(57)【要約】  無線通信システム内の２つの通信エンティティ間において、ビーム形成の使用を調整する方法およびシステムが開示される。２つのエンティティは、それぞれのビーム形成の使用に関する制御情報を伝え合うことができる。少なくとも１つのエンティティのための補正係数が与えられ、そのエンティティは、通信相手の他のエンティティのビームに対するビーム整合において測定された任意の誤差を補正するために、自らのビーム調整を縮小させまたは保留することができる。ビームを調整するための調整パラメータは、通信を取り巻く条件に基づいて選択される。
2007503179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム形成の使用に関する制御情報を２つの通信エンティティ間で伝え合わずに、前記２つのエンティティ間において前記ビーム形成の使用を調整する方法であって、
前記２つの通信エンティティの一方を選択するステップであって、前記選択されたエンティティは、前記２つのエンティティから放射されるビーム間の不整合に応答して、自らのビームを調整する量を縮小するほうのエンティティであることと、
前記２つの通信エンティティから放射される前記ビーム間の整合誤差を測定するステップと、
前記選択されたエンティティの前記ビームを調整するための少なくとも１つの調整パラメータを選択するステップと、
前記選択された調整パラメータを使用して前記選択されたエンティティの前記ビームを調整するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記２つの通信エンティティは、基地局およびＷＴＲＵであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記２つの通信エンティティは、２つのＷＴＲＵであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの調整パラメータは、ボアサイト方向、ビーム幅、および電力利得からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記測定された誤差が所定の値より小さくなるまで、測定する前記ステップと調整する前記ステップとを繰り返すステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ビーム形成の使用に関する制御情報を２つの通信エンティティ間で伝え合って、前記２つの通信エンティティ間において前記ビーム形成の使用を調整する方法であって、
前記２つの通信エンティティから放射されるビーム間の整合誤差を測定するステップと、
前記２つの通信エンティティの第１のエンティティのための少なくとも１つの調整パラメータを選択するステップと、
前記第１のエンティティのための第１の補正係数を特定するステップと、
前記２つの通信エンティティの第２のエンティティのための少なくとも１つの調整パラメータを選択するステップと、
前記第２のエンティティのための第２の補正係数を特定するステップと、
前記測定された誤差に前記エンティティそれぞれの補正係数を乗じたものに等しい量だけ、前記２つの通信エンティティの前記ビームを調整するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項７】
前記２つの通信エンティティは、基地局およびＷＴＲＵであることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記２つの通信エンティティは、２つのＷＴＲＵであることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
一方のエンティティの前記補正係数は０であり、そのため前記エンティティに自らのビームを調整させないようにすることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のエンティティのための前記少なくとも１つの調整パラメータは、ボアサイト方向、ビーム幅、および電力利得からなる群から選択されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２のエンティティのための前記少なくとも１つの調整パラメータは、ボアサイト方向、ビーム幅、および電力利得からなる群から選択されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
２つの通信エンティティ間でビーム形成の使用を調整する方法であって、
前記エンティティの各々に対して、方位角次元において用いられる第１の補正係数と第１の調整パラメータとを選択するステップであって、前記２つの第１の補正係数の和は１に等しいことと、
前記エンティティの各々に対して、仰角次元において用いられる第２の補正係数と第２の調整パラメータとを選択するステップであって、前記２つの第２の補正係数の和は１に等しいことと、
前記２つの通信エンティティから放射されるビーム間の方位角次元における整合誤差を測定するステップと、
前記２つの通信エンティティから放射されるビーム間の仰角次元における整合誤差を測定するステップと、
誤差が方位角次元において検出された場合、両方のエンティティそれぞれの前記第１の補正係数に従って前記２つの第１の調整パラメータを用いて両方のエンティティの前記ビームを調整するステップと、
誤差が仰角次元において検出された場合、両方のエンティティそれぞれの前記第２の補正係数に従って前記２つの第２の調整パラメータを用いて両方のエンティティの前記ビームを調整するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記２つの第１の調整パラメータは、ボアサイト方向、ビーム幅、および電力利得からなる群から選択されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記２つの第１の調整パラメータは、両方のエンティティで同じであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記２つの第１の調整パラメータは、両方のエンティティで異なることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記２つの第２の調整パラメータは、ボアサイト方向、ビーム幅、および電力利得からなる群から選択されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記２つの第２の調整パラメータは、両方のエンティティで同じであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記２つの第２の調整パラメータは、両方のエンティティで異なることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
ビーム形成の使用に関する制御情報を２つの通信エンティティ間で伝え合って、前記２つの通信エンティティ間において前記ビーム形成の使用を調整する方法であって、
前記エンティティの各々に対して、補正係数と少なくとも１つの調整パラメータとを選択するステップと、
各エンティティにおいて、前記２つの通信エンティティから放射されるビーム間の整合誤差を測定するステップと、
前記２つのエンティティそれぞれの補正係数および誤差測定値に従って、前記選択された調整パラメータを用いて前記ビームを調整するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの調整パラメータは、ボアサイト方向、ビーム幅、および電力利得からなる群から選択されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの調整パラメータは、複数の調整パラメータであることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数の調整パラメータは、ボアサイト方向、ビーム幅、および電力利得からなる群から選択されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
システム内で動作する無線エンティティ間で無線通信を向上させるためにビームを調整することができる無線通信システムであって、
ビーム形成送信パターンおよび受信パターンを使用して通信を行うことができる複数の無線エンティティであって、自らのビームと通信相手の別のエンティティのビームとの整合誤差を測定するためのプロセッサを含むことを備え、
２つの通信無線エンティティの少なくとも一方が、前記別の無線エンティティの前記ビームに対する自らのビームの整合において、前記測定された誤差のある比率だけ、自らのビームを調整するための少なくとも１つの調整パラメータを選択することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２４】
前記少なくとも一方の通信無線エンティティの前記プロセッサは、前記比率を前記測定された誤差に乗じたものと等しい量だけ、前記少なくとも一方の無線エンティティの前記ビームを調整するように構成されることを特徴とする請求項２３に記載の無線通信システム。
【請求項２５】
前記少なくとも一方の通信無線エンティティの前記プロセッサは、前記調整を実行するための少なくとも１つの調整パラメータを選択するように構成されることを特徴とする請求項２３に記載の無線通信システム。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの調整パラメータは、ボアサイト方向、ビーム幅、および電力利得からなる群から選択されることを特徴とする請求項２５に記載の無線通信システム。
【請求項２７】
自らのビームと通信相手の別の無線エンティティのビームとの整合を維持するように構成された無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）であって、
前記ＷＴＲＵから放射される第１のビームと前記別の無線エンティティから放射される第２のビームとの整合誤差を測定するように構成された第１のプロセッサであって、
前記第１のビームを調整するための少なくとも１つの調整パラメータを選択するようにさらに構成されたことと、
第１の比率を計算し、前記少なくとも１つの選択された調整パラメータを用いて前記第１の比率を前記測定された誤差に乗じたものと等しい量だけ、前記第１のビームを調整するように構成された第２のプロセッサと、
を備えることを特徴とするＷＴＲＵ。
【請求項２８】
前記ＷＴＲＵの通信相手の前記無線エンティティに、前記ＷＴＲＵが自らのビームを調整する前記測定された誤差の前記比率を送信するように構成された送信機をさらに備えることを特徴とする請求項２７に記載のＷＴＲＵ。
【請求項２９】
前記ＷＴＲＵの通信相手の前記無線エンティティから前記エンティティが自らのビームを調整するのに用いる第２の比率を受信するように構成された受信機をさらに備え、
第２の比率が受信されたとき、前記第２のプロセッサは、１から前記第２の比率を減算することによって前記第１の比率を計算し、前記第１の比率を前記測定された誤差に乗じたのと等しい量だけ、前記第１のビームを調整するように構成されることを特徴とする請求項２８に記載のＷＴＲＵ。
【請求項３０】
前記ＷＴＲＵの通信相手の前記無線エンティティは、別のＷＴＲＵであることを特徴とする請求項２９に記載のＷＴＲＵ。
【請求項３１】
前記ＷＴＲＵの通信相手の前記無線エンティティは、基地局であることを特徴とする請求項２９に記載のＷＴＲＵ。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの調整パラメータは、ボアサイト方向、ビーム幅、および電力利得からなる群から選択されることを特徴とする請求項２７に記載のＷＴＲＵ。
【請求項３３】
２つの通信エンティティ間においてビーム形成の使用を調整する方法であって、
ビーム形成送信信号および受信信号を用いて互いに通信を行う２つの通信エンティティの少なくとも一方のビームの少なくとも１つの調整パラメータを減少させるステップであって、前記２つのエンティティから放射されるビーム間の整合度が所定の時間長だけ所定のレベルを上回ることを備えることを特徴とする方法。
【請求項３４】
減少させる前記少なくとも１つの調整パラメータは、ビーム幅であることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
減少させる前記少なくとも１つの調整パラメータは、電力利得であることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
減少させる前記少なくとも１つの調整パラメータは、ビーム幅および電力利得であることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムに関する。より詳細には、本発明は、無線通信システムにおけるビーム形成の調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ビーム形成とは、対象とする個々の受信機または送信機の方向に信号電力の送信または受信を集中させることである。信号の送信および受信のいずれにおいても、無指向性パターン（ｏｍｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｐａｔｔｅｒｎ）よりもビーム形成パターン（ｂｅａｍ  ｆｏｒｍｅｄ  ｐａｔｔｅｒｎ）から多くの利益を得ることができる。送信機の観点からは、ビーム形成は送信を実行するのに必要な電力を小さくし、対象ではない受信機に及ぼす干渉の原因となる電力を減少させる。受信機の観点からは、ビーム形成は、希望受信信号を強め、他の送信機または信号源が送信の主軸から離れるほど、それらが原因となる干渉を小さくする。
【０００３】
図１を参照すると、ビーム形成は通常、例えばマイクロ波塔１０、１２などの固定インフラストラクチャと関連づけられる。その理由は、図１に示すように、マイクロ波塔１０、１２の静的な送信ビームと受信ビームを互いに向け合うことは比較的簡単であるからである。塔が据え付けられる構造および利用されるビーム幅は、ビーム同士がオーバラップし続け、それによって信頼性の高い送信が可能となるように、十分に安定的でありさえすればよい。塔またはビームが構造的または電気的な不安定性のために不安定である場合、図２に示すように、ビームが適切にオーバラップしないこともあり得る。しかし、そのような状況であっても、ビームは２つの固定された位置から送信され、一般には不整合（ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）の程度は相対的に小さいので、補正は比較的容易である。
【０００４】
しかし、無線通信システムの容量およびカバレージ要件の急速な増大に伴い、基地局と無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）の間でもビーム形成が使用されることがあり得る。ここで図３を参照すると、ビーム形成を使用している基地局２０と、無指向性パターンを使用しているＷＴＲＵ２２とが示されている。ビームに対する起こり得る外的影響（すなわち物理的障害）を無視すれば、基地局２０は、適度に静的なパターン位置をもたなければならない。一方、ＷＴＲＵ２２は、任意の方向に回転および位置の移動がされる。ＷＴＲＵ２２の送信パターンが真に無指向性である（すなわち円によって近似される）ならば、回転は通信リンクに影響を及ぼさない。しかし、位置移動は、ＷＴＲＵ２２と基地局２０の通信リンクの関係を変化させ得るために問題を引き起こす。例えば、図３において、ＷＴＲＵ２２は、最初は無指向性パターン２４を放射するが、その後、位置を変化させて、無指向性パターン２６を放射し始める。したがって、基地局２０は、交信を維持するために、そのビームを変更する必要があるかもしれない。もちろん、変化が極端なときは、ハンドオフ（またはハンドオーバ）と呼ばれ、既存の無線通信システムで普通に行われている別の基地局への切り換えが必要と成り得る。
【０００５】
図４を参照すると、基地局３０が無指向性パターンを使用しており、ＷＴＲＵ３２がビーム形成を使用している。この場合、ＷＴＲＵ３２がビーム形成を使用しているので、位置移動ばかりでなく回転も基地局３０とＷＴＲＵ３２の間のパターンオーバラップを悪化させ得るという、さらなる問題がもちあがる。例えば、この状況においては、ＷＴＲＵ３２は、最初はビームパターン３４を放射しており、その後、回転もしくは位置移動またはその両方の結果として位置を変化させて、ビームパターン３６を放射し始める。しかし、この状況は、上述したように、既存のシステムの既存の能力であるハンドオフを使用して対処することもできる。基地局３０の無指向性パターンは、無線システムにしばしば見られるような扇形パターンによって置き換えることができることに留意されたい。キーポイントとなるのは、ＷＴＲＵ３２が回転および位置移動を行った際に扇形間でのハンドオフを要求できるように、基地局３０がその場所の周囲に完全なカバレージを提供していることであり、これは既存の無線システムの既存の能力である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、図５に示すように、両方のエンティティ（すなわち基地局とＷＴＲＵ）がビーム形成を使用している場合、ＷＴＲＵ４０の移動（破線のパターンを見られたい）がパターンオーバラップを損ねる可能性はより高くなる。すなわち、適切に整合するパターンが使用されるならば、ビーム形成は通信を改善するが、ＷＴＲＵと基地局が共にビーム形成を使用する場合、不整合となる可能性がより高くなる。その結果、リンクの確立および維持を、より時間が掛かりより困難なものにする。
【０００７】
例えば、図６において、「調整前」状況は、２つの不整合なビームを示している。従来技術においては、それらのビームが発信される両方のエンティティＸａ、Ｘｂ（両方が基地局またはＷＴＲＵであってもよい）が、ビームをより良く整合させるための調整を決定するが、互いに相手が行っていることを知らないので、両方が必要な調整を実行する。したがって、全体としての調整は、最初の誤差とおおよそ等しく、ただしビームは「調整後」状況に示すように異なる方向を向いた、整合誤差（ｅｒｒｏｒ  ｉｎ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を結果として引き起こす。次に調整が試みられるときも、同じことが起こり得るため、最適なビーム整合の付近において振動するパターンにビームを陥らせることがある。ビームの測定または実際の調整の間には、暗黙のタイミング関係は存在しない点に留意することが重要である。したがって、この問題を引き起こすのに唯一必要とされる状況は、一方のエンティティによって行われる測定およびこれに伴って実行される調整と、他方のエンティティで行われる同じ測定およびこれに伴う調整とが、時間的に重なり合っていることである。
したがって、無線通信システムにおけるビーム形成を調整するための方法およびシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、無線通信システムにおける２つの通信エンティティの間でのビーム形成の使用を調整する方法およびシステムである。２つのエンティティは、それぞれのビーム形成の使用に関する制御情報を伝え合うことができる。少なくとも１つのエンティティのための補正係数（ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ｆａｃｔｏｒ）が提供され、前記エンティティは、通信相手の他のエンティティに対するビーム整合において測定された任意の誤差を補正するために、自らのビーム調整を縮小させまたは保留することができる。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、一方または両方のエンティティが、他方のエンティティがビーム形成を行えるかどうか知らない場合に適用可能である。したがって、補正係数は、他方のエンティティがビーム形成を行えても行えなくても、または他方のエンティティが本発明を利用していてもいなくても、実用的な方式によって一方のエンティティによって計算され使用される。
【００１０】
ビームは、ビーム調整用の任意の適切な調整パラメータまたはそれらの任意の組合せを使用して調整することができる。すなわち、ビームは、測定された誤差が補正されるように、単一の調整パラメータ、利用可能な調整パラメータの特定の組合せ、または利用可能なすべてのパラメータを調整することによって調整することができる。さらに、仰角（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）および方位角（ａｚｉｍｕｔｈ）次元において、同じまたは異なる調整パラメータを使用することができる。同様に、２つの通信エンティティによって、同じまたは異なる調整パラメータを使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本明細書において、無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）は、ユーザ機器、移動機器、移動局、受信機、送信機、固定もしくは移動加入者ユニット、ポケットベル、または無線環境において動作可能な任意のその他のタイプの装置を含むが、これらに限定されるものではない。本明細書において言及される場合、基地局は、ノードＢ、受信機、送信機、サイトコントローラ、アクセスポイント、または無線環境における任意のその他のタイプのインタフェース装置を含むが、これらに限定されるものではない。
【００１２】
さらに、任意のアンテナパターンと同様に、図面に示されたビームの輪郭線は、パターン内の最大エネルギーから指定された量だけ減衰した信号を表現したものに過ぎない点に留意することが重要である。信号は、実際には輪郭線を越えて広がり続けるが、減衰のレベルはさらに大きくなる。本明細書の図に示されたパターンは、通信が可能であるレベルを表すことを意図している。実際には、これらのレベルは、送信機および受信機の能力に依存する。オーバラップが示されている場合、それは、一般的な条件下で目的を与えられた場合に、許容可能な通信に適したパターンを表すことを意図している。
【００１３】
簡潔のため、本明細書では、１次元の送信パターンを示し説明する。しかし、ビームの不整合およびそれに基づいて行われる調整は、本明細書で示し説明するような、方位角（すなわち水平）または仰角（すなわち垂直）次元におけるものばかりでなく、それらの組合せとすることもできる点に留意することが重要である。すなわち、本明細書で示し説明する不整合ビームは、方位角次元、仰角次元、またはそれらの組合せにおいて不整合を起こすことがあり得る。同様に、本発明による不整合ビームを補正するために行われる調整は、方位角次元、仰角次元、またはそれらの組合せにおいて実行することができる。さらに、本明細書で使用されるビーム幅は、水平ビーム幅または垂直ビーム幅とすることができる。すなわち、ビーム幅を調整することによってビームを調整する場合、ビームは、水平ビーム幅、垂直ビーム幅、またはそれらの組合せを調整することができる。
【００１４】
本発明は、便宜上から基地局とＷＴＲＵの間において説明されるが、もちろん、要求に応じてＷＴＲＵ間において実施することもできる。無線通信システムとＷＴＲＵの間で交信が確立されると、両者はビーム形成の使用についてネゴシエーションを行う。ＷＴＲＵの回転および位置が（方位角と仰角の両方で）十分に安定していると考えられる場合だけ、両方のエンティティはビーム形成に同意する。この安定性の判断は、例えば、ユーザとの対話によって確立されるＷＴＲＵの設定、ＷＴＲＵの動きセンサ、または通信チャネル特性の監視によって行うことができる。各エンティティによるビーム形成の実際の程度は、利用可能な電力、距離、および送受信機の制御を超える軽減要因（例えば、フェージング、マルチパス、環境条件）の関数であり、好ましくは、消費電力ならびに他の送受信機からの干渉および他の送受信機への干渉に関して最適化される。
【００１５】
図７の表は、ビーム形成の使用に関する、アップリンクおよびダウンリンクごとに４つのシナリオを含む例を提供している。各方向で使用されるシナリオは、アプリケーション要件、装置能力、ＲＦ環境、および各装置の物理的安定性の関数である。いくつかの状況では、与えられた方向によって、使用の仕方が異なることもあり得る。例えば、高速性を目標とするダウンロードは、送信機および受信機の両方で指向性の高いダウンリンクビームによるサービスを受けるのが最良であろうが（シナリオ７２、７４）、アップリンク肯定応答チャネルは、ａｃｋまたはｎａｃｋ制御信号の速やかで信頼性の高い検出を保証するために、無指向性送信とビーム形成受信機によるサービスを受けるほうが良いであろう（シナリオ７６）。
【００１６】
第１の実施形態においては、無線通信システムおよびその中で動作するＷＴＲＵは、通信を行い、それぞれのビーム形成の使用の制御についてネゴシエーションを行うことができない。その原因は、例えば、ネットワークにおけるビーム形成配置、または所定のエリアにおける使用について公表もしくはネゴシエーションを行わない装置にあるとすることができる。したがって、両方のエンティティによるビーム形成の使用は、図６とともに先に説明したような問題を抱えたものとなる。
【００１７】
したがって、第１の実施形態においては、シナリオ７２および７４などの状況におけるビーム形成の制御は、不整合ビームの調整を最適化し、ビームが従来技術との関連で説明したような振動パターンに陥るのを防止するために、非調整方式で実行される。ここで２つのエンティティおよびそれらのビームの平面図である図８ａの「調整前」部分を参照すると、２つの通信エンティティ８０、８２の少なくとも一方、例えばエンティティ８０が、それぞれのビーム８４、８６が不整合を起こしている程度の何割かに等しい補正（すなわち調整）を実行する。すなわち、エンティティ８０は、誤差測定値の何割かに相当する調整を実行する。この場合、最初に数回補正を繰り返した後も、まだある程度の不整合が存在している。例えば、一方のエンティティが完全な補正を試み、もう一方が本発明を実施する場合、所望の整合度（ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が達成される前の繰り返しはどれも、図８ａの「調整後」部分に示されるようなオーバシュート（ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）状態になる。あるいは、一方のエンティティがビームを調整しない場合、または両方のエンティティが本発明のプロセスを使用し、調整比率（ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）を誤差の半分未満とする場合、各調整においてビームはアンダーシュート（ｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔ）する。直前の文の補正係数を誤差の半分超とする場合、ビームはオーバシュートする。補正係数の率と測定された誤差のその他の組合せも、アンダーシュートまたはオーバシュートを引き起こす。しかし、すべての場合において、不整合の程度は繰り返しのたびに縮小していくので、一方のエンティティが本発明を実施している（すなわち、測定された誤差の何割かに相当する調整を実行している）限り、所望の整合度への収束が起こる。所望の整合度が達成されると、所望の程度に満たない整合度が再び検出されるまで、調整を中止することができる。もちろん、所望の整合度は、通信事業者の選好に基づいて設定することができる。
【００１８】
ここで、第１の実施形態においてビーム整合がどのように達成されるかをさらに説明するために、以下に示された表１を参照する。表１には、３つのシナリオ例が示されており、使用される調整比率（すなわち補正係数）は１の半分（０．５）である。誤差測定および調整は度を単位とする。各シナリオにおいて、エンティティ「Ａ」は本発明を使用し、エンティティ「Ｂ」は本発明を使用していない。
【００１９】
【表１】
2007503179.tif 000003
【００２０】
第１のシナリオにおいて、エンティティＡとＢは、オーバラップする調整期間を有する。すなわち、両エンティティ間の通信を最適化するために互いのビームがオーバラップするように、両方のエンティティは、同時（またはほぼ同時）に不整合度（すなわち誤差）を測定し、それぞれのビームを調整する。しかし、説明したように、両方のエンティティは、それぞれのビーム形成の使用に関して情報交換することができない。したがって、振動パターンに陥るのを回避するため、エンティティＡは、その調整を測定された誤差の０．５まで縮小する。反復０においては、誤差測定値は３２度であり、その結果、エンティティＡは、１６度の調整を実行し、エンティティＢは、まるまる３２度の調整を実行する。これらの調整の結果、反復１において、誤差測定値は１６度（すなわち図８ａの調整後シナリオに示されたオーバシュート状態）になる。そのため、反復１においては、エンティティＡは再び、測定された誤差の半分（すなわち８度）ビームを調整し、エンティティＢは再び、測定された誤差に等しい量（すなわち１６度）ビームを調整する。このシナリオでは０．５度が所望の整合度であるとすると、この繰り返しは反復６まで続けられる。
【００２１】
第２のシナリオにおいては、エンティティＢが、エンティティＡより先に調整を行う。反復０において、エンティティＢは、３２度の誤差を測定し、そのビームを３２度調整する。そのため、反復１において、エンティティＡが誤差測定を実行したとき、エンティティＡは、誤差を検出せず、調整を行わない。
【００２２】
第３のシナリオにおいては、エンティティＡが、エンティティＢより先かつより頻繁に調整を行う。反復０および反復１の間、エンティティＢは、動作を起こさず、エンティティＡが、上で説明したように、誤差測定を実行し、そのビームを測定された誤差の０．５だけ調整する。反復２においては、８度の誤差測定が存在している。エンティティＡは、測定された誤差の半分（すなわち４度）調整を行い、エンティティＢは、測定された誤差に等しい量（すなわち８度）ビームを調整する。この繰り返しは、反復６において所望の整合度が得られるまで続けられる。
【００２３】
図８ａにおいては、誤差測定および調整は、方位角次元において実行される。しかし、図８ｂに示されるように、仰角次元における誤差測定および調整を実行することも可能である。図８ｂは、水平面がハッシュマークで示された立面図である。図８ｂにおいては、行われる誤差測定および調整は、図８ａおよび表１とともに説明したものと同じであるが、仰角次元において行われる。
【００２４】
所望の整合度を達成するのに行われる誤差測定および調整は、方位角および仰角次元において行われる必要がある点に留意することが重要である。ここで、方位角および仰角次元の両方において調整が行われるシナリオを説明するため、以下に示される表２を参照する。誤差測定および調整は、度を単位とする。表２においては、表１の第１のシナリオと同様に、オーバラップする調整期間が存在し、エンティティＡは本発明を使用するが、エンティティＢは使用しない。しかし、表２においては、方位角および仰角次元の両方において不整合が存在する。方位角および仰角次元における所望の整合度への収束は、上で説明したのと同様であり、エンティティＡは、それぞれの誤差測定値の何割か（この場合は０．５）である方位角および仰角調整を実行する。
【００２５】
反復１において、３２度の方位角誤差が測定され、４０度の仰角誤差が測定される。そのため、補正係数が両方の次元とも０．５であると仮定すると、エンティティＡは、方位角方向において１６度ビームを調整し、エンティティＢは、方位角方向においてまるまる３２度ビームを調整する。同様に、エンティティＡおよびＢは、仰角次元においてそれぞれ２０度および４０度それぞれのビームを調整する。表２に示されるように、この繰り返しは、方位角および仰角次元において所望の整合度が達成される（すなわち反復６）まで、エンティティＡおよびＢに対して両方の次元において続けられる。
【００２６】
【表２】
2007503179.tif 000004
【００２７】
表２においては、両方の次元で同じ補正係数（すなわち０．５）が使用されているが、方位角および仰角次元で異なる補正係数を使用することができる点に留意することが重要である。さらに、表２においては、簡潔にするため、両方の次元とも同じ反復（すなわち反復６）で収束が達成されるように示されているが、方位角および仰角次元における収束は、異なる反復回数において達成されることもあり得る。
【００２８】
上で与えられた例は、本発明を説明するための特定のシナリオを対象としているが、もちろん、それぞれのビーム形成の使用に関する制御情報を伝え合うことのできない２つのエンティティ間で誤差測定が実行される、または実行されない無制限の数のシナリオが存在する。しかし、シナリオに関わらず、一方のエンティティが本発明に従って調整を縮小させている限り、ビームは収束する（すなわち所望の整合度が得られる）。
【００２９】
第１の実施形態についての上述の説明においては、本発明を実施するエンティティは、０．５の補正係数を利用した。すなわち、上述の説明においては、本発明を使用するエンティティは、どれほどの誤差が測定されても、その０．５まで調整を縮小した。補正係数は０．５であるのが好ましいが、本発明を使用するエンティティが誤差測定値を縮小させる量は、０と１の間の任意の数とすることができる。
【００３０】
第２の実施形態においては、無線通信システムとＷＴＲＵは、通信を行い、それぞれのビーム形成の使用の制御についてネゴシエーションを行うことができる。この実施形態においては、２つのエンティティは、単に適切な補正係数について同意することができる。例えば、第２の実施形態においては、エンティティＡとＢは、理由はともあれ、エンティティＡが測定された誤差の０．２に等しい調整を実行し、エンティティＢが測定された誤差の０．８に等しい調整を実行することに同意することができる。したがって、以下の表３に示されるように、３２度の誤差が測定された反復０において、エンティティＡは６．４度の調整を実行し、エンティティＢは２５．６度の調整を実行する。その後、反復１において、誤差が０であることが測定され、さらに動作は必要とされない。この状況は、方位角次元については図９ａに、仰角次元については図９ｂに示されている。図９ａは平面図であり、図９ｂは水平面がハッシュマークで示された立面図である。
【００３１】
【表３】
2007503179.tif 000005
【００３２】
この実施形態においては、２つのエンティティがそれぞれのビーム形成の使用についてネゴシエーションを行うことができるので、各エンティティによって使用される特定の補正係数は、それらの通信に影響を及ぼす要因を考慮することができる。例えば、補正は、エンティティの能力、２つの通信エンティティ間の角度、およびエンティティがそれぞれのビームを送信する電力に従って調整されることができる。
【００３３】
エンティティ能力に関して、基地局は一般に、ＷＴＲＵよりも優れたフェーズドアレイアンテナ（ｐｈａｓｅ  ａｒｒａｙ  ａｎｔｅｎｎａ）を備えており、そのため、そのビームにより微細な調整を施すことができる。実際にこのような場合は、基地局に通信相手のＷＴＲＵよりも大きな補正係数を使用させることによって、基地局に調整のより大きな部分を実行させるのが望ましいであろう。
【００３４】
２つの通信エンティティ間の角度に関して、一方のエンティティのほうがもう一方よりも大きな角度調整が必要とされる場合、より大きな角度調整を行うエンティティが、より大きな補正係数を使用することができる。例えば、通信相手の基地局の前を通過する自動車で使用されているＷＴＲＵの場合、ＷＴＲＵは、補正のために約５または６度アンテナを調整する必要があるかもしれず、基地局は、より広いビームを使用しているので、１または２度ビームを調整しさえすればよいかもしれない。したがって、この場合は、ＷＴＲＵに基地局よりも大きな補正係数を使用させることによって、大部分の調整をＷＴＲＵに割り当てることができる。
【００３５】
エンティティがそれぞれのビームを送信する電力に関して、最高電力で送信しているエンティティに、より大きな補正係数を割り当てることができる。すなわち、基地局が通信相手のＷＴＲＵよりも高い電力で送信していると仮定すると、ＷＴＲＵ信号のさらなる減衰を回避するために、必要な調整の大部分を基地局によって実行させるのが望ましいであろう。実際、別の要因が別のやり方を要求しない限り、ＷＴＲＵには単にそのビームを全く動かさないよう指示し、基地局に測定された誤差の１００％に等しい調整を実行させるのが望ましいであろう。この場合は、ＷＴＲＵの補正係数は０．０となり、基地局の補正係数は１．０となる。
【００３６】
本発明に従って測定された誤差および行われた調整は、誤差測定および／または調整を実行するエンティティの向き（方位角および／または仰角）を考慮して行うことができる。例えば、アンテナがそのビームを地表に集中させるために仰角次元において４５度下方を向いている場合、仰角次元における測定および／または調整はどれも、アンテナの向きを計算に入れる。さらに、本発明においては、特定の向きを指示するために方位角（すなわち水平）および仰角（すなわち垂直）という用語を利用するが、本発明は、これらの公称の向きからの軸の回転に対しても等しく適用可能であることに留意されたい。例えば、アンテナは、公称垂直面または水平面に対してある角度だけずれた向きで特に利用されるように、意図的に設置される場合がある。例えば、交差偏波（ｃｒｏｓｓ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を利用するアンテナは、しばしば４５度の角度に設置される。同様に、ランダムに配置された機器または移動機器は、本発明で用いられる前記用語に通常関係づけられる向きに対して既知または固定の関係をもたないことがあり得る。さらに、幅調整およびボアサイト（ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）の自由度は、理想的には互いに対して９０度となるように実施され得るが、互いに対して０度以外であれば任意の制御可能な自由度によって本発明を実施することも可能である。
【００３７】
本発明に従って行われるビーム調整は、ビームを調整するための任意の適切なパラメータを使用して行うことができる。すなわち、不整合ビームの補正は、ビームが適切にオーバラップするようにビームを調整できる任意のパラメータを調整することによって実行できる。
【００３８】
例えば、ビーム調整は一般に、ビームのボアサイト（すなわちボアサイト方向）、ビームが送信される電力もしくは信号が受信される利得（全体で電力利得と呼ばれる）、またはビームの幅（すなわちビーム幅）を調整することによって実行される。もちろん、ビームは、これらのパラメータを３つすべて、またはそれらの特定の組合せを調整することによって調整することもできる。さらに、２つの通信エンティティは、それぞれのビームを調整するために、同じ調整パラメータを使用してもよく、または使用しなくてもよい。
【００３９】
調整パラメータは、方位角次元、仰角次元、またはそれらの組合せにおいて実行することができる。１つの次元において調整を実行することで、もう１つの次元においてもビームに影響を及ぼすことができる。例えば、仰角次元において不整合を起こしているビームを補正するためにビーム幅を調整する場合（電力およびボアサイトは調整しない）、仰角次元におけるビーム幅の増減は、水平位置におけるビーム幅にも同等の増減を引き起こす。さらに、仰角次元と方位角次元とで同じまたは異なる調整パラメータを使用することもできる。
【００４０】
１つまたは複数のビームを調整するのに使用される１つまたは複数の特定の調整パラメータは、通信事業者の選好に基づいて要求に応じて選択することができる。すなわち、一実施形態においては、ボアサイト調整を不整合ビームの補正のための第１のパラメータとし、電力およびビーム幅は２次的役割で使用することができ、これらはビームのボアサイトを調整することによって行われる調整を向上させ、または別の形で支援するのに使用される。例えば、この実施形態においては、例えば７度の補正を例えば方位角次元において実行する必要がある場合、ビームを５度調整するのにボアサイトを使用し、残りの２度のために、電力を（ビームをより大きくする必要があるのか、またはより小さくする必要があるのかに応じて）増減させ、および／または幅を増減させるのが望ましいかもしれない。
【００４１】
別の実施形態においては、パラメータのすべてがビーム不整合を補正するための等しく利用可能な選択肢となるように、すべてのパラメータを第１の選択肢とすることができる。この場合も、やはりボアサイト、電力、およびビーム幅を利用可能なパラメータとして使用し、補正が行われる必要がある場合は、補正を実行するのに最も効果的なパラメータを使用することができる。例えば、ボアサイト制御において微細な分解能が得られない（すなわち、特定のアンテナがボアサイト制御に関して高い分解能をもたない）状況では、ビームの電力もしくは幅またはそれらの組合せを調整することによって、必要な調整またはその大部分を行うことができる。
【００４２】
ここで図１０を参照すると、無線通信システム１００が示されている。このシステム１００内で動作する無線エンティティ（例えば、基地局およびＷＴＲＵ）間で無線通信を向上させるためにビームを調整することができる。システム１００は、複数の無線エンティティ１０４、１０６、１０８、１１０と、少なくとも１つの無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）１０２とを含む。もちろん、システム構成要素は、本発明が実施されるシステムのタイプによって異なることができる。システム１００においては、無線エンティティ１０４、１０６は基地局であり、無線エンティティ１０８、１１０はＷＴＲＵである。エンティティは、ビーム形成送信パターンおよび受信パターンを使用して通信を行うことができ、自らのビームと通信相手である別のエンティティのビームとの整合誤差を測定するためのプロセッサ（ＷＴＲＵ１１０については１１２ａを、基地局１０４については１１２ｂを見られたい）を含む。２つのエンティティ（例えば、１０４および１１０）が通信を行っており、それぞれのビーム間に整合誤差が検出された場合、２つのエンティティの少なくとも一方が、上で説明したように、測定された誤差の何割かだけそのビームを調整する。プロセッサ１１２ａ、１１２ｂは好ましくは、どのようなビーム調整が実行されるにしろ、それを実行するための調整パラメータを選択するように構成される。調整パラメータの選択は、上で説明したように、１つまたは複数のパラメータを含むことができる。好ましくは通信を取り巻く条件に基づいている。比率を計算し、その比率を測定された誤差に乗じたものと等しい量だけビームを調整するために、付加的なプロセッサ１１４ａ、１１４ｂを備えることができる。本発明の機能を実行するために、単一のプロセッサまたは所望の数だけのプロセッサを使用することができる。２つの通信エンティティが、それぞれのビーム形成の使用についてネゴシエーションを行わず、またはその他の方法によって調整を行わない場合、上で説明したように、計算比率は好ましくは０．５である。
【００４３】
好ましい一実施形態においては、無線エンティティは、例えば、それぞれのビームを調整するのに各エンティティによって用いられる比率の合計が１になるように、それぞれのビーム形成の使用についてネゴシエーションを行い、そのうえで通信を行うことができる。この実施形態の説明は、ＷＴＲＵ１１０に関係しているが、任意の無線エンティティ（例えば、システム１００内の任意のＷＴＲＵおよび任意の基地局）にも等しく適用可能である。上で述べたように、ＷＴＲＵ１１０は、ＷＴＲＵ１１０から放射されるビームと、ＷＴＲＵ１１０の通信相手である別の無線エンティティ、例えば基地局１０４から放射されるビームとの整合誤差を測定するように構成されるプロセッサ１１２ａを含む。ＷＴＲＵ１１０は、比率を計算し、その計算された比率を測定された誤差に乗じたものと等しい量だけビームを調整するように構成されるプロセッサ１１４ａも含む。
【００４４】
この実施形態においては、２つの通信エンティティがそれぞれのビーム形成の使用についてネゴシエーションを行うので、少なくとも一方のエンティティが、通信条件に基づいて（すなわち、例えば２つのエンティティ間の距離および／もしくは角度、または一方のエンティティのアンテナの他方のエンティティのアンテナに対する能力に基づいて）、実際に比率を計算し、他方のエンティティは、１からその計算された比率を引いたのに等しい比率を単純に使用するのが好ましい。例えば、ＷＴＲＵ１１０が基地局１０４と通信していると仮定すると、ＷＴＲＵ１１０が、通信条件に基づいて比率を計算し、基地局１０４にその比率を伝える。その後、基地局１０４は、１からＷＴＲＵ１１０によって与えられたその比率を減算することによって比率を単純に計算する。これによって、図９ａおよび図９ｂに関係して説明したように、各エンティティ１１０、１０４のそれぞれのビームは収束することができる。
【００４５】
無線エンティティ間においてビーム形成のネゴシエーションを行うため、エンティティは好ましくは、ビーム形成の使用に関する制御情報を伝え合うための送信機および受信機を含む。すなわち、例としてＷＴＲＵ１１０を用いて説明を続けると、ＷＴＲＵ１１０は好ましくは、ＷＴＲＵ１１０がそのビームを調整するのに用いる比率を含む任意のタイプの制御情報を、ＷＴＲＵ１１０の通信相手であるエンティティに送信するように構成される送信機１１６を含む。ＷＴＲＵ１１０は好ましくは、ＷＴＲＵ１１０の通信相手である別の無線エンティティから任意のタイプの制御情報を受信するように構成される受信機１１８も含む。制御情報は、ＷＴＲＵ１１０の通信相手であるエンティティによって用いられる比率を含むことができる。もちろん、ＷＴＲＵ１１０が比率を受信するか、または送信するかは、ＷＴＲＵ１１０が、他のエンティティがどのような比率を用いるにしろ、１からそれを減算して用いるのではなく、通信を取り巻く条件に基づいて自ら比率を計算するエンティティであるかどうかに依存することができる。
【００４６】
上で述べたように、本発明は、インフラストラクチャと移動機器（すなわち、ＷＴＲＵと基地局）の通信との文脈において説明される。しかし、ＷＴＲＵ間でのビーム形成の使用は、本発明の自然な拡張であり、当然、本発明の範囲内に含まれる。例えば、２つの通信ＷＴＲＵの一方が静的に配置されるように設定できる場合、上で概要を示したように本発明を実施することができる。２つのＷＴＲＵが互いに対して相対的に動いている場合、ビーム形成の使用および不整合ビームの補正は、やはり上で説明したのと同じであるが、ＷＴＲＵの相対運動の影響を受ける。さらに、この実施形態においては、上で説明した実施形態と同様に、測定される誤差および行われる調整は、方位角次元、仰角次元、またはその両方において実行することができる。
【００４７】
要求に応じて任意のタイプの無線通信システムにおいて本発明を実施できる点に留意することが重要である。例えば、本発明は、ＵＭＴＳ−ＦＤＤ、ＵＭＴＳ−ＴＤＤ、ＴＤＳＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００（ＥＶ−ＤＯおよびＥＶ−ＤＶ）、任意のタイプの無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、または任意のその他のタイプの無線通信システムにおいて実施することができる。さらに、様々な実施形態に関して本発明を説明してきたが、添付の特許請求の範囲において概要が示される本発明の範囲内に含まれるその他の変形も当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】従来技術による、適切に整合されたビーム形成送信を有する固定送信機および固定受信機を示した図である。
【図２】従来技術による、不整合を起こしたビーム形成送信を有する固定送信機および固定受信機を示した図である。
【図３】従来技術による、ビーム形成を使用する基地局と無指向性パターンを使用するＷＴＲＵとを示した図である。
【図４】従来技術による、無指向性パターンを使用する基地局とビーム形成を使用するＷＴＲＵとを示した図である。
【図５】従来技術による、それぞれのビームがＷＴＲＵの動きのために不整合を起こし得る基地局とＷＴＲＵとを示した図である。
【図６】従来技術による、それぞれのビームの不整合を補正しようと試みる２つのエンティティＸａ、Ｘｂ（両方が基地局またはＷＴＲＵでもよい）を示した図である。
【図７】基地局とＷＴＲＵがビーム形成を行うことができる送信パターンシナリオの一例を示した表である。
【図８ａ】本発明の第１の実施形態による、方位角次元においてそれぞれのビームの不整合を補正する基地局とＷＴＲＵとを示した図である。
【図８ｂ】本発明の第１の実施形態による、仰角次元においてそれぞれのビームの不整合を補正する基地局とＷＴＲＵとを示した図である。
【図９ａ】本発明の第２の実施形態による、方位角次元においてそれぞれのビームの不整合を補正する基地局とＷＴＲＵとを示した図である。
【図９ｂ】本発明の第２の実施形態による、仰角次元においてそれぞれのビームの不整合を補正する基地局とＷＴＲＵとを示した図である。
【図１０】システム内で動作する無線エンティティがシステム内での通信を向上させるためにそのビームを調整できる無線通信システムを示した図である。
【図１】
2007503179.tif 000006
【図２】
2007503179.tif 000007
【図３】
2007503179.tif 000008
【図４】
2007503179.tif 000009
【図５】
2007503179.tif 000010
【図６】
2007503179.tif 000011
【図７】
2007503179.tif 000012
【図８ａ】
2007503179.tif 000013
【図８ｂ】
2007503179.tif 000014
【図９ａ】
2007503179.tif 000015
【図９ｂ】
2007503179.tif 000016
【図１０】
2007503179.tif 000017
【国際調査報告】
2007503179.tif 000018
2007503179.tif 000019