(57)【要約】【課題】セルラ通信システムの基地局において、アンテナアレイにより信号を送信および受信する方法および装置を提供する。【解決手段】利用可能なトラヒックチャネルは、複数のクラスに分割される。基地局は広アンテナローブ内の第１クラスのチャネルにより移動局へ信号を送信する。次に、移動局の位置が、基地局において該移動局から受信した信号から決定されうる。移動局の位置が決定された後、基地局は、狭アンテナローブを有する第２クラスチャネルによって、移動局へ信号を送信し、また移動局から信号を受信しうる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルラ通信システムの基地局においてアンテナアレイにより信号を送信および受信する方法であって、
利用可能な通信チャネルを複数のクラスに分割するステップと、
広アンテナローブを有する第１クラスのチャネルにより複数の移動局へ信号を送信するステップと、
移動局の位置を、該移動局から受信した信号から決定するステップと、
該移動局の位置が決定された時、狭アンテナローブを有する第２クラスのチャネルによって該移動局へ信号を送信するステップと、
該移動局から双方のチャネルクラスの調節可能な広さのローブにより信号を受信するステップと、
を含む、セルラ通信システムの基地局においてアンテナアレイにより信号を送信および受信する方法。
【請求項２】
前記第１クラスのチャネルが呼びのセットアップに用いられる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記移動局の位置が、
該移動局から受信された信号の電力レベルを測定するステップと、
新しく接続された移動局に対する適正なアンテナローブを決定するステップと、
によって決定される、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記移動局の位置が所定レベルの確実性より高いことが決定された後に、前記基地局が該移動局を前記第２クラスチャネル内のチャネルに割当てる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第１クラスのチャネルが基地局間の通話チャネル切替のために用いられる、請求項１記載の方法。
【請求項６】
移動局において前記第２クラスチャネル内のチャネルにより信号を送信および受信するステップと、
該移動局において前記第１クラスチャネルにより受信された信号の通話チャネル切替測定を行うステップと、
をさらに含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つの制御チャネルと、少数のトラヒックチャネルとが、前記第１クラスチャネルに属する、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記第２クラスチャネルが、前記第１クラスチャネルよりも小さい再使用距離を有する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記第２クラスチャネルが、それぞれのチャネルに対し１人よりおおくのユーザを有しうる、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記第２クラスチャネルが可変アンテナローブ幅を有しうる、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記基地局が移動局の位置を漸進的に決定するのに伴い、該基地局が、該移動局に割当てられた第２クラスチャネルのアンテナローブ幅を漸進的に減少せしめる、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
基地局から複数の移動局へ複数クラスのチャネルを経て信号を送信する手段と、
基地局において複数の移動局から複数クラスのチャネルを経て信号を受信する手段と、
該受信された信号から移動局の位置を決定する手段であって、前記基地局が広アンテナローブを有する第１クラスチャネルにより信号を送信し、前記移動局の位置が決定された時には該基地局が狭アンテナローブを有する第２クラスチャネルにより信号を送信する、前記移動局の位置を決定する手段と、
を含む、アンテナアレイを有する少なくとも１つの基地局を含む通信システム。
【請求項１３】
前記第１クラスチャネルが、呼びのセットアップに用いられる、請求項１２記載のセルラ通信システム。
【請求項１４】
前記第１クラスのチャネルが基地局間の通話チャネル切替のために用いられる、請求項１２記載のセルラ通信システム。
【請求項１５】
前記位置決定手段が、
前記移動局からの信号の電力レベルを決定する手段と、
新しく接続された移動局に対する適正なアンテナローブを決定する手段と、
を含む、請求項１３記載のセルラ通信システム。
【請求項１６】
前記移動局の位置が所定レベルの確実性より高いことが決定された後に、前記基地局が該移動局を前記第２クラスチャネル内のチャネルに割当てる、請求項１３記載のセルラ通信システム。
【請求項１７】
移動局が、前記第２クラスチャネル内のチャネルにより信号を送信および受信する手段と、前記第１クラスチャネル内のチャネルにより通話チャネル切替測定を行う手段と、を含む、請求項１４記載のセルラ通信システム。
【請求項１８】
前記移動局が前記第１クラスチャネル内のチャネルにより信号を送信および受信する手段をさらに含む、請求項１３記載のセルラ通信システム。
【請求項１９】
少なくとも１つの制御チャネルと、少数のトラヒックチャネルとが、前記第１クラスチャネルに属する、請求項１２記載のセルラ通信システム。
【請求項２０】
前記第２クラスチャネルが、前記第１クラスチャネルよりも小さい再使用距離を有する、請求項１２記載のセルラ通信システム。
【請求項２１】
前記第２クラスチャネルが、それぞれのチャネルに対し１人よりおおくのユーザを有しうる、請求項１２記載のセルラ通信システム。
【請求項２２】
前記第２クラスチャネルが可変アンテナローブ幅を有する、請求項１２記載のセルラ通信システム。
【請求項２３】
前記基地局が移動局の位置を漸進的に決定するのに伴い、該基地局が、該移動局に割当てられたクラス２チャネルのアンテナローブ幅を漸進的に減少せしめる、請求項２２記載のセルラ通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適応形アンテナアレイを有するセルラ通信システムに関し、特に、基地局と移動局との間の通信用の、広い適応形アンテナローブと狭い適応形アンテナローブとの双方を用いるセルラ通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラ産業は、米国および世界の他地域における商業経営において著しい進歩を遂げた。大都市地域における成長は予想を遙かに越え、システムの容量を上回りつつある。もしこの傾向が続けば、急速な成長の効果は最も小さい市場において間もなく達成されるはずである。これらの増大する容量要求を満たし、かつ高品質のサービスを維持しつつ価格の上昇を回避するためには、革新的な解決が必要とされる。さらに、セルラユーザの数が増加するのに伴い、同一チャネル干渉に関連する問題の重要性が増大する。
【０００３】
現在のディジタルセルラシステムは、時間および周波数の直交性を用いて移動局信号を分離する基地局を使用している。移動局からの信号は基地局まで伝搬し、それらの信号は単一アンテナ、または時々二重アンテナによって受信される。受信機は時間および周波数の直交性を用いて該信号を処理し、異なるユーザからの信号を分離する。その後、該信号を等化しかつ検出することができる。周波数ホッピングおよび先行コーディング技術のような技術は、同一チャネル干渉を低減する方法を与えるが、それらは利用可能な周波数スペクトルによる制限を本来受ける。しかし、適応形アンテナの方向感度の使用は、同一チャネル干渉を減少させる新しい方法を与える。適応形アンテナは、空間的に分布したアンテナのアレイから成る。そのアレイには、いくつかの送信機からの信号が入射する。アンテナ出力を適正に組合せれば、受信される重なり合った信号から、たとえそれらが同じ周波数帯を占めるものであっても、個々の信号を抽出することができる。その時、狭い適応形アンテナローブを用いることにより、空間的に分離されたユーザ間の区別を行いうる。これは、空間的次元内における直交性を利用する方法と見られうる。
【０００４】
現在のディジタルセルラシステムはまた、広アンテナローブ、すなわち６０°、１２０°、または３６０°のローブ、を有する基地アンテナを用いる基地局をも使用する。基地局は、該ローブ内の全ての移動局からの信号を受信する。従って、移動局の位置を知る必要がない。しかし、移動局が他の角から送信することを抑制することはできない。狭い適応形アンテナローブの使用は、前記位置、またはもっと正確には、移動局からの、また移動局への、受信／送信に対する最良の空間的フィルタ、が知られていることを要求する。これは、移動局の空間的フィルタが、それぞれの新しい呼びのために、基地局間のそれぞれの通話チャネル切替（ｈａｎｄｏｖｅｒ）の後に、測定されなくてはならないことを意味する。
【０００５】
この測定問題は、多くの応用において容易に解決されうる。しかし、移動局が位置を変え、通信チャネルが急速に消失するセルラ移動システムにおいては、この問題は遙かに重要である。さらに、ＧＳＭ規格のような現行の規格は、しばしば、価値ある情報が位置の不明な移動局へ直接送られうるように、広アンテナローブが用いされることを仮定している。これは、適応形アンテナの訓練中に、情報が失われないように特別の注意が払われなくてはならないことを意味する。もう１つの考慮事項は、チャネルへのリンク、すなわち、移動局がいくつかの時間および／または周波数直交チャネルの１つに割当てられうるという事実、である。新しい移動局は、特定のチャネルに対して不適切でありうるが、そのわけは、例えば、それが同じチャネル上の古い移動局に接近しているためである。従って、いかなるトラヒックをも妨害することなく、まず測定を行い、次に移動局を適切なチャネルにリンクさせることが望まれる。換言すれば、空間的直交性を最大化すべきである。
【０００６】
もう１つの重要な考慮事項は、通話チャネル切替測定である。移動局が、基地局からの信号の信号強度を測定しうるように、あるチャネルは、広ローブ内に送信されることが望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、既知および未知の位置を有する移動局が同じシステム内において使用可能であり、同時に移動局の位置に関する知識が干渉を減少させ、かつシステムの容量を増加させるために利用されうるシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のこの目的は、アンテナアレイを用い、また利用可能なトラヒックチャネルを複数のクラスに分割することにより達成される。
本発明の１実施例は、セルラ通信システムの基地局において、アンテナアレイにより信号を送信および受信する方法を開示する。まず、利用可能な通信チャネルが複数のクラスに分割される。次に、基地局は広アンテナローブを有する第１クラスのチャネルにより移動局へ信号を送信する。次に、移動局の位置が、基地局において該移動局から受信した信号から決定されうる。移動局の位置が決定された後、基地局は、狭アンテナローブを有する第２クラスのチャネルによって、移動局へ信号を送信し、また移動局から信号を受信しうる。
【実施例】
【０００９】
次に、本発明を、例としてのみ与えられ添付図面に示されている本発明の実施例に関して詳細に説明する。
以下の説明は、ポータブルまたは移動電話および／または個人通信ネットワークおよび複数の基地局を含むセルラ通信システムに関連するものであるが、本発明が他の通信への応用においても適用されうることは、本技術分野に習熟した者により理解されるはずである。
【００１０】
図１は、送信機１０と受信機１４との間のリンクの概観図を示す。この送信機および受信機は、移動局および基地局の双方に置かれるが、ここでの議論においては、送信機１０は移動局にあり、受信機１４は基地局に置かれている。送信機１０は、チャネル１２を経て信号を受信機１４へ送る。チャネル１２は、インパルス応答ｈ（ｔ）を有する線形伝達関数であるものと考えられ、それは、送信機と受信機との間の全ての変化および位相および信号強度を作り出す。送信された信号ｓ（ｔ）は、チャネルインパルス応答ｈ（ｔ）による影響を受け、受信信号ｒ（ｔ）を形成する。信号ｒ（ｔ）は、適応形アンテナアレイ２０を経て受信機１４によって受信され、該アンテナアレイは受信信号をチャネル推定器１６へ供給し、該チャネル推定器は、ｈ（ｔ）に対するｈ（ｎ）とよばれる離散形近似を計算する。離散形近似ｈ（ｎ）は次に、移動局に対するドップラ周波数の推定値を発生するフェージング周波数推定器１８へ供給される。受信信号はまた復調器／検出器２２へも供給され、これはチャネル推定およびドップラ周波数推定値を用いて信号を復調および検出する。
【００１１】
本発明の１実施例によれば、利用可能なトラヒックチャネルは複数の、例えば２つの、グループまたはクラスに分割される。本発明の１実施例によれば、第１クラスのチャネルは妨害状況（ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ  ｓｉｔｕａｔｉｏｎ）を有するので、基地局は、広アンテナローブを用いて信号を受信し、また広アンテナローブを用いて移動局への信号を送信しうる。第２クラスのチャネルは妨害状況を有するので、受入れうる品質を得るためには、基地局は、狭アンテナローブを用いて信号を送信しなくてはならない。これらのチャネルクラス間の相違は、基地局が狭アンテナローブ内に信号を送信する狭ローブチャネルの方が、かなり高いスペクトル効率を有することである。この高いスペクトル効率は通常、周波数再使用を減少させるため、または多数の空間的に分離されたユーザが同じチャネルにより通信しうるようにするために、用いられうる。通常は、制御チャネルおよびあるトラヒックチャネルは、クラス１チャネルであるべきであり、一方大部分のトラヒックチャネルはクラス２チャネルであるべきである。さらに、クラス１チャネルは、同じ再使用距離および今日現在利用可能な受信機アルゴリズムを用いるべきであり、一方クラス２チャネルは、クラス１チャネルより小さい再使用距離を有しうる。
【００１２】
図２（ａ）は、広ローブチャネルを示す。図示されているように、チャネルｆ１は広い地域に同報通信されるので、複数の移動局は、それらの位置によらず基地局からの同報通信メッセージを受信しうる。図２（ｂ）は、本発明の１実施例による狭ローブチャネルを示す。図示されているように、チャネルｆ２は、チャネルｆ２の方向を制限するための適応形アンテナアレイの空間的フィルタを用いて、限られた地域に同報通信される。その結果、チャネルｆ２は、複数の移動局により、それらの移動局が同一近辺に位置していない限り、個々のメッセージを送信および受信するために用いられうる。
【００１３】
本発明の１実施例によれば、基地局は、広ローブダウンリンクチャネル上に同報通信情報、制御メッセージ、およびページングメッセージを送信する。基地局はまた、広ローブアップリンクチャネル上のそれが有する割当てられた地域内の全ての移動局の通信を聞き、該地域内では、例えば、諸移動局は基地局に対してアクセスリクエストを送りうる。基地局は、アンテナアレイにより周囲の地域からの信号を集める。集められた信号は、次に信号プロセッサに入り、該プロセッサは全ての個々の信号を評価して移動局の存在を検出し、また移動局の位置を測定する。基地局は、移動局の位置が所定レベルの確実性より高いことが決定された後、次にこれらの位置測定値を用いて、特定の移動局へ信号を送るのに用いるアンテナローブの広さを減少させる、すなわち移動局に対しクラス２チャネルを割当てることができる。
【００１４】
クラス１チャネルはまた、新しい呼びのセットアップのため、また基地局間の通話チャネル切替のために用いられる。図３には、本発明の１実施例による代表的な呼びセットアップルーチンが示されている。まず、ステップ３００において、移動局は基地局に対し、クラス１チャネルであるランダムアクセス制御チャネルを経てアクセスメッセージを送る。ステップ３０２において、時刻Ｋにおけるアンテナアレイからのベクトルシーケンスを、アレイ素子の数をＬとして、Ｘ（Ｋ）＝〔Ｘ，（Ｋ）．．．ＸＬ（Ｋ）〕Ｔと表すことにより、このメッセージが検出され、アンテナアルゴリズムに対する訓練シーケンスとして用いられる。メッセージシーケンス｛ｄ（Ｋ）｝１Ｎは、例えば、以下のような最小二乗法の問題における所望信号として用いられうる。まず、ｄ（Ｋ）に最も近いＸ（Ｋ）の１次結合が決定される。換言すれば、ベクトルＷが、（ｄＫ−ＷＨＸＫ）２が最小化されるように決定される。決定されたベクトルＷ０、ただしＷ０＝〔Ｗ．．．Ｗ２〕Ｔ、は次に、移動局からの信号をフィルタ抽出するために用いられうる。次に、ステップ３０４において基地局は、移動局に対し、リクエストされた呼びのために利用しうるクラス１チャネルを割当てる。次に、移動局がそのクラス１チャネルを用いてデータを送信している間に、該移動局の位置が測定されうる。
【００１５】
移動局の位置は、例えば、前に決定されたベクトルＷ０を特徴としうる。また、ビーム形成、ミュージック（ＭＵＳＩＣ）、エスプリ（ＥＳＰＲＩＴ）、およびダブリューエスエフ（ＷＳＦ）のような公知のアルゴリズムを用いて、移動局からの信号の到着方向を決定することも可能である。図４には、ビーム形成の例が示されている。移動局からの信号は、いくつかのローブ、例えば４ローブ、内において受信される。ビーム形成は、例えば、４つの分離された方向性アンテナ４０２を用いて、無線周波信号に対し、またはディジタルフィルタを有するベースバンドに対し、バトラ（Ｂｕｔｌｅｒ）ビーム形成器４０４により行われうる。図５は、移動局からの信号を検出し、かつ復調する１プロセスを示す。ステップ５００において、移動局からの信号がアンテナアレイ４０２により受信される。次にステップ５０２においてローブが形成され、ステップ５０４においてそれぞれのローブからの出力電力が測定される。次にステップ５０６においては、最大の測定電力を有するローブが最良のローブとして選択される。その時、ローブ番号、すなわち、１、２、３、４、が、その移動局の位置の特徴となる。次にステップ５０８において所望信号がフィルタ抽出され、ステップ５１０において該信号が検出され、かつ復調される。得られた信号は次にステップ５１２において、使用可能である、例えば十分な信号強度を有する、か否かチェックされる。もし信号が使用可能でなければ、選択されたローブは、ステップ５１４において使用済みとしてマークを付けられ、ルーチンはステップ５０２へ復帰する。
【００１６】
図６は、移動局ＭＳ１から受信される信号の電力を測定する１方法を示す。アンテナアレイ６０２は複数の信号を受信し、そのあるものはＭＳ１からのものである。該複数の信号は、次に空間的フィルタ６０４によってフィルタされる。この空間的フィルタリングは、アップリンク方向における他方向からの干渉を減少せしめうる。それはまた、基地局から移動局へ向かうダウンリンク妨害をも減少せしめうる。アップリンク方向においては、空間的フィルタの重みＷ１、Ｗ２、Ｗ３、およびＷ４は、フィルタされた信号Ｙ（Ｋ）が、移動局ＭＳ１から受信された信号のみから成るように選択される。ダウンリンク方向においては、空間的フィルタの重みは、ＭＳ１に対する全ての信号がＭＳ２を妨害することなくＭＳ１に到達するように選択される。フィルタされた信号Ｙ（Ｋ）は、次に２乗手段６０６において２乗され、移動局ＭＳ１の瞬間電力を発生する。この瞬間電力は、次に積分器４０８において時間的に平均され、移動局ＭＳ１の時間平均された電力を発生する。図３へ帰ると、新しい移動局の位置および電力レベルがステップ３０６において決定されると直ちに、該移動局はステップ３０８においてクラス２チャネルを割当てられうる。
【００１７】
既知位置を有する移動局への、またそれからの、トラヒックは、狭アンテナローブを用いて特定方向へ送られうる。その結果、干渉は減少せしめられ、多数の移動局が同じ周波数チャネルを用いうる。本発明の１実施例によれば、単一周波数チャネルは同時に５ユーザまでを有しうるが、それに限られるわけではない。ＡＭＰＳ形ＦＤＭＡシステムにアクセスしようとする移動局は、通常そのアクセスリクエストまたは呼びセットアップリクエストを、図２（ａ）に示されている広ローブチャネルを用いて基地局へ送る。その信号は、基地局によって処理され、次に移動局の位置が測定されうる。次に移動局は、図２（ｂ）に示されている狭帯域チャネルを経て送信し、また受信するように命令される。
【００１８】
ＡＤＣ形ＴＤＭＡシステム内のアクティブ移動局は、図７（ａ）および図７（ｂ）に示されているように、通常は基地局への送信のために１つのタイムスロットを用い、基地局からの受信のためにもう１つのタイムスロットを用いる。この送信は、通常は図７（ａ）に示されているような、高い周波数効率を有する狭ローブチャネルを用いる。その後、該移動局は、残余のタイムスロットにより、図７（ｂ）に示されているような広ローブチャネル上の一般的近隣内の基地局からの同報通信情報を自由に聞きうる。
【００１９】
図８には、本発明の１実施例による代表的な呼び通話チャネル切替ルーチンが示されている。ステップ８００において第１基地局が、本技術分野において通常の習熟度を有する者にとって公知である方法の１つを用いての通話チャネル切替が必要であることを決定した時は、ステップ８０２において第１基地局は、移動局を第２基地局へ切替える。次にステップ８０４において第２基地局は、該移動局に利用可能なクラス１チャネルを割当てるので、該移動局は進行中の呼びを続けうる。次に、ステップ８０６において該移動局の位置が、該基地局または該移動局によって漸進的に決定される。ステップ８０８において第２基地局は、該移動局に、利用可能なクラス２トラヒックチャネルを割当てる。さらに、本発明の１実施例によれば、移動局がクラス２チャネル上へ送信しつつある間に、該移動局は、信号が時間的に分離されている限り、クラス１チャネルを監視することにより、通話チャネル切替測定を行いうる。
【００２０】
本発明のもう１つの実施例によれば、クラス２チャネルは広さが可変であるアンテナローブを有し、クラス２チャネルのアンテナローブの広さは全て、クラス１チャネルのアンテナローブの広さよりも小さい。その結果、移動局の位置が漸進的に決定されるのに伴って、基地局は、移動局に割当てられたクラス２チャネルのアンテナローブの広さを漸進的に減少せしめうる。その結果、移動局の信号品質は漸進的に高められうる。
【００２１】
本技術分野において通常の習熟度を有する者ならば、本発明が、その精神または本質的特徴から逸脱することなく、他の特定の形式で実施されうることを認識しうるはずである。従って、ここに開示された実施例は、全ての点において例示的なものであり、限定的なものではないと考えられる。本発明の範囲は、以上の説明によってではなく、添付の請求の範囲によって示され、それと同等のものの意味および範囲内に属する全ての変更は、請求の範囲内に含まれるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】送信機と受信機との間の関係のブロック図。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明の１実施例による１アンテナ配置を示す図。
【図３】本発明の１実施例による呼びセットアップルーチンのフローチャート。
【図４】本発明の１実施例によるビーム形成の例。
【図５】本発明の１実施例による信号の検出および復調のフローチャート。
【図６】本発明の一部の１実施例のブロック図。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、本発明の１実施例によるもう１つのアンテナ配置を示す図。
【図８】本発明の１実施例による基地局間の通話チャネル切替ルーチンのフローチャート。
【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】
2005020790.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005020790.tif 000009
【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年10月25日(2004.10.25)
【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】
セルラ通信システムの基地局においてアンテナアレイにより信号を送信および受信する方法であって、
利用可能な通信チャネルを複数のクラスに分割するステップと、
広アンテナローブを有する第１クラスのチャネルにより複数の移動局へ信号を送信するステップと、
移動局の位置を、該移動局から受信した信号から決定するステップと、
該移動局の位置が決定された時、狭アンテナローブを有する第２クラスのチャネルによって該移動局へ信号を送信するステップと、
該移動局から双方のチャネルクラスの調節可能な広さのローブにより信号を受信するステップと、
を含む、セルラ通信システムの基地局においてアンテナアレイにより信号を送信および受信する方法。