JP7109825B2 - マルチモジュールシステムにおける基準信号の分配 - Google Patents

Description

（分野）
本発明は、マルチモジュール無線周波数較正、特に、無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）の較正を対象とする。

（背景）
マルチモジュールシステムは、典型的には、リアルタイム較正のために、周波数および位相基準信号の共有を要求する。そのようなシステムでは、モジュールの恣意的に選択されたポート間の伝送特性を測定することが望ましい。例えば、位相アレイレーダシステムでは、位相ビームを特定の方向に指向可能にするために、個別のアンテナにおける相対的位相特性を把握する必要がある。別の実施例では、マルチ入力／マルチ出力（ＭＩＭＯ）レーダシステムは、受信された信号を相互に参照することを要求する。

理想的条件下では、基準信号の測定は、概して、簡単である。しかしながら、伝送損失が高いとき、モジュールポート間の信号漏出は、基準測定に干渉する。例えば、ベクトルネットワーク分析器（ＶＮＡ）を用いてマルチポート測定を行うとき、典型的には、ＶＮＡのポート間にある程度の信号漏出が存在し、これは、測定のダイナミックレンジを限定する。本問題は、特に、単一ＲＦＩＣの場合に顕著であり、隔離は、短いポート間距離、ならびにＲＦＩＣ、パッケージ、および印刷回路基板（ＰＣＢ）の本質的に制限された隔離のために限定される。ここでは、隔離のための可能性が高い限界は、約５０ｄＢ程度であり、最も離して分離されるＲＦＩＣポート間で達成される。

前述の隔離問題に対する公知の改良は、ポート毎に別個の遮蔽されたＲＦＩＣを使用することである。このように、被試験デバイス（または媒体）（以降、「ＤＵＴ」と示される）に伝送される信号は、有意に優れた隔離を有し、ＤＵＴを通して通過する信号のみ、他のＲＦＩＣに到達する。しかしながら、残念ながら、これは、位相基準を対合されるＲＦＩＣに提供する問題を導入する。ＲＦＩＣは、異なるシンセサイザを有し得、したがって、別のＲＦＩＣ内でダウンコンバートされた、あるＲＦＩＣからの信号の位相は、直接測定されることができなく、すなわち、比較測定のみが、行われることができる。これは、基準信号のサンプルが受信側ＲＦＩＣに提供されることを要求する。基準を提供するための簡単なアプローチは、受信ポートを介して、伝送された信号のサンプルを受信側ＲＦＩＣにもたらし、次いで、ＤＵＴからの信号と伝送側ＲＦＩＣからの基準信号との間の位相差を測定することである。しかしながら、試験周波数において信号をもたらすことは、受信側ＲＦＩＣが限定された隔離を有するため、ＤＵＴからの信号を汚染させる可能性がある。問題は、基準信号を弱化させることによって軽減され得るが、そうすることによって、また、基準の信号対雑音比の低下のため、測定正確度も低減させる。

前述の条件および制限下、信号漏出を低減または排除し、測定に及ぼす信号漏出の影響を低減または排除し、かつ信号漏出にかかわらず、正確な測定を行うための方法を有することが望ましいであろう。これらの目標は、本発明の実施形態によって充足される。

（要約）
本発明の種々の実施形態は、複数の受信機および送信機を有するＲＦシステム内の基準信号の効率的かつ規則正しい分配を提供する。これらの実施形態は、限定ではないが、全対全基準結合を特徴とするスター結合器および近隣モジュール間基準共有を含む構成において、モジュールの異なるポート間に基準共有を提供する。

加えて、本発明のある実施形態は、各基準信号に一意のシグネチャを供し、個々の基準信号が、必要に応じて、システム全体を通して識別および分離されることを可能にすることによって、モジュール間で共有されている基準信号のための隔離を提供する。本発明の種々の実施形態によると、シグネチャは、周波数偏移または二位相偏移符号化を介して適用されることができる。

したがって、本発明のある実施形態によると、無線周波数送受信機システムであって、（ａ）伝送された信号をある伝送周波数で伝送するための送信機と、（ｂ）伝送された信号を受信された伝送された信号として受信するための受信機であって、（ｃ）受信機は、受信された伝送された信号を伝送周波数から中間周波数に受信機中間周波数信号としてダウンコンバートするための、ある局部発振器周波数における局部発振器信号を有する局部発振器を含む、受信機と、（ｄ）伝送された信号を伝送周波数から中間周波数に送信機中間周波数信号としてダウンコンバートするための、送信機と関連付けられた送信機ダウンコンバータと、（ｅ）局部発振器信号を局部発振器から送信機ダウンコンバータに伝達するための、局部発振器から送信機ダウンコンバータへの基準信号経路と、（ｆ）受信機中間周波数信号と送信機中間周波数信号との間の位相差を測定するための位相コンパレータとを含む、システムが、提供される。

加えて、本発明の別の実施形態によると、伝送された信号を伴う送信機と、局部発振器信号および受信機中間周波数信号を伴う受信機と、送信機ダウンコンバータとを有する、無線周波数送受信機システムを較正するための方法であって、方法は、（ａ）ダウンコンバータを介して、局部発振器信号に従って、伝送された信号を送信機中間周波数信号にダウンコンバートすることと、（ｂ）受信機中間周波数信号と送信機中間周波数信号との間の位相差を測定することと、（ｃ）位相差に従って、送受信機システムを較正することとを含む、方法もまた、提供される。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
無線周波数送受信機システムであって、
伝送された信号をある伝送周波数で伝送するための送信機と、
前記伝送された信号を受信された伝送された信号として受信するための受信機であって、前記受信機は、前記受信された伝送された信号を前記伝送周波数から中間周波数に受信機中間周波数信号としてダウンコンバートするための、ある局部発振器周波数における局部発振器信号を有する局部発振器を含む、受信機と、
前記伝送された信号を前記伝送周波数から前記中間周波数に送信機中間周波数信号としてダウンコンバートするための、前記送信機と関連付けられた送信機ダウンコンバータと、
前記局部発振器信号を前記局部発振器から前記送信機ダウンコンバータに伝達するための、前記局部発振器から前記送信機ダウンコンバータへの基準信号経路と、
前記受信機中間周波数信号と前記送信機中間周波数信号との間の位相差を測定するための位相コンパレータと
を備える、システム。
（項目２）
前記送信機および受信機は、構成可能モジュールであり、前記システムは、送信機ポートおよび受信機ポートを有する、項目１に記載の無線周波数送受信機システム。
（項目３）
前記送信機は、前記送信機ダウンコンバータを含む、項目１に記載の無線周波数送受信機システム。
（項目４）
前記位相差は、前記システムを較正するために使用される、項目１に記載の無線周波数送受信機システム。
（項目５）
伝送された信号を伴う送信機と、局部発振器信号および受信機中間周波数信号を伴う受信機と、送信機ダウンコンバータとを有する、無線周波数送受信機システムを較正するための方法であって、前記方法、
前記ダウンコンバータを介して、前記局部発振器信号に従って、前記伝送された信号を送信機中間周波数信号にダウンコンバートすることと、
前記受信機中間周波数信号と前記送信機中間周波数信号との間の位相差を測定することと、
前記位相差に従って、前記送受信機システムを較正することと
を含む、方法。

開示される主題は、付随の図面とともに熟読されるとき、以下の発明を実施するための形態を参照することによって最も良く理解され得る。

図１は、無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）の上位ブロック図である。 図２は、例示的伝送／受信モジュールのブロック図である。 図３は、２つのＲＦＩＣのシステムのブロック図である。 図４Ａは、較正のために使用される双方向ポートを有する、マルチモジュールＲＦＩＣシステムのブロック図である。図４Ｂは、較正のために使用される専用ポートを有する、マルチモジュールＲＦＩＣシステムのブロック図である。 図５Ａは、伝送モジュールから受信モジュールに送信される基準信号を示す、ブロック図である。 図５Ｂは、受信モジュールから伝送モジュールに送信される基準信号を示す、ブロック図である。 図６Ａは、簡略化された全対全対称スター結合器の概略図である。図６Ｂは、対称全対全基準信号分配装置のブロック図である。図６Ｃは、例示的８ポート全対全Ｂｕｔｌｅｒ／Ｈａｄａｍａｒｄ結合器のブロック図である。

便宜上、かつ例証を明確にするために、図に示される要素は、必ずしも、正確な縮尺で描かれておらず、いくつかの要素の寸法は、他の要素に対して誇張され得る。加えて、参照標識は、対応または類似する要素を示すために図間で繰り返され得る。

（詳細な説明）
本発明のある実施形態は、ＤＵＴからの信号の中への基準信号の漏出が測定誤差を生じさせないように、伝送された信号と異なる基準信号を提供する。これらの実施形態のうちのいくつかでは、基準信号は、伝送された信号に数学的に直交する。関連実施形態によると、直交性は、周波数オフセットによって得られる。別の関連実施形態によると、直交性は、高速または低速のいずれかの二位相偏移変調（ＢＳＰＫ）によって得られる。

一実施形態では、伝送側ＲＦＩＣは、ＢＰＳＫを使用して、基準を他のＲＦＩＣに伝達する（その非限定的実施例は、１ＭＨｚ変調を使用する）。ＤＵＴへの信号は、連続波（ＣＷ）として送信される。その結果、基準信号は、０Ｈｚ（ＤＣ）においてスペクトル成分を含有しない。受信側ＲＦＩＣは、（ポートのうちの１つ上の）ＤＵＴからのＣＷ信号および（別のポート上の）ＢＰＳＫ変調信号の両方を受信する。基準信号は、基準フェーザを得るように、ソフトウェア内でＢＰＳＫ復調、ダウンコンバート、および積分される。基準およびＤＵＴ信号は、直交するため、相互汚染は存在しない。ＢＰＳＫ変調は、基準を送信するＴＲモジュールにおけるＢＰＳＫトグリングを通して実装されることができ（但し、雑音を導入し得）、すなわち、恣意的波形発生（ＡＷＧ）を通した変調は、ＲＦＩＣ_１が、伝送されたＣＷ信号の発生専用であり、かつ、ＲＦＩＣ_２が、ＣＷ受信された信号の発生専用であるため、選択肢ではない。代替実施形態では、ＢＰＳＫ変調は、基準を受信する伝送モジュール内の局部発振器（ＬＯ）信号上で行われる。

本発明の別の実施形態では、伝送チップは、ＢＰＳＫ変調を使用して、スナップショット毎に基準を他のチップに伝達する。あるスナップショットは、通常極性において送信される基準を用いて、他のスナップショットは、反対極性において送信される基準を用いて得られる。２つのスナップショットは、通常信号に対して加算され、基準信号に対して減算される。スナップショットは、同一分解能帯域幅（ＲＢＷ）を維持するために、時間的に半分にされることができる。関連実施形態では、ＢＰＳＫ変調は、伝送モジュールにおけるソフトウェア極性トグリングを通して実装される（ソフトウェアベースのトグリングは、雑音投入を回避する）。

さらなる実施形態では、伝送側ＲＦＩＣは、受信側ＲＦＩＣに、受信局部発振器（ＲＸ＿ＬＯ）周波数を伝送された信号ではなく基準として送信する。受信側ＲＦＩＣは、伝送された信号およびＲＸ＿ＬＯ周波数の両方からオフセットされたＲＸ＿ＬＯ’周波数に構成される。非限定的実施例では、伝送周波数は、１０．０１０ＧＨｚであり、ＲＸ＿ＬＯは、１０．００８ＧＨｚであり、ＲＸ＿ＬＯ’は、１０．００７ＧＨｚである。次いで、伝送側ＲＦＩＣは、２ＭＨｚにおいて伝送を受信するであろう一方、受信側ＲＦＩＣは、３ＭＨｚにおいて伝送を受信し、３ＭＨｚを受信された１ＭＨｚダウンコンバートＲＸ＿ＬＯ信号でデジタル的にダウンコンバートすることによって、ＲＸ＿ＬＯを１ＭＨｚにおいて受信するであろう。実際は、これは、ダウンコンバートされた３ＭＨｚサンプルをダウンコンバートされた１ＭＨｚサンプルの共役で乗算することによって行われる。伝送周波数において受信側ＲＦＩＣに伝達される信号が存在しないため、ＤＵＴからの信号の測定は、漏出によって汚染されない。

前述の実施例では、ＲＸ＿ＬＯ’が周波数でＲＸ＿ＬＯより高い（例えば、ＲＸ＿ＬＯが１０．００７ＧＨｚであり、ＲＸ＿ＬＯ’が１０．００８ＧＨｚである）場合、基準は、「負の周波数」（「－１ＭＨｚ」）に変換され、再構成の間、共役演算は、必要とされない。

個別の関連実施形態では、前述の場合は、恣意的数の複数の受信側ＲＦＩＣに拡張される。１つのみのＲＦＩＣが任意の所与の時間に伝送するため、処理された基準信号は、他のＲＦＩＣに分配される。

本発明のさらなる実施形態では、同時伝送が、複数のＲＦＩＣから行われる。関連実施形態では、（ＲＢＷの順序による）スタガ周波数が使用され、ＲＢＷ周波数オフセットは、満足できないほど測定を損なわせない。

他の実施形態は、複数の基準信号が分配される必要がある場合、伝送された信号のＢＰＳＫ操作を提供する。関連実施形態では、伝送信号のＢＰＳＫ符号化（Ｈａｄａｍａｒｄ行列の行による等）が、複数の基準信号間で区別するために使用される。本実施形態では、ＲＦＩＣの基準信号の符号化は、相互に直交し、したがって、区別可能である。ＢＰＳＫ符号［１１…１］は、伝送された信号の汚染を回避するために使用されない。

さらなる関連実施形態は、混合周波数差が異なるように、複数のＲＸ＿ＬＯ周波数を提供する。非限定的実施例では、それぞれ、Ｆ_０、Ｆ_０＋ｄｆ、Ｆ_０＋３ｄｆ、およびＦ_０＋４ｄｆのＲＸ＿ＬＯ周波数を伴う４つのＲＦＩＣが、使用されることができる。ｄｆ係数０、１、３、および４は、発振器±混合によって生じる重複を回避するために選定される。すなわち、全絶対値が異なるように、ＲＦＩＣ_１は、周波数＋ｄｆ、＋３ｄｆ、および＋４ｄｆで受信し、ＲＦＩＣ_２は、－ｄｆ、＋２ｄｆ、および＋３ｄｆで基準を受信する。スキームは、さらに拡張されることができ、例えば、８つのＲＦＩＣに関して、周波数オフセットは、［０，１，３，４，９，１０，１２，１３］ｄｆとなり得る。本技術は、各モジュールが、モジュールの全ての残りから受信し、基準経路および無線経路の両方内において、その信号間で区別し得るように、伝送のための同一周波数の使用と併せて、かつ各モジュール（ＦＭＣＷ、ＣＷ、または段階ＣＷレーダ等）内の局部発振器として使用されることができる。

別の実施形態は、いくつかのモジュールが伝送しているとき、マルチモジュール動作のための直交多重化を提供する。本実施形態は、基準信号隔離の利点だけではなく、また、マルチスタティックレーダ用途等のための掃引あたりの時間およびメモリ効率的多重動作を達成する。

本発明の付加的実施形態はさらに、受信された信号を、伝送された信号と同一ＬＯから導出された信号で復調するときに生じる問題に対する解決策を提供する。ＬＯを中心として位置するいかなるスパーまたはアーチファクトも、事実上のノイズフロアに寄与する。そのようなアーチファクトの実施例は、ＬＯを中心として位置する直交変調不均衡および基準スパーと関連付けられた画像成分を含む。本発明の本実施形態によると、問題は、マルチモジュールの例では、各モジュールのＬＯを他の全てに対して偏移させることによって、したがって、関連付けられたアーチファクトも偏移させることによって回避され得る。

本発明のさらなる実施形態は、伝送された信号の複製を受信モジュールに送信する必要性を避ける。伝送された信号の複製を受信モジュールに送信することは、局部発振器周波数と受信された信号の混合から生じる中間周波数信号の相対的位相を測定することによって、被試験デバイスまたは媒体を通した基準信号経路と信号経路との間の相対的位相の特性評価を可能にする。しかしながら、受信機内の伝送された信号の複製のいかなる漏出も、受信された信号を汚染する可能性がある。本発明の関連実施形態は、受信モジュールへの伝送された信号の複製の送信を回避することによって、本問題を回避する。代わりに、本実施形態は、受信モジュールの局部発振器（ＬＯ）周波数の複製を伝送モジュールに戻す。伝送モジュールは、次いで、受信モジュールのＬＯと伝送された信号を局部的に混合し（専用ダウンコンバータを介して）、それによって、中間周波数（ＩＦ）を送信機に発生させる。本送信機中間周波数信号は、伝送された信号と受信機の中間周波数信号との間の相対的位相を示す。受信モジュール内ではなく、伝送モジュール内で本動作を行うことによって、本実施形態は、ＤＵＴを通して通過する伝送された信号のみが受信モジュールに到達し、同一周波数における他の信号がそこに存在しないことを保証する。

Claims (19)

1. 無線周波数（ＲＦ）送受信システムであって、
   複数のＲＦ送受信モジュールであって、各ＲＦ送受信モジュールは、
   較正基準信号伝送ポートと、
   較正基準信号受信ポートと
   を含む、複数のＲＦ送受信モジュールと、
   複数の基準信号入力ポートと、複数の基準信号出力ポートとを有する受動マルチポート結合器と
   を備え、
   前記受動マルチポート結合器に入力される信号は、前記受動マルチポート結合器から出力される信号の間に分配され、
   モジュールの各較正基準信号伝送ポートは、前記受動マルチポート結合器の入力ポートに接続され、
   モジュールの各較正基準信号受信ポートは、前記受動マルチポート結合器の出力ポートに接続され、
   少なくとも１つの送受信モジュールは、別の送受信モジュールによって伝送される較正基準信号を受信するように動作可能である、ＲＦ送受信システム。
2. 前記受動マルチポート結合器は、全対全受動結合器である、請求項１に記載のＲＦ送受信システム。
3. 前記少なくとも１つの送受信モジュールは、１つを上回る他の送受信モジュールによって伝送される同時較正基準信号を受信するように動作可能である、請求項１に記載のＲＦ送受信システム。
4. 前記複数のモジュールのうちの各モジュールは、別の送受信モジュールによって伝送される較正基準信号を受信するように動作可能である、請求項１に記載のＲＦ送受信システム。
5. 前記複数のモジュールのうちの各モジュールは、１つを上回る他の送受信モジュールによって同時に伝送される較正基準信号を受信するように動作可能である、請求項４に記載のＲＦ送受信システム。
6. 前記少なくとも１つの送受信モジュールは、双方向ＲＦ較正ポートを含む、請求項１に記載のＲＦ送受信システム。
7. 前記複数の送受信モジュールのうちの各送受信モジュールは、双方向ＲＦ較正ポートを含む、請求項６に記載のＲＦ送受信システム。
8. 前記受動マルチポート結合器は、少なくとも１つの双方向ポートを含む、請求項１に記載のＲＦ送受信システム。
9. 前記受動マルチポート結合器の各ポートは、双方向ポートである、請求項８に記載のＲＦ送受信システム。
10. 各送受信モジュールの前記双方向ＲＦ較正ポートは、前記受動マルチポート結合器の双方向ポートに接続されている、請求項７に記載のＲＦ送受信システム。
11. 前記受動マルチポート結合器は、スター結合器である、請求項１に記載のＲＦ送受信システム。
12. 前記スター結合器は、抵抗スター結合器である、請求項１１に記載のＲＦ送受信システム。
13. 前記受動マルチポート結合器は、マルチポートスプリッタに接続されたマルチポートコンバイナを含む、請求項１に記載のＲＦ送受信システム。
14. 前記受動マルチポート結合器は、複数のハイブリッド結合器を含み、各ハイブリッド結合器は、少なくとも２つの入力ポートと、少なくとも２つの出力ポートとを有する、請求項１に記載のＲＦ送受信システム。
15. 各ハイブリッド結合器に対して、その各入力ポートは、
    マルチポート受動結合器に入力される信号と、
    異なるハイブリッド結合器から出力される信号と
    から成る群から選択される信号を受け取り、
    各ハイブリッド結合器に対して、その各出力ポートは、
    異なるハイブリッド結合器に入力される信号と、
    前記マルチポート受動結合器から出力される信号と
    から成る群から選択される信号を提供する、請求項１４に記載のＲＦ送受信システム。
16. 前記ハイブリッド結合器は、ハイブリッド２×２結合器である、請求項１５に記載のＲＦ送受信システム。
17. 各ハイブリッド結合器に対して、その各入力ポートは、
    前記マルチポート受動結合器に入力される信号と、
    異なるハイブリッド結合器から出力される信号と
    から成る群から選択される信号を受け取り、
    各ハイブリッド結合器に対して、その各出力ポートは、
    異なるハイブリッド結合器に入力される信号と、
    前記マルチポート受動結合器から出力される信号と
    から成る群から選択される信号を提供し、
    同じハイブリッド結合器に接続された両方の入力を有するハイブリッド結合器がなく、
    同じハイブリッド結合器に接続された両方の出力を有するハイブリッド結合器がない、請求項１６に記載のＲＦ送受信システム。
18. 前記受動マルチポート結合器に入力される信号は、前記受動マルチポート結合器から出力される信号の間に実質的に均等に分配される、請求項１に記載のＲＦ送受信システム。
19. 前記受動マルチポート結合器に入力される信号は、前記分配された信号が互いの３ｄＢ内にあるように、前記受動マルチポート結合器から出力される信号の間に分配される、請求項１に記載のＲＦ送受信システム。

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