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特表2023-511683周波数変換及びスイッチ・マトリクスを伴うアクティブ分散アンテナ・システム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-22
(54)【発明の名称】周波数変換及びスイッチ・マトリクスを伴うアクティブ分散アンテナ・システム
(51)【国際特許分類】
H04B 7/0413 20170101AFI20230314BHJP
H01Q 21/28 20060101ALI20230314BHJP
【ＦＩ】
H04B7/0413
H01Q21/28
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022545111
(86)(22)【出願日】2020-08-06
(85)【翻訳文提出日】2022-09-02
(86)【国際出願番号】 US2020045286
(87)【国際公開番号】W WO2021150269
(87)【国際公開日】2021-07-29
(31)【優先権主張番号】16/750,337
(32)【優先日】2020-01-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/979,765
(32)【優先日】2020-02-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/964,818
(32)【優先日】2020-01-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/830,065
(32)【優先日】2020-03-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522400467
【氏名又は名称】ビームエックス、インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】カルドナ、セルジオ、イー．、ジュニア
(72)【発明者】
【氏名】パトリック、ケビン、ダブリュー．
(72)【発明者】
【氏名】ブルムケ、ジョエル
(72)【発明者】
【氏名】カルデロ、シルビオ
【テーマコード（参考）】
5J021
【Ｆターム（参考）】
5J021AA05
5J021AA09
5J021AA10
5J021AA11
5J021AB06
5J021DB04
5J021FA13
5J021FA26
5J021FA31
5J021HA06
(57)【要約】
本明細書では、３次元、３６０度、全方向多入力多出力無線システムについて説明する。本多入力多出力無線システムは、複数の無線機入力と、複数の無線周波数変換器と、ＲＦ信号分散ネットワークと、複数の送受信機と、複数のアンテナとを備える。多入力多出力無線システムは、さらに複数のプレーナ・スタックを有し得る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
３次元（３Ｄ）多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）であって、各々が３Ｄ空間の一意の方向を指し示し各々が送受信機ブロックを備えるＮ個の指向性アンテナであって、Ｎは第１の固定の正の整数であり、各指向性アンテナがポインティング・レイを有し、各指向性アンテナが主にそれのポインティング・レイに沿って電磁波エネルギーを放射しかつ主にそれのポインティング・レイの負量に沿って電磁波エネルギーを受けるように構成され、それの角度方向に各ポインティング・レイが各隣接するポインティング・レイからオフセットされ、各与えられた指向性アンテナがそれの立体角カバレジのそれぞれの小領域内で他のすべての指向性アンテナの応答を支配する、Ｎ個の指向性アンテナと、
任意の与えられた瞬間に多くとも１つの無線機を各指向性アンテナと電気的に接続するように構成された無線周波数ファニング・ネットワークと、
Ｒを第２の固定の正の整数として、Ｒ個の無線機と、
前記無線機の協調動作、前記無線周波数ファニング・ネットワーク、及び前記送受信機ブロックを制御するように構成されたデジタル制御ロジックとを備え、
前記ＭＩＭＯの位置に対して、前記ＭＩＭＯによって無線で対処される立体角領域全体の効率的な無線機カバレジを提供するように、各小領域に対する放射電力及び受信感度の制御はほぼ直交し、前記Ｒ個の無線機の中からの任意の第１の与えられた無線機が立体角小領域全体の任意の与えられたサブセットに対処するように構成され、次いで任意の第２の与えられた無線機がまだ対処されていない残りの立体角小領域の任意のサブセットに対処するように構成され、残りの無線機の各々が今度はまだ対処されていない前記残りの立体角小領域の任意のサブセットに対処するように構成されるように、前記第１の与えられた無線機と前記第２の与えられた無線機とのために確立されたパタンが、対処されないままである立体角小領域がなくなるか、又はＲ個すべての無線機が対処する立体角小領域をさらに必要としなくなるまで継続される、ＭＩＭＯ。
【請求項2】
３次元（３Ｄ）多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）であって、複数の無線機と、複数の相互的一意的指向性アクティブ・アンテナと、相互接続ファブリックとを備え、各アクティブ・アンテナの細いビームが主にそれぞれの立体角領域に対処し、前記ＭＩＭＯによって無線で対処される前記立体角領域全体の効率的な無線機カバレジを提供するように、前記相互接続ファブリック及び利得レベルの各アクティブ・アンテナが、任意の与えられた時点に各アクティブ・アンテナをいずれかの前記複数の無線機に電気的に接続するか又はいずれにも接続しないように独立して動的に構成される、ＭＩＭＯ。
【請求項3】
前記相互接続ファブリックが、任意の与えられた時点に任意の与えられたアクティブ・アンテナを多くとも単一の任意の無線機に電気的に接続することが可能であるルーティング・ネットワークであり、前記電気的接続は双方向である、請求項２に記載のＭＩＭＯ。
【請求項4】
第１の与えられた無線機が、前記立体角領域全体の任意の与えられたサブセットに対処するように構成され、第２の与えられた無線機がまだ対処されていない残りの立体角領域の任意のサブセットに向けるように構成され、前記残りの無線機の各々が今度はまだ対処されていない前記残りの立体角領域の任意のサブセットに対処するように構成されるように、対処されないままである立体角領域がなくなるか、又は複数の無線機全体が対処する立体角領域をさらに必要としなくなるまで前記第１の与えられた無線機と前記第２の与えられた無線機とのために確立されたパタンが継続される、請求項２に記載のＭＩＭＯ。
【請求項5】
各指向性アクティブ・アンテナが、立体角カバレジのそれのそれぞれの領域内で、他のすべての指向性アクティブ・アンテナを支配する、請求項２に記載のＭＩＭＯ。
【請求項6】
前記ＭＩＭＯが、各アクティブ・アンテナについて、放射電磁波電力、及び入射電磁波電力感度の独立した制御に影響するように構成された、請求項２に記載のＭＩＭＯ。
【請求項7】
前記アクティブ・アンテナ及び前記相互接続ファブリックがデジタル制御ロジックによって構成され、前記デジタル制御ロジックが制御ポートによって構成される、請求項２に記載のＭＩＭＯ。
【請求項8】
各アクティブ・アンテナがポインティング・レイを有し、各アクティブ・アンテナが、主にそれのポインティング・レイに沿って電磁波エネルギーを放射し、主にそれのポインティング・レイの負量に沿って電磁波エネルギーを受けるように構成され、各ポインティング・レイが、扇形の配置で、又は別の多形の配置で、それの角度方向に各隣接するポインティング・レイからレイ間角度オフセットだけオフセットされる、請求項２に記載のＭＩＭＯ。
【請求項9】
前記ＭＩＭＯがデジタル制御ロジックを有し、前記デジタル制御ロジックが、複数の無線機及び前記複数のアクティブ・アンテナの動作を協調させて、アップコンバージョン又はダウンコンバージョンのいずれかを行うように構成され、各アクティブ・アンテナは、前記アクティブ・アンテナが電気的に接続される無線機がアップコンバージョンを実行するときはいつでもアップコンバージョンするように構成され、各アクティブ・アンテナは、前記アクティブ・アンテナが電気的に接続される無線機がダウンコンバージョンを実行するときはいつでもダウンコンバージョンするように構成される、請求項２に記載のＭＩＭＯ。
【請求項10】
前記ＭＩＭＯがデジタル制御ロジックを有し、前記デジタル制御ロジックが、各アクティブ・アンテナの動作を指示して前記アクティブ・アンテナに特有の可変レベルの無線周波数増幅を適用するように構成される、請求項２に記載のＭＩＭＯ。
【請求項11】
３次元（３Ｄ）多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）であって、Ｎ個の指向性アンテナであって、各々が３次元（３Ｄ）空間の一意の方向を指し示し、各々が送受信機ブロックを備え、Ｎは第１の固定の正の整数である、Ｎ個の指向性アンテナと、
任意の与えられた瞬間に多くとも１つの無線機を各指向性アンテナと電気的に接続するように構成された無線周波数ファニング・ネットワークと、
Ｒを第２の固定の正の整数として、Ｒ個の無線機と、
コマンドを受信する制御ポートを有し、前記無線機の協調動作、前記無線周波数ファニング・ネットワーク、及び前記送受信機ブロックを制御するように構成されたデジタル制御ロジックとを備え、
前記ＭＩＭＯの位置に対して、前記ＭＩＭＯによって無線で対処される立体角領域全体の効率的な無線機カバレジを提供するために、各指向性アンテナの放射電力と受信感度の制御はほぼ直交している、ＭＩＭＯ。
【請求項12】
さらにＭ個のプレーナ・スタックを備え、Ｍは固定の正の整数であり、前記Ｍ個のプレーナ・スタックの各々が、複数の前記Ｎ個の指向性アンテナを備える、請求項１１に記載のＭＩＭＯ。
【請求項13】
各プレーナ・スタック中の前記指向性アンテナの各々は、前記複数のプレーナ・スタックがアレイ対称軸周りに扇形の配置を形成するように、角度方向に同一プレーナ・スタック中の各隣接する指向性アンテナからほぼ一定の面間角度オフセットだけオフセットされ、前記一定の面間角度オフセットは約３６０／Ｍ度である、請求項１２に記載のＭＩＭＯ。
【請求項14】
各指向性アンテナがポインティング・レイを有し、各指向性アンテナが主にそれのポインティング・レイに沿って電磁波エネルギーを放射し、各指向性アンテナが主にそれのポインティング・レイの負量に沿って電磁波エネルギーを受け、各ポインティング・レイが扇形の配置又は別の多形の配置でそれの角度方向に各隣接するポインティング・レイからレイ間角度オフセットだけオフセットされ、各与えられた指向性アンテナがそれの立体角カバレジのそれぞれの小領域内で他のすべての指向性アンテナの応答を支配する、請求項１１に記載のＭＩＭＯ。
【請求項15】
各小領域に対する放射電力及び受信感度の制御が、したがってほぼ直交する、請求項１４に記載のＭＩＭＯ。
【請求項16】
相互接続及び利得レベルの各指向性アンテナが、任意の与えられた時点に各指向性アンテナを前記複数の無線機のうちのいずれかに電気的に接続するか又はいずれにも接続しないように、独立して、動的に構成される、請求項１１に記載のＭＩＭＯ。
【請求項17】
前記ＭＩＭＯの前記位置に対して、前記ＭＩＭＯによって無線で対処される前記立体角領域全体の効率的な無線機カバレジを提供するために；前記Ｒ個の無線機の中から任意の第１の与えられた無線機が、立体角小領域全体の任意の与えられたサブセットに対処するように構成され、次いで任意の第２の与えられた無線機がまだ対処されていない残りの立体角小領域の任意のサブセットに対処されるように構成され、前記残りの無線機の各々が今度はまだ対処されていない前記残りの立体角小領域の任意のサブセットに対処するように構成されるように、対処されないままである立体角小領域がなくなるか、又はＲ個すべての無線機が対処する立体角小領域をさらに必要としなくなるまで前記第１の与えられた無線機と前記第２の与えられた無線機とのために確立されたパタンが継続される、請求項１４に記載のＭＩＭＯ。
【請求項18】
各送受信機ブロックが可変レベルの無線周波数電力増幅を採用し、各送受信機ブロックが前記デジタル制御ロジックから送信／受信モード制御信号を受信するように構成される、請求項１１に記載のＭＩＭＯ。
【請求項19】
前記無線周波数ファニング・ネットワークが複数の１極Ｒ投無線機セレクタを備え、各送受信機ブロックが送受信機ブロック第２のポートを介して前記それぞれの１極Ｒ投無線機セレクタの無線機セレクタ共通ポートに電気的に接続し、各与えられた１極Ｒ投無線機セレクタの機能が複数のスイッチ・ポートと前記与えられた１極Ｒ投無線機セレクタの共通ポートとの間で整合させられた１極Ｒ投スイッチの機能であり、無線機セレクタ複数スイッチ・ポートがＲ個の無線機セレクタ・スイッチ・ポートを備える、請求項１１に記載のＭＩＭＯ。
【請求項20】
前記無線周波数ファニング・ネットワークがＲ個のスタック無線機フィーダ・ポートを含む複数のスタック無線機フィーダ・ポートを備え、前記複数のスタック無線機フィーダ・ポートがそれぞれすべての１極Ｒ投無線機セレクタの前記複数の無線機セレクタ・スイッチ・ポートに電気的に接続し、すべての複数のスタック無線機フィーダ・ポートがそれぞれＲ個の無線機フィーダを含む複数の無線機フィーダに電気的に接続する、請求項１９に記載のＭＩＭＯ。
【請求項21】
前記ＭＩＭＯが、各指向性アンテナについて、アップコンバージョンされ放射される電磁波電力と、ダウンコンバージョンされ入射する電磁波電力感度とを独立して制御することを達成するように構成される、請求項１１に記載のＭＩＭＯ。
【請求項22】
メディア・アクセス・コントローラ（ＭＡＣ）であって、媒体が３次元（３Ｄ）自由空間であり、前記媒体が立体角分割によって多重化され、前記ＭＡＣが接続を複数の同一場所に設置された電気通信端末又は遠隔検知端末に動的に割り振るように構成される、メディア・アクセス・コントローラ（ＭＡＣ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、２０２０年２月２１日に出願された米国特許出願第６２／９７９，７６５号の利益を主張し、その明細書は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
【0002】
本出願は、２０２０年１月２３日に出願された米国特許出願第６２／９６４，８１８号の利益を主張し、その明細書は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
【0003】
本出願は、一部継続出願である２０２０年３月２５日に出願された米国特許出願第１６／８３０，０６５号、及び２０２０年１月２３日に出願された米国特許出願第１６／７５０，３３７号の利益を主張し、それらの明細書は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれている。
【0004】
本出願は、２０２０年１月２３日に出願された米国特許出願第１６／７５０，３３７号の利益を主張し、その明細書は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
【0005】
本発明は、アクティブ分散アンテナ・システム（ＤＡＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ）、特に、周波数変換を伴う多入力、多出力の再構成可能なＤＡＳに関する。
【背景技術】
【0006】
アンテナは、電磁エネルギーを閉じ込めるシステムから、電磁エネルギーを自由空間中に効率的に放射するためのデバイスである。３次元空間内の全空間方向に等しく電磁エネルギーを放射するアンテナは、等方性放射体と考えられ得る。対照的に、特定の用途では、特定の所望の方向の細いビーム内に放射線を大部分閉じ込める異方性放射体を開発することが有利である。アンテナの放射パタン（放射構造）を３次元空間内の１方向から別の方向に向けるための一般的な方法は、アンテナ機構部を物理的に方向転換するか、又は固定アンテナ要素の集積体中の精確な位相制御を採用するかのいずれかを含み得る。これらの方法は両方とも、機構部の、又は位相制御駆動要素の慣性を克服しなければならず、慣性は、ビームが方向転換させられ得る際の敏捷性を制限する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の目的は、独立請求項に明記されているとおり、広角領域の効率的な無線カバレジを可能にするシステム、デバイス及び方法を提供することである。本発明の実施例は、従属項において与えられる。本発明の実施例は、それらが互いに矛盾しない限り、互いを自由に組み合わせられ得る。
【課題を解決するための手段】
【0008】
５Ｇネットワークなど、近い将来に展開され得る規格に対応する無線ネットワーク・インフラストラクチャは、以前の無線ネットワーク規格にとってはあり得たものよりも、はるかに精確な無線の電磁放射の方向、偏波、及びレベルの制御の要求を喚起し得る。この要求は、放射される電磁波電力並びに受ける電磁波電力に等しく適用され得る。したがって、精緻な放射構造が必要であり得、それは放射のパタンが方向、偏波、及び電力レベルにおいて高度に構成可能であり得る構造、動的に割り当てるやり方でいくつかの無線機を同時につなぎ合わせ得る構造である。
【0009】
したがって、本発明は、３６０度の方位角及び６０度の仰角に対処することが可能な精緻な放射構造と、複数の外部無線機と同時に通信し得るアップコンバージョン及びダウンコンバージョンのためのユーティリティの両方の機能を、すべて１つの多入力、多出力の無線システムに統合し得る。本発明は、ビームをある立体角小領域から別の立体角小領域へ向ける慣性がほぼ無限小になるように、精緻な放射構造のビームの方向を、高速に再選択され得る立体角小領域の有限集合に量子化する。さらに、本発明では、複数の無線機が、共有する精緻な放射構造にアクセスし得るので、各立体角小領域アンテナ要素は、それのキャリア周波数、それの放射の偏波、及びそれの電力レベルのうちのいずれか又はすべてによって隣接するビームと区別され得る、それ自身の独立したビームを展開し得る。さらに、本発明は、比較的高い周波数の放射線において動作する放射構造の複雑さを、より対応しやすい比較的低い周波数の放射線において動作する放射構造に見え得るインターフェースを有しているとしてそれを見せることによって、隠し得る。そのようなシステムが実現されると、本システムは、さらなる適用例を電子戦に好適なデュアル・ユース技術中に見出し得る。
【0010】
本明細書で説明する任意の特徴又は特徴の組合せは、コンテキスト、本明細書、及び当業者の知識から明らかになるように、そのような組合せに含まれる特徴が互いに矛盾しない限り、本発明の範囲内に含まれる。本発明の追加される利点及び態様は、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲において明らかである。
【0011】
本発明の特徴及び利点は、添付の図面とともに提示される、以下の詳細な説明の検討から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1A】Ｎ個の指向性アンテナ（４１２１）のプレーナ・スタック（４１０１）、数がＲの複数の無線機（４４００）、及びデジタル制御ロジック（４８００）を示す図である。（Ｎ及びＲは、ある正の整数である。）
【図1B】図１Ａに図示された多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）の増設を示す図である。数がＭの複数のプレーナ・スタック（４１００）は、複数の無線機（４４００）から、複数の無線機フィーダ（ｒａｄｉｏ ｆｅｅｄ）（４２００）にアクセスする。（Ｍは、ある正の整数である。）各プレーナ・スタック（４１０１）は、デジタル制御ロジック（４８００）によって個別に制御可能である。
【図1C】数がＭの複数のプレーナ・スタック（４１００）中の様々なプレーナ・スタック（４１０１）の物理的方向を、より詳細に示す図である。数がＭの複数のプレーナ・スタック（４１００）中の各プレーナ・スタック（４１０１）は、扇形の配置で、アレイの対称軸（４３００）周りに、それの角度方向にそれの最近接隣から一定の平面間角度オフセット（４３１２）だけオフセットされている。
【図2A】数がＭの指向性アンテナ（４１２１）の横の各並びに参照円が重ねられた、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）の機械組立品の技術図面（分解立体図において、正面からの）を示す図である。ここで、Ｍ＝１８及びＮ＝３である。デジタル制御ロジック（４８００）の制御ポート（４８０１）が、機械組立品の台座に見える。
【図2B】数がＭの指向性アンテナ（４１２１）の横の各並びに参照円が重ねられた、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）の機械組立品の技術図面（分解立体図において、後方からの）を示す図である。複数の入出力無線周波数コネクタ（４７００）が機械組立品の台座に見える。
【図3A】数がＭの指向性アンテナ（４１２１）の横の各並びに参照円が重ねられた、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）の機械組立品の技術図面（正射影図（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｖｉｅｗ）において、正面方向からの）を示す図である。
【図3B】数がＭの指向性アンテナ（４１２１）の横の各並びに参照円が重ねられた、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）の機械組立品（正面図における）の技術図面を示す図である。デジタル制御ロジック（４８００）の制御ポート（４８０１）が機械組立品の台座に見える。
【図4】統合された送受信機ブロック（４１１１）をもつ複数の指向性アンテナ（４１２１）と、無線周波数ファニング・ネットワーク（ｒａｄｉｏ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｆａｎｎｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ）（４１８０）と、複数の無線機（４４０１）と、デジタル制御ロジック（４８００）とを含む多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）全体を非常に概略化した図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下は、本明細書において参照される特定の要素に対応する要素のリストである。
４０００ 多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）
４１００ 複数のプレーナ・スタック
４１０１ プレーナ・スタック
４１１０ 複数の送受信機ブロック
４１１１ 送受信機ブロック
４１１２ 送受信機ブロック第１のポート
４１１３ 送受信機ブロック第２のポート
４１２０ 複数の指向性アンテナ
４１２１ 指向性アンテナ
４１２２ ポインティング・レイ（Ｐｏｙｎｔｉｎｇ ｒａｙ）
４１２３ ステム（ｓｔｅｍ）
４１２４ 先端
４１２５ ポインティング面（Ｐｏｙｎｔｉｎｇ ｐｌａｎｅ）
４１３０ 複数の１極Ｒ投無線機セレクタ
４１３１ １極Ｒ投無線機セレクタ
４１３２ 無線機セレクタ共通ポート
４１３３ 無線機セレクタ複数スイッチ・ポート
４１３４ 無線機セレクタ・スイッチ・ポート
４１４０ 複数のスタック無線機フィーダ・ポート
４１４１ スタック無線機フィーダ・ポート
４１８０ 無線周波数ファニング・ネットワーク
４２００ 複数の無線機フィーダ
４２０１ 無線機フィーダ
４３００ アレイの対称軸
４３１１ 射線間角度オフセット
４３１２ 平面間角度オフセット
４４００ 複数の無線機
４４０１ 無線機
４４０２ 複数の無線機フィーダ・ポート
４４０３ 無線機フィーダ・ポート
４４０４ 複数の入出力無線周波数ポート
４４０５ 入出力無線周波ポート
４７００ 複数の入出力無線周波数コネクタ
４７０１ 入出力無線周波数コネクタ
４８００ デジタル制御ロジック
４８０１ 制御ポート
５０００ メディア・アクセス・コントローラ
５１００ 相互接続ファブリック
５２０１ 電気通信端末
５２０２ 遠隔検知端末
４０００ 多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）
４１００ 複数のプレーナ・スタック
４１０１ プレーナ・スタック
４１１０ 複数の送受信機ブロック
４１１１ 送受信機ブロック
４１１２ 送受信機ブロック第１のポート
４１１３ 送受信機ブロック第２のポート
４１２０ 複数の指向性アンテナ
４１２１ 指向性アンテナ
４１２２ ポインティング・レイ（Ｐｏｙｎｔｉｎｇ ｒａｙ）
４１２３ ステム（ｓｔｅｍ）
４１２４ 先端
４１２５ ポインティング面（Ｐｏｙｎｔｉｎｇ ｐｌａｎｅ）
４１３０ 複数の１極Ｒ投無線機セレクタ
４１３１ １極Ｒ投無線機セレクタ
４１３２ 無線機セレクタ共通ポート
４１３３ 無線機セレクタ複数スイッチ・ポート
４１３４ 無線機セレクタ・スイッチ・ポート
４１４０ 複数のスタック無線機フィーダ・ポート
４１４１ スタック無線機フィーダ・ポート
４１８０ 無線周波数ファニング・ネットワーク
４２００ 複数の無線機フィーダ
４２０１ 無線機フィーダ
４３００ アレイの対称軸
４３１１ 射線間角度オフセット
４３１２ 平面間角度オフセット
４４００ 複数の無線機
４４０１ 無線機
４４０２ 複数の無線機フィーダ・ポート
４４０３ 無線機フィーダ・ポート
４４０４ 複数の入出力無線周波数ポート
４４０５ 入出力無線周波ポート
４７００ 複数の入出力無線周波数コネクタ
４７０１ 入出力無線周波数コネクタ
４８００ デジタル制御ロジック
４８０１ 制御ポート
５０００ メディア・アクセス・コントローラ
５１００ 相互接続ファブリック
５２０１ 電気通信端末
５２０２ 遠隔検知端末
【0014】
次に図１Ｃ及び図３Ａを参照すると、本発明は、３次元（３Ｄ）、３６０度、全方向多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）を特徴とする。図１Ｃでは、図が概略的であるが、図３Ａは、本発明の例示的な実施例の機械的実装の正射影図を示す。
【0015】
次に図１Ｃ及び図３Ａを参照すると、３次元（３Ｄ）、３６０度、全方向多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）は、複数のプレーナ・スタック（４１００）と、複数の無線機フィーダ（４２００）と、複数の無線機（４４００）と、デジタル制御ロジック（４８００）とを備え得る。複数のプレーナ・スタック（４１００）、複数の無線機フィーダ（４２００）、複数の無線機（４４００）、及びデジタル制御ロジック（４８００）は、併せて本発明の最上位構造を構成し得る。
【0016】
次に図１Ｃ及び図３Ａを参照すると、複数のプレーナ・スタック（４１００）は、Ｍ個のプレーナ・スタック（４１０１）を含み得、Ｍは、ある第１の固定の正の整数である。図３Ａの例示的な実施例では、プレーナ・スタック（４１００）の数Ｍは１８であり、プレーナ・スタック（４１０１）が約３６０度の方位角に均等に配置されている。方位角及び仰角という用語は、ペアとして一緒に用いられ、３次元空間における与えられた基準方向を基準にした方向の向きを一意に示し得る。これらの用語を例として示すと、与えられた基準方向が、地球の北半球上のある与えられた地点におけるコンパス面であった場合、北極星、ポラリスは、真北の方位角（０度、約２度以内）に、及び約９０度からマイナス地球の北半球上のその与えられた地点の北緯を引いた値の仰角に向けられた望遠鏡によって見られる。数学においては、球面座標系は３次元空間のための座標系であり、その地点の位置は、固定の原点からのその地点の半径距離、固定の天頂方向から測定されるそれの極角、及び原点を通り天頂に直交する参照面上へのそれの正射影の、その参照面上の固定の基準方向から測定される方位角の３つの数によって特定される。球面座標系は、極座標系の３次元版と見なされ得る。仰角は、極角の負量プラス９０度に等しくあり得る。本発明の基準方向は、アレイの対称軸（４３００）、及びある与えられたプレーナ・スタック（４１０１）の任意選択に対して決定され得る。
【0017】
次に図１Ａ及び図３Ｂを参照すると、各プレーナ・スタック（４１０１）は、Ｎ個の指向性アンテナ（４１２１）を含み得る複数の指向性アンテナ（４１２０）と、複数の送受信機ブロック（４１１０）と、複数の１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３０）と、複数のスタック無線機フィーダ・ポート（４１４０）とを備え得る。Ｎはある第２の固定の正の整数であり得、Ｒはある第３の固定の正の整数であり得る。図３Ｂの例示的な実施例では、指向性アンテナ（４１２１）の数Ｎは３であり、指向性アンテナ（４１２１）は、－２０度の仰角から＋２０度の仰角に渡って均等に配置されている。したがって、図３Ｂに示される本発明の例示的な実施例は、パラメータ集合｛Ｍ＝１８、Ｎ＝３｝による略記形式で記述され得る。いくつかの実施例では、指向性アンテナ（４１２１）のビーム幅は、２０度であり得、したがってこの実例において、カバレジの立体角領域は、中心の指向性アンテナ（４１２１）のマイナス３０度からプラス３０度までの範囲内にあり得る。この６０度のカバレジは、仰角でオフセットされ得る。
【0018】
次に図１Ａ及び図３Ａを参照すると、各指向性アンテナ（４１２１）は、指向性アンテナ（４１２１）を物理的に構築するだけで電磁波放射の細いビームを放射及び受け得る。図３Ａに示される例示的な実施例は、そのような場合を示し、各指向性アンテナ（４１２１）は、ポリロッド・アンテナであり、ポリロッド・アンテナという用語は、アンテナの放射パタンを形成することを助ける目的で高い比誘電率の構造誘電体（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）を採用し得るアンテナを示し得る。図３Ａに示される例示的な実施例の場合、ポリロッド・アンテナは、すべての方向に等しく放射する仮想のアンテナと比較して、約１７デシベル、すなわち約５０倍それの放射される電力を、それの優先される方向に対して向ける（及びそれの受ける放射を優先する）。アンテナの放射パタン、又はアンテナ・パタンは、それの感度が、それの優先される方向（最大）のものに対して約３デシベル、すなわち約半分低下する立体角の領域によって定義され得る。図３Ａに示される例示的な実施例において指向性アンテナ（４１２１）として作動し得るポリロッド・アンテナの優先される方向は、それのステム（４１２３）からそれの先端（４１２４）まで、ポリロッド・アンテナの最長軸に沿った方向である。参照の容易のため、アンテナの優先される方向は、アンテナのポインティング・レイ（Ｐｏｙｎｔｉｎｇ ｒａｙ）（４１２２）と見なされ得る。任意の与えられた用途において指向性アンテナ（４１２１）として作動するポリロッド・アンテナに対して選択されるビーム幅は、完全に任意であり得、隣接する指向性アンテナ（４１２１）間の角度分離とは無関係であり得、隣接するプレーナ・スタック（４１０１）間の角度分離とは無関係であり得る。ビーム幅という用語は、度で表すアンテナ・パタンの幅を指し得る。ポリロッド・アンテナは、ＤＣ電源を必要とするとは限らない。ポリロッド・アンテナの長さを長くすることによって、与えられた用途が要求し得るに従ってポリロッド・アンテナのビームはさらに細くされ得る。ポリロッド・アンテナの長さを短くすることによって、与えられた用途が要求し得るに従ってポリロッド・アンテナのビームはさらに太くされ得る。ポリロッド・アンテナは、アンテナの長さの一部に沿って、共振導体コイル（ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｃｏｉｌ）をポリマー・マトリクス内に埋め込み得るか、又はポリロッド・アンテナは、何か他の形態の埋め込まれた導体と結合され得る。ポリロッド・アンテナは、埋め込まれた導体の性質によって、左旋円偏光ビーム、又は右旋円偏光ビーム、又は直線偏光ビームのうちのいずれか１つを放射し得る。いくつかの実施例では、ポリロッド・アンテナが、５Ｇ ＸＰＩＣ用途のために、名目上垂直（Ｖ）偏波と名目上水平（Ｈ）偏波とで異なるデータ・ストリームを放射又は受信し得る。ポリロッド・アンテナは、マイクロ波Ｋａバンドやその他のミリメートル波帯など動作周波数の指定範囲が選択されると、ポリロッド・アンテナの最適の送信特性及び受信特性のために物理的に大きさを合わせ得る。Ｋａバンドは、５Ｇネットワークにおいて採用され得る大きいデータ容量の周波数セグメントを含み得る。マイクロ波のＫａバンドは、２６．５ギガヘルツから４０ギガヘルツまでの周波数範囲を含み得る。指向性アンテナ（４１２１）の２次元又は３次元のアレイ（Ｍ×Ｎ）のアンテナ・パタンは、必ずしも与えられた時点にアンテナ・パタンの全範囲に対処する必要があるとは限らず、各個々の指向性アンテナ（４１２１）のアンテナ・パタンは、アンテナ利得が３ｄＢよりも大きく減少することはない立体角の領域によって境界を定められ得る。いくつかの実施例では、２次元又は３次元のアレイ（Ｍ×Ｎ）は、３次元ユークリッド空間における球面アレイとして表され得る。指向性アンテナ（４１２１）の２次元のアレイ（Ｍ×Ｎ）のアンテナ・パタンは、（Ｍ＝１８、Ｎ＝３）の場合、個別に、独立して、対処可能な５４個の立体角小領域に均等に細分され得るが、この概念は、Ｍ及びＮを適切に調整することによって、より多い又はより少ない小領域をカバーするように拡張され得る。各ロッドは、それ自身個々のビームを発するので、チャネル間の等化は必要とされない。独自のロッド・アンテナ設計により、各ロッドからの各個々のビームを、他のロッドからの他のビームに等しくすることが可能になる。
【0019】
次に図１Ａ及び図３Ａを参照すると、各指向性アンテナ（４１２１）は、ステム（４１２３）と先端（４１２４）とを備え得、各指向性アンテナ（４１２１）は、それの最長の寸法に沿ってそれのステム（４１２３）からそれの先端（４１２４）まで延びるポインティング・レイ（４１２２）を有し得る。図３Ａに示される本発明の例示的な実施例内に採用されているポリロッド・アンテナは、まさにこの場合を示し得る。
【0020】
次に図１Ａを参照すると、各指向性アンテナ（４１２１）は、電磁波エネルギーを第一に指向性アンテナ（４１２１）のポインティング・レイ（４１２２）にほぼ沿って放射し得、各指向性アンテナ（４１２１）は、電磁波エネルギーを第一に指向性アンテナ（４１２１）のポインティング・レイ（４１２２）の負量にほぼ沿って受け得る。指向性アンテナ（４１２１）は、細いビームを放射し、受け得るので、指向性アンテナ（４１２１）がポリロッド以外の何か他のタイプのアンテナで実現され得る場合でも、それでもなお、そのアンテナのポインティング・レイ（４１２２）を優先し得る。実例として、指向性アンテナ（４１２１）は、代わりにパッチ・アンテナのアレイによって実現され得、そのポインティング・レイ（４１２２）は、パッチ・アンテナのアレイの平面にほぼ垂直であり得る。
【0021】
次に図１Ａを参照すると、すべてのポインティング・レイ（４１２２）は、ほぼポインティング面（４１２５）内にあり得る。それは、与えられたプレーナ・スタック（４１０１）内のすべての指向性アンテナ（４１２１）のポインティング・レイ（４１２２）はほぼ同一平面内にあり得ると言い換えられ得、ポインティング面（４１２５）の概念を定義し得る。プレーナ・スタック（４１０１）内の指向性アンテナ（４１２１）の向きは、したがって、ポインティング面（４１２５）に制約され、自由度１のみで変化し得る。
【0022】
次に図１Ａ及び図３Ｂを参照すると、各ポインティング・レイ（４１２２）は、扇形の配置で各ポインティング・レイ（４１２２）の角度方向に各隣接するポインティング・レイ（４１２２）からほぼ一定のレイ間角度オフセット（４３１１）だけオフセットされ得る。一定のレイ間角度オフセット（４３１１）を採用し得るプレーナ・スタック（４１０１）内の複数の指向性アンテナ（４１２０）によってカバーされるアンテナ・パタンが、指向性アンテナ（４１２１）のビーム幅に等しくあり得る場合、各指向性アンテナ（４１２１）のアンテナ・パタンが３デシベルよりも大きく低下しない、複数の指向性アンテナ（４１２０）によって対処される立体角の領域は、ほぼ連続的であり得る。他の多形形態、たとえば、アンテナの不均一な分布又は配置を有する多形形態も可能である。
【0023】
次に図１Ａを参照すると、複数の送受信機ブロック（４１１０）は、Ｎ個の送受信機ブロック（４１１１）を含み得、各送受信機ブロック（４１１１）の動作は、デジタル制御ロジック（４８００）によって制御され得る。特に、デジタル制御ロジック（４８００）は、送受信機ブロック（４１１１）内にある各アンプによって適用されるレベルの電力利得を構成するように誘導され得、指向性アンテナ（４１２１）を介する送信又は受信のために適切であるように、電力利得が適用される方向を構成するように誘導され得る。電力利得という用語は、ブロックに入力された電力に対するブロックから出力された電力の比を指し得、したがってそのブロックにとっての動作の方向、又は有用性を含意し得る。
【0024】
次に図１Ａを参照すると、各送受信機ブロック（４１１１）は、デジタル制御ロジック（４８００）からの送信／受信モード制御信号を受け取り得、各送受信機ブロック（４１１１）は、可変レベルの無線周波数電力増幅を採用し得、各送受信機は、送受信機ブロック第１のポート（４１１２）と送受信機ブロック第２のポート（４１１３）とを備え得る。送受信機ブロック（４１１１）が送信のために構成され得るとき、送受信機ブロック第１のポート（４１１２）は出力を構成し得、送受信機ブロック第２のポート（４１１３）は送受信機ブロック（４１１１）の入力を構成し得る。代替的に、送受信機ブロック（４１１１）が受信のために構成され得るとき、送受信機ブロック第２のポート（４１１３）は出力を構成し得、送受信機ブロック第１のポート（４１１２）は送受信機ブロック（４１１１）の入力を構成し得る。各送受信機ブロック（４１１１）は、信号フロー方向制御、詳細には、電力増幅を実施するためのアップコンバージョン（送信）、又は低ノイズ増幅を実施するためのダウンコンバージョン（受信）を受け取り得る。適用される信号状態調整は、ミリメートル波用途に好適であり得る。各送受信機ブロック（４１１１）は、低ノイズ増幅、電力増幅、送信／受信スイッチ、及び周波数選別フィルタのうちのいずれか又はすべてを含み得る。バイアス電力（電源）のオン／オフを制御することにより、アンテナ消費電力を削減し、したがってＣＷ動作が可能になる。各送受信機ブロック（４１１１）は、任意の無線機（４４０１）に関して、各指向性アンテナ（４１２１）に、個別に、独立して、選択可能な度合いの信号状態調整を提供し得る。
【0025】
次に図１Ａを参照すると、各送受信機ブロック（４１１１）は、各送受信機ブロック（４１１１）の送受信機ブロック第１のポート（４１１２）を介して、それぞれの指向性アンテナ（４１２１）のステム（４１２３）に、電気的に接続し得る。
【0026】
次に図１Ａ及び図３Ａを参照すると、複数の１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３０）は、Ｎ個の１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３１）を含み得、各１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３１）は、無線機セレクタ共通ポート（４１３２）と、Ｒ個の無線機セレクタ・スイッチ・ポート（４１３４）を備え得る無線機セレクタ複数スイッチ・ポート（４１３３）とを備え得る。各１極、Ｒ投無線機セレクタ（４１３１）は、それが１極Ｒ投スイッチであるかのように機能し得、換言すれば、厳密に１つの無線機セレクタ・スイッチ・ポート（４１３４）が、任意の与えられた時点に、無線機セレクタ共通ポート（４１３２）に電気的に接続され得る。さらに、本発明の物理的範囲がそれらの周波数において多くの波長であり得るように、本発明は高周波の電磁波エネルギーで動作し得るので、１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３１）は、任意の与えられた時点にどの無線機セレクタ・スイッチ・ポート（４１３４）が無線機セレクタ共通ポート（４１３２）に電気的に接続され得るかにかかわらず、それのポートに接続し得る伝送線媒体に整合したインピーダンス（低い電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ－Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ））を提示し得る。例として、２９．９ギガヘルツで自由空間中を進む電磁放射の波長は、約１センチメートルであり得る。約２９．９ギガヘルツで動作し得る、図３Ａに示される本発明の例示的な実施例は、１つの指向性アンテナ（４１２１）の先端からそれの反対側の指向性アンテナ（４１２１）の先端までの約３０センチメートル、この実例の１波長、すなわち１センチメートルを大きく越え得る距離に及ぶ。例として、２９．９ギガヘルツで自由空間中を進む電磁放射の波長は、約１センチメートルであり得る。本発明の物理的範囲がそれらの周波数において多くの波長であり得るように、本発明は高周波の電磁波エネルギーで動作し得る。
【0027】
次に図１Ａを参照すると、各１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３１）の動作は、デジタル制御ロジック（４８００）によって制御され得る。その制御の効果は、各１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３１）について個別に、任意の与えられた時点に、どの無線機セレクタ・スイッチ・ポート（４１３４）が、無線機セレクタ共通ポート（４１３２）に接続し得るか選択することであり得る。
【0028】
次に図１Ａを参照すると、各１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３１）の機能は、無線機セレクタ複数スイッチ・ポート（４１３３）と無線機セレクタ共通ポート（４１３２）との間で整合させられた１極Ｒ投スイッチの機能であり得、各１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３１）は、それの無線機セレクタ共通ポート（４１３２）を介してそれのそれぞれの送受信機ブロック（４１１１）にそれの送受信機ブロック第２のポート（４１１３）を介して電気的に接続し得る。各１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３１）は、各１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３１）が１極Ｒ投スイッチであるかのように機能し得、換言すれば、厳密に１つの無線機セレクタ・スイッチ・ポート（４１３４）が、任意の定められた時間に、無線機セレクタ共通ポート（４１３２）に電気的に接続され得る。本発明の物理的範囲がそれらの周波数において多くの波長であり得るように、本発明は高周波の電磁波エネルギーで動作し得るので、１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３１）は、任意の与えられた時点にどの無線機セレクタ・スイッチ・ポート（４１３４）が無線機セレクタ共通ポート（４１３２）に電気的に接続され得るかにかかわらず、それのポートに接続し得る伝送線媒体に整合したインピーダンス（低い電圧定在波比（ＶＳＷＲ））を提示し得る。Ｍ×Ｎアレイ内のすべての指向性アンテナ（４１２１）は、任意の与えられた無線機（４４０１）に等しい敏捷さ、すなわち１０ナノ秒のオーダーでアクセスし得る。そのようなアクセスは、方位角及び仰角に等しく適用され得る。本発明は、現時点で利用可能な最速のビーム・ポインティング技術を潜在的に具現化し得る。
【0029】
次に図１Ａを参照すると、複数のスタック無線機フィーダ・ポート（４１４０）は、Ｒ個のスタック無線機フィーダ・ポート（４１４１）を備え得、その複数のスタック無線機フィーダ・ポート（４１４０）は、それぞれ、すべての１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３１）の複数の無線機セレクタ・スイッチ・ポート（４１３３）に電気的に接続し得る。プレーナ・スタック（４１０１）からの、したがって指向性アンテナ（４１２１）から複数の無線機（４４００）へのインターフェースは、以って複数のスタック無線機フィーダ・ポート（４１４０）に含まれ得る。
【0030】
次に図１Ｃ及び図３Ａを参照すると、複数のプレーナ・スタック（４１００）が、Ｍ個すべてのポインティング面（４１２５）の幾何学的平面内にあるアレイ対称軸（４３００）の周りあたりに扇形の配置を形成し、平面間角度オフセット（４３１２）が約３６０度／Ｍ一定であり得るように、複数のプレーナ・スタック（４１００）中のＭ個のポインティング面（４１２５）の各々は、それの角度方向に各隣接するポインティング面（４１２５）からほぼ一定の平面間角度オフセット（４３１２）だけオフセットされ得る。指向性アンテナ（４１２１）のビーム幅が、一定の面間角度オフセット（４３１２）及び一定のレイ間角度オフセット（４３１１）とほぼ同じであり得るとき、本発明は、立体角範囲が３６０度の方位角及びレイ間角度オフセット（４３１１）のＮ倍の仰角であるベルト内を無線で受信及び送信し得る。指向性アンテナ（４１２１）のビーム幅が、指向性アンテナ（４１２１）の物理的特性の意図的なばらつきによって減少することになっていた場合、パラメータＭ及びＮがそれに応じて増加されたのであれば、立体角範囲の同じ帯は、受信及び送信によって連続的にカバーされたままであった。いくつかの実施例では、他の多形形態が可能であり得る。
【0031】
次に図１Ｃを参照すると、複数の無線機フィーダ（４２００）はＲ個の無線機フィーダ（４２０１）を含み得、すべての複数のスタック無線機フィーダ・ポート（４１４０）は、それぞれ複数の無線機フィーダ（４２００）に電気的に接続し得る。本発明の物理的範囲がそれらの周波数において多くの波長であり得るように、本発明は高周波の電磁波エネルギーで動作し得るので、複数の無線機フィーダ（４２００）は、それのポートに接続し得る伝送線媒体に整合したインピーダンス（低い電圧定在波比（ＶＳＷＲ））を提示し得る。したがって、各プレーナ・スタック（４１０１）に関連付けられ得るすべての複数のスタック無線機フィーダ・ポート（４１４０）は、複数の無線機フィーダ（４２００）に属する電気的に整合したインピーダンス・ポートに接続し得る。
【0032】
次に図１Ａを参照すると、複数の無線機（４４００）は、Ｒ個の無線機（４４０１）と、Ｒ個の無線機フィーダ・ポート（４４０３）を含み得る複数の無線機フィーダ・ポート（４４０２）と、Ｒ個の入出力無線周波数ポート（４４０５）を含み得る複数の入出力無線周波数ポート（４４０４）とを備え得る。複数の無線機（４４００）を構成している要素は、すべて無線機（４４０１）の数であるＲの重複度を有し得る。
【0033】
次に図１Ａを参照すると、各無線機（４４０１）の動作は、デジタル制御ロジック（４８００）によって制御され得、各無線機（４４０１）は、デジタル制御ロジック（４８００）から独立した送信／受信モード制御信号を受け取り得る。デジタル制御ロジック（４８００）は、各無線機（４４０１）の送信又は受信モード、及び１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３１）によってなされる複数のプレーナ・スタック（４１００）内の複数の送受信機ブロック（４１１０）への接続を認識し得、したがって各送受信機ブロック（４１１１）の送信又は受信モードをそれの接続される無線機（４４０１）の送信又は受信モードに同期させ得る。
【0034】
次に図１Ａ及び図４を参照すると、各無線機（４４０１）は、送信のために、各無線機（４４０１）の入出力無線周波数ポート（４４０５）上のより低い無線周波数バンドから、各無線機（４４０１）の無線機フィーダ・ポート（４４０３）上のより高い無線周波数バンドにアップコンバージョンするか、又は受信のために、各無線機（４４０１）の無線機フィーダ・ポート（４４０３）上のより高い無線周波数バンドから、各無線機（４４０１）の入出力無線周波数ポート（４４０５）上のより低い無線周波数バンドにダウンコンバージョンし得る。各無線機（４４０１）は、各無線機（４４０１）の入出力無線周波数ポート（４４０５）においてアップコンバージョン又はダウンコンバージョンされるべき信号が、たとえばＳバンド（２ギガヘルツから４ギガヘルツまで）などであり得る、何らかのより低い無線周波数バンド内にあることを予想し得る。Ｓバンド域の信号は、今日、無線通信ネットワーク機器によって一般的に処理され得、何らかのより高い無線周波数バンド内の信号よりも、信号処理による劣化にあまり敏感でないことがあり、したがって、本発明は、何らかのより高い無線周波数バンド内の信号を処理することの複雑さのうちのいくつかを隠し得る。そのより高い無線周波数バンドは、たとえば、Ｋａバンド（２６．５ギガヘルツから４０ギガヘルツまで）であり得る。１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３１）によって通過させられる信号のスペクトルは、より高い無線周波数バンド内にあり得る。複数の１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３０）及び複数の送受信機ブロック（４１１０）は、ともにアクティブ・スイッチ・マトリクスを構成し得る。アクティブ・スイッチ・マトリクスを構成するための論理演算は、デジタル制御ロジック（４８００）内のＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）内のルックアップ・テーブル内にあり得る。より高い無線周波数バンドは、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）内部の、アップコンバータ／ダウンコンバータ、すなわち無線機（４４０１）の結果として、より低い無線周波数バンドよりもはるかに高い無線周波数の周波数にあり得る。多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）の無線（自由空間電磁波放射）ポートは、指向性アンテナ（４１２１）であり得る。Ｒ個の無線機（４４０１）は独立してい得、同時に送信モード又は受信モードであり得る。Ｒ個の無線機（４４０１）、したがって本発明は、無線機を通過し得るあらゆるＲＦデータ、したがってそれに対して不可知論的であり得る。本明細書で使用する際、「不可知論的（ａｇｎｏｓｔｉｃ）」は「知識を持っていない（ｗｉｔｈｏｕｔ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）」ことを意味する。非限定的な実例として、不可知論的という用語は、それ、すなわち本発明が、設計によって及びセキュリティ機能として構造上それらを理解不能であり得るので、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）が処理する電磁スペクトル上に生じ得るデジタル・データ・ストリームは、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）にとって理解不能であり得ることを意味し得る。アップ／ダウンコンバージョンの動機は、電磁放射のＳバンド域やＣバンド域で動作し得る多くの既存の無線機の使用に対応することであり得る。
【0035】
次に図１Ａを参照すると、各無線機（４４０１）は、より高い無線周波数バンド上で、それぞれの無線機フィーダ・ポート（４４０３）を介して、複数のプレーナ・スタック（４１００）内の複数の１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３０）の各々によってすべての指向性アンテナ（４１２１）に対して利用可能にされたそれぞれの無線機フィーダ（４２０１）に接続し得る。
【0036】
図１Ｃを参照すると、デジタル制御ロジック（４８００）は制御ポート（４８０１）を備え得、デジタル制御ロジック（４８００）は、各無線機（４４０１）に対して個別にアップコンバージョンするかそれともダウンコンバージョンするかを選択するために、複数のプレーナ・スタック（４１００）と複数の無線機（４４００）の協調動作を制御し得る。デジタル制御ロジック（４８００）は、各指向性アンテナ（４１２１）が接続されている無線機（４４０１）のモードがアップコンバージョンであるか、それともダウンコンバージョンであるかに従って、複数の１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３０）及び複数の送受信機ブロック（４１１０）を構成し得る。
【0037】
次に図１Ｃ及び図４を参照すると、デジタル制御ロジック（４８００）は、デジタル制御ロジック（４８００）の制御ポート（４８０１）を介して簡潔なコマンド言語に属する制御コマンドを受信し得、簡潔なコマンドは２バイト文字列又は３バイト文字列で構成され得、簡潔なコマンド言語は、その無線機（４４０１）がアップコンバージョンするために動作しているか、それともダウンコンバージョンするために動作しているかを考慮し、それに従って、各指向性アンテナ（４１２１）をそれの選択された無線機（４４０１）と電気的に接続し得る。いくつかの実施例では、簡潔なコマンド言語は、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、又は１００バイトよりも短い長さの文字列から構成され得る。いくつかの実施例では、制御語は１６ビットよりも大きいことがあり、たとえば、Ｒ＝８、３ビットで表現可能；Ｍ＝１８、５ビットで表現可能；送信／受信、１ビットで表現可能；送信自動利得制御（ＡＧＣ）、５ビットで表現可能；受信自動利得制御（ＡＧＣ）、５ビットで表現可能；電力制御オン／オフ、１ビットで表現可能であるときなど、ビット数の合計は２０ビットであり得る。本発明の多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）は、パラメータＭ、Ｎ、及びＲの大きさを考慮すると、非常に多数の可能な構成を有し得るので、本発明を構成する簡潔かつ効率的な方法は多大な実用的利益をもたらし、たとえば、可能な構成のうち機能的に有効なもののみの中から１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３１）の構成に応じて無線機（４４０１）と送受信機ブロック（４１１１）との間の送信モード又は受信モードの相互整合性を選択することの負担から本発明のユーザを解放し得る。簡潔なコマンド言語は、任意の与えられた指向性アンテナ（４１２１）を任意の与えられた無線機（４４０１）に有効に接続し、アップコンバージョン又はダウンコンバージョンのために、複数バイト・シーケンス（たとえば２バイト（１６ビット）又は３バイト（２０ビット））シーケンスを用いて前記接続を構成し得、その接続にかかるレイテンシは１０ナノ秒のオーダーである。本発明は、したがって現時点で利用可能な潜在的に最速のビーム・ポインティング技術を具現化し得る。
【0038】
次に図１Ａ及び図１Ｃを参照すると、複数の無線機（４４００）は、それぞれ、複数の無線機フィーダ・ポート（４４０２）を介して複数の無線機フィーダ（４２００）に電気的に接続し得、複数の無線機（４４００）は、それぞれ、複数の入出力無線周波数ポート（４４０４）を介して複数の入出力無線周波数コネクタ（４７００）に電気的に接続し得る。
【0039】
次に図１Ｃ及び図３Ａを参照すると、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）は、各指向性アンテナ（４１２１）について、アップコンバージョンされて放射される電磁波電力、及びダウンコンバージョンされる入射電磁波電力感度の独立した制御を達成し得、指向性アンテナ（４１２１）の総数はＭ×Ｎである。複数の無線機（４１０１）が、指向性アンテナ（４１２１）を介して自由空間媒体と無線で係合し得る場合、自由空間媒体の効率的な使用は、対応する通信局が係合するために必要であり得る立体角の最小領域内でのみ送受信し、対応する通信局が効果的に受信するために必要な最小電力レベルのみを送信することによって最大化され得る。図３Ａに示される本発明の例示的な実施例では、Ｍ＝１８及びＮ＝３であり、５４本の独立した制御可能な細いビームがあり得、それらの向きの各々は、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）の向きに対して固定され得るが、それらの送信電力及び受信感度は、個別に制御可能であり得る。
【0040】
次に図１Ｃ及び図３Ａを参照すると、各与えられた指向性アンテナ（４１２１）は、それの立体角カバレジのそれぞれの小領域内で、他のすべての指向性アンテナ（４１２１）の応答を支配し得、したがって各小領域に対する放射電力及び受信感度の制御は、ほぼ直交し得る。指向性アンテナ（４１２１）のビーム幅が、プレーナ・スタック（４１０１）内の指向性アンテナ（４１２１）の間のレイ間角度オフセット（４３１１）にほぼ等しくあり得、指向性アンテナ（４１２１）のビーム幅が、プレーナ・スタック（４１０１）間の面間角度オフセット（４３１２）にほぼ等しくあり得るとき、各与えられた指向性アンテナ（４１２１）は、他の指向性アンテナ（４１２２）よりも各与えられた指向性アンテナ（４１２１）のポインティング・レイ（４１２２）に沿ってより敏感であり得、したがってその与えられた指向性アンテナ（４１２１）についての送受信機ブロック（４１１１）の送信電力レベル及び受信感度の制御は、与えられた指向性アンテナ（４１２１）のそれぞれのポインティング・レイ（４１２２）に沿った他の指向性アンテナ（４１２１）にはほぼ何も影響しないことがある。
【0041】
次に図１Ｃ及び図３Ａを参照すると、任意の第１の与えられた無線機（４４０１）は、立体角小領域全体の任意の与えられたサブセットに対処するように構成され得、次いで任意の第２の与えられた無線機（４４０１）は、まだ対処されていない残りの立体角小領域の任意のサブセットに対処するように構成され得、一般に、残りの無線機（４４０１）の各々が今度はまだ対処されていない残りの立体角小領域の任意のサブセットに対処するように構成され得るように、第１の与えられた無線機（４４０１）と第２の与えられた無線機（４４０１）とのために確立されたパタンは、対処されないままである立体角小領域がなくなるか、又はＲ個すべての無線機（４４０１）が対処する立体角小領域をさらに必要としなくなるまで継続され得る。換言すれば、任意の与えられた指向性アンテナ（４１２１）は、ある無線機（４４０１）に、ある無線機（４４０１）によって排他的に接続され得るか、又は指向性アンテナ（４１２１）の任意の与えられた集積体は、簡潔なコマンド言語に応答するデジタル制御ロジック（４８００）により、ある無線機（４４０１）に、ある無線機（４４０１）によって排他的に接続され得、任意の与えられた指向性アンテナ（４１２１）は、簡潔なコマンド言語に応答するデジタル制御ロジック（４８００）により、すべての与えられた指向性アンテナ（４１２１）に対し、すべての無線機（４１２１）によって自由に無視され得る。
【0042】
したがって、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）は、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）の位置について、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）によって無線で、対処される立体角領域全体の効率的な無線機カバレジを提供し得る。
【0043】
次に図１Ａ及び図３Ａを参照すると、いくつかの実施例では、指向性アンテナ（４１２１）は、先端（４１２４）と、そこから指向性アンテナ（４１２１）がそれぞれの送受信機ブロック第１のポート（４１１２）によって供給されるステム（４１２３）とを有するロッド型アンテナであり得るが、他の実施例では、そこから指向性アンテナ（４１２１）がそれぞれの送受信機ブロック第１のポート（４１１２）によって供給されるステム（４１２３）のみを存続させていることがある。指向性アンテナ（４１２１）が細いビームを形成し得る限りは、ロッド・アンテナの形態をとる要求をされないことが許されている。実例として、指向性アンテナ（４１２１）は、代わりにパッチ・アンテナのアレイによって実現され得、そのポインティング・レイ（４１２２）は、パッチ・アンテナのアレイの平面にほぼ垂直であり得る。そのような場合には、アレイは、そこから供給されるポートを存続させ、このポートは指向性アンテナ（４１２１）のステム（４１２３）と見なされ得る。
【0044】
次に図４を参照すると、いくつかの実施例では、３次元（３Ｄ）多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）は、無線周波数ファニング・ネットワーク（４１８０）を備え得る。無線周波数ファニング・ネットワーク（４１８０）は、単一の概念的ユニットに収集された、複数のプレーナ・スタック（４１００）内の複数の１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３０）の一種の機能的に等価な一般化であり得る。無線周波数ファニング・ネットワーク（４１８０）は、したがって数がＲである第１の複数のポートと、数がＭである第２の複数のポートとを備え得、Ｍは、表記の都合上ＮのＭ倍の値を表し得る。
【0045】
次に図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、及び図３Ｂを参照すると、いくつかの実施例では、プレーナ・スタック（４１０１）の数Ｍは１８であり得、プレーナ・スタック（４１０１）あたりの指向性アンテナ（４１２１）の数Ｎは３であり得、無線機（４４０１）の数Ｒは８であり得、一定のレイ間角度オフセット（４３１１）は約２０度であり得、一定の面間角度オフセット（４３１２）は約２０度であり得、指向性アンテナ（４１２１）はポリロッド・アンテナであり得る。図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、及び図３Ｂに示される本発明の例示的な実施例においてこれらの属性は見られ得る。図２Ｂにおいて、複数の入出力無線周波数コネクタ（４７００）が８個のコネクタを含むように見られ得、無線機（４４０１）の数Ｒが８であるべきことを意味し得る。
【0046】
次に図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、及び図３Ｂを参照すると、いくつかの実施例では、より低い無線周波数バンドはＳバンド内にあり得、より高い無線周波数バンドはＫａバンド内にあり得る。例示的な実施例は、第５世代（５Ｇ）ネットワーク・インフラストラクチャ展開のために開発された可能性があり、その場合、より低い無線周波数バンドはＳバンド内にあり得、より高い無線周波数バンドはＫａバンド内にあり得る。
【0047】
次に図１Ｃ及び図４を参照すると、いくつかの実施例では、デジタル制御ロジック（４８００）は、１つ又はいくつかのフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）内又は１つ又はいくつかの特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）内に実装され得、及びいくつかの実施例では、デジタル制御ロジック（４８００）はマイクロプロセッサを含み得る。ＦＰＧＡはマイクロプロセッサ機能をオンチップで提供し得、ＦＰＧＡはデジタル・ロジック実現のほぼ最適な展開を提供し得、ＡＳＩＣはデジタル・ロジック実現のさらにより最適の展開を提供し得るので、本発明はこれらの機能を含み得る。
【0048】
次に図１Ｃ及び図４を参照すると、いくつかの実施例では、デジタル制御ロジック（４８００）を介して多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）を再構成するためのレイテンシは、１０ナノ秒未満であり得る。他の実施例では、デジタル制御ロジック（４８００）を介して多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）を再構成するためのレイテンシは、約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、又は２００ナノ秒未満であり得る。そのレイテンシは、簡潔なコマンド言語からのコマンドが制御ポート（４８０１）中にラッチされる時点と、与えられた１極Ｒ投無線機セレクタ（４１３１）及び与えられた送受信機ブロック（４１１１）がコマンドを作動させる時点との時間差として定義され得る。本発明は、したがって現時点で利用可能な最速のビーム・ポインティング技術を潜在的に具現化し得る。
【0049】
次に図１Ｃ及び図４を参照すると、いくつかの実施例では、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）は、レーダー・エキサイタ・アレイ、レーダー（パッシブ又はアクティブ）受信機アレイ、ジャマー、デジタル無線周波数メモリ・ジャマー、無線ネットワーク・リピータ・システム、又は５Ｇ基地局内に埋め込まれ得る。本発明は、電子戦コンテキストにおいて、又はネットワーク化軍用及び商用無線機及び５Ｇネットワークなどの無線ネットワーク通信ネットワーク・インフラストラクチャにおいて適用例を見出し得る。複数の入出力無線周波数ポート（４４０４）は、信号経路に接続され得、外部無線機又はエキサイタ／受信機アレイからなる。
【0050】
いくつかの実施例では、より低い無線周波数バンドは、Ｓバンド、Ｃバンド、Ｋａバンド、Ｋｕバンド、Ｅバンド、Ｖバンド、Ｘバンド、Ｌバンド又はＷバンドのいずれかの内にあり得、及びいくつかの実施例では、より高い無線周波数バンドは、Ｓバンド、Ｃバンド、Ｋａバンド、Ｋｕバンド、Ｅバンド、Ｖバンド、Ｘバンド、Ｌバンド又はＷバンドのいずれかの内にあり得る。Ｓバンドは、１．５５０ギガヘルツから３．９９０ギガヘルツまでの範囲内の周波数の電磁放射を含み得る。Ｃバンドは、３．９００ギガヘルツから６．２００ギガヘルツまでの範囲内の周波数の電磁放射を含み得る。Ｋａバンドは、２０．０００ギガヘルツから３６．０００ギガヘルツまでの範囲内の周波数の電磁放射を含み得る。Ｋｕバンドは、１０．９００ギガヘルツから２０．０００ギガヘルツまでの範囲内の周波数の電磁放射を含み得る。Ｅバンドは、２．０００ギガヘルツから３．０００ギガヘルツまでの範囲内の周波数の電磁放射を含み得る。Ｖバンドは、４６．０００ギガヘルツから５６．０００ギガヘルツまでの範囲内の周波数の電磁放射を含み得る。Ｘバンドは、６．２００ギガヘルツから１０．９００ギガヘルツまでの範囲内の周波数の電磁放射を含み得る。Ｌバンドは、４０．０００ギガヘルツから６０．０００ギガヘルツまでの範囲内の周波数の電磁放射を含み得る。Ｗバンドは、５６．０００ギガヘルツから１００．０００ギガヘルツまでの範囲内の周波数の電磁放射を含み得る。
【0051】
いくつかの実施例では、各指向性アンテナ（４１２１）によって放射される電磁放射のビームは、円偏波されるか、それとも直線偏波され得る。
【0052】
いくつかの実施例では、簡潔なコマンド言語は、２バイト（１６ビット）又は３バイト（２０ビット）のコマンド文字列からなるコマンドを含み得る。
【0053】
いくつかの実施例では、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）によって実行される処理は、ＭＩＭＯを通過し得るあらゆるＲＦデータに対して不可知論的であり得る。この書類内で、不可知論的という用語は、それ、すなわち本発明が、設計によって及びセキュリティ機能として構造上それらを理解不能であり得るので、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）が処理する電磁スペクトル上に生じ得るデジタル・データ・ストリームは、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）にとって理解不能であり得ることを意味し得る。
【0054】
いくつかの実施例では、送受信機ブロック（４１１１）は、低ノイズ・アンプ、電力アンプ、送信／受信スイッチ、並びに／又は周波数選別フィルタリング及びＴＸ及びＲＸ ＡＧＣのいずれかを備え得る。送受信機ブロック（４１１１）が、ダウンコンバージョン（受信）モードで、それのそれぞれの無線機（４４０１）とともに動作し得るとき、低ノイズ・アンプが本発明の性能を改善するために採用され得る。送受信機（４１１１）が、アップコンバージョン（送信）モードで、それのそれぞれの無線機（４４０１）とともに動作し得るとき、電力アンプが本発明の性能を改善するために採用され得る。送受信機ブロック（４１１１）が送信モードで動作し得るとき、周波数選別フィルタリングは電力アンプによって帯域外に放射される電力を削減し得、送受信機ブロック（４１１１）が受信モードで動作し得るとき、周波数選別フィルタリングは低ノイズ・アンプのダイナミック・レンジを維持し得る。帯域外に放射される電力は、本発明のオペレータに認可された電磁放射の周波数のバンドの外側に放射される電力として定義され得る。ダイナミック・レンジは、ノイズ電力＋スプリアス電力の総計に対する信号電力の比として定義され得る。送受信機ブロック（４１１１）は、各送受信機又は無線周波数（ＲＦ）経路の信号レベルを等化するために使用され得る、あまり動的でない自動利得制御（ＡＧＣ）を両方向に有する。ＡＧＣコマンドは、ビーム・ポインティング・レートで切り替えることは許可されない。自動利得制御（ＡＧＣ）は、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）最適化ダイナミック・レンジ制御及びチェーン利得等化に使用され得る。消費電力最小化は重要であるので、不使用時又は受信モードでは送受信機の各電力アンプが停止させられ、逆に使用時又は送信モードでは送受信機の受信チェーンにおいてバイアス電力が停止させられる。（図４電力制御を参照されたい。）
【0055】
次に図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、いくつかの実施例では、多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）が内部はケーブルレスであり得、いくつかの実施例では、各指向性アンテナ（４１２１）がポリロッド・アンテナであり得る。図２Ａ及び図２Ｂに示される例示的な実施例では、組立は、ケーブル接続を含まないように見え得、本発明を製造するための全体のコストを削減し得、本発明の信頼性を高め得る。さらに、例示的実施例における指向性アンテナ（４１２１）の各々は、それのポインティング・レイ（４１２２）がそれのステム（４１２３）からそれの先端（４１２４）までそれの最長の寸法に沿ったポリロッド・アンテナであり得る。
【0056】
いくつかの実施例では、すべての指向性アンテナ（４１２１）が、Ｓバンド、Ｃバンド、Ｋａバンド、Ｋｕバンド、Ｅバンド、Ｖバンド、Ｘバンド、Ｌバンド又はＷバンドのいずれかの内で送信又は受信し得る。
【0057】
いくつかの実施例では、各与えられた指向性アンテナ（４１２１）が、それの立体角カバレジのそれぞれの小領域内で、他のすべての指向性アンテナ（４１２１）の応答を支配し得る。指向性アンテナ（４１２１）のビーム幅が、プレーナ・スタック（４１０１）内の指向性アンテナ（４１２１）の間のレイ間角度オフセット（４３１１）にほぼ等しくあり得、指向性アンテナ（４１２１）のビーム幅が、プレーナ・スタック（４１０１）間の面間角度オフセット（４３１２）にほぼ等しくあり得るとき、各与えられた指向性アンテナ（４１２１）は、他の指向性アンテナ（４１２２）よりもそれのポインティング・レイ（４１２２）に沿ってより敏感であり得、したがってその与えられた指向性アンテナ（４１２１）についての送受信機ブロック（４１１１）の送信電力レベル及び受信感度の制御は、それのそれぞれのポインティング・レイ（４１２２）に沿った他の指向性アンテナ（４１２１）にはほぼ何も影響しないことがある。
【0058】
このドキュメントでは、「パッシブ」という用語は、マルチポート線形電気ネットワークの特性を意味し得、したがって、前記ネットワークは、それのポートのいずれかに入ってくる任意の信号電力レベルを、それのポートのいずれかから出ていく何かの信号電力レベルに電力増幅することができないことがある。「損失の多い（ｌｏｓｓｙ）」及び「無損失の（ｌｏｓｓｌｅｓｓ）」という用語は、パッシブ・ネットワークの特殊な場合をさらに区別し得る。対照的に、マルチポート線形電気ネットワークを記述するとき、「アクティブ」という用語は、受動的特性の論理的補集合又は反意語を示し得る。同じ参照インピーダンス（Ｚ０）がすべてのポートに関連付けられ得ると仮定すると、散乱パラメータ（ｓパラメータ）に関して記述され得るマルチポート線形電気ネットワークは、それのマトリクス要素のすべてが１よりも小さいか又は等しい大きさを有し得る特性によって、パッシブ・ネットワークと識別され得る。
【0059】
このドキュメントでは、１つの構成要素（アンテナなど）の制御が別の構成要素（隣接したアンテナなど）の制御からほぼ独立しているように、「直交性（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｔｙ）」は、制御の独立を指す。たとえば、多重アンテナの放射電力及び受信感度の制御が「直交している」場合、各アンテナの放射電力及び受信感度は、他のアンテナの放射電力又は受信感度に影響を及ぼすことなく、他のアンテナの放射電力及び受信感度の制御から独立して制御され得る。一般に、「直交の（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）」という用語は、独立と同等である数学的なベクトル間の関係を表し、換言すれば、１つのベクトルの、別のベクトル上への射影が０であり得る。たとえば、３次元空間中のユークリッド幾何学的ベクトル（長さ３のベクトル）は、それらの間のドット積が０になる場合、互いに直交し得る。より一般的には、多次元信号処理システムの第１の出力の射影は、ある第２の出力上への０射影を維持しながら第１の出力の任意の変調が受け入れられ得る場合、その第２の出力に直交又は独立し得、逆もまた同様である。多次元信号処理システムの出力間の直交性は、可能な場合、システムの、独立して制御可能な入力を管理する適切な制御方式の決定に依存し得る。
【0060】
３次元（３Ｄ）多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）は、複数の無線機と、複数の相互的一意的指向性アクティブ・アンテナ（ｍｕｔｕａｌｌｙ ｕｎｉｑｕｅｌｙ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ａｃｔｉｖｅ ａｎｔｅｎｎａ）と、相互接続ファブリックとを備え得る。相互接続ファブリックは、多数の無線機と多数の一意的指向性アクティブ・アンテナとの間の電気的接続を実現し得る。相互接続ファブリックは、各指向性アンテナを多数の無線機のうちの多くとも１つに電気的に接続するように構成され得る。相互接続ファブリックは、分離可能な物理的ファブリックではなく論理的概念であり得る。相互接続ファブリックは、それの可能な構成のうちの任意の与えられた１つにおいて、パッシブ・マルチポート線形電気ネットワークであり得る。アクティブ・アンテナは、構成可能なレベルの電力増幅を組み入れ得、前記電力増幅は、与えられた無線機内のあらゆる電力増幅能力から独立して構成可能であり得る。複数の相互的一意的指向性アクティブ・アンテナのうちの１つは、電磁波エネルギーをもつ自由空間中の与えられた特定の仰角と方位角のペアの方向に対処するために、相互的一意的指向性アクティブ・アンテナのうちの他のどれよりも良い指向性を有し得る。
【0061】
各アクティブ・アンテナの細いビームは、主にそれぞれの立体角領域に対処し得る。それのアンテナ・パタンがそれの向きとそれの最近接隣の向きとの間の角度間隔よりも小さいか又は同等のビーム幅を有し得る一意的指向性アクティブ・アンテナは、著しい冗長性、オーバーラップ、又はカバレジの空白なしに自由空間の立体角領域に対処し得る。他のすべての一意的指向性アクティブ・アンテナと比較されるとき有利である、主にそれのそれぞれの立体角領域に対処し得る一意的指向性アクティブ・アンテナは、それのそれぞれの立体角領域を支配し得る。
【0062】
ＭＩＭＯによって無線で対処される立体角領域全体の効率的な無線機カバレジを提供するように、相互接続ファブリック及びその利得レベルの各アクティブ・アンテナは、任意の与えられた時点に各アクティブ・アンテナを複数の無線機のうちのいずれかに電気的に接続するか又はいずれにも接続しないように、独立して動的に構成され得る。本発明のＭＩＭＯは、ＭＩＭＯを取り囲むシステムが必要とし得るいかなる目標でもその達成に向かって、時間とともに動的に変化し得るやり方で、主に最適の方向に、最適のレベルで電磁波エネルギーを分配し、かつ受け得る。
【0063】
いくつかの実施例では、相互接続ファブリックは、任意の与えられた時点に任意の与えられたアクティブ・アンテナを多くとも単一の任意の無線機に電気的に接続することが可能であり得るルーティング・ネットワークであり得、電気的接続は双方向である。「ルーティング・ネットワーク」という用語は、各々が複数のアクティブ・アンテナのうちの１つに関連付けられ得るポートの第１のセットと、各々が複数の無線機のうちの１つに関連付けられ得るポートの第２のセットとの間の電気的な接続の構成可能な集積体を意味し得る。「ルーティング・ネットワーク」という用語は、相互接続ファブリックの特性を単に詳述及び換言しているに過ぎないことがある。ルーティング・ネットワークによって確立された接続は、したがって双方向と見なし得る。ルーティング・ネットワーク内の有効な構成は、与えられた無線機からいくつかのアンテナへのファン・アウト接続であり得るが、ルーティング・ネットワーク内で有効な接続は、与えられたアンテナを多くとも１つの無線機にしか接続できないことがある。
【0064】
いくつかの実施例では、ＭＩＭＯはデジタル制御ロジックを有し得、そのデジタル制御ロジックは、複数の無線機及び複数のアクティブ・アンテナの動作を協調させて、アップコンバージョン又はダウンコンバージョンのいずれかを行うように構成され得る。デジタル制御ロジックは、相互接続ファブリックの構成がアクティブ・アンテナを接続する無線機と各アクティブ・アンテナの構成が一致し得るように、各アクティブ・アンテナを首尾よく構成し得る。
【0065】
いくつかの実施例では、各アクティブ・アンテナは、前記アクティブ・アンテナが電気的に接続され得る無線機がアップコンバージョンを実行し得るときはいつでもアップコンバージョンするように構成され得、各アクティブ・アンテナは、前記アクティブ・アンテナが電気的に接続され得る無線機がダウンコンバージョンを実行し得るときはいつでもダウンコンバージョンするように構成され得る。無線機のモードがアップコンバージョンするように構成され得るとき、電磁波エネルギーは、与えられた無線機から相互接続ファブリック内に構成された接続を介してアクティブ・アンテナに流れ得、そのアクティブ・アンテナは、相互接続ファブリックからそのアクティブ・アンテナの上に入射する電磁波エネルギーを増幅し得、その結果を自由空間電磁波放射に放し得る。無線機のモードがダウンコンバージョンするように構成され得るとき、電磁波エネルギーはアクティブ・アンテナ要素から流れ得、そのアクティブ・アンテナ要素は、自由空間からそれの上に入射する電磁波エネルギーを増幅し得、その結果を相互接続ファブリック内に構成された接続を介して無線機に放し得る。
【0066】
いくつかの実施例では、ＭＩＭＯはデジタル制御ロジックを有し得、そのデジタル制御ロジックは、各アクティブ・アンテナの動作を指示して前記アクティブ・アンテナに特有の可変レベルの無線周波数増幅を適用するように構成され得る。各アクティブ・アンテナに対する無線周波数増幅の制御の直交性、又は独立性は、本発明にとって非常に重要であり得る。前記制御は、デジタル制御ロジックによって達成され得る。
【0067】
いくつかの実施例では、相互接続及び各指向性アンテナの利得レベルは、任意の与えられた時点に各指向性アンテナを電気的に複数の無線機のうちのいずれかに接続するか又はいずれにも接続しないように、独立して動的に構成され得る。無線機と指向性アンテナとの間の無線周波数ファニング・ネットワーク内に確立された信号経路は、ＭＩＭＯを取り囲むシステムが必要とし得るように時間とともに再構成され得る。指向性アンテナは、いかなる無線機にも全く接続しないことが許され、任意の与えられた瞬間に任意の単一の無線機に接続し得る。
【0068】
いくつかの実施例では、各送受信機ブロックは、可変レベルの無線周波数電力増幅を採用し得、各送受信機ブロックは、デジタル制御ロジックからの送信／受信モード制御信号を受け入れるように構成され得る。送信／受信モード制御信号は、任意の与えられた瞬間に、与えられた送受信機と、無線周波数ファニング・ネットワークの構成によって関連付けられた無線機のアップコンバージョン／ダウンコンバージョン・モードにそれぞれ対応し得る。
【0069】
メディア・アクセス・コントローラ（ＭＡＣ）は、３次元（３Ｄ）自由空間の媒体にアクセスし得、その媒体は立体角分割により多重化され得る。ＭＡＣは、複数の無線機と、相互接続ファブリックと、複数の一意指向アクティブ・アンテナとをカプセル化し得、換言すれば、ＭＡＣは、ＭＩＭＯを備え得る。したがってＭＡＣは、自由空間を立体角カバレジの領域に分割することによって電磁波エネルギーへのアクセスを細分し得、各立体角領域が一意指向性アクティブ・アンテナのうちの１つによって支配され得る。
【0070】
ＭＡＣは、接続を複数の同一場所に設置された電気通信端末又は遠隔検知端末に動的に割り振るように構成され得る。ＭＡＣは、任意の与えられた時点に、時間的に変化するやり方で、各立体角領域によるアクセスを複数の電気通信端末又は遠隔検知端末のうちの多くとも１つに多重化するようにさらに構成され得る。ＭＡＣは無線電気通信リンク上に端末を構成し得、又はＭＡＣは、レーダー又は光検知測距（ＬＩＤＡＲ）などの自由空間の立体角領域上で遠隔検知を実行する局を構成し得、無線から遠隔検知まで構成可能であり得、逆もまた同様である。同一場所に設置された電気通信端末又は遠隔検知端末は、自由空間電磁波媒体以外の媒体（同軸ケーブル接続など）によって接続され得る。
【0071】
実例
以下は本発明の非限定的な実例である。前記実例は、何ら本発明を限定することを意図していないことを理解されるべきである。等価なもの又は代替するものは本発明の範囲内である。
以下は本発明の非限定的な実例である。前記実例は、何ら本発明を限定することを意図していないことを理解されるべきである。等価なもの又は代替するものは本発明の範囲内である。
【0072】
次に図２Ａ及び図２Ｂに示される本発明の例示的な実施例、並びに図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、３次元（３Ｄ）、３６０度、全方向多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）は、Ｍ＝１８のプレーナ・スタック（４１０１）を備え得る複数のプレーナ・スタック（４１００）からなり得るソフトウェア定義された無線機システムであり得、各プレーナ・スタック（４１０１）は、Ｎ＝３の指向性アンテナ（４１２１）と、Ｒ＝８の無線機（４４０１）を備え得る複数の無線機（４４００）と、制御ポート（４８０１）を備え得るデジタル制御ロジック（４８００）とを備え得る。５Ｇ無線ネットワーク・インフラストラクチャを構築するために便利であり得るように、より低い無線周波数バンドはＳバンド内にあり得、より高い無線周波数バンドはＫａバンド内にあり得る。例示的な実施例は、それらの特定用途のための適正なアルゴリズムをソフトウェア経由で更新することが可能であることによって、無線機とレーダーの両方として使用され得る。例示的な実施例のダイナミック・レンジは、５Ｇ周波数において、１ミリワットに対して－９０デシベル未満の感度を可能にし得、これは市場で最初になり得、それのベースからかなりの範囲を可能にし得る。例示的な実施例は、最大８チャネルの送信及び受信無線周波数経路を利用することによってこれをなし得る。例示的な実施例は、５Ｇ周波数又は１ＧＨｚを超える帯域幅能力をもつ他の任意の周波数にアップコンバージョンし得る８個の個別送信及び受信変換器からなり得る。例示的な実施例は、５Ｇ運動に実質的な利益を提供し得るキャリアから１０キロヘルツでのヘルツあたりの位相ノイズをキャリアに対して－１３５デシベルで提供し得る局部発振器を利用し得る。８個の異なる無線機（４４０１）は、２８ＧＨｚで対等方性放射体１７デシベルの利得をもつ２０度のビーム幅を提供し得る、５４個の異なる有機ベースの指向性アンテナ（４１２１）にルーティングされ得る。例示的な実施例は、最大４０Ｗを超える多入力多出力無線システム（ＭＩＭＯ）（４０００）による放射電力を発生し得る。２８ギガヘルツで動作し得る有機プリント回路基板中に埋め込まれた４３２個を超える無線周波数トレースがあり得る。これを行うことによって、この例示的な実施例は、すべてのケーブル及びそれらに関連するコネクタをなくすことによってハードウェアのコストを大幅に削減した可能性がある。既存のソフトウェア定義無線機には、コスト及び能力の柔軟性が組み込まれていない。例示的な実施例は、あらゆる周波数でのリピータやあらゆるレンジでの信号ブースタとして使用され得る。
【0073】
本明細書で使用する際、「ほぼ（ａｂｏｕｔ）」という用語は、参照される数のプラス又はマイナス１０％を指す。
【0074】
本発明の好ましい実施例を示し、説明したが、添付の特許請求の範囲を越えない範囲の改変をその実施例になされ得ることは、当業者には容易に明らかになるであろう。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきものである。いくつかの実施例では、本特許出願中に提示された図は、角度、寸法の比などを含め、正確な比率で描かれている。いくつかの実施例では、図は代表的なもののみであり、特許請求の範囲は図の寸法によって限定されない。いくつかの実施例では、「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語句を使用して本明細書で説明する本発明の記述は、「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」又は「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」と記述され得る実施例を含み、したがって「から本質的になる」又は「からなる」という語句を使用して本発明の１つ又は複数の実施例を主張するための記述要件は満たされている。
【0075】
以下の特許請求の範囲中に記載された参照番号は、専らこの特許出願の審査の容易さのためであり、例示的なものであり、特許請求の範囲の範囲を図面に対応する参照番号を有する特定の特徴に限定することを何ら意図するものではない。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】