JP5487965B2 - ミリ波信号を改善するためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、無線送信のためのシステム及び方法に関し、具体的にはミリ波信号を改善することに関する。

最近では、無線データ転送の使用を必要とする種類の通信アプリケーションの増加が顕著になってきている。このようなアプリケーションは、例えば、ビデオ会議、ビデオ・オン・デマンド、高速「インターネット」アクセス、高速ローカルエリアネットワーク、オンラインゲーム、及び高解像度テレビを含む。例えば、家庭又はオフィスでは、コンピュータデバイスは、無線ネットワーキングシステムを使用して接続したままになる。多くの付加的な種類のデバイスも、無線通信を念頭に置いて設計されている。

約３ＧＨｚ未満よりも下の周波数では、アンテナは、ほぼ全方向性であり、これは、近くにあるアンテナを互いに干渉させるか、又は「マルチパス」として公知であるものの影響を受けさせる。より高い周波数（例えば、約３から約６０ＧＨｚまで）では、信号は幾らか指向性になり、これは、上述のマルチパス問題を低減する。しかし、非常に近い距離では、受信機及び送信機から信号反射は、マルチパス問題を再びもたらす。これらの反射は、信号干渉を引き起こし、通信の全体的な品質を低下させる。

５７−６４ＧＨｚ（６０ＧＨｚ帯域）帯域は、電磁スペクトルのミリ波部分に位置しており、商用の無線用途に対してはあまり利用されていない。このスペクトルで達成されるより速いデータ速度に加えて、６０ＧＨｚ帯域でのエネルギ伝播は、干渉に対する優れた耐性、高セキュリティ、及び周波数再使用のような多くの他の利益を可能にする固有の特徴を有する。

６０ＧＨｚ範囲での無線送信は、上述の有益な特徴を示すが、それらは、依然としてこのような送信が典型的に数十メートルの最大距離に及ぶのみであるという事実を含むある一定の欠点を有する。上述のように、高周波数システムの受信機側と送信機側の間の非常に短い距離は、マルチパス問題を再導入し、信号受信干渉を引き起こすことになる。従って、マルチパスの影響を低減することによってミリ波周波数での信号品質を改善するシステム及び方法に対する当業技術における必要性が存在する。

本明細書に開示して請求するのは、ミリ波信号を改善するためのシステム及び方法である。一実施形態では、無線周波数受信機は、無線周波数（ＲＦ）信号を処理するための受信機回路、ミリ波ＲＦ信号を受信するためのアンテナ、及び受信機回路とアンテナの間に連結された減衰器回路を含む。一実施形態では、減衰器回路を使用して、ミリ波ＲＦ信号の信号強度を判断し、この信号強度を第１閾値と比較することができる。信号強度が第１閾値より上である場合、ミリ波ＲＦ信号に加えられる減衰のレベルを上げることができる。

本発明の他の態様、特徴、及び技術は、本発明の例示的な実施形態の以下の説明の観点から当業者には明らかであろう。

本発明の１つ又はそれよりも多くの態様を実行するための送信システムの一実施形態を示す図である。 図１Ａの減衰器がどのようにＲＦ信号を減衰するかを示す図である。 減衰なしの無線信号反射を示す図である。 減衰ありの無線信号反射の一実施形態を示す図である。 本発明の１つ又はそれよりも多くの実施形態を実行するために受信機がどのように使用されるかを示す処理図である。 本発明の１つ又はそれよりも多くの実施形態を実行するために受信機がどのように使用されるかを示す処理図である。 本発明の別の実施形態を実行するために送受信機がどのように使用されるかを示す処理図である。

本発明の１つの態様は、ミリ波ＲＦ信号を処理するための無線周波数受信機／送受信機を提供することである。一実施形態では、受信機／送受信機は、受信機回路とアンテナ間に連結された可変減衰器回路を含む。受信機回路は、信号強度を検出し、これらの信号強度を閾値と比較するために使用される。信号強度が閾値より上である場合、ミリ波ＲＦ信号に加えられる減衰のレベルが信号品質を改善するために上げられる。

一実施形態では、ミリ波ＲＦ信号は、約５７ＧＨｚと９５ＧＨｚの間の周波数を有する。信号強度に対して比較される閾値は、受信機回路の特定の実装に関連している。当業者は、設定される上述の閾値レベルより上の最適入力レベル範囲に対して受信機を最適化することになる。

本発明の別の態様は、上述の受信機／送受信機が受信した信号の信号強度を第２閾値と比較することである。信号強度がこの第２閾値より下である場合、ミリ波ＲＦ信号に加えられる減衰のレベルが下げられる。

本発明の更に別の態様は、上述の受信機／送受信機が、ミリ波ＲＦ信号の信号品質を判断し、この信号品質を閾値品質値と比較することである。判断された信号品質が閾値品質より下であり、かつ信号強度が上述の閾値強度値より上である場合、ミリ波ＲＦ信号に加えられる減衰のレベルが上げられる。

別の実施形態では、信号品質を閾値品質値と比較するのではなく、上述の受信機／送受信機は、ミリ波ＲＦ信号の信号品質が許容できないものであるかを単に判断することができる。許容できない場合、前記ミリ波ＲＦ信号に加えられる減衰のレベルが上げられる。

本発明の更に別の態様は、ミリ波ＲＦ信号が反射信号であるかを上述の受信機／送受信機が判断することができることである。反射信号である場合、ミリ波ＲＦ信号に加えられる減衰のレベルが上げられる。

ある一定の実施形態では、本発明は、毎秒マルチギガビット（Ｇｂｐｓ）データ速度で６０ＧＨｚ帯域におけるデータのＲＦ送信を可能にする。

図１Ａは、本発明の１つ又はそれよりも多くの態様を実施するための無線通信システム１００の一実施形態を示している。ある一定の実施形態では、システム１００は、マルチＧｂｐｓデータ速度でミリ波範囲におけるデータのＲＦ送信を可能にすることができる。一実施形態では、データは、１Ｇｂｐｓと１０Ｇｂｐｓの間の速度で送信される。

図１Ａに示すように、システム１００は、ミリ波信号を処理するための第１送受信機回路１１０を含む。一実施形態では、このような信号は、６０ＧＨｚ帯域である。システム１００は、第１減衰回路１２０、並びにミリ波信号（すなわち、信号１４０）を受信及び送信するためのアンテナ１３０を更に含む。第１送受信機回路１１０は、情報を電磁波（すなわち、信号１４０）に変換するアンテナ１３０にＲＦ信号を供給する。電磁波伝播のための送信媒体は、自由空間である。第１減衰器１２０によって供給される減衰のレベルは、第１送受信機１１０からの制御信号１４５に基づくことができる。一実施形態では、制御信号１４５は、あらゆる公知のデジタル復調処理から受信した信号品質情報に基づくことができる。

電磁信号１４０は、これをＲＦ信号に変換し直す受信側アンテナ１５０によって傍受される。次に、第２減衰器回路１６０は、信号１５０を第２送受信機回路１７０に渡す前にこれを減衰するために使用される。一実施形態によると、減衰器１２０及び１６０は、可変制御減衰器である。第２減衰器１６０によって供給される減衰のレベルは、一実施形態では第２送受信機１７０から受信した制御信号１７５に基づくことができる。制御信号１４５と同様に、制御信号１７５は、あらゆる公知のデジタル復調処理から受信した信号品質情報に基づくことができる。

図１Ａのシステム１００は、２つの送受信機システムとして示されているが、他の実施形態では、より多くの送受信機をシステム１００に含むことができる。同様に、送受信機回路１１０及び１７０は、送信機及び／又は受信機のみから構成することができる。他の実施形態では、信号１４０は、９５ＧＨｚまでのような６０ＧＨｚ帯域より上の周波数で送信することができる。更に、信号１４０は、毎秒マルチギガビット（Ｇｂｐｓ）速度で送信されるデータによって符号化することができる。ある一定の実施形態では、個々のアンテナ１３０と１５０の間の距離は、センチメートルから数十メートルまでにすることができる。

図１Ｂは、減衰器回路１２０と１６０の一方又は両方によって信号がどのように減衰されるかを示している。減衰器に供給される信号電力レベルは、Ｐ_inとして示され、出力電力レベルは、Ｐ_outとして示されている。減衰の量は、式：Ｐ_db＝１０ｘＬｏｇ（Ｐ_out／Ｐ_in）によってｄＢで表すことができる。従って、信号電力の半分が減衰器を通過する間に失われる場合（Ｐ_out／Ｐ_in＝２）、デシベルでの減衰のマグニチュードは、１０ｘＬｏｇ（２）又は３ｄＢである。

図１Ｃは、信号１４０が減衰器の使用なしに反射される一実施形態を示している。この実施形態では、アンテナ表面１８０が反射板として働く。減衰器なしでは、反射された信号強度は単にＲである。

他方、図１Ｄは、信号１４０が反射面１８０に到達する前に減衰器１８５によって減衰される場合を示している。この場合、反射された信号は、実際には減衰器１８５を二度通過し、従って、反射面１８０に送られた信号が１／Ａ係数によって減衰されたとしても、減衰の量は、Ｒ／（Ａ^*Ａ）として表すことができる。

ここで図２Ａを参照すると、受信機が本発明の１つ又はそれよりも多くの態様を達成するための簡略な処理２００が示されている。処理２００は、ブロック２００で信号の受信によって始まる。一実施形態では、この信号は、ミリ波ＲＦ信号である。受信した状態で、信号の強度が強いと思われるか否かの判断がブロック２１０で行われる。一実施形態では、これは、受信した信号の強度を所定の閾値と比較することによって行われる。典型的な減衰は、０ｄＢから１２ｄＢまでの範囲とすることができる。受信した信号が強くない（すなわち、閾値より上でない）場合、処理２００は、ブロック２２０に移り、あるとすれば受信信号に加えられる減衰のレベルが低減される。他方、信号が所定の閾値より上である場合、処理２００は、ブロック２３０に移る。

ブロック２３０で、受信した信号の品質に関する判断が行われる。これは、ビット誤り率（ＢＥＲ）、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）、搬送波対ノイズ比（ＣＮＲ）、訂正されたエラー数などのような信号の品質を示す様々な信号パラメータを測定することによって達成することができる。信号品質が許容できないことをこれらのパラメータが示す場合、受信した信号に加えられる減衰の量がブロック２４０で増加される。信号品質が許容可能であることをこれらのパラメータが示す場合、信号は、ブロック２５０において通常の道筋で処理される。減衰のレベル（又はそれが変更される速度）は、受信した信号の品質の関数とすることができ、又は代替的に、それは、事前に判断することができることを認めるべきである。一実施形態では、減衰のレベルは、ブロック２２０及び２４０で約０ｄＢから約１２ｄＢまで変えることができる。

図２Ａの処理を使用して、比較的一定した信号品質を維持することができ、マルチパスの影響を最小にすることができる。これは、所定の送信機と受信機間の距離が大きくなる時に、信号強度が低下して減衰レベルが下がることになるという事実によって可能になる（ブロック２２０）。代替的に、所定の送信機と受信機間の距離が小さくなる時に、信号強度が上がり、減衰レベルを増加させることになる（ブロック２４０）。

ここで図２Ｂを参照すると、ＲＦ受信機が本発明の１つ又はそれよりも多くの態様を実施することができる処理２５５の別の実施形態が示されている。処理２５５は、ブロック２６０で信号の受信から始まる。受信した状態で、受信した信号がどのくらい強いか（例えば、ｄＢレベル）の判断がブロック２６５で行われる。受信した信号が弱すぎる（ブロック２７０で判断されるように）場合、受信信号に加えられる信号減衰のレベルがブロック２７５で低減される。更に、ブロック２８５での減衰低下の量は、約０ｄＢと１２ｄＢの間とすることができる。他方、受信した信号が弱すぎない場合、処理２５５は、ブロック２８０へと続く。

ブロック２８０で、信号が強すぎると判断された場合、処理２５５は、ブロック２８５に移り、信号減衰のレベルが上げられる。更に、ブロック２８５で加えられる減衰増加の量は、約０ｄＢと１２ｄＢの間とすることができる。

信号が強すぎないとブロック２８０で判断された場合、処理２５５は、ブロック２９０へと続き、現在の信号減衰レベルは変わらない。

図２Ｂの処理を使用して、比較的一定の信号品質を維持することができ、マルチパスの影響を最小にすることができる。これは、所定の送信機と受信機間の距離が大きくなる時に、信号強度が下がり、減衰のレベルを低下させることになるという事実によって可能である（ブロック２７５）。代替的に、所定の送信機と受信機間の距離が小さくなる時に、信号強度が上がり、減衰のレベルを増加させることになる（ブロック２８５）。距離が一定のままである場合、現在の減衰レベルもそのままになる（ブロック２９０）。

図３は、本発明の１つ又はそれよりも多くの態様を実施するために送受信機がどのように使用されるかの処理３００の実施形態を示している。処理３００は、ＲＦ信号の検出によってブロック３０５で始まる。信号が検出された状態で、処理３００は、ブロック３１０に進み、検出された信号が問題の送受信機によって送信した信号の反射であるか、又は別のソース（例えば、第２送受信機）から発信された信号であるかに関して判断が行われる。

信号が実際に反射であるとブロック３１０で判断された場合、処理３００は、ブロック３１５に進み、出力信号に加えられる減衰の量が増加される。一実施形態では、減衰の量は、約０ｄＢと１２ｄＢの間で増加される。他方、検出された信号が反射でないと判断された場合、処理３００は、ブロック３２０へと進む。ブロック３２０で、検出された信号の強度を判断することができる。一実施形態では、これは、検出された信号の強度を所定の閾値と比較することによって行われる。当業者は、その実装に基づいて好ましい信号強度範囲を特定するであろう。受信した信号が強くないと判断された場合、処理３００は、ブロック３２５に移り、検出された信号に加えられる減衰のレベルが下げられる。その後、信号は、ブロック３３５において通常の道筋で処理される。

他方、信号が所定の閾値より上である場合、処理３００は、ブロック３３０に移る。ブロック３３０で、検出された信号の品質に関して判断が行われる。これは、ＢＥＲ、ＳＮＲなどのような信号の品質を示す様々な信号パラメータを測定することによって達成される。信号品質が許容可能であることをこれらのパラメータが示す場合、ブロック３３５で、信号は、通常の道筋で処理される。他方、信号品質が許容できないとブロック３３０で判断された場合、処理３００は、ブロック３４０に進み、検出された信号が減衰される。減衰のレベルは、受信した信号の品質の関数とすることができ、又はそれは、事前に判断することができることを認めるべきである。

検出された信号がブロック３４０で減衰された状態で、再度、品質を検査することができる（ブロック３４５）。ここで信号品質が許容可能である場合、信号に加えられる減衰レベルに変更は行われない（ブロック３５０）。他方、信号品質が許容できない場合、受信信号に加えられる減衰のレベルが、ブロック３５５で上げられる。

減衰レベルがブロック３５５で上げられた後、処理３００は、２つの道筋の一方に進むことができる。一実施形態では、処理は、信号が再度減衰されるが、今回はより高い減衰レベルにあるブロック３４０に戻ることができる。これは、ブロック３４５で判断されるように信号品質が許容可能になるまで続けることができる。代替的に、処理３００は、減衰の上昇したレベルが将来の受信信号に見込みで加えられる信号処理のためのブロック３３５に進むことができる。

以上の説明は、特定的な実施形態に関連しているが、当業者は、本明細書に説明した特定的な実施形態への修正及び／又は変形を想起することができることは理解される。本発明の説明の範囲に入るあらゆるこのような修正又は変形は、同様に本明細書に含まれるものとする。本明細書の説明は、単に例示的であり、本発明の範囲を制限するように意図していないことが理解される。

２００ 本発明の態様を達成するための処理
２００ 信号を受信するブロック
２１０ 信号の強度が強いと思われるか否かを判断するブロック

Claims (8)

1. 無線周波数（ＲＦ）信号を処理するための受信機回路と、
   ミリ波ＲＦ信号を受信するアンテナと、
   前記受信機回路及びアンテナの間に連結された減衰器回路と、
   を含み、
   前記減衰器回路は、
   前記ミリ波ＲＦ信号の信号強度を判断し、前記信号強度を第１閾値と比較し、該信号強度が該第１閾値よりも上である場合に、前記ミリ波ＲＦ信号に加えられる減衰のレベルを上げる処理を行い、
   前記減衰器回路は、更に、
   前記ミリ波ＲＦ信号の信号品質を判断し、前記信号品質を閾値品質値と比較し、該信号品質が該閾値品質値よりも下であり、かつ前記信号強度が前記第１閾値よりも上である場合に、前記ミリ波ＲＦ信号に加えられる前記減衰のレベルを上げる処理を行い、
   前記減衰器回路は、更に、
   前記ミリ波ＲＦ信号が反射信号であるかを判断し、反射信号である場合に、
   前記ミリ波ＲＦ信号に加えられる前記減衰のレベルを上げる、
   ためのものである、
   ことを特徴とする無線周波数受信機。
2. 前記ミリ波ＲＦ信号は、約５７ＧＨｚと９５ＧＨｚの間の周波数を有することを特徴とする請求項１に記載の無線周波数受信機。
3. 前記減衰器回路は、更に、
   前記信号強度を第２閾値と比較し、該信号強度が該第２閾値よりも下である場合に、
   前記ミリ波ＲＦ信号に加えられる前記減衰のレベルを下げる、
   ためのものである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線周波数受信機。
4. 前記減衰器回路は、更に、
   前記ミリ波ＲＦ信号の信号品質が許容できないかを判断し、許容できない場合に、
   前記ミリ波ＲＦ信号に加えられる前記減衰のレベルを上げる、
   ためのものである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線周波数受信機。
5. ミリ波無線周波数（ＲＦ）信号を送信及び受信するための第１減衰回路と第１アンテナとを含む第１送受信機と、
   前記ミリ波ＲＦ信号を送信及び受信するための第２減衰回路と第２アンテナとを含む、前記第１送受信機と通信するための第２送受信機と、
   を含み、
   前記第１及び第２送受信機において、各々は、
   受信したミリ波ＲＦ信号の信号強度を判断し、前記信号強度を第１閾値と比較し、所定の信号強度が該第１閾値よりも上である場合に、前記ミリ波ＲＦ信号に加えられる減衰のレベルを上げる処理を行い、
   前記第１及び第２送受信機の各々は、更に、
   前記ミリ波ＲＦ信号の信号品質を判断し、前記信号品質を閾値品質値と比較し、所定の信号品質が該閾値品質値よりも上であり、かつ前記所定の信号強度が前記第１閾値よりも上である場合に、前記ミリ波ＲＦ信号に加えられる前記減衰のレベルを上げる処理を行い、
   前記第１及び第２送受信機の各々は、更に、
   前記ミリ波ＲＦ信号が反射信号であるかを判断し、反射信号である場合に、
   前記ミリ波ＲＦ信号に加えられる前記減衰のレベルを上げる、
   ためのものである、
   ことを特徴とする通信システム。
6. 前記ミリ波ＲＦ信号は、約５７ＧＨｚと１３０ＧＨｚの間の周波数を有することを特徴とする請求項５に記載の通信システム。
7. 前記第１及び第２送受信機の回路の各々は、更に、
   前記信号強度を第２閾値と比較し、前記所定の信号強度が該第２閾値よりも下である場合に、
   前記ミリ波ＲＦ信号に加えられる前記減衰のレベルを下げる、
   ためのものである、
   ことを特徴とする請求項５に記載の通信システム。
8. 前記第１及び第２送受信機の各々は、更に、
   前記ミリ波ＲＦ信号の信号品質が許容できないかを判断し、許容できない場合に、
   前記ミリ波ＲＦ信号に加えられる前記減衰のレベルを上げる、
   ためのものである、
   ことを特徴とする請求項５に記載の通信システム。

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