JP7393546B2 - 無線通信システムにおけるウェイクアップ通信 - Google Patents

Description

本明細書の実施形態は、無線通信システムにおけるウェイクアップ通信のための無線通信デバイス、基地局、および基地局における方法に関する。特に、本明細書の実施形態は、無線通信デバイス中のウェイクアップトランシーバ、およびウェイクアップトランシーバと基地局との間のウェイクアップ通信に関する。

無線通信システムでは、電力消費量が極めて低いサポートデバイスへ向かう傾向が強い。これらのデバイスは、バッテリーが多年持続すべきであるか、またはバッテリーレス動作を達成するためにエネルギースカベンジング（ｅｎｅｒｇｙ ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ）が使用される、小型のセンサーノードであり得る。無線通信システムが、そのようなデバイスと通信すべきであるとき、受信機をデバイス中で動作させなければならない。短い応答時間を達成するために、受信機を一定の間隔で動作させなければならない。その場合、受信機の電力消費量を制限しなければならない。したがって、特殊な超低電力専用受信機、いわゆるウェイクアップ受信機がしばしば使用される。しかしながら、ウェイクアップ受信機の機能は限定され、ウェイクアップ受信機はウェイクアップ要求の存在を検出することしかできない。そのような要求があるとき、実際の通信を受信することができるように、より高性能でより大電力のメイン受信機が始動させられる。

超低電力消費量、たとえば、１００μＷ未満を達成するために、ウェイクアップ受信機は、しばしば、オンオフキーイング（ＯＯＫ）信号の振幅検出に基づく。それによって、電力を大量消費する位相ロックループ（ＰＬＬ）を使用する正確な局部発振器（ＬＯ）信号の生成が回避され得る。しかしながら、自励式発振器（ｆｒｅｅ－ｒｕｎｎｉｎｇ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）からのＬＯ信号の周波数は正確でないので、振幅検出の前には、控えめなフィルタ処理しか実現され得ない。

振幅検出の前のフィルタ処理の量が制限されるので、ウェイクアップ受信機は干渉を極めて受けやすい。ウェイクアップ信号と同じ周波数範囲内の振幅変調を有する振幅検出器に入るすべての干渉および雑音はウェイクアップ信号をマスキングすることになる。ここで、同じ周波数は、同じ周波数チャネルを使用して干渉が送られることを暗示しないことが理解されるべきである。代わりに、ウェイクアップ信号に隣接する信号をフィルタ処理で除去する能力が制限されるので、隣接する周波数チャネルにおいて、および潜在的にはさらに離れて送信される信号も、事実上、同一チャネル干渉物（ｃｏ－ｃｈａｎｎｅｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｒ）と同じくらい悪影響を及ぼすことになることを理解されたい。代替的に、隣接干渉を効果的にフィルタ処理で除去することが可能であるためには、周波数生成は、高い精度を有しなければならず、かなりの電力を消費する必要がある。さらに、振幅検出器はまた、高度に非線形であり、したがって、弱い入力信号の場合に極めて小さい出力を生成する。振幅検出器が小さい信号について２次特性を有すると仮定すると、入力信号レベルが１０ｄＢ低下するごとに、信号対雑音比が２０ｄＢ低下することになる。このことは、すでに検出器入力において少量の干渉があると、干渉の存在は、入力信号がどのくらい増幅され得るかを制限するので、すぐに極めて不利になる。したがって、干渉に対する高い耐性をもつウェイクアップ受信機を達成するためには、振幅検出の前により多くのフィルタ処理が必要である。しかしながら、そのようなフィルタ処理を採用するためには、正確な周波数ＬＯ信号が必要とされるので、したがって、低い電力消費量でそのような信号を作成するための手段が与えられなければならない。

したがって、本明細書の実施形態の目的は、無線通信システムにおける無線通信デバイスと基地局との間のウェイクアップ通信のための改善された方法および装置を提供することである。

本明細書の実施形態の第１の態様によれば、上記の目的は、無線通信デバイスによって達成される。無線通信デバイスは、第１のデジタル制御発振器（ｄｉｇｉｔａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）および水晶発振器を備える第１の周波数シンセサイザを備える、第１のトランシーバを備える。無線通信デバイスは、ウェイクアップ受信機、第２の送信機、およびウェイクアップ受信機と第２の送信機とに接続された第２のデジタル制御発振器を備える、第２のトランシーバをさらに備える。無線通信デバイスは、無線通信デバイスの動作を制御するように設定された制御ユニットをさらに備える。第２の送信機は、基地局に信号を周期的に送信するように設定される。信号は、無線通信デバイスを識別するコードによって変調され、第２のデジタル制御発振器によって設定された周波数において送信される。

本明細書の実施形態の第２の態様によれば、上記の目的は、複数のアンテナをもつ基地局において実行される方法によって達成される。基地局は、無線通信デバイスからの信号を受信する。信号は、無線通信デバイス中に含まれたウェイクアップトランシーバ中のデジタル制御発振器によって設定された周波数において送られる。基地局は、ウェイクアップ受信機中のデジタル制御発振器の周波数を決定し、受信された信号に基づくウェイクアップ信号として無線通信デバイスに送られるべき信号のビーム重み（ｂｅａｍ ｗｅｉｇｈｔ）を更新する。基地局は、デジタル制御発振器の決定された周波数に基づく周波数においてウェイクアップ信号を無線通信デバイスに送る。

言い換えれば、本明細書の実施形態による無線通信デバイスでは、ウェイクアップ受信機は、超低電力（ＵＬＰ）送信機、すなわち第２の送信機を伴う。ウェイクアップ受信機中の局部発振器、すなわち第２のデジタル制御発振器（ＤＣＯ２）は、電力消費量を最小にするために自励式（ｆｒｅｅ－ｒｕｎｎｉｎｇ）であり、したがって、それの周波数は経時的にドリフトする。ＵＬＰ送信機は、頻繁な時間間隔において信号を送出するために使用される。これらの信号は、無線通信デバイスを識別するコードによって変調される。ウェイクアップ受信機中の自励式局部発振器は、ＵＬＰ送信機から送信される信号の周波数を設定するために使用される。送信の後に、無線通信デバイスは、同じ自励式局部発振器を使用して、送信のために前に使用されたのと同じ周波数においてウェイクアップメッセージをリッスンするために、ウェイクアップ受信機を使用し得る。

基地局側において、基地局はＵＬＰ送信機からの送信を受信し、基地局は、次いで、ウェイクアップ受信機中の自励式局部発振器の周波数を決定することができる。定期的な送信は基地局のためのタイミング基準を与え、それにより、基地局は、ウェイクアップ受信機がいつアクティブになり、したがって、メッセージが受信され得るかをも知ることになる。そのことにより、ウェイクアップ受信機はそれの探索空間を縮小することが可能になり、それにより、電力が節約されるとともに、フォールスアラームの危険が低減される。

ＵＬＰ送信機からの頻繁で定期的な送信により、基地局は、無線通信デバイスの周波数だけでなく、無線通信デバイスのためのビーム重みをも追跡することが可能になる。基地局からの信号は、その場合、強度が高められ、干渉が少ない状態でウェイクアップ受信機によって受信され得る。ウェイクアップ送信は、その場合、また、高い精度で無線通信デバイスをターゲットにし、それにより、意図された無線通信デバイスに対する信号レベルが改善されるとともに、他の無線通信デバイスに対する干渉が低減され得る。

さらに、無線通信デバイスの局部発振器周波数についての情報を定期的に得ることによって、基地局は、ウェイクアップ受信機の周波数を調整させるためにウェイクアップ受信機にメッセージを送り、それにより、無線通信デバイスにおける周波数制御ループを伴うことなしにウェイクアップ受信機を制御された状態に保ち得る。また、基地局は、無線通信デバイスをウェイクアップすることなしにウェイクアップ通信の周波数を変更することが可能である。

基地局中の複数のアンテナにより、ＵＬＰ送信機からの弱い信号を基地局が受信することが可能になる。また、複数のアンテナにより、他のデバイスに対する干渉を小さくしながら、ウェイクアップ時に無線通信デバイスにより強い信号を送信することが可能になる。このことにより、依然としてウェイクアップ電力消費量を小さくしながら、ウェイクアップ通信の範囲が拡大することになる。ウェイクアップ受信機中の局部発振器の周波数を正確に知ることにより、基地局は、十分にターゲットを絞った周波数においてウェイクアップメッセージを送ることが可能になり、それにより、ウェイクアップ受信機中で狭帯域フィルタが使用され得る。ウェイクアップ受信機は、したがって、高い感度と選択性の両方を有すると同時に、低電力消費量に適合する自励式局部発振器を使用し得る。さらに、複数アンテナ基地局の高い性能により、ウェイクアップトランシーバ中の第２の送信機の出力電力を小さくすることが可能になり、それにより、ウェイクアップトランシーバの電力消費量がウェイクアップ受信機の電力消費量と同等になり得る。

したがって、本明細書の実施形態は、無線通信システムにおける無線通信デバイスと基地局との間のウェイクアップ通信のための改善された方法および装置を提供する。

本明細書の実施形態の例について、添付の図面を参照しながら、より詳細に説明する。

本明細書の実施形態による、ウェイクアップトランシーバを備える無線通信デバイスを示す概略ブロック図である。 本明細書の実施形態による、異なる較正代替例を示す概略ブロック図である。 本明細書の実施形態による、基地局において実行される方法を示すフローチャートである。 複数のアンテナをもつ基地局の一実施形態を示す概略ブロック図である。

図１は、本明細書の実施形態による、低電力ウェイクアップトランシーバを備える無線通信デバイス１００のアーキテクチャを示す。

図１から見られ得るように、第１のメイントランシーバＭａｉｎ ＴＲＸ１１０と、第２のトランシーバ、すなわちウェイクアップトランシーバＷｕＴＲＸ１２０の、２つのトランシーバがある。第１のＴＲＸ１１０は、第１の受信機Ｒｘ１と、第１の送信機Ｔｘ１と、第１のデジタル制御発振器ＤＣＯ１を備える第１の周波数シンセサイザＳｙｎｔｈ１１２と、水晶発振器ＸＯとを備える。第１のトランシーバＴＲＸ１１０は、アンテナスイッチ１４０と帯域選択フィルタ１５０とを通してアンテナ１３０に接続される。第１の受信機Ｒｘ１および第１の送信機Ｔｘ１は第１の周波数シンセサイザ１１２に接続され、第１の周波数シンセサイザ１１２は、位相ロックループ（ＰＬＬ）を使用することによって水晶発振器ＸＯから導出される正確な周波数を生成する。

第２のトランシーバＷｕＴＲＸ１２０は、第２の受信機Ｒｘ２、すなわちウェイクアップ受信機と、第２の送信機Ｔｘ２、すなわちウェイクアップ送信機とを備える。

ＷｕＴＲＸ１２０は、マッチングネットワーク１６０と、アンテナスイッチ１４０と、帯域選択フィルタ１５０とを介して、アンテナ１３０に接続される。マッチングネットワーク１６０は、アンテナインピーダンスをはるかに高いレベルにアップ変換（ｕｐ－ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）し、それにより、ウェイクアップ受信機Ｒｘ２における電圧レベルを高め、それにより低い電力消費量で感度を高めることが可能になる。また、インピーダンスの増加により、極めて低い出力電力レベルを供給しながら第２の送信機Ｔｘ２の効率を高めることが可能になる。

ＷｕＴＲＸ１２０は、ウェイクアップ受信機Ｒｘ２と第２の送信機Ｔｘ２とに接続された第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２を備える。ＤＣＯ２は局部発振器（ＬＯ）信号を生成する。ウェイクアップ受信機Ｒｘ２において、局部発振器信号はダウンコンバージョンミキサに接続され、第２の送信機Ｔｘ２において、ＬＯ信号はアップコンバージョンミキサに接続されるか、または第２の送信機Ｔｘ２中に含まれた電力増幅器のためのオンオフキーイング（ＯＯＫ）信号を直接生成するためにゲートオンオフされ得る。

無線通信デバイス１００は、無線通信デバイス１００の動作を制御するように設定された制御ユニット１７０をさらに備える。制御ユニット１７０は、帯域選択フィルタ１５０を除くすべてのブロックに接続され、２つのトランシーバを含む無線通信デバイス１００の全システムの動作を制御する。制御ユニット１７０はまた、周波数シンセサイザと第２のデジタル制御発振器とのための周波数設定を制御する。

無線通信デバイス１００は電力管理部１６０をさらに備え得る。すべてのアクティブなブロックは、それらが電源を投入される（ｐｏｗｅｒｅｄ ｕｐ）か電源を低減される（ｐｏｗｅｒｅｄ ｄｏｗｎ）かを制御する電力管理部１６０に接続される。

見られ得るように、ウェイクアップ受信機Ｒｘ２は、超低電力（ＵＬＰ）送信機である第２の送信機Ｔｘ２を伴う。電力消費量を最小にするために、第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２は自励式であり、したがって、それの周波数は経時的にドリフトする。第２の送信機Ｔｘ２は、頻繁な時間間隔において信号を送出するために使用される。これらの信号は、無線通信デバイス１００を識別するコードによって変調される。自励式ＤＣＯ２は、送信の周波数を設定するために使用される。

基地局は第２の送信機Ｔｘ２からの送信を受信し、基地局は、次いで、自励式ＤＣＯ２の周波数を決定することができる。基地局はまた、ウェイクアップ受信機Ｒｘ２がいつアクティブになり、したがってメッセージが受信され得るかを知ることになる。この特徴は、ＷｕＴＲＸが、常時オンではないが、電力消費量を一層低減するためにデューティサイクル化モードにおいて動作するときに有用である。ウェイクアップ受信機局部発振器ＤＣＯ２の周波数を正確に知ることにより、基地局は、十分にターゲットを絞った周波数においてウェイクアップメッセージを送ることが可能になる。

送信の後に、無線通信デバイス１００は、同じ自励式ＤＣＯ２を使用して、送信のために前に使用されたのと同じ周波数においてウェイクアップメッセージをリッスンするために、ウェイクアップ受信機Ｒｘ２を使用し得る。

したがって、本明細書の実施形態によれば、第２の送信機Ｔｘ２は、基地局に信号を周期的に送信するように設定される。信号は、無線通信デバイス１００を識別するコードによって変調され、第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２によって設定された周波数において送信される。

本明細書のいくつかの実施形態によれば、第２のトランシーバ１２０は、基地局に信号を送信するときに使用されるのと同じ、第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２のための周波数設定を使用して、基地局からの信号を受信するように設定され得る。

本明細書のいくつかの実施形態によれば、第２のトランシーバ１２０は、第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２の周波数を調整するために基地局からの信号を受信するようにさらに設定され得る。第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２は、無線通信デバイスをウェイクアップすることがない、基地局によって命令された周波数調整のためのウェイクアップ受信機Ｒｘ２への接続を有する。コマンドは、一定数のステップまたは一定数のＭＨｚだけ第２のＤＣＯ２の周波数設定を増加または減少させるためのものであり得る。この場合、第２のトランシーバＷｕＴＲＸ１２０は、第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２のための調整された周波数設定を使用して基地局からの信号を受信するようにさらに設定され得る。

ウェイクアップ通信が開始する前に第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２の周波数を較正または設定するための異なる代替例がある。

本明細書のいくつかの実施形態によれば、第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２の周波数は、第１のトランシーバ１１０が電源を低減される前に、第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２の周波数を同調させるために第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２を第１の周波数シンセサイザ１１２に接続することによって設定され得る。図２（ａ）は、単一のＰＬＬ周波数シンセサイザＰＬＬ１が使用される、この実施形態を示す。この実施形態では、第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２は、スリーピング周期の開始時における正確な較正のために第１の周波数シンセサイザ１１２中のＰＬＬ１への接続を有する。アクティブモードにおいて、第１のデジタル制御発振器ＤＣＯ１は、ＰＬＬ１に接続され、ＸＯから導出される正確な周波数を生成する。スリープモードに入れられるべきときには、第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２が、代わりにＰＬＬ１に接続され、その場合、設定後に、第１のデジタル制御発振器ＤＣＯ１が前に生成したのと同じ周波数を生成する。このようにして達成された、第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２のデジタル制御ワード、すなわち第２のＤＣＯ２のための周波数設定は、その場合、スリープモードにおいて使用される。第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２は、第１のデジタル制御発振器ＤＣＯ１と比較してより低電力の発振器であり、ＰＬＬ１ならびに第１のＤＣＯ１は、較正の後に電源を低減されてスリープモードに入る。

本明細書のいくつかの実施形態によれば、第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２の周波数は、第２のＤＣＯ２の周波数を同調させるために第２のＤＣＯ２を第２の周波数シンセサイザＰＬＬ２に接続することによって設定され得る。第２の周波数シンセサイザＰＬＬ２は、第１の周波数シンセサイザ１１２の水晶発振器ＸＯに接続され、第１のトランシーバ１１０が電源を低減されたときに電源を低減される。図２（ｂ）は、別個の第２のＰＬＬ２が第２のＤＣＯ２較正のために使用される、この実施形態を示す。２つのＰＬＬおよび第１のＤＣＯ１は電源を低減されてスリープモードに入り、ＸＯも、その場合、電源を低減され得る。

本明細書のいくつかの実施形態によれば、第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２の周波数は、位相周波数検出器およびそれに続くローパスフィルタおよび比較器において第２のデジタル制御発振器ＤＣＯ２の周波数を第１のデジタル制御発振器ＤＣＯ１と比較することによって設定され得る。位相周波数検出器、ローパスフィルタ、および比較器は、第１のトランシーバ１１０が電源を低減されたときに電源を低減される。図２（ｃ）はこの実施形態を示す。第１の周波数シンセサイザ１１２中のＰＬＬ１はアクティブモード中に動作し、その場合、第２のＤＣＯ２は、第１のＤＣＯ１と同じ周波数を生成するように較正される。２つの発振器ＤＣＯ１およびＤＣＯ２の周波数は、位相周波数検出器ＰＦＤと、ローパスフィルタＬＰＦと、比較器Ｃｏｍｐとのチェーンにおいて直接比較される。比較器は、どちらの周波数がより高いかに関するバイナリ決定を出力する。制御ブロックＣｔｒｌは、次いで、この情報を使用して、周波数差を最小にする第２のＤＣＯ２のための制御ワードを見つける。見つけられた制御ワードは、次いで、スリープモード中の第２のＤＣＯ２のために使用され、他のあらゆるものは、その場合、電源を低減され得る。

無線通信デバイスの異なるタイプと、無線通信デバイスの異なる適用例および異なる動作モードとに応じて、基地局に信号を送信するための周期および持続時間は異なり得る。

ａ）連続動作
第２のトランシーバＷｕＴＲＸ１２０が常時オンである、すなわち連続動作モードにあるとき、ＷｕＴＲＸ１２０は、デフォルトモードとして受信モードにあり、時々、ＷｕＴＲＸ１２０は、基地局が自励式発振器ＤＣＯ２の現在の周波数とビーム重みとを決定することを可能にするための信号を第２の送信機Ｔｘ２が送ることを可能にするために、低電力送信モードに切り替わる。これの後に、ＷｕＴＲＸ１２０は受信モードにスイッチバックされる。

較正のための送信がどのくらいの頻度で行われるかは、自励式発振器のドリフトレートと、ＷｕＴＲＸ１２０についてどのくらいの周波数不確定性が許容でき得るかに依存し得る。そのことはまた、デバイスのモビリティ、すなわち、そのデバイスがどのくらい速く移動するかに依存し得る。較正のための送信の持続時間は、他方では、固定され得るか、または、チャネル減衰量が比較的高いことが知られているときに、より長い送信持続時間が使用されるように、可変にされ得るかのいずれかである。代替的に、較正のために使用される送信の持続時間は、同じく可変にされ、較正信号の送信電力が低減されたときに、より長い持続時間が使用されるように、較正信号のために使用される送信電力に依存し得る。

したがって、本明細書のいくつかの実施形態によれば、基地局に信号を送信する際の周期は、第２のＤＣＯ２のドリフトレートと、ウェイクアップ受信機Ｒｘ２の周波数誤差許容範囲とに基づき得る。代替的に、基地局に信号を送信する際の周期は、経時的なチャネル変更のレート、すなわち、無線通信デバイスと基地局との間の無線チャネルがどのくらい急速に経時的に変化するかに基づき得る。チャネルがより速く変化すれば、基地局に信号を送信する際の周期はより短くされ得る。基地局に送信される信号の持続時間は送信電力とチャネル品質とに基づき得る。

ｂ）デューティサイクル化動作
感度要件が比較的高い、いくつかの適用例では、電力消費量を望ましいレベルまで下げることが可能でないことがある。これが当てはまるとき、ウェイクアップ受信機をデューティサイクル化すること、すなわち、ウェイクアップ受信機がオンにされたときにそれがより多い電力を消費する場合でも、平均電力消費量が望ましいレベルになるように、ウェイクアップ受信機が時間の一部分の間のみオンになることが一般的である。たとえば、デューティサイクルが１０％である場合、平均電力消費量はほぼ１／１０に低減される。

したがって、本明細書のいくつかの実施形態によれば、ウェイクアップトランシーバＷｕＴＲＸ１２０は、デューティサイクルをもつオンオフ動作モードにおいて設定され得、第２の送信機Ｔｘ２は、各ＯＮ周期の開始時に基地局に信号を送信するように設定され得る。ＯＮ周期はＯＮ持続時間またはＯＮスロットと呼ばれることもある。

本実施形態によれば、デューティサイクリングパターンの選択は、少なくとも部分的に、周波数およびビーム重み較正の必要性に基づく。特に、ＷｕＴＲＸ１２０がオンにされたときに、ＷｕＴＲＸ１２０が、最初に較正信号を送信し、次いで受信モードに切り替わるように、ＷｕＴＲＸ１２０は、デューティサイクル化されたときのＯＮ周期の開始時に低電力送信モードに入り得る。このことは、そのＯＮ周期について、ＯＮ持続時間が一般にかなり小さくなるので、ＯＮ周期中の周波数ドリフトがかなり小さいことが仮定され得るので、基地局が自励式ＤＣＯ２の周波数の極めて良好な推定値を有することを保証することになる。

ＯＮ周期が短く、比較的頻繁に、たとえば、５０ｍｓごとに５ｍｓの頻度で到来する場合、ＯＮ周期間の時間、すなわち、この例では５０ｍｓの間の周波数ドリフトは非常に小さいので、ＯＮスロットごとに較正のための低電力信号を送る必要がないことがあり得る。この場合、低電力較正信号は、ＯＮスロットの一部分の開始おいて、たとえば、５つのうちの１つ、または１０個のうちの１つのみ送られる。

したがって、本明細書のいくつかの実施形態によれば、ウェイクアップトランシーバＷｕＴＲＸ１２０は、デューティサイクルをもつオンオフ動作モードにおいて設定され得、第２の送信機Ｔｘ２は、Ｎ番目ごとのＯＮ周期の開始時に基地局に信号を送信するように設定され、ただし、Ｎは１よりも大きい整数である。

ｃ）ウェイクアップ信号の帯域幅
干渉が限定された環境において良好な性能を保証するためのウェイクアップ受信機における重要な部分は、隣接チャネル干渉（ＡＣＩ）をフィルタ処理で除去する能力である。このことを行うための標準的な方法は、ウェイクアップ信号の帯域幅と同様の帯域幅をもつチャネル選択性フィルタを使用することである。その場合、不整合は、ウェイクアップ信号がチャネル選択性フィルタの通過帯域中にないことを意味するので、ウェイクアップ信号とウェイクアップ受信機との間の正確な周波数整合を保証することが必要である。

しかしながら、場合によっては、単に受信機フィルタの帯域幅よりも広い信号を送信することによって、代替方法でこの問題に対処することが可能である。このことは、送信された信号エネルギーの一部、すなわち、受信機フィルタの通過帯域中に入る一部のみが、受信機にとって有用であることを意味する。そのことはまた、受信機フィルタの厳密な中心周波数は重要でないが、代わりに、送信された信号の少なくとも一部が受信機フィルタの通過帯域中に入っていれば十分であることを意味する。

例として、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂａにおいて、ウェイクアップ信号の帯域幅は約４ＭＨｚであり、したがって、受信機フィルタの好適な帯域幅は４ＭＨｚになるであろう。しかしながら、４ＭＨｚのウェイクアップ信号の送信は２０ＭＨｚのチャネルの中央において行われ、ウェイクアップ信号のいずれの側にも信号はない。すなわち、ウェイクアップ信号の各側に使用されていない８ＭＨｚがあることになる。

この場合、原則として、４ＭＨｚのウェイクアップ信号の代わりに２０ＭＨｚのウェイクアップ信号が送信され得る。ウェイクアップ受信機における周波数誤差が８ＭＨｚを超えない限り、ウェイクアップ受信機は４ＭＨｚの有用な信号を受信することになる。

本実施形態によれば、利用可能なチャネル帯域幅が信号帯域幅よりもはるかに広いことは、より広い帯域幅をもつウェイクアップ信号を故意に送ることによって活用され得る。このことにより、ウェイクアップ受信機における周波数精度に関する要件の緩和が可能になる。特に、低電力較正信号が送信されるかどうか、および低電力較正信号がどのくらいの頻度で送信されるかは、少なくとも、送られるべきウェイクアップ信号が、受信機フィルタと比較してどのくらい広くされ得るかに基づいて決定されることになる。

したがって、本明細書のいくつかの実施形態によれば、基地局に信号を送信する際の周期は、基地局によって送られるべきウェイクアップ信号の帯域幅と、ウェイクアップ受信機Ｒｘ２中のチャネル選択性フィルタの帯域幅とに基づき得る。

ＷｕＴＲＸ１２０がどのくらいの頻度で送信モードに切り替わるか、すなわち、基地局に信号を送信する際の周期と、送信がどのくらい長く続くか、すなわち送信の持続時間とが、メイントランシーバＴＲＸ１１０を使用してネゴシエートまたは通信され得る。デューティサイクリングが使用されるとき、ウェイクアップ受信機がいつオンになるかについての厳密なパターンは一般に基地局によって知られており、したがって、ウェイクアップ信号は、ウェイクアップ受信機Ｒｘ２がオンになるときにのみ送られる。また、好適なデューティサイクリングパターンのネゴシエーションおよび決定は、ウェイクアップトランシーバＷｕＴＲＸ１２０を使用して行われ得る。

したがって、本明細書のいくつかの実施形態によれば、第１のトランシーバＴＲＸ１１０は、第２のトランシーバＷｕＴＲＸ１２０によって送られるべき信号の送信スケジュールおよび送信コードを示すために、電源を低減される前に基地局に信号を送るように設定され得る。

無線通信デバイスに信号を送るための複数のアンテナをもつ基地局において実行される方法について、図３を参照しながら説明する。本方法は、任意の好適な順序で実行され得る、以下のアクションを含む。

アクション３１０
基地局は無線通信デバイスからの信号を受信する。信号は、無線通信デバイス中に含まれたウェイクアップトランシーバ中のＤＣＯによって設定された周波数において送られる。

無線通信デバイスから送られる信号はＵＬＰ信号である。ＵＬＰ信号を受信するために、基地局は複数のアンテナを使用し得る。複数のアンテナにおける受信された信号は、ベースバンドに変換され、次いで、高い感度のために、および他の方向から来る雑音および干渉の抑制のために、同相で組み合わせられる。したがって、本明細書のいくつかの実施形態によれば、基地局は、複数のアンテナから受信された信号を同相で組み合わせ得る。

基地局が、送信された信号を見つけることが可能であり、同期させられるべきである場合、無線通信デバイスがスリープモードに入るときに、無線通信デバイスは、ＵＬＰ送信スケジュールおよび送信コードに関して基地局と一致するために、無線通信デバイスのメイントランシーバを使用し得る。たとえば、上記で説明したように、無線通信デバイスは、無線通信デバイス中の第２のトランシーバＷｕＴＲＸ１２０によって送られるべき信号の送信スケジュールおよび送信コードを示すために、電源を低減される前に基地局に信号を送り得る。

アクション３２０
基地局はウェイクアップ受信機中のＤＣＯの周波数を決定する。ウェイクアップ受信機中の自励式ＤＣＯは、最初に、無線通信デバイス中のメイントランシーバによって使用される周波数に対して較正され得る。したがって、ＵＬＰ信号は、メイントランシーバと同じ周波数を使用して送信される。このことにより、基地局は、この初期点から経時的に無線通信デバイスの周波数を追跡することが可能になる。

アクション３３０
無線通信デバイスからの頻繁で定期的な送信により、基地局は、無線通信デバイスの周波数だけでなく、無線通信デバイスについてのビーム重みをも追跡することが可能になる。

基地局は、無線通信デバイスからの受信された信号に基づいて、ウェイクアップ信号として無線通信デバイスに送られるべき信号のビーム重みを更新する。そのことは、各アンテナ要素における受信された信号の位相および振幅に基づく。ビーム重みは、各アンテナ要素からのベースバンド信号と、組み合わせられた受信されたベースバンド信号との間の相関によって決定され得る。したがって、受信された信号から、基地局はまた、無線通信デバイスの動きを追跡し得る。ビーム重みは、信号電力および方向が無線通信デバイスの動きに基づくように更新され得る。基地局からの信号は、その場合、強度が高められ、干渉が少ない状態でウェイクアップ受信機によって受信され得る。ウェイクアップ送信は、その場合、また、高い精度で無線通信デバイスをターゲットにし、それにより、意図された無線通信デバイスに対する信号レベルが改善されるとともに、他の無線通信デバイスに対する干渉が低減され得る。

アクション３４０
基地局は、ＤＣＯの決定された周波数に基づく周波数において無線通信デバイスにウェイクアップ信号を送る。

基地局は、ＤＣＯの周波数と同じ周波数においてウェイクアップ信号を送り得る。

基地局は、ＤＣＯの周波数からオフセットされた周波数においてウェイクアップ信号を送り得る。

本明細書のいくつかの実施形態によれば、基地局は、ウェイクアップ信号が受信時間から所定の時間の後に送られるように、受信された信号の受信時間に基づいて無線通信デバイスにウェイクアップ信号を送り得る。

定期的な送信は基地局ウェイクアップメッセージ送信のためのタイミング基準を与える。そのことにより、ウェイクアップ受信機はそれの探索空間を縮小することが可能になり、それにより、電力が節約されるとともに、フォールスアラームの危険が低減される。

本明細書のいくつかの実施形態によれば、基地局は、ウェイクアップトランシーバ中のＤＣＯの周波数調整を容易にするために無線通信デバイスに信号をさらに送り得る。無線通信デバイス局部発振器周波数についての情報を定期的に得ることによって、基地局は、周波数を調整させるためにウェイクアップ受信機にメッセージを送り、それにより、無線通信デバイスにおける周波数制御ループを伴うことなしにウェイクアップ受信機を制御された状態に保つことができる。また、基地局は、無線通信デバイスをウェイクアップすることなしにウェイクアップ通信の周波数を変更することが可能である。

図４は、複数のアンテナをもつ基地局４００のブロック図を示す。基地局４００は、図３を参照しながら説明した方法アクション３１０～３４０を実行するために、たとえば、受信機４１０、送信機４２０、処理ユニット４３０、メモリ４４０などを備える。

要約すると、本明細書の実施形態は、ウェイクアップ受信機と超低電力（ＵＬＰ）送信機の両方を特徴とする低電力無線通信デバイスを提供する。ＵＬＰ送信機は、基地局がＵＬＰ送信機の自励式局部発振器の周波数を追跡することを可能にするメッセージを送出し、自励式局部発振器の周波数はまた、ウェイクアップ受信機のために使用される。ウェイクアップ受信機局部発振器の周波数を正確に知ることにより、基地局は、十分にターゲットを絞った周波数においてウェイクアップメッセージを送ることが可能になる。このことにより、極めて低い電力消費量をもつ自励式発振器を使用しながらなお、より狭い帯域幅の、したがって、敏感で選択的なウェイクアップ受信機が可能になる。また、超低電力送信機からのメッセージにより、基地局は、両方の方向におけるウェイクアップ通信のための信号対雑音および干渉比を高めるために、複数アンテナ構成のビーム重みを更新することが可能になる。超低電力送信機からのメッセージはまた、ウェイクアップ受信機の電力とフォールスアラームレートとを低減するために使用され得るタイミング情報を与える。基地局はまた、無線通信デバイスをウェイクアップすることなしに、無線通信デバイスの局部発振器周波数を更新するように無線通信デバイスに命令する信号を送ることによって、ウェイクアップ受信機の周波数を制御し得る。

複数のアンテナにより、無線通信デバイスからの弱い信号を基地局が受信することが可能になり、また、それらのアンテナにより、他のデバイスに対する干渉を小さくしながら、ウェイクアップ時に無線通信デバイスにより強い信号を送信することが可能になる。このことにより、ウェイクアップ電力消費量を小さくしながらなお、本システムの範囲が拡大することになる。複数アンテナ基地局の高い性能により、通信デバイスのウェイクアップトランシーバ中の送信機の出力電力を小さくすることが可能になり、それにより、ウェイクアップトランシーバの電力消費量がウェイクアップ受信機の電力消費量と同等になり得る。

総エネルギー消費量が提案されたアーキテクチャによってどのくらい影響を受けるかを評価するためには、ＰＬＬが数百μＷを消費すると仮定するのが妥当である。提案されたソリューションを用いると、ＰＬＬの必要は回避され、代わりに、電力が小さい第２の送信機が必要とされる。第２の送信機は、－２０ｄＢｍ（１０μＷ）の送信電力で十分であり得る場合に、１００μＷ未満を消費するように設計され得る。送信電力が、たとえば、－１５ｄＢｍ（３０μＷ）まで高くなり得る場合でも、第２の送信機の総電力消費量は、なお、ＰＬＬのための総電力消費量よりもかなり小さくなり得る。

「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語が使用されるとき、それは、非限定的な、すなわち、「少なくとも～からなる（ｃｏｎｓｉｓｔ ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｆ）」を意味するものとして解釈されるべきである。

本明細書の実施形態は、上記で説明した好ましい実施形態に限定されない。様々な代替、変更および均等物が使用され得る。したがって、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲を限定するものとして取られるべきでない。

Claims (20)

1. 無線通信デバイス（１００）であって、
   第１のデジタル制御発振器（ＤＣＯ１）および水晶発振器（ＸＯ）を備える第１の周波数シンセサイザ（１１２）を備える、第１のトランシーバ（１１０）と、
   ウェイクアップ受信機（Ｒｘ２）、第２の送信機（Ｔｘ２）、および前記ウェイクアップ受信機（Ｒｘ２）と前記第２の送信機（Ｔｘ２）とに接続された第２のデジタル制御発振器（ＤＣＯ２）を備える、第２のトランシーバ（１２０）と、
   前記無線通信デバイスの動作を制御するように設定された制御ユニット（１７０）と
   を備え、
   前記第２の送信機（Ｔｘ２）が、基地局に信号を周期的に送信するように設定され、
   前記信号が、前記無線通信デバイス（１００）を識別するコードによって変調され、前記第２のデジタル制御発振器（ＤＣＯ２）によって設定された周波数において送信され、
   前記ウェイクアップ受信機（Ｒｘ２）が、前記基地局に送信された前記信号の周波数と同じ、前記第２のデジタル制御発振器（ＤＣＯ２）によって設定された周波数を使用して、前記基地局からの信号を受信するように設定されている、無線通信デバイス（１００）。
2. 前記第２のデジタル制御発振器（ＤＣＯ２）の前記周波数が、前記第１のトランシーバ（１１０）が電源を低減される前に、前記第２のデジタル制御発振器の周波数を同調させるために前記第２のデジタル制御発振器を前記第１の周波数シンセサイザ（１１２）に接続することによって設定される、請求項１に記載の無線通信デバイス（１００）。
3. 前記第２のデジタル制御発振器（ＤＣＯ２）の前記周波数が、前記第２のデジタル制御発振器（ＤＣＯ２）の周波数を同調させるために前記第２のデジタル制御発振器（ＤＣＯ２）を第２の周波数シンセサイザ（ＰＬＬ２）に接続することによって設定され、前記第２の周波数シンセサイザ（ＰＬＬ２）は、前記第１の周波数シンセサイザ（１１２）の前記水晶発振器（ＸＯ）に接続され、前記第１のトランシーバ（１１０）が電源を低減されたときに電源を低減される、請求項１に記載の無線通信デバイス（１００）。
4. 前記第２のデジタル制御発振器（ＤＣＯ２）の前記周波数が、位相周波数検出器（ＰＦＤ）およびそれに続くローパスフィルタ（ＬＰＦ）および比較器（Ｃｏｍｐ）において前記第２のデジタル制御発振器（ＤＣＯ２）の前記周波数を前記第１のデジタル制御発振器（ＤＣＯ１）と比較することによって設定され、前記位相周波数検出器（ＰＦＤ）、前記ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、および前記比較器（Ｃｏｍｐ）は、前記第１のトランシーバ（１１０）が電源を低減されたときに電源を低減される、請求項１に記載の無線通信デバイス（１００）。
5. 基地局に信号を送信する際の周期が、前記第２のデジタル制御発振器（ＤＣＯ２）のドリフトレートと、前記ウェイクアップ受信機（Ｒｘ２）の周波数誤差許容範囲とに基づく、請求項１から４のいずれか一項に記載の無線通信デバイス（１００）。
6. 基地局に信号を送信する際の周期が、前記無線通信デバイスと前記基地局との間の経時的な無線チャネル変更のレートに基づく、請求項１から４のいずれか一項に記載の無線通信デバイス（１００）。
7. 基地局への前記信号の送信持続時間が、前記信号の送信電力とチャネル品質とに基づく、請求項１から６のいずれか一項に記載の無線通信デバイス（１００）。
8. 前記第２のトランシーバ（１２０）が、デューティサイクルをもつオンオフ動作モードにおいて設定され、前記第２の送信機（Ｔｘ２）が、各ＯＮ周期の開始時に基地局に信号を送信するように設定された、請求項１から７のいずれか一項に記載の無線通信デバイス（１００）。
9. 前記第２のトランシーバ（１２０）が、デューティサイクルをもつオンオフ動作モードにおいて設定され、前記第２の送信機（Ｔｘ２）が、Ｎ番目ごとのＯＮ周期の開始時に基地局に信号を送信するように設定され、ただし、Ｎは１よりも大きい整数である、請求項１から７のいずれか一項に記載の無線通信デバイス（１００）。
10. 基地局に信号送信する際の周期が、前記基地局によって送られるべきウェイクアップ信号の帯域幅と、前記ウェイクアップ受信機（Ｒｘ２）中のチャネル選択性フィルタの帯域幅とにさらに基づく、請求項１から７のいずれか一項に記載の無線通信デバイス（１００）。
11. 前記第２のトランシーバ（１２０）が、前記第２のデジタル制御発振器（ＤＣＯ２）の前記周波数を調整するために前記基地局からの信号を受信するようにさらに設定された、請求項１から１０のいずれか一項に記載の無線通信デバイス（１００）。
12. 前記第２のトランシーバ（１２０）が、前記第２のデジタル制御発振器（ＤＣＯ２）のための調整された周波数設定を使用して前記基地局からの信号を受信するようにさらに設定された、請求項１１に記載の無線通信デバイス（１００）。
13. 前記第１のトランシーバ（１１０）が、前記第２のトランシーバ（１２０）によって送られるべき前記信号の送信スケジュールおよび送信コードを示すために、電源を低減される前に前記基地局に信号を送るように設定された、請求項１から１２のいずれか一項に記載の無線通信デバイス（１００）。
14. 複数のアンテナをもつ基地局において実行される方法であって、前記方法は、
    無線通信デバイスからの信号を受信すること（３１０）であって、前記信号が、前記無線通信デバイス中に含まれたウェイクアップトランシーバ中のデジタル制御発振器（ＤＣＯ）によって設定された周波数において送られる、無線通信デバイスからの信号を受信すること（３１０）と、
    受信された前記信号の周波数に基づいて、前記ウェイクアップトランシーバ中の前記ＤＣＯの前記周波数を決定すること（３２０）と、
    受信された前記信号に基づいて、ウェイクアップ信号として前記無線通信デバイスに送られるべき信号のビーム重みを更新すること（３３０）と、
    前記ＤＣＯの決定された前記周波数において前記無線通信デバイスに前記ウェイクアップ信号を送ること（３４０）と
    を含む、方法。
15. 無線通信デバイスからの信号を受信することが、前記複数のアンテナから受信された信号を同相で組み合わせることを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記ＤＣＯの決定された前記周波数に基づいて前記無線通信デバイスに前記ウェイクアップ信号を送ることが、前記ＤＣＯの前記周波数と同じ周波数において前記ウェイクアップ信号を送ることを含む、請求項１４または１５に記載の方法。
17. 前記ＤＣＯの決定された前記周波数に基づいて前記無線通信デバイスに前記ウェイクアップ信号を送ることが、前記ＤＣＯの前記周波数からオフセットされた周波数において前記ウェイクアップ信号を送ることを含む、請求項１４または１５に記載の方法。
18. 前記無線通信デバイスに前記ウェイクアップ信号を送ることは、前記ウェイクアップ信号が受信された前記信号の受信時間から所定の時間の後に送られるように、前記受信時間にさらに基づく、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記ウェイクアップトランシーバ中の前記ＤＣＯの周波数調整を容易にするために、前記無線通信デバイスに信号を送ることをさらに含む、請求項１４から１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 請求項１４から１９のいずれか一項に記載の方法を実行するように設定された、複数のアンテナをもつ基地局（４００）。

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