(57)【要約】【課題】受信雑音指数の悪化が発生することなく、送信区間における受信増幅器の保護が可能な時分割多重無線システムの反射信号減衰方法を提供する。【解決手段】送信増幅器２１からの送信信号を分岐する第１の方向性結合器２２、第１の方向性結合器で分岐された送信信号の振幅及び位相を調整する振幅位相調整回路１、振幅位相調整回路からの出力信号をアンテナからの反射電力と合成する第２の方向性結合器２を具備する。そして送信区間に振幅位相調整回路１でアンテナからの反射電力と同振幅、逆位相の反射電力減衰用信号を生成し、当該減衰用信号を第２の方向性結合器２によりアンテナからの反射電力と逆相合成する。【選択図】図１
2011055078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を増幅する送信増幅器を有する送信部と、受信信号を増幅する受信増幅器を有する受信部とを有し、
前記送信増幅器の送信信号をアンテナから送信する送信区間と、前記アンテナからの受信信号を前記受信増幅器で受信す受信区間とで、前記送信部と受信部の動作を切り替える時分割多重無線通信システムであって、
前記送信増幅器からの送信信号を分岐し、前記分岐した送信信号の振幅及び位相を調整する振幅位相調整回路を有し、前記振幅位相調整回路の出力信号を前記アンテナからの反射電力と逆相合成することによって前記反射電力を減衰させることを特徴とする時分割多重無線システム。
【請求項２】
送信信号を増幅する送信増幅器と、前記送信増幅器からの送信信号をアンテナに導く送信用サーキュレータとを有する送信部と、
前記アンテナからの受信信号を増幅する受信増幅器と、前記受信信号を前記受信増幅器に導く受信用サーキュレータとを有する受信部とを有し、
前記送信増幅器の送信信号を前記アンテナから出力する送信区間と、前記アンテナからの受信信号を前記受信増幅器で受信する受信区間とで、前記送信部と受信部の動作を切り替える時分割多重無線通信システムであって、
前記送信増幅器からの送信信号を分岐し、前記分岐された送信信号の振幅及び位相を調整する振幅位相調整回路と、
前記振幅位相調整回路からの出力信号を前記アンテナからの反射電力と合成する合成手段とを有し、
前記送信区間に前記振幅位相調整回路からの出力信号を前記合成手段により前記アンテナからの反射電力と逆相合成することによって前記反射電力を減衰させることを特徴とする時分割多重無線システム。
【請求項３】
送信信号を増幅する送信増幅器と、前記送信増幅器からの送信信号を前記アンテナに導く送信用サーキュレータとを有する送信部と、
前記アンテナからの受信信号を増幅する受信増幅器と、前記受信信号を前記受信増幅器に導く受信用サーキュレータとを有する受信部とを有し、
前記送信増幅器の送信信号を前記アンテナから出力している送信区間と、前記アンテナからの受信信号を前記受信増幅器で受信している受信区間とで、前記送信部と受信部の動作を切り替える時分割多重無線通信システムであって、
前記送信増幅器からの送信信号を分岐する第１の方向性結合器と、
前記第１の方向性結合器で分岐された送信信号の振幅及び位相を調整する振幅位相調整回路と、
前記振幅位相調整回路からの出力信号を前記アンテナからの反射電力と合成する第２の方向性結合器とを有し、
前記送信区間に前記振幅位相調整回路で前記アンテナからの反射電力と同振幅、逆位相の反射電力減衰用信号を生成し、当該減衰用信号を前記第２の方向性結合器により前記アンテナからの反射電力と逆相合成することによって前記反射電力を減衰させることを特徴とする時分割多重無線システム。
【請求項４】
送信信号を増幅する送信増幅器を有する送信部と、受信信号を増幅する受信増幅器を有する受信部とを有し、
前記送信増幅器の送信信号をアンテナから送信する送信区間と、前記アンテナからの受信信号を前記受信増幅器で受信す受信区間とで、前記送信部と受信部の動作を切り替える時分割多重無線通信システムの反射信号減衰方法であって、
前記送信区間に振幅位相調整回路により前記送信増幅器から分岐された送信信号の振幅及び位相を調整し、前記振幅位相調整回路の出力信号を前記アンテナからの反射電力と逆相合成することによって前記反射電力を減衰させることを特徴とする時分割多重無線システムの反射信号減衰方法。
【請求項５】
送信信号を増幅する送信増幅器と、前記送信増幅器からの送信信号をアンテナに導く送信用サーキュレータとを有する送信部と、
前記アンテナからの受信信号を増幅する受信増幅器と、前記受信信号を前記受信増幅器に導く受信用サーキュレータとを有する受信部とを有し、
前記送信増幅器の送信信号を前記アンテナから出力する送信区間と、前記アンテナからの受信信号を前記受信増幅器で受信する受信区間とで、前記送信部と受信部の動作を切り替える時分割多重無線通信システムの反射信号減衰方法であって、
前記送信区間に振幅位相調整回路により前記送信増幅器から分岐された送信信号の振幅及び位相を調整し、
合成手段により前記振幅位相調整回路からの出力信号を前記アンテナからの反射電力と逆相合成することによって前記反射電力を減衰させることを特徴とする時分割多重無線システムの反射信号減衰方法。
【請求項６】
送信信号を増幅する送信増幅器と、前記送信増幅器からの送信信号を前記アンテナに導く送信用サーキュレータとを有する送信部と、
前記アンテナからの受信信号を増幅する受信増幅器と、前記受信信号を前記受信増幅器に導く受信用サーキュレータとを有する受信部とを有し、
前記送信増幅器の送信信号を前記アンテナから出力している送信区間と、前記アンテナからの受信信号を前記受信増幅器で受信している受信区間とで、前記送信部と受信部の動作を切り替える時分割多重無線通信システムの反射信号減衰方法であって、
前記送信区間に第１の方向性結合器により前記送信増幅器からの送信信号を分岐し、
振幅位相調整回路により前記第１の方向性結合器で分岐された送信信号の振幅及び位相を調整し、
第２の方向性結合器により前記振幅位相調整回路からの出力信号を前記アンテナからの反射電力と逆相合成することによって前記反射電力を減衰させることを特徴とする時分割多重無線システムの反射信号減衰方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時分割多重（ＴＤＤ）方式の無線通信システム及びその反射信号減衰方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は従来の一般的な時分割多重ＴＤＤ（Time Division Duplexing ；時分割双方向）方式の無線通信システムの高周波部の構成を示す回路図である。図３に示す無線通信システムは、送信増幅器２１の出力に送信用サーキュレータ２４を備えた送信部、受信用サーキュレータ３２の出力に受信増幅器２５を備えた受信部、送信部と受信部を切り替える送受切替スイッチ３１から構成されている。
【０００３】
ＴＤＤ方式の無線通信システムは、送受同一周波数帯域を使用して時間軸上でフレーム毎に送信区間、受信区間を交互に切り替える通信方式であるため、送信区間は送信部のみ動作し、受信区間は受信部のみ動作すればよい。よって、送信区間は送信増幅器２１に電源供給を行い、送信増幅器２１を動作させると共に、受信増幅器２５の電源供給を中断し、受信増幅器２５の動作を停止させる。
【０００４】
一方、受信区間は逆に送信増幅器２１への電源供給を中断し、送信増幅器２１の動作を停止させると共に、受信増幅器２５に電源供給を行い、受信増幅器２５を動作させる。送受切替スイッチ３１は、送信増幅器２１が動作して送信信号を出力する送信区間には送信用サーキュレータ２４側に接続され、アンテナ端子１２からの反射により受信増幅器２５へ入力される反射電力により受信増幅器２５が破損等を受けないように送信区間の受信経路へのアイソレーションを確保するものである。受信区間には、送受切替スイッチ３１は受信用サーキュレータ３２側に接続される。
【０００５】
図３のシステムでは、送受切替スイッチ３１が送信系、受信系の両方の経路に実装されているため、送受切替スイッチ３１の通過損失は、送信特性、受信特性の両方に影響する。つまり、送受切替スイッチ３１の通過損失を補うための送信増幅器２１の出力電力の増加によって消費電力の増大が発生し、或いは送受切替スイッチ３１の通過損失に相当する雑音指数の増加が発生する。なお、図３において、１１は高周波部の送信入力端子（送信機側端子）、１３は高周波部の受信出力端子（受信機側端子）、３３及び３４はサーキュレータ用終端器を示す。
【０００６】
一方、図４は図３の構成に対して受信部及び送受切替スイッチ３１の実装位置を変更した例を示す。図４のシステムでは、送信用サーキュレータ２４とサーキュレータ用終端器３４の間に送受切替スイッチ３１が配置され、送受切替スイッチ３１は受信部に配置されている。このシステム構成では、送信信号は送受切替スイッチ３１を経由しないため、送信特性への影響は発生しない。
【０００７】
それに対し、受信信号は図３の構成に比べてサーキュレータ１個分だけ余分に経由することになるため、図３に比べて通過損失が増大、即ち、雑音指数は増加する。よって、図４のシステムは、図３より送信系の低消費電力化を優先し、受信系の雑音指数を犠牲にした構成といえる。図３、図４のいずれの構成でも送受切替スイッチ３１を使用することで送受切替スイッチ３１の通過損失相当の受信雑音指数の悪化を伴う。ＴＤＤ方式の無線通信システムとしては、例えば、特許文献１、２等に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−３０６３７０号公報
【特許文献２】特開平０８−２７９７０５号公報
【特許文献３】特開平０９−１１６４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように従来の無線通信システムにおいて送受切替スイッチを使用する構成では、送受切替スイッチの通過損失相当の受信雑音指数悪化を伴うこととなっていた。特許文献３には送信機接続用サーキュレータから受信機側に漏れる送信信号成分に対してレベルと位相を調整し、受信機側方向性結合器に入力される送信信号成分のレベルと位相を調整することによって送信信号による干渉を除去することが記載されているが、送信信号の干渉を除去することを目的としており、送受切替スイッチを用いた場合の通過損失相当の受信雑音指数の悪化を改善するものではない。
【００１０】
本発明の目的は、受信雑音指数の悪化が発生することなく、送信区間における受信増幅器の保護が可能な時分割多重無線システム及びその反射信号減衰方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、主信号系に高周波スイッチ等の送信受信切替器を用いる代わりに、送信増幅器が動作して送信信号を出力している送信区間に、送信増幅器の送信信号を分岐し、その分岐した送信信号の振幅及び位相を調整する振幅位相調整回路を有する。そして、振幅位相調整回路の出力信号をアンテナからの反射電力と逆相合成することによって反射電力を減衰させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、主信号系に送受切替スイッチを用いることなく、アンテナ端子からの反射により受信増幅器へ入力される反射電力を逆相で減衰させることができ、送受切替スイッチの通過損失による受信雑音特性の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る反射信号減衰回路の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】振幅位相調整手段の一例を示すブロック図である。
【図３】従来の一般的な時分割多重（ＴＤＤ）方式の無線通信システムの高周波部構成を示すブロック図である。
【図４】他の高周波部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の概要について説明する。本発明は、ＷｉＭＡＸ等の時分割多重（ＴＤＤ）方式の無線通信システムの高周波部において、主信号系に高周波スイッチ等の送受切替器（図３、図４の送受切替スイッチ３１）を用いることなく、主信号系とは別の経路に備えた振幅位相制御手段により送信信号のアンテナ端子からの反射電力を減衰させることで受信増幅器を保護するものである。
【００１５】
即ち、送信増幅器の出力電力をアンテナ端子からアンテナに伝達する経路、アンテナからアンテナ端子を経由して受信増幅器に伝達する経路の２つの経路に加えて、送信増幅器の出力電力を分岐し、分岐した送信信号を振幅位相調整手段を経由して受信増幅器に伝達する経路を新たに備えている。
【００１６】
そして、送信区間、即ち、送信増幅器が動作して送信信号を出力している送信区間において、アンテナ端子からの反射により受信増幅器へ入力される反射電力を、振幅位相調整手段を備えた経路の電力により逆相合成することにより減衰させる。そのため、送受切替器を用いることなく、受信増幅器が破損等を受けない入力最大定格電力以下まで減衰させることが可能となる。
【００１７】
本発明は、このように受信系の高周波特性の主要な指標である雑音指数（Noise Figure、NF）を悪化させる要因である、主信号系に実装される送受切替器を不要とすることにより、ＴＤＤ方式の無線通信システムにおいて、高周波部の高周波特性を改善することを可能とするものである。
【００１８】
図１は本発明に係る時分割多重無線システムの一実施形態を示すブロック図である。図１では図３、図４と同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略する。図１において、図示しない送信機からの送信信号は高周波部の送信入力端子１１から入力され、送信増幅器２１で増幅される。
【００１９】
送信増幅器２１で増幅出力された信号電力は、方向性結合器２２、送信用サーキュレータ２４を通してアンテナ端子１２に出力され、図示しないアンテナから放射される。この主信号系電力はアンテナ端子１２でその反射損失に応じた一部電力が反射され、送信用サーキュレータ２４を通して方向性結合器２に入力される。
【００２０】
同様に、送信増幅器２１で増幅出力された信号電力は、方向性結合器２２の結合端子側を介して振幅位相調整手段１に入力され、振幅位相調整手段１を介して方向性結合器２に入力される。振幅位相調整手段１は、方向性結合器２２から分岐した送信信号の振幅と位相を調整する。
【００２１】
ここで、振幅位相調整手段１は、振幅量と位相量をアンテナ端子１２からの反射電力と同振幅、逆位相に制御する。そのため、送信増幅器２１が動作して送信信号を出力している送信区間において、方向性結合器２の出力電力、即ち、受信用サーキュレータ３２を介して受信増幅器２５に入力される入力電力は、受信増幅器２５が破損等を受けない電力強度まで減衰される。
【００２２】
図２は振幅位相調整手段１の一例を示すブロック図である。図中４１は可変位相器、４２は可変減衰器、４３は増幅器、４４は可変位相器４１の位相量と可変減衰器４２の減衰量を制御する制御部である。振幅位相調整手段１は、上述のように方向性結合器２２から分岐した送信信号の位相量と減衰量を制御することにより、アンテナ端子１２からの反射により受信増幅器へ入力される反射電力を減衰させる。可変位相器４１と可変減衰器４２の配置は入れ替えても良い。
【００２３】
一方、受信区間においては、アンテナ端子１２からの受信信号は方向性結合器２を介して受信用サーキュレータ３２に入力され、受信用サーキュレータ３２から受信増幅器２５に入力される。受信信号は受信増幅器２５で増幅され、高周波部の受信入力端子１３から受信機に入力される。
【００２４】
具体的な例として、送信増幅器２１の出力電力を１０Ｗ（＋４０ｄＢｍ）、アンテナ端子１２の反射損失を１５ｄＢ、受信増幅器２５が破損等を受けない最大定格を＋１０ｄＢｍとする。方向性結合器２２、２や送信用サーキュレータ２４、受信用サーキュレータ３２の通過損失は簡単のため無視するものとする。
【００２５】
この条件では、振幅位相制御手段１の経路がない場合には、送信増幅器２１から出力された電力がアンテナ端子１２で反射され、受信増幅器２５に入力される反射電力強度は、（＋４０ｄＢｍ）−（１５ｄＢ）＝＋２５ｄＢｍとなり、受信増幅器２５の最大定格＋１０ｄＢｍに対して１５ｄＢ高い。
【００２６】
方向性結合器２２と２の主信号系に対する通過損失を、一般的な送受切替スイッチの通過損失０．３ｄＢより少ない値に抑えると仮定し、方向性結合器２２と２の結合量を１５ｄＢとする。振幅位相制御手段１により本経路と主信号系のアンテナ端子１２からの反射電力とを方向性結合器２で逆相合成するためには、振幅位相制御手段１は利得１５ｄＢ、出力電力＋４０ｄＢｍの性能が必要である。
【００２７】
主信号系の送信増幅器２１は無線特性の線形性を確保するため、送信出力４０ｄＢｍ出力時に、例えば、１０ｄＢｃのバックオフをとって運用されており、送信増幅器２１の飽和出力は（＋４０ｄＢｍ）＋（１０ｄＢ）＝＋５０ｄＢｍ＝１００Ｗの能力を有するのが一般的である。しかしながら振幅位相制御手段１に必要な増幅器相当の能力は、出力信号に高い線形性は必要なく、単に出力電力＋４０ｄＢｍが出力可能であればよい。
【００２８】
よって、主信号系の送信増幅器２１が飽和出力１００Ｗなのに対して、振幅位相制御手段１１の飽和出力は１０Ｗの出力でこと足りる。この振幅位相制御手段１の振幅位相を制御することで、アンテナ端子１２からの反射電力と同一振幅、逆位相の信号を生成し、方向性結合器２による電力合成で１５ｄＢの減衰を実現でき、送信区間における受信増幅器２５の破損を回避することができる。
【００２９】
電力合成による１５ｄＢの減衰は、例えば、両系統の振幅誤差０ｄＢなら位相誤差１０°程度、位相誤差０°なら振幅誤差１．５ｄＢ程度に抑えることで達成できるため、容易に実現可能な性能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  振幅位相調整手段
２、２２  方向性結合器
３、２３  方向性結合器用終端器
１１  送信機側端子
１２  アンテナ端子
１３  受信機側端子
２１  送信増幅器
２４  送信用サーキュレータ
２５  受信増幅器
３１  送受切替スイッチ
３２  受信用サーキュレータ
３３、３４  サーキュレータ用終端器
４１  可変位相器
４２  可変減衰器
４３  増幅器
４４  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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