(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のセクタからの来入信号の第１のバージョンを受信する第１の受信用アンテナと、
該第１のセクタから来入信号の第２のバージョンを受信する第２の受信用アンテナと、
第２のセクタから来入信号の第３のバージョンを受信する第３の受信用アンテナと、
該第２のセクタから来入信号の第４のバージョンを受信する第４の受信用アンテナと、
該第１のセクタに対して送信を行う第１の送信用アンテナと、
該第２のセクタに対して送信を行う第２の送信用アンテナと、
第１の送出信号および第１の制御信号を受信する第１の交換機であって、該第１の制御信号に基づいて、該第１の送出信号を該第１の送信用アンテナおよび該第２の送信用アンテナのうちの少なくとも１つに対してルーティングする第１の交換機と、
該第１の受信用アンテナから来入信号の第１の変形信号、該第２の受信用アンテナから来入信号の第２の変形信号、該第３のアンテナから来入信号の第３の変形信号、および該第４のアンテナから来入信号の第４の変形信号を同時に受信する第１の無線機であって、該第１の変形信号、該第２の変形信号、該第３の変形信号、および該第４の変形信号に対して少なくとも４ウェイダイバーシティ結合を提供し、および該第１の送出信号および該第１の制御信号を該第１の交換機に提供する第１の無線機と、を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、さらに
第２の送出信号および第２の制御信号を受信する第２の交換機であって、該第２の送出信号を、該第２の制御信号に基づいて該第１の送信用アンテナおよび該第２の送信用アンテナのうちの少なくとも１つに対してルーティングする第２の交換機と、
該第１の受信用アンテナからの該第１の変形信号、該第２の受信用アンテナからの該第２の変形信号、該第３のアンテナからの該第３の変形信号、および該第４のアンテナからの該第４の変形信号を同時に受信する第２の無線機であって、該第２の送出信号および該第２の制御信号を該第２の交換機に提供する第２の無線機と、を備える装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、
該第１の無線機が該第１の交換機を含む装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、
該第１の無線機が、該第１の受信用アンテナからの該第１の変形信号、該第２の受信アンテナからの該第２の変形信号、該第３の受信用アンテナからの該第３の変形信号、および該第４の受信用アンテナからの該第４の変形信号を結合するダイバーシティ・プロセッサを含む装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、
該第１の無線機が、該第１の受信用アンテナからの該第１の変形信号、該第２の受信用アンテナからの該第２の変形信号、該第３の受信用アンテナからの該第３の変形信号、および該第４の受信用アンテナからの該第４の変形信号を結合するビーム形成プロセッサを含む装置。
【請求項６】
第１のセクタから来入信号の第１のバージョンを受信する第１の受信用アンテナと、
第２のセクタから来入信号の第２のバージョンを受信する第２の受信用アンテナと、
該第１のセクタから来入信号の第３のバージョンを受信する第３の受信用アンテナと、
該第２のセクタから来入信号の第４のバージョンを受信する第４の受信用アンテナと、
該第１のセクタに対して送信を行う第１の送信用アンテナと、
該第２のセクタに対して送信を行う第２の送信用アンテナと、
第１の送出信号および第１の制御信号を受信する第１の交換機であって、該第１の制御信号に基づいて、該第１の送出信号を該第１の送信用アンテナおよび該第２の送信用アンテナのうちの少なくとも１つに対してルーティングする第１の交換機と、
該第１の受信用アンテナから来入信号の第１の変形信号、該第２の受信用アンテナから来入信号の第２の変形信号、該第３のアンテナから来入信号の第３の変形信号、および該第４のアンテナから来入信号の第４の変形信号を同時に受信する第１の無線機であって、該第１の変形信号、該第２の変形信号、該第３の変形信号、および該第４の変形信号に対して少なくとも４ウェイダイバーシティ結合を提供し、および該第１の送出信号および該第１の制御信号を該第１の交換機に提供する第１の無線機と、
第２の送出信号および第２の制御信号を受信する第２の交換機であって、該第２の送出信号を、該第２の制御信号に基づいて該第１の送信用アンテナおよび該第２の送信用アンテナのうちの少なくとも１つに対してルーティングする第２の交換機と、
該第１の受信用アンテナからの該第１の変形信号および該第２の受信用アンテナからの該第２の変形信号を同時に受信して、該第２の送出信号および該第２の制御信号を該第２の交換機に提供する第２の無線機と、を備えることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、
該第１の無線機が、該第１の受信用アンテナからの該第１の変形信号および該第２の受信用アンテナからの該第２の変形信号を結合するダイバーシティ・プロセッサを含む装置。
【請求項８】
請求項６に記載の装置において、
該第１の無線機が、該第１の受信用アンテナからの該第１の変形信号および該第２の受信アンテナからの該第２の変形信号を結合するビーム形成プロセッサを含む装置。
【請求項９】
請求項６に記載の装置において、
該第２の無線機が、該第３の受信アンテナからの該第３の変形信号および該第４の受信アンテナからの該第４の変形信号をも受信するようになっている装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、
該第１の無線機が、該第１の受信用アンテナからの第１の変形信号、該第２の受信アンテナからの該第２の変形信号、該第３の受信用アンテナからの該第３の変形信号、および該第４の受信用アンテナからの該第４の変形信号を結合するダイバーシティ・プロセッサを含む装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の装置において、
該第１の無線機が、該第１の受信用アンテナからの該第１の変形信号、該第２の受信用アンテナからの該第２の変形信号、該第３の受信用アンテナからの該第３の変形信号、および該第４の受信用アンテナからの該第４の変形信号を結合するビーム形成プロセッサを含む装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信システムに関し、特にワイアレス通信システムの一部であるセクタ化された基地局のアーキテクチャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１には、通常のワイアレス通信システムの一部の概略図が示されており、同部分は地理的領域内にある複数のワイアレス端末（例、ワイアレス端末１０１−１から１０１−３）へワイアレス通信サービスを提供している。通常のワイアレス通信システムの重要な部分は、ワイアレス交換機センタ（Wireless Switching Center −ＷＳＣ）１２０であり、これは移動交換機センタ（Mobile Switching Center −ＭＳＣ）または移動電話交換機オフィス（Mobile Telephone Switching Office −ＭＴＳＯ）と言う名称で知られている。
【０００３】
通常、ワイアレス交換機センタ１２０は、このシステムによりサービスされる地理的領域内に分散配置された複数の基地局（例、基地局１０３−１〜１０３−５）とローカルおよび長距離の電話局（例、ローカル局１３０，１３８，トル局１４０）に接続されている。ワイアレス交換機センタ１２０は、ワイアレス端末間およびワイアレス端末と有線端末（例、有線端末１５０）との間の電話の呼を確立し維持している。通常この有線端末は、ワイアレス交換機センタ１２０にローカルおよび／または長距離ネットワークを介して接続されている。
【０００４】
ワイアレス通信システムによりサービスされる地理的領域は、セルと呼ばれる地理的に個別の領域に分割されている。各セルは、図１においては、ハニカムパターンで六角形により表されているが、実際には各セルはセルを覆う領域によっては正確な六角形をしていない。通常、各セルは基地局を有し、この基地局がセル内の無線端末と通信するのに用いる無線機とアンテナとを有し、さらにまた基地局がワイアレス交換機センタ１２０と通信できるような伝送装置を有している。
【０００５】
例えば、ワイアレス端末１０１−１がワイアレス端末１０１−２と通信しようとする場合には、このワイアレス端末１０１−１は所望の情報を基地局１０３−１に送り、そしてこの基地局１０３−１がこの情報をワイアレス交換機センタ１２０に送る。ワイアレス交換機センタ１２０は、この情報を受信し、ワイアレス端末１０１−２に対し意図したこの情報でもってこの情報を基地局１０３−１に戻して、そしてこの基地局１０３−１はこの情報を無線によりワイアレス端末１０１−２に送る。
【０００６】
図２は、従来技術に係る第１基地局の構成を表すブロック図であり、この第１基地局は送信（出発とも称する）信号を送信用アンテナ（Ｔx） で送信し、来入信号を受信用アンテナ（Ｒx） で受信できる１つあるいは複数の無線機を有している。この構造によれば、セル毎に全方向に送信する１本の送信用アンテナと、全方向から受信する１本の受信用アンテナのみがある。
【０００７】
この構造における各無線機は、来入キャリア信号を受信用アンテナを介して受信し、このキャリア信号を特定のアクセス系（例、周波数分割多重アクセス，時分割多重アクセス，符号分割多重アクセス等）に従って、ベースバンド信号に復調している。その後この来入ベースバンド信号は、ワイアレス交換機センタ１２０に送られる。同様にワイアレス交換機センタ１２０からの出発ベースバンド信号は、採用された多重化系（例、周波数分割多重化，時分割多重化，符号分割多重化等）に従って、無線機により変調され送信機から送信される。
【０００８】
ワイアレス通信システム１００が通信衛星系システムではなく地上系のシステムの場合には、サービスの品質と利便性は、システムを包囲する領域の特異性による。例えば、領域の形状が山岳地方の場合、あるいは建物や木のような障害物が存在する場合には、ワイアレス端末により送信される信号は、吸収されたりあるいは反射されたりして信号の品質は基地局で受信する時には均一ではなくなる。その結果基地局の受信用アンテナは、直接パスの信号とワイアレス端末から反射された信号を別の位相で受信し、その結果信号が破壊的に干渉し合うことになる。このような減少はマルチパスフェージング，高速フェージングあるいはレイレイフェージングとして知られている。
【０００９】
図３は、従来技術に係る受信ダイバシティをサポートする第２基地局の構成を表すブロック図であり、この第２の基地局はマルチパスフェージングの影響を緩和するために、Ｎ−ウェイの受信ダイスバスティとして知られる技術をサポートしている。図３に示す基地局構成は、送信信号を１本の送信用アンテナを介して送信できる無線機（図２の構成と同様）を有するが、受信用にはＮ本の空間的に分離した受信用アンテナ（Ｒx１〜ＲxＮ）を有する。
【００１０】
マルチパスフェージングは、局所的な現象であるため、空間的に離れた位置にある受信用アンテナの全てが同時にマルチパスフェージングを被ることは極めて少ない。そのため来入信号が１本の受信用アンテナで弱い場合には、他の受信用アンテナで補うことができる。従来公知のように無線機に関連したダイバシティコンバイナは、Ｎ本の受信用アンテナから来るＮ個の来入信号をさまざまな技術（例、選択ダイバシティ，等ゲイン結合ダイバシティ，最大無線結合ダイバシティ等）を用いて組み合わせて来入信号の受信感度を向上させている。
【００１１】
図４は、従来技術に係る受信ダイバシティとセクタ化をサポートする第３基地局の構成を表すブロック図であり、この第３の基地局は、通信システムのトラフィックキャパシティを増加する技術をサポートしている。この技術は、「基地局セクタ化」技術として知られている。この基地局のセクタ化技術によれば、基地局によりサービスされるセルは、Ｍ個の扇型の部分に分割され、それらは基地局の中心から３６０゜／Ｍの角度で末広がりである。図４の基地局のアーキテクチャは、Ｍ個の無線機とそれに関連する送受信用アンテナ（各アンテナは互いに独立で動作する）を有するが、この送受信用アンテナは各セクタに関連づけられ、セクタとの間で信号を送受信している。
【００１２】
しかし図４の構成は不都合な点がある。図４の構成は所与のトラフィックキャパシティをサポートするために必要以上の数の無線機を必要とし、基地局の建設コストを不必要に増加させてしまうからである。図５に示すように、無線機がプールされていると、同一の平均的なトラフィックキャパシティはより少ない数の無線機でまかなえることができる。
【００１３】
図５は、従来技術に係る受信ダイバシティとセクタ化と無線機器プーリングをサポートする第４基地局の構成を表すブロック図である。この構成は相互に接続された複数の無線機５０１−１〜５０１−Ｚと、スニファ無線機５０２と交換機マトリックス５０３とＭ個の組の送受信用アンテナ５０４−１〜５０４−Ｍを有する。この構成によれば、スニファ無線機５０２が来入信号のサーチの際全てのセクタとチャネルを走査する。
【００１４】
スニファ無線機５０２があるセクタから来入信号を検出すると、スニファ無線機５０２は交換機マトリックス５０３に対しそのセクタからの来入信号を適切な無線機に向け、そして無線機からの送信信号を同一のセクタにルーティング（配送）するよう指令を発する。無線信号はいかなるセクタからも送受信することができるので、この構成は少ない送信器でもって図４に示すのと同じ平均トラフィックキャパシティをサポートできる。しかし、この構成はスニファ無線機５０２と（Ｍ×（Ｎ＋１）＋２）×（Ｍ×（Ｎ＋１））のスイッチマトリックスを基地局に付加しなければならない点で不利である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術で発生した不利な点およびコストの一部あるいは全てを回避するために受信ダイバシティとセクタ化と無線機プーリングをサポートする基地局構成を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施例では、無線機と受信用アンテナとの間にスニファ無線機(sniffer radio)または交換機マトリックス(switching matrix)を必要としない。これは基地局の製造コストおよびサイズを低減できる点で利点がある。
【００１７】
従来技術においては、スニファ無線機のコストが問題になるだけではなく、スニファ無線機を有する基地局の構成は、基地局の機能に対しサービスを中断させてしまう。例えば、あるインターバルにおいては、基地局内の無線機と呼がつながっている無線端末は、あるセクタから別のセクタに移動することがある。基地局内のスニファ無線機は、このような移動が発生した後しばらくしてこの移動を検知するが、その時にはこの呼は基地局によりドロップ（喪失）されてしまう。しかし、スニファ無線機は一度に１個の来入信号のみをサーチするため、スニファ無線機がワイアレス端末の動きを検出する前に長期の時間を必要とする。それ故にスニファ無線機は、基地局の動作においてはボトルネックとなっている。
【００１８】
さらにまた、スニファ無線機と交換機マトリックスが存在することにより、各無線機は一時に複数の受信用アンテナの内の１つのアンテナからの来入信号のみを受信し、そして他の受信用アンテナで得られる有効な来入信号をこの無線機では得られないようにしてしまう。セクタ化技術を用いて、システムのトラフィックキャパシティを増加させることができるが、セクタ化する際にセクタ内の１個のアンテナのみから来入信号を受信するよう各無線機を制限する必要はない。ただセクタ内で意図的に送信される周波数が、隣接するセクタで送信されている周波数とが見分けられればよいだけである。
【００１９】
さらに好ましい構成としては、各無線機は基地局の全ての受信用アンテナから来入信号を受信でき、そしてこの来入信号の全てに対しダイバシティ結合および／またはビームホーミングを形成できることである。このことは、スニファ無線機を必要とせずに、また無線機と受信用アンテナとの間に交換機マトリックスを必要としない点で有利である。さらにまた、各無線機は全ての期間において、全ての受信用アンテナから来入信号を受信するために、この無線機はワイアレス端末の動きを連続的にモニタして、これにより無線機がセクタ境界に跨ってワイアレス端末が移動するのを検出できない場合に発生する呼の喪失の可能性を下げることができる。
【００２０】
本発明は、請求項１に記載した特徴を有する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図６は、本発明の一実施例に係る基地局の構成を表すブロック図である。同図に示した実施例は、複数の無線機６０１−１〜６０１−Ｚと、Ｍ−ウェイの交換機６０７−１〜６０７−Ｚと、結合器／増幅器６１０と、Ｍ個の組のセクタ化した送信用アンテナ（Ｔｘ）とＭ個の組の送受信用アンテナ（Ｒｘ）６０６−１〜６０６−Ｍを有する。
【００２２】
各送信用アンテナＴｘはセクタと関連づけられているが、受信用アンテナＲｘの各組もセクタに関連づけられている。本発明の一実施例によれば、各受信用アンテナＲｘは、全方向から受信するかあるいは送信用アンテナＴｘに関連づけられたセクタよりも狭いかあるいは広い視野を有する。Ｎ本の受信用アンテナの各組はワイアレス端末（図示せず）からの来入信号のＮ個のバージョンを受信する。
【００２３】
この実施例は、Ｚ個の無線機を有し、各無線機はワイアレス端末からの特定の１個の来入信号を受信し復調しそこで採用されている特定のアクセス系（例、周波数分割多重アクセス，時分割多重アクセス，符号分割多重アクセス等）に従って１個あるいは複数個のベースバンド信号を形成する。各無線機はこれらのベースバンド信号を公知の方法でワイアレス交換機センタに送信できる。
【００２４】
各無線機は、ダイバシティプロセッサとビームホーミングプロセッサとを有し、これらは来入信号のＮ×Ｍ個の変形信号（即ち、Ｍ個のセクタからＮ個の変形信号）を受信して特定の来入信号のフィデリティ（fidelity）を増加させ、これらの変形信号に対しＮ×Ｍ−ウェイのダイバシティ結合および／またはビームホーミングを実行する。
【００２５】
この構成は、次に述べる４つの理由で利点を有する。第１の理由は、スニファ無線機を必要としない点である。第２の理由は、交換機マトリックスを受信用アンテナとそれぞれの無線機との間に必要としない点である。第３の点としては、ダイバシティ結合および／またはビームホーミングがセクタの境界に沿って可能となる点であり、第４の点としては、Ｎ×Ｍ−ウェイのダイバシティ結合および／またはビームホーミングを実行できる無線機により発生する余分のコストは、スニファ無線機と交換機マトリックスを取り除いたことによるコスト低減よりも大きい点である。
【００２６】
各無線機、即ち無線機ｉ（１≦ｉ≦Ｚ）は、ワイアレス交換機センタからベースバンド信号を受信し、所与の多重化系（例、周波数分割多重化，時分割多重化，符号分割多重化等）に従って、これらのベースバンド信号に基づいて送信信号を生成することができる。この送信信号は、無線機ｉから交換機６０７−ｉへリード６０２−ｉを介して出力される。
【００２７】
各無線機は来入信号のＮ×Ｍ個の変形信号を解析して、この来入信号を発信したセクタの予測情報を生成する。この予測情報は各無線機がこの予測情報を用いて制御信号（リード６０３−ｉ上の制御信号＃ｉ）を生成し、この無線機から送信信号を無線機が来入信号が発信した予測信号からセクタに接続された送信機アンテナに送る。
【００２８】
無線機ｉは、リード６０３−ｉ上の制御信号を交換機６０７−ｉに送信することにより送信用アンテナを使用できるように、交換機６０７−ｉに指示する。Ｍ−ウェイの交換機マトリックス６０７−ｉ（１≦ｉ≦Ｚ）は、無線機６０１−ｉから（１）リード６０２−ｉ上の送信信号＃ｉと、（２）リード６０３−ｉ上の制御信号＃ｉを受信し、送信信号＃ｉを制御信号＃ｉの指示の元で１個または複数の送信用アンテナにルーティングする。Ｍ−ウェイの交換機マトリックス７０１−ｉの製造方法およびその使用方法は当業者には公知である。
【００２９】
交換機６０７−ｉの出力は、結合器／増幅器６１０に与えられ、この結合器／増幅器６１０が同一の送信用アンテナに向けて２個以上の信号を結合し増幅して送信する。各無線機と交換機６０７−ｉの製造方法は、当業者に公知である。
【００３０】
図７に示した結合器／増幅器６１０は、Ｍ個の結合器７０２−１〜７０２−Ｍと、Ｍ個のパワー増幅器７０３−１〜７０３−Ｍを有する。結合器７０２−ｊ（１≦ｊ≦Ｚ）は、セクタｊとのみ接続され、セクタｊに向けられた送信信号の全てを受信し、それらを公知の方法でベクトル加算する。結合器７０２−ｊの出力は、増幅器７０３−ｊに加えられ、セクタｊの送信用アンテナを介して送信する前に増幅される。アンテナルータ６０３の使用方法および製造方法は、当業者に公知である。
【００３１】
図８は、本発明の一実施例の動作を表すフローチャート図であり、５個のステップにまとめた操作を表す。本発明はマイクロプロセッサ，コンピュータ等で動作でき、これら全ての５個のステップの対応は、実質的に同時に前述した実施例の各構成要素により同時に実行できる。図８に示したフローチャートは、それぞれの実施例の動作の因果関係の一部を示すためのものである。
【００３２】
ステップ８０１においては、無線機はＮ×Ｍ個の受信用アンテナの全てから来入信号のＮ×Ｍ個の変形信号を受信し、ステップ８０２において、この無線機はＮ×Ｍ−ウェイのダイバシティ結合および／またはビームホーミング技術を用いて、来入信号のどのような変形信号よりも良好な来入信号の予測値を生成する。
【００３３】
ステップ８０３においては、無線機は来入信号のＮ×Ｍ個の変形信号を解析して、来入信号が発信された最も可能性の高いセクタの予測値を生成し、ステップ８０４においては、無線機は送信信号をワイアレス端末に向けて生成する。
【００３４】
ステップ８０５においては、無線機はアンテナルータ６０３に対し、送信信号を来入信号が発信されたと判定されたセクタに接続された送信機用アンテナにルーティングする。ステップ８０５から制御はステップ８０１に戻る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に係るワイアレス通信システムの概略図
【図２】従来技術に係る第１基地局の構成を表すブロック図
【図３】従来技術に係る受信ダイバシティをサポートする第２基地局の構成を表すブロック図
【図４】従来技術に係る受信ダイバシティとセクタ化をサポートする第３基地局の構成を表すブロック図
【図５】従来技術に係る受信ダイバシティとセクタ化と無線機器プーリングをサポートする第４基地局の構成を表すブロック図
【図６】本発明の一実施例に係る基地局の構成を表すブロック図
【図７】図６のアンテナルータの詳細ブロック図
【図８】本発明の一実施例の動作を表すフローチャート図
【符号の説明】
１００  ワイアレス通信システム
１０１  ワイアレス端末
１０３  基地局
１２０  ワイアレス交換機センタ（ＷＳＣ）
１３０，１３８  ローカル局
１４０  トル局
１５０  有線端末
５０１，６０１  無線機
５０２  スニファ無線機
５０３  交換機マトリックス
５０４  送受信用アンテナ
６０２，６０３，６０４，６０Ｎ  リード
６０６  送受信用アンテナ
６０７  交換機マトリックス
６１０  結合器／増幅器
７０２  結合器
７０３  増幅器
８０１  Ｎ×Ｍの受信用アンテナの全てから来入信号を受信する
８０２  来入信号の予測値を生成するためにＮ×Ｍ−ウェイのダイバシティ結合および／またはビーム形成技術を用いる
８０３  来入信号が送信されたセクタを予測する
８０４  送信信号を生成する
８０５  無線機の制御下で送信信号を送信用アンテナに配送する
【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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