JP7441456B2 - 構成可能なスマート無線モジュール - Google Patents

Description

本出願は、２０１８年９月１１日に出願され、参照により本明細書に組み込まれている米国仮出願第６２／７２９，４７２号の利益を主張するものである。

本発明は、ワイヤレス通信システム、特に、特定の要件（たとえば、長距離、移動性、高データスループットなど）をもつ産業用アプリケーションのために構成されたワイヤレス通信システムの提供に関し、より詳細には、ワイヤレス・リンクを介して制御ステーションと通信している１つ又は複数のモバイル・ユニットによる使用のために、指定された周波数帯域内で動作するように構成された無線モジュールに関する。

ワイヤレス通信は、様々なセンサーをインターネットに接続するために重要な役割を果たす。様々な国における規制機関が、データ・トラフィックの絶えず増加する需要を満たすために追加の周波数帯域を解放している。現代のワイヤレス通信システムの開発者は、多数の周波数帯域における動作を可能にすることに向けて努力している。広い周波数範囲及び構成可能性における動作には、「周波数アジャイル（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｇｉｌｅ）」（スマート）無線機が利用可能である必要がある。

研究及び開発の現在の分野は産業用モノのインターネット（ＩＩｏＴ：Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）のための様々なワイヤレス接続性オプションに関連する。様々な定義の対象であるが、「モノのインターネット」（ＩｏＴ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）は、一般に、１つの「スマート」デバイスが人間の干渉なしに（すなわちマシンツーマシン（Ｍ２Ｍ：ｍａｃｈｉｎｅ－ｔｏ－ｍａｃｈｉｎｅ）で）別の「スマート」デバイスと通信することが可能である、という命題に関連する。スマート・オブジェクトは、環境がどれほど複雑になり得るかにかかわらず、それらの応答をそれらの現在の環境に合わせることがますます可能になりつつある。「産業用」ＩｏＴ（ＩＩｏＴ）は、センサーとコンピュータとスマートデバイスとが一緒に動作する必要がある製造／産業環境においてＭ２Ｍに焦点が当てられたＩｏＴの専用であるが、実りの多い部分であると考えられる。ＬＴＥ及び５Ｇパブリック・ネットワークは、それらの容易なアクセスのために、ＩＩｏＴアプリケーションの候補としてますます考えられている。しかしながら、これらのパブリック・セルラー・ネットワークは必要な価格性能比を与えない。すなわち、パブリック・ネットワークは、設計上、多数のユーザの間で共有されるので、それらは、比較的低い速度、低いＱｏＳ、及び高いレイテンシを呈し、たいていの場合、高い月次発生料金でのみ利用可能である。

したがって、ＩＩｏＴに関連する様々なアプリケーション／環境の多様なニーズに対処するワイヤレス通信アーキテクチャのニーズが残っている。

従来技術において残っているニーズは、ワイヤレス通信システム、特に、特定の要件（たとえば、長距離、移動性、高データスループットなど）をもつ産業用アプリケーションのために構成されたワイヤレス通信システムの提供に関し、より詳細には、ワイヤレス・リンクを介して制御ステーションと通信している１つ又は複数のモバイル・ユニットによる使用のために、指定された周波数帯域内で動作するように構成された無線モジュールに関する、本発明によって対処される。

本発明によれば、無線モジュールは、専用周波数帯域、たとえば、最近、パブリック・ドメインにおいて使用することが可能になった帯域内で動作するように構成される。これらの周波数帯域の様々な周波数帯域は、それらをいくつかの産業用アプリケーションにおける使用のために好適にする特定の特性を有する。（たとえば、ＷｉＦｉ、ＬＴＥ電気通信などのために使用される）従来のワイヤレス・データ信号を、指定された帯域に周波数シフトするために、無線モジュールの送信機構成要素によってスーパーヘテロダイン技法が使用され、無線モジュールの受信機構成要素は、同様に、指定された帯域上で送信された信号を受信し、この受信された信号をシフトして従来のＲＦ帯域に戻すように構成され、標準構成要素は、受信された情報をさらに処理することが可能である。

いくつかの実施例では、本発明の無線モジュールは、指定された周波数帯域内の少なくとも２つの異なるチャネルを使用する、マルチチャネル・モジュールとしてさらに構成され得る。たとえば、第２の周波数チャネルは、（特に、特定のチャネルにおいて突然雑音が多くなる産業用アプリケーションにおいて）冗長目的のためのバックアップ・チャネルとして定義され得る。さらに、本発明によれば、これらのチャネルの中心周波数、並びにそれらのチャネル・サイズは、ソフトウェア定義され得る。実際、本発明の無線モジュールの利点は、指定された周波数帯域内でより多くのチャネルが利用されることを可能にするように、比較的小さいサイズのチャネルが（たとえば約３ＭＨｚのオーダーで）使用され得ることである。

本発明の例示的な実施例は、組込みサブシステムと、ＲＦフロントエンド・システムと、コントローラとを備える、ワイヤレス通信無線モジュールの形態をとる。組込みサブシステム自体は、複数のセンサーと、プロセッサと、ＲＦトランシーバとを含む。ＲＦトランシーバは、複数のセンサーからの信号に応答して、ＲＦフロントエンド・システムへの入力として印加されるＲＦ通信信号を作成する。ＲＦフロントエンド・システムは、指定された周波数帯域におけるワイヤレス通信信号としての送信のために、ワイヤレス通信無線モジュールに関連付けられた指定された周波数帯域へのＲＦ通信信号に対する周波数シフトを行う。ＲＦフロントエンド・システムは、さらに、指定された周波数帯域において動作する入来ワイヤレス通信信号に応答して、ＲＦトランシーバによる使用のために、受信された信号を周波数シフトしてＲＦ通信信号に戻すためのものである。

本発明の無線モジュールの利点は、異なる指定された周波数帯域において動作するように構成されたモジュールが、すべて、同じ入出力構成を使用して、同じ小さいフォーム・ファクタ（form factor）を呈するように形成され得ることである。したがって、システム・ユーザは、ケーブリング、電力接続、ハウジング・サイズなどに対するいかなる変更を行う必要なしに、モジュール自体のみをスイッチ・アウトすることによって、１つの指定された周波数帯域から別の周波数帯域に動作を変更することが可能である。

本発明の他の態様及び実施例並びにさらなる態様及び実施例は、以下の説明の過程中に、添付の図面を参照することによって明らかになろう。

次に図面を参照する。いくつかの図において同様の数字は同様の部分を表す。

本発明に従って形成されたスマート無線モジュールのブロック図である。 スマート無線モジュール内に含まれ、指定された周波数帯域内における動作のために構成された例示的なＲＦフロントエンド・システムの詳細な一実施例を示す図である。 異なる中心周波数において動作する、周波数帯域内のチャネルのペアを利用するように設計された、本事例における例示的なＲＦフロントエンド・システムの代替実施例を示す図である。 スマート無線モジュールが複数のＲＦフロントエンド・システムを含み、各ＲＦフロントエンド・システムが異なる指定された周波数帯域中で動作するように設計された、本事例における本発明のまた別の実施例を示す図である。

図１は、本発明に従って形成された例示的な構成可能なスマート無線モジュール１０のブロック図である。図示のように、スマート無線モジュール１０は、ＲＦフロントエンド・システム１４とコントローラ１６との両方と対話する組込みサブシステム１２を含む。アンテナ・システム１８は、（指定された周波数帯域中で動作する）送信信号を起動し、（同じくこの同じ指定された周波数帯域中で動作する）受信信号をキャプチャするために使用される。好ましい実施例では、ＭＩＭＯアンテナ・システムが使用される。「多入力／多出力」を指す「ＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｉｎｐｕｔ／ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｏｕｔｐｕｔ）」は、複数の送信アンテナを介して複数のワイヤレス信号を送るために単一の送信機を利用する。関連する受信機も複数のアンテナ要素を利用し、それらの組合せにより、マルチパス伝搬を活用することによって、同じ無線チャネルを介して２つ以上のデータ信号を同時に送受信することが可能になる。

ＲＦフロントエンド・システム１４は、以下で詳細に説明するように、従来のＲＦ周波数（すなわち、ＷｉＦｉ、ＬＴＥなどに関連付けられたよく知られている周波数）において動作する信号と、定義されたプライベート産業用アプリケーションにおける使用のために選択された、特殊な指定された周波数帯域において動作する信号との間の必要な変換を行う。これらの産業用アプリケーションは、たとえば、以下のうちの１つ又は複数を含み得る：（無人航空機（ＵＡＶ：ｕｎｍａｎｎｅｄ ａｅｒｉａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ）／ドローンを採用する）無人空中システム、無人地上車両（ＵＧＶ：ｕｎｍａｎｎｅｄ ｇｒｏｕｎｄ ｖｅｈｉｃｌｅ）、公共安全システム、倉庫／海港業務、ユーティリティ／スマート・グリッド・システム、自律採鉱、農林業用車両など。これらの様々な産業用アプリケーションのうちの１つ又は複数において、スマート無線対応デバイスは、地上管制局（又は複数の地上局からのワイヤレス・コマンドを介して制御され得る。実際、産業用アプリケーションの多様性は絶えず拡大しており、本発明の教示に従ってスマート無線モジュールを構成し、制御する能力は、各アプリケーションの異なるニーズ（たとえば、長距離対高スループット、速度対厳しい環境など）を満たすために必要とされるフレキシビリティを与えることが分かっている。

上述のように、本発明に従って形成されたスマート無線モジュールは、特に、ごく最近に一般公衆による使用が可能になった１つ又は複数の周波数帯域を使用することの利点を生かすように構成される。たとえば、ＦＣＣは（ＮＴＩＡと協力して）、商業用ワイヤレス使用のためにいくつかの周波数帯域をすでに再割り振りした。これらの帯域は、たとえば、とりわけ、１，６９０ＭＨｚ帯域及び１，８１５ＭＨｚ帯域を含む。欧州委員会（ＥＣ：Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）は、「より大きいフレキシビリティによってワイヤレス電子通信サービスのためのスペクトルへの高速アクセス」をサポートする。この声明によれば、ＥＣは、エンド・ユーザに革新的なブロードバンド通信サービスを提供することができる、高密度の高速ブロードバンド・ワイヤレス・ネットワークを設置する重要な機会を提供する、ＥＵにおける固定アプリケーション、ノマディック・アプリケーション及びモバイル・アプリケーションのための汎欧州３，４００～３，６００ＭＨｚ周波数帯域のハーモナイゼーションに関する決定を採択した。様々な他の周波数帯域は、常に「ライセンスフリー」であり、使用可能であるが、これまでは、様々なシステム構成要素をこれらの帯域中で適切に機能するようにリエンジニアリングする必要があった。たとえば、様々な産業、科学、医療用（ＩＳＭ：Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ，Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｍｅｄｉｃａｌ）帯域（たとえば、９００ＭＨｚ帯域、３，５００ＭＨｚ帯域など）は、工業環境におけるワイヤレス送信をサポートするために利用可能であるが、まったく異なる動作周波数帯域を有する。本発明の「プラグアンドプレイ」スマート無線モジュールによって提供されるフレキシビリティは、これらのマルチバンド問題に対処する。

次に図１の詳細を参照すると、スマート無線モジュール１０は、本発明の教示に従って、（産業用アプリケーションのために使用されるなど）プライベート無線ネットワークが産業環境内の様々な要素（たとえば、複数のＵＧＶ）がスマート無線モジュールを装備することを可能にするように機能し、それにより、これらの要素が基地局と通信することが可能になる。ＲＦフロントエンド・システム１４は、以下で詳細に説明するように、典型的に、モジュール１０内の「プラグイン」構成要素であり、標準ＲＦ周波数と、関連付けられたアプリケーションによって使用されている「指定された帯域」内の周波数との間の送信を変換するように構成される。スマート無線モジュール１０中の残りの構成要素（すなわち、組込みサブシステム１２、コントローラ１６、及びアンテナ１８）は、ＲＦフロントエンド・システム１４が機能する周波数帯域にかかわらず、形態及び機能が同じである、本質的に「固定の」構成要素である。したがって、本発明のスマート無線モジュールのユーザは、単に、ＲＦフロントエンド・システム１４を取り替え、残りの構成要素を「そのままの状態」にしておくことによって、特定のアプリケーションにおいて使用される周波数帯域を容易に変更し得る。代替的に、無線モジュール１０自体が特に「ＳＷａＰ」構成要素（すなわち、最小の「空間」、「重量」及び「電力」の）として構成されるので、異なる指定された周波数帯域を使用する必要が生じたときに、１つの無線モジュールを別の無線モジュールに交換することも比較的容易で簡単である。

また、図１の例示的な実施例には、ＲＦフロントエンド・システム１４の入力部に位置するＲＦ電源選択スイッチ２０が示されている。ＲＦ電源選択スイッチ２０は、ＲＦフロントエンド・システム１４への入力が、組込みサブシステム１２内で生成されたＲＦ信号、又は別個のソースに関連付けられた外部信号（たとえば、ＬＴＥモデム、ＷｉＦｉルータからの信号など）のいずれかになることを可能にする。コントローラ１６は、ＲＦ選択スイッチ２０のための適切な設定、すなわち、内部送受信ＲＦ信号又は外部送受信ＲＦ信号のいずれかを用いた動作を与えるために使用されるものとして示されている。

本発明の重要な属性は、無線モジュール１０が、モジュールがその中で使用され得るアプリケーションのフレキシビリティに加えて、この別個の通信リンクを与えることが可能であることである。たとえば、「指定された周波数帯域」が共有スペクトル・リソースであるアプリケーションでは、組込みサブシステム１２は、割り当てられた中心周波数値、並びに他の動作パラメータを受信するために、公認スペクトル・アクセス・システム（ＳＡＳ：Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ）プロバイダと通信するためにこのリンクを利用することが可能である。

スマート無線モジュール１０が工業環境における「モバイル」デバイス内の通信ユニットとして展開されるとき、モバイル・デバイスは、典型的に、そのモバイル・デバイスの移動及びアクションを指図している制御ステーション（図示せず）に返信されるべき情報を収集するために使用される。したがって、組込みサブシステム１２は、制御ステーションへの返信のための情報をキャプチャすることが可能である１つ又は複数のセンサーを備え得る、センサー構成要素２２を含むものとして示されている。温度、圧力、湿度、微量ガスの存在／不在、含まれているカメラからのデジタル画像などの情報は、含まれ得るセンサーの可能なタイプのほんのいくつかにすぎない。

プロセッサ２４は、同じく組込みサブシステム１２中に含まれ、センサー２２に対する様々な命令を処理し、センサー２２に対するコマンド制御を行うために使用される。プロセッサ２４のためのコマンドは、外部入力のセット２６によって与えられるものとして示されている。プロセッサ２４はまた、センサー２２によって収集されたデータに応答して、この情報を、同じく組込みサブシステム１２内に含まれるＲＦトランシーバ２８に入力信号として転送する。ＲＦトランシーバ２８は、（センサー２２によって収集されたデータを含み得る）ＲＦデータ送信信号を作成し、これらのＲＦ信号をＲＦ電源選択スイッチ２０に入力として転送するように従来の様式で機能する。その後ＲＦフロントエンド・システム１４に入力として印加されると、ＲＦデータ信号は、スマート無線モジュール１０の特定のアプリケーションによる使用のために定義された指定された周波数帯域に周波数シフトされ、この指定された帯域内の周波数において、アンテナ・システム１８を介してワイヤレス信号を送信する。

受信モードでは、指定された帯域内で動作している入来ワイヤレス信号が、ＲＦフロントエンド・システム１４によって最初に周波数シフトされて従来のＲＦ周波数帯域に戻され、このＲＦ信号が、次いで、ＲＦトランシーバ２８に配信される（又は代替的に、外部接続を介して別個の通信ユニットに送られる）。

図２は、本発明に従って形成されたスマート無線モジュール１０中に実装されている例示的なＲＦフロントエンド・システム１４をより詳細に示す。説明のために、このＲＦフロントエンド・システムがそれのために使用される「指定された帯域」は、（「３３センチメートル帯域」と呼ばれることもある）９００ＭＨｚ ＩＳＭ帯域であると仮定する。使用に際して、９００ＭＨｚ指定帯域は、９０２～９２８ＭＨｚにわたり、これらの周波数は建物壁、植生及び他の障害物を貫通することが可能であるので、多くの産業用アプリケーションにおいて有用である。

一般に、図２は、ＲＦトランシーバ２８送受信に関連付けられた内部ＲＦ信号、又は別個のソースからの外部ＲＦ信号のいずれかを利用するために、上記で説明した様式で使用されるＲＦ選択スイッチ２０を示す。ＲＦフロントエンド・システム１４自体は、送信セクション３０と受信セクション３２とを備えるものとして図２に示されている。

次に送信セクション３０を参照すると、入力ＲＦ信号は最初に減衰器３４に通され、減衰器３４は、送信された信号中で適切な電力レベルが使用されることを保証するために、以下で説明する様式で制御される。周波数ミキサ３６は減衰器３４の出力部に位置し、入力ＲＦ信号はミキサ３６に第１の入力として印加される。局部発振器（ＬＯ：ｌｏｃａｌ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）ソース３８は、ＲＦ入力と混合されたとき、一方の出力が本発明のこの特定の実装例による使用のための９００ＭＨｚ指定帯域である、「中間周波数」（ＩＦ：ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）出力のペアを与えるように、ミキサ３６に第２の入力として既知の基準信号を与えるために使用される。したがって、適切なＬＯソース３８を利用することによって、入力ＲＦ信号は、この特定のＲＦフロントエンド・システム１４がそれのために機能するように構成された「指定された周波数帯域」にシフトされる。

ミキサ３６からの出力は、次いで、ＲＦ入力信号の周波数シフトされたバージョンを出力として与えるために、バンドパス・フィルタ４０に通される。バンドパス・フィルタ４０は、指定された帯域内で特定の中心周波数を呈し、それにより、この特定の信号のための指定された帯域内の「チャネル」を定義するように設計される。バンドパス・フィルタ４０の性質はまた、バンドパス・フィルタのために使用される帯域幅に関して「チャネル・サイズ」を制御する。多くの産業用アプリケーションでは、（たとえば、約３ＭＨｚのオーダーの）比較的小さいチャネル・サイズが好ましい。バンドパス・フィルタ４０は、この好ましいチャネル・サイズのための「固定の」帯域幅を与えるように構成され得るか、又は代替的に、システムのユーザが特定の目的のためにチャネル・サイズを調整することを可能にするように構成され得る。バンドパス・フィルタ４０はまた、同調可能な中心周波数を呈し、それにより、チャネルのサイズと、中心周波数が重複しないようにする必要とに関連して、指定された帯域内の複数の周波数（９００ＭＨｚ ＩＳＭ帯域については、９０２ＭＨｚと９２８ＭＨｚとの間の周波数）が決定されることも可能になるように構成され得る。

増幅器４２は、バンドパス・フィルタ４０からの出力の送信電力を、特定の産業用アプリケーションにおける送信のために許容できるレベルまで増加させるために使用される。電力検出器４４は、好ましくは、増幅器４２の出力部に含まれ、含まれている利得回路４６を介して減衰器３４にフィードバックを与えるために使用され、利得回路４６は、必要に応じて、送信機セクション３０からの本質的に均一な電力出力を維持するために、減衰器３４の動作レベルを調整するように機能する。図示のように、電力検出器４４からの出力は、次いで、送信のためにアンテナ・システム１８中に結合される。この場合も、アンテナ・システム１８はＭＩＭＯタイプのシステムとして図２に示されている。これが好ましい構成であることを理解しながら、「アジャイル」無線モジュールのための特定の指定された周波数帯域を実装することを対象とする本発明の原理は、任意の好適なタイプのアンテナ構成（antenna arrangement）を使用し得ることを理解されたい。

ＲＦフロントエンド・システム１４の受信部分３２は、同じく、指定された周波数帯域（ここでは９００Ｈｚ ＩＳＭ帯域）内で動作するように構成され、この周波数レンジ中で動作しているワイヤレス信号を受信し、それらの信号を、従来の機器によって分析され、使用され得る標準のＲＦ信号に変換するように機能する。

図２に示されているように、受信された信号は、最初に低雑音増幅器５０に入力として印加され、低雑音増幅器５０は、この帯域の外側の任意の他のスプリアス信号（雑音）に対して、指定された周波数帯域の電力を優先的にブーストする（すなわち、典型的に、比較的低電力である受信された信号についての信号対雑音比を改善する）ために使用される。ＬＮＡ５０からの出力は、次いで、ミキサ５２に第１の入力として印加され、ミキサ５２への第２の入力は、ミキサ５２の出力としてＩＦ帯域信号のペアを与える周波数のＬＯソース５４であり、ＩＦ帯域のうちの１つは所望のＲＦ信号周波数である。ミキサ５２からの出力は、その後、ミキサ５２の出力から不要なＩＦ成分を除去するためにバンドパス・フィルタ５６に通される。フィルタ処理され、「周波数シフト」された、受信された信号は、次いで、出力信号を適切な方向に（すなわち、組込みシステム１２のＲＦトランシーバ２８に、又はＬＴＥモデム、ＷｉＦｉルータなどへの外部経路に沿って）導くために上記で説明した様式で使用される、ＲＦ選択スイッチ２０に入力として与えられる。

ＲＦフロントエンド・システム１４が、それの動作を同じ指定された周波数帯域内の別の中心周波数に変更することを可能にすることが望ましいであろう状況がある。たとえば、使用されているチャネルが環境中の他の信号との干渉を受け始めた場合、指定された帯域内の異なる中心周波数／チャネルへの切り替えが可能であることが有利であろう。また、第１の中心周波数における動作のために構成された他の構成要素が故障した場合、「スペア」チャネルに関してＲＦフロントエンド・システム１４に「冗長性」を組み込ませることも有利である。

図３は、「マルチチャネル」動作のために構成されたＲＦフロントエンド・システム１４の部分を示す。図３に示された構成は２つのチャネルの使用のみを説明しているが、適切な構成要素を含めることによって、追加のチャネルが容易に追加され得ることはすぐに明らかになることを理解されたい。さらに、図２に関連して上記で説明した構成要素と同じままであり、同じ機能を実行する構成要素は、図３において同じ参照番号を持っている（それらの構成要素については再び詳細に説明しない）。

図３に示された２チャネルの実施例について、ミキサ３６の出力部に配設されたチャネル選択スイッチ６０が示されている。特に、チャネル選択スイッチ６０は、（図１に示されている）コントローラ１６からの「チャネル選択」コマンドの制御下の入力１×２スイッチ要素６２を含む。出力２×１スイッチ要素６４は、同じ「チャネル選択」コマンドによって制御され、（フィルタ処理され、増幅された）適切なチャネル信号を電力検出器４４に再導入するために使用される。

本発明のこの実施例によれば、チャネル経路のペアは入力スイッチ要素６２と出力スイッチ要素６４との間に結合され、第１の経路は「チャネルＡ」として指定され、第２の経路は「チャネルＢ」として指定される。「指定された帯域」として９００ＭＨｚ帯域を使用する説明の目的で、チャネルＡは、たとえば９０５ＭＨｚの中心周波数を有し得、チャネルＢは、たとえば９１８ＭＨｚの中心周波数を有し得る。したがって、第１の経路は、（適切なチャネル・サイズのための定義された帯域幅をもつ）９０５ＭＨｚにセンタリングされたバンドパス・フィルタ６６を含むものとして示されており、バンドパス・フィルタ６６の後には、同じく、この特定のチャネルを用いて使用するように構成され得る増幅器６８がある。第２の経路は、同様に、バンドパス・フィルタ７０と増幅器７２とを含む。図３における特定の例について、コントローラ１６からのチャネル選択コマンドが、「チャネルＡ」を使用することであると仮定する。したがって、入力スイッチ６２は、ミキサ３６からの出力をバンドパス・フィルタ６６の入力部に結合するように配置される。出力スイッチ６４は、増幅器６８からの出力が電力検出器４４に入力として与えられるように、同様に、この同じ経路に沿って配置される。

図３のこのマルチチャネル構成の受信部分は、送信チャネル選択スイッチ６０の場合と同じコントローラ１６からのコマンドによって制御される、受信チャネル選択スイッチ８０を含むものとして示されている。チャネル選択スイッチ８０は入力スイッチ要素８２と出力スイッチ要素８４とを含むものとして示されており、入力スイッチ要素は、アンテナ１８からの信号を適切なチャネル経路に沿って導くために使用される（この場合も、チャネルＡは、選択されたチャネルとして示されている）。受信された信号のフィルタ処理されたバージョンがミキサ５２への入力として使用され得るように、チャネルＡの周波数（ここでは９０３ＭＨｚ）にセンタリングされた低雑音増幅器８６がチャネルＡ信号経路中に含まれる。別の低雑音増幅器９８は、入力スイッチ要素８２と出力スイッチ要素８４との間のチャネルＢのための信号経路に沿って配置されるものとして示されている。

指定された周波数帯域内の適切なチャネルにおいて、受信された信号がフィルタ処理されると、その信号は、その信号を所望のＲＦ信号帯域にシフトするために上記で説明した様式と同じ様式でミキサ５２への入力として使用される。

図２及び図３を参照すると、異なる指定された周波数帯域（たとえば、３，４００ＭＨｚ ＩＳＭ帯域）のためのＲＦフロントエンド・システム１４の提供はＬＯソースの異なるペア及び異なるバンドパス・フィルタの使用のみを必要とすることが明らかである。ＲＦフロントエンド・システムの全体的なアーキテクチャ並びに送信機部分及び受信機部分の動作は本質的に同じままである。したがって、単に１つのＲＦフロントエンド・システム１４を別のＲＦフロントエンド・システム１４に「スイッチ・アウト」することによって、所与のモジュール１０が異なるアプリケーションにおいて使用され得るということである、本発明のスマート無線モジュールの利点。すなわち、それぞれ異なる指定された周波数帯域における使用のために構成された、複数のＲＦフロントエンド・システム１４が形成され得、システム管理者は、単に「プラグ可能な」ＲＦフロントエンド・システムを取り替えることによって、アプリケーションがそれにおいて通信している周波数帯域を変更し得る。ＲＦ選択スイッチ２０、コントローラ１６、及びアンテナ１８への接続は各アプリケーションについて同じままである。

代替的に、上述のように、無線モジュール１０の「ＳＷａＰ最適化」構成を所与として、特定の産業用アプリケーションが動作を異なる指定された周波数帯域に変更するときに、１つの無線モジュールを別の無線モジュールと交換することも可能である（或いは、より容易であることもある）。

さらに、特定のプライベート・ネットワーク設置においていくつかの「指定された帯域」が使用されるべきである、アプリケーションがあり得る。この事例では、本発明の原理に従って形成された、図４に示されたスマート無線モジュール１００は、複数の別個のＲＦフロントエンド・システム１４－１～１４－Ｎを備えるように構成され、各ＲＦフロントエンド・システムは、上記で説明した様式で特定の指定された周波数帯域のために構成される。上記で説明した構成と同様に、スマート無線モジュール１００は、組込みシステム１２又は外部ソースのいずれかからＲＦ信号の随意のソースを与えるＲＦ電源選択スイッチ２０を含む。この事例では、ＲＦ電源選択スイッチ２０からの出力は指定帯域選択スイッチ１１０に入力として与えられる。コントローラ１６からの選択制御信号によって規定されるように、スマート無線モジュール１００は、特定の指定された周波数帯域における動作のために（一時的に）構成される。たとえば、指定された帯域「２」が差し当たり使用され得る。指定帯域選択スイッチ１１０は、したがって、ＲＦ電源選択スイッチ２０からの出力を、指定された帯域「２」に関連付けられたＲＦフロントエンド・システム１４－２の入力部に接続するように動作させられるであろう。出力帯域選択スイッチ１１２は、同じく、図４に示されており、指定された周波数帯域「２」内で現在動作している信号をアンテナ１８に結合するために使用される（受信された信号は、上記で説明した場合と同様に対処される）。

異なる指定された周波数帯域を利用する必要が生じた（或いは、ＵＧＶを用いる屋内産業環境からＵＡＶを用いる屋外産業環境に変更した）とき、コントローラ１６は、次に「屋外好適（outdoor preferred）」周波数帯域を利用するために帯域選択スイッチ１１０、１１２のための設定を切り替えるために使用され得る。

Claims (7)

1. ワイヤレス通信無線モジュールであって、
   １つ又は複数のセンサー、プロセッサ、及びＲＦトランシーバを備える組込みサブシステムであって、前記ＲＦトランシーバが、前記複数のセンサーからの信号に応答して、ＲＦ通信信号を作成する、組込みサブシステムと、
   指定された周波数帯域におけるワイヤレス通信信号としての送信のために、ＲＦ入力信号を、前記ワイヤレス通信無線モジュールに関連付けられた前記指定された周波数帯域に周波数シフトするためのＲＦフロントエンド・システムであって、前記ＲＦフロントエンド・システムが、さらに、前記指定された周波数帯域において動作する入来ワイヤレス通信信号に応答し、受信された信号を周波数シフトしてＲＦ通信信号に戻す、ＲＦフロントエンド・システムと、
   前記組込みサブシステムの前記ＲＦトランシーバの出力部と前記ＲＦフロントエンド・システムとの間に配設されたＲＦ電源選択スイッチであって、前記ＲＦ電源選択スイッチが外部ＲＦ信号ソースにも結合され、前記ＲＦ電源選択スイッチのスイッチ状態が、内部の前記ＲＦトランシーバ及び前記外部ＲＦ信号ソースのうちの１つを前記ＲＦフロントエンド・システムに結合するために使用される、ＲＦ電源選択スイッチと、
   前記組込みサブシステム、前記ＲＦフロントエンド・システム及び前記ＲＦ電源選択スイッチに結合されたコントローラであって、前記コントローラが、前記ＲＦ電源選択スイッチの前記スイッチ状態を選択するためのコマンド入力を与える、コントローラと
   を備える、ワイヤレス通信無線モジュール。
2. 前記外部ＲＦ信号ソースが、ＬＴＥモデムからの信号、ＷｉＦｉ信号、他の認可周波数帯域におけるＲＦ信号からなる群から選択される、請求項１に記載のワイヤレス通信無線モジュール。
3. 前記ＲＦフロントエンド・システムが、
   前記ＲＦ入力信号を前記指定された周波数帯域に周波数シフトするためのミキサ及び局部発振器を含む送信セクションであって、局部発振器周波数が、前記ＲＦ入力信号を前記指定された周波数帯域にシフトするように選択される、送信セクションと、
   前記指定された周波数帯域における受信されたワイヤレス信号をＲＦ信号に周波数シフトするためのミキサ及び局部発振器を含む受信セクションと
   を備える、請求項１に記載のワイヤレス通信無線モジュール。
4. 前記モジュールが、前記指定された周波数帯域内の複数のチャネルを利用するように構成され、前記送信セクションが、複数の並列信号経路を含むチャネル選択要素をさらに含み、各並列信号経路が、前記指定された周波数帯域内の異なる中心周波数に関連付けられ、入力スイッチが、前記ミキサの出力部と前記チャネル選択要素との間に配設され、出力スイッチが前記チャネル選択要素の出力部に配設され、前記入力スイッチ及び前記出力スイッチが、特定の信号経路を選択するように前記コントローラによって指令される、請求項３に記載のワイヤレス通信無線モジュール。
5. 前記モジュールが、前記指定された周波数帯域内のチャネルのペアを利用するように構成されている、請求項４に記載のワイヤレス通信無線モジュール。
6. 前記ＲＦフロントエンド・システムは、第１の指定された周波数帯域において動作する第１のＲＦフロントエンド・システムが、第２の指定された周波数帯域において動作する第２のＲＦフロントエンド・システムによって置き換えられ得るように、取り外し可能な構成要素として構成されている、請求項１に記載のワイヤレス通信無線モジュール。
7. 前記モジュールが、前記モジュール内に配設された追加のＲＦフロントエンド・システムをさらに備え、各追加のＲＦフロントエンド・システムが、異なる指定された周波数帯域中で動作するように構成されている、請求項１に記載のワイヤレス通信無線モジュール。