JP6873106B2 - シリアル相互接続の較正 - Google Patents
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Description
本出願は、2015年9月10日に出願された、米国仮特許出願第62/216,592号の利益を主張し、その全内容は、参照により本明細書に組み入れられる。
第1の位相/大きさ較正方法を、図1に示されるシステムを用いて説明するが、この方法は、本質的には、図1に示されている特定の実施態様よりも概括的であることを理解されたい。シリアル相互接続1aは、2つの端点XおよびYを接続し、中間点AおよびBを有する。システムに入力信号を供給する入力信号発生器2が、スイッチ3を介して端点Xでシリアル相互接続1aに結合されている。スイッチ3がオンの場合、入力信号発生器2は、シリアル相互接続1aを通して、点X、A、B、およびYを含むこの直列リンク上の多くの点に信号を送ることができる。
上述した第1の較正方法の限界は、入力信号発生器2がシリアル相互接続1aを駆動している間、シリアル相互接続1a上の位相の変化/大きさの変化を検出することができない、ということである。さらに、信号源100、101、または102のうちのいずれかをオンにすることにより、入力信号発生器2からの信号の伝搬に干渉し、入力信号発生器からの信号は、PD/MR検出器4の出力において誤差を生じることになる。明らかに、この問題は、位相の変化/大きさの変化を検知すること、および較正後の位相および大きさでシステムを動作させること、の両方のために、同じシリアル相互接続が用いられるという事実の結果である。したがって、シリアル相互接続1aの較正を繰り返すか、または再確認することが必要な場合には、発生器2は、スイッチ3をオフにすることによりシリアル相互接続1aから切断されなければならない。用途によっては、これは受け入れられない。例えば、シリアル相互接続1aがライブ通信ネットワークで使用する信号を伝える場合には、入力信号発生器2のスイッチをオフにすることで通信が中断する。しかも、現場の動作条件により、位相/大きさ較正プロセスの繰り返しを必要とするシリアル相互接続1aの伝送特性が変わる場合がある。第1の方法は、シリアル相互接続の動作を停止せずに、シリアル相互接続を較正する可能性を提供するものではない。
上述した第1の方法および第2の方法のいずれにおいても、シリアル相互接続上の点の間の位相差および大きさの差の検知は、それぞれの点からシリアル相互接続上に両方向に信号を送ることにより行われる。前述したように、どの点においても信号の反射がないことが不可欠である。そうでなければ検知誤差が生じる。反射は、第1の方法の説明で示された等式を、実際上予測が非常に困難な方法で変える定常波パターンを生成する。有害な反射が実際に起こり得る最も重要な点は、図3のシステムでは端点X、W、X’およびY’である。これらの反射は、シリアル相互接続を終了する整合が不完全なネットワークが引き金となって生じる。これらの整合ネットワークは、シリアル相互接続上を伝搬する信号の全電力を吸収しなければならないので、たとえわずかな整合誤差であっても、依然として厄介な反射を生成する可能性がある。端点とは異なり、図3の中間点A、B、A’およびB’は、低結合係数で結合器を設計することが可能であるため、著しい反射を生じにくいので、わずかな不整合が存在していたとしても、当然、反射は低減する。第1の較正方法および第2の較正方法については、端点反射の問題は、優良な終端を用いることによってのみ低減することができる。
上述した第2の方法および第3の方法では、入力信号発生器2の信号を分配するために用いられるシリアル相互接続1とは異なるシリアル相互接続上の、点の間の位相差および大きさの差を検知している。その結果、シリアル相互接続1a、1bおよび1c上で用いられる較正信号は、シリアル相互接続1上に分配された信号とは異なっている場合がある。例えば、入力信号発生器2の信号が帯域通過変調信号(例えば、典型的な通信信号)である場合には、シリアル相互接続1a、1bおよび1c上の較正信号は、単一の無変調の信号音である可能性がある。この信号音の周波数は、システムで用いられるすべての周波数におけるシリアル相互接続の伝送特性(位相の変化および大きさの変化)が、同じであるか、または考慮する周波数のセット内のある周波数において有効な値から引き出し得るようなものでなければならない。通常、信号音の周波数が帯域通過変調信号の周波数に十分に近似しており、かつ、帯域通過変調信号の帯域幅が限度内にある場合には、これがあてはまる。
シリアル相互接続の位相および大きさ較正のための上記4つの方法から、他の可能性を引き出すことができる。例えば、第1の方法は、第2の整合されたシリアル相互接続を導入するのであれば、指向性結合器とともに適用することができる。これは、図5の第4の方法のシリアル相互接続1cおよび1dを、スイッチ600、601、および602、ならびに信号注入回路700、701、701を用いる代わりに、2つのシリアル相互接続に等しい信号を注入する信号源100、101、および102とともに用いることと同等になる。ちょうど第1の方法の場合と同様に、この変形例は、入力信号発生器2の信号を同時に較正し、分配することはできない。
例示的な一実施形態を示す図6を参照すると、コントローラ(またはプロセッサシステム)は、図示された動作を実行してシリアル相互接続システムを較正するようにプログラムされている。
コヒーレントな、位相同期された、大きさが等しい信号を分配するための上記手法は、アナログおよびデジタルフェーズドアレイアンテナシステムの設計に特に適用することができる。これらの概念を適用し得る能動的なアナログフェーズドアレイの一例を図7に示す。このアーキテクチャは、米国特許第8,611,959号明細書に記載のアーキテクチャに類似しており、その全内容は、参照により本明細書に組み入れられる。
シリアル相互接続を較正するための上記手法は、フェーズドアレイ較正に対してもまた特に適用することができる。一適用例が、図8に図示されている。この図のフェーズアレイシステムは、ベースバンドプロセッサ200と、アレイフレーム201と、複数のアンテナ素子150に結合された複数のTx/Rxモジュール235と、からなる。Tx/Rxモジュール235は、図7のブロック234に類似した標準的な無線周波数(RF)モジュールである。アレイフレーム201は、フェーズドアレイの特定の実装のために必要な回路をすべて含んだブロックである。例えば、図7のアナログフェーズドアレイの場合では、アレイフレーム201は、ネットワーク50と、ネットワーク60と、LO信号源80と、IF段90と、制御ブロック110および120と、を含んでいる。デジタルフェーズドアレイでは、アレイフレーム201は、複数のデータ変換器およびフィルタ、サンプリングクロック回路、デジタル移送回路などを含んでいる。ここで説明する適用は、どのタイプの、すなわち、アナログ、デジタル、またはハイブリッド(一部がアナログで一部がデジタル)のフェーズドアレイに対しても有効である。
Claims (20)
- シリアル相互接続システムに係る方法であって、前記シリアル相互接続システムは、第1のノードと、第2のノードと、当該シリアル相互接続システムによって直列に電気的に接続された一組の較正ノードを含む複数の内部ノードと、前記直列に接続された一組の較正ノードに対応するとともに、当該シリアル相互接続システムによって直列に電気的に接続された一組の接続ノードと、を有しており、当該方法は、
前記一組の較正ノードのうちのそれぞれの較正ノードについて、
対応する基準信号を前記較正ノードに注入することと、
前記対応する基準信号がその較正ノードに注入されている間に、前記第1のノードおよび前記第2のノードで現われる信号から一以上のシステムパラメータを決定すること、ここで前記一以上のシステムパラメータのそれぞれは、前記第1のノードおよび前記第2のノードの両方で現われる信号の関数である、
を含む測定手順を実行するステップと、
前記一組の較正ノードについて決定された前記一以上のシステムパラメータから、前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードについて補正を計算するステップと、
前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードについて計算された前記補正を、前記一組の接続ノードに関連する信号に適用するステップと、
を含む、方法。 - 前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードについて、当該較正ノードに対して決定される一以上のシステムパラメータの一つは、前記対応する基準信号が前記較正ノードに注入されている間に前記第1のノードおよび前記第2のノードに現れる前記信号の位相の関数であり、
前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードに対して計算される前記補正は、位相補正である、請求項1に記載の方法。 - 前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードについて、当該較正ノードに対して決定される前記一以上のシステムパラメータのうちの一つは、前記対応する基準信号が当該較正ノードに注入されている間に前記第1のノードおよび前記第2のノードに現れる前記信号の大きさの関数であり、
前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードについて計算される前記補正は、大きさの補正である、請求項1に記載の方法。 - 前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードについて、
当該較正ノードに対して決定される前記一以上のシステムパラメータのうちの一つは、前記対応する基準信号が当該較正ノードに注入されている間に前記第1のノードおよび前記第2のノードに現れる前記信号の大きさの関数であり、
前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードに対して計算される前記補正は、さらに位相補正を含む、請求項2に記載の方法。 - 第1の基準信号を前記第1のノードに注入するステップと、
前記第1の基準信号が前記第1のノードに注入されている間に、前記第1のノードおよび前記第2のノードに現れる信号から他の1以上のシステムパラメータを決定するステップであり、ここで前記他の1以上のシステムパラメータのそれぞれは、前記第1のノードおよび前記第2のノードの両方に現れる信号の関数であるステップと、
をさらに含み、
前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードについて補正を計算するステップは、前記第1のノードの前記他の1以上のシステムパラメータも用いる、請求項1に記載の方法。 - シリアル相互接続システムを含む方法であって、当該シリアル相互接続システムは、第1のノード、第2のノード、当該シリアル相互接続システムによって電気的に直列に接続された一組の較正ノードを含む複数の内部ノード、および、前記一組の直列に接続された較正ノードに対応し前記シリアル相互接続システムにより電気的に直列に接続されている一組の接続ノード、を有しており、
当該方法は、以下の工程:
前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードについて、以下の工程:
対応する基準信号を当該較正ノードに注入すること;および、
前記対応する基準信号が当該較正ノードに注入されている間に、前記第1のノードおよび前記第2のノードに現れる信号から1以上のシステムパラメータを決定すること、ここで、前記1以上のシステムパラメータは、前記第1のノードおよび前記第2のノードの両方に現れる前記信号の関数である;
を含む測定手順を施すこと、
前記一組の較正ノードに対して決定された前記1以上のシステムパラメータから、前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードに対する補正を計算すること;および
前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードに対して計算された前記補正を、前記一組の接続ノードに関連する信号に適用すること;
を含み、
前記シリアル相互接続システムは、前記第1のノード、前記一組の接続ノード、および前記第2のノードを直列に相互接続する第1のシリアル相互接続を備え、
前記複数の内部ノードのうちのそれぞれの内部ノードは、前記一組の較正ノードのうちの較正ノードと前記一組の接続ノードのうちの接続ノードの両方である方法。 - 前記シリアル相互接続システムは、
前記第1のノード、前記一組の較正ノード、および前記第2のノードを直列に相互接続する部分を有する第1のシリアル相互接続と、
前記一組の接続ノードを直列に相互接続する部分を有する第2のシリアル相互接続と、
を含み、
前記第1のシリアル相互接続と前記第2のシリアル相互接続は別個のものである、請求項1に記載の方法。 - 前記一組の較正ノードを直列に相互接続する前記第1のシリアル相互接続の前記部分と、前記一組の接続ノードを直列に相互接続する前記第2のシリアル相互接続の前記部分とは、電気的に整合されている、請求項7に記載の方法。
- 前記シリアル相互接続システムは、
前記第2のノードと前記一組の較正ノードを直列に相互接続する部分を有する第1のシリアル相互接続と、
前記第1のノードと前記一組の較正ノードを直列に相互接続する部分を有する第2のシリアル相互接続と、
前記一組の接続ノードを直列に相互接続する部分を有する第3のシリアル相互接続と、を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記一組の較正ノードを直列に相互接続する前記第1のシリアル相互接続の前記部分、
前記一組の較正ノードを直列に相互接続する前記第2のシリアル相互接続の前記部分、および、
前記一組の接続ノードを直列に相互接続する前記第3のシリアル相互接続の前記部分と、は電気的に整合されている、請求項9に記載の方法。 - シリアル相互接続システムであって、
第1のノード、
第2のノード、
当該シリアル相互接続システムによって電気的に直列に接続された一組の較正ノードを含む複数の内部ノード、および、
当該シリアル相互接続システムによって電気的に直列に接続され、前記一組の直列接続された較正ノードに対応する一組の接続ノード、
を含むシリアル相互接続システム;
前記シリアル相互接続システムの前記第1のノードおよび前記第2のノードに電気的に接続され、前記第1のノードおよび前記第2のノードに現れる信号から1以上のシステムパラメータを決定するための検出器システムであって、前記1以上のシステムパラメータのそれぞれは、前記第1のノードおよび前記第2のノードに現れる両方の前記信号の関数である、検出器システム;
複数の切り替え可能に制御される信号源であって、それぞれの切り替え可能に制御される信号源は、前記一組の較正ノードの異なる対応する一つに接続される、信号源;および、
以下の機能:
前記一組の較正ノードのそれぞれに対し、以下:
当該較正ノードに対する前記切り替え可能に制御された信号源に、当該較正ノードに対応する基準信号を注入させること;および
前記対応する基準信号が当該較正ノードに注入されている間、前記検出器システムに、前記第1のノードおよび前記第2のノードに現れる前記信号から、前記1以上のシステムパラメータを決定させること;
を含む測定手順を実行すること、
前記一組の較正ノードに対して決定された前記1以上のシステムパラメータから、前記一組の較正ノードのそれぞれの補正を計算すること;および、
前記一組の較正ノードのそれぞれに対し計算された補正を前記一組の接続ノードに関連付けられた信号に適用すること;
を実行するようにプログラムされた制御システム;
を備える、装置。 - 前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードについて、当該較正ノードに対して決定された前記1以上のシステムパラメータの一つは、前記対応する基準信号が当該較正ノードに注入されている間に前記第1のノードおよび前記第2のノードに現れる前記信号の位相の関数であり、
前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードに対して計算される補正は、位相補正である、請求項11に記載の装置。 - 前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードについて、当該較正ノードに対して決定された前記1以上のシステムパラメータの一つは、前記対応する基準信号が当該較正ノードに注入されている間に前記第1のノードおよび前記第2のノードに現れる前記信号の大きさの関数であり、
前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードに対して計算される補正は、大きさの補正である、請求項11に記載の装置。 - 前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードについて、当該較正ノードについて決定された前記1以上のシステムパラメータのうちの一つは、前記対応する基準信号が当該較正ノードに注入されている間に、前記第1のノードおよび前記第2のノードに現れる前記信号の大きさの関数であり、
前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードに対して計算される補正は、大きさの補正をさらに含む、請求項12に記載の装置。 - 前記第1のノードに接続され、切り替え可能に制御された第1の信号源;をさらに備え、
前記制御システムは、さらに次の機能:
前記切り替え可能に制御された第1の信号源に、第1の基準信号を前記第1のノードに注入させること;
前記第1の基準信号が前記第1のノードに注入されている間、前記検出器システムに、前記第1のノードおよび前記第2のノードに現れる信号から、他の1以上のシステムパラメータを決定させること;
を実行するようにプログラムされており、
ここで、前記一組の較正ノードのそれぞれの較正ノードに対する補正を計算することは、前記第1のノードに対する前記1以上のシステムパラメータも使用する、請求項11に記載の装置。 - シリアル相互接続システムであって、
第1のノード、
第2のノード、
当該シリアル相互接続システムによって電気的に直列に接続された一組の較正ノードを含む複数の内部ノード、および、
当該シリアル相互接続システムによって電気的に直列に接続され、前記一組の直列接続された較正ノードに対応する一組の接続ノード、
を含むシリアル相互接続システム;
前記シリアル相互接続システムの前記第1のノードおよび前記第2のノードに電気的に接続され、前記第1のノードおよび前記第2のノードに現れる信号から1以上のシステムパラメータを決定するための検出器システムであって、前記1以上のシステムパラメータのそれぞれは、前記第1のノードおよび前記第2のノードに現れる両方の前記信号の関数である、検出器システム;
複数の切り替え可能に制御される信号源であって、それぞれの切り替え可能に制御される信号源は、前記一組の較正ノードに対応する異なる一つに接続される、信号源;および、
以下の機能:
前記一組の較正ノードのそれぞれに対し、以下:
当該較正ノードに対する前記切り替え可能に制御された信号源に、当該較正ノードに対応する基準信号を注入させること;および
前記対応する基準信号が当該較正ノードに注入されている間、前記検出器システムに、前記第1のノードおよび前記第2のノードに現れる前記信号から、前記1以上のシステムパラメータを決定させること;
を含む測定手順を実行すること、
前記一組の較正ノードに対して決定された前記1以上のシステムパラメータから、前記一組の較正ノードのそれぞれの補正を計算すること;および、
前記一組の較正ノードのそれぞれに対し計算された補正を前記一組の接続ノードに関連付けられた信号に適用すること;
を実行するようにプログラムされた制御システム;を備え、
ここで、前記シリアル相互接続システムは、前記第1のノード、前記一組の接続ノード、および前記第2のノードを直列に相互接続する第1シリアル相互接続を備え、
前記複数の内部ノードのうちのそれぞれの内部ノードは、前記一組の較正ノードのうちの較正ノード、および、前記一組の接続ノードのうちの接続ノード、の両方を備える、装置。 - 前記シリアル相互接続システムは、
その一部が、前記第1のノード、前記一組の較正ノード、および前記第2のノードを直列に相互接続する部分を有する第1のシリアル相互接続と、
その一部が、前記一組の接続ノードを直列に相互接続する部分を有する第2のシリアル相互接続と、
を含み、
前記第1のシリアル相互接続と前記第2のシリアル相互接続は別個のものである、請求項11に記載の装置。 - 前記一組の較正ノードを直列に相互接続する前記第1のシリアル相互接続の前記部分と、前記一組の接続ノードを直列に相互接続する前記第2のシリアル相互接続の前記部分とは、電気的に整合されている、請求項17に記載の装置。
- 前記シリアル相互接続システムは、
前記第2のノードと前記一組の較正ノードとを直列に相互接続する部分を有する第1のシリアル相互接続と、
前記第2のノードと前記一組の較正ノードとを直列に相互接続する部分を有する第2のシリアル相互接続と、
前記一組の接続ノードを直列に相互接続する部分を有する第3のシリアル相互接続と、を含む、請求項11に記載の装置。 - 前記一組の較正ノードを直列に相互接続する前記第1のシリアル相互接続の前記部分、前記一組の較正ノードを直列に相互接続する前記第2のシリアル相互接続の前記部分、および前記一組の接続ノードを直列に相互接続する前記第3のシリアル相互接続の前記部分は、電気的に整合している、請求項19に記載の装置。
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