(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異なるモバイル電気通信システムとともに使用するようになされたアンテナ・アレイであって、
各グループが複数のアンテナ要素（２０１．．２０Ｍ）を備える、複数のアンテナ・グループ（３０）へと分割された複数のアンテナ要素（２０１．．．２０Ｎ）と、
複数のフィーディングおよび位相シフトのネットワーク（３２１、３４１．．３２、３４（Ｎ／Ｍ））と
を備えるアンテナ・アレイにおいて、
前記アンテナ・アレイは、能動アンテナ・アレイであり、各セットが１つより多いトランシーバ（２４１．．２４ｍ）を備える複数のトランシーバ・セット（２２１．．２２Ｎ／Ｍ）に分割された複数のトランシーバを含んでおり、またトランシーバ・セットのうちの各トランシーバは、前記複数の異なるシステム（ｍ）のうちのそれぞれのモバイル電気通信システムの上で動作するようになされ、
各トランシーバ・セットは、それぞれのフィーディングおよび位相シフトのネットワークを通してそれぞれのアンテナ・グループに結合され、その結果、トランシーバ・セットのうちの各トランシーバは、能動アンテナ・アレイを提供するために前記それぞれのアンテナ・グループのうちの各アンテナ要素に結合され、前記複数のアンテナ要素のうちの隣接する要素にわたるアンテナ信号の所定の位相進行を生成することを特徴とする、アンテナ・アレイ。
【請求項２】
それぞれの前記トランシーバ・セットのうちの選択されたメンバは、前記所定の位相進行を生成するためにそれぞれの位相シフト・デバイス（５２、９８、９９、１０４、１０６）を経由して前記アンテナ・グループのうちの各アンテナ要素に結合される、請求項１に記載の能動アンテナ・アレイ。
【請求項３】
各トランシーバ・セットは、２つのシステム、好ましくはＵＭＴＳシステムおよびＬＴＥシステムのうちのそれぞれのシステムにサービスする２つのトランシーバを備え、また各々の前記アンテナ・グループは、２つのアンテナ要素を備える、請求項１または２に記載の能動アンテナ・アレイ。
【請求項４】
各位相シフト・ネットワークは、アップリンク経路（３２１Ｒ）およびダウンリンク経路（３２１Ｔ）を含み、前記ダウンリンク経路については、前記セットの異なるトランシーバから異なるモバイル電話システムの複数のダウンリンク信号をその各々が受信するようにアンテナ要素に結合された１つまたは複数の多重化デバイス（１００）を含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の能動アンテナ・アレイ。
【請求項５】
各位相シフト・ネットワークは、アップリンク経路（３２１Ｒ）およびダウンリンク経路（３２１Ｔ）を含み、前記アップリンク経路については、前記セットの異なるトランシーバに対して異なるモバイル電話システムの複数のアップリンク信号をその各々が供給するようにアンテナ要素に結合された１つまたは複数の多重化デバイス（１０２）を含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の能動アンテナ・アレイ。
【請求項６】
各位相シフト・ネットワークは、前記トランシーバに結合された電力分配器（９６）、前記アンテナ要素に結合されたマルチプレクサ（１００）、および前記電力分配器とマルチプレクサとの間に選択的に結合された位相シフト・デバイス（９８、９９）を含むダウンリンク経路（３２１Ｔ）を含んでいる、請求項４に記載の能動アンテナ・アレイ。
【請求項７】
各位相シフト・ネットワークは、前記トランシーバに結合された電力結合器（１０８）、前記アンテナ要素に結合されたデマルチプレクサ（１０２）、および前記電力結合器とデマルチプレクサとの間に選択的に結合された位相シフト・デバイス（１０４、１０６）を含むアップリンク経路（３２１Ｒ）を含んでいる、請求項５に記載の能動アンテナ・アレイ。
【請求項８】
前記位相シフト・ネットワークは、能動位相シフト・デバイス（５２）、好ましくは集積回路要素を含んでいる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の能動アンテナ・アレイ。
【請求項９】
前記位相シフト・ネットワークは、受動位相シフト・デバイス（５２）、好ましくは伝送線路の長さを含んでいる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の能動アンテナ・アレイ。
【請求項１０】
各々の前記アンテナ要素は、デュアル偏波アンテナ（２０１、２０２）であり、一方の偏波は、前記それぞれのトランシーバの送信経路に結合され、また他方の偏波は、前記それぞれのトランシーバの受信経路に結合される、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の能動アンテナ・アレイ。
【請求項１１】
各々の前記アンテナ要素は、前記複数の異なるシステムの動作周波数の少なくとも一部分を対象として含むのに十分に広帯域である、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の能動アンテナ・アレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モバイル電気通信システムのための能動アンテナ・アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
それ以外にはスマート・アンテナとしても知られている、能動アンテナ・アレイ（ＡＡＡ：Ａｃｔｉｖｅ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｒｒａｙｓ）が、最近になって、将来のセルラー方式／モバイル・ネットワークの基地局（ＢＳ：ｂａｓｅ  ｓｔａｔｉｏｎｓ）についての候補技術として人気を集めてきている。ＡＡＡとの関連では、ＢＳアンテナ・アレイの各ラジエータは、図１に示されるように、専用のＲＦトランシーバ／ＲＦフロント・エンドによって供給される。図１においては、基地局２は、各々が、それぞれのＲＦトランシーバ６１．．．．６Ｎに結合されている一連のＮ個のアンテナ要素４１．．．４Ｎを備える能動アンテナ・アレイを有する。一般的に、各ＲＦトランシーバは、デジタル・アナログ・コンバータＤＡＣ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｔｏ  ａｎａｌｏｇ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、周波数アップ・コンバージョン・ステージ、および電力増幅器ＰＡ（ｐｏｗｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を含む送信経路と、低雑音増幅器、周波数ダウン・コンバージョン・ステージ、およびアナログ・デジタル・コンバータＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を含む受信経路とを備える。適切な位相シフトが、それらのトランシーバの中で、またはベース・バンド信号処理においてのいずれかで、アレイの送信経路と受信経路とに適用されて、アンテナ・ビームを「ステアリングする（ｓｔｅｅｒ）」。
【０００３】
現在および将来の基地局は、異なる周波数の上で動作する異なるモバイル電気通信システムを、例えば、２Ｇ（例えば、ＧＳＭ）、３Ｇ（例えば、ＷＣＤＭＡ）、または４Ｇ（例えば、ＬＴＥ）をサポートすることが必要とされることもあり、これらの周波数は、４００ＭＨｚから２．６ＧＨｚの範囲の中にある可能性がある。これは、システムごとに別々のアンテナ・アレイ構成を必要とする可能性があり、これは、明らかにコストがかかり、また一般に不都合である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、複数の異なるモバイル電気通信システムとともに使用するようになされた能動アンテナ・アレイであって、
複数のアンテナ・グループに分割された複数のアンテナ要素と、
各トランシーバ・グループが、前記複数の異なるシステムのうちのそれぞれのモバイル電気通信システムの上で動作するようになされている、前記複数の異なるシステムと数が等しい複数のトランシーバ・グループに分割された、複数のトランシーバと、
を備え、
また前記トランシーバと、前記アンテナ要素との間に結合されたフィーディングおよび位相シフトのネットワークを含んでおり、それによって、各々の前記アンテナ・グループについて、各々の前記トランシーバ・グループのメンバは、そのアンテナ要素に選択的に結合される、能動アンテナ・アレイを提供している。好まれるように、トランシーバは、さらに、各セットが各々の前記トランシーバ・グループからのメンバを備える複数のトランシーバ・セットの形に形成され、また各アンテナ・グループは、それぞれのトランシーバ・セットに結合される。
【０００５】
別の態様においては、本発明は、複数の異なるモバイル電気通信システムとともに使用するようになされた能動アンテナ・アレイであって、
各グループが、１つより多いアンテナ要素を備える複数のアンテナ・グループに分割される複数のアンテナ要素と、
トランシーバ・セットのうちの各トランシーバが、前記複数の異なるシステムのうちのそれぞれのモバイル電気通信システムの上で動作するようになされる、複数のトランシーバ・セットに分割された複数のトランシーバと、
フィーディングおよび位相シフトのネットワークと
を備え、各トランシーバ・セットは、位相シフト・ネットワークを通してそれぞれのアンテナ・グループに結合され、それによって、トランシーバ・セットのうちの少なくとも１つのトランシーバは、それぞれのアンテナ・グループのアンテナ要素に選択的に結合される、能動アンテナ・アレイを提供している。
【０００６】
本発明の少なくとも１つの実施形態においては、マルチ・バンド（マルチ・バンドは、複数のモバイル電気通信システムの場合に一般に使用される用語である）能動アンテナ・アレイ（ＡＡＡ）の効率的な設計は、マルチ・バンドＡＡＡの合成のために必要とされるＲＦトランシーバの総数が、各バンド／システムについての１つのトランシーバを使用して、受動フィーディング・ネットワークまたは能動フィーディング・ネットワークのいずれかを通して複数のアンテナ要素に供給することにより、減少させられ得ることに基づいている。それゆえに、異なるモバイル電気通信システムとともに動作するＡＡＡのために必要とされるハードウェアの量、重み、コスト、および複雑さは、アンテナ要素に結合されたＡＡＡの各バンドについてのＲＦトランシーバが、１対１ベースで割り付けられないが、その代わりに、位相シフトおよびフィーディングの（多重化／逆多重化）ネットワークが提供され、その結果、各トランシーバが、１つより多いアンテナ要素に結合されるようになる場合に、低減され得るという利点が生ずる。これは、いくつかの状況において品質における何らかの減退をもたらす可能性があるが、大多数の遭遇される実用的な状況において、品質における減退が、あまり重要ではないことが、見出されている。
【０００７】
一実施形態においては、前記位相シフト・ネットワークは、各アンテナ・グループについて、各トランシーバ・セットのメンバが、それぞれの位相シフト要素を経由してアンテナ・グループの各アンテナ要素に結合されるように、配置される。
【０００８】
一実施形態においては、トランシーバ要素の総数は、そのようなアレイについて一般に使用される構成のために、アンテナ要素の総数に等しい。しかしながら、他の実施形態においては、異なる数が、使用されることもある。しかしながら、アンテナ要素の総数は、トランシーバ・セットの数のちょうど倍数になっているべきであり、その結果、各トランシーバ・セットは、同じ数のアンテナ要素に対して多重化されるようになることが、好ましい。
【０００９】
さらなる実施形態においては、トランシーバ・セットのうちの１つまたは複数のトランシーバは、それぞれのアンテナ・グループのうちの１つまたは複数のアンテナ要素から切り離されることもある。
【００１０】
一般的な状況においては、サービスされるべき異なるモバイル・システムの数は、２（デュアル・バンド）、または３（トライ・バンド）とすることができる。サービスされるシステムは、使用中の任意のタイプのものとすることができ、または、例えば、ＧＳＭ（２Ｇ）、ＵＭＴＳ（ＷＣＤＭＡ、３Ｇ）、およびＬＴＥ（４Ｇ）と見なされることもある。これらのシステムは、例えば、４００ＭＨｚ程度の低さから３ＧＨｚに近づくまでの広い周波数範囲における動作周波数を有することができる。そのような大きな周波数範囲にわたって満足に動作することができる単一のアンテナ・デバイスを考案することは難しいので、各サブ要素が期待される周波数範囲の異なる部分の上で動作する１つより多いアンテナ・サブ要素を備える各アンテナ要素を有することを、本発明に従って可能とすることができる。しかしながら、一実施形態に従って、全体の可能性のある周波数範囲のかなりの部分を対象として含む十分に広帯域である単一のデバイスとして、各アンテナ要素を形成することが、好ましい。好ましいように、約４００ＭＨｚと、１５００ＭＨｚとの間の周波数に対応するアンテナ要素を有する第１の実施形態を有することが、提案される。別の実施形態においては、約１．６ＧＨｚと、２．７ＧＨｚとの間のより高い周波数が、単一のアンテナ要素によって対象として含まれ、この範囲は、１．８ＧＨｚ、１．９ＧＨｚ（ＧＳＭ）、２．１ＧＨｚ（ＷＣＤＭＡ）、およびＬＴＥなどの４Ｇシステムについての２．７ＧＨｚを含む。
【００１１】
前記位相シフト・ネットワーク（単数または複数）は、トランシーバ送信経路に結合されたダウンリンク経路と、トランシーバ受信経路に結合されたアップリンク経路とに分割されることもある。ダウンリンク経路は、各トランシーバからの電力を分離するための、各トランシーバに結合された、送信経路の中の電力分配器を備えることができる。これらは、通常は、ウィルキンソン電力分配器などの受動デバイスである。やはり受動デバイスである多重化ユニットは、アンテナ要素の入力に接続され、また様々なトランシーバから入力を受信するように配置されることもある。アップリンク経路は、アンテナ要素に結合された対応する逆多重化デバイスと、トランシーバに結合された電力結合器とを含むことができる。電力分配器／結合器と、多重化ユニット／逆多重化ユニットとの間に位置づけられた位相シフト・デバイスは、受動デバイス、または能動デバイスとすることができる。例えば、ほぼ数ワット程度の電力の、高電力アプリケーションでは、受動デバイスは、それらが、より小さな損失を有するので、好ましい。例えば、ある種の長さの伝送線路が、使用されてもよく、この伝送線路は、例えば、調整可能な誘電体充てん材を有することにより、調節可能とすることができる。例えば、２５０ｍＷなどの低電力アプリケーションでは、集積回路位相シフト・デバイスなどの能動デバイスが、使用されてもよく、これらの能動デバイスは、印加された電圧を用いて調節可能である。これらのデバイスは、例えば、約３ｄＢの挿入損失を有しており、この挿入損失は、高電力アプリケーションの場合にそれらのデバイスを適していないようにする。
【００１２】
多重化／逆多重化ユニットは、電力必要条件と、必要とされる入力の数とに従って選択される、セラミック・ベースの技術、キャビティ・ベースの技術、マイクロストリップ・ベースの技術など、異なる技術とすることができる。
【００１３】
本発明の実施形態は、次に、添付の図面を参照して、例だけとして説明されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】モバイル電気通信システムの基地局において使用される能動アンテナ・アレイの知られている構成を示す図である。
【図２】本発明を説明する目的のための、マルチ・バンド・アーキテクチャを有する、基地局において使用される能動アンテナ・アレイの構成を示す図である。
【図３】その中で受動フィーディング・ネットワークが使用されるマルチ・バンドＡＡＡについてのアーキテクチャを示す、本発明の第１の実施形態の概略ブロック図である。
【図４】その中に能動フィーディング・ネットワークがあるマルチ・バンドＡＡＡについてのアーキテクチャを示す、本発明の第２の実施形態の概略ブロック図である。
【図５】図３および図４のアーキテクチャに組み込まれているフィーディング・ネットワークのブロック図である。位相シフタΦｉ，ｊは、受動的（図３の受動フィーディング・ネットワーク）、または能動的（図４の能動フィーディング・ネットワーク）のいずれかとすることができる。
【図６】本発明のデュアル・バンドＡＡＡの特定の例を形成する、第３の実施形態の概略ブロック図である。
【図７】ダウンリンク送信（Ｔｘ）の場合についての、異なるバンドの上で動作する２つのトランシーバ要素を２つのアンテナ要素に結合するための、図６のＡＡＡにおいて使用されるモジュールのブロック図である。
【図８】アップリンク受信（Ｒｘ）の場合についての、２つのトランシーバ要素を２つのアンテナ要素に結合するための、図７に類似したブロック図である。
【図９】受信アンテナ・ポートと、送信アンテナ・ポートとについての図７および８のフィーディング・ネットワークのシミュレートされた性能を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
マルチ・バンド（ｍ−バンド）ＡＡＡ  ＢＳの設計が、本発明の説明のために、図２に示される（この明細書においては、用語「バンド」は、一般的な専門用語に従って、モバイル電気通信システムを示すために使用される）。図１と同じ数のＮ個のアンテナ要素２０１．．．２０Ｎが、提供される。各アンテナ要素は、各セットが、各フロント・エンドが異なるバンド／システムの上で動作するように設計されたｍ個の専用のＲＦフロント・エンド（トランシーバ）２４１．．．２４ｍを含むセット２２１．．．２２Ｎから供給される。したがって、トランシーバの総数はまた、各グループが、それぞれのシステムの上で動作するｍ個のグループに分割されることを理解することができる。各フィード・セット２２１．．．２２Ｎは、それぞれの多重化ネットワーク２６１．．．２６Ｎを通してそれぞれのアンテナ要素２０１．．．２０Ｎに対して供給される。基地局の残りは、２８に示される。
【００１６】
各トランシーバ２４１．．．２４ｍは、一般に、デジタル・アナログ・コンバータＤＡＣ、周波数アップ・コンバージョン・ステージ、および電力増幅器ＰＡを含む送信経路と、低雑音増幅器、周波数ダウン・コンバージョン・ステージ、およびアナログ・デジタル・コンバータＡＤＣを含む受信経路とを提供される。適切な位相シフトが、アレイの送信経路と受信経路とに適用されて、アンテナ・ビームを「ステアリングする」。しかしながら、この明細書の目的のために、「トランシーバ」は、適切な受信コンポーネントおよび／または送信コンポーネントを有する、受信経路および／または送信経路を含むＲＦユニットを意味するように理解されるであろう。
【００１７】
図２において、（通常、パネルの形態の）ＢＳアンテナ・アレイの各アンテナ要素は、それらの各々が、異なる周波数バンドにおいて動作するように設計されたｍ個の専用のＲＦフロント・エンドから供給される。その場合には、同じアンテナ要素２０ｉに供給するｍ個のＲＦフロント・エンド２４１．．．２４ｍの各々のＲＦ信号は、ＲＦマルチプレクサ２６ｉの上で多重化される必要があり、またアンテナ要素２０ｉもまた、十分に広帯域である必要があり、その結果、すべてのｍ個のバンドは、アンテナ動作帯域幅の中に含められるようになる。
【００１８】
マルチ・バンドＡＡＡの設計についての図２のアプローチは、ｍ個のバンド、Ｎ個のアンテナ要素のＡＡＡの合成のために、（ｍ×Ｎ）個のＲＦフロント・エンドが、必要とされるという主要な短所を有している。これは、ＢＳのコストと、その複雑さと、さらにその重さおよび体積とをかなり増大させる。すべてのこれらの理由のために、マルチ・バンドＡＡＡについてのより効率的なアーキテクチャが、好ましい。
【００１９】
以下の図においては、図２のこれらの部分に対する類似した部分は、同じ参照番号によって示される。
【００２０】
図３は、それぞれの受動フィーディング・ネットワークを使用して、ｍ個のＲＦトランシーバ（それらの各々は異なるバンドにおいて動作している）の送信／受信ＲＦ信号をＭ個の広帯域アンテナ要素に対して／から配信し、また多重化／逆多重化するマルチ・バンドＡＡＡについてのアーキテクチャを示している、本発明の第１の実施形態の概略ブロック図である。図４は、それぞれの能動フィーディング・ネットワークを使用して、ｍ個のＲＦトランシーバ（それらの各々は異なるバンドにおいて動作している）の送信／受信ＲＦ信号をＭ個の広帯域アンテナ要素に対して／から配信し、また多重化／逆多重化するマルチ・バンドＡＡＡについてのアーキテクチャを示している、本発明の第２の実施形態の概略ブロック図である。
【００２１】
図３および４において、ＡＡＡは、ｍ個のバンドをサポートするが、アンテナ・パネルは、Ｎ個の放射要素またはアンテナ要素２０１．．．２０Ｎから構成される。ＡＡＡアーキテクチャによれば、Ｎ個のアンテナ要素は、Ｍ個の要素２０１．．．２０Ｍ、２０Ｍ＋１．．．２０２Ｍなどの（Ｎ／Ｍ）個のセットまたはグループ３０にグループ分けされる（この理由のために、Ｎ／Ｍの法（ｍｏｄｕｌｕｓ）は、ゼロであるべきである）。次いで、これらのグループ３０の各々は、受動（図３）ネットワーク３２１．．．３２（Ｎ／Ｍ）、または能動フィーディング・ネットワーク（図４）３４１．．．３４（Ｎ／Ｍ）のいずれかによって供給される。（受動フィーディング・ネットワークと、能動フィーディング・ネットワークとは、構造が能動的または受動的であるネットワークにおける位相シフト・デバイスによって特徴づけられる）。各フィーディング・ネットワーク３２または３４の入力は、セットのうちの各トランシーバが、ＡＡＡによってサポートされるｍ個の異なるシステム（バンド）のうちの１つにおいて動作するように設計されたｍ個のＲＦトランシーバ２４１．．．２４ｍのセット２２１．．．２２Ｎ／Ｍにそれぞれ結合される。一般的な場合には、ＡＡＡによってサポートされるモバイル電気通信システムの数ｍ（およびそれゆえに各フィーディング・ネットワークに供給する独立したトランシーバの数）と、同じフィーディング・ネットワークによって供給されるアンテナ要素の数Ｍとは、互いに完全に独立しており、またそれは、より小さいか（ｍ＜Ｍ）、等しいか（ｍ＝Ｍ）、またはより大きいか（ｍ＞Ｍ）のいずれかとすることができる。
【００２２】
フィーディング・ネットワーク３２、３４の機能は、図５のブロック図に示され、この図は、送信信号と、受信信号との両方についての単一のフィーディング位相シフト・ネットワークのブロック図である。基地局からのダウンリンク送信（Ｔｘ−モード）の場合では、フィーディング・ネットワークの第１のステージにおいては、ｍ個のトランシーバの各々のＲＦ送信信号は、１：Ｍの電力分配器５０によってＭ個のコピーに分割される。次いで、各コピーは、対応する位相シフタΦｉ，ｊ５２によって適切な量だけ位相シフトされる。最後に、Ｍ個のマルチプレクサ５４は、それぞれのアンテナ要素２０１．．．２０Ｍに結合され、またこれらのアンテナ要素は、各電力分配器５０から位相シフトされた信号を受信する。したがって、同じアンテナ要素へと送信されるべきすべてのＲＦ位相シフトされた信号（異なるバンド）は、広帯域アンテナ要素に供給される前に多重化される。基地局のアップリンク・オペレーション（Ｒｘ−モード）の場合には、マルチプレクサ５４が、受信信号の場合にデマルチプレクサとして機能し、また電力分配器５０が、電力結合器として機能する点において、相反機能が、実装される。マルチプレクサの前のすべてのコンポーネントは、単一バンド・コンポーネントであり、マルチプレクサは、マルチ・バンドであり、またそれらのアンテナ要素は、広帯域である必要がある唯一のコンポーネントであることに注意することが重要である。
【００２３】
提案された受動フィーディング・ネットワーク３２，または能動フィーディング・ネットワーク３４の第１のＲＦコンポーネントは、１：Ｍの電力の分配器／結合器である。これらは、受動的な双方向のコンポーネントであり、また完全にバランスを取られ、またはアンバランスにされるかのいずれかとすることができ、同じグループ３０のアンテナ要素について振幅テーパリングを実装することが好ましい。
【００２４】
フィーディング・ネットワークの位相シフタΦｉ，ｊ５２を使用して、同じフィーディング・ネットワーク（ビーム・ステアリング・アプリケーション）を通して供給されるアンテナ要素を通してバンド当たりのある種の位相進行を維持する。図１または図２のＡＡＡと類似したＡＡＡの一般的な場合には、ある種のビーム・スキャニング角を達成するために、隣接するアンテナ要素の間で（バンド当たりに）必要とされる位相シフトは、同じバンドのＮ個の独立したトランシーバによって能動的に設定されることになる。これは、例えば、トランスミッタのデジタル・ドメインにおいて、またはトランスミッタのＲＦ−セクションにおいてのいずれかにおいて、位相をシフトすることにより、達成され得る。同じことが、受信経路の場合にも有効である。図３および４のアーキテクチャの場合には、ある種のビーム・スキャニング角を達成するために必要とされる位相進行を（トランシーバのデジタル・ドメインにおいて、またはＲＦ−セクションにおいて）維持することができる、バンド当たりのＮ／Ｍ個の独立したトランシーバだけが存在している。これらのトランシーバの各々が、Ｍ個の連続的なアンテナ要素に供給することになることを仮定すると、独立したトランシーバによって設定され得る位相シフトは、ある種のビーム・スキャニング角を維持するために、隣接するアンテナ要素の間で必要とされるＭ倍の位相進行に等しくなるべきである。次いで、フィーディング・ネットワークの位相シフタΦｉ，ｊ５２を使用して、同じグループ３０の隣接するアンテナ要素の間で必要とされる位相進行を維持すべきである。ビーム・スキャニングの必要条件が制限される（すなわち、０°〜１０°のオフ・ブロードサイド）マクロ・セル展開において使用される高電力ＡＡＡの場合には、必要とされるすべてのビーム・スキャニング角を達成するために必要とされる位相シフト範囲の中央において進行性の位相シフトを提供するように設計された、受動マイクロ波伝送線路などの受動コンポーネントは、十分に良い解決法を提供することができることが、示される可能性がある。この場合には、フィーディング・ネットワークは、電力分配器と、マルチプレクサとが、通常、受動デバイスであるので、排他的に受動的（図３）とすることができる。さらに、この場合には、受動フィーディング・ネットワークは、双方向のマイクロ波回路であり、またそれゆえに、単一のネットワークは、ダウンリンク（Ｔｘ）とアップリンク（Ｒｘ）との両方の場合に使用される可能性がある。
【００２５】
それにもかかわらず、小型セル展開、マルチ・セクタ展開などについてのＡＡＡなど、大きなビーム・スキャニング角を必要とするアプリケーションにおいては、位相シフタについての受動的な解決法は、十分ではない。その代わりに、位相シフタは、能動的（電圧制御されたチップ）であるべきであり、またＲＦ信号をフィーディング・ネットワークへと供給しているバンドのトランシーバによって制御されるべきである。その場合には、フィーディング・ネットワークは、能動フィーディング・ネットワーク（図４）であろう。そのような能動ＲＦ位相シフタは、通常、損失が多いものである（例えば、＜５０％の効率である）ことに注意すべきである。それにもかかわらず、低電力ＡＡＡ（ほぼ２５０ｍＷ程度の）との関連で、そのような損失の多いコンポーネントは、必ずしも完全に文脈を外れているとは限らない。最後に、能動ＲＦ位相シフタが、通常、一方向デバイスであることを仮定すると、ダウンリンク（Ｔｘ）の場合のフィーディング・ネットワークと、アップリンク（Ｒｘ）の場合のフィーディング・ネットワークとの、２つのフィーディング・ネットワークは、アンテナ要素のグループ当たりに必要とされる。
【００２６】
図５のＲＦマルチプレクサ／デマルチプレクサに関しては、これらのデバイスの必要とされるオペレーションは、特定のＡＡＡアーキテクチャと、正確なシステム構成とにずっと依存している。考えられ得るたいていの一般的な場合（同じアンテナに供給している考慮中のすべてのバンド）においては、これらのマルチプレクサ／デマルチプレクサは、考慮中のすべてのバンドのすべてのＴｘおよびＲｘのＲＦ信号を多重化／逆多重化する必要がある。Ｔｘ信号と、Ｒｘ信号とが異なる周波数バンドに割り当てられるＦＤＤ（周波数多重化）システムの場合について、このデバイスは、２ｍ個の異なるバンドを多重化／逆多重化するべきである。別のアプローチは、このデバイスが、マルチ・バンドＡＡＡの全体のｍ個のバンドを多重化／逆多重化するにすぎないことである可能性がある（「全体のバンド」は、Ｔｘスペクトルと、Ｒｘスペクトルとの両方が、各々の多重化されたバンドの全体のスペクトルに含まれることを意味している）。その場合には、従来の二重化デバイスは、（ＦＤＤシステムの場合について）Ｔｘ信号と、Ｒｘ信号とを二重化するためのバンドの各々のＲＦフロント・エンド（ＲＦチェーン）において必要とされることになる。それにもかかわらず、多重化デバイスの正確なオペレーションについての他の場合が、正確なＡＡＡアーキテクチャに応じて、考慮される可能性もある。１つのそのような場合が、以下の例において考察されることになる。
【００２７】
図６を参照すると、デュアル・バンド（ｍ＝２）ＡＡＡの一実施形態が、提示される。対象としている２つのバンドは、ＵＭＴＳ展開の場合の２．１ＧＨｚ（ＤＬ：２．１１〜２．１７ＧＨｚ、ＵＬ：１．９２〜１．９８ＧＨｚ）と、ＬＴＥ展開の場合の２．６ＧＨｚ（ＤＬ：２．６２〜２．１９ＧＨｚ、ＵＬ：２．５０〜２．５７ＧＨｚ）とである。ＡＡＡは、Ｎ＝８個の放射要素（一般的な場合には、Ｎは、任意の偶数とするべきである）から構成されるが、アンテナ要素は、対（Ｍ＝２）の形でグループ分けされる。この特定の場合について、ｍ＝Ｍである。使用される放射要素は、広帯域であり、デュアル偏波されているが、一方の偏波（＋４５°）は、ダウンリンク送信（Ｔｘポート／＋４５°）のために使用されるが、直交したもの（−４５°）は、アップリンク受信（Ｒｘポート）のために使用される（この仮定は、受動／能動フィーディング・ネットワークの多重化デバイスのオペレーションに対して影響を及ぼす）。
【００２８】
図６においては、４個のモジュール６０は、各々、各アンテナ・グループ３０の１対のＲＦフロント・エンド２４１、２４２（２．１ＧＨｚの場合のＲＦフロント・エンド、および２．６ＧＨｚの場合のＲＦフロント・エンド）と、フィーディングおよび位相シフトのネットワーク３２１．．．３２４と、１対のアンテナ要素２０１、２０２とを備えるトランシーバ・セット２２１、２２４から構成される。この実装形態では、それぞれ、ダウンリンク（Ｔｘ）回路と、アップリンク（Ｒｘ）回路とを備えるこれらのモジュール６０の各々についてのブロック図は、図７および図８に示される。
【００２９】
図７を参照すると、トランシーバ２４１は、トランスミッタ・セクション７２が続いている、ＵＭＴＳ  ＩＦおよびＢＢの信号についてのセクション７０を備える。トランシーバ２４２は、トランスミッタ・セクション７２が続いている、ＬＴＥ  ＩＦおよびＢＢの信号についてのセクション７４を備える。各トランスミッタ・セクション７２は、ＤＡＣ８０、マルチプレクサ８２を含むＩ経路およびＱ経路７６、７８を備え、ここでベース・バンド信号は、ＬＯ８４からの位相シフトされたＩＦ信号によって乗算され、これらの信号は、８６、８８において位相シフトされる。ＩＱ信号は、９０において結合され、また電力増幅器９２へと供給される。
【００３０】
図７において、２つの電力増幅器９２の出力（それぞれ、２．１ＧＨｚ（ＵＭＴＳ）と、２．６ＧＨｚ（ＬＴＥ）とにおける）は、フィルタをかけられることなく、位相シフト送信ネットワーク３２１Ｔに対して供給され、そこでは、それらの出力は、電力分配器９６において分割され、またその出力は、位相シフタ９８、９９において、適切に位相をシフトされる。デュプレクサ１００は、各電力分配器から信号を受信し、また２つのトランシーバからの結合された信号が、各デュプレクサから適切なアンテナ要素２０１、２０２へと供給される。この場合には、各アンテナ要素は、デュアル偏波アンテナであり、また出力信号は、アンテナ要素２０１、２０２の２つの直交偏波のうちの一方に、この場合には、アンテナ要素２０１の＋４５°入力と、アンテナ要素２０２の＋４５°入力とのうちの一方に適用される。
【００３１】
図８に示されるアップリンク受信の場合については、図７のこれらに類似した部分は、同じ参照数字によって示される。送信セクション７２は、受信セクション１２０によって置き換えられ、また位相シフト・ネットワーク３２１は、分配多重化機能（ｄｉｖｉｄｉｎｇ  ａｎｄ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）３２１Ｔから逆多重化結合機能（ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ａｎｄ  ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）３２１Ｒへと変更される。２つのアンテナ要素２０１、２０２の偏波ポート−４５°における受信信号は、図７のプロセスに対する逆方向の相反プロセスにより、１０２において１．９ＧＨｚ（ＵＭＴＳ）バンドにおける受信信号と、２．５ＧＨｚ（ＬＴＥ）バンドにおける受信信号とに対して逆多重化され、次いで、それらの信号は、１０４、１０６において位相シフトされ、また最終的に同じバンドのそれらの信号は、各レシーバ１２０のＬＮＡ（低雑音増幅器）の中の１１０において増幅される前に電力結合器１０８において結合される（正確なシステム構成に応じて、ＬＮＡは、デマルチプレクサの直後に配置される可能性がある）。各ＬＮＡの出力は、２つのＩＱ経路７６、７８へと分割され、そこでは、それらの信号は、８２、８４、８６、８８においてベース・バンドに変換され、またＡＤＣ  １１２に加えられる。
【００３２】
Ｔｘオペレーションと、Ｒｘオペレーションとが、異なるアンテナ偏波（およびそれゆえに異なるアンテナ・ポート）の上で考慮されるものと仮定すると、Ｔｘフィーディング・ネットワークは、Ｒｘフィーディング・ネットワークとは完全に独立している。それにもかかわらず、使用された多重化／逆多重化デバイスは、同じバンドのＴｘ信号とＲｘ信号との間の必要とされる分離を提供すべきでもある。例えば、図７（ダウンリンク）における二重化デバイスは、２つのＴｘ信号の間の分離を別として、両方のバンドのＴＸ信号の間の必要とされる分離を対応するＲｘ信号に対して提供すべきでもある。そのような多重化ユニットは、異なるモバイル電気通信システムからダウンリンク信号を受信することになること、そのような逆多重化ユニットは、異なるモバイル電気通信システムからアップリンク信号を受信することになること、およびそれゆえにこれらの信号は、周波数が広範に広がっていることになることに注意することが重要である。フィルタリング必要条件が、すべての多重化された信号が同じ周波数バンドの上にある一般の多重化状況と比べて低減されるので、これは、それゆえに、そのようなユニットの構造を簡略化する。
【００３３】
上記の必要条件を明らかにするために、図７および図８の受動フィーディング・ネットワークのシミュレーションの結果が、図９に提示される。このシミュレーションでは、すべての電力結合器／分配器と、位相シフタと、デュプレクサとは、すべて、受動コンポーネントとして設計される。具体的には、デュプレクサに関しては、それらは、セラミック・ダイプレクサである。具体的には、図９において、図８（受信アンテナ・ポート）と、図７（送信アンテナ・ポート）とのそれぞれ受動フィーディング・ネットワークの性能（Ｓ−パラメータ）が、提示される。これらの結果は、例えば、ダウンリンク送信の場合（図７）においては、２つのバンドのＴｘ信号が十分に分離されるだけでなく、ＵＭＴＳのＴｘ信号およびＲｘ信号と、ＬＴＥのＴｘ信号およびＲｘ信号との間の良好な分離が、達成されることを示している。類似した性能が、Ｒｘの場合について達成される。
【００３４】
上記で説明された実施形態の利点は、全体的なＡＡＡの重さ、コスト、および複雑さを低減させるための、減少された数のトランシーバを有するマルチ・バンドまたはマルチ・システムのＡＡＡについての設計および実装である。
【００３５】
本説明および図面は、単に本発明の原理を例証しているにすぎない。したがって、当業者なら、本明細書において明示的に説明されても、または示されてもいないが、本発明の原理を実施し、またその精神および範囲の内部に含まれる様々な構成を工夫することができるようになることが、理解されるであろう。さらに、本明細書において列挙されるすべての例は、主として、本発明の原理と、当技術を推進するために本発明者等によって寄与される概念とを理解する際に、読者を支援する教育的な目的のためであるにすぎないことを明示的に意図しており、またそのように具体的に列挙された例および状態だけには限定されないように解釈されるべきである。さらに、本発明の原理、態様、および実施形態、ならびにその特定の例を列挙している本明細書におけるすべての陳述は、その同等物を包含することを意図している。
【図１】
0005885759.tif 000002
【図２】
0005885759.tif 000003
【図３】
0005885759.tif 000004
【図４】
0005885759.tif 000005
【図５】
0005885759.tif 000006
【図６】
0005885759.tif 000007
【図７】
0005885759.tif 000008
【図８】
0005885759.tif 000009
【図９】
0005885759.tif 000010