JP5639418B2 - 無線機における適応的インピーダンス整合のための整合回路 - Google Patents

無線機における適応的インピーダンス整合のための整合回路 Download PDF

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Description

本発明は、一般に無線機におけるインピーダンスを適応的に整合させるための回路に関する。
一般に、無線ノートパソコン、携帯電話機などの無線家電装置では無線機を使用してネットワークへの無線接続を提供する。本明細書で理解されるように、装置にユーザの手を置くこと及びその他の近くの物体により無線アンテナのインピーダンスが影響を受けることがあり、これらは無線性能を劣化させる場合がある。
本明細書でさらに理解されるように、上述の問題に対処するだけでなく、アンテナの受信機側のインピーダンスの変化により必ずしも送信機の性能が影響を受けるわけではない半二重モードのみならず、通常アンテナのインピーダンスが変化すると送信機の性能が影響を受ける全二重モードでも同様に機能する方法でこの問題に対処することにも利点がある。
システムが、アンテナと通信するトランシーバと、アンテナとトランシーバとの間の通信路内に存在する整合ネットワークとを有する。この整合ネットワークは少なくとも第1の整合要素の組を含み、この第1の整合要素の組は、組内の少なくとも第1の整合要素が通信路内に存在しない第1の構成と、第1の整合要素が通信路内に存在する第2の構成との間で切り替え可能である。プロセッサがこの整合ネットワークを制御して、第1及び第2の構成を確立するとともに第1及び第2のそれぞれの性能尺度を求める。プロセッサは、性能尺度が最も良い構成を確立する。
整合要素は、キャパシタ、インダクタ、又は抵抗器であってもよい。いくつかの実施形態では、性能尺度が受信信号強度表示(RSSI)であり、より具体的には平均RSSIであってもよい。
いくつかの例は、システムが少なくとも第1及び第2の周波数帯域内で動作できることを想定する。この場合、整合ネットワークは、少なくとも第2の整合要素の組を含むことができ、第1の整合要素の組は、システムが第1の周波数帯域内で動作しているときにプロセッサにより選択され、第2の整合要素の組は、システムが第2の周波数帯域内で動作しているときにプロセッサにより選択される。
以下でより完全に説明するように、第1及び第2の構成を考慮して、整合ネットワークを使用している間の全二重モード動作を容易にするように送信機を較正することができる。整合要素の組は、π構成又は「T」構成又は「L」構成を確立することができ、本原理を、以下に限定されるわけではないが、PCS、TDMA、GSM、Edge、UTMS、CDMA 1x−RTT、1X−EVDO、802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、Wimax、LTEとともに使用することができる。
別の態様では、システムが、アンテナと通信するトランシーバを含む。トランシーバは、受信機及び送信機を含む。アンテナとトランシーバとの間の通信路内には整合回路が存在する。この整合回路は第1の整合要素の組を含み、この第1の整合要素の組は、組内の少なくとも第1の整合要素が通信路内に存在しない第1の構成と、第1の整合要素が通信路内に存在する第2の構成との間で切り替え可能である。プロセッサが、この整合回路を制御して第1及び第2の構成を確立するとともに、第1及び第2のそれぞれの性能尺度を求める。プロセッサは、性能尺度が最も良い構成を確立する。整合回路を全二重モードにおいて有用となるように考慮するように送信機を構成することができる。
さらに別の態様では、方法が、受信機の受信機性能指数が閾値を下回るかどうかを判定するステップを含む。指数が閾値を下回った場合にのみ、方法は、無線アンテナと通信するインピーダンス整合回路の複数の構成を確立するステップと、個々の構成ごとの受信機性能指数を求めるステップとを含む。方法は、受信機性能指数を求める行為に基づいて回路の構成のうちの1つを確立するステップを含む。
受信機がデータコールをアクティブに受信していない場合にのみ、複数の構成を確立する行為を実行することができる。また、インピーダンス整合回路の影響を考慮するように、受信機に関連する送信機の較正を確立することができる。さらに、非限定的な例では、方法は、受信機との接続において現在使用されている変調を求めるステップを含むことができ、閾値は、この現在使用されている変調に依存する。
同じ参照番号が同じ部分を示す添付図面を参照することにより、本発明の詳細をその構造及び動作の両方に関して最も良く理解することができる。
本整合回路を備えた例示的な無線機のブロック図である。 本原理による例示的な整合回路のブロック図である。 整合回路により具体化される例示的な論理のフロー図である。 閾値ルックアップテーブルの概略図である。 代替の整合回路を示す図である。 代替の整合回路を示す図である。 代替の整合回路を示す図である。
まず図1を参照すると、ポータブルコンピュータ又は無線電話などの携帯用電子機器11に組み込むことができる無線機10が、整合回路14との間で信号を送受信するアンテナ12を含んでおり、この整合回路14の例については図2を参照しながら以下でさらに説明する。整合回路14は、デュプレクサなどの1又はそれ以上のフィルタ型の構成要素に接続することができる。図示の例では、整合回路14が、携帯電話デュプレクサ16、パーソナル通信サービス(PCS)デュプレクサ18、及びロングタームエボリューション(LTE)デュプレクサ又は送/受信機(T/R)スイッチ20と通信する。
さらに、構成要素16〜20の各々は、無線周波数(RF)トランシーバ24の受信機/ダウンコンバータ22と通信する。この受信機/ダウンコンバータは、RF領域内の信号を中間周波数(IF)に変換する。その信号はIFをベースバンドに復調するためのホストプロセッサ26の受信機I&Q復調装置25へ送信される。復調はホストプロセッサにより処理される。
これまでに開示した装置は送信機側も有しており、より具体的には、プロセッサ26内にベースバンド信号をIFに変調するための送信機I&Q変調器28が設けられる。この信号はトランシーバ24内のアップコンバータ30によりRF領域にアップコンバートされる。図2の限定的でない例に示すように3つの送信方式が想定される場合、アップコンバータ30は、携帯電話の電力増幅器34と通信する携帯電話フィルタ32へRF信号を送信する。このフィルタ32は、さらに携帯電話の方向性結合器36に接続される。図の通り、携帯電話の方向性結合器36は、携帯電話デュプレクサ16と通信する。
また、アップコンバータ30は、PCS電力増幅器40と通信するPCSフィルタ38へRF信号を送信し、このフィルタ38がさらにPCS方向性結合器42と通信することができる。図の通り、PCS方向性結合器42は、PCSデュプレクサ18と通信する。図2の例では、アップコンバータ30が、LTE電力増幅器46と通信するLTEフィルタ44へRF信号を送信する。このフィルタ44は、さらにLTE方向性結合器48と通信することができる。図の通り、このLTE方向性結合器48は、LTEデュプレクサ又はT/Rスイッチ20と通信する。簡単に開示すれば、必要な場合には3つ全てのカプラ36、42、48が互いに通信することができ、少なくとも1つのカプラ48がトランシーバ24内のパワー検出器50と通信することができる。
図1の説明の締めくくりとして、ホストプロセッサ26は、整合回路14を以下の原理に基づいて構成するようスイッチ制御レジスタ又はI/O52を実行することができる。また、プロセッサ26は、特に、以下でさらに説明するルックアップテーブルを記憶することができるディスクベースのメモリ又はフラッシュメモリ54などのソリッドステートメモリのようなメモリにアクセスすることができる。
次に図2を参照すると、例示的な整合回路14の詳細を見ることができる。整合回路14は、整合要素の組を1つだけ有することもできるが、図の例では、整合回路14は、整合要素62の3つの組56、58、60を有し、図の通り、1つの組がそれぞれのデュプレクサ16〜20と通信する。プロセッサ26によって制御されるスイッチ64は、整合要素のいずれの組56〜60がアンテナ12と通信するかを定める。プロセッサ26は、無線機10が動作する特定のモードに適するようにスイッチ64を設定するということが容易に理解されよう。このようにして、それぞれの整合要素の組56〜60は、携帯電話、PCS、又はLTEなどのたまたま対応する周波数帯域にしか適合しないようにする必要があることにより、これらを都合良く小型化することができるので、1つの大きな比較的かさばりやすいものとなるはずの整合要素の組が避けられる。
図2の例では、1つの組内の整合要素はキャパシタであり、これら整合要素は、図の通り、互いに並列に接続され、π形の構成を確立する。或いは、図5〜図7を参照しながら以下でさらに説明するように、整合要素に「T」形の構成又は「L」形の構成を使用することができる。キャパシタを用いた場合を比較して好ましくはないが、キャパシタの代わりに、インダクタ又は抵抗器を整合要素として使用することができる。整合要素の個々の組56〜60は、図の通り、それぞれの対向するインダクタ「I」を通じて接地することができる。必要であれば、整合回路14の構成の一部として、インダクタ「I」を回路内に及び回路外に切り替えることもできる。
整合回路14の構成におけるプロセッサ26の例示的な論理を図3に示す。いくつかの実施形態では、この論理は、電源が入りネットワークに接続した状態66から開始して、アクティブなコール又はその他のデータ通信が無線機10を通じて進行中であるかどうかを判定するための判定区画68へ移ることができる。また、カウンタ「n」をゼロに初期化することもできる。
コールが進行中の場合、論理はブロック70へ移り、コールが終わるまで後述する同調処理を阻止して、整合回路14内の整合要素のネットワークにデフォルト構成を設定することができる。他の実施形態では、コールがアクティブであるかどうかに関わらず同調処理が行われてもよい。
図示の例では、コールがアクティブでない場合(又は電源を入れた直後に判定区画68におけるアクティブコールテストを省いた場合)、論理はブロック72へ移り性能尺度をチェックする。1つの実施形態では、プロセッサ26が、トランシーバ内の受信信号強度表示(RSSI)を求める。別の実施構成では、信号対雑音比、ビット誤り率などのその他の性能尺度を使用することができる。
ブロック72においても、プロセッサ26は、現在使用中の変調プロトコルを求める。図1及び図2の例では、現在のプロトコルは、携帯電話又はPCS又はLTEとなる。
判定区画74へ進み、プロセッサ26は、使用中の変調プロトコルに関して、(RSSIなどの)性能尺度が感度閾値に反しているかどうかを判定する。これは、メモリ54にアクセスして、現在使用中の変調プロトコルに関してRSSI閾値の値をルックアップテーブルに入力することにより行うことができる。例示的なテーブルについては、図4を参照しながら以下でさらに説明する。必要であれば、ルックアップされる閾値を現在の瞬間的なRSSIと比較することができるが、図3に示す例では、判定区画74において、プロセッサ26が、2回又はそれ以上などの複数のサイクルを通じて平均RSSIを計算し、この実際の平均RSSIを閾値と比較する。
いくつかの実施構成では、実際のRSSIが、過剰な処理を制限するための閾値に反していない場合、論理は判定区画76へ移り、判定区画74における直近のRSSIテストの数字が2などの閾値の数字に等しいかどうかを判定することができる。等しくない場合、ブロック78において、「n」が1だけ増分され、論理はブロック72へループして戻る。一方、「n」が閾値を満たす場合には、論理はブロック70へ移る。
判定区画74において、RSSI値が閾値を満たしていない場合、いくつかの実施形態では、論理は、判定区画80において、受信機の低雑音増幅器(LNA)利得がその最も高い状態に設定されているかどうかを判定するための別のテストを含むことができる。最も高い状態に設定されていなければ、論理は、ブロック82において、低雑音増幅器(LNA)利得を最も高い状態に設定する。いずれにせよ、整合回路14内の選択した整合要素62の組56〜60の同調がブロック84において開始される。ブロック86において、第1の整合要素62は回路内に切り替えられ、RSSIが記録される。その後、整合要素としてRSSI値を記録する第2の要素なども、1つずつ回路内へ切り替えられる。先の実施例と比較して好ましくない実施例ではあるが、必要であれば、この段階的な切り替えが、一度に2又はそれ以上の要素62の切り替えを含むことができる。このようにして全ての整合要素62が切り替えられると、ブロック88において、最も高いRSSIの構成が選択される。従って、ブロック88において、例えば最初の3つの要素62のRSSIが最も高い場合、そのRSSIが整合回路14のために選択された構成となる。この処理は状態89において終了する。
媒体54に記憶できるとともに上述のようなブロック74において使用できる例示的な限定的でないルックアップテーブル90を図4に示す。
本原理は、以下に限定されるわけではないが、PCS、TDMA、GSM、Edge、UTMS、CDMA 1x−RTT、1X−EVDO、802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、Wimax、LTEを含む数多くの通信プロトコルで使用することを想定されている。また、本原理は、半二重モード及び全二重モードの両方において使用することも想定されており、この後者の場合、整合回路14の影響を送信機較正ルーチンに組み入れることにより、送信機性能の低下が避けられる。
具体的には、送信機の較正中に、上述の受信機の整合要素が回路内及び回路外に単独及びグループなどの様々な組み合わせで切り替えられる。この結果、送信機のインピーダンスが変化し、この変化がさらに送信機の出力パワー、利得、スプリアス発射などに影響を与えることができる。従って、較正中に個々の整合要素の組み合わせに対して送信機が同調されて、送信機性能が最適化されるようになる。個々の整合要素の組み合わせによって提供される個々のインピーダンスごとに特定の利得、入力パワーなどを確立することにより、送信機系を同調させることができる。個々のインピーダンスごとの送信機の設定を較正テーブルに記憶することができる。較正テーブルは動作中にアクセスされる。これにより、受信機内の整合要素が上述したように回路内及び回路外に切り替えられる。そして、関連するインピーダンスに対応する送信機の設定が変更され、送信機性能が最適化される。
図5は、一方の端部がスイッチに接続され、他方の端部がデュプレクサ又はT/Rスイッチに接続された共通の交差線106に整合要素の2つの組102、104が接続された「T」形の整合回路100を示している。図6及び図7には、スイッチ及びデュプレクサ又はT/Rスイッチに接続された交差線110に整合回路108が接続された「L」形の回路を示している。図6と図7の差違は、図6では、交差線110がデュプレクサ/T/Rスイッチ側のインダクタ112を通じて接地されているのに対し、図7では、これがスイッチ側のインダクタ112を通じて接地されている点である。
本明細書では、特定の無線機における適応的インピーダンス整合のための整合回路を示し、これについて詳細に説明したが、本発明に含まれる主題は特許請求の範囲によってのみ限定されることを理解されたい。
例えば、整合回路14の全て又は一部をトランシーバの集積回路内に移すことができる。さらに、図3の論理の全て又は一部をソフトウェアルーチンの一部として実現することもできる。

Claims (19)

  1. 少なくとも1つのアンテナと、
    前記アンテナと通信する少なくとも1つのトランシーバと、
    前記アンテナとトランシーバとの間の通信路内に存在する整合ネットワークと、
    を備え、前記整合ネットワークが少なくとも第1の整合要素の組を含み、該第1の整合要素の組は、前記組内の少なくとも第1の整合要素が前記通信路内に存在しない第1の構成と、前記第1の整合要素が前記通信路内に存在する第2の構成との間で切り替え可能であり、
    前記整合ネットワークを制御して、前記第1及び第2の構成を確立するとともに第1及び第2のそれぞれの性能尺度を求め、性能尺度が最も良い前記構成を確立するプロセッサをさらに備え、
    前記第1の整合要素の組は、第1の交差線に接続され、前記第2の整合要素の組は、第2の交差線に接続され、当該第1及び第2の交差線それぞれの第1の端部は、前記第1及び第2の構成を確立するスイッチに接続され、当該第1及び第2の交差線それぞれの第2の端部は、デュプレクサ又は送/受信機(T/R)スイッチに接続され、当該第1及び第2の交差線それぞれは、前記第1の端部と前記第2の端部との間で接地されていることを特徴とするシステム。
  2. 前記整合要素がキャパシタである、
    ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
  3. 前記整合要素がインダクタ又は抵抗器である、
    ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
  4. 前記性能尺度が受信信号強度表示(RSSI)である、
    ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
  5. 前記性能尺度が平均RSSIである、
    ことを特徴とする請求項4に記載のシステム。
  6. 前記システムは、少なくとも第1及び第2の周波数帯域内で動作することができ、前記整合ネットワークは、少なくとも第2の整合要素の組をさらに含み、前記第1の整合要素の組は、前記システムが前記第1の周波数帯域内で動作しているときに前記プロセッサにより選択され、前記第2の整合要素の組は、前記システムが前記第2の周波数帯域内で動作しているときに前記プロセッサにより選択される、
    ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
  7. 前記トランシーバが受信機及び送信機を含み、該送信機が、前記第1及び第2の構成を考慮するように較正される、
    ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
  8. 前記第1及び第2の整合要素の組が、π構成又は「T」構成又は「L」構成を確立する、
    ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
  9. 前記第1及び第2の周波数帯域が、PCS、TDMA、GSM、Edge、UTMS、CDMA 1x−RTT、1X−EVDO、802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、Wimax、LTEから選択される、
    ことを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  10. 少なくとも1つのアンテナと、
    前記アンテナと通信する、受信機及び送信機を含む少なくとも1つのトランシーバと、
    前記アンテナとトランシーバとの間の通信路内に存在する整合回路と、
    を備え、前記整合回路が少なくとも第1の整合要素の組を含み、該第1の整合要素の組は、前記組内の少なくとも第1の整合要素が前記通信路内に存在しない第1の構成と、前記第1の整合要素が前記通信路内に存在する第2の構成との間で切り替え可能であり、
    前記整合回路を制御して、前記第1及び第2の構成を確立するとともに第1及び第2のそれぞれの性能尺度を求め、性能尺度が最も良い前記構成を確立するプロセッサをさらに備え、前記送信機は、全二重モードで用いられるように構成され、
    前記第1の整合要素の組は、交差線に接続され、当該交差線は、前記第1及び第2の構成を確立するスイッチに接続され、さらに、デュプレクサ又は送/受信機(T/R)スイッチに接続され、当該交差線は、当該デュプレクサ又は送/受信機(T/R)スイッチと前記第1の整合要素との間のインダクタを介して接地されていることを特徴とするシステム。
  11. 前記整合要素がキャパシタである、
    ことを特徴とする請求項10に記載のシステム。
  12. 前記性能尺度が受信信号強度表示(RSSI)である、
    ことを特徴とする請求項10に記載のシステム。
  13. 前記プロセッサが、前記トランシーバがアクティブにコールを受信又は送信しているときには前記整合回路を決して再構成しない、
    ことを特徴とする請求項10に記載のシステム。
  14. 前記システムは、少なくとも第1及び第2の周波数帯域内で動作することができ、前記整合回路は、少なくとも第2の整合要素の組をさらに含み、前記第1の整合要素の組は、前記システムが前記第1の周波数帯域内で動作しているときに前記プロセッサにより選択され、前記第2の整合要素の組は、前記システムが前記第2の周波数帯域内で動作しているときに前記プロセッサにより選択される、
    ことを特徴とする請求項10に記載のシステム。
  15. 前記第1の整合要素の組が、π構成又は「T」構成又は「L」構成を確立する、
    ことを特徴とする請求項10に記載のシステム。
  16. 前記第1及び第2の周波数帯域が、PCS、TDMA、GSM、Edge、UTMS、CDMA 1x−RTT、1X−EVDO、802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、Wimax、LTEから選択される、
    ことを特徴とする請求項14に記載のシステム。
  17. 受信機の受信機性能指数が閾値を下回るかどうかを判定するステップと、
    前記指数が前記閾値を下回った場合にのみ、無線アンテナと通信するインピーダンス整合回路の複数の構成を確立するステップと、
    個々の構成ごとに受信機性能指数を求めるステップと、
    前記受信機性能指数を求める行為に基づいて、回路内で前記構成のうちの1つを確立するステップと、
    を含み、
    前記インピーダンス整合回路は、第1の整合要素の組と少なくとも2つの構成を確立する構成スイッチとを少なくとも含み、前記第1の整合要素の組は、交差線に接続され、当該交差線は、前記構成スイッチに接続され、さらに、デュプレクサ又は送/受信機(T/R)スイッチに接続され、当該交差線は、当該構成スイッチと前記第1の整合要素との間のインダクタを介して接地されていることを特徴とする方法。
  18. 前記インピーダンス整合回路の影響を考慮するよう前記受信機に関連する送信機の較正を確立するステップを含む請求項17に記載の方法。
  19. 前記受信機との接続において現在使用されている変調を求めるステップを含み、閾値は、該現在使用されている変調に依存することを特徴とする請求項17に記載の方法。
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