(57)【要約】  本開示における実施形態は、可変エンベロープ信号から分解された一定エンベロープ信号を送信するためのマルチアンテナビーム形成システムに関する。可変エンベロープ信号は、２つの一定エンベロープ信号に分解される。一定エンベロープ信号のそれぞれは、電力増幅器によって別個に増幅され、別個のアンテナを通じて送信される。一定エンベロープ信号の送信経路にビームステアリング遅延を加えて、受信機の位置にビームを導くことができる。送信された一定エンベロープ信号は、受信アンテナが可変エンベロープ信号を受信するように、空間アウトフェージングを通して結合する。
2010530657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変エンベロープ信号を少なくとも第１の一定エンベロープ信号および第２の一定エンベロープ信号に分解するための回路と、
前記可変エンベロープ信号を分解するための前記回路に結合された第１の増幅器であって、前記第１の一定エンベロープ信号を増幅する、第１の増幅器と、
増幅された第１の一定エンベロープ信号を送信する、前記第１の増幅器に結合された第１のアンテナと、
前記可変エンベロープ信号を分解するための前記回路に結合された第２の増幅器であって、前記第２の一定エンベロープ信号を増幅する、第２の増幅器と、
増幅された第２の一定エンベロープ信号を送信する、前記第２の増幅器に結合された第２のアンテナと、
を含む送信回路。
【請求項２】
受信アンテナの位置において、可変エンベロープ信号が、前記第１および第２のエンベロープ信号の重畳から生じるように、前記第２の一定エンベロープ信号を規定の時間量だけ遅延させる少なくとも１つの遅延回路をさらに含む、請求項１に記載の送信回路。
【請求項３】
前記遅延回路が、前記第１の一定エンベロープ信号および前記第２の一定エンベロープ信号のうちの１つにおける送信経路に位相遅延を加える少なくとも１つのミキサを含む、請求項２に記載の送信回路。
【請求項４】
ビームを受信アンテナの位置に導くために、前記第１の一定エンベロープ信号および前記第２の一定エンベロープ信号を遅延させるための少なくとも３つの遅延回路と、
前記第１の一定エンベロープ信号および前記第２の一定エンベロープ信号を増幅するための少なくとも４つの増幅器と、
前記第１の一定エンベロープ信号および前記第２の一定エンベロープ信号を送信するための少なくとも４つのアンテナと、をさらに含む、請求項１に記載の送信回路。
【請求項５】
前記第１の一定エンベロープ信号および前記第２の一定エンベロープ信号が、ＲＦ信号として送信されたときに、受信アンテナが前記可変エンベロープ信号を受信することになる位相を有する、請求項１に記載の送信回路。
【請求項６】
前記第１の増幅器および前記第２の増幅器が、飽和状態で動作する電力増幅器を含む、請求項１に記載の送信回路。
【請求項７】
ＲＦ信号を送信するための方法であって、
一定振幅および可変位相を有する第１の信号を生成することと、
前記第１の信号を増幅することと、
前記第１の信号を無線で送信することと、
一定振幅および可変位相を有する第２の信号を生成することと、
前記第２の信号を増幅することと、
前記第２の信号を無線で送信することと、
を含み、
前記第１の信号および前記第２の信号が、可変振幅および可変位相を有する第３の信号から分解される、方法。
【請求項８】
前記第２の信号に遅延を加えることをさらに含み、前記遅延が、前記第１の信号および前記第２の信号を受信機の周知の位置に送信するために加えられる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
フェーズドアレイアンテナシステムにおいて、前記第１の信号および前記第２の信号を送信するための複数の送信経路に複数の遅延を加えることをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
第１の電力増幅器の飽和状態で前記第１の信号を増幅することと、
第２の電力増幅器の飽和状態で前記第２の信号を増幅することと、
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記第３の信号を空間的にアウトフェージングすることをさらに含み、前記第１の信号および前記第２の信号が、受信機が可変振幅および可変位相を備えた無線信号を受信するように、無線で結合する、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
信号を無線で送信するための方法であって、
可変エンベロープ信号を第１の一定エンベロープ信号および第２の一定エンベロープ信号に分解することと、
前記第１の一定エンベロープ信号を増幅することと、
増幅された第１の一定エンベロープ信号を第１のアンテナを通じて無線で送信することと、
前記第２の一定エンベロープ信号を増幅することと、
増幅された第２の一定エンベロープ信号を第２のアンテナを通じて無線で送信することと、
を含む方法。
【請求項１３】
受信アンテナの位置にビームを導くためにビームステアリング遅延を加えることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記可変エンベロープ信号を空間的にアウトフェージングすることをさらに含み、前記第１の一定エンベロープ信号および前記第２の一定エンベロープ信号が、前記可変エンベロープ信号に対応するＲＦ信号を生成するために、ＲＦ信号として重畳を介して結合する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
可変エンベロープ信号から分解された一定エンベロープ信号を送信するためのマルチアンテナシステムであって、
可変振幅および可変位相を有する前記可変エンベロープ信号を生成するためのプロセッサと、
少なくとも第１の一定エンベロープ信号および第２の一定エンベロープ信号を生成する、前記プロセッサに結合されたアウトフェージング分解回路であって、前記第１の一定エンベロープ信号および前記第２の一定エンベロープ信号が、前記可変エンベロープ信号を一緒に表す一定振幅および可変位相を有する、アウトフェージング分解回路と、
前記第１の一定エンベロープ信号を増幅する、前記アウトフェージング分解回路に結合された第１の電力増幅器と、
前記第１の一定エンベロープ信号の無線送信用の、前記第１の電力増幅器に結合された第１のアンテナと、
前記第２の一定エンベロープ信号を増幅する、前記アウトフェージング分解回路に結合された第２の電力増幅器と、
前記第２の一定エンベロープ信号の無線送信用の、前記第２の電力増幅器に結合された第２のアンテナと、
を含むマルチアンテナシステム。
【請求項１６】
前記第１の一定エンベロープ信号および前記第２の一定エンベロープ信号の送信経路にビームステアリング遅延を加えるための、前記アウトフェージング分解回路に結合された複数の遅延回路と、
遅延された第１の一定エンベロープ信号および遅延された第２の一定エンベロープ信号を増幅するための、前記複数の遅延回路に結合された複数の電力増幅器と、
増幅され遅延された第１の一定エンベロープ信号および第２の一定エンベロープ信号の無線送信用の複数のアンテナと、
をさらに含む、請求項１５に記載のマルチアンテナシステム。
【請求項１７】
前記複数の遅延回路が、前記第１の一定エンベロープ信号および前記第２の一定エンベロープ信号に前記遅延を加えるための複数の加算器を含む、請求項１６に記載のマルチアンテナシステム。
【請求項１８】
前記複数の遅延回路、複数の電力増幅器および複数のアンテナが、受信機の位置にビームを電子的に導くフェーズドアレイアンテナシステムを含む、請求項１６に記載のマルチアンテナシステム。
【請求項１９】
前記第１の一定エンベロープ信号の無線送信および前記第２の一定エンベロープ信号の無線送信が、ＲＦ信号として結合する、請求項１５に記載のマルチアンテナシステム。
【請求項２０】
前記第１の一定エンベロープ信号の無線送信および前記第２の一定エンベロープ信号の無線送信が、可変エンベロープ信号受信機によって受信され得る、請求項１５に記載のマルチアンテナシステム。
【請求項２１】
前記第１の一定エンベロープ信号の無線送信および前記第２の一定エンベロープ信号の無線送信が、受信機とのポイントツーポイント通信を確立する、請求項１５に記載のマルチアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景技術
一定エンベロープ信号は、無線または空中伝播の無線周波数（ＲＦ）信号を送信するための普及した方法である。一定エンベロープ信号に関して、搬送波のエンベロープは、変調信号における変化に応じて変化しない。換言すれば、一定エンベロープ信号の最大および最小振幅は、一定レベルに維持される。一定エンベロープシグナリング方式は、それらが、送信電力の観点から効率的である点で有利である。その理由は、一定エンベロープ信号によって、送信機の電力増幅器は、飽和レベルまたはその近くで動作することが可能になり、この飽和レベルが、電力増幅器が最大効率で動作するレベルに対応するからである。さらに振幅が一定レベルに維持されるという事実により、電力増幅器は、安定した増幅量を提供しさえすればよい。したがって、一定エンベロープ信号の増幅に関連する非線形性および信号歪みは、より少ない。
【０００２】
対照的に、可変エンベロープ信号は、経時的に変化するエンベロープを有する。可変エンベロープ信号は、一定エンベロープ信号と比較して、所与の時間量にわたって同じ占有周波数帯域幅で、より大きなデータ量を送信することができる。これは、スペクトル効率の改善に帰着する。残念なことに、可変エンベロープ信号を増幅するための電力増幅器は、それらの最大電力より著しく低い平均電力レベルで動作する。これは、電力増幅器が、理想的とは言えないレベルでほとんど動作することを意味する。これは、これらの可変エンベロープ電力増幅器の電力効率を低減する。さらに、可変エンベロープ信号用の電力増幅器は、信号の瞬時振幅に依存して、量を変えることによって信号の振幅を変える。信号の振幅が変化する程度が大きければ大きいほど、より大きな非線形増幅が示される。この非線形的な増幅は、可変エンベロープ信号における歪みおよびチャネルにおける非理想性をもたらす。かかる歪みおよび非理想性は、受信機におけるエラーを引き起こす可能性がある。受信データは、破損される可能性があり、送信された歪み信号は、スペクトル再生を経験することになろう。
【０００３】
したがって、無線通信の設計者は、ジレンマに直面する。設計者は、電力の観点から非常に効率的で、かつまた歪みをそれほど受けない一定エンベロープ信号を実現することができる。しかしながら、トレードオフは、一定エンベロープ信号が、可変エンベロープ信号に匹敵するほど速くデータを送信できないということである。可変エンベロープ信号は、よりよいスペクトル効率を有するが、これは、電力効率の低減、ならびに結局は受信機エラーおよび許容できない帯域外スペクトル放射につながる可能性がある信号歪みおよび非理想性に対する感受性増加という犠牲で得られる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を形成する添付の図面は、以下で論じる実施形態を示し、かつこの記載と共に本開示の原理を説明する役割をする。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】可変エンベロープ信号を２つの一定エンベロープ信号として、２つの送信アンテナを通じて送信するためのシステムの例を示す。
【図２】空間アウトフェージングを実行するために使用される分解処理を示すために用いられるベクトル図を示す。
【図３】一定エンベロープ信号を送信する送信アンテナ用のコンスタレーション、および等値の可変エンベロープ信号を受信する受信アンテナ用のコンスタレーションを示す。
【図４】典型的な送信機電力増幅器用の入力電力に応じた出力電力および効率のグラフを示す。
【図５】初期可変エンベロープ信号を表す数Ｎの一定エンベロープ信号を送信するための数Ｎの送信アンテナを有するマルチアンテナシステムを示す。
【図６】可変エンベロープシステムから分解された一定エンベロープ信号を送信するためのフェーズドアレイアンテナシステムを示す。
【図７】可変エンベロープ信号から分解された一定エンベロープ信号を送信するためのマルチアンテナビーム形成処理用のステップを説明する流れ図である。
【図８Ａ】分解された一定エンベロープ信号を送信するためのマルチアンテナシステムにおける実施形態用のシステム図を示す。
【図８Ｂ】分解された一定エンベロープ信号を送信するためのマルチアンテナシステムにおける実施形態用のシステム図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
詳細な説明
本開示における実施形態は、マルチアンテナビーム形成システムに関する。最初に、可変エンベロープ信号が、アウトフェージングとして周知の処理を介して、２つの一定エンベロープ信号に分解される。アウトフェージング処理は、可変位相および振幅の単一の信号を表すために、一定振幅だが可変位相の２つの信号（例えば「フェーザフラグメント」）を提供する。２つの一定エンベロープ信号のそれぞれは、電力増幅器によって増幅され、次に、送信アンテナによってＲＦ信号として無線で送信される。電力増幅器が一定エンベロープ信号を増幅するので、送信電力効率が達成される一方で、電力増幅器に関連するどんな非線形性も最小限にされる。２つの一定エンベロープＲＦ信号は、空中を伝播し、１つまたは複数の受信アンテナによって受信される。１つまたは複数の受信アンテナによって受信される２つの一定エンベロープＲＦ信号の組み合わせは、分解される前の初期可変エンベロープ信号のそれと一致する可変エンベロープ信号を生成する。受信された可変エンベロープ信号は、優れたスペクトル効率をもたらす。それによって、一定エンベロープ信号および可変エンベロープ信号方式に関連する利点が実現され、一方で、それらの欠点が克服される。一実施形態において、１つまたは複数のアンテナの送信経路に遅延を導入して、指定された受信機アンテナの位置へ送信信号を導くのを支援することができる。
【０００７】
ここで図１を参照すると、２つの送信アンテナを通じ、可変エンベロープ信号を２つの一定エンベロープ信号として送信するためのシステムの例が示されている。可変エンベロープ信号Ｘ（ｔ）は、振幅および位相の両方において変化する。可変エンベロープ信号Ｘ（ｔ）は、２つの一定エンベロープ信号Ｘｃ１およびＸｃ２に分解される。これは、２つのミキサ１０１および１０４に可変エンベロープ信号Ｘ（ｔ）を入力することによって達成される。ミキサ１０１は、Ｘ（ｔ）信号の位相をφ１だけ変化させることによって、一定エンベロープ信号Ｘｃ１を生成する。一定エンベロープ信号Ｘｃ１は、一定振幅を有するが、しかしその位相は、Ｘ（ｔ）の関数として変化する。一定エンベロープ信号Ｘｃ１は、電力増幅器１０２に入力される。電力増幅器１０２は、一定エンベロープ信号Ｘｃ１を増幅し、次に、一定エンベロープ信号Ｘｃ１は、アンテナ１０３によってＲＦ信号として無線で受信アンテナ１０７に送信される。同様の方法で、ミキサ１０４は、可変エンベロープ信号Ｘ（ｔ）の位相をφ２だけ変化させ、一定エンベロープ信号Ｘｃ２を生成する。一定エンベロープ信号Ｘｃ２は、一定振幅を有するが、しかしその位相は、Ｘ（ｔ）の関数として変化する。一定エンベロープＸｃ２信号は、電力増幅器１０５に入力される。電力増幅器１０５は、一定エンベロープ信号Ｘｃ２を増幅し、次に、一定エンベロープ信号Ｘｃ２は、アンテナ１０６によってＲＦ信号として無線で受信アンテナ１０７に送信される。送信アンテナ１０３および１０６によって送信されている２つのＲＦ信号は、空中伝播における重畳によって結合し、受信アンテナ１０７は、元の可変エンベロープ信号Ｘ（ｔ）に対応する可変エンベロープ信号を受信する。可変エンベロープ信号を形成するための、少なくとも２つの一定エンベロープ信号の空中伝播におけるこの種の結合は、本明細書において「空間アウトフェージング」と呼ばれる。
【０００８】
本実施形態では、ＲＦ送信の前に２つの一定エンベロープ信号を共に加算する物理的な加算回路を有する必要はない。一定エンベロープ信号は、別個の電力増幅器によって別々に増幅され、増幅された一定エンベロープ信号のそれぞれは、それら自身の専用アンテナによって無線で送信される。他の実施形態において、異なるタイプおよび設計の任意の数の位相遅延回路、ミキサ、増幅器、変換器、スイッチおよび他の構成要素を用いて、分解処理を実行することができる。さらに、受信機側から見て、変更も修正も必要ではない。これは、標準ブラインド解決法に備え、それによって、可変エンベロープ信号から分解された一定エンベロープ信号を送信するためのマルチアンテナシステムは、事実上任意の従来の受信システムのために動作する。
【０００９】
図２は、空間アウトフェージングを実行するために使用される分解処理を示すために用いられるベクトル図を示す。３つのベクトルが示されている。１つのベクトルが、可変エンベロープ信号Ｘ（ｔ）を表す。Ｘ（ｔ）ベクトルの長さは、可変エンベロープ信号の振幅を表す。Ｘ（ｔ）ベクトルの角度は、可変エンベロープ信号の位相を表す。可変エンベロープ信号の振幅および位相は、変化する可能性がある。したがって、Ｘ（ｔ）ベクトルの長さおよび角度は、変化することができる。Ｘ（ｔ）ベクトルは、２つのベクトルＸｃ１およびＸｃ２に分解することができる。Ｘｃ１およびＸｃ２ベクトルは、一定エンベロープ信号を表す。一定エンベロープ信号に関して、振幅は変化しない。一定エンベロープ信号の振幅は、Ｘｃ１およびＸｃ２ベクトルの長さによって示される。したがって、Ｘｃ１およびＸｃ２ベクトルの長さは、一定に保たれる。Ｘｃ１およびＸｃ２ベクトルの角度は、それらのそれぞれの位相を表す。Ｘｃ１ベクトルがＸｃ２ベクトルと結合された場合に、結果がＸ（ｔ）ベクトルになるように、ベクトル演算を適用することによって、Ｘｃ１およびＸｃ２ベクトル用の角度（φ１およびφ２）を計算することができる。可変エンベロープ信号の位相におけるどんな変化も、Ｘ（ｔ）ベクトルの角度における対応する変化によって表される。これは次のことを意味する。すなわち、Ｘｃ１およびＸｃ２ベクトルの角度φ１およびφ２は、Ｘ（ｔ）ベクトルの角度における変化に応じて変化されるということである（例えば、φ１が減少する一方でφ２が増加するか、またはφ１が減少する一方でφ２が増加する）。Ｘｃ１およびＸｃ２ベクトルの長さは変化させる必要がなく、一定に保つことができる。したがって、可変エンベロープ信号の位相における変化は、２つの対応する一定エンベロープ信号の位相を変化させることによって表される。
【００１０】
可変エンベロープ信号の振幅におけるどんな変化も、Ｘ（ｔ）ベクトルの長さにおける対応する変化によって表される。これは、今度は、Ｘｃ１およびＸｃ２ベクトルの角度によって表されるように、一定エンベロープの角度をそれ相当に変化させる。例えば、もし可変エンベロープ信号の振幅が減少するとしたら、これは、より短いＸ（ｔ）ベクトルによって表されることになろう。より短いＸ（ｔ）ベクトルの分解には、Ｘｃ１およびＸｃ２ベクトルの角度φ１およびφ２を変化させることが伴う。特に、角度φ１およびφ２は、Ｘ（ｔ）信号の長さが減少する場合には、増加される。Ｘｃ１およびＸｃ２ベクトルの長さは、それらが、一定振幅を有する一定エンベロープ信号を表すので、短くすることができない。反対に、可変エンベロープ信号の振幅が増加した場合には、一定エンベロープベクトルＸｃ１およびＸｃ２の角度φ１およびφ２は減少される。したがって、可変エンベロープ信号の振幅におけるどんな変化も、２つの対応する一定エンベロープ信号の位相を変化させることによって表される。したがって、可変エンベロープ信号の振幅または位相における変化は、一定エンベロープ信号の分解されたペアの位相を変化させることによって表される。分解およびアウトフェージングの追加的な説明は、Behzad Razavi, RF Microelectronics, Prentice Hall PTR, November 6, 1997 (see Section 9.5.4 relating to "linear amplification with nonlinear components" (LINC))で見つけることができる。
【００１１】
送信アンテナは、一定エンベロープ信号を送信しているが、受信アンテナは、可変エンベロープ信号を受信する。これは、図３に示されているが、図３は、送信アンテナ用のコンスタレーションおよび受信アンテナ用のコンスタレーションを示す。２つの送信アンテナのうちの１つのためのコンスタレーションが、３０１として示されている。シンボルが、中心から等距離に配置されているが、これは、一定振幅を有する一定エンベロープ信号が送信されていることを示す。一定エンベロープ信号の位相は、コンスタレーションにおける同じ半径Ｒ１に沿って位置する様々なシンボルによって示されているように、変化することができる。もう一方の送信アンテナ用のコンスタレーションは、３０２として示されている。コンスタレーション３０２は、一定の半径Ｒ２を有する。一実施形態において、Ｒ１＝Ｒ２である。他の実施形態において、Ｒ１およびＲ２は、異なることができる。コンスタレーション３０２のシンボルは、半径Ｒ２によって中心から等距離に配置される。これは、一定振幅を有するが位相を変える一定エンベロープ信号が、もう一方の送信アンテナによって送信されていることを示す。
【００１２】
受信アンテナ用のコンスタレーションが、３０３として示されている。コンスタレーション４０３は、異なる半径（Ｒ３、Ｒ４およびＲ５）を備えた円に沿ってシンボルを配置する。異なる半径は、受信信号の振幅が経時的に変化することを示す。さらに、シンボルは、円の様々な地点に沿って配置される。これは、受信信号の位相がまた経時的に変化することを意味する。したがって、コンスタレーション３０３は、受信された可変エンベロープ信号を示す。コンスタレーション３０１および３０２を有する２つの送信信号は、本明細書において空間アウトフェージングと呼ばれる処理を通して空中で結合され、かつ可変エンベロープ信号を特徴づけるコンスタレーション３０３に対応する信号を受信するアンテナに至る。したがって、単に一定エンベロープ信号を受信する受信機と比較して、より高いデータレート（例えば、より大きなビット／秒）が、受信アンテナによって受信される。さらに、送信機の電力増幅器が、可変エンベロープ信号ではなく一定エンベロープ信号を増幅しているので、電力増幅器の非線形性は、最小限にされる。したがって、受信コンスタレーション３０３は均一であり、受信エラーは最小限にされる。送信機の電力増幅器が一定エンベロープ信号（すなわち、Ｘｃ１およびＸｃ２）を増幅しているので、これらの増幅器が、それらの飽和レベルまたはその近くで動作できることに留意されたい。これは、送信機の電力増幅器が、それらの最大効率またはその近くで動作していることを意味する。図４は、典型的な送信機電力増幅器用に、入力電力に応じた出力電力および効率のグラフを示す。一定エンベロープ信号に関して、振幅は一定である。したがって、一定エンベロープ信号用の平均電力は、その最大電力とほぼ等しい。これは、より高い効率に相当する。反対に、可変エンベロープ信号の振幅は経時的に変化するので、その平均電力は、その最大電力のそれより小さい。その平均電力は、そのピークから下がる。これは、より低い電力効率に帰着する。典型的な電力増幅器にとって、可変エンベロープ信号用の効率は５％になり得るのに対して、一定エンベロープ信号用の典型的な効率は、５０％になり得る。したがって、可変エンベロープ信号を一定エンベロープ信号に分解することによって、本開示の実施形態は、電力増幅器効率を１０倍以上改善することが可能である。
【００１３】
他の実施形態において、２を超える送信アンテナが用いられる。一実施形態において、可変エンベロープ信号は、３以上の一定エンベロープ信号に分解され、それらのそれぞれが、電力増幅器によって別個に増幅され、送信アンテナによってＲＦ信号として無線で送信される。図５は、初期可変エンベロープ信号を表す数Ｎの一定エンベロープ信号を送信するための数Ｎの送信アンテナを有するマルチアンテナシステムを示す。初期可変エンベロープ信号Ｘ（ｔ）は、数Ｎのミキサに同時に入力される。数Ｎのミキサは、位相をφ１〜φｎだけ独自に変化させる。ミキサからの出力は、数Ｎの一定エンベロープ信号Ｘｃ１〜ＸｃＮである。これらの数Ｎの一定エンベロープ信号のそれぞれは、数Ｎの電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡＮによって増幅され、次に、数ＮのアンテナによってＲＦ信号として送信される。２を超える一定エンベロープ信号の分解およびアウトフェージングに対して、コスト、電力、信号の完全性および／または帯域幅の理由があり得る。
【００１４】
上記の実施形態のマルチアンテナシステムは、受信アンテナが送信アンテナのそれぞれから等距離である環境に適用可能である。送信アンテナの１つまたは複数が、他の送信アンテナより、受信アンテナからさらに離れて位置する場合には、さらに離れて位置する送信アンテナ（単複）に対応する一定エンベロープ信号は、受信アンテナに達するためにより長くかかることになる。この追加の遅延は、位相における誤差を生じさせる可能性がある。１つの解決法は、より近い送信アンテナ（単複）に対応する送信経路（単複）に追加の遅延（単複）を導入して、それらの一定エンベロープ信号が、さらに離れた送信アンテナの一定エンベロープ信号のそれと同期し、かつ一緒に「時間通りに」到達するようにすることである。例えば、１つの送信アンテナがＸｃ１（ｔ）によって駆動され、もう一方の送信アンテナがＸｃ２（ｔ）によって駆動される２つの送信アンテナがある場合には、受信アンテナにおいて、加算は、２つの送信アンテナからの遅延が同じである場合には正確である。これが、１つの角度で生じる。しかしながら、任意の所望の角度に送信信号を向けることができる。これは、１つの送信される一定エンベロープ信号の遅延を調整することによって達成することができる。遅延は、受信機から送信機へのフィードバックによって調整することができる。例えばＸｃ２（ｔ）は、位相を調整される一方で、その振幅を一定に保つことができる。位相調整は、次の式によって、送信信号を任意の所望の角度に向けることができる。
ＸＴＸ１（ｔ）＝ＸＣ１（ｔ）
ＸＴＸ２（ｔ）＝ＸＣ２（ｔ−ｄｅｌａｙ（θ））
ＸＲＸ（ｔ）＝ＸＣ１（ｔ）＋ＸＣ２（ｔ）＝Ｘ（ｔ）
【００１５】
一実施形態において、フェーズドアレイアンテナシステムが、分解されアウトフェージングされた一定エンベロープ信号を送信するために用いられる。典型的には、フェーズドアレイアンテナシステムは、多数のアンテナを用いて多数のＲＦ信号を送信する。各連続的なアンテナ用の個別送信経路に遅延を漸増的に加えることによって、フェーズドアレイアンテナシステムは、受信アンテナの特定の位置へとビームを向けるかまたは導くことができる。このビーム形成機能は、セキュリティの理由で望ましい。さらに、指向性は有利である。なぜなら、より多くのＲＦ電力を受信アンテナに導くことができ、これは、データを確実に送信できる距離を増加させるからである。受信機からのフィードバックを備えた、かかる送信機を有することができる。受信機の位置情報が送信機にフィードバックされ、送信機が、その受信機の位置を補償するための遅延を調整できるようにする。受信機の位置をフィードバックすることは、モバイルまたは携帯受信機用途のために実行される。代替として、送信機および受信機の位置が固定されている場合には、遅延は、固定位置に基づいて計算し、送信機システムのメモリに記憶することができる。位置情報はまた、ユーザから入力するか、またはネットワークからダウンロードすることができる。本開示の実施形態は、フェーズドアレイアンテナシステムに適用することができる。
【００１６】
例えば、図６は、可変エンベロープシステムから分解された一定エンベロープ信号を送信するためのフェーズドアレイアンテナシステムを示す。可変エンベロープ信号Ｘ（ｔ）は、一定エンベロープ分解ブロック６０１に入力される。一定エンベロープ分解ブロック６０１は、上記で詳細に説明したアウトフェージング分解処理に従って、可変エンベロープ信号Ｘ（ｔ）を２つの一定エンベロープ信号ＸＣ１およびＸＣ２に分解する。一定エンベロープ分解の後に、ビームステアリング遅延が、ＸＣ１およびＸＣ２信号経路に導入され、その後、それらが、電力増幅器によって増幅される。より具体的には、ＸＣ１信号経路の１つ６０２は、どんな追加ビームステアリング遅延も有しない。ＸＣ１信号は、電力増幅器６０６に入力される。電力増幅器６０６は、送信アンテナ６１０によるＲＦ送信用にＸＣ１信号を増幅する。ＸＣ１信号はまた、フェーズドアレイアンテナシステムにおける追加的な数Ｎの送信経路を通じて送信される。数ＮのＸＣ１経路のそれぞれに対して、追加的なビームステアリング遅延が加えられる。ビームステアリング遅延は、各連続的なＸＣ１送信経路に対して漸増的に大きくなる。ＸＣ１信号の最後の送信経路６０４は、φ２Ｎ−２の追加ビームステアリング遅延を有する。φ２Ｎ−２の追加ビームステアリング遅延を備えたＸＣ１信号は、電力増幅器６０８によって増幅され、次に、アンテナ６１２によってＲＦ信号として送信される。一実施形態において、Δ遅延が、位相に組み込まれる（例えば、φ１〜φ２Ｎ−２）。
【００１７】
ＸＣ２信号に対して、送信経路６０３の１つが、φ１の追加ビームステアリング遅延を有する。φ１の追加ビームステアリング遅延を有するＸＣ２信号が、電力増幅器６０７に入力され、電力増幅器６０７が信号を増幅し、その後、信号が、アンテナ６１１によって無線で送信される。ＸＣ２信号もまた、フェーズドアレイアンテナシステムにおける、追加の数Ｎの送信経路上で送信される。数ＮのＸＣ２経路のそれぞれに対して、追加ビームステアリング遅延が加えられる。ビームステアリング遅延は、各連続的なＸＣ２送信経路に対して、漸増的に大きくなる。ＸＣ２信号の最後の送信経路６０５は、φ２Ｎ−１の追加ビームステアリング遅延を有する。φ２Ｎ−１の追加ビームステアリング遅延を備えたＸＣ２信号は、電力増幅器６０９によって増幅され、次に、アンテナ６１３によってＲＦ信号として送信される。
【００１８】
フェーズドアレイアンテナシステムは、多数の送信経路、電力増幅器、および一定エンベロープ信号を送信するための送信アンテナを有することができる。しかしながら、例示および説明のために、４つの多重送信経路、電力増幅器および送信アンテナだけが、図６に詳細に示されている。フェーズドアレイアンテナシステムにおける送信経路、電力増幅器および送信アンテナの数を増加させることによって、その利得が増加され、それによって、その送信範囲が拡張される。ビームステアリング遅延を選択的に制御することによって、ビームは、受信アンテナに対応する任意の位置へ導くことができる。換言すれば、ビームは、受信アンテナへ電子的に導くことができる。
【００１９】
図７は、可変エンベロープ信号から分解された一定エンベロープ信号を送信するためのマルチアンテナビーム形成処理のステップを説明する流れ図である。最初に、ステップ７０１において、可変エンベロープ信号が生成される。ステップ７０２において、この可変エンベロープ信号は、少なくとも２つの一定エンベロープ信号に分解される。一定エンベロープ信号の振幅は一定に保たれるが、しかしそれらの位相は、可変エンベロープ信号の振幅および位相に応じて変化する。ステップ７０３において、１つまたは複数の遅延が、一定エンベロープ信号の１つまたは両方に対応する送信信号経路に１つまたは複数に加えられる。ステップ７０３は、オプションであり、受信アンテナの周知の位置へビームを導くために用いられる。フェーズドアレイアンテナシステムにおけるインプリメンテーション用に、遅延は、連続的なアンテナに対して連続的に時間差を設けられる。ステップ７０４において、ひとたび遅延（もしあれば）が加えられると、一定エンベロープ信号に関連する送信経路のそれぞれは、別個の電力増幅器によって増幅される。次に、増幅された一定エンベロープ信号は、ステップ７０５において、別個のアンテナからＲＦ信号として送信される。分解は１つの角度に対して正確に働くので、送信機は、受信機の位置を知り、これをもとにして、その位置を予め補償する必要がある。したがって、受信機から送信機へのフィードバックが実行される。このフィードバックは、ステップ７０６および７０７に示されている。ステップ７０６において、受信機は、それが送信機に対して位置している角度を推定する。ステップ７０７において、受信機は、角度情報を送信機に送信し返す。
【００２０】
図８Ａ及びＢは、分解された一定エンベロープ信号を送信するためのマルチアンテナシステムの実施形態用のシステム図を示す。マルチアンテナシステム８０２は、Ｉ／Ｏインタフェース８０３を介し、ネットワーク８０１（例えばインターネット）からデータを送信および受信することができる。Ｉ／Ｏインタフェース８０３はまた、ユーザインタフェース８１０に結合されるが、このユーザインタフェース８１０によって、ユーザは、データおよびコマンドをマルチアンテナシステム８０２に入力すること、およびまたマルチアンテナシステム８０２から表示用のデータを得ることができるようになる。送信機８０６による送信用に指定されるどんなデータも、最初は可変エンベロープ信号として処理される。データは、ＵＩ８１０を介してユーザから入力されるか、ネットワーク８０１を介して得られるか、メモリ８０５から読み出されるか、またはプロセッサ８０４によって生成されものとして生じることができる。次に、可変エンベロープ信号は、アウトフェージング分解ブロック８０７によって処理され、このブロック８０７が、一定エンベロープ信号を出力する。ビームステアリングのために、ブロック８０８において、遅延が、一定エンベロープ信号のいくつかの信号に加えられる。次に、一定エンベロープ信号は、ブロック８０９において電力増幅器によって増幅される。増幅された一定エンベロープ信号は、１つまたは複数の受信アンテナに向けられ、無線で送信される。受信システムの例が、８１１として示されている。受信システム８１１は、受信機８１２を有するが、この受信機８１２は、可変エンベロープ信号を受信し、復調するように設計されている。プロセッサ８１３は、受信データを処理する。次に、データは、メモリ８１４に記憶するか、ユーザインタフェース８１７における表示もしくは再生のためにＩ／Ｏインタフェース８１５を介して送信するか、またはネットワーク８１６上で送信することができる。さらに、受信ステーション８１１のプロセッサ８１３は、マルチアンテナシステム８０２の送信機８０６に位置情報を送信し返すことができる。この位置情報は、遅延回路８０８の遅延を調整して、受信システム８１１の位置を補償するために用いられる。この情報は、特にモバイルまたは携帯受信機用途のために、無線で送信し返すことができる。代替として、位置情報は、ユーザが入力するか、メモリに記憶するか、またはネットワークもしくはサーバからダウンロードすることができる。
【００２１】
一実施形態において、マルチアンテナシステムは、実際にはどんな可変エンベロープ信号も生成する必要なしに、一定エンベロープ信号を直接生成する。一定エンベロープ信号は、想像または仮想の可変エンベロープ信号を手本にして作られる。このシステムが、任意のタイプのポイントツーポイントまたはマルチキャストデータ通信をサポートすることに留意されたい。送信機と受信機との間の距離は、送信アンテナ間の距離の１０倍ほどに短くすることができ、電力増幅器および多数のアンテナによって実際にサポートされるほどに遠く離すことができる。任意のタイプの可変エンベロープ信号（例えば、差動直交位相偏移変調、スペクトル拡散信号等）および任意のタイプの一定またはほぼ一定エンベロープ信号（例えば、周波数偏移変調、直交周波数分割多重等）を、マルチアンテナシステムの様々な実施形態において用いることができる。さらに、マルチアンテナシステムは、周波数によって制限されない。それは任意の周波数範囲で働くことができる。さらに、マルチアンテナシステムは、広範囲の様々な用途で用いることができる（例えば、高精細度を含むテレビ信号、高速デジタルデータリンク、オーディオ／音声／移動体通信等を送信するための中継器として）。
【００２２】
結論として、可変エンベロープ信号から分解された一定エンベロープ信号を送信するためのマルチアンテナビーム形成システムが開示される。前述の明細書において、請求される主題の実施形態が、インプリメンテーションからインプリメンテーションへと変化し得る多数の特定の詳細に関連して説明された。したがって、請求される主題であるものおよび請求される主題であるように出願者によって意図されているものの唯一かつ排他的な指標は、任意の後続の補正を含む、本出願から発する請求項の組であって、かかる請求項が発する特定の形態における請求項の組である。したがって、請求項においてはっきりと挙げられていないどんな限定、要素、特性、特徴、利点または属性も、決してかかる請求項の範囲を限定すべきではない。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味ではなく例示として考えるべきである。
【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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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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