JP2017538308A5 - - Google Patents
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Description
本発明は、一般的に無線受信機および送受信機に関し、特に自動アンテナチューニングに関するものである。 The present invention relates generally to wireless receivers and transceivers, and more particularly to automatic antenna tuning.
多くの無線機器が小さな空間に制限され、したがって電気的に小型のアンテナ（ＥＳＡ）を使用する。ＥＳＡは自由空間波長λに比較して小さな物理的寸法を有する。１つの例示的定義では、アンテナが半径λ／２πの球面の中に納まることができる場合、そのアンテナを電気的に小型と見做す。 Many wireless devices are limited to a small space and therefore use electrically small antennas (ESAs). ESA has a small physical dimension compared to the free space wavelength λ. In one exemplary definition, an antenna is considered electrically small if it can fit within a spherical surface with a radius of λ / 2π.
電気的に小型のアンテナは、例えば、Ｗｈｅｅｌｅｒ著「小型アンテナの基本的限界」、ＩＲＥ会議論文集、第３５巻、第１２号、１９４７年１２月、第１４７９−１４８４頁（非特許文献１）；Ｗｈｅｅｌｅｒ著「小型アンテナの周りのラジアン球」、ＩＲＥ会議論文集、第４７巻、第８号、１９５９年８月、１３２５−１３３１頁（非特許文献２）；およびＭｃＬｅａｎ著「電気的小型アンテナの放射Ｑに関する基本的限界の再検討」、ＩＥＥＥアンテナと伝搬に関する会議の論文集、第４４巻、第５号、１９９６年５月、第６７２−６７５頁（非特許文献３）に記載され、それらはすべて本明細書中に参照として採り入れられる。 The electrically small antenna is, for example, “Basic Limitations of Small Antenna” by Wheeler, IRE Conference Papers, Vol. 35, No. 12, December 1947, pp. 1479-1484 (Non-patent Document 1). Wheeler, "Radian spheres around small antennas", IRE Conference Proceedings, Vol. 47, No. 8, August 1959, pp. 1325-1331; and McLean, "Electrical Small Antennas"; Reexamination of the fundamental limits on the radiation Q of ”, the proceedings of a conference on IEEE antennas and propagation, Vol. 44, No. 5, May 1996, pp. 672-675 (Non-Patent Document 3), All of which are incorporated herein by reference.
本明細書に記載される本発明の１つの実施形態は、遠隔地の送信機から、チューニング可能な要素を含む電気的にチューニング可能なアンテナを介して信号を受信するステップを含む方法を提供する。電気的にチューニング可能なアンテナの応答に適用される調整は、受信された信号を分析することにより計算される。
電気的にチューニング可能なアンテナの応答は、計算された調整に応答してチューニング可能な要素を制御することにより適合される。
One embodiment of the invention described herein provides a method that includes receiving a signal from a remote transmitter via an electrically tunable antenna that includes a tunable element. . The adjustment applied to the response of the electrically tunable antenna is calculated by analyzing the received signal.
The response of the electrically tunable antenna is adapted by controlling the tunable element in response to the calculated adjustment.
いくつかの実施形態では、調整を計算するステップと応答を適合させるステップは、受信された信号のレベルを最大にすることを目指す繰り返しチューニングプロセスを実行するステップを有する。１つの実施形態では、受信された信号は既知の信号要素を含み、調整を計算するステップは、既知の信号要素の計測された受信レベルから調整を得るステップを有する。 In some embodiments, calculating the adjustment and adapting the response comprises performing an iterative tuning process that aims to maximize the level of the received signal. In one embodiment, the received signal includes known signal elements, and calculating the adjustment comprises obtaining the adjustment from a measured received level of the known signal element.
１つの開示された実施形態では、調整を計算するステップは、１つの周波数領域に亘って周波数の関数としての応答の勾配を計算するステップと、そして計算された勾配から調整を得るステップと、を有する。他の１つの実施形態では、調整を計算するステップは、周波数の関数としての応答の勾配の変化を、チューニング可能な要素の少なくとも第１の設定と第２の設定の間で計算するステップと、そして勾配の計算された変化から調整を得るステップと、を有する。 In one disclosed embodiment, calculating the adjustment comprises: calculating a slope of the response as a function of frequency over one frequency domain; and obtaining the adjustment from the calculated slope. Have. In another embodiment, calculating the adjustment comprises calculating a change in slope of the response as a function of frequency between at least a first setting and a second setting of the tunable element; And obtaining an adjustment from the calculated change in slope.
いくつかの実施形態では、調整を計算するステップは、チューニング可能な要素の少なくとも第１の設定と第２の設定のそれぞれの受信された信号のレベルを測定するステップと、そして受信された信号のレベルを比較することにより調整を得るステップと、を有する。１つの事例的実施形態では、受信された信号のレベルを測定するステップは、第１の設定の第１の測定を実行するステップと、そして第１の測定の前および後に第２の設定の第２の測定を実行するステップと、を有し、そして受信された信号のレベルを比較するステップは、第１の測定を第２の測定の組み合わせと比較するステップを有する。 In some embodiments, the step of calculating the adjustment comprises the steps of measuring the level of at least a first configuration and each of the received signals of the second set of tunable elements, and of the received signal Obtaining an adjustment by comparing the levels. In one instance embodiment, the step of measuring the level of the received signal, the steps performing a first measurement of the first set and the second set before and after the first measurement the comprising performing a measurement of 2, a, and comparing the level of the received signal comprises the step of comparing the first measurement and the combination of the second measurement.
別の１つの実施形態では、調整を計算するステップは、受信された信号の単一のシンボルの間に、チューニング可能な要素の２つまたはそれ以上の異なる設定を評価するステップを有する。さらに別の１つの実施形態では、信号を受信するステップは、一連の通信時間フレームを受信するステップを有し、そして応答を適合させるステップは、時間フレームの間の境界においてチューニング可能な要素を制御するステップを有する。 In another one embodiment, the step of calculating the adjustment, during a single symbol of the received signal, comprising the step of evaluating the two or more different set of tunable elements. In yet another embodiment, receiving the signal comprises receiving a series of communication time frames, and adapting the response controls a tunable element at the boundary between the time frames. There is a step to do.
また別の１つの実施形態では、信号を受信するステップは、間欠的受信モードで信号を受信する受信機を操作するステップを有し、そして方法は、既定の起動基準への適合に応答して、調整を計算するために受信機を起動するステップを有する。１つの開示された実施形態では、受信された信号は第１の基地局から第１の周波数で送信され、そして調整を計算するステップは、第２の基地局から第２の周波数で送信された後続の信号を受信する時に、チューニング可能な要素の使用されるべき設定を予測するステップを有する。１つの実施形態では、適合された応答に基づいて、信号送信に使用されるべきアンテナチューニング設定を計算するステップを有する。 In yet another embodiment, receiving the signal comprises operating a receiver that receives the signal in intermittent reception mode, and the method is responsive to meeting predetermined activation criteria. , Activating the receiver to calculate the adjustment. In one disclosed embodiment, the received signals are transmitted at a first frequency from a first base station, and the step of calculating the adjustment has been transmitted at a second frequency from a second base station Predicting the setting to be used of the tunable element when a subsequent signal is received. In one embodiment, calculating antenna tuning settings to be used for signal transmission based on the adapted response.
本発明の１つの実施形態は、さらに装置であって、電気的にチューニング可能なアンテナと、受信機と、そして制御回路とを有する装置が提供される。電気的にチューニング可能なアンテナはチューニング可能な要素を含む。受信機は、遠隔地の送信機から、電気的にチューニング可能なアンテナを介して信号を受信するように構成される。制御回路は、電気的にチューニング可能なアンテナの応答に適用される調整を、受信された信号を分析することにより計算し、そして計算された調整に応答して、チューニング可能な要素を制御することにより、電気的にチューニング可能なアンテナの応答を適合させるように構成される。 One embodiment of the present invention further provides an apparatus having an electrically tunable antenna, a receiver, and a control circuit. An electrically tunable antenna includes a tunable element. The receiver is configured to receive a signal from a remote transmitter via an electrically tunable antenna. The control circuit calculates the adjustment applied to the response of the electrically tunable antenna by analyzing the received signal and controls the tunable element in response to the calculated adjustment To adapt the response of the electrically tunable antenna.
本発明は実施形態の詳細な説明と以下の図面により、より十分に理解されよう：
（概論）
本明細書で記載される本発明の実施形態は、無線通信機器におけるアンテナの適応型チューニングのための改善された技術を提供する。本明細書に記載された実施形態は、主に狭帯域であり、適応型チューニングから大幅に利益を得ることができる、適応型チューニング可能な電気的に小型のアンテナ（ＥＳＡ）を主に記載しているが、開示された技術は他の適切なタイプのアンテナに適用可能である。
(Introduction)
The embodiments of the invention described herein provide improved techniques for adaptive tuning of antennas in wireless communication devices. The embodiments described herein primarily describe an adaptively tunable electrically small antenna (ESA) that is primarily narrowband and can greatly benefit from adaptive tuning. However, the disclosed techniques are applicable to other suitable types of antennas.
いくつかの実施形態では、無線機器は、信号受信のために、場合によっては送信のためにも使用される少なくとも１つの適応型チューニング可能なアンテナを備える。おそらく送受信機の一部である受信機は、アンテナを介して遠隔送信機から受信される信号を処理する。制御ユニットは、受信信号を分析し、解析された受信信号に応答してアンテナをチューニングする。チューニングは、後述するように、インピーダンスチューニング、開口チューニング、および／または他の適切なチューニング方法を含むことができる。 In some embodiments, the wireless device comprises at least one adaptively tunable antenna that is also used for signal reception and possibly transmission. A receiver, possibly part of the transceiver, processes the signal received from the remote transmitter via the antenna. The control unit analyzes the received signal and tunes the antenna in response to the analyzed received signal. Tuning can include impedance tuning, aperture tuning, and / or other suitable tuning methods, as described below.
開示されたチューニング方式は、信号発信を使用しないまたは必要としないという点で、完全に受動的である。この特性は、例えば、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）測定に基づくチューニング方式とは対照的である。しかしながら、いくつかの実施形態では、開示された技術は、アクティブな、例えば、ＶＳＷＲベースのチューニング方式と組み合わせて使用することができる。 The disclosed tuning scheme is completely passive in that it does not use or require signaling. This characteristic is in contrast to, for example, a tuning scheme based on voltage standing wave ratio (VSWR) measurement. However, in some embodiments, the disclosed techniques can be used in combination with an active, eg, VSWR-based tuning scheme.
受信信号に基づくアンテナチューニングには、多くの重要な利点がある。多くの場合、送信信号は全く存在しないか、少なくとも長時間にわたって存在しない。例えば、一部の無線機器は、送信に全く使用されない受信専用アンテナを使用する。他の場合には、アンテナは送信のためにときどき使用されるが、信号が送信されない長い時間がある（例えば、ほんの数例を挙げると、機器がアイドル状態のとき、長いページングサイクルの間、システム情報の取得中、ダウンリンク信号の測定中）。 Antenna tuning based on received signals has many important advantages. Often, or not exist at all transmission signals, it does not exist for at least a long period of time. For example, some wireless devices use a receive-only antenna that is not used at all for transmission. In other cases, antennas are sometimes used for transmission, but there is a long time during which no signal is transmitted (e.g., to name a few during long paging cycles when the equipment is idle, to name a few examples) Information acquisition, downlink signal measurement).
さらに他の場合では、送信信号に基づいてアンテナをチューニングすることは、受信性能にとって最適ではなく、時には不適切であることもある。例えば、いくつかの通信プロトコルでは、異なる周波数で送受信が行われるため、アンテナを送信周波数でチューニングさせても、許容できる受信性能が保証されない。受信信号に基づいてアンテナをチューニングすることは、実際の受信周波数に対し、そして実際の受信信号を使用して受信性能を最大にすることを目指すという意味で最適である。さらに、受信ベースのチューニングは、通常、アンテナの性能を最適化し、そして可能な最も強い受信信号を保証するが、一方電圧定在波比（ＶＳＷＲ）ベースのチューニングは、典型的には最小の反射信号電力に収束し、そしてアンテナ自体の中に放散されるエネルギーを厳密に制御することはできない。 In still other cases, tuning the antenna based on the No. transmission signal is not optimal for the receiving performance, it may sometimes inadequate. For example, in some communication protocols, transmission / reception is performed at different frequencies, so even if the antenna is tuned at the transmission frequency, acceptable reception performance is not guaranteed. Tuning the antenna based on the received signal, to the actual reception frequency, it is optimal in the sense that aims to maximize the reception performance by using the actual received signal to it. Furthermore, receive-based tuning usually optimizes antenna performance and ensures the strongest received signal possible, while voltage standing wave ratio (VSWR) -based tuning typically has minimal reflection. The energy that converges to the signal power and is dissipated into the antenna itself cannot be precisely controlled.
典型的には、無線機器内の制御ユニットは、ボディ効果（ｂｏｄｙ ｅｆｆｅｃｔ）のような時間と共に変化する影響を追跡し、補償するために、開示されたチューニング方式を連続的かつ高速で実行する。高速かつ連続的なチューニングはまた、受信信号が高速チャネルフェージングの影響を受けやすいため重要である。 Typically, a control unit in a wireless device performs the disclosed tuning scheme continuously and rapidly to track and compensate for time-varying effects such as body effects . High speed and continuous tuning also the received signal is important because it susceptible to fast channel fading.
いくつかの実施形態では、チューニング方式は、アンテナの周波数応答（例えば、アンテナ共鳴周波数）を実際の受信周波数の中心になるようにすることを目指す。１つの実施形態では、制御ユニットは、アンテナ応答の勾配を周波数の関数として計算し、または１つのチューニング設定から別のチューニング設定への勾配の変化を計算する。計算された勾配は、周波数応答をどのように適応させるか、例えば、アンテナ中心周波数を増加させるか、減少させるか、およびどれたけの数値だけ増減させるかを決定するために使用される。異なる周波数ビンにおける基準信号（ＲＳ）を分析することによって勾配を計算する例示的な方法を詳細に説明する。 In some embodiments, the tuning scheme aims to center the frequency response of the antenna (eg, antenna resonant frequency) on the actual received frequency. In one embodiment, the control unit calculates the slope of the antenna response as a function of frequency, or calculates the change in slope from one tuning setting to another. The calculated slope is used to determine how to adapt the frequency response, for example, increase or decrease the antenna center frequency, and how much to increase or decrease. An exemplary method for calculating a slope by analyzing a reference signal (RS) in different frequency bins is described in detail.
（適応型チューニング可能な電気的に小型のアンテナを有する無線機器）
いくつかの実施形態では、開示される無線通信機器は、送信および／または受信に使用される１つまたは複数の電気的に小型のアンテナ（ＥＳＡ）を備える。本特許出願および特許請求の範囲の文脈において、用語「ＥＳＡ」は、その体積が半径λ／２πの球面に閉じ込められたアンテナを指し、λはアンテナによって送信または受信される信号の自由空間波長を示す。
(Radio device with an electrically tunable electrically tunable antenna)
In some embodiments, the disclosed wireless communication device comprises one or more electrically small antennas (ESAs) used for transmission and / or reception. In the context of this patent application and claims, the term “ESA” refers to an antenna whose volume is confined to a sphere of radius λ / 2π, where λ is the free space wavelength of the signal transmitted or received by the antenna. Show.
ＥＳＡは本質的に狭帯域であり、その帯域幅は通常、物理的な寸法とともに減少する。多くの無線通信アプリケーションでは、ＥＳＡの瞬時帯域幅（例えば、中心周波数の約６％以下）は、送信帯域と受信帯域のエンドツーエンド帯域幅（時には中心周波数の約５−２５％）よりもかなり狭い。 ESA is inherently narrowband, and its bandwidth usually decreases with physical dimensions. In many wireless communication applications, the instantaneous bandwidth of ESA (eg, less than about 6% of the center frequency) is significantly greater than the end-to-end bandwidth of the transmit and receive bands (sometimes about 5-25% of the center frequency). narrow.
広帯域無線通信アプリケーションにおいて狭帯域ＥＳＡを使用するために、開示された実施形態における無線機器のＥＳＡは適応型チューニングが可能である。１つの実施形態では、機器は、信号送信または受信に実際に使用される特定の狭帯域周波数スライスにＥＳＡの周波数応答を適応型チューニングする制御ユニットをさらに備える。このような適応型チューニング可能なＥＳＡを使用する場合、ＥＳＡの瞬時帯域幅は、送信または受信信号の瞬時帯域幅（通常は２０ＭＨｚ以下）に一致することだけが必要とされる。 In order to use narrowband ESA in wideband wireless communication applications, the ESA of the wireless device in the disclosed embodiments can be adaptively tuned. In one embodiment, the device further comprises a control unit that adaptively tunes the frequency response of the ESA to a specific narrowband frequency slice that is actually used for signal transmission or reception. When using such adaptively tunable ESAs, the instantaneous bandwidth of the ESA need only match the instantaneous bandwidth of the transmitted or received signal (usually 20 MHz or less).
本特許出願および特許請求の範囲の文脈において、「適応型チューニング可能なアンテナ」という用語は、製造中のチューニングとは対照的に、機器の動作中に周波数応答をチューニングすることができるアンテナを指す。アンテナ応答は、場合によっては変化する条件および環境下で、所望の動作周波数スライスまたはサブ帯域に適合するように適応型チューニングすることができる。適応型チューニング可能なアンテナ内のチューニング可能な素子は、アンテナの物理的な放射素子および／または関連する回路を含むか、またはそれに結合されてもよい。アンテナは、例えば、開口チューニング機構、インピーダンス整合ネットワーク、および／または１つまたは複数のアンテナ素子を適応型に接続または切断する機構などの、任意の適切なチューニング機構を備えることができる。チューニング方式は、所望の周波数スライスにチューニングすると共に、アンテナ性能を劣化させ、又はボディ効果のようなアンテナ発振周波数をシフトさせる、様々な影響を補償するために使用することができる。 In the context of this patent application and claims, the term “adaptive tunable antenna” refers to an antenna that can tune the frequency response during operation of the instrument as opposed to tuning during manufacture. . Antenna response, optionally in the conditions and environment changes, can be adaptive tuning to match the operating frequency slices or sub-bands of Nozomu Tokoro. The tunable elements in the adaptive tunable antenna may include or be coupled to the antenna's physical radiating elements and / or associated circuitry. The antenna may comprise any suitable tuning mechanism, such as, for example, an aperture tuning mechanism, an impedance matching network, and / or a mechanism that adaptively connects or disconnects one or more antenna elements. The tuning scheme can be used to tune to a desired frequency slice and compensate for various effects that degrade antenna performance or shift antenna oscillation frequencies such as body effects.
適応型チューニング可能なＥＳＡを備えた無線機器の様々な構成例が本明細書に記載されている。１つの実施形態では、機器は、両方とも適応型チューニング可能な、送信／受信（ＴＸ／ＲＸ）アンテナおよび受信専用（ＲＸ）アンテナを備える。ＲＸアンテナは所望のＲＸサブ帯域にチューニングされ、ＴＸ／ＲＸアンテナは所望のＴＸサブ帯域にチューニングされる。受信時には、主アンテナであるＲＸ専用アンテナとダイバーシティアンテナであるＴＸ／ＲＸアンテナとでダイバーシティ受信を行う。ＴＸ／ＲＸアンテナはＴＸサブ帯域にチューニングされるので、ＲＸサブ帯域におけるその利得および効率は劣化する。しかし、この劣化は、ダイバーシティアンテナとして機能する場合は許容される。 Various example configurations of wireless devices with adaptively tunable ESAs are described herein. In one embodiment, the device comprises a transmit / receive (TX / RX) antenna and a receive-only (RX) antenna, both adaptively tunable. The RX antenna is tuned to the desired RX subband and the TX / RX antenna is tuned to the desired TX subband. At the time of reception, diversity reception is performed by the RX dedicated antenna as the main antenna and the TX / RX antenna as the diversity antenna. Since the TX / RX antenna is tuned to the TX subband, its gain and efficiency in the RX subband is degraded. However, this deterioration is allowed when functioning as a diversity antenna.
別の実施形態では、機器は、送信および受信の両方に使用される単一の適応型チューニング可能なＥＳＡのみを備える。例えば、周波数分割複信（ＦＤＤ）を使用する場合、このＴＸ／ＲＸアンテナは、送信および受信性能のバランスをとるようにチューニングされてもよい。あるいは、時分割複信（ＴＤＤ）または半二重周波数分割複信（ＨＦＤＤまたはＨＤ−ＦＤＤ）を使用する場合、制御ユニットは、必要に応じてＴＸサブ帯域およびＲＸサブ帯域にアンテナを交互にチューニングさせてもよい。 In another embodiment, the device comprises only a single adaptive tunable ESA that is used for both transmission and reception. For example, when using frequency division duplex (FDD), the TX / RX antenna may be tuned to balance transmission and reception performance. Alternatively, when using time division duplex (TDD) or half duplex frequency division duplex (HFDD or HD-FDD), the control unit tunes the antennas alternately to the TX and RX subbands as needed. You may let them.
いくつかの追加の機器構成が本明細書に記載されている。ＥＳＡをチューニングするために制御ユニットにより使用できる、様々なチューニング方式およびにメトリックについても説明する。
本明細書に記載の方法および機器は、所与のアンテナ体積に対する改善された性能、または所定の性能レベルに対するより小さな体積を有する、物理的に小型のアンテナの使用を、広帯域無線アプリケーションにおいて可能にする。開示された技術は、任意の適切な無線機器に適用することができ、そして携帯電話および、スマートウォッチや眼鏡のようなウェアラブル機器、のような小型機器において特に魅力的である。
Several additional instrument configurations are described herein. Can be used by the control unit to tune E SA, also describes various tuning method and metrics.
The methods and apparatus described herein allow the use of physically small antennas with improved performance for a given antenna volume, or smaller volumes for a given performance level, in broadband wireless applications. To do. The disclosed technology can be applied to any suitable wireless device and is particularly attractive in small devices such as mobile phones and wearable devices such as smart watches and glasses.
（システムの記述）
図１は、本発明の１つの実施形態による、無線通信機器２０を概略的に示すブロック図である。機器２０は、例えば、携帯電話、スマートフォン、スマートウォッチまたはスマート・グラスのようなスマート・ウェアラブル機器、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ−ｏｆ−Ｔｈｉｎｇｓ）アプリケーションで使用される機器、または他の任意の適切な無線機器を含むことができる。
(System description)
FIG. 1 is a block diagram that schematically illustrates a wireless communication device 20, in accordance with one embodiment of the present invention. The device 20 may be, for example, a smart wearable device such as a mobile phone, smart phone, smart watch or smart glass, a device used in IoT (Internet-of-Things) applications, or any other suitable wireless device. Can be included.
機器２０は、任意の適切な無線ネットワークを介して、任意の適切な通信プロトコルまたは無線インタフェースに従って通信することができる。例示的なプロトコルは、広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ（登録商標））、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）およびＬＴＥアドバンスド（ＬＴＥ−Ａ）のような携帯電話プロトコル、または様々なＩＥＥＥ８０２．１１などの無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）プロトコルを含む。あるいは、任意の他の適切なプロトコルを使用することができる。機器２０は、任意の適切な送信（ＴＸ）および受信（ＲＸ）帯域を使用し、そして任意の適切な多重アクセス方式、例えば、周波数分割複信（ＦＤＤ）、時分割複信（ＴＤＤ）または半二重ＦＤＤ（ＨＦＤＤ）などを使用して、動作してもよい。 The device 20 can communicate according to any suitable communication protocol or wireless interface via any suitable wireless network. Exemplary protocols are mobile phone protocols such as Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA), Long Term Evolution (LTE) and LTE Advanced (LTE-A), or wireless local such as various IEEE 802.11. Includes Area Network (WLAN) protocol. Alternatively, any other suitable protocol can be used. Device 20 uses any suitable transmit (TX) and receive (RX) bands, and any suitable multiple access scheme, eg, frequency division duplex (FDD), time division duplex (TDD) or half Dual FDD (HFDD) or the like may be used to operate.
本明細書で説明する実施形態は、無線通信機器について記載しているが、開示された技術は、ＧＰＳおよびＧＬＯＮＡＳＳのような位置基準に従って動作するナビゲーション受信機のような他の種類の送受信機または受信機でも使用することができる。 Although the embodiments described herein describe a wireless communication device, the disclosed technology may be applied to other types of transceivers such as navigation receivers that operate according to location references such as GPS and GLONASS or It can also be used in a receiver.
この事例では、機器２０は、機器の基底帯域処理機能を実行する基底帯域モデム２４と、無線周波数（ＲＦ）送信および受信を実行する無線送受信機（トランシーバ）２８とを備える。機器２０は、２つのＥＳＡ、すなわち、ＴＸ／ＲＸアンテナ３３およびＲＸ専用アンテナ３７を備える。アンテナ３３および３７は、例えば、逆Ｆ型アンテナ（ＩＦＡ）、平面逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ）、ミアンダラインアンテナ、または他の適切なタイプのアンテナのような、適切なタイプのＥＳＡであってよい。 In this case, the device 20 comprises a baseband modem 24 that performs the baseband processing function of the device and a radio transceiver (transceiver) 28 that performs radio frequency (RF) transmission and reception. The device 20 includes two ESAs: a TX / RX antenna 33 and an RX dedicated antenna 37. The antennas 33 and 37 may be any suitable type of ESA, such as, for example, an inverted F antenna (IFA), a planar inverted F antenna (PIFA), a meander line antenna, or other appropriate type of antenna. .
送信時に、基底帯域モデム２４は、適用可能な通信プロトコルに従って変調された基底帯域または低中間周波数（ＩＦ）信号を生成する。無線送受信機２８は、信号を無線周波数（ＲＦ）に上方変換し、適切な送信（ＴＸ）帯域内のある周波数スライスで送信（ＴＸ）信号を出力する。パワーアンプ（ＰＡ）４０は送信（ＴＸ）信号を増幅し、デュプレクサ４４は増幅された信号をフィルタリングする。信号は、その後順方向および逆方向の電力レベルを感知する、方向性カプラ４８を通過する。カプラに続いて、信号はチューニング可能なマッチングネットワーク（ＭＮ）３４を通過し、そして最終的にアンテナ３３を介して送信される。 Upon transmission, the baseband modem 24 generates a baseband or low intermediate frequency (IF) signal that is modulated according to the applicable communication protocol. The radio transceiver 28 upconverts the signal to radio frequency (RF) and outputs a transmit (TX) signal at a certain frequency slice within an appropriate transmit (TX) band. The power amplifier (PA) 40 amplifies the transmission (TX) signal, and the duplexer 44 filters the amplified signal. The signal then passes through a directional coupler 48 that senses forward and reverse power levels. Following the coupler, the signal passes through a tunable matching network (MN) 34 and is finally transmitted via antenna 33.
受信時には、ＴＸ／ＲＸアンテナ３３とＲＸアンテナ３７の両方によって、遠隔送信機（例えば、基地局）からのＲＸ信号が受信される．ＴＸ／ＲＸアンテナ３３の受信チェーンでは、ＲＸ信号は、マッチングネットワーク（ＭＮ）３４および方向性カプラ４８を通過する。その後、ＲＸ信号は、デュプレクサ４４によってフィルタリングされ、無線送受信機２８に供給される。無線送受信機２８は、例えば、基底帯域またはある中間周波数（ＩＦ）にＲＸ信号を下方変換し、さらなる処理および復号化のために基底帯域モデム２４に下方変換された信号を送る。 During reception, both the TX / RX antenna 33 and the RX antenna 37 receive RX signals from a remote transmitter (eg, a base station). In the receive chain of the TX / RX antenna 33, the RX signal passes through a matching network (MN) 34 and a directional coupler 48. Thereafter, the RX signal is filtered by the duplexer 44 and supplied to the radio transceiver 28. The wireless transceiver 28, for example, downconverts the RX signal to the baseband or some intermediate frequency (IF) and sends the downconverted signal to the baseband modem 24 for further processing and decoding.
ＲＸアンテナ３７の受信チェーンにおいて、ＲＸ信号は、チューニング可能なマッチングネットワーク（ＭＮ）３８を通過し、受信フィルタ５２によってフィルタリングされる。フィルタリングされた信号は、無線送受信機２８に供給され、無線送受信機２８はその信号を下方変換し、処理および復号のために基底帯域モデム２４に下方変換された信号を送る。 In the receive chain of the RX antenna 37, the RX signal passes through a tunable matching network (MN) 38 and is filtered by the receive filter 52. The filtered signal is provided to a radio transceiver 28 that downconverts the signal and sends the downconverted signal to the baseband modem 24 for processing and decoding.
図１の実施形態では、基底帯域モデム２４は、様々な制御および管理機能を実行する制御ユニット５６を備える。他のタスクの中で、制御ユニット５６は、マッチングネットワーク（ＭＮ）３４および３８をチューニングし、方向性カプラ４８を使用して順方向および逆方向電力レベルを読み取る。これらのタスクは、以下で詳細に説明するように、チューニング可能なＴＸ／ＲＸアンテナおよびＲＸ専用アンテナをチューニングする際に使用される。本実施形態の文脈では、アンテナ３３およびマッチングネットワーク（ＭＮ）３４は、一体として適応型チューニング可能なＴＸ／ＲＸアンテナ３２と見做される。同様に、アンテナ３７およびマッチングネットワーク（ＭＮ）３８は、一体として適応型チューニング可能なＲＸアンテナ３６と見做される。 In the embodiment of FIG. 1, the baseband modem 24 comprises a control unit 56 that performs various control and management functions. Among other tasks, control unit 56 tunes matching networks (MN) 34 and 38 and uses directional coupler 48 to read forward and reverse power levels. These tasks are used in tuning tunable TX / RX antennas and RX dedicated antennas as described in detail below. In the context of this embodiment, the antenna 33 and matching network (MN) 34 are considered as an adaptively tunable TX / RX antenna 32 as a whole . Similarly, antenna 37 and matching network (MN) 38 are considered as an adaptively tunable RX antenna 36 as a whole .
典型的な実施形態では、アンテナチューニングに使用される信号測定は、無線送受信機２８によって実行され、制御ユニット５６に提供される。制御機能、例えば測定に基づいてアンテナをチューニングするなどの機能は、基底帯域モデム２４内の制御ユニット５６によって実行される。本特許出願および特許請求の範囲において、制御ユニット５６および信号測定を実行する無線送受信機２８内の回路は、まとめて「制御回路」と呼ばれる。この実施形態では、「制御ユニット５６が信号を測定する」などの表現は、無線送受信機２８が制御ユニット５６の制御下で信号を測定することを意味する。代替の実施形態では、制御回路の機能性は、任意の所望の方法で基底帯域モデムと無線送受信機との間で分割されてもよいし、または独占的に基底帯域モデムでのみ、または無線送受信機でのみ実行されてもよい。 In the exemplary embodiment, signal measurements used for antenna tuning are performed by the wireless transceiver 28 and provided to the control unit 56. Control functions, such as tuning the antenna based on measurements, are performed by the control unit 56 in the baseband modem 24. In this patent application and claims, the circuitry within the control unit 56 and the radio transceiver 28 that performs signal measurements is collectively referred to as the “control circuit”. In this embodiment, an expression such as “the control unit 56 measures a signal” means that the wireless transceiver 28 measures a signal under the control of the control unit 56. In alternative embodiments, the functionality of the control circuit may be divided between the baseband modem and the radio transceiver in any desired manner, or exclusively with the baseband modem only, or with the radio transceiver It may be performed only on the machine.
図２は、本発明の代替の実施形態による、無線通信機器５８を概略的に示すブロック図である。図１の無線通信機器２０とは異なり、機器５８は、単一のアンテナ、適応型チューニング可能なＴＸ／ＲＸ電気的小型アンテナ（ＥＳＡ）３２のみを備える。 FIG. 2 is a block diagram that schematically illustrates a wireless communication device 58, in accordance with an alternative embodiment of the present invention. Unlike the wireless communication device 20 of FIG. 1, the device 58 comprises only a single antenna, an adaptively tunable TX / RX electrical miniature antenna (ESA) 32 .
図３は、本発明のさらに別の実施形態による、無線通信機器を概略的に示すブロック図である。この実装は、例えば、時分割複信（ＴＤＤ）および半二重ＦＤＤ（ＨＦＤＤ）のような送信及び受信が同時に行われないアプリケーションに適している。
図３の実施形態では、デュプレクサ４４は、送信−受信（Ｔ−Ｒ）切替スイッチ５７、および選択肢としての受信フィルタ（ＲＸＦ）５２および送信フィルタ（ＴＸＦ）５８によって置換されている。オプションの追加フィルタ（図示せず）が無線送受信機２８とパワーアンプ（ＰＡ）４０の間に挿入されてもよい。
FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating a wireless communication device according to still another embodiment of the present invention. This implementation is suitable for applications where transmission and reception are not performed simultaneously, such as time division duplex (TDD) and half duplex FDD (HFDD).
In the embodiment of FIG. 3, the duplexer 44 is replaced by a transmit-receive (TR) switch 57 and optional receive filter (RXF) 52 and transmit filter (TXF) 58. An optional additional filter (not shown) may be inserted between the wireless transceiver 28 and the power amplifier (PA) 40.
図１−図３に示される無線機器の構成、およびそれらの様々な要素は、純粋に概念の明確化のために選択された構成例である。代替の実施形態では、任意の他の適切な構成を使用することができる。例えば、無線機器は、任意の他の適切な数のＴＸ／ＲＸアンテナおよび他の適切な数のＲＸ専用アンテナを含むことができ、そのうちの１つまたは複数のアンテナは適応型チューニング可能である。別の例として、制御ユニット５６は、無線送受信機２８ではなく、むしろ基底帯域モデム２４内に実装され、または無線機器またはそのホストシステムの任意の他の適切なユニット内に実装されてもよい。 The configurations of the wireless devices shown in FIGS. 1-3 and their various elements are examples of configurations selected purely for conceptual clarification. In alternate embodiments, any other suitable configuration can be used. For example, a wireless device can include any other suitable number of TX / RX antennas and other suitable number of RX dedicated antennas, one or more of which are adaptively tunable. As another example, the control unit 56 may be implemented in the baseband modem 24, rather than in the wireless transceiver 28, or in any other suitable unit of the wireless device or its host system.
図１−図３の種々の無線機器の異なる要素は、適切なハードウェア、例えば、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）および／または無線集積回路（ＲＦＩＣ）を使用して、ソフトウェアを使用して、またはハードウェアとソフトウェアの要素の組み合わせを使用して、実装されてもよい。 The different elements of the various wireless devices of FIGS. 1-3 include suitable hardware, such as one or more application specific integrated circuits (ASICs), field programmable gate arrays (FPGAs) and / or wireless integrated circuits ( RFIC), using software, or using a combination of hardware and software elements.
いくつかの実施形態では、制御ユニット５６は、本明細書で記載される機能を実行するようにソフトウェアでプログラムされる汎用プロセッサを備える。ソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して電子形式でプロセッサにダウンロードすることができ、あるいは、磁気的、光学的、または電子的メモリなどの非一過性有形媒体に提供および／または格納されてもよい。 In some embodiments, the control unit 56 comprises a general purpose processor that is programmed in software to perform the functions described herein. The software can be downloaded to the processor in electronic form over a network, for example, or can be provided and / or stored in a non-transitory tangible medium such as magnetic, optical, or electronic memory. .
（適応型チューニング可能な電気的小型アンテナの使用）
上述したように、電気的に小型のアンテナ（ＥＳＡ）は特徴的に狭帯域であり、この特性は、その有用性および達成可能な性能を制限する。例えば、送信及び受信がガード帯域によって分離された異なるＴＸ帯域及びＲＸ帯域で実行される典型的な周波数分割複信（ＦＤＤ）アプリケーションを考える。
(Use of an electrically tunable electric small antenna)
As mentioned above, electrically small antennas (ESAs) are characteristically narrowband, and this property limits their usefulness and achievable performance. For example, consider a typical frequency division duplex (FDD) application where transmission and reception are performed in different TX and RX bands separated by a guard band.
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の１つの実施形態による、電気的に小型のアンテナの効率を示すグラフである。図４Ａは、従来の可能な解決法の性能を示している。図４Ｂは、本発明の１つの実施形態による、上記図１の適応型チューニング可能なＥＳＡ３２および３６の性能を示す。 4A and 4B are graphs illustrating the efficiency of an electrically small antenna according to one embodiment of the present invention. FIG. 4A shows the performance of a conventional possible solution. FIG. 4B illustrates the performance of the adaptively tunable ESAs 32 and 36 of FIG. 1 above, according to one embodiment of the present invention.
両方の図は、受信（ＲＸ）帯域が７９１−８２１ＭＨｚの間にあり、送信（ＴＸ）帯域が８３２−８６２ＭＨｚの間にあるＦＤＤアプリケーションに関している。ＲＸ帯域とＴＸ帯域は、１１ＭＨｚ幅のガード帯域によって分離されている。これらの帯域内で、無線機器は、ＲＸスライス６８で１０ＭＨｚ幅のＲＸ信号を受信し、ＴＸスライス７２で１０ＭＨｚ幅のＴＸ信号を送信する。ＲＸ帯域は、「１」、「２」および「３」と記された３つの可能な１０ＭＨｚ幅の受信スライスを有し、ＴＸ帯域は、「１」、「２」および「３」と記された３つの対応する１０ＭＨｚ幅の送信スライスを有する。この例では、アクティブチャネルはスライス「３」であり、これは図で網掛けされている。上記の周波数および帯域幅は、純粋に事例として与えられ、そして他の任意の周波数および帯域幅を代替実施形態において使用することができる。 Both figures relate to FDD applications where the receive (RX) band is between 791-821 MHz and the transmit (TX) band is between 832-862 MHz. The RX band and the TX band are separated by an 11 MHz-wide guard band. Within these bands, the wireless device receives a 10 MHz wide RX signal at RX slice 68 and transmits a 10 MHz wide TX signal at TX slice 72. The RX band has three possible 10 MHz wide receive slices marked “1”, “2” and “3”, and the TX band is marked “1”, “2” and “3”. And three corresponding 10 MHz wide transmission slices. In this example, the active channel is slice “3”, which is shaded in the figure. The above frequencies and bandwidths are given purely as examples, and any other frequency and bandwidth can be used in alternative embodiments.
図４Ａの従来の可能な解決法では、破線の曲線６０はＴＸ／ＲＸアンテナの効率を示し、実線の曲線６４はＲＸアンテナの効率を示す。ＴＸ／ＲＸアンテナは、ガード帯域における最大効率のためにチューニングされ（曲線６０参照）、それによりアンテナの瞬時帯域幅はＲＸ帯域とＴＸ帯域を同時にカバーする。ＲＸアンテナ（曲線６４参照）は、その瞬時帯域幅がＲＸ帯域全体をカバーするようにチューニングされる。図からわかるように、このチューニング方式は、両方の帯域における両方のアンテナの効率が悪いという犠牲を払う。 In the conventional possible solution of FIG. 4A, the dashed curve 60 shows the efficiency of the TX / RX antenna and the solid curve 64 shows the efficiency of the RX antenna. The TX / RX antenna is tuned for maximum efficiency in the guard band (see curve 60), so that the antenna's instantaneous bandwidth covers the RX and TX bands simultaneously. The RX antenna (see curve 64) is tuned so that its instantaneous bandwidth covers the entire RX band. As can be seen, this tuning scheme comes at the cost of both antennas being inefficient in both bands.
図４Ｂでは、点線の曲線７６は本発明の１つの実施形態による、適応型チューニング可能なＴＸ／ＲＸアンテナ３２の効率を示し、実線の曲線８０は適応型チューニング可能なＲＸアンテナ３６の効率を示す。適応型チューニング可能なＴＸ／ＲＸアンテナ３２は、３０ＭＨｚ幅のＴＸ帯域全体にわたって、またはＴＸおよびＲＸの両方にわたってではなく、むしろ、この特定の時点でＴＸ信号を送信するために使用される実際の１０ＭＨｚ幅のスライス７２にわたって最大の効率を得るようにチューニングされる。適応型チューニング可能なＲＸアンテナ３６は、３０ＭＨｚ幅のＲＸ帯域全体にわたってではなく、むしろ、この特定の時点でＲＸ信号を受信するために使用される実際の１０ＭＨｚ幅のスライス６８にわたって最大の効率を得るようにチューニングされる。 In FIG. 4B, dotted curve 76 shows the efficiency of adaptive tunable TX / RX antenna 32, and solid curve 80 shows the efficiency of adaptive tunable RX antenna 36, according to one embodiment of the present invention. . The adaptive tunable TX / RX antenna 32 does not span the entire 30 MHz wide TX band, or both TX and RX, but rather the actual 10 MHz used to transmit the TX signal at this particular point in time. It is tuned for maximum efficiency across the wide slice 72. The adaptively tunable RX antenna 36 obtains maximum efficiency over the actual 10 MHz wide slice 68 used to receive the RX signal at this particular point in time, rather than over the entire 30 MHz wide RX band. It is tuned as follows.
開示された技術によって達成される性能の改善は、図４Ａおよび４Ｂの対応する効率曲線を比較することによって理解することができる。この特定の事例では、ＴＸ／ＲＸアンテナ３２は、スライス７２において、従来の解決策の２２―２５％の効率に対して、約４０−４５％の効率を有する。ＲＸアンテナ３６は、スライス６８において、従来の解決策の３４−３５％の効率に対して、約４０−４２％の効率を有する。 The performance improvement achieved by the disclosed technique can be understood by comparing the corresponding efficiency curves of FIGS. 4A and 4B. In this particular case, TX / RX antenna 32 has an efficiency of about 40-45% in slice 72 versus 22-25% of the conventional solution. RX antenna 36 has an efficiency of approximately 40-42% at slice 68, compared to 34-35% of the conventional solution.
ＴＸ／ＲＸアンテナ３２は、受信にも使用されているが、その効率はＲＸ帯域６８において約１５％に低下することに留意すべきである。しかしながら、実際には、機器が複数のアンテナを使用して受信するように構成されている場合、そのうちの１つでは受信性能の低下が許容される。 It should be noted that TX / RX antenna 32 is also used for reception, but its efficiency drops to about 15% in RX band 68. In practice, however, if the device is configured to receive using multiple antennas, one of them is allowed to degrade reception performance.
例えば、いくつかの実施形態では、図１の機器２０は、ダイバーシティ受信を行い、ＲＸアンテナ３６は１次または主アンテナとして機能し、ＴＸ／ＲＸアンテナ３２はダイバーシティまたは２次アンテナとして機能する。このような構成では、アンテナ３２の劣化した効率は、２次アンテナとして機能するので、許容することができる。基底帯域モデム２４は、典型的には、どの役割がどのアンテナによって果たされているか（アンテナ３６が主アンテナとして機能し、アンテナ３２が２次アンテナとして機能する）を認識し、それに応じて様々な受信手順を実行する。機器試験の間、単一のＲＸアンテナが必要とされる場合、機器２０はアンテナ３６を単一のアンテナとして選択する。 For example, in some embodiments, the device 20 of FIG. 1 performs diversity reception, the RX antenna 36 functions as a primary or primary antenna, and the TX / RX antenna 32 functions as a diversity or secondary antenna. In such a configuration, the degraded efficiency of the antenna 32 functions as a secondary antenna and can be tolerated. The baseband modem 24 typically recognizes what role is being played by which antenna (antenna 36 functions as the main antenna and antenna 32 functions as the secondary antenna) and varies accordingly. The correct receiving procedure. If a single RX antenna is required during instrument testing, instrument 20 selects antenna 36 as the single antenna.
要するに、使用される実際のＴＸおよびＲＸスライスにアンテナ３２および３６を適応型にチューニングすることによって、アンテナを狭帯域幅に、したがって高効率に最適化することが可能になる。いくつかの実施形態では、適応型チューニング可能なＥＳＡの瞬時帯域幅は、帯域全体の帯域幅ではなく、信号の瞬時帯域幅（例えば、２０ＭＨｚのＬＴＥシステムでは２０ＭＨｚ）と一致しなければならない。 In short, by adaptively tuning antennas 32 and 36 to the actual TX and RX slices used, it is possible to optimize the antennas for narrow bandwidth and hence high efficiency. In some embodiments, the adaptive tunable ESA instantaneous bandwidth must match the instantaneous bandwidth of the signal (eg, 20 MHz in a 20 MHz LTE system) rather than the bandwidth of the entire band.
他の実施形態では、適応型チューニング可能なＥＳＡは、一般に狭帯域であるが、必ずしも信号と同じほど狭帯域である必要はない。例えば、ＦＤＤまたはＨＦＤＤアプリケーションでは、適用可能な帯域（ＴＸまたはＲＸ）とガード帯域を足したものより狭いアンテナ帯域幅は狭帯域とみなされる。ＴＤＤアプリケーションでは、適用可能な帯域（ＴＸまたはＲＸ）よりも狭い任意のアンテナ帯域幅が狭帯域とみなされる。
本開示の文脈において、信号帯域幅およびアンテナ帯域幅は、典型的に３ｄＢ帯域幅として測定される。しかしながら、代わりに、任意の他の適切な慣例を使用することができる。
In other embodiments, adaptively tunable ESAs are generally narrowband, but not necessarily as narrowband as the signal. For example, in an FDD or HFDD application, an antenna bandwidth that is narrower than the applicable band (TX or RX) plus the guard band is considered a narrow band. In TDD applications, any antenna bandwidth that is narrower than the applicable band (TX or RX) is considered narrowband.
In the context of this disclosure, signal bandwidth and antenna bandwidth are typically measured as 3 dB bandwidth. However, any other suitable convention can be used instead.
（アンテナチューニング方式の事例）
様々な実施形態において、ＥＳＡ３２および３６を適応型チューニングするために、任意の適切なチューニング方式または回路を使用することができる。インピーダンスマッチングまたは無線マッチングと呼ばれるいくつかのチューニング方式は、アンテナのインピーダンスを前の無線回路のインピーダンスにマッチングさせることにより、送信ラインからアンテナへの電力伝達を最適化することを目的としている。
(Example of antenna tuning method)
In various embodiments, any suitable tuning scheme or circuit can be used to adaptively tune the ESAs 32 and 36. Some tuning schemes called impedance matching or radio matching are aimed at optimizing power transfer from the transmission line to the antenna by matching the impedance of the antenna to the impedance of the previous radio circuit.
図１の例では、アンテナは制御ユニット５６により制御される無線マッチングネットワーク（ＭＮ）を使用してチューニングされる。１つの実施形態では、制御ユニット５６は、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を最小にすることを目的とした閉ループ プロセスでＭＮを調整する。制御ユニット５６は、例えば、方向性カプラ４８によって検知される順方向電力レベル（アンテナに送信される電力）と逆方向電力レベル（アンテナから反射される電力）との間の比を評価することによってＶＳＷＲを推定することができる。 In the example of FIG. 1, the antenna is tuned using a radio matching network (MN) controlled by the control unit 56. In one embodiment, control unit 56 adjusts MN in a closed loop process aimed at minimizing voltage standing wave ratio (VSWR). The control unit 56, for example, by evaluating the ratio between the forward power level (power transmitted to the antenna) detected by the directional coupler 48 and the reverse power level (power reflected from the antenna). VSWR can be estimated.
種々の実施形態において、マッチングネットワーク（ＭＮ）３４および３８は、任意の適切なＭＮ形態を使用して実装されてもよい。場合によっては、アンテナの特定のタイプ、アンテナの周波数特性に関する知識、および／または予想されるボディ効果に関する知識または仮定に基づいて、ＭＮ形態を選択することが可能である。例えば、アンテナインピーダンスは、既知のインピーダンス範囲（例えば、スミスチャートの特定の領域にわたって）だけ変化すると期待されることが知られている。この知識は、ＭＮを簡略化し、損失を低減し、そして制御ユニット５６におけるより速い収束、およびより小さなルックアップテーブルを可能にするためにＭＮ設計で使用することができる。いくつかの実施形態では、ＭＮは、単一のインダクタ−コンデンサ（ＬＣ）、コンデンサ−コンデンサ（ＣＣ）またはコンデンサ−インダクタ（ＣＬ）のＬ型のＭＮ、またはＴ型またはＰｉ型のＭＮに簡略化される。 In various embodiments, matching networks (MN) 34 and 38 may be implemented using any suitable MN form. In some cases, it is possible to select the MN configuration based on the specific type of antenna, knowledge about the frequency characteristics of the antenna, and / or knowledge or assumptions about the expected body effect. For example, it is known that the antenna impedance is expected to change by a known impedance range (eg, over a particular region of the Smith chart). This knowledge can be used in the MN design to simplify the MN, reduce loss, and allow faster convergence in the control unit 56 and a smaller look-up table. In some embodiments, the MN is simplified to a single inductor-capacitor (LC), capacitor-capacitor (CC) or capacitor-inductor (CL) L-type MN, or T-type or Pi-type MN. Is done.
開口チューニングと呼ばれることがある他のチューニング方式は、アンテナ端子から自由空間への放射効率を最適化することを目的としている。これらのチューニング方式は、典型的には、アンテナ開口および／または共振周波数を変更する。いくつかの実施形態では、開口チューニングは、制御ユニット５６により制御される１つのチューニング可能要素をアンテナに連結させることにより実行される。チューニング可能要素は、例えば、スイッチドキャパシタ、チューニング可能コンデンサ（例えば、バリウム−ストロンチウム−チタン酸塩（ＢＳＴ）コンデンサ）、または、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを含んでもよい。さらに別の例として、チューニング方式は、１つまたは複数のアンテナ素子を適応型に接続および切断することを含んでもよい。さらに追加的または代替的に、任意の他の適切なチューニング方式を使用することができる。 Another tuning scheme, sometimes called aperture tuning, is aimed at optimizing the radiation efficiency from the antenna terminal to free space. These tuning schemes typically change the antenna aperture and / or the resonant frequency. In some embodiments, aperture tuning is performed by coupling one tunable element controlled by the control unit 56 to the antenna. The tunable element may include, for example, a switched capacitor, a tunable capacitor (eg, a barium-strontium-titanate (BST) capacitor), or a microelectromechanical system (MEMS) device. As yet another example, the tuning scheme may include adaptively connecting and disconnecting one or more antenna elements. Additionally or alternatively, any other suitable tuning scheme can be used.
上述の記載では、制御ユニット５６の適応型チューニングプロセスは、対象周波数スライスにおけるアンテナ性能（例えば、効率）を最適化することを目的としている。さらに、制御ユニット５６は、ユーザの身体または他の物体がアンテナに近接することに起因するボディ効果など、アンテナ性能を歪める様々な影響を補償するためにチューニングプロセスを使用することができる。 In the above description, the adaptive tuning process of the control unit 56 is aimed at optimizing the antenna performance (eg efficiency) in the target frequency slice. In addition, the control unit 56 can use the tuning process to compensate for various effects that distort antenna performance, such as body effects due to the user's body or other objects being close to the antenna.
様々な実施形態では、制御ユニット５６は、任意の適切なメトリックまたはメトリックの組み合わせに基づいて、適応型チューニング可能なＥＳＡのうちの１つまたは複数をチューニングすることができる。メトリックの例は：
・上記で説明したＴＸアンテナのＶＳＷＲ測定値。
・ＲＸ信号の特性、例えば、各アンテナの受信信号強度指標（ＲＳＳＩ）、各アンテナの基準信号受信電力（ＲＳＲＰ）、ＲＸアンテナ間の相関、基準信号位相差、各ＲＸアンテナにおける推定ノイズ／干渉レベルおよび／またはＲＸ信号の変調および符号化方式（ＭＣＳ）。
・ＴＸ信号の特性、例えば、ＴＸ信号の電力余力。
・近接検出器からの入力、近くの物体を示す。
・バイオセンサーからの入力、例えば心拍数、温度、皮膚の水分、血液の飽和など。スマートウォッチアプリケーションでは、例えば、そのようなセンサは、制御ユニット５６に対し、無線機器がユーザの身体に装着されているかテーブル上に横たわっているかを確認し、そしてまた時計の位置を決定することを可能にする。
・モーションセンサーからの入力。スマートウォッチアプリケーションでは、例えば、そのような入力は、デバイスが静的であるかどうか、どの腕にデバイスが装着されているか、そしてその向き（例えば、前腕の前部／後部）を示してもよい。
・マイク／スピーカー行動センサ。通話中にマイクとスピーカーがアクティブになっていると、デバイスはおそらくユーザの頭の横に保持されている。
・充電器接続センサ。
In various embodiments, the control unit 56 can tune one or more of the adaptively tunable ESAs based on any suitable metric or combination of metrics. Examples of metrics are:
Measured VSWR of the TX antenna described above.
RX signal characteristics such as received signal strength index (RSSI) of each antenna, reference signal received power (RSRP) of each antenna, correlation between RX antennas, reference signal phase difference, estimated noise / interference level at each RX antenna And / or RX signal modulation and coding scheme (MCS).
-TX signal characteristics, for example, the power reserve of the TX signal.
• Input from a proximity detector, showing nearby objects.
-Input from biosensors such as heart rate, temperature, skin moisture, blood saturation, etc. In a smartwatch application, for example, such a sensor may check with the control unit 56 whether the wireless device is worn on the user's body or lying on a table and also determine the position of the watch. to enable.
・ Input from motion sensor. In a smartwatch application, for example, such input may indicate whether the device is static, which arm the device is worn on, and its orientation (eg, front / back of the forearm). .
-Microphone / speaker behavior sensor. If the microphone and speaker are active during a call, the device is probably held next to the user's head.
-Charger connection sensor.
上述したように、いくつかの実施形態では、制御ユニット５６は、ＲＸ帯域におけるＥＳＡの受信性能の一定の劣化を許容しながら、ＴＸ／ＲＸ ＥＳＡ３２をチューニングしてもよい。いくつかの実施形態では、制御ユニット５６は、上記メトリックの１つまたは複数に基づき、または他の適切なメトリックに基づいて劣化の許容量を設定してもよい。制御ユニット５６は、例えば、いつチューニングが必要か、そしてどの方向にチューニングするかを決定するために、上記メトリクスを使用してもよい。 As described above, in some embodiments, the control unit 56 may tune the TX / RX ESA 32 while allowing a certain degradation in the reception performance of the ESA in the RX band. In some embodiments, the control unit 56 may set a tolerance for degradation based on one or more of the above metrics, or based on other suitable metrics. The control unit 56 may use the above metrics, for example, to determine when tuning is needed and in which direction.
代替の実施形態では、制御ユニット５６は、上記のメトリックまたは他の適切なメトリックのうちの１つまたは複数に基づいて、ＴＸおよびＲＸの性能をバランスさせながら、ＴＸ／ＲＸ ＥＳＡ３２をチューニングすることができる。このチューニング方式は、例えば、周波数分割複信（ＦＤＤ）で動作する（単一アンテナを有する）無線機器５８において有用であり得る。 In an alternative embodiment, control unit 56 may tune TX / RX ESA 32 while balancing TX and RX performance based on one or more of the above metrics or other suitable metrics. it can. This tuning scheme may be useful, for example, in a wireless device 58 (having a single antenna) that operates in frequency division duplex (FDD).
（非ＦＤＤ実施形態）
上記の説明は主に周波数分割複信（ＦＤＤ）アプリケーションについて述べたものである。しかし、開示された技術は、時分割複信（ＴＤＤ）および半二重ＦＤＤ（ＨＦＤＤ）などの他の二重方式にも適用可能であり、有利である。ＴＤＤアプリケーションでは、例えば、送信と受信が、同じ周波数で、交互の時間間隔で実行される。このようなプロトコルでは、図２の無線機器５８のように、単一のＴＸ／ＲＸアンテナを使用することができる。制御ユニット５６は、ＴＸ／ＲＸ ＥＳＡ３２を適用可能なＴＸ／ＲＸ周波数に適応型チューニングすることができる。別の例として、ＴＤＤ無線機器は、無線機器２０のように２つのアンテナを使用することができる。この実施形態では、両方のアンテナを狭帯域にし、同様の基準を使用して制御ユニット５６によって調整することができる。
(Non-FDD embodiment)
The above description has mainly described frequency division duplex (FDD) applications. However, the disclosed technique is applicable and advantageous to other duplex schemes such as time division duplex (TDD) and half duplex FDD (HFDD). In a TDD application, for example, transmission and reception are performed at alternating time intervals at the same frequency. In such a protocol, a single TX / RX antenna can be used, such as the wireless device 58 of FIG. The control unit 56 can be adaptively tuned to the TX / RX frequency to which the TX / RX ESA 32 can be applied. As another example, a TDD wireless device can use two antennas, like the wireless device 20. In this embodiment, both antennas can be narrowband and tuned by the control unit 56 using similar criteria.
半二重ＦＤＤ（ＨＦＤＤ）では、送信と受信は異なる周波数で実行されるが、しかし交互の時間間隔で実行され、同時には実行されない。ＦＤＤに関する上記の技術は、ＨＦＤＤでも同様に使用することができる。いくつかの実施形態では、制御ユニット５６は、無線機器が現在送信中であるか受信中であるかに応じてＥＳＡ３２を適応型にチューニングすることができる。換言すれば、制御ユニットは、送信中にはＴＸに最適化されたチューニング方式に、受信中にはＲＸに最適化されたチューニング方式にＥＳＡを切り替えることができる。典型的には、ＴＸ最適化方式は、アンテナの中心周波数をＴＸ帯域内の適切な周波数に調整し、ＲＸ最適化方式は、アンテナの中心周波数をＲＸ帯域内の適切な周波数に調整する。 In half-duplex FDD (HFDD), transmission and reception are performed at different frequencies, but are performed at alternating time intervals and not simultaneously. The above techniques for FDD can be used for HFDD as well. In some embodiments, the control unit 56 can adaptively tune the ESA 32 depending on whether the wireless device is currently transmitting or receiving. In other words, the control unit can switch the ESA to a tuning scheme optimized for TX during transmission and to a tuning scheme optimized for RX during reception. Typically, the TX optimization scheme adjusts the center frequency of the antenna to an appropriate frequency within the TX band, and the RX optimization scheme adjusts the center frequency of the antenna to an appropriate frequency within the RX band.
この実施形態では、制御ユニット５６は、送信中にＴＸに最適化されたチューニング方式と受信中にＲＸに最適化されたチューニング方式との間でＴＸ／ＲＸ ＥＳＡ３２を交替させることができる。一方、ＲＸのみのＥＳＡ３６の中心周波数は、ＲＸ帯域において一定に保持されてもよい。 In this embodiment, the control unit 56 can alternate the TX / RX ESA 32 between a tuning scheme optimized for TX during transmission and a tuning scheme optimized for RX during reception. On the other hand, the center frequency of the RX-only ESA 36 may be kept constant in the RX band.
（受信信号分析に基づく自動アンテナチューニング）
本発明のいくつかの実施形態では、制御ユニット５６は、遠隔送信機から受信した信号の分析に基づいて、無線機器の適応型チューニング可能な１つまたは複数のアンテナをチューニングする。以下に説明するチューニング方式は、上記の図１−３の無線機器構成のいずれか、または任意の他の適切な構成と共に使用することができる。
(Automatic antenna tuning based on received signal analysis)
In some embodiments of the present invention, the control unit 56 tunes one or more adaptively tunable antennas of the wireless device based on analysis of signals received from the remote transmitter. The tuning scheme described below can be used with any of the wireless device configurations of FIGS. 1-3 described above, or any other suitable configuration.
開示されたチューニング方式は、例えば、上述のアンテナ構成のような、任意の適切な適応型チューニング可能なアンテナと共に使用することもできる。本明細書に記載された実施形態は主に電気的に小型のアンテナを指すが、開示された技術はそのようなアンテナに限定されず、他の適切なアンテナタイプのチューニングに使用することができる。 The disclosed tuning scheme may also be used with any suitable adaptive tunable antenna, such as the antenna configuration described above. Although the embodiments described herein primarily refer to electrically small antennas, the disclosed techniques are not limited to such antennas and can be used for tuning other suitable antenna types. .
図５は、本発明の１つの実施形態による、アンテナのインピーダンスチューニングおよび開口チューニングを概略的に示すブロック図である。この図は、接地平面９４上に取り付けられ、給電線９２によって給電される放射素子９８を備える例示的アンテナを示す。 FIG. 5 is a block diagram that schematically illustrates impedance tuning and aperture tuning of an antenna, according to one embodiment of the present invention. This figure shows an exemplary antenna comprising a radiating element 98 mounted on a ground plane 94 and fed by a feed line 92.
この例では、チューニング可能なマッチングネットワーク（ＭＮ）３４は、アンテナの出力インピーダンスを上流の無線周波数回路の入力インピーダンスに整合させる。受信信号に基づいて、ＭＮ３４を用いたインピーダンス整合が行われる。チューニング可能コンデンサ９８は、開口チューニングを行う、すなわちアンテナの共振周波数をチューニングする、チューニング可能素子の一例である。コンデンサ９８（または他の調整可能素子）を使用する開口チューニングは、受信信号に基づいて行われる。 In this example, a tunable matching network (MN) 34 matches the antenna output impedance to the upstream radio frequency circuit input impedance. Based on the received signal, impedance matching using the MN 34 is performed. The tunable capacitor 98 is an example of a tunable element that performs aperture tuning, that is, tunes the resonant frequency of the antenna. Aperture tuning using a capacitor 98 (or other adjustable element) is performed based on the received signal.
ＭＮ３４および／またはコンデンサ９８（または他のチューニング可能素子）の設定は、ここではアンテナチューニング設定と呼ばれる。この例では、ＭＮ３４およびコンデンサ９８の両方が、様々なチューニング設定を適用およびテストするように、制御ユニット５６によって制御される。代替的な実施形態では、チューニング方式は、インピーダンスチューニングまたは開口チューニングのみを適用することができる。ＭＮ３４、コンデンサ９８および／または他の任意のチューニング構成要素または回路は、本明細書では、チューニング可能要素と呼ばれ、そのチューニングはアンテナの応答を変化させる。 The setting of MN 34 and / or capacitor 98 (or other tunable element) is referred to herein as the antenna tuning setting. In this example, both MN 34 and capacitor 98 are controlled by control unit 56 to apply and test various tuning settings. In alternative embodiments, the tuning scheme can only apply impedance tuning or aperture tuning. MN34, capacitors 98 and / or any other tuning component or circuit is herein referred to as tuning-element, the tuning changes the response of the antenna.
以下の記載は、受信信号解析に基づくアンテナチューニング方式のいくつかの実施例を概説する。以下の例は、主に、第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）のＬＴＥ（Ｌｏｎｇ−Ｔｅｒｍ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ）仕様に従って動作する受信機を例として記述する。代替的に、開示された技術は、任意の他の適切な通信または位置標準またはプロトコルに従って動作する受信機とともに使用することができる。例示としてのプロトコルは、ユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）、グローバル移動体通信システム（ＧＳＭ（登録商標））、コード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、ＩＥＥＥ８０２．１１のような無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）規格、およびブルートゥース（登録商標）、ＧＰＳ、グロナスを特に含む。 The following description outlines several embodiments of antenna tuning schemes based on received signal analysis. The following example mainly describes a receiver that operates according to the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) LTE (Long-Term Partnership) specification as an example. Alternatively, the disclosed techniques can be used with a receiver that operates according to any other suitable communication or location standard or protocol. Exemplary protocols include Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), Global Mobile Telecommunications System (GSM), Code Division Multiple Access (CDMA), and Wireless Local Area Network (WLAN) standards such as IEEE 802.11. , And Bluetooth (registered trademark), GPS, and Glonus.
（アクティブ受信中のアンテナチューニング）
いくつかの実施形態では、制御ユニット５６は、受信機が所望の信号を受信して復調する期間中にアンテナをチューニングする。例えば、ＬＴＥでは、そのような時間期間は、無線機器がＲＲＣ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤモードで動作する時間であってよい。アンテナチューニングはアンテナの複素利得を変化させるので、受信信号の振幅および／または位相を歪める可能性がある。したがって、連続受信期間中にチューニングを行う場合は注意が必要である。
(Antenna tuning during active reception)
In some embodiments, the control unit 56 tunes the antenna during a period in which the receiver receives and demodulates the desired signal. For example, in LTE, such a time period may be a time during which the wireless device operates in the RRC_CONNECTED mode. Antenna tuning changes the complex gain of the antenna and can distort the amplitude and / or phase of the received signal. Therefore, care must be taken when tuning during continuous reception.
１つの実施形態では、受信信号は、一連の時間フレーム（ＬＴＥではサブフレームと表される）を含み、制御ユニット５６は、連続する時間フレーム間の境界の間だけアンテナに対しチューニング変化を適用する。 In one embodiment, the received signal includes a series of time frames (denoted as subframes in LTE) and the control unit 56 applies tuning changes to the antenna only during the boundary between successive time frames. .
１つの実施形態では、制御ユニット５６は、受信信号レベルおよび周波数の関数としての受信信号レベルの勾配を計算するために、受信信号の既知の部分に関する測定を実行することによって、適切なチューニング変更を決定する。これらの２つのパラメータは、アンテナ応答と周波数の関数としてのアンテナ応答の勾配を示す。 In one embodiment, the control unit 56, to calculate the slope of the received signal level as a function of the received signal level and frequency, by performing measurements on known portion of the received signal, the appropriate tuning Determine the change. These two parameters indicates the slope of the antenna response as a function of the antenna response and frequency.
本明細書において、「信号の既知の部分」という用語は、ビット値が固定されている（または、少なくとも半固定されている、例えば、高い確率で長時間固定されたままである）、あるいはそうでなければ復調または復号の成功に関係なく、事前に受信機に既知の、信号の部分を意味する。このような既知の信号は、例えば、いくつかの事例を挙げると、セル固有の基準信号、位置決め基準信号（ＰＲＳ）、物理同報通信チャネル（ＰＢＣＨ）、２次同期信号（ＳＳＳ）、１次同期信号（ＰＳＳ）、マスター情報ブロック（ＭＩＢ）、およびシステム情報ブロック（ＳＩＢ）のような種々のタイプの基準信号（ＲＳ）および同期信号を含む。 As used herein, the term “known part of a signal” means that the bit value is fixed (or at least semi-fixed, eg, remains fixed for a long time with a high probability), or Otherwise, it means the part of the signal that is known in advance to the receiver, regardless of the success of the demodulation or decoding. Such known signals include, for example, cell-specific reference signals, positioning reference signals (PRS), physical broadcast channels (PBCH), secondary synchronization signals (SSS), primary, to name a few examples. It includes various types of reference signals (RS) and synchronization signals such as synchronization signal (PSS), master information block (MIB), and system information block (SIB).
さらに、サービス提供中のセルの信号だけでなくサービス提供中のセルと同じ周波数で動作する隣接セルからの既知の信号も処理することができる。この技術は、例えば限定された信号対雑音比条件の下で、性能を高めることができる。アンテナチューニングのために使用することができる別の種類の信号は、反復を有するデータサブフレームである：信号が首尾よく復号されると、他の反復サブフレームは既知であり、処理に使用することができる。 Furthermore, not only signals of the serving cell but also known signals from neighboring cells operating at the same frequency as the serving cell can be processed. This technique can enhance performance, for example, under limited signal to noise ratio conditions. Another type of signal that can be used for antenna tuning is a data subframe with repetition: once the signal is successfully decoded, the other repetition subframe is known and used for processing. Can do.
このような信号の既知の値を使用することによって、制御ユニット５６は、高精度の信号レベルおよび勾配の測定値を得ることができる。例えば、制御ユニット５６は、受信された既知信号と予想される既知のビットシーケンスとの畳み込みを計算することができる。このような畳み込みは高い処理利得を有し、正確な信号レベル測定を可能にする。 By using known values of such signals, the control unit 56 can obtain highly accurate signal level and slope measurements. For example, the control unit 56 can calculate a convolution of the received known signal with the expected known bit sequence. Such convolution has a high processing gain and allows accurate signal level measurement.
本文脈では、用語「アンテナ応答」は、受信信号に適用されるときのアンテナの伝達関数を指す。アンテナ応答は、例えば、全アンテナ効率及びアンテナ利得と相関している。これらのパラメータはすべて、特定の周波数において、または周波数の関数として調べることができる。「アンテナ応答」、「アンテナ利得」及び「アンテナ効率」という用語は、本明細書では交換可能に使用されることがある。アンテナ応答値および周波数に対するそれらの勾配は、通常、アンテナチューニングの所望の調整を決定する際に制御ユニット５６によって使用される。 In this context, the term “antenna response” refers to the transfer function of the antenna as applied to the received signal. The antenna response is correlated with, for example, total antenna efficiency and antenna gain. All of these parameters can be examined at a specific frequency or as a function of frequency. The terms “antenna response”, “antenna gain” and “antenna efficiency” may be used interchangeably herein. The antenna response values and their slope relative to frequency are typically used by the control unit 56 in determining the desired adjustment of antenna tuning.
代表的な実施形態では、制御ユニット５６は、受信信号レベルを最大にすること、すなわち、特定の受信信号に対するアンテナ応答の計算値を最大にすることを目指す反復プロセスでアンテナをチューニングする。各反復において、制御ユニット５６は、アンテナ応答の測定された勾配に基づいて、アンテナチューニングに適用される調整値を計算する。 In the exemplary embodiment, the control unit 56 tunes the antenna in an iterative process that aims to maximize the received signal level, i.e., to maximize the calculated antenna response for a particular received signal. At each iteration, control unit 56 calculates an adjustment value applied to antenna tuning based on the measured slope of the antenna response.
いくつかの実施形態では、調整は、アンテナの中心周波数に適用される周波数調整を含む。この周波数調整は、方向（すなわち、中心周波数を増加または減少させるかどうかの決定）およびサイズ（すなわち、決定された方向での周波数シフト）から構成される。他の実施形態では、調整は、得られる周波数調整を明示的に計算することなく、アンテナのチューニング要素（例えば、図５のＭＮ３４またはコンデンサ９８）に適用される直接調整を含む。さらに代替的に、任意の他の適切なタイプの調整を使用することができる。 In some embodiments, the adjustment includes a frequency adjustment applied to the center frequency of the antenna. This frequency adjustment consists of direction (ie, a decision whether to increase or decrease the center frequency) and size (ie, frequency shift in the determined direction). In other embodiments, the adjustment includes a direct adjustment applied to an antenna tuning element (eg, MN 34 or capacitor 98 in FIG. 5) without explicitly calculating the resulting frequency adjustment. Further alternatively, any other suitable type of adjustment can be used.
典型的には、制御ユニット５６によって測定される信号レベルは相対的である。言い換えれば、制御ユニット５６は、絶対的信号レベルを解釈することができず、むしろ、アンテナチューニング素子の異なる設定を比較し、どの設定がより高い受信信号レベルをもたらすかを決定することができる。
このような相対的な測定を行う場合は、類似のチャネル条件で測定を行うように注意する必要がある。例示的な実施形態では、相互に比較されるべき２つのチューニング設定を測定する場合、制御ユニット５６は、あるサブフレームの最後の基準信号（ＲＳ）で１回目の測定を行い、次のサブフレームの第１の基準信号（ＲＳ）で２回目の測定を行う。測定間の時間の近接は、チャネルフェージングの影響を減少させる。あるいは、互いが時間的に近接している他の適切な測定時間を使用することができる。
Typically, the signal level measured by control unit 56 is relative. In other words, the control unit 56 cannot interpret the absolute signal level, but rather can compare different settings of the antenna tuning element to determine which setting results in a higher received signal level.
When performing such relative measurements, care must be taken to perform measurements under similar channel conditions. In an exemplary embodiment, when measuring the two tuning settings to be compared with each other, the control unit 56 performs the first measurement at the last reference signal of a certain subframe (RS), the following sub A second measurement is performed with the first reference signal (RS) of the frame. The proximity of time between measurements reduces the effects of channel fading. Alternatively, other suitable measurement times that are close in time to each other can be used.
典型的には、受信信号は、通信規格に応じて、例えば１０ＫＨｚから数十ＭＨｚ程度の一定の帯域幅を占有する。１つの実施形態では、制御ユニット５６は、受信信号帯域幅にわたっていくつかの周波数で既知の信号（例えば、基準信号（ＲＳ））の受信レベルを測定する。これらの相対的な測定値は、受信信号帯域幅にわたる周波数の関数としてのアンテナ応答の勾配の推定値を提供する。制御ユニット５６は推定勾配を使用して、アンテナチューニング設定に対する調整の適切な方向およびサイズを決定する。１つの実施形態では、制御ユニット５６は、異なるアンテナチューニング設定で行われるいくつかの勾配の測定値から調整の方向を推測する。 Typically, the received signal occupies a certain bandwidth of, for example, about 10 KHz to several tens of MHz depending on the communication standard. In one embodiment, the control unit 56 measures the received level of a known signal (eg, a reference signal (RS)) at several frequencies across the received signal bandwidth. These relative measurements provide an estimate of the slope of the antenna response as a function of frequency over the received signal bandwidth. The control unit 56 uses the estimated slope to determine the appropriate direction and size of adjustment for the antenna tuning settings. In one embodiment, the control unit 56 infers the direction of adjustment from several slope measurements made at different antenna tuning settings.
上記の説明は、既知の信号に基づく測定について述べた。代替の実施形態では、制御ユニット５６は、ユーザデータまたは事前には知られていない他のデータを運ぶ信号部分に基づいて、信号レベルおよび勾配を測定することもできる。例えば、制御ユニット５６は、データ信号を復号し、誤り訂正された情報ビットを信号から抽出し、次にデータシンボルを再符号化することができる。再符号化されたシンボルは、読み取りエラーに起因する歪みがほとんどまたは全くない、より正確なバージョンの受信信号と見なすことができる。したがって、制御ユニット５６は、再符号化されたシンボルからアンテナ応答を計算することができる。 The above description has described measurements based on known signals. In an alternative embodiment, control unit 56 may also measure signal levels and slopes based on signal portions that carry user data or other data that is not known in advance. For example, the control unit 56 can decode the data signal, extract error-corrected information bits from the signal, and then re-encode the data symbols. The re-encoded symbols can be viewed as a more accurate version of the received signal with little or no distortion due to reading errors. Therefore, the control unit 56 can calculate the antenna response from the re-encoded symbols.
（間欠受信時のアンテナチューニング）
いくつかの実施形態では、制御ユニット５６は、受信機の動作が間欠的である期間中にアンテナをチューニングする。このようなシナリオでは、受信機は、通常、低いデューティサイクルで起動しそして信号を復号し、それ以外の場合は休止して節電するように制御される。例えば、ＬＴＥにおいて、無線機器は、不連続受信（ＤＲＸ）状態またはページング状態、例えばＲＲＣ＿ＩＤＬＥモードで動作してもよい。継続的稼働期間（ｗａｋｅ−ｕｐ ｐｅｒｉｏｄ）の間の休止時間間隔は、ＬＴＥリリース１１以下では最大２．５６秒、アドバンスト標準では数分から数時間といったように長くてもよい。
(Antenna tuning during intermittent reception)
In some embodiments, the control unit 56 tunes the antenna during periods when receiver operation is intermittent. In such a scenario, the receiver is typically controlled to start up with a low duty cycle and decode the signal, otherwise pause to save power. For example, in LTE, a wireless device may operate in a discontinuous reception (DRX) state or a paging state, eg, RRC_IDLE mode. The pause time interval between continuous wake-up periods may be as long as up to 2.56 seconds for LTE releases 11 and below, and minutes to hours for advanced standards.
アンテナ応答は、例えばボディ効果のために、ある稼働期間から次の稼働期間までに変化する可能性があるので、稼働期間の間の休止間隔の間、アンテナのチューニングを続けることが望ましい。間欠受信時にアンテナチューニングを実施する場合は、消費電力を最小限に抑えるように注意する必要があり、それはこのようなシナリオでは最も重要な考慮事項である。 Antenna response, for example, for the body effect, there is a possibility to change from one operation period until the next busy period, during the pause interval between the operation period, it is desirable to continue the tuning of the antenna. When performing antenna tuning during intermittent reception, care must be taken to minimize power consumption, which is the most important consideration in such a scenario.
一方、受信機は稼働期間の間に実際のデータ復調を実行しないので、制御ユニット５６は、休止間隔の間の任意の適切な時間にチューニング設定を自由に試験することができる。制御ユニット５６は、例えば受信信号レベル及び／又は休止インターバル及び稼働期間の持続時間に依存して、必要に応じて測定のタイミングを変更することができる。 On the other hand, since the receiver does not perform actual data demodulation during the working period, the control unit 56 is free to test the tuning settings at any suitable time during the pause interval. The control unit 56 can change the timing of the measurement as required, for example depending on the received signal level and / or the pause interval and the duration of the working period.
例示的な実施形態では、間欠受信の間、制御ユニット５６は、既知の信号を含まないデータシンボルの間（例えば、基準信号（ＲＳ）を含まないデータシンボルの間）にアンテナチューニング設定を変更し、既知信号を含むシンボル（例えば、ＲＳシンボル）の間に信号レベル測定を行う。上述したように、基準信号（ＲＳ）は既知の信号であるので、受信されたＲＳと期待される既知のビットシーケンスとの間の畳み込みは高い処理利得を有し、正確な信号レベル測定を可能にする。 In an exemplary embodiment, during intermittent reception, control unit 56 changes antenna tuning settings during data symbols that do not include a known signal (eg, between data symbols that do not include a reference signal (RS)). The signal level is measured during a symbol including a known signal (for example, RS symbol). As mentioned above, since the reference signal (RS) is a known signal, the convolution between the received RS and the expected known bit sequence has a high processing gain and allows accurate signal level measurements. To.
図６は、本発明の１つの実施形態による、無線機器によって受信された基地局（ｅＮｏｄｅＢ）からのＬＴＥ直行周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）信号と、それがアンテナチューニングのために使用される方法を示す図である。横軸は、ＯＦＤＭシンボル間隔単位の時間軸である。垂直軸は、ＯＦＤＭサブキャリア帯域幅の単位での周波数軸である。この例では、各シンボルは約７１．３マイクロ秒の長さであり、サブキャリアは１５ＫＨｚ離れて配置されている。 Figure 6 method, according to one embodiment of the present invention, LTE orthogonal frequency division multiplexing from the base received by the wireless device Chikyoku (eNodeB) and (OFDM) signal, it is used for antenna tuning FIG. The horizontal axis is a time axis in units of OFDM symbol intervals. The vertical axis is the frequency axis in units of OFDM subcarrier bandwidth. In this example, each symbol is approximately 71.3 microseconds long and the subcarriers are spaced 15 KHz apart.
それぞれの時間−周波数ユニット（１シンボル時間間隔にわたる１つのサブキャリア）は、本明細書では時間−周波数ビンと呼ばれる。全体の受信信号帯域幅は、例えば、１８０ＫＨｚと１８ＭＨｚとの間であり得る。時間軸上で、信号はサブフレーム１００に分割される。各サブフレームは、「スロット０」および「スロット１」と表される２つのタイムスロットに分割され、各スロットは０から６の番号を付けられた６つのＯＦＤＭシンボルから構成される。 Each time-frequency unit (one subcarrier over one symbol time interval) is referred to herein as a time-frequency bin. The total received signal bandwidth can be, for example, between 180 KHz and 18 MHz. The signal is divided into subframes 100 on the time axis. Each subframe is divided into two time slots denoted “slot 0” and “slot 1”, and each slot is composed of six OFDM symbols numbered from 0 to 6.
受信信号内のＯＦＤＭシンボルのいくつかは、それらの時間−周波数ビンのうちのいくつかにおいて基準信号（ＲＳ）を運ぶ。そのようなシンボルの１つが図において１０１とマーキングされている。他のシンボルは、基準信号（ＲＳ）をまったく搬送しない。この例では、信号は、基地局によりＴＸ０およびＴＸ１と呼ばれる２つのアンテナポートから送信されている。基準信号（ＲＳ）の別個のパターンが各アンテナポートを介して送信される−ＴＸ０に対しＲＳ１０２（図では濃い陰影で表示）、ＴＸ１に対しＲＳ１０４（クロスハッチングで表示）。この送信パターンは、単に例として示されている。任意の他の適切なパターンを使用することができる。 Some of the OFDM symbols in the received signal carry a reference signal (RS) in some of their time-frequency bins. One such symbol is marked 101 in the figure. Other symbols carry no reference signal (RS). In this example, the signal is sent from the two antenna ports called TX0 and TX1 by groups Chikyoku. A separate pattern of the reference signal (RS) is transmitted via each antenna port-RS102 for TX0 (shown with dark shading in the figure), RS104 for TX1 (displayed with cross-hatching). This transmission pattern is shown only as an example. Any other suitable pattern can be used.
この例では、各スロットのシンボル０および４はＲＳシンボル１０１である。各ＲＳシンボルにおいて、基準信号（ＲＳ）（ＴＸ０またはＴＸ１のいずれかの）はそれぞれ３番目毎のサブキャリア上に受信される。受信された信号の残りの時間−周波数ビンは、無線機器または他の機器のいずれかに対して、データチャネルまたは他のチャネルタイプを送信するために使用されてもよい。図６の信号パターンは、純粋に例として示された例示的なパターンである。開示された技術は、任意の他の適切な信号構造とともに使用することができる。 In this example, symbols 0 and 4 in each slot are RS symbols 101. In each RS symbol, (one of TX0 or TX1) reference signal (RS) each of which is received on every third subcarrier. The remaining time-frequency bins of the received signal may be used to transmit a data channel or other channel type to either the wireless device or other devices. The signal pattern of FIG. 6 is an exemplary pattern shown purely as an example. The disclosed techniques can be used with any other suitable signal structure.
いくつかの実施形態では、チャネルフェージングに対する感応性を低減するために、制御ユニット５６は、以下のようにアンテナ応答を測定する。制御ユニット５６は、ＡおよびＢで示される２つのアンテナチューニング設定を比較する．Ａは、基準またはベースライン設定と見なされる。制御ユニット５６は、設定Ｂが設定Ａよりも良いか悪いかを判断しようとする。この動作は、例えば、受信信号レベルを最大にすることを目的とする反復チューニングプロセスの所与の１つの反復において実行されてもよい。 In some embodiments, to reduce sensitivity to channel fading, control unit 56 measures antenna response as follows. The control unit 56 compares the two antenna tuning settings indicated by A and B. A is considered a baseline or baseline setting. The control unit 56 tries to determine whether the setting B is better or worse than the setting A. This operation may be performed, for example, in a given iteration of the iterative tuning process aimed at maximizing the received signal level.
この例では、制御ユニット５６は時刻１１０においてアンテナチューニング要素を設定Ａに設定し、続くＲＳシンボル内の基準信号に対して測定（設定Ａのもとで）を行う。次に、時刻１１２において、制御ユニット５６は設定Ｂに切り替え、続くＲＳシンボルの基準信号に対して測定（設定Ｂの下で）を実行する。時刻１１４において、制御ユニット５６は設定を設定Ａに戻し、後に続くＲＳシンボル内の基準信号に対して測定（設定Ａのもとで）を再度行う。上述したように、チューニング設定の変更は、データシンボル（すなわち非ＲＳシンボル）中に実行されるが、信号レベル測定はＲＳシンボル中に実行される。 In this example, the control unit 56 sets the antenna tuning factor to setting A at time 110 and performs measurements (under setting A) on the reference signal in the subsequent RS symbol. Next, at time 112, the control unit 56 switches to setting B and performs measurement (under setting B) on the reference signal of the subsequent RS symbol. At time 114, the control unit 56 returns the setting to setting A, and again performs measurement (under setting A) on the reference signal in the RS symbol that follows. As described above, tuning setting changes are performed during data symbols (ie, non-RS symbols), while signal level measurements are performed during RS symbols.
上述の例では、制御ユニット５６は、設定Ｂを測定する前と後で設定Ａを測定し、設定Ｂとの比較において設定Ａの両方の測定値を考慮する。このメカニズムは、チャネルフェージングによって引き起こされる歪みを最小にするのに役立つ。したがって、制御ユニット５６は、第１および第３のＲＳシンボル（スロット０のシンボル０およびスロット１のシンボル０）を補間する。この補間は、設定Ａがスロット０のシンボル４（設定Ｂが測定される）に生じたであろう結果を近似する。 In the above example, the control unit 56 measures the setting A before and after measuring the setting B, and considers both measured values of the setting A in comparison with the setting B. This mechanism helps to minimize distortion caused by channel fading. Therefore, control unit 56 interpolates the first and third RS symbols (symbol 0 in slot 0 and symbol 0 in slot 1). This interpolation approximates the result that setting A would have occurred on symbol 4 in slot 0 (setting B is measured).
代替の実施形態では、制御ユニット５６は、測定精度を向上させるために、ＲＳシンボルのより多くの測定値を補間し、および／またはより多数の可能な設定を測定してもよい。いくつかの実施形態、例えば低速フェージングシナリオでは、スロット０のシンボル０（設定Ａの下）とスロット０のシンボル４（設定Ｂの下）を比較する、すなわち設定Ａを２回測定することを控えることで十分であるかもしれない。
信号レベルを測定することに加えて、制御ユニット５６は、所与のアンテナチューニング設定に対し、周波数の関数としてのアンテナ応答の勾配を測定してもよい。勾配は、アンテナが現在どの程度良好にチューニングされているか、および／またはどの方向に、および／またはどの程度、アンテナ中心周波数が調整されるべきかを示すことができる。
In alternative embodiments, the control unit 56 may interpolate more measurements of RS symbols and / or measure more possible settings to improve measurement accuracy. In some embodiments, for example, a slow fading scenario, compare slot 0 symbol 0 (under setting A) and slot 0 symbol 4 (under setting B), ie refrain from measuring setting A twice. That may be enough.
In addition to measuring the signal level, the control unit 56 may measure the slope of the antenna response as a function of frequency for a given antenna tuning setting. Gradient antenna how well do is tuned currently, and / or in which direction, and / or extent, what should the antenna center frequency is adjusted can indicate Succoth.
制御ユニット５６は、通常、ＲＳシンボル内の異なるＲＳの相対的な測定振幅を計算することによって勾配を測定する。例えば図６の信号では、所与のＲＳシンボルは、信号帯域幅にわたって３番目のサブキャリアごとにＲＳ（１０２または１０４）を含む。シンボル内のＲＳの相対的振幅を測定することにより、アンテナ応答の勾配（または他の特性）が周波数の関数として提供される。
所与の設定における勾配に加えて、制御ユニット５６は、チューニング設定間の勾配の変化を計算することもできる。異なるチューニング設定間の勾配の変化は、より広い帯域幅に関する情報を提供し、所望の調整の振幅および方向についてより正確な指示を提供し得る。
The control unit 56 typically measures the slope by calculating the relative measured amplitude of different RSs within the RS symbol. For example, in the signal of FIG. 6, a given RS symbol includes RS (102 or 104) for every third subcarrier across the signal bandwidth. By measuring the relative amplitude of the RS within the symbol, the slope (or other characteristic) of the antenna response is provided as a function of frequency.
In addition to the slope at a given setting, the control unit 56 can also calculate the change in slope between tuning settings. The change in slope between different tuning settings can provide information on wider bandwidth and provide a more accurate indication of the amplitude and direction of the desired adjustment.
図７は、周波数の関数としての計算されたアンテナ効率の勾配に基づく、アンテナチューニングを概略的に示すグラフである。グラフ１２０は、所与のアンテナチューニング設定に対する、全体的アンテナ効率を周波数の関数としてプロットしたグラフである。例えば、この場合の設定は、約７７２．５ＭＨｚの中心周波数の周りの信号を受信するようにうまくチューニングされている。 FIG. 7 is a graph schematically illustrating antenna tuning based on the slope of the calculated antenna efficiency as a function of frequency. Graph 120 is a graph plotting overall antenna efficiency as a function of frequency for a given antenna tuning setting. For example, the settings in this case are well tuned to receive signals around a center frequency of about 772.5 MHz.
実際の場合のほとんどでは、所与のチャネル帯域幅の両端の勾配は、平坦な勾配、緩やかな正の勾配、緩やかな負の勾配、急な正の勾配、急な負の勾配、または凹面の勾配に分類できる。凹面の勾配は、典型的には、アンテナがチューニングされているか、またはほぼチューニングされていることを示し、わずかな調整しか必要とされないことを示す。急な正の勾配は、典型的には、アンテナの中心周波数を低減すべきであることを示す。急な負の勾配は、典型的には、アンテナの中心周波数を増加させるべきであることを示す。緩やかな勾配は、アンテナがチューニングされていることを示すか、またはチューニングが完全に目標から外れているため、大きなチューニングステップが必要であることを示すかのどちらかである。 In most practical cases, the slopes at either end of a given channel bandwidth are flat slopes, gentle positive slopes, gentle negative slopes, steep positive slopes, steep negative slopes, or concave ones. Can be classified into gradients. A concave slope typically indicates that the antenna is tuned or nearly tuned, indicating that only minor adjustments are required. A steep positive slope typically indicates that the center frequency of the antenna should be reduced. A steep negative slope typically indicates that the center frequency of the antenna should be increased. The gentle slope either indicates that the antenna is tuned or indicates that a large tuning step is required because tuning is completely off target.
間欠受信（例えば、不連続受信（ＤＲＸ）またはページングサイクル）の間、制御ユニット５６は、アンテナチューニング設定を評価（および場合によっては調整）するために、受信機を起動する時期がいつかを判断するために様々な基準を使用することができる。起動基準は、例えば、最新の基準信号受信電力（ＲＳＲＰ）または基準信号受信品質（ＲＳＲＱ）の値を考慮することができる。受信された信号が強い場合、アンテナのチューニングは、低い精度で、かつ少ない頻度で追跡出来る。 During intermittent reception (eg, discontinuous reception (DRX) or paging cycle), the control unit 56 determines when to activate the receiver to evaluate (and possibly adjust) the antenna tuning settings. Various criteria can be used for this purpose. For example, a value of the latest reference signal reception power (RSRP) or reference signal reception quality (RSRQ) can be considered as the activation reference. If the received signal is strong, the antenna tuning can be tracked with low accuracy and less frequently.
別の例として、起動基準は、近接センサ、加速度センサ、ジャイロスコープおよび／またはタッチスクリーンなどの、無線機器の低電流センサを考慮してもよい。１つの実施形態では、制御ユニット５６は、これらのセンサによって感知された環境変化に応答してアンテナのチューニングを開始する。このような変化は、例えば、アンテナの再チューニングを是認するボディ効果の変化を示し得る。 As another example, the activation criteria may consider a low current sensor of a wireless device, such as a proximity sensor, an acceleration sensor, a gyroscope and / or a touch screen. In one embodiment, control unit 56 initiates antenna tuning in response to environmental changes sensed by these sensors. Such a change may indicate, for example, a change in body effect that approves antenna retuning.
さらに別の例として、起動基準は、無線機器の非稼働持続時間を考慮してもよい。長い非稼働期間は、通常、実際の受信に先立ってアンテナチューニングを検証する必要性が高いことを示し、逆も同様である。さらに代替的に、制御ユニット５６は、受信機をいつ起動し、アンテナチューニング設定を評価するかを決定する際に他の適切なパラメータを考慮してもよい。 As yet another example, the activation criteria may take into account the non-operation duration of the wireless device. A long non-operational period usually indicates a high need to verify antenna tuning prior to actual reception, and vice versa. Further alternatively, the control unit 56 may consider other suitable parameters in determining when to activate the receiver and evaluate antenna tuning settings.
上記の説明は、連続受信中に使用されるものと、間欠受信中に使用されるものとの２つのチューニング方式について記載している。いくつかの実施形態では、制御ユニット５６は、無線機器の現在の動作モードおよびモード間の遷移を認知している。制御ユニット５６は、この情報を用いて２つのチューニング方式のうちの１つを選択してもよい。 The above description describes two tuning schemes, one used during continuous reception and one used during intermittent reception. In some embodiments, the control unit 56 is aware of the current operating mode of the wireless device and transitions between modes. The control unit 56 may select one of two tuning schemes using this information.
（追加の実施形態と変化形）
図６の例では、制御ユニット５６は、ＲＳシンボル間の異なるチューニング設定の間で切り替えを行い、ＲＳシンボル中のアンテナ応答を測定する。そのような実装では、所与のチューニング設定を評価するために、一般的に所与のＲＳシンボル全体が使用される。しかしながら、基準信号（ＲＳ）によって提供される処理利得が十分に大きい場合、その所与のＲＳシンボルの間に設定を切り替えることができ、したがって、所与のＲＳシンボルを、１つより多いチューニング設定の評価を行うために使用することができる。このような方式は、高速フェージングシナリオではより速く、より弾力的である。
(Additional embodiments and variations)
In the example of FIG. 6, the control unit 56 switches between different tuning settings between RS symbols and measures the antenna response in the RS symbols. In such implementations, the entire given RS symbol is typically used to evaluate a given tuning setting. However, if the processing gain provided by the reference signal (RS) is sufficiently large, the setting can be switched during that given RS symbol, and thus a given RS symbol can be switched to more than one tuning setting. Can be used to make assessments. Such a scheme is faster and more resilient in fast fading scenarios.
例えば、ＬＴＥでは、基準信号（ＲＳ）シーケンスにはゼロが埋め込まれ、時間領域では周期的である。したがって、ＲＳシンボルを（時間的に）複数の測定に分割し、このようにして測定プロセスを高速化することが可能である。ＬＴＥ ＲＳの時間領域における周期性は、直行周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）シンボル時間の３分の１である。したがって、例えば、制御ユニット５６は、ＲＳシンボルの最初の３分の１の間に設定Ａを測定し、ＲＳシンボルの第二の３分の１の間に設定をＢに切り替え、ＲＳシンボルの第三の３分の１の間に設定Ｂを測定することができる。次に、制御ユニット５６は、２つの測定の結果を相関させ、相関結果を平均して所望のチューニング方向を生成することができる。 For example, in LTE, the reference signal (RS) sequence is padded with zeros and is periodic in the time domain. It is therefore possible to divide the RS symbol (in time) into multiple measurements and thus speed up the measurement process. The periodicity in the time domain of LTE RS is one third of the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) symbol time. Thus, for example, the control unit 56 measures the first 3 minutes set A during one of RS symbols, switches the setting between the second third of the RS symbol B, a the RS symbol it can be measured setting B between the third third of. The control unit 56 can then correlate the results of the two measurements and average the correlation results to produce the desired tuning direction.
いくつかの実施形態では、制御ユニット５６は、受信機による基地局信号の最初の取得中に適切なチューニング方式を見つけることを試みる。１つの実施形態では、最初の取得中に、制御ユニット５６は、アンテナ共鳴周波数の潜在的変動を十分にカバーする、チューニング要素の複数の設定にわたって走査を試みてもよい。最初の取得プロセスは、これらの名目上の設定で開始することができる。信号が見つからない場合は、例えば、確率の高い設定から始めるなど、他の設定を検索することもできる。いったん基地局信号が見つかると（例えば、プライマリ同期信号（ＰＳＳ））、上述の反復プロセスを使用して、より細かいチューニングを行うことができる。最初のチューニングは、最初の検索中に見つかった任意の信号に対して実行することもできる。 In some embodiments, the control unit 56 attempts to find an appropriate tuning scheme during the initial acquisition of the base station signal by the receiver. In one embodiment, during the initial acquisition, the control unit 56 may attempt to scan across multiple settings of the tuning element that sufficiently cover potential variations in antenna resonance frequency. The initial acquisition process can begin with these nominal settings. If no signal is found, other settings can be searched, for example, starting with a high probability setting. Once a base station signal is found (eg, primary synchronization signal (PSS)), fine tuning can be performed using the iterative process described above. The initial tuning can also be performed on any signal found during the initial search.
所与の時点において、無線機器は、特定の周波数で特定の基地局によってサービスを提供され、したがって、この周波数に対する最適なアンテナチューニング設定の良好な知識を有する。ある時点で、無線機器は異なる周波数上の代替基地局を探索することがある。いくつかの実施形態では、制御ユニット５６は、（周波数シフト間の予想される相関により）現在サービスを提供する基地局の既知のチューニング設定を使用して新しい基地局の周波数に対するチューニング設定を計算することができる。 At a given time, the wireless device is served by a specific base station at a specific frequency and thus has good knowledge of the optimal antenna tuning settings for this frequency. At some point, the wireless device may search for alternative base stations on different frequencies. In some embodiments, the control unit 56 calculates the tuning settings for the new base station frequency using the known tuning settings of the currently serving base station (due to the expected correlation between frequency shifts). be able to.
上記のメカニズムは、帯域内セル探索、すなわち現在の基地局と新しい基地局が同じ周波数帯域で動作する場合に主に適用可能である。周波数間帯域間サーチ（すなわち現在の基地局と新基地局とが異なる周波数帯域で動作する場合）においては、周波数差異とアンテナの特性に応じて、上述した初期取得プロセスまたは上述の帯域内計算プロセスのいずれかを用いることができる。 The above mechanism is mainly applicable for in-band cell search, ie when the current base station and the new base station operate in the same frequency band. In the inter-frequency band search (that is, when the current base station and the new base station operate in different frequency bands), depending on the frequency difference and the characteristics of the antenna, the initial acquisition process or the in-band calculation process described above. Either of these can be used.
いくつかの実施形態では、制御ユニット５６は、送信された信号に基づいてアンテナをチューニングする送信ベースのチューニング方式だけでなく、開示された（受信ベースの）チューニング方式の両方を適用する。受信ベースのチューニングは、「ＲＸ設定」と呼ばれるチューニング設定をもたらし、送信ベースのチューニングは、「ＴＸ設定」と呼ばれるチューニング設定をもたらす。所与の時点で、制御ユニット５６は、ＲＸ設定とＴＸ設定の間で選択し、または、例えば使用されている通信プロトコルに応じて、２つの設定を組み合わせてもよい。 In some embodiments, the control unit 56 applies both the disclosed (receive-based) tuning scheme as well as a transmission-based tuning scheme that tunes the antenna based on the transmitted signal. Receive-based tuning results in a tuning setting referred to as “RX settings”, and transmit-based tuning results in a tuning setting referred to as “TX settings”. At a given point in time, the control unit 56 may choose between RX settings and TX settings, or may combine the two settings, for example depending on the communication protocol being used.
例えば、周波数分割複信（ＦＤＤ）オペレーションでは、制御ユニット５６は、ＲＸ専用アンテナに対し、そのアンテナについて計算されたＲＸ設定を使用する。ＴＸ／ＲＸアンテナの場合、制御ユニット５６は、該当するユーザシナリオに適合させるために、ＴＸ設定またはＲＸ設定、またはその２つを妥協させる設定を使用する。例えば、受信が重点のシナリオ（例えば、ファイルダウンロードまたはビデオストリーミング）の場合、より高い重み付けがＲＸ方式に与えられ、逆もまた同様である。この妥協はまた、チャネル条件に依存し得る。例えば、受信が干渉制限されている場合、ＲＸ設定はほとんど有益ではないかもしれない。一方、ＴＸ設定はより電力効率がよいかもしれない。 For example, in frequency division duplex (FDD) operation, the control unit 56 uses the RX settings calculated for that antenna for the RX dedicated antenna. In the case of a TX / RX antenna, the control unit 56 uses a TX setting or an RX setting, or a setting that compromises the two, in order to adapt to the relevant user scenario. For example, in a scenario where reception is a priority (eg, file download or video streaming), a higher weight is given to the RX scheme, and vice versa. This compromise may also depend on channel conditions. For example, RX settings may be of little benefit if reception is interference limited. On the other hand, TX settings may be more power efficient.
半二重ＦＤＤ（ＨＦＤＤ）オペレーションでは、制御ユニット５６は、受信中はＲＸ設定を使用する。制御ユニット５６は、送信中はＴＸ設定が存在する場合にはＴＸ設定を使用し、またはＲＸ設定に基づいて概略のＴＸ設定を計算する。時分割複信（ＴＤＤ）オペレーションでは、送信と受信の両方が同じ周波数で実行されるので、制御ユニット５６は常にＲＸ設定を使用することができ、送信ベースのチューニングは完全に省略することができる。 In half-duplex FDD (HFDD) operation, the control unit 56, receiving uses RX settings. The control unit 56 uses the TX setting if a TX setting exists during transmission, or calculates an approximate TX setting based on the RX setting. In time division duplex ( TDD) operation, both transmission and reception are performed at the same frequency, so the control unit 56 can always use the RX setting and transmission based tuning can be omitted entirely. .
上述の実施形態は例として引用されたものであり、本発明は、上記に特に示され記載されたものに限定されないことが理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、上述した様々な特徴の組み合わせおよび部分的な組み合わせ、ならびに前述の説明を読むことによって当業者に想起される変形および修正の両方を含み、本特許出願において参考として援用された文献は、本出願と一体とみなされるべきであり、明示的にまたは暗示的に本明細書の定義と矛盾する場合は、本明細書の定義が優先される。 It will be appreciated that the embodiments described above are cited by way of example, and that the present invention is not limited to what has been particularly shown and described hereinabove. Rather, the scope of the present invention includes both combinations and subcombinations of the various features described above, as well as variations and modifications that will occur to those skilled in the art upon reading the foregoing description, and is incorporated herein by reference. Any references cited should be regarded as integral with the present application, and in the event that they explicitly or implicitly conflict with the definitions herein, the definitions herein shall prevail.
Claims (22)
前記電気的にチューニング可能なアンテナの応答に適用される調整を、１つの周波数領域に亘って周波数の関数としての前記応答の勾配を計算し、そして前記計算された勾配から前記調整を得ることを含み、前記受信された信号を分析することにより、計算するステップと；そして
前記計算された調整に応答して、前記チューニング可能な要素を制御することにより、前記電気的にチューニング可能なアンテナの前記応答を適合させるステップと；
を有することを特徴とする方法。 Receiving a signal from a remote transmitter via an electrically tunable antenna including a tunable element;
An adjustment applied to the response of the electrically tunable antenna, calculating a slope of the response as a function of frequency over a frequency domain and obtaining the adjustment from the calculated slope wherein, by analyzing the received signal, step and calculating; in response to and the calculated adjusted, by controlling the tunable element, said electrically the tunable antenna Adapting the response;
A method characterized by comprising:
チューニング可能な要素を含む電気的にチューニング可能なアンテナと；
遠隔地の送信機から、前記電気的にチューニング可能なアンテナを介して信号を受信するように構成される受信機と；
制御回路と；
を有し、
前記制御回路は、
前記電気的にチューニング可能なアンテナの応答に適用される調整を、１つの周波数領域に亘って周波数の関数としての前記応答の勾配を計算し、そして前記計算された勾配から前記調整を得ることを含み、前記受信された信号を分析することにより計算し、そして
前記計算された調整に応答して、前記チューニング可能な要素を制御することにより、前記電気的にチューニング可能なアンテナの前記応答を適合させる、
ように構成される、
ことを特徴とする装置。 A device,
An electrically tunable antenna including a tunable element;
A receiver configured to receive a signal from a remote transmitter via the electrically tunable antenna;
A control circuit;
Have
The control circuit includes :
An adjustment applied to the response of the electrically tunable antenna, calculating a slope of the response as a function of frequency over a frequency domain and obtaining the adjustment from the calculated slope Including, calculating by analyzing the received signal, and adapting the response of the electrically tunable antenna by controlling the tunable element in response to the calculated adjustment make,
Configured as
A device characterized by that.
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