(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の位置における無線周波数（RF）ハーベスティングに利用可能なエネルギーを測定する周囲RFエネルギー測定装置であって、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナに結合され、周囲のRFエネルギーを測定する少なくとも１つの広帯域無線周波数検出器であり、各広帯域無線周波数検出器は、当該広帯域無線周波数検出器により受信されたRF入力パワーを示すアナログ出力を有する少なくとも１つの広帯域無線周波数検出器と、
各広帯域無線周波数検出器に結合され、前記アナログ出力をデジタル値に変換する少なくとも１つのアナログ・デジタル変換器と、
RFマルチプレクサを通じて前記複数のアンテナに結合され、RF周波数測定を実行するスペクトル分析器と、
前記スペクトル分析器及び前記広帯域無線周波数検出器に結合され、前記スペクトル分析器及び前記広帯域無線周波数検出器からのデータに基づいてRFハーベスティングに利用可能な周囲のRFエネルギーを示す出力を生成するコントローラと、
を有し、
各デジタル値は、特定の位置で利用可能なRFエネルギーを表す数値を提供するために較正関数に適用される測定装置。
【請求項２】
前記広帯域無線周波数検出器及び前記スペクトル分析器は、帯域に渡って合計エネルギーを同時に測定し、
更に、前記コントローラは、前記帯域に渡って測定値をまとめ、利用可能なRFパワーを判定する、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記広帯域無線周波数検出器のエネルギー測定データを前記スペクトル分析器からの測定データと関連付ける、請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】
前記コントローラは、
前記スペクトル分析器のデータに基づいて平均パワーを計算し、
前記広帯域無線周波数検出器からのデータに基づいて訂正係数を計算し、
当該装置を通じたRFパス毎に前記アンテナと測定機器との間の挿入ロスを計算し、
前記訂正係数及び挿入ロスを前記スペクトル分析器の平均パワーに適用し、平均パワーを調整するように動作可能であり、
調整された平均パワーは、ハーベスティングに利用可能なRFエネルギーを表す、請求項１に記載の測定装置。
【請求項５】
前記コントローラは、前記広帯域無線周波数検出器のパワーデータを変換し、前記広帯域無線周波数検出器のパワーデータと前記スペクトル分析器からのデータとを関連付けることにより、前記訂正係数を計算する、請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記スペクトル分析器は、Wi-Fiスペクトル範囲に渡って広がった複数の周波数のパワーを測定し、
更に、前記コントローラは、前記複数の周波数に関連する周波数を通じて前記スペクトル分析器により測定されたパワーを読み取り、複数の読み取り値を平均化して平均パワーを判定する、請求項１に記載の測定装置。
【請求項７】
複数の入力及び出力を有するマルチプレクサであり、前記複数の入力のそれぞれは、アンテナアレイの１つのアンテナに結合されたマルチプレクサと、
前記マルチプレクサの出力に結合され、前記スペクトル分析器の入力に結合された第１の出力と、前記広帯域無線周波数検出器の入力に結合された第２の出力とを有するRFスプリッタと、
を更に有する、請求項１に記載の測定装置。
【請求項８】
前記マルチプレクサは、n:1のRFマルチプレクサを実現するように共に動作可能な複数のRFスイッチと、n個のスイッチに結合され、唯一のスイッチが一度に１つの出力を生成するようにスイッチマトリクスの出力を制御するスイッチコントローラとを有する、請求項７に記載の測定装置。
【請求項９】
前記複数のアンテナは、複数の直線偏波アンテナを有し、
前記複数のアンテナのうち第１のグループのアンテナは水平偏波であり、第２のグループのアンテナは垂直偏波である、請求項１に記載の測定装置。
【請求項１０】
１つ以上のアンテナ、前記広帯域無線周波数検出器及び前記アナログ・デジタル変換器は、ハンドヘルド携帯可能デバイスに含まれる、請求項１に記載の測定装置。
【請求項１１】
前記RFエネルギーは、Wi-Fiエネルギーを有する、請求項１に記載の測定装置。
【請求項１２】
無線周波数（RF）ハーベスティングに利用可能なRFエネルギーを判定するためにRFエネルギーを処理する方法であって、
Wi-Fiスニファーにより、RF周波数測定を行うスペクトル分析器及び少なくとも１つの広帯域無線周波数検出器により測定されたデータ内でWi-Fiトラヒックの存在を確認するステップと、
複数のアンテナに結合された前記少なくとも１つの広帯域無線周波数検出器を使用してRFエネルギーを測定するステップと、
前記複数のアンテナにより受信されたRF入力パワーを示すアナログ出力を生成するステップと、
前記アナログ出力をデジタル値に変換するステップと、
RFエネルギーを表す数値を取得するために、前記デジタル値を較正関数に適用するステップと、
を有する方法。
【請求項１３】
スペクトル分析器からのRF周波数測定値を取得するステップと、
前記広帯域無線周波数検出器からの前記デジタル値及び前記スペクトル分析器からのデータに基づいて、RFハーベスティングに利用可能な周囲のRFエネルギーを示す出力を生成するステップと、
を更に有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記スペクトル分析器からのRF周波数測定値に基づいて平均パワーを計算するステップと、
前記広帯域無線周波数検出器からのデータに基づいて生成されたデジタル値に基づいて訂正係数を計算するステップと、
装置を通じたRFパス毎に前記アンテナと測定機器との間の挿入ロスを測定するステップと、
前記訂正係数及び挿入ロスを前記平均パワーに適用し、平均パワーを調整するステップであり、調整された平均パワーは、ハーベスティングに利用可能なRFエネルギーを表すステップと、
を更に有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記訂正係数を計算するステップは、
前記広帯域無線周波数検出器のパワーデータを変換するステップと、
前記広帯域無線周波数検出器のパワーデータと前記スペクトル分析器からのデータとを関連付けるステップと、
を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記RFエネルギーは、Wi-Fiエネルギーを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
コントローラにより実行された場合に、前記コントローラに対して、
スペクトル分析器からの特定の周波数帯域のRF周波数測定に基づいて平均パワーを計算するステップと、
広帯域無線周波数検出器による前記帯域の測定に基づいて生成されたデジタル値に少なくとも部分的に基づいて訂正係数を計算するステップと、
前記訂正係数を前記平均パワーに適用し、平均パワーを調整するステップであり、調整された平均パワーは、ハーベスティングに利用可能なRFエネルギーを表すステップと、
を有する方法を実行させる命令を格納した１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体を有する製造物。
【請求項１８】
前記方法は、
前記スペクトル分析器からRF周波数測定値を取得するステップと、
前記広帯域無線周波数検出器からの前記デジタル値と前記スペクトル分析器からのデータとに基づいて、RFハーベスティングに利用可能な周囲のRFエネルギーを示す出力を生成するステップと、
を更に有する、請求項１７に記載の製造物。
【請求項１９】
前記訂正係数を計算するステップは、
前記広帯域無線周波数検出器のパワーデータを変換するステップと、
前記広帯域無線周波数検出器のパワーデータと前記スペクトル分析器からのデータとを関連付けるステップと、
を有する、請求項１７に記載の製造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、無線周波数（RF：radio-frequency）エネルギーハーベスティング（エネルギー収穫）の分野に関し、特に、本発明の実施例は、対数増幅器（LogAmp：logarithmic  amplifier）及び／又はスペクトル分析器のような広帯域無線周波数検出器を含む装置からのデータに基づいて収穫され得るRFエネルギーを測定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
RFID（Radio  Frequency  Identification）タグは、次第に一般的になってきている。検知機能を含むRFIDタグは、室内及び室外の双方の検知用途において多くの無線センサアプリケーションに対処する一般的に安価な効率的な手段として現れてきている。RFIDタグのように純粋にパッシブなタグは、RFトランシーバ／リーダによりアクティブに問い掛けられた場合、自らを起動するエネルギーを受信し、これにより、取り付けられた検知素子から読み取り値を取得することができる。一般的に、１つ以上のセンサを備えたRFIDタグは、リーダによるアクティブな問い掛け中以外の時間に、取得された情報を測定して格納するためのエネルギー源を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
次世代のセンサネットワークは、バッテリの必要性を回避するため、エネルギーハーベスティング（energy  harvesting）技術により電源供給される可能性がある。エネルギーハーベスティングは、エネルギーが外部のソース（例えば、無線周波数エネルギー、太陽エネルギー、熱エネルギー、風力エネルギー、塩分勾配及び運動エネルギー）から導かれて取得されて格納される処理である。
【０００４】
エネルギーは、無線で伝搬する無線周波数信号から収穫される可能性がある。RFハーベスティングでは、無線エネルギーは、無線周波数送信からエネルギーを収穫するデバイスから或る程度の距離だけ離れた無線周波数送信装置から生じる。
【０００５】
今日使用されるRFの一般的な形式の１つは、Wi-Fi通信である。今日では、ほとんどのWi-FI通信は、2.4GHz及び5.8GHz周波数帯域にあり、Wi-Fiクライアントがインターネットのようなネットワークへのアクセスを取得することをアクセスポイントが可能とするWi-Fiに基づく多くのローカルエリアネットワークが存在する。更に、2.4GHz及び5.8GHz帯域はまた、Zigbee(登録商標)及びBluetooth(登録商標)のような他のネットワーキング標準及び他の独自仕様のネットワークもサポートしており、それぞれが、この同じ空間で通信することによりエネルギーを送信している。更に、異なる通信プロトコルをサポートする他の周波数帯域も存在し、それぞれが、通信する場合にエネルギーを送信する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
無線周波数エネルギーを測定する方法及び装置がここに開示される。一実施例では、この装置は、１つ以上のアンテナと、１つ以上のアンテナに結合され、周囲のRFエネルギーを測定する広帯域無線周波数検出器（例えば、対数増幅器（LogAmp））であり、１つ以上のアンテナにより受信されたRF入力パワーを示すアナログ出力を有する広帯域無線周波数検出器と、広帯域無線周波数検出器に結合され、アナログ出力をデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換器であり、デジタル値はRFエネルギーを表す数値を提供するためにパスロス推定と共に較正参照テーブルに適用されるアナログ・デジタル変換器とを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ハンドヘルドデバイスの一実施例のブロック図
【図２】RF測定処理の一実施例のフローチャート
【図３】複数の異なる検出器を使用する周囲RFエネルギー測定装置の一実施例
【図４】スペクトル分析器及び広帯域無線周波数検出器からのデータに基づいてRFエネルギーの指標を生成する処理の一実施例のフローチャート
【図５】本発明の実施例を実施するために使用され得るコンピュータシステムのブロック図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、以下に与える詳細な説明及び本発明の様々な実施例の添付図面から完全に理解される。しかし、以下の詳細な説明及び添付図面は、本発明を特定の実施例に限定すべきではなく、説明及び理解のみを目的としている。
【０００９】
（特定の位置における）RFハーベスティングに利用可能な無線周波数（RF：radio-frequency）エネルギーを測定する方法及び装置について説明する。一実施例では、RFエネルギーは、2.4GHzのWi-Fi周波数帯域からのもの（Wi-Fiエネルギー）である。或る実施例では、RFエネルギーは、WiFi送信以外からのソースから収穫されてもよい。測定装置は、他のRFソース（例えば、Bluetooth、Zigbee等）、振動等、及び異なるRF周波数スペクトルから収穫され得るエネルギー量を測定するために使用されてもよい。
【００１０】
以下の説明では、本発明の完全な説明を提供するために複数の詳細が示されている。しかし、本発明は、これらの特定の詳細なしに実施されてもよいことが当業者に明らかである。他の場合にも、本発明を曖昧にすることを回避するため、周知の構成及びデバイスは、詳細にではなく、ブロック図形式で示されている。
【００１１】
以下の詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビット上での演算を表すアルゴリズム及びシンボル表現に関して提示されている。これらのアルゴリズムの記載及び表現は、成果の内容を他の当業者に最も効果的に伝えるためにデータ処理分野の当業者により使用される手段である。ここでは、アルゴリズムは、一般的に所望の結果をもたらす首尾一貫した一連のステップであると考えられる。ステップは、物理量の物理的な操作を必要とするものである。通常では、必ずしも必要ではないが、これらの量は、格納、伝送、結合、比較及びその他に操作されることが可能な電気信号又は磁気信号の形式になる。主に一般的な使用法の理由で、時としてこれらの信号をビット、値、要素、シンボル、文字、語、数値等として示すことが便利であると証明されている。
【００１２】
しかし、これらの用語及び同様の用語の全ては、適切な物理量に関連付けられるものであり、単にこれらの量に適用される便利なラベルである点に留意すべきである。以下の説明から明らかなように、特に言及しない限り、詳細な説明を通じて“処理”、“計算”、“算出”、“判定”、“表示”等のような用語を利用した説明は、コンピュータシステム又は同様の電子計算デバイスの動作及び処理を示すことが分かる。例えば、コンピュータシステムのレジスタ内の物理（電子）量として表されたデータを、コンピュータシステムのメモリ若しくはレジスタ又は他の情報記憶、伝送若しくは表示デバイス内の物理量として同様に表された他のデータに操作及び変換することでもよい。
【００１３】
本発明は、ここでの動作を実行する装置にも関する。この装置は、特に必要な目的のために構成されてもよく、コンピュータに格納されたコンピュータプログラムにより選択的に活性化又は再構成される汎用コンピュータを有してもよい。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体に格納されてもよい。コンピュータ可読記憶媒体は、フロッピー(登録商標)ディスク、光ディスク、CD-ROM及び光磁気ディスクを含むいずれかの種類のディスクを含む。また、コンピュータ可読記憶媒体は、それぞれコンピュータシステムバスに結合された読み取り専用メモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ（RAM）、EPROM、EEPROM、磁気若しくは光カード又は電子命令の格納に適した他の種類の媒体を含む。しかし、これらに限定されない。
【００１４】
ここに提示されるアルゴリズム及び表示は、いずれかの特定のコンピュータ又は他の装置に本質的に関係しているとは限らない。様々な汎用システムは、ここの技術に従ったプログラムと共に使用されてもよく、必要な方法のステップを実行するように特化された装置を構成することが便利であると証明されることもある。様々なこれらのシステムのための必要な構成は、以下の説明から明らかになる。更に、本発明は、特定のプログラミング言語で記述されない。ここに記載の本発明の教示を実施するために、様々なプログラミング言語が使用されてもよいことが分かる。
【００１５】
機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）により読み取り可能な形式で情報を格納又は送信するいずれかの機構を含む。例えば、機械可読媒体は、読み取り専用メモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ（RAM）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス等を含む。
【００１６】
＜測定装置の概要＞
前述のように、測定装置の一実施例は、2.4GHz  ISM帯域（2.4GHz〜2.5GHz）において全ての利用可能なエネルギーを測定する。測定装置の他の実施例は、他の帯域において単独で又は2.4GHZ  ISM帯域と組み合わせて利用可能なエネルギーを測定する。この帯域は、WiFiを含むだけでなく、Zigbee、Bluetooth、他のハンドヘルドデバイス無線通信、及び電子レンジからの放射すらも含む点に留意すべきである。ここに記載の測定装置の実施例は、これらのデバイスが測定装置の近くに存在する場合に、全てのこれらのデバイスからのRFエネルギーを測定する。別の実施例では、RFハーベスティングに利用可能なエネルギーを判定するために、他の周波数帯域のRFが測定される。
【００１７】
一実施例では、エネルギー装置は、サイト最適化に使用可能なハンドヘルド携帯可能デバイスを有する。図１は、ハンドヘルドデバイス100の一実施例のブロック図である。図１を参照すると、ハンドヘルドデバイス100は、単一の無指向性アンテナ101を有する。アンテナ101は、指向性でもよいが、このことは、デバイスの方向に基づいて測定可能なエネルギーの種類を制限する。複数のアンテナが使用されてもよいが、必ずしも精度を向上させるとは限らず、デバイスに対してサイズ、コスト及び重さを増加させる。
【００１８】
広帯域無線周波数検出器（例えば、LogAmp）103は、アンテナ101により受信されたRFエネルギーを測定するように結合され、アナログ電圧又は電流のようなアナログ出力を生成する。アナログ・デジタル（ADC：analog-to-digital）/データ取得デバイス（アナログ・デジタル変換器）104は、アナログ出力をデジタル値に変換する。コントローラ105は、ADCデータ取得デバイス104からデジタル値を受信する。この値は、アンテナ101で受信したエネルギーを表す。コントローラ105は、所定の数学関数又は参照テーブルへのこの値の数学的補間法を実行し、アナログ読み取り値をRFエネルギー読み取り値に変換する。所定の数学関数又は参照テーブルは当該技術分野において周知のように広帯域無線周波数検出器103の制御された較正ステップの間に生成されており、図４において後述する。コントローラ105は、これをディスプレイ107に表示させる。表示されたデジタル値は、RFエネルギーハーベスティングのために取得される利用可能なRFエネルギーを表す。
【００１９】
図２は、RF測定処理の一実施例のフローチャートである。この処理は、ハードウェア（回路、専用ロジック等）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム又は専用機械で実行するようなもの）、又は双方の組み合わせを有してもよい処理ロジックにより実行される。一実施例では、この処理は、図１のハンドヘルドデバイスにより実行される。他の実施例では、この処理は、スイッチマトリクスにより相互接続されてシステムコントローラにより制御される複数のアンテナを提供してもよい更に詳細な測定システムにより実行される。
【００２０】
図２を参照すると、処理は、処理ロジックが広帯域無線周波数検出器を使用して複数のアンテナにより受信された特定の周波数領域（例えば、2.4GHz  ISM帯域等）のRFエネルギーを測定することにより始まる（処理ブロック201）。複数のアンテナは、利用可能なRFエネルギーの正確で指向性のある推定を提供するために使用されてもよいが、単一の指向性又は無指向性アンテナが使用されてもよい。アンテナ入力を単一の出力に多重するために、スイッチマトリクスが使用されてもよい（スイッチマトリクスコントローラにより制御されるように各アンテナの間を切り替える）。次に、処理ロジックは、スイッチマトリクスを通じて供給されたとおりに（或いは、唯一のアンテナが使用される場合にはスイッチマトリクスを迂回して）、複数のアンテナにより受信されたRF入力パワーを示すアナログ出力を生成する（処理ブロック202）。処理ロジックは、アナログ電圧出力を、RFハーベスティングに利用可能な測定されたRFエネルギーを表すデジタル値に変換する（処理ブロック203）。これは、実際のデータ収集の前に信号生成器からの既知の信号入力で実行された較正段階に基づく（図４において後述する）。処理ロジックは、後処理及び詳細な分析のために測定されたRFエネルギーを格納し（処理ブロック204）、測定されたRFエネルギーをディスプレイに表示する（処理ブロック205）。この測定されたRFエネルギーは、或る時間に渡って取得され、格納され、平均化されてもよい。
【００２１】
他の実施例では、測定装置は、異なる種類の検出器を使用して2.4GHz  ISM帯域に渡って合計エネルギーを同時に測定し、帯域内で観測されたエネルギーの詳細な測定を提供する。一実施例では、分析アルゴリズムは、帯域に渡って測定値をまとめ（積分し）、利用可能なRFパワーを判定する。測定値がスペクトル分析器のような周波数特有のデバイスからのものである場合、この積分は、取得された平均測定値の平均である。最大値は、利用可能な実際のデータを表さない（最大値は高すぎて一般的ではない）。
【００２２】
一実施例では、周囲RFエネルギー測定装置は、複数の異なる測定技術を使用した複数の検出器を含み、他の検出器の測定結果を修正、訂正又は照合するために少なくとも１つの検出器のRF測定値に基づいて生成された訂正係数を使用する。例えば、複数の異なる測定技術を使用した複数の検出器は、広帯域無線周波数検出器、LogAmp及びスペクトル分析器を含む。修正された測定値は、測定装置の出力になる。
【００２３】
図３は、複数の検出器を使用する周囲RFエネルギー測定装置の一実施例を示している。図３を参照すると、システム300は、複数のアンテナを有するアンテナアレイ301を有する。一実施例では、アンテナアレイ301は、水平偏波に構成された６個の60度の2.4GHzパッチアンテナと、垂直偏波に構成された６個の60度の2.4GHzアンテナとを有する。（アンテナアレイ301は、複数の直線偏波アンテナを有してもよい。また、第１のグループのアンテナは水平偏波であり、第２のグループのアンテナは垂直偏波でもよい。）一実施例では、アンテナアレイ301はまた、任意選択の2.4GHz無指向性アンテナを有する。
【００２４】
アンテナアレイ301の出力は、スイッチマトリクス302に結合される。スイッチマトリクス302は、マルチプレクサとして動作するようにスイッチ制御306により制御される。一実施例では、スイッチマトリクス302は、16:1のRFマルチプレクサとして動作する15個のスイッチを有する。他の実施例では、スイッチマトリクス302及びスイッチ制御306は、RFマルチプレクサと置換される。（マルチプレクサは、n:1のRFマルチプレクサを実現するように共に動作可能な複数のRFスイッチと、n個のスイッチに結合され、唯一のスイッチが一度に１つの出力を生成するようにスイッチマトリクスの出力を制御するスイッチコントローラとを有する。）
一実施例では、システム300は、スイッチマトリクス302の出力を広帯域無線周波数検出器（例えば、LogAmp）303とスペクトル分析器310との間に分離するために、マルチプレクサの出力においてRFスプリッタを含む。これは、測定デバイスが同じデータを同時に取得することを可能にする。データが取得されている間に無線でのWi-Fiトラヒックの有無を確認するために、スプリッタの出力は、Wi-Fiスニファー311にも接続する。スプリッタはまた、３方向以上のデバイスでもよい。このRFスプリッタは、本発明を曖昧にしないように図示されていない。
【００２５】
広帯域無線周波数検出器303は、スイッチマトリクス302からの出力でRF変換を実行し、アンテナアレイ301により受信されているRFエネルギーを示すアナログ出力を生成する。一実施例では、広帯域無線周波数検出器303は、Analog  DevicesからのADL5513対数増幅器を有する。アナログ・デジタル（ADC）/データ取得デバイス304は、アナログ出力をデジタル値に変換する。
【００２６】
スペクトル分析器310も、スイッチマトリクス302からの出力でRF測定を実行する。一実施例では、スペクトル分析器310は、AgilentのN9320A  RF  Spectrum  Analyzer,  9KHz-3GHzを有する。
【００２７】
コントローラ305は、ADCデータ取得デバイス104からのデジタル値と、スペクトル分析器310からのデータ（RF周波数測定値）とを受信する。コントローラ305は、まずADCデータ取得デバイス104からのデジタル値をRFエネルギー測定値に変換する。これは、広帯域無線周波数検出器303の較正段階の間に前もって生成された、既知の入力源で取得されたデータの補間又は参照テーブルにより実現される。コントローラ305はまた、スペクトル分析器のデータセットからの平均データを計算する。この平均は、スペクトル分析器の単一のトレースのスイープ（single  trace  sweep）における全てのエネルギー測定値を加算し、測定装置のスペクトル分析器により記録された全てのスイープに渡るその数値の平均を計算することにより計算される。また、スペクトル分析器の単一のスイープは、スイープ領域内の特定の周波数でのRFエネルギー読み取り値で構成される点に留意すべきである。これらの個々のサンプルは、“ビン（bin）”に分割される。これらの“ビン”はまた、スペクトル分析器のスイープ領域の全ての周波数に渡ってスペクトル分析器の平均“スイープ”を取得するために、全てのスイープに渡って平均されてもよい。コントローラ305は、広帯域無線周波数検出器303から取得された訂正係数をスペクトル分析器310に適用し、ハーベスティングに利用可能なRFエネルギーの指標を生成するために、較正（後述する）から取得されたパスロスデータを適用する。コントローラ305は、ディスプレイ30に表示されるこの出力（単一の数値）を送出する。特定の周波数での利用可能なRFエネルギーの正確な周波数特有の図を取得するために、同じ訂正係数は平均“スイープ”データに適用されてもよい。このデータは、後の分析のために、コントローラ305によりデータベースにログ記録及び格納されてもよい。
【００２８】
一実施例では、システム300は、スペクトル分析器310及び広帯域無線周波数検出器303によりサンプリングされているデータの有効性を確認するためのWi-Fiスニファー311を任意選択で含む。すなわち、システム300は、Wi-Fiデータが存在することを確認するためのWi-Fiスニファー311を任意選択で含む。これは任意選択である。
【００２９】
一実施例では、システム300は、１つ以上の環境センサ321を任意選択で含む。これらは、湿度計、温度計、照明計、音量計等を含んでもよい。これらは、環境要因と測定テータの変化とを互いに関連付けるために使用されてもよい。
【００３０】
一実施例では、システム300は、装置が常にプラグ接続されていることを必要とせずに、システム300の様々な構成要素に電力を供給する無停電電源装置322又は他の種類のバッテリを任意選択で含む。無停電電源装置322は、UPS（uninterruptable  power  supply）と呼ばれる。
【００３１】
＜データ取得＞
スペクトル分析器310と広帯域無線周波数検出器303との双方は、RF測定を行う。一実施例では、コントローラ305は、双方からの測定データをより正確な測定結果に結合するために必要な前処理を実行する。
【００３２】
＜スペクトル分析器＞
一実施例では、スペクトル分析器303は、周波数範囲（例えば、9KHz〜3GHz）での信号をサンプリングし、461個（固定数）のビンへの狭帯域フィルタ（例えば、1MHz、300KHz又は100KHzに設定可能）を通過するパワーを測定する。461個のビンは、Wi-Fiスペクトル範囲（2.40〜2.50GHz）に渡って広がるように構成される。測定されたパワーは、RAMの単位（461個のデータポイント）に格納され、コントローラ305により読み取られる。一実施例では、コントローラ305は、スペクトル分析器303による周波数を通じた各スイープの後にデータを読み取る。
【００３３】
一実施例では、スペクトル分析器310のサンプリングレートは発生しているWi-Fiトラヒックよりもかなり低いため、ビン毎のサンプルは、サンプリングされている実際のWi-Fiパケットに関して依然として無作為化されている点に留意すべきである。例えば、Wi-Fiトラヒックは1000倍までも高速である。従って、ビンは実際に無相関のイベントである。言い換えると、それぞれのスイープと、単一のスイープ内のそれぞれのビンのサンプルとは、その特定の時点に存在する2.4GHzエネルギーのサンプル中のものを表している。従って、利用可能なエネルギーの分布からのランダムに引き出されたもの（random  draw）である。従って、一実施例では、スペクトル分析器310による信頼性の高い読み取り値を確保するために、複数のデータポイントが取得されて平均化される。
【００３４】
また、ビンに関して、フィルタリングは完璧ではないため、各ビンがスペクトル分析器310によりサンプリングされるときに、隣接するビンN-1及びN+1からのエネルギーも、ビンNにおけるエネルギーとして報告される可能性がある。これは、スペクトル分析器310が平均化又は積分のような数値的処理の間に膨張した総計パワー読み取り値を報告する可能性があることを意味する。また、単一のビンに関しても、ビンの左、中央又は右の同じ入力周波数が異なる振幅測定値を生成するが、全て同じビンで報告されることになる。従って、一実施例では、最小スイープ時間及びビン内の変動の最適値を、実際に近い振幅測定値と組み合わせるために、測定のためのサンプルレートが選択される（例えば、300KHz  RBW）。
【００３５】
しかし、これらの振幅は、依然として訂正を必要とする。訂正は、第２の測定デバイス（すなわち、広帯域無線周波数検出器303）に基づく。
【００３６】
＜広帯域無線周波数検出器（例えば、LogAmp）＞
広帯域無線周波数検出器303は、RFエネルギーを受信し、出力電圧を生成する。一実施例では、出力電圧は、
Vout=Klog(Vin)＋Voffset
により与えられる。
ただし、Kは一定の係数である。一実施例では、Kは、RFエネルギーを生成して広帯域無線周波数検出器の出力電圧（Vout）を測定する関数生成器又は他の既知の方法からデータを生成することにより、実際のデータ収集のために広帯域無線周波数検出器を使用する前の較正段階で測定される。或る実施例では、オフセット電圧Voffsetの測定が行われ、較正段階に含まれる。これらの測定から、既知のRFエネルギー入力に対する測定された電圧出力の関係を示す曲線が生成されてもよい。これから、他の測定された電圧出力が曲線に適用されてもよく、RF入力エネルギーが曲線から補間されてもよい。従って、広帯域無線周波数検出器303は、特定のRF入力パワーについて、全体の周波数帯域に渡って集められた電圧出力値を生成する。出力電圧値は、ADC304でデジタル電圧値にデジタル化される。
【００３７】
一実施例では、コントローラ305は、広帯域無線周波数検出器303のデータ（エネルギー測定データ又はパワーデータ）をスペクトル分析器310のデータに関連付け、ハーベスティングに利用可能なRFエネルギーを示す出力を生成するための訂正係数を構築する。これは以下に詳細に説明する。
【００３８】
＜コントローラの後処理＞
データが２つの測定デバイス（すなわち、広帯域無線周波数検出器303及びスペクトル分析器310）から収集されると、コントローラ305は、データで後処理を実行する。一実施例では、後処理は、広帯域無線周波数検出器のデータ（一連の測定値）を用いて、全てのスペクトル分析器のデータ（サンプル及びビン）を、特定の測定の単一のパワー値の結果に結合する。
【００３９】
＜スペクトル分析器での平均パワーの計算＞ 
測定装置の第１の目的は、2.4GHz  Wi-Fi帯域で利用可能な毎時エネルギー（J/h）を推定することである。一実施例では、取得されたデータで、コントローラ305は、スペクトル分析器から取得されたデータの測定されたパワー値を生成する。
【００４０】
一実施例では、処理は、（アンテナ毎に）スペクトル分析器から収集されたパワーサンプル{P(fi,tj)}の２次元配列で始まる。
【００４１】
{P(fi,tj)}  （mW単位）
ただし、{tj}はサンプル時間1≦i≦Xであり、{fi}はビンの中心周波数1≦i≦Yであり、ビン幅はdfbinである。
【００４２】
スペクトル密度は以下の式に従って計算される。
【００４３】
psd(fi,tj)=P(fi,tj)／FRBW
ただし、FRBWはスペクトル分析器の分解能の帯域幅構成である。これは、1MHz、300KHz、100KHzでもよく、如何なる分解能の帯域幅がスペクトル分析器によりサポートされて使用されてもよい点に留意すべきである。
【００４４】
計算されたスペクトル密度を使用して、平均及び最大スペクトル密度は、以下の式に従ってtjに渡って計算される。
【００４５】
psd mean(fi)=(1／Nsamples)×Σ(j)psd(fi,tj)
psd max(fi)=max(j)psd(fi,tj)
後処理は、以下の式に従ってビン毎の“平均”デューティサイクルを推定してもよい。
【００４６】
DutyCycle(fi)=psd mean(fi)／psd max(fi)
これは任意選択の処理ステップである点に留意すべきである。
【００４７】
スペクトル分析器310からのデータに基づいて、コントローラ305は、時間Tに渡って合計エネルギーを計算する。
【００４８】
Esa(T)=T×dfbin×Σ(i)psd mean(fi)
＜訂正係数の計算及びスペクトル分析器のデータへの訂正係数の適用＞
コントローラ305は、スペクトル分析器310の分解能の帯域幅（例えば、1MHz、300KHz、100KHz等）から生じる、典型的な測定装置で使用される帯域通過フィルタF(RBW)の不正確性を補うために、訂正係数Kを推定する。訂正係数を生成するために、コントローラ305は、広帯域無線周波数検出器303からのデータを（少なくとも部分的に）使用する。
【００４９】
一実施例では、広帯域無線周波数検出器303からのデータは、スペクトル分析器のデータと同じ時間に渡って収集された電圧サンプルの一次元配列{Vout(tm)}（1≦m≦Zサンプル）である。電圧サンプルの集合{Vout(tm)}は、参照テーブルPin(tm)=C(Vout)で組み合わされた線形補間式である較正関数Cを使用して、入力パワー{Pin(tm)}に変換される。一実施例では、参照テーブルは、広帯域無線周波数検出器の較正ステップとして生成される。較正は、広帯域無線周波数検出器毎に１回実行されさえすればよいが、無線周波数検出器の間の製造誤差のため、各広帯域無線周波数検出器について少なくとも１回実行される必要がある。或る実施例では、広帯域無線周波数検出器の温度が変化した場合、新たな較正処理を実行する必要がある。
【００５０】
コントローラ305は、以下のように、広帯域無線周波数検出器303に従って時間Tに渡って収穫されたエネルギーを推定する。
【００５１】
Elogamp(T)=(T／Σ(m)Δtm)×Σ(m)pin(tm)×Δtm
次に、コントローラ305は、以下の式に従って一定の訂正係数を推定する。
【００５２】
K=Elogamp(T)／Esa(T)
訂正係数Kは、ユニットが最初に較正されるときに一度のみ生成されればよい。時間によって大きくずれることはないが、ユーザにより必要と考えられる頻度で再較正されてもよい。更に、訂正係数Kを測定及び計算するために使用された同じ較正ステップの間に、任意選択でパスロスも測定されてもよい。パスロスは、RFエネルギーがアンテナアレイから測定デバイス（例えば、スペクトル分析器及び広帯域無線周波数検出器）に移動するときに、システム、ケーブル及び測定装置に対して失われるRFエネルギーの量の相対的な指標である。（パスロスは、RFパス毎のアンテナと測定機器との間の挿入ロスを示してもよい。）一実施例では、パスロスは、ネットワークアナライザを使用して測定されてもよい。他の実施例では、パスロスは、以下のような手順を使用して測定されてもよい。
1)（アンテナの代わりに）信号生成器をアンテナスイッチマトリクスの第１の入力に接続する。RF測定チェーンの出力（図３の特定の例では、RFスプリッタの１つのチャネルの出力）にスペクトル分析器を接続する。
2)信号生成器で既知の振幅及び周波数を有する既知の信号を生成する。スペクトル分析器で振幅を測定する。元の振幅と測定された振幅との間の差がパスロスである。
3)全てのアンテナアレイからの全てのパスが較正されるまでステップ2を繰り返す。
4)スプリッタの全ての出力についてステップ3を繰り返す（スプリッタ及び異なるケーブルを通じた異なるパスは異なるパスロスを有する可能性があるため）。
5)一般的に、パスロスはパス毎には大きく変化しないため、全ての測定値に適用する１つの単一の数値（KPathLoss）を取得するために平均化されてもよい。しかし、ユーザはまた、別々のパスロスの数値を維持管理し、個々に各データ測定値に適用してもよい。
【００５３】
コントローラ305は、以下の式に従って、訂正係数をいずれかのスペクトル分析器に基づくエネルギー推定値Esa(T)に適用する。
【００５４】
Ecorrected(T)=K×Esa(T)×KPathLoss
訂正されたエネルギー推定値は、サンプルのパワー測定値として使用される。（このように、コントローラ305は、訂正係数及びパスロスを平均パワーに適用し、平均パワーを調整するように動作可能である。）
要するに、スペクトル分析器310は、サンプル中の高いスペクトル内容を有する非常に狭い帯域であり、ビン毎のフィルタの性質のため、いずれかの時点でいずれか１つの周波数で利用可能なパワーを過剰に報告している。一方で、広帯域無線周波数検出器303は、非常に広帯域の高いサンプリングレートであるが、非常に低いスペクトル内容情報（サンプル毎に１つのデータポイント）を有する。このため、システム100は、データを後で分析するときに、スペクトル分析器のビンの過剰の平均化を考慮する。このため、コントローラ305は、広帯域無線周波数検出器303を使用し、訂正係数Kを判定し、訂正係数をスペクトル分析器のエネルギー推定値に適用する。この処理を用いて、正確な高いスペクトル内容のデータが測定され、取得され、正確に報告される。
【００５５】
図４は、スペクトル分析器及び広帯域無線周波数検出器からのデータに基づいてRFエネルギーの指標を生成する処理の一実施例のフローチャートである。この処理は、ハードウェア（回路、専用ロジック等）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム又は専用機械で実行するようなもの）、又は双方の組み合わせを有してもよい処理ロジックにより実行される。一実施例では、この処理は、図３のコントローラ305により実行される。
【００５６】
図４を参照すると、この処理は、ケーブル接続を介して既知のエネルギーを、信号生成器からRFスプリッタを介してスペクトル分析器及び広帯域無線周波数検出器に同時に変換することにより始まる（処理ブロック401）。これは事前の較正ステップである。次に、処理ロジックは、スペクトル分析器のデータ及び広帯域無線周波数検出器のデータの平均を計算する（処理ブロック402）。このデータを使用して、処理ロジックは、スペクトル分析器のデータに適用されたときに広帯域無線周波数検出器のデータと等しくなるような訂正係数Kを生成する。すなわち、以下のようになる。
【００５７】
平均パワー(スペクトル分析器)=K×平均パワー(広帯域無線周波数検出器)
次に、処理ロジックは、スペクトル分析器からのRF周波数測定のデータを取得する（処理ブロック404）。取得されたデータを使用して、処理ロジックは、スペクトル分析器のトレースにおける各周波数のビンの平均RFエネルギー測定値を計算し、１つの数値を得るためにこれらを一緒に平均化する（処理ブロック405）。次に、処理ロジックは、平均のスペクトル分析器のパワー測定値に訂正係数を適用する（処理ブロック406）。更に、スペクトル分析器のトレースのスイープの個々のビンは平均化されてもよいが、全ての個々のスイープのトレースの平均である単一のスイープのトレースを表すように保持される。訂正係数Kは、これらの個々のビンの平均値のそれぞれに適用され、利用可能なエネルギーの訂正された正確な詳細な周波数のプロットを生じる。
【００５８】
最後に、処理ロジックは、単一の数値として又は訂正された平均の周波数トレースとして、ハーベスティングに利用可能なRFエネルギーを表示する（処理ブロック407）。このデータもまた、データベースにログ記録されて保存され、後の詳細な分析のために、或る時間に渡って収集及び生成されてもよい。
【００５９】
前述に示すものは、全てのスペクトル分析器のデータ（また、広帯域無線周波数検出器のデータ）を単一の数値に平均化し、広帯域無線周波数検出器の平均値からの訂正係数をスペクトル分析器の平均パワーに適用することにより平均パワーを計算する方法である。これは単なる例として提示されており、本発明をこの平均化方法に限定するものではない。スペクトル分析器の測定値からの平均データを取得する他の方法も存在する。
【００６０】
＜コンピュータシステムの例＞
図５は、本発明の実施例を実施するために使用されてもよいコンピュータシステム500のブロック図である。一実施例では、コンピュータシステム500は、前述の図１に示すコントローラ105及び／又は図３のコントローラ305を実現するために使用されてもよい。図５に示すように、コンピュータシステム500は、バスサブシステム504を介して複数の周辺サブシステムと通信するプロセッサ502を含む。これらの周辺サブシステムは、メモリサブシステム508及びファイル記憶サブシステム510を含む記憶サブシステム506を含んでもよい。また、これらの周辺サブシステムは、ユーザインタフェース入力デバイス512と、ユーザインタフェース出力デバイス514と、ネットワークインタフェースサブシステム516とを含んでもよい。
【００６１】
バスサブシステム504は、コンピュータシステム500の様々な構成要素及びサブシステムが意図したとおりに相互に通信することを可能にする機構を提供する。バスサブシステム504は単一のバスとして概略的に示されているが、バスサブシステムの別の実施例は複数のバスを利用してもよい。
【００６２】
ネットワークインタフェースサブシステム516は、他のコンピュータシステム、ネットワーク、及び記憶装置へのインタフェースを提供する。ネットワークインタフェースサブシステム516は、他のシステムからコンピュータシステム500へのデータを受信し、コンピュータシステム500から他のシステムへのデータを送信するインタフェースとして機能する。例えば、システムコントローラ101のネットワークインタフェースサブシステム516は、インターネットのような通信ネットワークを介して他のシステムと通信を可能にしてもよい。
【００６３】
ユーザインタフェース入力デバイス512は、キーボードと、マウス、トラックボール、タッチパッド又はグラフィックスタブレットのようなポインティングデバイスとを含んでもよい。また、ユーザインタフェース入力デバイス512は、スキャナと、バーコードスキャナと、ディスプレイに組み込まれたタッチスクリーンと、音声認識システムのようなオーディオ入力デバイスと、マイクロフォンと、他の種類の入力デバイスとを含んでもよい。一般的に、“入力デバイス”という用語の用途は、情報をコンピュータシステム500に入力するための全ての考えられる種類のデバイス及び機構を含むことを意図する。
【００６４】
ユーザインタフェース出力デバイス512は、ディスプレイサブシステム、プリンタ、ファクシミリ機、又はオーディオ出力デバイスのような非視覚型ディスプレイ等を含んでもよい。ディスプレイサブシステムは、陰極線管（CRT：cathode  ray  tube）、液晶ディスプレイ（LCD：liquid  crystal  display）のようなフラットパネルデバイス、又は投射デバイスでもよい。一般的に、“出力デバイス”という用語の用途は、コンピュータシステム500から情報を出力するための全ての考えられる種類のデバイス及び機構を含むことを意図する。
【００６５】
記憶サブシステム506は、本発明の機能を提供する基本的なプログラム及びデータ構造を格納するためのコンピュータ可読記憶媒体を提供する。（コンピュータ可読記憶媒体は、製造物に含まれてもよい。）プロセッサにより実行されたときに本発明の機能を提供するソフトウェア（プログラム、コードモジュール、命令）は、記憶サブシステム506に格納されてもよい。これらのソフトウェアモジュール又は命令は、プロセッサ502により実行されてもよい。記憶サブシステム506はまた、本発明に従って使用されるデータを格納するレポジトリを提供してもよい。記憶サブシステム506は、メモリサブシステム508と、ファイル／ディスク記憶サブシステム510とを有してもよい。
【００６６】
メモリサブシステム508は、プログラム実行中に命令及び実行を格納するための主ランダムアクセスメモリ（RAM）518と、固定の命令が格納される読み取り専用メモリ（ROM）520とを含む複数のメモリを含んでもよい。ファイル記憶サブシステム510は、プログラム及びデータファイルのための過渡的でない永続的な（不揮発性）記憶装置を提供する。ファイル記憶サブシステム510は、ハードディスクドライブ、関連する取り外し可能媒体と一緒のフロッピー(登録商標)ディスクドライブを含んでもよい。また、ファイル記憶サブシステム510は、CD-ROM（Compact  Disk  Read  Only  Memory）ドライブ、光ドライブ、取り外し可能媒体カートリッジ、及び他の同様の記憶媒体を含んでもよい。
【００６７】
コンピュータシステム500は、パーソナルコンピュータ、電話、ポータブルコンピュータ、ワークステーション、ネットワークコンピュータ、又は他のデータ処理システムを含む様々な種類のものでもよい。コンピュータ及びネットワークの絶え間なく変化する性質のため、図５に示すコンピュータシステム500の説明は、コンピュータシステムの好ましい実施例を例示する目的の特定の例であることのみを意図する。図５に示すシステムより多くの構成要素又は少ない構成要素を有する多くの他の構成も可能である。
【００６８】
本発明の特定の実施例について説明したが、様々な変更、変形、別の構成及び等価なものも本発明の範囲内に含まれる。前述の教示は、ブート又は再ブート可能なプロセッサを有する如何なるシステムに適用されてもよい。例えば、例として特定のシステムを使用した実施例について前述したが、これは限定的であることを意図するものではない。前述の教示及び特許請求の範囲に記載の教示は、他のコンピュータシステムにより実施されてもよい。
【００６９】
本発明の多くの変更及び変形は、前述の説明を読んだ後に当業者に明らかになるが、例として図示及び説明したいずれかの特定の実施例は、決して限定するものとして考えられるべきではない。従って、様々な実施例の詳細への言及は、特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。特許請求の範囲自体に、本発明に必須と考えられる特徴のみを記載する。
【符号の説明】
【００７０】
100  ハンドヘルドデバイス
101  アンテナ
103  広帯域無線周波数検出器
104  ADCデータ取得デバイス
105  コントローラ
107  ディスプレイ
【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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