(57)【要約】セルラーアーキテクチャはソフトハンドオフ領域を縮小するように配置されたアンテナアレー（２１２，２１３）を含むことによりシステム性能を向上させる。複数のアレー（２１２，２１３）は各アレー（２１２，２１３）が規則的に離間した間隔を有して第１の方向に向いた複数の平行線のうちの１つに沿って整列されるように配置され、第１の方向に向いた単一の直線上の各アレー（２１２，２１３）は同じ配置方向を有し、隣接する複数の平行線に沿う各アレー（２１２，２１３）は第１の方向に垂直な方向に対して第２の方向が約１０．８９度の角度を形成するように隣接アレーと交互にずらして配置される。隣接する平行線に沿うアレーの配置方向は互いに６０度回転される。アーキテクチャはＣＤＭＡシステムに特に適当である。スマートアンテナアレーを含む実施形態で移動体ユーザへの送信は１つの１次マルチパスと２つの２次マルチパスとを介して生じる。
2004511144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルラーシステムであって、
複数のアンテナアレーを備え、上記各アレーは３つの辺を有し、上記各アレーは１つの配置方向を有し、
上記複数のアレーは、上記各アレーが、実質的に規則的に離間した間隔を有して第１の方向に向いた複数の平行線のうちの１つに沿って実質的に整列されるようなパターンで配置され、上記第１の方向に向いた単一の直線上の上記各アレーは上記単一の直線上の他のアレーと実質的に同じ配置方向を有し、隣接する複数の平行線に沿った上記各アレーは、上記第１の方向とは異なる第２の方向における最も近接して隣接するアレーに対して、上記第２の方向が上記第１の方向に垂直な方向と約１０．８９度の角度を形成するように交互にずらして配置されるセルラーシステム。
【請求項２】
上記各アレーは、上記第２の方向における上記最も近接して隣接するアレーに対して約６０度だけ回転されている請求項１記載のセルラーシステム。
【請求項３】
上記各アレーはワイドビームアンテナを備えた請求項１記載のセルラーシステム。
【請求項４】
上記各アレーはスマートアンテナアレーを備えた請求項２記載のセルラーシステム。
【請求項５】
複数の送信機をさらに備え、上記各送信機は各アレーに接続され、上記各送信機は同じ周波数範囲で送信するように構成された請求項４記載のセルラーシステム。
【請求項６】
上記送信機は符号分割多重アクセス送信機である請求項５記載のセルラーシステム。
【請求項７】
上記スマートアンテナアレーは、送信信号を３つの異なるマルチパスを介して移動体ユーザへと向けるように構成された請求項５記載のセルラーシステム。
【請求項８】
第１のマルチパスは上記移動体ユーザから最も強い信号が受信される方向に対応し、第２のマルチパスは上記移動体ユーザから上記第１のマルチパス上の信号以外の最も強い信号が受信される方向に対応し、第３のマルチパスは上記移動体ユーザから上記第１及び第２のマルチパス上の信号以外の最も強い信号が受信される方向に対応する請求項７記載のセルラーシステム。
【請求項９】
上記移動体ユーザへ送信される合計の信号の約５０パーセントは上記第１のマルチパスを介して送信され、上記合計の信号の約２５パーセントは上記第２及び第３の各マルチパスで送信される請求項８記載のセルラーシステム。
【請求項１０】
セルラーシステムにおける移動体ユーザへ送信するための方法であって、
移動体ユーザから受信される信号の強度が最大である第１の方向を決定するステップと、
移動体ユーザから受信される信号の強度が上記第１の方向以外の方向より大きい第２の方向を決定するステップと、
移動体ユーザから受信される信号の強度が上記第１及び第２の方向以外の方向より大きい第３の方向を決定するステップと、
上記移動体ユーザへ送信される信号の合計の電力の第１の部分を上記第１の方向へ送信するステップと、
上記合計の電力の第２の部分を上記第２の方向へ送信するステップと、
上記合計の電力の第３の部分を上記第３の方向へ送信するステップとを含む方法。
【請求項１１】
上記複数の送信するステップは実質的に同時に実行される請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
上記複数の送信するステップはスマートアンテナを使用して実行される請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
上記合計の電力の約５０パーセントは上記第１の方向へ送信され、上記合計の電力の約２５パーセントは上記第２の方向へ送信され、上記合計の電力の約２５パーセントは上記第３の方向へ送信される請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
セルラーシステムの性能を評価するための方法であって、
順方向リンクの他のセルの干渉ファクタを計算するステップと、
干渉トラフィックチャンネル電力ファクタを計算するステップと、
上記順方向リンクの他のセルの干渉ファクタと、上記干渉トラフィックチャンネル電力ファクタとに基づいて漸近的な容量を計算するステップとを含む方法。
【請求項１５】
上記順方向リンクの他のセルの干渉ファクタＫｏｔｈｅｒは、次式：
【数１】
2004511144.tif 000032
に従って計算される請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
上記干渉トラフィックチャンネル電力ファクタεは、次式：
【数２】
2004511144.tif 000033
に従って計算される請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
上記漸近的な容量Ｍ∞は、次式：
【数３】
2004511144.tif 000034
に従って計算され、ＫｆはＫｓａｍｅとＫｏｔｈｅｒとの和に等しい請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線電気通信に関する。特に、本発明は、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）のスマートアンテナアレーシステムのようなセルラーシステムのための新しいセルラーアーキテクチャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
第２世代（２Ｇ）及び第３世代（３Ｇ）システムを含む無線通信システムにおいては、システムの容量を向上させるための実現性があるオプションは、順方向リンク（基地局から移動体へ）及び逆方向リンク（移動体から基地局へ）の両方でスマートアンテナアレーを用いることにある。ここで使用されるように、スマートアンテナという用語は、信号が受信される角度を検出することが可能であり、１つ又は複数の所望の方向へ集束されたビームを送信するとともに１つ又は複数の所望の方向から送信された信号を選択的に受信することが可能なアンテナを示す。逆方向リンクでは、基地局は、空間ダイバーシティを使用することで異なる到来方向角度（ＤＯＡ）からの複数の干渉信号を抑圧することにより、向上された容量を達成することができる。順方向リンクでは、基地局は、指向性ビームを任意の与えられた角度で１つのユーザに集束させ、かつ他のユーザへの信号を抑圧するために、逆方向リンクシステムのＤＯＡ能力を使用することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
スマートアンテナアレーの副次的影響の１つに、マルチユーザ干渉環境をもたらす一様でない利得パターンがある。従来のワイドビーム３セクタセル（“ＷＢＴＣ”）アーキテクチャで複数のセルのクラスタが配置される場合は、結果として大きなソフトハンドオフ領域が生じ、これはシステムの性能を低下させ、容量の低減をもたらす可能性がある。
【０００４】
必要とされているものは、従来のＷＢＴＣアーキテクチャに比べてソフトハンドオフ領域が縮小されている、スマートアンテナを使用するセルラーシステムのための新しいアーキテクチャである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この新しいセルラーアーキテクチャは、インタリーブされたワイドビーム３セクタセル（ＩＷＢＴＣ）アーキテクチャと呼ばれ、ここで、基地局は１つの配置方向を有し、かつ各セクタが六角形形状である３セクタセルに基づいた規則的なパターンで配置される。このアーキテクチャでは、隣接する基地局は第１の方向へ整列され、かつ、第１の方向に垂直である第２の方向において、好適には約１０．８９度だけ交互にずらして配置される。さらに、第１の方向で隣接する基地局は同じ配置方向を有する一方、第２の方向で隣接する基地局は互いに約６０度だけ回転されている。本発明に係るアーキテクチャは、任意のセルラーシステムに使用されてもよいが、特に、周波数分割を使用せず（すなわち、隣接する基地局が同じ周波数範囲で送信するＣＤＭＡシステムにおいて）、かつスマートアンテナを使用するＣＤＭＡシステムに特に適している。当該アーキテクチャは、（ＣＤＭＡ基地局がスマートアンテナアレーを順方向及び逆方向チャンネルで使用する場合）スマートアンテナアレーの特性を利用して大幅に縮小されたソフトハンドオフ領域を生じさせ、よって従来のＷＢＴＣアーキテクチャに比べて大幅な改善をもたらす。
【０００６】
本発明のもう１つの態様では、セルラーアーキテクチャの性能を評価するためのシステムと方法が提供される。当該方法では、スマートアンテナアレーを定義する式が提示され、次いで干渉が計算され、最後に漸近的な容量の式が提示されて、ＩＷＢＴＣアーキテクチャとＷＢＴＣアーキテクチャの性能が比較される。
【０００７】
本発明のさらにもう１つの態様においては、スマートアンテナが使用されて、ある移動体ユーザへの送信が３つの異なる方向、すなわち、移動体装置から受信される信号強度が最高である（“１次マルチパス”）第１の方向と、次に高い信号強度が受信される（“２次マルチパス（又は副次的なマルチパス）”）第１の方向のいずれか１つの側の複数の方向とに向けられる。好適な実施形態では、送信される電力の半分が１次マルチパスへと向けられる一方、送信される電力の４分の１が２つの２次マルチパスのそれぞれへと向けられる。
【０００８】
本発明のこれらの特徴、目的及び優位点及び他の特徴、目的及び優位点は、図面に関連付けられるとき以下に述べられる詳細な説明からさらに明らかとなるであろう。図面を通じて、同様の参照符号は対応するものを識別する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
セルラーアーキテクチャと、セルラーアーキテクチャを評価するためのシステム及び方法の好適な実施形態に関連して、本発明を論じていく。スマートアンテナにおける素子の数などのような特定の詳細は、本発明の完全な理解を提供するために述べられている。ここで議論されている好適な実施形態は、本発明を限定するものとして理解されるべきではない。
【００１０】
ここで図面を参照すると、幾つかの図面を通じて同様の参照数字は同一の又は対応する部分を示し、図１は、０−６の番号を与えられた７個の六角形セルを含む従来のＷＢＴＣセルラーアーキテクチャ１００を示す。六角形セル０−６のそれぞれは３つの菱形のセクタ１１０を含む。各六角形セル０−６の中央の三角形１１２は、２０００年７月５日に出願された“適応収束パラメータを用いたスマートアンテナ（Ｓｍａｒｔ Ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ）”と題する同時係属中の米国特許出願シリアル番号第０９／６１０，４７０号と、２０００年９月１３日に出願された“ＣＤＭＡ逆方向リンクのための位相較正を用いないスマートアンテナ（Ｓｍａｒｔ Ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ Ｎｏ Ｐｈａｓｅ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＣＤＭＡ Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｌｉｎｋ）”と題する同時係属出願シリアル番号第０９／６６１，１５５号とに記述されているアンテナアレーのようなスマートアンテナアレーを表す。これによって、これらの出願の両方の内容は、参照によってここに含まれている。好適な実施形態では、各アンテナアレー１１２は３つの辺を有し、各辺が２つ以上のアンテナ素子を含んでいる。高度に好適な実施形態では、複数の素子は直線状に配置される。当業者には、素子を矩形、円形又はパッチ形に配置し得ることが認識されるであろう。アンテナアレー１１２の各辺は、セル０−６のセクタ１１０に対応する。図１では、セルの境界が実線で表示され、セクタの境界が点線で表示されている。
【００１１】
図３には、例示的なスマートアンテナアレー１１２の平均利得パターンが示されている。図３の極座標プロットでは、線Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ、１０素子アレー、５素子アレー及び３素子アレーに対応する。図３から分かるように、特に１０素子アレーの場合にスマートアンテナアレー１１２は１２０度をカバーする平均利得パターンを提供するが、これは、当該技術においてワイドビームアンテナと呼ばれるアンテナによって提供されるものと同じ通達範囲である。従って、スマートアンテナ１１２は、従来、典型的には、図１に示されたＷＢＴＣアーキテクチャ１００のようなワイドビームアーキテクチャを用いることで使われてきた。
【００１２】
図４は、図１のＷＢＴＣアーキテクチャ１００に重畳された図３の平均利得パターンＡを示す。セル１のセクタ１１０ａにおける通達範囲が十分であることを保証するためには、平均利得Ａがセクタ１１０のコーナＺまで完全に伸張していることを保証する必要がある。しかしながら、その結果、隣接する利得パターンＡの間に、重複する大きな領域（ここでは、ソフトハンドオフ領域とも呼ばれる）が生じる。後に詳述する通り、これらの大きなソフトハンドオフ領域はシステムの性能を低下させる。
【００１３】
図２は本発明のＩＷＢＴＣアーキテクチャを示し、この場合、複数のセルは、本発明に係るインタリーブされたワイドビーム３セクタセル（ＩＷＢＴＣ）アーキテクチャと呼ばれるインタリーブされた構造に組織化されている。図２では、各セルは、スマートアンテナアレー２１２，２１３を含む基地局に対応する３つの六角形セクタ２１０を備えている。各六角形セクタ２１０は、すべての辺と辺の間のすべての角とが等しい正六角形である。各アレー２１２は、各アレー２１３と同じく、実質的に直線状の列（縦の列）に配置される。しかしながら、任意の１つの列における各アレーは、セルの中心の周りに、２つの隣接した列における隣接するアレーに対して約６０度だけ回転されている。この回転は、図９のアーキテクチャ９００のようなアレーが回転されていないアーキテクチャに比べてわずかに優れた性能を提供する。さらに、アレー２１２，２１３は直線状の列に配置されるが、これらのアレーによって形成される行（横の列）は直線状ではない。隣接するアレーは、六角形セクタの形状（これは正六角形である）のためにオフセットされる。好適には、セクタに対するアンテナアレーの割り当てにより、１つの行において隣接するアンテナアレーは、図１０に示されたように、水平方向ｈに対して約１０．８９度の角度αでオフセットされる。この角度は、通常の幾何学の原理を使用して計算することができる。当業者は、この角度は数度だけ異なる場合があるということを認識するであろう。違いは、アンテナを所望の場所へ正確に配置することが不可能であるといった実際的なことによって改良された必要条件から生じる可能性がある。
【００１４】
図２に関連して上記で説明したアーキテクチャ２００は、図５に示されたように、大幅に縮小されたソフトハンドオフ領域を結果的にもたらす。図４と同様の方法で、図５は、図２のＩＷＢＴＣアーキテクチャ２００上に重畳された図３の平均利得パターンＡを示す。図４と図５の比較から、図５におけるソフトハンドオフ領域が図４の場合よりも大幅に縮小されていることは明らかである。表１は、セクタ領域サイズに対して比較されたソフトハンドオフ領域の断片部分を示す。例えば、１０素子のスマートアンテナアレーが使用される場合、ＷＢＴＣアーキテクチャはそのセクタ領域の７０％に等しいソフトハンドオフ領域を有するが、ＩＷＢＴＣアーキテクチャの場合は約１８％に等しい領域を有する。ソフトハンドオフ領域のサイズが低減する結果として、ＩＷＢＴＣアーキテクチャは、従来のＷＢＴＣアーキテクチャに比べて格段に改善された性能をもたらす。
【００１５】
【表１】
2004511144.tif 000003
【００１６】
表１は、ＷＢＴＣ及びＩＷＢＴＣアーキテクチャに関する、３，５及び１０アンテナ素子の場合のソフトハンドオフ領域Ｍｈｏ／Ｍｔである。
【００１７】
ここに記載されているＩＷＢＴＣアーキテクチャは、リ−チュン・ワン（Ｌｉ−Ｃｈｕｎ Ｗａｎｇ）による“インタリーブされたクラスタの概念に基づく新しいセルラーアーキテクチャ（Ａ Ｎｅｗ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎ Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｃｏｎｃｅｐｔ）”，ＩＥＥＥトランザクションズ・オン・ビヒキュラー・テクノロジー（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），Ｖｏｌ． ４８，Ｎｏ． ６，１９９９年１１月（“ワン”）に記載されている、インタリーブされたナローバンド３セル（ＩＮＢＴＣ）アーキテクチャに幾分似ているということは注意される必要がある。しかしながら、これら２つのシステムの間にはいくつかの重大な相違が存在する。第１に、ワンのアーキテクチャは６０度の指向性ナロービームアンテナを使用しているが、本発明は、アンテナアレーの３つの辺のそれぞれが幾つかの無指向性アンテナ素子で構成されるスマートアンテナアレーを使用している。当該スマートアンテナは、一般にワイドビームであるとされる平均利得パターンを有する。第２に、アンテナアレーを６０度回転させることについてワンによって提示されている唯一の理由は、ＣＤＭＡ以外のセルラーシステムに適用可能な周波数再使用の問題に関係している。ソフトハンドオフ領域のサイズとシステムの性能との関係についてのワンによる認識はなく、また、ワンには、ソフトハンドオフ領域のサイズを縮小させることによるシステムの性能の改善についての議論はない。また、ワンには、アンテナアレーを回転させる結果として実現される、ソフトハンドオフ領域サイズを縮小することでの改善に関する議論はまったく存在しない。ワンとは対照的に、本発明は、隣接する基地局が同じ周波数範囲で送信する（すなわち、周波数の再使用とは関係がない）ＣＤＭＡシステムにとって特に有益である。さらにワンでは、後に詳述するように、スマートアンテナを使用して移動体装置に３つのマルチパスを介して送信することについて示唆されていない。
【００１８】
以下、本発明に従って、比較のために様々なアーキテクチャの性能を評価することに使用されるメカニズムについて説明する。最初にスマートアンテナアレーが定義され、次に干渉が導出され、最後に漸近的な容量の式が導出されて、２つのアーキテクチャの性能が比較される。
【００１９】
基地局は、受信されたＦＥＲ（フレーム誤り率）に基づいて、移動体がハンドオフされるときを決定するので、ハンドオフの境界を発見するための方法は、与えられたセルについての損失が隣接したセルについての損失を超える位置を発見することである。次式は、このことを示す。
【００２０】
【数４】
2004511144.tif 000004
【００２１】
ここで、ｒ１は与えられた基地局までの距離であり、ｒ２は隣接する基地局までの距離であり、Ｇａｖｇ（θ）はアンテナアレーの平均抑圧利得であり、θ１は与えられた基地局のアンテナアレーの垂線からユーザまでの角度であり、θ２は隣接するアンテナアレーの垂線からユーザまでの角度である。
【００２２】
本発明の好適な実施形態は、下記のように説明されることが可能なスマートアンテナアレーを使用する。Ｍａｎｔ個のアンテナ素子に対するアンテナアレー応答ベクトルは、次式のように表され得る。
【００２３】
【数５】
2004511144.tif 000005
【００２４】
ここで、Ｍａｎｔはアンテナ素子の数であり、Ｔは転置であり、θは、ＤＯＡと呼ばれるユーザからの入射角である。アンテナ素子は、ｄ＝λ／２（波長の２分の１）の間隔だけ離れて配置されていると仮定される。θ１を、所望のユーザからのＤＯＡであるとする。２０００年３月にソン（Ｓｏｎｇ）及びクウォン（Ｋｗｏｎ）によりＩＥＥＥトランザクションズ・オン・ビヒキュラー・テクノロジーに提出された“ＣＤＭＡ無線通信のための計算上効率的なスマートアンテナ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｓｍａｒｔ Ａｎｔｅｎｎａｓ ｆｏｒ ＣＤＭＡ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）” （“ソン及びクウォン”）に記述され、これにより、ここに参照によってその内容が含まれている、適応型アルゴリズムによって得られる最適な重み付けベクトルは、次式のように近似されることが可能である。
【００２５】
【数６】
2004511144.tif 000006
【００２６】
この形式の重み付けは、適応型アンテナシステムが、受信される移動体の電力を最大化する角度を発見した場合に適正になる。スマートアンテナアレーシステムでは、逆方向リンク上の所望のユーザに関して一様分布した干渉に対する平均抑圧利得は、ソン及びクウォンから、次式のように求められ得る。
【００２７】
【数７】
2004511144.tif 000007
【００２８】
ここで、ブラインド適応型アルゴリズムから生じる重み付けベクトルＷＨは、θである所望の信号のＤＯＡに関するものであり、Ｈは、単にベクトルの転置の複素共役である、ベクトルのエルミート転置であり、θｎは望ましくないユーザのＤＯＡであり、ａ（θｎ）はＤＯＡθｎの望ましくない信号に対するアレー応答ベクトルであり、Ｍａｎｔはアンテナ素子の数である。次いで、所望のユーザの到来方向として予測されたすべての方向に対して、この利得がプロットされることが可能である。図３は、３、５及び１０個のアンテナ素子に関して、所望のユーザ信号の到来方向に対するスマートアンテナの平均利得を極座標チャートで示す。図３は、１０Ｌｏｇ１０（１／Ｇａｉｎ（θ））を示し、ここで、レベルはｄＢで表されている。ＤＯＡがセクタの外側のエッジ部（±６０゜）に到達すると、平均利得が低下するということが分かる。この問題は、３個のアンテナ素子の場合に特に顕著である。５個のアンテナ素子の場合は幾分か良くなり、１０個のアンテナ素子構成はＤＯＡに対して最良の通達範囲を有する。
【００２９】
順方向チャンネルについて、ビームパターンは、理想的な場合において逆方向チャンネルのときと同じであると仮定されてもよい。順方向チャンネル干渉は、スマートアンテナアレーのビーム電力から導出される。“ソン及びクウォン”によれば、次式がビーム電力を表す。
【００３０】
【数８】
2004511144.tif 000008
【００３１】
ここで、θは送信ビームの角度であり、θｎはユーザｎのＤＯＡである。ビーム電力は、基地局からの順方向チャンネル送信の場合に１に正規化される。ヌルを向けられることが可能なユーザの数は、Ｍａｎｔがアンテナの数であるとして、Ｍａｎｔ−１に等しいことが示されている。本発明は、アンテナ素子より多いユーザ又は信号が存在することを仮定し、この場合には、すべてのユーザにヌルを向けることができない。これらの仮定の下では、望ましくないマルチパスの抑圧が不十分になり、これは全体の干渉に付加される。当該システムにおけるユーザはスマートアンテナを持たないことと、当該システムにおけるすべての基地局は順方向リンク及び逆方向リンクの両方に使用されるスマートアンテナを有することとが仮定されている。
【００３２】
順方向チャンネルの容量は、移動体において受信される信号対干渉電力比（ＳＩＲ）に基づいている。干渉源は、同じセルの基地局からと他のセルからとのマルチパスである。この干渉の導出は、マルチパスのない状況下では同一チャンネル干渉が存在しないように基地局から送信される直交チャンネルを仮定している。干渉に対して大きく関与するものはマルチパス信号であるということが仮定されている。また、順方向チャンネルの重み付けベクトルは受信機の重み付けベクトルに基づいて誤差なしに決定され得ることも仮定されている。基地局は、複数のＤＯＡで各ユーザへ送信する。基地局から送信される各チャンネルは直交していることが仮定され、同じセルの干渉の源はマルチパスである。
【００３３】
順方向チャンネル信号が所望のユーザに向けてビーム形成されるスマートアンテナの環境では、そのユーザへの干渉は、他のユーザ宛てであることが意図されてそのユーザに向かって送信される信号の量となる。従って、干渉の量を求めるための鍵は、所望のユーザに向かって他のすべてのユーザにより送信される信号の量を決定することにある。次に、これらの結果から同じセル及び他のセルの干渉が導出される。最初に、基地局が各ユーザに対して１方向でのみ送信することを仮定して、１つのパスの場合について単一のセルの送信電力が示される。次に、基地局がすべてのユーザに対して３つのマルチパスで送信する、３つのパスの場合について示される。あるユーザに対して各ユーザによって１つのパスを用いて送信される合計の電力であって、同じセル内にｎ個のユーザが存在することによる、角度θでの合計の電力は、次式で定義され得る。
【００３４】
【数９】
2004511144.tif 000009
【００３５】
ここで、θは所望のユーザに対する電力を計算している際の角度であり、θｉは基地局がユーザｉへ送信している際の角度である。あるユーザに向かって送信される電力の大部分は集束されるが、“下端部（テイル）”は他のユーザに対する干渉の原因となる。干渉なしのときに移動体において受信される単一のセルの順方向リンクの電力は、これらの式に関して１に正規化される。基地局が各ユーザに対して３つのパスで送信する場合、本発明では、一般性を失うことなく５０％、２５％及び２５％の電力プロファイルが仮定されている。よって、電力は次式のようになる。
【００３６】
【数１０】
2004511144.tif 000010
【００３７】
このアプローチによれば、数９の１つのパスの場合に比べて、主要なＤＯＡはパスの電力の５０％を伝送し、他の２つのパスはそれぞれ２５％を伝送することになる。ここに提示されるシミュレーション結果に関しては、２つのサブパス（副次的なパス）は１次パス（主要なパス）から±１０゜だけ離隔して配置されていることが仮定される。
【００３８】
数９及び数１０に提示された解を用いると、同じセル及び他のセルの干渉ファクタが求められ得る。単一のアンテナの場合に関しては、同じセルの干渉が、主要な所望のマルチパスの信号強度に設定されてもよいということが許容される。この干渉は、システム内のユーザの数とは独立な干渉ファクタ（Ｋｓａｍｅ）へと定量化されることが可能である。同じセルの干渉ファクタは、次式のように、移動体で受信される同じセルの信号レベルＳ（θ）に対して比較された相対的な干渉の電力を表す。
【００３９】
【数１１】
2004511144.tif 000011
【００４０】
ここで、Ｉｓｃは１つのパスの場合又は３つのパスの場合の何れかの同じセルの干渉の電力である。分母Ｓ（θ）は、次式で定義され得る。
【００４１】
【数１２】
2004511144.tif 000012
【００４２】
ここで、ｒはセルから移動体までの距離であり、γは使用されるべき乗則である。本発明におけるすべてのシミュレーションでは、使用されるべき乗則は、一般性を失うことなく４である。同じセルの干渉が主要な所望のマルチパスＳ（θ）に等しいものとすれば、Ｋｓａｍｅ＝１となる。スマートアンテナの場合では、同じセルの干渉ファクタに対してこの仮定がおかれる。
【００４３】
他のセルの順方向チャンネル干渉を決定するために、他のすべてのセルから同じレベルで送信されると仮定される。この場合における主要なファクタは、信号の到来角度と、セルから所望の移動体までの距離である。単一のアンテナの場合では、この値を求めるために次式が使用可能である。
【００４４】
【数１３】
2004511144.tif 000013
【００４５】
ここで、ｒｉはｉ番目の基地局までの距離である。これはアンテナ利得が等しいことを仮定しているが、これは単一のアンテナの場合では有効な仮定である。他のセルの干渉ファクタに用いられる名前は、Ｋｏｔｈｅｒである。スマートアンテナアレーシステムでは、数１３は次式になる。
【００４６】
【数１４】
2004511144.tif 000014
【００４７】
ここで、θｏｃは他のセルから所望のユーザまでの、そのアンテナアレーに対する角度であり、Ｐ１Ｃｅｌｌは１つのパス又は３つのパスの何れかでの、それぞれ数９又は数１０の単一のセルの干渉を表す。他のセルの干渉の式をこの形式で表す理由は、同じセルと他のセルの干渉の間の主要な相違が、基地局からユーザまでの距離にあるという点にある。ゆえに、他のすべてのセルからの干渉の量は、そのセルからユーザまでの距離のべき乗則γで低減される。同じセルの所望の電力に対する他のセルの干渉の比を求めるために、Ｋｏｔｈｅｒは次式のように計算される。
【００４８】
【数１５】
2004511144.tif 000015
【００４９】
ここで、Ｓ（θｓｃ）は、移動体において基準セルから干渉なしに受信される合計の順方向リンクの電力であり、ｒは１に正規化される。最悪の場合は、与えられたセルから最も遠くであるとともに、ハンドオフする直前でまだそのセル内に留まっている位置になる。
【００５０】
他のセルの干渉に対するシミュレーション結果を提供するために、図１及び図２に示された２つの異なるセクタアーキテクチャについてＫｏｔｈｅｒが計算される。表２及び表３では、Ｓ（θ）の値がθにわたって平均化され、移動体において基準基地局から干渉なしに受信される合計の順方向リンクの電力を表わす。１０素子のスマートアンテナアレーの場合、セルのエッジ部にいるユーザに関してこの値はＳ＝１９．２０２と計算されることが可能である。合計の順方向チャンネル干渉ファクタは、次式で定義され得る。
【００５１】
【数１６】
2004511144.tif 000016
【００５２】
小さな値のＫｆは、より低い干渉へと翻訳される。表２は、計算されたＷＢＴＣアーキテクチャに対する他のセルの干渉を示し、これは、結果としてＫｏｔｈｅｒ＝１．２４６になる。Ｋｓａｍｅ＝１のとき、ＷＢＴＣの場合に対して結果的に得られるＫｆは、３つのパスの場合で２．２４６になる。表３は、計算されたＩＷＢＴＣアーキテクチャに対する他のセルの干渉を示し、これは、結果としてＫｏｔｈｅｒ＝１．７６２になる。Ｋｓａｍｅ＝１のとき、ＩＷＢＴＣに対して結果的に得られるＫｆは、３つのパスの場合で２．７６２になる。
【００５３】
【表２】
2004511144.tif 000017
【００５４】
表２．この表は、ＷＢＴＣアーキテクチャの場合の、６個の最も近接したセルについての３つのパスの干渉データを示す。列１におけるセル番号は、図１におけるＷＢＴＣアーキテクチャのセル番号に対応する。距離及び角度の列は、そのセルの基地局から所望のユーザまでの距離と角度（基準セルのエッジ部において、アンテナアレーに対して３０゜）を表す。第４の列は、あるユーザに対する、その基地局からの距離Ｒにおける与えられた角度での干渉を識別し、最後の列は、列１に指定されたセルからの、基準セルにおける所望のユーザに対する干渉を計算している。この場合の他のセルの合計の干渉は、２３．９１９である。Ｓ＝１９．２０２として、Ｋｏｔｈｅｒ＝Ｉ／Ｓ＝１．２４６となる。
【００５５】
【表３】
2004511144.tif 000018
【００５６】
表３．この表は、ＩＷＢＴＣアーキテクチャの場合の、基準セル（同じセル）及び６個の最も近接したセルについての３つのパスの干渉データを示す。列１におけるセル番号は、図２におけるＩＷＢＴＣアーキテクチャのセル番号に対応する。距離及び角度の列は、そのセルの基地局から所望のユーザまでの距離と角度（基準セルのエッジ部において、アンテナアレーに対して３０゜）を表す。第４の列は、あるユーザに対する、その基地局からの距離Ｒにおける与えられた角度での干渉を識別し、最後の列は、列１に指定されたセルからの、基準セルにおける所望のユーザに対する干渉を計算している。この場合の他のセルの合計の干渉は、３３．８４３１である。Ｓ＝１９．２０２として、Ｋｏｔｈｅｒ＝Ｉ／Ｓ＝１．７６２となる。
【００５７】
干渉ファクタＫｓａｍｅ及びＫｏｔｈｅｒ（又はＫｆ）は、単一のアンテナの場合に関して作られた干渉式に次のように使用可能である。単一のアンテナの場合において基地局から送信される合計の出力電力は、次式のようになる。
【００５８】
【数１７】
2004511144.tif 000019
【００５９】
ここで、Ｐｐｉｌｏｔは送信機のパイロットチャンネルの電力であり、Ｐｓｙｎｃは送信機の同期チャンネルの電力であり、Ｐｐａｇｉｎｇは送信機のページングチャンネルの電力であり、Ｐｔｒａｆは送信機のトラフィックチャンネルの電力であり、Ｎｐはアクティブなページングチャンネルの数であり、Ｍｔは適応的なトラフィックチャンネルの数であり、Ｍｈｏはソフトハンドオフに使用される他のセルのトラフィックチャンネルの数であり、αｆは音声アクティビティファクタ（ｖｏｉｃｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）であり、Ｋｔｒａｆは電力制御ファクタである。数１７におけるＰｔｏｔａｌは、基地局からこれらのチャンネルによって送信される合計の電力を表す。スマートアンテナの出力電力は各ユーザのＤＯＡに依存するので、数１７は、次式のようにスマートアンテナアレーに適応化されることが可能である。
【００６０】
【数１８】
2004511144.tif 000020
【００６１】
ここで、θは（Ｍｔ＋Ｍｈｏ）個のユーザによる電力を計算している際の角度であり、θｎはｎ番目のユーザの角度であり、Ｐｔｏｔａｌ（θ）は基地局におけるスマートアンテナにより角度θで送信される電力である。数１８は、所望のユーザに向けて送信される望ましくないユーザからの平均トラフィックチャンネルの電力を決定することによって簡単化されることが可能である。平均干渉トラフィックチャンネル電力（ＩＴＣＰ）ファクタεは、次式のように定義され得る。
【００６２】
【数１９】
2004511144.tif 000021
【００６３】
ここで、Ｍｕｓｅｒｓはあるセクタ内のユーザ数を表し、θはＭｕｓｅｒｓからトラフィックチャンネルの電力が蓄積される場合の角度を表し、θｎはユーザｎに対する角度を表す。数１９は、与えられたアンテナ素子数に関して、−６０゜乃至＋６０゜間の任意の角度θが同じトラフィックチャンネルの電力を受けることを仮定している。本発明において提示されるシミュレーション結果の場合、ユーザは、多数のユーザが存在する最悪の場合のシナリオで、セルのエッジ部において一様分布されていると仮定される。この場合のＩＴＣＰは、ユーザ数に独立なファクタを表す。ＩＴＣＰを数１８に適用すると、次式が得られる。
【００６４】
【数２０】
2004511144.tif 000022
【００６５】
ここで、平均合計電力はＤＯＡから独立であるので、ここでは角度が除去されている。項Ｋｔｒａｆ（１＋ε（Ｍｔ−１））に対する根拠は、所望のユーザが“１”で説明され、ソフトハンドオフ領域内に存在しない他のすべての望ましくないユーザがε（Ｍｔ−１）で説明され、かつソフトハンドオフ内の他のすべての望ましくないユーザがεＭｈｏで説明されることにある。εＭｈｏの項に対しては、これらのユーザが他の何らかの基地局によって電力制御されることから、Ｋｔｒａｆは適用されない。
【００６６】
基地局から移動体に到来する電力を求めるためには、適切な処理利得及び損失を適用した数２０が使用可能である。例えば、次式が使用可能である。
【００６７】
【数２１】
2004511144.tif 000023
【００６８】
ここで、Ｅｂ／Ｎ０，Ｔは、移動体で要求される雑音電力密度に対するビットエネルギーの比であり、ＰＧｔｒａｆはトラフィックチャンネルの処理利得であり、Ｐｔｒａｆは送信されるトラフィックチャンネルの電力であり、Ｎｍは移動体受信機の熱雑音電力であり、ＬＴ（Ｒ）は距離Ｒにおける移動体に対する合計の自由空間損失であり、Ｋｆは干渉ファクタ（ＫｓａｍｅとＫｏｔｈｅｒとの和）である。処理利得は、あるチャンネルに対して次式を用いて計算されることが可能である。
【００６９】
【数２２】
2004511144.tif 000024
【００７０】
ここで、Ｗは信号の帯域幅であり、Ｒｂはビットレートである。ビットレートが１．２２８８Ｍｂｐｓ，１２００ｂｐｓ，４８００ｂｐｓ及び９６００ｂｐｓであると仮定すると、パイロット、同期化、ページング及びトラフィックチャンネルのそれぞれに対する処理利得の値はそれぞれ１，１０２４，２５６及び１２８になる。数２１を数２０に適用すると、次のようなトラフィックチャンネルの電力の解が得られる。
【００７１】
【数２３】
2004511144.tif 000025
【００７２】
チャンネルの電力の解の分子が一定のままである場合、分母がシステム内のユーザ数に関する唯一の項を含むので、順方向リンク容量の鍵は分母にある。すべてのチャンネルの電力に関して、共通の分母は次式になる。
【００７３】
【数２４】
2004511144.tif 000026
【００７４】
この分母は、ゼロより大きいものでなければならない。Ｍｔ≫１かつε＞０であることから、これに対して実行され得る１つの簡単化は、次式を仮定することである。
【００７５】
【数２５】
2004511144.tif 000027
【００７６】
ここで、Ｍｈｏはソフトハンドオフにおけるユーザ数を表し、Ｍｈｏ／Ｍｔはソフトハンドオフにおけるユーザの割合を表す。ユーザの一様分布を仮定すれば、これはまた、ソフトハンドオフ内に存在するセクタの領域の割合を表す。数２５にＫｔｒａｆを加算すれば、次式が得られる。
【００７７】
【数２６】
2004511144.tif 000028
【００７８】
数２６を使用すると、数２４は次式になる。
【００７９】
【数２７】
2004511144.tif 000029
【００８０】
この分母より、電力がしきい値に到達するときが特異点になる。言い替えればこれは、サポートし得るユーザ数の限界である。これを示すための１つの方法は、Ｍｔに関する解を得ることによって漸近的な容量を計算することである。上の式は、次式のようなＭ∞と呼ぶことのできる上限を考えるときに等しくなる。
【００８１】
【数２８】
2004511144.tif 000030
【００８２】
ここで、処理利得の数値が含まれており、ＭｄＢはマージン（余裕度）であって、これは、指定されたリンクの信頼性を満たすために必要とされるトラフィックチャンネルの電力に係る付加的な量を表す。数２４では、ＭｄＢがゼロであると仮定されたためにそれは示されていない。マージンは、セルのエッジ部におけるシャドーイング（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）を克服するために必要である。ここに提示された容量の場合、マージンのために０ｄＢ乃至３ｄＢの間の容量を決定することができる。
【００８３】
処理利得の数値が含まれる場合、数２８は、次式のように書き直されることが可能である。
【００８４】
【数２９】
2004511144.tif 000031
【００８５】
数２８は、順方向リンクの漸近的な容量と呼ばれることが可能である。これは、任意の指定されたチャンネルの電力にてなるセットによって達成可能な最大の容量を表す。数２８を用いると、順方向リンク容量が異なる条件下でプロットされることが可能である。以下に続くものは、異なる干渉ファクタとソフトハンドオフのサイズとに関してマージンに対する容量を示した、図６乃至図８にプロットされたシミュレーションの結果についての議論である。
【００８６】
提示されたすべての結果に関しては、数２９からの数値的な処理利得と、数２８からの以下の値、Ｋｔｒａｆ＝０．５，αｆ＝０．４，ρｔｒａｆ＝７ｄＢ，ρｐｉｌ＝−１５ｄＢ，ρｓｙｎｃ＝６ｄＢ，ρｐａｇ＝６ｄＢ及びＮｐ＝１とが使用されている。決定する最初のパラメータは、他のセルの干渉Ｋｏｔｈｅｒ及び結果として生じるＫｆである。図６は、３素子のスマートアンテナアレーシステムに対する容量の結果を示す。ＩＷＢＴＣアーキテクチャは、主に改善されたソフトハンドオフ領域によって、ＷＢＴＣシステムより大きい容量を結果的に得ている。図７及び図８はそれぞれ、５素子及び１０素子のスマートアンテナアレーの場合に対する同様の結果を示す。この場合もやはり、ＩＷＢＴＣアーキテクチャはより優れた結果を達成している。上記で議論された方法は、プロセッサと、プロセッサに接続されたメモリと、プロセッサに接続された１つ又は複数の入／出力装置とを含む任意のコンピュータシステムとの関連で漸近的な容量を計算するために使用可能である。
【００８７】
上記で議論されたように、スマートアンテナからの送信が単に１次マルチパスのみを介してユーザに向けられるのでなく、１次マルチパスと２次及び３次マルチパスとを介して向けられるならば、移動体ユーザによって受信される合計の信号強度は増大されるということが示されている。２次マルチパスは１次マルチパス以外のマルチパスであって、かつ移動体ユーザから最も強い信号が受信されるマルチパスであり、３次マルチパスは１次マルチパス及び２次マルチパス以外のマルチパスであって、かつ移動体ユーザから最も強い信号が受信されるマルチパスである。通常は、２次及び３次マルチパスは１次マルチパスの反対側に存在するが、必ずしもこの限りではない。さらに、１次及び２次マルチパスの間に形成される角度は、通常は１次及び３次マルチパスによって形成される角度に等しいが、必ずしもこの限りではない。好適な実施形態では、送信は３つすべてのマルチパスで同時に発生する。
【００８８】
明らかに、上述の教示内容に鑑みて、本発明の多数の修正例及び変形例が可能である。ゆえに、本発明は、添付の請求の範囲内で、ここで特に説明されたもの以外でも実施され得ると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のアーキテクチャに係るＷＢＴＣアーキテクチャにおける複数のセルのクラスタを示す概略図である。
【図２】本発明に係るＩＷＢＴＣアーキテクチャにおける複数のセルのクラスタを示す概略図である。
【図３】干渉抑圧に起因するスマートアンテナの平均利得を示す極座標プロットである。
【図４】ＷＢＴＣアーキテクチャの幾つかの隣接したセルのアンテナ通達範囲を示す、図１に類似した概略図である。
【図５】ＩＷＢＴＣアーキテクチャの幾つかの隣接したセルのアンテナ通達範囲を示す、図２に類似した概略図である。
【図６】３素子のスマートアンテナアレーに関して、ＷＢＴＣアーキテクチャを凌ぐＩＷＢＴＣアーキテクチャの容量の改善を示すグラフである。
【図７】５素子のスマートアンテナアレーに関して、ＷＢＴＣアーキテクチャを凌ぐＩＷＢＴＣアーキテクチャの容量の改善を示すグラフである。
【図８】１０素子のスマートアンテナアレーに関して、ＷＢＴＣアーキテクチャを凌ぐＩＷＢＴＣアーキテクチャの容量の改善を示すグラフである。
【図９】回転されていないワイドバンド六角形セルアーキテクチャの概略図である。
【図１０】２つのスマートアンテナ間のオフセット角を示す概略図である。
【符号の説明】
２００…ＩＷＢＴＣアーキテクチャ、
２１０…六角形セクタ、
２１２，２１３…スマートアンテナアレー。
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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