(57)【要約】  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網を含んでいる。マイクロステーション網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。定められた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網中を移動するにつれ連続的に更新されて網中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一つへの送信を抑制することにより回避される。
2005514882.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、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して送信競合を回避する方法であって、前記方法は、
同じ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、
送信競合に応答してマイクロステーションから少なくとも一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２】
請求項１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一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３】
請求項１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一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４】
請求項１に記載の方法であって、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、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、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、
各移動端末に対して、そこ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、
同じ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、
送信競合に応答し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一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、各移動端末に対して、移動端末の位置の変化に応答し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選択し直す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、
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、
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一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一つ以上のマイクロステーションを選択する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、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一つ以上のマイクロステーションを選択する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一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一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、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、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、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、
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、同じ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答し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一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、中央プロセッサは各マイクロステーションにおいて定められた移動端末から受信した信号の強度に基づいて定められた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、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定められた移動端末から信号を受信する定められた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、グループ内の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、中央プロセッサは定められた移動端末から最強信号を受信する、定められた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、中央プロセッサは一つの同一チャネル移動端末に対してデータを送信し、送信競合に応答し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、中央プロセッサはそこから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、中央プロセッサは送信競合に応答し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、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、定められた移動端末に対する送信信号は中央プロセッサから定められた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、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、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網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網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答し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じ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定められた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定められた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じ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じ情報を送信する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】
セルラー通信網内のセル内に複数のマイクロステーションを含む網と、
マイクロステーション網に接続され、定められた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定められた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網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答し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、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、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じ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】
（発明の背景）
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じ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、一斉同報とは対照的に、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。利用可能な周波数が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一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、同じ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てセル内で作動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干渉信号よりも高いレベルで希望信号を受信するようにされる。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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記したことから、定められた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離間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。現在のシステムは大きな中央に配置されたタワーを使用して定められた半径のセルを受け持つ。残念ながら、このサービスエリアをカバーする方法では、近隣セル内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】
（発明の概要）
通信網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網によりカバーされる。定められた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じ情報を送信し、セルを横切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（ｓｉｍｕｌｃａｓｔ）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。本発明を使用して、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される。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、定められた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、定められた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、連続移動な可能仮想セルとみなすことができる。
【０００７】
デジタル伝送に対して、定められた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マイクロステーションにおいて受信された信号は、好ましくは、定められた移動端末に対して識別された中央プロセッサへ運ばれる。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マイクロステーションから受信した信号を一緒に処理し、また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時間分散で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。
【実施例】
【００１０】
（発明の詳細な説明）
次に、図面を参照して、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が各セル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定められた点において基地局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。実際上、セルラー通信システムにおけるパス損失は地勢、大気状態、その他の実世界効果により逆平方法則よりも遥かに厳しい。一般的に、任意の定められた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からお判りのように、信号はセル１２の中心付近で最強でありセル境界付近では低い。基地局１４はセル１２のエッジにおいて最小有用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。
【００１１】
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を搭載する適切なサイト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、均一分布パターンが仮定される。全マイクロステーション２４が同時に活性化される場合、任意の定められた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からの寄与を加算して計算することができる。
【００１２】
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を横切ってより均一に分布され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と同じ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じ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の電力は同じ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の有効な等方性放射電力（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。
【００１３】
各々が同じ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の大きな網を仮定すると、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。
【００１４】
本発明に従って、定められたセル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を取り巻く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じ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。定められた移動端末に対する“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内の移動端末位置はランダムであるため、同じセル位置において移動端末がクラスタリングすることはありそうにない。このありそうもない発生さえ、同じ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、同じチャネルを同じセル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。
【００１５】
移動端末がセル２２内を動き回ると、移動端末に対する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、移動端末に対する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、さらに同じセル内の他の移動端末によるチャネルの再利用を許す。
【００１６】
移動端末に対する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。
【００１７】
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ならばよくご存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たりその位置をそこから決定できる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。
【００１８】
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おれば、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、仮想セルを通過しそうもないようにアクティブセットの数を増加することができる。
【００１９】
図６は全てが同じチャネルを使用する４つの異なる移動端末を受け持つ活性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はべた黒フィル（ｆｉｌｌ）で示されており、イナクティブマイクロステーション（ｉｎａｃｔｉｖｅ  ｍｉｃｒｏｓｔａｔｉｏｎ）にはフィルがない。イナクティブ（ｉｎａｃｔｉｖｅ）として示されたマイクロステーション２４は事実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サークルを形成する。より小さなサークルは、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に対する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に対するアクティブセットを表す。
【００２０】
図６におけるアクティブなマイクロステーション２４は同じチャネルを使用しているが、移動端末間の距離および移動端末は各アクティブセットの中心付近にいる事実により、同一チャネルセルユーザ間の干渉は低く受け入れられる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。同じチャネルで作動するアクティブセットは空間的に分離され、異なるチャネルで作動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固定基地局１４を使用する。
【００２１】
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台の移動端末に対する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。単一フィルパターンを有する円は単一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つのフィル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つのフィル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。
【００２２】
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る、すなわち、不要相互変調を生じる。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内の中央配置基地局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することができる。その結果生じる不等電力レベルにより２つの高電力レベルチャネル間に相互変調が生じて低電力チャネルは無力とされる。このような不等電力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。
【００２３】
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を取り巻く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。同じ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、同じチャネルで同時に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、少なくとも一つのグリッド分割により分離される。そのアクティブセット内に配置された移動端末に対するＣ／Ｉ輪郭のグラフが図９に示されている。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する等電力干渉信号を送信しているものと仮定する。
【００２４】
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で示す中央方形を規定する。移動端末は中央方形Ｓ５内にあるものと仮定する。移動端末が中央方形Ｓ５の外部に移動すると、アクティブセットはそれが再び中央方形Ｓ５内にくるように移動端末の現在位置周りのパターンを中心に集めるように変えられる。したがって、図９は中央方形内に描かれたＣ／Ｉ輪郭を示す。一定のＣ／Ｉ輪郭はほぼ円形である。１０．８ｄＢの最低Ｃ／Ｉ比は中央方形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余りある。あるいは、エリアの半分である２０ｄＢＣ／Ｉ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。
【００２５】
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デコーダ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。
【００２６】
図８および９では、１ｋｍ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をカバーする一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は損得なしである。事実、一つには大型タワーおよび複雑な高利得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りそうである。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。前記した容量計算は静止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記した理論的利得よりも幾分小さい。
【００２７】
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、同じチャネルで動作している移動端末に対する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に対する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は同じチャネルで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一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からの競合送信を禁止することである。送信競合は同じマイクロステーション２４が同じ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の送信を要求される時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しか禁止する必要がない。本出願の目的に対して、“同一チャネル移動端末”という用語は同時に同じチャネル周波数を使用する２つ以上の移動端末のことである。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、任意の送信が一つまたはもう一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で任意の同一チャネル移動端末への送信を禁止することができる。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一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オーバラップはかなりの確率で生じ、一方または両方の移動端末に対する信号損失を生じる。この状況は数秒続くことがある。
【００２８】
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応答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一つをハンドオフしようと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定式化および送信に遅延を伴う。代替策はランダム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対して同じ周波数に留まる機会は小さくなる。このようにして、同じ位置で同時に同じ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恐らく１周波数ホップの持続時間しか続かない。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、短いランダム干渉イベントはインターリービングおよびエラー訂正コーディングを使用して橋絡（ｂｒｉｄｇｅ）することができる。
【００２９】
２つの送信競合処理方式に対して予期されるＣ／Ｉ統計が、それぞれ、図１０および１１に示されている。これらの各図面において、干渉平均化を行うために周波数ホッピングが使用されるものと仮定する。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たら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はこの技術に対する累積Ｃ／Ｉ統計を示す。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は同じ通信チャネル上の同時に２つ以上の移動端末を伴う送信競合を検出する時に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統計を示す。
【００３０】
さらに、もう一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、最近最善の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。
【００３１】
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一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に対するものである。ＧＳＭ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エラー訂正符号化され、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ーリーブされる。このようにして、ビットすなわちフレームエラー性能は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。目的は移動端末の９８％に対して、または時間の９８％に対して、およそ８ｄＢよりも大きいＣ／Ｉ比を達成することである。このようにして、図１０および１１の比較すべき重要な特徴は８ｄＢよりも小さい有効（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判る。より低い尾部はより小部分の移動端末が目標平均値よりも大きい干渉に一時的に苦しんで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。
【００３２】
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で受信することができる。前記したように、この現象は望ましく、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導入す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してそれに対するアクティブセット内に変化がなされる場合、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突然の変化は、望ましくは移動端末の検出および適応能力以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を実施する移動端末は、各スロットに対する遅延プロファイルおよび最大相関エネルギのタイミング中心を決定するために、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周期とプラスまたはマイナス５シンボルの順序のスライディングウインドウを介した受信データ間の相関を実施する。このようにして、ＧＳＭ移動端末は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スロット間の遅延やタイミングの変化により影響を受けることがない。
【００３３】
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、一つの基地局１４からもう一つの基地局（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ステップは過剰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訂正ウインドウを超えることがある。このような対策は、たとえば、より遠いサイトに対してより近いサイトの送信タイミングを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を含むことができる。この量は両サイトにおいてアップリンク上の移動端末から信号を受信し、受信信号内に埋め込まれた同期語との相関により相対遅延を決定して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おれば、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することができる。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、遅延は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ある信号をまだ受信す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の一つの利点は低減されたサイト間隔によりこのような対策は、少なくともちょうど４ｍｓ以下のＧＳＭ変調シンボル周期に対して、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システムに対して、前記したタイミング進み／遅れ手段、または等価手段、は必要となることがある。
【００３４】
図１２は本発明のマイクロセルラーシステム２０に対する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、同じセル２２内に配置された複数のマイクロステーション２４が通信媒体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またはＥ１ライン、または他のリンクを含むことができる。ここに記載する典型的な実施例では、各セル２２は単一中央プロセッサ３０を含んでいる。あるいは、単一セル２２内のマイクロステーション２４は、各々が単一中央プロセッサ３０を有する、サブグループに分割することができる。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発生する送信部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一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へ送信することができる。送信データは中央プロセッサ３０によりフォーマット化され第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、一つのマイクロステーション２４から次へループ周りを通過する。各マイクロステーション２４はそこへ向けられた送信信号を抽出し、その代わりに中央プロセッサ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一つのマイクロステーション２４から次へ通過する累積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、現在受信信号しか含んでいない、累積信号を中央プロセッサ３０へ返送しそれは受信信号を復調および復号することができる。
【００３５】
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、低ノイズ増幅器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一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、信号を電気的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、十分長い持続時間を有する情報ビットのブロックに対する異なる場所へ光を偏向させるのに十分高速である。もう一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一意的波長の上に変調される。光の異なる波長を結合または分離するプリズムまたはデフラクション格子を使用して、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運ぶ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じ波長を挿入することができ、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される。
【００３６】
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８＋８ビット複素数値の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。デフォーマット化およびデジタル／アナログ変換後に、得られるアナログＩ／Ｑサンプルが変調器すなわちアップコンバータ１０２に加えられ、それはセルラー周波数帯域内の信号を発生する。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、２０メガワット／キャリヤ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等化のダイナミック範囲をＰＡの線形性と一致させ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しており、Ｉ／Ｑビットレートを実質的に低減する可能性を示している。
【００３７】
アンテナ１０７により受信された信号はデュプレクサ１０６および低ノイズ増幅器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。
【００３８】
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令することができる。送信相互変調および対応する不完全受信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、したがって、コヒーレントに相加性ではないことが本発明により提供されるハイレベル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縁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事実によっても容易にされる。
【００３９】
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。
【００４０】
図１４に関して、中央プロセッサ３０の送信部２００は複数のセレクタ２０２、一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を含んでいる。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対して利用可能な‘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／チャネル対に対して一つのセレクタ２０２がある。図１４の記号ＳＬ（ｉ，ｊ）は第ｉ番マイクロステーション２４により送信された第ｊ番チャネルに対するセレクタ２０２を示す。
【００４１】
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すなわち‘Ｉ’部に変調され他方が虚すなわち‘Ｑ’部に変調される複素変調に対応する一対の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−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むこともできる。また、データストリームは１，０または−１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’信号値に設定して生成される無送信の保護期間を有して開始および終了する。
【００４２】
ＧＳＭ標準に従って信号を送信するために、各データストリームはオフセットＱＰＳＫを発生するように半シンボルオフセットを有する一対のＩ，Ｑビットストリームであることが適切であり、それは通常定エンベロープ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、信号を定エンベロープとして拘束する必要がなければ、正確な（ＯＱＰＳＫ）形式を使用するのが一層有利である。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／秒の少なくとも一倍の倍数、たとえば、２７０．８３３キロサンプル／秒である。
【００４３】
各セレクタ２０２は、もしあれば、‘ｋ’データストリームのど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。定められたマイクロステーション２４に対するセレクタ２０２は同じ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に対して一つのＤＦＤＭ２０４がある。ＤＦＤＭ２０４は定められたマイクロステーション２４により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して、ファイバまたはケーブルを使用してマイクロステーション２４へ分布することができる。分布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らば使用することができる。
【００４４】
ＤＦＤＭ２０４は最初に隣接チャネルスピルオーバを防止するためにデータストリームをフィルタリングし、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対として結合することにより作動することができる。次に、シフトされ、アップサンプリングされた信号を加えて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幅信号を発生する。次に、このような２対の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て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上に直角変調するだけでよい。
【００４５】
前記したように、セレクタ２０４は制御プロセッサ３２により制御されて各マイクロステーション２４において最強受信される移動端末に送信されるデータストリームを選択するようにされる。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動されて周波数ホッピングを行うことができる。たとえば、定められた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対し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）に接続することができる。周波数ホッピング送信を作り出すこの方法は“ベースバンドホッピング”と呼ばれる。同じ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して、送信ダイバーシチを与えることができる。
【００４６】
また、セレクタ２０４は制御プロセッサ３２により制御されて最適送信ダイバーシチに対する±１シンボル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。この遅延は定められたマイクロステーション２４に対してその位置に従って固定することができる。
【００４７】
図１５は中央プロセッサの受信部３００を示す。受信部３００はデマルチプレクサ３０２、各マイクロステーション２４用デジタルチャネライザ３０４、および各周波数チャネル用チャネルセレクタ３０６を含んでいる。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周波数チャネルに対するサンプルストリームをフィルタリングし分離するデジタルＦＤＭデマルチプレクサを含むことができる。各マイクロステーション２４からの同じ周波数チャネルに対する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は各信号を復号するため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。
【００４８】
一つのインプリメンテーションは復号される各信号ｋに対し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むことができる。選択されたマイクロステーション２４は、典型的に、最強信号すなわち移動端末の現在位置に最も近い信号を受信するマイクロステーション２４を含んでいる。前記したように、移動端末に対する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を選択して各移動端末からの信号ｋを復号するサンプルストリームを与えることができる。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により多重化されてその出力に多重化Ｉ，ＱストリームＺｋを与える。各チャネルセレクタ３０６はｎ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。次に、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してサンプルのダイバーシチ結合を行うことができる。
【００４９】
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。随意、マルチユーザ復調器を使用して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することができる。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一緒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一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結合することにより、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。
【００５０】
また、チャネルセレクタ３０６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。一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に対するアクティブセット内の９つのマイクロステーション２４の中の一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ると、候補ステーション２４をアクティブに加えて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。
【００５１】
制御プロセッサ３２は９サイトのど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位置を中心とする受信信号強度に比例する質量を仮定し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中心をそれらの平均位置を計算して定義することができる。さらに、もう一つの代替策は、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内に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。
【００５２】
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ど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、それは指示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することができる。次に、制御プロセッサ３２は受信および送信にどのマイクロステーション２４を使用するかを判断する。
【００５３】
移動端末２４に対する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が既に記述されている。図１６は全てのアクティブ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一つのマイクロステーション２４により受け持たれ、一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からどのマイクロステーション２４が最強信号を受信するかを決定し（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一つの移動端末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。定められた周波数チャネルに対する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付加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。
【００５４】
図１６に示す手順は少なくとも一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下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。
【００５５】
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ている、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一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、各移動端末信号を他の存在の元で、同じ周波数であっても、復号することができる。前記した特許に記述された一つの方法は任意適切な手段で最初に最強信号を復号し、次に、現在干渉の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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【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網を示す図である。
【図２】各セル内にマイクロステーション網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網のを示す図である。
【図３】従来のセルラー網に対する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網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網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網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網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キャリヤ／干渉比対セル半径のグラフである。
【図６】単一通信チャネル上の４つの移動端末に対する可能な活性化パターンを示すマイクロステーション網を示す図である。
【図７】３つの同一チャネルグループ内の９つの移動端末に対する活性化パターンを示すマイクロステーション網を示す図である。
【図８】単一移動端末に対するアクティブマイクロステーションを示すマイクロステーション網を示す図である。
【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対するキャリヤ／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対するキャリヤ／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対するキャリヤ／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網を示す図である。
【図１３】本発明の通信網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当てる適切な手順を示すフロー図である。
【図１】
2005514882.tif 000003
【図２】
2005514882.tif 000004
【図３】
2005514882.tif 000005
【図４Ａ】
2005514882.tif 000006
【図４Ｂ】
2005514882.tif 000007
【図４Ｃ】
2005514882.tif 000008
【図５】
2005514882.tif 000009
【図６】
2005514882.tif 000010
【図７】
2005514882.tif 000011
【図８】
2005514882.tif 000012
【図９】
2005514882.tif 000013
【図１０】
2005514882.tif 000014
【図１１】
2005514882.tif 000015
【図１２】
2005514882.tif 000016
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2005514882.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月15日(2004.3.15)
【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】
複数の固定マイクロステーションと複数の移動端末間の無線通信を提供する方法であって、前記方法は、
各移動端末に対して、そこ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、
同じ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、
送信競合に応答し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一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、
各移動端末に対して、移動端末の位置の変化に応答し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選択し直すステップと、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１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、
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、
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一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３】
請求項２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一つ以上のマイクロステーションを選択する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４】
請求項３に記載の方法であって、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５】
請求項２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一つ以上のマイクロステーションを選択する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６】
請求項１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一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７】
請求項１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一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８】
請求項１に記載の方法であって、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９】
請求項１に記載の方法であって、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１０】
請求項１に記載の方法であって、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１１】
各々が移動端末に信号を送信する送信機と、移動端末から信号を受信する受信機とを含む複数のマイクロステーションと、
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、同じ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答し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一つの同一チャネル移動端末への送信を抑制するように動作し、
中央プロセッサは各マイクロステーションにおいて定められた移動端末から受信した信号の強度に基づいて定められた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１２】
請求項１１に記載の通信システムであって、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定められた移動端末から信号を受信する定められた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１３】
請求項１２に記載の通信システムであって、グループ内の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１４】
請求項１１に記載の通信システムであって、中央プロセッサは定められた移動端末から最強信号を受信する定められた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１５】
請求項１１に記載の通信システムであって、中央プロセッサは一つの同一チャネル移動端末に対してデータを送信し、送信競合に応答し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１６】
請求項１５に記載の通信システムであって、中央プロセッサはそこから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１７】
請求項１１に記載の通信システムであって、中央プロセッサは送信競合に応答し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１８】
請求項１１に記載の通信システムであって、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、定められた移動端末に対する送信信号は中央プロセッサから定められた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１９】
請求項１８に記載の通信システムであって、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２０】
請求項１９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２１】
各セルがマイクロステーション網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網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答し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２２】
請求項２１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じ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２３】
請求項２１に記載の方法であって、さらに、中央プロセッサにおいて定められた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定められた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２４】
請求項２３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２５】
請求項２４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２６】
請求項２１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じ情報を送信するステップを含む方法。
【請求項２７】
請求項２６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じ情報を送信する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２８】
セルラー通信網内のセル内に複数のマイクロステーションを含む網と、
マイクロステーション網に接続され、定められた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定められた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網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答し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ように動作し、
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、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し、
送信信号は複数の複素信号サンプルを含み、
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】
請求項２８に記載の通信システムであって、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は移動端末に相対位相差で同じ情報を送信する通信システム。
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月10日(2004.11.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2005514882.tif 000021
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2005514882.tif 000022
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
2005514882.tif 000023
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2005514882.tif 000024
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１６】
2005514882.tif 000025
【国際調査報告】
2005514882.tif 000026
2005514882.tif 000027
2005514882.tif 000028