(57)【要約】  見通し線通信路条件および非見通し線通信路条件は、特定の通信路条件の存在の判定に応答してアンテナ出力の規定された組合せを選択するコントローラを介して複数の二重偏波アンテナを一緒に結合することによって、ＭＩＭＯ無線ネットワーク内で効率的かつ最適に処理される。この形で、制御されたアンテナ・アレイは、通信路が適切なレベルの信号弁別（非相関性）をもたらすか否かにかかわりなく、適切なレベルの信号弁別（非相関性）を展開する。一実施形態で、２つの二重偏波アンテナは、互いから分離され、その二重偏波出力信号を、同一の切替要素に結合され、その結果、１つのアンテナからの直交出力が、同一の切替要素で使用可能になる。コントローラは、所定の判断基準に基づいて、各アンテナからの特定の偏波出力信号を選択する。
2008521346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の距離だけ互いから離隔された少なくとも第１および第２のアンテナであって、各アンテナは、それぞれ信号の第１および第２の偏波を受信する第１および第２の直交要素を有する、少なくとも第１および第２のアンテナと、
前記少なくとも第１および第２のアンテナの各直交要素に結合された制御可能選択要素であって、前記制御可能選択要素は、少なくとも第１および第２の出力ポートをも含み、前記第１アンテナによって受信された前記信号の所望の偏波を前記第１出力ポートに接続するためおよび前記第２アンテナによって受信された前記信号の所望の偏波を前記第２出力ポートに接続するために制御信号に応答する、制御可能選択要素と
を含む無線アンテナ配置。
【請求項２】
受信信号の選択された組合せを前記制御可能選択要素によって出力させる前記制御信号を生成するために前記アンテナによって受信された信号の特性に応答するコントローラをさらに含む請求項１に記載の無線アンテナ配置。
【請求項３】
前記少なくとも第１および第２のアンテナのそれぞれは、二重偏波開口結合パッチ・アンテナである請求項２に記載の無線アンテナ配置。
【請求項４】
前記少なくとも第１および第２のアンテナのそれぞれは、直交ダイポール・アンテナの組である請求項２に記載の無線アンテナ配置。
【請求項５】
前記アンテナによって受信された信号の特性を監視し、受信信号の選択された組合せを前記制御可能選択要素によって出力させる前記制御信号を生成するコントローラをさらに含む請求項１に記載の無線アンテナ配置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記アンテナによって受信された最良の特性を判定するため、およびこれによって前記制御可能選択要素によって出力される受信信号の前記組合せを選択する前記制御信号を生成するために、所定の監視期間中に前記アンテナによって受信される信号の特性を比較することもする請求項５に記載の無線アンテナ配置。
【請求項７】
前記少なくとも第１および第２のアンテナのそれぞれは、二重偏波開口結合パッチ・アンテナである請求項５に記載の無線アンテナ配置。
【請求項８】
前記少なくとも第１および第２のアンテナのそれぞれは、直交ダイポール・アンテナの組である請求項５に記載の無線アンテナ配置。
【請求項９】
所定の距離だけ互いから離隔された少なくとも第１および第２のアンテナであって、各アンテナは、信号の第１および第２の偏波を受信する直交要素を有する、少なくとも第１および第２のアンテナと、
前記少なくとも第１および第２のアンテナの各直交要素に結合された制御可能選択要素であって、前記制御可能選択要素は、少なくとも第１および第２の入力ポートをも含み、前記第１入力ポートでの信号を前記第１アンテナの所望の直交要素に接続するためおよび前記第２入力ポートでの信号を前記第２アンテナの所望の直交要素に接続するために制御信号に応答する、制御可能選択要素と
を含む無線アンテナ配置。
【請求項１０】
受信信号の選択された組合せを前記制御可能選択要素によって出力させる前記制御信号を生成するコントローラをさらに含む請求項９に記載の無線アンテナ配置。
【請求項１１】
前記少なくとも第１および第２のアンテナのそれぞれは、二重偏波開口結合パッチ・アンテナである請求項１０に記載の無線アンテナ配置。
【請求項１２】
前記少なくとも第１および第２のアンテナのそれぞれは、直交ダイポール・アンテナの組である請求項１０に記載の無線アンテナ配置。
【請求項１３】
無線ネットワークでの通信を改善する方法であって、
各二重偏波アンテナからの第１および第２の出力信号を生成するために第１および第２の二重偏波アンテナで信号を受信する工程と、
制御信号に応答してｍｕｌｔｉ−ｉｎｐｕｔ  ｍｕｌｔｉ−ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）受信器への入力信号として信号の第１組合せを選択する工程であって、信号の前記組合せは、前記第１二重偏波アンテナの前記第１および第２の出力信号からの１つの信号と、前記第２二重偏波アンテナの前記第１および第２の出力信号からのもう１つの信号とを含む、工程と
を含む方法。
【請求項１４】
前記制御信号に応答して信号の前記第１組合せから信号の第２組合せに切り替える工程であって、信号の前記第２組合せは、前記１つの信号および前記もう１つの信号のそれぞれに直交する信号を含む、工程
をさらに含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記アンテナによって受信された信号の特性を監視する工程と、
監視される前記特性に応答して前記制御信号を生成する工程と
をさらに含む請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ネットワークで使用するためのアンテナ配置に関し、より具体的には、ローカル・エリア・ネットワークなどの無線ネットワークでの見通し線信号の受信を改善するための二重偏波アンテナのアレイの制御された使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
多入力・多出力（ＭＩＭＯ）システムは、無線ネットワーク内の送信器と受信器との間の複数の通信路によって提供される空間ダイバーシティを活用するようによく設計されている。独立の多重路伝搬は、空間ダイバーシティの存在と、ＭＩＭＯシステムの期待される性能とを保証する。多重通路信号成分は、アンテナ・アレイ開口を事実上増やし、通信路行列が逆変換可能であることを保証する。ＭＩＭＯの望ましい多重通路条件は、送信器および受信器が非見通し線通信路上で動作する時に存在する。ＭＩＭＯは、送信器および受信器が、一般に１つの支配的経路だけが存在する見通し線通信路を介して動作する時に、大きい性能劣化を受けやすい。
【０００３】
無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）および類似物などのネットワークでは、送信器および受信器が見通し線通信路を介して動作する機会がしばしばあると期待される。この条件が発生する時に、受信信号は、空間的に非常に相関し、分離するのが、不可能ではないとしても極端に難しい。数学的には、見通し線条件は、ＭＩＭＯシステムに劣って動作させる。というのは、通信路行列が、悪く条件付けされ、ランク落ちである、すなわち、逆変換可能でないからである。
【０００４】
見通し線環境でのそのようなＭＩＭＯシステムについて、アンテナ・アレイ開口を増やすために、複数の受信アンテナを、動作波長の複数整数倍だけ互いから分離することが提案された。たとえば、Ｇ．Ｄ．Ｄｕｒｇｉｎ他、非特許文献１を参照されたい。アンテナ・アレイ開口が事実上増やされる非見通し線条件と対照的に、見通し線条件に対処するためにアレイ内の個々のアンテナを分離するという提案された解決策は、実際に、アレイの全体的寸法を増やす。
【０００５】
他の解決策は、見通し線環境でのこの問題を解決するために、偏波ダイバーシティを適用してきた。たとえば、Ｃ．Ｂ．Ｄｉｅｔｒｉｃｈ，Ｊｒ．他、非特許文献２を参照されたい。しかし、従来技術には、ＭＩＭＯ無線ネットワークが見通し線通信路条件と非見通し線通信路条件との両方で効率的かつ最適に動作することを可能にする提案はなかった。実際に、見通し線通信路環境または非見通し線通信路環境のいずれかで動作する時に、十分な空間的分解能を提供する提案はなかった。
【非特許文献１】Ｇ．Ｄ．Ｄｕｒｇｉｎ他、「Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｍｕｌｔｉｐａｔｈ  ａｎｇｕｌａｒ  ｓｐｒｅａｄ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｓｐａｔｉａｌ  ｃｒｏｓｓ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｒｅｃｅｉｖｅｄ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｅｎｖｅｌｏｐｅｓ」、Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ  ４９ｔｈ  ＩＥＥＥ  Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆ．  １９９９、ｖｏｌ．２、９９６〜１０００ページ
【非特許文献２】Ｃ．Ｂ．Ｄｉｅｔｒｉｃｈ，Ｊｒ．他、「Ｓｐａｔｉａｌ，  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ，  ａｎｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｈａｎｄｈｅｌｄ  Ｔｅｒｍｉｎａｌｓ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  Ｏｎ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  Ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ、Ｖｏｌ．４９、Ｎｏ．９、１２７１〜１２８１ページ、２００１年９月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、見通し線通信路環境または非見通し線通信路環境のずれが動作するときに、十分な分解能を提供する手法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
見通し線通信路条件および非見通し線通信路条件は、特定の通信路条件の存在の判定に応答してアンテナ出力（受信された信号偏波）の規定された組合せを選択するコントローラを介して複数の二重偏波アンテナを一緒に結合することによって、ＭＩＭＯ無線ネットワーク内で効率的かつ最適に処理される。この形で、制御されたアンテナ・アレイが、通信路条件が適切なレベルの信号弁別（非相関性）をもたらすか否かにかかわりなく、適切なレベルの信号弁別（非相関性）を展開する。
【０００８】
一実施形態で、２つの二重偏波アンテナが、互いから分離され、その二重偏波出力信号が同一の制御可能選択要素に結合され、その結果、アンテナからの直交出力が、同一の切替要素で選択に使用可能になる。コントローラが、所定の判断基準に基づいて、アンテナからの偏波出力信号の特定の組合せを選択する。１つの例示的判断基準では、コントローラは、一方の偏波（たとえば、Ｈ−ｐｏｌ）または他方の偏波（たとえば、Ｖ−ｐｏｌ）のアンテナ出力が受信器によって選択されることを指示する信号を送信器から受け取ることができる。もう１つの例示的判断基準では、コントローラは、第１の直交偏波からのアンテナ出力が選択される時の受信電力などの受信信号の特性を測定し、次に、コントローラは、アンテナ出力の第２の直交偏波状態を選択し、第２の直交偏波からのアンテナ出力が選択される時の受信電力などの受信信号の特性を測定し、コントローラは、この２組の特性を比較して、どのアンテナ出力設定が最良の応答をもたらしたかを判定する。もう１つの例示的判断基準では、送信器コントローラおよび受信器コントローラが、どのアンテナ出力設定が最良の応答をもたらしたかを判定するために、調整された一連の選択を行う。
【０００９】
本発明のより完全な理解は、添付図面と共に本発明の特定の例示的実施形態の次の説明を読むことによって得ることができる。
しかし、添付図面が、本発明の通常の実施形態だけを示し、したがって、本発明の範囲の限定と解釈されてはならないことに留意されたい。というのは、本発明が、他の同等に有効な実施形態を許す可能性があるからである。可能な場合には、同一の符号が、同一の要素を示すために図面に挿入されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）標準規格ＩＥＥＥ  ８０２．１１ａ／ｇおよび将来のＷＬＡＮ標準規格ＩＥＥＥ  ８０２．１１ｎに基づく製品に適用される。本発明の原理によれば、ＭＩＭＯベースのＷＬＡＮネットワークでの見通し線（ＬＯＳ）通信によって引き起こされる問題を克服することが可能である。この低コスト解決策は、次に、ＬＯＳ体制での通信が経験される時に大きい性能向上をもたらす。さらに、本発明は、通信が非ＬＯＳ体制である時に性能を劣化させない。本発明は、製品の標準規格互換性を損なわずに、標準規格に準拠する製品を補足するのに使用することができる。
【００１１】
図１に、たとえば無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）を含む無線システムの単純化されたブロック図を示す。この図には、受信器サイトと通信する送信器サイトが示されている。実際には、送信器サイトおよび受信器サイトは、一般に、各サイトが送信および受信という二重の役割を実行するトランシーバ・サイトである。説明を簡単にするために、このシステムは、図１では、期待される両方向システムではなく、一方向システムとして図示されている。送信器サイトには、送信器１１、アンテナ・アレイ１２、およびコントローラ１３が含まれ、受信器サイトには、受信器１５、アンテナ・アレイ１４、およびコントローラ１６が含まれる。送信器と受信器との両方が、当技術分野で周知であり、本明細書で詳細には説明されない。ＷＬＡＮ応用用の標準規格に準拠するデバイスおよび他のＭＩＭＯデバイスが、ここでの使用について企図されている。
【００１２】
アンテナ・アレイ１２および１４は、同一または実質的に類似することが好ましい。例示的実施形態では、２つの二重偏波アンテナが、図２〜４に示されているように各アレイ内で使用される。これらの図に示されたアンテナは、開口結合パッチ・アンテナである。ダイポール・アンテナも、ここでの使用について企図されている。
【００１３】
コントローラ１３は、アンテナ・アレイ１２を制御するために、送信器とアンテナ・アレイとの間に結合される。同様に、コントローラ１６は、アンテナ・アレイ１４を制御するために、送信器とアンテナ・アレイとの間に結合される。コントローラ動作の諸態様は、下でより詳細に述べる。現段階では、コントローラが、特にＬＯＳ通信環境で、システムの性能を最大化する送信偏波または受信偏波の組合せを決定するのに使用されることを理解することが重要である。
【００１４】
本発明の諸態様に関する追加の詳細を提示する前に、システム内で見通し線条件の結果として生じる問題および困難を理解することが重要である。
多重通路は、長らく、通信システムに対する主要な問題とみなされてきた。しかし、この問題は、システム設計および動作特性すなわち、狭帯域システムおよび固有のフェージング効果のゆえに生じる傾向がある。しかし、ある種の情況で、多重通路が、有利なプロパティである場合がある。広帯域システムでは、信号は、時間領域において高い分解能を有し、これによって、多数の副経路を解決でき、有益に追加できるようになると同時に、送信帯域幅の逆数より小さい時間遅延差を有する少数の副経路だけが、通信に影響するようになる。ＭＩＭＯシステムの場合に、多重通路は、事実上、アレイ開口（サイズ）を増やす。事実上、すべての鏡面反射が、仮想受信器を作り出す。室内環境では、空間ヌル・パターンは、自由空間伝搬の場合に期待される鉛筆形ではなく、多重通路に起因してスポット形になる可能性が高い。
【００１５】
それでも、より弱い多重通路成分を有する実生活環境に出会う場合があり、あるいは多重通路成分がない実生活環境にさえ出会う場合がある。これは、しばしば、Ｒｉｃｅａｎフェージングとしてモデル化され、あるいは、見通し線（ＬＯＳ）情況と呼ばれる。残念ながら、ＬＯＳ条件は、ＭＩＭＯシステムの性能を損なう。これは、次の例から理解することができる。２つの送信器が受信器アレイのボアサイトに置かれる自由空間伝搬環境（ｋ→無限大のＲｉｃｅａｎフェージングの極端なケース）を検討されたい。受信器側で第２送信器からの信号を抑制するために、ＭＩＭＯの多重分離機能は、その重みを、たとえばこのケースでは［０．５，−０．５］に調整し、第２送信器の方向にヌルを置く。第１送信器は、第２送信器と同一の方向からであるので、第１送信器からの信号も、ゼロにされる。通信路行列
【数１】
2008521346.tif 000003
は、正則でない。同一のことが、送信器からの波が非常に小さい穴を介して伝搬して受信器に達するいわゆるキーホール効果についても成り立つ。ＭＩＭＯ動作は、この点に空間的ヌルを置く。やはり、通信路行列は、多対１写像および１対多写像のゆえに、ランク落ち（縮退）である。
【数２】
2008521346.tif 000004
【００１６】
上の例は、ＬＯＳ条件での空間ダイバーシティの欠如を指摘するものである。しかし、両方の送信器が、受信器アレイとの平行通信になるように位置決めされる場合には、空間ダイバーシティが達成される。空間分解能すなわち、到来方向（ＤＯＡ）の差は、ほとんどその最大値に達する。第２送信器の方向にヌルを置いた後に、アレイの振幅応答は、
【数３】
2008521346.tif 000005
になり、
ｄ＝ｄＲｘ
【数４】
2008521346.tif 000006
であり、ここで、ｄＲｘ、ｄＴｘ、およびｒは、それぞれ、受信器開口、送信器間隔、および第１送信器と受信器アレイの中心との間の距離を表す。空間ヌル平面に近いすべてのソースが、減衰される。第１送信器の、２０ｌｏｇ１０Ｐ（θ）と定義される信号対雑音比（ＳＮＲ）劣化を、送信器と受信器との両方での異なる開口設定について下の表１にリストする。第２送信器と受信器アレイの中心との間の距離が、１００波長（２．４ＧＨｚで約１２．５ｍ）であることに留意されたい。４波長すなわち約５０ｃｍの間隔が、おそらく、ノートブック・コンピュータ・リッドの最大対角サイズなので、アレイの最大使用可能サイズである。伝搬損失の影響を無視すると、受信器開口または送信器間隔を２倍にするたびに、ＳＮＲに６ｄＢの増加があることがわかる。その結果、ＭＩＭＯは、ＬＯＳ環境で動作しないと結論することができる。
【表１】
2008521346.tif 000007
【００１７】
ＷＬＡＮシステムのスペース制限を与えられて、偏波ダイバーシティおよびパターン・ダイバーシティを含む各アンテナ要素の異方性特性を使用することによって、ＬＯＳ環境に対処することが可能である。単純な偏波および放射パターンの使用は、必要な性能を達成することができるはずである。これを理解するために、追加の直交偏波が送信器と受信器との両方で使用される、上で説明したものと同一の２×２ＭＩＭＯシステムを検討されたい。すなわち、各送信器および各受信器の２つのアンテナ要素の間に、偏波の９０°の差がある。図２に、直交要素を有するパッチ・アンテナの１つの例示的実施形態を示す。第２送信器をゼロにするために、多重分離機能によって調整される重みは、
【数５】
2008521346.tif 000008
になり、ここで、βは、第１送信器によって送信される信号と第１受信器によって受信される信号との間の角度オフセットである。次に、アレイの振幅応答を、
【数６】
2008521346.tif 000009
と書くことができる。第１送信器が、第２送信器と同一の方向からである（すなわち、θ＝０）の場合であっても
【数７】
2008521346.tif 000010
である。したがって、偏波ダイバーシティが利用される時のＳＮＲ劣化は、ワースト・ケースで−３ｄＢである。
【００１８】
空間ダイバーシティ損失を考慮に入れた後に、本発明人は、ＬＯＳ環境とＮＬＯＳ環境との両方でＭＩＭＯシステムからのよい性能を保証する最良の可能な形が、少なくとも２つの二重偏波アンテナ要素と各偏波対のアンテナ要素に結合された少なくとも２つのスイッチとを有するアンテナ・アレイを構成することであることを発見した。スイッチは、ＬＯＳおよびＮＬＯＳなどの異なる通信路条件に適当にアンテナ給電装置を適合させる受信信号偏波のすべての可能な組合せを受信器（または送信器）側のコントローラによって選択することを可能にする。開口結合パッチ・アンテナの例示的構成を、図２に示す。類似するアンテナ配置が、送信器での使用について企図されている。傾斜ダイポール要素などの他のアンテナ設計を本発明で利用できることが、企図されている。
【００１９】
本発明の原理によれば、アンテナ・アレイは、受信され、送信される信号偏波の組合せを選択する１つまたは複数の制御可能切替要素に結合される。この材料の提示を単純にするために、この説明では、受信器側のアンテナ・アレイ１４に焦点を合わせる。当業者は、両方のアンテナ・アレイの動作が実質的に同一であることを諒解するであろう。図２〜４のそれぞれで、付随する両方を向いた矢印を伴う表記「Ｔｘ／Ｒｘ」が、各スイッチに接続されたリードの一端に示されている。この表記は、アレイが送信器（Ｔｘ）サイトで使用される時のスイッチに向かう信号の内向きの流れを示す。同様に、この表記は、アレイが受信器（Ｒｘ）サイトで使用される時のスイッチから離れる信号の外向きの流れを示す。
【００２０】
図２に、本発明の原理による制御可能アンテナ・アレイの例示的実施形態を示す。このアレイには、２つの二重偏波開口結合パッチ・アンテナと、２つの制御可能スイッチ要素とが含まれる。この図には図示されていないが、コントローラ１６は、スイッチ２７および２８の動作を制御する。スイッチ２７および２８は、要素が制御可能であり、印加される制御信号に応答するものであるならば、図１に示された標準的なスイッチ要素、マルチプレクサ要素、セレクタ要素、および類似物によって実現することができる。
【００２１】
パッチ・アンテナ２１には、直交偏波要素２３および２４が含まれる。要素２３は、水平偏波要素（Ｈ−ｐｏｌ）として示され、要素２４は、垂直水平偏波要素（Ｖ−ｐｏｌ）として示される。パッチ・アンテナ２２には、直交偏波要素２５および２６が含まれる。要素２６は、水平偏波要素（Ｈ−ｐｏｌ）として示され、要素２５は、垂直水平偏波要素（Ｖ−ｐｏｌ）として示される。開口結合パッチ・アンテナは、当技術分野で周知であり、その構成および製造は、本明細書では述べない。
【００２２】
スイッチ２７および２８は、２つのアンテナのうちの１つから入手可能な特定の偏波に選択的に結合される。スイッチ２７は、このスイッチの「ａ」位置でアンテナ２１からのＨ−ｐｏｌアンテナ要素に結合され、あるいは、このスイッチの「ｂ」位置でアンテナ２２からのＶ−ｐｏｌアンテナ要素に結合されることができる。同様に、スイッチ２８は、このスイッチの「ａ」位置でアンテナ２１からのＶ−ｐｏｌアンテナ要素に結合され、あるいは、このスイッチの「ｂ」位置でアンテナ２２からのＨ−ｐｏｌアンテナ要素に結合されることができる。通常、コントローラは、各アンテナからの１つの偏波を選択し、一般に、この偏波は、同一になる。たとえば、コントローラは、スイッチ２７を「ｂ」位置に接続することと、スイッチ２８を「ａ」位置に接続することとによって、垂直偏波アンテナ要素を選択する。その結果、各アンテナによって受信される垂直偏波の信号が、アンテナ・アレイによって、ＭＩＭＯ処理のために受信器１５に出力される。
【００２３】
アレイが同一偏波からの信号を出力することが好ましいが、コントローラが、アンテナ・アレイによる直交偏波の出力を引き起こすスイッチ位置を選択することが企図されている。これは、ＬＯＳ環境において同等に好ましいことを理解されたい。
【００２４】
２つのアンテナが、図２〜４のそれぞれに示されている。しかし、より多数のアンテナをアンテナ・アレイ内で使用できることが企図されている。より多くのアンテナがアレイに追加される時には、アンテナの空間的分布を考慮しなければならない。直線状のアレイ・パターンが、図に示されているように企図されているが、環状などの他のアレイ方位も、可能である。一般に、分布パターンは、アンテナ・アレイの総フットプリント（面積）を最小にし、産業界で一般的な所望のサイズを維持するように選択される。パターン分布およびアンテナ・タイプは、すべての送信器および受信器についてシステム全体を通じて実質的に同一になると期待される。
【００２５】
アレイのサイズに寄与することができる１つの追加要因が、アンテナ離隔距離である。一般に、アンテナ離隔距離は、最大にされなければならない。しかし、当技術分野では、許容でき、望ましくさえある離隔距離が、少なくともλ／２であることが示され、ここで、λは、波長を表す。５ＧＨｚ帯での動作について、λは、５ｃｍである。２ＧＨｚ帯では、λは、約１５ｃｍである。実用の観点から、アンテナ離隔距離は、ＮＬＯＳ  ＭＩＭＯモードで送信信号および受信信号の相関を減らすために必要である。
【００２６】
上で説明したように、アレイ内のアンテナは、直交ダイポール要素または二重偏波開口結合パッチ要素である。本明細書で説明する無線応用例について、各個々のパッチ・アンテナの寸法は、０．３７λ×０．３７λであることが好ましく、各直交ダイポールの寸法は、０．５λであることが好ましい。ＩＥＥＥ  ８０２．１１ａベースのＷＬＡＮシステムは、５ＧＨｚ帯で動作するので、λは、約６ｃｍである。ＵＭＴＳ／ＩＭＴ２００ベースのシステムおよびＩＥＥＥ  ８０２．１１ｇベースのシステムは、２ＧＨｚ帯で動作するので、λは、約１５ｃｍである。結果が最適未満になると期待されるが、ダイポール・アンテナに関する１／４波長などの他の寸法を、ここで利用できることが企図されている。
【００２７】
アンテナ配列が、もう１つの考慮事項である。同一の直交偏波アンテナ要素の各組を同一平面内に有することが理想的であるが、多少の配列の狂いが企図されている。実際に、同一偏波要素の配列が、９０°もの大きさだけ狂って配列された場合に、その配列の狂いは、配列の狂った要素の極性指定を切り替えることによって単純に克服することができるはずである。
【００２８】
同一のアンテナから両方の直交偏波を送信する（かつ、受信する）配置を、図３および４に示す。これらの例示的実施形態では、各スイッチ（図３の要素３１〜３４および要素３５〜３８）は、その極性を制御可能に切替可能にされている。たとえば、スイッチ３１が位置ａにある時に、スイッチ３２を、位置ｂにするか、やはり位置ａとして符号を付けられた離れた位置にすることができる。両方の偏波を同一アンテナで送信するか受信することが望まれる時に、コントローラは、アンテナに結合されたスイッチに信号を送って、両方のスイッチを位置ｂに置かせる。明らかに、１つの偏波だけがアンテナに送られるかアンテナから受け取られることが望まれる時には、コントローラは、一方のスイッチを位置ａにさせると同時に他方のスイッチを位置ｂにさせる信号を送る。図３および４に示された配置は、さまざまな受信器でのアンテナ構成が未知であり、おそらくは送信器アンテナ構成と異なる時に、送信器によって使用することができる。
【００２９】
コントローラ１６は、受信器１５によって受信された信号を監視し、これに応答して、ＭＩＭＯ  ＷＬＡＮが動作するのに十分な信号弁別を展開するアンテナ出力（偏波）の特定の組合せを、送信通信路がその弁別を提供するか否かに関わりなく、選択する。ＮＬＯＳ環境では、十分な弁別は、信号多重通路の結果として発生する。ＬＯＳ環境では、上で述べたように、２つの受信アンテナで、ある受信信号を他の受信信号から弁別するのに不十分な多重通路がある。これらの図に示された制御可能に切替可能なアンテナ・アレイ１４をコントローラと共に使用することによって、十分な信号弁別または非相関性をもたらし、これによって、ＬＯＳ環境に出会った時にＭＩＭＯシステム性能を改善する、アンテナ出力（偏波）の組を選択することが可能である。
【００３０】
１つの例示的実施形態で、コントローラ１６は、アンテナ出力の特定の組合せを選択するようにコントローラ１６に指示する信号を送信器から受け取る。これは、初期化手順とすることができ、あるいは、その時に使用されている送信器アンテナ・パターンに基づくものとすることができる。たとえば、コントローラ１６に、両方のＨ−ｐｏｌアンテナ出力、両方のＶ−ｐｏｌアンテナ出力、あるいは、同一アンテナまたは別々のアンテナのいずれからのこの２つの組合せを選択するように指示することができる。コントローラ１６が、適当なアンテナ出力を受信器に現れさせる制御信号をスイッチに送った後に、コントローラ１６は、受信信号の特性を監視して、システム性能を測定する。コントローラが、アンテナ出力の組合せを要求された状態に切り替えることによって、劣化した性能がもたらされることを観察し、測定する場合には、コントローラ１６は、改善された性能をもたらすと予想されるアンテナ出力の新しい組合せへの変更を開始することができる。性能の他の測定値を観察することができるが、コントローラによって観察される好ましい測定値は、受信信号出力電力である。
【００３１】
多くのＭＩＭＯシステムでは、信号プリアンブルの受信に対応する時間期間を、通信路条件に対するトレーニングに使用することができる。コントローラ１６が、受信信号のペイロードまたは他の部分との干渉を避けるために、その期間中に監視機能および制御切替機能を実行できることが企図されている。
【００３２】
上で説明したように、コントローラ１６は、受信信号の１つまたは複数の特性を監視する。送信器からの予備指示がない場合であっても、コントローラ１６は、信号性能の監視からの観察された結果に基づいて、アンテナ出力の組合せを所望の状態に切り替えるために制御信号を生成する。あるアンテナ出力組合せから別のアンテナ出力組合せへの切替えを開始することによって、コントローラは、潜在的に異なるレベルの性能を観察することができ、最善のレベルの性能をもたらす組合せにアンテナ出力を制御可能に切り替えることによって、訂正処置を講じることができる。
【００３３】
前述は、本発明の実施形態を対象とするが、本発明の他のおよびさらなる実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに考案することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】例示的無線システムを示す単純化されたシステム図である。
【図２】本発明の原理に従って実現される直交要素を有する開口結合パッチ・アンテナの例の１を示す図である。
【図３】同一のアンテナから両方の直交配置を送受信する配置の例の１を示す図である。
【図４】同一のアンテナから両方の直交配置を送受信する配置の例の２を示す図である。
【図１】
2008521346.tif 000011
【図２】
2008521346.tif 000012
【図３】
2008521346.tif 000013
【図４】
2008521346.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月23日(2007.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の距離だけ互いから離隔された少なくとも第１および第２のアンテナであって、各アンテナは、それぞれ信号の第１および第２の偏波を受信する第１および第２の直交要素を有する、少なくとも第１および第２のアンテナと、
前記少なくとも第１および第２のアンテナの各直交要素に結合された制御可能選択要素であって、前記制御可能選択要素は、少なくとも第１および第２の出力ポートをも含み、前記第１アンテナによって受信された前記信号の所望の偏波を前記第１出力ポートに接続するためおよび前記第２アンテナによって受信された前記信号の所望の偏波を前記第２出力ポートに接続するために制御信号に応答する、制御可能選択要素と
を含む無線アンテナ配置。
【請求項２】
前記アンテナによって受信された信号の特性を監視し、受信信号の選択された組合せを前記制御可能選択要素によって出力させる前記制御信号を生成するコントローラをさらに含む請求項１に記載の無線アンテナ配置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記アンテナによって受信された最良の特性を判定するため、およびこれによって前記制御可能選択要素によって出力される受信信号の前記組合せを選択する前記制御信号を生成するために、所定の監視期間中に前記アンテナによって受信される信号の特性を比較することもする請求項２に記載の無線アンテナ配置。
【請求項４】
前記少なくとも第１および第２のアンテナのそれぞれは、二重偏波開口結合パッチ・アンテナである請求項１に記載の無線アンテナ配置。
【請求項５】
前記少なくとも第１および第２のアンテナのそれぞれは、直交ダイポール・アンテナの組である請求項１に記載の無線アンテナ配置。
【請求項６】
前記制御可能選択要素は、少なくとも第１および第２の入力ポートをも含み、前記第１入力ポートでの信号を前記第１アンテナの所望の直交要素に接続するためおよび前記第２入力ポートでの信号を前記第２アンテナの所望の直交要素に接続するために前記制御信号に応答する、制御可能選択要素と
を含む請求項１に記載の無線アンテナ配置。
【請求項７】
受信信号の選択された組合せを前記制御可能選択要素によって出力させる前記制御信号を生成するコントローラをさらに含む請求項６に記載の無線アンテナ配置。
【請求項８】
無線ネットワークでの通信を改善する方法であって、
各二重偏波アンテナからの第１および第２の出力信号を生成するために第１および第２の二重偏波アンテナで信号を受信する工程と、
制御信号に応答してｍｕｌｔｉ−ｉｎｐｕｔ  ｍｕｌｔｉ−ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）受信器への入力信号として信号の第１組合せを選択する工程であって、信号の前記組合せは、前記第１二重偏波アンテナの前記第１および第２の出力信号からの１つの信号と、前記第２二重偏波アンテナの前記第１および第２の出力信号からのもう１つの信号とを含む、工程と
を含む方法。
【請求項９】
前記制御信号に応答して信号の前記第１組合せから信号の第２組合せに切り替える工程であって、信号の前記第２組合せは、前記１つの信号および前記もう１つの信号のそれぞれに直交する信号を含む、工程
をさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記アンテナによって受信された信号の特性を監視する工程と、
監視される前記特性に応答して前記制御信号を生成する工程と
をさらに含む請求項９に記載の方法。
【国際調査報告】
2008521346.tif 000015
2008521346.tif 000016
2008521346.tif 000017