特開 2023-16027 低雑音増幅器のバイアスのための装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023016027

(43)【公開日】2023-02-01

(54)【発明の名称】低雑音増幅器のバイアスのための装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   H03F 1/26 20060101AFI20230125BHJP

   H03F 1/22 20060101ALI20230125BHJP

   H04B 1/18 20060101ALI20230125BHJP

【ＦＩ】

H03F1/26

H03F1/22

H04B1/18 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022114729

(22)【出願日】2022-07-19

(31)【優先権主張番号】63/203369

(32)【優先日】2021-07-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】503031330

【氏名又は名称】スカイワークス ソリューションズ，インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＫＹＷＯＲＫＳ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100195257

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 一志

(72)【発明者】

【氏名】バルテアヌ、 フロリネル ジー．

(72)【発明者】

【氏名】リウ、 ウェイ

(72)【発明者】

【氏名】デバラジ、 アビシェク

(72)【発明者】

【氏名】ナガラジャン、 サチン

(72)【発明者】

【氏名】トゥーム、 キラン テイ

(72)【発明者】

【氏名】ソン、 クリストファー

(72)【発明者】

【氏名】チェ、 ユンヤン

【テーマコード（参考）】

5J500

5K062

【Ｆターム（参考）】

5J500AA01

5J500AA13

5J500AA51

5J500AA58

5J500AC02

5J500AC04

5J500AC05

5J500AC14

5J500AC52

5J500AC81

5J500AC85

5J500AC92

5J500AF01

5J500AF10

5J500AF17

5J500AF18

5J500AH10

5J500AH25

5J500AH29

5J500AH33

5J500AH38

5J500AK07

5J500AK09

5J500AK11

5J500AK12

5J500AK23

5J500AK29

5J500AM13

5J500AM17

5J500AQ04

5J500AS01

5J500AS13

5J500AT01

5J500LV07

5K062AB10

5K062AD04

5K062BB16

5K062BD01

5K062BD02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】高速なバイアス、バイアス電流の基準電流への正確な整合、回路エリアの狭小化及び優れた電圧ヘッドリームを達成する低雑音増幅器（ＬＮＡ）及び携帯デバイスを提供する。
【解決手段】ＬＮＡ２１０は、無線周波数（ＲＦ）入力信号を増幅する少なくとも一つのトランジスタ２０１と、バイアス回路２０２と、を含む。バイアス回路は、基準電流に基づいてバイアス電流を生成する電流バイアス回路と、当該バイアス電流に基づいて当該少なくとも一つのトランジスタのための少なくとも一つの入力バイアス電圧を生成する電圧バイアス回路と、を含む。電流バイアス回路は、基準電流を受信する第１バイアストランジスタと、バイアス電流を生成する第２バイアストランジスタと、第１バイアストランジスタの第１バイアス電圧を制御して第２バイアストランジスタの第２バイアス電圧に整合させる増幅器とを含む。
【選択図】図５Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

携帯デバイスであって、
アンテナと、
フロントエンドシステムと
を含み、
前記フロントエンドシステムは、前記アンテナから受信した無線周波数入力信号を増幅するべく構成される少なくとも一つの増幅トランジスタを含む低雑音増幅器と、バイアス回路とを含み、
前記バイアス回路は、基準電流に基づいてバイアス電流を生成するべく構成される電流バイアス回路と、前記バイアス電流に基づいて前記少なくとも一つの増幅トランジスタのための少なくとも一つの入力バイアス電圧を生成するべく構成される電圧バイアス回路とを含み、
前記電流バイアス回路は、前記基準電流を受信するべく構成される第１バイアストランジスタと、前記バイアス電流を生成するべく構成される第２バイアストランジスタと、前記第１バイアストランジスタの第１バイアス電圧を制御して前記第２バイアストランジスタの第２バイアス電圧に整合させるべく構成される増幅器とを含む、携帯デバイス。

【請求項2】

前記電流バイアス回路はさらに、複数の選択スイッチと、前記複数の選択スイッチの対応する一つの選択スイッチによってそれぞれが選択可能な複数の電流ミラーリングトランジスタとを含み、
前記複数の電流ミラーリングトランジスタは、前記第２バイアス電圧によるバイアスを受ける、請求項１の携帯デバイス。

【請求項3】

前記第１バイアストランジスタは、前記増幅器の第１入力部に接続されるドレインと、前記増幅器の出力部に接続されるゲートとを含み、
前記第２バイアストランジスタは、前記増幅器の第２入力部に接続されるドレインと、前記増幅器の前記出力部に接続されるゲートとを含む、請求項１の携帯デバイス。

【請求項4】

前記少なくとも一つの増幅トランジスタは共通ソーストランジスタを含み、
前記少なくとも一つの入力バイアス電圧は、前記共通ソーストランジスタのためのゲートバイアス電圧を含む、請求項１の携帯デバイス。

【請求項5】

前記バイアス回路は、バイアス抵抗器及びバイアス抵抗器バイパススイッチを含み、
前記電圧バイアス回路は、前記バイアス抵抗器と前記バイアス抵抗器バイパススイッチとの並列組み合わせを介して前記共通ソーストランジスタのゲートに前記ゲートバイアス電圧を与えるように構成される、請求項４の携帯デバイス。

【請求項6】

前記少なくとも一つの増幅トランジスタはさらに、前記共通ソーストランジスタに直列のカスコードトランジスタを含み、
前記少なくとも一つの入力バイアス電圧はさらに、前記カスコードトランジスタのためのカスコードバイアス電圧を含む、請求項４の携帯デバイス。

【請求項7】

前記フロントエンドシステムはさらに、前記基準電流を生成するべく構成される制御可能電流源を含み、
前記制御可能電流源は、前記基準電流を利得制御信号に基づいて制御するように構成される、請求項１の携帯デバイス。

【請求項8】

前記電圧バイアス回路は、供給電圧とグランド電圧との間に直列の第１電圧バイアストランジスタ及び抵抗器、並びに前記第１電圧バイアストランジスタのゲートと前記グランド電圧との間に直列の第２電圧バイアストランジスタ及び第３電圧バイアストランジスタを含む、請求項１の携帯デバイス。

【請求項9】

前記電圧バイアス回路は、前記抵抗器にわたる電圧に基づいて前記少なくとも一つの入力バイアス電圧の第１入力バイアス電圧を生成するように構成され、前記第２電圧バイアストランジスタのゲート電圧に基づいて前記少なくとも一つの入力バイアス電圧の第２入力バイアス電圧を生成するように構成される、請求項８の携帯デバイス。

【請求項10】

低雑音増幅器であって、
無線周波数入力信号を増幅するべく構成される少なくとも一つの増幅トランジスタと、
バイアス回路と
を含み、
前記バイアス回路は、基準電流に基づいてバイアス電流を生成するべく構成される電流バイアス回路と、前記バイアス電流に基づいて前記少なくとも一つの増幅トランジスタのための少なくとも一つの入力バイアス電圧を生成するべく構成される電圧バイアス回路とを含み、
前記電流バイアス回路は、前記基準電流を受信するべく構成される第１バイアストランジスタと、前記バイアス電流を生成するべく構成される第２バイアストランジスタと、前記第１バイアストランジスタの第１バイアス電圧を制御して前記第２バイアストランジスタの第２バイアス電圧に整合させるべく構成される増幅器とを含む、低雑音増幅器。

【請求項11】

前記電流バイアス回路はさらに、複数の選択スイッチと、前記複数の選択スイッチの対応する一つの選択スイッチによってそれぞれが選択可能な複数の電流ミラーリングトランジスタとを含み、
前記複数の電流ミラーリングトランジスタは、前記第２バイアス電圧によるバイアスを受ける、請求項１０の低雑音増幅器。

【請求項12】

前記第１バイアストランジスタは、前記増幅器の第１入力部に接続されるドレインと、前記増幅器の出力部に接続されるゲートとを含み、
前記第２バイアストランジスタは、前記増幅器の第２入力部に接続されるドレインと、前記増幅器の前記出力部に接続されるゲートとを含む、請求項１０の低雑音増幅器。

【請求項13】

前記少なくとも一つの増幅トランジスタは共通ソーストランジスタを含み、
前記少なくとも一つの入力バイアス電圧は、前記共通ソーストランジスタのためのゲートバイアス電圧を含む、請求項１０の低雑音増幅器。

【請求項14】

前記バイアス回路は、バイアス抵抗器及びバイアス抵抗器バイパススイッチを含み、
前記電圧バイアス回路は、前記バイアス抵抗器と前記バイアス抵抗器バイパススイッチとの並列組み合わせを介して前記共通ソーストランジスタのゲートに前記ゲートバイアス電圧を与えるように構成される、請求項１３の低雑音増幅器。

【請求項15】

前記少なくとも一つの増幅トランジスタはさらに、前記共通ソーストランジスタに直列のカスコードトランジスタを含み、
前記少なくとも一つの入力バイアス電圧はさらに、前記カスコードトランジスタのためのカスコードバイアス電圧を含む、請求項１３の低雑音増幅器。

【請求項16】

前記基準電流を生成するべく構成される制御可能電流源をさらに含み、
前記制御可能電流源は、利得制御信号に基づいて前記基準電流を制御するように構成される、請求項１０の低雑音増幅器。

【請求項17】

前記電圧バイアス回路は、供給電圧とグランド電圧との間に直列の第１電圧バイアストランジスタ及び抵抗器、並びに前記第１電圧バイアストランジスタのゲートと前記グランド電圧との間に直列の第２電圧バイアストランジスタ及び第３電圧バイアストランジスタを含む、請求項１０の低雑音増幅器。

【請求項18】

前記電圧バイアス回路は、前記抵抗器にわたる電圧に基づいて前記少なくとも一つの入力バイアス電圧の第１入力バイアス電圧を生成するように構成され、前記第２電圧バイアストランジスタのゲート電圧に基づいて前記少なくとも一つの入力バイアス電圧の第２入力バイアス電圧を生成するように構成される、請求項１７の低雑音増幅器。

【請求項19】

無線周波数信号増幅の方法であって、
低雑音増幅器の少なくとも一つの増幅トランジスタを使用して無線周波数入力信号を増幅することと、
前記低雑音増幅器の電圧バイアス回路を使用して前記少なくとも一つの増幅トランジスタのための少なくとも一つの入力バイアス電圧をバイアス電流に基づいて生成することと、
前記低雑音増幅器の電流バイアス回路を使用して前記バイアス電流を基準電流に基づいて生成することと
を含み、
第１バイアストランジスタを使用して前記基準電流を受信することと、第２バイアストランジスタを使用して前記バイアス電流を生成することと、増幅器を使用して前記第１バイアストランジスタの第１バイアス電圧を整合ａ前記第２バイアストランジスタの第２バイアス電圧に整合するように制御することとを含む、方法。

【請求項20】

前記少なくとも一つの増幅トランジスタのための前記少なくとも一つの入力バイアス電圧を生成することは、共通ソーストランジスタのためのゲートバイアス電圧を生成することと、前記共通ソーストランジスタに直列のカスコードトランジスタのためのカスコードバイアス電圧を生成することとを含む、請求項１９の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は電子システムに関し、詳しくは無線周波数（ＲＦ）電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

アンテナを介して受信される相対的に弱無線周波数（ＲＦ）信号の振幅をブーストするべく低雑音増幅器（ＬＮＡ）を使用することができる。その後、ブーストされたＲＦ信号を、例えば、ＲＦ通信システムにおいてスイッチ、混合器及び／又はフィルタを駆動することを含む様々な目的のために使用することができる。

【0003】

一以上のＬＮＡを備えるＲＦ通信システムの例は、携帯電話機、タブレット、基地局、ネットワークアクセスポイント、顧客宅内機器（ＣＰＥ）、ラップトップ、及びウェアラブル電子機器を含むがこれらに限られない。

【0004】

ＬＮＡは、広範囲の周波数の信号を増幅するべくＲＦ通信システムに含まれ得る。例えば、第５世代（５Ｇ）通信規格の周波数レンジ１（ＦＲ１）のための約４００ＭＨｚ～約７．１２５ＧＨｚの範囲、又は５Ｇ通信規格の周波数レンジ２（ＦＲ２）のための約２４．２５０ＧＨｚ～約７１．０００ＧＨｚの範囲のような、約３０ｋＨｚ～３００ＧＨｚの周波数範囲にあるＲＦ信号に低雑音増幅を与えるべく、ＬＮＡを使用することができる。

【発明の概要】

【0005】

所定の実施形態において、本開示は携帯デバイスに関する。携帯デバイスは、アンテナ及びフロントエンドシステムを含み、当該フロントエンドシステムは、当該アンテナから受信した無線周波数入力信号を増幅するべく構成される少なくとも一つの増幅トランジスタと、バイアス回路とを含む低雑音増幅器を含み、当該バイアス回路は、基準電流に基づいてバイアス電流を生成するべく構成される電流バイアス回路と、当該バイアス電流に基づいて当該少なくとも一つの増幅トランジスタのために少なくとも一つの入力バイアス電圧を生成するべく構成される電圧バイアス回路とを含む。電流バイアス回路は、基準電流を受信するべく構成される第１バイアストランジスタと、バイアス電流を生成するべく構成される第２バイアストランジスタと、制御ａ第１バイアストランジスタの第１バイアス電圧を制御して第２バイアストランジスタの第２バイアス電圧に整合させるべく構成される増幅器とを含む。

【0006】

様々な実施形態において、電流バイアス回路はさらに、複数の選択スイッチと、当該複数の選択スイッチの対応する一つの選択スイッチによってそれぞれが選択可能な複数の電流ミラーリングトランジスタとを含み、当該複数の電流ミラーリングトランジスタは、第２バイアス電圧によるバイアスを受ける。

【0007】

いくつかの実施形態において、第１バイアストランジスタは、増幅器の第１入力部に接続されるドレインと、当該増幅器の出力部に接続されるゲートとを含み、第２バイアストランジスタは、当該増幅器の第２入力部に接続されるドレインと、当該増幅器の出力部に接続されるゲートとを含む。

【0008】

いくつかの実施形態において、少なくとも一つの増幅トランジスタは共通ソーストランジスタを含み、少なくとも一つの入力バイアス電圧は、当該共通ソーストランジスタのためのゲートバイアス電圧を含む。一定数の実施形態によれば、バイアス回路は、バイアス抵抗器及びバイアス抵抗器バイパススイッチを含み、電圧バイアス回路は、当該バイアス抵抗器と当該バイアス抵抗器バイパススイッチとの並列組み合わせを介して共通ソーストランジスタのゲートにゲートバイアス電圧を与えるべく構成される。様々な実施形態によれば、少なくとも一つの増幅トランジスタはさらに、共通ソーストランジスタに直列のカスコードトランジスタを含み、少なくとも一つの入力バイアス電圧はさらに、カスコードトランジスタのためのカスコードバイアス電圧を含む。

【0009】

いくつかの実施形態において、フロントエンドシステムはさらに、基準電流を生成するべく構成される制御可能電流源を含み、当該制御可能電流源は、利得制御信号に基づいて当該基準電流を制御するように構成される。

【0010】

様々な実施形態において、電圧バイアス回路はさらに、供給電圧とグランド電圧との間に直列の第１電圧バイアストランジスタ及び抵抗器、並びに第１電圧バイアストランジスタのゲートとグランド電圧との間に直列の第２電圧バイアストランジスタ及び第３電圧バイアストランジスタを含む。一定数の実施形態によれば、電圧バイアス回路は、抵抗器にわたる電圧に基づいて少なくとも一つの入力バイアス電圧の第１入力バイアス電圧を生成するべく構成され、第２電圧バイアストランジスタのゲート電圧に基づいて当該少なくとも一つの入力バイアス電圧の第２入力バイアス電圧を生成するべく構成される。

【0011】

所定の実施形態において、本開示は、無線周波数入力信号を増幅するべく構成される少なくとも一つの増幅トランジスタと、基準電流に基づいてバイアス電流を生成するべく構成される電流バイアス回路、及び当該バイアス電流に基づいて当該少なくとも一つの増幅トランジスタのための少なくとも一つの入力バイアス電圧を生成するべく構成される電圧バイアス回路を含むバイアス回路とを含む低雑音増幅器に関する。電流バイアス回路は、基準電流を受信するべく構成される第１バイアストランジスタと、バイアス電流を生成するべく構成される第２バイアストランジスタと、第１バイアストランジスタの第１バイアス電圧を制御して第２バイアストランジスタの第２バイアス電圧に整合させるべく構成される増幅器とを含む。

【0012】

様々な実施形態において、電流バイアス回路はさらに、複数の選択スイッチと、当該複数の選択スイッチの対応する一つの選択スイッチによってそれぞれが選択可能な複数の電流ミラーリングトランジスタとを含み、当該複数の電流ミラーリングトランジスタは、第２バイアス電圧によるバイアスを受ける。

【0013】

いくつかの実施形態において、第１バイアストランジスタは、増幅器の第１入力部に接続されるドレインと、当該増幅器の出力部に接続されるゲートとを含み、第２バイアストランジスタは、当該増幅器の第２入力部に接続されるドレインと、当該増幅器の出力部に接続されるゲートとを含む。

【0014】

いくつかの実施形態において、少なくとも一つの増幅トランジスタは共通ソーストランジスタを含み、少なくとも一つの入力バイアス電圧は、当該共通ソーストランジスタのためのゲートバイアス電圧を含む。一定数の実施形態によれば、バイアス回路は、バイアス抵抗器及びバイアス抵抗器バイパススイッチを含み、電圧バイアス回路は、当該バイアス抵抗器と当該バイアス抵抗器バイパススイッチとの並列組み合わせを介して共通ソーストランジスタのゲートにゲートバイアス電圧を与えるべく構成される。いくつかの実施形態によれば、少なくとも一つの増幅トランジスタはさらに、共通ソーストランジスタに直列のカスコードトランジスタを含み、少なくとも一つの入力バイアス電圧はさらに、カスコードトランジスタのためのカスコードバイアス電圧を含む。

【0015】

様々な実施形態において、低雑音増幅器はさらに、基準電流を生成するべく構成される制御可能電流源を含み、当該制御可能電流源は、利得制御信号に基づいて当該基準電流制御するように構成される。

【0016】

いくつかの実施形態において、電圧バイアス回路は、供給電圧とグランド電圧との間に直列の第１電圧バイアストランジスタ及び抵抗器、並びに第１電圧バイアストランジスタのゲートとグランド電圧との間に直列の第２電圧バイアストランジスタ及び第３電圧バイアストランジスタを含む。一定数の実施形態によれば、電圧バイアス回路は、抵抗器にわたる電圧に基づいて少なくとも一つの入力バイアス電圧の第１入力バイアス電圧を生成するように構成され、第２電圧バイアストランジスタのゲート電圧に基づいて当該少なくとも一つの入力バイアス電圧の第２入力バイアス電圧を生成するように構成される。

【0017】

所定の実施形態において、本開示は無線周波数信号増幅の方法に関する。方法は、低雑音増幅器の少なくとも一つの増幅トランジスタを使用して無線周波数入力信号を増幅することと、当該低雑音増幅器の電圧バイアス回路を使用して少なくとも一つの増幅トランジスタのための少なくとも一つの入力バイアス電圧をバイアス電流に基づいて生成することと、当該低雑音増幅器の電流バイアス回路を使用して当該バイアス電流を基準電流に基づいて生成することとを含み、第１バイアストランジスタを使用して当該基準電流を受信することと、第２バイアストランジスタを使用して当該バイアス電流を生成することと、増幅器を使用して第１バイアストランジスタの第１バイアス電圧を第２バイアストランジスタの第２バイアス電圧に整合するように制御することとを含む。

【0018】

いくつかの実施形態において、第１バイアストランジスタの第１バイアス電圧を第２バイアストランジスタの第２バイアス電圧に整合するように制御することは、第１バイアストランジスタのドレイン・ソース電圧を第２バイアストランジスタのドレイン・ソース電圧に実質的に等しくなるように制御することを含む。

【0019】

いくつかの実施形態において、少なくとも一つの増幅トランジスタのための少なくとも一つの入力バイアス電圧を生成することは、共通ソーストランジスタのためのゲートバイアス電圧を生成することと、当該共通ソーストランジスタに直列のカスコードトランジスタのためのカスコードバイアス電圧を生成することとを含む。

【図面の簡単な説明】

【0020】

本開示の実施形態が、添付図面を参照する非限定的な例を介して以下に記載される。

【0021】

【図1】通信ネットワークの一例の模式的な図である。

【図2A】キャリアアグリゲーションを使用する通信リンクの一例の模式的な図である。

【図2B】図２Ａの通信リンクのためのアップリンクキャリアアグリゲーションの様々な例を示す。

【図2C】図２Ａの通信リンクのためのダウンリンクキャリアアグリゲーションの様々な例を示す。

【図3A】多入力・多出力（ＭＩＭＯ）通信を使用するダウンリンクチャネルの一例の模式的な図である。

【図3B】ＭＩＭＯ通信を使用するアップリンクチャネルの一例の模式的な図である。

【図3C】ＭＩＭＯ通信を使用するアップリンクチャネルの他例の模式的な図である。

【図4A】ビームフォーミングにより動作する通信システムの一例の模式的な図である。

【図4B】送信ビームを与えるビームフォーミングの一例の模式的な図である。

【図4C】受信ビームを与えるビームフォーミングの一例の模式的な図である。

【図5A】低雑音増幅器（ＬＮＡ）の一実施形態の模式的な図である。

【図5B】他実施形態のＬＮＡの模式的な図である。

【図5C】ＬＮＡのための一実施形態のバイアス回路の模式的な図である。

【図6A】一実施形態のＬＮＡ電流バイアス回路の模式的な図である。

【図6B】ＬＮＡ電流バイアス回路のための一実施形態のサーボ増幅器の模式的な図である。

【図6C】ＬＮＡ電流バイアス回路のための他実施形態のサーボ増幅器の模式的な図である。

【図7】一実施形態の制御可能基準電流源の模式的な図である。

【図8】ＬＮＡのための一実施形態の出力整合回路の模式的な図である。

【図9】高速バイアスを備えるＬＮＡの電流対時間のグラフの一例である。

【図10】２つの実装例のＬＮＡの電圧ヘッドルームのグラフの一例である。

【図11】一実施形態の携帯デバイスの模式的な図である。

【図12A】一実施形態のパッケージモジュールの模式的な図である。

【図12B】図１２Ａの１２Ｂ－１２Ｂ線に沿ったパッケージモジュールの断面の模式的な図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

所定の実施形態の以下の詳細な説明は、特定の実施形態の様々な記載を提示する。しかしながら、ここに記載されるイノベーションは、例えば特許請求の範囲により画定かつカバーされる数多くの異なる態様で具体化することができる。本明細書において、同じ参照番号が同一の又は機能的に同様の要素を示す図面が参照される。理解されることだが、図面に示される要素は必ずしも縮尺どおりとは限らない。さらに理解されることだが、所定の実施形態は、図面に示されるよりも多くの要素、及び／又は図面に示される要素の部分集合を含み得る。さらに、いくつかの実施形態は、２つ以上の図面からの特徴の任意の適切な組み合わせも含み得る。

【0023】

国際電気通信連合（ＩＴＵ）は、国連（ＵＮ）の専門機関であり、無線周波数帯の世界的な共用を含む情報通信技術に関する世界的な問題の責任を負っている。

【0024】

第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ（登録商標））は、無線工業会（ＡＲＩＢ）、電気通信技術委員会（ＴＴＣ）、中国通信規格協会（ＣＣＳＡ）、電気通信業界ソリューション同盟（ＡＴＩＳ）、電気通信技術協会（ＴＴＡ）、欧州電気通信規格協会（ＥＴＳＩ）、インド電気通信規格開発協会（ＴＳＤＳＩ）のような、世界中の電気通信規格団体のグループ間での共同プロジェクトである。

【0025】

３ＧＰＰは、ＩＴＵの範囲内で、例えば、第２世代（２Ｇ）技術（例えばグローバルシステム・フォー・モバイルコミュニケーションズ（ＧＳＭ）（登録商標）及びエンハンストデータレート・フォー・ＧＳＭエボリューション（ＥＤＧＥ））、第３世代（３Ｇ）技術（例えばユニバーサルモバイルテレコミュニケーションズシステム（ＵＭＴＳ）及びハイスピードパケットアクセス（ＨＳＰＡ））、第４世代（４Ｇ）技術（例えばロングタームエボリューション（ＬＴＥ）及びＬＴＥアドバンスト）を含む、様々な移動通信技術の技術仕様を開発及び維持する。

【0026】

３ＧＰＰにより管理される技術仕様は仕様リリースによって拡張及び改訂することができる。この仕様リリースは、多数年にわたってよく、かつ、幅の広い新たな機能及び進化を指定してよい。

【0027】

一例において、３ＧＰＰは、リリース１０においてＬＴＥのためのキャリアアグリゲーション（ＣＡ）を導入した。３ＧＰＰは、初期には２つのダウンリンクキャリアを導入したが、リリース１４においては５つまでのダウンリンクキャリア及び３つまでのアップリンクキャリアを含むように拡張した。３ＧＰＰリリースにより与えられる新たな特徴及び進化の他例は、ライセンス・アシステッド・アクセス（ＬＡＡ）、エンハンストＬＡＡ（ｅＬＡＡ）、狭帯域インターネットオブシングス（ＮＢ－ＩＯＴ）、ビークル・ツー・エブリシング（Ｖ２Ｘ）、及びハイパワーユーザ機器（ＨＰＵＥ）を含むがこれらに限られない。

【0028】

３ＧＰＰは、リリース１５において第５世代（５Ｇ）技術のフェーズ１を導入し、リリース１６において５Ｇ技術のフェーズ２を導入した。その後の３ＧＰＰリリースは、５Ｇ技術をさらに進化及び拡張させるであろう。５Ｇ技術はここでは、５Ｇニューラジオ（ＮＲ）とも称する。

【0029】

５ＧＮＲは、ミリメートル波スペクトルによる通信、ビームフォーミング能力、高スペクトル効率波形、低レイテンシ通信、多重ラジオヌメロロジー、及び／又は非直交多重アクセス（ＮＯＭＡ）のような様々な特徴をサポートし又はサポート予定である。かかるＲＦ機能がネットワークに柔軟性を与えてユーザデータレートを向上させるにもかかわらず、かかる特徴をサポートするには一定数の技術的な課題がある。

【0030】

ここでの教示は、ＬＴＥアドバンスト、ＬＴＥアドバンストプロ及び／又は５ＧＮＲのようなアドバンストセルラー技術を使用する通信システムを含むがこれらに限られない多種多様な通信システムに適用可能である。

【0031】

図１は、通信ネットワーク１０の一例の模式的な図である。通信ネットワーク１０は、マクロセル基地局１、スモールセル基地局３、及びユーザ機器（ＵＥ）の様々な例を含む。ユーザ機器（ＵＥ）は、第１携帯デバイス２ａ、無線接続車両２ｂ、ラップトップ２ｃ、静止無線デバイス２ｄ、無線接続列車２ｅ、第２携帯デバイス２ｆ、及び第３携帯デバイス２ｇを含む。

【0032】

基地局及びユーザ機器の特定例が図１に示されるにもかかわらず、通信ネットワークは、多種多様なタイプ及び／又は数の基地局及びユーザ機器を含んでよい。

【0033】

例えば、図示の例において、通信ネットワーク１０はマクロセル基地局１及びスモールセル基地局３を含む。スモールセル基地局３は、マクロセル基地局１と比べて相対的に低い電力、短い距離、及び／又は少ない同時ユーザで動作し得る。スモールセル基地局３はまた、フェムトセル、ピコセル又はマイクロセルと称してもよい。通信ネットワーク１０が２つの基地局を含むように示されるにもかかわらず、通信ネットワーク１０は、これよりも多い又は少ない基地局及び／又は他のタイプの基地局を含むように実装してよい。

【0034】

ユーザ機器の様々な例が示されるにもかかわらず、ここでの教示は、携帯電話機、タブレット、ラップトップ、インターネットオブシングス（ＩｏＴ）デバイス、ウェアラブル電子機器、加入者宅内機器（ＣＰＥ）、無線接続車両、無線リレー、及び／又は多種多様な他の通信デバイスを含むがこれらに限られない多種多様なユーザ機器に適用可能である。さらに、ユーザ機器は、セルラーネットワークにおいて動作する現在利用可能な通信デバイスのみならず、ここに記載されかつ特許請求の範囲に請求される本発明のシステム、プロセス、方法及びデバイスに容易に実装可能な、その後開発される通信デバイスをも含む。

【0035】

図１の例示の通信ネットワーク１０は、例えば４ＧＬＴＥ及び５ＧＮＲを含む様々なセルラー技術を使用する通信をサポートする。所定の実装例において、通信ネットワーク１０はさらに、ＷｉＦｉのような無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）を与えるように適合される。通信技術の様々な例が与えられてきたにもかかわらず、通信ネットワーク１０は、多種多様な通信技術をサポートするように適合され得る。

【0036】

通信ネットワーク１０の様々な通信リンクが図１に描かれている。通信リンクは、例えば、周波数分割二重化（ＦＤＤ）及び／又は時分割二重化（ＴＤＤ）を使用することを含む多種多様な方法で二重化（デュプレクシング）することができる。ＦＤＤは、信号の送信及び受信に異なる周波数を使用するタイプの無線周波数通信である。ＦＤＤは、高いデータレート及び低いレイテンシのような一定数の利点を与えることができる。これとは対照的に、ＴＤＤは、信号の送信及び受信にほぼ同じ周波数を使用するタイプの無線周波数通信であり、送信通信と受信通信とが時間で切り替わる。ＴＤＤには、スペクトルの効率的な使用、及び送受信方向間のスループットの可変的配分のような一定数の利点を与えることができる。

【0037】

所定の実装例において、ユーザ機器は、４ＧＬＴＥ、５ＧＮＲ及びＷｉＦｉ技術の一以上を使用して基地局と通信することができる。所定の実装例において、エンハンスト・ライセンス・アシステッド・アクセス（ｅＬＡＡ）が、一以上のライセンスされた周波数キャリア（例えばライセンスされた４ＧＬＴＥ及び／又は５ＧＮＲ周波数）を、一以上の未ライセンスキャリア（例えば未ライセンスＷｉＦｉ周波数）と集約するべく使用される。

【0038】

図１に示されるように、通信リンクは、ＵＥと基地局との間の通信リンクのみならず、ＵＥ対ＵＥ通信及び基地局対基地局通信をも含む。例えば、通信ネットワーク１０は、（例えばモバイルデバイス２ｇとモバイルデバイス２ｆとの間のような）自己フロントホール及び／又は自己バックホールをサポートするように実装することができる。

【0039】

通信リンクは、多種多様な周波数にわたって動作することができる。所定の実装例において、通信は、６ギガヘルツ（ＧＨｚ）未満の一以上の周波数帯域にわたって及び／又は６ＧＨｚ超過の一以上の周波数帯域にわたって、５ＧＮＲ技術を使用してサポートされる。例えば、通信リンクは、周波数レンジ１（ＦＲ１）、周波数レンジ２（ＦＲ２）、又はこれらの組み合わせを与えることができる。一実施形態において、携帯デバイスの一以上が、ＨＰＵＥ電力クラス仕様をサポートする。

【0040】

所定の実装例において、基地局及び／又はユーザ機器はビームフォーミングを使用して通信する。例えば、ビームフォーミングは、高い信号周波数にわたる通信に関連付けられる高い損失のような、経路損失を克服するべく信号強度を収束させるべく使用することができる。所定の実施形態では、一以上の携帯電話機のようなユーザ機器は、３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚの範囲のミリメートル波周波数帯域において、及び／又は６ＧＨｚ～３０ＧＨｚ、詳しくは２４ＧＨｚ～３０ＧＨｚの範囲の上側センチメートル波周波数において、ビームフォーミングを使用して通信する。セルラーユーザ機器は、例えばＦＲ２－１（２４ＧＨｚ～５２ＧＨｚ）、ＦＲ２－２（５２ＧＨｚ～７１ＧＨｚ）及び／又はＦＲ１（４００ＭＨｚ～７１２５ＭＨｚ）を含む広範囲の周波数を経由してビームフォーミング及び／又は他の技法を使用して通信することができる。

【0041】

通信ネットワーク１０の異なるユーザが、利用可能な周波数スペクトルのような利用可能なネットワークリソースを、多種多様な態様で共有することができる。

【0042】

一例において、一周波数帯域を分割して多重周波数キャリアにするべく周波数分割多重接続（ＦＤＭＡ）が使用される。加えて、一以上のキャリアが特定の一ユーザに配分される。ＦＤＭＡの例は、シングルキャリアＦＤＭＡ（ＳＣ－ＦＤＭＡ）及び直交ＦＤＭＡ（ＯＦＤＭＡ）を含むがこれらに限られない。ＯＦＤＭＡは、利用可能な帯域幅を多数の相互に直交する狭帯域サブキャリアに分割するマルチキャリア技術であり、異なるユーザに別々に配分することができる。

【0043】

共有アクセスの他の例は、周波数リソースを使用するべくユーザに特定のタイムスロットが配分される時分割多重接続（ＴＤＭＡ）、各ユーザに固有の符号を配分することにより周波数リソースを異なるユーザ間で共有する符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）、空間分割による共有アクセスを与えるべくビームフォーミングが使用される空間分割多重接続（ＳＤＭＡ）、多重アクセスを目的としてパワードメインが使用される非直交多重接続（ＮＯＭＡ）を含むが、これらに限られない。例えば、ＮＯＭＡは、同じ周波数、時間及び／又は符号であるが異なる電力レベルにより多数のユーザにサービスを提供するべく使用され得る。

【0044】

エンハンストモバイルブロードバンド（ｅＭＢＢ）は、ＬＴＥネットワークのシステムキャパシティを増加させる技術を言及する。例えば、ｅＭＢＢは、各ユーザに対して少なくとも１０Ｇｂｐｓのピークデータレートかつ最小１００Ｍｂｐｓの通信を言及してよい。超高信頼性低レイテンシ通信（ｕＲＬＬＣ）は、例えば２ミリ秒未満の非常に低いレイテンシの通信のための技術を言及する。ｕＲＬＬＣは、自動運転及び／又は遠隔手術アプリケーション目的のようなミッションクリティカルな通信に使用することができる。大規模機械タイプ通信（ｍＭＴＣ）は、日常的な物体との無線接続に関連付けられる低コストかつ低データレートの通信、例えばインターネットオブシングス（ＩｏＴ）アプリケーションに関連付けられる通信を言及する。

【0045】

図１の通信ネットワーク１０は、ｅＭＢＢ、ｕＲＬＬＣ及び／又はｍＭＴＣを含むがこれらに限られない多種多様なアドバンスト通信機能をサポートするべく使用することができる。

【0046】

図２Ａは、キャリアアグリゲーションを使用する通信リンクの一例の模式的な図である。キャリアアグリゲーションを使用することで、多数の周波数キャリアにわたる通信をサポートすることにより通信リンクの帯域幅を広げることができ、これにより、ユーザデータレートを増加させることができ、フラグメント化されたスペクトル配分を利用することによってネットワーク容量を向上させることができる。

【0047】

図示の例において、通信リンクは、基地局２１と携帯デバイス２２との間に与えられる。図２Ａに示されるように、通信リンクは、基地局２１から携帯デバイス２２へのＲＦ通信に使用されるダウンリンクチャネル（ＤＬ）と、携帯デバイス２２から基地局２１へのＲＦ通信に使用されるアップリンクチャネル（ＵＬ）とを含む。

【0048】

図２ＡがＦＤＤ通信の文脈でキャリアアグリゲーションを示すにもかかわらず、キャリアアグリゲーションはＴＤＤ通信のために使用することもできる。

【0049】

所定の実装例において、通信リンクは、ダウンリンクチャネル及びアップリンクチャネルに対して非対称データレートを与えることができる。例えば、通信リンクは、携帯デバイスへのマルチメディアコンテンツの高速ストリーミングを可能にするべく相対的に高いダウンリンクデータレートをサポートすることができる一方、携帯デバイスからクラウドへのデータアップロードのための相対的に低いデータレートを与えることができる。

【0050】

図示の例において、基地局２１と携帯デバイス２２とは、通信リンクの帯域幅を選択的に増加させるべく使用することができるキャリアアグリゲーションを介して通信する。キャリアアグリゲーションは、同じ動作周波数帯域内に連続キャリアが集約される連続アグリゲーションを含む。キャリアアグリゲーションは不連続でもよく、共通帯域内又は異なる帯域内で周波数が分離したキャリアを含んでもよい。

【0051】

図２Ａに示される例において、アップリンクチャネルは、３つの集約されたコンポーネントキャリアｆ_ＵＬ１、ｆ_ＵＬ２及びｆ_ＵＬ３を含む。付加的に、ダウンリンクチャネルは、５つの集約されたコンポーネントキャリアｆ_ＤＬ１、ｆ_ＤＬ２、ｆ_ＤＬ３、ｆ_ＤＬ４及びｆ_ＤＬ５を含む。コンポーネントキャリアアグリゲーションの一例が示されるにもかかわらず、これよりも多い又は少ないキャリアをアップリンク及び／又はダウンリンクのために集約することができる。さらに、所望のアップリンクデータレート及びダウンリンクデータレートを達成するべく、集約されるキャリアの数を経時的に変化させることもできる。

【0052】

例えば、特定の携帯デバイスに関するアップリンク通信及び／又はダウンリンク通信のために集約されるキャリアの数が、経時的に変化し得る。例えば、集約されるキャリアの数は、デバイスが通信ネットワークを通るように動くときに、及び／又はネットワーク使用状況が経時的に変化するときに、変化し得る。

【0053】

図２Ｂは、図２Ａの通信リンクのためのアップリンクキャリアアグリゲーションの様々な例を示す。図２Ｂは、第１キャリアアグリゲーションシナリオ３１、第２キャリアアグリゲーションシナリオ３２、及び第３キャリアアグリゲーションシナリオ３３を含み、これらは、３タイプのキャリアアグリゲーションを模式的に描く。

【0054】

キャリアアグリゲーションシナリオ３１～３３は、第１コンポーネントキャリアｆ_ＵＬ１、第２コンポーネントキャリアｆ_ＵＬ２、及び第３コンポーネントキャリアｆ_ＵＬ３に対する異なるスペクトル配分を示す。図２Ｂが、３つのコンポーネントキャリアを集約する文脈で示されるにもかかわらず、キャリアアグリゲーションは、これよりも多い又は少ないキャリアを集約するべく使用することもできる。さらに、アップリンクの文脈で示されるにもかかわらず、アグリゲーションシナリオは、ダウンリンクにも適用可能である。

【0055】

第１キャリアアグリゲーションシナリオ３１は、隣接周波数でありかつ共通周波数帯域内にあるコンポーネントキャリアが集約される帯域内連続キャリアアグリゲーションを示す。例えば、第１キャリアアグリゲーションシナリオ３１は、連続して第１周波数帯域ＢＡＮＤ１内に位置するコンポーネントキャリアｆ_ＵＬ１、ｆ_ＵＬ２及びｆ_ＵＬ３の集約を描く。

【0056】

引き続き図２Ｂを参照すると、第２キャリアアグリゲーションシナリオ３２が、非隣接の周波数だが共通周波数帯域内にある２つ以上のコンポーネントキャリアが集約される帯域内不連続キャリアアグリゲーションを示す。例えば、第２キャリアアグリゲーションシナリオ３２は、不連続であるが第１周波数帯域帯域内に位置するコンポーネントキャリアｆ_ＵＬ１、ｆ_ＵＬ２及びｆ_ＵＬ３の集約を描く。

【0057】

第３キャリアアグリゲーションシナリオ３３は、非隣接の周波数でありかつ多数の周波数帯域内にあるコンポーネントキャリアが集約される帯域内不連続キャリアアグリゲーションを示す。例えば、第３キャリアアグリゲーションシナリオ３３は、第１周波数帯域ＢＡＮＤ１のコンポーネントキャリアｆ_ＵＬ１及びｆ_ＵＬ２と、第２周波数帯域ＢＡＮＤ２のコンポーネントキャリアｆ_ＵＬ３との集約を描く。

【0058】

図２Ｃは、図２Ａの通信リンクのためのダウンリンクキャリアアグリゲーションの様々な例を示す。これらの例は、第１コンポーネントキャリアｆ_ＤＬ１、第２コンポーネントキャリアｆ_ＤＬ２、第３コンポーネントキャリアｆ_ＤＬ３、第４コンポーネントキャリアｆ_ＤＬ４及び第５コンポーネントキャリアｆ_ＤＬ５の異なるスペクトル配分のための様々なキャリアアグリゲーションシナリオ３４～３８を描く。図２Ｃが、５つのコンポーネントキャリアを集約する文脈で示されるにもかかわらず、キャリアアグリゲーションは、これよりも多い又は少ないキャリアを集約するべく使用することもできる。さらに、ダウンリンクの文脈で示されるにもかかわらず、アグリゲーションシナリオは、アップリンクにも適用可能である。

【0059】

第１キャリアアグリゲーションシナリオ３４は、連続して同じ周波数帯域内に位置するコンポーネントキャリアの集約を描く。加えて、第２キャリアアグリゲーションシナリオ３５及び第３キャリアアグリゲーションシナリオ３６は、不連続であるが同じ周波数帯域内に位置するアグリゲーションの２つの例を描く。さらに、第４キャリアアグリゲーションシナリオ３７及び第５キャリアアグリゲーションシナリオ３８は、非隣接の周波数でありかつ多数の周波数帯域内にあるコンポーネントキャリアが集約されるアグリゲーションの２つの例を描く。集約されるコンポーネントキャリアの数が増加するにつれて、可能なキャリアアグリゲーションシナリオの複雑性も増加する。

【0060】

図２Ａ～図２Ｃを参照すると、キャリアアグリゲーションにおいて使用される個々のコンポーネントキャリアが、例えば、同じ帯域における又は多数の帯域における周波数キャリアを含む様々な周波数を有し得る。加えて、キャリアアグリゲーションは、個々のコンポーネントキャリアがほぼ同じ帯域幅を有する実装例に適用可能であり、個々のコンポーネントキャリアが異なる帯域幅を有する実装例に対しても適用可能である。

【0061】

所定の通信ネットワークが、アップリンクのためのプライマリコンポーネントキャリア（ＰＣＣ）又はアンカーキャリア、及びダウンリンクのためのＰＣＣを特定のユーザデバイスに配分する。加えて、携帯デバイスが、アップリンク又はダウンリンクのための単数周波数キャリアを使用して通信する場合、当該ユーザデバイスはＰＣＣを使用して通信する。アップリンク通信のための帯域幅を向上させるべく、アップリンクＰＣＣは、一以上のアップリンクセカンダリコンポーネントキャリア（ＳＣＣ）によって集約することができる。加えて、ダウンリンク通信のための帯域幅を向上させるべく、ダウンリンクＰＣＣは、一以上のダウンリンクＳＣＣによって集約することができる。

【0062】

所定の実装例において、通信ネットワークが、各コンポーネントキャリアのためにネットワークセルを与える。加えて、プライマリセルがＰＣＣを使用して動作する一方、セカンダリセルはＳＣＣを使用して動作する。プライマリセル及びセカンダリセルは、キャリアの周波数及び／又はネットワーク環境の違いに起因して、異なるカバレッジエリアを有し得る。

【0063】

ライセンス・アシステッド・アクセス（ＬＡＡ）とは、移動体通信事業者ｉに関連付けられる認可周波数キャリアが、ＷｉＦｉのような未認可スペクトルの周波数キャリアとともに集約されるダウンリンクキャリアアグリゲーションのことである。ＬＡＡが、通信リンクに関連付けられる制御及び信号伝達の情報を搬送する認可スペクトルにおいてダウンリンクＰＣＣを用いる一方、未認可スペクトルが、利用可能な場合に、広いダウンリンク帯域幅のために集約される。ＬＡＡは、セカンダリキャリアの動的調整によって、ＷｉＦｉユーザを回避するべく及び／又はＷｉＦｉユーザと共存するべく動作し得る。エンハンスト・ライセンス・アシステッド・アクセス（ｅＬＡＡ）とは、ダウンリンク及びアップリンクの双方に対して認可及び未認可スペクトルを集約するＬＡＡの進化形のことである。さらに、ＮＲ－Ｕが、５ＧＨｚ帯域（５１５０～５９２５ＭＨｚ）及び／又は６ＧＨｚ帯域（５９２５ＭＨｚ～７１２５ＭＨｚ）を経由してＬＡＡ／ｅＬＡＡの上で動作し得る。

【0064】

図３Ａは、多入力・多出力（ＭＩＭＯ）通信を使用するダウンリンクチャネルの一例の模式的な図である。図３Ｂは、ＭＩＭＯ通信を使用するアップリンクチャネルの一例の模式的な図である。

【0065】

ＭＩＭＯ通信は、多数のデータストリームと同時に通信するべく共通周波数スペクトルを経由して多数のアンテナを使用する。所定の実装例において、データストリームは、受信器におけるデータ受信を強化するべく異なる基準信号によって動作する。ＭＩＭＯ通信は、無線環境の空間的多重化（マルチプレクシング）に起因して高いＳＮＲ、改善されたコーディング、及び／又は信号干渉低減からの利益を受ける。

【0066】

ＭＩＭＯオーダーは、送信又は受信される別個のデータストリームの数を言及する。例えば、ダウンリンク通信のＭＩＭＯオーダーは、基地局の送信アンテナの数、及び携帯デバイスのようなＵＥの受信アンテナの数によって記述することができる。例えば、ツーバイツー（２×２）ＤＬＭＩＭＯは、２つの基地局アンテナ及び２つのＵＥアンテナを使用するＭＩＭＯダウンリンク通信を言及する。加えて、フォーバイフォー（４×４）ＤＬＭＩＭＯは、４つの基地局アンテナ及び４つのＵＥアンテナを使用するＭＩＭＯダウンリンク通信を言及する。

【0067】

図３Ａに示される例において、ダウンリンクＭＩＭＯ通信は、基地局４１のＭアンテナ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、…４３ｍを使用して送信し、携帯デバイス４２のＮアンテナ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、…４４ｎを使用して受信することによって与えられる。したがって、図３Ａは、ｍ×ｎＤＬＭＩＭＯの一例を示す。

【0068】

同様に、アップリンク通信のＭＩＭＯオーダーは、携帯デバイスのようなＵＥの送信アンテナの数、及び基地局の受信アンテナの数によって記述することができる。例えば、２×２ＵＬＭＩＭＯは、２つのＵＥアンテナ及び２つの基地局アンテナを使用するＭＩＭＯアップリンク通信を言及する。加えて、４×４ＵＬＭＩＭＯは、４つのＵＥアンテナ及び４つの基地局アンテナを使用するＭＩＭＯアップリンク通信を言及する。

【0069】

図３Ｂに示される例において、アップリンクＭＩＭＯ通信は、携帯デバイス４２のＮアンテナ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、…４４ｎを使用する送信、及び基地局４１のＭアンテナ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、…４４ｍを使用する受信によって与えられる。したがって、図３Ｂは、ｎ×ｍＵＬＭＩＭＯの一例を示す。

【0070】

ＭＩＭＯのレベル又はオーダーを増加させることによって、アップリンクチャネル及び／又はダウンリンクチャネルの帯域幅を増加させることができる。

【0071】

ＭＩＭＯ通信は、ＦＤＤ通信リンク及びＴＤＤ通信リンクのような様々なタイプの通信リンクに適用可能である。

【0072】

図３Ｃは、ＭＩＭＯ通信を使用するアップリンクチャネルの他例の模式的な図である。図３Ｃに示される例において、アップリンクＭＩＭＯ通信は、携帯デバイス４２のＮアンテナ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、…４４ｎを使用する送信によって与えられる。加えて、アップリンク送信の第１部分が第１基地局４１ａのＭアンテナ４３ａ１、４３ｂ１、４３ｃ１、…４３ｍ１を使用して受信される一方、アップリンク送信の第２部分が第２基地局４１ｂのＭアンテナ４３ａ２、４３ｂ２、４３ｃ２、…４３ｍ２を使用して受信される。加えて、第１基地局４１ａ及び第２基地局４１ｂは、有線、光及び／又は無線のリンクを経由して互いに通信し合う。

【0073】

図３ＣのＭＩＭＯシナリオは、多数の基地局が協調してＭＩＭＯ通信を容易にする一例を示す。

【0074】

図４Ａは、ビームフォーミングにより動作する通信システム１１０の一例の模式的な図である。通信システム１１０は、送受信器１０５、信号コンディショニング回路１０４ａ１、１０４ａ２…１０４ａｎ、１０４ｂ１、１０４ｂ２…１０４ｂｎ、１０４ｍ１、１０４ｍ２…１０４ｍｎ、及びアンテナアレイ１０２を含む。アンテナアレイ１０２は、アンテナ素子１０３ａ１、１０３ａ２…１０３ａｎ、１０３ｂ１、１０３ｂ２…１０３ｂｎ、１０３ｍ１、１０３ｍ２…１０３ｍｎを含む。

【0075】

ミリメートル波キャリア（例えば３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚ）、センチメートル波キャリア（例えば３ＧＨｚ～３０ＧＨｚ）、及び／又は他の周波数キャリアを使用して通信する通信システムが、信号の送信及び／又は受信のためのビームフォーミング及び指向性を与えるべくアンテナアレイを用いることができる。

【0076】

例えば、図示の実施形態において、通信システム１１０は、ｍ×ｎ個のアンテナ素子のアレイ１０２を含み、これらのアンテナ素子はそれぞれが、この実施形態では別個の信号コンディショニング回路によって制御される。省略記号により示されるように、通信システム１１０は、任意の適切な数のアンテナ素子及び信号コンディショニング回路を実装することができる。

【0077】

信号送信について、信号コンディショニング回路が送信信号をアンテナアレイ１０２に与えることができることにより、アンテナ素子から放射される信号が、建設的及び破壊的な干渉を使用して結合し、アンテナアレイ１０２から離れる所与の方向に伝播する強い信号強度を有するビームのような品質を示す集約送信信号を生成する。

【0078】

信号受信の文脈では、信号コンディショニング回路は、受信信号を（例えば受信信号位相を別個に制御することによって）、当該信号が特定の方向からアンテナアレイ１０２に到達するときに多くの信号エネルギーが受信されるように処理する。したがって、通信システム１１０はまた、信号の受信のための指向性も与える。

【0079】

送信ビーム又は受信ビームになる信号エネルギーの相対的濃度を、アレイのサイズを増加させることによって高めることができる。例えば、合焦されて送信ビームになる信号エネルギーが多くなると、その信号は、ＲＦ通信のための十分な信号レベルを与えている間に長い範囲を伝播することができる。例えば、合焦されて送信ビームになる信号エネルギーの比率が大きい信号は、高い実効等方放射電力（ＥＩＲＰ）を示し得る。

【0080】

図示の実施形態において、送受信器１０５は、信号コンディショニング回路に送信信号を与え、かつ、信号コンディショニング回路から受信する信号受信を処理する。図４Ａに示されるように、送受信器１０５は、信号コンディショニング回路の制御信号を生成する。制御信号は、ビームフォーミングを制御するべく送信信号及び／又は受信信号の利得及び位相を制御することのような、様々な機能のために使用することができる。

【0081】

図４Ｂは、送信ビームを与えるビームフォーミングの一例の模式的な図である。図４Ｂは、第１信号コンディショニング回路１１４ａ、第２信号コンディショニング回路１１４ｂ、第１アンテナ素子１１３ａ、及び第２アンテナ素子１１３ｂを含む通信システムの一部分を示す。

【0082】

２つのアンテナ素子及び２つの信号コンディショニング回路を含むように示されるにもかかわらず、通信システムは、付加的なアンテナ素子及び／又は信号コンディショニング回路を含んでよい。例えば、図４Ｂは、図４Ａの通信システム１１０の一部分の一実施形態を示す。

【0083】

第１信号コンディショニング回路１１４ａは、第１位相シフタ１３０ａ、第１電力増幅器１３１ａ、第１低雑音増幅器（ＬＮＡ）１３２ａ、及び電力増幅器１３１ａ又はＬＮＡ１３２ａの選択を制御するスイッチを含む。加えて、第２信号コンディショニング回路１１４ｂは、第２位相シフタ１３０ｂ、第２電力増幅器１３１ｂ、第２ＬＮＡ１３２ｂ、及び電力増幅器１３１ｂ又はＬＮＡ１３２ｂの選択を制御するスイッチを含む。

【0084】

信号コンディショニング回路の一実施形態が示されるにもかかわらず、信号コンディショニング回路の他の実装例も可能である。例えば、一例において、信号コンディショニング回路は、一以上の帯域フィルタ、デュプレクサ、及び／又は他のコンポーネントを含む。

【0085】

図示の実施形態において、第１アンテナ素子１１３ａと第２アンテナ素子１１３ｂとは距離ｄだけ離間される。加えて、図４Ｂには角度θの注釈が付けられている。この例において、θは、送信ビーム方向がアンテナアレイの平面に実質的に垂直である場合に約９０°の値であり、送信ビーム方向がアンテナアレイの平面に実質的に平行である場合に約０°の値である。

【0086】

アンテナ素子１１３ａ、１１３ｂに与えられる送信信号の相対的な位相を制御することにより、所望の送信ビーム角度θを達成することができる。例えば、第１位相シフタ１３０ａは０°の基準値を有し、第２位相シフタ１３０ｂは、約－２πｆ（ｄ／ν）ｃｏｓθラジアンの位相シフトを与えるように制御され得る。ここで、ｆは送信信号の基本周波数であり、ｄはアンテナ素子間の距離であり、νは放射波の速度であり、πは数学定数パイである。

【0087】

所定の実装例において、距離ｄは約λ／２となるように実装される。ここで、λは、送信信号の基本成分の波長である。かかる実装において、第２位相シフタ１３０ｂは、送信ビーム角度θを達成するべく約－πｃｏｓθラジアンの位相シフトを与えるように制御され得る。

【0088】

したがって、位相シフタ１３０ａ、１３０ｂの相対位相は、送信ビームフォーミングを与えるように制御され得る。所定の実装例において、ベース帯域プロセッサ及び／又は送受信器（例えば図４Ａの送受信器１０５）が、ビームフォーミングを制御するべく一以上の位相シフタの位相値及び一以上の制御可能増幅器の利得値を制御する。

【0089】

図４Ｃは、受信ビームを与えるビームフォーミングの一例の模式的な図である。図４Ｃは図４Ｂと同様であるが、図４Ｃが、送信ビームよりもむしろ受信ビームの文脈におけるビームフォーミングを示す点が異なる。

【0090】

図４Ｃに示されるように、第１位相シフタ１３０ａと第２位相シフタ１３０ｂとの相対位相差を、所望の受信ビーム角度θを達成するべくほぼ－２πｆ（ｄ／ν）ｃｏｓθラジアンに等しくなるように選択することができる。距離ｄが約λ／２に対応する実装例において、位相差は、受信ビーム角度θを達成するべく－πｃｏｓθラジアンにほぼ等しくなるように選択することができる。

【0091】

ビームフォーミングを与える位相値のための様々な式が与えられてきたにもかかわらず、アンテナアレイの実装、信号コンディショニング回路の実装、及び／又は無線環境に基づいて選択される位相値のような、他の位相選択値も可能である。

【0092】

ＬＮＡ及びＬＮＡバイアスの例

【0093】

ＬＮＡのバイアスのための装置及び方法がここに与えられる。所定の実施形態において、ＬＮＡは、無線周波数（ＲＦ）入力信号を増幅する少なくとも一つのトランジスタと、バイアス回路とを含む。バイアス回路は、基準電流に基づいてバイアス電流を生成する電流バイアス回路と、当該バイアス電流に基づいて当該少なくとも一つのトランジスタのための少なくとも一つの入力バイアス電圧を生成する電圧バイアス回路とを含む。電流バイアス回路は、基準電流を受信する第１バイアストランジスタと、バイアス電流を生成する第２バイアストランジスタと、第１バイアストランジスタの第１バイアス電圧を制御して第２バイアストランジスタの第２バイアス電圧に整合させる増幅器とを含む。

【0094】

この態様でＬＮＡバイアスを実装することにより、高速なバイアス、バイアス電流の基準電流への正確な整合、回路エリアの狭小化、及び／又は優れた電圧ヘッドリームが達成される。

【0095】

図５Ａは、一実施形態のＬＮＡ２１０の模式的な図である。ＬＮＡ２１０は、増幅トランジスタ２０１、バイアス回路２０２、及び基準電流源２０３を含む。

【0096】

図５Ａに示されるように、増幅トランジスタ２０１は、ＲＦ入力信号ＲＦ_ＩＮを増幅してＲＦ出力信号ＲＦ_ＯＵＴを生成する。加えて、増幅トランジスタ２０１は、バイアス回路２０２が生成するバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳによるバイアスを受ける。一つの増幅トランジスタ２０１が含まれるように示されるにもかかわらず、ＬＮＡ２１０は、ＲＦ入力信号ＲＦ_ＩＮを増幅する一以上の付加的なトランジスタを含んでよい。例えば、一例において、ＬＮＡ２１０は、第１バイアス電圧によるバイアスを受ける共通ソーストランジスタと第２バイアス電圧によるバイアスを受けるカスコードトランジスタとを含むカスコード増幅器として実装される。

【0097】

基準電流源２０３は、バイアス回路２０２に与えられる基準電流Ｉ_ＲＥＦを生成する。基準電流源２０３は、この例において制御可能である。例えば、一例において、基準電流Ｉ_ＲＥＦは、（ＲＦ入力信号ＲＦ_ＩＮに与えられるＬＮＡの増幅量を調整する）利得制御及び／又はトリミングを与えてプロセス、電圧及び／又は温度（ＰＶＴ）の変動のような変動を明らかにするべくデジタル制御可能である。

【0098】

引き続き図５Ａを参照すると、バイアス回路２０２は、電流バイアス回路２０５及び電圧バイアス回路２０６を含む。電流バイアス回路２０５が基準電流Ｉ_ＲＥＦに基づいてバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳを生成する一方、電圧バイアス回路２０６は、バイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳに基づいてバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳを生成する。

【0099】

所定の実装例において、電流バイアス回路２０５は、基準電流Ｉ_ＲＥＦを受信する第１バイアストランジスタと、バイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳを生成する第２バイアストランジスタと、第１バイアストランジスタの第１バイアス電圧を制御して第２バイアストランジスタの第２バイアス電圧に整合させる増幅器２０７とを含む。この態様で電流バイアス回路２０５を実装することにより、バイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの基準電流Ｉ_ＲＥＦへの正確な整合が達成される。さらに、かかる正確な整合は、電流バイアス回路においてカスコードトランジスタを使用することなしに達成することができるので、狭小なエリア、及び／又はＬＮＡ２１０に低い供給電圧レベルで動作することを許容する優れた電圧ヘッドリームを達成することができる。

【0100】

さらに、増幅器２０７を含むことにより、ＬＮＡ２１０を有効にしてＬＮＡ２１０に高速バイアスを与えた後、バイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳは急速に定常状態レベルに到達するようになる。このような適切なバイアスを与える速度により、ＬＮＡ２１０を、迅速にオン又はオフにするこができる。このことは、５ＧＮＲのＴＤＤ帯域に対する送信フレームと受信フレームとの間の遷移の短い時間窓に関連付けられる５Ｇアプリケーションにおいて特に有利となる。

【0101】

図５Ｂは、他実施形態のＬＮＡ２３０の模式的な図である。ＬＮＡ２３０は、共通ソース電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２１１、カスコードＦＥＴ２１２、バイアス回路２１３、入力整合回路２１４、基準電流源２１５、ＤＣブロックキャパシタ２１６、デジェネレーションインダクタ２１７、デジェネレーションバイパススイッチ２１８、出力整合回路２１９、及び減衰器２２０を含む。ＬＮＡ２３０は電力供給電圧Ｖ_ＤＤ及びグランド電圧（グランド）を受信し、ＲＦ入力信号ＲＦ_ＩＮを増幅してＲＦ出力信号ＲＦ_ＯＵＴを生成する役割を果たす。

【0102】

図５Ｂに示されるように、共通ソースＦＥＴ２１１は、入力整合回路２１４及びＤＣブロックキャパシタ２１６を経由してＲＦ入力信号ＲＦ_ＩＮを受信するゲートを含む。共通ソースＦＥＴ２１１のゲート電圧Ｖ_Ｇはまた、バイアス回路２１３からのゲートバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳによるバイアスを受ける。デジェネレーションインダクタ２１７及びデジェネレーションバイパススイッチ２１８は、共通ソースＦＥＴ２１１のソースとグランドとの間に並列に接続され、ソースデジェネレーション（誘導性デジェネレーション）の制御可能量を共通ソースＦＥＴ２１１に与える役割を果たす。カスコードＦＥＴ２１２は、出力整合回路２１９と共通ソースＦＥＴ２１１のドレインとの間に接続され、バイアス回路２１３が生成するカスコードバイアス電圧Ｖ_ＣＡＳによるバイアスを受けるゲートを含む。

【0103】

引き続き図５Ｂを参照すると、減衰器２２０は、出力整合回路２１９により与えられるＲＦ信号に一定制御可能量の減衰を与え、ＬＮＡ２３０のＲＦ出力信号ＲＦ_ＯＵＴを生成する。所定の実装例において、減衰器２２０は、利得制御を目的とする一つのメカニズムを与えるデジタルステップ減衰器（ＤＳＡ）として実装される。減衰器２２０がある程度の利得制御を与えることができるにもかかわらず、ＬＮＡ２３０の他のコンポーネント（例えば基準電流源２１５及び／又はバイアス回路２１３）もまた利得制御を与える。すなわち、ＬＮＡ２３０により与えられる増幅量を制御するべく多重のメカニズムが与えられてよい。

【0104】

基準電流源２１５は、この実施形態においてバイアス回路２１３に与えられる基準電流Ｉ_ＲＥＦを生成する。基準電流源２１５は、この例において制御可能である。

【0105】

図示の実施形態において、バイアス回路２１３は、電流バイアス回路２２１、電圧バイアス回路２２２、バイアス抵抗器２２３、及び抵抗器バイパススイッチ２２４を含む。電流バイアス回路２２１は、基準電流Ｉ_ＲＥＦに基づいてバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳを生成する。いくつかの実装例において、電流バイアス回路２２１は、基準電流Ｉ_ＲＥＦを受信する第１バイアストランジスタと、バイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳを生成する第２バイアストランジスタと、第１バイアストランジスタの第１バイアス電圧を制御して第２バイアストランジスタの第２バイアス電圧に整合させる増幅器２２５とを含む。

【0106】

引き続き図５Ｂを参照すると、電圧バイアス回路２２２は、ゲートバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳ及びカスコードバイアス電圧Ｖ_ＣＡＳを生成し、少なくともゲートバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳがバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳに基づく。カスコードバイアス電圧Ｖ_ＣＡＳはカスコードＦＥＴ２１２のゲートに与えられる。加えて、ゲートバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳは、バイアス抵抗器２２３と抵抗器バイパススイッチ２２４との並列組み合わせを経由して共通ソースＦＥＴ２１１のゲートに与えられる。いくつかの実装例において、ゲートバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳ及びカスコードバイアス電圧Ｖ_ＣＡＳは双方とも、バイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの電流レベルに基づいて変化する電圧レベルを有する。

【0107】

図５Ｂに示されるように、抵抗器バイパススイッチ２２４は、電圧バイアス回路２２２と共通ソースＦＥＴ２１１のゲートとの間の抵抗量を低減するべく選択的にアクティブにされ得る速度制御信号（ＳＰＥＥＤ）によって制御される。したがって、共通ソースＦＥＴ２１１のゲートの充電又は放電に関連付けられる抵抗器キャパシタ（ＲＣ）時定数を、速度制御信号をアクティブにすることによって選択的に低減することができる。この態様でＬＮＡバイアスを実装することにより、高速なゲートバイアス制御及び高いバイアスアイソレーションの利益が達成される。

【0108】

図５Ｃは、図５ＢのＬＮＡ２３０のようなＬＮＡにとっての一実施形態のバイアス回路２６０の模式的な図である。バイアス回路２６０は、電力供給電圧Ｖ_ＤＤ、グランド電圧、速度制御信号（ＳＰＥＥＤ）、利得制御信号（ＧＡＩＮ）、及び基準電流Ｉ_ＲＥＦを受ける。バイアス回路２６０は、共通ソースＦＥＴのゲート電圧Ｖ_Ｇを制御するべく使用されるゲートバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳを生成する。バイアス回路２６０はまた、カスコードＦＥＴにバイアスを与えるべく使用されるカスコードバイアス電圧Ｖ_ＣＡＳも生成する。

【0109】

図示の実施形態において、バイアス回路２６０は、電流バイアス回路２４１、電圧バイアス回路２４２、バイアス抵抗器２２３、及び抵抗器バイパススイッチ２２４を含む。電流バイアス回路２４１は基準電流Ｉ_ＲＥＦを受信してバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳを生成する。電流バイアス回路２４１は、基準電流Ｉ_ＲＥＦを受信する第１バイアスＦＥＴ２４５と、バイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳを生成する第２バイアスＦＥＴ２４６と、第１バイアスＦＥＴ２４５の第１バイアス電圧Ｖａを制御して第２バイアスＦＥＴ２４６の第２バイアス電圧Ｖｂに整合させるサーボ増幅器２４７とを含む。この実施形態において、サーボ増幅器２４７の第１入力（＋）が第１バイアス電圧Ｖａを受信し、サーボ増幅器２４７の第２入力（－）が第２バイアス電圧Ｖｂを受信し、サーボ増幅器２４７の出力が、第１バイアスＦＥＴ２４５及び第２バイアスＦＥＴ２４６のゲートを制御し、第１バイアスＦＥＴ２４５のドレイン・ソース間電圧と第２バイアスＦＥＴ２４６のドレイン・ソース間電圧とを互いに整合させるフィードバックを与える。

【0110】

サーボ増幅器２４７を含むことにより、バイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの基準電流Ｉ_ＲＥＦへの正確な整合が達成される。さらに、電流バイアス回路２４１は、電力供給電圧Ｖ_ＤＤが低電圧レベルで動作することを許容する優れた電圧ヘッドルームを有する。さらに、サーボ増幅器２４７は、第１バイアスＦＥＴ２４５及び第２バイアスＦＥＴ２４６のゲート電圧を適切なバイアスレベルに迅速に設定することにより、ＬＮＡが迅速にオン又はオフになるのを許容する高速バイアスを与える。これは、送信フレームと受信フレームとの間の遷移のための短い時間窓を備えるＴＤＤアプリケーションにとって望ましい。

【0111】

引き続き図５Ｃを参照すると、電流バイアス回路２４２は、電圧源２５０、第１バイアス抵抗器２５１、第２バイアス抵抗器２５２、第１利得制御スイッチ２５３、第２利得制御スイッチ２５４、第１バイアスＦＥＴ２５５、第２バイアスＦＥＴ２５６、第３バイアスＦＥＴ２５７、第４バイアスＦＥＴ２５８、及び第５バイアスＦＥＴ２５９を含む。バイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳは、第１バイアス抵抗器２５１を流れて第１バイアスＦＥＴ２５５のゲート電圧を制御する。第１バイアスＦＥＴ２５５は、第２バイアス抵抗器２５２を流れる電流を与えてバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳを設定する。バイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳはまた、第１利得制御スイッチ２５３及び第２利得制御スイッチ２５４（利得制御信号ＧＡＩＮにより制御される）の設定に基づいて第２バイアスＦＥＴ２５６と第４バイアスＦＥＴ２５８との直列組み合わせ、及び／又は第３バイアスＦＥＴ２５７と第５バイアスＦＥＴ２５９との直列組み合わせを流れる。

【0112】

図５Ｃに描かれないにもかかわらず、（Ｉ_ＢＩＡＳに対応する）当該電流量に基づいて電圧源２５０の電圧レベルを制御し、第２バイアスＦＥＴ２５６及び第３バイアスＦＥＴ２５７のゲート電圧（ひいてはカスコードバイアス電圧Ｖ_ＣＡＳ）を設定するべく、多種多様なバイアススキーム（例えばフィードバックスキーム）を使用することができる。

【0113】

ゲートバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳは、バイアス抵抗器２２３と抵抗器バイパススイッチ２２４との並列組み合わせを介してゲート電圧Ｖ_Ｇを制御するべく使用される。抵抗器バイパススイッチ２２４は、速度制御信号（ＳＰＥＥＤ）によって制御される。

【0114】

図６Ａは、一実施形態のＬＮＡ電流バイアス回路３３０の模式的な図である。電流バイアス回路３３０は、サーボ増幅器３０１、第１バイアスＦＥＴ３０２、第２バイアスＦＥＴ３０３、第１選択可能ミラーリングＦＥＴ３０４、第２選択可能ミラーリングＦＥＴ３０５、第３選択可能ミラーリングＦＥＴ３０６、第４選択可能ミラーリングＦＥＴ３０７、第１選択スイッチ３１４、第２選択スイッチ３１５、第３選択スイッチ３１６、及び第４選択スイッチ３１７を含む。

【0115】

図６Ａに示されるように、第１バイアスＦＥＴ３０２は基準電流Ｉ_ＲＥＦを受信し、第２バイアスＦＥＴ３０３はバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳを生成し、サーボ増幅器３０１は、第１バイアスＦＥＴ３０２の第１バイアス電圧Ｖａを制御して第２バイアスＦＥＴ３０３の第２バイアス電圧Ｖｂに整合させる。加えて、サーボ増幅器３０１の第１入力（＋）が第１バイアス電圧Ｖａを受信し、サーボ増幅器３０１の第２入力（－）が第２バイアス電圧Ｖｂを受信し、サーボ増幅器３０１の出力が、第１バイアスＦＥＴ３０２及び第２バイアスＦＥＴ３０３のゲートを制御し、第１バイアスＦＥＴ３０２のドレイン・ソース間電圧を第２バイアスＦＥＴ３０３のドレイン・ソース間電圧を整合させるフィードバックを与える。

【0116】

選択可能ミラーリングＦＥＴ３０４～３０７は、選択スイッチ３１４～３１７それぞれによって選択的にアクティブにされ、バイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳを増加させて利得制御を与える。すなわち、ミラーリングＦＥＴ３０４～３０７それぞれによって生成される電流Ｉ_Ｂ１、Ｉ_Ｂ２、Ｉ_Ｂ３及び／又はＩ_Ｂ４を、第２バイアスＦＥＴ３０３によって生成される電流に選択的に加えることができる。選択可能ミラーリングＦＥＴ３０４～３０７はアクティブになると、サーボ増幅器３０１によって与えられるフィードバックゆえに第２バイアスＦＥＴ３０３と同じゲートソース間電圧及びソースドレイン間電圧によって動作する。

【0117】

図示の実施形態において、サーボ増幅器３０１は、第１増幅器ＦＥＴ３２１、第２増幅器ＦＥＴ３２２、第１電流源３２３、及び第２電流源３２４を含む。しかしながら、他の実装例も可能である。

【0118】

図６Ｂは、ＬＮＡ電流バイアス 回路のための一実施形態のサーボ増幅器３０１の模式的な図である。図示の実施形態において、サーボ増幅器３０１は、第１増幅器ＦＥＴ３２１、第２増幅器ＦＥＴ３２２、第１電流源３２３、及び第２電流源３２４を含む。この例において、第１増幅器ＦＥＴ３２１及び第２増幅器ＦＥＴ３２２はｐ型である。

【0119】

図６Ｃは、ＬＮＡ電流バイアス回路のための他実施形態のサーボ増幅器３５０の模式的な図である。サーボ増幅器３５０は、第１増幅器ＦＥＴ３４１、第２増幅器ＦＥＴ３４２、第１電流源３４３、及び第２電流源３４４を含む。この例において、第１増幅器ＦＥＴ３４１及び第２増幅器ＦＥＴ３４２はｎ型である。図６Ｃのサーボ増幅器３５０は、図６Ｂのサーボ増幅器３０１の、トランジスタ極性が反転された相補的実装例に対応する。

【0120】

図７は、一実施形態の制御可能基準電流源３９０の模式的な図である。制御可能基準電流源３９０は、バンドギャップ回路３８１、トリミング可能絶対温度比例（ＰＴＡＴ）電流源３８２、制御可能電流ミラー３８３、及び有効スイッチ３８４を含む。

【0121】

バンドギャップ回路３８１は、トリミング可能ＰＴＡＴ電流源３８２にバイアスを与えるべく使用されるバンドギャップ電圧Ｖ_ＢＧを生成する。トリミング可能ＰＴＡＴ電流源３８２は、正確性を高めるべくトリミング制御信号ＴＲＩＭ（この例ではマルチビットデジタル信号）によってトリミング可能なＰＴＡＴ電流Ｉ_ＰＴＡＴを生成する。制御可能電流ミラー３８３は、ＰＴＡＴ電流Ｉ_ＰＴＡＴをミラーリングして基準電流Ｉ_ＲＥＦを生成する。基準電流Ｉ_ＲＥＦは、有効スイッチ３８４が有効信号ＥＮによってアクティブにされるときに出力に与えられる。制御可能電流ミラー３８３は、利得制御信号利得（この例ではマルチビットデジタル信号）によって設定される制御可能利得を有する。

【0122】

図８は、ＬＮＡのための一実施形態の出力整合回路４０の模式的な図である。出力整合回路４１０は、タンクキャパシタＣ_ＴＡＮＫ、タンクインダクタＬ_ＴＡＮＫ、チューニングキャパシタＣ_ＴＵＮＥ、チューニングスイッチＳ_ＴＵＮＥ、及び出力キャパシタＣ_ＯＵＴを含む。出力整合回路４１０は、ＬＮＡの一以上の増幅トランジスタへの接続のためのタンクノードＴＡＮＫ、及び出力信号を与えるための出力ノードＯＵＴを含む。

【0123】

図８に示されるように、タンクキャパシタＣ_ＴＡＮＫとタンクインダクタＬ_ＴＡＮＫとが、出力ノードＯＵＴと供給電圧Ｖ_ＤＤとの間に並列に接続される。加えて、チューニングスイッチＳ_ＴＵＮＥがアクティブ（閉）になると、チューニングキャパシタＣ_ＴＵＮＥがタンクキャパシタＣ_ＴＡＮＫと並列になってタンクキャパシタンスの量が調整される。出力キャパシタＣ_ＯＵＴは、タンクノードＴＡＮＫと出力ノードＯＵＴとの間に接続される。

【0124】

図９は、高速バイアスを備えるＬＮＡの電流対時間のグラフの一例である。このグラフは、図５Ｂの一実装例のＬＮＡ２３０に対応する。図９に示されるように、バイアス電流は、バイアス電流設定の変換に応答して迅速調整可能である。

【0125】

図１０は、２つの実装例のＬＮＡの電圧ヘッドルームのグラフの一例である。グラフは、サーボ増幅器の使用なしのＬＮＡのバイアス電流対ヘッドルーム電圧の第１プロット４５１と、サーボ増幅器を使用しての一実装例のＬＮＡのバイアス電流対ヘッドルーム電圧の第２プロット４５２とを含む。第１プロット４５１に対しては０．８６Ｖが、５００μＡを超えるバイアス電流を維持する最高ヘッドルームである一方、第２プロット４５２に対しては、１Ｖ未満のヘッドルームであっても適切なバイアス電流が維持される。

【0126】

図１１は、一実施形態の携帯デバイス８００の模式的な図である。携帯デバイス８００は、ベース帯域システム８０１、送受信器８０２、フロントエンドシステム８０３、アンテナ８０４、電力管理システム８０５、メモリ８０６、ユーザインタフェイス８０７、及び電池８０８を含む。

【0127】

携帯デバイス８００は、２Ｇ、３Ｇ、４Ｇ（ＬＴＥ、ＬＴＥアドバンスト、及びＬＴＥアドバンストプロ）、５ＧＮＲ、ＷＬＡＮ（例えばＷｉＦｉ）、ＷＰＡＮ（例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）及びＺｉｇＢｅｅ（登録商標））、ＷＭＡＮ（例えばＷｉＭａｘ）、及び／又はＧＰＳ技術を含むがこれらに限られない多種多様な通信技術を使用して通信するように使用することができる。

【0128】

送受信器８０２は、送信のためのＲＦ信号を生成し、アンテナ８０４から受信した入来ＲＦ信号を処理する。理解されることだが、ＲＦ信号の送信及び受信に関連付けられる様々な機能は、図１１においてまとめて送受信器８０２として代表される一以上のコンポーネントによって達成することができる。一例において、所定タイプのＲＦ信号を取り扱うべく別個のコンポーネント（例えば別個の回路又はダイ）を設けてもよい。

【0129】

フロントエンドシステム８０３は、アンテナ８０４に送信し及び／又はアンテナ８０４から受信する信号のコンディショニングを支援する。図示される実施形態において、フロントエンドシステム８０３は、アンテナチューニング回路８１０、複数の電力増幅器（ＰＡ）８０１、複数の低雑音増幅器（ＬＮＡ）８１２、複数のフィルタ８１３、複数のスイッチ８１４、及び信号分割／結合回路８１５を含む。しかしながら、他の実装例も可能である。ＬＮＡ８１２は、ここでの教示に従って実装される一以上のＬＮＡを含み得る。

【0130】

フロントエンドシステム８０３は、送信信号の増幅、受信信号の増幅、信号のフィルタリング、異なる帯域間のスイッチング、異なる電力モード間のスイッチング、送信モード及び受信モード間のスイッチング、信号のデュプレクシング、信号のマルチプレクシング（例えばダイプレクシング又はトライプレクシング）、又はこれらの何らかの組み合わせを含むがこれらに限られない一定数の機能を与えることができる。

【0131】

所定の実装例において、携帯デバイス８００は、キャリアアグリゲーションをサポートするので、ピークデータレートを増加させる柔軟性が得られる。キャリアアグリゲーションは、周波数分割デュプレクシング（ＦＤＤ）及び時間分割デュプレクシング（ＴＤＤ）の双方に使用することができるので、複数のキャリア又はチャネルを集約（アグリゲーション）するべく使用してよい。キャリアアグリゲーションは、同じ動作周波数帯域内に連続キャリアが集約される連続アグリゲーションを含む。キャリアアグリゲーションは不連続でもよく、共通帯域内又は異なる帯域内で周波数が分離したキャリアを含んでもよい。

【0132】

複数のアンテナ８０４は、多種多様なタイプの通信のために使用されるアンテナを含み得る。例えば、アンテナ８０４は、多種多様な周波数及び通信規格に関連付けられる信号の送信及び／又は受信のためのアンテナを含み得る。

【0133】

所定の実装例において、アンテナ８０４は、ＭＩＭＯ通信及び／又はスイッチ式ダイバーシティ通信をサポートする。例えば、ＭＩＭＯ通信は、単数の無線周波数チャネルを経由して多重データストリームを通信する多重アンテナを使用する。ＭＩＭＯ通信は、無線環境の空間的多重化（マルチプレクシング）の違いゆえに、高い信号対雑音比、改善されたコーディング、及び／又は信号干渉低減からの利益を受ける。スイッチ式ダイバーシティとは、特定の時刻に動作する特定のアンテナが選択される通信を称する。例えば、観測ビット誤り率及び／又は信号強度指標のような様々な因子に基づいて一群のアンテナから特定のアンテナを選択するようにスイッチを使用することができる。

【0134】

携帯デバイス８００は、所定の実装例においてビームフォーミングとともに動作し得る。例えば、フロントエンドシステム８０３は、制御可能利得を有する増幅器と、アンテナ８０４を使用する信号の送信及び／又は受信のためのビームフォーミング及び指向性を与えるべく制御可能な位相を有する位相シフタとを含み得る。例えば、信号送信の文脈において、アンテナ８０４に与えられる送信信号の振幅及び位相が、アンテナ８０４から放射される信号が建設的及び破壊的な干渉を使用して結合されるように、制御され、所与の方向に伝播する強い信号強度を有するビームのような品質を示す集約送信信号が生成される。信号受信の文脈において、振幅及び位相は、信号が特定の方向からアンテナ８０４に到達するときに多くの信号エネルギーが受信されるように制御される。所定の実装例において、アンテナ８０４は、ビームフォーミングを強化するべく一以上のアレイのアンテナ素子を含む。

【0135】

ベース帯域システム８０１は、音声及びデータのような様々なユーザ入出力（Ｉ／Ｏ）の処理を容易にするユーザインタフェイス８０７に結合される。ベース帯域システム８０１は、送受信器８０２に送信信号のデジタル表現を与え、これを送受信器８０２が処理して送信用のＲＦ信号が生成される。ベース帯域システム８０１はまた、送受信器８０２により与えられる受信信号のデジタル表現も処理する。図１１に示されるように、携帯デバイス８００の動作を容易にするべく、ベース帯域システム８０１がメモリ８０６に結合される。

【0136】

メモリ８０６は、携帯デバイス８００の動作を容易にするべく及び／又はユーザ情報の格納を与えるべく、データ及び／又は命令の格納のような多種多様な目的のために使用することができる。

【0137】

電力管理システム８０５は、携帯デバイス８００の一定数の電力管理機能を与える。所定の実装例において、電力管理システム８０５は、複数の電力増幅器８１１の供給電圧を制御するＰＡ供給制御回路を含む。例えば、電力管理システム８０５は、電力付加効率（ＰＡＥ）のような効率を改善するべく複数の電力増幅器８１１のうちの一以上に与えられる供給電圧を変化させるように構成してよい。

【0138】

図１１に示されるように、電力管理システム８０５は、電池８０８から電池電圧を受ける。電池８０８は、携帯デバイス８００における使用のための、例えばリチウムイオン電池を含む任意の適切な電池としてよい。

【0139】

図１２Ａは、一実施形態のパッケージモジュール９００の模式的な図である。図１２Ｂは、図１２Ａの１２Ｂ－１２Ｂ線に沿ったパッケージモジュール９００の断面の模式的な図である。

【0140】

パッケージモジュール９００は、無線周波数コンポーネント９０１、半導体ダイ９０２、表面実装デバイス９０３、ワイヤボンド９０８、パッケージ基板９２０、及び封入構造物９４０を含む。パッケージ基板９２０は、中に配置された導体から形成されるパッド９０６を含む。付加的に、半導体ダイ９０２はピン又はパッド９０４を含み、ワイヤボンド９０８は、ダイ９０２のパッド９０４をパッケージ基板９２０のパッド９０６に接続するべく使用される。

【0141】

半導体ダイ９０２は、ここに開示される一以上の特徴に従って実装することができる低雑音増幅器９４５を含む。

【0142】

パッケージング基板９２０は、例えば表面実装キャパシタ及び／又はインダクタを含む無線周波数コンポーネント９０１、半導体ダイ９０２、及び表面実装デバイス９０３のような複数のコンポーネントを受容するように構成される。一実装例において、無線周波数コンポーネント９０１は集積受動デバイス（ＩＰＤ）を含む。

【0143】

図１２Ｂに示されるように、パッケージモジュール９００は複数のコンタクトパッド９３２を含む。複数のコンタクトパッド９３２は、パッケージモジュール９００の、半導体ダイ９０２を取り付けるべく使用される側の反対側に配置される。パッケージモジュール９００をこの態様で構成することにより、携帯デバイスの電話機基板のような回路基板にパッケージモジュール９００を接続することが補助され得る。コンタクトパッド９３２の例は、無線周波数信号、バイアス信号、及び／又は電力（例えば電力供給電圧及びグランド）を半導体ダイ９０２及び／又は他のコンポーネントに与えるように構成することができる。図１２Ｂに示されるように、コンタクトパッド９３２と半導体ダイ９０２との電気接続は、パッケージ基板９２０を介した接続部９３３によって容易となり得る。接続部９３３は、多層積層パッケージ基板のビア及び導体に関連付けられる接続部のような、パッケージ基板９２０を通るように形成される電気経路を表し得る。

【0144】

いくつかの実施形態において、パッケージモジュール９００はまた、例えば保護を与え及び／又は取り扱いを容易にする一以上のパッケージ構造物を含み得る。かかるパッケージ構造物は、コンポーネント及びダイが配置されるパッケージ基板９２０の上に形成されるオーバーモールド又は封入構造物９４０を含み得る。

【0145】

理解されることだが、パッケージモジュール９００がワイヤボンドに基づく電気接続の文脈で描かれるにもかかわらず、本開示の一以上の特徴は、例えばフリップチップ構成のような他のパッケージ構成に実装することもできる。

【0146】

アプリケーション

【0147】

ここでの実施形態の原理及び利点は、低雑音増幅の必要性を有する任意の他のシステム又は装置のために使用することができる。かかる装置の例はＲＦ通信システムを含む。ＲＦ通信システムは、携帯電話機、タブレット、基地局、ネットワークアクセスポイント、顧客宅内機器（ＣＰＥ）、ラップトップ、及びウェアラブル電子機器を含むがこれらに限られない。すなわち、ここでの低雑音増幅器は、消費者用電子製品を含むがこれに限られない様々な電子デバイスに含まれてよい。

【0148】

おわりに

【0149】

文脈が明確にそうでないことを要求しない限り、明細書及び特許請求の範囲全体を通して、「含む」、「備える」等の用語は、排他的又は網羅的な意味とは逆の、包括的な意味で、すなわち「～を含むがこれに限られない」意味で解釈されるべきである。ここで一般に使用される用語「結合」は、２つ以上の要素が、直接に接続されるか、又は一以上の中間要素を経由して接続されるかのいずれかとなり得ることを言及する。同様に、ここで一般に使用される用語「接続」も、２以上の要素が、直接に接続されるか、又は一以上の中間要素を経由して接続されるかのいずれかとなり得ることを言及する。加えて、本願において使用される場合、用語「ここで」、「上」、「下」、及び同様の意味の用語は、本願全体を言及するものとし、本願のいずれか特定の部分を言及するわけではない。文脈上許容される場合、単数又は複数の数を使用する上記の詳細な説明における用語は、それぞれ複数又は単数の数も含み得る。２つ以上の項目のリストを参照する「又は」及び「若しくは」という用語は、その用語の以下の解釈、すなわち、リスト内の項目のいずれか、リスト内の項目のすべて、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。

【0150】

さらに、具体的に記述されない限り、又は使用される文脈内でそうでないと理解されない限り、とりわけ「してよい」、「し得る」、「できる」、「かもしれない」、「例えば」、「のような」等のようなここで使用される条件的言語は一般に、所定の実施形態が所定の特徴、要素、及び／又は状態を含む一方で他の実施形態がこれらを含まないことを意図する。すなわち、かかる条件的言語は一般に、特徴、要素及び／若しくは状態が、一以上の実施形態に必要な任意の態様で存在すること、又は一以上の実施形態が、著者のインプット若しくはプロンプトあり若しくはなしで、これらの特徴、要素及び／若しくは状態が含まれるか否か、若しくは任意の特定の実施形態において行われるべきか否かを決定する論理を必ず含むこと、を含意することが意図されていない。

【0151】

本発明の実施形態の上記説明は、網羅的であることを意図したものではなく、又は上記開示の正確な形態に本発明を限定することを意図したものでもない。本発明の特定の実施形態及び例は、説明目的のために上述されているが、当業者が認識するように、本発明の範囲内で様々な等価な修正例が可能である。例えば、プロセス又はブロックが所与の順序で提示される一方、代替の実施形態が異なる順序でステップを有するルーチンを実行し又はブロックを有するシステムを用いることができ、いくつかのプロセス又はブロックは、削除、移動、追加、細分化、結合及び／又は修正され得る。これらのプロセス又はブロックはそれぞれが、様々な異なる態様で実装してよい。また、プロセス又はブロックは、直列に実行されるように示されることがある一方、これらのプロセス又はブロックは、その代わりに並列に実行されてもよく、又は異なる時刻に実行されてもよい。

【0152】

ここに与えられる本発明の教示は、必ずしも上述のシステムというわけではない他のシステムに適用することができる。上述の様々な実施形態の要素及び作用は、さらなる実施形態を与えるべく組み合わせてよい。

【0153】

本発明の所定の実施形態が記載されてきたが、これらの実施形態は例としてのみ提示されており、本開示の範囲を限定することを意図しない。実際のところ、ここに記載される新規な方法及びシステムは、様々な他の形式で具体化してよく、さらには、ここに記載される方法及びシステムの形式の様々な省略、置換及び変更を、本開示の要旨から逸脱することなく行ってよい。添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物は、本開示の範囲及び要旨に収まるような形式又は修正をカバーすることが意図される。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【外国語明細書】