JP2003526238A - 共同移動アンテナシステム - Google Patents

共同移動アンテナシステム

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JP2003526238A
JP2003526238A JP2001564420A JP2001564420A JP2003526238A JP 2003526238 A JP2003526238 A JP 2003526238A JP 2001564420 A JP2001564420 A JP 2001564420A JP 2001564420 A JP2001564420 A JP 2001564420A JP 2003526238 A JP2003526238 A JP 2003526238A
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オーウェチコ，ユーリ
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HRL Laboratories LLC
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    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
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    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
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    • H04B7/022—Site diversity; Macro-diversity
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Abstract

(57)【要約】 適応型アンテナ・ビームフォーマが呈示されており、上記ビームフォーマは、アンテナアレー１０４に曝される第１の信号ソース１００と第２の信号ソース１０２と周囲雑音信号または他の干渉信号ソース１０６とを含んでいる。混合された信号１０８は、ブラインド・ソース分離プロセッサ１１０に供給される。この場合は独立成分分析エレメントであるブラインド分離プロセッサ１１０は、信号の混合体をブラインドに分離するように構築されたプロセス・グループで構成されている。ブラインド分離プロセッサ１１０は、第１の信号出力１１２、第２の信号出力１１４及び第３の信号出力１１６である３つの出力を供給する。信号出力は各々、それらの個々の信号入力に対応している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本出願は、２０００年２月２９日に米国特許商標局へ提出された「共同移動ア
ンテナシステム」と題する暫定出願第６０／１８５，９０３号の恩典を請求する
ものである。
【０００２】 本発明は概してアンテナを基礎とする通信に関し、より特定的にはアンテナア
レーを基礎とする通信システムに関する。
【０００３】 信号検出アレーのアプリケーションは、雑音抑制、信号強化及び選択的信号抽
出を含む多くの分野に存在する。複数の検出アレーの大部分はプラットフォーム
または等価の構造体上に配置され、予測可能な周知の間隔で分離されている。関
連の信号は、干渉信号及び雑音信号の場合とは物理的に異なる第１の起点ソース
を有している。信号が第１のアレー・センサに当たって以降信号が最終アレーに
当たるまでの時間シフトに注目すれば、異なる物理的起点を有する信号成分を選
択的に増幅する、または減衰させることが可能である。無線周波数の分野では珍
しくないが、プラットフォームには、或る波長または予想されるアプリケーショ
ンに特に適合する他の予め決められた間隔で分離された複数のアンテナより成る
アレーが装備されている。このようなシステムは、単に受信される信号を分離す
るための手段として有効であるだけでなく、有効な指向性信号送信を促進してデ
ータ目標の特異性の増大化を達成し、かつデータ伝送のための使用電力を低減さ
せる手段としてのアプリケーションをも見出している。
【０００４】 多くの状況において、複数のアンテナが配置されるプラットフォームは扱いに
くく、動かしにくい。さらに、山岳地帯、氷河または通常の車によるアクセスが
困難または不可能である地域等の不利な環境においては、プラットフォームをベ
ースとするアンテナアレーは実際的でない。当然ながら、アンテナアレーが最も
有益となるのはこれらの環境においてであることが多い。戦場は、アンテナアレ
ーがアプリケーションを見出すもう１つの領域である。地形による障害は、信号
の散乱、マルチパスによるフェージング問題及び他の信号による意図的かつ偶発
的ジャミングをもたらす。さらに、戦場のような不利なセッティングでは、アン
テナアレーは簡単に敵から標的にされる可能性がある。最後にあらゆるアプリケ
ーションで、従来のアレーは輸送及び遠隔環境での使用が困難である。従って、
十分に効果を発揮するために、アレーは分解された形式で輸送し、使用の前に目
的地で組み立て直す必要のある場合が多い。これは、予想ユーザに困難をもたら
す可能性があり、ユーザはしばらく通信サービスを効果的に拒否され、組立てプ
ロセスの間は当該環境に曝される可能性がある。
【０００５】 従って、容易に輸送することが可能で、機能が強固であり、破壊されにくく、
動的環境における使用に適したアンテナアレーが必要とされている。
【０００６】 本発明は、容易に輸送することが可能で、機能が強固であり、破壊されにくく
、動的環境における使用に適したアンテナアレーを提供する。本発明は、アレー
・エレメントのアドホック・アッセンブリが機能的なアンテナアレーを形成する
ことを可能にする。アドホック構造体は、各アンテナが異なる非即時的ロケーシ
ョンにあることを可能にし、しかも複数のアンテナが共同してファンクション・
アレーを形成することを可能にする。
【０００７】 本発明の一実施形態は、少なくとも１つのチャネル上で電磁放射線を送受信す
るように構成された複数のローカル・ノードを含んでいる。複数のローカル・ノ
ードには、ブラインド・ソース分離エレメントが機能的に配線されている。この
ブラインド・ソース分離エレメントは、中央ロケーションにおいて、１つのノー
ド内に物理的に位置づけられる場合もあり、複数のノード間に分配される場合も
ある。後者の場合、中央のプロセッサは複数のノードの計算リソースを利用する
ことも可能である。さらに、複数のノードから距離を隔ててホスト・ノードが存
在する。ホスト・ノードは複数のローカル・ノードと通信できるようにリンクさ
れ、少なくとも１つのチャネル上で電磁放射線を送受信するように構成されてい
る。送信される電磁放射線は、最初に、かつその後は定期的な間隔で基準信号を
包含する。ホスト・ノードは基準信号を複数のローカル・ノードに送信するよう
に構成され、ローカル・ノードは、基準信号を、当該ノードが着信信号を分離し
かつ着信信号をホスト・ノードから選択的に絶縁できるようにブラインド・ソー
ス分離ユニットを構成するための手段として利用すべく構成されている。最終的
に複数のノードは、ブラインド・ビーム形成技術を使用して、ホスト・ノードと
の間でデータ信号の有向的な送受信を行うことができる。
【０００８】 本発明の他の実施形態では、第１の複数のローカル・ノードが組織化された静
的アレーを構成している。この状況では、ノードは一旦配置されるとそのまま定
位置で静的であることが許容される。代替として、ノードは、組織化された動的
アレー、ランダムな静的アレー及びランダムな動的アレーであることも可能であ
り、また１つの構成から他の構成へリアルタイムで遷移するものである場合もあ
る。
【０００９】 本発明の他の実施形態では、ホスト・ノードは局部的に第２の複数のノードと
インタフェースされ、第１の複数のローカル・ノードのうちの１つはこの第２の
複数のノードに対するホスト・ノードとして機能する。従って、ホスト・ノード
もまたアンテナアレーに帰属する。
【００１０】 本発明の他の実施形態では、基準信号を使用してブラインド・ソース分離エレ
メントの性能が最適化され、複数のビーム形成係数が基準信号を使用して第１の
複数のローカル・ノードによって作成され、第１の複数のローカル・ノードによ
り複数のビーム形成係数を使用して仮想アンテナアレーが形成され、これにより
、第１の複数のローカル・ノードが電磁放射線を有向的に送受信する。
【００１１】 本発明の他の実施形態では、基準信号は、ブラインド・ソース分離プロセッサ
が迅速にアルゴリズムの収束を達成することが可能であり、かつ第１の複数のロ
ーカル・ノードは変化する受信パターン及び相対動作効果に迅速に適合できるよ
うに最適化される。
【００１２】 本発明のさらに他の実施形態では、データ信号を含む電磁放射線はデータ信号
の質が予め決められた限界値よりも低下するまで送受信され、低下した時点で新
規基準信号が送信される。この実施形態は、複数のノードが互いに相関的に、ま
たはホスト・ノードの移動に対して動作関係にあるような状況において特定のア
プリケーションを見出すと思われる。当然ながら、ホスト・ノードに対する相関
動作は、ホスト・ノード、またはホスト・ノードと第１の複数のローカル・ノー
ド、もしくは単に第１の複数のローカル・ノードによる移動を除外するものでは
ない。
【００１３】 本発明の目的、特徴及び優位点は、以下の図面を参照した本発明の好適な実施
形態に関する下記の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【００１４】 本発明は、共同移動アンテナ・システムを供給する方法及び装置を提供する。
参照される図面との関連で行う以下の説明は、当業者の一人が本発明を利用しか
つこれを特定のアプリケーションのコンテキストに組み込むことを可能にすべく
呈示されている。当業者には、様々な修正及び異なるアプリケーションにおける
多様な使用法が容易に明らかとなるであろう。また、本明細書で定義された一般
原理は、広範な実施形態に適用することができる。従って、本発明は呈示された
実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示された原理及び新規特徴に
一致する最も広い範囲で画定されるべきものである。さらに、他に明確な記述の
ない限り、本明細書に含まれる図面は本発明の概念の質的図解として呈示された
概略的なものであり、特定の縮尺で描かれたものではない点は留意されなければ
ならない。
【００１５】 本発明は、複数のアンテナまたは１つのローカルなアンテナ・グループが共同
で信号を送受信することを可能にすべく構成された方法及び装置を提供する。ア
ンテナが他のアンテナまたはそのデータ目標に対して相対移動する場合、その相
対動作は、アンテナの位置または軌道を認識する、または測定する必要なしに自
動的に補償されることが可能である。これは、独立成分分析（ＩＣＡ）を基礎と
するブラインド・ソース分離（ＢＳＳ）と、ローカル・グループが通信を希望す
る相手であるリモート・ユニットによって送信される基準信号との組合せを使用
して行われる。
【００１６】 本発明の特徴は、基準信号を使用してＢＳＳアルゴリズムの性能を最適化する
ことにある。基準信号を使用してローカル・グループにより形成された仮想アン
テナアレーのためのビーム形成係数は、次いで情報を運ぶ信号の送受信に使用さ
れることが可能である。最適化された基準信号を使用すれば、ＢＳＳアルゴリズ
ムはかなり少数のサンプル使用で収束することが可能であり、よって変化する通
信チャネル及び相対動作効果に極めて迅速に適合することが可能である。次に情
報信号は、新規基準信号ブロックが送信されなければならないほどチャネルが十
分に変化するまで送信または受信される。こうして各々が単純なトランシーバと
アンテナとを含む移動ユニットのローカル・グループは、電力とローカル・グル
ープのアンテナ空間ダイバーシティ・リソースとを組み合わせて遠隔のユニット
またはホストと通信することのできる仮想アンテナアレーへと形成されることが
可能である。ソース分離アルゴリズムは「ブラインド」式であるため、移動ユニ
ットの位置の認識は不要である。この発明は、ホスト・ユニットが協力的である
こと、または基準信号を送信することを要求する。
【００１７】 複数の移動ユニットのアンテナ・ビーム形成リソースが共通の目的を達成する
ために組み合わされる共同通信のためのこのケイパビリティは、戦略的及び監視
アプリケーションを含むアドホック無線ネットワークにとって多くの優位点を有
している。これはまた、ローカル移動グループによる衛星との通信強化をも見込
んだものである。
【００１８】 共同アンテナのシステムは、強化されたアンテナ利得及び干渉抑制のためのア
ドホック仮想アンテナアレーを形成することにより、移動ユニットのアドホック
・ネットワークがバッテリ電力及び空間ダイバーシティを含む通信リソースを共
有することを可能にする。次に仮想アンテナアレーは、遠隔のホストとの通信等
の移動ユニットのローカル・グループの共通の目的を達成するために使用される
ことが可能である。グループ内でリソースを共用することにより、各移動ユニッ
トはその電力要件を低減させ、かつバッテリ寿命を延ばすことができる。
【００１９】 本発明は、遠距離のホストまたは基地局と通信する必要のある移動無線トラン
シーバのアドホック・ネットワークにおいて特にアプリケーションを見出すもの
である。例えば、本発明は、戦術的な戦場ユニットと司令部との間の通信を強化
する。マイクロセンサの分散型アドホック・アレーは、共同アンテナを使用して
頭上の無人機（ＵＡＶ）、航空機または衛星と通信することができる。
【００２０】 携帯電話は、未使用のアンテナ・リソースを求めて近くの電話にポーリングを
行なうことが可能であり、利用可能であればそれらを使用してセル・サイトの基
地局と通信する。共に高速道路を走行中である自動車上の複数の未使用のアンテ
ナ・リソースは組み合わされることが可能であり、かつ衛星またはローカル基地
局もしくはローカル無線インターネット・サーバとの通信に使用されることが可
能である。
【００２１】 屋内の無線ネットワークにおける複数のノードは、協力して互いに信号を送信
することが可能であり、これにより、マルチパス及び壁及び他の障害に起因する
減衰による影響が低減される。要するに本発明は、アドホック無線ネットワーク
がネットワークの複数のノード間のアンテナ・リソースの共用を可能にする無線
通信のための新規パラダイムに寄与するものである。この追加的な自由度は、軍
事的及び商業的無線ネットワークのための主要な分枝を示唆している。本発明は
、追加のプログラム可能性及びフレキシブル性をアドホック無線ネットワークに
おける複数の無線間の協力という形で可能にする点で「ソフトウェア無線」概念
に適合している。
【００２２】 従来のシステムは、複数の移動アンテナを効果的に組み合わせて共同する全て
の移動ユニットが使用することのできる単一の仮想アンテナアレーにすることに
一様に失敗している。多くの適応型ビーム形成システムが、共通のプラットフォ
ーム上に全てのアンテナ・エレメントが固定的にマウントされる「実」アンテナ
アレーのために提案され、明示されてきた。これらのシステムでは、アンテナ・
エレメントはプラットフォームのトランシーバ専用として永久的に確保され、他
の移動ユニットと共用することができない。従来の適応型ビーム形成技術の中に
は、勾配降下を使用してトレーニング信号の使用により形成されるエラー信号を
最小化するものがある。これらの技術は反復的なものであり、反復回数は変化す
るチャネルの性質に依存する。これは、第１に、収束する時間が長くなる可能性
があり、動作に起因する変動のリアルタイム補償を妨げる、第２に、収束時間は
予測不能である可能性がある、という２点で不利である。さらに、適応型ビーム
形成アルゴリズムの多くは、アレーの角度応答が周知である場合には、較正され
たアンテナアレーを必要とする。従って、現時点で利用可能な適応型ビーム形成
技術を使用する場合、小型軽量の移動ユニットは位相アレー・アンテナの優位点
による恩恵を受けることができない。
【００２３】 本発明においては、エラー信号ではなく無線放射の統計的独立を使用してソー
スを分離する独立成分分析（ＩＣＡ）を基礎とする適応型ビームフォーマを説明
している。ソースが放射するＩＣＡ用に最適化された基準信号にＩＣＡを実行す
れば、必要な時間サンプルの数は最小化され、かつ計算は確定的（非反復的）な
ものとなることが可能である。他にも、全てのソースの偏析係数が同時に計算さ
れるという優位点がある。これにより、小型の移動無線ユニットは、そのアンテ
ナとバッテリ・リソースとを組み合わせて仮想位相アレー・アンテナを高速で形
成し、かつ複数のユニットと同時に通信することが可能である。仮想アレーの較
正は、不要である。
【００２４】 本発明の主要エレメントは、標的トランシーバと通信するために、各々がその
固有のアンテナを有する共同する移動トランシーバのローカル・グループを使用
して形成された「仮想」適応型アンテナ・ビームフォーマの実施を要求している
。本システムは、ＩＣＡ（独立成分分析）を使用して標的トランシーバによって
放射された基準信号の混合体を分離させる。ＩＣＡに合わせて基準信号を最適化
すれば、高速のビーム形成を達成することができる。このコンテキストにおいて
は、ビーム形成は信号混合体の高速分離に関連している。次に関心の信号は、他
の信号及び干渉ソースから分離されることが可能である。この分離が（例えばト
ランシーバ間の動作に起因する）通信チャネルの変化よりもかなり速く達成され
れば、トランシーバは、基準信号を使用して計算された同じアンテナ係数を使用
してビーム・フォーマにより分離されることが可能な情報伝搬信号の送信に切換
することができる。チャネルの変化が大きすぎたために一旦アンテナ・パターン
が劣化すると、本係数は基準信号を使用して再度リフレッシュされることが可能
である。
【００２５】 図１には、本発明によるＩＣＡを基礎とする適応型アンテナ・ビームフォーマ
が示されている。第１の信号ソース１００及び第２の信号ソース１０２は、アン
テナアレー１０４に信号を供給する。さらに、周囲雑音信号または他の干渉信号
１０６も存在し、これらもまたアンテナアレー１０４に曝される。混合された信
号１０８は、定モジュール分析（ＣＭＡ）またはＩＣＡ等のブラインド分離アル
ゴリズム１１０に供給される。この場合はＩＣＡであるブラインド分離アルゴリ
ズム１１０は、信号の混合体をブラインド的に分離するように、言い替えれば信
号または混合行列に関する知識がほとんどない状態で分離するように構築された
アルゴリズムのグループで構成されている。分離ステップにおいては、主として
、混合体を形成する信号は統計的に独立していることが仮定されている。ブライ
ンド分離アルゴリズム１１０は、３つの出力、即ち第１の信号出力１１２と第２
の信号出力１１４と第３の信号出力１１６とを供給し、これらの出力信号は各々
、その個々の入力信号に対応している。但し、ＩＣＡはブラインド分離アルゴリ
ズム１１０を実施する一例である。
【００２６】 文献には、複数の異なるＩＣＡアルゴリズムが存在する。例示目的として受容
可能なＩＣＡアルゴリズムには、ＪＡＤＥ（固有行列の共同近似対角化）が含ま
れる。ＪＡＤＥアルゴリズムは、本明細書に参照用として編入されたＪ．Ｆ．Ｃ
ａｒｄｏｓｏ、Ａ．Ｓｏｕｌｏｕｍｉａｃ共著「非ガウス信号のブラインド・ビ
ーム形成」ＩＥＥＥ会報Ｆ、１４０（６）：ｐ．３６２−３７０、１９９３年１
２月、に記述されている。異なるソースからの信号は、異なる到来角を有する平
面波としてモデリングされることが可能であり、これは、アンテナ・エレメント
における異なる位相因子を有する信号を誘発する。ＪＡＤＥは、受信された混合
状態の信号と信号ソースの統計的独立の仮定事項のみを使用して混合行列の推定
値を計算する。この混合行列推定値の擬似逆数は、アンテナの角度応答パターン
を決定する複素アンテナ加重係数である。アンテナ・パターンにおけるヌルは干
渉の方向に沿って整合され、所望の信号の選択的分離が可能にされる。ＪＡＤＥ
の優位点は、これが非反復性でありかつロバストであることにある。但しこれは
、本発明による使用が可能な唯一のＩＣＡアルゴリズムではない。これは、本明
細書において例示目的で使用されているに過ぎない。
【００２７】 従来、ＩＣＡは、統計的独立以外はソース信号についてほとんど認識のないこ
とを想定して（即ちブラインド・ビーム形成）使用されてきた。さらに発行され
た上記文献は、アンテナ・エレメントの位置が１波長以下の間隔で互いに相対的
に固定されかつ同一のプラットフォーム上にマウントされた従来型のアンテナア
レーを想定している。単純な移動ノードのアドホック無線ネットワークを含む多
くの新規アプリケーションでは、各々が単純なアンテナを有する移動ノードのグ
ループが仮想アンテナ位相アレーを形成することを可能にしてアンテナ及びバッ
テリ・リソースを共用することが望ましい。これにより、ノード・グループがそ
れらのリソースを組み合わせて遠隔ユニットと通信することが可能になる。ロー
カル・ノード間でのデータ及び位相情報の共用は遠隔ユニットとの通信に比べて
必要な電力が大幅に低減され、リソースの正味節約は多大となる。
【００２８】 こうした仮想アンテナアレーを従来のビーム形成方法を使用して形成すること
は困難である。参加ノード間の相対動作は、補償を必要とせざるを得ない位相シ
フトをもたらす。補償は、位相シフトに追随するに足る高速でなければならない
。従来型のＩＣＡ実施方法及び従来型のビーム形成方法は共に、少量の動作であ
ってもリアルタイムで補償を行えるほど高速ではない。しかしながら多くのアプ
リケーションでは、ノードは扱いやすく協力的な遠隔ユニットとの通信を必要と
する。これは、高速ＩＣＡ適応用に最適化された基準またはトレーニング信号が
、相対動作の補償を補助しかつローカル・ノードによる仮想アレーの形成を可能
にするために、遠隔ユニットによって放射される場合のあることを意味する。
【００２９】 これを示したものが図２であり、本図の主要な意図は、少数の時間サンプル使
用でＩＣＡの高速適応用に設計されたトレーニング信号を使用することにある。
これは、アンテナ係数が動作または環境の変化に起因する位相シフトにリアルタ
イムで適応することを可能にする。第１の信号ソースからの波面２００は、第１
のＩＣＡトレーニング基準信号を含んでいる。同様に、第２の信号ソースからの
波面２０２は、第２のＩＣＡトレーニング基準信号を含んでいる。第１のアンテ
ナ２０４は、信号ソース及び第２のアンテナ２０６に関連して移動する。両アン
テナは、少なくとも波長の２分の１の距離で分離されている。
【００３０】 現行の基準信号を基礎とする従来式ビーム形成方法は、多数の時間サンプルを
集めなければならないためにノード動作を補償できるほど高速ではない。本発明
は、最適化された基準信号が使用されれば１００個の時間サンプルだけでビーム
形成を首尾良く実行できるＩＣＡ方法を提供する。少数の基準サンプルを使用す
ることにより、ＩＣＡビーム形成は、動作の影響をリアルタイムで補償するに足
る仮想アンテナアレーを高速で形成することができる。
【００３１】 これを描いたものが図３であり、この場合は、仮想アンテナアレーを形成する
ことにより、複数の移動ユニットのアンテナ利得、空間ダイバーシティ及びバッ
テリ電力をプールすることが可能であって、これにより、データリンク帯域幅が
増大される。図３では、第１の信号ソースからの波面３００は第１のＩＣＡトレ
ーニング信号を含んでいる。同様に、第２の信号ソースからの波面３０２は第２
のＩＣＡトレーニング信号を含み、集合体内にある複数のアンテナ３０４は仮想
アンテナアレーを形成している。アドホック無線ネットワークにおける複数の移
動アンテナ・ユニットから形成された仮想アンテナアレーは、より従来的でフレ
キシブルさが劣るアレーの代替として機能する。
【００３２】 図４は、２つのソースと２つのアンテナ・エレメントとを想定したアンテナ角
度応答パターンの一例を示している。点線４００は、２つのソースの到来角を表
している。基準が最適化されていないため、アンテナのヌルはソースに完全には
整合されていない。基準信号は、非ゼロの尖度を有するように設計されており、
これが基準信号の混合体の分離をより容易にする。アレー重量は、僅か１００個
の基準信号サンプルを使用して計算された。
【００３３】 ＩＣＡにおける重要な問題は、ポートのスワッピングである。各更新後は、Ｉ
ＣＡの性質により、同じ信号がいつも同じ出力ポート上に現れるという保証はな
い。従って、ＩＣＡアルゴリズムの一部としてポート・トラッキングを包含する
ことが重要である。これらの例では、トラッキングは出力信号の尖度及び平均周
波数を基礎として行われた。
【００３４】 基準信号の最適化は、下記事項を含む多数の規準を満足することを含んでいる
。 １．基準信号は、データ信号と同じ環境条件を経験しなければならない。これは
、遠隔のトランシーバが基準信号及びデータ信号の双方を送信すれば自動的に達
成される。基準及びデータ信号は、時間、周波数及びコードを多重化されること
が可能である。 ２．基準信号は統計的に独立でなければならない。 ３．基準信号は非ゼロ尖度を保有しなければならない（非ガウス統計）。 ４．基準信号は統計的意味で局部的に静止していなければならない。 ５．理想的には、基準信号は低帯域幅を保有してスペクトル使用を最小にしなけ
ればならない。
【００３５】 ローカル・ノードとローカル通信とのタイミング同期は、無視することのでき
ない検討事項である。ノードの同期は、基準信号への位相ロッキングまたは正確
なローカル・クロックの使用によって達成可能である。ローカル・プロセッサは
、複数のノードから信号混合体を集めてＩＣＡを実行する必要がある。分離され
た信号は、次いで、その適当な宛先へとルート指定される。送信モードでは、適
正なノードに別個のデータチャネルが正確なアンテナ係数と共にルート指定され
なければならない。ローカル通信のオーバーヘッド・コストは、通信が比較的短
い距離を介して行われるために少なくなる。さらに、各ノードがその最も近隣の
ノードにしかメッセージを送らない「ウェーブ」タイプの通信を採用することも
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 独立成分分析を基礎とする適応型アンテナのビームフォーマを示
した図解である。
【図２】 本発明の基本的概念である、移動アンテナ・エレメントを使用す
る高速ビーム形成を描いた図解である。
【図３】 アドホック無線ネットワークにおける複数の移動ユニットで形成
された仮想アンテナアレーを描いた図解である。
【図４】 基準ベースのＪＡＤＥ ＩＣＡを使用して計算されたアンテナ角
度応答パターンを示すグラフであり、点線は２つのソースにおける到来角を示し
ている。基準が最適化されなかったため、アンテナのヌルはソースに完全には整
合されていない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 オーウェチコ，ユーリ アメリカ合衆国，カリフォルニア州， 91320，ニューバリー パーク，ムーンク レスト コート 369 Ｆターム(参考） 5K059 CC04 DD39 5K067 BB04 CC24 DD25 EE02 EE25 KK02 KK03

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 共同移動アンテナ装置であって、 ｉ．少なくとも１つのチャネル上で電磁放射線を送受信するように構成された
    第１の複数のローカル・ノードと、 ｉｉ．第１の複数のローカル・ノードに機能的に配線されたブラインド・ソー
    ス分離エレメントと、 ｉｉｉ．少なくとも１つのチャネル上で電磁放射線を送受信するように構成さ
    れたホスト・ノードとを備え、電磁放射線は基準信号を有し、ホスト・ノードは
    複数のローカル・ノードに通信可能な方法でリンクされ、 ホスト・ノードは第１の複数のローカル・ノードにトレーニングまたは基準信
    号を送信するように構成され、第１の複数のローカル・ノードはトレーニングま
    たは基準信号をブラインド・ソース分離ユニットを構成する手段として使用し、
    よってノードは着信信号を分離して当該着信信号をホスト・ノードから選択的に
    隔離し、かつブラインド・ビーム形成技術を使用してホスト・ノードとの間でデ
    ータ信号の送受信を有向的に行なうことが可能である共同移動アンテナ装置。
  2. 【請求項２】 第１の複数のローカル・ノードは、組織化された静的アレー
    、組織化された動的アレー、ランダムな静的アレー及びランダムな動的アレーよ
    り成るグループから選択される構成へと組織され、第１の複数のローカル・ノー
    ドは１つの構成から他の構成へとリアルタイムで遷移することが可能な請求項１
    記載の共同移動アンテナ装置。
  3. 【請求項３】 ホスト・ノードは第２の複数のノードと局部的にインタフェ
    ースされ、第１の複数のローカル・ノードのうちの１つは第２の複数のノードに
    対するホスト・ノードとして機能する請求項１記載の共同移動アンテナ装置。
  4. 【請求項４】 ブラインド・ソース分離エレメントは固有行列の共同近似対
    角化及び独立成分分析アルゴリズムより成る請求項１記載の共同移動アンテナ装
    置。
  5. 【請求項５】 識別されかつ選択的に隔離された信号は第１の複数のローカ
    ル・ノード内の適正な宛先へとルート指定される請求項１記載の共同移動アンテ
    ナ装置。
  6. 【請求項６】 ローカル・ノードが信号を送信しているときに、別個のデー
    タチャネルはブラインド・ソース分離から適正なノードへと正確なアンテナ係数
    と共にルート指定される請求項１記載の共同移動アンテナ装置。
  7. 【請求項７】 第１の複数のローカル・ノード間のローカル通信にかかるオ
    ーバーヘッド費用は、通信が比較的短い距離を介するものであるために少ない請
    求項１記載の共同移動アンテナ装置。
  8. 【請求項８】 第１の複数のノードは互いに通信し合い、かつ各ノードはそ
    の最近隣のノードのみにメッセージを送る請求項７記載の共同移動アンテナ装置
    。
  9. 【請求項９】 基準信号はブラインド・ソース分離プロセッサの性能を最適
    化するために使用され、複数のビーム形成係数は第１の複数のローカル・ノード
    により基準信号を使用して作成され、 複数のビーム形成係数は第１の複数のローカル・ノードにより仮想アンテナア
    レーを形成するために使用され、 これにより、第１の複数のローカル・ノードは電磁放射線を有向的に受信また
    は送信する請求項１記載の共同移動アンテナ装置。
  10. 【請求項１０】 基準信号はブラインド・ソース分離プロセッサが収束を迅
    速に達成できるように最適化され、 これにより、第１の複数のローカル・ノードは変化する受信パターン及び相対
    動作効果に迅速に適応できる請求項１記載の共同移動アンテナ装置。
  11. 【請求項１１】 データ信号を含む電磁放射線はデータ信号の質が予め決め
    られた限界値よりも低下するまで送受信され、低下した時点で新規基準信号が送
    信される請求項１記載の共同移動アンテナ装置。
  12. 【請求項１２】 基準信号はブラインド・ソース分離エレメントにおける迅
    速な収束を促進するように最適化され、 これにより、ブラインド・ソース分離エレメントは変更された通信チャネル及
    び相対動作効果に極めて迅速に適応できる請求項１記載の共同移動アンテナ装置
    。
  13. 【請求項１３】 基準信号の最適化は、下記事項、即ち、 ｉ．基準信号がデータ信号と同じ環境条件を経験することを保証することと、 ｉｉ．統計的に独立である基準信号を供給することと、 ｉｉｉ．非ゼロ尖度を保有する基準信号を供給することと、 ｉｖ．統計的意味で局部的に静止している基準信号を供給することと、 ｖ．低帯域幅要件を有する基準信号を供給すること、 のうちの少なくとも１つを含む多数の規準を満足することを含む請求項１２記載
    の共同移動アンテナ装置。
  14. 【請求項１４】 仮想アンテナアレーを形成するための方法であって、 ｉ．電磁放射線を送受信するように構成された第１の複数のローカル・ノード
    を供給することと、 ｉｉ．電磁放射線を送受信するように構成されたホスト・ノードを供給するこ
    とと、 ｉｉｉ．複数のローカル・ノードに機能的に配線されたブラインド・ソース分
    離エレメントを供給することを含み、 ホスト・ノードは複数のローカル・ノードにトレーニングまたは基準信号を送
    信するように構成され、 第１の複数のローカル・ノードはトレーニングまたは基準信号をそれらの配向
    及びホスト・ノードに対する位置を決定するための手段として使用するように構
    成され、よってこれらはホスト・ノードから着信信号を識別して選択的に隔離し
    かつビーム形成技術を使用してホスト・ノードに送信することが可能である方法
    。
  15. 【請求項１５】 第１の複数のローカル・ノードは、任意の時間間隔で下記
    の様態、即ち、 ｉ．組織化された静的アレーと、 ｉｉ．組織化された動的アレーと、 ｉｉｉ．ランダムな静的アレーと、 ｉｖ．ランダムな動的アレーとのうちの１つで組織され、 動的アレーは組織化されたものからランダムなものへ、またはランダムなもの
    から組織化されたものへとリアルタイムで遷移することができる請求項１４記載
    の仮想アンテナアレーを形成するための方法。
  16. 【請求項１６】 ホスト・ノードは第２の複数のノードと局部的にインタフ
    ェースされ、第１の複数のローカル・ノードのうちの１つは第２の複数のノード
    に対するホスト・ノードとして機能する請求項１４記載の仮想アンテナアレーを
    形成するための方法。
  17. 【請求項１７】 ブラインド・ソース分離エレメントは固有行列の共同近似
    対角化及び独立成分分析アルゴリズムより成る請求項１４記載の仮想アンテナア
    レーを形成するための方法。
  18. 【請求項１８】 識別されかつ選択的に隔離された信号は、第１の複数のロ
    ーカル・ノード内の適正な宛先へとルート指定される請求項１４記載の仮想アン
    テナアレーを形成するための方法。
  19. 【請求項１９】 ローカル・ノードが信号を送信しているときに、別個のデ
    ータチャネルはブラインド・ソース分離から適正なノードへと正確なアンテナ係
    数と共にルート指定される請求項１４記載の仮想アンテナアレーを形成するため
    の方法。
  20. 【請求項２０】 第１の複数のローカル・ノード間のローカル通信にかかる
    オーバーヘッド費用は、通信が比較的短い距離を介するものであるために少ない
    請求項１４記載の仮想アンテナアレーを形成するための方法。
  21. 【請求項２１】 第１の複数のローカル・ノード間のローカル通信に関して
    はノードからノードへの伝搬通信が採用され、各ノードはその最近隣のノードに
    のみメッセージを送る請求項２０記載の仮想アンテナアレーを形成するための方
    法。
  22. 【請求項２２】 基準信号はブラインド・ソース分離エレメントの性能を最
    適化するために使用され、次いで第１の複数のローカル・ノードにより基準信号
    を使用して形成された仮想アンテナアレー用の複数のビーム形成係数は情報伝搬
    信号の送受信に使用されることが可能である請求項１４記載の仮想アンテナアレ
    ーを形成するための方法。
  23. 【請求項２３】 最適化された基準信号を使用することにより、ブラインド
    ・ソース分離エレメントは比較的少数のサンプルを使用して収束し、故に変化す
    る受信パターン及び相対動作効果に極めて迅速に適応できる請求項１４記載の仮
    想アンテナアレーを形成するための方法。
  24. 【請求項２４】 情報信号は、信号の質が予め決められたレベルよりも低下
    し、その時点で新規基準信号ブロックが送信されるまで送受信される請求項１４
    記載の仮想アンテナアレーを形成するための方法。
  25. 【請求項２５】 基準信号はブラインド・ソース分離エレメントの迅速な収
    束を促進するように最適化され、これにより、ブラインド・ソース分離アルゴリ
    ズムは変化する通信チャネル及び相対動作効果に極めて迅速に適応することがで
    きる請求項１４記載の仮想アンテナアレーを形成するための方法。
  26. 【請求項２６】 基準信号の最適化は、下記事項、即ち、 １．基準信号がデータ信号と同じ環境条件を経験することを保証することと、 ２．統計的に独立である基準信号を供給することと、 ３．非ゼロ尖度を保有する基準信号を供給することと、 ４．統計的意味で局部的に静止している基準信号を供給することと、 ５．低帯域幅要件を有する基準信号を供給すること、 のうちの少なくとも１つを含む多数の規準を満足することを含む請求項２５記載
    の仮想アンテナアレーを形成するための方法。
  27. 【請求項２７】 ノードは周期的にそれらの相対位置の更新を供給し、各更
    新の後はブラインド・ソース分離エレメントを支援するためにポート・トラッキ
    ング・プロトコルが使用される請求項１４記載の仮想アンテナアレーを形成する
    ための方法。
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