JP2013539290A - センサ補助ワイヤレス合成 - Google Patents

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Abstract

受信機ダイバーシティを達成するための装置および方法を開示する。ワイヤレスユニットは、複数のアンテナと、複数のアンテナから1つまたは複数のアンテナを選択するためのアンテナセレクタと、ワイヤレスユニットの配向を監視するための慣性センサからの入力データをもつプロセッサとを含む。入力データに基づいて、プロセッサは、アンテナセレクタに、1つまたは複数のアンテナを選択するよう指令する。いくつかの実施形態では、プロセッサは、ダイバーシティプロセッサである。慣性センサからの入力データに基づいて、ダイバーシティプロセッサは、受信信号の合成を計算する。別の態様では、ワイヤレスユニットは、特定のユニットアプリケーション向けに、ダイバーシティプロセッサの出力を処理するためのベースバンドプロセッサをさらに含む。

Description

関連出願
本出願は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれている、2007年10月31日に出願した、「Apparatus and Method for Sensor-based Wireless Receive Diversity」という名称の米国出願第11/932,628号の、米国特許法第120条の下での利益を主張する一部継続出願であり、米国出願第11/932,628号は、やはり参照によってその全体が本明細書に組み込まれている、2006年10月31日に出願した、「Sensor-based GPS Receive Diversity」という名称の米国仮出願第60/863,631号の優先権を主張する。
本開示は概して、センサ調節ワイヤレス受信に関し、詳細には、空間センサからの測定値に基づいて受信経路を調節するための装置および方法に関する。
ワイヤレス通信システムにおいて、ワイヤレスユニットが場所を移動すると、信号源の強度および方向が変わる。ワイヤレスユニットが相対配向で移動しても、信号源の強度は変わる。ほとんどのワイヤレスユニットは、電磁波を介してセルサイト基地局と通信する。セルサイト基地局からの信号は、ワイヤレスユニットに搭載されたアンテナを介して受信される。通常、ワイヤレスユニット上のアンテナは、等方性アンテナまたはダイポールアンテナに近いものである。等方性アンテナの理論モデルは、全方向において均一に電力を放射し受信する。現実には、完璧な等方性アンテナは達成可能でない。同様に、ダイポールアンテナは、アンテナ軸に対して直角な面において等しく放射する。これらのパターンが与えられると、アンテナは、特定の方向を選好せずに、ほとんどの方向において等しく十分に放射し受信する。この結果、低いアンテナ利得は、等方性アンテナに対してはほぼ0dBiになり、ダイポールアンテナに対してはほぼ2.15dBiになる。
したがって、信号受信および経験されるアンテナ利得を向上させるための装置、システムおよび方法が必要とされる。
一態様によると、アンテナ選択のためのワイヤレスユニットが提示され、ワイヤレスユニットは、少なくとも2つの異なるアンテナパターンをもつアンテナを含む複数のアンテナと、複数のアンテナのうちそれぞれのアンテナに各々が結合された複数のポート、および複数のアンテナのうち少なくとも1つを選択するための制御信号を受け取るための制御ポートを備えるアンテナセレクタと、ワイヤレスユニットの配向を示す配向情報を与えるためのデータポートを備える慣性センサと、慣性センサのデータポートに結合され、アンテナセレクタの制御ポートに結合されたプロセッサとを備え、プロセッサは、配向情報に基づいて制御信号を生成するように構成される。
別の態様によると、信号を合成するためのワイヤレスユニットが提示され、ワイヤレスユニットは、少なくとも1つの指向性アンテナを含む複数のアンテナと、ワイヤレスユニットの配向を示す配向情報を与えるためのデータポートを備える慣性センサと、複数のアンテナのうち少なくとも1つに各々が結合された複数の入力ポートを備え、複数の入力ポートからの信号を合成するのに使われる制御信号を受信するための制御ポートをさらに備える合成器と、慣性センサのデータポートに結合され、合成器の制御ポートに結合されたプロセッサとを備え、プロセッサは、配向情報に基づいて制御信号を生成するように構成される。
別の態様によると、ワイヤレスユニットを使って信号を合成するための方法が提示され、この方法は、少なくとも1つの指向性アンテナを含む複数のアンテナを提供するステップと、慣性センサを使って、ワイヤレスユニットの配向を検知し、ワイヤレスユニットの配向を示す配向情報を生成するステップと、配向情報に基づいて制御信号を生成するステップと、制御信号に基づいて複数のアンテナからの信号を合成するステップとを含む。
別の態様によると、信号を合成するためのワイヤレスユニットが提示され、ワイヤレスユニットは、少なくとも1つの指向性アンテナを含む複数のアンテナを提供するための手段と、慣性センサを使って、ワイヤレスユニットの配向を検知し、ワイヤレスユニットの配向を示す配向情報を生成するための手段と、配向情報に基づいて制御信号を生成するための手段と、制御信号に基づいて複数のアンテナからの信号を合成するための手段とを備える。
別の態様によると、少なくとも1つのコンピュータに、慣性センサを使って、ワイヤレスユニットの配向を検知させ、ワイヤレスユニットの配向を示す配向情報を生成させるためのコードと、少なくとも1つのコンピュータに、配向情報に基づいて制御信号を生成させるためのコードと、少なくとも1つのコンピュータに、制御信号に基づいて複数のアンテナからの信号を合成させるためのコードとを備えるコンピュータ可読記録媒体を備えるコンピュータ可読製品が提示される。
例として様々な態様について示し、記述した以下の詳細な説明から、他の態様が当業者に容易に明らかになることを理解されたい。図面および詳細な説明は、本質的に例示的なものとみなされるべきであって、限定的なものとみなされるべきではない。
近似的ダイポールアンテナのアンテナ利得パターンを示す図である。 半球状アンテナ利得パターンの近似を示す図である。 指向性アンテナ利得パターンを示す図である。 慣性センサおよび2つのアンテナを有するワイヤレスユニットの態様を示すブロック図である。 水平面およびリモートアンテナへの方向に相対的な、慣性センサおよびアンテナパターンのジオメトリを示す図である。 水平面およびリモートアンテナへの方向に相対的な、慣性センサおよびアンテナパターンのジオメトリを示す図である。 水平面およびリモートアンテナへの方向に相対的な、慣性センサおよびアンテナパターンのジオメトリを示す図である。 水平面およびリモートアンテナへの方向に相対的な、慣性センサおよびアンテナパターンのジオメトリを示す図である。 リモートアンテナへの方向および絶対デバイス配向に基づいて内部アンテナを選択するプロセスを示す図である。 ダイバーシティ受信能力をもつワイヤレスユニットの別の態様を示す図である。 ベースバンド処理能力をもつワイヤレスユニットの態様を示すブロック図である。 ベースバンド処理能力をもつワイヤレスユニットの第2の態様を示すブロック図である。 ベースバンド処理能力をもつワイヤレスユニットの第3の態様を示すブロック図である。 ベースバンド処理能力をもつワイヤレスユニットの第4の態様を示すブロック図である。 単一受信経路汎用航法衛星システム(GNSS)受信機を示す全体ブロック図である。 ダイバーシティ受信に使われ得る二重受信経路GNSS受信機を示すブロック図である。 本発明のいくつかの実施形態による、配向センサおよび送信機位置についての情報を使う多重経路GNSS受信機を示すブロック図である。 モバイルデバイスの判定配向および様々な送信機への方向を示す図である。 モバイルデバイスの判定配向および様々な送信機への方向を示す図である。 切替えダイバーシティを実施するための、相対位置プロセッサの使用を示す図である。 非コヒーレント合成用の重みを計算するための、相対位置プロセッサの使用を示す図である。 コヒーレント合成用の位相オフセットを計算するための、相対位置プロセッサの使用を示す図である。
添付の図面に関する下記の詳細な説明は、本発明の様々な態様の説明として意図されており、本発明が実行され得る唯一の態様を表すことが意図されているわけではない。本開示で説明される各態様は、本発明の単なる例または例示として与えられ、他の態様よりも好適または有利であるとは、必ずしも解釈されるべきではない。詳細な説明は、本発明の完全な理解をもたらす目的で、具体的な詳細を含んでいる。しかしながら、本発明がこれらの具体的な詳細なしに実行され得ることが、当業者には明らかであろう。場合によっては、本発明の概念を曖昧にするのを回避するために、周知の構造およびデバイスがブロック図の形式で示されている。略語または他の説明のための用語は、単に便宜および明瞭さのために用いられ得るものであり、本発明の範囲を限定することは意図されない。
図1は、ハーフウェイダイポールアンテナまたはオムニ指向性アンテナのアンテナ利得パターン100の例示である。アンテナ利得は、Y軸に対して、全方向においてほぼ均一である。したがって、近似的ダイポールアンテナは、X-Z面中の全方向において均一に電力を放射し、受信するが、他の指向性のより高いアンテナと比較すると、アンテナ利得が低減する。理論上の等方性アンテナは、X-Y-Z軸に関して全方向において均一に放射する。
図2は、半球状アンテナ利得パターンの近似をもたらすアンテナ利得パターン200を示す。アンテナ利得パターン200は、近似的ダイポールアンテナのアンテナパターン100よりも利得が約3dB増大する。利得増大は、放射パターンが上半球のみに限定されるということによる。
図3は、指向性アンテナ利得パターン300の例示である。指向性アンテナの利得は、アンテナパターンの指向性に依存して、半球状アンテナの場合よりも大きい。指向性アンテナの例には、ヘリカルアンテナ、ホーンアンテナ、ダイポールアレイアンテナ、パッチアンテナなどがある。それぞれの利得パターンをもつアンテナの多くの例があり、そのアンテナ利得パターンは、アンテナパターンの指向性に依存する。
図4は、慣性センサ470および複数のアンテナ410を有するワイヤレスユニット400の一態様のブロック図である。ワイヤレスユニット400は、アンテナセレクタ430、受信機440、プロセッサ450、調整回路460、慣性センサ470および送信機480も含む。ワイヤレスユニット400は、固定、ハンドヘルドまたはポータブルモバイル電話、パーソナルデータデバイス(PDA)、追跡デバイスなどでよい。
アンテナセレクタ430は、信号405を受信するためのアンテナ410に結合される。アンテナセレクタ430は、アンテナ選択入力455に基づいて、受信機440にアンテナ信号を与える。受信機440は、受信信号を、処理のためにプロセッサ450に与える。処理は、慣性センサ470からのセンサ信号に基づく。図示のように、慣性センサ470は、そのセンサ信号をプロセッサ450に与えるのに先立って、調整回路460にセンサ信号を与える。プロセッサ450はまた、送信機480に送信データを与え、送信機480は、アンテナセレクタ430に送信信号を与える。
図示のように、アンテナセレクタ430への信号405を受信するm個のアンテナ410があり、セレクタ430は、受信信号を受信機440に転送する。アンテナの量は、本明細書で開示するように、特定の量に制限されず、アンテナの量は、特定のシステムパラメータに基づいて選ばれる。
いくつかの実施形態では、複数のアンテナは、少なくとも1つの二重偏波アンテナを含む。一例では、二重偏波アンテナは、2つのダイバーシティ出力を与えるための水平および垂直偏波を含んでもよく、これらの出力は次いで、スイッチ、セレクタ、合成器または等価な回路構成に供給される。他の実施形態では、複数のアンテナは、1つまたは複数の二重偏波アンテナのダイバーシティ出力を反射する。単一の二重偏波アンテナは、考え方としては、2つの別個の、空間的に分離されたアンテナに等価でよいであろう。
信号405は、アンテナ410の1つまたは複数によって受信される。アンテナセレクタ430は、プロセッサ450からのアンテナ選択入力455に基づいて、信号405を受信するために、複数のアンテナから1つまたは複数を選択する。選択された1つまたは複数のアンテナによって受信された信号405は次いで、入力信号として受信機ユニット440に、次いで、処理のためにプロセッサ450に送られる。いくつかの実施形態では、典型的な受信機ユニットは、信号405を処理するための構成要素、すなわち帯域通過フィルタ、低雑音増幅器(LNA)、混合器、ローカル発振器(LO)、低域通過フィルタ、アナログデジタルコンバータなどのうち1つまたは複数を含んでよい。受信機ユニットの他の実施形態も、よく知られており、本開示の範囲を変えるものではない。いくつかの実施形態では、複数の受信機が複数のアンテナを有して実装され、複数のアンテナは、複数の受信機に対して量がより多くてよい。他の実施形態では、複数のアンテナは、複数の受信機と量が等しい。いくつかの実施形態では、複数の受信機は、マルチチャネル受信機における受信機出力を参照する。
慣性センサ470は、慣性基準フレーム内でのワイヤレスユニット400の配向を測定する。慣性センサ470によって測定された配向情報は次いで、入力信号としてプロセッサ450に送られて、アンテナ選択入力455を生成する。慣性センサ470によって測定された配向情報は、アンテナ選択をサポートするのに使われて、望ましい信号強度での所望の信号を見つける可能性を高め、またはアンテナ利得を向上させる。たとえば、ワイヤレスユニット400の配向が分かっている場合、その配向情報は、アンテナを選択するのに使われ、より高い利得を有する選択アンテナは、その直接経路において所望の信号を受信し、多重経路効果を削減するように向けられればよい。
図5Aは、ローカル水平面に相対的な慣性センサ470のジオメトリを示す。ローカル水平面は、重力ベクトルに対して直角であると定義される。慣性センサ470の直交軸システム(X-Y)は、水平面に対する慣性センサ470の配向を判定するために、ローカル水平面の直交軸システム(Xh-Yh)と比較される。
慣性センサ470の例には、加速度計、水晶センサ、ジャイロなどがある。再び図4を参照すると、ワイヤレスユニット400の配向により、2つ以上のアンテナ410の中での選択が決定される。2つのアンテナが実装されるいくつかの実施形態では、一方のアンテナは、近似等方性またはダイポールアンテナであり、他方のアンテナは、半球状アンテナまたは指向性アンテナである。たとえば、ワイヤレスユニット400が、その地理的場所を囲む基地局と通信する場合、等方性アンテナのアンテナ利得パターンにより、上述したように全方向に均一に放射されるので、近似等方性アンテナが選択され得る。ただし、たとえば、ワイヤレスユニット400が全地球航法衛星システム(GNSS)から信号を受信し、ワイヤレスユニット400のアンテナが、慣性センサ470によって判定されたようにGNSS衛星に向かって配向されている場合、アンテナセレクタ430は、プロセッサ450によって、より高いアンテナ利得を利用するために半球状アンテナを選択するように向けられる。GNSS衛星からの信号は、GPS衛星、および/または、GLONASS、Galileo、COMPASS(Beidou)、QZSSおよびIRNSを含むがそれらに限定されない他のどの衛星システムからの衛星からの信号も含むが、それらに限定されない。さらに、信号の発信源は、GNSSに限定されず、疑似衛星システム、WiFi、CDMA、ブルートゥースなどだが、それらに限定されない他の衛星測位システム(SPS)または他の何らかのワイヤレス発信源を含んでもよい。
2つのアンテナが実装される別の例では、2つのアンテナのうち1つが指向性アンテナであると仮定する。この例では、信号405の発信源は、特定の方向からである。慣性センサ470によって測定された配向情報を使って、ワイヤレスユニット400の指向性アンテナが、発信源の所望の方向からの信号を放射し受信するために選択され、アンテナ利得を最大にする。別の例では、地上波疑似衛星発信源と衛星発信源の両方から信号が受信される場合、慣性センサ470によって測定されたワイヤレスユニット400の配向に基づいて、2つのアンテナ(たとえば、指向性アンテナと半球状アンテナ)の間での選択を行えばよい。アンテナのタイプの組合せは多数であり、その選択は、システムおよびシステムアプリケーションの設計に依存することになろう。
いくつかの実施形態では、慣性センサ470から受信された測定値を、プロセッサ450と適合する形に変換またはコンバートするのに、調整回路460が使われる。たとえば、慣性センサ470の出力は、アナログフォーマットであり得る。調整回路460は、アナログデータフォーマットを、プロセッサ450への入力用にデジタルデータフォーマットにコンバートする。別の例では、慣性センサ470の出力は、調整回路460内で、プロセッサ450への入力用に受容可能な信号レベルまで増幅される。異なる変換プロパティをもつ異なる調整回路が、慣性センサ470およびプロセッサ450の選択に基づいて使われ得る。また、いくつかの実施形態では、調整回路が必要とされなくてよい。
一部のワイヤレスユニット400は、ワイヤレスユニット400の相対ピッチおよびロールのみに基づいてアンテナを選択する。たとえば、ワイヤレスユニット400に相対的な重力ベクトルの方向を知っているので、ワイヤレスユニット400は、水平面においてアンテナ送信および/または受信を最も近接して配向するアンテナを選択することができる。他のワイヤレスユニット400は、リモート送信機または受信機への方向についての知識に基づいて、1つのアンテナ(または複数のアンテナ)を選択する。たとえば、ワイヤレスユニット400は、リモート送信機または受信機への絶対方向を知っている。ワイヤレスユニット400は、重力ベクトルに対する相対配向(ピッチおよびロール)も判定することができる。一部のワイヤレスユニット400は、向首方向(すなわち、ワイヤレスユニット400とカーディナル方向との間の相対方向)を判定することも可能であり得る。
図5Bは、ワイヤレスユニット400の場所、リモートアンテナの場所、およびこれら2つの場所の間の方向ベクトルを示す。アンテナを選択する前に、たとえば、各エンドポイントの場所を見つけることによって、ワイヤレスユニット400からリモートアンテナへの絶対方向を示すベクトルを計算することができる。ワイヤレスユニット400の場所は、ワイヤレスユニット400におけるGPSフィックス、ワイヤレスユニット400における電力測定値および/または隣接する基地局などから判定することができる。リモートアンテナの場所も同様に、ワイヤレスユニット400でのブロードキャストもしくは同様のメッセージまたは他の方向発見技法から判定することができる。
図5Cは、ワイヤレスユニット400の内部の座標系に関する、リモートアンテナに対する方向ベクトルと、カーディナルベクトルと、重力ベクトルとの間の相対関係を示す。重力ベクトルは、慣性センサ470によって判定され得る。慣性センサ470または二次センサは、カーディナルベクトル(たとえば、北を指す)を判定するのに使われ得る。重力ベクトルは、重力ベクトルに対して直角のローカル水平面を定義するであろう。カーディナルベクトルは、この水平面内にあり、したがって、図示のように重力ベクトルに対して直角である。リモートアンテナに対する方向ベクトルは、カーディナルベクトルと重力ベクトルの両方に独立であるわけではない。ワイヤレスユニット400からリモートアンテナへの絶対方向およびワイヤレスユニット400の絶対配向が判定されると、リモートアンテナの方向での利得が最大のアンテナが選択される。
図5Dは、2つの例示的アンテナの間の相対ジオメトリを示す。第1のアンテナは、第1のアンテナパターン310(たとえば、図1のアンテナパターン100の断面として示されるダイポールアンテナパターン)を放射し受信する。第2のアンテナは、(たとえば、図3に示す指向性アンテナパターン300からの)第2のアンテナパターン320をもつ。リモート受信機またはリモート送信機の位置に依存して、ワイヤレスユニット400は、その遠隔ロケーションに関して利得がより大きいアンテナを選択することができる。つまり、重力ベクトルの方向での、ワイヤレスユニット400と地球との間の相対位置のみにアンテナ選択を基づかせる代わりに、実施形態は、ワイヤレスユニット400と地球との間の相対位置と、ワイヤレスユニット400の現在の場所からの絶対配向と、リモート受信機またはリモート送信機への方向との組合せに基づいて、1つまたは複数のアンテナを選択する。
慣性センサ470は、ワイヤレスユニット400および地球の相対配向を判定するのに使われる。いくつかの実施形態では、慣性センサ470は、ワイヤレスユニット400と重力ベクトルとの間の相対位置を識別することが可能なだけであり得る。つまり、水平面における絶対角度は分からない。これらの実施形態では、ピッチおよびロールは判定され得るが、重力ベクトルに対して直角な角度は分からないが異なるセンサまたは個別処理に基づいて(たとえば、内部コンパスに基づいて、または共通信号源の信号強度を比較することによって)判定可能であり得る。プロセッサはまた、慣性センサ470または他のセンサ(たとえば、GPS受信機や信号強度メータなど)を使って、ワイヤレスユニット400とリモート受信機またはリモート送信機との間の方向を判定することができる。地球に対するワイヤレスユニット400の相対配向、およびワイヤレスユニット400からリモート受信機または送信機への方向についての知識を組み合わせて、プロセッサは、使うべき最適アンテナまたはアンテナセットを判定することができる。
たとえば、330と340の内部にあり角度シータ(θ)で表される円錐断面内では、第2のアンテナが、第1のアンテナよりも大きい利得を与える。角度シータ(θ)の外側では、第1のアンテナが、より大きい利得を与える。慣性センサ470からの情報およびリモート受信機または送信機の場所についての知識に基づいて、プロセッサ450は、ワイヤレスユニット400からリモート受信機または送信機への絶対方向を判定することができる。慣性センサ470は、ワイヤレスユニット400の現実世界の配向を判定することができる。衛星または基地局の場所についての知識があるので、ワイヤレスユニット400は、その衛星または基地局への絶対方向を判定することができる。たとえば、ワイヤレスユニット400は、第1の受信機または送信機が方向360に置かれていると判断することができ、方向360は、330と340との間の円錐断面内にあるように示されている。この場合、第2のアンテナ(たとえば、指向性アンテナ)が、より大きい利得を有するので、プロセッサ450は、第2のアンテナが使われるように、アンテナセレクタ450にアンテナ選択信号455を与えることになろう。同様に、別の受信機または送信機が、330と340との間の円錐断面の外側にあるように示される方向350A、350Bまたは350Cに置かれているとワイヤレスユニット400が判断した場合、第1のアンテナ(たとえば、ダイポールアンテナ)が、より大きい利得を有するので、プロセッサ450は、第1のアンテナが使われるように、アンテナセレクタ450にアンテナ選択信号455を与えるであろう。
図5Eは、リモートアンテナへの方向および絶対デバイス配向に基づいて内部アンテナを選択するプロセスを示す。ステップ560で、ワイヤレスユニット400からリモートアンテナへの絶対方向が判定される。たとえば、このベクトルは、ワイヤレスユニット400の場所を判定し、リモートアンテナの場所も判定することによって形成され得る。
ステップ562で、ワイヤレスユニット400からリモートアンテナへの絶対方向が、ワイヤレスユニット400に相対的な方向にコンバートされる。相対方向を判定するために、ワイヤレスユニット400の配向が、最初に判定され得る。たとえば、ワイヤレスユニット400の配向は、重力ベクトル(下向き)を判定することによって判定することができ、そうすることによって、X-Y面に対する方向を判定する。配向は、ローカル水平面内での配向を判定することによって、さらに改善され得る。たとえば、カーディナル方向は、(コンパス方向を与える)センサ470または二次センサの使用によって判定され得る。
ステップ564で、リモートアンテナへの相対方向に基づいてアンテナが選択される。つまり、デバイス配向およびリモートアンテナへの方向に基づいてアンテナが選択される。デバイスの現在の判定配向におけるデバイスの観点から、リモートアンテナの方向で最も大きい利得を与えるアンテナが選択され得る。
図6は、ダイバーシティ受信能力をもつワイヤレスユニット400の別の態様の例示である。図6に示すように、ワイヤレスユニット400は、複数のアンテナ(ANT1...ANTm)510を含む。一例では、量mは2に等しい。システムパラメータに依存して、m>2である他のアンテナ量が望ましい場合もある。複数のアンテナ(ANT1...ANTm)510は、少なくとも2つの異なるアンテナパターンを与えるアンテナの組合せを含む。
ワイヤレスユニット400は、複数の信号515を受信し、複数の信号515を受信フォーマットにコンバートするためのマルチチャネル受信機520も含む。いくつかの実施形態では、マルチチャネル受信機520は、複数の信号515を処理するための構成要素、すなわち帯域通過フィルタ、低雑音増幅器(LNA)、混合器、ローカル発振器(LO)、低域通過フィルタ、アナログデジタルコンバータなどの1つまたは複数を含む。マルチチャネル受信機の他の態様も、よく知られており、本開示の範囲を変えるものではない。
マルチチャネル受信機520の受信機出力(Z1...Zn)525は、入力信号としてダイバーシティプロセッサ530に送られる。ダイバーシティプロセッサ530は、受信機出力信号(Z1...Zn)525を処理して、出力信号Y535にする。いくつかの実施形態では、出力信号535は、システムアプリケーションに適すように、さらにデジタル処理される。
受信機出力(Z1...Zn)525の数は、アクティブアンテナ(ANT1...ANTm)510の数に対応し得る。この場合、n=mである。ただし、いくつかの実施形態では、受信機出力の量nは、実装されるアンテナの量m未満である(すなわち、n<m)。たとえば、一実装形態は、1つの受信機と、そこから選ぶべき2つのアンテナとを含んでもよい。他の実施形態では、受信機出力の量nは、実装されるアンテナの量mよりも大きい(すなわち、n>m)。n=1の場合、受信機520は単一信号525を与え、ダイバーシティ合成は起こらない。マルチチャネル受信機の実装形態は、機能性に影響することなく変わり得る。たとえば、マルチチャネル能力をもつ受信機は、機能性に影響することなく、複数の単一チャネル受信機を有して実装することができる。
いくつかの実施形態では、ダイバーシティプロセッサ530は、受信機出力(Z1...Zn)525の加重平均を計算し、その加重平均を表す出力信号535を出力する。一例では、出力信号535(ここではYと標示される)は、Y=ΣwiZiと定義され、ここでi=1...nであり、パラメータwiは加重パラメータである。
ダイバーシティ処理の他の多くの例がよく知られており、ダイバーシティ処理の具体的な選択は、システム設計の詳細に基づく。いくつかの実施形態では、受信機出力(Z1...Zn)525は、互いに推定したその位相オフセットとコヒーレント合成される。他の実施形態では、受信機出力(Z1...Zn)525は、非コヒーレント合成される。いくつかの実施形態では、ダイバーシティプロセッサ530からのアンテナ選択入力455は、マルチチャネル受信機520によって受信されて、どのアンテナ(ANT1...ANTm)510を使うべきかという選択を実行する。アンテナ選択入力455は、慣性センサ470によって測定された結果に基づく。
図7は、ベースバンド処理能力をもつワイヤレスユニット400の一態様のブロック図である。いくつかの実施形態では、ダイバーシティプロセッサは、アナログフォーマットであり、アナログ位相回転子およびダイバーシティ合成器を含む。ワイヤレスユニット400は、複数の信号515を、対応する複数のアンテナ(ANT1...ANTm)510から受信し、複数の信号515を、n>=1である受信機出力信号(Z1...Zn)525にコンバートするためのマルチチャネル受信機520を含む。
アナログダイバーシティプロセッサ532は、受信機出力信号(Z1...Zn)525を受け取り、出力信号P7を与える。アナログダイバーシティプロセッサ532に続いて、出力P7は、ADC720によってアナログフォーマットからデジタルフォーマットにコンバートされ、次いで、デジタルベースバンドプロセッサA730によって、ベースバンド信号S7を出力するように処理される。いくつかの実施形態では、ADC720は、サンプラと、アナログフォーマット入力をデジタルフォーマットにコンバートするための量子化装置とを含む。いくつかの実施形態では、デジタルベースバンドプロセッサA730は、位相回転、逆拡散、コヒーレント累積および非コヒーレント累積を実施して、ベースバンド信号S7を復元する。
いくつかの実施形態では、ダイバーシティプロセッサ532からのアンテナ選択入力455は、マルチチャネル受信機520によって受信されて、どの1つのアンテナまたは複数のアンテナ(ANT1...ANTm)510を使うべきかという選択を実行する。アンテナ選択入力455は、慣性センサ470によって測定された結果に少なくとも部分的に基づく。たとえば、慣性センサ470は、センサを含むワイヤレスユニット400と、地球に対する水平面との間の相対配向を判定するのに使われ得る。そのような知識は、リモート受信機または送信機に関して最も強い利得をもつ可能性が最も高い1つのアンテナ(または複数のアンテナ)を選択するのに使うことができる。
図8は、ベースバンド処理能力をもつワイヤレスユニット400の第2の態様のブロック図である。ダイバーシティプロセッサ534は、デジタルフォーマットであり、受信機出力(Z1...Zn)525に対してコヒーレントサンプリングおよびダイバーシティ合成を実施する。他の実施形態では、コヒーレントサンプリングは、ダイバーシティプロセッサ534に結合された個別ユニット(図示せず)によって実施することができる。本開示の範囲に影響することなく利用することができる、知られている様々な実装形態がある。いくつかの実施形態では、デジタルベースバンドプロセッサB830は、出力P8に対して位相回転、逆拡散、コヒーレント累積および非コヒーレント累積を実施して、ベースバンド信号S8を復元する。いくつかの実施形態では、ダイバーシティプロセッサ534からのアンテナ選択入力455は、マルチチャネル受信機520によって受信されて、どのアンテナ(ANT1...ANTm)510を使うべきかという選択を実行する。アンテナ選択入力455は、慣性センサ470によって測定された結果に基づく。
図9は、ベースバンド処理能力をもつワイヤレスユニット400の第3の態様のブロック図である。いくつかの実施形態では、ダイバーシティプロセッサ940はデジタルフォーマットである。ベースバンドプロセッサA930は、ベースバンド処理のために受信機出力(Z1...Zn)525を受信し、プロセッサA出力(Pa1...Pan)を出力し、これらの出力は、入力信号としてダイバーシティプロセッサ940に送られる。ダイバーシティプロセッサ940からのダイバーシティプロセッサ出力Dは次いで、ベースバンド信号S9を復元するようにさらに処理するために、入力信号としてベースバンドプロセッサB950に送られる。ベースバンドプロセッサA930およびベースバンドプロセッサB950は、単一プロセッサユニットまたは個別プロセッサユニットのいずれかによって実装され得る。いくつかの実施形態では、ベースバンドプロセッサA930、ダイバーシティプロセッサ940およびベースバンドプロセッサB950はすべて、単一プロセッサユニットによって実装される。
いくつかの実施形態では、ベースバンドプロセッサA930によって実施されるベースバンド処理は、各受信機出力(Z1...Zn)525の位相回転、逆拡散およびコヒーレント累積を含む。プロセッサA930からの出力(Pa1...Pan)は、入力信号としてダイバーシティプロセッサ940に送られる。いくつかの実施形態では、ダイバーシティプロセッサ940によって実施されるダイバーシティ処理は、プロセッサA930からの出力(Pa1...Pan)の累積と、ダイバーシティ合成とを含む。いくつかの実施形態では、ダイバーシティプロセッサ940は、プロセッサA出力(Pa1...Pan)をコヒーレント累積する。ダイバーシティプロセッサ出力Dは、入力信号としてベースバンドプロセッサB950に送られる。いくつかの実施形態では、プロセッサB950は、さらなるコヒーレント累積および非コヒーレント累積を実施して、ベースバンド信号S9を復元する。プロセッサA930からの出力(Pa1...Pan)の量は、受信機出力(Z1...Zn)525の量に対応する。いくつかの実施形態では、ダイバーシティプロセッサ940からのアンテナ選択入力455は、マルチチャネル受信機520によって受信されて、どのアンテナ(ANT1...ANTm)510を使うべきかという選択を実行する。アンテナ選択入力455は、上述のように、慣性センサ470によって測定された結果に基づく。
図10は、ベースバンド処理能力をもつワイヤレスユニット400の第4の態様のブロック図である。いくつかの実施形態では、ダイバーシティ合成は非コヒーレントに行われる。受信機出力(Z1...Zn)525は、入力信号としてベースバンドプロセッサC1030の中に送られる。ベースバンドプロセッサC1030、受信機出力(Z1...Zn)525を(コヒーレント、または非コヒーレントのいずれかで)位相回転し、逆拡散し、累積して、プロセッサC出力(Pc1...Pcn)を生成する。プロセッサC出力(Pc1...Pcn)は次いで、入力信号としてダイバーシティプロセッサ1040に送られ、プロセッサ1040は、プロセッサC出力(Pc1...Pcn)を非コヒーレント累積し、非コヒーレントにダイバーシティ合成して、ベースバンド信号S10を復元する。ベースバンドプロセッサC1030およびダイバーシティプロセッサ1040は、単一プロセッサユニットまたは個別プロセッサユニットのいずれかによって実装され得る。いくつかの実施形態では、ダイバーシティプロセッサ1040からのアンテナ選択入力455は、マルチチャネル受信機520によって受信されて、どのアンテナ(ANT1...ANTm)510を使うべきかという選択を実行する。ここでも、アンテナ選択入力455は、慣性センサ470によって測定された結果に基づく。
図6〜図10に示すように、ワイヤレスユニット400は、慣性基準フレーム内でのワイヤレスユニット400の配向を測定する慣性センサ470を含む。慣性センサ470の例には、加速度計、水晶センサ、ジャイロなどがある。ワイヤレスユニット400の測定された配向に基づいて、配向情報が慣性センサ470によって生成され、入力信号としてダイバーシティプロセッサに送られる。いくつかの実施形態では、配向情報は、ダイバーシティプロセッサがその入力をどのように処理し合成するかに影響する。信号源(配向情報に組み込まれ得る)のうち1つまたは複数に相対的な、ワイヤレスユニット400の配向に依存して、入力のうち1つまたは複数に、異なる加重係数を適用してよい。図6〜図8に示す実施形態では、ダイバーシティプロセッサ530への入力は、受信機出力(Z1...Zn)525である。図9に示す実施形態では、ダイバーシティプロセッサ940への入力は、プロセッサA出力(Pa1...Pan)である。また、図10に示す実施形態では、ダイバーシティプロセッサ1040への入力は、プロセッサC出力(Pc1...Pcn)である。いくつかの実施形態では、配向情報は、アンテナ選択入力455によって実装される、使うべきアンテナ(ANT1...ANTm)510の選択に影響する。
図11は、単一受信経路汎用航法衛星システム(GNSS)受信機の全体ブロック図である。受信機は、1つまたは複数の測位衛星54aから信号を受信するためのアンテナと、帯域通過フィルタ(BPF)521と、低雑音増幅器(LNA)522と、混合器および関連ローカル発振器(LO)523と、低域通過フィルタ(LPF)524とを備えるアナログフロントエンドを含む。受信機は、サンプルおよびホールド回路525と、アナログデジタルコンバータ(ADC)526と、デジタルベースバンドプロセッサ730とを備えるデジタル受信機チェーンも含む。上述したように、デジタルベースバンドプロセッサ730は、位相回転、逆拡散、コヒーレント累積および非コヒーレント累積を実施する。
図12は、ダイバーシティ受信に使われ得る二重受信経路GNSS受信機のブロック図である。第1のアンテナ(ANT1)が、1つまたは複数の測位衛星54aの各々から、第1のそれぞれの経路に沿って信号を受信する。同様に、第2のアンテナ(ANT2)が、1つまたは複数の測位衛星54aの各々から、第2のそれぞれの経路に沿って信号を受信する。各アンテナ信号は、帯域通過フィルタBPF521と、低雑音増幅器LNA522と、混合器523と、低域フィルタLPF524と、サンプラ525およびアナログデジタルコンバータADC526を含むデジタルコンバータとを備える個別受信機チェーンを介して渡される。混合器523はそれぞれ、互いから、同相または違相のいずれかであるコヒーレントローカル発振器信号を受信することができる。
図13は、本発明のいくつかの実施形態による、多重経路GNSS受信機520と、配向センサ570と、送信機位置についての情報とを含むワイヤレスユニット400のブロック図である。このブロック図は、複数のアンテナ(ANT1、ANT2、...、ANTm)510に結合され、受信信号を与える多重経路受信機520を示す。受信信号は、その後に復調される情報信号を含み得る。アンテナは、情報信号を与えるための導電経路を介して多重経路受信機520に結合され得る。一例では、量mは2に等しい。システムパラメータに依存して、m>2である他のアンテナ量が望ましい場合もある。複数のアンテナ(ANT1...ANTm)510は、少なくとも2つの異なるアンテナパターンを与えるアンテナの組合せを含む。つまり、アンテナは、ワイヤレスユニット400について、少なくとも2つの異なるアンテナパターンを与えるように工作される。複数のアンテナを提供するための手段は、ワイヤレスユニット400の異なる表面に対して各々が置かれる、2つ以上の等価アンテナからなるアレイを含む。複数のアンテナを提供するための別の手段は、異なるアンテナパターンをもつ異なるカバレージを各々が与える2つ以上の異なるアンテナからなるグループを含む。たとえば、複数のアンテナのうち第1のアンテナは、ワイヤレスユニット400内で第1の配向に置かれるオムニ指向性アンテナでよく、複数のアンテナのうち第2のアンテナは、第1の配向に対して直角に置かれ得る。代替的には、第1のアンテナは指向性アンテナでよく、第2のアンテナはオムニ指向性アンテナでよい。さらに別の代替では、第1のアンテナは指向性アンテナでよく、第2のアンテナは半球状アンテナでよい。以下で説明する回路構成は、ワイヤレスユニットが、複数のアンテナのうち1つを選択し、または複数のアンテナのうち2つ以上を組み合わせ、重み付けするのを支援する。
ブロック図は、多重経路受信機520に制御信号455を与える相対位置プロセッサ560も含む。信号455は、ローカル基準システムと複数のアンテナとの間の相対位置の指示を与える。制御信号455は、どの1つのアンテナまたは複数の信号からのアンテナ信号の加重合成が、多重経路受信機520から出力受信信号として与えられるかを判定するのに使われる。制御信号455は、複数のアンテナのうちどの1つが、ワイヤレスユニットとリモート送信機との間で最も強い信号を与えると予想されるか選択することができる。代替的には、制御信号455は、複数のアンテナのうちどの2つ以上のアンテナが、最も強い信号を与えると予想されるか選択することができる。最も強い信号は、どの信号が、最も強い総電力(PMAX)、最も高い信号対雑音比(SNR)、最も高い信号対干渉雑音比(SINR)、最も低いビットエラーレート(BER)または他の品質基準値を与えると予想されるかに基づいて判定され得る。さらに、リモート送信機は、ワイヤレスユニット400から水平に置かれた地上波基地局またはアクセスポイントと仮定され得る。代替的には、リモート送信機は、ワイヤレスユニット400から垂直に置かれた軌道衛星と仮定され得る。
相対位置プロセッサ560は、配向センサ570、プロセッサ590および相対送信機位置ユニット580を含み、これらの各々は、ハードウェア、ソフトウェアまたはハードウェアとソフトウェアの組合せで実装され得る。相対位置プロセッサ560は、送信機位置ユニット580からの情報信号に基づいて、リモート送信機の絶対ロケーションを判定することができる。この場合、制御信号は、判定された角度に基づいて生成される。いくつかの実施形態では、相対位置プロセッサ560は、ワイヤレスユニットの基準配向と、リモート送信機に対する角度との間の角度を判定する。たとえば、ワイヤレスユニット400が、45度の角度で垂直に傾き、送信機が真北にある場合、相対位置プロセッサ560は、北に向けられたアンテナパターンをもつ1つまたは複数のアンテナを選択する。
配向センサ570は、ワイヤレスユニット400の配向を示す信号を検知し生成するための手段として作用する。配向センサ570は、ワイヤレスユニット400の配向を示す配向情報を与えるためのデータポートを備える慣性センサを含む。配向センサ570は、ローカル基準システムに相対的な、モバイルデバイスの配向を判定する。つまり、センサ570は、垂直配向(上下)および/または水平配向(たとえば、カーディナルまたは磁気方向)についてのワイヤレスユニットの配向を示す。配向センサ570は、ジャイロスコープまたは垂直配向(すなわち、重力の方向)を判定するための他の手段を含み得る。配向センサ570は、磁力計または水平配向を判定するための同様の手段を含み得る。配向センサ570に基づいて、ワイヤレスユニットは、その環境に関してのその配向を判定することができる。
相対送信機位置ユニット580は、1つまたは複数の送信機とワイヤレスユニット400との間の方向を判定する。相対送信機位置ユニット580は、情報信号に基づいて、リモート送信機の絶対ロケーションを判定するための手段として作用し得る。たとえば、ワイヤレスユニット400は、ワイヤレスユニット400から、最も近い送信機への方向を判定する。他の実施形態では、相対位置プロセッサ560は、配向センサ570およびプロセッサ590を含むが、相対送信機位置ユニット580は含まない。相対送信機位置ユニット580からの具体的な送信機情報がない場合、送信機は、地上波であると仮定され得る。この場合、制御信号455は、ワイヤレスユニット400の現在の配向に基づいて、水平面において突出したアンテナパターンをもつアンテナを選択する。代替的には、送信機は、測位衛星内にあると仮定され得る。この場合、制御信号455は、やはりワイヤレスユニット400の現在の配向に基づいて、垂直に突出したアンテナパターンをもつアンテナを選択することができる。
プロセッサ590は、配向情報に基づいて制御信号455を生成するための手段として作用する。プロセッサ590は、ワイヤレスユニット400からリモート送信機への相対方向を判定するための手段としても作用し得る。プロセッサ590は、配向センサ570のデータポートに結合され、制御信号455を介してアンテナセレクタの制御ポートに結合される。動作時、プロセッサ590は、配向センサ570からの配向情報に基づいて制御信号455を生成する。プロセッサ590は、相対送信機位置ユニット580からの指向性信号も受け取り得る。配向および指向性信号に基づいて、プロセッサ590は、どの1つのアンテナ信号またはアンテナ信号の合成が、ワイヤレスユニットの現在の配向および位置にとって最適な信号を与えると予想されるか判定することができる。
上記構成は、入力信号のための相対位置プロセッサを使う。つまり、この配置は、ワイヤレスユニットに相対的なリモート送信機の位置を判定し、そのアンテナのうち、1つまたは複数の信号を受信するための1つまたは複数を選択するのに使われる。補完的配置が、出力信号用に使われ得る。つまり、ワイヤレスユニット400は、リモート受信機の位置を判定し、1つまたは複数の信号を送信するための1つまたは複数のアンテナを選択するように構成され得る。この場合、受信信号を与える受信機520は、送信信号を受信する送信機で置き換えられる。相対位置プロセッサ560は次いで、送信機からの相対方向ではなく、受信機への相対方向を判定するのに使われる。相対位置プロセッサ560は同様に、送信機が、送信信号を送るのに、どの1つまたは複数のアンテナを使うか選択する。
図14Aおよび図14Bは、モバイルデバイスの判定配向および様々な送信機への方向を示す。図14Aにおいて、ワイヤレスユニット400は、基準配向ベクトルに関する空間内において任意の配向(デバイス配向)で示される。デバイス配向は、図13の配向センサ570によって判定され得る。いくつかの実施形態では、デバイス配向ベクトルは、図示のように、ワイヤレスユニット400の3次元配向を与える。他の実施形態では、デバイス配向ベクトルは、磁力計によって与えられる水平配向など、2次元の配向を与える。さらに他の実施形態では、デバイス配向ベクトルは、加速度計によって与えられる垂直配向などの1次元配向を与える。
図14Bでは、ワイヤレスユニット400は、様々な送信機および対応する位置ベクトルセットに関して、空間内の任意の位置に示されている。各位置ベクトルは、ワイヤレスユニット400から特定の送信機への方向(または等価には、相対方向)を表す。第1の位置ベクトルは、ワイヤレスユニット400から、近くに測位された基地局(BS)への方向を示す。位置ベクトルセットは、最接近基地局のみ、または最接近の2つもしくは3つの基地局を含み得る。第2のベクトルは、ワイヤレスユニット400から、GPS衛星などの測位衛星への方向を示す。位置ベクトルセットは、最接近GPS衛星、ワイヤレスユニット400の最も真上のGPS衛星のみ、またはそのような測位衛星の2、3もしくは4つをさらに含み得る。
各ベクトルは、ワイヤレスユニット400の位置から、送信機の位置に走る。位置は、図13の相対送信機位置ユニット580によって判定され得る。デバイス位置は、衛星測位システム(たとえば、GPS、GalileoもしくはGLONASSシステム)および/または地上波測位システム(たとえば、セルベースの三辺測量もしくは三角測量)を使って判定され得る。送信機位置は、予め定義し、および/またはワイヤレスユニット400に記憶することができる。たとえば、ワイヤレスユニット400は、現在時刻に基づいて、1つまたは複数の衛星の、空中での位置を判定することが可能であり得る。同様に、ワイヤレスユニット400は、所定の基地局および/またはアクセスポイント位置のテーブルをもつことができる。位置は、ネットワークからモバイルに送信してもよく、ワイヤレスユニット400によって以前の遭遇中に判定済みであってもよい。いくつかの実施形態では、各ベクトルは、図示のように、ワイヤレスユニット400から送信機への3次元方向ベクトルで与えられる。他の実施形態では、ベクトルは、ワイヤレスユニット400と送信機との間の、水平面におけるベクトルなど、2次元の置換のみを与える。さらに他の実施形態では、デバイス配向ベクトルは、加速度計によって与えられる垂直配向などの1次元配向を与える。
デバイス配向および方向ベクトル(複数可)に基づいて、ワイヤレスユニットは、信号を受信するために、どの1つまたは複数のアンテナを選択するべきか判定する。いくつかの実施形態は、単一アンテナを選択するためのスイッチを組み込み、そうすることによって、スイッチダイバーシティを実施する。他の実施形態は、コヒーレント合成器を用いてコヒーレントに、または非コヒーレント合成器を用いて非コヒーレントに、複数のアンテナ入力信号を重み付け、合成する。
図15は、切替えダイバーシティを実施するための相対位置プロセッサ560の使用を示す。このブロック図は、受信信号(S)を与える単一経路受信機520を含むワイヤレスユニット400を示す。受信機520は、スイッチ528を介して複数のアンテナ(ANT1、ANT2、...、ANTm)510に結合される。いくつかの実施形態では、スイッチ528は、無線周波数(RF)入力信号を切り替える。他の実施形態では、スイッチ528は、中間周波数(IF)入力信号を切り替える。図13に関して上述した相対位置プロセッサ560は、アンテナ入力信号を選択するのに使われる制御信号455を与える。スイッチは、選択されたアンテナ入力信号を、復調して受信信号Sを生じるために受信機520に渡す。
図16は、非コヒーレント合成用の重みを計算するための、相対位置プロセッサ560の使用を示す。このブロック図は、複数のアンテナ(ANT1、ANT2、...、ANTm)510に結合され、対応する複数の受信信号(S1、S2、...、Sm)を与える多重経路受信機520を含むワイヤレスユニット400を示す。多重経路受信機520は、アンテナ信号を通過させ、またはRF信号をIFもしくはベースバンド信号にダウンコンバートし得る。複数の受信信号(S1、S2、...、Sm)は、2乗、加重および加算回路構成に与えられる。2乗、加重および加算回路は、各受信信号(S1、S2、...、Sm)のための2乗ユニット722および加重ユニット724を提供する。2乗ユニット722は、受信信号(S1、S2、...、Sm)を受け取り、2乗信号(S1 2、S2 2、...、Sm 2)を出力する。加重ユニット724は、各2乗信号(S1 2、S2 2、...、Sm 2)に、それぞれの重み(w1、w2、...、wm)で重み付ける。たとえば、第2のアンテナ(ANT2)からの信号S2は、2乗ユニット722によって2乗され、次いで、ユニット724によって値w2で重み付けられ、2乗および加重された積w2(S2)2となる。それぞれの重み(w1、w2、...、wm)は、相対位置プロセッサ560からの制御信号455によって設定される。相対位置プロセッサ560は、この制御信号455を、ワイヤレスユニット400の配向およびワイヤレスユニット400に相対的な、1つまたは複数の送信機の位置に基づいて設定する。たとえば、重みは、各アンテナからの予想受信信号強度に基づいて設定され得る。たとえば、重みは、(0.0、0.4および0.6)に設定され得る。2乗および加重の後、得られた信号は、加算器726によって加算されて、受信信号(SOUT 2)を生じる。加算器は、複数のアンテナからの信号を、制御信号455に基づいて合成する。加算器は、複数の信号を合成するための手段として作用する。ハードウェアおよび/またはソフトウェアで実装される加算器、合成器、デジタイザおよびデジタルプロセッサ、または他の加算器は、合成するための手段として使われ得る。
図17は、コヒーレント合成のための位相オフセットを計算するための、相対位置プロセッサの使用を示す。この図は、複数のアンテナ(ANT1、ANT2、...、ANTm)510、多重経路受信機520、相対位置プロセッサ560、位相補償装置725および加算器726を含むワイヤレスユニット400を示す。多重経路受信機520は、複数のアンテナ(ANT1、ANT2、...、ANTm)510から信号を受信するためのm個のアンテナ入力と、受信信号(S1、S2、...、Sm)を与えるためのm個の出力を含む。各信号Siは、同相成分および違相成分{Ii,Qi}を含む。
ワイヤレスユニット400の配向および1つまたは複数の送信機の相対送信機位置に基づいて、相対位置プロセッサ560は、ワイヤレスユニット400の現在の配向から、1つまたは複数の送信機への相対配向を判定する。この情報を用いて、相対位置プロセッサ560は、1つまたは複数の送信機からのアンテナ受信を指示するための位相調節信号455を生成する。
可変位相調節信号(ΔΦ2、...、ΔΦm)は、それぞれの位相補償装置725を制御する。位相補償装置725は、多重経路受信機520から対応する信号(S2、...、Sm)も受信する。可変位相調節信号(ΔΦ2、...、ΔΦm)は、相対位置プロセッサ560からの制御信号に基づいて設定される。次に、位相補償装置725は、可変位相調節信号(ΔΦ2、...、ΔΦm)を使って、信号(S2、...、Sm)の着信同相および違相信号成分{Ii,Qi}の位相を調整する。位相補償装置725は、制御信号を使って、信号(S2、...、Sm)の各々の位相を、それぞれが信号S1の推定位相と共通の位相をもつように調節する。加算器726を用いて信号S1を位相調節信号と合成した結果、コヒーレント合成された出力信号SOUTが生じる。
上記で説明したシステムは、ハードウェアとソフトウェアの組合せで実装され得る。たとえば、ワイヤレスユニット400は、少なくとも1つのコンピュータに、(1)慣性センサを使って、ワイヤレスユニットの配向を検知させ、ワイヤレスユニットの配向を示す配向情報を生成させ、(2)配向情報に基づいて制御信号を生成させ、(3)制御信号に基づいて複数のアンテナからの信号を合成させるためのコードを含み得る。
本明細書で説明した様々な例示的論理ブロック、モジュール、および回路は、1つまたは複数のプロセッサを用いて実装または実施することができる。プロセッサは、マイクロプロセッサなどの汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)などの特定用途プロセッサでも、ソフトウェアをサポートすることが可能な、他の何らかのハードウェアプラットフォームでもよい。ソフトウェアは、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、または他の何らかの用語で呼ばれようとも、命令、データ構造、またはプログラムコードの何らかの組合せも意味するように広く企図されるべきである。代替的には、プロセッサは、特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラム可能論理デバイス(PLD)、フィールドプログラム可能ゲートアレイ(FPGA)、コントローラ、マイクロコントローラ、状態機械、個別ハードウェア構成要素の組合せ、またはそれらの何らかの組合せでもよい。本明細書で説明した様々な例示的論理ブロック、モジュール、および回路は、ソフトウェアを記憶するための機械可読媒体も含み得る。機械可読媒体は、1つまたは複数の記憶デバイス、伝送回線、またはデータ信号をエンコードする搬送波も含み得る。
開示される態様の上記の説明は、当業者なら誰でも本発明を作成または使用できるようにするために提供される。これらの態様への様々な修正が当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義する一般的な原理は、本発明の趣旨や範囲を逸脱することなく他の態様に適用され得る。
54a 測位衛星
100 アンテナ利得パターン、アンテナパターン
200 アンテナ利得パターン
300 指向性アンテナ利得パターン
310 第1のアンテナパターン
320 第2のアンテナパターン
400 ワイヤレスユニット
410 アンテナ
430 アンテナセレクタ
440 受信機、受信機ユニット
450 プロセッサ
460 調整回路
470 慣性センサ、センサ
480 送信機
510 アンテナ
520 マルチチャネル受信機、受信機、多重経路GNSS受信機、多重経路受信機、単一経路受信機
521 帯域通過フィルタ(BPF)
522 低雑音増幅器(LNA)
523 混合器および関連ローカル発振器(LO)、混合器
524 低域通過フィルタ(LPF)、低域フィルタ
525 サンプルおよびホールド回路、サンプラ
526 アナログデジタルコンバータ(ADC)
528 スイッチ
530 ダイバーシティプロセッサ
532 アナログダイバーシティプロセッサ
534 ダイバーシティプロセッサ
560 相対位置プロセッサ
570 配向センサ
580 相対送信機位置ユニット、送信機位置ユニット
590 プロセッサ
720 ADC
722 2乗ユニット
724 加重ユニット
725 位相補償装置
726 加算器
730 デジタルベースバンドプロセッサA、デジタルベースバンドプロセッサ
830 デジタルベースバンドプロセッサB
930 ベースバンドプロセッサA
940 ダイバーシティプロセッサ
950 ベースバンドプロセッサB
1030 ベースバンドプロセッサC
1040 ダイバーシティプロセッサ、プロセッサ

Claims (42)

  1. アンテナ選択のためのワイヤレスユニットであって、
    少なくとも2つの異なるアンテナパターンをもつアンテナを含む複数のアンテナと、
    前記複数のアンテナのうちそれぞれのアンテナに各々が結合された複数のポート、および前記複数のアンテナのうち少なくとも1つを選択するための制御信号を受け取るための制御ポートを備えるアンテナセレクタと、
    前記ワイヤレスユニットの配向を示す配向情報を与えるためのデータポートを備える慣性センサと、
    前記慣性センサの前記データポートに結合され、前記アンテナセレクタの前記制御ポートに結合されたプロセッサであって、前記配向情報に基づいて前記制御信号を生成するように構成されたプロセッサとを備えるワイヤレスユニット。
  2. 前記複数のアンテナが、指向性アンテナおよび半球状アンテナを含む、請求項1に記載のワイヤレスユニット。
  3. 前記制御信号が、前記配向情報に基づいて、前記複数のアンテナのうちどれが、前記ワイヤレスユニットと、前記ワイヤレスユニットから水平に置かれると仮定されるリモート送信機との間で最も強い信号を与えると予想されるか選択するための制御信号を含む、請求項1に記載のワイヤレスユニット。
  4. 前記配向情報に基づく前記制御信号が、前記複数のアンテナのうちどれが、前記ワイヤレスユニットと、前記ワイヤレスユニットの上に垂直に置かれると仮定されるリモート送信機との間で最も強い信号を与えると予想されるかに基づく制御信号を含む、請求項1に記載のワイヤレスユニット。
  5. 情報信号を受信するように構成された受信機をさらに備え、前記プロセッサが、前記情報信号に基づいてリモート送信機の絶対ロケーションを判定するようにさらに構成される、請求項1に記載のワイヤレスユニット。
  6. 前記配向情報に基づく前記制御信号が、前記リモート送信機の前記絶対ロケーションにさらに基づく、請求項5に記載のワイヤレスユニット。
  7. 前記リモート送信機が基地局を含む、請求項5に記載のワイヤレスユニット。
  8. 前記リモート送信機が測位衛星を含む、請求項5に記載のワイヤレスユニット。
  9. 前記測位衛星が全地球測位衛星(GPS)を含む、請求項8に記載のワイヤレスユニット。
  10. 前記慣性センサが加速度計を備える、請求項1に記載のワイヤレスユニット。
  11. 前記慣性センサがジャイロスコープを備える、請求項1に記載のワイヤレスユニット。
  12. 信号を合成するためのワイヤレスユニットであって、
    少なくとも1つの指向性アンテナを含む複数のアンテナと、
    前記ワイヤレスユニットの配向を示す配向情報を与えるためのデータポートを備える慣性センサと、
    前記複数のアンテナのうち少なくとも1つに各々が結合された複数の入力ポートを備え、前記複数の入力ポートからの信号を合成するのに使われる制御信号を受信するための制御ポートをさらに備える合成器と、
    前記慣性センサの前記データポートに結合され、前記合成器の前記制御ポートに結合されたプロセッサであって、前記配向情報に基づいて前記制御信号を生成するように構成されたプロセッサとを備えるワイヤレスユニット。
  13. 前記複数のアンテナが、少なくとも2つの異なるアンテナパターンをもつアンテナを含む、請求項12に記載のワイヤレスユニット。
  14. 前記複数のアンテナが、指向性アンテナおよび半球状アンテナを含む、請求項12に記載のワイヤレスユニット。
  15. 情報信号を受信するように構成された受信機をさらに備え、前記プロセッサが、前記情報信号に基づいてリモート送信機の絶対ロケーションを判定するようにさらに構成され、
    前記配向情報に基づく前記制御信号が、前記リモート送信機の前記絶対ロケーションにさらに基づく、請求項12に記載のワイヤレスユニット。
  16. 前記リモート送信機が基地局を含む、請求項15に記載のワイヤレスユニット。
  17. 前記リモート送信機が測位衛星を含む、請求項15に記載のワイヤレスユニット。
  18. 前記測位衛星が全地球測位衛星(GPS)を含む、請求項17に記載のワイヤレスユニット。
  19. 前記合成器が非コヒーレント合成器を含む、請求項12に記載のワイヤレスユニット。
  20. 前記制御信号が少なくとも1つの可変重み(wi)を含む、請求項19に記載のワイヤレスユニット。
  21. 前記合成器がコヒーレント合成器を含む、請求項12に記載のワイヤレスユニット。
  22. 前記制御信号が少なくとも1つの可変位相調節信号(ΔΦi)を含む、請求項21に記載のワイヤレスユニット。
  23. 前記慣性センサが加速度計を備える、請求項13に記載のワイヤレスユニット。
  24. 前記慣性センサがジャイロスコープを備える、請求項12に記載のワイヤレスユニット。
  25. ワイヤレスユニットを使って信号を合成するための方法であって、
    少なくとも1つの指向性アンテナを含む複数のアンテナを提供するステップと、
    慣性センサを使って、前記ワイヤレスユニットの配向を検知し、前記ワイヤレスユニットの前記配向を示す配向情報を生成するステップと、
    前記配向情報に基づいて制御信号を生成するステップと、
    前記制御信号に基づいて複数のアンテナからの信号を合成するステップとを含む方法。
  26. 情報信号を受信するステップと、
    前記情報信号に基づいてリモート送信機の絶対ロケーションを判定するステップとをさらに含み、
    前記制御信号に基づいて前記複数のアンテナからの前記信号を合成する前記行為が、前記リモート送信機の前記絶対ロケーションにさらに基づく、請求項25に記載の方法。
  27. 前記ワイヤレスユニットから前記リモート送信機への相対方向を判定するステップをさらに含み、
    前記配向情報に基づいて前記制御信号を生成する前記行為が、前記相対方向に基づいて前記制御信号を生成するステップを含む、請求項26に記載の方法。
  28. 前記ワイヤレスユニットの基準配向と、前記リモート送信機に対する角度との間の角度を判定するステップをさらに含み、
    前記配向情報に基づいて前記制御信号を生成する前記行為が、前記判定された角度に基づいて前記制御信号を生成するステップを含む、請求項26に記載の方法。
  29. 前記制御信号が少なくとも1つの可変重み(wi)を含む、請求項25に記載の方法。
  30. 前記制御信号が少なくとも1つの可変位相調節信号(ΔΦi)を含む、請求項25に記載の方法。
  31. 信号を合成するためのワイヤレスユニットであって、
    少なくとも1つの指向性アンテナを含む複数のアンテナを提供するための手段と、
    慣性センサを使って、前記ワイヤレスユニットの配向を検知し、前記ワイヤレスユニットの前記配向を示す配向情報を生成するための手段と、
    前記配向情報に基づいて制御信号を生成するための手段と、
    前記制御信号に基づいて複数のアンテナからの信号を合成するための手段とを備えるワイヤレスユニット。
  32. 情報信号を受信するための手段と、
    前記情報信号に基づいてリモート送信機の絶対ロケーションを判定するための手段とをさらに備え、
    前記制御信号に基づいて前記複数のアンテナからの前記信号を合成するための前記手段が、前記リモート送信機の前記絶対ロケーションにさらに基づく、請求項31に記載のワイヤレスユニット。
  33. 前記ワイヤレスユニットから前記リモート送信機への相対方向を判定するための手段をさらに備え、
    前記配向情報に基づいて前記制御信号を生成するための前記手段が、前記相対方向に基づいて前記制御信号を生成するための手段を備える、請求項32に記載のワイヤレスユニット。
  34. 前記ワイヤレスユニットの基準配向と、前記リモート送信機に対する角度との間の角度を判定するための手段をさらに備え、
    前記配向情報に基づいて前記制御信号を生成するための前記手段が、前記判定角度に基づいて前記制御信号を生成するための手段を備える、請求項32に記載のワイヤレスユニット。
  35. 前記制御信号が少なくとも1つの可変重み(wi)を含む、請求項31に記載のワイヤレスユニット。
  36. 前記制御信号が少なくとも1つの可変位相調節信号(ΔΦi)を含む、請求項31に記載のワイヤレスユニット。
  37. 少なくとも1つのコンピュータに、慣性センサを使って、ワイヤレスユニットの配向を検知させ、前記ワイヤレスユニットの前記配向を示す配向情報を生成させるためのコードと、
    少なくとも1つのコンピュータに、前記配向情報に基づいて制御信号を生成させるためのコードと、
    少なくとも1つのコンピュータに、前記制御信号に基づいて複数のアンテナからの信号を合成させるためのコードと、
    を記録するコンピュータ可読記録媒体。
  38. 前記コンピュータ可読記録媒体が、
    少なくとも1つのコンピュータに、受信した情報信号に基づいてリモート送信機の絶対ロケーションを判定させるためのコードをさらに記録し、
    少なくとも1つのコンピュータに、前記制御信号に基づいて前記複数のアンテナからの前記信号を合成させるための前記コードが、前記リモート送信機の前記絶対ロケーションにさらに基づく、請求項37に記載のコンピュータ可読記録媒体。
  39. 前記コンピュータ可読記録媒体が、
    少なくとも1つのコンピュータに、前記ワイヤレスユニットから前記リモート送信機への相対方向を判定させるためのコードをさらに記録し、
    少なくとも1つのコンピュータに、前記配向情報に基づいて前記制御信号を生成させるための前記コードが、少なくとも1つのコンピュータに、前記相対方向に基づいて前記制御信号を生成させるためのコードを含む、請求項37に記載のコンピュータ可読記録媒体。
  40. 前記コンピュータ可読記録媒体が、
    少なくとも1つのコンピュータに、前記ワイヤレスユニットの基準配向と、前記リモート送信機への角度との間の角度を判定させるためのコードをさらに記録し、
    少なくとも1つのコンピュータに、前記配向情報に基づいて前記制御信号を生成させるための前記コードが、少なくとも1つのコンピュータに、前記判定角度に基づいて前記制御信号を生成させるためのコードを含む、請求項37に記載のコンピュータ可読記録媒体。
  41. 前記制御信号が少なくとも1つの可変重み(wi)を含む、請求項37に記載のコンピュータ可読記録媒体。
  42. 前記制御信号が少なくとも1つの可変位相調節信号(ΔΦi)を含む、請求項37に記載のコンピュータ可読記録媒体。
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