JP5325752B2

JP5325752B2 - 移動通信端末向けのモジュール及びそれを用いた移動通信端末

Info

Publication number: JP5325752B2
Application number: JP2009277142A
Authority: JP
Inventors: 昭夫山本; 仁秋山; 芝　　隆司; 治比企野
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Media Electronics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-12-07
Also published as: US20110134810A1; CN102111358A; JP2011120120A

Description

本発明は、移動通信端末向けのモジュール及びそれを用いた移動通信端末に関する。特に、例えばＷＣＤＭＡ方式やＬＴＥ方式等のワイヤレス通信システムに対応した移動通信端末向けのモジュール及びそれを用いた移動通信端末に関する。

携帯電話は既に実用化されているＷＣＤＭＡ方式等のほか、ＬＴＥ方式等の新しい方式が検討されている。ＷＣＤＭＡ方式やＬＴＥ方式は、送受信同時動作のため、送信周波数と受信周波数は異なる帯域を用いている。これらの方式においては、送受信帯域を分離するＤＰＸ（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）フィルタが用いられる。

ＤＰＸの性能を改善する技術としては、非特許文献1にあるように、フィードフォワード技術を用いたものがある。非特許文献1には、フィードフォワード技術を用いた送信側の受信帯域雑音の抑圧に関する方式が開示されている。ＷＣＤＭＡ方式のＢａｎｄ５に対応した８６９〜８９４ＭＨｚの狭帯域の受信帯域雑音をキャンセルするため、フィードフォワードループはノッチフィルタ、利得及び位相調整機能より構成されている。

ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎＯＮＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｈｅｏｒｙａｎｄＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．１，Ｊａｎｕａｒｙ２００５ "ＡｄａｐｔｉｖｅＤｕｐｌｅｘｅｒＩｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄＵｓｉｎｇＳｉｎｇｌｅ−ＰａｔｈａｎｄＭｕｌｔｉｐａｔｈＦｅｅｄｆｏｒｗａｒｄＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｗｉｔｈＢＳＴＰｈａｓｅＳｈｉｆｔｅｒ"

上記非特許文献１では、狭帯域の受信帯域雑音のみのキャンセルを目的としているため、フィードフォワードパスの遅延に関しては特に考慮していない。また、フィードフォワードループの消費電力についても特に考慮していない。
ＷＣＤＭＡ方式やＬＴＥ方式では、Ｂａｎｄ１〜Ｂａｎｄ１７（３ＧＰＰＶ８．２．０、周波数分割多重方式）が規定されており、今後さらにバンドが増加する方向にある。これらマルチバンドに移動通信端末が対応するためには、ＤＰＸのチューナブル化によるフロントエンド部の小型化が有効である。

しかし、ＤＰＸを可変フィルタで構成すると、例えば高いレベルの送信側の送信信号や、送信側の受信帯域雑音等の抑圧度が減少するため、送信系から受信系に漏洩してくるノイズによって移動通信端末の受信特性に悪影響を与えることが問題となる。さらに、その場合に、消費電力の増加を最小限に抑えることも課題である。

本発明の目的は、送信周波数と受信周波数として異なる帯域を用いて、送受信同時動作を行なう移動通信端末向けのモジュールにおいて、小型で信頼性が高く且つ複数のバンドに対応可能な移動通信端末向けのモジュール及びそれを用いた移動通信端末を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、その場合に、消費電力の増加を最小限に抑えることにある。

上記課題を改善するため、一例として特許請求の範囲に記載の構成を用いる。具体的には、例えば、送信周波数と受信周波数として異なる帯域を用いて、送受信同時動作を行なう移動通信端末向けのモジュールであって、送信信号及び受信信号を分離し、複数のバンドの周波数信号を選択的に通過させる可変特性を有するフィルタと、送信側から受信側に漏れこむ送信信号及び送信側の受信帯域雑音を所定量キャンセルする妨害信号キャンセル部と、を備えることを特徴とする移動通信端末向けのモジュールを用いる。

本発明によれば、小型で信頼性が高く且つ複数のバンドに対応可能な移動通信端末向けのモジュール及びそれを用いた移動通信端末を提供することができる。

第１の実施例における移動通信端末向けのモジュールの構成例を示すブロック図である。第1の実施例で用いるＤＰＸの詳細を示すブロック図である。ＷＣＤＭＡ、ＬＴＥ方式で用いる周波数バンドの模式図である。固定周波数ＤＰＸ、可変周波数ＤＰＸの特性模式図である。第1の実施例の各ブロックと妨害波抑圧度を示す模式図である。第1の実施例のキャンセラで必要となる性能の模式図である。低消費電力化を行うための制御方法の模式図である。妨害キャンセラ、歪キャンセラを用いる送受信方式のシーケンス図である。第２の実施例における移動通信端末向けのモジュールの構成例を示すブロック図である。第２の実施例におけるサーキュレータの特性例を示す模式図である。第３の実施例における移動通信端末向けのモジュールの構成例を示すブロック図である。第３の実施例における移動通信端末の構成例等を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について説明をする。

図1は、第１の実施例における移動通信端末向けのモジュールの構成例を示すブロック図である。本実施例の構成は、例えばＷＣＤＭＡ方式等の移動通信端末向けのモジュールを対象とするが、送信周波数と受信周波数として異なる帯域を用い、送受信同時動作を行なう方式の移動通信端末向けのモジュールであれば、もちろんこれに限定されるものではない。

まずはじめに信号の流れを説明する。変復調ブロック１５から出力される送信信号２８はＰＡ（パワーアンプ）３で増幅されてＤＰＸ（デュプレクサ）２の送信入力端子２５に入力され、フィルタ処理により送信信号帯域を抜き出してＤＰＸ２のアンテナ側端子２６から出力され、アンテナ１から端末の送信信号として出力される。

一方、アンテナ１で受信した受信信号はＤＰＸ２のアンテナ側端子２６から入力され、フィルタ処理により受信信号帯域を抜き出してＤＰＸ２の受信出力端子２７から出力され、ＬＮＡ（低雑音増幅器）４を介して変復調信号処理ブロック１５に受信信号２９として入力される。変復調信号処理ブロック１５のＲＦ信号処理ブロック１６では、受信信号２９を受信ベースバンド信号３１に変換してベースバンド信号処理ブロック１７に入力するとともに、送信ベースバンド信号３０を送信信号２８に周波数変換する。変復調信号処理ブロック１５のベースバンド信号処理ブロック１７では、Ｔｘ信号生成・マッピングブロック２４で送信ベースバンド信号３０を生成し、受信ベースバンド信号３１を復調ブロック１８で復調する。変復調信号処理ブロック１５には、送信信号レベル情報２１、受信信号ＳＮ情報２２、ＣＱＩ（ＣｈａｎｎｅｌＱｕａｌｉｔｙＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）情報２３が格納されている。送信信号レベル情報２１は、ＰＡ３の出力検波レベル３２や受信信号に含まれる基地局からの送信信号制御情報等から生成される。受信信号ＳＮ情報２２やＣＱＩ情報２３は、復調部１８での受信信号復調時の誤り率等から生成される。ＤＰＸ２は、複数Ｂａｎｄの送受信を可能とするため、周波数可変とし、制御信号３７により周波数を制御する。

ＤＰＸ２は図２に示すように移相器３３、受信帯信号のみを選択的に通過させるＲｘフィルタ３４、送信帯信号のみを選択的に通過させるＴｘフィルタ３５より構成される。

一般的には選択度を十分確保するため、Ｒｘフィルタ３４とＴｘフィルタ３５はＳＡＷフィルタ等で構成し、固定周波数フィルタとして用いられる。図４（ａ）は、固定周波数フィルタの特性例を示したものである。固定周波数フィルタを用いた場合、例えば、図３に示すＢａｎｄ１の信号を通過させるＤＰＸとしては、図４（ａ）に示すようにＴｘフィルタ３５の性能としてＲｘ帯の抑圧度が５０ｄＢ程度、Ｒｘフィルタ３４の性能としてＴｘ帯の抑圧度が５０ｄＢ程度得られる。

本実施例では、ＤＰＸに可変周波数フィルタを用いる。例えば、図３に示した特性を有するＢａｎｄ１及びＢａｎｄ２の周波数信号を選択的に通過できるよう可変特性を有するフィルタを用いる。図４（ｂ）は、可変周波数フィルタの特性例を示したものである。フィルタを可変特性とすると、上記固定フィルタの場合に比べてフィルタのＱが劣化し、図４（ｂ）に示すように、Ｔｘフィルタ３５の性能としてＲｘ帯雑音の抑圧度が２０〜３０ｄＢ程度、Ｒｘフィルタ３４の性能としてＴｘ帯の抑圧度が２０〜３０ｄＢ程度となることが分かった。このように、可変フィルタを用いた場合、固定フィルタと比べて抑圧度が不十分なため、送信側の送信信号や、送信側の受信帯域雑音が受信側へ漏れこむリスクが高くなるという問題がある。

そこで、本実施例では、図1に示すように、例えば以下の２つの新規回路構成を追加することにより、これを補償する。すなわち、フロントエンド部における妨害波キャンセラブロック７とベースバンド部における歪キャンセラブロック１９である。

図５に各ブロックにおける妨害波の抑圧レベル例を記載した模式図を示す。固定周波数を用いたＤＰＸ方式では、ＤＰＸで約５０ｄＢの妨害抑圧を行い、−５０ｄＢの妨害波レベルでＬＮＡに入力する。可変周波数フィルタを用いた可変ＤＰＸ方式では、可変ＤＰＸでの抑圧度は例えば２０ｄＢである。そこで妨害波キャンセラでさらに例えば２０ｄＢ抑圧して例えば−４０ｄＢの妨害波レベルでＬＮＡに入力する。可変ＤＰＸ方式では固定ＤＰＸ方式に比較して１０ｄＢ高い妨害波が入力されるため、ＬＮＡ４やＲＦ信号処理ブロック１６で歪妨害が発生する。そこで発生した歪妨害を歪キャンセラでキャンセルする。

フロントエンド部における妨害波キャンセルはＰＡ３出力の送信信号を分配して妨害波キャンセラ７に入力する分配器５、妨害波キャンセラ７、妨害波キャンセラ７の出力をＬＮＡ入力に合成する合成器６のフィードフォワードループにより構成される。このフィードフォワードループでキャンセルする妨害波はＤＰＸ２を介して送信系から受信系に漏洩してきた送信信号および同じくＤＰＸ２を介して送信系から受信系に漏洩してきた受信信号帯の雑音である。

妨害波キャンセラ７は振幅調整器８、位相調整器９及び遅延調整器１０より構成される。これらの調整機構により、ＤＰＸ２を介して漏洩してきた送信信号および受信信号帯の雑音と、等振幅で逆位相の信号を生成して合成器６で合成することで妨害波をキャンセルする。妨害波キャンセラ７の振幅、位相、遅延誤差にどの程度の性能が要求されるか計算した結果を図６に示す。例えば、送信信号および受信信号帯の雑音を２０ｄＢ抑圧する場合はＤＰＸ２からの漏洩信号とフィードフォワードループの信号との間の誤差は、振幅で０．８ｄＢ、位相で６ｄｅｇ以下に抑える必要がある。遅延量については、Ｂａｎｄ１を仮定した場合図３に示すように送信信号帯域から受信信号帯域まで１９２０〜２１７０ＭＨｚの約２５０ＭＨｚの広帯域であり、この２５０ＭＨｚ帯域幅の妨害をキャンセルするため遅延量は０．２５ｎｓ以下が必要となる。

このように高精度の誤差が必要となるため、各調整機構は変復調信号処理ブロック１５からの制御により、誤差を管理する方式とする。具体的には、例えば変復調信号処理ブロック１５で検出した受信信号のＳＮが最大となるように振幅調整器８は制御信号１１により、位相調整器９は制御信号１２により、遅延調整器１０は制御信号１４により調整を行う。

一方、妨害波キャンセラ７が必要となるのは送信信号レベルが高い場合のみである。このため、低消費電力化のため、送信信号レベルが高い場合のみ妨害波キャンセラ７をＯＮするように制御信号１３によりＯＮ／ＯＦＦ制御する。

図７に妨害波キャンセラ７のＯＮ／ＯＦＦ制御の模式図を示す。（ａ）は送信信号レベルを閾値とした場合の制御であり、送信信号レベルが一定値以上の場合に妨害波キャンセラ７をＯＮとし、それ以外はＯＦＦとする。（ｂ）は受信信号Ｓ／Ｎを閾値とした場合の制御であり、受信信号Ｓ／Ｎが一定値以下の場合に妨害波キャンセラ７をＯＮとし、それ以外はＯＦＦとする。

ベースバンド部における歪キャンセラブロック１９はＤＰＸ２から漏洩する送信信号が高い場合にＬＮＡ４やＲＦ信号処理ブロック１６で発生する２次歪成分を打ち消すためのブロックである。歪の原因となる送信信号はベースバンド信号処理ブロック１７で生成される信号で既知で送信信号３０と信号２０は等しいため、信号２０を２乗して２次歪成分を生成して歪キャンセラブロック１９で受信信号に含まれる歪成分と逆位相で合成することで歪成分をキャンセルすることが可能である。合成時には例えば変復調信号処理ブロック１５で検出した受信信号のＳＮが最大となるように歪キャンセラブロック１９の調整を行う。

図８は、上述のキャンセル動作の一連の流れを示すフローチャートである。送受信開始後（ステップ８０１）、送信電力を判定し（ステップ８０２）、送信電力が規定値以上（例えばＢａｎｄ１送信時に＋１５ｄＢｍ以上）の場合、妨害波キャンセラ７をＯＮし（ステップ８０３）、規定値以下（例えばＢａｎｄ１送信時に＋１５ｄＢｍ以下）の場合、妨害波キャンセラ７をＯＦＦする（ステップ８０８）。妨害波キャンセラ７をＯＮした場合は、妨害波キャンセラ７の振幅調整器８、位相調整器９、遅延調整器１０により振幅調整、位相調整、遅延調整をそれぞれ独立に行い、受信信号のＳＮが規定値以上になるように調整を行う（ステップ８０４〜８０６）。また、同様に歪キャンセラブロック１９での調整でも受信信号のＳＮが規定値以上になるように調整を行う（ステップ８０７）。その後、送受信時間が規定値を超えたら再度送信電力を判定する（ステップ８１０、８０２）。送受信時間の規定値としては例えば、ＷＣＤＭＡ方式の１スロット（約６６７ｕｓ）や１フレーム（約１５ｍｓ）等が考えられる。

以上のように、本実施例では送信信号や送信側の受信帯域雑音の抑圧度を確保するため、フィードフォワード技術を用いた送信信号や送信側の受信帯域雑音のキャンセルを行う。この場合、送信信号〜受信帯までの広帯域の信号キャンセルを実現するため、フィードフォワードループには利得、位相調整機能に加え、遅延調整機能も用いる。また、安定な妨害信号キャンセルを行うため、受信ＳＮやＣＱＩ（ＣｈａｎｎｅｌＱｕａｌｉｔｙＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）信号などを用いてループの利得、位相、遅延を制御する。さらに、低消費電力を実現するため、送信信号のレベルに応じて、フィードフォワードループをＯＮ／ＯＦＦ可能とする。

また、本実施例によれば、ＤＰＸ２を可変周波数対応とすることで端末の小型化が図れるとともに、妨害波抑圧度の不足分は妨害波キャンセラや歪キャンセラで行い、妨害波レベルに応じて妨害波キャンセラをＯＮ／ＯＦＦすることで低消費電力化にも効果がある。

図1の実施例では、ＤＰＸ２は可変フィルタ構成をとっているが、固定周波数のＤＰＸを用いても同様の効果が得られる。また、妨害キャンセラ７と歪キャンセラ１９は同時に用いても良いし、どちらか一方だけ用いる方式としても良い。

図９は第２の実施例における移動通信端末向けのモジュールの構成例を示すブロック図である。ここでは、第１の実施例の可変ＤＰＸ２のかわり代わりにサーキュレータ３６を用いる。他の構成は第１の実施例を同様であるため、説明を省略する。サーキュレータは物理現象であるファラデー回転等を用いて端子間アイソレーションをとるデバイスであり、例えばサーキュレータ３６の端子２５、２６間および端子２６、２７間は信号が減衰せずに通過し、端子２５、２７間にアイソレーションを持たせることで比較的広帯域にわたって送信系から受信系側への信号漏洩を小さくすることが可能である。

図１０はサーキュレータの送信系と受信系間のアイソレーション特性を示す模式図である。ピークでは６０ｄＢ程度の高いアイソレーションが得られるが、Ｂａｎｄ２の送信信号帯域の端やＢａｎｄ１の受信信号帯域の端では例えば２０〜３０ｄＢ程度のアイソレーションしかとれない。従って、図1の実施例と同様に、妨害波キャンセラ７や歪キャンセラブロック１９を用いて妨害信号を抑圧する。

本実施例では、図1の第1の実施例と同様の効果が得られるほか、サーキュレータを用いることで、可変ＤＰＸに比べて小型で簡単に構成することができる。

詳細は説明を省略するが、可変ＤＰＸ２はＬＣ多段フィルタのＣを可変容量ダイオード等で切り替えて実現できる。また、振幅調整器８は通常用いられる利得制御増幅器で、増幅器の電流を可変したり、負荷抵抗を切り替えることで振幅を調整できる。位相調整器９は一般的に用いられるＬＣはしご形回路のＣを可変容量ダイオードなどで可変にして位相調整を行うことができる。また、遅延調整器１０は可変ＤＰＸと同等の構成のフィルタを用いて遅延を調整したり、ＬＣはしご形回路のＬをスイッチングダイオード等で切り替えることで容易に実現できる。

図１１は、第３の実施例における移動通信端末向けのモジュールの構成例を示すブロック図である。図１１では、フロントエンド部における妨害波キャンセルはＰＡ３入力の送信信号２８を分配して分配器５から妨害波キャンセラ７に入力し妨害波キャンセラ７の出力をＬＮＡ入力に合成する合成器６のフィードフォワードループにより構成する。ＰＡ３出力から分配して妨害波キャンセラ７に入力する図１に示す第1の実施例と同様の効果が得られる。

図１２は、本発明のモジュールをマルチバンド対応の移動通信端末に適用した一例を示すブロック図である。マルチバンドの例として、Ｂａｎｄ１、２、４、５、６、１７を受信する場合、１７００〜２１００ＭＨｚ帯のＢａｎｄ１、２、４をバンドグループ１とし、７００〜８００ＭＨｚ帯のＢａｎｄ５、６、１７をバンドグループ２として２つのグループに分け、端末を構成する。端末はバンドグループ１の周波数帯を可変するＤＰＸ２、バンドグループ２の周波数帯を可変するＤＰＸ２０１、バンドグループ１の周波数帯の妨害波および雑音抑圧を行う妨害波キャンセラ７、バンドグループ２の周波数帯の妨害波および雑音抑圧を行う妨害波キャンセラ７０１、バンドグループ１の送信波を増幅するＬＮＡ４、ＰＡ３、バンドグループ２の送信波を増幅するＬＮＡ４０１、ＰＡ３０１より構成される。

本実施例に示すように２つのバンドグループに分けて信号処理を行うことにより、比較的容易に図4（ｂ）や図５で示したような所要の性能を実現することが可能である。本実施例ではマルチバンドの例として、Ｂａｎｄ１、２、４、５、６、１７とし、これらを２つのバンドグループにわける構成としたが、これに限るものではなく、さらに異なったＢａｎｄ受信（例えばＢａｎｄ３、Ｂａｎｄ１１〜１６）に対応しても良いし、バンドグループ数を増やしても良い。この場合、バンドグループ数に応じてＤＰＸ、妨害波キャンセラなどを追加すれば良い。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

２可変周波数ＤＰＸ
７妨害キャンセラ
１９歪キャンセラ
３６サーキュレータ

Claims

送信周波数と受信周波数として異なる帯域を用いて、送受信同時動作を行なう移動通信端末向けのモジュールであって、
送信信号及び受信信号を分離し、複数のバンドの周波数信号を選択的に通過させる可変特性を有するフィルタと、
送信側から受信側に漏れこむ送信信号及び送信側の受信帯域雑音を所定量キャンセルする妨害信号キャンセル部と、
送信信号を変調により生成するとともに、受信信号を復調する変復調信号処理ブロックと、前記妨害信号キャンセル部と前記変復調信号処理ブロックとの間に配置された低雑音増幅器と、
送信側から受信側に漏れこむ送信信号により低雑音増幅器などで発生する２次歪をキャンセルする歪キャンセル部と、
を備え、
前記妨害信号キャンセル部は、送信側パワーアンプの出力から送信信号及び送信側の受信帯域雑音の一部を取り出し、受信側の前記低雑音増幅器の入力側で前記受信側に漏れこむ送信信号及び送信側の受信帯域雑音と合成し、
前記妨害信号キャンセル部は、少なくとも妨害信号の振幅、位相及び遅延時間を制御するブロックを備え、
前記変復調信号処理ブロックからの制御信号により前記妨害信号の振幅、位相及び遅延時間を制御し、
前記歪キャンセル部は、変復調ブロックで生成される送信信号を２乗した信号を生成して前記２次歪と合成して前記２次歪をキャンセルすること、
を特徴とする移動通信端末向けのモジュール。
請求項１に記載の移動通信端末向けのモジュールであって、
前記妨害信号キャンセル部は、妨害信号レベル又は受信信号ＳＮの大きさに応じて、送信側から受信側に漏れこむ送信信号及び送信側の受信帯域雑音を所定量キャンセルする動作のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることを特徴とする移動通信端末向けのモジュール。
請求項１に記載の移動通信端末向けのモジュールであって、
前記フィルタは、サーキュレータであることを特徴とする移動通信端末向けのモジュール。
請求項１に記載の移動通信端末向けのモジュールを備え、
送信周波数と受信周波数として異なる帯域を用いて、送受信同時動作を行なうことを特徴とする移動通信端末。