(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の加入者ユニットと、複数のアレイ要素を有するアンテナ・アレイを備えた送信側通信装置とを有する符号分割多元接続通信システムにおいて使用されるアンテナ・ビーム形成方法であって、
複数の加重係数について共同的な最適化を行うことで、前記複数の加入者ユニットへの送信に使用する複数の最適化加重係数を生成する段階を有し、前記共同的な最適化は、前記複数の加入者ユニットから受信したチャネル伝搬情報及び各加入者ユニットにおける干渉に依存して行われ、
複数のビームのうち、前記複数の加入者ユニット各々に異なるビームが関連付けられ、
前記複数の最適化加重係数の各最適化加重係数は、前記複数のアレイ要素のうちの一つの要素に関連し、かつ前記複数の加入者ユニットのうちの一つの加入者ユニットにも関連する、アンテナ・ビーム形成方法。
【請求項２】
複数の信号を変調して、複数の変調信号を生成する段階であって、前記複数の信号の各信号は、前記複数の最適化加重係数のうちの一つの最適化加重係数に基づいて変調される、段階と、
前記複数の変調信号の各変調信号を、前記複数のアレイ要素の一つのアレイ要素を介して送信する段階と
をさらに含む、請求項１記載のアンテナ・ビーム形成方法。
【請求項３】
複数の加重係数について共同的な最適化を行う前記段階は、前記複数の加入者ユニットの各加入者ユニットについて信号対雑音比を共同的に最大にする、複数の加重係数の値を判定する段階を含む、請求項１記載のアンテナ・ビーム形成方法。
【請求項４】
複数の加入者ユニットと、複数のアレイ要素を有するアンテナ・アレイを備えた送信側通信装置とを有する通信システムにおけるアンテナ・ビーム形成方法であって、
信号対雑音比（ＳＮＲ）の共同最適化式における一つまたはそれ以上の項を近似して、ＳＮＲの共同最適化式の一つの近似を生成する段階と、
前記ＳＮＲの共同最適化式の近似に基づいて、複数の加重係数のセットのうちの一つの加重係数のセットを独立的に最適化して、最適化加重係数のセットを生成する段階であって、前記複数の加重係数のセットのうちの各最適化加重係数のセットは、前記複数の加入者ユニットのうちの一つの加入者ユニットに相当する、段階と
を有する、アンテナ・ビーム形成方法。
【請求項５】
最適化加重係数のセットにおける各最適化加重係数は、前記複数のアレイ要素のうちの一つのアレイ要素に対応し、当該アンテナ・ビーム形成方法は、複数の信号を変調して、複数の変調信号を生成する段階であって、前記複数の信号の各信号は、前記最適化加重係数のセットのうちの一つの最適化加重係数に基づいて変調される、段階と、
前記複数の変調信号の各変調信号を、前記複数のアレイ要素のうちの一つのアレイ要素を介して送信する段階とをさらに含む、請求項４記載のアンテナ・ビーム形成方法。
【請求項６】
前記複数の加入者ユニットの各加入者ユニットはレーキ受信機を備え、各加入者ユニットのレーキ受信機の出力の共分散は、前記複数の加入者ユニットの他の加入者ユニットによる共分散に対する寄与を有し、前記ＳＮＲの共同最適化式における一つまたはそれ以上の項を近似する前記段階は、各加入者ユニットのレーキ受信機の出力の共分散を、他の加入者ユニットによる前記共分散に対する寄与で近似する段階を含む、請求項４記載のアンテナ・ビーム形成方法。
【請求項７】
複数の加入者ユニットを含む符号分割多元接続通信システムにおいて使用される通信装置であって、
複数のアレイ要素を有するアンテナ・アレイと、
複数の加重器であって、前記複数の加重器の各加重器は、前記複数のアレイ要素のうちの一つの要素に結合される、複数の加重器と、
前記複数の加重器の各加重器に結合されるプロセッサであって、前記プロセッサは、前記複数の加入者ユニットへの送信に使用する複数の加重係数について共同的な最適化を行い、前記共同的な最適化は、前記複数の加入者ユニットから受信したチャネル伝搬情報及び各加入者ユニットにおける干渉に依存して行われ、前記複数の加重係数の各加重係数は、前記複数のアレイ要素のうちの一つの要素に関連し、かつ前記複数の加入者ユニットのうちの一つの加入者ユニットにも関連し、複数のビームのうち、前記複数の加入者ユニット各々に異なるビームが関連付けられる、プロセッサと
を有する、通信装置。
【請求項８】
前記通信装置は、前記複数の加入者ユニットのうちの一つの加入者ユニットにデータを送信し、前記プロセッサは、前記加入者ユニットおよび前記加重器に結合される要素に関連する加重係数を前記複数の加重器の各加重器に与え、各加重器は、前記プロセッサから受けた前記加重係数に基づいて信号を変調する、請求項７記載の通信装置。
【請求項９】
複数の加入者ユニットを含む通信システムにおける通信装置であって、
複数のアレイ要素を有するアンテナ・アレイと、
複数の加重器であって、前記複数の加重器の各加重器は、前記複数のアレイ要素のうちの一つの要素に結合される、複数の加重器と、
前記複数の加重器の各加重器に結合されるプロセッサであって、前記プロセッサは、信号対雑音比（ＳＮＲ）の共同最適化式における一つまたはそれ以上の項を近似して、前記ＳＮＲの共同最適化式の一つの近似を生成し、前記ＳＮＲの共同最適化式の近似に基づいて、複数の加重係数のセットのうちの一つの加重係数のセットを独立的に最適化して、最適化加重係数のセットを生成し、前記複数の加重係数のセットのうちの各最適化加重係数のセットは、前記複数の加入者ユニットのうちの一つの加入者ユニットに相当する、プロセッサと
を有する、通信装置。
【請求項１０】
前記複数の加入者ユニットの各加入者ユニットはレーキ受信機を備え、各加入者ユニットのレーキ受信機の出力の共分散は、前記複数の加入者ユニットの他の加入者ユニットによる前記共分散に対する寄与を有し、前記プロセッサは、他の加入者ユニットによる前記共分散に対する寄与と等しくなるように前記共分散を近似することにより、信号対雑音比（ＳＮＲ）の共同最適化式における一つまたはそれ以上の項を近似する、請求項９記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（産業上の利用分野）
本発明は、ワイヤレス通信システムに関し、さらに詳しくは、ワイヤレス通信システムにおいてアンテナ・アレイを利用することに関する。
【０００２】
（従来の技術）
ワイヤレス通信システムを設計する上で重要な目標は、システム容量(system capacity)を最大にする、すなわち、通信システムによって同時にサービスを提供できるユーザの数を最大にすることである。システム容量を増加する一つの方法は、各ユーザに割当てられる送信パワーを低減することである。割当送信パワーを低減することにより、全ユーザの干渉が低減され、これにより新規ユーザをシステムに追加することが可能になる。
【０００３】
各ユーザまたは加入者ユニットに割当てられる送信パワーを低減する一つの方法は、加入者ユニットと、このユーザを担当する基地局との間のワイヤレス・リンクまたは通信チャネルの効率を増加することである。リンクの効率を増加する一つの方法は、送信アンテナ・ダイバーシチ・システムを利用して、目標の加入者ユニットに情報をブロードキャストすることである。送信アンテナ・ダイバーシチ・システムは、より狭く、より集束されたビームがユーザに送信されるように、送信信号をビーム形成(beamform)することを可能にする。アンテナ・ビーム形成により、割当電力が広く分散されないので、基地局は信号に割当てられる送信パワーを低減できる。また、アンテナ・ビーム形成は、ビームがより狭く集束されるので、送信信号のマルチパス・フェージング(multipath fading)および目標でないユーザとの干渉を低減する。
【０００４】
アンテナ・ビーム形成の一つの方法は、２アンテナ・ダイバーシチ(two-antenna diversity)を伴う。２アンテナ・ダイバーシチは、信号を送信するために、２つのアンテナまたはアンテナ要素からなるアンテナ・アレイを利用し、次に最適化手法を適用して、一つのアンテナを利用することによって影響を受けるであろう性能に比べて、送信信号の品質を改善する。２アンテナ・ダイバーシチの最も単純な形態の一つは、２アンテナ選択送信ダイバーシチ（ＳＴＤ：selection transmit diversity）である。その名前が示すように、この方法は、特定の通信のための送信機として利用されるアンテナとして、２つのアンテナのうちの一つを選択する。アンテナを選択する典型的な方法は、トレーニング(training)，同期または目標加入者ユニットと交信されるデータ通信に対して、最高受信パワーを有するアンテナを選択する。
【０００５】
アンテナ・ビーム形成の別の方法では、アンテナ・アレイの各要素によって送信される信号を個別に加重する(weighting)。アンテナ・アレイの要素が適切に加重・移相されると、これらの要素からブロードキャストされる信号は目標加入者ユニットの受信機にて建設的に追加する。しかし、最適な加重を送信アレイに適用する前に、２つの条件を満たさなければならない。第１に、各アンテナ要素と目的の加入者との間のチャネルを把握しなければならない。第２に、目的の加入者の信号対雑音比を計算できなければならない。
【０００６】
複数の加入者ユニットのそれぞれについてアンテナ・アレイにて判定される加重を最適化することについて、従来研究が行われてきた。目標加入者ユニットの干渉環境がセル間干渉(inter-cell interference)によって支配される場合にのみ、係数（以下では、「ＴｘＡＡ」という）を加重する従来の方法は最適である（つまり、送信パワーのあるレベルについて、加入者ユニットにて信号対雑音比を最大にするという意味で、最適である）。しかし、多くの用途、特にデータ用途では、目標加入者ユニットは基地局に近く、ここでは自己干渉(self-interference)が支配的な干渉源である。これらの状況では、送信加重係数を最適化する既存の方法は、極めて非最適である。
【０００７】
さらに、係数を加重する従来の方法は、マルチパス遅延によって生じる自己干渉を考慮に入れない。実際、従来の方法は、以下の２つの条件のうち一方が成立する場合にのみ最適である：（ｉ）伝搬チャネルが一つの経路のみを有する場合、あるいは（ｉｉ）セル内干渉パワー(intra-cell interference power)とセル間干渉パワー(inter-cell interference power)の比率がゼロの場合。後者の条件は厳密に満たされることは決してないが、ある状況においては許容可能な近似でもよい。条件（ｉ）または（ｉｉ）が不在の場合、従来の加重方法がより単純な選択送信ダイバーシチ（ＳＴＤ）加重システムよりも性能が悪化する状況が生じる。
【０００８】
その結果、係数を加重する従来の方法は、多くの動作環境について最適未満となる。従って、高マルチパス・フェージング環境において、あるいは著しい自己干渉の環境において、もしくはセル内干渉がセル間干渉を支配する場合に、アンテナ・アレイの性能を最適化するアンテナ・アレイ・ビーム形成方法が必要とされる。
【０００９】
（好適な実施例の説明）
高マルチパス・フェージング環境において、あるいは著しい自己干渉の環境において、もしくはセル内干渉がセル間干渉を支配する場合に、アンテナ・アレイの性能を最適化するために、アンテナ・アレイ・ビーム形成手法は、送信側通信装置によって担当される複数の加入者ユニットについて独立した送信加重係数を採用する。加重係数の最適化は、複数の加入者ユニットの、独立ではなくむしろ共同の作業である。好ましくは、共同最適化(joint optimization)は送信側通信装置にて実施され、自局と各加入者ユニットとの間のチャネルの知見、ならびに各加入者ユニットにて観測されるセル間干渉およびセル内干渉の知見に基づく、通信装置最適化を伴う。加重係数の共同最適化は複雑なプロセスであり、プロセス最適化を簡単にするため、加入者ユニットに対応する加重係数を共同的ではなく独立的に最適化することを可能にする条件が定められる。この手法は自己干渉を考慮に入れるので、送信アンテナ・アレイ加重の従来の方法よりも最適に近い加重が得られる。
【００１０】
本発明については、図１ないし図６を参照してさらに詳しく説明できる。図１は、本発明の好適な実施例によるワイヤレス通信システム１００のブロック図である。好ましくは、通信システム１００は、複数（「Ｋ」本）の直交通信チャネル(orthogonal communication channels)を含む符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システムであるが、当業者であれば、本発明は時分割多元接続（ＴＤＭＡ）通信システムまたは直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ：orthogonal frequency division multiplexing）通信システムなど、任意のワイヤレス通信システムにおいて利用できることが理解されよう。好ましくは、各通信チャネルは、ウォルシュ符号(Walsh code)などの擬似雑音（ＰＮ：Qseudo-noize）シーケンスなど、複数の直交拡散符号のうちの一つからなる。拡散符号を利用することにより、同一周波数帯域内で複数の通信チャネルの共存が可能になる。
【００１１】
通信システム１００は、複数の地理的に分散した基地局１０１〜１０３（３つのみを図示）を含む。各基地局１０１〜１０３は、各サービス・カバレッジ・エリアまたはセル１１１〜１１３に通信サービスを提供する。好ましくは、各基地局１０１〜１０３は、複数のアレイ要素１２１，１２２（２つのみを図示）を有する少なくとも一つのアンテナ・アレイ１２０を含む。通信システム１００は、セルラ電話，無線電話またはワイヤレス・モデルなどの複数の加入者ユニット１０５〜１０７（３つのみを図示）をさらに含む。各加入者ユニット１０５〜１０７は、複数のレーキ・フィンガ(Rake fingers)を有する整合フィルタ・レーキ受信機を含む。整合フィルタ・レーキ受信機は当技術分野で周知であり、本明細書ではさらに詳しく説明しない。担当基地局(serving base station)（例えば、基地局１０１）は、加入者ユニットが担当基地局のセル（すなわち、セル１１１）に位置する間、各加入者１０５〜１０７に対して無線通信サービスを管理・提供する。
【００１２】
本発明の別の実施例、すなわち「セクタ化」実施例では、各セル１１１〜１１３は複数のセクタに分割される。セクタ化実施例では、各基地局１０１〜１０３は、それぞれが複数のアレイ要素を含む複数のアンテナ・アレイを含む。各基地局１０１〜１０３の複数のアンテナ・アレイのうち少なくとも一つのアンテナ・アレイは、各対応するセルの複数のセクタの各セクタに専用となる。
【００１３】
図２は、本発明の実施例による基地局１０１〜１０３のブロック図である。上記のように、各基地局１０１〜１０３は、好ましくは、少なくとも一つのアンテナ・アレイ１２０と、関連するアレイ要素１２１，１２２とを含む。アンテナ・アレイ１２０は、送信部２０２および受信部２０４に結合され、これらはそれぞれマイクロプロセッサまたはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などのプロセッサ２０６に結合される。プロセッサ２０６および関連メモリ２０８は、基地局が情報を格納し、演算を行い、ソフトウェア・プログラムを実行することを可能にする。
【００１４】
図３は、本発明の実施例による基地局１０１〜１０３の多重送信信号経路３０３，３０１のブロック図である。各送信信号経路３００，３０１は、基地局のアンテナ・アレイ１２０の複数のアンテナ要素１２１，１２２のうちの一つに相当する。データは、一般電話交換網（ＰＳＴＮ）またはインターネットなどの外部ネットワークとのインタフェースや、基地局のプロセッサ２０６上で実行するアプリケーションなど、データ・ソース２１０によって基地局に供給される。
【００１５】
データ・ソース２１０は、プロセッサ２０６に結合される。図３に示すように、プロセッサ２０６は、エンコーダ３０２，複数のスプレッダ(spreader)３０６，３０８および複数のシンボル・マッパ(symbol mapper)３１０，３１２を含む。エンコーダ３０２は、データ・ソース２１０からデータを受信し、ブロック符号化方式または畳込み符号化方式などの所定の符号化方式を利用してデータを符号化する。次に、エンコーダ３０２は、符号化データを複数のスプレッダ３０６，３０８のそれぞれに送る。本発明の別の実施例では、プロセッサ２０６は、符号化データを複数のスプレッダ３０６，３０８に送る前に、符号化データをインタリーブするインタリーバ(interleaver)をさらに含んでもよい。
【００１６】
複数のスプレッダ３０６，３０８の各スプレッダは、拡散符号発生器(spreading code generator)３０４に結合され、拡散符号発生器によって与えられるウォルシュ符号など、好ましくは擬似雑音（ＰＮ）シーケンスである拡散符号に従って符号化データを拡散する。次に、各スプレッダ３０６，３０８は、拡散データを複数のシンボル・マッパ３１０，３１２の各シンボル・マッパに送る。各シンボル・マッパ３１０，３１２は、シンボル群(constellation of symbols)に含まれる複数のシンボルのうちの一つにデータを写像(map)して、変調データに相当するシンボル・ストリームを生成する。本発明の一実施例では、シンボル・マッパ３１０，３１２は、データを写像するためにＱＡＭ(quadrature amplitude modulation）写像方式を利用する。ただし、用いられる写像方式は本発明にとって重要ではなく、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、ＢＰＳＫ(binary phase shift keying)またはＱＰＳＫ(quadrature phase shift keying)などさまざまな写像方式も利用できることが理解されよう。
【００１７】
ＱＡＭ写像方式では、各シンボル・マッパ３１０，３１２は拡散データを、データ・ビットなどのＰバイナリ・データ・ユニットのグループにまとめて、多重Ｐ数(multiple P-tuples)を形成する。次に、各シンボル・マッパ３１０，３１２は、所定のＱＡＭ群(QMA constellation)における、Ｍ＝２Ｐとする、Ｍ個の可能なポイントのうちの対応するポイントにＰ数を写像することにより、多重Ｐ数のそれぞれを変調する。このために、Ｍ個の可能なポイントを含む所定のＱＡＭ群は、多次元空間、好ましくは、複素二次元（Ｉ／Ｑ）空間内で定義される。二次元空間内の各ポイントは、２つのスケールド基底ベクトル(scaled basis vectors)のベクトル和と考えることができる。２つのスケールド基底ベクトルは、群ポイント(constellation point)、すなわち対応するデータ・シンボルの同相（Ｉ）成分および直交（Ｑ）成分にそれぞれ相当する。特定のポイントを定めるために用いられる２つの基底ベクトルの各大きさは、このポイントの二次元座標と考えることができる。シンボル・マッパ３１０，３１２による各Ｐ数の変調の後、変調データはプロセッサ２０６により送信のため送信部２０２に送られる。
【００１８】
送信部２０２は複数の変調器３１４，３１６を含み、それぞれは複数の増幅器３１８，３２０の一つに結合される。送信部２０２は複数の加重器(weighter)３２２，３２４をさらに含み、それぞれは複数の増幅器３１８，３２０の一つと複数のアンテナ１２１，１２２の一つとの間に結合され、さらにプロセッサ２０６に結合される。複数の変調器３１４，３１６の各変調器は、各シンボル・マッパ３１０，３１２から変調データを受けて、この変調データを無線周波数（ＲＦ）搬送波上に変調する。次に、各変調搬送波は、各変調器３１４，３１６に結合された増幅器に送られ、この増幅器は変調搬送波を増幅して、増幅信号を生成し、この増幅信号を各加重器３２２，３２４に送る。各加重器３２２，３２４は、プロセッサ２０６によって加重器に与えられる加重係数に基づいて増幅信号を変調し、この加重信号を各アンテナ１２１，１２２を介して送信する。本発明の別の実施例では、各加重器３２２，３２４は、変調器３１４，３１６と増幅器３１８との間に介在でき、あるいは変調器３１４，３１６の前段でも、プロセッサ２０６内に配置してもよい。
【００１９】
目標加入者ユニット（すなわち、加入者ユニット１０５）によって目標ユニットの担当基地局（すなわち、基地局１０１）から受信されるＲＦ信号の強度を最適化し、また担当基地局に相当するセル１１１において、担当基地局と他のアクティブな加入者ユニット（例えば、加入者ユニット１０６，１０７）との間の通信に対するＲＦ信号の干渉を最小限に抑えるため、基地局１０１はＲＦ信号のブロードキャストのためのアンテナ・アレイ・ビーム形成手法を採用する。このアンテナ・アレイ・ビーム形成手法では、基地局１０１は、基地局のアンテナ・アレイ１２０の各要素１２１，１２２に基地局によって割当てられる加重係数に基づいて、狭く集束した信号を目標加入者ユニット１０５にブロードキャストできる。
【００２０】
本発明の一実施例である、「共同最適化(joint optimization)」の実施例では、基地局１０１が担当する複数の加入者ユニット１０５〜１０７のそれぞれに適用可能な加重係数であって、各加入者ユニットへの送信にそれぞれ適用される加重係数は、共同的に最適化される。好ましくは、加重係数の共同最適化は、担当基地局１０１によって実施され、この担当基地局１０１にて実装され、また基地局のプロセッサ２０６によって好ましくは実施される。共同最適化の実施例では、加重係数は担当基地局１０１にて共同的に最適化される。
【００２１】
図４は、本発明の実施例による、基地局１０１などの送信側通信装置によって実行されるアンテナ・ビーム形成ステップの論理フロー図４００である。複数の受信側通信装置、すなわち、加入者ユニット１０５〜１０７が情報を送信し、また加入者ユニットとアンテナ要素１２１，１２２のそれぞれとの間の伝搬チャネルと、ＡＷＧＮからおよび担当基地局１０１が担当するセル以外のセル、すなわち、セル１１２，１１３からのバックグラウンド干渉(background interference)の自己相関(autocorrelation)とに関する情報を、送信側通信装置、すなわち、基地局が各加入者ユニットから受信する（４０２）とき、論理フローは開始する（４０１）。あるいは、各セルが複数のセクタを含むとき、バックグラウンド干渉は、加入者ユニットが位置するセクタ以外のセル１１１内のセクタからの干渉を含むことがある。
【００２２】
加入者ユニット１０５〜１０７は、アンテナ要素から受信した信号をこの信号の既知のバージョンと相関することにより、加入者ユニットと任意のアレイ要素１２１，１２２との間の伝搬チャネルを測定する。例えば、基地局１０１は、加入者ユニットに既知であり、かつ要素に割当てられる、所定のパイロット・ウォルシュ符号などのパイロット符号またはパイロット・シンボルのシーケンスを、要素を介して送信できる。加入者ユニットが送信信号を受信すると、加入者ユニットはこの受信信号を既知のパイロット符号またはシンボルと相関する。この比較に基づいて、加入者ユニットはチャネルに起因する信号歪を判定する。
【００２３】
バックグラウンド干渉の自己相関を測定することは、若干さらに難しい。本発明の一実施例では、加入者ユニット１０５〜１０７は、基地局１０１（全てのチャネル）から受信した信号を復調し、着信信号から復調済み信号を差し引くことによって、バックグラウンド干渉の自己相関を測定する。その結果、信号はバックグラウンド干渉のみからなり、この信号の自己相関は、信号を自己と相関することによって容易に得ることができる。本発明の別の実施例では、加入者ユニットは、基地局１０１が自局の送信信号を短い時間間隔で周期的にブランキング(blanking)することにより、自己相関を測定できる。送信信号がオフされるこの短い間隔中に、受信信号はバックグラウンド干渉のみからなる。この場合も、干渉自己相関は、信号を自己と相関することによって測定できる。
【００２４】
本発明のさらに別の実施例では、加入者ユニット１０５〜１０７は基地局１０１によって送信される受信信号の相関を測定することにより（信号を自己と相関することにより）バックグラウンド干渉の自己相関を測定できる。この相関は、信号相関関数と干渉相関関数との和である。加入者ユニットはチャネル伝搬情報と受信信号相関関数の両方を基地局１０１に送信する。基地局１０１は、伝搬チャネルと送信信号（例えば、パイロット信号）の両方の知見に基づいて、加入者にて観測される送信信号の信号相関を算出する。次に、送信信号の算出済み相関を受信信号の相関関数から差し引くことによって、干渉相関が得られる。
【００２５】
複数のアレイ要素１２１，１２２のそれぞれと複数の加入者ユニット１０５〜１０７のそれぞれとの間の伝搬チャネル、ならびに各加入者ユニットにおける干渉環境を把握することで、基地局１０１であって、好ましくは基地局のプロセッサ２０６は、以下でさらに詳しく説明する、任意のパワー割当および基地局加重係数のセットについて、各加入者ユニットにて信号対雑音比（ＳＮＲ：signal-to-noise ratio）を判定する（４０３）。基地局１０１は、以下でさらに詳しく説明する、共同最適化ＳＮＲ式の最大値を生じる加重係数を選択することにより、加重係数を共同的に最適化する（４０４）。次に基地局１０１が基地局が担当する一つの加入者ユニットに信号を送信するときに、プロセッサ２０６は適切な加重係数を基地局１０１の加重器３２２，３２４に伝達する（４０５）。各加重器３２２，３２４は、プロセッサ２０６によって加重器に伝達された加重係数を利用して、対応するアンテナ・アレイ要素１２１，１２２上で送信される信号を変調し（４０６）、それからこの信号は対応するアレイ要素を介して送信され（４０７）、論理フローは終了する（４０８）。
【００２６】
好ましくは、基地局１０１は、対応するセル１１１の負荷（すなわち、セル内の加入者の数）、もしくは目標加入者ユニット１０５が位置するセクタの負荷を把握する。例えば、各加入者ユニット１０５〜１０７のデータ・レート条件がデータ符号化および復号方式の場合と同様に既知であると仮定する。この情報があれば、各加入者ユニット１０５〜１０７のＳＮＲ条件も既知である。この場合、まず基地局１０１は、最適アンテナ・アレイ１２０加重係数の共同最適化に対する有効な解が存在するかどうかを判定する。すなわち、まず基地局１０１は、任意のパワーおよび加重割当が全加入者のＳＮＲ条件を満たすかどうかを判定する。有効な解が存在する場合、基地局１０１は、基地局によって送信される全パワーを最小にする解を選択できる。ある意味、これは、隣接セル１１２，１１３、あるいは隣接セクタに発生する干渉パワーを最小限にする。ある負荷について、有効な解が存在しない場合、基地局１０１は、この基地局によって満たすことができる負荷のパーセントを最大にするパワーおよび加重割当を選択できる。
【００２７】
本発明の別の実施例、すなわち、「独立最適化(independent optimization)」実施例では、各加入者の加重係数を独立的に最適化できるように、近似を利用できる。加重係数を共同的に最適化する（４０４）代わりに、基地局１０１は近似を利用して、共同最適化ＳＮＲ式の近似を判定する（４０９）。この近似により、基地局１０１は、共同最適化ＳＮＲ式の近似に基づいて、他の加入者ユニットから独立して、各加入者ユニットに相当する加重係数を最適化できる（４１０）。このような手法は、基地局１０１の演算負担を軽減する利点がある（ただし、各加入者ユニット１０５〜１０７に課せられる演算負担は若干増加することがある）。さらに、このような手法では、基地局１０１によって用いられる加重係数の独立最適化は、チャネルおよび干渉情報を基地局に送信するために必要とするアップリンク帯域幅が少なくてすむという利点がある。最適加重係数が加入者ユニットにて算出される場合、加重係数のみを基地局に送信するだけでよい。
【００２８】
基地局１０１、好ましくは、基地局１０１のプロセッサ２０６は、加入者ユニットの複数のアンテナ・アレイ要素１２１，１２２にそれぞれ相当する加重係数ｗ１，ｉ，ｗ２，ｉを最適化することによって、各加入者ユニット１０５〜１０７に相当する加重係数を判定し、ここで「ｉ」は、加重係数が最適化されるｉ番目の加入者ユニットに相当する指数(index)である。プロセッサ２０６は、加入者ユニットの整合フィルタ・レーキ受信機の出力のＳＮＲを最大にする加重係数ｗ１，ｉ，ｗ２，ｉを判定することによって、ｉ番目の加入者ユニットに相当する加重係数を最適化し、ここでＳＮＲは以下のＳＮＲの共同最適化式によって与えられる（ただし、指数ｉは、本発明の原理を説明するために、第１加入者ユニットに相当する１に任意に設定される）：
【００２９】
【数１】
0004679025.tif 000002
この式は、次のようにして導出される。
【００３０】
ベクトル
【００３１】
【外１】
0004679025.tif 000003
および
【００３２】
【外２】
0004679025.tif 000004
は、アンテナ・アレイ１２０の要素１２１，１２２と目的の加入者ユニット（すなわち、ｉ番目の加入者ユニット、すなわち、式（１）の用語では、第１加入者ユニット）との間の各伝搬チャネルを表すものとする。表記を簡単にするため、チャネルのインパルス応答は、チップ時間の整数倍以外ではゼロであると想定し、従って、ベクトル
【００３３】
【外３】
0004679025.tif 000005
は、チャネルのチップ間隔のインパルス応答(chip-spaced impulse response)を表す。Ｋは、順方向リンク上で占められる通信チャネルの数を表し、
【００３４】
【外４】
0004679025.tif 000006
（＊＊＊ｐ１１の１８行目）は、通信チャネル、あるいは拡散符号チャネルに割当てられる振幅のセットを表すものとする。簡単にするため、複数の加入者ユニット１０５〜１０７は、ｉ番目のウォルシュ符号がｉ番目の加入者ユニットに割当てられるように指数が付されている。
【００３５】
チャネル
【００３６】
【外５】
0004679025.tif 000007
および
【００３７】
【外６】
0004679025.tif 000008
ならびに振幅
【００３８】
【外７】
0004679025.tif 000009
が次のように正規化される場合、セル内干渉およびセル間干渉の強度に関連する定義は単純化される。ｆ１およびｆ２を次式のように定義する：
【００３９】
【数２】
0004679025.tif 000010
よって、
【００４０】
【数３】
0004679025.tif 000011
複数の要素１２１，１２２のそれぞれと目的の加入者ユニットとの間の伝搬チャネルは、等しいエネルギを有する必要がない。同様に、次式のように、振幅の正規化セットＡ＝｛Ａｉ｝ｋｉ＝１を定義する：
【００４１】
【数４】
0004679025.tif 000012
システム１００におけるＫ個の通信チャネルまたは符号チャネルのそれぞれには、各アンテナ・アレイ要素１２１，１２２に相当する複素加重係数が割当てられる。２要素アンテナ・アレイ１２０を仮定すると、一対の複素加重係数｛ｗ１，ｉ，ｗ２，ｉ｝がＫ個の符号チャネルのそれぞれに割当てられる。各加重ベクトルは単位エネルギ(unit energy)を有する必要があるので、次式のようになる：
【００４２】
【数５】
0004679025.tif 000013
理想的には、ｉ番目の符号チャネルに適用される加重｛ｗ１，ｉ，ｗ２，ｉ｝は、ｉ番目の加入者ユニットの整合フィルタ・レーキ受信機の出力にてＳＮＲを最大にするように選択される。担当基地局、すなわち、基地局１０１によって送信される全パワーは、
【００４３】
【数６】
0004679025.tif 000014
によって与えられ、この基地局からｉ番目の加入者ユニットによって受信される全パワー
【００４４】
【外８】
0004679025.tif 000015
は、次式によって与えられる：
【００４５】
【数７】
0004679025.tif 000016
加重係数｛ｗ１，ｉ，ｗ２，ｉ｝Ｋｉ＝１およびチャネルｆ１の相互作用のため、ｉ番目の加入者ユニットにおける受信信号パワー
【００４６】
【外９】
0004679025.tif 000017
は加重係数に依存する。従って、振幅Ａｉが｛ｗ１，ｉ，ｗ２，ｉ｝の最適化中に調整されなければ、セル内干渉
【００４７】
【外１０】
0004679025.tif 000018
は加入者ユニットｉにて一定に維持されない。この理由により、別の量Ｉｏｒが次式のように定められる。
【００４８】
【数８】
0004679025.tif 000019
Cauchy-Schwarz不等式を適用すると、
【００４９】
【数９】
0004679025.tif 000020
が得られ、従って、ここで用いる定義では、
【００５０】
【外１１】
0004679025.tif 000021
となる。また、以下が明らかである：
【００５１】
【数１０】
0004679025.tif 000022
ここで、
【００５２】
【数１１】
0004679025.tif 000023
となる。なお、チャネルｆ１およびｆ２が線形的に独立している限り、γ＞０である。
【００５３】
上の不等式は、干渉がセル内干渉およびセル間干渉によって交互に支配される場合に、最適送信加重係数の式を求める上で有用である。加重係数は加入者によって観測されるセル内信号パワーのレベルに影響を及ぼすので、
【００５４】
【外１２】
0004679025.tif 000024
は｛ｗ１，ｉ，ｗ２，ｉ｝の最適化中に一定に維持できない。しかし、上の不等式では、ｉ番目の加入者ユニットによって観測されるセル内干渉は上下に限定でき、そのため
【００５５】
【数１２】
0004679025.tif 000025
となる。従って、セル間干渉Ｉｏｃによって支配される加入者環境は、Ｉｏｒ／Ｉｏｃ→０を強制することによって調べることができる。なぜならば、これは
【００５６】
【外１３】
0004679025.tif 000026
を意味するためである。同様に、セル内干渉によって支配される加入者環境は、Ｉｏｒ／Ｉｏｃ→∞を強制することによって調べることができる。なぜならば、
【００５７】
【外１４】
0004679025.tif 000027
を意味するためである。
【００５８】
各加入者ユニット１０５〜１０７の整合フィルタ・レーキ受信機の出力にてＳＮＲを算出するためには、レーキ受信機に含まれる複数のレーキ・フィンガの平均(mean)および分散(variance)を評価しなければならない。この目的のために、目的の加入者ユニットが指数１を有するものとし、また上記のように、ベクトルｆ１およびｆ２が要素１２１，１２２それぞれと目的の加入者ユニットとの間の正規化伝搬チャネルを表すものとする。一般性を失わずに、チャネルｆ１およびｆ２は、長さＭの期間の外ではゼロであると仮定する、すなわち、
【００５９】
【数１３】
0004679025.tif 000028
Ｒは加入者ユニットの多重レーキ・フィンガの出力のＭ長ベクトルを表すものとする。また、μは、次式によって与えられる成分を有する、Ｒの平均ベクトルを表すものとする：
【００６０】
【数１４】
0004679025.tif 000029
ここで、Ｎはシンボル毎のチップ数である。ランダム直交符号（ランダム拡散を有するウォルシュ符号）の場合、ＭｘＭ相関行列Γｌ，ｍは次式によって与えられる要素を有する：
【００６１】
【数１５】
0004679025.tif 000030
ここで、ＮＩｏｃψ（ｍ−ｌ）は、セル内干渉および雑音の共分散(covariance)である。ある基地局からのＣＤＭＡ信号（実質的にホワイト・ソース）は共通チャネルを中継して加入者ユニットに至るので、セル間干渉は、一般に非ホワイト(non-white)である。その結果、セル間干渉は、一つの基地局によって支配される場合には、実質的に非ホワイトとなりうる。ただし、解析を簡単にするため、セル間干渉はホワイトであると仮定し、そのため
【００６２】
【数１６】
0004679025.tif 000031
となり、ここでＩｏｃはセル間干渉のパワーを表す。Ωは、
【００６３】
【数１７】
0004679025.tif 000032
によって与えられるベクトルＲの正規化分散を表すものとし、また以下の成分を有する：
【００６４】
【数１８】
0004679025.tif 000033
ここで、
【００６５】
【外１５】
0004679025.tif 000034
は要素
【００６６】
【数１９】
0004679025.tif 000035
を有する。
【００６７】
共分散Ωを２つの部分に分割するのが有用であり、よって
Ω＝Ω１+Ωｋ２
となり、ここで第１項Ω１は、目的の加入者ユニットの信号の共分散に対する寄与成分であり、第２項Ωｋ２は、他の全ての加入者ユニットの信号の共分散に対する寄与成分である。目的の加入者ユニットの整合フィルタ・レーキ受信機の出力におけるＳＮＲは、次式によって与えられる：
【００６８】
【数２０】
0004679025.tif 000036
ここで、表記Ω１（ｗ１，ｌ，ｗ２，ｌは、Ω１が加重係数｛ｗ１，ｌ，ｗ２，ｌ｝の関数であるという事実を表すために用いられる。
【００６９】
式（１）の分母の中間項内の第２項は、次のように近似できる：
【００７０】
【数２１】
0004679025.tif 000037
この近似により、目的の加入者ユニットのＳＮＲは、他の加入者ユニットについて用いられる加重係数に依存しなくなる。その結果、加重係数ｗ１，ｌ，ｗ２，ｌは、Ｅｃ／ＩｏｒおよびＩｏｒ／Ｉｏｃの値が既知である限り、独立して最適化でき、ここでＥｃは所望信号のパワーまたはエネルギであり、Ｉｏｒはセル内干渉のパワーまたはエネルギであり、Ｉｏｃはセル間干渉のパワーまたはエネルギである。
【００７１】
Ｅｃ／Ｉｏｒの値は、加入者１０５などの目的の加入者にて推定でき、またこの値は基地局（ここでこの値は既知）から加入者ユニットに送信できる。Ｉｏｒ／Ｉｏｃの値は、次のように推定できる。まず、基地局１０１は、Ｉｏｃが目的の加入者ユニット、すなわち加入者ユニット１０５によって測定できるように、短期間だけブランキングされる。次に加入者ユニット１０５は、（各アンテナに割当てられるパイロット信号を利用して）複数のアンテナ要素１２１，１２２のそれぞれから受信される信号のインパルス応答エネルギを測定し、これらのエネルギを基地局１０１に返送する。これらの値があれば、いくつかの方法のうちの一つでＩｏｒは加入者ユニット１０５によって計算できる。例えば、加入者ユニット１０５はエネルギ値を基地局１０１に送信でき、基地局はＩｏｒの値を計算して、この計算値を加入者ユニットに返送する。別の例では、基地局１０１は、Ｉｏｒが加入者ユニットにて計算できるように、加重係数を加入者ユニット１０５に送信できる。さらに別の例では、加入者ユニット１０５は基地局１０１の加重係数を計算できる。従って、加入者ユニット１０５は、基地局１０１によって用いられる加重係数を把握し、Ｉｏｒは加入者ユニットにて計算できる。そうすると、加入者ユニット１０５は、ＩｏｒおよびＩｏｃの各推定値からＩｏｒ／Ｉｏｃの比率を計算する。
【００７２】
ある場合には、近似（上記の式(２）)
【００７３】
【数２２】
0004679025.tif 000038
は、さらに簡略化できる。本発明のこのような一実施例では、高速データについて、担当セル、あるいはセルをセクタ化した場合には担当セクタ、におけるパワーのほとんど全ては、目的の加入者ユニットに割当てることができ（単一ユーザもしくは「高割当(high allocation)」実施例）、そのためＥｃ／Ｉｏｒはほぼ１になる。このような実施例では、以下の近似を利用できる：
【００７４】
【数２３】
0004679025.tif 000039
目的の加入者ユニットが「高ジオメトリ(high geometry)」環境に位置する、すなわち、ＩＩＩｏｒ／Ｉｏｃが大きい場合の、本発明のさらに別の実施例では、以下の近似を利用できる：
【００７５】
【数２４】
0004679025.tif 000040
これら２つの場合の組合せも考慮できる。
【００７６】
式（２），式（３）および式（４）によって表される上記の近似のうちの一つを利用することにより、セル１１１またはセクタ内の全加入者１０５〜１０７の加重係数を共同的に最適化する問題は、一連の独立最適化の問題に変換でき、それにより各加入者ユニット１０５〜１０７の加重係数は独立的に最適化される。それによって生じる独立最適化の複雑さは、用いられる近似に依存する。また、最適化問題は、「低ジオメトリ」近似を利用することによって簡略化でき、これについてはＩｏｒ／Ｉｏｃはほぼゼロになる。ただし、低ジオメトリ近似は適用可能なことはまれなので、他の近似を利用することで、より最適に近い加重係数が得られる。
【００７７】
本明細書におけるＳＮＲ式は、アンテナ・アレイ１２０から送信され、かつ加入者ユニット１０５〜１０７にて整合フィルタ・レーキ受信機を用いて受信されるＣＤＭＡ信号についてのものである。加重係数の各セットは、対応する加入者ユニット１０５〜１０７における整合フィルタ（レーキ）受信機の出力にてＳＮＲを最大にするように設計される。ＳＮＲ式は以下の結果をもたらす：（１）各加入者１０５〜１０７のアンテナ・アレイ１２０に対する加重係数の選択において最適化すべきＳＮＲ条件，（２）自己干渉を考慮した場合に、各加入者ユニット１０５〜１０７のアンテナ・アレイ１２０の加重係数が共同的に最適化できるという事実，（３）共同的に最適なアレイ加重係数を計算するために、加入者ユニット１０５〜１０７から基地局１０１にフィードバックしなければならない情報のセット，（４）自己干渉によって支配される環境（「高ジオメトリ」環境）における加入者ユニット１０５〜１０７のＳＮＲ挙動および（５）共同的ではなく独立的に最適化できるＳＮＲの堅実な近似。
【００７８】
加入者ユニット１０５〜１０７を共同的ではなく独立的に最適化することを可能にする別の最適化条件を定義できる。例えば、真の共分散行列Ω２を式（２）によって与えられる近似で置換した、式（１）によって表されるフルＳＮＲ式を利用できる：
【００７９】
【数２５】
0004679025.tif 000041
この近似は、担当基地局、すなわち基地局１０１の出力信号パワーの半分がアンテナ・アレイ１２０の２つの要素１２１，１２２のそれぞれで送信され、かつ加重ベクトルがランダムに配向され、そのため次式が成り立つ場合に、Ω２に等しい：
【００８０】
【数２６】
0004679025.tif 000042
この式は加入者の送信係数に依存しないので、各加入者ユニットの加重係数は他の加入者ユニットから独立して最適化できる。
【００８１】
加重係数の最適化は、式（１）によって表されるＳＮＲ式の複雑さのために困難であるため、加重係数の最適化が若干より簡単になるいくつかの特別かつ限定的な事例も存在する。セル間干渉が支配的な伝搬環境は、セル内干渉対セル間干渉の比率
【００８２】
【外１６】
0004679025.tif 000043
をゼロに強制することによって、すなわち、Ｉｏｒ／Ｉｏｃをゼロに等しく設定することによって、表すことができる。従って、
【００８３】
【外１７】
0004679025.tif 000044
という限界では、目的の加入者ユニットの整合フィルタ・レーキ受信機の出力におけるＳＮＲは次式によって与えられる：
【００８４】
【数２７】
0004679025.tif 000045
セル内干渉がない場合のＳＮＲに相当する式（６）は、従来のＴｘＡＡシステムにおいて最適化される加入者ユニット１０５〜１０７のＳＮＲの式である。この実施例における最適加重ベクトル｛ｗ１，ｌ，ｗ２，ｌ｝は、以下の行列の最大固有値λｍａｘに相当する固有ベクトルｖｍａｘに等しい：
【００８５】
【数２８】
0004679025.tif 000046
この行列は他のチャネルの加重係数に依存しないので、個別の加入者ユニット１０５〜１０７によって実施される加重係数最適化の間の相互作用はない。
【００８６】
最適送信加重ベクトルがあれば、目的の加入者ユニットの整合フィルタ・レーキ受信機の出力のおけるＳＮＲは次式によって与えられる：
【００８７】
【数２９】
0004679025.tif 000047
加重係数の最適化が若干より簡単である第２の特別かつ限定的な事例は、セル内干渉が支配的な場合である。比率
【００８８】
【外１８】
0004679025.tif 000048
が大きい環境は、「高ジオメトリ(high geometry)」環境と呼ばれることがある。高ジオメトリ環境では、チャネルが著しいマルチパス・フェージングを有する場合、セル内干渉が支配的な干渉源である。上記のように、チャネルｆ１，ｆ２が線形的に独立している場合、
【００８９】
【外１９】
0004679025.tif 000049
が大きくなると、送信アンテナ・アレイ加重の限定的な挙動は、比率Ｉｏｒ／Ｉｏｃを無限大に強制することによって評価できる。従って、
【００９０】
【外２０】
0004679025.tif 000050
としての限界では、目的の加入者ユニットの整合フィルタ・レーキ受信機の出力におけるＳＮＲは次式によって与えられる：
【００９１】
【数３０】
0004679025.tif 000051
｛ｗ１，ｌ，ｗ２，ｌ｝に対して行列Ωが依存しているので、最適送信加重ベクトルを見つける直接的な方法は存在せず、よって、一般的には、最適加重ベクトルを判定するために、空間
【００９２】
【数３１】
0004679025.tif 000052
の探索が必要になる。
【００９３】
加重係数の最適化が若干より簡単である第３の特別かつ限定的な事例は、目的の通信チャネルに割当てられるパワーが、担当基地局、すなわち基地局１０１によって送信される全パワーの然るべき小さい割合となる場合である。すなわち、
【００９４】
【数３２】
0004679025.tif 000053
である。この環境では、
【００９５】
【数３３】
0004679025.tif 000054
であることを然るべく論拠でき、よってΩは｛ｗ１，ｌ，ｗ２，ｌ｝からほぼ独立している。この近似があれば、目的の加入者ユニットの整合フィルタ・レーキ受信機の出力におけるＳＮＲは、
【００９６】
【数３４】
0004679025.tif 000055
となり、ここで
【００９７】
【数３５】
0004679025.tif 000056
となる。対称的な半正値行列(symmetric positive semi-definite matrix) Φは、一意の対称的な半正値平方根
【００９８】
【外２１】
0004679025.tif 000057
を有し、よって
【００９９】
【数３６】
0004679025.tif 000058
となる。正半値行列
【０１００】
【外２２】
0004679025.tif 000059
が正定値(positive definite)である場合、
【０１０１】
【外２３】
0004679025.tif 000060
は一意に定められる逆数
【０１０２】
【外２４】
0004679025.tif 000061
を有する。ｗがベクトル｛ｗ１，ｌ，ｗ２，ｌ｝を表し、次式が成立するようにベクトルｙを定めるものとする：
【０１０３】
【数３７】
0004679025.tif 000062
これらの定義があれば、次式が成り立つ：
【０１０４】
【数３８】
0004679025.tif 000063
上式における上限は、ある複素スカラαについて、
【０１０５】
【数３９】
0004679025.tif 000064
が成立する場合にのみ満たされ、ここでνｍａｘは以下の行列の最大固有値に相当する固有ベクトルである：
【０１０６】
【数４０】
0004679025.tif 000065
従って、最適加重の単位エネルギ送信加重ベクトルは、
【０１０７】
【数４１】
0004679025.tif 000066
によって与えられ、その結果、信号対雑音比は、
【０１０８】
【数４２】
0004679025.tif 000067
によって与えられる。
【０１０９】
上記のように、最適加重ベクトルは加重｛ｗ１，ｉ，ｗ２，ｉ｝Ｋｉ＝２に依存し、これは新たに計算された最適加重ベクトル｛ｗ１，ｌ，ｗ２，ｌ｝の適用と同時に変化しうる。新規ベクトル｛ｗ１，ｌ，ｗ２，ｌ｝は、他のチャネルの加重ベクトルが一定のままの場合にのみ最適である。
【０１１０】
加重係数の最適化が若干より簡単である第４の特別かつ限定的な事例は、セルが目的の加入者ユニットのみを含む場合、すなわち、単一加入者ユニット環境の場合である。このような場合、目的の加入者ユニットの整合フィルタ・レーキ受信機の出力におけるＳＮＲは、
【０１１１】
【数４３】
0004679025.tif 000068
によって与えられ、ここで行列Ψ１，１，Ψ１，２，Ψ２，２は上で定義済みである。
【０１１２】
セル内干渉が支配的であり、よってＩｏｒ／Ｉｏｃ→∞となる、単一加入者ユニット環境では、信号対雑音比の式は次式によって与えられる：
【０１１３】
【数４４】
0004679025.tif 000069
上記の加重係数の最適ベクトルは、比率
【０１１４】
【数４５】
0004679025.tif 000070
を最大にする加重ベクトルに等しいと実証でき、ここで
【０１１５】
【外２５】
0004679025.tif 000071
は畳込み(convolution)を表すために用いられ、ＴＲ＊は与えられたベクトルの時間反転共役(time reverse conjugate)を表すために用いられる。一般に、最適送信加重係数を判定するために探索(search)が必要である。
【０１１６】
簡単な例で、通信システム１００に対するセル内干渉の影響を実証する。この例では、従来の送信アンテナ・アレイ加重（ＴｘＡＡ）を利用する送信側通信装置のアンテナ・アレイの性能を、本発明に従って判定される最適化送信アンテナ・アレイ加重と比較し、また選択送信ダイバーシチ（ＳＴＤ）加重と比較する。チャネル・インパルス応答ｆ１，ｆ２が長さ２を有し、次式によって与えられるものとする：
【０１１７】
【数４６】
0004679025.tif 000072
ＴｘＡＡ加重ベクトルは、行列
【０１１８】
【数４７】
0004679025.tif 000073
の最大固有ベクトルに相当する固有ベクトルに比例する。この行列は、
【０１１９】
【数４８】
0004679025.tif 000074
によって与えられる固有値および固有ベクトルを有する。従って、加重係数の正規化ＴｘＡＡベクトルｗＡＡは、
【０１２０】
【数４９】
0004679025.tif 000075
によって与えられる。
【０１２１】
選択送信ダイバーシチ（ＳＴＤ）では、送信パワーの全てはアンテナのうちの一方または他方に割当てられる。ここで選ばれる選択ダイバーシチ加重は、全送信パワーを第１アンテナに割当て、そのため加重係数の正規化ＳＴＤベクトルｗＳＴＤは、
【０１２２】
【数５０】
0004679025.tif 000076
によって与えられる。
【０１２３】
式（１）ならびにΩの定義を参照することにより、目的の加入者ユニットの加重係数のベクトルｗの性能を評価するためには、以下のパラメータを把握しなければならない：Ｅｃ／Ｉｏｒ，Ｉｏｃ／Ｉｏｒならびに以下の量：
【０１２４】
【数５１】
0004679025.tif 000077
この例に限り、符号チャネル２〜Ｋについて割当てられる全パワーの半分は２つのアンテナのそれぞれで送信され、そのため
ａ１＝ａ２＝１
となることが仮定される。一般性を失わずに、係数ｗ１，ｊはゼロ位相を有すると仮定できる。加重係数｛ｗ２，ｊ｝Ｋｊ＝２が互いに対してランダムに配向される場合、ａ３の平均値はゼロになる。従って、この例に限り、ａ３＝０であると仮定される。
【０１２５】
上記の仮定があれば、ＴｘＡＡの信号対雑音比は、
【０１２６】
【数５２】
0004679025.tif 000078
によって与えられ、選択送信ダイバーシチ（ＳＴＤ）の信号対雑音比は、
【０１２７】
【数５３】
0004679025.tif 000079
によって与えられる。従って、ＴｘＡＡおよびＳＴＤの相対的性能は、
【０１２８】
【数５４】
0004679025.tif 000080
によって与えられる。
【０１２９】
この式から、Ｉｏｒ／Ｉｏｃ→０とすると、ＴｘＡＡの性能はＳＴＤの性能よりも２．３ｄＢ良好であることが明白である。ＳＴＤに対して、（静的チャネル上で）ＴｘＡＡにて達成可能な最大利得は３ｄＢであり、このような利得は２つのチャネルが等しいエネルギを有する場合にのみ達成可能である。従って、この意味で、ここで選んだ例は、ＴｘＡＡの利点を実証するためのよい例であると考えることができる。ただし、Ｉｏｒ／Ｉｏｃ→∞という限界では、ＴｘＡＡおよびＳＴＤの相対的性能は、
【０１３０】
【数５５】
0004679025.tif 000081
によって与えられる。
【０１３１】
図５は、Ｉｏｃ／ＩｏｒおよびＥｃ／Ｉｏｒの関数として、ＴｘＡＡ係数加重システムを採用する送信側通信装置と、ＳＴＤシステムを採用する送信側通信装置から受信される信号の、整合フィルタ受信機の出力におけるＳＮＲを比較する表５００である。図４からわかるように、この例では、セル内エネルギが支配的であり、かつ目的の加入者に送信パワーの十分大きな割合が割当てられる場合には、ＳＴＤの方がＴｘＡＡよりも性能がよい。このような状態は、基地局によって送信されるパワーの大部分が一つの高速加入者に割当てられるデータ・アプリケーションにおいて生じうる。図６は、ＴｘＡＡ係数加重システムを採用する送信側通信装置と、本発明の実施例により判定される最適化送信アンテナ・アレイ加重を採用する送信側通信装置から受信される信号の、整合フィルタ受信機の出力を比較する表６００である。本発明の最適化加重の利得は、セル内干渉がセル間干渉を支配し、かつＥｃ／Ｉｏｒが大きい場合には、極めて大きい。
【０１３２】
要するに、多重要素のアンテナ・アレイを含む担当基地局（すなわち、基地局１０１）は、基地局および加入者ユニットの順方向リンク（基地局から加入者ユニット）の厳密なＳＮＲについて式（１）を最大にする加重係数を判定することにより、基地局が担当する各加入者ユニットへの送信に対して適用される加重係数を最適化する。この式は、各加入者ユニット１０５〜１０７によって観測される干渉がＩｏｒ／Ｉｏｃと、各加入者ユニットに適用される加重係数｛ｗ１，ｉ，ｗ２，ｉ｝Ｋｉ＝１の両方に依存することを示す。この依存のため、一つの加入者ユニットは、将来の時間期間における他の加入者ユニットそれぞれの加重係数を把握せずして、次の時間期間における自局の送信加重係数を最適化できない。従って、加重係数の完全な最適化は、独立した作業ではなく、共同作業である。好ましくは、共同最適化は担当基地局１０１にて実施され、自局と各加入者ユニットとの間のチャネルについての基地局の知見、ならびに各加入者ユニットにて観測される比率Ｉｏｒ／Ｉｏｃの知見に基づく。この情報は、逆方向リンクを介して各加入者ユニットから基地局に送信できる。
【０１３３】
加重係数の共同最適化は、その複雑さゆえに、適用が限られるかもしれない。しかし、加入者を共同的ではなく独立的に最適化することを可能にする最適化条件を定めることができる。例えば、平均干渉共分散行列をＳＮＲの式に代入することにより、より最適に近い加重係数を算出できる。平均干渉共分散行列は加入者の送信係数に依存しないので、各加入者は互いから独立して最適化できる。この方法は自己干渉を考慮に入れるので、送信アンテナ・アレイ加重の従来の方法よりも最適に近い加重が得られる。
【０１３４】
また、送信加重の従来の方法は、Ｉｏｒ／Ｉｏｃ→０という限界においてのみ最適であることを実証するために、厳密なＳＮＲ解析を利用した。対照的に、Ｉｏｒ／Ｉｏｃが大きい高ジオメトリ環境では、従来の加重方法がより単純な選択送信ダイバーシチ（ＳＴＤ）よりも性能が悪いという例を構築できる。さらに、Ｉｏｒ／Ｉｏｃ＝０の場合の従来の送信加重方法から予測される利得は、Ｉｏｒ／Ｉｏｃが大きい場合に大幅に低減されることがある。
【０１３５】
本発明について、その特定の実施例を参照して図説してきたが、当業者であれば、発明の精神および範囲から逸脱せずに、さまざまな変更が可能であり、その要素の代わりに同等を代用できることが理解されよう。さらに、発明の実質的な範囲から逸脱せずに、特定の状況または材料を発明の教示に適応するために多くの修正を行うことができる。従って、本発明は本明細書で開示される特定の実施例に制限されるものではなく、本発明は特許請求の範囲の範囲内に入るあらゆる実施例を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例による通信システムのブロック図である。
【図２】  本発明の実施例による送信側通信装置のブロック図である。
【図３】  本発明の実施例による送信側通信装置の多重送信信号経路のブロック図である。
【図４】  本発明の実施例による送信側通信装置によって実行されるアンテナ・ビーム形成ステップの論理フロー図である。
【図５】  従来の係数加重システムを採用するアンテナ・アレイと、選択送信ダイバーシチ・システムを採用するアンテナ・アレイによって送信される信号の、整合フィルタ受信機の出力における信号対雑音比を比較する表である。
【図６】  従来の係数加重システムを採用する送信側通信装置から受信される信号と、本発明の実施例により判定される最適化送信アンテナ・アレイ加重を採用する送信側通信装置から受信される信号について、整合フィルタ受信機の出力を比較する表である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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