JP2003511974A

JP2003511974A - 無線データパケット用空間スイッチルータ

Info

Publication number: JP2003511974A
Application number: JP2001530265A
Authority: JP
Inventors: バーガー，ジョゼフ; ローゼンブルス，アーブ
Original assignee: ケアリー・コーポレイション
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2003-03-25
Also published as: IL149083A0; WO2001028162A1; WO2001028162B1; TW552782B; CA2387238A1; FI20020695A

Abstract

(57)【要約】空間的に多様な場所（１２，１３，１４）への送信のためにスケジューリングされたデータパケットが、データパケットをスイッチしかつそれらをネットワークノード間で送信可能なスイッチルータ装置（１９，２０，２１，２２）によって方向付けられる無線電波通信機構である。スイッチングの方向およびタイミングは、パケットのルート宛先から導出される情報およびネットワークのノードの空間的トポロジーによってリアルタイムで制御される。この発明は、データパケットのルーティング、スケジューリングおよびリンク利用可能性の情報に基づいて、無線トランシーバノードがデータパケットを他の無線トランシーバノードに向けて空間的にスイッチするのを可能化するＲＦ焦点合せおよびコリメーティングアンテナ（１１）に結合された、１ＧＨｚよりも上のマイクロ波周波数範囲用の非常に高速の電子制御スイッチアレイフィード（１６，１７，１８）を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】

この発明は、無線通信の分野に一般的に関し、特定的には、高容量無線広帯域
ネットワーク用のスイッチアレイアンテナのためのルータに関する。

【０００２】

【背景技術】

１ＧＨｚから１００ＧＨｚを超える範囲の高周波数での無線通信は、ポイント
・ツー・ポイント（ＰＰ）およびポイント・ツー・マルチポイント（ＰＭＰ）通
信に広く用いられている。これらの高周波数については、空間指向性データ伝送
のために３つのタイプのアンテナが一般的に用いられる。放物線反射器アンテナ
は、固定された狭い空間的方向の伝送に用いられる。扇型ホーンアンテナは、固
定された広域伝送に用いられる。パッチアンテナも、固定された方向への伝送に
用いられる。それらのアンテナの固定ローブパターンは、明確に規定された空間
的セクタに位置されるトランシーバに向けて整列される。一旦データリンクが規
定されると、アンテナは、ＭＡＣ（メディアアクセス制御）層に基づいて、回路
接続形態、ブロードキャスト形態またはポーリング形態のいずれかで、それらの
固定された方向からデータを送受信する。ＰＰおよびＰＭＰシステムでは、各リ
ンクの両側にあるトランシーバのアンテナは互いに面するように整列される必要
があり、アンテナの整列は通常は、最初のリンク稼動開始の間に手作業で行なわ
れる。ＰＭＰリンクを設定する際、両者の場所のアンテナビームは、最大受信信
号に達するように、互いに向けて同時に整列されなければならない。ＰＭＰシス
テムでは、基地局は、たとえば、３６０°をカバーするように位置付けられる９
０°の４つの低利得アンテナなどの、明確に規定されたセクタに放射するように
最初に設定される固定扇型アンテナをしばしば含む。したがって、加入者のアン
テナはその利得を増大させるようにより狭い空間的発散を有し、最大受信を達成
するまで基地局場所に向けて方位および高度を整列される。この整列により、基
地局がその大きな低利得固定扇型アンテナを介して最大伝送信号を受信している
ことも保証される。

【０００３】アンテナが送受信するデータパケットは同じ方向から来ている。ＦＤＭＢ周
波数分割多重またはＴＤＭＢ時分割多重または他の変調技術を用いるＰＭＰシ
ステムの場合、基地局は、セクタの中に位置される特定のトランシーバ専用の情
報をブロードキャストすることができる。同じセクタ中のすべての他のトランシ
ーバはデータを受取ってデコードするが、データがそれらに向けられていないと
わかるとそれを無視する。しかしながら、多くのトランシーバ間でセクタを共有
することにより、同じ周波数で伝送する際、トランシーバ間では限られた量のデ
ータパケットしか同時に転送することができない。

【０００４】両ＰＰリンクまたはＰＭＰシステムで新たな加入者を加える場合の整列のプロ
セスは、サービス活性化に先だってオフラインで行なわれ、受信信号レベルをモ
ニタしながらの正確な機械的調節を含む。ＤＢＳ（直接ブロードキャストシステ
ム、すなわち衛星を用いるＰＭＰ）では、アンテナ整列は地上ＰＭＰシステムと
同じ態様で行なわれる。加入者場所で、アンテナは、良好な信号が検出されるま
で静止衛星に向けて整列され、次にそれはその方向に向けて機械的に固定される
。上述の例のすべてにおいて、アンテナの開口は、通信リンクを確立しかつサー
ビスを開始する前に、ブロードキャスト源に向けてまたは互いに向けて機械的に
整列される。受信信号レベルに基づいて、方向は、ときにはモータ駆動アンテナ
によって機械的に調節され、特定の最大送受信方向に固定される。

【０００５】異なる伝送方向に向けてデータをルーティングするまたは方向付けるのに用い
られる技術は数少ない。最も一般的なのは、各々がそれ自身別個のアンテナを有
する多数のトランシーバを備えた基地局を位置することであり、この場合、各々
のアンテナは異なるセクタをカバーする。基地局のＭＡＣ層は、データパケット
が向けられる加入者トランシーバ場所を含むセクタをカバーするトランスミッタ
へ、ベースバンドでデータをスイッチする。ＰＭＰ基地局では、ホーンアンテナ
などの典型的な扇型アンテナが、水平方向平面の固定された９０、４５、３０ま
たは１５°のローブおよび垂直方向平面の約７°をカバーするように設計される
。一方、加入者アンテナは、水平方向および垂直方向平面に通常は７°未満の同
様の発散を有しながら、はるかに狭いビーム感度、すなわちより高い利得を有す
るように設計される。加入者トランシーバには、ホーンアンテナ、レンズ補正ホ
ーンおよび放物線アンテナが一般的に用いられる。他のＰＭＰシステムは、たと
えば水平方向の１つの偏波で基地局からダウンストリームデータを受信しかつ、
たとえば縦方向の、垂直方向偏波で基地局に向けてアップストリームを送信する
アンテナを備える加入者無線を用い、これによりネットワーク容量を増大させる
。上記例のすべてにおいて、セクタ中の空間的容量はアンテナの整列によって固
定される。

【０００６】整相列アンテナは、他の要素の位相に対する各アンテナ要素の位相を制御する
ことによってビームステアリングを可能にし、こうしてビームステアリングを可
能にする。それらのアンテナは、データパケットのバースト性が課す非常に短い
持続時間で制御するには複雑である。したがって整相列アンテナは現在では、い
くつかの高度なセル方式基地局においてのみ用いられ、音声会話の持続時間がデ
ータパケットよりもかなり長い回路指向型ネットワークなどにおいて、比較的持
続時間の長いデータ伝送のための回路接続を確立する。整相列アンテナは、典型
的に２．５ＧＨｚ未満の低周波数で主に用いられ、多反射環境で高い指向性を獲
得する。高周波数での構成要素、すなわち移相器の複雑性、高コストおよび高損
失のために多数の商用用途向け利用が妨げられる。

【０００７】異なる方向にある異なるトランシーバに向けたデータパケットのスイッチング
のための単純な解決策は、異なる角度、たとえば水平方向平面に位置する異なる
扇型アンテナ間で最終出力エネルギを高速スイッチングして、こうして大きな視
野をカバーすることである。しかしながらこの構成には多数のアンテナ、しかも
その各々が異なる方向に向けられ、多数のトランスミッタおよびそれらのアンテ
ナに供給する接続線を有するアンテナを要求される。ＲＦエネルギは、長い導波
管または同軸を介して各アンテナにスイッチされ次に運搬される必要がある。ス
イッチからアンテナへの距離によって大きな信号減衰が発生し、なおこれはより
高い周波数で増大するのであるが、より増大したアンテナ構造寸法、コストが要
求されかつ、環境的に好ましくない可能性がある。したがって目的は、スイッチ
をアンテナアレイの近くに近接して位置して、高周波数スイッチアンテナアレイ
を用いてミリメートル波の非常に高速のスイッチを制御することである。このこ
とは、高周波ＲＦを変調する高ビットレートパケットが、異なる空間的方向にあ
る異なるトランシーバに向けて効率的にスイッチされるようにするために必要で
ある。

【０００８】

【発明の概要】

任意に分散された無線ノード間の空間でのデータパケットの空間的ルーティン
グの例は、「広帯域無線メッシュトポロジーネットワーク」（“Broadband Wire
less Mesh Topology Network”）と題された、２０００年５月４日発行のＰＣＴ
文書ＷＯ００／２５４８５にバーガーら（Berger et al）によって記載されてい
る。無線ネットワークノードは、送られるおよび／または受けられるべきデータ
パケットのルーティングアドレスに基づいて送信方向および受信方向を選択する
ように設計される。送信または受信方向の選択は、先行する出願に説明されるよ
うに、ネットワークノードのＭＡＣ層のスケジューラが規定するように、瞬間的
に行なわれて、異なる方向に位置されるノードから到着するまたは異なる方向に
位置されるノードに向けて送信されるデータパケットの短いバーストを受入れる
。通信プロトコルは、メッシュ状、樹枝状およびＰＭＰなどのいずれの包括的ト
ポロジーのネットワークノード間でも、空間にルーティングされたパケットのス
ケジューリングをサポートするように設計される。メディアアクセス制御（ＭＡ
Ｃ）層の説明が特に関連する。

【０００９】ここに開示される空間スイッチルータ（ＳＳＲ）は、データパケットをスイッ
チしかつそれらを無線ネットワークノード間で空間的に送信することができるデ
ータパケットスイッチングおよびルーティング装置を設計する方法を記載する。
ＭＡＣ層はリアルタイムでＲＦスイッチングの方向および時間を規定し、これに
より、パケットルート、宛先およびネットワークノードの空間的場所に基づいて
データパケットを方向付ける。先行する出願は、ＲＦスイッチングはスケジュー
ルによって確立され、各ノードに保持され、それにより予約された時間にパケッ
トが空間的に分離された特定のノードから方向付けられかつ受取られると説明し
ている。このＭＡＣプロトコルは、この発明では、送受信タイミングおよび送信
または受信の対応する所望の方向が予めわかっているようなものと仮定される。
しかしながら、パケットのデコードによって得られるアドレスデコードおよびル
ーティング情報とともに、他のパケットプロトコルを用いることができる。

【００１０】ＳＳＲ装置は、一方のノードから他方の近隣のノードへならびに異なる方向お
よび距離に位置される多数のノードからそれらのまわりの他のノードへの、送受
信されたデータパケットのスイッチングを可能にする。データパケット送受信タ
イミングと同期しておよび送受信の方向と同期して、高速の、すなわち数ナノ秒
から数マイクロ秒の範囲の制御信号を一連のマイクロ波スイッチに与えることに
より、高速スイッチングが達成される。高速ＲＦスイッチは、レシーバおよびト
ランスミッタ入力ポート間に大きな分離を与える構成に設計されて、ＲＦ損失を
最小化する。この設計は、出力供給ポートにスイッチが非常に近接するのを可能
にし、非常に高い周波数（＞２０ＧＨｚ）で特に重要である結合および伝送損失
を低減する。ｎ×ｍのスイッチアセンブリ（ｎ＝入力ポート数、ｍ＝出力ポート
数）は、非常に高いマイクロ波周波数（＞２０ＧＨｚ）のために設計された、Ｇ
ａＡｓ集積回路（ＭＭＩＣ）から作られた一連の特注の２×４集積化ＲＦスイッ
チと、焦点合わせおよびコリメーティングアンテナ構造に近接して結合されたス
イッチングアレイアセンブリ構造とに基づいて設計される。

【００１１】この空間スイッチルータ装置の主な特徴は、メッシュトポロジーネットワーク
または樹枝状および／もしくはＰＭＰなどのメッシュトポロジーネットワークの
いずれの他の派生物の中でも多数の分散されたノード間に「コネクションレス」
通信リンクを形成する、その無線空間パケットルーティングおよびスイッチング
能力である。非常に高いマイクロ波周波数では、このシステムは通信ノード間に
見通し線（ＬＯＳ）を必要とすることがある。宛先ノードの特定の方向に向けた
、インターネットプロトコル（ＩＰ）パケットなどのデータパケットの空間的伝
送は、多数ノードが、最小の相互干渉しか伴なわずに同時に同じ周波数帯でかつ
同じ区域中で伝送できるようにする。この同期化されたメッシュネットワークは
、多くのＰＭＰシステムで用いられる一般的な「接続指向型」ネットワークに対
して、ネットワークの利用可能容量を劇的に増大させる。それらのＰＭＰシステ
ムでは、あるセクタでの帯域幅は、アンテナの固定照射パターンによって予め規
定される。この発明の空間スイッチルータ装置は、ＩＰデータパケットトラフィ
ックのバースト性を十分に利用して、高速ルートダイバーシティおよび高速ロー
ドバランシングを実行することができる。

【００１２】この発明は、ＦＣＣ割当ＬＭＤＳ（ローカルマルチポイント配信システム）ス
ペクトル、２７ＧＨｚＢ３１ＧＨｚおよび地域ベースでオペレータに割当て
られる他のスペクトルなどの非常に高い無線周波数に対して最適化される。それ
らの周波数帯は、１０．５ＧＨｚ（英国、南米）、２４．５−２６．５（欧州）
、３８ＧＨｚ−４０ＧＨｚ（米国）などの周波数で大量のデータが配信されるよ
うにする。それらの周波数では伝送線の減衰が非常に高い。したがって、この設
計は、無線周波数で動作するビーム形成光学系装置の多数の焦点合わせおよびコ
リメーティングポートに供給するように設計される多数の供給ポートに近接して
結合される非常に小型のスイッチアレイマトリックスから作られる。この発明に
記載されるビーム形成装置の１つは、１次元、たとえば水平方向焦点合わせデバ
イスを形成する公知の多層屈折率分布型円筒形レンズを含み、他の次元、たとえ
ば垂直方向への発散は、供給ポートホーンの開口サイズによって規定される。こ
の装置設計により、水平方向平面および垂直方向平面に異なる発散を有するビー
ムの形成が可能になる。なお、水平方向平面はスイッチング平面である。

【００１３】この発明の異なるビーム形成装置において、供給ポートは、ＲＦルネベルグレ
ンズなどの多層屈折率分布型球形レンズに供給して、水平方向（スイッチング）
平面および垂直方向平面に同様の発散を有するビームを形成する。両デバイスに
おいて、ビームスイッチングは１２０°を超える角度をカバーし、セクタ内側の
異なる方向からの非常に高い利得および収集効率を得る。ＲＦ搬送波を変調する
データパケットは焦点にスイッチされ、ここで異なる焦点からのビームが宛先方
向にコリメートされる。すべてのビームは同じレンズを共有し、シリンドリカル
または球形レンズの重なり合う開口を用いることにより、無線ノードアンテナの
サイズを大幅に減少させる。より小さなサイズにより、アンテナを介して結合さ
れるＲＦエネルギのより低い損失、より低い重量および環境への最小限の侵入し
か許さない。

【００１４】

【発明を実行するための最良の形態】

図１を参照して、この発明に従う無線ルータトランシーバノードが、ＲＦ光学
系焦点合わせおよびコリメーティング装置に結合されたＲＦスイッチアセンブリ
を組入れて示される。この装置は、球形またはシリンドリカルレンズ形状を有し
得る屈折率分布型ＲＦレンズである。本明細書中で用いられるような「ＲＦ光学
系」という用語は、無線周波数で動作するが、レンズ効果などの、電波に対する
光波効果を有するデバイスを意味する。トランシーバはローカルネットワークと
通信するローカルポート２３を含む。ローカルポート２３および同様の多数のポ
ートは、ＩＳＭ（産業−科学−医療用）バンド（２．４ＧＨｚおよび／もしくは
５．７ＧＨｚ）またはＭＭＤＳスペクトルなどの周波数を介して別個のローカル
アクセス専用の、１０／１００ｂａｓｅＴイーサネット（Ｒ）接続用ツイストペ
ア、光ファイバ接続または無線トランシーバなどの配線接続を組入れてもよい。

【００１５】中央処理装置２２は、ローカルポート２３を介しておよびリモートネットワー
クノードから空中を介して送受信されたデータパケットを処理する。ＣＰＵ２２
は制御信号を供給して、同期タイミングシーケンスでスイッチアセンブリを活性
化し、異なる方向から適切なレシーバに到着したデータパケットおよび送信され
たデータパケットを適切なリモートノード方向に向けてスイッチする。リモート
ノードは、たとえば、方向１２、１３および１４に向けたビーム伝播に対応する
方向などの異なる方向に位置されると仮定する。例としてこの発明で用いられる
ＭＡＣ層は、上述の出願Ｓ．Ｎ．０９／３２８，１０５により十分に記載される
ように、予め確立されたルーティング情報のスケジュール、特にデータパケット
のルーティング経路および宛先、優先度ならびにリンクの利用可能性に基づき、
各ノードでのデータパケットルーティング方向および送信または受信タイミング
を決定する。たとえば、ＲＦレンズに向けて伝播する（ＲＦパルス）によって図
１に示される方向１４と関連のノードから受取られたパケットは保存され、処理
され、ソートされて、ローカルポート２３または方向１２もしくは１３などの他
のリモートノードと関連のノードのいずれかに向けてルーティングされる（方向
１２および１３に伝播する、図１に示された「ＲＦパルス」を参照）。ルーティ
ング情報が予めわからなければ、パケットをデコードして情報を入手しなければ
ならない。

【００１６】レシーバ２１は、ＲＦ低雑音増幅器、ダウンコンバータ、ＩＦレシーバ、アナ
ログ−デジタル変換器および復調器を含む。トランスミッタ２０は、変調器、デ
ジタル−アナログ変換器、ＩＦトランスミッタ、アップコンバータおよびＲＦ電
力増幅器を含む。システム２０および２１は、局部発振器、高周波発振器および
標準的な高周波無線トランシーバ設計に従う位相ロックループも含む。

【００１７】ＲＦマイクロ波スイッチアセンブリ１９はＲＦスイッチのアレイを含み、これ
は図３を参照して後述される。マイクロ波スイッチアセンブリは、中央処理装置
２２が与える制御信号によって活性化される。制御信号は、トランスミッタ２０
が生成する無線周波信号を変調するデータパケットを、フィーダ１６、１７また
は１８などの多数のＲＦフィーダのうち１つにスイッチする。フィーダは標準的
なマイクロ波ホーンであってもよい。それらのフィーダはＲＦ信号をＲＦレンズ
１１の焦点に方向付ける。レンズ１１は好ましくは、米国特許第４，３０９，７
１０号に示されるタイプのルネベルグレンズである。中央処理区域２２からの同
期制御入力に基づいて、高速マイクロ波スイッチは、異なるポート１６、１７、
１８およびその他のものへおよびそれらからデータパケットをルーティングする
。フィーダはＲＦ周波数をレンズ１１付近の焦点に転送する。レンズ１１は、た
とえば、フィーダ１７から方向１２に位置されるリモートノードもしくは複数の
ノードへまたは、フィーダ１６から方向１３へ、ビームをコリメートする。

【００１８】同じフィーダが、異なるアンテナから到着するＲＦマイクロ波エネルギのため
の受信ポートとしても働き得る。たとえば、方向１４のリモートノードからのＲ
Ｆビームは供給ポート１８に向けて焦点合わせされ、同期して、スイッチアセン
ブリ１９によってレシーバ２１に向けてスイッチされる。したがって、データパ
ケットの送受信の両者のために、単一のレンズおよびスイッチアレイアセンブリ
構造を用いて、視野の拡大とともに、トランシーバアンテナのサイズを最小化す
る。時分割二重（ＴＤＤ）モードでは、送受信機能のために同じスイッチアセン
ブリ１９を用い、これによりトランシーバのコストを減じかつ、トランシーバ出
力および入力帯域幅に対する、データパケットに関するバーストの流れのよりよ
い一致を可能にする。

【００１９】ＲＦレンズ１１は、直接にレンズ表面に対する汚れ、氷および雨の蓄積からＲ
Ｆレンズ材料を保護するように設計されたレードーム１５を有する。ヒートシン
ク２４は、トランシーバおよびルータ電子機器が生成する熱を放散する。

【００２０】マイクロ波レンズ１１は、たとえば方向１２、１３および１４などの異なる方
向から、レンズの周のまわりに位置されて１２０°を上回って及び得る広い視野
をカバーする、たとえばフィーダ１７、１６および１８などの導波管フィーダの
中へそれぞれマイクロ波ビームを焦点合わせする。ＲＦエネルギの焦点合わせは
、屈折率の高い層が中心にある、一方が他方のまわりに芯合わせされた屈折率分
布型誘電層手段によって行なわれる。レンズの直径が増すにつれて屈折率は減少
する。屈折率はルネベルグの式に基づくが、球形レンズの屈折率はここで理想的
なイメージング特性を有する。

【００２１】ルネベルグレンズについてのＲＦ周波数屈折率分布ｎ（ｒ）は有限半径ｒにわ
たって延び、以下によって与えられる。

【００２２】ｒ＜１の場合、ｎ（ｒ）＝（２−ｒ²／ａ²）^1/2 式(１）ｒ＞１またはｒ＝１の場合、ｎ（ｒ）＝１式（２）式中、ｒは球（または円筒）の中心からの距離であり、ａは球の（または円筒の
）半径である。ルネベルグレンズは球の対称を用い、異なる方向から到着する光
線のビームに対して、球または円筒表面近くの焦点で最大の集中度を有する。

【００２３】通常は数ミリメートルであるマイクロ波ＲＦ周波数のより長い波長のために、
レンズは、互いの内側に挿入されかつさまざまな段階の屈折率からなる、通常は
ハーフシェルから作られる多数の誘電球形シェルの形成によって通常は実現され
る。

【００２４】この発明では、非対称のビーム形成装置を達成するため、シリンドリカルレン
ズも記載される。このシリンドリカルレンズは図２にも示される。屈折率分布型
多層マイクロ波シリンドリカルレンズは、一方が互いの内側にある、可変の直径
を有する多数の円筒形チューブから作られ、各層の屈折率傾斜は、層の直径が増
すにつれて減少する。コアは、ｎ（ｒ〜０）〜（２）^1/2に接近する最も高い屈
折率を有する円筒形ロッドである。

【００２５】この発明の１次元シリンドリカルマイクロ波レンズ３１の実現例は製造が容易
でありかつ安価である。図２の円筒形設計は、式（１）の円筒径方向寸法ａに対
するレンズの傾斜屈折率変化に基づいて、発散の際に供給ポート３３からの発散
フィードエネルギのコリメーションを可能にする。レンズ３１を形成する多層円
筒形要素を用いることにより、異なる屈折率を有する長いチューブ（たとえば約
１０の異なるタイプのチューブ）を形成すること、それらを互いの内側に挿入す
ることおよび次に円筒を適切な長さの寸法に切断して多数のレンズを生成するこ
とにより、高容積に製造可能なレンズの設計が可能になる。シリンドリカルレン
ズの長さは供給開口のサイズによって規定され、シリンドリカルレンズ内側の垂
直方向ビーム回折と両立するように作られる。

【００２６】図２の円筒形構成の設計においては、垂直方向開口は垂直方向ホーン開口によ
って規定される。これは、円筒形表面に沿ったおよびレンズ軸に平行な細長い焦
平面での源３３からのフィードからの垂直方向ビーム３２の回折を規定する。用
途およびノードをカバーする角度に基づいて、水平方向および垂直方向平面に対
する異なるビーム発散を設計するために、自由度が存在する。

【００２７】球形レンズ設計の場合、同様のビーム発散は水平方向および垂直方向寸法に対
して形成される。出力ポートは導波路フィードまたはパッチフィード設計によっ
て実現可能である。フレアに広がった導波管などの他の技術を用いて、特定の平
面にビーム利得の変化を形成することができる。

【００２８】図２では、ホーン３３は、屈折率分布型シリンドリカルレンズ３１に供給して
いる。図１に示されるように、円筒の付近のセクタに多数のホーンが位置される
。垂直方向平面のビームの発散は、アンテナの円筒の軸に沿って、１つの次元に
のみＲＦビームを拡張するホーン３２を用いて供給ポート３３からのビーム拡張
を制御することによって減じられる。ホーンは、スイッチアレイアセンブリから
レンズ３４の焦点面をつなぐ。ホーン３２の水平方向寸法は、ＲＦ周波数波長の
およそ〜１／２のサイズにより小さく保たれるため、発せられた水平方向ビーム
はシリンドリカルレンズの傾斜屈折率構造によって拡張されかつコリメートされ
るようになる。水平方向の狭いホーン寸法は多数のホーンが並ぶ位置付けを可能
にし、スイッチング平面での高い分解能を達成する。垂直方向の発散３５は通常
は７．５°未満であり、水平方向平面３６、すなわちスイッチング／ステアリン
グ平面のビームの各々ごとに必要な利得に基づいて、異なるサイズに設計可能で
ある。レンズ３１は屈折率分布層にばらつきを有するのがわかる。レンズ３１は
、多数の供給ポート間で部分的に共有される出力開口３７を有する。供給ポート
３３は、スイッチアセンブリから入来しかつ供給ポートホーン３２に延びる入力
偏波されたビーム３８を有し、ここでＥはフィールド偏波（field polarization
）である。

【００２９】レンズの円筒形設計の利点は、水平方向平面、すなわちスイッチング平面に狭
い開口を有する供給ポートを有することでレンズの周の付近で多数の供給ポート
がともに位置するのを可能にし、こうして多数のビームの分解能および利得を増
大することである。各々がスイッチング平面において狭い発散およびより高い利
得（高い空間分解能）を有する多数のナロービームは、同じレンズカバレッジ区
域での同じ周波数の重なった使用を可能にするとともに、目標とされたより狭い
セクタ中でのより高い利得のために、各方向への増大したビットレートも可能に
する。

【００３０】ＲＦビーム偏波は、ホーン導波管フィードの設計またはこれに代えてパッチア
ンテナフィード設計の向きおよび寸法によって規定される。屈折率分布型レンズ
の構成は、システム設計が一方の偏波での送信および垂直方向の（他方の）偏波
での受信を用いる場合の両者の偏波に使用可能である。たとえばＦＤＤ（周波数
分割二重）ＰＭＰ（ポイント・ツー・マルチポイント）システムでは、送信フィ
ードは、同じシリンドリカルレンズを用いる受信フィードよりも上かまたは下に
位置され得る。このように、送受信の両者ともが異なる周波数で同時に起こり得
る。送受信が同時に起こる間に送受信分離をさらに増大させるため、異なる周波
数でおよび異なる偏波で同じことを行ない得る。それらのＰＭＰＦＤＤシステ
ムでは、単一レンズ構成により、基地局場所付近でのセクタ選択における高い分
解能が可能になる。

【００３１】導波管ビームフィーダの代わりに、レンズの焦点に位置されるカーブ付き表面
にＲＦエネルギを方向付ける多数のパッチアンテナのフィードも使用可能である
。パッチアンテナフィードの場合、球形レンズのフィードに対称な寸法のフィー
ドを用いるかまたは、シリンドリカルレンズフィードに非対称の設計を用いる。
あるレンズフィード設計は、サイドローブの抑制のためにアポダイゼーションを
用いる構造も組み入れ得る。

【００３２】シリンドリカルレンズを組み入れる別の設計は、通常は異なる周波数で同時に
信号を送受信するのに使用可能である。この設計は、レシーバのフィードをレン
ズの付近の１つの平面に、トランスミッタのフィードをレシーバフィードの上ま
たは下の平面に位置する。この設計では、レシーバフィードはトランスミッタフ
ィードから分離され、こうして異なるタイミングで同じ周波数でまたは同時に別
の周波数で同時の動作が起こり得る。これにより、周波数分割二重（ＦＤＤ）設
計における送受信ダイプレクサまたはＴＤＤ設計におけるＴ／Ｒ（送信／受信）
スイッチの排除が可能になる。同時の異なる方向からの送受信も分離を増大させ
ることができる。両者の場合、帯域幅の増大とともに、より低いＲＦ損失が達成
される。

【００３３】図３では、データパケットスイッチはスイッチアレイに２×１６のポートを用
いる。２×４、２×８、２×３２などの異なるスイッチ構成は同様の設計概念を
共有しており、使用可能である。２×ｍの指定において、２はトランスミッタか
らおよびレシーバに向けた入力および出力ポートを規定し、ｍはアンテナに向け
たおよびアンテナからの供給ポートの数を規定する。それらのポートは異なる空
間スイッチ方向に対応する。この発明のデータパケットスイッチルータ設計の主
要な利点は、トランスミッタ入力ポート４１およびレシーバ入力ポート５２の送
信信号間で達成される高い分離である。その分離は６０ｄＢを超え、典型的には
７５ｄＢよりも良い。レシーバを飽和させずにまたは電力増幅器の動作点を変え
ずに、データパケットの短いバーストの送信からデータパケットの短いバースト
の受信にスイッチ可能であるためにはこれが必要である。この大きな分離は、ポ
ートの各々の間での分離を３０ｄＢよりも大きくしてスイッチを設計することお
よび、送信スイッチ４０と受信スイッチ５０との間に２×ｍ（ｍ＞１）型スイッ
チ４６、４５、５４、５５を有することによって達成される。一般的に、スイッ
チ４０および５０は、１×ｎまたは２×ｎ型スイッチのいずれかであり得る。２
×ｎのスイッチでは、テスト目的のために余分のポートを用いて、データパケッ
トスイッチアレイの異なるパラメータの外部テスト機器によるモニタリングを可
能にする。異なるポートからトランスミッタテストポート４２および／またはレ
シーバテストポート５１へ信号をルーティングすることを含む、異なるモニタリ
ングおよびテストを行なうことができる。

【００３４】任意の供給ポートがレシーバにスイッチされると、関連のトランスミッタポー
トがスイッチオフされる。こうして、トランスミッタポートと受信信号経路との
間の二重の縦列分離によって分離が達成される。供給ポート４９からの信号がス
イッチ４６のポート４８に供給されるとする。受信信号はスイッチ４６によって
線４７にスイッチされ、受信スイッチ５０に供給される。次にこれは、レシーバ
につながる出力線５２を有するポートへ接続線４７へスイッチされる。トランス
ミッタポート４１は、受信パケットが到着するときにスイッチオフされる。した
がって、ポート４１は３０ｄＢを超える分ポート４４から分離され、ポート４４
はスイッチ４６でもスイッチオフされて、こうしてポート４４とスイッチ４６に
あるどのポートとの間でも３０ｄＢを超えるさらなる分離を加える。したがって
、スイッチ４６の線４７は６０ｄＢを超える分ポート４１から分離される。これ
は、レシーバポート５２とトランスミッタポート４１との間に６０ｄＢよりも大
きな分離をもたらす。

【００３５】トランスミッタからのＲＦ信号は入力ポート４１を介してスイッチ４０に供給
される。入力ポート４１へのデータパケットの到着と同期して、スイッチ４０は
線上の制御信号４０ａによって一瞬イネーブルされて、ポート４１に接続された
その内部入力ダイオードおよび出力ポートの１つにあるダイオードの１つに対す
る電圧を変化させる。データパケットを搬送するＲＦエネルギは、ポートを形成
するスイッチダイオードを介して、アンテナに供給する第２の層のスイッチの１
つに向けて転送される。たとえば、制御電圧は、入力ポート４１に入力されるＲ
Ｆエネルギを、変調されたＲＦをスイッチ４６に転送する伝送線７４に向けてス
イッチする。制御電圧信号も、エネルギを導波管４９に結合するポート４８にＲ
Ｆエネルギをスイッチする制御信号４６ａを用いてスイッチ４６に同期して与え
られる。次に、導波管４９は、方向６５にビームをコリメートするレンズ６１に
供給する。データパケットの持続時間の終わりに制御電圧が変更されて、スイッ
チ４６のポート４８および４４を接続するＲＦ経路ならびにスイッチ４０のポー
ト４２および４１間のＲＦ経路をターンオフする。図６を参照して後述されるよ
うに、方向６５から、ポート４９を介したデータパケットの受信の間に、スイッ
チ４６のポート４８および４４にあるスイッチングダイオードならびにスイッチ
５０にあるポート５２および伝送線４７に接続されたダイオードに制御バイアス
電圧が印加される。これは、レシーバにつながる供給ポート５２への供給ポート
４９の接続を可能化する。

【００３６】送信パケットを方向６２にスイッチすることは、制御信号４０ａをスイッチ４
０におよび５５ａをスイッチ５５に与えることによって同様に行なわれる。した
がって、スイッチアセンブリは、入力ポート４１から、スイッチ５５のポート５
７へ、スイッチ５５の送信ポートへ、次に供給ポート５９につながるポート５８
へ、信号を接続する。

【００３７】方向６２からデータパケットを受信するため、制御信号５０ａおよび５５ａは
、受信スイッチ５０および供給スイッチ５５の両者をスイッチして、方向６２か
らの変調されたＲＦ信号が、供給ポート５９、ポート５８からスイッチ５５のレ
シーバポート５６へおよびそこから、ＲＦレシーバにつながる出力レシーバポー
ト５２へ通過できるようにする。

【００３８】何よりも上述のアレイによってスイッチングルートの異なる組合せが可能であ
る。エネルギを多数の供給ポートに分割することによって多数の方向に同時に送
信できる能力が存在する。

【００３９】この発明は、アンテナ供給ポートに接続する非常に高速のスイッチを含む新た
な２×ｍのポートスイッチアセンブリを用いる。別個の送受信ポートを有するこ
のタイプのスイッチ設計は、高い分離に加えて、ＲＦ信号のループバックの発生
を可能にする。ＲＦ信号のループバックは、たとえば、ポート４１をスイッチ４
０のポート４４におよび、ポート４４をスイッチ４６の線４７へおよび、線４７
をスイッチ５０のポート５２へ、スイッチすることによって可能化される。これ
により、データパケットスイッチアレイの要素および異なるセクションの損失な
らびに機能性の測定が可能になる。

【００４０】図３の設計では、２つの縦列スイッチを介した供給ポートから受信ポート５２
への損失は典型的に５から６ｄＢである。この高い損失の結果の高い雑音数値は
、２×ｍのスイッチの受信ポートに多数の低雑音増幅器（ＬＮＡ）を加えること
によって一部克服され得る。図４はＬＮＡの組み入れを記載した。ＬＮＡ６６は
、信号を受信スイッチ５０に供給するスイッチ５５のポート５６からの信号を増
幅する。同様のＬＮＡは受信スイッチ５０の他のポートに対して存在する。スイ
ッチ４６の出力ポートはＬＮＡ７６を有する。スイッチ４５の出力ポートはＬＮ
Ａ７５を有する。スイッチ５５の出力ポートはＬＮＡ７８を有する。ＬＮＡは比
較的コストが低いため、それらを加える利点は大きい。

【００４１】図５は、より高い電力が必要な場合を記載する。スイッチ４０とスイッチ４５
、４６、５４および５５との間のスイッチアレイに電力増幅器を加えることがで
きる。たとえば、電力増幅器６７はスイッチ４０と５５との間に位置される。電
力増幅器８１、８３および８５は、スイッチ４０およびその前後の伝送線が加え
る損失を克服し得る。電力増幅器のコストはＬＮＡよりも高いため、電力対コス
トの兼ね合いを考慮しなければならない。電力増幅器およびＬＮＡが非常に近接
しているため、結合を避けるには慎重なレイアウトを適用しなければならない。

【００４２】図６を参照して、スター型アレイの６つのダイオード９１、９２、９３、９４
、９５および９６の特注のＧａＡｓＭＭＩＣは、各々がＲＦポート１０１、１
０２、１０３、１０４、１０５および１０６に対応する伝送線に接続される。す
べてのダイオードはバイアスされて、同じ態様で、ポート８１−８６に印加され
るバイアスによって接地に導通されることにより、接続されたＲＦ伝送線を短絡
する。対応するポート８１、８２、８３、８４、８５および８６に制御電圧が印
加されると、ダイオードのＲＦ導通性が減じられ、ＲＦポートから中心１００へ
のＲＦ信号の伝送を可能化する。制御信号が２つのダイオード、たとえば８１お
よび８３に同時に与えられると、ポート１０１からのＲＦ信号はポート１０３へ
およびその逆に流れることができる。ＧａＡｓ集積回路として作製されたこの６
ダイオードスイッチは、２０−４０ＧＨｚ用ミリメートル波スイッチとして用い
られる。このスイッチは２×４のスイッチとして用いられ、４つの出力ポートの
各々をスイッチすることができる。スイッチは、この発明のより大きな２×１６
スイッチの一部である。〜４０ＧＨｚよりも上および〜２０ＧＨｚよりも下の周
波数で動作するスイッチにも同様の設計を適用可能である。

【００４３】制御信号を与えて、任意の２つのダイオード、たとえば９１および９４をスイ
ッチ「オフ」することにより、たとえば対応してポート１０１および１０４など
の１つのＲＦポートから別のポートへ低損失のＲＦ経路が可能化される。このス
イッチにより、どの他のダイオードの組合せも、制御信号が「オフ」であるとき
にスイッチとして働くことが可能になる。〜２０から〜４０ＧＨｚでは、以下の
性能特徴が存在する。すべてのダイオードが「オン」であるとき、ポートからポ
ートへの分離は６０ｄＢよりも大きい。「オフ」の状態にあるポートと「オン」
の状態にあるポートとの間の分離は３０ｄＢよりも大きい。〜２０から〜４０Ｇ
Ｈｚ範囲のスイッチ損失は約１．５ｄＢである。

【００４４】要約すると、この発明は、「ＲＦ光学系焦点合わせおよびコリメーティング装
置」にぴったり近接して多数の供給ポートを有する「ＲＦスイッチアセンブリ」
を含む「データパケット空間スイッチルータ」を記載している。これは、多数の
狭いセクタからのデータパケットの選択的な受信、広い視野をカバーすることお
よび広い視野をカバーする多数の狭いセクタにデータパケットを選択的に送信す
ることを可能にし、同じＲＦ光学系装置およびスイッチアセンブリは、データパ
ケットのルーティング情報に基づいて、データパケットを多数の方向にスイッチ
しかつ多数の方向からデータパケットを受取る。

【００４５】データパケット空間スイッチルータは、無線時分割二重（ＴＤＤ）モードシス
テムまたは周波数分割二重（ＦＤＤ）モードのいずれかの場合に用いられ、メッ
シュトポロジー無線ネットワーク、ＰＭＰシステム（メッシュトポロジーのサブ
セット）ならびに樹枝状システムで実現されて、同じカバレッジ範囲の空間領域
におけるデータの流れを増大させることができる。

【００４６】上記から、ネットワークトポロジーが、この発明の空間スイッチルータに基づ
いて実現され得ることがわかる。さらに、この発明に記載される、データパケッ
ト用空間スイッチルータが、無線データパケットネットワークを含む無線ノード
で用いられると、パケットルーティング情報に基づいたタイミングおよび方向に
よってデータを異なる方向にルーティング可能な新たなタイプのデータパケット
ネットワークを実現可能である。たとえば、サポート可能な新たなネットワーク
トポロジーのいくつかは以下のとおりである。

【００４７】（ａ）メッシュネットワークネットワークノードは「空間スイッチルータ
」を組み入れる。ネットワークノードは多数の近隣のノードと通信することがで
きる。ノードはＴＤＤ（時分割二重）を用いて互いと通信する。ノードは異なる
時間に送受信する。送受信の間隔は、同じ周波数でまたは異なる周波数で行なわ
れ得る。いくつかのネットワーク設計では、送受信の周波数は、（たとえば政府
監督官庁によって）固定される。（官庁は特定のネットワークによる使用のため
に特定の周波数を割当て得る。）ノードは、ＦＤＤ（周波数分割二重）も用いて
互いと通信してもよい。ＦＤＤの場合、ノードは同時に送受信することができる
が、トランスミッタからの信号が受信信号と干渉するのを回避するため、大きな
スペクトル分離を有する異なる周波数を用いる。

【００４８】（ｂ）メッシュ状基地局各基地局は、エッジノードへのポイント・ツー・
マルチポイント分散ノードとしても働く。このタイプの混合ネットワークは２つ
のタイプのノードを含む。第１のグループのノードは、「空間スイッチルータ」
を組み入れかつ「基地局」として動作してデータパケットを第２のグループのノ
ードへおよびそれから通信するメインネットワークノードである。第２のグルー
プのノードはより単純でありかつ先行技術で標準的なものである。これらは、こ
の発明の空間スイッチルータを組み入れないエッジノードまたは「葉ノード」で
ある。それらのノードは通常、固定アンテナローブが規定する単一のセクタを有
し、メインネットワークノードに向けて固定して整列される。第２のグループの
ノードは、各々がメインノードからデータを受取り、データをそのローカルポー
トまたは複数のポートにドロップする。第２のグループのノードはまた、それら
のローカルポートからデータを入手し、メインノードの固定された方向に向けて
送信する。エッジノードから一旦パケットトラフィックを入手すると、グループ
１のメインノードは、トラフィックのデータパケットをそのローカルポートを介
して直接にネットワークバックボーンにドロップしたり、上記（ａ）に記載され
たような無線メッシュ中継ネットワークトポロジーを介して通信する他の基地局
にデータパケットをルーティングしたりまたは、そのセクタの１つに位置される
第２のグループの他のエッジノードにデータパケットをルーティングしたりする
ことができる。

【００４９】記載されたように、より単純な第２のグループのノードは、ルーティング基地
局として動作するメインノードの特定の空間的方向からデータを送受信すること
によって通信する。グループ２のノードの各々は、通常は１つまたはそれ以上の
基地局に向けて機械的に整列された固定ビームを有する。メインノードが加入者
エッジノードと見通し線を有しない場合は、空間スイッチルータを含む別のメイ
ンノードを、メインノードおよび葉ノードと見通し線を有する位置に位置するこ
とができ、これが無線リピータとして働く。ネットワークのポイント・ツー・マ
ルチポイントセクションは、動作区域の動作周波数に対する規制およびシステム
設計に基づいて、ＴＤＤモードまたはＦＤＤモードのいずれかで動作し得る。Ｆ
ＤＤでは、加入者は、第１の周波数で送信することによりメインノード、すなわ
ち基地局と通信し、第２の周波数で情報を受取る。第１のグループの基地局は第
１の周波数を受信し、第２の周波数で送信する。第１のグループのノードの各々
が周波数の組合せを異なるセクタに対して用いて相互の干渉を回避し、ネットワ
ークの中でのデータパケットの最大の流れを促進し得る。

【００５０】（ｃ）基本ポイント・ツー・マルチポイントシステムこのネットワークト
ポロジーの例では、メインノードの第１のグループのメンバーは、基地局として
用いられる、この発明の空間スイッチルータを組み入れる。より単純なグループ
２のノードのメンバーが加入者ノードとして用いられる。メインノードはバック
ボーンへのトラフィックを通信し、より単純な加入者ノードは基地局へおよび基
地局からローカルの加入者へ通信する。このポイント・ツー・マルチポイントト
ポロジー中の空間スイッチルータは、データパケットルーティング情報に基づい
て、空間スイッチルータアンテナがカバーする異なるセクタからおよびそれに向
けて、データパケットの適合性あるルーティングを可能にする。多数のセクタに
より、高い周波数再利用度と、各セクタの内部のより長い距離を許すより高いア
ンテナ利得とが可能になる。異なるセクタには、システム設計およびデータパケ
ットルーティング情報に基づいて、異なる周波数を割当て可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に従うネットワークで用いられるべき球形またはシリン
ドリカル屈折率分布型ＲＦレンズを含む、無線データパケット用の空間スイッチ
ルータ装置を有する無線ノードの上面図である。

【図２】図１の空間スイッチルータ装置で用いられる供給ポートを有する
円筒型ＲＦ光学系焦点合わせおよびコリメーティングアンテナの側面平面図であ
る。

【図３】図１に示された空間スイッチルータ装置で用いられるＲＦスイッ
チアセンブリの平面図である。

【図４】ＲＦスイッチアセンブリ中に低雑音増幅器を有する、図３に従う
上面図である。

【図５】ＲＦスイッチアセンブリ中に電力増幅器を有する、図４に従う上
面図である。

【図６】図３−図５のＲＦスイッチアセンブリで用いられるＲＦスイッチ
の電気的概略図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年１月２８日（２００２．１．２８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【数１】に近い数に向けて変化する異なる屈折率を有して、一方を他方の内側にして多層
球形シェルを含む、請求項５に記載の装置。

【数２】に近い数まで変化する屈折率を有する、請求項８に記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5J020 AA02 BB01 BB08 BB09 BC06 BC13 DA03 DA10 5K033 CC01 DA01 DA17 DB18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】データパケットの送受信タイミングおよび対応する送受信の
方向に関するルーティング情報を有する多数のノードを備える空間的に分離され
た複数のネットワークノードを有するタイプのネットワークにおいて、各ノード
はローカルトランスミッタポートおよびローカルレシーバポートを有し、空間ス
イッチルータ装置は、前記多数のネットワークノードに関連するＲＦスイッチアセンブリと、ＲＦスイッチアセンブリに結合されたＲＦ光学系焦点合せおよびコリメーティ
ングアンテナと、ＲＦスイッチアセンブリとＲＦ光学系およびコリメーティングアンテナとの間
に接続されたＲＦ光学系供給ポートとを含み、これは、ＲＦスイッチアセンブリ
を同期して活性化する制御信号を用いて、ローカルトランスミッタポートからＲ
Ｆ光学系供給ポートに向けておよびＲＦ光学系供給ポートからローカルレシーバ
ポートに向けて、ＲＦ信号を変調するデータパケットをルーティングし、制御信
号は、送受信のタイミングおよび送受信の方向を含む、データパケットのルーテ
ィング情報に基づく、装置。
【請求項２】前記スイッチアセンブリはＲＦ信号増幅手段を有する、請求
項１に記載の装置。
【請求項３】前記信号増幅手段は、供給ポートとレシーバポートとの間に
位置される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】前記信号増幅手段は、ローカルトランスミッタポートと供給
ポートとの間に位置されることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項５】ＲＦ光学系焦点合せおよびコリメーティングアンテナは、Ｒ
Ｆビームを水平方向および垂直方向平面に焦点合せするように設計されたＲＦ屈
折率分布型球形ルネベルグレンズを含み、焦点合せ平面は整列されて、レンズの
付近にセクタに配置された多数の供給ポートに供給する、請求項１に記載の装置
。
【請求項６】ＲＦ屈折率分布型球形ルネベルグレンズは、球の外側表面で
の１に近い値から、レンズの中心に位置される内部球での〜（２）１／２に近い
数に向けて変化する異なる屈折率を有して、一方を他方の内側にして多層球形シ
ェルを含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】ＲＦ光学系焦点合せおよびコリメーティングアンテナは、Ｒ
Ｆビームをシリンドリカルレンズの軸に対して垂直の平面に焦点合せするように
設計されたＲＦ屈折率分布型シリンドリカルレンズを有し、前記焦点合せ平面は
整列されて、レンズの付近にセクタに配置された前記多数の供給ポートに供給す
る、請求項１に記載の装置。
【請求項８】予め定められた態様で異なる屈折率を有して、一方を他方の
内側にして、多層円筒形チューブをさらに含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】チューブは、円筒の外側表面チューブでの１に近い値から円
筒の中心の内部円筒形ロッドでの〜（２）１／２に近い数まで変化する屈折率を
有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】ＲＦビームは、前記屈折率分布型シリンドリカルレンズの
軸に平行なまたはビームスイッチング平面に垂直な平面に発散し、円筒形表面に
沿ったその平面の供給ポートの出力開口の拡張によって規定される、請求項７に
記載の装置。
【請求項１１】供給ポートは、ＲＦレンズ焦平面と一致するように球形レ
ンズ赤道付近に部分的セクタに並べて配置されて、こうして、ビームスイッチン
グ平面に平行な平面におよびビームスイッチング平面に垂直な平面に同様のビー
ム発散を形成するように設計される、導波管フィーダまたはパッチアンテナであ
る、請求項５に記載の装置。
【請求項１２】供給ポートは、ビームスイッチング平面に垂直な平面に拡
張された開口を備えて、これにより、前記垂直方向平面に、ビームスイッチング
平面でのシリンドリカルレンズビーム形成の発散とは独立した発散次元を有する
あるビーム発散を形成するホーン導波管またはパッチアンテナである、請求項７
に記載の装置。
【請求項１３】ある時間にデータパケットを送信し、異なる時間にデータ
パケットを受信するのに同じ供給ポートが用いられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】ＲＦスイッチアセンブリは、異なる空間方向に向けられた
１つまたはそれ以上のアンテナ供給ポートに接続された集積回路スイッチと、ロ
ーカルトランスミッタに繋がる少なくとも１つのトランスミッタ入力ポートと、
ローカルレシーバポートに繋がる少なくとも１つのレシーバ出力ポートとを含む
、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】供給ポートに接続されたＲＦスイッチアセンブリは２×ｍ
の供給スイッチを含み、数２はトランスミッタポートおよびレシーバポートを指
し、数字はＲＦ光学系供給ポートに結合されたスイッチポートを指す、請求項１
に記載の装置。
【請求項１６】供給ポートに供給するスイッチアセンブリは、ｎ×ｍの供
給ポートに結合された２×ｍの供給スイッチも含み、ｎのトランスミッタポート
の各々は、ローカルトランスミッタポートから前記ｎの２×ｍ供給スイッチに向
けてＲＦエネルギをスイッチするさらなるＬ×ｎのトランスミッタスイッチに結
合され、ｎのレシーバポートの各々は、ｎの２×ｍ供給スイッチからローカルレ
シーバポートに向けてＲＦエネルギをスイッチするさらなるＫ×ｎレシーバスイ
ッチに結合される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】Ｌ×ｎトランスミッタスイッチは、少なくとも１つの入力
ポートが少なくとも１つのローカルトランスミッタに接続されたＬによってさら
に規定される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】Ｋ×ｎレシーバスイッチは、少なくとも１つの出力ポート
が少なくとも１つのローカルレシーバに結合されたＫによってさらに規定される
、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】スイッチアセンブリは、レシーバスイッチのｎのポートへ
の結合の前にｎの低雑音増幅器（ＬＮＡ）に結合されるｎの供給スイッチのｎの
レシーバポートをさらに含み、こうして受信信号の雑音数値を改善する、請求項
１６に記載の装置。
【請求項２０】スイッチアセンブリは、ｎの２×ｍ供給スイッチのｎのト
ランスミッタ入力に位置されるｎのＲＦ電力増幅器（ＰＡ）をさらに含み，こう
してＲＦ光学系供給ポートでのＲＦ電力出力レベルを改善させる、請求項１６に
記載の装置。
【請求項２１】トランスミッタスイッチは、トランスミッタポートから前
記ｎの２×ｍ供給スイッチに向けてＲＦエネルギをスイッチする２×ｎスイッチ
をさらに含み、２つのポートのうち１つはＲＦトランスミッタに結合され、２つ
のポートのうち第２のものはトランスミッタテストポートであり、こうして、ロ
ーカルトランスミッタからの入力ＲＦ電力を含む異なるパラメータのモニタを可
能にする、請求項１６に記載の装置。
【請求項２２】レシーバスイッチは、前記ｎの２×ｍ供給スイッチから前
記ローカルレシーバポートに向けてＲＦエネルギをスイッチするための手段をさ
らに含み、供給スイッチは２×ｎのＲＦスイッチであり、２つのポートのうち１
つはローカルレシーバに結合され、第２のポートはレシーバテストポートとして
用いられ、こうして、異なる供給ポートからの受信信号レベルを含む異なるパラ
メータのモニタを可能にする、請求項１６に記載の装置。
【請求項２３】ｎの２×ｍ供給スイッチは、ｍが１から８個のポートの数
と等しくかつｎが１から８個のスイッチの数と等しいときにさらに規定されて、
ｎ×ｍのＲＦ光学系供給ポートに供給し、ここでｎ×ｍは１から６４の間の数と
等しい、請求項１６に記載の装置。
【請求項２４】前記ＲＦスイッチアセンブリは制御信号によってスイッチ
されて、１つまたはそれ以上の方向に位置される１つまたはそれ以上のネットワ
ークノードへの第１の無線周波数での、ＲＦエネルギを変調するデータパケット
の伝送を可能にし、同時に、１つまたはそれ以上の供給ポートのスイッチを可能
にして１つまたはそれ以上のネットワークノードからデータパケットを受信し、
受信データパケットは、第１の無線周波数とは異なる第２の無線周波数でＲＦエ
ネルギを変調する、請求項１に記載の装置。
【請求項２５】低雑音増幅器（ＬＮＡ）は、データパケットがそれらを介
してＲＦレシーバにスイッチされていないときは利得を最小化する制御信号によ
って制御される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２６】高電力増幅器は、データパケットがそれらを介して供給ス
イッチにスイッチされていないときは利得を最小化する制御信号によって制御さ
れる、請求項２０に記載の装置。
【請求項２７】供給ポートは並べて配置されて、各々がスイッチング平面
で約７．５°をカバーする多数のセクタを形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項２８】総計で約１２０°のセクタサイズをカバーする並んだ１６
個の空間セクタを形成する１６のＲＦ光学系供給ポートを有する、請求項２７に
記載の装置。
【請求項２９】供給ポートは並べて配置されて多数のセクタを形成し、各
々がスイッチング平面で約７．５°をおよびスイッチング平面に対して垂直の平
面で約７．５°をカバーする、請求項１に記載の装置。
【請求項３０】供給ポートは、垂直方向に偏波されたビームを供給するよ
うに配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３１】供給ポートは、水平方向に偏波されたビームを供給するよ
うに配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３２】供給ポートの第１の部分は、垂直方向に偏波されたビーム
をローカルトランスミッタから供給するように配置され、供給ポートの第２の部
分は、水平方向に偏波されたビームをローカルレシーバへまたはその逆に受信す
るように配置され、これにより干渉を減じかつ、送信ノードおよび近くに位置さ
れる周波数を用いて同じ区域で動作する受信ノードのあるグループ間での分離を
増大させる、請求項１に記載の装置。
【請求項３３】ＲＦ光学系焦点合せおよびコリメーティングアンテナは、
シリンドリカルレンズ軸に垂直の平面にＲＦビームを焦点合せするＲＦ屈折率分
布型多層シリンドリカルレンズであり、焦点合わせ平面は整列されて、近隣のノ
ードからＲＦエネルギのビームを受けるためのレンズの付近にセクタに配置され
た第１のグループの多数の供給ポートと、第１のグループとは異なるレベルでシ
リンドリカルレンズの付近にセクタに配置された別個の第２のグループの供給ポ
ートとに供給し、第２のグループは近隣のノードに向けてＲＦエネルギの送信ビ
ームを生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項３４】ＲＦ光学系焦点合せおよびコリメーティングアンテナは、
ローカルレシーバに結合されるレシーバスイッチアセンブリに結合される第１の
グループの多数の供給ポートと、ローカルトランスミッタに結合されるトランス
ミッタスイッチアセンブリに結合される前記第２のグループの供給ポートとを備
えて設定される前記ＲＦ光学系供給ポートを有して配置され、第１のグループお
よび第２のグループは異なるＲＦ光学系開口に供給してデータパケットの同時送
受信を可能にする、請求項１に記載の装置。
【請求項３５】ＲＦ光学系焦点合せおよびコリメーティングアンテナは、
以下のものからなる群のうち１つに供給する前記ＲＦ光学系供給ポートを有して
配置され、それらはすなわち、ＲＦエネルギを変調するデータパケットの同時の
または別個の送受信のいずれかのための、別個の球形ルネベルグレンズ、シリン
ドリカルレンズの別個の部分、別個の放物線反射器アンテナ、別個のホーンアン
テナ、別個のパッチアレイアンテナである、請求項１に記載の装置。
【請求項３６】別個の送受信供給ポートは、別個の受信供給ポートから直
接に信号を受信するように位置された低雑音増幅器を有する、請求項３５に記載
の装置。
【請求項３７】データパケットの送受信に別個のＲＦ光学系供給ポートが
用いられ、ＲＦ電力増幅器は送信ＲＦ光学系供給ポートを組入れる、請求項３５
に記載の装置。
【請求項３８】アンテナは多焦点反射器アンテナである、請求項１に記載
の装置。
【請求項３９】ＲＦスイッチアセンブリおよび供給ポートは、別個の送信
ビームおよび受信ビームを形成し、特定のノードで、送信供給ポートのビームは
、受信供給ポートのビームの偏波に対して垂直に偏波される、請求項１に記載の
装置。
【請求項４０】多数のトランシーバノードは前記特定のノードから遠隔の
距離に位置され、トランシーバが受信すべき、第１の偏波で前記ビームを送信す
るための別個の供給ポートは、第１の偏波と関連する供給ポートからビームを受
けかつ、前記特定のノードが送信した第１の偏波に対して垂直の第２の偏波と関
連する供給ポートからビームを受ける、請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】空間的に分離された複数のネットワークノードを有するタ
イプのネットワークは、データパケットの送受信タイミングおよび対応する送受信の方向に関するルー
ティング情報を有する第１の数のノードを含み、各ノードはローカルトランスミ
ッタポートおよびローカルレシーバポートを有し、空間スイッチルータ装置は、前記第１の数のネットワークノードと関連するＲＦスイッチアセンブリと、ＲＦスイッチに結合されたＲＦ光学系焦点合せおよびコリメーティングアンテ
ナと、ＲＦスイッチとアンテナとの間に接続されたＲＦ光学系供給ポートとを有し、
これは、ＲＦスイッチアセンブリを同期して活性化する制御信号を用いて、ＲＦ
信号を変調するデータパケットを、ローカルトランスミッタポートからＲＦ光学
系供給ポートに向けておよびＲＦ光学系供給ポートからローカルレシーバポート
に向けてルーティングし、制御信号は、送受信タイミングおよび送受信の方向を
含む、データパケットのルーティング情報に基づき、さらにネットワークはアンテナが空間的に整列されて、単一の方向に第１の数のノードの中のノード
と通信する第２の数のノードを含み、アンテナは第２の数のノードのローカルト
ランスミッタおよびレシーバポートに接続される、ネットワーク。
【請求項４２】ノードの数は第１および第２のグループのノードに分けら
れ、第１のグループは第２のグループから１つのＲＦ周波数でデータパケットを
受信し、データパケットを第２のＲＦ周波数で第２のグループに送信し、送信周
波数は受信周波数とは異なる、請求項４１に記載のネットワーク。
【請求項４３】第１の数のノードは、ポイント・ツー・マルチポイント構
成の基地局として構成され、第２の数のノード、すなわち単純ノードは加入者ノ
ードとして構成される、請求項４１に記載のネットワーク。
【請求項４４】第１の数のノードの中のノードは第１の周波数で送信しか
つ第２の周波数で受信し、第２の数のノード、すなわち単純ノードは、第２の周
波数で送信しかつ第１の周波数で受信し、第１の周波数は第２の周波数とは異な
る、請求項４１に記載のネットワーク。
【請求項４５】第１の数のノードの中のノードはリピータとして構成され
て、第１の数のノードからのノードと第２の数のノードからのノードとの間でま
たは第２の数のノードからのノードと第２のグループのノードからの別のノード
との間でデータパケットをリピートする、請求項４１に記載のネットワーク。
【請求項４６】第１の数のノードからのノードは、異なるセクタで異なる
周波数を送信しかつ異なるセクタで異なる周波数を受信する、請求項４１に記載
のネットワーク。
【請求項４７】異なるセクタでの送受信のための異なる周波数は動作の間
に変化する、請求項４６に記載のネットワーク。
【請求項４８】異なるセクタの中での前記異なる周波数は、データパケッ
トから導出されるルーティング情報に基づいて時間の中で変化する、請求項４６
に記載のネットワーク。