(57)【要約】【課題】集中型の通信に関する方法および装置を提供すること。【解決手段】集中型の通信に関する方法および装置が開示される。その方法は、少なくとも１つのクライアント装置と同一の周波数で通信する基地局送信機アレイを含む。基地局送信機アレイは、集中型データ通信をクライアント装置に提供する。【選択図】図５
2019149831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムであって、
電磁放射を受信する複数のアンテナ素子であって、該複数のアンテナ素子は、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とを含む、該複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子に通信可能に接続されたアレイコントローラと
を備え、前記アレイコントローラは、
前記複数のアンテナ素子を使用して、１つまたは複数の新しい第１のクライアント装置から第１の信号を受信し、
前記第１の信号が前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子によって受信されたとき、ある時間の差分に基づいて前記複数のアンテナ素子の各々についてリバースタイミングを計算し、
前記リバースタイミングに基づいて３次元空間内における前記１つまたは複数の新しい第１のクライアント装置の第１の位置を決定し、
前記第１の位置において電磁波の強め合う干渉を生成するために、前記複数のアンテナ素子を同調し、
前記複数のアンテナ素子を使用して、前記電磁波を前記１つまたは複数の第１の装置へ送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記複数のアンテナ素子の各々についての前記リバースタイミングは、
各それぞれのアンテナ素子について前記第１の信号のそれぞれの入力時間オフセットを記録することと、
前記それぞれの入力時間オフセットに基づいて前記複数のアンテナ素子の各々についての前記リバースタイミングを計算することと
によってさらに計算されることを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記アレイコントローラは、さらに、
前記複数のアンテナ素子を使用して、１つまたは複数の新しい第２のクライアント装置から第２の信号を受信し、
前記第２の信号のリバースタイミングに基づいて３次元空間内における前記１つまたは複数の新しい第１のクライアント装置の第２の位置を決定し、
前記複数のアンテナ素子を使用して、前記第２の位置において電磁波の強め合う干渉を生成することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記アレイコントローラは、さらに、
前記複数のアンテナ素子を使用して、前記電磁波を、第１の周波数で前記１つまたは複数の第１のクライアント装置へおよび第２の周波数で前記１つまたは複数の第２のクライアント装置へ送信することを特徴とする請求項３記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記アレイコントローラは、さらに、
前記第１の信号を、各々が前記第１のクライアント装置の１つに対応する複数のデータ信号に分離し、
前記第１のクライアント装置の各々について応答データ信号を準備し、
前記応答データ信号を多重化することによって出力データ信号を生成し、
前記複数のアンテナ素子を使用して、前記出力データ信号を前記複数の第１のクライアント装置へ送信することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記第１の位置は、高さ成分を含むことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記アレイコントローラは、さらに、
前記第１の位置に基づいて、前記１つまたは複数の新しい第１のクライアント装置について動きベクトルを決定することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項８】
無線通信方法であって、
アレイコントローラによって、第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子を含む複数のアンテナ素子を使用して、１つまたは複数の新しい第１のクライアント装置から第１の信号を受信することと、
前記アレイコントローラによって、前記第１の信号が前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子によって受信されたとき、ある時間の差分に基づいて前記複数のアンテナ素子の各々についてリバースタイミングを計算することと、
前記アレイコントローラによって、前記リバースタイミングに基づいて３次元空間内における前記１つまたは複数の新しい第１のクライアント装置の第１の位置を決定することと、
前記アレイコントローラによって、前記第１の位置において電磁波の強め合う干渉を生成するために、前記複数のアンテナ素子を同調することと、
前記アレイコントローラによって、前記複数のアンテナ素子を介して、前記電磁波を前記１つまたは複数の第１の装置へ送信することと
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項９】
前記複数のアンテナ素子の各々についての前記リバースタイミングは、
各それぞれのアンテナ素子について前記第１の信号のそれぞれの入力時間オフセットを記録することと、
前記それぞれの入力時間オフセットに基づいて前記複数のアンテナ素子の各々についての前記リバースタイミングを計算することと
によってさらに計算されることを特徴とする請求項８記載の無線通信方法。
【請求項１０】
前記アレイコントローラによって、前記複数のアンテナ素子を介して、１つまたは複数の新しい第２のクライアント装置から第２のメッセージを受信することと、
前記アレイコントローラによって、前記第２のメッセージに基づいて３次元空間内における前記１つまたは複数の新しい第１のクライアント装置の第２の位置を決定することと、
前記アレイコントローラによって、前記複数のアンテナ素子を使用して、前記第２の位置において電磁波の強め合う干渉を生成すること
をさらに含むことを特徴とする請求項８記載の無線通信方法。
【請求項１１】
前記第１のアンテナ素子は、前記複数のアンテナ素子の中で最も早い前記第１の信号を受信し、
前記第２のアンテナ素子は、前記複数のアンテナ素子の中で最後の前記第１の信号を受信することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記第１のアンテナ素子は、前記複数のアンテナ素子の中で最も早い前記第１の信号を受信し、
前記第２のアンテナ素子は、前記複数のアンテナ素子の中で最後の前記第１の信号を受信することを特徴とする請求項８記載の無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、データ通信に関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１３年２月２２日に出願された米国特許仮出願第６１／７６８，００４号に基づき、その優先権を主張するものであり、この仮出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
世間では、モバイル装置からのデータへのアクセスにますます依存するようになり、それらを要求するクライアントにデータサービスを提供する必要性が高まっている。セルラーシステム、全地球測位システム（ＧＰＳ）および無線通信システム（例えば、ＩＥＥＥ８０２システムなど）は、例えば、帯域幅、範囲、および容量に関する制限に直面している。これらを解決するために、インフラを追加したり、および／または、先鋭な範囲（pointed range）の技術を利用したりしている。しかしながら、これらの方法は、費用がかかり、また非効率である。
【０００４】
そのため、集中型データ通信に関する方法および装置が切望されている。
【発明の概要】
【０００５】
集中型の通信に関する方法および装置が開示される。その方法は、少なくとも１つのクライアント装置と通信する基地局送信機アレイを含む。基地局送信機アレイは、集中型データ通信をクライアント装置に提供する。
【０００６】
本発明のこれらのおよび他の機能は、以下の明細書および図面をさらに検討することで、容易に明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】クライアント装置と基地局送信機アレイとを含む集中型データ通信システムの例示的なシステム構成図である。
【図２】複数のクライアント装置を含む集中型データ通信システムの他の例示的なシステム構成図である。
【図３】移動中のクライアント装置を含む集中型データ通信システムの他の例示的なシステム構成図である。
【図４】集中型データ通信を提供する例示的な方法のフローチャートである。
【図５】実施形態に係るアンテナ素子のプロセッサの例示的な機能ブロック図である。
【図６】実施形態に係るアレイコントローラの例示的な機能ブロック図である。
【図７】実施形態に係るクライアント装置の例示的な機能ブロック図である。
【図８Ａ】新しいクライアント装置を検出する間の、集中型データ通信の基地局送信機アレイの例示的なシステム図である。
【図８Ｂ】新しいクライアント装置を検出する間の、集中型データ通信の基地局送信機アレイの例示的なシステム図である。
【図８Ｃ】新しいクライアント装置を検出する間の、集中型データ通信の基地局送信機アレイの例示的なシステム図である。
【図８Ｄ】新しいクライアント装置を検出する間の、集中型データ通信の基地局送信機アレイの例示的なシステム図である。
【図８Ｅ】新しいクライアント装置を検出する間の、集中型データ通信の基地局送信機アレイの例示的なシステム図である。
【図８Ｆ】新しいクライアント装置を検出する間の、集中型データ通信の基地局送信機アレイの例示的なシステム図である。
【図９】集中型データ通信システムのアレイのカバレッジを例示したものである。
【図１０Ａ】集中型の通信システムの指向性と位置の実施形態の例示的な図である。
【図１０Ｂ】集中型の通信システムの指向性と位置の実施形態の例示的な図である。
【図１０Ｃ】集中型の通信システムの指向性と位置の実施形態の例示的な図である。
【０００８】
同様の参照符号は、対応する機能が、添付した図面において、一貫していることを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、クライアント装置１１０と基地局送信機アレイ１２０とを含む集中型データ通信システム１００の例示的なシステム構成図である。基地局送信機アレイ１２０は、複数のアンテナ１２１を含む。基地局送信機アレイ１２０の例示として、１９基のアンテナ１２１が図示されているが、任意の数のアンテナを用いてもよいことに留意されたい。クライアント１１０（符号  Ｃ１）は、基地局送信機アレイ１２０のアンテナ１２１と無線通信をする。各アンテナ１２１は、異なる時間オフセットでクライアント装置１１０からの通信を受信し、各アンテナ１２１からのデータ送信信号がクライアント装置１１０で合計されたときに、明瞭な信号として受信されるように、クライアント装置１１０から受信した送信時間オフセットと逆の順序で、時間オフセットを用いてクライアント装置１１０にデータを送信する。例えば、アンテナ１２１あたりの経路長はｐ（ｎ）とすることができる。このとき、経路の時間は、次式によって示される。
ｔ（ｎ）＝ｐ（ｎ）／ｃ                                                式（１）
ここで、ｃは光の速度を示す。
【００１０】
各々のアンテナ素子１２１からのデータ送信信号が、同時にクライアント装置１１０に到達するように、各々のアンテナ素子１２１は、以下のように送信を開始する。
ｔｉｍｅ＝ｍａｘ（ｔ（ｎ））−ｔ（ｎ）                                式（２）
【００１１】
図２は、複数のクライアント装置１１０を含む集中型データ通信システム２００の他の例示的なシステム構成図である。システム２００において、各々のクライアント装置１１０（符号 Ｃ１、Ｃ２、およびＣ３）は、基地局送信機１２０の各々のアンテナ素子１２１と無線通信をする。この場合、複数の通信リンクが、基地局送信機１２０と各々のクライアント装置１１０との間に生成される。
【００１２】
クライアントＣ１、Ｃ２、およびＣ３への各々の信号は分離されることから、クライアント装置１１０は同じ周波数またはチャンネルを共有し、これにより、各々の周波数帯域、または通信チャンネルの利用の増加を許容する。さらに、各々のクライアント装置１１０の信号は、他のクライアント装置１１０を対象とする信号のノイズレベル以下、または、それよりかなり低いはずである。例えば、クライアント装置Ｃ１において、Ｃ１を対象としていない信号を互いにキャンセルすることで、Ｃ１を対象とする信号の送信が明瞭になる。
【００１３】
同じ周波数で複数のクライアント１１０に同時に信号を送信するために、各々のアンテナ素子１２１は、基地局送信機アレイ１２０内の他の全てのアンテナ素子１２１と相対的な、各クライアント１１０から受信した時間オフセットを用いる。したがって、このとき、各々のアンテナ素子１２１は、エンコードした信号を合計し、クライアント１１０に、全てのクライアント１１０の信号の並置された合計（juxtaposed sum）を送信することで、対象となるクライアント１１０が受信し、明瞭にデコードできる、別個の空間的に分離したデータ通信信号をもたらす。例えば、集中の対象とする位置で、（それぞれ強度「ｓ」を有する）信号は、クライアント装置１１０のアンテナにおいて線形的な増加を引き起こし、線形的に増大する。それにより、信号全体は、ｓのＮ倍になる。しかしながら、集中の対象としない位置では、信号は、位相が強調されることなく、偶発的に受信されることから、意図した集中型の信号よりも非常に弱い、（ｓ０＋ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４＋ｓ５＋ｓ６＋．．．＋ｓＮ）／Ｎの強度の信号になる。
【００１４】
また、同じ、または単一の周波数が、基地局送信機アレイ１２０から複数のクライアント１１０にデータを送信するように、共有して用いられるので、データ通信システム（例えば、１００、２００、および３００）の性能を拡張することができる。例えば、クライアント装置１１０のグループが第１の周波数を共有し、クライアント装置１１０のグループが第２の周波数を共有するなど、複数の周波数を用いることで、より多くのクライアント装置１１０が、基地局送信機アレイ１２０によりサービスを提供される。
【００１５】
図３は、Ｃ２として図示した、移動中のクライアント装置１１０を含む集中型データ通信システム３００の他の例示的なシステム構成図である。この場合において、クライアント装置Ｃ２は、基地局送信機アレイ１２０の各々のアンテナ素子１２１との無線通信を維持しつつ、第１の位置（ＰＯＳ１）から矢印の方向に第２の位置（ＰＯＳ２）に移動している。各々のアンテナ素子１２１は、クライアント装置Ｃ２から受信した時間オフセットの変化を考慮して、全ての信号の受信時に再較正される。
【００１６】
図４は、集中型データ通信を提供する例示的な方法４００のフローチャートである。例示の目的のために、方法４００は、上述のシステム１００、２００、および３００、ならびに他のどのようなデータ通信システムにおいても適用することができる。ステップ４１０において、基地局送信機アレイ１２０は、少なくとも１つのクライアント装置１１０からのエンコードされた信号を受信する。例えば、図１に示すシステムにおいて、基地局送信機アレイ１２０は、クライアント装置Ｃ１からの通信信号を受信する。図２では、基地局送信機アレイ１２０は、クライアント装置Ｃ１、Ｃ２，およびＣ３からの複数の通信信号を受信する。図３では、基地局送信機アレイ１２０は、クライアント装置Ｃ２からの通信信号を受信するように示されている。
【００１７】
基地局送信機アレイ１２０の各アンテナ素子１２１は、その他のアンテナ素子１２１とは異なる時間オフセットで、少なくとも１つのクライアント装置１１０からデータ通信を受信する。例えば、図１に戻ると、アンテナ素子１２１1は、アンテナ素子１２１nとは異なるオフセットで、クライアント装置Ｃ１からのデータ通信を受信する。したがって、基地局送信機１２０の各アンテナ素子１２１は、他の全てのアンテナ素子１２１に対する、少なくとも１つのクライアント装置１１０からの入力時間オフセット（input time offset）を決定する（ステップ４２０）。
【００１８】
オフセットの決定は、アンテナ素子１２１のアンテナ全体について合計することにより実行される。このように、各アンテナ素子１２１は、それ自体とコンセンサス（consensus）とを比較し、アンテナがコンセンサスから懸け離れているとき、工程（line）に戻り、コンセンサスに対して出力をテストすることにより、または、変更することなく、コンセンサスに対して変更した時間オフセットをテストすることにより算出される、新しいオフセットの取得を開始し、そして、変更を維持するか、または同じ状態のままにするかを選択する。これは、クライアント装置１１０が移動中であるかどうかにかかわらず、アンテナ素子１２１で実行される。
【００１９】
一度、時間オフセットが計算されると、基地局送信機１２０の各アンテナ素子１２１は、各クライアント装置１１０に関する時間オフセットに基づいて同調（チューニング）される（ステップ４３０）。例えば、各アンテナ素子１２１は、クライアント装置１１０から受信した時間オフセットとは逆の順序で、クライアント装置１１０への送信信号を時間オフセットすることができる。
【００２０】
ステップ４４０において、基地局送信機１２０の各アンテナ素子１２１は、そのアンテナ素子において決定した時間オフセットに基づいて、少なくとも１つのクライアント装置１１０にデータを送信する。
【００２１】
クライアント装置１１０は移動している場合があることから、少なくとも１つのクライアント装置１１０が移動しているかどうか判定する（ステップ４５０）。例えば、図３では、クライアントＣ２は、ＰＯＳ１からＰＯＳ２に移動していることを示している。この場合、各アンテナ素子１２１は、クライアント装置１１０が移動したことを理由に、再較正および再同調される（ステップＳ４６０）。これは、各アンテナ素子においてタイムシフトした信号と統合した信号（consolidated signal）とを比較することで実行され、タイムシフトした信号が統合した信号と同期していない場合、タイムシフトした信号は、統合した信号に一致するように調整され、クライアント装置１１０に関するテーブル項目を更新するために、各アンテナ素子１２１に通信される。
【００２２】
図５は、実施形態に係るアンテナ素子のプロセッサ５００の例示的な機能ブロック図である。アンテナ素子のプロセッサ５００は、複数のクライアントキャリアコンポーネント５１０、複数のメッセージエンコーディングコンポーネント５２０、ネットワークスイッチ５３０、加算器５４０、入力信号アナログデジタル（Ａ／Ｄ）エンコーダ５５０、位相および時間検出コンポーネント５６０、送信／受信マルチプレクサ（多重化装置）／デマルチプレクサ（ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ）５７０、およびアンテナ５８０を含む。各クライアント装置１１０に関するクライアント情報（例えば、クライアントＩＤ、位相位置、および時間オフセット）は、アンテナ素子のプロセッサ５００により用いられるテーブル５９０に格納される。
【００２３】
キャリアと時間同期に関する情報がクライアントキャリアコンポーネント５１０と位相および時間検出コンポーネント５６０に入力されている間に、データはネットワークスイッチ５３０の入力ラインに入力される。キャリア情報は、任意の所望のチャンネルの周波数を対象にするフェーズロックドループ（ＰＬＬ）で用いられる低い周波数のような、全てのアンテナ素子１２１と共有される、共通の信号キャリア情報である。時間同期信号は、イベントの分解能をミリ波レベルにするクロック（例えば、２．４ＧＨｚの信号に関して１０ｎｓ、または９００ＭＨｚの信号に関して４ｎｓ）である。
【００２４】
ネットワークスイッチ５３０は、各クライアントキャリアコンポーネント５１０からの入力を受信するメッセージエンコーディングコンポーネント５２０にメッセージ信号を出力する。また、ネットワークスイッチ５３０は、クライアントキャリアコンポーネント５１０とメッセージエンコーディングコンポーネント５２０に、クライアント情報テーブル５９０の情報を提供する。加算器５４０は、各クライアント装置１１０に関する、適切な時間オフセットと共に、メッセージエンコーディングコンポーネント５２０からの信号を受信し、アンテナ５８０で送信するために、ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ５７０に出力信号を出力する。加算器５４０で受信した入力がデジタル信号である場合、加算器は、デジタル信号を加算し、その合計をアナログ信号に変換し、一方、加算器５４０への入力がアナログ信号である場合、加算器５４０はアナログとして足し算を実行する。
【００２５】
ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ５７０は、アンテナ５８０から入力された送信信号を受信し、また、出力信号を除いた（sans the outgoing signal）、入力信号を入力信号Ａ／Ｄエンコーダ５５０および時間検出コンポーネント５６０に転送する。ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ５７０は、アンテナ素子１２１からのデータを他のクライアント装置１１０に送信することを可能とする一方で、複数のクライアント装置１１０がアンテナ素子１２１に送信することを可能とするように操作するために用いられる。
【００２６】
入力信号Ａ／Ｄエンコーダ５５０はネットワークスイッチ５３０にデジタル信号を出力し、位相および時間検出コンポーネントは入力信号Ａ／Ｄエンコーダ５５０に信号を出力する。位相および時間検出コンポーネント５６０は、例えば、クライアント装置１１０からのエンコードされたビーコン信号を用いて、新しいクライアント装置１１０を検出、または設定（establish）する。
【００２７】
図６は、実施形態に係るアレイコントローラ６００の例示的な機能ブロック図である。アレイコントローラ６００は、アンテナ素子１２１の全ての機能を調整するために用いられる。アレイコントローラ６００は、複数の概念コンポーネント（conceptual components）６１０、デジタルデジタル（Ｄ／Ｄ）信号デコーダ６２０、システムクロック６３０、ネットワークスイッチ６４０、データネットワークスイッチ６５０、および複数のコネクタ６６０を含む。
【００２８】
各アンテナ素子１２１が信号を送信するのに必要な位相および時間オフセットを設定する操作において、送信用の各データパケットは、適切な位相と時間オフセットを用いてエンコードされるように、クライアント識別子でタグ付けされる。
【００２９】
アレイコントローラ６００は、特定のクライアント装置１１０に関する概念コンポーネント６１０において、クライアント装置１１０からの信号を受信する。信号は、各アンテナ素子のプロセッサ５００のＡ／Ｄエンコーダ５５０を介して、間接的に受信される。各アンテナ素子１２１からの信号は、送信に用いられる、クライアント装置１１０の時間オフセットの「リバースタイミング」を用いることで、他の全てのアンテナ素子１２１からの信号に加えられる。リバースタイミングは、以下の式に従って計算される。  
リバースタイミング＝（クライアント時間オフセットの最大値）−（クライアント時間オフセット）                                                        式（３）
ここで、リバースタイミングは、０と各クライアントに関するクライアント時間オフセットの間の有効な数であり、また、時間オフセットの最大値は、最初にアンテナ素子１２１がある信号を受信してから、最後にアンテナ素子１２１がそれと同じ信号を受信するまでの時間の差分である。
【００３０】
各クライアント装置１１０は、時々、サイレント状態になるので、信号間には少しのクロストークしか発生せず、データラインはサイレント状態になる場合がある。複数のクライアント装置１１０は、その大部分が（例えば、ホットスポットのように）同じ位置にある場合、それらの信号が重なって、受信されると、時間オフセットは、互いに非常に類似することになり、あるクライアント装置１１０とその他とを区別することは困難になる。このような場合には、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）および／または符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）伝送技術を用いることができる。クライアント装置１１０は、各クライアント装置１１０で双方向の帯域幅を最大限、有効にするために、他のクライアント装置１１０がそれらの送信を終了するまで待機することなく、基地局送信機１２０に送信するために、コリジョン検出メカニズムを無効にする。
【００３１】
ネットワークスイッチ６４０は、外部の中央のネットワークからの、太いデータパイプから、データ（例えば、クライアント装置１１０からの／クライアント装置１１０へのデータパケット）を受信し、メッセージデコーダ６１１、加算器６１２、および複数のタイムシフタ６１３を含む各概念コンポーネント６１０の前後において、データを通信する。データは、Ｄ／Ｄ６２０、データネットワークスイッチ６５０、および各アンテナ素子に関するコネクタ６６０を介して、概念コンポーネント６１０からアンテナ素子１２１に移行される。さらに、システムクロック６３０は、各アンテナ素子１２１に関するキャリアと時間同期信号を提供する。クライアントへの送信データは、ネットワークスイッチ６４０により、データネットワークスイッチ６５０に提供される。
【００３２】
図７は、実施形態に係るクライアント装置１１０の例示的な機能ブロック図である。クライアント装置１１０は、プロセッサ１１５、プロセッサ１１５と通信する送信機１１６、プロセッサ１１５と通信する受信機１１７、送信機１１６および受信機１１７と通信するアンテナ１１８、ならびに無線送信および受信を容易にするために、プロセッサ１１５と通信するメモリ１１９を含む。プロセッサ１１５は、基地局送信機アレイ１２０への送信および基地局送信機アレイ１２０からの受信に関するデータ通信を処理するように構成される。
【００３３】
図８Ａ−図８Ｆは、新しいクライアント装置１１０が検出されたときの、集中型データ通信の基地局送信機アレイ８２０の例示的なシステム図である。例示の目的のために、基地局送信機アレイ８２０は、基地局送信機アレイ１２０と実質的に同様であり、また１９基のアンテナ素子８２１を図示しているが、より多くの、またはより少ないアンテナ素子を用いてもよい。さらに、アンテナ素子８２１は、アンテナ素子１２１と実質的に類似していることに留意されたい。
【００３４】
基地局送信機アレイ８２１が稼動している場合、サービス領域内で新しいクライアントを検出し、通信に関する時間オフセットを設定する。クライアント装置１１０は、電源が投入されると、基地局送信機アレイ８２０との通信を試みる。したがって、基地局送信機アレイ８２０は、特定のアンテナ素子８２１を特定の方向に同調する。例えば、図８Ａでは、アンテナ素子９、１１、および１２は、第１の方向に同調される。図８Ｂでは、アンテナ素子５、１５、および１９は、第２の方向に同調される。図８Ｃでは、アンテナ素子６、１４、および１７は、第３の方向に同調される。図８Ｄでは、アンテナ素子８、９、および１１は、第４の方向に同調される。図８Ｅでは、アンテナ素子１、５、および１５は、第５の方向に同調される。図８Ｆでは、アンテナ素子３，６、および１４は、第６の方向に同調される。同調は、上述の概念コンポーネント６１０のような専用の回路などにより、ソフト的な方法で実行される。
【００３５】
図８Ａ−図８Ｆに示されるレイアウトにおいて、基地局送信機アレイ８２０の各受信ローブ（reception lobe）は、７５度の幅を有し、アレイ周辺でオーバーラップしてフルカバレッジを可能にする。但し、同調された方向のセットを構成する受信ローブを形成するために、３６０度を任意に再分割して用いられることに留意されたい。
【００３６】
図９は、図８Ａ−図８Ｆのアンテナ素子８２１に応じて同調された集中型データ通信システム９００のアレイのカバレッジを例示したものである。基地局送信機アレイ１２０および８２０と実質的に同様である、基地局送信機アレイ９２０は、カバレッジエリア９３０を含む。複数のカバレッジローブ９４０は、複数のオーバーラップ領域９４１を含む。その結果、カバレッジエリア９３０内の新しいクライアント装置１１０は、基地局送信機アレイ９２０により検出される。
【００３７】
指向性ローブは、まだ認識されていない、新しいクライアント装置１１０に対してモニタリングしているので、一度、新しいクライアント装置１１０が検出されると、アンテナ素子８２１の残りの部分に、新たに検出されたクライアント装置１１０がその集中された、空間的に指向されたデータ信号を受信するように、各々の時間および位相オフセットを迅速に補正するための情報が供給される。
【００３８】
信号が非常に集中することに起因し、クライアント装置１１０は基地局送信機アレイ１２０／４２０／８２０／９２０との通信に関してより少ない電力しか用いないので、クライアント装置１１０のバッテリ寿命は長くなる。さらに、カバレッジエリア９３０は、集中型の信号がより遠くに伝達し、アレイが特定のクライアント装置１１０に同調されることから、信号のパワーを複数の方向に送信することとは対照的に、同じパワーの従来の通信システムよりも大きくなる。
【００３９】
図１０Ａ−図１０Ｃは、集中型データ通信システム１０００の指向性と位置の実施形態の例示的な図である。例えば、図１０Ａで、システムは、基地局送信機アレイ１２０、４２０、８２０、および９２０と実質的に同様である基地局送信機アレイ１０２０を含む。従来のデータ通信アレイでは一般的に下向きのアンテナを含むので、地上Ｇのクライアント装置１１０のみが、高品質なデータ通信を行うことができる。したがって、高層ビルＢの最上階の位置Ｔのクライアント装置１１０、または飛行機Ａのクライアント装置１１０は、高品質のデータ通信を受信しないことがある。
【００４０】
（従来のセルラータワーに示されるように）基地局送信機１０２０を用いるなど、集中型データ通信システムを用いることで、高品質の信号が、位置Ｇ、Ｂ、またはＡのクライアント装置１１０に供給される。
【００４１】
図１０Ｂおよび図１０Ｃは、ＧＰＳまたはナビゲーションサービスに類似した、位置情報サービスを用いる実施形態として、集中型データ通信システム１０００を示している。図１０Ｂおよび図１０Ｃに示される例で、建物Ｂに隣接して示される、位置Ｌにあるクライアント装置１１０は、基地局送信機アレイ１０２０を用いることで、位置が特定される。基地局送信機アレイ１０２０の各アンテナ素子（不図示）の時間オフセットを分析することで、基地局送信機アレイ１０２０の高さＨに対する位置Ｌの高度角を決定することができる。同様に、方位角θは、基地局送信機アレイ１０２０との関係で、北に対する位置Ｌの方向を識別することで決定することができる。さらに、距離ｄは基地局送信機アレイ１０２０の構成により決定されることから、位置Ｌのクライアント装置１１０にロケーションサービスを提供することができる。実際には、基地局送信機アレイ１０２０における時間遅延を調べることで、クライアントの方向が決定される。但し、基地局送信機アレイ１０２０は容積サイズを有するので、複数の決定された方向が、実際の位置（方向＋距離）を提供することができるカバレッジがどこにあるかを決定するために、ボリュームのエッジからトレースされる。
【００４２】
上述の方法および装置は、物理通信層のスタックで動作する。しかしながら、任意のスタックを、上述の方法および装置のいずれかに必要な機能を実行するために、利用できることに留意されたい。
【００４３】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲内の任意かつ全ての実施形態を包含するものである。例えば、上述のクライアント装置は、携帯電話、ＰＤＡ、またはデータ通信に利用可能な、その他の任意の無線装置のことをいう。また、基地局送信機アレイのサイズは、クライアントの数の約２．５乗であるが、任意のサイズを利用することができる。さらに、例示の目的のために、クライアント装置１１０が単一のアンテナを有するものとして示されているが、クライアント装置は複数のアンテナを含んでもよいことに留意されたい。
【００４４】
基地局送信機アレイは、３次元（３Ｄ）配列で構成されたアンテナの大規模なセットであり、各アンテナが、１つ、または複数のデータをエンコードした信号を送信することが可能であり、その送信信号が、送信されるために、エンコードした信号の合計であることに留意されたい。上述のように、各信号は、各アンテナ素子に関して異なる、所定の時間オフセットを付け足す。基地局送信機アレイのアンテナ素子の配置構成の一例は、３次元準結晶構成の例を用いることである。
【００４５】
また、本出願の機能および要素は所定の組み合わせで実施形態に記載されているが、各機能または要素は、単独で（実施形態の他の機能および要素なしで）、または様々な組み合わせで、または本出願の他の機能および要素なしで用いることができる。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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