(57)【要約】技術は、デュプレクサを使用することなく、全二重モバイル無線トランシーバを設計するために提供される。ある実施形態において、個別アンテナは、トランシーバ内のTXおよびRX信号パスに対して提供される。ある実施形態において、アンテナは、表面実装型セラミックアンテナとしてインプリメントされる。ある実施形態において、アンテナは統合バンドパスフィルタリングを組み込む。異なる相対的物理特性（アンテナの指向性を含む）を有するようにアンテナを設計するためのさらなる技術が開示される。【選択図】図3
2011530243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信用のトランシーバ装置であって、
無線で送信されるべきTX信号を生成するための送信（TX）回路と;
前記TX信号を送信するための前記TX回路に結合されたTXアンテナと;
受信（RX）信号を無線で受信するためのRXアンテナと;
前記RX信号を処理するための受信（RX）回路と；
を備えるトランシーバ装置。
【請求項２】
前記装置はモバイ無線通信デバイスである、請求項1の装置。
【請求項３】
前記モバイル無線通信デバイスは携帯電話である、請求項2の装置。
【請求項４】
前記TXアンテナと前記TX回路との間に結合されたTXバンドパスフィルタ（BPF）と、なお、前記TX BPFはTX周波数帯域に調整されたパスバンドを有する；
前記RXアンテナと前記RX回路との間に結合されたRX BPFと、なお、前記RX BPFはRX周波数帯域に調整されたパスバンドを有する；
をさらに備える、請求項3の装置。
【請求項５】
前記TXおよびRXアンテナの少なくとも1つはセラミックアンテナを備える、請求項3の装置。
【請求項６】
前記TXおよびRXアンテナの両方はセラミックアンテナを備える、請求項5の装置。
【請求項７】
前記TXおよびRXアンテナの少なくとも1つはホイップアンテナを含む、請求項5の装置。
【請求項８】
前記TXおよびRXアンテナの少なくとも1つはパッチアンテナを備える、請求項3の装置。
【請求項９】
前記TXおよびRXアンテナの少なくとも1つは板状逆Fアンテナを備える、請求項3の装置。
【請求項１０】
前記セラミックアンテナの各々は、統合バンドパスフィルタ（BPF）を備え、前記TXアンテナのBPFはTX周波数帯域に調整されたパスバンドを有し、前記RXアンテナのBPFはRX周波数帯域に調整されたパスバンドを有する、請求項5の装置。
【請求項１１】
前記TXアンテナは、前記RXアンテナのそれとは異なる物理的な形状を有する、請求項5の装置。
【請求項１２】
前記TXアンテナは長手軸を有し、前記RXアンテナもまた長手軸を有し、前記TXアンテナの長手軸は、前記RXアンテナの長手軸に平行ではない、請求項5の装置。
【請求項１３】
前記TXアンテナの長手軸は前記RXアンテナの長手軸に垂直である、請求項8の装置。
【請求項１４】
前記TXアンテナの分極は、前記RXアンテナの分極に直交である、請求項5の装置。
【請求項１５】
前記TXアンテナは、前記RXアンテナのそれと異なる物理的なサイズを有する、請求項5の装置。
【請求項１６】
モバイル無線デバイスが信号を同時に送信および受信するための方法であって、
無線で送信されるべき送信（TX）信号を生成することと；
TXアンテナを通して前記TX信号を送信することと；
RXアンテナを通して受信（RX）信号を無線で受信することと；
前記RX信号を処理することと；
を備える方法。
【請求項１７】
前記モバイル無線通信デバイスは携帯電話である、請求項16の方法。
【請求項１８】
前記TXアンテナを通して送信する前に、前記生成されたTX信号をバンドパスフィルタにかけることと；
前記RX信号を処理する前に、前記RXアンテナを通して受信された前記RX信号をバンドパスフィルタにかけることと；
をさらに備える、請求項17の方法。
【請求項１９】
前記TXおよびRXアンテナの少なくとも1つはセラミックアンテナを備える、請求項17の方法。
【請求項２０】
前記TXおよびRXアンテナの両方はセラミックアンテナを備える、請求項19の方法。
【請求項２１】
前記TXおよびRXアンテナの少なくとも1つはホイップアンテナを備える、請求項19の方法。
【請求項２２】
前記TXおよびRXアンテナの少なくとも1つはパッチアンテナを備える、請求項19の方法。
【請求項２３】
前記TXおよびRXアンテナの少なくとも1つは板状逆Fアンテナを備える、請求項19の方法。
【請求項２４】
前記セラミックアンテナの各々は、統合バンドパスフィルタ（BPF）を備え、前記TXアンテナのBPFはTX周波数帯域に調整されたパスバンドを有し、前記TXアンテナのBPFは、RX周波数帯域に調整されたパスバンドを有する、請求項19の方法。
【請求項２５】
前記TXアンテナは、前記RXアンテナのそれとは異なる物理的な形状を有する、請求項19の方法。
【請求項２６】
前記TXアンテナは長手軸を有し、前記RXアンテナもまた長手軸を有し、前記TXアンテナの長手軸は前記RXアンテナの長手軸と平行ではない、請求項19の方法。
【請求項２７】
前記TXアンテナの長手軸は、前記RXアンテナの長手軸に垂直である、請求項26の方法。
【請求項２８】
前記TXアンテナの分極は、前記RXアンテナの分極に直交である、請求項19の方法。
【請求項２９】
前記TXアンテナは、前記RXアンテナの物理的なサイズとは異なる前記物理的なサイズを有する、請求項19の方法。
【請求項３０】
無線通信のためのトランシーバ装置であって、
無線で送信されるべきTX信号を生成するための送信（TX）回路と；
前記TX信号を無線で送信するための前記TX回路に結合された手段と；
受信（RX）信号を無線で受信するための手段と；
前記RX信号を処理するための受信（RX）回路と；
を備えるトランシーバ装置。
【請求項３１】
前記装置はモバイル無線通信デバイスである、請求項30のトランシーバ装置。
【請求項３２】
前記TXアンテナを通して送信する前に、前記生成されたTX信号をバンドパスフィルタにかけるための手段と；
前記RX信号を処理する前に、前記無線で受信されたRX信号をバンドパスフィルタにかけるための手段と；
をさらに備える、請求項31のトランシーバ装置。
【請求項３３】
前記TX信号を無線で送信するための手段を、前記RX信号を無線で受信するための手段から分離するための手段をさらに備える、請求項30のトランシーバ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は無線通信デバイス用のトランシーバに関し、さらに詳細には、送信信号パスおよび受信信号パスのための個別アンテナを特徴とするモバイル無線トランシーバに関する。
【背景技術】
【０００２】
全二重トランシーバ（full−duplex transceiver）は同時信号送信（TX）および受信（RX）をサポートするデバイスである。モバイルデバイスにおいて、無線全二重トランシーバは、一般に、デュプレクサを介して単一のアンテナに結合された個別のTXおよびRX信号パスを特徴とする。デュプレクサは、TX信号およびRX信号を互いに分離する一方で、TX回路およびRX回路の両方が、スペースとコストを節約するために同一のアンテナを共有することを可能にする。TX信号とRX信号が典型的に異なる周波数帯域を占めることから、デュプレクサはバンドパスフィルタリングおよび周波数多重化の機能を組み込む。
【０００３】
例えば、符号分割多元接続（CDMA）セルラ電話通信標準に従って機能するように設計される携帯電話のために、デュプレクサ設計にはしばしば厳密な要件が課される。そのようなデバイスにおいて、デュプレクサは、それらの周波数が互いに比較的近いTX信号とRX信号との間に多くのアイソレーション（isolation）を提供するように要求される。さらに、そのようなデュプレクサは、TX信号およびRX信号パスに導入される挿入損（insertion loss）を最小にすることが要求される。これらの競合する要件は、携帯電話に対するデュプレクサ設計を高価および困難にする。
【０００４】
全二重モバイル無線トランシーバを設計するために、改善された技術を提供することが望まれる。
【発明の概要】
【０００５】
本開示のある態様は、無線で送信されるべきTX信号を生成するための送信（TX）回路、そのTX信号を送信するためにそのTX回路に結合されたTXアンテナ、受信（RX）信号を無線で受信するためのRXアンテナ、および、そのRX信号を処理するための受信（RX）回路を備える、無線通信用のトランシーバ装置を提供する。
【０００６】
本開示の別の態様は、モバイル無線通信デバイスが信号を同時に送信および受信するための方法を提供し、その方法は：無線で送信されるべき送信（TX）信号を生成することと、TXアンテナを通してそのTX信号を送信することと、RXアンテナを通して受信（RX）信号を無線で受信することと、および、そのRX信号を処理することとを備える。
【０００７】
本開示のさらに別の態様は、無線通信用のトランシーバ装置を提供し、その装置は：無線で送信されるべきTX信号を生成するための送信（TX）回路と、そのTX信号を無線で送信するためにそのTX回路に結合された手段と、受信（RX）信号を無線で受信するための手段と、そのRX信号を処理するための受信（RX）回路とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図1は、全二重無線トランシーバの先行技術インプリメンテーションを描写する。
【図２】図2は、デュプレクサ120の特性の例を示す。
【図３】図3は、個別アンテナがTXおよびRX信号パスのために提供される、本開示に従った実施形態を描写する。
【図４】図4は、図3に示される無線トランシーバ300の特性の例を示す。
【図５】図5は、本開示に従った方法の実施形態を描写する。
【発明の詳細な説明】
【０００９】
本開示は、モバイル無線デバイスにおいて、コストおよびスペースを最小化しつつ、個別アンテナをTXおよびRX信号パスのために提供することを記述する。
【００１０】
図1は、全二重無線トランシーバの先行技術インプリメンテーションを描写する。先行技術インプリメンテーションは例示のためだけに示されること、および、本開示の技術の適応を、無線通信デバイスの任意の特定のインプリメンテーションに限定することを意味しないことに注意されたい。当業者は、無線デバイスの実際のインプリメンテーションが図1に示されないコンポーネントを含みうることを認識するであろう。
【００１１】
図1において、無線トランシーバ100は、TX回路130およびRX回路140に結合されたベースバンドプロセッサ150を含む。TX回路130およびRX回路140は、両方がデュプレクサ120に結合されるノードTおよびRをそれぞれ有する。デュプレクサ120は、また、ノードAでアンテナ110に結合される。デュプレクサ120が、ノードTからノードAへの信号をフィルタにかけるためのTXバンドパスフィルタ（BPF）120.1、および、ノードAからノードRへの信号をフィルタにかけるためのRX BPF 120.2を含むことに注意されたい。代替実施形態（図示されない）において、デュプレクサは、物理的に、TX.RX BPFの1つまたは両方から分離される。
【００１２】
デュプレクサ120は、信号アンテナ110を通してTX信号の送信とRX信号の受信とを多重化する。TX信号とRX信号とを互いに分離するために、デュプレクサ120は、一般に、TXおよびRX信号が異なる周波数帯域に位置するという事実に依存し、そのために、BPF 120.1および120.2によって分離可能である。例えば、CDMAにおいて、TX周波数帯域は824−849MHzであり、RX周波数帯域は859−894MHzである。
【００１３】
図2は、デュプレクサ120の特性の例を示す。図2に示される特性はデュプレクサの一般的な特徴を強調することを目的とし、本開示の範囲を、示される任意の特定の特性に限定することを意味しないことに注意されたい。
【００１４】
図2において、デュプレクサ転送特性（transfer characteristic）は垂直軸上にプロットされ、周波数は水平軸上にプロットされる。転送特性
【数１】
2011530243.tif 000003
【００１５】
は、ノードTでの信号の大きさで割られたノードAでの信号の大きさを示す。BPF 120.1の結果として、
【数２】
2011530243.tif 000004
【００１６】
は、「TXパスバンド」と表示されるパスバンドを備えたバンドパス特性を示す。TXパスバンドは、パスバンド周波数でノードTからノードAに移動するTX信号振幅の減衰を表わす「TX挿入損」によってさらに特徴付けられる。
【００１７】
図2でさらに示されるように、転送特性
【数３】
2011530243.tif 000005
【００１８】
は、周波数にわたって、ノードAでの信号の大きさで割られたノードRでの信号の大きさを示す。BPF 120.2の結果として、
【数４】
2011530243.tif 000006
【００１９】
は、「RXパスバンド」と表示されるパスバンドを備えたバンドパス特性を示す。RXパスバンドは、パスバンド周波数でノードAからノードRに移動するRX信号振幅の減衰を表わす「RX挿入損」によってさらに特徴付けられる。TX挿入損およびRX挿入損の両方は、一般に、それぞれのパスバンド上で変化することに注意されたい。
【００２０】
転送特性
【数５】
2011530243.tif 000007
【００２１】
が図2でさらに示される。
【数６】
2011530243.tif 000008
【００２２】
は、ノードTでのTX信号の大きさの関数として、ノードRでのRX信号の大きさを表す。RXパスバンド中の
【数７】
2011530243.tif 000009
【００２３】
の大きさの逆数は、RXパスバンド内の「TX−RXアイソレーション（TX−to−RX isolation）」と表され、ノードTのTX信号パスからノードRのRX信号パスに漏れる任意の信号の排除（rejection）を表す。図2において、TX−RXアイソレーションは、RXパスバンドにわたって、I1からI2の範囲におよぶ値を有するとして示される。
【００２４】
トランシーバ設計において、強いTX信号から比較的弱いRX信号への干渉が最小となるように、TX−RXアイソレーションを最大にすることが望まれる。TX出力信号およびアンテナによって無線で受信されるRX信号の減衰を回避するために、TXおよびRX挿入損を最小にすることも望まれる。CDMAまたはUMTS（Universal Mobile Telecommunications System）などの無線通信システムのためのトランシーバにおいては、TXおよびRX周波数帯域が周波数で比較的近く、それによって、BPFに応答して非常に鋭いロールオフを要求するため、これらの競合する設計目的は対処することが難しい。
【００２５】
本開示によれば、全二重無線トランシーバ設計制約は、個別アンテナをTX信号パスおよびRX信号パスの各々に対して提供することによって緩和される。
【００２６】
図3は、個別アンテナがTX信号パスおよびRX信号パスに対して提供される、本開示に従った実施形態を描写する。図3において、アンテナ310.1はノードA1でBPF 310.2に結合され、BPF 310.2は次に、ノードTでTX回路130に結合される。BPF 310.2は、TX周波数範囲をカバーするパスバンドを有するように調整される。同様に、アンテナ311.1はノードA2でBPF 311.2に結合され、BPF 311.2は次にノードRでRX回路140に結合される。BPF 311.2は、RX周波数範囲をカバーするパスバンドを有するように調整される。
【００２７】
ある実施形態において、後に本明細書で記述されるように、個別アンテナは、単一のモバイルデバイスに提供されるのに十分に軽量でコンパクトな型式および物理的構造であるように選択される。
【００２８】
図3のトランシーバ内のコンポーネントの物理的なレイアウトは単に示唆的であることを意味し、本開示の範囲を、示される特定のレイアウトに制限することを目的としないことに注意されたい。例えば、コンポーネント間で示されたものよりも大きい、または、小さい物理的分離が、デバイスの実際の実施形態において存在しうる。
【００２９】
図4は、図3に示される無線通信トランシーバ300の特性の例を示す。図4に示される特性は、単に、全体として開示される実施形態の特徴を強調することを目的とし、本開示の範囲を、示される任意の特定の特性に制限することを目的としないことに注意されたい。
【００３０】
図4において、無線トランシーバ300の転送特性が周波数に対して示される。
【数８】
2011530243.tif 000010
【００３１】
および
【数９】
2011530243.tif 000011
【００３２】
は、バンドパスフィルタ310.2および311.2の応答をそれぞれ特徴づける。
【数１０】
2011530243.tif 000012
【００３３】
は「TXパスバンド」と表示されるパスバンドを有し、
【数１１】
2011530243.tif 000013
【００３４】
は「RXパスバンド」と表示されるパスバンドを有する。転送特性
【数１２】
2011530243.tif 000014
【００３５】
は、TXアンテナ310.1のノードA1での信号の大きさで割られた、RXアンテナ311.1のノードA2での信号の大きさを示す。これらの特性は転送特性
【数１３】
2011530243.tif 000015
【００３６】
を引き出すために組み合わせられ、それは、図3に示される全二重トランシーバのTX−RXアイソレーションの逆数である。図4において、TX−RXアイソレーションは、RXパスバンドにわたってI3からI4の範囲におよぶ値を有するとして示される。
【００３７】
図3の2つのアンテナトランシーバ用の転送特性
【数１４】
2011530243.tif 000016
【００３８】
が、図1の1つのアンテナのデュプレクサベースのトランシーバ用の対応する転送特性には存在しない
【数１５】
2011530243.tif 000017
【００３９】
によって特徴づけられた自由度を組込むことが見受けられることに、図4から注意されたい。特性
【数１６】
2011530243.tif 000018
【００４０】
は、TXアンテナ310.1とRXアンテナ311.1との間のアンテナ結合として理解されうる。図4において、
【数１７】
2011530243.tif 000019
【００４１】
は、RXパスバンドのC1からC2の範囲におよぶ値を有するとして示される。
【００４２】
当業者は、アンテナ結合
【数１８】
2011530243.tif 000020
【００４３】
が、一般に、RXパスバンド中の任意の周波数で0dB未満であることから、図3に示されるトランシーバが、一般に、図1に示されるデュプレクサベースのトランシーバよりも大きなTX−RXアイソレーションを提供することを認識するであろう。システムのTX−RXアイソレーションをさらに最大化するために、特性
【数１９】
2011530243.tif 000021
【００４４】
は設計によって最小化される。
【００４５】
当業者は、TXアンテナとRXアンテナとの間のアンテナ結合が、TXアンテナによって送信される信号のRXアンテナによる無線受信によって結果として生じることを認識するであろう。このアンテナ結合は、アンテナ間の空間的な分離を増加すること、および／または、異なる相対的指向性および／または分極を有するようにアンテナを設計すること、および／または当業者に既知の任意の別の技術を使用することによって減少される。
【００４６】
例えば、図3に描写される実施形態において、TXアンテナ310.1は、RXアンテナ311.1のそれに垂直な長手軸を有するとして示される。アンテナの長手軸のオフセットは、それらの相互結合
【数２０】
2011530243.tif 000022
【００４７】
を減少させると期待される。増大された物理的な分離のような別の技術は、本開示の代替実施形態に容易に組み入れられる。あるいは、アンテナ間のアイソレーションは、直交分極を有するようにアンテナを設計することによってさらに改善されうる。
【００４８】
ある実施形態において、図3に描写されるアンテナ310.1および311.1は、日本の東京に本拠がある三菱マテリアルの市販品（参照：例えば、三菱マテリアル部品番号AMD0502−ST01およびAMD0302−ST01の「表面実装型誘電体チップアンテナおよびシリーズ」）などの表面実装型誘電体アンテナ（surface mountable dielectric antenna）である。そのようなアンテナの物理的な次元は、個別アンテナが、図3に描かれるように、モバイル無線通信デバイス内の単一の基板上のTXおよびRX信号パスの個々に提供されることを可能にするように十分にコンパクトである。当業者は、また、セラミックアンテナが、低コストで単一のモバイル無線トランシーバに容易に組み立てられる表面実装技術（SMT）デバイスであることを認識するであろう。TXおよびRXのための個別アンテナの提供はデュプレクサの必要性を削除し、それは、設計を単純化し、モバイル無線トランシーバ300のコストを低下させる。
【００４９】
図3に示される各BPFとアンテナとの間の物理的な分割は単なる例示目的であることに注意されたい。代替実施形態は、BPFとアンテナに対して図示されない異なる物理的な形状および構成を提供する。例えば、アンテナおよびBPFは、長方形の構成である必要はなく、アンテナに対するBPFのサイズは図3に示されたものとは異なりうる。そのような代替実施形態は本開示の範囲内にあると企図される。
【００５０】
代替実施形態において、TXアンテナ310.1はホイップアンテナであり、RXアンテナ311.1はセラミックアンテナでありうる。また、その逆も同様である。さらにある代替実施形態において、アンテナのいずれか1つは、当技術分野において既知であるパッチアンテナあるいは板状逆F（planar inverted−F：PIFA）アンテナでありうる。ある実施形態において、上に列挙されたタイプのアンテナの任意の組み合わせが用いられる。ある実施形態において、TXアンテナ310.1に使用されるアンテナのタイプは、むしろ、RXアンテナ311.1に使用されるアンテナのタイプとは異なる。そのような実施形態は本開示の範囲内にあると企図される。
【００５１】
代替実施形態において、アンテナおよびBPFの組み合わせ（すなわち、アンテナ310.1およびBPF 310.2および／または、アンテナ311.1およびBPF 311.2）は、統合バンドパスフィルタ（integrated band−pass filter）を組み込むセラミックアンテナとして単一の物理的なパッケージ中で提供されうる。
【００５２】
一層の最適化として、各アンテナの次元は、特に、RX周波数帯に対するTX周波数帯の特定の特性を適応させるために最適化されうる。例えば、TXアンテナおよびTX BPFは、モバイルデバイスのTX送信電力を最大にするために、これらのコンポーネントによってTX信号パスに導入された挿入損を最小にするように設計され、RXアンテナおよびRX BPFは、TX−RXアイソレーションを最大にするように設計される。
【００５３】
図5は、本開示に従った方法の実施形態を描写する。図5のステップ500において、TX信号は無線で送信されるために生成される。ステップ505において、TX信号はバンドパスフィルタにかけられる。ステップ510において、TX信号はTXアンテナを通して送信される。
【００５４】
ステップ520において、RX信号はRXアンテナを通して受信される。ステップ525において、RX信号はバンドパスフィルタにかけられる。ステップ530において、RX信号はさらに処理される。
【００５５】
本開示に従って、ステップ500−510およびステップ520−530は、全二重オペレーションのために同時に実行されることに注意されたい。
【００５６】
本明細書に記述された教示に基づいて、本明細書に開示された態様が他の態様とは無関係にインプリメントされ、またはこれらの態様の2つ以上が様々な方法で組み合わせられることは明白であろう。
【００５７】
本明細書および請求項において、エレメントが別のエレメントに「接続される」あるいは「結合される」と称される場合、それは、別のエレメントに直接に接続または結合し、あるいは、介在エレメントが存在すると理解されるであろう。対照的に、エレメントが別のエレメントに「直接接続される」あるいは「直接結合されられる」と称される場合、介在エレメントは存在しない。
【００５８】
多くの態様および例が記述されている。しかしながら、これらの例への様々な変更が可能であり、本明細書に提示された原理は、別の態様にも同様に適用されうる。これらおよび別の態様は以下の請求項の範囲内である。
【図１】
2011530243.tif 000023
【図２】
2011530243.tif 000024
【図３】
2011530243.tif 000025
【図４】
2011530243.tif 000026
【図５】
2011530243.tif 000027
【国際調査報告】
2011530243.tif 000028
2011530243.tif 000029
2011530243.tif 000030
2011530243.tif 000031
2011530243.tif 000032
2011530243.tif 000033