(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのアンテナに結合された少なくとも第１及び第２受信機フロントエンドを持つフェーズドアレイ受信装置を含む無線機を少なくとも１つ有して成る無線伝送システムにおいて、
前記第１受信機フロントエンドは、受信した信号から直角位相信号を形成するための２つのミクサを持つ直角位相受信機であり、前記第１受信機フロントエンドは、ミクサの出力に結合された第１位相シフト装置を含み、該第１位相シフト装置の出力は、前記第２受信機フロントエンド内の中間周波数ステージの出力に結合されていることを特徴とする無線伝送システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線伝送システムにおいて、前記第２受信機フロントエンドは直角位相受信機であり、前記第１受信機フロントエンドは、前記ミクサの出力に結合された第２位相シフト装置を含むことを特徴とする無線伝送システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の無線伝送システムにおいて、前記中間周波数はゼロであることを特徴とする無線伝送システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の無線伝送システムにおいて、前記第１及び第２位相シフト装置は調整可能であることを特徴とする無線伝送システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のうちのいずれか１項に記載の無線伝送システムにおいて、前記第１及び第２位相シフト装置は、調整可能な２つの増幅器と、前記２つの増幅器の出力を組み合わせるための組み合わせ装置とを含み、前記増幅器の入力が前記ミクサの出力に結合されていることを特徴とする無線伝送システム。
【請求項６】
請求項５に記載の無線伝送システムにおいて、前記増幅器はギルバート・セルであることを特徴とする無線伝送システム。
【請求項７】
請求項１ないし４のうちのいずれか１項に記載の無線伝送システムにおいて、前記第１及び第２位相シフト装置は、直角位相信号の電圧分割に基づく受動的重み付け回路であることを特徴とする無線伝送システム。
【請求項８】
請求項１ないし４のうちのいずれか１項に記載の無線伝送システムにおいて、前記第１及び第２位相シフト装置は、直角位相信号に比例する電流を切り替えて重み付けする、差動対を基本とした切り替え兼内挿補間の組み合わせ回路であることを特徴とする無線伝送システム。
【請求項９】
無線伝送システムで用いるための、少なくとも２つのアンテナに結合された少なくとも第１及び第２受信機フロントエンドを持つフェーズドアレイ受信装置を含む無線機において、
前記第１受信機フロントエンドは、受信した信号から直角位相信号を形成するための２つのミクサを持つ直角位相受信機であり、前記第１受信機フロントエンドは、前記ミクサの出力に結合された第１位相シフト装置を含み、該第１位相シフト装置の出力は、前記第２受信機フロントエンドの中間周波数ステージに結合されていることを特徴とする無線機。
【発明の詳細な説明】
本発明は、少なくとも２つのアンテナに結合する少なくとも２つの受信機フロントエンド（receiver front-ends）を持つフェーズドアレイ受信装置を含む無線機を少なくとも１つ有して成る無線伝送システムに関する。そのようなフェーズドアレイ受信装置は、最良の受信品質を持つ信号経路を追求することが望まれる多重経路伝播で苦労をしているシステムに適用される。フェーズドアレイ・アンテナはビーム形成を考慮に入れる。かような無線システムの例としては、自動車無線（mobile redio）システム、コードレス電話（cordless telephony）システム、屋内オーディオ・リンク（in-house audio link）システム等又はこれらに類似のシステムで、通常はいずれも受信信号が減衰し易いものである。
本発明は更にそのようなシステムで用いる無線機にも関する。
この種の無線伝送システムはヨーロッパ特許出願第EP 0 459 038号から既知であって、そこでは、干渉信号の存在する中で所望の信号の受信を最適化するアンテナのフェーズドアレイから信号を処理するために、オフライン処理が適用される。この既知のシステムでは、移相（phase shifting）ネットワークとしてのタップの付いた遅延線（tapped delay lines）の径数が計算され更新されて受信した信号の最適品質を見出すようにする。移相ネットワークはRF信号（無線周波数）で動作する。既知のシステムで適用される方法は複雑で野蛮な力づくの方法であって、受信条件が急速に変化する環境に適応するものではない。そのような力づくの方法は、多くの処理容量を必要とし従って相当大きな電池のパワーを必要とするから、例えば低出力の可搬形無線機で実行するのは困難である。そればかりでなく、RF信号で動作する移相ネットワークを実現することは、特に低出力の可搬形無線機に適用するときには困難である。
本発明の目的は、アンテナビームを急速に調整することができ且つ容易に実現できる無線伝送システムのフェーズドアレイ無線機を提供することである。
この目的を達成するため、本発明による無線伝送システムは、１番目の受信機フロントエンドが、受信した信号から直角位相（quadrature）信号を形成するための２つのミクサを持つ直角位相受信機であること、及び該１番目の受信機フロントエンドは、ミクサの出力に結合する１番目の位相シフト装置（phase shifting arrangement）を含み、該位相シフト装置の出力は、２番目の受信機フロントエンドの中間周波数ステージに結合していることを特徴とする。
本発明による無線伝送システムの一実施例では、位相シフト装置は、その入力がミクサの出力に結合している調整可能な２つの増幅器と、これら２つの増幅器の出力を組み合わせるための組み合わせ装置を含むことを特徴とする。これによって極めて単純な位相シフト装置が実現し、それは増幅因数を調整することにより簡単に調整できる。
従属請求項には更に別の実施例、例えばゼロIF受信機又は低IF受信機が記載されており、それにより位相シフト装置及び位相シフト装置中の調整が容易なギルバート・セル（Gilbert cell）増幅器に対して課せられる要求が更に軽減される。そうすることによって、ゼロIFフェーズドアレイ受信機の全体を１つの集積回路の内部にたやすく集積化することができる。位相シフト装置はまた、直角位相信号に正比例する差分対（differential pairs）切り替え電流に基づく受動的重み付け回路又はディジタル的に制御される組合せ切替え及び内挿回路とすることもできる。
次に、実施例及び付随する図面を引用して本発明を詳細に説明する。それらの図面とは：
図１が、本発明による無線伝送システムを図式的に示す図であり；
図２が、本発明による無線機の１番目の実施例を示す図であり；
図３が、本発明による無線機の２番目の実施例を示す図であり；
図４が、本発明による無線機中のフロントエンドを示す図であり；
図5A及び図5Bが、本発明による位相シフト装置の１番目の実施例を示す図であり；
図６が、本発明による位相シフト装置中の調整可能な増幅器を示す図であり；
図７が、本発明による位相シフト装置の２番目の実施例を示す図であり；
図８が、本発明による位相シフト装置の３番目の実施例を示す図である。
すべての図面を通して同じものには同じ引用番号が付してある。
図１は、アンテナ３及びアンテナ４を持つ無線機２を含む本発明による無線伝送システム１を図式的に示す図である。無線機２は、車載無線機や無線呼出し機や或いはGPS装置又はそれらに類似のものの場合があり、そのときには無線伝送システム１は放送（broadcast）システムであるし、また、無線機２は、自動車電話又はコードレス電話の場合もあり、そのときには無線伝送システム１は双方向通信（bi-directional communication）システムである。システム１はその他の任意の無線伝送システムの場合もある。それが一方向システム又は双方向システムの場合にそれぞれ、無線機２は無線機５から無線信号を受信するか又は無線機５と交信し、また、該無線機５はアンテナ６を用いて放送又は通信をそれぞれ行う。図には無線機７が更に示され、これは混信の原因になる場合がある。双方向システムの場合、例えばコードレス電話システムの場合には、無線機５は一般電話交換網に接続する無線基地局であり、無線機２はハンドセットである。無線機２のアンテナ３及びアンテナ４は、異なる経路を経由して無線電波９及び10を受信する、すなわちこのシステムは多重経路伝送環境を表している。車載無線の場合やセルラー無線の場合や又はコードレス電話の場合には、そのような環境は受信波に関して急速に変化する環境である。
図２は、本発明によるフェーズドアレイ無線機２の１番目の実施例を示す図であり、それは例えばGMSK（ガウス形最小シフトキーイング）変調された信号を受信するディジタル無線機である。スーパーヘテロダイン受信機である無線機２は、アンテナ３及び４にそれぞれ接続する帯域通過フィルタ20及び21をそれぞれ含む２つの分枝を有し、それらの後位はそれぞれ受信機フロントエンド22及び23である。受信機フロントエンド22及び23は型式UAA2078の集積回路とすることができる。上側の分枝ではこのIC（集積回路）のいわゆるＩ出力が増幅器24に結合し、直角位相分枝である下側の分枝ではＩ出力及びＱ出力が調整可能な位相シフト装置25に結合する。その出力側では、増幅器24及び位相シフト装置25が加算器26に結合し、該加算器26は、増幅器27，PLL（フェーズロックループ）FM（周波数変調）復調器28，及び増幅器29の直列配置に結合する。位相シフト装置25の位相は、制御器30により供給されるDC（直流）電圧を用いて調整することができる。制御器30は、RAM(ランダムアクセスメモリ),ROM(読み出し専用メモリ),ディジタル−アナログ変換器,アナログ−ディジタル変換器,及びディジタルI/O（入力／出力）インターフェースを持つプログラムされたマイクロ制御器とすることができる。かかるマイクロ制御器はこの分野ではよく知られているものであり、茲ではその詳細は示さない。そのとき直流調整電圧はディジタル−アナログ変換器（これは図示してない）を経由して供給することができる。制御器もまたいわゆる専用（dedicated）ハードウェア回路とすることができ、それは例えば本件と同一出願人が同日に出願したヨーロッパ特許出願第94202649.3号に開示されているもので、茲に参考文献として挙げて置く。このヨーロッパ特許出願では、該専用ハードウェア回路は１つのアンテナ・ダイバーシティ・フェーズドアレイ無線機中の２つの受信機フロントエンドを制御するための制御回路である。
図３は、本発明による無線機の２番目の実施例を示す図であって、それは２つの直角位相受信機フロントエンドを持ち、１番目の位相シフト装置25の他に、２番目の位相シフト装置40が、受信機フロントエンド23に結合している。この位相シフト装置は加算器41に結合している。加算器26と加算器41とはその出力側でチャネル選択度（channel selectivity）フィルタ42とチャネル選択度フィルタ43とに結合し、次いでそれらは直角位相周波数−電圧変換器44に結合して、復調信号が得られるようになる。この無線機２はいわゆるゼロIF（中間周波数）受信機又は低IF受信機とすることができ、単一の集積回路で構築できる。
図４は、本発明による無線機２のフロントエンド22を示す図であり、それは増幅器50を含み、次いでそれがミクサ51及び52に結合して、直角位相Ｉ及びＱが得られるようになる。ミクサ51及び52は更に０°／90°移相器53に結合し、それが局所発振器54に結合する。90°位相シフト装置がＩ信号分枝に設けられるときには、移相器53は省略できる。
図5Aは、本発明による位相シフト装置25を示し、それは調整可能な増幅器A1及びA2を含みそれらは加算器60に結合する。位相シフト装置25に対しては、入力電圧Ｉ及びＱと、出力電圧V0と、DC制御電圧VC1及びVC2とが、図5Bに示す通りに供給される。制御電圧VC1及びVC2を変動させることにより、アンテナ３及びアンテナ４により形成される主アンテナビームの空間角φが完全な２πの範囲で調整できる。所与の２つのアンテナの形態に対して、電気的位相シフトψと空間角φとの関係が、マイクロ制御器30のROM中に記憶されて探索テーブルに記憶して置くことができる。この関係は数学的にたやすく見出すことができる。λをアンテナの波長とするとき、アンテナの形態がλ/2の間隔を置いた２つのモノポールλ/4アンテナによって形成される所定のアンテナの形態にあっては、そのような関係は下のテーブルに掲げるものであることが判っている。
0003860607.tif 000002
探索テーブルは、所与の望ましい空間角φに対してアドレスされることができ、増幅器A1及びA2は、探索テーブルを読み出すこと及びディジタル−アナログ変換器（これは図示してない）を経由してDC電圧VC1及びVC2を供給することによって、適切に調整することができる。
次に、図６は位相シフト装置25中の本発明による調整可能な増幅器A1を示す。増幅器A1は、トランジスタT1，T2，T3，T4，T5，T6，T7により形成され、また抵抗R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7及びキャパシタC1，C2もその中に示されている入力／乗算差分ステージ（input/multiplier differential satge）を含むいわゆるギルバート・セル（Gilbert cell）である。このギルバート・セルは更に、T8,T9,T10,T11,T12;抵抗R8,R9,R10;及びキャパシタC3,C4により形成される差分制御ステージをも示している。制御ステージは入力ステージの乗算部分に結合する。同図には更にトランジスタT13;抵抗R11,R12;及びキャパシタC5,C6が示されている。ギルバート・セルには供給レールRA1,RA2が設けられている。茲に述べたギルバート・セルの動作に関する詳細の議論は、P.R.Gray他著“Analysis and Design of Analog Integrated Circuits”,Wiley & Sons社刊、1984年というハンドブックの593-600ページを参照されたい。位相シフト装置25の完全実装のためには上述の増幅器回路の全体に僅かの変更を施したものに対し上述の増幅器回路の出力に接続された出力を付加する。２番目の増幅器（その詳細は図示されてない）は抵抗R1,R2並びにキャパシタC2を含まない点で示された増幅器とは異なる。更にまた、１番目の増幅器におけるトランジスタT2に対応する２番目の増幅器中のトランジスタは、そのベース電極をトランジスタT2のベース電極に接続している。このようにして加算機能60は余分の回路を必要とすること無く形成される。
図７は本発明による位相シフト装置25の２番目の実施例であり、これでは直角位相信号Ｉ及びＱ並びに逆(inverse）直角位相信号が入力信号となっている。位相シフトは、差分対DP1及びDP2と重み付け抵抗WP1及びWP2とにより形成される受動的重み付け構造又は内挿構造に、選択ビットbtsを与えることにより達成される。選択ビットbtsは、出力Ｖoにおける電圧差の原因となる重み付けられた電流を切り替える。重み付け抵抗WR1及びWR2の値を適切に選定すれば、図5A及び図5Bに関して論じた電気的位相シフトから空間角への変換が実現するようなる。
図８は本発明による位相シフト装置25の３番目の実施例であり、これでは受動重み付け構造PWSに信号I,-I,Q,-Qが供給されるようになっている。タップに現れる電圧が、図5A及び図5Bに関して論じたテーブルに示したように、空間角0,π/8,…,7π/8に対応する。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図８】
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【図６】
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【図７】
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