(57)【要約】多周波通信システム中で使用するためのトランシーバ装置において、多周波アンテナ端末動作により、アンテナの送信モードと受信モードを組み合わせることができるようになる。周波数変換回路は、それぞれの経路が信号プロセッサとアンテナ・スイッチとを通信可能に接続する送信経路および受信経路を有する。このアンテナ・スイッチは、マルチ・スイッチ、送信マルチプレクサおよび受信マルチプレクサを備え、このアンテナ・スイッチをこの信号プロセッサによって制御することができ、これらのマルチプレクサをこのマルチ・スイッチを介してその信号ジェネレータによって制御することができる。このアンテナは、その送信経路をこのアンテナに接続する送信コネクタと、その受信経路をこのアンテナに接続する受信コネクタとを有する。このトランシーバの有利な構成では、アンテナ端末中のＳ字ループ・アンテナ設計および位相マッチング・ユニットと、このアンテナ・スイッチのバトラー・マトリックスとが提供される。これによって、最適なマッチング・ファクタを有するアンテナおよびアンテナ・スイッチが提供され、その結果、多周波トランシーバ動作が改善されることになる。
2005537739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号プロセッサと、
周波数変換回路と、
アンテナ・スイッチと、
少なくとも１つのアンテナを有するアンテナ端末と
を備える、多周波通信システム中で使用するためのトランシーバ装置であって、
前記周波数変換回路は、各経路が前記信号プロセッサと前記アンテナ・スイッチとを通信可能に接続する送信経路および受信経路を有し、
前記アンテナ・スイッチが、マルチ・スイッチと、前記マルチ・スイッチを介して前記信号プロセッサによって制御可能な送信マルチプレクサおよび受信マルチプレクサとを備え、
前記アンテナが、前記送信経路を前記アンテナに接続する送信コネクタと、前記受信経路を前記アンテナに接続する受信コネクタとを有し、
前記信号プロセッサによって制御可能な前記アンテナ・スイッチが、前記アンテナの送信モードと受信モードを組み合わせることによって前記アンテナ端末の多周波動作を可能にすることを特徴とするトランシーバ装置。
【請求項２】
前記信号プロセッサが、直接デジタル・シンセサイザ駆動によるフェーズ・ロックド・ループ無線周波数信号ジェネレータによって形成されるアナログ・デジタル信号プロセッサであることを特徴とする、請求項１に記載のトランシーバ装置。
【請求項３】
前記周波数変換回路が、局部発信器と、局部発信器電力を前記送信経路および／または前記受信経路に供給する電力分配器のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のトランシーバ装置。
【請求項４】
前記周波数変換回路が、中間周波数と無線周波数との間で信号を変換するミキサ・デバイスを備えることを特徴とする、前記請求項の一項に記載のトランシーバ装置。
【請求項５】
前記周波数変換回路が、特にＩＱ法を用いてベース・バンド周波数と無線周波数との間で信号を変換する直接変換デバイスを備えることを特徴とする、前記請求項の一項に記載のトランシーバ装置。
【請求項６】
前記アンテナ・スイッチが、前記アンテナについての最適なマッチング・ファクタを提供するための、周波数調整されたマッチング・フィルタとして形成されたマッチング・ユニットを備えることを特徴とする、前記請求項の一項に記載のトランシーバ装置。
【請求項７】
前記アンテナ・スイッチが、前記信号プロセッサに対するバス接続を備え、前記バス接続が、マッチング・ネットワークとして形成されることを特徴とする、前記請求項の一項に記載のトランシーバ装置。
【請求項８】
前記アンテナ・スイッチが、ビーム形成マトリックス・デバイス、特に４×４バトラー出力マトリックス、８×８バトラー出力マトリックス、および１６×１６バトラー出力マトリックスからなる群から選択されるバトラー出力マトリックスをさらに備えることを特徴とする、前記請求項の一項に記載のトランシーバ装置。
【請求項９】
マッチング・ユニットが、前記バトラー・マトリックスの内部に提供され、特に修正されたバトラー出力マトリックスの出力／入力が、前記アンテナについての最適なマッチング・ファクタを提供するための周波数調整されたマッチング・フィルタとして形成されることを特徴とする、前記請求項の一項に記載のトランシーバ装置。
【請求項１０】
前記アンテナ端末が、低域フィルタとして形成されて、多周波通信システムの、特にモバイル・セルラ通信システムまたはパーソナル通信システムの異なる周波数および／または異なるモードについての前記アンテナのマッチングを改善するパッチング・ユニットを備えることを特徴とする、前記請求項の一項に記載のトランシーバ装置。
【請求項１１】
前記アンテナ端末が、前記アンテナについての最適なマッチング・ファクタを提供するための、前記アンテナについてのマッチング・ユニット、特にＬＣ構成要素を備えることを特徴とする、前記請求項の一項に記載のトランシーバ装置。
【請求項１２】
前記アンテナ端末が、少なくとも２つの、特に４つのアンテナを備えることを特徴とする、前記請求項の一項に記載のトランシーバ装置。
【請求項１３】
前記アンテナが、前記送信コネクタおよび／または前記受信コネクタとして形成される２つの端部を有するＳ字ループ・アンテナとして形成されることを特徴とする、前記請求項の一項に記載のトランシーバ装置。
【請求項１４】
前記アンテナが、銅配線アンテナ、特に銅からなる柔軟なライン・アンテナとして構成されることを特徴とする、前記請求項の一項に記載のトランシーバ装置。
【請求項１５】
前記アンテナが、ＳＭＤ平面アンテナとして構成されることを特徴とする、前記請求項の一項に記載のトランシーバ装置。
【請求項１６】
前記アンテナが、ボディを有し、前記ボディが、一体化されたパッチング・ユニットおよび／またはマッチング・ユニットを備えることを特徴とする、前記請求項の一項に記載のトランシーバ装置。
【請求項１７】
前記アンテナ端末が、３６０度のビームを形成し、特に前記アンテナ・ビームが、２００度の範囲内に形成されることを特徴とする、前記請求項の一項に記載のトランシーバ装置。
【請求項１８】
前記アンテナ・ビームが、９０度のビームを含み、特に前記ビームが、５０度の主要ビームと２つの２０度のサイド・ビームによって形成されることを特徴とする、前記請求項の一項に記載のトランシーバ装置。
【請求項１９】
前記請求項の一項に記載のトランシーバ装置を備える、多周波通信システム中で使用するための基地局。
【請求項２０】
信号プロセッサ中で信号を処理するステップと、
周波数変換回路中で信号を周波数変換するステップと、
アンテナ・スイッチによってアンテナ端末を動作させるステップと、
前記アンテナ端末の少なくとも１つのアンテナを用いて信号を送受信するステップと
を含む、多周波通信システムにおいて多周波信号を送受信する方法であって、
前記周波数変換回路中における信号の周波数変換は、各経路が前記信号プロセッサと前記アンテナ・スイッチとの間で信号を伝える送信経路および受信経路の上で確立され、
各経路は、信号プロセッサとアンテナスイッチとの間で信号を通信し、
マルチ・スイッチを備える前記アンテナ・スイッチと、各マルチプレクサが前記マルチ・スイッチを介して前記信号プロセッサによって制御される送信マルチプレクサおよび受信マルチプレクサとを備える前記アンテナ・スイッチを用いて、
多周波アンテナ端末動作が、前記信号プロセッサによって制御される前記アンテナの送信モードと前記アンテナの受信モードとを組み合わせることによって確立され、
前記送信マルチプレクサと前記アンテナの送信コネクタとを介して前記送信経路と前記アンテナとの間で、また前記受信マルチプレクサと前記アンテナの受信コネクタとを介して前記受信経路と前記アンテナとの間で信号を伝えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
周波数変換回路中においてベース・バンド信号と無線周波数信号との間で信号を直接に周波数変換することを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
周波数変換回路中において中間周波数信号と無線周波数信号との間で信号を周波数変換することを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
基準着信信号が、ビーム方向および信号品質を検査した後に、特にＢＥＲ測定に基づいてアンテナ・スイッチ中で処理されることを特徴とする、請求項２０から２２の一項に記載の方法。
【請求項２４】
多周波通信システムにおける、特にモバイル・セルラ通信システムにおける、特にＣＤＭＡ、ＦＤＭＡおよびＴＤＭＡからなる群から選択されるモードを有するモバイル・セルラ通信システムにおける、請求項１から１９の一項に記載のトランシーバ装置の使用法。
【請求項２５】
ＣＤＭＡ−ＦＤＭＡ／ＴＤＭＡおよび／またはＦＤＭＡ／ＴＤＭＡ（２．５Ｇ）マルチ・モードまたは組み合わされたシステムにおける、請求項１から１９の一項に記載のトランシーバ装置の使用法。
【請求項２６】
多周波通信システムにおける、特にパーソナル通信システムにおける、特にＰＣＳ／Ｎ、３ＧおよびＧＳＭからなる群から選択されるモードを有するパーソナル通信システムにおける、請求項１から１９の一項に記載のトランシーバ装置の使用法。
【請求項２７】
３Ｇ／ＧＳＭマルチ・モードまたは組み合わされたシステムにおける、請求項１から１９の一項に記載のトランシーバ装置の使用法。
【請求項２８】
パーソナル通信システムと組み合わせたモバイル・セルラ通信システムにおける、請求項１から１９の一項に記載のトランシーバ装置の使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号プロセッサ、周波数変換回路、アンテナ・スイッチ、および少なくとも１つのアンテナを有するアンテナ端末を備える、多周波通信システム中で使用するためのトランシーバ装置に関する。さらに、本発明は、このトランシーバ装置を備える多周波通信システムの基地局に関する。本発明はまた、信号プロセッサ中で信号を処理するステップと、周波数変換回路中で信号の周波数変換を行うステップと、アンテナ・スイッチによってアンテナ端末を動作させるステップと、このアンテナ端末の少なくとも１つのアンテナを用いて信号を送受信するステップとを含む、トランシーバ装置の使用方法、ならびに多周波通信システム中で多周波信号を送受信する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多周波通信システムは、とりわけモバイル・ユーザに遠隔通信を提供するために、あるいはＰＣＮ（Personal Computer Networkパーソナル・コンピュータ・ネットワーク）、ＤＣＳ（Digital Communication Systemデジタル通信システム）、またはＧＳＭ（Global Systems of Mobile Communication欧州移動電話システム）の現代または将来の用途のために現在、広範囲に使用されている。多周波通信システムは、デジタルＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access時分割多重接続）、ＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access周波数分割多重接続）、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access符号分割多重接続）などの様々な移動電話規格またはセルラ・システムのユーザのためのセルラ無線周波数（ＲＦ）システムにおいて特に普及している。この多様なシステム規格のことを、以下ではモードと呼んでいる。
【０００３】
これらの参照されているシステムは通常、単一の周波数帯域または複数の周波数帯域上で動作する。後者を、以下では多周波通信システムと呼んでいる。これらの周波数は通常、無線周波数であり、そのうち最も普及しているものが、９００ＭＨｚ帯域、１８００ＭＨｚ帯域、または１９００ＭＨｚ帯域である。帯域ごとに限られた数の搬送波周波数しか使用可能ではなく、ここで、各搬送波周波数は通常、信号伝送のために３０ＫＨｚの幅の帯域を提供する。これらの搬送波周波数は、その周波数スペクトルのリソースが限られており、これにより、多周波通信システム中のどのようなトランシーバ装置または基地局の最大ユーザ容量にも基本的な制限が課される。一般的に、指向性の放射線ビームを生成する指向性アンテナが使用され、これにより、単一の搬送波周波数が、何人ものユーザのために再利用できるようになる。全方向アンテナまたは従来の区分アンテナに比べて、かかる手段では、システム容量が増大する。さらに、引用したシステムのほとんどにおいては、文字どおりに移動するモバイル・ユーザを追跡するためにセル探索が必須である。
【０００４】
以上にリストアップしたシステムは、一般に送信機部分および／または受信機部分において被変調信号を処理するために、またデジタル信号変換および／またはアナログ信号変換のために使用される信号プロセッサを備える。そのうちのアナログ信号を周波数変換回路に供給して、この信号の周波数変換が行われ、無線周波数に関してこの信号の変調または復調が行われる。この無線周波数は、信号の送信および／または受信のための搬送波周波数として使用される。かかる信号は通常、多周波信号の宛先を切り換えるために、以下でアンテナ・スイッチと呼んでいるスイッチング・デバイスに供給される。これは、多重化信号については特にその通りである。したがって、アンテナ端末を動作させる目的は、このアンテナ端末の少なくとも１つのアンテナを用いてこの信号を送受信することである。
【０００５】
これらの各デバイス、すなわち信号プロセッサ、周波数変換回路、アンテナ・スイッチまたはアンテナ端末は、これらのデバイスがスムーズに協調し、特定の周波数、送信モードもしくは受信モード、および／またはある種のシステム規格に関するモードに関してそのトランシーバ装置が正しく動作することができるようにして、他のデバイスに対して適合させられ調整される必要がある。
【０００６】
トランシーバ装置の原理的な動作は、例えば米国特許第５５７９３４１号に開示されている。アップリンクの無線周波数信号を受信し、これらの信号をデジタルの中間周波数信号に変換するマルチ・チャネル・デジタル・トランシーバが、その中に含まれている。デジタル変換モジュールを用いたデジタル信号処理が適用され、複数のアンテナが受信する中間周波数信号がベース・バンド信号に変換される。次に通信チャネルを回復するためにこれらのベース・バンド信号が処理される。ダウンリンク・ベース・バンド信号も処理され、このデジタル・コンバータ・モジュール中の集積化されたデジタル信号処理部が、このダウンリンク・ベース・バンド信号をデジタル中間周波数信号へとアップコンバート（up-convert）を行い、変調を行う。このデジタル中間周波数信号は、アナログ無線周波数信号に変換され、増幅され送信アンテナから放射される。しかし、かかるモジュールでは、送信モードおよび受信モードについてそれぞれ別々のアンテナと別々のトランシーバが使用される。これは、マルチ・チャネル通信システムに関してはある種の欠点を有する。単一の情報信号符号化およびチャネル化の規格だけの下で動作するように設計された従来の通信ユニットと違って、米国特許第５５７９３４１号に開示されたマルチ・チャネル通信ユニットは、少なくとも原理的には多数の情報信号符号化およびチャネル化の規格のうちのどれか１つに従って動作することができるデジタル信号処理部分をすでに含んでいる。それにもかかわらず、そのアンテナ設計は、深刻な欠点を含んでいる。特に、多周波動作が、有利な方法で可能とならない。米国特許第５５７９３４１号の教示は、広帯域ではあるが、単一の周波数動作を対象としている。
【０００７】
ある種の欠点が、またＥＰ１０７３２０８Ａ２に開示されたトランシーバ中で使用されるスイッチング・デバイスには内在しており、ここでは２状態の高周波数スイッチング・構成要素が開示されている。その第１の状態においては、受信回路がそのアンテナ端末に接続され、その第２の状態においては送信回路がそのアンテナ端末に接続される。ここで、送信と受信の別々のモードが、この動作の固有の部分を形成しており、すなわち組み合わされた送信および受信の動作は不可能である。
【０００８】
さらなるシステムは、すでに多周波動作に適しているが、これらは、追加の欠点を含んでいる。ＥＰ１３３００８０においては、多周波無線通信デバイスとアンテナのタイミングを制御する方法が、所定のパターンに従ってアンテナを一時的に順次スイッチングするためのアンテナ・スイッチを提供している。かかる所定のパターンは、この開示のシステムをかなり柔軟性のないものにしており、このシステムをＴＤＭＡモードだけに制限している。同様に、ＷＯ９８／２４１９５に開示されているシステムは、多周波用途に適しているけれども、ＴＤＭＡ移動通信モードにおける基地局動作だけに制限される。したがって、かかるシステムのレイアウトはかなり簡単になり得るが、そのシステムは、設計に関しても、動作に関しても柔軟性のないものである。
【０００９】
多重化のためのほとんどのスイッチング・デバイスにおいては、米国特許第６１０４９３５号に開示されたものなどのバトラー・マトリックス（Butler-matrix）が有利になるように使用される。しかし、ここで開示されたひどくオーバーラップされたビーム構成のためのダウンリンク・ビーム形成アーキテクチャは、ＴＤＭＡモード用途のために特に合わせられており、すなわち異なるモードが組み合わせられないこともある。さらに、そこに開示のバトラー・マトリックスは、マルチ・モード動作および／または多周波動作に関する限り、ある種のアイテムに関して改善することができる。
【００１０】
アンテナ端末およびかかるアンテナ端末のアンテナに関しては、アンテナは通常、従来技術の単一の周波数動作に合わせられている。例えば、米国特許第６０３４６４０号に開示されているアンテナは、９００ＭＨｚの単一の周波数範囲だけに制限されている。このアンテナは、かかる周波数範囲における共振アンテナ周波数を調整するために周波数調整回路によって合わせられるが、多周波アンテナ用途、すなわちいくつかの周波数帯域のための用途には適していない。
【００１１】
様々な種類の多周波アンテナが、米国特許第６２２５９５８Ｂ１号、米国特許第６２２５９５１Ｂ１号、および米国特許第６１９８４４３Ｂ１号に開示されている。別のスロット・アンテナが、米国特許第６２１０００１Ｂ１号に開示されている。しかし、開示されてもいないし明らかでもないことは、これらのアンテナを多周波通信システム中のトランシーバ装置において使用できるかどうかと、どのようにして使用できるかについてである。
【００１２】
米国特許第５８０９４０５号に開示されているものなど他のトランシーバは、米国特許第５９９１６４３号におけるような、アンテナを切り換えるための送受切換器またはアンテナを切り換えるためのいくつかのスイッチ、あるいはＷＯ９８／２４１９５におけるものなど簡単なクロス・スイッチを使用している。
【００１３】
セル探索戦略に関しては、適切な戦略が、ＥＰ１１２６６３０Ａ２に提供されている。米国特許第６１８８６８２Ｂ１号に開示されるものなど他の探索特性は、２種類の信号を多重化することによってかかる探索を改善するためのＣＤＭＡモードを対象としている。ＣＤＭＡ探索方式に関しては、さらなる開示が、米国特許第６１８５２４４Ｂ１号、米国特許第６０３８２５０Ｂ１号、米国特許第５９１０９４８号、米国特許第６２８５８７４Ｂ１号、米国特許第６３１０８５６Ｂ１号、およびＷＯ００／６５７３５において行われているが、ただしこれらについては、背景情報の目的のためだけに引用している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
以上で概要を述べたように、これらのシステムではどれも、多周波通信システム中において使用することができる、柔軟な設計による適切なトランシーバ装置を提供することができない。特にマルチ・モードも組合せによる動作も、かかる従来技術のシステムにおいては可能になってはない。
【００１５】
以上が、本発明が必要となる背景であり、本発明の目的は、多周波通信システム中で使用するための装置、かかる装置の使用法、および柔軟な設計および動作による多周波通信システム中において多周波信号を送受信する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この装置に関しては、この目的は、導入部で述べたトランシーバ装置によって達成され、ここでは本発明に従って、
−周波数変換回路は、通信可能に信号プロセッサとアンテナ・スイッチとを接続する送信経路および受信経路を有し、
−このアンテナ・スイッチは、マルチ・スイッチと、このマルチ・スイッチを介してその信号プロセッサによって制御可能な送信マルチプレクサおよび受信マルチプレクサとを備え、
−アンテナは、この送信経路をこのアンテナに接続する送信コネクタと、受信経路をこのアンテナに接続する受信コネクタとを有し、
−この信号プロセッサによって制御可能なこのアンテナ・スイッチは、このアンテナの送信モードと受信モードを組み合わせることによってこのアンテナの多周波動作を可能にしている。
【００１７】
本発明の主要な概念は、このトランシーバ装置においてアンテナの送信モードと受信モードを有利に組み合わせることである。したがって、この提案された周波数変換回路は、組み合わされた送信および受信の経路を有する。このアンテナ・スイッチはまた、送信マルチプレクサおよび受信マルチプレクサを提供することによってこの概念をサポートする。このアンテナは、この送信経路をこのアンテナに接続する非常に有益な送信コネクタと、この受信経路をこのアンテナに接続する受信コネクタとを有する。（この周波数変換回路、ならびにアンテナ・スイッチ、アンテナ端末およびアンテナのレイアウトに影響を及ぼす）送信モードおよび受信モードの組合せによって、このトランシーバ装置の特に簡単で柔軟な設計および動作が可能になる。これについては、方法請求項においてさらに概説している。
【００１８】
方法に関しては、この目的は、導入部で述べた方法によって達成され、ここでは本発明に従って、
−周波数変換回路における信号の周波数変換は、各経路が信号プロセッサとアンテナ・スイッチとの間で信号を伝える送信経路および受信経路の上で確立され、
−マルチ・スイッチを備えるこのアンテナ・スイッチと、このマルチ・スイッチを介してこの信号プロセッサによって制御される送信マルチプレクサおよび受信マルチプレクサとを備えるそのアンテナ・スイッチを用いて、
−多周波アンテナ端末動作が、この信号プロセッサによって制御されるこのアンテナの送信モードとこのアンテナの受信モードとを組み合わせることによって確立され、
−この送信マルチプレクサとこのアンテナの送信コネクタとを介してこの送信経路とこのアンテナとの間で、またこの受信マルチプレクサとこのアンテナの受信コネクタとを介してこの受信経路とこのアンテナとの間で信号が伝えられる。
【００１９】
本発明により、すべての必要な構成要素が、送信モードと受信モードの組合せに関して互いに適合させられたかかるシステムによって、高品質で最小損失の多周波通信の処理が可能になることが実現されている。さらに、このトランシーバ装置およびその動作のシステム・コストは、非常に低くなる。
【００２０】
使用方法請求項に概説しているように、かかるトランシーバ装置は、いくつかのマルチ・モード・システムまたは組み合わされたシステムにおいて、すなわち例えばセルラ無線通信および／またはパーソナル通信システム内での使用を可能にする異なる規格を有するいくつかのシステムにおいて有利に使用することができる。
【００２１】
この提案されたトランシーバのアンテナは、送信モードにおいても受信モードにおいても使用することができるという特に有利な使用法。これは、状況に依存している。さらに、このアンテナは、有利で簡単な方法で切り換えられる。
【００２２】
使用方法に関しては、この目的は、モバイル・セルラ通信システムやパーソナル通信システムなどの多周波通信システム中におけるこのトランシーバ装置の使用方法による本発明に従って達成される。特に、モバイル・セルラ通信システムは、ＣＤＭＡモード、ＦＤＭＡモードまたはＴＤＭＡモード、あるいはＣＤＭＡシステム、ＦＤＭＡシステムまたはＴＤＭＡシステムを含むことができる。特に２．５ＧシステムにおけるＣＤＭＡ−ＦＤＭＡ／ＴＤＭＡシステムおよび／またはＦＤＭＡ−ＴＤＭＡシステムなど、組み合わされた、またはマルチ・モードの通信システムを選択することもできる。
【００２３】
ＰＣＳ／Ｎ、３Ｇモード、および／またはＧＳＭシステムを特に選択することもできる。パーソナル通信システムに関しては、特にＰＣＳ／Ｎ、３Ｇ、および／またはＧＳＭシステムを選択することができる。また３Ｇ／ＧＳＭのマルチ・モード、または組み合わせられたシステムも有利である。
【００２４】
特に、モバイル・セルラ通信システム中におけるトランシーバ装置の使用方法は、パーソナル通信システムとの組合せが有利である。
【００２５】
本発明のこれらおよび他の利点については、本発明のさらに開発された構成によってさらにより大きな程度まで改善されており、これに関しては、従属請求項中にさらに詳細に概説している。
【００２６】
本発明の他の有利な態様によれば、この信号プロセッサは、ＤＤＳ（direct digital synthesizer直接デジタル・シンセサイザ）駆動によるＰＬＬ（phase locked loopフェーズ・ロックド・ループ）無線周波数信号ジェネレータによって形成されるアナログ・デジタル信号プロセッサである。かかる信号プロセッサは、被変調送信機信号および局部発振受信機信号を生成するために特に適している。
【００２７】
本発明のさらに他の態様によれば、周波数変換回路は、少なくとも１つの局部発振器と、その送信経路および／または受信経路に局部発振器電力を供給する電力分配器とを有利に備えている。その１つの構成においては、この周波数変換回路は、中間周波数と無線周波数の間で信号を変換するミキサ・デバイスを備えることができる。その別の構成においては、この周波数変換回路は、特にＩＱ（in-phase and quadrature同相および直交）法を用いてベース・バンド周波数と無線周波数の間で信号を変換する直接変換デバイスを備えることができる。
【００２８】
受信モードにおいては、この直接デジタル・シンセサイザ駆動によるフェーズ・ロックド・ループが、より良好な位相ノイズを生成する狭帯域フィルタを有することが好ましい。ゼロ中間周波数（ゼロＩＦ）の別の構成において、この受信機の復調は、無線周波数信号をベース・バンド周波数に直接に変換することができる。送信モードにおいては、このＤＤＳは信号を変調し、このＰＬＬは受信モードに比べてより広い帯域幅で動作してより良好なＲＦ被変調信号を実現することができる。本発明のこの一態様を有するこの説明済みのＤＤＳを備えるトランシーバでは、高速なスイッチ速度が有利に達成され、またこれを低コストで製造することができる。
【００２９】
本発明のさらなる態様による組み合わされた送信および受信のモード、特にマルチ・モードまたは組合せシステムを可能にするために、アンテナ・スイッチ、アンテナ端末、およびこのアンテナ端末のアンテナの特定の設計が提供される。
【００３０】
本発明のさらなる態様によれば、このアンテナ端末は、多周波スペクトラム内の異なる周波数および／またはモバイル・セルラ通信システムもしくはパーソナル通信システムの異なるモードでアンテナをマッチングさせるプロセスを改善するための低域フィルタとして形成されたパッチング・ユニットを備えることが好ましい。このアンテナ端末は、特にこのアンテナ用のマッチング・ユニットを備えることができる。ＬＣ構成要素は、このアンテナのための最適なマッチング・ファクタを提供するために最も有利なはずである。
【００３１】
このアンテナ端末は、少なくとも２つ、通常は４つのアンテナを備えることが有利である。これによって、共通の主要周波数帯域の柔軟な適用が可能になる。特に、第１のアンテナを８５０〜９００ＭＨｚの周波数帯域範囲用に設け、第２のアンテナを１８００〜１９００ＭＨｚの周波数帯域範囲用に設け、第３のアンテナを２０００〜２１００ＭＨｚの周波数帯域範囲用に設け、第４のアンテナを追加の無線周波数入力用に設けることができ、またビーミング（beaming）のために適合させることもできる。これらのアンテナのすべてが受信モードで動作すべきことが好ましい。特に、これらのアンテナのすべてまたは少なくとも１つは、送信モード、また好ましくは並列モードおよび／または組合せモードでも動作すべきである。したがって、４つの対応するスイッチを使用してこれらのアンテナを切り換え、その共通幹線（common main）ができるだけ柔軟に動作するようにすることができる。
【００３２】
本発明のさらに他の態様によれば、このアンテナは、その送信経路をこのアンテナに接続する送信コネクタ、およびその受信経路をこのアンテナに接続する受信コネクタとして形成することが好ましい２つの端部を有するＳ字ループ・アンテナとして形成される。これによって、このトランシーバは、Ｘ機能方式（X-function manner）で一方のアンテナから他方のアンテナに有利に切り換えることができるようになる。このプロセスは、これらのマルチプレクサを制御するその信号プロセッサによって最良に調整することができる。
【００３３】
一構成においては、このアンテナは、銅配線による銅でできた柔軟なライン・アンテナである。これは、アンテナを製造する特に費用対効果の良い方法である。
【００３４】
別の構成においては、このアンテナは、ＳＭＤ平面アンテナであってもよい。これは、好ましいアンテナ形態であり、用途に応じて選択することもできる。
【００３５】
パッチング・ユニットおよび／またはマッチング・ユニットに関しては、かかるユニットをアンテナ本体の一部分として一体化することが好ましい。
【００３６】
以上で概要を述べたＳ字ループ・アンテナ構成によって、有利なビーム設計が可能になる。特に、このアンテナ端末は、３６０度のビームを形成することができ、このアンテナ・ビームは、２００度の範囲内に形成される。このアンテナ・ビームが、５０度の主要ビームと２０度のサイド・ビームによって形成される９０度のビームを含むことが有利である。
【００３７】
本発明のさらに他の態様によれば、このアンテナ・スイッチは、このアンテナのための最適なマッチング・ファクタを提供する周波数調整されたマッチング・フィルタとして形成されるマッチング・ユニットを備える。このアンテナ・スイッチは、マッチング・ネットワークとして有利に形成される、その信号プロセッサに対するバス接続を含むことが好ましい。このマッチング・ネットワークの特に好ましい実施形態が、この詳細なる説明中の図９に示されている。
【００３８】
本発明のこの態様において概説したこのスイッチによって、４７７μｓより速い有利なスイッチング速度が可能になる。ＧＳＭシステムにおいては、スイッチ速度を１サイクルよりも高速とすべきなので、これは特に好ましいことになる。このトランシーバ装置は、以上で概説したようにマルチ・モード・システムにも適用することができ、すなわちいくつかのモードを並列動作で使用することができる。特に、これは、このトランシーバ装置を、例えば１９００ＭＨｚにおけるＧＳＭ帯域において動作させることができ、また典型的な３Ｇモードにおける並列動作でも動作させることができることを意味する。ＥＴＳＩ仕様および３Ｇグループ仕様に従って、ローミングを許容可能とすることもできる。
【００３９】
この説明したパッチング・ユニットおよびマッチング・ユニットによって、すべてが一体化されたアンテナが、すべてのシステム周波数について有利に使用することができるようになる。
【００４０】
本発明のさらに他の態様によれば、特定の好ましいビーム形成マトリックス・デバイスが、このアンテナ・スイッチに一体化される。特に、このアンテナ・スイッチは、バトラー出力マトリックスとして形成されるビーム形成マトリックス・デバイスをさらに備えている。かかるマトリックスは、４×４バトラー出力マトリックス、８×８バトラー出力マトリックス、または１６×１６バトラー出力マトリックスからなる群から選択することができる。
【００４１】
このバトラー・マトリックスの内部の既存のマッチング・ユニットもまた、好ましいものである。その特に好ましい構成として、修正バトラー出力マトリックスの出力／入力が、周波数調整されたマッチング・フィルタとして形成される。これによってまた、このアンテナについての最適なマッチング・ファクタの有利な準備が可能になる。
【００４２】
要約すれば、多周波通信システム中で使用するためのトランシーバ装置においてアンテナの送信モードと受信モードとを組み合わせる、アンテナ端末の多周波動作を可能にするために、周波数変換回路が、それぞれが通信可能にその信号プロセッサとそのアンテナ・スイッチとを接続する送信経路も受信経路も含むべきことが提案されている。このアンテナ・スイッチは、マルチ・スイッチと、このマルチ・スイッチを介してその信号ジェネレータが制御することができる送信マルチプレクサおよび受信マルチプレクサとを備える。このアンテナは、この送信経路を接続する送信コネクタと、この受信経路をこのアンテナに接続する受信コネクタとを有する。このアンテナ・スイッチは、その信号プロセッサによって調整される。したがって、有利な構成では、Ｓ字ループ・アンテナ設計と、アンテナ端末中の位相マッチング・ユニット、およびこのアンテナ・スイッチのバトラー・マトリックスとが提供される。これによって、アンテナごとの、またマトリックス使用のための最適なマッチング・ファクタが可能になる。
【００４３】
本発明は、特定の多周波通信システムでは特に適しており、特定の多周波通信システムに関連したものとして説明されているが、このトランシーバ装置およびその動作方法が、詳細には述べていない他の形態の多周波通信システムに関連して動作させることもできることを理解されたい。特に、この好ましいトランシーバ装置は、モバイル通信システム中で使用することができるだけでなく、この基本的なトランシーバの原理は、典型的な基地局環境中でも動作することができる。このトランシーバ装置はまた、マルチ・モードまたは組み合わせられた多周波通信システム中で、特にＣＤＭＡ−ＦＤＭＡ／ＴＤＭＡ処理およびＦＤＭＡ／ＴＤＭＡ（２．５Ｇ）処理を可能とするシステム中で使用するのにも特に適している。これは、本発明の１つまたは複数の態様に関して以上で概説したようにその特定のビーム設計によって特に実現される。組合せ動作に関しては、ＧＳＭ／ＰＣＭ／ＤＣＳシステム内の動作が、本発明の１つまたは複数の態様に関してやはり概説したように、８５０ＭＨｚから２１００ＭＨｚのアンテナ端末を組み合わせることによって実現される。かかるアンテナ端末はまた、ユーザに伝播セキュリティの増大をもたらす。
【００４４】
本発明のより完全な理解を可能にするために、次に本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して詳細に説明することにする。この詳細な説明は、本発明の考察された好ましい実施形態を示し、説明するものである。もちろん、形態または細部における様々な修正形態および変更形態が、本発明の趣旨を逸脱することなく簡単に行うことができることを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書中に示され説明される厳密な形態および細部にも、また本明細書中に開示され添付特許請求の範囲中で請求される本発明の全体よりも少ない何ものにも限定できないことを意図している。さらに、本発明を開示しているこの記述中で説明した特徴、図面および特許請求の範囲は、単独でまたは組み合わせて考慮して、本発明では必須となり得るものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図１は、概念図の形の好ましいトランシーバ装置１の実施形態を示すものである。信号が、直接デジタル・シンセサイザ駆動によるフェーズ・ロックド・ループ（ＰＬＬ）無線周波数（ＲＦ）信号ジェネレータとして形成された信号プロセッサＤＤＳ中においてデジタル処理される。このプロセッサＤＤＳは、デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル・アナログ変換ユニットＤＡを備える。この信号プロセッサＤＤＳは、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換ユニットＡＤも備える。さらに、このトランシーバ装置１は、送信経路Ｔｘが、中間周波数変調器Ｔｘ１、ミキシング・デバイス（mixing device）Ｔｘ２、および無線周波数送信チャネルＴｘ３によって形成された周波数変換回路３を備える。さらに、周波数変換回路３の受信経路が、中間周波数復調器Ｒｘ１、ミキシング・デバイスＲｘ２、および無線周波数受信チャネルＲｘ３によって形成されている。この送信経路を使用して、この被変調信号は、中間周波数変調器Ｔｘ１によって中間周波数（ＩＦ）帯域に変調され、このミキシング・デバイスＴｘ２を用いて無線周波数（ＲＦ）へと変換される。無線周波数信号が、無線周波数送信チャネルＴｘ3を用いてそのアンテナ・システム２に供給される。この送信チャネルＴｘ３は、フィルタ、増幅器、スイッチなど、適切に適合させられた構成要素を備える。
【００４６】
送信経路Ｔｘ上における信号処理と並行して、受信済みの無線周波数信号を、無線周波数受信チャネルＲｘ３を介してこの受信経路Ｒｘを経由して処理することもできる。無線周波数受信チャネルＲｘ３は、フィルタや低ノイズ増幅器などの適切に適合させられた構成要素を含むことができる。この無線周波数信号は、さらにミキシング・デバイスＲｘ２を用いて中間周波数信号へとダウンコンバート（down convert）される。フィルタや自動利得コントローラなどの追加の構成要素も提供することができる。この受信済みの信号は、さらに中間周波数復調器Ｒｘ１を経由して受信経路Ｒｘ中で処理され、信号プロセッサＤＤＳ、および特にそのアナログ・デジタル・ユニットＡＤに供給される。図１の好ましい実施形態におけるミキシング・デバイスＲｘ２および／またはＴｘ２中の周波数変換では、２つの局部発振器Ｏ１、Ｏ２が使用される。第１の局部発振器Ｏ１は、この中間周波数帯域において提供され、第２の局部発振器Ｏ２は、その無線周波数帯域において提供される。これらの局部発振器Ｏ１、Ｏ２の信号電力は、各電力分配手段Ｄ１、Ｄ２によって分配される。この中間周波数局部発振器Ｏ１の分配済みの電力は、状況に応じて送信経路Ｔｘの中間周波数変調器Ｔｘ１、または受信経路Ｒｘの中間周波数復調器Ｒｘ１へと供給される。この無線周波数局部発振器Ｏ２の分配済みの電力は、状況に応じてこの送信経路のミキシング・デバイスＴｘ２、または受信経路のミキシング・デバイスＲｘ２へと供給される。この無線周波数局部発振器はまた、そのアンテナ・スイッチＳＷに電力を供給するようにもなっている。この好ましい実施形態においては、局部発振器は、フェーズ・ロックド・ループ（ＰＬＬ）を使用して実装され、それによって十分なスイッチング速度を維持しながら良好な周波数安定性が実現される。
【００４７】
図１の好ましい実施形態においては、アンテナ２は、実装済みのアンテナ・スイッチ（ＳＷ）と、少なくとも１つのアンテナ（Ａ）を有するアンテナ端末（ＡＴ）を備える。
【００４８】
典型的な４つのＳ字ループ・アンテナが、銅配線システムとして容器中に構築されることが好ましい。ＳＭＤ平面システムはまた、それが好ましい場合には代替物としてまたは組み合わせて使用することができる。しかしながら、銅配線の解決策がコスト効果がより高い。
【００４９】
システム全体を通してさらに詳細に説明すると、すべての周波数についてすべての一体化されたアンテナを適切かつ効率的に使用するためにマッチング・ユニットが各構成要素中に適切に設けられている。特に、マッチング・ユニットは、各アンテナ中に構築される。すべての周波数についてこのアンテナ・システムのすべての一体化されたアンテナを使用するために、パッチング・ユニットも低域フィルタとして構築される。これらのアンテナの配線は、特に一方の側に送信経路Ｔｘのコネクタをもち、他方の側に受信経路Ｒｘのコネクタをもつアンテナとして使用される。このシステムは、この信号プロセッサＤＤＳにより、Ｘ機能調整された方式で一方のアンテナから他方のアンテナに切り換えられることが好ましい。詳細については特に図３に関して提供することにする。
【００５０】
図７、８および９に関してより詳細に説明するように、アンテナ・スイッチＳＷ、ＳＷ’は、いくつかのマルチプレクサ・スイッチ、すなわち少なくとも１つの送信マルチプレクサＴｘＭＵＸおよび受信マルチプレクサＲｘＭＵＸを備え、ここで各マルチプレクサ・スイッチは、この信号プロセッサによって制御される。これにより、この好ましい実施形態のトランシーバ装置は、特別な高速スイッチング速度、すなわち４７７μｓの最新のサイクル・タイムよりも高速に動作することが可能になる。好ましい実施形態のトランシーバ装置は、マルチ・モード・システム中で使用することも可能であり、すなわち好ましい実施形態のトランシーバ装置は、１９００ＭＨｚなどのＧＳＭ帯域において、また典型的な３Ｇモードを用いて並列動作でも動作させることができる。ＥＴＳＩ仕様および３Ｇグループ仕様に従って、このトランシーバ装置を用いてローミングも許容可能である。
【００５１】
図２には、第２の好ましいトランシーバ装置の実施形態１’が、概略図で示されている。この機能原理は、図１に関して説明した実施形態１と多かれ少なかれ同じであるが、図２のこの好ましい実施形態１’は、ＴＤＤモードにおける直接変換システムとして解釈される。周波数変換回路３’において、信号プロセッサＤＤＳのこの被変調信号は、送信経路Ｔｘ’中で無線周波数直接変調器Ｔｘ１’を使用して無線周波数帯域に直接に変調される。この信号は、さらに無線周波数送信チャネルＴｘ２’中で処理され、アンテナ・スイッチＳＷ’へと供給される。さらに、受信経路Ｒｘ’中において、無線周波数受信チャネルＲｘ２’が、アンテナ・スイッチＳＷ’を介して被変調信号を受け取り、この被変調信号を無線周波数直接復調器Ｒｘ１’へと供給し、この復調器は、直接にベース・バンド、すなわちゼロ中間周波数（ゼロＩＦ）へとこの無線周波数信号を復調する。この直接変調器Ｔｘ１’を用いたこの直接変調、およびこの直接復調器Ｒｘ１’を用いた復調は、同相成分（Ｉ）と直交成分（Ｑ）が提供されるＩＱ（in-phase quadrature同相直交）法を使用することによって実施される。この特定の好ましい実施形態においては、ＰＬＬを介して実装するためには１つの局部発振器Ｏで十分である。この局部発振器Ｏの電力は、分配器Ｄを用いてこの直接変調器Ｔｘ１’または直接復調器Ｒｘ１’に供給される。
【００５２】
この特定の好ましい実施形態１’においては、外部アンテナ・スイッチＳＷ’を使用して少なくとも１つのアンテナＡをもつアンテナ端末ＡＴ’を備えるアンテナ・システム２’へと、またはこのアンテナ・システム２’から信号を伝える。このアンテナ・システム、および特にこのアンテナ端末ＡＴ’のアンテナＡは、図１の好ましい実施形態に関して説明した方法と同様な方法で製造することができる。
【００５３】
図３は、４つのアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３およびＡ４のアンテナ端末ＡＴ、ＡＴ’を備えるアンテナ・システム２、２’の基本的な原理を示している。
【００５４】
アンテナＡ１...Ａ４のそれぞれは、一方の側がパッチング・ネットワークを介してその送信経路Ｔｘに接続され、他方の側がパッチング・ネットワークを介してその受信経路Ｒｘに接続される。この各接続は、チャネルと呼ばれる。例えば、このアンテナＡ１は、その送信経路Ｔｘに対するすべての周波数についてこのアンテナＡ１を使用するための低域フィルタとして構築されるＬＣユニットＬ１、Ｃ１を用いてパッチング・ネットワークを介してこの送信チャネルＴｃ１を接続する送信コネクタＣＴ１を有する。さらに、このアンテナＡ１は、この受信チャネルＲｃ１をその受信経路Ｒｘに接続するための受信コネクタＣＲ１を備える。さらに、この接続は、スイッチＺ１を用いて行われる。この送信チャネルＴｃ１がこのアンテナＡ１のために使用される場合、このスイッチＺ１は、オフ（ＯＦＦ）状態になっている。このアンテナＡ１の受信チャネルＲｃ１が使用される場合には、このスイッチＺ１は、オン（ＯＮ）状態になっている。アンテナＡ１は、特に８５０から９００ＭＨｚの周波数帯域における動作に合わせられる。したがって、さらなる構成要素、すなわちこのパッチング・ネットワークＬ１、Ｃ１およびこのスイッチＺ１、ならびに他の構成要素もまた、８５０ＭＨｚから９００ＭＨｚのこの特定の周波数帯域に関して適合させられる。
【００５５】
基本的には、他のアンテナＡ２、Ａ３およびＡ４は、それぞれ同様にして受信チャネルＲｃ２、Ｒｃ３およびＲｃ４を介して受信経路Ｒｘに、また送信チャネルＴｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４を介して送信経路Ｔｘに接続される。したがって、各アンテナＡ２、Ａ３およびＡ４は、各送信コネクタＣＴ２、ＣＴ３およびＣＴ４、ならびに受信コネクタＣＲ２、ＣＲ３およびＣＲ４を含んでいる。これらのスイッチＺ２、Ｚ３およびＺ４はまた、それぞれアンテナＡ１に関して説明した方法と類似の方法で基本的に割り付けられる。同じことが、それぞれパッチング・ネットワークＬ２、Ｃ２、パッチング・ネットワークＬ３、Ｃ３、およびパッチング・ネットワークＬ４、Ｃ４についても当てはまる。ただし、その違いは、これらの接続、パッチング・ネットワーク、および各アンテナ・チャネルが、異なる周波数帯域のために適合させられていることである。以上で概説したように、アンテナＡ１、そのコネクタおよびパッチング・ネットワークは、８５０ＭＨｚから９００ＭＨｚの周波数帯域内で正しく動作するようになっている。アンテナＡ２およびそのコネクタ、ならびにパッチング・ネットワークおよび送信チャネル／受信チャネルのその対応するレイアウトは、１８００ＭＨｚから１９００ＭＨｚの周波数帯域内で正しく動作するようになっている。アンテナＡ３およびその対応する構成要素は、２０００ＭＨｚから２１００ＭＨｚの周波数帯域内で正しく動作するようになっている。もちろん、各アンテナはまた、この指定された帯域を超える周波数でも動作することができるが、これらの各アンテナを調整することによってアンテナごとに指定された周波数帯域内で最適な性能が達成される。広帯域の周波数帯域が、アンテナ番号４、すなわちＡ４およびそのコネクタ、パッチング・ネットワークおよび受信チャネル／送信チャネルでは、特に適している。このアンテナＡ４およびその構成要素は、様々な異なる無線周波数入力で動作するようになっており、適切なビーミング・ツールを提供する。
【００５６】
これらのアンテナについて使用する材料に関しては、各アンテナは、図３で基本的に示すようにＳ字ループとして形成される。以上で概説したように、図３の破線で示すようにすべてのアンテナがこのアンテナ端末に収容された銅ワイヤとして構成することができる。その代わりに、好ましい場合には、この４つのアンテナのそれぞれまたはいくつかは、図３の破線で示すように一体化されたアンテナ端末として実装されたＳＭＤ平面アンテナとして構成することもできる。
【００５７】
図４は、主としてＬＣユニットから構成された低域フィルタとして形成される一体化されたパッチング・ネットワークを有する別の実施形態を示している。各ＬＣユニットは、このアンテナＡの接続ポイントＣＰ１、ＣＰ２に接続される。これらの接続ポイントＣＰ１またはＣＰ２のいずれも送信コネクタとして、または受信コネクタとして切り換えることができる。かかる選択は、これらのスイッチＺ１...Ｚ４のうちのいずれかのスイッチング状態に依存する。これらのスイッチＺ１...Ｚ４のそれぞれは、各チャネル、すなわち送信チャネルＴｃｎ、Ｔｃｎ＋１、または受信チャネル、すなわちチャネルＲｃｎまたはＲｃｎ＋１をオフ状態またはオン状態に設定するようになっている。「Ｎ」は、アンテナ端末中の任意のアンテナ数を表すことができる。この特定の実施形態においては、このパッチング・ネットワークは、このアンテナＡおよびパッチ・ネットワークを含む破線で示されるこのＳ字ループ・アンテナＡに一体化される。さらに、この偏波方向は、図４の線Ｐで示され、すなわちこの偏波面は、図４のこの面に垂直に伸び、投影としての線Ｐを含んでいる。
【００５８】
図５は、両方の信号がほぼ同じ方向に放射されるときのアンテナＡ１の信号Ｓ１と、アンテナＡ２の信号Ｓ２の間のお互いの間の時間遅延を示すものである。この時間遅延は、図５に示すように両方のアンテナの間の距離Ｄと、これらの放射面の間の角度θとにほぼ線形に比例する。アンテナＡ１からアンテナＡ２への時間遅延ΔＴは、以下の式で記述することができる。
【００５９】
ΔＴ〜（Ｄ／ｃ  ｓｉｎθ）、式中ｃは光速である。
【００６０】
特に好ましい「インテリジェントな」アンテナ構成は、各端部にマッチング・ユニットを備えた柔軟なストリップ、トライステートの無線周波数機能を備えた直交ハイブリッド、およびオープン・ループ部分（トライステート部分）に基づいたＳ字ループ配線銅アンテナでもよい。固定パラメータを有する移相器（phase shifter）を使用して２つのかかるアンテナＡ１とＡ２から放射された放射線間の時間遅延ΔＴを補償することができる。
【００６１】
図６には、２つのアンテナＡ１’とＡ２’のみ有するＰＩフィルタ・ネットワークが、低域フィルタとして構築されたパッチング・ユニットと、さらなる信号処理のためのネットワーク接続Ｎとを有するアンテナ端末ＡＴ”の別の例として示されている。この特定の実施例では、このパッチング・ユニットＰＵ’は、異なる周波数およびモードについて並列動作においてすべての一体化されたアンテナを使用するように設計される。したがって、このフィルタは、異なる周波数についてキャパシティ結合ネットワークを用いて特にうまく動作する。この挿入図Ｉ１は、このパッチング・ユニットＰＵ’についての機能シンボルを示している。追加の挿入図Ｉ２には、フィルタ曲線が、様々な周波数について示されている。
【００６２】
図７は、配線図の形式におけるアンテナ・スイッチＳＷまたはＳＷ’の原理を示すものである。アンテナ・スイッチＳＷまたはＳＷ’は、図７の破線で示され、マルチ・スイッチＭＳＷと、送信経路Ｔｘの信号を多重化する送信マルチプレクサＴｘＭＵＸと、受信経路Ｒｘの信号を多重化する受信マルチプレクサＲｘＭＵＸとを備える。これらのマルチプレクサＴｘＭＵＸおよびＲｘＭＵＸは、図７中の矢印および破線で示すようにこのマルチ・スイッチＭＳＷを介してこの信号ジェネレータＤＤＳによって制御することができる。コネクタＴｃ１...Ｔｃ４、Ｒｃ１...Ｒｃ４のそれぞれは、マルチ・スイッチＭＳＷの状態に応じてそれぞれこれらのマルチプレクサＴｘＭＵＸおよびＲｘＭＵＸによってマルチ・スイッチングされ、次にこれらを使用してスイッチＺ１...Ｚ４がスイッチングされる。この状況に応じて、送信多重化４および受信多重化５が、それぞれＴｘＭＵＸマルチプレクサおよびＲｘＭＵＸマルチプレクサによって実現され、これによって（図３を参照して説明しているように）各アンテナＡ１...Ａ４のコネクタ・チャネルが切り換えられる。このようにして、図７の下部に示すこれらの状態のうちの１つの動作が達成される。特に、これらの用途は、約９００ＭＨｚの周波数帯域における送信Ｔｘおよび受信Ｒｘと、約１８００ＭＨｚの周波数帯域における送信および受信と、１９００ＭＨｚの周波数帯域における送信Ｔｘおよび受信Ｒｘと、３Ｇと組み合わされたＴＤ−ＳＤＭＡ動作、ω−ＣＤＭＡ動作、またはω−ＣＤＭＡ／ＡＲＩＢ動作における送信Ｔｘおよび受信Ｒｘとを含んでいる。
【００６３】
このデジタル信号プロセッサＤＤＳは、特にオフ・スイッチＺ１...Ｚ４を動作させるコンバイナ・スイッチに基づいて、「アドバイザ（advisor）」アルゴリズムを用いてこのマルチ・スイッチＭＳＷを動作させることが好ましい。これらのマルチプレクサＴｘＭＵＸおよびＲｘＭＵＸを動作させる特定の方法は、使用可能なチャネル（Ｔｃ１...Ｔｃ４およびＲｃ１...Ｒｃ４）ごとに平均自乗エラーを最適化するものである。この平均自乗エラーがこのマルチプレクサによって切り換えられる特定のチャネルについて最小化される場合には、スイッチングが最良に実施される。どの使用可能な経路をこのマルチプレクサによってスイッチングすべきかについての決定は、しきい値に関してチャネル中でその受信値を比較することによって行うことができる。この特定の場合においては、しきい値は、ノイズしきい値とすることができる。
【００６４】
図８は、実質的には図７に示し説明したスイッチと同じスイッチを示している。このアンテナ・スイッチＳＷ、ＳＷ’は、異なる周波数および可能な組み合わされた用途の４つのチャネルを多重化する送信マルチプレクサＴｘＭＵＸ４と、それぞれ４つの対応するチャネルＴｃ、Ｒｃ１...４を多重化する受信マルチプレクサＲｘＭＵＸ５を備える。これらのマルチプレクサＲｘＭＵＸおよびＴｘＭＵＸは、システム・インターフェースおよびマルチ・スイッチＭＳＷを介してＤＤＳによって制御される。図７に示す構成要素に加えて、マッチング・ユニット６が、図８中のアンテナ・スイッチＳＷ、ＳＷ’では提供されて各アンテナと受信チャネルおよび送信チャネルとについて最適なマッチング・ファクタが可能になる。
【００６５】
図９は、実質的に図７および８にすでに示したような２つのマルチプレクサのマルチ・スイッチ駆動による組合せとして形成されたアンテナ・スイッチを示している。このスイッチング・ネットワークは、Ｔｃ１...Ｔｃ４を介して送信チャネルＴｘを接続し、Ｒｃ１...Ｒｃ４を介して受信チャネルＲｘを接続する追加の実施例として示されている。すでに図８に示したように、そのインターフェースを介してのそのデジタル信号処理ＤＳＰに対するバス接続も示されている。図９の上部の矢印は、例えば図３に示すような、アンテナ端末の４つのＳ字ループ・アンテナＡ１からＡ４の第１の端部１...４Ａへのバス接続、アンテナ端末ＡＴの４つのＳ字ループ・アンテナＡ１からＡ４の別の端部１...４Ｅへのバス接続、およびアンテナ端末ＡＴのスイッチＺ１...Ｚ４へのバス接続を示している。
【００６６】
図９において、マルチ・スイッチＭＳＷおよびマルチプレクサＭＵＸは、それぞれ送信チャネルおよび受信チャネルＴｃ１...Ｔｃ４およびＲｃ１...Ｒｃ４を切り換える一連のスイッチとして表される。それぞれ送信チャネルおよび受信チャネルＴｃｉおよびＲｃｉに関する図９におけるドットは、チャネル／アンテナの数が４に限定されず、状況に応じてどのような適切で推奨可能な数でもよいことを示している。例えば、図６に示すように２つのアンテナを使用することもでき、あるいは３つのアンテナでさえ、または５つのアンテナ、６つのアンテナ、７つのアンテナ、８つのアンテナなどさらに多くのアンテナを使用することもできる。
【００６７】
アンテナ・スイッチは、バトラー・マトリックスなどのビーム形成デバイスを備えることができる。
【００６８】
図１０は、実質的に４×４の設計によって例示されたＹ×Ｙのバトラー・マトリックスの好ましい実施形態を示すものである。この特定のバトラー・マトリックスは、修正された出力ＯＵＴおよび入力ＩＮを有する。各出力ＯＵＴおよび入力ＩＮは、最適なマッチング・ビーム・アンテナ・ファクタを準備するための周波数調整されたマッチング・フィルタを備える。バトラー・マトリックスＢＭの各マッチング・フィルタＭＦ１、ＭＦ２、ＭＦ３、ＭＦ４は、制御可能なキャパシティを有するＬＣユニットによって形成される。マッチング・ユニットの配線図Ｍｆｉは、図１０の挿入図Ｉ１に示され、このそれぞれのスイッチング・シンボルが、図１０の挿入図Ｉ２に示されている。
【００６９】
図１１は、その間に反射導波路Ｗを形成する２つの反射側壁Ｓ１およびＳ２を有するＳ字ループ・アンテナの典型的な構成を示すものである。図１１の挿入図Ｉ１は、アンテナの長さ「ｌ」が、このアンテナで送信および／または受信すべき波長λの関数であることを示している。また、各反射側壁Ｓ１、Ｓ２とこの導波路Ｗとの間の距離「ａ」は、以下のようにこのアンテナで送信／受信される波長λの関数である。
【００７０】
ａ＝ｆ（λ，ｃ）；ｌ＝ｆ（λ，ｃ）
したがって、図１１の挿入図Ｉ１に示すように、この距離「ａ」およびこの長さ「ｌ」は、アンテナＡ１からＡ４のそれぞれについて対応して変化させられる。この実施例においては、これらは、「ループ１」および「ループ３」と呼ばれる。したがって、各アンテナは特定の周波数帯域内で正しく動作するようになっている。
【００７１】
かかるアンテナ端末によってもたらされるビーム幅およびアパーチャ・サイズを図示することによって、図１２は、例えば図３に示すような４つのＳ字ループ・アンテナを備えるアンテナ端末の放射特性を示している。このアンテナ端末は、４つのクォータ・セクタ（quarter sector）を有する３６０度のビーム特性１０を有し、ここで、各クォータ・セクタが、９０度セクションによって形成され、その中のビームは、端末のＳ字ループ・アンテナの１つによって形成される。これらのセクタは、図中では「Ｓループ１」、「Ｓループ２」、「Ｓループ３」および「Ｓループ４」と呼ばれる。この９０度セクションは、二重破線によって示されている。各９０度セクションは、１つのループの５０度の主要ビームＭＢ１、ＭＢ２、ＭＢ３、ＭＢ４、ならびに主要ビームの各サイドに配置され、並列ビームと呼ぶことができる、２つの２０度のより小さなサイド・ビームＳＢ１、ＳＢ２、ＳＢ３、ＳＢ４を含む。
【００７２】
これら４つのアンテナは、λ／８からλ／１６のスペクトルをカバーするようになっている。
【００７３】
要約すれば、最新の、また将来の通信システムにおいても使用するようになっており、直接デジタル・シンセサイザ駆動によるフェーズ・ロックド・ループ無線周波数信号ジェネレータを使用して送信機中で被変調信号を生成し、受信機中で局部発振信号を生成するトランシーバが提供される。特に好ましい実施形態においては、４つのスイッチを使用して共通の主要部分が柔軟に動作するようになっている。受信モードにおいては、直接デジタル・シンセサイザ駆動によるフェーズ・ロックド・ループが、局部発振器と同様にして動作するが、変調する信号はなく、したがって、このフェーズ・ロックド・ループは、より良好な位相ノイズを生成するために狭帯域フィルタを有している。好ましい実施形態において、この受信機の復調は、無線周波数信号をベース・バンドに直接に変換するようにゼロ中間周波数で動作する。送信モードにおいては、この直接デジタル・シンセサイザは、変調され、このフェーズ・ロックド・ループは、より良好な無線周波数被変調信号を生成するために有用な帯域幅で動作する。この提案されたトランシーバが直接デジタル・シンセサイザを備えることにより、高速なスイッチ速度が達成できるようになり、このトランシーバを現在の実施形態に比べて低価格で製造し開発できるようになる。これは、特別なアンテナ構造が、かかるマルチ・モードまたは組み合わされたシステムでは必要になることを意味しており、この特別な構造によって、ＣＤＭＡ−ＦＤＭＡ／ＴＤＭＡおよびＦＤＭＡ／ＴＤＭＡ（２．５Ｇ）のためのビームの特定の設計が可能になり、またＧＳＭ／ＰＣＭ／ＤＣＳについてのユーザのための伝播セキュリティを伴う、組み合わされた８５０ＭＨｚから９００ＭＨｚのアンテナの特定の設計が可能になり得る。このトランシーバは、移動電話で使用するために特に適合させられている。特に、この提案されたトランシーバは、そのアンテナ端末のアンテナを切り換えるためのマルチ・スイッチおよび接続経路を有する有利なアンテナ設計の形で形成される。特に、好ましいバトラー・マトリックスが、マッチング・ユニットとしての修正された入出力形式をもつアンテナ・スイッチの形で提供される。このアンテナ端末のアンテナは、異なる周波数またはモードの使用に関してマッチングさせることもできる。この提案されたトランシーバ・アンテナ端末のビーム形成は特に、有利なセル検出オプションが可能になるようになっている。このトランシーバは、３Ｇ／ＧＳＭネットワーク、ＰＣＳネットワーク、ＰＣＮネットワーク中で特に使用して異なるＲｘ経路とＴｘ経路とを組み合わせることができ、あるいは移動電話中で使用することもできる。しかし、この基本原理を基地局中、および他の適切な通信システム・デバイス中で使用することもできる。異なるネットワークまたはシステム中における並列なマルチ動作も、また必要に応じてオプションとしての並列な送信および受信も特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】好ましい実施形態による、組み合わされた送信モードおよび受信モードを可能とするトランシーバ装置の第１の実施形態の基本構成を示す図である。
【図２】組み合わされた送信モードおよび受信モードを可能とするトランシーバ装置の第２の実施形態の基本構成を示す図である。
【図３】スイッチ・モードまたは結合された多周波モードで動作させることができる、４つのＳ字ループ・アンテナを備えるアンテナ端末の基本原理を示す配線図である。
【図４】そこに一体化されたマッチング・ネットワークを有する端末へのＳ字ループ・アンテナの好ましい実装形態を示す配線図である。
【図５】好ましい実施形態において２つのアンテナを使用する際のアンテナ信号の放出（evolution）を示す図である。
【図６】フィルタが、異なる周波数についてキャパシティ結合ネットワークを用いて動作する、フィルタ・ネットワークを有する端末への２つのＳ字ループ・アンテナのさらなる好ましい実装形態を示す概略的な配線図である。
【図７】好ましい実施形態におけるアンテナ・スイッチの好ましい実施形態を示す配線図である。
【図８】別の好ましい実施形態におけるアンテナ・スイッチの別の好ましい実施形態を示す配線図である。
【図９】さらに他の好ましい実施形態におけるスイッチング・ネットワークを示す配線図である。
【図１０】好ましい実施形態における、そのビーム・アンテナの最適なマッチング・ファクタのための周波数調整されたマッチング・フィルタとしての、修正された出力／入力を有する４×４バトラー・マトリックスの概略図である。
【図１１】好ましい実施形態における典型的なＳ字ループ・アンテナ設計を示す概略図である。
【図１２】好ましい実施形態における、４つのアンテナを備えるアンテナ端末のビーム形成を示す概略図である。
【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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【国際調査報告】
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