JP2020523865A - アダプティブアンテナ構成 - Google Patents

Abstract

複数の異なるアンテナ構成に適応される複数のアンテナ素子を備える無線ノードによるアンテナ構成の適応性のある選択。アンテナ構成の選択は、無線ノードによって受信される信号の品質に基づいて行われる。無線ノードは、ミリ波周波数帯域での通信向けに動作可能であり、特定の実施形態で、異なるアンテナ構成は、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成、多入力多出力（ＭＩＭＯ）構成、およびビームフォーミング（ＢＦ）構成のうち２つ以上を含む。

Description

本発明の実施形態は、概してモバイル電気通信に関し、より詳細には、ミリ波周波数帯域におけるオペレーションのための無線ノードのアダプティブアンテナ構成の方法、装置、コンピュータプログラム製品などに関する。

新無線（New Radio：ＮＲ）または第５世代（5th Generation：５Ｇ）無線通信などの将来的な無線通信は、通信向けのミリ（ｍｍ）波周波数スペクトルに依拠する。利用可能な帯域幅が従来の周波数帯域におけるものより非常に広いので、ミリ波周波数帯域での無線通信のオペレーションが期待されている。５Ｇでの通信は、６ＧＨｚ（ギガヘルツ）未満の通信と、６ＧＨｚを上回る通信の２つの周波数スペクトルに分けられる。６ＧＨｚを上回る通信の場合、波長は極端に短く、例えば、２８ＧＨｚの波長の場合、波長は１ｃｍ（センチメートル）であり、これは、ユーザ端末（User Equipment：ＵＥ、本明細書ではモバイルデバイス、モバイル端末などとも称する）内のアンテナ素子が物理的に小さくなることを意味し、サイズは５×５ｍｍのオーダーである。より小さいアンテナは、対応する小さいアパーチャ（すなわち、空間に対する開き）を有し、このアパーチャは、複数のアンテナ素子（例えば、４個または８個の素子のアンテナモジュール）を使用して補われる必要がある。しかし、複数のアンテナ素子の使用は、結果としてビームマネジメントおよびビーム同期が必要になる。特定のシナリオでは、ビームマネジメントの複雑なプロセスを最小化することができ、場合によっては全体的に回避することができる。しかし、その他の特定のシナリオでは、ビーム構成は最適ではない。

ハードウェアの観点から、様々なアンテナの実装形態が提案されている。将来の無線通信システムで使用するために実際に選択された実装形態は、限定的ではないが、例えば、動作周波数、伝送される信号の帯域幅、コスト、消費電力など様々な要素に依存する場合がある。ミリ波周波数スペクトルで利用可能な広帯域幅には、アナログ‐デジタルコンバータ（Analog-to-Digital Converter：ＡＤＣ）またはデジタル‐アナログコンバータ（Digital-to-Analog Converter：ＤＡＣ）のサンプリングレートが２倍の帯域幅が必要であり、結果としてＧＨｚのサンプリングレートになるという点で、独自の課題が存在する。このような高周波数のサンプリングレートは、ＵＥの高電流消費をもたらす。

従来の無線通信では、単一のアンテナ素子が発信元で使用され、別の単一のアンテナ素子が送信先で使用される。これは、単一のアンテナ素子（または、いくつかのアンテナ素子）が、無指向性パターンで使用される場合である。しかし、場合によっては、単一のアンテナ素子の使用により、マルチパス効果による問題が生じる。電磁（Electromagnetic：ＥＭ）場が丘陵、建物などの障害物と交わる場合に、波頭が散乱されることにより、送信先に到達するまでに多くの経路をとる。散乱された信号の一部の到着が遅れることにより、フェージング、カットアウトおよび断続的な受信などの問題が起こる。デジタル無線通信システムにおけるこのような散乱は、データ速度の低下およびエラー数の増加を引き起こすことがある。発信元および送信先での複数の信号の伝送に加えて２個以上のアンテナ素子の使用、例えば、多入力多出力（Multiple-Input Multiple-Output：ＭＩＭＯ）アンテナ技術は、マルチパス電波伝搬に関連した性質を活用し、かつこの作用を利用する。ＭＩＭＯでは、通信回路の各端部のアンテナ素子が組み合わされて、エラーを最小限に抑え、データ速度を最適にする。

移動無線通信では、伝送および／または受信のための複数のアンテナ素子の使用法は、指向性信号伝送または受信向けに用いる場合があり、あるいは本明細書では「ビームフォーミング」と称する。ビームフォーミングは、アナログまたはデジタルである場合がある。デジタルビームフォーミングでは、アンテナアレイの各個々のアンテナ素子が、個々のベースバンド信号によって送られるＲＦ（無線周波数）送受信部を有する。個々のベースバンド信号は、複数の信号の情報を含み、重ね合わされるので、複数のビームを同時に異なる方向で実現することが可能である。個々のベースバンド信号に含まれる情報の組み合わせは、デジタルドメインの中で実施される。したがって、デジタルビームフォーミングでは、ビームの数だけＡＤＣコンバータが必要である。アナログビームフォーミングでは、個々のアナログ物理位相器は、下りリンク（すなわち、受信経路）の電力割り当ての前または後のいずれかで、各アンテナ素子と連結して実装される。したがって、単一ビームのアナログ領域のビームフォーミングは、アンテナアレイの個々のアンテナ素子ごとに相関的な位相をセットすることによって実現される。さらに、ビームフォーミングはハイブリッドである場合があり、これは、指向性信号伝送および／または受信がデジタル技術とアナログ技術との両方の組み合わせによって実現できることを意味する。ハイブリッドビームフォーミングは、低電力通信を可能にするより良好な選択肢になる可能性がある。

したがって、無線ノード、ＵＥまたはアクセスポイントが、複数の異なるアンテナ構成に適応される複数のアンテナ素子を実装する場合に、アンテナ構成選択のためのシステム、装置、方法などを向上する必要がある。

１つ以上の実施形態の簡略化された概要を以下に示し、かかる実施形態の基本的な理解を提供する。本概要は、考えられるすべての実施形態の広範の概要ではなく、また、すべての実施形態の主要のまたは重要な要素を特定し、一部またはすべての実施形態の範囲を線引きすることを意図するものではない。その唯一の目的は、１つ以上の実施形態の概念を、後に示すより詳細な説明の序文として簡略化した形で示すことである。

本発明の実施形態は、複数の異なるアンテナ構成に適応される複数のアンテナ素子を備える無線ノードによるアンテナ構成の開ループ選択のための方法、装置、システムなどを提供することにより、上記のニーズに対処し、および／または他の利点を実現する。アンテナ構成の選択は、無線ノードによって受信される信号の品質に基づいて行われる。信号の品質は、信号の強度／パワーおよび／またはチャネルリッチネスによって規定されてよい。本発明の追加の実施形態では、アンテナ構成の選択は、無線ノードのモビリティ状態および／または無線ノードに影響を及ぼしている干渉の状態に基づいてもよい。本発明の特定の実施形態では、無線ノードは、ミリ波周波数帯域での通信向けに動作可能であり、したがって、異なるアンテナ構成は、無指向性アンテナ構成、多入力多出力（ＭＩＭＯ）構成、およびビームフォーミング（Beamforming：ＢＦ）構成のうち２つ以上を含む。

異なるアンテナ構成のそれぞれは、異なるネットワークシナリオでの通信の速度、ロバスト性および／または電力効率に影響を与える異なる特性を有する。これらの特性としては、（ａ）アンテナの指向性性質、（ｂ）アンテナアレイの中の相関アンテナ素子によって得られるアレイ利得、（ｃ）複数のビームを同時に、または２つ以上のアンテナ素子を同時に含む複数のモード（すなわち、アンテナ素子の偏波、無相関性および／または指向性）をサポートするアンテナ構成の能力、（ｄ）アンテナ素子の数、およびアンテナ素子の無相関性の程度、が挙げられるが、これらに限定されない。

無線ノードのアンテナ構成の方法は、第１の本発明の実施形態を規定する。無線ノードは、複数のアンテナ構成に適応できる複数のアンテナ素子を含む。方法は、第１アンテナ構成を用いる第１無線信号を受信することと、第１無線信号の品質に基づいてアンテナ素子のうち少なくとも１個を用いて第２無線信号を伝送および／または受信するために、複数のアンテナ構成の中から第２アンテナ構成を選択することと、を含む。

方法の特定の実施形態では、第１アンテナ構成は、無指向性カバレッジ向けのアンテナ構成などのワイドカバレッジエリアアンテナ構成としてさらに規定される。

方法のその他の特定の実施形態では、第１および第２アンテナ構成は実質的に同じカバレッジ角度を有する。また、本発明のその他の特定の実施形態では、第２アンテナ構成のカバレッジ角度は実質的に第１アンテナ構成のカバレッジ角度のサブグループであるか、第１アンテナ構成のカバレッジ角度は実質的に第２アンテナ構成のカバレッジ角度のサブグループである。

方法の特定の実施形態では、複数のアンテナ構成は、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成、多入力多出力（ＭＩＭＯ）アンテナ構成、およびビームフォーミングアンテナ構成のうち少なくとも２つを含む。方法のそのような実施形態では、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成は、ワイドカバレッジエリアパターンで構成された複数のアンテナ素子のうち１個または多くても数個を実装する。ＭＩＭＯアンテナ構成は、マルチパス伝搬による単一無線チャネルにわたって同時に複数の無線データ信号をサポートするように構成された複数の無相関アンテナ素子を実装する。ビームフォーミングアンテナ構成は、位相オフセットを用いて同じデータを伝送および受信するように構成された複数の相関アンテナ素子を実装する。

方法の特定の実施形態では、アンテナの第２構成を選択することは、第１無線信号の品質に基づくアンテナ構成を選択することをさらに含み、ここで、信号の品質は、信号の強度／パワーおよび／または信号のチャネルリッチネスのうち１つ以上によって規定される。

方法のその他の特定の実施形態では、第２アンテナ構成の選択は、無線ノードのモビリティ状態および／または無線ノードに影響を及ぼしている干渉の状態のうち少なくとも１つにさらに基づいてもよい。

さらに、追加の実施形態では、方法は、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成を使用して基地局とのネットワークアクセスをＵＥから開始することを含む。第１信号を受信する方法のそのような実施形態では、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成を使用して第１信号を受信することをさらに含む。

方法のさらに別の特定の実施形態では、アンテナ構成を選択することは、信号の品質が信号品質閾値を満たしているか、または超えているかどうかを判断することによって信号の品質を決定することをさらに含む。本発明の特定の実施形態では、信号品質は信号強度としてさらに規定されてよいが、その他の実施形態では、信号対雑音比（Signal-to-Noise Ratio：ＳＮＲ）、信号対干渉雑音比（Signal to Interference Plus Noise Ratio：ＳＩＮＲ）、ビット誤り率（Bit Error Rate：ＢＥＲ）などの他の要素によって信号品質は規定されてもよい。方法のそのような実施形態では、アンテナ構成を選択することは、信号の品質が信号品質閾値を満たしていないか、または超えていないと判断することに応じて、アレイアンテナ構成を設定すること、およびビームマネジメントプロシージャを実行することをさらに含んでもよい。方法の追加の実施形態では、選択することは、アンテナ構成を設定すること、およびビームマネジメントプロセスを実行することに応じて、チャネルが単一のビームまたは複数のビームをサポートするかどうかを決定することをさらに含む。チャネルが複数のビームをサポートする場合は、異なるデータストリームを伴う複数のビームが管理され、チャネルが複数のビームをサポートしない場合は、単一のデータストリームを伴う単一のビームが管理される。方法のさらに別の関連する実施形態では、アンテナ構成を選択することは、信号の品質が予め規定された信号品質閾値を満たしているか、または超えていると判断することに応じて、多入力多出力（ＭＩＭＯ）アンテナ構成を設定すること、およびチャネルがＭＩＭＯをサポートするかどうかを決定することをさらに含む。チャネルがＭＩＭＩをサポートする場合は、ＭＩＭＯ伝送が続き、チャネルがＭＩＭＯをサポートしない場合は、単入力単出力（Single Input, Single Output：ＳＩＳＯ）伝送が続いて起こる。

無線ノード装置は本発明の他の実施形態を規定し、ＵＥまたはアクセスポイント／基地局（Base Stations：ＢＳ）である場合がある無線ノードは、処理デバイス、メモリ、および複数のアンテナ構成に適応できる複数のアンテナ素子を含む。さらに、無線ノードは、メモリに記憶されて、プロセッサによって実行可能なアンテナ構成選択モジュールを含む。アンテナ構成選択モジュールは、受信された第１無線信号の品質に基づいて、アンテナ素子のうち少なくとも１個を用いて第２無線信号を伝送および／または受信するために、複数のアンテナ構成の中からアンテナ構成を選択するように構成される。

無線ノード装置の特定の実施形態では、複数のアンテナ構成は、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成、多入力多出力（ＭＩＭＯ）アンテナ構成、およびビームフォーミングアンテナ構成のうち少なくとも２つを含む。方法のそのような実施形態では、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成は、１個または多くても数個のアンテナ素子を実装して、ワイドカバレッジエリアパターンで構成される。ＭＩＭＯアンテナ構成は、マルチパス伝搬による単一無線チャネルにわたって同時に複数の無線データ信号をサポートするように構成された複数の無相関アンテナ素子を実装する。ビームフォーミングアンテナ構成は、位相オフセットを用いて同じデータを伝送および受信するように構成された複数の相関アンテナ素子を実装する。

したがって、本発明の目的、特徴、態様および利点は、限定的ではないが、受信された無線信号の品質に基づいて、複数の利用可能なアンテナ構成の中から、アンテナ構成を選択することを含む。このような開ループ選択プロセスは、他のネットワークノードをアンテナ構成選択プロセスに含む必要性を省略する。

本発明の追加の目的、特徴、態様および利点は、異なる各ネットワークシナリオの通信向けに速度（例えば、処理能力）、ロバスト性および電力効率（例えば、電流消費）が最適となるようにアンテナ構成を選択することである。この関連で、本発明は、許容範囲な信号品質の必要性と、バッテリ電力を節約する必要性とのバランスをとる。

本発明のさらに別の目的、特徴、態様および利点は、改善された信号対雑音比（ＳＮＲ）、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）および／またはビット誤り率（ＢＥＲ）が得られるアンテナ構成の選択によって実現される。

さらに、本発明の目的、特徴、態様および利点は、無線ノードのモビリティ状態および／または無線ノードに影響を及ぼす干渉に基づいて、および／または（ｉ）アンテナ素子の指向性性質、（ｉｉ）アンテナアレイの中の相関アンテナによって得られるアレイ利得性質、（ｉｉｉ）同時に複数のビームをサポートするアンテナ構成の能力、および／または（ｉｖ）アンテナ素子の数、およびアンテナ素子の無相関性のレベルが最適となるようにアンテナ構成を選択することである。

本発明の種々の他の目的、特徴、態様および利点は、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明からより明らかとなる。

したがって、本明細書で以下に詳細に記述されるシステム、装置、方法などは、複数の異なるアンテナ構成に適応される複数のアンテナ素子を備える無線ノードによるアンテナ構成の選択を提供する。アンテナ構成の選択は、無線ノードによって受信される信号の品質に基づいて行われる。本発明の特定の実施形態では、無線ノードは、ミリ波周波数帯域での通信向けに動作可能であり、異なるアンテナ構成は、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成、多入力多出力（ＭＩＭＯ）構成、およびビームフォーミング（ＢＦ）構成のうち２つ以上を含む。

このように本発明の実施形態を概括的に説明してきたが、次に添付の図面を参照する。
本発明の実施形態に従う、アダプティブアンテナ構成のために構成された無線環境の略図である。 本発明の実施形態に従う、異なる信号品質状態の種々の無線ノード／ＵＥに着目した無線環境の略図である。 本発明の実施形態に従う、種々の相関および無相関アンテナ素子を有するＵＥの略図である。 本発明の実施形態に従う、複数のアンテナ素子のアダプティブアンテナ構成のために構成された無線ノードのブロック図である。 本発明の実施形態に従う、無線ノードでの複数のアンテナ素子のアンテナ構成の方法のフロー図である。 本発明の実施形態に従う、無線ノードでの複数のアンテナ素子のアダプティブアンテナ構成の方法のより詳細なフロー図である。 本発明の実施形態に従う、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成に適応される無線ノード内のアンテナモジュール／グループの略図である。 本発明の実施形態に従う、アナログビームフォーミングアンテナ構成に適応される無線ノード内のアンテナモジュール／グループの略図である。 本発明の実施形態に従う、ＭＩＭＯアンテナ構成に適応される無線ノード内のアンテナモジュール／グループの略図である。

ここで、いくつかの、ただしすべてではない本発明の実施形態が示された添付図面を参照しながら、本発明の実施形態をより詳細に以下に説明する。実際、本発明は、多くの異なる形式で具現化されてよく、本明細書に記述した実施形態に限られていると解釈されるべきでなく、むしろ、これらの実施形態が提供されることで、本開示が適用可能な法的要件を満たす可能性がある。同じ番号は全体を通して同じ要素を示す。

本明細書で用いられる場合、無線ノードは、モバイル端末／デバイスなどのユーザ端末（「ＵＥ」）、アクセスポイント（「Access Point：ＡＰ」）または基地局（「ＢＳ」）を意味する場合があり、あるいはｅＮｏｄｅＢ（ｅＮＢ）、ｇＮｏｄｅＢ（ｇＮＢ）などと呼ばれることもある。データを送信または受信する目的のために、ＵＥは、複数のＡＰおよび／またはＢＳを含む無線ローカルエリアネットワーク（「Wireless Local Area Network：ＷＬＡＮ」）または移動体通信ネットワーク（３ＧＰＰの発展型を含む）ＬＴＥリリース、および第５世代（「５Ｇ」）新無線（ＮＲ）リリースと接続してよい。

本明細書で詳細を論じるように、本発明は、複数の異なるアンテナ構成に適応される複数のアンテナ素子を含む無線のノードの開ループアンテナ構成を提供する。開ループ手法では、アンテナ素子がその中に常駐する無線ノードは、他のいずれの無線ノードからの支援も伴わずに、どのアンテナ構成を実装するかを判断する。例えば、ＵＥは、ＡＰまたはＢＳからの決定／選択の情報または支援なしに、それ自体でアンテナ構成を決定／選択する。同様に、ＡＰまたはＢＳは、ＵＥからの決定／選択の情報または支援なしに、アンテナ構成を決定／選択してもよい。

本発明の特定の実施形態によれば、異なるアンテナ構成は、必ずしもこれらに限定されないが、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成、ＭＩＭＯアンテナ構成、およびビームフォーミングアンテナ構成を含むことがある。例えば、本発明の実施形態は、特に、ミリ波周波数帯域での無線通信、特に６ＧＨｚを上回る通信、例えば２８ＧＨｚの通信に適している。

概して、異なるアンテナ構成を、異なるシナリオに適用することができる。例えば、一部のＵＥの低消費電力が、最優先事項である場合があり、その一方でその他のＵＥの低遅延が最優先事項である場合がある。

さらに、基地局レベルで、ネットワークの中の異なる物理的なエリアが、異なるニーズを有する場合があり、通信プロトコルにはこれらすべてのニーズ／事項を考慮に入れることが重要である。例えば、低遅延は、ＢＳまたはＵＥでのデジタルビームフォーミングによって可能になる即時のビームスイープでサポートされることがある。この関連で、デジタルビームフォーミング向けに構成されたＵＥまたはＢＳは、任意のビームマネジメントオプションをサポートすることが可能であるが、アナログまたはハイブリッドビームフォーミングの場合はそうではない。

異なるネットワークシナリオ向けに、無線ネットワークとの最適な通信を実施する方法に関する異なるオプションがある場合がある。これらの異なるオプションは、ＵＥレベルでのアンテナの構成を含んでもよい。ＵＥが基地局に隣接する位置にいる場合などの強い信号状態、特に、ＵＥと基地局とが直線の見通し線にあるそれらの例では、ワイドカバレッジエリアを可能にするＵＥアンテナ構成は有利である可能性がある。また、散乱が多いことを示すシナリオでは、ＭＩＭＯアンテナ構成などの個々のアンテナ素子が無相関であるアンテナ構成が好ましい。さらに別のシナリオでは、ビームフォーミングアンテナ構成などの相関アンテナ素子からのアンテナ利得は、速度、カバレッジおよび／または電流消費を改善できる。

図１を参照すると、略図には、本発明の実施形態に従うアンテナ構成の開ループ選択のためのシステム１０が示されている。システムは、アクセスポイントまたは基地局などの第１無線ノード２０、およびＵＥなどの第２無線ノード３０を含む。第１無線ノード２０および／または第２無線ノード３０は、複数の異なるアンテナ構成に適応される複数のアンテナ素子９０、１００をそれぞれ含む。第１無線ノード２０および／または第２無線ノード３０は、無線ノード３０または無線ノード２０のどちらか一方の対応するものから伝送される第１無線信号４０を受信するように構成される。第１無線信号４０は、第１アンテナ構成を用いて第１無線ノード２０によって受信される。

第１無線ノード２０および／または第２無線ノード３０は、アンテナ素子９０または１００を用いて第２無線信号５０を伝送および／または受信するために、異なるアンテナ構成の中から第２アンテナ構成を選択するように構成される。本発明の実施形態によれば、無線ノード２０および／または無線ノード３０は、受信された第１無線信号４０の品質に少なくとも基づいて、アンテナ構成選択を行うように構成される。受信される信号の品質は、電力レベル、信号対雑音比（ＳＮＲ）、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）、ビット誤り率（ＢＥＲ）および／または任意の他の信号品質／強度に関連した測定値のうちの１つ以上によって規定されてよい。この関連で、アンテナ構成の選択は、通信の速度（例えば、処理能力）、ロバスト性および電力効率（例えば、電流消費）が、異なるネットワークシナリオに対して最適となるように行われる。本発明のその他の実施形態では、アンテナ構成の選択は、干渉、自己干渉および他の無線ノード／ＵＥからの干渉の両方を回避（例えば、散乱が多い環境でのビームフォーミングの選択）するように行われる。

概して、同じ速度が、異なるアンテナ構成によって得られることがある。複数のデータストリームが、同時式ビームまたはＭＩＭＯによって得ることができる。同時式ビームの場合は、ビームは管理されて、分離される必要があり、これはＵＥとＢＳとの間の距離がより遠い場合に対処する。ＭＩＭＯの場合は、アンテナ素子は無相関であり、データストリームはＭＩＭＯプロセスによって分離する（すなわち、ＭＩＭＯソフトウェアなどで構成する）ことができるので、ＵＥでのビームマネジメントは必要がない。複数のデータストリームは、ロバスト性、場合によっては、消費電力を増加する（すなわち、動的ＲＦ経路の数は、データストリームの数と等しい）。しかし、ＵＥは典型的に小さいアパーチャで動作するので、範囲（すなわち、ＵＥとＢＳとの間の最大距離）は制限される。加えて、複数のデータストリーム使用は、リッチネスが散乱することによって、環境に対してある程度の要求（すなわち、信号散乱の量が多いほど、ＭＩＭＯ能力がより高くなる）が生じる場合がある。

デジタルビームフォーミングでは、アレイ利得がどれだけ必要かによって、より少ないアンテナ素子を構成できる。アンテナ素子の数を少なくすることは、ビームの指向性が低くなり、ビームマネジメントに関する必要性が少なくなるので、ロバスト性にも影響を与える。

第１無線ノード２０（すなわちＵＥ）が、アンテナ構成を選択し、第１無線ノード２０が第２無線ノード３０（すなわちＡＰまたはＢＳ）に隣接する位置にいる本発明の特定の実施形態では、第１アンテナ構成は、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成として規定されてよい。ワイドカバレッジエリア構成は、１個、または場合によっては、数個のアンテナ素子（例えば、４個以下のアンテナ素子、６個以下のアンテナ素子、１０個以下のアンテナ素子、１２個以下のアンテナ素子、２０個以下のアンテナ素子など）を実装し、このアンテナ素子は初期アクセスプロセスを加速するように作用する。ワイドカバレッジエリア構成のアンテナ素子の数は、使用される周波数によって定められてよい（すなわち、より高い周波数はより多くのアンテナを使用することがあり、より低い周波数はより少ないアンテナを使用することがある）。さらに、ワイドカバレッジエリア構成は最小限のアンテナ素子、および一部の実施形態では、単一のアナログ‐デジタル（Analog-to Digital：Ａ／Ｄ）コンバータを使用するので、最小の電流がワイドカバレッジエリア構成によって得られる場合がある。本発明の特定の実施形態では、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成は、無指向性パターン向けの構成を含んでもよい。このような無指向性パターンは、複数のアンテナモジュールを同時に使用することによって対象とされてよく、ここでこれらのモジュールのそれぞれは１個、または場合によっては数個の作動されるアンテナ素子を有している。

一旦、初期アクセスが行われて、第１無線信号５０の信号品質が、十分に強いと判断されると、第１無線ノード２０はより多くのアンテナ素子を作動してよく、ＭＩＭＯアンテナ構成が選択されてよい。前述したように、ＭＩＭＯアンテナ構成は、位相、偏波、および振幅に対して無相関である複数のアンテナ素子で構成されているので、空間多重化を提供する。複数のビームに基づいて、ＭＩＭＯアンテナ構成は２つ以上のデータストリームを提供することができる。

それとは逆に、第１無線信号５０の信号品質が弱いと判断される例では、無線ノード２０は、ＳＮＲを改善するために、またはチャネルの空間的フィルタリングの結果としてＳＩＮＲを改善するために、ビームフォーミングアンテナ構成（すなわち、大きなアレイ利得を有する構成）を選択してよい。この関連で、相関アンテナ素子のアレイ内のアンテナ素子が多いほど、アレイ利得が大きくなり、ビームはより鋭くなる。上述したワイドカバレッジエリア構成と同様に、デジタルビームフォーミングが最小限のアンテナ素子および複数のＡ／Ｄコンバータを使用すると、ビームマネジメントが減ることにより時間の節約をもたらし、また、電流の節約ももたらす。

図２を参照すると、略図には、無線ネットワーク環境、特に、第２無線ノード３０（ＵＥ）が、対応する第１無線ノード２０（ＢＳ）を伴うネットワークの中で異なって位置する４つの異なるシナリオが示されている。示され、以下に述べられる４つのシナリオでは、消費電力、ロバスト性（いくつかの構成、ビームマネジメントの要求が少ないことに起因する）、および／またはスループットは、異なるアンテナ構成に基づいて最適化され得る。

第１シナリオでは、ＵＥ３０−１は、ＢＳ２０に隣接し、ＢＳ２０から強い信号を受信する。１つのビームが、ＢＳ２０からＵＥ３０−１へ向けられ、直線の見通し線を有する場合がある。ＵＥ３０−１がＢＳ２０に隣接していることで制限された利得が必要とされるこのようなシナリオでは、ＵＥ３０−１は、ＢＳ２０に向かう方向のカバレッジを伴う単一のアンテナ素子を使用することができる。単一のアンテナ素子からのビームのマネジメントが適用できる場合があるが、必要とされるマネジメントは、最低限の命令である場合もある（すなわち、第２無線ノード３０−１（ＵＥ）は、異なる方向をカバーするために、異なるアンテナモジュール同士（図３に示すような）を切り換えてもよい）。

第２シナリオでは、ＵＥ３０−２は、ＢＳ２０と隣接し、ＢＳ２０から強い信号を受信するが、信号散乱物３２（例えば、建物、木および他の障害物）は、ＵＥ３０−２の近くにあり、この場合、ＵＥ３０−２は、ＢＳ２０から２つ以上の信号を受信し（すなわち、いわゆる「リッチ」な環境であり）、したがって、アレイ利得の必要がない。このようなリッチチャネルシナリオでは、ＵＥ３０−２は、ＵＥ３０−２が複数の無相関アンテナ素子（すなわち、複数のデータストリーム）を作動するＭＩＭＯアンテナ構成を有効にすることができる。異なるアンテナ素子は、ＢＳ２０から同じ信号要素を受信してよいが、ＭＩＭＯでは、各信号要素は、異なるように重み付けされ、それにより複数のデータストリームを分離することができる。

第３シナリオでは、ＵＥ３０−３は、ＢＳ２０から遠く、したがって信号強度は弱い。このようなシナリオでは、ビームフォーミングが信号を受け取るために必要であり、したがって、ＵＥ３０−３は、いくらかのアンテナ利得を得る手段として、少なくとも２つの相関アンテナ素子を作動する。第３シナリオで示されているように、ＵＥ３０−３は、１つ以上の信号散乱物３２の近くにある場合があり、したがって、異なる角度から向かってくる（すなわち、異なる到達角度（Angle Of Arrival：ＡＯＡ））反射信号を受信することがある。このような場合、複数のビームは異なる受信信号方向に対して同時に向けられ、複数のデータストリームを得ることができる（すなわち、データストリームの数は、ビームの数より少ないか、または等しいものである）。このシナリオでは、ビームマネジメントプロシージャが適用されて、ＢＳ２０の方へビームが向けられる。さらに、このシナリオでは、アレイダイバーシチが、適用可能であってもよく、そこで、異なるアンテナモジュールが異なるエリア（すなわち、異なるＡＯＡ）をカバーする。さらに、第３シナリオでは、（より狭いビームに基づいて）干渉を阻止するために、より多くのアンテナ素子を実装することが有利である場合がある。

第４シナリオでは、ＵＥ３０−４は、ＢＳ２０から最も遠くにあり、したがって、追加のアンテナ素子が、より高いアンテナ利得を得るために必要である。したがって、第３シナリオと同様に、ビームフォーミングが信号を受け取るために必要であり、したがって、ＵＥ３０−４は、より高いアンテナ利得を得る手段として、少なくとも２つの相関している、かつ、典型的にはより多くのアンテナ素子を作動する。第３および第４シナリオでは、同じ速度／能力がもたらされる可能性があるが、第３シナリオはより少ないビームフォーミング（すなわち、一部の実装形態ではより少ない電流）によって行われるので、好ましい場合がある。加えて、第３シナリオは、ビームの指向性が低く、したがって、ビームマネジメントに関して必要とされるオーバーヘッドが少ないので、よりロバストである。

図３を参照すると、略図には、本発明の実施形態に従う複数のアンテナモジュールを有する無線ノード（ＵＥ３０）が示されている。図３に図示された例では、ＵＥ３０は、３つのアンテナモジュール１４０−１、１４０−２、１４０−３を含むが、その他の場合は、これらのアンテナモジュールは、受信向けの異なるＡＯＡおよび伝送向けの異なる発信角度（Angles Of Departure：ＡＯＤ）に対処するようにＵＥ３０内に配置された各アンテナモジュールによる論理的グループとして構成されてよい。アンテナモジュール１４０−１、１４０−２、１４０−３は、別々のモジュールで配置されるか、またはプリント配線基板（Printed Circuit Board：ＰＣＢ（図３には示さず））などの異なる位置に分散／取り付けられてもよい。各アンテナモジュール１４０−１、１４０−２、および１４０−３は、相関アンテナ素子９２（ビームフォーミングアンテナ構成向け）と無相関アンテナ素子９４を含むように構成することができる。さらに、各アンテナモジュール１４０−１、１４０−２、および１４０−３は、伝送と受信の両方に適用可能な対応するアンテナパターン９６−１、９６−２、９６−３を有する。

ダイバーシチが、関連するＢＳビームの方向でＡＯＡをカバーするアンテナモジュール１４０−１、１４０−２、および１４０−３を選択することによって得られる。追加として、同じ方向をカバーするが異なる偏波（例えば、水平、垂直または円形の）を有する相関アンテナ素子９２による複数のアンテナアレイがあってもよい。システム内の各アンテナの偏波は、適切に調整されなければならない。無線ノード間の最大信号強度は、両方のノードが一致する偏波を使用するときに発生する。

ワイドカバレッジエリア構成では、同調して実装されるアンテナモジュール１４０−１、１４０−２、および１４０−３は、無指向性アンテナ構成の典型的なシナリオを対象としてよい。図３に図示した実施形態では、このようなワイドカバレッジエリア構成は、アンテナモジュール１４０−１、１４０−２、および１４０−３のそれぞれから少なくとも１個のアンテナ素子を実装して、異なる偏波を達成するために、アンテナモジュール１４０−１、１４０−２、および１４０−３のそれぞれは、二次元のモジュールを仮定して、少なくとも２つのアンテナ素子（すなわち、ＵＥ３０内で合計６つのアンテナ素子）を実装する。本発明の特定の実施形態では、各アンテナモジュール１４０−１、１４０−２、および１４０−３から１個のアンテナ素子を実装することは、信号品質に応じて、十分な量である可能性のある最小のアレイ利得を提供することができる。しかし、信号品質が、より多くのアンテナ素子の使用を要求する場合、例えば、各アンテナモジュール１４０−１、１４０−２、および１４０−３から２つのアンテナ素子に増やす場合、より大きな利得を達成することができる。各アンテナモジュールが、２つ以上のアンテナ素子を実装するこのような実施形態では、第１アンテナ素子がワイドビームで構成されてよく、その他のアンテナ素子は、狭いビームで構成されてよい。

無相関アンテナ素子９４は、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成（例えば、単一のアンテナ素子、または４個以下のアンテナ素子、６個以下のアンテナ素子、１０個以下のアンテナ素子、１２個以下のアンテナ素子、２０個以下のアンテナ素子などの数個のアンテナ素子）で実装されてよく、ＭＩＭＯアンテナ構成は、アンテナモジュール１４０−１、１４０−２、１４０−３のうち２つ以上から１個以上のアンテナ素子を作動することによって得られる。図３に図示された例は、相関アンテナ素子９２および無相関アンテナ素子９４の両方を備えるアンテナモジュール１４０−１、１４０−２、１４０−３を示しているが、本発明のその他の実施形態では、アンテナモジュールは、相関アンテナ素子９２、または無相関アンテナ素子９４を単独で備えていてもよい。モジュールが相関モジュールである（すなわち、完全に相関しているアンテナ素子で構成されている）本発明の実施形態では、相関モジュールのそれぞれの１個または数個からのアンテナ素子は、ＭＩＭＯアンテナ構成向けに実装されてもよい。

（図２の第３および第４シナリオに関連して記載したような）マルチビーム構成では、単一のアンテナモジュール１４０−１、１４０−２または１４０−３の相関アンテナ素子は、異なる方向でマルチビームを生成するように実装されてもよく、または、その他の実施形態では、２つ以上のアンテナモジュール１４０−１、１４０−２、１４０−３が、向かってくるビームの方向に応じて作動される。

図４を参照すると、ブロック図には、本発明の実施形態に従う無線ノード装置２０、３０が示されている。前述したように無線ノード２０、３０は、ＵＥまたはＡＰ／ＢＳを含んでもよい。無線ノード２０、３０は、メモリ７０および該メモリと通信する少なくとも１つのプロセッサ８０を有する計算プラットフォーム６０を含む。無線ノードは、追加として、複数の異なるアンテナ構成１１０に適応される複数のアンテナ素子９０、１００を含む。

メモリ７０は、読み取り専用および／またはランダムアクセスメモリ（Read Only Memory：ＲＯＭおよびRandom Access Memory：ＲＡＭ）、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（Erasable Programmable Read-Only Memory：ＥＰＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュカードまたはコンピュータプラットフォームに共通の任意のメモリなどの揮発性および不揮発性メモリを含んでもよい。さらに、メモリ７０は、１つ以上のフラッシュメモリセルを含むか、磁気媒体、光学式媒体、テープもしくはソフトまたはハードディスクなどの任意の二次または三次記憶デバイスであってもよい。さらに、メモリ７０は、例えば、クラウドストレージサービスおよび／またはクラウド接続サービスによって提供されるクラウドストレージを含んでよい。

さらに、プロセッサ８０は、特定用途向け集積回路（「Application-Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ」）、またはその他のチップセット、プロセッサ、論理回路、もしくはその他のデータ処理デバイスであってもよい。プロセッサ８０またはＡＳＩＣなどのその他のプロセッサは、アプリケーションプログラミングインターフェース（「Application Programming Interface：ＡＰＩ」）（図４に図示せず）を実行してもよく、このアプリケーションプログラミングインターフェースは、例えば、計算プラットフォーム６０のメモリ７０に記憶されるアンテナ構成選択モジュール１２０およびルーチン、それと共に関連付けられるサブモジュールなどの任意の常駐プログラムまたはモジュールとインターフェースするものである。

プロセッサ６０は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアおよびそれらの組み合わせで具現化される種々の処理サブシステム（図４に図示せず）を含み、この処理サブシステムは、無線ノード２０、３０の機能性および無線ネットワーク上のノード２０、３０の運用性を可能にするものである。例えば、処理サブシステムは、通信を開始して維持し、他のネットワーク装置とデータを交換することを可能にする。開示した態様では、プロセッサ８０の処理サブシステムは、アンテナ構成選択モジュール１２０、およびその関連するアルゴリズム、サブアルゴリズム、モジュール、サブモジュールと共に使用される任意のサブシステムを含んでよい。

追加として、計算プラットフォーム６０は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアおよびそれらの組み合わせで具現化される通信モジュール（図４に図示せず）を含み、この通信モジュールは、計算プラットフォーム６０の種々のコンポーネントの中の通信、およびその他のネットワーク化された装置間の通信を可能にするものである。したがって、通信モジュールは、ネットワーク通信接続を確立および維持するために必須のハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアおよび／またはそれらの組み合わせを含んでよい。

アンテナ素子は異なるハードウェアモジュールに集積されてよく（例えば、モジュールごとに４つまたは８つのアンテナ素子）、したがってアンテナ素子は固定される。その他の実施形態では、アンテナ素子は、異なるアンテナの組み合わせ（すなわち、アンテナ素子の数）がその中で異なる特性を有するソフトウェアによって構成可能な論理的グループに分けられてよい。

無線ノード２０、３０のメモリ７０がアンテナ構成選択モジュール１２０を記憶するか、またはその他の実施形態では、プロセッサ６０がアンテナ構成選択モジュール１２０を含むが、このアンテナ構成選択モジュール１２０は、無線ノード２０、３０で第１アンテナ構成１１０−１を用いて受信される第１無線信号４０の信号品質１３０に少なくとも基づいて、複数のアンテナ構成１１０の中から第２アンテナ構成１１０−２を選択するように構成される。選択されたアンテナ構成１１０−１は、アンテナ素子９０、１００を用いて第２無線信号５０を伝送および／または受信するために使用される。

アンテナ構成１１０は、（１）指向性性質（すなわち、アンテナ構成によってカバーされる到達角度（ＡＯＡ）および／または発信角度（ＡＯＤ））、（２）一次元または二次元のアンテナアレイ内の相関アンテナ素子（すなわち、ビームフォーミングアンテナ構成）によって得られるアレイ利得、（３）アンテナ素子の偏波、無相関、指向性に影響を及ぼす、複数のビームを同時に、または２つ以上のアンテナ素子を同時に含む複数のモード（例えば、ＭＩＭＯアンテナ構成）をサポートする能力、（４）アンテナ素子の数、およびアンテナ素子の無相関性の程度のうちの少なくとも１つに応じて異なる。

図５を参照すると、フロー図には、本発明の実施形態に従う複数のアンテナ構成を有する複数のアンテナ素子を含む無線ノードでのアンテナ構成選択の方法２００が示されている。イベント２１０では、第１無線信号が、第１アンテナ構成を用いて無線ノードで受信される。前述したように、無線ノードは、ＵＥ、ＡＰ、ＢＳなどを含んでよい。本発明の特定の実施形態では、第１アンテナ構成は、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成として規定されてよい。

イベント２２０では、第２アンテナ構成が、第２無線信号を伝送および／または受信するために、複数のアンテナ構成の中から選択／決定される。アンテナ構成の選択は、受信される無線信号の品質に少なくとも基づく。アンテナ構成の選択／決定は、選択／決定プロセスにおいて、他のノードの支援なしに、無線ノードによって単独で行われるという点で、先述したように、選択プロセスは開ループプロセスである。言い換えると、無線ノードがＵＥである実施形態では、ＵＥは、基地局からの支援なしにアンテナ構成を選択／決定し、その一方で、無線ノードがＡＰまたはＢＳである実施形態では、ＡＰまたはＢＳは、ＵＥからの支援なしにアンテナ構成を選択／決定する。

信号の品質は、信号の強度／パワーおよび／またはチャネルリッチネスのうち１つ以上を含んでもよい。具体的には、信号の強度、特に、直進方向での信号の強度は、アレイ利得がどれだけ必要であるか（すなわち、相関アンテナ素子が同時にどれくらい必要か）を示す。

チャネルリッチネスは、各無線ノード（ＵＥとＢＳとの間）が近いこと、および環境内の散乱の量が要因である。信号が強いと判断される本発明の特定の実施形態では、データストリームごとに単一の素子（すなわちＭＩＭＯアンテナ構成）が実装されてよい。チャネルリッチネスは、どれくらいのデータストリームをチャネルがサポートするかを確認するために、パイロット信号を伝送することによって評価されてもよい。チャネルが単一のデータストリームをサポートする場合、アンテナ構成は単一のアンテナ素子に限定されるか、または追加のアンテナ素子が、ダイバーシチ目的のために実装されてもよい（すなわち、通信コンテキストでは、チャネルは、変化を検出するために継続的に他のアンテナ素子によって定期的に探査されてよい）。チャネルがリッチであると判断される場合、チャネルは複数のデータストリーム（すなわち、２つより多いデータストリーム）をサポートして、複数の無相関アンテナ素子が実装される。信号が弱いと判断される別の実施形態では、相関アンテナ素子を作動すること（すなわち、ビームフォーミングを実現すること）によって、アレイ利得を増大する。追加的な反射が存在する場合、追加のビームが追加され、追加的な反射を探査することによりチャネルリッチネスは評価される。追加のビームは、同じアンテナモジュールまたは論理的グループに含まれるか、または異なるモジュールまたは論理的グループから起こるものであってもよい。

方法の特定の実施形態では、無線デバイスが第１アンテナ構成から第２アンテナ構成に切り換えるときに、その各構成は実質的に同じカバレッジ角度を有する。また、方法の他の特定の実施形態では、無線デバイスが第１アンテナ構成から第２アンテナ構成に切り換えるときに、第２アンテナ構成のカバレッジ角度は、実質的に第１アンテナ構成のカバレッジ角度のサブグループであるか、第１アンテナ構成のカバレッジ角度は、実質的に第２アンテナ構成のカバレッジ角度のサブグループである。これにより、セルの異なるセクタをカバーするために、無線ノードが１つのアンテナモジュールから別のアンテナモジュールへ切り換えること（すなわち、モジュールダイバーシチ）を可能にする。この関連で、本発明の実施形態は、アンテナの性質を変えるように作用するのと同時に、同じカバレッジ角度をカバーするか、または少なくともカバレッジ角度を実質的に重複する。

方法の特定の実施形態では、アンテナ構成は、（１）ワイドカバレッジエリアアンテナ構成、（２）ＭＩＭＯアンテナ構成、（３）ビームフォーミング（ＢＦ）アンテナ構成のうち２つ以上を含んでよい。ワイドカバレッジエリアアンテナ構成は、ワイドカバレッジエリアパターンで構成される複数のアンテナ素子のうち１個または多くても数個を実装する。本発明の特定の実施形態では、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成は、無指向性パターン向けの構成を含んでよい。このような無指向性パターンは、複数のアンテナモジュールを同時に使用することによって対象とされてよく、ここでこれらのモジュールのそれぞれは１個、または場合によっては数個の作動されるアンテナ素子を有している。ＭＩＭＯアンテナ構成は、マルチパス伝搬による単一無線チャネルにわたって同時に複数の無線データ信号をサポートするように構成された複数の無相関アンテナ素子を実装する。ＢＦ構成は、位相オフセットを用いて同じデータを伝送および受信するように構成された複数の相関アンテナ素子を実装する。したがって、方法の実施形態は、ミリ波周波数帯域通信システム（例えば、周波数が６ＧＨｚを上回る、特に２８ＧＨｚ）で実装することができる。

信号の品質に基づくアンテナ構成の選択に加えて、他の要素が選択プロセスに組み込まれてもよい。例えば、選択は、さらに（ｉ）無線ノードモビリティ状態、および（ｉｉ）干渉状態に基づいてもよい。

無線ノードモビリティ状態は、永久的に静止している無線ノード（例えば、ＩＯＴセンサなど）、一時的に静止している無線ノード、および特定の速度／スピードで動く（低速、高速など）無線ノードなどとして規定されてよい。モビリティ状態は、実装されるアンテナ素子の数に影響を及ぼすことがある。例えば、ビームフォーミングは、典型的には、すべての相関アンテナ素子よりも少数のもの（例えば、相関アンテナ素子の５０％）を使用する場合があるが、無線ノードが静止している場合は、消費電力の観点から、より指向性の高いビーム（一般に「ペンシルビーム」と呼ばれる）を用いる相関アンテナ素子のすべてを使用することが、有益であることもある。無線ノードが移動式である場合は、より広いビームを用いるすべての相関アンテナ素子よりも少数のものを使用するビームフォーミングが好ましい場合もある。このような構成は、（より広いビームに基づいて）より多くの電流の使用をもたらす場合があるが、その一方で、より少ない相関アンテナ素子の使用は、ビームマネジメントに関する要求が少ない（すなわち、より高いロバスト性）という利点を有する。

干渉状態が、ビームおよび／またはアレイ利得の指向性に影響を及ぼすことがある。干渉が存在する場合、より狭い（すなわち、より指向性がある）ビームは、チャネルの空間フィルタリングによって干渉を相殺してもよい。さらに、高散乱および高干渉の環境では、無相関アンテナ素子またはＭＩＭＯアンテナ構成とは対照的に高いアレイ利得が好ましい場合がある。例えば、高干渉および／または高移動性の状態では、単一方向で受信する狭いビームが好ましい場合もある。

したがって、本発明の実施形態によれば、アンテナ素子は、種々の異なる性質を用いて選択される。これらの性質は、限定はされないが、（ｉ）対応するアンテナ構成による適応されるアンテナ素子の対応する指向性性質、（ｉｉ）対応するアンテナ構成の相関アンテナ素子によって得られる対応するアレイ利得、（ｉｉｉ）同時に複数のビーム（または２個以上のアンテナ素子を同時に含む複数のモード）をサポートするアンテナ構成の能力、および／または、（ｉｖ）アンテナ素子の量、およびアンテナ素子の無相関性のレベルを含む。

図６を参照すると、より詳細なフロー図は、本発明の実施形態に従うアンテナ構成選択の方法３００を示している。イベント３０２では、セルラーネットワークアクセスが、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成を使用してＵＥから開始される（ページングなど）。ワイドカバレッジエリアアンテナ構成は、１個または最小数のアンテナ素子および単一のＡ／Ｄコンバータを利用してよい。したがって、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成は、ＵＥで使用される電流の量を制限する。イベント２１０では、第１無線信号がＵＥで受信される。

イベント２２０では、第１無線信号の信号品質に基づいてＵＥによってアンテナ構成が選択／決定される。具体的には、決定３０４で、第１無線信号の品質が信号品質閾値を満たしているかどうか判断される。第１無線信号の信号品質が、信号品質閾値を満たしているか、または超えていると判断される場合、イベント３０６で、ＭＩＭＯアンテナ構成が設定される。本発明の特定の実施形態では、ＵＥは、第１無線信号の信号品質が、信号品質閾値を満たしているか、または超えていることに基づいて、ＭＩＭＯアンテナ構成を優先させるように構成される。本発明のその他の実施形態では、ＭＩＭＯアンテナ構成をリクエストすることは、ＭＩＭＯアンテナ構成のリクエストをＢＳに伝送することを含む。

決定３１０では、チャネルがＭＩＭＯアンテナ構成をサポートするかどうか判断される。システムが本質的にＭＩＭＯをサポートするように構成されるか、または無線ノード／ＵＥがネットワークレベルでのＭＩＭＯ伝送をリクエストすることを必要とする。チャネルがＭＩＭＯアンテナ構成をサポートすると判断される場合、イベント３１４で、ＭＩＭＯ伝送が続いて起こるが、そのＭＩＭＯ構成では、複数の無相関アンテナ素子が、マルチパス伝搬による単一無線チャネルにわたって同時に複数の無線データ信号をサポートするように構成される。言い換えると、すべてのアンテナ素子が本質的に同じ信号を受信し、異なるデータストリーム（すなわち、異なる利得および異なる位相プロファイル）が、異なるアンテナ素子に対する異なる信号レベルに関連付けられる。チャネルが、ＭＩＭＯアンテナ構成をサポートしないと判断される場合、イベント３１６では、単入力単出力（ＳＩＳＯ）伝送または単一のデータストリームが続いて起こる。

第１無線信号の信号品質が、信号品質閾値を下回ると判断される場合、イベント３０８では、アンテナ構成が設定されて（すなわち、相関アンテナ素子がビームを形成するために使用されて）、各ビームが互いに対して向けられ、別のビームを探索するようにＢＳとＵＥとの間のビームの同期を要するビームマネジメントプロシージャが実行される。イベント３１２では、ビームマネジメントプロシージャを実行すること、より具体的には、追加のビーム候補を探索することの結果として、チャネルがＭＩＭＯアンテナ構成をサポートするかどうか（すなわち、追加のビーム候補が利用可能かどうか）決定される。チャネルがＭＩＭＯアンテナ構成をサポートしないと判断される場合、１つのビームだけが、利用可能であると判断されたことを意味し、イベント３２０で、単一のデータストリームを伴う少なくとも１つのビームが管理される。チャネルがＭＩＭＯアンテナ構成をサポートすると判断される場合、複数のビームが利用可能であると判断されたことを意味し、イベント３１８で、複数のビームが異なるデータストリームと共に管理される。

図７から９は、本発明の実施形態に従って、受信機内の、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成（図７）、ビームフォーミングアンテナ構成（図８）、およびＭＩＭＯアンテナ構成（図９）向けに構成された各アンテナモジュール４００の略図を示す。受信機チェーン内のアンテナ構成に関して説明されるのと同じ原理が、伝送チェーンにも同様に適用される。アンテナモジュール４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃおよび４００Ｄは、それぞれ、４個のアンテナ素子４０２を備える。本発明のその他の実施形態では、アンテナモジュールは、いくつかのアンテナ素子４０２を備えるという点に留意すべきである。図７から９に図示した実施形態では、一例にすぎないが、各モジュール４００は、フィルタ４０６、および局部発振器４１０を使用して低周波数まで信号を混合するミキサ４０８と通信するＡ／Ｄコンバータ４０４を含む。スイッチ４１２および４１６が、図７のワイドカバレッジエリアアンテナ構成と図８のＢＦアンテナ構成とを切り換えるために実装される。例えば、図７では、下りリンクにおいて、信号４２２は、Ａ／Ｄ変換、フィルタリングおよびミキシングを受けて、信号４２２を伝送されたモジュール４００Ａ内の最上部のアンテナ素子４０２Ａと関連付けられた位相器４１８および増幅器／制動器４２０に伝達される。この実施形態では、１個の単一のアンテナ素子４０２Ａのみが、ワイドカバレッジエリアパターンを用いて実装される。

図８では、単一のモジュール４００Ａのアンテナ素子４０２Ａ、４０２Ｂ、４０２Ｃおよび４０２Ｄのすべてが、ＢＦアンテナ構成で実装されている。下りリンクスキームでは、コンバイナ／マルチプレクサ４１４が、信号４２２を４つの要素４２２Ａ、４２２Ｂ、４２２Ｃおよび４２２Ｄに多重化するように実装されており、これらの４つの要素は、対応するアンテナ素子４０２Ａ、４０２Ｂ、４０２Ｃおよび４０２Ｄを介して信号４２２Ａ、４２２Ｂ、４２２Ｃおよび４２２Ｄを通信／伝送する前に、それぞれの位相器４１８と増幅器４２０に伝達される。本発明のその他の実施形態では、ＢＦアンテナ構成は、モジュール４００Ａ内のすべてのアンテナ素子よりも少数のものを実装してよい。

図９では、モジュール４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃおよび４００Ｄのそれぞれからの１個のアンテナ素子４０２Ａは、空間ダイバーシチ（すなわち、ＭＩＭＯアンテナ構成）向けに実装される。図９に図示した実施形態は、アンテナモジュール４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃおよび４００Ｄのそれぞれからの１個のアンテナ素子４０２Ａのみを示しているが、本発明のその他の実施形態では、ＭＩＭＯアンテナ構成は、少なくとも２つのアンテナモジュールからの２つ以上のアンテナ素子を実装してもよく、モジュールのそれぞれから実装される各アンテナ素子は、モジュール内の同じ位置にある必要はない。そのようなものとして、ＭＩＭＯアンテナ構成では、少なくとも２つのアンテナモジュールが、実装される（すなわち、少なくとも２つのＡ／Ｄコンバータが実装される）。

したがって、上述したシステム、デバイス、方法、コンピュータプログラム製品などは、複数の異なるアンテナ構成に適応される複数のアンテナ素子を備える無線ノードによるアンテナ構成の開ループ選択を提供する。アンテナ構成の選択は、無線ノードによって受信される信号の品質に基づいて行われる。本発明の特定の実施形態では、無線ノードは、ミリ波周波数帯域での通信向けに動作可能であり、異なるアンテナ構成は、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成、多入力多出力（ＭＩＭＯ）構成、およびビームフォーミング（ＢＦ）構成のうち２つ以上を含む。

本明細書に記載される各プロセッサ、ＢＳおよび／またはＵＥは、概して、音声、視覚、および／または論理機能を実装するための回路を含む。例えば、プロセッサ／ＢＳ／ＵＥは、デジタル信号プロセッサデバイス、マイクロプロセッサデバイス、および種々のアナログ‐デジタルコンバータ、デジタル‐アナログコンバータ、ならびにその他のサポート回路を含んでもよい。プロセッサがその中で常駐するシステムのコントロールおよび信号処理機能は、それらのそれぞれの能力に従ってこれらのデバイス間で配置されてもよい。プロセッサ／ＢＳ／ＵＥはまた、例えば、メモリに記憶されることがあるそのコンピュータ実行可能プログラムコード部分に少なくとも部分的に基づいて、１つ以上のソフトウェアプログラムを操作する機能性を含んでもよい。

各メモリは、任意のコンピュータ可読媒体を含んでよい。例えば、メモリは、データを一時的に記憶するためのキャッシュ領域を有する揮発性ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）などの、揮発性メモリを含んでもよい。メモリはまた、組み込まれることがあるおよび／または取り外し可能であることがある不揮発性メモリを含んでもよい。不揮発性メモリは、追加または代替として、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなどを含んでもよい。メモリは、そのシステムの機能を実施するためにその中にそれが常駐しているシステムによって使用される情報およびデータの１つ以上の任意の部分を記憶してよい。

本明細書で記載されたいずれかの実施形態に関して記載された種々の特徴は、本明細書で記載された他のいずれかの実施形態に適用可能である。本明細書で使用する場合、用語「データ」と「情報」は同じ意味で用いられることがある。本発明のいくつかの実施形態について上記に記載したが、本発明は、いくつかの異なる形態で具現化されてよく、本明細書に記述する実施形態に限定されるように解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態が提供されることで、本開示が適用可能な法的要件を満たす。また、本明細書で記載および／または企図された本発明のいずれかの実施形態の任意の利点、特徴、機能、デバイスおよび／または動作可能な態様が、可能な場合には、本明細書で記載および／または企図された本発明のその他の実施形態のいずれかに含まれること、および／またはその逆もあってもよいことを理解されたい。加えて、可能な場合には、本明細書で、単数形で表される用語は、特に明示的に示されない限り、複数形を含むこと、および／またはその逆も意味する。本明細書で使用する場合、「少なくとも１つ」は、「１つ以上の」を意味し、これらの語句は交換可能であることを意図する。したがって、語句「１つ以上の」または「少なくとも１つの」が本明細書で使用される場合であっても、用語「１つの（ａ）」および／または「１つの（ａｎ）」は、「少なくとも１つの」または「１つ以上の」を意味する。同じ番号は全体を通して同じ要素を示す。

本開示を鑑みる当業者であれば理解されるように、本発明は、装置（例えば、システム、マシン、デバイス、コンピュータプログラム製品などを含む）として、方法（例えば、コンピュータ実行プロセスなどを含む）として、または、前述の任意の組み合わせとして含むおよび／または具現化されてよい。したがって、本発明の実施形態は、完全なソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード、記憶されたプロシージャなど）、完全なハードウェアの実施形態、またはソフトウェアを組み合わせた実施形態、および本明細書では概して「システム」と称することのあるハードウェアの態様の形をとる場合がある。さらに、本発明の実施形態は、そこに記憶された１つ以上のコンピュータ実行可能プログラムコード部分を有するコンピュータ可読記憶媒体を含むコンピュータプログラム製品の形をとる場合がある。本明細書で使用する場合、１つ以上のプロセッサを含むことがあるプロセッサは、例えば、１つ以上の汎用回路に機能を実施させること、コンピュータ可読媒体で具現化される１つ以上のコンピュータ実行可能プログラムコード部分を実行すること、および／または、１つ以上の特定用途向け回路に機能を実施させることを含む様々な方法で一定の機能を実施する「ように構成され」てよい。

任意の好適なコンピュータ可読媒体が利用されてもよいことを理解されたい。コンピュータ可読媒体としては、限定はされないが、有形の電子、磁気、光学式、電磁気、赤外線および／または半導体システム、デバイスおよび／またはその他の装置などの非一時的なコンピュータ可読媒体を挙げてもよい。例えば、一部の実施形態では、非一時的なコンピュータ可読媒体としては、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（「ＲＯＭ」）、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（「ＥＰＲＯＭ」またはフラッシュメモリ）、読み取り専用コンパクトディスク（「Compact Disc Read-Only Memory：ＣＤ−ＲＯＭ」）および／または他のいくつかの有形の光学式および／または磁気記憶デバイスなどの有形の媒体が挙げられる。

本発明のオペレーションを実施するための１つ以上のコンピュータ実行可能プログラムコード部分は、例えば、Ｊａｖａ、Ｐｅｒｌ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋、ＳＡＳ、ＳＱＬ、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ−Ｃ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔなどのオブジェクト指向の、スクリプトの、および／または非スクリプトのプログラミング言語を含んでもよい。一部の実施形態では、本発明の実施形態のオペレーションを実施するための１つ以上のコンピュータ実行可能プログラムコード部分は、「Ｃ」プログラミング言語および／または類似のプログラミング言語などの、従来式の手続き型プログラミング言語で書き込まれる。コンピュータプログラムコードは、代替または追加として、例えば、Ｆ＃などの１つ以上のマルチパラダイムプログラミング言語で書き込まれてもよい。

本発明のいくつかの実施形態が、装置および／または方法のフローチャート図および／またはブロック図を参照して本明細書に記載されている。フローチャート図および／またはブロック図に含まれている各ブロック、および／またはフローチャート図および／またはブロック図に含まれている各ブロックの組み合わせが、１つ以上のコンピュータ実行可能プログラムコード部分によって実行されてよいことを理解されたい。これらの１つ以上のコンピュータ実行可能プログラムコード部分は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、および／または他のいくつかのプログラマブル情報処理装置のプロセッサに提供されて、特定のマシンを作り出してもよく、この場合、コンピュータおよび／またはその他のプログラマブル情報処理装置のプロセッサを介して実行する１つ以上のコンピュータ実行可能プログラムコード部分は、フローチャートおよび／またはブロック図のブロックによって表されたステップおよび／または機能を実行するためのメカニズムを形成するようなものである。

１つ以上のコンピュータ実行可能プログラムコード部分は、非一時的なコンピュータ可読媒体（例えば、メモリなど）に記憶されてよく、それにより、コンピュータおよび／またはその他のプログラマブル情報処理装置に特定の方式で機能するように指示、命令および／または実行させることができ、この場合、コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータ実行可能プログラムコード部分は、フローチャートおよび／またはブロック図のブロックで規定されたステップおよび／または機能を実施する命令メカニズムを含む製造物品を作り出すようなものである。

１つ以上のコンピュータ実行可能プログラムコード部分はまた、コンピュータおよび／またはその他のプログラマブル情報処理装置にロードされて、コンピュータおよび／またはその他のプログラマブル装置で一連の動作可能なステップを実施させてよい。一部の実施形態では、これは、コンピュータ実行プロセスを作り出し、この場合、コンピュータおよび／またはその他のプログラマブル装置で実行する１つ以上のコンピュータ実行可能プログラムコード部分は、フローチャートで規定されたステップおよび／またはブロック図のブロックで規定された機能を実施する動作可能なステップを提供するようなものである。あるいは、コンピュータ実行ステップは、本発明の実施形態を実行するために、オペレータおよび／または人による実施ステップに併用および／または置き換えられてもよい。

一定の例示的な実施形態を記載し、添付図面に示したが、このような実施形態は、単に図示したにすぎず、上記の明細書段落に記述したものに加えて、種々のその他の変更、組み合わせ、省略、修正、および代替が可能であるので、広範の発明を制限するものではなく、ならびに、本発明は、示し、かつ記載した特定の構造および配置に限定するものでないことを理解すべきである。前述の実施形態の種々の適合、修正、および組み合わせが、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく構成可能であることを当業者であれば理解するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲の範囲内で、本発明は、本明細書に具体的に記載した以外にも実施してもよいことを理解されたい。

Claims (20)

1. 無線ノード（２０、３０）が、複数のアンテナ構成（１１０）に適用できる複数のアンテナ素子（９０、１００）を備え、
   第１アンテナ構成（１１０−１）を用いて第１無線信号（４０）を受信すること（２１０）と、
   前記第１無線信号（４０）の品質（１３０）に基づいて前記アンテナ素子（９０、１００）のうち少なくとも１個を用いて第２無線信号（５０）を伝送および／または受信するために、前記複数のアンテナ構成（１１０）の中から第２アンテナ構成（１１０−２）を選択すること（２２０）と、
   を含む、無線ノード（２０、３０）のアンテナ構成の方法。
2. 前記第１アンテナ構成（１１０−１）は、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成としてさらに規定される、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１および前記第２アンテナ構成（１１０−１、１１０−２）は、実質的に同じカバレッジ角度を有する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第２アンテナ構成（１１０−２）のカバレッジ角度は、実質的に前記第１アンテナ構成（１１０−１）のカバレッジ角度のサブグループであるか、または前記第１アンテナ構成（１１０−１）のカバレッジ角度は、実質的に前記第２アンテナ構成（１１０−２）のカバレッジ角度のサブグループである、請求項１に記載の方法。
5. 前記複数のアンテナ構成（１１０）は、ワイドカバレッジエリアアンテナ構成、多入力多出力（Multiple-Input Multiple-Output：ＭＩＭＯ）アンテナ構成、およびビームフォーミングアンテナ構成のうち少なくとも２つを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記ワイドカバレッジエリアアンテナ構成は、ワイドカバレッジエリアパターンで構成される前記アンテナ素子（９０、１００）の１個以上を実装する、請求項５に記載の方法。
7. 前記ＭＩＭＯアンテナ構成は、マルチパス伝搬による単一無線チャネルにわたって同時に複数の無線データ信号をサポートするように構成された複数の無相関アンテナ素子を実装する、請求項５または６に記載の方法。
8. 前記ビームフォーミングアンテナ構成は、位相オフセットを用いて同じ信号を伝送および受信するように構成された複数の相関アンテナ素子を実装する、請求項５から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記アンテナ構成を選択すること（２２０）は、前記第１無線信号（４０）の前記品質に基づいて前記アンテナ構成（１１０−１）を選択すること（２２０）をさらに含み、前記第１無線信号（４０）の前記品質は、前記第１無線信号の強度、または前記第１無線信号のチャネルリッチネスのうち少なくとも１つによって規定される、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記アンテナ構成を選択すること（２２０）は、前記無線ノード（２０、３０）のモビリティ状態に基づいて、前記アンテナ構成（１１０−１）を選択すること（２２０）をさらに含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記アンテナ構成を選択すること（２２０）は、前記無線ノード（２０、３０）に影響を及ぼす干渉状態に基づいて、前記アンテナ構成（１１０−１）を選択すること（２２０）をさらに含む、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記アンテナ構成（１１０−１）を選択すること（２２０）は、上りリンク伝送向けの第１アンテナ構成を選択することと、下りリンク伝送向けの第２アンテナ構成を選択することをさらに含む前記アンテナ構成（１１０−１）を選択すること（２２０）をさらに含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記アンテナ構成（１１０−１）を選択すること（２２０）は、前記第１アンテナ構成および前記第２アンテナ構成を選択すること（２２０）をさらに含み、前記第１アンテナ構成と前記第２アンテナ構成とは異なるアンテナ構成である、請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
14. ワイドカバレッジエリアアンテナ構成を使用して、基地局（２０）とのネットワークアクセスをＵＥ（３０）から開始すること（３０２）と、
    前記ワイドカバレッジエリア構成を使用して、前記第１信号（４０）を受信すること（２１０）と、
    をさらに含む請求項１に記載の方法。
15. 前記アンテナ構成（１１０−１）を選択すること（２２０）は、前記第１無線信号の前記品質が、信号品質閾値を満たしているか、または超えているかどうかを判断すること（３０４）によって、前記信号の前記品質を判断することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記アンテナ構成（１１０−１）を選択すること（２２０）は、前記第１無線信号の前記品質が、前記信号品質閾値を満たしていないか、または超えていないと判断することに応じて、アレイアンテナ構成を選択することと、ビームマネジメントプロセスを実行することと、をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記アンテナ構成（１１０−１）を選択すること（２２０）は、前記アレイアンテナ構成を選択することに応じて、チャネルが複数の無相関ビームをサポートするかどうかを判断することをさらに含む、請求項１５または１６に記載の方法。
18. 前記アンテナ構成（１１０−１）を選択すること（２２０）は、前記第１無線信号の前記品質が、予め定められた信号強度閾値を満たしているか、または超えていると判断することに応じて、多入力多出力ＭＩＭＯアンテナ構成を選択すること（３１４）をさらに含む、請求項１５から１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 処理デバイス（８０）と、
    メモリ（７０）と、
    複数のアンテナ構成（１００）に適用できる複数のアンテナ素子（９０、１００）と、
    （ｉ）前記処理デバイスに含まれるか、（ｉｉ）前記メモリ（７０）に記憶され、前記処理デバイス（８０）によって実行可能であり、第１アンテナ構成を用いて受信された第１無線信号（４０）の品質（１３０）に基づいて、前記アンテナ素子（９０、１００）を用いて第２無線信号（５０）を伝送および／または受信するために、前記複数のアンテナ構成（１１０）の中から第２アンテナ構成（１１０−１）を選択するように構成されたアンテナ構成選択モジュール（１２０）と、
    を備える無線ノード装置（２０、３０）。
20. コンピュータ可読命令を含む少なくとも１つの非一時的なコンピュータ可読媒体を備え、
    前記命令は、
    複数のアンテナ構成の中から第１アンテナ構成を用いて第１無線信号を受信すること（２１０）と、
    前記第１無線信号の品質に基づいて複数のアンテナ素子のうち少なくとも１個を用いて第２無線信号を伝送および／または受信するために、前記複数のアンテナ構成の中から第２アンテナ構成を選択すること（２２０）と、
    のための命令を含む、
    無線ノードのアンテナ構成を選択するためのコンピュータプログラム製品。