(57)【要約】無線通信システムの容量を増大できるアンテナ装置が開示される。このアンテナは、局と共に動作するものであり、複数のアンテナ素子（１０１−ｎ）を含む。各アンテナ素子は、各素子から送信される（または各素子によって受信される）信号に重みを提供するために、それぞれの重み制御コンポーネント（１１１−ｎ）に結合される。各アンテナ素子に対する重みは、例えば、アイドルモード中にパイロット信号を受信したとき最適受信が得られるように調整される。アンテナアレイは、移動局から送信される信号のためのビームフォーマ、および基地局から送信された信号をより最適に検出し受信するための指向性受信アレイを生み出す。信号の指向性送受信によって、マルチパスフェージングおよびセル間干渉は大幅に減少する。各重みは、粗調整モードおよび微調整モードで調整される。粗調整モードでは、受信信号の信号品質メトリックが最適になるまでアンテナビームが円形の所定のセクタをスキャンするように、すべての重み制御コンポーネントが一緒に調整または変更される。粗調整モードの後に微調整モードが続き、このモードの間に、各重みは個別に調整され、信号品質メトリックがさらに最適化される。
2006504354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信機の複数のアンテナ素子に対して最適な重み制御コンポーネントの構成を設定する方法であって、
（ａ）前記複数のアンテナ素子の各々から所定の信号を受信するステップと、
（ｂ）前記複数のアンテナ素子の各々から検出された前記所定の受信信号を合成して、合成された所定の受信信号を生成するステップと、
（ｃ）前記合成された所定の受信信号に対する信号品質メトリックを決定するステップと、
（ｄ）前記所定の受信信号の前記信号品質メトリックに応答して、前記局内の前記複数のアンテナ素子の少なくとも２つに関連する前記重み制御コンポーネントを一緒に調整するステップと、
（ｅ）前記ステップ（ｄ）を、最適な信号品質メトリックが達成されるまで繰り返すステップと、
（ｆ）前記所定の受信信号の前記信号品質メトリックに応答して、前記重み制御コンポーネントを個別に調整するステップと、
（ｇ）前記ステップ（ｅ）を、前記合成された所定の受信信号の前記決定された信号品質メトリックが最適値に達するまで繰り返すステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記信号品質メトリックは、受信信号エネルギー対干渉比であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記信号品質メトリックは、受信信号エネルギー対熱雑音比であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記信号品質メトリックは、受信信号パワーであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
各重み制御コンポーネントは、位相シフタを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
各重み制御コンポーネントは、増幅器および位相シフタを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
各重み制御コンポーネントは、電磁カプラを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｄ）および（ｆ）は、前記複数のアンテナ素子からの出力信号に与えられた振幅、位相、または振幅と位相を調整するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
複数の送受信機を含み、
前記複数の送受信機は、第１の複数の局および第２の複数の基地局を具え、
前記ステップ（ａ）は、前記第１の複数の局のうちのある局と、前記第２の複数の基地局のうちのある基地局との間の通信セッションの最初に実行されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記信号品質メトリックの前記最適値は、所定の値を越えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記所定の信号は、パイロット信号であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記所定の信号は、ビーコンフレームであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記所定の信号は、プリアンブルシーケンス、バーカーシーケンス、トレーニングシーケンス、または受信側で事前に知られた他のシーケンスからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１４】
ステップ（ｂ）の合成ステップは、少なくとも２つの特定の所定の受信信号に対して重み制御コンポーネントを調整した後で、他の所定の受信信号を合成する前に、前記特定の所定の受信信号を合成するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記重み制御コンポーネントの前記調整は、前記局がアクティブ状態のときに行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記重み制御コンポーネントは、第１のモードでは一緒に調整し、第２のモードでは個別に調整することによって、所定の基地局から送信された信号でない信号によって引き起こされる前記干渉を低減して、前記アンテナ素子で受信される前記信号を最適にすることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１７】
他の基地局に及ぼす前記干渉を低減することによって、選択された基地局に前記アンテナ素子を介して送信される前記信号を最適にするために、前記重み制御コンポーネントは、第１のモードでは一緒に調整可能であり、第２のモードでは個別に調整可能であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１８】
複数の基地局は、符号分割多元接続信号を共通の搬送波周波数で送信することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１９】
前記符号分割多元接続信号はセル内で送信され、各セルは基地局と複数の移動局を含み、各移動局はアンテナ装置を有することを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
複数の局および少なくとも１つの基地局は、複数の移動局とアクセスポイントとの間の無線ローカルエリアネットワーク通信を提供するシステムを具えたことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２１】
複数の送受信機に接続された複数のアンテナ素子に対して最適な重み制御コンポーネントの構成を設定する方法であって、
（ａ）前記複数のアンテナ素子から所定の信号を受信するステップと、
（ｂ）前記複数の送受信機の各々で検出された前記所定の受信信号を合成して、合成された所定の受信信号を生成するステップと、
（ｃ）前記合成された所定の受信信号の信号品質メトリックを決定するステップと、
（ｄ）前記所定の受信信号の前記信号品質メトリックに応答して、前記複数のアンテナ素子の少なくとも２つに関連する前記重み制御コンポーネントを一緒に調整するステップと、
（ｅ）前記ステップ（ｄ）を、最適な信号品質メトリックが達成されるまで繰り返すステップと、
（ｆ）前記受信信号の前記信号品質メトリックに応答して、前記重み制御コンポーネントを個別に調整するステップと、
（ｇ）前記ステップ（ｅ）を、前記合成された所定の受信信号の前記決定された信号品質メトリックが最適値に達するまで繰り返すステップと
を具えたことを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記信号品質メトリックは、受信信号エネルギー対干渉比であることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記信号品質メトリックは、受信信号エネルギー対熱雑音比であることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
前記信号品質メトリックは、受信信号パワーであることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２５】
各重み制御コンポーネントは、位相シフタを含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２６】
各重み制御コンポーネントは、増幅器および位相シフタを含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２７】
各重み制御コンポーネントは、電磁カプラを含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動（または携帯用）セルラ通信システムに関し、より詳細には、移動局によって使用される、ビームフォーミング送受信機能を提供するためのアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラ移動電話システムなど、広く展開されている通信システムは、基地局と１つまたは複数の移動局の間で無線通信を提供する。一般に基地局は、地上の公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）に相互接続された、コンピュータ制御の一組の送受信機である。基地局は、フォワードリンク無線周波数信号を移動局に送信するアンテナ装置を備える。基地局アンテナはまた、各移動ユニットから送信されたリバースリンク無線周波数信号を受信する。各移動局も、フォワードリンク信号の受信およびリバースリンク信号の送信のためのアンテナ装置を備える。代表的な移動局は、デジタルセルラ電話ハンドセット、またはセルラモデムに結合されたパーソナルコンピュータである。いくつかのセルラシステムでは、複数の移動局が同一の周波数で、しかし異なるタイムスロットまたは異なる変調符号で信号を送受信し、個々の局に送信される、または個々の局から受信される信号を区別することができる。
【０００３】
もう１つの種類の、ますます普及しつつある無線データ通信システムは、ＩＥＥＥ（米国電気電子技術者協会）標準８０２．１１ａ、およびその変形である８０２．１１ｂおよび８０２．１１ｇによって指定されたものなど、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）である。このＷＬＡＮは、サービスエリアがセル（ＷＬＡＮの用語では基本サービスセットまたはＢＳＳと呼ばれる）に分割され、各セルがアクセスポイントと呼ばれる制御基地局によって制御されるという点で、セルラシステムと同様である。この場合、リモートの各移動局は、セルラシステムと同様に、基地局を使用して通信ネットワークにアクセスする。ＷＬＡＮは、無線周波数チャネルが共用される、もう１つの種類の無線通信システムである。
【０００４】
移動局で信号を送受信するための、最も一般的な種類のアンテナは、モノポールアンテナまたは無指向性アンテナである。この種類のアンテナは、局内部の送受信機に結合された単一のワイヤまたはアンテナ素子からなる。送受信機は、局内部の回路から送られるリバースリンク信号を受け取り、その信号を、その局に割り当てられた特定周波数の搬送波信号上に変調する。変調された搬送波信号は、アンテナ素子によって送信される。アンテナ素子によって、特定周波数で受信されたフォワードリンク信号は、送受信機で復調され、移動局内の処理回路に供給される。
【０００５】
モノポールアンテナから送信される信号は、本質的に無指向性である。すなわち、信号は、ほぼ水平な平面内のあらゆる方向に、同じ信号強度で送信される。モノポールアンテナ素子を用いた信号の受信も、同様に無指向性である。モノポールアンテナは、その能力上、ある方向の信号の検出と、他の方向から来る同一のまたは異なる信号の検出を区別しない。一般に、モノポールアンテナは、方位角方向にはあまり放射を発生しない。そのアンテナパターンは、一般に、アンテナ素子をドーナツ穴の中心に置いたドーナツ形と見なされる。
【０００６】
移動局で使用されているアンテナの第２の種類は、（特許文献１）に開示されている。この文献のシステムでは、例えばラップトップコンピュータの外側ケースに取り付けられた２つのアンテナ素子を含む指向性アンテナが提供される。このシステムは、各素子に取り付けられた位相シフタを含む。この位相シフタは、そのコンピュータでの通信の間に送信または受信される各信号の位相を変化させるためにオンまたはオフに切り換えることができる。位相シフタをオンに切り換え、それに入力される信号に与えられた位相のシフト量を調整することによって、（受信および送信の両方のモードに適用される）アンテナパターンを修正して、集中信号またはビームを選択された方向に提供することができる。これは、アンテナ利得または指向性における増大と呼ばれる。それによって、前述の特許の２素子アンテナは、送信される信号を所定の象限または方向に向けて送り、基地局に対するその局の向きの変化を可能にし、一方、向きの変化に起因する信号損失を最小にする。アンテナの相反定理により、位相シフタの使用によって、アンテナの受信特性も同様に変化する。
【０００７】
各移動局が無線チャネルへのアクセスを共用しなければならない無線システムは、干渉による制限を受けるシステムと理解されている。すなわち、あるセルおよび隣接セル内でより多くの移動局がアクティブになるにつれて、周波数干渉がより大きくなり、従ってエラー率が高くなる。エラー率が高まるにつれて、運営業者は、信号およびシステムの完全性を維持するために、許容される最大データレートを低下させる必要がある。したがって、データレートを高めることができる他の方法は、アクティブな移動局の数を減らして、干渉の可能性のある電波を排除することである。しかし、システムユーザへの優先権割り当てがないため、この方法がデータレートを高めるための有効な手段になることは稀である。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５６１７１０２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
無線通信システムの移動局で使用される従来技術のアンテナには、様々な問題が内在している。このような問題の一つに、マルチパスフェージングと呼ばれるものがある。マルチパスフェージングにより、ある送信側（基地局または移動局）から送信された無線周波数信号は、所定の受信機への経路上で干渉を受けることがある。この信号は、例えば、伝送の直接の経路上にはないが、元の信号の反射バージョンを受信機にリダイレクトする物体、例えば建造物によって反射される可能性がある。この場合、受信機は同一の無線信号の２つのバージョン、すなわち元のバージョンと反射バージョンを受信することになる。各受信信号は同一周波数であるが、反射とその結果伝送経路がより長くなることにより、反射信号は元の信号と位相がずれている可能性がある。その結果、元の信号と反射信号は部分的に打ち消し合い（干渉による弱め合い）、受信信号のフェージングまたは欠落が生じることになる。このため、マルチパスフェージングと呼ばれている。
【００１０】
単一素子アンテナは、マルチパスフェージングの影響を非常に受けやすい。単一素子アンテナには、送信信号が送信されてきた方向を決定する手段が全くなく、任意の特定の方向の信号を、より正確に検出し受信するために同調または減衰させることができない。このアンテナの指向パターンは、アンテナコンポーネントの物理的な構造によって固定されたままである。
【００１１】
また、前述の（特許文献１）に記載の２素子アンテナも、位相シフタがアクティブのときに、アンテナパターンによって形成される半球状のローブの対称で対立する性質のために、マルチパスフェージングの影響を受けやすい。アンテナパターン中に生成されるローブがほぼ対象であり、互いに逆向きなので、発生元から逆方向で反射された信号は、直接受信される元の信号と同程度のパワーで受信することができる。すなわち、元の信号が、（送信側に対して）所定の受信機の向こう側または背後の物体で反射し、直接受信信号として逆方向から受信器に戻ってきた場合には、２つの信号の位相差により、マルチパスフェージングに起因して干渉による弱め合いが発生する可能性がある。
【００１２】
存在するもう一つの問題は、セル間干渉である。大部分のシステムでは、セルの中心（または、ＷＬＡＮの場合はＢＳＳの中心）に基地局を配置する。一般に、セル端からそのセルの基地局までの距離は、セル端近くに位置する移動局からそのセルの基地局まで、許容できる信号を送信するのに必要なパワーの最大量（すなわち、許容できる信号を、あるセルの半径に等しい距離だけ送信するのに必要なパワー）によって決定される。
【００１３】
セル間干渉は、あるセルのセル端近くの移動局が信号を送信し、その信号が端部を越えて隣接セルに入り込み、その隣接セルで行われている通信と干渉したときに発生する。一般に、セル間干渉は、隣接セルでの通信に同様の周波数が使用されているときに発生する。セル間干渉の問題は、送信する信号がセル中心部に位置する所定の基地局で有効に受信できるように、一般にセル端近くの局ほどより強いパワーを使用するという事実によって悪化する。所定の受信機の向こう側または背後に位置する他の移動局からの信号が、同じパワーレベルで基地局に到来し、別の干渉が生じる可能性があることを考えてみる。
【００１４】
セル間干渉の問題は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）ではさらに悪化する。その理由は、隣接するセルの各局が、一般に同時に同一周波数で送信している可能性があるからである。例えば、一般に同一搬送波周波数で動作するが異なる基地局に送信する、隣接したセルにある２台の局は、基地局の一方で両方の信号が受信される場合に、相互に干渉することになる。一方の信号は、他方に対しては雑音になる。干渉の度合いや、所定の信号を検出し復調する受信機の能力は、各局が動作するパワーレベルによっても影響を受ける。局の１つがセル端に位置している場合、その局は、所定の基地局に達するために、同セル内および隣接セル内の他のユニットと比べて、より高いパワーレベルで送信する。しかし、その信号は、意図しない基地局、すなわち隣接セルの基地局でも受信される。意図しない基地局で受信された２つの同一搬送波周波数の信号の相対的なパワーレベルに応じて、そのセル内から送信された信号と隣接セルから送信された信号とを適切に識別できないこともある。必要なのは、局アンテナの見掛け上の視野（ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｖｉｅｗ）を狭める方法であり、それによって、基地局で受信される干渉送信の見掛け上の数を減少させて、（基地局から移動局への）フォワードリンクの動作に顕著な効果を与えることができる。同様の改善はリバースリンクにも必要であり、それにより、特定の受信信号品質を達成するために必要な送信信号パワーを低減させることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、ＣＤＭＡセルラ通信システムやＷＬＡＮシステムなどの、無線同一周波数通信システムの移動局または携帯局で使用できる安価なアンテナ装置を提供する。
【００１６】
本発明は、有効な放射エネルギーおよび／または受信エネルギーを最大にするためにアンテナ装置を効率的に構成する機構および方法を提供する。このアンテナ装置には、複数のアンテナ素子、および同数の調節可能な重み制御コンポーネントが含まれる。当技術分野では周知のように、重み制御コンポーネントは、各アンテナ素子に結合された信号の位相、振幅、および／または遅延を調整するように制御できる。重み制御コンポーネント（例えば、位相シフタ、ディレイライン、可変利得増幅器など）は、局の各アンテナ素子から送信されるリバースリンク信号の方向、および局から送信されるフォワードリンク信号の方向に影響を及ぼすように、一緒に、また個別に操作することができる。
【００１７】
アンテナ制御装置は、重み制御コンポーネントの粗調整および微調整を提供する。この制御装置は、最初に各重み制御コンポーネントを一緒に制御して、アンテナがほぼ所与の方向を指すように各アンテナ素子への信号入力の位相を変化させる。次いで、制御装置は、個別モードに切り換わる。このモードでは、各重み制御コンポーネントを個別に調整して、アンテナの指向方向を微調整する。
【００１８】
個別モードにおける、重み制御コンポーネントの適切な調整は、例えば、基地局から送信され、移動局で受信される所定の信号の最適な応答を監視することによって決定することができる。
【００１９】
所定の信号の正確な性質は、本発明が展開される無線通信システムの種類に応じて変わる。セルラシステムでは、一般に所定の信号は、パイロットチャネル信号またはアクセスチャネル信号になる。ＷＬＡＮシステムでは、所定の信号は、ビーコンフレーム、バーカーシーケンス、プリアンブルシーケンス、または他の所定のビットパターンとすることができる。一般に、トレーニングシーケンス、プリアンブル、および同様に事前に既知の信号を所定の信号として使用することもできる。
【００２０】
したがって、このアンテナ装置は、移動局からの信号送信用のビームフォーマとして動作し、また移動局によって受信される信号用の指向性アンテナとして動作する。アンテナ素子のアレイを使用し、各素子が所望のアンテナビームを形成するためのプログラマブルな重み制御コンポーネントを備えることによって、このアンテナ装置は、送信されるビットあたりの有効送信パワーを高める。したがって、セル内のアクティブな移動局の数を同一に維持することができ、一方、本発明のアンテナ装置は、各局のデータレートを、従来技術のアンテナで達成可能なデータレートを越えて高める。別法として、データレートが所与のレートに維持される場合は、本明細書に記載のアンテナ装置を使用して、単一のセル内で、より多くの移動局を同時にアクティブにすることができる。いずれの場合でも、任意の所与の時間に通信されるデータの総和で測定して、セルの容量は増大する。
【００２１】
アンテナ装置の指向性受信機能によって、フォワードリンク通信容量も同様に増大させることができる。アンテナ装置が隣接セルからの干渉に影響されにくくなるので、より多くのユーザを追加するか、あるいはセル半径サイズを大きくすることによって、フォワードリンクシステム能力を高めることができる。
【００２２】
本発明の前記および他の目的、特徴、および利点は、添付図面に示されるような本発明の好ましい実施形態についての、以下のより詳細な説明によって明らかになる。全図面を通して、同一の参照符号は同一の部分を示す。各図面は、必ずしも原寸には比例しておらず、本発明の原理を説明することを重視したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の好ましい実施形態を以下で説明する。
【００２４】
図１は、ＣＤＭＡセルラ通信システムなどの、典型的な無線通信システムを示す図である。セル５０は、移動局６０−１〜６０−３が、中心に位置する基地局１６０と通信をする物理的な領域を示す。１つまたは複数の移動局６０は、本発明に従って構成されたアンテナ１００を備える。移動局６０には、システム運営業者から無線データおよび／または音声サービスが提供される。また、移動局６０は、例えば、ラップトップコンピュータ、ポータブルコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）などを、基地局１６０を介してネットワーク７５に接続することができる。ネットワーク７５は、例えば、ＰＳＴＮ（公衆交換電話網）、インターネットなどパケット交換コンピュータネットワーク、公衆データ網、または私設イントラネットなどとすることができる。基地局１６０は、任意の数の異なる使用可能な通信プロトコル、例えば、プライマリレートＩＳＤＮ、ＩＳ−６３４やＶ５．２など他のＬＡＰＤベースのプロトコル、または、ネットワーク７５がインターネットなどパケットベースのイーサネット（登録商標）ネットワークの場合にはＴＣＰ／ＩＰを介してネットワーク７５と通信できる。局６０は、一般に、事実上移動可能であり、基地局１６０と通信しながらある位置から他の位置に移動することができる。局が、あるセルを離れ他のセルに移動するとき、通信リンクは、現在いるセルの基地局から移動先のセルの基地局にハンドオフされる。
【００２５】
図１には、例示のために、また本発明の説明を容易にするために、セル５０中に１つの基地局１６０と３台の移動局６０が示されている。本発明は、通常多数の移動局６０がセル５０など個々のセル内で１つまたは複数の基地局１６０と通信するシステムに適用可能である。
【００２６】
当業者なら、図１が、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＧＳＭ、または基地局１０４と各局６０の間でデータおよび／または音声を搬送するために無線チャネルが割り当てられるその他の信号伝達方式を使用する、標準的なセルラタイプの通信システムであってもよいことを理解されたい。好ましい実施形態では、図１は、例えば無線インタフェースのためのＩＳ−９５Ｂ規格に規定された符号分割多重方式を使用するＣＤＭＡのようなシステムである。
【００２７】
しかし、図１がまた、他の種類の無線システムを表すものでもあることも理解されたい。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂに従って動作する無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）は、１つまたは複数の制御基地局１６０（８０２．１１の専門用語では、正しくはアクセスポイントと呼ばれる）を有する。ＷＬＡＮは、各基地局１６０が、同時にアクティブであるいくつかのリモートの移動局６０にサービスを提供するという点でセルラシステムと同様である。したがって、本明細書での基地局１６０への言及は、ＷＬＡＮのアクセスポイントにも同様に適用可能である。
【００２８】
本発明は、基地局１６０から送信されたフォワードリンク無線信号の指向性受信と、ビームフォーミングと呼ばれる処理による、移動局６０から基地局１６０へのリバースリンク信号の指向性送信とを提供するアンテナ１００を、移動局６０に提供する。この概念は図１に、各移動局６０から基地局１６０に向かって、ほぼ最良の伝播方向で外側に広がる例示的ビームパターン７１〜７３によって示されている。ほぼ基地局１６０の方向に送信を指向させることができ、またほぼ基地局１６０の位置から発生する信号を指向性受信できることにより、アンテナ装置１００は、移動局６０のセル間干渉およびマルチパスフェージングの影響を軽減する。さらに、送信ビームパターン７１、７２、および７３は、基地局１６０の方向で外側に張り出すが、他の大部分の方向では減衰するので、移動局６０−１、６０−２、６０−３から基地局１６０への有効な通信信号の送信に必要なパワーはより少なくなる。
【００２９】
図２ａは、本発明の一実施形態に従って構成された、移動局６０と付随するアンテナ装置１００の詳細図を示す。アンテナ装置１００は、複数のアンテナ素子１０１−１、１０１−２、．．．、１０１−ｎ（本明細書では、これらをまとめてアンテナ素子１０１と呼ぶ）が取り付けられたベースまたはハウジング１１０を含む。アンテナ装置１００は、ハウジング１１０の内部に、各素子１０１−１、１０１−２、．．．、１０１−ｎによって受信される信号または送信される信号の振幅、位相、または振幅と位相の両方を調整する重み制御コンポーネント１１１−１、１１１−２、．．．、１１１−ｎ（まとめて、重み１１１）、双方向加算ネットワークまたはスプリッタ／コンバイナ１２０、送受信機１３０、ならびに制御装置１４０を含み、これらはすべてバス１３５を介して相互に接続されている。図示のように、アンテナ装置１００は、送受信機１３０を介してラップトップコンピュータ１５０（原寸に比例して示されていない）に結合されている。アンテナ１００は、ラップトップコンピュータ１５０に、基地局１６０から送信されるフォワードリンク信号１８０および基地局１６０に送信されるリバースリンク信号１７０によって、無線データ通信サービスを提供する。
【００３０】
一実施形態では、各アンテナ素子１０１は、ハウジング１１０の表面に配置することができる。例えば、ハウジングが直方体の場合は、４つの素子１０１を長方形（一実施形態では長方形は正方形である）の角に対応する位置にそれぞれ配置し、第５のアンテナ素子１０１を長方形の中心に対応する位置に配置することができる。各素子１０１間の距離は十分に長いので、複数の素子１０１によって受信される信号間の関係は、すべての素子１０１の対応する重み制御コンポーネント１１１に同一の設定がなされているものと想定して、同じ信号を受信した他の素子と位相がずれることになる。ただし、ｎは好都合な任意の数とすることができる。
【００３１】
重み制御コンポーネント１１１は、局（すなわち、この例ではラップトップコンピュータ１５０）にまたは局から、送信および／または受信される信号の指向性に作用することができるように、従属的に、また独立に調節可能である。信号送信中に各素子１０１に対する重み制御コンポーネント（すなわち、重み）を適切に調整することによって、位置的に基地局１６０の方向を向く合成ビームが形成される。すなわち、アンテナ１００からのリバースリンク信号１７０を送信するための、重み制御コンポーネントの最適構成は、指向性リバースリンク信号のビームフォーマを生成する各アンテナ素子１０１のための設定になる。結果として、所定の受信側基地局１６０の方向でより強いリバースリンク信号パターンを指向するアンテナ１００が得られ、隣接セルにある意図しない基地局もが同じリバースリンク信号１７０を受信する可能性を低減させる。
【００３２】
リバースリンク１７０を介した信号の送信に使用される重み制御コンポーネントの設定はまた、素子１０１に、基地局１６０から送信されたフォワードリンク信号１８０を最適に受信させ、他の隣接基地局からの信号の受信を減少させるものである。各アンテナ素子１０１に対する重み制御コンポーネントの可制御な特性と独立性により、ほぼ基地局１６０の位置の方向からくるフォワードリンク信号１８０だけが最適に受信される。素子１０１は必然的に、所定のフォワードリンク信号１８０に近い方向から送信されていない他の信号を排除する。言い換えれば、各素子１０１の重み制御コンポーネントを調整することによって、指向性アンテナが形成されることになる。
【００３３】
アンテナ素子１０１およびレシーバ１３０の代替実施形態が存在することを理解されたい。図２ｂに示されるように、複数のアンテナ素子１０１−１、１０１−２、．．．、１０１−ｍが同様に、同数の複数の重み制御コンポーネント１１１−１、１１１−２、．．．、１１１−ｍに関連付けられる。この実施形態には、異なる複数の送受信機１３０−１、１３０−２、．．．、１３０−ｎが存在する。スプリッタ／コンバイナ１２０は、この実施形態では、すべての送受信機１３０に接続される。この一実施形態では、ｎ＝ｍであり、従って、各素子１０１に関連付けられた送受信機１３０が存在することになる。ただし、他のＲＦコンバイナ／スプリッタ１２５を使用して、１つまたは複数のアンテナ素子１０１に関連する信号を組み合わせることによって、ｎとｍが等しくない場合の構成をサポートすることもできる。
【００３４】
図２ａまたは図２ｂの実施形態が使用されるかどうかには関係なく、重み制御コンポーネント１１１の設定は、本発明の教示に従って、先ず粗調整によって設定される。この調整では、アンテナビームを指すように、すべての重み制御コンポーネント１１１が同時に調整される。各重み制御コンポーネント１１１を調整する代わりに、複数の重みベクトルが使用される。各重みベクトルは、アンテナ指向角度を表すものであり、それぞれ、各重み制御コンポーネント１１１ごとに１要素ずつ値または要素を含む。重み制御コンポーネントを調整するとき（または各ベクトル要素を各重み制御コンポーネントに適用するとき）は、信号品質メトリック（例えば、信号対雑音比、パワーまたは信号対干渉比（Ｅｏ／Ｉｏ））を監視して、最適な（すなわち、個々のメトリックに応じて、最小または最大の）信号品質メトリック値を見つけだす。粗モードでは、すべての重み制御コンポーネント１１１が同時に調整されるので、アンテナビームが方位角を介して回転する間に、アンテナビームの形は変化しないままである。最適信号品質メトリック値が識別された後で、重み制御コンポーネント１１１は、互いに切り離され、次いで、アンテナビームパターンを微調整するために個別に調整される。
【００３５】
粗調整の後で微調整を行う本発明の技法により、最適なアンテナビームパターンを達成するのに必要な時間が低減される。粗調整ステップがない場合は、各重み制御コンポーネント１１１の個別の調整には、（より一般的には、ｎ自由度を表す）個別のパラメータの調整が含まれ、従って最適ビームパターンに収束させるためにより長い時間がかかることになる。１つの自由度だけのプロセスで始めて、すべての重み制御パラメータ１１１を同時に変化させることによって、ほぼ最適なアンテナパターンが迅速に達成され、次いで、微調整プロセスによって最適なアンテナパターンを決定する。粗調整／微調整プロセスにより、従来技術の技法と比べ、より迅速に最終の最適アンテナビームパターンに収束する。
【００３６】
加算ネットワーク１２０は、各重み制御コンポーネント１１１の信号端子Ｓに結合される。送信の間に、加算ネットワーク１２０は、リバースリンク信号を各重み制御コンポーネント１１１に提供する。重み制御コンポーネント１１１は、各重み制御コンポーネント１１１への制御入力信号Ｐによって決定される重み（一実施形態では、位相シフト）を入力信号に与えることによって、リバースリンク信号の補正に作用する。各素子１０１から送信されるリバースリンク信号１７０に違いを生じさせることによって、他の素子から送信される信号との干渉による強め合いまたは弱め合いが生じる。このようにして、干渉信号同士が組み合わされ、所望の方向で、リバースリンク信号１７０のための強い合成ビームが形成される。各アンテナ素子１０１に提供された、与えられた重みによって、合成ビームが送信される方向が決定される。
【００３７】
各アンテナ素子１０１からの送信に使用される重み制御コンポーネント１１１は、基地局１６０から受信するフォワードリンク信号１８０にも同様の効果を与える。すなわち、各素子１０１が基地局１６０から信号１８０を受信したとき、ベース１１０上の各素子１０１の物理的な分離によって、（重み制御コンポーネント１１１の調整前は）個々の受信信号は互いに位相がずれている。しかし、各受信信号は重み制御コンポーネント１１１によって位相がシフトされる。調整によって、各信号と他の受信信号１８０の位相が揃えられる。その結果、加算ネットワーク１２０によって生成される合成受信信号の信号品質メトリックが最大になる。
【００３８】
各重み制御コンポーネント１１１の重み値を最適に確立するために、重み制御値が制御装置１４０によって与えられる。一般に、好ましい実施形態では、ラップトップコンピュータ１５０がアンテナ１００を介してペイロードまたは情報データを送信も受信もしていないアイドル期間中に、制御装置１４０がこれらの最適な重みを決定する。局６０がこのアイドル状態で動作しているとき、基地局１６０から送信され各アンテナ素子１０１で受信される所定の信号は、受信信号エネルギーまたは他のリンク信号品質メトリックを最大にすることによってなど、重み制御コンポーネント１１１を調整し、受信を最適化するためのベースとして機能する。
【００３９】
重み制御コンポーネント１１１を調整するために使用される所定の信号１９０の正確な種類は、システム１００の正確な種類に依存する。ＣＤＭＡセルラ方式の場合は、所定の信号１１０は、フォワードリンクパイロット信号またはアクセスチャネル信号とすることができる。ＷＬＡＮシステム１００の場合は、所定の信号１９０は、ビーコンフレーム、バーカーシーケンス、または同様の所定のビットパターンとすることができる。他の適切な所定の信号１９０は、プリアンブル、トレーナシーケンス、または受信側で事前に知ることができる同様の信号とすることができる。
【００４０】
制御装置１４０は、このように各重み制御コンポーネント１１１に対する最適な重みを決定し、設定して、フォワードリンクパイロット信号１９０の受信を最適にする。アンテナ１００が、基地局１６０とラップトップ１５０の間での信号送信または受信のためにアクティブモードに入ったとき、各重み制御コンポーネント１１１によって設定される重みは、以前のアイドル状態の間に設定された状態のままとなる。
【００４１】
制御装置１４０によって実施される重み設定計算の詳細な説明をする前に、本発明が、一部には、任意の１台の移動局（すなわち、ラップトップ１５０）に対する基地局１６０の位置が事実上ほぼ円周上にあるという観測に基づいていることを理解されたい。すなわち、移動局６０の周りに円を描き、基地局の位置が最小１度の細分性を有すると想定した場合、基地局１６０は、３６０個の可能な角度位置に位置することができる。ｎ個の重みの組合せ（ｎ個の各重み制御コンポーネント１１１ごとに１つの値）によって、３６０度の円内のある角度セクタでアンテナパターンが最適化される。最小セクタ幅は、重み値を確立するための本発明によるプロセスを用いて実現できる。
【００４２】
本発明の教示によれば、最適な重みを決定するために２段階のプロセスが使用される。先ず、制御装置１４０は、すべての重み制御コンポーネント１１１を一連の値によって同時に調整する。例えば、すべての重み制御コンポーネント１１１は、アンテナビームパターンの中心軸が５度間隔で移動し、結果として３６０度円の周囲に７２個の異なる角度位置が生ずるように同時に調整することができる。重みを変化させてアンテナビームをスキャンするための、各重み制御コンポーネント１１１への制御信号入力は、制御装置１４０内のメモリ位置から読み出すことができる。メモリ位置へのインデックスは、所望のアンテナビーム角度であり、出力は、アンテナビームを所望の方向に指向させるために各重み制御コンポーネント１１１のＰ端子に印加される５つの重みである。各ビーム位置で、パイロット信号に対するレシーバ１３０の応答が決定される。本発明の一実施形態では、局６０がアイドル状態にある間に、アンテナ再スキャンプロセスが実施される。スキャンプロセスは、アクティブモードの間に基地局１６０から送信される既知のデータセットに対して実施することもできる。３６０度円のすべての指向角（基地局１６０が移動局６０に対してある方向にあることが分かっている場合は、円の所定のセクタ）にわたって増分し、各指向角の受信機応答を検出した後で、いくつかの受信機メトリック（例えば、最大信号対雑音比、ビットエラー率、全干渉Ｉｏまたは全雑音Ｎｏに対するビットあたりエネルギーＥｂまたはチップあたりエネルギーＥｃの比など）の任意の１つによって測定して、最適な受信機応答を有する重みの組合せ（すなわち、各重み制御コンポーネント１１１ごとに１つ）が決定され、重み制御コンポーネント１１１がそれらの重み値に再設定される。
【００４３】
次に、各重み制御コンポーネント１１１は分離され、最適信号品質メトリックが識別されるまで、個別の重み値を各Ｐ端子に入力することによって、各々が個別に制御される。この微調整手法により、受信したパイロット信号から決定される最適信号品質メトリックを生成する、各重み制御コンポーネント１１１に対する重みが最終的に決定される。
【００４４】
図２ａには、素子１０１によって送受信されるすべての信号が通過する、（送受信機１３０と共に動作する）スプリッタ／コンバイナ１２０が図示されているが、本発明の教示によれば、この素子は必ずしも必要ではないことに留意されたい。他の実施形態では、図２ｂに示したように、各素子１０１を直接送受信機１３０に接続して、信号を送受信することができる。その場合、重み制御コンポーネント１１１は、各素子とそれに対応する送受信機の間に置かれる。各送受信機は、それに関連した素子で受信された信号の信号品質メトリックを個別に決定することができ、結果として得られた５つの（より一般的な場合にはｎ個の）信号品質メトリックは、本明細書に開示したように、制御装置１４０の入力として提供され、合成された信号品質メトリックを決定し、それに応じて各素子ごとの重みを確立する。要するに、本発明の教示は、複数の協働するアンテナ素子に適用され、各素子を介して送受信される信号の特定の処理方法とは無関係に、そのアンテナの最適指向角度を突き止めることができる。
【００４５】
図３は、本発明の一実施形態による、粗調整フェーズの間に制御装置１４０によって実施される、最適信号品質メトリック（すなわち、最適アンテナ指向角度）を達成するためのステップ３０２〜３０７を示す。制御装置１４０の代わりに、局６０内の汎用マイクロプロセッサまたは専用マイクロプロセッサをプログラムして、図３および４に示したプロセスを実行させることができる。前述のように、粗調整モードと微調整モードの両方でアンテナビーム角をスキャンするプロセスは、局６０がアイドル状態の間に実施することができる。重み制御コンポーネント１１１の最適な粗重み値を決定するために、ステップ３０２〜３０６は、データ送受信のアイドル期間中に、基地局１６０から送信されるパイロット信号１９０を使用して実施される。しかし、本発明の他の実施形態では、再スキャンプロセスは、基地局１６０から送信された既知のデータを使用して、局６０のアクティブ動作状態中に実施することができる。信号品質メトリックは既知のデータに対して決定され、粗調整および微調整のプロセスは、図３、４、および５に示したように実施される。
【００４６】
ステップ３０２で、制御装置１４０は、例えば、あるフォワードリンク信号１８０が無いこと、または所定の信号１９０があることを検出することによって、局６０がアイドル状態であることを決定する。ステップ３０３で、各重み制御コンポーネント１１１について重みが確立され、それに応答してアンテナビームパターンは、第１のまたは相対０度の方位角を指す。ステップ３０３は、最適な指向角を探索して、アンテナ１００が取る各指向角ごとに１回実施される再スキャンループの最初のステップである。ループを実行するとき、ループを通過する毎にアンテナ１００が異なる角度方向をスキャンするように、各重み制御コンポーネント１１１に関連する重みが修正される。各重みは、例えば、各素子１０１ごとに、各可能なアンテナ角度ごとに１つの重みを事前に計算し、テーブルに格納しておくことができる。言い換えると、ステップ３０３では、移動局６０を囲む３６０度円の角度０と概念的に説明できる第１の角度のために各重み制御コンポーネント１１１がプログラムされる。ステップ３０４で、局６０（または、他の実施形態ではラップトップコンピュータ１５０）は、加算ネットワーク１２０からの出力として、受信した所定の（例えば、パイロット）信号１９０の信号品質メトリックを決定する。ステップ３０４での測定は、ステップ３０３で適用された現在の重みのセットに基づき、各アンテナ素子１０１が、受信した所定の信号１９０をどの程度うまく検出したかを反映する。この信号メトリック値は、ステップ３０４で格納される。メトリックは、例えばビットエラー率、またはチップあたりの信号エネルギー対雑音エネルギー（Ｅｃ／Ｎｏ）などのリンク品質メトリックであってもよい。
【００４７】
次に、ステップ３０５は、処理をステップ３０３に戻し、ステップ３０３では、アンテナ１００の指向角を変更するために、制御装置１４０によって各重みが一緒に修正される。一実施形態では、この調整は、格納されたベクトルの中から他の重みベクトルを選択し、そのベクトルの要素を重み値として使用することによって実施される。一実施形態では、この調整は、格納されたベクトルの中から他の重みベクトルを選択し、そのベクトルの要素を重み値として使用することによって実施される。ステップ３０２〜３０５は、アンテナ１００が所望の指向角を最後までスキャンし、信号品質メトリック値が各角度に対して測定されるまで繰り返される。ステップ３０５ですべての所望の指向角がスキャンされたと判断された後で、ステップ３０６で、最適な（選択された信号メトリックによって指示された最大または最小）受信信号メトリック値を生成する設定により決定される、最適重みセットが決定される。次いで、ステップ３０７で、各重み制御コンポーネント１１１が、最適な結果を生ずると決定された重みセットと共にプログラムされる。
【００４８】
図３の粗調整プロセスが完了し、最良の信号品質メトリックに対する重み値がステップ３０７で設定された後で、ステップ３０８で、図４の重み微調整プロセスに処理が移行することが示される。
【００４９】
図４の微調整処理は、ステップ４０１で始まり、そのステップでは、各重み制御コンポーネントの重みを変化させる間、一定の値で保持するために、重み制御コンポーネント１１１の１つが選択される。ステップ４０２で、残りの重み制御コンポーネントが修正される。一実施形態では、重み制御コンポーネントは、所定のアルゴリズムまたは固定の増分値に従って、調整または増分される。Ｎ自由度の場合に、メトリックを最適化するためのアルゴリズムの使用と特性については、当技術分野では周知である。次に、ステップ４０６で、信号品質メトリックが測定され、保存される。保存された値は、ステップ４０１および４０２で、一意の重みセットと関連付けられる。処理は、ステップ４０２、４０６、および４０８で形成されるループを通して継続実行され、処理がステップ４０２に進むたびに４つの重み制御コンポーネントが調整される。ステップ４０２で実行される重み調節の細分度は、システムユーザによって決定される。変更される重み制御コンポーネントのすべての可能な設定が使用された後で、判断ステップ４０８は肯定応答を返し、処理は判断ステップ４１０に進み、ステップ４１０では、ステップ４０１ですべての重み制御コンポーネントが選択し終わるまで否定応答が返される。したがって、別の重み制御コンポーネントが選択されて一定値で保持され（ステップ４０１）、それ以外のコンポーネントが、プロセスが再度、ステップ４０２、４０６、および４０８を通して実行されるときに調整される。
【００５０】
判断ステップ４１０からの肯定応答により処理はステップ４１２に移り、そのステップで重み制御コンポーネント１１１の最良の設定が決定される。ステップ４０６で所定の信号メトリックが測定され保存されたことを想起されたい。したがって、ステップ４１２の処理は、保存された信号品質メトリック値を調べて最適値を識別することを含む。ステップ４１４で、最良の、または最適な信号メトリック値に関連する重み制御コンポーネント１１１の重みが決定され、その重み制御コンポーネント１１１がそれらの値に従って調整される。この時点で、粗調整および微調整の両方のプロセスは完了し、ステップ４１４にて重みによって決定されたアンテナパターンが最適パターンになる。
【００５１】
アイドル時間の間に、図３および４の処理を繰り返して、基地局１６０の方向および向きに対するアンテナ１００の動き、ならびに干渉パターンの変化を起こす物理環境の変化を補償することができる。さらに、既知のデータが局６０によって受信され、その結果、受信信号の信号メトリック値が最適な信号品質メトリックの比較および識別に適したものとなるとき、アンテナ１００は、情報信号の送信の間に図３および４のフローチャートによる処理によって最適化することができる。
【００５２】
図５は、図３および４のプロセスに必要な、摂動アルゴリズムを実施して各アンテナ素子１０１ごとの最適重みを決定するための、電子部品の略図を示す。
【００５３】
例えば、ｎ＝５の場合、このアルゴリズムは、５個の未知の最適重みＷ［ｉ］のうちの４個、例えばＷ［２］〜Ｗ［５］についてある値を固定する。アルゴリズムは、システムを摂動させて応答を観測し、固定されていない重み、例えばＷ［１］の最適構成を見つけるように適合される。測定されたリンク品質メトリック、この場合はＥｃ／Ｉｏが、第１のゲインブロックＧ１に供給される。入力の制御ループゲイン設定Ｇは、第２のゲインブロックＧ２に供給される。第１の高速クロックＣＬＫ１は、値「１」から値「−１」に交互に切り替わるが、Ｉ１によって反転され、第１の乗算器Ｍ１に供給される。乗算器Ｍ１のもう一方の入力はゲインブロックＧ２から供給される。
【００５４】
Ｍ１の出力は、第１のゲインブロックＧ１の出力と共に乗算器Ｍ３に供給される。積分器Ｎ１は平均レベルを測定し、その値をラッチＬに送る。低速クロックＣＬＫ２は、通常「１」と「０」の間で変わるある速度で交互に切り替わるが、ＣＬＫ１よりはるかに遅い速度で（少なくとも１００回ごとに）ラッチクロックＣを駆動する。ラッチＬの出力は、加算ブロックＳでＭ２からの非反転出力と加算される。結果のＷ［ｉ］は、最適化される関数の局所最小値を求める傾向を有する値となる。
【００５５】
次に、図５に示されたプロセスは、第１の重みをＷ［１］に設定し、次いで、図５のプロセスに従ってＷ［３］〜Ｗ［５］を変化させることによってＷ［２］決定することにより繰り返される。このプロセスを続けて、５個の未知の重み設定それぞれの最適値を見つける。
【００５６】
アンテナ素子の数が５以外のときも、このプロセスが同様であることを理解されたい。
【００５７】
別法として、粗調整モードにおいて、各アンテナ素子１０１の重み設定を増分で変化させる代わりに、各素子に対する重みをベクトルテーブルに格納しておくことができ、各ベクトルは、重み制御コンポーネント１０１のｎ個の重み制御設定値を表すｎ個の要素を有する。各ベクトルの値は、受信する所定の信号が到来する角度に基づき、予め計算しておくことができる。すなわち、各アンテナ素子に対する値は、移動局に対して基地局が位置する方向によって決定される。動作に際して、到来角度をベクトルテーブルへのインデックスとして使用し、各重み制御コンポーネントを、選択されたベクトルの要素によって表される重みに設定することができる。ベクトルを有するテーブルを使用することにより、各アンテナ素子１０１に粗い重みを適切に設定するためには、単一の到着角度の計算だけが必要とされる。次いで、図４の重み調整プロセスを実行する。
【００５８】
本発明の好ましい実施形態におけるアンテナ装置は、安価に構成でき、ＣＤＭＡ干渉制限システムの能力を大幅に高める。すなわち、ＣＤＭＡシステムにおける単一のセル内のアクティブ局の数は、一部には、使用可能な周波数の数によって、また使用中の周波数の数が増えたときに生ずる信号干渉による制限によって制限される。単一のセル内で、より多くの周波数がアクティブになるにつれて、基地局と実際に通信できるユーザの数についての最大数が、干渉によって制限されるようになる。セル間干渉もまた、セル容量の制限要因の一つとなる。粗調整プロセスと微調整プロセスを使用することによって迅速に収束させる本発明の能力を考えると、基地局１６０に対する角度および位置の変化に、移動局が迅速かつ正確に適合される。
【００５９】
本発明は、隣接セルからの干渉を適応的に除去し、本発明を備えた各移動ユニットと基地局との間の信号の送信および受信を選択的に指向させるので、セルあたりのユーザ数の増加が実現される。さらに本発明は、基地局の方向に延びる指向ビームを提供することによって、各移動局の必要な送信パワーを減少させる。
【００６０】
このアンテナの物理的な代替実施形態には、素子のうちの３つが正三角形の平面の角に位置し、その平面から垂直に外側に延びるように構成される４素子アンテナがある。第４の素子も同様に置かれるが、三角形の中心に配置される。
【００６１】
さらに本発明の教示は、複数の素子を含み、その一部の素子だけがアクティブ、すなわち信号を放射または受信している素子であるアンテナにも適用可能である。この場合、他の素子は寄生素子として機能し、放射された信号の一部を反射、リダイレクト、または吸収する。その結果、有利には、送信モードでは送信ビームを形成し、同様に有利には、受信ビームのパターンに作用する。各素子は、素子制御装置の決定に従って、アクティブモードと寄生モードのどちらででも動作することができる。
【００６２】
図６は、寄生素子とアクティブ素子の両方を含むようなアンテナの一実施形態を示す。寄生素子５００および５０２は、それぞれ終端装置５０４および５０６に接続される。アクティブ素子５０８は、図２ａに示したような従来型の受信回路５１０に接続される。図５には２つの寄生素子と１つのアクティブ素子が示されているが、図６に関する基本的な事項がｎ個の寄生素子およびｍ個のアクティブ素子に拡張できることは、当業者に周知である。例えば、一実施形態では、本発明の教示は、長方形の４つの角にそれぞれ１つずつ配置された寄生素子、および長方形のほぼ中心のアクティブ素子の場合に適用することができる。
【００６３】
動作に際して、図示のように、寄生素子５００および５０２の各々で信号が受信される。次に、この信号はそれぞれ、終端装置５０４、５０６に送られ、そこから素子５００および５０２を通って反射される。終端装置５０４および５０６は、以下のいずれか１つを含む。すなわち、位相シフト装置、重み制御コンポーネント（例えば、図２ａまたは２ｂの重み制御コンポーネント１１１など）、インピーダンス終端装置、およびスイッチである。終端装置５０４および５０６は、入力された信号の振幅と位相の両方、位相だけ、または振幅だけを制御し、それによって受信信号に対してある関係（すなわち、振幅および位相特性）を有する反射信号を生成する。反射信号は素子５００および５０２から放射され、アクティブ素子５０８での受信時に、有効に合成される。図６の実施形態が、アンテナアレイに関する以下の主要な３つの目的を達成することが分かる。すなわち、素子で信号を受信すること、受信信号に位相または振幅の変化を与えること、および受信信号を合成することである。図６の構成を受信モードで説明してきたが、アンテナ相反定理によって、送信モードでも同様の機能が達成されることは、当業者には周知である。
【００６４】
本発明を、好ましい実施形態を参照して詳細に図示し説明してきたが、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、本発明の形状および詳細についての様々な変更を加えることができることを、当業者なら理解されよう。また当業者なら、ほんの日常的な実験だけを使用して、本明細書で説明した本発明の特定の実施形態に対する多数の均等物を理解し確認することができよう。例えば、テーブルの代わりに、リンクリストまたはデータベースに各重みを格納するなど、各アンテナ素子の適切な重みを決定するための代替機構が存在するはずである。さらに、無線周波数測定技術分野の技術者なら、受信した所定の信号など信号の到来角度および信号品質メトリックを検出する様々な方法があることを理解されよう。信号の到来角度および信号品質メトリックを決定するためのこれらの機構は、本発明による使用が企図されているものと考えられる。また位置が分かっている場合は、重み制御コンポーネントの適切な重みは直ちに得ることができる。このような均等物は、特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、無線通信システムの容量を増大できるアンテナ装置を提供する。このアンテナは、局と共に動作するものであり、複数のアンテナ素子（１０１−ｎ）を含む。各アンテナ素子は、各素子から送信される（または各素子によって受信される）信号に重みを提供するために、それぞれの重み制御コンポーネント（１１１−ｎ）に結合される。
各アンテナ素子に対する重みは、例えば、アイドルモード中にパイロット信号を受信したとき最適受信が得られるように調整される。アンテナアレイは、移動局から送信される信号のためのビームフォーマ、および基地局から送信された信号をより最適に検出し受信するための指向性受信アレイを生み出す。信号の指向性送受信によって、マルチパスフェージングおよびセル間干渉は大幅に減少する。
【００６６】
各重みは、粗調整モードおよび微調整モードで調整される。粗調整モードでは、受信信号の信号品質メトリックが最適になるまでアンテナビームが円形の所定のセクタをスキャンするように、すべての重み制御コンポーネントが一緒に調整または変更される。粗調整モードの後に微調整モードが続き、このモードの間に、各重みは個別に調整され、信号品質メトリックがさらに最適化される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】無線通信システムのセルを示す図である。
【図２ａ】移動局で使用されるアンテナ装置の一構成を示す図である。
【図２ｂ】アンテナ装置の別の構成を示す図である。
【図３】各アンテナ素子から送信される信号、またはその素子によって受信される信号の重み値を最適に設定するために実施される処理ステップを示す流れ図である。
【図４】アンテナ素子の構成を最適に決定するための摂動アルゴリズムによって実施される諸ステップを示す流れ図である。
【図５】各アンテナ素子に割り当てられる重みを計算するための摂動計算アルゴリズムを示すフロー線図である。
【図６】別のアンテナ実施形態を示す図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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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【国際調査報告】
2006504354.tif 000010