JP6741575B2 - 共通に使用されるフィルタを有するモバイル通信装置、このモバイル通信装置の動作方法およびフィルタの使用 - Google Patents

共通に使用されるフィルタを有するモバイル通信装置、このモバイル通信装置の動作方法およびフィルタの使用 Download PDF

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Description

本発明は、共通に使用されるフィルタを有するモバイル通信装置に関し、この共通に使用されるフィルタは、少なくとも2つの異なる動作モードに用いられる。さらに本発明は、モバイル通信装置の動作方法および少なくとも2つの異なる動作モード用のRFフィルタの使用に関する。
全世界でモバイル通信装置(複数)に割り当てられている周波数領域は、多数の周波数バンドを含む。競争力を高めるため、最近のモバイル通信で用いることができなければならない、多数の異なるモバイル通信規格およびデュプレックス方式がある。同時に、常に進歩するモバイル通信装置に組み込まれる電子部品の小型化のトレンドがあり、これらの電子部品に上記の規格およびデュプレックス方式が用いられる。
ヨーロッパにおける現在のモバイル通信規格はGSM(Global System for Mobile communication、登録商標)とUMTS(Universal Mobile Telecommunications Systems)である。現在のデュプレックス方式は、送信信号と受信信号は基本的に同時で、ただし異なる周波数で搬送されるFDD方式(Frequency Division Duplexing)、送信信号と受信信号が順次続いたタイムスロットで交互に搬送されるTDD方式(TDD = Time Division Duplexing)、および送信信号と受信信号が、異なる周波数においても搬送され、またタイムスロットにおいても順次搬送されるGSM規格のデュプレックス方式である。
その構造は出来る限り小さくなければならず、たとえば特許文献1にはマルチバンド動作および/またはマルチモード動作のための回路素子(複数)の一体化のための方法が開示されてはいるが、しかしながら上記の理由のため、このモバイル通信装置は優に10個以上のRFフィルタを備え得る。
これらの相反するトレンドは、クロストークの危険性が常に増大するという結果を生じ、すなわち信号路のノイズ信号が他の信号路とカップリングし、また複雑な回路を使用することによる高コストが生じる結果となる。
ドイツ特許出願公開第10053205A1号公報
したがって本発明の課題は、現在のモバイル通信規格およびデュプレックス方式と互換性のあるモバイル通信装置を提供することであり、ただし公知の装置より複雑性の低いことを特徴とし、したがってより故障せずに動作しかつ安価に製造できる装置を提供することである。さらに本発明の課題は、このようなモバイル通信装置の製造方法を提供することである。
これらの課題は独立請求項に記載の発明により解決される。従属項は有利な実施例を提示する。
モバイル通信装置は、1つのアンテナ,1つの送受信回路,およびこのアンテナと送受信回路との間に回路接続されたRFフィルタを備える。この送受信回路は、第1のRF信号を伝送するための1つの第1のポートと、第2のRF信号を伝送するための1つの第2のポートとを備える。ここでこの第2のRF信号は、第1のRF信号と異なっている。上記のRFフィルタは、上記のアンテナに接続された1つのアンテナポートと、上記の送受信回路に接続された送受信ポートとを備える。
上記のRFフィルタの送受信ポートは、上記の送受信回路の第1のポートおよび第2のポートに接続されている。
ここで上記のアンテナは、RF信号の送信または受信に用いられる。上記の送受信回路は、その送信信号路(複数)に回路接続されている電力増幅器,および受信信号路(複数)に回路接続され得る低ノイズ増幅器(英語:low noise amplifier)のような回路部品を備えてよい。上記のRFフィルタは、モバイル通信装置のアンテナまたは場合によってはモバイル通信装置の複数のアンテナを上記の送受信回路の対応するポートに接続する、フロントエンド回路の一部となっている。上記の一方側のアンテナとRFフィルタの間の接続、あるいはもう一方側のRFフィルタと送受信回路の間の接続は、これらのそれぞれの素子が直に互いに回路接続されていることを意味するものであってよい。同様にさらなる回路素子、たとえばインピーダンスマッチング素子,デュプレクサ,ダイプレクサ,アンテナ回路,またはさらなるフィルタが、上記のアンテナと上記の送受信回路との間のこれらの信号路に回路接続されていてよい。
こうして1つのモバイル通信装置が得られ、このモバイル通信装置では、上記の送受信回路の2つの異なるポートが、1つの同一のRFフィルタを介して上記のアンテナに接続されている。モバイル通信用にグローバルに提供されている無線周波数のバンド幅は非常に大きいが、異なるモバイル通信規格またはデュプレックス方式の個々の周波数バンドにはオーバラップがある。まさにこのような1つの同一または同様な周波数の異なる信号のRFフィルタの使用により、上記のフロントエンド回路の複雑さおよびこれによるモバイル通信装置の複雑さが減少され、以上によりRFフィルタの数が低減されることが知られている。さらに1つの送受信チップ、すなわち上記の送受信回路の少なくとも一部が実現されているチップ上での必要なピン数が低減される。さらにもしバンド選択スイッチの複雑さがあれば、これも低減される。
減少したピン数,低減されたRFフィルタの数,およびバンド幅選択スイッチの低減された複雑さにより、この装置の信号路を伝播するRF信号の信号品質は基本的に改善される。とにかくここで注目すべきは、二重または多重に使用されたRFフィルタがモバイル通信装置およびデュプレックス方式の仕様に従わなければならないことである。むしろここではフィルタの設計が注意深く行われなければならず、かつその物理的な実現が、より小さな許容誤差の傾向によって困難になっているという、このRFフィルタへの部分的に相反する要求が提示されている。
1つの実施形態においては、上記の第1のRF信号は上記の第2のRF信号から、これらが異なるデュプレックス方式を使用することにより区別される。
デュプレックス方式としては、周波数分割デュプレックス方式(たとえばFDD方式),時分割デュプレックス方式(たとえばTDD方式),GSMシステムに用いられている周波数分割と時分割の組合せ方式,たとえばCDMA(CDMA=Code Division Multiple Access)または偏光マルチプレックス方式のような符号デュプレックス方式がある。
1つの実施形態においては、上記の第1および第2のRF信号は異なるモバイル通信規格に属している。モバイル通信規格としては、たとえばAMPS(Advanced Mobile Phone Service),DECT(Digital Enhanced Cordless Telecommunications),GSM(Global System for Mobile communications),LTE(Long-Term Evolution),PCN(ersonal Communication Network),PDC(Personal Digital Cellular),RTMS(Radio Telephone Mobile System),CT1またはCT1+またはCT2(Cordless Telephone),またはUMTS(Universal Mobile Telecommunications System),WLAN(Wireless Local Area Network),WiMAX(Worldwide inter-operability for Microwave Access),IMT−Advanced(International Mobile TelecommunicationsAdvanced)等の規格がある。
1つの実施形態においては、上記の第1および第2のRF信号は、1つの共用の周波数を有する周波数バンド(複数)で伝送され、すなわちこれらの第1および第2のRF信号の周波数バンドは、この第1のRF信号の周波数バンドの一部およびこの第2のRF信号の周波数バンドの一部が1つの共用の周波数となっているように、オーバーラップしている。
一般的にこれらの第1のRF信号と第2のRF信号の周波数バンド(複数)は、これらを同一とすることは技術的に可能かも知れないが、同一ではない。むしろ上記のRFフィルタは、この第1のRF信号もまたこの第2のRF信号もこのフィルタを通過できるように構成されていなければならない。この第1のRF信号の周波数バンドにも、またこの第2のRF信号の周波数バンドにも属さない周波数成分を有する、他の望ましくないRF信号は、このRFフィルタを通過することができない。このため有利にはこのRFフィルタは、これら2つのRF信号の周波数バンドを含む通過バンドを有するバンドパスフィルタである。
この際広い通過バンドを有するバンドパスフィルタの実現は簡単ではない。上記の2つのRF信号の周波数を含まなければならない周波数バンドは、通常はこれら2つのRF信号のそれぞれの個別の周波数バンドより広いので、モバイル通信装置の開発者には難しい技術的な問題が提示されている。これはこのRFフィルタが最終的に、通過バンドにおける近接周波数選択度,離間周波数選択度,挿入損失,および通過バンドスロープの幅に関する仕様を満足しなければならないからである。
大きなバンド幅のRFフィルタでの問題は、これらに付随するQ値である。相対バンド幅が5%から11%に増大すると、このQ値は約900から約300に低下する。このため、仕様で要求されているQ値に対応して、5%,8%,10%,または11%の最大バンド幅は可能な組み合わせが制限され得る。
1つの実施形態においては、上記の第1および第2のRF信号は、11%の最大相対バンド幅を有する1つの周波数バンドで伝送される。ここでこの周波数バンドは、いわゆる共用の周波数バンドであり、上記の第1および第2のRF信号の周波数をサブセット(Teilmengen)として含んでいる。
ここで相対バンド幅RBは、以下のようにして%で定義される。
RB=200*(foB−fuB)/(foB+fuB
ここでfoBは上側のエッジ周波数(Bandkante)であり、は下側のエッジ周波数である。
たとえば電子音響的に活性なデバイスは、最適な動作パラメータおよび設計パラメータの式が見出し得る場合、このような広い通過バンドの実現可能性を提供できることが知られている。
第1および第2のRF信号で共用される、簡単に構築できるRFフィルタは、しかしながら小さな相対バンド幅、たとえば2,4,6,8,または10%の値を有するバンド幅を有してもよい。
1つの実施形態においては、上記のRFフィルタは、SAWフィルタ(SAW=Surface Acoustic Wave=akustische Oberflachenwelle),BAWフィルタ(BAW=Bulk Acoustic Wave=akustische Volumenwelle),GBAWフィルタ(GBAW=Guided Bulk Acoustic Wave=gefuhrte akustische Volumenwelle)から選択される。
このようなRFフィルタは、電極パターン(複数)および圧電材料で動作し、ここで電磁的RF信号は音響波に変換され、また逆に変換される。
このような電子音響フィルタの1つの実施形態においては、上記のRFフィルタは、1つの圧電材料およびこの圧電材料上の1つの電極パターンを備える。2つの大面積で形成された電極パターンの間の1つの圧電材料が1つのBAWデバイスに配設されることも可能である。この電極パターンは、このRFフィルタのバンド幅(すなわち「共用のバンド幅」)が上記の2つのRF信号の2つのバンド幅の小さい方より大きくなるように、この圧電材料上に配設され、かつこの圧電材料の配向が選択されている。
ここでこの圧電材料の配向、すなわち圧電軸の向きあるいはこのデバイス全体の座標系に対しまた上記の電極パターンに対して相対的な、圧電材料の単位格子の軸の向きは、オイラー角によって与えられ得る。オイラー角の適切な選択は、他の電子音響的特性が大きく損なわれることなく、充分に大きなバンド幅を可能とする。
1つの実施形態においては、上記のRFフィルタの送受信ポートは、送受信回路に接続され、ここでこのフィルタに接続された送受信回路の2つ以上のポートが、以下のバンドのTX信号(送信信号)および/またはRX信号(受信信号)の伝送のために設けられている。
−バンド33とバンド39の組合せ、または
−バンド33とバンド37とバンド39の組合せ、または
−バンド33とバンド35とバンド39の組合せ、または
−バンド33とバンド35とバンド37の組合せ、または
−バンド36とバンド37とバンド1900の組合せ、または
−バンド33とバンド36とバンド37とバンド1900の組合せ、または
−バンド35とバンド1800の組合せ、または
−バンド33とバンド35とバンド39とバンド1800の組合せ、または
−バンド33とバンド35とバンド37とバンド39とバンド1800の組合せ、または
−バンド34とバンド36とバンド1900の組合せ、または
−バンド34とバンド36とバンド37とバンド1900の組合せ、または
−バンド33とバンド34とバンド36とバンド37とバンド1900の組合せ。
すなわち、1つの同一のRFフィルタを介して、バンド33のRF信号が第1の信号として、かつバンド39の信号が第2の信号として(これは最初に提示されたバンドの組合せである)、特に用いられ得る。
ここでバンド番号1〜26は、以下の表に基づくFDD方式のバンドを示している。
Figure 0006741575
FDD方式においては、送信信号および受信信号用に異なる周波数が用いられているので、各々のバンドに対してそれぞれの送信周波数(TX)および受信周波数(RX)が与えられることになる。
純粋なTDD方式においては、異なるタイムスロットで送信される送信信号および受信信号のおかげで、同じ周波数が用いられる。これに対応応して、以下の表でバンド33〜43の送信周波数あるいは受信周波数が示されている。
Figure 0006741575
GSM規格においては、送信信号および受信信号は、異なる周波数でもまた異なる時間スロットでも送信あるいは受信される。先ず第一に重要なことは、以下に示される受信周波数バンドである。
Figure 0006741575
バンド(複数)が互いに近接しているか、またはこれらのバンドが実際重なっている場合、フィルタの数を低減するために、これらの周波数を1つの同一のRFフィルタを介して伝送することが考えられる。特に上記の組合せが、見易いように以下に示す表に再度まとめられている。
Figure 0006741575
上述のモバイル通信装置の実施形態例の1つを動作させるための1つの方法は、上記のRFフィルタが、上記の第1のRF信号および上記の第1のRF信号と異なる第2のRF信号により同時に、あるいは順次動作されるように実施される。
換言すれば、第1のRF信号および/または第2のRF信号は、同時にあるいはタイムロットで次々にこのRFフィルタを通って送受信回路からアンテナにあるいはこのアンテナから送受信回路に送り込まれる。
このようにRF信号用に1つのモバイル通信装置に1つの単一のRFフィルタを用いることは、事実上可能であり、このモバイル通信装置の複雑さを低減し、またこれによりこのモバイル通信装置の製造コストを低減する。ここで上記のRF信号は、異なる多重化方法および異なるモバイル通信規格に従っている。
以下では、概略図と代表的な実施形態例を参照して、本発明を詳細に説明する。
1つのモバイル通信装置MFGの概略構造を示す。 RFフィルタがバンドパスフィルタとして構成されている1つの実施形態を示す。 フィルタとアンテナとの間に1つの周波数切替器(Frequenzweiche)を有する1つの実施形態を示す。 さらなる信号路(複数)および1つのバンド選択スイッチを有する1つの実施形態を示す。 複数の信号路を有する1つの実施形態を示す。 RFフィルタがデュプレクサの一部となっている1つの実施形態を示す。 2つのアンテナを有する1つのモバイル通信装置の1つの実施形態を示す。 複数の従来の周波数バンドを含む、互いに相対的にまた適宜拡大された周波数バンドの隣接する周波数領域の配置を示す。
図1は、1つのRFフィルタF,1つの送受信回路TS,およびポート(複数)を有し、これらのポートを介してこれらのフィルタと送受信回路とが接続されている、1つのモバイル通信装置MFGを示す。特にこのモバイル通信装置は、1つのアンテナポートAPと1つの送受信ポートTPを備える。このRFフィルタFは、このアンテナポートを介して、1つのアンテナに接続されている。その送受信ポートを介して、このRFフィルタFはこの送受信回路TSのポート(複数)に接続されている。具体的にはこの送受信回路は、1つの第1のポートP1と1つの第2のポートP2とを備え、これらを介してこのフィルタの送受信ポートがこの送受信回路と接続されている。図1に示す実施形態は、上記のアンテナおよび送受信回路との上記のフィルタの直接的な回路接続を示す。代替として別の回路素子が、インピーダンスマッチングを行うためまたは別のフィルタ機能を実現するために、上記のアンテナと上記の送受信回路との間に回路接続されていてよい。
図2は、RFフィルタFがバンドパスフィルタBPFとして実装されている1つの実施形態を示す。ここではこのバンドパスフィルタBPFは、前記の第1のRF信号および前記の第2のRF信号が通過することができるように構成された通過バンドを有する。
図3は、RFフィルタFとアンテナとの間に1つの周波数切替器Wが回路接続されている、1つの実施形態を示す。こうしてこの周波数切替器Wは、異なる信号路を同一のアンテナに接続することができる。ここでこの周波数切替器Wは、ダイプレクサとして,デュプレクサとして,またはバンド選択フィルタとして構成されていてよい。もう1つの信号路において、このモバイル通信装置は、もう1つのバンドパスフィルタを備え、このバンドパスフィルタはRFフィルタFに対し並列に回路接続されており、かつアンテナの送受信回路との間で送信信号または受信信号を伝送することを可能とする。
図4は、上記の周波数切替器Wがバンド選択スイッチSとして構成されている、1つの実施形態を示し、このバンド選択スイッチを介して上記のアンテナは任意に3つの並列信号路の1つを、あるいはもっと一般的には複数の並列な信号路の1つを、上記のアンテナから上記の送受信回路TSに回路接続することができる。
図5は、上記のRFフィルタFが、対称的に(バランスで)実装された信号導体路を介して、1つの低雑音増幅器LNAの対応ポート(複数)に回路接続されている、1つの実施形態を示す。基本的に問題となるのは、非対称に(アンバランスで)実装された信号導体路(複数)であり、これらにおいてはRF信号が1つの基準電位に対して伝送される。バランス実装された信号導体路は、2つの並列の導体路部分を備え、ここで各々の導体路部分にはそれぞれの他の伝送信号に対し相対的に180°の位相差のRF信号が伝送される。このようなバランス実装された信号導体路は、コモンモードノイズに対しより低感度である。
本発明によるモバイル通信装置は、以上に示されたRFフィルタの他に、第1のモードと第2のモードとの異なるRF信号を有するアプリケーションで共用で用いられる、さらなるRFフィルタF2を備えてよい。
さらに本発明によるモバイル通信装置は、複数のさらなるフィルタを並列の信号路に備えてよく、これにより複数の送信規格および多重化方法を取り扱うことができる。
図6は、上記のRFフィルタFが1つのデュプレクサDUの送信フィルタFRXとして構成されている、1つの実施形態を示す。この受信フィルタFRXを介して、たとえばFDDバンド2およびGSM1900の受信信号、およびTDDバンド36の信号が伝播可能である。
図7は、モバイル通信装置MFGが、アンテナA1の他に、もう1つのアンテナA2を備える、1つの実施形態を示し、この実施形態によりたとえば追加的な周波数バンド(複数)、たとえば2.7GHz帯でのRF信号を送信および受信することができる。ここで1つのRFフィルタの共用は、さらなるアンテナ,さらなる信号路,およびさらなるフィルタおよび送受信回路、および1つの共用の送受信回路の部分によって妨害されない。上記の、異なる周波数バンド用に異なる多重化方法あるいは異なる送信規格が用いられることは、モバイル通信装置の他の一般的な回路素子にも適合するものであり、こうして別のフィルタへのマッチングに関するコスト、場合によってはインピーダンスマッチングのコストが低くなる。
図8は、代表的なTDD周波数バンドおよび/またはGSM周波数バンドの相対位置を示す。斜線で示された周波数バンドは、その周波数領域に2つ以上の代表的な周波数バンドを含んでいる。各々の組み合わされた周波数バンドに付随する参照番号は、当然これらの周波数バンドを示している。このように図8は上記の表に示されたバンド組合せを図示するものである。
1800 : GSM RXバンド 1800
1900 : GSM RXバンド 1900
33−39: TDDバンド
A1 : アンテナ
A2 : アンテナ
AP : RFフィルタのアンテナポート
BPF : バンドパスフィルター
DU : デュプレクサ
F : RFフィルタ
F2 : さらなる共用のRFフィルタ
FRX : 受信フィルタ
FTX : 送信信号フィルタ
LNA : 低雑音増幅器
MFG : モバイル通信装置
P1 : 送受信回路の第1のポート
P2 : 送受信回路の第2のポート
PA : 送信信号路における電力増幅器
S : バンド選択スイッチ
TP : RFフィルタの送受信ポート
TS : 送受信回路
W : 周波数切替器

Claims (7)

  1. モバイル通信装置であって、
    1つのアンテナ,1つの送受信回路,および当該アンテナと当該送受信回路との間に回路接続された無線周波数(RF)フィルタを備え、
    前記送受信回路は、第1のRF信号を伝送するための1つの第1のポートと、当該第1のRF信号と異なる第2のRF信号を伝送するための1つの第2のポートを備え、
    前記RFフィルタは、前記アンテナに接続された1つのアンテナポートと、前記送受信回路に接続された送受信ポートと、を備え、
    前記RFフィルタの送受信ポートは、前記送受信回路の前記第1のポートおよび前記第2のポートに同時に接続され、
    前記第1のRF信号の周波数バンドの一部および前記第2のRF信号の周波数バンドの一部がオーバーラップし、前記第1のRF信号の周波数バンドは前記第2のRF信号の周波数バンドとは異なり、
    前記RFフィルタは、前記第1のRF信号の周波数バンドおよび前記第2のRF信号の周波数バンドの双方を通過させる通過バンドを有する、
    ことを特徴とするモバイル通信装置。
  2. 前記第1のRF信号および前記第2のRF信号は、異なるデュプレックス方式を用いることを特徴とする、請求項1に記載のモバイル通信装置。
  3. 前記第1のRF信号および前記第2のRF信号は、異なるモバイル通信規格に従っていることを特徴とする、請求項1または2に記載のモバイル通信装置。
  4. 前記第1のRF信号および前記第2のRF信号は、11%の最大相対バンド幅を有する1つの周波数バンドで伝送されることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のモバイル通信装置。
  5. 前記RFフィルタは、SAWフィルタ,BAWフィルタ,GBAWフィルタから選択されることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のモバイル通信装置。
  6. 前記RFフィルタは、1つの圧電材料と当該圧電材料上の1つの電極パターンとを備え、
    前記電極パターンは、前記RFフィルタのバンド幅が前記第1のRF信号および前記第2のRF信号の2つのバンド幅の小さい方より大きくなるように、前記圧電材料上に配設されかつ前記圧電材料の配向が選択されている、
    ことを特徴とする、請求項5に記載のモバイル通信装置。
  7. 前記RFフィルタの前記送受信ポートは、前記送受信回路のポートに接続されており、
    前記送受信回路は、以下のバンド
    −バンド33とバンド39の組合せ、または
    −バンド33とバンド37とバンド39の組合せ、または
    −バンド33とバンド35とバンド39の組合せ、または
    −バンド33とバンド35とバンド37の組合せ、または
    −バンド36とバンド37とバンド1900の組合せ、または
    −バンド33とバンド36とバンド37とバンド1900の組合せ、または
    −バンド35とバンド1800の組合せ、または
    −バンド33とバンド35とバンド39とバンド1800の組合せ、または
    −バンド33とバンド35とバンド37とバンド39とバンド1800の組合せ、または
    −バンド34とバンド36とバンド1900の組合せ、または
    −バンド34とバンド36とバンド37とバンド1900の組合せ、または
    −バンド33とバンド34とバンド36とバンド37とバンド1900の組合せ、
    の送信信号およびまたは受信信号の伝送のために設けられていることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか1項に記載のモバイル通信装置。
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