(57)【要約】【課題】変化するチャンネル状態に対して、適応して最適化できるアンテナを提供する。【解決手段】適応ＭＩＭＯ通信システムが、選択的に変更可能な実効物理的アンテナアレイ構成および放射／偏波特性を有する多機能型再構成可能アンテナを含んで構成される。アンテナアレイの構成および特性は、適応システムパラメータの最適化における一要素である。多機能型再構成可能アンテナは、複数個のアンテナ要素と、当該複数個のアンテナ要素のうちの選択した複数個をつなぎ合わせてアンテナ要素の多機能型再構成可能サブアレイとする複数個の選択的に制御可能なスイッチを含んでなる。当該多機能型再構成可能アンテナに結合された処理装置が、複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成するための通信チャンネル状態を決定し、チャンネル状態に応じて、選択した時間空間コード化プロトコルまたは選択したビーム形成プロトコルを、複数個のアンテナ要素上に総合して選択的に適用する。【選択図】図１ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択的に変更可能な実効物理的アンテナアレイ構成および放射／偏波特性を有する多機能型再構成可能アンテナアレイであって、前記構成および特性が適応システムパラメータの最適化における一要素であるアンテナアレイを備えてなる、適応ＭＩＭＯ通信システムにおける改良された装置。
【請求項２】
請求項１に記載の改良された装置において、
前記多機能再構成可能アンテナは、複数個のアンテナ要素と、前記複数個のアンテナ要素のうちの選択した複数個をつなぎ合わせてアンテナ要素の多機能型で再構成可能なサブアレイとする複数個の選択的に制御可能なスイッチとを含んでいる
ことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２に記載の改良された装置であって、さらに、
通信チャンネル状態を決定するために前記多機能型再構成可能アンテナに結合された、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成する処理装置を備えてなる
ことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３に記載の改良された装置において、
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、選択されたビーム形成プロトコルを前記複数個のアンテナ要素に適用する
ことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項３に記載の改良された装置において、
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、前記複数個のアンテナ要素に対して、選択された送信シグナリング方式を適用する
ことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項３に記載の改良された装置において、
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、チャンネル状態に応じて、空間多重化の、選択された時間空間コード化プロトコルまたは選択されたビーム形成プロトコルを、前記複数個のアンテナ要素上に適用する
ことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項３に記載の改良された装置において、
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、送信方式またはチャンネル状態に従って、選択された放射／偏波プロトコルを前記複数個のアンテナ要素上に適用する
ことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項３に記載の改良された装置において、
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、送信方式およびチャンネル状態に従って、選択された最適化された放射／偏波プロトコルを前記複数個のアンテナ要素上に適用する
ことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８に記載の改良された装置において、
前記アンテナは、幾何学的形状構造を有し、前記処理装置が、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、前記アンテナの前記幾何学的形状構造を動的に再構成する
ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項３に記載の改良された装置において、
前記アンテナは、周波数特性を有しており、前記処理装置が、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、前記アンテナの前記周波数特性を変更する
ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の改良された装置において、
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、前記アンテナの物理的構造を変更することにより前記アンテナの放射／偏波および周波数特性を動的に再構成する
ことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項３に記載の改良された装置において、
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、前記アンテナを動的に変更し、変化するマルチパス状態を伴う伝播環境における変化に最適に応答させる
ことを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の改良された装置であって、さらに、
セルラー方式移動通信システム、無線ＬＡＮ、使命中心にまたは個々中心に実施された無線特設ネットワーク、またはセンサネットワークを含む、マルチユーザ無線ネットワークと組み合わせられてなる
ことを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項２に記載の改良された装置において、
前記アンテナ要素は、モノポール、ダイポール、パッチまたはそれらの組合せを含む
ことを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項３に記載の改良された装置において、
前記多機能型再構成可能アンテナは、アレイ係数および素子係数を有し、前記処理装置が、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、前記多機能型再構成可能アンテナの前記アレイ係数および前記素子係数を選択的に変更する
ことを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の改良された装置であって、さらに、
多機能型再構成可能アンテナアレイとして選択的に配列され構成される複数個の多機能型再構成可能アンテナを備えてなる
ことを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項３に記載の改良された装置において、
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、送信アルゴリズム、前記多機能型再構成可能アンテナの放射／偏波特性、前記多機能型再構成可能アンテナの構成、および伝播環境を選択的に相互に関連づけ、もって通信性能を常時最適化する
ことを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項３に記載の改良された装置において、
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、対応する送信アルゴリズムに伝達されるアンテナ素子の数を選択的に決定する
ことを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項３に記載の改良された装置において、
前記アンテナは、一つのチャンネルを介して一つの送信器と一つの受信器との間を通信し、前記処理装置は、利用可能な部分的チャンネル情報を利用するために、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成し、もってアンテナ動作を動的に変更し、前記送信器が前記チャンネルを全く認識しないときは時間空間コード化に収束し、前記送信器が前記チャンネルを完全に認識しているときはビーム形成に収束するように最適性能を全ての場合に提供する
ことを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項３に記載の改良された装置において、
前記処理装置は、前記アンテナにおける幾何学的再構成可能性でもってアンテナ素子の分離を変更するための適応制御信号を生成する
ことを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項３に記載の改良された装置において、
前記処理装置は、ＭＩＭＯ直交周波数分割多重化（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ）における空間周波数コード化のための動作周波数を変更する適応制御信号を生成する
ことを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項２に記載の改良された装置であって、さらに、
共通基板を備えてなり、
前記スイッチは、前記共通基板の上に前記アンテナとともにモノリシックに集積されたＲＦ−ＭＥＭＳスイッチを含む
ことを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の改良された装置において、
前記共通基板は、マイクロ波積層プリント配線板を含む
ことを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項２２に記載の改良された装置において、
前記共通基板は、ＲＦ−ＭＥＭＳ技術と互換性があるプリント配線板を含む
ことを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項２に記載の改良された装置において、
前記スイッチは、ＲＦ−ＭＥＭアクチュエータを含み、前記アンテナ要素は、２つの隣接するピクセルパッチが前記ＲＦ−ＭＥＭアクチュエータにより相互接続されたピクセルパッチアンテナアレイに配置された任意の幾何学的形状のピクセルパッチを含み、そして前記ＲＦ−ＭＥＭアクチュエータは、前記アレイ内の隣接するピクセルパッチから突き出た、対向して非接続の導電性スタブの上方に懸架された導電性可動膜を含んでおり、それにより前記膜と前記スタブとの間に電圧がかかると、電磁力が前記懸架された膜を前記スタブによる２つの導電状態のうちの１つへ動かし、前記ピクセルパッチを選択的に接続しまたは非接続にする
ことを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項１に記載の改良された装置であって、さらに、
前記アンテナの動作モードに応じてアンテナインピーダンスを動的に整合させるべく選択的に制御可能な、前記アンテナに結合された多機能型再構成可能供給回路を備えてなる
ことを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の改良された装置において、
前記多機能型再構成可能供給回路は、少なくとも２つの選択的に制御可能なラジアルスタブおよび選択的に制御可能な１／４波長変成器を含む
ことを特徴とする装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の改良された装置であって、さらに、
前記スタブのうちの選択されたものを接続しおよび当該選択的に接続されたラジアルスタブおよび１／４波長変成器を選択的に制御して、目的とする動作モードのための所望のインピーダンス整合を達成する、前記多機能型再構成可能供給回路に結合された処理装置を備えてなる
ことを特徴とする装置。
【請求項２９】
請求項３に記載の改良された装置において、
前記処理装置は、複数個の動作周波数のうちの選択した１つまたは複数によって特徴づけられ、および放射電界の複数個の多機能型再構成可能偏波のうちの選択した１つまたは複数によって特徴づけられる、前記多機能型再構成可能動作モードに従って、適応制御信号を生成する
ことを特徴とする装置。
【請求項３０】
請求項２９に記載の改良された装置において、
前記アンテナは、変更可能なアーキテクチャを有し、複数個の動作周波数のうちの選択された１つまたは複数により特徴づけられる前記多機能型再構成可能動作モードが、前記アンテナの前記アーキテクチャを変更することにより達成される
ことを特徴とする装置。
【請求項３１】
多機能型再構成可能アンテナを提供するステップと、
前記多機能型再構成可能アンテナを、選択的に変更可能な実効物理的アンテナアレイおよび選択的に変更可能な放射／偏波特性でもって選択的に再構成して、適応システムパラメータを最適化するステップと、
を含んでなる、適応ＭＩＭＯ通信システムを動作させる改良方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の改良方法において、
前記多機能型再構成可能アンテナは、複数個のアンテナ要素および複数個の選択的に制御可能なスイッチを含み、前記多機能型再構成可能アンテナを選択的に再構成するステップは、前記複数個のアンテナ要素のうちの選択した複数個をつなぎ合わせてアンテナ要素の多機能型で再構成可能なサブアレイとするステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３１に記載の改良方法であって、さらに、
通信チャンネル状態を決定するステップと、
適応制御信号を生成して、当該制御信号を前記通信チャンネル状態に応じて前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに通信するステップとを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の改良方法において、
前記適応制御信号を生成するステップは、前記複数個のアンテナ要素に選択されたビーム形成プロトコルを生成し適用するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項３３に記載の改良方法において、
前記適応制御信号を生成するステップは、前記複数個のアンテナ要素に選択された時間空間コード化プロトコルを適用するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３３に記載の改良方法において、
前記適応制御信号を生成するステップは、前記複数個のアンテナ要素に、選択された時間空間コード化プロトコルまたは選択されたビーム形成プロトコルを選択的に適用するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項３３に記載の改良方法において、
前記適応制御信号を生成するステップは、送信方式またはチャンネル状態に従って前記複数個のアンテナ要素に、選択された放射／偏波プロトコルを適用するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３３に記載の改良方法において、
前記適応制御信号を生成するステップは、送信方式またはチャンネル状態に従って前記複数個のアンテナ要素に、選択された最適な放射／偏波プロトコルを適用するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３８に記載の改良方法において、
前記アンテナは、幾何学的形状の構造を有し、前記適応制御信号を生成するステップは、適応制御信号を前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに適用して、前記アンテナの幾何学的形状の構造を動的に再構成するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３３に記載の改良方法において、
前記アンテナは、周波数特性を有し、前記適応制御信号を生成するステップは、適応制御信号を前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに適用して、前記アンテナの周波数特性を変更するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項３９に記載の改良方法において、
前記適応制御信号を生成するステップは、適応制御信号を前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに適用して、前記アンテナの物理的構造を変更することにより、前記アンテナ放射／偏波および周波数特性を動的に再構成するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項３３に記載の改良方法において、
前記適応制御信号を生成するステップは、適応制御信号を前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに適用して、前記アンテナを動的に変更し、変動するマルチパス状態に伴う伝播環境における変化に最適に応答させるステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項３１に記載の改良方法において、
前記適応制御信号を生成するステップは、セルラー方式移動通信システム、無線ＬＡＮ、使命中心にまたは個々中心に実施された無線特設ネットワーク、またはセンサネットワークを含む、マルチユーザ無線ネットワークにおいて使用するための適応制御信号を生成するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項３２に記載の改良方法において、
前記複数個のアンテナ要素のうちの選択した複数をつなぎ合わせてアンテナ要素の多機能型で再構成可能なサブアレイとするステップは、モノポール，ダイポール、パッチまたはそれらの組合せを選択的につなぎ合わせるステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項３３に記載の改良方法において、
前記多機能型再構成可能アンテナが、アレイファクタおよび素子ファクタを有し、前記適応制御信号を生成するステップは、適応制御信号を前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに適用して、前記多機能型再構成可能アンテナの前記アレイファクタおよび前記素子ファクタを選択的に変更するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項３１に記載の改良方法であって、さらに、
複数個の多機能型再構成可能アンテナを多機能型再構成可能アンテナアレイとして選択的に再構成するステップを含んでなる
ことを特徴とする方法。
【請求項４７】
請求項３３に記載の改良方法において、
前記適応制御信号を生成するステップは、適応制御信号を前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに適用して、送信アルゴリズム、前記多機能型再構成可能アンテナの放射／偏波特性、前記多機能型再構成可能アンテナの構成、および伝播環境を選択的に相互に関係づけて、通信性能を常時最適化するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項４８】
請求項３３に記載の改良方法において、
前記適応制御信号を生成するステップは、適応制御信号を前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに適用して、対応する送信アルゴリズムに伝達されるアンテナ素子の数を選択的に決定するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項４９】
請求項３３に記載の改良方法において、
前記アンテナは、一つのチャンネルを介して一つの送信器と一つの受信器との間を通信し、前記適応制御信号を生成するステップは、利用可能な部分的チャンネル情報を利用するために、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに適応制御信号を適用して、もってアンテナ動作を動的に変更し、前記送信器が前記チャンネルを全く認識しないときは時間空間コード化に収束し、前記送信器が前記チャンネルを完全に認識しているときはビーム形成に収束するように最適性能を全ての場合に提供するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項５０】
請求項３３に記載の改良方法において、
前記適応制御信号を生成するステップは、前記アンテナにおける幾何学的形状再構成可能性でもってアンテナ素子の分離を変更するための適応制御信号を適用するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項５１】
請求項３３に記載の改良方法において、
前記適応制御信号を生成するステップは、
ＭＩＭＯ直交周波数分割多重化（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ）における空間周波数コード化のための動作周波数を変更するための適応制御信号を適用するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項５２】
請求項３２に記載の改良方法であって、さらに、
共通基板を提供するステップと、
前記共通基板の上に前記アンテナとともに前記スイッチをＲＦ−ＭＥＭＳスイッチとしてモノリシックに集積するステップとを含んでなる
ことを特徴とする方法。
【請求項５３】
請求項５２に記載の改良方法において、
前記共通基板を提供するステップは、マイクロ波積層プリント配線板を提供するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項５４】
請求項５２に記載の改良方法において、
前記共通基板を提供するステップは、ＲＦ−ＭＥＭＳ技術と互換性があるプリント配線板を提供するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項５５】
請求項３２に記載の改良方法において、
前記スイッチは、ＲＦ−ＭＥＭアクチュエータを含み、前記アンテナ要素は、ピクセルパッチアンテナアレイを含んでおり、
当該改良方法は、さらに、２つの隣接するピクセルパッチを前記ＲＦ−ＭＥＭアクチュエータにより相互接続するステップを含んでなり、
前記ＲＦ−ＭＥＭアクチュエータは、前記アレイ内の隣接ピクセル−パッチから突き出た、対向して非接続の導電性スタブの上に懸架された導電性可動膜を含み、前記膜と前記スタブとの間に電圧を印加することにより、電磁力が前記懸架された膜を前記スタブによる２つの導電状態のうちの１つへ動かし、前記ピクセルパッチを選択的に接続しまたは非接続にする
ことを特徴とする方法。
【請求項５６】
請求項３１に記載の改良方法であって、さらに、
前記アンテナに結合された多機能型再構成可能供給回路を提供するステップと、
前記供給回路を選択的に制御して、前記アンテナの動作モードに応じて前記アンテナインピーダンスを動的に整合させるステップとを含んでなる
ことを特徴とする方法。
【請求項５７】
請求項５６に記載の改良方法において、
前記多機能型再構成可能供給回路を選択的に制御するステップは、少なくとも２つのラジアルスタブおよび１／４波長変成器を選択的に制御するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項５８】
請求項５７に記載の改良方法において、
前記適応制御信号を生成するステップは、前記スタブのうちの選択した複数を接続するステップと、前記選択的に接続されたラジアルスタブおよび１／４波長変成器を選択的に制御して、目的とする動作モードのための所望のインピーダンス整合を達成するステップとを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項５９】
請求項３３に記載の改良方法において、
前記適応制御信号を生成するステップは、複数個の動作周波数のうちの選択した１つまたは複数によって特徴づけられ、および放射電界の複数個の多機能型再構成可能偏波のうちの選択した１つまたは複数によって特徴づけられる、多機能型再構成可能動作モードに従って、適応制御信号を適用するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項６０】
請求項５９に記載の改良方法において、
前記アンテナは、変更可能なアーキテクチャを有し、前記多機能型再構成可能動作モードに従って適応制御信号を適用するステップは、前記アンテナの前記アーキテクチャを変更することを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項６１】
複数個の多機能型再構成可能アンテナを動作させて、物理的アンテナアレイ構成およびその放射／偏波と周波数の特性を適応システムパラメータとして処理することにより追加の自由度を導入するステップ
を含んでなる、適応ＭＩＭＯ通信システムの動作を最適化する改良方法。
【請求項６２】
急速に変化するマルチパス状態を伴う伝播環境における変化に対して最適に応答する複数個の適応コード化方式に従って、複数個の多機能型再構成可能アンテナを動作させて、アンテナ特性およびアレイ構成の再構成を適応コード化方式の選択と動的に組み合わせることにより、最適な通信を提供するステップ
を含んでなる、適応ＭＩＭＯ通信システムを動作させる改良方法。
【請求項６３】
請求項６２に記載の改良方法において、
前記複数個の多機能型再構成可能アンテナを動作させるステップは、ビーム形成または時間空間コード化により、通信を同時に最適化するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項６４】
請求項６２に記載の改良方法において、
前記複数個の多機能型再構成可能アンテナを動作させるステップは、前記アンテナの特性と構成のパラメータを前記チャンネル状態に関して適応送信方式と連動して選択することにより、適応システムの共同最適化における付加要素として特性およびアレイ構成を選択するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項６５】
請求項６４に記載の改良方法において、
前記アンテナの特性と構成のパラメータを前記チャンネル状態に関して適応送信方式と連動して選択するステップは、放射パターン、偏波、動作周波数などのアンテナ特性を変更して、システムパラメータの最適な組合せが動的に選択されるように、送信信号方式の優位性のために伝播環境の特性を形成するステップを含む
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多機能型再構成可能アンテナおよび適応コード化方式を装備した適応多入出力（ＭＩＭＯ）(multiple-input multiple-output)通信システムの分野に関する。
【０００２】
この発明は、部分的に、助成ＭＤＡ９７２−０３−Ｃ−００１７号の下で国防高等研究事業局（ＤＡＲＰＡ）に、助成ＦＯ４６１１−０３−Ｃ−００４号の下で米国空軍に、および助成ＥＣＳ−０４２４４５４号の下で国立科学財団（ＮＳＦ）に援助を受けた。政府は、この発明に対して一定の権利を有する。
【０００３】
この出願は、２００４年１１月３０日出願の米国仮特許出願第６０／６３２，１１１号に関連するものであり、当該出願をここに援用するとともに、米国特許法第１１９条により当該出願について優先権を主張する。
【背景技術】
【０００４】
近年、スマートアンテナおよび適応コード化変調技術などの関連技術を伴うＭＩＭＯシステムに関する重要な研究が行われてきており、ＭＩＭＯシステムは、無線チャンネル容量を劇的に増大し、そのダイバーシティが改善されることが立証されている。高価で限りある無線帯域幅を最大限に利用することが、これらの努力の背景にある主要な動機である。これらの研究においては、コード化および信号処理のアーキテクチャの点でこれらのシステムの性能分析に対して相当な注目が払われて来ているが、アンテナという面の研究は、その放射と偏波の特性、およびアレイの幾何学的構造の考察は殆どされず、アンテナの数による影響に限られている。
【０００５】
ＭＩＭＯシステム、および時間空間コード(space-time codes)（ＳＴＣ）および空間多重化(spatial multiplexing)（ＳＭ）などの関連送信アルゴリズムに関しては、多くのことが昨今の文献に執筆されている。空間多重化とは、異なるビットを異なるアンテナから独立の通信チャンネルで送信する多重化方式である。これらの研究努力に共通の目的は、複数アンテナの系が提供する高いスペクトル能率を活用することにより、高価で限りある無線帯域幅を最大限に利用することである。これらの研究においては、コード化および信号処理のアーキテクチャの点でこれらシステムの性能解析に対して相当な注意が払われて来ているが、アンテナという面の研究は、その放射と偏波の特性についても、またアレイの幾何学的構造についても、殆ど考察はなされず、主としてアンテナの数による影響に限られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
達成可能なＭＩＭＯの容量は、チャンネルマトリクスの特性に大いに依存しており、そしてこれらの特性は、関与する全てのパラメータの合わさったおよび／または別個の役割により決まる。これらのパラメータは、チャンネルの物理的構造（散乱体の散乱密度および配備）、ＭＩＭＯアルゴリズム（コード化および信号処理の方式）、およびその放射／偏波特性を伴うアンテナアレイの配置構成である。無線通信の移動性および時変性により、これらパラメータの間の相互作用が増加するので、それらが合わさっての役割がＭＩＭＯシステムの理論上の利得を実現する鍵となる。
【０００７】
変化するチャンネル状態を巧みに利用する適応ＭＩＭＯシステムは、この研究において特に関心のあるものである。適応システムにおいては、システムパラメータが合わせて最適化されて、無線チャンネルの時変特性を追跡することのできるリンク適応技術を通じて無線システムの変化するチャンネル状態に適応する。
【０００８】
先行技術において認識された調節可能なシステムパラメータは、変調レベル、コード化速度、および、空間多重化、時間空間コード化およびビーム形成などの伝送信号方式として同定される。このシステムのアンテナ特性は、初期設計により固定されるので、変更することはできない。換言すると、今日のＭＩＭＯシステムは、変化するチャンネル状態全体に渡って固定されたアンテナ設計を採用するとの制約を受けている。
【０００９】
必要なのは、常に最適の方式を使用することにより複数のアンテナチャンネルにおいて利用することのできる資源を最大にするような、何らかの種類の方法および手段である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
アンテナ／電磁的側面および関連する信号処理とコード化の側面を総合的に統合して多専門分野的アプローチをするとき、ＭＩＭＯシステムの理論上の利得をさらに活用する余地があるということは、この発明が実感するところである。適応アルゴリズムは、時々刻々のまたは平均の空間時間チャンネルマトリクスの特性に関するシステムパラメータの最良の組合せを、連続的な方法で選択することができなければならない。
【００１１】
この開示において、適応プロセスは、アンテナアレイの配置構成およびその放射／偏波と周波数の特性を、適応システムパラメータの共同最適化における追加要素として処理することにより、追加の自由度を導入する。
【００１２】
我々は、与えられた伝送方式および／またはチャンネル状態のための最良のアンテナ設計が常に選択されるように、伝送信号方式、物理的チャンネル状態、およびアンテナの放射／偏波特性の間の相互関係を同定する。これにより、システムを、ＭＩＭＯ設計がもたらす理論上のスペクトル効率に近付けることができる。アンテナアレイ特性および関連送信アルゴリズムを合わせての最適化の目的は、アレイの個々の素子のそれぞれをその幾何学的構造において動的に再構成する（構成し直す、構成を変更する）ことができるときにのみ、達成することができる。これを、以下では、多機能型再構成可能アンテナと呼ぶ。再構成可能アンテナは、その物理的構造を変更または変形することにより、その放射／偏波および周波数の特性を変える。この研究における再構成可能アンテナの概念は、文献におけるスマートアンテナの概念とは基本的に異なる。
【００１３】
この発明の具体的に詳解する実施態様の目的は、今日の適応ＭＩＭＯシステムの適応特性を向上させることにより、急速に変化するマルチパス状態を伴う伝播環境における変化に対して、最も効率的なやり方で応じることであり、それによりシステムの性能特性を劇的に改良しようというものである。
【００１４】
この発明の具体的に詳解する実施態様の基本原理は、アンテナ特性（放射パターン、動作周波数、偏波）およびアンテナアレイの配置構成を、適応システムパラメータの共同最適化における追加要素として処理することである。我々のシステムは、多機能型再構成可能アンテナを採用するので、ビーム形成(beam forming)、時間空間コード化(space-time coding)、または空間多重化(spatial multiplexing)などの適応伝送信号方式でもって、アンテナ特性を動的に変更し共同して最適化することができる。
【００１５】
古典的なアンテナ素子とは対照的に、再構成可能なアンテナを採用することにより、チャンネル状態に対して適応送信方式との関連で最良のアンテナの特性および配置構成の選択が可能になる。この特徴はシステム性能の特性を改良する。
【００１６】
アンテナ特性、すなわち、放射パターン、偏波、動作周波数を変更することが可能であることにより、伝送信号方式の利点を生かすために伝播環境の特性を形成することができるので、システムパラメータの最適の組合せが常に選択される。従来のＭＩＭＯシステムは、固定されたアンテナ特性を採用すべく制約を受け、それは、変化するチャンネル状態全体に渡って、当初のアンテナ設計により決定される。このように、再構成不能なアンテナ設計は、上述の利点を全く有しない。
【００１７】
この発明は、無線通信用途において、多種多様の商業的および軍事的使用、とりわけ、急速に変化するマルチパス状態を伴う環境における使用がある。セルラー方式移動通信システム（３世代、４世代）、無線ＬＡＮ（Ｗｉ−Ｆｉ、８０２．１１ａ／ｂ／ｇ、ＷＬＡＮ）などのマルチユーザ無線ネットワーク、および、使命中心におよび／または個々中心に実施された無線特設ネットワークおよび／またはセンサネットワークなど他の多くの用途が、用途の典型的な例である。商業的使用のための一つの特定な例は、やがて出現する高性能ＩＥＥＥ通信規格、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎである。我々の発明を用ると、その規格の性能をさらに改良することができる。この発明は、次世代の規格に対して、特に無線通信市場において、衝撃的影響を与える。
【００１８】
したがって、、この発明の具体的に詳解する実施態様は、選択的に変更可能な実効物理的アンテナアレイ構成および放射／偏波特性を有する多機能型再構成可能アンテナアレイであって、前記構成および特性が適応システムパラメータの最適化における一要素であるアンテナアレイを含んでなる、適応ＭＩＭＯ通信システムにおける改良と、特徴付けることができる。
【００１９】
再構成可能アンテナは、任意の幾何学的形状の複数個のアンテナ要素と、その複数個のアンテナ要素のうちの選択した複数個をつなぎ合わせてアンテナ要素の多機能型で再構成可能なサブアレイとする複数個の選択的に制御可能なスイッチとを含んでいる。
【００２０】
この発明の改良は、さらに、通信チャンネル状態を決定するために、前記再構成可能アンテナに結合された、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を発生する処理装置を含んでいる。
【００２１】
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、選択されたビーム形成プロトコルを前記複数個のアンテナ要素に適用する。
【００２２】
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、選択された時間空間コード化プロトコルを前記複数個のアンテナ要素に適用する。
【００２３】
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、チャンネル状態に応じて、選択された時間空間コード化プロトコル、空間多重化または選択されたビーム形成プロトコルを、合わせて前記複数個のアンテナ要素上に適用する。
【００２４】
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、送信方式またはチャンネル状態に従って、選択された放射／偏波プロトコルを前記複数個のアンテナ要素上に適用する。
【００２５】
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、送信方式およびチャンネル状態に従って、選択された最適化された放射／偏波プロトコルを前記複数個のアンテナ要素上に適用する。
【００２６】
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、アンテナの幾何学的構造を動的に再構成する。
【００２７】
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、アンテナの周波数特性を変更する。
【００２８】
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、アンテナの物理的構造を変更することによりアンテナの放射／偏波および周波数特性を動的に再構成する。
【００２９】
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、アンテナを動的に変更し、変化するマルチパス状態を伴う伝播環境における変化に最適に応答させる。
【００３０】
この発明の改良は、セルラー方式移動通信システム、無線ＬＡＮ、使命中心にまたは個々中心に実施された無線特設ネットワーク、またはセンサネットワークを含む、マルチユーザ無線ネットワークと組み合わせて使用される。
【００３１】
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、再構成可能アンテナのアレイ係数および素子係数を選択的に変更する。
【００３２】
この発明の改良は、さらに、再構成可能アンテナアレイとして選択的に配列され構成される複数個の多機能型再構成可能アンテナを含んでいる。
【００３３】
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、送信アルゴリズム、構成可能アンテナの放射／偏波特性、再構成可能アンテナの構成、および伝播環境を選択的に相互に関連づけ、もって通信性能を常時最適化する。
【００３４】
前記処理装置は、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成して、対応する送信アルゴリズムに伝達されるアンテナ素子の数を選択的に決定する。
【００３５】
前記処理装置は、利用可能な部分的チャンネル情報を利用するために、前記複数個の選択的に制御可能なスイッチに対する適応制御信号を生成し、もってアンテナ動作を動的に変更し、送信器が前記チャンネルを全く認識しないときは時間空間コード化に収束し、送信器が前記チャンネルを完全に認識しているときはビーム形成に収束するように最適性能を全ての場合に提供する。
【００３６】
前記処理装置は、アンテナにおける幾何学的再構成可能性でもってアンテナ素子の分離を変更するための適応制御信号を生成する。
【００３７】
前記処理装置は、ＭＩＭＯ直交周波数分割多重化（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ）における空間周波数コード化のための動作周波数を変更する適応制御信号を生成する。
【００３８】
この発明の改良は、さらに、共通基板を含んでおり、前記スイッチは、当該共通基板の上にアンテナとともにモノリシックに集積されたＲＦ−ＭＥＭＳスイッチを含む。当該共通基板は、マイクロ波積層プリント配線板を含むか、または少なくともＲＦ−ＭＥＭＳ技術と互換性があるプリント配線板を含む。
【００３９】
前記スイッチは、ＲＦ−ＭＥＭアクチュエータを含み、アンテナ要素は、２つの隣接するピクセルパッチがＲＦ−ＭＥＭアクチュエータにより相互接続されたピクセルパッチを含み、ピクセルパッチアンテナアレイに配置されている。当該ＲＦ−ＭＥＭアクチュエータは、アレイ内の隣接するピクセルパッチから突き出た、対向して非接続の導電性スタブの上方に懸架された導電性可動膜を含んでおり、それにより膜とスタブとの間に電圧がかかると、電磁力が懸架された膜をスタブによる２つの導電状態のうちの１つへ動かし、ピクセルパッチを選択的に接続しまたは非接続にする。
【００４０】
この発明の改良は、さらに、アンテナの動作モードに応じてアンテナインピーダンスを動的に整合させるべく選択的に制御可能な、アンテナに結合された再構成可能供給回路を含む。当該再構成可能供給回路は、少なくとも２つの選択的に制御可能なラジアルスタブおよび選択的に制御可能な１／４波長変成器を含む。
【００４１】
前記処理装置は、前記再構成可能供給回路に結合されていて、前記スタブのうちの選択されたものを接続しおよび当該選択的に接続されたラジアルスタブおよび１／４波長変成器を選択的に制御して、目的とする動作モードのための所望のインピーダンス整合を達成する。
【００４２】
前記処理装置は、再構成可能動作モードに従って適応制御信号を生成するが、複数個の動作周波数のうちの選択した１つまたは複数によって特徴づけられるとともに、放射電界の複数個の再構成可能偏波のうちの選択した１つまたは複数によって特徴づけられる。
【００４３】
複数個の動作周波数のうちの選択された１つまたは複数により特徴づけられる再構成可能動作モードの実現は、アンテナのアーキテクチャを変更することにより達成される。
【００４４】
具体的に詳解する実施態様は、上記に説明した任意の一つによる適応ＭＩＭＯ通信システムを作動させる方法の改良も含む。
【００４５】
とりわけ、具体的に詳解する実施態様は、適応ＭＩＭＯ通信システムの作動を最適化する方法の改良であり、複数個の多機能型再構成可能アンテナを動作させて、物理的アンテナアレイ構成およびその放射／偏波と周波数の特性を適応システムパラメータとして処理することにより追加の自由度を導入することを含んでいる。
【００４６】
具体的に詳解する実施態様は、適応ＭＩＭＯ通信システムを作動させる方法の改良であり、急速に変化するマルチパス状態を伴う伝播環境における変化に対して最適に応答する複数個の適応コード化方式に従って、複数個の多機能型再構成可能アンテナを動作させるステップを含んでいて、アンテナ特性およびアレイ構成の再構成を適応コード化方式の選択と動的に組み合わせることにより、最適な通信を提供する。前記複数個の多機能型再構成可能アンテナを動作させるステップは、ビーム形成または時間空間コード化、空間的多重化または他の任意の伝送信号方式により、共同して通信を最適化すること、または、前記チャンネル状態に関して適応送信方式と連動してアンテナの特性と構成のパラメータを選択することにより、適応システムの共同最適化における付加要素として特性およびアレイ構成を選択することを含む。
【００４７】
チャンネル状態に関して適応送信方式と連動してアンテナの特性と構成のパラメータを選択するステップは、放射パターン、偏波、動作周波数などのアンテナ特性を変更して、システムパラメータの最適な組合せが動的に選択されるように、送信信号方式の優位性のために伝播環境の特性を形成することを含む。
【００４８】
この発明の装置および方法は、文法的な流暢さのために作用的説明でもって記述してきたし、また以降でも記述していくが、各請求項は、米国特許法第１１２条でことさらに規定されていない限り、いかなる形でも「手段」または「ステップ」の限定解釈により必然的に限定して解釈されるべきでないこと、各請求項により規定される定義の意味および均等論の全範囲が司法上の均等論の下に与えられるべきであること、そして各請求項が米国特許法第１１２条の下で明言的に規定されている場合は、米国特許法第１１２条の下で全法定均等物が与えられるべきであることを、正にその旨理解されたい。ここで図面に移ることにより、この発明はよりよく思い描くことができ、そこでは同じ要素は同じ番号で参照されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
次に、各請求項に定義されるこの発明の具体的な詳解例として提示する好適な実施態様についての以下の詳細な説明に移ることにより、この発明およびその種々の実施態様をよりよく理解することができるであろう。各請求項により定義される発明は、以下に記述する具体的に詳解された実施態様よりも範囲が広くあり得ると、ここでは正にそのように理解されたい。
【００５０】
スマートアンテナおよび適応コード化・変調技術などの関連技術を伴った多入出力（ＭＩＭＯ）システムは、近年の多くの研究成果により理論的にも実験的にも立証されているように、無線通信のチャンネル容量、ダイバーシティ、および堅牢性を向上させている。この開示は、ＭＩＭＯシステム１０のアンテナの面に重点を置く。特に、多機能型再構成可能アンテナ１２およびその時間空間コード化方式とのリンクの重要な役割を開示するものであり、ＭＩＭＯ無線ステム１０の理論上の性能をさらに活用するために利用することができる。
【００５１】
従来のスマートアンテナと比較して、多機能型再構成可能アンテナ１２の利点を以下に説明する。多機能型再構成可能アンテナ１２の設置には、新規の無線周波微小電気機械システム（ＲＦ−ＭＥＭＳ）(radio frequency microelectromechanical systems)技術が必要で、我々はそれを開発した。この技術を、多機能型再構成可能アンテナ１２について、既存のシリコンベースのＭＥＭＳ技術に対してはっきりと異なった利点に力点を置いて開示する。動作周波数および放射／偏波特性を変更可能な多機能型再構成可能アンテナの設計を開示する。最後に、種々のアンテナ構成について、インピーダンスおよび放射性能の観点から特徴づけて、実験結果および理論結果を提示する。
【００５２】
ここで、多機能型再構成可能アンテナ１２の概念およびそれがＭＩＭＯシステムに及ぼす潜在的影響に移る。文献では、スマートアンテナ、インテリジェントアンテナまたは適応アンテナは、典型的には標準のモノポール、ダイポールまたはパッチである素子のアンテナアレイを称する。アンテナ素子自体は、何の知能も保有しない。知能は、信号処理領域において実行され、この信号処理領域では、個別のアンテナ素子に出入する時間領域信号が、得られる放射パターン、すなわち、アレイの空間的反応が何らかのタイプの決定された条件を満足するように、加重して組み合わされる。これが、ビーム形成の重要な概念であり、それによって、電磁エネルギを、一方で雑音または干渉源の方向には空(null)とししながら、所望の信号の方向に集中させる。
【００５３】
他方、多機能型再構成可能アンテナアレイ１４は、それぞれが何らかの知能を有するアンテナ素子１２で構成されている。この知能は、アレイ１４の偏波／放射および周波数の特性を変化するように、個々の素子の物理的構造を再構成する（構成し直す、構成を変更する）能力から生じる。多機能型再構成可能アンテナ１４の素子は、システム１０の既存の時間領域処理に加えて、スペクトルおよび角度の領域において信号を知能的に処理する能力を有する。フェーズドアレイアンテナ分野の用語において、多機能型再構成可能アンテナアレイ１４は、アレイファクタを変更するだけでなく、素子ファクタをも変更する。現在のフェーズドアレイ技術においては、一旦個別の素子を配置すると、素子ファクタを変更することができない。
【００５４】
図１ａ、図１ｂは、それぞれ、従来のスマートアンテナアレイ１６および多機能型再構成可能アンテナアレイ１４のブロック図である。素子１８を有する多機能型再構成可能アンテナアレイ１２は、アレイファクタおよび素子ファクタを変更するためのインテリジェント制御手段２０を含む。アンテナ１２は、加算回路２２に連結され、その出力は次いで処理装置２４に連結されていおり、そこからアンテナ１２にフィードバックして、下記に説明するようにアレイ１４およびアンテナ１２の再構成に備える。処理装置２４は、ソフトウエアまたはファームウエアにより制御される汎用または特殊専用のコンピュータであるか、またはデジタル式もしくはアナログ式の信号処理回路または論理回路でもよい。そのような回路を設計し、構成しまたはプログラムして、この発明に従ってこの明細書において開示する機能を実行できる手段は、従来技術のものである。
【００５５】
多機能型再構成可能アレイ１４において、アンテナ素子間隔も変更可能なので、効率的な選択、ビーム形成および時間空間コード化方式の適用を可能にする。ビーム形成では、副ローブの悪影響を避けるために、アンテナ間隔を狭くする（アンテナ同士は相関している）必要がある一方で、アンテナ間隔を十分広くして低い相関を確保すると、時間空間コード化がよく機能する。その結果、アンテナの幾何学的領域における再構成可能性を有するＭＩＭＯシステム１０は、変化するチャンネル状態に渡って、同じアンテナ設計を使用すべく制約されないので、利用可能なチャンネル容量をよりよく利用することになる。
【００５６】
最後に、多機能型再構成可能アンテナ１２は、アンテナリアルエステートの点からも有利である。今日の小型で、凝縮された高集積度の遠距離通信装置においては、アンテナ素子１２に向けられる面積は、典型的に極めて限られる。これはアンテナ業界に、小型で高性能なアンテナ設計の積極的な研究を促してきた。しかしながら、所与の電気的サイズのアンテナの性能（利得、帯域幅、効率）は、アンテナのサイズが小さいほど性能が低いという事実を決定付ける電磁気の法則により支配される。換言すると、小型アンテナの設計においては、常に、サイズ、帯域幅、および効率の間に妥協がある。他方、多機能型再構成可能アンテナのアーキテクチャは、１つの単一アンテナ１２の中に複数機能の組み合わさった利点を生かすことにより、限られた面積を極めて効率的に利用する。これは、機能性および性能を向上させながら、複数アンテナ素子１２が占有する面積の著しい減少をもたらす結果となる。
【００５７】
送信アルゴリズム、アンテナアレイ１４の放射および／または偏波特性ならびに構成、ならびに環境の間の関連の考察に移る。ここで、送信アルゴリズム、多機能型再構成可能アンテナ１２の放射／偏波特性、および伝播環境の間の関係を同定する。これらの関係により、変化するチャンネル状態全体に渡って、多機能型再構成可能アンテナアレイ１４の特性およびコード化方式の共同調整が可能になり、通信性能を常時最適化することができる。
【００５８】
＜アンテナ要素の数＞
複数の多重アンテナ(multiple antennas)１２の幾何学的領域における再構成可能性を必要としない最も基本的な関係は、アンテナ素子１８の数を具体的な送信アルゴリズムに関連付ける。多重アンテナ１２について、送信アンテナ１２の数が２つより多いときは、直交空間時間ブロックコード（ＳＴＢＣ）を設計することができない。空間時間ブロックコード化は、無線通信において使用する技術であって、データストリームの多重コピーを多数のアンテナを跨いで送信し、データの各種受信バージョンを利用してデータ転送の信頼性を改善する技術である。送信データは、散乱、反射、屈折などを有する潜在的に困難な環境を通過しなければならないし、また受信器の中の熱雑音により損なわれる事実は、データの受信コピイのあるものは、他よりも良質であることを意味する。この冗長性は、データの受信コピイの１つまたは複数を使用して受信信号を正しく解読することができる機会が高くなる結果を生じる。事実、時間空間コード化は、受信信号のコピイ全部を最適の方法で組み合わせて、その各々からできるだけ多くの情報を引き出す。当初導入され、そして通常研究されている、空間時間ブロックコード化は、直交である。これは、時間空間コード化は、コード化マトリクスから取り上げる列のいずれの対を表すベクトルも直交するような設計となっていることを意味する。これによる結果は、受信器において簡単で、線型の、最適なデコーディングである。その最も深刻な欠点は、この基準を満たすコードのうち１つを除いて全部が、そのデータ速度の幾分かを犠牲にしなければならないことである。過酷な環境において、幾分かのシンボル間干渉を許すが、高いデータ速度、およびさらには良好な誤り率の性能さえも達成することのできる空間時間ブロックコード化設計もある。
【００５９】
アンテナ１２が２つより多い場合、近年開発された準直交空間時間ブロックコードを他の人たちが使用して、デコーディングの複雑さが少々増す代償に、完全な速度および完全なダイバーシティを達成した。空間多重化のデータ速度がアンテナ１２の数の増加とともに直線的に増大する一方で、空間時間コードブロックのダイバーシティ利得は飽和するので、高い信号対雑音比（ＳＮ比）および極めて多数のアンテナ１２のためには、空間多重化の方が空間時間ブロックコードを超えて有利である。
【００６０】
＜アレイの構成と偏波＞
アンテナ素子１８の数の他に、一つのアレイ構成の中で選択された素子のサブセット（部分的な組）が、チャンネルにおいて利用可能な容量の大部分を達成するのに重要な要因である。これは、性能を改善するだけでなく、送信および受信のＲＦチェーンの数が少なくなるので、複雑さの少ないＭＩＭＯシステム１０をもたらす結果ともなる。環境により偏波が異なると電界の伝播が異なるので、素子１８の偏波も考慮に入れると、性能をさらに向上させることができる。見通し線（ＬＯＳ）室内環境については、垂直偏波のシステムが水平偏波のシステムより高い容量を達成する、ということが実験的に示されている。さらに、混成偏波を有する、すなわち、ある素子は垂直に偏波する一方で別の素子は水平に偏波するアンテナアレイ１４は、見通し線（Ｌ０Ｓ）および非見通し線（ＮＬＯＳ）の双方の条件について、単一偏波の方式よりもよい性能を発揮する。
【００６１】
実際の通信のシナリオにおいては、アンテナ素子１８が、受信器および送信器双方で多過ぎる散乱のため極めて低い相関を有し、それでいて、チャンネルマトリクスが極めて低いランクを有して、単一モードの通信となる場合、「キイホールチャンネル」効果と呼ばれる縮退チャンネル現象が生じ得る。このことは、低い相関自体が高い容量の達成を保証しないことを示す。屋外伝播のシナリオでは、キイホール問題は、垂直に配向されたトランスミッタアレイの代わりに水平に配向されたトランスミッタアレイを使用することによって、回避されるであろうことが、この分野の現状技術において分かってきている。その結果、伝播環境の変化する特性に渡ってチャンネル性能を維持するためには、アレイ構成および個々の素子１８それぞれの偏波の双方が適応的である必要がある。
【００６２】
構成および偏波を変更することのできる多機能型再構成可能アンテナアレイ１４は、変化し得る送信／受信環境に適応するのに必要な特性を有する。
【００６３】
＜空間的および偏波のアンテナダイバーシティ＞
データ速度の最大化とダイバーシティの最大化との間の妥協、すなわち、空間多重化と時間空間コードとの間で選択することは、これらの信号化方針が時間とともに変化するチャンネル特性に強く依存するので、ＭＩＭＯ利得の実現において重要である。知られているように、空間多重化は、高いＳＮ比領域において特によく機能する一方で、時間空間コードは、低いＳＮ比領域においてよりよく機能する。リンクの両端に多重直線偏波ダイバーシティアンテナを有すると、空間ダイバーシティと比較して空間時間コードブロック機能を劣化させる一方で、高い散乱密度を有する環境および高いＫ係数を有する環境におけるような、ある種のチャンネル状態（条件）において、空間多重化方式についてのシンボル誤り率の著しい改善が達成された。電離層無線伝播におけるＫ係数は、補正係数であって、これは、（ａ）湾曲層に関する計算に適用され、（ｂ）電離層反射の距離と実際の高度の関数である。
【００６４】
このことは、重要な結論を導き出す。偏波方式と空間ダイバーシティ方式との間を容易に切り替えることのできる多機能型再構成可能アンテナアレイ１４は、所与のコード化方式、すなわち、空間多重化または空間時間コードブロックについてアンテナ性能を、所与のチャンネル環境において、最適化するために必要である。
【００６５】
＜ビーム形成、時間空間コードでのＭＩＭＯ＞
受信器のみがチャンネルを認識しているときは、時間空間コードは、多段送信アンテナを有するシステムにおいて最大のダイバーシティを達成する。他方、送信器がチャンネルを完全に認識しているときは、ビーム形成が最適解である。実際に、送信器が、チャンネルに関する完全ではないが何らかの情報、例えば、平均または分散、を有している場合がある。送信器側においてサイド情報を入手することができるときは、この情報を利用して性能を向上させることができる。チャンネル情報が、貧弱なチャンネル推定に基づいているときであっても、この情報の利用は、フェーディングと闘う際にシステムの性能を改善する。
【００６６】
時間空間コードとビーム形成を組み合わせることによって、改良を達成することができる。典型的には、チャンネルフィードバックの品質が高いとき、ダイバーシティのランクはあまり決定的ではないので、送信器は殆どのエネルギを「良好な」ビームに注ぐべきである。他方、フィードバックが頼りにならないときは、ダイバーシティをもっと頼りにして、エネルギを異なるビーム間に平等に分散すべきである。
【００６７】
極端な場合、チャンネルフィードバックの品質が非常に貧弱で、実際の状態と全く無関係であるときは、システムは、オープンループシステムとなり、ビーム形成方式は、次第にビーム形成の無い従来の時間空間コード化まで落ち込んでしまう。したがって、その方式の性能は、元の時間空間コードの性能と同様になってしまう。
【００６８】
このことは、利用可能な部分的チャンネル情報を使用してその動作を変更することができて、あらゆる場合に最適の性能を提供することのできる、適応システムの設計を必要とする。このような適応システムは、送信器が全くチャンネルを認識しないときは時間空間コード化に収束（集中）し、送信器がチャンネルを完全に認識しているときはビーム形成に収束（集中）すべきである。
【００６９】
最適なアレイ設計を同時に採用すると、性能はさらに改良される。アンテナ素子１８は、ビーム形成アレイにおいては間隔が密で相関している一方、時間空間コード化を採用するＭＩＭＯシステムは、非相関のアンテナのために広いアンテナ間隔を必要とする。伝播環境の散乱密度が低い、すなわち、見通し線または見通し線に近い環境でマルチパスが少ないときは、ビーム形成がいっそう効果的であることに注目することも重要である。加重選択アルゴリズムは、マルチパスが少ない方が、多い方よりも容易に最適化することができる。これと対照的に、時間空間コード化は、データ速度またはダイバーシティを最大化することにより、マルチパスの多さをうまく生かす。アンテナ素子の間隔の変更は、アンテナに幾何学的形状の再構成可能性がないと不可能である。
【００７０】
上述では論じなかったが、多機能型再構成可能アンテナ１２は、その動作周波数を変更することも可能なので、ＭＩＭＯ直交周波数分割多重化（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ）システムにおける空間周波数コード化(space-frequency coding)のためにも有用である。
【００７１】
ここで、ＲＦ−ＭＥＭＳ技術と互換性のあるマイクロ波積層プリント配線板に移り、考察する。ＭＥＭＳ集積型多機能型再構成可能アンテナの設計を提示する前に、我々のＭＥＭＳ技術を簡潔に大略説明する。このＭＥＭＳ技術は、同様のシステムを作り上げるのに既存のＭＥＭＳを超える幾つかの独特の長所を提供する。ＲＦ−ＭＥＭＳは、次世代の通信用途のためのＲＦおよびマイクロ波システムの実現を革命的に変更する可能性により、際だった影響を創出している。とりわけ、ＲＦ−ＭＥＭＳスイッチは、半導体スイッチでは到達することのできないその優れたスイッチング特性、すなわち、極めて低い挿入損失、極めて低い必要電力、および高い分離性能(isolation)でもって、非常に普及してきている。
【００７２】
しかしながら、ＲＦ−ＭＥＭＳの画期的な潜在能力は、ＲＦ−ＭＥＭＳデバイスの現実世界における特徴の欠点により相殺されている。単一パッケージ化されたＲＦ−ＭＥＭＳスイッチは、そのスイッチング性能が遥かによいにも拘わらず、回路に配備したときパッケージインタフェ−スの歪み効果によりインピーダンス不整合問題に苦労する。加えて、デバイスレベルのパッケージ化は、デバイスあたりのコストを増加させ、その大掛かりなフォーマットは、単一のスモールフォームファクタ(small-form-factor)の回路に高密度にスイッチを配備するのを妨げる。
【００７３】
ＲＦ−ＭＥＭＳの主要な利点は、他の回路要素と一緒にモノリシックに集積化が可能であることを介してシステムレベルで実装することにより、この発明に従って実現することができる。集積化が可能であることが、とりわけ、多機能型のアンテナシステムおよび多機能型再構成可能なアンテナシステムを創作するための鍵である。モノリシックの集積化を実現するには、ＭＥＭＳとアンテナのための共通の基板ご必要である。しかしながら、アンテナ用途のための所望の電気特性を有するマイクロ波積層プリント配線板（ＰＣＢ）(microwave laminate printed circuit boards)は、低い温度および非平面の表面など、プリント配線板により課されるプロセス制限のため、既存のシリコンベースのＭＥＭＳ技術によっては、使用することができない。現在その上にＲＦ−ＭＥＭＳスイッチが加工されるＳｉおよびＧａＡｓなどの高誘電率材料は、表面波の悪影響および許容不能の損失のため、平面アンテナには適切な選択ではない。この理由で、従来の技術により加工されるＭＥＭＳ集積型多機能型再構成可能アンテナは、モノリシックの集積化を利用することができない。
【００７４】
我々は、近年、マイクロ波積層プリント配線板と互換性があって、シリコンベースのＭＥＭＳ技術の欠点を克服して、多機能型再構成可能アンテナを低価格で高性能に作り上げる、ＲＦ−ＭＥＭＳ技術を開発したところである。マイクロ波積層と互換性のあるＲＦ−ＭＥＭＳ技術の画期的な利点は、事実上あらゆる積層の上でＲＦ−ＭＥＭスイッチを可能にすること、そしてそれに加えて単層または多層のいずれのアンテナ素子１８をも、スイッチと一緒に同一の基板上にモノリシックに集積化することにある。モノリシックに集積化できることにより、ＭＥＭＳは、アンテナ１２の一物理的部品となり、このことは、高度の構造的再構成可能性のための鍵である。システムレベルの実装により、低価格が可能になり、ワイヤボンドの全部および整合回路の殆どをなくすことにより、損失、複雑さ、およびサイズの減少が可能になる。
【００７５】
ＲＦ−ＭＥＭＳ技術と互換性のあるプリント配線板の詳細およびそれに関連する加工工程は、公表されていて当業者には公知であり、Ｂ．Ａ．セチナー他の「ＰＣＢ基板上のダイバーシティアンテナを有するＲＦ−ＭＥＭＳスイッチのモノリシック集積化」、ＩＥＥＥトランザクション、Microwave Theory and Tech.、５１巻、１号、３３２〜３３５頁、２００３年１月、およびＨ．Ｐ．チャン他の「マイクロ波積層ＰＣＢ上に製作した低価格のＲＦ−ＭＥＭＳスイッチ」、ＩＥＥＥ Electron Device Lett.、２４巻、４号、２２７〜２２９頁、２００３年４月、に全般的に記述されている。同じく、米国特許出願第１０／７５１，１３１号（これをここに援用する）も参照されたい。
【００７６】
多機能型再構成可能なピクセルパッチアンテナアレイ、作動メカニズム、およびその結果を考察する。ここでは、動作周波数および偏波を変更することのできる単一の多機能型再構成可能アンテナ素子１８の設計および特性に焦点を当てる。そのアーキテクチャは、アンテナアレイ１４において素子分離を変更することを可能とする。アンテナ１２の放射およびインピーダンス特性を特徴づけて理論と比較した。
【００７７】
＜アーキテクチャと作動メカニズム＞
図２ａに、この発明が提案する多機能型再構成可能ピクセルパッチアンテナのアーキテクチャの概略図を示す。これは、マイクロ波積層基板２８上のＲＦ−ＭＥＭＳアクチュエータ２６により相互接続される多数の長方形の印刷された金属ピクセル１８の上に構築されている。図２ｂは、ＲＦ−ＭＥＭアクチュエータ２６により相互接続される二つの隣接ピクセル１８を示し、当該ＲＦ−ＭＥＭアクチュエータ２６は、導電性すなわち金属製の可動膜３０で出来ていて、隣接するピクセル１８またはピクセル１８のストリップから突き出た、対向して非接続の導電性または金属製のスタブ３２の上方に懸架され、金属ポスト３４を介して両端に固定される。図２ｂの切断線Ａ−Ａ’を通って取った断面図２ｃに図式的に描写されているように、膜３０とスタブ３２との間に加えられた約５０Ｖの直流バイアス電圧が、静電気力を生じさせ、懸架された膜３０をスタブ３２の頂上でアクチュエータ下降状態またはアクチュエータオンまで動かす、つまり引きつける。アクチュエータ２６は、ピクセル１８を接続し、それ以外の場合は、図２ｄの同じ断面図に示すように、ピクセルは非接続である（アクチュエータの上昇状態、またはアクチュエータオフ）。相互接続用のアクチュエータ２６の駆動により、すなわち、幾つかのアクチュエータ２６を上昇位置（零バイアス）に保つ一方で、残りを直流バイアス電圧印加で駆動することにより、幾何学的形状を変更しサイズを変更することができ、それにより多重偏波および二周波動作を達成することができる。
【００７８】
以上に具体的に詳解してきたことは、常時開の構成であって、この場合、電圧の印加が常時開の接続を二つの隣接するスタブ３２の間の膜を通して閉じる。しかしながら、同様の設備でもって常時閉の構成を利用することもでき、その場合、電圧の印加が常時閉の接続を二つの隣接するスタブ３２の間の膜３０を通して開く、ということをはっきりと理解しなければならない。加えて、所望であれば、より複雑なアレイの再構成のために、非ラスター型アレイに使用でき、または多層プリント配線板における三次元アレイに使用できるような、二つより多いスタブ３２の間の接続または非接続を採用することもできる。具体的に詳解した実施態様からそのように拡張することは、この発明の範囲内に含まれると意図している旨、明言する。
【００７９】
アンテナ１２には、その対角軸に沿うマイクロストリップ３６または任意の伝送線により給電する。この供給回路３８も、放射素子の入力インピーダンスが、動作モード、すなわち、偏波状態および動作周波数、によって変化するので、同じく多機能型に再構成可能である。
【００８０】
我々は、図２ａに示すように、ラジアルスタブ４０および１／４波長変成器４２を有する伝送線またはマイクロストリップ給電線３６を使用する。スタブ４０および変成器４２の電気的長さは、ＭＥＭアクチュエータ２６の駆動／非駆動によって調節し、目標の動作モードに対する所望のインピーダンス整合を達成する。動作シナリオに応じて、スタブの位置を、その長さに加えて、再構成する必要があるので、二つのスタブ４０を使用する必要もあった。
【００８１】
＜多機能で再構成可能な動作モード＞
表１に示すように、具体的に詳解する実施態様のアンテナ１２は、２つの動作周波数（４．１ＧＨｚおよび６．５ＧＨｚ）と５つの放射電界の多機能の再構成可能な偏波（二重直線偏波、直線Ｘ偏波、直線Ｙ偏波、右旋円偏波および左旋円偏波）の組合せに相当する１０個の異なる多機能再構成可能な動作モードを提供する。
【００８２】
【表１】
2008527950.tif 000003
【００８３】
周波数再構成可能性は、単にアンテナ１２のサイズを変更することにより実現する。図３ａおよび図３ｂは、二周波数帯動作、モード１１およびモード２１、の概略図を示す。上の周波数（６．４ＧＨｚ）での動作は、図３ｂに示すように、２５個のピクセルのみを接続する必要があるのに対して、下の周波数（４．１ＧＨｚ）のためには、図３ａに示すように、６４個のピクセル全部を接続する。図３ａおよび図３ｂに示すように、ピクセルはＸ方向およびＹ方向の両方向に接続されるので、対角供給回路により、アンテナ１２は二重直線偏波を放射する。
【００８４】
動作周波数に応じて、マイクロストリップ給電３６も、１／４波長変成器４２の長さを調節しおよびスタブ４０を整合させることにより、再構成される。
【００８５】
直線Ｘ偏波または直線Ｙ偏波は、それぞれ、ピクセルをＸ方向にのみ、またはＹ方向にのみ接続することにより得られる。
【００８６】
図４ａおよび図４ｂは、下の動作周波数のため供給回路に必要な再構成を行った二つの場合、モード２２およびモード２３、を示す。円偏波を得るには、所与の動作周波数のため適切な寸法と位置を有する内部スロット４４を有するアンテナ形状を使用する。特定のＭＥＭアクチュエータを非駆動にすることにより、これらの内部スロット４４をピクセルパッチアンテナの幾何学的形状に導入し、これが、等振幅ど９０度位相差を有するＸおよびＹに偏波したモードを励起する。それに従って右旋円偏波（ＲＨＣＰ）および左旋円偏波（ＬＨＣＰ）の放射が、各再構成された幾何学的形状から達成される。
【００８７】
下の共振周波数のための各偏波シナリオ、モード２４およびモード２５、に相当する概略図を、選択的に配置したホール４６を使用して、図５ａおよび図５ｂに描写する。上の共振周波数に相当する動作モードは、同様の要領で得られるので、ここには示さないが、この発明の教えるところ基づいて当業者が容易に決定することができる。図３ａ〜図５ｂの各場合において、変成器４２およびスタブ４０も変更されて、給電の適切な同調を提供することに注意されたい。
【００８８】
＜性能の特徴付け＞
上述したように、多機能型再構成可能アンテナのアーキテクチャは、多数の金属ピクセル１８および相互接続ＲＦ−ＭＥＭアクチュエータ２６で構成されている。この複雑な構造体の製作は、モノリシックの集積化を採用することなしでは実現不可能であることが明らかである。これは、シリコンベースのＭＥＭＳ技術についても当てはまる。この製作には、上述のＭＥＭＳ技術と互換性のあるプリント配線板が必要である。
【００８９】
ここに具体的に詳解した実施態様においては、アンテナ幾何学構造の簡略版を製作したが、その場合、下降状態のアクチュエータは恒久的に下降状態位置で製作し（下降製作）、上昇状態のアクチュエータは開回路によって作った。この簡略化によるアンテナ１２の性能に対する影響は、このアンテナ構造１２に使用されるＲＦ−ＭＥＭＳアクチュエータ２６の極めて低い挿入損失および高い分離特性のため、無視することができる。
【００９０】
性能特性についての実例として、二つの動作モード、モード２１とモード２５を選択した。アンテナ１２を設計し、製作し、および試験した。ＲＯ４００３−ＦＲ４（εr ＝３．３８、ｔａｎ δ ＝０．００２）マイクロ波積層を、その低価格と無線システムにおける広範な使用の故に、基板２８として使用した。
【００９１】
図６ａおよび図６ｂは、モード２１、下の周波数で二重直線偏波、におけるアンテナの反射減衰量および放射パターンについての理論結果および実験結果を示す。全波シミュレーションを用いた理論的解析は、有限要素法（ＦＥＭ）のツールを使用して行った。模擬結果と測定結果との間には、極めて良好な一致が見られた。アンテナ１２の振舞いは、２未満のＶＳＷＲに対する３％の帯域幅を有する従来のパッチアンテナの振舞いに非常に類似している。
【００９２】
モード２５、下の周波数で右旋円偏波についての結果を、図６ｃおよび図６ｄに示す。図６ｄから分かるように、このアンテナは、アンテナ面に垂直に、＋ｚ軸方向に、左旋円偏波を放射する。
【００９３】
ここで、ますます帯域幅と移動性を集約的に利用する無線通信用途が、ＭＩＭＯ研究を駆り立てて、コード化と信号発信の物理的限界を押し進めたことは、理解されるであろう。ここに開示する多機能型再構成可能アンテナの技術は、その放射特性およびインピーダンス特性を変更する可能性により適応ＭＩＭＯシステムの設計に大きく影響を与える。時間空間コード化技術と統合された多機能型再構成可能アンテナ１２は、伝播環境に対して、適応最適化において追加の自由度を提供するので、図７に象徴的に図解するように、ＭＩＭＯの理論上の性能と実際の性能との間の格差が縮まる。共通マイクロ波積層２８上にアンテナと回路要素の超大規模モノリシックな集積化を可能にする新規のＲＦ−ＭＥＭＳプロセスを開示する。多機能型再構成可能アンテナの簡略試作品を、普及している積層の上に製作して、その多機能再構成可能性能が、我々のシミュレーションとよく一致することを見出した。
【００９４】
多機能型再構成可能アンテナ１２と適応コード化との間の相互影響が互いにフィードバックすることのできる、この発明による待望の設計空間の創造は、広帯域ＭＩＭＯシステム設計方法論に革命を起こしそうである。
【００９５】
多くの変更や修正が、この発明の精神および範囲から逸脱することなしに、当業者によってなし得るであろう。したがって、ここに具体的に詳解した実施態様は、単に例示の目的で記載されたものであるということ、および前掲の発明およびその各種の実施態様により定義されるように発明を限定するものと解釈してはならないということを、理解しなければならない。
【００９６】
したがって、ここに具体的に詳解した実施態様は、単に例示の目的で記載されたものであること、およびそれは前掲の請求項により定義される発明を限定するものと解釈してはならないこと、を理解しなければならない。例えば、ある請求項の複数要素が一つの特定の組合せで前掲に記載されているという事実にかかわらず、この発明は、より少ない要素、より多い要素、または異なる要素での別の組合せをも含み、たとえそのような組合せが当初請求されていなくても、ここに開示されているものは含むということを、篤と理解されたい。二つの要素が組み合わされて請求項で一つの組合せ物となっているという教示は、さらに、請求項の組合せ物において二つの要素が互いに組み合わされないで、単独で用いられたり、別の組合せに組み合わされてもよいという組合せ物をも許容していると理解されたい。この発明の開示されたいかなる要素の除去も、この発明の範囲内にあることを、明らかに意図している。
【００９７】
この発明およびその各種実施態様を記述するためにこの明細書で使用された語は、その一般的に定義された意味においてだけでなく、この明細書における特別の定義により、その一般的に定義されている意味の範囲を超えた構造、材料または働きを含むと理解すべきである。したがって、一つの要素がこの明細書の文脈の中で二以上の意味を包含すると解釈することができる場合には、請求項におけるその使用は、この明細書およびその語自体により裏付けられる全ての可能な意味について包括的であると理解しなければならない。
【００９８】
したがって、前掲の請求項の言または要素の定義は、この明細書において、言葉どおりに記載された要素の組合せのみでなく、実質的に同一の要領で実質的に同一の作用をして実質的に同一の結果を得る全ての均等な構造、材料または働きを包含するものとして、定義されている。したがって、この意味で、前掲の請求項におけるどの一つの要素を二つ以上の要素で等価的に置換してもよいこと、または請求項における二つ以上の要素を単一の要素で置き換えてもよいことを、筆者は意図している。複数の要素が特定の組合せで働くように上述され、そのように当初請求されているかも知れないが、請求さらた組合せからの一つまたは複数の要素は、場合によっては、その組合せから外すことができること、および請求された組合せは部分的組合せまたは部分的組合せの変形に向けられてもよいことを、篤と理解されたい。
【００９９】
当業者から見て、請求された主題からの非実質的な変更は、現在知られているものでも今後案出されるものでも、請求項の範囲内の均等物であると意識的に意図している。したがって、当業者にとって現在知られておりまたは今後知られる自明な置換は、定義された要素の範囲内であるものと定義されている。
【０１００】
したがって、請求項は、上記に具体的に図解および記述されたもの、概念的に均等なもの、自明に置き換えできるもの、およびこの発明の必須の思想を本質的に取り込んでいるものをも包含していると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１ａ】従来のスマートアンテナアレイのブロック図である。
【図１ｂ】この発明による多機能型再構成可能アンテナアレイのブロック図である。
【図２ａ】ＲＦ−ＭＥＭＳアクチュエータを使用する多機能型で再構成可能なピクセルパッチアンテナのアーキテクチャの概略図である。
【図２ｂ】図２ａのＲＦ−ＭＥＭＳアクチュエータのうちの一つの上面図である。
【図２ｃ】図２ａのＲＦ−ＭＥＭＳアクチュエータのうちの一つの横断面図であり、下降状態を示す。
【図２ｄ】図２ａのＲＦ−ＭＥＭＳアクチュエータのうちの一つの横断面図であり、上昇状態を示す。
【図３ａ】表１の４．１ＧＨｚでモード２１の二周波動作のために配置され構成された多機能型で再構成可能なピクセルパッチアンテナのアーキテクチャの概略図である。
【図３ｂ】表１の６．４ＧＨＺでモード１１の二周波動作のために配置され構成された再構成可能なピクセルパッチアンテナのアーキテクチャの概略図である。
【図４ａ】表１の４．１ＧＨｚでモード２２の直線Ｘ偏波のために配置され構成された多機能型で再構成可能なピクセルパッチアンテナのアーキテクチャの概略図である。
【図４ｂ】表１の４．１ＧＨｚでモード２３の直線Ｙ偏波のために配置され構成された多機能型で再構成可能なピクセルパッチアンテナのアーキテクチャの概略図である。
【図５ａ】４．１ＧＨｚでモード２４の右旋円偏波のために配置され構成された多機能型で再構成可能なピクセルパッチアンテナのアーキテクチャの概略図である。
【図５ｂ】４．１ＧＨｚでモード２４の左旋円偏波のために配置され構成された多機能型で再構成可能なピクセルパッチアンテナのアーキテクチャの概略図である。
【図６ａ】表１のモード２１におけるアンテナについての周波数の関数として反射減衰量の測定値および計算値のグラフである。
【図６ｂ】表１のモード２５におけるアンテナについての周波数の関数として反射減衰量の測定値および計算値のグラフである。
【図６ｃ】表１のモード２１でｘ−ｚ平面におけるアンテナについての放射パターンの測定値および計算値のグラフである。
【図６ｄ】表１のモード２５でｘ−ｚ平面におけるアンテナについての放射パターンの測定値および計算値のグラフである。
【図７】伝播環境に対する時間空間コード化技術と統合されたこの発明の多機能型で再構成可能なアンテナが、ＭＩＭＯの理論上の性能と実際の性能との差異を縮めるために、適応最適化においてどのように追加の自由度を提供するかを示す図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１２  …  多機能型再構成可能アンテナ
１８  …  アンテナ素子（金属ピクセル）
２０  …  制御手段
２２  …  加算回路
２４  …  処理装置
２６  …  ＲＦ−ＭＥＭアクチュエータ（スイッチ）
【図１ａ】
2008527950.tif 000004
【図１ｂ】
2008527950.tif 000005
【図２ａ】
2008527950.tif 000006
【図２ｂ】
2008527950.tif 000007
【図２ｃ】
2008527950.tif 000008
【図２ｄ】
2008527950.tif 000009
【図３ａ】
2008527950.tif 000010
【図３ｂ】
2008527950.tif 000011
【図４ａ】
2008527950.tif 000012
【図４ｂ】
2008527950.tif 000013
【図５ａ】
2008527950.tif 000014
【図５ｂ】
2008527950.tif 000015
【図６ａ】
2008527950.tif 000016
【図６ｂ】
2008527950.tif 000017
【図６ｃ】
2008527950.tif 000018
【図６ｄ】
2008527950.tif 000019
【図７】
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