(57)【要約】【課題】デュプレクサを現状の周波数可変フィルタで構成した場合でも複数の周波数帯域で共用できる無線回路を提供する。【解決手段】送受共用アンテナ９１１と、周波数可変デュプレクサ１３１と、２回路６接点のスイッチ９２３と、ＲＦＩＣ１８０と、制御信号に応じて切替制御を実行する制御部１９０とを備える。ＲＦＩＣ１８０は、周波数可変デュプレクサ１３１に入力される送信・受信信号の周波数帯ペアを決定し、決定された送信周波数帯に対応する送信ポートと送信端子を導通させ、決定された受信周波数帯に対応する受信ポートと受信端子を導通させるスイッチ切替制御、および周波数可変デュプレクサ１３１を周波数切替制御する制御信号を生成、送信する。【選択図】図１０
2014022870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受共用アンテナと、
前記送受共用アンテナと共通端子を接続された周波数可変デュプレクサと、
前記周波数可変デュプレクサの送信端子および受信端子と２つの共通側接点を接続された２回路２Ｎ接点（Ｎは１以上の整数）のスイッチと、
Ｎ個の送信用ポートと、Ｎ個の受信用ポートとを備え、前記スイッチの２Ｎ個の切替側接点のそれぞれと前記送信用ポート、前記受信用ポートを接続されたＲＦＩＣと、
前記周波数可変デュプレクサと、前記スイッチに制御線を介して接続され、制御信号に応じて、前記スイッチの切替制御、および前記周波数可変デュプレクサの周波数切替制御を実行する制御部とを備え、
前記ＲＦＩＣが、
前記周波数可変デュプレクサに入力される送信信号、および受信信号の周波数帯のペアを決定し、前記決定された送信信号の周波数帯に対応する送信ポートと前記周波数可変デュプレクサの送信端子を導通させ、前記決定された受信信号の周波数帯に対応する受信ポートと前記周波数可変デュプレクサの受信端子を導通させるスイッチ切替制御、および前記周波数可変デュプレクサを周波数切替制御する制御信号を生成して送信すること
を特徴とする無線回路。
【請求項２】
請求項１に記載の無線回路であって、
前記ＲＦＩＣが、
セルサーチされた全セルのチャネル品質パラメータを測定するチャネル品質パラメータ測定部と、
前記測定したチャネル品質パラメータの値と、予め定めた閾値とを比較して、チャネル品質パラメータの値が前記閾値を超過したセルを候補セルとして抽出する候補セル決定部と、
前記抽出された候補セルのうち、所定の条件を充たす候補セルの周波数帯の組み合わせを送信・受信信号の周波数帯のペアとして決定するペア決定部と、
前記決定された送信信号の周波数帯に対応する送信ポートと前記周波数可変デュプレクサの送信端子を導通させ、前記決定された受信信号の周波数帯に対応する受信ポートと前記周波数可変デュプレクサの受信端子を導通させるスイッチ切替制御、および前記周波数可変デュプレクサを周波数切替制御する制御信号を生成して送信する制御信号生成部と、
を備えることを特徴とする無線回路。
【請求項３】
請求項２に記載の無線回路であって、
前記所定の条件が、
送信周波数帯の境界周波数のうち受信周波数帯に近い境界周波数をα１とし、受信周波数帯の境界周波数のうち送信周波数に近い境界周波数をβ１とした場合に、
【数４】
2014022870.tif 000006
にて定められる周波数帯分離係数θ１に基づいて定められること
を特徴とする無線回路。
【請求項４】
請求項３に記載の無線回路であって、
前記周波数帯分離係数θ１が３０以上となることを前記所定の条件とすること
を特徴とする無線回路。
【請求項５】
請求項３に記載の無線回路であって、
前記周波数帯分離係数θ１が３０未満となる受信周波数帯においては、送信タイミングに受信を行わないこと
を特徴とする無線回路。
【請求項６】
送受共用アンテナと、
前記送受共用アンテナと共通端子を接続された周波数可変デュプレクサと、
前記周波数可変デュプレクサの送信端子および受信端子と２つの共通側接点を接続された２回路２Ｎ接点（Ｎは１以上の整数）のスイッチと、
Ｎ個の送信用ポートと、Ｎ個の受信用ポートとを備え、前記スイッチの２Ｎ個の切替側接点のそれぞれと前記送信用ポート、前記受信用ポートを接続されたＲＦＩＣと、
を備える無線回路において前記周波数可変デュプレクサに入力する送信・受信信号の周波数帯のペアを決定する周波数ペア決定方法であって、
制御信号に応じて、前記スイッチの切替制御、および前記周波数可変デュプレクサの周波数切替制御を実行する制御ステップと、
前記周波数可変デュプレクサに入力される送信信号、および受信信号の周波数帯のペアを決定し、前記決定された送信信号の周波数帯に対応する送信ポートと前記周波数可変デュプレクサの送信端子を導通させ、前記決定された受信信号の周波数帯に対応する受信ポートと前記周波数可変デュプレクサの受信端子を導通させるスイッチ切替制御、および前記周波数可変デュプレクサを周波数切替制御する制御信号を生成して送信するＲＦＩＣステップと、
を有することを特徴とする周波数ペア決定方法。
【請求項７】
請求項６に記載の周波数ペア決定方法あって、
前記ＲＦＩＣステップが、
セルサーチされた全セルのチャネル品質パラメータを測定するチャネル品質パラメータ測定サブステップと、
前記測定したチャネル品質パラメータの値と、予め定めた閾値とを比較して、チャネル品質パラメータの値が前記閾値を超過したセルを候補セルとして抽出する候補セル決定サブステップと、
前記抽出された候補セルのうち、所定の条件を充たす候補セルの周波数帯の組み合わせを送信・受信信号の周波数帯のペアとして決定するペア決定サブステップと、
前記決定された送信信号の周波数帯に対応する送信ポートと前記周波数可変デュプレクサの送信端子を導通させ、前記決定された受信信号の周波数帯に対応する受信ポートと前記周波数可変デュプレクサを周波数切替制御する制御信号を生成して送信する制御信号生成サブステップと、
を有することを特徴とする周波数ペア決定方法。
【請求項８】
請求項７に記載の周波数ペア決定方法であって、
前記所定の条件が、
送信周波数帯の境界周波数のうち受信周波数帯に近い境界周波数をα１とし、受信周波数帯の境界周波数のうち送信周波数に近い境界周波数をβ１とした場合に、
【数５】
2014022870.tif 000007
にて定められる周波数帯分離係数θ１に基づいて定められること
を特徴とする周波数ペア決定方法。
【請求項９】
請求項８に記載の周波数ペア決定方法であって、
前記周波数帯分離係数θ１が３０以上となることを前記所定の条件とすること
を特徴とする周波数ペア決定方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の周波数ペア決定方法であって、
前記周波数帯分離係数θ１が３０未満となる受信周波数帯においては、送信タイミングに受信を行わないこと
を特徴とする周波数ペア決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は携帯端末に用いられる無線回路、および携帯端末に用いられる無線回路においてデュプレクサに入力する送信・受信信号の周波数帯のペアを決定する周波数ペア決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、３ＧＰＰ＿Ｒｅｌ．８／９で規格化されたＬＴＥ（Ｌｏｎｇ＿Ｔｅｒｍ＿Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）をさらに発展させた規格として、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄが規格化された。ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄの仕様の一つにキャリアアグリゲ−ション技術がある。キャリアアグリゲ−ションとは、例えば２０ＭＨｚ幅に区分けされた、コンポーネントキャリアと呼ばれる帯域ブロックの搬送波を複数束ねて同時送信・受信する技術である。キャリアアグリゲ−ションには、同一周波数帯域のコンポーネントキャリアを複数束ねて送受信に用いるイントラバンド・キャリアアグリゲーション、異なる周波数帯域のコンポーネントキャリアを複数束ねて送受信に用いるインターバンド・キャリアアグリゲーションがある。インターバンド・キャリアアグリゲ−ションには、隣接する周波数帯域からコンポーネントキャリアを選択するインターバンド・コンチグアス・キャリアアグリゲ−ションと、隣接しない周波数帯域からコンポーネントキャリアを選択するインターバンド・ノンコンチグアス・キャリアアグリゲ−ションがある。
【０００３】
図１はマルチバンド（３周波数帯）での送信・受信を可能にした従来例の無線回路９００の構成を示すブロック図である。図１に示す通り、無線回路９００は、送受共用アンテナ９１１と、受信用アンテナ９１２と、送受共用アンテナ９１１と共通側接点を接続された１回路３接点のスイッチ９２１と、受信用アンテナ９１２と共通側接点を接続された１回路３接点のスイッチ９２２と、スイッチ９２１の切替側接点のそれぞれに共通端子を接続され第１〜第３の周波数帯の送信・受信信号が入力されるデュプレクサ９３１〜９３３と、スイッチ９２２の切替側接点のそれぞれに接続され第１〜第３の周波数帯の受信信号が入力されるバンドパスフィルタ９４１〜９４３と、デュプレクサ９３１〜９３３の送信端子に接続され第１〜第３の周波数帯の送信信号を増幅する増幅器９５１〜９５３と、デュプレクサ９３１〜９３３の受信端子に接続され第１〜第３の周波数帯の受信信号を増幅する低雑音増幅器９６１〜９６３と、バンドパスフィルタ９４１〜９４３の出力端子に接続され第１〜第３の周波数帯の受信信号を増幅する低雑音増幅器９６４〜９６６と、低雑音増幅器９６１〜９６６の出力端子に接続され、受信信号を濾波するバンドパスフィルタ９７１〜９７６と、第１〜第３の周波数帯の送信ポートＴｘ１〜Ｔｘ３と、第１〜第３の周波数帯の第１の受信ポート（１）Ｒｘ１〜（１）Ｒｘ３と、第１〜第３の周波数帯の第２の受信ポート（２）Ｒｘ１〜（２）Ｒｘ３とを備えるＲＦＩＣ９８０を備える。ここでいうＲＦＩＣとは、携帯端末に必要な、高周波アナログ送受信回路およびその制御回路のうち、デュプレクサ、送信用増幅器、低雑音増幅器を除く大部分を集積化したＩＣである。なお、低雑音増幅器もＲＦＩＣに集積化されている場合もあるが、本構成例では外付けとしている。図１に示す通り、異なる周波数帯の搬送波を送受信するためには、周波数帯の数に比例した数だけデュプレクサ、増幅器、バンドパスフィルタが必要となるため、回路が複雑化し、回路面積が増大し、端末小型化が困難となる。さらに回路面積の増大に伴って、実装コストも増大する。
【０００４】
これに対し、特許文献１の無線通信回路は、複数の周波数帯の送信信号において共用可能な広帯域パワーアンプを用いることによって、回路構成の簡素化、回路面積の低減を実現している。特許文献１の無線通信回路は、ＲＦＩＣの送信出力を１ポート、あるいは２ポート（ハイバンド、ローバンド出力）にまとめ、広帯域パワーアンプと入力および出力のマッチング補正回路とを有することによって、回路の簡素化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１８２２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の無線通信回路によれば、広帯域パワーアンプを複数周波数帯において共用することによって、回路の単純化、回路面積の縮小が期待できる。しかしながら、特許文献１の無線通信回路では、デュプレクサやバンドパスフィルタが共用できていないため、周波数帯の増大に伴い、デュプレクサやバンドパスフィルタの数の増加は避けられず、この観点からは回路面積の増大問題を解決できない。特許文献１の無線通信回路において、デュプレクサを共用化しようとした場合、例えばデュプレクサを周波数可変フィルタで構成して共用化することが考えられる。ここで、デュプレクサは受信信号と近接する帯域にある送信信号の受信回路への回り込みを防ぐ目的で設けられているものであるため、近接する送信帯域と受信帯域の境界において急峻に通過特性が変化するように設計されている必要がある。例えば、デュプレクサの受信側フィルタでは、受信帯域で１．０ｄＢ程度の通過損失特性を備えながら、受信帯域に近接する送信帯域において４０ｄＢ程度の通過損失特性を備えている必要がある。現状の携帯電話サービスに用いられている、あるいは、用いられる予定の周波数は、３ＧＰＰという団体において定義された割当（３ＧＰＰ  ＴＳ  ３６．１０１に記載）に従っており、その規格によれば受信帯域と送信帯域は非常に近接している。携帯端末の送信周波数帯域（アップリンク帯域）と受信周波数帯域（ダウンリンク帯域）間がもっとも広いＢａｎｄ４と呼ばれる周波数割当においては、送信周波数帯の上限は１７５５ＭＨｚ、受信周波数帯の下限は２１１０ＭＨｚであり、周波数の分離度合いを比率で示した場合に１８％（＝（２１１０−１７５５）／（（１７５５＋２１１０）／２））程度しか離れていない。他の割当における送受間隔は、周波数の分離度合いが８％以下であり、例えば、国際的に広く用いられているＢａｎｄ１と呼ばれる周波数割当においては、わずか６％（＝（２１１０−１９８０）／（（１９８０＋２１１０）／２））しか離れておらず、中には１％以下の割当も存在する。従来のデュプレクサはこのような近接した送受周波数間隔に対応すべく急峻な通過特性を有する。しかし、周波数可変フィルタは、フィルタ設計技術の制約上、従来のデュプレクサのように、周波数の分離度が高々１０％程度しか離れていない隣接した帯域の一方で低損失、もう一方で高損失となるような急峻な通過特性とすることができない。従って、デュプレクサに周波数可変フィルタを単純に適用することは現状では難しい。そこで本発明では、デュプレクサを現状の周波数可変フィルタで構成した場合であっても、複数の周波数帯域で共用できる無線回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の無線回路は、送受共用アンテナと、周波数可変デュプレクサと、スイッチと、ＲＦＩＣと、制御部とを備える。周波数可変デュプレクサは送受共用アンテナと共通端子を接続されている。スイッチは２回路２Ｎ接点（Ｎは１以上の整数）であって、周波数可変デュプレクサの送信端子および受信端子と２つの共通側接点を接続されている。ＲＦＩＣは、Ｎ個の送信用ポートと、Ｎ個の受信用ポートとを備え、スイッチの２Ｎ個の切替側接点のそれぞれと送信用ポート、受信用ポートを接続されている。制御部は、周波数可変デュプレクサと、スイッチに制御線を介して接続され、制御信号に応じて、スイッチの切替制御、および周波数可変デュプレクサの周波数切替制御を実行する。
【０００８】
ＲＦＩＣは、周波数可変デュプレクサに入力される送信信号、および受信信号の周波数帯のペアを決定し、決定された送信信号の周波数帯に対応する送信ポートと周波数可変デュプレクサの送信端子を導通させ、決定された受信信号の周波数帯に対応する受信ポートと周波数可変デュプレクサの受信端子を導通させるスイッチ切替制御、および周波数可変デュプレクサを周波数切替制御する制御信号を生成して送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の無線回路によれば、デュプレクサを現状の周波数可変フィルタで構成した場合であっても、複数の周波数帯域で共用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】マルチバンド（３周波数帯）での送信・受信を可能にした従来例の無線回路の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の無線回路内のデュプレクサの受信側または送信側フィルタに使用される周波数可変フィルタの構成例を示す図。
【図３】図２の周波数可変フィルタの通過特性の例を示す図。
【図４】図２の周波数可変フィルタに使用される可変コンデンサの構成例を示す図。
【図５】図２の周波数可変フィルタの通過特性に対するＱ値の影響を示す図。
【図６】本発明の無線回路内のデュプレクサの受信側または送信側フィルタに使用される周波数可変フィルタの図２とは異なる構成例を示す図。
【図７】図６の周波数可変フィルタの通過特性の例を示す図。
【図８】図６の周波数可変フィルタの通過特性の例の通過域の拡大図。
【図９】チェビシェフ型低域通過フィルタを構成するのに必要な段数を示す図。
【図１０】本発明の実施例１の無線回路の構成を示すブロック図。
【図１１】実施例１の無線回路内のＲＦＩＣが備えるシステムの構成を示すブロック図。
【図１２】実施例１の無線回路内のＲＦＩＣが備えるシステムの動作を示すフローチャート。
【図１３】周波数可変デュプレクサの構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
【００１２】
＜本発明の要点＞
本発明では、現状の周波数可変フィルタをデュプレクサに用いるために、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄで導入されるキャリアアグリゲ−ション技術に着目した。上述したようにキャリアアグリゲ−ションとは、コンポーネントキャリアを複数束ねて同時送信・受信する技術のことである。例えば、上述したインターバンド・ノンコンチグアス・キャリアアグリゲ−ションで送信に１周波数帯を、受信に２周波数帯を使用する場合、送受信のペアとしてある一つの周波数帯（たとえば３ＧＰＰ規格のＢａｎｄ１：２ＧＨｚ帯）を用い、送信に使用される周波数帯と異なる周波数帯（たとえば３ＧＰＰ規格のＢａｎｄ１９：８００ＭＨｚ帯）のコンポーネントキャリアをもう１波の受信に用いることが想定されている。本発明においては、周波数可変フィルタを用いたデュプレクサを用いるため、上記の送受信ペアでの使用を想定された周波数帯（たとえばＢａｎｄ１）のコンポーネントキャリアの受信を少なくとも送信時には行わないこととする。現状の周波数可変フィルタで構成したデュプレクサを使用してデュプレクサ共用を実現するために、本発明の無線回路は、従来と異なるＲＦＩＣと、制御部とを備える。本発明の無線回路が備えるＲＦＩＣは、周波数可変フィルタを用いたデュプレクサに入力可能な送信信号と受信信号のペアを決定し、制御部にスイッチ切替、およびフィルタ特性切替を指示する制御信号を出力する。本発明の無線回路が備える制御部は、ＲＦＩＣからの制御信号に従ってスイッチ切替制御、フィルタ特性切替制御を実行する。このように本発明では、ＲＦＩＣがデュプレクサに入力する送信信号と受信信号のペアを調整して制御信号を送出し、制御部が制御信号に応じた切替制御を実行することにより、キャリアアグリゲ−ションを行うことのできる通信環境下において、デュプレクサの複数周波数帯域での共用化を実現した。
【００１３】
＜周波数帯分離係数＞
以下の説明では周波数帯分離係数という概念を用いる。周波数帯分離係数とは阻止域と通過域の離れ度合いを示す係数のことである。周波数帯分離係数は、送信信号と受信信号それぞれの周波数帯の離れ度合いを示す係数としても用いることができる。ここで、阻止域損失４０ｄＢ以上を充たす周波数領域を阻止域と定義し、阻止域の境界に位置する周波数のうち通過域に近い周波数を周波数αとする。一方、通過域損失１ｄＢ以下を充たす周波数領域を通過域と定義し、通過域の境界に位置する周波数のうち、阻止域に近い周波数を周波数βと定義する。阻止域の損失が４０ｄＢに満たない場合は、フィルタを直列に接続すると仮定して算出する。すなわち阻止域損失を２０ｄＢとして阻止域を定義すれば、通過域損失０．５ｄＢ以下を充たす周波数領域を通過域として定義する。このとき、阻止域の周波数帯と通過域の周波数帯の離れ度合いを示す係数として、周波数帯分離係数θを以下の式のように定義する。
【００１４】
【数１】
2014022870.tif 000003
【００１５】
＜周波数可変フィルタの検討＞
以下、図２、図３、図４、図５を参照して本発明の無線回路のデュプレクサに用いる周波数可変フィルタの構成例とその通過特性について検討する。図２は本発明の無線回路内のデュプレクサの受信側あるいは送信側フィルタに使用される周波数可変フィルタの構成例を示す図である。図３は図２の周波数可変フィルタの通過特性の例を示す図である。図４は図２の周波数可変フィルタに使用される可変コンデンサの構成例を示す図である。
【００１６】
図２に示す通り、本発明の無線回路内のデュプレクサに使用する周波数可変フィルタは、容量可変コンデンサ１３１１と、伝送線路１３１２と、コンデンサ１３１３とで構成することができる。容量可変コンデンサ１３１１は、伝送線路１３１２およびコンデンサ１３１３からなる直列回路に対して電気的に並列に接続されている。また、容量可変コンデンサ１３１１、コンデンサ１３１３の一端は図２に示すようにグラウンドに接地されている。なお、図２は、本発明で使用できる周波数可変フィルタの一つの例を表したものであるため、本発明で用いられる周波数可変フィルタは図２の構成に限定されることはない。容量可変コンデンサ１３１１は、キャパシタンスが１〜１５ｐＦの範囲で可変とする。容量可変コンデンサ１３１１のＱ（Ｑｕａｌｉｔｙ＿ｆａｃｔｏｒ）＝３００、直列抵抗Ｒ＝０．２Ωとする。伝送線路１３１２は、簡単のためコイルを想定し、そのインダクタンスを６ｎＨ、Ｑ＝３０とする。コンデンサ１３１３は、キャパシタンス８ｐＦ、Ｑ＝３００とする。コイルおよびコンデンサのＱ値は、現在入手しうるチップインダクタおよびチップコンデンサ（チップキャパシタ）の１ＧＨｚ程度のＱ値を参考に仮定した。容量可変コンデンサ１３１１は、ＰＩＮダイオードを用いたものでは直列抵抗分は数Ωあるが、ここでは図４に示すような低損失のスイッチ２００１とコンデンサ群２００２からなる構成を仮定すれば、直列抵抗０．２Ω、コンデンサのＱ値３００を達成しうる。図３は、上述の条件で設計した周波数可変フィルタの通過特性を示したグラフである。グラフの縦軸はＳパラメータ（Ｓ２１）［ｄＢ］、グラフの横軸は周波数［ＧＨｚ］である。一般に、デュプレクサの要求性能は、通過域損失が１ｄＢ程度、阻止域損失が４０ｄＢ程度であることを考慮すれば、図２で設計した周波数可変フィルタを２つ直列接続すれば、阻止域を７００〜７５０ＭＨｚ、通過域を１．２ＧＨｚ以上の受信側あるいは送信側フィルタとして使用可能である。図５は、図２で設計した周波数可変フィルタの通過特性に対する、フィルタの構成素子のＱ値の影響を示す図である。ここでは、２０ｄＢ抑圧できる阻止域を７００〜７５０ＭＨｚとし、通過損失が最小となる帯域を８２０〜８６０ＭＨｚ程度に設定し、素子のＱ値を１０から１０００まで設定して計算を行った。ただし、コンデンサのＱ値の下限は３００としている。図で示すように、仮に素子、特にコイルのＱ値が現状の１０倍以上の１０００に改良されたとしても、通過域の損失は２ｄＢ程度と大きく、前述した周波数帯分離係数θが１０を下回るような場合に可変フィルタのデュプレクサへの適用が困難であることがわかる。
【００１７】
図６は本発明の無線回路内のデュプレクサの受信側あるいは送信側フィルタに使用される周波数可変フィルタの別の構成例を示す図である。図７および図８は図６の周波数可変フィルタの通過特性の例を示す図である。
【００１８】
図６に示す通り、本発明の無線回路内のデュプレクサに使用する周波数可変フィルタは、容量可変コンデンサ１３１１と、伝送線路１３１２と、容量可変コンデンサ１３１４とで構成することができる。容量可変コンデンサ１３１１は、伝送線路１３１２および容量可変コンデンサ１３１４からなる直列回路に対して電気的に並列に接続されている。また、容量可変コンデンサ１３１１、１３１４の一端は図６に示すようにグラウンドに接地されている。容量可変コンデンサ１３１１、１３１４のＱ＝３００、直列抵抗Ｒ＝０．２Ωとする。伝送線路１３１２は、簡単のためコイルを想定し、そのインダクタンスを６ｎＨ、Ｑ＝３０とする。図７は、容量可変コンデンサ１３１１の容量値を２ｐＦに固定し、容量可変コンデンサ１３１４の容量値を２〜８ｐＦとして設計した周波数可変フィルタの通過特性を示したグラフである。グラフの縦軸はＳパラメータ（Ｓ２１）［ｄＢ］、グラフの横軸は周波数［ＧＨｚ］である。通過損失０．５ｄＢ以下の通過域は２ＧＨｚ付近にあり、損失２０ｄＢ以上の阻止域の周波数を可変できていること、および阻止域が通過域に近づくにつれ、抑圧量が減っていくことがわかる。容量可変コンデンサ１３１４の容量値を２ｐＦとしたとき、損失０．５ｄＢ以下となる通過域は２．０２〜２．２６ＧＨｚ、一方、損失が２０ｄＢ以上となる抑圧域は１．４３〜１．４７ＧＨｚであって、この場合の前述した周波数帯分離係数θは３１．５である。図８は、図７と同条件で、容量可変コンデンサ１３１４の容量値を２〜３ｐＦとして設計した周波数可変フィルタの通過特性を、通過域を拡大して示したグラフである。容量可変コンデンサ１３１４の容量値を減じ、阻止域を通過域に近づけるにつれ、通過域は、その損失最小値を増加させつつ徐々に高い周波数へ移動しており、この構成のフィルタでは、容量可変コンデンサ１３１４の容量値を仮に２ｐＦ未満としても周波数帯分離係数θが３０程度までしか動作しえない。
【００１９】
図９は、チェビシェフ型の低域通過フィルタを通過域内リプル１ｄＢ以下、阻止域の減衰量４０ｄＢ以上として設計したとき、必要な段数（Ｎｕｍｂｅｒ  ｏｆ  ｓｔａｇｅｓ）を周波数帯分離係数θに対して示す図である。この算出において、簡単のため、構成素子のＱ値は無限大とした。このように理想的な素子を用いる場合でも、周波数帯分離係数θが小さい場合には必要段数が増加する。チェビシェフ型の低域通過フィルタの構成要素はコイルやコンデンサであり、これらのインダクタンスや容量値を可変とする可変素子を用いれば、周波数可変フィルタが構成できる。しかし、これらの素子のＱ値を考慮した場合、段数が増加するほどフィルタ特性、特に通過域の損失が劣化するため、出来る限り段数は少ない方がよい。図９の例では周波数帯分離係数θが３０を下回ると必要段数が急激に増加することがわかる。
【００２０】
以下、上記の設計例から現状の周波数可変フィルタでは周波数帯分離係数θが３０を下回ると性能が著しく劣化することを考慮して、送信信号と受信信号のペアの決定方法を定義する。送信周波数帯の境界周波数のうち、受信周波数帯に近い境界周波数をα１とし、受信周波数帯の境界周波数のうち、送信周波数に近い境界周波数をβ１とした場合に、式（１）と同様、送信周波数帯と受信周波数帯の周波数帯分離係数を以下のように定義することが可能である。
【００２１】
【数２】
2014022870.tif 000004
【００２２】
ここで、上述の検討のとおり周波数帯分離係数θ１は少なくとも３０以上とする必要がある。従って、本発明のＲＦＩＣでは、
【００２３】
【数３】
2014022870.tif 000005
【００２４】
を充たすような送信・受信信号の周波数帯をデュプレクサに入力する送信・受信信号のペアとして選択すればよいことがわかる。
【実施例１】
【００２５】
上述の検討を踏まえ、図１０を参照して本発明の実施例１に係る無線回路について説明する。図１０は本実施例の無線回路１００の構成を示すブロック図である。図１０に示す通り、本実施例の無線回路１００は、送受共用アンテナ９１１と、受信用アンテナ９１２と、周波数可変デュプレクサ１３１と、周波数可変フィルタ１４１と、周波数可変増幅器１５１と、周波数可変低雑音増幅器１６１、１６２と、周波数可変フィルタ１７１、１７２と、スイッチ９２３、９２４と、ＲＦＩＣ１８０と、制御部１９０とを備える。
【００２６】
周波数可変デュプレクサ１３１の共通端子は送受共用アンテナ９１１と接続されている。周波数可変フィルタ１４１の入力端子は、受信用アンテナ９１２に接続されている。周波数可変増幅器１５１の出力端子は、周波数可変デュプレクサ１３１の送信端子に接続されている。周波数可変低雑音増幅器１６１の入力端子は、周波数可変デュプレクサ１３１の受信端子に接続されている。周波数可変低雑音増幅器１６２の入力端子は、周波数可変フィルタ１４１の出力端子に接続されている。周波数可変フィルタ１７１の入力端子は、周波数可変低雑音増幅器１６１の出力端子に接続されている。周波数可変フィルタ１７２の入力端子は、周波数可変低雑音増幅器１６２の出力端子に接続されている。スイッチ９２３は共通側接点を２つ（送信回路共通側接点、受信回路共通側接点）切替側接点を６つ（送信回路切替側接点３つ、受信回路切替側接点３つ）備える２回路６接点のスイッチである。スイッチ９２３は、送信回路共通側接点と３つの送信回路切替側接点のうちの何れか１つを導通状態とし、残りの２つの送信回路切替側接点を開放状態あるいは接地短絡状態とするスイッチである。同様に、スイッチ９２３は、受信回路共通側接点と３つの受信回路切替側接点のうちの何れか１つを導通状態とし、残りの２つの受信回路切替側接点を開放状態あるいは接地短絡状態とするスイッチである。スイッチ９２３の送信回路共通側接点は周波数可変増幅器１５１の入力端子と接続されている。スイッチ９２３の受信回路共通側接点は周波数可変フィルタ１７１の出力端子と接続されている。スイッチ９２４は共通側接点を１つ、切替側接点を３つ備える１回路３接点のスイッチである。スイッチ９２４は、共通側接点と３つの切替側接点のうちの何れか１つを導通状態とし、残りの２つの切替側接点を開放状態あるいは接地短絡状態とするスイッチである。スイッチ９２４の共通側接点は周波数可変フィルタ１７２の出力端子と接続されている。ＲＦＩＣ１８０は第１〜第３の周波数帯の送信ポートＴｘ１〜Ｔｘ３と、第１〜第３の周波数帯の第１の受信ポート（１）Ｒｘ１〜（１）Ｒｘ３と、第１〜第３の周波数帯の第２の受信ポート（２）Ｒｘ１〜（２）Ｒｘ３とを備える。ＲＦＩＣ１８０のＴｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３はスイッチ９２３の３つの送信回路切替側接点それぞれに接続されている。ＲＦＩＣ１８０の（１）Ｒｘ１、（１）Ｒｘ２、（１）Ｒｘ３はスイッチ９２３の３つの受信回路切替側接点それぞれに接続されている。ＲＦＩＣ１８０の（２）Ｒｘ１、（２）Ｒｘ２、（２）Ｒｘ３はスイッチ９２４の３つの切替側接点それぞれに接続されている。制御部１９０は制御線（図中一点鎖線で表示）により、周波数可変デュプレクサ１３１と、周波数可変フィルタ１４１と、周波数可変増幅器１５１と、周波数可変低雑音増幅器１６１、１６２と、周波数可変フィルタ１７１、１７２と、スイッチ９２３、９２４と接続されており、制御線を介して周波数の切替制御、スイッチの切替制御を実行可能である。また、制御部１９０は、制御信号線（図中白矢印で表示）により、ＲＦＩＣ１８０に接続されている。制御部１９０は、制御信号線を介して、ＲＦＩＣ１８０から制御信号を受信する。
【００２７】
以下、図１１、図１２を参照して、ＲＦＩＣ１８０内のシステムの構造、および動作について詳細に説明する。図１１は本実施例の無線回路１００内のＲＦＩＣ１８０が備えるシステムの構成を示すブロック図である。図１２は本実施例の無線回路１００内のＲＦＩＣ１８０が備えるシステムの動作を示すフローチャートである。本実施例の無線回路１００が備えるＲＦＩＣ１８０は制御システムを備えている。ＲＦＩＣ１８０が備える制御システムはその機能をブロック図で表現すれば、図１１に示すように、チャネル品質パラメータ測定部１８１と、候補セル決定部１８２と、閾値記憶部１８３と、ペア決定部１８４と、制御信号生成部１８５とを備える。
【００２８】
チャネル品質パラメータ測定部１８１は、セルサーチされた全セルのチャネル品質パラメータを測定する（Ｓ１８１）。候補セル決定部１８２は、チャネル品質パラメータ測定部１８１が測定したチャネル品質パラメータの値と、閾値記憶部１８３に記憶された閾値とを比較して、チャネル品質パラメータの値が閾値を超過したセルを候補セルとして抽出する（Ｓ１８２）。次に、ペア決定部１８４は、候補セル決定部１８２が抽出した候補セルのうち、前述の式（３）を充たす候補セルの周波数帯の組み合わせを送信・受信信号の周波数帯のペアとして決定する（Ｓ１８４）。制御信号送信部１８５は、決定された送信信号の周波数帯に対応する送信ポートと周波数可変デュプレクサ１３１の送信端子を導通させ、決定された受信信号の周波数帯に対応する受信ポートと周波数可変デュプレクサ１３１の受信端子を導通させるスイッチ切替制御、および、周波数可変デュプレクサ１３１の送信側フィルタが決定された送信周波数帯の通過損失１ｄＢ以下、かつ受信周波数帯の通過損失４０ｄＢ以上となり、周波数可変デュプレクサ１３１の受信側フィルタが決定された受信周波数帯の通過損失１ｄＢ以下、かつ送信周波数帯の通過損失４０ｄＢ以上となるように制御する制御信号を生成し、生成した制御信号を制御部１９０に送信する（Ｓ１８５）。制御部１９０は、制御信号生成部１８５が生成して送信した制御信号に基づいて、スイッチ９２３の切替制御、周波数可変デュプレクサ１３１、周波数可変増幅器１５１、周波数可変低雑音増幅器１６１、周波数可変フィルタ１７１の周波数切替制御を実行する。
【００２９】
現行システムとの互換性確保、あるいは、周波数決定に至るプロセスの中で、３ＧＰＰにて定義された従来の送受信が近接した周波数ペアを一時的に用いる必要が生じた場合は、送信タイミングにおいて、受信を行わないようにＲＦＩＣが制御すればよい。この際、周波数可変デュプレクサ１３１の受信側の阻止域を送信周波数に同調させる、損失０ｄＢと４０ｄＢ程度の切り替え可能な可変抑圧器を周波数可変デュプレクサ１３１と低雑音増幅器１６１との間に備えておき、送信時に高抑圧となるよう制御する、送信時には低雑音増幅器１６１の電源を断とする、などの手法が考えられる。あるいは、図１３に示すように周波数可変デュプレクサ１３１内に、周波数可変フィルタ２１００、２１０１に加え、従来のデュプレクサに用いられているような特性の急峻なフィルタ２１０２〜２１０５を備えておき、近接した周波数ペアを一時的に用いる必要が生じた場合は、スイッチ（２１０６〜２１０９）を制御しフィルタ２１０２〜２１０５を用いてもよい。この場合、周波数可変フィルタ２１００、２１０１のみで構成した周波数可変デュプレクサと比較して、構成規模が大となるが、それでも必要な周波数帯全てについて、特性の急峻なフィルタから構成されるデュプレクサを備える場合と比較すれば、小型に構成できる。
【００３０】
前述したように本実施例の無線回路１００は第１〜第３の３周波数帯で共用可能とした例である。例えば、候補セル決定部１８２が第１〜第３の周波数帯の全てを候補セルとして抽出したものとする。さらに、第１の周波数帯を送信周波数帯とした場合の境界周波数α１と、第３の周波数帯を受信周波数帯とした場合の境界周波数をβ3とが式（３）を充たすため、ペア決定部１８４が当該第１、第３の周波数帯を周波数可変デュプレクサ１３１に入力する送信・受信信号帯のペアとして決定したものとする。この場合、制御信号生成部１８５は、スイッチ９２３のＴｘ１と接続された送信回路切替側接点と送信回路共通側接点とを導通させ、Ｒｘ３と接続された受信回路切替側接点と受信回路共通側接点とを導通させ、周波数可変増幅器１５１を第１の周波数帯の送信信号を増幅可能に周波数切替し、周波数可変低雑音増幅器１６１を第３の周波数帯の受信信号を低雑音増幅可能に周波数切替し、周波数可変フィルタ１７１を第３の周波数帯が通過域となるように周波数切替し、周波数可変デュプレクサ１３１の送信側フィルタの特性を第１の周波数帯を通過域とし、第３の周波数帯を阻止域とし、周波数可変デュプレクサ１３１の受信側フィルタの特性を第３の周波数帯を通過域とし、第１の周波数帯を阻止域とする内容の制御信号を制御部１９０に送信する。制御部１９０は、制御信号生成部１８５から受信した制御信号に基づいて、スイッチ９２３の切替制御、周波数可変デュプレクサ１３１、周波数可変増幅器１５１、周波数可変低雑音増幅器１６１、周波数可変フィルタ１７１の周波数切替制御を実行する。
【００３１】
１送信２受信のインターバンド・キャリアアグリゲーション用として使用し、送信を第１の周波数帯で行う場合、第１と第２の周波数帯とが式（３）の条件を充たし、第１の周波数帯と第３の周波数帯とも式（３）を充たすことが必要である。この場合、第２および第３の周波数帯をアンテナ９１１においてキャリアアグリゲーションに使用する受信周波数帯に選択することができる。制御信号生成部１８５は、スイッチ９２３のＴｘ１と接続された送信回路切替側接点と送信回路共通側接点とを導通させ、Ｒｘ２と接続された受信回路切替側接点と受信回路共通側接点とを導通させると同時にＲｘ３と接続された受信回路切替側接点と受信回路共通側接点とを導通させ、周波数可変増幅器１５１を第１の周波数帯の送信信号を増幅可能に周波数切替し、周波数可変低雑音増幅器１６１を第２および第３の周波数帯の受信信号を低雑音増幅可能に周波数切替し、周波数可変フィルタ１７１を第２および第３の周波数帯が通過域となるように周波数切替し、周波数可変デュプレクサ１３１の送信側フィルタの特性を第１の周波数帯を通過域とし、第２および第３の周波数帯を阻止域とし、周波数可変デュプレクサ１３１の受信側フィルタの特性を第２および第３の周波数帯を通過域とし、第１の周波数帯を阻止域とする内容の制御信号を制御部１９０に送信する。制御部１９０は、制御信号生成部１８５から受信した制御信号に基づいて、スイッチ９２３の切替制御、周波数可変デュプレクサ１３１、周波数可変増幅器１５１、周波数可変低雑音増幅器１６１、周波数可変フィルタ１７１の周波数切替制御を実行する。ここで、Ｒｘ２と接続された受信回路切替側接点と受信回路共通側接点とを導通させると同時にＲｘ３と接続された受信回路切替側接点と受信回路共通側接点とを導通させるような、複数接点が同時に導通可能なスイッチは、例えば、図４の２００１で示したように１回路１接点のスイッチを組み合わせて１回路Ｎ接点スイッチを構成すれば可能である。
【００３２】
なお、図１０に示したように、本実施例の無線回路１００は、受信用アンテナ９１２を備える。この受信用アンテナ９１２は本発明の無線回路の必須の構成要件ではないが、ダイバーシチ用、またはＭＩＭＯ用、あるいは１送信２受信のインターバンド・キャリアアグリゲーション用として使用できる。いずれの場合にも、前述のように、周波数可変フィルタ１４１の周波数特性が周波数可変デュプレクサ１３１の受信用フィルタと同様となる様に制御すればよい。なお、１送信２受信のインターバンド・キャリアアグリゲーション用として使用する場合、第１の周波数帯と第３の周波数帯とが式（３）の条件を充たし、第１の周波数帯と第２の周波数帯とが式（３）を充たさない場合でも、アンテナ９１１とアンテナ９１２間に得られるアイソレーション特性を利用して、第２の周波数帯をアンテナ９１２において例えばキャリアアグリゲーションに使用する受信周波数帯に選択することができる。この場合、制御信号生成部１８５は、上記の第１の周波数帯を送信に、第３の周波数帯を受信に用いる場合の制御に加え、スイッチ９２４のＲｘ２に接続された切替側接点と、共通側接点を導通させ、周波数可変フィルタ１４１、周波数可変低雑音増幅器１６２、周波数可変フィルタ１７２を、第２および第３の周波数帯に最適化するように切替制御することを示す制御信号を生成して、制御部１９０に送信する。制御部１９０は、制御信号生成部１８５が生成して送信した制御信号に基づいて、スイッチ９２４の切替制御、周波数可変フィルタ１４１、周波数可変低雑音増幅器１６２、周波数可変フィルタ１７２の周波数切替制御を実行する。
【００３３】
本実施例の無線回路１００は３周波数帯で共用可能とした例であり、送受共用アンテナ９１１のほかに受信用アンテナ９１２を備えており、図１の従来例の３周波数帯共用無線回路を本発明の技術思想に基づいて改変した回路である。なお、本実施例では無線回路を３周波数帯で共用可能としたが、本発明の技術思想において共用する周波数帯の数に制限はない。従って、本実施例はあくまで３周波数帯で共用可能とした例の一つに過ぎず、本発明の無線回路は４周波数帯、５周波数帯などにおいて同様に実現可能である。例えば任意のＮ個（Ｎは１以上の整数）の周波数帯で共用可能とするためには、ＲＦＩＣ１８０は、少なくともＮ個の送信ポート（Ｔｘ１、Ｔｘ２、…、ＴｘＮ）、Ｎ個の受信ポート（（１）Ｒｘ１、（１）Ｒｘ２、…、（１）ＲｘＮ）を備え、スイッチ９２３は、２回路２Ｎ接点のスイッチとして、２Ｎ個の切替側接点のそれぞれを、Ｎ個の送信ポート（Ｔｘ１、Ｔｘ２、…、ＴｘＮ）、Ｎ個の受信ポート（（１）Ｒｘ１、（１）Ｒｘ２、…、（１）ＲｘＮ）のそれぞれと接続することとしておけばよい。また前述したように受信アンテナ９１２は必須ではないが、受信アンテナ９１２を備える場合には、スイッチ９２４は１回路Ｎ接点のスイッチとし、ＲＦＩＣ１８０にはダイバーシチ、またはＭＩＭＯ用としてＮ個の第２の受信ポート（２）Ｒｘ１、（２）Ｒｘ２、…、（２）ＲｘＮを備え、これらの第２の受信ポートはスイッチ９２４のＮ個の切替側接点と接続されていればよい。このとき周波数可変フィルタ１４１、周波数可変増幅器１５１、周波数可変低雑音増幅器１６１、１６２、周波数可変フィルタ１７１、１７２の接続および位置関係については無線回路１００と同様である。
【００３４】
なお、周波数可変フィルタ１７１、１７２は、低雑音増幅器１６１、１６２にて十分低雑音増幅されていれば、通過域における損失は問題とならないため、周波数可変デュプレクサの構成要素である周波数可変フィルタよりも簡易な構成、すなわち、阻止域の抑圧量が最大となるように構成された周波数可変フィルタを使用することもできる。また、ＲＦＩＣ１８０の受信性能によっては、周波数可変フィルタ１７１、１７２の省略も可能である。
【００３５】
また、本実施例では、ＲＦＩＣ１８０の送信、受信ポートの周波数帯を固定としたため、スイッチ９２３、スイッチ９２４による切り替え制御を必要とするが、ＲＦＩＣ１８０の送信・受信ポートを複数の周波数帯で共用のポートとし、ＲＦＩＣの内部でポートに入力される信号の切替制御を行う場合には、スイッチ９２３、９２４は不要となる。
【００３６】
このように、本実施例の無線回路１００によれば、ＲＦＩＣ１８０が式（３）を用いて、周波数可変デュプレクサ１３１に入力することができる周波数のペアを決定するため、急峻な通過特性を有しない現状の周波数可変フィルタを用いて構成した周波数可変デュプレクサ１３１を複数の周波数帯で共用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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