(57)【要約】【課題】  大きなダイナミックレンジによる悪影響を最小限に抑えるように、信号を受信し、調整する。【解決手段】  複数のアンテナの使用を含む、適時的な無線周波数通信のシステム及び方法を提供する。アンテナからの信号データは、着信信号の方向を特定するために使用することができる。最も強い信号の方向における信号パワーは、受信した信号の相対的なゲイン及び位相を調整することにより減少され得る。強い信号の信号パワーを減少させることで、受信した信号のダイナミックレンジが減少し、不使用通信周波数の発見が容易になる。あらゆる不使用周波数は、その後、要望に合わせて使用又は割当され得る。【選択図】図１Ａ
2010161766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器により処理される無線周波数（ＲＦ）信号のダイナミックレンジを減少させるように装備されたデバイスであって、
前記無線周波数信号を受信し、前記無線周波数信号から結合無線信号を生成し、前記結合無線信号を前記Ａ／Ｄ変換器の入力に接続させるように構成されたアナログ処理ブロックと、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル無線信号データを保存するように構成されたメモリであって、前記デジタル無線信号データは前記結合無線信号を表すものである、メモリと、
前記Ａ／Ｄ変換器に入力される無線周波数信号のダイナミックレンジを減少させるための命令を実行するように構成されたプロセッサと、を備え、
前記命令は、
前記無線信号データ中に表されるもっとも強い無線信号の方向を特定することと、
前記最も強い無線信号の前記方向から減少された無線信号パワーを用いて、Ａ／Ｄ変換器入力を生成するように前記アナログ処理ブロックを制御することにより、前記Ａ／Ｄ変換器へ入力される前記無線周波数信号の結合を修正することと、
を含む、デバイス。
【請求項２】
前記修正する命令は、フェーズドアンテナアレイに対するアンテナアレイ係数を演算することを含み、演算された各アンテナアレイ係数は、前記フェーズドアンテナアレイ中の対応するアンテナから受信された無線信号に対する調整されたゲインと関連付けられる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記修正する命令は、フェーズドアンテナアレイに対するアンテナアレイ係数を演算することを含み、演算された各アンテナアレイ係数は、前記フェーズドアンテナアレイ中の対応するアンテナから受信された無線信号に対する調整された位相と関連付けられる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記アナログ処理ブロックは、アナログ移相器をさらに備え、前記アナログ移相器は、前記アンテナアレイ係数を有する前記プロセッサにより、前記フェーズドアンテナアレイ中の１つ以上のアンテナから受信される無線信号と関連付けられた位相を調整するように構成される、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記デバイスは、前記Ａ／Ｄ変換器をさらに備え、前記Ａ／Ｄ変換器は、前記アナログ移相器から出力されたアナログ無線信号をデジタル無線信号データへと変換するように構成される、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記デバイスは、２つ以上のアンテナをさらに備える、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記方向を特定する命令は、前記無線信号データに高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用して前記無線信号データのパワープロフィールを生成する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記方向を特定する命令は、前記プロセッサに一組の方向をサンプリングさせる、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記サンプリングする命令は、アンテナアレイ係数のサンプル組を利用し、前記サンプル組は、方向の代表組を分析して前記方向の代表組における信号強度を特定する際に使用されるアンテナアレイ係数を含む、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
無線信号のダイナミックレンジを減少させる方法であって、
フェーズドアンテナアレイから無線信号を受信することであって、前記フェーズドアンテナアレイのアンテナが、受信した無線信号を提供するように構成された、受信するステップと、
前記受信した無線信号を、結合無線信号を提供するように構成されたアナログ信号処理部ブロックと接続させるステップと、
最も強い無線信号の方向を特定するために前記結合無線信号を評価するステップと、
前記最も強い無線信号の前記方向に応じたアンテナアレイ係数を演算するステップであって、前記演算されたアンテナアレイ係数が前記最も強い無線信号の前記方向に関連付けられた無線信号パワーを減少させるように動的に調整される、ステップと、
前記演算されたアンテナアレイ係数を前記アナログ信号処理ブロックに適用することであって、前記アナログ信号処理ブロックが、前記係数を利用して、前記フェーズドアンテナアレイ中の１つ以上のアンテナに関連付けられた信号ゲイン及び信号位相のうち１つ以上を調整するように構成された、適用するステップと、
を含む、方法。
【請求項１１】
前記結合無線信号を評価して前記最も強い無線信号の前記方向を特定する前に、前記結合無線信号をアナログ形式からデジタル形式に変換するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記結合無線信号を評価して前記最も強い無線信号の前記方向を特定することは、前記デジタル形式の前記結合無線信号に高速フーリエ転換（ＦＦＴ）を適用し、前記結合無線信号のパワープロフィールを生成するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記結合無線信号を評価して前記最も強い無線信号の前記方向を特定することは、さらに、一組の方向をサンプリングすることを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記一組の方向をサンプリングすることは、アンテナアレイ係数のサンプル組を利用するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記アナログ処理ブロックは、前記プロセッサから受信したアンテナアレイ係数に応じて、前記フェーズドアンテナアレイから少なくとも２つのアンテナのゲイン及び位相のうち１つ以上を調節するよう構成されたアナログ移相器を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
無線周波数の適時的な使用に向けて構成されたデバイスであって
第１の無線信号及び第２の無線信号を受信し、前記第１の無線信号及び前記第２の無線信号と関連付けられた信号パワーレベルを選択的に調整して第１の調整無線信号及び第２の調整無線信号を提供し、かつ前記第１の調整無線信号及び前記第２の調整無線信号を結合して結合無線信号を提供するように構成されたアナログ処理ブロックと、
前記結合無線信号を受信して前記結合無線信号をデジタルデータに変換するように構成されたアナログ・デジタル変換器と、
前記デジタルデータを処理するように構成されたプロセッサと、
前記プロセッサにより実行される命令を含むコンピュータ読み取り可能な媒体と、を備え、
前記命令は、
前記デジタルデータを評価して最も強い無線受信の方向を特定し、かつ前記第１の調整無線信号及び前記第２の調整無線信号のうち１つ以上と関連付けられた信号パワーレベルを、各々後続の無線信号が前記最も強い無線信号受信の前記特定された方向に対して減少された無線信号パワーを有するように調整することにより、前記結合無線信号のダイナミックレンジを減少させることと、
前記デジタルデータを評価して、前記結合無線信号に対する不使用無線周波数を識別することと、
デバイス通信用に前記不使用無線周波数を選択することと、
を含む、デバイス。
【請求項１７】
前記アナログ処理ブロックが、前記プロセッサから受信したアンテナアレイ係数に応じて、第１ゲイン及び第２ゲインのうち対応する１つを選択的に調整するように構成された第１アナログゲインブロック及び第２アナログゲインブロックをさらに備え、前記アンテナアレイ係数は、前記受信した無線信号のダイナミックレンジを減少させる命令の実行に応じて前記プロセッサにより生成され、前記第１ゲインは前記第１の調整された無線信号に関連付けられ、前記第２ゲインは前記第２の調整された無線信号に関連付けられる、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記アナログ処理ブロックが、前記プロセッサから受信したアンテナアレイ係数に応じて、第１位相及び第２位相のうち対応する１つを選択的に調整するように構成された第１アナログ移相器ブロック及び第２アナログ移相器ブロックをさらに備え、前記第１位相は前記第１の調整された無線信号に関連付けられ、前記第２位相は前記第２の調整された無線信号に関連付けられる、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記デバイスが、前記第１の無線信号を生成するように構成された第１のアンテナと、前記第２の無線信号を生成するように構成された第２のアンテナと、をさらに備える、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
デバイス通信用に前記不使用無線周波数を選択するための命令が、１つ以上の遠隔デバイスによる受信用に通信を送信するための命令を含み、前記通信は、前記遠隔デバイスが前記通信に応じて前記不使用無線周波数を利用するように動的に構成されるように構成される、請求項１６に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景技術
[0001]  現代の爆発的な無線通信の増加により、利用可能な未予約の無線通信周波数は急速に減少している。例えば、アメリカ合衆国では、連邦通信委員会（FCC；Federal Communications Commission）が、ある範囲の無線通信チャネルを政府用と軍事用に制限した。他の無線通信チャネルは商業用にライセンスが与えられるが、これらの大多数は、既存の商業無線放送局、セルラ通信事業者、テレビ放送業者などにすでにライセンスが与えられている。同様の状況が、世界中の多くの先進国で起こっている。
【０００２】
[0002]  特定の無線通信チャネルは、アメリカのような、特定の領域的管轄権の全体で使用するためのライセンスが与えられ得る一方で、そのようなチャネルが実際は管轄権の全ての地理的部分において常時使用されてはいないようである。例えば、ある商業無線放送局は、１つ以上の大都市でライセンスが与えられた周波数で放送を流すことができる一方、その無線信号はより離れた地域、又は山や大きな建物などの地理的特徴により妨害される地域には届かないかもしれない。同様に、商業無線放送局は、１日のうちの一定の時間帯、例えば番組化の費用を正当化するのに十分なリスナ数を達成し得ないような深夜から午前４時までの時間帯には放送を流さない選択をすることもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]  その結果、ライセンス保持者により送信される通信を干渉しない適時使用に対して実際に利用可能な無線通信周波数が存在している。これら不使用の無線通信周波数は、特定の時間及び場所で利用可能な不使用周波数を発見すること、そしてそれらの周波数をライセンス保持者が活用せずに放置している間に活用することに有効なアプローチを考案することができる者に対して大きな未活用の資源及び著しい商業的チャンスを提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図面の簡単な説明
[0004]  本開示の上述した特徴及び他の特徴は、添付の図面を用いて説明される、以下の記載及び添付の請求の範囲から、さらに明らかになるであろう。これらの図面は、単に本開示に係るいくつかの実施形態を示すものであり、したがって本開示の範囲を限定するものとみなされるべきではないことを理解されたい。以下、本発明の開示を、添付の図面を用いてさらに具体的かつ詳細に説明する。
【０００５】
【図１Ａ】[0005]  図１Ａは、適時的な無線周波数通信用に構成されたデバイスの一例を示す。
【図１Ｂ】[0006]  図１Ｂは、移相器／ゲインユニット１０１Ａの実施の一例を示す。
【図１Ｃ】[0007]  図１Ｃは、基本的なＲＦスーパヘテロダイン受信機を示す。
【図１Ｄ】[0008]  図１Ｄは、周波数変調（ＦＭ）システム及びパルス変調（ＰＭ）システムにおいて一般的に見られる直交ダウンコンバージョンの一例を示す。
【図１Ｅ】[0009]  図１Ｅは、適時的な無線周波数通信用に構成された演算デバイスの一例を示す。
【図１Ｆ】[0010]  図１Ｆは、コンピュータ読み取り可能媒体上に記録され得る、不使用ＲＦ周波数を検出するための要素を示す。
【図２】[0011]  図２は、図１Ａに示すようなデバイスにより実行され得る方法の一例を示す。
【図３】[0012]  図３は、利用可能な二次ユーザチャネルの選択と、活動状態及び非活動状態の一次ユーザ周波数帯域、並びに中間帯域を示す。
【図４】[0013]  図４は、ネットワーク連携要素及び対応するステップを採用したデバイス及び当該デバイスに対応する方法の一例を示す。
【図５】[0014]  図５は、開示される実施形態に従って実行され得るダイナミックスペクトル割当を示す。
【図６】[0015]  図６は、適時的な無線周波数通信用に構成されたデバイスの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
詳細な説明
[0016]  以下の詳細な説明では、本明細書の一部を成す添付の図面を参照する。図面中、文脈上特段の指示がない限り、同様の符号は、通常同様の構成要素を指す。詳細な説明、図面及び請求の範囲に記載される例示的な実施形態は限定を意図したものではない。本明細書中に開示される主題の精神又は範囲を逸脱することなく、他の実施形態を使用してもよく、また他の変更を加えてもよい。本明細書中に一般的に記載され、かつ図面中に示される本開示の態様は、様々な異なる構成で配置され、置き換えられ、組み合わされ、設計されることができ、それらの全ては明細書において明確に意図され、かつ本開示の一部を成すことが容易に理解されるだろう。
【０００７】
[0017]  以下、簡単な概要を述べることにより、本開示の理解が促進されるであろう。一般的に、適時的な無線周波数通信は、使用されていない無線周波数を検出し、次いで不使用の周波数上で通信することにより実行することができる。検出工程において、広範囲の周波数における送信が分析される「広帯域の」検出アプローチを利用するのが有利である。分析範囲が広いほど、不使用チャネルを発見する可能性が高まる。
【０００８】
[0018]  検出工程に関してさらに述べると、弱信号に対する感度が高いことは、特定の周波数帯域（本明細書では、「チャネル」とも呼ばれる）が使用されていないことを結論付けるのに有用である。例えば、アメリカでは、ＦＣＣは、無線通信に対する最小信号強度を設定している。特定のチャネルの信号強度がＦＣＣの最小値未満であれば、当該チャネルは使用されていないと確実に結論付けられる。感度の高い受信機は、そのような最小信号強度において、又は最小信号強度よりもわずかに強い信号強度では、信号が実際には送信されていないということを立証するのに有用である。
【０００９】
[0019]  弱信号に対する感度は、信号パワーの大きな差異により阻害されることがある。最弱信号から最強信号に至るまでの信号パワーの範囲は、「ダイナミックレンジ」と呼ばれる。特定のシステムでは、検知アンテナに達する無線周波数（ＲＦ）信号は、近い送信元からの信号と、広範囲に離れた送信元からの信号との両方を含み、大きく異なるパワーレベル及びチャネル帯域幅で動作する送信元からの信号を含むことも多い。結果として、大きなダイナミックレンジは、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器の回路直線性及び分解能に対し厳しい要求条件を課すため、信頼性の高い広帯域スペクトル検知においては難題となる。一般的に、これらの部品は、例えば、ラジオ、パーソナルコンピュータ、携帯電話、テレビといった家庭用電化製品のような今日の無線端末デバイスに組み込むには、費用及び電力消費が法外に大きくなる。
【００１０】
[0020]  本開示は、大きなダイナミックレンジの悪影響、特定の例においては、強信号と、飽和、クリッピング又は非直線性により引き起こされるいわゆる信号漏れのような強信号に関連した問題とによる影響を最小限に抑えるような信号の受信及び調整に対するアプローチについて説明する。強い帯域内信号の減少させることは、スペクトル感知用の弱信号を受信及び加工する一態様である。実施に際して、本明細書において提供する技術は、ダイナミックレンジの要求条件が緩和された広帯域スペクトル検知デバイスの製造を可能にする。このようなデバイスは、大きなダイナミックレンジを含む信号を加工する必要性により強いられる費用を発生させずに、適時的な無線周波数通信の利点を生かすことができる。
【００１１】
[0021]  図１Ａは、適時的な無線周波数通信用に構成された一例のデバイス１００を示す。デバイス１００は、以下に説明する広帯域スペクトル検知を採用することができる適時無線周波数通信デバイスを例示する。デバイス１００は、以下に詳細に説明する多様な構成要素を含み得る。図１Ａのデバイス１００内に示す構成要素の全てがデバイス１００に含まれ得るものの、一定の構成要素はデバイス１００と通信する１つ以上の外部デバイスにより提供されてもよいことが強調されるべきである。特に、フェーズドアンテナアレイ１０５、移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａ、信号結合器１２０、ゲインユニット１２１、及び／又はアナログ・デジタル（Ａ/Ｄ）変換器１２５は、いくつかの実施形態では、有利にデバイス１００の外部へ配置してもよい。また、１つ以上の構成要素の機能は、特定の実施において望まれ得るように、組み合わせることや、又は付加的な要素へと分離することができる。簡素化ために、本明細書では、デバイス１００の構成要素の全てを含む一例をまず説明し、変形例及び他の構成はその後に簡単に説明する。
【００１２】
[0022]  図１Ａに示すように、デバイス１００は、フェーズドアンテナアレイ１０５と、複数の移相器／ゲインユニット１０１Ａ、１０２Ａ、１０３Ａ及び１０４Ａと、通信インタフェース１１０と、信号結合器１２０と、マスタゲインユニット１２１とを含むアナログ処理ブロック１８０を含み得る。デバイス１００は、さらにＡ／Ｄ変換器１２５、バッファ１３０、及び処理ユニット１４０を含み得る。
【００１３】
[0023]  フェーズドアンテナアレイ１０５は、複数のアンテナ１０１、１０２、１０３及び１０４を含み得る。各アンテナ１０１〜１０４は、対応する移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａに接続し得る。各移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａは、それぞれ、移相器１０１Ｂ、１０２Ｂ、１０３Ｂ又は１０４Ｂ、及びゲインユニット１０１Ｃ、１０２Ｃ、１０３Ｃ又は１０４Ｃを含み得る。
【００１４】
[0024]  処理ユニット１４０は、1つ以上のプロセッサ１４１、メモリ１４３、及びコンピュータ読み取り可能媒体１４２を含み得る。コンピュータ読み取り可能媒体１４２は、不使用ＲＦ周波数を検出するための命令１４６と、不使用ＲＦ周波数を介して通信するための命令１４５とを含み得る。不使用ＲＦ周波数を検出するための命令１４６は、後に詳述するダイナミックレンジ減少命令１４４を含み得る。
【００１５】
[0025]  図１Ａは、上述した要素間の多様な接続を示す。一般的に、これらの接続は、例えば、第１の構成要素に接続された第１の有線又は無線インタフェースと、第２の構成要素に接続された第２の有線又は無線インタフェースとを含み得る。適切な有線、ケーブル、又は無線伝送により、第１インタフェースと第２インタフェースとの間で信号が搬送される。
【００１６】
[0026]  フェーズドアンテナアレイ１０５の各アンテナ１０１〜１０４は、接続１０６Ａを介して対応する移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａに接続され得る。移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａ内において、移相器１０１Ｂ〜１０４Ｂがゲインユニット１０１Ｃ〜１０４Ｃに接続され得る。移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａは、接続１０７Ａを介して通信インタフェース１１０に接続され得る。通信インタフェース１１０は、信号結合器１２０に接続され得る。信号結合器１２０は、結合無線信号接続１０８Ａを介してマスタゲインユニット１２１に接続され得る。マスタゲインユニット１２１は、Ａ／Ｄ入力接続１０９Ａを介してＡ／Ｄ変換器１２５に接続され得る。Ａ／Ｄ変換器１２５は、Ｉ／Ｑ  Ａ／Ｄ出力接続１１１Ａを介してバッファ１３０に接続され得る。バッファ１３０は、バス１３５を介して処理ユニット１４０に接続され得る。処理ユニット１４０内部の要素は、後に詳述するように、１つ以上の追加の内部バスを介して互いに接続されてもよい。最後に、処理ユニット１４０は、移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａのなどの要素にコマンドバス１５０を介して接続され得る。
【００１７】
[0027]  デバイス１００は、複数のアンテナ１０１、１０２、１０３及び１０４を含むフェーズドアンテナアレイ１０５を含み得る。アンテナ１０１〜１０４は、無線信号データを搬送する無線信号を受信するように構成される。無線信号１０６は、アンテナ１０１〜１０４から対応する移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａへと伝達され得る。これらのユニット１０１Ａ〜１０４Ａは、コマンドバス１５０を介して処理ユニット１４０から受信した係数及び／又はコマンドに従って、受信した無線信号を調整するように構成される。しかし、調整指示がなければ、ユニット１０１Ａ〜１０４Ａは調整せずに無線信号を通過させるか、又は標準的なデフォルト調整を行うことができる。
【００１８】
[0028]  移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａは、それぞれ構成要素１０１Ｂ〜１０４Ｂ、及び１０１Ｃ〜１０４Ｃの内部の移相／ゲイン調整電子機器を使用して信号の移相やゲインの調整を達成してもよく、或いは、各アンテナ１０１〜１０４に配置された適切な構成要素へ制御コマンド及び／又は移相係数を送ることにより信号の移相やゲインの調整を達成してもよい。又は、処理ユニット１４０が、各アンテナ１０１〜１０４に配置された上述したような構成要素に移相係数及び／又はコマンドを直接送ってもよい。
【００１９】
[0029]  移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａは、アンテナ１０１〜１０４から受信した信号の相対振幅及び位相を調整するためにアンテナアレイ係数を利用し得る。アンテナアレイ係数は、最初に処理ユニット１４０により計算され、処理ユニット１４０から移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａへと送信され得る。いくつかの実施形態では、各アンテナ１０１〜１０４に対して１つのアンテナアレイ係数が割り当てられる。この係数は、調整された無線信号１０７が信号結合器１２０により結合され、結合無線信号１０８が提供された際に、当該結合無線信号１０８が特定の方向から減少された無線信号パワーを含むように選択することができる。図示されるように、この方向は、１つ以上の最も強い受信信号の方向となるように選択することができ、これにより信号結合器１２０からの結合無線信号１０８のダイナミックレンジを減少させることができる。
【００２０】
[0030]  いくつかの例において、通信インタフェース１１０が含まれ得る。インタフェース１１０は、各移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａに接続されるワイヤ用の電気コネクタを含み得る（例えば、各ユニット１０１Ａ〜１０４Ａは、通信インタフェース１１０に別々に接続される）。電気コネクタは、複数の電気回路を接合させる導電性デバイスである。この接合は、携帯機器用のように一時的でもよく、又は組み立て及び除去用のツールを必要としてもよく、或いは、２つのワイヤ間又はデバイス間の永久的な電気接合であってもよい。演算において、電気コネクタは物理インタフェースとしても知られ得る。コネクタは、２つの長さのフレキシブルワイヤ又はケーブルを接合してもよく、或いは、電気端子にワイヤ又はケーブルを結合してもよい。これらの構造又は他の構造により、図１Ａの構成要素と、ユニット１０１Ａ〜１０４Ａ及びアレイ１０５の対応するアンテナ１０１〜１０４との通信が可能になる。
【００２１】
[0031]  信号結合器１２０は、フェーズドアンテナアレイ１０５の各種アンテナ１０１〜１０４から送られる、各移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａにより調整された状態の信号を結合するように構成される。信号結合器１２０から出力された結合無線信号１０８は、次いでアナログのマスタゲインユニット１２１へと通過させられ得る。マスタゲインユニット１２１は、結合無線信号１０８がＡ／Ｄ変換器１２５の最適なダイナミックレンジに収まるように、必要に応じて、結合無線信号１０８Ａにゲインを付与し得る。
【００２２】
[0032]  Ａ／Ｄ変換器１２５への入力は、同位（Ｉ）成分及び直交（Ｑ）成分を含み得る。受信した無線信号の分離は、図１Ｂ，１Ｃ及び１Ｄに図示するような技術を使用してデバイス１００により実行され得る。
【００２３】
[0033]  Ｉ成分及びＱ成分への信号の分離に関して、当業者に理解されるように、受信した無線信号は、一般的に、多様な電子機器により処理され得る。例えば、アンテナチューニング及び周波数ダウンコンバージョン電子機器は、受信した周波数を放送周波数から中間周波数（ＩＦ）へと又はベースバンド周波数へと変換するように構成され得る。無線信号は、回転位相（rotational phase）及び大きさの両方を含む複合信号とすることができることが当業者には理解されるであろう。多くのシステムにおいて、複合信号は、同位（Ｉ）信号成分及び直交（Ｑ）信号成分を含み得るＩＦ信号へとダウンコンバートされる。これらの異なる無線信号成分を搬送するために、Ａ／Ｄ変換器１２５への図示された接続１０９は、Ｉ信号及びＱ信号を搬送する３つ又は４つのワイヤを含み得る。いくつかの例において、Ｉ信号及びＱ信号は、４つのワイヤ、又は接地（ＧＮＤ）が結合されている場合は３つのワイヤにより搬送されるＩ、ＧＮＤ及びＱ、ＧＮＤのようなシングルエンドの信号とすることができる。他の例では、Ｉ信号及びＱ信号は、＋Ｉ、−Ｉ及び＋Ｑ、−Ｑといった完全に異なる信号とすることができ、この場合、各々異なる信号を搬送するために一対のワイヤが使用されるため、これらの信号を搬送するために４つのワイヤが採用される。
【００２４】
[0034]  信号１０６のＩ信号成分及びＱ信号成分への分離は、入力１０９がＡ／Ｄ変換器１２５へと通過させられるポイントまでの、図１Ａに例示される信号処理フロー中のあらゆるポイントで起こり得る。いくつかの実施形態では、Ｉ信号成分及びＱ信号成分への分離は、移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａで達成される。
【００２５】
[0035]  図１Ｂは、移相器／ゲインユニット１０１Ａの実施の一例を示す。図示されるように、移相器／ゲインユニット１０１Ａは、移相器１０１Ａ（ｉ）と、可変ゲイン増幅器１０１Ａ（ｉｉ）及び１０１Ａ（ｉｉｉ）と、信号結合器１０１Ａ（ｉｖ）とを含む。無線信号１０６は、例えばｘ（ｔ）として、移相器／ゲインユニット１０１Ａの入力に結合される。移相器１０１Ａ（ｉ）は、無線信号１０６を受信し、例えば信号ｘ（ｔ）の９０°の回転位相変化に対応し得る回転位相変化を提供するように構成される。可変ゲイン増幅器１０１Ａ（ｉｉ）及び１０１Ａ（ｉｉｉ）は、各々対応するゲイン設定を有する可変ゲイン増幅器である。可変ゲイン増幅器１０１Ａ（ｉｉ）及び１０１Ａ（ｉｉｉ）のゲイン設定は、例えば、図１Ａにおいて処理ユニット１４０から入力され得るようなゲイン係数「ａ」及び「ｂ」により設定することができる。信号結合器１０１Ａ（ｉｖ）は、調整された無線信号１０７として、可変ゲイン増幅器１０１Ａ（ｉｉ）の出力と１０１Ａ（ｉｉｉ）の出力とを結合するように構成される信号結合器である。一実施形態では、調整された無線信号１０７は、ｘ（ｔ）（ａ＋ｊｂ）に比例し得るが、ここで、ｊは（−１）の平方根である。したがって、実質上、ａｘ（ｔ）は信号１０７の同位成分Ｉとして、ｂｘ（ｔ）は信号１０７の直交成分Ｑとして、扱うことができる。
【００２６】
[0035]  図１Ｃ及び１Ｄは、復調及びダウンコンバージョンの一般的な代替構成を示す。図１Ｃは、基本的なＲＦスーパヘテロダイン受信機を示す。図示される受信機は、アンテナ１９０と、無線周波数（ＲＦ）増幅器１９１と、ミキサ１９２と、中間周波数（ＩＦ）増幅器１９３と、局部発振器１９４と、復調器１９５とを含む。アンテナ１９０及びＲＦ増幅器１９１は、ａ（ｔ）・ｃｏｓ（ωｃｔ）のような無線周波数（ＲＦ）信号を生成する。ここで、ａ（ｔ）は復調信号に対応し、ωｃはラジアンにおける搬送周波数に対応する。局部発振器１９４は、ミキサ１９２及び／又は無線周波数増幅器１９１に対する局部発振器信号を生成するために使用される。ミキサ１９２は、ＲＦ増幅器１９１からＲＦ信号を受信し、これを局部発振器信号と掛け合わせ、ＲＦ信号パワーを一周波数から他の周波数へと三角法による展開理論を用いて変換する。例えば、局部発振器１９４をωＬＯ＝ωｃ＋ωＩＦの周波数に同調させる場合、この局部発振器１９４は、ｂ（ｔ）・ｃｏｓ（［ωｃ＋ωＩＦ］・ｔ）と表すことができる。ミキサ１９２は、ＲＦ信号を局部発振器信号倍に逓倍し、以下を導き出す：
ａ（ｔ）・ｃｏｓ（ωｃｔ）・ｂ（ｔ）・ｃｏｓ（［ωｃ＋ωＩＦ］・ｔ）
ｃｏｓ（Ａ）・ｃｏｓ（Ｂ）＝ｃｏｓ（Ａ−Ｂ）＋ｃｏｓ（Ａ＋Ｂ）の三角恒等式を用いて、以下を導き出す：
ａ（ｔ）・ｂ（ｔ）／２・［ｃｏｓ（（２ωｃ＋ωＩＦ）・ｔ）＋ｃｏｓ（ωＩＦ・ｔ）］
【００２７】
[0036]  中間周波数（ＩＦ）増幅器１９３は、通常、ローパスフィルタを含み、高周波数項（ｃｏｓ（（２ωｃ＋ωＩＦ）・ｔ））をブロックし、低周波数項ｃｏｓ（ωＩＦ・ｔ）を通過させ、これが中間周波数（ＩＦ）信号ａ（ｔ）・ｂ（ｔ）／２・ｃｏｓ（ωＩＦ・ｔ））に対応する。続いて、ＩＦ信号は復調器１９５で復調され、ベースバンド出力信号１９６を抽出する。
【００２８】
[0037]図１Ｄは、周波数変調（ＦＭ）システム及びパルス変調（ＰＭ）システムにおいて一般的に見られる直交ダウンコンバージョンの一例を示す。複合信号入力１９７Ａは、一対の移相器１９８Ａ及び１９８Ｂに結合され得る。これらの移相器は、受信した信号の回転位相を変更する正弦又は余弦ベースの移相演算を適用し得る。移相された信号は、例えばローパスフィルタ１９９Ａ及び１９９Ｂによりフィルタリングすることができ、同位信号成分（Ｉ）１９７Ｂ及び直交信号成分（Ｑ）１９７Ｃを生成する。
【００２９】
[0038]  図１Ａに戻り、信号結合器１２０による処理の前に無線信号がＩ成分及びＱ成分に分離される実施形態では、Ｉ成分及びＱ成分は別々に結合され得るため、２つの別個の結合無線信号１０８が利用されるが、そのうち１つは結合されたＩ信号用であり、もう１つは結合されたＱ信号成分用である。結合の一部として、信号結合器１２０は、いくつかの例では、受信された無線信号の補足的な移相／ゲイン調整を実行することができ、その場合は、信号結合器１２０は、さらにコマンドバス１５０に結合され、コマンドバス１５０から調整制御信号を受信するように構成され得る。
【００３０】
[0039]  Ａ／Ｄ入力１０９は、上述したような例えば３つ又は４つのワイヤを用いた、Ｉ信号成分用及びＱ信号成分用の２つの別個の入力を含み得る。Ａ／Ｄ変換器１２５は、Ｉ信号及びＱ信号を別々に変換するデュアルチャネルのＡ／Ｄ変換器、又は同期的に動作する２つの別個のＡ／Ｄ変換器を含み得る。Ａ／Ｄ変換器１２５は、無線信号データ（例えば、Ｉ信号及びＱ信号）をアナログ形式からデジタル形式へと転換する（例えば、デジタル信号ＩＤ及びＱＤ）。デジタル無線信号データ（ＩＤ及びＱＤ）は、次いでＩ／ＱＡ／Ｄ出力１１１を介してバッファ１３０へと通過させられ得る。出力１１１は、ＩＤ用及びＱＤ用の２つの別個の出力を含み得る。或いは、Ａ／Ｄ変換器１２５は、２つの入力と１つの出力を有してもよく、当該１つの出力は、出力としてデジタル無線信号データＩＤ及びＱＤを交互に提供する。
【００３１】
[0040]  デジタル信号ＩＤ及びＱＤは、処理ユニット１４０による更なる処理のためにバッファ１３０のようなメモリに記録され得る。同位（ＩＤ）データ及び直交（ＱＤ）データは記憶されることができるため、いくつかの実施においては、データの同位（ＩＤ）部分及び直交（ＱＤ）部分に対して別個のバッファを使用してもよい。
【００３２】
[0041]処理ユニット１４０は、バス１３５を介して、バッファ１３０内のデータを読み取り、書き込み、リセットすることができる。処理ユニット１４０は、図１Ｂに示すようなコンピュータの態様を組み込み得る。一般的に、処理ユニット１４０は、デジタル信号ＩＤ及びＱＤのいずれか、又は両方を使用して動作を実行することができる。本明細書において、このデータを無線信号データと呼ぶ。
【００３３】
[0042]  図１Ｅは、適時的な無線周波数通信用に構成された演算デバイスの一例を示す。図１Ｅは、本開示に従って処理ユニット１４０を実現し得る演算デバイス９００の一例を示すブロック図である。非常に基本的な構成９０１では、演算デバイス９００は通常１つ以上のプロセッサ９１０とシステムメモリ９２０とを含む。メモリバス９３０は、プロセッサ９１０とシステムメモリ９２０との間の通信に使用され得る。一例では、プロセッサ９１０は、プロセッサ１４１に対応し得て、システムメモリ９２０は図１Ａのメモリ１４３、コンピュータ読み取り可能媒体１４２、及びバッファ１３０に対応し得て、メモリバス９３０は図１Ａのバス１３５に対応し得る。
【００３４】
[0043]  所望の構成に応じて、プロセッサ９１０は、マイクロプロセッサ（μＰ）、マイクロコントローラ（μＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）又はそれらのあらゆる組み合わせを含むあらゆるタイプのものとすることができるが、これらに限定されない。プロセッサ９１０は、レベル１キャッシュ９１１及びレベル２キャッシュ９１２などの１つ以上のレベルのキャッシングと、プロセッサコア９１３と、レジスタ９１４とを含むことができる。プロセッサコア９１３は、論理演算装置（ＡＬＵ）と、浮動小数点演算ユニット（ＦＰＵ）、デジタル信号処理コア（ＤＳＰ  Ｃｏｒｅ）、又はそれらのあらゆる組み合わせを含むことができる。メモリコントローラ９１５は、プロセッサ９１０と共に使用することができ、或いは、いくつかの実施においては、メモリコントローラ９１５はプロセッサ９１０の内部部品とすることができる。
【００３５】
[0044]  所望の構成に応じて、システムメモリ９２０は揮発性メモリ（ＲＡＭなど）、不揮発性メモリ（ＲＯＭ、フラッシュメモリなど）、又はそれらのあらゆる組み合わせを含むあらゆるタイプのものとすることができるが、これらに限定されない。システムメモリ９２０は、通常、オペレーティングシステム９２１、１つ以上のアプリケーション９２２、及びプログラムデータ９２４を含む。アプリケーション９２２は、本明細書に記載するダイナミックレンジ減少動作及び空間フィルタリング動作を実行するように構成された「不使用ＲＦ周波数検出」処理アルゴリズム９２３を含む。プログラムデータ９２４は、以下でさらに説明するように、処理アルゴリズム９２３により使用されるデジタル無線信号データ９２５を含む。
【００３６】
[0045]  演算デバイス９００は、付加的な特徴又は機能、及び、基本構成９０１と必要とされるあらゆるデバイス及びインタフェースとの間の通信を容易にする付加的なインタフェースを有し得る。例えば、バス／インタフェースコントローラ９４０は、記憶インタフェースバス９４１を介して、基本構成９０１と１つ以上のデータ記憶装置９５０との間の通信を容易にするために使用することができる。データ記憶装置９５０は、取り外し可能記憶装置９５１、取り外し不可能記憶装置９５３、又はそれらの組み合わせとすることができる。取り外し可能記憶装置又は取り外し不可能記憶装置の例としていくつか例を挙げるとすれば、フレキシブルディスクドライブ及びハードディスクドライブ（ＨＤＤ）のような磁気ディスクデバイスや、コンパクトディスク（ＣＤ）ドライブ又はデジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）ドライブのような光ディスクドライブ、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、及びテープドライブなどが挙げられる。コンピュータ記憶媒体の例としては、コンピュータ読み取り可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータなどの情報を記憶するための方法又は技術において実現される揮発性及び不揮発性、取り外し可能及び取り外し不可能な媒体が挙げられる。
【００３７】
[0046]  システムメモリ９２０、取り外し可能記憶装置９５１、及び取り外し不可能記憶装置９５２は、全て、コンピュータ記憶媒体の例である。コンピュータ記憶媒体としては、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ，フラッシュメモリもしくは他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）もしくは他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶デバイス、又は、所望の情報を記憶するのに使用可能であり、かつ演算デバイス９００によりアクセス可能な他の媒体が含まれるが、これらに限定されない。これらのあらゆるコンピュータ記憶媒体は、デバイス９００の一部とすることができる。
【００３８】
[0047]  演算デバイス９００は、多様なインタフェースデバイス（例えば、出力インタフェース、周辺インタフェース、及び通信インタフェース）から基本構成９０１へのバス／インタフェースコントローラ９４０を介した通信を容易にするためのインタフェースバス９４２も含むことができる。一例の出力デバイス９６０は、グラフィック処理装置９６１及びオーディオ処理装置９６２を含み、これらはディスプレイ又はスピーカなどの多様な外部デバイスと１つ以上のＡ／Ｖポート９６３を介して通信するように構成され得る。一例の周辺インタフェース９７０は、シリアルインタフェースコントローラ９７１又はパラレルインタフェースコントローラ９７２を含み、これらは入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、ペン、音声入力デバイス、タッチ入力デバイスなど）又は他の周辺デバイス（例えば、プリンタ、スキャナなど）などの外部デバイスと１つ以上のＩ／Ｏポート９７３を介して通信するように構成され得る。一例の通信デバイス９８０は、ネットワークコントローラ９８１を含み、これは１つ以上の通信ポート９８２を介したネットワーク通信上の１つ以上の他の演算デバイス９９０との通信を容易にするように構成され得る。通信接続は、通信媒体の一例である。通信媒体は、通常、コンピュータ読み取り可能命令、データ構造、プログラムモジュール、又は、搬送波もしくは他の搬送機構などの変調されたデータ信号内の他のデータにより具現化されることができ、あらゆる情報配信媒体を含む。「変調されたデータ信号」とは、信号内の情報を暗号化するように設定又は変更された特性の１つ以上を有する信号とすることができる。通信媒体の限定されない例としては、有線ネットワーク又は直接配線された接続などの有線媒体、音響媒体、無線周波数（ＲＦ）媒体、赤外線（ＩＲ）媒体、及び他の無線媒体などの無線媒体を含むことができる。本明細書で使用するコンピュータ読み取り可能媒体という用語は、記憶媒体及び通信媒体の両方を含むことができる。
【００３９】
[0048]  演算デバイス９００は、上述した機能のいずれかを含む、携帯電話、パーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）、パーソナルメディアプレイヤデバイス、無線ウェブウォッチデバイス、パーソナルヘッドセットデバイス、特定用途向けデバイス、又はハイブリッドデバイスなどの小型の携帯型（又は移動式）の電子デバイスの一部として実施され得る。また、演算デバイス９００は、ラップトップコンピュータ構成及び非ラップトップコンピュータ構成の両方を含むパーソナルコンピュータとしても実施され得る。
【００４０】
[0049]  図１Ａに戻り、処理ユニット１４０はプロセッサ１４１と、メモリ１４３と、ハードディスク又はフラッシュメモリのようなコンピュータ読み取り可能媒体１４２とを含み得る。プロセッサ１４１は、コンピュータ読み取り可能媒体１４２からの命令をロード及び実行し得る。図１Ａに示すように、このような命令は、ダイナミックレンジ減少命令１４４及び後述するような他の様々な命令を含み得る不使用ＲＦを検出するための命令１４６と、検出された不使用ＲＦを介して通信するための命令１４５とを含み得る。
【００４１】
[0050]  検出された不使用ＲＦを介して通信するための命令１４５は、多様な形態をとることができる。例えば、デバイス１００が、特定された無線周波数を介して他のデバイスと通信する実施形態、又は他のデバイス間での通信を可能とする実施形態などいくつかの実施形態では、命令１４５は、１つ以上の他のデバイスに対して、当該他のデバイスが特定された周波数を利用するように命令するブロードキャストメッセージ又はユニキャストメッセージ生成しかつ送信するための命令の形態をとり得る。このような命令は、１つ以上の遠隔デバイスに対し、当該遠隔デバイスが不使用の無線周波数を利用するように命令する通信を送信する命令を含み得る。命令１４５は、デバイス１００自体による以降の受信（listening）及び／又は送信のための周波数を設定するための命令の形態をとってもよい。例えば、Ｘギガヘルツ（ＧＨｚ）の無線周波数が未使用であると特定された場合、命令１４５は、例えばアンテナ１０１〜１０４のうちの１つなどのデバイストランスミッタが以降の通信のためにＸＧＨｚのチャネルを利用するように設定し得る。
【００４２】
[0051]  不使用ＲＦを検出する命令１４６は、ダイナミックレンジ減少命令１４４を含み得る。いくつかの実施形態において、これらは図１Ｆに示すような命令を含む。図１Ｆは、コンピュータ読み取り可能媒体上に記録され得る、不使用ＲＦ周波数を検出するための要素を示す。これには、例えばバッファ１３０に記録される無線信号データのような無線信号データに表される最も強い無線信号の方向を特定する命令１７０、及びフェーズドアンテナアレイ１０５を介して受信した無線信号データの結合を修正し、特定された方向から減少させた無線信号パワーと結合させた出力を生成する命令１７１を含む。このアプローチは、空間における強い信号がやって来る方向を少なくとも部分的に遮断する（account for）ことで強い信号をフィルタリングすることにより、ダイナミックレンジを減少させるので、「空間フィルタリング」と呼ぶことができる。
【００４３】
[0052]  信号フィルタリングは、強力なブロック信号が狭帯域な特質を有し、かつ空間的次元にわたる分散が制限されていることにより、当該強力なブロック信号の選択的な抑制が可能となるため、少なくとも部分的には利点がある。デバイス１００は、図示するように、フェーズドアンテナアレイ１０５により増幅された広帯域ＲＦフロントエンドを含み得るため、デバイス１００は、到来する信号の方向を特定及び遮断し、空間フィルタリング動作を実行することが可能になる。
【００４４】
[0053]  いくつかの実施形態では、無線信号データに表される最も強い信号の方向を特定する命令１７０は、有力な一次ユーザが異なる周波数帯域及び到達の空間方向を占めているという事実を利用する適合アルゴリズム１７１を実行する命令を含むことができる。例えば、Ａ／Ｄ変換器１２５の出力の広帯域信号に対し高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行するＦＦＴ命令１７２を適用することにより、周波数ドメインにおけるパワープロフィールが生成され得る。いくつかの実施形態では、例えば、Ａ／Ｄ変換器１２５と処理ユニット１４０との間に配置された１つ以上の書き換え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）及び／又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用するなど、ソフトウェアの代わりにハードウェアを使用してＦＦＴ動作を実施するのが有用な場合がある。図１Ａに示した構造に対するこのような変形は、実行可能であり潜在的に実行する価値のあることとして、当業者に認められるであろう。他の実施形態では、ＦＦＴは図示された処理ユニット１４０で実施され得る。
【００４５】
[0054]  到達角度の推定値を得るために、アンテナアレイ係数は、例えば、一組の方向をサンプリングする態様で、命令１７０により連続して生成することができる。Ｍ個のアンテナ要素がある場合、最小二乗推定により空間分散の推定値を得るには、一組のＫ＞Ｍ個の独立したアレイ係数で十分である。
【００４６】
[0055]  最も強い無線信号の方向が特定されると、無線信号データの組み合わせを変更する命令１７３が適用され得る。これらの命令１７３により、ダイナミックレンジの減少を提供する最適係数を求められる。適合アルゴリズムは、周波数ドメインにおけるＭ個の最も強い信号を選択し、その後、所望のダイナミックレンジ減少を達成するために線形高速等式を解くことができる。例えば、係数における５ビット精度を有する４要素のフェーズドアンテナを使用すると、受信した信号のダイナミックレンジを約２５〜３０デシベル（ｄＢ）減少させることができる。一例では、ダイナミックレンジの改善により、感知する無線Ａ／Ｄ変換器１２５の要求分解能を約４ビット程度有効的に減少させる。結果として、市販の低電力・高速Ａ／Ｄ変換器を使用して、広帯域スペクトル感知無線デバイス１００を実現することができる。
【００４７】
[0056]  次に、命令１７３は、特定されたアンテナアレイ係数及び／又はコマンドを移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａに送信し得る。これらの係数又はコマンドは、無線信号を結合させる際に、特定された方向から減少された無線信号パワーを有する結合無線信号１０８が生成されるように、無線信号を修正するのに使用される。
【００４８】
[0057]  図１Ａに示すデバイス１００の構造は、ゆえにフェーズドアンテナ１０５を利用するように設計することができるが、ここで、アンテナアレイ係数がデジタルバックエンドの処理ユニット１４０で演算され、移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａにフィードバックされ、その後、着信する無線信号のゲイン及び／又は位相の調整に利用される。いくつかの例では、所望のアレイ応答の高速収束に要する待ち時間が非常に短いことから、ユニット１０１Ａ〜１０４Ａに簡素な移相器を使用するのが特に魅力的である。
【００４９】
[0058]また、デジタルビーム形成受信機とは対照的に、いくつかの実施では、アナログドメイン内で、増幅器、ミキサ、及び自動ゲイン制御回路の前に信号処理が有利に行われるように複数のアンテナ信号処理ブロックを利用することができる。そのような例では、広帯域信号は、歪みを最小限に抑えて適切に増幅することができ、Ａ／Ｄ変換器１２５におけるダイナミックレンジの最大利用（つまり、ビットの総数）を達成することができる。平行フロントエンドチェーン及びＡ／Ｄ変換器を使って多重アンテナ受信機を実現するデジタルビーム形成技術とは対照的に、本開示は、幾例かのシステムにおいてわずか１つの受信機分岐とひとつのＡ／Ｄ変換器１２５が利用され得るようにシステム中の結合ステージをアンテナステージで発生させることを提案する。
【００５０】
[0059]  次に、種々の代替的な実施形態を説明するが、デバイス１００は、性質上携帯される場合は特に、空間内で移動したり回転したりするため、アンテナアレイ係数の演算がさらに難しくなる。加速度計及び十分な処理能を持つことで、変化するアンテナの配向に対応するように連続的に係数を調整することにより空間内でのアンテナ１０１〜１０４の位置変化に動的に対応させるための係数を演算することができる。或いは、デバイス１００は、デバイス１００が利用可能な不要ＲＦ周波数を特定するために静止するまで待機することもできる。特定段階が完了すると、デバイス１００は、特定したＲＦ周波数上で通信を開始し、更なる空間フィルタリングを実行する必要がなくなる。
【００５１】
[0060]  いくつかの実施形態では、アンテナ１０１〜１０４、並びに任意の移相器・ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａ、信号結合器１２０及びＡ／Ｄ変換器１２５は、有線又は無線リンクを介してデバイスと通信する固定位置に配置され得る。処理ユニット１４０及び任意の（ただし、本例では、その他の図示されたデバイス構成要素ではない）バッファ１３０を含むデバイス１００は、例えば有線又は無線ネットワーク通信リンクを介して遠隔デバイスと第１の「通常」通信を確立し得る。遠隔デバイスは、アンテナ１０１〜１０４と通信可能に接続され、任意で移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａ、信号結合器１２０、及びＡ／Ｄ変換器１２５とも通信可能に接続される。遠隔デバイスは、アンテナからデバイス１００へデータを通信し、その後、デバイス１００は、遠隔デバイスがデバイス１００に代わって通信を送信する際に当該遠隔装置により使用される不使用ＲＦ周波数を特定する。本開示により、他の変形や実施形態が当業者に明らかになるであろう。
【００５２】
[0061]  次に図２を参照し、図１Ａに示すようなデバイスにより実行され得る方法の一例を説明する。図２に示す方法は、広帯域感知無線通信デバイスで受信され得る無線信号データのダイナミックレンジを減少させる。この方法には、ブロック２０１〜２０７が含まれる。
【００５３】
[0062]  ブロック２０１において、２つ以上の無線信号が受信される（無線信号の受信）。無線信号は、図１における１０１〜１０４のようなアンテナを少なくとも２つ含む、例えば図１Ａにおける１０５のようなフェーズドアンテナアレイから受信され得る。無線信号はアレイから直接受信されなくてもよい。このようなデータは、途中、信号切替器、信号バッファ、信号増幅器、信号ルータ、移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａ、及び他の通信機器などの多くのデバイスを通過し得る。図１Ａでは、例えば、無線信号は移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａ及び通信インタフェース１１０を通過する。
【００５４】
[0063]  ひとたび受信されると、２つ以上のアンテナから受信された無線信号は、最初にブロック２０２において結合され得る（無線信号の結合）。例えば、全ての受信信号は実質的な位相変化又はゲイン調整をされずに、いずれか１つの信号に統合され得る。これは、例えば図１Ａに示す信号結合器１２０により行われ得る。結合された信号は、続いて、ブロック２０３でＡ／Ｄ変換器１２５などによりアナログドメインからデジタルドメインに変換され得る（Ａ／Ｄ変換）。
【００５５】
[0064]  次に、ブロック２０４において、最初に結合された無線信号データに表される最も強い無線信号の方向が特定され得る（最も強い信号の方向の特定）。これは、例えば図１Ａに示すような好適に構成された処理ユニット１４０により行われ得る。この特定は、上述したように、無線信号データに高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用し、無線信号データのパワープロフールを生成することを含み得る。その後、アンテナアレイ係数のサンプル組を使用して、一組の方向がサンプリングされ得る。このサンプル組は、代表的な一組の方向における信号強度を特定するために、当該代表的な一組の方向を分析する際に使用するアンテナアレイ係数を含み得る。係数の代表的な組は、理想的には、考えられる着信方向の３６０°全体にわたりおおよそ均一に分散した組の方向をサンプリングするべきである。しかし、いくつかの例では、有利に、関心のある特定の方向において追加サンプリングを行ってもよい。サンプリング係数は、予め定められ、そのような特定の全てにおいて再利用されてもよいし、又は要求に応じて動的に生成されてもよい。例えば、パワープロフィールが多くの方向に強い信号を示した場合、着信する強い信号全ての方向に関するより良い情報を得るためには、より大きなサンプル組が必要となるかもしれない。
【００５６】
[0065]  ブロック２０５において、特定された方向から強い信号の信号パワーを減少させるために、後続の無線信号位相及びゲインが修正され得る（後続の信号位相／ゲインの修正）。これは、図１Ａにおける処理ユニット１４０が移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａと協働して行い得る。処理ユニット１４０は、例えば、一組のアンテナアレイ係数を演算し、２つ以上のアンテナから受信する無線信号の後続の結合に使用するために移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａに提供する。移相器／ゲインユニット１０１Ａ〜１０４Ａは、次に受信された無線信号にこのアンテナアレイ係数を適用する。位相／ゲインを調整された無線信号は、結合されると、強い信号の方向から減少させられた無線信号パワーを有する結合出力を生成する。
【００５７】
[0066]  上述した図２Ａのブロック２０１〜２０５によりダイナミックレンジ減少が達成されると、ブロック２０６及びブロック２０７を用いて、ブロック２０６において、不使用ＲＦチャネルを特定し（不使用ＲＦチャネルの特定）、その後、ブロック２０７において、識別された不使用ＲＦチャネルのいずれかにおける適時的な通信を可能とすることにより（特定されたＲＦチャネル上での通信可能化）、大きなダイナミックレンジに付随する費用や複雑さを伴わずに不使用ＲＦ周波数上での通信が可能となる。特定された不使用ＲＦチャネル上での適時的な通信を可能とすることは、例えば、図１Ａに示す命令１４５により実行される動作を含み得る。
【００５８】
[0067]  ブロック２０６において不使用ＲＦチャネルを特定するために多くの技術が利用可能であり、それらのうちいずれの技術を採用してもよい。いくつかの実施形態では、図１Ａの命令１４６は、処理ユニット１４０に、広帯域感知段階を介して特定された低い通信動作を示す一連の帯域を通して反復させ得る。不使用であることが確認されたあらゆる帯域は、後続の通信用の候補となり得る。
【００５９】
[0068]  いくつかの例では、一次ユーザ周波数帯域が識別され得る。例えば、図３は、利用可能な二次ユーザチャネルの選択と、活動状態及び非活動状態の一次ユーザ周波数帯域、並びに中間帯域を示す。一次ユーザ周波数帯域は、例えば、ネットワーク位置から一次ユーザ周波数マップを検索するか、又は周囲の無線周波数を測定し、そして適切な一次ユーザ周波数帯域識別情報をデバイスメモリ内に記憶することにより、識別され得る。そして、一次ユーザ周波数帯域を分析して非活動状態の一次ユーザ周波数帯域を特定することにより、利用可能な二次ユーザチャネルが識別され得る。これは、例えば、一次ユーザ周波数マップをスキャニングして非活動状態の帯域がどこにあるかを特定するか、又は着信無線信号を測定して非活動状態の一次ユーザ周波数帯域を特定し、そして非活動状態の帯域識別情報をデバイスメモリに記憶することにより、達成され得る。
【００６０】
[0069]  いくつかの実施形態において、ネットワーク連携を採用することができる。例えば、図４は、ネットワーク連携要素及び対応するステップを採用したデバイス及び当該デバイスに対応する方法の一例を示す。ネットワーク連携要素４０４の使用には、いくつかの有用な利点が含まれる。第一に、発見された不使用周波数チャネルは、図１Ｄの９８０のようなネットワーク通信手段により、後続のネットワーク通信で利用するためにネットワークに伝達され得る。第二に、ネットワーク連携要素４０４は、発見プロセスにおいて役立てることができる。例えば、不使用ＲＦチャネルの最初の特定は、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、２及び３を参照して上述した技術を使用し、アナログ処理要素４０１、Ａ／Ｄ変換要素４０２、及びデジタル処理４０３要素により実現され得る。この特定は、評価され、かつネットワーク連携要素４０４を介して得られた履歴及び利用可能性情報と比較され得る。
【００６１】
[0070]  図５は、開示される実施形態に従ってさらに実行され得るダイナミックスペクトル割当を示す。ダイナミックスペクトル割当もまた、図４に示すようなネットワーク連携要素を含み得る。例えば、ダイナミックスペクトル割当要素５００は、複数の受信機Ｒ１５０１、Ｒ２５０２及びＲ３５０３と双方向通信関係にあるネットワークサーバに存在し得る。受信機５０１〜５０３は、本明細書で開示するような適時的なＲＦ検出を実行するように装備されていてもよいし、装備されていなくてもよい。受信機がそのように装備されている実施形態では、受信機は、例えば図１Ｅの９８０のようなネットワーク通信手段を用いて、ダイナミックススペクトル割当要素５００に利用可能な不使用ＲＦ周波数情報を転送するように構成され得る。そうでない場合は、ダイナミックスペクトル割当要素５００は、例えば図１Ｅの９９０のようなネットワーク化された演算デバイスなど他のソースからそのような情報を取得してもよい。例えば、スペクトル利用情報は、このような情報の集約及び発信に従事する民間企業により、又は米国のＦＣＣのような政府機関により、インターネット上で有益に公開することができる。不使用ＲＦ周波数情報は、これを公開する組織のサーバから検索され得る。
【００６２】
[0071]  要素５００は、受信した利用可能情報に基づき、周波数ｆ１からｆＮまでの範囲にわたるスペクトルプール５１０が、一定の利用不可能周波数範囲（例えば、５１１、５１２、５１３）及び一定の利用可能周波数範囲（例えば、５２１から５３２まで）を含むことを特定する。次に、要素５００は、利用可能な周波数帯域５２１〜５３１のどれを、各種受信機（Ｒ１〜Ｒ３）５０１〜５０３に割り振るかを決定する。これは、特定の受信機の要求、受信機の位置、及び受信機の能力に基づき、決定され得る。周波数帯域の割り振りは、その後、受信機５０１〜５０３に送信される。
【００６３】
[0072]  受信機５０１〜５０３は、要素５００により特定される周波数上で通信を受信及び／又は送信するように装備される。したがって、受信機５０１に対して帯域５２１、５２２、５２３が割り振られると、受信機５０１はこれらの帯域上で信号を受信し得る。受信機５０１が送信機も備えている場合は、受信機５０１は割り振られたチャネル上で送信もし得る。
【００６４】
[0073]  図６は、適時的な無線周波数通信用に構成されたデバイスの一例を示す。図６のデバイスは、いくつかの差異はあるものの、図１Ａのデバイスに類似している。図６中の所定の構成要素は、同一の識別子により示されるように、図１Ａ中の構成要素と同一である。
【００６５】
[0074]  図６は、フェーズドアンテナアレイ１０５、アナログ信号処理ブロック６００、Ａ／Ｄ変換器１２５、デジタル処理ブロック６１０、及び１つ以上の遠隔デバイス６２０を含む。アナログ信号処理ブロック６００は、移相器１０１Ｂ、１０２Ｂ及び１０３Ｂと、ゲインユニット１０１Ｃ、１０２Ｃ及び１０３Ｃと、信号結合器１２０と、マスタゲインユニット１２１とを含む。デジタル処理ブロック６１０は、ＦＦＴ要素６１１、適合アルゴリズム１７１、係数／コマンド生成要素６１２、及び不使用ＲＦ周波数を介した通信要素１４５を含む。
【００６６】
[0075]  フェーズドアンテナ１０５の各アンテナは、対応する移相器１０１Ｂ〜１０３Ｂに接続される。無線信号１，２、及び３は、これによりアレイ１０５から移相器１０１Ｂ〜１３０Ｂに接続される。各移相器１０１Ｂ〜１０３Ｂは、ゲインユニット１０１Ｃ〜１０３Ｃに接続される。各ゲインユニット１０１Ｃ〜１０３Ｃは、信号結合器１２０に接続される。調整された無線信号１、２、３は、これにより移相器１０１Ｂ〜１０３Ｂ及びゲインユニット１０１Ｃ〜１０３Ｃから結合無線信号１０８を生成する信号結合器１２０へと接続される。信号結合器は、マスタゲインユニット１２１に接続される。結合無線信号１０８は、マスタゲインユニット１２１によりゲイン調整され得る。
【００６７】
[0076]  マスタゲインユニット１２１は、デジタル処理ブロック６１０に含まれ得るＦＦＴ要素６１１に接続される。ＦＦＴ要素６１１は、適合アルゴリズム１７１、係数／コマンド生成器６１２、及び不使用ＲＦ周波数を介した通信要素１４５により動作させられ得るデジタル処理ブロックのメモリ（図６に図示しないメモリ）内に出力を生成する。係数／コマンド生成器６１２は、ゲイン及び位相の係数及び／又はコマンドを生成し、後続の無線信号１、２及び３の調整に使用するためにアナログ信号処理ブロック６００に送信し得る。アレイ１０５内の各種アンテナ間の距離ｄは、係数／コマンド生成器６１２により係数を計算する際に使用され得る。
【００６８】
[0077]  不使用ＲＦ周波数を介した通信要素１４５は、不使用周波数データ６２１を、通信に利用するために遠隔デバイス６２０へと送信し得る。これは、有線又は無線信号を当該遠隔デバイス６２１に送信することにより行われ得る。無線信号が送信される場合は、デジタル処理ブロック６１０は、アレイ１０５内の少なくとも１つのアンテナを制御しており、そして当該アンテナは無線通信を送信するのに利用され得る。
【００６９】
[0078]  システムの態様のハードウェア実施とソフトウェア実施との間に区別はほとんどない。ハードウェア又はソフトウェアの使用は、一般的に（一定の背景においては、ハードウェアとソフトウェアとの間の選択は重要になることもあるため、常にではないが）費用対効果の兼ね合いを表す設計選択である。本明細書に記載するプロセス及び／又はシステム及び／又は他の技術を実現させ得る様々な媒体が存在し（例えば、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェア）、好ましい媒体は、当該プロセス及び／又はシステム及び／又は他の技術が展開される背景によって異なるだろう。例えば、速度と精度が優先される場合、実施者は、ハードウェア又はファームウェアの媒体を主に選択し得るし、柔軟性が優先される場合は、実施者は主にソフトウェアによる実施を選択し得る。或いは、実施者はハードウェア、ソフトウェア及び／又はファームウェアの所定の組み合わせを選択し得る。
【００７０】
[0079]  上記詳細な説明では、ブロック図、フローチャート及び／又は例を用いて、デバイス及び／又はプロセスの多様な実施形態について述べた。そのようなブロック図、フローチャート、及び／又は例が１つ以上の機能及び／又は動作を含む場合、当該ブロック図、フローチャート、又は例における各機能及び／又は動作は、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの実質的にあらゆる組み合わせにより、個別に及び／又は総合的に実施可能であることが当業者には理解されるであろう。一実施形態では、本明細書に記載する主題のうちいくつかの部分は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、書き換え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又は他の統合された形式を介して実施可能である。しかし、本明細書に開示される実施形態のうちいくつかの態様は、全部又は一部において、１つ以上のコンピュータ上で実行する１つ以上のプログラムとして（例えば、１つ以上の計算システム上で実行する１つ以上のプログラムとして）、１つ以上のプロセッサ上で実行する１つ以上のプログラムとして（例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ上で実行する１つ以上のプログラムとして）、ファームウェアとして、或いはそれらの実質的にあらゆる組み合わせとして、集積回路において同等に実施することができること、また、ソフトウェア及び／又はファームウェアのために回路を設計すること及び／又はコードを書くことは、本開示を考慮すると、十分に当業者の技術の範囲内であることが、当業者には認められるであろう。加えて、本明細書に記載する主題のメカニズムは、多様な形態のプログラム製品として頒布可能であること、また、当該頒布を実際に行うために使用される信号伝達媒体の特定の種類に関わらず、本明細書に記載する主題の例示的な実施形態が該当することが、当業者には理解されるであろう。信号伝達媒体の例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、コンピュータメモリなどの書き込み可能な媒体や、デジタル及び／又はアナログ通信媒体などの伝送媒体（例えば、光ファイバケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンクなど）が挙げられるが、これらに限定されない。
【００７１】
[0080]  本明細書に記載する様式でデバイス及び／又はプロセスを説明すること、その後、技術的手法を用いてそのように説明されたデバイス及び／又はプロセスをデータ処理システムへと統合することは、当該技術分野において通常のことであることが当業者には認められるであろう。つまり、本明細書に記載するデバイス及び／又はプロセスの少なくとも一部は、妥当な量の実験を通じて、データ処理システムに統合することができる。典型的なデータ処理システムは、一般的に、システムユニット筐体、ビデオディスプレイデバイス、揮発性メモリ及び不揮発性メモリなどのメモリ、マイクロプロセッサ及びデジタル信号プロセッサなどのプロセッサ、オペレーティングシステム、ドライバ、グラフィカルユーザインターフェース、及びアプリケーションプログラムなどの計算実体、タッチパッド又はスクリーンなどの１つ以上のインタラクションデバイス、及び／又はフィードバックループと制御用モータと（例えば、位置及び／又は速度を検知するためのフィードバックループ、構成要素及び／又は量を移動及び／又は調整するための制御用モータ）を含む制御システムのうち、１つ以上を備えることが当業者には認められるであろう。典型的なデータ処理システムは、データ計算／通信システム及び／又はネットワーク計算／通信システムに典型的に見られるようなあらゆる好適な市販の部品を利用して実施され得る。本明細書に記載される主題は、異なる構成要素内に含まれる、又は異なる構成要素に接続される他の異なる構成要素を例示することがある。そのように記載された構造は、単なる例に過ぎず、実際は、同様の機能性を達成する他の多くの構造が実施可能であることが理解されるであろう。概念的な意義において、同一の機能性を達成するための構成要素のあらゆる構成は、所望の機能性を達成するように効果的に「関連付けられる（associated）」。よって、本明細書において特定の機能性を達成するために組み合わされるあらゆる２つの構成要素は、構造や中間構成要素に関わらず、所望の機能性を達成するように互いに「関連付けられた（associated with）」とみなすことができる。同様に、そのように関連付けられたあらゆる２つの構成要素は、所望の機能性を達成するために互いに「動作可能に接続された（operably connected）」又は「動作可能に接続された（operably coupled）」とみなすこともでき、関連付けが可能なあらゆる２つの構成要素は、所望の機能性を達成するために互いに「動作可能に接続可能である（operably couplable）」とみなすこともできる。動作可能に接続可能であることの具体例としては、物理的に結合可能な及び／もしくは物理的に相互作用する構成要素、並びに／又は無線で相互作用可能な及び／もしくは無線で相互作用する構成要素、並びに／又は論理的に相互作用する及び／もしくは論理的に相互作用可能な構成要素を挙げることができるが、これらに限定されない。
【００７２】
[0081]  本明細書で使用される実質的にあらゆる複数の及び／又は単数の用語について、当業者は、文脈及び／又は用途に応じて適切に、複数の用語を単数に、及び／又は単数の用語を複数に置き換えることができる。本明細書では、明確性を目的として、多様な単数／複数の置き換えが明記され得る。
【００７３】
[0082]  一般的に、本明細書内、特に添付の請求の範囲内（例えば、添付の請求の範囲の本文）で使用される用語は、一般的に「非限定的な（open）」用語として意図されている（例えば、「含んでいる（including）」という用語は、「・・・を含んでいるが限定されない（including but not limited to）」と解釈されるべきであり、「有している（having）」という用語は、「少なくとも・・・を有している（having at least）」と解釈されるべきであり、「含む（includes）」という用語は、「・・・を含むが限定されない（includes but is not limited to）」と解釈されるべきである。）ことが当業者には理解されるであろう。さらに、導入されたクレーム記載（introduced claim recitation）において特定の数が意図される場合、そのような意図は当該クレーム中に明確に記載され、そのような記載がない場合は、そのような意図も存在しないことが当業者には理解されるであろう。理解を促すために、例えば、後続の添付する請求の範囲では、「少なくとも１つの（at least one）」及び「１つ以上の（one or more）」といった導入句を使用し、クレーム記載を導入することがある。しかし、このような句を使用するからといって、「a」又は「an」といった不定冠詞によりクレーム記載を導入した場合に、たとえ同一のクレーム内に、「１つ以上の」又は「少なくとも１つの」といった導入句と「a」又は「an」といった不定冠詞との両方が含まれるとしても、当該導入されたクレーム記載を含む特定のクレームが、当該記載事項を１つのみ含む発明に限定されるということが示唆されると解釈されるべきではない（例えば、「a」及び／又は「an」は、通常は、「少なくとも１つの」又は「１つ以上の」を意味すると解釈されるべきである）。定冠詞を使用してクレーム記載を導入する場合にも同様のことが当てはまる。さらに、導入されたクレーム記載において特定の数が明示されている場合であっても、そのような記載は、通常、「少なくとも」記載された数を意味するように解釈されるべきであることは、当業者には理解されるであろう（例えば、他に修飾語のない、単なる「２つの記載事項」という記載がある場合、この記載は、「少なくとも」２つの記載事項、又は「２つ以上の」記載事項を意味する）。さらに、「Ａ、Ｂ及びＣなどのうち少なくとも１つ」に類する表記が使用される場合、一般的に、そのような構造は、当業者がその表記を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ及びＣのうち少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの両方、ＡとＣの両方、ＢとＣの両方、及び／又はＡとＢとＣの全て、などを有するシステムを含むがこれに限定されない）。また、「Ａ、Ｂ又はＣなどのうち少なくとも１つ」に類する表記が使用される場合、一般的に、そのような構造は、当業者がその表記を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ又はＣのうち少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの両方、ＡとＣの両方、ＢとＣの両方、及び／又はＡとＢとＣの全て、などを有するシステムを含むがこれに限定されない）。さらに、２つ以上の選択可能な用語を表す実質的にあらゆる離接語及び／又は離接句は、説明文内であろうと、請求の範囲内であろうと、���は図面内であろうと、それら用語のうちの１つ、それらの用語のうちのいずれか、又はそれらの用語の両方を含む可能性を意図すると理解されるべきであることが、当業者には理解されるであろう。例えば、「Ａ又はＢ」という句は、「Ａ又はＢ」又は「Ａ及びＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【００７４】
[0083]  本明細書において、種々の実施形態を開示したが、別の態様もまた当業者には明らかであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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