(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ回路と、
通信用のアンテナを選択するためのスイッチング・メカニズムと
を具備し、
前記スイッチング・メカニズムは、前記ＲＦ回路に接続され、複数のアンテナのうち１つに接続可能であり、
前記スイッチング・メカニズムは、
１つまたは複数の電気機械スイッチと、
１つまたは複数のソリッド・ステート・スイッチと、
前記電気機械スイッチに第１の制御信号を提供し、前記ソリッド・ステート・スイッチに第２の制御信号を提供する制御システムと
を含み、
前記電気機械スイッチの各々は、前記制御システムから受け取られる前記第１の制御信号に応じて選択可能であり、
前記ソリッド・ステート・スイッチの各々は、前記制御システムから受け取られる前記第２の制御信号に応じて選択可能であり、
前記制御システムは、第１の条件が満足される場合に前記第２の制御信号を送ることによって前記ソリッド・ステート・スイッチを選択して当該ソリッド・ステート・スイッチを介して前記ＲＦ回路と前記通信用のアンテナとの間の電気的接続を確立するように構成され、前記第１の条件が満足されない場合に前記第１の制御信号を送ることによって前記電気機械スイッチを選択して当該電気機械スイッチを介して前記ＲＦ回路と前記通信用のアンテナとの間の電気的接続を確立するように構成され、
前記電気機械スイッチは、前記複数のアンテナのうちの第１のアンテナを前記通信用のアンテナとして選択するように構成され、
前記ソリッド・ステート・スイッチは、第２の条件の結果に基づいて前記複数のアンテナのうち前記第１のアンテナを除く第２のアンテナ群から前記通信用のアンテナを選択するように構成される、
無線通信ネットワークにおいて動作可能な送受信機。
【請求項２】
前記電気機械スイッチは、前記ＲＦ回路を前記第１のアンテナに電気的に接続して固定された通信パスを形成するように構成され、
前記ソリッド・ステート・スイッチは、ソリッド・ステート・デバイスによって選択可能な複数のアンテナからアンテナを選択するための１つまたは複数のスイッチング要素を持つ切り替え可能な通信パスを介して、前記ＲＦ回路をアンテナに電気的に接続するように構成される、
請求項１の送受信機。
【請求項３】
前記第１の条件が、Ｇ＞Ｌによって与えられ、
Ｇは、前記電気機械スイッチおよび前記ソリッド・ステート・スイッチを用いて複数のアンテナからアンテナを選択することによって達成される正味の利得であり、
Ｌは、前記電気機械スイッチおよび前記ソリッド・ステート・スイッチに関連付けられるスイッチング損失である、
請求項１または請求項２の送受信機。
【請求項４】
前記第１の条件は、動作の第１及び第２のモードにおける前記複数のアンテナの性能パラメータＰを監視することに基づいており、かつ、ＰＭが他のアンテナのＰよりも良好であるならば前記複数のアンテナのうちＰに関して最高の性能を提供するアンテナＡＭが前記ＲＦ回路に電気的に接続されることによって与えられ、
ＡＭは、前記複数のアンテナのうち第Ｍ番目のアンテナを表し、
前記第１のモードにおいて前記ＲＦ回路は、アンテナＡＭに電気的に接続されて前記電気機械スイッチを介して固定された電気的パスを形成し、
前記第２のモードにおいて前記ＲＦ回路は、アンテナＡＭに電気的に接続されて前記複数のアンテナからアンテナを選択するための前記ソリッド・ステート・スイッチを介して切り替え可能なパスを形成する、
請求項１または請求項２の送受信機。
【請求項５】
Ｐは、信号対干渉雑音比（ｓｉｎｒ）であり、
動作の前記第１のモード及び前記第２のモードにおいてアンテナのうち最高のｓｉｎｒを提供するアンテナＡＭが、前記ＲＦ回路に電気的に接続される、
請求項４の送受信機。
【請求項６】
Ｐは、ビットエラー率測定であり、
動作の前記第１のモード及び前記第２のモードにおいてアンテナのうち最低のビットエラー率を提供するアンテナＡＭが、前記ＲＦ回路に電気的に接続される、
請求項４の送受信機。
【請求項７】
前記第１の条件が、ｓｉｎｒ＞ｓｉｎｒｃによって与えられ、
ｓｉｎｒは、通信用に選択可能な複数のアンテナについての信号対干渉雑音比であり、
ｓｉｎｒｃは、アンテナ選択を用いないアンテナの信号対干渉雑音比であり、
前記複数のアンテナは、瞬間的な変動を受けるものの、時間に亘って類似の平均の信号電力及び干渉レベルを持つ、
請求項１または請求項２の送受信機。
【請求項８】
前記第１の条件は、
【数１】
0005612163.tif 000014
によって与えられ、
ｓは、信号電力であり、
ｉは、干渉レベルであり、
ｎは、ＲＦアナログ及び混合モードサブ回路で導入される雑音であり、
Ｌは、スイッチにおいて受ける損失であり、
Ｇは、前記電気機械スイッチおよび前記ソリッド・ステート・スイッチを用いて複数のアンテナからアンテナを選択することによって達成される正味の利得であり、
Ｇｍｉｎは、前記電気機械スイッチおよび前記ソリッド・ステート・スイッチを用いて複数のアンテナから選択することを正当化するための最小の正味の利得であり、
ｓｉｒは、信号対干渉比であって、ｓ／ｉに等しく、
ｓｎｒは、信号対雑音比であって、ｓ／ｎに等しく、
前記複数のアンテナは、瞬間的な変動を受けるものの、時間に亘って類似の平均の信号電力及び干渉レベルを持つ、
請求項１または請求項２の送受信機。
【請求項９】
前記ソリッド・ステート・スイッチによってアンテナを選択するための前記第２の条件は、当該ソリッド・ステート・スイッチによって選択可能な複数のアンテナのうち最高の信号対干渉雑音比（ｓｉｎｒ）を提供するアンテナに基づいている、請求項１乃至請求項８のいずれか１項の送受信機。
【請求項１０】
前記ソリッド・ステート・スイッチによってアンテナを選択するための前記第２の条件は、当該ソリッド・ステート・スイッチによって選択可能なアンテナの性能パラメータ（パラメータは、ｓｉｎｒ、ビットエラー率またはパケットエラー率のうちいずれか）を監視することと、これらのアンテナのうち前記性能パラメータに関して最高の性能を提供するアンテナを選択することと、に基づいている、請求項１乃至請求項８のいずれか１項の送受信機。
【請求項１１】
前記電気機械スイッチは、ＭＥＭＳスイッチである、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項の送受信機。
【請求項１２】
無線通信ネットワークにおいて動作する、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項の送受信機（前記送受信機は、ＲＦ回路と、通信用のアンテナを選択すると共に選択されたアンテナを前記ＲＦ回路に接続するためのスイッチング・メカニズムとを持つ）と、
各々が通信用の動作時に異なるレベルの減衰を提供する、複数のアンテナと
を具備する、
通信用のアンテナを選択するためのシステム。
【請求項１３】
ＲＦ回路と、送受信機内のＲＦ回路を複数のアンテナのうち１つに接続するための１つまたは複数の電気機械スイッチ及び１つまたは複数のソリッド・ステート・スイッチを持つスイッチング・メカニズムとを具備する請求項１乃至請求項１１のいずれか１項の送受信機（前記送受信機は、無線通信ネットワークにおいて動作する）による、通信用のアンテナを選択するための方法であって、
前記方法は、
第１の条件が満足されるならば、前記ソリッド・ステート・スイッチ（前記ソリッド・ステート・スイッチは、選択されたアンテナが通信用に使用されるように、第２の条件の結果に基づいて前記複数のアンテナからアンテナを選択するように構成される）を介して前記ＲＦ回路とアンテナとの間の電気的接続を確立するステップと、
前記第１の条件が満足されないならば、前記電気機械スイッチ（前記電気機械スイッチは、アンテナが通信用に使用されるように、当該アンテナに接続するように構成される）を介して前記ＲＦ回路とアンテナとの間の電気的接続を確立するステップと
を具備する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに記述された実施形態は、一般に、無線通信ネットワークにおいて動作する送受信機による通信用のアンテナを選択するための、送受信機、システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信／受信アンテナ選択の実用的な実装は、ＲＦ回路または限られた数の送信／受信ＲＦチェーン（chain）をより大きな数のアンテナへ接続させることのできる、ＲＦフロントエンド内の１組のスイッチを必要とする。様々なタイプのスイッチデバイスが使用可能であり、これらは概してソリッド・ステートベースのスイッチと電気機械ベースのスイッチとに分類可能である。ソリッド・ステート・スイッチは、その回路またはデバイスが完全に固体材料から構築されており、この中で電荷担体は完全に固体材料内部にとどめられる。一般的なソリッド・ステート・スイッチは、トランジスタ、マイクロプロセッサチップなどを含む。ソリッド・ステート・スイッチは、より低いコスト、より長い寿命のみならずより高速なスイッチング・レートを達成するという主要な利点を持つが、これは比較的大きな挿入損失を犠牲にして得られる。他方、電気機械及び特にＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ）ベースのスイッチは、ずっと低い関連挿入損失を持つものの、その大きなスイッチング遅延によりセルラシステムにおけるアンテナ・スイッチングには概して不向きである。ＭＥＭＳスイッチは、表面マイクロマシニング（surface- micro machined）デバイスであり、ＲＦ伝送線における短絡または開放を達成するために機械的な運動を使用する。
【０００３】
ソリッド・ステート・スイッチが使用される場合に、挿入損失がアンテナ選択利得を打ち消す可能性がある。発明者による実験的な評価は、現実的な伝搬条件の下でアップリンク選択（４つの中から１つの要素）を行う実用的なＬＴＥシステムについて、チャネルのタイプ及び存在する干渉の量に依存して、デバイスにおける信号損失の計上前に２ｄＢオーダそして３ｄＢまでの利得が達成可能であることを示した。１ｄＢの挿入損失がある実用的な単極双投スイッチを考慮すると、合計２ｄＢの減衰が生じ、これは雑音支配（noise-dominated）シナリオが仮定される場合にアンテナ選択の利点をほとんど打ち消す。他方、干渉負荷（interference-loaded）ケースでは、スイッチにおける信号損失は受信機のＳＩＮＲ（ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｐｌｕｓ  ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）に対してより小さな影響しか持たず、故にアンテナ選択が正味の利得を達成することをより容易にする。
【発明の概要】
【０００４】
（関連出願の相互参照）  
この出願は、２０１２年５月２２日に出願された英国特許出願第１２０９０３７．９号に基づいており、かつ、これからの優先権の利益を主張するものであって、これの全内容は参照によってここに組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、スイッチを用いた公知のアンテナ選択システムの例を示す。
【図２】図２は、２ｄＢのスイッチング損失があるアンテナ選択システムに関して様々な値のＳＩＲ（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｒａｔｉｏ）及びＳＮＲ（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）に対して必要とされる最小の利得を示す。
【図３】図３は、電気機械スイッチ及びソリッド・ステート・スイッチに対する制御信号を備える、実施形態のスイッチング・メカニズムのブロック図を示す。
【図４】図４は、図３に示されるスイッチング・メカニズムの実装例を示す。
【図５】図５は、図３に示されるスイッチング・メカニズムの実装例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
送受信機が、通信が行われるシステム及びネットワークの特性（雑音によって支配されているのか、それとも干渉によって支配されているのか、それとも両方によって支配されているのか）に基づいて、多数の切り替え可能な要素を備えるものから固定されたアンテナが使用される（即ち、切り替えが必要とならないように特定のアンテナへの直接的な伝送パスを持つ）ものまで、アンテナ・フロントエンドを動的に切り替えることができる配置に対する要求がある。本願に記述される実施形態の一態様は、特定のシナリオがアンテナ・スイッチングから利益を得るか否かに依存して、多数の切り替え可能な要素を含むものから固定されたアンテナが使用されるものまで、アンテナ・フロントエンドを動的に切り替えるための電気機械スイッチ及びソリッド・ステート・スイッチを含むハイブリッド・スイッチング・メカニズムを持つ送受信機に関する。これによって、複数のアンテナの中での切り替えによるアンテナ選択は、達成される正味の利得が係る選択を正当化する場合にのみ行われる。
【０００７】
一実施形態によれば、ＲＦ回路と、通信用のアンテナを選択するための選択メカニズムとを具備する、無線通信ネットワークにおいて動作する送受信機が提供される。スイッチング・メカニズムは、ＲＦ回路に接続され、複数のアンテナのうち１つに接続可能である。選択メカニズムは、１つまたは複数の電気機械スイッチと、１つまたは複数のソリッド・ステート・スイッチと、制御信号をスイッチに提供するように構成されている制御システムとを含み、スイッチの各々は制御システムから受信される制御信号に応じて動作用に選択可能である。制御システムは、第１の条件が満足されるならば制御信号を送ることによってソリッド・ステート・スイッチを動作用に選択してソリッド・ステート・スイッチを介してＲＦ回路とアンテナとの間の電気的接続を確立するように構成され、そうでなければ制御信号を送ることによって電気機械スイッチを動作用に選択して電気機械スイッチを介してＲＦ回路とアンテナとの間の電気的接続を確立するように構成される。電気機械スイッチは、アンテナが通信用に使用されるように当該アンテナに接続するように構成される。ソリッド・ステート・スイッチは、選択されたアンテナが通信のために使用されるように、第２の条件の結果に基づいて複数のアンテナからアンテナを選択するように構成される。
【０００８】
更なる実施形態において、無線通信ネットワークにおいて動作する送受信機（この送受信機は、ＲＦ回路と、通信用のアンテナを選択して選択されたアンテナをＲＦ回路に接続するための上に述べた通りのスイッチング・メカニズムとを持つ）と、各々が通信用の動作時に異なるレベルの減衰を提供する複数のアンテナとを具備する、通信用のアンテナを選択するためのシステムが提供される。
【０００９】
更なる実施形態において、１つまたは複数の電気機械スイッチと、送受信機におけるＲＦ回路を複数のアンテナのうち１つに接続するための１つまたは複数のソリッド・ステート・スイッチとを含む選択メカニズムを準備するステップと、第１の条件が満足されるならばソリッド・ステート・スイッチを介してＲＦ回路とアンテナとの間の電気的接続を確立するステップ（ソリッド・ステート・スイッチは、第２の条件の結果に基づいて複数のアンテナからアンテナを選択するように構成され、選択されたアンテナが通信用に使用される）と、第１の条件が満足されないならば電気機械スイッチを介してＲＦ回路とアンテナとの間の電気的接続を確立するステップ（電気機械スイッチは、アンテナが通信用に使用されるように当該アンテナに接続するように構成される）とを具備する、無線通信ネットワークにおいて動作する送受信機によって通信用のアンテナを選択するための方法が提供される。
【００１０】
更なる実施形態において、無線通信ネットワークにおいて動作する送受信機（この送受信機は、ＲＦ回路と、電気機械スイッチとソリッド・ステート・スイッチとを持つスイッチング・メカニズムとを持ち、この送受信機は、上に述べられた方法を行う）と、各々が通信用の動作時に異なるレベルの減衰を提供する複数のアンテナとを具備する、通信用のアンテナを選択するためのシステムが提供される。
【００１１】
応用の実施形態は、利用可能なアンテナの数に比べて小数のＲＦチェーンが使用される無線システムにおけるアンテナ・スイッチングに関し、従って選択メカニズムは、信号を送信及び／または受信するために各ＲＦチェーンを単一のアンテナに組み合わせる。これは、異なるアンテナからの／異なるアンテナへの観測伝搬定数が十分に無相関である無線システムの性能を増すことが可能であり、従って同時に全てのアンテナ素子において深いフェードにあう可能性を減少させる。記述される配置は、各アンテナが関連付けられたＲＦフロントエンドを持つ慣例的なＭＩＭＯシステムに比較してＲＦ回路の数が削減されるので、無線システムにおいてダイバーシチを達成する低コストな方法である。
【００１２】
アンテナ選択システムの実際の実装は、上記選択を実行できる（即ち、決定基準に従って生成される制御信号を介してＲＦ回路に特定のアンテナを接続させることのできる）１セットのＲＦスイッチに依存する。例えば、受信機において最高の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）または最低のビットエラー率を与えるアンテナが選択される。チャネル特性、アンテナ間の相関、存在する雑音及び干渉のレベルなどに依存して、アンテナ選択によって達成されるＳＩＮＲに関する利得は高くも低くもなり得る。例えば、全周波数帯に亘って最適なアンテナが同じであるので、周波数選択性の低いチャネルについて、より高い利得が期待される。
【００１３】
簡単化のために単一のＲＦチェーンが仮定される図１のアンテナ選択システムを考慮すると、各アンテナにおける所望信号電力はｓ１・・・ｓＮとして表されるのに対して干渉信号レベルはｉ１・・・ｉＮとして表され、ＲＦアナログ及び混合モードサブ回路で導入される雑音がｎとして表される。アンテナ１が選択されたと仮定すると、ベースバンドでのＳＩＮＲは次のように線形形式で与えられる。
【数１】
0005612163.tif 000002
【００１４】
ここで、無相関の雑音及び干渉が仮定される。
【数２】
0005612163.tif 000003
【００１５】
Ｌ（Ｌ＜１）は、スイッチでの損失を表す。
【００１６】
先の表現から、２つの極端なケースにおいて結果として生じるｓｉｎｒは、次のように近似可能である。
【００１７】
−ｓｉｒが無限大に向かう（干渉なし）雑音支配ケース
【数３】
0005612163.tif 000004
【００１８】
−ｓｉｒが零に向かう干渉ケース
【数４】
0005612163.tif 000005
【００１９】
第２の極端なケースでは、結果として生じるｓｉｎｒは、スイッチにおける損失によって影響されない。
【００２０】
最高のｓｉｎｒを提供するアンテナを実際に選択するアンテナ選択システムを考慮し、時間に亘って全てのアンテナにおいて類似の平均の信号及び干渉レベル（即ち、各アンテナに関連する所望信号及び干渉についての伝搬定数の期待される強度が、瞬間的な変動を受けるものの、長期間に亘って同じである）を仮定すると、アンテナ選択の効果は以下に与えられる期待されるｓｉｎｒでの利得Ｇとしてモデル化可能である
【数５】
0005612163.tif 000006
【００２１】
ここで、ｓ及びｉは、全てのアンテナに共通に期待される信号及び妨害レベルであり、ｓｉｒ及びｓｎｒは関連する信号対干渉及び信号対雑音比である。この値は、以下に与えられる、アンテナ選択のない（故に、スイッチの必要性がない、即ち、通信パスの固定された）従来のシステムの期待されるｓｉｎｒと似ている。
【数６】
0005612163.tif 000007
【００２２】
上の例を考慮すると、一実施形態においてアンテナ選択が有益であるために満足される必要のある条件は次のものとして与えられるかもしれない。
【数７】
0005612163.tif 000008
【００２３】
または、同等に、次のものとして与えられるかもしれない。
【数８】
0005612163.tif 000009
【００２４】
この実施形態において、予想される通り、ｓｉｒが無限大に向かう場合に（即ち、雑音支配ケースにおいて）、正味の利益を達成するために必要とされる最小の利得は１／Ｌ（即ち、スイッチング損失の逆数）である一方、ｓｉｒが零に向かう場合に、Ｌは性能に影響せず、最小の利得は１に等しい（即ち、アンテナ選択利得の全てが正味の利得である）。実際には、これら２つの極端の間の状況が見られる。
【００２５】
上述の実施形態において、方程式及び不等式では全てのアンテナが類似の平均のｓｉｎｒを持つことが仮定される。これは、特にモバイルシナリオ（mobile scenario）においてより長い時間に亘る場合であるかもしれないが、実際には短い期間に亘って係る仮定は必ずしも有効でないかもしれない。上の方程式及び不等式の単純化はこれらのまたは他の仮定として作成され、やり方を例証するためだけに示される。実際の雑音及び干渉レベルに依存して、アンテナ選択または固定アンテナ戦略のどちらも有利である可能性がある。故に、実際のアンテナ選択利得を測定すること、ならびに、それらをスイッチにおける損失と比較することは可能であるが、実際には送受信機は現実のＳＩＮＲまたはエラー率測定に基づいて動作モードを選択しそうである。
【００２６】
例えば、更なる実施形態において、送受信機は、全ての可能性のある動作モードで達成されるＳＩＮＲまたはエラー率を定期的に評価し、それから所定の時間で用いる１つを決定するように構成されてもよい。故に、ここで、モード選択の第１の条件は、特定のメトリックのこの評価の結果に基づく。故に、Ｎ個のアンテナの中から、Ｍ番目のアンテナが最大のｓｉｎｒを提供する（即ち、ｓｉｎｒ  ＡＭ  ＞  全ての他のアンテナＡ（１乃至Ｎ）のｓｉｎｒ）ならば、最高のｓｉｎｒ測定を提供するモードを用いて最高のｓｉｎｒを提供するアンテナＡＭが選択され、ここでＡＭは複数のアンテナＡ（１乃至Ｎ）の中の１つのアンテナを表す。ここでの動作モードは、ＭＥＭＳスイッチを介したＲＦ回路及びアンテナＡＭの間の固定の電気的パス・モード（第１のモード）、または、ソリッド・ステート・スイッチを介した切り替え可能な要素のあるパス（第２のモード）であってもよい。この実施形態において、送受信機は、故に、上に記述された実施形態のように、スイッチング損失、アンテナ選択利得などの他の値から性能メトリック（例えば、ＳＩＮＲ）を計算するよりも寧ろ、それを直接的に測定する。性能メトリックは、ＳＩＮＲだけである必要はなく、代わりにビットまたはパケットエラー率であり得る。この場合に、第１及び第２の動作モードのうち最低のエラー率を提供するアンテナＡＭがＲＦ回路に接続される。１より多い性能メトリックが、どの動作モードがこの実施形態において使用されるかを評価するために使用可能である。例えば、両方の動作モードのうち最高のｓｉｎｒ及び最低のエラー率を提供するアンテナが通信のために選択されてよい。
【００２７】
別の実施形態において、「固定された」アンテナ（即ち、送受信機のＲＦ回路との固定された電気的パスを持つもの）を選択するか、それとも選択可能なアンテナのグループ（即ち、アンテナ選択グループ）の中からのアンテナを選択するかを考慮する場合に、アンテナ選択グループのアンテナの１つが非常に良好なｓｉｎｒ測定を持つならば、たとえ全てを横断する平均が劣悪であって「固定されたアンテナ」のｓｉｎｒを下回るとしても、送受信機は、ソリッド・ステート・スイッチを用いて「アンテナ選択グループ」を選択し、時間のほとんどまたは全てで高いｓｉｎｒを備える特定のアンテナを選択するように構成されるべきである。故に、寧ろ固定の選択基準が適用され、この実施形態における送受信機は、アンテナ選択グループ内の１つのアンテナが最高のｓｉｎｒを持つのでこのグループを使用する場合に測定されるｓｉｎｒはより大きくなると評価し、電気機械スイッチに接続される固定されたアンテナよりも寧ろ、ほとんどの時間でその１つのアンテナを選択する。
【００２８】
「固定されたアンテナ」が更なる通信のために選択されるかどうかを考慮するための更なる選択技術が送受信機によって組み込まれてもよく、送受信機は上の実施形態に記述された選択技術に制限されない。例えば、送受信機は、それが動作している無線ネットワークにおける異なるノードの特性に基づく特定の動作モードによってアンテナ選択を行うように構成されてもよい。故に、一態様において、送受信機はいかなるメトリックも直接的に評価しないかもしれず、代わりに、それは同じネットワーク内の別のノードから動作モード選択（固定されたアンテナパスを使用するか、それとも切り替え可能な要素を備えるものを使用するかの選択）を行うための情報を受信する。例えば、選択方法は、別のノードに生じる干渉を低減することを目的としてもよく、どのモードを使用するかの決定は、そのノードから（直接的にまたは間接的に）受信される情報に基づいていてもよい。例えば、これは、測定された干渉レベルまたは測定された伝搬定数に関する情報であり得る。これらの測定は、好適な動作モードを選択するために送受信機によって使用される。別の態様において、更なるノードからの情報は、好適な動作モード、または、場合によっては使用される特定のアンテナさえも識別する直接命令を備えているかもしれない。送受信機は、故に、第１の条件が満足されるか否かを判定する時に上の実施形態に記述された選択方法に制限されず、他の方法が動作モードを選択するために組み込まれてもよい。
【００２９】
図２は、２ｄＢのスイッチング損失のあるアンテナ選択システムに関して様々な値のｓｉｒ及びｓｎｒに対して必要とされる最小の利得を示す。故に、潜在的な問題は、ある条件下でアンテナ選択は正味の利得を提供しないが、代わりにスイッチングデバイスにおいて被る損失によって性能を劣化させる。これは、特に、より大きな損失のあるソリッド・ステート・スイッチが使用される場合である。潜在的な解は、電気機械またはＭＥＭＳスイッチを使用することであり、これらは典型的には挿入損失が低い。しかしながら、それらは、多数の関連する問題も持つ。主要な１つは、それらの大きなスイッチング遅延に関連し、これは、例えば、セルラシステム（基地局が時間の間隙なく連続的にフレームを送信し、選択が毎フレームベースで行われ、従って高速なスイッチングを必要とする）におけるそれらの適用を制限する。更に、ＭＥＭＳスイッチは、典型的には、より高価であって、寿命が短い。
【００３０】
実施形態は、これらの潜在的な問題を克服し、一態様において図３に描かれるように電気機械デバイス（１ａ）及びソリッド・ステート・デバイス（２ａ）の組み合わせを用いるハイブリッド・スイッチング・メカニズム（１）を提供し、これは様々なアンテナに関連付けられた様々なＬ値をもたらす。電気機械デバイスは、１つまたはより多くのＭＥＭＳスイッチを含むＭＥＭＳ（micro electro-mechanical）スイッチング手段であり得る。制御システムによって出される制御信号の所与のセット（Ｃ１）に対して、電気機械スイッチは、送受信機内のＲＦ回路（即ち、ＲＦチェーン）とアンテナとの間の電気的接続を確立するように構成され得る。電気機械スイッチを介した係る電気的接続は、ＲＦ回路とアンテナとの間の固定された電気的パスである。制御信号の別の所与のセット（Ｃ２）に対して、ソリッド・ステート・デバイスは、送受信機のＲＦ回路とアンテナとの間の電気的接続を確立することによって、毎サブフレームベースでアンテナを選択するように構成され得る。ソリッド・ステート・デバイスは、アンテナ選択を行うための１つまたはより多くのソリッド・ステート・スイッチで構成されるスイッチング回路であり得る。ソリッド・ステート・スイッチを介した電気的接続は、固定されたパスではなく、ソリッド・ステート・デバイスがアンテナ選択を行うことによって複数のアンテナのうち１つを接続するように構成されるように切り替え可能な要素を持つ。
【００３１】
ＲＦ回路とアンテナとの間の接続を確立するために、電気機械スイッチ（ＭＥＭＳスイッチなど）が使用されるか、それともソリッド・ステート・スイッチが使用されるかは、第１の条件の結果に基づいて制御システムによって判定される。制御システムは、電気的接続を確立するために必要とされるリンク性能測定を行うので、送受信機のデジタルベースバンドブロック（例えば図１を参照）の一部であってもよく、アナログ／ＲＦサブシステムへの直接的なインターフェースを持つ。実際には、制御システムを含むデジタルベースバンド実装は、集積回路、デジタル・シグナル・プロセッサ、ＦＰＧＡなどのように、様々な形態を採ることができる。制御システムは、潜在的に多くのスイッチを設定する（即ち、それぞれの個別のスイッチにおいて可能性のあるパスのうちどれが作動されるかを選択する）ことにより、これらのアンテナを横断して各ＲＦチェーンからアンテナまでの全体の電気的パスを選択する。この全体のパスは、低損失の（大概はＭＥＭＳスイッチを通じた）ものでもあり得るし、高損失の（ソリッド・ステート・スイッチを通じた）もの（しかし、これはアンテナ選択を行うのに十分高速に切り替え可能であるという利点を提供する）でもあり得る。
【００３２】
制御システムによる決定に基づく、アンテナに接続する電気機械スイッチまたはソリッド・ステート・スイッチの現実の選択は、スイッチを介してなされてよい。これは、１つまたはより多くのＭＥＭＳスイッチを介することが可能であり、ここでＭＥＭＳ制御は、より長い期間のアンテナ・スイッチングのために使用されてもよいし、通信が干渉または雑音制限ケースのどちらで起こっているかに依存してより低い損失のパスとより高い損失のパスとの間を選択するために使用されてもよい。制御システムによって電気機械スイッチ（ＭＥＭＳ）を使用するかそれともソリッド・ステート・スイッチを使用するかを決定し、それに応じて制御信号を出すことは、上述の正味の利得（Ｇ）の値などの基準に基づくことも可能であるし、固定されたアンテナパスと切り替え可能なシステムとの間のＳＩＮＲ比較に基づくことも可能である。
【００３３】
例えば、上の方程式／不等式を参照すると、アンテナ選択が有益であるために満足される必要のある条件は次のものである。
【数９】
0005612163.tif 000010
【００３４】
または、同等に、次のものである。
【数１０】
0005612163.tif 000011
【００３５】
ここで、ｓｉｒ、ｓｎｒ、ｓｉｎｒ及びｓｉｎｒｃは、上述のように表される。
【００３６】
故に、一実施形態において、アンテナ選択によって提供される利得が、それが有利であるように（即ち、Ｇ＞Ｌ）スイッチング損失よりも大きい場合、制御システムは、ソリッド・ステート・スイッチ（１ｂ）のあるアンテナ・スイッチング・モードを使用することが正当化されると判定し、それに応じてアンテナ選択がソリッド・ステート・スイッチ（１ｂ）を用いて行われるように制御信号Ｃ２を出す。さもなければ、基準が満足されない場合、ならびに、制御システムがアンテナ・スイッチングによって提供される利得が正当化されないと判定する場合、または、即時のシナリオによれば固定されたパスのアンテナが好ましい場合に、制御システムは、ＭＥＭＳスイッチ（１ａ）を作動させるために制御信号Ｃ１を出し、これは固定されたパスのアンテナに接続される。このように、アンテナ・フロントエンドは、制御システムがアンテナ切り替えによって提供される利得が正当化されると判定するか否かに依存して、固定されたアンテナ（即ち、切り替え要素のない直接的または固定された接続パスを持つ）から切り替え可能な要素を備えるものまで切り替え可能である。アンテナ・フロントエンド自体の選択は、スイッチを用いてなされる。雑音支配から干渉支配（interference-dominated）への遷移及びその逆の遷移は緩慢なプロセスなので、電気機械またはＭＥＭＳスイッチは、従って追加的な損失を殆ど被らずに、固定されたアンテナまたはソリッド・ステート・スイッチの選択の目的で使用することができる。
【００３７】
１乃至Ｎのアンテナ選択についてのより具体的な例が図４に示されている。この実施形態において、ハイブリッド・スイッチング・メカニズムは、送受信機のＲＦ回路に接続される第１のＭＥＭＳスイッチ（１：２  １ａ）を持ち、ソリッド・ステート・スイッチ（１ｂ）に接続する電気的なパス、ならびに、第２のＭＥＭＳスイッチ（２：１  １ａ）も持つ。第２のＭＥＭＳスイッチ（２：１  １ａ）は、アンテナＡ１への固定された電気的パスを持つ。ソリッド・ステート・スイッチ（１ｂ）は、制御システムによって設定されているＮ個のアンテナのうち１つに接続できる切り替え可能な電気的パスを持ち、Ｎはソリッド・ステート・スイッチが接続可能なアンテナの数である。第１のＭＥＭＳスイッチは、制御信号を用いて、ＲＦ回路と、第１の条件の結果に基づく第２のＭＥＭＳまたはソリッド・ステート・スイッチのどちらかを介してＮ個のアンテナのうち１つとの間の電気的接続を確立するように構成される。第２のＭＥＭＳが選択されるならば、結果として生じる電気的パスは、アンテナＡ１への固定された電気的パスである。ソリッド・ステート・スイッチ（１ｂ）が選択されるならば、ソリッド・ステート・スイッチは第２の条件の結果に基づいてＮ個のアンテナの間でアンテナ・スイッチングを行い、それに応じて結果として生じるパスが選択される。
【００３８】
図４に示される実施形態において、ソリッド・ステート・スイッチは、第２のＭＥＭＳスイッチ（１ａ）を介してアンテナＡ１に接続することも可能である。故に、第２のＭＥＭＳスイッチは、第１のＭＥＭＳスイッチ（１ａ）を介してアンテナＡ１への固定された電気的パスを提供するために、または、アンテナＡ１もソリッド・ステート・スイッチ（１ｂ）によって選択可能であり得るように当該スイッチ（１ｂ）を介して選択可能な要素を持つ切り替え可能な電気的パスを提供するために選択され得る。
【００３９】
この実施形態において、ＭＥＭＳスイッチ（１：２  １ａ、２：１  １ａ）は、アンテナＡ１を選択するために使用される。制御システムによる第１の条件が満足されないとの判定時には（即ち、アンテナ・スイッチングまたはアンテナ選択によって提供される利得Ｇが正当化されないならば）、２つのＭＥＭＳスイッチを介したＲＦ回路とアンテナＡ１との間の固定された電気的接続を作動させる制御信号Ｃ１が出される。ソリッド・ステート・スイッチは、第１のＭＥＭＳスイッチ（１：２  １ａ）によって選択されず、故に、通信用の送受信機のＲＦ回路に接続されない。切り替え可能な電気的パスは、故に、作動されない。図４に示される上（top）の分岐（即ち、固定されたアンテナＡ１）を選択することは、低い全体のスイッチング損失（ＭＥＭＳデバイスにおける損失の２倍）と共になされる。
【００４０】
制御システムが他方で第１の条件が満足される（即ち、アンテナ選択によって提供される利得Ｇが正当化される）と判定するならば、ソリッド・ステート・スイッチを介してＲＦ回路と通信用のアンテナとの間の切り替え可能な電気的パスを作動させるために制御信号Ｃ２が出される。ソリッド・ステート・スイッチ（１ｂ）は、それから、アンテナＡ１を含むＮ個のアンテナの間で選択をなすことができる。第１のＭＥＭＳスイッチは、制御信号Ｃ２が出される場合にソリッド・ステート・スイッチを送受信機のＲＦ回路に接続し、切り替え可能な電気的接続パスを形成する。
【００４１】
このパスがひとたび作動されれば、アンテナは従来のアンテナ選択／スイッチング技法を用いて選択される。例えば、ソリッド・ステート・スイッチは、第２の条件（最高の信号対干渉雑音比（ｓｉｎｒ）を提供する１つを選択すること、など）を満足するアンテナを選択できる。第２の条件は、ビットエラー率またはパケットエラー率などの性能パラメータの監視、ならびに、第２の条件に基づいて最高の性能を提供するアンテナを選択することに基づくこともできる。図４において、下（bottom）の分岐を選択することは、第２の条件の結果に依存するより大きなソリッド・ステート・スイッチング構造（fabric）を通じたアンテナ・スイッチング・モードを提供する。
【００４２】
図４において、アンテナ選択が利益を提供しなければ、上の分岐が選択されるだろう（これは、干渉レベルが低いか干渉がない場合により生じそうである）。さもなければ、高いスイッチング損失にも関わらずアンテナ選択が利点を提供する場合、即ち、以下の場合に、ソリッド・ステート・スイッチを通じた下側のパスが選択され、従来のアンテナ選択が行われる。
【数１１】
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【００４３】
または、同等に、次の場合である。
【数１２】
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【００４４】
使用されるアンテナのタイプ次第では、低損失オプションのための余分のアンテナを追加して図５に示されるように１乃至（Ｎ＋１）配置を使用することがコストの観点から好適であるかもしれない。この実施形態は、第２のＭＥＭＳスイッチ（２：１  １ａ）が存在しない点で図４の実施形態とは異なる。ここで、ＭＥＭＳスイッチ１ａを介したＲＦ回路への固定された接続パスを持つアンテナＡ１は、ソリッド・ステート・スイッチによって選択不可能である。故に、ソリッド・ステート・スイッチによる選択がＮ個のアンテナの中でできる（即ち、２乃至Ｎ＋１アンテナが、第２の条件の結果に基づいてソリッド・ステート・スイッチによって選択できる）ように、１つの余分な（Ｎ＋１）アンテナが必要となる。この実施形態は、１つのＭＥＭＳスイッチだけが必要である、ならびに、第１のアンテナについての損失が図４の中の先の実施形態におけるものの半分である、という利点を持つ。
【００４５】
実際には、スイッチング・メカニズムがひとたびソリッド・ステート・スイッチの使用を決定すれば、アンテナ選択システムは、固定された方程式またはテーブル（例えば、最小値Ｇについての先の数式）に従って、最も適切な動作モードを選択するために信号対雑音及び信号対干渉比を測定し、または、大概は様々なモード及びアンテナについて性能パラメータ（ｓｉｎｒ、ビットエラー率またはパケットエラー率）を定期的に測定し、最も適切なものを選択することによって、トレーニング可能である。スイッチング・メカニズムによってひとたびソリッド・ステート・スイッチが選択されれば、動作及び選択は従来のシステムと同様のやり方でなし得る。
【００４６】
記述された実施形態は、例えば低コストかつカバレッジ半径を犠牲にすることなく干渉抑制が必要とされるシナリオにおいて使用される小セル基地局インフラストラクチャ製品に使用されてよい。記述された実施形態は、受信信号が弱い場合（ユーザがセル端にいる時）に性能劣化を伴わずに無線システムにおける干渉抑制を達成するために使用されてもよい。更に、同様の問題に直面するシングルキャリア空間変調システムにおいて使用可能であり、それによって劣悪な信号対雑音比を持つデバイスと通信する場合に空間変調を無効にして固定されたアンテナを代わりに使用することが好適であるかもしれない。
【図１】
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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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