(57)【要約】      （修正有）【課題】サービスエリアの外部で不要な信号を迅速に減衰させるカバレッジ方法を提供する。【解決手段】移動通信システムは複数のセルを含み、各セルはセル全体にわたって多少なりとも均一に分布されたマイクロステーション・ネットワークを含んでいる。マイクロステーション・ネットワークに接続された中央コントローラが移動端末付近のマイクロステーショングループを選択して移動端末に情報を送信する。所与の移動端末に対するアクティブセット内の選択されたマイクロステーションは、移動端末がマイクロステーション・ネットワーク内を移動するにつれ連続的に更新されてネットワーク内で移動端末に追従する仮想セルを形成する。２つの移動端末間の送信競合はそれが検出されたらアクティブマイクロステーションから同一チャネルセル移動端末の少なくとも１つへの送信を抑制することにより回避される。【選択図】図７
2010136362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロステーションを含む通信システムにおいて、送信競合を回避するために前記マイクロステーションから複数の移動端末への送信を制御する方法であって、前記方法は、
同一のマイクロステーションが受け持つ２つ以上の同一チャネルセル移動端末を伴う送信競合を検出するステップと、
前記送信競合に応じて、前記マイクロステーションから少なくとも１つの同一チャネル移動端末への送信を抑制するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記マイクロステーションから少なくとも１つの同一チャネル移動端末への送信を抑制する前記ステップは、
同一チャネル移動端末から前記マイクロステーションにおいて受信した信号の信号強度の測定値に基づいて、受け持つ同一チャネル移動端末を選択するステップと、
前記選択された同一チャネル移動端末に対する信号を送信するステップと、
前記選択されていない同一チャネル移動端末への送信を抑制するステップと、
を含む方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記マイクロステーションから少なくとも１つの同一チャネル移動端末への送信を抑制する前記ステップは、
前記マイクロステーションから全ての同一チャネル移動端末への送信を抑制するステップを含む方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記通信システムは時分割多重化を利用し、各移動端末はＴＤＭＡタイムスロットに割当てられる方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記通信システムはダウンリンク送信に対して周波数ホッピング方式を利用し、各移動端末はホップチャネルを割当てられる方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
前記通信システムは符号分割多重化を利用し、各移動端末はコードチャネルを割当てられる方法。
【請求項７】
複数の固定マイクロステーションと複数の移動端末との間の無線通信を提供する方法であって、前記方法は、
各移動端末について、当該移動端末に情報を送信するための一組の周辺マイクロステーションを選択するステップと、
同一のマイクロステーションが受け持つ２つ以上の同一チャネル移動端末を伴う送信競合を検出するステップと、
送信競合に応じて同一チャネル移動端末を受け持つマイクロステーションから少なくとも１つの同一チャネル移動端末への送信を抑制するステップと、
を含む方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、さらに、
各移動端末について、移動端末の位置の変化に応じて移動端末に情報を送信する一組の周辺マイクロステーションを再選択するステップを含む方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、
移動端末に情報を送信するための一組の周辺マイクロステーションを選択する前記ステップは、
複数のマイクロステーションにおいて移動端末から送信された信号を受信するステップと、
前記複数のマイクロステーションの各々において受信した移動端末からの信号の強度を測定するステップと、
前記複数のマイクロステーションにおいて受信した信号の強度に基づいて１つ以上のマイクロステーションを選択するステップと、
を含む方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
各マイクロステーションにおいて受信した信号の強度に基づいて１つ以上のマイクロステーションを選択する前記ステップは、
移動端末から受信した信号の強度が予め定められた閾値規準に一致するマイクロステーションを選択するステップを含む方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
前記選択されたマイクロステーションは予め定められた数を超えない方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法であって、
各マイクロステーションにおいて受信した信号の強度に基づいて１つ以上のマイクロステーションを選択する前記ステップは、
移動端末から最強信号を受信する予め定められた数のマイクロステーションを選択するステップを含む方法。
【請求項１３】
請求項７に記載の方法であって、
マイクロステーションから少なくとも１つの同一チャネル移動端末への送信を抑制する前記ステップは、
同一チャネル移動端末からマイクロステーションにおいて受信した信号の信号強度測定値に基づいて受け持つ同一チャネル移動端末を選択するステップと、
選択された同一チャネル移動端末に対する信号を送信するステップと、
選択されない同一チャネル移動端末への送信を抑制するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
請求項７に記載の方法であって、
マイクロステーションから少なくとも１つの同一チャネル移動端末への送信を抑制する前記ステップは、
マイクロステーションから全ての同一チャネル移動端末への送信を抑制するステップを含む方法。
【請求項１５】
請求項７に記載の方法であって、
前記通信システムは時分割多重化を利用し、各移動端末はＴＤＭＡタイムスロットに割当てられる方法。
【請求項１６】
請求項７に記載の方法であって、
前記通信システムはダウンリンク送信に対して周波数ホッピングを利用し、各移動端末はホップチャネルを割当てられる方法。
【請求項１７】
請求項７に記載の方法であって、
前記通信システムは符号分割多重化を利用し、各移動端末はコードチャネルを割当てられる方法。
【請求項１８】
各々が移動端末に信号を送信する送信機を含む複数のマイクロステーションと、
前記複数のマイクロステーションに接続され、各移動端末に信号を送信するマイクロステーショングループを選択して各移動端末の近くに仮想セルを形成する中央プロセッサと、
前記中央プロセッサに配置され、同一のマイクロステーションが受け持つ２つ以上の同一チャネル移動端末を伴う送信競合を検出する検出回路と、
を含む通信システムであって、
前記中央プロセッサは、送信競合の検出に応じて同一チャネル移動端末を受け持つマイクロステーションから少なくとも１つの同一チャネル移動端末への送信を抑制する通信システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載の通信システムであって、
各マイクロステーションは、さらに、移動端末から信号を受信する受信機を含む通信システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載の通信システムであって、
前記中央プロセッサは、各マイクロステーションにおいて所与の移動端末から受信した信号の強度に基づいて所与の移動端末に信号を送信するマイクロステーショングループを選択する通信システム。
【請求項２１】
請求項２０に記載の通信システムであって、
前記中央プロセッサは、予め定められた閾値よりも高い信号強度で所与の移動端末から信号を受信する所与の移動端末に信号を送信するマイクロステーショングループを選択する通信システム。
【請求項２２】
請求項２１に記載の通信システムであって、
前記グループ内の前記選択されたマイクロステーションは、予め定められた数を超えない通信システム。
【請求項２３】
請求項２０に記載の通信システムであって、
前記中央プロセッサは、所与の移動端末から最強信号を受信する、所与の移動端末に信号を送信する予め定められた数のマイクロステーションを選択する通信システム。
【請求項２４】
請求項１８に記載の通信システムであって、
前記中央プロセッサは、１つの同一チャネル移動端末に対してデータを送信し、送信競合に応じて他の全ての同一チャネル移動端末への送信を抑制する通信システム。
【請求項２５】
請求項２４に記載の通信システムであって、
前記中央プロセッサは、マイクロステーションが最強信号を受信する移動端末にデータを送信する通信システム。
【請求項２６】
請求項２０に記載の通信システムであって、
前記中央プロセッサは、前記送信競合に応じて全ての同一チャネル移動端末への送信を抑制する通信システム。
【請求項２７】
請求項１８に記載の通信システムであって、
前記中央プロセッサは、複数のマイクロステーションにより移動端末に送信される送信信号を発生し、
所与の移動端末に対する前記送信信号は、前記中央プロセッサから所与の移動端末に対するアクティブセット内の選択されたマイクロステーションに転送される通信システム。
【請求項２８】
請求項２７に記載の通信システムであって、
前記中央プロセッサにおいて発生された送信信号は複数の複素信号サンプルを含む通信システム。
【請求項２９】
請求項２８に記載の通信システムであって、
前記複素信号サンプルは、同相成分および直交成分を含むＩ，Ｑ信号サンプルである通信システム。
【請求項２９】
各セルがマイクロステーション・ネットワークを有する複数のセルを含む通信システムにおける、移動端末との通信システムであって、
移動端末に割り当てられたダウンリンクチャネル上で移動端末に情報を送信する移動端末の近くのマイクロステーショングループを選択するステップであって、前記マイクロステーショングループは仮想セルを規定する移動端末に対するアクティブセットを含むステップと、
移動端末がマイクロステーション・ネットワークの中を移動する時に仮想セルが移動端末を追跡するように、移動端末の動きに応じて移動端末に対するアクティブセットに対してマイクロステーションを除いたり加えたりするステップと、
を含む通信システム。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法であって、さらに、
移動端末に対するアクティブセット内の第１および第２のマイクロステーションから移動端末に情報を送信するステップを含み、第１のマイクロステーションから移動端末への送信は第２のマイクロステーションからの同一の情報の送信に関して遅延されるまたは早められる方法。
【請求項３１】
請求項２９に記載の方法であって、さらに、
中央プロセッサにおいて所与の移動端末に送信する送信信号を発生し、送信信号を中央プロセッサから所与の移動端末に対するアクティブセット内の選択されたマイクロステーションへ転送するステップを含む方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって、送信信号は複数の複素信号サンプルを含む方法。
【請求項３３】
請求項３３に記載の方法であって、複素信号サンプルは同相成分および直交成分を含むＩ，Ｑ信号サンプルである方法。
【請求項３４】
請求項２９に記載の方法であって、さらに、
移動端末に対するアクティブセット内の各マイクロステーションから移動端末に同一の情報を送信するステップを含む方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の方法であって、
移動端末に対するアクティブセット内の各マイクロステーションから移動端末に同一の情報を送信する前記ステップは、
相対位相差でアクティブセット内の第１および第２のマイクロステーションから情報を送信するステップを含む方法。
【請求項３６】
セルラー通信ネットワーク内のセル内に複数のマイクロステーションを含むマイクロステーション・ネットワークと、
前記マイクロステーション・ネットワークに接続され、所与の移動端末に割り当てられたダウンリンクチャネルでセル内の所与の移動端末に情報を送信するマイクロステーショングループを選択する中央コントローラであって、前記マイクロステーショングループは仮想セルを規定する移動端末に対するアクティブセットを含む中央コントローラと、を含む通信システムであって、
前記中央コントローラは、移動端末がマイクロステーション・ネットワークの中を移動する時に仮想セルが移動端末を追跡するように、移動端末の動きに応じて移動端末に対するアクティブセットに対して選択されたマイクロステーションを加えたり除いたりする通信システム。
【請求項３７】
請求項３４に記載の通信システムであって、
前記中央コントローラは、移動端末に対するアクティブセット内のマイクロステーションにより移動端末に送信される送信信号を発生する中央プロセッサを含み、
前記中央コントローラは、移動端末に対する送信信号を移動端末に対するアクティブセット内のマイクロステーションへ転送する通信システム。
【請求項３８】
請求項３５に記載の通信システムであって、送信信号は複数の複素信号サンプルを含む通信システム。
【請求項３９】
請求項３６に記載の通信システムであって、複素信号サンプルは同相成分および直交成分を含むＩ，Ｑ信号サンプルである通信システム。
【請求項４０】
移動端末に対するアクティブセット内の第１および第２のマイクロステーションは移動端末に相対位相差で同一の情報を送信する請求項の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセルラー通信システムに関し、特に、同一チャネル干渉を低減してシステム容量を増大するセルラー通信システムに対する新しいアーキテクチュアに関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラー通信システムでは、周波数再利用計画により同一の周波数をシステム内で２回以上使用することができる。したがって、ブロードキャスティングとは対照的に、セルラーシステムは、サービスエリアを異なるユーザに対して異なる信号を送信するより小さなセルに分割する。利用可能な周波数は複数の周波数グループに分割され、各セルにはそのセル内の移動端末との通信に使用する少なくとも１つの周波数グループが割当てられる。
【０００３】
同一チャネル干渉の問題を回避するために、同一チャネルセルとして知られる、同一の周波数グループが割当てられたセルが空間的に分離されることにより、セル内で動作する移動端末は、同一チャネルセルからのいかなる潜在的な干渉信号よりも高いレベルで希望信号を受信する。異なる周波数で動作するセルは任意の２つの同一チャネルセル間に配置される。一般的に、任意の干渉信号の電力は、干渉するユーザ間の距離が増加するにつれ減少する。同一チャネルセル間の分離により干渉レベルが十分に低減されれば周波数グループを再利用することができる。干渉レベルは干渉電力対キャリヤ電力比Ｃ／Ｉで測定することができる。Ｃ／Ｉ比は周波数再利用計画の設計に使用される主要な規準である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記したことから、所与の周波数をシステム内で再利用できる回数は、任意の２つの同一チャネルセル間の分離距離すなわち再利用距離、およびセル半径に関係することは明らかである。現在のシステムは、中央に配置された大きなタワーを使用して所与の半径のセルを受け持つ。残念ながら、サービスエリアをカバーするこの方法では、隣接セルへの干渉のスピルオーバは距離と共に緩やかに減少するだけである。したがって、サービスエリアの外部で不要な信号をより迅速に減衰させるカバレッジ方法に関心が寄せられている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
通信ネットワークは複数のセルを含み、各セルは単一の中央配置ステーションではなく接近して配置されたマイクロステーションのネットワークによりカバーされる。所与のセル内の各マイクロステーションは低電力送信機を使用して同一の情報を送信し、セルにわたってより均一な信号レベルを与えることができる。既知のサイマルキャスト技術を多数のマイクロステーションに拡張したものが、ここではマイクロキャストと呼ばれる。本発明を使用することにより、信号強度は、セル中心付近では高くセルエッジでは低くなるのではなく、セルにわたってより均一に分布する。さらに、セル外部の信号強度は距離と共に迅速に低下し、場合によっては隣接セル内で干渉せずに即座に周波数を再利用することができる。マイクロキャストシステムはラジオおよびテレビサービスの両方を提供するのに使用することもできる。
【０００６】
本発明はセルラー通信システム等の移動通信システムに特に適している。セルラー通信システム内での周波数の即時再利用は、所与のセル内のマイクロステーションのサブセットのみを使用して各移動端末に信号を送信することにより容易にすることができる。ここでは移動端末に対するアクティブセットと呼ばれる、所与の移動端末に情報を送信するために選択されたマイクロステーションは、たとえば、移動端末の現在位置に最も近いものである。移動端末からさらに遠く離れているマイクロステーションは信号を送信しないか、または異なる移動端末に対して信号を送信する。移動端末がネットワーク中を移動すると、移動端末から最強信号を受信するマイクロステーションが連続的に再識別され、移動端末のアクティブセットに含めるように選択される。したがって、移動端末のアクティブセット内のマイクロステーションのクラスタは移動端末の現在位置の中心にくるように連続的に位置決めし直され、連続的に移動可能な仮想セルとみなすことができる。
【０００７】
デジタル伝送について、所与の移動端末に対するアクティブセット内のマイクロステーションの１／３から送信された変調を１シンボル周期だけ遅らせ、アクティブセット内のさらに１／３のマイクロステーションにおいて変調を１シンボル周期だけ進めることにより性能を改善することができる。このようにして移動端末において受信された信号は、２シンボル周期の時間分散でマルチパスチャネルを伝播しているように見え、このような信号はビタビ等化器を使用して有利に復号することができる。あるいは、相対受信遅延に基づいて送信タイミングを適合させることができる。
【０００８】
移動端末により送信され複数のマイクロステーションにおいて受信された複数の信号は、好ましくは、所与の移動端末に対して識別された中央プロセッサへ伝達される。中央プロセッサは、希望信号を高次の空間ダイバーシチで復号するために、選択された複数のマイクロステーションから受信した複数の信号を一緒に処理するとともに、干渉抑制技術を含むことができる。
【０００９】
本発明のマイクロキャストシステムは、等化器を使用して多数のマイクロステーションから擬似的な時間分散を伴って受信される信号を処理し易いデジタルＴＶまたはラジオ放送にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】各セル内に単一基地局を有する複数のセルを有する従来のセルラー通信ネットワークの図である。
【図２】各セル内にマイクロステーション・ネットワークを有する複数のセルを有する本発明に従ったセルラー通信ネットワークの図である。
【図３】従来のセルラー・ネットワークについての受信電力対距離を実線で示し、本発明に従ったセルラー通信ネットワークの受信電力対距離を点線で示すグラフである。
【図４Ａ】移動端末を受け持つマイクロステーション・ネットワーク内のマイクロステーショングループを選択するさまざまな方法を示す図である。
【図４Ｂ】移動端末を受け持つマイクロステーション・ネットワーク内のマイクロステーショングループを選択するさまざまな方法を示す図である。
【図４Ｃ】移動端末を受け持つマイクロステーション・ネットワーク内のマイクロステーショングループを選択するさまざまな方法を示す図である。
【図５】本発明に従った通信システムのセル内のセル半径に対するキャリヤ対干渉比のグラフである。
【図６】単一通信チャネル上の４つの移動端末についての可能性のあるアクティブ化パターンを示すマイクロステーション・ネットワークの図である。
【図７】３つの同一チャネルグループ内の９つの移動端末についてのアクティブ化パターンを示すマイクロステーション・ネットワークの図である。
【図８】単一の移動端末用のアクティブなマイクロステーションを示すマイクロステーション・ネットワークの図である。
【図９】図８のアクティブマイクロステーションが受け持つエリアについてのキャリヤ対干渉比を示す図である。
【図１０】本発明に従った競合回避方法についてのキャリヤ対干渉比のグラフである。
【図１１】本発明に従った競合回避方法についてのキャリヤ対干渉比のグラフである。
【図１２】本発明に従ったマイクロステーション・ネットワークを示す図である。
【図１３】本発明の通信ネットワーク内のマイクロステーションの機能的ブロック図である。
【図１４】中央プロセッサの送信部を示す機能的ブロック図である。
【図１５】中央プロセッサの受信部を示す機能的ブロック図である。
【図１６】マイクロステーションを移動端末に割り当てる適切な手順を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、図面を参照すると、図１は、従来のマクロ・セルラー通信システムを一般的に番号１０で示している。セルラー通信システム１０は、直径がおよそ２０ｋｍの複数の比較的大きいセル１２を含んでいる。中央に配置された基地局１４は各セル１２を受け持つ。基地局１４により送信された信号は基地局１４からセルの周囲に全方向に伝播する。基地局１４から送信される信号の電力は、任意の所与の点において基地局１４からの距離の関数として一様に減少する。真空状態では、信号強度は基地局１４からの距離の二乗に反比例して変動する。実際には、セルラー通信システムにおける距離減衰は、地形、大気の状態、その他の実環境の影響により逆二乗の法則よりも遥かに厳しい。一般的に、任意の所与の点における信号電力は、基地局１４からの距離の四乗に反比例して変動するものと通常仮定される。図３は、典型的なマクロセルラーシステムにおける距離の関数としての信号強度のグラフである。図３からわかるように、信号はセル１２の中心付近で最も強く、セル境界付近では弱い。基地局１４はセル１２のエッジにおいて最小の有効な信号レベルを提供するのに十分な電力を送信しなければならない。
【００１２】
図２は、一般的に番号２０で示す本発明に従ったマイクロセルラーシステムである。マイクロセルラーシステム２０は複数のセル２２を含んでいる。従来のマクロセルラーシステム１０とは異なり、本発明のマイクロセルラーシステム２０は各セル２２で低電力マイクロステーション２４のネットワークを利用し、それは単一の中央配置基地局１４ではなく、セル２２全体にわたって均一に分布することができる。マイクロステーション２４は方形グリッドパターンや六角形グリッドパターン等の多様なグリッドパターンに配列することができる。実際上、グリッドパターンはマイクロステーション２４を設置するのに適した場所の利用可能性により幾分不規則となることがある。それでも、発明の概念を説明する目的で、均一分布パターンを仮定している。全マイクロステーション２４が同時にアクティブ化される場合、任意の所与の点における信号強度は、距離の４乗に従った減衰を考慮しながら各マイクロステーション２４からの寄与を加算することにより計算することができる。
【００１３】
図２に示す典型的な実施例では、マイクロステーション２４はグリッドパターンに配置されマイクロステーション２４間の間隔はセル半径のおよそ１／１０である。したがって、典型的な実施例におけるマイクロステーション２４の数はπの１００倍である、すなわち、円形セル２２に対しておよそ３１５マイクロステーション２４である。典型的なマイクロセルラーシステム２０に対する信号強度対距離のグラフも図３に示されている。セル２２の中心にある単一の高電力送信機ではなく低電力マイクロステーション２４のネットワークを使用することにより、信号強度はセル２２にわたってより均一に分布し、セル境界を越えると迅速に低下する。図３に示すように、セル境界における信号強度は、従来のマクロセルラーシステム１０に対する−５５ｄＢに比べておよそ−１ｄＢである。この比較は、マイクロステーション２４が従来のマクロセルラーシステム１０における中央配置ステーション１４と同一の電力レベルで送信するものと仮定する。このようにして、セル境界における信号強度は同一の電力レベルに対して５４ｄＢ高くなり、各マイクロステーション２４の電力は同一のセルエッジ信号レベルに対して５４ｄＢ低減することができる。各マイクロステーション２４により送信される電力を低減することにより、全マイクロステーション２４により送信される総電力は従来のマクロセルラーシステム１０における単一基地局１４よりも２９ｄＢ低くなる。例として、典型的なセルラーサイトは＋２４ｄＢｉアンテナ利得を使用してチャネルあたり２０Ｗを放射して、＋３７ｄＢＷの実効等方放射電力（ＥＩＲＰ）を与える。本発明のマイクロステーション２４は、５４ｄＢ少ないＥＩＲＰ、すなわち、−１７ｄＢＷとすることができ、それは２０ｍＷよりも少ない電力を使用してダイポールアンテナとして達成することができる。
【００１４】
各々が同一の周波数で送信する複数のマイクロステーション２４によりカバーされる多数のセル２２から成る大規模なネットワークを仮定すると、任意のセル２２内のキャリヤ対干渉（Ｃ／Ｉ）比を計算することができ、図５に示されている。図５に示すように、９ｄＢのＣ／Ｉ比（ＧＳＭシステム内で頻繁に使用される数字）を達成するのに、移動端末はセル半径の８８％に配置することができる。
【００１５】
本発明に従って、所与のセル２２内のマイクロステーション２４のサブセットを使用して移動端末に信号を送信することにより、容量の利得を得ることができる。選択されるサブセットは、移動端末の近くのマイクロステーション２４のグループとすることができる。より詳細には、移動端末の現在位置の周囲のマイクロステーション２４のサブセットは、移動端末に割当てられたダウンリンクチャネルで同一の信号を送信することができ、移動端末からより遠く離れたマイクロステーション２４はダウンリンクチャネルで移動端末に送信することはない。所与の移動端末用の“アクティブな”マイクロステーション２４のセットは、ここでは、アクティブセットと呼ばれる。アクティブセットによりカバーされるエリアは、移動端末に対する仮想セルと考えることができる。セル２２内の移動端末の位置はランダムであるため、同一のセル位置において移動端末がクラスタリングする可能性は低い。この可能性の低い事象であっても、同一チャネルグループ内の移動端末が望ましくない干渉レベルを回避するのに十分な距離だけ離されている同一チャネルグループへ移動端末を分類することにより、回避することができる。このようにして、同一のチャネルを同一のセル２２内の多数の移動端末により同時に使用することができる。
【００１６】
移動端末がセル２２内を動き回ると、移動端末用のアクティブセットは連続的に変化し、移動する仮想セルと考えられるものを形成する。移動端末から最強信号を受信するマイクロステーション２４が識別され、当該移動端末用の新しいアクティブセットとなる。“サイレント”マイクロステーション２４は“アクティブ”マイクロステーション２４周りにバッファゾーンを形成し、それは隣接セル２２内の干渉を低減し、さらに同一セル内の他の移動端末によるチャネルの再利用を可能にする。
【００１７】
移動端末用のアクティブセットの決定はさまざまな方法で行うことができる。図４Ａ−４Ｃは移動端末に割当てられたアップリンクチャネル上の信号強度測定値に基づいてアクティブセットを決定する３つの方法を示す。図４Ａ−４Ｃでは方形グリッドパターンが仮定される。図４Ａでは、アクティブセットはアップリンク上の移動端末から最強信号を受信するマイクロステーション２４を中心とするマイクロステーション２４の３×３クラスタを含んでいる。図４Ｂでは、アクティブセットは移動端末から最強信号を受信する３つのマイクロステーションを含んでいる。この方法は移動端末が最強信号を受信する３つのマイクロステーションにより規定される三角形内に位置するものと仮定する。図４Ｃでは、アクティブセットは予め定められた閾値よりも上の信号を移動端末から受信する全マイクロステーション２４を含んでいる。アクティブセットを決定するこれらの方法は単独または組み合わせて使用することができる。
【００１８】
信号強度測定値に依存しない他のアクティブセット決定方法を使用することもできる。たとえば、移動端末の現在位置を計算してマイクロステーション２４の既知の座標位置と比較することができる。この場合、移動端末の現在位置に最も近いマイクロステーション２４をアクティブセット内に含むことができる。移動端末の現在位置は当業者にとって周知の三角測量により計算することができる。あるいは、その現在位置をネットワークに周期的に報告し、または位置を決定可能な位置データを提供するために、ＧＰＳ受信機等の、測位受信機を備えた移動端末が必要となることがある。
【００１９】
アクティブセットのサイズは、移動端末をつきとめる精度、および移動端末の移動速度等の要因にも依存することがある。マイクロステーション２４が互いに近くかつ移動端末が迅速に移動している場合、ネットワーク中で移動端末を追跡するのに十分な速さでアクティブセットをダイナミックに変えられないことがある。この場合、移動端末は、アクティブセットの更新の間にアクティブセットにより規定されたエリア、すなわち、仮想セルを通過する可能性が低くなるように、アクティブセットの数を増加することができる。
【００２０】
図６は、全てが同一のチャネルを使用する４つの異なる移動端末を受け持つアクティブ化されたマイクロステーション２４のパターンを示す。アクティブなマイクロステーション２４はべたの黒塗りで示されており、のマイクロステーションは塗りつぶされていない。非アクティブとして示されたマイクロステーション２４は、実際には異なるチャネルで他の移動端末へ送信していることがある。アクティブセットＡ−Ｄは移動端末の周りに円を形成する。より小さな円は、静止または徐行端末のように、その位置を正確に決定することができる移動端末用のアクティブセットを表し、大きなサークルは、迅速に移動する端末のように、その位置を正確に決定することができない移動端末用のアクティブセットを表す。
【００２１】
図６におけるアクティブなマイクロステーション２４は同一のチャネルを使用しているが、移動端末間の距離と、移動端末が各アクティブセットの中心付近にいる事実とに起因して、同一チャネルユーザ間の干渉は低く、かつ許容範囲にあるＣ／Ｉ比が得られる。そのアクティブセットが図６に示すものと重なり合う他の端末は、Ｃ／Ｉ比を劣化させずに異なるチャネルを使用することができる。このようにして、アクティブセットのパターンはチャネル毎に異なる。同一のチャネルで動作するアクティブセットは空間的に分離され、異なるチャネルで動作するアクティブセットは重なり合うことがある。実際上、アクティブセットは複数のマイクロセルを規定し、その中心はチャネル毎に異なる。対照的に、図１に示すマクロセルラーシステム１０は、セル１２に割当てられた全チャネルを送信する単一の固定基地局１４を使用する。
【００２２】
図７は、異なる陰影パターンで示す３つの異なる同一チャネルグループ内の９台の移動端末用のアクティブセットを示す。９台の移動端末に対するアクティブセットは、それぞれ、Ａ−Ｉとして示されている。単一の塗りつぶしパターンを有する円は、単一のチャネルで送信しているマイクロステーション２４を表し、２つの塗りつぶしパターンを含む円は、２つの異なるチャネルで同時に送信しているマイクロステーションを表し、３つの塗りつぶしパターンを含む円は、３つの異なるチャネルで同時に送信しているマイクロステーション２４を表す。
【００２３】
図７に示すように、各マイクロステーション２４は多数のチャネルで同時に送信するように要求されることがあり、利用可能な最大数のチャネルで送信するように要求されることがある。このため、各マイクロステーション２４は好ましくは、線形送信電力増幅器を使用して作ることができるような、マルチチャネル送信機を含むことができる。線形電力増幅器は一般的に低効率であり、すなわち、不要な相互変調を生じる。しかしながら、本発明に必要な比較的低電力の送信機（典型的には、チャネル当り２０ミリワット程度）は低電力レベルにおける効率はあまり重要ではないため、問題は遥かに少ない。さらに、移動端末までの距離に応じて送信電力レベルを調節するマクロセルラーシステム１０内の中央に配置された基地局１４とは異なり、マイクロセルラーシステム２０内の全チャネルが等しい電力レベルで送信され得る。その結果生じる電力レベルの不均衡は、２つの高電力レベルチャネル間に相互変調を生じさせ、低電力チャネルは無力化される。このような電力の不均衡は、本発明に従ったマイクロセルラーシステム２０では不要であるため、任意の１つのマイクロステーション２４の出力における相互変調は、最悪でも、任意のチャネルの電力より１０ｄＢ低く、多くのマイクロステーション出力信号の合成である、移動端末における希望信号電力比への相互変調は幾分低いと思われる。−１０ｄＢ相互変調レベルは飽和増幅器により達成され、マルチキャリヤ動作に対してさえマイクロステーション２４の極端な線形性は要求されない。
【００２４】
図８は、本発明の実施例に従ったマイクロステーション２４の方形グリッドを示す。マイクロステーション２４は円として表されており、円はアクティブセットを表す黒フィルを含んでいる。下記の検討では、アクティブセットは移動端末の現在位置の周囲のマイクロステーション２４のグループを含むものと仮定する。同一チャネルを使用するアクティブセットは、マイクロステーション２４において送信競合を生じることがある、同一チャネルで同時に２つの異なる信号を送信する必要性がどのマイクロステーション２４にもないように、少なくとも１つのグリッド分割により分離される。図９には、そのアクティブセット内に配置された移動端末に関するＣ／Ｉの輪郭を示している。アクティブセット外部の他の全てのマイクロステーション２４は、他の移動端末に対して等電力の干渉信号を送信しているものと仮定する。
【００２５】
アクティブセット内の９つのマイクロステーション２４が４つの方形Ｓ１−Ｓ４を規定し、マイクロステーション２４はこれら４つの方形Ｓ１−Ｓ４のコーナに配置されている。これら４つの方形の中心は、Ｓ５で示す中央部の方形を規定する。移動端末は、中央部の方形Ｓ５内にあるものと仮定する。移動端末が中央部の方形Ｓ５の外部に移動すると、それが再び中央部の方形Ｓ５内にくるように、アクティブセットは、移動端末の現在位置の周囲にパターンを集中させるために変化する。したがって、図９は中央部の方形内に描かれたＣ／Ｉの輪郭を示す。一定のＣ／Ｉの輪郭はほぼ円形である。１０．８ｄＢの最低Ｃ／Ｉ比は、中央部の方形Ｓ５のコーナで生じる。このＣ／Ｉ比は、ＧＳＭシステムが全フィールドにわたってＧＭＳＫ変調を使用して動作するのに十分すぎるほどである。あるいは、エリアの半分である２０ｄＢのＣ／Ｉの輪郭のエリア内で、８−ＰＳＫ等の高次変調を使用することができる。さらに、単一の移動端末へ送信するのに９つの送信機を使用するために生じるマクロダイバーシチは、フェージングおよびシャドウ効果を低減して信号品質および信頼度を改善する。
【００２６】
ダイバーシチ利得は、アクティブセット内で選択されたマイクロステーション２４から送信される信号を遅延させることにより改善することができる。図９において、９つのマイクロステーション２４に関連付けられた数字０，−１，１はアクティブセット内のマイクロステーション２４により送信される信号の相対タイミングを示す。“−１”は１シンボル周期の遅延を表し、“＋１”は１シンボル周期のタイミング進みを表し、“０”は時間遅延や進みが無いことを表す。選択されたマイクロステーション２４において相対時間オフセットが使用される場合、移動端末において受信される信号は２シンボル周期の時間分散を有するマルチパスチャネルを伝播しているように見え、このような信号はビタビ復号器を使用して有利に復号することができる。好ましくは、異なる変調時間および進み値／遅延値を有する送信機から信号を受信するＣ／Ｉ比の観点から最も不利な位置にある移動端末において生じる、他のタイミング進み／遅延パターンを使用することができる。この方法により、同期変調に比べて改善されたマクロダイバーシチ利得が提供される。
【００２７】
図８および９では、１ｋｍのマイクロステーション２４間隔を仮定すると、各チャネルは９平方ｋｍ毎に再利用することができる。３セクタおよび３サイト，３セクタ周波数再利用計画を有する従来の１０ｋｍ半径セルを使用すると、各々が２６０平方ｋｍをカバーする３サイトで各チャネル周波数が一度しか使用できない。このようにして、各チャネル周波数は７８０平方ｋｍ毎に１回使用される。そのため、本発明にはシステム容量を８７倍（７８０÷９）増加する可能性がある。この容量増加は２６０平方ｋｍをカバーする１つの大きなアンテナサイトを２６０のマイクロステーション２４で置換して得られる。このようにして、マイクロステーションのコストがマクロステーションのコストの８７／２６０〜１／３であれば、単位容量当りコストには損益がない。事実、一つには大型タワーおよび複雑な高利得のセクター化アンテナに対する必要性がないため、マイクロステーション２４のコストはマクロスセルラーシステム１０内の基地局１４のコストの１／３よりも遥かに少なくなる可能性がある。したがって、単位容量当りコストを著しく節減できる可能性がある。前述した容量計算は、静止した端末の均一な分布を仮定している。実際上、実現可能な容量利得は、前述した理論的な利得よりも幾分小さい。
【００２８】
移動端末がネットワーク中を移動すると、アクティブセットはネットワーク中を移動する移動端末を追跡する仮想セルを形成するように変化する。したがって、同一チャネルで動作している移動端末用のアクティブセットが衝突またはオーバラップすることが予期される。この状況により、２つの異なる同一チャネル移動端末用のアクティブセット内のマイクロステーション２４に対して問題を生じることがある。より詳細には、マイクロステーション２４は、同一チャネルで２つの異なる移動端末にデータを送信するように要求されることがある。同一チャネル移動端末を伴うこのような送信競合を処理する１つの方法は、アクティブセット内の任意のマイクロステーション２４からの競合する送信を禁止することである。送信競合は、同一のマイクロステーション２４が同一の通信チャネルを使用して同時に２つの異なるデータストリームを送信することをいつ要求されるかを検出することにより、検出することができる。競合チャネル上の送信のみを禁止する必要がある。本出願の目的のために、“同一チャネル移動端末”という用語は、同時に同一のチャネル周波数を使用する２つ以上の移動端末として言及される。送信競合が検出されると、同一チャネル移動端末を受け持つマイクロステーション２４は、任意の送信が１つ若しくはもう１つの移動端末またはその両方との干渉を構成するという仮定のもとで、任意の同一チャネル移動端末への送信を禁止すればよい。あるいは、マイクロステーション２４は、他の全ての同一チャネル移動端末への送信を禁止しながら１つの同一チャネル移動端末へデータを送信することができる、たとえば、最強信号を受信した移動端末へ送信することができる。理論的には、アクティブセットの完全なオーバラップはかなりの確率で生じ、それにより、一方または両方の移動端末に対する信号損失が生じる。この状況は数秒間続くことがある。
【００２９】
完全な信号損失を回避するために、ネットワークは、送信競合の検出に対応して、関連エリア内で使用されない異なるチャネルに移動端末の１つをハンドオフさせることを試みることができる。しかしながら、ハンドオフは、移動端末へのシグナリングメッセージの形成および送信に遅延を伴う。代替策は、ランダムな周波数ホッピングを使用して、干渉する移動端末間の送信競合の持続時間を最小限に抑えることである。周波数ホッピングが使用されると、２つの干渉する移動端末が、連続するホップについて同一周波数に留まる機会は小さくなる。このようにして、同一の位置で同時に同一チャネルを使用する２つの干渉する移動端末間の送信競合は、１周波数ホップの期間しか続かないであろう。たとえ周波数ホッピング方式が採用されても送信競合はまだ生じるが、良く知られているように、短くランダムな干渉イベントは、インタリービングおよび誤り訂正符号化を使用して克服することができる。
【００３０】
図１０および１１には、２つの送信競合処理方式について予期されるＣ／Ｉ統計をそれぞれ示している。これらの図面のそれぞれにおいて、干渉の平均化を行うために周波数ホッピングが使用されているものと仮定する。図１０に示すマイクロセルラーシステム２０では、マイクロステーション２４は送信競合が検出されると、２つの同一チャネル移動端末により使用される通信チャネルでの送信を禁止するようにプログラムされる。図１０は、この技術についての累積Ｃ／Ｉの統計値を示す。図１１に示すマイクロセルラーシステム２０では、各マイクロステーション２４は、同一の通信チャネル上で同時に２つ以上の移動端末を伴う送信競合を検出すると、選択された移動端末に対してデータを送信する。この場合、マイクロステーション２４は、アップリンク通信チャネルで最強信号を提供する同一チャネル移動端末に対してデータを送信する。図１１は、この技術に対する累積Ｃ／Ｉの統計値を示す。
【００３１】
さらに、もう１つの潜在的なアルゴリズムは、マイクロステーション毎に常に全てのチャネルで送信を行い、最近、最も良好な受信を行った移動端末に対するものとなるように変調を選択することである。
【００３２】
第１の方法の背後にある仮定は、何かを通信チャネルで送信することは有害無益であるということであり、第２の方法の背後にある仮定は１つの移動端末に対する信号を送信することは有益無害であるということである。各図面の異なる曲線は、それぞれ、１から８ホップにわたって平均したＣ／Ｉに関するものである。ＧＳＭの周波数ホッピングシステムでは、音声信号は冗長ビットを加えることにより誤り訂正符号化され、次に、符号化された音声ビットが８ホップにわたってインタリーブされる。このようにして、ビット誤りまたはフレーム誤りの特性は、２ホップ以上にわたって平均化されたＣ／Ｉに関連付けられる。その目的は、移動端末の９８％について、または時間の９８％について、およそ８ｄＢよりも大きいＣ／Ｉ比を達成することである。このように、図１０および１１の比較すべき重要な特徴は、８ｄＢよりも小さい実効的な（すなわち、平均）Ｃ／Ｉ比を有するのは移動端末の何分の一かを示す累積Ｃ／Ｉ分布曲線の尾部である。第２のアルゴリズムは、３ホップ以上にわたる平均Ｃ／Ｉ比が重要な規準である場合により低い尾部を与え、単一ホップのＣ／Ｉ比が重要な規準である場合には第１のアルゴリズムの方が良好であることがわかる。より低い尾部はより少ない割合の移動端末が目標平均値よりも大きい干渉を一時的に受けていることを意味する。このようにして、より低い尾部は、より高度のサービスに等しい。
【００３３】
本発明に従ったマイクロセルラーシステム２０を使用すると、異なるマイクロステーション２４において変調され送信された信号を、移動端末のアクティブセット内のマイクロステーション２４への相対距離に応じて、移動端末において１シンボル周期以上の相対遅延を伴って受信することができる。前述のように、この現象は、望ましいものであり、かつ、移動端末において生じる遅延の広がりがその等化器の能力以内である限り、選択されたマイクロステーション２４においてプラスまたはマイナス１シンボル周期の時間遅延を取り入れることにより促進することができる。移動端末がネットワーク中を移動するにつれて当該移動端末用のアクティブセットに変化が生じる場合、そのアクティブセットからマイクロステーション２４を除いたり、そのアクティブセットにマイクロステーション２４を加えたりするために生じるチャネル遅延プロファイルの任意の突然の変化は、望ましくは移動端末が検出および適応する能力の範囲内でなければならない。Global System for Mobile Communication（ＧＳＭ）として知られる標準規格を実装する移動端末は、各スロットについての遅延プロファイル、および最大の相関エネルギーのタイミングの中心を決定するために、プラスまたはマイナス５シンボル程度のスライディングウインドウにわたって、データの各送信スロット内に埋め込まれた既知のシンボル期間と受信データとの間で相関処理を実行する。このようにして、ＧＳＭ移動端末は、スロット間の遅延やタイミングの変化がプラスまたはマイナス２，３シンボル周期よりも多くない限り、その影響を受けることがない。
【００３４】
マイクロダイバーシチシステムで生じることがあるように、サイト間隔が大きくなると、１つの基地局１４からもう１つの基地局（従来のマクロセルラーシステム１０）への送信切替時に、遅延またはタイミングのステップは、過剰なステップ変化を防止する対策がとられない限り、移動端末の相関ウインドウを超えることがある。このような対策には、たとえば、より遠いサイトと比較して、より近いサイトにおける送信タイミングを、当該ステップ変化を補償するのに必要な量だけ遅らせることが含まれ得る。この量は、両サイトにおいてアップリンク上で移動端末から信号を受信するとともに、当該受信信号に埋め込まれた同期ワードとの相関処理により相対遅延を決定することで、求めることができる。たとえば、移動端末への送信が時間ｔにおいて第１の基地局１４から第２の基地局１４に切り替わるものとする。時間ｔにおいて第２の基地局１４がアップリンクチャネル上の信号を第１の基地局１４よりも５シンボル周期前に受信していれば、第２の基地局１４は、第１の基地局１４に対して５シンボル周期のタイミング遅延で送信するようにプログラムされ得る。移動端末が第２の基地局１４から離れるように移動すると、遅延を低減することができる、すなわち、移動端末が、その相関ウインドウ内に集められた信号を受信し続けるように復調シンボルタイミングが進められる。本発明のマイクロセルラーシステム２０の１つの利点は、サイト間隔を低減させることによって、少なくともちょうど４ｍｓ以下のＧＳＭの変調シンボル周期について、このような対策が不要となることである。毎秒２，３メガチップを送信するＣＤＭＡシステムについては、前述したタイミング進める／遅らせる手段、または等価な手段が必要となることがある。
【００３５】
図１２は、本発明のマイクロセルラーシステム２０についての典型的なシステムアーキテクチュアを示す。図１２に示すように、同一のセル２２内に配置された複数のマイクロステーション２４は、通信媒体３２を介して中央プロセッサ３０に接続されループを形成する。通信媒体３２は、たとえば、光ファイバ、Ｔ１若しくはＥ１ライン、または他のリンクを含んでいてもよい。ここに記載する典型的な実施例では、各セル２２は単一の中央プロセッサ３０を含んでいる。あるいは、単一のセル２２内のマイクロステーション２４は、各々が単一の中央プロセッサ３０を有するサブグループに分割され得る。中央プロセッサ３０は、マイクロステーション２４により移動端末へ送信されるデータを生成する送信部２００、マイクロステーション２４により受信された受信データを復調および復号する受信部３００、および制御プロセッサ３２を含んでいる。送信データは時分割多重、周波数分割多重、符号分割多重、または波長分割多重を含むいくつかの既知の多重化技術のいずれか１つを使用して、中央プロセッサ３０からマイクロステーション２４へ送信され得る。送信データは、中央プロセッサ３０により形成され、第１のマイクロステーション２４に送信される。送信データは、最後のマイクロステーション２４に達するまで、１つのマイクロステーション２４から次のマイクロステーション２４へ当該ループの周りを通過する。各マイクロステーション２４は、そのマイクロステーション２４に向けられた送信信号を抽出し、その位置に、中央プロセッサ３０へ返送する受信信号を挿入する。このようにして、各マイクロステーション２４において、送信データが抽出されるとともに、１つのマイクロステーション２４から次のマイクロステーション２４へ通過する累積的な信号内に受信データが挿入される。ループ内の最後のマイクロステーション２４は、現時点で受信信号のみを含む累積的な信号を、中央プロセッサ３０へ返送することで、中央プロセッサ３０は受信信号を復調および復号することができる。
【００３６】
図１３は、典型的なマイクロステーション２４を示す。マイクロステーション２４は、ドロップアンドインサート回路１０１、アップコンバータ１０２、ダウンコンバータ１０３、電力増幅器１０４、低雑音増幅器１０５、デュプレクサ１０６、および送受信アンテナ１０７を含んでいる。ドロップアンドインサート回路１０１は、たとえば、光電子ドロップアンドインサート回路とすることができる。光信号をドロップアンドインサートする１つの実際的な方法は、最初に光検出器を使用して光信号を電気信号へ変換し、当該信号を電気ドメインへドロップアンドインサートし、次に、レーザダイオードを使用して電気信号を光信号へ再変換することである。あるいは、マイクロ加工された電気的可動ミラーを使用して直接光ドロップアンドインサート装置を形成することができる。マイクロ加工ミラーは比較的低速であるが、それでも、ＧＳＭまたはＴＤＭＡ通信システム内のタイムスロット等の、十分長い期間を有する情報ビットのブロックついて、異なる場所へ光を偏向させるのに十分高速である。もう１つの代替策は高密度波長分割多重化を利用することであり、特定のマイクロステーション２４へ向けられた信号は光の固有の波長に変調される。光の異なる波長を結合または分離するプリズム格子または偏向格子を使用して、各マイクロステーション２４は次にその意図する送信信号を搬送する光のそれ自体の特定の波長を除き、かつ対応する受信信号により再変調された光の同一の波長を挿入することができる一方で、他のマイクロサイトに関連付けられた他の波長の光は影響を受けずに通過する。
【００３７】
各マイクロステーション２４において抽出、すなわちドロップオフされる送信信号は、たとえば、同相（Ｉ）および直角位相（Ｑ）成分を含むマルチキャリヤ信号のデジタルベースバンド表現とすることができる。デジタルＩ／Ｑサンプルストリームは、たとえば、３．２ＭＨｚ帯域幅の１６キャリヤＧＳＭ信号を表すことができる。６５／４８倍オーバサンプリングを使用して、各Ｉ／Ｑサンプルストリームは、典型的には８＋８ビット複素数の１３／３メガサンプル／秒であり、マイクロステーション２４当り６９．３３メガビット／秒を供給する。デフォーマットおよびデジタル／アナログ変換後に、その結果得られるアナログＩ／Ｑサンプルは、セルラー周波数帯域内の信号を生成する変調器またはアップコンバータ１０２に適用される。マルチキャリヤ信号は、線形電力増幅器１０４により、たとえば、１搬送波当たり２０メガワットの所望送信電力レベルまで増幅される。増幅された送信信号は、送受信デュプレクサ１０６を介してアンテナ１０７へ供給される。ＩおよびＱを表現するのに必要なビット数は、量子化のダイナミックレンジをＰＡの線形性に適合させることによって低減することができる。後者は挑戦的に高くする必要のないことは既に指摘されており、それによりＩ／Ｑビットレートを実質的に低減する可能性が示唆されている。
【００３８】
アンテナ１０７により受信された信号はデュプレクサ１０６および低雑音増幅器１０５を介してダウンコンバータ１０３へ供給される。マルチキャリヤ受信信号は、たとえば、本開示の一部としてここに組み入れられている米国特許第ＲＥ３７，１３８号に記述されている対数ポーラ技術を使用してデジタルサンプルに変換することができる。この技術は、一般的な複素信号（すなわち、マルチキャリヤ受信信号）を瞬時位相角および瞬時対数振幅信号により表現し、適応利得制御（ＡＧＣ）を使用せずに高いダイナミックレンジを達成する。受信信号サンプルがドロップオフされた送信サンプルを正確に置換するように本出願では８−ビット位相および８−ビット対数振幅表現を使用することができる。
【００３９】
必要であれば、マルチキャリヤ信号内の移動端末に対する受信信号のダイナミックレンジは、閉ループ電力制御を使用して８ビット表現しか使用できないように拘束することができる。マイクロステーション２４に近い移動端末は、マイクロステーション２４から遠く離れた移動端末に比べて電力を低減するように指示されてもよい。送信相互変調および対応する受信の不完全性は、各マイクロステーション２４において干渉信号が異なるため、それほど厄介ではなく、かつ、コヒーレントに加法的ではないことが、本発明により提供される高レベルの送受信ダイバーシチの利点である。ハードリミット送信機（すなわち、飽和電力増幅器１０４）を使用できることさえ考えられる。飽和電力増幅器の使用は、仮想セルのエッジを越える距離と共に全放射信号が遥かに迅速に減少するという事実によっても容易となる。
【００４０】
図１４および１５は、中央プロセッサ３０の典型的な実施例を示す。図１４は送信部２００の一実施例を示し、図１５は中央プロセッサ３０の受信部３００の一実施例を示す。
【００４１】
図１４を参照すると、中央プロセッサ３０の送信部２００は、複数のセレクタ２０２、１つ以上のデジタル周波数分割マルチプレクサ（ＤＦＤＭ）２０４、および出マルチプレクサ２０６を備える。セレクタ２０４はアレイ２０８を形成する。セレクタアレイ２０８の各列は特定のマイクロステーション２４に対応する。各行は特定の周波数チャネルに対応する。いくつかの送信用データストリームＤ１，Ｄ２，．．．Ｄｋが各行内の第１のセレクタ２０２へ入り、行に沿って最後のセレクタ２０２へ通過する。周波数チャネル当り‘ｋ’までのデータストリームがある。各マイクロステーション２４は、各周波数チャネルで単一のデータストリームＤを送信する。各セレクタ２０２は、特定のチャネルについて利用可能な‘ｋ’データストリームから対応するマイクロステーション２４により送信されるデータストリームを選択する。可能な各マイクロステーション／チャネル対について１つのセレクタ２０２が存在する。図１４の記号ＳＬ（ｉ，ｊ）は、ｉ番目のマイクロステーション２４により送信されたｊ番目のチャネルについてのセレクタ２０２を示す。
【００４２】
各データストリームは、２進ビットストリーム、または、一方のビットストリームが実数すなわち‘Ｉ’部分に変調され、他方が虚数すなわち‘Ｑ’部分に変調される複素変調に対応する一組の２進ビットストリームとすることができる。各データストリームは、既に変調されフィルタリングされた信号、もしくは８相ＰＳＫ等の高次変調、のサンプルを表す複素数のストリームを含んでいてもよい。また、データストリームは、１，０，−１の信号値を表す３状態すなわち３進ビットストリームとすることができ、‘１’は論理‘１’を表し、‘−１’は論理‘０’を表し、‘０’は電力が送信されないことを意味する。ＧＳＭバーストは、ビットストリームを‘０’信号値に設定することによって生成される無送信のガード期間で開始および終了する。
【００４３】
ＧＳＭ標準規格に従って信号を送信するためには、オフセットＱＰＳＫを発生するように、各データストリームがハーフシンボルオフセットを有する一組のＩ，Ｑビットストリームであることが適切であり、それは通常、定包絡線のＧＭＳＫ信号に近似されるＧＳＭにより使用される変調の正確な形式である。線形送信機を使用する場合のように、信号を定包絡線として強制する必要がなければ、正確な（ＯＱＰＳＫ）形式を使用するのがさらに有益である。ＩおよびＱチャネルのシンボルレートは、１３ＭＨｚ／９６、すなわち、およそ１３５キロサンプル／秒の少なくとも１倍の倍数、たとえば、２７０．８３３キロサンプル／秒である。
【００４４】
各セレクタ２０２は、場合によっては‘ｋ’個のデータストリームの何れを選択すべきかを示す制御プロセッサ３２からの制御信号を受信する制御入力（図示せず）を有する。所与のマイクロステーション２４用のセレクタ２０２は、同一のＤＦＤＭ２０４に接続する。開示した実施例では、各マイクロステーション２４について１つのＤＦＤＭ２０４が存在する。ＤＦＤＭ２０４は、所与のマイクロステーション２４によって送信されるように選択されたデータストリームを多重化する。たとえば、ＧＳＭシステムでは、ＤＦＤＭ２０６はデータストリームをフィルタリングして複素デジタルベースバンド内の各２００ｋＨｚチャネルへアップコンバートする。次に、全てのＤＦＤＭ２０４からの出力を出マルチプレクサ２０６によりさらに多重化することで、ファイバまたはケーブルを使用したマイクロステーション２４へ分配することができる。分配媒体として光ファイバが使用される場合には、出マルチプレクサ２０６は、たとえば、波長分割多重化を使用することができる。周波数分割多重化、時分割多重化、符号分割多重化および直交周波数分割多重化等の他の多重化形式も、適切な場合には使用することができる。
【００４５】
ＤＦＤＭ２０４は、隣接チャネルのスピルオーバを防止するために、データストリームを最初にフィルタリングし、次に一方または両方のフィルタリングされたストリームのＩ，Ｑ信号を回転させて、信号を２００ＫＨｚ離れた隣接チャネルへシフトさせ、次に信号を２倍でアップサンプリングすることにより、データストリームをペアで結合することで動作することができる。次に、シフトされ、アップサンプリングされた信号を加えることで、ＩおよびＱサンプルストリームの両方に対して好ましくは帯域の６５／４８倍、すなわち５４１．６６６キロサンプル／秒のサンプリングレートで複素帯域内の４００ＫＨｚ幅信号を生成する。次に、このような２組の４００ＫＨｚ信号を同様に結合することができるが、４００ＫＨｚ相対シフトさせて１０８３．３３３キロサンプル／秒を与え、以下同様である。最後のＩ，Ｑサンプルストリームが到着し、所期のマイクロステーション２４においてドロップオフされる時は、Ｉ，ＱサンプルストリームをＤ／Ａ変換し、それらをフィルタリングして連続時間信号を作り出し、次に連続時間信号を無線周波数キャリヤに直交変調するだけでよい。
【００４６】
前述のように、セレクタ２０４は、各マイクロステーション２４において最も強く受信される移動端末に対して送信されるデータストリームを選択するために、制御プロセッサ３２によって制御される。データストリームが加えられるセレクタチャネルは、バースト毎またはフレーム毎に変更されることで、周波数ホッピングが行われる。たとえば、所与の移動端末に対するデータストリームは、そのバースト、スロットまたはフレームについて移動端末をチャネル１に同調させなければならない場合には入力Ｄ１に、移動端末がチャネル２で受信している場合には入力Ｄ（ｋ＋１）に、接続され得る。周波数ホッピング送信を生み出すこの方法は、“ベースバンドホッピング”と呼ばれる。同一のデータストリームを多数のマイクロステーション２４により送信するために選択することで、送信ダイバーシチを与えることができる。
【００４７】
また、セレクタ２０４は、制御プロセッサ３２により制御されることで、最適な送信ダイバーシチのために±１シンボルの遅延を与えるために、任意の選択されたデータストリームを１または２シンボル遅延させることができる。この遅延は、所与のマイクロステーション２４についてその位置に従って固定することができる。
【００４８】
図１５は中央プロセッサの受信部３００を示す。受信部３００は入デマルチプレクサ３０２、各マイクロステーション２４用のデジタルチャネライザ３０４、および各周波数チャネル用のチャネルセレクタ３０６を備える。入ケーブルまたはファイバは、各マイクロステーション２４から中央プロセッサ３０へ受信サンプルをもたらす。入マルチプレクサ３０２は、各マイクロステーション２４からの受信サンプルを分離して、対応するデジタルチャネライザ３０４に送る。たとえば、ＧＳＭシステムでは、デジタルチャネライザ３０４は、２００ＫＨｚ周波数チャネル用のサンプルストリームをフィルタリングして分離するデジタルＦＤＭデマルチプレクサを備えていてもよい。各マイクロステーション２４からの同一の周波数チャネル用のサンプルストリームは、対応するチャネルセレクタ３０６に入力される。チャネルセレクタ３０６は、各信号の復号用の関連付けられたチャネルを受信するのに使用すべきマイクロステーション２４を選択する。
【００４９】
１つの実装は、復号される各信号ｋについて異なるマイクロステーション２４から予め定められた数のサンプルストリームを選択することを含んでいてもよい。選択されたマイクロステーション２４は、典型的には、最強信号を受信するマイクロステーション２４、すなわち移動端末の現在位置に最も近いマイクロステーション２４を含んでいる。前述のように、各移動端末からの信号ｋの復号用のサンプルストリームを提供するために、移動端末用のアクティブセットと呼ばれる９つのマイクロステーション２４を選択され得る。９つのマイクロステーション２４からの受信サンプルストリームは、チャネルセレクタ３０６により多重化されることで、チャネルセレクタ３０６の出力に多重化Ｉ，ＱストリームＺｋが与えられる。各チャネルセレクタ３０６は、ｎ個までの多重化Ｉ，Ｑストリームを与えることができ、各々が異なる受信信号ｋに対応する。このため、多重化Ｉ，ＱサンプルストリームＺｋをダイバーシチ復調器により処理することで、当該サンプルをダイバーシチ合成することができる。
【００５０】
各サンプルストリームＺ１．．．Ｚｎに対して、中央プロセッサ３０にとって知ることができる対応する移動端末位置がある。マルチユーザ復調器を任意に使用することにより、地理的に隣接する移動端末からの信号を復号して相互干渉を低減してもよい。たとえば、出願人の米国特許第５，７９０，６０６号“Ｊｏｉｎｔ  Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  Ｓｐａｔｉａｌ  Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ”に記述された空間ビタビアルゴリズムを使用することができる。’６０６特許は本開示の一部としてここに組み入れられている。また、本発明は、２００１年８月３１日に出願された米国特許出願第０９／９４５，００２号“Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ  Ｉｎ  ａ  ＣＤＭＡ  Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ”に記述されているような、多数のアンテナにおいて受信される、マルチパスチャネルを介して伝播した多数の受信信号を同時に復調する技術を利用することもできる。この発明に記述された技術を使用して、希望信号を受信しながら１つ以上の不要信号からの干渉をキャンセルするように、２つ以上のマイクロステーション２４から受信した信号を合成することにより、各チャネルを使用して２つ以上の移動端末からの信号を同時に受信することができる。
【００５１】
また、チャネルセレクタ３０６は、移動端末用のアクティブセット内のマイクロステーションの他に、予め定められた数のマイクロステーション２４をアクティブセットの現在のメンバーに替わる候補として選択することもできる。中央プロセッサ３０内の制御プロセッサ３２は、候補マイクロステーション２４からの受信信号強度を監視して、候補マイクロステーション２４の受信信号強度をアクティブセット内のマイクロステーション２４の受信信号強度と比較することができる。１つの候補マイクロステーション２４の受信信号強度が移動端末用のアクティブセット内の９つのマイクロステーション２４の中の１つのマイクロステーションの受信信号強度よりも一貫して大きくなった場合、候補ステーション２４をアクティブに加え、アクティブセットの既存のメンバーを除くことができる。
【００５２】
制御プロセッサ３２は、９つのサイトのうち何れのクラスタがアクティブセット内に含まれるかをフレーム毎に監視し、かつそれらの相対位置の知識により候補ステーション２４を近くにあるものとして選択することができる。たとえば、制御プロセッサ３２は、候補ステーション２４を、アクティブセット内の選択されたマイクロステーション２４の重心に最も近いものとして選択することができる。重心は、各マイクロステーション２４の位置を中心とする受信信号強度に比例する質量を仮定することによって定義することができる。あるいは、９つのマイクロステーション２４のクラスタの地理的な中心を、それらの平均位置を計算することによって定義することができる。さらに、もう１つの代替策は、異なるマイクロステーション２４において受信された信号を処理し、移動端末に最も近いが現在候補マイクロステーション２４としてアクティブセットに含まれていないマイクロステーション２４を選択することにより、移動端末の位置を推定することである。
【００５３】
制御プロセッサ３２は、各移動端末に対する受信および送信に何れのマイクロステーション２４を使用するかを判断する。制御プロセッサ３２は、各マイクロステーション２４から信号強度測定値を受信し、それは指定された移動端末から各マイクロステーション２４において受信される総エネルギを示す。信号強度は周波数選択性であるフェージングと共に変動するため、制御プロセッサ３２は、ＧＳＭプロトコルの８フレームの音声インターリーブ深さ等の、いくつかのフレーム／周波数ホップ数にわたって受信信号強度を平均化してもよい。このようにして、制御プロセッサ３２は、受信および送信に何れのマイクロステーション２４を使用するかを判断する。
【００５４】
移動端末２４用のアクティブセット内に含めるマイクロステーション２４を選択するいくつかの方法を既に記述してきた。図１６は、全てのアクティブな移動端末に対する受信および送信にマイクロステーション２４を割当てる典型的な手順を示す。図１６に示す手順は、全ての移動端末が少なくとも１つのマイクロステーション２４により受け持たれ、１つの移動端末が特に強い送信機であるために通信リソースを“独占する”のを防止することができる。この手順はブロック４００において引き起こされる。ブロック４０２において、制御プロセッサ３２は、周波数チャネルｊを選択し、次に、ブロック４０４において、移動端末ｋを選択する。制御プロセッサ３２は、選択された移動端末ｋから何れのマイクロステーション２４が最強信号を受信するかを判定し（ブロック４０６）、次に、そのマイクロステーション２４を移動端末ｋに対する送受信に割り当てる（ブロック４０８）。次に、選択されたマイクロステーション２４は考慮中のチャネルに対して利用可能なマイクロステーションのリストから削除される（ブロック４１０）。ブロック４１２において、制御プロセッサ３２は、ｉモジュロ移動端末数ｎを増加することにより、もう１つの移動端末ｋを選択する。ブロック４１４において、制御プロセッサ３２は、任意のマイクロステーション２４が考慮中の周波数チャネルに対して割当てられたままとされるかを決定する。そうであれば、処理はブロック４０６へ戻る。所与の周波数チャネルについて全てのマイクロステーション２４が選択されていると、制御プロセッサ３２は考慮すべき任意の追加の周波数チャネルがあるかどうかを確認する（ブロック４１６）。あれば、処理はブロック４０２へ戻る。このプロセスは、全周波数チャネルが処理されるまで繰り返され、手順はブロック４１８で終わる。
【００５５】
図１６に示す手順は、少なくとも１つのマイクロステーション２４を最初に各々に送信するように割当て、次に、第２のダイバーシチマイクロステーション２４の各々への割当てを継続し、以下同様とすることにより、移動端末に対して“公正”である。さらなる改良は、最初に異なる移動端末からの受信信号が増加するインデクスＩを有する総受信信号強度の降順でソートされているようにすることである。これにより、マイクロステーション２４は第１の優先順位として最も近い移動端末に割当てられることが保証される。
【００５６】
本発明は主としてダウンリンク伝送に関連している。アップリンク伝送における改善は本開示の一部としてここに組み入れられ、たとえば、米国特許第５，６１９，５０３号、第５，７９０，６０６号、および第６，１４８，０４１号に記述されている。これらの特許に記述された技術は、アップリンク伝送に応用することができるが、本発明を使用してダウンリンク伝送に応用することができる。アップリンクおよびダウンリンク伝送の違いは、ネットワークが全てのマイクロステーション２４において受信される全信号に対するアクセスを有し、全ての移動端末伝送を復号することである。しかしながら、ダウンリンク方向では、移動端末はそれ自体の受信信号へのアクセスしかなく１つの信号しか復号しない。したがって、中央プロセッサ３０は、遥かに複雑な統合復調または干渉抑制技術を実施して、各移動端末の信号を他の移動端末の存在の元で、同一の周波数であっても復号することができる。前述の特許に記述された１つの方法は、任意の適切な手段で最初に最強信号を復号し、次に、現在干渉の存在していないより弱い信号を復号できるように、うまく復号されているものをより強い同一チャネル信号から減じることである。
【図１】
2010136362.tif 000003
【図２】
2010136362.tif 000004
【図３】
2010136362.tif 000005
【図４Ａ】
2010136362.tif 000006
【図４Ｂ】
2010136362.tif 000007
【図４Ｃ】
2010136362.tif 000008
【図５】
2010136362.tif 000009
【図６】
2010136362.tif 000010
【図７】
2010136362.tif 000011
【図８】
2010136362.tif 000012
【図９】
2010136362.tif 000013
【図１０】
2010136362.tif 000014
【図１１】
2010136362.tif 000015
【図１２】
2010136362.tif 000016
【図１３】
2010136362.tif 000017
【図１４】
2010136362.tif 000018
【図１５】
2010136362.tif 000019
【図１６】
2010136362.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月2日(2009.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各セルがマイクロステーション・ネットワークを有する複数のセルを含む通信システムにおける、移動端末との通信方法であって、
移動端末に割り当てられたダウンリンクチャネル上で該移動端末に情報を送信する該移動端末の近くのマイクロステーショングループを選択するステップであって、該マイクロステーショングループは、仮想セルを規定する該移動端末用のアクティブセットを含む、ステップと、
前記移動端末が前記マイクロステーション・ネットワークの中を移動するにつれて前記仮想セルが該移動端末を追跡するように、該移動端末の移動に応じて、マイクロステーションを前記移動端末用の前記アクティブセットから除いたり、該アクティブセットに対して加えたりするステップと、
を含むことを特徴とする通信方法。
【請求項２】
前記移動端末用の前記アクティブセット内の第１および第２のマイクロステーションから該移動端末に情報を送信するステップをさらに含み、
第１のマイクロステーションから前記移動端末への送信は、前記第２のマイクロステーションからの同一の情報の送信に対して遅延されること、または早められること
を特徴とする請求項１に記載の通信方法。
【請求項３】
中央プロセッサにおいて、前記移動端末への送信信号を生成するステップと、
前記中央プロセッサから前記移動端末用の前記アクティブセット内の選択されたマイクロステーションへ前記送信信号を転送するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
【請求項４】
前記送信信号は、複数の複素信号サンプルを含むことを特徴とする請求項３に記載の通信方法。
【請求項５】
前記複素信号サンプルは、同相成分および直交成分を含むＩ，Ｑ信号サンプルであることを特徴とする請求項４に記載の通信方法。
【請求項６】
前記移動端末用の前記アクティブセット内の各マイクロステーションから該移動端末へ同一の情報を送信するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
【請求項７】
前記移動端末用の前記アクティブセット内の各マイクロステーションから該移動端末に同一の情報を送信する前記ステップは、
前記アクティブセット内の第１および第２のマイクロステーションから相対位相差を伴って情報を送信するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の通信方法。
【請求項８】
セルラー通信ネットワーク内のセル内に複数のマイクロステーションを備えるマイクロステーション・ネットワークと、
所与の移動端末に割り当てられたダウンリンクチャネルでセル内の該移動端末に情報を送信するマイクロステーショングループを選択する、前記マイクロステーション・ネットワークに接続された中央コントローラであって、該マイクロステーショングループは、仮想セルを規定する該移動端末用のアクティブセットを含む、中央コントローラと
を備える通信システムであって、
前記中央コントローラは、前記移動端末が前記マイクロステーション・ネットワークの中を移動するにつれて前記仮想セルが該移動端末を追跡するように、該移動端末の移動に応じて、選択されたマイクロステーションを該移動端末用の前記アクティブセットに対して加えたり、該アクティブセットから除いたりするように動作し、
前記中央コントローラは、前記移動端末用の前記アクティブセット内のマイクロステーションによって該移動端末に送信される送信信号を生成する中央プロセッサを備え、
前記中央コントローラは、前記移動端末に対する前記送信信号を該移動端末用の前記アクティブセット内のマイクロステーションへ転送し、
前記送信信号は、複数の複素信号サンプルを含み、
前記複素信号サンプルは、同相成分および直交成分を含むＩ，Ｑ信号サンプルであること
を特徴とする通信システム。
【請求項９】
前記移動端末用の前記アクティブセット内の複数のマイクロステーションは、同一の情報を該移動端末へ相対位相差を伴って送信することを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
【外国語明細書】
2010136362.tif 000021
2010136362.tif 000022
2010136362.tif 000023
2010136362.tif 000024
2010136362.tif 000025
2010136362.tif 000026
2010136362.tif 000027
2010136362.tif 000028
2010136362.tif 000029
2010136362.tif 000030
2010136362.tif 000031
2010136362.tif 000032
2010136362.tif 000033
2010136362.tif 000034
2010136362.tif 000035
2010136362.tif 000036
2010136362.tif 000037
2010136362.tif 000038
2010136362.tif 000039
2010136362.tif 000040
2010136362.tif 000041
2010136362.tif 000042
2010136362.tif 000043
2010136362.tif 000044
2010136362.tif 000045
2010136362.tif 000046
2010136362.tif 000047
2010136362.tif 000048
2010136362.tif 000049
2010136362.tif 000050
2010136362.tif 000051
2010136362.tif 000052
2010136362.tif 000053
2010136362.tif 000054
2010136362.tif 000055
2010136362.tif 000056
2010136362.tif 000057
2010136362.tif 000058
2010136362.tif 000059
2010136362.tif 000060
2010136362.tif 000061
2010136362.tif 000062
2010136362.tif 000063
2010136362.tif 000064
2010136362.tif 000065
2010136362.tif 000066
2010136362.tif 000067
2010136362.tif 000068
2010136362.tif 000069
2010136362.tif 000070
2010136362.tif 000071
2010136362.tif 000072
2010136362.tif 000073
2010136362.tif 000074
2010136362.tif 000075
2010136362.tif 000076