(57)【要約】  キャリア周波数オフセットを補償する超高帯域幅システムにおいて信号を通信するための方法が提供される。複数のデータビットを有するベースバンド伝送信号が、トランスミッタ（２０２−Ａ）において生成される。ベースバンド伝送信号は、第１のキャリア周波数を有する第１の局部発振器信号を用いて無線周波数（ＲＦ）伝送信号までアップコンバートされる。ＲＦ受信信号をダウンコンバートするために用いられる第２の局部発振器信号に対し、第１のキャリア周波数と第２のキャリア周波数との間のオフセットに対するオフセット相殺が計算される。オフセット相殺は複数の位相回転器に適用され、ＲＦ伝送信号はフェーズドアレイを介して伝送され、フェーズドアレイは概して、ビームステアリング回路（２０４）、位相回転器（２０６−１〜２０６−Ｎ）、及び電力増幅器（２０８−１〜２０８−Ｎ）で構成される。
2014533020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
第１のキャリア周波数を有する第１の局部発振器信号を有するレシーバ、及び
トランスミッタ、
を含み、
前記トランスミッタが、
第２のキャリア周波数を有する第２の局部発振器信号と、
前記第２の局部発振器信号を受け取る信号生成器と、
フェーズドアレイと、
前記信号生成器と前記フェーズドアレイとの間に結合される複数の位相回転器と、
各位相回転器に結合されるビームステアリング回路と、
を有し、
前記ビームステアリング回路が、前記第１のキャリア周波数と前記第２のキャリア周波数との間のオフセットに対するオフセット相殺を計算し、前記ビームステアリング回路が、前記オフセット相殺を各位相回転器に適用する、
装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記ビームステアリング回路が、
各位相回転器の位相を制御するように構成される位相コントローラ、
前記オフセット相殺を計算するように構成されるキャリア周波数オフセット計算機、及び
前記オフセット相殺を前記位相コントローラに適用するように構成される補償器、
を更に含む、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、前記ビームステアリング回路が、プロセッサ上に具現化されるソフトウェアとして実装される、装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置であって、前記信号生成器が、
同相（Ｉ）信号及び直交（Ｑ）信号を生成する信号源、
前記第２の局部発振器信号を生成する局部発振器、
前記第２の局部発振器信号を受け取るように前記局部発振器に結合される位相調節回路、
前記Ｉ信号を受け取るように前記信号源に結合され、且つ、前記位相調節回路に結合される第１のミキサ、及び
前記Ｑ信号を受け取るように前記信号源に結合され、且つ、前記位相調節回路に結合される第２のミキサ、
を更に含む、装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であって、前記位相調節回路がハイブリッドを更に含む、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記信号源がベースバンド回路を更に含む、装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、前記位相回転器がシンボル毎に調節される、装置。
【請求項８】
方法であって、
複数のデータビットを有するベースバンド伝送信号を生成すること、
第１のキャリア周波数を有する第１の局部発振器信号を用いて前記ベースバンド伝送信号を無線周波数（ＲＦ）伝送信号までアップコンバートすること、
前記第１のキャリア周波数と、ＲＦ受信信号をダウンコンバートするために用いられる第２の局部発振器信号のための第２のキャリア周波数との間のオフセットに対するオフセット相殺を計算すること、
前記オフセット相殺を複数の位相回転器に適用すること、及び
フェーズドアレイを介して前記ＲＦ伝送信号を伝送すること、
を含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記方法が、シンボル毎に前記位相回転器を調節することを更に含む、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記ベースバンド伝送信号が、送信Ｉ信号及びＱ信号を更に含む、方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法であって、アップコンバートする前記工程が、
前記第１の局部発振器信号の第１及び第２の位相を生成すること、及び
前記Ｉ信号及びＱ信号を、それぞれ、前記第１の発振器信号の前記第１及び第２の位相とミキシングすること、
を更に含む、方法。
【請求項１２】
装置であって、
レシーバ、及び
トランスミッタ、
を含み、
前記レシーバが、
アンテナと、
前記アンテナに結合される低雑音アンプ（ＬＮＡ）と、
前記ＬＮＡに結合され、且つ、第１のキャリア周波数を有する第１の局部発振器信号を用いてＲＦ受信信号を復調する復調器と、
を有し、
前記トランスミッタが、
第２のキャリア周波数を有する第２の局部発振器信号と、
前記第２の局部発振器信号を受け取る信号生成器と、
フェーズドアレイと、
前記信号生成器と前記フェーズドアレイとの間に結合される複数の位相回転器と、
各位相回転器に結合されるビームステアリング回路と、
を有し、
前記ビームステアリング回路が、前記第１のキャリア周波数と前記第２のキャリア周波数との間のオフセットに対するオフセット相殺を計算し、前記ビームステアリング回路が、前記オフセット相殺を各位相回転器に適用する、
装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、前記ビームステアリング回路が、
各位相回転器の位相を制御するように構成される位相コントローラ、
前記オフセット相殺を計算するように構成されるキャリア周波数オフセット計算機、及び
前記オフセット相殺を前記位相コントローラに適用するように構成される補償器、
を更に含む、装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、前記ビームステアリング回路が、プロセッサ上に具現化されるソフトウェアとして実装される、装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の装置であって、前記信号生成器が、
Ｉ信号及びＱ信号を生成する信号源、
前記第２の局部発振器信号を生成する局部発振器、
前記第２の局部発振器信号を受け取るように前記局部発振器に結合される位相調節回路、
前記Ｉ信号を受け取るように前記信号源に結合される、且つ、前記位相調節回路に結合される第１のミキサ、及び
前記Ｑ信号を受け取るように前記信号源に結合され、且つ、前記位相調節回路に結合される第２のミキサ、
を更に含む、装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置であって、前記位相調節回路がハイブリッドを更に含む、装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であって、前記信号源がベースバンド回路を更に含む、装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であって、前記位相回転器がシンボル毎に調節される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、概してフェーズドアレイに関し、更に特定して言えば、フェーズドアレイシステムにおけるキャリア周波数オフセット補償に関連する。
【背景技術】
【０００２】
図１は従来の通信システム１００の一例を示す。このシステム１００では、各々直接変換回路要素を用いるトランスミッタ１０２及びレシーバ１０４があるが、スーパーヘテロダイン回路要素を用いることもできる。トランスミッタ１０２では、変調器（これは概して、位相調節回路１０８−１（これは例えばハイブリッドとし得る）、及びミキサ１０６−１及び１０６−２を含む）、及び局部発振器１１０−１がある。局部発振器１１０−１は、ベースバンド回路要素１１２−１から同相（Ｉ）信号及び直交（Ｑ）信号を受け取り、これらの信号を無線周波数（ＲＦ）信号までアップコンバートする。ＲＦ信号はその後、パワーアンプ（ＰＡ）１１４により増幅され、レシーバ１０４に伝送される。レシーバは、その受信したＲＦ信号を低雑音アンプ（ＬＮＡ）１１６で増幅し、これらの信号を、ベースバンド回路要素１１２−２に対しＩ信号及びＱ信号を生成するように、復調器（これは概してミキサ１０６−３及び１０６−４及び位相調節回路要素１０８−２を含む）及び局部発振器１１０−２でダウンコンバートする。
【０００３】
この配置に関する問題点の１つは、（局部発振器１１０−１及び１１０−２からの）マッチング局部発振器信号を有することが困難であるという点である。回転し得る周波数コンステレーションに差がある場合、その一例を図２で見ることができ、ここでは、４−ＱＡＭ（直交振幅変調）システムのコンステレーション回転がある。この周波数差はキャリア周波数オフセットとして知られており、従来のＲＦ通信システムにおいて、キャリア周波数オフセット補償は、通常、受信したベースバンドコンステレーションを（デジタルドメインで）回転させることにより達成される。しかし、このようなデジタル補償を実行することは、超高帯域幅システム（ミリ波又はテラヘルツシステムなど）において実用的ではない恐れがある。従って、超高帯域幅システムにおけるアナログ低コストキャリア周波数オフセット補償が求められている。
【０００４】
従来のシステムの幾つかの例が下記文献に説明されている。
【特許文献１】米国特許番号第４，１６６，２７４号
【非特許文献１】Gooch et al., "The CM Array: An Adaptive Beamformer for Constant Modulus Signals," 1986 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP '86), April 1986, pp. 2523-2526
【発明の概要】
【０００５】
一実施例は或る装置を提供する。この装置は、第１のキャリア周波数を有する第１の局部発振器信号を有するレシーバと、トランスミッタとを含む。トランスミッタは、第２のキャリア周波数を有する第２の局部発振器信号と、第２の局部発振器信号を受け取る信号生成器と、フェーズドアレイと、信号生成器とフェーズドアレイとの間に結合される複数の位相回転器と、各位相回転器に結合されるビームステアリング回路とを有する。ビームステアリング回路は、第１のキャリア周波数と第２のキャリア周波数との間のオフセットに対するオフセット相殺を計算し、ビームステアリング回路は、オフセット相殺を各位相回転器に適用する。
【０００６】
一実施例において、ビームステアリング回路は、各位相回転器の位相を制御するように構成される位相コントローラ、オフセット相殺を計算するように構成されるキャリア周波数オフセット計算機、及びオフセット相殺を位相コントローラに適用するように構成される補償器を更に含む。
【０００７】
一実施例において、ビームステアリング回路は、プロセッサ上で具現化されるソフトウェアとして実装される。
【０００８】
一実施例において、信号生成器は、同相（Ｉ）信号及び直交（Ｑ）信号を生成する信号源、第２の局部発振器信号を生成する局部発振器、第２の局部発振器信号を受け取るように局部発振器に結合される位相調節回路、Ｉ信号を受け取るように信号源に結合され、且つ、位相調節回路に結合される第１のミキサ、及びＱ信号を受け取るように信号源に結合され、且つ、位相調節回路に結合される第２のミキサを更に含む。
【０００９】
一実施例において、位相調節回路はハイブリッドを更に含む。
【００１０】
一実施例において、信号源はベースバンド回路を更に含む。
【００１１】
一実施例において、位相回転器はシンボル毎に調節される。
【００１２】
一実施例において或る方法が提供される。この方法は、複数のデータビットを有するベースバンド伝送信号を生成すること、第１のキャリア周波数を有する第１の局部発振器信号を用いてベースバンド伝送信号を無線周波数（ＲＦ）伝送信号までアップコンバートすること、ＲＦ受信信号をダウンコンバートするために用いられる第２の局部発振器信号に対し第１のキャリア周波数と第２のキャリア周波数との間のオフセットに対するオフセット相殺を計算すること、オフセット相殺を複数の位相回転器に適用すること、及びフェーズドアレイを介してＲＦ伝送信号を伝送することを含む。
【００１３】
一実施例において、この方法は、シンボル毎に位相回転器を調節することを更に含む。
【００１４】
一実施例において、ベースバンド伝送信号は送信Ｉ信号及びＱ信号を更に含む。
【００１５】
一実施例において、アップコンバートする工程は、第１の局部発振器信号の第１及び第２の位相を生成すること、及び、Ｉ信号及びＱ信号を、それぞれ、第１の発振器信号の第１及び第２の位相とミキシングすることを更に含む。
【００１６】
一実施例において或る装置が提供される。この装置は、レシーバ及びトランスミッタを含む。レシーバは、アンテナと、アンテナに結合される低雑音アンプ（ＬＮＡ）と、ＬＮＡに結合され、且つ、第１のキャリア周波数を有する第１の局部発振器信号を用いてＲＦ受信信号を復調する復調器とを有する。トランスミッタは、第２のキャリア周波数を有する第２の局部発振器信号と、第２の局部発振器信号を受け取る信号生成器と、フェーズドアレイと、信号生成器とフェーズドアレイとの間に結合される複数の位相回転器と、各位相回転器に結合されるビームステアリング回路とを有する。ビームステアリング回路は、第１のキャリア周波数と第２のキャリア周波数との間のオフセットに対するオフセット相殺を計算し、ビームステアリング回路は、オフセット相殺を各位相回転器に適用する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、従来のＲＦシステムの一例の図である。
【００１８】
【図２】図２は、４−ＱＡＭシステムにおけるコンステレーション回転の一例の図である。
【００１９】
【図３】図３は、本発明の原理を実装する例示の実施例に従ったシステムの例の図である。
【図４】図４は、本発明の原理を実装する例示の実施例に従ったシステムの例の図である。
【００２０】
【図５】図５は、図３及び図４のビームステアリング回路の一例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図３はシステム２００の一例を図示する。図示するように、システム２００は、トランスミッタ１０２がトランスミッタ２０２で置き換えられていることを除けば、システム１００に類似する。トランスミッタ２０２は（トランスミッタ１０２に類似して）直接変換回路要素を用いるが、スーパーヘテロダイン回路要素を用いることもできる。ただし、トランスミッタ２０２−Ａは、ミリ波又はテラヘルツ周波数範囲で動作するフェーズドアレイ（これは概して、ビームステアリング回路２０４、位相回転器２０６−１〜２０６−Ｎ、及びＰＡ２０８−１〜２０８−Ｎで構成される）を用いる。このようなフェーズドアレイシステムの一例を、２０１０年９月９日に出願された米国特許出願、出願番号１２／８７８，４８４、発明の名称「テラヘルツフェーズドアレイシステム」で見ることができ、これは参照のためこの出願に組み込まれている。この配置により、方向づけられたテラヘルツ又はミリ波エネルギーのビームをレシーバ１０４に又はレシーバ２０３に向けることが可能となる。レシーバ２０３−Ａは、ＬＮＡ２１０−１〜２１０−Ｎ、位相回転器２１２−１〜２１２−Ｎ、及びビームステアリング回路２１４を含むことを除けば、レシーバ１０４に類似し、これらにより、トランスミッタ２０２−Ａ及びレシーバ２０３−Ａが互いに向けられ得る。この配置を用い得るシステムの一例は、２０１１年９月６日に出願された米国特許出願、出願番号１３／２２６，１３３、発明の名称「ワイヤレスルーターシステム」であり、これは参照のためこの出願に組み込まれている。また及び代替として、トランスミッタ２０２−Ａ及びレシーバ２０３−Ｂの変調器（ミキサ１０６−１及び１０６−２及び位相調節回路１０８−１）及び復調器（ミキサ１０６−３及び１０６−４及び位相調節回路１０８−２）は、トランスミッタ２０２−Ｂ及びレシーバ２０３−Ｂの変調器２１６−１〜２１６−Ｎ及び復調器２１８−１〜２１８−Ｎで置き換えることができ、ここで、局部発振器１１０−１及び１１０−２からの信号は、位相回転器２０６−１〜２０６−Ｎ及び２１２−１〜２１２−Ｎにより位相シフトされている。レシーバ２０３−Ａ／２０３−Ｂは、トランスミッタ２０２−Ａ／２０２−Ｂとは異なるサイズのフェーズドアレイも有し得る。
【特許文献２】米国特許出願番号１２／８７８，４８４
【特許文献３】米国特許出願番号１３／２２６，１３３
【００２２】
ビームステアリング回路２０４及び／又は２１４（これらを図５において更に詳細に見ることができる）はその後、局部発振器１１０−１及び１１０−２間のキャリア周波数オフセットを補償するために有利に用いられ得る。典型的に、ビームステアリング回路２０４及び／又は２１４はハードウェアで実装されるが、これは、プロセッサ（デジタル信号プロセッサ又はＤＳＰなど）上で具現化されるソフトウェアでも実装され得る（又はその一部を有し得る）。ビームステアリング回路２０４及び／又は２１４は概して、位相コントローラ３０２（これは、ビームの方向を制御するように位相回転器２０６−１〜２０６−Ｎ及び／又は２１２−１〜２１２−Ｎを独立して制御することができる）、キャリア周波数（ＣＦ）オフセット計算機３０４、及び（任意選択）補償器３０４で構成される。ＣＦオフセット計算機３０４は、トレーニングシーケンスを用いる従来の手法を用いて又はその他の方式で、局部発振器１１０−１及び１１０−２間のキャリア周波数オフセットを計算することができる。具体的には、ＣＦオフセット計算機３０４は、差ΔＦを計算することができる。ミキサ１０６−３及び１０６−４後の受信したダウンコンバートされた信号は下記に比例する。
（１）  ｃｏｓ（２πｎＴ（ΔＦ））
ここで、Ｔはシンボル期間である。符号化されたデジタル信号（即ち、４−ＱＡＭ）が伝送されるため、この調節は、下記のシンボル（ｎ）における位相経路（ｉ）に対する位相シフトを生じるようにシンボル毎に位相回転器２０６−１〜２０６−Ｎにおいて、伝送された又は受信した信号に適用され得る。
【数１】
2014533020.tif 000003
【００２３】
同じ調節が全ての位相回転器２０６−１〜２０６−Ｎに適用されるので、ビームが所望の方向に向けられたままであるように、位相回転器２０６−１〜２０６−Ｎ間の相対的な位相は一定のままである。そのため、キャリア周波数オフセット補正は、システム２００の機能性と概して干渉しない。示されるように、オフセット補償は、レシーバ２０３又は１０４、トランスミッタ２０２、又は両方で生じ得、典型的に、オフセット情報がレシーバ２０３又は１０４において利用可能である場合、レシーバ２０３又は１０４において生じ得るオフセット補償が実行され得る。
【００２４】
本発明に関連する技術に習熟した者であれば、本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得ること、及び他の実施例を実装し得ることが分かるであろう。
【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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【国際調査報告】
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