにおいて別途記載される。さらに加えて、ＲＦユニット250aは、部分212aおよび214a内の種々の回路ブロックも含み得る。例えば、ＬＮＡ228a、228bおよび234bは、ＲＦユニット250a内で実施され得る。ＲＦユニット250aは、１つ以上のＲＦ集積回路(RF integrated circuit, RFIC)、ディスクリートな構成要素、等で実施され得る。
変調器／復調器(モデム)プロセッサ260aは、ＧＳＭおよびＣＤＭＡのためのベースバンドモデム処理を行う。各送信経路において、モデムプロセッサ260aは、データを符号化し、インターリーブし、変調し、データシンボル、すなわち、データのための変調シンボルを得る。さらに加えて、モデムプロセッサ260aは、無線システムにしたがって、データシンボルと、パイロットシンボル、すなわち、パイロットのための変調シンボルとに対して物理層の処理を行う。例えば、モデムプロセッサ260aは、データおよびパイロットシンボルをチャネル化し（または、“カバーし”）、スペクトル拡散し(または、スクランブルし)、データチップを得ることができる。各受信経路では、モデムプロセッサ260aは、相補的な物理層の処理(例えば、スペクトル逆拡散、デチャネライゼーション)を行って、受信シンボルを得て、さらに加えて、受信シンボルを復調し、デインターリーブし、復号し、復号されたデータを得る。ＧＳＭのためのモデム処理は、３ＧＰＰ ＴＳ ０５の文献に記載されており、ＣＤＭＡのためのモデム処理は、実施されているＣＤＭＡ標準に依存する。さらい加えて、モデムプロセッサ260aは、各受信経路のためのアナログ対ディジタル変換と、各送信経路のためのディジタル対アナログ変換とを行う。図２には示されていないが、モデムプロセッサ260aは、さらに加えて、メモリユニット272、マルチメディアユニット(例えば、カメラ)、入力／出力(input/output, I/O)ユニット(例えば、タッチスクリーン、ディスプレイユニット、キーパッド、スピーカ、およびマイクロホン)、等とインターフェイスし得る。モデムプロセッサ260aは、１つ以上の特定用途向け集積回路(application specific integrated circuits, ASIC)で実施され得る。
主発振器252は、(所定の周波数における)基準発信器信号を、ＲＦユニット250aとモデムプロセッサ260aとに与える。主発振器252は、電圧制御され、温度補償される圧電結晶発振器(voltage-controlled temperature-compensated crystal oscillator, VCTCXO)か、または当技術において知られている何か他のタイプの発振器で実施され得る。ＲＦユニット250aは、組み込まれた電圧制御発振器(voltage-controlled oscillator, VCO)および位相ロックループ(phase locked loop, PLL)を含み得る。ＶＣＯおよびＰＬＬの１つの組は、各信号経路に使用され、各信号経路は、別々に“同調”（すなわち、周波数における調節）をされ得る。ＶＣＯおよびＰＬＬの各組は、主発振器252から基準発振器信号を受信し、希望の周波数において局部発振器(local oscillator, LO)信号を生成する。
制御装置270は、モデムプロセッサ260a、および恐らくはＲＦユニット250aの動作を制御する。メモリ272は、制御装置270およびモデムプロセッサ260aのための記憶領域を与える。
２本のＧＳＭ受信経路は、ＧＳＭ送信経路から十分な切り離しをもつように設計されている。ＧＳＭ送信バーストのピークの出力電力は、通常、＋３２ｄＢｍないし＋３５ｄＢｍの範囲をもつ。フィルタ226aおよび226bは、通常、＋１３ｄＢｍないし＋１７ｄＢｍの損傷レベルをもつＳＡＷフィルタである。主アンテナとダイバーシティアンテナとの間の(＋３５ｄＢｍのピークの出力電力から、＋１３ｄＢｍの最小損傷レベルを減算した)少なくとも２２デシベル(decibel, dB)の切り離しは、ＧＳＭ送信バーストによって主アンテナからダイバーシティアンテナに結合されるＧＳＭのＳＡＷフィルタ226bに対する損傷がないことを保証することができる。この２２ｄＢの切り離しは、２本のアンテナ間の経路損失、主アンテナの指向性のための切り離し、およびダイバーシティアンテナの指向性のための切り離しとの組合わせから得られ得る。
ＣＤＭＡでは、２本の別々のアンテナに結合された２本の受信経路は、ＲＸダイバーシティを与え、フェージング、マルチパス、等の悪い影響を改善するために使用される。２本のアンテナが何らかの空間ダイバーシティ(または、アンテナの分離)をもつときは、ＲＸダイバーシティのために、向上した性能を達成することができ、したがって、深いフェージングが主アンテナにおいて生じるときは必ず、より激しくないフェージングがダイバーシティアンテナにおいて生じる。フェージングは、(異なる経路遅延のために)逆位相の２つの信号インスタンスがアンテナにおいて相互に消去(または、破壊的に追加)することによって生じ得る。２本のアンテナが、小さい距離、例えば、数センチメートル分、離れているときでさえ、ＲＸダイバーシティは効果的であることが示されている。
主ＣＤＭＡ受信経路は、通常、例えば、感度および線形性についての、全ての適用可能なＣＤＭＡのシステム要件を満たすように設計されている。ＩＳ−２０００およびＩＳ−９５のためのシステム要件は、ＩＳ−９８に記載されており、Ｗ-ＣＤＭＡのためのシステム要件は、３ＧＰＰ ＴＳ ２５.１０１およびＴＳ ３４.１２１に記載されており、これらの全ては公に入手可能である。ダイバーシティＣＤＭＡ受信経路は、ＣＤＭＡのシステム要件の全てに準拠する必要はない。例えば、ダイバーシティＣＤＭＡ受信経路は、主ＣＤＭＡ受信経路よりも、より小さいダイナミックレンジにおいて動作し、より悪い受信機の感度をもち、ジャマーの拒絶において、より低い効果をもつように設計され得る。この準拠していない設計は、ダイバーシティＣＤＭＡ受信経路が、より少ない電力消費、より小さい領域、およびより低いコストで実施されることを可能にする。例えば、ＬＮＡ234bは、ＬＮＡ234aよりも、より高い利得またはより少ない電流、あるいはこの両者で、これがＬＮＡ234bの線形性の性能を劣化し得るとしても、動作され得る。それにもかかわらず、ダイバーシティＣＤＭＡ受信経路は、大抵の動作条件のもとで、良好な性能を与えることができる。
ダイバーシティモードで動作するとき、主およびダイバーシティＣＤＭＡ受信経路の両者は、アクティブであり、ＣＤＭＡ受信帯域上の同じＲＦチャネルに同調させられる。ＲＦユニット250aは、主およびダイバーシティＣＤＭＡ受信経路からの、主およびダイバーシティＣＤＭＡ受信信号をそれぞれ処理し、主およびダイバーシティベースバンド受信信号(Ｃ ＲＸＭおよびＣ ＲＸＤ)をそれぞれ与える。次に、(ＣＤＭＡにおいて一般に使用されている)レーキ受信機が、これらの２つのベースバンド信号の２本のデータサンプルストリームを処理し、組合わせて、向上した受信信号品質をもつ複合受信シンボルストリームを得て、これは、１ビット当りのエネルギ対総雑音比（energy-per-bit-to-total-noise ratio, Eb/No）によって量子化され得る。より高いＥｂ／Ｎｏは、ＣＤＭＡ １Ｘ ＥＶ−ＤＯ、ＵＭＴＳ高速パケットデータ、ＵＭＴＳ高速回線交換データ、等のような、高データレートの応用に向上した性能(例えば、より高い総スループット)を与えることができる。
非ダイバーシティモードで動作しているときは、主およびダイバーシティＣＤＭＡ受信経路は、異なるＲＦチャネルに個別に同調させられ得る。例えば、主ＣＤＭＡ受信経路は、待ち状態（pending）のデータ呼のために、ＲＦチャネルに同調させられ、ダイバーシティＣＤＭＡ受信経路は、呼び出しメッセージを監視し、パイロットをサーチするために、別のＲＦチャネルに同調させられ得る。(例えば、着信呼のための)呼び出しメッセージが受信されると、無線デバイスは、（１）主ＣＤＭＡ受信経路を使用して、待ち状態のデータ呼に割り込んで、(例えば、ユーザの承認後に)音声呼を止め（bring up）、（２）２本のＣＤＭＡ受信経路を使用して、データ呼および音声呼の両者を同時に処理し得る。
トランシーバシステム210aは、種々のやり方で動作され得る。１つの動作モードでは、トランシーバシステム210aは、任意の所与の瞬間においてＧＳＭまたはＣＤＭＡのみを処理する。別の動作モードでは、トランシーバシステム210aは、１本のＣＤＭＡ受信経路と、１本のＧＳＭ受信経路とを同時に処理することができる。この能力は、例えば、ＣＤＭＡとＧＳＭとの間のハンドオーバを支援するため、ＧＳＭの呼中にＣＤＭＡ １ｘ ＥＶ-ＤＯシステムをサーチするため、等に使用され得る。
図２は、特定の実施形態を示しており、種々の変更が行われ得る。例えば、周波数帯域および変調方式に依存して、ＧＳＭおよびＣＤＭＡのための信号経路を組合わせることが可能であり得る。
トランシーバシステム210aにおいて、主アンテナ202は、送信および受信の両者に使用され、一方で、ダイバーシティアンテナ204は受信のみに使用される。第１の部分212a内の第１のＧＳＭ受信経路は、一般に使用されているＧＳＭ帯域のためのものであり、第２の部分214a内の第２のＧＳＭ受信経路は、より少なく一般に使用されているＧＳＭ帯域のためのものであり得る。両者のＧＳＭ帯域のための１本のＧＳＭ送信経路を使用し、２つのＧＳＭ帯域のための２本のＧＳＭ受信経路を２本のアンテナ上に分割することによって、部分212aおよび214aの複雑さが緩和される。例えば、第１の部分212aは、ＳＰ３Ｔスイッチを使用し得る。これは、容易に入手可能であり、好適な性能をもっている。
図３は、２本のアンテナの無線デバイス110bのブロック図を示しおり、これは、無線デバイス110の別の実施形態である。無線デバイス110bは、トランシーバシステム210bを含み、これは、ＲＸダイバーシティを備えたＣＤＭＡのための１つの周波数帯域を支援し(例えば、ＰＣＳまたはセルラ)、ＧＳＭのための４つの周波数帯域を支援する(例えば、ＧＳＭ１９００、ＧＳＭ１８００、ＧＳＭ９００、およびＧＳＭ８５０)。４帯域のＧＳＭトランシーバは、全ての現在一般に使用されているＧＳＭ帯域上で通信することができ、国際的なローミングを支援する。
トランシーバシステム210bは、第１の部分212b、第２の部分214b、およびＲＦユニット250bを含む。第１の部分212bは、４つのＧＳＭ帯域のための２本のＧＳＭ送信経路、第１のＧＳＭ帯域のための第１のＧＳＭ受信経路、第３のＧＳＭ帯域のための第３のＧＳＭ受信経路、並びにＣＤＭＡのための送信経路および主受信経路を含んでいる。第２の部分214bは、第２のＧＳＭ帯域のための第２のＧＳＭ受信経路、第４のＧＳＭ帯域のための第４のＧＳＭ受信経路、およびＣＤＭＡのためのダイバーシティ受信経路を含んでいる。ＲＦユニット250bは、部分212bおよび214bのために信号を調整する。
第１の部分212b内では、単極５投接点(single-pole five-throw, SP5T)のＴ／Ｒスイッチ220bは、主アンテナ202に結合された１つの共通のＲＦポートと、５つのＩ／Ｏ ＲＦポートとをもち、５つのＩ／Ｏ ＲＦポートは、２本のＧＳＭ送信経路、第１および第３のＧＳＭ受信経路、並びにＣＤＭＡ送信／主受信経路のためのデュプレクサ232aに結合されている。Ｔ／Ｒスイッチ220bは、任意の所与の瞬間において、共通のＲＦポートを、５つのＩ／Ｏ ＲＦポートの１つに結合する。Ｔ／Ｒスイッチ220bは、第１の部分212bがＧＳＭまたはＣＤＭＡの何れかを処理することを可能にするスイッチングを行い、さらに加えて、第１の部分212bがＧＳＭを処理しているときは、1つのＧＳＭ帯域のために送信経路と受信経路との間でスイッチングを行う。
２本のＧＳＭ送信経路は、２つの入力および２つの出力をもつ４帯域の電力増幅器モジュール224bを含んでいる。ＰＡモジュール224bは、ＲＦユニット250bから、第１または第２の何れかのＧＳＭ帯域のための第１のＧＳＭ送信信号(ＧＴＸ１)を受信し、増幅し、主アンテナ202を介して送信するための第１のＧＳＭアップリンク信号を与えることができる。さらに加えて、ＰＡモジュール224bは、ＲＦユニット250bから、第３または第４の何れかのＧＳＭ帯域のための第２のＧＳＭ送信信号(ＧＴＸ２)を受信し、増幅し、主アンテナ202を介して送信するための第２のＧＳＭアップリンク信号を与えることもできる。第１のＧＳＭ受信経路は、フィルタ226aおよびＬＮＡ228aを含み、これらは、主アンテナ202からの受信信号に対してフィルタリングおよび増幅を行い、第１のＧＳＭ受信信号(ＧＲＸ１)をＲＦユニット250bに与える。第３のＧＳＭ受信経路は、フィルタ226cおよびＬＮＡ228cを含み、これらは、受信信号に対してフィルタリングおよび増幅を行い、第３のＧＳＭ受信信号(ＧＲＸ３)をＲＦユニット250bに与える。フィルタ226aおよび226cは、それぞれ、第１および第３のＧＳＭ受信帯域に等しい帯域幅をもつＳＡＷフィルタであり得る。
第２の部分214b内では、トリプレクサ（triplexer）230bはダイバーシティアンテナ204に結合し、アンテナ204から受信信号を得て、第１および第２のトリプレクサ出力信号を、第２および第４のＧＳＭ受信経路にそれぞれ与え、第３のトリプレクサ出力信号を、ダイバーシティＣＤＭＡ受信経路に与える。第２のＧＳＭ受信経路は、フィルタ226bおよびＬＮＡ228bを含み、これらは、第１のトリプレクサ出力信号をフィルタにかけ、増幅し、第２のＧＳＭ受信信号(ＧＲＸ２)をＲＦユニット250bに与える。第４のＧＳＭ受信経路は、フィルタ226dおよびＬＮＡ228dを含み、これらは、第２のトリプレクサ出力信号をフィルタにかけ、増幅し、第４のＧＳＭ受信信号（ＧＲＸ４）をＲＦユニット250bに与える。フィルタ226bおよび226dは、それぞれ、第２および第４のＧＳＭ受信帯域に等しい帯域幅をもつＳＡＷフィルタであり得る。
部分212b内のＣＤＭＡ送信経路および主ＣＤＭＡ受信経路は、図２の部分212a内のものと同じである。部分214b内のダイバーシティＣＤＭＡ受信経路は、図２の部分214a内のものと同じものである。
トランシーバシステム210bは、種々のやり方で動作され得る。テーブル２は、トランシーバシステム210bによって支援されている幾つか動作モードを載せている。
Figure 0005198851
トランシーバシステム210bでは、主アンテナ202は、送信および受信の両者に使用され、一方で、ダイバーシティアンテナ204は受信のみに使用される。第１の部分212b内の第１および第３のＧＳＭ受信経路は、２つの一般に使用されているＧＳＭ帯域のためのものであり、第２の部分214b内の第２および第４のＧＳＭ受信経路は、(例えば、ローミングのための)２つのより少なく一般に使用されているＧＳＭ帯域のためのものであり得る。例えば、無線デバイス110bがヨーロッパ市場向けであるとき、第１の部分212bは、ＧＳＭ９００およびＧＳＭ１９００をカバーし、第２の部分214bは、ＧＳＭ８５０およびＧＳＭ１９００をカバーし得る。その代わりに、無線デバイス110bがアメリカ合衆国市場向けであるときは、第１の部分212bは、ＧＳＭ８５０およびＧＳＭ１９００をカバーし、第２の部分214bは、ＧＳＭ９００およびＧＳＭ１９００をカバーし得る。４つのＧＳＭ帯域のために２本のＧＳＭ送信経路を使用し、４つのＧＳＭ帯域のための４本のＧＳＭ受信経路を２本のアンテナ上へ分割することによって、部分212bおよび214bの複雑さが緩和される。例えば、第１の部分212bは、ＳＰ５Ｔスイッチを使用することができ、これは、容易に入手可能であり、好適な性能をもっている。
図４は、２本のアンテナの無線デバイス110cのブロック図を示しており、これは、無線デバイス110のさらに別の実施形態である。無線デバイス110cは、トランシーバシステム210cを含み、これは、ＲＸダイバーシティを備えたＣＤＭＡのための２つの周波数帯域を支援し(例えば、ＰＣＳおよびセルラ)、ＧＳＭのための４つの周波数帯域を支援する(例えば、ＧＳＭ１９００、ＧＳＭ１８００、ＧＳＭ９００、およびＧＳＭ８５０)。トランシーバシステム210cは、第１の部分212c、第２の部分214c、およびＲＦユニット250cを含んでいる。第１の部分212cは、４つのＧＳＭ帯域のための２本のＧＳＭ送信経路、２つのＧＳＭ帯域のための第１および第３のＧＳＭ受信経路、並びに２つのＣＤＭＡ帯域のための２本のＣＤＭＡ送信経路および２本の主ＣＤＭＡ受信経路を含んでいる。第２の部分214cは、他の２つのＧＳＭ帯域のための第２および第４のＧＳＭ受信経路と、２つのＣＤＭＡ帯域のための２つのダイバーシティＣＤＭＡ受信経路とを含んでいる。ＲＦユニット250cは、部分212cおよび214cのために信号を調整する。
第１の部分212c内では、ＳＰ５ＴのＴ／Ｒスイッチ220cは、主アンテナ202に結合された１つの共通のＲＦポートと、５つのＩ／Ｏ ＲＦポートとをもち、５つのＩ／Ｏ ＲＦポートは、２本のＧＳＭ送信経路、第１および第３のＧＳＭ受信経路、並びにＣＤＭＡ送信／主受信経路のためのダイプレクサ222に結合されている。部分212c内の２本のＧＳＭ送信経路と、第１および第３のＧＳＭ受信経路とは、図３の部分212b内のものと同じものである。第１のＣＤＭＡ帯域のための送信経路および主受信経路は、図２において既に記載されたデュプレクサ232a、ＬＮＡ234a、フィルタ236aおよび242a、電力増幅器244a、並びにアイソレータ246aで実施される。第２のＣＤＭＡ帯域のための送信経路および主受信経路は、デュプレクサ232b、ＬＮＡ234c、フィルタ236cおよび242b、電力増幅器244b、並びにアイソレータ246bで実施され、これらは、第２のＣＤＭＡ帯域のために設計されている。ダイプレクサ222は、Ｔ／Ｒスイッチ220cの１つのＩ／Ｏ ＲＦポート、デュプレクサ232aの１つのポート、およびデュプレクサ232bの１つのポートに結合している。ダイプレクサ222は、Ｔ／Ｒスイッチ220cとデュプレクサ232aとの間で、第１のＣＤＭＡ帯域のための第１のＣＤＭＡ信号をルート設定し、さらに加えて、Ｔ／Ｒスイッチ220cとデュプレクサ232bとの間で、第２のＣＤＭＡ帯域のための第２のＣＤＭＡ信号をルート設定する。
第２の部分214c内では、クアドプレクサ（quadplexer）230cは、ダイバーシティアンテナ204、第２および第４のＧＳＭ受信経路、並びに２本のダイバーシティＣＤＭＡ受信経路に結合している。部分214c内の第２および第４のＧＳＭ受信経路と第１のダイバーシティＣＤＭＡ受信経路とは、図３の部分214b内のものと同じものである。第２のダイバーシティＣＤＭＡ受信経路は、フィルタ236dおよびＬＮＡ234dで実施され、これらは、第２のＣＤＭＡ帯域のために設計されている。
トランシーバシステム210cにおいて、主アンテナ202は、送信および受信の両者に使用され、一方で、ダイバーシティアンテナ204は、受信のみに使用される。ＳＰ５Ｔスイッチ220cは、第１の部分212c内の全てのＧＳＭおよびＣＤＭＡ送信経路、２本のＧＳＭ受信経路、並びに２本の主ＣＤＭＡ受信経路を支援することができる。クアドプレクサ230cは、第２の部分214c内の２本のＧＳＭ受信経路および２本のダイバーシティＣＤＭＡ受信経路を支援することができる。
図５は、２本のアンテナの無線デバイス110dのブロック図を示しており、これは、無線デバイス110のさらに別の実施形態である。無線デバイス110dは、トランシーバシステム210dを含み、これは、ＣＤＭＡのための１つの周波数帯域を支援し(例えば、ＰＣＳまたはセルラ)、ＧＳＭのための１つの周波数帯域を支援する(例えば、ＧＳＭ１９００、ＧＳＭ１８００、ＧＳＭ９００、またはＧＳＭ８５０)。トランシーバシステム210dは、第１の部分212d、第２の部分214d、およびＲＦユニット250dを含んでいる。第１の部分212dは、ＧＳＭ送信経路およびＣＤＭＡ送信経路を含んでいる。第２の部分214dは、ＧＳＭ受信経路およびＣＤＭＡ受信経路を含んでいる。ＲＦユニット250dは、部分212dおよび214dのために信号を調整する。
第１の部分212d内では、単極双投接点（single-pole two-throw, SP2T）のＴ／Ｒスイッチ220dは、主アンテナ202に結合された１つの共通のＲＦポート、およびＧＳＭ送信経路とＣＤＭＡ送信経路とに結合された２つのＩ／Ｏ ＲＦポートをもつ。ＧＳＭ送信経路は、図２の部分212a内のものと同じものである。ＣＤＭＡ送信経路は、図２において既に記載されたように、フィルタ242aおよび電力増幅器244aで実施される。第２の部分214d内では、ダイプレクサ230dは、ダイバーシティアンテナ204、ＧＳＭ受信経路、およびＣＤＭＡ受信経路に結合している。ダイバーシティアンテナ204は、ダイバーシティのためにではなく、第２のアンテナとして使用される。図２において既に記載されたように、ＧＳＭ受信経路は、フィルタ226aおよびＬＮＡ228aを含み、ＣＤＭＡ受信経路は、フィルタ236aおよびＬＮＡ234aを含んでいる。ダイバーシティアンテナ204は、主アンテナ202から２２ｄＢ以上の切り離しをもち、ＧＳＭ送信バーストから部分214d内の受信機回路への損傷を防ぐように設計されている。
トランシーバシステム210dにおいて、主アンテナ202は、送信のみのために使用され、ダイバーシティアンテナ204は、受信のみのために使用される。ＳＰ２Ｔスイッチ220dは、ＧＳＭ送信経路およびＣＤＭＡ送信経路の両者を支援することができる。ダイプレクサ230dは、ＧＳＭ受信経路およびＣＤＭＡ受信経路の両者を支援することができる。トランシーバシステム210dは、最小の回路で実施され得る。
図６は、３本のアンテナの無線デバイス110eのブロック図を示しており、これは、無線デバイス110のさらに別の実施形態である。無線デバイス110eは、トランシーバシステム210eを含み、これは、ＲＸダイバーシティを備えたＣＤＭＡのための１つの周波数帯域を支援し(例えば、ＰＣＳまたはセルラ)、ＧＳＭのための２つの周波数帯域を支援し(例えば、ＧＳＭ１９００およびＧＳＭ８５０、またはＧＳＭ１８００およびＧＳＭ９００)、かつＧＰＳを支援する。トランシーバシステム210eは、部分212a、214a、および216と、ＲＦユニット250eとを含んでいる。部分212aおよび214aは、図２において既に記載されている。第３の部分216内では、フィルタ248は、ＧＰＳのための第３のアンテナ206に結合し、アンテナ206からの受信信号にフィルタをかけ、ＧＰＳの受信信号をＲＦユニット250eに与える。第３のアンテナ206は、ＧＰＳ帯域のために設計され得る。フィルタ248は、ＧＰＳ帯域に等しい帯域幅をもつＳＡＷフィルタで実施され得る。
ＲＦユニット250eは、部分212a、214a、および216のためのＧＳＭ、ＣＤＭＡ、およびＧＰＳの信号を調整する。ＲＦユニット250eは、ＧＰＳ受信機を含み、これは、フィルタ248からのＧＰＳ受信信号のために信号調整を行う。ＲＦユニット250eは、ＧＰＳのためのＶＣＯおよびＰＬＬも含み、ＧＰＳ受信機の独立した同調を可能にし得る。
通常、第３のアンテナ206およびフィルタ248は、ＧＰＳの能力を与えるために、図２ないし６において既に記載された無線デバイスの何れにおいても実施され得る。例えば、第３のアンテナ206およびフィルタ248は、図３の無線デバイス110bにおいて実施され得る。したがって、このような無線デバイスは、ＲＸダイバーシティを備えた１つのＣＤＭＡ帯域、４つのＧＳＭ帯域、およびＧＰＳを支援することができるであろう。
ＧＰＳは、正確な世界中の三次元（three-dimensional, 3-D）の位置情報を得るために使用され得る。ＧＰＳは、６個の５５°の軌道面における２４個の衛星から成る。物体(例えば、建物、木、山、等)によって遮られない限り、ＧＰＳ受信機は、地球上の任意の所在地から少なくとも４つのＧＰＳ衛星への見通し線をもつ。ＧＰＳ受信機は、少なくとも３つのＧＰＳ衛星の測定値に基づく３−Ｄの位置決定、または３つのＧＰＳ衛星の測定値に基づく２−Ｄの位置決定を得ることができる。位置決定は、ＧＰＳ受信機の所在地の推定値である。ＧＰＳ受信機は、各ＧＰＳ衛星の到着時間(ＴＯＡ)を判断することができ、これは、ＧＰＳ信号が衛星から受信機へ移動するのにかかる時間の尺度である。次に、ＧＰＳ受信機は、衛星のＴＯＡに基づいて、各ＧＰＳ衛星への距離を計算することができる。次に、ＧＰＳ受信機は、３つのＧＰＳ衛星への正確な距離と、これらの衛星の既知の所在地とに基づいて、地球上における自分の位置を三角測量することができる。ＧＰＳ受信機は、通常、ＧＰＳ衛星と同期しないので、第４のＧＰＳ衛星、または地球に結び付けられた基地局の何れかの追加の測定値が、ＧＰＳ受信機の時間調整における曖昧さの責任を負うために使用される。
ＧＰＳ対応の無線デバイスは、独立モードまたはネットワーク支援モードを使用して、位置決定を得ることができる。独立モードでは、無線デバイスは、ＧＰＳ信号を受信し、処理し、位置決定を計算する。支援型ＧＰＳ(assisted GPS, AGPS)とも呼ばれるネットワーク支援モードでは、無線デバイスは、無線システムからの助けを得て、位置決定を得る。無線デバイスは、無線システムから補助情報を得て、この情報を使用して、ＧＰＳ衛星をサーチし、ＧＰＳ衛星から天体暦情報（ephemeris information）をダウンロードし、等をし得る。天体暦情報は、ＧＰＳ衛星の所在地を与える。無線デバイスは、無線システムへ測定値を送ることができ、次に、無線システムは、無線デバイスの位置決定を計算する。
無線デバイスは、ＧＰＳのための“切り取り（cut-away）”アーキテクチャまたは同期アーキテクチャを実施し得る。切り取りアーキテクチャでは、無線システムとの通信は、（１）瞬間的に停止され、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星に同調して、そこから測定値およびデータを得ることを可能にし、（２）その後で、再開される。同期アーキテクチャでは、無線デバイスは、ＧＰＳ信号を受信し、処理し、一方で、同時に、無線システムとの通信を維持することができる。このアーキテクチャは、通信セッション中に、実時間の位置に基づくサービスを支援する。例えば、無線ユーザは、地図、方向、記憶位置、等のような、実時間の位置に基づく情報にアクセスすることができる。
本明細書に記載されているトランシーバのアーキテクチャは、より少ないＩ／Ｏ ＲＦポートをもつより単純なＴ／Ｒスイッチが、多数のＧＳＭおよびＣＤＭＡ帯域を支援するのに使用されることを可能にする。例えば、図４の送信機システム210cは、ＳＰ５ＴのＴ／Ｒスイッチを使用して、４つのＧＳＭ帯域および２つのＣＤＭＡ帯域を２本のアンテナで支援する。従来のトランシーバシステムは、これらのＧＳＭおよびＣＤＭＡ帯域の全てを１本のアンテナで支援するために、８または９個のＩ／Ｏ ＲＦポートをもつより大きいＴ／Ｒスイッチを必要としていた。より大きいＴ／Ｒスイッチは、より高い挿入損、より悪い線形性の性能、等をもち易い。より高い挿入損は、ＧＳＭのみまたはＣＤＭＡのみの無線デバイスと比較して、より悪い受信機の感度、電力増幅器のためのより高い出力電力、より高い電力消費、より短い通話時間、より熱い動作温度、等を生じ得る。対照的に、送信機システム210cは、より小型で、より低損失で、より低コストのＳＰ５ＴのＴ／Ｒスイッチを使用し、これは、力任せの（brute-force）トランシーバシステムの上述の欠点および悪影響のほとんどを改善する。より単純なＴ／Ｒスイッチは、より良い線形性の性能を与えることができ、これは、ＣＤＭＡにおいて、（１）ＣＤＭＡ受信帯域内に含まれる混変調の生成物と、（２）ＣＤＭＡ送信帯域内のスペクトルの再成長とを防ぐために必要とされる。したがって、より単純なＴ／Ｒスイッチは、ＣＤＭＡおよびＧＳＭの両者に、よりよい性能を与え得る。
図７Ａは、復調器710のブロック図を示しており、これは、直接変換アーキテクチャを使用し、図２ないし６に示されているＲＦユニット内で実施され得る。復調器710は、ＲＦ受信信号(ＲＦｉｎ)を受信し、処理し、ベースバンド出力信号(ＢＢｏｕｔ)を与える。図２のトランシーバシステム210aにおいて、ＲＦ受信信号は、第１のＧＳＭ受信信号(ＧＲＸ１)、第２のＧＳＭ受信信号(ＧＲＸ２)、主ＣＤＭＡ受信信号(ＣＲＸＭ)、またはダイバーシティＣＤＭＡ受信信号(ＣＲＸＤ)に対応し得る。ベースバンド出力信号(ＢＢｏｕｔ)は、ＧＳＭベースバンド受信信号(Ｇ ＲＸ)、主ＣＤＭＡベースバンド受信信号(Ｃ ＲＸＭ)、またはダイバーシティＣＤＭＡベースバンド受信信号(Ｃ ＲＸＤ)に対応し得る。
復調器710内では、可変利得増幅器(variable gain amplifier, VGA)712は、ＲＦ受信信号(ＲＦｉｎ)を可変利得(Ｇｒｘ)で増幅し、希望の信号レベルをもつ調整された信号を与える。ミキサ714は、調整された信号を、ＬＯ発生器720からの受信ＬＯ信号で復調し、ダウンコンバートされた信号を与える。ＬＯ発生器720は、（１）受信ＬＯ信号を生成するＶＣＯと、（２）受信ＬＯ信号の周波数を調節し、目的とするＲＦチャネル内の信号成分を、ベースバンドまたはベースバンドの近くにダウンコンバートするＰＬＬとを含む。ローパスフィルタ716は、ダウンコンバートされた信号をフィルタにかけ、目的とするＲＦチャネルの信号成分を通し、ダウンコンバージョンプロセスによって生成され得る雑音および望ましくない信号を取り去る。ローパスフィルタ716は、種々のフィルタタイプ(例えば、バターワース、楕円、チェビシェフ、等)、並びに適切なフィルタのオーダおよび帯域幅で実施され得る。増幅器(amplifier, AMP)718は、ローパスフィルタにかけられた信号を増幅し、緩衝し、ベースバンド出力信号(ＢＢｏｕｔ)を与える。
図７Ｂは、変調器730のブロック図を示し、これは、直接変換アーキテクチャを使用し、図２ないし６に示されているＲＦユニット内でも実施され得る。変調器730は、ベースバンド入力信号(ＢＢｉｎ)を受信し、処理し、ＲＦ送信信号(ＲＦｏｕｔ)を与える。図２のトランシーバシステム210aにおいて、ベースバンド入力信号は、ＧＳＭベースバンド送信信号(Ｇ ＴＸ)またはＣＤＭＡベースバンド送信信号(Ｃ ＴＸ)に対応し得る。ＲＦ送信信号は、ＧＳＭ送信信号(ＧＴＸ)またはＣＤＭＡ送信信号(ＣＴＸ)に対応し得る。
変調器730内では、ローパスフィルタ732は、ベースバンド入力信号(ＢＢｉｎ)をフィルタにかけ、ディジタル対アナログ変換によって生成された望ましくないイメージを取り去り、フィルタにかけられたベースバンド信号を与える。次に、増幅器734は、フィルタにかけられたベースバンド信号を増幅し、緩衝し、増幅されたベースバンド信号を与える。ミキサ736は、増幅されたベースバンド信号を、ＬＯ発生器740からの送信ＬＯ信号で変調し、アップコンバートされた信号を与える。ＬＯ発生器740は、ＶＣＯおよびＰＬＬを含んでもよく、これらは、希望の送信周波数において送信ＬＯ信号を生成することができる。ＶＧＡ738は、アップコンバートされた信号を可変利得(Ｇｔｘ)で増幅し、ＲＦ送信信号(ＲＦｏｕｔ)を与える。
図７Ａおよび７Ｂは、それぞれ、復調器710および変調器730の特定の実施形態を示している。通常、復調器は、増幅器、フィルタ、ミキサ、等の１つ以上の段を含み、これらは、図７Ａに示されている実施形態とは異なって配置され得る。同様に、変調器は、増幅器、フィルタ、ミキサ、等の１つ以上の段を含み、これらも、図７Ｂに示されている実施形態とは異なって配置され得る。図２ないし６に示されているＲＦユニットの各々は、ＧＳＭおよびＣＤＭＡ送信経路のための多数の変調器730、並びにＧＳＭおよびＣＤＭＡ受信経路のための多数の復調器710を含み得る。さらに加えて、復調器および変調器は、当技術において知られているように、スーパーヘテロダイン アーキテクチャを使用してもよい。
分かり易くするために、トランシーバシステムの種々の特定の実施形態は、ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、およびＧＰＳについて記載された。トランシーバシステムは、信号経路の幾つかを主アンテナに、残りの信号経路をダイバーシティアンテナに結合するトランシーバアーキテクチャを使用する。このトランシーバアーキテクチャは、トランシーバシステムの複雑さを緩和し、性能を向上する。トランシーバシステムの他の実施形態も、本明細書に与えられた記述に基づいて設計され得る。
本明細書に記載されたトランシーバシステムは、無線デバイスおよび基地局に使用され得る。トランシーバシステムは、ＣＤＭＡシステム、ＴＤＭＡシステム(例えば、ＧＳＭシステム)、ＡＭＰＳシステム、多数入力多数出力(multiple-input multiple-output, MIMO)システム、直交周波数分割多重化(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)に基づく無線通信システム、無線ローカル エリア ネットワーク(wireless local area network, WLAN)、等のような、種々の無線システムにも使用され得る。
トランシーバシステムは、１つ以上のＲＦＩＣ上で、またはディスクリートな構成要素で、あるいはこの両者で実施され得る。送信および受信経路に使用されるフィルタは、通常、ＳＡＷフィルタであり、これは、普通はディスクリートな構成要素である。ＲＦユニット内のＬＮＡ、電力増幅器、および回路は、１つ以上のＲＦＩＣ上で実施され得る。ＲＦＩＣは、相補形金属酸化膜半導体(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)、バイポーラ接合トランジスタ(bipolar junction transistor, BJT)、バイポーラＣＭＯＳ(bipolar-CMOS, BiCMOS)、シリコンゲルマニウム(silicon germanium, SiGe)、ガリウム砒素(gallium arsenide, GaAs)、等のような、種々のＩＣプロセス技術で製造され得る。
開示された実施形態のこれまでの記述は、当業者が本発明を作成または使用することを可能にするために与えられている。これらの実施形態への種々の変更は、当業者に容易に明らかになり、本明細書に定義されている全体的な原理は、本発明の意図および範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書に示された実施形態に制限されることを意図されず、本明細書に開示されている原理および斬新な特徴に一致する最も幅広い範囲にしたがうことを意図されている。
多数の無線通信システムと通信することができるマルチアンテナ無線デバイスを示す図。 ＧＳＭのための２つの周波数帯域と、ＲＸダイバーシティを備えたＣＤＭＡのための１つの周波数帯域とを支援する２本のアンテナの無線デバイスを示す図。 ＧＳＭのための４つの周波数帯域と、ＲＸダイバーシティを備えたＣＤＭＡのための１つの周波数帯域とを支援する２本のアンテナの無線デバイスを示す図。 ＧＳＭのための４つの周波数帯域と、ＲＸダイバーシティを備えたＣＤＭＡのための２つの周波数帯域とを支援する２本のアンテナの無線デバイスを示す図。 ＧＳＭのための１つの周波数帯域と、ＣＤＭＡのための１つの周波数帯域とを支援する２本のアンテナの無線デバイスを示す図。 ＧＳＭのための２つの周波数帯域、ＲＸダイバーシティを備えたＣＤＭＡのための１つの周波数帯域、およびＧＰＳを支援する３本のアンテナの無線デバイスを示す図。 直接変換アーキテクチャを使用する復調器を示す図。 直接変換アーキテクチャを使用する変調器を示す図。
符号の説明
110・・・マルチアンテナ無線デバイス、120,122・・・無線通信システム、246a・・・アイソレータ、714・・・ミキサ。

Claims (24)

  1. 第１のアンテナに結合され、第１の無線システムのための第１の送信経路および第１の受信経路を含み、さらに加えて、第２の無線システムのための第１の送信経路および第１の受信経路、前記第２の無線システムのための前記第１の送信経路および前記第１の受信経路に結合されたデュプレクサ、並びに前記第１のアンテナ、前記第１の無線システムのための前記第１の送信経路、前記第１の無線システムのための前記第１の受信経路および前記デュプレクサに結合された送信／受信(transmit/receive, T/R)スイッチを含む第１の部分と、ここで前記第１の部分は前記第１のアンテナを用いる第１のＴＤＭＡ周波数帯域の送信および受信、並びに第２のＴＤＭＡ周波数帯域の送信のためのものである、
    第２のアンテナに結合され、前記第１の無線システムのための第２の受信経路および前記第２の無線システムのための第２の受信経路を含む第２の部分と、
    を含み、ここで前記第１の無線システムのための前記第２の受信経路が前記第２のアンテナを用いる前記第２のＴＤＭＡ周波数帯域の受信のためのものであり、前記第２の無線通信システムための前記第１および第２の受信経路が１つの周波数帯域のためのものであり、前記第２のＴＤＭＡ周波数帯域が前記第１のアンテナで送信され、前記第２のアンテナで受信される無線デバイス。
  2. 各送信経路が電力増幅器(power amplifier, PA)を含む請求項１記載の無線デバイス。
  3. 各受信経路がフィルタおよび低雑音増幅器(low noise amplifier, LNA)を含む請求項１記載の無線デバイス。
  4. 前記Ｔ／Ｒスイッチが単極３投接点(single-pole three-throw, SP3T)スイッチである請求項１記載の無線デバイス。
  5. 前記第２の無線システムのための前記第１の受信経路が前記第２の無線システムの性能要件にしたがい、前記第２の無線システムのための前記第２の受信経路が前記性能要件の少なくとも１つにしたがわない請求項１記載の無線デバイス。
  6. 前記第２のアンテナが前記第１のアンテナから、少なくとも２２デシベル(decibel, dB)分、切り離されている請求項１記載の無線デバイス。
  7. 前記第１および第２の部分に結合され、前記第１および第２の無線システムのための前記第１の送信経路のためのＲＦ送信信号に対して信号調整を行い、さらに加えて、前記第１および第２の無線システムのための前記第１および第２の受信経路からのＲＦ受信信号に対して信号調整を行うように動作可能な無線周波数(radio frequency, RF)ユニットをさらに含む請求項１記載の無線デバイス。
  8. 前記ＲＦユニットが、前記ＲＦ送信信号を得るためにベースバンド送信信号に対して変調および周波数アップコンバージョンを行い、ベースバンド受信信号を得るために前記ＲＦ受信信号に対して周波数ダウンコンバージョンおよび復調を行うように動作可能な請求項７記載の無線デバイス。
  9. 前記ＲＦユニットが、ベースバンドから直接にＲＦへ上げる直接変換を使用して変調および周波数アップコンバージョンを行う請求項８記載の無線デバイス。
  10. 前記ＲＦユニットが、ＲＦから直接にベースバンドへ下げる直接変換を使用して周波数ダウンコンバージョンおよび復調を行う請求項８記載の無線デバイス。
  11. 前記第１の部分が前記第１の無線システムのための第３の受信経路をさらに含み、前記第２の部分が前記第１の無線システムのための第４の受信経路をさらに含み、前記第１の無線システムのための前記第１、第２、第３、および第４の受信経路が４つの周波数帯域のためのものである請求項１記載の無線デバイス。
  12. 前記第１の無線システムのための前記第１および第３の受信経路が２つの一般に使用される周波数帯域のためのものであり、前記第１の無線システムのための前記第２および第４の受信経路が２つのより少なく一般に使用される周波数帯域のためのものである請求項１１記載の無線デバイス。
  13. 前記第１の部分が前記第１の無線システムのための第２の送信経路をさらに含み、第１の無線システムのための前記第１および第２の送信経路の各々が４つの周波数帯域の中の２つをカバーする請求項１１記載の無線デバイス。
  14. 前記第１の部分が前記第２の無線システムのための第２の送信経路および第３の受信経路をさらに含み、前記第２の部分が前記第２の無線システムのための第４の受信経路をさらに含み、前記第２の無線システムのための前記第２の送信経路と前記第３および第４の受信経路とが、前記第２の無線システムの第２の周波数帯域のためのものである請求項１記載の無線デバイス。
  15. 前記第１の部分が、前記第１の無線システムのための第２の送信経路および第３の受信経路と、前記第２の無線システムのための第２の送信経路および第３の受信経路とをさらに含み、
    前記第２の部分が、前記第１の無線システムのための第４の受信経路と、前記第２の無線システムのための第４の受信経路とをさらに含み、
    前記第１の無線システムのための前記第１、第２、第３、および第４の受信経路が４つの周波数帯域のためのものであり、前記第２の無線システムのための前記第３および第４の受信経路が前記第２の無線システムの第２の周波数帯域のためのものである請求項１記載の無線デバイス。
  16. 前記第１の無線システムが時分割多元接続(Time Division Multiple Access, TDMA)システムであり、前記第２の無線システムが符号分割多元接続(Code Division Multiple Access, CDMA)システムである請求項１記載の無線デバイス。
  17. 前記第１の無線システムが、グローバル システム フォー モバイル コミュニケーションズ(Global System for Mobile Communications, GSM)システムである請求項１６記載の無線デバイス。
  18. 第３のアンテナに結合され、衛星測位システムのための受信経路を含む第３の部分をさらに含む請求項１記載の無線デバイス。
  19. 前記衛星測位システムが、全地球測位システム(Global Positioning System, GPS)である請求項１８記載の無線デバイス。
  20. 第１のアンテナで通信される信号の調整および第２のアンテナで受信される信号の調整を行えるようにした装置であって、前記装置は複数の無線通信コンポーネントを介して通信するようにしたもので、これらコンポーネントは、
    前記第１のアンテナに結合され、第１の無線システムのための第１の送信経路および第１の受信経路を含み、さらに加えて、第２の無線システムのための送信経路および第１の受信経路、前記第２の無線システムのための前記第１の送信経路および前記第１の受信経路に結合されたデュプレクサ、並びに前記第１のアンテナ、前記第１の無線システムのための前記第１の送信経路、前記第１の無線システムのための前記第１の受信経路および前記デュプレクサに結合された送信／受信(Ｔ／Ｒ)スイッチを含む第１の部分と、ここで前記第１の部分は第１のアンテナを用いる第１のＴＤＭＡ周波数帯域の送信および受信、並びに第２の周波数帯域の送信のためのものである、
    前記第２のアンテナに結合され、前記第１の無線システムのための第２の受信経路および前記第２の無線システムのための第２の受信経路を含む第２の部分と、
    を含み、ここで前記第１の無線システムのための前記第２の受信経路が前記第２のアンテナを用いる前記第２のＴＤＭＡ周波数帯域の受信のためのものであり、前記第２の無線通信システムための前記第１および第２の受信経路が１つの周波数帯域のためのものであり、前記第２のＴＤＭＡ周波数帯域が前記第１のアンテナで送信され、前記第２のアンテナで受信される装置。
  21. 前記第１および第２のＴＤＭＡ周波数帯域はＧＳＭ帯域である請求項２０記載の装置。
  22. 第１の無線システムのための送信経路および第１の受信経路のための信号調整を行う手段と、ここで前記送信経路は第１のアンテナを用いる第１のＴＤＭＡ周波数帯域の送信および第２のＴＤＭＡ周波数帯域の送信のためのものであり、前記第１の受信経路は前記第１のＴＤＭＡ周波数帯域の受信のためのものである、
    第２の無線システムのための送信経路および第１の受信経路のための信号調整を行う手段と、
    前記第１の無線システムのための前記送信経路および前記第１の受信経路と、前記第２の無線システムのための前記送信経路および前記第１の受信経路とを、前記第１のアンテナに結合する手段と、
    前記第１の無線システムのための第２の受信経路のための信号調整を行う手段と、ここで前記第１の無線システムのための前記第２の受信経路が前記第２のアンテナを用いる前記第２のＴＤＭＡ周波数帯域の受信のためのものである、
    前記第２の無線システムのための第２の受信経路のための信号調整を行う手段と、
    前記第１の無線システムのための前記第２の受信経路および前記第２の無線通信システムのための前記第２の受信経路を、前記第２のアンテナに結合する手段と、
    を含み、ここで前記第２の無線システムのための前記第１および第２の受信経路が１つの周波数帯域のためのものであり、前記第２のＴＤＭＡ周波数帯域が前記第１のアンテナで送信され、前記第２のアンテナで受信される装置。
  23. 前記第１の無線システムが時分割多元接続(ＴＤＭＡ)システムであり、前記第２の無線システムが符号分割多元接続(ＣＤＭＡ)システムである請求項２２記載の装置。
  24. 無線デバイスを動作する方法であって、
    送信／受信(Ｔ／Ｒ)スイッチを介して、第１のアンテナを用いる第１のＴＤＭＡ周波数帯域の送信および第２のＴＤＭＡ周波数帯域の送信のためのものであって第１の無線システムのための送信経路、前記第１のＴＤＭＡ周波数帯域の受信のためのものであって第１の無線システムのための第１の受信経路、または第２の無線システムのための送信経路および第１の受信経路の両者を前記第１のアンテナに結合することと、
    前記第１の無線システムのための第２の受信経路および前記第２の無線システムのための第２の受信経路を第２のアンテナに結合することと、
    を含み、ここで前記第１の無線システムのための前記第２の受信経路が前記第２のアンテナを用いる前記第２のＴＤＭＡ周波数帯域の受信のためのものであり、前記第２の無線システムのための前記第１および第２の受信経路が１つの周波数帯域のためのものであり、前記第２のＴＤＭＡ周波数帯域が前記第１のアンテナで送信され、前記第２のアンテナで受信される方法。
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