(57)【要約】  増幅器デバイスは、２つの動作モードを含む。第１のモードでは増幅器デバイスは広帯域モードで動作するが、第２のモードでは増幅器は狭帯域モードで動作する。増幅器デバイスにおけるスイッチングは、どちらのモードにおいてもアンテナ選択を提供する。モードおよびアンテナ選択の制御は、モードおよび／またはアンテナ選択を変更することが効率を改善するであろうか否かについての確率ベースの最適化を基準として行われる。それにより、スイッチングに関連付けられるエネルギー消費が最適に調整されることで、効率の改善を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号入力、ならびに、それぞれ対応するアンテナへの接続に適した第１のアンテナ出力および第２のアンテナ出力と、
入力に加えられた入力信号を増幅し、増幅入力信号をアンテナ出力のうちの１つに加えるように動作可能な広帯域電力増幅器と、
第１の狭帯域増幅器および第２の狭帯域増幅器を含む狭帯域増幅器ユニットと
を具備する、マルチモード電力増幅器デバイスであって、
第１の狭帯域電力増幅器は、入力に加えられた入力信号を第１の中心周波数に関して増幅し、増幅入力信号を前記第１のアンテナ出力に加えるように動作可能であり、
第２の狭帯域電力増幅器は、入力に加えられた入力信号を前記第１の中心周波数とは異なる第２の中心周波数に関して増幅し、増幅入力信号を前記第２のアンテナ出力に加えるように動作可能であり、
前記増幅器デバイスは、２つのモードで動作可能であり、
第１のモードでは、前記信号入力に加えられた信号が増幅のために前記広帯域電力増幅器に与えられ、
第２のモードでは、前記信号入力に加えられた信号が前記狭帯域増幅器ユニットに与えられ、
前記増幅器デバイスは、２つのアンテナ選択状態で動作可能であり、
前記第１のモードでは、前記アンテナ選択状態は、増幅入力信号が加えられるアンテナ出力を決定し、
前記第２のモードでは、前記アンテナ選択状態は、前記信号入力に加えられた信号が第１の狭帯域電力増幅器および第２の狭帯域電力増幅器のどちらに加えられるか、そして、増幅入力信号がアンテナ出力のどちらに加えられるかを決定する、
増幅器デバイス。
【請求項２】
２つのモードのうち１つおよび２つのアンテナ選択状態のうち１つを選択するように動作可能なコントローラをさらに具備する、請求項１に記載の増幅器デバイス。
【請求項３】
前記コントローラは、広帯域増幅器ならびに第１の狭帯域増幅器および第２の狭帯域増幅器の各々に関連付けられる通信のチャネルに関するチャネル情報を受信するように動作可能である、請求項２に記載の増幅器デバイス。
【請求項４】
前記コントローラは、受信したチャネル情報を処理し、モードおよびアンテナ選択状態に対する当該コントローラの選択を処理された情報に基づかせるように動作可能である、請求項３に記載の増幅器デバイス。
【請求項５】
前記コントローラは、スイッチング条件を決定するように動作可能であり、
前記スイッチング条件は、特定の有限時間信号の送信のためのモードおよび／またはアンテナ選択状態が、前記増幅器デバイスによって増幅された先行する有限時間信号のためのモードおよび／またはアンテナ選択状態とは相違することとなる傾向を表し、
前記スイッチング条件は、受信されたチャネル情報に依存して決定される、
請求項４に記載の増幅器デバイス。
【請求項６】
前記スイッチング条件は、アンテナ選択状態スイッチング条件を含み、
前記スイッチング条件は、前記信号入力に加えられる特定の有限時間信号のためのアンテナ選択状態が、利用されていないアンテナ選択状態でのチャネル状態に関わらず、前記信号入力に加えられた先行する有限時間信号に対して変わらないこととなる傾向を表す、
請求項５に記載の増幅器デバイス。
【請求項７】
前記スイッチング条件は、モードスイッチング条件を含み、
前記モードスイッチング条件は、受信したチャネル情報に基づいて、前記信号入力に加えられる特定の有限時間信号のための前記増幅器デバイスのモードを、他のモードでのチャネル状態に関わらず、前記信号入力に加えられた先行する有限時間信号に対して同じとすべきか否かを決定する、
請求項５に記載の増幅器デバイス。
【請求項８】
マルチモード増幅器デバイスを制御するためのコントローラであって、
前記マルチモード増幅器デバイスは、前記コントローラによって提供されるモード制御信号によって選択可能な２つのモードのうち１つ、ならびに、それぞれ２つの出力のうちの１つに関連付けられる２つの出力選択状態のうち１つで動作可能であり、
前記２つのモードは、広帯域モードおよび狭帯域モードであって、
前記出力選択状態は、出力選択状態制御信号によって選択可能であって、
前記コントローラは、先行する動作期間のための信号の先行状態のうち少なくとも１つから変更することの決定が、前記増幅器デバイスの狭帯域モードに関連付けられる効率、ターンオン遅延およびエネルギー消費に対立する前記増幅器デバイスの前記広帯域モードの効率の最適化に基づくように、前記先行状態と、出力およびモードの組み合わせによって定義されるチャネルの状態とに基づいて、有限の動作期間のためのモード制御信号および出力選択状態を決定するように動作可能である、
コントローラ。
【請求項９】
前記コントローラは、モードをスイッチングすることが前記増幅器デバイスの効率を改善するという所定の確率に基づいて、前記決定を定める最適化を行うように動作可能である、請求項８に記載のコントローラ。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記モードが前記狭帯域モードである場合には、出力状態をスイッチングすることが前記増幅器デバイスの効率を改善するという所定の確率に基づいて、前記決定を定める最適化を行うように動作可能である、請求項８に記載のコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに記述された実施形態は、電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータベースの技術はユビキタスであり、コンピュータのネットワーキングはありふれている。コンピュータベースのネットワーキングの使用の増加が、エネルギー消費についての懸念を増大させている。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】図１は、記述される実施形態に従うシステムの一般的な略図である。
【図２】図２は、図１に図示されたシステムの中継器の概略図である。
【図３】図３は、図２に図示された中継器の無線ドライバの概略図である。
【図４】図４は、第１のモードにおける、図３の無線ドライバの概略図である。
【図５】図５は、第２のモードにおける、図３の無線ドライバの概略図である。
【図６】図６は、記述される実施形態の例についてのシミュレーション結果を提示するグラフである。
【図７】図７は、記述される実施形態の例についてのシミュレーション結果を提示するグラフである。
【図８】図８は、記述される実施形態の例についてのシミュレーション結果を提示するグラフである。
【図９】図９は、記述される実施形態の例についてのシミュレーション結果を提示するグラフである。
【図１０】図１０は、記述される実施形態の例についてのシミュレーション結果を提示するグラフである。
【図１１】図１１は、記述される実施形態の例についてのシミュレーション結果を提示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
第１の実施形態は、信号入力、ならびに、それぞれ対応するアンテナへの接続に適した第１のアンテナ出力および第２のアンテナ出力と、入力に加えられた入力信号を増幅し、増幅入力信号をアンテナ出力のうちの１つに加えるように動作可能な広帯域電力増幅器と、入力に加えられた入力信号を第１の中心周波数に関して増幅し、増幅入力信号を第１のアンテナ出力に加えるように動作可能である第１の狭帯域増幅器、ならびに、入力に加えられた入力信号を第１の中心周波数とは異なる第２の中心周波数に関して増幅し、増幅入力信号を第２のアンテナ出力に加えるように動作可能である第２の狭帯域増幅器を含む狭帯域増幅器ユニットとを含むマルチモード電力増幅器デバイスを提供する。増幅器デバイスは、２つのモードで動作可能であり、第１のモードでは、信号入力に加えられた信号が増幅のために広帯域電力増幅器に与えられ、第２のモードでは、信号入力に加えられた信号が狭帯域増幅器ユニットに与えられる。増幅器デバイスは、２つのアンテナ選択状態で動作可能であり、第１のモードでは、アンテナ選択状態は、増幅入力信号が加えられるアンテナ出力を決定し、第２のモードでは、アンテナ選択状態は、信号入力に加えられた信号が第１の狭帯域電力増幅器および第２の狭帯域電力増幅器のどちらに加えられるか、そして、増幅入力信号がアンテナ出力のどちらに加えられるかを決定する。
【０００５】
増幅器デバイスは、２つのモードのうち１つおよび２つのアンテナ選択状態のうち１つを選択するように動作可能なコントローラをさらに含んでもよい。
【０００６】
コントローラは、広帯域増幅器ならびに第１の狭帯域増幅器および第２の狭帯域増幅器の各々に関連付けられる通信のチャネルに関するチャネル情報を受信するように動作可能であってもよい。
【０００７】
コントローラは、受信したチャネル情報を処理し、モードおよびアンテナ選択状態に対する当該コントローラの選択を処理された情報に基づかせるように動作可能であってもよい。
【０００８】
コントローラは、スイッチング条件を決定するように動作可能であってもよい。スイッチング条件は、特定の有限時間信号の送信のためのモードおよび／またはアンテナ選択状態が、増幅器デバイスによって増幅された先行する有限時間信号のためのモードおよび／またはアンテナ選択状態とは相違することとなる傾向を表す。スイッチング条件は、受信されたチャネル情報に依存して決定される、
スイッチング条件は、アンテナ選択状態スイッチング条件を含んでもよい。スイッチング条件は、前記信号入力に加えられる特定の有限時間信号のためのアンテナ選択状態が、利用されていないアンテナ選択状態でのチャネル状態に関わらず、信号入力に加えられた先行する有限時間信号に対して変わらないこととなる傾向を表す。
【０００９】
スイッチング条件は、モードスイッチング条件を含んでもよい。モードスイッチング条件は、受信したチャネル情報に基づいて、信号入力に加えられる特定の有限時間信号のための増幅器デバイスのモードを、他のモードでのチャネル状態に関わらず、信号入力に加えられた先行する有限時間信号に対して同じとすべきか否かを決定する。
【００１０】
第２の実施形態は、マルチモード増幅器デバイスを制御するためのコントローラを提供する。マルチモード増幅器デバイスは、コントローラによって提供されるモード制御信号によって選択可能な２つのモードのうち１つ、ならびに、それぞれ２つの出力のうちの１つに関連付けられる２つの出力選択状態のうち１つで動作可能である。２つのモードは、広帯域モードおよび狭帯域モードである。出力選択状態は、出力選択状態制御信号によって選択可能である。コントローラは、先行する動作期間のための信号の先行状態のうち少なくとも１つから変更することの決定が、増幅器デバイスの狭帯域モードに関連付けられる効率、ターンオン遅延およびエネルギー消費に対立する増幅器デバイスの広帯域モードの効率の最適化に基づくように、先行状態、ならびに、出力およびモードの組み合わせによって定義されるチャネルの状態に基づいて、有限の動作期間のためのモード制御信号および出力選択状態を決定するように動作可能である。
【００１１】
コントローラは、モードをスイッチングすることが増幅器デバイスの効率を改善するという所定の確率に基づいて、決定を定める最適化を行うように動作可能であってもよい。
【００１２】
コントローラは、モードが狭帯域モードである場合には、出力状態をスイッチングすることが増幅器デバイスの効率を改善するという所定の確率に基づいて、決定を定める最適化を行うように動作可能であってもよい。
【００１３】
第３の実施形態は、２つの動作モードを持つ増幅器デバイスを含む。第１のモードでは増幅器デバイスは広帯域モードで動作するが、第２のモードでは、増幅器デバイスは狭帯域モードで動作する。増幅器デバイスにおけるスイッチングは、どちらのモードにおいてもアンテナ選択を提供する。モードおよびアンテナ選択の制御は、モードおよび／またはアンテナ選択を変更することが効率を改善するであろうか否かについての確率ベースの最適化を基準として行われる。それにより、スイッチングに関連付けられるエネルギー消費が最適に調整されることで、効率の改善を提供する。
【００１４】
コンピュータベースの技術の使用は、近年相当に増加している。当分野における多くの発達の中で、コンピュータネットワーキング、特にインターネットの実装は、非常に注目に値する。これが包含する技術のクラスは、一般的に情報通信技術（ＩＣＴ）と呼ぶことができる。多くの技術が組み合わせられて、ポータブル若しくはハンドヘルドデバイス（例えば、ラップトップ、スマートフォン、タブレット）、または、より特定の用途向けのデバイス（医療モニタ、注文品専門の企業の特定の（例えば、宅配業者または配達ドライバ向けの）デバイス、または、ホームエンターテイメントデバイスおよび家庭向けの電化製品）での無線インターネットサービスの提供を可能にしている。
【００１５】
この影響は、電気エネルギーの必然的な需要と共に、ＩＣＴの使用に起因する電力消費の相当な増加である。世界的な電気エネルギー消費の３％以上は無線ネットワークおよびインターネットの実装および使用の直接的な結果であることが報告されている。
【００１６】
この電気的エネルギーは、温室効果ガスの排出および他の環境的な影響に必然的に帰結する。発電のコストが例えば化石燃料からの変換可能なエネルギーの存在度および入手可能性に依存することも明白である。この存在度および入手可能性は、保証することができない。これは、電気の価格に影響を及ぼす。この影響は、第１には電気供給のコストに関して、第２には設備およびインターネットサービス提供のコストに関して、の２点で消費者に感じられるであろう。
【００１７】
ユビキタス通信およびブローバンドサービスの需要は、相変わらず増加しそうである。故に、上で参照したパーセンテージは近い未来にはさらに増加するであろうと仮定することが妥当である。これは電気供給に需要圧力をかけることになり、価格および環境問題にさらに多くの影響を及ぼすであろう。結果的に、経済的および環境的な視点の両方から、ＩＣＴサービスのエネルギー効率に関心がある。
【００１８】
さらに、人口統計の動向は、特に消費者向け電気製品の市場がある世界の地域において、人口の高齢化を示す。ヘルスケア、福祉および社会構造の改善が、寿命の増加につながっている。人々のより多くが、突然の原因または急性の病気による老齢に到達する前の死を回避する。この老齢に到達する人口の割合の増加は、慢性症状、フィットネスおよび全体的な健康のモニタリングに関して、医療供給者に特定の難題を生じさせる。多くの高齢者は、特に身体の具合が悪いわけではないから、持続的な医療を必要としない。しかしながら、そのような人々は、受動的な原理でのモニタリングから利益を得るかもしれない。これは、慢性症状をそれらの発達中により早期に検知したりより効果的に管理したりすることができるかもしれないという点で、予防効果があり得る。フィットネスでの緩慢な衰えは、被験者および医療専門家の双方にとって検知することが困難であり得る。持続的なモニタリングがなければ、観察可能な基準における動向を判定することが困難であるかもしれない。
【００１９】
従って、特に個人的なヘルスケアでの使用のために、無線ボディエリアネットワーク（ＷＢＡＮ）が提案された。ＷＢＡＮは、複数のボディセンサユニット（ＢＳＵ）と、中央ユニット（ＢＣＵ）とを含むかもしれない。各ＢＳＵは、１つまたは複数の生理学的な量をモニタするために、（当のＢＳＵのタイプおよび目的に依存して）ボディに、ボディの中に、または、ボディに隣接して、配置される。ＢＣＵは、ＷＢＡＮの外部の利用可能な通信ノードと通信できるようになり、モニタデータを医療供給者などに渡すことを可能にしたり、特定のモニタリングスケジュールを設定するためなどのシグナリングデータをＷＢＡＮに渡すことを可能にしたりする。
【００２０】
現在、センサは、このように多くの様々な生理学的な量をモニタすることを可能にすることができる。具体例は、呼吸数、心拍数、血圧、血液酸素レベルを含んでもよいが、これは非網羅的なリストであって、読者は本開示がそのような具体例にどのような点でも限定されないことを認識するであろう。ＷＢＡＮの概念は初期段階にあるが、小さなモニタリングユニットを用意し、これらを人間の身辺に配置することができる、という思想は、十分に確立されている。例えば、個人の心拍数モニタが、運動時間中の使用のために売りに出されている。そのようなモニタの中に装置を組み込んで、当該モニタがＢＣＵとしての役割を果たす別の密に隣接したデバイスとの無線通信を確立することを可能にすることは、読者にとって想像のできないものにはならないであろう。
【００２１】
ＷＢＡＮの使用は、いくつかの好機を開くことができる。第１に、ＷＢＡＮを使用することはモニタと制御ユニットとの間の有線通信への依存を減らすことができ、これはモニタ対象の人物の身辺の有線接続またはモニタ対象と外部の信号プロセッサとの間の有線接続を削減することができる。これらの両方が、モニタ対象のより大きな自由に寄与することができる。第２に、ＷＢＡＮを使用することは、モニタをモニタ対象の人物の身辺に配置して監督のないモニタリング機能を実行するように任せることができるという点で、人的介在への依存を減らすことができる。これは、ケアアシスタント、看護師または医療従事者が生命徴候のモニタリングを監督するために物理的に居合わせることのニーズを低下させることができる。これにより、ＷＢＡＮは係る人員の不在時に生命徴候をモニタするために使用し、万一にもモニタ量が看護に値することを示すならば警告メッセージを電子的に送信することができるということが分かっているので、係る人員に他のタスクを実行させておくことができる。これは、入院医療への依存を減らすことができ、動きと自主のより大きな自由をモニタ対象にさらに提供することができる。
【００２２】
しかしながら、ＷＢＡＮ内での、ならびに、ＷＢＡＮへの／からの信頼性の高い通信を確立することは相当の難題を提示し得る。これはＷＢＡＮの構成部品（すなわち、ＢＳＵおよびＢＣＵ）が略持続的な相対運動状態にあるかもしれないからであり、ＢＣＵが通信するように構成される通信ハブノードに対してネットワークが全体として運動状態にあるかもしれない。ＷＢＡＮの種々のデバイスがモニタされる人物を過度に妨げないように十分に小型かつ軽量であることを保証するのが望ましく、これは、ＷＢＡＮ対応デバイスの最大電力出力および係るデバイスに組み込まれるバッテリのエネルギー貯蔵能力の両方の点で、係るデバイスの電磁気的信号の強力かつロバストな放射および検出を確立するための適当な能力を必然的に抑制するであろう。
【００２３】
中継器ネットワークは、送信ダイバーシチの利用により信頼性の高い通信を提供するための効果的な方法とみなされている。特に、そのようなダイバーシチは、増幅転送システムおよび復号転送システムのどちらにおいても、最適な中継ノードおよびアンテナを共同で選択することによって達成することができる。アウテージ確率、スループットおよび遅延は中継器ネットワークにおいて最適化されることになるキーパラメータであるが、係るネットワークにおけるエネルギー効率も重大な要素である。
【００２４】
これは、バッテリ式のデバイスが考慮されるシナリオでは特に関係がある。種々のモニタデバイスを支えるために定期的かつ頻繁なバッテリの再充電を課す必要があるので、ＷＢＡＮが取り付けられる人物には非常に不便であるだろう。患者がいくつかの個人的なモニタを備え付けられることがあれば、再充電の問題はいっそうひどくなるであろう。万一にもＷＢＡＮのデバイスが放電することがあれば、デバイスおよびＷＢＡＮ全体によって収集される観察結果の信頼性に相当な影響を及ぼし得る。ＷＢＡＮを実装するための１つのあり得る動機はそれが医療専門家の直接的な注意の代わりとなり得ることであるから、ＷＢＡＮの失敗は、患者の福祉の点ならびに医療供給者の責任の点の両方で重大になり得る。
【００２５】
さらに、ヘルスケア向けのＷＢＡＮにおけるエネルギー効率の良い中継は、そのフル送信ダイバーシチを用いた効率的な帯域幅利用によってさらに注意を引いた。これの具体例は、無線デバイスが対象からローカル中継ノードへとデータを送信する配置を含む。データは、それから、異種の無線アクセス技術（ＲＡＴ）を介して（例えばセルラまたはＷｉＦｉを用いて）ローカル中継ノードからリアルタイムで病院へと転送され得る。異種のＲＡＴは、通常は、多様な周波数チャネルで動作して優れたモビリティおよび柔軟性を提供し、システムのエネルギー効率も向上させる。
【００２６】
ＩＥＥＥ  ８０２．１５．６を例にとると、広範囲の周波数チャネル、すなわち、４０２ＭＨｚ−４０５ＭＨｚ（インプラントチャネル）から２．４ＧＨｚおよび３．１−１０．６ＧＨｚ（オンボディチャネル）が、ＷＢＡＮおよびヘルスケアアプリケーションの標準化を促進するために研究されている。これらのチャネル間をスイッチングして動作することは、送信信頼性およびダイバーシチを改善し得る。しかしながら、特にチャネル間をスイッチングする場合を考慮に入れて、かなりの周波数間隔を空けて配置されるかもしれない様々な周波数チャネルにおいて動作可能なハードウェアを設計することは難しい。ＰＡモジュールが慎重に設計されていないならば、周波数間隔を空けて配置されたチャネルを用いることで与えられる送信ダイバーシチおよび信頼性は、低いエネルギー効率を犠牲にするかもしれない。
【００２７】
送信ダイバーシチとエネルギー消費との間にはトレードオフが存在する。具体的には、ＲＦチェーンにおける広帯域電力増幅器（ＰＡ）は、通常は、狭帯域ＰＡに比べて効率が低いことが知られている。故に、広帯域ＰＡは、一般的には、エネルギー効率が良くないし、環境に優しくない。他方、異種アクセスのために狭帯域ＰＡをスイッチングすることは、高いエネルギー効率と遅延につながる。故に、スイッチングを用いたリアルタイムな異種ＲＡＴでの効率の良いＰＡモジュールの設計は、取り組まなければならない実際的な問題である。
【００２８】
ここで開示される実施形態は、異種のＲＡＴが両立できるボディエリア環境における中継ノード向けのモードスイッチＰＡセットを提供する。実施形態は、エネルギー効率を最適化するための最適なＰＡおよびアンテナ選択メカニズムを提供し、また同時に、アウテージ確率および送信遅延についての２つの制約を満足する。
【００２９】
図１は、ＷＢＡＮ２０を組み込んだ通信システム１０を示す。ＷＢＡＮは、人間の患者２２の身体で実装される。ＷＢＡＮは、ハートモニタ２４および中継器２６を含む。ハートモニタ２４は、図示されるように、単一のアンテナを持ち、その一方で中継器２６は２つのアンテナを持つ。
【００３０】
読者は、ハートモニタおよび中継器２６を、上で論じられたＢＳＵおよびＢＣＵと見なすかもしれない。しかしながら、本開示は、ＢＳＵまたはＢＣＵの機能に関するいかなる先入観とも無関係に考慮されるべきであるし、係る用語についてのいかなる外的に確立した定義もハートモニタ２４および中継器２６の機能に暗黙の制限を課すべきでない。この理由から、ＢＳＵおよびＢＣＵという用語は、図１に示される実施形態に関して使用されない。
【００３１】
同様に、実施形態はＷＢＡＮ環境で実装されるものとして示されているが、ＷＢＡＮという用語が本開示の範囲を特定の標準化された技術（これは、国際的な標準化機関または民間部門の標準化協定のどちらかによる技術標準の採択を通じて生じるかもしれない）に制限すると考えられるべきでないことに言及する。ＷＢＡＮという用語は、協同するウェアラブルなコンピューティングデバイスのネットワークの確立における使用に適した無線通信環境に関しての純粋に記述的な用語として考えられるべきである。
【００３２】
図１のＷＢＡＮ２０は、コアネットワーク４０の接続ができる。コアネットワーク４０は通信網を含み、これは有線および／または無線通信を用いて実装することができる。一般的に、係るコアネットワークは、通信技術の混合を伴う可能性がある。コアネットワーク４０は、複数のコンピュータ実装されたノードへの通信を提供する。図示されるように、第１のコンピュータ実装されたノードは、急送オペレータによる使用のための急送オペレータ端末４２を含む。急送オペレータは、急性の医学的状況に対してＦＲＶ（Ｆａｓｔ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）を急送するタスクを割り当てられた労働者である。読者は、ＦＲＶの急送が係る急送オペレータによって実行されるかもしれないし、この開示の範囲を超えたところにある他のレベルのコンピュータ化された自動操作を伴うかもしれないことを認識するであろう。
【００３３】
別のコンピュータ実装されたノードは、遠隔医療サービス端末４４を含む。遠隔医療サービス端末４４は、対象への遠隔医療サービスの提供を可能とするための、医療従事者（例えば、看護師または医師）による使用のためのものである。これを可能とするために、コアネットワーク４０との通信において、対象の住宅に設置することができる遠隔モニタ４６が用意される。適切な製品は、株式会社東芝によって製造されたＩＫ−ＷＢ１６Ａというネットワークカメラになるだろう。この製品は、モーターの付いた台の上のディジタルカメラを含み、（例えば遠隔医療サービス端末４４において）遠隔オペレータによるカメラの遠隔チルトおよび再度の方向付けを可能にする。この製品は、内蔵型のマイクロフォンと、オーディオ出力とをさらに持つ。より少数の内蔵装置を持つ製品を含め、他の製品も適切であろう。スピーカ４８は遠隔モニタに接続され、これによって（例えば医療従事者からの口頭のメッセージを放出するために）オーディオ出力を発生させることができる。この配置によって、医療従事者は、対象を遠隔操作で診察したり、急性の医学的状況の処置を開始することを可能とするためにオーディオメッセージを受信および送信したりすることができるであろう。
【００３４】
コアネットワーク４０は、２つのアンテナ５０，５２を備え付けられている。各アンテナ５０，５２には、そのそれぞれの無線アクセス技術（ＲＡＴ１，ＲＡＴ２）を実装する、関連の通信ドライバ５４，５６がある。中継器２６は、信号状態に依存してアンテナのうち１つにそれぞれの無線アクセス技術を介して接続することができる。中継器２６は、アンテナ−ドライバの組み合わせ（５０，５４；５２，５６）の１つを介してＷＢＡＮ２０とコアネットワークとの間の接続を確立するために用いられる。
【００３５】
ＷＢＡＮ２０では、ハートモニタ２４がボディインデックスデータのパケットを収集し、中継器２６がこのパケットを受信してアンテナ５０，５２のうち１つを介してコアネットワーク４０へと転送する。宛先端末４２，４４は、それから、パケットを処理し、適切な医療応答を達成する。
【００３６】
この開示のために、中継器２６のアンテナは相等しい電力Ｐ０を送信すること、ならびに、ネットワーク内の全てのリンクは独立にかつ等しく分布したレイリーフェージングを示すことが仮定される。
【００３７】
この具体例のために、データパケットはＫ個の伝送ブロックからなる。チャネルが、ブロックｋ（ｋ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝）の期間に亘って不変のままであって、かつ、ブロック間で独立であることを仮定することができる。さらに、中継器２６がチャネルについて完全な知識を持つことを仮定することができる。本実施形態は、半二重通信システムを利用する。
【００３８】
図解のために、また、上述のように、本例は２つの中継アンテナを備え付けており、すなわち、Ｌ＝２である。しかしながら、読者は、２を超える中継アンテナ（すなわち、Ｌ＞２）である場合にも本開示をあてはめることができることを認識するであろう。中継器２６は、図２にさらに詳細に示される。
【００３９】
図２に示されるように、中継器２６は、コントローラ６０および無線ドライバ６４を含む。２つの上述のアンテナ６６も図示される。コントローラ６０は、無線ドライバ６４へと制御信号を放出するように動作可能である。コントローラ６０は、チャネル情報を収集するために、中継器２６による使用のために利用可能なチャネルをモニタすることもできる。
【００４０】
無線ドライバ６４は、図３においてさらに詳細に示される。説明のために、無線ドライバ６４は、それぞれの動作モード（すなわち、モードＡおよびモードＢ）で図４および図５においてさらに示される。
【００４１】
無線ドライバ６４は、広帯域周波数範囲で信号を増幅するように動作可能な広帯域電力増幅器７０を含む。この例のために、広帯域周波数範囲は２．４ＧＨｚないし３．５ＧＨｚであるが、この範囲は規定されない。
【００４２】
単極単投スイッチＳ０は広帯域電力増幅器７０の入出力を橋絡し、その結果、Ｓ０が閉の時には広帯域電力増幅器はバイパスされる。
【００４３】
広帯域電力増幅器７０の出力は、単極双投スイッチＳ１の共通接点に渡される。スイッチＳ１の２つのスイッチングされる接点は、それぞれ狭帯域電力増幅器７２，７４の個別の入力に移る。
【００４４】
狭帯域増幅器７２，７４は、別個の無線周波数に同調させられる。この例では、アンテナＡＮＴ１に関連する狭帯域増幅器７２は２．４ＧＨｚに同調させられ、その一方でアンテナＡＮＴ２に関連する狭帯域増幅器７４は３．５ＧＨｚに同調させられる。読者は、他の周波数が選択される可能性があることを認識するであろう。
【００４５】
２つの狭帯域電力増幅器７２，７４の出力は、それぞれのアンテナ６６（ＡＮＴ１，ＡＮＴ２）に渡される。各狭帯域電力増幅器の両端（入力から出力まで）を橋絡するのがそれぞれの単極単投スイッチＳ２，Ｓ３である。先のように、Ｓ２またはＳ３が閉の時に、それらの個別の狭帯域電力増幅器はバイパスされる。
【００４６】
ここでは、無線ドライバ６４の送信チャネルを形成する成分が記述される。アンテナにおける信号の検出の場合には、アンテナ６６毎に２つのＬＮＡ８０が用意される。各ＬＮＡ８０は、アンテナ（ＡＮＴ１，ＡＮＴ２）に接続され、アンテナによって検出された信号を増幅するように動作可能である。この例のＬＮＡは両方とも２．４ＧＨｚに同調されており、ダウンチャネルの全ての信号が当該周波数に中心があることがこの例の特徴である。検出され、増幅された信号は、ＲＡＴアップコンバータ９０に渡される前に、信号コンバイナ８２で合成される。信号コンバイナ８２は、読者に理解されるように、最尤合成アプローチを用いて動作する。ＲＡＴアップコンバータ９０は、選択されたＲＡＴで中継器の送信側によって再度中継するために、受信信号をアップコンバートするように構成されている。
【００４７】
故に、使用時には、無線ドライバは、それぞれ動作モード（それぞれモードＡおよびモードＢ）に関連付けられる２つの方法で構成することができる。図４および図５に示されるように、送信チャネル（すなわち、信号の送信）だけが、モード選択によって影響を及ぼされる。受信チャネルの動作は、影響を及ぼされないので、説明から省略される。
【００４８】
モード選択は、スイッチＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の構成によって達成される。モードＡでは、スイッチＳ０は開であり、広帯域電力増幅器７０を使用できるようにする。スイッチＳ１は、広帯域電力増幅器７０の出力をアンテナＡＮＴ１またはアンテナＡＮＴ２のどちらかへと送るために使用することができる。スイッチＳ２およびＳ３は閉であり、これは狭帯域電力増幅器７２，７４の使用を不可能にスイッチングする。従って、モードＡでは、無線ドライバ６４によって受信される信号は、広帯域電力増幅器７０によって増幅され、それから、アンテナＡＮＴ１またはアンテナＡＮＴ２のどちらかで、選択的に（選択は、スイッチＳ１をスイッチングすることによって達成される）放出されるであろう。
【００４９】
モードＢでは、スイッチＳ０は閉であってスイッチＳ２および３は開である。これは、広帯域電力増幅器７０をバイパスし、アンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２へのそれぞれのパスに狭帯域電力増幅器７２，７４が差し挟まれる。従って、受信信号は、スイッチＳ１によって、狭帯域電力増幅器７２，７４のどちらかへと送られる。使用されることになる狭帯域電力増幅器７２，７４は、バイパススイッチＳ２，Ｓ３のうち対応する一方を開いて他方が閉じられることによって作動させられる。図示されるように、スイッチＳ１での選択およびスイッチＳ２における有効化によって、第１の狭帯域増幅器７２が使用中である。従って、狭帯域信号は、無線ドライバからアンテナのうち選択された１つへと発せられる。さらに、狭帯域信号が放出されることになる周波数は選択することができる。
【００５０】
従って、中継器２６から（アンテナ−ドライバの組み合わせ５０，５４またはアンテナ−ドライバの組み合わせ５２，５６を介した）コアネットワークへの送信のために、２つの択一的な通信モード、すなわち、広帯域ＰＡを用いるか、狭帯域ＰＡのうち１つを用いるか、が存在する。
【００５１】
モードＡにおいて、広帯域ＰＡ  ７０が使用される時に、アンテナ選択は伝送ブロック毎に行われる。他方、モードＢにおいて、狭帯域ＰＡ  ７２、７４が使用される場合に、アンテナ選択は１−Ｐｓの確率で行われ、ここでＰｓは「滞在（stay）確率」として定義される。
【００５２】
換言すれば、中継器は、コアネットワークに関連付けられるアンテナ５０，５２のうちの一方へのリンクを確立して送信制約を満足させつつダイバーシチを利用するために、アンテナ間で選択およびスイッチングをする。有効なリンクを選択するための基準は種々の利用可能なチャネルの中で最大のチャネル利得を選択することで与えられ、この例では中継器２６に２つのアンテナがあってコアネットワークに関連付けられる２つのＲＡＴが存在することが考慮に入れられる。
【００５３】
故に、これは、全Ｌ個の中継リンクのうちｋ番目のブロックにおけるＲｉ（Ｒは中継器２６を示し、ｉは中継器２６におけるアンテナ選択を示す）とＤ（Ｄは、「宛先ノード」、すなわち、コアネットワークにおける選択されたアンテナ−ドライバの組み合わせとその関連付けられたＲＡＴとを示す）との間の最大のチャネル利得の判定であると表示することができる。このシステムでは、送信信頼性を改善するために、異種のＲＡＴが使用される。
【００５４】
図示されるアーキテクチャは、最低限の３つのＰＡモジュールを必要とする。この例のシステムの目標出力電力は、２０ｄＢｍに設定される。係るシステムは４つまたはさらに多くの状態を持ち、送信は、広帯域ＰＡ（全ての帯域をカバーすることができるはずである）（図４の通り）、または、サポートされる帯域のいずれかにおいて狭帯域ＰＡの１つ（図５の通り）を通じて達成する事ができる。これは、送信ダイバーシチの利用ならびにシステムの最適化を可能として、ＰＡの実際的なターンオン特性への影響を（遅延および電力消費の両方の点で）最小化する。
【００５５】
実証された例は、２つのＲＡＴをサポートする。係るＰＡセットは、中継ノードが柔軟かつ効率の良いやり方で作動することを可能にする。特に、４つの送信状態は、以下の２つのモードを用いることによって実現することができる。
【００５６】
モードＡ（図４）では、ＲＦスイッチＳ２およびＳ３によって２つの狭帯域ＰＡ  ７２，７４は電源を切られてバイパスされ、広帯域ＰＡ  ７０はチャネル利得に基づいて最良のアンテナを選択するアンテナ選択メカニズム（スイッチＳ１によって達成される）で動作する。モードＢ（図５）では、スイッチＳ０によって広帯域ＰＡ  ７０は電源を切られてバイパスされ、その一方でスイッチＳ１が狭帯域ＰＡ  ７２，７４およびそれらの対応するアンテナの間で選択をするために用いられる。従って、強調すれば、モードＡでは無線ドライバ６４はアンテナ間でスイッチングをするに過ぎないが、その一方でモードＢではアンテナおよびＰＡの両方がスイッチングされる。
【００５７】
モードＢは広帯域ではなく狭帯域だから、モードＢがモードＡよりもエネルギー効率が良いということは、読者にとって明白であろう。しかしながら、これは、電力増幅器のターンオン特性の影響の見落としである。モードＢでは、狭帯域ＰＡ  ７２，７４はアンテナ選択を達成するために頻繁にＯＮＯＦＦを切り替えられるだろうから、この影響があり得る。これは、超過遅延τｎおよび追加的エネルギー消費Ｊτｎとして表すことができる。従って、モードＢ中に、送信ダイバーシチをなお利用しながらエネルギー効率を最適化するために、どのくらい頻繁にアンテナスイッチングが生じるべきかを検討することが合理的である。
【００５８】
他方、モードＡでは、広帯域ＰＡが使用されるが、これは本質的に効率が低いと理解されるであろう。しかしながら、広帯域ＰＡの使用時には、超過遅延、ならびに、アンテナ選択によるエネルギー消費がない。故に、伝送ブロック毎に、アンテナ選択はより高いチャネル利得を持つアンテナの選択を常に達成できると結論付けることが合理的だろう。ここから、モードＢにおける超過遅延およびエネルギーコストが許容できない場合には、最高の全体的なエネルギー効率のためにモードＡを選択することが可能であるということになる。
【００５９】
順番に各モードに課される送信制約を検討することにより、最高のエネルギー効率のために、モード間でどのように選択をするかをさらに検討することが合理的である。
【００６０】
これらの２つの検討に取り組むために、２つの確率を用いてエネルギー効率の最適化を促進する。前述のように、Ｐｓは、滞在確率であって、たとえ他のアンテナｊのチャネル利得の方が高くても、次の送信ブロック（ブロックｋ＋１）に対して同じアンテナｉおよびＰＡを用いて現在のＲｉ−Ｄリンクに送信が留まることになる、モードＢでの確率を表す。さらに、Ｐｎは、モードＢの実施確率であって、モードＢが使用される確率を表す。従って、もしＰｎ＝１ならば、モードＢが常に使用される。
【００６１】
これら２つの確率を用いて、エネルギー効率を管理することのできるスイッチ／滞在メカニズムが実装される。スイッチ／滞在メカニズムは、制御ユニット６０によって実行される処理として実装される。
【００６２】
エネルギー効率を最大化するスイッチ／滞在メカニズムの設計はＰｓおよびＰｎを決定する必要があり、これは、広帯域ＰＡ  ７０の効率、ならびに、狭帯域ＰＡ  ７２，７４の使用に対応する効率、ターンオン遅延および追加的エネルギー消費に依存する。ＰｓおよびＰｎもまた、目標アウテージ確率および伝送遅延などの他の制約を受ける。
【００６３】
以降の説明において、ＰｏｕｔはＳ−Ｒ−Ｄ（Ｓｏｕｒｃｅ  Ｒｅｌａｙ  Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）送信における出力確率であり、τは送信遅延である。このように、任意の所与の遅延τｎについての最適化問題は、以下のように表すことができる。
【００６４】
【数１】
2016514915.tif 000003
【００６５】
ここで、ηは、中継ノードのエネルギー効率であって、Ｄ、Ｐはデータ送信の遅延ならびにアウテージ確率それぞれの閾値である。１つのデータパケット送信に対する中継ノードのエネルギー効率ηは、下記で与えられる。
【００６６】
【数２】
2016514915.tif 000004
【００６７】
ここで、ηｋは、以下に示す、第ｋ番目のブロックにおけるエネルギー効率である。
【００６８】
【数３】
2016514915.tif 000005
【００６９】
ここで、Ｔは１ブロックの持続期間であり、ＢｋはＰＡセットを使用する第ｋ番目のブロックのデータレートであり、Ｊｋはジュール単位での対応するエネルギー消費であり、Ｊｃは、ＰＡのエネルギー消費を除外した回路の他の部分全体で消費される固定エネルギー（ここでもまたジュール単位）である。
【００７０】
Ｐｓの上限および下限は、所与のＰｎ毎に導出することができる。上限は、Ｐｏｕｔ（Ｐｓ，Ｐｎ）≦Ｐとして、Ｐｓについて解くことによって、決定することができる。所与のτｎについて、Ｐｓの下限は、τ（Ｐｓ，Ｐｎ，τｎ）≦Ｄとすることで、送信遅延制約Ｄにより支配される。
【００７１】
境界の導出は、厳しいアウテージ確率制約がＰｎの増加に対してより小さなＰｓの上限につながること、ならびに、厳しいＤはＰｓの下限を増加させることを示す。結果として、より小さなＰｎが、上記２つの制約を満足することを可能にする。
【００７２】
これの実施例を読者に提供するために、数的な結果がここで与えられる。ＰＡモジュール設計およびシミュレーションを参照して、また、分析を促進するために、狭帯域ＰＡの各々の効率は７２％に設定され、広帯域ＰＡの効率はＲＦスイッチング損失を含めて４７．５％に設定される。狭帯域ＰＡのターンオン超過遅延τｎはτｎ＝βＴとして表され、ここでβはＰＡの設計パラメータに依存する。遅延閾値はＤ＝λＴとして定義され、ここでλ∈［０，１］である。エネルギー効率の最適化におけるＰｎおよびＰｓの決定へのβの影響が、以下に論じられる。
【００７３】
図６は、中継器２６のエネルギー効率ηを、様々な滞在確率Ｐｓの下での様々なターンオン遅延についてのモードＢの実施確率Ｐｎの関数としてプロットする。読者は、送信制約がこの図には当てはまらないことに気づくであろう。より小さなτｎ（すなわち、β＝０．１）、より高いηが、Ｐｎの増加により達成することができる。高い効率は、小さなＰｓでも達成される。これは、エネルギー効率を改善するためには、モードＢの使用（狭帯域ＰＡを使用すること）が望ましいことを示す。さらに、送信制約を満足させることができる場合には、最高の性能を提供するアンテナが常に選択されるであろう。
【００７４】
同じＰｎを使用すると、ηはβの増加に伴って減少する。これは、より大きなＰＡターンオン遅延はより高い追加的エネルギー消費をもたらし、ηが下がるからである。また、τｎが増えると、不必要なアンテナスイッチングおよび関連するターンオン遅延を回避してηの許容値を維持するために、より高いＰｓを設定することが望ましい。さらに、小さな値のＰｓについて、中継器２６がηを最大化するために広帯域ＰＡを用いるであろうことを観察することができる。これは、厳しいアウテージ確率制約が与えられ、かつ、ハードウェア特性により狭帯域ＰＡが高いτｎを持つ場合に、特に当てはまる。
【００７５】
図７は、モードＢのＰｓ境界をＰｎの関数として示す。同じＰｎを用いると、Ｐｓの下限は、より厳しい遅延制約（例えば、λ＝４．５％）が適用される場合に増加する。これは、厳しい遅延制約に関して、アンテナ選択および対応するＰＡスイッチングによる遅延を回避するために、現在のアンテナを使用し続けることが有益であることを示す。しかしながら、Ｐｓは、アウテージ確率制約Ｐによって上限を定められる。図は、厳しいＰ（例えば、Ｐ＝４．５％）はＰｓの上限を減少させる。これは、係る厳しいアウテージ確率制約が、多チャネルダイバーシチを利用して満足のいく送信信頼性を達成できるようにするために、中継器２６により頻繁にアンテナ間のスイッチングを要求するからである。パケットの送信中にモードＡのみが適用される場合（Ｐｎ＝０）には、最良のアンテナが常に選択されるであろうから、Ｐｓは実際には適用できないことには注目する価値がある。後のものは、追加的ＰＡスイッチ遅延およびエネルギー消費のない単一の広帯域ＰＡによって電力を供給される。
【００７６】
図８乃至図１１は、制約ありならびに制約なしでの、ＰＡターンオン遅延τｎに関するＰｓおよびＰｎの結合関数として、エネルギー効率ηを示す。図８および図１０から、送信制約を考慮しなければ、τｎの値に関わらずモードＢ（狭帯域ＰＡに関してＰｎ＝１）が常に選択されるであろうことを観察することができるであろう。
【００７７】
しかしながら、Ｐｓの選択は、τｎの値に依存する。特に、狭帯域ＰＡによってより小さなτｎ＝４μｓ（β＝０．１）が与えられる場合には、常により高いチャネル利得に対してアンテナをスイッチングすること（Ｐｓ＝０）が最もエネルギー効率が良い。他方、τｎがＴの長さと比べてかなり大きい（例えば、β＝０．８）ならば、最高のエネルギー効率のため現在のアンテナにドライバが留まることを保証するためにＰｓ＝１に設定することが推奨される。
【００７８】
エネルギー効率への送信制約の影響が図９および図１１に示される。これらのグラフは、Ｐｓの上限および下限が目標アウテージ確率および遅延制約によって決定されるという先の分析を裏付ける。エネルギー効率は、これらの制約を導入することにより減少するであろう。これらの図による例として、ηは小さなターンオン遅延（例えば、β＝０．１）について３９．３６ビットＨｚ−１Ｊ−１から３７．４２ビットＨｚ−１Ｊ−１へと減少し、β＝０．８の場合にはηは３２．２ビットＨｚ−１Ｊ−１から３０ビットＨｚ−１Ｊ−１へと下がる。ηの変化は、システムによって導入される制約の厳格さに依存して変わり得ることに注目されたい。
【００７９】
ワイヤレスボディヘルスケアネットワークにおいてエネルギー効率の良い中継システムを提供することを目的として、ここに記述された実施形態は、送信信頼性制約を考慮に入れるＰＡスイッチ／滞在動作メカニズムによって促進される、中継ノードのために用意されたモードスイッチ電力増幅器を提供する。アンテナ選択が中継ノードにおいて適用され、係る送信信頼性を改善する。
【００８０】
提案されたアーキテクチャおよびスイッチ／滞在メカニズムは、セルラネットワーク用の中継／基地局、コグニティブ／スマートネットワークまたは他の異種のネットワークなどの様々なシナリオにも適用することができる。
【００８１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な方法およびシステムは、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【図１】
2016514915.tif 000006
【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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【国際調査報告】
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