JP4711892B2 - マルチアンテナ通信装置 - Google Patents
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Description
また、このマルチアンテナ無線システムを用いることにより、複数のアンテナから送信した電波を複数のアンテナで受信し、それぞれの送信アンテナのデータを受信側で分離することができる。この方式はMIMOと呼ばれ、データの伝送速度が高められることが知られている。
そこで、この課題を解決した小型のマルチアンテナ無線機が、例えば特許文献2〜4によって提案されている。
また、図19に示す従来のマルチアンテナ無線機では、2倍の高調波周波数で動作するミキサと局部発振器とが必要となる。また、各アンテナで受信される所望周波数よりfsだけ離れた妨害波を抑圧するフィルタが必要となる。そのため、やはりマルチアンテナ無線機全体の小型化には限界がある。
さらに、図20に示す従来のマルチアンテナ無線機では、各アンテナにRFで動作する変調器が必要となる。そのため、やはりマルチアンテナ無線機全体の小型化には限界がある。
図1は、TDDシステムに用いられる本発明の第1の実施形態に係るマルチアンテナ通信装置の構成例を示す図である。図1に示す第1の実施形態に係るマルチアンテナ通信装置は、第1〜第4のアンテナ11〜14と、アンテナスイッチ20と、信号切り換えスイッチ30と、第1〜第4のスイッチ制御回路41〜44と、帯域選択フィルタ50と、信号整形部60と、サンプルホールド部(SH)71と、ADコンバータ(ADC)72と、シリアルパラレル変換部(S/P)73と、デジタル信号プロセッサ(DSP)74と、遅延制御回路75と、分周回路76と、送信回路80とを備える。
第2世代以降の携帯電話等では、デジタル変復調が用いられている。デジタル変復調の通信装置では、ADコンバータにおいて伝送速度の数倍のスピードでサンプリングが行われ、その結果から受信信号が復調される。すなわち、復調に必要なのはサンプリングする瞬間におけるベースバンドに変換された受信信号の電圧となる。
図3に、分周回路76及び第1〜第4のスイッチ制御回路41〜44における出力波形例を示す。図4に、第1〜第4のスイッチ31〜34の出力波形例のイメージを示す。
図6は、FDDシステムに用いられる本発明の第2の実施形態に係るマルチアンテナ通信装置の構成例を示す図である。図6に示す第2の実施形態に係るマルチアンテナ通信装置は、第1〜第4のアンテナ11〜14と、アンテナ共用器90と、信号切り換えスイッチ30と、第1〜第4のスイッチ制御回路41〜44と、信号整形部60と、サンプルホールド部71と、ADコンバータ72と、シリアルパラレル変換部73と、デジタル信号プロセッサ74と、分周回路76と、遅延制御回路75と、送信回路80とを備える。
上記第1及び第2の実施形態では、切り換え状態が急峻に遷移するスイッチを第1〜第4のスイッチ31〜34に用いた場合、あるアンテナから別のアンテナへの切り換えも急峻に行われる(図4を参照)。この場合、切り替え前のアンテナの受信信号電圧と切り換え後のアンテナの受信信号電圧とに差があると、出力信号に大きな高調波成分が含まれてしまう。この高調波成分が含まれた信号は、高周波回路に用いられる整合回路やベースバンドのフィルタ回路を通過するときに、その周波数特性によって波形が歪んでしまい、伝送誤りの原因となる。
この制御の概念図を図8に示す。この第3の実施形態では、以下に説明するように、第1〜第4のスイッチ31〜34を特徴的な構成にして、第1〜第4のスイッチ制御回路41〜44による特徴的な制御と協働させることで、上記目的を実現させる。なお、以下の各実施例では、第1のスイッチ31と第1のスイッチ制御回路41との組み合わせを代表して説明する。
図9は、第1のスイッチ31に電界効果トランジスタ(FET)を用い、第1のスイッチ制御回路41にデジタル信号プロセッサ(DSP)とDAコンバータ(D/A)とを用いた、実施例1の構成を示す図である。
デジタル信号プロセッサは、入力するクロック信号の波形を、ハニング窓やルートナイキスト窓の関数に従って波形整形する。DAコンバータは、波形整形されたデジタルのクロック信号をアナログに変換する。この処理により、立ち上がり及び立ち下がりが緩やかになった制御信号が生成される。この制御信号でFETを徐々にON/OFFすることで、出力信号の包絡線を変化させる。なお、FETに代えてMEMSスイッチ等を用いてもよい。
図10は、第1のスイッチ31に並列接続されたサイズの異なる3つのFETを用い、第1のスイッチ制御回路41にこの3つのFETのON/OFFを切り換える回路を用いた、実施例2の構成を示す図である。
3つのFETのサイズは、小さいものから順にL=100μm、200μm、及び500μmとなっている。第1のスイッチ制御回路41は、受信信号の立ち上がり時にはサイズの大きなFETから順番にOFFし、受信信号の立ち下がり時にはサイズの小さいFETから順番にONする。このFETのON/OFF切り換えを順番に行うことで、出力信号の包絡線を変化させる。なお、並列接続するFETの数やサイズは、この実施例に限るものではなく自由に設計可能である。また、FETに代えてMEMSスイッチ等を用いてもよい。
図11は、第1のスイッチ31に並列接続された3つのFETと各FETに直列接続された異なる減衰量の3つの減衰器(ATT)とを用い、第1のスイッチ制御回路41にこの3つのFETのON/OFFを切り換える回路を用いた、実施例3の構成を示す図である。
この実施例3では、3つのFETのサイズは同じであるが、直列に挿入される減衰器の減衰量が大きいものから順に−3dB、−1dB、及び−0.1dBとなっている。第1のスイッチ制御回路41は、受信信号の立ち上がり時には減衰量の大きなFETから順番にOFFし、受信信号の立ち下がり時には減衰量の小さいFETから順番にONする。このFETのON/OFF切り換えを順番に行うことで、出力信号の包絡線を変化させる。なお、並列接続するFETの数や減衰器の減衰量及び数は、この実施例に限るものではなく自由に設計可能である。また、FETに代えてMEMSスイッチ等を用いてもよい。
図12は、第1のスイッチ31に並列接続された6つのFETを用い、第1のスイッチ制御回路41にこの6つのFETのON/OFFを切り換える回路を用いた、実施例4の構成を示す図である。
この実施例4では、6つのFETに小さいサイズのFETを使用し、第1のスイッチ制御回路41は、受信信号の立ち上がり時にはOFFするFETの数を6個→0個へ順番に変化させていき(減らす数は1個ずつに限らない)、受信信号の立ち下がり時にはONするFETの数を0個→6個へ順番に変化させる(増やす数は1個ずつに限らない)。このFETのON/OFF切り換えを順番に行うことで、出力信号の包絡線を変化させる。
なお、並列接続するFETの数は、この実施例に限るものではなく自由に設計可能である。また、FETに代えてMEMSスイッチ等を用いてもよい。
図13は、第1のスイッチ31にFETを用い、このFETのON/OFF切り換えを高速に行う回路を用いた、実施例5の構成を示す図である。
第1のスイッチ制御回路41には、入力するクロック信号の波形を、ハニング窓、ハミング窓、又はルートナイキスト窓の関数に従って波形整形し、ΔΣ変調された制御信号を生成する。この制御信号でFETを高速にON/OFFすることで、見かけ上の出力信号の包絡線を変化させる。なお、FETに代えてGaAsスイッチ、MOSFETスイッチ、又はMEMSスイッチ等を用いてもよい。
図14は、本発明の第4の実施形態に係るマルチアンテナ通信装置の構成例を示す図である。図14のマルチアンテナ通信装置は、第1〜第4のアンテナ11〜14と、アンテナ共用器90と、信号整形部100と、信号切り換えスイッチ30と、ADコンバータ72と、シリアルパラレル変換部73と、デジタル信号プロセッサ74と、分周回路76と、遅延制御回路75と、送信回路80とを備える。信号整形部100は、第1〜第4のアンテナ11〜14にそれぞれ対応した、4つの低雑音増幅器、4つのダウンミキサ、及び4つのベースバンドフィルタと、局部発振器とで構成される。
20 アンテナスイッチ
21〜24、31〜34 スイッチ
30 信号切り換えスイッチ
41〜44 スイッチ制御回路
50 帯域選択フィルタ
60、100 信号整形部
71 サンプルホールド部
72 ADコンバータ
73 シリアルパラレル変換部
74 デジタル信号プロセッサ
75 遅延制御回路
76 分周回路
77 キャパシタ
80 送信回路
90 アンテナ共用器
Claims (5)
- 複数のアンテナで同時に信号を受信するマルチアンテナ受信機を備えたマルチアンテナ通信装置であって、
N本のアンテナと、
前記N本のアンテナで受信された信号がそれぞれ入力されるN個のスイッチと、
前記N個のスイッチが所定の期間だけ1つずつONする制御を、所定の順番で繰り返し行うスイッチ制御回路と、
前記スイッチ制御回路の制御に従って前記N個のスイッチからそれぞれ出力される受信信号をシリアル信号として入力し、当該シリアル信号を整形する信号整形部と、
前記スイッチ制御回路で行われる制御タイミングに同期して、前記信号整形部で整形されたアナログのシリアル信号を、デジタルのシリアル信号に変換するADコンバータと、
前記ADコンバータでデジタル化されたシリアル信号をパラレル信号に変換して、前記N本のアンテナに対応したN個の信号を前記所定の順番で生成するシリアルパラレル変換部とを備え、
前記N個のスイッチは、それぞれ、サイズの異なる複数のFET又はMEMSスイッチが並列接続された回路で構成されており、
前記スイッチ制御回路は、スイッチをONする際には前記複数のFET又はMEMSスイッチを1つずつ段階的にONさせ、スイッチをOFFする際には前記複数のFET又はMEMSスイッチを1つずつ段階的にOFFさせることを特徴とする、マルチアンテナ通信装置。 - 複数のアンテナで同時に信号を受信するマルチアンテナ受信機を備えたマルチアンテナ通信装置であって、
N本のアンテナと、
前記N本のアンテナで受信された信号がそれぞれ入力されるN個のスイッチと、
前記N個のスイッチが所定の期間だけ1つずつONする制御を、所定の順番で繰り返し行うスイッチ制御回路と、
前記スイッチ制御回路の制御に従って前記N個のスイッチからそれぞれ出力される受信信号をシリアル信号として入力し、当該シリアル信号を整形する信号整形部と、
前記スイッチ制御回路で行われる制御タイミングに同期して、前記信号整形部で整形されたアナログのシリアル信号を、デジタルのシリアル信号に変換するADコンバータと、
前記ADコンバータでデジタル化されたシリアル信号をパラレル信号に変換して、前記N本のアンテナに対応したN個の信号を前記所定の順番で生成するシリアルパラレル変換部とを備え、
前記N個のスイッチは、それぞれ、減衰量の異なる減衰器が直列接続された複数のFET又はMEMSスイッチが並列接続された回路で構成されており、
前記スイッチ制御回路は、スイッチをONする際には前記複数のFET又はMEMSスイッチを1つずつ段階的にONさせ、スイッチをOFFする際には前記複数のFET又はMEMSスイッチを1つずつ段階的にOFFさせることを特徴とする、マルチアンテナ通信装置。 - 複数のアンテナで同時に信号を受信するマルチアンテナ受信機を備えたマルチアンテナ通信装置であって、
N本のアンテナと、
前記N本のアンテナで受信された信号がそれぞれ入力されるN個のスイッチと、
前記N個のスイッチが所定の期間だけ1つずつONする制御を、所定の順番で繰り返し行うスイッチ制御回路と、
前記スイッチ制御回路の制御に従って前記N個のスイッチからそれぞれ出力される受信信号をシリアル信号として入力し、当該シリアル信号を整形する信号整形部と、
前記スイッチ制御回路で行われる制御タイミングに同期して、前記信号整形部で整形されたアナログのシリアル信号を、デジタルのシリアル信号に変換するADコンバータと、
前記ADコンバータでデジタル化されたシリアル信号をパラレル信号に変換して、前記N本のアンテナに対応したN個の信号を前記所定の順番で生成するシリアルパラレル変換部とを備え、
前記N個のスイッチは、それぞれ、同一サイズの複数のFET又はMEMSスイッチが並列接続された回路で構成されており、
前記スイッチ制御回路は、スイッチをONする際には前記複数のFET又はMEMSスイッチを1つ又は2つを段階的にONさせ、スイッチをOFFする際には前記複数のFET又はMEMSスイッチを1つ又は2つを段階的にOFFさせることを特徴とする、マルチアンテナ通信装置。 - 前記ONさせる複数のFET又はMEMSスイッチの組み合わせ、及びOFFさせる複数のFET又はMEMSスイッチの組み合わせは、毎回異ならせることを特徴とする、請求項3に記載のマルチアンテナ通信装置。
- 複数のアンテナで同時に信号を受信するマルチアンテナ受信機を備えたマルチアンテナ通信装置であって、
N本のアンテナと、
前記N本のアンテナで受信された信号がそれぞれ入力されるN個のスイッチと、
前記N個のスイッチが所定の期間だけ1つずつONする制御を、所定の順番で繰り返し行うスイッチ制御回路と、
前記スイッチ制御回路の制御に従って前記N個のスイッチからそれぞれ出力される受信信号をシリアル信号として入力し、当該シリアル信号を整形する信号整形部と、
前記スイッチ制御回路で行われる制御タイミングに同期して、前記信号整形部で整形されたアナログのシリアル信号を、デジタルのシリアル信号に変換するADコンバータと、
前記ADコンバータでデジタル化されたシリアル信号をパラレル信号に変換して、前記N本のアンテナに対応したN個の信号を前記所定の順番で生成するシリアルパラレル変換部とを備え、
前記N個のスイッチは、それぞれ、複数のFET又はMEMSスイッチが並列接続された回路で構成されており、
前記スイッチ制御回路は、ΔΣ変調された電圧で、スイッチをON及びOFFすることを特徴とする、マルチアンテナ通信装置。
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