JP5485338B2 - センサに基づいた無線受信ダイバーシティのための装置および方法 - Google Patents

センサに基づいた無線受信ダイバーシティのための装置および方法 Download PDF

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Description

関連出願
本願は、「センサに基づいたGPS受信ダイバーシティ(Sensor-Based GPS Receive Diversity)」と題され、2006年10月31日に出願された米国仮出願60/863,631からの優先権を主張しており、それはここに参照することにより、その全体においてここに組み込まれる。
分野
本開示は、一般に、受信ダイバーシティ(receive diversity)のための装置および方法に関係する。特に、本開示は、無線受信ダイバーシティ(wireless receive diversity)のための装置および方法に一般に関係する。
背景
無線通信システムにおいては、無線ユニット(wireless unit)が位置において移動するとき、信号ソースの強さおよび方向が変わる。
ほとんどの無線ユニットは、電磁気の電波をとおして、セルサイト基地局と通信する。セルサイト基地局からの信号は、無線ユニット上にマウントされたアンテナをとおして受け取られる。
無線ユニット上のアンテナは、等方性アンテナ(isotropic antenna)に近づけるように試みるかもしれない。等方性アンテナの理論モデルは、パワーを、全方向に一様に、放射し、受け取る。しかしながら、完全な等方性アンテナは達成可能ではない。
1つの実施形態においては、アンテナ選択(antenna selection)をインプリメントする(implementing)ための無線ユニットは、信号受け取る複数のアンテナと、複数のアンテナから1つ以上のアンテナを選択するアンテナセレクタ(antenna selector)と、無線ユニットのオリエンテーション(orientation)をセンスし(senses)、オリエンテーション情報(orientation information)を生成する、慣性センサ(inertial sensor)と、オリエンテーション情報を処理し、アンテナセレクタに、オリエンテーション情報に基づいて複数のアンテナから1つ以上のアンテナを選択するように命じる(commands)プロセッサと、を含む。
別の実施形態では、受信ダイバーシティをインプリメントするための無線ユニットは、複数の信号を受け取るための複数のアンテナと、複数の信号を複数の受信機アウトプット(a plurality of receiver outputs)に変換するための、複数のアンテナに結合された少なくとも1つの受信機と、複数の受信機アウトプットに関してダイバーシティ処理(diversity processing)を行なうための、少なくとも1つ受信機に結合されたダイバーシティプロセッサ(diversity processor)と、ダイバーシティプロセッサにインプットするためにオリエンテーション情報を生成するための、ダイバーシティプロセッサに結合された慣性センサと、を含んでおり、ここでは、オリエンテーション情報は、複数の受信機アウトプットに関するダイバーシティ処理に影響を与える(affects)。
別の実施形態では、受信ダイバーシティをインプリメントするための無線ユニットは、複数の信号を受け取るための複数のアンテナと、複数の信号を複数の受信機アウトプットに変換するための、複数のアンテナに結合された少なくとも1つの受信機と、複数の受信機アウトプットに関してベースバンド処理(baseband processing)を行ない、複数のプロセッサアウトプットを生成するための、少なくとも1つの受信機に結合された第1のベースバンドプロセッサ(baseband processor)と、ベースバンド信号を回復する(recover)ために複数のプロセッサアウトプットに関してダイバーシティ処理を行なうための、第1のベースバンドプロセッサに結合されたダイバーシティプロセッサと、ダイバーシティプロセッサにインプットするためにオリエンテーション情報を生成するための、ダイバーシティプロセッサに結合された慣性センサと、を含んでおり、ここでは、オリエンテーション情報は、複数のプロセッサアウトプットに関するダイバーシティ処理に影響を与える。
さらに別の実施形態においては、アンテナ選択をインプリメントするための方法は、無線ユニットのオリエンテーションをセンスすること(sensing)と、無線ユニットのオリエンテーションに基づいてオリエンテーション情報を生成することと、アンテナセレクタに複数のアンテナから選択するように命じるために、オリエンテーション情報を処理することと、複数のアンテナから1つ以上の選択されたアンテナを選択することと、信号を受け取るために1つ以上の選択されたアンテナを使用することと、を備える。
別の実施形態では、受信ダイバーシティをインプリメントするための方法は、複数の信号を受け取ることと、複数の信号を複数の受信機アウトプットに変換することと、複数の受信機アウトプットに関してダイバーシティ処理を行なうことと、無線ユニットのオリエンテーションをセンスすることと、無線ユニットのオリエンテーションに基づいてオリエンテーション情報を生成することと、を含んでおり、ここでは、オリエンテーション情報は、複数の受信機アウトプットに関するダイバーシティ処理に影響を与える。
他の態様が、以下の詳細な説明から、当業者にとっては容易に明らかになるであろうことは、理解されるべきであり、そこでは、例として、様々な態様が示され、説明されている。図面および詳細な説明は、本質的に説明のためのものとしてみなされるべきであり、制限するものとしてみなされるべきでない。
図1は、ほぼ等方性のアンテナのアンテナ利得パターンの説明図である。 図2は、半球状のアンテナの利得パターンの近似の説明図である。 図3は、指向性アンテナの利得パターンの1つの例の説明図である。 図4は、慣性センサおよび2つのアンテナを備えた無線ユニットの一態様のブロック図である。 図5は、慣性センサのブロック図であり、水平面に対する慣性センサのオリエンテーションを示している。 図6は、ダイバーシティ受信能力を備えた無線ユニットの別の態様の説明図である。 図7は、ベースバンド処理能力を備えた無線ユニットの一態様のブロック図である。 図8は、ベースバンド処理能力を備えた無線ユニットの別の態様のブロック図である。 図9は、ベースバンド処理能力を備えた無線ユニットの第3の態様のブロック図である。 図10は、ベースバンド処理能力を備えた無線ユニットの第4の態様のブロック図である。 図11は、一般的なGPS受信機のブロック図である。 図12は、GPS用のアンテナ設計に関する表および性能に関するアンテナの影響を含む図である。 図13は、GPS受信ダイバーシティシステムの1つのインプリメンテーションの図である。
詳細な説明
添付された図面に関連して下記に述べられる詳細な説明は、本発明の様々な態様の説明として意図されており、本発明が実施されることができる唯一の態様を表わすようには意図されてはいない。この開示において説明される各態様は、単に本発明の例あるいは説明として提供されており、他の態様よりも好ましい、あるいは有利であるとして、必ずしも解釈されるべきでない。詳細な説明は、本発明についての十分な理解を提供する目的のために具体的な詳細を含んでいる。しかしながら、本発明がこれらの具体的な詳細なしに実施されることができることは、当業者(those skilled in the art)には、明らかであろう。いくつかの例(instances)においては、本発明の概念をわかりにくくすることを避けるために、よく知られた構造およびデバイスはブロック図の形で示される。頭文字および他の説明的な用語が、単に、便宜上および分かりやくするために、使用されるかもしれないが、発明の範囲を制限するようには意図されてはいない。
[概略(Overview)]
この「概略」セクションにおける説明は、「センサに基づいたGPS受信ダイバーシティ(Sensor-Based GPS Receive Diversity)」と題され、2006年10月31日に出願された、米国仮出願60/863,631において提出された。
[概略:イントロダクション(Introduction)]
慣性センサを使用することによって、ハンドセットオリエンテーション(handset orientation)は、衛星測位システム(satellite positioning system)(SPS)受信機信号感度を改善するために、アンテナ選択を最適化し、決定されることができる。過去において、信号受信は、衛星信号のより長い積分(longer integration)によって、改善されてきている。
衛星ナビゲーション信号を受信することができ、かつ、ハンドセットオリエンテーション決定をサポートする慣性センサを追加できるより多くのアンテナを含むことは、オムニ方向設計(omni-directional design)の代わりに半球状アンテナ(hemi-spherical antenna)を選択するための手段を提供し、衛星受信機感度を改善するために2つのアンテナ間の切り替えのための方法をサポートでき、衛星測定精度およびアベイラビリテイ(availability)を増強できる。
[感度に影響を与える要因(Factors affecting sensitivity)(下記にリストされている)]
物理的なコンポーネント(ハードウェア)
− アンテナ
− RFおよびアナログの損失
− デジタルインプリメンテーション損失(Digital implementation losses)
処理コンポーネントは次のものを含んでいる:(ソフトウェア)
− 積分時間(integration time)
− 支援データの利用可能性(availability)
− 検出の確率、誤報の確率、検出閾値
信号妨害(signal blockage)(デバイス使用パターン)
− ヘッドおよびハンド信号減衰(head and hand signal attenuation)
− ビルディングおよび他の障害
一般的なGPS受信機(Generic GPS Receiver)は図11において示されている。
[概略:アンテナ効果(Antenna Effect)]
送信されたGPS信号は右回りに偏波される(Right Hand Circularly Polarized)(RHCP)
アンテナ受信機偏波(antenna receiver polarization)および利得パターンは重要である。
− マウントされたアンテナは半球状の利得パターンを有し、RHCPであり得る。
− 携帯電話アンテナは一般にオムニ方向利得パターンを有し、一般に直線的に偏波される(linearly polarized)。
COSTは典型的に携帯電話GPSアンテナ選択を指示する(dictate)であろう。
携帯電話における位置は、いくつかの使用モデルについては最適条件に及ばない(sub-optimal)かもしれず、信号妨害/減衰へと導く。
セル電話使用モデルは、オムニ方向に、そして、直線的に偏波されたものを好む傾向があるかもしれない(tend to favor omni-directional and linearly polarize)。
− 失う(lose)〜3db 半球状と比較してオムニ方向の場合
− 失う(lose)〜3db RHCPと比較して直線的に偏波された場合
・アンテナは、GPS性能(GPS performance)に最大の影響の1つを与え得る。
・GPS設計が、より小さくそしてより小さくなるPDAおよび電話の中へ置かれるにつれ、OEMは、アンテナを犠牲にすることによって(by compromising on the antenna)、コストおよびサイズを減らす傾向がある。
・低品質のGPSアンテナ、あるいは、PDA/電話の設計の中での乏しいアンテナレイアウトは、感度に大きな影響を与える。アシストを受けるGPMは部分的に影響を除く(compensate)ことができるが、最適ユーザエクスペリエンス(optimum user experience)がなければ、良い品質のアンテナは不可欠である。
Figure 0005485338
図12は、GPS用のアンテナ設計に関する表および性能に関するその影響を含む図である。
GPS受信ダイバーシティインプリメンテーション(GPS Receive Diversity Implementation)は図13において示される。
[概略:GPSダイバーシティ感度強化(GPS diversity sensitivity enhancement
)]
GPS信号は、ガウスノイズ制限チャネル(Gaussian noise limited channel)上で受信されるとしてモデル化される(AGCはノイズをのみ追跡する):
− -159から-160dBmの範囲において(in the range -159 to -160 dBm)感度を達成するために、非常に長いサーチ積分(very long search integrations)(約5−14秒)を必要とする。
GPS信号は典型的には衰えない(don’t typically fade)ので、コヒーレントに合成する(coherently combine)ことはダイバーシティ受信において可能であり、各アンテナからの信号間の位相オフセットは評価されることができると仮定する。
− AWGNチャネル上の理論的な利得:3dB
非コヒーレント合成(non-coherent combining)の場合:
− 理論的な利得:1.5から2.5dB
− 浅いサーチモード(shallow search modes)の利得 〜2.5dB
− 深いサーチモード(deep search modes) の利得(それらは感度を確立する(establish sensitivity))〜1.5dB
[概略:センサに基づいたGPSダイバーシティ感度利得(Sensor-based GPS diversity sensitivity gain)]
アンテナ上の衛星信号の入射が、直接のまたは減衰されない信号の受信に対して最適化される場合は、感度において著しい改良が有されることができる。この目的のために、デバイスの使用およびオリエンテーションが適用されることができる。デバイスに一体化されたセンサは、デバイスオリエンテーションを決定するために使用されることができる。デバイスが頭の近くで手によって保持されるのか、あるいはハンズフリーで操作されるのかを判断することもまた、有用であるかもしれない。
3−軸加速度計(3-axis accelerometer)は、チルトセンサ(tilt sensor)として使用されることができる(上記の図を参照)。半球状のアンテナがオムニ方向のものの代わりに使用されることができるので、戦略的にデバイスの中に1つよりも多くのアンテナを置き、アンテナ間で切り替えることができるのであれば、3dBの感度の改善が得られることができる。
上を向いているアンテナ(antenna which is facing up)を使用することは、また、直接の衛星信号 対 グランドから反射される信号 を受信することの観点で、性能の利点を提供でき、したがって、マルチパス効果(multipath effects)を軽減する。
同様に、(加速度計の使用により)動的プロファイル(dynamic profile)を評価すること、 ハンドセットが歩行する人によって運ばれている、 対 静止している、 対 自動車の中で運ばれている、 もまた、アンテナ選択、あるいは、多数のアンテナ(multiple antennae)から受信されるときに信号がどのように結合される(mixed)のか、のための手段として、使用されることができる。
同様に、オリエンテーションおよびプラットフォームのダイナミクス(dynamics)は、よりよい信号フィルタリング(カルマンフィルタチューニング(Kalman Filter tuning))のためのナビゲーションアルゴリズムへのインプットとして使用されることができ、また、干渉除去(アンテナビームステアリング(antenna beam steering))のような他の信号処理スキームにも適用されることができる。
ここに説明される方法と装置は、様々な衛星ポジショニングシステム(satellite tPositioning System)(GPS)、ロシアのGlonassシステム、ヨーロッパのガリレオシステム、サテライトシステムの組合せからの衛星を使用する任意のシステム、あるいは今後開発される任意のサテライトシステムなど、と共に使用されてもよい。さらに、開示される方法および装置は、擬似衛星(pseudolites)、あるいは衛星と擬似衛星との組合せ、を利用するポジショニング決定システム(positioning determination systems)と共に使用されてもよい。
[説明]
図1は、中心軸(central axis)に垂直な、ほぼ等方性(isotropic)のアンテナ利得パターン100の説明図である。したがって、ほぼ等方性アンテナは、中心軸に垂直な全方向において均一に、しかし他の多くの指向性アンテナと比べて低減されたアンテナ利得で、パワーを、放射し、受け取る。
図2は、半球状のアンテナ利得パターン200を示す。アンテナ利得パターン200は、ほぼ等方性アンテナのアンテナパターン100に対して約3dBの利得増加を有する。利得増加は、少なくとも部分的に、半球状の利得パターンのアンテナ指向性図(radiation pattern)が上部の半球状のみに実質上制限されるという事実に起因する。
図3は、指向性アンテナ利得パターン300の説明図である。指向性アンテナの利得は、アンテナパターンの指向性に依存する半球状アンテナのそれよりも大きい(greater)。指向性アンテナの例は、へリックスアンテナ(helix antennas)、ホーンアンテナ(horn antennas)、ダイポールアレーアンテナ(dipole array antennas)、パッチアンテナ(patch antennas)などを含んでいる。当業者は、各々がそれぞれの利得パターンを有するアンテナの多くの例があることを、また、アンテナ利得パターンが、アンテナパターンの指向性となんらかの方法で関連することを、理解するであろう。
図4は、慣性センサ470と複数のアンテナ410とを備えた無線ユニット400の一態様のブロック図である。当業者は、ここに開示されているような、アンテナの量が、特定の量に制限されないことを、また、アンテナの量が特定のシステムパラメータに基づいて選ばれることを、理解するであろう。
1つの態様では、複数のアンテナは、少なくとも1つのデュアル偏波アンテナ(dual-polarized antenna)を含んでいる。1つの例では、デュアル偏波アンテナは、2つのダイバーシティアウトプット(diversity outputs)を提供するために2つの実質上直交する(例えば、水平および垂直)偏波を有し、この2つのダイバーシティアウトプットはそのあと、スイッチ、セレクタ、コンバイナ(combiner)あるいは同等物(equivalent)に供給される。別の態様では、複数のアンテナは、1つ以上のデュアル偏波アンテナのダイバーシティアウトプットを反射する(reflects)。当業者は、単一のデュアル偏波アンテナは、2つの異なる(distinct)空間的に分離されたアンテナに、精神において等価であるであろうと、理解するであろう。
無線信号405は、アンテナ410の1つまたは複数によって受信される。無線信号は、衛星または地球上のソース(satellite or terrestrial sources)からのポジショニング信号(positioning signals)を含んでいるかもしれない。衛星ソースの例は、GPS、GLONASS、ガリレオ、COMPASS(Beidou)、QZSSおよびIRNSmを含む。地球上のソースの例は、擬似衛星システム(pseudolite systems)、AFLT対応の基地局(AFLT-enabled base stations)、および、その位置が少なくともほぼ知られている他の無線ソース(例えばアクセスポイント)を含む。さらに、信号のソースは、測位(positioning)に限定されておらず、例えば、限定されないが、WiFi、CDMA、およびBluetooth(登録商標)などの任意の無線ソースも含むことができるであろう。
1つの態様では、プロセッサ450からのアンテナ選択インプット455に基づいたアンテナセレクタ430は、信号405を受け取るために、複数のアンテナからの1つ以上を選択する。選択された1つ以上のアンテナによって受け取られた信号405は、そのあと受信機ユニット440に、そしてそのあと、処理用のプロセッサ450に、入力される。
典型的な受信機ユニットは、信号405を処理するために、次のコンポーネントの1つまたは複数を含んでもよい:帯域通過フィルタ、低ノイズアンプ(LNA)、ミキサ、局部発振器(LO)、低域フィルタ、およびアナログ/デジタル変換器。当業者は、受信機ユニットの他の態様は、良く知られており、本開示の範囲を変更しないであろうことを、理解するであろう。1つの態様では、複数の受信機は、複数のアンテナでインプリメントされる、なおここでは、複数のアンテナは、複数の受信機よりも量において多い(greater in quantity)ことがありうるであろう。別の態様では、複数のアンテナは、量において複数の受信機に等しい。さらに別の態様では、複数の受信機は、マルチチャネル受信機(multi-channel receiver)の中の受信機アウトプットを指す。
慣性センサ470は、慣性基準系(inertial reference frame)において無線ユニット400のオリエンテーションを測定し、センサのオリエンテーションに関するオリエンテーション情報を提供する。例えば、慣性センサ470は、重力に対し垂直に定義された水平面からの「チルト(tilt)」を測定するチルトセンサ(tilt sensor)として動作する3−軸加速度計、を備えることができ、水平面に対するセンサのオリエンテーションに関する情報を提供する。
慣性センサ470によって測定されたオリエンテーション情報は、そのあと、アンテナ選択インプット(antenna selection input)を生成するためにプロセッサ450に入力される。慣性センサ470によって測定されたオリエンテーション情報は、アンテナ選択をサポートするために使用され、望ましい信号強度で望まれる信号を見つける機会を改善する、あるいは、アンテナ利得を改善する。例えば、もし無線ユニットのオリエンテーションが知られている場合は、そのオリエンテーション情報は、適切なアンテナ(単数または複数)を選択するために使用され、そして、より高い利得を有する選択されたアンテナ(単数または複数)が、その直接のパス(path)において望ましい信号を受け取り、かつマルチパス効果(multipath effect)を軽減するように指示される(directed)ことができる。
図5は、水平面に対する慣性センサ610の幾何学(geometry)を説明する。水平面に対する慣性センサ610のオリエンテーションを決定するために、慣性センサ610の直交軸システム(X−Y)が、水平面の直交軸システム(X−Y)と比較される。
慣性センサの例は、加速度計(accelerometers)、石英センサ(quartz sensors)、ジャイロ(gyros)などを含んでいる。無線ユニット400のオリエンテーションは、複数のアンテナ410間で適切なセレクションをするために使用されることができる。2つのアンテナがインプリメントされる1つの例においては、一方のアンテナはほぼ等方性のアンテナ(approximately isotropic antenna)であり、他方のアンテナは、ほぼ半球状のアンテナ(approximately hemispheric antenna)である。もし無線ユニット400がその地理的位置を取り巻く基地局と通信している場合は、等方性アンテナのアンテナ利得パターンが全方向に均一の放射を可能とするので、ほぼ等方性のアンテナが選択されてもよい。しかしながら、もし、無線ユニット400がグローバルナビゲーションサテライトシステム(Global Navigational Satellite System)(GNSS)からの信号を受信中で、無線ユニット400のアンテナが、慣性センサ470によって決定されるようなGNSS衛星に向けて方向を定められている(oriented)場合は、アンテナセレクタ430は、プロセッサ450によって、より高いアンテナ利得を利用する半球状のアンテナを選択するように指示されることができる。当業者は、GNSS衛星からの信号は、GPS衛星、および/または、これらに限定されずにGLONASS、ガリレオ、COMPASS(Beidou)、QZSS、およびIRNSを含む任意の他のサテライトシステムからの衛星、からの信号を、これらに制限されずに含む、と理解するであろう。さらに、当業者は、信号のソースは、GNSSに限定されず、任意の無線ソース、例えば、これらに限定されないが、擬似衛星システム、WiFi、CDMA、およびBluetoothなど、を含むことができるであろう。
2つのアンテナがインプリメントされる別の例においては、2つのアンテナのうちの1つが指向性アンテナであると仮定する。この例の場合、信号405のソースは特定の方向からである。慣性センサ470によって測定されたオリエンテーション情報を使用して、無線ユニット400の指向性アンテナは、アンテナ利得を最大限にして、放射し、ソースの望ましい方向から信号を受け取るように、選択されている。別の例においては、もし信号が、地球上の擬似衛星ソースおよび衛星ソースの両方から受け取られる場合、2つのアンテナ(例えば指向性アンテナおよび半球状アンテナ)の間の選択は、慣性センサ470によって測定されるように、無線ユニット400のオリエンテーションに基づいて行われることができる。当業者は、アンテナのタイプの組合せが多数で、その選択は、システムおよびシステムアプリケーションの設計に依存するであろうことを、理解するだろう。
1つの態様では、コンディショニング回路(conditioning circuit)460が、慣性センサ470からプロセッサ450と互換性のある形式へと測定を変換するために使用される。例えば、慣性センサ470のアウトプットは、アナログ形式にあるかもしれない。コンディショニング回路460は、プロセッサ450にインプットするために、アナログデータ形式をデジタルデータ形式に変換する。別の例においては、慣性センサ470のアウトプットは、プロセッサ450の中へのインプットとして受理できる信号レベルへ、コンディショニング回路460中で増幅される。当業者は、異なる変換特性(transducing properties)を備えた異なるコンディショニング回路は、慣性センサおよびプロセッサの選択に基づいて使用されることができることを、理解するであろう。また、いくつかの態様では、コンディショニング回路は必要とされないかもしれない。
図6は、ダイバーシティ受信能力を備えた無線ユニット500の実施形態の説明図である。図6の中で説明されるように、無線ユニット500は、少なくともmのアンテナ(Ant…Ant)を含んでいる。1つの例においては、量mは、2に等しい。他の量のアンテナ、但しm>2、がシステムパラメータに応じて望ましいかもしれない。無線ユニット500はまた、複数の信号515を受け取るために、また、複数の信号515を受信フォーマットに変換するために、マルチチャネル受信機(multi-channel receiver)520を含んでいる。1つの態様では、マルチチャネル受信機520は、複数の信号515の処理のために次のコンポーネントの1つまたは複数を含む:帯域通過フィルタ、低いノイズアンプ(LNA)、ミキサ、局部発振器(LO)、低域フィルタ、アナログ/デジタル変換器など。当業者は、マルチチャネル受信機の他の態様がよく知られていること、そして、本開示の範囲を変更しないであろうことを、理解するであろう。
マルチチャネル受信機520の受信機アウトプット(Z…Z)525は、ダイバーシティプロセッサ(diversity processor)530に入力される。ダイバーシティプロセッサ530は、受信機アウトプット(Z…Z)525を出力信号535へと処理する。1つの態様では、出力信号535は、さらに、システムアプリケーションに適するために、デジタル処理される。当業者は、受信機アウトプット(Z1…Zn)525の量は、アクティブアンテナ(active antennas)510(Ant…Ant)の量に対応すると理解するであろう。このケースにおいては、n=mである。しかしながら、1つの態様では、受信機アウトプットの量nは、インプリメントされたアンテナの量mより少ない、すなわち、n<mである。例えば、1つのインプリメンテーションは、1つの受信機および選択する2つのアンテナを含むことができるであろう。さらに、1つの態様においては、n>mである。当業者は、マルチチャネル受信機のインプリメンテーションは、機能性に影響を与えることなく変わることができるであろうことを、理解するであろう。例えば、マルチチャネル能力を持った受信機は、機能性に影響を与えることなしに、複数の単一チャネル受信機(multiple single channel receivers)でインプリメントされることができるであろう。
1つの態様では、ダイバーシティプロセッサ530ダイバーシティは、受信機アウトプット(Z1…Zn)525の加重平均(weighted average)をダイバーシティ計算し(diversity computes)、その加重平均を表す出力信号535を出力する。1例においては、出力信号535(ここではYとしてラベル表示される)は
Y=ΣWとして定義される。 但し、i=1…nである。
n=1の場合、ダイバーシティ合成(diversity combining)はない。当業者は、ダイバーシティ処理(diversity processing)の他の多くの例は良く知られており、ダイバーシティ処理の特定の選択はシステムデザインの詳細に基づくことを、理解するであろう。1つの態様では、受信機アウトプット(Z…Z)525は、評価された互いからのそれらの位相オフセット(phase offset)と、コヒーレントに合成される。別の態様では、受信機アウトプット(Z…Z)525は、非コヒーレントに合成される(non-coherently combined)。1つの態様では、ダイバーシティプロセッサ530からのアンテナ選択インプット(antenna selection input)555は、どのアンテナ510(Ant…Ant)を使用するかの選択をインプリメントするために、マルチチャネル受信機520によって受け取られる、アンテナ選択インプット555は、慣性センサ550によって測定された結果に基づく。
図7は、ベースバンド処理能力を備えた無線ユニットの態様のブロック図である。1つの態様では、ダイバーシティプロセッサはアナログ形式にあり、アナログ位相ローテータおよびダイバーシティコンバイナ(an analog phase rotator and diversity combiner)を含んでいる。アナログダイバーシティプロセッサ532(図7の中で示される)に続いて、アウトプットPは、ADC720によってアナログ形式からデジタル形式に変換され、そのあと、ベースバンド信号Sを出力するためにデジタルベースバンドプロセッサA(digital baseband processor A)730によって処理される。1つの態様では、ADC720は、アナログ形式インプットをデジタル形式に変換するために、サンプラ(sampler)と量子化器(quantizer)とを含んでいる。1つの態様では、デジタルベースバンドプロセッサA730は、ベースバンド信号Sを回復するために、位相回転(phase rotation)、逆拡散(despreading)、コヒーレントアキュムレーション(coherent accumulation)および非コヒーレントアキュムレーション(non-coherent accumulation)を行なう。1つの態様では、ダイバーシティプロセッサ532からのアンテナ選択インプット755は、どのアンテナ510(Ant…Ant)を使用するかの選択をインプリメントするために、マルチチャネル受信機520によって受け取られる。アンテナ選択インプット755は、慣性センサ550によって測定された結果に基づく。
図8は、ベースバンド処理能力を備えた無線ユニットの別の態様のブロック図である。図8の中で示されているが、ダイバーシティプロセッサ534は、デジタル形式にあり、受信機アウトプット(Z…Z)525に関して、コヒーレントサンプリング(coherent sampling)およびダイバーシティ合成を行なう。別の態様では、コヒーレントサンプリングは、ダイバーシティプロセッサ534に結合された、別のユニット(示されていない)によって行なわれるかもしれない。当業者は、開示の範囲に影響を与えることなく使用されることができる、知られた様々なインプリメンテーションがあることを、理解するであろう。1つの態様では、デジタルベースバンドプロセッサB830は、ベースバンド信号Sを回復するために、アウトプットPに関し位相回転、逆拡散、コヒーレントアキュムレーションおよび非コヒーレントアキュムレーションを行なう。1つの態様では、ダイバーシティプロセッサ534からのアンテナ選択インプット855は、どのアンテナ510(Ant…Ant)を使用するかの選択をインプリメントするために、マルチチャネル受信機520によって受け取られる。アンテナ選択インプット855は、慣性センサ550によって測定された結果に基づく。
図9は、ベースバンド処理能力を備えた無線ユニットの第3の態様のブロック図である。1つの態様では、ダイバーシティプロセッサ940は、デジタル形式にある。ベースバンドプロセッサA930は、ベースバンド処理のために受信機アウトプット(Z…Z)525を受け取り、ダイバーシティプロセッサ940へ入力されるプロセッサAアウトプット(Pa…Pa)を出力する。ダイバーシティプロセッサ940からのダイバーシティプロセッサアウトプットDはそのあと、ベースバンド信号Sを回復するためにさらに処理するためのベースバンドプロセッサB950へ入力される。
当業者は、ベースバンドプロセッサA930およびベースバンドプロセッサB950がシングルプロセッサユニットあるいは別々のプロセッサユニットによってインプリメントされることができることを、理解するであろう。1つの態様では、ベースバンドプロセッサA930、ダイバーシティプロセッサ940、およびベースバンドプロセッサB950は、すべて、シングルプロセッサユニットによってインプリメントされる。
1つの態様では、ベースバンドプロセッサA930によって実行されるベースバンド処理は、各受信機アウトプット(Z…Z)525の位相回転、逆拡散、およびコヒーレントアキュムレーションを含んでいる。図9の中で示されているように、プロセッサAアウトプット(Pa…Pa)は、ダイバーシティプロセッサ940に入力される。1つの態様では、ダイバーシティプロセッサ940によって行なわれるダイバーシティ処理は、プロセッサAアウトプット(Pa…Pa)を累算すること(accumulating)、および、それらをダイバーシティ合成すること(diversity combining)、を含んでいる。1つの態様では、ダイバーシティプロセッサ940は、プロセッサAアウトプット(Pa…Pa)をコヒーレントに累算する。ダイバーシティプロセッサアウトプットDは、ベースバンドプロセッサB950に入力される。1つの態様では、プロセッサB950は、ベースバンド信号Sを回復するために、コヒーレントアキュムレーション(coherent accumulation)および非コヒーレントアキュムレーション(non-coherent accumulation)をさらに実行する。当業者は、プロセッサAアウトプット(Pa…Pa)の量が受信機アウトプット(Z…Z)525の量に対応することを、理解するであろう。1つの態様では、ダイバーシティプロセッサ940からのアンテナ選択インプット955は、どのアンテナ510(Ant…Ant)を使用するかの選択をインプリメントするために、マルチチャネル受信機520によって受け取られる、アンテナ選択インプット955は、慣性センサ550によって測定された結果に基づく。
図10は、ベースバンド処理能力を備えた無線ユニットの第4の態様のブロック図である。1つの態様では、ダイバーシティ合成は非コヒーレントに行われる。図10では、受信機アウトプット(Z…Z)525は、ベースバンドプロセッサC1030に入力される。ベースバンドプロセッサC1030は、プロセッサCアウトプット(Pc…Pc)を生成するために、受信機アウトプット(Z…Z)525を、位相回転し、逆拡散し(despreads)、コヒーレントに累算(coherently accumulates)し、そして非コヒーレントに累算する(non-coherently accumulates)。プロセッサCアウトプット(Pc…Pc)はそのあと、ダイバーシティプロセッサ1040に入力され、そのダイバーシティプロセッサ1040は、プロセッサCアウトプット(Pc…Pc)を非コヒーレントに累算し、それらを非コヒーレントにダイバーシティ合成し、ベースバンド信号S10を回復する。当業者は、ベースバンドプロセッサC1030およびダイバーシティプロセッサ1040が、単一のプロセッサユニットによって、あるいは別々のプロセッサユニットによって、インプリメントされることができることを、理解するであろう。1つの態様では、ダイバーシティプロセッサ1040からのアンテナ選択インプット1055は、どのアンテナ510(Ant…Ant)を使用するかの選択をインプリメントするためにマルチチャネル受信機520によって受け取られる。アンテナ選択インプット1055は、慣性センサ550によって測定された結果に基づいている。
図6から10において示されたように、無線ユニットは、慣性基準系における無線ユニットのオリエンテーションを測定し、および/または観察する慣性センサ550を含んでいる。慣性センサの例は、加速度計、石英センサ、ジャイロなどを含んでいる。無線ユニットの測定されたオリエンテーションに基づいて、オリエンテーション情報は慣性センサによって生成され、ダイバーシティプロセッサに入力される。
1つの態様では、オリエンテーション情報は、ダイバーシティプロセッサがどのようにそのインプットを処理し、合成するかに、影響を与える。例えば、信号ソース(それらはオリエンテーション情報に埋め込まれている)の1つまたは複数に対しての無線ユニットのオリエンテーションに応じ、加重係数が、インプットの1つまたは複数に適用されることができる。図6−10において示された態様においては、ダイバーシティプロセッサ530、532、534へのインプットは、受信機アウトプット(Z…Z)525である。図9の中で示される態様では、ダイバーシティプロセッサ940へのインプットは、プロセッサAアウトプット(Pa…Pa)である。また、図10の中で示される態様では、ダイバーシティプロセッサ1040へのインプットは、プロセッサCアウトプット(Pc…Pc)である。
別の態様では、オリエンテーション情報は、アンテナ選択インプットによってインプリメントされるときに使用するアンテナ510(Ant…Ant)の選択に影響を与える。
1つの態様では、コンディショニング回路540が、慣性センサ550からの測定をダイバーシティプロセッサと互換性のある形式に変換するために、提供される。例えば、慣性センサ550のアウトプットは、アナログ形式にあるかもしれない。コンディショニング回路540は、ダイバーシティプロセッサへのインプットのために、アナログデータフォーマットをデジタルデータフォーマットに変換する。別の例においては、慣性センサ550のアウトプットは、ダイバーシティプロセッサへのインプットに適切である信号レベルへ、コンディショニング回路540中で増幅される。当業者は、異なる変換プロパティ(transducing properties)を有した異なるコンディショニング回路が、慣性センサの選択およびプロセッサに基づいて選択されることができることを、理解するであろう。
ここに説明された様々な説明のための論理ブロック、モジュール、および回路は、1つまたは複数のプロセッサでインプリメントされることができる。プロセッサは、マイクロプロセッサのような汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)のような特定アプリケーションプロセッサ、あるいは、ソフトウェアをサポートすることができる任意の他のハードウェアプラットフォーム、であってもよい。ソフトウェアは、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコードあるいは何らかの他の専門用語で呼ばれようと、命令、データ構造、あるいはプログラムコードのどんな組合せも意味するように、広く解釈されるべきである。あるいは、プロセッサは、特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラマブル論理回路(PLD)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、コントローラ、マイクロコントローラ、状態機械、ディスクリートハードウェアコンポーネントの組合せ、あるいはそれの任意の組合せ、であってもよい。ここに説明された様々な説明のための論理ブロック、モジュール、および回路は、また、ソフトウェアを保存するための機械可読媒体(machine readable medium)、例えばハードディスク、フラッシュドライブ、あるいはコンピュータメモリなど、を含んでもよい。機械可読媒体はまた、1つ以上の記憶装置、伝送線路(transmission line)、あるいはデータ信号を符号化する搬送波を含み得る。
開示された態様の以上の説明は、どんな当業者も本発明を作り、使用することを可能にするために提供されている。これらの態様への様々な修正は、当業者には容易に明らかであろう、そして、ここに定義された総括的な原理は、本発明の精神あるいは範囲から逸脱することなく、他の態様に適用されることができる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]
アンテナ選択をインプリメントするための無線ユニットであって、
信号を受け取るための複数のアンテナと、
前記複数のアンテナから1つ以上のアンテナを選択するためのアンテナセレクタと、
前記無線ユニットのオリエンテーションをセンスし、それに応答するオリエンテーション情報を生成するための慣性センサと、
前記オリエンテーション情報を処理し、前記オリエンテーション情報に応答する前記複数のアンテナから1つ以上のアンテナを選択するように前記アンテナセレクタに命じるためのプロセッサと、
を備える無線ユニット。
[2]
前記複数のアンテナは、1つ以上のデュアル偏波アンテナを含む、[1]に記載の無線ユニット。
[3]
前記複数のアンテナは、1つ以上のデュアル偏波アンテナによってインプリメントされる、[1]に記載の無線ユニット。
[4]
前記複数のアンテナは2つである、[1]に記載の無線ユニット。
[5]
前記複数のアンテナのうちの1つから前記信号を受け取るための受信機、をさらに含む[1]に記載の無線ユニット。
[6]
複数のアンテナは2つである、[5]に記載の無線ユニット。
[7]
前記受信機は、マルチチャネル受信機を含む、[5]に記載の無線ユニット。
[8]
前記複数のアンテナから前記信号を受け取るための複数の受信機、をさらに備えており、前記複数のアンテナは、前記複数の受信機よりも多い、[1]に記載の無線ユニット。
[9]
前記複数のアンテナから信号を受け取るための複数の受信機、をさらに備えており、前記複数のアンテナは、前記複数の受信機と等しい、[1]に記載の無線ユニット。
[10]
前記慣性センサは、加速度計を含む、[1]に記載の無線ユニット。
[11]
受信ダイバーシティをインプリメントするための無線ユニットであって、
複数の信号を受け取るための複数のアンテナと;
前記複数の信号を複数の受信機アウトプットに変換するための、前記複数のアンテナに結合された少なくとも1つの受信機と;
前記複数の受信機アウトプットに関してダイバーシティ処理を行なうための、前記少なくとも1つの受信機に結合されたダイバーシティプロセッサと;
オリエンテーションをセンスし、そして、前記ダイバーシティプロセッサにインプットするオリエンテーション情報を生成するための、前記ダイバーシティプロセッサに結合された慣性センサと、なお、前記オリエンテーション情報は、前記複数の受信機アウトプットに関する前記ダイバーシティ処理に影響を与える;
を備える無線ユニット。
[12]
前記ダイバーシティプロセッサは、前記複数の受信機アウトプットに関して加重平均処理を行なう、[11]に記載の無線ユニット。
[13]
前記ダイバーシティプロセッサは、アナログ形式にあり、アナログ位相ローテータおよびダイバーシティコンバイナを含む、[11]に記載の無線ユニット。
[14]
前記ベースバンド信号を回復するために、位相回転と逆拡散とを行うための、前記ダイバーシティプロセッサに結合されたデジタルベースバンドプロセッサ、をさらに備える[13]に記載の無線ユニット。
[15]
前記デジタルベースバンドプロセッサは、前記ベースバンド信号を回復するために、コヒーレントアキュムレーションを行なう、[14]に記載の無線ユニット。
[16]
前記デジタルベースバンドプロセッサは、前記ベースバンド信号を回復するために、非コヒーレントアキュムレーションをさらに行なう、[15]に記載の無線ユニット。
[17]
前記ダイバーシティプロセッサは、デジタル形式にある、[11]に記載の無線ユニット。
[18]
ベースバンド信号を回復するために、位相回転と逆拡散とを行うための、前記ダイバーシティプロセッサに結合されているデジタルベースバンドプロセッサ、をさらに備えており、前記ダイバーシティプロセッサは、前記複数の受信機アウトプットをコヒーレントにサンプリングし、ダイバーシティ合成する、[17]に記載の無線ユニット。
[19]
受信ダイバーシティをインプリメントするための無線ユニットであって、
複数の信号を受け取るための複数のアンテナと;
前記複数の信号を複数の受信機アウトプットに変換するための、前記複数のアンテナに結合された少なくとも1つの受信機と;
前記複数の受信機アウトプットに関してベースバンド処理を行ない、そして、複数のプロセッサアウトプットを生成するための、前記少なくとも1つの受信機に結合された第1のベースバンドプロセッサと;
ベースバンド信号を回復するために前記複数のプロセッサアウトプットに関してダイバーシティ処理を行なうための、前記第1のベースバンドプロセッサに結合されたダイバーシティプロセッサと;
前記無線ユニットのオリエンテーションをセンスし、そして、前記ダイバーシティプロセッサにインプットするオリエンテーション情報を生成するための、前記ダイバーシティプロセッサに結合された慣性センサと、なお、前記オリエンテーション情報は、前記複数のプロセッサアウトプットに関する前記ダイバーシティ処理に影響を与える;
を備える、無線ユニット。
[20]
前記ベースバンド処理は、前記複数の受信機アウトプットに関して位相回転および逆拡散を行うこと、を含む、[19]に記載の無線ユニット。
[21]
前記ダイバーシティ処理は、前記複数のプロセッサアウトプットに関して、アキュムレーションおよびダイバーシティ合成を行うこと、を含む[19]に記載の無線ユニット。
[22]
前記ダイバーシティ処理は、コヒーレントに行なわれる、[21]に記載の無線ユニット。
[23]
前記ダイバーシティ処理は、非コヒーレントに行なわれる、[18]に記載の無線ユニット。
[24]
アンテナ選択をインプリメントする方法であって、
無線ユニットのオリエンテーションをセンスすることと、
前記無線ユニットの前記オリエンテーションに基づいて、オリエンテーション情報を生成することと、
アンテナセレクタに複数のアンテナから選択するように命じるために前記オリエンテーション情報を処理すること、
前記複数のアンテナから1つ以上の選択されたアンテナを選択すること、
信号を受け取るために前記1つ以上の選択されたアンテナを使用することと、
を備える方法。
[25]
無線にユニットにおける受信ダイバーシティをインプリメントする方法であって、
複数の信号を受け取ることと;
前記複数の信号を複数の受信機アウトプットに変換することと;
前記無線ユニットのオリエンテーションをセンスすることと;
前記無線ユニットの前記オリエンテーションに基づいてオリエンテーション情報を生成することと;
前記複数の受信機アウトプットに関してダイバーシティ処理を行なうことと、なお、前記オリエンテーション情報は、前記複数の受信機アウトプットに関するダイバーシティ処理に影響を与える;
を備える方法。

Claims (16)

  1. アンテナ選択をインプリメントするための無線ユニットであって、
    信号を受け取るための複数のアンテナと、なお、前記複数のアンテナは、等方性アンテナと半球状アンテナとを備え、前記信号は、GNSS(グローバルナビゲーションサテライトシステム)信号を備える;
    前記複数のアンテナから1つ以上のアンテナを選択するためのアンテナセレクタと;
    前記無線ユニットのオリエンテーションをセンスし、それに応答するオリエンテーション情報を生成するための慣性センサーと;
    前記オリエンテーション情報を処理し、前記オリエンテーション情報に応答する前記複数のアンテナから1つ以上のアンテナを選択するように前記アンテナセレクタに命じるためのプロセッサと、なお、前記選択は、前記半球状アンテナが上を向いているときは前記半球状アンテナを選択し、前記半球状アンテナが上を向いていないときは前記等方性アンテナを選択することを備える;
    を備える無線ユニット。
  2. 前記複数のアンテナは、1つ以上のデュアル偏波アンテナを含む、請求項1に記載の無線ユニット。
  3. 前記複数のアンテナのうちの1つから前記信号を受け取るための受信機をさらに備え、前記受信機は、マルチチャネル受信機を含む、請求項1に記載の無線ユニット。
  4. 前記複数のアンテナから前記信号を受け取るための複数の受信機、をさらに備えており、前記複数のアンテナは、前記複数の受信機よりも多い、請求項1に記載の無線ユニット。
  5. 前記複数のアンテナから信号を受け取るための複数の受信機、をさらに備えており、前記複数のアンテナは、前記複数の受信機と等しい、請求項1に記載の無線ユニット。
  6. 前記慣性センサーは、加速度計を含む、請求項1に記載の無線ユニット。
  7. 受信ダイバーシティをインプリメントするための無線ユニットであって、
    複数の信号を受け取るための複数のアンテナと、なお、前記複数のアンテナは、等方性アンテナと半球状アンテナとを備え、前記信号は、GNSS(グローバルナビゲーションサテライトシステム)信号を備える;
    前記複数の信号を複数の受信機アウトプットに変換するための、前記複数のアンテナに結合された少なくとも1つの受信機と;
    前記複数の受信機アウトプットに関してダイバーシティ処理を行なうための、前記少なくとも1つの受信機に結合されたダイバーシティプロセッサと、なお、前記ダイバーシティプロセッサからのアンテナ選択インプットが、どのアンテナを使用するかの選択をインプリメントするために、前記少なくとも1つの受信機によって受けとられ、前記選択は、前記半球状アンテナが上を向いているときは前記半球状アンテナを選択し、前記半球状アンテナが上を向いていないときは前記等方性アンテナを選択することを備える;
    前記ダイバーシティプロセッサにインプットするオリエンテーション情報を生成するための、前記ダイバーシティプロセッサに結合された慣性センサーと、なお、前記オリエンテーション情報は、前記複数の受信機アウトプットに関する前記ダイバーシティ処理に影響を与える;
    を備える無線ユニット。
  8. 前記ダイバーシティプロセッサは、前記複数の受信機アウトプットに関して加重平均処理を行なう、請求項7に記載の無線ユニット。
  9. 前記ダイバーシティプロセッサは、アナログ形式にあり、アナログ位相ローテータおよびダイバーシティコンバイナを含む、請求項7に記載の無線ユニット。
  10. ベースバンド信号を回復するために、位相回転と逆拡散とを行うための、前記ダイバーシティプロセッサに結合されたデジタルベースバンドプロセッサ、をさらに備える請求項9に記載の無線ユニット。
  11. 前記デジタルベースバンドプロセッサは、前記ベースバンド信号を回復するために、コヒーレントアキュムレーションを行なう、請求項10に記載の無線ユニット。
  12. 前記ダイバーシティプロセッサは、デジタル形式にあり、ベースバンド信号を回復するために、位相回転と逆拡散とを行うための、前記ダイバーシティプロセッサに結合されているデジタルベースバンドプロセッサ、をさらに備えており、前記ダイバーシティプロセッサは、前記複数の受信機アウトプットをコヒーレントにサンプリングし、ダイバーシティ合成する、請求項7に記載の無線ユニット。
  13. 受信ダイバーシティをインプリメントするための無線ユニットであって、
    複数の信号を受け取るための複数のアンテナと、なお、前記複数のアンテナは、等方性アンテナと半球状アンテナとを備え、前記信号は、GNSS(グローバルナビゲーションサテライトシステム)信号を備える;
    前記複数の信号を複数の受信機アウトプットに変換するための、前記複数のアンテナに結合された少なくとも1つの受信機と;
    前記複数の受信機アウトプットに関してベースバンド処理を行ない、そして、複数のプロセッサアウトプットを生成するための、前記少なくとも1つの受信機に結合された第1のベースバンドプロセッサと;
    ベースバンド信号を回復するために前記複数のプロセッサアウトプットに関してダイバーシティ処理を行なうための、前記第1のベースバンドプロセッサに結合されたダイバーシティプロセッサと、なお、前記ダイバーシティプロセッサからのアンテナ選択インプットが、どのアンテナを使用するかの選択をインプリメントするために、前記少なくとも1つの受信機によって受けとられ、前記選択は、前記半球状アンテナが上を向いているときは前記半球状アンテナを選択し、前記半球状アンテナが上を向いていないときは前記等方性アンテナを選択することを備える;
    前記ダイバーシティプロセッサにインプットするオリエンテーション情報を生成するための、前記ダイバーシティプロセッサに結合された慣性センサーと、なお、前記オリエンテーション情報は、前記複数のプロセッサアウトプットに関する前記ダイバーシティ処理に影響を与える;
    を備える、無線ユニット。
  14. 前記ベースバンド処理は、前記複数の受信機アウトプットに関して位相回転および逆拡散を行うこと、を含む、請求項13に記載の無線ユニット。
  15. 前記ダイバーシティ処理は、前記複数のプロセッサアウトプットに関して、アキュムレーションおよびダイバーシティ合成を行うこと、を含む請求項13に記載の無線ユニット。
  16. アンテナ選択をインプリメントする方法であって、
    無線ユニットのオリエンテーションをセンスする手段と;
    前記無線ユニットの前記オリエンテーションに基づいて、オリエンテーション情報を生成する手段と;
    複数のアンテナから選択するようにアンテナセレクタに命じるために前記オリエンテーション情報を処理する手段と、なお、前記複数のアンテナは、等方性アンテナと半球状アンテナとを備える;
    前記センスされたオリエンテーションに基づいて、前記複数のアンテナから1つ以上の選択されたアンテナを選択する手段、なお、前記選択は、前記半球状アンテナが上を向いているときは前記半球状アンテナを選択し、前記半球状アンテナが上を向いていないときは前記等方性アンテナを選択することを備える;
    信号を受け取るために前記1つ以上の選択されたアンテナを使用する手段と、なお、前記信号は、GNSS(グローバルナビゲーションサテライトシステム)信号を備える;
    を備えた、アンテナ選択をインプリメントする方法。
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