JP4741653B2 - アンテナアレイパターン歪み軽減 - Google Patents

Description

本特許出願は、"Antenna Array Pattern Distortion Mitigation"（アンテナアレイパターン歪み軽減）という題名を有し、本特許出願の譲受人に対して譲渡され、本明細書によって参照されることによって明示で本明細書に組み入れられている仮特許出願番号６０／６６６，４１３（出願日：２００５年３月２９日）に対する優先権を主張するものである。

様々な特長は、指向性及び／又は適応アンテナに関するものである。少なくとも１つの実装は、アンテナパターンの歪みを低減させながら２つの受信機に対して同じ信号を送信するための方法、システム、及びデバイスに関するものである。

指向性及び／又は適応アンテナは、典型的には、信号送信を希望される方向に指向するために用いられる。これらの型のアンテナは、現代の通信システムにおいて使用時には無指向性アンテナよりも有利な点を数多く有する。これらの有利な点は、情報担持信号の送信及び受信の両方に関して生じる。送信中において、受信機の所在位置方向への放射エネルギーの指向集中は、単位送信電力当たりの受信電力量を有意な量だけ増大させる。このことは、一般的には、送信機−受信機リンクの質を向上させ、より高速での情報転送を可能にする。一定速度での送信の場合は、根本のリンクにおけるこの向上は、送信電力の低減を可能にし、その結果、より小型でより安価な電力増幅器になる。指向性送信は、電池を電源とするデバイスにおける重要な考慮事項である電力の経済性にも貢献する。さらに、干渉が制限されているシステムにおいては、意図される受信機の方向への電力集中は、送信機によって引き起こされたシステムの残りの部分への干渉を低減させ、それによって全体的な容量を増大させる。

指向性アンテナは、典型的には、加えられた重みベクトルに依存して異なるパターンを生成する重み付きアンテナ素子のアレイとして実装される。一般的には、受信機及び／又は送信機は、該重み付きアンテナに対してあらゆる重みベクトルを加えることができる。１つの型の指向性アンテナは、有限の予め定義された一組のベクトルによって重みを付けることができるアンテナアレイであると考えることができるビームスイッチアンテナである。これらの予め定義されたベクトルの組は、典型的には、結果的に発生したアンテナビームを異なる空間方向に向ける。

ほとんどの現代のセルラー及び／又は無線通信システムにおいては、同じ情報が単一のポイントから多数の受信機に送信される時が存在する。例えば、（ａ）中央の基地局から複数のユーザー端末へのブロードキャストチャネルが採用されている場合及び／又は（ｂ）例えば特定のユーザーの端末が現在交信中の基地局から新たな基地局の方に移動時におけるハンドオフプロセス中に該ユーザーの送信が複数の基地局によって復調される場合が当てはまる。前記の理由により、これらのポイントツーマルチポイント送信においてはアンテナアレイを採用するのがしばしば望ましい。

各エンティティ（例えば、基地局又はユーザー端末）が、受信端における復調プロセスを容易にするために、「パイロット」と共通して呼ばれる既知の基準信号を送信する場合がしばしばある。例えば、ユーザー端末は、所定の基地局のパイロット信号を利用して、前記基地局との通信のための最良のアンテナパターンを生成する重みベクトルを見つけることが可能である。この状況においては、複数のポイントの方向への送信に対処する一方法は、複数の受信機の各々に対して個々に送信することになる場合に使用すべき最良のアンテナパターンを見つけ出し、次にすべての個々のパターンの合計によって全体的なパターンを合成するのを試みることである。この結合されたパターンは、ポイントツーマルチポイント送信のために用いられる。

同じ信号を複数の受信機に送信するためのアンテナパターンを生成する際には、アンテナパターンの歪みが発生することがある。すなわち、同じ信号を複数の通信事業者（ｃａｒｒｉｅｒ）に送信することによって、ポイントツーマルチポイント送信を劣化させる望まれない送信歪み及び取り消しが発生する。

発明の概要

一実装は、異なる受信機に送信された信号におけるアンテナアレイパターン歪みを軽減するための方法であって、ａ）第３の信号の無相関化バージョンである第１の信号と第２の信号を選択するステップと、（ｂ）前記第１の信号を第１の受信機に送信するステップと、（ｃ）前記第２の信号を第２の受信機に送信するステップと、を具備する方法、を提供する。前記第１及び第２の信号を選択することは、２つの信号の相互相関がほぼゼロであるか又は非常に小さくなるような形でこれらの２つの信号を選択することを含むことができる。該相互相関は、（ａ）互いに異なる第１及び第２の符号を選択し、（ｂ）前記第１の符号を前記第３の信号に適用して前記第１の信号を生成し、（ｃ）前記第２の符号を前記第３の信号に適用して前記第２の信号を生成することによって達成させることができる。前記第２の符号は、前記第１の符号のスペクトル反転バージョンであることができる。さらに、前記第１及び第２の信号を選択することは、（ａ）第２の符号の時間遅延バージョン又は時間反転バージョンである第１の符号を選択することと、（ｂ）前記第１の符号を前記第３の信号に適用して前記第１の信号を生成することと、（ｃ）前記第２の符号を前記第３の信号に適用して前記第２の信号を生成すること、とを含むことができる。前記第１及び第２の信号は、異なる指向性ビームで送信することができる。

他の実装は、異なる受信機に対して送信された信号におけるアンテナアレイパターン歪みを軽減するための装置であって、（ａ）第３の信号の無相関化バージョンである第１及び第２の信号を生成すための手段と、（ｂ）前記第１及び第２の信号を異なるビームで異なる受信機に送信するための手段と、を含む装置、を提供する。前記第１及び第２の信号を生成するための前記手段は、（ａ）互いに異なる（例えば、時間遅延、時間反転された、等）第１及び第２の多項式を選択するための手段と、（ｂ）前記第１の多項式を前記第３の信号に適用して前記第１の信号を生成するための手段と、（ｃ）前記第２の多項式を前記第３の信号に適用して前記第２の信号を生成するための手段と、を含むことができる。

他の実装は、異なる受信機に対して送信された信号におけるアンテナアレイパターン歪みを軽減するためにプロセッサによって実行可能であって、プロセッサによって実行時に（ａ）情報担持信号を生成すること、（ｂ）前記情報担持信号の無相関化バージョンである第１及び第２の信号を生成すること、及び（ｃ）前記第１及び第２の信号を異なる受信機に送信することを具備する動作を前記プロセッサに行わせる命令、を具備する、機械によって読み取り可能な媒体を提供する。

さらに他の実装は、（ａ）構成可能な指向性アンテナと、（ｂ）前記アンテナを構成しさらに前記指向性アンテナを通じて送信された信号を処理するために前記指向性アンテナに通信可能な形で結合された処理回路であって、（１）第３の信号の無相関化バージョンである第１の信号と第２の信号を生成し、（２）前記第１の信号を第１の受信機に送信し、（３）前記第２の信号を第２の受信機に送信するように構成される処理回路と、を具備する無線送信機を提供する。

前記第１及び第２の信号は、（ａ）互いに異なる第１及び第２の符号を選択するか、（ｂ）第２の符号の時間遅延バージョンである第１の符号を選択するか、又は（ｃ）第２の符号の時間反転バージョンである第１の符号を選択するかのいずれかによって生成することができる。前記指向性アンテナを構成させるために用いられる値を格納するための記憶装置を通信可能な形で前記処理回路に結合させることができる。前記送信機は、第１の受信機と第２の受信機との間におけるハンドオフ手順を開始させるために（ａ）前記第１の信号を第１のビームで前記第１の受信機に送信し、（ｂ）前記第２の信号を第２のビームで前記第２の受信機に送信するように前記指向性アンテナを構成させることができる。前記送信機は、動いている航空機に搭載することができ、前記第１及び第２の受信機は、静止型であることができる。

前記処理回路は、前記第２の受信機とのリンクが確立された時点で前記第２の受信機に通信を転送するようにさらに構成される。前記処理回路は、前記第２の受信機とのリンクが確立された時点で前記第１の受信機との通信を終了させるように構成することもできる。さらに、前記処理装置は、受信機からの複数のビームでのパイロット信号を探索するようにさらに構成することも可能である。前記送信機は、前記処理回路に通信可能な形で結合されてその他の受信機の存在を探索するために選択可能な形で起動される第２のアンテナを含むことができる。

さらに他の実装は、（ａ）複数の信号のうちの１つを無線送信機から受信するステップと、（ｂ）スペクトル反転符号、時間シフト符号、又は時間反転符号のいずれかによって前記１つ以上の信号を復調するステップと、を含む信号受信方法を提供する。前記方法は、（ａ）前記１つ以上の信号が適切に受信されていることを通知するステップと、（ｂ）前記送信機からの信号又は前記１つ以上の信号をどのように復調すべきであるかを示すアウトオブバンド信号を受信するステップと、をさらに含むことができる。

本発明の一例は、情報担持信号を受信するための入力インタフェースと、前記情報担持信号の無相関化バージョンである第１の信号及び第２の信号を生成するように構成された回路と、前記第１の信号及び第２の信号を送信のためにアンテナに送信する出力インタフェースと、を含むマイクロプロセッサも提供する。前記回路は、前記第１の信号が第１の方向に送信されて前記第２の信号が第２の方向に送信されるように前記第１の方向から前記第２の方向にアンテナを切り換えるようにさらに構成させることもできる。前記第１及び第２の信号は、（ａ）互いに異なる第１及び第２の符号を選択するか、（ｂ）第２の符号の時間遅延バージョンである第１の符号を選択するか、又は（ｃ）第２の符号の時間反転バージョンである第１の符号を選択するかのいずれかによって生成することができる。次に、前記回路は、前記第１の符号を前記情報担持信号に適用して前記第１の信号を生成し、前記第２の符号を前記情報担持信号に適用して前記第２の信号を生成する。

以下の説明においては、実施形態について徹底的に理解するために具体的な詳細が示される。しかしながら、実施形態はこれらの具体的な詳細がなくても実践可能であることが当業者によって理解されるであろう。例えば、回路は、実施形態を不必要に曖昧にしないようにするためにブロック図で示すことができる。その他の例においては、実施形態を曖昧にしないようにするためによく知られた回路、構造及び技術を詳細に示すことができる。

さらに、実施形態は、流れ図、フローダイヤグラム、構造図、又はブロック図として描かれるプロセスとして説明することができる点が注記される。流れ図は動作を連続的なプロセスとして説明することができるが、これらの動作の多くは、並行して又は同時に行うことができる。さらに、動作の順序を変更することができる。プロセスは、その動作が完了されたときに終了される。プロセスは、方法、関数、手順、サブルーチン、サブプログラム等に対応することができる。プロセスが関数に対応するときには、その終了は、該関数が呼び出し関数又は主関数に戻ることに対応する。

さらに、記憶媒体は、データを格納するための１つ以上のデバイスを表し、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリデバイス及び／又はその他の機械読み取り可能情報記憶媒体を含む。「機械読み取り可能媒体」という表現は、限定することなしに、ポータブル又は固定式の記憶デバイス、光学記憶デバイス、無線チャネル及び命令及び／又はデータを格納すること、含むこと又は運ぶことが可能な様々なその他の媒体を含む。

さらに、実施形態は、ハードウェア、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、又はその組合せによって実装することができる。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア又はマイクロコード内に実装されるときには、必要なタスクを実行するためのプログラムコード又はコードセグメントは、記憶媒体又はその他の記憶装置等の機械読み取り可能媒体に格納することができる。プロセッサは、必要なタスクを実行することができる。コードセグメントは、手順、関数、サブプログラム、プログラム、ルーチン、サブルーチン、モジュール、ソフトウェアパッケージ、クラス、又は、命令、データ構造、又はプログラムステートメントの組合せを表すことができる。コードセグメントは、情報、データ、引数、パラメータ、又はメモリ内容を渡す及び／又は受け取ることによって他のコードセグメント又はハードウェア回路と結合させることができる。情報、引数、パラメータ、データ、等は、メモリを共有すること、メッセージを渡すこと、トークンを渡すこと、ネットワーク送信、等を含むあらゆる適切な手段を介して渡すこと、転送すること、又は送信することができる。

多くの用途においては、送信が第１の受信機との通信から第２の受信機との通信に切り換わることがしばしば望ましい。例えば、（例えば、航空機に搭載されているときのように）送信機が移動するのに応じて、送信機は、第１の受信機から遠ざかって第２の受信機に近づく場合がある。このような状況においては、送信機は、その通信リンクを第１の受信機から第２の受信機に変えることができる。このハンドオフは、送信された情報の気がつくことができる遅延及び損失なしにしばしば完遂されるべきである。該ハンドオフを達成させる一方法は、ハンドオフ中のある時間にわたって第１の受信機と第２の受信機の両方と通信することである。このハンドオフ時間中に、送信機は、第１及び第２の受信機の両方に対して同じ信号を送信することができる。しかしながら、送信機が適応アンテナ又は指向性アンテナを使用時には、２つの受信機に同じ信号を送信することは、望まれていないアンテナパターン歪みを生じさせる可能性がある。

一特長は、アンテナパターン歪みを低減させながら適応アンテナ又は指向性アンテナを用いてポイントツーマルチポイント送信を行う方法を提供する。一般的には、同じ波形を２つの受信機に対して送信する代わりに、情報担持信号が２つの異なる波形に変換されて各波形が異なる受信機に送信される。この概念は、３つ以上の受信機に対応するように拡張することが可能である。

他の特長は、情報担持信号s(t)が２つの無相関化された信号s₁(t)及びs₂(t)に変換され、このため、これらの信号の相互相関ρはゼロであるか又は非常に小さい。信号s₁(t)及びs₂(t)を無相関化することによって、アンテナパターン歪みが低減又は排除される。

該無相関化がどのようにして本発明によって達成されるかの一例は、第１の信号s₁(t)を第１の受信機に送信し、s₁(t)のスペクトル反転されたバージョンである無線周波スペクトルを有する第２の信号s₂(t)を第２の受信機に送信することである。

前記無相関化がどのように達成されるかを示す他の例は、第１の信号s₁(t)を第１の受信機に送信し、２つの信号s₁(t)とs₂(t)との間の時間遅延Δ後に第２の信号s₂(t)を第２の受信機に送信することであり、ここで、s₁(t)とs₂(t)は同じ信号s(t)でありs₂(t) = s₁(t)−Δである。該当する時間遅延Δは、s(t)の自動相関に関するゼロ点を決定又は推定することによって選択することができる。

情報担持信号又は波形s(t)を単一の希望される受信機方向に送信するＭ本のアンテナのアレイ（Ｍは正の整数）を有する送信機装置について検討する。送信機は、信号s(t)を希望される受信機に送信するために該当するアンテナアレイ重みベクトル

を知ることができる。アレイ重みベクトルw^→は、信号s(t)の送信を希望される受信機方向に指向させるようにビームスイッチアンテナを含む適応アンテナ又は指向性アンテナを送信機において構成させるために用いることができる。信号の搬送波周波数は、ｆ₀と定義される。空間座標変数は、x→と定義され、アレイアンテナ素子の空間座標は、

である。送信機のアンテナアレイ重みベクトル成分は、

と定義される。

典型的には、信号又は波形s(t)のＭのコピーが生成され、信号s(t)の各コピーは、対応する重みベクトルw_iによって重みが付けられ、Ｍのアンテナ素子ポートのうちの１つを通じて送信される前に搬送波周波数ｆ₀によって変調される。所在場所x^→において、異なるアンテナから着信した時間ごとに変化する信号が合計されて時間空間波形が生成される。この時間空間波形は、概算して複素数表記において以下の関数として表すことができる。

ここで、ｃは、光速であり、τは、一定の遅延である。この表記は、以下のようにして単純化することができる。

所在場所x^→の方向への放射電力は、期待値

をとることができる。「期待値」、「期待」、及び「見込み」という言葉は、確率論上の意味で用いられており、発生尤度を指す。本解析に関しては広義での定常確率過程であるとみなすことができる波形s(t)の期待E_s(t)は、以下のように表すことができる。

ここで、σ_s ²は、波形s(t)の平均電力である。厳密には、送信された波形は、巡回定常的であることができる。しかしながら、本解析の目的上、このことは結果には影響を与えない。

量P(x^→,w^→)は、方程式（２）においてわかるように、重みベクトル成分w^→によって制御される。量P(x^→,w^→)は、正規化係数を除くアンテナパターンの伝統的な定義にも相当する。

図１は、２つの異なる受信機１０４及び１０６に対して同じ信号が送信されたときに送信機１０２がアンテナパターン歪みを低減させる特長を示す。幾つかの実装においては、２つの異なる受信機１０４及び１０６への同じ情報の送信は、送信機１０２が第１の受信機１０４から遠ざかって近くの第２の受信機１０６に切り換わるか又はハンドオフしたときに起こることができる。しかしながら、本発明は、ハンドオフ状況においてのみでなく様々なシステムに実装することができる。幾つかの状況においては、受信機１０４及び／又は１０６は静止していて送信機１０２は移動し、その他の状況においては、受信機１０４及び／又は１０６は移動して送信機１０２は静止しており、さらに他の状況においては、受信機１０４及び／又は１０６及び送信機１０２は、すべて静止していること又は動いていることができる。

送信機１０２は、第１の送信機１０４から第２の送信機１０６に切り換えることを幾つかの異なる方法で決定することができる。例えば、送信機１０２は、受信機からのパイロット又はビーコン信号の有無を定期的に又は必要に応じて走査することができる。送信機１０２は、パイロット信号強度を比較して最高のパイロット信号強度を有する受信機に切り換わることができる。一実装においては、送信機１０２は、現在の受信機の信号強度が予め決められているしきいレベルを下回る場合に受信機を切り換えることができる。

送信機１０２は、指向性送信１０８及び１１０を受信機１０４及び１０６にそれぞれ送信するための適応アンテナ又は指向性アンテナを含む。送信機１０２は、適応アンテナを希望に応じて構成するために用いることができるアンテナアレイ重みベクトルｗ^→を含めること、生成すること、又は取り出すことができる。アンテナアレイ重みベクトルｗ^→は、予め定義すること又は動作中に送信機１０２によって計算することができる。送信機１０２は、アンテナアレイ重みベクトルｗ^→を格納するためのメモリ又はデータ記憶装置を含むことができる。送信機１０２は、送信すべき信号を処理し及び／又は該当する重みベクトルｗ^→を用いてアンテナをセットアップしてアンテナを通じて信号を送信するように構成された処理装置又は回路を含むこともできる。例えば、送信機は、送信すべき信号のＭのコピーを生成し、対応する重みベクトルw_iによって信号の各コピーに重みを付け、信号の各重み付きコピーをＭのアンテナ素子ポートの各々において送信する。

送信機１０２における適応アンテナ又は指向性アンテナの使用は、希望される受信機にビームの焦点を合わせ、送信のために必要な電力量を低減させ、望まれない干渉を低減させるという利点を有する。この利点は、無指向性アンテナよりも向上されたスループットにつながる。例えば、指向性アンテナは、基地局によって送信される同じ電力量に関して無指向性アンテナの２倍以上の順方向リンク（基地局から受信機）スループットを達成することができる。指向性アンテナは、受信機によって送信される同じ電力量に関して無指向性アンテナよりも３０乃至４０％大きい逆方向リンク（受信機から基地局）スループットを達成させることも可能である。

一実装においては、送信機１０２は、受信機１０４及び１０６とそれぞれ通信するために２つの重みベクトルw₁ ^→及びw₂ ^→を入手する。同じ信号s(t)がs₁(t)及びs₂(t)として２つの受信機に送信される。２つの信号s₁(t)及びs₂(t)は、上述されるのと同様の処理をたどり、このため各アンテナ素子における電圧は以下のとおりである。

方程式（２）が入手されたときの同じ単純化に従い、s1(t)及びs₂(t)の見込み（Ｅ）は、以下のように定義される。

ここで、σ₁ ²及びσ₂ ²は、それぞれs₁(t)及びs₂(t)の平均電力である。

ρ= E{s₁(t)s₂(t)*}は、信号s₁(t)及びs₂(t)の相互相関であり、演算子(.)*は、複素共役を表す。

上記の方程式（３）は、以下によって定義される希望される電力放射パターンを表す。

及び歪み項

この歪み項はρに比例することを注記するのが重要である。

方程式（３）によって表されるアンテナ放射パターンは、１つの放射線ビーム１０８から他の放射線ビーム１１０へのエネルギー漏れの可能性が存在するため使用可能なパターンのうちの最良のパターンではない。１つの放射線ビー１０８から他の放射線ビーム１１０へのこの漏れは、送信された信号の質を低下させる。

同じ信号s(t)がs₁(t)及びs₂(t)として受信機１０４及び１０６に送信されるため、相互相関（ρ=σ_s ²）が最大値をとることを意味する。このことは、全体的なアンテナ放射パターンを変える非常に望ましくない影響であり、送信されたエネルギーを意図される受信機から遠ざけるように指向させる可能性さえある。

図２は、異なる符号c₁(t)及びc₂(t)を信号s(t)に適用して異なるシーケンスs₁(t)及びs₂(t)を生成することによってアンテナパターン歪みを低減させるための方式を示すブロック図である。この方式は、送信機１０２において実装することができる。この特長は、s₁(t)及びs₂(t)を選択することによってアンテナパターン歪みを低減させ、このためその相互相関ρはゼロであるか又は非常に小さくなる。この方式は、両方の受信機方向に同じ情報を送信するという意図と矛盾するようにみえるかもしれないが、そうではない。

２つの異なる符号c₁(t)及びc₂(t)が同じ信号又は波形s(t)２０２及び２０４に適用され、このため以下のようになる。

得られた相互相関項は以下のようになる。

ここでは、s(t)とc₁(t)及びc₂(t)の両方の間の統計的独立性が呼び出されている。

ゼロ又は非常に小さい相互相関ρc₁c₂を有する符号c₁(t)及びc₂(t)の非常によく知られた組が数多く存在する。ＩＳ−８５６及びＣＤＭＡ２０００のような現代のセルラー通信基準における帯域幅拡散に関して用いられているような疑似ランダムシーケンスが一例である。異なるシーケンスs₁(t)及びs₂(t)を生成するために異なる符号又は生成多項式c₁(t)及びc₂(t)を用いることができる。

一実装により、非常に低い相互相関ρc₁c₂を有する符号c ₁(t)及びc₂(t)を生成するために同じシーケンスの遅延バージョン及び／又は同じシーケンスの時間反転バージョンを用いることができる。s(t) = i_s(t) + jq_s(t)は、複素ベースバンド信号であるため、ほとんどの現代のセルラー通信基準において採用されている波形に関する設計の場合のように期待E{i_s(t)q_s(t)*}が小さい場合は、s(t)の単純なベースバンド変換が目標を達成させる。具体的には、

上記の結果、非常に小さい相互相関ρc₁c₂が得られる。次に、アンテナアレイ重みベクトル２０６が、適応アンテナ又は指向性アンテナ２０８での送信前に信号s₁(t)及びs₂(t)に適用される。

図３は、一実施形態により信号s(t)がどのようにして２つの無相関化された信号s₁(t)及びs₂(t)に変換されるかを示す。時間領域信号s(t)３０２は、周波数領域３０４を有する。第１の波形s₁(t)は、原波形s(t) = i_s(t) + jq_s(t)と同じであると定義される。他方、第２の波形s₂(t)は、s(t)のベースバンド変換であり、変換されない波形s₁(t)において得られた無線周波数スペクトルのスペクトル反転バージョンである無線周波数スペクトル３０６を有する。この方法により、無相関化された信号s₁(t)及びs₂(t)は、アンテナパターン歪みを低減させながら２つの異なる受信機に同時に同じ情報を搬送することができる。

s₁(t)のスペクトル反転バージョンである波形s₂(t)を適切に探索して復調させるためには、受信機は、波形の変化（すなわち、スペクトル反転）を知っているべきである。このことは、幾つかの方法で行うことができる。例えば、通信を確立させるべき相手である新たな受信機が反転された信号を常に探索するようにする規則を設けることができる。該規則は、通信が確立された時点で非反転信号に切り換わるための方法についても規定することになる。例えば、送信機は、反転された信号が定義された時間において非反転信号に切り換えられるようにする制御信号又はマーカーを送信することができる。その他の実装においては、送信機及び受信機は、定義された時間後に自動的に非反転信号に切り換わるように構成することができる。

この探索を完遂させることができる他の方法は、受信機（例えば、基地局）が信号s₁(t)及びs₂(t)の両方を探索できるようにすることである。しかしながら、他の解決方法は、上層シグナリングが通信システムによって用いられて受信機が非反転信号s₁(t)又はスペクトル反転信号s₂(t)を探索すべきであるかどうかを知らせるようにすることである。

スペクトル反転は、その強固さ及びさらなる性能上の犠牲がないことに起因して、新しく設計された送信システムにとって優れた選択肢である。この手法の欠点は、波形s₂(t)を適切に探索して復調するために受信機が波形s₂(t)によって導入された変化（すなわちスペクトル反転）を知っていなければならないことである。この欠点は、スペクトル反転された波形を受信及び／又復調するように設計されていない既存のシステム（例えば、受信基地局）を用いてこの解決方法を実装するときに問題を発生させる。

図４は、一実装により、ポイントツーマルチポイント送信において信号について事前に知らずにパターン歪みを低減させるための方式を示すブロック図である。この方式は、送信機１０２において実装することができる。一般的には、同じ信号s(t)の２つのバージョンs₁(t)及びs₂(t)の無相関化は、信号s₁(t)とs₂(t)との間において時間遅延Δ４０２を導入することによって達成される。次に、適応アンテナ又は指向性アンテナ４０６を通じて送信前にアンテナアレイ重みベクトル４０４が信号s₁(t)及びs₂(t)に加えられる。s₁(t)とs₂(t)との間の時間遅延Δは、以下のように表すことができる。

図５は、図４に示された方式により信号s(t)５０２がどのようにして２つの無相関化された信号s₁(t)及びs₂(t)５０４に変換されるかを示す。第１の受信機は、波形s₁(t)を受信し、第２の受信機は、Δ単位時間後５０４に波形s₂(t)を受信する。時間Δが小さい値である場合は、この遅延は、通信においては影響がない。これらの時間遅延信号s₁(t)及びs₂(t)に関する相互相関項ρは、以下のとおりである。

相互相関ρは、送信された信号の自動相関関数Rss(Δ)に比例する。この自動相関関数Rss(Δ)は、信号送信のために用いられるパルス形成波形に依存し、このため知られている。

図６は、典型的な自動相関関数Rss(Δ)を示す。Rss(Δ)がゼロ又は非常に小さくなる時間遅延Δの値６０２及び６０４が存在する。これらの値６０２及び６０４は知られているため、送信機が設計、製造、又は構成されるときに有利な時間遅延Δの正確な選択肢を予め選択することが可能である。

送信機において該時間遅延Δを達成させる方法は幾つか存在する。例えば、信号s₁(t)及びs₂(t)がデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）によってサンプリングされる時点よりも前にデジタル時間遅延を導入することができる。該システムにおいては、別個のＤＡＣを各信号s₁(t)及びs₂(t)によって用いることができる。

該時間遅延Δがどのように達成されるかを示す他の例は、アンテナに到達する前にアナログ信号の経路に沿ったいずれかの地点においてアナログ時間遅延を導入することである。該遅延は、希望されるΔ値に合わせて微調整されている無線周波表面音響波（ＳＡＷ）フィルタ遅延ラインとして実装することができる。

図７は、一特長によりアンテナパターン歪みを軽減しながら第１の受信機から第２の受信機への送信ハンドオフを行う方法を示す。送信機は、その他の受信機７０２の有無を走査することができる。この走査は、パイロット信号を探索することによって又は前述されるその他のいずれかの方法によって完遂させることができる。次に、送信機は、その他の受信機を利用可能であるかどうかを決定する７０４。この決定は、その他の受信機からのパイロット信号を検出してその強度を決定することによって又はその他の方法で行うことができる。これで、送信機、受信機、又はその組合せは、第２の受信機７０６に通信をハンドオフすべきかどうかを決定することができる。この決定は、現在の第１の受信機がしきいレベルを下回る信号強度を有するかどうか又は走査されたいずれかの受信機がより強い信号強度を有するかどうかを決定することによって行うことができる。代替として、第１の受信機は、送信機からの信号強度がしきい値を下回っているかどうかを確認することができる。ハンドオフが保証されない場合は、送信機は、現在の第１の受信機との通信を続ける。その他の場合は、送信機及び／又は第１の受信機は、通信７０８を確立させる相手として最良の第２の受信機を選択する。この選択は、最も強力なパイロット信号強度を有する受信機を選択することによって又はその他の方法で行うことができる。最初に信号s(t)を２つの無相関化信号s₁(t)及びs₂(t)７１０に変換して１つの信号を各受信機７１２に送信することによって現在の第１の受信機と新たな第２の受信機の両方に同じ信号s(t)が送信される。信号s(t)の無相関化は、前述されるいずれかの斬新な方法によって完遂させることができる。一実装においては、送信機と新たな第２の受信機７１４との間に通信リンクが確立され、送信機と第１の受信機との間の通信リンクが終了される７１６。

再度図１に関して、送信機１０２は、適応アンテナを含むことができ、該適応アンテナは、Ｎの方向のうちの１つにおける指向性ビームを生成するＮの予め定義された重みベクトルw_iを有するビームスイッチアンテナであることができ、ここでＮは整数である。第１の受信機から第２の受信機への幾つかのハンドオフ方式は、無指向性信号を送信することによって完遂させることができる一方で、より多くの送信電力を要求し及び関連しない受信機及びその他の通信システムとの干渉を引き起こすという望まれない影響を有する。従って、一実装は、送信機１０２によって採用された２本のアンテナ、すなわち、第１の受信機と通信する第１のアンテナ及び第２の受信機１０６との通信が希望されるときに起動される第２のアンテナ、を提供する。例えば、第２のアンテナは、第１の受信機１０４から第２の受信機１０６への通信ハンドオフ中に用いることができる。第２のアンテナは、その他の受信機からのパイロット信号を探索するために起動させることができる。このことは、その他の受信機を探索するために切り換える必要なしに、第１のアンテナを介して送信機１０２と第１の受信機１０４との間において安定した通信リンクを維持することを可能にする。第２のアンテナは、受信機１０２と第２の受信機１０６との間において第２の通信リンクを確立させるか又は交渉するのを助けることができる。第２の通信リンクが確立された時点で、第１のアンテナを遮断することができる。その他の実装においては、第２のアンテナは、第２の受信機１０６とのリンクを確立させるのを助けるために用いることができ、送信機１０２は、第１のアンテナを第１の受信機１０４から第２の受信機１０６に切り換える。本発明の特長を用いてその他の様々なハンドオフ及びアンテナ構成を採用することができる。

一実装により、送信機１０２は、航空機に搭載し、１つ以上の型の信号を地上の受信基地局に対して送信するために用いることができる。該航空機搭載送信機は、航空機、パイロット及び／又は乗客が地上の所在場所又はその他の航空機からの音声及び／又はデータを送受信するのを可能にする。

他の実装においては、送信デバイス１０２及び受信基地局の両方は、固定された所在場所であること又は静的であることができる。代替として、送信デバイス１０２及び受信基地局のうちの１つ以上は、移動していること又は移動式であることができる。さらに他の実装においては、送信デバイス１０２は、静的であることができ、受信基地局のうちの１つ以上は、移動していること又は移動式であることができる。以上のように、本明細書において開示される特長は、これらのシナリオのうちのいずれに対しても適用することができる。

図８は、異なる受信機に対して送信された信号におけるアンテナアレイパターン歪みを軽減する際に用いることができるデバイス例８００を示す。デバイス８００は、指向性アンテナ８１０と、上述されるように指向性アンテナを通じて送信された信号を処理するように構成された処理回路８２０と、を具備することができる。処理回路８２０は、入力インタフェースと、上述されるように信号を処理する際に用いられる回路と、を具備することができる。デバイス８００は、異なる受信機に対して送信された信号におけるアンテナアレイパターン歪みを軽減させるために処理回路８２０によって実行可能な命令を具備することができる記憶媒体８３０を具備することも可能である。

上記の実施形態は単なる例に過ぎず、本発明を限定するものであるとは解釈すべきでないことを注記すべきである。実施形態に関する説明は、例示することが意図されており、特許請求項の範囲を制限することは意図されていない。従って、本教義は、その他の型の装置に対して簡単に適用することが可能であり、多くの代替、改修、及び変形が当業者にとって明確になるであろう。

同じ信号が２つの異なる受信機に対して送信されたときのアンテナパターン歪みを送信機が低減させる特長を示した図である。 異なる符号を信号に適用して異なる信号シーケンスを生成することによってアンテナパターン歪みを低減させるための方式を示したブロック図である。 一実装により信号がどのようにして２つの非相関化された信号に変換されるかを示した図である。 一実装により信号についての事前の知識を有さずにポイントツーマルチポイントにおけるパターン歪みを低減させる方式を示したブロック図である。 図４の方式により信号がどのようにして２つの無相関化された信号に変換されるかを示した図である。 一例により２つの信号を無相関化するための適切な時間遅延を選択するために用いることができる典型的な自動相関関数を示した図である。 一実装によりアンテナパターン歪みを軽減させながら第１の受信機から第２の受信機への送信ハンドオフを行う方法を示した図である。 アンテナアレイパターン歪みを軽減する際に用いることができるデバイス例を示した図である。

Claims (30)

1. 異なる受信機に対して送信された信号におけるアンテナアレイパターン歪みを軽減するための方法であって、
   第３の信号の無相関化されたバージョンである第１の信号及び第２の信号を選択することと、
   前記第１の信号を第１の受信機に送信することと、
   前記第２の信号を第２の受信機に送信すること、とを具備し、
   前記第１及び前記第２の信号を選択することは、
   互いに異なる第１及び第２の符号を選択することと、
   前記第１の符号を前記第３の信号に適用して前記第１の信号を生成することと、
   前記第２の符号を前記第３の信号に適用して前記第２の信号を生成すること、とを具備する法。
2. 前記第１及び前記第２の信号を選択することは、
   その相互相関がほぼゼロであるか又は無視できるほど小さくなるように２つの信号を選択することを具備する請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の符号は、前記第１の符号のスペクトル反転されたバージョンである請求項１に記載の方法。
4. 異なる受信機に対して送信された信号におけるアンテナアレイパターン歪みを軽減するための方法であって、
   第３の信号の無相関化されたバージョンである第１及び第２の信号を選択することと、
   前記第１の信号を第１の受信機に送信することと、
   前記第２の信号を第２の受信機に送信することと、を具備し、
   前記第１及び前記第２の信号を選択することは、
   第２の符号の時間遅延バージョンである第１の符号を選択することと、
   前記第１の符号を前記第３の信号に適用して前記第１の信号を生成することと、
   前記第２の符号を前記第３の信号に適用して前記第２の信号を生成すること、とを具備する方法。
5. 異なる受信機に対して送信された信号におけるアンテナアレイパターン歪みを軽減するための方法であって、
   第３の信号の無相関化されたバージョンである第１及び第２の信号を選択することと、
   前記第１の信号を第１の受信機に送信することと、
   前記第２の信号を第２の受信機に送信することと、を具備し、
   前記第１及び前記第２の信号を選択することは、
   第２の符号の時間反転バージョンである第１の符号を選択することと、
   前記第１の符号を前記第３の信号に適用して前記第１の信号を生成することと、
   前記第２の符号を前記第３の信号に適用して前記第２の信号を生成すること、とを具備する方法。
6. 前記第１及び前記第２の信号は、異なる指向性ビームで送信される請求項１に記載の方法。
7. 異なる受信機に対して送信された信号におけるアンテナアレイパターン歪みを軽減するための装置であって、
   第３の信号の無相関化されたバージョンである第１及び第２の信号を生成するための手段と、
   前記第１及び前記第２の信号を異なるビームで異なる受信機に送信するための手段と、を具備し、
   前記第１及び第２の信号を生成するための前記手段は、
   互いに異なる第１及び第２の多項式を選択するための手段と、
   前記第１の多項式を前記第３の信号に適用して前記第１の信号を生成するための手段と、
   前記第２の多項式を前記第３の信号に適用して前記第２の信号を生成するための手段と、を具備する装置。
8. その相互相関がほぼゼロであるか又は無視できるほど小さくなるように前記第１及び前記第２の信号を選択するための手段をさらに具備する請求項７に記載の装置。
9. 異なる受信機に対して送信された信号におけるアンテナアレイパターン歪みを軽減するための装置であって、
   第３の信号の無相関化されたバージョンである第１及び第２の信号を生成するための手段と、
   前記第１及び第２の信号を異なるビームで異なる受信機に送信するための手段と、を具備し、
   前記第１及び前記第２の信号を生成するための前記手段は、
   第２の多項式の時間遅延バージョンである第１の多項式を選択するための手段と、
   前記第１の多項式を前記第３の信号に適用して前記第１の信号を生成するための手段と、
   前記第２の多項式を前記第３の信号に適用して前記第２の信号を生成するための手段と、を具備する装置。
10. 異なる受信機に対して送信された信号におけるアンテナアレイパターン歪みを軽減するための装置であって、
    第３の信号の無相関化されたバージョンである第１及び第２の信号を生成するための手段と、
    前記第１及び前記第２の信号を異なるビームで異なる受信機に送信するための手段と、を具備し、
    前記第１及び第２の信号を生成するための前記手段は、
    第２の多項式の時間反転バージョンである第１の多項式を選択するための手段と、
    前記第１の多項式を前記第３の信号に適用して前記第１の信号を生成するための手段と、
    前記第２の多項式を前記第３の信号に適用して前記第２の信号を生成するための手段と、を具備する装置。
11. 前記第１及び前記第２の信号を異なるビームで異なる受信機に送信するための前記手段は、
    前記第１及び第２の信号を異なる指向性ビームで送信するための構成可能な指向性送信手段を含む請求項７に記載の装置。
12. 異なる受信機に対して送信された信号におけるアンテナアレイパターン歪みを軽減するためにプロセッサによって実行可能であって、プロセッサによって実行されたときに情報担持信号を生成すること、前記情報担持信号の無相関化されたバージョンである第１の信号及び第２の信号を生成すること、及び前記第１の信号及び前記第２の信号を異なる受信機に送信することを具備する動作を前記プロセッサに行わせる命令、を具備し、
    前記第１及び前記第２の信号を生成することは、
    互いに異なる第１及び第２の符号を選択することと、
    前記第１の符号を前記情報担持信号に適用して前記第１の信号を生成することと、
    前記第２の符号を前記情報担持信号に適用して前記第２の信号を生成すること、とを具備する機械読み取り可能記録媒体。
13. 前記第１及び第２の信号を生成することは、
    その相互相関がほぼゼロであるか又は無視できるほど小さくなるように前記第１及び前記第２の信号を処理することを具備する請求項１２に記載の機械読み取り記録可能媒体。
14. 異なる受信機に対して送信された信号におけるアンテナアレイパターン歪みを軽減するためにプロセッサによって実行可能であって、プロセッサによって実行されたときに情報担持信号を生成すること、前記情報担持信号の無相関化されたバージョンである第１の信号及び第２の信号を生成すること、及び前記第１の信号及び前記第２の信号を異なる受信機に送信することを具備する動作を前記プロセッサに行わせる命令、を具備し、
    前記第１及び前記第２の信号を生成することは、
    第２の符号の時間遅延バージョンである第１の符号を選択することと、
    前記第１の符号を前記情報担持信号に適用して前記第１の信号を生成することと、
    前記第２の符号を前記情報担持信号に適用して前記第２の信号を生成すること、とを具備する機械読み取り可能記録媒体。
15. 異なる受信機に対して送信された信号におけるアンテナアレイパターン歪みを軽減するためにプロセッサによって実行可能であって、プロセッサによって実行されたときに情報担持信号を生成すること、前記情報担持信号の無相関化されたバージョンである第１の信号及び第２の信号を生成すること、及び前記第１の信号及び前記第２の信号を異なる受信機に送信することを具備する動作を前記プロセッサに行わせる命令、を具備し、
    前記第１及び第２の信号を生成することは、
    第２の符号の時間反転バージョンである第１の符号を選択することと、
    前記第１の符号を前記情報担持信号に適用して前記第１の信号を生成することと、
    前記第２の符号を前記情報担持信号に適用して前記第２の信号を生成すること、とを具備する機械読み取り可能記録媒体。
16. 構成可能な指向性アンテナと、
    アンテナを構成するため及び前記指向性アンテナを通じて送信された信号を処理するために前記指向性アンテナに通信可能な形で結合された処理回路であって、第３の信号の無相関化されたバージョンである第１の信号及び第２の信号を生成し、前記第１の信号を第１の受信機に送信し、及び前記第２の信号を第２の受信機に送信するように構成された処理回路と、を具備し、
    前記第１及び前記第２の信号は、
    互いに異なる第１及び第２の符号を選択することと、
    第２の符号の時間遅延バージョンである第１の符号を選択することと、
    第２の符号の時間反転バージョンである第１の符号を選択すること、のいずれか１つによって生成される無線送信機。
17. 前記第１及び前記第２の信号は、その相互相関がほぼゼロであるか又は無視できる大きさである請求項１６に記載の送信機。
18. 前記第１の符号を前記第３の信号に適用して前記第１の信号を生成することと、
    前記第２の符号を前記第３の信号に適用して前記第２の信号を生成すること、とをさらに具備する請求項１６に記載の送信機。
19. 前記指向性アンテナを構成するために用いられた値を格納するために前記処理回路に通信可能な形で結合された記憶装置をさらに具備する請求項１６に記載の送信機。
20. 前記送信機は、前記第１の信号を第１のビームで前記第１の受信機に送信するように及び前記第２の信号を第２のビームで前記第２の受信機に送信するように前記指向性アンテナを構成する請求項１９に記載の送信機。
21. 前記送信機は、動いている航空機に搭載され、前記第１及び第２の受信機は静止している請求項１６に記載の送信機。
22. 前記送信機は、前記第１と第２の受信機との間におけるハンドオフ手順を開始させる請求項１６に記載の送信機。
23. 前記処理回路は、前記第２の受信機とのリンクが確立された時点で前記第２の受信機に通信を転送するようにさらに構成される請求項２２に記載の送信機。
24. 前記処理回路は、前記第２の受信機とのリンクが確立された時点で前記第１の受信機との通信を終了させるようにさらに構成される請求項２２に記載の送信機。
25. 前記処理装置は、複数のビームでの受信機からのパイロット信号を探索するようにさらに構成される請求項１６に記載の送信機。
26. 前記処理回路に通信可能な形で結合され、その他の受信機の存在を探索するために選択可能な形で起動される第２のアンテナをさらに具備する請求項１６に記載の送信機。
27. 情報担持信号を受信するための入力インタフェースと、
    前記情報担持信号の無相関化されたバージョンである第１の信号及び第２の信号を生成するように構成された回路と、
    前記第１の信号及び前記第２の信号を送信のためにアンテナに送るための出力インタフェースと、を具備し、
    前記回路はさらに、
    互いに異なる第１及び第２の符号を選択すること、
    第２の符号の時間遅延バージョンである第１の符号を選択すること、あるいは、
    第２の符号の時間反転バージョンである第１の符号を選択することによって、前記第１の信号及び前記第２の信号を生成するように構成されるマイクロプロセッサ。
28. 前記回路は、前記第１の信号が第１の方向に送信されて前記第２の信号が第２の方向に送信されるようにするために前記アンテナを前記第１の方向から前記第２の方向に切り換えるようにさらに構成される請求項２７に記載のマイクロプロセッサ。
29. 前記回路は、前記第１の符号を前記情報担持信号に適用して前記第１の信号を生成するように及び前記第２の符号を前記情報担持信号に適用して前記第２の信号を生成するようにさらに構成される請求項２７に記載のマイクロプロセッサ。
30. 前記第１及び前記第２の受信機において、通信システムの上位層シグナリングに基づいて、非反転信号あるいは反転信号のいずれか一方を探索することをさらに具備する請求項１に記載の方法。

Images