JP5739887B2 - 動的に拡張された通過帯域で選択されたチャンネルの信号の発信および受信を可能にする広帯域発信/受信装置 - Google Patents

動的に拡張された通過帯域で選択されたチャンネルの信号の発信および受信を可能にする広帯域発信/受信装置 Download PDF

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Description

本発明は、動的に拡張された通過帯域で選択されたチャンネルの発信および受信を可能にする広帯域発信/受信装置に関する。
無線電気通信の分野では、規格(GSM(登録商標)、UMTS、WiFi、GPS、DVBT/H、WIMAXなど)、利用者、および提供されるサービスの数がますます増えており、これにより、無線周波数スペクトルの管理がますます困難になっている。
世界の多くの経済実体にとって、解決策の1つは、ソフトウェア定義無線システムの到来を早めることにある。相互運用性および柔軟性の点で、この技術は、将来の電気通信システムの大きな進歩を約束するものである。従って、無線による発信および受信システムは、それ自体をリアルタイムで適応させ再構成して、それ自体を一つあるいは複数の所与のアプリケーションに適応させることを可能とするべきである。
現在の技術資源では、ソフトウェア無線の理想的な計画を実施することはできないが、製造業者等は、制限付きのソフトウェア定義無線である「ソフトウェア定義無線」(SDR)として知られているソフトウェア・ソリューションを開発している。これによれば、制限付きではあるが、ベースバンド処理がプログラマブルであることを利用でき、従って信号処理専用のプロセッサを使用することができる。従って、SDRソフトウェア・ソリューションは、多機能且つ多規格であり、従ってマルチサービスである端末の開発が目的である場合には、興味深いものである。
本発明は、この範囲に含まれるものであり、より詳細には、マルチアプリケーション移動端末の場合に当てはまるものである。これらのアプリケーションに割り当てられる周波数帯域は、大陸によって、また国によっても大きく異なることから、ユーザー端末または「ハードウェア」を変更することなく、広い周波数範囲内で周波数を選択することができる柔軟性が重要である。
図1は、現在の技術状況を示している。これは、別個のアプリケーションに対応する複数の周波数帯域A、BおよびCにアドレッシングするものである。従って、これらの発信/受信端末は、複数の受信チャンネル、すなわちチャンネル1からチャンネル3で構成され、並列に配置され、且つチャンネル1から3のそれぞれのアンテナまたはアンテナ・アレイのフロントエンド要素FE1からFE3(FEはフロントエンドの略)と関連付けられた複数の一体化RF要素RFIC1からRFIC3を中心にして構築される。発信/受信信号は、BBベースバンド処理回路によって処理される。
このアセンブリは、所与のアプリケーションの専用であり、限定された周波数帯域A、BまたはCをカバーする。一体化RF要素RFIC1からRFIC3は、単一の周波数サブバンドをそれぞれカバーする複数のVCO発振器を一体化している。その場合、これらの単一のVCO発振器を、RFIC要素がアドレッシングする帯域全体をカバーするように切り替えることにより、RF構成要素ならびにその実装がより複雑になる。なお、多数の構成要素を実装することにより、発振器の位相雑音性能が制限され、あるいは端末のサイズや複雑さ、端末のコストやその消費量が増大することに留意されたい。
図2は、FEフロントエンド要素と関連付けられ、複数の周波数帯域をカバーすることを可能にする、直接変換型の通常使用されている発信/受信端末のアーキテクチャの一例を示す。単一の局所発振器OLを使用し、これが全ての周波数帯域をカバーする。調節可能なローパスフィルタ部F1、F2が、サンプリング前のチャンネル・フィルタリングを行うためにRFIC要素に一体化されている。ベースバンド処理回路は、受信用のアナログ・ディジタルADC変換器および発信用のディジタル・アナログ変換器DACと関連付けられたベースバンドBBプロセッサ回路を含むが、多数の構成要素が実装されることにも留意されたい。
米国特許第7245882号も、所定の周波数帯域の選択を可能にする無線周波数発信/受信装置に関する。
この装置は、複数の周波数帯域の中から所与の周波数帯域を動的に選択するように構成されたRFフィルタ回路を含む。このRFフィルタ回路は、複数のバンドパスフィルタで構成され、特に干渉の問題を最小限に抑えるためにアンテナと受信器の間に配置される。
本発明は、上記の装置の欠点を解消し、公称帯域として知られている所定の周波数帯域で動作する発信/受信装置の動作帯域の拡張を可能にすることを目的とする。
本発明は、フロントエンド・モジュールと、RF周波数変換モジュールと、アナログ・ディジタル/ディジタル・アナログ変換およびベースバンド処理モジュールとを備える、選択されたチャンネルの信号の発信または受信を行う発信/受信装置にある。
第1のローパスフィルタと、第2のハイパスフィルタと、フィルタ間の切替え手段とを少なくとも備えるフィルタリング要素を備えるフロントエンド・モジュール、および調節可能なローパスフィルタを備えるRF周波数変換モジュールにより、選択されたチャンネルの周波数に従って、前記公称帯域内に位置する周波数に対応する第1の動作モード、または公称帯域の両側の低周波数帯域または高周波数帯域の何れかに位置する周波数に対応する第2の動作モードを決定することが可能になる。
ユーザー端末の発信部および受信部の新たなアーキテクチャにより、性能を低下させることなく、RF周波数変換モジュールの動作周波数帯域に対応する1つの公称帯域の周りの非常に広い周波数帯域にアドレッシングすることが可能になる。
第1の実施形態によれば、フィルタリング要素は、ベースバンド処理モジュールから発信される制御信号によって切替え可能な第1のバンドパスフィルタ、第2のローパスフィルタ、および第3のハイパスフィルタで構成され、この制御信号は、第1の動作モードでの動作のためにバンドパスフィルタを選択し、第2の動作モードでの動作のためにハイパスフィルタまたはローパスフィルタを選択する。
第2の実施形態によれば、フィルタリング要素は、第1の可変ローパスフィルタと第2の可変ハイパスフィルタとから構成され、これらのフィルタが、ベースバンド処理モジュールから発信される信号Sc1によって切替え可能であり、そしてベースバンド処理モジュールから発信される制御信号によって調整可能であり、第2の動作モードの動作のためにこれらのフィルタを選択する。
Nが拡張されたチャンネルの数に対応するものとして、RF周波数変換モジュールのローパスフィルタは、使用チャンネルの帯域幅のN倍に対応する可変遮断周波数を有することが好ましい。
本発明の変形形態によれば、第1の動作モードから第2の動作モードへの切替えに対応する高停止周波数および低停止周波数は、RF周波数変換モジュールの動作周波数帯域および処理するチャンネルの周波数に従って、ベースバンド処理モジュールによって決定される。
上述した本発明の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら以下の説明を読めば、さらに明確になるであろう。
既述のように、従来技術によるマルチバンド端末を表す図である。 既述のように、従来技術による直接変換型の発信/受信装置の標準的なアーキテクチャを表す図である。 本発明による発信/受信装置のアーキテクチャを表す図である。 本発明による装置の異なる動作モードを表す図である。 本発明による装置の異なる動作モードを表す図である。 本発明による発信/受信装置の変形形態を表す図である。 受信モードにある本発明による装置の異なる動作モードを表す図である。
説明を簡潔にするために、後半の4つの図面では、同一の機能を実施する要素は、同じ参照番号を用いて示してある。
図3は、本発明による発信/受信装置のアーキテクチャを表し、受信器の動作周波数帯域または公称帯域を高周波数側および低周波数側にそれぞれ拡張したい場合にRFIC50の上流側に切替え式のローパスフィルタまたはハイパスフィルタを追加することに基づいて提案された概念を示している。
本発明によるこの発信/受信装置のアーキテクチャは、図2に示して上述したような、直接変換型の発信/受信装置の標準的なアーキテクチャに基づく。追加されたフィルタリング要素は、フロントエンド・モジュールFEに一体化される。このフィルタリング要素は、バンドパスフィルタ30、ローパスフィルタ31およびハイパスフィルタ32で形成されるアセンブリで構成され、これらのフィルタは、並列に接続され、これらのフィルタのうちの1つだけを切り替えるように複数の位置を有するスイッチ33、34に接続される。
このフィルタリング要素は、RF周波数変換モジュール50によって高速アナログ・ディジタル変換器ADCに結合される。調節可能なローパスフィルタ40〜43が、RF周波数変換モジュール50に一体化され、ベースバンドBBプロセッサが受信した情報を処理するようにサンプリング前にチャンネル・フィルタリングを行う。
このように、受信チャンネルの周波数に応じて、このプロセッサは、スイッチ33および34ならびにローパスフィルタ40〜43に対して、制御信号Sc1によって、動作が公称帯域内であるか(帯域内)、この公称帯域外であるか(帯域外)を示す。さらに、制御信号Sc1は、帯域外の高通過帯域すなわち通過帯域の周波数が公称帯域より高い場合と、帯域外の低通過帯域すなわち通過帯域の周波数が公称帯域より低い場合とを区別することを可能にする。
従って、この原理は、以下の3つの異なる動作モードに基づいている。
・公称帯域内で動作するすなわち「帯域内」動作を行う、通常モード
・公称通過帯域より高い周波数で動作する、高周波数拡張モード
・公称通過帯域より低い周波数で動作する、低周波数拡張モード
第1の動作モード(すなわち公称モードまたは「帯域内」モード)から第2の動作モード(すなわち拡張モードまたは「帯域外」モード)への切替えに対応する高停止周波数および低停止周波数は、ユーザー端末の動作周波数によって決まる、プロセッサから発信される指示に応じて、ベースバンドBB処理モジュールによって決定される。
図4aは、これらの様々な動作モードを示す。A列、B列およびC列に対応する図によって示される通常モードまたは「帯域内」動作は、図中に実線の矢印によって表すように、RF帯域内での動作、その後のベースバンド内での動作、およびその後のベースバンドBB内のRF選択チャンネルのディジタル処理受信側直接変換を表している。
受信信号は、RF帯域からベースバンドに移されて、フィルタリングされ、次いでサンプリング周波数FECHでサンプリングされる。このようにサンプリングされた信号は、次いで、ディジタル処理ユニットで処理される。
A列に対応する場合では、局所発振器OLの周波数FOLは、通常動作帯域の中央にある。
B列に対応する場合では、局所発振器OLの周波数FOLは、通常動作帯域の最小値FOLminにある。
C列に対応する場合では、局所発振器OLの周波数は、通常動作帯域の最大値FOLmaxにある。
これら3つの場合では、隣接するチャンネルが、調節可能なローパスフィルタ40および41によってフィルタリングされ、スイッチ33と34を切替えるための制御信号Sc1によって、ローパスフィルタ40および41を選択することもできる。
図4bは、D列およびE列で、「帯域外」として知られている拡張モードまたは拡張動作を示す。
D列に対応する場合では、局所発振器OLの周波数は、通常動作帯域の最小値FOLminにある。ローパスフィルタリングを実施して、望ましくない画像周波数帯域を抑制する。制御信号Sc1によって、ローパスフィルタ31を含むチャンネル上のスイッチ33および34の切替えを行うことができ、また、ローパスフィルタ40および41の選択を行うことができる。
次いで、ベースバンドでのローパスフィルタリングを禁止解除する。この場合には、高速でサンプリングを行い、ディジタル処理によって、サンプリングされた複数のチャンネルの中から有用なチャンネルを選択して処理することを可能にする。
E列に対応する場合では、局所発振器OLの周波数は、通常動作帯域の最大値FOLmaxにある。ハイパスフィルタリングを実施して、望ましくない画像周波数帯域を抑制する。制御信号Sc1によって、ハイパスフィルタ32を含むチャンネル上のスイッチ33および34の切替えを行うことができる。ベースバンドでのハイパスフィルタリングも禁止解除し、サンプリングも高速で行い、ディジタル処理によって、サンプリングされた複数のチャンネルの中から有用なチャンネルを選択して処理することを可能にする。
これと同じFEフロントエンド・モジュールのレベルでのハイパスRFフィルタリングおよびローパスRFフィルタリングならびに切替えの原理で、発信時にこの2元動作を実施することができる。この場合には、画像帯域を分離するためのオーバサンプリングおよび補間フィルタを備えた高解像度アナログ・ディジタル変換装置を実装する。
提案した概念は、例えば携帯電話の場合に、受信周波数が伝送周波数と異なる場合にも、適用される。
図5に示す提案する変形形態は、フロントエンド・モジュールFEにおいて、フィルタリング要素を、所要のチャンネル中心周波数に応じてBBプロセッサによって制御される、個々に調節可能なローパスフィルタ36およびハイパスフィルタ35を備える別のフィルタリング要素で置き換えたものである。ベースバンド・プロセッサからの2つの制御信号Sc2およびSc3によって、これらのフィルタを調節することができる。制御信号Sc1によって、スイッチ33および34を切り替えることができる。
本発明は、局所発振器OLの同じフィルタリングおよび周波数構成を使用して、送信時に2元的に実施することもできる。信号は、BBベースバンド・プロセッサによって生成され、次いで周波数を移され、RFでフィルタリングされる。やはり、図6に示すように3つの動作モードがある。
F列の場合には、局所発振器OLの周波数FOLは、通常動作帯域内にある。
G列の場合には、局所発振器OLの周波数FOLは、通常動作帯域または公称帯域の最小値にある。
H列の場合には、局所発振器OLの周波数FOLは、通常動作帯域の最大値にある。
本発明によるフィルタリング要素のうちの1つの命令に従って、例えば、可能な動作に対応する2.3〜2.7GHzの「通常」動作周波数帯域を、2〜3GHzの範囲の帯域に拡張することができる。この場合の拡張は、0.6GHzである。チャンネルの通過帯域は、例えば20MHzである。
この場合には、実装する低域RFフィルタおよび高域RFフィルタの遮断周波数は、それぞれ2.3GHzおよび2.7GHzである。通常動作周波数帯域(ケースA)では、バンドパスフィルタリングを実施する。この場合のローパスフィルタ40、41、42の調節可能な遮断周波数は、10MHzである。
受信時には、「拡張」モードのアナログ・ディジタル変換器(ADC)のサンプリング周波数は、600MHz(2×300MHz)より高くなければならず、RFICに一体化されたベースバンドBBのフィルタは、非活動化される。
送信時には、「拡張」モードでは、RFICに一体化されたベースバンドBBのフィルタは、やはり非活動化され、DACのサンプリング周波数は、少なくとも600MHzでなければならない。ADC変換器が0を中心とするベースバンド信号を生成する2.3GHz〜2.7GHzの「通常」動作帯域に加えて、最も進んだモードでは、2GHz〜2.3GHzの周波数および2.7GHz〜3GHzに位置する周波数を有する任意の有用なチャンネルにアドレッシングすることができる。

Claims (5)

  1. フロントエンド・モジュールと、RF周波数変換モジュールと、ベースバンド処理モジュールとを備え、選択されたチャンネルにおいて信号の発信または受信を行う広帯域の発信/受信装置であって、
    前記ベースバンド処理モジュールが、前記選択されたチャンネルの周波数に従って、周波数の公称帯域内に第1の動作モード、または前記公称帯域の両側の低周波帯域または高周波帯域のいずれかに位置する周波数に対応する、前記公称帯域外に第2の動作モードを示す制御信号を供給し、
    前記RF周波数変換モジュールが、調節可能なローパスフィルタを有し、前記制御信号に従って前記第1の動作モードまたは前記第2の動作モードにおいて動作可能であり
    前記フロントエンド・モジュールが、複数のフィルタリング要素と該複数のフィルタリング要素間の切替え手段とを有し、前記制御信号に基づいて前記第1の動作モードまたは前記第2の動作モードでの動作に対して前記複数のフィルタリング要素のうちの1つを切り替える、前記発信/受信装置。
  2. 前記フィルタリング要素が、第1のバンドパスフィルタ、第2のローパスフィルタ、および第3のハイパスフィルタを有し、前記ベースバンド処理モジュールから発信される前記制御信号によって該第1のバンドパスフィルタと、該第2のローパスフィルタと、該第3のハイパスフィルタとを切替え可能であり、該制御信号によって前記第1の動作モードでの動作に対する該第1のバンドパスフィルタ、あるいは、前記第2の動作モードでの動作に対する該第2のローパスフィルタまたは該第3のハイパスフィルタを選択する、請求項1に記載の発信/受信装置。
  3. 前記フィルタリング要素が、第1の可変ローパスフィルタおよび第2の可変ハイパスフィルタを有し、前記ベースバンド処理モジュールから発信される第1の制御信号によって該第1の可変ローパスフィルタと該第2の可変ハイパスフィルタとを切替え可能であり、かつ前記ベースバンド処理モジュールから発信される第2の制御信号によって該第1の可変ローパスフィルタおよび該第2の可変ハイパスフィルタを調節可能であり、前記第の制御信号によって前記第2の動作モードでの動作に対する該第1の可変ローパスフィルタまたは該第2の可変ハイパスフィルタを選択する、請求項1に記載の発信/受信装置。
  4. 前記ローパスフィルタが、選択されたチャンネルの帯域幅のN倍に対応する可変遮断周波数を有し、Nが公称帯域外の前記低周波数帯域または前記高周波数帯域のいずれかに位置する周波数のチャンネルの数に対応する、請求項1に記載の発信/受信装置。
  5. 前記第1の動作モードから前記第2の動作モードへの切替えに対応する前記周波数の公称帯域内の高周波数側および低周波数側の閾値が、前記RF周波数変換モジュールの動作周波数帯域および処理するチャンネルの周波数に従って前記ベースバンド処理モジュールによって決定される、請求項2または3に記載の発信/受信装置。
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