(57)【要約】  無線通信をサポートする機器が提供される。機器は、送受信器、アンテナ、および送受信器とアンテナとに通信可能に接続される無線周波数（ＲＦ）フロントエンドシステムを備える。ＲＦフロントエンドシステムは、送受信器に接続され送受信器から受信した信号をサンプリングして電圧信号を出力するよう構成されたＲＦサンプリング部と、電圧信号を受信するようＲＦサンプリング部に接続されＲＦフロントエンドシステムを送信モードと受信モードとに切り替えるよう構成されたＲＦスイッチング回路と、ＲＦスイッチング回路に接続され送受信器から受信する信号の送信出力を増加させるよう構成されたＲＦ送信利得部と、ＲＦスイッチング回路に接続されアンテナから受信した無線周波数信号に含まれるノイズ信号を除去するよう構成されたＲＦ受信利得部と、を備えてよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信をサポートする機器であって、
送受信器と、
アンテナと、
前記送受信器および前記アンテナに通信可能に接続された無線周波数（ＲＦ）フロントエンドシステムとを備え、
前記ＲＦフロントエンドシステムは、
前記送受信器に接続され、前記送受信器から受信する信号をサンプリングし電圧信号を出力するよう構成されたＲＦサンプリング部と、
前記電圧信号を受信するため前記ＲＦサンプリング部に接続され、前記ＲＦフロントエンドシステムを送信モードと受信モードとの間で切り替えるよう構成されたＲＦスイッチング回路と、
前記ＲＦスイッチング回路に接続され、前記送受信器から受信する信号の送信出力を増加させるよう構成されたＲＦ送信利得部と、
前記ＲＦスイッチング回路に接続され、前記アンテナから受信する無線周波数信号に含まれるノイズ信号を抑制するよう構成されたＲＦ受信利得部と、
を備える、機器。
【請求項２】
前記ＲＦサンプリング部は、前記送受信器から受信する前記信号のレートより実質的に低いレートで前記信号をサンプリングするよう構成される、請求項１に記載の機器。
【請求項３】
前記ＲＦスイッチング回路は、前記電圧信号の電力が所定の閾値より大きい場合に、前記ＲＦフロントエンドシステムを前記送信モードに切り替える、請求項１に記載の機器。
【請求項４】
前記ＲＦサンプリング部は、前記電圧信号をフィルタするローパスフィルタを備える、請求項１に記載の機器。
【請求項５】
前記ＲＦ送信利得部は、前記送受信器から受信する信号を整形するセラミックフィルタおよびＲＦ減衰器を備える、請求項１に記載の機器。
【請求項６】
前記ＲＦフロントエンドシステムは、前記ＲＦスイッチング回路に接続される１以上のＲＦスイッチング部をさらに備える、請求項１に記載の機器。
【請求項７】
前記ＲＦスイッチング回路は、前記ＲＦ送信利得部に制御信号を送ることにより、前記ＲＦ送信利得部を有効化または無効化するよう構成される、請求項１に記載の機器。
【請求項８】
前記ＲＦスイッチング回路は、前記ＲＦ受信利得部に制御信号を送ることにより、前記ＲＦ受信利得部を有効化または無効化するよう構成される、請求項１に記載の機器。
【請求項９】
前記ＲＦスイッチング回路は、前記電圧信号に基づき、前記ＲＦフロントエンドシステムを前記送信モードと前記受信モードとの間で切り替えるよう構成される、請求項１に記載の機器。
【請求項１０】
前記送受信器はBluetooth送受信器であり、前記信号はBluetooth信号である、請求項１に記載の機器。
【請求項１１】
前記送受信器から出力される前記信号の一部は前記ＲＦサンプリング部に渡され、前記送受信器から出力される前記信号の残部は前記ＲＦ送信利得部に渡される、請求項１に記載の機器。
【請求項１２】
無線通信をサポートする機器であって、
複数のアンテナ素子を含む構成可能アンテナシステムであって、それぞれのアンテナ素子は、異なるアンテナ構成を作成するためにオンまたはオフにされることができる構成可能アンテナシステムと、
それぞれの前記アンテナ構成について受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）を生成するよう構成された送受信器であって、前記ＲＳＳＩはクライアント機器から受信した信号に基づいて生成される送受信器と、
前記送受信器および前記構成可能アンテナシステムに通信可能に接続されたアンテナ回路システムであって、
それぞれの前記アンテナ構成について前記ＲＳＳＩを前記送受信器から受信し、
前記アンテナ構成の中から前記ＲＳＳＩに基づいて１つのアンテナ構成を選択し、
前記構成可能アンテナシステムを前記選択されたアンテナ構成に構成する、
よう構成されるアンテナ回路システムと、
を備える、機器。
【請求項１３】
前記選択されたアンテナ構成は、前記構成可能アンテナシステムに所定期間用いられる、請求項１２に記載の機器。
【請求項１４】
前記所定期間の後、前記アンテナ回路システムは、それぞれの前記アンテナ構成について前記ＲＳＳＩを更新し、前記更新されたＲＳＳＩに基づいて更新されたアンテナ構成を選択し、前記構成可能アンテナシステムを前記更新されたアンテナ構成に構成するよう構成された、請求項１３に記載の機器。
【請求項１５】
前記所定期間は１秒未満である、請求項１３に記載の機器。
【請求項１６】
前記アンテナ回路システムは複数のＲＳＳＩの組を生成し、それぞれの組は１つのクライアント機器につき異なるアンテナ構成についてのＲＳＳＩを含む、請求項１２に記載の機器。
【請求項１７】
前記アンテナ回路システムは、それぞれの前記アンテナ構成のＲＳＳＩのうち最大のＲＳＳＩを特定し、最大のＲＳＳＩに対応する前記アンテナ構成を前記選択されたアンテナ構成として選択する、請求項１２に記載の機器。
【請求項１８】
前記送受信器から受信する信号の送信出力を増加させ、前記構成可能アンテナシステムから受信する無線周波数信号に含まれるノイズ信号を除去するよう構成された無線周波数（ＲＦ）フロントエンドシステムをさらに備える、請求項１２に記載の機器。
【請求項１９】
前記送受信器はBluetooth送受信器であり、前記信号はBluetooth信号である、請求項１２に記載の機器。
【請求項２０】
無線通信をサポートする機器であって、
第１アンテナおよび第２アンテナであって、異なる偏波を用いる第１アンテナおよび第２アンテナと、
前記第１アンテナを介して第１無線周波数信号を送信するよう構成された第１通信モジュールであって、前記第１無線周波数信号は、第１通信プロトコルに準拠して生成される第１通信モジュールと、
前記第２アンテナを介して第２無線周波数信号を送信するよう構成された第２通信モジュールであって、前記第２無線周波数信号は、前記第１通信プロトコルと異なる第２通信プロトコルに準拠して生成される第２通信モジュールと、
を備える、機器。
【請求項２１】
前記第１通信モジュールおよび前記第２通信モジュールは、回路基板の反対面に位置する、請求項２０に記載の機器。
【請求項２２】
前記第１通信モジュールは、第１時間に前記第１無線周波数信号を送信し、前記第２通信モジュールは前記第１時間と異なる第２時間に前記第２無線周波数信号を送信する、請求項２０に記載の機器。
【請求項２３】
前記第１通信モジュールはBluetoothモジュールであり、前記第２通信モジュールはWIFIモジュールである、請求項２０に記載の機器。
【請求項２４】
前記第１無線周波数信号は第１周波数で送信するよう構成され、前記第２無線周波数信号は前記第１周波数と異なる第２周波数で送信するよう構成される、請求項２０に記載の機器。
【請求項２５】
前記第１周波数および前記第２周波数は、所定期間後に再構成される、請求項２４に記載の機器。
【請求項２６】
無線通信をサポートする機器であって、
Bluetooth機器と通信する第１Bluetooth送受信器と、
クライアント機器と通信する第２のBluetooth送受信器と、
１以上のプロセッサと、
前記１以上のプロセッサにより実行可能な命令を保存するメモリとを備え、
前記１以上のプロセッサは、
前記第１Bluetooth送受信器を介して、前記Bluetooth機器との第１通信接続を確立し、前記第１通信接続において、前記機器は、前記Bluetooth機器を制御するBluetoothマスタ機器として動作し、
前記第２Bluetooth送受信器を介して、前記Bluetooth機器の利用可能性を示すBluetoothブロードキャスト信号を送信し、
前記第２Bluetooth送受信器を介して、前記クライアント機器と第２の通信接続を確立し、前記第２通信接続において、前記機器は、前記クライアント機器に制御され得るBluetoothスレーブ機器として動作し、
前記Bluetooth機器に向けられるデータを、前記クライアント機器から前記第２通信接続を介して受信し、
前記Bluetooth機器に向けられるデータを、前記Bluetooth機器に前記第１通信接続を介して転送する、
よう構成される、機器。
【請求項２７】
前記クライアント機器と通信する第３Bluetooth送受信器をさらに備え、
前記１以上のプロセッサは、
前記第１Bluetooth送受信器を介して、別のBluetooth機器との第３通信接続を確立し、前記第３通信接続において、前記機器は、前記別のBluetooth機器を制御するBluetoothマスタ機器として動作し、
前記第３Bluetooth送受信器を介して、前記別のBluetooth機器の利用可能性を示す別のBluetoothブロードキャスト信号を送信し、
前記第３Bluetooth送受信器を介して、前記クライアント機器との第４通信接続を確立し、前記第４通信接続において、前記機器は、前記クライアント機器に制御され得る別のBluetoothスレーブ機器として動作する、
よう構成される、請求項２６に記載の機器。
【請求項２８】
前記１以上のプロセッサは、前記Bluetoothブロードキャスト信号および前記別のBluetoothブロードキャスト信号を、実質的に同時に送信するようさらに構成される、請求項２７に記載の機器。
【請求項２９】
前記１以上のプロセッサは、
前記別のBluetooth機器に向けられるデータを、前記クライアント機器から前記第４通信接続を介して受信し、
前記別のBluetooth機器に向けられるデータを、前記別のBluetooth機器に前記第３通信接続を介して転送する、
ようさらに構成される、請求項２７に記載の機器。
【請求項３０】
前記１以上のプロセッサは、前記Bluetooth機器に向けられるデータおよび前記別のBluetooth機器に向けられるデータを、実質的に同時に受信するようさらに構成される、請求項２９に記載の機器。
【請求項３１】
前記１以上のプロセッサは、
前記第１Bluetooth送受信器を介して、別のBluetooth機器との第３通信接続を確立し、前記第３通信接続において、前記機器は前記別のBluetooth機器を制御するBluetoothマスタ機器として動作し、
前記第２Bluetooth送受信器を介して、前記別のBluetooth機器の利用可能性を示す別のBluetoothブロードキャスト信号を送信し、
前記第２Bluetooth送受信器を介して、前記クライアント機器との第４通信接続を確立し、前記第４通信接続において、前記機器は、前記クライアント機器に制御され得る別のBluetoothスレーブ機器として動作する、
ようさらに構成される、請求項２６に記載の機器。
【請求項３２】
前記１以上のプロセッサは、前記Bluetoothブロードキャスト信号を第１所定期間に送信するよう構成され、前記別のBluetoothブロードキャスト信号を第２所定期間に送信するよう構成され、前記第１所定期間と前記第２所定期間は重複しない、請求項３１に記載の機器。
【請求項３３】
前記第１所定期間および前記第２所定期間は同じ持続時間を有する、請求項３２に記載の機器。
【請求項３４】
前記１以上のプロセッサは、
前記第１Bluetooth送受信器を介して、前記Bluetooth機器から送信された第１のアドバタイジングパケットを検出し、
前記第２Bluetooth送受信器を介して、前記第１のアドバタイジングパケットのアドバタイジングデータを含む第２のアドバタイジングパケットを送信する、
ようさらに構成される、請求項２６に記載の機器。
【請求項３５】
前記Bluetooth機器はＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）機器である、請求項２６に記載の機器。
【請求項３６】
無線通信をサポートする方法であって、
第１Bluetooth送受信器を介して、機器とBluetooth機器との間の第１通信接続を設立するステップであって、前記第１通信接続において、前記機器は、前記Bluetooth機器を制御するBluetoothマスタ機器として動作するステップと、
第２Bluetooth送受信器を介して、前記Bluetooth機器の利用可能性を示すBluetoothブロードキャスト信号を送信するステップと、
前記第２Bluetooth送受信器を介して、前記機器とクライアント機器との間の第２通信接続を設立するステップであって、前記第２通信接続において、前記機器は、前記クライアント機器に制御され得るBluetoothスレーブ機器として動作するステップと、
前記Bluetooth機器に向けられるデータを、前記クライアント機器から前記第２通信接続を介して受信するステップと、
前記Bluetooth機器に向けられたデータを、前記Bluetooth機器に前記第１通信接続を介して転送するステップと、
を含む、方法。
【請求項３７】
前記第１Bluetooth送受信器を介して、別のBluetooth機器との第３通信接続を確立するステップであって、前記第３通信接続において、前記機器は前記別のBluetooth機器を制御するBluetoothマスタ機器として動作するステップと、
第３Bluetooth送受信器を介して、前記別のBluetooth機器の利用可能性を示す別のBluetoothブロードキャスト信号を送信するステップと、
前記第３Bluetooth送受信器を介して、前記クライアント機器との間に第４通信接続を確立するステップであって、前記第４通信接続において、前記機器は、前記クライアント機器に制御され得る別のBluetoothスレーブ機器として動作するステップと、
をさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記Bluetoothブロードキャスト信号および前記別のBluetoothブロードキャスト信号は、実質的に同時に送信される、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記別のBluetooth機器に向けられるデータを、前記クライアント機器から前記第４通信接続を介して受信するステップと、
前記別のBluetooth機器に向けられるデータを、前記別のBluetooth機器に前記第３通信接続を介して転送するステップと、
をさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記Bluetooth機器に向けられるデータおよび前記別のBluetooth機器に向けられるデータは、実質的に同時に受信される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１Bluetooth送受信器を介して、別のBluetooth機器との第３通信接続を確立するステップであって、前記第３通信接続において、前記機器は前記別のBluetooth機器を制御するBluetoothマスタ機器として動作するステップと、
前記第２Bluetooth送受信器を介して、前記別のBluetooth機器の利用可能性を示す別のBluetoothブロードキャスト信号を送信するステップと、
前記第２Bluetooth送受信器を介して、前記クライアント機器との第４通信接続を確立するステップであって、前記第４通信接続において、前記機器は、前記クライアント機器に制御され得る別のBluetoothスレーブ機器として動作するステップと、
をさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
前記Bluetoothブロードキャスト信号は第１所定期間に送信され、前記別のBluetoothブロードキャスト信号は第２所定期間に送信され、前記第１所定期間と前記第２所定期間とは重複しない、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１所定期間および前記第２所定期間は同じ持続時間を有する、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１Bluetooth送受信器を介して、前記Bluetooth機器から送信された第１アドバタイジングパケットを検出するステップと、
前記第２Bluetooth送受信器を介して、前記第１アドバタイジングパケットのアドバタイジングデータを含む第２アドバタイジングパケットを送信するステップと、
をさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４５】
前記Bluetooth機器はＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）機器である、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は以下の出願に基づき優先権を主張する：
米国仮特許出願第６２／１１０，２５０号、２０１５年１月３０日出願、「METHODS, DEVICES AND SYSTEMS FOR INCREASING WIRELESS COMMUNICATION RANGE（無線通信範囲を拡大する方法、機器およびシステム）」、
米国仮特許出願第６２／１１０，２６２号、２０１５年１月３０日出願、「BLUETOOTH TRANSPARENT RELAY（BLUETOOTH透明中継器）」、
米国特許出願第１４／６３９，７１１号、「METHODS, DEVICES AND SYSTEMS FOR INCREASING WIRELESS COMMUNICATION RANGE（無線通信範囲を拡大する方法、機器およびシステム）」、２０１５年３月５日出願、
米国特許出願第１４／７８９，６１４号、「METHODS, DEVICES AND SYSTEMS FOR SUPPORTING WIRELESS COMMUNICATION （無線通信をサポートする方法、機器およびシステム）」、２０１５年７月１日出願、
米国仮特許出願第６２／１８７，９５６号、「METHODS, DEVICES AND SYSTEMS FOR BLUETOOTH AUDIO TRANSMISSION （BLUETOOTH音声通信の方法、機器およびシステム）」、２０１５年７月２日出願、および
米国特許出願第１４／９３０，３０７号、「BLUETOOTH TRANSPARENT RELAY（BLUETOOTH透明中継器）」、２０１５年１１月２日出願。
上記に引用した出願の全内容は、参照により本出願に援用される。
【０００２】
本出願は、一般には無線通信分野に関し、より詳細には無線通信範囲を拡大する方法、機器およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
Bluetooth（登録商標）スピーカ、スマートフォン、スマート鍵、および様々なスマートBluetoothセンサおよびウェアラブルデバイスなどのBluetooth機器は、多くの用途で広く用いられるようになってきている。Bluetooth技術は低電力および低コスト運用に向けて設計されているので、Bluetooth機器の通信範囲は通常はごく短い。例えば、スマートフォンおよびＢＬＥ(Bluetooth Low Energy )センサといった２つのBluetooth機器間の通常の通信範囲は、オープンスペースであれば数十メートル、宅内であれば２、３メートルに制限され、Bluetooth送信信号は通常は壁を通過できない。通信範囲が短いため、より長い通信範囲が求められる状況でのBluetooth機器の使用は制限される。
【０００４】
無線通信範囲を拡大する伝統的な考え方は、通常は無線周波数を送信する両側における送信出力またはアンテナ利得の増加に関わる。しかし、Bluetooth機器、特にＢＬＥセンサおよびウェアラブルデバイスにおいては、デバイスの送信電力またはアンテナ利得の増加は非現実的で、低電力低コストなBluetooth機器という設計目的を台無しにしてしまう。このように、送信出力またはBluetooth機器の製造コストを増加させることなくBluetooth機器の通信範囲を拡大することが望まれる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、無線通信をサポートする機器を提供する。いくつかの実施形態に即して、本発明は無線通信をサポートする機器を提供する。機器は、送受信器と、アンテナと、送受信器およびアンテナに通信可能に接続された無線周波数（ＲＦ:radio frequency）フロントエンドシステムとを備える。ＲＦフロントエンドシステムは、送受信器に接続され、送受信器から受信する信号をサンプリングし、電圧信号を出力するよう構成されたＲＦサンプリング部と、電圧信号を受信するためＲＦサンプリング部に接続され、ＲＦフロントエンドシステムを送信モードと受信モードとの間で切り替えるよう構成されたＲＦスイッチング回路と、ＲＦスイッチング回路に接続され、送受信器から受信する信号の送信出力を増加させるよう構成されたＲＦ送信利得部と、ＲＦスイッチング回路に接続され、アンテナから受信する無線周波数信号に含まれるノイズ信号を抑制するよう構成されたＲＦ受信利得部と、を備える。
【０００６】
いくつかの実施形態に即して、本発明は無線通信をサポートする機器を提供する。機器は、複数のアンテナ素子を含む構成可能アンテナシステムを備える。それぞれのアンテナ素子は、異なるアンテナ構成を作成するためにオンまたはオフにされることができる。装置は、それぞれのアンテナ構成について、受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ:received signal strength indicator）を生成するよう構成された送受信器をさらに備える。ＲＳＳＩはクライアント機器から受信した信号に基づいて生成される。装置は、送受信器および構成可能アンテナシステムに通信可能に接続されたアンテナ回路システムをさらに備える。アンテナ回路システムは、それぞれのアンテナ構成についてＲＳＳＩを送受信器から受信し、アンテナ構成の中からＲＳＳＩに基づいて１つのアンテナ構成を選択し、構成可能アンテナシステムを選択されたアンテナ構成に構成するよう構成される。
【０００７】
いくつかの実施形態に即して、本発明は無線通信をサポートする機器を提供する。機器は、第１アンテナおよび第２アンテナを備える。第１アンテナおよび第２アンテナは、異なる偏波を用いる。機器は、第１アンテナを介して第１無線周波数信号を送信するよう構成された第１通信モジュールをさらに備える。第１無線周波数信号は、第１通信プロトコルに準拠して生成される。機器は、第２アンテナを介して第２無線周波数信号を送信するよう構成された第２通信モジュールをさらに備える。第２無線周波数信号は、第１通信プロトコルと異なる第２通信プロトコルに準拠して生成される。
【０００８】
いくつかの実施形態に即して、本発明は無線通信をサポートする機器を提供する。機器は、Bluetooth機器と通信する第１Bluetooth送受信器と、クライアント機器と通信する第２Bluetooth送受信器と、１以上のプロセッサと、１以上のプロセッサにより実行可能な命令を保存するメモリとを備える。１以上のプロセッサは、第１Bluetooth送受信器を介して、Bluetooth機器との第１通信接続を確立するよう構成されてよい。第１通信接続において、機器は、Bluetooth機器を制御するBluetoothマスタ機器として動作してよい。１以上のプロセッサは、第２Bluetooth送受信器を介して、Bluetooth機器の利用可能性を示すBluetoothブロードキャスト信号を送信し、第２Bluetooth送受信器を介して、クライアント機器と第２通信接続を確立するよう、さらに構成されてよい。第２通信接続において、機器は、クライアント機器に制御され得るBluetoothスレーブ機器として動作してよい。１以上のプロセッサは、Bluetooth機器に向けられるデータを、クライアント機器から第２通信接続を介して受信し、Bluetooth機器に向けられるデータを、Bluetooth機器に第１通信接続を介して転送するよう、さらに構成されてよい。
【０００９】
いくつかの実施形態に即して、本発明は無線通信をサポートする方法を提供する。方法は、第１Bluetooth送受信器を介して、機器とBluetooth機器との間の第１通信接続を確立するステップを含む。第１通信接続において、機器は、Bluetooth機器を制御するBluetoothマスタ機器として動作してよい。方法は、第２Bluetooth送受信器を介して、Bluetooth機器の利用可能性を示すBluetoothブロードキャスト信号を送信するステップと、第２Bluetooth送受信器を介して、機器とクライアント機器と間の第２通信接続を確立するステップと、をさらに含んでよい。第２通信接続において、機器は、クライアント機器に制御され得るBluetoothスレーブ機器として動作してよい。方法は、Bluetooth機器に向けられるデータを、クライアント機器から第２通信接続を介して受信するステップと、Bluetooth機器に向けられたデータを、Bluetooth機器に第１通信接続を介して転送するステップと、をさらに含んでよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
添付の図面は、本出願の一部を構成するものであり、いくつかの実施形態を説明し、明細書とともに本発明の原理の説明に供される。
【図１】本発明の方法およびシステムを実装する例示的システム環境を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブの例示的ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブの送信経路の例示的ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブの受信経路の例示的ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブの例示的ブロック図である。
【図６】本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブのアンテナシステムを構成する例示的方法のフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に従った、アンテナ構成選択のための受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）の例示的表である。
【図８】本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブのアンテナシステムの例示的ブロック図である。
【図９】本発明の実施形態に従った、多重通信プロトコルをサポート可能な無線通信ハブの例示的ブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態に従った、多重通信プロトコルをサポート可能な無線通信ハブの例示的ブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態に従った、多重通信プロトコルをサポート可能な無線通信ハブで採用される周波数ホッピングの例示的考え方を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブの例示的構造を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブの例示的使用状況を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブの例示的使用状況を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブの例示的使用状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付の図面を参照して例示的実施形態を説明する。図において、参照符号の左端の数字はその符号が最初に表れる図を示す。同一または同様の部分を引用するために、同一の参照符号が図面を通して適宜用いられる。本発明の原理の例および特徴が本明細書に記載されるところ、記載された実施形態の精神と範囲から逸脱することなく、修正、適用およびその他の実施が可能である。また、「備える(comprising)」「有する(having)」「含む(containing)」および「含む(including)」といった単語、およびその他同様の語形は、意味において均等であることを意図し、これらの号に続く事項がそのような事項の網羅的なリストであること、または、列挙された事項のみに限定されることを意味するものではないという非限定的なものである。また、本明細書および特許請求の範囲で用いられるように、単数形の表現("a"、"an"および"the"）は、文脈から明らかな場合を除き、複数の引用も含むことに留意されたい。以下の詳細な説明は例示のみとして考慮されるべきものであって、真の範囲および精神は特許請求の範囲に示される。
【００１２】
図示された構成要素およびステップは例示的実施形態の説明のために提示され、現在進行する技術開発によって特定の機能の実行のされ方が変わり得ることは予測されるべきである。これらの例は、限定ではなく説明の目的でここに記載されている。さらに、機能ブロックの境界は、記載の便宜上任意に規定されたものである。そこで特定される機能および関係が適切に実行される限り、代替の境界を規定してよい。本明細書に含まれる教示に基づき、当業者にとって代替物（本明細書の記載の均等物、拡張、変更、逸脱等を含む）は明白であろう。このような代替物は、本発明の実施形態の範囲および精神に含まれるものである。
【００１３】
図１は、本発明の方法およびシステムを実施する例示的システム環境１００を示す図である。図１に示すシステム環境１００は、ハブ１２０と、クライアント機器１１０、１２５、１３０、１３５、および１４５を含む。実施形態によっては、システム環境１００は、クライアント機器がハブ１２０と遠隔通信を行えるようにするネットワーク１４０も含む。図１に示すように、クライアント機器は無線通信リンクを通してハブ１２０に接続される。例えば、クライアント機器はBluetooth通信プロトコルを用いてハブ１２０と通信するBluetooth機器またはBluetoothセンサであってよい。クライアント機器は、他の無線通信プロトコル、例えばZigBee（登録商標）、WIFI（登録商標）等を用いてハブ１２０と通信してもよい。クライアント機器の間で無線通信が確立されるとき、ハブ１２０は一のクライアント機器（例えばクライアント機器１１０）から無線信号を受信し、受信した信号を処理し、対応する無線信号を他のクライアント機器（例えばクライアント機器１２５）に送信し、クライアント機器どうしがハブ１２０を通して通信できるようにしてもよい。いくつかの実施形態で、ハブ１２０はクライアント機器から受信した信号を増幅し、および／または、受信した信号のノイズを抑制して、クライアント機器間の通信範囲が効果的に拡大できるようにしてもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態で、クライアント機器はBluetooth機器またはセンサ（またはWIFI機器、Zigbee機器等のような他の無線機器）であってよく、ハブ１２０はクライアント機器間の通信範囲を拡大させるのに用いられてよい。Bluetooth機器は、マスタ機器またはスレーブ機器の２つのモードのうち１つで動作する。マスタ機器はネットワーク時計を提供し、周波数ホッピング配列を決定し、スレーブ機器はマスタ機器の時計に同期してマスタのホッピング周波数に追随する。図１に記載の各クライアント機器は、マスタ機器とスレーブ機器のいずれかであってよい。例えば、クライアント機器１１０はマスタ機器であり、クライアント機器１２５、１３０および１３５はスレーブ機器であってよい。例として、Bluetoothマスタ機器は、携帯電話、タブレット、コンピュータ、ノートパソコン、スマートウォッチ、テレビ、または画面およびオペレーティングシステムを備える他のBluetooth機器であってよい。Bluetoothスレーブ機器は、スピーカ、ヘッドセット、マイク、プリンタ、スマートウォッチ、カメラ、テレビ、モニタ、およびリストバンド、歩数計、活動量計、スリープトラッカー、体重計などを含むウェアラブルデバイス、または、洗濯機、掃除機、冷蔵庫、オーブン、電子レンジ等を含む家電製品のような、Bluetoothセンサが取り付けられ関連する電気パラメータを検出し送信する機器であってよい。
【００１５】
いくつかの実施形態で、クライアント機器は、ネットワーク１４０を通してハブ１２０と通信してよい。例えば、図１に示すように、クライアント機器１４５は、ネットワーク１４０を介してハブ１２０および／または他のクライアント機器と遠隔で通信してよい。ネットワーク１４０は、ハブ１２０とクライアント機器との間で、通信を提供し、情報を交換し、および／または情報の交換を促進する、どのようなタイプのネットワークであってもよい。ある実施形態で、ネットワーク１４０は、インターネット、ローカルエリアネットワーク、携帯通信ネットワーク、無線ローカルエリアネットワーク、またはクライアント機器がハブ１２０へ／から情報を送信および受信することができる他の適切な接続であってよい。いくつかの実施形態で、ハブ１２０は、ネットワーク１４０を通してクライアント機器からアクセスされ得るクラウドベースの遠隔ネットワークシステムに含まれてよい。
【００１６】
本発明は、クライアント機器間の無線通信範囲を効果的に拡大するのに使用可能な無線ハブを提供する。無線ハブは、無線クライアント機器の修正を要求することなく長距離通信をサポートし得る。無線ハブは、クライアント機器による認識を要しない透明中継器として機能してよい。いくつかの実施形態で、無線ハブは、Bluetoothのすべての公開プロファイルをサポートするBluetoothハブであってよい。また、例えばスマートフォンのアプリを用いて、クラウドサーバを通して無線ハブを制御することも可能である。さらに、無線ハブは、クラウドサーバに接続するよう構成され、使用履歴、相互作用、および／またはクライアント機器および無線ハブの活動に基づき適応し、自ら再構成可能であってよい。ハブ１２０はルータと呼ばれてよく、本明細書ではハブとルータという用語は相互交換可能であることに留意されたい。
【００１７】
以下の説明で、Bluetoothプロトコルおよび機器が無線ハブの設計を示すのに用いられる。しかし、同様の構造の無線ハブを、他の無線通信プロトコルが用いられる状況にも、本発明の精神と範囲から離れることなく適用可能であることを理解されたい。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブ２００の例示的ブロック図である。図２に示すように、Bluetoothハブ２００は、Bluetooth送受信器２１０、ＲＦフロントエンドシステム２２０、およびアンテナ２４０を備えてよい。Bluetooth送受信器２１０は、Bluetooth信号をBluetooth機器へ／から送信および受信するよう構成されてよい。Bluetooth送受信器２１０は、Bluetooth信号を生成、受信、および符号化／復号化するための、デジタル、アナログ、および無線周波数（ＲＦ）機能を含んでよい。アンテナ２４０は、ＲＦBluetooth信号を電磁波に、またその逆に、変換してよい。アンテナ２４０は、図５および図８に関連してそれぞれ後述する、再構成可能アンテナシステムまたは指向性アンテナシステムを含んでよい。Bluetoothハブ２００は、Bluetooth送受信器２１０に接続されるプロセッサといった、他の構成要素も含んでよい。Bluetoothハブ２００は、インターネットに接続する手段、例えばイーサネット端子（登録商標）やWIFIモジュールをさらに含んでよい。Bluetoothハブ２００は、Bluetooth送受信器２００を介してインターネットに接続されてもよい。
【００１９】
ＲＦフロントエンドシステム２２０は、Bluetooth送受信器２１０およびアンテナ２４０と通信可能に接続される。ＲＦフロントエンドシステム２２０は、Bluetooth送受信器２１０のＲＦ能力を、その受信感度および送信出力を増加させることで改善してよい。ＲＦフロントエンドシステム２２０は、ＲＦサンプリング部２２２、ＲＦスイッチング回路２２４、１以上のＲＦスイッチング部（例えば２２５および２２６）、ＲＦ送信利得部２２８、および１以上のＲＦ受信利得部（例えば２２９および２３０）を含んでよい。
【００２０】
ＲＦサンプリング部２２２は、Bluetooth送受信器２１０に接続され、Bluetooth送受信器２１０から受信したＲＦ信号をサンプリングする。例えば、Bluetooth送受信器２１０から出力されるＲＦ信号の小部分（例えば1%未満）がＲＦサンプリング部２２２に渡され、Bluetooth送受信器２１０から出力されるＲＦ信号の残りの部分がＲＦスイッチング部２２５に渡されアンテナ２４０に送信されてよい。言い換えると、ＲＦサンプリング部２２２は、アンテナ２４０に流れるＲＦ信号の割合よりも実質的に少ない割合で、Bluetooth送受信器２１０から出力されるＲＦ信号をサンプリングする。ＲＦサンプリング部２２２は、サンプリングされたＲＦ信号を電圧信号に変換し、電圧信号をＲＦスイッチング回路２２４に出力する。いくつかの実施形態で、ＲＦサンプリング部２２は、ＲＦスイッチング回路２２４に送る前に電圧信号をフィルタするローパスフィルタを含んでよい。フィルタされた電圧信号は、ＲＦスイッチング回路２２４に渡すため対数信号に変換されてもよい。
【００２１】
ＲＦスイッチング回路２２４は、電圧信号を受信するためＲＦサンプリング部２２２に接続され、ＲＦフロントエンドシステム２２０を送信モードと受信モードとの間で切り替える。例えば、ＲＦスイッチング回路２２４は、ＲＦサンプリング部２２２から受信する電圧信号に基づいてＲＦフロントエンドシステム２２０を送信モードと受信モードとの間で切り替える制御信号を、ＲＦスイッチング部２２５および２２６に送ってよい。制御信号は、数百ナノ秒の間にＲＦスイッチング回路２２４からＲＦスイッチング部２２５および２２６に送られてよい。いくつかの実施形態で、ＲＦスイッチング回路２２４は、受信した電圧信号を所定の閾値と比較し、電圧信号が所定の閾値よりも大きければ、ＲＦフロントエンドシステム２２０を送信モードに切り替えてよい。
【００２２】
ＲＦ送信利得部２２８は、Bluetooth送受信器２１０から受信したＲＦ信号の信号強度を増加させるよう構成される。ＲＦ送信利得部２２８は、ＲＦスイッチング回路２２４により有効化または無効化されてよい。例えば、ＲＦスイッチング回路２２４は、ＲＦ送信利得部２２８に接続され、ＲＦ送信利得部２２８を有効化または無効化する制御信号をＲＦ送信利得部２２８に送ってよい。いくつかの実施形態で、ＲＦ送信利得部２２８は、ＲＦ信号を増幅する前に、Bluetooth送受信器２１０から受信したＲＦ信号を整形するセラミックフィルタおよびステップＲＦ減衰器を含んでよい。
【００２３】
ＲＦ受信利得部２２９および２３０は、一連の受信信号の雑音指数を抑制するよう構成される。ＲＦ受信利得部２２９および２３０は、ＲＦスイッチング回路２２４により有効化または無効化されてよい。例えば、ＲＦスイッチング回路２２４は、ＲＦ受信利得部２２９および２３０に接続され、ＲＦ受信利得部２２９および２３０を有効化または無効化する制御信号をＲＦ受信利得部２２９および２３０に送ってよい。フリスの公式で説明されるように、縦続接続された複数段の合計雑音指数は、以下の式で与えられる。
【００２４】
【数１】
2018509019.tif 000003
【００２５】
ここでFiおよびGiは、それぞれ、i番目の段における雑音指数および利用可能な出力利得であり、nは段階数である。ＲＦ受信器の全体での雑音指数は、主に第１利得段階の雑音指数によって定まる。その結果、ＲＦ受信利得部２２９および２３０などの縦続接続されたＲＦ受信利得部は、ＲＦフロントエンドシステム２２０の雑音指数をさらに低下させるために用いられてよい。図２で２つのＲＦ受信利得部２２９および２３０が用いられているが、ＲＦフロントエンドシステム２２０に、より多くの、または少ない数のＲＦ受信利得部を用いることも可能である。
【００２６】
図２に示すように、ＲＦフロントエンドシステム２２０は、２つのＲＦスイッチング部２２５および２２６を含む。ＲＦスイッチング部は、ＲＦスイッチング回路２２４からの制御信号により制御される。２つのＲＦスイッチング部２２５および２２６は、それぞれ、ＲＦ信号の経路を決定する単極双投（ＳＰＤＴ:single pole double throw）スイッチであってよい。ＲＦスイッチング部が送信経路に切り替えると、ＲＦ信号はＲＦ送信利得部２２８を通って流れ、アンテナ２４０に流れ込む。ＲＦスイッチング部が受信経路に切り替えると、ＲＦ信号はアンテナからＲＦ受信利得部を通って流れ、Bluetooth送受信器２１０に流れ込む。図２で２つのＲＦスイッチング部２２５および２２６が用いられているが、ＲＦフロントエンドシステム２２０においてＲＦ信号の経路を切り替えるために、より多くの、または少ない数のＲＦスイッチング部２２５および２２６を用いることも可能である。加えて、より複雑なアーキテクチャを実装するために、ＳＰ３Ｔ、ＳＰ４ＴまたはＳＰＮＴスイッチング部などの、より高次のＲＦスイッチング部を用いてもよい。
【００２７】
上述したBluetoothハブ２００は、他の無線通信プロトコルの使用される状況に適用できるよう変更可能であることが、当業者には理解されよう。例えば、図２のBluetooth送受信器２１０は、WIFIなどの他の無線通信プロトコルの信号を送受信可能な送受信器で置き換えることができ、その結果ハブ２００は他の無線通信プロトコルを用いる機器間の通信をサポート可能になる。Bluetoothハブ２００はBluetoothルータとも呼ばれ、本明細書において、BluetoothハブとBluetoothルータという用語は相互交換可能であることに留意されたい。
【００２８】
図３は、本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブの送信（ＴＸ:transmission）経路３００の例示的ブロック図である。図３に示すように、Bluetooth信号の送信の間、Bluetooth送受信器２１０は、ＲＦフロントエンドシステム２２０にＲＦ信号を送る。Bluetooth送受信器２１０から出力されたＲＦ信号の小部分がＲＦサンプリング部２２２に供給され、ＲＦ信号の残りの部分がＲＦスイッチング部２２５に供給される。例えば、ＲＦサンプリング部２２２は、Bluetooth送受信器２１０から出力されたＲＦ信号の約1%を取ってサンプリングされたＲＦ信号を電圧信号に変換する。ＲＦサンプリング部２２２は、ＲＦフロントエンドシステム２２０の動作モードを制御するため、電圧信号をＲＦスイッチング回路２２４に渡す。いくつかの実施形態で、ＲＦスイッチング回路２２４は、受信した電圧信号の電圧を所定の閾値と比較してよい。このとき、電圧が所定の閾値よりも大きければ、ＲＦスイッチング回路はＲＦフロントエンドシステム２２０を送信モードに切り替えてよい。送信モードで、ＲＦスイッチング回路２２４は、ＲＦスイッチング部２２５および２２６に制御信号を送ってＲＦ信号を送信経路に切り替え、ＲＦ送信利得部２２８に送信可能化ロジックを送る。送信可能化ロジックは、ＲＦ送信利得部２２８のＲＦ信号の信号増幅機能の実行を可能にする。ＲＦスイッチング回路２２４は、ＲＦ受信利得部（例えば２２９および２３０）に受信不能化ロジックを送ってもよい。ＲＦフロントエンドシステム２２０が送信モードのときはＲＦ信号がＲＦ受信利得部を通らないため、受信不能化ロジックは、ＲＦ受信利得部のすべての雑音抑制機能の実行を不能にする。Bluetooth送受信器２１０から出力されるＲＦ信号は、ＲＦ送信利得部２２８に渡され、その後アンテナに流し込まれる。
【００２９】
図４は、本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブの受信（ＲＸ:receiving）経路４００の例示的ブロック図である。例えば、ＲＦスイッチング回路２２４は、ＲＦサンプリング部２２２から受信した電圧信号の電圧を所定の閾値と比較してよい。このとき、電圧が所定の閾値よりも低ければ、ＲＦスイッチング回路２２４は、ＲＦフロントエンドシステム２２０を受信モードに切り替えてよい。受信モードで、Bluetooth送受信器２１０は、ＲＦエネルギーをＲＦフロントエンドシステム２２０に送信するのを止め、ＲＦスイッチング回路は、ＲＦ信号を受信経路に切り替える。アンテナから受信されるＲＦ信号は、ＲＦ受信利得部（例えば２２９および２３０）に流し込まれ、Bluetooth送受信器２１０に入力される。受信信号はＲＦサンプリング部２２２にバイパスされてよい。
【００３０】
図４に示すように、Bluetooth信号の受信の間、ＲＦスイッチング回路２２４は、ＲＦ信号を受信経路に切り替えるためＲＦスイッチング部２２５および２２６に制御信号を送り、ＲＦ受信利得部（例えば２２９および２３０）に受信可能化ロジックを送る。受信可能化ロジックは、ＲＦ受信利得部２３０の、アンテナから受信したＲＦ信号への雑音抑制機能の実行を可能にする。ＲＦスイッチング回路２２４は、ＲＦ送信利得部２２８に送信不能化ロジックを送ってもよい。ＲＦフロントエンドシステム２２０が受信モードで動作するときはＲＦ信号はＲＦ送信利得部２２８に渡されないため、送信不能化ロジックは、ＲＦ送信利得部２２８のすべての信号増幅機能の実行を不能にする。アンテナから出力されるＲＦ信号は、ＲＦ受信利得部２３０に渡され、Bluetooth信号のデコードのためBluetooth送受信器２１０に流し込まれる。ＲＦフロントエンドシステム２２０が受信モードで動作するとき、Bluetooth送受信器２１０は、ＲＦエネルギーをＲＦフロントエンドシステム２２０に送信するのを止める。こうして、ＲＦフロントエンドシステム２２０が受信モードで動作するとき、ＲＦサンプリング部２２２は、ＲＦ信号をBluetooth送受信器２１０から受信せず、またはＲＦスイッチング回路２２４にいかなる出力も供給しない。ＲＦフロントエンドシステム２００が受信モードで動作するとき、Bluetoothハブの受信経路は、ＲＦサンプリング部２２２およびＲＦ送信利得部２２８をバイパスする。
【００３１】
図５は、本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブ５００の例示的ブロック図である。図５に示すように、Bluetoothハブ５００は、Bluetooth送受信器２１０、ＲＦフロントエンドシステム２２０、アンテナ回路システム５１０、および再構成可能アンテナシステム５２０を備える。Bluetooth送受信器２１０およびＲＦフロントエンドシステム２２０は、図２−４に関連して上述されている。
【００３２】
再構成可能アンテナシステム５２０は、複数のアンテナ素子を含んでよく、それぞれのアンテナ素子は、独立にオンまたはオフにされてよい。こうして、それぞれのアンテナ素子をオンまたはオフにすることにより、固有のアンテナ放射パターンを形成することができる。言い換えると、それぞれのアンテナ素子をオンまたはオフにすることにより、異なるアンテナ構成を作成することができる。再構成可能アンテナシステム５２０は、アンテナ回路システム５１０により、アンテナ素子の特定のアンテナ構成に構成されてよい。
【００３３】
アンテナ回路システム５１０は、Bluetooth送受信器２１０に接続されたフィードバックロジック入力ポートと、再構成可能アンテナシステム５２０に接続された制御ロジック出力ポートとを備える。いくつかの実施形態で、初期化段階中に、再構成可能アンテナシステム５２０は、それぞれのアンテナ構成でスキャンしてよい。Bluetooth送受信器２１０（またはBluetooth送受信器２１０に関連づけられたプロセッサ）は、Bluetoothクライアント機器から受信した信号に基づき、それぞれのアンテナ構成について受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）を生成してよい。アンテナ回路システム５１０は、Bluetooth送受信器２１０から、それぞれのクライアント機器についてアンテナ構成ごとのＲＳＳＩを含むフィードバックを受信してよい。
【００３４】
Bluetoothクライアント機器ごとに、アンテナ回路システム５１０は、ＲＳＳＩに基づいて優先アンテナ構成を選択し、再構成可能アンテナシステム５２０をクライアント機器に対応する優先アンテナ構成に構成してよい。例えば、アンテナ回路システム５１０は、すべてのアンテナ構成のうち最大のＲＳＳＩに対応するアンテナ構成を選択してよい。いくつかの実施形態で、アンテナ回路システム５１０は、クライアント機器についてどのアンテナ構成を選択するか決定するにあたり、ＲＳＳＩと前回選択されたアンテナ構成との両方を考慮してよい。いくつかの実施形態で、アンテナ回路システム５１０は、クライアント機器についてどのアンテナ構成を選択するか決定するにあたり、ＲＳＳＩ、ビット誤り率（ＢＥＲ:bit error rate）、パケット誤り率（ＰＥＲ:packet error rate）、および／または通信経路の雑音レベルを考慮してよい。Bluetooth送受信器２１０から供給されるフィードバックに基づいてアンテナ構成を選択することにより、再構成可能アンテナシステム５２０は、より高いアンテナ利得とより低い受信ノイズを得ることができ、そうしてBluetoothクライアント機器の通信範囲を拡大することができる。
【００３５】
上述したBluetoothハブ５００は、他の無線通信プロトコルの使用される状況に適用できるよう変更可能であることが、当業者には理解されよう。例えば、図５のBluetooth送受信器２１０は、他の無線通信プロトコルの信号を送受信可能な送受信器で置き換えることができ、その結果ハブ５００は他の無線通信プロトコルを用いる機器間の通信をサポート可能になる。本発明の範囲および精神から逸脱することなく、Bluetoothハブ５００から一定の機能ブロックを省略してよい。例えば、いくつかの実装で、ＲＦフロントエンドシステム２００はBluetoothハブ５００から省略されてよく、ＲＦエネルギーはBluetooth送受信器２１０から再構成可能アンテナシステム５２０へ直接流れてよい。
【００３６】
図６は、本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブのアンテナシステムを構成する例示的方法６００のフローチャートである。方法６００は、図５に関連して上述したBluetoothハブ５００により実行されてよい。
【００３７】
ステップ６０２で、Bluetoothハブは異なるアンテナ構成でスキャンし、アンテナ構成ごとに対応するＲＳＳＩを生成する。例えば、初期化段階中に、再構成可能アンテナシステム５２０がアンテナ構成でスキャンし、Bluetooth送受信器２１０（またはBluetooth送受信器２１０に関連づけられたプロセッサ）がアンテナ構成ごとに対応するＲＳＳＩを生成してよい。システム内に複数のBluetoothクライアント機器があると、Bluetoothハブはクライアント機器ごとにＲＳＳＩの組を生成してよい。Bluetooth送受信器２１０（またはBluetooth送受信器２１０に関連づけられたプロセッサ）は、アンテナ構成の選択のためにＲＳＳＩをアンテナ回路システム５１０にフィードバックしてよい。いくつかの実施形態で、Bluetoothハブのプロセッサは、ＲＳＳＩに基づいてアンテナ構成を選択し、選択されたアンテナ構成をアンテナ回路システム５１０にフィードバックしてよい。
【００３８】
図７は、本発明の実施形態に従った、アンテナ構成選択のためのＲＳＳＩの例示的表７００である。表７００は、初期化段階中にBluetoothハブに収集されたＲＳＳＩの組を表している。図７に示すように、Ｎ個のアンテナ構成ごとに、表７００は複数のBluetoothクライアント機器、例えばクライアントＡからクライアントＸについてのＲＳＳＩを含む。クライアント機器は移動し得るしＲＦ環境は変動し得るので、Bluetoothクライアント機器の最新のＲＦ状況を反映するため表７００は定期的に更新されてよい。
【００３９】
図６を再び参照して、ステップ６０４で、Bluetoothハブは、クライアント機器についてＲＳＳＩに基づきアンテナ構成を選択する。クライアント機器ごとに、同一または異なるアンテナ構成が選択されてよい。例えば、Bluetoothハブは、すべてのアンテナ構成のうちＲＳＳＩが最大となるアンテナ構成をそれぞれのクライアント機器について選択してよい。別の例では、Bluetoothハブは、優先アンテナ構成に対応するＲＳＳＩが所定値を超えていれば優先アンテナ構成を選択してもよい。優先アンテナ構成に対応するＲＳＳＩが所定値を下回ると、すべてのアンテナ構成のうちＲＳＳＩが最大となるアンテナ構成が選択されてよい。優先アンテナ構成の選択のために、ＲＳＳＩに代えて他の信号強度インジケータを用いることも可能である。
【００４０】
ステップ６０６で、Bluetoothハブは、選択されたアンテナ構成に再構成可能アンテナシステム５２０を構成し、対応するBluetoothクライアント機器と通信するのに選択されたアンテナ構成が用いられる。例えば、アンテナ回路システム５１０は、制御ロジック出力ポートを介して再構成可能アンテナシステム５２０を選択されたアンテナ構成に構成してよい。選択されたアンテナ構成は、タイムアウト中、つまり所定期間に、対応するBluetoothクライアント機器と通信するのに使われてよい。タイムアウト後は、方法６００はステップ６０２に戻り、アンテナ構成をスキャンしてアンテナ構成ごとに更新されたＲＳＳＩを取得してよい。いくつかの実施形態で、タイムアウトは１秒未満、例えば300msに設定されてよい。アンテナ回路システム５１０は、更新されたＲＳＳＩに基づいて選択されたアンテナ構成を更新してよい。こうして、所定期間にクライアント機器と通信するのに選択されたアンテナ構成が使われ、最新のＲＦチャネル状況を反映するため、選択されたアンテナ構成は所定期間後に更新される。ＲＳＳＩに基づいてアンテナ構成を選択し、選択されたアンテナ構成を定期的に更新することにより、方法６００は、より高いアンテナ利得とより低い受信ノイズを得、その結果、クライアント機器の通信範囲を拡大する。
【００４１】
図８は、本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブ８００の例示的ブロック図である。図８に示すように、Bluetoothハブ８００は、Bluetooth送受信器２１０、ＲＦフロントエンドシステム２２０、ＲＦエネルギー分離器８１０、および複数のアンテナ素子８２０−１から８２０−Ｎを備える。Bluetooth送受信器２１０およびＲＦフロントエンドシステム２２０は、図２−４に関連して上述されている。
【００４２】
ＲＦエネルギー分離器８１０は、ＲＦフロントエンドシステム２２０に接続され、ＲＦエネルギーはＲＦフロントエンドシステム２２０からＲＦエネルギー分離器８１０へ流れる。ＲＦエネルギー分離器８１０は、ＲＦエネルギーを、例えば均等に、Ｎ個の部分に分割し、分割されたＲＦエネルギーをＮ個の指向性アンテナ素子８２０−１から８２０−Ｎに供給するよう構成される。指向性アンテナ素子８２０−１から８２０−Ｎは、それぞれ異なる方向に放射するよう構成され、アンテナ素子すべての組み合わせがネットワークの全領域をカバーしてもよい。例えば、それぞれの指向性アンテナ素子８２０−１から８２０−Ｎは、領域の１／Ｎの部分に向けた方向に放射するよう構成されてよい。このようにすることで、Bluetoothハブは、全方位アンテナを用いるときに比べてより高いアンテナ利得を得ることができる。
【００４３】
いくつかの実施形態で、Bluetoothハブは、特定のBluetooth機器について、どの指向性アンテナ素子がそのBluetooth機器から最も強い信号を受信するかを判断してよい。Bluetoothハブは、Bluetooth機器がその指向性アンテナ素子にカバーされる領域にあると判断し、Bluetooth機器にＲＦ信号を送信するためにその指向性アンテナ素子を用いてよい。例えば、Bluetoothハブは、ＲＦエネルギーをすべてのアンテナ素子に均等に分割する代わりに、Bluetooth機器へのすべてのＲＦエネルギーをその指向性アンテナ素子に供給してよい。
【００４４】
上述したBluetoothハブ８００は、他の無線通信プロトコルの使用される状況に適用できるよう変更可能であることが、当業者には理解されよう。例えば、図８のBluetooth送受信器２１０は、他の無線通信プロトコルの信号を送受信可能な送受信器で置き換えることができ、その結果ハブ８００は他の無線通信プロトコルを用いる機器間の通信をサポート可能になる。本発明の範囲および精神から逸脱することなく、Bluetoothハブ９００から一定の機能ブロックを省略してよい。例えば、いくつかの実装で、ＲＦフロントエンドシステム２００はBluetoothハブ８００から省略されてよく、ＲＦエネルギーはBluetooth送受信器２１０からＲＦエネルギー分離器８１０へ直接流れてよい。
【００４５】
図９は、本発明の実施形態に従った、多重通信プロトコルをサポート可能な無線通信ハブ９００の例示的ブロック図である。図９に示すように、無線通信ハブ９００は、プリント基板（ＰＣＢ:printed circut board）９１０、Bluetoothモジュール９２０、およびWIFIモジュール９３０を備え、BluetoothとWIFIの両方の通信をサポートする。
【００４６】
WIFIデバイスもBluetoothデバイスも産業科学医療用（ＩＳＭ:industrial, scientific and medical）無線バンドで動作するので、無線通信ハブ９００内でBluetoothモジュール９２０とWIFIモジュール９３０との間に内部干渉が生じ得る。Bluetoothモジュール９２０とWIFIモジュール９３０との間の干渉を最小にするため、Bluetoothモジュール９２０とWIFIモジュール９３０は、ＰＣＢ９１０上で離して、例えばＰＣＢ９１０の反対端に、配置してよい。図９に示すように、Bluetoothモジュール９２０とWIFIモジュール９３０は、ＰＣＢ９１０の反対面に配置してもよい。いくつかの実施形態で、Bluetoothモジュール９２０とWIFIモジュール９３０との間の物理的距離は、これらの間の分離を確実にする所定の距離よりも大きくなるよう構成されてよい。
【００４７】
図９にはWIFIモジュールとBluetoothモジュールとが含まれているが、類似の構成を、他の通信プロトコルをサポートする無線通信ハブに適用できる。例えば、実施形態によっては、無線通信ハブは、BluetoothモジュールとZigbeeモジュールを備えてよく、BluetoothモジュールとZigbeeモジュールは、相互の干渉を削減するため、ＰＣＢ上で離れて、例えばＰＣＢの反対端に、配置されてよい。別の例として、無線通信ハブは、Bluetoothモジュール、WIFIモジュール、およびZigbeeモジュールを備えてよく、３つのモジュールは互いの干渉を削減するため、互いの距離を最低物理距離だけ離してＰＣＢ上に配置されてよい。
【００４８】
図１０は、本発明の実施形態に従った、多重通信プロトコルをサポート可能な無線通信ハブ１０００の例示的ブロック図である。図１０に示すように、無線通信ハブ１０００は、プリント基板（ＰＣＢ）９１０、Bluetoothモジュール９２０、Bluetoothアンテナ１０１０、WIFIモジュール９３０、およびWIFIアンテナ１０２０を備え、BluetoothとWIFIの両方の通信をサポートする。
【００４９】
WIFIデバイスもBluetoothデバイスもＩＳＭ無線バンドで動作するので、Bluetoothモジュール９２０とWIFIモジュール９３０との間の干渉を最小にするため、Bluetoothモジュール９２０とWIFIモジュール９３０は、ＰＣＢ９１０上で離して、例えば所定の最短距離よりも大きい物理的距離を持つよう、構成されてよい。
【００５０】
いくつかの実施形態で、無線モジュール間の干渉を、異なるアンテナ偏波、および、それぞれの通信モジュール間のＰＣＢ ＲＦ経路を用いて削減し得る。図１０に示すように、Bluetoothアンテナ１０１０は水平偏波を有するよう構成され、WIFIアンテナ１０２０は垂直偏波を有するよう構成される。加えて、Bluetoothアンテナ１０１０へのＰＣＢ ＲＦ経路は垂直方向にあり、WIFIアンテナ１０２０へのＰＣＢ ＲＦ経路は水平方向にある。BluetoothアンテナおよびWIFIアンテナの異なる偏波と、BluetoothモジュールおよびWIFIモジュールとの間のＰＣＢ ＲＦ経路の異なる方向とにより、Bluetoothモジュール９２０およびWIFIモジュール９３０との間の干渉の削減を達成できる。
【００５１】
いくつかの実施形態で、無線モジュール間の干渉を、時間領域の分離により削減し得る。例えば、無線通信ハブのプロセッサ（例えばＣＰＵ）は、通信制御部として動作し、それぞれの通信モジュールがデータを送信および／または受信するタイムスロットを決定するタイミングアルゴリズムを実行してよい。WIFIモジュールがデータを送信および／または受信しているとき、WIFIモジュールがデータを送信および／または受信している同じ時間にBluetoothモジュールが送信を行わないよう、プロセッサは、Bluetoothモジュールに制御信号を送ってよい。同様に、Bluetoothモジュールがデータを送信および／または受信しているとき、Bluetoothモジュールがデータを送信および／または受信している同じ時間にWIFIモジュールが送信を行わないよう、プロセッサは、WIFIモジュールに制御信号を送ってよい。
【００５２】
図１０にはWIFIモジュールとBluetoothモジュールとが含まれているが、類似の構成を、他の通信プロトコルをサポートする無線通信ハブに適用できる。例えば、実施形態によっては、無線通信ハブは、BluetoothモジュールとZigbeeモジュールを備えてよく、BluetoothアンテナとZigbeeアンテナは、異なる偏波を有するよう構成されてよい。別の例として、BluetoothモジュールとZigbeeモジュールは、相互の干渉を回避するため、異なるタイムスロットで送信および／または受信するよう構成されてよい。
【００５３】
図１１は、本発明の実施形態に従った、多重通信プロトコルをサポート可能な無線通信ハブで採用される周波数ホッピングの例示的考え方１１００を示す図である。無線通信ハブのプロセッサ（例えばＣＰＵ）がマスタ周波数ホッピングアルゴリズムを実施することにより、周波数領域の分離が実現できる。例えば、無線通信ハブのプロセッサは、次のホッピング周期におけるWIFI通信とBluetooth通信の周波数チャネルを選択するため、WIFIチャネルとBluetoothチャネルの全周波数帯域のバックグラウンドスキャンを実行してよい。
【００５４】
図１１に示すように、１回目の周波数ホッピング周期にて、WIFI通信がチャネルＡにスケジュールされ、Bluetooth通信が周波数チャネル組１、例えばチャネル１−１７にスケジュールされる。異なる周波数チャネルを用いることで、WIFI通信とBluetooth通信との干渉が最小化される。WIFI通信およびBluetooth通信にスケジュールされた周波数チャネルは、所定の期間における周波数ホッピングの１周期に用いられる。周波数ホッピングの１周期の間、WIFI通信およびBluetooth通信にスケジュールされた周波数チャネルは、変更されず維持される。
【００５５】
次のホッピング周期にて、WIFI通信とBluetooth通信に異なる周波数チャネルが使われてよい。図１１に示すように、周波数ホッピングの２周期目にて、WIFI通信はチャネルＺにスケジュールされ、Bluetooth通信は周波数チャネル組Ｘ、例えばチャネル１８−３７にスケジュールされる。つまり、WIFI通信とBluetooth通信とに用いられる周波数チャネルは時々変動してよく、ある瞬間において、WIFI通信とBluetooth通信とに使われる周波数チャネルは、相互干渉を最小化するため重複しない。それぞれの周波数ホッピング周期の間、無線通信ハブのプロセッサは、WIFI通信およびBluetooth通信の次のホッピング周期または将来のホッピング周期における周波数チャネルを選択するため、WIFIチャネルおよびBluetoothチャネルの全周波数帯域のバックグラウンドスキャンを実行してよい。いくつかの実装で、Bluetooth通信プロトコルは周波数ホッピング機能を含んでいるため、無線通信ハブのプロセッサが、Bluetooth通信のためホッピング周波数組を決定してよく、Bluetoothプロトコルの上位レイヤの機能を実装するBluetoothプロトコルスタックが、Bluetooth通信の正確なホッピングチャネルを決定してよい。
【００５６】
図１１にはWIFI通信とBluetooth通信とが説明されているが、上述の周波数ホッピング機構は、本発明の範囲と精神を逸脱することなく、他の無線通信プロトコルに適用可能である。
【００５７】
図１２は、本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブ１２００の例示的構造を示す図である。図１２に示すように、Bluetoothハブ１２００は、２つのデュアルモードBluetoothチップ１２１０および１２２０、データバス１２３０、メインＣＰＵ１２４０、Bluetoothスタック１２５０、およびアプリケーション層１２６０を備えてよい。
【００５８】
デュアルモードBluetoothチップ１２１０および１２２０は、他のBluetoothクライアント機器と通信するよう構成されてよい。ＣＰＵ１２４０は、Bluetoothハブ１２００の動作に関連する命令を実行するよう構成されてよい。加えて、ＣＰＵ１２４０は、Bluetoothチップ１２１０および１２２０を用いて無線通信を提供する、所定の命令およびコマンドを実行してよい。Bluetoothスタック１２５０は、Bluetoothプロトコルで提供されるより高次の機能を実装してよい。アプリケーション層１２６０は、エンドユーザアプリケーションと相互作用し、管理するために用いられてよい。
【００５９】
Bluetoothハブ１２００は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ:random access memory）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ:read only memory）、二次記憶装置（例えば、ハードディスクドライブまたはフラッシュメモリ）といった、他の補助機器も含んでよい。Bluetoothハブ２００には様々な他の機器も含まれ得ることは、当業者に容易に理解されるだろう。
【００６０】
上述したBluetoothハブ１２００は、他の無線通信プロトコルの使用される状況に適用できるよう変更可能であることが、当業者には理解されよう。例えば、図１２のBluetoothチップ１２１０および１２２０とBluetoothスタック１２５０とは、WIFIなど、他の無線通信プロトコルのチップおよびプロトコルスタックで置き換えることができ、その結果ハブ１２００は他の無線通信プロトコルを用いる機器間の通信をサポート可能になる。
【００６１】
図１３は、本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブの例示的使用状況１３００を示す図である。この例示状況では、Bluetoothハブ１２００を通して、Bluetoothスピーカ１３１０およびスマートフォン１３２０などのBluetooth機器間で通信が確立されることとなる。具体的には、スマートフォン１３２０は、Bluetoothスレーブ機器として動作するBluetoothスピーカ１３１０を制御する、Bluetoothマスタ機器として動作する。
【００６２】
いくつかの実施形態で、Bluetoothハブ１２００がまずBluetoothスピーカ１３１０とペアリングし、Bluetoothスピーカ１３１０のマスタとして動作してよい。Bluetoothハブ１２００とBluetoothスピーカ１３１０との間のペアリングは、ユーザが介在することなく自動的に行われてよい。例えば、ユーザが家から出るとき、Bluetoothスピーカ１３１０はスマートフォンであるマスタとの接続を失い、その利用可能性につきブロードキャストを開始する。するとBluetoothハブ１２００は（例えば第１Bluetoothチップ１２１０を用いて）、Bluetoothスピーカ１３１０を発見し、そのマスタとしてペアリングすることができる。一方の電源がオフになるまで永続するよう、ペアリングを構成してよい。ハブの第２Bluetoothチップ１２２０は、ハブのＣＰＵ１２４０により調整され、Bluetoothスピーカ１３１０に代わって、自らがBluetoothスピーカ１３１０であるとブロードキャストしてよい。スマートフォン１３２０は（例えば帰宅すると）、間にハブを通してBluetoothスピーカ１３１０と通信していると知らずに、Bluetoothハブ１２００の第２Bluetoothチップ１２２０とペアリングすることができる。こうして、Bluetoothハブは、Bluetoothスピーカ１３１０とスマートフォン１３２０との間で、透明中継器として動作する。
【００６３】
上述の例で、Bluetoothハブ１２００はハブ内の２つのBluetoothチップを用いることにより、Bluetoothスピーカ１３１０のマスタ機器として動作し、同時に、スマートフォン１３２０のスレーブ機器として動作する。一般に、１つのBluetoothマスタ機器は複数のBluetoothスレーブ機器に関連づけることができるが、１つのBluetoothスレーブ機器が一時に関連づけられるBluetoothマスタ機器は１つだけである。例えば、ハブの第２Bluetoothチップ１２２０はスレーブとして動作し、その時にはスマートフォンマスタを１つ持てるのみである。Bluetoothハブ１２００にｎ個（例えば３つ）のBluetoothチップがあると、１つのチップが様々なBluetooth機器を制御するマスタとして動作し、他のｎ−１個（例えば２つ）のBluetoothチップがスレーブとして動作して、同時に１ペアの通信機器という範囲を拡張してよい。
【００６４】
図１４は、本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブの別の例示的使用状況１４００を示す図である。図１４に示すように、Bluetoothハブ１２００には、３つのBluetoothチップ１２１０、１２２０−１、および１２２０−２がある。Bluetoothチップ１２１０は、Bluetoothスピーカ１３１０およびＢＬＥアラームセンサ１３３０など様々なBluetooth機器を制御するマスタとして動作してよく、他の２つのBluetoothチップ１２２０−１および１２２０−２はスレーブとして動作し、それぞれBluetoothスピーカ１３１０およびＢＬＥアラームセンサ１３３０に代わってスマートフォン１３２０と通信してよい。スマートフォン１３２０と通信する２つのBluetoothチップ１２２０−１および１２２０−２を有しているため、Bluetoothハブ１２００は、Bluetoothスピーカ１３１０およびＢＬＥアラームセンサ１３３０の両方に同時に通信するため通信範囲を拡張するよう動作する。
【００６５】
図１５は、本発明の実施形態に従った、Bluetoothハブの別の例示的使用状況１５００を示す図である。図１５に示すように、Bluetoothハブ１２００の第１Bluetoothチップ１２１０は、Bluetoothスピーカ１３１０、ＢＬＥアラームセンサ１３３０、BluetoothＬＥＤ照明１３４０、ＢＬＥ電源プラグ１３５０、およびＢＬＥ血圧測定機器１３６０などのｎ（ｎ＞１）個のBluetooth機器に接続される。Bluetoothハブ１２００のＣＰＵ１２４０の調整により、ハブの第２Bluetoothチップ１２２０は、以下のラウンドロビン方式でその識別情報をブロードキャストしてよい。例えば、ハブの第２Bluetoothチップ１２２０は、まずそれがBluetooth端末機器１（例えばＢＬＥアラームセンサ１３３０）であると発表し、ｘミリ秒（ｘはユーザが設定可能なパラメータ）のような所定期間後に、ハブの第２Bluetoothチップ１２２０は、それがBluetooth端末機器２（例えばBluetoothＬＥＤ照明１３４０）であると発表する。そして、ｘミリ秒のような所定期間後に、ハブの第２Bluetoothチップ１２２０は、Bluetooth端末機器３（例えばBluetoothスピーカ１３１０）であると発表し、以下同様となる。これによりスマートフォン１３２０は、Bluetoothハブ１２００に２つより多くのBluetoothチップを要求することなく、Bluetoothハブ１２００を通して複数のBluetooth端末機器に接続し制御することができるようになる。
【００６６】
本明細書では、無線通信範囲を拡大する方法、機器およびシステムが説明してきた。説明したステップは例示的実施形態を説明するため提示されたものであり、進行する技術開発によって特定の機能の実行形態が変更されることを想定すべきである。このように、これらの例は説明目的でここに提示されるのであって、限定目的ではない。例えば、本明細書でに記載されたステップや工程は、説明された順序の実行に限定されず、開示された実施形態に即して、どのような順序で実行してもよく、いくつかのステップが省略されてもよい。さらに、機能ブロックの境界は説明の便宜上任意に定めたものである。特定される機能および関係が適切に実行される限り、代替の境界を定めてよい。代替物（本明細書の記載のものの均等物、拡張、変更、逸脱など）は、当業者にとって本明細書に含まれる教示から明らかであろう。このような代替物は、開示された実施形態の範囲および精神に含まれるものである。
【００６７】
開示および例は例示のみに考慮されることを意図したものであり、本発明の真の範囲および精神は、特許請求の範囲で示される。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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