JP5086259B2 - 適応的ビーム形成を使用する無線通信デバイス - Google Patents

Description

本発明は無線通信の分野に関し、さらに詳細には、本発明は適応的ビーム形成を使用する無線通信デバイスに関するものである。

１９９８年、アナログＶＧＡ接続標準に取って代わるべく、コンピュータとディスプレイとの間のユニバーサルインタフェース標準を作成するために、ディジタルディスプレイ・ワーキンググループ（ＤＤＷＧ）が結成された。その結果作成された標準は、１９９９年４月にリリースされた、ディジタルビジュアルインタフェース（ＤＶＩ）仕様であった。

利用可能なコンテンツ保護方式がいくつか存在する。例えば、ＨＤＣＰ及びＤＴＣＰは、よく知られたコンテンツ保護方式である。ＨＤＣＰは、ＤＶＩに対するセキュリティコンポーネントとして提案されており、ディジタルビデオモニタインタフェースのための設計がなされている。

ＨＤＭＩは、ＤＶＩ及びＨＤＣＰを結合する接続標準である。ＨＤＭＩは高精細度音声及び映像に対する爆発的な要求に応えるために開発されたものである。ＤＶＩ及びＨＤＭＩの双方は、２つの鍵となる利点を有している。第１に、両者とも、単一の細いケーブル上に全ての映像及び音声信号を統合し、それによって実質的にコンポーネントの接続を簡素化する。第２に、ケーブル上に送信されるコンテンツは、そのオリジナル性において非圧縮のディジタルフォーマットを維持する。

ＨＤＣＰは、ＤＶＩ及びＨＤＭＩ上に送信されるコンテンツをコピーされることから保護するためのシステムである。ＨＤＣＰ１．０を参照されたい。ＨＤＣＰは、認証、暗号化、及び取消しを提供する。再生装置における専用回路及び表示モニターにおける専用回路は、それが送信される前に映像データを暗号化する。ＨＤＣＰであれば、コンテンツはＤＶＩ又はＨＤＭＩ送信チップの前（又は内部）で瞬時に暗号化され、ＤＶＩ又はＨＤＭＩ受信チップの後（又は内部）で瞬時に復号化される。

暗号化及び復号化機能に加えて、ＨＤＣＰは、受信装置（例えば、ディスプレイ、テレビジョン等）が暗号化コンテンツを受信することを許諾されていることを検証する認証を実行する。再認証が略２秒ごとに発生してＤＶＩ又はＨＤＭＩインタフェースの安全性が継続的に確認される。例えば、装置の断線及び／又は違法な記録装置の接続によって再認証が行なわれない場合には何時でも、供給源装置（例えば、ＤＶＤプレーヤー、セットトップボックス等）は暗号化されたコンテンツの送信を終了する。

ＨＤＭＩ及びＤＶＩの議論は、一般に有線通信に主眼を置いてなされているが、コンテンツを送信するための無線通信の利用は、日々さらに活発になってきた。現在の主眼の多くがセルラー技術と無線ネットワークにある一方で、６０ＧＨｚ周辺の無許可の周波数域に対する関心事が増大している。より詳細には、７ＧＨｚの隣接する帯域幅は、米国及び日本において６０ＧＨｚ周辺のミリ波周波数での無許可の使用に対して開放されてきた。

適応的ビーム形成を伴った無線通信のための方法及び装置がここに開示される。位置実施形態において、プロセッサと、適応的ビーム形成を使用してコンテンツを送信するために、前記プロセッサに接続され、かつ制御されるディジタル制御位相アレイアンテナを有する無線周波（ＲＦ）送信器と、前記位相アレイアンテナの使用に関するアンテナ情報を伝達し、かつ他の場所（位置）における前記コンテンツの再生を促進するための情報を伝達するために前記プロセッサに接続された無線通信チャネルに対するインタフェースと、を備えたことを特徴とする装置が提供される。

本発明は、以下の詳細記述、及び本発明の多様な実施形態についての添付図面からより完全に理解されるであろう。しかし、これらは本発明を特定の実施形態に限定するものと解すべきではなく、むしろ説明及び理解のためだけのものである。

無線通信のための装置及び方法が開示されている。一実施形態において、本無線通信は、適応的ビーム形成アンテナを伴った無線トランシーバーを使って発生する。当業者には明らかなように、この無線通信は無線受信器又は無線送信器によって発生する。

一実施形態において、本無線通信は、送信器と受信器との間の送信情報に対する追加のリンク又はチャネルを含む。リンクは、単一方向又は双方向である。一実施形態においては、チャネルはアンテナ情報を受信器から送信器へ逆送信するために使用され、アンテナ要素を向けることによって、この送信器がそのアンテナアレイに適合できるようにし、他の方向へ経路を発見するものである。これは、障害回避である。

一実施形態において、リンクはまた、ワイヤレスに伝送されているコンテンツ（例えば、ワイヤレスビデオ）に対応する情報を伝送するためにも使用される。この情報はコンテンツ保護情報である。例えば、一実施形態において、トランシーバーがＨＤＭＩデータを伝送するとき、リンクは、暗号化キーと暗号化キーの受取確認（通知）とを伝送するために使用される。このように、一実施形態において、リンクは制御情報とコンテンツ保護情報とを伝送する。

この追加のリンクは、６０ＧＨｚ帯の中の分離チャネルである。代替的な実施形態において、リンクは、２．４ＧＨｚ帯における無線チャネルである。

以下の記述において、多くの詳細が記載されて本発明のより完全な説明を与えるものである。しかし、本発明はこれらの特定の詳細なしに実施可能であることは、当業者であれば明らかである。他の事例においては、本発明を曖昧なものにすることを回避するために、既知の構造及び装置は詳細にではなくブロック構成図で示されている。

以下に続く詳細説明のいくつかの部分は、コンピュータメモリ内におけるビットデータ上の動作のアルゴリズム及び記号表現によって与えられている。これらのアルゴリズム記述及び表現は、当業者に対する彼らの仕事の実体をより効率よく運用するために、データ処理技術における当業者によって使用される手段である。ここでいうアルゴリズムは、通常、所望の結果へ導く段階（ステップ）の首尾一貫したシーケンスと理解される。段階（ステップ）は、物理量の物理的操作を要求するものである。通常、必須ではないが、これらの量は、電気信号又は磁気信号の形態をとり、蓄積、伝送、結合、比較、及び他の操作が可能なものである。主として一般用法の理由で、これらの信号を、ビット、値、要素、記号、文字、用語、数字、その他のものとしてみなすことは、たびたび都合が良いことが証明されている。

しかしながら、これらの全て及び類似の用語は、適切な物理量に関連するもので、これらの量に適用される便利な標識に過ぎないものである。以下の記述から明らかなものとして具体的に言及された他のものを除いては、記述及び議論を通じて使用される「処理」、「コンピューティング」、「計算」、「判断」、あるいは「表示」等の用語は、コンピュータシステム又は同様の電子コンピューティングデバイスの動作及び処理とみなされることは明らかである。これらは、物理的（電子的）量として表現されたコンピュータシステムレジスタ及びメモリ内のデータを、コンピュータシステムメモリ又はレジスタ、あるいは他の情報記憶装置、送信デバイス又は表示デバイス内の物理量として同様に表現された他のデータへ操作及び伝送するものである。

また、本発明は、本明細書中の作動を実行するための装置にも関連する。この装置は、要求された目的のために特別に構築されたものであり、あるいは、選択的に起動された汎用目的コンピュータからなるものであるか、又はコンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって再構成されたものである。かかるコンピュータプログラムは、例えば、これらに限定されるものではないが、フレキシブルディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気光ディスク、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光カードを含むあらゆるタイプのディスク、あるいは、電子的命令を格納するのに適しており、コンピュータシステムバスにそれぞれ結合されたあらゆるタイプの媒体などの、コンピュータ読み取り可能媒体に格納される。

ここに表現されたアルゴリズム及びディスプレイは、本質的には、何れの特定のコンピュータ又は他の装置に拘束されるものではない。ここで教示されたことに基づいたプログラムと共に多くの汎用目的システムを使用することができるし、あるいは、要求された方法ステップを実行するためにより特化した装置を構成すれば、便利であることが理解できるであろう。これらのシステムの変化に対して必要な構造は、以下の記述から明らかになるであろう。加えて、本発明は、何れの特定のプログラミング言語に関しても記載されていない。ここで記述される本発明の教示事項を実施するために、多くのプログラミング言語が使用可能であることは明らかである。

機械読み取り可能媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって読み取り可能な形式となった情報を蓄積又は伝送するための何れの機構をも含むものである。例えば、機械読み取り可能媒体は、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、電子的、光学的、あるいは他の形式の伝搬信号（例えば、搬送波、赤外線信号、ディジタル信号等）等によるものである。

（通信システムの例）
図１は、通信システムの一実施形態についてのブロック構成図である。図１によれば、本システムは、メディア受信器１００、メディア受信器インタフェース１０２、送信デバイス１４０、受信デバイス１４１、メディアプレーヤーインタフェース１１３、メディアプレーヤー１１４、及びディスプレイ１１５からなる。

メディア受信器１００は、供給源（不図示）からのコンテンツを受信する。一実施形態において、メディア受信器１００はセットトップボックスからなる。コンテンツには、例えば、これらに限定されるものではないが、ＨＤＭＩ又はＤＶＩ標準に準拠したコンテンツといった、ベースバンドディジタル信号が含まれる。このような場合に、メディア受信器１００は、受信したコンテンツを転送するための送信器（例えば、ＨＤＭＩ送信器）を含む。

メディア受信器１００は、メディア受信器インタフェース１０２を介して送信器デバイス１４０へコンテンツ１０１を送信する。一実施形態において、メディア受信器インタフェース１０２は、コンテンツ１０１をＨＤＭＩコンテンツに変換するロジックを含む。かかる場合、メディア受信器インタフェース１０２はＨＤＭＩプラグからなり、コンテンツ１０１は有線接続を介して送信されるが、その伝送は無線接続によっても行うことができる。他の実施形態においては、コンテンツ１０１はＤＶＩコンテンツを含む。

一実施形態において、メディア受信器インタフェース１０２と送信器デバイス１４０との間のコンテンツ１０１の伝送は、有線接続上で発生するが、その伝送は無線接続によって発生させることもできる。

送信器デバイス１４０は、２つの無線接続を使って、受信器デバイス１４１へ情報を無線で送信する。無線接続の１つは、適応的ビーム形成を伴った位相アレイアンテナによるものである。他の無線接続は、無線通信チャネル１０７を介するものであり、ここではバックチャネルと呼ばれる。一実施形態において、無線通信チャネル１０７は単一方向である。代替の実施形態においては、無線通信チャネル１０７は双方向である。

受信器デバイス１４１は、送信器デバイス１４０から受信したコンテンツを、メディアプレーヤーインタフェース１１３を介してメディアプレーヤー１１４へ送信する。一実施形態において、受信器デバイス１４１とメディアプレーヤーインタフェース１１３との間のコンテンツの伝送は、有線接続によって発生するが、この伝送は無線接続によって発生させることもできる。一実施形態において、メディアプレーヤーインタフェース１１３はＨＤＭＩプラグからなる。同様に、メディアプレーヤーインタフェース１１３とメディアプレーヤー１１４との間のコンテンツの伝送は、有線接続によって発生するが、この伝送は無線接続によって発生させることもできる。

メディアプレーヤー１１４によって、コンテンツはディスプレイ１１５上で再生される。一実施形態において、コンテンツはＨＤＭＩコンテンツであり、メディアプレーヤー１１４は有線接続を介してメディアコンテンツをディスプレイに伝送する。しかし、この伝送は無線接続によって発生させることもできる。ディスプレイ１１５は、プラズマディスプレイ、ＬＣＤ、ＣＲＴ等からなる。

図１におけるシステムは、受信するためのＤＶＤプレーヤー／レコーダーの替わりに、ＤＶＤプレーヤー／レコーダーを内蔵するように代替してコンテンツを再生及び／又は記録することもできることに留意されたい。

一実施形態において、送信器１４０及びメディア受信器インタフェース１０２は、メディア受信器１００の一部である。同様に、一実施形態において、受信器１４０、メディアプレーヤーインタフェース１１３、及びメディアプレーヤー１１４は全て、同一デバイスの一部である。代替的な実施形態において、受信器１４０、メディアプレーヤーインタフェース１１３、メディアプレーヤー１１４、及びディスプレイ１１５は全て、ディスプレイの一部である。かかるデバイスの例は、図３に示されている。

一実施形態において送信器デバイス１４０は、プロセッサ１０３と、選択的な（optional）ベースバンド処理コンポーネント１０４と、位相アレイアンテナ１０５と、無線通信チャネルインタフェース１０６とからなる。位相アレイアンテナ１０５は、プロセッサ１０３に接続され、かつ制御されるディジタル制御位相アレイアンテナを有する無線周波（ＲＦ）送信器を含み、適応的ビーム形成を使って受信器デバイス１４１にコンテンツを送信する。

一実施形態において受信器デバイス１４１は、プロセッサ１１２と、選択的な（optional）ベースバンド処理コンポーネント１１１と、位相アレイアンテナ１１０と、無線通信チャネルインタフェース１０９とからなる。位相アレイアンテナ１１０は、プロセッサ１１２に接続され、かつ制御されるディジタル制御位相アレイアンテナを有する無線周波（ＲＦ）送信器を含み、適応的ビーム形成を使って送信器デバイス１４０からコンテンツを受信する。

一実施形態において、プロセッサ１０３は、位相アレイアンテナ１０５によって無線で伝送されることに先立って、ベースバンド信号処理１０４によって処理されるベースバンド信号を生成する。かかる場合に、受信器デバイス１４１は、位相アレイアンテナ１１０によって受信されるアナログ信号を、プロセッサ１１２による処理のためのベースバンド信号へ変換するベースバンド信号処理を含む。一実施形態において、ベースバンド信号は直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号である。

一実施形態において、送信器デバイス１４０及び／又は受信器デバイス１４１は、別体のトランシーバーの一部である。

送信器デバイス１４０及び受信器デバイス１４１は、ビーム操作可能な適応的ビーム形成を伴った位相アレイアンテナを使用して無線通信を実行する。ビーム形成は、従来技術においてよく知られたものである。一実施形態において、プロセッサ１０３は、位相アレイアンテナ１０５にディジタル制御信号を送信し、位相アレイアンテナ１０５における１又は複数の位相シフタをシフトするための量を指示し、それによって形成されたビームを従来技術において知られた方法で操作する。同様に、プロセッサ１１２は、ディジタル制御情報を使用して位相アレイアンテナ１１０を制御する。ディジタル制御情報は、送信器デバイス１４０における制御チャネル１２１と受信器デバイス１４１における制御チャネル１２２とを使用して送信される。一実施形態において、ディジタル制御情報は、１組の係数である。一実施形態において、プロセッサ１０３及び１１２の各々は、ディジタル信号プロセッサを含む。

無線通信リンクインタフェース１０６は、プロセッサ１０３に接続され、無線通信リンク１０７とプロセッサ１０３との間のインタフェースを提供し、位相アレイアンテナの使用に関するアンテナ情報を伝達し、他の場所（位置）でのコンテンツ再生を容易にする情報を伝達する。一実施形態において、コンテンツ再生を容易にするために送信器デバイス１４０と受信器デバイス１４１との間で伝送される情報は、プロセッサ１０３から受信器デバイス１４１のプロセッサ１１２へ送信される暗号化キーと、受信器１４１のプロセッサ１１２から送信器デバイス１４０のプロセッサ１０３への１又は複数の受取確認（通知）とを含む。

また、無線通信リンク１０７は、送信器デバイス１４０と受信器デバイス１４１との間のアンテナ情報を伝送する。位相アレイアンテナ１０５及び１１０の初期化の間、プロセッサ１０３に位相アレイアンテナ１０５の方向を選択させることを可能にする情報が、無線通信リンク１０７から送信される。一実施形態において、この情報には、これらに限定されるものではないが、例えば、位相アレイアンテナ１１０の位置とこのアンテナ位置に対するチャネルの信号強さとを対にした１又は複数の対といった、アンテナ位置情報とこのアンテナ位置に対応する効率情報とが含まれる。他の実施形態においては、この情報には、これらに限定されるものではないが、位相アレイアンテナ１０５のどの部分をコンテンツ送信のために使用するかをプロセッサ１０３に判断させることを可能にするために、プロセッサ１１２によってプロセッサ１０３に送信される情報が含まれる。

位相アレイアンテナ１０５及び１１０が、それらがコンテンツ（例えば、ＨＤＭＩコンテンツ）を送信しているというモードにおいて作動しているとき、無線通信リンク１０７は、受信器デバイス１４１におけるプロセッサ１１２からの通信経路ステータスの指示を伝送する。この通信ステータスの指示は、ビームを他の方向（例えば、他のチャネル）に向けるようプロセッサ１０３に促すプロセッサ１１２からの指示が含まれる。かかる指示により、コンテンツの一部の伝送とのインターフェアランス（干渉）に対する応答が発生する。この情報は、プロセッサ１０３が使用可能な１又は複数の代替チャネルを特定する。

一実施形態において、アンテナ情報は、受信器デバイス１４１が位相アレイアンテナ１１０を指向すべき位置を特定するために、プロセッサ１１２によって送信される情報を含む。これは、送信器デバイス１４０が受信器デバイス１４１に、信号品質測定が最高のチャネルを確立しうるためにそのアンテナどの位置に配置すればよいかを問い合わせている初期化中に有益である。特定された位置は、厳密な場所であり、あるいは例えば、送信器デバイス１４０及び受信器デバイス１４１によって追従される予め決められた位置順序における次の位置といった関連位置である。

一実施形態において、無線通信リンク１０７は、位相アレイアンテナ１１０のアンテナ特性を特定する情報を、受信器デバイス１４１から送信器デバイス１４０へ、あるいはその逆の方向へ送信する。

（トランシーバーアーキテクチャの例示）
図２は、図１における送信器デバイス１４０と受信器デバイス１４１とを含む、適応的ビーム形成マルチアンテナ無線システムの一実施形態を示すブロック構成図である。トランシーバー２００は、複合的で独立した送信及び受信チェインを有している。トランシーバー２００は、同一のＲＦ信号を取得する位相アンテナを使用して位相アレイビーム形成を実施し、そのアレイにおける１又は複数のアンテナ要素に対する位相をシフトし、ビーム操作を実現する。

図２によれば、ディジタル信号処理（ＤＳＰ）２０１は、コンテンツをフォーマットし、実時間ベースバンド信号を生成する。ＤＳＰ２０１は、変調、ＦＥＣ符号化、パケットアセンブリ、インターリーブ、及び自動利得制御を提供するものである。

そして、ＤＳＰ２０１は、変調すべきベースバンド信号を転送し、送信器のＲＦ部分上に送出する。一実施形態において、コンテンツは、よく知られた従来技術の方法にしたがってＯＦＤＭ信号に変調される。

ディジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）２０２は、ＤＳＰ２０１からのディジタル信号出力を受信して、これをアナログ信号に変換する。一実施形態において、ＤＡＣ２０２からの出力信号は、０〜２５６ＭＨｚの信号の間にある。

ミキサー２０３は、ＤＡＣ２０２からの信号出力を受信し、これらを局所オシレータ（ＬＯ）２０４からの信号と結合する。ミキサー２０３からの信号出力は中間周波数上にある。一実施形態において、この中間周波数は２〜９ＧＨｚの間である。

マルチ位相シフタ２０５_0-Nは、ミキサー２０３からの出力を受信する。デマルチプライヤ（demultiplier）は、どの位相シフタがこの信号を受信するかを制御することを含む。一実施形態において、これらの位相シフタは量子化された位相シフタである。他の実施形態においては、この位相シフタは、複合マルチプライヤに置き換えることができる。また、一実施形態において、ＤＳＰ２０１は、制御チャネル２０８を介して、位相アレイアンテナ２２０におけるアンテナ要素の各々における電流の位相及び大きさを制御し、既知の技術方法によって所望のビームパターンを生成することもできる。言い換えれば、ＤＳＰ２０１は、位相アレイアンテナ２２０の位相シフタ２０５_0-Nを制御して所望のパターンを生成する。

位相シフタ２０５_0-Nの各々は、信号を増幅する電力増幅器２０６_0-Nの１つに送信される出力を生成する。増幅された信号は、複合的なアンテナ要素２０７_0-Nを有するアンテナアレイ２０７に送信される。一実施形態において、アンテナ２０７_0-Nから送信される信号は、５６〜６４ＧＨｚの間の無線周波数信号である。このようにして、複合ビームは位相アレイアンテナ２２０から出力される。

受信器に関し、アンテナ２１０_0-Nは、アンテナ２０７_0-Nからの無線送信を受信し、これを位相シフタ２１１_0-Nに供給する。既に述べたように、一実施形態においては、位相シフタ２１１_0-Nは量子化された位相シフタである。代替的に、位相シフタ２１１_0-Nは、複合マルチプライヤによって置き換えることができる。位相シフタ２１１_0-Nは、アンテナ２１０_0-Nからの信号を受信し、単一ラインフィード出力を形成するために結合される。一実施形態において、マルチプレクサは、異なる要素からの信号を結合するために使用され、単一フィードラインを出力する。位相シフタ２１１_0-Nの出力は、中間周波数（ＩＦ）増幅器２１２への入力であり、中間周波数に対する信号周波数を減少させる。一実施形態において、この中間周波数は２〜９ＧＨｚの間である。

ミキサー２１３は、ＩＦ増幅器２１２の出力を受信し、既知の技術方法によってこれをＬＯ２１４からの信号と結合する。一実施形態において、ミキサー２１３の出力は、０〜２５０ＭＨｚの範囲の信号である。一実施形態においては、各々のチャネルに対してＩ及びＱ信号が存在する。

アナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）２１５は、ミキサー２１３の出力を受信し、これをディジタル形式に変換する。ＡＤＣ２１５からのディジタル出力は、ＤＳＰ２１６によって受信される。ＤＳＰ２１６は信号の振幅及び位相を復旧する。ＤＳＰ２１１は、復調、パケット逆アセンブリ、逆インターリーブ、及び自動利得制御を提供する。

一実施形態において、トランシーバーの各々は、ＤＳＰに対する制御情報をセットアップする制御マイクロプロセッサを含む。この制御マイクロプロセッサは、ＤＳＰと同一の成型（die）上に存在する。

（ＤＳＰ制御適応ビーム形成）
一実施形態において、ＤＳＰは、ハードウェアに実装されるビーム形成重みを伴った適応的アルゴリズムを実施する。つまり、送信器及び受信器は協調動作し、ディジタル制御されたアナログ位相シフタを使用してＲＦ周波数においてビーム形成を実行する。しかしながら、代替的な実施形態においては、このビーム形成はＩＦにおいて実行される。位相シフタ２０５_0-N及び２１１_0-Nは、制御チャネル２０８及び制御チャネル２１７を介し、既知の技術方法に基づきそれぞれのＤＳＰによって、それぞれ制御される。例えば、ＤＳＰ２０１は位相シフタ１０５_0-Nを制御して送信器に適応的ビーム形成を行わせてビームを操作し、一方で、ＤＳＰ２１１は位相シフタ２１１_0-Nを制御してアンテナ要素へ指向し、アンテナ要素からの無線送信を受信し、異なる要素からの信号を結合し、単一ラインフィード出力を形成する。一実施形態においては、マルチプレクサは、異なる要素からの信号を結合するために使用されて、単一フィードラインを出力する。

ＤＳＰ２０１は、各々のアンテナ要素に接続された適切な位相シフタをパルシング（pulsing）又は励振（energizeing）することによってビーム操作を実行する。ＤＳＰ２０１におけるパルシングアルゴリズムは、各要素の位相及び利得を制御する。ＤＳＰ制御位相アレイビーム形成の実行は既知の技術である。

適応的ビーム形成アンテナは、干渉障害を回避するために使用される。ビーム形成の適応、及びビーム操作によって、送信器及び受信器間の無線送信についての妨げあるいは干渉となる障害を回避することができる。

一実施形態においては、適応的ビーム形成アンテナに関して３つのフェーズの作動がある。作動の３フェーズは、トレーニングフェーズ、サーチフェーズ、トラッキングフェーズである。トレーニングフェーズ及びサーチフェーズは初期化中に発生する。トレーニングフェーズは、予め定められた空間パターンシーケンス

及び

を伴ったチャネルプロファイルを決定する。サーチフェーズは、空間パターン

の候補リストを計算し、１つのトランシーバーの送信器と他のものの受信器との間のデータ送信における使用に対する主候補

を選択する。トラッキングフェーズは、候補リストの強さの追跡を維持する。この主候補が妨害されると、空間パターンにおける次の対（組）が選択されて使用される。

一実施形態において、トレーニングフェーズ中、送信器は、空間パターンシーケンス

を送出する。各空間パターン

に対し、受信器は受信信号を他のパターンシーケンス

上に投射する。この投射の結果、

の組上にチャネルプロファイルが得られる。

一実施形態においては、受信器のアンテナが全ての位置に配置され、かつ送信器がマルチ空間パターンを送信しているような送信器及び受信器間で、網羅的なトレーニングが実施される。網羅的なトレーニングは既知の技術である。この場合において、Ｍ個の送信空間パターンが送信器によって送信され、Ｎ個の受信空間パターンが受信器によって受信され、Ｎ×Ｍチャネルマトリックスを形成する。そうして、送信器は送信セクターのパターンに沿って振る舞い、受信器はその送信に対して最も強い信号を探し出す。そして、送信器は次のセクターに移動する。網羅的なサーチプロセスの最後に、送信器及び受信器の全ての位置及びこれらの位置におけるチャネルの信号強さのランキングが得られる。この情報は、アンテナが示されるところの位置とそのチャネルの信号強さとの対（組）として維持される。このリストは、干渉が生じた場合に、アンテナビームを操作するために使用することができる。

代替的な実施形態においては、チャネルプロファイルを得るために送信されている直交アンテナパターンによって空間が狭いセクションに連続的に分割されている双区分（bi-section）トレーニングも使用される。

ＤＳＰ１０１が安定した状態にあるとすれば、アンテナが示すべき方向は既に決定されている。通常状態では、ＤＳＰは、位相シフタに送る１組の係数を有することになる。この係数は、その対応するアンテナに対して位相シフタが信号をシフトすべき位相量を示す。例えば、ＤＳＰ１０１は、異なる位相シフタは異なる量（例えば、３０度シフト、４５度シフト、９０度シフト、１８０度シフト等）にシフトすべきことを示す位相シフタに、セットされたディジタル制御情報を送信する。このように、そのアンテナ要素に伝搬する信号は、位相の特定の数値程度だけシフトされる。例えば、異なる量による配列における１６、３４、３２、６４要素といったシフティングの結果、受信アンテナに対して最も感度の良い受信位置を与える方向へとそのアンテナを向けることができる。つまり、完全なアンテナアレイ上のシフトの複合セットにより、そのアンテナの最も感度の良い地点が半球上のどこを指すかを提起することができる。

一実施形態においては、送信器と受信器との間の適切な接続は、送信器から受信器への直接的な経路を指さないこともあるということに留意されたい。例えば、最も適切な経路は、天井を跳ね返るものであるかもしれないのである。

（バックチャネル）
一実施形態において、無線通信システムは、無線通信デバイス（例えば、送信器及び受信器、１対のトランシーバーなど）間で情報を送信するためのバックチャネル又はリンクを含む。情報は、ビーム形成に関連するものであり、１又は双方の無線通信デバイスをアンテナ要素のアレイに適合させることを可能にし、送信器のアンテナ要素を受信デバイスのアンテナ要素へ一緒により良好に振り向ける。また、情報には、送信器及び受信器のアンテナ要素の間を無線で送信されるコンテンツの使用を促進するための情報が含まれる。

図２において、バックチャネル２２０がＤＳＰ２１６及びＤＳＰ２０１間に接続され、ＤＳＰ２１６がＤＳＰ２０１にトラッキング情報及び制御情報を送信することが可能になっている。一実施形態において、バックチャネル２２０は高速ダウンリンク及び受取通知チャネルとして機能する。

一実施形態において、バックチャネルはまた、無線通信が発生している（例えば、無線ビデオ）ところの適用に対応する情報を送信するためにも使用される。かかる情報は、コンテンツ保護情報を含む。例えば、一実施形態において、トランシーバーがＨＤＭＩデータを送信するとき、バックチャネルは暗号化情報（例えば、暗号化キー及び暗号化キーの受取確認）を送信するために使用される。かかる場合において、バックチャネルはコンテンツ保護通信のために使用される。

特に、ＨＤＭＩにおいては、データシンクが許可されたデバイス（例えば、許可されたディスプレイ）であることを確認するために暗号化が使用される。新しい暗号化キーの連続ストリームが存在し、ＨＤＭＩデータストリームを送信している間送信され、許可されたデバイスが変化していないことを確認する。ＨＤＴＶデータに対するフレームブロックは異なったキーで暗号化され、これらのキーはプレーヤーを確認するためにバックチャネル２２０に返信通知されなけれならない。バックチャネル２２０は、順方向に受信器へ暗号化キーを送信し、この受信器からのキー受理の通知を返信方向に行う。このように、暗号化された情報が双方向に送信される。

かかる通知がコンテンツと共に送信されると、冗長な再トレーニング処理を回避できるので、コンテンツ保護通信のためのバックチャネルの使用は有益である。例えば、もし送信器からのキーが、プライマリリンクを通って流れるコンテンツと共に送信され、そのプライマリリンクが切断された場合、代表的なＨＤＭＩ／ＨＤＣＰシステムに対する２〜３秒の冗長な再トレーニングを強制する。一実施形態においては、プライマリ方向リンクよりも高い信頼性を有するこの別個の双方向リンクは、その全方向性の配置を与えられている。ＨＤＣＰキーの通信に対するバックチャネルと受信器デバイスからの適切な受取確認返送とを使用することによって、もっとも衝撃的な障害物が発生した場合であっても、時間を消費する再トレーニングを回避することができる。

活動期間中、ビーム形成アンテナがコンテンツを送信しているとき、バックチャネルが使用されて受信器が送信器にチャネルの状態を通知することを可能にする。例えば、ビーム形成アンテナ間のチャネルが十分な品質を有している間は、受信器はバックチャネル上に情報を送信し、チャネルが受入れ可能であることを示す。また、バックチャネルは、使用されているチャネルの品質を示す定量化情報を送信器に送信するために受信器に使用される。もし、受入れ可能なレベル下でのチャネルの品質の低下させる、あるいはビーム形成アンテナ間の送信を完全に妨害するいくつかの形式の干渉（例えば、障害）を発生させた場合には、受信器は、チャネルがすでに受入れ可能でないこと及び／又はバックチャネル上のチャネルに変化を要求可能であることを示すことができる。受信器は予めセットされたチャネルにおける次のチャネルに変化を要求することができ、あるいは、送信器に対する特定のチャネルを特定して使用することができる。

一実施形態において、バックチャネルは双方向である。かかる場合、一実施形態においては、送信器はバックチャネルを使用して受信器に情報を送信する。かかる情報には、受信器にそのアンテナ要素を、送信器が初期化中に探査する異なる固定位置に配置させるよう指示する情報も含まれる。送信器は、位置を明確に指摘することによって、あるいは、送信器及び受信器の両方が進めるところの予め定められた順序又はリストにおいて指摘された次の位置へ受信器が進めるべきことを示すことによって、これを特定することができる。

一実施形態において、バックチャネルは、送信器及び受信器の何れかあるいは両方によって使用され、他の特定のアンテナ特性情報を通知する。例えば、アンテナ特性情報は、そのアンテナが半径に対して６度の解像度にすることが可能であること、及びそのアンテナが特定の数の要素（例えば、３２要素、６４要素等）を有していることを特定することができる。

一実施形態において、バックチャネル通信は、インタフェースユニットを用いて無線で実行される。あらゆる形式の無線通信が使用可能である。一実施形態において、ＯＦＤＭが使用されバックチャネル上に情報が送信される。他の実施形態においては、ＣＰＭが使用されてバックチャネル上に情報が送信される。

以上の記載を読んだ後は、当業者にとって本発明の多くの変更及び修正が自明なこととなるが、例示の方法で図示及び記載された何れの具体的実施形態も、限定と考えられるべき意図は全くないことを理解すべきである。それゆえ、多くの実施形態の詳細に対する言及は、その中で本発明の本質として考えられるそれら特徴のみを述べている特許請求の範囲を制限することを意図するものではない。

通信システムの一実施形態のブロック構成図である。 本通信システムの一実施形態のさらに詳細なブロック構成図である。 周辺デバイスの一実施形態のブロック構成図である。

Claims (43)

1. プロセッサと、
   コンテンツの受信器に対する第１の無線通信チャネル上に適応的ビーム形成を使用してコンテンツを送信するために、前記プロセッサに接続され、かつ制御されるディジタル制御位相アレイアンテナを有する無線周波（ＲＦ）送信器と、
   前記プロセッサに接続された第２の無線通信チャネルに対するインタフェースであって、前記インタフェースは、前記位相アレイアンテナの使用に関するアンテナ情報を受信し、前記受信器の位相アレイアンテナのアンテナ位置情報と前記受信器の位相アレイアンテナのアンテナ位置に対応するパフォーマンス情報とに基づいて、前記プロセッサに前記無線周波（ＲＦ）送信器の方向を選択可能にし、前記コンテンツの再生を促進するための情報を前記第２の通信チャネル上に無線送信し、かつ他の場所においては、前記第２の無線通信チャネルを通って前記プロセッサから前記受信器へ送信されるコンテンツ保護情報を含み、ここにおいて、前記コンテンツが送信可能であるモード中に位相アレイアンテナが作動しているときには、前記プロセッサは、前記受信器から前記第２の無線通信チャネルに対するインタフェースを介して前記第１の通信チャネルのステータスの指示を受信し、前記ステータスの指示は、前記受信器から使用されている前記チャネルの品質を示す定量化情報を含み、もし、干渉が発生して前記チャネルの品質を許容レベル以下に低下させた場合には、前記第２の無線通信チャネル上で前記チャネルの変更が要求され、前記コンテンツの一部の伝送の干渉に応答して前記ディジタル制御位相アレイアンテナのビームを他の方向に向けることを前記プロセッサに促すための指示を含むインタフェースと、
   を備え、
   前記コンテンツ保護情報は、前記プロセッサから送信された１又は複数の暗号化キーと、前記プロセッサから送信された１又は複数の暗号化キーの受信器からの１以上の受取通知とを含むことを特徴とする装置。
2. 前記プロセッサは、前記無線周波（ＲＦ）送信器の位相アレイアンテナが初期化されているときは、前記第２の無線通信チャネルに対するインタフェースを介して情報を受信し、前記プロセッサが前記無線周波（ＲＦ）送信器の位相アレイアンテナによって形成されたビームを向ける方向を選択できるようにする
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記無線周波（ＲＦ）送信器の位相アレイアンテナによって形成されるビームを向ける方向を選択することを前記プロセッサに可能とさせる前記情報は、前記受信器の位相アレイアンテナのアンテナ位置情報と前記アンテナ位置情報に対応する作動情報とからなることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記アンテナ位置情報及び作動情報は、前記受信器の位相アレイアンテナのアンテナ位置及び該アンテナ位置に対するチャンネルの信号強さを含む１又は複数の対からなることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記無線周波（ＲＦ）送信器の位相アレイアンテナによって形成されるビームを向ける方向を選択することを前記プロセッサに可能とさせる前記情報は、前記プロセッサによって使用される１又は複数のチャネルを識別する情報からなることを特徴とする請求項２に記載の装置。
6. 前記ＲＦ送信器からの通信ステータスの指示は、他の方向に前記ビームを向けることを前記プロセッサに促す指示からなり、他の方向に前記ビームを向けることを前記プロセッサに促す指示は、１又は複数の代替チャネルを特定する情報を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
7. 前記アンテナ情報は、前記コンテンツを受信する受信器の１又は複数の特性を特定する情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記第２の無線通信チャネルは、双方向であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 前記アンテナ情報は前記プロセッサによって送信された情報を含み、前記コンテンツを受信することを指示された受信器がそれ自体を指向するものとなっている位置を特定することを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 前記位置は、前記受信器を示す位置を特定し、予め定められた位置順序における次の位置にそれ自体を指向することを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記アンテナ情報は、１又は複数のチャネルの品質と、異なる位置へ前記ビームを向けるためのプロセッサに対するコンテンツ受信器からの指示とを示すことを特徴とする請求項１に記載の装置。
12. 前記プロセッサは、前記位相アレイアンテナへディジタル制御情報を送信し、前記位相アレイアンテナにおける１又は複数の位相シフタのシフト量を示すことを特徴とする請求項１に記載の装置。
13. 前記ディジタル制御情報は、１組の係数からなることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 前記プロセッサは、ディジタル信号プロセッサからなる請求項１に記載の装置。
15. 前記プロセッサは、ベースバンド信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の装置。
16. 前記ベースバンド信号は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号であることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. ベースバンド信号を第１の周波数でアナログ信号へ変換するディジタル−アナログ変換器と、
    前記アナログ信号を局所オシレータからの信号と混成して第１の周波数よりも高い第２の周波数を伴った調整アナログ信号を生成するためのミキサーとをさらに含み、
    前記調整アナログ信号は前記位相アレイアンテナへ送信されてそれによって伝送されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
18. 前記位相アレイアンテナは、
    前記調整アナログ信号を受信するために接続されるデマルチプレクサと、
    前記プロセッサからの制御信号に基づいて前記調整アナログ信号の前記位相をシフトするために前記デマルチプレクサに接続された複数の位相シフタと、
    複数の増幅器であって、その複数の増幅器の各々は複数の位相シフタにおける１つの出力に接続されている複数の増幅器と、
    その各々は複数の増幅器における１つの出力に接続されている複数のアンテナと
    を含むことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 前記コンテンツはＨＤＭＩ標準に準拠したものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
20. 前記コンテンツはＤＶＩ標準に準拠したものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
21. 前記送信器は、トランシーバーの一部であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
22. プロセッサと、
    コンテンツの送信器に対する第１の無線通信チャネル上に適応的ビーム形成を使用して送信器からコンテンツを受信するために、前記プロセッサに接続され、かつ制御されるディジタル制御位相アレイアンテナを有する無線周波（ＲＦ）受信器と、
    前記プロセッサに接続された第２の無線通信チャネルに対するインタフェースであって、前記インタフェースは、前記位相アレイアンテナの使用に関するアンテナ情報を受信し、前記受信器の位相アレイアンテナのアンテナ位置情報と前記受信器の位相アレイアンテナのアンテナ位置に対応するパフォーマンス情報とに基づいて、前記送信器に前記送信器の方向を選択可能にし、前記第２の通信チャネル上で前記送信器から受信した前記コンテンツの再生を促進するための情報を送信し、前記第２の無線通信チャネル上で前記受信器によって受信されるコンテンツ保護情報を含み、ここにおいて、前記コンテンツが送信可能であるモード中に位相アレイアンテナが作動しているときには、前記プロセッサは、前記インタフェースを介して前記位相アレイアンテナによって受信されている前記第１の通信チャネルのステータスの指示を送信し、前記ステータスの指示は、前記受信器から使用されている前記チャネルの品質を示す定量化情報を含み、もし、干渉が発生して前記チャネルの品質を許容レベル以下に低下させた場合には、前記第２の無線通信チャネル上で前記チャネルの変更が要求され、前記コンテンツの一部の伝送の干渉に応答して前記送信器の位相アレイアンテナのビームを他の方向に向けることを前記送信器に促すための指示を含むインタフェースと、
    を備え、
    前記コンテンツ保護情報は、前記プロセッサから送信された１又は複数の暗号化キーと、前記プロセッサから送信された１又は複数の暗号化キーの受信器からの１以上の受取通知とを含むことを特徴とする装置。
23. 前記プロセッサは、前記無線周波（ＲＦ）受信器の位相アレイアンテナが初期化されているときは、前記第２の無線通信チャネルインタフェースを介して情報を送信し、前記送信器が前記位相アレイアンテナによって形成されたビームを向ける方向を選択できるようにする
    ことを特徴とする請求項２２に記載の装置。
24. 前記位相アレイアンテナによって形成されるビームを向ける方向を選択することを前記送信器に可能とさせる前記情報は、前記受信器の位相アレイアンテナのアンテナ位置情報と前記アンテナ位置情報に対応する作動情報とからなることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
25. 前記受信器の位相アレイアンテナの前記アンテナ位置情報及び作動情報は、前記受信器の位相アレイアンテナのアンテナ位置及び該アンテナ位置に対するチャンネルの信号強さを含む１又は複数の対からなることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
26. 前記送信器の位相アレイアンテナによって形成されるビームを向ける方向を選択することを前記送信器に可能とさせる前記情報は、前記送信器によって使用される１又は複数のチャネルを識別する情報からなることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
27. 前記送信器と前記ＲＦ受信器との間の通信ステータスの指示は、他の方向に前記ビームを向けることを前記送信器に促す指示からなり、他の方向に前記ビームを向けることを前記送信器に促す指示は、１又は複数の代替チャネルを特定する情報を含むことを特徴とする請求項２３に記載の装置。
28. 前記アンテナ情報は、受信器の１又は複数の特性を特定する情報を含むことを特徴とする請求項２２に記載の装置。
29. 前記第２の無線通信チャネルは、双方向であることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
30. 前記アンテナ情報は前記プロセッサによって送信された情報を含み、前記コンテンツを受信することを指示された受信器がそれ自体を指向するものとなっている位置を特定することを特徴とする請求項２２に記載の装置。
31. 前記位置は、前記受信器を示す位置を特定し、予め定められた位置順序における次の位置にそれ自体を指向することを特徴とする請求項３０に記載の装置。
32. 前記アンテナ情報は、１又は複数のチャネルの品質と、異なる位置へ前記ビームを向けるためのプロセッサに対するコンテンツ受信器からの指示とを示すことを特徴とする請求項２２に記載の装置。
33. 前記プロセッサは、前記位相アレイアンテナへディジタル制御情報を送信し、前記位相アレイアンテナにおける１又は複数の位相シフタのシフト量を示すことを特徴とする請求項２２に記載の装置。
34. 前記ディジタル制御情報は、１組の係数からなることを特徴とする請求項３３に記載の装置。
35. 前記プロセッサは、ディジタル信号プロセッサからなる請求項２２に記載の装置。
36. 前記位相アレイアンテナからの信号は、ベースバンド信号として前記プロセッサによって処理されることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
37. 前記ベースバンド信号は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号であることを特徴とする請求項３６に記載の装置。
38. 前記位相アレイアンテナによって受信される受信信号に接続される増幅器と、
    前記アナログ信号を局所オシレータからの信号と結合して前記アナログ信号の周波数よりも低い調整アナログ信号を生成するためのミキサーと、
    前記ミキサーに接続され、前記調整アナログ信号を、前記プロセッサによって処理されるディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器と
    を備えたことを特徴とする請求項２２に記載の装置。
39. 前記コンテンツはＨＤＭＩ標準に準拠したものであることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
40. 前記コンテンツはＤＶＩ標準に準拠したものであることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
41. 前記送信器は、トランシーバーの一部であることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
42. プロセッサと、適応的ビーム形成を使用して送信器からコンテンツを受信するために、前記プロセッサに接続され、かつ制御されるディジタル制御位相アレイアンテナを有する無線周波（ＲＦ）受信器と、
    前記プロセッサに接続された第２の無線通信チャネルに対するインタフェースであって、前記インタフェースは、前記位相アレイアンテナの使用に関するアンテナ情報を受信し、前記受信器の位相アレイアンテナのアンテナ位置情報と前記受信器の位相アレイアンテナのアンテナ位置に対応するパフォーマンス情報とに基づいて、前記送信器に前記送信器の方向を選択可能にし、前記第２の通信チャネル上で前記送信器から受信した前記コンテンツの再生を促進するための情報を送信し、前記第２の無線通信チャネル上で前記受信器によって受信されるコンテンツ保護情報を含み、ここにおいて、前記コンテンツが送信可能であるモード中に位相アレイアンテナが作動しているときには、前記プロセッサは、前記インタフェースを介して前記位相アレイアンテナによって受信されている前記第１の通信チャネルのステータスの指示を送信し、前記ステータスの指示は、前記受信器から使用されている前記チャネルの品質を示す定量化情報を含み、もし、干渉が発生して前記チャネルの品質を許容レベル以下に低下させた場合には、前記第２の無線通信チャネル上で前記チャネルの変更が要求され、前記コンテンツの一部の伝送の干渉に応答して前記送信器の位相アレイアンテナのビームを他の方向に向けることを前記送信器に促すための指示を含むインタフェースと
    からなる受信器と、
    ディスプレイスクリーンと、
    前記コンテンツを受信するために接続されて前記コンテンツを前記ディスプレイスクリーンに表示させるディスプレイコントローラと
    を含み、
    前記コンテンツ保護情報は、前記プロセッサによって送信される暗号化キーを含み、ここにおいて、受信器は、前記プロセッサからの１又は複数の暗号化キーに対応する１又は複数の受取通知を前記第２の無線通信チャネル上に送信する
    ことを特徴とする周辺装置。
43. プロセッサと、適応的ビーム形成を使用して送信器からコンテンツを受信するために、前記プロセッサに接続され、かつ制御されるディジタル制御位相アレイアンテナを有する無線周波（ＲＦ）受信器と、
    前記プロセッサに接続された第２の無線通信チャネルに対するインタフェースであって、前記インタフェースは、前記位相アレイアンテナの使用に関するアンテナ情報を受信し、前記受信器の位相アレイアンテナのアンテナ位置情報と前記受信器の位相アレイアンテナのアンテナ位置に対応するパフォーマンス情報とに基づいて、前記送信器に前記送信器の方向を選択可能にし、前記第２の通信チャネル上で前記送信器から受信した前記コンテンツの再生を促進するための情報を送信し、前記第２の無線通信チャネル上で前記受信器によって受信されるコンテンツ保護情報を含み、ここにおいて、前記コンテンツが送信可能であるモード中に位相アレイアンテナが作動しているときには、前記プロセッサは、前記インタフェースを介して前記位相アレイアンテナによって受信されている前記第１の通信チャネルのステータスの指示を送信し、前記ステータスの指示は、前記受信器から使用されている前記チャネルの品質を示す定量化情報を含み、もし、干渉が発生して前記チャネルの品質を許容レベル以下に低下させた場合には、前記第２の無線通信チャネル上で前記チャネルの変更が要求され、前記コンテンツの一部の伝送の干渉に応答して前記送信器の位相アレイアンテナのビームを他の方向に向けることを前記送信器に促すための指示を含むインタフェースと
    からなる受信器と、
    前記コンテンツを受信し再生するために接続されるＤＶＤ装置と
    を含み、
    前記コンテンツ保護情報は、前記プロセッサによって送信される暗号化キーを含み、ここにおいて、受信器は、前記プロセッサからの１又は複数の暗号化キーに対応する１又は複数の受取通知を前記第２の無線通信チャネル上に送信する
    ことを特徴とする周辺装置。

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