(57)【要約】  切替型ビームアンテナシステムにおける、ビーム切替の過渡的な影響を低減するための方法および装置を開示する。切替型ビームアンテナシステムは、予め定められたビームパターンをもって、複数のビームを発生させ、かつ、各ビームの測定結果に応じて、複数の予め定められたビームのうちの１つに、現在のビーム位置を切り替える。信号の品質が、複数の予め定められたビームの各々について、周期的に測定され、最良のビームが決定される。現在のビームは、最良のビームと現在のビームとの間隔に応じて、最良のビームか、または、中間のビームのいずれかに切り替えられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の予め定められたビームを発生させ、かつ、各前記ビームの測定結果に応じて、前記複数の予め定められたビームのうちの１つに、現在のビーム位置を切り替える切替型ビームアンテナシステムにおける、ビーム切替に起因する過渡の影響を低減するための方法であって、
（ａ）前記複数の予め定められたビームの各々について、信号の品質を測定することと、
（ｂ）前記測定によって決定された最良のビームが、現在のビームと異なるかどうかを判定することと、
（ｃ）前記最良のビームが前記現在のビームと異なる場合は、前記現在のビームを前記最良のビームに直接切り替えることができるかどうかを判定し、前記最良のビームが前記現在のビームと同じである場合は、ステップ（ａ）に戻ることと、
（ｄ）前記現在のビームを前記最良のビームに直接切り替えることができる場合は、前記現在のビームを前記最良のビームに直接切り替え、前記現在のビームを前記最良のビームに直接切り替えることができない場合は、前記現在のビームを、前記現在のビームと前記最良のビームとの間に位置する中間のビームに切り替えることと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
ビームが前記現在のビームに切り替えられてから、予め定められた時間が経過したかどうかを判定することによって、前記予め定められた時間が経過していない場合は、ステップ（ａ）に戻り、前記予め定められた時間が経過した場合は、ステップ（ｃ）に進む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３】
前記中間のビームは、前記最良のビームよりも前記現在のビームに近いビーム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】
前記中間のビームは、全方向性パターンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ビームは、３次元空間において切り替えられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ビームは、２次元空間において切り替えられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
２以上のビームが同時に処理されることによって、各ビームは、それぞれ、各ビームごとに最良のビームに切り替えられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ビーム切替のための前記判定は、前記現在のビームと前記最良のビームとのビーム間隔に基づくことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ビーム切替のための前記判定は、前記ビーム間隔と、予め定められた閾値とを比較することによって行われることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記判定は、さらに信号品質およびチャネル状態のうちの少なくとも１つに基づくことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数のビームが、予め定められたビームパターンをもって、発生されることによって、前記現在のビームは、前記予め定められたビームパターンにおける、前記現在のビームと前記最良のビームとの間隔のステップに基づいて、切り替えられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記切替型ビームアンテナシステムは、単一のアンテナシステムを備えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記切替型ビームアンテナシステムは、マルチアンテナシステムを備えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ビーム切替プロセスは、連続的に実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ビーム切替プロセスは、周期的、または、非周期的に実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ビーム切替プロセスは、トリガ信号によって開始されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
複数の予め定められたビームを発生させ、かつ、各前記ビームの測定結果に応じて、前記複数の予め定められたビームの中から、現在のビーム位置を切り替える切替型ビームアンテナシステムにおける、ビーム切替に起因する過渡の影響を低減するための装置であって、
複数の予め定められたビームを発生させるための切替型ビームアンテナと、
前記複数のビームのうちの１つに、ビームを向けるためのビームステアリングユニットと、
前記切替型ビームアンテナを介して、信号を送受信するための送信機／受信機と、
前記複数の予め定められたビームの各々について、信号の品質を測定するための測定ユニットと、
前記ビームステアリングユニット、前記送信機／受信機、および前記測定ユニットを制御するためのコントローラであって、前記複数の予め定められたビームの中から最良のビームを決定し、かつ、現在のビームを、前記最良のビームと前記現在のビームとの間隔に応じて、前記最良のビームか、または、前記最良のビームと前記現在のビームとの間に位置する中間のビームに切り替えるコントローラと
を備えたことを特徴とする装置。
【請求項１８】
前記コントローラが、ビームが前記現在のビームに切り替えられてから、予め定められた時間が経過したかどうかを判定することによって、前記コントローラは、前記予め定められた時間が経過した場合にのみ、ビームを前記最良のビームに切り替えることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記中間のビームは、前記最良のビームよりも前記現在のビームに近いビームであることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記中間のビームは、全方向性パターンであることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記ビームは、３次元空間において切り替えられることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記ビームは、２次元空間において切り替えられることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
前記装置は、基地局であることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２４】
前記コントローラは、前記現在のビームと前記最良のビームとのビーム間隔に基づいて、ビーム切替のための判定を行うことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２５】
ビーム切替のための前記判定は、前記ビーム間隔と、予め定められた閾値とを比較することによって行われることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記判定は、さらに信号品質およびチャネル状態のうちの少なくとも１つに基づくことを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記装置は、ワイヤレス送受信ユニットであることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２８】
前記複数のビームが、予め定められたビームパターンをもって、発生されることによって、前記現在のビームは、前記予め定められたビームパターンにおける、前記現在のビームと前記最良のビームとの間隔のステップに基づいて、切り替えられることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２９】
前記切替型ビームアンテナシステムは、単一のアンテナシステムを備えたことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項３０】
前記切替型ビームアンテナシステムは、マルチアンテナシステムを備えたことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項３１】
前記ビーム切替プロセスは、連続的に実行されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項３２】
前記ビーム切替プロセスは、周期的、または、非周期的に実行されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項３３】
前記ビーム切替プロセスは、トリガ信号によって開始されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス通信システムに関する。より詳細には、本発明は、切替型ビームアンテナシステムにおける、ビーム切替の過渡的な影響を低減するための方法および装置である。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレス通信における最も重要な問題の１つは、どのようにしてワイヤレス通信システムのキャパシティを向上させるかである。探求されている新たな領域の１つは、基地局とワイヤレス送受信ユニット（ＷＴＲＵ：wireless transmit/receive unit）との間のフォワードリンクおよびリバースリンクのリンクマージンを向上させる指向性ビームアンテナの使用である。典型的な全方向性アンテナ（omni-directional antenna）に比べて、指向性アンテナの増加した利得の方が、ＷＴＲＵおよび基地局にて、増加した受信信号利得を提供する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
切替型ビームアンテナシステムは、多数の固定された指向性ビームが定められ、かつ、トランシーバが、最高信号品質および最小干渉を提供する指向性ビームを選択する、システムである。切替型ビームアンテナシステムを使用することによって、低減された送信電力、ＷＴＲＵのより長いバッテリ寿命、セルエッジにおけるより高速のデータ速度、および、より良いネットワークキャパシティなど、多くの利点が提供され得る。切替型ビームアンテナの使用は、アンテナの最良のビームを選択するために、予め定められたビームの各々について、信号レベル測定を必要とする。ＷＴＲＵまたは基地局は、ビームのモードの各々における受信信号レベルを継続的にモニタリングし、周期的に最良のビームを再選択して、環境の変化およびＷＴＲＵの動作に適応しなければならない。
【０００４】
その時、ビームは切り替えられるが、受信信号および必要な送受信電力の急な変化がもたらされる。これは、受信機のパフォーマンス低下を引き起こすことがある。送信電力が高すぎる、または、低すぎることがあり得るので、これはまた、遠近問題（near/far problem）を引き起こすこともある。これらの影響が一時的であり、通常は時間とともに修正されるとしても、これらの影響を最小限に抑えることが望ましい。予め定められたビームパターンにおいて、遠く離れたビーム間を切り替えるとき、例えば、３ビームシステムにおいて、左ビームから右ビームに直接切り替えるとき、この影響は、より顕著となる可能性が高い。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、切替型ビームアンテナシステムにおける、ビーム切替に起因する過渡の影響を低減するための方法および装置である。本発明は、切替型ビームアンテナシステムにおけるビーム切替によって引き起こされる受信信号電力の急な変化から生じる問題を解決する方法を導く。切替型ビームアンテナシステムは、複数の予め定められたビームを発生させ、かつ、各ビームの測定結果に応じて、複数の予め定められたビームのうちの１つに、ビーム位置を切り替える。受信信号の品質が、複数の予め定められたビームの各々について、周期的に測定される。次いで、その測定によって決定された最良のビームが、現在のビームと異なるかどうかが判定される。現在のビームが最良のビームと異なる場合、現在のビームは、最良のビームと現在のビームとの間隔に応じて、最良のビームか、または、予め定められたビームパターンにおける、最良のビームと現在のビームとの間に位置する中間のビームのいずれかに切り替えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、用語「ＷＴＲＵ」には、ユーザ端末、移動局、固定式または移動式の加入者用ユニット、ページャ、ワイヤレスローカルエリアネットワーククライアント局、または、ワイヤレス環境において動作できるその他の任意の種類のデバイスが含まれるが、これらに限定はされない。以下、用語「基地局」に言及される際、用語「基地局」には、ノードＢ、サイトコントローラ、アクセスポイント、または、ワイヤレス環境におけるその他の任意の種類のインターフェーシングデバイスが含まれるが、これらに限定はされない。
【０００７】
本発明の機能を、集積回路（ＩＣ）に組み込んでもよいし、または、多数の相互接続コンポーネントを備える回路内に構成してもよい。本発明の機能をまた、ソフトウェアとして実装してもよいし、または、ハードウェア／ソフトウェアの組合せとして実装してもよい。
【０００８】
図１は、本発明にしたがうワイヤレス通信システム１００である。ワイヤレス通信システム１００は、複数の基地局１０４およびＷＴＲＵ１０２を備える。各基地局１０４は、１つのセル１０６を担当する。ＷＴＲＵ１０２は、通信のために、１つのセル１０６に登録される。ＷＴＲＵ１０２は、最初に、１つのセルを選択するが、技術に基づいて、その後、（例えば、ＣＤＭＡシステムにおけるソフトコンバイニング（soft combining）のために、）複数のセルと通信することができる。本発明は、単一のセル通信に限定されるべきではなく、複数のセル通信に適用されてもよい。ＷＴＲＵ１０２もしくは基地局１０４の一方、または、これら両方には、切替型ビームアンテナが備え付けられ、複数の指向性ビームを発生させる。これらのビームを、予め定められたビームパターンをもって、発生させてもよいし、そうでなくてもよい。さらに、指向性ビームに加えて、全方向性パターン（omni-directional pattern）を発生させてもよい。１つのビームが他のビームよりも幅が広いものであるように、指向性ビームは、均一でなくてもよい。ビーム間の方位の間隔は、等しくてもよいし、そうでなくてもよい。ＷＴＲＵ１０２または基地局１０４は、２以上のビームを同時に発生させ、各ビームをそれぞれ最良のビーム位置に向けてもよい。ビーム位置は、複数の指向性ビームのうちの１つ、または、全方向性パターンのいずれかに切り替えられてもよい。
【０００９】
図２は、本発明にしたがう、切替型ビームアンテナシステムにおけるビーム切替に起因する過渡の影響を低減するためのプロセス２００のフロー図である。以下、ＷＴＲＵに関連するものとしてのみ、本発明を説明する。しかしながら、本発明は、基地局においても実施できることを理解されたい。
【００１０】
ＷＴＲＵ１０２が、セルのうちの１つに登録されるとき、ＷＴＲＵ１０２は、複数の予め定められたビームのうちの１つ（すなわち、指向性ビーム、または、全方向性パターン）を選択し、選択したビーム（以下、「現在のビーム」）を用いて、基地局１０４と通信する。プロセス２００が開始されると、ＷＴＲＵ１０２は、チャネル品質をモニタリングしながら、複数の予め定められたビームの各々に、ビームを切り替える（ステップ２０２）。プロセス２００の開始は、（タイマなどの）トリガ信号によって始めてもよいし、周期的にしてもよいし、非周期的にしてもよいし、または、連続的にしてもよい。プロセス２００が連続的である場合、プロセスが終了に至ったときに、新たなプロセスが自動的に開始される。
【００１１】
ＷＴＲＵ１０２は、まず、１つのセルに登録され、ビームを選択する。その後、ＷＴＲＵ１０２は、（例えば、ＣＤＭＡシステムにおけるソフトコンバイニングのために、）複数のセルと通信することができ、複数のセルと通信している間に、最良のビームを選択する。
【００１２】
次いで、ＷＴＲＵ１０２は、チャネル品質測定によって決定された最良のビームが、登録された基地局１０４と通信するのに現在利用されている現在のビームと異なるかどうかを判定する（ステップ２０４）。最良のビームが現在のビームと異なる場合、ＷＴＲＵ１０２は、ビーム切替手順を開始する。現在のビームが最良のビームである場合、現在のビームが維持される。
【００１３】
任意で、ＷＴＲＵ１０２は、非常に頻繁なビーム切替を防止するため、ビームを切り替える前に、まず、ビームが現在のビームに切り替えられてから、予め定められた時間が経過したかどうかを判定してもよい（ステップ２０６）。現在のビームについて、予め定められた時間が経過した場合、プロセス２００は、ステップ２０８に進み、ビームを切り替える。予め定められた時間が経過していない場合、プロセス２００は、ステップ２０２に戻る。
【００１４】
現在のビームを最良のビームに切り替える前に、ＷＴＲＵ１０２は、現在のビームを最良のビームに直接切り替えることができるかどうかを判定する。現在のビームを最良のビームに直接切り替えることができる場合、現在のビームは、最良のビームに直接切り替えられる（ステップ２１２）。以下でより詳細に説明するように、現在のビームを最良のビームに直接切り替えることができない場合、現在のビームは、現在のビームと最良のビームとの間に位置する、中間のビームに切り替えられる（ステップ２１０）。
【００１５】
ステップ２０８において、プロセス２００は、現在のビームと最良のビームとのビーム間隔と、任意で、いくつかの要素とに基づいて、判定を行う。これらの要素には、チャネル状態情報および信号品質測定が含まれるが、これらに限定はされない。現在のビームと最良のビームとのビーム間隔が、予め定められ得る閾値、または、任意で、チャネル状態情報および信号品質測定を含むが、これらには限定されない、いくつかの要素に依拠する閾値を超える場合、プロセス２００は、現在のビームを最良のビームに直接切り替えることができないと判定する。
【００１６】
簡単な例として、ビームの幅が等しく、かつ、１ステップと呼ばれるいくらかの度数単位で等しく間隔があけられた、予め定められたビームパターンをもって、複数のビームが発生された場合、プロセス２００は、予め定められたビームパターンにおける、最良のビームと現在のビームとの間隔のステップに基づいて、判定を行うことができる。（というのは、ステップ×一定の間隔  が現在のビームと最良のビームとのビーム間隔に等しいからである。）図３は、複数の指向性ビームの予め定められたビームパターンの例である。図３において、全８ビームｂ１〜ｂ８は、予め定められ、等しい幅であり、１ステップ単位で等しく間隔があけられている。しかしながら、図３は、一例として提供されているにすぎないことに留意されたい。任意の数のビームを利用してもよく、本発明は、いかなる特定の数のビームにも限定されるべきではない。等しい幅および等しい間隔もまた、一例として提供されているにすぎず、本発明は、等しい幅、および、等しく間隔があけられたビームに限定されるべきではない。ビームｂ１が現在のビームであり、かつ、チャネル品質測定後にビームｂ５が最良のビームであることが分かったと仮定すると、ＷＴＲＵ１０２は、ビームｂ１とビームｂ５との間のステップ数（すなわち、４ステップ）を判定する。この間隔が、予め定められたステップ数よりも大きい（すなわち、予め定められたビーム間隔よりも大きい）場合、ＷＴＲＵ１０２は、ビームｂ１からビームｂ５に直接ビームを切り替えることを回避する。代わりに、ＷＴＲＵ１０２は、ビームｂ１とビームｂ５との間の中間のビームに、ビームを切り替える。この間隔が、予め定められたステップ以内である場合、ＷＴＲＵ１０２は、ビームｂ１からビームｂ５に直接ビームを切り替える。最良のビームに直接切り替えるための予め定められたビーム間隔の閾値を有することは、一例にすぎず、本発明は、予め定められた閾値に限定されるべきではないことに留意されたい。
【００１７】
任意で、現在のビームから最良のビームに移行させるための中間のビームとして、現在のビームにより近いビームを選択してもよい。というのは、現在のビームにより近いビームは、チャネル係数推定値（channel coefficient estimate）など、現在の受信機のパラメータに適合する可能性がより高いからである。現在のビームにより近いビームを選択すれば、過渡をより短くするであろうが、最良のビームへの切替はより遅くなるという結果になる。したがって、現在のビームと最良のビームとの間の中間のビーム（群）を選択することは、より短い過渡と、より迅速な切替との間のトレードオフである。これについては、以下で、詳細に説明する。
【００１８】
ビーム切替パターンは、ビーム切替プロセスの遅延によるパフォーマンスの影響と、急激な切替によるパフォーマンスの影響との間のトレードオフに基づいて、決定されてもよい。システムが８ビームを利用する図３の例において、ビームｂ１からビームｂ５へのビーム切替パターンは、パフォーマンス要件に応じて、ｂ１−ｂ２−ｂ３−ｂ４−ｂ５としてもよいし、または、ｂ１−ｂ３−ｂ５としてもよい。前述の切替パターンは、限定的なものとしてではなく、一例として提供されているにすぎないことに留意されたい。ビーム切替パターンは、等しく間隔があけられている必要はなく、ｂ１，ｂ２，ｂ５、または、ｂ１，ｂ２，ｂ４，ｂ５など、任意のパターンとしてもよいし、一部のビームが他のビームよりも幅が広くてもよい。
【００１９】
この段階的な切替は、ＷＴＲＵ１０２の受信機のパフォーマンスを向上させる。例えば、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）ＲＡＫＥ受信機において、段階的な切替により、ＲＡＫＥフィンガのより多くのパスが、ビーム切替中に、チャネル係数推定値について、完全には、ずれることなく、うまく復調されることが可能となるであろう。
【００２０】
２つの指向性ビーム間の、ビーム切替における中間のビームは、全方向性パターンとしてもよい。例えば、システムが３ビーム（すなわち、右ビーム、全方向性パターン、および左ビーム）を利用し、かつ、左ビームが現在のビームであり、かつ、右ビームが最良のビームであると判定されたと仮定すると、ＷＴＲＵ１０２は、左ビームから右ビームに直接切り替えることを回避する。代わりに、ＷＴＲＵ１０２は、まず、左ビームから全方向性パターンに切り替え、次いで、全方向性パターンから右ビームに切り替える。本発明の方法は、４以上のビームが利用されるケースに適用できる。
【００２１】
図４は、本発明にしたがう、切替型ビームアンテナシステムにおけるビーム切替の過渡的な影響を低減するために構成された装置４００のブロック図である。装置４００は、切替型ビームアンテナ４０２、ビームステアリングユニット４０６、受信機／送信機４０４、測定ユニット４０８、およびコントローラ４１０を備える。切替型ビームアンテナ４０２は、複数の指向性ビームと、それらに加えて、任意で、全方向性パターンとを発生させるための複数のアンテナ要素を備える。ビームステアリングユニット４０６は、現在のビームを、複数の指向性ビームのうちの１つ、または、全方向性パターンに向けるためのものである。受信機／送信機４０４は、切替型ビームアンテナ４０２から信号を受信し、その信号を測定ユニット４０８に送る。測定ユニット４０８は、ベースバンド処理ユニットの一部であり、切替型ビームアンテナ４０２から受信した信号の品質を測定するためのものである。コントローラ４１０は、装置４００の全ての要素と、上記において説明したビームを切り替えるための手順とを制御する。
【００２２】
本発明は、２次元のビーム切替に限定されるものではない。本発明はまた、３次元空間におけるビーム切替にも適用可能である。本発明は、単一のアンテナシステムに限定されるものではなく、マルチアンテナシステムに適用可能であり、このマルチアンテナシステムでは、２以上のビームが同時に制御される。
【００２３】
本発明の機能および要素を、特定の組合せにおける好ましい実施形態において、説明したが、各機能または各要素は、好ましい実施形態のその他の機能および要素なしに、単独で、または、本発明のその他の機能および要素の有無にかかわらず、様々な組合せをもって使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明にしたがうワイヤレス通信システムの図である。
【図２】本発明にしたがう、切替型ビームアンテナシステムにおけるビーム切替の過渡的な影響を低減するためのプロセスのフロー図である。
【図３】本発明にしたがって切替型ビームアンテナシステムにより発生されるビームパターンの例を示す図である。
【図４】本発明にしたがう、切替型ビームアンテナシステムにおけるビーム切替の過渡的な影響を低減するために構成された装置のブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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