(57)【要約】  モバイル無線デバイスの、リアルタイム・モーション検出およびアンテナ・アレイの再構成のためのデバイスおよび方法が説明されている。モバイル無線デバイスは、無線信号を受信しかつ／または送信するためのアンテナ・アレイと、アンテナ・アレイに結合されたモーション・センサと、アンテナ・アレイおよびモーション・センサに結合された第１回路と、を含む。アンテナ・アレイの方向の変化は、モーション・センサによってリアルタイムで検出され、かつ、第１回路によって認識される。アンテナ・アレイは、迅速に、検出された方向の変化に応じて第１回路によって再構成される。
2013543295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を受信しかつ／または送信するためのアンテナ・アレイと、
前記アンテナ・アレイに結合され、前記アンテナ・アレイの方向の変化を検出するように構成されたモーション・センサと、
前記アンテナ・アレイに結合され、前記モーション・センサにより前記検出された方向の変化に応じて前記アンテナ・アレイを再構成するように適用された第１回路と、
を備えた、モバイル無線デバイス。
【請求項２】
前記アンテナ・アレイは２つ以上のセクター・アンテナを備えるセクター化されたアンテナを備え、前記第１回路は、
前記検出された方向の変化に基づいて理想的なセクターを決定し、
前記理想的なセクターに基づいてセクター・アンテナを作動させ、かつ／または、
少なくとも１つのセクター・アンテナを停止させる、
ように構成された、請求項１に記載のモバイル無線デバイス。
【請求項３】
前記アンテナ・アレイは２つ以上の無指向性アンテナのアレイを備え、前記第１回路は送信状況に基づいて前記アンテナ・アレイを再校正する（recalibrate）ように構成された、前述の請求項のいずれかに記載のモバイル無線デバイス。
【請求項４】
前記アンテナ・アレイを再構成するために、前記第１回路は前記アンテナ・アレイに関してビームフォーミング係数を変更するように構成された、前述の請求項のいずれかに記載のモバイル無線デバイス。
【請求項５】
前記アンテナ・アレイは２つ以上の無指向性アンテナのアレイを備え、前記第１回路は前記アンテナ・アレイ内の２つ以上のアンテナの中の位相関係を調整するように構成された、前述の請求項のいずれかに記載のモバイル無線デバイス。
【請求項６】
前記第１回路は、前記変化された方向の前記差を決定し、かつ、前記変化された方向の前記差に基づいて前記アンテナ・アレイを再構成するようにさらに構成された、前述の請求項のいずれかに記載のモバイル無線デバイス。
【請求項７】
前記第１回路はチャネル状態情報（ＣＳＩ）を受信するようにさらに構成され、前記受信されたＣＳＩに基づいて前記アンテナ・アレイを再構成する、前述の請求項のいずれかに記載のモバイル無線デバイス。
【請求項８】
前記モーション・センサは、
１つまたは複数の加速度センサ（accelerometer）、
１つまたは複数のジャイロセンサ（gyroscope）、
１つまたは複数の磁気センサ、
１つまたは複数の光学センサ、
１つまたは複数の方向センサ、もしくは、
１つまたは複数の位置センサ、
のうちの１つまたは複数を備える、前述の請求項のいずれかに記載の、モバイル無線デバイス。
【請求項９】
無線通信のための方法であって、
無線信号を受信しかつ／または送信するためのアンテナ・アレイを有する少なくとも１つのモバイル無線デバイスを提供することであって、前記モバイル無線デバイスは前記アンテナ・アレイに結合されたモーション・センサと、前記アンテナ・アレイおよび前記モーション・センサに結合された第１回路と、を有する、提供することと、
前記モーション・センサを介して、リアルタイム・ベースで前記アンテナ・アレイの方向の変化を検出することと、
前記第１回路を介して、前記モーション・センサから前記検出された方向の変化に応じて前記アンテナ・アレイを再構成することと、
を備えた方法。
【請求項１０】
前記アンテナ・アレイは２つ以上のセクター・アンテナを備えるセクター化されたアンテナを備え、前記アンテナ・アレイを前記再構成することは、
前記検出された方向の変化に基づいて理想的なセクターを決定すること、
前記理想的なセクターに基づいて１つまたは複数のセクター・アンテナを作動させること、および／または、
少なくとも１つのセクター・アンテナを停止させること、
のうちの１つまたは複数を備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記アンテナ・アレイは２つ以上の無指向性アンテナのアレイを備え、前記アンテナ・アレイを前記再構成することは、送信状況に基づいて前記アンテナ・アレイを再校正すること、を備える、請求項９および１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記アンテナ・アレイは２つ以上の無指向性アンテナのアレイを備え、前記アンテナ・アレイを前記再構成することは、前記アンテナ・アレイに関するビームフォーミング係数を変更することを備える、請求項９ないし１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記アンテナ・アレイは２つ以上の無指向性アンテナのアレイを備え、前記アンテナ・アレイを前記再構成することは、前記アンテナ・アレイ内の２つ以上のアンテナの中の位相関係を調整することを備える、請求項９ないし１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記検出された方向の変化中の差を決定することをさらに備え、
ここで、前記再構成することのステップは、
前記検出された方向の変化中の前記決定された差に基づいて前記アンテナ・アレイを再構成することをさらに備え、前記アンテナ・アレイを再構成するために再校正計算を実行することはしない、
請求項９ないし１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
チャネル状態情報（ＣＳＩ）を受信することをさらに備え、ここで前記再構成することのステップは、前記受信されたＣＳＩに基づいて前記アンテナ・アレイを再構成することをさらに備える、請求項９ないし１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に無線通信に関連しており、より詳細にはモーション・センサを使用してモバイル無線デバイスのアンテナ・アレイを構成することに関連している。
【背景技術】
【０００２】
無線通信は、ラップトップ、携帯電話などのモバイル・デバイス、およびその他の通信デバイスにおいて大量に使用されている。いくつかのモバイル無線デバイスがピア無線デバイス経由で無線ネットワークに対して接続性を取得する一方で、その他のものはアクセス・ポイント（Access Point：ＡＰ）に頼って無線ネットワークに対する接続性を提供する。しかしながら、ＡＰのロケーションは、それによってモバイル無線デバイスに関する受信範囲を制限するように、散在しているか、まばらであり得る。いくつかのモバイル無線デバイスは、通信チャネルの受信範囲を示すパラメータを規則的な間隔でモニターする。モバイル無線デバイスの受信範囲が弱い場合には、モバイル無線デバイスのアンテナの方向は、それによってデバイスの受信範囲を改良するように新しい方向に変更されることができる。多様な技法が、アンテナの方向の新しい構成を決定するために使用されることができる。こうした技法はかなりの処理時間およびパワーを消費することができ、それ自体が通常は定期的に実行される。しかしながら、モバイル無線デバイスが連続的かつ急速に動いているような状況では、こうした技法は、デバイスの受信範囲を改良するために、デバイスの方向における突然の変化に直ちに適応することはでき得ない。それ故、モバイル無線通信の改良が要求されている。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の実施形態は、信号を受信しかつ／または送信するためのアンテナ・アレイと、前記アンテナ・アレイに結合されたモーション・センサと、前記アンテナ・アレイに結合された第１回路と、を含んだ、モバイル無線デバイスに関連している。モーション・センサは、検出されたアンテナ・アレイの動きの変化によって、アンテナ・アレイの方向をリアルタイムで動的に調整するために使用される。第１回路は、モーション・センサから受信された新しい値とアンテナ・アレイの最新の構成に相当する格納された値とを比較し、アンテナの動きに応じた理想的なアンテナ構成を決定する。
【０００４】
いくつかの実施形態では、アンテナ・アレイはセクター化されたアンテナ・アレイである。モーション・センサが方向の変化を検出することに応じて、方法は、検出された方向の変化に応じてセクター・アンテナ・アレイのセクター・アンテナを選択し、かつ作動させ得る。その他の実施形態では、アンテナ・アレイは、無指向性アンテナのアレイである。方向の変化を検出することに応じて、決定は、検出された変化が特定の閾値に合うかこれをこえるか否かに従って行われ得る。方向の変化が閾値に合うかこれをこえるかが決定された場合、ビームフォーミング係数もしくはその他のビーム・パラメータが、検出された方向の変化に応じて、アンテナ・アレイを再校正するように再構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
以下の本実施形態の詳細な説明が以下の図面と併せて読まれるとき、本発明のより良い理解が得られることができる。
【図１Ａ】図１Ａは、１つの実施形態に従う、アクセス・ポイントと通信する典型的なモバイル無線デバイスを示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、１つの実施形態に従う、アクセス・ポイントと通信する典型的なモバイル無線デバイスを示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、１つの実施形態に従う、モバイル無線デバイスとモバイル・アクセス・ポイントとの間の通信を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、１つの実施形態に従う、モバイル無線デバイスとモバイル・アクセス・ポイントとの間の通信に関するビーム・フレームの使用を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、１つの実施形態に従う、モバイル無線デバイスとモバイル・アクセス・ポイントとの間の通信に関するビーム・フレームの使用を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、１つの実施形態に従う、モバイル無線デバイスとモバイル・アクセス・ポイントとの間の通信に関するビーム・フレームの使用を示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、１つの実施形態に従う、モバイル無線デバイスとモバイル・アクセス・ポイントとの間の通信に関するビーム・フレームの使用を示す。
【図２Ｅ】図２Ｅは、１つの実施形態に従う、モバイル無線デバイスとモバイル・アクセス・ポイントとの間の通信に関するビーム・フレームの使用を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、いくつかの実施形態に従う、モバイル無線デバイスの典型的なブロック図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、いくつかの実施形態に従う、モバイル無線デバイスの典型的なブロック図である。
【図４】図４は、１つの実施形態に従う、モーション・センサを使用したモバイル無線デバイスのアンテナ・アレイを構成するための方法を示すフローチャート図である。
【図５】図５は、１つの実施形態に従う、モーション・センサを使用したモバイル無線デバイスのセクター・アンテナ・アレイを構成するための方法を示すフローチャート図である。
【図６】図６は、１つの実施形態に従う、モーション・センサを使用したモバイル無線デバイスの無指向性アンテナのアレイを構成するための方法を示すフローチャート図である。
【図７】図７は、１つの実施形態に従う、アンテナを再校正せずにモーション・センサを使用したモバイル無線デバイスの無指向性アンテナのアレイを構成するための方法を示すフローチャート図である。
【０００６】
本発明は多様な変更例および代替の形式が可能である一方で、それらの特定の実施形態は図面に例として示されており、かつここに詳細に説明される。しかしながら、図面およびそれらに対する詳細な説明は開示された特定の形式に本発明を限定するように意図されているわけではないが、一方で、その意図は添付された請求項によって定義されたように本発明の要旨および範囲に含まれる全ての変形例、同等物、代替物、をカバーすることである、ということは理解されるべきである。
【詳細な説明】
【０００７】
ここに開示されたモバイル無線デバイスの実施形態は、オンボード・モーション・センサによって検出されたデバイスの方向の変化に基づいてそのアンテナ・アレイを再構成するように動作し得る。
【０００８】
いくつかの実施形態では、アンテナ・アレイは、セクター化されたアンテナ・アレイである。モーション・センサが方向の変化を検出することを受けて、本方法は、検出された方向の変化に応じてアンテナ・アレイを再構成し得る。アンテナ・アレイを再構成することは、１つまたは複数のセクター・アンテナを作動させること、および／または、少なくとも１つのセクター・アンテナを停止させること、を含み得る。理想的なセクターの決定は、方向の変化に基づいて最強信号を検出することもしくは受信することに基づくことができ、かつ、可能であれば弱い受信を持つその他の作動しているセクター・アンテナを停止させて、作動のためのセクター・アンテナを選択し得る。
【０００９】
その他の実施形態では、アンテナ・アレイは、無指向性アンテナのアレイである。方向の変化を検出することに応じて、決定は、検出された変化が特定の閾値に合うかこれをこえるかに関して行われ得る。特定の閾値は、アンテナ方向を変更するための必要性を保証する変化の程度を示す。閾値は、方向の変化を表すその他の手段の中で、方位角など、さもなければ、３次元角度もしくはオイラー角などの１組の角度、における特定の角度の変化、であり得る。方向の変化が閾値に合うかこれをこえるように決定された場合、新しいビームフォーミング係数、もしくは位相関係などのその他のビーム・パラメータは、検出された方向の変化に応じて、アンテナ・アレイを再校正することによって決定され得る。
【００１０】
ビームフォーミング係数は、再校正手順の一部として決定され得る。多様な実施形態では、アンテナ・アレイの再校正は、中でも、IEEE802.11無線伝送プロトコルに基づいて、任意の明白なもしくは暗黙の技法を使用して実行され得る。１つの実施形態では、方法は、ＡＰからチャネル状態情報（channel state information：ＣＳＩ）を受信することと、受信されたＣＳＩに基づいてアンテナを再校正することと、を含み得る。チャネル状態情報は、例えば、散乱、フェージング、および／または、距離を伴うパワー減衰、の影響を含み、送信／受信状況を評価するために使用されることができる、通信リンクの特質もしくは特定の情報を含むことができ、それは、現在のチャネル状態に対してアンテナ・アレイの構成の適応を容易にし得る。
【００１１】
方向の変化が閾値に合うかこれをこえるときに、その他の実施形態では、新しいビームフォーミング係数が、アンテナ・アレイを再校正することなく、検出された方向の変化に応じて決定され得る。新しいビームフォーミング係数の決定は、単純な内挿もしくは外挿、統計モデル、経験則、ニューラル・ネットワーク、サポート・ベクター・マシーン、ファジー理論、ルールベース・システム、履歴データ（historical data）、ルックアップ・テーブル、などを希望される通りに含み、再校正を含まない任意の種類の技法によって行われ得る。より一般的には、方向の絶対的なもしくは相対的な変化とビーム・パラメータ値とを関連付ける任意の技法が、希望される通りに利用され得る。この方法で新しいアンテナ構成を決定することは、時間、パワー消費、計算帯域幅の十分な節約になる。また、デバイスは、新しいＣＳＩを要求しその到着を待つ必要はないので、高速な応答時間、および、無線媒体の消費の減少、というさらなるメリットがある。
【００１２】
図１Ａおよび図１Ｂは、１つまたは複数の実施形態に基づいた、典型的なモバイル無線デバイス１００Ａおよび１００Ｂを示す。図のように、そうしたモバイル無線デバイスは、ＳＴＡ（IEEE802.11無線通信標準で「局（station）」の省略形）と呼ばれ得る。ＳＴＡは、以下で説明する図１Ｃで示されるように、モバイル無線デバイスもしくはＡＰであり得る。
【００１３】
図１Ａに示されるように、いくつかの実施形態では、モバイル無線デバイス１００Ａは、ポータブル・コンピュータか、あるいはタブレット・コンピュータなどのその他のモバイル・コンピューティング・デバイスであり得る。あるいは、図１Ｂに示されるように、モバイル無線デバイス１００Ｂは、手持ち式の通信デバイスであり得る。例えば、モバイル無線デバイス１００Ｂは、携帯電話、もしくは、スマート・フォン、もしくは他の類似のモバイル無線デバイスであり得る。しかしながら、その他のモバイル無線デバイスは、パーソナル・デジタル・アシスタント、マルチメディア・プレイヤ（携帯用もしくは据え置き型）、ルータ、および／または、例えば車両内の無線通信デバイスを含む、無線通信を使用するために動作可能なその他のモバイル・デバイス／コンピューティング・システムなどが想定される、ことに注意されたい。ここで留意すべきは、ここに用いられたように、１００Ａ、１００Ｂなどの英数字の参照番号で記された要素の具体化は、英語部分無しで、総称的にあるいはまとめて、例えば、１００と呼ばれ得る、ことである。図１Ａおよび図１Ｂに示されたように、モバイル無線デバイス１００は、ＡＰ１０１など、無線トランシーバとワイヤレスに通信するように構成され得る。
【００１４】
モバイル無線デバイス１００は、デバイスの方向、もしくはそのアンテナ・アレイを決定することができるモーション・センサを含み得る。用語「モーション・センサ」は、動きもしくはデバイスの動きの変化を検出するコンポーネントを指し、これは、方向の変化を直接検出すること、もしくは、位置の変化の相対差を決定することによって、達成され得る。モーション・センサの例としては、１つまたは複数の加速度センサ（accelerometer）、１つまたは複数の磁気センサ、１つまたは複数の光学センサ、１つまたは複数の位置センサ、１つまたは複数の方向センサ、および／または、１つまたは複数のジャイロセンサ（gyroscope）、を含むことができる。モーション・センサは、例えば、微小電気機械システム（microelectromechanical system：ＭＥＭＳ）技術を含む、望ましい任意の技術を使用してインプリメントされ得る。
【００１５】
ここで留意すべきは、モーション・センサは、方向センサを含み得、かつ、ゲームやテキスト方向などで使用するために、ゲーム機などのモバイル・デバイス、ＧＰＳ（Global Position System：全地球測位システム）デバイスなどのロケーショニング・デバイス、および、スマート・フォンなどに含まれる、ことである。いくつかの実施形態では、こうした事前のモーション・センサは、ここに説明されるように、デバイスの方向、もしくはデバイスのアンテナ・アレイを検出するために使用され得る。言い換えると、いくつかの実施形態では、モバイル無線デバイス１００は、ここに開示された機能にそうでなければ無関係であり得るというねらいのために、デバイスに関する方向機能を実行するために１つまたは複数のモーション・センサを有し得、かつ、こうしたモーション・センサは、ここに記載された実施形態をインプリメントするために使用されることができる。こうした現行のモーション・センサの使用は、デバイスの設計、動作、および／または、製造に関して節約を提供し得る。
【００１６】
図１Ｃは、携帯電話などの手持ち式のモバイル無線デバイスがモバイルＡＰとして動作するような実施形態を示す。より具体的には、図１Ｃは、モバイル・アクセス・ポイントとして動作する別の無線デバイス１０１Ｂと通信するモバイル無線デバイス（ＳＴＡ）１００Ｂを示す。したがって、多様な実施形態では、ここに開示された技術は、ＳＴＡからＡＰへの通信を含んで、任意のＳＴＡからＳＴＡへの通信で利用され得る。
【００１７】
ここで、注意は、ビームフォーミングに対する検討へと向く。IEEE802.11n  2009標準は、クライアント・モバイル無線デバイスに集中された高利得のビームを形成するアンテナのバーチャル・アレイを生成するためのビームフォーミング技術を提供する。ビームを集中することは、範囲を増大させて、全面的な環境的干渉を低下させる効果を有する。具体的には、全方向にエネルギーを放射するのではなくて、送信エネルギーは、意図された受信機に直接集中される。そうした集中されたビームは、送信されたエネルギーの大部分が適切な受信機に到達するようにする。また、集中されたビームは、他の方向に送られたエネルギーの量を減少させ得、かつ、それによってその他の無線リンクとの干渉を少なくさせる。
【００１８】
こうしたビームの精度を最大限発揮することは、最高の有効処理能力を達成するために重要である。信号が送信機から受信機へと十分に維持されることができない限り、エラーおよびノイズは、処理能力をじわじわ奪い（erode）得る。例えば、符号化損失、位相同期の欠如、複数の受信機間のマージナル（marginal）復調は、高いビット誤り率（bit error rate：ＢＥＲ）になり、これは、多くの再送信、消耗された信号エネルギー、および、より多くの干渉につながる。
【００１９】
送信ビームフォーミング（ＴｘＢＦ）は、良く受信されることができる信号を送信機に生成させることによって、ビームフォームされたリンクの信頼性および性能を高める技術である。ビームフォーミングは、送信機と受信機とをそろえるために、サウンディング（sounding）技法を使用し得る。送信機は、信号を送り、かつ、受信機からの応答を聞く。ビーム係数もしくは位相関係などのビーム・パラメータを変更することなどによって、送信の特性を変化させることで、送信機は、可能な限り狭くなるようにビームを調節するように受信機のロケーションにおいてホーン（hone）することができる。このプロセスは、校正（または再校正）と呼ばれ、送信および／または受信状況を決定することを含み得る。
【００２０】
オープン・ループ・ビームフォーミング技法を用いて、送信機は、どこに受信機があるか、変化が信号受信を改良するかもしくは低下させるか、を有効に推定させられる。信号および反射が、同位相で到着する場合、それらは自身のエネルギーを加え、最大限可能な信号を生成する。しかしながら、それらが逆位相で到着する場合、それらはお互いに打ち消し合いの干渉を始め、受信機に到達する信号エネルギーを減少させる。理想的には、送信された信号およびそれらの反射は、受信アンテナに位相がそろった状態で到着する。オープン・ループ・ビームフォーミングの一例は、しばしば、暗黙のビームフォーミングと呼ばれる。暗黙のビームフォーミングは、通常は受信機によって送信機へ送られた１つまたは複数の信号に基づいて、かつ、相互の通信チャネルを想定して、送信機にビームフォーミング係数（つまり、位相、振幅、および／または、タイミング調整）を決定させる。
【００２１】
クローズド・ループＴｘＢＦ技法は、信号およびそれらの反射の位相同期を最大にするために、受信機が送信機へ直接フィードバックを供給できるようにすることによって、精度を向上させる。クローズド・ループＴｘＢＦは、いかに良く信号を受信しているかに関する特定のデータを受信機に供給させる、送信機に対するチャネルを開く。このようにして、送信機は、使用するために最適なビームを、よりすばやく、かつより正確に評価することができる。クローズド・ループＴｘＢＦの最終結果は、送信前に信号へ適用され得る比較的正確なステアリング・マトリクスである。クローズド・ループ・ビームフォーミングの一例は、しばしば、明白なビームフォーミングと呼ばれる。明白なビームフォーミングは、受信機に、送信機によって受信機へ送られた１つまたは複数の信号に基づいて、ビームフォーミング係数を決定させる。これらの係数は、それから、送信機へ送られる。
【００２２】
一般的に、アンテナ・アレイ中の受信および送信アンテナは、個々の並列な受信および送信チェーンを経由してビームフォーミングを実行するように同時に動作し得、ここで、複数の無指向性アンテナからのアンテナ信号は、ビームフォーミング係数を決定すること、もしくは更新することを介して、性能を最大限発揮するように組み合わされる。ビームフォーミング係数は、強めあい、弱めあうように干渉するようにアンテナを構成し得、その結果、有効な指向性アンテナ・パターンとなる。
【００２３】
図２Ａ−２Ｅは、示された技法はまたＳＴＡ−ＳＴＡ通信にも一般的に用いられるが、ＳＴＡとＡＰとの間の通信を容易にするために無指向性アンテナのアレイ中のビームフォーミングの使用を示す。図２Ａは、無指向性アンテナ受信可能範囲を持つＡＰとＳＴＡとを示す。この典型的なシステムでは、ＡＰは、１００ｍｓごとに無指向性のビーコン・フレームもしくはビーコンを放出する。
【００２４】
図２Ｂは、ＳＴＡによる、その関連するＡＰからのビーコンの受信を示す。ＳＴＡは、ビーコンを受信し、ＡＰから送信を受信するために最適な方法を決定する。例えば、図２Ｃに示されたように、ＳＴＡは、ＳＴＡの決定された幾何学的もしくは地理的なＡＰとの関係に基づいて、ＡＰの方向にある共同アンテナ・アレイに集中するように、ビームフォーミング係数などのビーム・パラメータを調整し得、それによって、ＡＰとの通信能力を改善する。ＳＴＡは、それから、無指向性ビーコンに基づいて計算されたそれを、ビーム・パラメータに基づいて、ＡＰへ送信し得る。
【００２５】
図２Ｄおよび２Ｅが示すように、この技法は、デバイス間の送受信を改善するために、ＳＴＡとＡＰとの両方によって（または、より一般的には、２つのＳＴＡの両方によって）利用され得る。言い換えれば、ＳＴＡとＡＰとの両方が、どのようにＳＴＡとＡＰとの間の送受信を改善もしくは最適化するのかを決定するために、ビームフォーミング技法を実行し得る。したがって、ＳＴＡによって受信されるすべてのビーコンは、受信アンテナ・アレイ・パターンに対する調整を引き起こし得る。
【００２６】
２００３年１０月８日に出願され、「Apparatus and Method of Multiple Antenna Receiver Combining of High Data Rate Wideband Packetized Wireless Communication Signals」と題を付けられた、米国特許第７，３６６，０８９号、ならびに、同様に２００３年１０月８日に出願され、「Apparatus and Method of Multiple Antenna Transmitter Beamforming of High Data Rate Wideband Packetized Wireless Communication Signals」と題を付けられた、米国特許第７，３８５，９１４号に記載されたものなど、その他のビームフォーミング技法がここに用いられることができ、これらのうち両方が、参考のためにここに示される。
【００２７】
図３Ａおよび図３Ｂは、モバイル無線デバイスの多様な機能を実行するためのデバイス回路１２０を含み得る、典型的なモバイル無線デバイス１００Ｃ、１００Ｄのブロック図である。モバイル無線デバイス１００Ｃ、１００Ｄは、また、アンテナ・アレイ方向の変化を検出するための任意の多様な技法を使用もしくはインプリメントし得る、モーション検出回路１３０を備え得る。モーション検出回路１３０は、ジャイロセンサ、加速度センサ、磁気センサ、光学センサ、位置センサ、方向センサ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、ＧＰＳもしくはセルベースの三角測量（triangulation）機能を提供するロケーション・コンポーネントなどの、モ−ション・センサを含む。
【００２８】
モバイル無線デバイス１００Ｃ、１００Ｄは、また、図３Ａに示されたセクター・アンテナ・アレイ１５０もしくは図３Ｂに示されたアンテナ・アレイ１６０などの、少なくとも１つのアンテナ・アレイに結合され得る、アンテナ制御回路１４０Ａ、１４０Ｂを含み得る。アンテナ制御回路１４０は、アンテナ・アレイ１５０、１６０を制御するように構成され得る。より具体的には、アンテナ制御回路１４０は、ここに開示されたように、アンテナ・アレイ１５０、１６０を再構成するように動作し得る。
【００２９】
回路１２０、１３０、および／または、１４０の各々は、アナログ・ロジック、デジタル・ロジック、プロセッサおよびメモリ（ＣＰＵ、ＤＳＰ、マイクロコントローラ、など）、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit：特定用途向け集積回路）、ＦＰＧＡ（field programmable gate array：フィールド・プログラム可能ゲート・アレイ）、機械的コンポーネントおよび／または電気的コンポーネント、アクチュエータ、サーボ、など、もしくは上記の任意の組み合わせの、任意の１つまたは複数の技術を用いてインプリメントされ得る。
【００３０】
このようにして、モバイル無線デバイス１００は、無線信号を受信するかつ／または送信するためのアンテナ・アレイ１５０、１６０と、アンテナ・アレイ１５０、１６０を制御するためのアンテナ制御回路１４０Ａ、１４０Ｂと、モバイル無線デバイス１００の方向の変化を検出するためのモーション検出回路１３０と、を含み得る。モバイル無線デバイス１００は、また、当業者には知られているであろう、例えば、デバイス回路１２０のような、デバイスの多様なその他の機能を実行するための回路を有し得る。
【００３１】
アンテナ制御回路１４０Ａ、１４０Ｂは、アンテナ・アレイの構成を制御するために、検出された無線デバイスの方向の変化を利用し得る。言い換えると、モーション・センサからの情報は、モバイル無線デバイスもしくはそのアンテナ・アレイの方向の変化を検出するために用いられ得る。この情報は、トリガーする、もしくは決定するためにさえ、モバイル無線デバイスのアンテナの再構成の必要性を検出するために用いられ得る。
【００３２】
例えば、図３Ａに示されたように、アンテナ・アレイがセクター・アンテナ・アレイ１５０であるような実施形態では、再構成は、用いられ得るセクター・アンテナ１５０内から１つまたは複数のセクターを選択することを含み得る。アンテナ制御回路１４０Ａは、どのセクター・アンテナを使用するかを制御する。いくつかの実施形態では、アンテナの構成の変化が必要とされていることのみならず、アンテナ位置、信号強度などの多様なファクターに基づいて、どのアンテナが最も適切であるかという指示を知ることも役立ち得る。さらに、いくつかの実施形態では、モバイル無線デバイスが以前の方向および方向の相対的な変化の程度を知っている場合、モバイル無線デバイスは、変化の程度のみから、理想的なセクターを決定することができ得る。
【００３３】
図３Ｂに示されたように、アンテナ・アレイが複数の無指向性アンテナを含む実施形態では、再構成は、ビームフォーミング係数の変化、および／または、アンテナ間の位相関係などの、アンテナに関するその他の構成パラメータを含み得る。
【００３４】
モバイル無線デバイス上で動作するゲーム用アプリケーションに関しては、モバイル無線デバイスのアンテナの方向における急速な変化につながる、モバイル無線デバイスのしばしば突然の動きがある。モーション検出回路１３０は、こうした突然の動きを検出し、かつ、方向の変化をアンテナ制御回路１４０Ａ、１４０Ｂに通知するものとする。この通知は、方向が急速に変化している場合、アンテナ制御回路１４０Ａ、１４０Ｂにアンテナ・アレイ構成を更新させ、一方で、方向がよりゆっくりと変化している場合、構成の長い使用を許可する。
【００３５】
図４は、モバイル無線デバイス１００のアンテナ・アレイ１５０、１６０を構成するための方法４００の典型的な実施形態を示すフローチャートである。方法４００は、その他のモバイル無線デバイス中の、上記の図に示されたシステムもしくは無線デバイスのいずれかと共に用いられ得、ここで、前述のとおり、モバイル無線デバイスは、無線信号を受信しかつ／または送信するためのアンテナ・アレイと、アンテナ・アレイに結合されたモーション・センサと、アンテナ・アレイおよびモーション・センサに結合された回路と、を含み得る。多様な実施形態では、示されたいくつかの方法要素は、示されたものとは異なる順序で同時に実行され得るか、あるいは省略され得る。追加の方法要素は、また、希望される通りに実行され得る。示されたとおり、方法４００は、以下のように動作し得る。
【００３６】
ステップ４０２において、アンテナ・アレイ１５０、１６０の方向の変化は、モーション検出回路１３０内のモーション・センサを介して検出され得る。例えば、１つの典型的な実施形態では、モーション検出回路１３０は、モーション・センサをモニターもしくはポーリング（poll）し得る。モーション検出回路１３０は、モーション・センサからの新しい値と、最新の再構成に相当する格納された値とを比較し得、かつ、その差がいくつかの特定の閾値をこえるかどうかを決定し得る。ここで留意すべきは、アンテナ・アレイの方向の変化は、無線デバイスの多様なタイプのモーションのいずれかが原因であり得る、ということである。典型的なタイプのモーションは、モバイル無線デバイスの回転および／または平行移動を含む。別の例として、信号ソースに関して非放射方向で動くことは、回転無しで信号ソースに関してデバイスのアンテナ・アレイの方向を変化させ得る。
【００３７】
ステップ４０４において、アンテナ・アレイ１５０、１６０は、検出された方向の変化に応じてアンテナ制御回路１４０Ａ、１４０Ｂによって再構成され得る。１つの実施形態では、第１回路は、理想的な構成を決定し得、理想的な構成の容認可能な許容範囲でアンテナ・アレイ１５０、１６０を再構成し得る。例えば、理想的な構成の１０％、５％、２％、もしくは、１％内で、任意のアプリケーションの容認可能な許容範囲内に依存している。
【００３８】
図５は、１つの実施形態に従う、モバイル無線デバイスのセクター化されたアンテナ・アレイを構成するための方法５００のフローチャートである。図５に示された方法は、上記の図に示されたシステムもしくはデバイスのいずれかと共に用いられ得、ここで、デバイスは、無線信号を受信するかつ／または送信するためのセクター化されたアンテナ・アレイを含む。多様な実施形態では、示されたいくつかの方法要素は、示されたものとは異なる順序で同時に実行され得るか、あるいは、省略され得る。追加の方法要素は、また、希望される通りに実行され得る。示されたように、方法５００は以下のように動作し得る。
【００３９】
ステップ５０２において、セクター・アンテナ・アレイ１５０の方向の変化は、モーション検出回路１３０内のモーション・センサを介して決定され得る。モーション検出回路１３０は、モーション・センサをモニターもしくはポーリングし得る。モーション検出回路１３０は、モーション・センサからの新しい値と、最新の再構成に相当する格納された値とを比較し得、かつ、方向角度内の差などの、差を決定し得る。１つの実施形態では、モーション検出回路は、また、その差が特定の閾値をこえるか否かを決定し得る。したがって、いくつかの実施形態では、モーション検出回路１３０は、方向の変化を検出し得、かつ、また、変化の量を決定し得る。
【００４０】
ステップ５０４において、方法５００は、検出された方向の変化に応じて、セクター・アンテナ・アレイ１５０のセクター・アンテナを選択し、かつ、作動させ得る。したがって、アンテナ・アレイを再構成することは、１つまたは複数のセクター・アンテナを作動させること、および／または、少なくとも１つのセクター・アンテナを停止させること、を含み得る。例えば、該方法は、いずれのセクター・アンテナが最大信号を検出もしくは受信するかを決定し得、かつ、作動のためにそのセクター・アンテナを選択し得る。いくつかの場合、該方法は、弱い受信を持つその他の作動しているセクター・アンテナを停止させ得る。いくつかの実施形態では、アンテナ制御回路１４０Ａは、現在の状態の分析を決定することも実行することもなく、セクター・アンテナ・アレイ１５０に関する改良された構成を決定し得る。いくつかの実施形態では、再構成は、方向の差、もしくは方向の変化の量が特定の閾値をこえた場合のみ、実行され得る。
【００４１】
図６は、１つの実施形態に従う、アンテナ・アレイを再校正することでアンテナ・アレイの方向の変化に基づいて、モバイル無線デバイスの２つ以上の無指向性アンテナのアレイを構成するための方法６００を示すフローチャートである。方法６００は、上記の図に示されたシステムもしくはデバイスのいずれかと共に用いられ得、ここで、デバイスは、無線信号を受信するかつ／または送信するための無指向性アンテナのアレイを含む。モバイル無線デバイス１００は、アンテナ・アレイ１６０に結合されたモーション検出回路１３０内のモーション・センサ、および、アンテナ・アレイ１６０およびモーション・センサ１３０に結合されたアンテナ制御回路１４０Ｂを含み得る。多様な実施形態では、いくつかの方法要素は、示されたものとは異なる順序で同時に実行され得るか、もしくは省略され得る。追加の方法要素は、また、希望される通りに実行され得る。示されたとおり、方法６００は、以下のように動作し得る。
【００４２】
ステップ６０２において、アンテナ・アレイ１６０の方向の変化は、モーション検出回路１３０によって決定され得る。モーション検出回路１３０は、アンテナ制御回路１４０Ｂに通知する。ステップ６０３において、決定は、検出された変化が特定の閾値に合うかこれをこえるか否かによって行われ得る。例えば、閾値は、方向の変化を表すその他の手段の中で、方位角、さもなければ、３次元角度もしくはオイラー角などの角度の組など、における特定の角度の変化であり得る。検出された変化が閾値に合ったりこれをこえたりしない場合（ステップ６０３−ｎｏ）、方法は６０２に戻り得、かつ、検出された方向の変化をモニターし続け得る。さもなければ、方向の変化が閾値に合うかこれをこえるように決定された場合（ステップ６０３−ｙｅｓ）、ステップ６０４において、新しいビームフォーミング係数（または、位相関係などの他のビーム・パラメータ）は、検出された方向の変化に応じてアンテナ・アレイを再校正することによって決定され得る。
【００４３】
新しいビームフォーミング係数は、再校正手順の一部として決定され得る。多様な実施形態では、アンテナ・アレイの再校正は、当業者には知られた任意の明白なもしくは暗黙の技法を用いて実行され得る。例えば、１つの実施形態では、方法は、例えばＡＰからチャネル状態情報（ＣＳＩ）を受信すること、および、受信されたＣＳＩに基づいてアンテナを再校正すること、を含み得る。ここで留意すべきは、ここで用いられたように、用語「チャネル状態情報」は、例えば、散乱、フェージング、および／または、距離を伴うパワー減衰、の影響を含み、送信／受信状況を評価するために用いられることができる通信リンクの特定の情報もしくは特質を指し、それは、現在のチャネル状態へのアンテナ・アレイ構成の適応を容易にし得る、ことである。
【００４４】
したがって、アンテナ・アレイが２つ以上の無指向性アンテナを含むような実施形態では、アンテナ・アレイを再構成することは、再校正プロセスを経由して決定された状態に基づいて、アンテナ・アレイ内の２つ以上のアンテナを、それらのビームフォーミング係数を変更することと、かつ／または、それらの間の位相関係を調整することを含み得る。
【００４５】
図７は、アンテナ・アレイを再校正することなく、アンテナ・アレイの方向の変化に基づいてモバイル無線デバイスの２つ以上の無指向性アンテナのアレイを構成するための方法７００の典型的な実施形態を示すフローチャートである。図７に示された方法７００は、上記の図に示されたシステムもしくはデバイスのいずれかと共に用いられ得、ここで、デバイスは、無線信号を受信し、かつ／または、送信するための無指向性アンテナのアレイを含む。図６の方法と同様に、デバイスは、アンテナ・アレイに結合されたモーション・センサと、アンテナ・アレイおよびモーション・センサに結合された回路と、を含み得る。多様な実施形態では、示されたいくつかの方法要素は、示されたものとは異なる順序で、同時に実行され得るか、もしくは省略され得る。追加の方法要素は、また、希望される通りに実行され得る。ここで留意すべきは、すでに前で説明された方法要素の説明は省略され得る、ことである。示されたとおり、方法７００は、以下のように動作し得る。
【００４６】
ステップ７０２において、無指向性アンテナ・アレイ１６０の方向の変化は、モーション検出回路１３０内のモーション・センサを介して決定され得る。ステップ７０３において、決定は、検出された変化が特定の閾値に合うかこれをこえるか否かによって行われ得る。検出された変化が閾値に合わないかこれをこえない場合（ステップ７０３−ｎｏ）、方法７００は、ステップ７０２に戻り得、検出された方向の変化をモニターし続け得る。さもなければ、方向の変化が閾値に合うかこれをこえると決定された場合（ステップ７０３−ｙｅｓ）、新しいビームフォーミング係数は、アンテナ・アレイを再校正することなく、検出された方向の変化に応じて、かつそれに基づいて、決定され得る（ステップ７０４）。例えば、新しいビームフォーミング係数の決定は、単純な内挿または外挿、統計モデル、経験則、ニューラル・ネットワーク、サポート・ベクター・マシーン、ファジー理論、ルールベース・システム、履歴データ、ルックアップ・テーブル、などを含む、多様な技法のいずれかを経由して行われ得る。より具体的には、ビーム・パラメータ値を持つ絶対的または相対的な方向の変化に関連する任意の技法は、希望どおりに利用され得る。アンテナ・アレイがアンテナを再校正することなく再構成する、この方法で新しい構成を決定することは、時間、パワー消費、および、計算帯域幅の十分な節約になり得る。
【００４７】
実施形態
以下の番号付けされたパラグラフは、特定の実施形態を説明する。
【００４８】
１．無線信号を受信しかつ／または送信するためのアンテナ・アレイと、前記アンテナ・アレイに結合され、前記アンテナ・アレイの方向の変化を検出するように構成されたモーション・センサと、前記アンテナ・アレイに結合され、前記モーション・センサによって検出された方向の変化に応じて前記アンテナ・アレイを再構成するように適用された第１回路と、を備えたモバイル無線デバイス。
【００４９】
２．前記アンテナ・アレイは２つ以上のセクター・アンテナを備えるセクター化されたアンテナを備え、前記第１回路は、前記検出された方向の変化に基づいて理想的なセクターを決定し、前記理想的なセクターに基づいてセクター・アンテナを作動させ、かつ／または、少なくとも１つのセクター・アンテナを停止させるように構成された、パラグラフ１のモバイル無線デバイス。
【００５０】
３．前記アンテナ・アレイは２つ以上の無指向性アンテナのアレイを備え、前記第１回路は、送信状況に基づいて前記アンテナ・アレイを再校正するように構成された、パラグラフ１のモバイル無線デバイス。
【００５１】
４．前記アンテナ・アレイを再構成するために、前記第１回路は前記アンテナ・アレイに関するビームフォーミング係数を変更するように構成されている、パラグラフ１のモバイル無線デバイス。
【００５２】
５．前記アンテナ・アレイは２つ以上の無指向性アンテナのアレイを備え、前記第１回路は、前記アンテナ・アレイ内の２つ以上のアンテナの中の位相関係を調整するように構成されている、パラグラフ１のモバイル無線デバイス。
【００５３】
６．前記第１回路は、前記変化された方向の前記差を決定し、かつ、前記変化された方向の前記差に基づいて前記アンテナ・アレイを再構成するようにさらに構成された、パラグラフ１のモバイル無線デバイス。
【００５４】
７．前記第１回路は、チャネル状態情報（channel state information：ＣＳＩ）を受信するようにさらに構成され、前記受信されたＣＳＩに基づいて、前記アンテナ・アレイを再構成する、パラグラフ１のモバイル無線デバイス。
【００５５】
８．前記モーション・センサは、１つまたは複数の加速度センサ、１つまたは複数のジャイロセンサ、１つまたは複数の磁気センサ、１つまたは複数の光学センサ、１つまたは複数の方向センサ、もしくは、１つまたは複数の位置センサ、のうちの１つまたは複数を備える、パラグラフ１のモバイル無線デバイス。
【００５６】
９．無線通信に関する方法であって、無線信号を受信するかつ／または送信するためのアンテナ・アレイを有する、モバイル無線デバイスであって、前記アンテナ・アレイに結合されたモーション・センサと、前記アンテナ・アレイおよび前記モーション・センサに結合された第１回路と、を有する少なくとも１つのモバイル無線デバイスを提供することと、前記モーション・センサを介して、リアルタイム・ベースでアンテナ・アレイの方向の変化を検出することと、前記モーション・センサからの前記検出された方向の変化に応じて、前記第１回路を経由して前記アンテナ・アレイを再構成することと、を備える方法。
【００５７】
１０．前記アンテナ・アレイは、２つ以上のセクター・アンテナを備えるセクター化されたアンテナを備え、前記アンテナ・アレイを前記再構成することは、前記検出された方向の変化に基づいて理想的なセクターを決定すること、前記理想的なセクターに基づいて１つまたは複数のセクター・アンテナを作動させること、および／または、少なくとも１つのセクター・アンテナを停止させること、のうちの１つまたは複数を備える、パラグラフ９の方法。
【００５８】
１１．前記アンテナ・アレイは２つ以上の無指向性アンテナのアレイを備え、前記アンテナ・アレイを前記再構成することは、送信状況に基づいて前記アンテナ・アレイを再校正することを備える、パラグラフ９の方法。
【００５９】
１２．前記アンテナ・アレイは２つ以上の無指向性アンテナのアレイを備え、前記アンテナ・アレイを前記再構成することは、前記アンテナ・アレイに関するビームフォーミング係数を変更することを備える、パラグラフ９の方法。
【００６０】
１３．前記アンテナ・アレイは２つ以上の無指向性アンテナのアレイを備え、前記アンテナ・アレイを前記再構成することは前記アンテナ・アレイ内の２つ以上のアンテナのうちの位相関係を調整することを備える、パラグラフ９の方法。
【００６１】
１４．前記検出された方向の変化の差を決定することをさらに備え、前記再構成することのステップは、前記アンテナ・アレイを再構成するために再校正計算を実行することなく、前記検出された方向の変化の前記決定された差に基づいて前記アンテナ・アレイを再構成することをさらに備える、パラグラフ９の方法。
【００６２】
１５．チャネル状態情報（ＣＳＩ）を受信することをさらに備え、前記再構成するステップは、前記受信されたＣＳＩに基づいて前記アンテナ・アレイを再構成することをさらに備える、パラグラフ９の方法。
【００６３】
１６．前記モーション・センサは、１つまたは複数の加速度センサ、１つまたは複数のジャイロセンサ、１つまたは複数の磁気センサ、１つまたは複数の光学センサ、１つまたは複数の方向センサ、１つまたは複数の位置センサ、のうちの１つまたは複数を備える、パラグラフ９の方法。
【００６４】
１７．無線通信に関するシステムであって、各無線デバイスが無線信号を受信するかつ／または送信するためのアンテナ・アレイを有する複数の無線デバイスと、各モバイル無線デバイスがモーション・センサおよび第１回路を有する１つまたは複数のモバイル無線デバイスを備える前記無線デバイスの第１サブセットと、前記第１モバイル無線デバイスのアンテナ・アレイと第２無線デバイスのアンテナ・アレイとの間の通信リンクであって、前記第１モバイル無線デバイスの前記アンテナ・アレイは第１位置に関連し、前記第２無線デバイスの前記アンテナ・アレイは第２位置に関連する通信リンクとを備え、前記モーション・センサは前記第１位置内の変化を検出し、前記第１回路は、前記モーション・センサからの前記第１位置内の前記検出された変化に基づいて第３位置へ前記第１モバイル無線デバイスのアンテナを再構成する、システム。
【００６５】
１８．前記第１回路は、閾値をこえる前記第１位置内の前記変化に基づいて、前記第１モバイル無線デバイスのアンテナ・アレイを再構成する、パラグラフ１７のシステム。
【００６６】
１９．前記第１回路は、前記検出された方向の変化に基づいて、前記モバイル無線デバイスの前記アンテナ・アレイを位置付けするために理想的な構成を決定し、前記第１回路は、前記理想的な構成のパーセンテージに基づいて前記第３位置を決定する、パラグラフ１７のシステム。
【００６７】
２０．前記第１回路は、前記通信リンクに関連した送信特性の組に対する相対的な変化に基づいて、前記第３位置を決定する、パラグラフ１７のシステム。
【００６８】
いくつかの実施形態では、上で説明された技法の組み合わせが利用され得る。例えば、すばやい最適化または改善、いくつかの累積最大までの小さな方向の変化、方向の変化が１８０度である特別な幾何、などのために、再校正アプローチの無い再構成が用いられ得る。さもなければ、再構成は、アンテナを再校正することを含み得る。その他の実施形態では、多様な状態のいずれかは、可能な限りダイナミックに、どのアプローチを用いるかを決定するために指定され得る。
【００６９】
上記の実施形態はかなり詳細に記載されているが、一度上記の開示が十分理解されれば、当業者に対して、非常に多くの変形例および変更例が明らかになるだろう。以下の請求項は、そうした変形例および変更例全てを包含するように解釈される、ということが意図されている。ここに記載された実施形態は、アクセス・ポイントに関して検討されているが、本実施形態は、アクセス・ポイントが１つも無いようなシステムもしくはネットワークに対しても適用されることができる。例えば、アド・ホック・ネットワークでは、アクセス・ポイントの機能は１つまたは複数のピア・モバイル無線デバイスによって実行されることができる。
【図１Ａ】
2013543295.tif 000003
【図１Ｂ】
2013543295.tif 000004
【図１Ｃ】
2013543295.tif 000005
【図２Ａ】
2013543295.tif 000006
【図２Ｂ】
2013543295.tif 000007
【図２Ｃ】
2013543295.tif 000008
【図２Ｄ】
2013543295.tif 000009
【図２Ｅ】
2013543295.tif 000010
【図３Ａ】
2013543295.tif 000011
【図３Ｂ】
2013543295.tif 000012
【図４】
2013543295.tif 000013
【図５】
2013543295.tif 000014
【図６】
2013543295.tif 000015
【図７】
2013543295.tif 000016
【国際調査報告】
2013543295.tif 000017
2013543295.tif 000018