(57)【要約】  システムクロックで動作する基地局は、送信機と、受信機と、位相誤差検出器と、コントローラとを含む。送信機は、第１の位相を有する第１のＲＦ搬送波上に変調された第１のＲＦ信号を、第１の可変位相遅延を有する第１のチャネルを介して移動局に送信する。移動局は第１のＲＦ搬送波を再生し、第２のＲＦ搬送波を生成し、再生された第１のＲＦ搬送波及び／又は第２のＲＦ搬送波を用いてローカルクロックを同期させる。受信機は、第２の位相を有する第２のＲＦ搬送波上に変調された第２のＲＦ信号を、第２の可変位相遅延を有する第２のチャネルを介して受信する。位相誤差検出器は、第１の位相及び第２の位相に基づいて、位相誤差信号を求め、コントローラは、位相誤差信号に基づいて、制御信号を生成する。制御信号は第１及び第２の逆チャネルモデルに適用される。
2021510480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムクロックで動作する基地局であって、前記基地局は、
第１の無線周波数（ＲＦ）搬送波上に変調された第１のＲＦ信号を、第１のチャネルを介して移動局に送信する送信機であって、前記第１のＲＦ搬送波は第１の位相を有し、前記第１のチャネルは第１の可変位相遅延（Δφ１）を有し、前記移動局は前記第１のＲＦ信号を受信し、前記第１のＲＦ搬送波を再生し、再生された前記第１のＲＦ搬送波を用いて第２のＲＦ搬送波を生成し、再生された前記第１のＲＦ搬送波及び前記第２のＲＦ搬送波の少なくとも一方を用いてローカルクロックを同期させる、送信機と、
前記第２のＲＦ搬送波上に変調された第２のＲＦ信号を、第２のチャネルを介して前記移動局から受信する受信機であって、前記第２のＲＦ搬送波は第２の位相を有し、前記第２のチャネルは第２の可変位相遅延（Δφ２）を有する、受信機と、
前記第１の位相と前記第２の位相との間の差に基づいて、位相誤差信号を求める位相誤差検出器と、
コントローラとを備え、前記コントローラは、
前記位相誤差信号に基づいて、制御信号（μ）を生成し、
前記制御信号を、前記第１の可変位相遅延の逆相（−Δφ１）を近似する第１の関数（Δφ３（μ））を有する第１の逆チャネルモデルに適用し、及び、前記第２の可変位相遅延の逆相（−Δφ２）を近似する第２の関数（Δφ４（μ））を有する第２の逆チャネルモデルに適用するようにプログラムされ、
近似された前記第１の可変位相遅延の逆相は、前記送信機によって前記第１のチャネルを介して前記移動局に送信される後続の第１のＲＦ信号に適用され、それにより、前記第１のチャネルの前記第１の可変位相遅延、及び前記第１の可変位相遅延から生じる前記移動局におけるクロック位相誤差を低減する、基地局。
【請求項２】
近似された前記第２の位相遅延の逆相は、前記移動局から前記第２のチャネルを介して前記受信機によって受信される後続の第２のＲＦ信号に適用され、それにより、前記第１の位相と前記第２の位相との比に基づいて、前記第２のチャネルの前記第２の可変位相遅延及び前記位相誤差信号を低減する、請求項１に記載の基地局。
【請求項３】
前記第１の逆チャネルモデルは第１の位相シフタを備え、前記第２の逆チャネルモデルは第２の位相シフタを備える、請求項１に記載の基地局。
【請求項４】
前記第１の関数及び前記第２の関数はそれぞれ、前記制御信号の線形関数である、請求項１に記載の基地局。
【請求項５】
前記第１のＲＦ信号は、トレーニングシーケンスを含むクロック同期信号を含む、請求項１に記載の基地局。
【請求項６】
前記トレーニングシーケンスはバーカーコードを含む、請求項５に記載の基地局。
【請求項７】
前記第１の位相は０であり、前記第２の位相は、前記第１のＲＦ搬送波及び前記第２のＲＦ搬送波の累積された位相を含む、請求項１に記載の基地局。
【請求項８】
前記コントローラは、比例・積分・微分コントローラ（ＰＩＤ）を含む、請求項１に記載の基地局。
【請求項９】
前記ＰＩＤコントローラは以下のように前記制御信号を生成し、
【数２】
2021510480.tif 000004
ここで、Ｐは比例係数であり、Ｉは積分係数であり、Ｄは微分係数であり、最初に、Ｐは１／（ω１＋ω２）に設定され、ＩはＤに設定され、Ｉ及びＤはそれぞれ０に等しく、ω１は前記第１のＲＦ信号の周波数成分を表し、ω２は前記第２のＲＦ信号の周波数成分を表す、請求項８に記載の基地局。
【請求項１０】
基地局のシステムクロックと、前記基地局から遠隔した移動局のローカルクロックとの間のクロック同期を実行する方法であって、前記方法は、
第１の無線周波数（ＲＦ）搬送波上に変調された第１のＲＦ信号を、第１のチャネルを介して移動局に送信するステップであって、前記第１のＲＦ搬送波は第１の位相を有し、前記第１のチャネルは第１の可変位相遅延（Δφ１）を有し、前記移動局は、前記第１のＲＦ搬送波を再生し、再生された前記第１のＲＦ搬送波を用いて第２のＲＦ搬送波を生成し、再生された前記第１のＲＦ搬送波及び前記第２のＲＦ搬送波の少なくとも一方を用いてローカルクロックを同期させる、送信するステップと、
前記第２のＲＦ搬送波上に変調された第２のＲＦ信号を、第２のチャネルを介して前記移動局から受信するステップであって、前記第２のＲＦ搬送波は第２の位相を有し、前記第２のチャネルは第２の可変位相遅延（Δφ２）を有する、受信するステップと、
前記第１の位相及び前記第２の位相との間の位相差に基づいて、位相誤差信号を求めるステップと、
前記位相誤差信号に基づいて、制御信号（μ）を生成するステップと、
前記制御信号を第１の位相シフタに適用することによって、前記第１の可変位相遅延の逆相（−Δφ１）を近似するステップと、
前記第１の位相シフタを用いて、後続の第１のＲＦ信号の前記第１の位相を前記第１の可変位相遅延の逆相（−Δφ１）だけシフトし、それにより、前記第１の可変位相遅延、及び前記第１の可変位相遅延から生じる前記位相誤差信号を低減するステップとを有する、方法。
【請求項１１】
前記制御信号を第２の位相シフタに適用することによって、前記第２の位相遅延の逆相（−Δφ２）を近似するステップと、
前記第２の位相シフタを用いて、後続の第２のＲＦ信号の前記第２の位相を前記第２の位相遅延の逆相（−Δφ２）だけシフトし、それにより、前記第２の可変位相遅延と、少なくとも前記第１の可変位相遅延及び前記第２の可変位相遅延から生じる前記位相誤差信号とを低減するステップとをさらに有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記制御信号（μ）を生成するステップは、
【数３】
2021510480.tif 000005
を有し、ここで、Ｐは比例係数であり、Ｉは積分係数であり、Ｄは微分係数である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のＲＦ信号は、トレーニングシーケンスを含むクロック同期信号を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
ｉ）システムクロックで動作する基地局であって、前記基地局は、
第１の無線周波数（ＲＦ）搬送波上に変調された第１のＲＦ信号を、第１のチャネルを介して送信する送信機であって、前記第１のＲＦ搬送波は第１の位相を有し、前記第１のチャネルは第１の可変位相遅延（Δφ１）を有する、送信機と、
前記第２のＲＦ搬送波上に変調された第２のＲＦ信号を、第２のチャネルを介して受信する受信機であって、前記第２のＲＦ搬送波は第２の位相を有し、前記第２のチャネルは第２の可変位相遅延（Δφ２）を有する、受信機と、
前記第１の位相と前記第２の位相との間の差に基づいて、位相誤差信号を求める位相誤差検出器と、
コントローラとを備える、基地局と、
ｉｉ）ローカルクロックで動作する移動局であって、前記移動局は、
前記第１のＲＦ搬送波上に変調された前記第１のＲＦ信号を、前記第１のチャネルを介して受信する受信機と、
前記第１のＲＦ搬送波を再生し、再生された前記第１のＲＦ搬送波を用いて前記第２のＲＦ搬送波を生成し、再生された前記第１のＲＦ搬送波及び前記第２のＲＦ搬送波の少なくとも一方を用いて前記ローカルクロックを前記システムクロックに同期させる位相同期ループ（ＰＬＬ）と、
前記第２のＲＦ搬送波上に変調された前記第２のＲＦ信号を、第２のチャネルを介して送信する送信機であって、前記第２のＲＦ搬送波は第２の位相を有し、前記第２のチャネルは第２の可変位相遅延（Δφ２）を有する、送信機とを備える、
移動局と
を備える、ワイヤレス通信システムであって、
前記コントローラは、
前記位相誤差信号に基づいて、制御信号（μ）を生成し、
前記制御信号を、前記第１の可変位相遅延の逆相（−Δφ１）を近似する第１の関数（Δφ３（μ））を有する第１の逆チャネルモデルに適用し、前記第２の可変位相遅延の逆相（−Δφ２）を近似する第２の関数（Δφ４（μ））を有する第２の逆チャネルモデルに適用するようにプログラムされ、
近似された前記第１の位相遅延の逆相は、前記送信機によって前記第１のチャネルを介して前記移動局に送信される後続の第１のＲＦ信号に適用され、それにより、前記第１のチャネルの前記第１の可変位相遅延と、前記第１の可変位相遅延から生じる前記移動局におけるクロック位相誤差とを低減する、ワイヤレス通信システム。
【請求項１５】
近似された前記第２の可変位相遅延の逆相は、前記移動局から前記第２のチャネルを介して前記受信機によって受信される後続の第２のＲＦ信号に適用され、それにより、前記第１の位相と前記第２の位相との比に基づいて、前記第２のチャネルの前記第２の可変位相遅延及び前記位相誤差信号を低減する、請求項１４に記載のワイヤレス通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本システム及び方法は、一般的に、ワイヤレスタイプ無線周波数（ＲＦ）コイル部分を備える磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム及びそれを動作させる方法に関する。より詳細には、本システム及び方法は、基地局と移動局との間の往復信号内の位相遅延を低減するか、又は除去することに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムは、被検者の画像の画像再構成のために一般にプロトンの周波数及び位相エンコードを使用する撮像方法を提供する。ＭＲＩシステムは、ワイヤレスＲＦコイルを用いて、ＭＲＩ検査対象の被検者から放射される磁気共鳴信号を検知する。詳細には、ワイヤレスＲＦコイルは、収集期間中にアナログＭＲ情報を取得し、その後、関連するＲＦコイルユニットが、アナログＭＲ情報を変換して、デジタル化された生データ（ｋ空間）情報のようなデジタル化された情報を形成する。その後、対応するワイヤレスＲＦ局（一般に、「移動局」と呼ばれる場合がある）が、デジタル化された情報を、移動ワイヤレスＲＦ局とは別の、ＭＲＩシステムのメインユニット内の無線ユニット（一般に、「基地局」と呼ばれる場合がある）にワイヤレス通信する。基地局は、さらに処理し、及び／又は表示するために、デジタル化された情報をＭＲＩシステムのメインユニット内のシステムコントローラに与える。
【０００３】
[0003]  移動局は、ＭＲＩシステムのシステムクロック（例えば、マスタークロック）との正確な同期のために内部クロックに従っている。しかしながら、ワイヤレスＲＦコイルがワイヤレスであることと、誘発されるＲＦジッタ及び位相ドリフトとに起因して、例えば、従来のワイヤレス通信方法を用いて、移動局内部クロックをＭＲＩシステムクロックと正確に同期させるのは多くの場合に難しい。例えば、移動局と、システムクロックと関係している基地局との間の見通し線（ＬＯＦ：Ｌｉｎｅ−Ｏｆ−Ｓｉｇｈｔ）経路、障害物があるＬＯＳ経路及び／又は非ＬＯＳ経路において時間遅延が変動している場合があり、その変動は、送信機と受信機との間の動きによって、及び／又はチャネルモデルの変化によって引き起こされる場合がある。この時間ととともに変動する時間遅延は、移動局の内部クロックとＭＲＩシステムクロックとの間にドリフトを引き起こす可能性がある。
【０００４】
[0004]  移動局の内部クロックがＭＲＩシステムクロックと正確に同期しないとき、使用されているエンコード方法の特性に起因して、特に長時間の収集中に、移動局内部クロックの位相雑音が、再構成された画像内に画像アーティファクトを引き起こす可能性がある。例えば、生の画像データ内でクロックによって誘発される二乗平均平方根（ＲＭＳ）位相誤差が１度未満のままであることが要求される場合には、ＲＭＳ時間ジッタは、６４ＭＨｚにおいて４４ピコ秒（ｐｓ）未満、１２８ＭＨｚにおいて２２ｐｓ未満のままであるように制御されるべきであることを示すことができる。
【０００５】
[0005]  また、ＭＲＩ画像を生成するために必要とされる種々のアナログ信号を生成し、サンプリングするために、ＭＲＩシステム内のサンプリングクロックが使用される。これらのサンプリングクロックは、互いに極めて高い精度で同期しなければならない。ＲＦサンプリングクロックの場合、現在のデジタル受信機仕様は、これらのクロックの最大ドリフトが２２ｐｓ未満であることを要求する。光の速さに関して、２２ｐｓは光が７ｍｍ進むのに要する時間である。ＭＲＩコイル（例えば、ＲＦコイルユニット）のためのワイヤレスデジタル受信機の場合、そのような受信機内部のサンプリングクロックは、ワイヤレス同期信号によって、システムの残りの部分と同期しなければならない。ワイヤレス同期信号の伝送に関連付けられるいくつかの課題がある。例えば、１つの課題は、ワイヤレスクロック同期信号に関する伝搬遅延の時間変動である。これらの時間変動は、被検者寝台、被検者寝台上の被検者、及び／又はＭＲＩ室内部の操作者の動きによって引き起こされる場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
[0006]  図６は、従来のワイヤレス通信システム、例えば、ＭＲＩシステムの基地局及び移動局の簡略化された機能ブロック図である。図６を参照すると、基地局６１０は、対応する送信アンテナ６１６及び受信アンテナ６１７を備える基地局送受信機６１５を含み、移動局６２０は、対応する受信アンテナ６２７及び送信アンテナ６２６を備える移動局送受信機６２５を含む。基地局送受信機６１５は、第１の周波数ｆ１を有する第１の搬送波上に変調された第１の信号Ｓ１（ｔ）（例えば、ベースバンドプロセッサから受信されたワイヤレス同期信号）を、第１の（アップリンク）チャネルＣＨ１を通して移動局送受信機６２５に送信する。第１のチャネルＣＨ１は可変位相遅延Δφ１を有する。移動局送受信機６２５は、到来する第１の搬送波にロックし、再生することによって、位相遅延した第１の信号Ｓ１（ｔ）・ｅｊΔφ１を受信する。第１の搬送波は、第２の周波数ｆ２を有する第２の搬送波を生成するために移動局６２０によって使用される。移動局送受信機６２５は、第２の搬送波上に第２の信号Ｓ２（ｔ）・ｅｊΔφ１を変調し、第２の信号Ｓ２（ｔ）・ｅｊΔφ１を、可変位相遅延Δφ２を有する第２の（ダウンリンク）チャネルＣＨ２を通して送信する。第２の搬送波は基地局送受信機６１５において再生され、位相遅延した第２の信号Ｓ２（ｔ）・ｅｊ（Δφ１＋Δφ２）が受信される。結果として生じた搬送波位相が第１の信号Ｓ１の位相と比較され、それにより、全往復位相遅延が求められる。しかしながら、第１及び第２の可変位相遅延Δφ１及びΔφ２の値は個々には未知であり、信号伝送に影響を及ぼし続ける。これは、ワイヤレス同期信号を用いてシステムクロックと移動局６２０の内部クロック及び／又はサンプリングクロックとを正確に同期させるのを難しくする。
【０００７】
[0007]  したがって、チャネル伝搬遅延の変動の問題、及びそれがワイヤレス同期信号を使用するクロック同期に及ぼす悪影響を克服する、例えば、ＭＲＩシステムのための、基地局と移動局との間のワイヤレス通信のシステム及び方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
[0008]  本開示の一態様によれば、基地局がシステムクロックで動作し、基地局は、送信機と、受信機と、位相誤差検出器と、コントローラとを含む。送信機は、第１のＲＦ搬送波上に変調された第１の無線周波数（ＲＦ）信号を、第１のチャネルを介して移動局に送信するように構成され、第１のＲＦ搬送波は第１の位相を有し、第１のチャネルは第１の可変位相遅延（Δφ１）を有する。移動局は、第１のＲＦ信号を受信し、第１のＲＦ搬送波を再生し、再生された第１のＲＦ搬送波を用いて第２のＲＦ搬送波を生成し、再生された第１のＲＦ搬送波及び第２のＲＦ搬送波のうちの少なくとも一方を用いて、ローカルクロックを同期させる。受信機は、第２のＲＦ搬送波上に変調された第２のＲＦ信号を、第２のチャネルを介して移動局から受信するように構成され、第２のＲＦ搬送波は第２の位相を有し、第２のチャネルは第２の可変位相遅延（Δφ２）を有する。位相誤差検出器は、第１の位相と第２の位相との間の差に基づいて、位相誤差信号を求めるように構成される。コントローラは、位相誤差信号に基づいて制御信号（μ）を生成し、制御信号を、第１の位相遅延の逆相（−Δφ１）を近似する第１の関数（Δφ３（μ））を有する第１の逆チャネルモデルに、及び第２の位相遅延の逆相（−Δφ２）を近似する第２の関数（Δφ４（μ））を有する第２の逆チャネルモデルに適用するようにプログラムされる。近似された第１の位相遅延の逆相は、送信機によって第１のチャネルを介して移動局に送信される後続の第１のＲＦ信号に適用され、それにより、第１のチャネルの第１の可変位相遅延、及び第１の可変位相遅延から生じる移動局におけるクロック位相誤差を低減する。
【０００９】
[0009]  本開示の別の態様によれば、基地局のシステムクロックと、基地局から遠隔した移動局のローカルクロックとの間のクロック同期を実行するための方法が提供される。その方法は、第１のＲＦ搬送波上に変調された第１のＲＦ信号を、第１のチャネルを介して移動局に送信することを有し、第１のＲＦ信号は第１の位相を有し、第１のチャネルは第１の可変位相遅延を有する。移動局は、第１のＲＦ搬送波を再生し、再生された第１のＲＦ搬送波を用いて第２のＲＦ搬送波を生成し、再生された第１の搬送波及び第２のＲＦ搬送波のうちの少なくとも一方を用いてローカルクロックを同期させる。その方法は、第２のＲＦ搬送波上に変調された第２のＲＦ信号を、第２のチャネルを介して移動局から受信することであって、第２のＲＦ信号は第２の位相を有し、第２のチャネルは第２の可変位相遅延を有する、受信することと、第１の位相と第２の位相との間の位相差に基づいて位相誤差信号を求めることと、位相誤差信号に基づいて制御信号を生成することと、制御信号を第１の位相シフタに適用することによって、第１の位相遅延の逆相を近似することと、第１の位相シフタを用いて、後続の第１のＲＦ信号の第１の位相を第１の位相遅延の逆相だけシフトし、それにより、第１の可変位相遅延、及び第１の可変位相遅延から生じる位相誤差信号を低減することとをさらに有する。
【００１０】
[0010]  本開示の別の態様によれば、ワイヤレス通信システムが、基地局及び移動局を含む。基地局はシステムクロックで動作し、第１のＲＦ搬送波上に変調された第１のＲＦ信号を、第１のチャネルを介して送信するように構成される送信機であって、第１のＲＦ搬送波は第１の位相を有し、第１のチャネルは第１の可変位相遅延を有する、送信機と、第２のＲＦ搬送波上に変調された第２のＲＦ信号を、第２のチャネルを介して受信するように構成される受信機であって、第２のＲＦ搬送波は第２の位相を有し、第２のチャネルは第２の可変位相遅延を有する、受信機と、第１の位相と第２の位相との間の差に基づいて位相誤差信号を求めるように構成される位相誤差検出器と、コントローラとを含む。移動局はローカルクロックで動作し、第１のＲＦ搬送波上に変調された第１のＲＦ信号を、第１のチャネルを介して受信するように構成される受信機と、第１のＲＦ搬送波を再生し、再生された第１のＲＦ搬送波を用いて第２のＲＦ搬送波を生成し、再生された第１のＲＦ搬送波及び第２のＲＦ搬送波のうちの少なくとも一方を用いて、ローカルクロックをシステムクロックに同期させるように構成される位相同期ループ（ＰＬＬ）と、第２のＲＦ搬送波上に変調された第２のＲＦ信号を、第２のチャネルを介して送信するように構成される送信機であって、第２のＲＦ搬送波は第２の位相を有し、第２のチャネルは第２の可変位相遅延を有する、送信機とを含む。コントローラは、位相誤差信号に基づいて制御信号を生成し、制御信号を、第１の位相遅延の逆相を近似する第１の関数を有する第１の逆チャネルモデルに、及び第２の位相遅延の逆相を近似する第２の関数を有する第２の逆チャネルモデルに適用するようにプログラムされる。近似された第１の位相遅延の逆相は、送信機によって第１のチャネルを介して移動局に送信される後続の第１のＲＦ信号に適用され、それにより、第１のチャネルの第１の可変位相遅延、及び第１の可変位相遅延から生じる移動局におけるクロック位相誤差を低減する。
【００１１】
[0011]  本発明は、添付の図面とともに検討される、以下に提示される例示的な実施形態の詳細な説明から、より容易に理解されよう。図面において、同じ数字は同じ、又は類似の要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】[0012]  典型的な実施形態による、ワイヤレス通信システムを含む、例示的な磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムの簡略化されたブロック図である。
【図２】[0013]  典型的な実施形態による、ＭＲＩシステムのワイヤレス通信システム内の基地局及び移動局の簡略化された概略図である。
【図３】[0014]  典型的な実施形態による、ワイヤレス通信システム内のクロックの位相同期を例示する機能ブロック図である。
【図４】[0015]  典型的な実施形態による、複数のアップリンク及びダウンリンク周波数を有するワイヤレス通信システム内のクロックの位相同期を例示する機能ブロック図である。
【図５】[0016]  典型的な実施形態による、ワイヤレス通信システム内のクロックの位相同期を実行する方法を例示するフロー図である。
【図６】[0017]  クロックが同期していない従来のワイヤレス通信システムの基地局及び移動局の簡略化された機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[0018]  本発明は、ここで、本発明の実施形態が示される添付の図面を参照しながら以下にさらに十分に説明される。しかしながら、本発明は、異なる形で具現されてもよく、本明細書において記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、教示するための例として与えられる。
【００１４】
[0019]  種々の実施形態によれば、アップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルを介して互いにワイヤレス通信する基地局（第１の局）と移動局（第２の局）との間のアップリンクチャネル及びダウンリンクチャネル（第１のチャネル及び第２のチャネル）に逆チャネルモデルを追加することによって、搬送波位相追従ループが改善される。一般に、アップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルはそれぞれ、チャネルを通しての信号整相の位相に影響を及ぼす対応する可変チャネル遅延を有する。等価逆チャネルモデルは、極性が逆である同じ位相遅延を適用することによって、可変チャネル遅延をそれぞれ補償する。逆チャネルモデルが適切に調整されるとき、再生されたクロックにおいて結果として生じる位相誤差を最小化又は除去することができる。
【００１５】
[0020]  それらの実施形態は基地局と移動局との間のメッセージ交換を不要にし、移動局は、周波数分割複信（ＦＤＤ）モード又は時分割複信（ＴＤＤ）モードにおいて動作する簡単なコヒーレント送受信機とすることができる。開示される実施形態は、医療機器に関して説明されることになるが、本発明の教示ははるかに広範であり、同期したクロックを必要とする、異なるチャネルを介してのアップリンク通信及びダウンリンク通信を伴う任意のワイヤレス通信システム又は方法に適用可能であることは理解されたい。
【００１６】
[0021]  本明細書において「１つの実施形態」若しくは「一実施形態」、又は他の変形形態を参照することは、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、特性、ステップなどが本教示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。それゆえ、本明細書を通して種々の場所に現れる、「１つの実施形態」又は「一実施形態」、及び任意の他の変形形態という言い回しが現れても、必ずしも全てが同じ実施形態を参照するとは限らない。
【００１７】
[0022]  以下の「／」、「及び／又は」、「〜のうちの少なくとも１つ」のいずれかを使用すること、例えば、「Ａ／Ｂ」、「Ａ及び／又はＢ」、「Ａ及びＢのうちの少なくとも１つ」の場合、第１の列挙された選択肢（Ａ）のみの選択、第２の列挙された選択肢（Ｂ）のみの選択、又は両方の選択肢（Ａ及びＢ）の選択を含むことを意図することは理解されたい。更なる例として、「Ａ、Ｂ及び／又はＣ」、「Ａ、Ｂ及びＣのうちの少なくとも１つ」の場合、そのような言い回しは、第１の列挙された選択肢（Ａ）のみの選択、第２の列挙された選択肢（Ｂ）のみの選択、第３の列挙された選択肢（Ｃ）のみの選択、第１の列挙された選択肢及び第２の列挙された選択肢（Ａ及びＢ）のみの選択、第１の列挙された選択肢及び第３の列挙された選択肢（Ａ及びＣ）のみの選択、第２の列挙された選択肢及び第３の列挙された選択肢（Ｂ及びＣ）のみの選択、又は３つ全ての選択肢（Ａ及びＢ及びＣ）の選択を含むことを意図している。これは、本技術分野及び関連する技術分野の当業者にとって容易に明らかになるように、列挙される項目の数だけ拡張することができる。
【００１８】
[0023]  層、領域又は材料のような要素が、別の要素「上に」、又は別の要素の「上方にわたって」存在すると言われるとき、その要素は、他の要素上に直接存在することができるか、又は介在する要素が存在する場合もあることも理解されたい。対照的に、ある要素が別の要素「上に直接」又は別の要素の「上方にわたって直接」存在すると言われるとき、介在する要素は存在しない。ある要素が別の要素に「接続される」又は「結合される」と言われるとき、それは、他の要素に直接接続又は結合することができるか、又は介在する要素が存在する場合があることも理解されたい。対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続される」又は「直接結合される」と言われるとき、介在する要素は存在しない。
【００１９】
[0024]  図１は、典型的な実施形態による、ワイヤレス通信局を含む、例示的なＭＲＩシステムの簡略化されたブロック図である。
【００２０】
[0025]  図１を参照すると、ＭＲＩシステム１００が、静磁石１０１と、傾斜磁場コイル１０２と、傾斜磁場電源１０３と、被検者（患者）寝台（ベッド）１０４と、寝台（ベッド）コントローラ１０５と、ＲＦコイルユニット１０６と、ワイヤレスＲＦ局（移動局）１２０と、送信機１０７と、クロック発生器１０８と、ＲＦ／傾斜磁場コントローラ１０９と、ドライバ１１１と、無線ユニット（基地局）１１０と、再構成フロントエンド１１５と、再構成システム１１６と、記憶装置１２１と、ディスプレイ１２２と、入力ユニット１２３と、メインコントローラ１２４と、データ発生器１２５とを含む。
【００２１】
[0026]  種々の実施形態において、ワイヤレスＲＦ局１２０以外の構成要素は、ワイヤレスＲＦ局１２０とは別のメインユニット内に含まれる。メインユニットは、ガントリ及び処理システムに分割される。この場合、例えば、静磁石１０１、傾斜磁場コイル１０２、傾斜磁場電源１０３、寝台１０４、寝台コントローラ１０５、ＲＦコイルユニット１０６、送信機１０７、ＲＦ／傾斜磁場コントローラ１０９及び無線ユニット１１０はガントリ内に設けられる場合があり、一方、クロック発生器１０８、ドライバ１１１、再構成フロントエンド１１５、再構成システム１１６、記憶装置１２１、ディスプレイ１２２、入力ユニット１２３及びメインコントローラ１２４は処理システム内に設けられる場合がある。
【００２２】
[0027]  静磁石１０１は、例えば、図２に示されるように、中空の円筒形状を有し、その内部空間内に均一な静磁場を生成する。例えば、静磁石１０１は永久磁石又は超電導磁石を含む。
【００２３】
[0028]  傾斜磁場コイル１０２は、中空の円筒形状を有し、静磁石１０１の内部に配置される。傾斜磁場コイル１０２は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対応する３種類のコイルの組合せを含む。傾斜磁場コイル１０２は、３種類のコイルが傾斜磁場電源１０３から電流を別々に供給されるときに、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って傾斜する強度を有する傾斜磁場を生成する。さらに、Ｚ軸は、例えば、静磁場の方向と同じ方向にある。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾斜磁場は、例えば、スライス選択傾斜磁場Ｇｓ、位相エンコード傾斜磁場Ｇｅ及び読み出し傾斜磁場Ｇｒにそれぞれ対応する。スライス選択傾斜磁場Ｇｓは、所与の撮像セクションを決定するために使用される。位相エンコード傾斜磁場Ｇｅは、空間位置に応じて、磁気共鳴信号の位相を変更するために使用される。読み出し傾斜磁場Ｇｒは、空間位置に応じて、磁気共鳴信号の周波数を変更するために使用される。
【００２４】
[0029]  寝台１０４の天板１０４ａ上にいる間に、被検者２００が傾斜磁場コイル１０２の内部空間（撮像空間）内に挿入される。寝台１０４は、寝台コントローラ１０５の制御下で、天板１０４ａを長手方向（図１の左右方向）及び垂直方向に動かす。通常、寝台１０４は、この長手方向が静磁場磁石１０１の中心軸と平行になるように設置される。
【００２５】
[0030]  ＲＦコイルユニット１０６は、円筒形ケース内に収容される１つ又は複数のコイルを含む。ＲＦコイルユニット１０６は、傾斜磁場コイル１０２の内部に配置される。ＲＦコイルユニット１０６は、高周波磁場を生成するために、送信機１０７から高周波パルス（ＲＦパルス）を供給される。
【００２６】
[0031]  ワイヤレスＲＦ局１２０は、天板１０４ａ上に搭載されるか、天板１０４ａ内に埋め込まれるか、被検者２００に取り付けられるか又は別の態様で被検者２００に接触するようにされる。撮像時に、ワイヤレスＲＦ局１２０が被検者２００とともに撮像空間の中に挿入され、被検者２００から放射される磁気共鳴信号を電磁波として受信又は検知し、それに応答して、検知された磁気共鳴信号を表すデジタルデータを生成する。ワイヤレスＲＦ局１２０は、１つ、又は２つ以上の受信ＲＦコイルユニットを含むか、又は受信ＲＦコイルユニットに取り付けられ、受信ＲＦコイルユニットは、被検者２００から放射される磁気共鳴信号を検知するための任意の種類のコイルを含む。ワイヤレスＲＦ局１２０は、被検者２００から受信された磁気共鳴信号を表すデジタル信号のデジタルデータを、電気信号（例えば、デジタル信号）としてワイヤレス送信する機能を含む。
【００２７】
[0032]  送信機１０７は、例えば、ラーモア周波数に対応するＲＦパルスをＲＦコイルユニット１０６に供給する。
【００２８】
[0033]  クロック発生器１０８が、所定の周波数を有する第１のクロック信号を生成する。この第１のクロック信号は、ＭＲＩシステム１００の動作全体に対するタイミング基準としての役割を果たすシステムクロックとして使用される。
【００２９】
[0034]  ＲＦ／傾斜磁場コントローラ１０９が、メインコントローラ１２４の制御下で、要求されたパルスシーケンスに応じて傾斜磁場を変更する。また、ＲＦ／傾斜磁場コントローラ１０９は、ＲＦパルスを送信するために傾斜磁場電源１０３及び送信機１０７も制御する。さらに、ＲＦ／傾斜磁場コントローラ１０９は、第１のクロック信号のレベルがドライバ１１１によって適切に調整された後に、第１のクロック信号を与えられる。ＲＦ／傾斜磁場コントローラ１０９は、第１のクロック信号と同期してパルスシーケンスを実行する。
【００３０】
[0035]  無線ユニット１１０が、ワイヤレスＲＦ局１２０からデジタル形式でワイヤレス送信された磁気共鳴信号を受信する。無線ユニット１１０は、受信されたデジタル磁気共鳴信号をデジタル復調し、その後、復調された信号を再構成フロントエンド１１５に出力する。また、無線ユニット１１０は、データ発生器１２５によって出力されたデータ信号を搬送波上に変調し、変調されたデジタル信号をワイヤレスＲＦ局１２０にワイヤレス送信する。さらに、無線ユニット１１０は、クロック発生器１０８から受信された第１のクロック信号を搬送波上に変調し、変調された第１のクロック信号をワイヤレスＲＦ局１２０にワイヤレス送信する。ワイヤレスＲＦ局１２０は第１のクロック信号を再生し、第１のクロック信号は、ワイヤレスＲＦ局１２０の内部クロック（図示せず）をクロック発生器１０８によって与えられるシステムクロックと同期させるためのワイヤレス同期信号として使用される。一実施形態において、再生された第１のクロック信号の位相誤差を最小化又は除去するために、ワイヤレスＲＦ局１２０と無線ユニット１１０との間にフィードバックループが確立される。
【００３１】
[0036]  再構成フロントエンド１１５は、無線ユニット１１０から与えられた磁気共鳴信号を利得制御、周波数変換及び直交検波にかける。再構成フロントエンド１１５はさらに、ワイヤレスＲＦ局１２０において圧縮された磁気共鳴信号の振幅の圧縮を解除する。再構成システム１１６が、再構成フロントエンド１１５において処理された磁気共鳴信号のうちの少なくとも１つに基づいて、被検者２００の画像を再構成する。
【００３２】
[0037]  記憶装置１２１が、再構成システム１１６において再構成された画像を示す画像データのような様々な種類のデータを記憶する。ディスプレイ１２２が、メインコントローラ１２４の制御下で、再構成システム１１６において再構成された画像、及び／又はユーザがＭＲＩシステム１００を操作するための様々な種類の操作画面を含む様々な種類の情報を表示する。ディスプレイ１２２として、液晶ディスプレイのような任意の好都合の表示デバイスを使用することができる。
【００３３】
[0038]  入力ユニット１２３が、ＭＲＩシステム１００のユーザから種々のコマンド及び情報入力を受け入れる。入力ユニット１２３は、マウス若しくはトラックボールのようなポインティングデバイス、モード切替スイッチのような選択デバイス、及び／又はキーボード若しくはタッチスクリーンのような入力デバイスを含む。
【００３４】
[0039]  メインコントローラ１２４が、図示されない、中央処理ユニット（ＣＰＵ）及び／又は他のプロセッサ、メモリなどを有し、ＭＲＩシステム１００の全体の機能を制御する。データ発生器１２５が、メインコントローラ１２４の制御下で、無線ユニット１１０を介してＲＦ局１２０と通信するためのデータ信号を生成する。ＭＲＩシステム又は装置の全体的な動作はよく知られており、それゆえ、ここでは繰り返されない。
【００３５】
[0040]  ワイヤレスＲＦ局１２０は、上記で言及されたように、ＭＲＩシステム１００のクロック発生器１０８との正確な同期のために、自らの内部クロック（図示せず）に頼る。しかしながら、ワイヤレスＲＦコイルがワイヤレスであること、誘発されるＲＦ雑音、及びワイヤレス通信チャネルにわたる可変位相遅延に起因して、従来のワイヤレス通信方法を用いて、内部クロックをクロック発生器１０８によって与えられるシステムクロックと正確に同期させるのは多くの場合に難しい。
【００３６】
[0041]  図２は、典型的な実施形態による、互いにワイヤレス通信している基地局及び移動局の簡略化された概略図である。図２を参照すると、種々の実施形態において、移動局２２０はワイヤレスＲＦ局１２０に概ね対応し、基地局２１０は図１の無線ユニット１１０に概ね対応する。
【００３７】
[0042]  移動局２２０は、移動局２２０の内部クロック（図示せず）をＭＲＩシステム１００のメインユニットのシステムクロック（例えば、クロック発生器１０８によって生成される）と同期させるために、クロック信号を受信し、及び／又は送信するための、典型的なアンテナ２２１、２２２、２２３及び２２４によって示される１つ以上のアンテナを含む。典型的なアンテナ２２１、２２２、２２３及び２２４は、同期したクロックに従って、検知された磁気共鳴信号を表すデジタル信号を送信するためにも使用される。図示されるように、移動局２２０は、寝台１０４の天板１０４ａ上に搭載されるか、天板１０４ａ内に埋め込まれるか、被検者２００に取り付けられるか又は別の態様で被検者２００に接触するようにされる。基地局２１０も同様に、クロック同期を確実にするためにフィードバックループにおいて同期クロック信号を送信し、及び／又は受信するための、典型的なアンテナ２１１、２１２、２１３及び２１４によって示される１つ若しくは複数のアンテナを含む。典型的なアンテナ２１１、２１２、２１３及び２１４は、同期したクロックに従って、移動局２２０から磁気共鳴信号を表すデジタルデータを受信するためにも使用される。
【００３８】
[0043]  ＭＲＩシステムは、他の電磁デバイスとともに適切に機能し、他の電磁デバイスと干渉しないために、安定しており、十分に制御される医療設備内に共存することができるエコシステムを保持するように要求される。これは、弱い被検者信号及び強いＭＲＩ送信機の高感度性に起因する。これらの要件は、ＭＲＩシステムが、制限され、閉じ込められたＲＦ遮蔽室内に配置される必要性を生み出す。ＭＲＩの配置及びエコシステムは、ワイヤレス通信に関して特別で、通常とは異なる条件を必要とする。高電力のスプリアス放射と、位置、周波数及び時間にわたる信号伝搬の大きな変動を伴う過密なマルチパスチャネル条件とからなる予測不可能なＭＲＩ条件を有する環境内で、ＭＲＩ信号又は信号対雑音比（ＳＮＲ）に影響を与えることなく、ワイヤレス通信プロトコルが高いレベルのサービス品質を保持すべきである。
【００３９】
[0044]  これらの問題の１つ又は複数に対処するために、いくつかの実施形態において、基地局２１０は、超広帯域（ＵＷＢ）通信のための規格に準拠する通信プロトコルに従って、移動局２２０と通信する。ＵＷＢ通信は、短パルス（例えば、数ナノ秒未満）位相偏移変調（ＰＳＫ）の被変調信号が広いスペクトルにわたって拡散されるという具体的な実例を提示する。この短パルスＵＷＢ技術は、直接シーケンスＵＷＢ（ＤＳ−ＵＷＢ）又はインパルス無線ＵＷＢ（ＩＲ−ＵＷＢ）とも呼ばれる。信号伝搬条件によって大きく影響を及ぼされる、従来の狭帯域技術（ブルートゥース（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）など）又は直交周波数分割多重化ＵＷＢ（ＯＦＤＭ−ＵＷＢ）とは異なり、パルスＵＷＢは、ＭＲＩ室２０１内で見られる場合があるようなマルチパス環境において良好に対応する。ここで、ＵＷＢは所与の電力放射マスクの場合に５００ＭＨｚより広い帯域幅を用いる伝送を意味し、短パルスＰＳＫの場合、ＵＷＢは、１ビットあたりのエネルギー（Ｅｂ）が５００ＭＨｚより広いチャネル帯域幅に等しい拡散係数を有することを意味することを理解されたい。ＥｂはＵＷＢチャネル全体にわたって拡散するので、フェージングの平均は０である。また、短パルスは、反射経路遅延のタイミングが伝送周期より長いことから恩恵を受ける。短パルスＵＷＢチャネルに関する確率密度関数は、マルチパス環境において自由空間性能より高くすることができる。また、拡散係数及び放射限界は、短パルスＵＷＢが干渉及び妨害の確率が低いことを意味し、それは、強いＭＲＩ周波数及び高調波スプリアスが生成される環境内で共存するために要求される。ＵＷＢ規格は、３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚの周波数範囲における伝送を考慮し、それにより、利用される厳密な周波数を、例えば、２．４ＧＨｚ及び５．８ＧＨｚなどの輻輳が深刻なスペクトルを回避するように選択することができる。
【００４０】
[0045]  図３は、典型的な実施形態による、ワイヤレス通信システム内のクロックの位相同期を例示する機能ブロック図である。ワイヤレス通信システム３００は、基地局３１０及び移動局３２０を含み、それらは、例えば、ＭＲＩシステム環境内の図１及び図２の基地局１１０、２１０及び移動局１２０、２２０に対応する。しかしながら、同期に関する教示はＭＲＩ用途に限定されず、ワイヤレス電気通信内などにおいて基地局と移動局との間に高クロック同期精度（例えば、±２２ｐｓ以内）及び／又は高いレンジ測定精度（例えば、７ｍｍ以内）を要求する任意のシステムのために使用することができる。基地局３１０及び移動局３２０は、基地局３１０の観点から、第１のワイヤレス（アップリンク）チャネルＣＨ１及び第２のワイヤレス（ダウンリンク）チャネルＣＨ２を介して通信する。図３に示されるように、クロックを同期させるためのシステム（及び対応するプロセス）は、位相誤差の増分検出（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）及び補正を通して、第１のチャネルＣＨ１及び第２のチャネルＣＨ２によって導入された位相遅延を低減し、及び／又は除去するために、第１のチャネルＣＨ１及び第２のチャネルＣＨ２を介して同期信号を送信及び受信することを伴うフィードバックループを組み込む。
【００４１】
[0046]  図３を参照すると、基地局３１０は、ＲＦ信号をそれぞれ送信及び受信するための対応する送信アンテナ３１６及び受信アンテナ３１７を備える基地局送受信機３１５を含み、移動局３２０は、ＲＦ信号をそれぞれ受信及び送信するための対応する受信アンテナ３２７及び送信アンテナ３２６を備える移動局送受信機３２５を含む。代替の構成では、基地局送受信機３１５及び移動局送受信機３２５のうちの一方又は両方が、本教示の範囲から逸脱することなく、個別の送信機及び個別の受信機を用いて実現されてもよい。同様に、基地局送受信機３１５及び移動局送受信機３２５のそれぞれにおいて２つのアンテナが示されるが、本教示の範囲から逸脱することなく、基地局送受信機３１５及び／又は移動局送受信機３２５において単一のアンテナを用いて信号が送信及び受信されてもよいことは理解されたい。
【００４２】
[0047]  また、基地局３１０は、処理ユニット３５０を含み、処理ユニットは、以下に説明される、位相誤差検出器（ＰＥＤ）３５２と、比例・積分・微分コントローラ（ＰＩＤ）３５４と、第１の（出力）逆チャネルモデル（ＩＣＭ）３５６と、第２の（入力）ＩＣＭ３５８とを含む。一般に、処理ユニット３５０は、ソフトウェア、ファームウェア、ハードワイヤード論理回路、又はその組合せを用いて、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、コンピュータプロセッサ、１つ又は複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、１つ又は複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又はその組合せによって実現される。コンピュータプロセッサは、詳細には、ハードウェア、ファームウェア又はソフトウェアアーキテクチャの任意の組合せからなり、コンピュータプロセッサが種々の機能を実行できるようにする実行可能ソフトウェア／ファームウェア実行可能コードを記憶するためのメモリ（例えば、揮発性及び／又は不揮発性メモリ）を含む。一実施形態において、コンピュータプロセッサは、例えば、オペレーティングシステムを実行する中央処理ユニット（ＣＰＵ）を備える。
【００４３】
[0048]  種々の実施形態において、処理ユニット３５０は、本教示の範囲から逸脱することなく、基地局３１０、ＰＣ、専用ワークステーション、ＭＲＩシステム１００のメインコントローラ１２４のような撮像システムの外部コントローラ、又はその種々の組合せ内に配置される。処理ユニット３５０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、電気的プログラム可能ＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの記憶デバイス（図示せず）を含む。処理ユニット３５０とともに、ユーザが、例えば、プログラミング及び周波数同調のような動作を制御するためのユーザ入力／出力インターフェース（図示せず）が含まれる。ＰＥＤ３５２、ＰＩＤ３５４、第１のＩＣＭ３５６及び第２のＩＣＭ３５８はそれぞれ、本教示の範囲から逸脱することなく、処理ユニット３５０によって実行可能なソフトウェアとして、及び／又は１つ若しくは複数のＦＰＧＡ及び／又はＡＳＩＣによって実行されるロジックとして実現される。
【００４４】
[0049]  基地局送受信機３１５及び移動局送受信機３２５は、簡潔にするために本明細書において詳細には説明されない、ワイヤレス無線周波数（ＲＦ）通信を可能にするための更なる既知の構成要素をさらに含むことは理解されたい。例えば、基地局送受信機３１５及び移動局送受信機３２５はそれぞれ、ＬＯ周波数を有するＬＯ信号を生成するための局部発振器（ＬＯ）を有する。ベースバンドプロセッサ（図示せず）から受信されたベースバンド信号をＲＦ周波数においてワイヤレス送信するためのＲＦ信号にアップコンバートするために、ＬＯ信号がベースバンド信号と混合される。又は、ＲＦ信号をワイヤレス受信のためにベースバンドプロセッサに与えられるベースバンド信号にダウンコンバートするために、ＬＯ信号が受信されたＲＦ信号と混合される。他の例示的な構成要素は、当業者には明らかであるような、電力増幅器、低雑音増幅器及びフィルタを含む。
【００４５】
[0050]  一般に、基地局３１０の基地局送受信機３１５は、第１の周波数ｆ１を有する第１のＲＦ搬送波上に変調された第１のＲＦ信号を、第１のチャネルＣＨ１を介して移動局３２０の移動局送受信機３２５に送信し、第１のＲＦ信号はクロック同期信号とすることができる。クロック同期信号は所定のメッセージを含み、そのメッセージは、メッセージに同期する（例えば、メッセージの開始を識別し、正しいシンボル極性を見つけ、シンボル上に同期する）ために、例えば、バーカーコードのようなトレーニングシーケンス又は他のそのようなトレーニングシーケンスを含む。第１のチャネルＣＨ１は既知の第１の可変位相遅延（Δφ１）を有し、それは、第１のＲＦ搬送波の周波数、及び基地局３１０と移動局３２０との間の物理的距離に少なくとも部分的に依存する。
【００４６】
[0051]  移動局３２０は、変調された第１のＲＦ信号を受信し、位相同期ループ（ＰＬＬ）を用いて、第１のＲＦ搬送波を再生する。例えば、第１のＲＦ搬送波を再生することは、より具体的には、ベースバンド周波数と、第１のＲＦ搬送波の位相オフセットとを再生することを含む。移動局３２０は、２つのローカルクロック（図示せず）を含む。第１のローカルクロックは、ベースバンド信号及びＲＦ信号を生成するために移動局送受信機３２５によって使用され、第２のローカルクロックは、ＭＲＩデータをサンプリングするために、ＭＲＩコイル（例えば、ＲＦコイルユニット）のためのＭＲＩ受信機によって使用される。本明細書において論じられる種々の実施形態によれば、基地局クロックに同期するのは第２のローカルクロックである。より詳細には、システムクロックに同期した第２のローカルクロックは、ＭＲＩ受信機内のアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）をドライブし、アナログ／デジタルコンバータは、ＭＲＩ信号をサンプリングし、サンプリングされたＭＲＩ信号をアナログからデジタルに変換するために使用される。第１のローカルクロックは、第１のＲＦ搬送波から生成されるが、そうである必要はない。これは、第１のローカルクロックが同期する必要がない限り有利である。ただし、１回の信号往復中に変化しないように十分に低いドリフトを有しなければならない。第１のＲＦ搬送波周波数／位相オフセットは、以下に論じられるように、受信中に抽出され、送信中に再適用されるので、移動局３２０上の第２のローカルクロックは、往復信号に影響を及ぼさない。とりわけ、特許請求の範囲を含む、以下において、移動局３２０上の「ローカルクロック」を単に参照する場合、第２のローカルクロックを指している。
【００４７】
[0052]  移動局３２０上のローカルクロックは、ループが位相同期すると、第１のＲＦ搬送波から生成される。代替的には、ローカルクロックを同期させることは、例えば、再生された第１のＲＦ搬送波の位相をローカルクロックと同期しているローカル基準信号と比較することと、それに応じて、ローカル基準信号の位相を調整することとを含む。再生された第１のＲＦ搬送波は分周され、ＰＬＬによって設けられるジッタクリーナを用いて「ジッタを低減され」、ジッタクリーナは、到来する第１のＲＦ搬送波に移動局３２０の局部発振器を追従させて、到来する第１のＲＦ搬送波とともに到来するジッタの大部分を抑圧する。ローカル基準信号は、その後、それぞれの送信信号のための搬送波を生成するために使用される。また、ＰＬＬは、第１の周波数ｆ１から第２のＲＦ搬送波の第２の周波数ｆ２への、再生された第１のＲＦ搬送波の周波数変換を実行する。ジッタクリーナは、この周波数変換の少なくとも一部も実行する場合がある。代替的には、ＰＬＬの代わりに周波数分周器が使用されてもよいが、周波数分周器は、ジッタクリーニングがないなど、機能的に劣っている。
【００４８】
[0053]  再生された第１のＲＦ搬送波は、第１のチャネルＣＨ１によって導入された第１の可変位相遅延（Δφ１）から生じる位相誤差を有する。移動局３２０の移動局送受信機３２５は、第２のＲＦ搬送波を生成し、第１のＲＦ信号と基本的に同じである第２のＲＦ信号が、第２の周波数ｆ２の第２のＲＦ搬送波上に変調されるが、第２のＲＦ信号は第１のＲＦ信号と同じである必要はない。すなわち、第１のＲＦ信号及び第２のＲＦ信号はそれぞれ、上記で言及されたように、メッセージを含む。種々の実施形態において、移動局３２０から送信されるメッセージは、基地局３１０から受信されるメッセージと同じであっても、異なっていてもよい。第２のＲＦ搬送波は、第２のチャネルＣＨ２を介して、基地局送受信機３１５に送信される。第２のチャネルＣＨ２は、第２の可変位相遅延（Δφ２）を有する。基地局３１０は、変調された第２のＲＦ信号を受信し、第２のＲＦ搬送波を再生する。また、基地局３１０は、基地局３１０と移動局３２０との間の往復中に受けた位相誤差（ε）を検出し、位相誤差（ε）を補正する。それぞれの後続の送信時に第１のＲＦ搬送波の位相を調整するために、位相誤差（ε）が複数回のループを介して大幅に低減されるか、又は除去されるように、位相誤差補正を用いて往復がフィードバックループとして繰り返される。
【００４９】
[0054]  より詳細には、処理ユニット３５０は、第１のＩＣＭ３５６に入力される入力信号Ｓ１（ｔ）・ｅｊ０を受信する。入力信号は、移動局３２０のローカルクロック（図示せず）を基地局３１０によって使用される（例えば、図１のクロック発生器１０８からの）システムクロックと同期させるためのクロック同期信号である。クロック同期は、第１のＲＦ搬送波及び第２のＲＦ搬送波に追従することによって行われる。上記で論じられたように、入力信号Ｓ１（ｔ）（第１のＲＦ信号）は、トレーニングシーケンスを含む、メッセージを含み、任意選択で、基地局３１０と移動局３２０との間の更なる通信のために使用される。例えば、基地局３１０は、ループがロックし、位相誤差が最小化されるときに、移動局３２０と通信することができる。これは、再生されたクロック（再生された第１のＲＦ搬送波）がデータ収集のために使用される準備ができたことを移動局３２０に知らせる。移動局３２０は、同様に、第２のＲＦ信号を介して基地局３１０に有用な情報を送信する。例えば、移動局３２０は、移動局３２０のローカルクロックに関する瞬時周波数及び位相オフセットのような搬送波追従情報を送信する。この情報は診断値を有する。例えば、安定したワイヤレス通信システム３００において、再生された搬送波の瞬時周波数及び位相オフセットは、変化が患者の動き、寝台の動き及び／又は操作者の動きにのみ起因するはずであるので、あまり変化しないはずである。例えば、瞬時周波数及び位相オフセットによって示される急速な変化は、ワイヤレス通信システム３００内の障害を示すことになる。
【００５０】
[0055]  最初に、入力信号は第１のチャネルＣＨ１又は第２のチャネルＣＨ２を介してまだ送信されていないので、位相誤差を含まない（誤差項ｅｊ０によって示される）。第１のＩＣＭ３５６は、第１のチャネルＣＨ１の第１の可変位相遅延の逆相（−Δφ１）を近似する第３の可変位相遅延（Δφ３（μ））を求めるために、ＰＩＤ３５４（以下に論じられる）によって出力される制御信号μに応答して、第１の関数を実行する。一実施形態において、第１の関数は、制御信号（μ）の線形関数である。それゆえ、第１のＩＣＭ３５６の出力は、第１の位相調整済み信号Ｓ１（ｔ）・ｅｊΔφ３である。第１のチャネルＣＨ１及び第２のチャネルＣＨ２が対称である場合には、アップリンク及びダウンリンクに関する時間遅延は同じである：第１の可変位相遅延Δφ１＝Δｔ・ω１及び第２の可変位相遅延Δφ２＝Δｔ・ω２。したがって、第３の可変位相遅延Δφ３及び第４の可変位相遅延Δφ４はΔφ３＝−μ・ω１及びΔφ４＝−μ・ω２として求められる。ここで、ω１は、以下で論じられる、第１の周波数ｆ１であり、ω２は第２の周波数ｆ２である。位相誤差はμ＝Δｔの場合に０である。これは、第１のチャネルＣＨ１及び第２のチャネルＣＨ２が対称であるという仮定に基づく単純な線形近似である。この仮定に基づいて、簡単な線形モデルが成り立つ。他の事例では（例えば、第１のチャネルＣＨ１及び第２のチャネルＣＨ２が対称でない場合）、線形モデルは近似である。アップリンク及びダウンリンクに関するフェージング特性についてのより多くの情報を得ることによって、逆チャネルモデルが精緻化される。より一般的な事例では、逆チャネルモデルは多項式である。
【００５１】
[0056]  第１の位相調整済み信号Ｓ１（ｔ）・ｅｊΔφ３は、基地局送受信機３１５によって第１の周波数ｆ１の第１のＲＦ搬送波上に変調され、変調された第１のＲＦ信号が与えられる。変調された第１のＲＦ信号は、Ｓ１（ｔ）・ｅｊ（ω１ｔ＋Δφ３）によって示される。ここで、ω１ｔは、送信された信号の周波数成分を表す。基地局送受信機３１５は、第１の被変調ＲＦ信号を、第１の可変位相遅延（Δφ１）を有する第１のチャネルＣＨ１を介して送信する。第１の可変位相遅延（Δφ１）はΔｔ・ω１に近似的に等しい。ここで、上記で言及されたように、Δｔは、第１のチャネルＣＨ１を介して移動局３２０に進む第１の被変調ＲＦ信号が受ける時間遅延であり、ω１は第１の周波数ｆ１である。
【００５２】
[0057]  移動局３２０は、Ｓ１（ｔ）・ｅｊ（ω１ｔ＋Δφ１＋Δφ３）によって示される遅延した第１のＲＦ信号を受信し、第１のＲＦ搬送波を再生し、再生された第１のＲＦ搬送波を用いて第２のＲＦ搬送波を生成する。再生された第１のＲＦ搬送波は、第１の可変位相遅延（Δφ１）から生じるある量の位相誤差を有し、それは、第１のＩＣＭ３５６によって求められる第３の可変位相遅延（Δφ３（μ））によって完全には補償されない。移動局送受信機３２５はＰＬＬ３２８を含み、ＰＬＬは第１のＲＦ搬送波を再生するために第１のＲＦ搬送波にロックし、周波数変換を実行して、再生された第１のＲＦ搬送波と位相同期した第２のＲＦ搬送波の第２の周波数ｆ２を与える。また、ＰＬＬ３２８は、上記で言及されたように、再生された第１のＲＦ搬送波のジッタを低減し、ジッタの少ない第２のＲＦ搬送波を生成する。一実施形態において、ＰＬＬ３２８は、再生された第１のＲＦ搬送波及び第２のＲＦ搬送波のうちの少なくとも一方を用いて、移動デバイス３２０のローカルクロックをシステムクロックに同期させる。第１のＲＦ搬送波から復調された遅延した第１のＲＦ搬送波は、移動局送受信機３２５によって第２の周波数ｆ２の第２のＲＦ搬送波上に変調され、Ｓ２（ｔ）・ｅｊ（ω２ｔ＋Δφ１＋Δφ３）によって示される変調された第２のＲＦ信号が与えられる。ここで、ω２ｔは、送信された信号の周波数成分を表す。とりわけ、遅延成分Δφ１及びΔφ３は、遅延した第１のＲＦ信号内の遅延成分と同じである。
【００５３】
[0058]  移動局送受信機３２５は、上記で言及されたように、変調された第２のＲＦ信号を、第２の可変位相遅延（Δφ２）を有する第２のチャネルＣＨ２を介して送信する。第２の可変位相遅延（Δφ２）はΔｔ・ω２に近似的に等しい。ここで、Δｔは第２のチャネルＣＨ２を介して基地局３１０に進む変調された第２のＲＦ信号が受ける時間遅延であり、ω２は第２の周波数ｆ２である。往復通信中に基地局３１０及び移動局３２０が互いから概ね同じ距離のままであると仮定すると、Δｔは第１のチャネルＣＨ１及び第２のチャネルＣＨ２の両方の場合に同じである。
【００５４】
[0059]  基地局３１０は、Ｓ２（ｔ）・ｅｊ（ω２ｔ＋Δφ１＋Δφ２＋Δφ３）によって示される遅延した第２の被変調ＲＦ信号を受信する。詳細には、基地局送受信機３１５は、遅延した第２のＲＦ信号を受信し、第２のＲＦ搬送波を再生する。受信された第２のＲＦ搬送波は基地局３１０の基準に対する位相オフセットのみを有するので、位相オフセットに追従するのに基地局３１０においてＰＬＬは不要であるが、本教示の範囲から逸脱することなく、ＰＬＬ３２８を参照しながら上記で論じられたように、第２のＲＦ搬送波を再生するために、基地局３１０にＰＬＬが含まれてもよい。基地局送受信機３１５は、遅延した第２の被変調ＲＦ信号をベースバンドにダウンコンバートし、第２の周波数ｆ２によって導入された周波数成分を除去し、Ｓ２（ｔ）・ｅｊ（Δφ１＋Δφ２＋Δφ３）によって示される位相遅延した第２の信号を与える。位相遅延した第２の信号は、処理ユニット３５０の第２のＩＣＭ３５８に入力される。第２のＩＣＭ３５８は、第２のチャネルＣＨ２の第２の可変位相遅延の逆相（−Δφ２）を近似する第４の可変位相遅延（Δφ４（μ））を求めるために、ＰＩＤ３５４（以下に論じられる）によって出力される制御信号（μ）に応答して、第２の関数を実行する。一実施形態において、第２の関数は、制御信号（μ）の線形関数である。それゆえ、第２のＩＣＭ３５８の出力は第２の位相調整済み信号Ｓ２（ｔ）・ｅｊ（Δφ１＋Δφ２＋Δφ３＋Δφ４）であり、第２の位相調整済み信号は、第１のチャネルＣＨ１及び第２のチャネルＣＨ２を介しての送信によって引き起こされる実際の位相遅延、及び第１のＩＣＭ３５６及び第２のＩＣＭ３５８によって求められた補償用位相遅延の影響を組み込む。ベースバンドは複素Ｉ／Ｑ信号であるので、位相シフトは、複素信号ベクトルを回転させることによって、すなわち、複素単位ベクトルｅｘｐ（ｊ・Δφ）との乗算によって成し遂げられ、それは位相誤差が±π未満である限り正常に機能する。
【００５５】
[0060]  第２の位相調整済み信号Ｓ２（ｔ）・ｅｊ（Δφ１＋Δφ２＋Δφ３＋Δφ４）はＰＥＤ３５２に入力され、ＰＥＤは、入力信号Ｓ１（ｔ）・ｅｊ０を第２の位相調整済み信号Ｓ２（ｔ）・ｅｊ（Δφ１＋Δφ２＋Δφ３＋Δφ４）と比較することによって累積位相誤差（ε）を求めるように構成される。位相誤差（ε）は、Δφ１＋Δφ２＋Δφ３＋Δφ４に近似的に等しい。ＰＥＤ３５２は、求められた位相誤差（ε）を示す誤差信号をＰＩＤ３５４に出力する。ＰＩＤ３５４は、ＰＥＤ３５２から受信された位相誤差信号に基づいて、制御信号（μ）を生成するように構成される。一実施形態において、ＰＩＤ３５４は、以下のように、式（１）に従って制御信号（μ）を生成する。ここで、Ｐは比例係数であり、Ｉは積分係数であり、Ｄは微分係数である（それぞれ、比例項、積分項及び微分項に関する非負の係数である）。
【数１】
2021510480.tif 000003
【００５６】
[0061]  開始値として、Ｐは１／（ω１＋ω２）に設定され、ＩはＤに設定されてもよい。ここで、Ｉ及びＤはそれぞれ０に等しく、ω１は第１のＲＦ信号の周波数成分を表し、ω２は第２のＲＦ信号の周波数成分を表す。したがって、Ｐは、そのチャネルに関して測定された位相誤差と、そのチャネルのために要求される時間遅延オフセットとを変換する。Ｐ、Ｉ及びＤに関する最適値は、開ループのインパルス応答に基づいて見つけられる。それらの値は、速い応答と高い安定性との間のバランスを与えるように最適化されることになる。Ｉ及びＤに関する厳密な値は、ワイヤレス通信システム４００のサンプリングレートにも関連する。
【００５７】
[0062]  ＰＩＤ３５４は第１のＩＣＭ３５６に制御信号（μ）を適用し、第１のＩＣＭは、第１の関数に従って制御信号（μ）を用いて第３の可変位相遅延（Δφ３（μ））を再び求め（更新し）、送信するための別の第１の位相調整済み信号Ｓ１（ｔ）・ｅｊΔφ３を出力する。次の第１の位相調整済み信号Ｓ１（ｔ）・ｅｊΔφ３がフィードバックループを通り抜けるのに応じて、ＰＩＤ３５４はまた、その後、第２のＩＣＭ３５８に制御信号（μ）を適用する。第２のＩＣＭ３５８は、第２の関数に従って制御信号（μ）を用いて第４の可変位相遅延（Δφ４（μ））を再び求め（更新し）、別の第２の位相調整済み信号Ｓ２（ｔ）・ｅｊ（Δφ１＋Δφ２＋Δφ３＋Δφ４）を出力する。当然、説明のために、これまでの説明は簡略化されている。実際の動作では、フィードバックループは、ある期間（すなわち、クロック同期期間）にわたって実質的に連続しているので、第１のＩＣＭ３５６及び第２のＩＣＭ３５８による位相調整は必ずしも一対一対応ではなく、それぞれの信号が入力されるのに応じて絶えず行われる。
【００５８】
[0063]  フィードバックループの結果として位相誤差（ε）が求められる（位相誤差が制御信号（μ）によって第１のＩＣＭ３５６及び第２のＩＣＭ３５８に伝達される）ことに起因して、第１のＩＣＭ３５６は、第１のチャネルＣＨ１の第１の可変位相遅延の逆相（−Δφ１）をより厳密に近似する第３の可変位相遅延（Δφ３（μ））の値を求めることができる。同様に、第２のＩＣＭ３５８は、第２のチャネルＣＨ２の第２の可変位相遅延の逆相（−Δφ２）をより厳密に近似する第４の可変位相遅延（Δφ４（μ））の値を求めることができる。それに応じて、フィードバックループの１回又は複数回の反復後に、第１の可変位相遅延（Δφ１）及び第２の可変位相遅延（Δφ２）の影響が低減され、及び／又は実質的に除去される。（例えば、第１のチャネルＣＨ１及び第２のチャネルＣＨ２によって誘発される）位相遅延がない場合、基地局３１０の（又は上記で論じられた、ＭＲＩシステム１００のメインユニットのような、基地局を組み込むシステムの）システムクロック及び移動局３２０のローカルクロックは、図３に示されるフィードバックループを通してクロック同期信号を単に送信することによって、許容可能な精度内で同期することができる。これは、位相情報を有するメッセージを基地局３１０と移動局３２０との間で交換する必要なく成し遂げられる。
【００５９】
[0064]  クロック同期は、ＭＲＩ受信機のクロックをサンプリングするために主に要求される高精度のクロック同期を可能にし、そのクロック同期は、ＭＲＩ信号に著しい位相誤差を導入することなくＭＲＩ信号をサンプリングするために、±２２ｐｓより良好なクロック精度を必要とする。種々の実施態様において、クロック同期はデータ通信とともに継続する。又は、クロック同期は周期的とすることができるか、又はクロック同期期間の合間にデータ通信が生じる場合に、「必要に応じて」行うことができる。例えば、起動時に、及び／又は１分若しくは１時間ごとなどに、本教示に従ってシステムクロックと同期すれば十分であるように、ローカルクロックが十分に正確な場合がある。
【００６０】
[0065]  図４は、典型的な実施形態による、複数のアップリンク及びダウンリンク周波数を有するワイヤレス通信システム内のクロックの位相同期を例示する機能ブロック図である。
【００６１】
[0066]  図４を参照すると、ワイヤレス通信システム４００が、基地局４１０及び移動局４２０を含み、それらは、ワイヤレス通信システム４００が複数のアップリンク及びダウンリンク周波数を介して動作することを除いて、図３の基地局３１０及び移動局３２０に類似である。したがって、基地局４１０及び移動局４２０は、基地局４１０の観点から、複数の第１のワイヤレス（アップリンク）チャネルＣＨ１１、ＣＨ１２．．．ＣＨ１Ｍを介して通信し、ただし、Ｍは正の整数であり、また、複数の第２のワイヤレス（ダウンリンク）チャネルＣＨ２１、ＣＨ２２．．．ＣＨ２Ｎを介して通信し、ただし、Ｎは正の整数である。図４に示されるように、クロックを同期させるためのシステム（及び対応するプロセス）は、図３を参照しながら上記で説明されたのと概ね同じようにして、これらのチャネルのそれぞれによって導入される位相遅延を低減し、及び／又は除去するために、第１及び第２のチャネルＣＨ１１／ＣＨ２１、ＣＨ１２／ＣＨ２２．．．ＣＨ１Ｍ／ＣＨ２Ｎの対を介して同期信号を送信及び受信することを伴う複数のフィードバックループを組み込む。第１及び第２のチャネルＣＨ１１／ＣＨ２１、ＣＨ１２／ＣＨ２２．．．ＣＨ１Ｍ／ＣＨ２Ｎの対によって、複数のアップリンク及びダウンリンク周波数をそれぞれ使用できるようになる。その概念は、超広帯域（ＵＷＢ）信号を取り扱うのに類似である。第１及び第２のチャネルの複数の対を介して複数の搬送波を使用することは、マルチパス干渉に対処するのを助ける。
【００６２】
[0067]  基地局４１０は、ＲＦ信号をそれぞれ送信及び受信するための対応する送信アンテナ４１６及び受信アンテナ４１７を備える基地局送受信機４１５を含み、移動局４２０は、ＲＦ信号をそれぞれ受信及び送信するための対応する受信アンテナ４２７及び送信アンテナ４２６を備える移動局送受信機４２５を含む。代替の構成では、基地局送受信機４１５及び移動局送受信機４２５のうちの一方又は両方が、本教示の範囲から逸脱することなく、個別の送信機及び個別の受信機を用いて実現されてもよい。同様に、本教示の範囲から逸脱することなく、基地局送受信機４１５及び／又は移動局送受信機４２５において単一のアンテナを用いて信号が送信及び受信される場合があるか、又は第１のチャネル及び第２のチャネルの対ごとに基地局送受信機４１５及び移動局送受信機４２５において一対のアンテナが供給される場合があることは理解されたい。
【００６３】
[0068]  上記で論じられたように、また、基地局４１０は処理ユニット４５０を含み、処理ユニットは、第１のチャネル及び第２のチャネルの対に関してそれぞれ位相誤差（ε）及び制御信号（μ）を特定するための１つ又は複数のＰＥＤ４５２及び１つ又は複数のＰＩＤ４５４を含む。また、基地局４１０は、複数の第１のＩＣＭ４５６−１１、４５６−１２．．．４５６−１Ｍ（それぞれの機能は第１のＩＣＭ３５６と同じであるので、その説明は詳細には繰り返されない）と、複数の第２のＩＣＭ４５８−２１、４５８−２２．．．４５８−２Ｎ（それぞれの機能は第２のＩＣＭ３５８と概ね同じであるので、その説明は詳細には繰り返されない）とを含む。
【００６４】
[0069]  より詳細には、第１のＩＣＭ４５６−１１、４５６−１２、４５６−１Ｍは対応する入力信号を受信し、入力信号は、移動局４２０のローカルクロック（図示せず）を基地局４１０によって使用されるシステムクロック（例えば、図１のクロック発生器１０８）を同期させるためのクロック同期信号である。第１のＩＣＭ４５６−１１は、第１のチャネルＣＨ１１の第１の可変位相遅延の逆相（−Δφ１１）を近似する第３の可変位相遅延（Δφ３１（μ１１））を求めるために、ＰＩＤ３５４を参照しながら上記で論じられたように、ＰＩＤ４５４によって出力される信号μ１１に応答して、その対応する入力信号に関して第１の関数を実行する。同様に、第１のＩＣＭ４５６−１２は、第１のチャネルＣＨ１２の第１の可変位相遅延の逆相（−Δφ１２）を近似する第３の可変位相遅延（Δφ３２（μ１２））を求めるために、制御信号μ１２に応答して、その対応する入力信号に関して第１の関数を実行し（例えば、第１のＩＣＭ４５６−１１、４５６−１２、４５６−１Ｍがそれぞれ１つの特定の搬送波及び周波数に対処する）、第１のＩＣＭ４５６−１Ｍは、第１のチャネルＣＨ１Ｍの第１の可変位相遅延の逆相（−Δφ１Ｍ）を近似する第３の可変位相遅延（Δφ３Ｍ（μ１Ｍ））を求めるために、制御信号μ１Ｍに応答して、その対応する入力信号に関して第１の関数を実行する。
【００６５】
[0070]  第１のＩＣＭ４５６−１１、４５６−１２、４５６−１Ｍの出力は第１の位相調整済み信号であり、それらの信号は、上記で論じられたように、第１のＲＦ信号を与えるために、基地局送受信機４１５によって異なる第１の周波数の第１のＲＦ搬送波上にそれぞれ変調される。第１のＲＦ信号は第１のチャネルＣＨ１１、ＣＨ１２、ＣＨ１Ｍを介してそれぞれ送信され、第１のチャネルは対応する第１の可変位相遅延（Δφ１１、Δφ１２、Δφ１Ｍ）を有する。第１の可変遅延はそれぞれ、それぞれの第１のチャネルを介して進む第１のＲＦ信号が受ける時間遅延と、対応する第１の周波数との積に近似的に等しい。
【００６６】
[0071]  移動局送受信機４２５は、遅延した第１のＲＦ信号を受信し、（ＰＬＬ４２８を用いて）第１のＲＦ搬送波を再生し、再生された第１のＲＦ搬送波に基づいて、対応する第２のＲＦ搬送波を生成する。一般に、１つのＰＬＬ（例えば、ＰＬＬ４２８）で十分であるが、本教示の範囲から逸脱することなく、更なるＰＬＬが組み込まれてもよい。また、互いに位相同期する複数の搬送波を使用するために、そのプロセスは改善される。これらの搬送波間の経時的な位相変動は、それぞれのチャネルの変化に起因する。ＰＬＬ４２８は、それぞれの再生された第１のＲＦ搬送波と位相同期する第２のＲＦ搬送波の異なる第２の周波数を与えるために周波数変換を実行する。遅延した第１のＲＦ信号は、第２のＲＦ信号を与えるために、移動局送受信機４２５によって第２の周波数の第２のＲＦ搬送波上に変調される。移動局送受信機４２５は、第２のＲＦ信号を、第２のチャネルＣＨ２１（第１のチャネルＣＨ１１と対をなす）、第２のチャネルＣＨ２２（第１のチャネルＣＨ１２と対をなす）及び第２のチャネルＣＨ２Ｎ（第１のチャネルＣＨ１Ｍと対をなす）を介して送信する。第２のチャネルＣＨ２１、ＣＨ２２、ＣＨ２Ｎは、対応する第２の可変位相遅延（Δφ２１、Δφ２２、Δφ２Ｎ）を有する。第２の可変遅延はそれぞれ、それぞれの第２のチャネルを介して進む第２のＲＦ信号が受ける時間遅延と、第２の周波数との積に近似的に等しい。
【００６７】
[0072]  基地局送受信機４１５は遅延した第２のＲＦ信号を受信し、第２のＲＦ搬送波を再生し、遅延した第２のＲＦ信号をベースバンドにダウンコンバートし、位相遅延した第２の信号を与える。位相遅延した第２の信号は、処理ユニット４５０の第２のＩＣＭ４５８−２１、４５８−２２、４５８−２Ｎに入力される。第２のＩＣＭ４５８−２１は、第２のチャネルＣＨ２１の第２の可変位相遅延の逆相（−Δφ２１）を近似する第４の可変位相遅延（Δφ４１（μ２１））を求めるために、ＰＩＤ３５４を参照しながら上記で論じられたように、ＰＩＤ４５４によって出力される制御信号μ２１に応答して、その対応する入力信号に関して第２の関数を実行する。同様に、第２のＩＣＭ４５８−２２は、第２のチャネルＣＨ２２の第２の可変位相遅延の逆相（−Δφ２２）を近似する第４の可変位相遅延（Δφ４２（μ２２））を求めるために、制御信号μ２２に応答して、その対応する位相遅延した第２の信号に関して第２の関数を実行し、第２のＩＣＭ４５８−１Ｎは、第２のチャネルＣＨ２Ｎの第２の可変位相遅延の逆相（−Δφ２Ｎ）を近似する第４の可変位相遅延（Δφ４Ｎ（μ２Ｎ））を求めるために、制御信号μ２Ｎに応答して、その対応する位相遅延した第２の信号に関して第２の関数を実行する。
【００６８】
[0073]  第２の位相調整済み信号がＰＥＤ４５２に入力され、ＰＥＤは、それぞれの入力信号を対応する第２の位相調整済み信号と比較することによって、第１のチャネル及び第２のチャネルの各対ＣＨ１１／ＣＨ２１、ＣＨ１２／ＣＨ２２、ＣＨ１Ｍ／ＣＨ２Ｎにわたる累積位相誤差（ε）を求めるように構成される。例えば、第１及び第２のチャネルＣＨ１１／ＣＨ２１対に関する位相誤差（ε）は、Δφ１１＋Δφ２２＋Δφ３１＋Δφ４１に近似的に等しい。ＰＥＤ４５２は、求められた位相誤差（ε）を示す誤差信号をＰＩＤ４５４に出力する。ＰＩＤ４５４は、ＰＩＤ３５４を参照しながら上記で論じられたように、ＰＥＤ４５２から受信された位相誤差信号に基づいて、制御信号（μ１１、μ１２、μ１Ｍ及びμ２１、μ２２、μ２Ｎ）を生成するように構成される。ＰＩＤ４５４は、制御信号（μ１１、μ１２、μ１Ｍ）を第１のＩＣＭ４５６−１１、４５６−１２、４５６−１Ｍにそれぞれ適用し、第１のＩＣＭは、ＩＣＭ３５６を参照しながら上記で論じられたように、第１の関数に従って第３の可変位相遅延（Δφ３１（μ１１）、Δφ３２（μ１２）、Δφ３Ｍ（μ１Ｍ））を再び求める。また、ＰＩＤ４５４は、制御信号（μ２１、μ２２、μ２Ｎ）を第２のＩＣＭ４５８−２１、４５８−２２、４５８−２Ｎにそれぞれ適用し、第２のＩＣＭは、それぞれフィードバックループの次の反復時に、ＩＣＭ３５６を参照しながら上記で論じられたように、第２の関数に従って第４の可変位相遅延（Δφ４１（μ２１）、Δφ４２（μ２２）、Δφ４Ｎ（μ２Ｎ））を再び求める。
【００６９】
[0074]  ここでも、説明のために、これまでの説明は簡略化されている。実際の動作では、フィードバックループのそれぞれは、ある期間（すなわち、クロック同期期間）にわたって実質的に連続しているので、第１のＩＣＭ及び第２のＩＣＭによる位相調整は一対一対応ではなく、同様に、それぞれの信号が入力されるのに応じて絶えず行われる。フィードバックループの１回又は複数回の反復後に、第１の可変位相遅延（Δφ１１、Δφ１２、Δφ１Ｍ）及び第２の可変位相遅延（Δφ２１、Δφ２２、Δφ２Ｎ）は低減され、及び／又は実質的に除去される。位相遅延がない場合、移動局４２０のローカルクロックは、フィードバックループを通してクロック同期信号を単に送信することによって、許容可能な精度内で基地局４１０のシステムクロックと同期することができる。
【００７０】
[0075]  図５は、典型的な実施形態による、基地局と移動局との間のワイヤレス通信システム内のクロックの位相同期を実行する方法を例示するフロー図である。基地局及び移動局は第１のチャネル及び第２のチャネルを介して通信し、第１のチャネルは第１の可変位相遅延（Δφ１）を有し、第２のチャネルは第２の可変位相遅延（Δφ２）を有する、その方法は、例えば、図３を参照しながら上記で論じられたように、ワイヤレス通信システム３００によって実施される。
【００７１】
[0076]  図５を参照すると、ステップＳ５１１において、基地局によって入力信号が受信される。例えば、入力信号は、移動局のローカルクロックを基地局の（又は基地局によって使用される）システムクロックと同期させるためのクロック同期信号である。ステップＳ５１２において、入力信号の位相を調整し、第１の位相調整済み信号を与えるために、入力信号に関して第１の関数が実行される。第１の関数は第１の逆チャネルモデルによって実行され、第１の逆チャネルモデルは、制御信号（μ）に応答して、第１のチャネルの第１の可変位相遅延の逆相（−Δφ１）を近似する第３の可変位相遅延（Δφ３（μ））を求める。制御信号（μ）は、ステップＳ５２１〜Ｓ５２２を参照しながら以下に論じられるように、位相誤差（ε）を補償する。ステップＳ５１３において、第１の位相調整済み信号が第１の周波数を有する第１のＲＦ搬送波上に変調され、第１の被変調ＲＦ信号が与えられる。
【００７２】
[0077]  ステップＳ５１４において、第１の被変調ＲＦ信号が、基地局から第１のチャネルを介して移動局に送信される。上記で言及されたように、第１のチャネルは第１の可変位相遅延（Δφ１）を有し、それは、第１のチャネルを介して移動局まで進む第１のＲＦ信号が受ける時間遅延（例えば、基地局と移動局との間の物理的距離の関数）と、第１のＲＦ搬送波の第１の周波数との積に概ね等しい。
【００７３】
[0078]  ステップＳ５１５において、移動局が第１のＲＦ信号を受信し、第１のＲＦ搬送波にロックするＰＬＬを用いて、第１のＲＦ搬送波を再生する。例えば、第１の周波数から第２の周波数への、再生された第１のＲＦ搬送波の周波数変換を実行することによって、ステップＳ５１６において、移動局が第２の周波数を有する第２のＲＦ搬送波を生成する。ステップＳ５１７において、移動局が、自らのローカルクロックを、再生された第１のＲＦ搬送波及び／又は生成された第２のＲＦ搬送波と同期させて、移動局においてシステムクロックを実効的に再生する。すなわち、基地局において位相補正が実行されるので、第１のＲＦ搬送波及び第２のＲＦ搬送波はいずれも位相補正済みである。それゆえ、第１のＲＦ搬送波、第２のＲＦ搬送波のいずれかが、システムクロックを再生するために使用される。例えば、第２のＲＦ搬送波は、移動局のローカルクロック（基準クロック）の倍数である。とりわけ、第２の搬送波は既に送信された信号であるので、第２のチャネルＣＨ２上に搬送波のみの信号を出力すれば十分であり、ただし、搬送波のみの信号はローカルクロックの倍数である周波数にあり、受信された第１のＲＦ搬送波のベースバンド周波数／位相オフセットから求められたベースバンド周波数／位相オフセットを有する。
【００７４】
[0079]  ステップＳ５１８において、第２のＲＦ信号（それは基本的には、第１のチャネルによって導入される第１の可変位相遅延だけ遅延した第１のＲＦ信号である）が第２の周波数を有する第２のＲＦ搬送波上に変調され、第２の被変調ＲＦ信号が与えられる。ステップＳ５１９において、第２の被変調ＲＦ信号が、移動局から第２のチャネルを介して基地局に送信される。上記で言及されたように、第２のチャネルは第２の可変位相遅延（Δφ２）を有し、第２の可変位相遅延は、第２のチャネルを介して基地局まで進む第２のＲＦ信号が受ける時間遅延と、第２のＲＦ搬送波の第２の周波数との積に概ね等しい。
【００７５】
[0080]  ステップＳ５２０において、基地局が第２の被変調ＲＦ信号を受信し、第２のＲＦ搬送波を再生し、位相遅延した第２の信号を与える。ステップＳ５２１において、位相遅延した第２の信号の位相を調整し、第２の位相調整済み信号を与えるために、位相遅延した第２の信号に関して第２の関数が実行される。第２の関数は、以下に論じられるように、制御信号（μ）に応答して、第２のチャネルの第２の可変位相遅延の逆相（−Δφ２）を近似する第４の可変位相遅延（Δφ４（μ））を用いて、第２の逆チャネルモデルによって、位相遅延した第２の信号に関して実行される。
【００７６】
[0081]  基地局は、基地局と移動局との間の元の入力信号の往復中に受けた位相誤差（ε）を検出し（ステップＳ５１２〜ステップＳ５２１）、ステップＳ５２２において、検出された位相誤差（ε）を示す位相誤差信号を生成する。例えば、上記で論じられたように、基地局内、及び／又は基地局と通信している処理ユニット内の位相誤差検出器（ＰＥＤ）によって、位相誤差（ε）が検出され、位相誤差信号が生成される。ＰＥＤは、例えば、第２の位相調整済み信号及び入力信号の位相を比較し、位相差を求めることによって、位相誤差（ε）を検出する。位相誤差信号は、比例・積分・微分コントローラ（ＰＩＤ）に与えられ、ステップＳ５２２において生成された位相誤差信号に基づいて、ステップＳ５２３において、ＰＩＤが制御信号（μ）を生成する。ステップＳ５１２へのリターンによって示されるステップＳ５２４において、基地局の第１の逆チャネルモデルに制御信号（μ）が与えられる。ステップＳ５２１へのリターンによって示されるステップＳ５２５において、基地局の第２の逆チャネルモデルにも制御信号（μ）が与えられる。
【００７７】
[0082]  フィードバックループのループの数は、本教示の範囲から逸脱することなく、いくつかのやり方において決定される。図５に示される例では、ステップＳ５２６において、システムクロック及びローカルクロックの同期が達成されたか否かが判断される。達成された場合には、そのプロセスは終了する。達成されていない場合には、ステップＳ５２７において、そのプロセスはステップＳ５１１に戻り、位相誤差を低減し、及び／又は除去するために、フィードバックループのループを完了する。その後、残りのステップＳ５１１〜Ｓ５２６が繰り返され、ステップＳ５１２及びＳ５２１において、第１及び第２の逆チャネルモデルが、ステップＳ５２３において生成された制御信号（μ）によって更新された対応する関数を実行する。一実施形態において、例えば、ステップＳ５２２において位相誤差（ε）が０である（又は何らかの所定のしきい値未満である）と判断されるまで、ステップＳ５１１〜Ｓ５２６が繰り返される。代替的には、例えば、実験データを通して、位相誤差（ε）を十分に除去することがわかっている所定の回数だけ、ステップＳ５１１〜Ｓ５２６が単に繰り返される。
【００７８】
[0083]  すなわち、後続の各ループでは、ステップＳ５１１において、第１の逆チャネルモデルが入力信号を受信する（入力信号は、クロック同期プロセスを通して絶えず受信されてもよい）。ステップＳ５１２において、入力信号の位相を調整し、第１の位相調整済み信号を与えるために、今度は、ステップＳ５２４において受信された制御信号（μ）に応答して求められた第３の可変位相遅延（Δφ３（μ））を用いて、入力信号に関して第１の関数が再び実行される。同様に、そのプロセスはステップＳ５２１に進み、位相遅延した第２の信号の位相を調整し、第２の位相調整済み信号を与えるために、今度は、ステップＳ５２５において受信された制御信号（μ）に応答して求められた第４の可変位相遅延（Δφ４（μ））を用いて、位相遅延した第２の信号に関して第２の関数が再び実行される。クロック同期がまだ達成されていないとき、ステップＳ５２６において、そのプロセスはステップＳ５１１に再び戻り、位相誤差を低減し、及び／又は除去するためにフィードバックループの別のループを完了する。
【００７９】
[0084]  図１〜図５に示される要素は、ハードウェア及びソフトウェアの種々の組合せにおいて実現され、単一の要素又は複数の要素において組み合わせられる機能を提供する。例えば、図１〜図５に示される種々の要素の機能は、専用ハードウェアの使用、及び適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用を通して与えられる。プロセッサによって与えられるとき、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又はそのうちのいくつかを共有することができる複数の個別のプロセッサによって、それらの機能を与えることができる。さらに、「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語が明確に使用される場合でも、ソフトウェアを実行することができるハードウェアだけを指すものと解釈されるべきではなく、限定はしないが、デジタルシグナルプロセッサ（「ＤＳＰ」）ハードウェア、ソフトウェアを記憶するためのリードオンリーメモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、不揮発性記憶装置などを暗に含むことができる。
【００８０】
[0085]  さらに、本発明の原理、態様及び実施形態を列挙する本明細書における全ての陳述、並びにその具体例は、構造的及び機能的両方のその均等物を含むことを意図している。さらに、そのような均等物は、現在知られている均等物、及び将来に開発される均等物（すなわち、構造にかかわらず、同じ機能を実行する、開発された任意の要素）を含むことを意図している。したがって、例えば、本明細書において提示されるブロック図は、本発明の原理を具現する例示的なシステム構成要素及び／又は回路の概念図を表すことを当業者は理解されよう。同様に、任意のフローチャート、フロー図などは、コンピュータ可読記憶媒体内に実質的に表され、それにより、コンピュータ又はプロセッサが明示されるか否かにかかわらず、そのようなコンピュータ又はプロセッサによって実行される種々のプロセスを表すことは理解されよう。
【００８１】
[0086]  さらに、本開示の実施形態は、コンピュータ又は任意の命令実行システムによって使用するか、又はそれに関連して使用するためのプログラムコードを与えるコンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能な非一時的コンピュータプログラム製品の形をとることができる。この説明において、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置若しくはデバイスによって使用するか、又はそれに関連して使用するためのプログラムを含むか、記憶するか、通信するか、伝搬させるか、又は移送することができる任意の装置とすることができる。媒体は、電子、磁気、光学、電磁、赤外線若しくは半導体システム（又は装置若しくはデバイス）或いは伝搬媒体とすることができる。コンピュータ可読媒体の例は、半導体若しくはソリッドステートメモリ、磁気テープ、取外し可能コンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、硬質磁気ディスク及び光ディスクを含む。光ディスクの現在の例は、コンパクトディスク−リードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−リード／ライト（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、ブルーレイ（商標）及びＤＶＤを含む。
【００８２】
[0087]  本明細書において種々の実施形態が開示されるが、本教示の概念及び範囲内にとどまる数多くの変形形態が可能である。それゆえ、開示された開示の特定の実施形態において変更を加えることができ、それらの変更は、添付の特許請求の範囲によって略述されるような本明細書において開示される実施形態の範囲内にあることは理解されたい。本明細書、図面及び特許請求の範囲を精査した後に、当業者にはかかる変形形態が明らかになるであろう。それゆえ、本発明は、添付の特許請求の範囲内を除いて、限定されるべきではない。
【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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【国際調査報告】
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