(57)【要約】  複数の個別送信信号ストリームを含むソース信号ストリームによって搬送される情報を無線で送信するアンテナアレイに関する方法であって、該方法は、複数の送信ストリームを複数の個別ビーム信号ストリームにマッピングするステップであって、複数のビーム信号ストリームのうちの少なくとも１つのビーム信号ストリームは、複数の送信信号ストリームのうち複数の送信信号ストリームの結合である、ステップと、アンテナアレイを用いて複数の送信ビームを生成するステップと、複数の送信ビームのうち異なる送信ビームで複数のビーム信号ストリームの各ビーム信号ストリームを送信するステップと、を含む。
2019507527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の個別送信信号ストリームを含むソース信号ストリームによって搬送される情報を無線で送信するアンテナアレイに関する方法であって、
前記複数の送信ストリームを複数の個別ビーム信号ストリームにマッピングするステップであって、前記複数のビーム信号ストリームのうちの少なくとも１つのビーム信号ストリームは、前記複数の送信信号ストリームのうち複数の送信信号ストリームの結合である、ステップ；
前記アンテナアレイを用いて複数の送信ビームを生成するステップ；および、
前記複数の送信ビームのうち異なる送信ビームで前記複数のビーム信号ストリームの各ビーム信号ストリームを送信するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記結合は線形結合である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の送信信号ストリームを前記複数の個別ビーム信号ストリームにマッピングする前に、前記複数の送信信号ストリームを前記ソース信号ストリームから抽出するステップを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のビーム信号ストリームの各ビーム信号ストリームは、前記複数の送信信号ストリームのうち複数の送信信号ストリームの対応する線形結合である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の送信ビームは独立してステアリング可能な送信ビームである、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記ソース信号ストリームはデジタル形式であり、
前記ソース信号ストリームを逆多重化して、前記複数の送信信号ストリームを生成するステップを更に含み、
前記複数の送信ストリームはデジタル形式である、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記マッピングはデジタル領域において実行される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記複数のビーム信号ストリームを前記複数の送信ビームで送信する前に、前記複数のビーム信号ストリームをＩＦに変換するステップを更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
マッピングは、前記複数のビーム信号ストリームを生成するために、前記複数の送信信号ストリームに対して行列乗算演算を実行することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記行列乗算演算は、下式、
【数１】
2019507527.tif 000006
であり、ここで、Ｔｘｉ（ｉ＝１…ｎ、ｎは整数）は前記複数の送信信号ストリームであり、ＴＢｊ（ｊ＝１…ｍ、ｍは整数）は前記複数のビーム信号ストリームであり、Ｍｊｉ（ｉ＝１…ｎおよびｊ＝１…ｍ）は重みである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ソース信号ストリームはＲＦ信号である、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の送信信号ストリームを前記複数のビーム信号ストリームにマッピングする前に、前記複数の送信信号ストリームをＩＦにダウンコンバートするステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の送信信号ストリームを前記複数の個別ビーム信号ストリームにマッピングするステップは、アナログ領域において実行される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
複数の個別送信信号ストリームを含むソース信号ストリームによって搬送される情報を無線で送信するアンテナシステムであって、
複数のアンテナ素子と複数の入力とを有するアンテナアレイシステムと、
前記アンテナアレイシステムを制御し、前記アンテナアレイシステムに、各送信ビームが前記アンテナアレイシステムの前記複数の入力のうち異なる入力に対応する複数の送信ビームを生成させるように構成されているコントローラと、
各々が前記アンテナアレイシステムの対応する異なる入力に電気的に連結された複数の出力を有する信号マッピングモジュールと、
を備え、
前記信号マッピングモジュールは、前記複数の送信信号ストリームを、各々が前記信号マッピングモジュールの前記複数の出力のうち対応する異なる出力に与えられる複数の個別ビーム信号ストリームにマッピングするように構成され、
前記複数のビーム信号ストリームのうち少なくとも１つのビーム信号ストリームは、前記複数の送信信号ストリームのうち複数の送信信号ストリームの結合であることを特徴とするアンテナシステム。
【請求項１５】
前記結合は線形結合である、請求項１４に記載のアンテナシステム。
【請求項１６】
前記信号マッピングモジュールに電気的に連結されたデマルチプレクサモジュールを更に備え、
前記デマルチプレクサモジュールは、前記ソース信号ストリームから前記複数の送信信号ストリームを抽出し、前記複数の送信信号を前記信号マッピングモジュールに供給する、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項１７】
前記複数のビーム信号ストリームの各ビーム信号ストリームは、前記複数の送信信号ストリームのうち複数の送信信号ストリームの対応する線形結合である、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項１８】
前記複数の送信ビームは独立してステアリング可能な送信ビームである、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項１９】
前記ソース信号ストリームはデジタル形式であり、
前記ソース信号ストリームを逆多重化して、前記複数の送信信号ストリームを生成するデマルチプレクサを更に備え、
前記複数の送信ストリームはデジタル形式である、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項２０】
前記信号マッピングモジュールは、デジタル領域において前記マッピングを実行する、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項２１】
前記アンテナアレイは、前記複数のビーム信号ストリームを前記複数の送信ビームで送信する前に、前記複数のビーム信号ストリームをＩＦに変換するデジタル／ＩＦコンバータを備える、請求項２０に記載のアンテナシステム。
【請求項２２】
前記信号マッピングモジュールは、前記複数のビーム信号ストリームを生成するために、前記複数の送信信号ストリームに対して行列乗算演算を実行するように構成されている、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項２３】
前記行列乗算演算は、下式、
【数２】
2019507527.tif 000007
であり、ここで、ＴＢｉ（ｉ＝１…ｍ、ｍは整数）は前記複数のビーム信号ストリームであり、Ｔｘｊ（ｊ＝１…ｎ、ｎは整数）は前記複数のビーム信号ストリームであり、Ｍｉｊ（ｉ＝１…ｍおよびｊ＝１…ｎ）は重みである、請求項２２に記載のアンテナシステム。
【請求項２４】
前記ソース信号ストリームはＲＦ信号である、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項２５】
前記信号マッピングモジュールが前記複数の送信信号ストリームを前記複数の個別ビーム信号ストリームにマッピングする前に、前記複数の送信信号ストリームをＩＦにダウンコンバートするダウンコンバータを更に備える、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項２６】
前記信号マッピングモジュールは、アナログ領域において前記マッピングを実行する、請求項２５に記載のアンテナシステム。
【請求項２７】
アンテナアレイに関する方法であって、
前記アンテナアレイを用いて複数の受信ビームを生成するステップ；
前記複数の受信ビームで複数のビーム信号ストリームを受信するステップであって、前記複数のビーム信号ストリームの各ビーム信号ストリームは、前記複数の受信ビームのうち異なる対応する受信ビームで受信される、ステップ；および、
前記複数のビーム信号ストリームを複数の個別受信信号ストリームにマッピングするステップ、
を含み、
前記複数の受信信号ストリームのうち少なくとも１つの受信信号ストリームは、前記複数のビーム信号ストリームのうち複数のビーム信号ストリームの結合であることを特徴とする方法。
【請求項２８】
前記結合は線形結合である、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記複数の受信信号ストリームを合成信号ストリームに多重化するステップを更に含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記複数の受信信号ストリームの各受信信号ストリームは、前記複数のビーム信号ストリームのうち複数のビーム信号ストリームの対応する線形結合である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記複数の受信ビームは独立してステアリング可能な受信ビームである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記ビーム信号ストリームはＩＦ信号であり、
前記複数のビーム信号ストリームを前記複数の個別受信信号ストリームにマッピングする前に、前記複数のビーム信号ストリームをＩＦからデジタルに変換するステップを更に含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
前記マッピングはデジタル領域において実行される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記マッピングは、前記複数の受信信号ストリームを生成するために、前記複数のビーム信号ストリームに対して行列乗算演算を実行することを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
前記行列乗算演算は、次式、
【数３】
2019507527.tif 000008
であり、ここで、Ｒｘｉ（ｉ＝１…ｎ、ｎは整数）は前記複数の受信信号ストリームであり、ＲＢｊ（ｊ＝１…ｍ、ｍは整数）は前記複数のビーム信号ストリームであり、Ｌｊｉ（ｉ＝１…ｎおよびｊ＝１…ｍ）は重みである、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
複数のアンテナ素子を有するアンテナアレイシステムと、
前記アンテナアレイシステムを制御し、前記アンテナアレイシステムに、各受信ビームが複数のビーム信号ストリームのうち対応するビーム信号ストリームを生成するためのものである、前記複数のビーム信号ストリームを受信するための複数の受信ビームを生成させるように構成されているコントローラと、
前記アンテナアレイシステムに電気的に連結され、複数の出力を有する信号マッピングモジュールと、
を備え、
前記信号マッピングモジュールは、前記複数のビーム信号ストリームを、各々が前記信号マッピングモジュールの前記複数の出力のうち対応する異なる出力に与えられる複数の個別受信信号ストリームにマッピングするように構成され、
前記複数の受信信号ストリームのうち少なくとも１つの受信信号ストリームは、前記複数のビーム信号ストリームのうち複数のビーム信号ストリームの結合であることを特徴とするアンテナシステム。
【請求項３７】
前記結合は線形結合である、請求項３６に記載のアンテナシステム。
【請求項３８】
前記信号マッピングモジュールに電気的に連結されたマルチプレクサモジュールを更に備え、
前記マルチプレクサモジュールは、前記複数の受信信号ストリームを合成信号ストリームに多重化する、請求項３７に記載のアンテナシステム。
【請求項３９】
前記複数の受信信号ストリームの各受信信号ストリームは、前記複数のビーム信号ストリームのうち複数のビーム信号ストリームの対応する線形結合である、請求項３７に記載のアンテナシステム。
【請求項４０】
前記信号マッピングモジュールは、前記複数のビーム信号ストリームに対して行列乗算演算を実行して前記複数の受信信号ストリームを生成することで、前記複数のビーム信号ストリームを前記複数の個別受信信号ストリームにマッピングするように構成されている、請求項３７に記載のアンテナシステム。
【請求項４１】
前記行列乗算演算は、下式、
【数４】
2019507527.tif 000009
であり、ここで、Ｒｘｉ（ｉ＝１…ｎ、ｎは整数）は前記複数の受信信号ストリームであり、ＲＢｊ（ｊ＝１…ｍ、ｍは整数）は前記複数のビーム信号ストリームであり、Ｌｉｊ（ｉ＝１…ｎおよびｊ＝１…ｍ）は重みである、請求項３７に記載のアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９（ｅ）条の下で、２０１６年１月８日に出願された「Ａｎｔｅｎｎａ  Ｍａｐｐｉｎｇ  ａｎｄ  Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ」という名称の米国仮特許出願第６２／２７６，３１１号の利益を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み入れられている。
【０００２】
本開示は、概して、セルラまたは無線ローカルエリアネットワークで用いられるような無線通信システムに関し、より詳細には、マルチビームフェーズドアレイシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来のＭＩＭＯ（多入力多出力）ＬＴＥシステムでは、各送信信号ストリームを別個の基地局アンテナにダイレクトルーティングまたはダイレクトマッピングし、全てのビームパターンはセクタ内で互いに重なり合う。図１から図３に、３つの例を示す。
【０００４】
図１は、従来の２Ｔ２Ｒ  ＭＩＭＯ  ＬＴＥ基地局システムの機能構成を示し、２Ｔ２Ｒシステムは、基地局３０、リモート無線ヘッド２０、および二素子＋／−４５°交差偏波アンテナ１０ａを備えている。この２Ｔ２Ｒシステムでは、アンテナ１０ａは、送信機能および受信機能の両用の領域またはセクタ３２内に、２つの固定された広角重複ビーム３３ａを生成する。基地局３０は、２つの送信信号ストリームＴｘ１およびＴｘ２をリモートヘッドに送信し、リモートヘッドは、何らかの処理の後、これら２つの送信の各々を、交差偏波アンテナ１０ａのうちの１つの異なる対応するアンテナ素子にルーティングして、広角重複ビームの対応する１つに亘るように送信する。受信機側では、リモート無線ヘッド２０は、２つのアンテナ素子によって受信された２つの信号ストリームＲｘ１およびＲｘ２の各々を受信して処理し、これら２つの受信信号ストリームを基地局３０に供給する。
【０００５】
図２は、従来の２Ｔ４Ｒ  ＭＩＭＯ  ＬＴＥ基地局システムの機能構成を示し、２Ｔ４Ｒシステムは、基地局３０、リモート無線ヘッド２０、および２つの＋／−４５°交差偏波アンテナを備えるアンテナシステム１０ｂを備える。この２Ｔ４Ｒシステムでは、アンテナシステム１０ｂは、送信機能用の２つの固定された広角重複ビームと、受信機能用の４つの広角重複ビームとを生成する。基地局３０は、２つの送信信号ストリームＴｘ１およびＴｘ２をリモートヘッド２０に送信し、リモートヘッド２０は、各送信信号ストリームを、１つの交差偏波アンテナ１０ｂにおける２つのアンテナ素子のうち、対応する異なる１つにそれぞれ転送する。受信機側では、リモート無線ヘッド２０は、２つの交差偏波アンテナ素子によって受信された４つの信号ストリームＲｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、およびＲｘ４の各々を受信して処理し、これらの受信信号を基地局３０に送信する。
【０００６】
図３は、従来の４Ｔ４Ｒ  ＭＩＭＯ  ＬＴＥ基地局システムの機能構成を示し、４Ｔ４Ｒシステムは、基地局３０、リモート無線ヘッド２０、および２つの＋／−４５°交差偏波アンテナを備えるアンテナシステム１０ｂを備える。この４Ｔ４Ｒシステムでは、アンテナシステム１０ｂは、送信機能用と受信機能用の両用として、４つの固定された広角重複ビームを生成する。基地局３０は、４つの送信信号ストリームＴｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、およびＴｘ４をリモートヘッド２０に送信し、リモートヘッド２０は、各送信信号を、４つのアンテナ素子のうち対応する異なる１つにそれぞれ転送する。受信機側では、リモート無線ヘッド２０は、４つのアンテナ素子１０ｂによって受信された４つの信号ストリームＲｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、およびＲｘ４の各々を受信して処理し、これら４つの信号を基地局３０に送信する。
【発明の概要】
【０００７】
概して、一態様において、本発明は、複数の個別送信信号ストリームを含むソース信号ストリームによって搬送された情報を、無線で送信するためのアンテナアレイを含む方法を特徴とする。該方法は、複数の送信信号ストリームを複数の個別ビーム信号ストリームにマッピングするステップ、ここで複数のビーム信号ストリームのうちの少なくとも１つのビーム信号ストリームは、該複数の送信信号ストリームのうち複数の送信信号ストリームの結合である；上記アンテナアレイを用いて複数の送信ビームを生成するステップ；および、複数のビーム信号ストリームの各ビーム信号ストリームを該複数の送信ビームのうち異なる送信ビームで送信するステップ、を含む。
【０００８】
他の実施形態は、次の特徴を１つまたはそれ以上含む。上記方法はまた、複数の送信信号ストリームを複数の個別ビーム信号ストリームにマッピングする前に、複数の送信信号ストリームをソース信号ストリームから抽出するステップを含む。複数の送信ビームは独立してステアリング可能な送信ビームである。上記結合は線形結合である。複数のビーム信号ストリームの各ビーム信号ストリームは、上記複数の送信信号ストリームのうち複数の送信信号ストリームの対応する線形結合である。上記方法はまた、複数のビーム信号ストリームを複数の送信ビームで送信する前に、該複数のビーム信号ストリームをＩＦに変換するステップを含む。ソース信号ストリームはデジタル形式であり、上記方法はまた、該ソース信号ストリームを逆多重化して、複数の送信信号ストリームを生成するステップを含み。マッピングはデジタル領域において実行される。マッピングは、複数のビーム信号ストリームを生成するために、複数の送信信号ストリームに対して行列乗算演算を実行することを含む。或いは、ソース信号ストリームはＲＦ信号であり、該方法はまた、複数の送信信号ストリームを複数のビーム信号ストリームにマッピングする前に、複数の送信信号ストリームをＩＦにダウンコンバートするステップを含む。この場合、複数の送信信号ストリームを複数の個別ビーム信号ストリームにマッピングするステップは、アナログ領域において実行される。
【０００９】
概して、他の一態様において、本発明は、複数の個別送信信号ストリームを含むソース信号ストリームによって搬送される情報を無線で送信するアンテナシステムを特徴とする。該システムは、複数のアンテナ素子と複数の入力とを有するアンテナアレイシステムと、該アンテナアレイシステムを制御し、アンテナアレイシステムに、各送信ビームが前記アンテナアレイシステムの複数の入力のうち異なる入力に対応する複数の送信ビームを生成させるように構成されているコントローラと、各々がアンテナアレイシステムの対応する異なる入力に電気的に連結された複数の出力を有する信号マッピングモジュールと、を備え、該信号マッピングモジュールは、複数の送信信号ストリームを、各々が信号マッピングモジュールの複数の出力のうち対応する異なる出力に与えられる複数の個別ビーム信号ストリームにマッピングするように構成され、複数のビーム信号ストリームのうち少なくとも１つのビーム信号ストリームは、上記複数の送信信号ストリームのうち複数の送信信号ストリームの結合である。
【００１０】
他の実施形態は、次の特徴を１つまたはそれ以上含む。上記アンテナシステムはまた、上記信号マッピングモジュールに電気的に連結され、ソース信号ストリームから複数の送信信号ストリームを抽出し、複数の送信信号を信号マッピングモジュールに供給するデマルチプレクサモジュールを備える。複数の送信ビームは独立してステアリング可能な送信ビームである。ソース信号ストリームはデジタル形式であり、上記システムはまた、ソース信号ストリームを逆多重化して、複数の送信信号ストリームを生成するデマルチプレクサを備える。この場合、信号マッピングモジュールは、デジタル領域においてマッピングを実行する。上記アンテナアレイはまた、複数のビーム信号ストリームを複数の送信ビームで送信する前に、複数のビーム信号ストリームをＩＦに変換するデジタル／ＩＦコンバータを備える。ソース信号ストリームはＲＦ信号である。上記アンテナシステムはまた、上記信号マッピングモジュールが複数の送信信号ストリームを複数の個別ビーム信号ストリームにマッピングする前に、複数の送信信号ストリームをＩＦにダウンコンバートするダウンコンバータを備える。上記信号マッピングモジュールは、アナログ領域においてマッピングを実行する。上記結合は線形結合である。複数のビーム信号ストリームの各ビーム信号ストリームは、上記複数の送信信号ストリームのうち複数の送信信号ストリームの対応する線形結合である。上記信号マッピングモジュールは、複数のビーム信号ストリームを生成するために、複数の送信信号ストリームに対して行列乗算演算を実行するように構成されている。
【００１１】
概して、更に他の一態様において、本発明は、アンテナアレイに関する方法を特徴付けるものである。該方法は、該アンテナアレイを用いて複数の受信ビームを生成するステップ；複数の受信ビームで複数のビーム信号ストリームを受信するステップであって、複数のビーム信号ストリームの各ビーム信号ストリームは、複数の受信ビームのうち異なる対応する受信ビームで受信される、ステップ；および、複数のビーム信号ストリームを複数の個別受信信号ストリームにマッピングするステップ、を含み、複数の受信信号ストリームのうち少なくとも１つの受信信号ストリームは、前記複数のビーム信号ストリームのうち複数のビーム信号ストリームの結合である。
【００１２】
他の実施形態は、次の特徴を１つまたはそれ以上含む。上記結合は線形結合である。複数の受信信号ストリームの各受信信号ストリームは、上記複数のビーム信号ストリームのうち複数のビーム信号ストリームの対応する線形結合である。マッピングは、複数の受信信号ストリームを生成するために、複数のビーム信号ストリームに対して行列乗算演算を実行することを含む。上記方法はまた、複数の受信信号ストリームを合成信号ストリームに多重化するステップを含む。複数の受信ビームは独立してステアリング可能な受信ビームである。ビーム信号ストリームはＩＦ信号であり、上記方法はまた、複数のビーム信号ストリームを複数の個別受信信号ストリームにマッピングする前に、複数のビーム信号ストリームをＩＦからデジタルに変換するステップを含む。マッピングはデジタル領域において実行される。
【００１３】
概して、更に他の一態様において、本発明は、複数のアンテナ素子を有するアンテナアレイシステムと、該アンテナアレイシステムを制御し、アンテナアレイシステムに、各受信ビームが複数のビーム信号ストリームのうち対応するビーム信号ストリームを生成するためのものである、複数のビーム信号ストリームを受信するための複数の受信ビームを生成させるように構成されているコントローラと、アンテナアレイシステムに電気的に連結され、複数の出力を有する信号マッピングモジュールと、を備え、該信号マッピングモジュールは、複数のビーム信号ストリームを、各々が信号マッピングモジュールの複数の出力のうち対応する異なる出力に与えられる複数の個別受信信号ストリームにマッピングするように構成され、複数の受信信号ストリームのうち少なくとも１つの受信信号ストリームは、上記複数のビーム信号ストリームのうち複数のビーム信号ストリームの結合である、アンテナシステムを特徴付けるものである。
【００１４】
他の実施形態は、次の特徴を１つまたはそれ以上含む。上記結合は線形結合である。複数の受信信号ストリームの各受信信号ストリームは、上記複数のビーム信号ストリームのうち複数のビーム信号ストリームの対応する線形結合である。マッピングは、複数のビーム信号ストリームに対して行列乗算演算を実行して複数の受信信号ストリームを生成することを含む。上記アンテナシステムはまた、信号マッピングモジュールに電気的に連結され、複数の受信信号ストリームを合成信号ストリームに多重化するマルチプレクサモジュールを備える。
【００１５】
本発明の１つまたはそれ以上の実施形態の詳細は、添付の図面および下記の説明に記載されている。本発明の他の特徴、目的、および利点は、明細書および図面から、そして特許請求の範囲から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、従来の２Ｔ２Ｒ  ＭＩＭＯ  ＬＴＥ基地局システムの機能構成を示す。
【図２】図２は、従来の２Ｔ４Ｒ  ＭＩＭＯ  ＬＴＥ基地局システムの機能構成を示す。
【図３】図３は、従来の４Ｔ４Ｒ  ＭＩＭＯ  ＬＴＥ基地局システムの機能構成を示す。
【図４】図４は、４つのビームを伴う、フェーズドアレイ４Ｔ４Ｒ  ＭＩＭＯ  ＬＴＥ基地局システムの機能構成を示す。
【図５】図５は、別の、４つのビームを伴う、フェーズドアレイ４Ｔ４Ｒ  ＭＩＭＯ  ＬＴＥ基地局システムの機能構成を示す。
【図６】図６は、＋４５°／−４５°交差偏波アンテナを用いる、０°／９０°偏波ビームの生成を示す。
【図７】図７は、＋４５°／−４５°交差偏波アンテナを用いる、ＲＨＣＰビームおよびＬＨＣＰビームの生成を示す。
【図８】図８は、単一の従来の交差偏波アンテナへの４Ｔ４Ｒのマッピングを示す。
【図９】図９は、追加のダイバーシティを有する、単一の従来の交差偏波アンテナへの４Ｔ４Ｒのマッピングを示す。
【図１０】図１０は、完全なオーバーヘッドカバレッジおよび追加のホットスポットカバレッジを備えるフェーズドアレイ４Ｔ４Ｒである。
【図１１】図１１は、ＴｘおよびＲｘの行列乗算を実施するデジタル実施形態の機能ブロック図を示す。
【図１２】図１２は、ＴｘおよびＲｘの行列乗算を実施するＲＦ実施形態の機能ブロック図を示す。
【図１３】図１３は、アンテナアレイの1つのアンテナ素子に接続されたフロントエンドモジュールのブロック図である。
【図１４】図１４は、複数のアンテナ素子を備えるアクティブアンテナアレイシステムの送信機側のブロック図である。
【図１５】図１５は、複数のアンテナ素子を備えるアクティブアンテナアレイシステムの受信機側のブロック図である。  上述の図面において、同様の構成は、同様の符号により特定される。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書で説明するアプローチは、無線通信システム内で用いることができ、基地局または移動体の何れかに適用することができるが、基地局で用いられる可能性がより高い。本アプローチは、フェーズドアレイアンテナシステム内で用いられるが、従来のアンテナシステムにおいて用いられてもよい。
【００１８】
以下に、基地局送信機に関する実施形態について説明するが、その原理は、後述するように、受信機にも適用される。記載された実施形態は、３ＧＰＰ  ＬＴＥ（第３世代パートナーシッププロジェクト長期発展）規格に準拠するが、その原理は、任意の一般的なマルチストリーム通信システムに適用される。
【００１９】
フェーズドアレイアンテナシステムは、図４に例示されるように、本明細書で発展するアイデアを説明するために用いられる。それは、フェーズドアレイアンテナ５０を動作させるフェーズドアレイ用リモート無線ヘッド２５と通信する基地局３５を含む。このシステムでは、マルチビームがセクタ内に形成され、一部は重畳し、一部は重畳しない場合がある。この特定の実施形態では、基地局３５は、４つの送信信号ストリームＴｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、およびＴｘ４をリモート無線ヘッド２５に送信し、４つの受信信号ストリームＲｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３およびＲｘ４をリモート無線ヘッド２５から受信する。リモート無線ヘッド２５は、４つの送信ビーム信号ストリームＴｂｌ、Ｔｂ２、Ｔｂ３、およびＴｂ４をアンテナアレイ５０に送信し、各送信ビーム信号ストリームについて１つのビームとなるように４つのビームを生成し、４つの信号ストリームＲｂｌ、Ｒｂ２、Ｒｂ３、およびＲｂ４をアンテナアレイ５０から受信する。典型的には、各送信信号ストリームＴｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、およびＴｘ４は、対応する異なるビームにマッピングされる。しかし、このようなシステムでは、２つ以上の送信信号ストリームの線形結合を１つのアンテナビーム上に送信することが非常に有効となる場合がある。これを行うために、システム（例えば、無線ヘッド）は、複数の送信信号ストリームを線形結合して送信ビーム信号ストリームの１つを生成するように、変更される。
【００２０】
この概念の一般的な実現について説明したのち、具体例を用いて説明する。
【００２１】
アンテナアレイによって形成されるｎ個の入力送信信号ストリームおよびｍ個の出力送信ビームを有するマルチストリーム通信システムを考える。入力送信信号ストリームＴｘ１〜Ｔｘｎの各送信ビームＴＢ１〜ＴＢｍへのマッピングは、線形結合行列Ｍによって達成される。
［ＴＢ］＝［Ｍ］［Ｔｘ］
行列を拡張すると次のようになる。
【数１】
2019507527.tif 000003
【００２２】
明らかなように、任意の数の入力ストリームを任意の線形結合で、任意の数のフェーズドアレイアンテナビームにマッピングすることができる。換言すると、最も一般的な意味において、各アンテナビームへのマッピングは、そのビームへの入力ストリームの加重和である。このことは、４つの送信信号ストリームが４つのビーム（すなわち、ｍ＝４およびｎ＝４）にマッピングされる場合についての図５に示される。
【００２３】
場合によっては、いくつかの入力の位相および振幅を変更することは、有効である。これは、位相成分を線形結合行列に加えることにより、容易に行うことができる。線形結合行列Ｍにおける各行列要素Ｍｉｊは、スケーラおよび位相調整の積：Ｍｉｊ＝Ａｉｊ（ｅｊΘｉｊ）となるであろう。ここで、Ａｉｊは振幅乗数であり、Θｉｊは位相シフトである。
【００２４】
以下、これが実際のシステムでどのように使用されるかの例を示す。４つの独立したデータストリームを送信し、クロスポールアンテナ素子のアレイ行列を用いて形成された４つのビームにマッピングされる、４Ｔ４Ｒ  ＭＩＭＯ基地局を考える。３ＧＰＰ  ＬＴＥでは、オーバーヘッドシンボルが、４つの送信信号ストリームのうちの２つ（Ｔｘ１およびＴｘ２）に拡散され、残りの２つの送信信号ストリーム（Ｔｘ３およびＴｘ４）でＡｌａｍｏｕｔｉ符号化を用いて繰り返される。フェーズドアレイシステムが４つのビーム、すなわち、＋４５°偏波を伴う２つのビームおよび−４５°偏波をと伴う他の２つのビームに限定されるならば、信号Ｔｘ１およびＴｘ２の等しく重み付けされた線形結合を、セクタに広範囲に広がる単一のビームに配置することが有効である可能性があり、その結果、両方のオーバーヘッドチャネルは、移動体がセルにラッチするのに利用可能となる。これにより、セクタ内のホットスポット領域について、おそらくより狭く集束されたビーム上の入力ストリームの、個別の入力ストリーム伝送または異なる線形結合のために、他の３つのビームが解放される。
【００２５】
図６に示すように、入力信号の位相を回転させ、対向するアンテナ素子の偏波を重複させるように適切に入力信号を供給することによって、＋４５°／−４５°アンテナ対からおそらく０°／９０°偏波波形を生成することで、追加のダイバーシティを達成することができる。或いは、図７に示すように、適切に選択された位相シフトを用いることによって、システムは、ＲＨＣＰ（右円偏波）またはＬＨＣＰ（左円偏波）伝搬波を生成することができる。これら幾つかの例から、このスキームを用いて可能な多くの可能性があることは明らかである。
【００２６】
受信方向を考える。４Ｔ４Ｒ  ＭＩＭＯ  ＬＴＥシステムでは、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）方式で加算され、基地局モデムにおいて復調される、４つの対応する受信ストリームが存在するであろう。従来の基地局の場合、各受信ストリームは各中継ストリームに対応するので、各アンテナと各受信ストリームとの間には１対１の対応が存在するであろう。アンテナアレイの場合、ビームの数と受信ストリームの数との間に１対１の対応が存在しない可能性があるので、各ビームからの受信情報が各受信ストリームに送信（マッピング）されて、確実に、４つ全ての受信経路が利用されていなければならない。
【００２７】
受信側は、反対方向、すなわち、受信ビームから受信ストリームへ、マッピングされる。受信ビームＲＢ１〜ＲＢｍの各出力受信ストリームＲｘ１〜Ｒｘｎへのマッピングは、線形結合行列Ｌを介して行われる。
［Ｒｘ］＝［Ｌ］［ＲＢ］
行列を拡張すると次のようになる。
【数２】
2019507527.tif 000004
【００２８】
場合によっては、いくつかの入力の位相および振幅を変更することは、有効である。送信の場合のように、これは、位相成分を線形結合行列に加えることにより、容易に行うことができる。線形結合行列Ｌの各行列要素Ｌｉｊは、スケーラおよび位相調整の積：Ｌｉｊ＝Ａｉｊ（ｅｊΘｉｊ）となるであろう。ここで、Ａｉｊは振幅乗数であり、Θｉｊは位相シフトである。更に、送信行列Ｍにおける要素は、受信行列Ｌにおける要素とは完全に異なっていてもよい。
【００２９】
４つのビームを形成する４Ｔ４Ｒフェーズドアレイシステムでは、送信と受信の両方について４×４のマッピング行列が必要であろう。
【数３】
2019507527.tif 000005
【００３０】
ここで重要な概念は、限定された数の従来のアンテナ、または、アンテナアレイにおいて生成され得る限られた数のビームの利用を最適化するために、マルチストリーム通信システムの入力の線形結合を生成するという考えである。従来のアンテナを更に追加することは、タワーの建設規制およびレンタル料金のため、実用的ではないことが多く、アンテナアレイにおいて追加のビームを生成する能力は、利用可能なシステムハードウェアまたはソフトウェアによって制限される場合がある。
【００３１】
＜従来のアンテナの例＞
何らかの種類のタワーの制限（例えば、スペース、建設規制、コスト）のため、サービスプロバイダが単一の交差偏波型の従来のアンテナ１０ａに限定される、４Ｔ４Ｒ無線通信システムを考える。無線ヘッド２８（図８参照）において実現することができる１つの解決策は、図８に示すように、４つの送信ストリームのうちの２つ（例えば、Ｔｘ１およびＴｘ２）を線形結合して、＋４５°アンテナ偏波に供給し、残りの２つの送信ストリーム（例えば、Ｔｘ３およびＴｘ４）を−４５°アンテナ偏波に供給する。
【００３２】
追加のダイバーシティ利得を可能にする第２の解決策は、４つ全ての送信ストリームの線形結合を伴う交差偏波アンテナの２つの入力を、４つ全てのストリームを異なる偏波で、例えば、Ｔｘ１を＋４５°で（傾斜偏波）、Ｔｘ２を−４５°で（傾斜偏波）、Ｔｘ３を０°で（垂直偏光）、Ｔｘ４を＋９０°（水平偏波）で放射するような方法で、供給することである。図９にこれを示す。
【００３３】
いずれの場合も、受信機側では、受信信号は、典型的に、送信機側の線形結合および／または偏波に一致するように結合される。
【００３４】
＜フェーズドアレイアンテナの例＞
何らかの種類の装置の制限（例えば、ハードウェア／ソフトウェア）のため、アンテナアレイ５０で形成可能なビームの数が４に制限される、４Ｔ４Ｒ無線通信システムを考える。簡単な解決策は、送信ストリームの各々を固有の送信ビームに個別に割り当てることであろう。しかし、この基本的な構成は、セクタ３２内のビームの最適な配置を制限する。何故なら、３ＧＰＰ  ＬＴＥシステムにおいて、移動体がセルにロックするために、４つのビームのうちの２つが、重複するビームを用いてセクタ全体をカバーする必要があるからである。
【００３５】
１つの解決策は、４つの送信ストリームのうちの２つ（例えば、Ｔｘ１およびＴｘ２）を線形結合して、＋４５°アンテナ偏波でビーム１に供給し、残りの２つの送信ストリーム（例えば、Ｔｘ３およびＴｘ４）を線形結合して、−４５°アンテナ偏波でビーム２に供給することであろう。これにより、個別のまたは線形結合された送信ストリームのホットスポットカバレッジのため、ビーム３およびビーム４が解放される。図１０にこれを示す。
【００３６】
４つの送信ストリーム全ての結合を含む単一のビームを生成するなどの更なる解決策が可能であり、これらの送信ストリームは、最適なセクタカバレッジのために３つのビームを解放するが、ダイバーシティトレードオフを有するであろう。最後に、ダイバーシティ向上について前述したように、各ビームの偏波、または、重複するビーム上の、特定の、個別のまたは線形結合された送信ストリームの結合の偏波を変更することができる。
【００３７】
フェーズドアレイシステムは、各ビームの仰角を歪めること、または、重複するビームの方位角を歪めること、または、これらと前述のダイバーシティスキームとの組み合わせなど、従来のアンテナシステムを超える追加のダイバーシティについて選択肢に柔軟性を与える。
【００３８】
図１１は、送信側と受信側での行列乗算を用いる、例示的なデジタル基地局インターフェース実装を示す。ＣＰＲＩ（共通公衆無線インターフェース）モジュール１００は、ＲｘおよびＴｘ信号を無線ヘッドとの間で搬送するホスト基地局（図示略）からリンクへのインターフェースを提供する。ここでの説明および以下の説明における混乱を避けるため、基地局は２つのインターフェースポイント：基地局のベースバンド処理ユニットへのデジタルＣＰＲＩインターフェース（図１１の場合になるであろう）、または、基地局無線機または基地局ＲＦヘッドへの直接的なＲＦインターフェース（後述する図１２の場合になるであろう）を有することができることが理解されるべきである。
【００３９】
信号は、基地局と無線ヘッドとの間で、ＣＰＲＩフレームとして交換される。ＣＰＲＩモジュール１００内には、基地局によって送信されたＣＰＲＩフレームから複数のデジタル送信信号ＤＴｘ１、ＤＴｘ２、ＤＴｘ３、およびＤＴｘ４を抽出するデマルチプレクサまたはＣＰＲＩデフレーミング機能１０２がある。次いで、これらの信号ストリームは、複数の送信ビーム信号ＢＴｘ１、ＢＴｘ２、ＢＴｘ３、およびＢＴｘ４を生成する処理モジュール１０６に供給され、これらの信号の各々は、処理モジュール１０６によって受信されるデジタル送信信号ストリームの１つまたはそれ以上の線形結合である。処理モジュール１０６は、デジタル送信信号から線形結合を生成するために前述した種類の行列乗算を実行するために用いる、デジタル行列乗算器および加算器を含む。結果として生じる送信ビーム信号は、デジタル／ＩＦコンバータ１１０によってＩＦ信号に変換され、結果として生じるＩＦビーム信号ＩＴｘ１、ＩＴｘ２、ＩＴｘ３、およびＩＴｘ４は、アクティブアンテナアレイシステム１１４に供給され、無線送信のためＲＦにアップコンバートされる。以下でより詳細に説明されるアクティブアンテナアレイシステム１１４は、ＩＦ／ＲＦ変換だけでなく、送信ビーム信号が送信される４つのビームを生成するために用いられるビーム形成およびビームマッピング機能を含む。
【００４０】
受信機側では、受信されたＲＦビーム信号は、アクティブアンテナアレイシステム１１４において、ＩＦ信号ＩＲｘ１、ＩＲｘ２、ＩＲｘ３、およびＩＲｘ４にダウンコンバートされ、これらのＩＦ信号は、ＩＦ／デジタルコンバータ１１２によってデジタル受信ビーム信号ＢＲｘ１、ＢＲｘ２、およびＢＲｘ３、およびＢＲｘ４に変換される。これらの信号は、複数のデジタル受信信号ＤＲｘ１、ＤＲｘ２、ＤＲｘ３、およびＤＲｘ４を生成する処理モジュール１０８に供給され、これらの信号の各々は、処理モジュール１０８によって受信される受信ビーム信号の１つまたはそれ以上の線形結合である。処理モジュール１０８は、受信ビーム信号の線形結合を生成するために前述した種類の行列乗算を実行するために用いる、デジタル行列乗算器および加算器を含む。ＣＰＲＩモジュール１００内のマルチプレクサまたはＣＰＲＩフレーミング機能１０４は、複数のデジタル受信信号を、基地局に送信するためのＣＰＲＩフレームに組み立てる。
【００４１】
記載された実施形態では、ＣＰＲＩモジュール１００および処理モジュール１０６および１０８の行列乗算演算は、必要な機能を実行するように適切にプログラムされたＦＰＧＡ（または他のプロセッサ要素）を用いて実現される。デジタル／ＩＦコンバータ１１０およびＩＦ／デジタルコンバータ１２は、デジタル／アナログおよびアナログ／デジタル回路を用いるハードウェアにおいて実施される。
【００４２】
図１２は、送信側および受信側での行列乗算を用いるＲＦ基地局インターフェース実装の例を示す。この場合、基地局信号は、ＲＦ送信信号Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、およびＴｘ４として、リモート無線ヘッドとの間で送受信される。これらの信号は、ＲＦ／ＩＦコンバータ１２６によって、対応するＩＦ送信信号ＩＴｘ１、ＩＴｘ２、ＩＴｘ３、およびＩＴｘ４に変換される。これらのＩＦ送信信号は、複数のビーム送信信号ＢＴｘｌ、ＢＴｘ２、ＢＴｘ３、およびＢＴｘ４を生成する処理モジュール１３０に供給され、これらの信号の各々は、処理モジュール１３０によって受信されるＩＦ送信信号の１つまたはそれ以上の線形結合である。処理モジュール１３０は、ＩＦ送信信号の線形結合を生成するために前述した種類の行列乗算を実行するために用いる、デジタル行列乗算器および加算器を含む。結果として得られたビーム信号ＢＴｘ１、ＢＴｘ２、ＢＴｘ３、およびＢＴｘ４は、アクティブアンテナアレイシステム１１４に供給され、無線送信のためにＲＦに変換される。上述したように、アクティブアンテナアレイシステム１１４は、ＩＦ／ＲＦ変換だけでなく、送信ビーム信号が送信される４つのビームを生成するために用いられるビーム形成およびビームマッピング機能を含む。
【００４３】
受信機側では、アクティブアンテナアレイからの受信ＩＦビーム信号ＢＲｘ１、ＢＲｘ２、ＢＲｘ３、およびＢＲｘ４が、複数の受信ＩＦ信号ＩＲｘ１、ＩＲｘ２、ＩＲｘ３、およびＩＲｘ４を生成する処理モジュール１３２に供給され、これらの信号の各々は、処理モジュールによって受信されるＩＦビーム信号の１つまたはそれ以上の線形結合である。処理モジュールは、ＩＦ送信信号の線形結合を生成するために前述した種類の行列乗算を実行するために用いる、デジタル行列乗算器および加算器を含む。受信されたＩＦ信号は、ＩＦ／ＲＦコンバータ１２８によって、対応するＲＦ受信信号Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、およびＲｘ４に変換され、基地局に送信される。
【００４４】
記載された実施形態では、ＲＦ／ＩＦモジュール１２６およびＩＦ／ＲＦモジュール１２８は、例えば、２０１１年６月３０日に出願された「Ｌｏｗ  Ｃｏｓｔ，  Ａｃｔｉｖｅ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｒｒａｙｓ」という名称の米国特許第８，６２２，９５９号に記載されているような、従来のアップコンバートおよびダウンコンバート回路によって実現され、その開示内容全体は参照により本明細書に組み入れられる。行列乗算モジュール１３０および１３２は、記載された機能を実行するように適切に構成されたＩＦおよび/またはＲＦコンバイナおよびスイッチを用いることによって実現される。
【００４５】
一般的には、行列は、システム設定において定義され、プログラムされる。ただし、必要に応じて、現場で、または、オンザフライで変更することも可能である。これは、システムが実行される環境が経時的に変化するため、例えば、新しい建物、店舗、または高速道路が建設されるために、必要なことがある。このような環境の変化により、一般的には、システムを最適性能に近づけるように行列を変更することが必要となるであろう。線形結合は、各セクタの特定のカバレッジの必要性に基づいて設計されてもよいし、特定のセクタのＲＦカバレッジの配置を最適化するために、利用可能な選択肢のツールボックスが提供されてもよい。
【００４６】
図１３、図１４、および図１５は、図１１および図１２のシステムにおいて用いることができる例示的なアクティブアンテナアレイシステムの内部構造の詳細を示す。図面はアクティブアンテナアレイシステムを実現する多くの異なる可能な方法の単なる一例を示していることが、理解されるべきである。
【００４７】
記載された実施形態では、アンテナアレイは、Ｍ個のアンテナ素子を有する１次元または２次元アレイを含む。図１３は、マルチ素子アンテナアレイの１つのアンテナ素子２１０に接続する回路のブロック図を示す。Ｍ個のアンテナ素子を有するアンテナアレイシステムでは、この回路は各アンテナ素子毎に複製される。各アンテナ素子２１０には、アンテナ素子２１０に接続されたフロントエンドモジュール（またはＴｘ／Ｒｘモジュール）２００がある。フロントエンドモジュールは、送信側および受信側を有する。送信側は、Ｎ個のアップコンバートモジュール２０２、コンバイナ回路２０４、および電力増幅器（ＰＡ）２０６を含む。受信側は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）２１２、スプリッタ２１４、およびＮ個のダウンコンバートモジュール２１６を含む。フロントエンドモジュール２００はまた、トランスミッタ側のＰＡ２０６からの駆動信号をアンテナ素子２１０に連結し、アンテナ素子２１０からの受信信号を受信機側のＬＮＡ２１２に連結するデュプレクサ回路２０８を含む。各アップコンバートモジュール２０２の入力は、ベースバンドユニット（図示せず）から異なるビーム送信信号ストリームＢｔ１…Ｂｔｎを受信するためのものである。各ダウンコンバートモジュール２１６の出力は、異なるビーム受信信号ストリームＢｒ１…Ｂｒｎを出力するためのものである。一般的に、各ビーム送信信号ストリームは、アクティブアンテナアレイシステムによって生成される異なるビームにマッピングされ、各受信信号ストリームは、アクティブアンテナアレイによって形成される異なる受信ビームによって受信される信号に対応する。
【００４８】
図１４は、アップコンバートモジュール２０２がより詳細に示されるアクティブアンテナアレイシステムを示す。図１５は、ダウンコンバートモジュール２１６がより詳細に示されるアクティブアンテナアレイシステムを示す。実際には、別個に示されているこれらの２つのシステムは、同一のアクティブアンテナアレイシステム内に実装されるであろうが、図面を簡単にするために、ここでは別々に示す。図１４のアクティブアンテナアレイシステムは、アンテナアレイのＭ個の素子２１０によって生成される単一の送信ビームで１つの送信信号ストリームを送信するためのものである。各アンテナ素子２１０について、ただ１つのアップコンバートモジュール２０２があるので、図１３に示すコンバイナ２０４は不要であり、省略されている。同様に、図１５のアクティブアンテナアレイシステムは、アンテナアレイによって生成される単一の受信ビームパターン上の信号ストリームを受信するためのものである。各アンテナ素子２１０について、ただ１つのダウンコンバートモジュール２１６があるので、図１３に示すスプリッタ２１４は不要であり、省略されている。
【００４９】
コヒーレントな、または、位相同期されたＬＯ信号をＭ個のアップコンバートモジュール２０２およびＭ個のダウンコンバートモジュール２１６に分配するためのＬＯ分配ネットワーク２２０がある。図１４に示すように、ＩＦ送信信号をアップコンバートモジュール２０２の各々に送信するためのＩＦ分配ネットワークもある。そして、図１５に示すように、ダウンコンバートモジュール２１６の各々からの受信信号を集約するＩＦ集約ネットワーク２２６がある。
【００５０】
分配ネットワークおよび集約ネットワークは、電気的に同一の経路を有する受動線形相互ネットワークであってもよく、これにより、信号のコヒーレントな分配／集約を確実にしてもよい。或いは、これらのネットワークのうちの１つまたはそれ以上は、２００８年７月２１日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉ−Ｐｏｉｎｔ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ  Ｌｏｃａｌ  Ｃａｒｒｉｅｒｓ」という名称の米国特許第８，２５９，８８４号、および、２０１１年６月３０日に出願された「Ｌｏｗ  Ｃｏｓｔ,  Ａｃｔｉｖｅ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｒｒａｙｓ」という名称の米国特許第８，６２２，９５９号に記載されている双方向シグナリングネットワーク、または、２０１６年９月８日に出願された「Ｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇ  ａ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ」という名称の米国特許出願第１５／２５９，６３９号に記載されているシリアル相互接続方式を用いて実現されてもよく、その内容全体は参照により本明細書に組み入れられる。
【００５１】
各アップコンバートモジュール２０２は、ミキサ２０３と、ＡおよびＰの各々によって識別される様々な振幅および位相設定回路とを含む。ＬＯ信号および分配されたＩＦ送信信号ストリームは両方とも、ミキサ２０３に供給され、ミキサ２０３は、ＩＦ送信信号ストリームを、電力増幅器２０６に供給されるＲＦ送信信号ストリームにアップコンバートする。同様に、各ダウンコンバートモジュール２１６もまた、ミキサ２１７と、ＡおよびＰの各々によって同様に識別される様々な振幅および位相設定回路とを含む。ダウンコンバートモジュール２１６におけるミキサ２１７は、ＬＯ分配ネットワーク２２０によって供給されたＬＯ信号と、アンテナ素子２１０に結合された低雑音増幅器２１２からの受信ＲＦ信号ストリームとを乗算して、ダウンコンバートされたＩＦ受信信号ストリームを生成する。ダウンコンバートされたＩＦ信号ストリームは、他のアンテナ素子からのＩＦ受信信号ストリームとの集約のため、および、基地局へ戻す送信のため、ＩＦ集約ネットワーク２２６に供給される。
【００５２】
振幅および位相設定回路ＡおよびＰは、個々のアンテナ信号の相対位相または振幅を変更するために用いられ、これにより、アンテナアレイによって生成される送信ビームパターンおよび受信ビームパターンのサイズ、方向および強度が確立される。（注：アンテナアレイでは、送信ビームは、アンテナアレイによって生成される放射パターンである。その放射パターンは、アンテナアレイの前で測定することができる。一方、受信ビームは、アンテナアレイによって生成される放射パターンではなく、むしろ、アンテナ感度のパターンである。この違いにも関わらず、それらは両方とも、一般的にビームと称される。）振幅設定回路は、基本的に可変利得増幅器と等価であり、出力信号振幅の入力信号振幅に対する比率は、プログラム可能であり、電子制御によって設定される。位相設定回路は、電子制御下で入力信号を位相（または時間）でシフトさせる基本的な機能を有する。これらの振幅および位相設定回路は、別個の制御プロセッサ２１３によって供給されるデジタル制御信号によって制御される。
【００５３】
図１４および図１５に示す振幅設定および位相設定回路の類型は、基本的な送信機および受信機に、個々のアンテナ信号の振幅値および位相値を独立して制御する機能を与える多くの可能性の１つに過ぎない。振幅および位相設定回路の数および配置は、図１４および図１５に示すものとは異なってもよい。更に、アップコンバートモジュールおよびダウンコンバートモジュールに存在してもよいが、当業者には周知であるため図示しない、他の構成要素が存在する。これらには、例えば、チャネルＩＦフィルタおよび自動利得制御が含まれてもよい。
【００５４】
上記の説明において、無線ヘッドに供給される送信信号ストリームの数ｎ、および、フェーズドアレイによって生成されるビームの数ｍは、同一である必要はないことが、理解されるべきである。
【００５５】
上記の最も一般的な場合において、行列乗算を実行するプロセッサからの各出力信号ストリームは、複数の入力ストリームの線形結合である。しかし、そうである必要はない。出力ストリームのうちの1つのみが、複数の入力ストリームのサブセットの線形結合であり、残りの全ての出力ストリームは、入力ストリームの線形結合ではないが、入力ストリームの出力ストリームへの単純な１対１のマッピングであってもよい。また、これら２つの極端な場合のうち何れの場合も、本発明の範囲内に入ることは、理解されるべきである。更に、全ての重みＭｉｊは１に等しく、この場合、信号ストリームの加重和は、信号ストリームの単純な合計である。
【００５６】
様々な機能がプロセッサによって実行される実施形態では、プロセッサは、１つまたはそれ以上のプロセッサまたはマイクロプロセッサ、１つまたはそれ以上のＦＰＧＡまたは他のプログラム可能な装置であってもよく、プログラミングコードまたは命令は、コンピュータ読み取り可能な不揮発性記憶媒体（例えば、ＥＥＰＲＯＭ、磁気ディスク、ＲＡＭなど）に記憶されてもよい。
【００５７】
他の実施形態は、下記の特許請求の範囲内にある。例えば、受信機または送信機における信号経路に沿ってＩＦに変換するのではなく、信号は全て、ＲＦで処理されてもよい。従って、送信側では、ベースバンドユニットからのデジタル信号が、ＩＦの代わりにＲＦに変換されるか、または、ベースバンドユニットからのＲＦ信号が、ＲＦ信号のままであろう。同様に、受信側では、受信ＲＦ信号が、ＲＦ信号のままであってもよい。更に、行列乗算ステップは、上記の位置以外（例えば、アクティブアンテナアレイシステム１１４内）の信号経路に沿って異なる位置（または複数の位置）で実行されてもよい。更に、ここで説明する信号ストリームの結合は線形結合であるが、非線形結合のような、複数の信号ストリームの他の種類の結合も可能である。
【図１】
2019507527.tif 000010
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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