JP6214673B2 - 送受切換え器および共存している無線通信システムのための受動リーク消去回路網 - Google Patents

送受切換え器および共存している無線通信システムのための受動リーク消去回路網 Download PDF

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Description

本発明は、送受切換え器(duplexers)および共存している(coexisting)無線通信システムのための受動リーク消去回路網(passive leakage cancellation networks)に関する。
関連出願の相互参照
本出願は、2012年12月11日に、代理人事件整理番号028080−0818、「全二重無線送受信機のためのフロントエンド・モジュール」という名称で出願された米国仮特許出願61/735,783に基づき、優先権を主張する。本出願は、また、2013年3月25日に、代理人事件整理番号028080−0877、「全二重無線送受信機のためのフロントエンド・モジュール」という名称で出願された米国仮特許出願61/805,078に基づき、優先権を主張する。各々のこれらの出願のすべての内容は、本願明細書に引用したものとする。
連邦によって後援された調査に関する声明
本発明は、海軍研究事務所(ONR)によって授与された助成番号N0014−12−V−0130、および米国国防総省高等研究計画局(DARPA)によって授与された助成番号HR0011−12−C−0094の下で政府の支援によって作成された。政府は、本発明について一定の権利を有する。
背景
発明の技術分野
この開示は、送信および受信を同時に行う無線通信システム、ならびにそのようなシステムにおいて、受信される信号への送信される信号のリークに関する。
関連技術の説明
無線通信システムにおいて、無線受信機(RX)は、無線送信機(TX)が異なる信号を同時に送信しうる間、信号を受信できる。無線送信機(TX)は、配列される(collocated)か、共用の場所(co−site)にあるか、あるいは近接した場所にあってもよい。たとえば、周波数分割双方向(frequency division duplex)(FDD)無線通信システムにおいて、同じ無線通信のTXとRXとは、2つの異なる周波数帯であるTX用のftxと、RX用のfrxとにおいて、それぞれ同時に動作できる。他の例は、たとえば同時に動作しうるワイ・ファイ(Wi−Fi)無線通信機およびセル無線通信機(cellular radio)などの複数無線通信機を備えるスマートフォンである。これは、結果的に、他の無線通信機のTXが他の周波数帯fINTで信号を送っている間に、一の無線通信機のRXが一の周波数帯frxで信号を受けうることになる。
このようなシナリオ(scenario)において、無線通信システムのための重要な性能の測定基準は、同時に動作しているTXとRXとの間の「絶縁(isolation)」でありうる。上記絶縁は、とくにTX周波数帯の範囲内およびRX周波数帯の範囲内で重要でありうる。TX周波数帯またはRX周波数帯の範囲内でRXに到達するいかなるリークも、著しく受信機を妨げる可能性がある。必要最小限の絶縁は、用途およびシナリオに依存しうる。たとえば、商用のFDD無線通信機では、TXおよびRX周波数帯において、RXに対するTXの絶縁は50dB以上必要でありうる。十分に絶縁されていなければ、攻撃者(aggressor)TX信号は、被害者(victim)RXの感度(sensitivity)を著しく低下させる可能性があり、結局その適切な動作を妨げうる。
FDD無線通信機において、TX−RX絶縁を提供することへの普及している方法は、周波数送受切換え器(frequency duplexer)を使用することである。
送受切換え器は、3ポート電気回路網(three port electrical network)である。1つのポートは、通常、アンテナ(ANT)に接続され、1つのポートはTX出力に接続され、そして、1つのポートはRX入力に接続される。送受切換え器の設計の一般的な課題は、TXからANTまで、およびANTからRXまで低挿入損失を達成する一方で、TXからRXまで高絶縁を提供することである。しかしながら、この要件を満たすには、高価な共振器技術(たとえば、バルク超音波(bulk acoustic Wave)(BAW)共振器)が必要となる可能性がある。さらに、FDD無線通信機がサポートする必要がありうる周波数帯の数の新たな成長に伴って、無線通信機の送受切換え器の数も比例して増大する可能性があり、それは結果的に、複雑で計り知れない(non−scalable)無線通信システムとなりうる。したがって、電子的に同調できて2つ以上の帯域に対応する可変同調型送受切換え器(tunable duplexer)が、無線通信機の複雑さおよびコストを削減するために極めて望ましくなりうる。しかしながら、音響共振器(acoustic resonators)は調整するのが困難でありうる。一方、他の種類の可変同調型共振器は、大幅な損失のない、および/または過度のバルクのない十分な絶縁を提供することができない。
攻撃者TXと被害者RXとの絶縁は、周波数領域における分離の組み合せ、およびカスタマイズされたフィルタリングも使用してきた。上記絶縁は、通常、特定のプラットホームと、無線通信機がより複雑になってより多くの帯域をサポートするにつれて制限しうる、無線通信機がサポートする周波数帯域と、に関係する。
TXとRXとの間の絶縁を強化する他の方法は、完全または部分的に攻撃者TXから被害者RXへのリーク信号の振幅と一致するが逆相である消去信号(cancellation signal)を生成することである。上記消去信号は、リーク信号と組み合わせられ、それを打ち消して、絶縁を強化する。
この消去方法は、リーク信号と一致する消去信号を生成するパス(path)中において、能動回路(たとえば増幅器)を必要としうる。能動回路の導入は、過剰雑音を導入し、非線形性に起因してパワー処理を制限しうる、および/または電力を消費するので、極めて望ましくない可能性がある。さらに、上記の方法は、被害者RXの信号パスの下流でリーク信号を打ち消しうる。これは、被害者RXの上流の信号パスが線形であることを要求することがあり、今度は、システムのRFパワー処理能力に制限を課す可能性がある。リーク信号との結合がフィードバック消去において得られる場合、さらに、重要な安定条件も考慮される必要がある。
TXおよびRXが同じ帯域で同時に動作する無線通信システムの分類があり、よく同じチャンネルであるといわれる。上記のシナリオにおいて、いかなる周波数分離(frequency separation)も、RXおよびTXの間にあってはならない。したがって、TX−RX絶縁は、いかなるバンドパス・フィルタリング、または類似した回路によっても達成されえない。RXの適切な動作は、その結果、同じ無線通信機の自己干渉するTX信号の消去に大きく依存しうる。RXおよびTXの出力信号電力に対して要求される感度に応じて、100dBから130dBの全体的な絶縁が必要でありうる。このような高いレベルの絶縁は、無線通信機のフロントエンドにおける1回の消去ステップによって達成するのは困難かもしれない。さらに、RXに到達する他の周波数帯の他の干渉信号にフィルタをかけるために付加的なフィルタリングが必要かもしれない。
概要
受動消去回路網は、送信機から無線で送信される送信信号を受動的に受信する構成を備える送信入力と、前記受動消去回路網によって処理した後、受動的に前記送信信号を伝送する構成を備える送信出力と、前記送信信号からの望ましくないリークを含む受信信号を受動的に受信する構成を備える受信入力と、前記受動消去回路網によって処理した後、受動的に前記受信信号を伝送する構成を備える受信出力と、前記受信信号における前記送信信号からの前記望ましくないリークの少なくとも一部をフィードフォワード法で受動的に消去する受動フィードフォワード消去回路と、を有する。
前記送信出力および前記受信入力は、共通の端子を共用しうる。
前記受動フィードフォワード消去回路は、受動送受切換え器を有しうる。
前記送信信号の一部は、送信周波数帯域の範囲内にありえ、前記受信信号の一部は、前記送信周波数帯域とは異なる受信周波数帯域の範囲内にありえ、前記望ましくないリークは、前記送信周波数帯域内、前記受信周波数帯域内、またはその両方にありえ、前記受動フィードフォワード消去回路は、前記送信周波数帯域において前記望ましくないリークの少なくとも一部を消去する構成を有する第1の受動消去サブ回路、あるいは、前記受信周波数帯域において前記望ましくないリークの少なくとも一部を消去する構成を有する第2の受動消去サブ回路を有しうる。
前記第1の受動消去サブ回路は、前記受信周波数帯域の範囲の信号に対して高い入力インピーダンスを有しうる。前記第2の受動消去サブ回路は、前記送信周波数帯域の範囲の信号に対して高い入力インピーダンスを有しうる。
前記第1の受動消去サブ回路は、実質的に前記送信周波数帯域の範囲のみの信号を通過させる第1の受動バンドパスフィルタを有しうる。前記第2の受動消去サブ回路は、実質的に前記受信周波数帯域の範囲のみの信号を通過させる第2の受動バンドパスフィルタを有しうる。
前記受動消去回路網は、受動送受切換え器を有しうる。前記受動送受切換え器は、実質的に前記送信周波数帯域の範囲のみの信号を通過させる第3の受動バンドパスフィルタを有するか、あるいは、実質的に前記受信周波数帯域の範囲のみの信号を通過させる第4の受動バンドパスフィルタを有する。前記第1および第3の受動バンドパスフィルタは、実質的に同じ次数(order)、損失、または帯域外応答(out of band responses)を有しうる。前記第2および第4の受動バンドパスフィルタは、実質的に同じ次数、損失、または帯域外応答を有しうる。前記第1の受動バンドパスフィルタは、前記受信周波数帯域において実質的に平らな振幅応答を有しうる。前記第2の受動バンドパスフィルタは、前記送信周波数帯域において実質的に平らな振幅応答を有しうる。
前記送信または前記受信信号またはその両方は、多重不連続周波数帯域(multiple non−contiguous frequency bands)の信号を有しうる。前記送信信号からのリークの受動フィードフォワード消去回路による前記消去は1つ以上の前記多重不連続周波数帯域の範囲において最適である。
前記受動フィードフォワード消去回路は、受動信号結合器および受動信号分波器を有しうる。
前記受動フィードフォワード消去回路は、受動アッテネータ、位相シフタ(phase shifter)または遅延ライン(delay line)を有しうる。
前記受動フィードフォワード消去回路は、受動電圧結合器(passive voltage combiner)、電力結合器(power combiner)、方向性カプラ(directional coupler)を有しうる。
前記受動フィードフォワード消去回路は、受動可変同調型回路(passive tunable circuit)を有しうる。前記受動可変同調型回路は、前記望ましくないリークの消去が最適となる単一または複数の周波数バンドを制御する。
前記受動フィードフォワード消去回路は、前記受動フィードフォワード消去回路を前記送信周波数帯域、前記受信周波数帯域またはその両方に同調することを可能にする受動可変同調回路を有しうる。
前記受動フィードフォワード消去回路は、サーキュレータを有しうる。
前記受動フィードフォワード消去回路は、アイソレータを有しうる。
前記受動フィードフォワード消去回路は、前記送信入力における信号に基づいて、前記望まれないリークの消去を最大化するために、前記受動フィードフォワード消去回路を最適化する構成を有するアルゴリズムを含む回路を有しうる。
これら、ならびに他の構成要素、ステップ、特徴、目的、便益および利点が、以下の例示的な実施形態の詳細な説明、添付の図面および特許請求の範囲を検討することにより明らかになるだろう。
図面の簡単な説明
図面は、実施形態を反映したものである。それらが、全ての実施形態を例示するというわけではない。他の実施態様が、追加的に、または代わりに使用されうる。明らかな、または不必要な詳細は、スペースの節約またはより有効な説明のために省略されうる。いくつかの実施形態は、追加的な構成要素またはステップとともに実施されうる、および/または記載される構成要素またはステップのすべてを含まずに実施されうる。同じ数字が異なる図面において現れるときに、それは同一または類似した構成要素またはステップを参照する。
図1は、受動消去回路網の一例を示す。
図2は、受動消去の他の例を示す。
図3は、送受切換え器および受動消去回路網を含む受動消去に基づく送受切換え器を例示する。
図4は、受動消去回路網の他の例を示す。
図5は、受動消去回路網の他の例を示す。
図6は、複数の周波数において無限に近い量(near infinite amount)の消去を達成しうる受動消去回路網の一例を示す。
図7は、受動消去に基づく送受切換え器の他の例である。
図8は、「n」個の被害者受信機および「m」個の攻撃者送信機を有する無線通信システムにサービスを提供する受動消去回路網の一例を示す。「m」および「n」は、各々1以上の自然な整数である。
図9、図10および図11は、受動消去に基づく送受切換え器の実施形態を例示する。
図12は、受動消去に基づく送受切換え器の一例である。
図13は、受動消去に基づく可変同調型送受切換え器の一例を示す。
図14は、受動消去回路網の他の例である。
図15は、受動消去回路網を最適化するために使用できるアルゴリズムの一例を示す。
受動消去回路網の一例を示すブロック図である。 受動消去の他の例を示すブロック図である。 送受切換え器および受動消去回路網を含む受動消去に基づく送受切換え器を例示するブロック図である。 受動消去回路網の他の例を示すブロック図である。 受動消去回路網の他の例を示すブロック図である。 複数の周波数において無限に近い量の消去を達成しうる受動消去回路網の一例を示すブロック図である。 受動消去に基づく送受切換え器の他の例である。 「n」個の被害者受信機および「m」個の攻撃者送信機を有する無線通信システムにサービスを提供する受動消去回路網の一例を示すブロック図である。 受動消去に基づく送受切換え器の実施形態を例示するブロック図である。 受動消去に基づく送受切換え器の実施形態を例示するブロック図である。 受動消去に基づく送受切換え器の実施形態を例示するブロック図である。 受動消去に基づく送受切換え器の一例である。 受動消去に基づく可変同調型送受切換え器の一例を示すブロック図である。 受動消去回路網の他の例である。 受動消去回路網を最適化するために使用できるアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。
例示的な実施形態の詳細な説明
以下、例示の実施形態について説明する。他の実施態様が、追加的に、または代わりに使用されうる。明らかな、または不必要な詳細は、スペースの節約またはより有効な説明のために省略されうる。いくつかの実施形態は、追加的な構成要素またはステップとともに実施されうる、および/または記載される構成要素またはステップのすべてを含まずに実施されうる。
以下、様々な革新的なシステム、アーキテクチャ、ならびに周波数送受切換え器および共存している無線通信システムに対する受動フィードフォワード消去およびその応用のための方法論について説明される。
これから検討される構成要素および回路は、すべて受動的でありうる。受動的な構成要素(passive component)または回路は、いかなるパワー利得も提供しないものである。上記の受動的な構成要素および回路は、1つ以上の抵抗器、コンデンサ(capacitor)、インダクタ、共振器、音響共振器、コイル、トランス、バラン、分布素子(distributed elements)(たとえば、伝送ライン、同軸共振器またはこれらのあらゆる組み合せ)を含む。受動的な構成要素および回路は、スイッチも含みうる。いかなるパワー利得も提供しないトランジスタが、スイッチのために使用されることができ、また、その結果、受動的であると考慮される。
受動的な構成要素を使用することは、性能を低下させるノイズまたは非線形性を生成することなく、そして、外部電源を必要とすることなく、リーク消去の度合いを強化できる。
図1は、受動消去回路網の一例を示す。受動消去回路網は、たとえば図1においてポート1〜4で示されるように4ポート電気回路網であってもよい。上記回路網は、1つ以上の無線通信機を有する無線通信システムにおいて使用されうる。ここで、1つの無線通信機のRXは、同一または他の無線通信機の攻撃者送信機(TX)の被害者である。
ポート1は、RXに提供されることになっている信号を受けうる。受信信号は、特定の周波数帯(RX周波数帯)でありうる。
ポート2は、消去処理の後、RX信号を出力しうる。
ポート3は、攻撃者の発生源からTX信号またはそのコピーを受けうる。送信信号は、特定の周波数帯(TX周波数帯)の範囲内でありうる。
ポート4は、消去処理の後、攻撃者TX信号を出力しうる。
受動消去回路網の非存在下では、TXからRXまで著しいリークがある可能性があり、被害者RXの性能を低下させる。リーク・パス(leakage path)の一例は、共存シナリオ(coexistence scenario)において、信号が攻撃者の無線通信機のアンテナから、被害者の無線通信機のアンテナまで漏れる時である。受動消去回路網は、無線通信システムに挿入されうる。それは、2つの受動消去機能回路103および105、ならびに2つの信号結合器107および109を含みうる。受動消去回路網101と、そのすべての構成要素とは、完全に受動的でもよく、相互伝達関数(reciprocal transfer function)を有しうる。たとえば、信号結合器(signal combiner)107は、相互応答(reciprocal response)を有する3ポート受動回路網でありうる。
ポート1からポート2、およびポート3からポート4の信号損失は、最小でありうる。したがって、受動消去回路網の挿入は、無線通信システムにおいて著しい信号挿入損失を生成しえない。
受動消去回路網のポート3からポート2の伝達関数が、TXからRXまでのリーク伝達関数と、逆相で、できる限り近接して一致するように、受動消去機能回路103および105は設計されうる。したがって、受動消去回路網は、完全または部分的にTXからRXへのリーク信号を消去することができ、全体的な絶縁を強化しうる。たとえば、少なくとも40、50または60dBの全体的な絶縁が達成されうる。両方の受動消去機能回路103および105を含めることにより、受動消去回路網が、絶縁が重要であって概して重要な周波数帯であるRX周波数帯およびTX周波数帯における全体的な絶縁を強化するのを可能にする。信号結合器107と結合される受動消去機能回路103は、RX周波数帯の絶縁を強化するために構成されうる。一方、信号結合器109と結合される受動消去機能回路105は、TX周波数帯の絶縁を強化するために構成されうる。
上記2つの受動消去機能回路103および105、ならびに2つの信号結合器107および109は、1つ以上の下記の特性を有しうる。
・各々の信号結合器107および109は、そのポート1および2からの信号を結合することができ、結合された信号をそのポート3に出力できる。各々の結合器のポート1からポート3への信号損失は、最小でありうる。
・受動消去機能回路103は、RX帯域において高入力インピーダンスを備える受動伝達関数(passive transfer function)を有することができ、その出力において消去信号をつくるために振幅および位相について調整されうる。上記消去信号は、リーク電流と組み合わされるとき、周波数帯域の全体または一部分にわたり、完全または部分的に上記リーク信号を消去しうる。
・受動消去機能回路105は、TX帯域において高入力インピーダンスを備える受動伝達関数を有することができ、その出力において消去信号をつくるために振幅および位相について調整されうる。上記消去信号は、リーク電流と組み合わされるとき、周波数帯域の全体または一部分にわたり、完全または部分的に上記リーク信号を消去しうる。
図2は、他の受動消去の一例を示す。上記受動消去回路網は、再び、たとえば図2においてポート1〜4で示されるように、4ポート電気回路網であってもよい。それは、一つ以上の無線通信機を有する無線通信システムにおいて使用されうる。ここで、1つの無線通信機のRXは、同一または他の無線通信機の攻撃者送信機(TX)の被害者である。
ポート1は、RXに提供されることになっている信号を受けうる。
ポート2は、消去処理の後、RX信号を出力しうる。
ポート3は、攻撃者の発生源からTX信号またはそのコピーを受けうる。
ポート4は、消去処理の後、攻撃者TX信号を出力できる。
受動消去回路網の非存在下では、TXからRXまで著しいリークがある可能性があり、被害者RXの性能を低下させる。リーク・パスの一例は、共存シナリオにおいて、信号が攻撃者の無線通信のアンテナから、被害者の無線通信のアンテナまで漏れる時である。受動消去回路網は、無線通信システムに挿入されうる。
受動消去回路網は、受動消去機能回路203、信号結合器205、および信号分波器(signal splitter)207を含むことができる。受動消去回路網中のすべての構成要素は、完全に受動的でもよくて、その結果、相互伝達関数を有する。たとえば、信号結合器205は、相互応答を有する3ポート受動回路網であってもよい。ポート1からポート2、およびポート3からポート4の信号損失は、最小でありうる。したがって、受動消去回路網の挿入は、元の無線通信システムの信号挿入損失を著しく低下させない。受動消去回路網のポート3からポート2の伝達関数が、TXからRXまでのリーク伝達関数と、逆相で、できる限り近接して一致するように、受動消去機能回路203は設計されうる。したがって、受動消去回路網は、完全または部分的にTXからRXへのリーク信号を消去することができ、全体的な絶縁を強化できる。たとえば、少なくとも40、50または60dBの全体的な絶縁が達成されうる。
上記受動消去回路網は、受動消去機能回路203、信号結合器205、および受動信号分波器207を有し、1つ以上の下記の特性を有する。
・上記信号分波器207は、そのポート3からの信号を2つの信号に分波することができて、それらをそのポート1および2に出力できる。ポート3からポート1への信号損失は、最小でありうる。
・信号結合器205は、そのポート1および2からの信号を結合することができて、結合された信号をそのポート3に出力できる。ポート1からポート3への信号損失は、最小でありうる。
・上記受動消去機能回路は、受動伝達関数を有することができて、その出力おいて消去信号をつくるために振幅および位相について調整されうる。上記消去信号は、リーク電流と組み合わされるとき、上記リークを完全または部分的に消去しうる。
図3は、送受切換え器303および受動消去回路網305を含む受動消去に基づく送受切換え器の一例を示す。受動消去回路網305は、たとえば、図1または図2に示される受動消去回路網うちのいずれかのタイプでありうる。攻撃者TXおよび被害者RXは、同じFDD無線通信機に属する可能性があり、たとえば少なくとも40、50または60dBのTXからRXへの高絶縁性を必要としうる。受動消去に基づく送受切換え器(passive cancellation−based duplexer)は、図3に示すようにポート1〜3を有しうる。ポート1は、RX信号を受信し、TX信号を送信することができ、アンテナまたはアンテナ・スイッチに接続されうる。ポート2は、RX信号を出力することができ、受信機入力に接続されうる。ポート3は、TX信号を入力することができ、送信機出力に接続されうる。ポート1からポート2、およびポート3からポート1への信号損失は、最小でありうる。ポート3からポート2への絶縁は、高くなりうる。
送受切換え器303は、ポート2とポート3と間において低い絶縁、たとえば40、30または20dB未満の絶縁を有しうる従来の送受切換え器303であってもよい。上記受動消去に基づく送受切換え器は、他の受動的な構成要素を含むことができる。上記受動消去に基づく送受切換え器は、全体的なアーキテクチャのポート2およびポート3との間の絶縁を強化できる。したがって、上記受動消去に基づく送受切換え器は、そのポート2およびポート3との間に優れた絶縁を伴う優れた送受切換え器になりうる。ポート1とポート2、およびポート3とポート1との間において非常に低い信号損失を可能とするため、ポート2とポート3との間において低い絶縁を有する従来の送受切換え器303を伴う受動消去に基づく送受切換え器301が使用されうる。上記受動消去に基づく送受切換え器のポート1からポート2、およびポート3からポート1の信号損失は、従来の送受切換え器303のそれらに従いうる。上記受動消去に基づく送受切換え器のポート2とポート3との間の全体的な絶縁が優れるように、受動消去回路網505は絶縁を強化できる。受動消去回路網305は、受動消去に基づく送受切換え器のポート1からポート2、およびポート3からポート1の信号損失に対していかなる大きな影響を与えることはないかもしれない。その結果、上記受動消去に基づく送受切換え器は、従来の送受切換え器(たとえば、従来の送受切換え器303)と比較すると、優れた損失および優れた絶縁を伴う送受切換え器になりうる。上記受動消去に基づく送受切換え器は、1つ以上の下記の特性を有する。
・受動消去回路網305は、ポート3からポート2まで絶縁を強化できる。
・従来の送受切換え器303は、下記の特性を備える受動機能を提供しうる。
○RX帯域において、ポート1からポート2への最小の信号損失
○TX帯域において、ポート3からポート1への最小の信号損失
○ポート3からポート2への絶縁
図4は、受動消去回路網の他の例を示す。受動消去回路網は、
・受動TX帯域のバンドパスフィルタおよびインピーダンス整合回路網403
・受動RX帯域のバンドパスフィルタおよびインピーダンス整合回路網405
・可変アッテネータおよび位相シフタを含みうる受動消去回路網407
・可変アッテネータおよび位相シフタを含みうる第2の受動消去回路網409
・電力結合器(たとえば方向性カプラ)でありうる受動信号結合器411
・電力結合器(たとえば方向性カプラ)でありうる第2の受動信号結合器413を含みうる。
図5は、受動消去回路網の他の例である。受動消去回路網は、
・受動TX帯域のバンドパスフィルタおよびインピーダンス整合回路網403
・受動RX帯域のバンドパスフィルタおよびインピーダンス整合回路網405
・可変アッテネータおよび位相シフタを含むことができる受動消去回路網407
・可変アッテネータおよび位相シフタを含むことができる第2の受動消去回路網409
・電圧結合器(たとえばトランスまたはバラン)であってもよい受動信号結合器503
・電圧結合器(たとえばトランスまたはバラン)であってもよい受動信号結合器505を含みうる。
図4および図5に示される受動消去回路網は、各々の受動消去回路網407および409に関連して、1つの周波数において無限に近い量の消去を達成しうる。TX帯域またはRX帯域の他の周波数における消去は、消去パス伝達関数がどれくらいよくリーク・パス伝達関数と一致するかに依存しうる。
図6は、複数の周波数において無限に近い量の消去を達成しうる受動消去回路網の一例を示す。受動消去回路網は、
・受動TX帯域のバンドパスフィルタおよびインピーダンス整合回路網
・受動RX帯域のバンドパスフィルタおよびインピーダンス整合回路網405
・信号分波器、結合器、可変アッテネータ、位相シフタおよび可変遅延ラインを含みうる受動消去回路網603
・信号分波器、結合器、可変アッテネータ、位相シフタおよび可変遅延ラインを含むことができる第2の受動消去回路網605
・電圧または電力結合器(たとえばカプラ、トランスまたはバラン)でありうる受動信号結合器107
・電圧または電力結合器(たとえばカプラ、トランスまたはバラン)でありうる受動信号結合器
を含みうる。
図7は、受動消去に基づく送受切換え器の他の例である。受動消去送受切換え器は、
・受動TX帯域のバンドパスフィルタおよびインピーダンス整合回路網705
・受動RX帯域のバンドパスフィルタおよびインピーダンス整合回路網703
・図1または図3〜図6において例示される受動消去回路網のいずれかでありうる受動消去回路網707を含みうる。
受動消去に基づく送受切換え器が図4〜図6において例示される受動消去回路網のいずれかを使用する場合、バンドパスフィルタ403および405は、それぞれ、完全または部分的にフィルタ703および705の応答と一致する応答を有しうる。具体的には、バンドパスフィルタ403はバンドパスフィルタ703と同じでもよい。そして、バンドパスフィルタ405はバンドパスフィルタ705と同じでもよい。
図8は、「n」個の被害者受信機および「m」個の攻撃者送信機を有する無線通信システムにサービスを提供する受動消去回路網の一例を示す。「m」および「n」は、各々1以上の自然な整数である。受動消去回路網は、「2(m+n)」ポート電気回路網であってもよい。ポート1からポートn信号は、無線通信機の被害者受信機に提供されることになっている信号RX からRX を受けることができる。ポートn+1からポート2nは、消去処理の後、RX信号RX からRX を出力できる。ポート2n+1からポート2n+mは、攻撃者信号源TX からTX までのTX信号を受けることができる。ポート2n+m+1からポート2(m+n)は、消去処理の後、攻撃者TX信号TX からTX を出力できる。
受動消去回路網は、それぞれ、図1または図3〜図6に示される4ポート受動消去回路網のいずれかでありうる「m,n」4ポート受動消去回路網を含みうる。各々の4ポート受動消去回路網は、「m」攻撃者TX信号のうちの1つから、「n」被害者RX信号のうちの1つまでの絶縁を強化できる。図8に示される受動消去回路網が、共存している複数の無線通信機の絶縁を強化するために使用されうる。受動消去回路網は、また、1つのチャンネル、マルチバンド、チャンネル集合(channel aggregated)、1つのアンテナ、複数のアンテナまたは上記の無線通信システムのあらゆる組合せの絶縁増強のための1つまたは複数の送受切換え器を伴って結合されうる。
すべての提案された受動消去回路網および受動消去に基づく送受切換え器は、消去帯域および消去帯域幅を伴ってもよい。上記消去帯域は、RXとTXとの間の全体的な絶縁が、所定値(たとえば40、50または60dB)より良い周波数帯として定義されうる。上記消去帯域は、受動消去回路網内部の伝達関数に応じて、単一の周波数帯、または複数の隣接または非隣接帯域でありうる。したがって、狭帯域、広帯域および同時(concurrent)マルチバンド受動消去を伴う受動消去回路網および受動消去に基づく送受切換え器が実現されうる。加えて、受動消去回路網および受動消去に基づく送受切換え器は、それぞれ、可変同調型である消去帯域を有しうる。たとえば、上記アッテネータの減衰、または受動消去回路網407、409、603または605の位相シフタの位相のような、消去プロファイルの可変同調性(tunability)(たとえば消去帯域の可変同調性)は、受動回路網の適切なパラメータを調整することによって達成されうる。
固定周波数帯消去(fixed frequency band cancellation)または固定周波数送受切換え器(fixed frequency duplexers)ともいわれる、前述した事項のすべての1つの拡張は、「可変同調型」受動消去回路網および「可変同調型」受動消去に基づく送受切換え器の1つの分類である。可変同調型送受切換え器または可変同調型受動消去回路網は、送受切換え器または受動消去回路網でありえ、そのRX帯域(frx)および/またはTX帯域(ftx)は可変であるか、あるいは調整されうる。図3および図7に示される受動消去に基づく送受切換え器と同様に、図1〜図8に示される受動消去回路網は、各々少数またはすべての受動的な構成要素の各々が同調能力を有しているとき、それぞれ同調可能にされうる。送受切換え器または受動消去回路網のいかなるパラメータ(たとえば各々のRXまたはTX周波数帯の送受切換え器中心周波数または帯域幅)も、調整(tune)されうる。
たとえば、TX帯域フィルタ703および403が可変同調型フィルタとして具体化されるときに、可変同調型TX帯域を伴う受動消去に基づく送受切換え器が実現されうる。同様に、RX帯域フィルタ705および405が可変同調型フィルタである場合、可変同調型RX帯域を伴う受動消去に基づく可変同調型送受切換え器が実現されうる。上記2つは、また、結合されうる。
図13は、受動消去に基づく可変同調型送受切換え器の一例を示す。それは、
・TX帯域可変同調型バンドパスフィルタ1305
・RX帯域可変同調型バンドパスフィルタ1303
・可変同調型整合回路網は、1311および1313
・TX帯域可変同調型バンドパスフィルタ1307
・RX帯域可変同調型バンドパスフィルタ1309
・可変同調型整合回路網1315および1317
・信号分波器および結合器、複数の可変アッテネータ(multiple adjustable attenuators)および位相シフタ、および可変遅延ライン、を含むことができ、そのいずれまたはすべてが可変同調型でありうる、可変同調型受動消去回路網1319
・信号分波器および結合器、複数の可変アッテネータおよび位相シフタ、および可変遅延ライン、を含むことができ、そのいずれまたはすべてが可変同調型でありうる、第2の可変同調型受動消去回路網1321
・電圧または電力結合器、たとえば方向性カプラ、トランスまたはバランでありうる受動信号結合器1323
・電圧または電力結合器、たとえば方向性カプラ、トランスまたはバランでありうる第2の受動信号結合器1325を含みうる。
整合回路網1311および1313とともに、可変同調型フィルタ1303および1305は可変同調型送受切換え器(従来の送受切換え器303の実施形態の一例)を形成しうる。フィルタ1303および1309は、完全または部分的に一致する応答を有しうる。とくに、それらは、同じフィルタであってもよい。フィルタ1305および1307は、完全または部分的に一致する応答を有しうる。とくに、それらは、同じフィルタであってもよい。
既存であるか新規なデバイスおよび部品技術およびそれらの組合せは、検討された受動消去回路網および受動消去に基づく送受切換え器における受動ブロックを実行するために用いることができる。例として、音響共振器に基づく技術(acoustic resonator−based technologies)、電磁共振器に基づく技術(electromagnetic resonator−based technologies)、集積受動デバイス技術(integrated passive device technologies)、表面実装部品受動技術(surface mounted component passive technologies)、集積スイッチ技術(integrated switch technologies)、可変同調型MEMSコンデンサ技術、可変同調型BSTコンデンサ技術、可変同調型SOIコンデンサ、可変同調型SOSコンデンサまたは可変同調型CMOSコンデンサ技術、サーキュレータまたはアイソレータに基づく技術が挙げられる。すべての技術がすべてのアーキテクチャにとって可能であるというわけではないが、多くの組合せがある。
具体的には、受動消去機能回路103、105または203のいずれか、または従来の送受切換え器303は、その構成の一部として、フィルタ伝達関数を使用できる。フィルタ伝達関数は、個別、シリコンチップに集積化、あるいはプリント基板(PCB)またはパーケージに組み込まれた集中受動構成要素(lumped passive components)の使用を含む、固定および可変同調型またはスイッチ要素を組み合わせる種々の方法によって実施されうる。それらは、また、PCB、シリコンチップ、パッケージまたは他の電磁型共振器(たとえばセラミックまたは他の誘電体共振器)のいずれでも得られる、より低いQの電気共振器を使用して実行されうる。加えて、共振器は、MEMs、SAWおよびBAW型を含む、機械または音響共振器に基づいてもよい。可変同調型構成要素は、シリコン、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)、シリコン・オン・サファイア(SOS)上のデジタル可変同調型コンデンサ、あるいは可変同調型PINダイオード、または、たとえばBSTの多様な形態である可変同調型誘電体材料からのコンデンサに加えて、MEMS可変同調型コンデンサでありうる。
受動消去機能回路103、105または203のいずれか、または従来の送受切換え器303は、その構成の一部として、フィルタ伝達関数を使用できる。フィルタ伝達関数は、はしご、結合された共振器ベース、くし形線路(comb−line)、チェビシェフ、バターワース、ベッセル、または楕円を含む、種々のフィルタトポロジおよび合成方法によって実施されうる。
受動消去機能回路103、105または203のいずれかは、その構造の一部として、位相シフタを使用できる。位相シフタ機能は、反射タイプ、ベクトル変調器および狭帯域フィルタベース(narrow−band filter based)を含む、種々の受動トポロジによって実行されうる。受動消去に基づく送受切換え器は、RXおよびTXポートを同じアンテナに接続するためにサーキュレータを使用できる。上記サーキュレータは、TXからRXまで十分な絶縁を有することができない可能性がある。したがって、受動消去回路網が使用されうる。
図9、図10および図11は、受動消去に基づく送受切換え器の実施形態を例示する。上記送受切換え器は、下記を含みうる。
・アンテナ・ポートをTXおよびRXで共用するためのサーキュレータ903
・受動消去回路網407
・電力分割器905または他のサーキュレータ1105でありうる信号分波器
・180°ハイブリッド1003でありうる信号結合器205を含むことができる。
受動消去に基づく送受切換え器は、RXおよびTXポートを同じアンテナに接続するためにアイソレータを使用できる。受動消去回路網は、TXからRXまで絶縁を強化するために使用されうる。
図12は、受動消去に基づく送受切換え器の一例である。上記送受切換え器は、
・TXをアンテナ・ポートに接続するアイソレータ1203
・2つの受動消去回路網1209および1207、これらは、それぞれ信号分波器および結合器、複数の可変アッテネータおよび位相シフタ、可変遅延ライン、およびバンドパスフィルタを含むことができ、そのいずれか、またはすべてが可変同調型でありうる。
・信号結合器1205を含みうる。
受動消去回路網1207または1209、または両方のパラメータは、TXからRXまで絶縁を強化するように調整されうる。
受動消去回路網および受動消去送受切換え器は、最適の消去プロファイル、そして結果として、あらゆる攻撃者TXから、あらゆる被害者RXへの最適または所望の絶縁を達成するため、受動消去回路網のパラメータを調整するデバイスの一部であるコンピュータ読み取り可能なメモリに含まれる補正アルゴリズムと組み合わせられうる。上記補正アルゴリズムは、温度の変化またはアンテナ・ポートの不一致のような環境の変化に応じて、動作の間、一度または複数回、実行されうる。上記補正アルゴリズムは、マルチ無線通信システムにおいて、各々のTXとRXとの対について複数回実行されてもよい。
上記アルゴリズムは、たとえばTX帯域、変調、持続波(continuous wave)またはノイズのTX信号、あるいはTXポートに存在する他のあらゆるバンドの信号など、既存またはTXポートによって供給された信号を使用しうる。上記アルゴリズムは、受動消去回路網が内部的にサンプル(example)TX信号を生成することを要求することができ、内部的にそれをTXポートに適用する。上記信号は、単一トーン、マルチ・トーンまたは確率論的信号(stochastic signal)の類のノイズであってもよい。上記アルゴリズムは、最適解を見つけるため、決定性計算、相関に基づく方法(correlation−based approaches)を使用しうる。
図14は、受動消去回路網の一例である。補正回路1403は、信号を回路網のTXポートに適用しうる。それは、また、回路網のRXポートから信号を検出または測定しうる。適切な信号処理の後、補正回路1403は、所望の消去結果に従って、受動消去回路網407および/または409のパラメータを調整しうる。
図15は、受動消去回路網を最適化するために使用されうるアルゴリズムの一例を示す。ステップ1において、受動消去回路網のパラメータは、新しい値に固定されうる。たとえば、位相シフタの位相は、固定値に設定されうる。ステップ2において、上記信号はTXポートに送信されうる。上記信号は、既に攻撃者TXからのポートに存在してもよいし、あるいは受動消去回路網によって内部で生成されてもよい。ステップ3において、リーク・パスに加えて、信号が消去パス伝達関数を通過する結果、RXポートにおける全体の受信信号が測定されうる。このステップの間、上記受信信号と既知のいくつかの信号との相関のような、追加の信号処理が実行されうる。あるいは、上記受信信号は、TXからRXへの全体的な伝達関数方程式を形成するためにただ使用されうる。ステップ4において、上記プロセスは、すべての未知数を解く十分な方程式を得るために繰り返されうる。必要とされる方程式の数は、受動消去回路網の未知パラメータ(たとえば、アッテネータの減衰設定および位相シフタの位相)の数に依存しうる。
上記補正は、マルチTXマルチRX無線通信機まで広げられうる。ここで、上記補正は、各々のRX−TX対間の絶縁を強化する各々の受動消去回路網のために繰り返されうる。
説明された上記構成要素、ステップ、特徴、目的、便益および利点は、一例に過ぎない。それらのいずれも、それらに関する考察も、いかなる形であれ保護範囲を制限することを目的としない。多くの他の実施形態も検討される。これらは、構成要素、ステップ、特徴、目的、便益および利点をより少し、追加的におよび/または異なるようにする実施形態を含む。これらは、構成要素および/またはステップが異なって配置および/または順序付けられる実施形態も含む。
たとえば、受動消去回路網は、RX帯域またはTX帯域のうちの一方のためにだけ、絶縁を強化するために使用されうる。あるいは、受動消去回路網は、TXまたはRX帯域以外の他の周波数帯、たとえばRX帯域またはTX帯域の調和波周波数(harmonic frequencies)の帯域の絶縁を強化するために使用されうる。受動消去回路網のさまざまな部分は、性能を向上させるため、あるいはシステム・インテグレーションを単純化するために、物理的に切り離され、無線通信の異なる場所に配置されうる。受動消去回路網の変化は、キャリアアグリゲーション(carrier aggregation)の種々のシナリオを支持しうる無線デバイスの精巧なRF−フロントエンド・モジュールにおける新たな絶縁要求に対処するために使用されうる。
とくに明記しない限り、すべての測定、値、定格、位置、大きさ、サイズ、および後に続く請求項を含む本明細書に記載される他の仕様は概算であり、正確ではない。それらは、それらが関係する機能、ならびに、それらが関係する技術において慣習的であることに整合する合理的範囲を有することを目的とする。
この開示において引用されたすべての論文、特許、特許出願および他の刊行物は、本願明細書に引用したものとする。
請求項において使用される「ための手段」という語句は、上述された対応する構成および材料とその均等物とを包含するように意図され、解釈されるべきである。同様に、請求項において使用される「ためのステップ」という語句は、上述された対応する機能とその均等物とを包含するように意図され、解釈されるべきである。これらの語句が請求項に存在しないことは、これらの対応する構成、材料または行為にまたはそれらの均等物に限定されることを意図するものではないし、解釈されるべきではない。
上記保護範囲は、以下の請求項のみにより限定される。上記範囲は、特定の意味が記載された場合を除き、本明細書の記載および後の審査履歴を考慮して解釈されるとき、請求項中に使用される言葉の通常の意味と一貫する範囲の広さであり、すべての構成的および機能的な均等物を含むことを意図し、解釈されなければならない。
たとえば「第1の」および「第2の」のような関係語(relational terms)が、それらの間でいかなる実際の関係または順序を必ずしも要求または暗示せずに、単に1つの実体または動作を他と区別ために使用されうる。「有する」、「有している」という用語およびその他の変形したものは、明細書および請求項において要素のリストに関して使用されるとき、上記リストは排他的ではなく、他の要素も含まれうる。同様に、「a」または「an」によって先行される要素は、更なる制約なしで、同一タイプの付加的な要素の存在を排除しない。
請求項のいずれも特許法第101条、第102条、または第103条の要件を満たさない主題を含むことを意図しないし、それらはそのように解釈されてはならない。上記主題のいかなる意図しない範囲は、ここに否認される。ちょうどこの段落で述べられたことを除いて、請求項において記載されているか、あるいは記載されないかに関係なく、記載または説明されたことは、公に対して任意の構成要素、ステップ、特徴、目的、便益、利点または均等物の献身を生じさせることを意図してはおらず、解釈されるべきではない。
要約は、読者が技術的な開示の本質を素早く確認するのを助けるために提供される。それは、上記範囲または請求項の意味を解釈または制限するために用いないという了解の下で提出される。加えて、前述の詳細な説明の種々の特徴は、開示を簡素化するためにさまざまな実施形態においてまとめられる。開示のこの方法は、各々の請求項において明確に記載されるよりも多くの特徴を、請求された実施形態が必要とすることを要求していると解釈されてはならない。むしろ、以下の請求項が反映しているように、発明の主題は、単一の開示された実施形態のすべての特徴よりも少ない状態である。このように、以下の請求項は、各々の請求項が別々に要求された主題として独立しつつ、ここに、詳細な説明に取り込まれる。

Claims (9)

  1. 共通端子と、第1周波数帯域の信号用の第1周波数端子と、第2周波数帯域の信号用の第2周波数端子と、に指定された3つの端子と、
    前記共通端子と前記第1周波数端子とを接続する経路における第1受動フィルタと、
    前記共通端子と前記第2周波数端子とを接続する経路における第2受動フィルタと、
    前記第1周波数端子と前記第2周波数端子とを接続する経路に位置し、前記第2周波数端子からの信号に基づいて第1消去信号を生成する第1受動フィードフォワード消去部と、
    前記第2周波数端子と前記第1周波数端子とを接続する経路に位置し、前記第1受動フィルタの出力信号に基づいて第2消去信号を生成する第2受動フィードフォワード消去部と、を有し、
    前記第1受動フィルタは、前記第1周波数帯域を含む通過帯域と、前記第2周波数帯域含む阻止帯域と、を有し、
    前記第2受動フィルタは、前記第2周波数帯域を含む通過帯域と、前記第1周波数帯域含む阻止帯域と、を有し、
    前記第1受動フィードフォワード消去部は、前記第1消去信号を使用して、前記第2周波数帯域における、前記第1周波数端子と前記第2周波数端子との間の絶縁を強化し、
    前記第2受動フィードフォワード消去部は、前記第2消去信号を使用して、前記第1周波数帯域における、前記第1周波数端子と前記第2周波数端子との間の絶縁を強化する、高周波送受切換え器。
  2. 前記第1受動フィードフォワード消去部は、前記第2受動フィルタと実質的に同一の受動フィルタを含む、請求項1に記載の高周波送受切換え器。
  3. 前記第2受動フィードフォワード消去部は、前記第1受動フィルタと実質的に同一の受動フィルタを含む、請求項1に記載の高周波送受切換え器。
  4. 前記第1受動フィードフォワード消去部または前記第2受動フィードフォワード消去部は、
    少なくとも1つの受動振幅調整器と、
    少なくとも1つの受動位相シフタと、
    少なくとも1つの受動信号結合器と、を有する、請求項1に記載の高周波送受切換え器。
  5. 前記第1受動フィードフォワード消去部または前記第2受動フィードフォワード消去部は、時間遅延素子を含む、請求項4に記載の高周波送受切換え器。
  6. 前記第1受動フィルタまたは第2受動フィルタの周波数応答は、電気的な刺激で同調可能である、請求項1に記載の高周波送受切換え器。
  7. 前記第1受動フィードフォワード消去部または前記第2受動フィードフォワード消去部は、可変同調型素子を含む、請求項1に記載の高周波送受切換え器。
  8. 前記第1周波数帯域または前記第2周波数帯域における、前記第1周波数端子と前記第2周波数端子との間の絶縁を最大にする可変同調型素子の値を最適にするアルゴリズムを実装するサブシステムをさらに有する、請求項7に記載の高周波送受切換え器。
  9. 前記第1周波数帯域または前記第2周波数帯域は、2以上の連続的な周波数帯域に対応する、請求項1に記載の高周波送受切換え器。
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