(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アップリンク接続を要求している加入者ステーションとベースステーションとの間にアップリンク接続を確立し、現行接続を加入者ステーションに再割り当てするための無線通信システムに用いられるチャネル割当方法であって、前記ベースステーションはアンテナ要素のアレイ及びＳＤＭＡ処理手段を含んでおり、前記ＳＤＭＡ処理手段は一つ又はそれ以上の加入者ステーションが同じの従来型チャネル上で前記ベースステーションとアップリンクで通信できるようにし、前記同じの従来型チャネル上で通信している各加入者ステーションは前記同じ従来型チャネルの空間チャネル上で通信している、そのような前記方法が（ａ）各従来型アップリンクチャネルに関して、加入者ステーションを従来型アップリンクチャネルに割り当てることにより実現される干渉レベルを示すコスト関数に従ってコストを計算する段階であって、前記コスト関数がベースステーションと通信するための加入者ステーションの空間特性の関数である、そのような段階と、（ｂ）所定のコスト閾値よりもコストが低い従来型アップリンクチャネルの一つを加入者ステーションに割り当てる段階とから成り、
前記ＳＤＭＡ処理手段が、特定の加入者ステーションからのアップリンク信号を、その特定の加入者ステーションに対する一組のアップリンク多重分離重みに従って処理し、且つ前記空間特性が加入者ステーションのアップリンク空間シグネチャの要素であり、前記コスト関数ｃkが、ａkを加入者ステーションの従来型チャネルｋのアップリンク空間シグネチャとし、
0004583509.tif 000131
をチャネルｋ上でのベースステーションのアンテナアレイ応答のサンプル共分散マトリックスとすれば、
0004583509.tif 000132
として計算され、かつ、
前記サンプル共分散マトリックス
0004583509.tif 000133
は、ｉを受信信号ベクトルサンプルインデクスとすれば、従来型チャネルｋ上でベースステーションアンテナアレイにおいて受信される信号ベクトル
0004583509.tif 000134
の平均として、式
0004583509.tif 000135
で見積もられることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記サンプル共分散マトリックス
0004583509.tif 000136
が、Ａkを従来型チャネルｋ上で前記ベースステーションとアクティブに通信している加入者ステーションの全空間シグネチャの列方向連結により形成される空間シグネチャの集合とし、
0004583509.tif 000137
を対角要素がベースステーションと通信している加入者ステーションの平均送信パワーである共分散マトリックスとし、
0004583509.tif 000138
をベースステーションアンテナアレイ受信信号のノイズプラス干渉共分散マトリックスとすれば、式
0004583509.tif 000139
で見積もられることを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記
0004583509.tif 000140
が、
0004583509.tif 000141
をベースステーションと通信していない加入者ステーションの空間シグネチャの集合であり従来型チャネルｋ上の空間シグネチャの列方向連結により形成されるものとし、
0004583509.tif 000142
を対角線要素がベースステーションと通信していない加入者ステーションの平均送信パワーである共分散マトリックスとし、
σ2
を予測される受信機ノイズパワーとし、Ｉを単位行列とすれば、式
0004583509.tif 000143
で見積もられることを特徴とする、上記請求項２に記載の方法。
【請求項４】
アップリンク接続を要求している加入者ステーションとベースステーションとの間にアップリンク接続を確立し、現行接続を加入者ステーションに再割り当てするための無線通信システム用チャネル割当方法であって、前記ベースステーションはアンテナ要素のアレイとＳＤＭＡ処理手段とを含み、前記ＳＤＭＡ処理手段は一つ又はそれ以上の加入者ステーションが同じ従来型チャネル上でベースステーションとアップリンクで通信することを可能にし、同じ従来型チャネル上で通信している各加入者ステーションは前記同じ従来型チャネルの空間チャネル上で通信する、そのような前記方法が、（ａ）各従来型アップリンクチャネルに関して、コスト関数に従って予測コストを計算する段階であって、特定の従来型チャネルに関する前記コスト関数は特定の従来型チャネル上の予測される受信信号品質に基づいており、従来型アップリンクチャネル上の前記受信信号品質は、現行接続に基づいて信号品質を予測するための無線通信システムモデルを使って予測され、前記計算はベースステーションと通信するために加入者ステーションの空間特性を用いる、そのような段階と、（ｂ）予測コストが所定のコストレベルよりも低い従来型アップリンクチャネルの一つを加入者ステーションに割り当てる段階とから成り、かつ、
前記空間特性が前記加入者ステーションのアップリンク空間シグネチャの要素であり、計算する段階（ａ）が、（ｉ）前記新規加入者がチャネルｋに割り当てられる場合に生じる受信アップリンク信号を表す更新共分散マトリックス
0004583509.tif 000144
を予測することにより、チャネルｋを割り当てる前に、ベースステーションでの受信アップリンク信号を表す受信アップリンク信号の共分散マトリックス
0004583509.tif 000145
を更新する段階であって、
ａk
を従来型チャネルｋ上の新規加入者のアップリンク空間シグネチャとし、
0004583509.tif 000146
を従来型チャネルｋ上の新規加入者の送信パワーのスカラー表示とすれば、
0004583509.tif 000147
である、そのような更新する段階と、（ｉｉ）
0004583509.tif 000148
で表されるようなアップリンクの空間多重分離重みベクトル
0004583509.tif 000149
を計算する段階とを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
前記更新される逆共分散マトリックス
0004583509.tif 000150
が、式
0004583509.tif 000151
から得られることを特徴とする、上記請求項４に記載の方法。
【請求項６】
アップリンク接続を要求している加入者ステーションとベースステーションとの間にアップリンク接続を確立し、現行接続を加入者ステーションに再割り当てするための無線通信システム用チャネル割当方法であって、前記ベースステーションはアンテナ要素のアレイとＳＤＭＡ処理手段とを含み、前記ＳＤＭＡ処理手段は一つ又はそれ以上の加入者ステーションが同じ従来型チャネル上でベースステーションとアップリンクで通信することを可能にし、同じ従来型チャネル上で通信している各加入者ステーションは前記同じ従来型チャネルの空間チャネル上で通信する、そのような前記方法が、（ａ）各従来型アップリンクチャネルに関して、コスト関数に従って予測コストを計算する段階であって、特定の従来型チャネルに関する前記コスト関数は特定の従来型チャネル上の予測される受信信号品質に基づいており、従来型アップリンクチャネル上の前記受信信号品質は、現行接続に基づいて信号品質を予測するための無線通信システムモデルを使って予測され、前記計算はベースステーションと通信するために加入者ステーションの空間特性を用いる、そのような段階と、（ｂ）予測コストが所定のコストレベルよりも低い従来型アップリンクチャネルの一つを加入者ステーションに割り当てる段階とから成り、かつ、
前記空間特性は加入者ステーションのアップリンク空間シグネチャの要素であり、チャネルｋ上の予測されるアップリンク受信信号品質レベルを計算するための段階（ａ）が、（ｉｉｉ）アップリンク受信信号を
0004583509.tif 000152
として予測する段階と、（ｉｖ）新規加入者用のアップリンク干渉プラスノイズパワーを
0004583509.tif 000153
として予測する段階と、（ｖ）チャネルｋに関するアップリンクＳＩＮＲを
0004583509.tif 000154
として予測する段階とを更に含み、
0004583509.tif 000155
は従来型チャネルｋ上のベースステーションアンテナアレイ応答のサンプル共分散マトリックスであり、
ａk
は従来型チャネルｋ上の新規加入者のアップリンク空間シグネチャあり、
0004583509.tif 000156
は従来型チャネルｋ上の新規加入者送信パワーを表すスカラーであり、
0004583509.tif 000157
はチャネルｋに関するアップリンク空間多重分離重みベクトルである、ことを特徴とする方法。
【請求項７】
ベースステーションと加入者ステーションとの間にダウンリンク接続を確立するための無線通信システムで用いるチャネル割り当て方法において、前記ベースステーションはアンテナ要素のアレイとＳＤＭＡ処理手段とを含んでいる、そのような前記方法が（ａ）加入者が所与の従来型ダウンリンクチャネルに割り当てられた場合に現行の各従来型チャネルに生じるであろうダウンリンク受信干渉プラスノイズレベルをベースステーションで見積もる段階と、（ｂ）前記見積もられたダウンリンク受信干渉プラスノイズレベルに基づく所定のコスト関数を使って、現行の各従来型ダウンリンクチャネル毎のコストをベースステーションで計算する段階と、（ｃ）計算されたコストが所定の数値よりも低い従来型ダウンリンクチャネルをベースステーションで割り当てる段階とから成り、且つ、現行の各チャネルｋに関するダウンリンク受信干渉プラスノイズレベルＩkを見積もるための前記段階（ａ）が、ノイズ寄与Ｎkと、新規加入者がチャネルｋに割り当てられる場合に生じると予測される第二干渉信号レベルとの合計としてのダウンリンク受信干渉プラスノイズレベルＩkをモデル化する段階と、チャネルｋ上で測定されるダウンリンク受信信号レベルＰkと計算された第一干渉信号レベルとの間の、全ベースステーションがチャネルｋを使うことによる信号レベル差として前記ノイズ寄与Ｎkを見積もる段階とから成り、
前記ＳＤＭＡ処理手段は特定の加入者ステーション用のダウンリンク信号を前記特定の加入者ステーションに関する一組のダウンリンク多重か重みに従って処理し、各加入者ステーションがダウンリンク空間シグネチャを有し、且つ、前記計算された第一干渉信号レベルが
0004583509.tif 000158
として計算され、ここに、
0004583509.tif 000159
であり、
Ｓk,j
はベースステーションｊの送信信号振幅の対角行列であり、
Ａk,j
は従来型チャネルｋ上の加入者ステーションに関するベースステーションｊでの既知のダウンリンク空間シグネチャの列方向連結マトリックスであり、
0004583509.tif 000160
は
Ａk,j
の一般逆行列であり、
0004583509.tif 000161
はベースステーションｊからの従来型チャネルｋ上の新規加入者ステーションに関するダウンリンク空間シグネチャであることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記ＳＤＭＡ処理手段は特定の加入者ステーション用のダウンリンク信号を前記特定の加入者ステーションに関する一組のダウンリンク多重化重みに従って処理し、各加入者ステーションはダウンリンク空間シグネチャを有し、且つ、チャネルｋに関する予測される第二干渉信号レベルが
0004583509.tif 000162
として計算され、ここに、
0004583509.tif 000163
であり、
［・］+
は一般逆行列演算であり、
0004583509.tif 000164
は送信信号振幅の対角行列であり、
Ａk,j
はベースステーションｊにおける従来型チャネルｋ上の加入者ステーションに対する既知のダウンリンク空間シグネチャの列方向連結マトリックスであり、
0004583509.tif 000165
は従来型チャネルｋ上の新規加入者に関するベースステーションｊからの従来型チャネルｋに対するダウンリンク空間シグネチャであり、
ｗ*
はマトリックス
0004583509.tif 000166
の最下位行であることを特徴とする、上記請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ベースステーションと加入者ステーションとの間にダウンリンク接続を確立するための無線通信システムで用いられるチャネル割り当て法において、前記ベースステーションはアンテナ要素のアレイとＳＤＭＡ処理手段を含んでいる、そのような前記方法が、（ａ）加入者ステーションが所与の従来型ダウンリンクチャネルに割り当てられるとした場合の現行の各従来型チャネルに生じるであろうダウンリンク受信ＳＩＮＲレベルを、新規加入者の空間情報を用いてベースステーションで見積もる段階と、（ｂ）前記見積もられたダウンリンク受信ＳＩＮＲレベルに基づき所定のコスト関数を使って、現行の各従来型ダウンリンクチャネルに関するコストをベースステーションで計算する段階と、（ｃ）計算されたコストが所定の値よりも低いダウンリンクチャネルを、ベースステーションで割り当てる段階とから成り、しかも、同じ従来型ダウンリンクチャネル上で２つ以上の空間チャネル上での通信を通信システムがサポートし、前記ＳＤＭＡ処理手段が可能とし、且つ割り当てられた従来型ダウンリンクチャネルがベースステーションによって現行の空間チャネル上で第二加入者ステーションとダウンリンクで通信するために使われている場合には、割り当てられた従来型ダウンリンクチャネル上の前記加入者ステーションに空間チャネルを割り当てる段階を更に含み、かつ、
前記ＳＤＭＡ処理手段は特定の加入者ステーション用のダウンリンク信号を前記特定の加入者ステーションに用の一組のダウンリンク多重化重みに従って処理し、各加入者ステーションがダウンリンク空間シグネチャを有し、計算段階（ｂ）の前記所定のコスト関数は、各チャネルｋ毎のダウンリンク信号対干渉プラスノイズの予測比である
0004583509.tif 000167
に基づいており、ここに
0004583509.tif 000168
であり、
0004583509.tif 000169
であり、
0004583509.tif 000170
はチャネルｋ上の新規加入者に対するダウンリンク多重化重みであり、
0004583509.tif 000171
はチャネルｋ上の新規加入者のダウンリンク空間シグネチャであり、
0004583509.tif 000172
は見積もられた干渉プラスノイズレベルであることを特徴とする方法。
【請求項１０】
ベースステーションと加入者ステーションとの間にダウンリンク接続を確立するための無線通信システムで用いられるチャネル割り当て法において、前記ベースステーションはアンテナ要素のアレイとＳＤＭＡ処理手段を含んでいる、そのような前記方法が、（ａ）加入者ステーションが所与の従来型ダウンリンクチャネルに割り当てられるとした場合の現行の各従来型チャネルに生じるであろうダウンリンク受信ＳＩＮＲレベルを、新規加入者の空間情報を用いてベースステーションで見積もる段階と、（ｂ）前記見積もられたダウンリンク受信ＳＩＮＲレベルに基づき所定のコスト関数を使って、現行の各従来型ダウンリンクチャネルに関するコストをベースステーションで計算する段階と、（ｃ）計算されたコストが所定の値よりも低いダウンリンクチャネルを、ベースステーションで割り当てる段階とから成り、しかも、同じ従来型ダウンリンクチャネル上で２つ以上の空間チャネル上での通信を通信システムがサポートし、前記ＳＤＭＡ処理手段が可能とし、且つ割り当てられた従来型ダウンリンクチャネルがベースステーションによって現行の空間チャネル上で第二加入者ステーションとダウンリンクで通信するために使われている場合には、割り当てられた従来型ダウンリンクチャネル上の前記加入者ステーションに空間チャネルを割り当てる段階を更に含み、かつ、
現行の各チャネルｋに関してダウンリンク受信干渉プラスノイズレベルＩkを見積もるための段階（ａ）が、ノイズ寄与Ｎkと新規加入者がチャネルｋに割り当てられる場合に生じると予測される第二干渉信号レベルの合計として、ダウンリンク受信干渉プラスノイズレベルＩkをモデル化する段階と、チャネルｋ上で測定されるダウンリンク受信信号レベルＰkと計算された第一干渉信号レベルとの間の、全ベースステーションがチャネルｋを使用していることによるの信号レベル差として前記ノイズ寄与Ｎkを見積もる段階とから成り、
前記ＳＤＭＡ処理手段は特定の加入者ステーション用のダウンリンク信号を前記特定の加入者ステーション用の一組のダウンリンク多重化重みに従って処理し、各加入者ステーションはダウンリンク空間シグネチャを有しており、且つ、前記計算された第一干渉信号レベルが
0004583509.tif 000173
として計算され、ここに、
0004583509.tif 000174
であり、
Ｓk,j
はベースステーションｊの従来型チャネルｋへの送信信号振幅の対角行列であり、
Ａk,j
は従来型チャネルｋ上の加入者ステーションに関するベースステーションｊにおける既知の空間シグネチャの列方向連結マトリックスであり、
0004583509.tif 000175
は
Ａk,j
の一般逆行列であり、
0004583509.tif 000176
はベースステーションｊからの従来型チャネルｋ上の新規加入者ステーションに関するダウンリンク空間シグネチャであることを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記ＳＤＭＡ処理手段は特定の加入者ステーション用のダウンリンク信号を前記特定の加入者ステーション用の一組のダウンリンク多重化重みに従って処理し、各加入者ステーションはダウンリンク空間シグネチャを有しており、且つ、チャネルｋに関する予測される第二干渉信号レベルが
0004583509.tif 000177
として計算され、ここに、
0004583509.tif 000178
であり、
［・］+
は一般逆行列演算であり、
0004583509.tif 000179
は送信信号振幅の対角行列であり、
Ａk,j
はベースステーションｊにおける従来型チャネルｋ上の加入者ステーションに対する既知のダウンリンク空間シグネチャの列方向連結マトリックスであり、
0004583509.tif 000180
は従来型チャネルｋ上の新規加入者ステーションに対するベースステーションｊからのダウンリンク空間シグネチャであり、
ｗ*
はマトリックス
0004583509.tif 000181
の最下位行であることを特徴とする、上記請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
関連出願についての説明
本出願は、１９９６年１０月２３日に出願された出願番号第０８／７３５，５２０号「空間一時処理を伴う高スペクトル効率大容量無線通信」と題する審査中の米国特許出願の一部継続出願である。
発明の属する技術的分野
本発明は、無線通信システムに関するものであるが、より厳密には、空間分割多重アクセス（ＳＤＭＡ）技術を時間領域多重アクセス（ＴＤＭＡ）システム、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）システム、及び／又は符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システム等の多重アクセスシステムと組み合わせて使用する固定アクセス或は移動アクセス無線ネットワークに関する。
発明の背景
無線通信システムは一般的に、その作動用に無線周波数（ＲＦ）スペクトルの一部が割り当てられている。割り当てられたスペクトル部分は複数の通信チャネルに分割され、各チャネルは周波数、時間、又はコードが割り当てられることにより、或はこれら割り当ての組み合わせにより区別される。これら通信チャネルそれぞれは従来型チャネルと呼ばれるが、従来型チャネルは特に指定されない限りは全二重チャネルに相当する。通信システム内での通信リンクの確立は、従来型チャネルの可用性のみならず、所定の利用できる従来型チャネルを使用した結果としての通信の質にも依存する。
無線通信システムでは、従来型チャネルはベースステーションと加入者ステーションとの間の通信に使用される。ベースステーションはセルとして知られる地理的区域をその範囲とし、加入者ステーションと公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）のような広域ネットワーク間を接続する存在点であると言える。無線システムでセルを使用する根本的な動機は、地理的に別々の地域でＲＦスペクトルを再使用することである。周波数スペクトルを再使用すると、共通の従来型チャネルを共用する別々のセルのユーザーの間に同一チャネル（インターセル）干渉を引き起こしかねない。同一チャネル干渉が注意深く制御されないと、通信の質が著しく劣化することになる。システムの容量は、許容できる品質を提供する再利用可能なチャネルの数が干渉によって減少することから、一般的には干渉によって左右されるといえる。
従来型チャネルの品質劣化のもう一つの原因は、所定セル内の他の従来型チャネルにより生じる隣接チャネル（イントラセル）干渉である。理想的には、所定セル内では、従来型チャネルはそれぞれ、他の全ての従来型チャネルから完全に隔離される（直交である）べきである。実際のシステムでは、チャネル間の完全直交度は、そのような必要条件がシステム設計に複雑さと費用を課すことになるため、確保することはできない。例えば、隣接チャネル干渉は、ＦＤＭＡシステムではＲＦ搬送波周波数オフセットと不完全なフィルタに、ＴＤＭＡシステムではタイミングオフセットとジターに、そしてＣＤＭＡシステムでは同期性の不正確度又はＲＦ多経路伝播にそれぞれ起因する。
より最近導入されたＳＤＭＡシステム（ロイ他の米国特許第５，５１５，３７８号）では、所定セル内の複数の加入者が、同時に同じ従来型チャネルをお互いに干渉することなく共同使用できるようになっており、更には、多くのセルをカバーする１つの地理的区域内で従来型チャネルを一層頻繁に再使用できるようになっている。ＳＤＭＡは有効システム容量を増すために加入者の空間的分散を活用する。加入者は、セルの全区域にわたり分散している傾向があるので、加入者対ベースステーションのペアそれぞれは、ベースステーションのアンテナアレーが加入者ステーションから信号をどのように受信するのかを特徴とする第１の空間シグネチャと、ベースステーションのアンテナアレーが加入者ステーションに信号をどのように送信するのかを特徴とする第２の空間シグネチャを持つ傾向がある。同じ従来型チャネルを共用している加入者は、別々の空間チャネルを使用していると言える。ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ、及びＣＤＭＡシステムの場合においてと同様に、ＳＤＭＡシステムにおける空間チャネルは、ハードウェア上の制限と多経路伝播のせいで、完全に直交しているとは言い切れない。非空間多重化（例えば、ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ、及びＣＤＭＡ）を、空間処理を使用して制御されるアンテナアレーパターンと組み合わせて使用する場合、本発明ではＳＤＭＡと呼ぶ。実際、空間シグネチャとアンテナアレーは、空間信号処理技術を用いてベースステーションと加入者間の通信の質を向上させるための非空間分割多重アクセスシステム設計で使用することができる。これらの場合には、以下の説明の中でやはりラベルＳＤＭＡを使用することになる。
図１は、無線ＳＤＭＡ  ＴＤ／ＦＤ／ＣＤＭＡシステム（バラット他の米国特許出願番号第０８／３７５，８４８号）の１例であって、（ハンドセットの符号で示している）複数の加入者ステーション２０、２２、２４が、所望のデータサービスや現下の無線システムへの外部への接続を提供するために広域ネットワーク（ＷＡＮ）５６に接続可能となっているベースステーション１００からサービスを受けていることが示されている。ネットワーク切り替え５８は、入信してくるＷＡＮデータをベースステーション１００のライン６０に切り替え、ベースステーション１００から発信される信号をライン５４でＷＡＮに切り替えることにより、ＷＡＮが複数チャネル二重化作動できるように、ＷＡＮ５６とインターフェースしている。受信用ライン６０は、ベースステーションの送信相手である加入者ステーションそれぞれに対し変調信号６４を生成する信号変調器６２に繋がっている。各加入者ステーション毎の空間多重化重み７４のセットが空間マルチプレクサ６６においてそれぞれの変調信号に適用され、送信アンテナアレー１８を使用してマルチチャネル送信機７０のバンクにより送信される空間的に多重化された信号６８を生成する。ＳＤＭＡプロセッサ（ＳＤＭＡＰ）４８は、各従来型チャネル対しての加入者ステーション毎に空間シグネチャを生成して維持し、空間マルチプレクサ６６と空間ディマルチプレクサ４６で使用するために空間多重化及び多重分離化の重みを計算し、新規接続用のチャネルを選択するために受信された信号測定値４４を使用する。このようにして、アクティブ状態の加入者ステーションから受信される信号は、中には同じ従来型チャネル上でアクティブな場合もあるがそれらを含めて、分離され、干渉とノイズが抑えられる。ベースステーションから加入者ステーションへの通信時には、アクティブな加入者ステーション接続及び干渉状況に合わせて調製され最適化されたマルチローブアンテナ放射パターンが作り出される。作り出すことのできる送信アンテナパターンの１例を図２に示す。
図１に戻るが、空間ディマルチプレクサ４６は、マルチチャネル受信機４２と関連するアンテナアレー１９から受信される信号測定値４４を、空間多重分離重み７６に従って組み合わせるが、別々のセットの多重分離重みがベースステーションと交信中のそれぞれの加入者ステーションに適用される。空間ディマルチプレクサ４６の出力は、ベースステーションと交信する加入者ステーション毎に空間的に分離された信号５０であり、その信号が信号復調器５２にかけられ、ベースステーションと交信する各加入者ステーション毎に復調された受信信号５４を作り出す。代替実施例では、多重分離及び復調処理は共に非線形多次元信号処理ユニットで実行される。これで、復調された受信信号５４は切り替えネットワーク５８及びＷＡＮ５６へで使えるようになる。
ＦＤＭＡシステムでは、各マルチチャネル受信器及び各マルチチャネル送信機は、複数の周波数チャネルを取り扱うことができる。他の実施例では、マルチチャネル受信器４２及びマルチチャネル送信機７０は、代わって、ＴＤＭＡシステムでのように、複数のタイムスロットを取り扱ったり、ＣＤＭＡシステムでのように、複数の符号を取り扱ったり、また或いは周知の多重アクセス技術の内のいくつかの組み合わせを扱うことができる（バラット他の米国特許出願番号第０８／３７５，８４８号）。
何百何千という加入者ステーションを網羅する実際のシステムにおいては、ＳＤＭＡ処理を適用して全加入者ステーション間の完全分離、即ち直交を行おうとしても、そのような要件はシステム設計に複雑性と費用を強いることになるので保証されるものではない。ＳＤＭＡ処理後の加入者ステーション接続の分離が保証されなければ、ＳＤＭＡの容量の拡大は制限され、ＳＤＭＡ技術の使からくる加入者間の干渉が発生することになろう。このように実用面で制限を受けるという結果から、干渉を最小限に抑え、それによりＳＤＭＡシステムの有効チャネル容量を最大にする方法が必要とされる。
ＳＤＭＡ処理後に２つ又はそれ以上の加入者ステーションが完全に分離していない、即ち直交でないとしても、ＳＤＭＡ技術を使ってＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、或はＣＤＭＡシステムで共通の従来型チャネルを共同使用することは依然可能である。実用的観点から見ると、加入者ステーション局が、共通の従来型チャネルを共用するために、ＳＤＭＡ処理後完全に分離されていることが必要なわけではない。ＳＤＭＡ処理後に同一の従来型チャネルを共用している加入者間の干渉が、通信の品質を規定レベル以下に下げることのないように十分低ければよいのである。
周波数再使用により生じる干渉及び従来型チャネルと空間チャネルにとっての直交というもろい性質の故に、全ての無線多重アクセス通信システムは、ベースステーションと加入者ステーションの間に新しい通話、即ち新規接続がなされるとき、これらの悪い効果を最小限に抑えるベースステーション及びチャネル割り当てのための方法を必要としている。ベースステーションと加入者ステーションとの間の新規の通話又は接続を表すために、新規加入者及び新規接続という表現が交換可能に使用され、ベースステーションと加入者ステーション間の進行中の通話又は接続を表すためには、アクティブな加入者、現行接続及び現行加入者という表現が交換可能に使用される。注意を怠ると、新規加入者は過剰干渉のせいで劣悪な品質を被るベースステーションとチャネルに割り当てられることになろう。更に、新規加入者の追加が現行の接続上での通信の品質に悪影響を及ぼす結果となるおそれがある。また更に、新規加入者が加わること或は他の無関係な原因に起因して、現行加入者がチャネル干渉の増大に苦しむこともありうるので、許容できる品質を持つ通信を回復するために、加入者達を現に割り当てられているチャネルから新たなチャネルへと移動させる必要も生じるであろう。初期のベースステーションとチャネル割り当てのために使用される方法とよく似た判断処理を用いるチャネルの再割り当て法も必要とされる。
先行技術によるチャネル割り当て及び再割り当ての方法は、受信信号強度標示（ＲＳＳＩ）又は異なる従来型チャネル上の同一チャネル干渉のような物理現象の測定値に基づいている。バーネットは、米国特許第５，５５７，６５７号の中で、ＲＳＳＩに依る上層のセルと下層のセルとの間のハンドオーバーの方法について述べている。ブース（米国特許第５，５５５，４４５号）は、１つの従来型チャネルから別のチャネルへのイントラセルハンドオフが最初に試みられ、ハンドオフが成功したか失敗したかはＲＳＳＩにより表示されるというインターセルハンドオフのための方法について説明している。ヌドセン（米国特許第５，４４８，６２１号）は、各セル内の未使用従来型チャネルの数（即ちセルロード）に依存する、セル間の従来型チャネルを再分配するための方法について説明している。グルーベ他（米国特許第５，３１９，７９６号）は、同一チャネルのユーザーをカバーする区域に受信機を追加して配置し、測定された同一チャネル干渉に関するフィードバック情報をチャネル割り当て制御装置へと送信することにより従来型チャネル上の同一チャネル干渉を測定するための方法について概略を述べている。これらの方法のどれもが、チャネル割り当てと再割り当ての処理について、加入者達の空間分割を考慮に入れてもいなければ、ＲＳＳＩと同一チャネル干渉が一体となってどのように新規接続の信号品質に影響を及ぼすかについても考慮していない。
ハナベ（米国特許第５，４７５，８６４号）は、静的アンテナビームパターンを有するセクターに分けられたセルのためのチャネル割り当て方法について説明している。ハナベは、どの加入者が所定時にアクティブであるのかによって、ビームパターンがダイナミックに変化するフルアダプティブＳＤＭＡシステムを用いると何が起こるかについては考察していない。更に、ＳＤＭＡにより可能となる空間チャネルのチャネル割り当てについては全く言及していない。
同様な空間シグネチャを持つ２人の加入者が同じ従来型チャネルに割り当てられたとすると、同じベースステーション或は２カ所の異なるベースステーションの何れかにおいて、深刻な干渉が発生して双方の加入者に対してチャネルを使用不能にしてしまう。従って、演繹的に、即ち新規接続が所定のベースステーションとチャネルに対して割り当てられる前に、空間チャネル或は従来型チャネルの品質を予測できる、進歩したフルアダプティブＳＤＭＡシステム用の新しいチャネル割り当て法が必要とされている。また、新規接続が現行の接続へ及ぼすインパクトを予報し、必要に応じ通話進入許可制御を実行できる、ＳＤＭＡチャネル割り当て法も必要とされている。このようなベースステーションとチャネルの割り当て、再割り当て、及び進入許可制御方法が利用できれば、ＳＤＭＡ方式は受容できる通信品質を保持しつつ、加入者をより良好に隔離することによりシステム容量を増大させることができるであろう。
発明の概要
本発明は、ダイナミックにアダプティブな空間チャネル条件を備え、従来型チャネルを一層頻繁に再使用することを考慮にいれた、ＳＤＭＡシステムに適するチャネル割り当て、チャネル再割り当て、及び通話進入許可制御のための方法を含む。
アップリンクチャネル割り当てのための３方法、即ち重み付き相関方式、品質予測方式、及び階層方式について説明する。
重み付き相関方式では、新規加入者の空間シグネチャとアクティブな加入者の空間シグネチャの重み付けされた相互関係に基づき、各従来型チャネル毎に費用関数を計算する。アクティブな加入者の空間シグネチャは、費用関数の計算に当たっては、明示的に知られる必要はない。アクティブな加入者のシグネチャに関する知識が何も想定されていないある実施例では、指定された時間サンプルの数に対するアンテナアレー応答の測定値から計算されるサンプル共分散マトリックスの非構造化見積もりを使用して費用関数が形成される。ある代替実施例では、アクティブな加入者の空間シグネチャとノイズプラス干渉共分散マトリックスに基づくサンプル共分散マトリックスの構造化見積もりを使用して費用関数を計算する。ある１つの実施例では、許容できる程に費用の低い従来型チャネルが新規接続に割り当てられる。別の実施例では、最小費用の従来型チャネルが新規接続に割り当てられる。割り当て用のチャネルが選択される母体となる従来型チャネル候補のセットは、新規加入者の費用が指定閾値を下回るチャネルのサブセットに制限されることになる。選択されたチャネルが新規接続を受け入れるに十分なハードウェアリソースが選定されたベースステーションにある場合には、同じ従来型チャネルに対し２人以上の加入者を割り当てることが許される。候補チャネルが見つからない場合には、新規加入者は選ばれたベースステーションには割り当てられない。
品質予測チャネル割り当て方式は、新規加入者が所与のチャネルに割り当てられそのチャネル上でアクティブになると、その結果求められるベースステーションアンテナアレーで受信される信号のサンプル共分散マトリックスの見積もり（予測値）に基づき、アップリンク受信信号パワーと干渉プラスノイズを各従来型チャネル毎に予測するものである。この方式は、指定されたサンプル数に対するベースステーションアレー応答を測定することにより、既にアクティブとなっている加入者から受信した信号のサンプル共分散マトリックスの非構造化見積もりを使用してもよいし、或はそうでなければ本方式では、既にアクティブになっている加入者の空間シグネチャとノイズプラス干渉共分散マトリックスに基づいてサンプル共分散マトリックスの構造化見積もりを使用してもよい。ある１つの実施例では、従来型チャネルに関する費用関数が、そのチャネル上の予測干渉として計算される。また別の実施例では、従来型チャネルに対する費用関数は当該チャネル上の新規接続の予測される信号対干渉プラスノイズ比（ＳＩＮＲ）の負の値として計算される。何れの場合にも、新規加入者は、許容できる程に低い費用で、そうでないなら最低限の費用で、従来型チャネルに割り当てられることができる。割り当て用のチャネルが選択される母体となる従来型チャネル候補のセットは、新規加入者の予測ＳＩＮＲ及び随意的に、アクティブな同一チャネル加入者の予測ＳＩＮＲが、指定閾値より大きくなるチャネルのサブセットに制限される。これら全ての場合において、選択されたチャネルが新規接続を受け入れるに十分なハードウェアリソースが選ばれたベースステーションにある場合には、同じ従来型チャネルに対し２人以上の加入者を割り当てることが許される。候補チャネルが見つからない場合には、新規加入者は選ばれたベースステーションには割り当てられない。
階層方式は、重み付き相関方式を使用して、重み付き相関方式により求められる最低費用のチャネルを代表するチャネル候補のサブセットを選択する。チャネル割り当ては、ここで品質予測方式を候補チャネルのサブセットに適用することにより行われる。
ダウンリンク予測チャネル割り当て方式は、アップリンクチャネル割り当てによる制限がない場合に、加入者に各従来型チャネル毎のダウンリンク受信信号レベルを報告させて、加入者の報告からダウンリンク干渉プラスノイズレベルを推定することにより、新規接続に対して１つの従来型チャネルを割り当てる。ある１つの実施例では、従来型チャネルに対する費用関数は、当該チャネル上のダウンリンク干渉プラスノイズレベルとして計算される。代わりに、各従来型チャネル上の新規接続のダウンリンク空間シグネチャと付随の多重化重みは、更に予測ダウンリンク受信信号レベルを計算するために用いられる。従来型チャネルに対する費用関数は、また、当該チャネルに対する予測ダウンリンクＳＩＮＲの負の値として計算される。何れの場合にも、新規加入者は、受容できる程に費用が低い、或は費用が最小の従来型チャネルに割り当てられる。選択対象となる従来型チャネル候補のセットは、新規加入者の予測ＳＩＮＲ、及び随意的であるが、アクティブな同一チャネル加入者の予測ＳＩＮＲが、指定閾値より大きくなるチャネルのサブセットに制限される。これら全ての場合に、選択されたチャネルが新規接続を受け入れるに十分なハードウェアリソースが選ばれたベースステーションにある場合には、同じ従来型チャネルに対し２人以上の加入者を割り当てることが許される。候補チャネルが見つからない場合には、新規加入者は選ばれたベースステーションには割り当てられない。
更に、アップリンク及びダウンリンクチャネル割り当ての全方式に関して、波高率を計算することにより、何れの特定の従来型チャネル割り当てによっても生成される送信機及び／又は受信機の歪み効果を推定するオプションの歪み基準を付け加えることもできる。ある１つの実施例では、この効果は、特定のチャネル割り当て方式に対する費用関数を波高率コストと共に増加させることにより表される。その好適実施例では、効果は、従来型チャネルの選択を受容できる程度の低い波高率を持つチャネル中に制限することにより表される。
アップリンク−ダウンリンク一体型チャネル割り当て方式は、アップリンク方式の費用関数とダウンリンク方式のそれを組み合わせて一体型の費用関数を作り出す。新規加入者は、受容可能な低い一体型費用或は最小限の一体型費用を有する従来型チャネルに割り当てることができる。選択対象となる従来型チャネル候補のセットは、アップリンク方式とダウンリンク方式の制約を満たすチャネルのサブセットに制限される。選択されたチャネルが新規接続を受け入れるに十分なハードウェアリソースが選ばれたベースステーションにある場合には、同じ従来型チャネルに対し２人以上の加入者を割り当てることが許される。候補チャネルが見つからない場合には、新規加入者は選ばれたベースステーションには割り当てられない。
チャネル割り当ての全方式は、何れの特定のベースステーションとも関連する従来型チャネル候補のセット、或はそうでなければ複数のベースステーションに関連する従来型チャネル候補のセットの何れかに適用することができる。後者の実施例では、チャネル割り当て方式は、新規接続に対する従来型チャネルの選択に加えベースステーションの選択も行う。
チャネル再割り当ては、加入者がそこからの再割り当てを希望する従来型チャネルを従来型チャネル候補から除外するように変更をすれば、上述のチャネル割り当て方式の何れによっても実行できる。
通話進入許可制御のための方法には、選択された従来型チャネルを新規接続に割り当てる費用を指定閾値に比較することと、閾値を越える場合には選択されたチャネルを割り当て、そうでなければ選択されたチャネルを拒絶することとを含む重み付き相関方式と、選択された従来型チャネルの予測されるアップリンク及び／又はダウンリンクＳＩＮＲを対応する指定されたアップリンク及び／又はダウンリンクＳＮＩＲ閾値と比較することと、候補ＳＩＮＲが閾値を越える場合には選択されたチャネルを割り当て、そうでなければ割り当てを阻止することとを含む予測方式と、システムの通話負荷を見積もることと、進行中の通話の数を標示する通話負荷閾値を指定することと、見積もられた通話負荷を通話負荷閾値と比較することと、見積もられた負荷が閾値未満であれば選択されたチャネルを割り当て、そうでないなら割り当てを阻止することとを含む、ＳＤＭＡシステム及び非ＳＤＭＡシステムに適用できる一般的な負荷見積もり方式とが含まれる。
【図面の簡単な説明】
図１は、ＳＤＭＡシステムの線図である。
図２は、３つの多重化重みベクトルから生成される、ＳＤＭＡマルチチャネル送信機のアンテナの線図である。
図３（ａ）は、チャネル割り当てのための重み付き相関方式のフローチャートである。
図３（ｂ）は、共分散マトリックスの非構造化式を計算するためのフローチャートである。
図３（ｃ）は、共分散マトリックスの構造化式を計算するためのフローチャートである。
図４は、チャネル割り当てのための品質予測方式のフローチャートである。
図５は、チャネル割り当てのための階層方式のフローチャートである。
図６は、ダウンリンク予測チャネル割り当て方式のフローチャートである。
図７は、通話進入許可制御の３通りの方法のフローチャートである。
発明の詳細な説明
全二重通信チャネルのチャネル割り当てには、アップリンクチャネル（加入者からセルベースステーションへ）とダウンリンクチャネル（セルベースステーションから加入者へ）両方の選択が含まれる。半二重チャネル割り当ては全二重問題の特別の事例と見なせる。アップリンクチャネル上の干渉が基本的には他の加入者ステーションから発生するものであるのに対し、ダウンリンクチャネル上の干渉は主として他のセルの基地局によって引き起こされる。その結果必然的に、アップリンクチャネル上の通信の品質とダウンリンクチャネル上の通信の品質とは一般的に異なる。本発明の１つの実施例では、アップリンクチャネル割り当てとダウンリンクチャネル割り当ては独立して別々に行われ、アップリンク及びダウンリンクチャネルの選択に制約がないので、最大システム容量を達成できる可能性を提供する。しかしながら、多くの実用システムでは、アップリンクとダウンリンクチャネル間に、独立選択が不可能になるような固定関係を課している。
例えば、パーソナル・ハンディフォン・システム（ＰＨＳ）標準（１９９５年１２月の標準全体会議で認可された電波産業会（ＡＲＩＢ）暫定標準、バージョン２、ＲＣＲ  ＳＴＤ２８）では、アップリンク及びダウンリンクチャネルは全二重チャネルを形成しており、同一のＲＦ搬送波上になければならず、このためアップリンクとダウンリンクチャネルの搬送波周波数を独立して規定することはできない。また、ダウンリンク時分割多重化タイムスロットは、アップリンクタイムスロットに丁度４タイムスロット分だけ先行するものであると規定されている。このようなシステムにとっては、アップリンク或はダウンリンクチャネルのどちらか一方を選択すると、自動的にもう片方の選択が確定する。ある１つの実施例では、全二重チャネルの選択は、システムの現行ルールに則り、アップリンクチャネル割り当てを実行し、ダウンリンク割り当てを特定することによって実現される。この方法は、全二重チャネルシステムの容量が基本的に、アップリンクチャネル容量に制限される場合には有利である。もう一つの実施例では、全二重チャネルは、ダウンリンクチャネル割り当てを行い、且つアップリンク割り当ての選定がシステムのルールにより固定されるようにすることによって選定される。この方法は、システムが基本的にダウンリンクチャネル容量に制限される場合には望ましい。別の実施例では、アップリンク及びダウンリンクチャネルの割り当ては、アップリンクとダウンリンクのチャネルペアそれぞれを１つの単位として評価して新規加入者に１番良いアップリンクとダウンリンクのペアを割り当てることにより一体的に考えられる。この方法は、チャネル容量がアップリンク又はダウンリンクチャネル容量のどちらにも左右されないようなシステムにとって望ましい。
チャネル割り当てに関して他に考慮することは、ＲＦパワー増幅器（ＰＡ）のダイナミックレンジと、ベースステーション送信機アーキテクチャが広帯域と狭帯域のどちらであるかという点である。ＰＡのダイナミックレンジは、低パワー端はノイズフロアにより、そして高パワー端は増幅された信号の歪みが許容可能な低いレベルに止まるＰＡ出力により、それぞれ限定される。チャネル割り当て法は、必要送信パワーがチャネル毎に異なるので、チャネルの選択に当たってはＰＡのダイナミックレンジ特性を意識せねばならない。
ベースステーションの送信機のＰＡもまた、別々の周波数のＲＦ副搬送波を混ぜ合わせることに起因して相互変調歪を生成する。狭帯域ＲＦ送信機アーキテクチャでは、各副搬送波毎に放出されるパワーは、異なる副搬送波の混成が起こらないように別々のＰＡにより提供され、相互変調歪を大幅に低減させている。更に、各ＰＡによる帯域内混成が副搬送波帯域をはみ出すことから生じる歪み積はフィルターに掛けて、他の副搬送波と干渉を引き起こしかねないこの歪み積を最小化することができる。反対に、広帯域ＰＡを備えた送信機は、副搬送波の群を同時に増幅する複数搬送波パワー増幅器（ＭＣＰＡ）を使用しているので、異なる副搬送波を混ぜ合わせることにより相互変調歪が生じる。このように生成される相互変調歪は、加入者信号を搬送する副搬送波帯域の群と重なり、分離してフィルターに掛けることができない。ＭＣＰＡは、複数搬送ＲＦ信号が存在するせいで、相互変調積を生んでしまう。相互変調歪が非常に低いＭＣＰＡを作ることは可能ではあるが、そうするための費用は非常に高い。このような訳で、ＰＡアーキテクチャを考慮にいれ、且つ費用の低い解決策を使用できるようにすることにより、相互変調歪の影響を和げる助けとなるチャネル割り当て法が必要とされている。
広帯域受信機アーキテクチャにも、歪みに伴う似た問題が存在する。例えば、受信機の非線形のソースには、ＲＦミキサー、低ノイズ増幅器、及びアナログ−デジタル変換器が含まれる。チャネル割り当てアルゴリズムは、この情報を考慮にいれねばならず、そうしないとネットワークの容量は悪影響を受けかねない。
先に説明したようにＳＤＭＡには、特定の従来型チャネル上の加入者とベースステーションから成るペア毎に２つの空間シグネチャが関係している（米国特許出願番号題０８／３７５，８４８号、バラット他）。ベースステーションは、加入者ステーションがベースステーションのアンテナアレーにより送信されてくる信号をどのように受信するのかに関しては、受信、即ちアップリンク空間シグネチャを各加入者ステーションと結び付け、またベースステーションのアンテナアレーが加入者ステーションにより送信される信号をどのように受信するのかに関しては、送信、即ちダウンリンク空間シグネチャを各加入者ステーションと結びつける。送信及び受信空間シグネチャは、ベースステーションの各アンテナ要素送信機及び受信機それぞれのＲＦ信号の振幅減衰と相対位相についての情報を内包している。各送信機と受信機の振幅及び位相情報は、複素列ベクトルａであるベクトル要素｛ａi｝として扱うことができる。空間シグネチャは、データベースに記憶して指定された間隔で更新することもできるし、或は加入者からの新規接続が開始されるとき通話セットアップの初期位相の間に見積もってもよいし、又は分析的に求めることもできる（米国特許第５，５１５，３７８号、ロイ他）。例えば、ＰＨＳの場合には、リンクチャネル確立位相は、割り当てリンク（トラフィック）チャネル（ＬＣＨ）上で交信する前に、信号制御チャネル（ＳＣＣＨ）上に起きる。このリンクチャネル確立位相の間に、新規加入者の空間シグネチャを計測することができる。
空間シグネチャには、加入者との通信に対する能力についての情報が含まれている。
0004583509.tif 000002
を加入者ｉとｊそれぞれに対する従来型チャネル上の受信空間シグネチャとすると、それらの正規化された絶対内積は、
0004583509.tif 000003
と定義され、ここに｜｜は複素係数、
0004583509.tif 000004
は複素共役転置行列、そして‖‖は複素ベクトルのユークリッドノルムを表す。
0004583509.tif 000005
の正規化された絶対内積は、同一の従来型チャネル上で加入者ｉ及びｊと同時に交信する能力を示している。直交シグネチャは正規化された内積がゼロであって、これは加入者間では、同一の従来型チャネルを双方が共用している場合でも、干渉が発生しそうにないことを示している。正規化絶対内積値が大きいことは、双方の加入者が同一の従来型チャネルを共用しようとすれば、干渉の問題が予想されることを示している。しかしながら、チャネル割り当ての基準として正規化絶対内積を利用する際には、２つの問題点があり、その１つは、隣接するセルの全加入者の全チャネルに関して空間シグネチャの進路を追うことがあまりにも困難（即ち複雑及び／又は高価）であるという点であり、もう１点は、例えば、異なるセル内の加入者は大きな空間シグネチャ間の正規化絶対内積を有し、彼らが長い距離をおいて隔離されるか或は損失の大きいＲＦ伝播経路により隔離されるなら干渉が起こらないので、大きな正規化絶対内積が必ずしも干渉問題を表すものとは限らないという点である。従って、所与の従来型チャネル上で周囲の加入者から受信される信号レベルもまた、そのチャネル上に許容できないレベルの干渉が発生するかどうかを左右する。
アップリンクチャネル割り当てに対しては幾つかの選択できるアプローチが利用可能であって、それぞれに相対的な複雑性と性能特性が異なるが、重み付き相関方式、品質予測方式、及び重み付き相関方式と品質予測方式を組み合わせた階層方式がある。
重み付き相関方式は、ｋ番目の従来型チャネルにとっての２次の費用関数を、
0004583509.tif 000006
と定義し、ここに、ａkはの従来型チャネルｋ上の新規加入者のアップリンク空間シグネチャであり、
0004583509.tif 000007
は従来型チャネルｋのアンテナアレー応答のサンプル共分散マトリックスである。空間シグネチャａkは通常は通話セットアップ中に見積もられるか、或はデータベースに記憶され指定間隔で更新される。アクティブな加入者の空間シグネチャについての演繹的知識を必要としないサンプル共分散マトリックスの非構造化見積もりは、普通、図１の各アンテナ要素受信機で受信される信号を幾つかのタイムサンプルにわたり測定して平均を出すことにより
0004583509.tif 000008
で計算できる、ここに
0004583509.tif 000009
は従来型チャネルｋ上の時間ｉにおけるアンテナアレーの受信信号のベクトルであり、ｎはタイムサンプルの数である。例えば、ＰＨＳシステムでは、ｎはＰＨＳバーストにおけるデータ符号の数に成るように選定される。ある１つの実施例では、新規加入者の通話は、許容できる費用ｃkで従来型チャネルに割り当てられている。許容できる費用レベルは、ベースステーションと加入者ステーションの間の通信に対する許容可能なビットエラーに相当するものになると言える。その好適実施例では、新規加入者の通話は、費用関数即ち式（１）のｃkが最小となる従来型チャネルに割り当てられる。選定されたチャネルが新規接続を受け入れるに十分なハードウェアリソースが選択されたベースステーションにある場合には、同じ従来型チャネルに対して２人以上の加入者を割り当てることができる。
0004583509.tif 000010
の非構造化見積もりを式（１）で使用すると、上述のチャネル割り当ては異なるベースステーションの間に何れの形態の情報交換或は通信も欠いたままに作動できる。非構造化見積もりを行うことにより、全アクティブ加入者についての空間シグネチャは、隣接セルだけでなく同一セル内においても、それらを１つ１つ明示的に測定しなくとも考慮に入れられてきた。
代わりに、アクティブな加入者の空間シグネチャについてのどんな知識でも利用するサンプル共分散マトリックスの構造化見積もりを計算してもよい。ＳＤＭＡを採用している無線システムでは、ベースステーションは空間シグネチャを知って、更新相手のアクティブな加入者の信号パワーを送信してもよい。従って、代替実施例では、式（１）の費用関数は、サンプル共分散マトリックス
0004583509.tif 000011
の構造化見積もりを、
0004583509.tif 000012
として行うことにより計算できるが、ここに、Ａkは、新規接続と同じセル内のアクティブな加入者の従来型チャネルｋ上の空間シグネチャの列方向連結により形成される空間シグネチャの集合であり、
0004583509.tif 000013
は、その対角線要素が新規接続と同じセル内の従来型チャネルｋ上のアクティブな加入者の平均送信パワーとなる予想される相互相関マトリックスであり、
0004583509.tif 000014
はベースステーションアンテナアレーで受信される信号に対するノイズとインターセル干渉の寄与を内包する、ノイズプラス干渉共分散マトリックスである。
0004583509.tif 000015
は、チャネルｋ上の且つ新規接続と同じセル内のアクティブな加入者が送信をしていないときの時間的間隔の間に図１の各アンテナ要素受信機に受信される信号を測定し、次に時間について式（２）のようにして平均をとることにより見積もることができる。代わりに、仮にアクティブな加入者全員の空間シグネチャと送信パワーが各ベースステーションで入手できるなら、
0004583509.tif 000016
は、
0004583509.tif 000017
として見積もることができ、ここに、
0004583509.tif 000018
は、その対角線要素が新規接続のセルとは別のセル内の従来型チャネルｋ上のアクティブな加入者の平均送信パワーとなる予想される相互相関マトリックスである。
0004583509.tif 000019
は、新規接続のベースステーションで受信される新規接続のセルとは別のセルのアクティブな加入者の従来型チャネルｋ上の既知の空間シグネチャの列方向連結により形成される空間シグネチャの集合である。Ｑは見積もられた受信機ノイズ共分散マトリックスである。Ｑの中身は、ユーザーにより選定された調整パラメータと見なすこともできる。通常、多くの場合、Ｑ＝σ2Ｉであり、ここに、Ｉは単位行列、σ2は見積もられた受信機ノイズである。
ある１つの実施例では、新規加入者の通話は、費用ｃkが許容できる従来型チャネルに割り当てられる。その好適実施例では、新規加入者の通話は、式（１）の費用関数ｃkが最小になる従来型チャネルに割り当てられる。選定されたチャネルが現行の接続に加えて新たな接続を受け入れるに十分なハードウェアリソースが選択されたベースステーションにある場合には、同じ従来型チャネルに対して２人以上の加入者を割り当てることができる。
典型的なＳＤＭＡシステムでは、式（２）又は（３）のサンプル共分散マトリックスは各チャネルにとっての空間処理の一部として計算され、継続的に更新されるので、チャネル割り当てに際してサンプル共分散マトリックスを計算し直す必要がなくなるわけである。
新規接続をある特定の従来型チャネルに割り当てる結果としての通信の品質を予測することによる品質予測チャネル割り当て方式を使用することによって、チャネル割り当ては更に改良される。これは、仮に新規加入者がＲＦ環境のモデルとＳＤＭＡ処理を使用することにより、各従来型チャネルに割り当てられる場合に、当該チャネル上で経験することになるであろう信号パワーと干渉プラスノイズパワーを見積もることによって、通話を何れかの従来型チャネルに実際に割り当てることをしなくとも実現される。
0004583509.tif 000020
は新規加入者が従来型チャネルｋに割り当てられる前のサンプル共分散マトリックスを表し、
0004583509.tif 000021
は新規加入者が従来型チャネルｋに割り当てられそこでアクティブになる場合の予測される共分散マトリックスを表すものとしよう。先に述べたように、
0004583509.tif 000022
は非構造化見積もり（式２）又は構造化見積もり（式３）の何れかにより計算できる。好適実施例では、
0004583509.tif 000023
の関係は、
0004583509.tif 000024
により式に表され、ここに、ａkは従来型チャネルｋ上の新規加入者のアップリンク空間シグネチャであり、
0004583509.tif 000025
は従来型チャネルｋ上の新規加入者の送信パワーを表すスカラー量である。
好適実施例では、従来型チャネルｋ上の新規加入者に対するアップリンク空間多重分離重み
0004583509.tif 000026
は、桁ベクトル、
0004583509.tif 000027
として表される。
なお、上の数式では
0004583509.tif 000028
の逆数が必要であるが、逆数をコンピュータで計算するのは費用が高くつくので一般には望ましくないことに注意されたい。しかしながら、式（５）の
0004583509.tif 000029
のモデルを利用することにより、そしてシャーマン−モリソンの転置公式（メリーランド州、ボルティモアのジョン・ホプキンズ大学出版、１９８３年のゴルブ他による「行列計算」の３ページ）を引き出すことによって、
0004583509.tif 000030
の逆数は、
0004583509.tif 000031
のように表すことができる。
従ってこの数式を使用すれば、逆行列の計算は一連の単純な行列乗算計算へと縮小することができる。更に、典型的なＳＤＭＡシステムでは、新規加入者が従来型チャネルｋに割り当てられる前のサンプル共分散マトリックスの逆数
0004583509.tif 000032
は計算されており、各従来型チャネルｋ上の既にアクティブな加入者にとっての空間処理の一部として継続的に更新されているので、式（７）を用いる際にそれを計算する必要はない点に注目されたい。
新規加入者をチャネルｋに割り当てる結果生じるアップリンク信号パワーの予測値
0004583509.tif 000033
は、
0004583509.tif 000034
のように見積もられ、新規加入者に対するアップリンク干渉プラスノイズパワー
0004583509.tif 000035
は、
0004583509.tif 000036
のように見積もられる。
各従来型チャネルｋにつき
0004583509.tif 000037
が計算されると、各チャネルｋ上の新規接続のアップリンク信号対干渉プラスノイズ比（ＳＩＮＲ）は、
0004583509.tif 000038
により見積もられる。
ある１つの実施例では、従来型チャネルｋの費用関数は
0004583509.tif 000039
として計算される。新規加入者は、計算された費用が許容できる程の低さである１つ目の従来型チャネルか、又は費用が最小である従来型チャネルの何れかに割り当てられる。（許容できる程に低い計算された費用とは、ある１つの定義では、加入者とベースステーションの間の最大許容ビットエラーレートに相当する費用に等しいかそれよりも低い費用のことである。）理論的根拠は、新規加入者に割り当てられた、現行の加入者からの干渉が許容できる程に低いある従来型チャネルは、逆に、新規加入者が現行加入者との間に許容できる程に低い干渉しか生み出さないチャネルになる傾向をもつということである。
代わりの実施例では、何れの従来型チャネルｋに関しても費用関数は−ＳＩＮＲk、即ち当該チャネル上の予測ＳＩＮＲの負の値として計算される。新規加入者は、計算された費用が許容できる程に低くなる最初の従来型チャネルか、又は費用が最小である従来型チャネルの何れかに割り当てられる。この方法は、当業者にはよく知られているように送信パワーレベルを制御する手段を採用している無線システムにとって有用であるが、これに限定されるものではない。このように、新規加入者は最も低い送信パワーを使用して、システムの干渉を最大限に低減させることができる。しかしながら、様々な理由（例えばパワーの制御範囲が非常に制限されている場合など）により、従来型チャネル割り当てが常に、品質予測チャネル割り当てについて先の段で説明したルールに則って行えるとは限らない。
上記２つの段落で説明した実施例の何れに関しても、チャネル割り当て方法が選定する対象となるチャネル候補のセットは、新規接続の予測される信号対干渉プラスノイズ比が指定閾値を越えるチャネルのサブセットに制約されることになる。普通は、閾値は加入者ステーションとベースステーションとの間の接続にとって許容できるビットエラーレートを維持するために必要なＳＩＮＲに、またはそのＳＩＮＲに近い値に設定される。
ＳＤＭＡを採用している無線システムにおいては、ベースステーションは一般に、通信相手となるアクティブな加入者の空間シグネチャ及び送信パワーを知っている。同一チャネルでアクティブな加入者についての知識は、仮に新規接続がチャネルｋに割り当てられる場合に、各従来型チャネルｋ上の同一チャネル上アクティブ加入者ｉそれぞれが経験するアップリンク信号対干渉プラスノイズ比であるＳＩＮＲk,jを、何れの従来型チャネルに対しても実際に通話を割り当てること無しに予測するための品質予測チャネル割り当て方式で随意的に活用してもよい。従来型チャネルｋ上の同一チャネルアクティブ加入者ｉのアップリンク送信信号パワーとアップリンク空間シグネチャを、それぞれｒk,iとａk,iと表すことにする。次に、各従来型チャネルｋ上の各同一チャネルアクティブ加入者ｉに対しての、予測される空間多重分離重み
0004583509.tif 000040
予測されるアップリンク信号パワー
0004583509.tif 000041
及び予測されるアップリンク干渉プラスノイズパワー
0004583509.tif 000042
が、
0004583509.tif 000043
として計算され、ここに
0004583509.tif 000044
は、新規加入者が割り当てられチャネル上でアクティブな状態になる場合、その従来型チャネルｋ上のアクティブな加入者ｉと現在交信中のベースステーションにおける予測されるサンプル共分散マトリックスを表す。
0004583509.tif 000045
は、式（７）と同じように、即ち
0004583509.tif 000046
と計算されるが、ここに、
0004583509.tif 000047
は従来型チャネルｋ上でアクティブな加入者ｉと現在交信中のベースステーションに対する新規加入者のアップリンク空間シグネチャであり、
0004583509.tif 000048
は従来型チャネルｋ上でアクティブな加入者ｉと現在交信中のベースステーションにおけるサンプル共分散マトリックスである。チャネルｋ上のアクティブな加入者ｉの予測アップリンクＳＩＮＲ、即ちＳＩＮＲk,iは、ここで
0004583509.tif 000049
として計算される．
品質予測チャネル割り当て方式では、従来型チャネルｋ上の全アクティブ加入者の予測アップリンクＳＩＮＲが指定閾値を越える場合にのみ、従来型チャネルｋへの新規加入者の割り当てを許可するように更に制約をつけることも任意に行える。
階層方式は、従来型チャネル割り当てに関して、複雑性の低い重み付き相関方式を、最も費用の低い従来型チャネルの小型サブセットを選択するための手段として適用し、次により最適化された品質予測方式を、最適の従来型チャネルを選択するためにその小型サブセットに適用することにより、重み付き相関方式と品質予測方式の利点を組み合わせたものである。
先の説明では、加入者からベースステーションへのアップリンクチャネルの割り当てに着目して考察してきた。これからは、ベースステーションから加入者ステーションに向けてのダウンリンクチャネルの割り当てについて考えていく。
通話セットアップの初期位相の間に、例えば、加入者ステーションは、従来型全チャネル上のダウンリンク受信パワーレベルを測定して、測定値をベースステーションに報告する。この方法は、これにより過剰な遅れ（セットアップ時間）が発生しない場合には望ましい。代わりに、各加入者ステーションは、通話が実際に行われていない場合にはいつでも、全ての従来型チャネル上のダウンリンク受信パワーレベルを周期的にポーリングすることができる。受信されるパワーレベルは、空きチャネルで指定の間隔毎にベースステーションに送り返すこともできるし、或は加入者ステーションに記憶して更新し、全パワーレベル又はパワーレベルのサブセットを通話セットアップ時にベースステーションに伝えることもできる。これらの方法を使用して、ベースステーションは、新規加入者に関する従来型チャネルの全て或は１つのサブセット上での受信されるパワーレベルの最近の記録を持つ。
ある１つの実施例では、従来型チャネルｋ上の新規加入者により測定される受信パワーレベルＰkは、従来型チャネルｋ上のダウンリンク干渉プラスノイズパワー
0004583509.tif 000050
の見積もり値として用いられる。代わりに、
0004583509.tif 000051
の見積もりは、テスト間隔を導入することにより、新規加入者と同じセル内の１人或はそれ以上の現行加入者を既にサポートしている何れの従来型チャネルｋに対しても更に精度を上げることができる。テスト間隔の持続時間は、普通は、図１のＳＤＭＡＰによるダウンリンク多重化重みの更新と更新の間の期間の小さい倍数（例えば１から５の間）になるように選定される。このテスト間隔の間に、チャネルｋ上の現行加入者は、新規加入者が既にチャネルｋに割り当てられたかのように、自身の多重化重みを調節する。空間多重化重みを計算するための方法はバラット他による米国特許出願番号第０８／３７５，８４８号に説明されている。このテスト間隔の後半部分では、新規加入者ステーションはチャネルｋ上のダウンリンク受信パワーを測定してベースステーションにその測定値を報告することができる。テスト間隔の終りに、チャネルｋ上の現行加入者は、新規加入者がチャネルｋから除かれてしまったかのように自身の多重化重みを再調節する。ベースステーションは、次にテスト間隔中に測定されたダウンリンク受信パワー
0004583509.tif 000052
を、精度を上げられた
0004583509.tif 000053
の見積もり値として使用する。
従来型チャネルｋに対する費用関数は
0004583509.tif 000054
であると定義される。ある１つの実施例では、新規加入者の通話は、許容できる費用の従来型チャネルに割り当てられる。別の実施例では、新規加入者の通話は、費用関数が最小になる従来型チャネルに割り当てられる。選定されたチャネルが現行接続に加えて新規接続を受け入れるに十分なハードウェアリソースが、選択されたベースステーションにある場合には、同じ従来型チャネルに対して２人以上の加入者を割り当てることができる。
新規接続をある特定の従来型チャネルに割り当てる結果として生じる通信の品質を予測することにより、ダウンリンクチャネル割り当てが更に改良される。これは、仮に新規加入者が各従来型チャネルに割り当てられる場合に当該チャネル上で経験することになるであろうダウンリンクＳＩＮＲを予測することによって、通話を何れかの従来型チャネルに実際に割り当てることなく実現される。
ダウンリンク上の新規加入者の空間シグネチャは、各従来型チャネルについて見積もられる。時分割二重化（ＴＤＤ）システムの場合には、新規加入者のダウンリンク空間シグネチャは、２つのリンクのキャリブレーションを介してアップリンクシグネチャに関連づけることができる。キャリブレーション方法についての説明は、ロイ他に依る米国特許第５，５４６，０９０号にある。ダウンリンク空間シグネチャを見積もる他の方法は、バラト他による米国特許出願番号第０８／３７５，８４８号に述べられている。
次に従来型チャネルｋに対するダウンリンク空間多重化重み
0004583509.tif 000055
を見積もる。ＴＤＤシステムでは、ダウンリンク重み
0004583509.tif 000056
は、２つのリンクのキャリブレーション（ロイ他による米国特許第５，５４６，０９０号）を介して、先に説明した式（６）のアップリンク空間多重化重み
0004583509.tif 000057
に関連づけられる。ダウンリンク重みを見積もるための他の方法は、バラット他による米国特許出願番号第０８／３７５，８４８号に述べられている。
従来型チャネルｋについてダウンリンク空間シグネチャ
0004583509.tif 000058
と空間多重化重みベクトル
0004583509.tif 000059
が入手できると、従来型チャネルｋ上の新規加入者により受信されるダウンリンク信号パワー
0004583509.tif 000060
は、
0004583509.tif 000061
のように予測できる。
ダウンリンク干渉プラスノイズパワーレベル
0004583509.tif 000062
は上述のようにＰk或はＰ’kにより見積もられる。Ｐkの選定は、現行の加入者に対して混乱を最小にできるという利点がある一方で、Ｐ’kは精度がより優れているといえる。
0004583509.tif 000063
を見積もるためのある代替方法は、より多くの計算という犠牲を払うが、テスト間隔を用いることなく、ＰkとＰ’kの利点を組み合わせる。この方法は、Ｐkが既知のものと仮定して開始し、Ｐkのモデルを、
0004583509.tif 000064
として構築するが、ここに、
0004583509.tif 000065
はベースステーションｊからその多重化重みが知られていない新規加入者への従来型チャネルｋ上のダウンリンク空間シグネチャであり、Ｎkはノイズと干渉からの受信するパワーへの寄与であり、
0004583509.tif 000066
は従来型チャネルｋ上の（桁ベクトルとして表される）アクティブな各加入者の多重化重みを列方向に連結することにより形成され、且つベースステーションｊにより提供される多重化重みマトリックスであり、そして合計は、重みマトリックス
0004583509.tif 000067
と空間シグネチャ
0004583509.tif 000068
が知られている全ベースステーションにわたって計算される。例えば、
0004583509.tif 000069
は、新規通話のベースステーションと同じベースステーションにより提供されるチャネルｋ上のアクティブな加入者の重みから成り、
0004583509.tif 000070
はこのベースステーションから新しい通話へのチャネルｋ上の対応する送信空間シグネチャから成る。次に、
0004583509.tif 000071
即ち新規加入者の存在を考慮に入れた、ベースステーションｊにより提供されるチャネルｋ上のアクティブな加入者についての多重化重みマトリックスが計算される。
0004583509.tif 000072
の計算方法はたくさんある。例えば、
0004583509.tif 000073
は、
0004583509.tif 000074
のように表すことができ、ここにＡk,jは従来型チャネルｋ上のアクティブな加入者のベースステーションｊにおける既知の空間シグネチャの列方向連結により形成されたマトリックスであり、
0004583509.tif 000075
はＡk.jの一般逆行列（メリーランド州、ボルティモアのジョン・ホプキンス大学出版、１９８３年のゴルブ他による「行列計算」を参照）であり、Ｓk,jは（加入者がベースステーションｊと交信していない場合はゼロになる）信号振幅の対角行列である。米国特許出願番号第０８／３７５，８４８号は、本発明で使用する表記法とは異なるマトリックスとベクトル表記法を使用している点に注意されたい。しかしながら、このような違いは当業者には文脈から明らかであろう。
例証となる実施例では、
0004583509.tif 000076
は、
0004583509.tif 000077
から計算でき、ここに
0004583509.tif 000078
はベースステーションｊから新規加入者への従来型チャネルｋ上のダウンリンク空間シグネチャであり、
0004583509.tif 000079
は送信信号振幅の対角行列であり、
0004583509.tif 000080
の下の列を除くことにより形成されるサブマトリックスである。ダウンリンク干渉プラスノイズパワー
0004583509.tif 000081
は、
0004583509.tif 000082
として予測される。
上記の３つの方法の何れかにより
0004583509.tif 000083
を入手し、従来型全チャネルにつき式（１４）から
0004583509.tif 000084
を計算すれば、各チャネルｋ毎にチャネルｋ（ＳＩＮＲ）に対して予測されるダウンリンク信号対干渉ノイズ比は、
0004583509.tif 000085
として計算される。
ある１つの実施例では、従来型チャネルｋについての費用関数は
0004583509.tif 000086
として計算される。新規加入者は、計算された費用関数が許容できる程に低い最初の従来型チャネル、或は最小費用の従来型チャネルに割り当てられる。代わりの実施例では、何れの従来型チャネルｋについての費用関数も
0004583509.tif 000087
即ち当該チャネル上で予測されるＳＩＮＲの負の値として計算される。新規加入者は、計算された費用関数が許容できる程に低い最初の従来型チャネル或は最小費用の従来型チャネルの何れかに割り当てられる。
先の段落で説明した実施例では、仮に以下の条件の１つ或はそれ以上が適用できるなら、特定の従来型チャネルｋだけを割り当ての候補と見なすように、更に制約を設けることもできるが、その条件とは、
（１）
0004583509.tif 000088
が、普通は加入者ステーションとベースステーション間の接続につき許容可能なビットエラーレートを維持するために必要とされるＳＩＮＲ値に、或はそのＳＩＮＲに近い値に設定される、指定閾値より大きいことと、
（２）全てのアクティブな空間チャネルを含む、従来型チャネルｋ上の合計送信パワーが、ベースステーションＲＦパワー増幅器の有効ダイナミックレンジを越えないことと、
（３）新規接続が従来型チャネルｋに割り当てられる場合、従来型チャネルｋ上のアクティブな各加入者ｉが経験するであろう予測されるダウンリンク信号対干渉及びノイズ比が、ある指定閾値よりも大きいこと、のうち１つ以上である。
従来型チャネルｋ上のアクティブな加入者ｉについての予測されるダウンリンク信号対干渉及びノイズ比
0004583509.tif 000089
は、次のように計算できる。従来型チャネルｋ上のアクティブな加入者ｉについてのダウンリンク受信パワーをＰk,iで示すと、
0004583509.tif 000090
によりモデル化することができ、ここに、
0004583509.tif 000091
はベースステーションｊからアクティブな加入者ｉへの従来型チャネルｋ上におけるダウンリンク空間シグネチャであり、Ｎk,iは従来型チャネルｋ上のアクティブな加入者ｉについてのノイズと干渉からの受信されるパワーに対するモデル化されていない寄与である。次に各ベースステーションｊについて、新規加入者の存在を考慮にいれた、従来型チャネルｋに対する予測空間多重化重みマトリックス
0004583509.tif 000092
を計算する。従来型チャネルｋ上のアクティブな加入者ｉに対応する多重化重みマトリックスの列を
0004583509.tif 000093
と表す。予測されるダウンリンク信号パワー
0004583509.tif 000094
及び予測されるダウンリンク干渉プラスノイズパワー
0004583509.tif 000095
は、
0004583509.tif 000096
として計算される。
従来型チャネルｋ上のアクティブな加入者ｉの予測されるダウンリンクＳＩＮＲである
0004583509.tif 000097
はここで
0004583509.tif 000098
として計算される。
先に述べたように、広帯域無線送信機及び受信機にとって相互変調歪の影響を考慮することは非常に重要であり、合成ＲＦ信号の波高率に基づく２つの方法、即ち
（１）波高率が著しく増加することにより予測されるように、相互変調歪に著しい増加を起こす可能性の大きいチャネル選択にペナルティーを課すための費用関数を増大させる方法と、
（２）チャネル割り当て処理に、合成広帯域ＲＦ信号の波高率が指定された許容レベルを越えてしまうようなチャネルの選択を阻止する制約を加える方法と、によりチャネル割り当ての間に考慮に入れることができる。
明快さを期すために、次の論では、広帯域無線送信機をダウンリンクチャネルと、そして広帯域受信機をアップリンクチャネルと、それぞれ組み合わせよう。当業者には、ここに説明する非線形歪みを考慮したチャネル割り当て方法を、アップリンク又はダウンリンクの何れかに採用される広帯域無線送信機又は受信機に適用することができることは自明であろう。広帯域無線送信機では、スペクトル分散がより均一な合成ＲＦ信号はより均一な広帯域の相互変調積を生み出す傾向がある一方で、相互変調積は顕著なスペクトルピークを有する傾向にあるという理由から、１つあるいは数個のダウンリンクチャネル搬送波周波数（副帯域）が他のものよりかなり高いレベルで送信されている時には、相互変調歪レベルはより深刻である。同様な状況は広帯域無線受信機に見られ、１つ或は数個のアップリンクチャネル搬送波周波数（副帯域）が他のものよりもずっと高い受信パワーレベルである場合には、ＲＦミキサー、低ノイズ増幅器等により生成される相互変調歪が最も深刻になる傾向が強い。広帯域信号の所与の副帯域のピークパワーと合成ＲＦ信号の総合帯域に亘って平均したパワーの比として定義される波高率は、スペクトルピークに抗する度合いの測定値である。空間チャネルの割り当ては、異なる空間シグネチャを有する複数の加入者を同じ従来型チャネルに割り当てることにより、所与のダウンリンク（アップリンク）従来型チャネル搬送波上で送信（受信）されるパワーを著しく増加させることができることから、波高率は相互変調歪を予測するためにも重要である。また、ＴＤＭＡを使用する広帯域無線システムは、加入者チャネル割り当てに起因して幾つかのタイムスロットの間に一時的に大きなパワーピークを作り出すことがありうる。スペクトル的且つ一時的な波動の発生を考慮することが肝要である。
ＴＤＭＡ／ＦＤＭＡ合体型広帯域無線に関しては、一時的な周波数変動に起因する相互変調歪の制御は、加入者を特定のダウンリンク又はアップリンク従来型チャネル、タイムスロット、及び空間チャネルに割り当てることにより起きるであろう波高率を予測することに基づいている。アップリンク（ダウンリンク）タイムスロットｉの間のアップリンク（ダウンリンク）の一時的波高率Ｃiは、
0004583509.tif 000099
と定義され、ここに、Ｌはアップリンク（ダウンリンク）搬送波周波数の数であり、ｄi,lはアップリンク（ダウンリンク）搬送波ｌ上でしかもとアップリンク（ダウンリンク）タイムスロットｉ上の空間チャネルの数であり、Ｐi,j,lはアップリンク（ダウンリンク）搬送波周波数ｌ上で、アップリンク（ダウンリンク）タイムスロットｉ上で、しかもアップリンク（ダウンリンク）空間チャネルｊ上の加入者の受信（送信）パワーである。アップリンク（ダウンリンク）タイムスロットｉにわたる最大アップリンク（ダウンリンク）波高率を、
0004583509.tif 000100
としよう。
好適実施例では、最大アップリンク（ダウンリンク）波高率Ｃmaxは、その値を指定閾値レベルと比較して、閾値レベルを越えるものであればそのチャネル選択を阻止するという具合にして、先に説明したアップリンク（ダウンリンク）チャネル割り当て方法の何れでも、追加的な制約として使用することができる。指定閾値レベルは、ダウンリンクの場合には特定のＭＣＰＡの相互変調歪を波高率の関数として測定することにより、またアップリンクの場合には総計アナログ受信機チェーンの相互変調歪を測定することによりそれぞれ入手できる。
代わりに、先に説明した何れのチャネル割り当て方法によっても計算される従来型チャネルｋについての費用関数ｃkは、次の方程式、
0004583509.tif 000101
により増加するが、ここに、λはｃkに関して波高率Ｃmaxの相対的重要度を決める、ユーザーにより指定される定数である。チャネル割り当てにおける相互変調歪の考察について、ＴＤＭＡ／ＦＤＭＡ合体型システムという用語を用いて説明してきたが、本発明は純粋なＴＤＭＡシステム或はＦＤＭＡシステムにも等しく活用できるものであって、それに関しては合体型システムの特例として扱うことができる。
図３（ａ）は、先に説明したようにチャネル割り当てのための重み付き相関方式３００のフローチャートである。ステップ３０１で、チャネルインデクスｋを初期化する。従来型チャネルｋに対するハードウェアリソースはステップ３０２でチェックされ、十分でなければチャネルインデクスはステップ３０９で増加され、処理はステップ３０２に戻る。ハードウェアリソースが適切なら、候補チャネルｋ上の新規加入者の受信空間シグネチャが、ステップ３０３で見積もられるか又はデータベースから入手される。ステップ３０４で、共分散マトリックスが図３（ｂ）又は（ｃ）の方法を使って計算される。従来型チャネルｋについての費用関数は、ステップ３０３からの新規加入者の空間シグネチャとステップ３０４からの共分散マトリックスを使用して、方程式（１）に従いステップ３０５で計算される。ステップ３０６では、共分散チャネルｋは、追加的な制約（例：計算された費用が指定閾値より低いこと、及び／又はアップリンク最大波高率が指定閾値よりも小さいこと等）がある場合にそれらを満たしているかどうかを確認するために調べられ、もし制約を満たしていなければ、処理はステップ３０８に戻る。制約を満たしていれば、従来型チャネルｋはステップ３０７において、割り当て用と見なされるチャネルの候補リストに加えられる。ステップ３０８で、全チャネルが検査されると、処理はステップ３１０へと移る。そうでなければ、チャネルインデクスを増加させてステップ３０２−３０８をもう一度繰り返すために、処理はステップ３０９に戻る。ステップ３１０は、候補リストに候補チャネルが載っているかどうかを確認し、載っていなければ、ステップ３１１では、その通話はこのベースステーションでは割り当てられない、即ち割り当ては何も行われないということである。載っているなら、最もふさわしいチャネルｋがステップ３１２で選択される。ある１つの実施例では、最良のチャネルとは、費用が指定の最小値より小さいならどのチャネルでもよいのであり、例えば１番目のチャネルの費用が指定最小値より小さいかもしれない。（例えば、指定された最小値は、加入者とベースステーションの間での最大許容ビットエラーレートに相当する費用レベルとして選定されることもできる。）好適実施例では、最良のチャネルとは最小費用チャネルである。仮にステップ３１３で、選択されたチャネルｋがセル内で使用中でないことが確定されれば、従来型チャネルｋはステップ３１４で新規加入者に割り当てられる。仮に従来型チャネルｋがセル内のある加入者に使用されていれば、ステップ３１５で従来型チャネルｋを使用する空間チャネルが新規加入者に割り当てられる。
図３（ｂ）はサンプル共分散マトリックス
0004583509.tif 000102
を見積もるための非構造化法３７０についてのフローチャートである。ステップ３７１では、測定値は、各従来型チャネルｋ毎にアンテナアレーからベースステーションが受信する信号ベクトル｛ｚ(k)（ｉ）｝から構成され、ステップ３７２で、見積もり
0004583509.tif 000103
が式（２）を使用して計算される。
図３（ｃ）は、サンプル共分散マトリックス
0004583509.tif 000104
を見積もるための構造化方式３５０のフローチャートである。ステップ３５１では、各従来型チャネル毎にアクティブな同一チャネル加入者の送信（ＴＸ）パワーが、データベースから検索されるか又は測定される。ステップ３５２で、同一チャネルアクティブ加入者の空間信号が見積もられる。ステップ３５３では、量
0004583509.tif 000105
が計算されるが、ここにＡk及び
0004583509.tif 000106
は先に式（３）で定義されたものである。ステップ３５４で、ノイズプラス干渉共分散マトリックス
0004583509.tif 000107
は、各アンテナ要素受信機で受信されるノイズ及びセル内干渉信号を測定することにより、或は、利用可能なら、先に式（４）に関連して説明したように、ベースステーションセルの外側の全アクティブ加入者の空間信号及び送信パワーを使用することにより、見積もることができる。次にステップ３５５で、サンプル共分散マトリックス
0004583509.tif 000108
の構造化見積もりが式（３）を用いて計算される。
図４は、各従来型チャネルｋの共分散マトリックス
0004583509.tif 000109
その逆数
0004583509.tif 000110
新規加入者送信パワーｒss、及び新規加入者空間シグネチャａkが知られていると仮定した場合の、予測チャネル割り当て方式４００のフローチャートである。ステップ４０１で、チャネルインデクスｘは（ｋ＝１）に初期化される。ステップ４０２では、チャネルｋは必要なハードウェアに関して調べられ、もし十分でなければチャネルインデクスがステップ４１１で増加されて、処理はステップ４０２へと戻る。そうでない場合、現在の共分散マトリックス
0004583509.tif 000111
は、ステップ４０３で、式（５）に則って新規加入者の存在の予測効果を入れることにより
0004583509.tif 000112
に更新される。ステップ４０４では、逆行列
0004583509.tif 000113
が式（７）に従って計算され、次にステップ４０５でこれを使用して、方程式（６）に則りＳＤＭＡ多重化重み
0004583509.tif 000114
が計算される。ステップ４０６では、仮に新規加入者が従来型チャネルｋに割り当てられた場合に予測される受信アップリンクパワー
0004583509.tif 000115
干渉
0004583509.tif 000116
及びＳＩＮＲが、全従来型チャネルについて式（８）、（９）、（１０）をそれぞれ用いて計算される。ステップ４０７で
0004583509.tif 000117
コストが計算される。ステップ４０８で、従来型チャネルｋは、追加的な制約が満たされているかどうかにつき確認のため調べられる。ある１つの実施例では、制約には、新規接続の予測ＳＩＮＲが指定閾値よりも大きいという条件が含まれる。更に別の制約には、式（１１）、（１２）、（１３）を用いて計算される従来型チャネルｋ上のアクティブコールの予測ＳＩＮＲもまた指定閾値を上回るという条件が含まれる。アップリンク最大波高率がある指定閾値より小さいことという制約を随意的に課してもよい。制約の何れかが満たされていなければ、処理はステップ４１０へと行く。そうでなければ、従来型チャネルｋがステップ４０９で候補リストに加えられる。ステップ４１０では、全従来型チャネルが処理されたかどうかにつきチェックが行われ、そうでなければ、チャネルインデクスはステップ４１１で増やされ、処理は４０２−４１０までのステップを繰り返す。全ての従来型チャネルが処理済みの場合には、ステップ４１２で候補リストが空かどうかのチェックが行われ、空なら、このベースステーションでの新規接続は割り当てがないままの状態とされる（ステップ４１３）。候補リストが空でないときには、ステップ４１４で（既に説明したように）最良のチャネルのために指定されている要件を満たすチャネルの選択が行われる。ステップ４１５で、選択されたチャネルｋがセル内で使用中であることが分かると、ステップ４１７で、従来型チャネルｋを使用する空間チャネルが新規接続に割り当てられる。そうでない場合には、ステップ４１６で従来型チャネルｋが新規接続に割り当てられる。
図５は、アップリンクチャネル割り当てのための階層方式５００についてのフローチャートである。ステップ５０１で、重み付き相関割り当て方式３００のステプ３０１−３０９が、費用付きの候補チャネルのセットを生成するために行使される。ステップ５０２では、低費用従来型チャネルのサブセットが全候補リストから選択される。ステップ５０３では、割り当てに最良な従来型チャネルを選択するために、ステップ５０２により提供される従来型チャネルのサブセットに予測割り当て方式４００を適用する。
図６は、先に説明したダウンリンクチャネル割り当て方式６００のフローチャートである。チャネルインデクスｋはステップ６０１で初期化される。ステップ６０２では、チャネルｋが必要なハードウェアリソースを有するかどうが判定され、有していなければ、ステップ６０３でチャネルインデクスが増やされ、次にもう一度繰り返しを行うためにステップ６０２に戻る。ハードウェアリソースが十分であるなら、ステップ６０４で新規加入者は各従来型チャネルｋ毎に受信されるパワーをベースステーションに報告する。受信パワーの測定は、先に述べたように、テスト間隔中に随意的に行ってもよい。ベースステーションはステップ６０５で、先に述べた３通りの方法のうちの何れかによって、ダウンリンク干渉プラスノイズパワーレベル
0004583509.tif 000118
を求める。ステップ６０６では、ダウンリンクチャネル割り当てがＳＩＮＲレベルを予測することに基づいているなら、処理はステップ６０９に移行し、そうでない場合には処理はステップ６１１に移行するという、オプション処置が行われる。ベースステーションは、ステップ６０９で、従来型チャネルｋ上の新規加入者の空間シグネチャ
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と多重化重み
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を使用して式（１４）から、ダウンリンク受信パワーレベル
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を見積もる。その費用はステップ６１０で
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即ち式（１９）で定義される
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の負の値として計算される。ＳＩＮＲオプションがステップ６０６で選択されないなら、干渉プラスノイズに基づく費用が即ち
0004583509.tif 000124
のように計算される。ステップ６１２では、チャネルｋが全制約を満たしたかどうかが判定される。ある１つの実施例では、その制約には、新規接続の予測ＳＩＮＲが指定閾値よりも大きいことという条件が含まれる。更に他の制約には、従来型チャネルｋ上のアクティブコールの予測ＳＩＮＲもまたある指定閾値より大きいという条件が含まれていてもよい。ダウンリンク最大波高率がある指定閾値より小さいことという随意的な制約が課されてもよい。ステップ６１２の判定に関する代わりの方法についての詳細は、
0004583509.tif 000125
の計算のための上記式を参照されたい。仮にステップ６１２で、何れかの制約が満たされていなければ、処理はステップ６１４へと行く。そうでなければ、ステップ６１３へ行き、従来型チャネルｋは候補リストに加えられる。ステップ６１４で、全チャネルにつき考察されたわけではないと判定されると、ステップ６０３に移る。そうでない場合には、ステップ６１５で候補リストが空かどうかのチェックが行われ、空なら、この新規通話はこのベースステーションでの割り当てを受けないままの状態にされる（ステップ６１６）。候補リストが空でないときには、ステップ６１７で（既に説明したように）最良のチャネル用に規定されている必要条件を満たすチャネルの選択が行われる。ステップ６１８で選択されたチャネルｋがセル内で使用中であることが分かると、ステップ６２０で、従来型チャネルｋを使用する空間チャネルが新規加入者に割り当てられる。そうでない場合には、ステップ６１９で従来型チャネルｋは新規加入者に割り当てられる。
実際のシステムの多くは、全二重従来型チャネル割り当てのアップリンクとダウンリンクの間に固定関係を課しているので、アップリンクとダウンリンクのチャネル割り当てを一体化する方法が必要である。これは、アップリンク割り当て制約（図３（ａ−ｃ）、４、５、及び、先に説明した通り）とダウンリンク割り当て制約（図６、及び先に説明した通り）の双方を満たすアップリンクとダウンリンクのペアのサブセットを選択することにより実現される。例えば、これは、指定の閾値より大きく且つ波高率制約を満たしている、推定されるアップリンク及びダウンリンクＳＩＮＲを備えた全二重チャネルを選択することを意味する。このアップリンク／ダウンリンクペアのサブセットから、アップリンク費用
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とダウンリンク費用
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がペア毎に計算され、次に組み合わされて１つのアップリンク／ダウンリンク費用を形成する。当業者には周知されているように、所与のアップリンクとダウンリンク費用のペアの個別のアップリンク費用或はダウンリンク費用を組み合わせるには多くの方法がある。例えば、λを相対尺度係数として重み付けされた合計
0004583509.tif 000128
を連結費用に使用したり、γを相対指数重み係数として重み付けされた積
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を使用することもできる。合理的な連結費用関数即ち、均一に加重された（γ＝１）連結積費用関数は、
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となる。
（尚、アップリンクとダウンリンク費用の組み合わせに関しては、多くのやり方を選択できるので、連結費用の創造のコンセプトの方が、選択される連結費用関数の特定の数式よりも重要であるといえる。）選択されたサブセットの全二重チャネルペアそれぞれにつき連結費用が作られると、許容できる低連結費用或は最小連結費用の何れかを持つ全二重チャネルが割り当てるため選択される。
先に説明した全てのチャネル割り当て方法は、特定のベースステーションと関連する従来型チャネル候補の１つのセット、或は複数のベースステーションと関連する従来型チャネル候補の１つのセット、の何れにも適用できる。後者の実施例では、チャネル割り当て方法は、当該通話のために従来型チャネルを選択する処理の間に、新規接続用のベースステーションの選択を自動的に行う。これは、全関連ベースステーションの全候補チャネルの中から最良の費用を提供するチャネルと関連ベースステーションを割り当てることにより、或はある従来型チャネルが割り当てられるまで候補チャネルでチャンエル割り当てを順次実行することにより実現することができる。
新しく進入許可される通話に通信品質の問題が生じる場合、或は進行中の通話がそのＲＦ環境の変化に起因して品質が許容できない程に劣化する場合には、チャネルを割り当て直すことが必要になる。チャネルの再割り当て処理は、選択に先立ち、加入者がそこからの再割り当てを希望する従来型チャネルを候補チャネルのリストから排除する点を除けば、最初のチャネル割り当てに関するものと同じである。このように変更すれば、チャネル割り当てについて説明した全ての方法がチャネルの再割り当てにも適用できる。
通話進入許可制御は、新規接続を受け入れるかどうかについての判断処理である。システムの負荷が非常に高くて、新規接続がシステム中の現行の接続の品質に重大な負のインパクトをもたらす場合には、新規接続を割り当てないことが必要になる。先に説明した何れのチャネル割り当て方法についても、特定のチャネルに対する新規接続の割り当てが現行の接続に重大な負のインパクトを与えるかどうかの判断は、特定のチャネル割り当て方式の制約をチェックすることにより行うことができる。仮に制約が、従来型チャネルｋ上の新規接続について満たされるなら、このチャネルは割り当て候補となる。そうでなければ、チャネルｋには割り当てが許可されない。通話進入許可制御は、従来型チャネルの全て或は１つのサブセットについて制約をチェックすることにより実現され、特定のチャネル割り当て方式の制約を満たしているチャネルがないことが判明した場合には、新規接続は割り当てられない。従って、先に説明したチャネル割り当て方式の全ては、進入許可制御にも応用できる。更に、何れのチャネル選択方式とも別個に独立して適用できる代替法を使用することもできる。図７は、通話進入許可制御法７００のフローチャートであるが、それぞれの方式を要約している。
第１の方法は、重み付き相関チャネル割り当て方式に適したもので、費用閾値が確立されるステップ７０１で開始され、ステップ７０２で従来型チャネルｋの予想費用ｃkが費用閾値と比較される。もし費用閾値より小さい場合には、ステップ７０３でチャネルｋが割り当てられる。費用閾値より大きい場合には、ステップ７０４でチャネルｋは割り当てられないままとなる。
第２の方法は、アップリンク品質予測或はダウンリンク予測方式に適したもので、ＳＩＮＲ閾値が代入されるステップ７２１（図７）で開始される。割り当て用に選択された従来型チャネルのＳＩＮＲがステップ７２２で閾値と比較され、閾値より小さい場合には、選択されたチャネルｋはステップ７２３で割り当てられる。そうでなければ、選択されたチャネルはステップ７０４で割り当てられないままとなる。
第３の方法は、何れの割り当て方法にも、しかもＳＤＭＡシステムまたは非ＳＤＭＡシステムを問わず適しており、負荷閾値が割り当てられる図７のステップ７１１で開始される。ステップ７１２で、セルシステム負荷が測定され、ステップ７１３で負荷閾値と比較される。負荷閾値より小さい場合には、選択されたチャネルｋはステップ７１４で割り当てられる。負荷閾値より大きい場合には、全ての従来型チャネルは、ステップ７１５で、システム負荷が閾値を下回るまで割り当てられないままとなる。システム負荷は、インターセルハンドオフの速度、或はセルに生じるチャネル割り当て（イントラセルハンドオフ）の速度をモニターすることにより測定される。他のセルへのハンドオフの速度、或はセル内のチャネル割り当ての速度の移動時間平均は、これらの事象の確率的挙動を平滑化するために使用できる。
図７は、ローカル的、即ち１つのベースステーションでの割り当てを説明している。割り当てが全関連ベースステーションの全候補従来型チャネルのなかで順次実行されるとき、全体的な割り当ては順次或は「連結最適化」によるかの何れかで実行されることを思い出していただきたいが、ステップ７０４、７１５、７２４それぞれの後には次のベースステーションでのチャネル割り当て処理が続いており、このような処理はある従来型チャネルと関連ベースステーションが見つかるまで別々のベースステーションで繰り返されるか、そうでなければその通話は割り当てられないままとなる。割り当てが連結最適化、即ち全関連ベースステーションの全候補チャネルから最良の費用を提供するチャネルと関連ベースステーションを割り当てることにより実行されるとき、図７の割り当てステップは、従来型チャネルとベースステーション双方の割り当てを実行できるように変更されるが、図７のフローチャートに対してこのような変更をどのように行うのかについては、当業者には自明であろう。
上に説明した方法は、説明を明快にするために、特定の無線セルラー通信システム及び実施例に限定されてはいるが、当業者にとっては、本願の精神と範囲を逸脱することなく、本発明を無線ローカルエリアネットワークなどの他の同様な通信システムに対して、或は実施例の他のバリエーションに対して適用できることはここでの説明から明らかであり、本発明の範囲は以下の請求項目に記載されるものによってのみ限定されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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