JP5603950B2 - アンテナ素子の多重化方法および多重化装置、ならびにアンテナ構成要素 - Google Patents

アンテナ素子の多重化方法および多重化装置、ならびにアンテナ構成要素 Download PDF

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Description

本出願は、2009年12月23日に中国特許庁に出願された「アンテナ素子の多重化方法および多重化装置、ならびにアンテナ構成要素」と題する中国特許出願第200910189237.8号に対する優先権を主張し、これは全体として参照によって本明細書に援用される。
本発明は、通信技術に関し、特にアンテナ素子の多重化方法および多重化装置、ならびにアンテナ構成要素に関する。
ワイヤレス通信の発展に伴って、アクティブ・アンテナ・システム(AAS、Active Antenna System)が通信システムにますます多く利用されている。AASは主として、各アンテナ素子がただ1つのトランシーバによって使用されるように1つのアンテナ素子が1つのトランシーバに直接接続されることを特徴としている。n個の経路のAASを有する無線周波数(RF)フロントエンドは、デュプレクサ(DUP、DUPlexer)に接続されたAnt素子(アンテナ素子、アンテナ発振器とも呼ばれる)を含む。DUPは、受信チャネルと電力増幅器とに別々に接続される。一般にアンテナは、信号の送信利得または受信利得を達成するために複数のアンテナ素子の経路を含む。
本発明を研究する過程において本発明者らは、従来の結合技術を採用することによって(すなわち直接結合方式で)AASと受動(非励振)アンテナとがアンテナ素子を多重化するときに大きな電力損失が引き起こされることを見出した。
上記を考慮して本発明の実施形態は、アンテナ素子の多重化によって引き起こされる電力損失を低減するための、アンテナ素子の多重化方法および多重化装置、ならびにアンテナ構成要素を提供する。
一態様では本発明は、アンテナ素子とフィルタとDUPとを含むアンテナ素子の多重化装置を提供する。
アンテナ素子はフィルタとDUPとに別々に接続され、このフィルタの抑圧帯域はDUPの帯域通過(バンドパス)帯域を含む。
アンテナ素子は、フィルタまたはDUPに送られる信号を受信するか、フィルタもしくはDUPから送られた信号を送信か、またはその両方を実施するように構成される。
フィルタは、第1の帯域の信号を通過させるために、アンテナ素子およびDUPによって送られた信号、及び、アンテナ素子およびDUPに送られる信号の少なくとも1つをフィルタリングするように構成される。
DUPは、第2の帯域の信号を通過させるために、アンテナ素子およびDUPによって送られた信号、及び、アンテナ素子およびDUPに送られる信号の少なくとも1つをフィルタリングするように構成される。
第1の帯域はフィルタの非抑圧帯域に位置しており、第2の帯域はDUPの帯域通過帯域に位置している。
別の態様では本発明は、本発明の一実施形態によるアンテナ素子の任意の多重化装置の少なくとも1つの経路を含むアンテナ構成要素をさらに提供する。
さらに別の態様では本発明は、本発明の一実施形態による任意のアンテナ構成要素を含む基地局をさらに提供する。
なおさらに別の態様では本発明は、アンテナ素子の多重化方法であって、
アンテナ素子により、フィルタもしくはDUPに送られる信号を受信するか、フィルタもしくはDUPから送られた信号を送信するか、又はその両方を実施し、
フィルタにより、第1の帯域の信号を通過させるために、アンテナ素子およびDUPによって送られた信号、及び、アンテナ素子およびDUPに送られる信号の少なくとも1つをフィルタリングし、
DUPにより、第2の帯域の信号を通過させるために、アンテナ素子およびDUPによって送られた信号、及び、アンテナ素子およびDUPに送られる信号の少なくとも1つをフィルタリングすること、
を含み、
上記フィルタの抑圧帯域はDUPの帯域通過帯域を含み、第1の帯域は上記フィルタの非抑圧帯域に位置しており、第2の帯域は上記DUPの帯域通過帯域に位置している、方法をさらに提供する。
本発明の実施形態による、アンテナ素子の多重化方法および多重化装置、アンテナ構成要素、及び基地局を採用することにより、アンテナ素子の多重化によって引き起こされる電力損失を低減させることが可能である。
本発明の一実施形態によるアンテナ素子の多重化装置の概略構造図である。 本発明の別の実施形態によるアンテナ素子の多重化装置の概略構造図である。 本発明の一実施形態による一般的なAASの概略構造図である。 本発明の一実施形態によるAASのn個の経路を含むRFフロントエンドの概略構造図である。 本発明の一実施形態によるアンテナ構成要素の概略構造図である。 本発明の特定の実施例においてAASの所望の信号の帯域とこのAASのDUPの周波数応答特性との概略図である。 本発明の特定の実施例においてAASの所望の信号の帯域と帯域除去フィルタの周波数応答特性との概略図である。
本発明の実施形態は、アンテナ素子の多重化方法および多重化装置と、アンテナ構成要素とを提供し、これらは移動体通信用グローバルシステム(GSM(登録商標))、広帯域符号分割多元接続(WCDMA)、時分割同期符号分割多元接続(TD−SCDMA)、ロング・ターム・エボリューション(Long Term Evolution:LTE)といった種々の移動体通信ネットワークを含む種々のワイヤレスネットワークに適用可能であり、レーダーシステムおよび固定ワイヤレスアクセスシステムといったアンテナ素子の多重化を必要とする他のシナリオにも適用可能である。
図1に示されているように本発明の一実施形態は、アンテナ素子101とフィルタ102とDUP103とを含むアンテナ素子の多重化装置を提供する。
アンテナ素子101はフィルタ102とDUP103とに別々に接続されており、フィルタ102の抑圧帯域はDUP103の帯域通過(バンドパス)帯域である。
アンテナ素子101は、フィルタ102もしくはDUP103に送られる信号を受信するか、フィルタ102もしくはDUP103から送られた信号を送信するか、又はその両方を実施するように構成される。
フィルタ102は、第1の帯域の信号を通過させるために、アンテナ素子101およびDUP103によって送られた信号、及びアンテナ素子101およびDUP103に送られる信号の少なくとも1つをフィルタリングするように構成される。
DUP103は、第2の帯域の信号を通過させるために、アンテナ素子101およびフィルタ102によって送られた信号、及びアンテナ素子101およびフィルタ102に送られる信号の少なくとも1つをフィルタリングするように構成される。
上記第1の帯域はフィルタ102の非抑圧帯域に位置しており、上記第2の帯域はDUP103の帯域通過帯域に位置している。上記第1の帯域が上記第2の帯域と交わらないことは理解可能である。
本発明の実施形態によるアンテナ素子の多重化装置を採用することによって、アンテナ素子は多重化されることができ、アンテナ素子の多重化によって引き起こされる電力損失は低減されることができ、またアンテナ素子は十分に活用されることで、アンテナ構成要素のコストを削減する。
本発明の別の実施形態では、アンテナ素子の多重化装置内のフィルタ102は帯域除去フィルタであってよく、この帯域除去フィルタの抑圧帯域はDUPの帯域通過帯域を含む。
本発明の実施形態におけるDUPの帯域通過(バンドパス)帯域は、DUPが通過させることができる帯域を指す。このDUPは帯域フィルタまたは低域フィルタまたは高域フィルタまたは帯域除去フィルタまたはこれらの任意の組合せによって実現されることができ、或いは、DUPの実現方法は本明細書では限定されない本発明の実施形態における他の方法であってもよい。
本発明の実施形態によるアンテナ素子の多重化装置を採用することによって、受動(非励振)アンテナおよびアクティブアンテナにおいてアンテナ素子を多重化することが可能になり、またアンテナ素子の多重化によって引き起こされる電力損失は低減されることができ、それによってアンテナ構成要素のコストを削減できる。
図2に示されているように本発明の別の実施形態では、アンテナ素子の多重化装置は受信チャネル105と電力増幅器(PA)106とをさらに含む。受信チャネル105はDUP103に接続されるとともに、DUP103によって送られた信号を受信するように構成され、またPA106はDUP103に接続されるとともに、DUP103に送られる信号に電力増幅を実行するように構成される。
受信チャネル105が受信部に配置されており、PA106が送信部に配置されていることは理解されるべきである。AASは、PAからDUPに送られた信号から分離された信号を処理して修正された信号を取得することで、受信部において信号オフセット処理を実行するか、または送信部においてディジタル事前歪み処理を実行する、フィードバック部をさらに含み得る。
図2に示されているように本発明の別の実施形態では、アンテナ素子の多重化装置は、受信/送信チャネル104をさらに含む。受信/送信チャネル104は、フィルタ102に接続されるとともに、フィルタ102によって送られた信号を受信するか、フィルタ102に送られる信号を受信してこれらの信号をフィルタ102に送るか、又はその両方を実施するように構成される。
本発明の実施形態によるアンテナ素子の多重化装置は、アンテナ素子がASSおよび受動アンテナによって多重化されるシナリオに適用可能である。一般にASSは、アンテナ素子(Ant素子)と受信部と送信部とを含むか、またはフィードバック部をさらに含んでいてもよい。
受信部は、受信無線周波数(RF)部と中間周波数(IF)部とディジタル部とを含み得る。
図3に示されているように受信RF部は、低雑音増幅器(LNA)と、無線周波数フィルタ(RFフィルタ)と、混合器(ミキサ)とを含み得る。またIF部は、中間周波増幅器(IF増幅器)と、中間周波数フィルタ(IFフィルタ)と、アナログ−ディジタル変換器(ADC)とを含み得る。ADCはディジタル部に接続される。
LNAはアンテナ素子によって受信された信号を増幅するように構成されるが、LNA自身の雑音は極めて低い。RFフィルタは特定の無線周波(RF)信号が通過することを可能にするように、また帯域外干渉信号を十分に小さく抑圧するように構成される。ミキサはRF信号を適切な中間周波数(IF)に変調するように構成される。IF増幅器はミキサによって出力された信号を増幅するように構成され、この増幅された信号はIFフィルタによってフィルタリングされ、アナログ・ディジタル変換のためにADCに送られ、次いで処理のためにディジタル部に送られる。
図3に示されているように送信部は、電力増幅器(PA)と、無線周波数混合器(ミキサ)と、ディジタル・アナログ変換器(DAC)とを含む。DACはディジタル部によって送られたベースバンド信号をアナログ信号に変換し、ミキサはこのアナログ信号をRF信号に変換し、次いでこのRF信号をPAに送る。PAはこの信号を増幅し、増幅された信号をDUPに送り、DUPはこの信号をアンテナ素子に送る。
フィードバック部は、パワーカプラ(Cop)と、混合器(ミキサ)と、ADCとを含み得る。
図3においてLOは局部発振信号を示す。
図4は、ASSのn個の経路(nは2以上の正の整数である)を含むRFフロントエンドの概略構造図である。
さらに本発明の一実施形態はアンテナ構成要素を提供する。アンテナ構成要素は本発明の実施形態によるアンテナ素子の任意の多重化装置の少なくとも1つの経路を含む。
アンテナ構成要素が本発明の実施形態によるアンテナ素子の任意の多重化装置(本実施形態では例として図2に示されたアンテナ素子の多重化装置を取る)の2以上の経路を含む場合には、アンテナ構成要素は図5に示されているような結合器(コンバイナ)202をさらに含む。結合器202の一端はアンテナ素子の多重化装置の各経路におけるフィルタ102に接続されており、結合器202の他端は受信/送信チャネル104に接続されている。結合器202は、アンテナ素子の多重化装置の各経路におけるフィルタ102によって送られた信号を受信し、受信された信号を結合し、これらの信号を受信/送信チャネル104に送るか、アンテナ素子の多重化装置の各経路におけるフィルタ102に送信される信号を受信し、受信した信号を分割し、アンテナ素子の多重化装置の各経路におけるフィルタ102にこれらの信号を送るか、又はその両方を実施するように構成される。
受信/送信チャネル104は遠隔無線ユニット(RRU)であってよい。
本発明の実施形態によるアンテナ構成要素は多帯域(マルチバンド)基地局に適用可能である。
さらに、本発明の一実施形態はアンテナ素子の多重化方法を提供する。本方法は、
アンテナ素子により、フィルタもしくはDUPに送られる信号を受信するか、フィルタもしくはDUPから送られた信号を送信するか、又はその両方を実施し、
フィルタにより、第1の帯域の信号を通過させるために、アンテナ素子およびDUPによって送られた信号、及び、アンテナ素子およびDUPに送られる信号の少なくとも1つをフィルタリングし、
DUPにより、第2の帯域の信号を通過させるために、アンテナ素子およびフィルタによって送られた信号、及び、アンテナ素子およびフィルタに送られる信号の少なくとも1つをフィルタリングすること、
を含み、
フィルタの抑圧帯域はDUPの帯域通過帯域を含み、第1の帯域はフィルタの非抑圧帯域に位置しており、第2の帯域はDUPの帯域通過帯域上位置している。第1の帯域が第2の帯域とは交わらないことが理解可能である。
本発明のこの実施形態によるアンテナ素子の多重化方法では、フィルタは帯域除去フィルタであってよく、この帯域除去フィルタの抑圧帯域はDUPの帯域通過帯域を含む。
さらに、本発明の一実施形態はアンテナ素子の多重化方法を提供する。本方法は、
アンテナ素子により、フィルタもしくはDUPに送られる信号を受信するか、フィルタもしくはDUPから送られた信号を送信するか、又はその両方を実施し、
フィルタにより、第1の帯域の信号を通過させるために、アンテナ素子およびDUPによって送られた信号、及び、アンテナ素子およびDUPに送られる信号の少なくとも1つをフィルタリングし、
DUPにより、第2の帯域の信号を通過させるために、アンテナ素子およびフィルタによって送られた信号、及び、アンテナ素子およびフィルタに送られる信号の少なくとも1つをフィルタリングすること、
を含み、
フィルタの抑圧帯域はDUPの帯域通過帯域を含み、上記第1の帯域はフィルタの非抑圧帯域に位置しており、上記第2の帯域はDUPの帯域通過帯域に位置しており、
アンテナ素子の数とフィルタの数とDUPの数とは等しく、またすべて2以上の経路であり、
結合器により、フィルタの各経路を通過する第1の帯域の信号が受信され、結合され、次いで送られるか、結合器により、フィルタの各経路に送られる第1の帯域の信号が受信され、分割され、次いでフィルタの各経路に送られるか、又はその両方である。
さらに、本発明の一実施形態は基地局を提供する。この基地局は本発明の実施形態による任意のアンテナ構成要素を含む。
本発明の実施形態によるアンテナ素子の多重化方法および多重化装置、ならびにアンテナ構成要素は、アンテナ素子を多重化することができ、アンテナ素子の多重化によって引き起こされる電力損失を低減でき、アンテナ素子を十分に活用することができるので、アンテナ構成要素のコストは削減される。
以下に特定の実施例によってさらなる詳細事項を説明する。
図6に示されるように、所望の信号を送信するためのAASの帯域の中心周波数(Ftx)をf1とし、帯域幅をBWとし、所望の信号を受信するためのAASの帯域の中心周波数(Frx)をf2とし、帯域幅をBWと仮定する。これら2つの帯域はそれぞれ、AASのDUPの送信フィルタおよび受信フィルタの中心周波数と帯域幅とに対応している。
この実施例では、フィルタは帯域除去フィルタである。帯域除去フィルタの周波数応答特性はAASのDUPの周波数応答特性とは反対である。すなわち帯域除去フィルタは、図7に示されるように、AASのアップリンクおよびダウンリンクの所望の帯域を強く抑圧するが、アンテナ素子により送信および/または受信されることを必要とする帯域は抑圧しない。
この実施例では、DUPの周波数応答特性はAASの所望の信号に関する帯域除去フィルタの周波数応答特性とは反対であるので、AASの所望の信号は、アンテナ素子が信号を分割してこれらの信号を帯域除去フィルタに分配した後には、通常の意味での電力損失(すなわち直接分割によって引き起こされる電力損失、概ね3dB)を受けない。帯域除去フィルタを通過した受動アンテナの所望の信号に関して、これらの所望の信号の帯域はAASの所望の信号の帯域と交差しない。AASのDUPは受動アンテナの所望の信号の帯域を抑圧するので、受動アンテナの所望の信号は、アンテナ素子が信号を分割してこれらの信号をDUPに分配した後には、通常の意味での電力損失(すなわち直接分割によって引き起こされる電力損失、概ね3dB)を受けない。
本発明の実施形態では、フィルタが20dBより多くAASの帯域を抑圧できる限り、フィルタの要件が高くなくてもよいことは理解されるべきである。フィルタはアンテナ素子上の、集積された構成要素を使用することによって、またはマイクロストリップ回路を使用することによって実現され得る。フィルタはAASの所望の帯域の信号を十分に抑圧する限り、帯域除去フィルタであってよく、または他の帯域の帯域フィルタまたは低域(ローパス)フィルタであってもよい。
本発明の実施形態によるアンテナ素子の多重化方法および多重化装置とアンテナ構成要素とを採用することによって、アンテナ素子は多重化されることが可能であり、アンテナ素子は十分に活用されるので、アンテナ構成要素のコストを削減できる。
当業者は、本発明の任意の実施形態による方法のステップの全部または一部が関連するハードウエアに命令するプログラムによって実現できることを理解すべきである。このプログラムはコンピュータ可読記憶媒体に記憶されてもよい。プログラムが実行されると、プログラムは本発明の任意の実施形態による方法のステップを実行する。記憶媒体は読取り専用メモリ(ROM)、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)、磁気ディスク、または光ディスクといったプログラムコードを記憶できる任意の媒体であり得る。
当業者は、本明細書で与えられた装置またはモジュールの名前は、技術的発展または応用シナリオによって変わり得ること、およびこのような変化は本発明の実現に影響を及ぼさず、本発明の範囲内に包含されるべきものと理解すべきである。本明細書で説明された装置またはモジュールは機能的に名付けられたものであり、物理的に結合または分割されてもよい。
以上では本発明の幾つかの実施形態を説明した。当業者は、本発明の範囲または精神から逸脱せずに、本発明に修正または変更を行うことができる。本発明は、これらの修正および変更が添付の特許請求の範囲またはこれらの均等物によって定義された保護範囲内に入る限り、これらの修正および変更を網羅するものとする。

Claims (10)

  1. 複数のアンテナ素子の多重化装置の2以上の経路を備えるアンテナ構成要素であって、各アンテナ素子の多重化装置は、アンテナ素子とフィルタとデュプレクサとを備え、
    前記アンテナ素子は前記フィルタと前記デュプレクサとに接続され、前記フィルタの抑圧帯域は前記デュプレクサの帯域通過帯域を含み、
    前記アンテナ素子は前記フィルタ又はデュプレクサに送られる信号を受信するか、前記フィルタ又はデュプレクサから送られた信号を送信するか、又はその両方であるように構成され、
    前記フィルタは、第1の帯域の信号を通過させるように、前記アンテナ素子および前記デュプレクサによって送られた信号、及び、前記アンテナ素子および前記デュプレクサに送られる信号の少なくとも1つをフィルタリングするように構成され、
    前記デュプレクサは、第2の帯域の信号を通過させるように、前記アンテナ素子および前記フィルタによって送られた信号、及び、前記アンテナ素子および前記フィルタに送られる前記信号の少なくとも1つをフィルタリングするように構成され、
    前記第1の帯域は前記フィルタの非抑圧帯域に位置し、前記第2の帯域は前記デュプレクサの前記帯域通過帯域に位置し、
    前記アンテナ構成要素が結合器をさらに備え、
    前記結合器の一端は前記複数のアンテナ素子の多重化装置の前記2以上の経路におけるフィルタに接続され、
    前記結合器は、前記複数のアンテナ素子の多重化装置の前記2以上の経路における前記フィルタによって送られた信号を受信して前記受信した信号を結合するか、前記複数のアンテナ素子の多重化装置の前記2以上の経路における前記フィルタに送られる信号を受信し、前記受信された信号を分割し、前記複数のアンテナ素子の多重化装置の前記2以上の経路における前記フィルタに前記信号を送るか、又はその両方であるように構成され、
    前記結合器は、受信/送信チャネルに接続されるとともに、前記結合された信号を前記受信/送信チャネルに送信するか、前記受信/送信チャネルから前記フィルタに送られる信号を受信するか、又はその両方であるように構成される、
    アンテナ構成要素
  2. 前記アンテナ素子の多重化装置は、受信チャネルと電力増幅器とをさらに備え、
    前記受信チャネルは前記デュプレクサに接続されるとともに前記デュプレクサによって送られた信号を受信するように構成され、前記電力増幅器は前記デュプレクサに接続されるとともに前記デュプレクサに送られる信号に電力増幅を実行するように構成される、請求項1に記載のアンテナ構成要素
  3. 前記受信チャネルと前記電力増幅器とがアクティブアンテナシステムの一部である、請求項2に記載のアンテナ構成要素
  4. 前記フィルタは帯域除去フィルタであり、前記帯域除去フィルタの抑圧帯域は前記デュプレクサの前記帯域通過帯域を含む、
    請求項1〜のいずれか1項に記載のアンテナ構成要素
  5. 前記フィルタは前記アンテナ素子上で、集積された構成要素を使用することによって、又はマイクロストリップ回路を使用することによって実現される、請求項1〜のいずれか1項に記載のアンテナ構成要素
  6. 前記受信/送信チャネルをさらに備え、
    前記受信/送信チャネルは前記結合器によって送られた前記結合された信号を受信するか、前記結合器に送られる信号を受信して前記信号を前記結合器に送るか、又はその両方であるように構成される、請求項1〜5のいずれか一項に記載のアンテナ構成要素。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載のアンテナ構成要素を備える基地局。
  8. アンテナ素子の多重化方法であって、
    アンテナ素子により、フィルタ又はデュプレクサに送られる信号を受信するか、前記フィルタ又はデュプレクサから送られた信号を送信するか、またはその両方を実施し、
    前記フィルタにより、第1の帯域の信号を通過させるように、前記アンテナ素子および前記デュプレクサによって送られた信号、及び、前記アンテナ素子および前記デュプレクサに送られる信号の少なくとも1つをフィルタリングし、
    前記デュプレクサにより、第2の帯域の信号を通過させるように、前記アンテナ素子および前記フィルタによって送られた信号、及び、前記アンテナ素子および前記フィルタに送信される信号の少なくとも1つをフィルタリングすること、
    を含み、
    前記フィルタの抑圧帯域は前記デュプレクサの帯域通過帯域を含み、前記第1の帯域は前記フィルタの非抑圧帯域に位置し、前記第2の帯域は前記デュプレクサの前記帯域通過帯域に位置し、
    前記アンテナ素子の数と前記フィルタの数と前記デュプレクサの数とが等しく、またすべてが2以上の経路を有し、
    結合器により、前記フィルタの各経路を通過する前記第1の帯域の信号が受信され、結合され、次いで送られるか、前記結合器により、前記フィルタの各経路に送信される前記第1の帯域の信号が受信され、分割され、次いでフィルタの各経路に送られるか、又はその両方を実施し、
    受信/送信チャネルにより、前記フィルタによって送られた信号を、前記結合器を介して受信するか、前記フィルタに送られる信号を受信して前記結合器を介して前記信号を前記フィルタに送るか、又はその両方を実施することをさらに含む、
    アンテナ素子の多重化方法。
  9. 受信チャネルにより前記デュプレクサによって送信された信号を受信するか、又は電力増幅器により前記デュプレクサに送信される信号に電力増幅を実行すること、をさらに含み、前記受信チャネルと前記電力増幅器とがアクティブアンテナシステムの一部である、請求項に記載のアンテナ素子の多重化方法。
  10. 前記フィルタは帯域除去フィルタであり、前記帯域除去フィルタの抑圧帯域は前記デュプレクサの前記帯域通過帯域を含む、請求項8又は9に記載のアンテナ素子の多重化方法。
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