JP2024529120A - 非相反リレーと空間給電型中継器とを使用するワイヤレス通信 - Google Patents

Abstract

ワイヤレス通信のための非相反空間給電型アンテナを使用する方法は、非相反空間給電型アンテナによって、第１のビーム方向において基地局から第１のワイヤレス信号を受信することと、非相反空間給電型アンテナによって、第２のビーム方向において第１のワイヤレス信号を送信することと、非相反空間給電型アンテナによって、第３のビーム方向において第２のワイヤレス信号を受信することと、非相反空間給電型アンテナによって、第４のビーム方向において基地局に向けて第２のワイヤレス信号を送信することとを含む。非相反表面及びアンテナ・アレイについても説明する。

Description

相互参照
本出願は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０２１年８月９日に出願された「Ｆｕｌｌ Ｄｕｐｌｅｘ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ａｎｄ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｒｅｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｐａｔｉａｌｌｙ Ｆｅｄ Ｒｅｐｅａｔｅｒｓ」という名称の米国仮特許出願第６３／２３０、９６９号の優先権を主張する。

本発明は、ワイヤレス通信に関し、詳細には、空間給電型中継器を使用するワイヤレス通信に関する。

ワイヤレス通信技術が開発され続けるにつれて、ワイヤレス・サービスの需要は増加し続けている。さらなるサービス、並びに既存のサービスのための容量及び地域カバレージの改善が常に望まれている。

多くの改善は、Ｗｉ－Ｆｉアクセス・ポイント（ＡＰ：ａｃｃｅｓｓ ｐｏｉｎｔ）、第４世代（４Ｇ：ｆｏｕｒｔｈ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）発展型ノードＢ（ｅＮＢ：ｅｖｏｌｖｅｄ ｎｏｄｅ－Ｂ）、第５世代ｇＮｏｄｅＢ（ｇＮＢ：ｇＮｏｄｅＢ）などワイヤレス基地局（ＢＳ：ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ）であり得る、ネットワーク側アクセス・ノードの動作に関係する。他の改善は、Ｗｉ－Ｆｉステーション（ＳＴＡ：ｓｔａｔｉｏｎ）、スマートフォン又はタブレット、モノのインターネット（ＩｏＴ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ－ｏｆ－Ｔｈｉｎｇｓ）デバイス、又はネットワークにワイヤレスでアクセスすることが可能な任意の他のデバイスなどワイヤレス・ユーザ機器（ＵＥ：ｕｓｅｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）であり得る、ネットワークにアクセスするデバイスの動作に関係する。

セルラー及びＷｉ－Ｆｉ通信ネットワークの１つの達成困難な目標は、同時に同じ周波数を使用して信号を送信及び受信する基地局など、単一のデバイスに関係する、全二重（ＦＤ：ｆｕｌｌ－ｄｕｐｌｅｘ）通信である。達成された場合、ＦＤ通信は、（まとめて「半二重」又は「ＨＤ（ｈａｌｆ－ｄｕｐｌｅｘ）」と呼ばれることがある）時分割複信（ＴＤＤ：ｔｉｍｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘｉｎｇ）又は周波数分割複信（ＦＤＤ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘｉｎｇ）などの現在の技術と比較して、ネットワークのデータ容量を２倍にする可能性を有する。デバイスは、指定された受信間隔中にデータを送信することができないので、ＦＤはまた、ＴＤＤと比較してレイテンシを低減し得る。

しかしながら、同じデバイスによって送信される信号と受信される信号との間の干渉など、ＦＤ通信を実施するための技術的な問題は残る。ＦＤデバイスは同じ周波数で送信及び受信するので、ＦＤデバイスは、２つの信号を区別するための周波数選択性ハードウェアを使用することができない。さらに、受信される信号は、空中を伝わることによって減衰してしまっているので、送信される信号からの極めて小さい干渉成分だけで、受信される信号は圧倒され、不明瞭になるのに十分であり得る。

したがって、ワイヤレス通信の改善、特に、全二重ワイヤレス通信の改善が望まれている。

国際特許出願公報第ＷＯ２０２２／０９４６８６号

本発明の目的は、従来技術の少なくとも１つの欠点を改善する、ワイヤレス通信のためのシステム及び方法を提供することである。

本発明の目的は、全二重ワイヤレス通信のためのシステム及び方法を提供することである。

本発明の目的は、半二重ワイヤレス・デバイスを使用して全二重ワイヤレス通信を可能にするためのシステム及び方法を提供することである。

本発明の目的は、非相反（ｎｏｎ－ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）アレイの使用によって改善されたＴＤＭＡ又はＦＤＭＡシステムを提供することである。

第１の広い態様によれば、ワイヤレス通信のための非相反空間給電型アンテナを使用する方法は、非相反空間給電型アンテナによって、第１のビーム方向において基地局から第１のワイヤレス信号を受信することと、非相反空間給電型アンテナによって、第２のビーム方向において第１のワイヤレス信号を送信することと、非相反空間給電型アンテナによって、第３のビーム方向において第２のワイヤレス信号を受信することと、非相反空間給電型アンテナによって、第４のビーム方向において基地局に向けて第２のワイヤレス信号を送信することとを含む。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、第２のビーム方向は第１の反射表面に向かう方向である。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、反射表面は非相反反射表面である。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、第３のビーム方向は第２の反射表面に向かう方向である。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、第２の反射表面は非相反反射表面である。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、前記第１のワイヤレス信号と前記第２のワイヤレス信号とは時間において少なくとも部分的に重複し、前記第１のワイヤレス信号と前記第２のワイヤレス信号とは周波数において少なくとも部分的に重複する。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、基地局から第１のワイヤレス信号を受信することは、基地局の少なくとも１つの第１のアンテナから第１のワイヤレス信号を受信することを含み、基地局に向けて第２のワイヤレス信号を送信することは、基地局の少なくとも１つの第２のアンテナに第２のワイヤレス信号を送信することを含む。少なくとも１つの第１のアンテナは少なくとも１つの第２のアンテナから空間的に分離される。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、第１のビーム方向と第４のビーム方向とは実質的に非平行である。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、非相反空間給電型アンテナはビーム・ステアラブルなメタ表面（ｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅ）である。

第２の広い態様によれば、非相反表面は複数のアンテナ要素を有し、各アンテナ要素は、アンテナ要素によって送信又は受信された信号の位相をシフトするための少なくとも１つの調整可能な位相シフタを有する。非相反表面は、第１のビーム方向において基地局から第１のワイヤレス信号を受信することと、第２のビーム方向において第１のワイヤレス信号を送信することと、第３のビーム方向において第２のワイヤレス信号を受信することと、第４のビーム方向において基地局に向けて第２のワイヤレス信号を送信することとを行うように構成される。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、第２のビーム方向は第１の反射表面に向かう方向である。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、第１の反射表面は第１の非相反反射表面である。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、第３のビーム方向は第２の反射表面に向かう方向である。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、第２の反射表面は第２の非相反反射表面である。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、前記第１のワイヤレス信号と前記第２のワイヤレス信号とは時間において少なくとも部分的に重複し、前記第１のワイヤレス信号と前記第２のワイヤレス信号とは周波数において少なくとも部分的に重複する。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、基地局から第１のワイヤレス信号を受信することは、基地局の少なくとも１つの第１のアンテナから第１のワイヤレス信号を受信することを含み、基地局に向けて第２のワイヤレス信号を送信することは、基地局の少なくとも１つの第２のアンテナに第２のワイヤレス信号を送信することを含む。少なくとも１つの第１のアンテナは少なくとも１つの第２のアンテナから空間的に分離される。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、第１のビーム方向と第４のビーム方向とは実質的に非平行である。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、非相反表面はビーム・ステアラブルなメタ表面である。

第３の広い態様によれば、ワイヤレス信号を送信及び受信するためのアンテナ・アレイは、入出力（Ｉ／Ｏ）ポートと、２次元グリッドに構成された複数のアンテナ要素とを含み、複数のアンテナ要素の各アンテナ要素は、それぞれの振幅及び位相調整（ＭＰＡ：ｍａｇｎｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ）モジュールを介してＩ／Ｏポートに接続され、各ＭＰＡモジュールは送信経路と受信経路とを有し、ＭＰＡモジュールは、送信経路を介したＩ／Ｏポートからアンテナ要素への送信のみを許可するように構成され、ＭＰＡモジュールは、受信経路を介したアンテナ要素からＩ／Ｏポートへの送信のみを許可するように構成され、送信経路は第１の増幅器と第１の位相シフタとを含み、受信経路は第２の増幅器と第２の位相シフタとを含む。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、各ＭＰＡモジュールは、送信経路を介したＩ／Ｏポートからアンテナ要素への送信のみを許可するための第１のサーキュレータと、受信経路を介したアンテナ要素からＩ／Ｏポートへの送信のみを許可するための第２のサーキュレータとを備える。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、第１の位相シフタは、複数のアンテナ要素によって送信されるべき信号の送信ビームフォーミングを実行するように調整可能である。

任意選択で、前の態様のいずれかにおいて、第２の位相シフタは、複数のアンテナ要素によって受信された信号の受信ビームフォーミングを実行するように調整可能である。

本発明の性質についてこのように全体的に説明したが、次に、例としてその例示的な実施例を示す添付の図面を参照する。

従来のセルラー・ネットワークの概略表現を示す図である。 一実施例に従って実装されたセルラー・ネットワークの概略表現を示す図である。 反射リレーと透過リレーとを有するセルラー・ネットワークの単一のセクタの概略表現を示す図である。 反射非相反表面の概略表現を示す図である。 単方向モードで動作する透過非相反表面の概略表現を示す図である。 全二重非相反透過中継器の概略表現を示す図である。 非相反フェーズド・アレイの概略表現を示す図である。 スモール・セル実施例において示された非相反フェーズド・アレイの概略表現を示す図である。 反射非相反表面のブロック図である。 透過反射非相反表面のブロック図である。 非相反フェーズド・アレイのブロック図である。 振幅及び位相調整ブロックの回路図である。 図１２の振幅及び位相調整ブロックを使用した非相反フェーズド・アレイ・アーキテクチャの実施例の回路図である。 第１の実施例による、複数のセルとともに使用されている非相反表面の概略表現を示す図である。 第２の実施例による、複数のセルとともに使用されている非相反表面の概略表現を示す図である。 第５の実施例による、複数のセルとともに使用されている非相反表面の概略表現を示す図である。 第６の実施例による、複数のセルとともに使用されている非相反表面の概略表現を示す図である。 周波数ダイバース非相反アレイの概略表現を示す図である。 周波数ダイバース・アレイを使用したネットワーク実装形態の概略表現を示す図である。

図１を参照すると、セルラー・ネットワーク１００は、それぞれ、六角形に近いそれぞれのカバレージ・エリア１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃを有する、複数の基地局（ＢＳ）１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ（個々に又はまとめて１０２）を含む。各カバレージ・エリア１０４は複数の有角セクタ１０６に分割される。各ＢＳ１０２の有効カバレージ範囲、ネットワークにアクセスするユーザ・デバイスの予想される密度、及びネットワーク・カバレージが望まれる総面積など、ファクタに応じて、より多い又はより少ないＢＳ１０２が使用され得る。

１つ又は複数のデバイス１０８は、一般にそのカバレージ・エリアがデバイス１０８のロケーションを含むＢＳ１０２を介して、セルラー・ネットワーク１００にアクセスすることができる。デバイス１０８とＢＳとは、第３世代パートナーシップ・プロジェクト（３ＧＰＰ（登録商標）：Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）、第４世代（４Ｇ：ｆｏｕｒｔｈ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）ロングターム・エボリューション（ＬＴＥ：Ｌｏｎｇ－Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）又は第５世代（５Ｇ：ｆｉｆｔｈ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）ワイヤレス通信など、標準化された通信プロトコルを使用して通信し得る。デバイス１０８とＢＳ１０２との間の通信は、一般に、デバイス１０８からＢＳ１０２へのアップリンク（ＵＬ：ｕｐｌｉｎｋ）送信と、ＢＳ１０２からデバイス１０８へのダウンリンク（ＤＬ：ｄｏｗｎｌｉｎｋ）送信とを含む。通信は、いくつかの時間間隔がＵＬのために確保され、他の時間間隔がＤＬのために確保される、時分割複信（ＴＤＤ）であり得る。通信は、いくつかの周波数範囲がＵＬのために確保され、他の周波数範囲がＤＬのために確保される周波数分割複信（ＦＤＤ）であり得る。他の通信モードが使用され得る。

デバイス１０８の空間分布に応じて、いくつかの領域１１０は過少利用され得、他の領域１１２は混雑し得る。これらの領域の各々は１つ又は複数のセクタ１０６に対応し得る。過少利用される領域１１０を含んでいるセクタ１０６はネットワーク・リソースの過少利用を生じ得、混雑した領域１１２を含んでいるセクタ１０６は、ネットワーク・リソースに過負荷をかけることによって、いくつかのデバイス１０８がサービス・レベルの低下を経験することを生じ得る。

図２を参照しながら、一実施例による例示的なセルラー・ネットワーク２００について説明する。この実例では、セクタ２０６に分割されたカバレージ・エリア２０４を有するただ１つのＢＳ２０２が示されているが、図１に示されているように、より広いエリアにカバレージを与えるために複数のＢＳ２０２が使用され得ることを理解されたい。

いくつかのデバイス２０８は、直接、又は、１つ又は複数のスマート・レンズ２１０及び／又は１つ又は複数のスマート反射体２１２（まとめて「スマート表面」）など、１つ又は複数の非相反アレイを介して、ＢＳ２０２と通信する。スマート・レンズ２１０及びスマート反射体２１２は、たとえば、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、「Ｎｏｎｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ Ｂｅａｍ Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ Ｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅｓ」という名称の国際特許出願公報第ＷＯ２０２２／０９４６８６号に記載されているものなど、非相反ビーム・ステアラブル・メタ表面などのアンテナ・アレイであり得る。ＢＳ２０２、デバイス２０８、スマート・レンズ２１０、及びスマート反射体２１２は、送信が所望のターゲットに向けられることを保証するために、並びに、干渉を低減し、キャリア周波数などのリソースが、異なるセクタにおいて再利用されることを可能にするために、任意選択で、ビームフォーミング及びビーム・ステアリングなど、指向性通信を使用し得る。スマート表面を使用することによって、ＢＳとの直接通信が、場合によっては見通し線を必要とするであろうタイプ、たとえばミリメートル波（ｍｍＷａｖｅ）通信である場合でも、その通信が建築物又は木などの障害物２１４によって妨害されているデバイス２０８のためのネットワーク・カバレージを与えることができる。スマート表面の使用はまた、たとえば、１つのセクタからのＢＳ２０２通信を別のセクタ中のデバイス２０８に向けるためにスマート表面を使用することによって、ＢＳ２０２がセクタ２０６間のリソースをより良く割り振ることを可能にし得る。スマート表面は、信号を増幅することが可能であり得、それにより、ＢＳ２０２は、それのカバレージ範囲を拡張することが可能になり得る。各ＢＳ２０２のための拡張されたカバレージ範囲は、ネットワークが、同様のカバレージを達成するためにより少ないＢＳを使用することを可能にし得る。

本明細書では実例についてセルラー・ネットワーク２００に関して説明するが、説明する実施例は、プライベート５Ｇ、Ｗｉ－Ｆｉネットワークなど、他のタイプのワイヤレス・ネットワークを用いて実施され得、接続されるデバイスは、Ｗｉ－Ｆｉステーション、スマート・フォン、タブレット、又はＩｏＴデバイスなど、任意のタイプのデバイスであり得る。

次に図３を参照しながら、スマート・レンズ３１０とスマート反射体３１２ａ、３１２ｂ及び３１２ｃとを使用した、スマート表面を使用したＢＳ３０２と２つのデバイス３０８ａ及び３０８ｂとの間の例示的な対話について説明する。

デバイス３０８ａからのＵＬ送信３１６ａは、デバイス３０８ａとＢＳ３０２との間の見通し線を利用して、ＢＳ３０２に関連付けられたスマート・レンズ３１０に向けて直接送信される。デバイス３０８ｂは、障害物３１４によりＢＳ３０２への見通し線を有せず、したがって、デバイス３０８ｂはそれのＵＬ送信をスマート反射体３１２ｂ及び３１２ｃを介してスマート・レンズ３１０に送信する。スマート・レンズ３１０は、以下でさらに詳細に説明する様式で、両方のＵＬ送信３１６ａ、３１６ｂをＢＳ３０２のほうに向ける。

ＤＬ送信３１８ａ及び３１８ｂはＢＳ３０２によってスマート・レンズ３１０に向けて送信され、スマート・レンズ３１０はそれらをスマート反射体３１２ａのほうに向ける。スマート反射体３１２ａは、ＤＬ送信３１８ａをデバイス３０８ａのほうに向け、ＤＬ送信３１８ｂをデバイス３０８ｂのほうに向ける。スマート反射体３１２ａの非相反性は、デバイス３０８ａがＤＬ送信３１８ｂの逆方向経路上でＵＬ通信を送信することを防ぐ。

結果として、各デバイス３０８は、それのＤＬ送信３１８のための空間経路とは異なる、それのＵＬ送信３１６のための空間経路を有する。さらに、スマート表面３１０、３１２はビームステアラブルであり、ビームステアリング技法を使用することによって信号を任意の所望の方向にリダイレクトすることができる。これにより、スマート表面３１０、３１２は、以下でさらに詳細に説明するように、スマート表面３１０、３１２の指向性及び周波数選択性を利用することによって、時間及び周波数などネットワーク・リソースを再利用することが可能になる。

スマート・レンズ３１０、並びにスマート反射体３１２ａ、３１２ｂ及び３１２ｃの各々は、任意選択で、それが対話する送信を増幅し得る。

次に図４を参照すると、例示的なスマート反射体４１２は、特定の角度からの着信ワイヤレス信号４２０を増幅し、発信信号４２２を異なる角度でリダイレクトすることができる非相反アンテナ・アレイ（図示せず）を含んでいる非相反表面である。着信信号の角度及び発信信号の角度はネットワーク・パフォーマンス基準に基づいて単独で動的に調整することができる。スマート反射体４１２は、物理レイヤ中のワイヤレス信号に対して作用し、着信信号４２０の変調方式と動作周波数とに対してアグノスティックである。スマート反射体４１２は、複数の同時着信信号を受信し、たとえば着信信号が異なる周波数であるか又は異なる角度からのものである場合に、異なるそれぞれの発信角でそれらの同時着信信号をリダイレクトし得る。スマート反射体４１２の非相反性質により、逆方向における信号はない。

次に図５を参照すると、例示的なスマート・レンズ５１０は、２つの対向する面の各々上に、特定の角度からの着信ワイヤレス信号５２０を増幅し、発信信号５２２を異なる角度でリダイレクトすることができる非相反アンテナ・アレイ（図示せず）を含んでいる非相反表面である。着信信号の角度及び発信信号の角度はネットワーク・パフォーマンス基準に基づいて単独で動的に調整することができる。スマート・レンズ５１０は、物理レイヤ中のワイヤレス信号に対して作用し、着信信号５２０の変調方式と動作周波数とに対してアグノスティックである。スマート・レンズ５１０は、複数の同時着信信号を受信し、たとえば着信信号が異なる周波数であるか又は異なる角度からのものである場合に、異なるそれぞれの発信角でそれらの同時着信信号をリダイレクトし得る。スマート・レンズ５１０の非相反性質により、逆方向における信号はない。

次に図６を参照すると、スマート・レンズ６１０は、２つの対向する面の各々上に、特定の角度からの着信ＲＦ信号を増幅し、発信信号を異なる角度でリダイレクトする非相反アンテナ・アレイを含む。着信信号の角度及び発信信号の角度はネットワーク・パフォーマンス基準に基づいて単独で動的に調整することができる。スマート・レンズ６１０は、第１の出力方向において第１の着信信号６２０ａを発信信号６２２ａとしてリダイレクトすることができ、同時に、第２の出力方向において第２の着信信号６２０ｂを発信信号６２２ｂとしてリダイレクトすることができる。スマート・レンズ６１０は発信信号６２２ａ、６２２ｂの方向を動的に単独で調整することができる。これは、スマート・レンズ６１０の周波数選択性とビーム・ステアリング機能とにより、着信信号６２０ａ、６２０ｂが同じ周波数を有する場合でも行うことができる。このようにして、スマート・レンズ６１０は全二重動作を可能にすることができる。図示されていないが、前に説明したスマート反射体は同様の全二重機能を有する。

次に図７を参照すると、非相反フェーズド・アレイ７１２など、スマート表面を形成するアンテナ・アレイはＢＳ７０２へのワイヤード接続７２４を有し得る。着信信号７２０はワイヤード接続７２４を介して非相反フェーズド・アレイ７１２からＢＳ７０２に送信され得る。信号は、ＢＳ７０２から非相反フェーズド・アレイ７１２に送信され、次いで、所望のビーム方向において発信信号７２２として送信され得る。着信信号角と発信信号の両方は全角度範囲にわたって単独でビーム・ステアリングすることができる。信号は表面によって増幅され得る。逆方向において進行する信号は消去される。

次に図８を参照しながら、スモール・セル実装形態について説明する。スモール・セル・アクセス・ポイント８０２は、図７に関して説明したように、スマート表面８１２へのワイヤード接続８２４を有する。スマート表面８１２は、図３に関して説明したように、スマート表面を使用して、ＵＬ及びＤＬにおいてデバイス８０８ａ及び８０８ｂと通信する。スマート表面８１２は、発信信号の方向を単独で動的に制御することができ、異なるビーム方向からの着信信号を受信することができる。

次に図９を参照しながら、前に説明した実施例のいずれかにおいて使用され得る例示的なスマート反射体９１２について説明する。スマート反射体９１２は、そのうちの２つのみが図示されている受信アンテナ９２６のアレイと、そのうちの２つのみが図示されている送信アンテナ９２８のアレイとを含む。アンテナの各アレイは、均等に離間したアレイであり得、知られている様式で送信ビームフォーミング又は受信ビームフォーミングを実行するために、連続するアンテナ間の位相差を使用し得る。この目的で、各受信アンテナ９２６は、振幅及び位相検出ユニット９３０と、振幅及び位相調整ユニット９３２とを用いて、それぞれの送信アンテナ９２８に接続される。振幅及び位相検出ユニット９３０並びに振幅及び位相調整ユニット９３２は、着信信号９２０の受信ビームフォーミングのための、及び発信信号９２２の送信ビームフォーミングのための、並びに発信信号９２２の任意選択の増幅のための必要な計算を実行するプロセッサ９３４によって制御される。

次に図１０を参照しながら、前に説明した実施例のいずれかにおいて使用され得る例示的なスマート・レンズ１０１０について説明する。スマート・レンズ１０１０は、そのうちの２つのみが図示されている受信アンテナ１０２６のアレイと、そのうちの２つのみが図示されている送信アンテナ１０２８のアレイとを含む。アンテナの各アレイは、均等に離間したアレイであり得、知られている様式で送信ビームフォーミング又は受信ビームフォーミングを実行するために、連続するアンテナ間の位相差を使用し得る。この目的で、各受信アンテナ１０２６は、振幅及び位相検出ユニット１０３０と、振幅及び位相調整ユニット１０３２とを用いて、それぞれの送信アンテナ１０２８に接続される。振幅及び位相検出ユニット１０３０並びに振幅及び位相調整ユニット１０３２は、着信信号１０２０の受信ビームフォーミングのための、及び発信信号１０２２の送信ビームフォーミングのための、並びに発信信号１０２２の任意選択の増幅のための必要な計算を実行するプロセッサ１０３４によって制御される。

次に図１１を参照しながら、前に説明した実施例のいずれかにおいて使用され得る例示的なスマート反射体１１１２について説明する。スマート反射体１１１２は、そのうちの２つのみが図示されているアンテナ１１２６のアレイを含む。アンテナのアレイは、均等に離間したアレイであり得、知られている様式で送信ビームフォーミング又は受信ビームフォーミングを実行するために、連続するアンテナ間の位相差を使用し得る。この目的で、各受信アンテナ１１２６は、それぞれの振幅及び位相検出ユニット１１３０と、それぞれの振幅及び位相調整ユニット１１３２とに接続される。振幅及び位相検出ユニット１１３０並びに振幅及び位相調整ユニット１１３２は、着信信号１１２０の受信ビームフォーミングのための、発信信号１１２２の送信ビームフォーミングのための、並びに発信信号１１２２の任意選択の増幅のための必要な計算を実行するプロセッサ１１３４によって制御される。ワイヤード接続１１２４はスマート反射体１１１２をネットワークのワイヤード部分（図示せず）に接続する。

次に図１２を参照しながら、前に説明した実施例のいずれかにおいて使用され得る例示的な振幅及び位相調整ユニット１２３２について説明する。上部分岐は、右から左に進む信号のみが下部分岐を通って伝わり、左から右に進む信号のみが上部分岐を通って伝わるように構成された、３ポート・サーキュレータ１２３６のペアによって下部分岐から分離される。上部分岐は単方向増幅器１２３８と位相シフタ１２４０とを含む。位相シフタ１２４０は任意の好適な回路を用いて実装され得る。下部分岐は単方向増幅器１２４２と位相シフタ１２４４とを含む。位相シフタ１２４４は任意の好適な回路を用いて実装され得る。単方向増幅器１２３８、１２４２と位相シフタ１２３６、１２４０とを制御することによって、対向する方向（たとえば、送信方向と受信方向と）における信号の振幅及び位相を単独で制御することができ、それにより、望み通り増幅とビームフォーミングの両方が可能になる。

次に図１３を参照すると、非相反フェーズド・アレイ１３１０の構成が図示されている。スマート・ミラーは同様の構成を有するであろう。各アンテナ１３２６は、図１２の振幅及び位相調整ユニット１２３２と同様に、振幅及び位相調整ユニット１３３２を介してトランシーバ・チェーン又はトランシーバ・ポート１３３４に接続される。アンテナ１３２６は、２次元格子に構成され得、個々の振幅及び位相調整ユニット１３３２の位相シフタは、格子にわたって２次元においてアンテナの位相を変動させ、それにより、送信ビームフォーミングと受信ビームフォーミングとを実行するように構成され得る。各振幅及び位相調整ユニット１３３２は送信経路と受信経路とのために別個の位相シフタを有するので、送信ビームフォーミング及び受信ビームフォーミングは単独で構成され得る。結果として、送信ビームから受信ビームに位相シフタを同調させることに関連する、送信と受信との間のレイテンシが低減され得る。したがって、この構成はＴＤＤ通信のために特に有利であり得る。各アンテナ１３２６が振幅及び位相調整ユニット１３３２を有する、５つ以上のアンテナ１３２６が使用され得ることが企図される。

次に図１４を参照しながら、全二重通信が可能な例示的なネットワーク・アーキテクチャ１４００について説明する。第１のＢＳ１４０２ａは、１つ又は複数の受信アンテナ１４４８ａから空間的に分離された１つ又は複数の送信アンテナ１４４６ａを有する。第１のスマート・レンズ１４１０ａは、たとえばＢＳ１４０２ａの近くに位置していることによって、ＢＳ１４０２ａに関連付けられる。第２のＢＳ１４０２ｂは、１つ又は複数の受信アンテナ１４４８ｂから空間的に分離された１つ又は複数の送信アンテナ１４４６ｂを有する。第２のスマート・レンズ１４１０ｂは、たとえばＢＳ１４０２ｂの近くに位置していることによって、ＢＳ１４０２ｂに関連付けられる。

第１の送信１４５０はスマート・レンズ１４１０ａの方向においてアンテナ１４４６ａから送信される。スマート・レンズ１４１０ａは、任意選択で、送信１４５０を増幅し、スマート反射体１４１２ａを介して送信１４５０をスマート・レンズ１４１０ｂに向けてリダイレクトする。スマート・レンズ１４１０ｂは送信１４５０をＢＳ１４０２ｂのアンテナ１４４８ｂにリダイレクトする。スマート表面１４１０、１４１２の非相反動作のために、送信１４５０の逆方向に沿って反射されて戻る信号はない。

第２の送信１４５２はスマート・レンズ１４１０ｂの方向においてアンテナ１４４６ｂから送信される。スマート・レンズ１４１０ｂは、任意選択で、送信１４５２を増幅し、スマート反射体１４１２ｂを介して送信１４５２をスマート・レンズ１４１０ａに向けてリダイレクトする。スマート・レンズ１４１０ａは送信１４５２をＢＳ１４０２ａのアンテナ１４４８ａにリダイレクトする。スマート表面１４１０、１４１２の非相反動作のために、送信１４５２の逆方向に沿って反射されて戻る信号はない。障害物１４１４がない場合、送信１４５０、１４５２の一方又は他方は、任意選択で、スマート・レンズ１４１０ａ、１４１０ｂ間で直接送信され得る。

送信１４５０、１４５２は異なる経路を取るので、送信１４５２は、スマート・レンズ１４１０ａが送信１４５０を送信する際の角度とは異なる角度でスマート・レンズ１４１０ａに到着する。したがって、スマート・レンズ１４１０ａの非相反性質は、送信１４５０、１４５２が同時に、同じ周波数を使用して送信される場合でも、スマート・レンズ１４１０ａが、発信送信１４５０からの許容できない量の干渉なしに、すなわち、許容できる信号対干渉ノイズ比（ＳＩＮＲ：ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）で、送信１４５２を受信することを可能にする。スマート・レンズ１４１０ａの非相反性質はまた、送信１４５０、１４５２が同時に、同じ周波数を使用して送信される場合でも、スマート・レンズ１４１０ａが、異なる方向においてアンテナ１４４６から送信１４５０を受信しながら、送信１４５２をアンテナ１４４８ａに送信することを可能にする。結果として、ＢＳ１４０２ａは、送信１４５０を送信するアンテナとは異なるアンテナ上で送信１４５２を受信することができる。ＢＳ１４０２ａは、したがって、送信１４５０、１４５２が同時に、同じ周波数を使用して送信される場合でも、発信送信１４５０からの許容できない量の干渉なしに、送信１４５２を復号することができる。したがって、スマート・レンズ１４１０ａの使用は、ＨＤ通信のためにのみ構成された従来のＢＳ１４０２ａにおけるＦＤ通信を可能にすることができる。

スマート反射体１４１２のうちの１つ又は複数が非相反表面であり得ることが企図され、これは、送信された信号と受信された信号又は送信機に向かう送信された信号の反射との間の高度の分離を与え得、また、ビームフォーミング、ビーム・ステアリング、及び信号増幅のうちの１つ又は複数を可能にし得る。スマート反射体１４１２のうちの１つ又は複数は、パッシブ反射表面など、相反反射表面であり得るか、又は、そのような表面によって置き換えられ得ることが企図される。パッシブ反射表面は、電波を反射することが可能な金属物体を含み得る。パッシブ反射表面は、送信された信号と受信された信号との間の分離をあまり与えず、また、反射された信号の増幅を与えることが不可能であろうが、パッシブ反射表面はネットワーク機器のコスト及び複雑さを低減するであろう。

次に図１５を参照しながら、例示的なネットワーク・アーキテクチャ１５００について説明する。第１のＢＳ１５０２ａは、たとえば、ワイヤード接続によって、送信ビームフォーミングと受信ビームフォーミングとが可能なアンテナ要素のフェーズド・アレイ１５５４に接続される。第１のスマート・レンズ１５１０ａは、たとえばＢＳ１５０２ａの近くに位置していることによって、ＢＳ１５０２ａに関連付けられる。第２のＢＳ１５０２ｂは、たとえば、ワイヤード接続によって、送信ビームフォーミングと受信ビームフォーミングとが可能なアンテナ要素のフェーズド・アレイ１５５４ｂに接続される。第２のスマート・レンズ１５１０ｂは、たとえばＢＳ１４０２ｂの近くに位置していることによって、ＢＳ１５０２ｂに関連付けられる。

スマート・ミラー１５１２ａ、１５１２ｂを使用し、障害物１５１４を回避する、信号１５５０、１５５２の送信は図１４の実施例と同様であるが、ＢＳ１５０２における送信及び受信がアンテナ１４４６、１４４８によって実行される代わりにフェーズド・アレイ１５５４によって実行される点が異なる。

図１４のネットワーク・アーキテクチャ１４００と比較したネットワーク・アーキテクチャ１５００の１つの利点は、フェーズド・アレイ１５５４が複数のアンテナ１４４６、１４４８よりも小さくなり、実装するにかかる費用が少なくなり得ることである。図１４のネットワーク・アーキテクチャ１４００と比較したネットワーク・アーキテクチャ１５００の１つの欠点は、いくつかの実施例において、フェーズド・アレイ１５５４の要素が、ＢＳ１５０２とそれの関連付けられたスマート・レンズ１５１０との間のＦＤ通信を可能にするのに十分に離間しないことがあることである。

図１６を参照すると、ＢＳ１６０２は、図１４及び図１５の実施例と同様の様式でデバイス１６０８と通信する。ＢＳ１６０２は、１つ又は複数の受信アンテナ１６４８から空間的に分離された１つ又は複数の送信アンテナ１６４６を有する。スマート・レンズ１４１０は、たとえばＢＳ１６０２の近くに位置していることによって、ＢＳ１６０２に関連付けられる。デバイス１６０８は、デバイス１６０８に一体化された、送信ビームフォーミングと受信ビームフォーミングとが可能なアンテナ要素のフェーズド・アレイ１６５４を有する。一実例では、フェーズド・アレイ１６５４はｍｍＷａｖｅアレイであり得、デバイス１６０８はタブレット又はパーソナル・コンピュータであり得るが、他の実装形態も企図される。

第１の送信１６５０はスマート・レンズ１６１０の方向においてアンテナ１６４６から送信される。スマート・レンズ１６１０は、任意選択で、送信１６５０を増幅し、スマート反射体１６１２ａを介して送信１６５０をデバイス１６０８に向けてリダイレクトする。送信１６５０は、デバイス１６０８のフェーズド・アレイ１６５４によって受信され、デバイス１６０８によって復号され得る。第２の送信１６５２はフェーズド・アレイ１６５４からスマート反射体１４１２ｂを介してスマート・レンズ１６１０に向けて送信される。スマート・レンズ１６１０は送信１６５２をＢＳ１６０２のアンテナ１６４８にリダイレクトする。

次に図１７を参照すると、それぞれのフェーズド・アレイ１７５４ａ、１７５４ｂを含んでいる２つのデバイス１７０８ａ、１７０８ｂは、スマート反射体１７１２ａ、１７１２ｂを介して互いに通信し、それにより、対向する方向の送信１７５０、１７５２のための異なる通信経路が可能になり、見通し線通信を妨げる障害物１７１４の存在下でも通信が可能になり得る。一実例では、デバイス１７５４ａはワイヤレス・ゲーミング・コントローラであり得、デバイス１７５４ｂはゲーミング・コンソールであり得る。

次に図１８を参照しながら、非相反スマート表面１８１０のいくつかの特性について説明する。入射信号１８５６は、複数の周波数、たとえば３つの異なる周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３を含んでいる広帯域信号であり得る。スマート表面１８１０は、それぞれの周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３における出力信号１８５８ａ、１８５８ｂ、１８５８ｃが異なる方向において送信されるように、周波数依存性応答を有する。周波数依存性応答は、国際特許出願公報第ＷＯ２０２２／０９４６８６号にさらに詳細に記載されているように、スマート表面１８１０の構成可能なパラメータを変動させることによって調整可能である。この周波数依存性応答を利用することによって、複数の周波数を含んでいる単一のビームを複数の異なる経路上にスプリットし、異なる受信機に送信することができる。スマート表面１８１０の非相反性質は、１８５８ａ、１８５８ｂ、又は１８５８ｃの逆方向に沿った受信されたビーム、たとえば障害物によって引き起こされた反射が、必ずしも、信号１８５６の逆方向経路に沿ってスマート表面１８１０を通って伝搬されるとは限らないという効果を有する。

周波数ダイバーシティのこの特性の適用例は図１９に示されている。ＢＳ１９０２は、２つの異なる周波数ｆ１、ｆ２を含んでいるダウンリンク信号１９６０をスマート・レンズ１９１０に向けて送信する。スマート・レンズ１９１０は、受信された信号１９６０をそれのｆ１成分信号１９６２とそれのｆ２成分信号１９６４とにスプリットするように構成される。信号１９６２は、スマート反射体１９１２ａのほうに向けられたビーム中で送信され、スマート反射体１９１２ａは信号１９６２をデバイス１９０８ａにリダイレクトする。信号１９６４は、スマート反射体１９１２ｂのほうに向けられたビーム中で送信され、スマート反射体１９１２ｂは信号１９６４をデバイス１９０８ｂにリダイレクトする。同時に又は異なる時間に、デバイス１９０８ａは、周波数ｆ３でアップリンク信号１９６６をスマート反射体１９１２ａに向けて送信し、スマート反射体１９１２ａは信号１９６６をスマート・レンズ１９１０に向けてリダイレクトする。スマート・レンズ１９１０は、周波数ｆ３で信号１９６６をＢＳ１９０２に向けてリダイレクトするように構成される。デバイス１９０８ａは、周波数ｆ４でアップリンク信号１９６８をスマート反射体１９１２ｂに向けて送信し、スマート反射体１９１２ｂは信号１９６８をスマート・レンズ１９１０に向けてリダイレクトする。スマート・レンズ１９１０は、周波数ｆ４で信号１９６８をＢＳ１９０２に向けてリダイレクトするように構成される。このようにして、スマート・レンズ１９１０の周波数応答を使用して、スマート・レンズ１９１０を再同調させる必要なしにＢＳ１９０２に及びＢＳ１９０２から複数のＵＬ信号及び複数のＤＬ信号を向けることができる。

非相反スマート表面１８１０のさらなる特性は国際特許出願公報第ＷＯ２０２２／０９４６８６号に記載されている。

上記で説明した実施例は実例にすぎないものである。本発明の範囲は、したがって、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきものである。

Claims (22)

1. ワイヤレス通信のための非相反空間給電型アンテナを使用する方法であって、
   前記非相反空間給電型アンテナによって、第１のビーム方向において基地局から第１のワイヤレス信号を受信することと、
   前記非相反空間給電型アンテナによって、第２のビーム方向において前記第１のワイヤレス信号を送信することと、
   前記非相反空間給電型アンテナによって、第３のビーム方向において第２のワイヤレス信号を受信することと、
   前記非相反空間給電型アンテナによって、第４のビーム方向において前記基地局に向けて前記第２のワイヤレス信号を送信することと
   を含む、方法。
2. 前記第２のビーム方向が第１の反射表面に向かう方向である、請求項１に記載の方法。
3. 反射表面が非相反反射表面である、請求項２に記載の方法。
4. 前記第３のビーム方向が第２の反射表面に向かう方向である、請求項２又は３に記載の方法。
5. 前記第２の反射表面が非相反反射表面である、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１のワイヤレス信号と前記第２のワイヤレス信号とが時間において少なくとも部分的に重複し、前記第１のワイヤレス信号と前記第２のワイヤレス信号とが周波数において少なくとも部分的に重複する、請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。
7. 前記基地局から前記第１のワイヤレス信号を受信することが、前記基地局の少なくとも１つの第１のアンテナから前記第１のワイヤレス信号を受信することを含み、
   前記基地局に向けて前記第２のワイヤレス信号を送信することが、前記基地局の少なくとも１つの第２のアンテナに前記第２のワイヤレス信号を送信することを含み、
   前記少なくとも１つの第１のアンテナが前記少なくとも１つの第２のアンテナから空間的に分離された、請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法。
8. 前記第１のビーム方向と前記第４のビーム方向とが実質的に非平行である、請求項７に記載の方法。
9. 前記非相反空間給電型アンテナがビーム・ステアラブルなメタ表面である、請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法。
10. 複数のアンテナ要素を備える非相反表面であって、各アンテナ要素が、前記アンテナ要素によって送信又は受信された信号の位相をシフトするための少なくとも１つの調整可能な位相シフタを有し、前記非相反表面が、
    第１のビーム方向において基地局から第１のワイヤレス信号を受信することと、
    第２のビーム方向において前記第１のワイヤレス信号を送信することと、
    第３のビーム方向において第２のワイヤレス信号を受信することと、
    第４のビーム方向において前記基地局に向けて前記第２のワイヤレス信号を送信することと
    を行うように構成された、非相反表面。
11. 前記第２のビーム方向が第１の反射表面に向かう方向である、請求項１０に記載の非相反表面。
12. 前記第１の反射表面が第１の非相反反射表面である、請求項１１に記載の非相反表面。
13. 前記第３のビーム方向が第２の反射表面に向かう方向である、請求項１１又は１２に記載の非相反表面。
14. 前記第２の反射表面が第２の非相反反射表面である、請求項１３に記載の非相反表面。
15. 前記第１のワイヤレス信号と前記第２のワイヤレス信号とが時間において少なくとも部分的に重複し、前記第１のワイヤレス信号と前記第２のワイヤレス信号とが周波数において少なくとも部分的に重複する、請求項１０から１４までのいずれか一項に記載の非相反表面。
16. 前記基地局から前記第１のワイヤレス信号を受信することが、前記基地局の少なくとも１つの第１のアンテナから前記第１のワイヤレス信号を受信することを含み、
    前記基地局に向けて前記第２のワイヤレス信号を送信することが、前記基地局の少なくとも１つの第２のアンテナに前記第２のワイヤレス信号を送信することを含み、
    前記少なくとも１つの第１のアンテナが前記少なくとも１つの第２のアンテナから空間的に分離された、請求項１０から１５までのいずれか一項に記載の非相反表面。
17. 前記第１のビーム方向と前記第４のビーム方向とが実質的に非平行である、請求項１６に記載の非相反表面。
18. 前記非相反表面がビーム・ステアラブルなメタ表面である、請求項１０から１７までのいずれか一項に記載の非相反表面。
19. ワイヤレス信号を送信及び受信するためのアンテナ・アレイであって、
    入出力（Ｉ／Ｏ）ポートと、
    ２次元グリッドに構成された複数のアンテナ要素と
    を備え、
    前記複数のアンテナ要素の各アンテナ要素が、それぞれの振幅及び位相調整（ＭＰＡ）モジュールを介して前記Ｉ／Ｏポートに接続され、
    各ＭＰＡモジュールが送信経路と受信経路とを有し、前記ＭＰＡモジュールが、前記送信経路を介した前記Ｉ／Ｏポートから前記アンテナ要素への送信のみを許可するように構成され、前記ＭＰＡモジュールが、前記受信経路を介した前記アンテナ要素から前記Ｉ／Ｏポートへの送信のみを許可するように構成され、
    前記送信経路が第１の増幅器と第１の位相シフタとを含み、
    前記受信経路が第２の増幅器と第２の位相シフタとを含む、アンテナ・アレイ。
20. 各ＭＰＡモジュールが、
    前記送信経路を介した前記Ｉ／Ｏポートから前記アンテナ要素への送信のみを許可するための第１のサーキュレータと、前記受信経路を介した前記アンテナ要素から前記Ｉ／Ｏポートへの送信のみを許可するための第２のサーキュレータとを備える、請求項１９に記載のアンテナ・アレイ。
21. 前記第１の位相シフタが、前記複数のアンテナ要素によって送信されるべき信号の送信ビームフォーミングを実行するように調整可能である、請求項１９又は２０に記載のアンテナ・アレイ。
22. 前記第２の位相シフタが、前記複数のアンテナ要素によって受信された信号の受信ビームフォーミングを実行するように調整可能である、請求項１９から２１までのいずれか一項に記載のアンテナ・アレイ。

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