(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の指向性ビームを伝送するアンテナと、
前記アンテナに動作可能に接続され、第１期間の間中に、所与の周波数で第１方向に伝送される第１データ信号を発生する第１信号発生器であって、前記第１データ信号は所定シンボル・パターンを含むポストアンブルを有する、前記第１信号発生器と、
前記アンテナに動作可能に接続され、第２期間の間中に前記所与の周波数で第２方向に伝送される第２データ信号を発生する第２信号発生器であって、前記第２データ信号は前記所定シンボル・パターンを含むプレアンブルを有する、前記第２信号発生器とを含み、
前記第１データ信号の前記ポストアンブルと前記第２データ信号の前記プレアンブルとが同時にそれぞれ前記第１方向と前記第２方向に送信されるように、前記ポストアンブルの期間と前記プレアンブルの期間とが重複することを特徴とする時分割多重接続（ＴＤＭＡ）システム用の基地局。
【請求項２】
前記第１信号発生器と前記第２信号発生器が所定位相差を取って前記第１データ信号と前記第２データ信号とを生成することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
【請求項３】
前記第１信号発生器と前記第２信号発生器が９０゜位相差を取って前記第１データ信号と前記第２データ信号とを生成することを特徴とする請求項２に記載の基地局。
【請求項４】
前記第１信号発生器が第１電力レベルで前記第１データ信号を生成し、前記第２信号発生器は第２電力レベルで前記第２データ信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
【請求項５】
前記第２信号発生器が前記所定シンボル・パターンを伝送する前にゼロから前記第２電力レベルへ出力を上げることを特徴とする請求項４に記載の基地局。
【請求項６】
前記第２信号発生器が前記第１信号発生器と同じデータ・シンボルを変調する一方、前記所定シンボル・パターンの伝送前に出力を上げることを特徴とする請求項５に記載の基地局。
【請求項７】
前記第１信号発生器が前記所定シンボル・パターンを伝送した後に前記第１電力レベルからゼロへ出力を下げることを特徴とする請求項４に記載の基地局。
【請求項８】
前記第１信号発生器が前記第２信号発生器と同じデータ・シンボルを変調する一方前記所定シンボル・パターンの伝送の後に出力を下げることを特徴とする請求項７に記載の基地局。
【請求項９】
前記第１電力レベルが前記第２電力レベルと等しいことを特徴とする請求項４に記載の基地局。
【請求項１０】
前記ポストアンブルがＴＤＭＡフレーム内の第１タイム・スロットに後続し、及び前記第１期間が前記第１タイム・スロットと前記ポストアンブルとを含むことを特徴とする請求項１に記載の基地局。
【請求項１１】
前記第２期間が前記第１タイム・スロットと連続するＴＤＭＡフレームの第２タイム・スロットを含み、及び前記プレアンブルが前記第２タイム・スロットの開始部分を含むことを特徴とする請求項１０に記載の基地局。
【請求項１２】
時分割多元接続（ＴＤＭＡ）基地局から所与の周波数で異なった方向に伝送される信号のスロット横断信号連続性を維持する方法であって、
前記所与の周波数で第１方向に第１電力レベルで第１期間内に前記基地局から第１データ信号を伝送するステップであって、前記第１データ信号は所定シンボル・パターンを含むポストアンブルを含む前記第１データ信号を伝送する、ステップと、
前記所与の周波数で第２方向に第２電力レベルで第２期間内に前記基地局から第２データ信号を伝送するステップであって、前記第２データ信号は所定シンボル・パターンを含むプレアンブルを含む前記第２データ信号を伝送する、ステップとを含み、
前記第１データ信号の前記ポストアンブルと前記第２データ信号の前記プレアンブルとが同時にそれぞれ前記第１方向と前記第２方向に送信されるように、前記ポストアンブルの期間と前記プレアンブルの期間とが重複することを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記第１電力レベルは前記第２電力レベルに等しいことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１データ信号の位相に対して９０゜位相差を取って前記第２データ信号を変調することを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１電力レベルで前記第１データ信号を伝送するステップは前記所定シンボル・パターンを伝送した後に前記第１電力レベルからゼロへ出力を下げることを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２電力レベルで前記第２データ信号を伝送するステップは前記第２方向に前記所定シンボル・パターンを伝送する前に前記第２電力レベルへ出力を上げることを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１データ信号を伝送することと前記第２データ信号を伝送することとは複数のアレー素子を有する多ビーム指向性アンテナを使用して前記第１データ信号と前記第２データ信号とを伝送することを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１データ信号が前記第１方向に存在する第１目標受信機によって前記第１電力レベルで受信されかつ前記第２データ信号が前記第２方向に存在する第２目標受信機によって前記第２電力レベルで受信されるというような前記多ビーム指向性アンテナのアレー素子を駆動することを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１目標受信機と前記第２目標受信機とが少なくとも最低限の許容可能信号レベルで受信する一方前記アンテナ・アレーによって放射される合計電力を最小限にするというように前記第１電力レベルと前記第２電力レベルとを選択することを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記プレアンブルと前記ポストアンブルとの重なり伝送の間中に伝送の方向を前記第１方向から前記第２方向へ変化させるように前記アレー素子を駆動することを更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１データ信号の伝送の電力レベルがゼロへ出力を下げられる間に前記ポストアンブルの伝送を完了させた後に前記第１方向に前記第１データ信号の伝送を連続させることを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２データ信号の伝送の電力レベルがゼロから出力を上げられる間に前記プレアンブルの伝送を開始する前に前記第２方向に前記第２データ信号の伝送を開始させることを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
この発明は、ディジタル・セルラ電話システム、特に指向性アンテナ・アレーを使用する基地局に関するものである。
【０００２】
（発明の背景）
時分割多元接続（time-division multiple accesss; TDMA）として知られた或るセルラ通信システムは、無線スペクトルを複数チャネルに分割する。各チャネルはタイム・スロットに副分割され、これらのタイム・スロットは異なった加入者に割り当てられる。ＩＳ５４又はＩＳ１３６として知られている米国のＤ−ＡＭＰＳ標準の下で動作する移動電話（mobile phone）は、移動局への伝送信号の復調と復号を支援するために同期語（syncword）を利用する。同期語は、既知のシンボルのパターンで構成される。
【０００３】
同期語は、基地局から移動局への伝送に割り当てられてある各タイム・スロットの開始に伝送される。Ｄ−ＡＭＰＳ標準を利用するシステムは、同じ搬送周波数で全てのタイム・スロット内に定電力レベルで常に伝送する。移動局は、その割り当てられたスロットの開始及び後続スロットの開始における、ポストアンブル（postamble）として知られた、両方の既知の信号を使用して割り当てられたスロットを復号することができる。結果として、復調と復号は、順方向順序又は逆方向順序に起こることがある。これは、デント（Dent）他の米国特許第５，３３５，２５０号又は米国特許出願第０８／２１８，２３６号に説明されたアルゴリズムを使用して行われることがある。
【０００４】
それゆえ、ポストアンブル同期語は、性能を改善するために使用することができる。その使用が可能である訳は、Ｄ−ＡＭＰＳダウンリンクがＴＤＭＡであるよりはＴＤＭであるからである。ＴＤＭは、スロット境界を横断して位相連続性、ビットタイミング連続性、及び電力レベル連続性を有する連続伝送である。それゆえ、同じ搬送周波数で異なったスロットに割り当てられた全ての信号は、等しい電力で基地局によって伝送される。搬送波当たり３つのスロットを占有する３つの移動局が必要とする電力レベルは、３つの基地局が伝送する電力レベルのうちの最高レベルでなければならない。シェーファー（Schaeffer）の米国特許第４，８６６，７１０号は、呼を搬送する周波数の数を減少させるために各周波数内で呼を集中させるシステムを開示している。代わって、デントの米国特許第５，５７９，３０６号は、類似のダウンリンク電力要件を有する呼を同じ搬送波上へ集め、かつ、それで、いずれのスロットにおいても必要な電力レベルのうちの最高のレベルとなる搬送電力レベルを最低限にすることを開示している。それゆえ、先行技術は、受信機による同期語のポストアンブルとしてのその使用を許すために同期語伝送を先行スロットとコヒーレントに維持する企図の種々の例を説明している。
【０００５】
セルラ・システムは、容量改善を遂げるために次々に設計される。１つの可能な方法はアンテナ・ビーム幅を縮小して、周波数再使用計画を建てるために利用し得る方位角セクタの数を有効的に増やして、アンテナ・ビーム幅を縮少することである。サイト再使用パターンは、有効的に、より小さくすることができる。例えば、３セクタによる７サイト再使用計画の代わりに、１２セクタによる３サイト再使用計画が使用される。これによって、合計周波数チャネルの３分の１が僅か７分の１に代わって１サイト内に使用されるようになる。これは、７／３の容量利得をもたらす。
【０００６】
アンテナ・ビーム指向性を高めると、搬送周波数よりも多いセクタを生じることができる。すると、各セクタに１特有周波数を与えることは、もはや可能でない。同一サイトの異なったセクタ内で同時に同一周波数を使用することを回避するために、セクタ間で分割することができる多数の特有タイム・スロット−周波数対を創出するように各周波数がタイム・スロットに分割されることがある。時間及び周波数の再使用計画の構築は、デントの米国特許第５，５３９，７３０号、５，５６６，１６８号、５，６１９，５０３号、５，５９４，９４１号、及びホンダ（Honda）他の米国特許第５，５５５，２７１号に説明されている。
【０００７】
チャーラス（Charas）他の米国特許第５，５４８，８０３号は、ＴＤＭＡシステム内の異なったタイム・スロットの間異なった実効等方放射電力レベル（effective isotropically radiated power level）を達成するために、いかにＴＤＭＡ内の異なったタイム・スロットがフェーズド・アレー（phased array）の素子の異なったグループを使用して伝送されるか説明している。
【０００８】
上に説明した先行技術は、異なったタイム・スロットを異なった方向に又は異なった電力レベルで伝送する。これは、現在のＤ−ＡＭＰＳ移動局が想定するスロットを横断してのＴＤＭ信号連続性を破る。マジュア（Mazur）他の米国特許出願第０８／８８７，７２６号は、タイム・スロットを横断しての信号連続性を維持する多重アンテナ・アレーの使用を開示している。
【０００９】
適応チャネル割当て（adaptive channel assignment;ACA）は、容量改善を遂げるためにまた使用される。ＡＣＡは、再使用区分化を達成する自動方法である。チャネルがセルの縁にあるのではなくセルの中心の近くにある移動体へ最大電力より小さい電力で伝送されるとき、チャネルは目がかなり密なグリッド上で再使用される。固定再使用計画に優る１．７：１の容量利得がシミュレーションで立証される。しかしながら、この利得は、ダイナミック電力制御の使用を条件とする。電力レベルが各呼にダイナミックに適応しないならば、ＡＣＡを使用することを通しての利得は、約１．３：１へ低下する。やはり、スロット間で電力レベルをダイナミックに変動させることは、現在のＤ−ＡＭＰＳ移動局が想定するＴＤＭ信号連続性をまた破ることがある。
【００１０】
それゆえ、スロットが異なった方向にかつ異なった電力レベルで伝送されるときスロットを横断して信号連続性を維持する方法が必要とされる。
【００１１】
（発明の要約）
本発明により、フェースド・アレーを使用する重なりスロット伝送を使用する方法とシステムが用意される。
【００１２】
概括すると、所与の周波数で異なった方向へ伝送される信号のスロット横断信号連続性を維持する時分割多元接続（TDMA）基地局が開示される。基地局は、信号を放射する多指向性アンテナを含む。プロセッサは、アンテナに動作結合され、ＴＤＭＡフレームの第１タイム・スロットの間第１所定シンボル・パターンと第２所定シンボル・パターンを含む第１データ信号を生成し、ＴＤＭＡフレームの第２タイム・スロットの間第２所定シンボル・パターンを含む第２データ信号を生成し、かつ第１データ信号が第１方向に放射されかつ第２データ信号が第２方向に放射されるというように第１データ信号と第２データ信号をアンテナへ伝達する。第１データ信号は、所与の周波数で第１方向に第１電力レベルで第１タイム・スロット内に伝送のため第１位相に変調される。第２データ信号は、所与の周波数で第２方向に第２電力レベルで第２タイム・スロット内に伝送のため第２位相に変調される。
【００１３】
第１電力レベルが第２電力レベルに実質的に等しいことが本発明の特徴である。
【００１４】
第１位相が第２位相に対して９０゜位相差を取ることが本発明の他の特徴である。
【００１５】
所与の周波数で前記第１データ信号と前記第２データ信号を変調する変調器を備えることが本発明の更に他の特徴である。
【００１６】
プロセッサが所与の周波数で第１データ信号と第２データ信号の変調を遂行することが本発明の更に他の特徴である。
【００１７】
第２所定シンボル・パターンが第１方向に伝送された後に第１データ信号の電力レベルが第１電力レベルからゼロへ出力を下げさせられ、かつ第２方向における第２所定シンボル・パターンの伝送の前に第２データ信号の電力レベルがゼロから第２電力レベルへ出力を上げさせられることが本発明の更なる特徴である。
【００１８】
第１方向と第２方向は４所定方向のうちの２つであることが本発明の追加的特徴である。
【００１９】
スロット横断連続性の維持が目標受信機（intended receiver）によって認識されている間、異なった方向に時分割多重接続（TDMA）フレームの異なったタイム・スロット内に信号を伝送するＴＤＭＡセルラ基地局が本発明の他の態様に従って開示される。基地局は、複数の指向性ビームを形成するアンテナを含む。第１信号発生器は、アンテナを使用して第１方向に第１電力レベルで第１タイム・スロットの間中に放射される所与の無線周波数チャネル上の第１所定シンボル・パターン、第１データ・シンボル、第２所定シンボル・パターンを含む第１データ信号を変調する。第１信号発生器は、第２所定シンボル・パターンの伝送の後に第１データ信号レベルを第１電力レベルからゼロへ円滑に出力を下げる。第２信号発生器は、アンテナを使用して第２方向に第２電力レベルで第２タイム・スロットの間中放射される所与の無線周波数チャネル上の少なくとも第２所定シンボル・パターンと第２データ・シンボルを含む第２データ信号を変調する。第１タイム・スロットと第２タイム・スロットは第２既知シンボル・パターンの伝送の間中重なり、かつ第２信号発生器は第２所定シンボル・パターンを伝送するのに先立ちゼロから第２電力レベルへ出力を上げる。
【００２０】
第１信号発生器は第２信号発生器と同じデータ・シンボルを変調する一方出力の下降を行うことが本発明の特徴である。
【００２１】
第２信号発生器は第１信号発生器と同じデータ・シンボルを変調する一方出力の上昇を行うことが本発明の他の特徴である。
【００２２】
第１信号発生器と前記第２信号発生器は、出力の上昇、第２所定パターン伝送、及び出力の下降の間中に第１データ信号と第２データ信号が第１方向と第２方向に前記アンテナから放射されるとき、第１データ信号を第２データ信号に対して９０゜位相差を取らせるように適合していることが本発明の追加特徴である。
【００２３】
時分割多元接続（TDMA）基地局から所与の周波数で異なった方向に伝送される信号のスロット横断信号連続性を保全する方法が、本発明のなお他の態様に従って開示され、この方法は、ＴＤＭＡフレームの第１タイム・スロットの間第１所定シンボル・パターンと第２所定シンボル・パターンを含む第１データ信号を発生するステップ、第２タイム・スロットの間第２所定シンボル・パターンを含む第２データ信号を発生するステップ、第１位相に所与の周波数の第１データ信号を変調するステップ、第２位相に所与の周波数の第２データ信号を変調するステップ、第１位相に前記所与の周波数で、第１方向に第１電力レベルで第１タイム・スロット内に基地局から第１データ信号を伝送するステップ、及び第２位相に所与の周波数で、第２方向に第２電力レベルで第２タイム・スロット内に基地局から第２データ信号を伝送するステップを含む。
【００２４】
多ビーム指向性アンテナを使用してＴＤＭＡセルラ基地局において異なった方向にＴＤＭＡフレームの異なったタイム・スロット内に信号を伝送する一方、タイム・スロットの目標受信機によって見られたスロット横断信号連続性を維持する方法が本発明のなお他の態様に従って開示され、この方法は、第１タイム・スロットの終了に所定シンボルを含むポストアンブルを伝送することを含んで、第１タイム・スロットの間中第１電力レベルで第１方向に第１信号を伝送するステップ、及び第２タイム・スロットの開始にかつポストアンブルの伝送と重なって所定シンボルを含むプレアンブル（preamble）を伝送することを含んで、第２タイム・スロットの間中第２電力レベルで第２方向に第２信号を伝送するステップを含む。
【００２５】
第１信号とポストアンブルが第１方向に存在する目標受信機によって第１電力レベルで受信され、かつプレアンブルと第２信号が第２方向に存在する異なった目標受信機によって第２電力レベルで受信されるというようにアンテナの素子を駆動することを含むことが本発明の特徴である。
【００２６】
目標受信機の各々が少なくとも最低限の許容可能信号レベルで受信する一方アンテナ・アレーによって放射される合計電力を最小限にするというように第１電力レベルと第２電力レベルを選択することを含むことが本発明の他の特徴である。
【００２７】
プレアンブルとポストアンブルの重なり伝送の間中に指向性伝送を第１方向から第２方向へ円滑に変化させるようにアンテナ素子駆動信号を選択することを含むことが本発明の他の特徴である。
【００２８】
第１信号の伝送の電力レベルがゼロへ円滑に出力を下げられる間にポストアンブルの伝送を完了後の或る期間に第１方向に第１信号の伝送を連続させることが本発明の他の特徴である。
【００２９】
第２信号の伝送の電力レベルがゼロから円滑に出力を上げられる間にプレアンブルの伝送を開始する前の第２期間に第２方向に第２信号の伝送を開始させることが本発明のなお他の特徴である。
【００３０】
本発明の更に他の特徴と利点は、明細書と図面から直ちに明らかになる。
【００３１】
（発明の詳細な説明）
本発明に従って、時分割多元接続（TDMA）ディジタル・セルラ基地局は、指向性アンテナ・アレーを使用する。アンテナ・アレーは、基地局サイトに対して異なった方位角にいる移動局に向けて指向させた多くの指向性伝送を生成する。所与の移動局への伝送は、割り当てられた無線搬送周波数を使用してＴＤＭＡフレーム期間の割り当てられたタイム・スロットで行なわれる。伝送は、指向性アンテナ・アレーを使用して移動局へ指向させられる。本発明は、同一搬送周波数での逐次タイム・スロットの伝送を異なった方向に又は異なった電力レベルで行う一方、受信機から見られた信号連続性を維持できるようにするものである。
【００３２】
多くの現存する移動局は米国ディジタル・セルラ・システム標準ＩＳ５４とＩＳ１３６と両立するように設計され、これらの標準はディジタル・アドバンスト・モーバイル・ホーン・システム（digital advanced mobile phone system;D-AMPS）とも称する。これらの現存する移動局との両立性を維持するためには、毎タイム・スロットの開始に伝送される同期語（syncword）内の既知シンボルのパターンを先行スロットばかりでなくまた後続スロットと位相連続性、電力連続性、及びタイミング連続性を保って伝送しなければならない。これによって、移動局は、知られているように、順方向復調又は逆方向復調のどちらかを採用することを許される。
【００３３】
本発明に従って、指向性アンテナ・アレーを使用しての所与の方向におけるタイム・スロットの伝送は、後続のタイム・スロット内にポストアンブル（postamble）として知られた同期語を伝送するために延長される。第２方向における後続スロットの伝送は、第２方向に同じ同期語を同時に伝送することによって開始され、それゆえ、第１方向における延長伝送と重なる。第１伝送がその信号レベルをゼロへ出力を下げることによって円滑に終端される一方、第２スロット内の同期語に続いて同じデータ・シンボルが伝送される。同様に、第２スロット伝送はその同期語の伝送の前にその電力レベルの出力を上げさせることによって円滑に開始する一方、第１方向の第１スロットの終了に伝送されたのと同じデータ・シンボルが伝送される。重なり伝送が破壊的に干渉するのを防止するために、第２伝送はそれが重なる相手の第１伝送に対して９０゜移相もできる。それゆえ、フレーム内のタイム・スロットの数が、フルレートＤ−ＡＭＰＳにおけるように、奇数の時、逐次ＴＤＭＡフレーム内の相当するスロットの伝送は交互のフレーム内で交互に９０゜移相して、すなわち、逐次９０゜相回転が起こる。
【００３４】
本発明の他の態様に従って、アンテナ・アレーは、第１スロットの終了と第２スロットの開始に起こる同期語の伝送の間中にビーム形成重み付け（beam-forming weighting）を使用する。第１方向に存在する移動局は、その同期語をそのスロットの直ぐ先行するデータ・シンボルと位相連続性、振幅連続性、及びタイミング連続性を保って受信する。同時に、第２方向に存在する移動局は、同期語をそのスロットの直ぐ後続するデータ・シンボルと位相連続性、振幅連続性、及びタイミング連続性を保って受信する。これを達成するためには、第２スロット内の伝送が開始する際の又は第１スロット内の伝送が終端する際の電力レベルを、第１方向と第２方向に依存して、特にそれらの方向の差に依存して適切に調整しなければならない。これらの電力レベルは、各移動局が最低許容レベル以上の信号レベルを受信する一方アンテナ・アレーから電力の最小合計量を伝送することを保証するように適切に調整される。
【００３５】
図１は、第１移動局を目標とした第１ビーム１０の第１伝送と第２移動局を目標とした第２ビーム１２の後続伝送を例示するタイミング線図である。第１タイム・スロット１４は、第１プレアンブル同期語Ｓ１、これに続くデータ・シンボルの第１集合１６、及びポストアンブル同期語Ｓ２を含む。第１伝送のビーム１０は、第１方向に第１電力レベルで第１移動局へ伝送される。それゆえ、第１タイム・スロットの伝送は、ポストアンブル同期語Ｓ２の伝送を含むように延長される。
【００３６】
第２タイム・スロット１８はプレアンブル同期語Ｓ２を含み、これは第１タイム・スロットのポストアンブル同期語Ｓ２と同じでありかつそれと時間的に重なる。第２タイム・スロットはまた、データシンボルの第２集合２０とポストアンブル同期語Ｓ３を含む。それゆえ、本発明のこの実現は、重なり期間に２つの方向に同じ同期語Ｓ２を同時に伝送することを特徴とする。
【００３７】
例示したように、第１伝送は、２２で例示されたように、第２同期語Ｓ２の伝送の後ゼロ電力レベルへ円滑に出力を下げられる。また、第２伝送１２は、２４で例示されたように、同期語Ｓ２を伝送する前にゼロ・レベルから円滑に出力を上げられる。出力上昇期間２４と出力下降期間２２の間中、同じデータ・シンボルが重なり伝送されるように変調される。図１はまた、明らかなように、同様に第２伝送と重なる第３ビーム２６の伝送を例示する。
【００３８】
出力上昇期間２４と出力下降期間２２の各々の時間の長さは、約１ミリ秒である。両時間は、一緒に、Ｄ−ＡＭＰＳの６．６ミリ秒バースト持続時間の約３０％を表すが、しかし第１スロットと第２スロットが等しい電力レベルのものである最悪の場合の合計電力レベルの約１０％に過ぎない。
【００３９】
典型的アンテナ・アレーは、ビーム形成重みの左右エルミート対称集合（left-right hermitian-symmetrical set）を使用する。アレーからの放射電磁界は、放射パターン・ゼロを通して＋から−へ、すなわち、０゜から１８０゜へ変化し、それゆえ、主ローブすなわち振幅ａ（ビーム１）と比較して図２のサイド・ローブすなわち振幅ａ’が−の符号を有するのは別として、全方向に同じ位相を有する。それゆえ、異なった方向に同時に同じデータを伝送する第２ビームは、このような重みをまた使用するならば、第２方向において第１ビームの放射に加算されるか又はこれから減算されるかのどちらかである。本発明に従って、第２ビーム１２の伝送は、図２に例示したように、第１ビーム１０の伝送と（ビーム２に虚数単位ｊを付けて示したように）９０゜の位相差を取って行われる。これは、２つのビームが建設的に又は破壊的に加算するかどうかという不確実性を回避する。特に、非重なり伝送から重なり伝送に円滑に遷移しかつ再び戻るために出力上昇と出力下降を使用するとき、各移動局によって受信される信号レベルは伝送の各々からの寄与の平方の和の平方根である。それらの寄与は、それぞれ、主ビームが目標とする移動局への主ビームの寄与及びその方向の他のビームからのサイド・ローブ寄与である。二乗加算（square-law addition）は、２つの伝送間の９０゜移相という熟慮の結果である。これは、電力レベルの出力上昇の後にその安定値に達しているとき、各移動局によって受信された信号レベルが１つのビームだけによって伝送された所望レベルに少なくとも等しいこと保証する。受信機を設計するに当たって期待したレイリー・フェージング（Rayleigh fading）に因る信号レベルが変化するよりも電力の出力上昇と出力下降が緩慢に起こるならば、重なり同期語伝送は所望スロット横断連続性を破らない。同様に、出力上昇と出力下降が期待したフェージングよりも緩慢であるならば、どちらかの方向におけるビーム１とビーム２の寄与の結果生じるそれらの和の相回転は、位相連続性を破らない。フェージングに対処するためには、受信機はチャネル追跡を利用し、チャネル追跡は各データ・シンボルを復号した後復号に使用された基準振幅と基準位相を更新し、及びこのチャネル追跡は次いで出力上昇と出力下降に因る変化を追跡することができる。
【００４０】
上に挙げた、本発明の第２実現では、信号を各アレー素子から伝送し、第１移動局が第１方向におけるポストアンブル同期語をその先行するデータ・シンボルと正確に同じレベルと同じ位相で受信するというように、選択することができる。同時に、第２移動局は、同じ同期語を第２方向におけるそのプレアンブルとしてかつ後続データ・シンボルの電力レベルに等しい第２所望電力レベルで受信する。これら２つの要件を同時に満足する実現可能性は、以下で数学的に考察する。
【００４１】
伝送がＮ素子アンテナ・アレーを使用して行われるならば、ただしＮ＞２とすると、各素子は列ベクトルを形成するために信号ａ（ｉ）で以て駆動される。
【００４２】
【数１】
0004523218.tif 000002
【００４３】
アンテナ素子ｉから移動局ｊへの伝搬チャネルをＣjiで表し、ここにｊ＝１，２、かつ受信するそれぞれ２つの移動局に対する２つの同期語信号をａ．Ｓ（ｔ）とｂ．Ｓ（ｔ）で表し、ここに「ａ」と「ｂ」は所望信号振幅レベルであるとすると、
【００４４】
【数２】
0004523218.tif 000003
ここで、Ｓは２成分列ベクトルである。
【００４５】
Ｎ未知数ａ１．．．ａ（Ｎ）がありかつ満足する方程式は２つのみである。次の追加条件を課すると、すなわち、合計放射電力
【００４６】
【数３】
0004523218.tif 000004
【００４７】
が最小であるものとすると（それによって、目標としない方向には最小の干渉を与える）、一意解は次のように見つかる。
【００４８】
【数４】
0004523218.tif 000005
【００４９】
２つの移動局の方向が一致するならば、Ｃ．Ｃ#は単数になる。そうすると、ほぼ同一方向に存在する移動局に異なった信号レベルを伝送するようにするのは効率的でないかもしれず、また２つの信号レベル（ａ，ｂ）のうちの低い方を上昇させることは、より少ない合計電力で済むかもしれない。数値例は、図３の４素子アレー３０の場合について用意される。例示したアレー３０では、それぞれ２方向に伝送するために、４素子３２、３３、３４及び３５には次の信号が与えられる。
【００５０】
【数５】
0004523218.tif 000006
【００５１】
それゆえ、行列Ｃ．Ｃ#は、次のように計算することができる。
【００５２】
【数６】
0004523218.tif 000007
0004523218.tif 000008
かつその逆行列は次のようになる。
0004523218.tif 000009
【００５３】
この逆行列には逆数の共通項があるので２方向が互いに接近するに連れて逆行列の要素は無限大に近づく。しかしながら、この行列を等しい信号レベルａ＝ｂに関する列ベクトルＳ（ａ，ｂ）に乗算するならば、その結果は、論理通り、それらの方向が一致へ近接するに連れて集束し、２つの極めて近く隣接する方向に等しい信号を伝送するのに問題はない。しかしながら、「ａ」と「ｂ」が等しくないとき、必要とされたアレー駆動信号は、それらの方向が一致に近づくに連れて、集束しなくなる。なぜならば、実質的に異なった信号レベルを極めて近く隣接した方向に放射させるように要求することは不可能であるからである。対象的に、４素子アレー３０については、アレー駆動信号に対する解は次のようになる。
【００５４】
【数７】
0004523218.tif 000010
ここで、φiはそれらのビーム方向のうちの１つに対する素子ｉの位相である。
【００５５】
全４素子３２〜３５について上記の平方した大きさを加算すると、合計電力が与えられる。１方向に信号振幅１を、かつ鏡像方向に０．５を伝送するための合計電力は、０．５波長間隔を取る無指向性放射器の４素子アレーについて、異なったビーム・スクイント角毎に単位電力に対してｄＢとして下の表１で与えられる。
【００５６】
【表１】
0004523218.tif 000011
【００５７】
表１は、角方向ビーム間隔がゼロに近接するに連れて、異なった信号レベル（ａ，ｂ）＝（１，０．５）を創出しようと試みると効率が急速に低下することを例示する。＋／−１５度と＋／−７度のビーム角の回りに非効率度の低い領域があり、これは他のビームの主ローブ放射に対して負符号を付けたものである１つのビームのサイド・ローブが原因であって、破壊的干渉を引き起こす。その場合、その第２ビームの符号を反転し、（ａ，ｂ）＝（１，０．５）という振幅を選択するのが好ましく、その結果を下の表２に掲げる。
【００５８】
【表２】
0004523218.tif 000012
【００５９】
これは、第２ビームに逆相を選択するのを有利とするビーム角及び同相を選択するのを有利とする他のビーム角があることを示す。より一般的には、第１方向における信号よりも遥かに低い信号を第２方向に発生するようにするのは効率的でないとき、第２方向に高目の信号レベルを発生するべきであって、かつその最適レベル、最小合計アレー電力を生じるレベルはｂに関して微分しかつゼロに等しいと置き、以下に得られる式によって見つけられる。
【００６０】
【数８】
0004523218.tif 000013
【００６１】
それゆえ、第２ビームで同じ同期語を伝送する重なり期間中に第２ビーム・レベルについての上の最適値を代わりに使用するべきである。
【００６２】
第１ビーム伝送の終端で、ｂが第２ビームの標的信号レベルに達するまでｂ（opt）という高目のレベルからａとｂの両方の出力を下げさせることによって出力低下を行うことができる。しかしながら、第１ビーム方向を第２ビーム方向と収束する方向にスイングさせないならば、ａを出力低下させ続ける一方ｂを維持するのは効率的でない。その最適な解は各素子に対して異なった傾斜関数を伴うことがある。これらの関数は実アンテナ素子特性の複雑な関数である。しかしながら、性能を少し向上することによって、その複雑性を保証されなくてもよい。結果として、上に説明した第１実現が好適であって、この実現では第２同期語の伝送の完了の後に第１ビームがその信号振幅ａから出力を下げる一方、同じ同期語の伝送の前に第２ビームがゼロからその振幅ｊｂへ出力を上げ、ここにｊｂは第１ビームに対する９０゜の移相と組み合わせられたｂの信号振幅を意味する。
【００６３】
図４は、本発明に従うシステムと方法を実現する基地局５０を例示するブロック図である。基地局５０は、メモリ５４に接続されたディジタル信号プロセッサ５２を含む。メモリ５４は、スロット割当て、周波数割当て、及びビーム方向割当てについてプロセッサ５２によって実現されるプログラムを記憶する。プロセッサは、ブロック５６から移動局として異なった受信機へ伝送されるデータ信号を受信する。プロセッサ５２は、変調器バンク５８を経由してビーム形成回路網６０に接続される。ビーム形成回路網６０は、線形列増幅器６２の集合を経由してアンテナ・アレー６４に接続される。アンテナ・アレー６４は、パッチ素子のようなアンテナ素子６６のアレーを含み、これらの素子はストリップ線路材料のシート６７に印刷される。４列６８、６９、７０、及び７１の各々内の素子６６は、在来の方式で、整相線（図示してない）によって同相に相互接続されて垂直指向性を有する共線形アレー（co-linear array）を形成する。
【００６４】
変調器バンク５８は、ビーム１用第１変調器５８−１、ビーム２用第２変調器５８−２、ビーム３用第３変調器５８−３、及びビーム３用第４変調器５８−４からなる。線形列増幅器６２は、第１増幅器６２−１、第２増幅器６２−２、第３増幅器６２−３、及び第２増幅器６２−４を含む。
【００６５】
４列６８〜７１は、それぞれの電力増幅器６２−１から６２−４によって駆動される。それらの電力増幅器は、全体として６２で指示され、各々が異なった周波数と異なった電力レベルの多くの信号の和を忠実に増幅する多搬送波電力増幅器であることができ、それであるから列増幅器６２の１集合は多くの同時ビームと多くの同時周波数に対して充分である。
【００６６】
バトラー（Butler）行列として知られた固定ビーム形成回路網６０は、特定方向の放射について信号を受けかつアンテナ・アレー６４からの放射が所望方向にあるというようにその入力信号をその４出力間に同相に分割するために電力増幅器６２の集合の入力で使用される。バトラー行列６０への他の入力は、他の方向の伝送に使用される。バトラー行列６０は、４以上の、例えば、８入力を有することができ、それで、この行列は相当する数の出力を有することもあり、これらの出力のうちの４つのみが電力増幅器６２に接続される。これによって、４以上の異なった方向を定めることが許され、それで、余分ビームは元の４ビームと実質的に重なる。適応チャネル割当て装置（図示してない）は、同じ基地局サイト又は付近の他の類似の基地局サイトから伝送された他の進行中の呼との干渉を最小限にするように、各呼に使用される周波数、タイム・スロット、及び方向を割り当てる。
【００６７】
異なった搬送周波数を使用する同一方向の伝送用信号は、ディジタル信号プロセッサ５２を使用して、データ信号５６から生成され、加算され、次いで、変調器バンク５８を使用して一緒に変調されて、バトラー行列６０への印加用信号を形成する。本願明細書にその内容を組み入れた参考資料に説明されているように、ディジタル信号プロセッサ５２は、バトラー行列６０の機能を実現しかつそれを数値的に遂行させ、それゆえブロック６０の必要を除去することができる。これが行われるとき、伝送は有限数の所定ビーム方向にもはや制約されるのではなく、各タイム・スロット内のかつ各周波数での各信号は目標受信機によって受信される信号品質を最上限にするようにビーム方向を独立に制御される。ディジタル伝送ビーム形成の簡単な方法は、デントの米国特許第５，９０９，４６０号に説明されている。
【００６８】
一般に、プロセッサ５２は、アレー駆動信号を形成するために、エラー・コーディング、変調、ビーム形成、割当てチャネルへのディジタル周波数偏移、及び異なった周波数チャネル上での信号のディジタル周波数分割多重化の機能を含む。次いで、アレー駆動信号は、ＤＡ変換されかつ所望無線周波数帯域に変調される。その帯域の中心は、変調器バンク５８と関連した周波数シンセサイザ６３からの無線周波数信号によって定められる。プロセッサ５２は、本発明の方法を実現するために異なったタイム・スロットの間かつ異なったビームに対して信号の上り傾斜及び下り傾斜を適用するようにプログラムすることがまたできる。当業者は、本願明細書及びこれに組み入れた技術の開示を援用して、上の機能の全てを複素乗算と複素加算を使用する数値領域で遂行することができる。
【００６９】
本発明はプログラム式ディジタル信号プロセッサに関して説明してあるが、そのシステムは、当業者に明らかであるように、他の型式のプロセッサ又は電子回路を使用して実現することもできる。それゆえ、本発明の他の実現は可能であるが、しかし特許請求の範囲に明確にした本発明の範囲と精神に属すると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従う異なった方向における多数タイム・スロットの伝送を例示するタイミング線図である。
【図２】  本発明に従って第１ビームと第２ビームを伝送する放射パターンを例示する曲線図である。
【図３】  本発明に従って４素子アンテナ・アレーについて２方向における伝送を説明する線図である。
【図４】  本発明に従う基地局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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