(57)【要約】  無線通信のための装置及び方法、並びに装置を製造する方法。本装置は、各トランシーバアレイグループが１つ以上の高周波ＲＦ回路及び１つ以上のＲＦフロントエンドＲＦ  ＦＥ回路を含む、２つ以上のトランシーバアレイグループを備え、トランシーバアレイグループは、異なる周波数で動作するように構成され、トランシーバアレイグループは、１つの対応するデジタルベースバンドプロセッサに接続されるように構成され、トランシーバアレイグループは、センチ波長以上で動作するように構成された少なくとも１つの第１のトランシーバアレイグループを備える。好ましくは、トランシーバアレイグループは、ミリ波長で動作するように構成された少なくとも１つの第２のトランシーバアレイグループを備える。
2021523646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各トランシーバアレイグループが１つ以上の高周波ＲＦ回路、及び１つ以上のＲＦ  ＦＥ回路を含む、２つ以上のトランシーバアレイグループを備える無線通信のための装置であって、
前記トランシーバアレイグループが異なる周波数で動作するように構成され、
前記トランシーバアレイグループが１つの対応するデジタルベースバンドプロセッサに接続されるように構成され、
前記トランシーバアレイグループがセンチ波長以上で動作するように構成された少なくとも１つの第１のトランシーバアレイグループを備える、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記トランシーバアレイグループが、ミリ波長で動作するように構成された少なくとも１つの第２のトランシーバアレイグループを備える、
ことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の装置であって、
前記トランシーバアレイグループが、１つのトランシーバアレイグループの各ＲＦ回路を、同じトランシーバアレイグループの前記ＲＦ  ＦＥ回路のうちの１つ以上に選択的に結合することを可能にするように構成されている、
ことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の装置であって、
前記ＲＦ  ＦＥ回路のうちの１つ以上が位相及び振幅制御ブロックを備える、
ことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の装置であって、
前記トランシーバアレイグループのうちの１つ以上が多入力多出力ＭＩＭＯ又は大規模ＭＩＭＯをサポートするように構成されている、
ことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の装置であって、
前記トランシーバアレイグループのうちの１つ以上がアナログビームフォーミング、デジタルビームフォーミング、又はハイブリッドアナログ／デジタルビームフォーミングをサポートするように構成されている、
ことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の装置であって、
前記トランシーバアレイグループのうちの１つ以上がキャリアアグリゲーションをサポートするように構成されている、
ことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の装置であって、
前記トランシーバアレイグループが単一のチップ上に実装されている、
ことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、
前記単一のチップが相補型金属酸化膜半導体ＣＭＯＳデバイス及びＩＩＩ−Ｖ族半導体デバイスの両方を備える、
ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の装置であって、
前記対応するデジタルベースバンドプロセッサをさらに備える、
ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
無線通信のための方法であって、
各トランシーバアレイグループが１つ以上の高周波ＲＦ回路及び１つ以上のＲＦ  ＦＥ回路を含み異なる周波数において１つの対応するデジタルベースバンドプロセッサに接続されるように構成されている、２つ以上のトランシーバアレイグループを動作させるステップと、
前記トランシーバアレイグループのうちの少なくとも１つの第１のトランシーバアレイグループをセンチ波長以上で動作させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、
前記トランシーバアレイグループのうちの少なくとも１つの第２のトランシーバアレイグループをミリ波長で動作させるステップを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の方法であって、
１つのトランシーバアレイグループの各ＲＦ回路を、同じトランシーバアレイグループの前記ＲＦ  ＦＥ回路のうちの１つ以上に選択的に結合するステップを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ＲＦ  ＦＥ回路のうちの１つ以上に位相及び振幅制御を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１１から１４のいずれか１項に記載の方法であって、
前記トランシーバアレイグループのうちの１つ以上を使用して、多入力多出力ＭＩＭＯ又は大規模ＭＩＭＯをサポートするステップを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１１から１５のいずれか１項に記載の方法であって、
前記トランシーバアレイグループのうちの１つ以上を使用して、アナログビームフォーミング、デジタルビームフォーミング、又はハイブリッドアナログ／デジタルビームフォーミングをサポートするステップを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１１から１６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記トランシーバアレイグループのうちの１つ以上を使用して、キャリアアグリゲーションを実行するステップを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１１から１７のいずれか１項に記載の方法であって、
単一のチップ上に前記トランシーバアレイを実装するステップを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、
前記単一のチップが相補型金属酸化膜半導体ＣＭＯＳデバイス及びＩＩＩ−Ｖ族半導体デバイスの両方を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置を製造する方法であって、
単一のダイ上にＣＭＯＳデバイス及びＩＩＩ−Ｖ族半導体デバイスの両方を製造するステップを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、
低エネルギー電子システムＬＥＥＳプロセスを使用するステップを含む、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは、無線通信のための装置及び方法に関し、詳細には、複数のキャリア及びアンテナのための一体化された無線トランシーバに関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書全体を通して、先行技術についての言及及び／又は議論は、この先行技術が周知であること、又は当技術分野における共通の一般的な知識の一部を形成していることを認めているとは決して見なされるべきではない。
【０００３】
次世代モバイルネットワークである５Ｇは、大規模なモノのインターネット（ＩｏＴ）デバイスと、多様なデバイス、センサ、及びアプリケーションの困難な接続性要件と、を扱う必要がある。また、５Ｇは、１ｍｓ未満のレイテンシによって、自律走行車や高精度のミッションクリティカルな産業用機器に高い信頼性と利用可能性をリアルタイムで提供する。さらに、４Ｇロングタームエボリューション（ＬＴＥ）からの変革として、５Ｇは、最大２０Ｇｂｐｓのダウンロード速度を提供する。５Ｇの新しい無線（ＮＲ：ｎｅｗ  ｒａｄｉｏ）は、上記の新しい無線アクセス技術のニーズに対処する真の５Ｇネイティブ技術である。また、５Ｇは、世界の最も困難な遠隔地で真にユビキタスなネットワークを提供し、数十億のモノのインターネット（ＩｏＴ）デバイスを様々な速度とデータ量の要件で接続する。
【０００４】
しかしながら、特にモバイルデバイスにおいて５Ｇ  ＮＲを実現することは、非常に高いデータレート及びロバスト性のために、キャリアアグリゲーション（ＣＡ）、多入力多出力（ＭＩＭＯ）、ミリ波などの多くの新たな技術を用いて実装する必要があるため、非常に困難である。例えば、５Ｇは、シームレスなユーザ体験のために、上記の新たな技術を用いてサブ６ＧＨｚとミリ波の両方の周波数を使用するが、これには大きな面積及び電力消費を引き起こす複数の高周波（ＲＦ）チャネルが必要である。したがって、５Ｇ  ＮＲの高レベルの一体化は、スマートフォン又はユーザ機器（ＵＥ）上で５Ｇ  ＮＲを実現するために重要である。
【０００５】
最大２０Ｇｂｐｓの速度は、キャリアアグリゲーション（ＣＡ）、大規模多入力多出力（ＭＩＭＯ）、及び高レベルの直交振幅変調（ＱＡＭ）などのイノベーションの組み合わせが実装された５Ｇ  ＮＲによって達成される。図１は、異なる帯域幅及びキャリア周波数、すなわち、ＣＣ１／ｆ１、ＣＣ２／ｆ２、ＣＣ３／ｆ３を有する３つのキャリアコンポーネント（ＣＣ）のＣＡの概念を示す。この概念は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）通信に基づいているため、各ＣＣは、データ送信時のデータレート要件及び周波数利用可能性に応じて、異なるサブキャリア、例えば、１００、１０１、１０２が間隔を開けた状態で、そのＯＦＤＭ信号の異なる数のサブキャリアを収容することができる。図１のＣＣ３がミリ波周波数範囲内にあると仮定すると、ＣＣ３は、ミリ波周波数の多数の周波数リソース及びアンテナビームフォーミングを用いた空間多重化技法により、より広い帯域幅を占有することができる。
【０００６】
利用可能なキャリア周波数及び帯域幅のリソースは、実際の通信環境では動的に変化する。このような動的な条件でのキャリアアグリゲーションをサポートするために、無線送受信の各瞬間に異なる周波数帯域（例えば、サブ１ＧＨｚ、２．４ＧＨｚＩＳＭ、及び／又はミリ波）の異なる数のＲＦトランシーバを同時にアクティブ化して、チャネルの利用可能性を維持しながら、１人又は複数のユーザに対して高いデータレートとロバスト性で、複数のデータストリームをデジタルベースバンドプロセッサから配信する必要がある。
【０００７】
米国特許出願公開第２０１６０２４８４５１（Ａ１）号は、ミリ波無線通信のためのトランシーバアーキテクチャを記載している。このトランシーバアーキテクチャは、異なる周波数範囲で通信するように構成された２つのトランシーバチップモジュールを含む。第１のトランシーバチップモジュールは、ベースバンドサブモジュール、第１の無線周波数フロントエンド（ＲＦ  ＦＥ）構成要素、及び関連付けられたアンテナアレイを含む。第２のトランシーバチップモジュールは、第２のＲＦ  ＦＥ構成要素及び関連付けられたアンテナアレイを含む。第２のトランシーバチップモジュールは、第１のトランシーバチップモジュールとは別個であり、第１のトランシーバチップモジュールのベースバンドサブモジュールに電気的に結合されている。
【０００８】
しかしながら、米国特許出願公開第２０１６０２４８４５１（Ａ１）号に記載されているトランシーバアーキテクチャでは、複数のトランシーバチップモジュールが必要であり、ミリ波周波数範囲でのみ動作する。また、プリント回路板技術を使用する際に、米国特許出願公開第２０１６０２４８４５１（Ａ１）号に記載されているトランシーバアーキテクチャのデュアルチップ実装は、面積及び電力効率の良い設計を提供しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６０２４８４５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の実施形態は、上記の問題のうちの少なくとも１つに対処しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によると、各トランシーバアレイグループが１つ以上の高周波ＲＦ回路及び１つ以上のＲＦフロントエンド（ＲＦ  ＦＥ）回路を含む、２つ以上のトランシーバアレイグループを備える無線通信のための装置が提供され、トランシーバアレイグループは、異なる周波数で動作するように構成され、トランシーバアレイグループは、１つの対応するデジタルベースバンドプロセッサに接続されるように構成され、トランシーバアレイグループは、センチ波長以上で動作するように構成された少なくとも１つの第１のトランシーバアレイグループを備える。好ましくは、トランシーバアレイグループは、ミリ波長で動作するように構成された少なくとも１つの第２のトランシーバアレイグループを備える。
【００１２】
本発明の第２の態様によると、無線通信のための方法が提供され、本方法は、各トランシーバアレイグループが１つ以上の高周波ＲＦ回路及び１つ以上のＲＦフロントエンドＲＦ  ＦＥ回路を含み、１つの対応するデジタルベースバンドプロセッサに接続されるように構成されている、２つ以上のトランシーバアレイグループを異なる周波数で動作させるステップと、トランシーバアレイグループのうちの少なくとも１つの第１のトランシーバアレイグループをセンチ波長以上で動作させるステップと、を含む。
【００１３】
本発明の第３の態様によると、第１の態様の装置を製造する方法が提供され、本方法は、単一のダイ上にＣＭＯＳデバイス及びＩＩＩ−Ｖ族半導体デバイスの両方を製造するステップを含む。
【００１４】
本発明の実施形態は、単なる例として、図面と併せて、以下の書面による説明から、当業者によりよく理解され、容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】キャリアアグリゲーション（ＣＡ）を示すグラフであり、異なるＲＦ周波数での複数のキャリアコンポーネント（ＣＣ）の送信を示す。
【図２】例示的な実施形態による、キャリアアグリゲーション（ＣＡ）のための複数のＲＦトランシーバアレイグループを有する無線機を示すブロック図である。
【図３（ａ）】図２の無線機の、従来のＲＦフロントエンド（ＲＦ  ＦＥ）を有するＲＦチャネルを示す無線送受信機ブロックを示すブロック図である。
【図３（ｂ）】図２の無線機の、ビームフォーミング又は大規模ＭＩＭＯのための振幅及び位相制御ブロックを有するＲＦチャネルを示す無線送受信機ブロックを示すブロック図である。
【図４】例示的な実施形態による、複数のＲＦトランシーバアレイグループを有する無線機を示すブロック図である。
【図５（ａ）】例示的な実施形態による、単一のフェーズロックドループ（ＰＬＬ）を用いた複数のキャリア周波数の生成を示すブロック図である。
【図５（ｂ）】例示的な実施形態による、複数のＰＬＬを用いた複数のキャリア周波数の生成を示すブロック図である。
【図５（ｃ）】例示的な実施形態による、複数のユーザ用の単一のＰＬＬを用いた複数のキャリア周波数の生成を示すブロック図である。
【図５（ｄ）】例示的な実施形態による、複数のユーザ用の複数のＰＬＬを用いた複数のキャリア周波数の生成を示すブロック図である。
【図６】例示的な実施形態による、複数のＲＦトランシーバアレイグループを有する無線機のモノリシックに一体化されたＩＩＩ−Ｖ族（例えば、ＧａＮ、ＧａＡｓ、又はＩｎＧａＡｓ）を伴うＳｉ  ＣＭＯＳ製造の概略断面図である。
【図７】例示的な実施形態による、複数のＲＦトランシーバグループを有する単一チップ一体化無線機を示すブロック図である。
【図８】例示的な実施形態による、無線通信のための装置を示すブロック図である。
【図９】例示的な実施形態による、無線通信のための方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態は、ＩＩＩ−Ｖ族とＳｉのモノリシック一体化プロセスを活用して、面積及び電力を大いに削減することによって、５Ｇモバイル及び固定無線通信のためのキャリアアグリゲーション（ＣＡ）、多入力多出力（ＭＩＭＯ）、並びにビームフォーミングを可能にする高度に一体化された複数の無線トランシーバのＲＦアーキテクチャを提供することができる。一体化された無線トランシーバは、送信機と受信機の両方だけでなく、低雑音増幅器（ＬＮＡ）、電力増幅器（ＰＡ）、ＲＦスイッチ、並びに様々なＲＦアンテナ及びフェーズドアレイアンテナとインタフェースする位相シフタなどのＲＦフロントエンド回路を含むことができ、これらは、既存の４Ｇ通信回路と一緒に実現することもでき、単一のウエハ上での一体化レベルをさらに高めることができる。
【００１７】
例示的な実施形態による高度に一体化された複数の無線トランシーバのＲＦアーキテクチャは、有利には、単一のウエハ上にＩＩＩ−Ｖ族のデバイスと回路及びＣＭＯＳのデバイスと回路の両方を堆積させる製造プロセスを使用して実現することができ、基地局及びモバイルデバイスの両方に小さなフォームファクタ並びに低電力消費を提供することができる。
【００１８】
より具体的には、本発明の例示的な実施形態は、既存の製造プロセスを使用して単一のダイ又はウエハ上に一体化することができる、ミリ波及びセンチ波両方のキャリアアグリゲーション／ＭＩＭＯのためのトランシーバアレイグループの構造を提供する。図７を参照して以下でより詳細に説明するように、例示的な実施形態では、対応するデジタルベースバンドプロセッサ７０３のための単一チップ無線機７０２上のＣＭＯＳ／ＩＩＩ−Ｖ族の境界７００は、好ましくは、トランシーバアレイグループ７０４、７０６、７０８の動作周波数並びにトランシーバグループ７０４、７０６、７０８の構造によって決定される。図７に示す例示的な実施形態では、例えば１ＧＨｚ以下で動作するすべてのＲＦ１、例えば７１０、及びフロントエンド１、例えば７１２の回路は、ＣＭＯＳのみを使用して設計することができる。図３（ａ）を参照して以下に説明するタイプ１のＲＦトランシーバ構造を有する、例えば５ＧＨｚで動作するＲＦ２、例えば７１４、及びフロントエンド２、例えば７１６の回路は、ＣＭＯＳ及びＩＩＩ−Ｖ族の両方を使用して設計することができる。図７に示す例示的な実施形態では、すべてのＲＦ２、例えば７１４の回路は、ＣＭＯＳのみを使用して実装することができ、一方、すべてのフロントエンド２、例えば７１６の回路は、ＩＩＩ−Ｖ族及びＣＭＯＳの両方を使用して実装することができる。図３（ｂ）を参照して以下に説明するタイプ２のＲＦトランシーバ構造を有する２８ＧＨｚ以上で動作するＲＦ３、例えば７１８、及びフロントエンド３、例えば７２０の回路も、ＣＭＯＳ及びＩＩＩ−Ｖ族の両方を使用して設計することができる。しかしながら、図７に示す例示的な実施形態では、ＲＦ３、例えば７１８の回路の一部は、それらの高周波性能及び／又は回路トポロジーに応じて、ＩＩＩ−Ｖ族及びＣＭＯＳの両方を使用して実装することができる。すべてのフロントエンド３、例えば７２０の回路も、ＩＩＩ−Ｖ族及びＣＭＯＳの両方を使用して実装することができる。全体として、チップ全体７０２の設計のＩＩＩ−Ｖ族部分は、例示的な実施形態による設計のＣＭＯＳ部分の表面の約０〜１μｍ下に位置し、ＣＭＯＳ部分とＩＩＩ−Ｖ族部分は、単一の半導体ダイ又はウエハ上でＣＭＯＳ／ＩＩＩ−Ｖ族境界７００を横切る金属線を介して一緒に接続されている。
【００１９】
背景技術の段落で言及したように、２０Ｇｂｐｓのモバイル速度の場合、５Ｇ  ＮＲは、各キャリア周波数で適切な通信方式を用いて、利用可能な周波数スロット及び帯域幅を十分に利用するＣＡを使用する。図２は、１つ以上のトランシーバからなる複数のＲＦトランシーバアレイグループ２００、２０２、２０４を有する無線機２０１の例示的な実施形態を示し、それぞれ（すなわち、ＴＲＸ１、ＴＲＸ２、ＴＲＸ３）が、異なる周波数で同時に動作する異なる無線送信技法を用いたキャリアアグリゲーション（ＣＡ）用である。
【００２０】
具体的には、図２は、３つの異なるキャリア周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３を使用してＣＡをサポートする一体化された複数のＲＦトランシーバアレイグループ２００、２０２、２０４を有する無線機２０１の例示的な実施形態を示す。本実施形態では、ｆ１は、サブ１ＧＨｚであり、ｆ２は、免許不要の５ＧＨｚであり、ｆ３は、５Ｇミリ波に割り当てられた２８ＧＨｚである。ｆ１では、従来の単一無線（ＴＲＸ１）送信が少し大きいサイズのアンテナ（ＡＮＴ１）で使用され、ｆ２では、ＭＩＭＯが複数のＲＦトランシーバ（ＴＲＸ２）及びアンテナ（ＡＮＴ２）で使用され、免許不要の５ＧＨｚ周波数帯域でのチャネル容量を最大化する。ｆ３では、ミリ波信号の波長が短いため、ＲＦトランシーバ（ＴＲＸ３）に加えて、位相及び振幅制御ブロック、例えば、２１２、２１４をそれぞれ有するフェーズドアレイアンテナ（ＡＮＴ３）をより小さい領域に実装することができる。
【００２１】
図２のトランシーバＴＲＸ１、ＴＲＸ２、ＴＲＸ３のより詳細なブロック図をそれらのアンテナ構成に応じて図３（ａ）又は図３（ｂ）に示す。各ＲＦチャネルは、ＲＦ回路３００ａ、３００ｂ、及びＲＦフロントエンド（ＲＦ  ＦＥ）回路、例えば３０１ａ、３０１ｂを含むものとして示されている。各ＲＦチャネルには、当業者には理解されるように、周波数変換ブロック、例えば３０２、３０３（すなわち、アップミキサ及びダウンミキサ）、増幅器、例えば３０４〜３０７、フィルタ、例えば３０８、３１０、スイッチ、例えば３１２、３１４、デジタル−アナログ変換器、例えば３１６、３１８、及びアナログ−デジタル変換器、例えば３２０、３２２、並びに周波数生成ブロック、例えば３２４，３２６（すなわち、ＰＬＬ）がある。図３（ａ）には、従来のタイプ１のＲＦフロントエンド（ＦＥ）３０１ａを有するＲＦチャネルが示されている。フェーズドアレイアンテナ又は大規模ＭＩＭＯ技法を使用する場合、図３（ｂ）に示すように、アナログビームフォーミングのために、振幅及び位相制御３２８機能が各タイプ２のＲＦ  ＦＥ回路、例えば３０１ｂに追加される。デジタルビームフォーミング技法が異なる実施形態で採用される場合、振幅及び／又は位相制御３２８機能は、そのような実施形態において、高性能かつ高電力消費のデジタル−アナログ変換器、例えば３１６、３１８、及びアナログ−デジタル変換器、例えば３２０、３２２を使用して、デジタルベースバンドプロセッサに実装することができる。
【００２２】
本発明の実施形態では、無線機には、キャリアアグリゲーションをサポートし、図３（ａ）に示すタイプ１のトランシーバ及び図３（ｂ）に示すタイプ２のトランシーバの両方を含む単一のベースバンドプロセッサに対応する複数のＲＦアレイグループが設けられている。
【００２３】
図４は、例示的な実施形態として、２つのＲＦトランシーバアレイグループ４００、４０１を示し、タイプ１及びタイプ２のトランシーバの両方が、２つの異なるキャリア周波数でキャリアアグリゲーション機能を実行することが可能な単一のデジタルベースバンドプロセッサ４０３に対応する無線機４０２を構築する。異なる実施形態では、異なる周波数帯域のより多くのアレイグループを一緒に一体化することができ、適切なアンテナ構成を有する各ＲＦアレイグループ、例えば４００内の任意の数のＲＦチャネル（例えば、ＲＦ１回路４０４及びタイプ１のＲＦ  ＦＥ回路４０６）は、無線チャネルの状態及び利用可能性に関する計算に基づいて制御信号４０８が生成されるデジタルベースバンドプロセッサ４０３からの制御信号４０８を介して、同時にアクティブ化され、自動的に構成され得る。図４に示す例示的な実施形態におけるＡＮＴ２を有するタイプ２のＲＦトランシーバアレイグループ４０１も、単一若しくは複数のユーザ用の大規模ＭＩＭＯ及び／又はビームフォーミングに使用することができる。図４に示す例示的な実施形態では、１つのＲＦ２回路、例えば４１０は、図３（ｂ）を参照して上述した振幅及び位相制御回路３２８を、電力増幅器（ＰＡ）、低雑音増幅器（ＬＮＡ）、及び／又はアンテナスイッチと一体化する（若しくは組み込む）ことができる１つ以上のタイプ２のＲＦ  ＦＥの回路、例えば４１２、４１４、並びにアンテナ（ＡＮＴ２）、例えば４１６、４１８に接続可能であってもよい。
【００２４】
例示的な実施形態では、単一のユーザ用のアクティブ化されたＲＦチャネルの異なるキャリア周波数は、好ましくは、単一のベースバンドプロセッサ４０３から同時に複数のデータストリーム、例えば４１９、４２０を送受信するために同期がとられる。したがって、図４のｆ１及びｆ２（又はより多くのキャリア周波数）は、好ましくは、図５（ａ）に示すように、周波数分周５０２及び／又は逓倍５０４機能ブロックを有する単一の周波数シンセサイザ又はフェーズロックドループ（ＰＬＬ）５００から生成される。他の例示的な実施形態では、異なる周波数帯域のための複数のＰＬＬ５０６、５０８は、送信機若しくは受信機のいずれか、又はその両方において、図５（ｂ）に示す単一の基準クロック源５１０及び位相同期ブロック５１２を使用して同期させることができる。図５（ｃ）及び図５（ｄ）は、複数のユーザについての例を示し、具体的には、図５（ｃ）では、複数のユーザ用の単一のＰＬＬ５１４を示し、図５（ｄ）では、複数のユーザ用の複数のＰＬＬ５１６、５１８を示す。
【００２５】
本発明の例示的な実施形態による複数のＲＦトランシーバアレイグループを有する無線機を実装する際に、設計者は、特にモバイルデバイスにおいて、フォームファクタ及び電力消費という２つの課題に直面する可能性がある。
【００２６】
一部の例示的な実施形態では、独自の製造プロセスである低エネルギー電子システム（ＬＥＥＳ：Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）プロセス［１〜６］が活用され、図６に示すように、ＣＭＯＳデバイス及びＩＩＩ−Ｖ族半導体デバイスの両方を単一のダイ上に製造することができる。これにより、有利には、金属層を介してインタフェースされた、従来のＣＭＯＳデバイス／回路の下に成長させた最適なＩＩＩ−Ｖ族デバイス／回路［７］の使用が可能になる。このような単一ダイ一体化は、有利には、５Ｇ仕様によって要求される優れた性能を、小さなフォームファクタで、スマートフォン実装の厳しい電力バジェット内で提供することができる。
【００２７】
ＬＥＥＳプロセスの詳細については、例示的な実施形態に従って単一のウエハ／チップ上にＲＦトランシーバアレイグループを有する無線機を製造する際に適用することができる、本明細書に記載されるような関連付けられた製造技法及び条件を有する様々な例示的なプロセスステップについて、［１〜６］を参照する。例示的な実施形態によるＲＦトランシーバアレイグループを有する無線機を製造するためのＬＥＥＳ製造プロセスの１つの非限定的な例を、図６を参照して以下に説明する。
【００２８】
より具体的には、図６（ａ）〜図６（ｄ）は、例示的な実施形態に従って使用されたＳｉ  ＣＭＯＳプロセスを用いてモノリシックに一体化されたＩＩＩ−Ｖ族（例えば、ＧａＮ高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ））の概略断面図を示す。図６（ａ）は、製造されたＳｉデバイス６０２を有するシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハ６００を示す。当業者には理解されるように、Ｓｉデバイスは、ウエハ６００をフロントエンドＣＭＯＳプロセスに挿入することによって形成することができる。製造されたＳｉデバイス６０２を有する部分的に処理されたウエハ６００の除去に続いて、この例示的な実施形態では、部分的に処理されたウエハ６００上に酸化物層６０４が形成される。次いで、ウエハ６００を反転させ、ハンドルウエハ（図示せず）に一時的に取り付け、図６（ｂ）に示すように、Ｓｉ  ＣＭＯＳ／ＧａＮオンＳｉウエハ６０８が２段階接合技術によって実現される。この例示的な実施形態では、２段階接合技術は、例えば、摂氏４５０度以上の高温でのウエハ接合によって、ハンドルウエハを部分的に処理されたウエハ６００に最初に取り付けることを含む。ウエハ６００のバルクＳｉ６０６の除去に続いて、残りの反転させた部分的に処理されたウエハ６００＊は、例えば、ＧａＮ  ＨＥＭＴデバイスがその後形成される温度以上の高温でウエハ接合によって、ＧａＮオンＳｉウエハ６１０に取り付けられ、Ｓｉ  ＣＭＯＳ／ＧａＮオンＳｉウエハ６０８を形成する。
【００２９】
次いで、図６（ｃ）に示すように、ＧａＮウィンドウ６１１を開けて、非シリコンデバイス層６１３を露出させ、例えば、ＣＭＯＳとＩＩＩ−Ｖ族領域との間に距離を持たせることによって、又はＤＣバイアスを有するｎウェルを形成することによってデバイス分離６１２、６１４を形成する。非シリコンデバイス及び接触を行うためのプラグ又はビアがウィンドウ６１１内に形成され、Ｓｉ  ＣＭＯＳ／ＧａＮオンＳｉウエハ６０８は、バックエンドＣＭＯＳ処理のためにＣＭＯＳプロセスに再挿入される。図６（ｄ）は、製造されたＨＥＭＴデバイス６１６とＳｉ  ＣＭＯＳデバイス６０２の最終的な金属相互接続、例えば６１８〜６２１を用いて、ＣＭＯＳバックエンド処理から除去した後のモノリシックに一体化されたＧａＮ  ＨＥＭＴデバイス６１６の概略断面図を示す。
【００３０】
図７は、タイプ１のＲＦトランシーバ（すなわち、ＲＦ１回路、例えば７１０、及びタイプ１のＲＦ  ＦＥ回路、例えば７１２）とタイプ２のＲＦトランシーバ（すなわち、ＲＦ２回路、例えば７１４、及びタイプ２のＲＦ  ＦＥ回路、例えば７１６）の両方を有するＲＦトランシーバアレイグループ７０４、７０６、７０８を含む単一チップ無線機７０２の別の例示的な実施形態を示し、低周波ブロックは、ＣＭＯＳプロセス技術を使用して実装することができ、一方、ＰＡ、ＬＮＡ、アンテナスイッチ、及び振幅／位相制御回路を含む高周波及び高電力ブロックは、ＬＥＥＳプロセスによって、単一チップ７０２設計のための単一ウエハ上にＩＩＩ−Ｖ族技術を使用して実装することができる。図７のデジタルベースバンドプロセッサ７０３からのデータストリーム１、２、及び３は、２人以上のユーザ（すなわち、複数ユーザ）のために独立して使用することができ、生成されたキャリア周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３も独立していることが可能である。しかしながら、データレート及び／又はロバスト性を向上させるために、すべてのデータストリームを単一のユーザのために使用する場合は、図５を参照して上述したように、生成されたすべてのキャリア周波数を同期させる必要がある。
【００３１】
有利には、例えば、図６を参照して上述したＬＥＥＳプロセスを使用して製造された、ＲＦトランシーバアレイグループ７０４、７０６、７０８を有する例示的な実施形態による単一チップ一体化無線機７０２は、１人又は複数のユーザ用の複数のアンテナ構成を有する大規模ＭＩＭＯ、ビームフォーミング、及びキャリアアグリゲーションをサポートすることができる。
【００３２】
図７に示す例示的な実施形態では、ミリ波（例えば、トランシーバアレイグループ７０８に対する２８又は６０ＧＨｚ）、センチ波（例えば、トランシーバアレイグループ７０６に対する２．４又は５ＧＨｚ）、及びトランシーバアレイグループ７０４に対するサブ１ＧＨｚを含む任意の周波数範囲で動作する複数のトランシーバアレイグループを有利に提供することができる。一実施形態では、低周波数範囲（例えば、サブ６ＧＨｚ）で動作する１つのアレイグループを形成する１つ以上の単純なタイプ１のＲＦトランシーバ、例えば、トランシーバアレイグループ７０４及び７０６は、単一の通信装置、好ましくは単一のチップ装置において、ミリ波周波数範囲で動作する別のアレイグループ、例えば、トランシーバアレイグループ７０８を形成する１つ以上のタイプ２のＲＦトランシーバと一体化することができる。
【００３３】
ＲＦトランシーバアレイグループ７０４、７０６、７０８では、すなわちミリ波周波数範囲で動作するものを含めて、本発明の例示的な実施形態は、ＲＦ回路とＲＦフロントエンド回路（タイプ１又はタイプ２のいずれか）との間のより柔軟な構成をサポートすることができる。例えば、図７に示す実施形態では、１つのＲＦ３回路、例えば７１８を、アナログビームフォーミングのために、複数のフロントエンド３回路、例えば７２０、７２１に選択的に接続することができ、各ＲＦ２回路、例えば７１４を、デジタルビームフォーミング又は大規模ＭＩＭＯのために、１つ以上のフロントエンド２回路、例えば７１６、７１７に選択的に接続することができる。
【００３４】
図８は、例示的な実施形態による、無線通信のための装置８００を示すブロック図を示す。本装置は、２つ以上のトランシーバアレイグループ８０２、８０４を備え、各トランシーバアレイグループ８０２、８０４は、１つ以上の高周波ＲＦ回路８０６、８０７、及び１つ以上のＲＦフロントエンドＲＦ  ＦＥ回路８０８、８０９を備え、トランシーバアレイグループ８０２、８０４は、異なる周波数で動作するように構成され、トランシーバアレイグループ８０２、８０４は、１つの対応するデジタルベースバンドプロセッサ８１０に接続されるように構成され、トランシーバアレイグループ８０２、８０４は、センチ波長以上で動作するように構成された少なくとも１つの第１のトランシーバアレイグループ８０２を備える。
【００３５】
トランシーバアレイグループ８０２、８０４は、ミリ波長で動作するように構成された少なくとも１つの第２のトランシーバアレイグループ８０４を備えてもよい。
【００３６】
トランシーバアレイグループ８０２、８０４は、１つのトランシーバアレイグループ８０２の各ＲＦ回路、例えば８０６を、同じトランシーバアレイグループ８０２のＲＦ  ＦＥ回路、例えば８０８のうちの１つ以上に選択的に結合することを可能にするように構成されてもよい。
【００３７】
ＲＦ  ＦＥ回路、例えば８０８のうちの１つ以上は、位相及び振幅制御ブロックを備えていてもよい。
【００３８】
トランシーバアレイグループ８０２、８０４のうちの１つ以上は、多入力多出力ＭＩＭＯ又は大規模ＭＩＭＯをサポートするように構成されてもよい。
【００３９】
トランシーバアレイグループ８０２、８０４のうちの１つ以上は、アナログビームフォーミング、デジタルビームフォーミング、又はハイブリッドアナログ／デジタルビームフォーミングをサポートするように構成されてもよい。
【００４０】
トランシーバアレイグループ８０２、８０４のうちの１つ以上は、キャリアアグリゲーションをサポートするように構成されてもよい。
【００４１】
トランシーバアレイグループ８０２、８０４は、単一のチップ上に実装されてもよい。単一のチップは、相補型金属酸化膜半導体ＣＭＯＳデバイス及びＩＩＩ−Ｖ族半導体デバイスの両方を含むことができる。
【００４２】
装置８００は、対応するデジタルベースバンドプロセッサ８１０をさらに備えていてもよい。
【００４３】
図９は、例示的な実施形態による、無線通信の方法を示す流れ図９００を示す。ステップ９０２において、各トランシーバアレイグループが１つ以上の高周波ＲＦ回路及び１つ以上のＲＦフロントエンドＲＦ  ＦＥ回路を含み、１つの対応するデジタルベースバンドプロセッサに接続されるように構成されている、２つ以上のトランシーバアレイグループを様々な周波数で動作させる。ステップ９０４において、トランシーバアレイグループの少なくとも１つの第１のトランシーバアレイグループをセンチ波長以上で動作させる。
【００４４】
本方法は、トランシーバアレイグループのうちの少なくとも１つの第２のトランシーバアレイグループをミリ波長で動作させるステップを含むことができる。
【００４５】
本方法は、１つのトランシーバアレイグループの各ＲＦ回路を、同じトランシーバアレイグループのＲＦ  ＦＥ回路のうちの１つ以上に選択的に結合するステップを含むことができる。
【００４６】
本方法は、ＲＦ  ＦＥ回路のうちの１つ以上に位相及び振幅制御を含むことができる。
【００４７】
本方法は、トランシーバアレイグループのうちの１つ以上を使用して、多入力多出力ＭＩＭＯ、又は大規模ＭＩＭＯをサポートするステップを含むことができる。
【００４８】
本方法は、トランシーバアレイグループのうちの１つ以上を使用して、アナログビームフォーミング、デジタルビームフォーミング、又はハイブリッドアナログ／デジタルビームフォーミングをサポートするステップを含むことができる。
【００４９】
本方法は、トランシーバアレイグループのうちの１つ以上を使用して、キャリアアグリゲーションを実行するステップを含むことができる。
【００５０】
本方法は、トランシーバアレイを単一のチップに実装するステップを含むことができる。単一のチップは、相補型金属酸化膜半導体ＣＭＯＳデバイス及びＩＩＩ−Ｖ族半導体デバイスの両方を含むことができる。
【００５１】
一実施形態では、図８を参照して上述した装置を製造する方法が提供され、本方法は、単一のダイ上にＣＭＯＳデバイス及びＩＩＩ−Ｖ族半導体デバイスの両方を製造するステップを含む。
【００５２】
本方法は、低エネルギー電子システムＬＥＥＳ処理を使用するステップを含むことができる。
【００５３】
例示的な実施形態の産業用途には、以下が含まれる。
１．４Ｇ、５Ｇ、及び次世代のスマートフォン及び基地局用の無線トランシーバ。
２．広い周波数範囲でキャリアアグリゲーションをサポートする無線通信デバイス。
【００５４】
一部の例示的な実施形態では、ＬＥＥＳ  ＣＭＯＳ＋ＩＩＩ−Ｖ族半導体プロセスを使用して、それらの複数のＲＦトランシーバアレイグループを面積及び電力効率のよい単一のチップに一体化することが有利に提供される。本発明の例示的な実施形態による単一のウエハ上での複数のＲＦチャネルとＲＦフロントエンドの高レベルの一体化は、本明細書に記載されるように、より柔軟な構成を有利に提供することができる。
【００５５】
本明細書に開示される様々な機能又はプロセスは、それらの挙動、レジスタ転送、論理構成要素、トランジスタ、レイアウト形状、及び／又は他の特性に関して、様々なコンピュータ可読媒体に具現化されるデータ及び／又は命令として記述されてもよい。そのようなフォーマットされたデータ及び／又は命令を具現化することができるコンピュータ可読媒体には、様々な形態の不揮発性記憶媒体（例えば、光学、磁気、又は半導体記憶媒体）、並びにそのようなフォーマットされたデータ及び／又は命令を無線、光、又は有線の信号伝達媒体あるいはそれらの任意の組み合わせを介して転送するために使用することができるキャリア波が含まれるが、これらに限定されない。キャリア波によるそのようなフォーマットされたデータ及び／又は命令の転送の例には、１つ若しくは複数のデータ転送プロトコル（例えば、ＨＴＴＰ、ＦＴＰ、ＳＭＴＰなど）を介したインターネット及び／又は他のコンピュータネットワーク上の転送（アップロード、ダウンロード、電子メールなど）が含まれるが、これらに限定されない。１つ以上のコンピュータ可読媒体を介してコンピュータシステム内で受信されると、記載されたシステムの下の構成要素及び／又はプロセスのそのようなデータ及び／又は命令に基づく表現は、１つ以上の他のコンピュータプログラムの実行と関連して、コンピュータシステム内の処理エンティティ（例えば、１つ以上のプロセッサ）によって処理されてもよい。
【００５６】
本明細書に記載されたシステム及び方法の態様は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルアレイロジック（ＰＡＬ）デバイス、電気的にプログラマブルなロジック及びメモリデバイスなどのプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、並びに標準のセルベースのデバイスのみならず特定用途向け一体化回路（ＡＳＩＣ）を含む様々な回路のいずれかにプログラムされた機能として実装されてもよい。システムの態様を実装するための他のいくつかの可能性には、メモリを有するマイクロコントローラ（電子的に消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）など）、組み込みマイクロプロセッサ、ファームウェア、ソフトウェアなどが含まれる。さらに、システムの態様は、ソフトウェアベースの回路エミュレーション、ディスクリートロジック（シーケンシャル及びコンビナトリアル）、カスタムデバイス、ファジー（ニューラル）ロジック、量子デバイス、及び上記のデバイスタイプのいずれかのハイブリッドを有するマイクロプロセッサにおいて具現化することができる。もちろん、基礎となるデバイス技術は、様々な構成要素タイプ、例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）のような金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）技術、エミッタ結合論理（ＥＣＬ）のようなバイポーラ技術、ポリマー技術（例えば、シリコン共役ポリマー及び金属共役ポリマー−金属構造）、混合アナログ及びデジタルなどで提供することができる。
【００５７】
システム及び方法の例示された実施形態の上記の説明は、網羅的であること、又はシステム及び方法を開示された正確な形態に限定することを意図するものではない。システム、構成要素、及び方法の特定の実施形態及び例は、例示の目的で本明細書に記載されているが、当業者が認識するように、システム、構成要素、及び方法の範囲内で様々な同等の変形が可能である。本明細書で提供されるシステム及び方法の教示は、上述したシステム及び方法だけでなく、他の処理システム及び方法にも適用することができる。
【００５８】
上述した様々な実施形態の要素及び行為を組み合わせて、さらなる実施形態を提供することができる。上述した詳細な説明に照らして、システム及び方法に対してこれら及び他の変更を行うことができる。
【００５９】
一般に、以下の特許請求の範囲では、使用される用語は、システム及び方法を、本明細書及び特許請求の範囲に開示された特定の実施形態に限定すると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲の下で動作するすべての処理システムを含むと解釈されるべきである。したがって、システム及び方法は、本開示によって限定されるのではなく、代わりに、システム及び方法の範囲は、特許請求の範囲によって完全に決定されるべきである。
【００６０】
文脈が明白に別の解釈をする必要のある場合を除き、本明細書及び特許請求の範囲の全体にわたって、「備える」、「備えている」などの単語は、排他的又は網羅的な意味とは対照的に、包括的な意味で、すなわち、「含むが、これに限定されない」という意味で解釈されるべきである。また、単数又は複数を使用する単語は、一般に複数又は単数をそれぞれ含む。さらに、単語「本明細書に」、「以降の」、「上記の」、「以下の」、及び同様の趣旨の単語は、本出願の特定の部分ではなく本出願を全体として参照する。「又は」という単語が２つ以上の項目のリストに関連して使用される場合、その単語は、単語の以下の解釈、すなわち、リスト内の項目のいずれか、リスト内のすべての項目、及びリスト内の項目の任意の組み合わせのすべてをカバーする。
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図５（ｄ）】
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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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【国際調査報告】
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